(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有し、前記複数の画素の各々が、第１の拡がり角の配光を有する光を発する集光型素子と、前記第１の拡がり角よりも大きい第２の拡がり角の配光を有する光を発する拡散型素子とを具備する表示部と、
前記表示部に表示されるオブジェクトの映像データ及び前記オブジェクトの反射特性情報を含む質感データに基づいて、前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度情報を含む画素信号を生成する画素信号生成部と、
前記画素信号に基づいて前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度を制御する制御部と、
を有する質感表示装置。
【請求項２】
前記質感データは、前記オブジェクトの反射光の複数の方向を示す情報と、前記複数の方向における前記オブジェクトの反射光の強度をそれぞれ示す複数の反射強度を示す情報とを含み、
前記制御部は、前記複数の反射強度の最大値が第１の閾値以下の値であるときは、前記拡散型素子を発光させ、前記集光型素子を発光させない制御を行い、前記最大値が前記第１の閾値より大きい値であるときは、前記集光型素子及び前記拡散型素子を発光させる制御を行う
請求項１に記載の質感表示装置。
【請求項３】
前記複数の画素の各々は、前記集光型素子としての第１の集光型素子と第２の集光型素子とを有し、
前記制御部は、前記最大値が前記第１の閾値より大きい値であるときは、前記第１の集光型素子と前記第２の集光型素子のいずれかを選択して発光させる制御を行う
請求項２に記載の質感表示装置。
【請求項４】
前記第１の集光型素子は前記画素内で前記反射強度が最大となる第１の方向の側に配置され、前記第２の集光型素子は前記画素内で前記第１の方向の反対側に配置され、
前記制御部は、前記最大値が前記第１の閾値より大きい値であるときは、前記第１の集光型素子を発光させ、前記第２の集光型素子を発光させない制御を行う
請求項３に記載の質感表示装置。
【請求項５】
前記オブジェクトの前記映像データにおける反射光の指向性が強い領域を検出し、検出した前記領域に基づいて前記質感データを生成する指向性検出部を更に備える
請求項１から４のいずれか１項に記載の質感表示装置。
【請求項６】
複数の画素を有し、前記複数の画素の各々が、第１の拡がり角の配光を有する光を発する集光型素子と、前記第１の拡がり角よりも大きい第２の拡がり角の配光を有する光を発する拡散型素子とを具備する表示部に表示されるオブジェクトの映像データ及び前記オブジェクトの反射特性情報を含む質感データに基づいて、前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度情報を含む画素信号を生成する画素信号生成ステップと、
前記画素信号に基づいて前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度を制御する制御ステップと、
を有する質感表示方法。
【請求項７】
コンピュータに、
複数の画素を有し、前記複数の画素の各々が、第１の拡がり角の配光を有する光を発する集光型素子と、前記第１の拡がり角よりも大きい第２の拡がり角の配光を有する光を発する拡散型素子とを具備する表示部に表示されるオブジェクトの映像データ及び前記オブジェクトの反射特性情報を含む質感データに基づいて、前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度情報を含む画素信号を生成する画素信号生成ステップと、
前記画素信号に基づいて前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度を制御する制御ステップと、
を実行させる質感表示プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示されるオブジェクトの質感を表示する質感表示装置、質感表示方法、及び質感表示プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、映像表示装置として、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）ディスプレイに替わり、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、及び有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等が使用されている。【０００３】
従来のディスプレイでは、各画素の発光特性ができるだけ均一になるような光学設計がされており、視野角の範囲内であればどの角度から見ても同じに見える映像（動画像及び静止画像を含む）が表示される。しかし、実世界では、オブジェクト（観察される物体）に対する観察角度によりオブジェクト表面で反射した光の強度が異なる。したがって、オブジェクトに対する観察角度によりオブジェクトの見え方は変化する。【０００４】
従来のディスプレイでは、ディスプレイ表面から出射する光の強度をディスプレイに対する観察角度によって変化させるように制御することができないため、ディスプレイに表示されるオブジェクトの質感（材質感）を実世界のように表現することは困難である。例えば、金属又はプラスチックをディスプレイに表示させた場合、従来のディスプレイでその質感を再現することは困難である。このような問題意識から、表示装置から発せられる光に指向性をもたせ、観察者（視聴者）に実際の物体を見ているような印象を与える表示装置が提案されている。【０００５】
特許文献１には、複数の光線制御素子を有する光線制御素子アレイを備え、１つの光線制御素子に対してパネル表示デバイスの複数の画素のうち１つの画素が対応し、複数の画素と同数の光学素子の向きを変えて光学素子からの光を予め定められた複数の出射方向に向けることを特徴とする質感映像表示装置が開示されている。【０００６】
また、特許文献２には、映像表示部と、指向性制御素子と、指向性制御素子ごとに光の指向性を定める指向性規定部と、入力された映像信号に基づいて輝度が高い分割領域を検出する指向性検出部と、指向性検出部の検出結果に基づいて、検出された分割領域に対応する指向性制御素子に電圧信号を印加する指向性制御部とを備える表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−００３１６６号公報（例えば、段落０００８〜００１０）
【特許文献２】特開２００９−０７５４６１号公報（例えば、段落００８０〜００８２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の装置によれば、一つの光線制御素子に対してパネル表示デバイスの複数の画素のうち一つの画素が対応し、複数の画素と同数の光学素子の向きを変えて光学素子からの光を予め定められた複数の出射方向に向けていることから、表示装置の解像度が落ちるという課題、及び、各画素の輝度を各方向に配分していることにより各方向から見た場合に表示装置全体の輝度が落ちるという課題がある。【０００９】
また、特許文献２の装置では、電圧信号に応じて指向性を規定する指向性制御素子を用いており、指向性制御素子は液晶レンズを用いて実現されることから、コストが高くなるという課題がある。【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、低コストで製造可能であり、解像度及び輝度を落とすことなく、表示される映像の質感及び臨場感を向上させることが可能な質感表示装置、質感表示方法、及び質感表示プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る質感表示装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素の各々が、第１の拡がり角の配光を有する光を発する集光型素子と、前記第１の拡がり角よりも大きい第２の拡がり角の配光を有する光を発する拡散型素子とを具備する表示部と、前記表示部に表示されるオブジェクトの映像データ及び前記オブジェクトの反射特性情報を含む質感データに基づいて、前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度情報を含む画素信号を生成する画素信号生成部と、前記画素信号に基づいて前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度を制御する制御部と、を有する。【００１２】
本発明の他の態様に係る質感表示方法は、複数の画素を有し、前記複数の画素の各々が、第１の拡がり角の配光を有する光を発する集光型素子と、前記第１の拡がり角よりも大きい第２の拡がり角の配光を有する光を発する拡散型素子とを具備する表示部に表示されるオブジェクトの映像データ及び前記オブジェクトの反射特性情報を含む質感データに基づいて、前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度情報を含む画素信号を生成する画素信号生成ステップと、前記画素信号に基づいて前記集光型素子及び前記拡散型素子の発光強度を制御する制御ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、低コストで製造可能であり、解像度及び輝度を落とすことなく、表示する映像の質感及び臨場感を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る質感表示装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１において表示部に表示される映像の質感について説明するための図である。
【図３】（ａ）は、実施の形態１において表示部を砲弾型ＬＥＤで構成する場合の発光素子の配光特性を示す図であり、（ｂ）は、実施の形態１において表示部を砲弾型ＬＥＤで構成する場合の１画素の構成の一例を示す図である。
【図４】（ａ）は、実施の形態１において表示部を表面実装型ＬＥＤで構成する場合における発光素子の配光特性を示す図であり、（ｂ）は、実施の形態１において表示部を表面実装型ＬＥＤで構成する場合の１画素の構成の一例を示す図である。
【図５】（ａ）から（ｄ）は、実施の形態１において配光特性の異なる２種類の発光素子の発光配分の制御の一例を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１において実世界における反射光の形状の概略を示す図である。
【図７】（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１において指向性のある反射光の合成の方法の一例を示す図である。
【図８】（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１において指向性のある反射光の合成の方法の他の例を示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１における反射光の指向性の方向に基づく発光素子の制御の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態１における画素信号生成部で画素信号が生成される動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る質感表示装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る質感表示装置について説明する。なお、以下で説明する質感表示装置の発明は、質感表示方法又は質感表示プログラムの発明として捉えることも可能である。以下の説明において、鏡面反射とは、光の入射角と反射角が同じ角度となる反射をいう。拡散反射とは、入射光が反射面から様々な方向に反射されることをいう。また、配光特性とは、光源（反射光）の光度の角度に対する変化又は分布をいう。拡がり角とは、光源から出射される光線の拡がる角度をいう。
【００１６】
《１》実施の形態１
《１−１》実施の形態１の構成
図１は、本発明の実施の形態１に係る質感表示装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る質感表示装置１００は、画素信号生成部１０２と、制御部１０３と、表示部１０４とを有する。また、質感表示装置１００は、信号受信部１０１と、素子配列記憶部１０６とを備えていてもよい。
【００１７】
図１に示されるように、信号受信部１０１は、表示されるオブジェクトの質感映像データＤ１を受信する。質感映像データＤ１には、表示されるオブジェクトの映像データＤ２と、表示されるオブジェクトの反射特性情報を含む質感データＤ３とが含まれる。質感映像データＤ１は、例えば、鏡面反射の強さを表す画像、拡散反射を表す物体色を示した画像、表面の形状及び高さを表す形状データ、及び法線を示す法線画像のうちの１つ以上のデータの組み合わせである。
【００１８】
また、質感映像データＤ１には、オブジェクトの形状データ及び反射光の方向とその強弱を示す関数である双方向反射率分布関数（ＢＲＤＦ：Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）又は双方向散乱面反射率分布関数（ＢＳＳＲＤＦ：Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）に基づく数値データが含まれていてもよい。
【００１９】
信号受信部１０１は、受信した質感映像データＤ１を読み込み、映像のフレームごとの画像（フレームデータ）を画素信号生成部１０２に送信する。信号受信部１０１は、受信した質感映像データＤ１を内蔵する記憶メモリに記憶してから画素信号生成部１０２にフレームデータを送信してもよく、あるいは、記憶メモリを介さずに画素信号生成部１０２に質感映像データＤ１の送信を行ってもよい。
【００２０】
画素信号生成部１０２は、信号受信部１０１から受信した反射特性情報を含む質感映像データＤ１を基に、各画素を制御する信号（画素信号）を生成する。画素信号には、例えば、表示されるオブジェクトの画素値及び各画素で表示するＲＧＢ値が含まれる。画素信号生成部１０２で行われる画素値の設定は、表示する映像内の最高輝度と最低輝度と、質感表示装置１００で表示可能な最高輝度と最低輝度とのバランスを見て、データが偏らないよう配分を決定することが望ましい。
【００２１】
画素信号生成部１０２は、信号受信部１０１から受信した質感映像データＤ１が、鏡面反射の強さを表す画像と拡散反射を表す物体色を示した画像、形状の表面の法線を示す法線画像、表面の形状及び高さを表す形状データ、又は光源環境パラメータである場合、質感映像データＤ１（映像データＤ２及び質感データＤ３）を基に各フレームのグラフィックス画像のレンダリングを行い、各画素で表示するＲＧＢ値を決定する。
【００２２】
図１に示されるように、画素信号生成部１０２は配光設定部１０５を備える。配光設定部１０５は、光源環境パラメータと鏡面反射光の強さ及び方向から表示部１０４の配光特性の異なる素子の発光強度（又は発光割合）を決定する。配光設定部１０５により決定された素子の発光強度は画素信号に含められる。画素信号生成部１０２は、生成した画素信号を制御部１０３に対して送信する。
【００２３】
制御部１０３は、画素信号生成部１０２から受信した画素信号に基づいて表示部１０４の発光素子を発光させ、質感表示装置１００を駆動する機能を有する。図１に示されるように、制御部１０３は、映像表示制御部１０７と、輝度制御部１０８とを有する。映像表示制御部１０７は、表示部１０４に表示される映像を制御する機能を有する。輝度制御部１０８は、表示部１０４における輝度を制御する機能を有する。
【００２４】
表示部１０４はマトリクス状に配置された複数の画素を備える。各画素は、配光特性が異なる２種類以上の素子（集光型素子及び拡散型素子）を組み合わせて構成され、２種類以上の素子は規則的に配置される。素子配列記憶部１０６は、表示部１０４に配置される素子の配列を記憶する機能を有する。素子配列記憶部１０６が記憶した素子の配列は、画素信号生成部１０２が画素信号を生成する際に参照される。
【００２５】
図２（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１において表示部１０４に表示される映像の質感について説明するための図である。ここで、図２（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に係る質感表示装置１００の表示部１０４に表示された映像の例を示している。図２（ａ）及び（ｂ）には、表示部１０４に映像が表示されており、また、表示部１０４を３方向（右側、中央、左側）から見た場合の当該映像の見え方が示されている。
【００２６】
図２（ａ）の表示部１０４に表示された映像は表面に光沢のない球を含み、図２（ｂ）表示部１０４に表示された映像は表面に光沢（輝点）のある球を含む。実世界では、物体の特性、表面の形状、及び光源の特性により光の反射の仕方が異なる。例えば、紙は全方位的な反射特性（拡散反射特性）を持つが、金属は指向性のある反射特性（鏡面反射特性）を持つ。
【００２７】
図２（ａ）に示される表面に光沢のない球は、全方位的な反射特性（以下、拡散反射特性ともいう）を有する物体の例であり、図２（ｂ）に示される表面に光沢のある球は、指向性のある反射特性（以下、鏡面反射特性ともいう）を有する物体の例である。
【００２８】
図２（ａ）に示されるように、表示部１０４に表示された映像が表面に光沢のない球を含む場合、画面の左側から見た場合と、画面の中心（真正面）から見た場合と、画面の右側から見た場合で、映像の見え方はあまり変わらない。このように、表面に光沢のない球は、拡散反射特性を有するため、どの角度から見ても見え方はあまり変わらない。
【００２９】
一方、図２（ｂ）に示されるように、表示部１０４に表示された映像が表面に光沢（輝点）のある球を含む場合、画面の左側から見た場合は輝点が右側に見えており、画面の中心から見た場合は輝点が中央に見えており、画面の右側から見た場合は輝点が左側に見えている。このように、表面に光沢のある球は鏡面反射特性を有するため、見る角度により輝点の位置が変化する。実世界では、このように映像を見る角度によって、映像の見え方（質感）が異なる場合がある。
【００３０】
なお、表示部１０４に表示される映像は図２（ａ）及び（ｂ）のように一様なテクスチャ画像に限ったものではなく、同じ映像内に複数のテクスチャ及びオブジェクトがあるような一般的な映像であってもよく、また、コンピュータグラフィックスに限らず自然画であってもよい。
【００３１】
図３（ａ）は、実施の形態１において表示部１０４を砲弾型ＬＥＤで構成する場合の発光素子の配光特性を示す図であり、図３（ｂ）は、実施の形態１において表示部１０４を砲弾型ＬＥＤで構成する場合の１画素の構成の一例を示す図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、１つの素子でＲＧＢ（赤、緑、青）のいずれか１色を発光することができる発光素子（１ｉｎ１型）２０，２１を使用する場合について示した図である。
【００３２】
図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、表示部１０４を砲弾型ＬＥＤで構成する場合には、ＲＧＢのいずれか１色を示す素子でそれぞれ異なる配光特性を有する発光素子を組み合わせて１画素（画素３０）を構成する。
【００３３】
図３（ａ）において、発光素子２０は集光タイプの配光特性を有する集光型素子である。集光タイプとは、発光素子の配光の拡がり角が狭いタイプであることをいう。図３（ａ）において、発光素子２０は、配光特性２０ａを有する。図３（ａ）に示されるように、発光素子２０の配光特性２０ａの拡がり角（第１の拡がり角）２０ｂは狭く、光軸の中心から少し外れると発光素子２０の光を観測することはできない。そのため、集光タイプの配光特性を有する発光素子２０は、指向性のある反射特性（鏡面反射特性）を表現するための素子として使用する。
【００３４】
図３（ａ）において、発光素子２１は拡散タイプの配光特性を有する拡散型素子である。拡散タイプとは、発光素子の配光の拡がり角が広いタイプであることをいう。図３（ａ）において、発光素子２１は、配光特性２１ａを有する。図３（ａ）に示されるように、発光素子２１の配光特性２１ａの拡がり角（第２の拡がり角）２１ｂは発光素子２０の配光特性２０ａの拡がり角２０ｂに比べて広く、光軸の中心から大きく外れても発光素子２１の光を観測することができる。そのため、拡散タイプの配光特性を有する発光素子２１は、全方位的な反射特性（拡散反射特性）を表現するための素子として使用する。
【００３５】
図３（ｂ）に示されるように、表示部１０４を砲弾型ＬＥＤで構成する場合には、例えば、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）の発光素子をそれぞれ４個ずつ使用する。Ｒの発光素子では、集光タイプの発光素子及び拡散タイプの発光素子をそれぞれ２個ずつ使用する。Ｂの発光素子では、集光タイプの発光素子及び拡散タイプの発光素子をそれぞれ２個ずつ使用する。Ｇの発光素子では、集光タイプの発光素子及び拡散タイプの発光素子をそれぞれ２個ずつ使用する。図３（ｂ）において、集光タイプの発光素子はハッチングにより示されており、拡散タイプの発光素子は白抜きで示されている。
【００３６】
図３（ｂ）において、Ｂの発光素子３１、Ｇの発光素子３３、Ｒの発光素子３５は集光タイプの発光素子であり、Ｂの発光素子３２、Ｇの発光素子３４、Ｒの発光素子３６は拡散タイプの発光素子である。なお、図３（ｂ）は発光素子の並べ方の一例を示すものであり、発光素子の数、並べ方、及び形状については図３（ｂ）に示される例に限定されない。
【００３７】
また、発光素子は、表示部１０４の表示面に対して光軸が直角の角度をなすように取り付けるだけではなく、光軸を表示面に対して傾けて取り付けてもよい。発光素子を表示部１０４の表示面に対し光軸を傾けて取り付けることにより、発光素子の配光特性をより多様に表現することができる。
【００３８】
図４（ａ）は、実施の形態１において表示部１０４を表面実装型ＬＥＤで構成する場合における発光素子２４，２５の配光特性を示す図であり、図４（ｂ）は、実施の形態１において表示部１０４を表面実装型ＬＥＤで構成する場合の１画素（画素４０）の構成の一例を示す図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、１つの素子でＲＧＢの３色を発光することができる発光素子（３ｉｎ１型）２４，２５を使用する場合について示した図である。
【００３９】
図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、発光素子２４は集光タイプの配光特性を有する集光型素子であり、発光素子２５は拡散タイプの配光特性を有する拡散型素子である。図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、発光素子２４は、拡がり角２４ｂの狭い配光特性２４ａを有し、発光素子２５は、拡がり角２５ｂの広い配光特性２５ａを有する。
【００４０】
図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、表示部１０４を表面実装型ＬＥＤで構成する場合においても、拡がり角２４ｂの狭い配光特性２４ａを有する発光素子２４と拡がり角２５ｂの広い配光特性２５ａを有する発光素子２５とを組み合わせて１画素（画素４０）を構成する。
【００４１】
図４（ａ）に示されるように、発光素子２４の配光特性２４ａは拡がり角（視野角）２４ｂが狭く、光軸の中心から少し外れると発光素子２４の光を観測することはできない。そのため、集光タイプの配光特性を持つ発光素子２４は、指向性のある反射特性（鏡面反射特性）を表現するための発光素子として使用する。
【００４２】
また、図４（ａ）に示されるように、発光素子２５の配光特性２５ａの拡がり角２５ｂは広いため、光軸の中心から大きく外れても発光素子２５の光を観測することができる。したがって、拡散タイプの配光特性を持つ発光素子２５は、全方位的な反射特性（拡散反射特性）を表現するための発光素子として使用する。
【００４３】
図４（ｂ）に示されるように、表示部１０４の１画素は、配光特性が異なる２種類の発光素子を用いて構成する。図４（ｂ）に示されるように、表示部１０４の１画素の中には、集光タイプの発光素子２４と拡散タイプの発光素子２５とが配置されている。なお、図４（ｂ）に示された発光素子の数、並べ方、及び形状は一例であり、発光素子の数、並べ方、及び形状は図４（ｂ）に示される例に限定されない。
【００４４】
図５（ａ）から（ｄ）は、実施の形態１において配光特性の異なる２種類の発光素子２４，２５の発光配分の制御の一例を示す図である。図５（ａ）から（ｄ）は発光素子２４，２５の発光させる割合（発光配分）を変化させて反射光の指向性を変化させた場合を示している。図５（ａ）は反射光の拡散性が最大である制御（拡散ＭＡＸ）を示しており、図５（ｄ）は反射光の指向性が最大である制御（指向性ＭＡＸ）を示している。
【００４５】
なお、発光素子２４，２５の発光配分の制御は、制御部１０３により行われる。また、図５（ａ）から（ｄ）において、発光素子２４は図４（ａ）及び（ｂ）に示される集光タイプの発光素子であり、発光素子２５は図４（ａ）及び（ｂ）に示される拡散タイプの発光素子である。
【００４６】
図５（ａ）は、拡散反射特性を有する反射光を表示する場合の発光配分例を示す図である。図５（ａ）に示されるように、拡散反射特性を有する反射光を表示する場合には拡散タイプの発光素子２５のみを発光させ、集光タイプの発光素子２４は発光させない。したがって、発光配分は、集光タイプの発光素子２４が０％、拡散タイプの発光素子２５が１００％となる。
【００４７】
図５（ｂ）は、拡散反射特性と鏡面反射特性の両方を混合して表示する場合において、拡散反射特性寄りの反射光を表示する場合の発光配分例を示す図である。図５（ｂ）に示されるように、拡散反射特性と鏡面反射特性を混合して表示する場合には拡散タイプの発光素子２５及び集光タイプの発光素子２４の双方を発光させる。また、拡散反射特性寄りの発光配分とするためには、例えば、集光タイプの発光素子２４を４０％、拡散タイプの発光素子２５を６０％の発光配分で発光させる。
【００４８】
図５（ｃ）は、拡散反射特性と鏡面反射特性の両方を混合して表示する場合において、鏡面反射特性寄りの反射光を表示する場合の発光配分例を示す図である。図５（ｃ）に示されるように、拡散反射特性と鏡面反射特性を混合して表示する場合において鏡面反射特性寄りの発光配分とするためには、例えば、集光タイプの発光素子２４を７０％、拡散タイプの発光素子２５を３０％の発光配分で発光させる。
【００４９】
図５（ｄ）は、鏡面反射特性を有する反射光を表示する場合の発光配分例を示す図である。図５（ｄ）に示されるように、鏡面反射特性を有する反射光を表示する場合には集光タイプの発光素子２４のみを発光させる。したがって、発光配分は集光タイプの発光素子２４が１００％、拡散タイプの発光素子２５が０％となる。
【００５０】
なお、図５（ｂ）又は（ｃ）のように、鏡面反射特性と拡散反射特性とを混合して表示する場合には、指向性の強弱は集光タイプの発光素子の発光強度で表し、色味は表示部１０４を正面から見たときを正として調整を行う。表示部を斜めから見たときに、種類の異なる発光素子を設置していることによる映像の色付きが発生する場合は、同じ画素内の集光タイプと拡散タイプの発光素子の色味を変えることにより補正を行ってもよい。
【００５１】
図６（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１において実世界における反射光の形状の概略を示す図である。図６（ａ）は、物体表面が拡散反射特性を有している場合における拡散反射光の形状の概略を示す図であり、図６（ｂ）は、物体表面が鏡面反射特性を有している場合における鏡面反射光の形状の概略を示す図である。図６（ａ）及び（ｂ）では、入射光が物体表面の反射点Ｏで反射する様子が示されている。また、図６（ａ）及び（ｂ）におけるＱ１，Ｑ２は、反射角を示している。
【００５２】
図６（ａ）に示されるように、物体表面が拡散反射特性を有しており、反射光が拡散反射光である場合には、反射点Ｏで反射する光は反射点Ｏを中心に均等に反射する。図６（ａ）において、反射角Ｑ１で反射する光の反射強度ＲＱ１は、点Ｑ１と反射点Ｏとを結ぶ直線の長さで示される。また、反射角Ｑ２で反射する光の反射強度ＲＱ２は、点Ｑ２と反射点Ｏとを結ぶ直線の長さで示される。図６（ａ）に示されるように、反射角Ｑ１における反射強度ＲＱ１は、反射角Ｑ２における反射強度ＲＱ２よりも大きい。
【００５３】
画素信号生成部１０２は、質感映像データＤ１に含まれる反射特性情報から、物体表面が図６（ａ）のような拡散反射特性を持っていると判断した場合は、拡散タイプの発光素子のみを発光させるよう画素信号を生成する。
【００５４】
図６（ｂ）に示されるように、物体表面が鏡面反射特性を有しており、反射光が鏡面反射光である場合、反射点Ｏで反射する光は指向性を持つ反射光となる。図６（ｂ）における反射角Ｐ１は、指向性の弱い角度を示しており、図６（ｂ）における反射角Ｐ２は、最も指向性の強い角度を示している。また、図６（ｂ）における反射角Ｐ１は、図６（ａ）における反射角Ｑ１と同じ角度であり、図６（ｂ）における反射角Ｐ２は、図６（ａ）における反射角Ｑ２と同じ角度である。
【００５５】
鏡面反射光では、指向性の強い角度以外の角度では拡散反射光よりも光は減衰する。したがって、図６（ｂ）の反射角Ｐ１における反射強度ＲＰ１は、図６（ａ）の反射角Ｑ１における反射強度ＲＱ１よりも小さい。反射強度ＲＰ１と反射強度ＲＱ１との間には、
反射強度ＲＰ１＝反射強度ＲＱ１×ＯＰ１／ＯＱ１
の関係が成り立つ。ここで、ＯＰ１は、図６（ｂ）における点Ｏから点Ｐ１までの長さで示される反射光強度であり、ＯＱ１は、図６（ｂ）における点Ｏから点Ｑ１までの長さで示される反射光強度である。したがって、拡散反射光の反射強度ＲＱ１を１（第１の閾値）とすると、反射強度ＲＰ１は１以下の値になる。
【００５６】
鏡面反射光において、指向性の強い角度では拡散反射光よりも反射強度が増す。したがって、図６（ｂ）の反射角Ｐ２における反射強度ＲＰ２は、図６（ａ）の反射角Ｑ２における反射強度ＲＱ２よりも大きい。反射強度ＲＰ２と反射強度ＲＱ２との間には、
反射強度ＲＰ２＝反射強度ＲＱ２×ＯＰ２／ＯＱ２
の関係が成り立つ。ここで、ＯＰ２は、図６（ｂ）における点Ｏから点Ｐ２までの長さで示される反射光強度であり、ＯＱ２は、図６（ｂ）における点Ｏから点Ｑ２までの長さで示される反射光強度である。したがって、拡散反射光の反射強度ＲＱ２を１とすると、反射強度ＲＰ２は１より大きい値になる。
【００５７】
図７（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１において指向性のある反射光の合成の方法の一例を示す図である。図７（ａ）から（ｃ）には、指向性のある実際の反射光を拡散タイプの発光素子及び集光タイプの発光素子を用いて合成する方法が示されている。
【００５８】
図７（ａ）は、指向性のある実際の反射光の形状の概略を示す図であり、図７（ｂ）は、拡散タイプの発光素子の配光特性を示す図であり、図７（ｃ）は集光タイプの発光素子の配光特性を示す図である。図７（ｂ）及び（ｃ）には、図７（ａ）に示される実際の反射光を分解した様子が示されている。
【００５９】
図７（ａ）に示されるように、指向性のある実際の反射光は、指向性の最も強い角度Ｐ２で最大の反射強度ＲＰ２を有し、指向性の最も強い角度以外の角度（例えば、角度Ｐ１）で反射強度ＲＰ１を有する。図７（ａ）における角度Ｑ１，Ｐ１，Ｐ２は、図６（ｂ）における角度Ｑ１，Ｐ１，Ｐ２と同じである。
【００６０】
指向性のある実際の反射光は図７（ｂ）及び（ｃ）に示されるように分解され、拡散タイプの発光素子と集光タイプの発光素子を用いて合成することができる。この場合、画素信号生成部１０２は、拡散タイプの発光素子と集光タイプの発光素子の発光強度を示す画素信号を生成し、制御部１０３は画素信号に基づいて表示部１０４の発光素子を制御する。このように制御を行うことで指向性のある実際の反射光を表現することができる。
【００６１】
なお、図７（ｃ）において、集光タイプの発光素子は、その光軸が物体表面に対して傾くように設置されている。したがって、図７に示される方法で指向性のある反射光を合成する場合には、集光タイプの発光素子の光軸が表示部１０４の表示面に対して傾くように集光タイプの発光素子を表示部１０４に設置する。
【００６２】
図８（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１において指向性のある反射光の合成の方法の他の例を示す図である。図７（ａ）から（ｃ）では、集光タイプの発光素子の光軸が表示部１０４（物体表面）に対して傾いて設置されている場合を想定した。これに対して、図８（ａ）から（ｃ）では、図７（ａ）から（ｃ）とは異なり集光タイプの発光素子の光軸が物体表面に対して垂直になるように設定されている。また、図８（ｃ）では、集光タイプの発光素子の光軸が反射点Ｏよりも右側に配置されている。
【００６３】
この場合においても、集光タイプの発光素子の反射強度ＲＰ２を調整することにより、集光タイプの発光素子と拡散タイプの発光素子とを用いて実際の反射光を合成することができる。したがって、図８（ａ）から（ｃ）に示される方法で指向性のある反射光を合成する場合には、集光タイプの発光素子の光軸が表示部１０４の表示面に対して垂直の角度をなすように集光タイプの発光素子を表示部１０４に設置する。
【００６４】
図９（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１における反射光の指向性の方向に基づく発光素子の制御の一例を示す図である。図９（ａ）は、ＸＹＺ座標系における反射光の方向ベクトルを示す図であり、図９（ｂ）は、ＸＹＺ座標系のＸＹ平面における発光素子のタイプ別の配置位置を示す図である。図９（ａ）及び（ｂ）は、１素子でＲＧＢを表現できる発光素子を２素子ずつ組み合わせて１画素を構成する場合（図４の場合）について想定した場合について示されている。また、図９（ａ）及び（ｂ）のＸＹ平面は、表示部１０４の表示面であるものとする。
【００６５】
図９（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＸＹＺ座標系のＸＹ平面上には集光タイプの発光素子２４１，２４２と拡散タイプの発光素子２５１,２５２が配置されている。図９（ａ）に示されるように、集光タイプの発光素子２４１は、ＸＹ平面における（−ｘ，−ｙ）の位置に配置され、集光タイプの発光素子２４２は、ＸＹ平面における（＋ｘ，＋ｙ）の位置に配置され、拡散タイプの発光素子２５１は、ＸＹ平面における（−ｘ，＋ｙ）の位置に配置され、拡散タイプの発光素子２５２は、ＸＹ平面における（＋ｘ，−ｙ）の位置に配置されている。
【００６６】
また、図９（ａ）及び（ｂ）におけるＸＹ平面は、Ｘ＝−Ｙの境界線を境に領域Ａと領域Ｂとに区分されている。図９（ａ）及び（ｂ）において領域Ａは白抜きで示されており、領域Ｂはハッチングで示されている。図９（ａ）及び（ｂ）に示されるように、集光タイプの発光素子２４２は領域Ａに位置しており、集光タイプの発光素子２４１は領域Ｂに位置している。
【００６７】
図９（ａ）には、特定の画素で計算される反射強度が拡散反射光の反射強度より大きい値である場合の当該画素における反射光の指向性の方向がベクトル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で示されている。図９（ａ）に示されるように、反射光の指向性の方向（第１の方向）を示す（ｘ，ｙ）の値は、ＸＹ平面における領域Ａの範囲にある。
【００６８】
この場合、ＸＹ平面において領域Ａに配置された集光タイプの発光素子２４２（第１の集光型素子）及び拡散タイプの発光素子２５１，２５２を発光させる制御を行う。そして、領域Ｂに配置された集光タイプの発光素子２４１（第２の集光型素子）は発光させない。これにより、領域Ａの範囲にある反射光の指向性の方向を表現することができる。
【００６９】
これに対して、反射光の指向性の方向を示す（ｘ，ｙ）の値がＸＹ平面における領域Ｂの範囲にある場合には、領域Ｂにある集光タイプの発光素子２４１及び拡散タイプの発光素子２５１，２５２を発光させる制御を行う。そして、領域Ａに配置された集光タイプの発光素子２４２は発光させない。これにより、領域Ｂの範囲にある反射光の指向性の方向を表現することができる。
【００７０】
反射光の指向性の方向（ｘ，ｙ）がＸ＝−Ｙの境界線上にある場合、集光タイプの発光素子２４１，２４２を両方発光させてもよい。その場合、発光強度は各発光素子で調整することが望ましい。
【００７１】
以上のように反射光の指向性の方向にあわせて発光させる集光タイプの発光素子を選択することで、表示されるオブジェクトの反射光の指向性の方向を表現することができ、表示する画素の反射の方向を変化させることができる。
【００７２】
図１０は、実施の形態１における画素信号生成部１０２で画素信号が生成される動作を示すフローチャートである。図１０は、図９（ａ）及び（ｂ）に示された画素構造と同様の画素構造を処理するためのものであると仮定する。したがって、表示部１０４の１画素には、２つの集光タイプの発光素子２４１，２４２と、２つの拡散タイプの発光素子２５１，２５２とが配置されている。
【００７３】
まず、ステップＳ１で、入力される質感映像データＤ１から各画素の反射光の方向と反射強度を計算する。次に、処理はステップＳ２に進み、ステップＳ１で計算して求められた反射強度の最大値が、拡散反射光の反射強度を１としたときに、１より大きい値であるかを判断する。
【００７４】
反射強度の最大値が１以下の値であれば（ステップＳ２においてＮＯ）、反射光は拡散反射光であると判断してステップＳ３の処理へ進み、拡散タイプの発光素子２５１，２５２を発光させ、集光タイプの発光素子２４１，２４２は発光させないものとする。
【００７５】
ステップＳ２で判断される反射強度が１より大きい値である場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、処理はステップＳ４に進み、ステップＳ４において反射光の指向性の方向を判断する。
【００７６】
反射光の指向性の方向を示すベクトル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）の（ｘ，ｙ）が図９（ａ）及び（ｂ）の領域Ａの範囲にある場合、処理はステップＳ５に進み、ステップＳ５において拡散タイプの発光素子２５１，２５２と集光タイプの発光素子２４２とを発光させる。
【００７７】
反射光の指向性の方向を示すベクトル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）の（ｘ，ｙ）が図９（ａ）及び（ｂ）の領域Ｂの範囲にある場合、処理はステップＳ６に進み、ステップＳ６において拡散タイプの発光素子２５１，２５２と集光タイプの発光素子２４１とを発光させる。
【００７８】
反射光の指向性の方向を示すベクトル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）の（ｘ，ｙ）が図９（ａ）及び（ｂ）の領域Ａと領域Ｂとの境界線上にある場合、処理はステップＳ７に進み、ステップＳ７において拡散タイプの発光素子２５１，２５２と集光タイプの発光素子２４１，２４２とを発光させる。
【００７９】
以上のように、制御部１０３は、画素信号生成部１０２で生成される画素信号（画素信号に含まれる画素ごとのＲＧＢ値と発光割合等）に基づいて、表示部１０４に配置された配光特性の異なる複数の発光素子を選択して発光させる。発光素子を直接駆動することで応答速度の速い制御が可能である。そのため、静止画だけでなく動画にも対応することができ、高速かつ高精細に配光を制御することができる。
【００８０】
《１−２》実施の形態１の効果
以上のように、実施の形態１に係る質感表示装置１００によれば、表示するオブジェクトの反射特性に合わせて配光特性の異なる発光素子の発光強度を調整することで、各画素の色と光の広がりを制御する。これにより、質感表示装置１００を見る角度により質感表示装置１００に表示されるオブジェクトの見え方を変化させることができ、表示される映像の質感及び臨場感を向上させることができる。
【００８１】
実施の形態１に係る質感表示装置１００によれば、配光特性の異なる発光素子を１画素内で組み合わせて使用する。これにより、レンズ等の追加部品を使用する必要がないため、従来の技術に比べて追加コストを低減することができる。
【００８２】
実施の形態１に係る質感表示装置１００によれば、１画素単位で発光素子を直接駆動する。これにより、静止画だけでなく動画にも対応することができ、高速かつ高精細に配光を制御することができる。
【００８３】
実施の形態１に係る質感表示装置１００によれば、発光素子は表示部１０４の表示面に対して光軸が垂直になるように取り付けるだけではなく、表示部１０４の表示面に対して光軸が傾くように取り付けることができる。これにより、オブジェクトの反射特性をより多様に表現することができ、表示される映像の質感及び臨場感を向上させることができる。
【００８４】
実施の形態１に係る質感表示装置１００によれば、画素信号生成部１０２は受信する反射特性情報を含む質感映像データＤ１を基に、各画素を制御する信号を生成する。これにより、様々な反射特性を入力し表現することができる。
【００８５】
実施の形態１に係る質感表示装置１００によれば、実際の反射光は、拡散タイプの発光素子と集光タイプの発光素子とを用いて図７（ａ）から（ｃ）又は図８（ａ）から（ｃ）のように合成することができる。このような制御を行うことで、指向性のある実際の鏡面反射光又は実際の拡散反射光を表現することができる。
【００８６】
《２》実施の形態２
図１１は、本発明の実施の形態２に係る質感表示装置２００の概略的な構成を示すブロック図である。図１１に示されるように、実施の形態２に係る質感表示装置２００は、指向性検出部２０１を有する点において実施の形態１に係る質感表示装置１００と異なる。上記以外の構成は実施の形態１に係る質感表示装置１００と同じであるため説明を省略する。
【００８７】
実施の形態２では、信号受信部１０１が受信する入力データは表示されるオブジェクトの映像データＤ２のみであり、表示されるオブジェクトの質感データＤ３は含まれていない。信号受信部１０１は受信した映像データＤ２を読み込み、各フレームの映像信号を指向性検出部２０１に送信する。
【００８８】
指向性検出部２０１は、受信した映像データＤ２において反射光の指向性が強い領域を検出し、質感データＤ３を生成する。指向性検出部２０１で生成された質感データＤ３は、映像データＤ２とともに画素信号生成部１０２に送信される。画素信号生成部１０２は、受信した質感データＤ３と映像データＤ２とに基づいて、拡散タイプ又は集光タイプの発光素子を発光させるよう画素信号を生成する。
【００８９】
実施の形態２に係る質感表示装置２００によれば、受信した映像データＤ２において反射光の指向性が強い領域を検出し、質感データＤ３を生成する。したがって、質感データＤ３を入力データとして受信しない場合においても、表示されるオブジェクトの質感を表示することができる。
【００９０】
《３》変形例
本発明は、１画素でＲＧＢを表示可能なディスプレイである、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ等のディスプレイに適用可能である。また、１画素でＲ，Ｇ，Ｂ等の単色を示す発光素子で構成されるＬＥＤディスプレイに対しても適用可能である。
【００９１】
本発明の適用が可能な表示装置の形状は、平面ディスプレイに限られない。本発明は、曲面又は球体等の異形ディスプレイに対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
２０  １ｉｎ１型の集光タイプの発光素子、  ２１  １ｉｎ１型の拡散タイプの発光素子、  ２０ａ  １ｉｎ１型の集光タイプの発光素子の配光特性、  ２１ａ  １ｉｎ１型の拡散タイプの発光素子の配光特性、  ２４  ３ｉｎ１型の集光タイプの発光素子、  ２５  ３ｉｎ１型の拡散タイプの発光素子、  ２４ａ  ３ｉｎ１型の集光タイプの発光素子の配光特性、  ２５ａ  ３ｉｎ１型の拡散タイプの発光素子の配光特性、  ３０  １ｉｎ１型の発光素子で構成される１画素、  ３１  １ｉｎ１型の集光タイプの発光素子（Ｂ）、  ３２  １ｉｎ１型の拡散タイプの発光素子（Ｂ）、  ３３  １ｉｎ１型の集光タイプの発光素子（Ｇ）、  ３４  １ｉｎ１型の拡散タイプの発光素子（Ｇ）、  ３５  １ｉｎ１型の集光タイプの発光素子（Ｒ）、  ３６  １ｉｎ１型の拡散タイプの発光素子（Ｒ）、  ４０  ３ｉｎ１型の発光素子で構成される１画素、  １００  質感表示装置、  １０１  信号受信部、  １０２  画素信号生成部、  １０３  制御部、  １０４  表示部、  １０５  配光設定部、  １０６  素子配列記憶部、  １０７  映像表示制御部、  １０８  輝度制御部、  ２００  質感表示装置、  ２０１  指向性検出部、  Ｄ１  質感映像データ、  Ｄ２  映像データ、  Ｄ３  質感データ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006618641.tif 000008
【図８】
0006618641.tif 000009
【図９】
0006618641.tif 000010
【図１０】
0006618641.tif 000011
【図１１】
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