JP7042655B2 - 車両用灯具 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用灯具に関する。
従来、光源から出射した光を、複数の反射素子をマトリックス状に配置した反射方向変換装置で反射し、レンズを通過させて所望の配光パターンを形成する車両用照明装置が考案されている（特許文献１参照）。この車両用照明装置は、多数並んだ反射素子の一部を制御し、光源から出射した光の一部をレンズに向かわない方向へ反射させることで、複数の形状の配光パターンを形成できるように構成されている。
特開平９－１０４２８８号公報
しかしながら、上述の車両用照明装置において、一部の反射素子の動作不良により、本来はレンズへ向かわない方向へ反射させるべき光がレンズへ向かうように反射され、車両前方へ照射される場合がある。このような場合、前方の車両や歩行者に対してグレアを与えるおそれがある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、グレアの影響を低減できる車両用灯具を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用灯具は、光源から出射した光を用いて明暗画像を形成する二次元画像形成装置と、明暗画像を前方へ投影する投影光学系と、を備える。二次元画像形成装置は、投影する明暗画像の一部の結像性能を低下させる結像性能低下部を有する。
この態様によると、明暗画像の一部が鮮明に結像されないため、仮に投影された明暗画像の明部により他者にグレアを与える状況になっても、他者に与えるグレアの影響を低減できる。
二次元画像形成装置は、光源から出射した光を投影光学系に向けて選択的に透過させるように構成されており、結像性能低下部は、投影光学系の焦点からずれた位置に設けられていてもよい。これにより、結像性能低下部の配置を工夫するだけで、明暗画像の一部の結像性能を低下させることができる。
二次元画像形成装置は、光源から出射した光を投影光学系に向けて選択的に透過させるように構成されており、結像性能低下部は、二次元画像形成装置から投影光学系への光路の途中に設けられた散乱要素であってもよい。これにより、結像性能低下部の配置を変えずに、明暗画像の一部の結像性能を低下させることができる。
二次元画像形成装置は、光源から出射した光を投影光学系に向けて選択的に反射させる反射領域を有してもよい。結像性能低下部は、反射領域から投影光学系への光路の途中に設けられた散乱要素であってもよい。これにより、結像性能低下部の配置を変えずに、明暗画像の一部の結像性能を低下させることができる。
二次元画像形成装置は、光源から出射した光を投影光学系に向けて選択的に反射させる反射領域を有してもよい。結像性能低下部は、投影光学系の焦点からずれた位置に設けられていてもよい。これにより、結像性能低下部の配置を工夫するだけで、明暗画像の一部の結像性能を低下させることができる。
結像性能低下部は、明暗画像のうち車両前方の水平線よりも上方へ投影される領域を形成する光の光路に配置されていてもよい。これにより、車両前方の水平線よりも上方に存在する他者に与えるグレアの影響を低減できる。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、グレアの影響を低減できる車両用灯具を実現できる。
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る車両用灯具を模式的に示した側面図、図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る二次元画像形成装置の配置を模試的に示した側面図、図１（ｃ）は、第１の実施の形態に係る二次元画像形成装置の正面図である。 図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る車両用灯具により形成されるハイビーム用配光パターンを示す模式図、図２（ｂ）は、ハイビーム用配光パターンの一部に非照射部が形成されている部分ハイビーム用配光パターンを示す模式図、図２（ｃ）は、ロービーム用配光パターンを示す模式図である。 図３（ａ）は、図２（ａ）に示すハイビーム用配光パターンを形成する際の二次元画像形成装置の各液晶素子の透過状態を示す図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示す部分ハイビーム用配光パターンを形成する際の二次元画像形成装置の各液晶素子の透過状態を示す図、図３（ｃ）は、図２（ｃ）に示すロービーム用配光パターンを形成する際の二次元画像形成装置の各液晶素子の透過状態を示す図である。 図４（ａ）は、ロービーム用配光パターンを形成する二次元画像形成装置の一部の液晶素子が動作不良の場合の各液晶素子の透過状態を示す図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す二次元画像形成装置により形成されたロービーム用配光パターンを模式的に示した図、図４（ｃ）は、二次元画像形成装置が投影する明暗画像の一部の結像性能を低下させた状態を模式的に示した図である。 図５（ａ）は、第２の実施の形態に係る車両用灯具を模式的に示した側面図、図５（ｂ）は、第２の実施の形態に係る二次元画像形成装置の構成を模試的に示した側面図である。 図６（ａ）は、第３の実施の形態に係る車両用灯具を模式的に示した側面図、図６（ｂ）は、第３の実施の形態に係る二次元画像形成装置の配置を模試的に示した側面図、図６（ｃ）は、第３の実施の形態に係る二次元画像形成装置の正面図である。 図７（ａ）は、第４の実施の形態に係る車両用灯具を模式的に示した側面図、図７（ｂ）は、第４の実施の形態に係る二次元画像形成装置の構成を模試的に示した側面図である。 第５の実施の形態に係る二次元画像形成装置の構成を模試的に示した正面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る車両用灯具を模式的に示した側面図、図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る二次元画像形成装置の配置を模試的に示した側面図、図１（ｃ）は、第１の実施の形態に係る二次元画像形成装置の正面図である。
車両用灯具１０は、光源１２と、光源１２から出射した光を用いて明暗画像を形成する二次元画像形成装置１４と、明暗画像を前方へ投影する投影光学系の一つである投影レンズ１６と、を備える。
光源１２は、車両用灯具に適した様々なデバイスを利用可能である。例えば、電球、放電灯、ＬＥＤ、ＬＤ、ネオン管等のデバイスが挙げられる。また、用途や要求される性能に応じて複数のデバイスを組み合わせてもよい。また、デバイスによっては、一部の素子を点消灯させたり、ＰＷＭ制御したりすることによって明るさを制御してもよい。
二次元画像形成装置１４は、光源１２から出射した光を投影レンズ１６に向けて選択的に透過させるように構成されており、また、光を透過させる割合を制御できるデバイスである。例えば、マトリックス状に素子が配置された液晶パネル等が好適である。また、第１の実施の形態に係る二次元画像形成装置１４は、２つに分かれた液晶パネル１４ａ，１４ｂを有し、一方の液晶パネル１４ａは、下端が投影レンズ１６の焦点Ｆ近傍となるように配置されており、他方の液晶パネル１４ｂは、焦点Ｆより後方にずれた位置に配置されている。また、２つの液晶パネル１４ａ，１４ｂは、投影レンズ１６側から見た正面視において、各素子が重ならないように配置されている。投影レンズ１６は、二次元画像形成装置１４を通過してきた光を所定の配光パターンとして車両前方に投影する。例えば、図１（ａ）に示す車両用灯具１０は、ハイビーム用配光パターンを形成するように構成されている。
また、マトリックス状に配置された素子の一部を光が透過しない状態にすることで、配光パターンの一部に非照射部（暗部）を形成することもできる。これにより、非照射部に存在する他者（車両の乗員や歩行者）に対してグレアを与えずに、車両前方の広範囲にわたって良好な視界が得られる。
図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０により形成されるハイビーム用配光パターンを示す模式図、図２（ｂ）は、ハイビーム用配光パターンの一部に非照射部が形成されている部分ハイビーム用配光パターンを示す模式図、図２（ｃ）は、ロービーム用配光パターンを示す模式図である。図３（ａ）は、図２（ａ）に示すハイビーム用配光パターンを形成する際の二次元画像形成装置の各液晶素子の透過状態を示す図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示す部分ハイビーム用配光パターンを形成する際の二次元画像形成装置の各液晶素子の透過状態を示す図、図３（ｃ）は、図２（ｃ）に示すロービーム用配光パターンを形成する際の二次元画像形成装置の各液晶素子の透過状態を示す図である。なお、図３（ａ）～図３（ｃ）に示す液晶素子１５ａは、光源１２の光を透過する状態のものであり、液晶素子１５ｂは、光源１２の光を透過しない状態である。
図３（ａ）～図３（ｃ）に示す二次元画像形成装置１４の明部は、液晶素子が光源１２の光を透過する状態により形成され、二次元画像形成装置１４の暗部は、液晶素子が光源１２の光を透過しない状態により形成される。また、図３（ａ）～図３（ｃ）に示す二次元画像形成装置１４により形成された明暗画像は、投影レンズ１６で反転され、図２（ａ）～図２（ｃ）に示す各配光パターンとして車両前方に投影される。
上述のように、二次元画像形成装置１４が透過式の場合、少なくとも一部の液晶素子が理想的には前方へ光を透過しない状態であっても、液晶素子における僅かな漏光や液晶素子の動作不良（遮光不良）により、光が透過してしまう場合がある。
図４（ａ）は、ロービーム用配光パターンを形成する二次元画像形成装置１４の一部の液晶素子が動作不良の場合の各液晶素子の透過状態を示す図、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す二次元画像形成装置１４により形成されたロービーム用配光パターンを模式的に示した図、図４（ｃ）は、二次元画像形成装置１４が投影する明暗画像の一部の結像性能を低下させた状態を模式的に示した図である。
図４（ａ）に示すように、二次元画像形成装置１４の液晶パネル１４ｂは、配光パターンのうち主として水平線より上方の領域ＲＨを照射する光の透過状態を制御している。しかしながら、図４（ａ）に示す液晶素子１５ｃのように、本来は光を透過させない状態であるにもかかわらず、動作不良で光を透過させる状態となると、図４（ｂ）に示す領域ＲＨの一部の領域Ｒ１が照射される。そのため、領域Ｒ１に前走車や歩行者が存在すると、その前走車の乗員や歩行者に対してグレアを与えることになる。
そこで、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０が備える二次元画像形成装置１４は、投影する明暗画像の一部の結像性能を低下させる結像性能低下部を有する。具体的には、結像性能低下部は、投影レンズ１６の焦点Ｆから後方にずれた位置に設けられている液晶パネル１４ｂである。なお、液晶パネル１４ｂを投影レンズ１６の焦点Ｆから前方にずれた位置に設けてもよい。このように、液晶パネル１４ｂを焦点Ｆからずらすことで、液晶パネル１４ｂにより形成された明暗画像の一部（液晶素子１５ｃを透過した光）が、車両前方に投影された際に鮮明に結像されない（図４（ｃ）の領域Ｒ１’参照）。
そのため、車両用灯具１０は、領域Ｒ１’を含む水平線より上方の領域ＲＨにおける明暗像の輪郭をぼかすことができ、自車両の運転手に違和感を与えない部分ハイビーム用配光パターンを形成できる。また、仮に一部の液晶素子の動作不良によって、投影された明暗画像の明部により他者にグレアを与える状況になっても、他者に与えるグレアの影響を低減できる。
また、液晶パネル１４ｂは、明暗画像のうち車両前方の水平線よりも上方へ投影される領域を形成する光の光路に配置されている。これにより、車両前方の水平線よりも上方に存在する他者に与えるグレアの影響を低減できる。
このように、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０は、液晶パネル１４ｂの配置を工夫するだけで、明暗画像の一部の結像性能を低下させることができる。ここで、結像性能とは、ＭＴＦ特性、解像力、コントラスト、残存収差などで表現することができる。
（第２の実施の形態）
図５（ａ）は、第２の実施の形態に係る車両用灯具を模式的に示した側面図、図５（ｂ）は、第２の実施の形態に係る二次元画像形成装置の構成を模試的に示した側面図である。なお、第１の実施の形態と同様の説明については適宜省略する。
第２の実施の形態に係る車両用灯具２０は、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と比較して、二次元画像形成装置１８の構成が異なる。具体的には、二次元画像形成装置１８は、二次元画像形成装置１４と同様に、光源１２から出射した光を投影レンズ１６に向けて選択的に透過させるように構成された液晶パネル１８ａを有している。液晶パネル１８ａの下半分、つまり、配光パターンのうち主として水平線より上方の領域ＲＨ（図４（ｂ））を照射する光の透過状態を制御する液晶パネル部分１８ｂは、結像性能低下部の一部を構成しており、その表面には散乱要素１８ｃが設けられている。これにより、液晶パネル１８ａの配置を変えずに、明暗画像の一部の結像性能を低下させることができる。
なお、散乱要素１８ｃは、二次元画像形成装置１８から投影レンズ１６への光路の途中に設けられていればよく、液晶パネル１８ａの光源１２側の表面や、液晶パネル１８ａの前方の離間した所定位置に設けてもよい。また、散乱要素は，例えば、マイクロレンズ、マイクロプリズム等である。
このような構成の車両用灯具２０は、図４（ａ）に示す液晶素子１５ｃのように、本来は光を透過させない状態であるにもかかわらず、動作不良で光を透過させる状態の液晶素子がある場合、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と同様に、領域Ｒ１’（図４（ｃ）参照）に前走車や歩行者が存在しても、その前走車の乗員や歩行者に対するグレアの影響を低減できる。
（第３の実施の形態）
図６（ａ）は、第３の実施の形態に係る車両用灯具を模式的に示した側面図、図６（ｂ）は、第３の実施の形態に係る二次元画像形成装置の配置を模試的に示した側面図、図６（ｃ）は、第３の実施の形態に係る二次元画像形成装置の正面図である。車両用灯具３０は、光源１２と、光源１２から出射した光を集光するために反射するリフレクタ３２と、リフレクタ３２で反射された光を用いて明暗画像を形成する二次元画像形成装置３４と、明暗画像を前方へ投影する投影レンズ１６と、を備える。
なお、第３の実施の形態に係る二次元画像形成装置３４は、第１の実施の形態や第２の実施の形態に係る二次元画像形成装置１４が透過式であるのに対して、反射式である点が主な相違点であるが、車両用灯具３０の作用効果は、車両用灯具１０や車両用灯具２０とほぼ同じであり、以下では主に構成の相違点について説明する。
二次元画像形成装置３４は、光源１２から出射した光を投影レンズ１６に向けて選択的に反射させる反射領域を有しており、また、光を反射する方向を制御できるデバイスである。例えば、マトリックス状に液晶素子が配置された反射型液晶パネルや、マトリックス状に微小ミラーを配置したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等が好適である。なお、二次元画像形成装置３４は、液晶や微小ミラーを外部環境から保護するための透明カバーを反射面に設けている場合がある。
また、第３の実施の形態に係る二次元画像形成装置３４は、２つに分かれたＭＥＭＳパネル３４ａ，３４ｂを有し、一方のＭＥＭＳパネル３４ａは、下端が投影レンズ１６の焦点Ｆ近傍となるように配置されており、他方のＭＥＭＳパネル３４ｂは、焦点Ｆより後方にずれた位置に配置されている。また、２つのＭＥＭＳパネル３４ａ，３４ｂは、投影レンズ１６側から見た正面視において、各素子が重ならないように配置されている。投影レンズ１６は、二次元画像形成装置３４で反射された光を所定の配光パターンとして車両前方に投影する。例えば、図６（ａ）に示す車両用灯具３０は、ハイビーム用配光パターンを形成するように構成されている。
また、マトリックス状に配置された微小ミラー素子の一部を光が反射しない状態にすることで、配光パターンの一部に非照射部（暗部）を形成することもできる。これにより、非照射部に存在する他者（車両の乗員や歩行者）に対してグレアを与えずに、車両前方の広範囲にわたって良好な視界が得られる。
第３の実施の形態に係る車両用灯具３０は、第１の実施の形態に係る車両用灯具１０と同様に、少なくとも一部の微小ミラー素子が理想的には投影レンズ１６へ向かって光を反射しないはずの制御状態であっても、微小ミラー素子の動作不良により、光が投影レンズ１６へ向かう反射位置のまま微小ミラー素子が動かない場合がある。このような場合、図４（ｂ）に示すように、領域ＲＨの一部の領域Ｒ１が照射される。そのため、領域Ｒ１に前走車や歩行者が存在すると、その前走車の乗員や歩行者に対してグレアを与えることになる。
そこで、第３の実施の形態に係る二次元画像形成装置３４は、投影する明暗画像の一部の結像性能を低下させる結像性能低下部を有する。具体的には、結像性能低下部は、投影レンズ１６の焦点Ｆから後方にずれた位置に設けられているＭＥＭＳパネル３４ｂである。なお、ＭＥＭＳパネル３４ｂを投影レンズ１６の焦点Ｆから前方にずれた位置に設けてもよい。このように、ＭＥＭＳパネル３４ｂを焦点Ｆからずらすことで、ＭＥＭＳパネル３４ｂにより形成された明暗画像の一部（微小ミラー素子３５ｃで反射された光）が、車両前方に投影された際に鮮明に結像されない（図４（ｃ）の領域Ｒ１’参照）。そのため、仮に一部の微小ミラー素子の動作不良によって、投影された明暗画像の明部により他者にグレアを与える状況になっても、他者に与えるグレアの影響を低減できる。
このように、第３の実施の形態に係る車両用灯具３０は、ＭＥＭＳパネル３４ｂの配置を工夫するだけで、明暗画像の一部の結像性能を低下させることができる。
（第４の実施の形態）
図７（ａ）は、第４の実施の形態に係る車両用灯具を模式的に示した側面図、図７（ｂ）は、第４の実施の形態に係る二次元画像形成装置の構成を模試的に示した側面図である。なお、第３の実施の形態と同様の説明については適宜省略する。
第４の実施の形態に係る車両用灯具４０は、第３の実施の形態に係る車両用灯具３０と比較して、二次元画像形成装置３６の構成が異なる。具体的には、二次元画像形成装置３６は、二次元画像形成装置３４と同様に、光源１２から出射した光を投影光学系に向けて選択的に反射させるように構成されたＭＥＭＳパネル３６ａを有している。ＭＥＭＳパネル３６ａの下半分、つまり、配光パターンのうち主として水平線より上方の領域ＲＨ（図４（ｂ））を照射する光の反射状態を制御するＭＥＭＳパネル部分３６ｂは、結像性能低下部の一部を構成しており、その表面には散乱要素３６ｃが設けられている。これにより、ＭＥＭＳパネル３６ａの配置を変えずに、明暗画像の一部の結像性能を低下させることができる。
なお、散乱要素３６ｃは、二次元画像形成装置３６から投影レンズ１６への光路の途中に設けられていればよく、ＭＥＭＳパネル３６ａの前方の離間した所定位置に設けてもよい。このような構成の車両用灯具４０は、図６（ｃ）に示す微小ミラー素子３５ｃのように、本来は光を投影レンズ１６に向けて反射させない制御状態であるにもかかわらず、動作不良で光を投影レンズ１６に向けて反射させる反射位置のまま動かない微小ミラー素子がある場合、第３の実施の形態に係る車両用灯具３０と同様に、領域Ｒ１’（図４（ｃ）参照）に前走車や歩行者が存在しても、その前走車の乗員や歩行者に対するグレアの影響を低減できる
（第５の実施の形態）
第２の実施の形態に係る二次元画像形成装置１８や第４の実施の形態に係る二次元画像形成装置３６の表面に設けられた散乱要素は、二次元画像形成装置の下半分の全体にわたって、散乱の程度が均一である。一方、第５の実施の形態に係る二次元画像形成装置は、表面に設けられた散乱要素の散乱の程度が場所によって異なる。図８は、第５の実施の形態に係る二次元画像形成装置の構成を模試的に示した正面図である。
図８に示す二次元画像形成装置４２は、透過型の液晶パネル１８ａの下半分の表面に散乱要素４４が設けられている。散乱要素４４は、水平線より上方の領域ＲＨ（図４（ｂ））を照射する光の透過状態を制御する液晶パネル部分１８ｂの上部中央領域に、散乱度（散乱要素の有無による光の広がりの違い）が相対的に高い高散乱部４４ａが設けられており、高散乱部４４ａの周囲には散乱度が相対的に低い低散乱部４４ｂが設けられている。これにより、ハイビーム用配光パターンのうち光度が特に高い中央部の結像性をより低下させることが可能となり、中央部に存在する他者に与えるグレアの影響をより低減できる。
なお、上述のように二次元画像形成装置を備えた各車両用灯具は、特にフォグランプやロービーム用ヘッドランプに好適である。また、上述の各車両用灯具は、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイを用いたＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）をロービーム用ランプやフォグランプとして利用する際に好適な構成である。
また、上述の各実施の形態に係る車両用灯具は、前走車や歩行者等の交通利用者を検出するためのセンサを備えている。これにより、車両用灯具は、ＡＤＢ制御により適切な配光パターンを形成することで、交通利用者になるべくグレアを与えずに車両前方の良好な視界を確保できる。
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
１０ 車両用灯具、 １２ 光源、 １４ 二次元画像形成装置、 １４ａ，１４ｂ 液晶パネル、 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ 液晶素子、 １６ 投影レンズ、 １８ 二次元画像形成装置、 １８ａ 液晶パネル、 １８ｂ 液晶パネル部分、 １８ｃ 散乱要素、 ２０，３０ 車両用灯具、 ３２ リフレクタ、 ３４ 二次元画像形成装置、 ３４ａ，３４ｂ ＭＥＭＳパネル、 ３５ｃ 微小ミラー素子、 ３６ 二次元画像形成装置、 ３６ａ ＭＥＭＳパネル、 ３６ｂ 液晶パネル部分、 ３６ｃ 散乱要素、 ４０ 車両用灯具、 ４２ 二次元画像形成装置、 ４４ 散乱要素、 ４４ａ 高散乱部、 ４４ｂ 低散乱部。

Claims (5)

  1. 光源から出射した光を用いて明暗画像を形成する二次元画像形成装置と、
    前記明暗画像を前方へ投影する投影光学系と、を備え、
    前記二次元画像形成装置は、投影する前記明暗画像の一部の結像性能を低下させる結像性能低下部を有し、
    前記結像性能低下部は、前記明暗画像のうちの車両前方の水平線よりも上方へ投影される第１領域を形成する光の光路に配置されている高散乱部と、前記明暗画像のうちの前記第１領域を囲う第２領域を形成する光の光路に配置されている、前記高散乱部よりも散乱度が低い低散乱部と、を有することを特徴とする車両用灯具。
  2. 前記二次元画像形成装置は、光源から出射した光を前記投影光学系に向けて選択的に透過させるように構成されており、
    前記結像性能低下部は、前記投影光学系の焦点からずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  3. 前記二次元画像形成装置は、光源から出射した光を前記投影光学系に向けて選択的に透過させるように構成されており、
    前記結像性能低下部は、前記二次元画像形成装置から前記投影光学系への光路の途中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  4. 前記二次元画像形成装置は、光源から出射した光を前記投影光学系に向けて選択的に反射させる反射領域を有し、
    前記結像性能低下部は、前記反射領域から前記投影光学系への光路の途中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
  5. 前記二次元画像形成装置は、光源から出射した光を前記投影光学系に向けて選択的に反射させる反射領域を有し、
    前記結像性能低下部は、前記投影光学系の焦点からずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具。
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