Der Pupillendurchmesser ist unter anderem aufgrund seiner Funktion bei der Regulierung der retinalen Bestrahlungsstärke und seines Einflusses auf die visuelle Sehschärfe von wesentlichem Interesse in der Lichttechnik. Auf dem Gebiet der kognitiven Psychologie können transiente Pupillendurchmesseränderungen zur Charakterisierung von physiologischen Körperzuständen wie der kognitiven Arbeitsbelastung, der Schläfrigkeit oder Erregung genutzt. Auch in der medizinischen Diagnostik werden technische Konzepte erforscht, um den Pupillendurchmesser als nicht-invasiven Biomarker zu nutzen, wie beispielsweise in der Schmerzüberwachung zur Regelung der Anästhetikagabe oder der Früherkennung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer. Bis zur Jahrtausendwende wurde angenommen, dass der Pupillenlichtreflex von denselben Photorezeptoren gesteuert wird, die auch für die visuelle Verarbeitung des Sehsystems verantwortlich sind. Mittlerweile belegen Studien, dass der afferente Pupillenkontrollpfad durch eine Interaktion der intrinsischen photosensitiven Ganglienzellen (ipRGCs) und Photorezeptoren der äußeren Netzhaut (Zapfen und Stäbchen) gesteuert wird. Somit kann die spektrale Abhängigkeit der Pupille nicht allein mit der Hellempfindlichkeitskurve V(λ) beschrieben werden. Obwohl die neurophysiologische Grundlagenforschung der letzten zwei Jahrzehnte neue Erkenntnisse zum Pupillenlichtreflex offenbarte, blieben empirische Pupillenmodelle weitestgehend unverändert; sie sind zeitinvariant und können den Pupillendurchmesser nur als Funktion einer V(λ)-gewichteten Größe vorhersagen. Nach mehr als 100 Jahren Pupillenforschung existiert kein vereinheitlichtes Modell, welches es ermöglicht, den zeitlichen Pupillendurchmesser als Funktion von unterschiedlichen Lichtspektren vorherzusagen. Daher ist ein Hauptziel dieser Arbeit, einen Ansatz zur Modellierung des zeit- und spektralabhängigen Pupillenkontrollpfades zu entwickeln, um die Vorhersage des Pupillendurchmessers aus photometrischen Größen zukünftig realisieren zu können. In dieser Arbeit wird zur Untersuchung des Pupillenlichtreflexes eine Messplattform, bestehend aus einer temperaturgeregelten 15-Kanal LED-Leuchte für die Erzeugung von Lichtspektren und ein Pupillometriesystem zur empirischen Erfassung des menschlichen Pupillendurchmessers entwickelt. Zudem wird ein neuartiges spektrales Optimierungsverfahren zur Ansteuerung von Mehrkanal-LED-Leuchten vorgestellt, welches aus photometrischen Kenngrößen polychromatische Spektren generiert, die in Untersuchungen eingesetzt werden können. Hinsichtlich der Berechnungszeit ist das Optimierungsverfahren um den Faktor ∼32 schneller (113.8 ± SD 74 optimierte Spektren pro Sekunde) als der in der Literatur empfohlene genetische Algorithmus (3.6 ± SD 0.8 optimierte Spektren pro Sekunde). Mittels des entwickelten Optimierungsverfahrens werden für 561 Farborte im CIEu’v’-1976 Farbdiagramm entlang des Plankschen Lokus (2700 K bis 7443 K, Duv 0 bis ±0.048 in Duv-Schritten von ±0.003) insgesamt 490 000 metamere Spektren optimiert, um herauszufinden inwieweit die melanopische Beleuchtungsstärke eines Lichtspektrums variiert werden kann, während die photopische Beleuchtungsstärke (Ev = 250 lx) und der Farbort (∆u′, ∆v′ ≤ 0.001) unverändert bleiben. Metamere Spektren können beispielsweise dazu genutzt werden, um in der Innenraumbeleuchtung den Pupillendurchmesser oder das zirkadiane System des Menschen zu beeinflussen, ohne dass Beobachter eine visuelle Änderung der Beleuchtung wahrnehmen. Je größer der melanopische Kontrast zwischen zwei metameren Spektren desto stärker könnte sich die nicht-visuellen Wirkung variieren lassen. Vorherige Simulationen in der Literatur betrachteten eher eine einstellige Anzahl von metameren Spektren für einen begrenzten Farbortbereich. Beispielsweise analysierte eine kürzlich veröffentlichte Studie sechs metamere Spektren für drei Zielfarborte. Daher kann die in dieser Arbeit entwickelte Datenbank von optimierten metameren Spektren und deren Analyse zu einer der umfangreichsten in der Disziplin der spektralen Optimierung bezeichnet werden. Es wurde festgestellt, dass der maximale erreichbare melanopische Michelson-Kontrast zwischen 0.16 und 0.18 liegen kann, wenn metamere Spektren berücksichtigt werden, die eine Farbtreue von Rf ≥ 85 und Rf,h1 ≥ 85 aufweisen. Beispielsweise könnte mit einem melanopischen Michelson-Kontrast von 0.16 die melanopische Beleuchtungsstärke von 135 lx auf 185 lx variiert werden, ohne dass die photopische Beleuchtungsstärke (Ev = 250lx) oder der Farbort (∆u′,∆v′ ≤ 0.001) der Lichtspektren verändert wird. Für jeden verwendeten Zielfarbort wurde das obere und untere Limit der melanopischen Beleuchtungsstärke bei gleichbleibender photopischer Beleuchtungsstärke (Ev = 250 lx) identifiziert. Die metameren Grenzen des melanopischen Stimulusraums wurden kartiert und in ein Farbdiagramm projiziert, welcher für jeden Farbort (∆u′, ∆v′ ≤ 0.001) den maximal erreichbaren melanopischen Kontrast bei gleichbleibender photopischer Beleuchtungsstärke (Ev = 250 lx) angibt. Diese Kartierung könnte für zukünftige spektrale Optimierungsaufgaben genutzt werden, um gezielt Farborte zu identifizieren, in denen die höchsten melanopischen Kontraste zwischen metameren Spektren erreicht werden können, ohne eine visuelle Änderung der Lichtfarbe für den Standardbeobachter hervorzurufen. In Bezug zur Pupillenmodellierung wurde zunächst eine Literaturrecherche durchgeführt die ergab, dass von 1926 bis 2012 acht relevante zeitinvariante Pupillenmodelle vorgeschlagen wurden, welche mittels einer V(λ)-gewichteten photometrischen Kenngröße den Pupillendurchmesser im adaptierten Zustand vorhersagen können. Daher wurde ein Benchmarking durchgeführt, um die Vorhersagegenauigkeit von drei ausgewählten Leuchtdichte-basierten Pupillenmodellen (Crawford Modell, De Groot & Gebhard Modell, Watson & Yellott Modell) zu bestimmen. Es wurde herausgefunden, dass sich für Weißlichtspektren mit einer ähnlichsten Farbtemperatur zwischen 2000K und 10000K (L ≈ 100cd/m2) die Vorhersagefehler innerhalb eines vordefinierten Toleranzbereichs von ±0.5 mm liegen können, wenn der Pupillendurchmesser im adaptierten Zustand betrachtet wird. Daher könnte es insbesondere bei längeren Lichtexpositionen (60 bis 300 Sekunden) möglich sein, die spektralabhängige (adaptierte) Pupillengröße näherungsweise mittels der Leuchtdichte empirisch zu beschreiben. Die ermittelten Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei der Verwendung der getesteten Weißlichtspektren die fehlende Zeitabhängigkeit existierender Pupillenmodelle eine größere Fehlerquelle sein könnte als die fehlende Berücksichtigung der ipRGCs, da die Vorhersage des kurzzeitigen Pupillenlichtreflexes (eine Sekunde nach Lichtexposition) einen Fehler von 0.71 mm ± SD 0.15 mm (Watson & Yellott Modell) ergibt. Werden chromatische Spektren zur Modulation des Pupillenlichtreflexes genutzt (Spitzenwellenlängen: 450 nm, 530 nm, 610 nm, 660 nm), so kann der Vorhersagefehler der Leuchtdichte-basierten Pupillenmodelle etwa 1.21 mm für den adaptierten Pupillendurchmesser erreichen. Als Alternative zu den existierenden empirischen Pupillenmodellen, wurde ein neuartiger Modellierungsansatz mit vorwärtsgerichteten neuronalen Netzwerken entwickelt, welcher es ermöglichen kann, die zeitliche Pupillenlichtreaktion von chromatischen (L ≈ 100 cd/m2, Spitzenwellenlängen: 450 nm, 530 nm, 610 nm, 660 nm) und polychromatischen Spektren (L ≈ 100 cd/m2, ähnlichste Farbtemperatur: 2007 K, 4983 K, 10 138 K) mit einem mittleren absoluten Fehler von unter 0.1 mm vorherzusagen. Damit ermöglicht der Ansatz erstmals, das zeitliche Verhalten der Pupille als Funktion von unterschiedlichen Lichtmetriken zu rekonstruieren. Der Vorhersagebereich ist jedoch derzeit auf die gemessenen Daten limitiert. Außerdem wurde zur Validierung des Modellierungsansatzes der Trainingsdatensatz selbst verwendet, da in dieser Arbeit die methodische Entwicklung des Ansatzes im Vordergrund stand. In Zukunft muss die Vorhersagegenauigkeit umfassender und spezifischer mit Daten validiert werden, die beim Training der neuronalen Netzwerke nicht eingesetzt wurden. Durch die integrierten neuronalen Netzwerke könnte es jedoch zukünftig möglich sein, den Vorhersagebereich mit zunehmender Datenbasis weiter zu generalisieren. Im Vergleich zum methodischen Ansatz der bisher veröffentlichten V(λ)-gewichteten Pupillenmodellen könnte der vorgestellte Ansatz die adaptive Rezeptorgewichtung berücksichtigen, den kompletten zeitlichen Pupillenlichtreflex rekonstruieren und womöglich ein Wegbereiter für die vereinheitlichte Modellierung des afferenten Pupillenkontrollpfades sein.