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Bildsensor
Der eigentliche Bildsensor wird von einem Deckglas geschützt. Dieses Foto stammt aus der Sensormontage in der Nikon-Fabrik im japanischen Sendai. Foto: © Nikon

Wie Sensor-Schäden entstehen können

Gefahrengebiete
08.05.2020

Es häufen sich Berichte über Fälle, in denen Kamerasensoren unter anderem durch Sonnen- oder Laserlicht irreparabel beschädigt wurden. Wir erklären, wie groß die Gefahr für die zentrale und oft kostspieligste Komponente unserer Kameras wirklich ist und was Fotografen tun können, um den Sensor zu schützen.

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Kamerasensor

Sichtbares und unsichtbares Licht können den Sensor stark beschädigen.

Foto: © Getty Images/geogif

Die gute Nachricht ist, dass Bildsensoren tatsächlich robuster sind, als man gemeinhin denkt. Im Gegensatz zu den fragilen Verschlusslamellen beispielsweise bilden die Schichten, aus denen die Sensorbaugruppe besteht, eine sehr stabile Einheit. Die oberste Schicht ist ein vergütetes, sehr hartes Deckglas, das die darunter liegenden Filter, die Mikrolinsen und den CMOS-Chip selbst, vor mechanischen Schäden schützt. Daher könnte sich auch jeder Fotograf zutrauen, den Sensor selbst zu reinigen, wenn die Selbstreinigung des Sensors durch Ultraschallschwingungen beim Ein- und Ausschalten einmal nicht ausreicht. Eine Nassreinigung mit einem frischen Swab oder das Abstempeln des Deckglases mit einem Gummistempel sind sichere Verfahren, bei denen der Anwender kaum etwas falsch machen kann. Wer sich dabei dennoch unwohl fühlt, kann die Sensorreinigung Fachleuten überlassen.

Schleichende Veränderungen

Die Gefahr der mechanischen Beschädigungen ist also gering, es bleiben aber andere, viel tückischere Gefahren: das Licht – und darüber hinaus viele andere Arten von Strahlung. Einfallendes Licht zu registrieren ist ja die Aufgabe des Sensors, weshalb es sich nicht einfach aussperren lässt, aber wenn die Lichtstärke ein gewisses Maß überschreitet, wird der Sensor nicht bloß überbelichtet, sondern kann dauerhaften Schaden nehmen.
Der Sensor ist zwar nicht als typisches Verschleißteil anzusehen, aber die Bildqualität kann dennoch im Laufe der Jahre langsam abnehmen. Einerseits durch den Ausfall einzelner Pixel, die durch starke kosmische Strahlung beschleunigt wird. Diese „Strahlen“ – genau genommen handelt es sich um einen Teilchenstrom – sind um so stärker, je weiter man sich von der Erdoberfläche entfernt, weshalb längere Flüge die Gefahr vergrößern. Ein wirkliches Problem ist das aber höchstens für Vielflieger – und für Piloten und Flugbegleiter, die im Dienst eine Kamera dabei haben. Allerdings werden die Einsatzzeiten des fliegenden Personals ohnehin kontrolliert, weil die kosmische Strahlung auch die Zellen des menschlichen Körpers schädigen kann.
Insbesondere UV-Licht kann die Farben der RGB-Filter im Sensorstapel ausbleichen, aber da über diesen Filtern noch ein UV/IR-Sperrfilter sitzt, bleibt dieser Effekt über die übliche Nutzungszeit einer Kamera generell unbemerkt. Wer sicher gehen will, kalibriert die Kamera regelmäßig mit einem ColorChecker-Target und einer Software wie Adobes kostenlosem DNG Profile Editor, um etwaige, schleichende Veränderungen der Farbwiedergabe auszugleichen.

Schutzlos ohne Spiegel?

Während normale Lichtstärken nur dann dauerhafte Schäden verursachen, wenn sie über eine lange Zeit einwirken, kann man den Sensor schon in Sekundenbruchteilen zerstören, wenn das Licht extrem hell ist – direktes, gebündeltes Sonnenlicht beispielsweise, aber auch Blitz- und Laserlicht. Diese Gefahrenquellen sind seit Jahren bekannt und im Internet finden sich viele anschauliche Filme, die konkrete Fälle illustrieren, etwa die Zerstörung eines CCDs mit einem Blitzgerät vor dem Objektiv aus dem Jahre 2010 (https://tinyurl.com/yyuylffu) oder den Ausfall einer Zeile eines CMOS-Sensors durch den Laser einer Lightshow (https://tinyurl.com/y3yd6rq5) von 2014. Wenn sich solche Fälle aber in den letzten Jahren zu häufen scheinen, so liegt das am immer größeren Marktanteil spiegelloser Kameras. Der Sensor einer DSLR ist ja nur während der meist nur Sekundenbruchteile andauernden Belichtung dem Licht ausgesetzt; davor und danach lenkt der Rückschwingspiegel das Licht auf die Einstellscheibe, sodass das Auge des Fotografen in viel größerer Gefahr als der Sensor schwebt. Diese Gefahr ist ganz real, etwa wenn Sie mit einer langen Brennweite einem Vogel oder Flugzeug folgen und das Motiv in Richtung der Position der Sonne am Himmel fliegt.
Bei den meisten spiegellosen Kameras ist der Sensor dagegen fast immer dem Licht ausgesetzt, denn der Schlitzverschluss schließt sich nur jeweils kurz vor und nach der Belichtung. Selbst wenn man die Kamera ausschaltet und ablegt, ohne sie mit einem Objektivdeckel zu schützen, kann einfallendes Licht Schaden anrichten – insbesondere dann, wenn das Objektiv auf Unendlich fokussiert ist und das parallel einfallende Licht der Sonne oder von Lasern in einem sehr kleinen Punkt gebündelt wird. Glücklicherweise wird die Kamera meist stehen oder liegen, und da die Sonne in unseren Breiten auch mittags nicht sehr hoch steht und das Licht der tief stehenden, auf- oder untergehenden Sonne zu schwach ist, um eine Gefahr darzustellen, bleibt die Zahl der Schadensfälle gering. Dennoch sollten Besitzer spiegelloser Kameras dem Objektivdeckel mehr Aufmerksamkeit schenken und ihn immer dann aufsetzen, wenn die Kamera nicht in Gebrauch ist.

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Tattoo-Entfernung

Andy Boyd hat ein Video bei YouTube eingestellt (https://tinyurl.com/y4x35b7j), das die Beschädigung des Bildsensors (grüne Punkte) einer Sony Alpha 7S II durch einen reflektierten Laser bei der Tattoo-Entfernung zeigt.

© Andy Boyd

Unsichtbare Gefahren

Die Gefahren durch das Sonnenlicht können wir recht gut abschätzen. Wir sehen, wo die Sonne am Himmel steht, und können beurteilen, wie energiereich ihre Strahlen sind. Ob die Laser-Lightshows in Clubs oder bei Konzerten auch in den Bereich strahlen, in dem Sie mit Ihrer Kamera stehen, erkennen Sie ebenfalls recht schnell. Generell gilt, dass wir eine Lichtquelle, die uns zu hell erscheint, um direkt hinein zu schauen, auch unserer Kamera nicht zumuten sollten. Wie vorsichtig man sein muss, unterstreicht ein Video einer Tattoo-Entfernung mit Laserlicht: https://tinyurl.com/y4x35b7j. Das von der Haut reflektierte Licht eines Laserpulses reichte bereits aus, die davon getroffenen Pixel des Sensors einer Sony Alpha 7S II zu zerstören, denn der Fotograf hatte zwar mit einer Schutzbrille seine Augen, nicht aber das Objektiv der Kamera geschützt.
Die größte Gefahr droht allerdings von Infrarot-Lasern, deren Licht wir nicht wahrnehmen, die Sensoren unserer Kameras aber sehr wohl. Aktuell sind wir noch kaum mit starken IR-Lasern konfrontiert, denn für gängige Einsatzgebiete wie die Entfernungsmessung werden relativ leistungsschwache Laser genutzt. Das kann sich künftig ändern, wenn autonome Autos auf unseren Straßen unterwegs sein sollten. Anfang 2019 machte ein Fotograf Bilder eines solchen Fahrzeugs auf der Unterhaltungselektronikmesse CES. Alle weiteren Aufnahmen mit seiner Sony Alpha 7R II zierten danach horizontale und vertikale Linien, die auf eine irreparable Beschädigung des Sensors hindeuteten. Die ersten Artefakte erschienen auf den Fotos des autonomen Autos und sie lagen auf der Höhe der Lidar-Kuppel auf dessen Dach. Der Verdacht lag nahe, dass das Lidar (Licht-Radar) der Firma AEye für den Schaden verantwortlich war.

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Über den Autor
Michael J. Hußmann

Michael Hußmann nahm schon in seiner Jugend Kameras auseinander um zu schauen, was drin steckt. Nach Abschluss seines Studiums der Informatik und Linguistik über Tätigkeiten als Wissenschaftler im Bereich der Künstlichen Intelligenz und Softwareentwickler schreibt er als freier Journalist über Digitalkameras, optische, technische und ästhetische Grundlagen der Fotografie, Digital Imaging, Farbmanagement, Entwicklersoftware und neue Technologien.