シャッター

図：フォーカルプレーンシャッター（例）　最初にセンサーを覆っているのが先幕、上に畳まれているのが後幕です（上下は逆の場合もあり得ます）。幕の動作が上下に動くものを縦走り、左右に動くものを横走りと呼びますが、縦に動かす方が移動距離が短くシャッター速度を速くできるので、普通は縦走りです。
「低速」の文字をレリーズボタンに見立てて押すと、動作を確認することができます。まず先幕が下に降りて開き始め、露出時間の後に後幕が閉じていきます。完全に閉じた後は先幕と後幕が両方とも上がって元に戻ります。
「高速」の文字を押すと、より速いシャッタースピード時の動作をします。先幕がスタートした後、露出時間経過後に後幕が動き出すのですが、シャッタースピードが先幕がセンサーを縦断する速度よりも速い場合には、先幕が下りきらないうちに後幕がスタートします。この時はセンサーの全部が一度に露出するのでは無く、スリット状に徐々に露出していく事になります。
図はシャッターが閉じた状態で始まり、レリーズボタンを押すと開いて閉じます。一眼レフカメラではこの動作ですが、ミラーレスやコンパクトカメラの場合はセンサーに光が当たらないとファインダーに像が映らないので、最初から開放されています。レリーズボタンを押すと一旦シャッターが閉じ、それから図のような動作をします。

レンズシャッターとフォーカルプレーンシャッターを後述の電子シャッターと対比してメカニカルシャッター（機械的シャッター）と呼びます。

ただしややこしいことを言うとフィルムカメラの時代にはシャッタースピードを（歯車やはずみ車など機械的な機構ではなく）電子的に制御したメカニカルシャッターの事を電子シャッターと呼んでおり、区別が必要な場合にはセンサーの動作によるシャッターを撮像素子シャッター、素子シャッターと呼ぶべきのようです（豊田先生のコラム参照）。

電子シャッター（素子シャッター）

メカニカルシャッターを使わずに、センサーの読み取り動作をシャッターの代わりに使うことを現在では電子シャッターと呼びます。機械的な仕組みが必要無いため静粛性や耐久性の面から有利ではあるのですが、後述の「ローリングシャッター歪み」という現象が発生するためスマートフォンやコンパクトカメラではよく使われますが、一眼レフやミラーレスカメラでは電子シャッターだけではなく、フォーカルプレーンシャッターも使われるのが一般的です。

電子シャッターはセンサー上のデータの読み取り方式で2種類に分けることができ、一度に全部のデータを読み取る方式を「グローバルシャッター」、端から少しずつ読んでいく方式を「ローリングシャッター」と呼びます。2022年1月現在ではCMOS画像センサーのデジタルカメラでグローバルシャッター方式のものは無く、全てローリングシャッター方式を採用しています。

シャッターの特性としてはグローバルシャッター方式の方が望ましいのですが、CMOS画像センサーの特性上グローバルシャッター方式を採用するのが難しいため、ローリングシャッター方式のセンサーが使われているという事情があります。

ローリングシャッター歪み

ローリングシャッター方式はセンサーの端から「少しずつ（フォーカルプレーンシャッターと比べてゆっくり）」読んでいくため、ストロボ同調速度が遅くなるのに加えて、「ローリングシャッター歪み」という特有の画像の歪みを生じる事があります。そのため2022年1月現在ではほとんどのミラーレスカメラ、一眼レフカメラはフォーカルプレーンシャッターも備えており、通常の撮影ではメカニカルシャッターを使う仕様になっています。

フォーカルプレーンシャッターも高速シャッター時にはセンサーの端から順に露光していきますが、端から端まで露光が完了するのにかかる時間は大体1/250秒程度なのに対し、例えば下の写真を撮影したカメラ（2018年製）のローリングシャッターは読み取りに1/20秒程度と、約12倍の時間がかかります。フォーカルプレーンシャッターも厳密にはローリングシャッター歪みと同様の原理による歪みが生じているはずですが、その程度が小さいために普通は問題視されていません。

図：ローリングシャッター歪みの例1　センサー上を像が右から左に移動するときのローリングシャッター歪み

図：ローリングシャッター歪みの例2　プロペラ状のものが回転する様子を撮影するときのローリングシャッター歪みの例。プロペラの回転速度とセンサー上の大きさ、読み取り速度の関係によって不思議な歪み方をします。

ただしローリングシャッターでも読み取り速度を高速化することによってフォーカルプレーンシャッターと同程度以上にローリングシャッター歪みを無くすことは可能です。2021年にはSony α1などが積層型センサーを搭載してローリングシャッター歪みを大幅に低減し、同年12月発売のNikon Z9はフォーカルプレーンシャッターと同等の速度まで読み取り速度が向上した結果、ローリングシャッター歪み問題を解決してメカニカルシャッターを搭載していません。

フリッカー

蛍光灯など高速で明滅する照明下で非常に速いシャッター速度で撮影すると、画像に縞状の模様が写ったり、画面の上下で露出にムラが出ることがあります。この現象をフリッカーと呼びます。フォーカルプレーンシャッターでも起きる現象ですが、読み取り速度の遅い電子シャッターの方がより顕著に起こります。

電子先幕シャッター

このページのフォーカルプレーンシャッターの図では一眼レフカメラを想定してシャッターが閉じた状態からスタートしています。しかしミラーレスカメラではファインダーに被写体を写すためには常にセンサーに光を当てる必要があるので、普段はシャッターが開いている状態です。レリーズボタンを押すと、まず一旦先幕が閉じてからふたたび先幕を開き直す必要があります。この一旦先幕を閉じる動作が一眼レフカメラと比べるとレリーズボタンを押してから露出が始まるまでのタイムラグ、レリーズタイムラグとなります。

このため、先幕の動作を機械的な幕を動かす代わりに、センサーの読み取りを開始するという動作に置き換える事があります。これが電子先幕シャッターと呼ばれるものです。これで先幕動作に関わるレリーズタイムラグを無くすことができ、電子シャッターの読み取りには時間がかかりますが、読み取りを開始するだけなら高速なので、ローリングシャッター歪みは生じません。

ただデメリットとして、メカニカルシャッターとセンサー表面の間にローパスフィルタや保護ガラスなどがあり、この2つが同一平面上に無い関係で、特定の条件でボケが欠ける事があります。

比較

まとめとして、それぞれのシャッターのメリットとデメリットを整理しましょう。