JPH11242162A - 表面照明器 - Google Patents

表面照明器

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JPH11242162A
JPH11242162A JP10352061A JP35206198A JPH11242162A JP H11242162 A JPH11242162 A JP H11242162A JP 10352061 A JP10352061 A JP 10352061A JP 35206198 A JP35206198 A JP 35206198A JP H11242162 A JPH11242162 A JP H11242162A
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housing
light
axis
illuminator
light emitting
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JP10352061A
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Albert G Choate
ジー ショーエツ アルバート
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OPT GAGING PROD Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系で検査される製品の表面を照明する表
面照明器において、発光ダイオード等の光源から出る照
明のための光線束の投射角度を高めることを課題とす
る。 【解決手段】 照明器の照明光束を発する発光ダイオー
ドを円筒状または裁頭円錐状に並べ、この光束を中空で
同様に円筒状または裁頭円錐状のフレネル型散光器に向
け、この散光器で多数のリング状の光束を屈折させて製
品の表面上に15°〜80°の投射角度で当たるように
してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は表面照明器、詳細に
は新規な方法で配列された発光ダイオード光源を用いた
改良型の表面照明器に関するものである。更に詳細に
は、本発明は既知の先行技術になる照明器で今までに可
能であったよりも高い投射角度(angles of
incidence)での照明を提供する新規なフレネ
ル型散光要素(fresnel−like diffu
ser elements)を用いる改良された発光ダ
イオード表面照明器を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】これまでに知られる多くの照明器におい
て、製品を照明するための種々の光源として発光ダイオ
ードを用いることが慣用されて来た(例えば、アメリカ
合衆国特許第4893223号と第5038258号を
参照)。
【0003】つい最近には、本出願人が所有するアメリ
カ合衆国特許第5690417号では、表面照明器にお
いて発光ダイオードを協同するフレネルレンズと共に用
いて、発光ダイオードランプからの光を検査する製品に
向かって向け直すことが開示されている。この特許にお
いては、多数の発光ダイオードが同軸でかつ径方向に間
隔を置いて配列されており、これらの発光ダイオードの
発光端は共通の平面上にあり、それから発した光線束は
間隔を置いて互いに平行な軸に沿って進む。そして、協
同するフレネルレンズがこれらの光線束を製品に向かっ
て角度をつけて向け直すものである。このような照明器
は、約45°を最大限とする範囲の投射角度の照明を提
供することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の一目
的は、照明のために発光ダイオードランプを利用する
が、今まで可能であったよりも高い投射角度での照明が
できるように改良された表面照明器を提供することであ
る。
【0005】本発明の他の目的は、発光ダイオードラン
プと、このランプを円筒状或いは円錐状のいずれかに配
列し得る協同する可撓性のサーキットボードとを利用す
る改良型の表面照明器を提供することにある。
【0006】本発明の更に特定された目的は、上記した
型の改良された発光ダイオードを使った照明器で、発光
ダイオード光源との組み合わせで、この光源からの光線
束を製品に向けて15°から80°にわたる投射角度で
屈折させて向け直すことができるようなハイブリッド式
フレネル型散光器(fresnel−type dif
fusers)とを用い得るようにすることにある。
【0007】本発明のその他の目的は、以下の明細書の
記述、特に図面を参照して述べる本発明の実施の形態
と、前記した特許請求の範囲とから明かな通りである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
照明器では、多数の発光ダイオード光源またはランプを
円筒状或は裁頭円錐状に配列し、それらから出た平行光
線束を同様な形状の(即ち、円筒状或いは裁頭円錐状
の)フレネル型散光器に形成された溝上に向かわせて、
光線束を15°から80°にわたる投射角度で製品の表
面に屈折して向わせるものである。(円筒状または裁頭
円錐状の)発光ダイオードの列は協同するフレネル型散
光器を同軸で囲み、この列はその中の発光ダイオードを
選択的に発光させるための電力を供給するサーキットボ
ードによって囲まれる。
【0009】製品上に種々の投射角度で向かう光線束を
生じさせるために、フレネル型散光器の外周面には、照
明器の軸方向で間隔を置いた円周な溝が多数形成されて
おり、かつこの溝の断面がほぼ三角形状をしているの
で、散光器の外周面上に環状でプリズム形状の突起が多
数形成されることになる。普通のフレネルレンズの場合
と同様に、各突起の形状は同一でなく、検査する製品上
に投射される各光線束に求められる投射角度によってそ
れらの形状が異なっている。
【0010】
【発明の実施の形態】先ず、図1〜3にて示される本発
明の一実施例について説明すると、符号10は表面照明
器の全体を示す。この表面器の上方には、全体として伏
せたカップ状のハウジング12があり、その塞がれた上
端面の中央には、中央の円形開口14が設けられてい
る。この開口14は、ハウジング12の上端面上にブラ
ケット17とナット18で固定されている別のハウジン
グ16中に収容された通常の光学系アッセンブリーの入
射レンズ15に対する。以下で詳述するところである
が、ハウジング16中の光学系は、照明器10の下方に
ある通常の支持台S上に置かれた製品Wの像を受けて作
るように構成されている。
【0011】上方ハウジング12の下方端中に、下方ハ
ウジング21の上方端が同軸で装架されている。この下
方ハウジング21の底面には、このハウジング21と同
軸上でかつ通常の像発生光学系22が該底面から突出す
るように取り付けられている。この光学系22は像レン
ズ23を有し、このレンズ23はその上方端の近くで通
常のファイバーオプティックス照明具24で囲まれてい
る。レンズ23で作られた像は通常の手段でハウジング
16中の光学系に送られるが、この部分は本発明の対象
ではないので詳述しない。
【0012】ハウジング21の下面にこのハウジングと
同軸でしかもこのハウジングの下方に伸展するように、
大きな全体としてカップ状の金属のハウジングまたはカ
バー25が取り付けられている。このカバー25はその
下方の閉鎖された端面26に大きな円形の開口27を有
する。この開口27はレンズ系22と同一軸上に置か
れ、かつ支持台S上に置かれた製品Wの上方に位置し
て、製品と向かい合う。
【0013】符号30で全体が示される環状のランプハ
ウジングが、ハウジング21の下面からこのハウジング
と同一軸上でカバー26に向かって、かつ開口27の径
方向で外方にあるように伸展し、固定されている。図示
されるこの実施例では、筒状の壁を作るこのハウジング
30は、その軸方向で互いに間隔を置いた8個のリング
に設けられた384個の径方向に伸びる開口を有する。
即ち、各リングには互いに等間隔を置いた48個の開口
が設けられ、各リングの全ての開口の軸方向の中心線は
ハウジング30の軸方向の中心線に対して放射状に配列
され、かつハウジング30の中心線に対して直角をなす
同一な平面上にある。
【0014】ハウジング30のこのような放射状に配列
された開口のそれぞれに、それらの軸方向に沿って通常
の発光ダイオード組み付けられてランプが作られる。こ
れらのLEDランプは全て同じであるので、図中では同
一の符号32で示されている。しかしながら、この実施
例で採用されている8個のリングのリング別のLEDラ
ンプを容易に識別できるように、図3中では縦方向に間
隔を置いた各リングのランブの符号32の後にR1〜R
8の符号を付けた。即ち、製品Wから最も遠いリング中
のランプを32−R1とし、反対に製品Wに最も近く位
置するリング中のランプを32−R8として示してあ
る。
【0015】発光端と反対側のランプ32の端部は、ハ
ウジング30の対応する開口中からわずかに外方に突出
して、筒状のプリントサーキットボード34の表面と接
触する。このサーキットボード34は、ハウジング21
の底面とカバー25との間でハウジング30の外周面を
囲み、ここに取り付けられている。発光ダイオード32
のそれぞれは、ハウジング21とカバー25の軸方向の
中心線に対して面する発光端を有し、この発光端にコリ
メーターレンズ(collimating lens)
がつけられて、発光ダイオードからの光が互いに平行に
かつカバー25の中心線に対して放射状をなして向かう
ように視準が整正される。
【0016】ハウジング21とカバー25の閉鎖された
端面との間でこれらと同一軸線上にあるように、かつラ
ンプ支持ハウジング30に対してその径方向で内側にあ
るように、全体が符号40で示される環状のフレネル型
散光要素が伸展し、取り付けられている。ガラスまたは
プラスチック材料で作られたこの散光器40は、その中
心を貫通する軸孔を有し、この軸孔はカバー25と像レ
ンズ系22と同一軸線上に置かれて、要素40の平滑な
内周面41を形成する。
【0017】一万、要素40の外周面には軸方向で間隔
を置いた8個の円周状の溝が形成され、この各溝は互い
に交差する一対の面S1,S2で作られており、この前
者の面S1は、両者の面の交点を横切って伸び、散光要
素40軸と直角をなす面よりも上方に向って傾斜してい
る。また、後者の面S2は上記した面よりも下方に向か
って傾斜している。
【0018】図3においては、要素40の最上方の溝
(即ち、製品Wから遠く、ハウジング21の下面の最も
近くにある溝)の一対の交差する面のみをS1,S2と
して示したが、残りの7つ各溝をなすそれぞれの一対の
交差する面の一方(即ちS1)は要素40の軸に対して
直角をなす面から上方に傾斜し、他方(即ちS2)はこ
のような面に対して下方に傾斜しているものと了解され
たい。
【0019】更にまた、図3において示されるように、
8個の各リングにあるLED32の各発光端は、要素4
0の外周面上に形成された8つの下方に傾斜した面S2
と対し、その整正された光をこの下方に傾斜した面S2
上に向ける。換言すれば、ランプ32のリングR1〜R
8の各リングは、散光器40の外周に形成された8つの
下方に傾斜する面32と対面するように設けられてい
る。
【0020】散光器40の働きは通常のフレネルレンズ
と同様であり、光を屈折し、別々の光束を共通の焦点に
偏向する。例えば、図3にて明らかに示されるように、
面S2の角度は、リングR1と対応する最上方の面S2
においてその傾斜角が最小値であり、次第に増加して最
下方の面32、即ちカバー25の底壁26に最も近くて
リングR8と対面する面S2でその傾斜角度は最大にな
る。この結果、それぞれのリングの発光ダイオード32
からの光束が対応する面S2に当たる投射角度は、リン
グR1からR8にわたって異なることになる。従って、
各リングの光束が屈折する角度もリング毎に異なり、図
3中で破線で示されるように、屈折度が最大なリングR
1から最小なリングR8へと減少する。
【0021】環状の列をなすLEDを図1〜3中で符号
40で示される種類の環状の散光要素との組み合わせで
使うことの有利性は、今までに知られる照明器でこれま
での可能であった投射角度よりも相当に高い角度で製品
W上に光を当てることができることにある。
【0022】例えば、図3で示される第1の実施例で
は、円筒状に並べられたLEDを円筒状の散光要素と組
み合わせて使うことにより、製品W上に約40°の低い
投射角度から約80°の高い投射角度で光線束を投射す
ることが可能になるのである。各光束は製品Wを囲む円
形の光を作り、従って例として図3で破線で示されるよ
うな異なる投射角度で製品の表面に投射される光束の円
形な列によって製品の全面が覆われることになる。
【0023】LED32を動作させるに当たって、特定
のリングまたはリングR1〜R8の特定の扇形区分のラ
ンプ群のみを選択的に励起することもできる。
【0024】例えば、各リングR1〜R8を8つの扇形
区分に分け、各扇形区分に6個のランプを配する。そし
て、各扇形区分を、例えば1997年11月25日付特
許の上記したアメリカ特許第5690417号に記載さ
れる回路制御手段で選択的に励起することができる。こ
の特許明細書には、上記した種類のLEDを選択的に励
起するための回路手段とその制御器が記載されており、
この円形状に配置されたLED中の扇形区分がそれぞれ
の回路によって選択的に励起され得ることが記載されて
いる。従って、本願明細書にて記述されるLEDを選択
的に励起することは、上記したアメリカ特許明細書、特
にその図5と図6を参照した記述を参考にすれば、この
技術に通暁した者にとっては容易にできるところであ
る。
【0025】次に、図4に示される別の実施例について
説明する。先に述べた実施例と同様な部分には同一の符
号をこの実施例でも付してある。符号50は改変した環
状なランプハウジングの全体を示し、先の実施例のハウ
ジング40と異なって、その形状が円筒形ではなく、裁
頭円錐形である。ハウジング40の場合と同様に、この
ハウジング50はハウジング21の下面に固定され、ハ
ウジング21と同一軸上でその下方に伸びてカバーに至
る。その上方の端部には、光学系22が臨み、その下方
端面には開口27が設けられている。
【0026】この実施例の裁頭円錐形状のハウジング5
0では、その軸方向で間隔を置いた8つのリングに、各
リング当たり40個の等間隔を置いた放射状の開口が合
計で320個設けられている。各リングのこのような開
口の全ての軸線は、ハウジング50の軸方向の中心線か
ら放射状に伸びる線上にあるが、放射状のこれらの開口
の各リングの全ての軸線が、前記第1実施例の如くにハ
ウジングの中央軸線と直角な同一平面上にあるのではな
く、ハウジング50の中心線と同一軸線上に置かれ、そ
の頂点が該中心線上にある円錐形の面上にあるのであ
る。
【0027】前記第1の実施例と同様に、通常の発光ダ
イオード32がハウジング50の放射状開口のそれぞれ
に軸方向で固定される。その発光端と反対の端部は開口
の外方端から突出して、ハウジング50の外面を覆って
取り付けられている裁頭円錐形状のプリントサーキット
ボード54と係合し、ハウジング50のランプ32を選
択的に励起するための電流が送られる。
【0028】第1実施例の場合と同様に、図4でもハウ
ジング50の両端間で互いに軸方向に間隔を置いたラン
プ32が8個だけ示されている。そして、この図示され
ている各ランプは8つの異なるリング中の何れかの1つ
の位置し、符号32の次にR1〜R8の文字が付されて
分別される。即ち、32−R1はハウシング21の底面
に最も近いリングのランプを示し、32−R8はカバー
25の閉鎖された端面に最も近いリングにあるランプ群
を示す。ランブ32の発光端はハウジング50の軸に向
けられ、そこからの光線束はサーキットボード54の表
面に対して直角でかつカバー25の底面に対して角度を
もって傾斜する。
【0029】全体として符号60で示される裁頭円錐形
状のフレネル型散光要素は、ハウジング21とカバー2
5の閉鎖された端面との間でハウジング50に対してそ
の径方向で内方に伸展する。要素40と同様に、この要
素60はガラスまたはプラスチック材料で作られ、形状
が裁頭円錐形でかつ円錐形状のランプハウジング50と
平行に伸びる平滑な内孔壁61を有する。この散光要素
60の外周面には複数の(この実施例では5つの)円形
の溝が形成されており、それぞれハウジング50中のリ
ング状のランプ32−R1〜32−R5の一つと対面す
る。第1の実施例の場合と同様に、この5つの溝のそれ
ぞれは交差する二つの面S1,S2で構成される。図4
においては、リングR1に対する溝の面のみにS1,S
2の符号を付してあるが、残余の4つの溝もまたそのよ
うな互いに交差する面S1,S2をそれぞれ有するもの
である。
【0030】更に、これまた第1の実施例の場合と同様
に、リングR1〜R5の各ランプからの光束は、要素6
0のそれぞれの対応する面S2に向けられる。面S2の
下方に向かった傾斜角度は、リングR1に対応する面S
2を最小とし、リングR5に対応する溝を形成する面S
2を最大とするように増加する。要素60のその他の部
分、即ちリングR6,R7,8に対面するその外周面に
は、溝が形成されておらず、3つのほぼ環状の面S6,
S7,S8が形成されており、それぞれリングR6,R
7,R8に対する。要素60の軸に対して直角に伸びる
虚平面に対して、各面S6,S7,S8の下方に向かっ
た傾斜角度は次第に大きくなり、面S8はカバーの底面
に対してほとんど直角になすように伸びる。
【0031】このような構成により、図4でもっと明か
な通り、リングR8のランプ32から生じる光線束はほ
とんど屈折することなく、その投射角度が約80°で製
品Wの面上に当たり、図4において最上段の面S2に向
けられるリングR1のランプ32からの光線束は下方に
屈折して、投射角が約15°で製品Wの面上に当たる。
かかる投射角度は、ランプ32−R2からR8へと増加
する。
【0032】
【発明の効果】上述したところから明らかな通り、本発
明は上記した種類の照明器の能力を相当に改善して広い
範囲の投射角度を持つ光線束を生じ得るようにした比較
的簡単で経済的な手段を提供するものである。
【0033】この種類の今までの照明器では、光束をせ
いぜい45°の投射角で製品上に向けるのが限度であっ
たが、本発明ではこの角度を80°から15°まで変え
ることができる。このように広い投射角によって、全て
のLEDを励起しまたは一部のLEDのみを選択的に励
起して、製品の複雑な全面をまたは選択した面を充分に
満足して照明することができるのである。
【0034】以上の実施例では、リングの数とリング中
のランプの数とを特定の数としたが、これらを所望の数
とし得ることは勿論である。また、その他の種々の改変
ができることも勿論のことであり、更にまた本発明は本
技術に通暁する者にとって自明である範囲および特許請
求の範囲内にある改変に及ぶものであることも勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例になる表面照明器の一部を断
面にした正面図である。
【図2】図1の表面照明器の一部を断面にした底面図で
ある。
【図3】図1と図2で示される表面照明器の要部の図2
中の3−3線に沿った説明的な断面図である。
【図4】別の実施例になる表面照明器の図3と同様な断
面図である。
【符号の説明】
10−表面照明器 12−ハウシング 14−ハウジングの開口 15−入射レンズ 16−ハウジング 17−ブラケット 18−ナット W−製品 S−支持台 21−ハウジング 22−光学系 23−像レンズ 24−照明具 25−カバー 26−底端面 27−円形開口 30−ハウジング 32−LEDランプ R1〜R8−ランプのリング 34−プリントサーキットボード 40−フレネル型散光要素 41−内周面 S−1,S−2−互いに交差する面 50−ハウジング 60−裁頭円錐形状のフレネル型散光要素 61−内周面 S6〜S8−環状な面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年12月24日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】 ハウジング30のこのような放射状に配
列された開口のそれぞれに、それらの軸方向に沿って通
常の発光ダイオード組み付けられてランプが作られ
る。これらのLEDランプは全て同じであるので、図中
では同一の符号32で示されている。しかしながら、こ
の実施例で採用されている8個のリングのリング別のL
EDランプを容易に識別できるように、図3中では縦方
向に間隔を置いた各リングのランプの符号32の後にR
1〜R8の符号を付けた。即ち、製品Wから最も遠いリ
ング中のランプを32−R1とし、反対に製品Wに最も
近く位置するリング中のランプを32−R8として示し
てある。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0028
【補正方法】変更
【補正内容】
【0028】 第1実施例の場合と同様に、図4でもハ
ウジング50の両端間で互いに軸方向に間隔を置いたラ
ンプ32が8個だけ示されている。そして、この図示さ
れている各ランプは8つの異なるリング中の何れかの1
位置し、符号32の次にR1〜R8の文字が付され
て分別される。即ち、32−R1はハウジング21の底
面に最も近いリングのランプを示し、32−R8はカバ
ー25の閉鎖された端面に最も近いリングにあるランプ
群を示す。ランプ32の発光端はハウジング50の軸に
向けられ、そこからの光線束はサーキットボード54の
表面に対して直角でかつカバー25の底面に対して角度
をもって傾斜する。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジングの中心軸方向に伸びて製品の
    照明される表面に向けられたレンズ系と、このハウジン
    グに続きその中心軸と同一軸線上に設けられた第2のハ
    ウジングと、互いに間隔を置いてこの第2のハウジング
    内に取り付けられそれぞれが発光端を有する複数の光源
    とを備え、この発光端はハウジングの軸方向で間隔を置
    いた複数の円形の列をなして第2のハウジング内に向か
    い、かつ選択的に励起されてハウジングの軸線と所定の
    角度で交差する軸に沿った光束を生じ、更に第2のハウ
    ジング内にこれと同一軸線上に設けられ、外周面が上記
    した光源の発光端に面し、その内周面がハウジング内に
    向かっている全体としてリング状のレンズ要素を備え、
    このレンズ要素の上記した外周面はその軸方向で間隔を
    置いた光を屈折する複数の円周状の面を有し、この面の
    それぞれは上記した円形のいずれかの列の発光端に対し
    かつハウジングの軸線に対して異なる角度で傾斜して、
    各列からの光束が屈折して製品の表面上に向かうように
    構成してなる表面照明器。
  2. 【請求項2】 光を屈折する複数の面が光束を約15°
    〜80°の投射角度で製品上に向ける請求項1記載の表
    面照明器。
  3. 【請求項3】 各光源からの光束がハウジングの軸線と
    90°の角度で交差するように生じる請求項1記載の表
    面照明器。
  4. 【請求項4】 前記第2のハウジングは円筒状であって
    筒状の壁で囲まれ、光源はこの筒状の壁の放射状の開口
    中に収められている請求項3記載の表面照明器。
  5. 【請求項5】 前記第2のハウジングを囲むサーキット
    ボードを更に備え、各光源は筒状の壁の開口中に収めら
    れた発光ダイオードからなり、該発光ダイオードの発光
    端と反対の端部は選択的に励起し得るようにサーキット
    ボードに電気的に接続されている請求項4記載の表面照
    明器。
  6. 【請求項6】 前記レンズ要素の形状は全体として環状
    であり、その平滑な内周面の底面は第2ハウジングの底
    面に設けられた中心の円形開口を囲むように位置し、そ
    の外周面にはハウジングの軸方向に間隔を置いた複数の
    環状の溝が設けられ、この溝のそれぞれはレンズ要素の
    円周上に互いに交差するそれぞれ一対の円周面を作り、
    この互いに交差する一対の円周面の一方が前記した光を
    屈折する複数の面の一つとなる請求項4記載の表面照明
    器。
  7. 【請求項7】 光を屈折する複数の面によって製品の面
    上に向けられる光束の入射角度が約40°〜80°の範
    囲内にある請求項6記載の表面照明器。
  8. 【請求項8】 前記第2のハウジングは全体として円筒
    状であり、サーキットボード内にこれと同一軸上に設け
    られている請求項6記載の表面照明器。
  9. 【請求項9】 各光源から生じた光束の軸はハウジング
    の軸線と直角に伸びる面に対して傾斜して該軸線と交差
    する請求項1記載の表面照明器。
  10. 【請求項10】 前記第2のハウジングはその全体とし
    ての形状が裁頭円錐形であり、対応する形状の壁で囲ま
    れ、第1のハウジングに面するその端が反対の端よりも
    小さい請求項9記載の表面照明器。
  11. 【請求項11】 前記第2のハウジングを囲むサーキッ
    トボードを更に備え、各光源は円錐状の壁に間隔を置い
    て作られた開口中に収められた発光ダイオードからな
    り、発光端と反対のその端部はダイオードが選択的に励
    起され得るようにサーキットボードに電気的に接続され
    ている請求項10記載の表面照明器。
  12. 【請求項12】 前記レンズ要素の形状は全体として裁
    頭円錐状であり、その内方と外方の円錐状周面の下端部
    は、第2のハウジングの底面の円形開口と同一軸上にあ
    ってその周りに位置する請求項10記載の表面照明器。
  13. 【請求項13】 前記レンズ要素の外方の円錐状の面の
    一部にはこの要素の軸方向で間隔を置いた複数の円形な
    溝が設けられて光を屈折する面を形成し,該面の他の部
    分には互いにかつハウジングの軸線に対して傾斜するハ
    ウジングの軸方向に間隔を置いた複数の周面が形成され
    て残余の光を屈折する面をなす請求項12記載の表面照
    明器。
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