Licht
Licht messen: Radiometrie und Fotometrie
Wie „stark“ ist Licht? Darauf gibt es zwei Antworten: eine physikalische Antwort in Energie und eine Antwort, die das menschliche Auge berücksichtigt. Für Bildschirme zählt die zweite. Dieser Artikel erklärt den Unterschied, mit Lumen, Candela, Lux und Nit.
Man kann Licht auf zwei Arten „messen“. Die erste Art zählt einfach, wie viel Energie im Licht steckt, wie es ein Gerät tun würde. Die zweite Art schaut, wie hell das Licht für unsere Augen wirkt.
Diese beiden sind nicht dasselbe! Unser Auge sieht manche Farben viel besser als andere. Deshalb verwenden wir für Bildschirme immer die zweite Art: messen, wie ein Mensch es sieht.
Es gibt zwei Messsysteme für die Intensität von Licht. Die Radiometrie misst die reine Strahlungsenergie, ausgedrückt in Watt oder Joule, unabhängig vom Auge. Die Fotometrie misst dieselbe Energie, aber gewichtet danach, wie das menschliche Auge darauf reagiert. Für Displays ist die Fotometrie die richtige Methode.
Vier fotometrische Größen
| Größe | Einheit | Was sie aussagt |
|---|---|---|
| Lichtstrom | Lumen (lm) | Gesamte Lichtmenge, die eine Quelle in alle Richtungen abstrahlt. |
| Lichtstärke | Candela (cd) | Wie viel Licht in eine bestimmte Richtung geht. |
| Beleuchtungsstärke | Lux (lx) | Wie viel Licht auf einer Fläche ankommt. |
| Leuchtdichte | cd/m² (Nit) | Wie hell eine Fläche erscheint: am nächsten an „Helligkeit“. |
Warum Fotometrie für Bildschirme
Ein Bildschirm wird gemacht, um von Menschen betrachtet zu werden. Deshalb drücken wir die Helligkeit in Nits (cd/m²) aus, einer fotometrischen Größe. So vergleicht man Bildschirme auf eine Weise, die dem entspricht, was ein Betrachter wirklich sieht, statt mit unsichtbarer Energie.
Die Radiometrie quantifiziert die Strahlungsenergie in absoluten physikalischen Einheiten (Strahlungsfluss in Watt, Strahlstärke in W/sr, Bestrahlungsstärke in W/m², Strahldichte in W/sr/m²). Die Fotometrie gewichtet jede radiometrische Größe mit der photopischen Hellempfindlichkeitsfunktion V(λ), die bei 555 nm ihr Maximum hat. Dadurch erhält jede radiometrische Größe ein fotometrisches Gegenstück.
Die vier fotometrischen SI-Größen
| Größe | Symbol | SI-Einheit | Radiometrisches Gegenstück |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom | Φv | Lumen (lm) | Strahlungsfluss (W) |
| Lichtstärke | Iv | Candela (cd = lm/sr) | Strahlstärke (W/sr) |
| Beleuchtungsstärke | Ev | Lux (lx = lm/m²) | Bestrahlungsstärke (W/m²) |
| Leuchtdichte | Lv | cd/m² (Nit) | Strahldichte (W/sr/m²) |
Die Candela ist eine SI-Basiseinheit. Die Beleuchtungsstärke folgt dem Abstandsquadratgesetz: E = I / d². Eine Punktquelle von 36 cd erzeugt in 3 m eine Beleuchtungsstärke von 36/3² = 4 Lux.
Die Reflexion schließt die Kette
Auf einer Fläche verbindet die Reflexion die einfallende Beleuchtungsstärke (Lux) mit der zurückgeworfenen Leuchtdichte (cd/m²): Der Reflexionskoeffizient ist das Verhältnis von Leuchtdichte zu Beleuchtungsstärke. Bei Außenbildschirmen ist das entscheidend: Einfallendes Sonnenlicht (Zehntausende Lux) wird teils reflektiert und senkt den effektiven Kontrast. Daher die Kombination aus hoher Eigenleuchtdichte und schwach reflektierenden, schwarzen Bildschirmoberflächen.