JP2006284388A - ロータリーエンコーダの絶対値検出回路及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常のロータリーエンコーダを用いて、特定の位置を基準とする回転方向と回転量の絶対値の検出を可能にする。
【解決手段】 開示されるロータリーエンコーダの絶対値検出回路は、回転方向／回転量検出部１と、カウンタ２と、最大値検出部３と、レジスタ４とを備え、ロータリーエンコーダをカウンタ２の値が減少する方向に振り切ったときその値を０にし、ロータリーエンコーダをカウンタ２の値が増加する方向に振り切ったときのカウンタ２の最大値をレジスタ４に設定して、０と最大値との間に設定された基準値に基づいてロータリーエンコーダの出力値の変化の絶対値を検出する際に、最大値検出部３に、正常増加判定部３３を設けて、出力値の正常増加の判定を条件として、最大値検出部３においてロータリーエンコーダの出力値の最大値を検出するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、フェーダー回路等において、アブソリュートエンコーダの代わりにロータリーエンコーダを用いて、回転方向や回転量についての絶対的な値を得ることが可能な、ロータリーエンコーダの絶対値検出回路及び方法に関する。

ロータリーエンコーダは、金属その他の材質からなる回転円板に円周に沿って等しい間隔でスリットを設けたものであって、スリットの位置を磁気的または光学的に検出することによって、回転円板を回転させたときの角変位を検出できるようにしたものであって、回転量の相対的な情報のみが得られる通常のロータリーエンコーダ（インクレメンタルエンコーダ）と、特定の位置を基準として回転量の絶対的な情報を得ることが可能なアブソリートエンコーダとがある。

図２は、通常のロータリーエンコーダの一構成例を示したものであって、回転円板１００の異なる円周上に設けられた、異なる間隔のスリット列１０１，１０２に対して、それぞれ検出用センサ１０３，１０４を設け、回転円板１００に設けられたハンドル（フェーダー）１０５によって、回転円板１００をＡ方向またはＢ方向に回転させることができるように構成されている。

図２に示されたロータリーエンコーダでは、フェーダー１０５によって回転円板１００をＤ方向またはＵ方向に回転させたとき、検出用センサ１０３，１０４から同期して出力される異なる波形のＡｃｈの出力パルス列とＢｃｈの出力パルス列とを比較することによって、回転円板１００の回転方向を検出するとともに、Ａｃｈの出力パルス列によって、回転円板１００の回転量を検出することができる。

図３は、通常のロータリーエンコーダの他の構成例を示したものであって、回転円板２００の異なる円周上に設けられた、異なる間隔のスリット列２０１，２０２に対して、それぞれ検出用センサ２０３，２０４を設けるとともに、フェーダー円板２０６に設けられたフェーダー２０７によって、フェーダー円板２０６をＤ方向またはＵ方向に回転させることができるようにし、フェーダー円板２０６を回転させたとき、その回転軸に取り付けられたプーリー２０８の回転をベルト２０９を介して、回転円板２００の回転軸に取り付けられたプーリー２０５を同じ方向に回転させることができるように構成されている。

図３に示されたロータリーエンコーダでは、フェーダー２０７によってフェーダー円板２０６をＤ方向またはＵ方向に回転させたとき、フェーダー円板２０６の回転によってベルト２０９を介して伝達された回転円板２００の回転に基づいて、検出用センサ２０３，２０４から同期して出力される異なる波形のＡｃｈの出力パルス列とＢｃｈの出力パルス列とを比較することによって、ロータリーエンコーダ１１の回転方向を検出するとともに、Ａｃｈの出力パルス列によって、回転円板１００の回転量を検出することができる。
図３に示されたロータリーエンコーダの場合、プーリー２０５，２０６の径の選択によって、回転円板２００を１回転以上回転させることが可能であり、従って、図２に示されたロータリーエンコーダと比較して、同じ回転方向で、より広い範囲の回転量を検知することができる。

また、特許文献１においては、回転シヤフトに固定された回転ディスクと、回転ディスクに対して空隙を介して対向配置された磁気式または光学式のセンサヘッドで構成された検出部と、検出部から出力される信号を位置データに処理する信号処理部とを備え、信号処理部から得られた位置データを出力する絶対値エンコーダにおいて、信号処理部にはデータ読み書き可能な不揮発性の記憶手段が実装され、記憶手段は、信号処理部外からデータの読み書き可能な外部読み書き手段を有することによって、検出信号のリニアリティと絶対値精度とを向上したアブソリュートエンコーダが記載されている。

また、特許文献２においては、電源遮断時にエンコーダの座標を記憶し、電源再投入時に可動部の位置を記憶して、可動部を任意の方向に移動させてエンコーダがゼロ相信号を発生したときエンコーダの座標を検出し、電源遮断時の座標から可動部をその方向に移動させたとき最初にゼロ相信号が発生する予定位置までの距離を算出し、電源再投入時の位置からゼロ相信号が発生した座標までの距離を算出することによって、算出した両距離および可動部の移動方向に基づいて、ゼロ相信号が発生した座標が、電源遮断時の座標からエンコーダのゼロ相信号間隔の±１／２以内のゼロ相信号位置またはその前後のゼロ相信号位置のいずれであるかを判定することによって、安価なインクリメンタルエンコーダを使用して、高価なアブソリュートエンコーダを使用した場合と同様に、電源投入後における可動部の原点復帰動作を省略できるようにすることが記載されている。
特開２００４−３１７４１１ 特開２００１−０２２４１５

通常のロータリーエンコーダでは、回転量の相対的な情報を得ることはできるが、特定の位置を基準とした回転量の絶対的な情報を得ることはできない。
また、特許文献１に記載されて技術では、高価なアブソリュートエンコーダを使用することが必要であって、安価な通常のエンコーダを使用することはできない。
さらに、特許文献２に記載された技術によれば、通常のロータリーエンコーダを使用して、高価なアブソリュートエンコーダを使用した場合と同様に、電源投入後における可動部の原点復帰動作を省略することができるが、そのために複雑な制御装置を使用しなければならないという問題がある。

この発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、安価な通常のロータリーエンコーダを使用して、高価なアブソリュートエンコーダを使用した場合と同様に、特定の位置を基準とする回転方向と回転量の絶対値を検出することができるとともに、検出誤差の累積によってエンコーダの物理的位置との誤差が徐々に増大することを防止することが可能であり、しかも簡単な構成で実現可能な、ロータリーエンコーダの絶対値検出回路及び方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明はロータリーエンコーダの絶対値検出回路に係り、ロータリーエンコーダの回転方向と回転量とを検出する回転方向／回転量検出手段と、上記回転方向と回転量とから上記ロータリーエンコーダの出力値を計数するカウンタ手段と、上記カウンタ手段の出力値を保持するレジスタ手段と、上記ロータリーエンコーダの出力値の最大値を保持する最大値検出手段とを備え、ロータリーエンコーダを上記カウンタ手段の値が減少する方向に振り切ったとき上記カウンタ手段の値を０にしたのち、ロータリーエンコーダを上記カウンタ手段の値が増加する方向に振り切ったときの上記カウンタ手段の最大値を上記レジスタ手段に設定することによって、上記０と上記レジスタ手段の最大値との間に設定された基準値に基づいて上記ロータリーエンコーダの回転に伴う出力値の変化の絶対値を検出するロータリーエンコーダの絶対値検出回路において、上記最大値検出手段に、ロータリーエンコーダの出力値が正常に増加したものであるか否かを判定する正常増加判定手段を設けて、上記正常増加の判定を条件として、上記最大値検出手段において上記ロータリーエンコーダの出力値の最大値を検出することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のロータリーエンコーダの絶対値検出回路に係り、上記最大値検出手段が、上記回転方向／回転量検出手段で検出されたエンコーダの回転方向と回転量とから上記ロータリーエンコーダの出力値を計数する第２のカウンタ手段と、上記ロータリーエンコーダの出力値の最大値を保持する第２のレジスタ手段と、上記第２のカウンタ手段の値が上記第２のレジスタ手段に保持されている最大値を超えたことを判定する比較手段とを有し、該比較手段において最大値を超えたことの判定が行われたとき、上記第２のレジスタ手段に保持されている最大値を上記第２のカウンタ手段の値によって更新することを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のロータリーエンコーダの絶対値検出回路に係り、上記正常増加判定手段が、回転方向／回転量検出手段の出力における上記ロータリーエンコーダの回転量が単調に増加したことと、ロータリーエンコーダ出力値が増加方向に変化した場合と減少方向に変化した場合とで、ロータリーエンコーダ出力値の始点，終点の値に変化がなかったこととの判定結果によって、上記ロータリーエンコーダの出力値の正常増加を判定することを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一記載のロータリーエンコーダの絶対値検出回路に係り、上記基準値が、上記ロータリーエンコーダの出力値を利用する制御装置において認識されていて、上記制御装置側において、上記基準値に基づいて上記ロータリーエンコーダの出力値の変化の絶対値を検出することを特徴としている。

また、請求項５記載の発明はロータリーエンコーダの絶対値検出方法に係り、ロータリーエンコーダの回転方向と回転量とを検出して、上記回転方向と回転量とから回転に伴う上記ロータリーエンコーダの出力値をカウンタ手段に計数しながら、ロータリーエンコーダを上記カウンタ手段の値が減少する方向に振り切ったとき上記カウンタ手段の値を０にするとともに、次に、ロータリーエンコーダを上記カウンタ手段の値が増加する方向に振り切ったときの上記カウンタ手段の最大値をレジスタ手段に設定することによって、上記０と上記レジスタ手段の最大値との間に設定された基準値に基づいて上記ロータリーエンコーダの回転に伴う出力値の変化の絶対値を検出するロータリーエンコーダにおいて、上記ロータリーエンコーダの出力値が正常に増加したものであるか否かを判定して、該正常増加の判定を条件として、上記レジスタ手段に上記カウンタ手段の出力値の最大値を設定することを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項５記載のロータリーエンコーダの絶対値検出方法に係り、上記ロータリーエンコーダの出力値の正常増加の判定が、上記ロータリーエンコーダの回転量が単調に増加したことと、ロータリーエンコーダ出力値が増加方向に変化した場合と減少方向に変化した場合とで、ロータリーエンコーダ出力値の始点，終点の値に変化がなかったこととの判定によって行われることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載のロータリーエンコーダの絶対値検出方法に係り、上記基準値を、上記ロータリーエンコーダの出力値を利用する制御装置において認識して、上記制御装置側において、上記基準値に基づいて上記ロータリーエンコーダの出力値の変化の絶対値を検出することを特徴としている。

本発明のロータリーエンコーダの絶対位置検知回路及び方法によれば、通常のロータリーエンコーダを使用して、アブソリュートエンコーダを使用した場合と同様に、特定の位置を基準とする回転方向と回転量の絶対値を検出することができるとともに、検出誤差の累積によってエンコーダの物理的位置との誤差が徐々に増大することを防止することが可能である。

この発明のロータリーエンコーダの絶対位置検知回路は、ロータリーエンコーダの回転方向と回転量とを検出する回転方向／回転量検出手段と、回転方向と回転量とからロータリーエンコーダの出力値を計数するカウンタ手段と、カウンタ手段の出力値を保持するレジスタ手段と、ロータリーエンコーダの出力値の最大値を保持する最大値検出手段とを備え、ロータリーエンコーダをカウンタ手段の値が減少する方向に振り切ったときカウンタ手段の値を０にしたのち、ロータリーエンコーダをカウンタ手段の値が増加する方向に振り切ったときのカウンタ手段の最大値をレジスタ手段に設定することによって、０とレジスタ手段の最大値との間に設定された基準値に基づいてロータリーエンコーダの回転に伴う出力値の変化の絶対値を検出するロータリーエンコーダの絶対値検出回路において、最大値検出手段に、ロータリーエンコーダの出力値が正常に増加したものであるか否かを判定する正常増加判定手段を設けて、正常増加の判定を条件として、最大値検出手段においてロータリーエンコーダの出力値の最大値を検出するものである。

図１は、この発明の一実施例であるロータリーエンコーダの絶対位置検知回路の構成を示すブロック図である。

この例のロータリーエンコーダの絶対値検出回路は、図１に示すように、回転方向／回転量検出部１と、カウンタ２と、最大値検出部３と、レジスタ４とから概略構成されている。
また、最大値検出部３は、カウンタ３１と、正常増加判定部３２と、比較部３３と、ゲート３４と、レジスタ３５とから構成されている。

回転方向／回転量検出部１は、ロータリーエンコーダ１１からのＡｃｈの出力パルス列とＢｃｈの出力パルス列とを比較することによって、ロータリーエンコーダ１１のＤ／Ｕの回転方向に対応する出力値の＋／−の変化方向を示す回転方向信号を出力するとともに、ロータリーエンコーダ１１のＡｃｈの出力パルス列によって、パルス数で示されるロータリーエンコーダ１１の角度変位の変化量（以下、回転量ともいう）信号を出力する。
カウンタ２は、ロータリーエンコーダ１１の回転量を示すパルス数を回転方向に応じて増減しながら積算して保持する。カウンタ２の値は、ロータリーエンコーダ１１の回転角変位が発生するごとに更新されるるとともに、電源遮断時クリアされる。

最大値検出部３において、カウンタ３１はロータリーエンコーダ１１の回転量を示すパルス数を回転方向に応じて増減しながら積算して保持する。
正常増加判定部３２は、カウンタ３１の値が正常に増加したことを判定して出力を発生する。比較部３３は、カウンタ３１の値とレジスタ３５に保持されている値とを比較して、カウンタ３１の値が大きいとき、出力を発生する。ゲート３４は、正常増加判定部３２と比較部３３がともに出力を発生したとき、カウンタ３１の値をレジスタ３５に入力する。レジスタ３５は、ゲート３４から出力されたカウンタ３１の値を保持する。

次に、図１を参照して、この例のロータリーエンコーダの絶対値検出回路の動作を説明する。なお、説明の順序として、最初、最大値検出部３に正常増加判定部３３がない場合、すなわち、従来装置と同様の構成の場合の動作を説明する。

ロータリーエンコーダ１１におけるフェーダーの回転量を示す出力値は、通常、フェーダーを出力値が減少する方向（以下Ｄ方向とする）に最大に倒したとき０となり、出力値が増加する方向（以下Ｕ方向とする）に最大に倒したとき最大値となるようにする。
ロータリーエンコーダ１１の出力値から回転量の絶対値を検出するための基準値は、動作中は、ロータリーエンコーダ１１の出力を利用する表示装置等の側の制御装置（不図示）に保持されているが、制御装置の電源が遮断されたときは、この基準値の情報は消失する。
ロータリーエンコーダ１１に対するフェーダー回路では、電源投入時にリセット動作を行うことによって、基準位置を制御装置内に設定しなおすようにする。

電源投入時、制御装置では、そのときのフェーダーの位置に無関係に、カウンタ３１におけるロータリーエンコーダ１１の出力値を０にセットする。
この状態から、フェーダーをカウンタ３１の値が増加する方向（Ｕ方向）に傾ける。これによって、比較部３２で、カウンタ３１の値がレジスタ３５に記録されている前回の値より増加したことが検出されたとき、カウンタ３１の値によってレジスタ３５の記録を更新する。フェーダーをＵ方向に振り切ったとき、レジスタ３５におけるロータリーエンコーダ１１の出力の最大値が確定する。
このとき、最大値の値が、予め定められている値（例えば１００）を超えていない場合は、リセット動作は完了しない。

その後、フェーダーをロータリーエンコーダ１１の出力値が減少する方向（Ｄ方向）に倒すとカウンタ２の値が減少する。フェーダーを電源投入時のフェーダー位置を超えて動かした場合、カウンタ２の値はマイナスになる。
制御装置は、カウンタ２の値がマイナスになるたびにカウンタ２の値を０にリセットする。そして，フェーダーがＤ方向に振り切れるまでこのような動作を繰り返すことによって、フェーダーがＤ方向に振り切れた状態で、最終的にカウンタ２の値が０にセットされる。

その後、再度、Ｕ方向にフェーダーを倒すことによって、カウンタ３１の値は増加し始める。カウンタ３１の値がレジスタ３５に記録されている最大値を超えたとき、レジスタ３５の最大値をカウンタ３１の値によって更新する。
このとき、Ｕ方向に振り切った状態でレジスタ３５の値が予め決められている値（例えば１００）を超えていれば、レジスタ３５における最大値を確定してリセット動作を終了する。

リセット動作完了後は、常時、カウンタ２の値を監視して、レジスタ３５に保持されている最大値を超えた場合およびマイナスの値が現われた場合、カウンタ２の値をレジスタ３５に保持された値または０に修正しながら動作を続ける。

次に、この例のロータリーエンコーダの絶対値検出回路において、最大値検出部３に正常増加判定部３３を設けた場合の動作について説明する。
正常増加判定部３３を設けた場合には、レジスタ３５における最大値の更新は、比較部３２において、カウンタ３１の値がレジスタ３５に保持されている最大値を超えた場合であって、かつ正常増加判定部３３で、カウンタ３１の値が正常に増加したものであることが判定された場合にのみ行われる。

ここで、カウンタ３１の値が正常に増加した場合とは、カウンタ３１の値が単調に増加するようにフェーダーが操作された場合であって、かつカウンタ３１の値の変化がフェーダーをＵ方向に振った場合とＤ方向に振った場合とで、その始点，終点の値に変化がなかった場合を指している。

さらに詳細に説明すれば、フェーダーの操作に基づくカウンタ３１の始点，終点の値の変化とは、例えば、Ｕ方向に操作してカウンタ３１が１００をカウントしたが、そこからＤ方向に操作したときカウント値の変化が−９９であって、そのためフェーダーがＤ方向に振り切っているにかかわらず、カウンタ３１の値が０にならずに１になったような場合を指している。このような場合は、フェーダーの操作を繰り返すことによって、誤差が集積して、０となるべき位置のフェーダー出力値が次第に変化し、結果的にロータリーエンコーダの基準位置がずれることになるので、このような状態の発生を防止することが必要である。

このように、この例のロータリーエンコーダの絶対値検出回路では、ロータリーエンコーダ１１の出力最大値を検出する際に、ロータリーエンコーダ１１の出力値が正常に増加したことを判定した場合にのみ、レジスタに保持されている出力最大値を更新するようにしたので、不適切なフェーダー操作や、最大値検出時の検出誤差等に基づくロータリーエンコーダ１１の最大値の変動を防止して、ロータリーエンコーダ１１の基準位置を安定に保つことができるので、ロータリーエンコーダ１１による回転量の検出を常に正しく行うことができるようになる。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、ロータリーエンコーダによって検出すべき回転量の範囲は、ロータリーエンコーダの構造の選定によって任意に設定することができ、例えば、図３に示されたような構造の場合は、回転量が１回転以上になってもよい。これによって、ロータリーエンコーダによって検出すべき角度変位の精度をより向上させることが可能になる。このような構造は、図３に示されたベルト結合の場合に限らず、バックラッシュがないギヤ結合であってもよい。

開示したロータリーエンコーダの絶対値検出回路の発明は、ロータリーエンコーダによる角度変位量の検出信号を利用する各種の装置に利用することが可能であり、安価な通常のロータリーエンコーダを使用して、高価なアブソリュートエンコーダを使用したのと同等の効果を得ることができる。

本発明の一実施例であるロータリーエンコーダの絶対値検出回路の構成を示すブロック図である。 通常のロータリーエンコーダの一構成例を示す図である。 通常のロータリーエンコーダの他の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 回転方向／回転量検出部（回転方向／回転量検出手段）
２ カウンタ（カウンタ手段）
３ 最大値検出部（最大値検出手段）
３１ カウンタ（第２のカウンタ手段）
３２ 比較部（比較手段）
３３ 正常増加判定部（正常増加判定手段）
３４ ゲート
３５ レジスタ（第２のレジスタ手段）
４ レジスタ（レジスタ手段）

Claims (7)

1. ロータリーエンコーダの回転方向と回転量とを検出する回転方向／回転量検出手段と、前記回転方向と回転量とから前記ロータリーエンコーダの出力値を計数するカウンタ手段と、前記カウンタ手段の出力値を保持するレジスタ手段と、前記ロータリーエンコーダの出力値の最大値を保持する最大値検出手段とを備え、ロータリーエンコーダを前記カウンタ手段の値が減少する方向に振り切ったとき前記カウンタ手段の値を０にしたのち、ロータリーエンコーダを前記カウンタ手段の値が増加する方向に振り切ったときの前記カウンタ手段の最大値を前記レジスタ手段に設定することによって、前記０と前記レジスタ手段の最大値との間に設定された基準値に基づいて前記ロータリーエンコーダの回転に伴う出力値の変化の絶対値を検出するロータリーエンコーダの絶対値検出回路において、前記最大値検出手段に、ロータリーエンコーダの出力値が正常に増加したものであるか否かを判定する正常増加判定手段を設けて、前記正常増加の判定を条件として、前記最大値検出手段において前記ロータリーエンコーダの出力値の最大値を検出することを特徴とするロータリーエンコーダの絶対値検出回路。
2. 前記最大値検出手段が、前記回転方向／回転量検出手段で検出されたエンコーダの回転方向と回転量とから前記ロータリーエンコーダの出力値を計数する第２のカウンタ手段と、前記ロータリーエンコーダの出力値の最大値を保持する第２のレジスタ手段と、前記第２のカウンタ手段の値が前記第２のレジスタ手段に保持されている最大値を超えたことを判定する比較手段とを有し、該比較手段において最大値を超えたことの判定が行われたとき、前記第２のレジスタ手段に保持されている最大値を前記第２のカウンタ手段の値によって更新することを特徴とする請求項１記載のロータリーエンコーダの絶対値検出回路。
3. 前記正常増加判定手段が、回転方向／回転量検出手段の出力における前記ロータリーエンコーダの回転量が単調に増加したことと、ロータリーエンコーダ出力値が増加方向に変化した場合と減少方向に変化した場合とで、ロータリーエンコーダ出力値の始点，終点の値に変化がなかったこととの判定結果によって、前記ロータリーエンコーダの出力値の正常増加を判定することを特徴とする請求項１又は２記載のロータリーエンコーダの絶対値検出回路。
4. 前記基準値が、前記ロータリーエンコーダの出力値を利用する制御装置において認識されていて、前記制御装置側において、前記基準値に基づいて前記ロータリーエンコーダの出力値の変化の絶対値を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一記載のロータリーエンコーダの絶対値検出回路。
5. ロータリーエンコーダの回転方向と回転量とを検出して、前記回転方向と回転量とから回転に伴う前記ロータリーエンコーダの出力値をカウンタ手段に計数しながら、ロータリーエンコーダを前記カウンタ手段の値が減少する方向に振り切ったとき前記カウンタ手段の値を０にするとともに、次に、ロータリーエンコーダを前記カウンタ手段の値が増加する方向に振り切ったときの前記カウンタ手段の最大値をレジスタ手段に設定することによって、前記０と前記レジスタ手段の最大値との間に設定された基準値に基づいて前記ロータリーエンコーダの回転に伴う出力値の変化の絶対値を検出するロータリーエンコーダにおいて、前記ロータリーエンコーダの出力値が正常に増加したものであるか否かを判定して、該正常増加の判定を条件として、前記レジスタ手段に前記カウンタ手段の出力値の最大値を設定することを特徴とするロータリーエンコーダの絶対値検出方法。
6. 前記ロータリーエンコーダの出力値の正常増加の判定が、前記ロータリーエンコーダの回転量が単調に増加したことと、ロータリーエンコーダ出力値が増加方向に変化した場合と減少方向に変化した場合とで、ロータリーエンコーダ出力値の始点，終点の値に変化がなかったこととの判定によって行われることを特徴とする請求項５記載のロータリーエンコーダの絶対値検出方法。
7. 前記基準値を、前記ロータリーエンコーダの出力値を利用する制御装置において認識して、前記制御装置側において、前記基準値に基づいて前記ロータリーエンコーダの出力値の変化の絶対値を検出することを特徴とする請求項５又は６記載のロータリーエンコーダの絶対値検出方法。

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