JP2007184049A - トラッキングエラー検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度ディスクやアシンメトリの大きいディスクでも、安定かつ正確にＤＰＤ法によるトラッキングエラー及びその信号を検出できる回路、及び安定的なトラッキングサーボ動作を実現する光ディスク装置を提供する。
【解決手段】本光ディスク装置のトラッキングエラー（ＴＥ）検出回路１００は、レベルコンパレータ回路７，９に対するスライスレベル制御回路８，１０を設ける。スライスレベル制御回路８，１０では、レベルコンパレータ回路７，９による２値信号（ｄ１，ｄ２）のＨｉ期間とＬｏ期間が同じになるように、レベルコンパレータ回路７，９のスライスレベルを自動的に追従させるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のディスクを駆動する光ディスク装置の技術に関し、特に、高密度記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）ディスク等に対するトラッキングエラー（ＴＥと略称する）検出に好適な回路及びそのＩＣ（半導体集積回路装置）に関する。

情報データを光ディスク上に記録した媒体としてＤＶＤ等がある。これらの光ディスクの情報データを再生する場合、ディスク上の所定のトラックに光ビームを追従させるトラックサーボ（トラッキングサーボ）や、光ビームの焦点を光ディスク上に合わせるフォーカスサーボや、ディスクの回転速度を所定の値に保つ速度サーボ等の各種制御がなされる。

トラックサーボを行うためのトラッキングエラー信号（ＴＥ信号）の検出方法として、ＲＯＭディスクの場合、即ちデータ再生でＴＥ検出の場合には、ＤＰＤ（Differential Phase Detection）法と呼ばれる検出方式（位相差検出方法）が一般的に用いられる。

ＤＰＤ法と呼ばれるＴＥ信号の検出方式では、情報が記録されたディスクからの反射光を、複数に分割された光電変換素子の中央部に入射して、これら複数チャンネルからの信号を得る。そして、これらの信号間の位相差を検出することによって、ＴＥ信号を検出するものである。

本発明の前提技術となるＤＰＤ法の一般的な構成要素とその動作の一例は下記の通りである。ディスクからの反射光をもとに、４分割された光電変換素子の対角する２チャンネルの信号を加算した２つ（２系統）の信号を得る。そして、この２つの信号をそれぞれイコライザにより高周波成分を強調した後、レベルコンパレータ回路（２値化回路ともいう）で２値信号化する。そして、位相比較回路で、前記２つの信号（２値信号）の立ち上がりエッジ間位相差と立ち下がりエッジ間位相差を検出する。そして、検出した信号の周波数帯域をフィルタで制限して低周波成分のＴＥ信号を取り出す。

なお、上記のようなＤＰＤ法によるＴＥ信号検出の従来技術例としては、特開２００１−２６６３７３号公報（特許文献１）や特開２００２−２５０８３号公報（特許文献２）に記載がある。
特開２００１−２６６３７３号公報（図１） 特開２００２−２５０８３号公報（図４）

ところで、光ディスク装置では、対象ディスクとして、近年ＤＶＤ用の赤色レーザより波長の短い青紫色レーザを使ったＨＤ（High Definition）対応の高密度ディスクが出現し大容量化している。高密度化の結果、信号全体の振幅低下と共に、短いパターンの信号での振幅がさらに低下している。このように信号の振幅が小さいことに加え、さらにアシンメトリディスク（振幅の大きい長いパターンの信号中心と振幅の小さい短いパターンの信号中心とが一致しないディスク）の場合には、再生信号の２値化（前記レベルコンパレータ回路で行われる処理）が困難になる。この２値化を誤ると、ＴＥ信号検出感度の低下や検出誤差（ズレ）の増大を招くことになり、正確で安定なＴＥ信号を検出することができなくなる。

本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、特に前記２値化を誤らないようにして、高密度ディスクやアシンメトリの大きいディスク等でも、安定かつ正確にＤＰＤ法によるＴＥ（ＴＥ信号）検出できる回路、及び安定的なトラッキングサーボ動作を実現できる光ディスク装置を提供することである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。前記目的を達成するために、本発明は、ディスク装置に備える駆動制御回路として特にＴＥ検出回路の技術であって、以下に示す技術的手段を備えることを特徴とする。

本発明のＴＥ検出回路では、レベルコンパレータ回路（２値化回路）のスライスレベルを制御するスライスレベル制御手段を設ける。スライスレベル制御手段により、レベルコンパレータ回路のスライスレベルを自動的に最適レベルになるように追従させるようにする。即ち、スライスレベル制御手段により、レベルコンパレータ回路による２値信号の波形のＨｉ（High）期間とＬｏ（Low）期間の比率が同じ乃至近くになるように、換言すればデューティー比≒５０％になるように、フィードバック制御する。

例えば、本光ディスク装置は、光ディスクに形成されたトラック列に対しレーザ光を照射してその反射光により前記光ディスクに記録されている情報データの読み取りを行うピックアップ等の手段と、前記反射光を検出するための光電変換手段とを有する。本ＴＥ検出回路は、光電変換手段からの複数の系統の信号の間の位相差を検出する位相差検出回路と、位相差検出回路（特に位相比較回路）に入力する複数の系統の信号をそれぞれ２値信号に変換するレベルコンパレータ回路と、レベルコンパレータ回路の出力信号を用いてレベルコンパレータ回路のスライスレベルを補正して所定の前記２値信号を得るためのスライスレベル制御回路と、位相差検出回路（特に位相比較回路）の出力を帯域制限する低域濾波器（ＬＰＦ）とを有する。スライスレベル制御回路は、前記スライスレベルの補正により、レベルコンパレータ回路の出力２値信号のＨｉ期間とＬｏ期間が同じ又は近づくようにする。換言すれば、レベルコンパレータ回路の正相入力端子の信号中心の電圧（Ｖ１）に対し、逆相入力端子の基準電圧（Ｖ２）が等しくなるようにスライスレベル制御回路が動作する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。本発明によれば、ＴＥ検出回路で前記２値化を誤らないようにして、高密度ディスクや更に高密度記録でアシンメトリの大きいディスク等の再生に対しても、安定かつ正確にＤＰＤ法によるＴＥ（ＴＥ信号）検出が可能となる。従って、このＴＥ検出回路を用いた光ディスク装置では、安定的なトラッキングサーボ動作が実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。図１〜図５は、本実施の形態を説明するためのものである。

図１は、本発明の一実施の形態における光ディスク装置の一部分として、ＤＰＤ法によるＴＥ検出回路１００部分の構成を示す。ＴＥ検出回路１００は、入力側で光電変換素子１と接続されており、出力側で出力端子１５からＴＥ信号を出力する。図１中、例えば光電変換素子１を除く部分がＴＥ検出回路ＩＣとして実装される（もしくは他の回路と一緒にＩＣとして実装される）。光電変換素子１は、図示しない光ディスクのデータ読み出し部、即ちレーザ部及びピックアップ部などを通じて、光ディスクからの反射光を入射する。

ＴＥ検出回路１００は、順に、加算回路３，４、イコライザ回路５，６、レベルコンパレータ回路７，９、スライスレベル制御回路８，１０（以上、２系統を有する）、位相比較回路１１、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１２，１３、減算回路１４、出力端子１５を有する。ＴＥ検出回路１００は、ＤＰＤ法による位相差検出回路、即ち位相比較回路１１及びレベルコンパレータ回路７，９等の部分に対応する回路、を内包したものである。

図１を参照しながら、光ディスクの記録情報の再生時の信号の流れと共に、各部の動作を説明する。前記光ディスクから反射された光は、４分割されている光電変換素子１の中央部に光ビームスポット２として照射される。４チャンネル｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ｝に分割されている光電変換素子１のうち対角する２チャンネルの信号、即ちＡとＣが、加算回路３で加算され、またＢとＤが、加算回路４で加算される。２系統の加算回路３，４の出力（Ａ＋Ｃ，Ｂ＋Ｄ）は、それぞれ対応するイコライザ回路５，６により信号の高周波成分が強調される。それら２系統の信号（ｓ１，ｓ２）が後段のレベルコンパレータ回路７，９に入力されてそれぞれ２値化され、それら２系統の２値信号（ｄ１，ｄ２）が位相比較回路１１に入力される。位相比較回路１１では、入力された２つの信号（２値信号ｄ１，ｄ２）の位相差情報（φＡとφＢ）が検出され、第１入力進み信号（φＡ：第１比較出力）と第２入力進み信号（φＢ：第２比較出力）として出力される。

図２は、位相比較回路１１の動作を説明するための波形図である。（Ａ＋Ｃ）信号は、４分割の光電変換素子１のＡとＣの信号が加算された再生信号であり、同様に（Ｂ＋Ｄ）は４分割の光電変換素子１のＢとＤの信号が加算されたものである。（Ａ＋Ｃ）信号をレベルコンパレータ回路７で２値信号（ｄ１）としたものが、位相比較回路１１の第１入力となり、同様に（Ｂ＋Ｄ）信号をレベルコンパレータ回路９で２値信号（ｄ２）としたものが、位相比較回路１１の第２入力となる。位相比較回路１１では、第１入力（ｄ１）が第２入力（ｄ２）に対して位相が進んでいるときに、第１比較出力（φＡ）に位相差分のパルスが発生し、反対に第２入力が第１入力に対して位相が進んでいるときに第２比較出力（φＢ）に位相差分のパルスが発生するように動作する。

以上のように位相比較回路１１で検出された２つの位相差情報（φＡ，φＢ）は、それぞれ後段のＬＰＦ１２，１３によりデータ情報の高周波成分が除去されて低周波成分のみ取り出される。そして、後段の減算回路１４で２つの位相差成分（φＡ’，φＢ’）が減算され、出力端子１５でＴＥ信号として出力される。

特徴部分であるスライスレベル制御回路８，１０は、レベルコンパレータ回路７，９で入力信号を２値化する際にそのスライスレベルを最適値に制御するための回路である。

図３は、図１のレベルコンパレータ回路７，９とスライスレベル制御回路８，１０の具体構成例を示す回路である。位相差検出回路における２系統の回路で同様構成であるので一方のみ示している。レベルコンパレータ回路７，９は、正相入力端子２０、逆相入力端子２１、正相出力端子２２、逆相出力端子２３を有する。スライスレベル制御回路８，１０は、第１〜第４の抵抗２４〜２７、第１の増幅器２８、基準電圧端子３２、第５の抵抗２９、第２の増幅器３０、容量３１を有する。スライスレベル制御回路８，１０は、大きくは反転増幅器を２つ接続した構成である。

コンパレータ回路７，９の正相入力端子２０には、図１のイコライザ回路５，６の出力信号が供給され、逆相入力端子２１には、スライスレベル制御回路８，１０の出力が供給される。コンパレータ回路７，９では、正相入力端子２０に供給される再生信号が逆相入力端子２１に供給される基準信号と比較され、正相出力端子２２にＨｉ／Ｌｏによる２値信号（正相出力）として出力され、逆相出力端子２３には正相出力端子２２の逆相信号が逆相出力として出力される。これらの２値信号は、前記ｄ１，ｄ２として後段の位相比較回路１１に供給されると共に、スライスレベル制御回路８，１０の入力側にも供給される。

レベルコンパレータ回路７，９の正相出力端子２２の信号は、スライスレベル制御回路８，１０において、第１の抵抗２４を介して第１の増幅器２８の逆相入力端子（−）に供給され、また逆相出力端子２３の信号は、第２の抵抗２５を介して第１の増幅器２８の正相入力端子（＋）に供給される。第１の増幅器２８の出力は、第３の抵抗２６を介して第１の増幅器２８の逆相入力端子（−）に接続されており、第１の増幅器２８の正相入力端子（＋）は、第４の抵抗２７を介して基準電圧端子３２に接続されている。第１の増幅器２８の出力には、レベルコンパレータ回路７，９の正相出力と逆相出力の減算信号が、基準電圧端子３２の電圧（Ｖｒ）を基準とした信号として得られる。第１〜第４の抵抗２４〜２７の値がすべて同じでかつ第１の増幅器２８の利得（Ｇ１）が十分大きければ、これらによる反転増幅器の総合ゲインは１となる。

第１の増幅器２８の出力は、第５の抵抗２９に供給される。この信号は、第５の抵抗２９、第２の増幅器３０、及び容量３１から成る、ＬＰＦ特性の反転増幅器を介して、レベルコンパレータ回路７，９の逆相入力端子２１に供給される。

第２の増幅器３０の利得をＧ２とし、容量３１の容量値をＣとすると、容量３１（Ｃ）は、等価的に（１＋Ｇ２）倍の容量に見え、上記反転増幅器のＬＰＦ特性のカットオフ周波数は、この等価容量（１＋Ｇ２）と第５の抵抗２９の抵抗値Ｒで決まる。

図４は、図３の回路の各部の信号の波形図であり、これを用いて図３の回路の動作を説明する。図４（ａ）の信号２０ａは、レベルコンパレータ回路７，９の正相入力端子２０に供給される再生信号（ｓ１，ｓ２）の波形である。本例では、この信号２０ａを正弦波とし、その正弦波の中心電圧をＶ１としている。Ｖ２は、レベルコンパレータ回路７，９の基準電圧となる逆相入力端子２１の電圧であり、この電圧Ｖ２を基準として正相入力端子２０の信号が電圧比較される。

まず、電圧Ｖ２がＶ１よりも低い状態を考えると、レベルコンパレータ回路７，９の正相出力端子２２には、図４（ｂ）の信号２２ａで示されるように各サイクルでＨｉ期間（ｔＨ）がＬｏ期間（ｔＬ）より長い矩形波の信号（２値信号：ｄ１）が得られる。当然、逆相出力端子２３には、信号２２ａの逆相信号が得られる。第１の増幅器２８の出力には、図４（ｃ）の信号２８ａに示されるように、基準電圧端子３２の電圧（Ｖｒ）を中心にした、図４（ｂ）の信号２２ａの逆相の信号波形が得られる。この信号２８ａは、ＬＰＦ特性を受けるので、反転増幅器となる第２の増幅器３０の逆相入力端子（−）には、図４（ｃ）中の信号２９ａのように、信号２８ａの矩形波が平滑化された、基準電圧（Ｖｒ）よりも低い電圧（Ｖｓ）が得られる。この結果、反転増幅器となる第２の増幅器３０の出力電圧は上昇し、レベルコンパレータ回路７，９の基準電圧（Ｖ２）を上昇させる。基準電圧（Ｖ２）が上昇すると、レベルコンパレータ回路７，９の正相出力端子２２の信号２２ａの波形は、Ｈｉ期間（ｔＨ）とＬｏ期間（ｔＬ）が近づく（即ちｔＨが小さくｔＬが大きくなる）。最終的には、ｔＨ≒ｔＬ、即ち当該パルスのデューティー比≒５０％となり、第２の増幅器３０の逆相入力端子（−）の電圧（信号２９ａの電圧Ｖｓ）が、基準電圧（Ｖｒ）と等しくなるように（Ｖｓ≒Ｖｒ）、動作する。この結果、レベルコンパレータ回路７，９のＨｉ期間とＬｏ期間が等しくなるように、即ちレベルコンパレータ回路７，９の正相入力端子２０の信号中心の電圧Ｖ１に対し逆相入力端子２１の基準電圧Ｖ２が等しくなるように（Ｖ１≒Ｖ２）、スライスレベル制御回路８，１０が動作するわけである（逆相入力端子２１の入力信号が図４（ｃ）の信号２９ａと同じになる）。

図５は、本実施の形態の光ディスク装置で光ディスクから再生される信号波形の例として、特に再生信号のアシンメトリ（非対称性）を説明するための波形を示す。本実施の形態で適用可能な光ディスクの例として、図５に示すような信号波形を用いるアシンメトリディスク（公知の規格）がある。これにより、従来技術のレベルコンパレータ回路の問題点と本実施の形態のＴＥ検出回路の有用性を説明する。

図５（ａ）の波形は、アシンメトリを説明する信号波形（直流結合の場合）であり、信号パターンが２Ｔから８Ｔまで存在する、ＨＤ対応のブルーレイディスク（Blu-ray disc）規格の信号のうちの振幅差が大きい２Ｔと８Ｔの信号を例に挙げている。図５（ａ）中には、信号波形が矩形波状に近い長いパターンの８Ｔ信号と、信号振幅が小さく正弦波状の短いパターンの２Ｔ信号とを示している。ここでアシンメトリとは、８Ｔ信号の中心電圧（Ｖ８Ｔで示す）と２Ｔ信号の中心電圧（Ｖ２Ｔで示す）との差を、８Ｔ信号の振幅（Ｉ８）で正規化したものである（ＤＣレベル差ともいう）。アシンメトリがある場合（ゼロ以外の場合）、８Ｔ信号の中心電圧（Ｖ８Ｔ）と２Ｔ信号の中心電圧（Ｖ２Ｔ）とが一致しなくなる。なお、基準電圧をＶrefとし、Ｖrefからの、８Ｔ信号の上側電圧ピークをＩ８Ｈ，下側電圧ピークをＩ８Ｌ、２Ｔ信号の上側電圧ピークをＩ２Ｈ，下側電圧ピークをＩ２Ｌとして示している。

図５（ｂ）の波形は、図５（ａ）の波形を交流結合で信号伝送（交流伝送）したときの波形（アシンメトリがある波形）を示したものである。０が基準電圧であり、長いパターンの信号（８Ｔ信号）の上側の電圧ピークをＡ１、下側の電圧ピークをＡ２としており、Ａ１は正、Ａ２は負の極性となる。交流結合させたときの波形非対称性はβという指標を用い、βは上下波形の振幅差を全体振幅で正規化したものである。図５（ｃ）の波形は同様の８Ｔと２Ｔ信号におけるアシンメトリがゼロの波形である。

一般的に図５（ａ）で示したアシンメトリと図５（ｂ）で示したβとは略一致する。この結果、図５（ｃ）に示すアシンメトリがゼロの波形以外の場合では、交流結合した信号では短いパターンの信号（２Ｔ信号）のゼロクロス点は基準電圧Ｖrefと一致しないことになる。図５（ｂ）の２Ｔ信号の上端がゼロクロスしない場合、そのエッジが検出できない。

上記のように、ＨＤ対応の高密度ディスクのように短いパターン（例えば２Ｔ信号）の振幅が小さく、しかもアシンメトリが大きいディスクを光ディスク装置で再生する場合には、従来技術のようにただ単に信号を交流結合してレベルコンパレートすると、特に短いパターンの信号で波形のエッジが取れなくなってしまう（即ちエッジ情報が検出できない）可能性が高くなる。波形のエッジが取れなくなると、その部分では位相比較（位相比較回路での処理）が行われないので、エラー検出感度が低下する。また、位相比較する対象の片方の信号のエッジのみ取れなくなると、位相比較結果には異常に長いエラーが発生するため、偽のエラー電圧が発生することになる。

光ディスクでは、信号情報を表す“１”と“０”の総和（Digital Sum Value）が等しくなるように変調されているため、平均的に見ると２値信号のＨｉ期間とＬｏ期間の比率は１対１、即ちパルスのデューティー比という見方では５０％となる。

本実施の形態では、スライスレベル制御回路８，１０の働きにより、レベルコンパレータ回路７，９の出力の２値信号（ｄ１，ｄ２）のデューティー比が５０％になるように、レベルコンパレータ回路７，９の基準電圧（Ｖ２）が追従する。そのため、光ディスクからの信号の振幅が小さくかつアシンメトリがあった場合でも、正確にエッジを検出できるようになる。この結果、本実施の形態によるＴＥ検出回路１００では、高密度記録でしかもアシンメトリの大きいディスクの再生に対しても、正確かつ安定にＤＰＤ法によるＴＥ検出を行うことができる。従って、このＴＥ検出回路１００を具備した光ディスク装置で、安定的なトラッキングサーボ動作が実現可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。ＴＥ検出回路１００の位相差検出回路で２系統の信号を処理している形態であるが、複数の系統の信号を処理する形態が可能である。

本発明は、ディスク媒体を駆動するディスク装置に利用可能である。

本発明の一実施の形態である光ディスク装置における、ＤＰＤ法によるトラッキングエラー検出回路のブロック構成を示す図である。 本発明の一実施の形態の光ディスク装置における、位相比較回路の動作を説明するための波形を示す図である。 本発明の一実施の形態である光ディスク装置における、図１のレベルコンパレータ回路及びスライスレベル制御回路の構成例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態の光ディスク装置における、図３の回路の動作を説明するための、各部の波形を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施の形態の光ディスク装置における、光ディスクから再生される信号波形の例として、特に再生信号のアシンメトリを説明するための波形を示す図である。

符号の説明

１…光電変換素子、２…光ビームスポット、３，４…加算回路、５，６…イコライザ回路、７，９…レベルコンパレータ回路、８，１０…スライスレベル制御回路、１１…位相比較回路、１２，１３…ＬＰＦ、１４…減算回路、１５…出力端子、２０…正相入力端子、２１…逆相入力端子、２２…正相出力端子、２３…逆相出力端子、２４，２５，２６，２７…抵抗、２８…第１の増幅器、２９…抵抗、３０…第２の増幅器、３１…容量、２０ａ，２２ａ，２８ａ，２９ａ…信号、１００…トラッキングエラー（ＴＥ）検出回路。

Claims (3)

1. ディスクに形成されたトラック列に対しレーザ光を照射してその反射光により前記ディスクに記録されている情報データの読み取りを行うための手段と、前記反射光を検出するための複数に分割された光電変換素子とを有する光ディスク装置に備えるトラッキングエラー検出回路であって、
   前記光電変換素子からの複数の信号の間の位相差を検出する位相差検出回路と、
   前記位相差検出回路に入力する複数の信号をそれぞれ２値信号に変換するレベルコンパレータ回路と、
   前記レベルコンパレータ回路の出力信号を用いて前記レベルコンパレータ回路のスライスレベルを補正して所定の前記２値信号を得るためのスライスレベル制御回路とを有し、
   前記スライスレベル制御回路は、前記補正により、前記レベルコンパレータ回路から出力される前記２値信号のＨｉ期間とＬｏ期間とが同じになるようにすることを特徴とするトラッキングエラー検出回路。
2. 請求項１記載のトラッキングエラー検出回路において、
   前記スライスレベル制御回路は、前記レベルコンパレータ回路の出力信号を入力する第１の反転増幅器と、前記第１の反転増幅器の出力を入力し前記レベルコンパレータ回路の逆相入力端子に出力を供給する第２の反転増幅器とを有することを特徴とするトラッキングエラー検出回路。
3. ディスクに形成されたトラック列に対しレーザ光を照射してその反射光により前記ディスクに記録されている情報データの読み取りを行うための手段と、前記反射光を検出するための複数に分割された光電変換素子とを有する光ディスク装置に備えるトラッキングエラー検出回路であって、
   前記光電変換素子からの複数のチャンネルの信号をもとに複数の系統の信号を得る加算回路と、
   前記加算回路からの前記複数の系統の信号の高周波成分を強調するイコライザ回路と、
   前記イコライザ回路からの前記複数の系統の信号をそれぞれ２値信号に変換するレベルコンパレータ回路と、
   前記レベルコンパレータ回路の出力信号を用いて前記レベルコンパレータ回路のスライスレベルを補正して所定の前記２値信号を得るためのスライスレベル制御回路と、
   前記レベルコンパレータ回路からの前記２値信号を用いて前記複数の系統の信号の間の位相差を検出するための位相比較回路と、
   前記位相比較回路から出力する位相差情報の信号を帯域制限する低域濾波器と、
   前記低域濾波器の出力を減算してトラッキングエラー信号として出力する減算回路とを有し、
   前記スライスレベル制御回路は、前記補正により、前記レベルコンパレータ回路から出力される前記２値信号のＨｉ期間とＬｏ期間とが同じになるようにすることを特徴とするトラッキングエラー検出回路。

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