JPH07507419A - 照射灯,映写機および写真引伸機の照明装置 - Google Patents

照射灯,映写機および写真引伸機の照明装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 3、凹面球面鏡(31)が区域ごとに配設され、一つの区域の凹面球面鏡(31 )の群が同じ曲率半径を有し、その曲率半径が別の区域の凹面球面鏡(31)の 群の曲率半径と異なることを特徴とする請求項1又は2記載の照明装置。
4、レンズ(41)が区域ごとに配設され、一つの区域のレンズ(41)の群が 、別の区域のレンズ(41)のレンズの群と比較して、主光学軸(0)に沿って 延び、一つの区域のレンズ(41)の曲率半径が他の区域のレンズの曲率半径と 異なることを特徴とする請求項l又は2記載の照明装置。
5、ラスターレンズ(4)のレンズ(41)の頂点(42)が、主光学軸(0) に対して垂直である一つの面に配設されており、それらの光学軸(40)がこの 主光学軸(0)と平行であり、レンズ(41)が平凸であることを特徴とする請 求項1.2.3又は4記載の照明装置。
6、ラスターレンズ(4)のレンズ(41)の背面(43)がそれらの光学軸( 40)に対して傾斜していることを特徴とする請求項1.2.3又は4記載の照 明装置。
7、ラスターレンズ(4)の背面が凹面状であることを特徴とする請求項1.2 .3又は4記載の照明装置。
8、光点(6)の平面の前方に集光レンズ系(5)が配設されていることを特徴 とする請求項1.2.3.4.5.6又は7記載の照明装置。
明細書 照射灯、映写機および写真引伸機の照明装置1皿辺11 1、発明の分野 本発明は、一定の距離をおいた一定の区域の集中的かつ均一な照射を行う照射灯 、映写機および写真引伸機の照明装置に関する。この装置は、光源、補助鏡及び 主鏡とから成る。この装置の他の部品は、光源からの光線をそれらの光線が光点 を造り出すところの所要面に向ける個々の収光レンズの集合体からなるラスター レンズである。
2、従来の技術 とりわけ自動車ヘッドライトとして使用される照明装置が数多く存在する。これ らの装置は普通、連続放物面反射鏡を、発散要素を備えたカバーガラスで覆った ものによって構成されている。光源は、2個のフィラメントをもつハロゲン電球 である。一方のフィラメントは遠方照明用であり、もう一方はロービーム用であ って、ロービームの制御を可能にする内部の絞りを備えている。 反射鏡の垂直 方向の大きさを減らすためには、従来の放物面反射鏡を同一焦点反射面の形状に 改造し、この反射面を、最適化された同じ焦点距離をもつ別々に接続された放物 面セグメントの集合体に分割する方法が実施されてきた。 ヘッドライトの大き さのさらなる減少の必要性が楕円屈折光学系の製造に導いた。その反射鏡は、3 本の軸をもつ回転楕円面または多重楕円面(polyelliptic ell ipsoid)の形状を有している。 その焦点の一つには電球のフィラメント が設けられ、第二の焦点には絞りが設けられている。 楕円の第二の焦点に位置 する平凸レンズが出力光線をそのような光線が系の光学軸と平行になるように投 射する。このレンズは、また、絞りを反射鏡の発光の背景の中に投影する。この 過程が、照射灯の光線の和らいだ配分を定める。
この装置は、電球の中にフィラメントが一つしがないため、和らいだ光すなわち ロービームにしが使用することができない、 したがって、遠方照明用の器具と して同様な構造または同じ構造の照射灯がもう一つ必要である。該照明器具は高 さが非常に小さく、円錐形の光と暗部との間に鋭い境界を画定する良好な強度お よび均一な和らいだ光を造り出す。ロービーム照射の増大した到達範囲をもつも う一つの照明器具は、カバーレンズの影響を受けずに、反射鏡が、1個のフィラ メント電球の所要の空間要素の像に対して投射するように連続し閉じている自由 形成反射面を有する型の反射鏡を備えている。 絞りなしでさえも、これは暗部 と光との境界を画定する。
このような装置の光出力能力は、反射鏡の大きさに比例して増大し、また、その 効率を高める下寄り部分の利用を可能にする。それにもかかわらず、遠方照明の 場合、余分な照明器具が必要とされる。
自由形成反射面の概念を利用することにより、照明器具の改善された投射楕円屈 折光学系が達成される。より多量の光線を、焦点面の絞りをもたない部分に集め ることにより、元の楕円を改造して一般的な平面にする3反射鏡は、その上部が より大きく開いており、その下部がより閉じている。このような装置の光出力は 、これまでの装置に比べてはるかに高い。
同様な照明装rIl登、種々の照射目的、例えば健康管理業務において、口腔外 科で使用する照射灯として使用することができる。これらの装置は、たいてい光 源としてハロゲン電球を使用する既知のタイプの平面照明器具と、冷状態凹面反 射鏡とからなる。その反射部分は、光点を所要面に向けるラスター鏡として配設 されている。
現在の自動車照明装置の主な欠点は、その低い発光効率にある。
移動する乗り物は、異なる形状の鏡によって反射された光線を使用し、光源から まっすぐ前に出る光束は使用されず、したがって陰影になることが多い、眩惑効 果がこのような照明器具のもう一つの重大な欠点である。なぜならば、これまで 使用されてきたほぼすべての装置は、電球のフィラメントから強い光を発し、こ のような光が照射灯の前方の空間から見えてしまうがらである。光と暗部との境 界面および光線強度の均一性の両方を得ることは困難であり、その結果として、 いくぶん複雑な装置と成る。これらの照明器具の大きい点と、そのカバーガラス の傾斜が、自動車のフロント部の好適な空気力学的設計を多少なりとも困難な作 業にする。
口腔外科に使用される照射灯もまた、同様に低い発光効率を有している。光源か らの光は前方の空間に向けられ、したがって利用されないことになる。ライトが 点灯されると、光線は患者の眼にも達し、不快な眩惑を引き起こす、歯科医の歯 鏡もまた、不要な光を種々の鏡面から反射させることがあり、そのため、得られ る像が乱されるおそれがある。いくつかの初歩的作業の際、例えば歯冠の製作の 際、金属から反射した光が、標本開口部と歯冠の反射面との間に、ある種の障壁 を造り出す、これが治療をより困難にする。ラスター鏡を備えた反射鏡は比較的 大きい、照射灯を不適切な位置に調節した場合、歯科医が自分の頭で容易に光線 を遮りゃすく、照射灯がら出て患者の体の所望の点を照らす光の量が減少する。
もう一つの光学系、例えば集光レンズの系を、上述した装置のいずれかに追加す るならば、得られる装置は、ネガフィルム片またはポジフィルム片の地が挿入さ れるところの第1の基本的な対象面の照射に使用することもできる。そして、対 物レンズにより、このような地登像平面に投射する。この照明装置は主に映写機 、スライド映写機および写真引伸機に適している。
強い光源を備えた大判のスライド映写機がある。それらの構造および光源の異な る輝度は、対象面の照射の均斉度に否定的な影響を及ぼす、したがって、そのよ うな照明装置は、ラスタ一部材をもつ光学部品を含み、簡単な凸面鏡の代わりに ラスター鏡を使用する。
そのうえ、2枚の屈折鏡の間に、ラスターレンズを備えた2枚のプレートからな る中間の像形成系を配置することができる。大判スライドの場合、ラスターレン ズからなる蜂の巣状の集光レンズ系を主として使用する。また、蜂の巣状物の一 つをラスター鏡として用いて構成された照明装置も使用される。鏡は、一つの面 に配置された湾曲ラスター反射面の群からなる。これらの装置の欠点は、なによ り、その大きさの大きいことおよび複雑な光学要素の多さであり、これが、光束 をより多く損失する原因にもなっている。
小型判のスライド映写機においては、照射系として、光源を備えた球面鏡と、非 球面要素および熱フィルタを備えたレンズ集光系の両方が使用される。このよう な光学系の欠点は、フィルム片が第一の主平面に配置されている状態で、フィル ムの長方形のこまが円形の光線による照射を受け、これが光束の損失を引き起こ すという事実にある。光束の角度は、球形または非球形の集光レンズによって捕 捉される周縁光線によってさらに制限され、したがって、この角度をさらに増す ことはできない。
とりわけアマチュア専用の写真引伸機においては、たいていは大きな面積を照ら すための光源、特に、集光レンズ系を備えたオパール灯、すなわち楕円反射面積 をもつ灯具が使用される。いくつがの写真引伸機においては、カラー写真の場合 に、それ自体の光源、普通は発散系をもつハロゲン電球を備えた独立したヘッド と、調節自在の密度絞りによって連続調節しつるカラーフィルター処理のための 混合室とを使用することができる。しかし、そのような装置は光効率が非常に低 い。
発明功−目−的 既知の照明装置は、概説した欠点によって制限を受けている。我々の発明の主旨 は、補助鏡を有する光源の主光学軸と同一である光学軸を有して配置されている 主鏡が、ラスター鏡として形成された凹面状反射面を有しCいることにある。こ のラスター鏡は凹面球面鏡の系からなる。これらの球面鏡の側壁は互いに接し、 その頂点は、非円形曲線の形状な有するスリジオナル平面中の回転円錐区分の形 状を有する表面上に配設されている。凹面反射鏡の個々の反射面は、個々のレン ズの集合体からなる主光学軸上に位置するラスターレンズの幾何学的に対応する レンズの頂点の中に、光源の光学像を造り出すような焦点距離および光学軸の傾 斜角を有している。凹面球面鏡の関連の要素面は光点の所要面に投射される。
主光学軸の方向および主軸に対して垂直な仮想面の中で見ると、各凹面球面鏡の 形状は、投射された光点の平面の輪郭形状に合致する。さらに、凹面球面鏡は区 域ごとに配設されている。これらの鏡の曲率半径は、一つの区域内では等しく、 別の区域の鏡の曲率半径とは異なる。
ラスターレンズの個々のレンズは同じ形状およびサイズであり、光源の場の形状 および大きさに最大限に合致する。これらもまた、主軸の方向に移動させること ができる区域ごとに配設されている。
ある区域のレンズの曲率半径は別の区域のレンズの曲率半径と異なる。すべての レンズの頂点は、主光学軸に対して垂直である一つの面に配設され、それらの光 学軸は主軸に対して平行である。これらの状況のもと、レンズは平凸である。光 学くさびを形成するため、ラスターレンズの個々のレンズの背面は、特定のタイ プの照明装置の場合、それらの光学軸に対して傾斜させることができる。また、 ラスターレンズの背面全体を凹面状にすることも可能である。上述したラスター レンズの配設の代替態様は、所要面への光線の配向をもたらす。
特にスライド映写機および写真引伸機における投射目的に照明装置を使用する場 合、スライドが配置されるところの平面に光点を向ける集光レンズの系を照明装 置に加えることができる。
本発明の照明装置の主な利点は、配光を均一にし、かつ眩惑効果を最小限にしな がらの、その発光効率にある0例えば自動車のヘッドライトまたは医療用スポッ トライトの場合に、この新規な装置を、追加される集光レンズ系とともに直線光 源として使用すると、装置のサイズは非常に小さくなる。
皿Iの囚崖竜註朋 図1は、自動車のヘッドライトの照明装置を示す略図である。
図2は、高速道路の遠方部を照射するための、自動車の遠方照明の照明装置の光 点である。
図3は、方向Aにおいて見える高速道路の和らいだ照射のための、自動車のロー ビームの照明装置の光点である。
図4は、健康管理業務に使用するスポットライトの照明装置を示す略図である。
図5は、大判スライド映写機の照明装置を示す略図である。
図6は、小型判スライド映写機の照明装置を示す略図である。
図7は、写真引伸機の照明装置な示す略図である。
万」しし上り1施9−の11番な説肌 [mlは、移動する乗り物、特に自動車のヘッドライトの光学系に用いる照明装 置を概略的に示す、光源1は、主光学軸0上に配置された単フイラメントハロゲ ン電球であり、主光学軸上にはまた、補助鏡2が配設されている。装置のもう一 つの部分は主鏡3であり、この主鏡の光学軸O3は主光学軸0と同一である。主 鏡は、長方形の凹面球面鏡31の集合体によって形成されるラスター鏡として構 成されている。凹面球面鏡の側壁は互いに密接し、それらの頂点32が仮想面に 配設されており、主光学軸0と同一である光学軸0゜を中心に回転対称である非 球形曲線をスリジオナル平面中に形成している。もう一つの部品は、同じく主光 学軸0に配置されたラスターレンズ4である。これは、光収束力を有する六角形 のレンズ41の系からなる。ここでもまた、これらの側壁は互いに密接している 。
これらの頂点42は、主光学軸Oに対して垂直である共通の面に配役され、これ らの後壁43は、光学くさびを形成するよう斜めに切られている。すべての光学 軸40は主光学軸0に対して平行である。
主WL3とラスターレンズ4との間では、レンズ41の焦点および凹面球面鏡3 1の焦点が同様な形状の点集合体を形成し、光源lの中央からの光線が、凹面球 面鏡31の頂点32がら反射したのち、幾何学的に対応するレンズ41の頂点4 2に向けられるという条件が満たされなければならない、この照明装置は、屈折 性が中性である覆いのためのガラス10をもって完成する。
光源lからの光線は、補助鏡2の反射面がら反射した部分を含め主鏡3の反射面 に衝突する。その凹面球面鏡31それぞれが、ラスタ ーレンズ4の対応するレンズ41の中に光源lの像を造り出し、これが長方形の 凹面球面鏡31を一定の倍率で光点6の平面に投射する。光線は、主鏡3の凹面 球面鏡31の形状でこの平面を透過する。
凹面球面鏡31の数またはレンズ41の数と同じ数の像がここに集中する。これ は、ヘッドライトの遠方照射およびロービーム照射のいずれについても有効であ る。
図2には、高速道路の縦断面61を遠方照明で照射した場合の自動車のヘッドラ イトの光点を見ることができる。このような状態は、ラスターレンズ4の個々の レンズ41の背面の適切な配設によって。
可能になる。
1!13は、ロービームで照射した場合のヘッドライトの光点を示す。
この図から、平面の外寄り部分よりも中央部分に光点が集中していることがわか る。これはまた、ラスターレンズ4の背面43の適切な配設によっても達成する ことができる。
このヘッドライト照明装置の主な利点は、主鏡および補助鏡の両方から反射した 光線を利用することにより、また、所要区域に対して光束を正しく向けることに より、より高い発光効率を達することができる能力にある。光束は、外乱や不必 要な側方への露出を起こすことなく、光点の方向にのみ向けられる。ロービーム 用の照明器具においては、光と暗部との間の非常にくっきりと画定された境界お よび最適に選択された光点が得られた。このような照明器具はまた、使用者の要 求に応じて光束を正しく向けたり弱めたりするために、屈折性が中性のカバーガ ラスの背後に配置された関連の開口をもつ機械式絞りが設けられている装軌車両 、装輪車両および軍用車両にも好適である。
遠方照明のヘッドライト照射においては、光点は一つの図形の中に集中している 。これは、完全に均一であり、光源がらの光の形状および配分に依存しない、凹 面鏡の特定の被照射面だけが光点の平面に投射され、一方、電球フィラメントの 強い明るさが照明器具の前方の空間に像を造り出さないため、対向車または自ら に対する眩惑効果は最低レベルにまで減少する。単フイラメントハロゲン電球を 用いるロービームで照射するためのヘッドライトの外側の前面寸法は、ヘッドラ イトスーパーEDの投射装置に匹敵しうるものである0例えばガス放電灯を使用 している場合等光源の照射面積が減少するとき、ヘッドライトの前面の大きさを 減らすことが可能である。
発散要素をもたないカバーガラスは光学的に中性であり、傾斜の垂直角および水 平角を増すことを可能にする。これが、自動車の照明器具全体の、ひいては前面 のラジェータカバーの空気力学的設計の問題解決を容易にする。
照明装置にわずがな変更を加えるこの概念はまた、図4に見ることができるよう に、医療の用途、特に口腔外科に好適である。主鏡3の凹面鏡31およびラスタ ーレンズ4のレンズ41を適切に調節したのち、このラスターレンズ4の背面全 体を平面の形状にすることが可能である。こうすると、光点の平面が均一に照射 される900n+mの距離の場合、その寸法は125X140mmに達し、これ は口腔外科にとって最適なサイズである。この場合、光と暗部との間に鋭い境界 が得られ、患者の眩惑が最小限になる。
この照明装置はまた、最小限の眩惑および光束の均一な照明が必要とされる他の 多くの技術分野、例えば、テレビ、映画および写真のスタジオまたは最小限の眩 惑および一定の距離にある光点への均一な照射が必要とされる劇場及び映画館等 の場所において、スポットライトなどとして使用することができる。
図5に示すように、−組の集光レンズを上述の照明装置に加えるならば、それを スライド映写機に使用してもよいし、大きなサイズの像の投射に使用してもよい 。
このような照明装置は、光源1としての高圧放電灯と、補助鏡2と、凹面球面鏡 31の系によって形成される主鏡3およびレンズ41の系からなるラスターレン ズ4を含む中間投射系とを使用する。
これらすべての部材は主光半軸O上に配設されている。装置全体および個々の部 材間の関係は、自動車のヘッドライトまたは医療用灯具の照明器具に使用する照 明装置のそれに類似している。ラスターレンズ4の背面だけが発散性をもつもの として形成されている。この系は、主光半軸O上に配設された集光レンズ系5に 結合されている。この集光レンズ系は2枚の凸レンズからなり、その後側の一方 は、使用する対物レンズ7の焦点距離に応じて交換することができる。
光源lの中央から出たのち主鏡3の凹面球面鏡31の中央から反射した光は、発 散レンズをもつラスターレンズ4の幾何学的に対応する凸レンズ41を透過し、 集光レンズ系5を透過し、光点6のスライドが配置される平面のほぼ中央を横切 る。このスライドは、対物レンズ7を介して像形成面(図示せず)に投射される はずである。
この装置においては、ラスターレンズ4から出る光線の直径と、ラスターレンズ 4から集光レンズ系5までの距離との比率が、対物レンズ7の相対開度の数値以 下であることが必要である。光点6の平面には、また、凹面鏡31の数またはレ ンズ41の数と同じ数のラスターレンズ4の前記レンズ41によって投射される 凹面鏡31の像が集中する。これは結果的に、装置全体の全長を短縮しながらも 、きわめて均一な配光をもって実質的に光束の全部を使用することにつながる。
図6から理解されるように、特定の変更を加えたのち、この照明装置を小型判の スライド映写機に使用することが可能である。概念および説明は上述した場合と 同様である。それにもかかわらず、主鏡3、ラスターレンズ4および集光レンズ 系5の構造にいくらが相違がある。ハロゲン電球が光源1として使用されている 。主鏡3は、何列かに並べられた同じサイズの長方形の凹面球面鏡3】からなる 。
隣接する列どうしは鏡31の幅の半分だけ位置をずらしている。鏡31の幾何学 的中央が、ラスターレンズ4のレンズ41の幾何学的集合体に類似した集合体を 形成する。頂点32が非球面上に配設され、光学中心が幾何学的中心と同一であ るこれらの凹面球面鏡31は、主光学軸Oから異なる曲率半径で位置しているや 同時に、これらの凹面球面鏡31は、光源1を、主光学軸0の方向に伸びる区域 ごとに配設されたレンズ41の頂点42に投射するために、異なる焦点距離をも つ区域を形成している。集光レンズ系5はより多くの要素からなる。第一の要素 は発散要素であり、これは、主光線が光点6の平面のほぼ中央を横切り、光線全 体が対物レンズ7を通過するような方法で構造的に適合されている。後寄りのレ ンズは交換可能である。そして、光源lが、主鏡3およびラスターレンズ4と同 様なi&同学的集合体の形態にある対物レンズ7のほぼ中心上の、この光線の直 径と、この光束から光点6の平面までの距離との比率が、対物レンズ7の相対開 度の数値以下であるところの平面に投射される。
上述した方策により、光11iXlの発光区域の形状および配光にかかわらず、 より高い光束と、スライドが挿入される光点6の平面における照射の均斉度をと もに得ることができる。
この装置は、図7に示すような、スライド映写の可能性をもつ写真引伸機の照明 装置とほぼ同一である。スライド映写の場合、装置は水平面に対して90″回転 している。光源1はハロゲン電球である。この装置は、光線を垂直面に向ける鏡 8をもって完成する。集光レンズ5の後側要素は、映写対物レンズ7のタイプに 応じて交換することができる。白黒もしくはカラーのフィルム片またはスライド が光点6の平面に配置される。カラー写真用のフィルタ9がラスターレンズ4の 付近に配置されている。フィルタは、挿入されると、カラーフィルトレイジョン を変化させる。灰色のフィルタ(図示せず)および機械式絞り(図示せず)によ り、白色光および色付き光の光密度を調整する。主鏡3は、熱の放出を通過させ る反射層を有している。
この場合もまた、入力電力50Wの強い光が得られ、同時に、配光の均斉度が保 持される。これは特にカラー写真の場合に非常に重要である。さらなる利点は、 装置が高い光束によって白黒写真およびカラー写真の両方を拡大し、また、優れ たスライド映写を行うための1個の構造ユニットを形成することにある。
上述した装置は、この新たに設計された照明装置を、例えば専門的な映写技術お よび複写技術の領域に使用することのより多くの可能性を提供する。
Fig、 1 補正書の翻訳文の提出書(特許法第184条の7第1項)平成 7年8月 7日

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.一定の距離をおいた一定のサイズの区域の集中的かつ均一な照射を提供する ための、光源(1)と、補助鏡と、主鏡と、光源からの光線を、その光線が光点 を造り出すところの所要面に向ける光学収光要素をもつラスターレンズ(4)か らなる、照射灯、映写機および写真引伸機の照明装置であって、該主鏡(3)の 反射区域か、凹面球面鏡(31)からなるラスター鏡として形成されており、凹 面球面鏡の各頂点(32)が、回転円錐区分の形状を有する面の上に配設され、 その回転の軸がその光学軸(01)であり、メリジオナル平面中に非円形曲線の 形状を有し、該主鏡(3)の光学軸(0l)か、該光源(1)および補助鏡(2 )の両方の中心が配設されている主光学軸(0)と同一であり、凹面球面鏡(3 1)の個々の反射区域か、光源(1)の像を、ラスターレンズ(4)の幾何学的 に対応するレンズ(41)の頂点(42)に投射するための焦点距離および光学 軸の傾斜を有し、これらの個々のレンズ(41)が、主鏡(3)の凹面球面鏡( 31)の対応する要素の区域面の像を、光点(6)の所要面に投射することを特 徴とする照明装置。
  2. 2.主光学軸(0)の方向における、主鏡(3)の各凹面球面鏡(31)の、主 光学軸(0)に対して垂直である仮想面への投射か、光点(6)の平面における 形状に合致し、これらの凹面球面鏡(31)どうしかそれらの側壁をもって互い に密接し、ラスターレンズ(4)の個々のレンズ(41)の形状およびサイズが 、光源(1)の、個々の凹面球面鏡(31)によって造り出される光源(1)の 各像がレンズ(41)から通過するところの結像された場の形状およびサイズに できるかぎり合致し、該レンズ(41)か同じであり、その側壁をもって互いに 密接していることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
  3. 3.凹面球面鏡(31)が区域ごとに配設され、一つの区域の凹面球面鏡(31 )の群が同じ曲率半径を有し、その曲率半径が別の区域の凹面球面鏡(31)の 群の曲率半径と異なることを特徴とする請求項1又は2記載の照明装置。
  4. 4.レンズ(41)が区域ごとに配設され、一つの区域のレンズ(41)の群が 、別の区域のレンズ(41)のレンズの群と比較して、主光学軸(0)に沿って 延び、一つの区域のレンズ(41)の曲率半径が他の区域のレンズの曲率半径と 異なることを特徴とする請求項1又は2記載の照明装置。
  5. 5.ラスターレンズ(4)のレンズ(41)の頂点(42)が、主光学軸(0) に対して垂直である一つの面に配設されており、それらの光学軸(40)がこの 主光学軸(0)と平行であり、レンズ(41)が平凸であることを特徴とする請 求項1、2、3又は4記載の照明装置。
  6. 6.ラスターレンズ(4)のレンズ(41)の背面(43)がそれらの光学軸( 40)に対して傾斜していることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の照 明装置。
  7. 7.ラスターレンズ(4)の背面が凹面状であることを特徴とする請求項1、2 、3又は4記載の照明装置。
  8. 8.光点(6)の平面の前方に集光レンズ系(5)が配設されていることを特徴 とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の照明装置。
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