JP3194822U - Lighting device - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザー光により励起発光する色温度および色相を容易に可変できる照明装置を提供する。【解決手段】隣接した第1の領域および第2の領域であって、レーザー光5により励起発光して異なる色の光7を出力する第1の領域および第2の領域を含む発光領域21を有する発光ユニット20と、発光領域21にレーザー光5を照射してスポット6を形成する照射ユニット30と、スポット6の状態を、スポット6が第1の領域内に形成される第1の状態と、スポット6が第1の領域と第2の領域とに跨いで形成される第2の状態とに固定する色選択ユニット40とを有する照明装置1を提供する。【選択図】図2Provided is an illumination device capable of easily changing a color temperature and a hue which are excited and emitted by laser light. A light emitting region 21 including a first region and a second region, which are adjacent first regions and second regions, which emit light excited by laser light 5 to output light 7 of different colors. The light emitting unit 20, the irradiation unit 30 that irradiates the light emitting region 21 with the laser beam 5 to form the spot 6, the state of the spot 6, and the first state in which the spot 6 is formed in the first region Provided is a lighting device 1 having a color selection unit 40 that fixes a spot 6 in a second state in which a spot 6 is formed across a first region and a second region. [Selection] Figure 2
Description
本考案は、レーザー光により励起発光する光の色温度および色相を可変できる照明装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination device capable of changing the color temperature and hue of light excited and emitted by laser light.
特許文献1には、半導体発光素子を光源とし、色温度を可変することができる照明装置及び照明器具を提供することが記載されている。特許文献1の照明装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子を収納し透光部を有する光源体と、半導体発光素子に給電するための口金部材と、半導体発光素子を昼光色から電球色へ色温度を可変する制御手段とを具備する。
レーザー光により励起発光する光の色温度や色相を容易に選択または変更できる低コストの照明装置が要望されている。 There is a demand for a low-cost illumination device that can easily select or change the color temperature and hue of light excited and emitted by laser light.
本考案の一態様は、隣接した第1の領域および第2の領域であって、レーザー光により励起発光して異なる色の光を出力する第1の領域および第2の領域を含む発光領域を有する発光ユニットと、その発光領域にレーザー光を照射してスポットを形成する照射ユニットと、スポットの状態を、スポットが第1の領域内に形成される第1の状態と、スポットが第1の領域と第2の領域とに跨いで形成される第2の状態とに固定する色選択ユニットとを有する、照明装置である。 One embodiment of the present invention includes a first region and a second region that are adjacent to each other, and a light-emitting region including a first region and a second region that emits light of different colors when excited by laser light. A light emitting unit, a light emitting unit that irradiates a laser beam to the light emitting region to form a spot, a spot state, a first state in which the spot is formed in the first region, and a spot that is the first It is an illuminating device which has a color selection unit fixed to the 2nd state formed ranging over a field and the 2nd field.
この装置の発光ユニットは、異なる色を出力する第1の領域と第2の領域とがスポットが跨いで形成されるように配置されている。したがって、色選択ユニットにより、レーザー光のスポットがこれらの領域を跨がないように固定して形成すれば第1の領域または第2の領域に制御された色の光が出力されるように照明装置を設定できる。また、スポットが第1の領域と第2の領域とを跨ぐように固定して形成すれば、第1の領域および第2の領域に制御された色の光が出力されるように照明装置を設定できる。さらに、色選択ユニットにより、スポットを跨いで形成する際に、第1の領域と第2の領域とに含まれる割合を変えることにより、色温度や色相の異なる光が出力されるように照明装置を固定(設定)できる。したがって、簡単な方法で異なる色の光を出力するように設定できる照明装置を簡易な構造で実現でき、低コストで提供できる。 The light emitting unit of this apparatus is arranged so that the first region and the second region that output different colors are formed across the spots. Therefore, if the color selection unit is formed so that the spot of the laser beam does not straddle these regions, illumination is performed so that the light of the controlled color is output to the first region or the second region. You can set the device. In addition, if the spot is formed so as to straddle the first region and the second region, the lighting device is configured so that light of a controlled color is output to the first region and the second region. Can be set. Further, when the color selection unit is formed across the spots, the illumination device is configured so that light having different color temperature and hue is output by changing a ratio included in the first region and the second region. Can be fixed (set). Therefore, an illumination device that can be set to output light of different colors by a simple method can be realized with a simple structure, and can be provided at low cost.
近年フィラメント電球や蛍光ランプに代わって、消費電力が少なく、長寿命の発光ダイオードを光源とした照明器具、照明装置が多くなってきている。発光ダイオードを光源とした照明装置の多くは、光色は単一色である。このため、店舗や屋内の雰囲気を変える為には、灯具本体を交換しなければならない。発光ダイオードは小型なので複数の色温度や色相を持った発光ダイオードを灯具内に配置することにより発光色を変えられる灯具を提供しやすい。しかしながら、光源としては発光ダイオードの数を増やすと灯具のコストが大幅に増加する。近年では、一般家庭においても発光ダイオード照明が普及しており、色や明るさを変える事が出来る、安価で操作が簡単な灯具が要望されている。 In recent years, in place of filament light bulbs and fluorescent lamps, there are an increasing number of luminaires and lighting devices that use light-emitting diodes with low power consumption and long life. Many lighting devices using light emitting diodes as light sources have a single color. For this reason, in order to change the atmosphere in the store or indoors, the lamp body must be replaced. Since the light emitting diode is small, it is easy to provide a lamp whose emission color can be changed by arranging light emitting diodes having a plurality of color temperatures and hues in the lamp. However, when the number of light emitting diodes is increased as the light source, the cost of the lamp is greatly increased. In recent years, light-emitting diode illumination has become widespread in ordinary households, and there is a demand for inexpensive and easy-to-operate lamps that can change color and brightness.
図1に、照明装置の全体構成を斜視図により示し、図2に、照明装置1の概略構成を断面図により示している。照明装置(色温度可変照明装置、色変換照明装置)1は、室内等を照明する光(照明光)7を出力する出力ユニット3と、出力ユニット3を天井や壁面などの支持部材2に固定する基部10とを含む。基部10は、ハウジング(カバー)11と、ハウジング11をボルト等により支持部材2に固定する取付け部12とを含む。基部10はローゼットに取り付けられるものであってもよい。基部10のハウジング11には、レーザー光5を出力する照射ユニット30が収納されている。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the lighting device, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the schematic configuration of the
照射ユニット30は、レーザー光5を出射する半導体発光素子(レーザー素子、光源)31と、半導体発光素子31から出射されるレーザー光5のスポット6の形状を変更するレンズユニット32と、半導体発光素子31を駆動する基板34と、半導体発光素子31が発生する熱を放熱する放熱部材(支持部材)33とを含む。半導体発光素子31には、半導体レーザー素子を用いることができる。レンズユニット32は、コリメートレンズや回折格子などを用いることができる。レンズユニット32を用いない構成とすることもできるが、レンズユニット32を用いることにより、発光ユニット20に形成されるスポット6の形状や面積を容易に変更できる。レンズユニット32は、発光ユニット20に形成されるスポット6のフォーカスを変更する機能を含んでいてもよい。放熱部材33は、半導体発光素子31を強固に固定し、半導体発光素子31から発生する熱を効率よく放熱するため、熱伝導の良好な金属部材、例えばアルミニウム等で形成できる。冷却効率を高めるために、空冷ファンなどをハウジング11に収納してもよい。
The
出力ユニット3は、円球状のカバー4を含み、その内部に、光源となる発光ユニット20が収納されている。発光ユニット20は、レーザー光源31から出力されるレーザー光5により異なる色の光を励起発光する複数種類の蛍光体が塗り分けられた発光領域21が上面23に形成された円盤状の発光体25を含む。発光体25は、照射ユニット30から照射されるレーザー光5にも耐えられるよう放熱特性の良好な金属、例えばアルミニウム等で構成されている。カバー4は、透明または半透明であり、光拡散能力を備えた乳白色の部材であってもよく、粗面に加工されていたり、内部に光拡散用の部材または材料を含むものであってもよい。カバー4は基部10に対して中心軸8の周りに回転するように取り付けられており、カバー4の先端にカバー4と同期して中心軸8を中心に回転するように発光体25が取り付けられている。
The output unit 3 includes a
図3(a)〜(d)は、発光ユニット20の発光体25の上面23を、カバー4を回転することにより異なる角度(回転角度)にセットした状態を示している。発光ユニット20の発光体25の上面23に設けられた円形の発光領域21は、中心軸8の周りに4分割され、第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53および第4の領域54が形成されている。それぞれの領域51〜54にはレーザー光5により異なる色の光を励起発光する複数種類の蛍光体が塗布されている。したがって、この発光ユニット20は、レーザー光5により励起発光して異なる色の光7を出力する第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53および第4の領域54が周方向に(周に沿って、中心8の周りに)順番に隣接した発光領域21を含む。発光領域21に配置される領域の数は、3つ以下であってもよく、5つ以上であってもよい。発光体25の形状は、円盤状以外に、円錐状、楕円状、球状等であってもよく、四角形等の多角形でもあってよく、立体形状などであってもよい。
3A to 3D show a state in which the
発光ユニット20の発光領域21の各領域に塗布される蛍光体の種類は限定されるものではないが、一例は、第1の領域51には赤色蛍光を出力する第1の蛍光体が塗布され、第2の領域52には緑色蛍光を出力する第2の蛍光体が塗布され、第3の領域53には青色蛍光を出力する第3の蛍光体が塗布され、第4の領域54には白色蛍光を出力する第4の蛍光体が塗布されたものである。
The type of phosphor applied to each region of the
発光領域21にスポット6を形成する照射ユニット30の半導体発光素子31は、中心軸8からシフト(偏心)した位置に取り付けられている。したがって、スポット6は発光領域21の中心軸8からシフトした、偏心した位置に形成され、カバー4を手、または簡易な機構で中心軸8の周りに回転することにより、発光領域21の分割された領域51〜54の異なる領域にレーザー光5のスポット6が形成される。このため、カバー4を回すことにより、発光ユニット20から異なる色温度または色相の照明光7が出力される。この照明装置1は、照明装置1の外郭となるカバー4を回転させることで、カバー4を通して出力される照明光7の色温度および色相を変え、異なる色の照明光7をセットできる。このため、照明装置1は、カバー4を色選択ユニット40として使用でき、好み等により照明光7を変更できる照明装置である。この照明装置1は、天井等に取り付けるシーリングライトのほか、スポットライト、ベースライト、街路灯等としても使用できる。
The semiconductor
図3(a)は、スポット6が発光領域21の第1の領域51に形成された第1の状態S1を示す。第1の領域51にレーザー光5のスポット6が形成されているので、第1の領域51に塗布された第1の蛍光体が励起発光して赤色の照明光7が出力される。
FIG. 3A shows a
図3(b)は、カバー4により発光体25が図面上の時計方向9に回転してスポット6が第1の領域51と第1の領域51に隣接する第2の領域52とに跨るように形成された第2の状態を示す。スポット6の一部が第2の領域52にかかるので、第2の領域52に塗布された緑色蛍光を出力する第2の蛍光体が励起発光し、赤色に緑色が混ざったオレンジ光が照明光7として出力される。
FIG. 3B shows that the
図3(c)は、カバー4により発光体25がさらに回転してスポット6が占める第1の領域51と第2の領域52との割合が1:1に変わった状態を示している。スポット6が第1の領域51と第2の領域52とに均等に割り当てられるので、赤色に緑色が混ざった黄色の光が照明光7として出力される。
FIG. 3C shows a state in which the ratio of the
図3(d)は、発光体25がさらに回転して第2の領域52にスポット6が形成された第1の状態S1を示している。スポット6が第2の領域52に形成されるので、第2の領域52に塗布された緑色蛍光を出力する第2の蛍光体が励起発光し、緑色の光が照明光7として出力される。
FIG. 3D shows a first state S <b> 1 in which the
色選択ユニット40を兼ねるカバー4により発光体25をさらに回転すると、スポット6が第2の領域52、第3の領域53、第4の領域54、第1の領域51と順番に移動する。この操作により、照明装置1から水色、青色、白色などの照明光7を選択して出力できる。また、発光体25の回転を止める位置(角度)によりスポット6が占める各領域の面積が微妙に変化するので、蛍光体が発する励起光の色の割合が、微妙に変化し、色を多種表現することができ、照明装置1から出力される色温度および色相を無段階に変更(調光)できる。したがって、電球色から白色光まで色温度および色相を可変する事が出来る照明装置1を提供することができる。また、発光領域に塗布する蛍光体の色(種類)を替える代わりに、励起発光の変換効率の異なる蛍光体をそれぞれ塗布することにより、照明装置1から出色される光7の明るさを変化させることもできる。さらに、発光体25を交換することにより照明装置1から出力される照明光7の種類をほぼ無限に設定できる。
When the
このように、この照明装置1は、隣接した複数、例えば第1の領域および第2の領域であって、レーザー光により励起発光して異なる色の光を出力する第1の領域および第2の領域を含む発光領域21を有する発光ユニット20と、発光領域21にレーザー光5を照射してスポット6を形成する照射ユニット30と、スポット6の状態を、スポット6が発光領域21の第1の領域内に形成される第1の状態S1と、スポット6が発光領域21の第1の領域と第2の領域とに跨いで形成される第2の状態S2とに固定する色選択ユニット40とを有する。
As described above, the illuminating
上記の照明装置1においては、カバー4を回転して色を選択しているが、カバー4の代わりに基部10を色選択ユニット40として回転して発光領域21の中に形成されるスポット6の位置を変えてもよい。カバー4および基部10を色選択ユニット40として使用してもよい。色選択ユニット40は、発光領域21内のスポット6の相対的な位置を変えるものであればよく、プリズム、鏡などの他の光学素子を有するものであってもよい。
In the illuminating
スポット6の形状は楕円ではなく円形であってもよい。しかしながら、スポット6の形状は楕円のように、発光領域21の分割された領域51〜54の隣接する方向(第1の方向)に長い形状であることが望ましい。スポット6の円周方向に沿った長さLが、発光領域21の各領域内の円周方向に沿った長さよりも長くてもよいが、各領域内に収まる長さのスポットを形成することにより、それぞれの領域に塗布された蛍光体が励起発光する光を単独で出力できる。
The shape of the
また、スポット6の円周方向に沿った長さLと半径方向に沿った長さ(幅)Wとの比は、1.1:1から50:1であることが望ましく、1.5:1から20:1であることがさらに望ましく、2:1から10:1であることがさらに好ましい。スポット6の形状は、楕円形に限らず、縦長の形状であれば、例えば、円盤状の発光体25の縁に沿って湾曲していたりしてもよい。湾曲したスポットは円周に沿って曲げた(湾曲させた)レンチキュラーレンズをレンズユニット32に含めることにより形成できる。スポット6の形状を、異なる蛍光体が隣接して塗布される円周方向に延びた形状とすることにより、色温度や色相をより微妙に制御できる。
The ratio of the length L along the circumferential direction of the
この照明装置1の考案にかかる実施形態は、半導体発光素子31と色変換を行う蛍光体を具備する事を特徴とする。本考案の実施形態によれば、半導体発光素子31から出たレーザー光5を、多彩な色の照明光7へと変換することができる。照明装置1においては、色選択ユニット40により、発光ユニット20に形成されるスポット6の状態を、実際に色合い(色温度)を見ながら、無段階に調整できる。このため、発光ユニット20に塗布された蛍光体の励起波長の違いや変換効率の違いを利用して、色温度、色相および明るさを容易に変更できる。さらに、この構成は、非常に部品点数が少なく、安価な照明装置1を提供することができる。また、色の切り替えも、色選択ユニット40により受光する蛍光体の位置を変えるだけのため、簡単な動作で切り替えられる。
The embodiment of the illuminating
照明装置1においては、基部10に対して回転可能に取り付けられた球状のカバー4の先端4aに発光ユニット20の発光体25を取り付けているが、カバー4の形状は、洋ナシ型や円柱状であってもよく、断面の形状も円形の他、多角形等であってもよい。カバー4は、照明装置1の外郭をなし、側面等の全体を覆うものであってもよく、アングル、フレーム、メッシュなどのような照明光7が透過する隙間を形成するものであってもよい。基部10とカバー4との取付方法も様々でよく、基部10の立上り部13にカバー4を回転可能に組み込んでもよく、その他の回転可能な取付構造を採用してもよい。カバー4は手動で回転するものであってもよく、モーター等によりリモートで回転させて所望の角度あるいは位置でカバー4の動きを固定するものであってもよい。
In the
図4に、異なる照明装置1aの概略構成を断面図により示している。この照明装置1aは、第1の方向Xに長い板状の発光体25を備えた発光ユニット20を含む。上記の照明装置1においては、発光ユニット20は円盤状の発光体25を含み、その円周方向(第1の円の円周方向)に第1の領域51および第2の領域52を含む複数の領域が配置されており、照射ユニット30は、発光体25の中心(第1の円の中心)に対し偏心した位置にスポット6を形成している。これに対し、以下に示す照明装置1aにおいては、長手方向に複数の領域を配置し、長手方向にスライドすることにより色の異なる照明光7を出力する。また、上記の照明装置1では、一定の形状のスポット6を形成しているが、以下の照明装置1aにおいては、色選択ユニット40は、スポット6の面積および形状の少なくとも一方を変えることによりさらにフレキシブルに照明光7の色を選択できるようにしている。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a
図5に、発光体25の発光領域21を示している。発光体25は長方形の発光領域21を含み、照明装置1aは、カバー4の先端4aに発光体25を長手方向(第1の方向、X方向)にスライドするように支持する支持部材24を含む。したがって、支持部材24が色選択ユニット40として機能する。
FIG. 5 shows the
発光領域21は、第1の方向Xに沿って隣接するように配置された第1の領域51、第2の領域52、第3の領域53および第4の領域54を含む。照射ユニット30の半導体発光素子31は、照明装置1aの中心軸8上に配置されており、レンズユニット32は、第1の方向Xに沿って長く、しかしながら各領域51〜54の長さよりも短いスポット6を形成する。
The
図5(a)は、スポット6が第1の領域51内に形成された第1の状態S1を示しており、赤色の光7が出力される。図5(b)は、発光体25が支持部材24によりスライドし、スポット6が第1の領域51と第2の領域52とに跨るように形成された第2の状態S2を示している。図5(b)においては、オレンジ色の照明光7が出力される。図5(c)は、発光体25が支持部材24によりさらにスライドし、スポット6が第2の領域52内に形成された第1の状態S1を示している。図5(c)においては、緑色の照明光7が出力される。
FIG. 5A shows the first state S1 in which the
同様にして、発光ユニット20を第1の方向Xに沿ってスライドさせることにより、照明装置1と同様に好みの色(色温度)の照明光7を出力させることができる。
Similarly, by sliding the
この照明装置1aの照射ユニット30は、レンズユニット32を、中心軸8を光軸として前後に動かしてスポット6の大きさを制御するスポット調整ユニット39を含む。このスポット調整ユニット39は、発光領域21に形成されるスポット6の大きさを変えることにより発光領域21から出力される照明光7の色を変える色選択ユニット40としての機能を含む。
The
図6に、発光ユニット20の発光領域21に形成されるスポット6のサイズを変えることにより照明光7の色を変える様子を示している。図6(a)は、スポット6が第3の領域53内に形成された第1の状態S1を示している。図6(a)においては、第3の領域53に塗布された青色蛍光体により青色の照明光7が出力される。図6(b)は、スポット6の大きさを拡大してスポット6が第2の領域52、第3の領域53および第4の領域54に跨るように形成された第2の状態S2を示している。図6(b)においては、緑がかった青白い色の照明光7が出力される。図6(c)は、図6(b)の状態から、発光体25を支持部材24により第1の方向Xに移動させてスポット6のサイズが大きな状態で移動した第2の状態S2を示している。図6(c)においては、スポット6の中心は緑色蛍光体上にあるため、緑がかった白色の照明光7が出力される。
FIG. 6 shows how the color of the
図7に、さらに異なる照明装置1bを示している。この照明装置1bの発光ユニット20は、同心円状に配置された第1の領域51、第2の領域52および第3の領域53を含む発光領域21が形成された発光体25を含む。また、照射ユニット30は、発光領域21にリング状にスポット6を形成するレンズユニット32を含む。さらに、照明装置1bは、発光体25とレンズユニット32との相対的な距離を制御して発光領域21に形成されるスポット6の径を変えて色を選択する色選択ユニット40を含む。
FIG. 7 shows still another
この照明装置1bにおいては、色選択ユニット40によりレンズユニット32と発光体25との距離を制御することにより、リング状のスポット6が第1の領域51に形成される第1の状態S1と、スポット6が第1の領域51と第2の領域52に跨るように形成される第2の状態S2とに、それぞれ固定できる。レンズユニット32と発光体25との距離を変える代わりにレンズユニット32により、スポット6のフォーカスをずらしてスポット6の径(幅)を変えて異なる色の照明光7が出力されるようにしてもよい。
In this illuminating
これらの照明装置1、1a、1bに用いられる青色蛍光体が塗布された第3の領域53は、青色光の光源を用いれば、蛍光体を塗布する必要は無く、例えば光反射層や光拡散層を設けた領域に代替することができる。
The
また、これらの照明装置1、1a、1bに用いられる光源は、少なくとも青色光を発するか、青色光より短波長の光を発することで、各蛍光体から所望の蛍光を得ることができる。加えて、これらの照明装置1、1a、1bにはレーザー素子を例にしたが、指向性の高いLED素子であれば代替することもできる。
Moreover, the light source used for these illuminating
以上に説明したように、これらの照明装置1、1aおよび1bは、レーザー光5により励起発光して異なる色の光7を出力する複数の領域を順番に、あるいは相互に隣接して形成し、それらの領域に対して1つに限定して、または複数に跨るようにレーザー光5のスポット6を形成することにより様々な色の照明光7を安定して出力できる。照明装置は多くのアプリケーションに適しており、建物内部の照明や街路灯に限らず、多種多様な場面の照明に適用できる。
As described above, these
1、1a、1b 照明装置
20 発光ユニット、 21発光領域
30 照射ユニット
40 色選択ユニット
51 第1の領域、 52 第2の領域、 53 第3の領域、 54 第4の領域
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記発光領域に前記レーザー光を照射してスポットを形成する照射ユニットと、
前記スポットの状態を、前記スポットが前記第1の領域内に形成される第1の状態と、前記スポットが前記第1の領域と前記第2の領域とに跨いで形成される第2の状態とに固定する色選択ユニットとを有する、照明装置。 A light emitting unit having a light emitting region including a first region and a second region, which are adjacent to each other, the first region and the second region, which are excited and emitted by laser light to output light of different colors;
An irradiation unit that irradiates the light emitting region with the laser light to form a spot;
The spot state includes a first state in which the spot is formed in the first region, and a second state in which the spot is formed across the first region and the second region. And a color selection unit fixed to the lighting device.
前記色選択ユニットは、前記発光領域内の前記スポットの相対的な位置を変える、照明装置。 In claim 1,
The lighting device, wherein the color selection unit changes a relative position of the spot in the light emitting area.
前記色選択ユニットは、前記スポットの面積および形状の少なくとも一方を変える、照明装置。 In claim 1 or 2,
The illuminating device, wherein the color selection unit changes at least one of an area and a shape of the spot.
前記発光ユニットは、第1の円の円周方向に配置された前記第1の領域および前記第2の領域を含み、
前記照射ユニットは、前記第1の円の中心に対し偏心した位置に前記スポットを形成する、照明装置。 In any of claims 1 to 3,
The light emitting unit includes the first region and the second region disposed in a circumferential direction of a first circle,
The illumination unit forms the spot at a position eccentric with respect to a center of the first circle.
前記発光ユニットは、第1の方向に隣接するように配置された前記第1の領域および前記第2の領域を含み、
前記照射ユニットは、前記第1の方向に長いスポットを形成する、照明装置。 In any of claims 1 to 4,
The light emitting unit includes the first region and the second region arranged to be adjacent to each other in a first direction,
The illumination unit is a lighting device that forms a long spot in the first direction.
前記発光ユニットは、同心円状に配置された前記第1の領域および前記第2の領域を含み、
前記照射ユニットは、リング状の前記スポットを形成する、照明装置。 In any of claims 1 to 3,
The light emitting unit includes the first region and the second region arranged concentrically,
The illumination unit is an illumination device that forms the ring-shaped spot.
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