技術の進歩の裏側：フリッカー効果がディスプレイと照明製品に与える影響

執筆者 marketing | 4月 2, 2025 | Blogs, 照明メトリクス, 科学と教育 | コメント0件

前書き。

ディスプレイ技術の中心的な目標は、より高い視覚的快適性とより正確な色再現を提供することである。フリッカーは、ディスプレイや照明製品の品質を評価するための重要な指標として浮上してきた。フリッカーは視覚の快適性に影響を与えるだけでなく、視覚作業の効率や健康にも潜在的なリスクをもたらす。

この記事では、フリッカー効果の背後にある科学的理論、測定方法、工学的応用で遭遇する技術的課題について掘り下げる。また、製品の品質を高めるために、さまざまな測定基準をどのように活用できるかを分析する。

フリッカー効果の物理的・生理学的基礎

フリッカーは光信号の時間的変動によって引き起こされる現象で、主に光源ドライバーや調光技術における電圧変動が広範囲に影響を及ぼしている。それは主に3つの効果に分類できる：

低周波可視フリッカー

80Hz以下の光のゆらぎ。
静的な観察者に知覚されやすく、視覚疲労、頭痛、さらには神経緊張を引き起こす。
不安定な電源や低周波PWM調光のLED照明によく見られる。

高周波ストロボ効果

周波数80Hz～2kHzの光のゆらぎ。
ワゴンホイール効果やモーションブラーなど、動的条件下で動く物体の知覚に影響を与える。
産業用照明やリフレッシュレートの高いディスプレイでしばしば発生し、動的な視覚性能に影響を与える。

ファントムアレイ効果

2kHz以上の周波数を持つ光のゆらぎは、特定の運動条件下では、複数の画像トレイルのような視覚的アーチファクトを引き起こす可能性がある。
一般的ではないが、高速運動環境ではユーザーエクスペリエンスに影響を与える可能性がある。

表1：フリッカー現象の分類

Flicker Type	Low-Frequency Visible Flicker	High-Frequency Stroboscopic Effect	Phantom Array Effect
Frequency Range	< 80 Hz	80 Hz - 2 kHz	> 2 kHz
Observation Conditions	Observing stationary objects in static environments	Observing moving objects in static environments	Observing stationary objects in dynamic environments
Phantom Ray Effect	Flicker	Stroboscopic Effect	Phantom Array Effect
Impact and Applications	Can lead to visual fatigue, headaches, and nervous tension. Commonly found in light sources with low-frequency PWM dimming or unstable power supplies.	Impacts the perception of moving objects, such as the wagon-wheel effect or motion blur. Common in industrial lighting or high-refresh-rate display devices.	Can create visual artifacts like multiple image trails, affecting user experience in high-speed motion scenarios. Less common but potentially significant in high-speed applications.

自転車のタイヤ回転をストロボ撮影。

フリッカーが視覚と健康に与える影響

フリッカーに対する人間の感度は、網膜と神経系の時間分解能と密接な関係がある。研究によると、特に15～20Hzの低周波フリッカーが最も目立ち、以下のような問題を引き起こす可能性がある：

視覚疲労と頭痛：低周波フリッカー環境に長時間さらされると、視覚系の収容負担が増加する。
視覚干渉：フリッカーは、文字を読む能力や画像の細部を識別する能力を損なう可能性がある。
神経学的および心理学的影響：光過敏性てんかん患者は、フリッカー刺激に特に弱い。

人間の目によるフリッカーの知覚は、周波数依存性が高い：

70Hz以下： フリッカー効果は知覚されやすく、視覚の健康や行動に大きな影響を与える可能性がある。
70Hz以上： フリッカー効果は一般的に知覚できず、視覚的干渉は最小限。

さらに、ほとんどの挙動への影響は、静的な条件下での低周波の振幅効果に集中している。これらの振幅変動は、静止している観察者の視覚疲労を引き起こす点で特に顕著である。

低周波フリッカー環境に長時間さらされると、視覚疲労や頭痛を引き起こす可能性がある

フリッカー効果の測定方法と規格

基本測定パラメータ

フリッカー測定は、光信号の時間領域と周波数領域の特性に基づいている。コアパラメーターは以下の通り：

1.フリッカー率：

ここで、Aは最大輝度値、Bは最小輝度値を表す。

アプリケーション

光源の揺らぎの程度を素早く検出するのに適している。
光源の基本的な安定性をテストするためによく使用される。

メリット

計算が簡単で、組み込みシステムに最適。

デメリット

周波数と波形の複合効果を考慮していない。

2.フリッカー指数

フリッカー指数は、エリア1とエリア2を使用して決定されます。エリア1は、平均的な光レベルの上下にある波形の下の領域を表します。

アプリケーション

波形の安定性、特に複雑な光源波形の分析に適している。
LED照明試験など、波形エネルギー分布の評価が必要な場面で使用。

メリット

フリッカー率に比べ、波形特性をより正確に表現。

デメリット

周波数変動の影響を受けにくい。

3.SVM（ストロボ視認性測定法）

SVMの定義と式

SVM（Stroboscopic Visibility Measure）は、80Hz～2kHzの高周波フリッカーに特化した測定基準である。 CIE TN006-2016によって提案されたSVMは、特に動きの速いシナリオを含むアプリケーションにおいて、動体視力に対する高周波フリッカーの影響を定量化することを目的としている。

この指標は、高周波フリッカーに対する人間の目の感度を定量化する数学的モデルを採用しており、エンジニアは光源やディスプレイの動的性能を評価することができる。標準化されたアプローチを提供することで、SVMは動きの明瞭さが重要な環境における照明とディスプレイ技術の最適化に役立つ。

アプリケーション

ディスプレイ試験：高リフレッシュレート・ディスプレイ（OLEDやLCDパネルなど）の動的視覚性能を評価する。
工業用照明：高速生産ラインで使用される照明器具をテストし、フリッカーによる動体観察への干渉を防止する。
機械操作や交通システムなどのシナリオにおいて、フリッカーの影響が安全性や効率を損なわないようにする。

Cm：特定の周波数における光信号のフーリエ成分。

Sm：その周波数に対する人間の目の感度を加重平均したもの。

C1：基準周波数のフーリエ成分

メリット

人間の視覚認識モデルと密接に整合しており、高周波フリッカーが視覚に与える現実の影響を正確に反映している。
特に、高速ディスプレイ技術（例えば、リフレッシュレート120Hz以上のディスプレイ）やその他の高周波光源に適している。
静的な観察条件下での低周波フリッカーを対象とするPstLMとは異なり、SVMは動きの速いシナリオでのフリッカー試験に特化して設計されている。

4.PstLM（短期光変調インジケーター）

PstLMは、国際電気標準会議（IEC）が提唱した指標で、低周波フリッカー（0.3Hz～80Hz）が人間の視覚に与える影響を定量化したもの。その主な目的は、短期的なフリッカー効果が視覚的快適性を妨げるかどうかを評価することである。

Fi：観測された周波数成分の知覚的重み付けに基づく、フリッカー効果の重み付け成分。

N: 試験期間中に採取された周波数サンプルの総数。

PstLMは、フリッカーメーターで収集されたデータを用いて計算され、その結果は光源からのフリッカー効果の知覚可能性を反映する。

アプリケーション

照明製品試験：LED照明器具と調光装置のフリッカー性能を評価し、国際的なフリッカー安全規格（IEC 61000-3-3など）への準拠を検証します。
電力系統監視：電圧変動が光源のちらつきに与える影響を検出し、光源の安定性を確保します。
低周波フリッカーが人間の眼と神経系に及ぼす潜在的影響について調査。

メリット

低周波ゆらぎが視覚に与える影響を、正確なデータで裏付ける。
SVMの高周波ダイナミックテストを、静的観測シナリオにおける低周波数条件に焦点を当てることで補完する。

表2：フリッカー測定法の比較

Method	Percent Flicker	Flicker Index	SVM	PstLM
Definition	Illuminating Engineering Society (IES), North America	Illuminating Engineering Society (IES), North America	PHILIPS & CIE TN 006:2016	International Electrotechnical Commission (IEC)
Key Focus	Emphasizes relative waveform amplitude changes	Emphasizes waveform area ratio changes	Uses Fourier transform (time domain → frequency domain) combined with human visual frequency perception	Evaluates low-frequency flicker effects in the range of 0.3 Hz to 80 Hz
Indicator Range	0% ~ 100%; smaller percentage → less flicker	0 ~ 1; smaller value → less flicker	SVM ≤ 0.9 (before Sep 1, 2024); SVM ≤ 0.4 (after Sep 1, 2024)	PstLM < 1: Flicker not perceptible; PstLM = 1: 50% of people perceive flicker; PstLM > 1: Flicker noticeable
Measurement Characteristics	Simple and easy to use, suitable for quickly determining flicker levels	Provides a more accurate description of overall waveform stability; sensitive to low-frequency effects	Specifically designed for high-frequency flicker; strong dynamic analysis capabilities	Precisely quantifies short-term flicker effects; focuses on human visual perception
Applicable Scenarios	LED lighting, basic display testing	High-quality lighting, medical display testing	High-refresh-rate displays, high-speed motion environment lighting	LED luminaires, dimming devices, power system monitoring
Common Applications	Dimming detection of LED luminaires, low-frequency fluctuation testing of displays	Analysis of surgical lighting, office lighting performance	Testing OLED high-refresh displays, automotive lighting evaluation	Stability testing of LED lighting, voltage fluctuation impact on light sources

フリッカー測定インターフェース

特定可能なフリッカー危険地帯

周波数ドメイン解析法

1.JEITA規格

JEITA（電子情報技術産業協会）では、周波数領域解析を中心としたディスプレイのフリッカー測定手法を確立している。この規格は特に、人間の目で知覚される高周波フリッカー効果を評価するものである。

周波数ドメイン解析：

JEITA規格は、高速フーリエ変換（FFT）をベースとしており、光信号を時間領域から周波数領域に変換します。
信号内の各周波数成分のエネルギーを分析し、各周波数に重み付け処理を施す。
加重値は、異なる周波数に対する人間の目の感度（知覚曲線）に応じて設定される。

主な指標

測定結果は通常、重み付けされた周波数の合計エネルギーで表され、人間の目に知覚される高周波フリッカーの影響を定量化する。

アプリケーションのシナリオ：

LCDやOLEDパネルを含むディスプレイの動的性能試験に使用。

2.VESA規格

VESA（Video Electronics Standards Association）は、ディスプレイの性能テストに焦点を当てた国際組織である。 VESAのフリッカー測定法は、JEITAのフレームワークに基づいて構築されており、特にダイナミックコントラストや高リフレッシュレート評価など、より幅広いディスプレイ技術に適用可能である。

頻度の重み付け：

VESAもJEITA方式と同様、周波数領域解析にFFT（高速フーリエ変換）を利用している。
重要な違いは、VESAがより広範で適応性の高い加重範囲を持っていることで、LCD、ミニLED、OLEDを含むほとんどのディスプレイ技術に適している。

動的コントラスト検査：

動的なシーンにおけるコントラストの変化とフリッカー効果を組み合わせ、動きの速い画像をレンダリングする際のディスプレイの性能を評価する。

アプリケーションのシナリオ：

ハイダイナミックレンジ（HDR）ディスプレイのフリッカーおよびコントラスト試験。
OLED、QLED、Micro-LEDなど、幅広いディスプレイ技術に適用可能。

表3 JEITA規格とVESA規格の比較

Feature	JEITA	VESA
Testing Scope	High-frequency flicker	High-frequency flicker + dynamic contrast
Weighting	Based on human eye perception curves	Broader weighting range, adaptable to more technologies
Applicable Technologies	LCD, OLED displays	LCD, OLED, HDR, and high-refresh-rate displays
Advantages	Precisely captures flicker closely related to human perception	More universal testing framework suitable for various display technologies
Challenges	High computational demand, requires efficient testing equipment	Complex testing framework with high requirements for dynamic content testing

明滅するデジタルの静的テクスチャー。

uFlicker ソフトウェア：フリッカーテストの理想的なソリューション

ディスプレイや照明技術の継続的な進歩に伴い、フリッカー効果は製品の品質を評価するための重要な指標となっている。フリッカー率やフリッカー指数のような基本的な測定から、SVMのような高度な手法まで、正確なフリッカーテストは、エンジニアが問題を特定し、設計を改善するのに役立ち、最終的にユーザーに、より快適で安定した視覚体験を提供します。

uFlickerソフトウェアの主な機能

UPRtekのuFlickerソフトウェアは、さまざまな試験規格（フリッカー率、フリッカー指数、SVM、PstLM）に対応し、以下の主要なハイライトを兼ね備えています：

1.リアルタイム波形とスペクトルの可視化：

時間領域と周波数領域の両方で光信号を分析し、フリッカーの根本原因を正確に特定することができます。
波形の特性（対称性や振幅の変化など）は、光信号の安定性を明確に示す。

2.振幅がフリッカーに与える影響の総合的評価：

波形の最大値、最小値、形状を分析し、振幅の変化がフリッカー効果に与える複合的な影響を評価する。
エンジニアが光源調光戦略を最適化し、さまざまな明るさの条件下で製品の安定性を確保できるようにします。

3.フリッカー評価における波形特性の影響：

波形の対称性： フリッカーの直感的な知覚に影響する。非対称な波形は視覚障害を引き起こしやすい。
波形の周波数と振幅： 高周波の波形は人間の目には知覚できないが、低周波の変動、特に振幅の大きいものは快適性に大きく影響する。
波形の光強度分布： 波形内の明暗比（ピークと谷の差など）を分析し、フリッカー率やフリッカー指数の評価データに直接影響します。

4.マルチパラメーター試験能力：

詳細な波形パラメータ（ピーク値、谷値、波形面積）を提供し、ビジュアル・レポートを迅速に作成するための自動データ処理機能を統合。

5.包括的なフリッカー試験と診断：

国際規格に従って光源の性能を正確に分類するために、振幅と周波数の複合的な影響を評価する。
低周波評価（PstLM）と高周波分析（SVM）を統合し、全周波数範囲にわたってフリッカー試験を実施。

uFlickerソフトウェア – フリッカーテスト専用に設計された、正確で包括的な多目的ツールです。

uFlickerソフトウェアは、包括的なフリッカーテストと専門的な分析を提供し、光学測定の基準を再定義します。

MK550Tと MD100N 、uFlickerソフトウェアでLv輝度波形変化の観測が可能に

uFlicker Softwareを選択することで、テスト効率が向上するだけでなく、製品の品質も保証されます。包括的なテスト機能、正確な波形解析、振幅の影響評価により、エンジニアは国際規格に適合した高品質の製品を作ることができます。さらに、波形特性の詳細な分析により、フリッカー問題を効果的に診断し、光源設計と性能最適化のための重要なデータを提供します。

リソース：

IESだ。 (2011).IES照明ハンドブック第10版。北米照明学会。

IEEE標準化協会。 (2015).IEE PARA1789-2015：視聴者の健康リスクを軽減するための高輝度 LED の電流調整に関する推奨実施基準（Recommended Practice for Modulating Current in High Brightness LEDs for Mitigating Health Risks to Viewers）。 IEEE。

Miller, N. J.(2012).一般照明におけるフリッカー知覚閾値の比較分析。照明研究と技術, 44(3), 213-223.

Wilkins, A. J., Veitch, J. A., & Lehman, B.(2010).LED照明のちらつきと健康への潜在的懸念：IEEE規格PAR1789アップデート。 IEEEエネルギー変換会議および博覧会。

CIE（国際照明委員会）。 (2019).CIE TN 006:2019 – 時間変調照明システムの視覚的側面。国際照明委員会

フリッカーセンスLEDスクリーン https://www.flickersense.org/background/led-screens

明滅する光の健康への影響、https://www.flickersense.org/

国際照明委員会 https://etc.csu.edu.tw/flicker/