Was ist die Bestrahlungsstärke des Lichts? Einheiten, Formeln und Prüfverfahren

Aktualisiert: 2. September 2026 | Lesezeit: 11 Minuten

Stellt man eine Leselampe etwa 15 Zentimeter näher an ein Buch heran, kann die Seite heller erscheinen, da das Licht eine kleinere Fläche erfasst. Die genaue Veränderung hängt von der Größe der Lichtquelle, dem Abstrahlwinkel und dem Lichtkegel ab.

Was ist die Lichtintensität? In der Rotlichttherapie und Photobiologie ist üblicherweise die Bestrahlungsstärke gemeint: die auf eine Fläche auftreffende Strahlungsleistung pro Flächeneinheit. Sie wird üblicherweise in Milliwatt pro Quadratzentimeter (mW/cm²) oder Watt pro Quadratmeter (W/m²) gemessen. Eine Verdopplung des Abstands reduziert die Bestrahlungsstärke nur bei einer idealen Punktquelle oder einer gültigen Fernfeldmessung auf etwa ein Viertel. Bei einem großen LED-Panel sollte der tatsächliche Wert bei jedem Arbeitsabstand gemessen werden.

In den folgenden Abschnitten wird erläutert, welche Faktoren diese Werte beeinflussen, wie sie zu interpretieren sind und welche verifizierten Intensitätsdaten relevant sein sollten. Sie erfahren außerdem, warum der Messabstand ebenso wichtig ist wie der angegebene Spitzenwert.

Die alltägliche Erfahrung, die ein präzises physikalisches Konzept verbirgt

Sonnenlicht strömt durch ein Fenster und wirft einen hellen Lichtfleck.

Warum wirkt das Licht einer Taschenlampe aus nächster Nähe blendend, aber von der anderen Seite des Raumes kaum wahrnehmbar?

Die Bestrahlungsstärke an der Empfangsfläche ändert sich mit der Entfernung, selbst wenn sich die Quelle nicht ändert. Ein naher Strahl erzeugt einen starken, konzentrierten Bereich; ein entfernter Strahl deckt einen größeren Bereich mit geringerer Bestrahlungsstärke ab. Strahlwinkel und Ausrichtung der Oberfläche beeinflussen das Ergebnis ebenfalls.

Im allgemeinen Sprachgebrauch beschreibt „hell“ einen visuellen Eindruck. In der Physik bezeichnet die Bestrahlungsstärke die auf eine Fläche auftreffende Strahlungsleistung pro Flächeneinheit, während die Strahlungsintensität die in eine bestimmte Richtung abgegebene Strahlungsleistung pro Raumwinkeleinheit angibt. Es handelt sich um unterschiedliche Größen, die nicht synonym verwendet werden sollten.

Ist „Helligkeit“ also einfach ein falsches Wort für Intensität?

Nicht unbedingt, aber die Angabe ist ungenau. Die Lichtstärke ist eine photometrische Größe, gemessen in Candela und gewichtet nach der menschlichen Sehschärfe. Die Strahlungsintensität wird in Watt pro Steradiant gemessen. Helligkeit ist eine subjektive visuelle Wahrnehmung und kein direktes Synonym für einen der beiden Begriffe.

Diese Unterscheidung zwischen photometrischen und radiometrischen Größen ist bei der Bewertung eines Rotlichttherapiegeräts von entscheidender Bedeutung.

Was die Lichtintensität tatsächlich misst: Energie, Fläche und die Rolle der Entfernung

Die Lichtquelle strahlt nach außen, wobei konzentrische Kreise die Intensitätsverteilung mit zunehmender Entfernung darstellen.

Was genau misst die Lichtintensität?

Radiometrisch betrachtet ist die Bestrahlungsstärke die pro Flächeneinheit empfangene Strahlungsleistung. Sie ist eine Rate und wird daher in W/m² oder mW/cm² gemessen. Die Strahlungsbelastung hingegen ist die über die Zeit akkumulierte Bestrahlungsstärke und wird in J/m² oder J/cm² gemessen.

Der Poynting-Vektor beschreibt den elektromagnetischen Energiefluss und dessen Richtung. Die Bestrahlungsstärke einer Empfangsfläche bezieht sich auf die Komponente, die senkrecht auf diese Fläche trifft. In der Praxis wird sie mit einem kalibrierten Radiometer, einem Bestrahlungsstärkemesser oder einem Spektroradiometer gemessen.

Warum verringert sich die Bestrahlungsstärke mit zunehmender Entfernung so drastisch?

Bei einer idealen Punktquelle im freien Raum verteilt sich die Strahlungsleistung über eine Kugelfläche, deren Fläche quadratisch mit dem Abstand wächst. Eine Verdopplung des Abstands vervierfacht die Fläche und reduziert die Bestrahlungsstärke auf ein Viertel. LED-Panels, Linsen, Reflektoren und Nahfeldmessungen mit endlicher Größe folgen diesem Zusammenhang möglicherweise nicht exakt.

Dies steht in direktem Zusammenhang mit der Frage, was Lichtstrahlung ist: Licht transportiert Energie als elektromagnetische Strahlung, während die Bestrahlungsstärke beschreibt, wie viel dieser Energie pro Flächeneinheit auf eine Oberfläche trifft. Es handelt sich dabei um standardisierte radiometrische Größen mit festgelegten Einheiten und Kalibrierungsmethoden.

Das Verständnis dieses Zusammenhangs hilft dabei, eine sinnvolle Angabe zur Bestrahlungsstärke von einer vagen Angabe zur Helligkeit zu unterscheiden.

So sehen die Zahlen in der Praxis aus: drei Geräte, drei Intensitätsstufen

Direkter Vergleich dreier Lichttherapiegeräte mit Angabe der Bestrahlungsstärkewerte in verschiedenen Abständen zur Behandlungsfläche

Wie sieht die „Lichtintensität“ als Zahlenwert auf einem realen Gerät aus?

Die folgenden Werte dienen lediglich der Veranschaulichung. Sie zeigen, warum die Bestrahlungsstärke mit Messabstand, Messebene, Spektrum und Prüfverfahren kombiniert werden muss.

Ein kleines, zielgerichtetes Gerät kann durch eine kleine Messöffnung einen relativ niedrigen Wert anzeigen. Ein Tischgerät kann in 15 cm Entfernung einen mittleren Wert anzeigen. Ein großes Rotlichtpanel kann in 15 cm Entfernung einen höheren Spitzenwert anzeigen, da seine Optik den Lichtstrahl bündelt. Ohne vergleichbare Testbedingungen lassen sich diese Werte nicht fair vergleichen.

Die Anzahl der LEDs und die Nennleistung allein bestimmen nicht die Bestrahlungsstärke. Ein vollständiger Vergleich sollte auch die durchschnittliche Bestrahlungsstärke, Minimal- und Maximalwerte, die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung, das Abstrahlmuster, den thermischen Zustand und die Messunsicherheit berücksichtigen.

Bedeutet ein 16-facher Intensitätsunterschied, dass ein Gerät einfach besser ist?

Nein. Unterschiedliche Werte können auf unterschiedliche Entfernungen, Strahlmuster, Spektren, Abdeckungsbereiche und Designziele zurückzuführen sein. Bei Lichttherapie-Panels sollten die Bestrahlungsstärken nur dann verglichen werden, wenn die Messbedingungen im Wesentlichen gleichwertig sind.

IEC 62471:2006 legt Expositionsgrenzwerte, Referenzmessverfahren und Klassifizierungsmethoden für die photobiologische Sicherheit fest. Es handelt sich um eine Sicherheitsbewertungsnorm, nicht um eine allgemeine Leistungszertifizierung oder eine Garantie für die Richtigkeit jedes veröffentlichten Bestrahlungsstärkewerts. Um genauer zu verstehen, was Lichtbestrahlungsstärke ist, sollte das Messverfahren zusammen mit dem Wert angegeben werden.

Wie Hersteller die Lichtintensität kontrollieren und überprüfen

Ein Techniker misst in einem Qualitätskontrolllabor die Bestrahlungsstärke eines LED-Panels mit einem kalibrierten Messgerät.

Die Bestrahlungsstärke hängt von der optischen Strahlungsleistung, dem Treiberstrom, dem Linsendesign, der Panelgeometrie, dem Wärmemanagement, der Detektorposition, dem Spektrum und dem Messabstand ab. Die Nennleistung der LED ist eine Angabe zur elektrischen Eingangsleistung und kein direkter Messwert der Strahlungsleistung.

Mit steigender Sperrschichttemperatur der LED können sich die optische Leistung und die Wellenlänge des optischen Maximums verändern. Das Ausmaß dieser Veränderung hängt von der LED, dem Treiber, dem Wärmepfad und der Betriebsumgebung ab. In den Prüfberichten sollten die Umgebungstemperatur, die Stabilisierungszeit, der Betriebsmodus und die Messbedingungen angegeben werden.

Ein Qualitätsmanagementsystem kann eine kontrollierte Produktion unterstützen, beweist aber nicht automatisch die identische Bestrahlungsstärke jeder einzelnen Einheit. Für eine gleichbleibende Chargenqualität sind Akzeptanzgrenzen, ein dokumentiertes Prüfverfahren, kalibrierte Messgeräte und Produktionsaufzeichnungen erforderlich. Eine Sicherheitszulassung sollte nicht als unabhängige Bestrahlungsstärkeprüfung bezeichnet werden, es sei denn, der Prüfbericht enthält diese Messung ausdrücklich.

Ein einstellbares Gerät kann über verschiedene Kanäle oder Betriebsmodi hinweg unterschiedliche Bestrahlungsstärken erzeugen. Dieser Bereich sollte den Betriebsmodus, das Spektrum, den Testabstand, den Messpunkt, die Definition des Spitzenwerts oder Mittelwerts sowie die Unsicherheit angeben.

Die Einheiten und die Formel: Zahlen zum Konzept

Beschriftetes Diagramm mit Lichtquelle, Oberfläche und W/cm²-Formel sowie Energieflusspfeilen

In der Radiometrie ist die für die Messung der Oberflächenexposition und der photobiologischen Sicherheit relevanteste Größe die Bestrahlungsstärke : die empfangene Strahlungsleistung pro Flächeneinheit. Ihre SI-Einheit ist W/m². Viele LED-Anwendungen verwenden auch mW/cm².

Die Formel ist einfacher als sie aussieht. Die durchschnittliche Bestrahlungsstärke entspricht der einfallenden Strahlungsleistung geteilt durch die definierte Empfangsfläche:

E = Φ / A

Hierbei ist Φ die einfallende Strahlungsleistung und nicht automatisch die vom Gerät verbrauchte elektrische Leistung. Die Gleichung liefert einen Flächenmittelwert, wenn Leistung und Fläche einheitlich definiert sind. Ein einzelner Messwert eines Detektors repräsentiert nicht zwangsläufig die durchschnittliche Bestrahlungsstärke über das gesamte Panel.

Bei einer idealen Punktquelle wächst die Oberfläche der Kugel mit dem Quadrat des Abstands. Eine Verdopplung des Abstands kann daher die Bestrahlungsstärke auf ein Viertel reduzieren, sofern die Annahmen bezüglich Fernfeld und Geometrie zutreffen.

Wovon ist die Lichtintensität proportional? Die Bestrahlungsstärke hängt von der einfallenden Strahlungsleistung und der Empfangsfläche ab. Die elektrische Leistung kann die optische Leistung beeinflussen, jedoch müssen auch Abstand, Winkel, Strahlmuster, Spektrum, thermischer Zustand und Detektorgeometrie berücksichtigt werden.

Eine kurze Anmerkung zum Thema Schall: Die Schallintensität wird ebenfalls in Leistung pro Flächeneinheit gemessen, und eine Punktquelle im freien Feld kann ein umgekehrt quadratisches Verhalten zeigen. Schall ist jedoch eine mechanische Druckwelle, während Licht elektromagnetische Strahlung ist.

Die gemessene Bestrahlungsstärke eines herkömmlichen Panels hängt von seiner optischen Leistung, der Strahlverteilung und dem Messabstand ab. Ändert sich eine dieser Bedingungen, kann sich der Messwert ändern. Dies ist der praktische Zusammenhang zwischen Strahlungsleistung, Fläche und Geometrie.

Wichtigste Erkenntnisse

In der Lichttherapie bezeichnet Lichtintensität üblicherweise die Bestrahlungsstärke : die auf eine Fläche auftreffende Strahlungsleistung pro Flächeneinheit, angegeben in W/m² oder mW/cm². Das Abstandsgesetz gilt für eine ideale Punktquelle oder eine gültige Fernfeldmessung. Große LED-Panels erfordern jedoch häufig direkte Messungen in jedem Arbeitsabstand. Vergleichen Sie Bestrahlungsstärkewerte nicht, ohne Abstand, Detektorgeometrie, Spektrum, Definition von Spitzen- oder Mittelwertwerten und Testbedingungen zu überprüfen.

FAQ

Wie berechnet man die Lichtintensität?

Zunächst muss die zu betrachtende Größe bestimmt werden. Die Oberflächenbestrahlungsstärke berechnet sich als einfallende Strahlungsleistung geteilt durch die Empfangsfläche: E = Φ/A. Für eine ideale, isotrope Punktquelle beträgt die Bestrahlungsstärke auf einer Kugeloberfläche E = Φ/(4πr²), wobei Φ der gesamte Strahlungsfluss in Watt und r der Abstand in Metern ist. Bei einem ebenen Zielobjekt kann zusätzlich der Einfallswinkel berücksichtigt werden müssen. Bei LED-Therapiepaneelen sollte die Bestrahlungsstärke direkt mit einem kalibrierten Sensor gemessen und nicht allein aus der elektrischen Leistung berechnet werden.

Wie messe ich die Lichtintensität?

Verwenden Sie einen für den relevanten Wellenlängenbereich und die Geometrie kalibrierten Fotodetektor, ein Bestrahlungsstärkemessgerät oder ein Spektroradiometer. Definieren Sie Abstand, Winkel, Detektorebene, Aufwärm- oder Stabilisierungsbedingungen, Umgebungstemperatur, Messraster und Messunsicherheit. Eine Ulbricht-Kugel kann den gesamten Strahlungsfluss messen; ein kalibrierter, kosinuskorrigierter Detektor kann die Bestrahlungsstärke an einer definierten Ebene oder einem definierten Rasterpunkt messen. Messwerte ohne definierte Geometrie sind nicht vergleichbar.

Wovon hängt die Lichtintensität ab?

Die Bestrahlungsstärke hängt von der einfallenden Strahlungsleistung, dem Abstand, der Quellengröße, dem Strahlprofil, dem Einfallswinkel, den optischen Elementen, dem Spektrum, dem thermischen Zustand und der Geometrie des Detektors ab. Der Abstand ist wichtig, aber nicht immer der entscheidende Faktor. Eine 30°- oder 60°-Linse allein bestimmt weder die maximale noch die durchschnittliche Bestrahlungsstärke; die LED-Anordnung, der Abstand und die Messkarte sind ebenfalls erforderlich.

Wie lautet die Formel für die Lichtintensität?

Für die Oberflächenbestrahlungsstärke gilt die Grundbeziehung E = Φ/A , wobei E die Bestrahlungsstärke, Φ die einfallende Strahlungsleistung und A die Empfangsfläche ist. Für eine ideale, isotrope Punktquelle auf einer Kugeloberfläche ergibt sich E = Φ/(4πr²) . Die entsprechende photometrische Größe ist die Beleuchtungsstärke, gemessen in Lux und gewichtet nach der menschlichen Sehschärfe. Für photobiologische Messungen und Lichttherapie ist die Bestrahlungsstärke in W/m² oder mW/cm² im Allgemeinen die relevante radiometrische Größe.

Referenzen

• NIST – SI-Größen und Einheiten für Strahlungsintensität und Strahldichte
• NIST – Optische Strahlungsgrößen und -einheiten
• Gesellschaft für Erleuchtung im Ingenieurwesen — Abstandsgesetz
• Internationale Elektrotechnische Kommission — IEC 62471
• IEEE Standards Association — IEEE 1789-2015
• Intertek – ETL-Prüfzeichen und Produktsicherheitszertifizierung
• US-amerikanische Arzneimittelbehörde FDA – Registrierung, Listung, Freigabe und Zulassung
• ISO — ISO 13485:2016 Qualitätsmanagementsysteme für Medizinprodukte