JP7180355B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用灯具に関する。

車両用灯具のうち半導体型光源を光源とするものは、従来から提案されている（例えば、特許文献１～３参照）。特許文献１～３に記載のような従来の半導体型光源は、基板に実装された複数のＬＥＤチップが樹脂等の封止部材で覆われたものとして利用されている。

特開２００４－０３９２９０号公報 特開２００６－２６１１６０号公報 特開２０１７－０６９１６１号公報

しかし、特許文献１に記載のような従来技術では、カレントミラー回路は定電圧電源を供給する電源装置が必要であり、抵抗駆動であるためカレントミラー回路の基準電流を大きくするには回路全体の消費電力も増加し、消費電力の増加に伴う発熱も増加する。また、特許文献２に記載のような従来技術では、光源同士が直列接続されているため、一部の光源をオンオフ制御することにより生じる過電流が他の一部の光源に流れることで回路素子に負担をかけて回路素子の短寿命又は破損に至る虞がある。また、特許文献３に記載のような従来技術では、光源の温度変化に対応できず、光源を個別に点滅制御又は調光制御することもできない。

本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、消費電力を抑制しつつ、高寿命化を図り、点滅又は調光制御を容易にすることができるようにするものである。

本開示の一側面である車両用灯具は、直流電源に接続される車両用灯具であって、第１光源と、第２光源と、前記第２光源と並列に接続された擬似負荷と、前記第１光源に第１電流を供給する定電流電源と、前記第１光源と前記第２光源とを並列に接続したものであって、且つ前記直流電源が前記第２光源及び前記擬似負荷の何れか一方に供給する第２電流の大きさを前記第１電流の大きさと同一にするカレントミラー回路と、前記定電流電源と、前記直流電源との間に接続され、前記第１光源及び前記第２光源の点灯を制御するＰＷＭ制御回路と、を備え、前記ＰＷＭ制御回路は、前記第２光源の点灯周期に応じて、前記擬似負荷のオン時間を制御し、前記擬似負荷は、擬似用スイッチング素子と、前記擬似用スイッチング素子と直列に接続された擬似用抵抗と、を備える、ものである。

また、本開示の一側面である車両用灯具においては、前記第１光源に並列に接続され、前記第１電流を迂回させるバイパス回路、をさらに備え、前記バイパス回路は、第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子と直列に接続された抵抗負荷と、を備え、前記カレントミラー回路は、コレクタが前記抵抗負荷と直列に接続され、エミッタがシャーシグランドに接続された第２スイッチング素子と、コレクタが前記擬似負荷と直列に接続され、エミッタがシャーシグランドに接続された第３スイッチング素子と、を備え、前記第２スイッチング素子のコレクタとベースとが接続され、且つ前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のそれぞれのベース同士が接続されたものであり、前記ＰＷＭ制御回路は、前記第２光源に前記第２電流を供給する場合、前記第１スイッチング素子をオン状態に制御する、ことが好ましい。

また、本開示の一側面である車両用灯具においては、前記定電流電源は、前記第１光源及び前記第２光源の何れかの点灯に応じた電流の大きさに前記第１電流の大きさを制御する、ことが好ましい。

また、本開示の一側面である車両用灯具においては、前記第２光源は、複数並列に設けられている、ことが好ましい。

本開示の一側面によれば、消費電力を抑制しつつ、高寿命化を図り、点滅又は調光制御を容易にすることができる。

本開示を適用した実施形態に係る車両用灯具の回路構成図である。

以下、本開示を適用した車両用灯具の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。

図１は、本開示を適用した実施形態に係る車両用灯具の回路構成図である。車両用灯具は、第１光源１、第２光源２１～２３、擬似負荷３１～３３、定電流電源５、カレントミラー回路７及びＰＷＭ制御回路８等を備え、直流電源６１，６２と接続されることにより直流電源６１，６２から直流電力が供給され、第１光源１又は第２光源２１～２３が点灯可能である。なお、第２光源２１～２３の何れか１つを特定しない場合、第２光源２と称する。また、擬似負荷３１～３３の何れか１つを特定しない場合、擬似負荷３と称する。ただし、第２光源２及び擬似負荷３は、第２光源２１及び第２光源２１と並列に接続された擬似負荷３１、第２光源２２及び第２光源２２と並列に接続された擬似負荷３２並びに第２光源２３及び第２光源２３と並列に接続された擬似負荷３３の何れか１つの組み合わせを意味するものとする。車両用灯具は、例えば、リアコンビネーションランプ等の機能を有するものである。

定電流電源５は、直流電源６２から直流電力が供給され、第１光源１に第１電流Ｉ１を供給するものである。第１光源１は、半導体発光素子Ｄ１１が複数直列に接続され、複数の半導体発光素子Ｄ１１のそれぞれにはコンデンサＣ１１が並列に接続されている。半導体発光素子Ｄ１１は、例えば、ＬＥＤ又はＯＥＬ（有機ＥＬ）を用いたＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）等の自発光半導体光源である。なお、定電流電源５は、ＰＷＭ制御機能又は電流可変機能を有している場合、第１電流Ｉ１の大きさを制御することができる。

第１光源１にはバイパス回路９が並列に接続されている。バイパス回路９は、第１スイッチング素子Ｑ１と、第１スイッチング素子Ｑ１と直列に接続された抵抗負荷Ｒ１とを備え、第１光源１から第１電流Ｉ１を迂回させるものである。第１スイッチング素子Ｑ１は、例えば、ＰチャネルのＭＯＳＦＥＴから構成され、ソースが定電流電源５に接続され、ドレインが抵抗負荷Ｒ１に接続され、ゲートとドレインとの間にはコンデンサＣ１が接続されている。第１スイッチング素子Ｑ１は、ＰＷＭ制御回路８により制御される。ＰＷＭ制御回路８により第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態に制御された場合、第１電流Ｉ１はバイパス回路９を経由するので第１光源１は消灯する。ＰＷＭ制御回路８により第１スイッチング素子Ｑ１がオフ状態に制御された場合、第１電流Ｉ１はバイパス回路９を経由しないので第１光源１は点灯する。

一方、第２光源２１～２３のそれぞれは、一方が直流電源６１のプラス端子に接続され、他方がカレントミラー回路７に接続されたものである。直流電源６１は、第２光源２１～２３及び擬似負荷３１～３３の何れか一方に第２電流Ｉ２を供給するものであり、ダイオードＤ５が並列に設けられている。第２光源２１は、半導体発光素子Ｄ２１が複数直列に接続され、複数の半導体発光素子Ｄ２１のそれぞれにはコンデンサＣ２１が並列に接続されている。半導体発光素子Ｄ２１は、例えば、半導体発光素子Ｄ１１と同様に構成されている。第２光源２２，２３は、第２光源２１と同様の回路構成である。つまり、第２光源２２は、半導体発光素子Ｄ２２と、半導体発光素子Ｄ２２と並列に接続されたコンデンサＣ２２とを備えている。また、第２光源２３は、半導体発光素子Ｄ２３と、半導体発光素子Ｄ２３と並列に接続されたコンデンサＣ２３とを備えている。

直流電源６１，６２は、二次電池又はＤＣＤＣコンバータ等のような直流電流を供給可能な回路構成であり、車両用灯具の外側に設けられている。また、直流電源６１は、車両用灯具に電力を供給するか否かを制御可能なスイッチＳ１が設けられている。スイッチＳ１がオン状態となれば、直流電源６１は、車両用灯具に対してオン状態となり、第２光源２１～２３のそれぞれに第２電流Ｉ２を供給することができる。直流電源６２も直流電源６１と同様に機能するスイッチＳ２が設けられている。なお、スイッチＳ１，Ｓ２は、例えばソリッドステートリレーのような無接点の電子リレーから構成され、ＰＷＭ制御回路８により制御されるものである。

擬似負荷３１～３３のそれぞれは、第２光源２１～２３のそれぞれと並列に接続されたものである。擬似負荷３１は、擬似用スイッチング素子Ｑ３１と、擬似用スイッチング素子Ｑ３１と直列に接続された擬似用抵抗Ｒ３１と、擬似用コンデンサＣ３１とを備え、第２光源２１から第２電流Ｉ２を迂回させるものである。擬似用スイッチング素子Ｑ３１は、例えば、ＰチャネルのＭＯＳＦＥＴから構成され、ソースが直流電源６１のプラス端子に接続され、ドレインが擬似用抵抗Ｒ３１に接続され、ゲートとドレインとの間には擬似用コンデンサＣ３１が接続されている。擬似用スイッチング素子Ｑ３１は、ＰＷＭ制御回路８により制御される。ＰＷＭ制御回路８により擬似用スイッチング素子Ｑ３１がオン状態に制御された場合、第２電流Ｉ２は擬似負荷３１を経由するので第２光源２は消灯する。ＰＷＭ制御回路８により擬似用スイッチング素子Ｑ３１がオフ状態に制御された場合、第２電流Ｉ２は擬似負荷３１を経由しないので第２光源２は点灯する。擬似負荷３２，３３は、擬似負荷３１と同様の回路構成である。つまり、擬似負荷３２は、擬似用スイッチング素子Ｑ３２と、擬似用抵抗Ｒ３２と、擬似用コンデンサＣ３２とを備え、擬似用スイッチング素子Ｑ３２がＰＷＭ制御回路８により制御される。また、擬似負荷３３は、擬似用スイッチング素子Ｑ３３と、擬似用抵抗Ｒ３３と、擬似用コンデンサＣ３３とを備え、擬似用スイッチング素子Ｑ３３がＰＷＭ制御回路８により制御される。

なお、擬似用抵抗Ｒ３１～Ｒ３３の何れか１つを特定しない場合、擬似用抵抗Ｒ３と称する。また、擬似用コンデンサＣ３１～Ｃ３３の何れか１つを特定しない場合、擬似用コンデンサＣ３と称する。また、擬似用スイッチング素子Ｑ３１～Ｑ３３の何れか１つを特定しない場合、擬似用スイッチング素子Ｑ３と称する。また、コンデンサＣ２１～Ｃ２３の何れか１つを特定しない場合、コンデンサＣ２と称する。また、半導体発光素子Ｄ２１～Ｄ２３の何れか１つを特定しない場合、半導体発光素子Ｄ２と称する。ただし、擬似用抵抗Ｒ３、擬似用コンデンサＣ３及び擬似用スイッチング素子Ｑ３は、擬似用抵抗Ｒ３１、擬似用コンデンサＣ３１及び擬似用スイッチング素子Ｑ３１の組み合わせ、擬似用抵抗Ｒ３２、擬似用コンデンサＣ３２及び擬似用スイッチング素子Ｑ３２の組み合わせ並びに擬似用抵抗Ｒ３３、擬似用コンデンサＣ３３及び擬似用スイッチング素子Ｑ３３の組み合わせの何れか１つの組み合わせを意味するものである。同様に、コンデンサＣ２及び半導体発光素子Ｄ２は、コンデンサＣ２１及び半導体発光素子Ｄ２１、コンデンサＣ２２及び半導体発光素子Ｄ２２並びにコンデンサＣ２３及び半導体発光素子Ｄ２３の何れか１つの組み合わせを意味するものである。

カレントミラー回路７は、第１光源１と第２光源２とを並列に接続したものであって、且つ直流電源６１が第２光源２及び擬似負荷３の何れか一方に供給する第２電流Ｉ２の大きさを第１電流Ｉ１の大きさと同一にするものである。具体的には、カレントミラー回路７は、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ５１～Ｑ５３を備えている。なお、第３スイッチング素子Ｑ５１～Ｑ５３の何れか１つを特定しない場合、第３スイッチング素子Ｑ５と称する。第２スイッチング素子Ｑ２は、ＮＰＮトランジスタから構成され、コレクタが抵抗負荷Ｒ１と直列に接続され、エミッタがシャーシグランドＧＮＤに接続されている。第３スイッチング素子Ｑ５は、ＮＰＮトランジスタから構成され、コレクタが擬似負荷３と直列に接続され、エミッタがシャーシグランドＧＮＤに接続されている。

カレントミラー回路７は、第２スイッチング素子Ｑ２のコレクタとベースとが接続されるものであるが、図１に示すように、第２スイッチング素子Ｑ２のコレクタとベースとの間に、ＮＰＮトランジスタから構成される特性調整用スイッチング素子Ｑ４を設けることにより特性調整用スイッチング素子Ｑ４の利得により第２スイッチング素子Ｑ２と第３スイッチング素子Ｑ５との特性上の差異を埋め合わせることができる。具体的には、特性調整用スイッチング素子Ｑ４は、ベースが抵抗負荷Ｒ１、半導体発光素子Ｄ１１のカソードカソード端子及びコンデンサＣ１１に接続され、コレクタが抵抗Ｒ２に接続され、エミッタが第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ５のベースに接続されている。なお、抵抗Ｒ２は、一方が特性調整用スイッチング素子Ｑ４のコレクタに接続され、他方が直流電源６１のプラス端子に接続されている。また、カレントミラー回路７は、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ５のそれぞれのベース同士が接続されたものであり、少なくとも、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ５のそれぞれの温度特性は同一範囲にあるものが好ましい。なお、第３スイッチング素子Ｑ５１～Ｑ５３のそれぞれは、ベース同士が接続され、エミッタが共にシャーシグランドＧＮＤに接続されている。このような回路構成により、カレントミラー回路７は、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ５がオン状態になれば、第２電流Ｉ２の大きさを第１電流Ｉ１の大きさと同一にする。なお、図１においては、第２光源２１～２３のそれぞれが複数並列に設けられている。

ＰＷＭ制御回路８は、定電流電源５と、直流電源６１との間に接続され、点灯信号に基づき、第１光源１及び第２光源２の点灯を制御するものである。ＰＷＭ制御回路８の点灯信号の入力側の一部にはダイオードＤ６が設けられている。点灯信号は矩形波等の各種信号により実現されるものである。具体的には、ＰＷＭ制御回路８は、第２光源２の点灯周期に応じて、擬似負荷３のオン時間を制御するものである。つまり、ＰＷＭ制御回路８が、第２光源２の点灯周期に応じて、擬似用スイッチング素子Ｑ３のオンオフデューティー比を制御する。よって、第２光源２の点滅制御又は調光制御が可能となる。したがって、第２光源２の明るさは、第２光源２に流す第２電流Ｉ２の大きさである電流値と、第２電流Ｉ２を流す時間との割合により決定される。ただし、擬似負荷３の印加電圧＜第２光源２の最大消灯電圧となるように、擬似負荷３の擬似用抵抗Ｒ３の定数を設定する。また、擬似用スイッチング素子Ｑ３のオン／オフ速度及び擬似負荷３全体の電圧変動を抑制することでノイズ発生を低減可能である。

また、ＰＷＭ制御回路８は、第２光源２に第２電流Ｉ２を供給する場合、第１スイッチング素子Ｑ１をオン状態に制御するものである。つまり、第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態であれば、第１光源１には第１電流Ｉ１は流れずに、第１電流Ｉ１は抵抗負荷Ｒ１及び抵抗負荷Ｒ１にベースが接続された特性調整用スイッチング素子Ｑ４に流れる。よって、第１電流Ｉ１がカレントミラー回路７の第２スイッチング素子Ｑ２及び擬似用スイッチング素子Ｑ３をオン状態にさせる大きさであれば、直流電源６１がオン状態となることで、第２光源２１～２３のそれぞれに第２電流Ｉ２を第１電流Ｉ１と同じ大きさで流すことができる。つまり、第１光源１を点灯させずに第２光源２を点灯させることができる。

なお、第１光源１だけを点灯する場合、定電流電源５を動作させ、直流電源６１から第２光源２には第２電流Ｉ２の供給を停止させればよい。具体的には、ＰＷＭ制御回路８は、第１スイッチング素子Ｑ１をオフ状態に制御することで、定電流電源５から供給される第１電流Ｉ１をバイパス回路９ではなく第１光源１に流す。よって、第１光源１に第１電流Ｉ１が流れることにより第１光源１は点灯し、さらに、第１電流Ｉ１は、特性調整用スイッチング素子Ｑ４を介して、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ５のベースに流れる。このような回路接続状態で、直流電源６１がオン状態となれば、カレントミラー回路７により、第２光源２１～２３には第２電流Ｉ２が第１電流Ｉ１と同じ大きさで流れる。つまり、第１光源１の点灯中に第２光源２を点灯させるには、直流電源６１をオン状態に制御すればよい。

上記の説明から、定電流電源５は、カスタム品で作る必要がなくなる。よって、第２光源２の最大電流に応じて標準品の定電流電源５を流用すればよい。また、第２光源２１～２３のそれぞれは、ＰＷＭ制御により個別に調光を行うことができる。また、第１光源１を使用しないときには定電流電源５から供給される第１電流Ｉ１の出力先を第１光源１からバイパス回路９に切り替えることで、第１光源１の消費電力を発生させないので、全体としての消費電力を抑制させることができる。また、定電流電源５がＰＷＭ制御機能等のように第１電流Ｉ１の大きさを制御できる回路構成であれば、第１光源１及び第２光源２のそれぞれに適した電流の大きさに第１電流Ｉ１の大きさを制御できるので、全体としての消費電力を抑制し、さらには第２光源２の用途を広げることができる。例えば、車両等灯具をリアコンビネーションランプ等の機能だけでなく、より光量の要求されるヘッドランプの機能にも拡張させることができる。

以上の説明から、本実施形態において、カレントミラー回路７は、第２電流Ｉ２の大きさが定電流電源５から供給される第１電流Ｉ１の大きさと同一にされる。また、カレントミラー回路７を介して、第１光源１と第２光源２とが並列に接続され、第２光源２の点灯周期に応じて、第２光源２と並列に接続された擬似負荷３のオン時間が制御される。よって、第１電流Ｉ１が定電流電源５から供給されるため、定電圧電源が不要であり、抵抗駆動ではないため回路全体の消費電力の抑制と、消費電力に伴う発熱の抑制とを実現できる。また、第１光源１と第２光源２とは並列に接続されているため、一方がオンオフ制御されて過電流が発生したとしても、他方に負担をかけて短寿命又は破損に至る虞はない。また、第２光源２と並列に接続された擬似負荷３のオン時間により第２光源２を点灯周期に応じて点灯させることができる。よって、第２光源２の温度変化に対応でき、第２光源２の点滅制御又は調光制御をすることもできる。したがって、消費電力を抑制しつつ、高寿命化を図り、点滅又は調光制御を容易にすることができる。

また、本実施形態において、第２光源２に第２電流Ｉ２が供給される場合、第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態に制御される。第１スイッチング素子Ｑ１がオン状態に制御されれば、バイパス回路９に第１電流Ｉ１が流れるため、第１光源１を消灯させると共に、カレントミラー回路７の第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ５をオン状態に制御することができる。したがって、第２光源２に第２電流Ｉ２を流すことができるので、第１光源１を点灯させずに第２光源２を点灯させることができる。

また、本実施形態において、第１光源１及び第２光源２の何れかの点灯に応じた電流の大きさに第１電流Ｉ１の大きさが制御される。よって、第１電流Ｉ１の大きさは、第１光源１を点灯させるときには第１光源１に適したものとなり、第２光源２を点灯させるときには第２光源２に適したものとなるため、第１電流Ｉ１が不要なほど大きなものとはならない。したがって、回路全体の消費電力を抑制でき、その消費電力に伴う発熱も抑制することができる。

また、本実施形態において、第２光源２が複数並列に設けられている。第２光源２には擬似負荷３が並列に接続され、擬似負荷３はカレントミラー回路７に接続されているので、第２光源２１～２３のそれぞれには同一の第２電流Ｉ２を流すことができる。したがって、第２光源２１～２３を順次点灯させていくようなシーケンシャルターンを実現することができる。また、第２光源２同士は並列に接続されているため、一方がオンオフ制御されて過電流が発生したとしても、他方に負担をかけて短寿命又は破損に至る虞はない。

以上、本開示を適用した車両用灯具を実施形態に基づいて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

また、例えば、カレントミラー回路７は１段構成とした一例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、第２スイッチング素子Ｑ２及び第３スイッチング素子Ｑ５を多段構成にしてもよい。

また、例えば、カレントミラー回路７と並列に第２光源２が３つ接続されている回路構成の一例について説明したが、第２光源２は４つ以上がカレントミラー回路７に並列に接続されている回路構成であってもよい。

１ 第１光源
２，２１，２２，２３ 第２光源
３，３１，３２，３３ 擬似負荷
５ 定電流電源
６１，６２ 直流電源
７ カレントミラー回路
８ ＰＷＭ制御回路
９ バイパス回路
Ｉ１ 第１電流
Ｉ２ 第２電流
Ｄ１１，Ｄ２，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３ 半導体発光素子
Ｄ５，Ｄ６ ダイオード
Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３ コンデンサ
Ｃ３，Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３ 擬似用コンデンサ
Ｒ１ 抵抗負荷
Ｒ２ 抵抗
Ｒ３，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３ 擬似用抵抗
Ｑ１ 第１スイッチング素子
Ｑ２ 第２スイッチング素子
Ｑ３，Ｑ３１，Ｑ３２，Ｑ３３ 擬似用スイッチング素子
Ｑ４ 特性調整用スイッチング素子
Ｑ５，Ｑ５１，Ｑ５２，Ｑ５３ 第３スイッチング素子
ＧＮＤ シャーシグランド
Ｓ１，Ｓ２ スイッチ

Claims (4)

1. 直流電源に接続される車両用灯具であって、
   第１光源と、
   第２光源と、
   前記第２光源と並列に接続された擬似負荷と、
   前記第１光源に第１電流を供給する定電流電源と、
   前記第１光源と前記第２光源とを並列に接続したものであって、且つ前記直流電源が前記第２光源及び前記擬似負荷の何れか一方に供給する第２電流の大きさを前記第１電流の大きさと同一にするカレントミラー回路と、
   前記定電流電源と、前記直流電源との間に接続され、前記第１光源及び前記第２光源の点灯を制御するＰＷＭ制御回路と、
   を備え、
   前記ＰＷＭ制御回路は、
   前記第２光源の点灯周期に応じて、前記擬似負荷のオン時間を制御し、
   前記擬似負荷は、
   擬似用スイッチング素子と、
   前記擬似用スイッチング素子と直列に接続された擬似用抵抗と、を備える
   車両用灯具。
2. 前記第１光源に並列に接続され、前記第１電流を迂回させるバイパス回路、
   をさらに備え、
   前記バイパス回路は、
   第１スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子と直列に接続された抵抗負荷と、
   を備え、
   前記カレントミラー回路は、
   コレクタが前記抵抗負荷と直列に接続され、エミッタがシャーシグランドに接続された第２スイッチング素子と、
   コレクタが前記擬似負荷と直列に接続され、エミッタがシャーシグランドに接続された第３スイッチング素子と、
   を備え、
   前記第２スイッチング素子のコレクタとベースとが接続され、且つ前記第２スイッチング素子及び前記第３スイッチング素子のそれぞれのベース同士が接続されたものであり、
   前記ＰＷＭ制御回路は、
   前記第２光源に前記第２電流を供給する場合、前記第１スイッチング素子をオン状態に制御する、
   請求項１に記載の車両用灯具。
3. 前記定電流電源は、
   前記第１光源及び前記第２光源の何れかの点灯に応じた電流の大きさに前記第１電流の大きさを制御する、
   請求項１又は２に記載の車両用灯具。
4. 前記第２光源は、
   複数並列に設けられている、
   請求項１～３の何れか一項に記載の車両用灯具。

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