JP7178312B2 - ガイド光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、測量作業員を誘導するためのガイド光を照射するガイド光照射装置に関する。

従来から、測量の現場において、ガイド光を照射して、測量のターゲット（プリズム）を備えた測量用ポールを持つ測量作業者へ、杭打ち点を示すガイド光装置が知られている。例えば、特許文献１では、水平面内で視準軸を境界として左右で異なる色の発光ダイオードを点灯させ、左右の異なる色のガイド光が均等に見える位置に測量作業員を誘導し、杭打ち点近隣に迅速に移動させることができるようにしている。

特開２０１２－２０２８２１号

しかし、上記ガイド光照射装置では、ガイド光のみでは左右方向にのみ誘導が可能であり、前後方向の誘導はできなかった。ガイド光で左右方向のみならず前後方向にも誘導ができれば、杭打ち点近傍まで誘導することができる。

本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、ガイド光によって左右方向及び前後方向に誘導可能なガイド光照射装置を提供する。

このため、本発明のある態様においては、作業者を誘導するためのガイド光を照射するガイド光照射装置であって、光軸を基準として左右で異なる態様の第１のガイド光と、光軸を基準として上下で異なる態様の第２のガイド光とを、選択的に照射可能であるよう構成した。

ガイド光照射機の照射方向を、トータルステーションの視準軸に一致させるなどして、杭打ち点等の目標点に向かい第１のガイド光を照射させると、視準軸を境界として左右で色の異なる光が照射されるため、これを目印にして視準軸まで誘導できる。次に目標点においてプリズム高さなど既知の高さに第２のガイド光を照射させると、既知の高さを基準に目標点前後方向で確認できる光の色が異なるため、前後方向の移動方向がわかり、誘導できる。左右及び前後方向の誘導により、最終的に目標点まで誘導することができる。

またある態様では、作業者を誘導するためのガイド光を照射するガイド光照射装置であって、照射方向を中心として左右又は上下で異なる態様のガイド光を形成して照射する照射機構と、前記ガイド光の照射方向に配置され、前記ガイド光の光軸中心に前記ガイド光を９０度回転可能な回転素子と、を備えるよう構成した。

左右または上下で異なる態様のガイド光を照射し、これを９０度回転させることもできるため、左右で態様が異なる第１のガイド光と、上下で態様が異なる第２のガイド光の両方を照射できる。

またある態様では、前記回転素子はダブプリズムであり、前記ダブプリズムは、前記ダブプリズムの傾斜面にガイド光が入射するように前記ガイド光の光軸と前記ダブプリズムの長手方向を一致させて配置され、前記ガイド光の光軸周りに回転角度を調整可能に支持されるよう構成した。ダブプリズムを介して照射することで、ダブプリズムを回転させることで出射光も回転させることができ、左右で態様が異なる第１のガイド光と、上下で態様が異なる第２のガイド光の両方を照射できる。

またある態様では、前記照射機構は、前記ガイド光の左右それぞれの形態の光を出射する一対の光源と、前記光源の出射光を左右で形態の異なる光に形成する光学部材と、前記左右で形態の異なる光を透過させて前方に出射する投影レンズとを備えるよう構成した。この態様では、光軸を境界面に左右で態様が異なる光を出射することができる。

またある態様では、前記一対の光源は光源同士が正対するように配置され、前記光学部材は二つの反射面が直角に構成される直角ミラーであって、前記一対の光源が前記二つの反射面に均等に入射して同方向へ出射するように、前記投影レンズの後方焦点を含む前記レンズの光軸の鉛直面に前記直角ミラーの稜線が一致するように、かつ前記一対の光源の間に前記二つの反射面が等角度となるよう配置されるよう構成した。この態様により光軸を境界面として左右で態様が異なる光を出射することができる。

またある態様では、前記照射機構は、前記一対の光源を複数備えるよう構成され、前記複数の一対の光源からの合成光を前記ガイド光として照射する。複数の光源を備えるため、作業者には複数の光源の明るさを足し合わせた光として確認されるため、光の到達距離を伸ばすことができ、使用範囲を広いものとすることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ガイド光によって左右方向及び前後方向に誘導可能なガイド光照射装置ができる。

第１の実施形態に係るガイド光照射装置の光学系の構成を示す概略平面図である。各図でダブプリズムの回転角度が異なっており、（Ａ）がダブプリズムの回転角度０度の場合、（Ｂ）がダブプリズムの回転角度が４５度の場合を示す。 ダブプリズムの説明図である。各図でそれぞれダブプリズムの回転角度が異なっており、（Ａ）がダブプリズムの回転角度０度の場合、（Ｂ）がダブプリズムの回転角度４５度の場合、（Ｃ）がダブプリズムの回転角度９０度の場合をそれぞれ示す。 同ガイド光照射装置を用いた杭打ち点設定のフローチャートである。 同ガイド光照射装置の作用効果を説明するための全体斜視図である。各図でダブプリズムの回転角度が異なっており、（Ａ）がダブプリズムの回転角度０度の場合、（Ｂ）がダブプリズムの回転角度が４５度の場合を示す。 同ガイド光照射装置の作用効果を説明するための側面図である。 第２の実施形態に係るガイド光照射装置の光学系の構成を示す概略平面図である。各図でダブプリズムの回転角度が異なっており、（Ａ）がダブプリズムの回転角度０度の場合、（Ｂ）がダブプリズムの回転角度が４５度の場合を示す。 図６（Ａ）の側面図を示す。 同ガイド光照射装置の作用効果を説明するための全体斜視図である。各図でダブプリズムの回転角度が異なっており、（Ａ）がダブプリズムの回転角度０度の場合、（Ｂ）がダブプリズムの回転角度が４５度の場合を示す。

以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るガイド光照射装置１の光学系の構成を説明するための概略平面図である。各図でダブプリズムの回転角度が異なっており、（Ａ）がダブプリズムの回転角度０度の場合、（Ｂ）がダブプリズムの回転角度が４５度の場合を示す。

ガイド光照射装置１は、一対の発光ダイオード４,５、直角ミラー３、コリメートレンズである投影レンズ６、ダブプリズム７を備える。

直角ミラー３は、二つの反射面３ａ，３ｂを有し、両者の成す角度は直角に構成されている。投影レンズ６の光軸Ｌ上で、投影レンズ６の後方焦点を通る光軸Ｌの鉛直線に、反射面３ａ，３ｂの稜線が一致するように、直角ミラー３は配置されている。

直角ミラー３の反射面３ａ,３ｂは、投影レンズ６を向いており、かつ光軸Ｌとは逆方向に等角度傾斜している。

一方の反射面３ａの反射光軸Ｌａ上には赤色の発光ダイオード４が、また他方の反射面３ｂの反射光軸Ｌｂ上には緑色の発光ダイオード５が、それぞれ配置されている。赤色の発光ダイオード４の光源４Ｓから出射された赤色光が反射面３ａで、また緑色の発光ダイオード５の光源５Ｓからから出射した緑色光が反射面３ｂで、それぞれ反射し、光軸Ｌの鉛直線に発光色が二分された状態で、投影レンズ６に入射する。

投影レンズ６の出射面前方の光軸Ｌ上には、ダブプリズム７が配置されている。ダブプリズム７は、二つある傾斜面の一方を入射面７ａとして、投影レンズ６からの光が入射面７ａに入射して、入射面７ａに投影レンズ６からの出射光が入射するように、かつその長手方向が光軸Ｌに平行となるように配置されている。ダブプリズム７は光軸Ｌを軸として回転可能に支持され、その回転角度θは調整可能となっている。

ここで、ダブプリズム７について、図２を用いて説明する。図２はダブプリズム７の回転角度θと、ダブプリズム７から出射した像の状態との関係を示し、各図それぞれでダブプリズム７の回転角度が異なっている。

ダブプリズム７は、図２に示すように、傾斜角度４５度の等角台形を垂線方向へ押し出した外形を有する。二つある傾斜面の一方を入射面７ａ、他方を出射面７ｂとして、長手方向を軸として回転可動に支持されている。

図２（Ａ）に示すように、ダブプリズム７を等角台形の面を上下面とするよう配置した場合では、入射面７ａから像８Ａを入射させると、出射面７ｂから得られる像８Ｂは、左右に反転したものとなる。

図２（Ａ）の状態から、長手方向を軸にダブプリズム７を４５度回転させると、入射面７ａから同じ像８Ａを入射させても、出射面７ｂから得られる像８Ｃは、左右に反転し、かつダブプリズム７の回転方向と同方向に９０度回転したものとなる（図２（Ｂ）参照）。

図２（Ａ）の状態から、長手方向を軸にダブプリズム７を今度は９０度回転させると、入射面７ａから同じ像８Ａを入射させても、出射面７ｂから得られる像８Ｄは、左右に反転し、かつダブプリズム７の回転方向と同方向に１８０度回転したものとなる（図２（Ｃ）参照）。

このように、入射面７ａに入射させた像は、ダブプリズム７を長手方向の軸周りに回転させると、ダブプリズム７の回転角度θに対して、ダブプリズム７の回転方向と同角度に角度２θ回転した状態で出射される。

この性質を利用し、ガイド光照射装置１ではダブプリズム７を光軸Ｌ周りに回転可能にかつ回転角度調整可能に支持し、ダブプリズム７を回転角度θが０度／４５度で切替え可能であるように構成した。

なお、本実施形態においては、図２（Ａ）に示すダブプリズム７の状態を基準として、等角台形面が上下面となる状態を回転角度０度、図２の回転方向を正として、図２（Ｂ）のダブプリズム７を回転角度４５度状態とし、両者を切替え可能とした。

図１（Ａ）に示すように、ダブプリズム７の回転角度θが０度の場合、入射面７ａへの入射光は、左右に反転した状態で出射面７ｂより出射される。ダブプリズム７への入射光は光軸Ｌを基準に左右で異なる色の光であり、出射光は左右の色が反転しただけの形態となる。即ち、ダブプリズム７の回転角度θが０度の場合、光軸Ｌと境界として左右で異なる色のガイド光Ｇが出射する。

図１（Ｂ）に示すように、ダブプリズム７の回転角度θが４５度の場合、入射光はダブプリズム７の回転角度θが０度の出射光の状態からダブプリズム７の回転方向と同方向に９０度回転した状態となる。即ち、ダブプリズム７の回転角度θが４５度の場合、光軸Ｌを境界として上下で異なる色のガイド光Ｇ’が出射する。

このように構成することで、ガイド光照射装置１は、左右で態様が異なるガイド光Ｇと、上下で態様が異なるガイド光Ｇ’の両方を選択可能に照射できる。

本実施形態では、ダブプリズム７を、光軸Ｌを軸として回動可能に支持し、図示しない回転機構によりダブプリズム７を回転させて、ダブプリズム７の回転角度θの調整により、ガイド光Ｇ，Ｇ’を選択的に照射するよう構成したが、４５度回転した状態のダブプリズム７を投影レンズの出射面側の光軸上に配置／除去させる移動機構を設けることで、ガイド光Ｇ，Ｇ’の両方を照射できるように構成してもよい。

（使用方法）
ガイド光照射装置１が、光軸Ｌを基準として、左右で態様が異なるガイド光Ｇと、上下で態様が異なるガイド光Ｇ’の両方を照射可能であるように構成した。目標点となる照射点を杭打ち点とし、ガイド光Ｇ、Ｇ’を切り替えて照射することにより、杭打ち点の作業者が、左右方向にも前後方向にも作業者自身で方向を確認して、杭打ち点近傍までの移動することができる。

ガイド光照射装置１の使用方法として、ガイド光照射装置１を用いた杭打ち点の設定方法を、図３のフローチャート、及び図４，図５を用いて説明する。

図４に示すように、ガイド光照射装置１は、測距・測角機能を備えたトータルステーション２に、その照射方向とトータルステーション２の視準方向が略一致するように搭載される。

ステップＳ１として、まずトータルステーション２を既知点Ｐ０に設置する。

次に、ステップＳ２で、トータルステーション２に設定したい杭打ち点Ｐを入力して、トータルステーション２に杭打ち点Ｐを視準させる。

次に、ステップＳ３で、ガイド光照射装置１にまず左右で形態の異なるガイド光Ｇを照射させる。このとき、ダブプリズム７の回転角度θは０度である。ガイド光Ｇの照射方向と、トータルステーション２の視準方向は水平方向で略一致するように構成されているため、トータルステーション２の視準方向を基準として左右で色の異なる光がガイド光Ｇとして照射される（図４（Ａ）参照）。

次に、ステップＳ４で、トータルステーション２のターゲットであるプリズム９が装備されたポール１０を持った作業者は、視認されるガイド光Ｇの色により視準方向へ移動する。例えば、ガイド光Ｇは作業者から見て右側が緑色の光、左側が緑色の光となるよう構成されているため、作業者が緑色の光を確認したときには、杭打ち点Ｐよりも自身は右側にいることになるので、トータルステーション２と向き合って、現在地よりも左側に移動すればよい。ガイド光Ｇの色を確認することで、左右どちらに移動すべきかを作業者自身で確認でき、ガイド光Ｇの左右の色が均一に見える方向であるトータルステーション２の視準方向まで作業者は誘導される。視準方向に対する左右方向の誘導がガイド光Ｇによってなされる。

次のステップＳ５に移行し、作業者がガイド光照射装置１を遠隔操作する、もしくはトータルステーション２の作業者が連絡を受けて操作する等して、ダブプリズム７を４５度回転させる。これによりガイド光Ｇは９０度回転して、図４（Ｂ）に示すように、今度は照射方向（視準軸）を基準として上下で異なる色の光で形成されたガイド光Ｇ’が照射される。

次にステップＳ６として、作業者はガイド光Ｇ’の色を確認することで、視準方向に対する杭打ち点Ｐへの前後の移動方向を把握し、杭打ち点Ｐ近傍まで移動する。

このステップＳ６の前後方向の誘導を、図５を用いて説明する。トータルステーション２の器械高、及びプリズム９のプリズム高は既知であり、トータルステーション２に杭打ち点Ｐのプリズム９を視準させている。図５は前後方向の移動を説明するための説明図であり、図４（Ｂ）を既知点Ｐ０、杭打ち点Ｐ、および視準軸を含む鉛直面で切断した図となる。作業者は既にこの視準軸上まで誘導されており、杭打ち点Ｐまでの前後の方向とその距離が未知である。

図５に示すように、トータルステーション２は杭打ち点Ｐのプリズム９を視準しており、ガイド光Ｇ’は光軸Ｌ（視準軸に略一致）を基準として、上側が緑色の光、下側が赤色の光となるように構成されているため、プリズム９の高さを基準とすると、本実施例ではプリズム高の方がトータルステーション２の器械高（ガイド光照射光のレンズ高）より低いため、杭打ち点Ｐよりトータルステーション２側に近ければ赤色の光、杭打ち点Ｐより遠ければ緑色の光が確認される。作業者はプリズム高さに目線を合わせてガイド光Ｇ’の色を確認することで、移動方向を確認できる。例えば作業者が杭打ち点Ｐよりもトータルステーション２に近い点Ｐ１にいた場合、ポール１０を地面に垂直に立ててプリズム９に目線を合わせると、赤色の光が確認される。このため、作業者はトータルステーション２と向き合って後方へ移動すればよいと判断できる。同様に、作業者が杭打ち点Ｐよりも離れた点Ｐ２にいた場合、ポール１０を垂直に立ててプリズム９に目線を合わせると緑色の光が確認されるため、前方に移動すればよいと自身で判断できる。すでに左右方向の誘導はなされており、トータルステーション２と向き合って上下の色が均等に見えるまで移動することで、前後方向にも誘導がなされ、杭打ち点Ｐ近傍まで移動ができる。

おおよその位置まで誘導されると、次のステップＳ７に移行する。作業者のもつポール１０に備えられたプリズム９をトータルステーション２で測距・測角することで正確な位置確認をし、杭打ち点Ｐを設定する。

次にステップＳ８に移行する。次の杭打ち点がある場合には、ステップＳ９に移行し、新たな杭打ち点をトータルステーション２に入力する。全ての杭打ち点の設定が終了するまでステップＳ２～Ｓ８を繰り返す。設定すべき杭打ち点が無くなると作業は終了する。

ガイド光照射装置１を、照射方向を基準として、左右で態様が異なるガイド光Ｇと、上下で態様が異なるガイド光Ｇ’の両方を照射可能であるように構成して、杭打ち点Ｐに向かってガイド光Ｇ，Ｇ’を順に照射することで、左右方向にも前後方向にも作業者を誘導することができる。光の色を確認することで作業者自身がどちらに移動すればよいか判断できるため、他者が誘導することなく、ガイド光Ｇ，Ｇ’のみで杭打ち点Ｐ近傍までの誘導がなされる。

（第２実施形態）
図６は、第２の実施形態に係るガイド光照射装置１０１の光学系の構成を説明するための概略平面図である。図１同様、各図でダブプリズムの回転角度が異なっており、（Ａ）がダブプリズムの回転角度０度の場合、（Ｂ）がダブプリズムの回転角度が４５度の場合を示す。第１の実施形態と同構成のものは同じ符号を付して、説明を省略する。図７は図６（Ａ）の側面図である。図７においては、発光ダイオードは省略し、それぞれの光源のみ示している。また、便宜上照射光を着色して示している。また配置の重なるものについては、後方配置される側をカッコ内に示した。図８は、ガイド光照射装置１０１の使用状態を示す。

ガイド光照射装置１０１は、赤色発光ダイオード４Ａ,４Ｂ、緑色発光ダイオード５Ａ,５Ｂ、直角ミラー３、投影レンズ６、ダブプリズム７を備え、発光ダイオードを二対備える点が、第１の実施形態と異なる。

直角ミラー３を挟んで対向する赤色発光ダイオード４Ａ，緑色発光ダイオード５Ａと、赤色発光ダイオード４Ｂ，緑色発光ダイオード５Ｂの二対は、上下方向には光軸Ｌを基準として上下対称に配置されている。このため、上面視すると、同色の発光ダイオード同士は配置が重なる（図６においては、下方配置される側をカッコ内に示している）。

第１の実施形態同様、発光色の異なる一対の発光ダイオードにより、水平方向において光軸Ｌを境界線として左右で色の異なる光が直角ミラー３にて形成される。

図７に示すように、光軸Ｌよりも上方に配置された一対の発光ダイオード４Ａ，５Ａの光源４ＡＳ,５ＡＳから出射した光は、直角ミラー３の上方部で反射して左右で色の異なるガイド光ＧＡに形成され、全体として中央よりもやや上方から投影レンズ６に入射する。同様に、光軸Ｌよりも下方に配置された一対の発光ダイオード４Ｂ，５Ｂの光源４ＢＳ，５ＢＳから出射した光は、直角ミラー３の下方部で反射して左右で色の異なるガイド光ＧＢに形成され、全体として中央よりもやや下方から投影レンズ６に入射する。

それぞれのガイド光ＧＡ，ＧＢの照射方向ＬＡ，ＬＢは、水平方向には一致し、鉛直方向には所定の角度βを成して投影レンズ６から出射するように構成されている。光軸Ｌの後方焦点の鉛直線と稜線が一致する直角ミラー３で、ガイドＧＡ，ＧＢ共に形成されるため、ガイド光ＧＡ，ＧＢの境界線は鉛直方向に一致する。また角度βは、投影レンズ６から出射されるガイド光ＧＡ,ＧＢの鉛直方向の拡散角度αよりも小さくなるように配置を調整されている。このように配置することで、ガイド光ＧＡ，ＧＢはどの地点においても一部が重なる構成となり、ガイド光ＧＡ,ＧＢでカバーされない隙間の発生を防止できる。

作業者に視認されるのは、ガイド光ＧＡ，ＧＢを入射光としてダブプリズム７からの出射光の合成光である合成ガイド光ＳＧとなる。第１の実施形態同様、ダブプリズム７が角度θだけ回転すると、合成ガイド光ＳＧは２θ度だけ回転する。ダブプリズム７が回転角度０度の場合、左右で形態の異なるガイド光ＳＧが出射され（図６（Ａ）参照）、ダブプリズム７を４５度回転させると、出射光は９０度回転して、上下で形態の異なる合成ガイド光ＳＧ’がダブプリズム７の出射面７ｂから出射される（図６（Ａ）参照）。

図８は、ガイド光照射装置１０１の使用状態を示したものであり、作用効果を説明するための説明図である。遠くからから合成ガイド光ＳＧを確認すると、合成ガイド光ＳＧは、複数の光源を個々に別れた状態ではなく、各光源を単一で見たときの明るさを足し合わせた一つの光源として見える。このため、合成ガイド光ＳＧは、第１の実施形態のガイド光Ｇよりも、上下に延伸され、かつより明るい形態となる。

合成ガイド光ＳＧの光到達距離が、第１の実施形態のガイド光Ｇよりも伸びるため、ガイド光照射装置１０１の使用距離（合成ガイド光ＳＧを視認できる距離）を、より長いものとすることができる。

また、二対の発光ダイオードを使用して上記のように構成することで、合成ガイド光ＳＧを視認できる範囲が上下方向に広がるため、第１の実施形態に比べ、見つけやすく上下に屈伸して合成ガイド光ＳＧを探す手間が少なくなる。

以上、本発明の好ましい実施形態や変形例について述べたが、上記の実施形態は本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

１，１０１ ガイド光照射装置
３ 直角ミラー
３ａ，３ｂ （直角ミラーの）反射面
４，４Ａ，４Ｂ 赤色発光ダイオード
４Ｓ，４ＡＳ，４ＢＳ （赤色発光ダイオードの）光源
５，５Ａ，５Ｂ 緑色発光ダイオード
５Ｓ，５ＡＳ，５ＢＳ （緑色発光ダイオードの）光源
６ 投影レンズ
７ ダブプリズム
７ａ （ダブプリズムの）入射面
７ｂ （ダブプリズムの）反射面
Ｇ、Ｇ’、ＧＡ，ＧＢ ガイド光
ＳＧ、ＳＧ’ 合成ガイド光
Ｓ１～Ｓ９ ステップ
Ｌ 光軸
Ｌａ、Ｌｂ 反射光軸
Ｐ 杭打ち点
α 鉛直方向の光の拡散角度
β （二つの照射方向が鉛直方向に成す）角度
θ （ダブプリズム７の回転の）角度

Claims (6)

1. 作業者を誘導するためのガイド光を照射するガイド光照射装置であって、
   光軸を基準として左右で異なる態様の第１のガイド光と、光軸を基準として上下で異なる態様の第２のガイド光とを、選択的に照射可能である、
   ことを特徴とするガイド光照射装置。
2. 作業者を誘導するためのガイド光を照射するガイド光照射装置であって、
   照射方向を中心として左右又は上下で異なる態様のガイド光を形成して照射する照射機構と、
   前記ガイド光の照射方向に配置され、前記ガイド光の光軸中心に前記ガイド光を９０度回転可能な回転素子と、
   を備えることを特徴とするガイド光照射装置。
3. 前記回転素子はダブプリズムであり、
   前記ダブプリズムは、前記ダブプリズムの傾斜面にガイド光が入射するように前記ガイド光の光軸と前記ダブプリズムの長手方向を一致させて配置され、前記ガイド光の光軸周りに回転角度を調整可能に支持される、
   ことを特徴とする請求項２に記載のガイド光照射装置。
4. 前記照射機構は、前記ガイド光の左右それぞれの形態の光を出射する一対の光源と、前記光源の出射光を左右で形態の異なる光に形成する光学部材と、前記左右で形態の異なる光を透過させて前方に出射する投影レンズとを備える、
   ことを特徴とする請求項１～請求項３に記載のいずれかガイド光照射装置。
5. 前記一対の光源は光源同士が正対するように配置され、前記光学部材は二つの反射面が直角に構成される直角ミラーであって、前記一対の光源が前記二つの反射面に均等に入射して同方向へ出射するように、前記投影レンズの後方焦点を含む前記レンズの光軸の鉛直面に前記直角ミラーの稜線が一致するように、かつ前記一対の光源の間に前記二つの反射面が等角度となるよう配置される、
   ことを特徴とする請求項４に記載のガイド光照射装置。
6. 前記照射機構は、前記一対の光源を複数備えるよう構成され、前記複数の一対の光源からの合成光を前記ガイド光として照射する、
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のガイド光照射装置。

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