カメラの帯か、LCD のちらつきか？ スマートフォン動画でわかること・わからないこと

現場チームからスマートフォンで撮った動画が届きます。LCD の上を暗い帯がゆっくり流れており、メッセージには「画面がちらつくので交換してほしい」とあります。撮影した人は、その場では画面は普通に見えたと付け加えるかもしれません。モジュールを不合格にしたり交換を承認したりする前に、その動画が何を示しているのかを正確に整理しておくことが役立ちます。

動画が示しているのは、その撮影条件のもとで、記録された画面領域に変化する帯が写っているということです。それが光の時間的な変調によるものか、空間的なサンプリングによるものか、あるいは別の撮像上の効果によるものかは、まだ確定していません。ディスプレイが損傷しているかどうかもわかりません。同様に、帯の写っていない動画があっても、ディスプレイにフリッカーがないことの証明にはなりません。1 本の録画だけでは、これらの問いに答えは出せません。

目に見えない帯がカメラに写る理由

以下の説明は、変化する光と露光タイミングの相互作用によって生じる帯についてのものです。画面写真に写る縞のすべてがこの原因によるわけではありません。

多くのカメラは、1 フレーム全体を一瞬で取り込むわけではありません。ローリングシャッターでは、センサーの各行が少しずつ異なるタイミングで、1 行ずつ順に露光を開始・終了します（Teledyne Vision Solutions）。この走査の間にセンサーへ届く光が強くなったり弱くなったりすると、ある行は他の行より多くの光を集めます。その結果、1 フレームの中に明るい縞と暗い縞が並びます。

Sony も、ちらつく照明下での自社カメラについて同じ仕組みを説明しています。センサーの上端と下端は異なる時刻に露光されるため、光の明るい瞬間と暗い瞬間が異なる位置に記録され、帯や部分的な色むらとして現れることがあります（Sony イメージングサポート）。光の周期とカメラのフレームタイミングが同期していないと、縞はフレームごとに少しずつ異なる位置に現れ、帯がゆっくり移動しているように見えます。

つまりカメラは、時間方向の変化を空間方向の模様に変換しています。そのため、見ている人が気づかないものがカメラには見えることがあり、またカメラの設定がディスプレイと同じくらい映像を左右するのです。

1. 仮想的な光の強さが時間（t）とともに上下します。
2. センサーの各行は、上の行より少し遅れて始まる自分の露光期間の間に光を集めます。各バーは、その行が集めた光の量に応じて濃淡がつけてあります。
3. 記録されたフレームでは、より多くの光を集めた行ほど明るく写るため、時間方向の変化が画像全体の帯になります。

グローバルシャッターであれば問題が消えるわけではありません。グローバルシャッターのセンサーでは、すべての画素が同時に露光を開始・終了しますが、蓄積された信号はその後、行ごとに読み出されることがあります（Teledyne Vision Solutions）。これにより、この特定の帯の原因である行ごとの露光のずれは避けられます。しかし帯のない画像が保証されるわけではなく、時間とともに変化する光はフレーム間の違いを生むことがあります。

混同しやすい 5 つの量

帯の写った動画をめぐる議論は、異なるタイミングを 1 つの数値として扱うことで、しばしば誤った方向に進みます。

これらはいずれも、ほかの量から推定することはできません。60 Hz というリフレッシュ仕様からは、バックライトのふるまいはわかりません。「PWM」の輝度入力からもわかりません。Texas Instruments は、LED 電流をオン・オフするドライバと、PWM 指令を安定したアナログ電流に変換するドライバを区別しており、スイッチングされる電流が入力信号とは異なる周波数で動作する場合があることにも触れています（TI SNVA768）。実際に出る光は、制御ピンの名前ではなく、ドライバの構成と設定によって決まります。

動画の帯の本数を数えて周波数を計算する方法も、センサーの行タイミングと露光がわからなければ信頼できません。スマートフォンがこれらの値を示すことはまれで、メッセージアプリはファイルを再エンコードすることがよくあります。

動画で確定できること、できないこと

確定できるのは、そのカメラ、そのモード、その照明の条件で、画面領域の記録画像に変化する帯が写っていたということです。現象がディスプレイ領域の内側にとどまっている場合は、まずディスプレイ、その反射、そしてその画像がどのようにサンプリングされているかを調べてください。ただし、この位置の特定で原因が切り分けられるわけではありません。

確定できないこと：

• 不良であること。 時間とともに変化する光のもとでは、カメラに何の故障がなくても撮影上のアーティファクトが生じることがあります（Sony イメージングサポート）。また、光が変調されていること自体はディスプレイの故障ではありません。観察された挙動が仕様外かどうかは、モジュールの資料と用途の要求事項によって決まります。
• 発生源。 候補としては、バックライトの駆動、パネル自体のリフレッシュ挙動、表示内容、カバーガラスに映り込んだ室内照明などがあります。似た帯が周囲の面にも現れている場合は、室内照明とカメラもあわせて調べてください。LED 照明は毎秒数百～数千回の周期でちらつくことがあります（Sony イメージングサポート）。これは手がかりであって、環境光が寄与している証拠ではなく、ディスプレイの疑いが晴れるわけでもありません。
• 周波数や波形。 前述のとおり、帯の模様は光だけでなくカメラのタイミングにも同じように左右されます。
• 問題がないこと。 帯の写らない動画は、そのカメラがその設定では変化を目に見える形で写さなかったことを示すにすぎません。光の出力が一定である証拠にはなりません。
• 快適性や安全性。 肉眼もスマートフォンのカメラも、校正されたフリッカー測定ではありません。録画の中のどんな内容も、健康面や人間工学面の要求への適合を示すものではありません。

まず撮影条件を、一度に 1 つだけ変える

最初に行うべきは、モジュール交換ではなく、条件をそろえた比較です。ディスプレイは元の状態のまま保ちます。同じホスト、同じファームウェア、同じテスト画像、同じ輝度設定、同じ周囲照明です。そのうえで、カメラのパラメータを 1 つだけ変えます。

スマートフォンに手動または「プロ」動画モードがあれば、露光時間やシャッター時間を変えて再撮影します。手動制御がない場合は、その制約を記録してください。スマートフォンの標準フレームレートを切り替える方法は、複数のパラメータが同時に変わる可能性があるため、代替としては弱いものです。2 台目のカメラは状況把握の助けにはなりますが、基準となる測定器ではありません。

撮影条件だけを変えたときに模様が変化するなら、その見え方は撮影プロセスに依存しています。この結果は、露光と時間的に変化する光の相互作用と矛盾しませんが、発生源も周期性も確定させません。ちらつきがわかっている照明について、Sony は記録される帯を減らすシャッターの微調整を説明しています（Sony イメージングサポート）。原因不明のスマートフォン録画で同じように帯が消えても、光の出力が安定していることの証明にはならず、ディスプレイの適格性を示すものでもありません。すべてのディスプレイに合う単一のシャッター値はありません。

これとは別の 2 つ目の比較として、カメラの設定を固定したまま、ディスプレイの輝度設定だけを変える方法があります。輝度に応じて帯が変わるかどうかは、輝度制御経路のどこから調べるべきかについて、サプライヤーに手がかりを与えます。それだけで原因が特定できるわけではありません。

カメラの問題ではなくなるとき

次のいずれかに当てはまる場合は、電気的・光学的な調査に移ってください。

• カメラなしでも、ちらつき、瞬間的な表示の消失、画像の乱れが見える。
• 画像が均一に明るく・暗くなるのではなく、画像そのものが崩れる、ずれる、不安定になる。
• 電源イベント、温度、ケーブルの動き、ファームウェアの変更に連動して現れる。
• 製品が撮影される、ビデオ通話に使われる、マシンビジョンカメラで観察されるなど、記録されたときの挙動が要求事項の一部になる。

最初の 3 つについては、電源、タイミング、ファームウェア、バックライト、FPC の各経路を扱った TFT LCD のちらつきのトラブルシューティング記事で、より幅広い確認を行ってください。バックライトに関する所見については、LCD バックライトの故障と輝度低下の記事で、駆動条件が評価にどう影響するかを説明しています。

4 つ目は要求仕様の問題です。製品にとってカメラが重要であれば、サンプルの承認前にそのことを伝え、関係するカメラ、フレームレート、照明を説明してください。実際の光の変調を測定する場合は、適切な光学機器を使い、対象のモジュール、ホスト設定、輝度レベルで行い、試験条件を記録する必要があります。ドライバや回路の変更は、モジュールの文書化された定格の範囲内にとどめ、サプライヤーと合意したうえで行うべきで、動画を見て場当たり的に行うものではありません。

帯の写った動画と一緒に送るもの

動画が状況の情報と一緒に届けば、サプライヤーははるかに早く問題を再現し、検討できます。

• メッセージアプリで転送したコピーではなく、元の動画ファイル。
• スマートフォンまたはカメラの機種、録画モード、フレームレート、表示されていれば露光またはシャッター設定。
• カメラ設定を 1 つ変えて同じ場面を撮った 2 本目の動画と、何を変えたかのメモ。
• カメラなしでちらつきが見えるかどうか、帯がディスプレイ領域の外にも現れるかどうか。
• ディスプレイモジュールの型番とリビジョン、ホスト基板、ファームウェアのバージョン、インターフェース。
• 輝度設定と、わかれば製品での輝度の制御方法。
• 表示していたテストパターンまたは画面内容と、室内照明の種類。
• 現象が出ている台数と、再現手順。

これらの情報は受入時のサンプル評価にも含めるべきものです。LCD モジュールのサンプル検証チェックリストで、どこに位置づけるかを確認できます。

帯の写った録画と上記の情報がそろっていれば、LCD のカメラ帯の確認としてお送りください。録画から何が言えるのか、さらに何を測定する必要があるのかを一緒に確認できます。