CN217660807U - 紫外光产生系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露一种紫外光产生系统，为一种使用配光单元对入射光线进行二次配光以形成高强度与高均匀度的紫外光线的紫外光产生系统，本实用新型包括基板、发光单元与配光单元，借此，本实用新型借由自由曲面结构硬件设计，有效使来自发光单元的第一光线经由自由曲面结构的多重反射而形成高强度与高均匀度的紫外光线，确实达到将发散的光线聚光成集中态样的光线、有效增加高强度的紫外光线的照射范围、适合高流动率的杀菌环境，以及比传统的紫外光产生系统大3倍的杀菌强度等主要优势。

Description

紫外光产生系统

技术领域

本实用新型有关于一种紫外光产生系统，尤其是指一种使用配光单元对入射的光线进行二次配光以形成高强度与高均匀度的紫外光线的紫外光产生系统。

背景技术

杀菌产品不断地推陈出新，其中以C波段短波紫外线(UltraViolet C radiation，简称UV-C 或紫外光-C)为最常见的杀菌方式之一，其中紫外线-C通过破坏微生物的去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，简称DNA)或核糖核酸(ribonucleic acid，简称RNA)的分子结构，以让细菌死亡或无法繁殖，以达到杀菌或抑菌的目的，且紫外线-C几乎可以对所有的细菌、病毒、寄生虫、病原体或藻类等杀灭，而且不会有二次污染的疑虑，且不会残留任何有毒的物质；然而，现在所使用的紫外线-C杀菌装置仍然存在有下列问题：

1.由于紫外线-C杀菌装置发光角度的问题，很难对特定角度和空间进行杀菌，甚至由紫外线-C杀菌装置发散的光线有可能会照射到人体，因而造成辐射伤害等问题。

2.由于紫外线-C杀菌装置发光角度的问题，使得所发射的光线能量较弱，若要达到瞬间杀菌的功效，则需要使用多颗发光二极管来增加能量，如此一来，便会造成整体成本的提升。

3.虽然使用一般球面或非球面的配光结构可以解决上述的问题，但是如此设计的中心聚光范围小，实际上可以杀菌的范围也就跟着缩小了；请参阅图1所示，为传统深紫外线产生系统的球面或非球面配光图，传统深紫外线产生系统由内建的反射杯反射后的能量杀菌范围过小，其中光强度在 0.9以上的范围才有杀菌的功能。

因此，如何借由创新的硬件设计，有效解决传统使用一般球面或非球面的结构中心聚光范围与杀菌范围小的缺点，以确实达到将发散的光线聚光成集中态样的光线与有效增加高强度的紫外光线的照射范围，是紫外光产生与杀菌系统等相关产业的开发业者与相关研究人员需持续努力克服与解决的课题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种紫外光产生系统，尤其是指一种使用配光单元对入射的光线进行二次配光以形成高强度与高均匀度的紫外光线的紫外光产生系统，主要借由多个设置于配光单元内的自由曲面结构的硬件设计，有效可以使来自发光单元的发光二极管(LED)入射的第一光线经由多个自由曲面结构的多重反射而形成具有高强度与高均匀度的紫外光线的出射光，以解决传统使用一般球面或非球面的紫外光线产生系统的结构中心聚光范围小，以及杀菌范围小等缺点，确实达到将发散的光线聚光成集中态样的光线、有效增加高强度的紫外光线的照射范围、适合高流动率的杀菌环境，以及比传统的紫外光产生系统大3倍的杀菌强度等主要优势。

本实用新型的技术手段为：提出一种紫外光产生系统，至少包括有一基板、至少一发光单元，以及至少一配光单元；基板包括有一第一表面；至少一发光单元设置于基板的第一表面，并与基板电性连接，其中发光单元用以发射一第一光线；至少一配光单元包括有一环设于发光单元周围的第一开口、一相对于第一开口的第二开口，以及一由第二开口朝向第一开口方向渐缩的曲面模组，其中曲面模组包括有多个用以反射发光单元的第一光线的自由曲面结构。

如上所述的紫外光产生系统，其中自由曲面结构由下列公式1所形成：

其中该r为径像座标(radial coordinate)、c为曲面曲率(curvature of thesurface)、k为圆锥常数(conic constant)、N为多项式数的数量、Ai为第i个扩展多项式的系数，以及Ei为第i个扩展多项式。

如上所述的紫外光产生系统，其中将r、c、k分别为0带入公式1中，其中N＝1～14，则该公式1可以化简成下列公式2所示：

z＝c₁x+c₂y+c₃x²+c₄xy+c₅y²+c₆x³+c₇x²y+c₈xy²+c₉y³+ c₁₀x⁴+c₁₁x³y+c₁₂x²y²+c₁₃xy³+c₁₄y⁴ (公式2)

进一步，将y＝0带入公式2中，则可获得xz平面的自由曲面结构方程式，如下公式3所示：

z＝c₁x+c₃x²+c₆x³+c₁₀x⁴ (公式3)

其中，c₁为-0.2至-2.2的参数值，c₃为0.5至2.5的参数值，c₆为-0.05 至-1的参数值，c₁₀为0.005至0.15的参数值。

如上所述的紫外光产生系统，其中基板包括有一相对于第一表面的第二表面，且第二表面可进一步设置有一散热单元。

如上所述的紫外光产生系统，其中散热单元由金、铜、铝、陶瓷或石墨等其中的一种材质所制备而成。

如上所述的紫外光产生系统，其中基板的第二表面与散热单元之间可进一步设置有一导热介质。

如上所述的紫外光产生系统，其中导热介质为导热硅胶、导热膏或陶瓷片等其中的一种态样。

如上所述的紫外光产生系统，其中基板为玻璃电路板、铝电路板或铜电路板等其中的一种结构。

如上所述的紫外光产生系统，其中发光单元为发光二极管、萤光灯管或半导体激光等其中的一种装置。

如上所述的紫外光产生系统，其中第一光线的波长介于100纳米至280 纳米之间。

如上所述的紫外光产生系统，其中第一开口包括有一第一直径，且第二开口包括有一第二直径，而第二直径大于第一直径。

如上所述的紫外光产生系统，其中第二直径介于5mm至20mm之间。

如上所述的紫外光产生系统，其中曲面模组为反射器或聚光透镜等其中的一种装置。

如上所述的紫外光产生系统，其中当曲面模组为反射器时，则曲面模组由表面形成有反射材质的塑胶或金属等其中的一种材质所制备而成。

如上所述的紫外光产生系统，其中表面形成有反射材质的塑胶为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，简称PMMA)、聚碳酸酯 (Polycarbonate，简称PC)或聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，简称PTFE) 等其中的一种材质。

如上所述的紫外光产生系统，其中金属为铝、银、铜或金其中之一。

如上所述的紫外光产生系统，其中当曲面模组为聚光透镜时，则曲面模组由光学塑胶或石英玻璃等其中的一种材质所制备而成。

如上所述的紫外光产生系统，其中曲面模组包括有一高度，高度介于 3.5mm至20mm之间。

如上所述的紫外光产生系统，其中自由曲面结构将第一光线聚光成介于5度至30度的第二光线，且第二光线由第二开口出射至紫外光产生系统的外部。

如上所述的紫外光产生系统，其中紫外光产生系统包括有多个发光单元，以及对应设置的多个配光单元。

如上所述的紫外光产生系统，其中紫外光产生系统可进一步有一由一壳体所包覆，而第二开口露出壳体。

如上所述的紫外光产生系统，其中紫外光产生系统可进一步于第二开口设置有一内建一介质的导流管。

如上所述的紫外光产生系统，其中介质为空气、水或其他液体等其中的一种态样。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的紫外光产生系统主要借由多个设置于配光单元内的自由曲面结构的硬件设计，有效可以使来自发光单元的发光二极管(LED)入射的第一光线经由多个自由曲面结构的多重反射而形成具有高强度与高均匀度的紫外光线的出射光，以解决传统使用一般球面或非球面的紫外光线产生系统的结构中心聚光范围小，以及杀菌范围小等缺点，确实达到将发散的光线聚光成集中态样的光线、有效增加高强度的紫外光线的照射范围、适合高流动率的杀菌环境，以及比传统的紫外光产生系统大3倍的杀菌强度等主要优势。

附图说明

图1：传统深紫外线产生系统的球面或非球面配光图。

图2：本实用新型紫外光产生系统其一较佳实施例的整体结构示意图。

图3：本实用新型紫外光产生系统其一较佳实施例的发光单元与配光单元组合示意图。

图4A、图4B：本实用新型紫外光产生系统其一与其二较佳实施例的整体结构示意图。

图5：本发紫外光产生系统其一较佳实施例的第一光线于曲面模组的反射示意图。

图6：本实用新型紫外光产生系统其一实施例与传统的配光曲线比较图。

图7：本实用新型紫外光产生系统其一较佳实施例的曲面模组示意图。

图8：本实用新型紫外光产生系统其一较佳实施例的配光曲线比较图。

图9：本实用新型紫外光产生系统其二较佳实施例的曲面模组示意图。

图10：本实用新型紫外光产生系统其二较佳实施例的配光曲线比较图。

图11：本实用新型紫外光产生系统其三较佳实施例的曲面模组示意图。

图12：本实用新型紫外光产生系统其三较佳实施例的配光曲线比较图。

图13：本实用新型紫外光产生系统其四较佳实施例的滤网设置示意图。

图14：本实用新型紫外光产生系统其五较佳实施例的壳体设置示意图 (一)。

图15：本实用新型紫外光产生系统其五较佳实施例的壳体设置示意图(二)。

图16：本实用新型紫外光产生系统其六较佳实施例的导流管设置示意图。

图号说明：

1：紫外光产生系统

11：基板

12：发光单元

13：配光单元

131：第一开口

132：第二开口

133：曲面模组

1331：自由曲面结构

14：散热单元

15：导热介质

2：壳体

21：上壳体

211：孔洞

22：下壳体

23：容置空间

3：导流管

31：介质

4：滤网

D1：第一直径

D2：第二直径

H：高度

P：表面

O：第二光线的出射单位向量

I：第一光线的入射单位向量

N：法线。

具体实施方式

首先，请参阅图2与图3所示，为本实用新型紫外光产生系统其一较佳实施例的整体结构示意图，以及发光单元与配光单元组合示意图，其中本创作的紫外光产生系统1至少由一基板11、一发光单元12、一配光单元 13、一散热单元14与一导热介质15所组合而成；借此，本实用新型的紫外光产生系统1主要借由多个设置于该配光单元13内的自由曲面结构1331 的硬件设计，有效可以使来自该发光单元12的发光二极管(LED)入射的第一光线经由多个自由曲面结构1331的多重反射而形成具有高强度与高均匀度的紫外光线的出射光，以解决传统使用一般球面或非球面的紫外光线产生系统的结构中心聚光范围小，以及杀菌范围小等缺点，确实达到将发散的光线聚光成集中态样的光线、有效增加高强度的紫外光线的照射范围、适合高流动率的杀菌环境，以及比传统的紫外光产生系统大3倍的杀菌强度等主要优势。

该基板11至少由一第一表面(图式未标示)与一第二表面(图式未标示) 所组合而成，其中该第二表面为该基板11的下表面，以与上表面的第一表面相对应设置，其中该基板11为玻璃电路板、铝电路板或铜电路板等其中的一种结构所制备而成；在本实用新型其一较佳实施例中，该基板11以铜电路板的态样呈现，且该基板11具备有导电与导热的功能，亦即该基板11 的第一表面设置有一电性连接该发光单元12的电路结构(图式未标示)，以提供该发光单元12运作时所需的电力，并可将该发光单元12运作时所产生的热传递至设置于该第二表面的散热单元14，以由该散热单元14散逸至该紫外光产生系统1的外部。

此外，该散热单元14由金、铜、铝、陶瓷或石墨等其中的一种材质所制备而成，而该基板11的第二表面与该散热单元14之间设置有一由导热硅胶、导热膏或陶瓷片等其中的一种材质所制备而成的导热介质15，其中该导热介质15用以黏合该基板11与该散热单元14；在本实用新型其一较佳实施例中，该散热单元14由铜金属所制备而成，而该导热介质15为一种导热硅胶，该基板11将该发光单元12所产生的热经由该导热介质15传递至该散热单元14，再由该散热单元14传递至该紫外光产生系统1的外部，以达到该紫外光产生系统1或该发光单元12的散热效果。

该发光单元12设置于该基板11的第一表面并与该基板11电性连接，以由该基板11接收运作时所需的电力；此外，该发光单元12为一发射一第一光线(图式未标示)的发光二极管(LED)、萤光灯管或半导体激光等其中的一种装置，且该第一光线的波长介于100nm至285nm之间；在本实用新型其一较佳实施例中，该发光单元12为可发射出波长介于200nm至285nm 的第一光线的发光二极管(LED)，其中该第一光线即为朝向远离该基板11 的方向出射的紫外光。

该配光单元13至少由一第一开口131、一第二开口132与一曲面模组 133所组合而成，其中该第一开口131环设于该发光单元12的周围并具有一第一直径D1，而该第二开口132相对于该第一开口131而设置于该曲面模组133的另一端部并具有一第二直径D2，该第二直径D2介于5mm至20mm之间，而该曲面模组133由该第二开口132朝向该第一开口131的方向渐缩，且该第二开口132的第二直径D2大于该第一开口131的第一直径 D1，而该曲面模组133由多个用以反射该发光单元12的第一光线的自由曲面结构1331所组合而成，其中该自由曲面结构1331可将该发光单元12的发光二极管(LED)所发出的第一光线聚光成介于5度至30度的第二光线，且该第二光线由该第二开口132出射至该紫外光产生系统1的外部；此外，该曲面模组133包括有一高度H，该高度H介于3.5mm至20mm之间，请一并参阅图4A、图4B所示，为本实用新型紫外光产生系统其一与其二较佳实施例的整体结构示意图，其中图4A与图4B分别为本实用新型紫外光产生系统1的其一与其二较佳实施例，其中其一较佳实施例与其二较佳实施例的不同点在于该第二开口132的第二直径D2与该曲面模组133的高度H，虽然该第二直径D2与该高度H不相同，但同样可以达到将该发光单元 12的发光二极管(LED)所发出的第一光线聚光成介于5度至30度的第二光线，且该第二光线由该第二开口132出射至该紫外光产生系统1的外部的功效。

此外，该曲面模组133为反射器或聚光透镜等其中的一种装置；当该曲面模组133为反射器时，则该曲面模组133由表面形成有反射材质的塑胶或金属等其中的一种材质所制备而成，其中表面形成有反射材质的塑胶为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或聚四氟乙烯(PTFE)等其中的一种态样，而该金属为铝、银、铜或金等其中的一种金属材质；当该曲面模组133为聚光透镜时，则该曲面模组133由光学塑胶或石英玻璃等其中的一种材质所制备而成。

再者，为了达到高强度与高均匀度的二次配光，该自由曲面结构1331 由下列公式1所形成：

其中，该公式1中的r为径像座标(radial coordinate)、c为曲面曲率 (curvatureof the surface)、k为圆锥常数(conic constant)、N为多项式系数的数量、Ai为第i个扩展多项式的系数，以及Ei为第i个扩展多项式，其中 N＝1～14。

若将r、c、k分别为0带入公式1中，其中N＝1～14，则该公式1可以化简成下列公式2所示：

z＝c₁x+c₂y+c₃x²+c₄xy+c₅y²+c₆x³+c₇x²y+c₈xy²+c₉y³+ c₁₀x⁴+c₁₁x³y+c₁₂x²y²+c₁₃xy³+c₁₄y⁴ (公式2)

请一并参阅图5所示，为本实用新型紫外光产生系统其一实施例的第一光线于曲面模组的反射示意图，其中由于该等自由曲面结构1331采用旋转对称的结构，故假设该发光单元12的发光二极管(LED)所发射的第一光线的入射单位向量I入射到一该自由曲面结构1331的表面P上，经过该自由曲面结构1331的表面P反射后的第二光线的出射单位向量O平行于Z 轴射出，其中该第一光线与该自由曲面结构1331的表面P的法线N的夹角等于该第二光线与该自由曲面结构1331的表面P的法线N的夹角，亦即入射角等于反射角。

若将y＝0带入公式2中，则可获得xz平面的自由曲面结构1331方程式，如下公式3所示：

z＝c₁x+c₃x²+c₆x³+c₁₀x⁴ (公式3)

同样地，如果将x＝0带入公式2中，则可得到yz平面的自由曲面结构 1331方程式，如下公式4所示：

z＝c₂y+c₅y²+c₉y³+c₁₄y⁴ (公式4)

其中公式3与公式4中皆可得到曲面模组133的自由曲面结构1331，且彼此对称相等，故公式3与公式4中的条件具备对应相等的关系，亦即公式3的c₁会等同于公式4的c₂，公式3的c₃会等同于公式4的c₅，公式 3的c₆会等同于公式4的c₉，公式3的c₁₀会等同于公式4的c₁₄；其中，在本实用新型一较佳实施例中，c₁为-0.2至-2.2的参数值，c₃为0.5至2.5的参数值，c₆为-0.05至-1的参数值，c₁₀为0.005至0.15的参数值，据此，使该曲面模组的自由曲面结构具有较大的结构中心聚光范围与杀菌范围；此外，本实用新型的紫外光产生系统1所配置的曲面模组133可将该发光单元12的发光二极管(LED)所发射的介于50度至140度角的第一光线，经由该等自由曲面结构1331的二次配光后获得由该第二开口132出射且具有5 度至35度角的第二光线，其中该第二光线较该第一光线具有更高的强度与均匀度；也就是说，请一并参阅图6所示，为本实用新型紫外光产生系统其一较佳实施例与传统的配光曲线比较图，其中本实用新型的紫外光产生系统1在光强度大于0.9时，具有较大的发光角度，图6中斜线的部分即为本实用新型的紫外光产生系统1所多出的部分，因此，与传统的紫外光产生系统相比较，本实用新型的紫外光产生系统1具有较大的结构中心聚光范围与杀菌范围。

以下述的实施例为例，本实用新型的紫外光产生系统确实可以拥有较大的结构中心聚光范围与杀菌范围：

1.该曲面模组133夹角为5度角：请一并参阅图7与图8所示，为本实用新型紫外光产生系统其一较佳实施例的曲面模组示意图，以及配光曲线比较图，其中5度角即为该曲面模组133的剖面的二侧部的夹角，也就是该曲面模组133二侧部由该曲面模组133的法向方向向左右各延伸2.5 度，亦即该第二开口132的开口角度为5度，与传统的紫外光产生系统支配光曲线图比较，本实用新型紫外光产生系统1的其一较佳实施例可以有较大的结构中心聚光范围与杀菌范围(如图8中的斜线部分所示)。

2.该曲面模组133夹角为12度角：请一并参阅图9与图10所示，为本实用新型紫外光产生系统其二较佳实施例的曲面模组示意图，以及配光曲线比较图，其中12度角即为该曲面模组133的剖面的二侧部的夹角，也就是该曲面模组133二侧部由该曲面模组133的法向方向向左右各延伸6 度，亦即该第二开口132的开口角度为12度，与传统的紫外光产生系统支配光曲线图比较，本实用新型紫外光产生系统1的其一较佳实施例可以有较大的结构中心聚光范围与杀菌范围(如图10中的斜线部分所示)。

3.该曲面模组133夹角为35度角：请一并参阅图11与图12所示，为本实用新型紫外光产生系统其三较佳实施例的曲面模组示意图，以及配光曲线比较图，其中35度角即为该曲面模组133的剖面的二侧部的夹角，也就是该曲面模组133二侧部由该曲面模组133的法向方向向左右各延伸17.5 度，亦即该第二开口132的开口角度为35度，与传统的紫外光产生系统支配光曲线图比较，本实用新型紫外光产生系统1的其一较佳实施例可以有较大的结构中心聚光范围与杀菌范围(如图12中的斜线部分所示)。

由本实用新型其一较佳实施例至其三较佳实施例的配光曲线比较图观之，该曲面模组133的角度越大，该第二开口132的开口角度即越大，而该紫外光产生系统1的结构中心聚光范围与杀菌范围就越大。

此外，请一并参阅图13所示，为本实用新型紫外光产生系统其一较佳实施例于滤网设置示意图，其中本实用新型的紫外光产生系统1包括有三个该发光单元12，以及对应设置的三个该配光单元13，当该紫外光产生系统1设置于一滤网4前，可达到更有效率的杀菌效果。

再者，请一并参阅图14与图15所示，为本实用新型紫外光产生系统其五较佳实施例的壳体设置示意图(一)，以及壳体设置示意图(二)，其中该紫外光产生系统1由一壳体2所包覆，而该壳体2包括有一上壳体21、一下壳体22，以及一设置于该上壳体21与该下壳体22之间的容置空间23，该紫外光产生系统1设置于该容置空间23内，且该第二开口132由该上壳体21的孔洞211露出。

此外，请参阅图16所示，为本实用新型紫外光产生系统其六较佳实施例的导流管设置示意图，其中该紫外光产生系统1于该第二开口132设置有一内建一介质31的导流管3，而该介质31为空气、水或其他液体等其中的一种态样，在本实用新型其六较佳实施例中，该介质31为空气，当该第二光线由该第二开口132射出并进入该导流管3后，该第二光线可于该导流管3内与该介质31的空气进行碰撞而产生折射，以有效确保该第二光线于该导流管3内的行进方向，可达到避免炫光的问题发生。

由上述的实施说明可知，本实用新型的紫外光产生系统与现有技术与产品相较之下，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的紫外光产生系统主要借由多个设置于配光单元内的自由曲面结构的硬件设计，有效可以使来自发光单元的发光二极管(LED)入射的第一光线经由多个自由曲面结构的多重反射而形成具有高强度与高均匀度的紫外光线的出射光，以解决传统使用一般球面或非球面的紫外光线产生系统的结构中心聚光范围小，以及杀菌范围小等缺点，确实达到将发散的光线聚光成集中态样的光线、有效增加高强度的紫外光线的照射范围、适合高流动率的杀菌环境，以及比传统的紫外光产生系统大3倍的杀菌强度等主要优势。

Claims (10)

1.一种紫外光产生系统，其特征在于，至少包括有：

一基板(11)，包括有一第一表面；

至少一发光单元(12)，设置于该基板(11)的第一表面，并与该基板(11)电性连接，其中该发光单元(12)用以发射一第一光线，其中该第一光线的波长介于100纳米至285纳米之间；以及

至少一配光单元(13)，包括有一环设于该发光单元(12)周围的第一开口(131)、一相对于该第一开口(131)的第二开口(132)，以及一由该第二开口(132)朝向该第一开口(131)方向渐缩的曲面模组(133)，其中该曲面模组(133)包括有多个用以反射该发光单元(12)的第一光线的自由曲面结构(1331)。

2.如权利要求1所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该基板(11)包括有一相对于该第一表面的第二表面，且该第二表面进一步设置有一散热单元(14)。

3.如权利要求2所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该基板(11)的该第二表面与该散热单元(14)之间进一步设置有一导热介质(15)。

4.如权利要求1所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该基板(11)为玻璃电路板、铝电路板或铜电路板其中之一，该发光单元(12)为发光二极管、萤光灯管或半导体激光其中之一。

5.如权利要求1所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该第一开口(131)包括有一第一直径(D1)，且该第二开口(132)包括有一第二直径(D2)，而该第二直径(D2)大于该第一直径(D1)，其中该第二直径(D2)介于5mm至20mm之间。

6.如权利要求1所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该曲面模组(133)为反射器或聚光透镜其中之一。

7.如权利要求1所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该曲面模组(133)包括有一高度(H)，该高度(H)介于3.5mm至20mm之间。

8.如权利要求1所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该紫外光产生系统(1)包括有多个该发光单元(12)，以及对应设置的多个该配光单元(13)。

9.如权利要求1所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该紫外光产生系统(1)进一步有一由一壳体(2)所包覆，而该第二开口(132)露出该壳体(2)。

10.如权利要求1所述的紫外光产生系统，其特征在于，其中该紫外光产生系统(1)进一步于该第二开口(132)设置有一内建一介质(31)的导流管(3)。

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