JP2010078976A - 投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却のための外気取り込みに影響を与えないように圧力損失を最小限に抑えながらも、比較的大きなゴミを捕捉可能で、しかも長時間に渡って手入れ無く集塵可能な投写型画像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】吸気口１１９、排気口１２４を持つ筐体１１８と、塵埃捕捉部１２０と、送風部である吸気ファン１１７とを備え、塵埃捕捉部１２０は内蔵のロール形態の静電フィルター１３０が更新可能であり、塵埃捕捉部１２０の吸気口１１９の外側には、固定式ウレタンフィルター１４０、１４１を収納する内ケース１３９、外ケース１４２が、筐体１１８に脱着可能に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は粉塵除去機能を備えた投写型画像表示装置に関し、詳しくは粉塵捕捉フィルターを自動的に更新する機能を備えた投写型画像表示装置に関するものである。

従来、プロジェクタなどの投写型画像表示装置は、ランプなどの光源からの強力光を液晶パネルやＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）などの画像表示素子に集光し、この光を画像信号にあわせて変調し、この画像表示素子上の画像を拡大投写して大画面を得るものである。

ここで、強力な光にさらされる画像表示素子、光源自身、装置電源等は発熱が大きく、適切な冷却がなされないと熱的に破壊されてしまう。このため、投写型画像表示装置はファンにより吸気口から外気を装置内に導入し、装置内を冷却する構成を取っている。

ただし、外気を導入する際に一緒に粉塵を装置外部から導いてしまい、それが画像表示素子やプリズムなどの光学部品、光源周辺に付着することで、明るさ低下や色むらの発生源になっている。

このため、吸気口に粉塵防止のフィルターを配置する構成が一般的であるが、主流のウレタンフィルターの場合、小さな開口に粉塵を引っかけて侵入を抑える構造のため、一般環境において数百時間毎でのフィルター洗浄が必要であり、また、外気取り込みの際の圧力損失も大きくなる。したがって冷却効果にも影響を与えてしまう。

一方、ウレタンフィルターに比べ開口は大きくても静電気により吸着させるため、より小さな粉塵を集塵可能な静電フィルターの場合は、圧力損失も小さくできるが、洗浄が出来ないことから数百時間毎に新品交換が必要である。

この対策として、例えば、特許文献１に示すように、類似の課題に対して、近年、主に静電フィルターをロール状にしたものを装置内に内蔵し、このフィルターの外気吸気口を遮る部分を経時的に、あるいは目詰まり状況を感知する手段と連動して更新することで、静電フィルターに求められていた交換時期を大きく延長することが可能となっている。
特開平５−４９８３０号公報

しかしながら、静電フィルターは微細な粉塵を捕捉できる反面、大きな塵が多く付着すると静電気による吸着能力の低下よりも目詰まりを早期に起こす懸念がある。特に、数十ミクロンの大きさの埃が非常に多い環境や、数百ミクロンといった大きな埃の多い劣悪な環境下では、狙い通りのフィルター交換時間の長期化が難しくなるという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、冷却のための外気取り込みに影響を与えないように圧力損失を最小限に抑えながらも、比較的大きなゴミを捕捉可能で、しかも長時間に渡って手入れ無く集塵可能な投写型画像表示装置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かかる投写型画像表示装置は、少なくとも吸気口、排気口を持つ筐体と、前記吸気口に配置される粉塵捕捉部と、送風部とを備え、前記粉塵捕捉部はフィルターが更新可能な可動式防塵フィルターである投写型画像表示装置において、前記筐体の前記吸気口の外側には固定式防塵フィルターが脱着可能に配置されていることを特徴として構成される。

また、前記固定式防塵フィルターは、少なくとも２種類のフィルターからなっており、より目の細かい種類のフィルターが粉塵捕捉部側に配置されていることを特徴としても構成できる。

また、前記固定式防塵フィルターの素材は水洗い可能な特性を有していることを特徴として構成される。

また、前記固定式防塵フィルターの有効開口面積Ｓｕと、前記吸気口の開口面積Ｓｅの間にはＳｕ／Ｓｅ＞５の関係があることを特徴として構成される。

また、前記固定式防塵フィルターは、前記筐体との間に、フィルターを透過した外気以外は周囲から侵入しない構造を備え、かつ、筐体開口部から一定の空気間隔を持って配置されていることを特徴としても構成可能である。

また、前記固定式防塵フィルターのうち、目の粗い種類のフィルターの厚さをｔ１、目の細かい種類のフィルターをｔ２としたときに、ｔ１≧ｔ２の関係があることを特徴として構成される。

前記固定式ｔ１≧ｔ２フィルターはウレタンフィルターであり、セルの数は２０個以下／２５ｍｍであることを特徴として構成する。

また、前記固定式防塵フィルターを構成する各フィルターは、厚さあたりの圧力損失と、厚さと開口面積の積が略同一であることを特徴とする。

また、前記可動式防塵フィルターは静電フィルターであることを特徴とする。

また、前記可動式防塵フィルターのうち、筐体通気部を通過する有効総表面積Ｓｆと、前記固定式防塵フィルターの体積Ｖｕの比は、Ｖｕ／Ｓｆ＞１０の関係にあることを特徴とする。

また、前記可動式防塵フィルターを通過する風量に応じて出力変化するセンサーが内蔵されており、その出力により目詰まり状態を検出した際に、可動式防塵フィルターが動作され、通気部を覆うフィルターが更新され、その後も十分に前記センサー出力が回復しない場合、外付けフィルターの清掃を促す警告表示を行うことを特徴とする。

ウレタンフィルターは機械的な衝突により埃を捕捉するものであることから、大きなセルから構成されるフィルターは大きな埃を捕捉しながらも圧力損失を抑えることができる。ただし、小さな埃を捕捉するためには、より小さなセルから構成されるフィルターを選択する必要があり、この場合は圧力損失が大きくなり、通気率が低下するため、埃で目詰まりが発生する前から装置の温度維持に悪影響を及ぼす。

本発明によれば、上記ウレタンフィルターの特徴を考慮し、大型のウレタンフィルターで大容量の大きな埃を捕捉可能とし、しかもそのウレタンフィルターは複数のセル密度の素材から構成している。

よって、自動更新型の静電フィルターと併用することにより、静電フィルターで微小な粉塵を除去し、フィルター自動更新で集塵効果は長期間維持される上、埃の多い劣悪な環境でも、静電フィルター本来の吸着能力を最大限活用することができ、長時間フィルター交換の手間をかけずに高画質な画像を得ることができる。

本発明では、複数のフィルターでそれぞれの大きさの埃を捕捉するように構成するとともに、フィルターによる圧力損失を最小限に抑えることで、冷却性能は劣化させずに集塵性能は維持することが可能となる。

また、固定式ウレタンフィルターは着脱可能なことから、通常の環境で使用する場合は、静電フィルターの吸着能力に合わせた自動更新機能だけで十分であり、上記ウレタンフィルターを装着しないことにより、コストや装置外寸を抑えることができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態による投写型画像表示装置の全体平面構成図を図１に示す。本発明は光学構成についての提案ではなく、光学構成については一般的なものであるので、以下に簡単に述べる。

図において、光源１０１から出射された光は、反射鏡１０２により前方に出射せしめられ、光学ユニット１０３に入射する。

光学ユニット１０３への入射光は、ダイクロイックミラー１０４、１０５、全反射ミラー１０６、１０７、１０８を経て、赤、緑、青の色光に分離された後、入射側偏光板１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ、液晶パネル１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ、出射側偏光板１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂによって、図にはない外部からの入力信号によって強度変調せしめられる。

これらの光は、ダイクロイック反射膜１１２Ｒ、１１２Ｂを備えた合成プリズム１１３で一光路上に合成され、投写レンズ１１４に入射する。

この投写レンズ１１４は、液晶パネル１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ上の画像を装置前方に配置されたスクリーン（図示せず）に拡大投写可能に設計、設置されている。

この画像表示は、黒表示のためには光源１０１からの光を入射側偏光板１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ、出射側偏光板１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂで吸収する必要があり、このため、これらの偏光板は高温を発することになる。

一方で、これらの偏光板は主に有機材料からなっているので、適切な温度にまで冷却しないと変質し、制御できない画像となり、投写型画像表示装置が使用不能に陥る。

装置内には、この他に発光時１０００度にもなる光源１０１の管球及び周辺の機構部品、光源の点灯や画像表示のための電源１１６も、自己発熱が大きく、これらの部品の信頼性を確保するためには冷却手段が必要となる。

本実施の形態に於いては、送風部である吸気ファン１１７によって、筐体１１８の側面に設けられた吸気口１１９、粉塵捕捉部１２０を経て外気（比較的温度の低い空気）はセット内に導かれる。

吸気ファン１１７で吸入された空気は、ファン吹き出し口に密着して配置されている光学ユニットダクト１２１に導かれる。

光学ユニットダクト１２１は、入射側偏光板１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ、液晶パネル１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ、出射側偏光板１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂの下部に相当する位置に、青用開口１２２Ｂ、緑用開口１２２Ｇ、赤用開口１２２Ｒを備えている。

これらの開口１２２Ｒ、１２２Ｇ、１２２Ｂから吹き出された空気は、入射側偏光板１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ、液晶パネル１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ、出射側偏光板１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ等の熱を奪った後、排気ファン１２３によって排出される過程で、光源１０１や、その周辺の機構部品、電源１１６の熱をも奪う。

排気ファン１２３に至った空気は、筐体１１８の側面に設けられた排気口１２４を経て、装置外に排出される。

従来は、冷却の過程で外気と共に外部の粉塵を吸入してしまい。その粉塵が液晶パネル周辺や光源部に付着し輝度の早期劣化を起こす、あるいは投写像に色むらが生じるなどの不具合が生じていた。

そこで本実施の形態では粉塵の入り込まない筐体構造と粉塵捕捉構造を導入している。前者は投写レンズも完全に筐体内に収容し、光透過部には窓部材１２５が筐体に隙なく貼られている。

また、吸気口１１９と粉塵捕捉部１２０の間、粉塵捕捉部１２０と吸気ダクト１２６の間、排気口１２４と排気ファン１２３との間には空気を通さない緩衝材１２７、１２８、１２９が設けられて、他の隙間から粉塵が入り込まない筐体構造とし、必ず粉塵捕捉部１２０を経て吸入されるように空気を制御可能にしている。

以下に図１を用いて粉塵捕捉部１２０の構造について説明する。

粉塵捕捉部１２０は、粉塵捕捉フィルター部と、フィルター送り機構と、フィルター送り量検出手段を含む送り機構制御部とから構成されており、粉塵捕捉フィルター部は、ロール形態の静電フィルター１３０と、静電フィルター両端に配置されるフィルター巻き取り軸１３１ａ、１３１ｂと、静電フィルター１３０とフィルター巻き取り軸１３１ａ、１３１ｂと、これらの部品を収納し、フィルター送り機構との連結部を備える小型筐体１３２とから構成される。

小型筐体１３２は、フィルター巻き取り軸１３１ａ、１３１ｂ間において、筐体吸気口１１９とほぼ同じ大きさで、筐体吸気口１１９からの空気を透過せしめるための開口部１３３を有している。

そして、２つのフィルター巻き取り軸１３１ａ、１３１ｂの間には、静電フィルター１３０をガイドする中継回転軸１３４、走行量モニター軸１３５が配置されている。

フィルター巻き取り軸１３１ｂは、図にはない駆動ギヤを介してステッピングモーターに連結されている。このモーターは駆動回路によって制御されている。また、小型筐体１３２は装置本体に対して脱着可能に設けられている。

また、筐体１１８の吸気口１１９には、空気を通さないスポンジ１３７によって間隙を設けて筐体１１８側に開口１３８を持つ内ケース１３９が備えられている。内ケース１３９には、外部フィルターとして２種類の固定式ウレタンフィルターが内包されている。

本実施の形態では、装置本体側に内蔵された粉塵捕捉部１２０の静電フィルター１３０により、数ミクロンの埃をも捕捉できることから、筐体外に備えられたフィルターでは比較的大きな埃だけを捕捉することができれば良い。

合わせて長時間フィルター交換を行わずに済ませるには、悪環境で吸入される埃を収納できる容量が必要になる。よって本実施の形態では、大きな埃を捕捉するための第１のフィルター１４０と、第１のフィルター１４０は透過するが静電フィルター１３０が捕捉する埃の大きさに比較して十分大きい埃を捕捉することのできる第２のフィルター１４１とを備えている。

この外部フィルターに求められる要件は以下のようにまとめることができる。（１）１００ミクロンレベルの比較的大きな粉塵を捕捉できる。（２）圧力損失の増加を最小限に抑える。（３）投写型画像表示装置に内蔵の静電フィルターが静電フィルター自身の吸着能力の低下により更新され終端に来る時においても、目詰まりによるフィルターの更新をする必要が無い。

本実施の形態ではこれらの要件に次のように対応する。

まず、外付けフィルターの開口面積を大きく確保する。本実施の形態では、固定式ウレタンフィルターの有効開口面積Ｓｕと筐体開口部の開口面積Ｓｅにおいて、Ｓｕは０．０１２７５ｍ²、Ｓｕは０．００１５ｍ²となっており、Ｓｕ／Ｓｅ＝８．５である。実験的にはこの値は５より大きい値が望ましい。

この数値は筐体開口部による圧力損失よりも外付けフィルターのそれは十分に小さいことが望ましい。この関係には、筐体開口に安全面から設けられた格子状構造の詳細や、外付けフィルターの厚さなどにより、大きくこの数値は変わってくるが、実験的に５倍の開口面積差が有れば、外付けフィルターの圧力損失は筐体開口部の圧力損失よりも小さくできる。

また、外付けフィルターを筐体開口部から一定の空気間隔を持って配置することも、圧力損失低下に有効である。

次に、目の粗いウレタンフィルターを用いる。ここでは第２のフィルター１４１でもセルの数は２０個以下／２５ｍｍとしている。

なお、セル数はウレタン等の発泡樹脂フォームの目の粗さを表すもので、任意方向の長さ２５ｍｍの仮想直線と交差する空孔の平均個数である。従って、セル数が小さいほど目が粗くなる。

外気取り込みの際の圧力損失は最小限に抑える必要があるため、目の粗い第１のフィルター１４０の厚さは、比較的目の細かい第２のフィルター１４１の厚さよりも厚く設定されている。ここでは２つのフィルターの詳細は以下の通りである。

上記通風量は、例えば図２に示すウレタンフィルターの特性図から読みとって得られる。ここで、それぞれのフィルターは開口面積を等しく設計されており、生じる圧力損失は厚さと厚さあたりの圧力損失の積で求められる。

それぞれのフィルターでセルの大きさが異なることから、第２のフィルターを基準に考えると、第１のフィルターは１０×３．２／１．８＝１７．８となるが、ここでは入手性からこの値に近い２０ｍｍとしている。

次に、これらのフィルターは十分な埃を収容する体積を確保する必要がある。ロール形態の静電フィルター１３０の内、吸気口１１９を透過した外気にさらされる総面積を幅１０００ｍｍ、高さ４５ｍｍとしたとき、４５０００ｍｍ²（＝Ｓｆ）となる。

一方、第１のフィルター１４０、第２のフィルター１４１を合計した体積は幅２００ｍｍ、高さ８０ｍｍ、厚さ３０ｍｍとなっており、４８００００ｍｍ³（＝Ｖｕ）となる。このＳｆとＶｕの比は実験結果から、Ｖｕ／Ｓｆ＞１０の関係にあることが望ましいことが分かっているので、この実施の形態の設定ではこの値が１０．７であり、望ましい構成になっている。

これらの外付けフィルターは、図３にあるように、内ケース１３９ごと外ケース１４２に収納され、外付けフィルターユニット１４３として構成されている。この外付けフィルターユニット１４３は、固定バネ１４４で筐体１１８の換気口１１９に着脱可能に取り付けられている。

このように、フィルターを収納するケースが内ケース１３９と外ケース１４２に分かれているため、フィルターの厚みが変っても対応が容易である。

また、第１のフィルター１４０、第２のフィルター１４１は水洗い可能なポリエステル系材料で構成されている。埃の多い環境では、必ずしも掃除機などの掃除のための機器を持たない環境の利用者でも容易に埃を除去できるようにするための必要な要件である。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態による投写型画像表示装置の外付けフィルターの別の形態を示している。他の構成は実施の形態１の図１と同じであるため、説明を省略する。

本実施の形態では、外付けフィルターユニット１４５には、ウレタンフィルターを１種類のみで、その構成は実施の形態１における目の粗い第１のフィルター１４０と同じ種類のフィルター１４６としている。ただし、第１のフィルター１４０の厚さよりも厚くしており、実施の形態１で述べた（１）〜（３）の要件を満足させるものである。

以上のように、前述の要件を満たすように外付けフィルターの種類を選択して、ロール形態の静電フィルターと併用して使用することにより、ロール形態の静電フィルター本来の吸着能力を最大限活用することができ、長時間に渡って手入れ無く集塵可能とすることができる。

なお、自動更新できない固定型の外付けフィルターは目詰まりを起こさないように考慮をしても予想以上の状況があると考えられる。その場合の対処として以下のような装備を備えている。

図１に示すように、投写型画像表示装置の可動式防塵フィルターを通過する風量に応じて出力変化する風量センサー１４７が内蔵されている。風量センサー１４７は発熱部と受熱程度で出力の変わる素子からなっており、その間に流れる風量でその出力が変わることで風量を観察することができるものである。このセンサーが吸気ファン１１７後の光学ユニットダクト１２１からの風の一部を受ける位置に配置されている。

このようにして、可動式防塵フィルターの静電フィルターの目詰まり程度を把握可能にしており、風量センサー１４７の出力により目詰まり状態を検出した際に、可動式防塵フィルターが動作し、通気部を覆うフィルターが更新されるように制御されている。

ただし、このとき外付けフィルターが目詰まりを起こしている場合には通風量は改善されないことから、十分にセンサー出力が回復しない場合には、外付けフィルターの清掃を促す警告表示を、図にはないスクリーン上に行う。これにより、目詰まりし通風量が大幅に減ることで生じる温度上昇による光学部品の性能劣化を防ぐ。

本実施の形態では、画像表示装置を液晶パネルとしたが、ＤＭＤ(デジタルミラーデバイス)を用いるＤＬＰ(デジタルライトプロセッシング)システムでも同等の構成を取り、同様の効果を期待できることは言うまでもない。

また、用いるファンについても、その種類や数に囚われるものでなく、吸排気が可能であれば問題ないことは明らかである。

本発明にかかる投写型画像表示装置は、特に、数十ミクロンの大きさの埃が非常に多い環境や、数百ミクロンといった大きな埃の多い劣悪な環境下で使用され、冷却のための外気取り込みに影響を与えないように圧力損失を最小限に抑えながらも、比較的大きなゴミを捕捉可能で、しかも長時間に渡ってフィルター交換などの手入れを不要とする、プロジェクタ等の投写型画像表示装置として有用である。

本発明の第１の実施の形態による投写型画像表示装置の全体平面構成図 ウレタンフィルターの特性図 本発明の第１の実施の形態による投写型画像表示装置の外付けフィルター構成説明図 本発明の第２の実施の形態による投写型画像表示装置の外付けフィルター構成説明図

符号の説明

１０１ 光源
１０２ 反射鏡
１０３ 光学ユニット
１０４、１０５ ダイクロイックミラー
１０６、１０７、１０８ 全反射ミラー
１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ 入射側偏光板
１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ 液晶パネル
１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ 出射側偏光板
１１２Ｒ、１１２Ｂ ダイクロイック反射膜
１１３ 合成プリズム
１１４ 投写レンズ
１１６ 電源
１１７ 吸気ファン
１１８ 筐体
１１９ 吸気口
１２０ 粉塵捕捉部
１２１ 光学ユニットダクト
１２２Ｒ １２２Ｇ、１２２Ｂ 開口
１２３ 排気ファン
１２４ 排気口
１２５ 窓部材
１２６ 吸気ダクト
１２７、１２８、１２９ 緩衝材
１３０ 静電フィルター
１３１ａ、１３１ｂ フィルター巻き取り軸
１３２ 小型筐体
１３３ 小型筐体開口部
１３４ 中継回転軸
１３５ 走行量モニター軸
１３７ スポンジ
１３８ 内ケース開口
１３９ 内ケース
１４０ 第１の外付けフィルター
１４１ 第２の外付けフィルター
１４２ 外ケース
１４３ 外付けフィルターユニット
１４４ 固定バネ
１４５ 外付けフィルターユニット
１４６ 第３の外付けフィルター
１４７ 風量センサー

Claims (14)

1. 少なくとも吸気口、排気口を持つ筐体と、前記吸気口に配置される粉塵捕捉部と、送風部とを備え、前記粉塵捕捉部はフィルターが更新可能な可動式防塵フィルターである投写型画像表示装置において、
   前記筐体の前記吸気口の外側には、固定式防塵フィルターが独立して脱着可能に配置されていることを特徴とする投写型画像表示装置。
2. 前記固定式防塵フィルターは、少なくとも２種類のフィルターから構成されていることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
3. より目の細かい種類のフィルターが粉塵捕捉部側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の投写型画像表示装置。
4. 前記固定式防塵フィルターの素材は、水洗い可能な特性を有していることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
5. 前記固定式防塵フィルターの有効開口面積Ｓｕと、前記吸気口の開口面積Ｓｅは以下の関係にあることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
   Ｓｕ／Ｓｅ＞５
6. 前記固定式防塵フィルターは、前記筐体との間に、フィルターを透過した外気以外は周囲から侵入しない構造を備え、かつ、筐体開口部から一定の空気間隔を持って配置されていることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
7. 前記固定式防塵フィルターのうち、目の粗い種類のフィルターの厚さをｔ１、目の細かい種類のフィルターをｔ２としたときに、以下の関係があることを特徴とする請求項２記載の投写型画像表示装置。
   ｔ１≧ｔ２
8. 前記固定式防塵フィルターはウレタンフィルターであり、セルの数が２０個以下／２５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
9. 前記固定式防塵フィルターを構成する各フィルターは、厚さあたりの圧力損失と、厚さと開口面積の積が略同一であるように設計されていることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
10. 前記可動式防塵フィルターは、静電フィルターであることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
11. 前記可動式防塵フィルターのうち、筐体通気部を通過する有効総表面積Ｓｆと、前記固定式防塵フィルターの体積Ｖｕの比は以下の関係にあることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
    Ｖｕ／Ｓｆ＞１０
12. 前記可動式防塵フィルターを通過する風量に応じて出力変化するセンサーが内蔵されており、その出力により目詰まり状態を検出した際に、可動式防塵フィルターが動作され、通気部を覆うフィルターが更新されることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
13. 前記更新後も十分に前記センサー出力が回復しない場合、外付けフィルターの清掃を促す警告表示を行うことを特徴とする請求項１２記載の投写型画像表示装置。
14. 前記固定式防塵フィルターは、フィルターを内包する内ケースと、さらに前記内ケースを収納する外ケースを備えることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。

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