JP2017201400A - 光源システム及び投影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる動作モードにしたがって2又はそれ以上の光シーケンスを生成し得る光源システム及び画像投影システムを提供する。【解決手段】光源システムは、励起光を生成するために使用される光源と、少なくとも2つのセグメントをそれぞれ具えた第1の領域41及び第2の領域42を有する励起光を受容するために使用される色転移装置33と、周期的に色相環を駆動して、第1の動作モードで第1の光シーケンスが2又はそれ以上の第1のセグメントによって生成され、第2の動作モードで第2の光シーケンスが2又はそれ以上の第2のセグメントによって生成されるように使用される駆動装置とを具える。第1の光シーケンスは、第2の光シーケンスとは異なる。第1及び第2の動作モードが、切換装置によって切り換えられる。【選択図】図4

Description

本発明は、光技術に関し、特に、光源システム及び画像投影システムに関するものである。
多色光シーケンスが、多くの場合、照明及び画像投影ディスプレイに使用される。図1は、従来のシステムを示しており、光源11からの励起光12が、集束光学素子13によって色相環14に集束される。色相環14は、いくつかのセグメントを有しており、様々な蛍光体を担持して、励起光を変換光に変換する。色相環14が駆動装置13によって駆動されて回転軸16を中心として回転する時に、これら様々なセグメントを励起光の光路で露光させ、これにより多色の変換光シーケンスを生成し得る。例えば、図2に示すように、赤色セグメントR、緑色セグメントG、青色セグメントB及び白色セグメントWを有する色相環14を、励起光12によって励起させ、赤−緑−青−白のカラー光シーケンスを生成し得る。
図2に示す色相環14によって生成される赤−緑−青−白の光シーケンスは、白色光の増強の分野で適用され:赤色、青色及び緑色光を使用してカラー画像を生成する一方、白色光を使用して、データ及びダイアグラムを示す時に明るさを改善する。しかしながら、上記の光源システムは、不十分且つ不満足な彩度を有する。ダイナミックなビデオディスプレイといった他のディスプレイへの適用では、ピクチャの彩度が、明るさよりもはるかに重要であるため、白色光の無い赤−緑−青の光シーケンスが、この状況ではより適切である。さらに、2つの異なる多色光シーケンスがステレオ投影機では必要であり、一方は2次元投影ディスプレイ用で、他方は3次元投影ディスプレイ用である。従来の光源システム及び投影装置は、一般に、異なる動作モードにしたがって2つの異なる光シーケンスを与えない。
このため、上記の問題を解決するための光源システム及び画像投影システムが必要とされている。
本発明の目的は、異なる動作モードにしたがって2又はそれ以上の光シーケンスを生成し得る光源システム及び画像投影システムを提供することである。
これらの不利益を解決するために、本発明は、励起光を生成する光源と;励起光を吸収する色相環と;駆動装置及び切換装置とを有する光源システムを提供する。色相環は、第1の領域及び第2の領域を有する。第1の領域は、2又はそれ以上の第1のセグメントを有しており、第2の領域は、2又はそれ以上の第2のセグメントを有する。駆動装置は、色相環を駆動して周期的に移動させ、第1の光シーケンスが、光源システムの第1の動作モードで順次第1の光を周期的に放射する2又はそれ以上の第1のセグメントによって生成され、第2の光シーケンスが、光源システムの第2の動作モードで順次第2の光を周期的に放射する2又はそれ以上の第2のセグメントによって生成され、第1の光シーケンスは、第2の光シーケンスとは異なる。切換装置を使用して、第1の動作モード及び第2の動作モード間で光源システムの動作モードの切換を制御する。
これらの不利益を解決するために、本発明は、上記のような光源システムを有する画像投影システムを提供する。
本発明の効果は、従来の技術とは異なり、光源システム及び画像投影システムが、異なる動作モードにしたがって異なる光シーケンスを生成し得ることである。
図1は、従来の光源システムを示す。 図2は、図1に示す光源システムに使用される色相環の構造を示す。 図3は、本発明の第1の実施例に係る光源システムを示す。 図4は、図3に示す光源システムで使用される色相環の第1の例を示す。 図5は、図3に示す光源システムで有用な色相環の第2の例を示す。 図6は、本発明の図3に示す光源システムで有用な色相環の第3の例を示す。 図7は、本発明の第2の実施例に係る光源システムを示す。 図8は、本発明の第3の実施例に係る光源システムを示す。 図9は、本発明の第4の実施例に係る光源システムを示す。 図10は、本発明の第5の実施例に係る2つの異なる光源システムを示す。 図11は、本発明の第5の実施例に係る2つの異なる光源システムを示す。 図12は、図10及び図11に示す色相環103の第1の例を示す。 図13は、図10及び図11に示す色相環103の第2の例を示す。 図14は、本発明の第6の実施例に係る2つの光源システムを示す。 図15は、本発明の第6の実施例に係る2つの光源システムを示す。 図16は、図14及び図15に示す色相環143の第1の例を示す。 図17は、図14及び図15に示す色相環143の第2の例を示す。 図18は、本発明の第7の実施例に係る2つの光源システムを示す。 図19は、本発明の第7の実施例に係る2つの光源システムを示す。 図20は、図18及び図19に示す色相環183aの例を示す。 図21は、図18及び図19に示す色相環183bの例を示す。 図22は、本発明の第8の実施例に係る光源システムを示す。
図3は、本発明の第1の実施例に係る光源システムを示す。図3に示すように、光源システム30は、励起光の光源31、集束光学素子32、色転移装置33、駆動装置34及び切換装置35を有する。
本実施例では、光源31からの励起光が、集束光学素子32によって集束され、その後、色相環33に入射する。励起光は色相環33によって受容される。色相環33は駆動装置34によって駆動され、回転軸36を中心として回転する。切換装置35は、回転軸36と直交する方向に沿って色相環33及び駆動装置34を移動させ得る。
図4は、図3に示す光源システムで使用される色相環33の構造を示す。図4に示すように、色相環33が、第1の領域41及び第2の領域42を有する。第1の領域41は環状領域であり、周方向に沿って配置された赤色セグメントR1、緑色セグメントG1、及び青色セグメントB1を有する。これら3つのセグメントは、光源31からの励起光を吸収し、色相環33を透過する赤色、緑色及び青色光をそれぞれ生成する。第2の領域42は、第1の領域41と同心の環状領域であり、周方向に沿って配置された赤色セグメントR2、緑色セグメントG2、青色セグメントB2、及び白色セグメントWを有する。これら4つのセグメントは、光源31からの励起光を吸収し、色相環33を透過する赤色、緑色、青色及び白色光をそれぞれ生成する。第1の領域41及び第2の領域42は、色相環33が回転すると回転軸36を中心として回転する。
図4に示す実施例では、色転移装置33が環状である。代替的な実施例では、色転移装置を、駆動装置34によって駆動されると水平方向に沿って直線的に振動する真っ直ぐな帯状に代えることができる。別の実施例では、色転移装置が円筒状を有しており、駆動装置34によって駆動されると回転する。色転移装置は他の形状を有してもよく、第1の領域41及び第2の領域42の形状を実情に応じて設計すべきである。
光源31からの励起光は、紫外光又は近紫外光であり、赤色セグメントR1及びR2が、赤い波長の波長変換材料を含んでおり、緑色セグメントG1及びG2が、緑の波長の波長変換材料を含んでおり、青色セグメントB1及びB2が、青い波長の波長変換材料を含んでおり、及び白色セグメントWが、青い波長の波長変換材料及び黄色い波長の波長変換材料といった、異なる波長の波長変換材料の組み合わせを含んでいる。総てのセグメントは、光源31からの励起光によって励起されることができ、それぞれの色を具えた光を放射する。光源31からの励起光が青色光である場合、青色セグメントB1及びB2が、波長変換なしに青色光を透過するクリアセグメントであり、白色セグメントWが、青色励起光の一部を黄色い光に変換して、残りの青色励起光と変換された黄色い光との組み合わせとして白色光を生成する黄色い波長の波長変換材料を有する。
光源30の第1の動作モードでは、切換装置35が、色相環33及び駆動装置34を回転軸36に直交する方向の適切な位置に調整し、光源31からの励起光が第1の領域に作用して、光点43を形成する。色相環33が、駆動装置34により周期的に駆動されてその回転軸36を中心として回転するときに、第1の領域の異なるセグメントR1、G1、B1が、交互に異なる時間、励起光に露光され、異なる色の光が順次生成される。結果として、赤色、青色及び緑色光の第1の光シーケンスが、光源システム30によって放射される。光源システム30の第2の動作モードでは、切換装置35が、色相環33及び駆動装置34を回転軸36に直交する方向の別の適切な位置に調整し、光源31からの励起光が第2の領域42に作用して、光点44を形成する。色相環33が、駆動装置34の駆動によってその回転軸36を中心として回転するときに、第2の領域42の異なるセグメントR2、G2、B2が、異なる時間、励起光に露光され、異なる色の光が順次に生成される。結果として、赤色、青色、緑色及び白色光の第2の光シーケンスが、光源システム30によって周期的に放射される。
図5は、本発明の色相環33の第2の例を示す。図5に示すように、色相環33は、第1の領域51及び第2の領域52を有する。第1の領域51は、赤色セグメントR、緑色セグメントG及び青色セグメントBを有しており、励起光によって励起されて、赤色、緑色及び青色光をそれぞれ生成する。第2の領域52が、右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlを有しており、励起光によって励起されて、右眼用の赤色光、左眼用の赤色光、右眼用の緑色光、左眼用の緑色
光、右眼用の青色光、及び左眼用の青色光をそれぞれ生成する。右眼用の赤色光、左眼用の赤色光、右眼用の緑色光、左眼用の緑色光、右眼用の青色光、左眼用の青色光は、3次元ディスプレイで適切な方法で区別でき、右眼用及び左眼用のカラー画像をそれぞれ担持するよう使用される、赤色光、緑色光、及び青色光に関する。それらは、いくつかの方法で取得される。
第1の方法は、右眼用及び左眼用の同じカラーセグメントの中に異なる主波長を具えた同じカラー光を生成し得る異なる波長変換材料を設けることである。例えば、630nmの主波長を具えた光を生成する赤色の波長変換材料が、右眼用の赤色セグメントRrに設けられ、650nmの主波長を具えた光を生成する別の赤色の波長変換材料が、左眼用の赤色セグメントRlに設けられる。結果として、右眼用の赤色セグメントRrが、光源31からの励起光によって励起され、630nmの主波長を具えた光を生成する一方、左眼用の赤色セグメントRlが、光源31からの励起光によって励起され、650nmの主波長を具えた光を生成する。これら2つの赤色光は、色相環の下流側のダイクロイックフィルタによって分離される。
第2の方法は、右眼用及び左眼用の同じカラーセグメントの中に同じ波長変換材料を設け、波長変換材料からの光をフィルタリングする異なるダイクロイックフィルタを用いて、同じ色ではあるが異なる主波長の光を取得することである。例えば、630nm乃至650nmの範囲の主波長を具えた光を生成し得る赤色の変換材料が、右眼用の赤色セグメントRr及び左眼用の赤色セグメントRlに設けられ、630nmの主波長を有する赤色光を透過させ得るダイクロイックフィルタが、右眼用の赤色セグメントRrに設けられる一方、650nmの主波長を有する赤色光を透過させ得るダイクロイックフィルタが、左眼用の赤色セグメントRlに設けられる。当然ながら、右眼用及び左眼用のセグメントが、励起光を透過させるセグメント(例えば、青色セグメント)である場合、波長変換材料無しに、これらのセグメントに異なるダイクロイックフィルタを設けることができる。
第3の方法は、右眼用及び左眼用の同じ色のセグメントに異なる偏光子を配置して、色相環の下流側の偏光子によって分離される、異なる偏光状態を具える光を生成することである。
図5に示す色相環を用いた光源30の第1の動作モードでは、切換装置35が、色相環33及び駆動装置34を回転軸36に直交する方向の適切な位置に調整し、光源31からの励起光が第1の領域51に作用して、光点53を形成する。色相環33が、駆動装置34の駆動によってその回転軸36を中心として回転するときに、第1の領域における、異なるセグメントR、G、Bが、異なる時間で励起光に露光され、異なる色の光が、順次生成される。結果として、赤色、青色及び緑色光の第1の光シーケンスが、光源システム30によって放射される。図5に示す色相環を用いた光源システム30の第2の動作モードでは、切換装置35が、色相環33及び駆動装置34を回転軸36に直交する方向の別の適切な位置に調整し、光源31からの励起光が第2の領域52に作用して、光点54を形成する。色相環33が、駆動装置34の駆動によってその回転軸36を中心として回転するときに、第2の領域52における、右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、左眼用の青色セグメントBlが、異なる時間で励起光に露光され、右眼用の赤色光、左眼用の赤色光、右眼用の緑色光、左眼用の緑色光、右眼用の青色光、及び左眼用の青色光を具えた光シーケンスが、順次生成される。結果として、右眼及び左眼に関する第2の光シーケンスが、光源システム30によって放射される。
図6は、図3に示す色相環の第3の実施例を示す。色相環33は、第1の領域61及び第2の領域62を有する。第1の領域61は、赤色セグメントR、緑色セグメントG、青色セグメントB、及び白色セグメントWを有するよう構成されており、第2の領域62は、右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr,左眼用の青色セグメントBlを有するよう構成されている。
図6に示す色相環を用いた光源30の第1の動作モードでは、切換装置35が、色相環33及び駆動装置34を回転軸36に直交する方向の別の適切な位置に調整し、光源31からの励起光が第1の領域61に作用して、光点63を形成する。色相環33が、駆動装置34の駆動によってその回転軸36を中心として回転するときに、第1の領域のR、G、B、Wから成る異なるセグメントが、異なる時間、励起光に露光され、異なる色を順次生成する。赤色、緑色及び青色光の第1の光シーケンスが、光源システムによって周期的に放射される。図6に示す色相環を用いた光源システム30の第2の動作モードでは、切換装置35が、色相環33及び駆動装置34を回転軸36に直交する方向の別の適切な位置に調整し、光源31からの励起光が第2の領域62に作用して、光点64を形成する。色相環33が、駆動装置34の駆動によってその回転軸36を中心として回転するときに、第2の領域52における右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlが、異なる時間、励起光に露光され、右眼に関する赤色光、左眼に関する赤色光、右眼に関する緑色光、左眼に関する緑色光、右眼に関する青色光、及び左眼に関する青色光を具えた光シーケンスが、順に生成される。結果として、右眼及び左眼に関する第2の光シーケンスが、光源システム30によって周期的に放射される。
上記の光源30は、切換装置35を通して色相環33の面上における励起光の光点の位置を調整し、異なるセグメントを有する第1の領域及び第2の領域が、異なる動作モードで励起光に露光され、異なる光シーケンスを生成する。上記においては、総ての実施例が、赤色、緑色及び青色の原色に基づいて記載されているが、駆動装置34により異なるセグメントに周期的に入射する励起光によって異なる光シーケンスを生成し得るように、第1及び第2の領域のそれぞれが少なくとも2色のセグメントを有する限り、他の原色のセットを使用して赤色、緑色及び青色光の代わりとし得る。さらに、上記の実施例では、切換装置35が、色相環33の位置を切り換えることにより、第1の動作モード及び第2の動作モードの間で、光源30の動作モードを切り換えることができる。他の実施例では、切換装置35が、光源30に対する励起光の光路を調整することによって、第1の動作モード及び第2の動作モードの間で、光源30の動作モードを切り換えることができる。例えば、ガルバノミラーシステムを光源30の励起光の光路に設けることで、励起光が、異なる動作モードで異なる伝播方向を介して色相環33の異なる領域に作用する。他の実施例では、第1の領域及び第2の領域が、波長変換材料を励起させること以外の他の方法を通して第1の光シーケンス及び第2の光シーケンスを生成する。例えば、第1の領域及び第2の領域が、波長変換材料を使用することなしに、白色光といった励起光のフィルタリングによって、第1の光シーケンス及び第2の光シーケンスを生成する。
図7は、本発明の第2の実施例に係る光源システムを示す。光源システム70は、励起光の光源71、集束光学素子72、色相環73、駆動装置74、及び切換装置75を具える。光源システム70と図3に示す光源システム30との差異は、第1のダイクロイックフィルタ77が、色相環73の上流側(励起側)に設けられており、第2のダイクロイックフィルタ78が、色相環73の下流側に設けられていることである。第1のダイクロイックフィルタ77により、励起光が第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンスを通過させ且つ反射させることができ、第2のフィルタ78が、所定の閾値角度よりも小さい入射角を有する第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンスを透過させ、所定の角度よりも大きい入射角を有する第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンスを反射させる。結果として、励起光が第1のダイクロイックフィルタ77を通過して色相環の材料を励起する一方、色相環によって生成され第1のダイクロイックフィルタ77に向かって移動する第1の光及び/又は第2の光の部分が、第1のダイクロイックフィルタによって、第2のダイクロイックフィルタ78に向けて反射する。また、第1の光及び/又は第2の光の他の部分(前進する部分)が、第2のダイクロイックフィルタ78に向かって進む。第2のダイクロイックフィルタ78が、所定の角度よりも小さい入射角を有する第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンス(色相環によって直接放射されるか又は第1のダイクロイックフィルタ77によって反射されるかのいずれか)を透過させ、より大きな入射角を有する第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンスを反射させる。第2のダイクロイックフィルタ78から反射する第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンスは、色相環73によって散乱し、第1のダイクロイックフィルタ77によって反射して第2のダイクロイックフィルタ78に戻される。このような反射光は、この場合も上記のような形式で入射角に基づいて第2のダイクロイックフィルタ78によって選択的に透過される。このプロセスが繰り返され、小さな入射角の光が第2のダイクロイックフィルタ78によって出力される。
この方法を通して、第1の光及び/又は第2の光の出力角が、より小さな範囲に限定され、反射される第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンスを再利用して、光源システム70の発光効率を改善できる。代替的な実施例では、第1のダイクロイックフィルタ77及び第2のダイクロイックフィルタ78が別々に使用されており、例えば、第2のダイクロイックフィルタ78が、反射型色相環(以下の実施例で示す)の出力側に設けられている。
図8は、本発明の第3の実施例に係る光源システムを示す。光源システム80は、励起光の光源81、集束光学素子82、色相環83、駆動装置84、及び切換装置85を具える。色相環83は、2又はそれ以上の第1のセグメントを具えた第1の領域と、図4乃至6に示すカラーセグメント構成といった2又はそれ以上の第2のセグメントを具えた第2の領域とを有するよう構成されており、2つの動作モードで第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンスを生成する。
光源システム80と図3に示す光源システム30との差異は、色相環83において、第1の領域の第1のセグメントのいくつかが、第1の光シーケンスのいくつかの色を通過させ得る一方、第1の領域の第1のセグメントの他のいくつかが、第1の光シーケンスの他の色を反射させることである。色相環83を透過する光及び色相環83によって反射する光は、ダイクロイックフィルタ86及び89及び反射鏡87及び88を有する光結合装置によって結合される。例えば、色相環83が図4に示すような構造を有する場合、光源81からの青色励起光は、集束光学素子82によって集められ且つ伝えられ、ダイクロイックフィルタ86を透過して色相環83に入射する。青色励起光が色相環83の第1の領域の青色セグメントによって透過する際に、青色励起光が、第1の領域の赤色セグメント及び緑色セグメントによってそれぞれ赤色光及び緑色光に変換され、赤色光及び緑色光が色相環83によって反射する。色相環を透過する青色励起光は、反射鏡87及び88によって反射し、ダイクロイックフィルタ89を透過する。後進する赤色及び緑色光が、ダイクロイックフィルタ86によって反射し、その後、ダイクロイックフィルタ89によって反射する。これにより、ダイクロイックフィルタ89によって青色励起光及び赤色及び緑色変換光が組み合わさる。同様に、色相環83の第2の領域の第2のセグメントのいくつかが、第2の光シーケンスのいくつかの色を透過させ、第2のセグメントの他のいくつかが、第2の光シーケンスのいくつかの色を反射する。透過及び反射したこれらの光は、光結合装置86−89によって結合される。さらに、光結合装置が、図8に示すものに加え、他の適切な構成を有し得る。
図9は、本発明の第4の実施例に係る光源システムを示す。光源システム90は、励起光の光源91、集束光学素子92、色相環93、駆動装置94、切換装置95、反射装置96、及び光積分器97を具える。光源システム90と図3に示す光源システム30との差異は、本実施例では、第1の光シーケンス及び第2の光シーケンスが、色相環93によって反射し、その後、反射装置96及び光積分器97によって集束することである。反射装置96は、円弧状の反射層961に開口962を具えた円弧状の反射層961(例えば、球状の反射層又は楕円体の反射層)とし得る。開口962は、スルーホール又は透過領域とし得る。光源91からの励起光が、開口962を通過することによって色相環93に作用する前に、集束装置92によって集束される。色相環93によって生成される第1の光シーケンス又は第2の光シーケンスは、円弧状の反射層961によって反射し、その後、光積分器97の入口に伝播する。
特定の実施例では、円弧状の反射層961は楕円体層であり、1つの焦束点から他の焦束点に光を反射する。このため、色相環93における第1の光シーケンス又は第2の光シーケンスの放射スポットが、楕円体の反射層961の一方の集束点に位置する一方、光積分器97の入口が、他の集束点に位置する。別の実施例では、円弧状の反射層961が、球状層である。球の中心付近であって球の中心に対して対称的な2つの点については、一方の点からの光が球状の反射層によって他の点に反射する。このため、色相環93における第1の光シーケンス又は第2の光シーケンスの放射スポットが、球状の反射層の一方の点に位置する一方、光積分器97の入口が、球の中心に対して第1の点とは対称的な他方の点に位置する。
一実施例では、開口962及び円弧状の反射層961の大きさを調整することによって、開口962から漏れ出る第1の光シーケンス又は第2の光シーケンスの光束が、円弧状の反射層961によって集束された光束の4分の1を超えず、第1の光シーケンス又は第2の光シーケンスの過剰の光束の喪失が避けられる。開口962の面積は、好適には、円弧状の反射層961の面積の4分の1を超えない。
図10及び11は、本発明の第5の実施例に係る光源システム100の2つの動作モードを示す。図10及び図11に示すように、光源システム100が、励起光の光源101、集束装置102、色相環103、駆動装置104、切換装置105、ダイクロイックフィルタ106、反射鏡107、集束装置108、及び光積分器109を具える。
図12は、図10及び図11に示す色相環103の第1の例の正面図を示す。図12に示すように、色相環103は、第1の領域111及び第2の領域112を具える。第1の領域111は、赤色セグメントR、緑色セグメントG及び青色セグメントBを有するよう構成されており、第2の領域は、右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlを有するよう構成されている。
(図10に示すような)光源システム100の第1の動作モードでは、切換装置105が、回転軸と直交する方向の適切な位置に色相環103及び駆動装置104を調整し、光源101からの励起光が、ダイクロイックフィルタ106を通過した後に第1の領域111に作用し、光点113を形成する。色相環103が駆動装置104によって駆動されてその回転軸を中心として回転するときに、第1の領域の赤色セグメントR、緑色セグメントG、青色セグメントBが、異なる時間で励起光に露光し、赤色、青色及び緑色光を含む光が順に生成され、赤色、青色及び緑色光の第1の光シーケンスをもたらす。第1の領域からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第1の光シーケンスを形成する。第1の光シーケンスは、ダイクロイックフィルタ106及び反射鏡107によって反射し、その後、集束装置108によって集束且つ伝達され、色相環103の第2の領域112の外側を通過した後、図12の仮想点114として示される位置で、最終的に光積分器109に入る。図10に示す例では、光が色相環103の面と交わる位置114が、色相環103の物理的構造の外側に位置する。代替的に、位置114が、色相環103の物理的領域の内側に位置してもよく、色相環が、光点114が交差する環状領域で無色透明である(波長変換材料又はカラーフィルタを有しない)。結果として、赤色、緑色及び青色の第1の光シーケンスが光源システム100によって周期的に生成される。
(図11に示すような)光源システム100の第2の動作モードでは、切換装置105が、回転軸106に直交する方向の別の適切な位置に色相環103及び駆動装置104を調整し、光源101からの励起光が、ダイクロイックフィルタ106を通過した後に第1の領域111に作用し、光点115(図12参照)を形成する。色相環104が、駆動装置104によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、赤色セグメントR、緑色セグメントG及び青色セグメントBが異なる時間で励起光に露光され、赤色、青色及び緑色光を含む光が順に生成され、赤色、青色及び緑色光の第1の光シーケンスをもたらす。第1の領域からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第1の光シーケンスを形成する。第1の光シーケンスは、ダイクロイックフィルタ106及び反射鏡107によって反射し、その後、集束装置108によって集束且つ伝達され、(図12の光点116として示すように)色相環103の第2の領域112に作用する。第1の光シーケンスは、右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlに順に作用し、右眼用の赤色光、左眼用の赤色光、右眼用の緑色光、左眼用の緑色光、右眼用の青色光、及び左眼用の青色光を順に生成する。このため、右眼用及び左眼用の光を含む第2の光シーケンスが、光源システム100によって周期的に生成される。
この実施例では、第1の光シーケンスの特定のカラー光が、第2の領域の右眼用及び左眼用の対応するカラーセグメントに作用するため、第2の領域の右眼用及び左眼用のセグメントは、波長変換材料を有する必要がなく、代わりに、第2の領域が、対応するカラーダイクロイックフィルタ又は偏光子を有する。さらに、第2の領域112の異なるカラーを具えた右眼用及び左眼用のセグメントの角度分布及び位置分布が、対応するカラーを具えたセグメントの角度分布及び位置分布に対応する。例えば、励起光によって形成される第1の領域111の光点115、フィルタ106、反射器107及びレンズ108を通過
した後に第1の光シーケンスによって形成される第2の領域の光点116が、色相環103の回転軸の両側に位置する。2つの光点は、色相環103の表面の回転軸に対して180度の角度を形成する。さらに、右眼用及び左眼用の同じカラーセグメント(例えば、Rr及びRl)に関する組み合わせ角度範囲が、第1の領域の対応するカラーセグメント(例えば、R)の角度範囲に等しく、反対側の角度に位置する。代替的に、第1の領域111及び第2の112が、第1の光シーケンス及び/又は第2の光シーケンスが透過又は反射し得るように、構成される。
図13は、図10及び図11のシステムで使用される色相環103の第2の例の正面図を示す。図13に示すように、色相環103は、第1の領域121、第2の領域122及び第3の領域123を具える。第1の領域121は、赤色セグメントR1、緑色セグメントG1、青色セグメントB1及び白色セグメントWを有するよう構成されている。第2の領域は、右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlを有するよう構成されている。第3の領域123は、赤色セグメントR1、緑色セグメントG1及び青色セグメントB1を有するよう構成されている。
(図10に示すような)光源システム100の第1の動作モードでは、切換装置105が、回転軸に直交する方向の適切な位置に色相環103及び駆動装置104を調整し、光源101からの励起光が、開口106を通過した後に第1の領域121に作用し、光点124(図13参照)を形成する。色相環103が、駆動装置104によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、第1の領域の赤色セグメントR1、緑色セグメントG1、青色セグメントB1、及び白色セグメントWが異なる時間で励起光に露光され、赤色、青色、緑色及び白色光が順に生成される。第1の領域からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第1の光シーケンスを形成する。第1の光シーケンスは、ダイクロイックフィルタ106及び反射鏡107によって反射し、集束装置108によって集束され色相環103の周囲を通過した後に、光積分器109に作用する(光と色相環103の面との交点の位置を図13の仮想光点125として示す)。結果として、赤色、青色、緑色、白色光の第1の光シーケンスが、光源システム100によって周期的に生成される。
(図11に示すような)光源システム100の第2の動作モードでは、切換装置105が、回転軸に直交する方向の別の位置に色相環103及び駆動装置104を調整し、光源101からの励起光が、ダイクロイックフィルタ106を通過した後に第3の領域123に作用し、光点126(図13参照)を形成する。色相環103が、駆動装置104によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、第3の領域の赤色セグメントR2、緑色セグメントG2、及び青色セグメントB2が異なる時間で励起光に露光され、赤色、緑色及び青色光が順に生成される。第3の領域からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第3の光シーケンスを形成する。第3の光シーケンスは、ダイクロイックフィルタ106及び反射鏡107によって反射し、集束装置108によって集束された後に、色相環103の第2の領域122に作用し、光点127を形成する。第3の光シーケンスは、第2の領域の右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlにそれぞれ作用し、右眼用の赤色光、左眼用の赤色光、右眼用の緑色光、左眼用の緑色光、右眼用の青色光、及び左眼用の青色光をもたらす。結果として、右眼用及び左眼用の光を含む第2の光シーケンスが、光源システム100によって周期的に生成される。
さらに、本実施例では、光源システム100が、第3の動作モードを有する。光源システム100の第3の動作モードでは、切換装置105が、回転軸に直交する方向の別の位置に色相環103及び駆動装置104を調整し、光源101からの励起光が、開口106を通過した後に第3の領域122に作用し、光点128を形成する。色相環103が、駆動装置104によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、第3の領域123の赤色セグメントR2、緑色セグメントG2、及び青色セグメントB2が異なる時間で励起光に露光され、赤色、緑色及び青色光が順に生成される。第3の領域からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第3の光シーケンスを形成する。第3の光シーケンスは、ダイクロイックフィルタ106及び反射鏡107によって反射し、集束装置108によって集束され色相環103を通過した後に、光積分器109に作用する(光と色相環103の面との交点の位置を図13の仮想光点129として示す)。結果として、赤色、青色、緑色光の第3の光シーケンスが、光源システム100によって周期的に生成される。
図14及び図15は、本発明の第6の実施例に係る2つの動作モードを示す。図14及び図15に示すように、光源システム140は、励起光の光源141、集束光学素子142、色相環143、駆動装置144、切換装置145、反射装置146及び光積分器147を具える。反射装置146は、開口1462を具えた円弧状の反射層1461を含む。
本実施例の光源システム140と図10及び図11に示す光源システム100との間の差異は、反射装置146が、図10及び11のダイクロイックフィルタ106及び反射鏡107の代わりに使用されることである。反射装置146の動作原理は、図9の実施例及び既に詳述した反射装置86の動作原理と同じである。
図16は、図14及び図15に示すシステムで使用される色相環143の第1の例の正面図を示す。図15に示すように、色相環143が、第1の領域151及び第2の領域152を具える。第1の領域151は、赤色セグメントR、緑色セグメントG、青色セグメントB及び白色セグメントWを有するよう構成されている。第2の領域152は、右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlを有するよう構成されている。
光源システム140の第1の動作モードでは、切換装置145が、回転軸に直交する方向の図14に示す適切な位置に色相環143及び駆動装置144を調整し、光源141からの励起光が、開口1462を通過した後に第1の領域151に作用し、光点153を形成する。色相環143が、駆動装置144によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、第1の領域151の赤色セグメントR、緑色セグメントG、及び青色セグメントBが異なる時間で励起光に露光され、赤色、緑色、青色及び白色光が順に生成される。第1の領域151からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第1の光シーケンスを形成する。第1の光シーケンスは、円弧状の反射層によって集束され、色相環103のエッジの周りを通過した後に、光積分器109に反射される(光と色相環143の面との交点の位置を図16の仮想光点154として示す)。結果として、赤色、青色、緑色光の第1の光シーケンスが、光源システム140によって周期的に生成される。
光源システム140の第2の動作モードでは、切換装置145が、回転軸に直交する方向の図15に示す別の位置に色相環143及び駆動装置104を調整し、光源141からの励起光が、第1の領域151に作用し、光点155を形成する。色相環143が、駆動装置144によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、第1の領域の赤色セグメントR、緑色セグメントG、及び青色セグメントBが異なる時間で励起光に露光され、赤色、緑色、青色光が順に生成される。第1の領域151からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第1の光シーケンスを形成する。第1の光シーケンスは、円弧状の反射層1461によって集束され、その後、色相環の第2の領域152に反射される(光点156として示す)。第1の光シーケンスが、第2の領域152の右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlにそれぞれ作用し、右眼用の赤色光、左眼用の赤色光、右眼用の緑色光、左眼用の緑色光、右眼用の青色光及び左眼用の青色光の生成をもたらす。結果として、右眼用及び左眼用の光を含む第2の光シーケンスが、光源システム140によって周期的に生成される。
本実施例では、当然ながら、励起光によって形成される第1の領域151の光点153及び第1の光シーケンスによって形成される第2の領域152の光点156が、色相環153の回転軸の同じ側に位置し、2つの光点が回転軸に対して0度の角度を形成する。このため、第2の領域152の右眼用及び左眼用のカラーセグメント(例えば、セグメントBr及びBl)及び第1の領域151の対応するカラーセグメント(例えば、セグメントB)は、回転軸の同じ側に位置するはずである。
図17は、図14及び図15に示すシステム140で使用される色相環143の第2の例の正面図を示す。図17に示すように、色相環143は、第1の領域161、第2の領域162及び第3の領域163を具える。第1の領域161は、赤色セグメントR1、緑色セグメントG1、青色セグメントB1、及び白色セグメントWを有するよう構成されている。第2の領域162は、右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlを有するよう構成されている。第3の領域163は、赤色セグメントR2、緑色セグメントG2、及び青色セグメントB2を有するよう構成されている。
図17に示す色相環を用いた光源システム140の第1の動作モードでは、切換装置145が、図14に示す回転軸に直交する方向の適切な位置に色相環103及び駆動装置104を調整し、光源141からの励起光が、開口1462を通過した後に第1の領域161に作用し、光点164を形成する。色相環143が、駆動装置164によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、第1の領域161の赤色セグメントR1、緑色セグメントG1、青色セグメントB1、及び白色セグメントWが異なる時間で励起光に露光され、赤色、緑色、青色及び白色光が順に生成される。第1の領域からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第1の光シーケンスを形成する。第1の光シーケンスは、円弧状の反射層1461によって集束され、その後、色相環143の外側の周りを通過することによって光積分器147に反射する(光と色相環の面との交点の位置を仮想光点165として示す)。結果として、赤色、青色、緑色、白色光の第1の光シーケンスが、光源システム140によって周期的に生成される。
光源システム140の第2の動作モードでは、切換装置145が、図15示す回転軸に直交する方向の別の適切な位置に色相環143及び駆動装置144を調整し、光源141からの励起光が、開口1462を通過した後に第3の領域163に作用し、光点166を形成する。色相環163が、駆動装置164によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、第3の領域163の赤色セグメントR2、緑色セグメントG2、及び青色セグメントB2が異なる時間で励起光に露光され、赤色、緑色、青色光が順に生成される。第3の領域163からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第3の光シーケンスを形成する。第3の光シーケンスは、円弧状の反射層1462によって集束且つ反射され、色相環143の第2の領域162に作用して、光点167を形成する。第3の光シーケンスは、第2の領域の右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlに順次作用し、右眼用の赤色光、左眼用の赤色光、右眼用の緑色光、左眼用の緑色光、右眼用の青色光、左眼用の青色光の生成をもたらす。結果として、右眼用及び左眼用の光を含む第2の光シーケンスが、光源システム140によって周期的に生成される。
さらに、本実施例では、光源システム140が、第3の動作モードを有する。光源システム140の第3の動作モードでは、切換装置145が、この場合も回転軸に直交する方向の別の適切な位置に色相環143及び駆動装置144を調整し、光源141からの励起光が、開口1462を通過した後に第3の領域163に作用し、光点168を形成する。色相環143が、駆動装置144によって駆動される回転軸を中心として回転する時に、第3の領域163の赤色セグメントR2、緑色セグメントG2、及び青色セグメントB2が異なる時間で励起光に露光され、赤色、緑色、青色光が順に生成される。第3の領域からの光は、各セグメントによってそれぞれ反射し、励起光とは反対の方向に伝播する第3の光シーケンスを形成する。第3の光シーケンスは、円弧状の反射層1461によって集束且つ反射され、色相環143の周りを通過した後に光積分器147に作用する(光と色相環143の面との交点の位置を図17の仮想光点169として示す)。結果として、赤色、青色、緑色光の第3の光シーケンスが、光源システム140によって周期的に生成される。
図18及び図19は、本発明の第7の実施例に係る光源システムの2つの動作モードを示す。図18及び図19に示すように、光源システム180は、光源181、集束光学素子182、第1の色相環183a、第2の色相環183b、駆動装置184、切換装置185、反射装置186、及び光積分器187を具える。反射装置186は、円弧状の反射層に開口1862を具えた円弧状の反射層1861を含む。
本実施例の光源システム180と図14及び図15に示す光源システム140との間の差異は、第1の色相環183a及び第2の色相環183bが、光源システム140の色相環143の代わりに使用されていることである。図20及び21に示すように、第1の色相環183aが、周方向に沿って赤色セグメントR、緑色セグメントG、及び青色セグメントBを含む環状領域である第1の領域191を有しており、第2の色相環183bが、周方向に沿って右眼用の赤色セグメントRr、左眼用の赤色セグメントRl、右眼用の緑色セグメントGr、左眼用の緑色セグメントGl、右眼用の青色セグメントBr、及び左眼用の青色セグメントBlを含むこの場合も環状領域である第2の領域192を有する。
本実施例では、第1の色相環183a及び第2の色相環183bが、同軸且つ互いに平行に配置されており、駆動装置184による駆動により互いに同期して回転する。第1の色相環183a、第2の色相環183b及び駆動装置184を、第1の色相環183a及び第2の色相環183bの回転軸に直交する方向に切換装置185によって移動させ得る。
図18に示す光源システム180の第1の動作モードでは、光源181からの励起光が、第1の領域191に作用して光点193(図20参照)を形成し、その後、第1の色相環183aによって生成される第1の光シーケンスが、第2の色相環183bのエッジの周りを通過した後に光積分器147に作用する(光と第2の色相環183bの面との交点の位置を仮想光点194として示す)。結果として、第1の光シーケンスが、光源システム180によって周期的に生成される。
図19に示す光源システム180の第2の動作モードでは、光源181からの励起光が、第1の領域191に作用して光点195を形成し、その後、第1の色相環183aからの第1の光シーケンスが、第2の色相環183bの第2の領域192に作用する(光点196として示す)。結果として、第2の光シーケンスが、光源システム180によって周期的に生成される。
図22は、本発明の第8の実施例に係る光源システムを示す。図22に示すように、光源システム220は、光源221、集束光学素子222、第1の色相環223a、第2の色相環223b、第1の駆動装置224a、第2の駆動装置224b、切換装置225、反射装置226、及び光積分器227を具える。
本実施例の光源システム220と図18及び図19に示す光源システム180との間の差異は、第1の色相環223aが第1の駆動装置224aによって駆動される一方、第2の色相環223bが第2の駆動装置224bによって駆動されることである。第2の色相環223bを第2の色相環223bの回転軸と直交する方向に切換装置225によって移動させることができ、光源システム220の第1の動作モードと第2の動作モードとの間の切換をもたらす。
代替的な実施例では、もう1つの切換装置(図示せず)を第1の色相環223a及び第1の駆動装置224aに配置でき、光源システムの第1の動作モード及び第2の動作モードを第1の色相環223aの回転軸に直交する方向の第1の色相環223aの移動により切り換え得る。
図示した色相環の例では、第1の領域、第2の領域及び第3の領域が1つの色相環に配置されているが;当然ながら、代替的に、カラーセグメントを、それぞれ異なる駆動装置によって駆動される異なる色相環に分けて配置し得る。
また、本発明は、上記の実施例のいずれかを具える画像投影システムを提供する。
本発明の精神から逸脱することなしに、本発明の多色光源システム及び関連する画像投影装置に様々な修正及び変更を行い得ることが、当業者にとって明らかである。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲及びそれに相当するものの範囲内にある修正及び変更をカバーすることを意図するものである。

Claims (15)

  1. 光源システムであって、
    励起光を生成する光源と、
    前記励起光を受容するように配置された色転移装置であって、第1の領域と第2の領域とを有しており、前記第1の領域が1又はそれ以上の第1のセグメントを有し、前記第2の領域が1又はそれ以上の第2のセグメントを有し、前記第1の領域と前記第2の領域が同軸に配置され、前記第1の領域が前記励起光の光路に配置され、前記励起光が前記第1の領域に入射し、前記第1の領域の前記1又はそれ以上の第1のセグメントにより第1の光が生成され、前記第1の光がさらに前記第2の領域に入射することにより、前記第2の領域の前記1又はそれ以上の第2のセグメントにより第2の光が生成され、前記第2の光が前記光源システムによって周期的に放射される、色転移装置と、
    前記第1の光を反射させ、前記第1の光を前記第2の領域に入射させ、開口を具えた円弧状の層を具える反射装置と、
    を具えることを特徴とする光源システム。
  2. 前記励起光が、前記開口を通して前記色転移装置に入射し、
    前記色転移装置によって生成される前記第1の光が、前記円弧状の層によって反射されることを特徴とする請求項1に記載の光源システム。
  3. 前記第1のセグメントは、原色セグメント又は白色セグメントであり、前記第2のセグメントは、左眼用及び右眼用の原色セグメントを有することを特徴とする請求項1に記載の光源システム。
  4. 前記第1の領域と前記第2の領域が回転軸を中心として同期して回転するように、前記色転移装置を駆動して周期的に移動させる駆動装置をさらに具えることを特徴とする請求項1又は2に記載の光源システム。
  5. 前記第1の領域が2又はそれ以上の第1のセグメントを有し、前記第2の領域が2又はそれ以上の第2のセグメントを有し、
    前記第1の領域が有する前記2又はそれ以上の第1のセグメントが、交互に前記励起光の光路に配置されるように、前記駆動装置が前記色転移装置を駆動して周期的に移動させ、
    前記励起光が前記第1の領域に入射し、前記第1の領域が有する前記2又はそれ以上の第1のセグメントにより交互に生成された第1の光によって、第1の光シーケンスが生成され、前記第1の光シーケンスがさらに前記第2の領域に入射し、前記第2の領域が有する前記2又はそれ以上の第2のセグメントにより交互に生成された第2の光によって、第2の光シーケンスが生成され、前記第2の光シーケンスが、前記光源システムによって周期的に放射される
    ことを特徴とする請求項4に記載の光源システム。
  6. 前記第1のセグメントは、原色セグメント又は白色セグメントであり、前記第2のセグメントは、左眼用及び右眼用の原色セグメントを有することを特徴とする請求項5に記載の光源システム。
  7. 前記色転移装置が、前記第1の領域及び前記第2の領域を有する色相環を具えることを特徴とする請求項4又は5に記載の光源システム。
  8. 前記色転移装置が、第1の色相環と第2の色相環を具え、前記第1の色相環が前記第1の領域を有しており、前記第2の色相環が前記第2の領域を有しており、第1の色相環と第2の色相環が同軸に配置されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の光源システム。
  9. 前記第1の領域と前記第2の領域が、それぞれ第1の環状領域及び第2の環状領域として配置され、
    前記2又はそれ以上の第1のセグメントが、前記第1の環状領域の円周方向に沿って配置され、
    前記2又はそれ以上の第2のセグメントが、前記第2の環状領域の円周方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の光源システム。
  10. 前記第1の領域が赤色セグメント、緑色セグメント、及び青色セグメントを有し、前記第2の領域が右眼用の赤色セグメント、左眼用の赤色セグメント、右眼用の緑色セグメント、左眼用の緑色セグメント、右眼用の青色セグメント、及び左眼用の青色セグメントを有することを特徴とする請求項9に記載の光源システム。
  11. 励起光によって前記第1の領域に形成された光点及び前記第1の光シーケンスによって前記第2の領域に形成された光点が、前記色相環の回転軸に対して0度の角度を形成することを特徴とする請求項10に記載の光源システム。
  12. 光源システムであって、
    励起光を生成する光源と、
    前記励起光を受容するように配置された色転移装置であって、第1の領域と第2の領域とを有しており、前記第1の領域が1又はそれ以上の第1のセグメントを有し、前記第2の領域が1又はそれ以上の第2のセグメントを有し、前記色転移装置が、前記第1の領域を有する第1の色相環と前記第2の領域を有する第2の色相環を具える色転移装置と、
    第1の駆動装置と第2の駆動装置を具える駆動装置であって、前記第1の領域が前記励起光の光路に配置されるように、前記第1の色相環及び前記第2の色相環がそれぞれ前記第1の駆動装置及び前記第2の駆動装置によって駆動され、前記励起光が前記第1の領域に入射し、前記第1の領域の前記1又はそれ以上の第1のセグメントにより第1の光が生成され、前記第1の光がさらに前記第2の領域に入射し、前記第2の領域の前記1又はそれ以上の第2のセグメントにより第2の光が生成され、前記第2の光が前記光源システムによって周期的に放射される、駆動装置と、
    前記第1の光を反射させ、前記第1の光を前記第2の領域に入射させ、開口を具えた円弧状の層を具える反射装置と、
    を具えることを特徴とする光源システム。
  13. 前記励起光が、前記開口を通して前記色転移装置に入射し、
    前記色転移装置によって生成される前記第1の光が、前記円弧状の層によって反射されることを特徴とする請求項12に記載の光源システム。
  14. 前記第1のセグメントは、原色セグメント又は白色セグメントであり、前記第2のセグメントは、左眼用及び右眼用の原色セグメントを有することを特徴とする請求項13に記載の光源システム。
  15. 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光源システムを具えることを特徴とする画像投影システム。
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