ニコン グローバル・ローリングシャッターを使い分けるハイブリッドセンサーの特許

ニコンが新しい特許を出願した。この特許は、グローバルシャッターとローリングシャッター双方の利点を組み合わせたハイブリッド型イメージセンサーに関するもので、グローバルシャッターの瞬時読み出しと、ローリングシャッターの持つ広いダイナミックレンジや低ノイズ性能を両立させるものだ。

従来のローリングシャッターは上から下へと順番に走査して映像を記録するが、高速に動く被写体を撮影すると「ジェロ効果」と呼ばれる歪みが発生することがある。これに対してグローバルシャッターは、フレーム全体を同時に読み出すため、一瞬で動きを止めることができ、ローリングシャッター特有の「コンニャク現象」を排除できる。ただし、その代償として高感度耐性が低下したり、ダイナミックレンジが狭くなりがちだ。

今回のニコンの特許では、電荷を処理するための二つの異なる経路を持つ画素設計が記述されている。ひとつは効率的に電荷を読み出すローリングシャッター用の経路。もうひとつは電荷をコンデンサに送る経路で、これによりグローバルシャッターとして機能する。

さらに、このデュアル経路設計の副次的なメリットとして、コンデンサが「オーバーフローバケット」としても動作する。これにより、センサーはより広い光量を扱えるようになり、ダイナミックレンジが拡張される。特にハイダイナミックレンジ（HDR）のように強いハイライトと深いシャドウが同時に存在するシーンで有効だ。過剰な電荷をコンデンサに蓄えることで、明るい部分の白飛びを防ぎ、失われがちなディテールを保持できるとされている。

実際にどちらのシャッターモードを使用するかは、撮影者ではなくカメラのファームウェアがシーンに応じて自動的に選択する可能性がある。例えば、風景などディテールを重視する日常撮影ではローリングシャッターを、動きの速い被写体や動画撮影ではグローバルシャッターを、といった具合だ。

ニコンはこれまでもセンサー設計で革新を続けてきた。スポーツ撮影向けのNikon Z9に採用された積層型センサーは、完全なグローバルシャッターではないものの非常に高速な読み出しを実現し、ローリングシャッター歪みをほぼ排除。その結果、メカニカルシャッターを不要にした。また、Nikon Z6IIIに採用された部分積層型センサーでは、コストを抑えつつ積層型センサーの利点の一部を提供している。