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WO2021024600A1 - 表示装置 - Google Patents

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WO2021024600A1
WO2021024600A1 PCT/JP2020/022224 JP2020022224W WO2021024600A1 WO 2021024600 A1 WO2021024600 A1 WO 2021024600A1 JP 2020022224 W JP2020022224 W JP 2020022224W WO 2021024600 A1 WO2021024600 A1 WO 2021024600A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
display
image
pixels
light
display device
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/022224
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
笠原　滋雄
智 棚橋
直樹 鎌田
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to US17/632,100 priority Critical patent/US20220279157A1/en
Priority to EP20850670.9A priority patent/EP4009096A4/en
Priority to CN202080053095.7A priority patent/CN114144719A/zh
Priority to JP2021537602A priority patent/JP7316594B2/ja
Publication of WO2021024600A1 publication Critical patent/WO2021024600A1/ja
Priority to JP2023110906A priority patent/JP7542228B2/ja

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/10—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images using integral imaging methods
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    • H04N13/31—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using parallax barriers
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    • H04N13/361—Reproducing mixed stereoscopic images; Reproducing mixed monoscopic and stereoscopic images, e.g. a stereoscopic image overlay window on a monoscopic image background

Definitions

  • This disclosure relates to a display device.
  • Patent Document 1 discloses a decorative layer, a light display element, and a multi-functional luminance difference decorative screen including a control device for controlling the light display element.
  • the decorative layer is provided in front of the light display element and is a translucent pattern, the light display element is a light source, is connected to a control device, and behind the decoration layer is content to be displayed. ..
  • the decorative screen not only displays the content behind the decorative layer, but also functions as a decoration. With this configuration, while the structure is simple and the use is wide-ranging, it has a dual use of decoration and content display, and it is possible to efficiently use the space.
  • An object of the present disclosure is to provide a display device capable of recognizablely reproducing an image having an appropriate texture by an observer by combining an image provided on a display surface and an image by a light field display.
  • a plurality of display devices are arranged on a side opposite to the outer surface of a first display unit that displays a non-directional display image that is invariant regardless of the viewing direction of the observer and the outer surface of the first display unit.
  • the pixels are arranged in two dimensions, and the second display unit that displays a display image having different directions depending on the viewing direction of the observer, the outer surface of the first display unit, and the second display unit.
  • An optical element array arranged in parallel with the light emitting surface of the second display unit, in which each of the plurality of optical elements is arranged corresponding to a predetermined unit of pixels among the plurality of pixels, and the second A drive unit for lighting a predetermined pixel among the plurality of pixels of the display unit is provided.
  • an image provided on a display surface and an image produced by a light field display can be combined so that an observer can recognize an image having an appropriate texture.
  • FIG. 1 Top view showing the outer surface of the display device according to the first embodiment.
  • the block diagram which shows the structure of the drive part of the display device which concerns on Embodiment 1.
  • a block diagram showing a configuration of a drive unit of the display device according to the second embodiment A block diagram showing a specific example of the configuration of the drive unit of the display device according to the second embodiment.
  • a decorative screen has been proposed in which a light source and content are provided behind the decorative layer to provide decoration by the decorative layer and information on the content to be displayed by light.
  • this kind of conventional decorative screen there is a problem that the information of the content cannot be changed because only the fixed decoration and the content are displayed. Further, in the case of the configuration in which the content is displayed by the pinhole and the light source, it is difficult to display the fine content.
  • the content to be displayed is only displayed at the same position as the decorative surface of the decorative layer, and there is a problem that three-dimensional content cannot be displayed. It was not possible to express textures such as brilliance that differ depending on the viewing direction of the observer.
  • a light field display capable of reproducing a stereoscopic image is applied to a display device having a display surface such as a decorative layer.
  • a display surface such as a decorative layer.
  • FIG. 1 is a plan view showing the outer surface of the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a display unit of the display device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows a 2-2 cross section of FIG. 1, that is, a cross section in the thickness direction (emission light direction) of the display device.
  • the display device 10 includes a decorative layer 11, a pinhole film 12, and a display 13 in this order from the outer surface side (the side from which light is emitted).
  • the decorative layer 11 as an example of the first display unit has a non-directional display surface that is invariant regardless of the viewing direction of the observer.
  • the decorative layer 11 is a plate member having various decorations on the outer surface as a non-directional display surface, such as an image of a painting or a photograph or a printed matter, decoration by unevenness, texture of cloth or the like, plating, etc. It is composed of a flat member such as a membrane member.
  • the display 13 as an example of the second display unit displays an image having different directions depending on the viewing direction of the observer.
  • the display 13 is composed of a self-luminous display device such as an organic EL (Electroluminescence) display, an inorganic EL display, an LED (Light Emission Diode) display, a plasma display, and a cathode ray tube.
  • a self-luminous display device such as an organic EL (Electroluminescence) display, an inorganic EL display, an LED (Light Emission Diode) display, a plasma display, and a cathode ray tube.
  • a plurality of pixels are arranged in two dimensions in the vertical and horizontal directions on the display surface (light emitting surface, upper surface of FIG. 2) on the decorative layer 11 side, and each pixel in the matrix shape is turned on and off to create an image. Is displayed.
  • the display 13 may be configured by a liquid crystal display (LCD: liquid Crystal Display) in which a self-luminous display device is formed by
  • a pinhole film 12 as an example of the optical element array is provided on the surface (lower surface of FIG. 2) of the decorative layer 11 on the display 13 side.
  • the optical element array is arranged between the outer surface of the decorative layer 11 and the display 13 in parallel with the light emitting surface of the display 13.
  • one optical element corresponds to a pixel of a predetermined unit of the display 13, and a plurality of optical elements are arranged two-dimensionally at predetermined intervals.
  • the pinhole film 12 has a pinhole array 122 in which pinholes 121 are arranged and formed as a plurality of optical elements in two dimensions in the vertical and horizontal directions at predetermined intervals on the film surface. As shown in FIG. 1, the pinhole 121 is formed so as to penetrate the outer surface of the decorative layer 11, and the decorative layer 11 also has the pinhole array 122. Of the light emitted from the display 13, the pinhole film 12 transmits only the emitted light that passes through each pinhole 121 of the pinhole array 122 and emits the light to the outside of the decorative layer 11.
  • the pinhole array 122 is provided with one pinhole 121 corresponding to a plurality of pixels for each pixel of a predetermined unit of the display 13.
  • the light field display 15 is composed of the display 13 and the pinhole film 12.
  • the image by the light field display 15 is reproduced in the space on the front side (observer side) of the decorative layer 11 when viewed from the observer's viewpoint 105, and the brightness, wavelength, etc. are reproduced depending on the viewing direction.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a drive unit of the display device according to the first embodiment.
  • a display drive circuit 60 is connected to the display 13 of the display device 10 as an example of a drive unit, and the display drive circuit 60 is connected to the control device 90.
  • the control device 90 performs drive control of the display drive circuit 60 based on an external signal from the outside or a display control signal output by the control device 90 itself.
  • the display drive circuit 60 supplies a drive signal to the display 13 based on the display control signal from the control device 90.
  • the display 13 is controlled by a drive signal from the display drive circuit 60, such as display mode of the display, for example, display / non-display of an image, lighting / extinguishing of each pixel, lighting mode, and the like.
  • the operation of the light field display 15 in the display device 10 of the first embodiment that is, the display of an image by the light field display will be described.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the emitted luminous flux in the display device of the first embodiment.
  • FIG. 4 describes the direction of the emitted luminous flux due to the lighting of the pixel at a predetermined position.
  • the plurality of pixels 131 of the display 13 and the pinhole 121 of the pinhole film 12 are arranged at a predetermined distance.
  • a light flux that diffuses slightly according to the width of the pixel and the width of the pinhole is emitted to the decorative layer 11 side, becomes a light flux toward a predetermined direction, and irradiates the space on the observer side. Will be done.
  • the luminous flux 135C emitted from the pixel C passes through the pinhole and is emitted in the diagonally upward left direction of FIG. 4, and the luminous flux 135D emitted from the pixel D passes through the pinhole and is FIG. It is emitted diagonally upward to the right.
  • the direction of the emitted luminous flux can be controlled by lighting the pixel at a predetermined position.
  • the arrangement of the pixels 131 of the display 13 is shown in one dimension in FIG. 4, the pixels 131 are similarly arranged in the direction perpendicular to the paper surface, and the pixels 131 are arranged in two dimensions. Therefore, the light field display 15 using the display 13 and the pinhole film 12 can irradiate the light field display 15 by controlling the emission direction of the light flux in any direction from the surface of the pinhole film 12 in all directions of the hemisphere.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating texture display by the display device of the first embodiment.
  • the emission direction of the light flux passing through the pinhole 121 differs depending on the position of the lit pixel.
  • RGB pixels are arranged in order, for example, pixels R1, G1, B1, ... Rn, Gn, Bn, ....
  • the emission luminous fluxes R1, G1, and B1 when the pixel R1 that emits red R light, the pixel G1 that emits green G light, and the pixel B1 that emits blue B light are turned on are pins. It passes through the hole 121 and is emitted diagonally upward to the right in FIG.
  • the emitted luminous fluxes R3, G3, and B3 when the pixels R3, the pixels G3, and the pixels B3 are turned on pass through the pinhole 121 and are emitted in the diagonally upward left direction in FIG. Therefore, for example, when the pixel R1 is lit for the red R and the pixel B3 is lit for the blue B, when the observer sees from the right direction of FIG. 5, a strong red light is observed, and the light is seen from the left direction of FIG. A strong blue light is observed. The same applies to other pixels. Further, when the brightness of the pixel to be lit differs depending on the pixel position, the brightness of the luminous flux changes depending on the emission direction.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of reproducing colors different depending on the direction as an example of texture display in the display device of the first embodiment.
  • pixels R1, ... Rn are lit for red R
  • pixels G2, ... G (n + 1) are lit for green G
  • pixels B3, ... B (n + 2) are lit for blue B.
  • hatched or white pixels represent lit pixels
  • black pixels represent extinguished pixels (non-lit pixels).
  • the red emission luminous flux R1, ... Rn is emitted diagonally upward to the right in FIG. 6
  • the green emission luminous flux G2, ... G (n + 1) is emitted in the upward direction in FIG. 6
  • the blue emission luminous flux B3, ... B (n + 2) is emitted diagonally upward to the left in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of reproducing the texture display of a stereoscopic image by the display device of the first embodiment.
  • FIG. 7 describes the reproduction of a stereoscopic image by lighting the pixels at a plurality of positions.
  • the display device 10 by lighting a plurality of pixels at predetermined positions, an image is reproduced at an intersection of a plurality of emitted luminous fluxes.
  • the light fluxes 135D1, 135D2, 135D3 irradiated in a predetermined direction from the plurality of pixels D1, the pixels D2, and the pixels D3, respectively, intersect at the intersection D, and an image emitting light from the intersection D is formed.
  • the pixels 131 are arranged two-dimensionally as in the example of FIG. 4, the light field display 15 by the display 13 and the pinhole film 12 is at an arbitrary position in all directions of the hemisphere from the surface of the pinhole film 12. It is possible to reproduce a three-dimensional image. Examples of reproduction of texture display by a three-dimensional image include a texture such as cloth, wallpaper, a painting such as an oil painting, a pattern on a printed matter, or a feeling of unevenness on the surface of an image. It is also possible to reproduce both the effect of the texture of light rays whose color and brightness change depending on the viewing direction of the observer and the effect of the texture of surface irregularities due to the stereoscopic image.
  • a light beam emitted from an object to be reproduced (specifically, a vector wave transmitted through the object or a vector wave reflected by the object) is detected by a sensor such as a camera and stored as image data. Then, the stored light rays are tracked in the direction opposite to the sensor, and the brightness distribution and the wavelength distribution when the light rays are incident on the display surface through the pinhole array 122 in the direction from the object toward the display 13 are calculated. Based on this luminance distribution and wavelength distribution, it is determined whether each pixel on the display 13 is turned on or off, and display data of the original image for reproducing the displayed image is generated and stored.
  • a drive signal is supplied from the display drive circuit 60 based on the display data of the original image, and the pixels at the predetermined positions of the display 13 are turned on.
  • the light beam emitted from the display 13 through the pinhole array 122 in a predetermined direction is reproduced, and is seen by the observer as an image having the texture of the target object.
  • the size of one pixel of the display 13 is smaller than the distance between the plurality of pinholes 121 of the pinhole array 122.
  • the resolution of the light field display is determined by the distance between optical elements such as pinholes in the optical element array or the outer diameter of the optical element such as a lens, and it is difficult to reproduce a high resolution image only with the light field display.
  • the resolution of the light-field display can be supplemented, and a high-resolution and textured image can be reproduced.
  • a decorative surface made of a decorative layer and a display and a light field display made of a pinhole film are arranged so as to form a display device.
  • the image decorated by the decorative layer and the display image expressing the texture of the light field display can be superimposed and projected, and in addition to the high-definition image on the display surface of the decorative layer, the image can be projected. Images with different textures can be recognized and reproduced depending on the observation direction of the light field display.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a display unit of the display device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 schematically shows a cross section of the display device in the thickness direction (emission light direction).
  • the second embodiment is an example in which a display is provided in place of the decorative layer of the first embodiment as the first display unit on the outer surface side of the display device.
  • the components different from those of the first embodiment will be mainly described, and duplicate description will be omitted.
  • the display device 30 includes a first display 31 and a second display 33 in order from the outer surface side (the side from which light is emitted).
  • the first display 31 as an example of the first display unit is composed of, for example, a self-luminous display device such as an organic EL display, a reflective display device such as electronic paper, or the like.
  • a plurality of pixels are arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions on the display surface (light emitting surface, upper surface of FIG. 8) on the outer front side, and the image is displayed by displaying and hiding each pixel in the matrix shape. Is displayed.
  • the second display 33 as an example of the second display unit is a self-luminous display device such as an organic EL display, an inorganic EL display, an LED display, a plasma display, a cathode line tube, or a liquid crystal display, as in the first embodiment. It is composed of a liquid crystal display in which a self-luminous display device is formed by a display panel and a backlight.
  • the first display 31 has a pinhole array 322 as an example of the optical element array.
  • the first display 31 has a light-transmitting portion that transmits light from the back side to the outer surface on the front side of the display surface, and pinholes 321 by the light-transmitting portion are arranged and formed in two dimensions vertically and horizontally at predetermined intervals.
  • a pinhole array 322 having a plurality of pinholes 321 is configured.
  • the first display 31 transmits only the emitted light passing through each pinhole 321 of the pinhole array 322 and emits the emitted light to the outside of the first display 31.
  • the pinhole array 322 is provided with one pinhole 321 corresponding to a plurality of pixels for each pixel of a predetermined unit of the second display 33.
  • the light field display 35 is composed of the second display 33 and the pinhole array 322 of the first display 31.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a drive unit of the display device according to the second embodiment.
  • a first display drive circuit 61 is connected to the first display 31 of the display device 30 as an example of a drive unit, a second display drive circuit 63 is connected to the second display 33, and the first display drive circuit 61 is connected. And the second display drive circuit 63 is connected to the control device 90.
  • the control device 90 performs drive control of the first display drive circuit 61 and the second display drive circuit 63 based on an external signal from the outside or a display control signal output by the control device 90 itself.
  • the first display drive circuit 61 supplies a drive signal to the first display 31 based on the display control signal from the control device 90.
  • the second display drive circuit 63 supplies a drive signal to the second display 33 based on the display control signal from the control device 90.
  • the display mode of the display for example, display / non-display of an image, switching of a display image, and the like are controlled by a drive signal from the first display drive circuit 61.
  • the display mode of the display for example, display / non-display of an image, lighting / extinguishing of each pixel, lighting mode, etc., is controlled by a drive signal from the second display drive circuit 63.
  • the first display 31 displays an image that is invariant depending on the viewing direction from the viewpoint of the observer, that is, an image that does not depend on the orientation of the observer on the display surface.
  • the second display 33 displays an image that differs depending on the viewing direction from the viewpoint of the observer, that is, an image that depends on the orientation of the observer.
  • a common image that does not depend on the orientation is displayed on the first display 31 when viewed from the observer, and the second display 33 is displayed in the space in front of the first display 31 (observer side).
  • An image depending on the orientation using the light field display 35 is reproduced.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a specific example of the configuration of the drive unit of the display device according to the second embodiment.
  • a light source direction / wavelength characteristic identification device 210 for detecting the direction and wavelength characteristics of the light source is connected to the control device 90.
  • the light source direction / light source wavelength characteristic identification device 210 is configured to include a photodetector such as a camera, an optical sensor, and an image sensor, and detects a light source that irradiates a target object reproduced by the display device 30 with light.
  • the light source direction / light source wavelength characteristic identification device 210 is composed of, for example, one or a plurality of 360-degree cameras, and extracts a high-luminance portion from images in each direction obtained by the 360-degree cameras by image processing to determine the direction of the light source. Is calculated.
  • the light source direction / wavelength characteristic identification device 210 includes information on the direction and wavelength characteristics of the light source at the sensor position of the identification device (light source direction / wavelength characteristic information 221) and position information of the sensor of the identification device (sensor position) as light source information.
  • the control device 90 includes a light source direction calculation circuit 91, a display object data storage unit 92, a ray tracing calculation circuit 93, a common image discrimination calculation circuit 94, a non-directional image drawing calculation circuit 95, and a directional image drawing calculation circuit 96.
  • the control device 90 inputs light source information from the light source direction / light source wavelength characteristic identification device 210.
  • the light source direction calculation circuit 91 calculates the direction and wavelength characteristics of the light source at the display position based on the light source direction / wavelength characteristic information 221 at the sensor position and the sensor position coordinates 222, and uses this calculation result as the light source data at the display position. Output.
  • the display object data storage unit 92 stores the shape data 921 of the display object to be reproduced and the object surface characteristic data 922 such as the reflection characteristic of the display object as the display object data.
  • the ray tracing calculation circuit 93 inputs the display object data from the display object data storage unit 92 and the light source data at the display position from the light source direction calculation circuit 91.
  • the ray tracing calculation circuit 93 performs rendering processing by the ray tracing method based on the shape data 921 of the display object, the object surface characteristic data 922, and the direction and wavelength characteristic information of the light source at the display position.
  • the ray tracing calculation circuit 93 calculates ray characteristic data such as brightness and chromaticity of light in each direction for a display object illuminated by a light source by a ray tracing method.
  • the common image discrimination calculation circuit 94 is based on the calculated light ray characteristic data such as brightness and chromaticity of light in each direction, and is oriented-independent non-directional ray characteristic data and direction-dependent ray characteristic data. Discriminate to. That is, the common image discrimination calculation circuit 94 separates the directional components with respect to the light characteristics such as the brightness and chromaticity of the detected light.
  • the non-directional image drawing calculation circuit 95 calculates a first display control signal for drawing a display image independent of the orientation of the display object to be reproduced from the discriminated non-directional light characteristic data.
  • the directional image drawing calculation circuit 96 calculates a second display control signal for drawing a display image depending on the orientation of the display object to be reproduced from the discriminated directional ray characteristic data.
  • FIG. 11 and 12 are diagrams for explaining an example of arithmetic processing for discriminating between non-directional ray characteristic data that does not depend on the direction and directional ray characteristic data that depends on the direction.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing light rays emitted from an arbitrary point P in various directions, and as an example of the brightness distribution in each direction from the point P, is a plane direction (on a plane) of a predetermined plane PS. The angular distribution of the brightness in the 360 ° all-around direction) is shown.
  • FIG. 12 is a characteristic diagram showing the brightness distribution of the light rays in FIG. 11 for each direction.
  • the reference plane RS corresponds to, for example, the display plane of the display
  • the plane PS is a plane that intersects the reference plane RS perpendicularly.
  • the light beam 251 emitted from a predetermined point P on the display object is emitted in various directions and has a luminance distribution according to the direction.
  • the common image discrimination calculation circuit 94 calculates the brightness distribution for each direction on the plane PS perpendicular to the reference plane RS based on the ray characteristic data having the brightness and chromaticity information of the light in each direction.
  • FIG. 12 it is assumed that the luminance distribution 252 for each direction at each angle such as ⁇ 1 °, ⁇ 2 °, ..., Etc. has been calculated.
  • the minimum brightness of the light rays in all directions is defined as the brightness LO that does not depend on the direction, and the value obtained by subtracting the brightness LO that does not depend on the direction from the brightness in each direction is defined as the brightness that depends on the direction.
  • the brightness depending on the direction in each direction is obtained, such as the brightness L1 in the ⁇ 1 ° direction, the brightness L2 in the ⁇ 2 ° direction, and so on.
  • the chromaticity that does not depend on the direction it is possible to calculate the chromaticity that does not depend on the direction and the chromaticity that depends on the direction in each direction.
  • the first display drive circuit 61 generates a drive signal for the first display 31 based on the first display control signal for drawing a display image independent of the orientation from the non-directional image drawing calculation circuit 95.
  • the second display drive circuit 63 generates a drive signal for the second display 33 based on the second display control signal for drawing a display image depending on the direction from the directional image drawing calculation circuit 96.
  • the first display 31 displays a display image of a display object that does not depend on the orientation by a drive signal from the first display drive circuit 61.
  • the second display 33 displays a display image depending on the orientation by a drive signal from the second display drive circuit 63, and reproduces the texture of the displayed object.
  • the light source direction / light source wavelength characteristic identification device 210 can also detect light from a light source whose position moves depending on various conditions such as the passage of time. In this case, based on the detected light ray characteristic data, an image of an object illuminated by the orientation-dependent display image formed on the second display 33, for example, by changing the position of the light source and the light characteristic with the passage of time. Can also be reproduced. Since the height and direction of sunlight differ depending on the time and season, the actual brightness, shadow, color, etc. can be reproduced by using the light field display using the light ray characteristic data according to such changes in the light source. Images such as objects and paintings that imitate the environment can be reproduced. The same applies when the ambient illumination light changes.
  • the chromaticity and brightness of the image depending on the observation direction by the second display 33 are changed according to the change of the non-directional display image, and the display surface is changed. You can reproduce the texture according to the image change of.
  • FIG. 13 is a plan view showing a configuration example of the first display of the display device according to the first modification of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the arrangement configuration of the first display and the second display in the first modification of the second embodiment.
  • a 14-14 cross section of FIG. 13 that is, a cross section in the thickness direction (emission light direction) of the display device 40 is schematically shown.
  • a configuration example 1 of the first display an example using a self-luminous display device is shown.
  • the first display 41 (an example of the first display unit) is composed of a self-luminous display device such as an organic EL display, an inorganic EL display, an LED display, a plasma display, and a cathode ray tube.
  • the first display 41 has an RGB light emitting element unit 412 in each pixel 411.
  • the light emitting element unit 412 is connected to drive electrodes 413 and 414 provided in the vertical and horizontal two-dimensional pixel arrangement directions, and the light emitting element unit 412 of each pixel is driven to light up in response to a drive signal.
  • a light-shielding portion 415 that blocks light is provided on the surface (lower surface of FIG. 14) of each pixel 411 on the second display 43 side.
  • a circular or polygonal translucent portion 416 is provided for each predetermined unit of the plurality of pixels 411, and pinholes 421 by the translucent portions 416 are arranged and formed in two dimensions vertically and horizontally at predetermined intervals to form a pinhole array. (An example of an optical element array) is configured.
  • a plurality of pixels 431 are arranged in two dimensions vertically and horizontally.
  • RGB pixels are arranged in order, for example, pixels R1, G1, B1, ... Rn, Gn, Bn, ....
  • a light field display is composed of a pinhole array formed by pinholes 421 formed on the first display 41 and a second display 43.
  • the display of the image by the light field display is the same as that of the first embodiment.
  • a microlens array may be provided as the optical element array. The configuration of the second modification in which the microlens array is provided between the first display and the second display is shown below.
  • FIG. 15 is a plan view showing a configuration example of the first display of the display device according to the second modification of the second embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing the arrangement configuration of the first display and the second display in the second modification of the second embodiment.
  • the first display 41a shown in FIG. 16 schematically shows a cross section of 16-16 of FIG. 15, that is, a cross section of the display device 40a in the thickness direction (emission light direction).
  • the display device 40a of the modified example 2 shown in FIG. 15 has a light-shielding portion 415 and a pin arranged on the surface (lower surface of FIG. 14) of the first display 41 on the second display 43 side in the display device 40 of the modified example 1. This is a configuration in which the hall 421 is eliminated.
  • the first display 41a (an example of the first display unit) is configured by using a member in which parts other than the light emitting element unit 412 and the drive electrodes 413 and 414 are completely transparent or translucent.
  • the display device 40a has a structure in which a microlens array 423 in which a plurality of microlenses are arranged at a constant pitch (interval) is provided between the first display 41a and the second display 43.
  • the light field display 15 is configured by the second display 43 and the microlens array 423.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of texture display in the display device according to the first modification of the second embodiment.
  • the emitted light 417 is emitted from each pixel 411. Further, in the plurality of pixels 431 of the second display 43, the emission direction of the light flux passing through the pinhole 421 differs depending on the position of the lit pixel, and the emitted light is emitted in a different direction according to the pixel position.
  • pixel R1 is lit for red R
  • pixels G2 and G3 are lit for green G
  • pixel B4 is lit for blue B.
  • hatched or white pixels represent lit pixels
  • black pixels represent extinguished pixels (non-lit pixels).
  • the emitted luminous flux 435R1 of the red pixel R1 passes through the pinhole 421 and is emitted obliquely upward to the right in FIG.
  • the emitted luminous flux 435G2 of the green pixel G2 passes through the pinhole 421 and is emitted upward to the right in FIG.
  • the emitted luminous flux 435G3 of the pixel G3 passes through the pinhole 421 and is emitted to the upward left in FIG. Will be done. Further, the emitted luminous flux 435B4 of the blue pixel B4 passes through the pinhole 421 and is emitted in the diagonally upward left direction in FIG.
  • the display device 40 has been described above as an example, the same effect can be obtained for the display devices 30 and 40a.
  • the size of one pixel of the second displays 33 and 43 is smaller than the distance between the plurality of pinholes 321 and 421.
  • the size of one pixel of the first displays 31 and 41 is smaller than the distance between the plurality of pinholes 321 and 421 of the pinhole array. That is, the resolution of the first display is made higher than the resolution of the light field display by the second display.
  • a high-resolution image can be displayed on the first display, and an image with a directional texture can be reproduced on the second display to supplement the resolution of the light field display, and the object to be displayed can be refined. It is possible to express with a realistic texture.
  • the finer the pixel size of the first display the higher the resolution of the image quality.
  • the finer the pixel size of the second display the greater the number of light rays that pass through the pinhole and emit light rays in different directions. Therefore, for example, if the distance from the pinhole is narrowed, the viewing area becomes larger. A wide (more obliquely visible) image is obtained.
  • the pixels of the second display and the pinholes are at the same interval, if the size of the pixels is made finer, a finer texture change can be reproduced.
  • the relationship between the size of one pixel of the second displays 33 and 43 in the display devices 30 and 40 and the spacing between the plurality of pinholes 321 and 421 has been described above, but the size of one pixel of the second display 43a in the display devices 40a has been described. The same applies to the relationship between the above and the arrangement pitch (interval) of the microlenses in the microlens array 423.
  • the display surface of the first display, the second display, and the light field display by the pinhole array are arranged so as to overlap each other to form a display device.
  • the orientation-independent non-directional display image displayed on the first display and the orientation-dependent display image displayed on the second display are superimposed and displayed by the light field display. It is possible to project a display image that expresses the texture. Therefore, in addition to the high-definition image on the display surface of the first display, an image having a different texture depending on the observation direction by the light field display can be recognizablely reproduced, and the observer can recognize a highly realistic target object having a fine texture. The image can be reproduced so that it can be visually recognized.
  • FIG. 18 is a plan view showing a configuration example of the first display of the display device according to the third embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing the arrangement configuration of the first display and the second display in the third embodiment.
  • the first display 51 shown in FIG. 19 schematically shows a 19-1 cross section of FIG. 18, that is, a cross section of the display device 50 in the thickness direction (emission light direction).
  • the third embodiment shows another specific example of the configuration of the display in the display device.
  • a configuration example 2 of the first display an example using a reflective display device is shown.
  • components different from those of the second embodiment will be mainly described, and duplicate description will be omitted.
  • the first display 51 (an example of the first display unit) is composed of a reflective display device such as an electrophoretic electronic paper.
  • a reflective display device such as a microcapsule system, a reflective liquid crystal system, an electrowetting system, or an electrochromic system may be used.
  • a microcapsule type black-and-white display will be described for simplicity, but the same applies to a color display.
  • the first display 51 has an image display unit 515 that displays white or black on each pixel 511.
  • the image display unit 515 is connected to drive electrodes 513 and 514 of transparent electrodes provided in the vertical and horizontal two-dimensional pixel arrangement directions, and the image display unit 515 of each pixel is driven according to the drive signal to drive the white display unit 515w.
  • a black display unit 515b is formed.
  • a circular or polygonal translucent portion 516 is provided for each predetermined unit of the plurality of pixels 511, and pinholes 521 by the translucent portions 516 are arranged and formed in two dimensions vertically and horizontally at predetermined intervals to form a pinhole array. (An example of an optical element array) is configured.
  • a plurality of pixels 531 are arranged in two dimensions vertically and horizontally.
  • RGB pixels are arranged in order, for example, pixels R1, G1, B1, ... Rn, Gn, Bn, ....
  • a light field display is composed of a pinhole array formed by pinholes 521 formed on the first display 51 and a second display 53.
  • the arrangement configuration of the pinhole array and the pixel 531 of the second display 53 is the same as that of the first embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of texture display in the display device of the third embodiment.
  • a plurality of pixels 511 of the first display 51 are driven to form a white display unit 515w or a black display unit 515b.
  • the external light 301 is reflected by the outer surface of the first display 51, and the scattered light 517 of the external light by the electronic paper is emitted to the outside at the white display unit 515w.
  • External light is absorbed by the black display unit 515b.
  • a black-and-white image produced by electronic paper is displayed and visually recognized by the observer.
  • the emission direction of the light flux passing through the pinhole 521 differs depending on the position of the lit pixel, and the emitted light is emitted in a different direction according to the pixel position.
  • pixel R1 is lit for red R
  • pixels G2 and G3 are lit for green G
  • pixel B4 is lit for blue B.
  • hatched or white pixels represent lit pixels
  • black pixels represent extinguished pixels (non-lit pixels).
  • the emitted luminous flux 535R1 of the red pixel R1 passes through the pinhole 521 and is emitted obliquely upward to the right in FIG.
  • the emitted luminous flux 535G2 of the green pixel G2 passes through the pinhole 521 and is emitted upward to the right in FIG.
  • the emitted luminous flux 535G3 of the pixel G3 passes through the pinhole 521 and is emitted to the upward left in FIG. Will be done. Further, the luminous flux 535B4 of the blue pixel B4 passes through the pinhole 521 and is emitted in the diagonally upward left direction in FIG.
  • the display surface of the first display and the light field display by the second display and the pinhole array are arranged so as to form a display device.
  • the non-directional display image displayed on the electronic paper of the first display and the directional display image displayed on the second display depending on the orientation are superimposed, and the texture of the light field display is obtained. It is possible to project a display image that expresses. Therefore, it is possible for the observer to visually reproduce an image of a highly realistic target object in which a texture is added to a high-definition display image of electronic paper.
  • the present embodiment it is possible to reproduce the image of the target object by adding different brilliance, reflected light, shadow, color, and stereoscopic effect depending on the viewing direction of the observer.
  • the display devices of the first to third embodiments include a first display unit such as a decorative layer or a display having a non-directional display surface that is invariant regardless of the viewing direction of the observer, and a first display device.
  • a second display unit which is arranged on the side opposite to the outer surface of the display unit and displays an image having different directions depending on the viewing direction of the observer, is provided.
  • the second display unit has a display in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally.
  • the display device is arranged between the outer surface of the first display unit and the second display unit in parallel with the light emitting surface of the display, and optical elements such as a plurality of pinholes correspond to pixels of a predetermined unit. It includes an array of arranged optical elements.
  • a light field display is composed of these displays and an array of optical elements. Further, the display device includes a drive unit that drives the display to light a predetermined pixel. As a result, the image provided on the display surface of the first display unit and the image obtained by the light field display can be combined so that the observer can recognize and reproduce an image having an appropriate texture.
  • the first display unit is composed of a decorative layer whose outer surface is decorated as a non-directional display surface.
  • the texture has directionality by the second display unit. The image can be reproduced and the observer can recognize the appropriate texture.
  • the optical element array is composed of a pinhole array in which a plurality of pinholes are arranged two-dimensionally at predetermined intervals, and the pinholes penetrate the outer surface of the first display unit. Is formed.
  • the direction of the light rays emitted through the pinhole array can be controlled according to the pixel positions lit by the display of the second display unit, and the light rays emitted in a predetermined direction can be reproduced. For example, it is possible to emit light rays in different directions according to colors such as RGB, and reproduce images of different colors depending on the viewing direction of the observer.
  • the first display unit includes a first display for displaying a non-directional display image
  • the second display unit is a predetermined of a plurality of pixels. It has a second display for lighting the pixels at the pixel positions of the above
  • the drive unit has a first display drive circuit for driving the first display and a second display drive circuit for driving the second display.
  • the first display is formed with light-transmitting portions that transmit light to the outer surface at predetermined intervals
  • the optical element array is a plurality of optical element arrays formed by the light-transmitting portions of the first display.
  • the pinholes are composed of a two-dimensionally arranged pinhole array.
  • the first display is composed of a self-luminous display device or a reflective display device. As a result, a high-definition display image with high visibility can be displayed on the first display.
  • the size of one pixel of the display of the second display unit is smaller than the distance between a plurality of pinholes in the pinhole array.
  • the size of one pixel of the first display is smaller than the distance between a plurality of pinholes in the pinhole array
  • the size of one pixel of the second display is a pin. It is smaller than the spacing between multiple pinholes in the hole array.
  • the display of the second display unit lights a pixel at a predetermined pixel position among the plurality of pixels and controls the direction of the light beam emitted through the optical element array. , Reproduces a display image in which at least one of the wavelength and brightness of light differs depending on the viewing direction of the observer. As a result, it is possible to reproduce an image having different colors and brightness depending on the viewing direction of the observer, to form an image having a texture close to that of a real object imitating an object object, and to make the observer visually recognize the image.
  • the display of the second display unit is a display image visually recognized in the position of the outer surface of the first display unit or in the space on the observer side from the outer surface from the viewpoint of the observer. To reproduce. As a result, it is possible to display an image having a texture such as gloss on the outer surface of the first display unit, or to reproduce an image having unevenness so as to protrude forward from the first display unit. It is possible to realize an image in which the observer can recognize an appropriate texture.
  • the display of the second display unit reproduces a stereoscopic image as a display image.
  • the observer can visually recognize a stereoscopic image with a high sense of presence, and the expressive power of the display image by the display device can be improved.
  • the present disclosure is useful as a display device or the like capable of recognizablely reproducing an image having an appropriate texture by an observer by combining an image provided on a display surface and an image by a light field display.
  • Display device 11 Decorative layer 12 Pinhole film 13 Display 15, 35 Light field display 31, 41, 41a, 51 First display 33, 43, 53 Second display 60
  • Display drive circuit 61 1st display drive circuit 63 2nd display drive circuit 90
  • Control device 91 Light source direction calculation circuit 92
  • Display object data storage unit 93
  • Ray tracing calculation circuit 95
  • Non-directional image drawing calculation circuit 96
  • Directional image drawing calculation Circuit 105, 105a, 105b, 105c Viewpoint 121, 321, 421, 521 Pinhole 122,322 Pinhole Array 131,411,431,511,531 Pixels 210
  • Light source direction / light source wavelength characteristic identification device 301 External light 412 415 Light-shielding part 416, 516 Translucent part 423
  • Micro lens array 515 Image display part 515b Black display part 515w White display part

Landscapes

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Abstract

本発明の表示装置（１０）は、観察者の見る方向によらず不変である非方向性の表示画像を表示する第１表示部（１１）と、第１表示部（１１）の外表面と反対側に配置され、複数の画素が二次元に配列されるとともに、観察者の見る方向によって異なる方向性を持つ表示画像を表示する第２表示部（１３）と、第１表示部（１１）の外表面と第２表示部（１３）との間に第２表示部（１３）の光出射面と平行に配置され、複数の光学素子の各々が複数の画素のうち所定単位の画素に対応して配列された光学素子アレイ（１２）と、第２表示部（１３）の複数の画素のうち所定の画素を点灯させる駆動部と、を備える。

Description

表示装置
　本開示は、表示装置に関する。
　特許文献１には、装飾レイヤ、光表示要素、及び光表示要素を制御するための制御装置を具備する多機能付き輝度差装飾スクリーンが開示されている。装飾レイヤは、光表示要素の前に設けられ、半透明パターンであり、光表示要素は、光源であり、制御装置に接続されており、装飾レイヤの後ろには表示されるべきコンテンツが存在する。装飾スクリーンは、装飾レイヤの後ろにコンテンツを表示するばかりでなく、装飾としての機能を有する。この構成により、構造が簡素であり用途が広範囲におよぶ一方、装飾とコンテンツ表示の２重の用途を有し且つスペースを効率的に利用することが可能になっている。
実用新案登録第３１２４９５１号公報
　本開示は、表示面に設けた画像とライトフィールドディスプレイによる画像とを組み合わせ、観察者において適切な質感を持つ画像を認識可能に再現できる表示装置を提供することを目的とする。
　本開示に係る表示装置は、観察者の見る方向によらず不変である非方向性の表示画像を表示する第１表示部と、前記第１表示部の外表面と反対側に配置され、複数の画素が二次元に配列されるとともに、前記観察者の見る方向によって異なる方向性を持つ表示画像を表示する第２表示部と、前記第１表示部の前記外表面と前記第２表示部との間に前記第２表示部の光出射面と平行に配置され、複数の光学素子の各々が前記複数の画素のうち所定単位の画素に対応して配列された光学素子アレイと、前記第２表示部の前記複数の画素のうち所定の画素を点灯させる駆動部と、を備える。
　本開示によれば、表示面に設けた画像とライトフィールドディスプレイによる画像とを組み合わせ、観察者において適切な質感を持つ画像を認識可能に再現できる。
実施の形態１に係る表示装置の外表面を示す平面図 実施の形態１に係る表示装置の表示部の構成を模式的に示した図 実施の形態１に係る表示装置の駆動部の構成を示すブロック図 実施の形態１の表示装置における出射光束の一例を示す図 実施の形態１の表示装置による質感表示を説明する図 実施の形態１の表示装置における質感表示の一例として方向によって異なる色彩の再現例を示す図 実施の形態１の表示装置による立体像の質感表示の再現例を示す図 実施の形態２に係る表示装置の表示部の構成を模式的に示した図 実施の形態２に係る表示装置の駆動部の構成を示すブロック図 実施の形態２に係る表示装置の駆動部の構成の具体例を示すブロック図 任意の点Ｐから様々な方向に放射される光線を模式的に示した図 図１１における光線の輝度分布を方向別に示した特性図 実施の形態２の変形例１に係る表示装置の第１ディスプレイの構成例を示す平面図 実施の形態２の変形例１における第１ディスプレイ及び第２ディスプレイの配置構成を模式的に示した図 実施の形態２の変形例２に係る表示装置の第１ディスプレイの構成例を示す平面図 実施の形態２の変形例２における第１ディスプレイ及び第２ディスプレイの配置構成を模式的に示した図 実施の形態２の変形例１に係る表示装置における質感表示の一例を示す図 実施の形態３に係る表示装置の第１ディスプレイの構成例を示す平面図 実施の形態３における第１ディスプレイ及び第２ディスプレイの配置構成を模式的に示した図 実施の形態３の表示装置における質感表示の一例を示す図
　以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る構成を具体的に開示した各実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　（本実施の形態の内容に至る経緯）
　装飾レイヤの後ろに光源及びコンテンツを設け、装飾レイヤによる装飾と、光により表示するコンテンツの情報とを提供する装飾スクリーンが提案されている。この種の従来の装飾スクリーンでは、固定の装飾とコンテンツとを表示するのみであり、コンテンツの情報を変更できない課題があった。また、ピンホール及び光源によりコンテンツを表示する構成の場合、精細なコンテンツを表示することが困難であった。
　また、表示するコンテンツは、装飾レイヤの装飾面と同じ位置に表示するのみであり、立体的なコンテンツを表示できない課題があった。観察者が見る方向によって異なる輝きなどの質感を表現することはできなかった。
　このような装飾レイヤ等の表示面を持つ表示装置に、立体像を再現可能なライトフィールドディスプレイを適用する場合を想定する。この場合、ライトフィールドディスプレイの表示部の解像度には限界があるので、ライトフィールドディスプレイのみでは、高精細の画像を再現することが困難である。
　以下、加飾層又は表示装置による表示面とライトフィールドディスプレイとを組み合わせて、表示面における高精細な画像に加えて、ライトフィールドディスプレイによる観察方向によって異なる質感を持つ画像を認識可能に再現する表示装置の一例について説明する。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る表示装置の外表面を示す平面図である。図２は、実施の形態１に係る表示装置の表示部の構成を模式的に示した図である。図２では、図１の２－２断面、すなわち表示装置の厚さ方向（出射光方向）の断面を模式的に示している。
　表示装置１０は、外表面側（光が出射される側）から順に、加飾層１１、ピンホールフィルム１２、ディスプレイ１３を有して構成される。第１表示部の一例としての加飾層１１は、観察者が見る方向によらず不変である非方向性の表示面を有する。加飾層１１は、非方向性の表示面として、絵画又は写真或いは印刷物等の画像、凹凸等による装飾、布等のテクスチャ、メッキなど、各種の加飾が外表面に施された板部材、膜部材等の平面状の部材により構成される。
　第２表示部の一例としてのディスプレイ１３は、観察者が見る方向によって異なる方向性を持つ画像を表示する。ディスプレイ１３は、例えば有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤ（Light Emission Diode）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、陰極線管などの自発光型の表示デバイスにより構成される。ディスプレイ１３は、加飾層１１側の表示面（光出射面、図２の上面）において縦横の二次元に複数の画素が配列され、このマトリックス状の各画素を点灯、消灯することにより、画像を表示する。ディスプレイ１３は、液晶表示パネル及びバックライトにより自発光型の表示デバイスを形成した液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：liquid Crystal Display）により構成してもよい。
　本実施の形態では、加飾層１１のディスプレイ１３側の面（図２の下面）に、光学素子アレイの一例としてのピンホールフィルム１２が設けられる。光学素子アレイは、加飾層１１の外表面とディスプレイ１３との間において、ディスプレイ１３の光出射面と平行に配置される。光学素子アレイには、ディスプレイ１３の所定単位の画素に１つの光学素子が対応し、複数の光学素子が所定間隔毎に二次元に配列される。
　ピンホールフィルム１２は、フィルム面において所定間隔毎に縦横の二次元に複数の光学素子としてピンホール１２１が配置形成されたピンホールアレイ１２２を有する。図１に示すように、ピンホール１２１は加飾層１１の外表面に貫通して形成され、加飾層１１にもピンホールアレイ１２２を有する構成となっている。ピンホールフィルム１２は、ディスプレイ１３からの出射光のうち、ピンホールアレイ１２２の各ピンホール１２１を通過する出射光のみを透過し、加飾層１１の外側に出射する。ピンホールアレイ１２２は、ディスプレイ１３の所定単位の画素毎に複数画素に対応して一つのピンホール１２１が設けられる。これらのディスプレイ１３及びピンホールフィルム１２により、ライトフィールドディスプレイ１５が構成される。
　本実施の形態の表示装置１０では、観察者の視点１０５から見て、加飾層１１の前側（観察者側）の空間にライトフィールドディスプレイ１５による画像が再現され、見る方向によって輝度、波長等が異なる光線による画像を表現可能である。したがって、観察者において加飾の画像に加えて質感を持つ画像が視認される。
　図３は、実施の形態１に係る表示装置の駆動部の構成を示すブロック図である。
　表示装置１０のディスプレイ１３には、駆動部の一例として、ディスプレイ駆動回路６０が接続され、ディスプレイ駆動回路６０が制御装置９０と接続される。制御装置９０は、外部からの外部信号、或いは制御装置９０自体により出力する表示制御信号に基づき、ディスプレイ駆動回路６０の駆動制御を行う。ディスプレイ駆動回路６０は、制御装置９０からの表示制御信号に基づいてディスプレイ１３に駆動信号を供給する。ディスプレイ１３は、ディスプレイ駆動回路６０からの駆動信号によって、ディスプレイの表示態様、例えば画像の表示／非表示、各画素の点灯／消灯、点灯態様などが制御される。
　次に、実施の形態１の表示装置１０におけるライトフィールドディスプレイ１５の作用、すなわちライトフィールドディスプレイによる画像の表示について説明する。
　図４は、実施の形態１の表示装置における出射光束の一例を示す図である。図４では、所定位置の画素の点灯による出射光束の方向について説明する。
　表示装置１０において、ディスプレイ１３の複数の画素１３１とピンホールフィルム１２のピンホール１２１とは、所定距離を隔てて配置される。任意の画素１３１を点灯した場合、画素の幅とピンホールの幅とに応じて少し拡散する光束が加飾層１１側に出射され、所定方向に向かう光束となって観察者側の空間に照射される。
　このとき、図４において、画素Ｃから照射された光束１３５Ｃはピンホールを通過して図４の左斜め上方向に出射され、画素Ｄから照射された光束１３５Ｄはピンホールを通過して図４の右斜め上方向に出射される。このように、画素とピンホールとの位置関係によって出射光束の方向が決まるため、所定位置の画素を点灯させることによって、出射光束の方向を制御できる。なお、図４ではディスプレイ１３の画素１３１の配列を一次元で示しているが、紙面と垂直な方向にも同様に配列され、画素１３１は二次元に配列されている。このため、ディスプレイ１３及びピンホールフィルム１２によるライトフィールドディスプレイ１５は、ピンホールフィルム１２の表面から半球の全方向において任意の方向に、光束の出射方向を制御して照射可能である。
　図５は、実施の形態１の表示装置による質感表示を説明する図である。
　ディスプレイ１３の複数の画素１３１において、点灯する画素の位置によってピンホール１２１を通過する光束の出射方向が異なる。複数の画素１３１は、例えば画素Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、…Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎ、…のようにＲＧＢの画素が順に配列される。図５に示すように、例えば、赤色Ｒの光を発する画素Ｒ１、緑色Ｇの光を発する画素Ｇ１、青色Ｂの光を発する画素Ｂ１を点灯したときの出射光束Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１は、ピンホール１２１を通過して図５の右斜め上方向に出射される。また、画素Ｒ３、画素Ｇ３、画素Ｂ３を点灯したときの出射光束Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３は、ピンホール１２１を通過して図５の左斜め上方向に出射される。このため、例えば、赤色Ｒについて画素Ｒ１を点灯し、青色Ｂについて画素Ｂ３を点灯した場合、観察者が図５の右方向から見ると赤色が強い光が観察され、図５の左方向から見ると青色が強い光が観察される。他の画素についても同様である。また、点灯させる画素の輝度を画素位置によって異なるようにした場合、出射方向によって光束の明るさが変化する。例えば、画素Ｒ１の輝度を高く、画素Ｒ３の輝度を低くすると、観察者が図５の右方向から見ると明るめの赤色が観察され、図５の左方向から見ると暗めの赤色が観察される。
　このような表示装置の特性を用いて、ＲＧＢの各画素について点灯させる画素の位置、輝度を制御することによって、観察者が見る方向によって異なる色彩、明るさの画像を表示し、質感を再現可能である。
　図６は、実施の形態１の表示装置における質感表示の一例として方向によって異なる色彩の再現例を示す図である。
　図６に示すように、例えば、赤色Ｒについては画素Ｒ１、…Ｒｎを点灯し、緑色Ｇについては画素Ｇ２、…Ｇ（ｎ＋１）を点灯し、青色Ｂについては画素Ｂ３、…Ｂ（ｎ＋２）を点灯する。図において、ハッチング又は白色の画素は点灯画素、黒色の画素は消灯画素（非点灯画素）をそれぞれ表している。この場合、赤色の出射光束Ｒ１、…Ｒｎは図６の右斜め上方向に出射され、緑色の出射光束Ｇ２、…Ｇ（ｎ＋１）は図６の上方向に出射され、青色の出射光束Ｂ３、…Ｂ（ｎ＋２）は図６の左斜め上方向に出射される。したがって、観察者の視点１０５ａの方向から見ると、赤味を帯びた光が観察され、観察者の視点１０５ｂの方向から見ると、緑味を帯びた光が観察され、観察者の視点１０５ｃの方向から見ると、青味を帯びた光が観察される。これにより、観察者が見る方向によって変化する色彩の光沢などの質感を持った画像が再現される。質感表示の再現例としては、金属やビロード等の部材表面の光沢の光り具合、布等の織物や壁紙、油絵等の絵画、印刷物などにおける模様又は画像の表面の反射光の状態などが挙げられる。また、対象物体の表面に映り込む像を再現することもできる。
　図７は、実施の形態１の表示装置による立体像の質感表示の再現例を示す図である。図７では、複数位置の画素の点灯による立体像の再現について説明する。
　表示装置１０において、所定位置の複数の画素を点灯させることにより、複数の出射光束の交点において像が再現される。図７において、複数の画素Ｃ１、画素Ｃ２、画素Ｃ３からそれぞれピンホールを通して所定方向に照射された光束１３５Ｃ１，１３５Ｃ２，１３５Ｃ３が交点Ｃで交わり、この交点Ｃより光を発する像が形成される。また、複数の画素Ｄ１、画素Ｄ２、画素Ｄ３からそれぞれピンホールを通して所定方向に照射された光束１３５Ｄ１，１３５Ｄ２，１３５Ｄ３が交点Ｄで交わり、この交点Ｄより光を発する像が形成される。このように、所定位置の複数の画素を点灯させ、その他の画素を消灯させることにより、点灯させる画素位置によって奥行きを持った立体像を再現できる。なお、図４の例と同様、画素１３１は二次元に配列されているため、ディスプレイ１３及びピンホールフィルム１２によるライトフィールドディスプレイ１５は、ピンホールフィルム１２の表面から半球の全方向において任意の位置に立体的な映像を再現可能である。立体像による質感表示の再現例としては、布等の織物や壁紙、油絵等の絵画、印刷物などにおける模様又は画像の表面の凹凸感などが挙げられる。また、観察者が見る方向によって色彩や輝度が変化する光線の質感の効果と、立体像による表面の凹凸の質感の効果との両方を再現することも可能である。
　例えば、ある物体の質感を持つ画像をライトフィールドディスプレイ１５によって再現する場合を想定する。再現対象の物体から発せられる光線（具体的には、物体を透過するベクトル波または物体で反射されるベクトル波）を、カメラ等のセンサにより検出し、画像データとして記憶する。そして、記憶した光線をセンサとは逆方向に追跡し、物体からディスプレイ１３に向かう方向に、ピンホールアレイ１２２を通ってディスプレイ面に入射した際の輝度分布及び波長分布を算出する。この輝度分布及び波長分布に基づいてディスプレイ１３における各画素の点灯／消灯を決定し、表示画像を再現するための元画像の表示データを生成して記憶する。表示画像を再現する際には、元画像の表示データに基づいてディスプレイ駆動回路６０から駆動信号を供給し、ディスプレイ１３の所定位置の画素を点灯させる。これにより、ディスプレイ１３からピンホールアレイ１２２を通って所定方向に出射する光線が再現され、観察者において対象の物体の質感を持った画像として見える。
　本実施の形態において、ディスプレイ１３の一画素の大きさは、ピンホールアレイ１２２の複数のピンホール１２１の間隔よりも小さくなっている。これにより、点灯させる画素の位置によってディスプレイの出射光線の向きを制御し、観察者が見る方向によって光の波長と輝度の少なくとも一方が異なる表示画像を再現することが可能である。ライトフィールドディスプレイの解像度は、光学素子アレイのピンホール等の光学素子の間隔、又はレンズ等の光学素子の外径によって決定され、ライトフィールドディスプレイのみでは高解像度の画像の再現は困難である。しかし、加飾層による高解像度の画像とライトフィールドディスプレイによる表示画像とを組み合わせることによって、ライトフィールドディスプレイの解像度を補うことができ、高解像度で且つ質感を持った画像を再現可能である。
　本実施の形態では、加飾層による装飾面とディスプレイ及びピンホールフィルムによるライトフィールドディスプレイとを重ねて配置し、表示装置を構成する。これにより、加飾層にて装飾された画像と、ライトフィールドディスプレイによる質感を表現する表示画像とを重畳させて映出可能であり、加飾層の表示面における高精細な画像に加えて、ライトフィールドディスプレイによる観察方向によって異なる質感を持つ画像を認識可能に再現できる。また、加飾層の前面にライトフィールドディスプレイによる情報表示を行う画像を再現できる。このため、観察者において精細な質感を持ったリアリティの高い対象物体の画像を視認できるように再現することができる。
　（実施の形態２）
　図８は、実施の形態２に係る表示装置の表示部の構成を模式的に示した図である。図８では、表示装置の厚さ方向（出射光方向）の断面を模式的に示している。実施の形態２は、表示装置の外表面側の第１表示部として、実施の形態１の加飾層に代えてディスプレイを設けた例である。ここでは実施の形態１と異なる構成要素を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　表示装置３０は、外表面側（光が出射される側）から順に、第１ディスプレイ３１、第２ディスプレイ３３を有して構成される。第１表示部の一例としての第１ディスプレイ３１は、例えば有機ＥＬディスプレイなどの自発光型の表示デバイス、或いは電子ペーパーなどの反射型の表示デバイス等により構成される。第１ディスプレイ３１は、外表側の表示面（光出射面、図８の上面）において縦横の二次元に複数の画素が配列され、このマトリックス状の各画素を表示、非表示することにより、画像を表示する。
　第２表示部の一例としての第２ディスプレイ３３は、実施の形態１と同様、例えば有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、陰極線管などの自発光型の表示デバイス、或いは、液晶表示パネル及びバックライトにより自発光型の表示デバイスを形成した液晶ディスプレイにより構成される。
　本実施の形態では、第１ディスプレイ３１において、光学素子アレイの一例としてのピンホールアレイ３２２を有する。第１ディスプレイ３１は、表示面の背面側から前面側の外表面まで光を透過する透光部を有し、この透光部によるピンホール３２１が所定間隔毎に縦横の二次元に配置形成され、複数のピンホール３２１を有するピンホールアレイ３２２が構成される。第１ディスプレイ３１は、第２ディスプレイ３３からの出射光のうち、ピンホールアレイ３２２の各ピンホール３２１を通過する出射光のみを透過し、第１ディスプレイ３１の外側に出射する。ピンホールアレイ３２２は、第２ディスプレイ３３の所定単位の画素毎に複数画素に対応して一つのピンホール３２１が設けられる。これらの第２ディスプレイ３３と第１ディスプレイ３１のピンホールアレイ３２２とにより、ライトフィールドディスプレイ３５が構成される。
　図９は、実施の形態２に係る表示装置の駆動部の構成を示すブロック図である。
　表示装置３０の第１ディスプレイ３１には、駆動部の一例として、第１ディスプレイ駆動回路６１が接続され、第２ディスプレイ３３には、第２ディスプレイ駆動回路６３が接続され、第１ディスプレイ駆動回路６１及び第２ディスプレイ駆動回路６３が制御装置９０と接続される。制御装置９０は、外部からの外部信号、或いは制御装置９０自体により出力する表示制御信号に基づき、第１ディスプレイ駆動回路６１及び第２ディスプレイ駆動回路６３の駆動制御を行う。第１ディスプレイ駆動回路６１は、制御装置９０からの表示制御信号に基づいて第１ディスプレイ３１に駆動信号を供給する。第２ディスプレイ駆動回路６３は、制御装置９０からの表示制御信号に基づいて第２ディスプレイ３３に駆動信号を供給する。
　第１ディスプレイ３１は、第１ディスプレイ駆動回路６１からの駆動信号によって、ディスプレイの表示態様、例えば画像の表示／非表示、表示画像の切り替えなどが制御される。第２ディスプレイ３３は、第２ディスプレイ駆動回路６３からの駆動信号によって、ディスプレイの表示態様、例えば画像の表示／非表示、各画素の点灯／消灯、点灯態様などが制御される。ここで、第１ディスプレイ３１は、観察者の視点からの見る方向によって不変の画像、すなわち観察者の向きに依存しない画像を表示面に表示する。一方、第２ディスプレイ３３は、観察者の視点からの見る方向によって異なる画像、すなわち観察者の向きに依存する画像を表示する。
　本実施の形態の表示装置３０では、観察者から見て、第１ディスプレイ３１において向きに依存しない共通の画像が表示され、第１ディスプレイ３１の前側（観察者側）の空間に第２ディスプレイ３３によるライトフィールドディスプレイ３５を用いた向きに依存する画像が再現される。これにより、任意の表示画像とともに、見る方向によって輝度、波長等が異なる光線による画像を表現可能である。したがって、観察者において任意の表示画像に加えて質感を持つ画像が視認される。
　ここで、２つのディスプレイを用いて表示する、観察者の向きに依存しない非方向性の画像と向きに依存する方向性の画像との表示方法の一例を説明する。
　図１０は、実施の形態２に係る表示装置の駆動部の構成の具体例を示すブロック図である。制御装置９０には、光源の方向及び波長特性を検出する光源方向・光源波長特性識別装置２１０が接続される。
　光源方向・光源波長特性識別装置２１０は、カメラ、光センサ、イメージセンサ等の光検出デバイスを有して構成され、表示装置３０によって再現する対象物体に対して光を照射する光源を検出する。光源方向・光源波長特性識別装置２１０は、例えば一つ又は複数の３６０度カメラにより構成され、３６０度カメラで得られた各方向の画像から、画像処理によって高輝度部分を抽出し、光源の向きを算出する。光源方向・光源波長特性識別装置２１０は、光源情報として、識別装置のセンサ位置における光源の方向と波長特性の情報（光源方向・波長特性情報２２１）と、識別装置のセンサの位置情報（センサ位置座標２２２）とを取得し、記憶部２２０に記憶する。
　制御装置９０は、光源方向演算回路９１、表示物体データ記憶部９２、レイトレーシング演算回路９３、共通画像弁別演算回路９４、非方向性画像描画演算回路９５、方向性画像描画演算回路９６を有する。制御装置９０は、光源方向・光源波長特性識別装置２１０からの光源情報を入力する。光源方向演算回路９１は、センサ位置における光源方向・波長特性情報２２１と、センサ位置座標２２２とに基づき、ディスプレイ位置における光源の方向及び波長特性を算出し、この算出結果をディスプレイ位置における光源データとして出力する。
　表示物体データ記憶部９２は、表示物体データとして、再現対象の表示物体の形状データ９２１と、表示物体の反射特性等の物体表面特性データ９２２とを記憶する。レイトレーシング演算回路９３は、表示物体データ記憶部９２からの表示物体データと、光源方向演算回路９１からのディスプレイ位置における光源データとを入力する。レイトレーシング演算回路９３は、表示物体の形状データ９２１及び物体表面特性データ９２２と、ディスプレイ位置における光源の方向及び波長特性情報とに基づき、レイトレーシング法によるレンダリング処理を行う。レイトレーシング演算回路９３は、レイトレーシング法によって、光源によって照らされた状態の表示物体について、各方向の光の輝度、色度等の光線特性データを算出する。
　共通画像弁別演算回路９４は、算出した各方向の光の輝度、色度等の光線特性データに基づき、向きに依存しない非方向性の光線特性データと、向きに依存する方向性の光線特性データとに弁別する。すなわち、共通画像弁別演算回路９４は、検出された光の輝度、色度等の光線特性について、方向成分を分離する。非方向性画像描画演算回路９５は、弁別された非方向性の光線特性データから、再現対象の表示物体に関する向きに依存しない表示画像を描画する第１表示制御信号を算出する。方向性画像描画演算回路９６は、弁別された方向性の光線特性データから、再現対象の表示物体に関する向きに依存する表示画像を描画する第２表示制御信号を算出する。
　図１１及び図１２は、向きに依存しない非方向性の光線特性データと、向きに依存する方向性の光線特性データとを弁別する演算処理の一例を説明する図である。図１１は、任意の点Ｐから様々な方向に放射される光線を模式的に示した図であり、点Ｐからの各方向の輝度分布の一例として、所定の平面ＰＳの面方向（平面上の３６０°全周方向）における輝度の角度分布を示している。図１２は、図１１における光線の輝度分布を方向別に示した特性図である。図１２において、基準面ＲＳは、例えばディスプレイの表示面に相当し、平面ＰＳは基準面ＲＳに対して垂直に交わる平面とする。
　図１１に示すように、表示物体において所定の点Ｐから発せられる光線２５１は、様々な方向に放射され、方向に応じた輝度分布を有する。共通画像弁別演算回路９４は、各方向の光の輝度及び色度情報を持つ光線特性データに基づき、基準面ＲＳに垂直な平面ＰＳにおける方向毎の輝度分布を算出する。ここで、図１２に示すように、θ１°、θ２°、…等の各角度における方向毎の輝度分布２５２が算出されたものとする。全ての方向の光線の輝度最小値を向きに依存しない輝度ＬＯとし、各方向の輝度から向きに依存しない輝度ＬＯを減算した値を、向きに依存する輝度とする。図示例では、θ１°方向の輝度Ｌ１、θ２°方向の輝度Ｌ２、…のように、各方向の向きに依存する輝度が求められる。なお、輝度と同様に、色度についても向きに依存しない色度と各方向の向きに依存する色度とを算出できる。
　第１ディスプレイ駆動回路６１は、非方向性画像描画演算回路９５からの向きに依存しない表示画像を描画する第１表示制御信号に基づき、第１ディスプレイ３１の駆動信号を生成する。第２ディスプレイ駆動回路６３は、方向性画像描画演算回路９６からの向きに依存する表示画像を描画する第２表示制御信号に基づき、第２ディスプレイ３３の駆動信号を生成する。第１ディスプレイ３１は、第１ディスプレイ駆動回路６１からの駆動信号によって向きに依存しない表示物体の表示画像を表示する。第２ディスプレイ３３は、第２ディスプレイ駆動回路６３からの駆動信号によって向きに依存する表示画像を表示して表示物体の質感等を再現する。
　なお、光源方向・光源波長特性識別装置２１０によって、時間経過等の各種条件によって位置が移動する光源からの光を検出することも可能である。この場合、検出された光線特性データに基づき、第２ディスプレイ３３において形成される向きに依存する表示画像により、例えば時間経過に伴って光源の位置や光の特性が変化して照らされる物体の画像を再現することもできる。時間や季節に応じて太陽光の高さや方向が異なるため、このような光源の変化に応じた光線特性データを用いて、ライトフィールドディスプレイにより光沢、影、色彩等を再現することにより、実際の環境を模した物体や絵画等の画像を再現できる。周囲の照明光が変化する場合も同様である。また、第１ディスプレイ３１による表示面の画像を変化させる場合、この非方向性の表示画像の変化に合わせて第２ディスプレイ３３による観察方向に依存する画像の色度や輝度を変化させ、表示面の画像変化に応じた質感を再現できる。
　次に、実施の形態２の変形例１、２に係る表示装置の構成の具体例を説明する。
　図１３は、実施の形態２の変形例１に係る表示装置の第１ディスプレイの構成例を示す平面図である。図１４は、実施の形態２の変形例１における第１ディスプレイ及び第２ディスプレイの配置構成を模式的に示した図である。図１４に示す第１ディスプレイ４１では、図１３の１４－１４断面、すなわち表示装置４０の厚さ方向（出射光方向）の断面を模式的に示している。ここでは、第１ディスプレイの構成例１として、自発光型の表示デバイスを用いた例を示す。
　第１ディスプレイ４１（第１表示部の一例）は、例えば有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、陰極線管などの自発光型の表示デバイスにより構成される。第１ディスプレイ４１は、それぞれの画素４１１にＲＧＢの発光素子部４１２を有する。発光素子部４１２は、縦横の二次元の画素配列方向に設けられた駆動電極４１３、４１４と接続され、駆動信号に応じて各画素の発光素子部４１２が駆動されて点灯する。第１ディスプレイ４１において、各画素４１１の第２ディスプレイ４３側の面（図１４の下面）に、光を遮断する遮光部４１５が設けられる。また、複数の画素４１１の所定単位毎に、円形又は多角形の透光部４１６が設けられ、透光部４１６によるピンホール４２１が所定間隔毎に縦横の二次元に配置形成され、ピンホールアレイ（光学素子アレイの一例）が構成される。
　第２ディスプレイ４３（第２表示部の一例）は、縦横の二次元に複数の画素４３１が配置される。複数の画素４３１は、例えば画素Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、…Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎ、…のようにＲＧＢの画素が順に配列される。第１ディスプレイ４１に形成されたピンホール４２１によるピンホールアレイと第２ディスプレイ４３とにより、ライトフィールドディスプレイが構成される。ライトフィールドディスプレイによる画像の表示については、実施の形態１と同様である。なお、光学素子アレイとしてマイクロレンズアレイを設けてもよい。第１ディスプレイと第２ディスプレイとの間にマイクロレンズアレイを設けた変形例２の構成を以下に示す。
　図１５は、実施の形態２の変形例２に係る表示装置の第１ディスプレイの構成例を示す平面図である。図１６は、実施の形態２の変形例２における第１ディスプレイ及び第２ディスプレイの配置構成を模式的に示した図である。図１６に示す第１ディスプレイ４１ａでは、図１５の１６－１６断面、すなわち表示装置４０ａの厚さ方向（出射光方向）の断面を模式的に示している。図１５に示した変形例２の表示装置４０ａは、変形例１の表示装置４０において、第１ディスプレイ４１の第２ディスプレイ４３側の面（図１４の下面）に配置された遮光部４１５とピンホール４２１を無くした構成である。第１ディスプレイ４１ａ（第１表示部の一例）は、発光素子部４１２及び駆動電極４１３、４１４以外の部分が全面透明又は透光性を有する部材を用いて構成される。表示装置４０ａは、第１ディスプレイ４１ａと第２ディスプレイ４３との間に、複数のマイクロレンズが一定のピッチ（間隔）で配列されたマイクロレンズアレイ４２３を設けた構造である。第２ディスプレイ４３及びマイクロレンズアレイ４２３により、ライトフィールドディスプレイ１５が構成される。図１５及び図１６に示した変形例２の構成においても、図１３及び図１４に示した変形例１と同様の作用効果が得られる。
　次に、実施の形態２の変形例１に係る表示装置４０におけるライトフィールドディスプレイの作用、すなわちライトフィールドディスプレイによる画像の表示について説明する。
　図１７は、実施の形態２の変形例１に係る表示装置における質感表示の一例を示す図である。
　第１ディスプレイ４１の複数の画素４１１が点灯することにより、各画素４１１より発光光４１７が出射される。また、第２ディスプレイ４３の複数の画素４３１において、点灯する画素の位置によってピンホール４２１を通過する光束の出射方向が異なり、画素位置に応じた異なる方向に発光光が出射される。
　図１７に示すように、例えば、赤色Ｒについては画素Ｒ１を点灯し、緑色Ｇについては画素Ｇ２、Ｇ３を点灯し、青色Ｂについては画素Ｂ４を点灯する。図１７において、ハッチング又は白色の画素は点灯画素、黒色の画素は消灯画素（非点灯画素）をそれぞれ表している。この場合、赤色の画素Ｒ１の出射光束４３５Ｒ１は、ピンホール４２１を通過して図１７の右斜め上方向に出射される。緑色の画素Ｇ２の出射光束４３５Ｇ２は、ピンホール４２１を通過して図１７の上方向右寄りに出射され、画素Ｇ３の出射光束４３５Ｇ３は、ピンホール４２１を通過して図１７の上方向左寄りに出射される。また、青色の画素Ｂ４の出射光束４３５Ｂ４は、ピンホール４２１を通過して図１７の左斜め上方向に出射される。
　したがって、観察者の視点１０５ａの方向から見ると、赤味を帯びた光が観察され、観察者の視点１０５ｂの方向から見ると、緑味を帯びた光が観察され、観察者の視点１０５ｃの方向から見ると、青味を帯びた光が観察される。この場合、第１ディスプレイ４１により表示される画像に、第２ディスプレイ４３により出射される向きによって異なる色の光が重畳して見える。これにより、観察者が見る方向によって変化する色彩の光沢などの質感を持った画像が再現される。また、点灯させる画素の輝度を画素位置によって異なるようにした場合、出射方向によって光束の明るさが変化する。このように、ＲＧＢの各画素について点灯させる画素の位置、輝度を制御することによって、観察者が見る方向によって異なる色彩、明るさの画像を表示し、質感を再現可能である。なお、実施の形態１と同様、点灯させる画素位置によって奥行きを持った立体像による質感表示を再現可能である。また、観察者が見る方向によって色彩や輝度が変化する光線の質感の効果と、立体像による表面の凹凸の質感の効果との両方を再現することも可能である。以上、表示装置４０を例に説明したが、表示装置３０、４０ａについても同様の作用効果を得ることができる。
　本実施の形態において、第２ディスプレイ３３、４３の一画素の大きさは、複数のピンホール３２１、４２１の間隔よりも小さくなっている。これにより、点灯させる画素の位置によって第２ディスプレイの出射光線の向きを制御し、観察者が見る方向によって光の波長と輝度の少なくとも一方が異なる表示画像を再現することが可能である。また、第１ディスプレイ３１、４１の一画素の大きさは、ピンホールアレイの複数のピンホール３２１、４２１の間隔よりも小さくなっている。すなわち、第１ディスプレイの解像度を第２ディスプレイによるライトフィールドディスプレイの解像度よりも高くする。これにより、第１ディスプレイによって高解像度の画像を表示し、第２ディスプレイによって方向性を有する質感を持った画像を再現して、ライトフィールドディスプレイの解像度を補うことができ、表示対象の物体を精緻に且つリアルな質感によって表現することが可能になる。第１ディスプレイの画素の大きさは、細かい方が高解像度の画質が得られる。また、第２ディスプレイの画素の大きさは、細かければ細かいほど、ピンホールを通過して出射する向きの異なる光線の数が増えるので、例えばピンホールとの間隔を狭くすれば、より視域の広い（より斜めから見えるようになる）画像が得られる。また、第２ディスプレイの画素とピンホールとが同じ間隔の場合に、画素の大きさをより細かくすれば、より微細な質感変化を再現できる。以上、表示装置３０、４０における第２ディスプレイ３３、４３の一画素の大きさと複数のピンホール３２１、４２１の間隔との関係について説明したが、表示装置４０ａにおける第２ディスプレイ４３ａの一画素の大きさとマイクロレンズアレイ４２３におけるマイクロレンズの配列ピッチ（間隔）との関係についても同様である。
　本実施の形態では、第１ディスプレイの表示面と、第２ディスプレイ及びピンホールアレイによるライトフィールドディスプレイとを重ねて配置し、表示装置を構成する。これにより、第１ディスプレイにて表示された向きに依存しない非方向性の表示画像と、第２ディスプレイにて表示された向きに依存する方向性の表示画像とを重ね合わせて、ライトフィールドディスプレイによる質感を表現する表示画像を映出可能である。したがって、第１ディスプレイの表示面における高精細な画像に加えて、ライトフィールドディスプレイによる観察方向によって異なる質感を持つ画像を認識可能に再現でき、観察者において精細な質感を持ったリアリティの高い対象物体の画像を視認できるように再現することができる。
　（実施の形態３）
　図１８は、実施の形態３に係る表示装置の第１ディスプレイの構成例を示す平面図である。図１９は、実施の形態３における第１ディスプレイ及び第２ディスプレイの配置構成を模式的に示した図である。図１９に示す第１ディスプレイ５１では、図１８の１９－１断面、すなわち表示装置５０の厚さ方向（出射光方向）の断面を模式的に示している。
　実施の形態３は、表示装置におけるディスプレイの構成の他の具体例を示すものである。ここでは、第１ディスプレイの構成例２として、反射型の表示デバイスを用いた例を示す。以下では実施の形態２と異なる構成要素を中心に説明し、重複する説明は省略する。
　第１ディスプレイ５１（第１表示部の一例）は、例えば電気泳動方式の電子ペーパー等の反射型の表示デバイスにより構成される。第１ディスプレイ５１は、マイクロカプセル方式、反射型液晶方式、エレクトロウェッティング方式、エレクトロクロミック方式などの反射型の表示デバイスを用いてもよい。以下説明を簡単にするためにマイクロカプセル方式の白黒ディスプレイで説明するが、カラーディスプレイでも同様である。第１ディスプレイ５１は、それぞれの画素５１１に白又は黒の表示を行う画像表示部５１５を有する。画像表示部５１５は、縦横の二次元の画素配列方向に設けられた透明電極の駆動電極５１３、５１４と接続され、駆動信号に応じて各画素の画像表示部５１５が駆動されて白色表示部５１５ｗ又は黒色表示部５１５ｂが形成される。また、複数の画素５１１の所定単位毎に、円形又は多角形の透光部５１６が設けられ、透光部５１６によるピンホール５２１が所定間隔毎に縦横の二次元に配置形成され、ピンホールアレイ（光学素子アレイの一例）が構成される。
　第２ディスプレイ５３（第２表示部の一例）は、縦横の二次元に複数の画素５３１が配置される。複数の画素５３１は、例えば画素Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１、…Ｒｎ、Ｇｎ、Ｂｎ、…のようにＲＧＢの画素が順に配列される。第１ディスプレイ５１に形成されたピンホール５２１によるピンホールアレイ及び第２ディスプレイ５３によりライトフィールドディスプレイが構成される。ピンホールアレイと第２ディスプレイ５３の画素５３１の配置構成は、実施の形態１及び実施の形態２と同様である。
　次に、実施の形態３の表示装置におけるライトフィールドディスプレイの作用、すなわちライトフィールドディスプレイによる画像の表示について説明する。
　図２０は、実施の形態３の表示装置における質感表示の一例を示す図である。
　第１ディスプレイ５１の複数の画素５１１が駆動され、白色表示部５１５ｗ又は黒色表示部５１５ｂが形成される。このとき、外光３０１が第１ディスプレイ５１の外表面で反射され、白色表示部５１５ｗにおいては電子ペーパーによる外光の散乱光５１７が外部に向けて発せられる。黒色表示部５１５ｂにおいては外光が吸収される。これにより、電子ペーパーによる白黒の画像が表示され、観察者に視認される。また、第２ディスプレイ５３の複数の画素５３１において、点灯する画素の位置によってピンホール５２１を通過する光束の出射方向が異なり、画素位置に応じた異なる方向に発光光が出射される。
　図２０に示すように、例えば、赤色Ｒについては画素Ｒ１を点灯し、緑色Ｇについては画素Ｇ２、Ｇ３を点灯し、青色Ｂについては画素Ｂ４を点灯する。図２０において、ハッチング又は白色の画素は点灯画素、黒色の画素は消灯画素（非点灯画素）をそれぞれ表している。この場合、赤色の画素Ｒ１の出射光束５３５Ｒ１は、ピンホール５２１を通過して図２０の右斜め上方向に出射される。緑色の画素Ｇ２の出射光束５３５Ｇ２は、ピンホール５２１を通過して図２０の上方向右寄りに出射され、画素Ｇ３の出射光束５３５Ｇ３は、ピンホール５２１を通過して図２０の上方向左寄りに出射される。また、青色の画素Ｂ４の出射光束５３５Ｂ４は、ピンホール５２１を通過して図２０の左斜め上方向に出射される。
　したがって、観察者の視点１０５ａの方向から見ると、赤味を帯びた光が観察され、観察者の視点１０５ｂの方向から見ると、緑味を帯びた光が観察され、観察者の視点１０５ｃの方向から見ると、青味を帯びた光が観察される。この場合、第１ディスプレイ５１の電子ペーパーによる外光の散乱光によって形成される画像に、第２ディスプレイ５３により出射される向きによって異なる色の光が重畳して見える。これにより、観察者が見る方向によって変化する色彩の光沢などの質感を持った画像が再現される。また、点灯させる画素の輝度を画素位置によって異なるようにした場合、出射方向によって光束の明るさが変化する。このように、ＲＧＢの各画素について点灯させる画素の位置、輝度を制御することによって、観察者が見る方向によって異なる色彩、明るさの画像を表示し、質感を再現可能である。なお、実施の形態１と同様、点灯させる画素位置によって奥行きを持った立体像による質感表示を再現可能である。また、観察者が見る方向によって色彩や輝度が変化する光線の質感の効果と、立体像による表面の凹凸の質感の効果との両方を再現することも可能である。
　本実施の形態では、実施の形態２と同様、第１ディスプレイの表示面と、第２ディスプレイ及びピンホールアレイによるライトフィールドディスプレイとを重ねて配置し、表示装置を構成する。これにより、第１ディスプレイの電子ペーパーにて表示された非方向性の表示画像と、第２ディスプレイにて表示された向きに依存する方向性の表示画像とを重ね合わせて、ライトフィールドディスプレイによる質感を表現する表示画像を映出可能である。このため、観察者において、電子ペーパーの高精細の表示画像に質感を付加したリアリティの高い対象物体の画像を視認できるように再現することができる。
　上述したように、本実施の形態によれは、観察者が見る方向によって異なる輝き、反射光、影、色彩、立体感を加えて対象物体の画像を再現することができる。また、高精細の画像に対して質感や立体感を加えて再現でき、精細なリアリティの高いコンテンツの画像を視認できるように再現することができる。
　以上のように、実施の形態１～３の表示装置は、観察者が見る方向によらず不変である非方向性の表示面を有する加飾層又はディスプレイ等の第１表示部と、第１表示部の外表面と反対側に配置され、観察者が見る方向によって異なる方向性を持つ画像を表示する第２表示部と、を備える。第２表示部は、複数の画素が二次元に配列されたディスプレイを有する。また、表示装置は、第１表示部の外表面と第２表示部との間にディスプレイの光出射面と平行に配置され、所定単位の画素に対応して複数のピンホール等の光学素子が配列された光学素子アレイを備える。これらのディスプレイ及び光学素子アレイによりライトフィールドディスプレイが構成される。また、表示装置は、ディスプレイを駆動して所定の画素を点灯させる駆動部を備える。これにより、第１表示部の表示面に設けた画像とライトフィールドディスプレイによる画像とを組み合わせ、観察者において適切な質感を持つ画像を認識可能に再現できる。
　また、実施の形態１の表示装置において、第１表示部は、非方向性の表示面として外表面に加飾が施された加飾層により構成される。これにより、加飾層による絵画又は写真或いは印刷物等の画像、凹凸等による装飾、布等のテクスチャ、メッキなど、各種の加飾に加えて、第２表示部による方向性を有する質感を持った画像を再現でき、観察者において適切な質感を認識できる。
　また、実施の形態１の表示装置において、光学素子アレイは、所定間隔に複数のピンホールが二次元に配列されたピンホールアレイにより構成され、ピンホールが第１表示部の外表面に貫通して形成される。これにより、第２表示部のディスプレイにより点灯する画素位置に応じてピンホールアレイを通過して出射する光線の向きを制御でき、所定の方向に出射する光線を再現できる。例えば、ＲＧＢ等の色に応じて異なる方向に光線を出射し、観察者が見る方向によって異なる色の画像を再現できる。
　また、実施の形態２、３の表示装置において、第１表示部は、非方向性の表示画像を表示する第１ディスプレイを有して構成され、第２表示部は、複数の画素のうち所定の画素位置の画素を点灯させる第２ディスプレイを有し、駆動部は、第１ディスプレイを駆動する第１ディスプレイ駆動回路と、第２ディスプレイを駆動する第２ディスプレイ駆動回路と、を有する。これにより、第１ディスプレイによる非方向性の画像と、第２ディスプレイによる方向性を有する質感を持った画像とを組み合わせて再現でき、観察者において適切な質感を認識できる。
　また、実施の形態２，３の表示装置において、第１ディスプレイには、所定間隔に外表面まで光を透過する透光部が形成され、光学素子アレイは、第１ディスプレイの透光部による複数のピンホールが二次元に配列されたピンホールアレイにより構成される。これにより、第２ディスプレイにより点灯する画素位置に応じてピンホールアレイを通過して出射する光線の向きを制御でき、所定の方向に出射する光線を再現できる。例えば、ＲＧＢ等の色に応じて異なる方向に光線を出射し、観察者が見る方向によって異なる色の画像を再現できる。
　また、実施の形態２、３の表示装置において、第１ディスプレイは、自発光型の表示デバイス、又は反射型の表示デバイスにより構成される。これにより、第１ディスプレイによって視認性の高い精細な表示画像を表示可能である。
　また、実施の形態１の表示装置において、第２表示部のディスプレイの一画素の大きさは、ピンホールアレイの複数のピンホールの間隔よりも小さくなっている。これにより、点灯させる画素の位置によってディスプレイの出射光線の向きを制御し、観察者が見る方向によって光の波長と輝度の少なくとも一方が異なる表示画像を再現することが可能である。
　また、実施の形態２、３の表示装置において、第１ディスプレイの一画素の大きさは、ピンホールアレイの複数のピンホールの間隔よりも小さく、第２ディスプレイの一画素の大きさは、ピンホールアレイの複数のピンホールの間隔よりも小さくなっている。これにより、点灯させる画素の位置によって第２ディスプレイの出射光線の向きを制御し、観察者が見る方向によって光の波長と輝度の少なくとも一方が異なる表示画像を再現することが可能である。また、第１ディスプレイによって高精細な画像を表示し、第２ディスプレイによって方向性を有する質感を持った画像を再現して、表示対象の物体を精緻に且つリアルな質感によって表現することが可能になる。
　また、実施の形態１～３の表示装置において、第２表示部のディスプレイは、複数の画素のうち所定の画素位置の画素を点灯させて光学素子アレイを介して出射する光線の向きを制御し、観察者が見る方向によって光の波長と輝度の少なくとも一方が異なる表示画像を再現する。これにより、観察者が見る方向によって色や明るさが異なる画像を再現でき、対象物体を模した実物に近い質感を持った像を形成し、観察者に視認させることができる。
　また、実施の形態１～３の表示装置において、第２表示部のディスプレイは、観察者の視点において第１表示部の外表面の位置又は外表面より観察者側の空間において視認される表示画像を再現する。これにより、第１表示部の外表面上に光沢等の質感を持った画像を表示したり、第１表示部よりも前方に飛び出すように凹凸を持った画像を再現したりすることができ、観察者において適切な質感を認識可能な画像を実現できる。
　また、実施の形態１～３の表示装置において、第２表示部のディスプレイは、表示画像として立体像を再現する。これにより、観察者において臨場感の高い立体像を視認でき、表示装置による表示画像の表現力を向上できる。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　本開示は、表示面に設けた画像とライトフィールドディスプレイによる画像とを組み合わせ、観察者において適切な質感を持つ画像を認識可能に再現できる表示装置等として有用である。
　１０、３０、４０、４０ａ、５０　表示装置
　１１　加飾層
　１２　ピンホールフィルム
　１３　ディスプレイ
　１５、３５　ライトフィールドディスプレイ
　３１、４１、４１ａ、５１　第１ディスプレイ
　３３、４３、５３　第２ディスプレイ
　６０　ディスプレイ駆動回路
　６１　第１ディスプレイ駆動回路
　６３　第２ディスプレイ駆動回路
　９０　制御装置
　９１　光源方向演算回路
　９２　表示物体データ記憶部
　９３　レイトレーシング演算回路
　９４　共通画像弁別演算回路
　９５　非方向性画像描画演算回路
　９６　方向性画像描画演算回路
　１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ　視点
　１２１、３２１、４２１、５２１　ピンホール
　１２２、３２２　ピンホールアレイ
　１３１、４１１、４３１、５１１、５３１　画素
　２１０　光源方向・光源波長特性識別装置
　３０１　外光
　４１２　発光素子部
　４１５　遮光部
　４１６、５１６　透光部
　４２３　マイクロレンズアレイ
　５１５　画像表示部
　５１５ｂ　黒色表示部
　５１５ｗ　白色表示部

Claims (11)

  1. 　観察者の見る方向によらず不変である非方向性の表示画像を表示する第１表示部と、
    　前記第１表示部の外表面と反対側に配置され、複数の画素が二次元に配列されるとともに、前記観察者の見る方向によって異なる方向性を持つ表示画像を表示する第２表示部と、
    　前記第１表示部の前記外表面と前記第２表示部との間に前記第２表示部の光出射面と平行に配置され、複数の光学素子の各々が前記複数の画素のうち所定単位の画素に対応して配列された光学素子アレイと、
    　前記第２表示部の前記複数の画素のうち所定の画素を点灯させる駆動部と、を備える、
    　表示装置。
  2. 　前記第１表示部は、前記外表面に加飾が施された加飾層により構成される、
    　請求項１に記載の表示装置。
  3. 　前記光学素子アレイは、所定間隔に複数のピンホールが二次元に配列されたピンホールアレイにより構成され、
    　前記複数のピンホールが前記第１表示部の外表面に貫通して形成される、
    　請求項１又は２に記載の表示装置。
  4. 　前記第１表示部は、非方向性の前記表示画像を表示する第１ディスプレイを有し、
    　前記第２表示部は、前記複数の画素を有する第２ディスプレイを有し、
    　前記駆動部は、前記第１ディスプレイを駆動する第１ディスプレイ駆動回路と、前記第２ディスプレイを駆動する第２ディスプレイ駆動回路と、を有する、
    　請求項１に記載の表示装置。
  5. 　前記第１ディスプレイには、所定間隔に外表面まで光を透過する複数の透光部が形成され、
    　前記光学素子アレイは、前記複数の透光部が複数のピンホールとして二次元に配列されたピンホールアレイにより構成される、
    　請求項４に記載の表示装置。
  6. 　前記第１ディスプレイは、自発光型の表示デバイス、又は反射型の表示デバイスにより構成される、
    　請求項４又は５に記載の表示装置。
  7. 　前記第２表示部の前記複数の画素の各々の大きさは、前記ピンホールアレイの前記複数のピンホールの間隔よりも小さい、
    　請求項３に記載の表示装置。
  8. 　前記第１ディスプレイの画素の大きさは、前記ピンホールアレイの前記所定間隔よりも小さく、
    　前記第２ディスプレイの前記複数の画素の各々の大きさは、前記ピンホールアレイの前記所定間隔よりも小さい、
    　請求項５に記載の表示装置。
  9. 　前記駆動部は、前記第２表示部の前記複数の画素のうち所定の画素を点灯させて前記光学素子アレイを介して出射する光線の向きを制御し、観察者の見る方向によって光の波長と輝度の少なくとも一方が異なる前記表示画像を表示させる、
    　請求項１から８のいずれか一項に記載の表示装置。
  10. 　前記駆動部は、前記第２表示部に、前記観察者の視点において前記第１表示部の前記外表面の位置又は前記外表面より前記観察者の側の空間において視認される前記表示画像を表示させる、
    　請求項１から９のいずれか一項に記載の表示装置。
  11. 　前記第２表示部が表示する前記表示画像は立体像である、
    　請求項９又は１０に記載の表示装置。
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