JP2007292882A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】放電灯を消灯させることなくグロー放電へ移行させることができ、高コントラスト、色の再現性向上及びノイズの除去を達成することが可能なプロジェクタを提供する。
【解決手段】カラーホイールが所定位置に回転した場合、信号出力部２１は、検出信号を出力する。昇降圧コンバータ３１は、ランプ４に供給する電源２からの電圧を昇降する。制御部５０は、信号出力部２１から検出信号が出力されていない場合、ランプ４の電力が目標電力となるよう昇降圧コンバータ３１を定電力制御する。制御部５０は、信号出力部２１から検出信号が出力された場合に、ランプ４がグロー放電に至る電流となるよう昇降圧コンバータ３１を定電流制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、カラーホイールへ光を照射する放電灯及び該放電灯の点灯を制御する放電灯点灯装置を有するプロジェクタに関する。

プロジェクタは光を投影してスクリーンに映像を表示する。このプロジェクタの光源にはメタルハライドランプ等の放電灯が使用され、放電灯点灯装置は放電灯の始動及び点灯維持の制御を行う。放電灯から発せられた白色光は反射鏡によって集光され、カラーホイールに照射される。カラーホイールは、赤色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（赤色フィルタ）、緑色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（緑色フィルタ）、青色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（青色フィルタ）が円周方向に沿って配列形成された円盤として構成されており、モータ制御回路によって制御される駆動モータによって高速回転される。

従って、カラーホイールの回転に伴って、放電灯から出射された光の光路に各色フィルタが順次挿入され、カラーホイールに照射された白色光が赤色光、緑色光、青色光の各単色光に時分割で色分離される（例えば特許文献１）。ところで、従来のカラーホイールは、低輝度領域のビット拡散ノイズを低減するため、上述した３色フィルタに加えＮＤグリーンフィルタを設けている。このＮＤフィルタをカラーホイールの緑色フィルタの一部を遮光するように貼り付けることにより、輝度のグレー部で感じやすいチラチラした誤差拡散ノイズを低減することが可能となる。
特開２００５−３００６４７号公報

しかしながら、ＮＤフィルタを用いた場合、放電灯からの照射光がフィルタを透過するため色の再現性が悪くなるという問題があった。つまりカラーホイールの一部領域をＮＤフィルタに付与するため、他の色の領域が減少しその結果他の色の再現性が低下するという問題があった。また、このＮＤフィルタは光量を約１５％乃至３０％低減させるものであるところ、これと同等の照射光を発生させるべく放電灯の電力を低減する試みもなされている。しかし、電力を低減させた場合、所定電力以下でアーク放電にある放電灯が消灯するという問題があり、依然としてＮＤフィルタを用いざるを得ないという状況にあった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カラーホイールが所定位置に存在する場合に、アーク放電にある放電灯を、定電流制御により昇圧することにより、放電灯を消灯させることなくグロー放電へ移行させることができ、高コントラスト、色の再現性向上及びノイズの除去を達成することが可能なプロジェクタを提供することにある。

本発明に係るプロジェクタは、カラーホイールへ光を照射する放電灯及び該放電灯の点灯を制御する放電灯点灯装置を有するプロジェクタにおいて、前記カラーホイールが所定位置に回転した場合に、検出信号を出力する信号出力部と、前記放電灯に供給する電源からの電圧を昇降するコンバータと、前記信号出力部から検出信号が出力されていない場合に、前記放電灯の電力が目標電力となるよう前記コンバータを定電力制御し、前記信号出力部から検出信号が出力された場合に、前記放電灯がグロー放電に至る電流となるよう前記コンバータを定電流制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタは、前記制御部は、前記信号出力部から検出信号が出力されていない場合に、前記放電灯の放電灯電圧及び放電灯電流に基づく電力と予め定めた目標電力との第１偏差信号を前記コンバータへ出力する定電力制御回路、及び、前記信号出力部から検出信号が出力された場合に、前記放電灯の放電灯電流と予め定めた電流とに基づく第２偏差信号を前記コンバータへ出力する定電流制御回路を備え、前記コンバータは、前記第１偏差信号が入力された場合、該第１偏差信号に基づき電圧を昇降し、前記第２偏差信号が入力された場合、前記放電灯がグロー放電に至るまで電圧を昇圧するスイッチング制御部を備えることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタは、前記信号出力部は、前記カラーホイールの緑のフィルタが、前記放電灯の照射光により照射される位置に回転した場合に、検出信号を出力するよう構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、プロジェクタは、カラーホイールへ光を照射する放電灯及び該放電灯の点灯を制御する放電灯点灯装置を有する。カラーホイールが所定位置に回転した場合に、信号出力部は検出信号を出力する。この、信号出力部は、例えばカラーホイールの緑のフィルタが、放電灯の照射光により照射される位置に回転した場合に、検出信号を出力する。

コンバータは、放電灯に供給する電源からの電圧を昇降する。制御部は、信号出力部から検出信号が出力されていない場合、放電灯の電力が目標電力となるよう前記コンバータを定電力制御する。例えば、信号出力部から検出信号が出力されていない場合に、放電灯の放電灯電圧及び放電灯電流に基づく電力と予め定めた目標電力との第１偏差信号を定電力制御回路によりコンバータへ出力する。この場合、コンバータのスイッチング制御部は、入力された第１偏差信号に基づき電圧を昇降する。

また制御部は、信号出力部から検出信号が出力された場合に、放電灯がグロー放電に至る電流となるようコンバータを定電流制御する。これは例えば、信号出力部から検出信号が出力された場合、放電灯の放電灯電流と予め定めた電流とに基づく第２偏差信号を定電流制御回路によりコンバータへ出力する。コンバータは、第２偏差信号が入力された場合、スイッチング制御部により放電灯がグロー放電に至るまで電圧を昇圧する。これにより、カラーホイールが所定位置に存在しない場合、通常のアーク放電を維持すべく放電灯点灯装置は放電灯を定電力制御する。一方、カラーホイールが所定位置に存在する場合、定電流制御によりグロー放電へ移行し、放電灯を消灯させることなく電力を大幅に低減する。

本発明にあっては、制御部は、信号出力部から検出信号が出力されていない場合、放電灯の電力が目標電力となるよう前記コンバータを定電力制御し、信号出力部から検出信号が出力された場合に、放電灯がグロー放電に至る電流となるようコンバータを定電流制御する。これにより、カラーホイールが所定位置に存在しない場合、通常のアーク放電を維持すべく放電灯点灯装置は放電灯を定電力制御する。一方、カラーホイールが所定位置に存在する場合、定電流制御により昇圧される結果、アーク放電からグロー放電へ移行し、放電灯を消灯させることなく電力が大幅に低減される。その結果、ＮＤフィルタを設ける必要がなくなり、色の再現性が向上し、また高コントラストを実現することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

実施の形態１
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。図において１０はプロジェクタであり、放電灯（以下、ランプ）４、反射鏡１２、カラーホイール１３、ロッドインテグレータ１４、反射鏡１５、映像形成素子１６、映像形成素子制御回路１７、投射レンズ１８、反射マーカ１９、反射型フォトインタラプタ２０、信号出力部２１、モータ制御回路１３２、駆動モータ１３１、及び放電灯点灯装置３０を含んで構成される。

プロジェクタ１０では、ランプ４から発せられた白色光が反射鏡１２によって集光され、カラーホイール１３に照射される。カラーホイール１３は、赤色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（赤色フィルタ）、緑色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（緑色フィルタ）、青色光のみを透過させ、その他の色光を反射又は吸収する光学フィルタ（青色フィルタ）が円周方向に沿って配列形成された円盤として構成されており、モータ制御回路１３２によって制御される駆動モータ１３１によって高速回転されるようになっている。

従って、カラーホイール１３の回転に伴って、ランプ４から出射された光の光路に各色フィルタが順次挿入され、カラーホイール１３に照射された白色光が赤色光、緑色光、青色光の各単色光に時分割で色分離される。そして、分離された各単色光は、ロッドインテグレータ１４から反射鏡１５へと送られ、液晶パネルまたはＤＭＤ（登録商標）等の映像形成素子１６に照射される。一方、映像形成素子１６は映像形成素子制御回路１７によって駆動制御されている。映像形成素子制御回路１７は、入力された映像信号に従って映像形成素子１６を駆動する。具体的には、入力された映像信号に従って映像形成素子１６の各セルや微小ミラーをＯＮまたはＯＦＦさせることによって、照射された単色光を画素単位で反射して光変調を行い、画像光を形成する。形成された画像光は、投射レンズ１８に入射され、投射レンズ１８によって不図示のスクリーン等に拡大投射される。

プロジェクタ１０は、カラーホイール１３による色分離のタイミングと映像形成素子１６による光変調のタイミングとを同期させる必要がある。プロジェクタ１０は、カラーホイール１３に反射率の高い反射マーカ１９を貼り付けると共に、カラーホイール１３の近傍にセンサとして反射型フォトインタラプタ２０を配置してある。この反射型フォトインタラプタ２０は、発光素子（図示せず）と受光素子（図示せず）とが一体化されており、カラーホイール１３が１回転する度に、発光素子から出射されている光が反射マーカ１９に当たって反射され、その反射光が受光素子によって受光され、受光素子から信号が出力される。

受光素子から出力された信号は信号出力部２１によって検出され、同期信号（以下、検出信号）としてモータ制御回路１３２、映像形成素子制御回路１７及び放電灯点灯装置３０に入力される。モータ制御回路１３２、映像形成素子制御回路１７及び放電灯点灯装置３０は、入力された検出信号に従って駆動モータ１３１、映像形成素子１６及びランプ４を制御する。

図２はカラーホイール１３の各色の領域を示す説明図である。図２に示すように、カラーホイール１３は６つの領域に分割されており、赤、青及び緑の各色のフィルタがそれぞれ２つの領域に形成されている。反射マーカ１９は緑色フィルタの１領域の略中央部に設けられている。このように信号出力部２１はカラーホイール１３の緑色フィルタの一部が、ランプ４の照射光により照射される位置に回転した場合に、検出信号を出力する。この検出信号が出力される場合、ランプ４のビームスポットは、反射マーカ１９に対して対向する位置に存在する一の緑色フィルタの一部領域上に存在する。放電灯点灯装置３０はこの検出信号が入力された場合、ランプ４のビームスポットが緑色フィルタの一部領域にあると判断し、ランプ４をグロー放電へ移行させ、この検出信号が入力されていない場合は、ランプ４を定常状態であるアーク放電へ移行させる。なお、フィルタの各色の配置はあくまで一例であり、３分割等他の配置形態であっても良い。また、ランプ４のビームスポットが、緑色フィルタの一部領域上に存在することを検出することができるものであれば、反射マーカ１９はカラーホイール１３のいずれの場所に取り付けても良く、また反射型フォトインタラプタ２０以外のセンサを用いても良い。

図３は検出信号の特性を示すタイムチャートである。横軸は時間を示し、縦軸は検出信号の強度を示す。検出信号は、カラーホイール１３の回転周期で強度Ｈが所定時間幅発生する信号である。一方、検出信号が信号出力部２１から出力されていない場合は、強度は０となる。ここでカラーホイール１３の一回転周期をＴ、検出信号の時間幅をｔｇとした場合、ｔｇ÷Ｔは、従来のカラーホイールのＮＤフィルタの領域面積を、従来のカラーホイールの赤、青及び緑色フィルタ並びにＮＤフィルタの全領域面積で除した値と略等しくなるよう設定すればよい。すなわち、従来のカラーホイールのＮＤフィルタにランプ４のビームスポットが照射される期間、検出信号の時間幅ｔｇを設定すればよい。

図４は放電灯点灯装置３０の構成を示す回路図である。図４に示すように放電灯点灯装置３０はコンバータ（以下、昇降圧コンバータ）３１、電源２、平滑コンデンサ２３、ランプ電圧検出用の第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５、ランプ電流検出用の電流検出抵抗２６、イグナイタ３、メタルハライドランプ等のランプ４、並びに制御部５０を含んで構成される。電源２に接続される昇降圧コンバータ３１は、スイッチング制御部３２によるスイッチ３３のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりランプ４に供給する電圧を昇圧または降圧する。昇降圧コンバータ３１はコイル３４にエネルギを蓄えランプ４へエネルギを供給することにより昇圧を行い、またコンデンサ３６及びコイル３７により降圧を行う。なお、昇降圧コンバータ３１は本実施の形態にかかる回路構成に限らず、例えばＳＥＰＩＣ(Single Ended Primary Inductance Converter)、Ｚｅｔａコンバータ（Inverse SEPIC）またはＣｕｋコンバータ等を用いればよい。

降圧または昇圧された電圧は、高圧整流ダイオード２２を経て平滑コンデンサ２３により平滑され、平滑された後の電圧がランプ４へ印加される。第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５はランプ４に対して並列に接続されており、ランプ電圧を検出し、制御部５０へランプ電圧を出力する。また電流検出抵抗２６はランプ４に直列に接続されており、ランプ電流を検出する。電流検出抵抗２６により検出されたランプ電流に対応する電圧は制御部５０へ出力される。イグナイタ３はランプ４へ突入電流を流し、ランプ４をアーク放電に移行させる。アーク放電が維持されランプ４が定常状態へ移行した後は、制御部５０内の定電力制御回路５１または定電流制御回路５２による制御が行われる。

信号出力部２１はスイッチ２１Ｓを介して制御部５０の定電力制御回路５１及び定電流制御回路５２に接続されている。スイッチ２１Ｓは信号出力部２１から検出信号が出力されていない場合、定電力制御回路５１を選択し、検出信号が出力されている場合は、定電流制御回路５２を選択する。

図５は定電力制御回路５１の構成を示す回路図である。定電力制御回路５１は、ランプ電圧及びランプ電流により求まるランプ電力を所定の目標電力（本実施例では１６５Ｗ）と比較し、その偏差をスイッチング制御部３２へ出力する回路であり、例えば図４に示すマイコン内蔵型の定電力制御回路５１が用いられる。定電力制御回路５１は電圧検出用非反転アンプ２２１，電流検出用非反転アンプ２２２、Ａ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換器２２３，２２４，マイコン２２５、及びＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換器２２６を含んで構成される。

電圧検出用非反転アンプ２２１はランプ電圧検出用の第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５に接続されており、第１分圧抵抗２４及び第２分圧抵抗２５により分圧されたランプ電圧を所定の増幅率にて増幅する。増幅された後のランプ電圧は、電圧検出用非反転アンプ２２１の出力端子に接続されるＡ／Ｄ変換器２２３によりデジタル化され、マイコン２２５へ入力される。

電流検出用非反転アンプ２２２はランプ電流検出用の電流検出抵抗２６（例えば高精度の５０ｍΩ抵抗等）に接続されており、電流検出抵抗２６にて変換された電圧を所定の増幅率にて増幅する。増幅されたランプ電流にかかる電圧は電流検出用非反転アンプ２２２の出力端子に接続されるＡ／Ｄ変換器２２４によりデジタル化され、マイコン２２５へ入力される。マイコン２２５は図示しないプロセッサ及びメモリを備え、目標とする所定の目標電力Ｐｅｘｐを記憶している。マイコン２２５のプロセッサは、Ａ／Ｄ変換器２２３及び２２４から出力されたランプ電圧及びランプ電流に係る値を乗算しランプ電力Ｐｄｅｔを算出する。

マイコン２２５のプロセッサはメモリから読み出した目標電力Ｐｅｘｐと、算出したランプ電力Ｐｄｅｔとの偏差を算出し、これに負の利得を乗じた操作信号（以下、第１偏差信号）をマイコン２２５の出力側に接続されるＤ／Ａ変換器２２６へ出力する。Ｄ／Ａ変換器２２６は第１偏差信号をアナログ化し、スイッチング制御部３２へ出力する。

図４に示すように制御部５０はスイッチング制御部３２に接続されており、偏差に対応する第１偏差信号をスイッチング制御部３２へ出力する。ランプ電力Ｐｄｅｔが目標電力Ｐｅｘｐよりも大きい場合、すなわち偏差が正の場合、負の第１偏差信号が出力され、スイッチング制御部３２はこれを受けてランプ４へ供給される電力が減少するよう降圧制御を行う。一方、ランプ電力Ｐｄｅｔが目標電力Ｐｅｘｐよりも小さい場合、すなわち偏差が負の場合、正の第１偏差信号が出力され、スイッチング制御部３２はこれを受けてランプ４へ供給される電力が増加するよう昇圧制御を行う。このフィードバック制御により偏差が０となった場合に、定電力制御回路５１及びスイッチング制御部３２の応答が停止し、再び定常状態へ移行することになる。なお、図４で述べたように、定電力制御回路５１は目標電力Ｐｅｘｐとランプ電力Ｐｄｅｔとの偏差を検出するものであれば、この構成に限るものではなく、例えばアナログ乗算回路を用いて実現しても良い。

図６は、ランプ４の電流、電圧特性を示す特性図であり、模式的に消灯から点灯開始、点灯安定までの時間的経緯を説明している。縦軸がランプ４の両端に発生する電圧で単位は［Ｖ（ボルト）］、横軸はランプ４に流れる電流であり単位は［Ａ（アンペア）］である。ランプ４が点灯する前（つまり放電灯点灯装置３０が動作する前）は電圧電流ともゼロである。放電灯点灯装置３０が動作を開始した場合、コンデンサ２３の両端に、例えば２５０Ｖが発生し、この電圧を受けてイグナイタ３が動作してランプ４に数ｋＶ〜数十ｋＶの高圧電圧が発生してランプ４に印加される。

ランプ４は、高圧によって絶縁破壊が発生して、電流が流れ始める。ランプ４の点灯初期状態はグロー放電と呼ばれるモードで点灯する。図６に示すように、その時のランプ電圧は、およそ２００Ｖ〜４００Ｖであり、ランプ電流はおよそ０．１Ａ程度である。ランプ４に十分なパワーが供給されると、グロー点灯モードから初期アーク点灯モードに移行する。その後定常アーク放電へ移行し、定電力制御回路５１による定電力制御が行われる。信号出力部２１から検出信号が出力された場合、スイッチ２１Ｓは接続状態を、定電力制御回路５１から定電流制御回路５２へと切り替える。定電流制御回路５２は例えば、ランプ電流を０．１Ａ、ランプ電圧を２００Ｖ〜４００Ｖへ昇圧する定電流制御を行い、ランプ４を図６に示すグロー放電へ移行させる。

図７は定電流制御回路５２の構成を示す回路図である。定電流制御回路５２は、ランプ電流を予め定めた電流（本実施例では０．１Ａ）と比較し、その偏差をスイッチング制御部３２へ出力する回路であり、例えば図７に示すマイコン内蔵型の定電流制御回路５２が用いられる。定電流制御回路５２は電流検出用非反転アンプ５２１、Ａ／Ｄ変換器５２３，マイコン５２４、メモリ５２７及びＤ／Ａ変換器５２６を含んで構成される。

電流検出用非反転アンプ５２１はランプ電流検出用の電流検出抵抗２６に接続されており、電流検出抵抗２６にて変換された電圧を所定の増幅率にて増幅する。増幅されたランプ電流に係る電圧は電流検出用非反転アンプ５２１の出力端子に接続されるＡ／Ｄ変換器５２３によりデジタル化され、検出電流ＩＬとしてマイコン５２４へ入力される。メモリ５２７はグロー放電を発生させるに足りる電流に対応する目標電流Ｉｅｘｐを予め記憶しており、この予め定めた電流に基づく目標電流Ｉｅｘｐをデジタルデータとしてマイコン５２４へ出力する。

マイコン５２４のプロセッサはメモリ５２７から出力された目標電流Ｉｅｘｐと、Ａ／Ｄ変換部５２３から出力された検出電流ＩＬとの偏差を算出し、これに正の利得を乗じた操作信号（以下、第２偏差信号）をマイコン５２４の出力側に接続されるＤ／Ａ変換器５２６へ出力する。Ｄ／Ａ変換器５２６は第２偏差信号をアナログ化し、スイッチング制御部３２へ出力する。

図４に示すように制御部５０はスイッチング制御部３２に接続されており、偏差に対応する第２偏差信号をスイッチング制御部３２へ出力する。検出電流ＩＬが目標電流Ｉｅｘｐよりも大きい場合、すなわち偏差が正の場合、正の第１偏差信号が出力され、スイッチング制御部３２はこれを受けて、グロー放電へ至るまでランプ４へ供給される電圧を昇圧（例えばランプ電圧が２００Ｖ〜４００Ｖ）する制御を行う。定電流制御回路５２はこの偏差が０となるまで第２偏差信号をスイッチング制御部３２へ出力し、スイッチング制御部３２はグロー放電が維持されるよう昇圧を行う。そして、信号出力部２１から出力された検出信号が出力されなくなった場合、スイッチ２１Ｓは定電力制御回路５１へ接続を切り替える。これにより、再びランプ４の定電力制御が行われランプ４はアーク放電へ移行する。以上の如く、カラーホイール１３が、当該カラーホイール１３に対するランプ４のビームスポットが緑色フィルタの領域にある場合に、検出信号を信号出力部２１により出力させ、この検出信号の有無に応じてランプ４を、アーク放電または低電力のグロー放電へ択一的に切り替えるので、色の再現性を確保しつつ、誤差拡散ノイズを除去することが可能となる。

本発明に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。 カラーホイールの各色の領域を示す説明図である。 検出信号の特性を示すタイムチャートである。 放電灯点灯装置の構成を示す回路図である。 定電力制御回路の構成を示す回路図である。 ランプの電流、電圧特性を示す特性図である。 定電流制御回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

２ 電源
３ イグナイタ
４ ランプ（放電灯）
１０ プロジェクタ
１３ カラーホイール
１９ 反射マーカ
２０ 反射型フォトインタラプタ
２１ 信号出力部
２１Ｓ スイッチ
２４ 第１分圧抵抗
２５ 第２分圧抵抗
２６ 電流検出抵抗
３０ 放電灯点灯装置
３１ 昇降圧コンバータ
３２ スイッチング制御部
５０ 制御部
５１ 定電力制御回路
５２ 定電流制御回路

Claims (3)

1. カラーホイールへ光を照射する放電灯及び該放電灯の点灯を制御する放電灯点灯装置を有するプロジェクタにおいて、
   前記カラーホイールが所定位置に回転した場合に、検出信号を出力する信号出力部と、
   前記放電灯に供給する電源からの電圧を昇降するコンバータと、
   前記信号出力部から検出信号が出力されていない場合に、前記放電灯の電力が目標電力となるよう前記コンバータを定電力制御し、前記信号出力部から検出信号が出力された場合に、前記放電灯がグロー放電に至る電流となるよう前記コンバータを定電流制御する制御部と
   を備えることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記制御部は、前記信号出力部から検出信号が出力されていない場合に、前記放電灯の放電灯電圧及び放電灯電流に基づく電力と予め定めた目標電力との第１偏差信号を前記コンバータへ出力する定電力制御回路、及び、前記信号出力部から検出信号が出力された場合に、前記放電灯の放電灯電流と予め定めた電流とに基づく第２偏差信号を前記コンバータへ出力する定電流制御回路を備え、
   前記コンバータは、前記第１偏差信号が入力された場合、該第１偏差信号に基づき電圧を昇降し、前記第２偏差信号が入力された場合、前記放電灯がグロー放電に至るまで電圧を昇圧するスイッチング制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記信号出力部は、
   前記カラーホイールの緑のフィルタが、前記放電灯の照射光により照射される位置に回転した場合に、検出信号を出力するよう構成してあることを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクタ。

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