電子シャッターでもストロボは使えるのか？
(ローリングシャッターとフォーカルプレーンシャッターの違い)

目次

はじめに

どうしても分からない。

従来のカメラに良く使われたCCDの電子シャッターは、グローバルシャッターと呼ばれる全画素同時露光一括読み出しですので、当然ながらストロボの全速同調が可能です。

一方最近のカメラに良く使われているCMOSセンサーの電子シャッターは、ローリングシャッターと呼ばれるライン露光順次読み出しです。

このため、ストロボの閃光は全ラインに同時に光を当てる事はできないので使用できない筈です。

なぜならローリングシャッターは、フォーカルプレーンシャッターの高速側のシャッタースピードで用いられているスリット露光と同じで、決して（電子的な）シャッター幕が全開する筈がないからです。

このため大多数のカメラ一眼においては、電子シャッター（サイレントシャッター）使用時には、ストロボが発光できない仕様になっています。


にも関わらず、Nikon 1 J5等のニコンのJシリーズにおいては、電子シャッターしか搭載していないにも関わらず、1/60秒より遅いシャッター速度でストロボが同調が可能です。


何故なのでしょう？

長い間疑問に思っていたのですが、ようやくその理由が分かりましたので、ここにご紹介したいと思います。

フォーカルプレーンシャッター

本題に入る前に、先ずはフォーカルプレーンシャッターについて、ここで触れておきたいと思います。

ご存じの通り、フォーカルプレーンシャッターとはフィルムカメラ時代から一眼レフに使われてき機械式のシャッター機構ですが、現在の多くのカメラにも依然使われています。


これは先膜と後幕の遮光幕が、レンズからの光を通過させたり遮光したりする事で、撮像素子に当たる光の時間と量を調整します。

具体的には先膜が開いた後、暫く間を置いて後幕を閉じれば、遅いシャッター速度になり、撮像素子に当たる光は多くなります。


また先膜が開いたのち後幕が直ぐに閉じれば、早いシャッター速度になり、撮像素子に当たる光は少なくなります。

ただし先膜も後幕もメカ駆動ですので、どうしても走行スピードに限界があります。

このため、もっとシャッタースピードを速くするには、シャッターを全開せずに、先膜が走り始めた直後に後幕を閉じれば可能になります。


この場合、一度もシャッターは全開する事なく、細い隙間（スリット）が上から下に降りてくる事になります。

すなわち、ローリングシャッターと同じ様なものです。

ですので、この状態で動く被写体を撮ると、下の写真の様に画像に歪みが生じます。


またストロボの閃光を撮像素子全面に照射するためには、どうしてもシャッターが全開状態になる低速のシャッター速度を使う必要があるのも分かって頂けると思います。

話が長くなってしまいましたが、ローリングシャッターとは、この細いスリットを走らせて露光するフォーカルプレーンシャッターの動作と同じなので、ストロボの閃光を撮像素子全面で受ける事はできないと思った次第です。

ローリングシャッター

にも関わらず、一部のデジタル一眼はローリングシャッターでありながら、なぜストロボと同調できるのでしょうか？

という訳で、ローリングシャッターの仕組み、すなわりCMOSセンサーの読み取り方法を調べてみたいと思います。

ところがネットをいくら検索してみても、CMOSセンサーのダイアグラム（概略図）はいくらでも見つかるのですが、読み取り方法に関するタイミングチャートがどうしても見つかりません。


何かこの辺が企業秘密なのかなのかと思い半ば諦めかけた所、ようやく見つけました。

撮像素子については第一人者とも言えるSONYが、分かり易いタイミングチャートを公表してくれていました。

それも本書が知りたかったストロボの同調について、直接触れられています。


上のチャートは、ビデオ機におけるCMOSセンサーの画像データを、上から1ラインずつ高速で読み込んだ場合のタイミングチャートです。

ビデオ機用に書かれていますので、多少分かり難いかもしれませんが、1フィールドと書かれた部分が1枚の写真だと思えば理解し易いと思います。

これをご覧頂きます様に、1ラインずつ読み込む度に、僅かづつ時間が経過している事が分かります。

だとすると、やはり前述のスリット走行でのフォーカルプレーンシャッターの動作と同じです。

ですので、決してフォーカルプレーンシャッターで言う所の全開状態にはなりませんので、ストロボと同期する事はできない筈です。

実際この記事の中でも、ストロボを発光すると、以下の様に画像の上部だけが明るい写真になると書かれています。

なぜローリングシャッターでもストロボが使えるのか

なんだやっぱりダメじゃないかと思ったのですが、このチャートの下にありがたい事に以下の説明が書かれていました。


これを読んでようやく分かりました。

このチャートの黄色の帯は1ライン毎のデーター転送時間を表しているのではなく、1ライン毎の露光時間（すなわちシャッタースピード）を表すタイミングチャートだったのです。


そして1ライン毎の黄色の帯のズレ幅こそが、1ラインの読み込み時間を表しているのでしょう。

ですので、当然シャッタースピードが遅くなれば、この黄色の帯（露光時間）は長くなり、1ラインの読み込み時間が長くなれば、1ライン毎にズレが大きくなるのです。

そうだとすると、1ラインの読み込み時間が同じでも、シャッタースピードをどんどん遅くしたとしたら、タイミングチャートは以下の様になります。

するどい方でしたら、このチャートも見ただけでもう分かって頂けるでしょう。

早いシャッタースピードの場合（上左図）、ストロボを発光させても、一部のラインしかその光を受け取る事ができません。

すなわち、先ほどお伝えしまし様に画像の上部しか明るくなりません。


それに対して、シャッタースピードを遅くすると（上右図）、1ライン毎の受光時間が長くなるので、全てのラインが露光中のタイミングでストロボを光らせてやれば、ストロボの光を全ラインで受け取る事が可能なのです。

すなわち、ローリングシャッターであっても、シャッタースピードが遅くなれば、ストロボを同調させる事は可能なのです。

分かってしまえば簡単な事でした。

フォーカルプレーンシャッターとローリングシャッターの本質的な違い

本来でしたら、フォーカルプレーンシャッターとローリングシャッターの違いを正確に認識してから、本記事を書くべきなのでしょうが、今回は逆です。

すなわちストロボの同調の違いから、フォーカルプレーンシャッターとローリングシャッターの本質的な違いがようやく分かりました。

先ずフォーカルプレーンシャッターの場合、早いシャッタースピードにするため、細いスリットになると、ストロボを同調させる事はできません。

一方ローリングシャッターの場合は、ラインという細いスリット単位で露光しているのはフォーカルプレーンシャッターと同じなのですが、その露光するラインが下に降りてきてもまだ上のラインは露光を続けているという事です。

ですので、はじめににおいて、ローリングシャッターとはライン露光順次読み込み出しとお伝えしましたが、むしろ複数ライン露光順次読み込み出しと言った方がより正確だと思われます。

何とかこれを絵で表現したいと思ったのですが、難しいので諦めました。

ストロボが使える機種と使えない機種

それでは最後の疑問です。

ではなぜ同じローリングシャッターでありながら、ストロボが使える機種と使えない機種があるのでしょうか？

これはもう簡単でしょう。

下はSONYのα9とNikon 1の撮像素子の大きさを比べたものです。


画素数自体はそれほど違いませんが、大きさがこれほど異なる（7.4倍）のですから、当然ながら読み取り速度は小さい方が有利なのは間違いありません。

このため、下のチャートの様に同じシャッタースピードでも、小型の撮像素子を搭載したカメラではストロボが使えるという訳です。


恐らくSONYのα9においても、遅いシャッタースピードであればストロボを同調させる事はできるのでしょうが、折角高速でストロボと同調できるメカシャッター（フォーカルプレーンシャッター）を搭載しているので、割り切っているのかもしれません。

まとめ

それではまとめです。

1. CCDのグローバルシャッターは、全画素同時露光一括読み出しなので、ストロボの全速同調が可能である。

2. CMOSセンサーのローリングシャッターは、複数ライン露光順次読み込み出しなので、シャッター速度を遅くすればストロボの同調が可能である。

3. ただし小型のCMOSセンサーの場合、読み取り速度が早いので、早いシャッタースピードであってもストロボの同調が可能である。

本書がお役に立てば幸いです。