| 【発明の名称】 |
折り畳み式面状発光装置及び面状表示装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】玉置 智
【氏名】太田 平雄
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| 【要約】 |
【課題】種々の色彩光が照射でき、軽量かつ形態に便利な畳み式面状照明装置を提供する。
【解決手段】先端部にバルク型レンズを装着した、複数の半導体発光素子３５を配列した発光面３４の一端（上端）から、垂直方向に半透明板３８からなる出光面が延伸し、一方、発光面３４の他端（下端）からは、垂直方向に短く延伸した支持材３９から半透明板３８に亘って、発光面３４に斜めに反射板３７が設けられた第１照明部３１と、この第１照明部３１と左右対称形の第２照明部３２とが、折り畳み部材３３を介して、出光面（半透明板）３８を内にして折り畳める構造から成る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 屈曲，伸縮自在な又は可撓性のある絶縁基板の表面に複数個の半導体発光体を配列した照明部と、上記半導体発光体を発光させる制御部と、この制御部に電力を供給する電源部とを有し、上記照明部の発光面が自在に折り畳めることを特徴とする、面状発光装置。
【請求項２】 絶縁基板の表面に複数の半導体発光体を配列した第１照明部と、第１照明部と第２照明部を折り畳み可能に接続する折り畳み部材と、上記第１照明部と第２照明部の半導体発光体を発光させる制御部と、この制御部に電力を供給する電源部とを有し、上記第１及び第２照明部が発光面を相対して折り畳めることを特徴とする、折り畳み式面状発光装置。
【請求項３】 複数の半導体発光体を配列した発光面と、この発光面の一辺からこの面の垂直方向に延伸する半透明板からなる出光面と、上記発光面の上記辺に相対する辺からこの面に垂直方向に短く延伸する支持材と、この支持材から上記半透明板と一定角度を成して延伸してこの半透明板に接続する反射板とからなる第１照明部と、この第１照明部と左右対称形の第２照明部と、この第１照明部と第２照明部とを左右対称形に接続すると共に、第１照明部と第２照明部の上記出光面を内にして折り畳み可能に接続する折り畳み部材と、上記第１照明部と第２照明部の半導体発光体を発光させる制御部と、この制御部に電力を供給する電源部とを有し、上記第１及び第２照明部が発光面を相対して折り畳めることを特徴とする、折り畳み式面状発光装置。
【請求項４】 前記半導体発光体は、半導体発光素子の先端部にバルク型レンズを装着して成ることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の折り畳み式面状発光装置。
【請求項５】 前記複数の半導体発光素子は、フルカラーＬＥＤであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の折り畳み式面状発光装置。
【請求項６】 前記複数の半導体発光素子は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤからなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の折り畳み式面状発光装置。
【請求項７】 前記制御部は、前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの各々に印加する電流又は電圧からなる時系列パルスのパルス波高値、パルス幅及びパルス個数のいずれか、又はいずれか二つ、又は全てを制御して、色、輝度及び発光時間を制御することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の折り畳み式面状発光装置。
【請求項８】 屈曲、伸縮自在な又は可撓性のある絶縁基板の表面に複数個の半導体発光体を配列した表示部と、上記半導体発光体を発光させる制御部と、この制御部に電力を供給する電源部とを有し、上記表示部が自在に折り畳めることを特徴とする、面状表示装置。
【請求項９】 絶縁基板の表面に複数の半導体発光体を配列した第１表示部と、第１表示部と第２表示部を折り畳み可能に接続する折り畳み部材と、上記第１表示部と第２表示部の半導体発光体を発光させる制御部と、この制御部に電力を供給する電源部とを有し、上記第１及び第２表示部が発光面を相対して折り畳めることを特徴とする、折り畳み式面状表示装置。
【請求項１０】 複数の半導体発光体を配列した表示面と、この表示面の一辺からこの面の垂直方向に延伸する半透明板からなる出光面と、上記表示面の上記辺に相対する辺からこの面に垂直方向に短く延伸する支持材と、この支持材から上記半透明板と一定角度を成して延伸してこの半透明板に接続する反射板とからなる第１表示部と、この第１表示部と左右対称形の第２表示部と、この第１表示部と第２表示部とを左右対称形に接続すると共に、第１表示部と第２表示部の上記表示面を内にして折り畳み可能に接続する折り畳み部材と、上記第１表示部と第２表示部の半導体発光体を発光させる制御部と、この制御部に電力を供給する電源部とを有し、上記第１及び第２表示部が発光面を相対して折り畳めることを特徴とする、折り畳み式面状表示装置。
【請求項１１】 前記半導体発光体は、半導体発光素子の先端部にバルク型レンズを装着して成ることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の折り畳み式面状表示装置。
【請求項１２】 前記複数の半導体発光素子は、フルカラーＬＥＤであることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の折り畳み式面状表示装置。
【請求項１３】 前記複数の半導体発光素子は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤからなることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の折り畳み式面状表示装置。
【請求項１４】 前記制御部は、前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの各々に印加する電流又は電圧からなる時系列パルスのパルス波高値、パルス幅又はパルス個数のいずれか、又はいずれか二つ、又は全てを制御して、色、輝度、発光時間及び発光パターンを制御することを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の折り畳み式面状表示装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小型で携帯等に便利であり、かつ面状で種々の波長の発光が得られる折り畳み式照明装置及び表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、小型照明装置及び表示装置には、白熱電球、蛍光灯が用いられており、発光色がほとんど白であるので、他の色を得るためには前面にフィルタ等を用いるのが通常である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、白熱電球、蛍光灯等の従来の照明装置及び表示装置は、光変換効率が悪く、また、発熱があるために小型化あるいは薄くすることが困難であり、持ち運びも不便であった。さらに、発光色が単一であるので、他の色の発光を得るのは簡単ではなく、すばやく色交換をすることは困難であり、連続的に色を変えることは不可能である。
【０００４】本発明は、上記の課題に鑑み、装置が軽量で発熱がほとんどなく、また光変換効率がよく小型であり、運搬等にも便利であり、光量、照射時間、色彩等が容易に制御でき、色の変換が容易で連続して色変化ができ、種々の用途の照明及び表示に用いることができる、折り畳み式面状発光装置及び表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明の第１発明の折り畳み式面状発光装置及び表示装置は、屈曲、伸縮自在な又は可撓性のある絶縁基板の表面に複数個の半導体発光体を配列した照明部と、半導体発光体を発光させる制御部と、この制御部に電力を供給する電源部とを有し、上記照明部の発光面が自在に折り畳めることを特徴とする。
【０００６】また、第２発明の折り畳み式面状発光装置及び表示装置は、絶縁基板の表面に複数の半導体発光体を配列した第１照明部と、第１照明部と第２照明部を折り畳み可能に接続する折り畳み部材と、第１照明部と第２照明部の半導体発光体を発光させる制御部と、この制御部に電力を供給する電源部とを有し、第１及び第２照明部が発光面を相対して折り畳めることを特徴とする。さらに、本発明の第３発明の折り畳み式面状発光装置及び表示装置は、複数の半導体発光体を配列した発光面と、発光面の一辺からこの面の垂直方向に延伸する半透明板からなる出光面と、発光面の上記辺に相対する辺からこの面に垂直方向に短く延伸する支持材と、支持材から半透明板と一定角度を成して延伸してこの半透明板に接続する反射板とからなる第１照明部と、第１照明部と左右対称形の第２照明部と、第１照明部と第２照明部とを左右対称形に接続すると共に、第１照明部と第２照明部の出光面を内にして折り畳み可能に接続する折り畳み部材と、第１照明部と第２照明部の半導体発光体を発光させる制御部と、制御部に電力を供給する電源部とを有し、第１及び第２照明部が発光面を相対して折り畳めることを特徴とする。
【０００７】上記第１乃至第３発明において、半導体発光体は、半導体発光素子の先端部にバルク型レンズを装着して成ることを特徴とする。また、複数の半導体発光素子は、フルカラーＬＥＤであることを特徴とする。また、複数の半導体発光素子は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤからなることを特徴とする。また、制御部は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤの各々に印加する電流又は電圧からなる時系列パルスのパルス波高値、パルス幅、又はパルス個数のいずれか、又はいずれか二つ、又は全てを制御して、色、輝度及び発光時間を制御することを特徴とする。
【０００８】これらの構成による第１、第２及び第３発明の折り畳み式面状発光装置は、半導体発光素子から出射された光が、バルク型レンズにより収束されて照明されるから、光変換効率よくかつ熱を発生させずに、一方向に集中して照明することができる。したがって、この面状発光装置は、小型軽量にでき、かつ、折り畳み可能なので運搬に便利である。
【０００９】また、これらの構成による第３の折り畳み式面状発光装置は、発光面から出射された光線が、反射板により垂直方向に反射されると共に広がって半透明板から出射されるので、広い照明面積を有する均一な照射光を得ることができ、少ない消費電力により明るい均一な照明が得られる。
【００１０】また、第１の発明、第２の発明、及び第３の折り畳み式面状発光装置は、フルカラーＬＥＤ、又は、赤、緑及び青のＬＥＤを有しており、制御部がこれらのＬＥＤを、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの各々に印加する電流又は電圧からなる時系列パルスのパルス波高値、パルス幅又はパルス個数のいずれか、又はいずれか二つ、又は全てを制御して、色、輝度及び発光時間を制御できるから、光量、照射時間、色彩等が容易に制御でき、色の変換が容易で連続して色変化ができ、種々の用途の照明に用いることができる。
【００１１】また、本発明の第４発明の折り畳み式面状表示装置は、屈曲、伸縮自在な又は可撓性のある絶縁基板の表面に複数個の半導体発光体を配列した表示部と、半導体発光体を発光させる制御部と、制御部に電力を供給する電源部とを有し、表示部が自在に折り畳めることを特徴とする。本発明の第５発明の折り畳み式面状表示装置は、絶縁基板の表面に複数の半導体発光体を配列した第１表示部と、第１表示部と第２表示部を折り畳み可能に接続する折り畳み部材と、第１表示部と第２表示部の半導体発光体を発光させる制御部と、制御部に電力を供給する電源部とを有し、第１及び第２表示部が発光面を相対して折り畳めることを特徴とする。さらに、本発明の第６発明の折り畳み式面状表示装置は、複数の半導体発光体を配列した表示面と、表示面の一辺からこの面の垂直方向に延伸する半透明板からなる出光面と、表示面の上記辺に相対する辺から面に垂直方向に短く延伸する支持材と、支持材から上記半透明板と一定角度を成して延伸して半透明板に接続する反射板とからなる第１表示部と、第１表示部と左右対称形の第２表示部と、第１表示部と第２表示部とを左右対称形に接続すると共に、第１表示部と第２表示部の表示面を内にして折り畳み可能に接続する折り畳み部材と、第１表示部と第２表示部の半導体発光体を発光させる制御部と、制御部に電力を供給する電源部とを有し、第１及び第２表示部が発光面を相対して折り畳めることを特徴とする。
【００１２】また、本発明の第４，第５及び第６発明の折り畳み式面状表示装置の半導体発光体は、半導体発光素子の先端部にバルク型レンズを装着して成ることを特徴とする。また、本発明の第４，第５及び第６の発明において、半導体発光素子は、フルカラーＬＥＤであることが好ましく、又は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤからなることが好ましい。また、第４，第５及び第６発明の折り畳み式面状表示装置の制御部は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの各々に印加する電流又は電圧からなる時系列パルスのパルス波高値、パルス幅、又はパルス個数のいずれか、又はいずれか二つ、又は全てを制御して、色、輝度、発光時間及び表示パターンを制御することを特徴とする。
【００１３】これらの構成による折り畳み式面状発光装置は、半導体発光素子から出射された光がバルク型レンズにより収束されて照明されるから、光変換効率よくかつ熱を発生させずに、一方向に集中して表示することができる。したがって、この面状表示装置は小型軽量にでき、かつ、折り畳み可能なので運搬に便利である。
【００１４】また、これらの構成による第２の折り畳み式面状表示装置は、発光面から出射された光線が、反射板により垂直方向に反射されると共に広がって半透明板から出射されるので、広い照明面積を有する均一な照射光を得ることができ、少ない消費電力により明るい均一な表示が得られる。
【００１５】また、上記折り畳み式面状発光装置は、フルカラーＬＥＤ、又は、赤、緑及び青のＬＥＤを有しており、制御部が、これらのＬＥＤを赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤの各々に印加する電流又は電圧からなる時系列パルスのパルス波高値、パルス幅、又はパルス個数のいずれか、又はいずれか二つ、又は全てを制御して、色、輝度、発光時間及び表示パターンを制御できるから、光量、照射時間、色彩、表示パターン等が容易に制御でき、色の変換が容易で連続して色変化ができ、種々の用途の表示に用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の態様を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態を示したものである。図１に示すように、本発明の面状照明装置１０は、第１照明部１１と第２照明部１２が折り畳み部材１３を介して折り畳める構造となっており、絶縁基板１４の表面上に半導体発光素子１５が適宜の間隔で配線１６を介して配列される。なお、ここでは、半導体発光素子１５を折り畳み内側（表面側）のみに配置した図面のみを例示したが、折り畳み外面（裏面側）にも上記発光体素子を配列した場合であっても、本発明を同様に用いることができる。
【００１７】絶縁基板１４は、屈曲、伸縮自在な且つ、可撓性に富むプリント基板等から成り、また、半導体発光素子１５は単色光ＬＥＤであってもよいが、好ましくは、発光波長の異なる赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のフルカラーＬＥＤ、チップＬＥＤ等の発光素子を組み合わせて用いることにより、種々の色彩照明が得られるので好ましい。
【００１８】上記ＬＥＤの発光制御は、配線１６を介して時系列パルスの電流、電圧を印加することにより行うことができ、例えば、図２（Ａ）に示すように、所望の照度、色彩に応じて、時系列パルスのパルス周期Ｔ、パルス幅ｔ0 及び各色（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）発光素子に印加するパルス波高値Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂを選択して印加することにより、所望の照度、色彩の照明が得られる。例えば、橙色の照明光を得るためには、（Ｂ）発光素子は発光させず、（Ｒ）（Ｇ）発光素子を所定の強度比で発光させれば、人間の視感度により橙色に見える。
【００１９】また、図２（Ｂ）に示すように、各色（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）発光素子に印加するパルス波高値は一定にして、パルス幅ｔ0 をｔｒ、ｔｇ、ｔｂのように変化させても任意の色彩の発光を得ることもできる。さらに、図２（Ｃ）に示すように、パルス周期Ｔ毎に各色発光素子に印加する微小パルス幅のパルス個数ｎｒ、ｎｇ、ｎｂを選択することにより、所望の発光強度、色彩を得ることもできる。
【００２０】第１照明部１１と第２照明部１２をつなぐ折り畳み部材１３は、両照明部を折り畳める構造のものであれば特に限定はなく、例えば、蝶番、線材、フィルム等屈曲、伸縮自在な部材等一般に用いられるものでよく、可撓性のあるフィルム又はシート等を用いた場合には、パターン配線ができるので配線を簡略にできる利点もある。図３は、折り畳み部材１３に線材を用いた場合の側面図であり、図４は、このような折り畳み部材１３を用いて第１照明部１１と第２照明部１２を折り畳んだ状態を示したものである。また、図４では、折り畳み部材が一つ、かつ、折り畳む照明部が二つの場合を図示しているが、これに限らず、折り畳み部材を複数、かつ、折り畳む照明部を複数有し、多段に、かつ、任意の形状に折り畳める構成としてもよい。
【００２１】半導体発光素子の先端部（発光部）には、バルク型レンズを用いることによりＬＥＤの発光を有効に利用することができる。バルク型レンズとは、発光体を内包する形状のレンズであり、ＬＥＤ等の半導体発光素子の発光をほとんど全て収束することができる（特願２００１−２０８２５号参照）。図９はバルク型レンズの断面を示す図である。図において、バルク型レンズ９０は、第１のレンズ面９１と、第２のレンズ面９２と、内側面９３と、外側面９４と、底面９５の面から構成される透明光学媒質９６からなるバルク体である。第１のレンズ面９１と第２のレンズ面９２は、光のコリメート、収束又は発散と言った使用目的に応じたレンズ作用を有する曲面であり、図の例では、光学媒質から見て、第１のレンズ面９１は外に凸球面、第２のレンズ面９２は凹球面である。内側面９３と外側面９４は、この例では、円筒面である。図は、ＬＥＤチップ９７が支持台９８上に支持されて、バルク型レンズ９０に搭載され、発光し、その光束９９が収束して出射している様子を示している。
【００２２】このバルク型レンズは、いわば凸レンズ内に光源を内包している構造なので、光源に球面凸レンズを近づけて収束する従来技術の場合に生ずる損失、すなわち、凸レンズの曲率半径と焦点距離の関係から定まる開口角以上の光束を収束できないことによる損失が生じない。また、光源に球面凸レンズを近づけて収束した場合には、レンズ面のフレネル反射光が空間に散逸してしまい、収束光として利用することができないが、バルク型レンズの場合には、バルク型レンズが凸レンズ内に光源を内包している構造であるので、第１のレンズ面９１と第２のレンズ面９２で生ずるフレネル反射光がバルク型レンズから散逸することが無く、その一部は、内側面９３と外側面９４及び底面９５で反射して、再び第１のレンズ面９１にもどり、収束光となり、フレネル反射光の他の一部はＬＥＤチップ９７に戻り、ＬＥＤチップ９７のｐｎ接合で吸収されて再発光する。本発明の折り畳み式面状発光装置は、上記バルク型レンズ９０を使用しているので、ＬＥＤを光源とした場合に、極めて高効率な折り畳み式面状発光装置である。
【００２３】次に、図５に示すように、本発明の第２の実施形態の照明装置３０では、第１の照明部３１が、複数の半導体発光素子３５を配列した発光面（絶縁基板）３４の一端（図５では上端）から垂直方向に、半透明板からなる出光面３８が延伸し、一方、発光面３４の他端（図５では下端）からは、垂直方向に短く延伸した支持材３９から半透明板（出光面）３８に亘って、反射板３７が発光面３４に一定の角度で斜めに対向して設けられる。半導体発光素子３５の光軸と反射板３７のなす角度は、本発明の照明装置の用途によって、すなわち、照射面の面積、形状に基づき選択する。その際、半導体発光素子３５からの光束の広がり角、絶縁体３４上の半導体発光素子３５の配列形状によっても上記角度を変更できる。図５は上記角度が３０〜６０度、好ましくは４５度の例を図示している。なお、これに限らず、用途に応じて上記角度を自由に選択でき、また、反射板３７の一部を変形してもよい。出光面３８に半透明板を設けるのは、発光素子３５からの出射光には強度分布があり、この半透明板によりこの強度分布を均一化して、半透明板全体を均一に光らせるためである。
【００２４】第２の実施形態で用いる発光面（絶縁基板）３４、発光素子３５、発光素子３５の先端部に設置するバルク型レンズ、配線３６については、前記した第１実施形態で用いるものと同様のものであり、発光素子の発光制御方法についてもまったく同様であるので、重複のためにその記載を省略する。
【００２５】一方、第２照明部３２は、図５，図６に示すように第１照明部３１と左右対称形の構造であり、第１照明部３１と同様の構成からなるので、重複のためその記載は省略するが、発光素子３５から出射した光は反射板３７で反射されて、第１照明部３１と同様に図５，図６の上方に出光する。第１照明部３１と第２照明部３２は、折り畳み部材３３を介して結合しており、図７に示すように、各出光面３８を内にして折り畳める構造を有する。
【００２６】図８は本発明の第３の実施の形態を示したものである。この面状照明装置４０は、前記第２実施形態が図８上方のみに出光しているのに対して、図８上方の他に下方にも出光できる構造としたものである。すなわち、第１照明部４１では、中心部の発光体４５ａからの発光は、中間部の反射板４７ａにより反射して図８上方の半透明板４８ａから出光するのに対して、右端に設置した発光体４５ｂからの発光は、中間部の反射板４７ｂにより反射されて図８下方の半透明板４８ｂから出光する。
【００２７】一方、第２照明部４２についても同様に、中心部の発光体４５ｃからの発光は、中間部の反射板４７ｃにより反射されて、図８下方の半透明板４８ｃから出光する。左端に設置された発光体４５ｄからの発光は、中間部の反射板４７ｄにより反射されて、図８上方の半透明板４８ｄから出光する。その他の構成は、前記第２実施形態に関して説明したものとまったく同様であるので、重複のためその記載を省略する。
【００２８】次に本発明の第４の実施の形態を説明する。本発明の第４の実施の形態は、一体の屈曲、伸縮自在な或いは可撓性のある絶縁基板上に複数の半導体発光体を配列して照明部を形成し、この照明部が自在に折り畳める構成としている。他の構成は、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態と全く同様なので、重複を避けるため説明を省略する。
【００２９】上記の発明の実施の態様によれば、発光源として半導体素子を用いているために、装置は軽量で発熱がほとんどなく、また光変換効率がよいので小型照明装置に好適であり、屈曲して又は巻回して容易に折り畳みができる構造であるので運搬等にも便利である。また、ＬＥＤ等の半導体素子を用いているので、時系列パルスにより光量、照射時間、色彩等が容易に制御でき、種々の用途の照明に用いることができる。
【００３０】次に、本発明の第４発明、第５発明、及び第６発明の表示装置の実施の態様を説明する。本発明の第４発明、第５発明、及び第６発明の面状表示装置は、本発明の第１発明、第２発明又は第３発明の照明装置の制御部の機能に、表示パターンに対応して各々の発光体の発光を独立に制御できる機能を付加したものである。他の構成は、第１発明、第２発明及び第３発明と全く同様であるため、重複を避けるためその記載を省略する。
【００３１】
【発明の効果】上記説明から理解されるように、本発明の折り畳み式面状照明装置及び面状表示装置は、発光源として半導体素子を用いているために、装置が軽量で発熱がほとんどなく、また光変換効率がよいので小型照明装置及び小型表示装置に好適であり、さらに容易に折り畳みができる構造であるので運搬等にも便利である。また、ＬＥＤ等の半導体素子を用いているので、時系列パルスにより光量、照射時間、色彩等が容易に制御でき、色の変換が容易で連続して色変化ができ、種々の用途の照明、及び表示に用いることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９９１０４２９９
【氏名又は名称】ラボ・スフィア株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年３月８日（２００１．３．８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８２８７６
【弁理士】
【氏名又は名称】平山 一幸 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２７０００７（Ｐ２００２−２７０００７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月２０日（２００２．９．２０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−６５６１２（Ｐ２００１−６５６１２） |
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