E7 Photometrie und Sehoptik

Thema

Die Radiometrie misst die physikalische Energie des Lichts bei jeder Wellenlänge, ohne zu unterscheiden, ob das menschliche Auge diese Energie wahrnimmt oder nicht, und gewichtet alle Wellenlängen gleich. Das Auge reagiert jedoch nicht auf alle Wellenlängen gleich: Wie das Photorezeptionsmodell beschreibt, absorbieren die Photorezeptoren in der Netzhaut Licht je nach Wellenlänge unterschiedlich. Daher können zwei Lichtquellen mit exakt gleicher radiometrischer Energie, aber unterschiedlichen Wellenlängen, eine sehr unterschiedliche Helligkeitsempfindung im Auge hervorrufen. Dieses photometrische Modell korrigiert diesen Unterschied, indem es die radiometrische Energie jeder Wellenlänge mit der spektralen Empfindlichkeit des Auges für diese Wellenlänge gewichtet. Dabei werden Wellenlängen, für die das Auge empfindlicher ist, stärker und schwächer wahrgenommene Wellenlängen schwächer gewichtet. So erhält man eine photometrische Größe, die tatsächlich die vom Auge wahrgenommene Helligkeit repräsentiert und nicht nur die physikalische Energie des Lichts.

Die radiometrisch gemessene spektrale Empfindlichkeit ist nicht konstant, sondern hängt davon ab, welche Photorezeptoren im jeweiligen Moment im Sehfeld dominant sind. Wenn das Auge an hohe Lichtstärken adaptiert ist, wie im Photorezeptionsmodell beschrieben, dominieren die Zapfen das Sehen. Dieses Modell gewichtet die Radiometrie entsprechend der kombinierten spektralen Empfindlichkeit der Zapfen. Umgekehrt dominieren bei sehr niedrigen Lichtstärken die Stäbchen das Sehen. In diesem Fall verschiebt das Modell die Gewichtung hin zur spezifischen spektralen Empfindlichkeit der Stäbchen, die zu anderen Wellenlängen verschoben ist als jene, die bei dominanten Zapfen vorherrschen. Daher kann dasselbe Licht je nach Adaptationsgrad des Auges im Moment des Lichteinfalls unterschiedlich gewichtet und mit unterschiedlicher Helligkeit wahrgenommen werden.

Die Lichtmenge, die bereits durch die spektrale Empfindlichkeit gewichtet ist und durch die Pupille auf jeden Punkt der Netzhaut trifft, ist die Netzhautbeleuchtungsstärke. Diese Netzhautbeleuchtungsstärke – und nicht die rohe radiometrische Energie der Lichtquelle – bestimmt, wie stark die Photorezeptoren ihre Empfindlichkeit durch Hell- oder Dunkeladaptation anpassen müssen, wie im Photorezeptionsmodell beschrieben. Je höher die Netzhautbeleuchtungsstärke, desto stärker reduziert der Fotorezeptor seine eigene Empfindlichkeit, um eine Sättigung zu vermeiden; je niedriger die Netzhautbeleuchtungsstärke, desto stärker erhöht er sie, um weiterhin eine wahrnehmbare Reaktion zu erzeugen.

Dieselbe Netzhautbeleuchtungsstärke bestimmt auch, wie hoch der Helligkeitskontrast zwischen einem Objekt und seinem Hintergrund sein muss, damit das Objekt erkennbar bleibt: Je niedriger die Netzhautbeleuchtungsstärke, desto größer muss der Kontrast zwischen Objekt und Hintergrund sein, um einen ausreichend großen Unterschied im Rezeptorpotenzial zu erzeugen, der eine Unterscheidung ermöglicht; je höher die Netzhautbeleuchtungsstärke, desto geringer ist der Kontrast, der für dieselbe Unterscheidung erforderlich ist. Dieser minimale Kontrast, der für die Wahrnehmung notwendig ist, stellt somit eine Schwelle dar, deren Anforderungen mit abnehmender Netzhautbeleuchtungsstärke steigen.

Dieses photometrische Modell, das die Radiometrie mit der spektralen Empfindlichkeit des Auges gewichtet, um die Beleuchtungsstärke auf der Netzhaut und den für die Wahrnehmung notwendigen Mindestkontrast zu berechnen, bildet daher die Grundlage für die Gestaltung jeder Beleuchtung, die für ein komfortables Sehen des menschlichen Auges bestimmt ist: Wie viel Licht muss ein Bildschirm abgeben, damit seine Kontraste erkennbar bleiben, oder wie viel Beleuchtungsstärke muss in dem Raum aufrechterhalten werden, in dem die Sehschärfe mit dem Optotypenprojektor beurteilt oder das Gesichtsfeld mit der Perimetrie gemessen wird, damit das Ergebnis dieser klinischen Untersuchung von der Sehfähigkeit des Patienten und nicht von unzureichender Beleuchtung abhängt.

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