JP3586291B2 - スポーツ照明器具 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、グレア(眩光)の少ない照明特性を有するスポーツ照明器具に関する。特に、この発明は、スポーツフィールドまたはアリーナの競技面のような広い区域に効率のよい均一な配光を達成するようなすぐれた測光性能を示すスポーツ照明器具に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、建築照明設計者が、スポーツフィールドの観客席部分にこぼれる光の量を最小限に抑えながら、スポーツフィールドの競技面を均一に照明するという課題に直面した場合、設計者が自由に使える個々の照明器具は、グレアシールドやルーバのような配光技術を利用したタイプのものであった。このような設計者のねらいは、競技面を越えて観客の目に入ったり、さらにはフィールドの境界を越えて行き周囲の民家や事業所に悪影響を与える光の量を大幅に軽減するか又はなくすことにある。このようなグレアシールドやルーバは光出力を所望のパターンに向けるには有効であるが、このようにする際に、これらの装置のためかなりの量の光が失なわれ、したがって光源からの光出力の量を増加する必要があることが知られている。光損失をもたらすことに加えて、代表的なスポーツ照明器具では、このようなシールドやルーバ装置をリフレクタ(反射鏡)部分の外部に設けるため、照明器具の風圧荷重特性が悪くなる。外部グレアシールドおよびルーバ要素を有する照明器具の1例が、米国特許第4,725,934号(1988年2月16日発行)に開示されている。各ルーバが特定量の光損失を生じ、外部光案内要素が照明器具の風圧荷重を増加する場合、もし必要な競技面を通り越すこぼれ光(spill light) を最小にするように光出力を方向づけるためにさらに光案内要素が必要であるとすると、このような装置の数を最小限に抑えること、そしてこのような装置がリフレクタ構造の外側にあるのではなくてその内部に存在することが有利である。
【0003】
光出力を方向転換するのに必要なルーバの数は、照明器具のリフレクタの長さ方向軸線に対する光出力の上向き角度がどのくらい大きいかに直接関係している。リフレクタからの光出力の角度が大きければ大きいほど、このような光を望ましい特定の位置に向け直すのに必要なルーバ面積が大きくなる。前掲の米国特許第4,725,934号からわかるように、リフレクタ部分はほぼ楕円形であり、そのようなわけで、光がリフレクタから出る際の光の出力角度が大きくなる。また、このような照明器具においては、光源がリフレクタの長さ方向軸線上に位置し、その結果光がリフレクタの外縁付近で発生することにも注意すべきである。光源をこのように配置する必要があるのは、光源の外管(ジャケット)の寸法のせいである。しかし、リフレクタに対して光源をこのように配置すると、光出力の角度が大きくなることが知られている。したがって、光源−リフレクタ配向として、リフレクタからの光出力ができるだけ平行にされ、リフレクタの長さ方向軸線に対して大きな角度になる光出力の広がりが最小になる光源−リフレクタ配向を得ることができれば、有利である。
【0004】
競技面で使用できる個々のリフレクタからの光出力の量を最大にするという目標に向かって、照明器具のリフレクタ部分を代表的にはアルミニウムで製造し、これを高い反射率となるように研磨することも知られている。アルミニウムリフレクタを用いることは、スポーツ照明器具に関してよく知られている。しかし、アルミニウムリフレクタの欠点の一つとして、その反射率が、実際には光源が発光する光の約75〜85%しかこのようなアルミニウムリフレクタにより照明器具の外に反射されないような値であることが挙げられる。その上、裸の石英発光管光源をアルミニウムまたは他の金属製リフレクタと組み合わせて金属製リフレクタに近接するような態様で使用すると、光源からの光子がリフレクタに衝突し、その結果電子が石英材料に跳ね返り、これは発光管の石英材料を劣化する作用をもつことが認められた。光源が3000時間以上の定格寿命をもつとすると、このような発光管材料の劣化は光源が早期に故障する原因となる。したがって、反射率の値が約95%であり、光源の石英発光管の劣化の原因とならないようなリフレクタ−光源構成が得られれば、さらに有利である。アルミニウムリフレクタとの裸石英発光管光源を用いた市販のスポーツ照明器具の1例として、フィリップス・ライティング(Philips Lighting)社から入手できる製品「アリーナビジョン」(ArenaVision )がある。
【0005】
スポーツフィールドの照明設計者が遭遇するもう一つの問題は、できるだけ効率のよい均一な照明パターンを達成するように、照明器具の最適な組み合わせと照明器具の傾斜を決定することである。具体的には、競技フィールド面での光パターンは実際には、スポーツフィールド(運動場)の周囲に沿って配置された種々の照明器具からの多数の光出力パターンの組み合わせから構成されるから、このような光出力をこの課題に必要な照明器具の数を最小にするように組み合わせることが必要である。通常のやり方では、個別のリフレクタの光出力パターンが円形であるから、その光出力を下向きにかつその照明器具を取り付けた支柱構造からある角度で投射すると、競技フィールド面での光パターンはほぼ楕円形となり、光出力の最高強度は照明器具にもっとも近い焦点に生じる。上述したアリーナビジョン・スポーツ照明器具の開発に関する説明については、1988年6月のIES Annual Conference でフィリップス・ライティング社のEntropとVerbeek が発表した報告「新しい傾向に合致したスポーツ照明器具のシステム志向の開発」を参照されたい。この報告では、本質的に点光源のアーク形状を実現する放電光源を用いるという記述に留意すべきである。このように点光源に依拠することにより、アリーナビジョン・スポーツ照明器具は、通常の測光方法で測定して、円形の光パターンを発生し、その結果競技フィールド面にほぼ楕円形のパターンを生じることがわかる。パズルを解くようにこのような楕円形照明パターンの組み合せの正解を出そうとするとき、照明設計者は、必ず、フィールド面での光出力のオーバーラップ形状の効率悪さに直面し、また競技フィールド面を越えて観客の目に飛び込む光のもれを経験する。したがって、スポーツ照明器具から得られる光出力パターンを下向きに照明器具から遠ざかる角度で投射したとき、オーバーラップ形状をもっと効率よくするのに役立ち、かつ競技フィールド面を通り越すこぼれ光を少なくするような光パターンが競技フィールド面に生成できれば、有利である。
【0006】
【発明の概要】
この発明のスポーツ照明器具は、低グレア特性を有し、したがって、競技フィールド面より上に進んで観客の目に入ったり、スポーツフィールドを越えて周囲の住宅または商業地域に届くおそれのあるこぼれ光の量を大幅に減少させる照明パターンを競技フィールド面に達成する上での設計の融通性が極めて高くなるようにする。このために、この発明では、多数のルーバを用いる必要なしに、また照明器具の外部に少数のルーバを設ける必要なしに、大きな上向き角度のビームを鋭利に遮断する。さらに、この発明では、放物面状のリフレクタと光源との間の配向が、鉛直方向光分布を厳密に制御し、かつ水平面内の光分布を粗く制御することにより、長円形ビームパターンを達成するように定められる。長円形出力ビームパターンは競技フィールド面で円形ビームパターンとなり、この円形パターンは、スポーツフィールドで用いる多数のスポーツ照明器具のビームパターン間に一層効率のよい、均一なオーバーラップ計画を可能にする。
【0007】
この発明の原理によれば、特にスポーツ照明用途に適当した、グレアの少ない照明器具が得られる。この照明器具は、光学的配光装置内に配置された高輝度光源と、ハウジング部材とを備える。ハウジング部材には、高輝度光源に供給する電力を調節するのに有効な安定器回路構造が収容されている。光学的配光装置はリフレクタ部材を含む。リフレクタ部材は非金属材料からなり、放物面状に成形され、開口端と、開口端の反対側に配置された頂点と、開口および頂点を通る中心軸線とを有する。この発明によれば、高輝度光源は細長い放電を生じる放電光源であり、細長い放電光源をリフレクタ部材内に水平にかつ中心軸線と直交するように配置する。さらに、光源をリフレクタ部材内にその頂点近くの領域に配置し、こうしてほぼ長円形の光パターンを発生する。この発明の重要な変更例では、ルーバをリフレクタ部材内に配置して、ルーバがなければ中心軸線に対して大きな上向き角度でリフレクタの開口端から出てゆく光出力を、もっと低い角度に方向転換し、これにより他の同様の照明器具の光出力と効率よく組み合わせて、スポーツフィールドの競技面でオーバーラップするビームパターンを得ることができるようにする。
【0008】
【詳しい説明】
以下、図面を参照しながらこの発明を具体的に説明する。
図1に示すように、特にスポーツ照明用途に適したすぐれた配光特性を有する照明器具10は、12で総称する光学的部分と、14で総称する安定器および安定器ハウジングと、支持構造16とを含む。支持構造16は、光学的部分12を安定器ハウジング部分14に物理的に連結する。さらに、支持構造16は装着部材18に連結しており、この装着部材18は、あとで図4に関連して詳しく説明するように、照明器具10の下向き投射角度を設定する調節手段を構成する。安定器部分14を光学的部分12から分離することにより、これら2つの部分を熱的に分離する。しかし、別の熱的分離構造を利用した一体のハウジング構造を用いて、安定器部分14と光学的部分12を形成することもできる。そして、このような照明器具もこの発明に包含され、特にその光学的特性に関してこの発明に包含されるものである。さらに、安定器部分を光学的部分から遠くに離すこともでき、たとえば、安定器部分を支柱の下部に置き、支柱の頂部の光学的部分にケーブルで電気接続することも可能である。このような構成の両方ともこの発明の範囲内に入り、特にここで開示する照明器具10のすぐれた測光特性に関してこの発明の範囲内に入るものである。
【0009】
光学的部分12はリフレクタ部材(反射鏡)20を含み、リフレクタ部材20は非金属材料で形成され、回転放物面の形状に成形されている。この発明においては、リフレクタ20は、ガラス基板材料に二色または多重膜干渉被膜を形成した構成である。このようにして、リフレクタ部材20は、アルミニウムリフレクタを用いて通常達成される反射率が75〜85%であるのに対して、光源が発生した光の約95%の反射率を達成することができる。リフレクタ20が放物面状であるので、その一端に開口端22が形成され、開口端22の反対側に頂端24が形成される。開口と頂点との間を中心軸線が通過する。
【0010】
また、上記リフレクタ構造に代えて、アルミニウムのフラッシュ被膜をガラス基板上に形成し、ついでその上にチタニアおよびシリカ被膜を重ねたリフレクタ構造をとることも可能である。このような変形例では、反射特性が約90%以上でありながら、コストを下げ、また石英寿命に影響する光子放出問題をほとんど回避できる。カバー部材26を開口端22にはめ、リング部材28によりリフレクタ部材20に固定する。カバー部材26は強化ガラス製で、リフレクタ部材20内に収容された光源30が発生する望ましくない紫外線(UV)をろ過する(取り除く)のに有効である。その代わりに、カバー部材をほう珪酸塩材料から成形することもでき、このようなカバー材料はUVろ過特性を有するのに加えて、非破砕/スプレー特性も示す。
【0011】
光源30は、リフレクタ20の頂端24のすぐ近くにくるように、リフレクタ部材20内に配置されている。好適な実施例では、光源30は、ダブルエンド型高輝度放電(HID)ランプ、すなわち溶融石英製の裸の発光管壁の中に金属ハロゲン化物が封入され、この封入物を放電状態に励起することにより、発光管内に細長いアーク放電を生成するHIDランプである。光源30を主リフレクタ部分20と後部リフレクタ部分20aとの接合点に配置し、後部リフレクタ部分20aを開ければ、後ろ側から光源30にアクセスできるようにする。もちろん、これとは別の光源配置が可能である。たとえば、シングルエンド型ランプを利用したり、低プロファイル外管(ジャケット)を有するランプを用いたりしても、細長いアーク放電を達成することができ、かかるアーク放電も上述したリフレクタと組み合わせると、この発明のすぐれた配光構造をもたらす。
【0012】
さらに図1に示すように、リフレクタ部材20の上半部に、一連のルーバ部材32がほぼ等間隔で配置されている。後でさらに詳しく説明するように、ルーバ部材32は、ルーバがなければ開口端22から中心軸線に対して大きな角度で出てゆく光出力を方向転換して、もっと小さい角度にする方向転換手段をなし、これにより照明設計の際に、スポーツフィールド(運動場)の競技面上の区域からグレアやこぼれ光を減らす設計を行うことが可能になる。
【0013】
この発明のスポーツ照明器具を後ろ側から見た斜視図を図2に示す。光源30にアクセスできるように、後部カバー部分42を開いた状態で示してある。後部リフレクタ部分20aは後部カバー部分42に装着されており、したがって、後部カバー部分42を開いたとき、後部リフレクタ部分20aは主リフレクタ部分20から離れて下方に開く。後部リフレクタ部分20aと後部カバー部分42との間に絶縁シート部分(図示せず)を配置して、カバーのすぐ近くでの光源30の点灯による後部カバー部分42への悪影響を防止することができる。後部カバー部分42を前部カバー部分40に対して閉止位置にラッチ止めすることができ、これによりリフレクタ部材20および光源30を損傷から保護する。このため、ラッチ部材36を、後部カバー部分42を下向きに開くためのヒンジ部材38とともに設ける。もちろん、この発明の範囲から逸脱することなく、ヒンジ部材38およびラッチ部材36の配置を変更できることが明らかであり、このような変更例もこの発明に包含される。
【0014】
さらに図2に示すように、光源30は、導体部材34および導体リード34aを含む導体構成によって、安定器および安定器回路を収容するハウジング構造14に電気的に接続されている。もちろん、片端子型光源を使用する場合には、上記とは異なる導体構成をとる必要がある。主リフレクタ部材20の後側開口にスロット43を切りこみ、リフレクタ部材20の放物面への乱れをできるだけ少なくして、光源30の両ピンチ端を導体部材34に装着できるようにする。光源30は両導体部材34間に、リフレクタ部材20と交差してそれを回転放物面の上下の等半部に分割するとみなすことのできる平面上に、水平に横たわるように、配置する。さらに、リフレクタ部材20に対する光源30のこのような配向は、光源30の細長い放電アークがリフレクタ部材20の中心軸線に直交するような配向とする。この発明の好適な実施例では、光源30をリフレクタ部材20の頂端24付近に適当な距離に配置する。その距離はアーク放電の長さに約1:2の割合で比例する。すなわち、アーク放電の長さは、光源30と放物状リフレクタ部材20の頂点との間の距離の約2倍である。この距離関係を図3の断面図に示す。図3では、光源30から発光される光線を追跡した光路を、リフレクタ部材22の開口端22から実質的に平行に(コリメートされて)出てゆくものとして示してある。光源30を、リフレクタ部材20のこのような後方位置に、そして1平面において水平で別の平面においてリフレクタ部材20に対して直角な前述した配向にて配置することによって、この発明の照明器具10は、通常の測光技術により測定して、ほぼ長円形の光パターンを達成する。リフレクタ部材20に対して光源30をこのように配向することで、水平線に対する鉛直面における光出力をきわめて厳密に制御することと、水平線に対する光出力をきわめて粗く制御することが可能になる。したがって、リフレクタ部材20の中心軸線に対して大きい角度の光出力が最小に抑えられ、このため、より簡単なルーバ操作により、上方に向けられた光出力を、観客の目あるいはグレア光に敏感な他の区域からずれた下向き方向に向け直すことが可能になる。なお、上述した比を変えることができ、それでも所望の長円形光出力パターンを達成できる。このような比の変更もこの発明の範囲内に含まれると考える。
【0015】
スポーツフィールドの照明要件を満たすにあたって、照明設計者は、数群のスポーツ照明器具を、スポーツフィールド競技面の外周に沿って配置されて、その競技面より上方に位置する支柱構造に取り付けなければならない。この際、照明器具それぞれの傾斜を調節して、競技面に照明器具からの光出力パターンを最適な組合せとして与えることが必要である。このように照明器具の数と位置を最適化することには、エネルギーコストを考慮すること、すなわち、このような照明器具の数を少なくすることにより、電気コストを減らすこと、数群の照明器具の風剪断条件への露呈を少なくすること、そして競技フィールド面にもっとも均一な互いに重なった光パターンを達成することが含まれる。この目的ため、この発明のスポーツ照明器具10が生成する卵形光出力パターンは、外向きかつ下向きに競技面に投射されたとき、競技フィールド面でほぼ円形のパターンとなる。さらに、競技フィールド面に円形のパターンが得られれば、個別の光パターンの最高輝度部分はその円形パターンの中心にあり、輝度はこのような円形パターンの半径に沿って均一に減少する。このようにして、ある光出力パターンに隣りの光出力パターンが重なれば、重なり部分を組み合わせて全体に均一なパターンを与えることが、予想しやすくなる。
【0016】
図4に示すように、スポーツ照明器具10の装着構造18は、支持構造16に調節自在に連結されており、競技フィールド面に対する光学的部分12の角度を正確に調節できる。この目的のため、装着構造18は、支持構造16の片側から反対側まで延在するほぼU形の装着トラニオン44を含む。装着バー44は回転可能な枢軸ジョイント46を介して支持構造16に連結され、ジョイント46にはその外周に沿って多数のマークがつけられており、これを利用してスポーツ照明器具10の傾斜角度を設定することができる。
【0017】
図5および6に、特に鉛直面における光出力の制御に関するスポーツ照明器具10の光学的性能特性を示す。図5は、水平面内の光出力を示す図3の光線追跡の図解と同様に、鉛直面における光出力を示し、そして、ルーバ部材32を用いて、水平線に対して15度近い光出力を方向転換してもっと低い角度あるいは水平線より低い角度にすることを示している。スポーツ照明用途において、水平線に対して大きな角度から水平線より低い角度に方向転換された光出力は、そうしなければスポーツフィールドの観客領域に或いはスポーツフィールドを通り越してこぼれて無駄になるような光を競技面に向け直す目的にかない、かくして光を一層効率よく利用できる。
【0018】
図6は、この発明のスポーツ照明器具10についての測光データを示す。2つの異なる曲線、すなわち水平光出力についての曲線Aと鉛直光出力についての曲線Bが示されている。この図から、図3の光線追跡により示されるような水平面に沿った光出力については、このような光出力の制御が比較的ゆるやかであり、このような出力の大部分が大きな角度で送り出されることがわかる。鉛直面に沿った光出力については、より厳密な制御の結果として、光出力がもっと小さな角度で生じる。さらに、曲線B上の正の角度領域における斜線区域で示される、この上向きの角度の光出力が、ルーバ32を用いることにより、曲線Bの負の角度領域における斜線領域で示される、下向きの角度の部分に向け直される。この発明のスポーツ照明器具10により達成されるこのような光出力コントロール構造の実際の作用は、前述したように、リフレクタ部材20の開口端22に長円形の光出力を生成することである。
【0019】
以上説明したこの発明の具体的な実施例は好適な実施例についてのものであるが、この発明の要旨から逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることができる。たとえば、好適な実施例では反射特性がよいので非金属製リフレクタ部材を用いる例を示したが、長円形の光出力パターンを達成するという、放物面リフレクタに対する光源の配向に関するこの発明の効果は、アルミニウム製リフレクタを用いても等しく有効であり、このような変更もこの発明の範囲に包含されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の原理にしたがって構成したスポーツ照明器具の正面斜視図である。
【図2】図1のスポーツ照明器具の裏面斜視図で、後ろ側からのランプ交換が可能な分割型リフレクタ構造を示す。
【図3】図1のスポーツ照明器具の横断面図で、光線追跡で照明器具からの光出力を示す。
【図4】図1のスポーツ照明器具の側面図で、照明器具の調節および装着構造を示す。
【図5】図1のスポーツ照明器具の縦断面図である。
【図6】図1のスポーツ照明器具の光出力角度に対する光度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
10 照明器具
12 光学的部分
14 安定器ハウジング部分
16 支持部分
18 装着部材
20 リフレクタ部材
22 開口端
24 頂端
26 カバー
30 光源
32 ルーバ部材
40 前部カバー部分
42 後部カバー部分
44 装着バー
46 ジョイント
Claims (11)
- 高輝度光源と、
光源への電力供給手段と、
実質的に放物面状に成形され、開口端、この開口端とは反対側に形成された頂点、およびこれらの開口と頂点とを通る中心軸線を有するリフレクタ部材を含む光学的配光構造とを備え、
前記光源は細長いアーク放電を生じるアーク放電光源であって、前記リフレクタ内に水平にかつ前記中心軸線と直角に配向して配置され、また前記光源は、1平面にほぼ平行に出て行く光線が形成されるように、前記リフレクタの頂点付近に配置され、
前記リフレクタ部材が、前記開口端を形成する第1主要部分と前記頂点を形成する第2後方部分とからなり、これらの第1および第2部分が密接関係で接合して前記リフレクタ部材の内部にほぼ均一な反射面を形成し、また前記第1および第2部分両者間に分離部が形成されており、前記光源は前記第1主要部分の前記分離部近傍に配置され、したがって両者を開いた状態では、第1および第2部分間の空間に手を入れることができる、スポーツ照明用途に特に適した配光特性を有する照明器具。 - 他の同様のスポーツ照明器具と組み合わせて使用でき、スポーツフィールドの競技面を均一かつ効率よく照明するスポーツ照明器具において、
細長いアーク放電を生じる高輝度放電灯と、
放電灯へのエネルギー供給手段と、
開口端を形成する第1主要部分と、頂点を有し、前記第1主要部分に対して分離可能である第2後方部分とからなり、前記頂点を通る中心軸線を有するリフレクタ部材とを備え、
前記放電灯は前記リフレクタ内に水平にかつ前記リフレクタの中心軸線と直角に配向して配置され、また前記放電灯は前記第1主要部分内の前記開口端付近の領域に配置されて、前記第2後方部分が前記第1主要部分から分離されたときに外部から操作できる状態となり、長円形の光パターンを発生し、さらに前記リフレクタを装着する装着手段を設け、この装着手段が、競技面に対するスポーツ照明器具の角度を、前記長円形光パターンが競技面でほぼ円形の光パターンに変換されるように調節する調節手段を含んでいることを特徴とするスポーツ照明器具。 - 前記光源がダブルエンド型高輝度放電灯であり、前記リフレクタ部材の頂点と前記光源との間の距離が、前記細長いアーク放電の長さに約1対2の割合で比例している請求項1または2に記載の照明器具。
- 前記リフレクタ部材が、非金属組成を有する基板の上に多重フィルム干渉被膜を設けた構成であって、90%以上の反射率を有する請求項1または2に記載の照明器具。
- 前記光源が少なくとも一端を有する高輝度放電灯であり、リードが前記一端から延在して、前記第1主要部分内の前記開口端に配置された少なくとも1つのスロットに電気接続され、保持される請求項1に記載の照明器具。
- 前記リフレクタ部材の開口端には、さらにカバーが配置されており、このカバーは、前記光源が発生する紫外線をろ過し、紫外線が照明器具から外へ出るのを実質的に防止する作用をなす請求項1または2に記載の照明器具。
- 前記カバーが強化ガラス製である請求項7に記載の照明器具。
- さらに、少なくとも1つのルーバ部材が、前記リフレクタ部材内に前記中心軸線に沿って水平方向に画定される平面より上の領域に配置されている請求項1または2に記載の照明器具。
- 前記電力供給手段がハウジング部材内に収容され、このハウジング部材が前記光学的配光構造から支持部材を介して分離されている、これにより前記電力供給手段と光学的配光構造との間が実質的に断熱されている請求項1に記載の照明器具。
- さらに、保護ハウジングが前記リフレクタ部材を取り囲む関係で配置され、この保護ハウジングは、前記リフレクタ部材の第1部分に対応する主前方部分と、前記リフレクタ部材の第2後方部分に対応する後方ドア部分とを有し、前記保護ハウジングの後方ドア部分にヒンジおよびラッチ装置を設けて、前記後方ドア部分の開放および鎖錠を可能にした請求項1に記載の照明器具。
- 高輝度光源と、
光源へのエネルギー供給手段と、
開口端および閉止端を有するリフレクタ部材とを備え、
前記光源が前記リフレクタ部材の閉止端付近に配置され、また前記リフレクタ部材が非金属製基板の少なくとも一部の上に多重フィルム干渉被膜を設けた構成であって、その反射率が90%以上であり、前記リフレクタ部材が、前記開口端を形成する第1主要部分と前記閉止端を形成する第2後方部分とからなり、これらの第1および第2部分が密接関係で接合して前記リフレクタ部材の内部にほぼ均一な反射面を形成し、また前記第1および第2部分両者間に分離部が形成されており、前記光源は前記第1主要部分の前記分離部近傍に配置され、したがって両者を開いた状態では、第1および第2部分間の空間に手を入れることができること、を特徴とする、配光特性を改善した照明器具。
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