JP2006171268A - 投射光学ユニット及びこれを用いたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】
小型のプロジェクタ等の組み立て作業を容易にするための投射光学ユニット及びこれを用いたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】
液晶ライトバルブユニット５０が有する穴ＨＡをピン６に差し込むことにより、液晶ライトバルブユニット５０の回転位置が固定される。これにより、投射レンズ１と液晶ライトバルブユニット５０との位置関係が定められる。さらに、円形枠４２が、支持部４１の外周に嵌合することによって、液晶ライトバルブユニット５０を後方即ち投射レンズ１の反対側から支持するとともに十分強固に固定する。これにより、投射レンズ１と液晶ライトバルブユニット５０とをアライメントした状態で保持する投射光学ユニット１００が形成される。また、これを用いてプロジェクタを作製する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、投射画像を形成する光変調装置と画像を投射するための投射光学系とを備える投射光学ユニット、及びこれを搭載した小型のプロジェクタに関する。

プロジェクタの組み立てにおいて、液晶ライトバルブや投射レンズ、プリズム合成体等を含む種々の光学的構成要素は、ライトガイド等の枠状の収納部材に各々組み付けられている。このような枠状収納部材は、外装ケース中に保持されている。（例えば、特許文献１）。
特開平１１−２１８８４０号公報

しかしながら、各構成要素の組み付けにおいて、特に、光変調装置と投射光学系との位置関係は、画像の結像に影響を与えるため、一定精度以上のアライメントが必要とされる。従って、プロジェクタの組み立て工程内に当該構成要素のアライメント作業を組み込むことになるが、必要なアライメント精度を確保するのは必ずしも容易ではない。特に、プロジェクタを小型化した場合、作業性を犠牲にすることなくアライメント作業を一定レベルに維持することは容易ではない。

そこで、本発明は、小型のプロジェクタ等の組み立て作業を容易にすることができる投射光学ユニットを提供することを目的とする。また、これを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る投射光学ユニットは、入射する照明光によって照明される被照明対象であり、照明光から像光を形成する光変調装置と、光変調装置を経た像光を投射する投射光学系と、光変調装置と投射光学系とをアライメントした状態で保持することによって一体化するユニット部材とを備える。

上記投射光学ユニットでは、画像の結像に大きな影響を与える光変調装置と投射光学系との位置関係を優先して、両者を十分な精度で簡易にアライメント可能である。従って、この投射光学ユニットについては、部品としてケース等の装置に組み付ける際に厳密なアライメントをする必要がないか、あるいはアライメント作業の負担が軽減される。また、ユニット部材によって一体化されているので、本来別の機能を持つ別物品である光変調装置と投射光学系とをあたかも一部品として扱うことが可能となり、例えば、プロジェクタにこの投射光学ユニットを用いた場合、組み立て時の作業性を良好にすることができる。

また、本発明の具体的な態様として、ユニット部材が、投射光学系を保持する鏡筒部と、鏡筒部の一端に設けられて、光変調装置を支持する取付部とを備える。この場合、通常、投射光学系を保持するための鏡筒部に対して光変調装置をも直接的に取り付けることができるので、部品点数を減らし、かつ、アライメントを高精度化することが可能である。

また、本発明の具体的な態様として、取付部が、光変調装置を当該取付部に対して着脱可能に固定するねじ機構を含む。この場合、光変調装置を比較的容易かつ十分強固に固定することができる。

また、本発明の具体的な態様として、取付部が、光変調装置を当該取付部に対して着脱可能に固定するフック機構を含む。この場合、光変調装置を比較的容易に固定することができる。

また、本発明の具体的な態様として、取付部に支持される光変調装置をアライメントするアライメント手段をさらに備える。この場合、アライメント手段により、投射光学系に対する光変調装置の位置関係を高精度に調整できる。

また、本発明の具体的な態様として、アライメント手段が、ピン留め型嵌合部及び切欠き型嵌合部のうち少なくとも１つを含む。この場合、ピン留め型嵌合部又は切欠き型嵌合部により、光変調装置と投射光学系との位置関係が比較的簡易にアライメントされる。

また、本発明の具体的な態様として、光変調装置が、入射する照明光の変調を行う液晶パネルと、サイズ及び形状の調整用の枠体と、上記枠体に上記液晶パネルを固定するための固定手段とを一体ユニット化した液晶ライトバルブユニットを有する。この場合、枠体を介して液晶パネルを支持することになり、枠体の形状等を適宜変更することにより種々の液晶パネルに対して同一輪郭の液晶ライトバルブユニットの作製が可能となる。また、固定手段により一体ユニット化することでユニット部材への組み付け等が非常に扱いやすいものとなる。

また、本発明の具体的な態様として、液晶ライトバルブユニットは、円柱形又は円板形である。この場合、例えば、円筒型の鏡筒部を有するユニット部材への組み付けに好適である。

上記課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、照明装置から射出される照明光から投射光を形成して投射する上記いずれかの投射光学ユニットとを備える。この場合、上記プロジェクタは、上記いずれかの投射光学ユニットを用いていることにより、組み立て時において高精度のアライメントを要しない。従って、プロジェクタ、特に小型のプロジェクタを比較的簡易に十分な精度で作製することが可能となる。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る投射光学ユニットの構造を説明するための断面図である。本実施形態に係る投射光学ユニット１００は、光変調装置である液晶ライトバルブユニット５０と、投射光学系である投射レンズ１と、液晶ライトバルブユニット５０と投射レンズ１とを一体化するユニット部材２とを備える。

液晶ライトバルブユニット５０は、図１右方から入射する照明光によって照明される被照明対象であり、照明光から像光を形成する（詳しい構造については図２を用いて後述する）。

投射レンズ１は、１枚以上のレンズ又はレンズ群であり、液晶ライトバルブユニット５０を経た像光を投射するための投射光学系である。

ユニット部材２は、液晶ライトバルブユニット５０と投射レンズ１とを保持して一体化させるための部材であり、投射レンズ１を収容する鏡筒部３と、液晶ライトバルブ５０を取り付ける取付部４とを備える。このうち、前者の鏡筒部３は、円筒型であり、投射レンズ１を内部に固定する溝等の部材（不図示）のほか、つば７を備える。このつば７は、鏡枠部３の外側面に設けられた環状の突起であり、投射光学ユニット１００をプロジェクタ等の装置へ組み付ける際の固定及びアライメント用の部材である。後者の取付部４は、鏡筒部３の一端に形成された環状の支持部４１と、支持部４１に取り付けられる円形枠４２とを備えており、支持部４１と円形枠４２との間に挟持することによって液晶ライトバルブユニット５０を支持する。支持部４１に設けた基準面５は、鏡筒部３と共通する部分であり、鏡筒部３に対する液晶ライトバルブユニット５０の取り付け位置の基準となっている。ピン６は、基準面５上に立設された留め具であり、液晶ライトバルブユニット５０の鏡筒部３への組み付けにおける位置決めに利用される。尚、ピン６は、鏡筒部３と一体化したものであっても別体であっても構わない。

以下、本実施形態における投射光学ユニット１００の組み立て工程について説明する。まず、投射レンズ１は、鏡筒部３内に設けられた部材（不図示）により、所定位置に固定される。次に、液晶ライトバルブユニット５０が、鏡筒部３の一端側に設けた取付部４の支持部４１に嵌め込まれ、基準面５に当接した状態とされる。基準面５には、ピン６が設けられており、液晶ライトバルブユニット５０が有する穴ＨＡをピン６に差し込むことにより、液晶ライトバルブユニット５０の回転位置が固定される。以上により、投射レンズ１と液晶ライトバルブユニット５０との位置関係が定められる。つまり、ピン６と、穴ＨＡとは、液晶ライトバルブユニット５０を位置決めするためのピン留め型嵌合部すなわちアライメント手段となっている。さらに、円形枠４２が、支持部４１の外周に嵌合することによって（詳しくは後述）、液晶ライトバルブユニット５０を後方即ち投射レンズ１の反対側から支持するとともに十分強固に固定する。これにより、投射レンズ１と液晶ライトバルブユニット５０とをアライメントした状態で保持する投射光学ユニット１００が形成される。

尚、本実施形態においては穴ＨＡをピン６でピン留めするピン留め型嵌合部によって液晶ライトバルブユニット５０の位置を固定しているが、固定に際してのアライメント手段は、これに限られない。例えば、液晶ライトバルブユニット５０又は支持部４１に切欠きを設け、他方の支持部４１又は液晶ライトバルブユニット５０の対応する位置に対応する形状の突起を設ける切欠き型嵌合部等によっても液晶ライトバルブユニット５０をアライメントした状態で保持する投射光学ユニット１００の形成が可能である。

以上説明した本実施形態の投射光学ユニット１００では、投射レンズ１と液晶ライトバルブユニット５０とが予めアライメントされているので、部品としてプロジェクタ等の装置に組み付ける作業が容易となる。また、ユニット部材である鏡筒部３及び取付部４によって一体化されていることで、本来別の機能を持つ別物品である投射レンズ１と液晶ライトバルブユニット５０とをあたかも一部品として扱うことが可能となる。

図２（ａ）、（ｂ）は、液晶ライトバルブユニット５０を説明するための正面図及び断面図である。このうち、図２（ａ）の正面図は、図１における投射レンズ側から見た液晶ライトバルブユニット５０を示し、図２（ｂ）の断面図は、図２（ａ）中のＡＡ断面である。図２（ａ）の正面図等から分かるとおり、液晶ライトバルブユニット５０は、全体として円柱形又は円板形である。

本実施形態における液晶ライトバルブユニット５０は、入射する照明光の変調を行う液晶パネル本体６０と、液晶ライトバルブユニット５０のサイズ及び形状の調整用の枠体５４と、固定手段であるホルダ５５と、液晶用ハーネス５６とを備える。尚、液晶パネル本体６０は、一対のガラス基板５１、５２と、液晶表示層５３とを備える。

液晶パネル本体６０は、液晶用ハーネス５６からの電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて画素単位で照明光の偏光状態を調整することにより照明光から変調光を形成する。液晶パネル本体６０のうち、ガラス基板５１、５２は、透明なガラス板で形成されており、一対の基板として対向して配置され、液晶表示層５３を挟持している。液晶表示層５３は、液晶分子を含み複数の画素を構成する複数の液晶画素及びＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を含む駆動回路等を内蔵し、ＴＦＴ駆動によるアクティブマトリクス駆動方式により画素単位で偏光状態を変化させることができ、液晶パネル本体６０の機能の要部をなす。枠体５４は、液晶パネル本体６０を支持する円形の枠である。また、枠体５４には、液晶用ハーネス５６を貫通させるための孔ＨＢが設けられている。ホルダ５５は、枠体５４と略同一の円形状のカラー付き枠であり、液晶パネル本体６０を固定するための器具であり、固定のために円周部の複数個所に部分的に設けられたフックＨＫを有する。また、ホルダ５５は、投射する像光の形状を定める矩形の表示窓ＤＷを有する。尚、図示を省略しているが、ガラス基板５１、５２の表面には、偏光フィルタがそれぞれ貼り付けられている。

以下、本実施形態における液晶ライトバルブユニット５０の組み立て工程について説明する。まず、液晶パネル本体６０を、枠体５４の所定箇所に嵌め込む。この際、枠体５４の孔ＨＢから液晶用ハーネス５６を通す。次に、ホルダ５５内に液晶パネル本体６０とともに枠体５４を嵌め込む。この際、枠体５４の外周に形成された環状の段差５４ａにホルダ５５のフックＨＫが係止される。ここで、フックＨＫは、バネ状の部材であり枠体５４の外周を通過する際に外側に変形され、先端部が段差５４ａの一端を超えて移動することによって内側の元の位置に復帰する。これにより、液晶パネル本体６０を枠体５４とホルダ５５との間に挟持して固定することができる。さらに、正面図のように、ホルダ５５側の面上の所定箇所に、鏡筒部３へ組み付けるための穴ＨＡが設けられている。尚、この穴ＨＡは、枠体５４に至るものとなっているが、ホルダ５５のみに形成することもできる。以上により一体ユニット化した液晶ライトバルブユニット５０が組み立てられる。

液晶ライトバルブユニット５０は、ユニット化されているため、扱いやすく、特に、円筒形であるため、図１におけるユニット部材２への組み付けに好適である。

また、用いる液晶パネル本体６０の形状に合わせて枠体５４を成形することによって液晶パネルの形状が異なっても、液晶ライトバルブユニット５０としては同一形状のものとすることも可能である。

図３（ａ）、（ｂ）は、図１に示す投射光学ユニット１００において、取付部４に設けた支持部４１への円形枠４２の取り付けを説明する図である。図３（ａ）は、特に図１中において全体的に実線で描かれた第１例の円形枠４２の固定を説明する拡大図である。鏡筒部３の一端から延びる支持部４１は、鏡筒部３よりも直径が小さくなっており、段差状に後退した外周には、雄ねじ４１ｂが形成されている。また、円形枠４２に設けたカラー４２ａの内面には、雌ねじ４１ｂが形成されている。つまり、支持部４１の周囲に円形枠４２をネジ付けて両ねじ４１ｂ，４２ｂを螺合させることにより、支持部４１と円形枠４２との間に液晶ライトバルブユニット５０の外縁部を挟持させることができる。ここで、両ねじ４１ｂ，４２ｂは、円形枠４２すなわち液晶ライトバルブユニット５０を支持部４１側に固定するためのねじ機構となっている。図３（ｂ）は、図１中において一部点線で描かれた第２例の円形枠４２の固定を説明する拡大図である。鏡筒部３の一端から延びる支持部４１は、鏡筒部３よりも直径が小さくなっており、その外周のうち鏡筒部３側に隣接する部分に環状の浅い溝１４１ａが形成されている。また、円形枠４２に設けたカラー４２ａの先端内面の複数個所には、突起状のフックＨＪが部分的に形成されている。このフックＨＪは、弾性変形可能なカラー１４２ａとともにバネ部材として機能し、支持部４１の溝１４１ａに嵌め込むことができるようになっている。つまり、支持部４１の周囲に円形枠４２を所定の力で押し込んで、ねじ溝１４１ａにフックＨＪを係止させることにより、支持部４１と円形枠４２との間に液晶ライトバルブユニット５０の外縁部を挟持させることができる。ここで、ねじ溝１４１ａとフックＨＪは、円形枠４２すなわち液晶ライトバルブユニット５０を支持部４１側に固定するためのフック機構となっている。

上記いずれの固定方法を用いても、鏡筒部３から延びる支持部４１に対して円形枠４２を簡易な作業で着脱自在に固定することができ、液晶ライトバルブユニット５０を組み付けた投射光学ユニット１００が簡易に組み立てられる。この際、図２で説明したピン６、穴ＨＡ等の存在によって、投射レンズ１と液晶ライトバルブユニット５０とをアライメントした状態で投射光学ユニット１００中に確実に保持することができる。尚、本実施形態では、例示として、ねじ構造、あるいはフック構造によって保持しているが、これらと同様に保持することができるものであれば、そのほかの固定方法を用いても構わない。

〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態に係るプロジェクタの構造を説明するための分解斜視図であり、図５は、本実施形態に係る投射光学ユニットの内部構造を説明するための断面図である。
本実施形態におけるプロジェクタ２００は、図１等に示す第１実施形態の投射光学ユニット１００を組み込んだものであり、この投射光学ユニット１００のほかに、照明装置１０と、ビーム伸張装置２０と、収納部７０とを備える。

ここで、照明装置１０は、収納部７０に埋め込まれるようにして固定されており、照明ユニット１１と、基板１２と、光源コネクタ１３と、光源用ハーネス１４と、放熱装置である冷却フィン１５とを備える。照明ユニット１１は、内部に、像光形成の必要に足る光源光を発生させる光源であるＬＥＤ１６と、光源光を光束断面内で均一化し、投射光学ユニット１００内の液晶ライトバルブユニット５０用の照明光を形成する照明光形成光学系１７とを備える（図５参照）。基板１２は、照明ユニット１１に電力を供給するための配線用の回路パターンを表面に有しており、照明ユニット１１が実装される。光源コネクタ１３は、基板１２上に載置されており、照明ユニット１１へ供給される電力を光源用ハーネス１４から受け取る。冷却フィン１５は、照明ユニット１１での光源光発生の際に生じる熱の放熱を空冷によって行う。尚、基板１２には、さらに照明ユニット１１の動作制御を行うための回路を設けることも可能である。

ビーム伸張装置２０は、収納部７０内に収納されて固定されており、レンズ保持枠２１と、伸張レンズ２２と、固定部材２３とを備える。レンズ保持枠２１は、収納部７０内におけるビーム伸張装置２０の位置決めを行う。伸張レンズ２２は、照明光ビーム断面の光学的伸張を行うレンズであり、円筒状の側面を有し、四角柱形状のレンズ保持枠２１に当該円筒状の側面の形状に合わせて刳り抜かれた部分に嵌合することによって光路上の位置が定められる。固定部材２３は、レンズ保持枠２１に嵌合した伸張レンズ２２をバネの付勢力によってレンズ保持枠２１内に固定するための固定具である。

投射光学ユニット１００は、内蔵する液晶パネル本体６０（図２参照）により、液晶用ハーネス５６からの電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で照明光の偏光状態を調整することができ、照明光から像光を形成する。さらに、投射光学ユニット１００は、内蔵する投射レンズ１により、上記のようにして形成された像光を投射光としてスクリーン（不図示）へ適当な拡大率で投射する。

収納部７０は、ケース本体部材である下ケース７１、上ケース７２と、回路基板７３とを備える。下ケース７１と上ケース７２とは、例えば、樹脂部材によって形成されており、照明装置１０の一部、ビーム伸張装置２０、及び投射光学ユニット１００の一部を収納する。ここで下ケース７１は、上部が開放された容器状であり、上ケース７２は、下ケース７１の上部を覆う蓋状である。回路基板７３は、電子部品（不図示）が実装された実装基板であり、照明装置１０、投射光学ユニット１００内の液晶ライトバルブユニット５０等の制御を行うことにより、プロジェクタ２００内の各機構の動作を統括している。さらに、回路基板７３は、照明装置１０及び液晶ライトバルブユニット５０への各種信号を送るために、光源用コネクタＳＣと液晶用コネクタＣＣとを備える。尚、上ケース７２には、光源用ハーネス１４及び液晶用ハーネス５６をそれぞれ光源用コネクタＳＣ及び液晶用コネクタＣＣに接続させるための孔ＳＨ、ＣＨが設けられている。

以下、本実施形態におけるプロジェクタ２００の組み付けについて説明する。まず、ケース本体部材のうち、下ケース７１には、プロジェクタ２００の各機構である照明装置１０、ビーム伸張装置２０、及び投射光学ユニット１００を組み付けるための溝、孔等が形成されており、各機構は、それぞれ下ケース７１の該当箇所に組み付けられる。例えば、投射光学ユニット１００は、組み付け用のつば７を有している。下ケース７１に設けられた孔ＨＬに投射光学ユニット１００を差し込むと、つば７が下ケース７１の孔ＨＬの周囲に当接して投射光学ユニット１００の固定位置が決まる。つば７をねじＳＳによって下ケース７１にねじ止めすることで投射光学ユニット１００が固定される。また、固定部材２３は、ねじＳ１によって下ケース７１に固定される。また、基板１２及び冷却フィン１５は、ねじＳ２によって下ケース７１に固定される。各機構が、下ケース７１に組み付けられた後、上ケース７２が蓋となって機構全体がカバーされる。上ケース７２は、ねじＳ３によって下ケース７１に固定される。この際、配線用の器材である光源用ハーネス１４及び液晶用ハーネス５６は、それぞれ上ケース７２に設けられている孔ＳＨ、ＣＨを介して上ケース７２の外部へ引き出される。さらに、回路基板７３がねじＳ４を利用した固定によって上ケース７２に組み付けられ、光源用ハーネス１４と液晶用ハーネス５６とが、回路基板７３上の光源用コネクタＳＣと液晶用コネクタＣＣとにそれぞれ接続される。

以下、図５を用いて、光路の順を追って本実施形態におけるプロジェクタ２００の機能を説明する。ＬＥＤ１６から射出された光源光ＳＬが、まず、照明光形成光学系１７によって光束断面内で均一化されることにより、照明光ＥＬが形成される。照明光ＥＬは、ビーム伸張装置２０の伸張レンズ２２によって光学的伸張が行われる。即ち、投射すべき画像の形状に合わせて縮尺比が調整される。光学的に伸張された照明光ＥＬは、投射光学ユニット１００の液晶ライトバルブユニット５０によって、液晶用ハーネス５６から電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整され、像光ＭＬとして射出される。射出された像光ＭＬは、投射レンズ１によって投射光ＰＬとしてスクリーン等に投影され、当該スクリーン上に所望の拡大率の画像が表示される。

尚、本実施形態では、ビーム伸張装置２０を設けているが、液晶ライトバルブユニット５０の画像部の形状と実際の投影画像の形状との関係等によっては光学的伸張の必要性がない場合もある。この場合、ビーム伸張装置２０は不要となる。

本実施形態では、投射光学ユニット１００を用いることにより、各機構１０、２０、１００の下ケース７１等への組み付けの際に、高精度のものが必要とされる液晶ライトバルブユニット５０と投射レンズ１とのアライメントを行わなくてよい。従って、プロジェクタ２００の組み立て作業が容易となる。

第１実施形態に係る投射光学ユニットを説明するための断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態の投射光学ユニットの液晶ライトバルブユニットを説明するための正面図及び断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、第１実施形態に係る投射光学ユニットの取り付け構造を説明するための断面図である。 第２実施形態に係るプロジェクタの構造を説明するための分解斜視図である。 第２実施形態に係るプロジェクタを説明するための断面図である。

符号の説明

１００…投射光学ユニット、 ５０…液晶ライトバルブユニット、 １…投射レンズ、 ２…ユニット部材、 ３…鏡筒部、 ４…取付部、 ５…基準面、 ６…ピン、 ７…つば、 ７０…液晶パネル本体、 ５１、５２…ガラス基板、 ５３…液晶表示層、 ５４…枠体、 ５５…ホルダ、 ５６…液晶用ハーネス、 ＨＡ…穴、 ２００…プロジェクタ、 １０…照明装置、 ２０…ビーム伸張装置、 ７０…収納部

Claims (9)

1. 入射する照明光によって照明される被照明対象であり、前記照明光から像光を形成する光変調装置と、
   前記光変調装置を経た前記像光を投射する投射光学系と、
   前記光変調装置と前記投射光学系とをアライメントした状態で保持することによって一体化するユニット部材と
   を備える投射光学ユニット。
2. 前記ユニット部材は、前記投射光学系を保持する鏡筒部と、当該鏡筒部の一端に設けられて、前記光変調装置を支持する取付部とを備えることを特徴とする請求項１記載の投射光学ユニット。
3. 前記取付部は、前記光変調装置を当該取付部に対して着脱可能に固定するねじ機構を含むことを特徴とする請求項２記載の投射光学ユニット。
4. 前記取付部は、前記光変調装置を当該取付部に対して着脱可能に固定するフック機構を含むことを特徴とする請求項２記載の投射光学ユニット。
5. 前記取付部に支持される前記光変調装置をアライメントするアライメント手段をさらに備えることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項記載の投射光学ユニット。
6. 前記アライメント手段は、ピン留め型嵌合部及び切欠き型嵌合部のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５記載の投射光学ユニット。
7. 前記光変調装置は、入射する照明光の変調を行う液晶パネルと、サイズ及び形状の調整用の枠体と、前記枠体に前記液晶パネルを固定するための固定手段とを一体ユニット化した液晶ライトバルブユニットを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の投射光学ユニット。
8. 前記液晶ライトバルブユニットは、円柱形又は円板形であることを特徴とする請求項７記載の投射光学系ユニット。
9. 照明光を射出する照明装置と、
   前記照明装置から射出される照明光から投射光を形成して投射する請求項１から請求項８のいずれか一項記載の投射光学ユニットと
   を備えるプロジェクタ。

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