Nikon Z9：電子シャッター（メカニカルシャッターレス）

ミラーレスなのでミラーがないのは当たり前ですが、Z9は驚きのメカニカルシャッターレスで登場しました。コンパクトカメラやスマートフォンは以前からミラーもメカニカルシャッターもありませんが、フルサイズのレンズ交換式カメラでは初のようです。

なぜメカニカルシャッターが必要だったのか
こんにゃく現象とは
Ｚ9でのテスト
- 静止画
  - 列車
  - プロペラ
- 動画
結果
追記

なぜメカニカルシャッターが必要だったのか

電子シャッターにはグローバルシャッターとローリングシャッターの2種類があります。グローバルシャッターはセンサーに露光された情報を全画素同時に読む方式です。ローリングシャッターはセンサーの情報を走査線のように順にスキャンして読み取る方法です。グローバルシャッター方式ではセンサーの場所によるタイムラグがありませんが、ローリングシャッター方式は画素の情報を順番に読んで行くので、読みはじめから読み終わりまでにタイムラグがあり、それが問題となることがあります。
ならばすべてグローバルシャッターにすればいいじゃん、と思われますが、グローバルシャッターはまだまだ大型のCMOSセンサーに搭載するには技術的にクリアしなければならないことが多く、現時点では価格もかなり高価になってしまいます。そんな理由で工業用の小型センサーなどでは実用化されていますが、民生用のフルサイズカメラにはまだ搭載されていません。しかし、新たな技術革新になるので、各社シノギを削って開発していると思われます。時間の問題で近い将来にグローバルシャッター機が登場することでしょう。
現状市販されているフルサイズミラーレスカメラでは、ローリングシャッター方式の電子シャッターが主流です。スキャン速度は年々速くなっていますが、全画素をスキャンするにはある程度の時間がかかります。そのため、露光中に被写体が動くと、センサーの上部と下部でずれが生じてしまいます。例えば、高速で画面上を横に動く垂直の線は斜めの線として記録されてしまいます。ローリングシャッター歪みと呼ばれる現象です。

メカニカルシャッターでも全開速度を超えると先幕と後幕の間のスリットが走行するような形になるので、厳密に言えばローリングシャッター歪みと同様な現象が起きているのですが（フォーカルプレーンシャッター歪み）、ローリングシャッターのスキャン速度よりもメカニカルシャッターの幕速の方が遥かに速いため、一般の撮影では無視できる程度の歪みなのです。

今までのミラーレスカメラでは、撮像素子のスキャン速度に限界があったため、ローリングシャッター歪みを解消するために、どうしてもメカニカルシャッターが必要でした。メカニカルシャッターをなくすためには、グローバルシャッター搭載のセンサーを開発するか、ローリングシャッターのスキャン速度をメカニカルシャッターの幕速並の速度にする必要があります。

縦走りのフォーカルプレーンシャッターの場合、縦方向の24mmを走行する時間は数ms（ミリ秒：1/1000秒）と言われています。少し前までは、ローリングシャッターのスキャン速度は桁違いに遅い数十msと言われていましたが、最近はメカニカルシャッターに近い数msにすることが可能になったのでしょう。Z9は電子シャッターでストロボ同調速度1/200sを実現しているので、少なくとも5ms以下のスキャン速度を実現しているものと思われます。
ローリングシャッターのスキャン速度の高速化はNikonだけが持っている技術ではありませんが、他社は何らかの理由でメカニカルシャッターを排する決断には至らなかったようです。一番保守的といわれていて、長い一眼レフの時代を牽引してきて、メカニカルシャッターに最もこだわりを持っていると思われていたNikonが、ミラーレスのフラグシップであっさりとメカニカルシャッターレスにしたことに世界中は驚いたわけです。

こんにゃく現象とは

ローリングシャッター歪は、動画でも問題となります。カメラの前を横に移動する物体や、カメラをパンしたときの画面がローリングシャッター歪の影響を受けて、グニャっとこんにゃくのような動きになります。
下はこんにゃく現象を説明するための一昔前のスマホの動画です。

センサーを1行ずつ順に読みだすのですが、スキャン速度が遅いと投影される映像が刻々と変わってしまい、どんどんずれていってしまうのです。左右に振ると、まさにコンニャクのようにぐにゃぐにゃとした動きになり、気持ち悪くなります。
この現象もローリングシャッターのスキャン速度を速くすることで目立たなくなります。

Z9は静止画でも歪がほとんど見られないほどスキャン速度が高速化されているということなので、動画のこんにゃく現象もかなり軽減されているはずです。静止画とともに動画も検証してみます。

Ｚ9でのテスト

静止画

スキャン速度が遅い従来のローリングシャッターでは、高速で横に動く列車を真横から撮った写真の窓やドアが平行四辺形に写ってしまったり、プロペラ機のプロペラが手裏剣のように変形して写るといった問題が発生します。
Z9でどのように写るか試してみましょう。

列車

残念ながら鉄道ヲタクではないので、高速で走る列車を写すポイントを知りません。相対的には同じことになるので、高速で移動する列車内からレンズをぴったり窓につけて真横の写真を撮ってみました。小田急線の特急ロマンスカーの巡航速度なので、80-100km/hでの走行と思います。

最近のカメラは、レンズと連動してボディ内で各種収差やゆがみの補正などをしているようです。そのため、最初はNIKKOR Z DX 16-50mm f/3.5-6.3 VRでテストしましたが、純粋な評価ができない懸念があったので、レンズ情報をやり取りできないオールドレンズ、Leica ELMARIT-M 1:2.8/24 ASPH.を使用しました。マニュアル撮影です。

高速移動する列車からの風景で、縦の線がどのくらい歪むかを見てみました。当然のことながら近くの物体は高速で画面を横切り、遠くの物体の動きはゆっくりになります。近くの物体の方がローリングシャッター歪みの影響を受けますが、現実的には高速で動くものを至近距離で撮影することはないので、あまり実践的ではありません。これよりひどい状況はほとんどないと思いますので、このテストで問題がなければ合格でしょう。

すべて画面右方向への高速移動中の撮影です。

Z9+NIKKOR Z DX 16-50mm f/3.5-6.3 VR
Exposure Time : 1/16000
F Number : 3.5
Exposure Program : Manual
ISO : 1600
このくらいの距離であれば違和感ありません。

Z9+ Leica ELMARIT-M 1:2.8/24 ASPH.
Exposure Time : 1/8000
F Number : 2.8
Exposure Program : Manual
ISO : 4500
縦線が多い建築物を狙ってみましたが、この距離であれば歪んでいるようには見えません。

Z9+ Leica ELMARIT-M 1:2.8/24 ASPH.
Exposure Time : 1/8000
F Number : 2.8
Exposure Program : Manual
ISO : 1600
整然と並んだ四角い看板も違和感ありません。ぴしっと長方形がきれいに並んで見えます。

Z9+ Leica ELMARIT-M 1:2.8/24 ASPH.
Exposure Time : 1/8000
F Number : 2.8
Exposure Program : Manual
ISO : 25600
通過駅の物体。数メートル先の被写体なので、さすがにやや平行四辺形の歪みが見られます。

Z9+ Leica ELMARIT-M 1:2.8/24 ASPH.
Exposure Time : 1/8000
F Number : 2.8
Exposure Program : Manual
ISO : 14400
目前の支柱は画面の横切り速度が相当速いため、やや斜めになっているのがわかります。
ホーム反対側に停車中の列車の窓やドアはそれほど顕著ではありませんが、平行四辺形に
歪んでいるのがわかります。メカニカルシャッターとの比較はしていませんが、この程度の
歪みであれば、許容範囲なのではないでしょうか。

プロペラ

航空機ヲタクでもないのでいい加減な撮影ですが、向かってくる航空機のプロペラを狙ってみました。1/2000sでプロペラの回転はほぼ止まって写せます。スキャン速度が遅いセンサーの電子シャッターではプロペラが手裏剣のように歪んで写ることがありますが、Z9の電子シャッターではほとんどそのような歪みは見られません。

Camera Z9
Lens ID : VR 500mm f/4E
Exposure Time : 1/2000
F Number : 5.6
Exposure Program : Manual
ISO : 140

Lens ID : VR 500mm f/4E
Exposure Time : 1/2000
F Number : 5.6
Exposure Program : Manual
ISO : 160

動画

こんにゃく現象はパンを繰り返したときに一番目立つので、Z9でテストしてみました。これも通常の撮影では行わないカメラの動きなので実践的ではありません。あえて意地悪なテストです。
こちらも、純正レンズだとボディと協調してデジタル的な補正がなされる可能性があるので、Leica ELMARIT-M 1:2.8/24 ASPH.を使用しました。 4K30pで撮影してHDに変換後YouTubeにアップロードしたものです。

新宿南口：高い建物と縦横の格子状に見える建物があるので、コンニャク現症の検証に適しています。かなり乱暴に振り回してみましたが、グニャグニャする感じはありません。

都庁もターゲットにしてみました。周りにも高層ビルがあるので、検証には適しています。こちらも左右に激しくパンしてみましたが、縦線は素直に追従しているように見えます。

一般的な動画撮影では極力カメラは動かさないように撮るので、このような激しいパンを行うことはないと思いますが、個人的にはコンニャク現症はほとんど見受けられないように思います。

結果

厳密に追求すると、どんなにスキャン速度を速めてもローリングシャッター歪は発生しているのでしょうが、自分の撮影レベルの静止画は今まで使用してきたメカニカルシャッターを持つ一眼レフと遜色なく、大変良好に思いました。通常の使用では歪んでいると感じたカットは一枚もありません。テニスやゴルフのスイングなどの撮影などを仕事としている人はより厳しい評価をすると思いますが、そもそも高速で目前を移動するものを高速シャッターで撮影するといったシチュエーションは自分の場合あまりないので、問題ありません。高速で回転するプロペラもまったく問題なく写っているので、Z9のローリングシャッター歪は個人的にはほぼないと判断できるレベルです。故意にローリングシャッター歪を出そうと意地悪をしてもなかなか出ないほどです。

モータースポーツや航空機など、高速で移動するものを撮影するときは、基本的に流し撮りをすると思います。流し撮りの場合、ターゲットは画面上で静止している状態に近いので、ターゲット自体が歪むことはないでしょう。背景に垂直のポールなどがある場合は多少斜めに写ることがあるかもしれません。モータースポーツ専門のカメラマンからのレポートを待ちましょう。おそらく、一眼レフ時代と大差ないのではないかと予想しています。

動画もかなり乱暴に左右にパンしてみましたが、ビルはまっすぐのままに写っていて、気持ちの悪いこんにゃく現象は感じられません。通常の動画撮影ではこのようなパンをすることはありませんので、実用上は全く問題ないと思いました。

メカニカルシャッターレスにするのはかなり勇気がいることだったと推測しますが、この結果を見ると英断だったのではないでしょうか。ミラーやシャッターなど、機械的に動くものは必ず壊れます。そのため、仕事でカメラを使う人は、いつも壊れることを想定してドキドキしながら使っているものです。壊れると仕事にならないので、サブカメラを用意したり、定期的なシャッターユニット交換などが必要となります。しかし、ミラーもシャッターもないカメラは、壊れやすい機械的動作をする部分が圧倒的に少なくなりました。耐久性、信頼性の向上に大きく貢献するのではないでしょうか。
シャッター速度も1/32000sの高速シャッターが使えます。NDフィルターを使わずに明るいレンズを開放で使えます。
また、ミラーもシャッターもないので、ほぼ無音撮影ができます。静かな森などで一眼レフで連写するとかなりうるさいものです。敏感な野鳥たちはそれだけでも逃げてしまう可能性があります。完全に無音にすると、AFや絞りの作動音くらいしか聞こえなくなりました。
しかし、困ったことに完全無音無振動だと撮った実感があまりにもないので、撮り過ぎてしまう傾向があります。あっという間に大量のデータができてしまい、後が大変になります。そのため、現在は連写速度も落とし、一番小さいシャッター音を出しています。ほぼ撮影者にしか聞こえないような、小さな音に設定できます。野鳥撮影では静かに、秒間10コマ以上撮れ、シャッターブレがないカメラの恩恵を受けています。

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追記

ヘリが上空を通過したので撮影してみました。航空機は専門外なので詳しい評価は避けます。撮影結果のみ掲載します。

一昔前の電子シャッターではローターの歪みを心配したと思いますが、Z9ではほぼ問題ないレベルだと思います。ローターブレードが画面に垂直になる位置の時はやや歪みが見られますが、手裏剣や渦巻のように変形することはないようです。そのほかの角度の時は一眼レフのメカニカルシャッターと遜色ないレベルと評価できるのではないでしょうか。

ローターブレードがちょうど画面を縦に横切るような位置を移動すると歪みが確認できます。このレベルが許せる範囲なのかどうかは、航空マニアではないので分かりませんが、素人目には許容範囲です。

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