可視限界周波数（人間の目の限界は？）

質問

人間の目で見ることができる（追随できる）限界の周波数はどのくらいなのでしょうか？
言い換えると、ディスプレイに動画等を表示する際に、どのくらいの周波数までに達すると人間は残像として捉えることがなくなるのでしょうか？
専門家の方からの返答お願いします。

回答No.2

oyaoya65

#1です。補足質問に回答します。

＞ディスプレイ（における１素子。ＣＲＴなら電子銃、プラズマなら１セル。）を
＞駆動する際には、設計上どの程度の周波数で動作させるものなのか、ご存知なら
＞是非教えてください。

具体的な例で説明します。
ディスプレイの有効画素数を水平1024画素、垂直768画素の場合、実際は水平同期時間は有効画素操作時間＋表示ない時間を加えて画素に換算して1040画素位となります。垂直同期時間についても表示に無効同期時間を画素数に換算して800画素とします。ノンインターレース画面表示で垂直同期周波数を現実に使われている70Hzとして計算して見ましょう。

１画素の表示時間をΔtとすると１画面の表示に要する時間は垂直同期周波数の１周期になりますので
1/70[s]＝Δt×1040×800[s]
これから
f=1/Δt＝1040×800×70＝58240000[Hz]＝58.24[MHz]
となります。

大体58MHzですね。これがパソコンの標準的なディスプレイでの1画素を正確に表示できる設計上の帯域ですね。
1つ上の規格の1280x1024画素の場合は表示されない画素時間（同期信号処理時間）を考慮すると約100MHzの設計上の帯域になります。

フルカラー表示の場合、この1画素にRGB各8ビットの計24ビット＝3バイトのデーターを表示回路に送り込まないと表示時間内に表示できませんね。
V-RAM（ビデオRAM）の動作はその速度に対応できないといけませんね。

カラーTVの映像の周波数帯域は約6MHz程度ですからパソコンの画像表示には約10倍の約60MHzの帯域が必要ということですね。

パソコンの同期方式に合わせてやればTVの映像はパソコンの画面に映し出せますが、逆にパソコンの画面はTVには帯域が狭すぎて映せません。
パソコンの1024×760のディスプレイ画面はハイビジョン（水平走査線1125本）でないと、まともに表示できませんね。
パソコンの直ぐ上の1280×1024画素位までならハイビジョンの画面で表示することも可能ですね。

回答No.1

oyaoya65

テレビの画像は1/30秒に一回表示しています。アニメは1/15秒に一回表示しています。この程度は目（網膜の視覚細胞）に残像が残って映像中の人物や物が連続して滑らかな動きをしていると見なせるのですね。
アニメは多少動きがぎこちないのは残像時間が1/30秒より画像の表示回数（切替え回数）が少ないからですね。
大体この1/30あたりが限界ですね。実際はインターレースといって交互に補完走査をしています。ブラウン管の蛍光材の残像時間も関係してきます。液晶はブラウン管より応答時間がおそく残像も残ります。
パソコンの画面の表示はノンインターレース走査で表示周期（垂直同期周期）は1/60～1/90秒位ですね。

この時間の逆数は画像の切り替え周波数（垂直同期周波数）ですね。つまり60Hz～70Hzですね。パソコンディスプレイの画面切り替え周波数（垂直）周波数以上の動きは画像が挿入できませんので見えませんね。垂直同期周波数が高いほど画面のちらつきがなくなります。ちらつきが見えるということは、残像は認識できる周波数だということですね。ちらつきが認識できないことは残像が認識できない（前の画像と後の画像が別の画像として認識できない）ということですね。画像表示周波数以下（画像表示周期以上）の画像は表示できないですから、動く物体は飛び飛びの位置にしか表示できません。その移動距離が、目の弁別閾値以上離れていれば別の画像がぱっ、ぱっと瞬間現われたように見えます。それがさらに画像中の物体が、1秒間に表示される画像の中に何回含まれているかで、瞬間現われる回数が変わってきます。
動きが速くて1/60秒間に一回だけしか表示されない画像は瞬間見えるだけで気がつかない人もいるわけです。

画像の中の動物体の移動距離が画像の表示周期（垂直同期周波数の逆数）内に何ピクセル分（何mm）下で決まってくる下でしょうね。画面上での物体の位置が上下左右の端っこの中央部を画面表示ことに位置を回転して切替えていかれた場合、それらが4個の物体がちらちら、ちらつきながら見えると思います（ブラウン管ディスプレイ）。液晶ディスプレイは残像時間がブラウン管にくらべ長いため、４個の物体は薄くなって（透き通る状態）でちらつかないでみえるでしょうね。液晶とブラウン管の残像時間の差は人間の目とは関係ないですね。

視覚細胞の残像時間は人によりあまり差はない（感度は加齢と共に落ちますが）というより、目から取り込んだ画像を認識処理する時間には相当差があるようですね。動体視力といって野球の高速球が止まって見える人と飛球がよく見えない人が居ますね。

＞人間の目で見ることができる（追随できる）限界の周波数

と

＞言い換えると、ディスプレイに動画等を表示する際に、どのくらいの周波数までに達すると人間は残像として捉えることがなくなるのでしょうか？

これは区別してとらえないといけませんね。
前者は動体視力に関係します。
野球の飛球がすべての位置でよく見える人と、球の位置がよく見えない、何はぼやっと白い線状のものが見えただけという方もいますね。

後者は30Hx～50Hz位ですね。多少個人さはあると思います。蛍光灯やTV画面のちらつきは気になって仕方がない人とぜんぜんちらつきを感じない人位の差はありますね。大体60Hzを超えると残像が次の画像に置き換えられて残像として区別できなくなることでちらつきが感じられなくなります。この残像としてとらえられる限界を超えた画面切り替え周期でパソコンの画面を切替えているわけですね。パソコンの画面表示周波数が残像限界以上の60Hz～90Hzなど程度に設定されているのも人間の目の残像時間を考えて設定されているわけですね。

お礼

非常にすばやく、かつ詳しい説明ありがとうございました。
数KHz程度なら十分に人間の目にはちらつきを感じることなくディスプレイを見ることができるみたいですね。
私も、あれからさらに調査を進めました。
少し論点がずれてしまいますが、ここまでご親切に説明していただいたoyaoya65さんに尋ねさせてください。
ディスプレイ（における１素子。ＣＲＴなら電子銃、プラズマなら１セル。）を駆動する際には、設計上どの程度の周波数で動作させるものなのか、ご存知なら是非教えてください。