TWI553391B - Display device - Google Patents

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TWI553391B
TWI553391B TW103140105A TW103140105A TWI553391B TW I553391 B TWI553391 B TW I553391B TW 103140105 A TW103140105 A TW 103140105A TW 103140105 A TW103140105 A TW 103140105A TW I553391 B TWI553391 B TW I553391B
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Makoto Otani
Akitaka Yajima
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Description

顯示裝置
本發明係關於一種顯示裝置。
先前，已知有一種顯示裝置，該顯示裝置係藉由光調變裝置對自光源射出之光進行調變，從而顯示圖像。然而，近年來，要求所顯示之圖像之高對比度化、或可顯示之圖像之亮度範圍(動態範圍)之擴大化等所產生之高畫質化，而提出有如下顯示裝置：為了實現該高畫質化，而於光調變裝置之光路前段側具備根據圖像資訊調整來自光源之光之光量的調光機構(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1所記載之顯示裝置包括光源、第1光調變器(調光機構)、光學系統、及透過投影屏幕，透過投影屏幕包括第2光調變器(光調變裝置)及擴散器。
第1光調變器包括分別可定址之複數個像素，且具有藉由對來自光源之光進行調變而調整光量之功能。
第2光調變器係形成為解像度較第1光調變器高，且第1光調變器之1個像素對應於第2光調變器之複數個像素。
而且，來自光源之光係自利用第1光調變器而近似於圖像之像素被射出，且經由光學系統而成像於第2光調變器上。繼而，光自與利用第2光調變器而顯示之圖像對應之像素被射出，且經由擴散器而顯示圖像。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4348409號公報
然而，專利文獻1所記載之顯示裝置中，自第1光調變器中之複數個像素中之相鄰之像素射出之光於第2光調變器中部分重疊，但自排列有該複數個像素之區域之最外側之像素射出之光於第2光調變器中外側不重疊。亦即，照射至第2光調變器中之排列有複數個像素之區域之端部之光的強度變弱。即，於專利文獻1所記載之顯示裝置中，存在所顯示之圖像之端部變暗之問題。
本發明係為了解決上述問題之至少一部分而完成者，可作為以下之形態或應用例而實現。
[應用例1]本應用例之顯示裝置包括：光調變裝置，其具有排列有複數個像素之圖像形成區域，且對入射之光進行調變；及照明裝置，其照明上述圖像形成區域；且該顯示裝置之特徵在於：上述照明裝置具有排列有複數個調光部之有效調光區域，該等複數個調光部可個別地調整照明上述圖像形成區域之光之光量；由自上述複數個調光部中之相鄰之調光部射出之光照明之照明區域部分重疊，且該光入射至上述光調變裝置；自上述有效調光區域之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置位於上述圖像形成區域之外緣上或上述圖像形成區域之外側。
根據該構成，由於光調變裝置之圖像形成區域係由經藉由複數個調光部調整光量之光照明，故而顯示裝置可提高對比率，或擴大動態範圍而顯示圖像。
進而，由於自位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰 之位置位於圖像形成區域之外緣上或圖像形成區域之外側，故而能以均勻之亮度將包含圖像形成區域之端部在內之圖像形成區域照明。由此，可抑制所顯示之圖像之端部之亮度降低。
因此，可提供一種能夠顯示高畫質之圖像之顯示裝置。
[應用例2]於上述應用例之顯示裝置中，較佳為上述複數個調光部分別以相同形狀構成，且於將上述圖像形成區域於第1方向上之長度設為L1、將自上述複數個調光部射出之光於上述第1方向上之強度分佈之波峰之間隔設為p1、將上述有效調光區域於上述第1方向上之上述調光部之數量設為n1之情形時，p1×(n1-1)≧L1。
根據該構成，可構成為於第1方向上，自有效調光區域之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置位於圖像形成區域之外緣上或圖像形成區域之外側。藉此，可確實地以波峰之強度照明圖像形成區域於第1方向上之端部。由此，可顯示抑制了自觀察圖像之觀察者來看例如為左右方向、或上下方向上之圖像之端部之亮度降低的圖像。
[應用例3]於上述應用例之顯示裝置中，較佳為於將上述圖像形成區域於與上述第1方向正交之第2方向上之長度設為L2、將自上述複數個調光部射出之光於上述第2方向上之強度分佈之波峰之間隔設為p2、將上述有效調光區域於上述第2方向上之上述調光部之數量設為n2之情形時，p2×(n2-1)≧L2。
根據該構成，可構成為除了於第1方向上自有效調光區域之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置位於圖像形成區域之外緣上或圖像形成區域之外側以外，於第2方向上自有效調光區域之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置亦位於圖像形成區域之外緣上或圖像形成區域之外側。藉此，可顯示抑制了自觀察圖像之觀察者來看例如為左右方向及上下方向上之圖像之端部之亮 度降低的圖像。
[應用例4]於上述應用例之顯示裝置中，較佳為上述複數個調光部之光射出側與上述圖像形成區域之光入射側係對向地配置，且上述有效調光區域於第1方向及與上述第1方向正交之第2方向上，大於上述圖像形成區域。
根據該構成，能以將有效調光區域形成為大於圖像形成區域、且將複數個調光部與圖像形成區域對向地配置之簡單之構成，構成為自有效調光區域之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置位於圖像形成區域之外緣上或圖像形成區域之外側。藉此，可提供包括如下照明裝置之顯示裝置，該照明裝置可抑制顯示裝置之複雜之構造或大型化，並且能以均勻之亮度照明包含圖像形成區域之端部在內之圖像形成區域。
[應用例5]於上述應用例之顯示裝置中，較佳為上述照明裝置包括成像光學系統，該成像光學系統使自上述有效調光區域射出之光於沿該光之光軸之方向上成像於自上述光調變裝置偏移之位置。
使複數個調光部與光調變裝置接近存在極限，又，於需要將複數個調光部或光調變裝置冷卻之構成中，必需可供冷卻空氣於複數個調光部與光調變裝置之間流通之空間。其結果，自有效調光區域射出之光之擴散變大，而圖像形成區域中欲照明之所需之像素周邊亦被照明，從而顯示之圖像成為模糊之圖像。另一方面，於使自有效調光區域射出之光於圖像形成區域成像之構成中，由於複數個調光部中之射出光之調光部之形狀直接顯現於圖像形成區域，故而該形狀與由圖像形成區域構成之圖像重疊，從而所顯示之圖像缺乏清晰度。
根據該構成，照明裝置由於包括上述成像光學系統，故而使自有效調光區域射出之光以散焦狀態入射至圖像形成區域。藉此，可使自有效調光區域射出之光適當地擴散而照明圖像形成區域，故而可顯 示抑制了上述圖像之模糊、或不清晰之圖像。尤其是於圖像形成區域以高解像度形成之構成中，發揮顯著之效果。
[應用例6]於上述應用例之顯示裝置中，較佳為包括投影經上述光調變裝置調變之光之投影光學裝置，且上述複數個調光部包括射出光之光源、及對自上述光源射出之光進行調變之調光裝置。
根據該構成，顯示裝置係藉由利用調光裝置對自光源射出之光進行調變，而調整光量，從而照明圖像形成區域，且利用投影光學裝置投影經光調變裝置調變之光。藉此，可提供如下顯示裝置：對比率提高，或抑制所顯示之圖像之端部之亮度降低，而使高畫質之圖像顯示於屏幕等投影面。
[應用例7]於上述應用例之顯示裝置中，較佳為上述調光部係可調整光量地射出光之固體光源，且上述照明裝置包括排列有複數個上述固體光源之固體光源陣列。
根據該構成，顯示裝置係以固體光源陣列射出之光量經調整之光照明圖像形成區域。藉此，可提供如下顯示裝置：對比率提高，或抑制所顯示之圖像之端部之亮度降低，而使高畫質之圖像顯示於光調變裝置。
1、2‧‧‧投影機
7ST‧‧‧光闌
10、20、1000‧‧‧照明裝置
30A、91A、600A‧‧‧有效調光區域
30a、30ax、30ay、91a‧‧‧調光部
30d‧‧‧光30L之強度分佈
30L‧‧‧自調光部30a射出之光
30T‧‧‧自調光部30a射出之光之強度分佈
30Te‧‧‧圖像形成區域40A之端部
40、40B、40G、40R、800、800B、800G、800R‧‧‧光調變裝置
40A、800A‧‧‧圖像形成區域
40L、41L‧‧‧照明區域
40a‧‧‧像素
40b‧‧‧像素群
50‧‧‧合光稜鏡
60‧‧‧投影透鏡
91d‧‧‧自各調光部射出之光之強度分佈
91Lp‧‧‧自調光部91a射出之光之強度之波峰
91T‧‧‧自調光部91a射出之光之強度分佈
91Te‧‧‧圖像形成區域40A之端部
100、201‧‧‧積分器照明光學系統
110‧‧‧光源裝置
111‧‧‧光源
112‧‧‧反射器
120‧‧‧第1透鏡陣列
130‧‧‧第2透鏡陣列
140‧‧‧偏光轉換元件
150‧‧‧重疊透鏡
200、500‧‧‧色彩分離光學系統
210、220、501B、501GR、502‧‧‧分色鏡
230、240、250、503、504、701B、701G、701R‧‧‧反射鏡
260、270、505、506‧‧‧中繼透鏡
280B、280G、280R、507B、507G、507R‧‧‧視場透鏡
300、300B、300G、300R、600、600B、600G、600R‧‧‧調光裝置
501‧‧‧正交分色鏡
700‧‧‧成像光學系統
700B、700G、700R‧‧‧光學系統
710B、710G、710R‧‧‧雙高斯透鏡
711‧‧‧第1透鏡
712‧‧‧第2透鏡
712a、712b、713a、713b‧‧‧透鏡
713‧‧‧第3透鏡
714‧‧‧第4透鏡
720B、720G、720R、730B、730G、730R‧‧‧凸透鏡
800D‧‧‧顯示圖像
900A、900B、900C、900D、900E‧‧‧投影圖像
1100‧‧‧固體光源陣列
1110‧‧‧固體光源
d‧‧‧距離
h‧‧‧長度
Ha‧‧‧光暈
L1‧‧‧圖像形成區域於第1方向上之長度
L2‧‧‧圖像形成區域於與上述第1方向正交 之第2方向上之長度
Lp‧‧‧光之強度之波峰
Lp1‧‧‧自調光部30a射出之光之強度分佈之波峰
n1‧‧‧有效調光區域於第1方向上之調光部之數量
n2‧‧‧有效調光區域於第2方向上之調光部之數量
p‧‧‧間距
p1‧‧‧自複數個調光部射出之光於第1方向上之強度分佈之波峰之間隔
p2‧‧‧自複數個調光部射出之光於第2方向上之強度分佈之波峰之間隔
θ‧‧‧角度
X‧‧‧第1方向
Y‧‧‧第2方向
圖1係表示第1實施形態之投影機所包括之光學系統之概略構成的模式圖。
圖2係模式性地表示第1實施形態之調光裝置中之有效調光區域、及光調變裝置中之圖像形成區域之圖。
圖3(a)、(b)係用以說明自第1實施形態之調光部射出之光於圖像形成區域上之強度之圖。
圖4(a)、(b)係用以說明自第1實施形態中之有效調光區域之端部附近之調光部射出之光於圖像形成區域上之強度的模式圖。
圖5(a)、(b)係用以與第1實施形態之投影機進行比較之圖。
圖6係用以說明自第1實施形態中之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置與圖像形成區域之關係的模式圖。
圖7係表示第2實施形態之投影機所包括之光學系統之概略構成的模式圖。
圖8係用以說明第2實施形態之成像光學系統之光路之模式圖。
圖9(a)、(b)係用以說明水波紋之模式圖。
圖10(a)-(c)係用以與第2實施形態之投影機進行比較之圖。
圖11(a)-(c)係用以說明自第2實施形態之投影機投影之投影圖像之模式圖。
圖12(a)-(c)係用以說明於構成與第2實施形態之投影機不同之情形時產生光暈之情況之模式圖，且係散焦量過大之情形時之圖。
圖13(a)-(c)係用以說明於構成與第2實施形態之投影機不同之情形時產生光暈之情況之模式圖，且係構成為使自有效調光區域射出之光成像於圖像形成區域之情形時之圖。
圖14(a)-(c)係用以說明自第2實施形態之投影機投影之投影圖像之模式圖。
圖15係表示變化例之照明裝置之模式圖。
(第1實施形態)
以下，參照圖式對作為第1實施形態之顯示裝置之投影機進行說明。
本實施形態之投影機係根據圖像資訊對自光源射出之光進行調變，並將調變後之光投影於屏幕等投影面。
〔投影機之光學系統之構成〕
圖1係表示本實施形態之投影機1所包括之光學系統之概略構成 的模式圖。
如圖1所示，投影機1包括照明裝置10、光調變裝置40、作為色彩合成光學裝置之合光稜鏡50、及作為投影光學裝置之投影透鏡60，且該等光學零件被保持於未圖示之光學零件用殼體。再者，雖省略圖示，但投影機1除了包括上述光學系統以外，亦包括：控制部，其控制投影機1之動作；電源裝置，其對各裝置供給電力；冷卻裝置，其將光學系統或電源裝置冷卻；及包裝殼體，其將該等裝置收納於內部。
照明裝置10包括：積分器照明光學系統100；色彩分離光學系統200，其將自積分器照明光學系統100射出之光分離為紅色光(以下稱為「R光」)、綠色光(以下稱為「G光」)、及藍色光(以下稱為「B光」)；及調光裝置300。調光裝置300係分別設置用於R光、G光、B光。將分別設置用於R光、G光、B光之調光裝置300設為調光裝置300R、調光裝置300G、調光裝置300B。
積分器照明光學系統100包括光源裝置110、第1透鏡陣列120、第2透鏡陣列130、作為偏光轉換機構之偏光轉換元件140、及重疊透鏡150。
光源裝置110包括包含超高壓水銀燈或金屬鹵素燈等之放電型光源111、及反射器112等，且朝向第1透鏡陣列120射出光。第1透鏡陣列120包括複數個小透鏡，將來自光源裝置110之光分割成複數個部分光束。第2透鏡陣列130及重疊透鏡150使來自第1透鏡陣列120之複數個部分光束聚光，並於光調變裝置40之下述圖像形成區域上重合。配置於第2透鏡陣列130與重疊透鏡150之間之偏光轉換元件140包括偏光分離膜與相位差板，使自光源裝置110射出之無規則之偏光方向之光一致為特定方向之偏光之光而射出。
色彩分離光學系統200包括分色鏡210、220、反射鏡230、240、 250、中繼透鏡260、270、及視場透鏡280R、280G、280B，將自積分器照明光學系統100射出之白色光分離為R光、G光、及B光之3色之色光，並將各色光引導至各色光用之調光裝置300。再者，將反射鏡240、250、及中繼透鏡260、270設為中繼光學系統。
分色鏡210使自積分器照明光學系統100射出之白色光中之R光反射，並且使G光及B光透過。分色鏡220使透過分色鏡210之光中之G光反射，且使B光透過。
藉由分色鏡210而分離出之R光由反射鏡230反射，經過視場透鏡280R而入射至R光用之調光裝置300R。
由分色鏡220反射之G光經過視場透鏡280G而入射至G光用之調光裝置300G。
而且，透過分色鏡220之B光經過中繼透鏡260、270及反射鏡240、250，進而經過視場透鏡280B，而入射至B光用之調光裝置300B。
再者，本實施形態之光學系統係設為藉由中繼光學系統將B光引導至調光裝置300B之構成，但並不限於此，例如，亦可設為藉由中繼光學系統將R光引導至調光裝置300R之構成。
調光裝置300包括液晶面板，藉由根據圖像資訊對以色彩分離光學系統200分離後之色光進行調變，從而調整照明光調變裝置40之光之光量。
光調變裝置40係分別設置用於R光、G光及B光，根據圖像資訊對自調光裝置300射出之色光進行調變，而形成各色光之顯示圖像。將分別設置用於R光、G光、B光之光調變裝置40設為光調變裝置40R、光調變裝置40G、光調變裝置40B。
關於調光裝置300及光調變裝置40，將於下文進行詳細說明。
如圖1所示，合光稜鏡50呈貼合4個直角稜鏡而成之俯視大致正 方形狀，且於貼合直角稜鏡彼此之界面形成有2個多層介質膜。
合光稜鏡50係多層介質膜反射經光調變裝置40R、40B調變之R光及B光，且使經光調變裝置40G調變之G光透過，從而合成各色光。
投影透鏡60係包含複數個透鏡(省略圖示)而構成，將藉由合光稜鏡50而合成之光放大投影至屏幕等投影面。
〔調光裝置及光調變裝置之構成〕
此處，對調光裝置300及光調變裝置40進行詳細說明。
圖2係表示調光裝置300及光調變裝置40之一部分之模式圖，且係表示下述有效調光區域30A、及圖像形成區域40A之圖。
首先，對調光裝置300進行說明。
調光裝置300除了包括液晶面板以外，亦包括分別配置於液晶面板之光入射側、光射出側之入射側偏光板、射出側偏光板。
液晶面板具有於包含玻璃等之一對基板間密閉封入液晶而成之構成。於一基板設置有呈矩陣狀排列之複數個像素電極、及連接於像素電極之開關元件等，於另一基板設置有共用電極或作為遮光構件之黑矩陣等。
黑矩陣係於俯視時以劃分像素之方式形成為格子狀，由該黑矩陣包圍之矩形狀之區域成為使光透過之透過部。
液晶面板根據來自控制部之驅動信號，對像素電極與共用電極之間施加電壓。而且，液晶面板藉由變更施加至每個像素電極之電壓之大小，而控制介置於像素電極及共用電極間之液晶之配向狀態，從而對入射之光進行調變。
入射側偏光板使由色彩分離光學系統200分離後之色光中之藉由偏光轉換元件140而一致之偏光之光透過，且吸收與該偏光之光不同之偏光之光而射出至液晶面板。液晶面板根據圖像資訊對自入射側偏光板射出之光進行調變。射出側偏光板使自液晶面板射出之光中之一 定方向之偏光之光透過，且吸收與該偏光之光不同之偏光之光而射出至光調變裝置40。
而且，如圖2所示，於調光裝置300中呈矩陣狀排列複數個調光部30a，該複數個調光部30a對應於液晶面板之1個像素電極，且可個別地調整光量。複數個調光部30a係分別以相同形狀構成，調光裝置300藉由在排列有複數個調光部30a之有效調光區域30A對入射之色光進行調變，而調整透過之光量。
又，調光部30a之數量形成為少於光調變裝置40之像素數。調光部30a例如於第1方向X上排列約250個，於與第1方向X正交之第2方向Y上排列約125個。此處，所謂第1方向X係指自觀察從投影機1投影之圖像之觀察者來看對應於圖像之橫向之方向，所謂第2方向Y係指自觀察者來看對應於圖像之縱向之方向。再者，亦可使調光部30a包含250×125以外之數量。
而且，自調光部30a射出之光照明圖像形成區域40A。
其次，對光調變裝置40進行說明。
光調變裝置40與調光裝置300同樣地，包括液晶面板、及分別配置於液晶面板之光入射側、射出側之入射側偏光板、射出側偏光板。此處，可兼用調光裝置300與光調變裝置40之間之偏光板。
光調變裝置40之解像度係較調光裝置300之解像度高密度地形成。光調變裝置40之像素40a之數量係例如於第1方向X上排列約4,000個，於第2方向Y上排列約2,000個，且由排列有該複數個像素40a之圖像形成區域40A形成顯示圖像。再者，亦可使光調變裝置40之像素數包含4,000×2,000以外之數量。進而，光調變裝置40之液晶面板與入射側偏光板及射出側偏光板係隔開間隔而配置，該情形時之圖像形成區域40A係液晶面板之位置上之區域。又，配置於液晶面板之外周之虛設像素、或對各色光之光調變裝置彼此或者與調光裝置300之位置偏 移進行修正之位置修正用像素不能說形成有圖像而不包含於圖像形成區域40A。
又，光調變裝置40中之各色之灰階可構成為例如256灰階。再者，調光裝置300中之各色之灰階數既可設為與光調變裝置40之灰階數同等之灰階數，亦可設為與光調變裝置40之灰階數不同之灰階數。
而且，調光裝置300之調光部30a之灰階係基於向投影機1之輸入圖像信號中之與照明區域40L(參照圖2)所包含之複數個像素40a對應之圖像資料而產生。例如，可設為基於某1訊框或子訊框中之與照明區域40L所包含之像素40a對應之圖像資料之最大值的信號。進而，亦可將每個上述1訊框或子訊框之與複數個像素對應之灰階設為跨及複數個訊框進行平均化而得者。
此處，對自調光裝置300射出之光於圖像形成區域40A上之強度進行說明。
如圖2所示，複數個調光部30a之光射出側與圖像形成區域40A之光入射側係對向地配置，如上所述，調光部30a係例如於第1方向X上排列約250個，於第2方向Y上排列約125個，光調變裝置40之像素40a係例如於第1方向X上排列約4,000個，於第2方向Y上排列約2,000個。
如圖2所示，有效調光區域30A係於第1方向X及第2方向Y上形成為大於圖像形成區域40A，以自1個調光部30a射出之光照明複數個像素40a。例如，1個調光部30a係使自該調光部30a射出之光主要照明於第1方向X及第2方向Y上分別排列有約16個之像素40a。將與該1個調光部30a對應之複數個像素40a設為像素群40b。再者，於圖2中，為了易於辨識像素40a，而將1個像素群40b中之像素40a以4×4之數量表示。
又，有效調光區域30A中之位於最外側之調光部30a係以與圖像形成區域40A之外側對應之方式配置。具體而言，於第1方向X上位於 有效調光區域30A之兩端部、且沿第2方向Y分別配置1行之調光部30ax係以使光主要照射至第1方向X上之圖像形成區域40A之外側之區域之方式配置。而且，於第2方向Y上位於有效調光區域30A之兩端部、且沿第1方向X分別配置1行之調光部30ay係以使光主要照射至第2方向Y上之圖像形成區域40A之外側之區域之方式配置。
如圖2所示，自1個調光部30a射出之光照明與該調光部30a對應之1個像素群40b、及該像素群40b周圍之區域。將自1個調光部30a射出之光所照明之1個像素群40b、及該像素群40b周圍之區域設為照明區域40L。
亦即，由自相鄰之調光部30a射出之光照明之照明區域40L部分重疊。
圖3係用以說明自調光部30a射出之光於圖像形成區域40A上之強度之模式圖。具體而言，圖3係說明自1個調光部30a射出之光之強度之圖，(a)係說明自調光部30a射出之光30L之光路之圖，(b)係表示光30L之強度分佈之圖。
如圖3(a)所示，調光裝置300與光調變裝置40係隔開距離d而配置，自1個調光部30a射出之光朝向圖像形成區域40A擴散而前進。具體而言，調光部30a於第2方向Y上具有長度h，自該長度h之區域射出之光除了包含主要朝向像素群40b之主光線以外，亦包含相對於主光線具有角度θ之範圍之副光線。該副光線朝向相鄰之像素群40b。亦即，於自相鄰之調光部30a亦射出有光之情形時，該副光線與自相鄰之調光部30a射出之主光線重疊。
而且，自調光部30a射出之光30L之強度分佈30d係如圖3(b)所示般，描繪出如下曲線，即，中央成為波峰Lp，且越遠離中央則變得越低。
圖4係用以說明自有效調光區域30A中之端部附近之調光部30a射 出之光於圖像形成區域40A上之強度之模式圖。具體而言，圖4(a)係表示第1方向X上之有效調光區域30A之一側(左側)之端部附近之有效調光區域30A與圖像形成區域40A之位置關係的俯視圖，且係表示藉由自於第1方向X上排列有一行之調光部30a射出之光而形成之照明區域40L之圖。圖4(b)係表示自圖4(a)中之調光部30a射出之光於圖像形成區域40A上之強度分佈30T之模式圖。再者，圖4(a)係省略了像素40a之圖。又，由於自矩形狀之調光部30a射出，故而照明區域40L具有如大於調光部30a之尺寸之矩形狀之角部平滑地連接般之形狀，但於圖4(a)中以圓形表示。
如圖4(a)所示，於第1方向X上，由分別自相鄰之調光部30a射出之光照明之照明區域40L部分重疊。而且，自各調光部30a射出之光之強度分佈30d係如圖4(b)所示般，波峰Lp係具有大致相同間隔之間距p而排列。
又，如圖4(b)所示，自有效調光區域30A中之位於最外側之調光部30a射出之光之強度之波峰Lp1位於圖像形成區域40A之外側。而且，於照明區域40L中重疊之部分之光被合成，其結果，圖像形成區域40A係如圖4(b)所示般，包含圖像形成區域40A之端部(參照圖4(b)之30Te)在內，被成為強度大致均勻之強度分佈30T之光照明。
雖省略圖示，但與第1方向X上之圖像形成區域40A之一側(左側)同樣地，第1方向X上之圖像形成區域40A之另一側(右側)之端部附近、及第2方向Y上之圖像形成區域40A之兩側之端部附近亦被照明。
圖5係用以與本實施形態之投影機1進行比較之圖，且係用以說明調光裝置具備與本實施形態之有效調光區域30A不同之有效調光區域91A，且於該有效調光區域91A未設置與圖像形成區域40A之外側對應之調光部之情形(例如，有效調光區域91A形成為與圖像形成區域40A大致相同之大小之情形)時之圖像形成區域40A上之光之強度的 圖。
具體而言，圖5(a)係表示第1方向X上之有效調光區域91A之一側(左側)之端部附近之有效調光區域91A與圖像形成區域40A之位置關係的俯視圖，且係表示藉由自於第1方向X上排列一行之調光部91a射出之光而形成之照明區域41L之圖。圖5(b)係表示自圖5(a)中之調光部91a射出之光於圖像形成區域40A上之強度分佈91T之模式圖。
如圖5所示，於在有效調光區域91A未設置與圖像形成區域40A之外側對應之調光部之情形時，自各調光部射出之光之強度分佈91d係如圖5(b)所示般，雖以大致相同之間隔排列，但自有效調光區域91A中之位於最外側之調光部91a射出之光之強度之波峰91Lp位於圖像形成區域40A之內側。其結果，圖像形成區域40A係如圖5(b)所示般，圖像形成區域40A之端部被較弱之光(參照圖5(b)之91Te)照明。
雖省略圖示，但於該比較例所示之構成中，圖像形成區域40A中之第1方向X及第2方向Y各自之兩側之端部被低強度之光照明。
另一方面，本實施形態之投影機1係形成為自有效調光區域30A中之位於最外側之調光部30a射出之光之強度分佈之波峰Lp之位置位於圖像形成區域40A之外側。而且，圖像形成區域40A之端部附近亦以與中央部相同之亮度被照明。
再者，本實施形態之投影機1雖形成為自有效調光區域30A中之位於最外側之調光部30a射出之光之強度分佈之波峰Lp之位置位於圖像形成區域40A之外側，但亦可形成為自位於最外側之調光部30a射出之光之強度分佈之波峰Lp之位置位於圖像形成區域40A之外緣上。
圖6係用以說明自位於最外側之調光部30a射出之光之強度分佈之波峰之位置與圖像形成區域40A之關係的模式圖。
如圖6所示，於將圖像形成區域40A於第1方向X上之長度設為L1、將自複數個調光部30a射出之光於第1方向X上之強度分佈之波峰 之間隔設為p1、將有效調光區域30A於第1方向X上之調光部30a之數量設為n1之情形時，只要為p1×(n1-1)≧L1即可。
此處，波峰之間隔p1亦可較光調變裝置400於第1方向X上之像素之間隔寬，且設為像素之間隔之整數倍。
又，於將圖像形成區域40A於第2方向Y上之長度設為L2、將自複數個調光部30a射出之光於第2方向Y上之強度分佈之波峰之間隔設為p2、將有效調光區域30A於第2方向Y上之調光部30a之數量設為n2之情形時，只要為p2×(n2-1)≧L2即可。
波峰之間隔p2亦與p1同樣地，亦可較光調變裝置400於第2方向Y上之像素之間隔寬，且設為像素之間隔之整數倍。
如以上所說明般，根據本實施形態，可獲得以下效果。
(1)圖像形成區域40A由於由經調光裝置300調整光量之光照明，故而投影機1可提高對比率、或擴大動態範圍而顯示圖像。
進而，由於自有效調光區域30A之位於最外側之調光部30ax、30ay射出之光之強度分佈之波峰Lp之位置位於圖像形成區域40A之外緣上或圖像形成區域40A之外側，故而能以均勻之亮度照明包含圖像形成區域40A之端部在內之圖像形成區域40A。由此，可抑制所顯示之圖像之端部之亮度降低。
因此，可提供作為能夠顯示高畫質之圖像之顯示裝置之投影機1。
(2)構成為於第1方向X及第2方向Y上，自有效調光區域30A之位於最外側之調光部30ax、30ay射出之光之強度分佈之波峰Lp之位置位於圖像形成區域40A之外緣上或圖像形成區域40A之外側。藉此，可顯示抑制了自觀察投影圖像之觀察者來看為左右方向及上下方向上之圖像之端部之亮度降低的圖像。
(3)能以將有效調光區域30A形成為大於圖像形成區域40A、且將 調光裝置300與光調變裝置40對向地配置之簡單之構成，而構成為自有效調光區域30A之位於最外側之調光部30ax、30ay射出之光之強度分佈之波峰Lp之位置位於圖像形成區域40A之外緣上或圖像形成區域40A之外側。藉此，可提供包括如下照明裝置10之投影機1，該照明裝置10可抑制投影機1之複雜之構造或大型化，並且能以均勻之亮度照明包含圖像形成區域40A之端部在內之圖像形成區域40A。
(第2實施形態)
以下，參照圖式對第2實施形態之投影機進行說明。於以下之說明中，對與第1實施形態之投影機1相同之構成及相同之構件標註相同符號，並省略或簡化其詳細之說明。
本實施形態之投影機2包括與第1實施形態之投影機1中之光學系統不同之光學系統。
圖7係表示本實施形態之投影機2所包括之光學系統之概略構成的模式圖。
投影機2之光學系統係如圖7所示般，包括照明裝置20、光調變裝置800、作為色彩合成光學裝置之合光稜鏡50、及作為投影光學裝置之投影透鏡60。
照明裝置20包括積分器照明光學系統201、色彩分離光學系統500、調光裝置600、及成像光學系統700。調光裝置600係分別設置用於R光、G光、B光，且將R光、G光、B光用之調光裝置600分別設為調光裝置600R、調光裝置600G、調光裝置600B。
積分器照明光學系統201係與第1實施形態中之積分器照明光學系統100同樣地構成。
色彩分離光學系統500包括正交分色鏡501、分色鏡502、反射鏡503、504、中繼透鏡505、506、及視場透鏡507R、507G、507B。色彩分離光學系統500將自積分器照明光學系統201射出之光分離為R 光、G光、及B光之3色之色光，且將各色光引導至調光裝置600。
正交分色鏡501包括分色鏡501B、501GR，將該2個光學零件配置成X字狀而構成。正交分色鏡501係將自積分器照明光學系統201射出之光中之B光由分色鏡501B反射，將G光及R光由分色鏡501GR反射，從而分離入射之光束。
經分色鏡501B反射之B光由反射鏡503反射，經由中繼透鏡505、視場透鏡507B而入射至調光裝置600B。另一方面，經分色鏡501GR反射之G光及R光於被反射鏡504反射後，經由中繼透鏡506而入射至分色鏡502。
分色鏡502反射入射之G光及R光中之G光，且使R光透過，從而分離入射之光束。
而且，經分色鏡502反射之G光經由視場透鏡507G而入射至調光裝置600G，透過分色鏡502之R光經由視場透鏡507R而入射至調光裝置600R。
調光裝置600包括液晶面板，藉由對經色彩分離光學系統500分離之色光進行調變而調整照明光調變裝置800之光之光量。雖省略圖示，但調光裝置600係與第1實施形態之調光裝置300同樣地，具有排列有複數個調光部之有效調光區域。
成像光學系統700包含分別與3個調光裝置600R、600G、600B對應之3個光學系統700R、700G、700B，將自有效調光區域射出之光引導至光調變裝置800中之圖像形成區域。
成像光學系統700係以如下方式引導光，即，自有效調光區域中之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置成為光調變裝置800中之圖像形成區域之外緣上或圖像形成區域之外側。
又，成像光學系統700使自調光裝置600射出之各色光以特定之倍率，於沿自有效調光區域射出之光之光軸之方向上，成像於自各色 光用之光調變裝置800偏移之位置。亦即，成像光學系統700使自有效調光區域射出之光以散焦狀態入射至圖像形成區域800A。再者，於本實施形態中，對成像光學系統700構成為等倍之光學系統之情形進行說明。
光學系統700R包含雙高斯透鏡(Double Gauss Lens)710R、1對凸透鏡720R、730R、及反射鏡701R，且光入射側、光射出側之兩側成為遠心光學系統。
凸透鏡720R係配置於雙高斯透鏡710R之光入射側，凸透鏡730R係配置於雙高斯透鏡710R之光射出側。
反射鏡701R係配置於雙高斯透鏡710R與凸透鏡730R之間，將自雙高斯透鏡710R射出之光朝向凸透鏡730R反射。
此處，亦可將凸透鏡720R及凸透鏡730R設為具有正聚焦力之凹凸透鏡。
光學系統700G與光學系統700R同樣地，包含雙高斯透鏡710G、1對凸透鏡720G、730G、及反射鏡701G。光學系統700G係除了將反射鏡701G之位置配置於與光學系統700R中之反射鏡701R不同之位置以外，與光學系統700R同樣地構成。具體而言，反射鏡701G係配置於凸透鏡720G與雙高斯透鏡710G之間，將自凸透鏡720G射出之光朝向雙高斯透鏡710G反射。
光學系統700B與光學系統700R同樣地，包含雙高斯透鏡710B、1對凸透鏡720B、730B、及反射鏡701B，且該等光學零件係與光學系統700R之光學零件同樣地配置。
光調變裝置800包括液晶面板，且設置為分別用於R光、G光及B光。光調變裝置800根據圖像資訊對經成像光學系統700引導之色光進行調變，而形成各色光之顯示圖像。將分別設置用於R光、G光、B光之光調變裝置800設為光調變裝置800R、光調變裝置800G、光調變裝 置800B。
此處，對成像光學系統700之光路進行說明。
圖8係用以說明成像光學系統700之光路之模式圖，著眼於G光用之光學系統700G進行說明。再者，圖8係為了使光路變得明確而省略了反射鏡701G之圖。
如圖8所示，雙高斯透鏡710G包含自光入射側起依序排列之第1透鏡711、第2透鏡712、光闌7ST、第3透鏡713、及第4透鏡714。又，第2透鏡712及第3透鏡713成為將2片透鏡分別組合而成之構成。即，第2透鏡712係貼合透鏡712a與透鏡712b而構成，第3透鏡713係貼合透鏡713a與透鏡713b而構成。
如圖8所示，自調光裝置600G(有效調光區域600A)射出之G光係經過凸透鏡720G~凸透鏡730G後以散焦狀態入射至光調變裝置800G。
光學系統700G係成為以雙高斯透鏡710G之光闌7ST之位置作為基準而光入射側與光射出側對稱之透鏡構成，且使自調光裝置600G射出之G光等倍地成像於自調光裝置600G偏移之位置。再者，亦可不限於等倍，而以成為未達1倍或超過1倍之倍率之方式構成成像光學系統700。於該構成之情形時，以光闌7ST之位置作為基準，配置於光入射側之透鏡、與配置於光射出側之透鏡成為不對稱者。
又，成像光學系統700使自有效調光區域600A射出之光成像於自光調變裝置800偏移之位置，以抑制於投影之圖像產生水波紋或光暈。再者，成像之位置既可為相對於光調變裝置800G向光入射側偏移之位置，亦可為相對於光調變裝置800G向光射出側偏移之位置。
此處，對水波紋及光暈進行說明。
圖9係用以說明水波紋之模式圖。
水波紋係於具有空間頻率f1之圖像與具有空間頻率f2之圖像重疊 之情形時，於f1≠n×f2(n為自然數)時產生。例如，於呈帶狀排列有複數個白與黑之2個圖像重疊且f1≠n×f2之條件之情形時，投影之圖像如圖9(a)所示般，產生成為明暗之條紋花樣之水波紋。
又，於2個圖像產生相對旋轉偏移之情形時，即便f1=n×f2，亦會如圖9(b)所示般產生水波紋。其原因在於，因相對旋轉偏移而導致自某一方向觀察到之空間頻率產生變化。
圖10係用以說明為了與本實施形態之投影機2進行比較而構成為使自調光裝置600射出之光於光調變裝置800成像之情形時之投影圖像的模式圖，且係顯示格子狀之圖像之情形時之圖。具體而言，圖10(a)係表示由自有效調光區域600A射出之光照明之圖像形成區域800A之狀態之圖，(b)係表示顯示於圖像形成區域800A之顯示圖像800D之圖，(c)係表示投影於屏幕(省略圖示)等之投影圖像900A之圖。
於構成為使自有效調光區域600A射出之光成像於圖像形成區域800A之情形時，如圖10(a)所示，設置於調光裝置600中之液晶面板之黑矩陣之影顯現於圖像形成區域800A上。如圖10(b)所示，於圖像形成區域800A顯示格子狀之圖像。而且，於屏幕顯示藉由經圖像形成區域800A調變之光而形成之投影圖像900A，該圖像形成區域800A係由自有效調光區域600A射出之光照明。亦即，於屏幕顯示對應於圖10(a)所示之圖像與圖10(b)所示之圖像重疊之狀態之投影圖像900A。於光調變裝置800相對於調光裝置600相對地旋轉偏移而配置之情形時，如上所述，即便f1=n×f2，亦會如圖10(c)所示般於該投影圖像900A產生成為明暗之條紋花樣之水波紋。
另一方面，本實施形態之投影機2由於包括使自有效調光區域600A射出之光成像於自光調變裝置800偏移之位置之成像光學系統700，故而可抑制該水波紋。
圖11係用以說明自本實施形態之投影機2投影之投影圖像之模式圖，且係顯示格子狀之圖像之情形時之圖。具體而言，圖11(a)係表示由自有效調光區域600A射出之光照明之圖像形成區域800A之狀態之圖，(b)係表示顯示於圖像形成區域800A之顯示圖像800D之圖，(c)係表示自投影機2投影至屏幕等之投影圖像900B之圖。
由於自有效調光區域600A射出之光係成像於自光調變裝置800偏移之位置，故而如圖11(a)所示般，於圖像形成區域800A上幾乎不顯現設置於調光裝置600之黑矩陣之影。藉此，即便於光調變裝置800相對於調光裝置600相對地旋轉偏移而配置之情形時，對應於圖11(a)所示之圖像與圖11(b)所示之圖像重疊之狀態之投影圖像900B亦如圖11(c)所示般，成為水波紋被抑制之圖像。
又，若散焦量過大，則會於原本為黑色(較暗)之圖像部分產生模糊與提高白階之光暈，若使自有效調光區域600A射出之光成像於光調變裝置800上，則會產生有效調光區域600A中之射出光之調光部之形狀變得清晰之光暈。
圖12、圖13係用以說明於構成與本實施形態之投影機不同之情形時產生光暈Ha之情況的模式圖，且係表示使外側為黑色白色圓形之圖像顯示之情形的圖。具體而言，圖12係散焦量過大之情形時之圖，圖13係構成為使自有效調光區域600A射出之光成像於圖像形成區域800A之情形時之圖。而且，於圖12、圖13中，(a)係表示由自有效調光區域600A射出之光照明之圖像形成區域800A之狀態之圖，(b)係表示顯示於圖像形成區域800A之顯示圖像800D之圖，(c)係表示投影圖像900C、900D之圖。
如圖12(a)所示，若散焦量過大，則於圖像形成區域800A上，於大幅超過圖12(b)所示之顯示於圖像形成區域800A之白色圓形圖像之大小之區域照射照明光。其結果，如圖12(c)所示，於白色圓形之外 側，在原本欲顯示黑色之部分顯現提高了白階之顯著之光暈Ha。
於構成為使自有效調光區域600A射出之光成像於圖像形成區域800A之情形時，如圖13(a)所示，有效調光區域600A中之調光部之形狀直接顯現於圖像形成區域800A上，從而如圖13(c)所示般，投影圖像900D中，於原本欲顯示之白色圓形之外側顯示光暈Ha，該光暈Ha顯現了調光部之形狀。
另一方面，如本實施形態般自包括散焦量經適當地設定之成像光學系統700之投影機2投影之圖像抑制了光暈Ha。
圖14係用以說明自本實施形態之投影機2投影之投影圖像之模式圖。具體而言，圖14(a)係表示由自有效調光區域600A射出之光照明之圖像形成區域800A之狀態之圖，(b)係表示顯示於圖像形成區域800A之顯示圖像800D之圖，(c)係表示投影圖像900E之圖。
如圖14(a)所示，若適當地設定散焦量，則自有效調光區域600A射出之光係如圖14(a)所示般，於圖像形成區域800A上，照射較圖12(a)所示之區域小、且接近於圖像形成區域800A所顯示之白色圓形圖像之大小之面積的區域。
而且，投影圖像900E係如圖14(c)所示般，於白色圓形之外側產生雖微小但仍成為提高白階之部分，但與圖12(c)所示之投影圖像900C之光暈Ha相比，面積較小，且提高白階之程度亦較小。又，投影圖像900E與圖13(c)所示之投影圖像900D之光暈Ha相比，成為亦觀察不到調光部之形狀之圖像，且成為即便自觀察者來看亦不會帶來不適感之圖像。
如此，成像光學系統700係適當地設定散焦量，以抑制水波紋及光暈。
如以上所說明般，根據本實施形態之投影機2，除了可獲得第1實施形態之投影機1之效果(1)、(2)以外，亦可獲得以下效果。
(1)照明裝置20包括成像光學系統700，使自有效調光區域600A射出之光以散焦狀態入射至圖像形成區域800A。藉此，可使自有效調光區域600A射出之光適當地擴散而照明圖像形成區域800A，因此可顯示抑制了上述水波紋、或光暈之圖像。尤其是於圖像形成區域800A以高解像度形成之構成中，發揮顯著之效果。
(2)由於與不包括成像光學系統700之構成相比無需將調光裝置600相對於光調變裝置800之位置高精度地配置(例如上述旋轉偏移之緩和等)，故而可容易地製造投影機2。
(3)由於可使調光裝置600與光調變裝置800遠離，故而可容易地使冷卻風流通於調光裝置600與光調變裝置800之間，從而可高效地冷卻調光裝置600及光調變裝置800。由此，可抑制調光裝置600及光調變裝置800因高溫所導致之劣化，從而實現投影機2之長壽命化。
(變化例)
再者，上述實施形態亦可以如下方式進行變更。
上述實施形態表示了正投型投影機、即將圖像投影至與投影機1、2對向地配置之屏幕之投影機1、2作為顯示裝置，但亦可將具備透過型之屏幕之背投型投影機設為顯示裝置。
上述實施形態之照明裝置10、20係構成為藉由將自光源111射出之光由液晶面板進行調變，而調整光量，但亦可將具備能夠調整射出之光之光量之固體光源的裝置作為照明裝置。
圖15係表示變化例之照明裝置1000之模式圖。如圖15所示，照明裝置1000具備縱橫地排列複數個固體光源1110(例如LED(Light Emitting Diode，發光二極體))而成之固體光源陣列1100。固體光源1110相當於調光部，且固體光源陣列1100包含將各固體光源1110以對應於圖像形成區域中之特定之像素群之方式排列之有效調光區域。各固體光源1110係構成為可藉由例如PWM(Pulse Width Modulation，脈 寬調變)驅動而個別地調整射出之光量，且基於表示圖像形成區域中之顯示圖像之信號而決定。又，固體光源陣列1100係形成為自有效調光區域之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置位於圖像形成區域之外緣上或圖像形成區域之外側。
藉由包括此種照明裝置1000，可提供如下電視或顯示器等顯示裝置：能夠提高對比率，及抑制所顯示之圖像之端部之亮度降低，從而於圖像形成區域顯示高畫質之圖像。
於上述實施形態中，有效調光區域中之調光部、及圖像形成區域中之像素係形成為矩形狀，但並不限於矩形狀，亦可為例如蜂窩狀。
又，複數個調光部係分別以相同形狀構成，但亦可構成為包含不同形狀之調光部。例如，亦可構成為於有效調光區域內之中央及端部附近，調光部之大小不同。
上述實施形態之投影機1、2係採用所謂之3板方式，即使用對應於R光、G光、及B光之3個光調變裝置，但並不限於此，亦可採用單板方式，或者，亦可應用於包括2個或4個以上之光調變裝置之投影機。
上述實施形態之調光裝置300、600、光調變裝置40、800係使用透過型液晶面板而構成，但亦可為利用反射型液晶面板者。
又，亦可為利用微鏡型之裝置、例如DMD(Digital Micromirror Device，數位微鏡裝置)等者。
上述實施形態之光源111係使用放電型燈，但並不限於放電型燈，亦可包括其他方式之燈、或者雷射或LED等固體光源。
又，亦可以使用射出不同色光之複數個光源(例如分別射出3種色光之複數個LED)，而簡化色彩分離光學系統200、500或者不包括色彩分離光學系統200、500之方式構成照明裝置。
30A‧‧‧有效調光區域
30a、30ax‧‧‧調光部
30d‧‧‧光30L之強度分佈
30T‧‧‧自調光部30a射出之光之強度分佈
30Te‧‧‧圖像形成區域40A之端部
40A‧‧‧圖像形成區域
40L‧‧‧照明區域
Lp‧‧‧光之強度之波峰
Lp1‧‧‧自調光部30a射出之光之強度分佈之波峰
p‧‧‧間距
X‧‧‧第1方向
Y‧‧‧第2方向

Claims (8)

  1. 一種顯示裝置，其包括：光調變裝置，其具有排列有複數個像素之圖像形成區域，且對入射之光進行調變；及照明裝置，其照明上述圖像形成區域；該顯示裝置之特徵在於：上述照明裝置具有排列有複數個調光部之有效調光區域，該等複數個調光部可個別地調整照明上述圖像形成區域之光之光量；由自上述複數個調光部中之相鄰之調光部射出之光所照明之照明區域係部分重疊，且該光入射至上述光調變裝置；自上述有效調光區域之位於最外側之調光部射出之光之強度分佈之波峰之位置位於上述圖像形成區域之外緣上或上述圖像形成區域之外側；上述複數個調光部分別以相同形狀構成，於將上述圖像形成區域於第1方向上之長度設為L1、將自上述複數個調光部射出之光於上述第1方向上之強度分佈之波峰之間隔設為p1、將上述有效調光區域於上述第1方向上之上述調光部之數量設為n1之情形時，p1×(n1-1)≧L1。
  2. 如請求項1之顯示裝置，其中於將上述圖像形成區域於與上述第1方向正交之第2方向上之長度設為L2、將自上述複數個調光部射出之光於上述第2方向上之強度分佈之波峰之間隔設為p2、將上述有效調光區域於上述第2方向上之上述調光部之數量設為n2之情形時，p2×(n2-1)≧L2。
  3. 如請求項2之顯示裝置，其中上述複數個調光部之光射出側與上述圖像形成區域之光入射側係對向地配置，且上述有效調光區域於第1方向及與上述第1方向正交之第2方向上，大於上述圖像形成區域。
  4. 如請求項1之顯示裝置，其包含將由上述光調變裝置調變後之光予以投影之投影光學裝置；上述複數個調光部包含：光源，其射出光，及調光裝置，其對自上述光源射出之光進行調變；上述照明裝置係包含入射側與出射側為遠心(telecentric)之成像光學系統。
  5. 如請求項4之顯示裝置，其中上述成像光學系統係包含雙高斯透鏡。
  6. 如請求項1之顯示裝置，其包含將由上述光調變裝置進行調變後之光予以投影之投影光學裝置；上述複數個調光部包含：光源，其射出光，色彩分離光學系統，其將自上述光源所射出之光分離成複數之色光，及調光裝置，其對自上述色彩分離光學系統所射出之各個光進行調變；所包括之上述光調變裝置係與上述調光裝置之各個對應。
  7. 如請求項1至6中任一項之顯示裝置，其中上述照明裝置包括成像光學系統，該成像光學系統使自上述有效調光區域射出之光於沿該光之光軸之方向上成像於自上述 光調變裝置偏移之位置。
  8. 如請求項1至6中任一項之顯示裝置，其中上述調光部係可調整光量地射出光之固體光源，上述照明裝置包括排列有複數個上述固體光源之固體光源陣列。
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