CN102667319B - 发光体和交通道路照明装置 - Google Patents
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Abstract
在发光体(1)的至少一个实施形式中,所述发光体包括至少一个光电子半导体器件(4)以及至少一个初级光学单元(11),所述初级光学单元设置在半导体器件(4)下游并且与半导体器件隔开。此外,发光体(1)具有次级光学单元(22)和/或三级光学单元(33),所述次级光学单元和/或三级光学单元设置在初级光学单元(11)下游。半导体器件(4)所发射的辐射的至少30%的部分到达次级光学单元(22)和/或到达三级光学单元(33)。此外,次级光学单元(22)和/或三级光学单元(33)设置用于以小角度来散射半导体器件(4)所发射的辐射。
Description
本发明提出一种发光体。此外,还提出了一种交通道路照明装置。
在文献WO2009/098081A1中提出了一种照明模块、一种发光体和一种用于照明的方法。
待实现的目的是提出一种发光体,其具有可规定的发光特性,并且是低眩光的。待实现的目的特别是提出一种交通道路照明装置,其具有确定的、可规定的发光特性,并且是低眩光的。
根据发光体的至少一个实施形式,发光体包括至少一个、优选多个光电子半导体器件。半导体器件可以是发光二极管或发光二极管模块。特别是半导体器件设置为发射白光。
根据发光体的至少一个实施形式,发光体包括至少一个初级光学单元。初级光学单元沿着光路设置在半导体器件下游,并且与半导体器件隔开。例如,初级光学单元通过透镜形成,该透镜将从半导体器件发射的辐射转向到确定的立体角范围中。隔开可以意味着在光电子半导体器件的半导体材料和初级光学单元之间不存在直接连接。特别是在半导体器件的辐射出射面和初级光学单元的辐射入射面之间存在耦合介质、气隙或抽真空区域。
根据发光体的至少一个实施形式,发光体包括次级光学单元。次级光学单元沿着光路设置在初级光学单元下游。次级光学单元涉及特别是反射的元件。
根据发光体的至少一个实施形式,发光体包括三级光学单元。三级光学单元设置在次级光学单元和/或初级光学单元下游,并且特别是设置用于透射由半导体器件产生的辐射。
根据发光体的至少一个实施形式,半导体器件所发射的辐射的至少30%、特别是至少50%的部分射到次级光学单元和/或三级光学单元上。
优选地,发光体不仅包括次级光学单元还包括三级光学单元。在所述情况下,至少一个光电子半导体器件所发射的辐射的至少50%的辐射部分射到次级光学单元和/或三级光学单元上。射到次级光学单元和射到三级光学单元的辐射部分能够是彼此不同的辐射部分。此外从初级光学单元到达次级光学单元的辐射部分随后部分地或优选全部地到达三级光学单元。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元和/或三级光学单元设置用于半导体器件所发射的辐射的小角度散射。如果发光体不仅包括次级光学单元还包括三级光学单元,那么特别是只有三级光学单元设置用于辐射的小角度散射,并且次级光学单元是根据反射定律进行反射的光学元件。
例如,次级光学单元和/或三级光学单元所散射的辐射的平均散射锥具有在0.5°和10°之间、优选在1°和5°之间的张角,其中包括边界值。换言之,实现了辐射的仅仅适度的展宽或散射。散射锥可以构造为不对称的。例如,散射锥能够沿着x方向具有大约2°的张角并且在此沿着与其正交的y方向具有大约6°的张角。散射锥的平均张角于是优选为在空间方向上的张角总和的一半,在该示例中为大约4°。换言之,平行射束通过次级光学单元和/或通过三级光学单元转换为具有张角的发散射束。张角例如是这样的角范围,在其中辐射强度下降至沿着确定的方向的最大强度的50%,简称FWHM(全峰半宽)角。同样,张角能够是入射的平行射束的辐射强度的最少68%或最少95%发射到其中的最小的角范围。
在发光体的至少一个实施形式中,发光体包括至少一个光电子半导体器件以及至少一个初级光学单元,所述初级光学单元设置在半导体器件下游并且与其隔开。此外,发光体具有次级光学单元和优选地具有三级光学单元,所述次级光学单元和三级光学单元设置在初级光学单元下游。半导体器件所发射的辐射的至少30%的部分到达次级光学单元和/或到达三级光学单元。此外,次级光学单元和/或三级光学单元设置用于半导体器件所发射的辐射的小角度散射。
通过使用这样的次级光学单元和/或这样的三级光学单元可以实现的发光体将可比较清晰界定地限定的区域、例如街道照亮。通过经由次级光学单元和/或三级光学单元进行的小角度散射此外减少了炫目,特别是行车人员的炫目。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元实现为反射器。换言之,次级光学单元在确定的立体角范围中反射从初级光学单元转向至次级光学单元的辐射。此外,特别是将次级光学单元构造为不透光的。
根据发光体的至少一个实施形式,三级光学单元是散射板。换言之,三级光学单元在此是透光的,并且设置用于透射从半导体器件发射的可见辐射。同样除此之外,三级光学单元也可以构造为透射近红外辐射和/或不透射紫外辐射。
根据发光体的至少一个实施形式,发光体不仅包括次级光学单元还包括三级光学单元。次级光学单元是根据反射定律进行反射的光学元件,这就是说,次级光学单元不设置用于辐射的小角度散射。在该实施形式中,只有设置在次级光学单元和初级光学单元下游的三级光学单元设置用于辐射的小角度散射。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元在横向上在所有侧围绕半导体器件和初级光学单元。例如,半导体器件和初级光学单元在水平方向上四周由次级光学单元围绕。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元和三级光学单元在所有侧包围半导体器件以及初级光学单元。换言之,通过次级光学单元和通过三级光学单元能够形成为一种箱,该箱中不仅可以有半导体器件,还可以有初级光学单元。除了次级光学单元和三级光学单元之外,箱还可以附加地通过半导体器件的支承体形成。可以将半导体器件以及初级光学单元防尘地封闭在箱中。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元在垂直于次级光学单元的纵向的横截面中具有抛物面的或椭圆体的基本形状。例如,次级光学单元在横截面成形为半椭圆形。特别是次级光学单元能够具有不对称的横截面。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元在沿着纵向的俯视图中具有凹形的、双凹的、凸形的、双凸的或矩形的基本形状。换言之,次级光学单元的垂直于纵向的、特别是从俯视图中来看的伸展和/或内部尺寸在次级光学单元的不同部位上能够具有不同的值。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元在垂直于纵向的方向上划分为多个板片。板片是例如次级光学单元内侧的、尤其长形延伸的、沿着纵向优选连续、彼此相邻和/或彼此跟随的区域,其中板片能够形成次级光学单元的反射光学单元的基本元件,并且板片或板片组能够由连续的、在发光体工作时为刚性的材料成形。各个板片能够通过棱边彼此界定。在截面中看,在此次级光学单元的至少一个内侧可以构造为锯齿形。例如,次级光学单元沿着横截面具有在10个和30个之间的板片,其中包含边界值。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元特别是在垂直于纵向的方向上具有至少一个连续的侧部分,或与纵向垂直地沿着总横截面通过单个的、连续的工件形成。特别是次级光学单元的垂直于纵向的侧部分的和/或整个连续的工件的内侧可以通过一次或二次连续可微分的函数描述。例如,至少一个内侧或者特别在横截面中描述内侧的函数在此具有正弦形变化曲线。至少一个内侧是优选在垂直于纵向的方向上划分为多个板片,其中各个板片例如通过描述内表面的函数的曲率变化或通过所述函数的最小值来彼此界定或分开。
根据发光体的至少一个实施形式,次级光学单元特别是在横向于或垂直于纵向的方向上具有平面彼此平行的端面。因此,所述端面优选地与横向于纵向来取向的平面相平行地来确定方向。优选地,端面构成为反射的和不透光的。可替代地,端面可以是辐射可穿透的,并且此外优选地被小角度散射的辐射穿过。
根据发光体的至少一个实施形式,板片沿着纵向弯曲、偏离直线。例如多个子段沿着纵向组成为板片或者板片沿着纵向具有一个或多个弯折。这样的板片能够比较简单制造。同样可能的是,板片沿着纵向由连续的、单件的材料成形,并且可以通过一次连续可微分的函数来描述。借助这样的板片可以减少在待由发光体产生的照明强度特性中的不连续性或不希望的波动。此外,板片能够在次级光学单元的相对于纵向的中间区域中具有与在端面上不同的宽度。
根据发光体的至少一个实施形式,三级光学单元的一个或两个主面具有表面轮廓。所述表面轮廓能够通过在主侧中成形的微透镜形成。特别是,表面轮廓相对于尤其三级光学单元的主伸展方向之一而言的最大坡度在2°和14°之间、优选在3°和10°之间、特别优选在4°和6°之间,其中包含边界值。
根据发光体的至少一个实施形式,发光体所发射的辐射的辐射轮廓特别是在垂直于次级光学单元的纵向的方向上是不对称的。例如辐射轮廓在30°和80°之间、尤其在50°和80°之间、优选在60°和75°之间、包含边界值的角范围中具有最大值。换言之,在所述角范围中发射最大辐射强度。角范围或角例如可以是相对于半导体器件的光学轴线而言的。
发光体的辐射轮廓能够具有一个最大值或也可以具有两个最大值,在此优选地所述最大值与光学轴线对称地设置。如果辐射轮廓具有30°和80°之间(包含边界值)的仅一个最大值,则辐射强度在此优选地在20°和-90°之间的、包含边界值的角范围中为该最大值的强度的最高40%或最高30%。
此外提出了一种交通道路照明装置。交通道路照明装置包括例如至少一个发光体,如与上述实施形式中的一个或多个所描述那样。因此,发光体的特征也对于交通道路照明装置公开,并且反之亦然。
在交通道路照明装置的至少一个实施形式中,交通道路照明装置包括至少一个发光体,优选两个或多于两个发光体,如结合上述实施形式中的至少一个所说明那样。
根据交通道路照明装置的至少一个实施形式,交通道路照明装置包括多个或大量发光体,所述发光体矩阵形地设置。
根据交通道路照明装置的至少一个实施形式,将发光体中的至少两个沿着其中一个发光体的纵向和/或沿着垂直方向相对于彼此倾斜地设置。由此可以实现的是,用交通道路照明装置可以照亮大的区域。
根据交通道路照明装置的至少一个实施形式,交通道路照明装置包括不同的、不同结构的发光体。特别是发光体能够在辐射角范围中彼此不同。例如,通过一个发光体可以照亮交通道路的近区域,而通过另一发光体可以照亮交通道路照明装置的远区域。
这类的交通道路照明装置能够例如可以用于轨道、街道、人行道或自行车道的照明,特别是以固定灯的形式。
接下来,借助实施例参考附图来详细阐述在此描述的发光体以及在此描述的交通道路照明装置。在此,相同附图标记在各个附图中示出相同元件。然而,在此没有示出合乎比例的关系,相反地,为了更好的理解可以夸大地示出各个元件。其中:
图1示出了在此描述的发光体的实施例的示意性剖面示图,
图2至9示出了用于在此描述的发光体的次级光学单元和三级光学单元的实施例的示意性示图,
图10、11和13示出了在此描述的发光体和交通道路照明装置的实施例的辐射特性的示意性图解,和
图12示出了在此描述的交通道路照明装置的实施例的示意性示图。
在图1中图解了发光体1的实施例。发光体1包括支承体7b,安装板7a施加在所述支承体上。例如具有一个或多个发光二极管的光电子半导体器件4安装在支承体7b上。与半导体器件4隔开地,初级光学单元11安装在安装板7a上。塑造成透镜的初级光学单元11的光入射面和半导体器件4的发射光的主面之间的最小距离尤其在0.5mm和30mm之间、优选在4mm和20mm之间,其中包含边界值。半导体器件4以及初级光学单元11能够构造为如在文献WO2009/098081A1中所描述的。所述文献的相关发光体1的公开内容通过引用结合与此。至少一个半导体器件4的和/或发光体1的光通量优选为至少750lm、特别是至少1000lm。
通过半导体器件4的光学轴线A限定z方向,该光学轴线例如是半导体器件4的辐射特性的对称轴或半导体器件4的半导体芯片的主平面的垂直线。半导体器件4的光学轴线A特别是与初级光学单元11的对称轴叠合在一起。优选地,光学轴线A也垂直于支承体7b定向。
此外,发光体1包括次级光学单元22,所述次级光学单元具有多个板片2。次级光学单元22在图1中只简化地示意性示出。次级光学单元22具有两个侧部分6a、6b,所述侧部分具有带有板片2的内侧60a、60b。在次级光学单元22的朝向支承体7b的下侧形成凹部,所述凹部被半导体器件4以及初级光学单元11穿透。
在次级光学单元22的背离半导体器件4的侧上,半导体器件4被一件式的、构造为散射板的三级光学单元33盖状地覆盖。同样可能的是,只有次级光学单元22设置用于小角度散射,并且三级光学单元33于是为平面平行的、不起散射作用的板。三级光学单元33优选固定于次级光学单元22,并且具有朝向半导体器件4的主侧3a和背离半导体器件4的主侧3b。
由半导体器件4发射的辐射被初级光学单元11将至少50%的部分、特别是将70%的部分引导至次级光学单元22。从次级光学单元22,辐射进一步地到达三级光学单元33,所述三级光学单元设置为由辐射穿过。同样地,从半导体器件4发射的辐射的部分经由初级光学单元11直接到达三级光学单元33,而无需被次级光学单元22反射。
在图2A中示出了仅次级光学单元22的三维示图,在图2B中示出示意性侧视图和在图2C中示出示意性俯视图。在内侧60a、60b处的板片2没有在图2中示出。次级光学单元22具有两个端面5,所述端面彼此平面平行并且分别垂直于纵向L设置。在图2中没有示出的板片能够沿着纵向L彼此平行地设置。沿着纵向L,次级光学单元22和/或发光体1例如具有60mm和100mm之间(包含边界值)、例如大约80mm的伸展。次级光学单元22和/或发光体1的伸展沿着y方向例如在30mm和100mm之间(包含边界值)、特别是大约60mm。沿着z方向的伸展能够在30mm和90mm(包含边界值)、例如为大约50mm。
在图3A和3B中示出次级光学单元22的横截面。侧部分6的平均变化曲线通过虚线表示。板片2的数量能够如在其他附图中那样与示出的数量不同。根据图3A,在侧部分6处的板片2分别通过棱边20分离。棱边20能够通过例如在板材中的弯折实现,用所述板材形成次级光学单元22。如也在所有其他实施例中,次级光学单元22能够形成为一件式的、例如由具有反射涂层的单个板材或单个注塑件形成。根据图3B,侧部分6的内侧60可以通过一次连续可微分的函数描述。板片2通过最小值24彼此分离。
与图1和2不同,次级光学单元22的棱边彼此平行地设置,所述棱边沿着z方向将次级光学单元22界定。为了简化图解的示图,凹部、例如用于容纳半导体器件4的凹部没有在图3中示出。
在图4和5中示意性示出了次级光学单元22的板片2的详细横截面。根据图4A,板片2a、2b具有相同的高度H,但是不同的宽度W1、W2。板片2a、2b分别具有凸出的形状。高度H例如在50μm和1000μm之间,其中包含边界值,宽度W1、W2例如在1.0mm和10mm之间,其中包含边界值。
根据图4B和图4C,板片2形成为锯齿形。根据图4B,各个板片形成为不对称的,根据图4C为对称的。
如在图5A和5B中图解的,板片2的变化曲线可以通过一次或二次连续可微分的函数描述。根据图5A,板片形成为正弦形,其中在两个相邻的板片2之间虚构的边界通过函数的最小值24给出。在图5B中,板片2的正弦形的曲线分布是被压平的。在描述板片2的函数25的两个拐点之间的板片2的内部宽度W*例如为板片2的总宽度W的60%和85%之间,其中包含边界值。
在图6A中示出次级光学单元22的示意性俯视图。板片2没有在图6A中示出。沿着纵向L,次级光学单元22具有双凹的形状,其中在+y方向和-y方向上界定次级光学单元22的曲率彼此不同。
在图6B中示出沿着次级光学单元22根据图6A的中线M的横截面,见点虚线,在图6C中示出在y方向上与端面5邻近的横截面。沿着中线M,次级光学单元22的横截面小于在端面5处的横截面。沿着整个纵向L的板片2的数量是恒定的,因此在中线M中的板片2具有比在端面5上小的宽度W1,在所述端面上板片2示出较大的宽度W2。此外,板片2优选地沿着纵向L可以通过一次连续可微分的函数描述。由此可以借助发光体1实现区域的非常平均的照明,特别是在板片与纵向L垂直地类似于3B、5A或5B形成的情况下。
在图7中示出了次级光学单元22的另一实施例的俯视图。沿着纵向L,多个板片2彼此附接或组成整体,以使各个板片2具有比较简单的几何形状并且可以有效地成形。次级光学单元22的基本形状,如根据图6A那样,相关于纵向L是双凹的。根据图7能够将次级光学单元22的横截面类似于图6A、6C示出。与在图6和7中所示出不同,板片2同样能够如在图4和5中图解那样形成。
同样如也在所有其他实施例中,沿着纵向L的板片2的数量也可以改变。例如,根据图7的次级光学单元22在端面5上能够具有比沿着中线M更多或更少的板片2。优选地,在沿着纵向L的不同区域中的板片2的数量在此彼此最高差两倍、并且特别是彼此差至少1.2倍。
在图8A、8B、8C中示出了三级光学单元33的实施例。三级光学单元33也可以形成为一件式的和/或形成为两个在中部彼此平面平行的主面3a、3b。三级光学单元33能够由玻璃或塑料成形或由其制成。三级光学单元33能够在朝向半导体器件4的主面3a和/或在背离半导体器件4的主面3b上具有微透镜30。微透镜30的最大坡度优选在4°和6°之间,其中包含边界值。微透镜30的高度H特别是在25μm和250μm之间,包含边界值。微透镜30的宽度W例如在0.2mm和5mm之间,其中包含边界值。
根据图9,三级光学单元33具有微透镜30的矩阵型的布置。沿着纵向L和沿着y方向,微透镜30具有不同的宽度W1、W2。特别是沿着纵向L,相邻的微透镜30能够具有正弦形的变化曲线,与图5A或5B类似,或也通过清晰的棱边,与图4类似,彼此分离。
三级光学单元33的微透镜30和/或次级光学单元22的板片2能够具有球形的、非球形的、圆形的、椭圆形的或线性地在L方向或y方向上突出形状,同时,表面波形在y方向上和/或沿着纵向L形成为正弦形。同样也可以将微透镜30和/或板片2构造为自由形面或自由形光学单元。
在图10A中图解了三级光学单元33的小角度散射。入射的、平行的射束例如通过在平面平行的三级光学单元33中的散射中心展宽成具有平均张角α的散射锥K。优选地,张角α在1°和5°之间,其中包含
根据图10B,小角度散射在次级光学单元22的内侧60之一处的反射的情况下进行。射束展宽也优选地在具有1°和3°之间、包含边界值的平均张角α的散射锥K中实现。
在图10C中图解了在微透镜30之一处的入射的平行射束经受散射或者射束展宽。通过微透镜30进行的射束展宽例如在2°和3°之间、其中包含边界值。
在图10D中示出了次级光学单元22的内侧60的可能的结构化或者还有三级光学单元33的主侧3a、3b之一的表面的粗化部的可能的结构化。粗化部可以是统计学上的粗化部,其例如通过按统计学分布、长形的沟槽的类型、以沿着确定方向定向的方式来形成。通过这样的结构化,散射锥K可以实现为例如沿着纵向L和沿着y方向具有不同的张角。
在图11A和11B中图解了射束轮廓,其可以由在此描述的发光体1产生。标出的是相关于发射角θ的强度I,比较图1。根据图11A,在y-L平面上的射束轮廓与光学轴线A对称,并且具有在-70°和+70°处的两个最大值。沿着光学轴线A,当θ=0°时强度I为最大强度的最高30%。
根据图11B,射束轮廓只在大约θ=70°时具有最大值。在20°和-90°之间、包含边界值的角范围中,强度I为最大强度的最高30%。
在图12中说明了交通道路照明装置100的实施例。根据图12A,三个发光体1线性地设置。根据图12B,发光体1在y-L平面中相对于彼此倾斜地矩阵形设置。根据图12C发光体1在z-L平面中相对于彼此旋转。交通道路照明装置100能够包括不同构造的发光体1。
特别是在根据图12A的发光体1中,如也在所有其他实施例中,可能的是次级光学单元22不具有端面。优选地,端面只存在于模块100沿着纵向L的端部上,使得整个模块100于是总计只具有两个端面。通过这样的发光体1或模块100可以节省端面,并且可以将发光体1的模块化布置简化。
在图13中图解了例如根据图12C的交通道路照明装置100的射束轮廓。特别是用均匀的强度I照亮街道8。强度I沿着自行车道9和/或人行道9例如线性下降。
在此描述的发明不限于借助实施例的描述。相反,本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合,这特别是包括在权利要求中的特征的任意组合,即使所述特征或所述组合本身在权利要求中或实施例中没有明确说明。
本专利申请要求德国专利申请102009056385.7的优先权,其公开内容通过引用结合于此。
Claims (11)
1.发光体(1),具有
-至少一个光电子半导体器件(4),
-至少一个初级光学单元(11),所述初级光学单元设置在所述光电子半导体器件(4)下游并且与所述光电子半导体器件(4)隔开,
-设置在所述初级光学单元(11)下游的次级光学单元(22)和三级光学单元(33),
其中所述光电子半导体器件(4)所发射的辐射的至少50%的部分到达所述次级光学单元(22)和所述三级光学单元(33),
其中所述次级光学单元(22)和/或所述三级光学单元(33)设置用于所述辐射的小角度散射,使得被所述次级光学单元(22)和/或所述三级光学单元(33)散射的所述辐射的平均散射锥(K)具有在1°和5°之间的张角(α),其中包括边界值,
此外其中所述次级光学单元(22)沿垂直于纵向(L)的方向划分为多个板片(2),并且各个所述板片(2)通过棱边(20)彼此界定,并且
其中,所述板片(2)相对于所述纵向(L)在中线(M)中具有与在所述次级光学单元(22)的端面(5)处不同的宽度(W)。
2.根据权利要求1所述的发光体(1),其中所述次级光学单元(22)是反射器而所述三级光学单元(33)是散射板。
3.根据权利要求1所述的发光体(1),其中所述次级光学单元(22)在横向上在所有侧围绕所述光电子半导体器件(4)和所述初级光学单元(11),和,其中所述次级光学单元(22)和所述三级光学单元(33)在所有侧围绕所述光电子半导体器件(4)和所述初级光学单元(11)。
4.根据权利要求3所述的发光体(1),其中所述次级光学单元(22)在垂直于纵向(L)的横截面中具有抛物面形或椭圆形的基本形状,并且其中所述次级光学单元(22)在沿着所述纵向(L)的俯视图中具有凹的或双凹的基本形状。
5.根据权利要求1至4之一所述的发光体(1),其中所述次级光学单元(22)的端面(5)是彼此平面平行的。
6.根据权利要求1至4之一所述的发光体(1),其中所述三级光学单元(33)的一个或两个主侧(3)设有表面轮廓,其中所述表面轮廓的最大坡度在2°和14°之间,其中包含边界值。
7.根据权利要求1至4之一所述的发光体(1),其中所述三级光学单元(33)的主侧(3)中的一个或两个设有微透镜(30)。
8.根据权利要求1至4之一所述的发光体(1),其中射束轮廓在垂直于所述纵向(L)的方向(y)上具有在30°和80°之间的、包括边界值的角范围中的最大值,
其中在20°和-90°之间、包含边界值的角范围中,辐射强度为所述最大值的最高30%。
9.根据权利要求1至4之一所述的发光体(1),其中所述次级光学单元(22)设置用于所述辐射的小角度散射,并且其中所述三级光学单元(33)不起散射作用。
10.一种交通道路照明装置(100),其特征在于,所述交通道路照明装置具有至少一个根据权利要求1所述的发光体(1)。
11.根据权利要求10所述的交通道路照明装置(100),所述交通道路照明装置包括两个或多于两个所述发光体(1),其中这些发光体(1)设置为矩阵形,并且这些发光体(1)中的至少两个沿着纵向(L)或沿着竖直方向(z)相对于彼此倾斜。
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