WO2018116468A1 - 投写型映像表示装置とそのための映像表示方法 - Google Patents

投写型映像表示装置とそのための映像表示方法 Download PDF

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WO2018116468A1
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image
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video
light
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平田　浩二
和弥 小澤
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マクセル株式会社
株式会社日立産業制御ソリューションズ
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Definitions

  • the present invention relates to a projection-type image display apparatus that displays an image by projecting an image from a rear surface or a front surface on a transmissive projection surface, and an image display method therefor.
  • the projection-type image display device can be manufactured relatively inexpensively as a large and flat image display device, is lightweight and excellent in portability, and, in addition to being used as a television receiver, Taking advantage of this feature, for example, it is widely used as a video display device in an educational setting or a conference room.
  • the screen on which an image is enlarged and projected by such a projection-type image display device is not limited to a conventional general non-transparent screen, and as shown in Patent Documents 1 and 2 below, Various proposals have been made including those that change the light transmittance in consideration of the above and the like, and transflective reflective screens. Further, in recent years, as a structure using a structure such as a wall or a window constituting a building as a screen, in particular, in Patent Documents 3 and 4 below, an image display system projected on a transparent member is proposed. Furthermore, a video display transparent member for that purpose has been proposed.
  • a transflective or transmissive screen having a transmissive characteristic that allows the background to be seen when an image is not projected is used.
  • a projection-type image display device that can use a window or the like as a part of the structure as a screen.
  • the background can be seen when the image is not displayed, it is possible to greatly improve the degree of freedom of the place where the image is projected.
  • no consideration is given to problems including image visibility when starting projection of an image from the image display device. Therefore, various improvements required for an image display apparatus capable of projecting an image on a transmissive screen are required.
  • the present invention is a problem in the above-described prior art, and in particular, a projected image in an image display apparatus that projects an image on a transmissive or transflective screen having a transmissive characteristic where the background can be seen when the image is not projected. This has been achieved to eliminate the degradation of visibility.
  • an improved projection display apparatus capable of improving the degree of freedom of a place to project an image and improving the visibility of the projected image, and an image display method therefor are provided. Is the purpose.
  • a projection-type image for projecting and displaying image light on the back or front of a transparent or translucent image projection screen arranged in space.
  • a display device comprising at least means for generating image light to be projected and displayed, and optical means for projecting the generated image light toward the back or front of the transparent or translucent image projection screen.
  • a projection-type image display device that includes a means for generating an image display position recognition screen for causing the observer of the image to recognize the position at which the image is projected.
  • image light is projected and displayed on the back surface or the front surface of a transparent or translucent image projection screen disposed in a space by a projection display apparatus.
  • An image display method is proposed in which an image display position recognition screen is projected onto the transparent or translucent image projection screen in order to recognize the position to be displayed.
  • (A), (b) is a figure explaining the display of the image
  • (A), (b) is a figure explaining the display of the image
  • (A), (b) is a figure which shows an example of the said video display position recognition screen.
  • FIG. 1 is a side view showing an overall structure of a rear projection board device (a rear projection image display device) according to an embodiment of the present invention. It is a top view which shows the whole structure of the rear type
  • FIG. 1 an image is projected onto a transparent or translucent projection screen 130 by a so-called rear projection board device (that is, a rear projection image display device), which is an embodiment of the present invention.
  • a so-called rear projection board device that is, a rear projection image display device
  • the state before and after is shown.
  • an object S such as furniture or an object is arranged behind the projection screen 130 (on the side opposite to the observer's viewpoint Y).
  • FIG. 1A shows a state before projecting an image.
  • the observer's eye Y is placed on the opposite side through a transparent or translucent projection screen 130.
  • the object S placed in the field of view enters the field of view.
  • the observer can easily move the viewpoint to the object S on the opposite side, that is, the viewpoint (focus) from the observer's eye Y to the position of the depth d. Will move.
  • the observer can change the viewpoint to the projected image. It moves on the projection screen 130, that is, moves from the eye Y to the position of the depth d ′.
  • a front-type projection board device that is, a front projection type image display device.
  • a transparent or translucent projection screen 130 is used. Before and after the video display on the top, the observer needs to move the viewpoint unexpectedly.
  • a video display position recognition screen which is a video for recognizing a position where the video is projected is displayed to a video viewer. After that, the image to be displayed is projected and displayed. At this time, the viewer first confirms the marker (video display position confirmation screen) (shown in FIG. 5A) and then projects the video to be displayed (shown in FIG. 5B).
  • the above-described video display position recognition screen may be configured using green (555 nm), which is a color having a high relative visibility, or yellow or orange, which is also high in relative visibility.
  • green 555 nm
  • the whole or a part of the display screen on the projection screen 130 includes the green as the video display position recognition screen 500.
  • the screen is not displayed alone but on a part of the displayed video (for example, the central portion C or the peripheral portion P) as shown in FIG. 5B.
  • the same effect can be obtained by visually recognizing the position of the projection screen 130 on which the image is displayed by flash or other methods. If so, it will be natural.
  • Example> 6 to 8 show a rear projection board device that projects an image from the back side of the screen together with a transparent or translucent projection screen 130 having a transmission characteristic in which the background can be seen when the image is not projected.
  • 1 is a front view, a side view, and a top view showing an overall structure of a system including a rear projection type image display device).
  • the projection screen 130 has a horizontally long projection (display) aspect ratio of, for example, 16: 9.
  • the transparent or translucent projection screen 130 having a transmission characteristic in which a background can be seen when an image is not projected is surrounded by a support frame 111 and substantially at the center of the support frame reinforcement member 110 at the lower part thereof.
  • a handle 112 protruding in a “U” or “U” shape is attached to the display surface side.
  • a transparent or translucent projection screen 130 having a transmission characteristic in which a background can be seen when an image is not projected is upright in an indoor space including a classroom or a conference room by a screen holding unit (stand) 113. It is arranged perpendicular to the state, that is, the floor surface. More specifically, a box-shaped screen holding part 114 is attached to the upper part of the screen holding part (stand) 113, and the projection screen 130 is detachably attached to the upper surface of the screen holding part 114. Mounted and fixed. Further, a leg portion 115 having a substantially oval outer shape with a part thereof cut out is formed at the lower end of the clean holding portion (stand) 113 (see FIG. 8). Furthermore, the caster 116 for a movement is provided in the bottom face of the leg part, By this, the projection board which can move easily also as the whole apparatus is implement
  • a member for disposing an optical scanning type image projection device described later in detail that is, a projector installation unit 117 is detachably provided.
  • Reference numeral 118 denotes a part of the projector installation unit 117 and a wall part that forms a storage space for the optical scanning type image projection apparatus.
  • the optical scanning type image projection device can be arranged at a desired position with respect to the projection screen 130 only by being placed on the projector installation unit 117. Is possible.
  • reference numeral 119 in the figure is attached to a part of the projector installation unit 117, and is used to transmit the image light from the optical scanning image projection apparatus to the outside (that is, toward the projection screen 130).
  • a window is shown.
  • a transparent space such as glass may be fitted as a simple space.
  • FIG. 9 to FIG. 11 show other embodiments of the present invention, for example, a small desktop projection type video display device that can be mounted on the upper surface of a table or the like.
  • FIG. 2 is a front view and a side view showing an overall structure of a so-called front-type projection board device (that is, a front projection type image display device) that projects an image from the front surface side.
  • reference numeral 130 indicates a transparent or translucent projection screen having a transmission characteristic in which a background can be seen when an image is not projected.
  • the projection screen 130 is surrounded by a support frame 111, and a substantially elliptical screen holding portion 114 is provided at a substantially central portion of the lower support frame reinforcement member.
  • the screen 130 is detachably fixed on the screen holding unit 114.
  • FIG. 10 shows a state in which the optical path folding mirror 3 protrudes from the projector installation unit 117
  • FIG. 11 shows a top view of the image projection apparatus.
  • FIG. 12 shows an optical scanning type image projection in which a desired image is projected onto the projection screen 130 in the above-described rear type and front type projection board devices (rear and front projection type image display devices).
  • An example of the optical scanning image projection apparatus 10 constituting the apparatus is shown in principle.
  • the laser beam can be scanned by reflecting the laser beam from the light source unit 4 by the scanning mirror (optical scanning unit) 1 having a rotation axis.
  • each modulated pixel 201 is scanned two-dimensionally on the image plane along the scanning locus 202, and a desired image is displayed on the projection screen 130.
  • Reference numeral 300 in the figure is a control unit for controlling the scanning mirror (light scanning unit) 1 and the light source unit 4.
  • a CPU 301 that executes predetermined arithmetic processing and a storage unit are provided.
  • the RAM 302 and the ROM 303 are formed.
  • the control unit 300 controls the operation of the scanning mirror (optical scanning unit) 1 and also controls the generation of laser light from the light source unit 4 based on a video signal from the outside. Project. ⁇ Video display position recognition screen>
  • the control unit 300 executes the display of the video display position recognition screen described in FIG. 3 by executing a command stored in advance in the ROM 303 or the like as a storage unit by the CPU 301.
  • the video display position recognition screen shown as an example in FIG. 5 can be easily formed, for example, by storing in advance in the ROM 303 or the like as the storage unit.
  • a scanning mirror surface 1a that deflects laser light at a reflection angle is connected to a first torsion spring 1b that is coaxially arranged opposite to the scanning mirror surface 1a.
  • the torsion spring 1b is connected to the holding member 1c, and the holding member 1c is connected to the second torsion spring 1d.
  • the permanent magnet and the coil are arrange
  • These coils are formed substantially parallel to the mirror surface 1a of the scanning mirror 1, and generate a magnetic field substantially parallel to the mirror surface 1a when the mirror surface 1a of the scanning mirror 1 is stationary.
  • a Lorentz force substantially perpendicular to the mirror surface 1a is generated according to Fleming's left-hand rule.
  • the mirror surface 1a rotates to a position where the Lorentz force and the restoring force of the torsion springs 1b and 1d are balanced.
  • the mirror surface 1a performs a resonance operation by supplying an alternating current to the coil at the resonance frequency of the mirror surface 1a.
  • the mirror surface 1a, the torsion spring 1b, and the holding member 1c perform a resonance operation by supplying an alternating current to the coil at a resonance frequency that combines the mirror surface 1a and the holding member 1c. .
  • resonance operation with different resonance frequencies is possible in the two directions.
  • the rotation angle of the scanning mirror 1 that is the reflection surface of the optical scanning unit is ⁇ / 2
  • the scanning angle that is the angle of the reflected light beam changes ⁇ by twice that angle.
  • the scanning angle ⁇ is equal to the incident angle ⁇ on the image plane 20. Therefore, the size of the scanning image with respect to a certain projection distance is determined by the rotation angle ⁇ / 2 of the scanning mirror 1.
  • FIGS. 15 and 16 show an example in which the scanning mirror 1 with a rotation angle of ⁇ 5.3 degrees is used, but the scanning angle is doubled to ⁇ 10.6 degrees, and the incident angle on the image plane is also ⁇ 10.6 degrees.
  • the scanning coordinates in FIG. 16 are scanning coordinates on the image plane when a space for the arrangement of the optical elements is secured, and have a sinusoidal characteristic similar to that in FIG.
  • resonant mirror that has a sinusoidal change in the rotation angle
  • galvanometer mirrors that have a sawtooth change in the rotation angle.
  • a resonant mirror with a high driving frequency is suitable.
  • the optical scanning image projection apparatus 10 that projects an image on the projection screen 130 having a transmission characteristic in which the background can be seen when the image is not projected is more specifically provided below the projection screen 130. Is arranged adjacent to a part of the periphery on the back side, that is, inside the projector installation portion 117 provided at the substantially central portion along the lower side of the screen.
  • the optical scanning image projection device 10 is not limited to the above example, but may be installed along, for example, the upper side or the side side of the screen instead of the above. I will.
  • the optical scanning image projection apparatus 10 provided adjacent to a part of the periphery of the screen is not limited to the above-described one unit, and a plurality of units may be installed.
  • FIGS. 17 and 18 a transparent or translucent projection screen having a transmission characteristic in which the background can be seen when an image is not projected on the rear projection board device (rear projection type image display device).
  • a specific configuration of 130 is shown.
  • the projection screen 130 is made of, for example, a plate such as polycarbonate, a sheet-like resin material such as a PET sheet, or a glass plate.
  • the light that has a continuous triangular (sawtooth wave) cross section and forms the above-described scanning screen.
  • a number of optical path changing means 61 having an action of refracting the light and changing the light toward the viewer (ie, viewer) side are formed. That is, the optical path changing unit 61 changes the direction in a direction substantially perpendicular to the scanning screen and emits the scanned image on the viewing side.
  • the optical path changing means 61 for example, it may be formed as a (eccentric) circular Fresnel lens as shown in FIG. 17, or may be formed as a linear Fresnel lens as shown in FIG.
  • a flat portion 62 having a predetermined distance may be provided between these optical path changing means 61 (translucent type).
  • these optical path changing means 61 are formed with a pitch (interval) of about 30 ⁇ m to 100 ⁇ m as an example.
  • a transparent plate-shaped protective plate 65 may be provided on the rear surface of the projection screen 130 (that is, the surface on which the optical path changing means 61 is formed).
  • the projection screen 130 has a continuous triangular (sawtooth wave) cross section on the back surface (that is, the side opposite to the viewer side), and forms the above-described scanning screen that is incident from the front surface (viewing side).
  • a large number of optical path changing means 61 having an action of refracting light (laser light) and changing the light toward the viewer (ie, viewer) side are formed. That is, the optical path changing unit 61 changes the direction in a direction substantially perpendicular to the scanning screen and emits the scanned image on the viewing side.
  • the optical path changing means 61 for example, it may be formed as a (eccentric) circular Fresnel lens as shown in FIG. 20, or may be formed as a linear Fresnel lens as shown in FIG.
  • a flat portion 62 having a predetermined distance may be provided between these optical path changing means 61 (translucent type).
  • These optical path changing means 61 may optimize the refractive index and the Fresnel angle of the material so that the image light beam is totally reflected.
  • a reflective film 64 formed of a metal multilayer film that increases the reflectivity may be provided.
  • the optical path changing means 61 is formed with a pitch (interval) of about 30 ⁇ m to 100 ⁇ m as an example.
  • a transparent plate-like protective plate 65 is provided on the rear surface of the projection screen 130 (that is, the surface on which the optical path changing means 61 is formed).
  • a metal film such as aluminum or a metal multilayer film such as Ti, Nb, and Si is formed on the inclined surface 63 that forms these optical path changing means 61, and thereby light ( (Laser beam) reflecting surface is formed.
  • an eccentric Fresnel lens in which the center of the Fresnel deviates from the scanning screen will be particularly suitable.
  • the linear Fresnel lens is relatively easy to manufacture and suitable for mass production by, for example, a roll process, a large screen can be manufactured at low cost.
  • the projection screen 130 can be protected against mechanical impact from the back side. . Further, since the light path changing means 61 is shielded from the outside air, dust in the air hardly accumulates, and the projection screen 130 can be maintained in a good state for a long time.
  • the projection screen 130 made of the translucent sheet shown in FIGS. 17 to 22, when the image is not projected, the projection screen 130 is transparent or semi-transparent when viewed from the observer side. It becomes transparent. Therefore, there will be an advantage that various improvements can be made to the design of the entire rear projection type image display device, including the presence in the room where the device is placed.
  • a desired transparency can be obtained by appropriately setting the thickness of a metal film such as aluminum formed on the inclined surface 63 of the optical path changing means 61. Can be obtained.
  • a metal film such as aluminum formed on the inclined surface 63 of the optical path changing means 61.
  • the projection screen 130 having a transmittance of 50% and a reflectance of 50% with respect to light can be obtained.
  • the laser light emitted from the optical scanning type image projection apparatus and reflected in a predetermined direction by the optical path changing means 61 of the projection screen 130 is preferably an S-polarized wave in consideration of its reflection characteristics. . Therefore, a filter or the like for converting a P-polarized wave into an S-polarized wave may be provided at the output unit of the optical scanning image projection apparatus.
  • the coherent from the light source unit by the scanning mirror optical scanning unit
  • the scanning mirror optical scanning unit
  • an improved rear projection type image display device is provided that is excellent in portability, can reduce power consumption, and includes the size and weight reduction of the device and the design.
  • a screen made of a transparent or translucent sheet having the structure described in the above-described prior art it is also possible to use a structure such as a transparent or translucent wall (partition) or a window constituting the building as a screen.
  • a general video projection apparatus 400 that projects and displays on a transparent or translucent projection screen 130 via an optical system including lenses L1 to L14, a mirror 103, and the like can be used. .
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments are described in detail for the entire apparatus in order to easily understand the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • SYMBOLS 130 DESCRIPTION OF SYMBOLS 130 ... Projection screen (transparent or translucent screen), 10 ... Optical scanning image projection apparatus, 1 ... Optical scanning part, 1a ... Scanning mirror, 400 ... Projection type image projection apparatus, 500 ... Image display position recognition screen.

Abstract

透過型又は半透過型スクリーンに映像を投写する際の投写映像の視認性の低下を解消する投写型映像表示装置とその方法を提供する。投写型映像表示装置により空間内において配置された透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に映像光を投写して表示するための投写型映像表示方法では、投写して表示する映像光を生成し、生成した映像光を透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に向けて投写し、その際、当該映像光の透写の開始前、又は、当該映像光の透写の開始と同時に、前記映像の観察者に当該映像が投写される位置を認識させるため映像表示位置認識画面を前記透明又は半透明の映像投写スクリーン上に投写する。

Description

投写型映像表示装置とそのための映像表示方法
　本発明は、透過式の投射面に背面若しくは前面から映像を投写して映像を表示する投写型映像表示装置、及び、そのための映像表示方法に関する。
　投写型の映像表示装置は、大型でフラットな映像表示装置として比較的安価に製造することが可能であり、軽量で可搬性にも優れており、テレビジョン受像機としての利用と共に、更には、その特徴を生かして、例えば、教育現場や会議室等における映像表示装置としても幅広く利用されている。
　かかる投写型の映像表示装置により映像が拡大して投写されるスクリーンとしては、従来の一般的な非透過性のものに限られず、以下の特許文献１や２にも示されるように、設置場所等を考慮して光の透過率を変化させるものや半透過型の反射スクリーンを含め、種々の提案がなされている。更に、近年においては、建物を構成する壁や窓などの構造体をスクリーンとして利用するものとして、特に、以下の特許文献３や４には、透明性の部材に投写される映像表示システムが提案されており、更には、そのための映像表示透明部材が提案されている。
特開２００５－１２８３４３号公報 特開２００６－２４３６９３号公報 特開２０１６－９５４５６号公報 ＷＯ２０１５－１８６６３０号公報
　上述したように、従来技術においては、従来の非透過性のものに代えて、映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する半透過型や透過型のスクリーンを、更には、建物の構造体の一部である窓などをスクリーンとして利用することが可能な投写型の映像表示装置が提案されている。これにより、映像が表示されていない場合には背景が見えるため映像を投写する場所の自由度を大幅に向上することが可能となっている。しかし、以下に説明するように、映像表示装置からの映像の投写を開始する際における映像の視認性を含めた問題点に関しては全く考慮されていない。そのため、透過型のスクリーンに映像を投写可能な映像表示装置にとって必要となる様々な改良が求められている。
　そこで、本発明は、上述した従来技術における課題である、特に、映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透過型又は半透過型スクリーンに映像を投写する映像表示装置における投写映像の視認性の低下を解消するために達成されたものである。これにより、映像を投写する場所の自由度の向上と共に、投写される映像の視認性をも向上することが可能な改良された投写型映像表示装置、及び、そのための映像表示方法を提供することをその目的とする。
　上述した目的を達成するため、本発明によれば、その一例として、空間内において配置された透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に映像光を投写して表示するための投写型映像表示装置であって、少なくとも、前記投写して表示する映像光を生成する手段と、前記生成した映像光を前記透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に向けて投写する光学手段とを備えており、前記映像光生成手段は、前記映像の観察者に当該映像が投写される位置を認識させるため映像表示位置認識画面を生成する手段を備えている投写型映像表示装置が提案される。
　また、上述した目的を達成するため、本発明によれば、投写型映像表示装置により、空間内において配置された透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に映像光を投写して表示するための映像表示方法であって、前記投写して表示する映像光を生成し、前記生成した映像光を前記透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に向けて投写するものにおいて、前記映像光を前記透明又は半透明の映像投写スクリーン上に投写する際、当該映像光の透写の開始前、又は、当該映像光の透写の開始と同時に、前記映像の観察者に当該映像が投写される位置を認識させるため映像表示位置認識画面を前記透明又は半透明の映像投写スクリーン上に投写する映像表示方法が提案される。
　上述した本発明によれば、特に、映像を投写する場所の自由度を向上することの可能で映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透過型又は半透過型スクリーンに映像を投写する映像表示装置やそのための方法であって、かかる透過型又は半透過型スクリーンに映像を投写して表示する際の映像の課題を解消して、その視認性を向上することが可能となるという優れた効果が発揮される。
（ａ）、（ｂ）は、本発明の原理を説明するための、リア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）における映像の表示を説明する図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の原理を説明するための、フロント方式の投写ボード装置（正面投写型映像表示装置）における映像の表示を説明する図である。 本発明の一実施の形態になる背面投写型映像表示装置における映像表示方法の一例を示す図である。 映像表示位置認識画面として使用する高い波長の色光を示す明所視標準比視感度のグラフを含む図である。 （ａ）、（ｂ）は、上記映像表示位置認識画面の一例を示す図である。 一実施の形態になるリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）の全体構造を示す正面図である。 本発明の一実施の形態になるリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）の全体構造を示す側面図ある。 本発明の一実施の形態になるリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）の全体構造を示す上面図である。 他の実施の形態になるフロント方式の小型投写ボード装置（前面投写型映像表示装置）の全体構造を示す正面図である。 フロント方式の小型投写ボード装置（前面投写型映像表示装置）の全体構造を示す側面図ある。 フロント方式の小型投写ボード装置（前面投写型映像表示装置）の全体構造を示す上面図である。 上記リア方式及びフロント方式の投写ボード装置に使用される光走査映像投写装置を原理的に示す図である。 上記光走査映像投写装置を構成する光走査部の構造の一例を示す図である。 上記光走査映像投写装置を構成する光走査部の動作の一例（光走査部の位相による振り角の変化）を示す図である。 上記光走査部の一般的な共振動作中における位相と振り角の関係を示す図である。 上記光走査部の一般的な共振動作中における位相と走査座標の関係を示す図である。 上記リア方式の投写ボード装置におけるスクリーンの具体的な構成（サーキュラーフレネルレンズ）を示す図である。 上記リア方式の投写ボード装置におけるスクリーンの具体的な構成（リニアフレネルレンズ）を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、上記スクリーンのより詳細な構成を示す一部拡大断面図である。 上記フロント方式の投写ボード装置におけるスクリーンの具体的な構成（サーキュラーフレネルレンズ）を示す図である。 上記フロント方式の投写ボード装置におけるスクリーンの具体的な構成（リニアフレネルレンズ）を示す図である。 上記スクリーンのより詳細な構成を示す一部拡大断面図である。 他の実施例である投写型映像表示装置の一例を示す斜視図である。 上記他の実施例である投写型映像表示装置の内部構成の例を示す図である。
　以下、本発明の一実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図面において、共通な機能を有する構成要素については、同一符号を付して示し、かつ、一度説明したものについては、その後、その説明を省略することとする。
　まず、添付の図１には、本発明の一実施の形態である、いわゆる、リア方式の投写ボード装置（即ち、背面投写型映像表示装置）により透明又は半透明の投写スクリーン１３０に映像を投写する前後の状態を示している。なお、この図においては、投写スクリーン１３０の背後（観察者の視点Ｙとは反対側）には、例えば、家具や器物等の物体Ｓが配置されている。
　図１（ａ）は、映像を投写する前の状態を示しており、図からも明らかなように、観察者の眼Ｙには、透明又は半透明の投写スクリーン１３０を介して、その反対側に配置された物体Ｓが視野に入る。そのため、通常、観察者は、投写スクリーン１３０の存在にもかかわらず、むしろ、その反対側の物体Ｓに視点を移動し易く、即ち、観察者の眼Ｙから深度ｄの位置に視点（焦点）を移動してしまう。
　これに対し、映像を投写した後の状態では、図１（ｂ）に示すように、投写スクリーン１３０上に映像が現れるのに伴い、観察者は、その視点を投写された映像へ、即ち、投写スクリーン１３０上に移動して、即ち、眼Ｙから深度ｄ’の位置に移動する。
　このように、特に、映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透明又は半透明の投写スクリーン１３０上に映像を拡大投写してする表示する投写型映像表示装置においては、映像の表示の前後において、観察者がその視点を移動させる必要性が生じてしまう。また、このことによれば、例えば、表示された画面の詳細が理解し難くなるなど、投写スクリーン１３０上に表示される画像の視認性においても問題を生じる可能性が発明者らの検討により明らかとなった。また、特に、表示画面上で所定の操作を可能とする、所謂、インタラクティブな機能を備えた投写型映像表示装置においては、操作するボタン等の位置が操作者である観察者には分かり難くなる（それまで視点を合わせていた投写スクリーン１３０後方の物体Ｓの位置と混同し易い）等の課題が指摘された。
　また、このことは、フロント方式の投写ボード装置（即ち、前面投写型映像表示装置）でも同様であり、図２（ａ）及び（ｂ）にも示すように、透明又は半透明の投写スクリーン１３０上への映像表示の前後において、観察者は、観察者がその視点を不意に移動させる必要性が生じてしまう。
　本発明は、上述した発明者らによる検討の結果に基づいて達成されたものであり、以下にその概要について述べる。
　すなわち、上述した検討結果からも明らかなように、映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透明又は半透明の投写スクリーン１３０上へ映像を投写して表示する場合、観察者に対して、予め、又は、同時に、映像が表示される投写スクリーン１３０の位置を視覚的に認識させることが重要であることが分かる。そこで、一例として、図３にも示すように、投写型映像表示装置、又は、その映像表示方法において、当該装置の起動の後の映像の表示を開始する期間、特に、その先頭の所定の期間、又は、同時に、観視映像に併せて表示すると良い。
　より具体的には、例えば、装置の電源スイッチがオン状態になった時点で映像観視者に対して、映像が投写される位置を認識させるための映像である映像表示位置認識画面を表示し、その後に、表示すべき映像を投写して表示する。この時、観視者に最初にマーカ（映像表示位置確認画面）を確認させ（図５（ａ）で示す）その後、表示すべき映像を投写する（図５（ｂ）に示す）。
　なお、上述した映像表示位置認識画面としては、比視感度の高い波長の色である緑色（５５５ｎｍ）、又は、やはり比視感度の高い黄色やオレンジ色などを利用して画面を構成することができる（図４を参照）。例えば、図５（ａ）にも示すように、映像表示位置認識画面５００として、投写スクリーン１３０上の表示画面の全体又はその一部（例えば、その中心部や周辺部）を、当該緑色を含む比視感度の高い色で構成した画面を使用することが考えられる。また、映像表示位置認識画面５００としては、当該画面を、図５（ｂ）にも示すように、単独ではなく、表示される映像の一部（例えば、その中心部Ｃや周辺部Ｐ）に、同時に、表示してもよく、更には、フラッシュやその他の方法により、映像が表示される投写スクリーン１３０の位置を視覚的に認識させることによっても、同様の効果が得られることは、当業者であれば当然であろう。
　続いて、上述した本発明の原理に基づく投写型映像表示装置、及び、当該装置により映像が投写される透明又は半透明のスクリーンのより具体的な例について、以下に説明する。
＜実施例＞
　図６～図８は、映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透明又は半透明の投写スクリーン１３０と共に、当該スクリーンの裏面側から映像を投射するリア方式の投写ボード装置（即ち、背面投写型映像表示装置）を備えたシステムの全体構造を示す正面図、側面図、そして、上面図である。なお、この例では、投写スクリーン１３０として、その投写（表示）面のアスペクト比が、例えば、１６：９の横長のものを示している。映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有するこの透明又は半透明の投写スクリーン１３０は、その周囲を支持枠１１１により取り囲まれていると共に、その下部の支持枠補強部材１１０の略中央部には、表示面側に「コ」又は「Ｕ」字状に突出したハンドル１１２が取り付けられている。
　映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透明又は半透明の投写スクリーン１３０は、スクリーン保持部（スタンド）１１３により、例えば、教室や会議室などを含む室内空間内において、直立した状態、即ち、床面に垂直に配置される。より詳細には、スクリーン保持部（スタンド）１１３の上部には、外形が箱状のスクリーン保持部１１４が取り付けられており、上記の投写スクリーン１３０は、スクリーン保持部１１４の上面に、着脱自在に、搭載されて固定されている。また、このクリーン保持部（スタンド）１１３の下端には、その一部を切り欠いた外形略楕円状の脚部１１５が形成されている（図８を参照）。更に、脚部の底面には、移動用のキャスター１１６が設けられており、これにより、装置全体としても容易に移動可能な投射ボードを実現している。
　更に、上記スクリーン保持部１１４の背面側には、その詳細構造は後に説明する光走査型の映像投写装置をその内部に配置するための部材、即ち、プロジェクタ設置部１１７が、着脱可能に設けられている。なお、符号１１８は、プロジェクタ設置部１１７の一部であって、光走査型の映像投写装置の収納空間を形成する壁部を示している。上述した構成によれば、図にも明らかなように、プロジェクタ設置部１１７の上に載置するだけで、光走査型の映像投写装置を上記投写スクリーン１３０に対して所望の位置に配置させることが可能となる。また、図中の符号１１９は、上記プロジェクタ設置部１１７の一部に取り付けられ、光走査型の映像投写装置からの映像光を外部に（即ち、投写スクリーン１３０に向けて）透過させるための透過窓を示しており、例えば、単なる空間として、あるいは、ガラスなどの透明体を嵌め込んでもよい。
　図９～図１１は、本発明の他の実施の形態である、例えば、テーブル等の上面に搭載可能な卓上用の小型の投写型映像表示装置であり、上記の実施例とは異なり、スクリーンの表面側から映像を投射する、いわゆる、フロント方式の投写ボード装置（即ち、前面投写型映像表示装置）の全体構造を示す正面図、側面図である。これらの図においても、参照符号１３０は、映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透明又は半透明の投写スクリーンを示している。この投写スクリーン１３０は、その周囲を支持枠１１１により取り囲まれていると共に、その下部の支持枠補強部材の略中央部には、略楕円形状のスクリーン保持部１１４が設けられており、上記の投写スクリーン１３０は、スクリーン保持部１１４の上に、着脱自在に固定されている。
　なお、この例では、スクリーン保持部１１４の前面側には、光走査型の映像投写装置をその内部に配置するための部分、即ち、プロジェクタ設置部１１７が配置されている。また、図１０には、光路折り返しミラー３がプロジェクタ設置部１１７から飛び出ている様子が示されており、図１１には、映像投写装置の上面図が示されている。
＜投写型映像表示装置＞
　続いて、図１２には、上述したリア方式及びフロント式の投写ボード装置（背面及び前面投写型映像表示装置）において、所望の映像を上記投写スクリーン１３０に対して投写する光走査型の映像投写装置を構成する光走査映像投写装置１０の一例を原理的に示す。即ち、図において、回動軸を有する走査ミラー（光走査部）１により光源部４からのレーザ光を反射させることによって、レーザ光を走査させることができる。概念的には、変調された各画素２０１が、走査軌跡２０２に沿って、像面上で二次元状に走査されることとなり、所望の映像が上記投写スクリーン１３０に表示される。
　なお、図中の符号３００は、走査ミラー（光走査部）１や光源部４を制御するための制御部であり、例えば、図示のように、所定の演算処理を実行するＣＰＵ３０１、記憶部を形成するＲＡＭ３０２やＲＯＭ３０３等により構成される。この制御部３００は、上記走査ミラー（光走査部）１の動作を制御すると共に、外部からの映像信号に基づいて光源部４からのレーザ光の発生を制御し、もって、所望の映像光を投写する。
＜映像表示位置認識画面＞
　加えて、制御部３００は、ＣＰＵ３０１により、予め記憶部であるＲＯＭ３０３等に格納された指令を実行することによって、上記図３にも述べた映像表示位置認識画面の表示を実行する。なお、その一例を図５にも示した映像表示位置認識画面は、例えば、予め、記憶部であるＲＯＭ３０３等に格納しておくことによれば、容易に形成することが可能であろう。
　次に、図１３を用いて、上記光走査部１での二次元状の偏向作用の詳細について説明する。図の光走査部１において、レーザ光を反射角度で偏向する走査ミラー面１ａは、同軸上に走査ミラー面１ａを挟んで対向して配置された第１のトーションバネ１ｂに連結されている。トーションバネ１ｂは保持部材１ｃに連結されており、更に、保持部材１ｃは第２のトーションバネ１ｄに連結されている。そして、それぞれのトーションバネ１ｂと１ｄに関して略対称な位置には、図示しないが永久磁石とコイルが配置されている。これらのコイルは走査ミラー１のミラー面１ａに略平行に形成されており、走査ミラー１のミラー面１ａが静止した状態にあるときに、ミラー面１ａと略平行な磁界を生じさせる。コイルに電流を流すと、フレミングの左手の法則によって、ミラー面１ａと略垂直なローレンツ力が発生する。
　これにより、ミラー面１ａは、ローレンツ力と、トーションバネ１ｂと１ｄの復元力がつりあう位置まで回動する。トーションバネ１ｂに対しては、ミラー面１ａが持つ共振周波数でコイルに交流電流を供給することによって、ミラー面１ａは共振動作を行う。同様に、トーションバネ１ｄに対しては、ミラー面１ａと保持部材１ｃを合わせた共振周波数でコイルに交流電流を供給することによって、ミラー面１ａとトーションバネ１ｂと保持部材１ｃは共振動作を行う。これによって、２方向について、異なる共振周波数による共振動作が可能となっている。
　より詳細には、図１４において、光走査部の反射面である走査ミラー１の回動角をβ／２とすれば、反射光線の角度である走査角はその２倍でβ変化する。ここで、走査ミラー１と像面２０の間になんら光学要素を配置しない場合は、走査角βは像面２０での入射角αに等しくなる。従って、ある投射距離に対する走査像の大きさは走査ミラー１の回動角β／２で決まってしまう。
　次に、図１５及び図１６を用いて、走査ミラー１の動作である一般的な共振作用について説明する。回動角±β／２の走査ミラー１を共振動作、即ち、正弦波状に駆動した場合、走査ミラー１の向きは、±β／２の範囲で正弦波状に変化する。具体的には、回動角±５．３度の走査ミラー１を用いた場合の例を図１５に示すが、走査角は２倍で±１０．６度となり、像面での入射角も±１０．６度となる。そして、図１６の走査座標は、光学要素の配置分の空間を確保した場合での像面での走査座標であるが、図１５と似た正弦波状の特徴を持っている。
　なお、走査ミラー１の駆動方式には、正弦波状の回動角変化となる共振型ミラー以外には、ノコギリ波状の回動角変化となるガルバノミラーも存在するが、高解像度の表示には、駆動周波数が大きい共振型ミラーが適している。
　また、上記の説明では、上記映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する投写スクリーン１３０に対して映像を投写する光走査映像投写装置１０は、投写スクリーン１３０の下部、より具体的には、その背面側において周囲の一部に隣接して、即ち、スクリーンの下辺に沿って略中央部に設けられたプロジェクタ設置部１１７の内部に配置されるとした。しかしながら、光走査映像投写装置１０は、上記の例に限定されることなく、上記に代えて、例えば、スクリーンの上辺又は側辺に沿って設置してもよいことは、当業者にとっては当然であろう。また、後にも述べるが、スクリーンの周囲の一部に隣接して設けられる光走査映像投写装置１０は、上述した１台にのみ限定されるものではなく、複数台を設置してもよい。
＜映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透明又は半透明スクリーン＞
　続いて、図１７、図１８には、上記のリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）における映像が投写されていない場合に背景が見える透過特性を有する透明又は半透明の投写スクリーン１３０の具体的な構成を示す。この投写スクリーン１３０は、例えば、ポリカーボネートなどの板又は、ＰＥＴシートなどのシート状の樹脂材料やガラス板により構成されている。その裏面（即ち、観察者側と反対の光源側）には、図からも明らかなように、連続する三角形（ノコギリ波状）の断面を有し、上述した走査画面を形成する光（レーザ光）を屈折させて観察者（即ち、視聴者）側に向かう光に変更する作用を持つ光路変更手段６１が多数形成されている。即ち、この光路変更手段６１により、走査画面に略垂直な方向に方向変換され走査画像観視側に出射する。この光路変更手段６１の具体例としては、例えば、図１７に示すような（偏心）サーキュラーフレネルレンズとして形成してもよく、あるいは、図１８に示すようなリニアフレネルレンズとして形成してもよい。
　更には、図１９（ａ）にも示すように、これらの光路変更手段６１の間に、所定の距離の平坦部６２を設けて形成してもよい（半透明型）。なお、これら光路変更手段６１は、本例では、一例として、３０μｍ～１００μｍ程度のピッチ（間隔）で形成されている。加えて、図１９（ｂ）にも示すように、投写スクリーン１３０の裏面（即ち、光路変更手段６１が形成された面）には、透明な板状の保護板６５が設けられてもよい。
　また、図２０～図２１には、上記のフロント方式の投写ボード装置（前面投写型映像表示装置）における投写スクリーン１３０の具体的な構成を示す。この投写スクリーン１３０は、その裏面（即ち、観察者側と反対側）には、連続する三角形（ノコギリ波状）の断面を有し、前面（観視側）から入射する上述した走査画面を形成する光（レーザ光）を屈折させて観察者（即ち、視聴者）側に向かう光に変更する作用を持つ光路変更手段６１が多数形成されている。即ち、この光路変更手段６１により、走査画面に略垂直な方向に方向変換され走査画像観視側に出射する。この光路変更手段６１の具体例としては、例えば、図２０に示すような（偏心）サーキュラーフレネルレンズとして形成してもよく、あるいは、図２１に示すようなリニアフレネルレンズとして形成してもよい。
　更に、図２２にも示すように、これらの光路変更手段６１の間には、所定の距離の平坦部６２を設けて形成してもよい（半透明型）。なお、これら光路変更手段６１は映像光線が全反射するように素材の屈折率とフレネル角を最適化してもよく、上記の図１９（ｂ）に示しように金属膜又は特定の偏波に対して反射率が高くなる金属多層膜から形成される反射膜６４を設けてもよい。この光路変更手段６１は本例では、一例として、３０μｍ～１００μｍ程度のピッチ（間隔）で形成されている。加えて、投写スクリーン１３０の裏面（即ち、光路変更手段６１が形成された面）には、透明な板状の保護板６５が設けられている。
　なお、これらの光路変更手段６１を形成する傾斜面６３には、上述したように例えば、アルミニウムなどの金属膜やＴｉ,Ｎｂ,Ｓｉなどの金属多層膜が形成されており、これにより、光（レーザ光）の反射面を形成する。なお、本実施例のような斜投写光学系を用いる場合には、特に、フレネル中心が走査画面から外れるような偏心フレネルレンズが好適であろう。他方、リニアフレネルレンズによれば、例えば、ロール工程などにより、その製造が比較的容易であり量産にも適していることから、大型のスクリーンを安価に製造することが可能である。
　また、投写スクリーン１３０の光路変更手段６１が形成された面に設けられた透明な板状の保護板６５によれば、投写スクリーン１３０を裏側からの機械的な衝撃に対して保護することができる。また、光路変更手段６１を外気から遮蔽するここによって空気中の塵等が堆積し難くなり、投写スクリーン１３０を長期間にわたって良好な状態に維持することも可能となる。
　このような投写スクリーン１３０によれば、入射面での反射損失を低減するために全反射方式を採用すれば、反射損出の少ない優れた走査画像を得ることが可能な、換言すれば、光の利用効率の高い超低消費電力の装置を実現することが可能となる。
　また、その一方で、上記図１７～図２２に示した半透明型のシートからなる投写スクリーン１３０によれば、映像が投写されていない場合、投写スクリーン１３０は観察者側から見て透明又は半透明となる。したがって、装置が配置される室内における存在感などを含めて、背面投写型映像表示装置全体の意匠性についても様々な改良が可能となるという利点が得られるであろう。
　なお、上記に示した投写スクリーン１３０においても、光路変更手段６１の傾斜面６３に形成するアルミニウムなどの金属膜の厚さを適宜設定することによれば、所望の透明度（半透明の度合）を得ることが可能となる。一例として、例えば、アルミニウムの金属膜の厚さを略７０ｎｍ～８０ｎｍとすることによれば、光に対して透過率が５０％であり、反射率が５０％の投写スクリーン１３０が得られる。
　加えて、光走査型映像投写装置から射出されて上記投写スクリーン１３０の光路変更手段６１により所定の方向に反射されるレーザ光は、その反射特性を考慮すれば、Ｓ偏光波であることが好ましい。そのため、光走査型映像投写装置の出力部に、Ｐ偏光波をＳ偏光波に変換するためのフィルター等を設けてもよい。
　以上からも明らかなように、上述した本発明になるリア方式及びフロント方式の投写ボード装置（背面／前面投写型映像表示装置）によれば、走査ミラー（光走査部）により光源部からのコヒーレント光の利用により、即ち、レーザ光を反射させることによって走査させて映像を上述した透明又は半透明の投写スクリーン１３０上に表示することが可能となる。これにより、可搬性に優れ、消費電力の低減が可能で、かつ、装置の小型・軽量化や意匠性をも含めて、改良された背面投写型映像表示装置が提供されることとなる。
　また、以上に述べた投写スクリーン１３０に加えて、上述した従来技術に記載された構造の透明又は半透明型のシートからなるスクリーンを採用することも可能である。更には、建物を構成する透明又は半透明の壁（パーティション）や窓などの構造体をスクリーンとして利用することも可能である。
　なお、上述したように、投写スクリーン１３０上へ映像を投写して表示する際には、観察者に対して、予め、又は、同時に、映像が表示される投写スクリーン１３０の位置を視覚的に認識させるための、所謂、映像表示位置認識画面５００を表示する（上記図５を参照）。これにより、例えば、透明又は半透明の窓や壁（パーティション）をスクリーンとして利用して映像を表示する場合でも、観察者に対して違和感を与えることなく、映像を投写して表示することが可能となる。
＜その他の実施例＞
　以上の説明では、背面投写型映像表示装置においては、光源部からのコヒーレント光であるレーザ光を走査ミラー（光走査部）により走査させて映像を形成するものとして述べた。しかしながら、本発明は、それにのみ限定されることなく、例えば、添付の図２３や図２４に示すように、光源Ｐ０からの光を液晶表示素子（液晶パネル）Ｐ１により映像光に変調した後、レンズＬ１～Ｌ１４やミラー１０３等を含む光学系を介して透明又は半透明の投写スクリーン１３０上に投写して表示する一般的な映像投写装置４００を採用することも可能であることは言うまでもなかろう。
　なお、その際においても、スクリーン上へ映像を投写して表示する際には、観察者に対して、予め、又は、同時に、映像が表示されるスクリーン位置を視覚的に認識させるための、所謂、映像表示位置認識画面５００（上記図５を参照）を表示する。このことにより、観察者に対して違和感を与えることなく、映像を投写して表示することが可能となる。
　以上、種々の実施例について詳細に説明したが、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために装置全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１３０…投写スクリーン（透明又は半透明スクリーン）、１０…光走査映像投写装置、１…光走査部、１ａ…走査ミラー、４００…投写型映像投写装置、５００…映像表示位置認識画面。

Claims (13)

  1. 　空間内において配置された透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に映像光を投写して表示するための投写型映像表示装置であって、少なくとも、
    　前記投写して表示する映像光を生成する手段と、
    　前記生成した映像光を前記透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に向けて投写する光学手段と、を備えており、
    　前記映像光生成手段は、前記映像の観察者に当該映像が投写される位置を認識させるため映像表示位置認識画面を生成する手段を備えている、投写型映像表示装置。
  2. 　請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
    　前記映像表示位置認識画面は、前記透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に投写して表示される画面の全部又はその一部に視覚的に認識され易い部分を含んで構成されている、投写型映像表示装置。
  3. 　請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
    　前記映像表示位置認識画面を構成する視覚的に認識され易い部分は、比視感度の高い波長の色光により構成されている、投写型映像表示装置。
  4. 　請求項３に記載の投写型映像表示装置において、
    　前記映像表示位置認識画面を構成する視覚的に認識され易い部分は、緑色の色光により構成されている、投写型映像表示装置。
  5. 　請求項３に記載の投写型映像表示装置において、
    　前記映像表示位置認識画面を構成する視覚的に認識され易い部分は、黄色の色光により構成されている、投写型映像表示装置。
  6. 　請求項３に記載の投写型映像表示装置において、
    　前記映像表示位置認識画面を構成する視覚的に認識され易い部分は、オレンジの色光により構成されている、投写型映像表示装置。
  7. 　請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
    　前記映像表示位置認識画面を構成する視覚的に認識され易い部分は、フラッシュしながら表示される、投写型映像表示装置。
  8. 　請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
    　前記映像表示位置認識画面は、前記映像光が前記透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に表示される前に投写されて表示される、投写型映像表示装置。
  9. 　請求項８に記載の投写型映像表示装置において、
    　前記映像表示位置認識画面は、前記映像光が前記透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に表示される期間の先頭に投写されて表示される、投写型映像表示装置。
  10. 　投写型映像表示装置により、空間内において配置された透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に映像光を投写して表示するための映像表示方法であって、
    　前記投写して表示する映像光を生成し、
    　前記生成した映像光を前記透明又は半透明の映像投写スクリーンの背面若しくは前面に向けて投写するものにおいて、
    　前記映像光を前記透明又は半透明の映像投写スクリーン上に投写する際、当該映像光の投写の開始前、又は、当該映像光の投写の開始と同時に、前記映像の観察者に当該映像が投写される位置を認識させるため映像表示位置認識画面を前記透明又は半透明の映像投写スクリーン上に投写する、映像表示方法。
  11. 　請求項１０に記載の映像表示方法において、
    　前記映像表示位置認識画面は、前記透明又は半透明の映像投写スクリーンの表示画面の全部又はその一部に視覚的に認識され易い方法で表示される、映像表示方法。
  12. 　請求項１１に記載の映像表示方法において、
    　前記映像表示位置認識画面は、比視感度の高い波長の色光により表示される、映像表示方法。
  13. 　請求項１２に記載の映像表示方法において、
    　前記映像表示位置認識画面を、緑色、黄色、オレンジの何れか一つ又は複数の色光により表示される、映像表示方法。
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