JP2004212726A - ヒートシンク付き光伝送部材およびそれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ライトトンネル等の光伝送用光学部材の熱による劣化を抑制し、その寿命の低下を極力低減したプロジェクタを提供する。
【課題手段】プロジェクタは、光源６０と、光源６０からの光を伝送するヒートシンク付きライトトンネル７０と、ライトトンネル７０からの光を入射し、所定の波長の光を分離するカラーホイール８０と、カラーホイール８０よって分離された光を変調し、それを投射する投射手段とを有する。ヒートシンク付きライトトンネル７０は、貫通孔１１４が形成されたヒートシンク部１１０と、貫通孔１１４から入射された光を出射口１２２より出射させるライトトンネル本体１２０と、それらの間に介在されたガラス部材１１７とを有する。ガラス部材１１７の面には光を反射させる反射膜がコーティングされる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、特に、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＤＬＰはテキサス・インスツルメンツ社の登録商標）方式のプロジェクタにおいて用いられるライトトンネル等の光伝送用の光学部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＬＰ方式プロジェクタは、半導体素子からなるＤＭＤに光を照射し、その反射光をレンズ等で拡大投影して画像表示を行うものである。図８（ａ）に示すように、放電ランプからの光が回転楕円面鏡等のリフレクタ２００によって反射され、その反射光がＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを配列した円盤状のカラーホイール２０１によってＲＧＢ光に順次分離される。カラーホイール２０１に近接されてライトトンネル２０２またはインテグレータ２０２が配置され、入射された光はそこで多重反射され均一な強度の光線束２０３として出射される。ＤＭＤは、ＲＧＢ光に同期して時分割駆動され、画像データに従い照射された光を反射させる。そして反射光は、投影レンズを介してスクリーン上に投影される。このようなカラー映像表示は、一枚のカラーホイールを用いてカラー表示を行うことから、いわゆる単板式光学系とも呼ばれている。
【０００３】
上記方法とは別に、色をスクローリングさせてフルカラー映像の表示を行う方法がある。図８（ｂ）にこの方法を示す。リフレクタ２００の焦点位置上に、アパーチャー付きのライトトンネル２１０が配置される。放電ランプからの光は、アパーチャー２１１を介してライトトンネル２１０内に入射される。ライトトンネル２１０の出射口に近接してＳＣＲ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｌｏｒ Ｒｅｃａｐｔｕｒｅ）用のカラーホイール２２０が配置される。
【０００４】
ＳＣＲ用のカラーホイール２２０は、ＲＧＢのダイクロイックコーティングを有し、ＲＧＢのコーティングは、カラーホイールの中心から半径方向にスパイラル状に延び、ＲＧＢコーティングを１組としたとき、これらが複数組配列されている。１組のＲＧＢパターンは、ライトトンネル２１０から出射口の口径に含まれる大きさに設定される。ライトトンネル２２０から光線束が入射されると、カラーホイール２２０によってＲＧＢの帯状の光２２１が出射される。カラーホイール２２０の回転に伴い、ＲＧＢの帯の境界が一定速度で移動される。カラーホイール２２０によって透過されなかった波長の光は、そこで反射されてライトトンネル２１０内に入射され、この光はアパーチャー２１１の構成部材の裏面の反射面２１２において反射され、再びカラーホイール２２０に入射される。
【０００５】
図５（ａ）の方法と図５（ｂ）の方法とを比較すると、図５（ａ）の方法では、カラーホイール２０１を透過する光は、放電ランプにおいて発光された光の内の１／３であり、即ち、光源の光の利用効率は１／３であるのに対して、図５（ｂ）の方法は、カラーホイール２２０を透過する光は、放電ランプにおいて発光された光の内の１／３であるが、カラーホイール２２０において反射された２／３の光が、ライトトンネル２１０の反射面２１２によって再び反射してカラーホイール２２０に入射され、それが再利用されるため、光源の光の利用効率が向上され、明るい投射映像を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＣＲによるカラーホイールを用いた方法では、次のような課題がある。ライトトンネル２１０の入射面においてアパーチャー２１１を形成する部材は、例えば石英等のガラス部材から構成され、その裏面には反射面２１２を形成するために光反射膜がコーティングされる。カラーホイール２２０から反射された光が、反射面２１２に照射されることで、反射面２１２の温度が上昇し、反射面２１２に熱的な変形が生じたり、あるいは損傷が生じるおそれがあり、その結果、ライトトンネル２１０の寿命も低下してしまう。反射面２１２の反射効率が低下することは、光源の光の利用効率の低下を意味し、ＳＣＲによるカラーホイール２２０を用いる利点が損なわれてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決し、ライトトンネル等の光伝送用光学部材の熱による劣化や損傷を抑制し、その寿命の低下を極力低減したプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、光源の光の利用効率の高いカラーホイールを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、鮮明で明るい投射映像を得ることができるプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、ＳＣＲに適したヒートシンク付き光学部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光伝送部材は、光を入射させるための貫通孔が形成されたヒートシンク部と、前記ヒートシンク部に結合され、前記貫通孔から入射された光を出射口より出射させる光伝送部とを有し、前記ヒートシンク部と前記光伝送部との間に前記出射口からの光を反射させる反射部が形成されている。これにより、光伝送部の反射部において発生された熱がヒートシンク部より放熱されるため、反射部の熱的な劣化や損傷を防止し、その寿命を改善することができる。
【０００９】
好ましくは反射部は、前記ヒートシンク部と前記光伝送部との接合部に介在される反射部材によって構成される。反射部材は、例えばガラス材を用い、ガラス材の表面に光反射膜をコーティングするものであっても良い。あるいは、反射部材を用いることなく、ヒートシンク部の面に反射面を形成するようにしてもよい。後者の場合、例えばヒートシンク部および前記光伝送部を石英やパイレックス（登録商標）のようなガラス材から構成し、両者を一体型に構成するようにしてもよい。この場合、一体型は、両部材を接着材等により結合するものであっても良い。
【００１０】
好ましくはヒートシンク部には中央に向かって傾斜する反射面が形成される。こうすることで、反射面を利用してヒートシンク部の貫通孔に光を入射させることができ、光の入射高率を高めることができる。
【００１１】
光伝送部は、例えば、ロッド状のライトトンネルを用いることができる。また、これ以外のインテグレータのような伝送部材を用いることもできる。
【００１２】
本発明に係るプロジェクタは、光源と、前記光源からの光を伝送するヒートシンク付き光伝送部材と、前記光伝送部材からの光を入射し、所定の波長の光を分離する分離手段と、前記分離手段によって分離された光を変調する変調手段と、変調された光を投射する投射手段とを有する。そして、前記ヒートシンク付き光伝送部材は、前記光源からの光を入射させるための貫通孔が形成されたヒートシンク部と、前記ヒートシンク部に結合され、前記貫通孔から入射された光を出射口より出射させる光伝送部と、前記ヒートシンク部と前記光伝送部との間に前記出射口からの光を反射させる反射部とを有する。これにより、光伝送部材の熱的な劣化や損傷を防止し、光源からの光の利用効率の低下を抑制することができる。
【００１３】
好ましくは前記分離手段によって反射された光が前記光伝送部の出射口から入射され、該入射された光が前記反射部によって反射されて前記出射口から前記分離手段に再度入射される。分離手段は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターをスパイラル状に複数配列し、一定速度で回転されるカラーホイールを用いることができる。
【００１４】
好ましくはヒートシンク部は、そのほぼ中央に前記貫通孔を配し、かつその外周より前記貫通孔に向けて傾斜された反射面を有し、前記光源からの光が前記ヒートシンク部の前記貫通孔に収束される。さらにヒートシンク部の接合面には凹部が形成され、該凹部に前記光伝送部が挿入され固定されるようにすることができる。この場合、光伝送部はライトトンネルを含み、前記ライトトンネルが前記凹部に挿入され、前記ライトトンネルと前記ヒートシンクの凹部との間に反射部材が介在されるように構成することが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るＤＬＰ方式プロジェクタの主要な構成を示すブロック図である。プロジェクタ１は、画像信号１１を入力し、これをＤＭＤと同じ画素数のＲＧＢデジタル画像データに変換する前処理部１０と、前処理部１０からのデジタル画像データに基づきＤＭＤ５０の駆動を制御するとともにランプ駆動回路３０及びカラーホイール駆動部４０等の制御を行う制御部２０とを有する。ランプ駆動回路３０は、光源６０の放電ランプの起動及び起動後の放電ランプのＡＣ駆動を制御する。カラーホイール駆動部４０は、カラーホイール８０を回転させ、光源６０からヒートシンク付きライトトンネル７０を介して入射された光をＲＧＢに分離させる。照明光学系９０は、カラーホイール８０からのＲＧＢ光をコンデンサレンズやミラーを介してＤＭＤ５０の画像領域を照明する。ＤＭＤ５０は、各画素に相当するミラーをアレイ状に配置させ、それらのミラーをスイッチングさせて入射光を反射させる。投射光学系１００は、ＤＭＤ５０からの反射光を拡大投射しスクリーン上に画像を表示させる。
【００１６】
図２に光源からＳＣＲ用カラーホイールに至る光学系を示す。同図において、光源６０は、回転楕円面鏡等を有するリフレクタ６１とその光軸に取り付けられた放電ランプ６２とを含む。放電ランプ６２は、例えばキセノンアークショートランプ、メタルハライドランプ、あるいは超高圧水銀ランプなどが用いられる。リフレクタ６１は、放電ランプ６２からの可視光を反射し赤外光を透過するようなダイクロックミラーやコールドミラーが用いられる。
【００１７】
本実施の形態では、リフレクタ６１の光軸上に、ヒートシンク付きライトトンネル７０が配置される。図３にヒートシンク付きライトトンネルの構成を示す。ライトトンネル７０は、熱導電率の高い金属、例えばアルミニウムやマグネシウムから構成されたヒートシンク部１１０と、ヒートシンク部１１０に接続されるライトトンネル本体１２０とを有する。ヒートシンク部１１０は、矩形状を有し、その表面１１１に複数の水平な放熱フィン１１２を互いに離間して配している。表面１１１の各周辺から中央に向けて傾斜する面１１３が形成され、各傾斜面１１３によって角錐状の窪みが形成される。各傾斜面１１３は、光をよく反射するように鏡面状態に仕上げ加工されるか、あるいは高反射率部材をコーティングし、傾斜面１１３に反射面が形成される。ヒートシンク部１１０の中央、すなわち角錐状の窪みには、Ｓ１の径を有する円形状の貫通孔１１４が形成される。貫通孔１１４は、光源６０からの光をライトトンネル本体１２０へ入射させるためのアパーチャーとして機能する。
【００１８】
ヒートシンク部１１０の裏面１１５のほぼ中央に、矩形状の一定の深さを有する凹部１１６が形成される（図４参照）。凹部１１６には、貫通孔１１４が延び、貫通孔１１４の中心は凹部１１６の中心一致する。ガラス部材１１７は、パイレックス（登録商標）あるいは石英等の耐熱性のガラス板を含み、その平面形状及び厚さは凹部１１６の平面形状及び深さに対応する。ガラス部材１１７の中央には円形状の貫通孔１１８が形成され、貫通孔１１８の大きさはＳ１であり、貫通孔１１４の大きさに等しい。また、ガラス部材１１７の両面１１７ａ、１１７ｂには、それぞれ光を反射させるための反射膜がコーティングされている。なお、ガラス部材１１７の両面に反射膜をコーティングするのは、凹部１１６への挿入における方向性をなくし、実装を容易にするためである。従って、ガラス部材１１７の少なくとも面１１７ａに反射膜が形成されていれば良い。
【００１９】
ガラス部材１１７は、ヒートシンク部１１０の凹部１１６内に挿入され、その一方の面１１７ａが接着剤等により凹部１１６の面に密着状態で貼り付けられる。このとき、ヒートシンク部１１０の貫通孔１１４と、ガラス部材１１７の貫通孔１１８との中心が一致し両者が連通される。ガラス部材１１７の他方の面１１７ｂがライトトンネル本体１２０の入射口１２１に接着剤等により貼り付けられ、ヒートシンク付きライトトンネルが構成される。ライトトンネル本体１２０は、矩形状であってその内部に中空の空間が形成される。入射口１２１から入射された光は内壁で全反射を繰り返され、出射口１２２から均一な照度の光となって出射される。出射口１２２のアスペクト比（横：縦）は、プロジェクタによって投影される映像の大きさを決定する。アスペクト比は、例えば、４：３あるいは１６：９である。
【００２０】
図５に、ＳＲＣに用いられるカラーホイールの構成例を示す。ＳＲＣ用カラーホイール８０は、ガラス円盤上にスパイラル状に配列されたＲ、Ｇ、Ｂの帯状のダイクロイックコーティング８１、８２、８３を有する。Ｒ、Ｇ、Ｂのダイクロイックミラー８１、８２、８３を一組とするパターンが、ホイールの中心から外周に向けて複数配列される。中心の開口８４は、駆動モータの回転軸と結合される部分である。
【００２１】
Ｒ、Ｇ、Ｂの帯状のコーティング８１、８２、８３は、ライトトンネル７０の出射口１２２内に含まれる大きさに設定される必要がある。図６に出射口の大きさとＲＧＢの大きさとの関係を示す。同図に示すように、ライトトンネル７０の出射口１２２には、一組のＲ、Ｇ、Ｂのコーティング８１、８２、８３が含まれる。これにより、カラーホイール８０に出射口１２２の光線束が入射されると、そこから帯状のＲ、Ｇ、Ｂ光が透過される。カラーホイール８０が一定速度で回転されると、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＲＧＢの境界が一定速度Ｖで移動する。
【００２２】
再び図２に戻って、ライトトンネル７０は、ヒートシンク部１１０の貫通孔１１４がリフレクタ６１の焦点位置に配置されるように、リフレクタ６１に対して位置決めされ、また、ライトトンネル本体１２０の出射口１２２に近接してカラーホイール８０が位置決めされる。放電ランプからの光は、リフレクタ６１によって反射され、その反射光が貫通孔１１４を介してライトトンネル本体１２０の入射口１２１に入射される。仮にライトトンネル７０が位置ずれされたとしても、貫通孔１１４に直接入射されない光は、ヒートシンク部１１０の傾斜面１１３によって反射され、ライトトンネル本体１２０に導かれる。
【００２３】
ライトトンネル７０に入射された光は、その出射口１２２からカラーホイール８０に入射される。カラーホイール８０に入射された光のうち、Ｒのカラーフィルター８１においてＲが透過され、それ以外の波長の光がそこで反射される。同様にＧ、Ｂのフィルター８２、８３においてＧ、Ｂの光が透過され、それ以外の波長の光が反射される。つまり、１／３の光がカラーホイール８０を透過され、２／３の光がそこで反射される。反射された光はライトトンネル７０の出射口１２２からトンネル本体１２０内に再び入射され、それらの光が入射口１２１に接着されたガラス部材１１７の反射面１１７ｂによって反射されて出射口１２２へ向かい、カラーホイール８０に再び入射される。
【００２４】
カラーホイール８０からの反射光によって照射されたガラス部材１１７の反射面１１７ａは、その照射光の一部によって熱に変換されるが、それらの熱はヒートシンク部１１０によって放散され、ガラス部材１１７の温度上昇が抑制される。複数の放熱フィン１１２により放熱面積が増加されることで放熱特性がより向上される。ここでは図示しないが、放熱フィン１１２に対峙させて冷却ファンを配置させることで、放熱フィン１１２を冷却するようにしてもよい。これにより、ガラス部材１１７の反射面１１７ａの熱的な変形、劣化、損傷等が抑制され、ガラス部材１１７すなわちライトトンネル１２０の寿命を改善するとともに、光の利用効率の低減を極力抑制することができる。
【００２５】
図７は本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンク付きライトトンネルの断面図である。本実施の形態に係るヒートシンク付きライトトンネル１４０は、第１の実施の形態と異なり、ヒートシンク部とライトトンネル本体とを一体型にしたものである。ヒートシンク付きライトトンネル１４０は、パイレックス（登録商標）や石英等のガラス材によるヒートシンク部１４１と、これに一体に接続されたライトトンネル本体１２０とを有する。両者の間に、第１の実施の態様で用いたガラス部材は介在されず、ライトトンネル本体１２０の入射口１２１がヒートシンク部１４１の裏面１４２に形成された矩形状の凹部１４３内に接合される。ヒートシンク部１４１の基本的な形状は、第１の実施態様のときと同様であるが、本例では凹部１４３の底面（貫通孔１１４の領域を除く）に光反射膜がコーティングされ、反射面１４４が形成されている。また、ヒートシンク部１４１の表面の傾斜面１４５にも光反射膜がコーティングされる。
【００２６】
カラーホイール８０によって反射された光は、ライトトンネル本体１２０の出射口１２２から内部に入射され、そして反射面１４４によって反射されて再び出射口１２２からカラーホイール８０に入射される。
【００２７】
第２の実施形態に係るヒートシンク付きライトトンネル１４０は、ヒートシンク部１４１とライトトンネル本体１２０とを同質のガラス部材により一体型に構成するため、第１の実施形態に比較して部品点数を少なくし軽量化を図ることができ、またヒートシンク部１４１とライトトンネル本体１２０の熱膨張係数も等しいことから接合部における熱による歪を緩和することができる。
【００２８】
上記実施の態様は、ＤＬＰ方式のプロジェクタを例に説明したが、勿論、これ以外の液晶デバイスを用いたプロジェクタや、リア投射型のプロジェクタ等に広く適用することができる。
【００２９】
また上記実施の態様では、光伝送部材として内部に空間が形成されたライトトンネルを例に説明したが、これ以外の形状のライトトンネルや他のインテグレータにも適用することができる。ライトトンネルやインテグレータ等の光伝送部材の断面形状、大きさ、材質等は、使用されるプロジェクタの環境、大きさ、設計状態等に応じて当業者であれば容易に変更することができる。
【００３０】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る光伝送部材によれば、ヒートシンク部と光伝送部との間に光伝送部の出射口から内部に反射されてきた光を反射する反射部が形成されることにより、反射部において発生された熱がヒートシンク部より放熱されるため、反射部の熱的な劣化や損傷を防止し、その寿命を改善することができる。さらに、このような光伝送部材をプロジェクタに用いることで、光源からの光の利用効率が高く、明るい投射映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は本実施の形態に係るプロジェクタの光源からカラーホイールに至る光学系を示す図である。
【図３】図３はヒートシンク付きライトトンネルの構成を示し、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）はＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図４は図３に示すヒートシンク付きライトトンネルの組立図である。
【図５】図５はカラーホイールの構成を示す平面図である。
【図６】図６は出射口のサイズとＲ、Ｇ、Ｂのフィルターの大きさとの関係を示す図である。
【図７】図７は第２の実施の形態に係るヒートシンク付きライトトンネルの断面図である。
【図８】図８は従来のプロジェクタのライトトンネルの光学系を示す図である。
【符号の説明】
１０：前処理部、 ２０：制御部、
３０：ランプ駆動回路、 ４０：カラーホイール駆動部、
５０：ＤＭＤ、 ６０：光源、
７０、１４０：ヒートシンク付きライトトンネル、
８０：カラーホイール、 １１０、１４１：ヒートシンク部、
１１２：放熱フィン、 １１３：傾斜面（反射面）
１１４：貫通孔、 １１６：凹部、
１１７：ガラス部材、 １１７ａ：反射面、
１２０：ライトトンネル本体、 １２１：入射口、
１２２：出射口

Claims (17)

1. 光を入射させるための貫通孔が形成されたヒートシンク部と、前記ヒートシンク部に結合され、前記貫通孔から入射された光を出射口より出射させる光伝送部とを有し、前記ヒートシンク部と前記光伝送部との間に前記出射口からの光を反射させる反射部が形成されている、光伝送部材。
2. 前記反射部は、前記ヒートシンク部と前記光伝送部との接合部に介在される反射部材によって構成される、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記反射部は、前記ヒートシンク部の面に形成される、請求項１に記載のプロジェクタ。
4. 前記ヒートシンク部および前記光伝送部がガラス材から構成され、前記ヒートシンク部と前記光伝送部とが一体型に構成される、請求項３に記載の光伝送部材。
5. 前記ヒートシンク部は、その表面に複数の放熱フィンを有する、請求項１ないし４いずれかに記載の光伝送部材。
6. 前記ヒートシンク部はその中央に向かって傾斜する反射面を含む、請求項１ないし５いずれかに記載の光伝送部材。
7. 前記光伝送部は、ライトトンネルを含む、請求項１ないし６いずれかに記載の光伝送部材。
8. 光源と、
   前記光源からの光を伝送するヒートシンク付き光伝送部材と、
   前記光伝送部材からの光を入射し、所定の波長の光を分離する分離手段と、
   前記分離手段によって分離された光を変調する変調手段と、
   変調された光を投射する投射手段とを有し、
   前記ヒートシンク付き光伝送部材は、前記光源からの光を入射させるための貫通孔が形成されたヒートシンク部と、前記ヒートシンク部に結合され、前記貫通孔から入射された光を出射口より出射させる光伝送部と、前記ヒートシンク部と前記光伝送部との間に前記出射口からの光を反射させる反射部とを有する、プロジェクタ。
9. 前記分離手段によって反射された光が前記光伝送部の出射口から入射され、該入射された光が前記反射部によって反射されて前記出射口から前記分離手段に再び入射される、請求項８に記載のプロジェクタ。
10. 前記反射部は、前記ヒートシンク部と前記光伝送部との接合部に介在される反射部材によって構成される、請求項８または９に記載のプロジェクタ。
11. 前記反射部は、前記ヒートシンク部の接合面に形成される、請求項８または９に記載のプロジェクタ。
12. 前記分離手段は、少なくともＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターを複数配列し、一定速度で回転されるカラーホイールを含む、請求項８ないし１１いずれかに記載のプロジェクタ。
13. 前記光伝送部はその出射口から所定のアスペクト比の光線束を出射し、前記光線束が前記カラーホイールに入射されるとき、前記光線束は少なくともＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルターの領域を同時に照射する、請求項１２に記載のプロジェクタ。
14. 前記ヒートシンク部は、そのほぼ中央に前記貫通孔を配し、かつその外周より前記貫通孔に向けて傾斜された反射面を有し、前記光源からの光が前記ヒートシンク部の前記貫通孔に収束される、請求項８ないし１３いずれかに記載のプロジェクタ。
15. 前記ヒートシンク部の接合面には凹部が形成され、該凹部に前記光伝送部が固定される、請求項８ないし１４いずれかに記載のプロジェクタ。
16. 前記光伝送部はライトトンネルを含み、前記ライトトンネルが前記凹部に挿入され、前記ライトトンネルと前記ヒートシンクの凹部との間に反射部材が介在される、請求項１５に記載のプロジェクタ。
17. 前記変調手段はＤＭＤを含む、請求項８ないし１６いずれかに記載のプロジェクタ。

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