CN116068834A - 一种激光器和激光投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光器和激光投影设备。激光器包括金属导热基板、多个发光芯片和多个反射件，发光芯片通过热沉焊接于基板上，反射件胶粘于基板上，每个反射件朝向对应发光芯片的反射面，用于使对应发光芯片发出的光沿着背离基板的方向射出；每个发光芯片沿着快轴方向和慢轴方向出射光，其中，快轴方向与基板垂直，慢轴方向与基板平行，且出射光沿快轴方向的发散角度大于沿慢轴方向的发散角度；以及，反射面为凹曲面，经凹曲面出射的光束，在快轴方向上的发散角度的收缩程度大于在慢轴方向上的发散角度的收缩程度。本发明的激光器用于高效出射激光光束，并应用于激光投影设备。

Description

一种激光器和激光投影设备

本申请是基于中国发明申请201811583139.8(2018-12-24)，发明名称：激光器、激光投影光源和激光投影设备的分案申请

技术领域

本发明涉及激光投影设备技术领域，尤其涉及一种激光器、激光投影光源和激光投影设备。

背景技术

激光器是激光电视、激光投影仪等激光投影设备中的重要部件之一，用于向激光电视和激光投影仪提供激光光源。

图1为现有技术中的一种激光器01，如图1所示，激光器01包括基板011和设置于该基板011上的发光芯片012，为了更好地散热，通常将发光芯片012的面积较大的一面贴装在具有较强导热散热能力的基板011上，这样就使得发光芯片012沿着与基板011平行的方向出光，在此基础上，为了使发光芯片012发出的光向发光芯片012远离基板011的一侧出射，以使得发光芯片012发出的光由设置于发光芯片012远离基板011的一侧的激光器出光面014射出，需要在基板011上设置反射件013，并使得该反射件013位于发光芯片012的出光路径上，以通过该反射件013将发光芯片012发出的光转折一次，以使该发光芯片012发出的光能够向发光芯片012远离基板011的一侧射出。

由于图1中反射件013上起到反射作用的面0131为平面，且如图2所示，发光芯片012的出光口0121沿慢轴方向(也即为图2中的方向X)和快轴方向(也即是图2中的方向Y)发出的光均为发散光，慢轴方向的发散角度α(通常为5°～10°)较小，快轴方向的发散角度β(通常为30°～70°)较大，这样，发光芯片012发出的光束在经由反射件013反射后仍然为发散光，该发散光在传送至激光投影设备中后续的光路组件03之前，如图3所示，需通过准直结构02对该发散光束进行准直，以使该发散光束变成平行光束，由此保证光束中的多路光线在光路组件03中的传输路径平行，但是，这样就增大了激光投影设备的结构复杂度，提高了激光投影设备的成本。

发明内容

本发明提供一种激光器、激光投影光源和激光投影设备，用于解决如何减小激光投影设备的结构复杂度，降低激光投影设备的成本的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明一些实施例提供了一种激光器，该激光器包括基板、发光芯片和反射件，发光芯片和反射件均设置于基板上，发光芯片的出光方向与基板平行，反射件位于发光芯片的出光路径上，反射件上朝向发光芯片的面为反射面，该反射面用于反射发光芯片发出的光，以使发光芯片发出的光沿着背离基板的方向射出，反射面为凹曲面，且沿平行于发光芯片的快轴方向和慢轴方向中的一个方向，反射面上各个位置与垂直于该一个方向的平面的交线均为凹曲线。

在一些实施例中，沿平行于发光芯片的快轴方向和慢轴方向中的另一个方向，反射面上各个位置与垂直于该另一个方向的平面的交线均为凹曲线。

发光芯片的快轴方向可以与基板平行，也可以与基板垂直；相应的，发光芯片的慢轴方向可以与基板垂直，也可以与基板平行。

在一些实施例中，发光芯片的慢轴方向与基板平行，发光芯片的快轴方向与基板垂直。

可选的，沿平行于发光芯片的快轴方向，反射面上各个位置与垂直于该快轴方向的平面的交线均为凹弧线，反射面在该凹弧线上各个点的切平面与该快轴方向之间的夹角均相等，发光芯片的出光口位于各个凹弧线对应的圆心的连线上。

在一些实施例中，各个凹弧线的半径r均为2mm～3mm。

可选的，沿平行于发光芯片的慢轴方向，反射面上各个位置与垂直于该慢轴方向的平面的交线均为凹曲线，以使反射面能够反射并准直发光芯片沿快轴方向发出的光。

在一些实施例中，反射件为棱镜或者反射镜片。

在一些实施例中，发光芯片通过导热胶粘接于基板上。

在一些实施例中，基板的材料为铜或铜的合金。

在一些实施例中，发光芯片的数量为多个，多个发光芯片围绕反射件排列，反射面为多个，多个反射面与多个发光芯片一一对应。在一些实施例中，相邻两个发光芯片之间的间距为1mm～10mm。

与现有技术相比，本发明提供的一种激光器中反射件的反射面为凹曲面，且沿平行于发光芯片的快轴方向和慢轴方向中的一个方向，反射面上各个位置与垂直于该一个方向的平面的交线均为凹曲线，因此该反射面在向背离基板的方向反射发光芯片发出的光的同时，能够收缩发光芯片沿快轴方向和慢轴方向中的另一个方向发出的光，以减小发光芯片沿该另一个方向发出的光的扩散角度，从而在将该激光器应用于诸如激光电视、激光投影机等激光投影设备时，在后续光路中，可以无需另外设置准直设备来准直该方向的光，进而能够减小激光投影设备的结构复杂度，降低激光投影设备的成本。

第二方面，本发明一些实施例提供了一种激光投影光源，包括支架和至少一个上述任一技术方案所述的激光器，支架上设有至少一个安装槽，至少一个安装槽与至少一个激光器一一对应，每个激光器安装于该激光器对应的安装槽内，且激光器的出光面的朝向与该激光器对应的安装槽的开口朝向一致。

本发明提供的一种激光投影光源，由于该激光投影光源包括上述任一技术方案所述的激光器，因此本发明提供的激光投影光源与上述任一技术方案所述的激光器能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。

第三方面，本发明一些实施例提供了一种激光投影设备，包括依次连接的激光投影光源、光机和投影镜头，其中，激光投影光源为上述技术方案所述的激光投影光源，光机用于对激光投影光源发出的照明光束进行调制，以生成影像光束，并将影像光束投射至投影镜头，投影镜头用于对影像光束进行成像。

本发明提供的一种激光投影设备，由于该激光投影设备包括上述技术方案所述的激光投影光源，因此本发明提供的激光投影设备与上述技术方案所述的激光投影光源能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种激光器的主视图；

图2为图1所示激光器中发光芯片沿快轴方向和慢轴方向发光的光路示意图；

图3为包括图1所示激光器的激光投影设备的一种结构示意图；

图4为本发明实施例激光器的第一种结构的立体图；

图5为本发明实施例激光器的第一种结构的主视图；

图6为本发明实施例激光器的第二种结构的立体图；

图7为本发明实施例激光器的第二种结构的主视图；

图8为本发明实施例激光器的第三种结构的立体图；

图9为本发明实施例激光器的第三种结构的主视图；

图10为本发明实施例激光器的第四种结构的立体图；

图11为本发明实施例激光器的第四种结构的主视图；

图12为本发明实施例激光器的第五种结构的俯视图；

图13为本发明实施例激光器的第六种结构的俯视图；

图14为本发明实施例激光投影光源的一种结构示意图；

图15为本发明实施例激光投影设备的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

激光器用于发出激光，以向诸如激光电视、激光投影机等激光投影设备提供激光光源。

第一方面，如图4或图8所示，本发明一些实施例提供了一种激光器10，该激光器10包括基板1、发光芯片2和反射件3，发光芯片2和反射件3均设置于基板1上，发光芯片2的出光方向与基板1平行，反射件3位于发光芯片2的出光路径上，反射件3上朝向发光芯片2的面为反射面31，该反射面31用于反射发光芯片2发出的光，以使发光芯片2发出的光沿着背离基板1的方向射出，反射面31为凹曲面，且沿平行于发光芯片2的快轴方向(也即方向Y)和慢轴方向(也即方向X)中的一个方向，反射面31上各个位置与垂直于该一个方向的平面的交线均为凹曲线。

与现有技术相比，本发明提供的一种激光器10中反射件3的反射面31为凹曲面，且沿平行于发光芯片2的快轴方向(也即方向Y)和慢轴方向(也即方向X)中的一个方向，反射面31上各个位置与垂直于该一个方向的平面的交线均为凹曲线，因此该反射面31在向背离基板1的方向反射发光芯片2发出的光的同时，能够收缩发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)和慢轴方向(也即方向X)中的另一个方向发出的光，以减小发光芯片2沿该另一个方向发出的光的扩散角度，从而在将该激光器10应用于诸如激光电视、激光投影机等激光投影设备时，在后续光路中，可以无需另外设置准直设备来准直该方向的光，进而能够减小激光投影设备的结构复杂度，降低激光投影设备的成本。

在上述实施例中，反射面31的形状可以包括以下两种实施例：

实施例一：如图4和图5所示，反射面31为凹曲面，且沿平行于发光芯片2的快轴方向(也即方向Y)，反射面31上各个位置与垂直于该快轴方向的平面的交线均为凹曲线。这样，该反射面31在向背离基板1的方向反射发光芯片2发出的光的同时，能够收缩发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发出的光，以减小发光芯片2沿该慢轴方向发出的光的扩散角度。

其中，反射面31将发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发光的发散角由α(通常为5°～10°)收缩至α1。α1可以为0°、2°、4°、5°等等，在此不做具体限定。在一些实施例中，α1为0°。

另外，凹曲线可以为凹弧线、下凹的抛物线等等，在此不做具体限定。

再者，沿平行于发光芯片2的慢轴方向(也即方向X)，反射面31上各个位置与垂直于该慢轴方向的平面的交线可以为直线，也可以为曲线，在此不做具体限定。

示例的，如图4和图5所示，沿平行于发光芯片2的慢轴方向(也即方向X)，反射面31上各个位置与垂直于该慢轴方向的平面的交线均为直线。这样，反射面31为柱面，此形状的反射面结构规整，加工方便。

又示例的，如图6和图7所示，沿平行于发光芯片2的慢轴方向(也即方向X)，反射面31上各个位置与垂直于该慢轴方向的平面的交线均为凹曲线。这样，该反射面31在收缩发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发出的光的同时，也能够收缩发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发出的光，以同时减小发光芯片2沿慢轴方向和快轴方向发出的光的发散角度，从而在将该激光器10应用于诸如激光电视、激光投影机等激光投影设备时，在后续光路中，可以无需设置准直设备，进而能够进一步地减小激光投影设备的结构复杂度，降低激光投影设备的成本。

在上述示例中，反射面31将发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发光的发散角由β(通常为30°～70°)收缩至β1。β1可以为0°、2°、4°、5°、10°等等，在此不做具体限定。在一些实施例中，如图6和图7所示，β1为0°。

实施例二：如图8和图9所示，反射面31为凹曲面，且沿平行于发光芯片2的慢轴方向(也即方向X)，反射面31上各个位置与垂直于该慢轴方向的平面的交线均为凹曲线。这样，该反射面31在向背离基板1的方向反射发光芯片2发出的光的同时，能够收缩发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发出的光，以减小发光芯片2沿该快轴方向发出的光的扩散角度。

其中，反射面31将发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发光的发散角由β(通常为30°～70°)收缩至β1。β1可以为0°、2°、4°、5°、10°等等，在此不做具体限定。在一些实施例中，如图8和图9所示，β1为0°。

另外，凹曲线可以为凹弧线、下凹的抛物线等等，在此不做具体限定。

再者，沿平行于发光芯片2的快轴方向(也即方向Y)，反射面31上各个位置与垂直于该快轴方向的平面的交线可以为直线，也可以为曲线，在此不做具体限定。

示例的，如图8和图9所示，沿平行于发光芯片2的快轴方向(也即方向Y)，反射面31上各个位置与垂直于该快轴方向的平面的交线均为直线。这样，反射面31为柱面，此形状的反射面结构规整，加工方便。

又示例的，如图10和图11所示，沿平行于发光芯片2的快轴方向(也即方向Y)，反射面31上各个位置与垂直于该快轴方向的平面的交线均为凹曲线。这样，该反射面31在收缩发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发出的光的同时，也能够收缩发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发出的光，以同时减小发光芯片2沿慢轴方向和快轴方向发出的光的发散角度，从而在将该激光器10应用于诸如激光电视、激光投影机等激光投影设备时，在后续光路中，可以无需设置准直设备，进而能够进一步地减小激光投影设备的结构复杂度，降低激光投影设备的成本。

在上述示例中，反射面31将发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发光的发散角由α(通常为5°～10°)收缩至α1。α1可以为0°、2°、4°、5°等等，在此不做具体限定。在一些实施例中，如图10和图11所示，α1为0°。

发光芯片2的慢轴方向可以与基板1平行，也可以与基板1垂直；相应的，发光芯片2的快轴方向可以与基板1垂直，也可以与基板1平行，发光芯片2的慢轴方向和快轴方向也可以与基板1呈角度区间为(0°，90°)的夹角倾斜设置，在此不做具体限定。

在一些实施例中，发光芯片2的慢轴方向与基板1平行，发光芯片2的快轴方向与基板1垂直。由于如图2所示，发光芯片012的出光口0121在快轴方向(也即是方向Y)的最大宽度较小，在慢轴方向(也即是方向X)的最大宽度较大，因此，当发光芯片2的慢轴方向(也即是方向X)与基板1平行，发光芯片2的快轴方向(也即是方向Y)与基板垂直时，发光芯片2凸出基板1的高度较小，有利于降低激光器10在其出光方向上的高度，且发光芯片2的最大发热面与基板1相贴，能够有效散去发光芯片2发光时产生的热量。

当发光芯片2的慢轴方向与基板1平行，发光芯片2的快轴方向与基板1垂直时，为了准直发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发出的光，在一些实施例中，如图4和图5所示，沿平行于发光芯片2的快轴方向(也即方向Y)，反射面31上各个位置与垂直于该快轴方向的平面的交线均为凹弧线，反射面31在该凹弧线上各个点的切平面与快轴方向(也即方向Y)之间的夹角均相等，发光芯片2的出光口位于各个凹弧线对应的圆心的连线l上。这样，发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发出的光经反射面31反射后的出光方向均相同，能够将发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发出的发散光变为平行光，从而能够准直发光芯片2沿慢轴方向(也即方向X)发出的光。

在上述实施例中，各个凹弧线的半径r可以为2mm、3mm、5mm等等，在此不做具体限定。在一些实施例中，如图4所示，各个凹弧线的半径r为2mm～3mm。这样，反射件3与发光芯片2之间的间距适中，能够兼顾激光器10的结构紧凑性和反射件1的加工难度。

当发光芯片2的慢轴方向与基板1平行，发光芯片2的快轴方向与基板1垂直时，为了准直发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发出的光，在一些实施例中，如图6或图8所示，沿平行于发光芯片2的慢轴方向(也即是方向X)，反射面31上各个位置与垂直于该慢轴方向的平面的交线均为凹曲线，以使反射面31能够反射并准直发光芯片2沿快轴方向发出的光。这样，能够准直发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发出的光。

其中，需要说明的是，反射面31能够准直发光芯片沿快轴方向发出的光，并非必须将发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发出的光的发散角收缩至0°，而是当反射面31将发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发出的光的发散角收缩至[0°，5°]区间范围内的任意角度值时，均可认为反射面31准直了发光芯片2沿快轴方向(也即方向Y)发出的光。

在一些实施例中，反射件3为棱镜或者反射镜片。

发光芯片2可以直接连接于基板1上，也可以通过热沉等结构间接连接于基板1上，在此不做具体限定。在一些实施例中，如图4和图5所示，发光芯片2通过热沉4间接连接于基板1上，也即是，热沉4连接于基板1上，发光芯片2连接于热沉4上。

当发光芯片2直接连接于基板1上时，具体的，发光芯片2可以通过螺纹连接、卡接、胶粘、焊接等方式连接于基板1上，在此不做具体限定。在一些实施例中，发光芯片2通过导热胶粘接于基板1上，导热胶的导热性能较好，能够将发光芯片2工作时产生的热量有效传递至基板1，并进一步由基板1扩散至外界环境中。在另一些实施例中，发光芯片2焊接于基板1上，焊接方式连接更牢固，且焊接材料通常为金属材料，金属材料的导热性能较优，能够将发光芯片2工作时产生的热量有效传递至基板1，并进一步由基板1扩散至外界环境中。

同理的，反射件3可以直接连接于基板1上，也可以通过垫板等结构间接连接于基板1上，在此不做具体限定。且当反射件3直接连接于基板1上时，具体的，反射件3可以通过螺纹连接、卡接、胶粘等方式连接于基板1上，在此不做具体限定。

基板1起到散热作用，基板1的材料可以为铜、铝、铁等等，在此不做具体限定。在一些实施例中，基板1的材料为铜或铜的合金，铜或铜的合金的散热效果较好，能够快速散去发光芯片2工作时产生的热量。

在一些实施例中，如图12或图13所示，发光芯片2的数量为多个，多个发光芯片2围绕反射件3排列，反射面31为多个，多个反射面31与多个发光芯片2一一对应，这样，可以通过设置多个发光芯片2来提高激光器10的亮度。

在上述实施例中，发光芯片2的数量可以为6个、8个、10个等等，在此不做具体限定，具体可以根据激光器10的亮度需求进行设置。此外，对发光芯片2的排列位置不做具体限定，示例的，如图12所示，多个发光芯片2围绕反射件3的相对两侧边排列。又示例的，如图13所示，多个发光芯片2围绕反射件3的四侧边排列。

在一些实施例中，相邻两个发光芯片2之间的间距为1mm～10mm。这样，可以避免相邻两个发光芯片2发出的光束之间产生干涉。

第二方面，如图14所示，本发明一些实施例提供了一种激光投影光源100，包括支架20和至少一个上述任一实施例所述的激光器10，支架20上设有至少一个安装槽21，至少一个安装槽21与至少一个激光器10一一对应，每个激光器10安装于该激光器10对应的安装槽21内，且激光器10的出光面的朝向与该激光器10对应的安装槽21的开口朝向一致。

本发明提供的一种激光投影光源，由于该激光投影光源100包括上述任一实施例所述的激光器10，因此本发明提供的激光投影光源100与上述任一实施例所述的激光器10能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。

为了增大激光投影光源100的出光面积，在一些实施例中，如图14所示，激光投影光源100包括多个激光器10，支架20上设有多个安装槽21，多个安装槽21与多个激光器10一一对应，每个激光器10安装于该激光器10对应的安装槽21内，且激光器10的出光面的朝向与该激光器10对应的安装槽21的开口朝向一致。

第三方面，如图15所示，本发明一些实施例提供了一种激光投影设备，包括依次连接的激光投影光源100、光机200和投影镜头300，其中，激光投影光源100为上述实施例所述的激光投影光源100，光机200用于对激光投影光源100发出的照明光束进行调制，以生成影像光束，并将影像光束投射至投影镜头300，投影镜头300用于对影像光束进行成像。

本发明提供的一种激光投影设备，由于该激光投影设备包括上述实施例所述的激光投影光源100，因此本发明提供的激光投影设备与上述实施例所述的激光投影光源100能够解决相同的技术问题，并达到相同的预期效果。

在一些实施例中，如图15所示，激光投影设备还包括投影屏幕400，投影屏幕400设置于投影镜头300的出光路径上，经投影镜头300成像后的投影光束在投影屏幕400上形成投影画面。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光器，其特征在于，包括金属导热基板、多个发光芯片和多个反射件，所述发光芯片通过热沉焊接于所述基板上，所述反射件胶粘于所述基板上，每个所述反射件朝向对应发光芯片的反射面，用于使对应发光芯片发出的光沿着背离所述基板的方向射出；

每个所述发光芯片沿着快轴方向和慢轴方向出射光，其中，快轴方向与所述基板垂直，慢轴方向与所述基板平行，且出射光沿快轴方向的发散角度大于沿慢轴方向的发散角度；

以及，所述反射面为凹曲面，经所述凹曲面出射的光束，在快轴方向上的发散角度的收缩程度大于在慢轴方向上的发散角度的收缩程度。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述反射面将对应发光芯片沿快轴方向发光的发散角由β收缩至β1，其中，0°≤β1≤10°，以及，所述反射面将对应发光芯片沿慢轴方向发光的发散角由α收缩至α1，其中，0°≤α1≤5°。

3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，沿平行于对应发光芯片的慢轴方向，所述反射面上各个位置与垂直于该慢轴方向的平面的交线均为凹曲线，所述凹曲线为凹弧线或下凹的抛物线。

4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述凹曲面为柱面。

5.根据权利要求1或3所述的激光器，其特征在于，所述反射面用于准直对应发光芯片沿快轴方向发出的光，经准直后的光的发散角度范围为：0°≤β1≤5°。

6.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，沿平行于对应发光芯片的快轴方向，所述反射面上各个位置与垂直于该快轴方向的平面的交线均为凹曲线，所述凹曲线为凹弧线或下凹的抛物线。

7.根据权利要求3或6所述的激光器，其特征在于，各个所述凹弧线的半径r均为2mm～3mm，以及，相邻两个所述发光芯片之间的间距为1mm～10mm。

8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述反射件为棱镜或者反射镜片。

9.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器还至少满足以下一个条件：

所述发光芯片焊接至所述基板上的焊接材料为金属材料；

所述基板的材料为铜、铝、铁。

10.一种激光投影设备，其特征在于，包括依次连接的激光投影光源、光机和投影镜头，所述激光投影光源包括如权利要求1-9任一所述的激光器，用于发出激光为所述光机提供照明光束，所述光机用于对所述照明光束进行调制，以生成影像光束，并将所述影像光束投射至所述投影镜头，所述投影镜头用于对所述影像光束进行成像。

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