デジタル一眼には、なぜ機械式のシャッターが必要なのでしょうか

最近、思い切ってマイクロフォーサーズ規格のレンズ交換式デジカメを購入したのですが、何度か使っているうちに次第に撮影の都度、機械式のシャッターがバシャって動く理由が気になってしまい質問させていただきました。

市販されているデジタル（一眼）カメラが、静止画を撮像する際に機械式のシャッターを必要としているのはどのような理由からなのでしょうか。

デジタルカメラで、ライブビューが実現できているということは、仕組みとしてはデジタルビデオカメラに近いのではと推測しています。その場合、単純にシャッターを押した前後の撮像素子からの信号から、静止画を生成すれば良いのではないかと思うのですが、ほぼすべてのデジタルカメラに機械式のシャッタが搭載されている以上、何か合理的な理由があるだろうと思います。

素人っぽい疑問で大変恐縮ですが、カメラにお詳しい方、撮像素子の仕組みや光学分野にお詳しい方、ヒントやアイディアでも結構ですので教えていただけないでしょうか。よろしくお願いします。

No.2 ベストアンサー 回答者： kuma-gorou 回答日時： 2009/10/27 06:49

ビデオカメラをお使いなら、多分経験済みだと思いますが、CCDセンサーは、信号の読み出しラインに沿って信号をバケツリレー式に転送しますので、電子シャッターだと、強い光を受けると飽和電流が読み出しラインに溢れ出しスミアが発生します。

C-MOSは、個々のセル単位でスイッチング回路があるので、スミアは発生しませんが、高速シャッターでは、CCD同様色ムラが発生する事があります。

ですから、コンパクトカメラでも殆どはレンズシャッターを併用しています。だだ、殆ど無音ですから擬音を付けています。

この回答へのお礼

kuma-gorouさん、回答ありがとうございます。

大変良く理解できました。

たしかに、kuma-gorouさんのおっしゃる通り信号を読み出している最中に、同じ画像に合成する他の素子の露光が進行してしまうと、あとあと調整が面倒ですね。

機械式シャッターで撮像素子を強制的に暗状態にしてしまってから読み出せば、このあたりの考慮をしなくてすむので合理的だと思います。

単純にライブビューの場合、シャッターが

　　明（開）→暗（閉）→（読み出し）→明（開）

という風に動作をしているのだと思い込んでいたのですが、実際は

　　明（開）→暗（閉）→（撮像素子をリフレッシュ）→明（開）→（露光）→暗→（読み出し）

と動作していた訳ですね。

すっきりしました。

お礼日時：2009/10/27 08:45

No.4 回答者： sokojaso 回答日時： 2009/10/27 08:25

機能的には、電子シャッターでも問題ないんだと思いますが、スミアやブルーミングなどの問題でどうしても機械式シャッターが必要なようです。

今後の技術の進歩によっては、マイクロフォーサーズのようにミラーレスで、しかも機械式シャッターレスのカメラが出てくるかもしれませんね。

ちなみに、ニコンのD40は、電子シャッターと機械式シャッターを併用しているので、1/500秒でもストロボが同調する利点はありますが、スミアやブルーミングなどは避けられなかったようで（「d40 ブルーミング OR スミア」で検索すると、結構ヒットします）、次期モデルのD40xやそれ以降は機械式シャッターだけになっています。
http://www.nikon-image.com/jpn/products/camera/s …

http://www.nikon-image.com/jpn/products/camera/s …

この回答へのお礼

sokojasoさん、ありがとうございます。

スミアとブルーミングというキーワードで一気に世界が広がりました。撮像素子にCCDを使う場合は特に、機械式シャッターがあると有利で画像処理する前のデータが安定するという点は非常に良く理解できました。

これで安心してシャッターを切れます（シャッターを切るたびに、このカメラ、掌の中で大げさに無駄なことしてるんじゃないか、という疑念をかすかに抱いていたもので）

＞ちなみに、ニコンのD40は、電子シャッターと機械式シャッターを併用しているので、

これは面白いお話ですね。機械式シャッターを開いて、電子シャッターを落とすという感じなのでしょうか。

撮像素子（特にCCD）からの信号読み出し速度が高速化して、機械式シャッターの速度を上回る様にならない限り、機械式シャッターがある方がカメラに撮っては有利ということなんですねー。

たいへん勉強になりました。

お礼日時：2009/10/27 09:12

No.3 回答者： bardfish 回答日時： 2009/10/27 08:07

>この部分、逆説的なんですが、ライブビューが実現できているということ

>は、撮像素子の発熱によるノイズは無視できる、あるいは現実的な稼働時間
>では問題にならないレベルにできたということにならないでしょうか？
今はそうかもしれませんが、一寸前まではそうではありません。
例えばNikon D100だと長時間露光ではセンサーが発する熱が原因で赤カブリするという現象が発生します。
コンデジではセンサーサイズが小さいので簡単な冷却機構で発熱問題は解決できますがAPS-Cサイズでは簡単には解決しません。センサーの方式が異なるのも原因の一つです。

機械式シャッターを必要とする理由の一つに「光学ファインダー」があります。光学ファインダーのメリットはライブビューのような遅延が発生しないこと。
あとは画質を優先した結果の選択と、他のデジカメとの差別化を明確にすると言う戦略的意味合いもあると思います。
更に言うとライン転送式のCCDイメージセンサーでは流し撮りのようなテクニックを使用した際に被写体の大きさが変わってしまったりまっすぐなモノが曲がってしまうと言う現象が発生します。これは機械式シャッターでも起こりうる現象ですが機械式の場合はシャッター幕を横走りから縦走りにすることでほぼ解消されています。
画質優先で様々な用途に使用される一眼レフではその欠点はある意味致命的です。

家族写真など極々一般的な使用用途であればその様な欠点は無視できますが、モータースポーツやウィンタースポーツのようにスピードのある競技では遅延が発生するファインダーより光学式ファインダーが絶対有利だし、電力消費という点でも絶対有利。

この回答へのお礼

bardfishさん、回答ありがとうございます。

＞コンデジではセンサーサイズが小さいので簡単な冷却機構で発熱問題は
＞解決できますがAPS-Cサイズでは簡単には解決しません。センサーの
＞方式が異なるのも原因の一つです。

bardfishさんのおっしゃる通り、撮像素子のサイズや仕組みによって装置側での対応が異なる、というのはよく理解できます。確かに質問を挙げる前の段階でその点に思い至るべきでした。

無理に冷却のことを考えるならば、必要なときにだけ稼働させる様にした方が断然シンプルな解ですね。

＞機械式シャッターを必要とする理由の一つに「光学ファインダー」が
＞あります。光学ファインダーのメリットはライブビューのような遅延
＞が発生しないこと。

光学ファインダーの部分は質問を投稿する前にちょっと考えてみたんですが、ミラーを開閉させることと、撮像素子自体に機械式シャッターをつけなければならない点の因果関係が不明だったので質問時には特に触れませんでした。

ありがとうございました。それにしてもカメラの世界は奥が深いですね！

お礼日時：2009/10/27 08:58

No.1 回答者： Us-Timoo 回答日時： 2009/10/27 02:46

一眼レフに機械式シャッターが搭載されている理由は

もともとが機械式シャッターからきていますのでその流れもありますが
長時間シャッターを開いて、センサーを稼動させると熱を持ち
画像にノイズを発生させるからです。

また、現在のCanonの一眼レフで、ライブビューモードを搭載した
一部の機種では電子シャッター式でシャッターが切れるモードが
ありますが、通常使用するモードではありません。

また、常に入ってくる膨大な画像情報を画面を切り取るだけで
綺麗な画像が得られるようにするには、シャッターを切るたびに
設定したシャッタースピードで入ってきた映像情報を元に
電気的に演算処理して、画像上に再現しなければなりません。

その演算をカメラのボディの中でやってしまうのでどうしても
無理があります。

知っていますか？
ビデオカメラに搭載されているカメラ機能は、まさにこの弊害が
でていて、カメラ機能でシャッターを切って実際の画像になるまでに
数秒かかる機種が多く、ちょっと前までデジカメ兼用でビデオを
買った人の多くは、デジカメ機能としては不満を持っていました。

シャッター音がそんなに気になるなら、
いや、シャッター音をそんなに気にしなければならない撮影を
されるなら、一眼レフからは手を引かれることです。

この回答への補足

Us-Timooさん、回答ありがとうございます。

長文になりますが、補足で質問させてください。

＞長時間シャッターを開いて、センサーを稼動させると熱を持ち
＞画像にノイズを発生させるからです。

この部分、逆説的なんですが、ライブビューが実現できているということは、撮像素子の発熱によるノイズは無視できる、あるいは現実的な稼働時間では問題にならないレベルにできたということにならないでしょうか？

＞綺麗な画像が得られるようにするには、シャッターを切るたびに
＞設定したシャッタースピードで入ってきた映像情報を元に
＞電気的に演算処理して、画像上に再現しなければなりません

これもどのように画像処理用のASICをデザインするかという問題で、おそらく実行することになる処理そのものはそれほどかわらないのではと思います。

シャッターを押すというイベントからCMOSのデータ前後数フレームを画像処理プロセッサのメモリ上に転送、画像処理実行、ストレージに保存という流れをキックすれば良い訳で、Us-Timooさんがおっしゃるように必ずしも機械式のシャッターがなくても実現できる様に思います。（推測です、詳しい方がいらっしゃいましたらばしばしご指摘ください）

ライブビュー時はカメラ本体の小さな画面に映る程度に処理をすれば良いので、常に撮影と同等の処理をリアルタイム実行している訳ではないでしょうし。

ただそうなのであれば、機械式シャッターがこれだけ多くの機種で使われているのはなぜなのでしょう。

何か画像処理上のメリットがあるのでしょうか。。。


＞シャッター音がそんなに気になるなら、
＞いや、シャッター音をそんなに気にしなければならない撮影を
＞されるなら、一眼レフからは手を引かれることです。

こちらは本文にもあります通り、質問者の意図はデジタルカメラに「機械式のシャッターが必要な理由」が気になったというもので、特に撮影時にシャッター音がすることの評価については言及しておりません。（ちなみに個人的にはあのパシャッというメカっぽい感覚は嫌いではありません）

補足日時：2009/10/27 03:33