WO2019220739A1 - プロジェクタ光源変調装置及び変調方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a projector light source modulation device and a modulation method.
  • Patent Document 1 discloses a video display method for superimposing information on a video display device that performs luminance modulation using a plurality of subframes.
  • this video display method on / off modulation is performed on at least one subframe among a plurality of subframes on which luminance modulation is performed, information is superimposed, and the luminance of the subframe is reduced to a value by superimposing information. Is a value that takes into account. As a result, it is possible to obtain a video display method capable of correcting a change in luminance of the subframe due to information superposition and capable of expressing good gradation.
  • An object of the present disclosure is to provide a projector light source modulation device that can superimpose information on a projected image without occurrence of flicker that humans feel.
  • a projector light source modulation device includes: A modulation signal generation circuit for generating a first control signal for controlling on / off of light based on the video signal and the vertical synchronization signal, and a timing signal indicating a timing for superimposing the communication modulation signal on the video signal; A communication modulator for generating a second control signal for controlling on / off of the light source based on the timing signal and the communication modulation code; A semiconductor laser that generates output light; A semiconductor laser driving circuit for driving the semiconductor laser according to the second control signal; A wavelength conversion element that converts the wavelength of the output light from the semiconductor laser and outputs the converted light; A light modulation element that modulates output light from the wavelength conversion element according to the first control signal and outputs modulated light; and A projector light source modulation device comprising a projection lens that projects modulated light from the light modulation element, A plurality of subframes in which the light modulation element is continuously turned on in the superposition period in which the modulation signal for communication is superposed are provided in one
  • the projector light source modulation device it is possible to superimpose information on the projected image without the occurrence of flicker that humans feel.
  • FIG. 3 is a timing chart of each signal showing an operation example of the projector light source modulation device of FIG. 1.
  • the projector light source modulation apparatus is a device such as a smart phone provided with a camera that superimposes information on a projected image and captures the image by light source luminance modulation of a projector that projects the image.
  • the present invention relates to a projector light source modulation device capable of associating an image displayed by a projector with information to be transmitted by reading the information (visible light communication) (for example, see FIG. 1 of Patent Document 1).
  • FIG. 1 is a block diagram of a configuration example of the projector light source modulation apparatus according to the first embodiment.
  • the projector light source modulation apparatus according to the first embodiment includes a semiconductor laser drive circuit 100, a semiconductor laser 101, a wavelength conversion element 102, a light modulation element 103, a projection lens 104, and a modulation signal generation circuit 105. And a communication modulator 106.
  • the modulation signal generation circuit 105 receives the video signal Svideo and the vertical synchronization signal Vsinc, a control signal Sc1 that controls on / off of light according to the video signal Svideo, and a timing signal that indicates a timing at which the communication modulation signal is superimposed on the video signal. St is generated.
  • the modulation signal generation circuit 105 outputs the control signal Sc1 to the optical modulation element 103, and outputs the timing signal St to the communication modulator 106.
  • the communication modulator 106 receives the timing signal St and the communication modulation code (communication modulation signal) Smc, and controls the light source on / off according to the communication modulation code Smc at the timing indicated by the timing signal St. Is output to the semiconductor laser driving circuit 100.
  • the semiconductor laser driving circuit 100 receives the control signal Sc2 for turning on / off the light source, and drives the semiconductor laser 101 according to the control signal Sc2, thereby emitting the semiconductor laser light and outputting it to the wavelength conversion element 102.
  • the wavelength conversion element 102 converts the wavelength of the semiconductor laser light output from the semiconductor laser 101 and outputs it to the light modulation element 103.
  • the light modulation element 103 performs luminance modulation (intensity modulation) on the output light from the wavelength conversion element 102 in accordance with a control signal Sc1 for on / off control of the light, and outputs the modulated light.
  • the modulated light is emitted onto the screen 110 through the projection lens 104, and the image 111 is projected onto the screen 110.
  • FIG. 2 is a timing chart of each signal showing an operation example of the projector light source modulation device of FIG. In FIG. 2, the following signals are illustrated.
  • A Vertical synchronization signal Vsync input to the modulation signal generation circuit 105;
  • B a control signal Sc1 for controlling on / off of light generated by the modulation signal generation circuit 105 and output to the light modulation element 103;
  • C a timing signal St indicating the timing for superimposing a communication modulation signal generated by the modulation signal generation circuit 105 and output to the communication modulator 106; and
  • D a semiconductor laser drive generated by the communication modulator 106.
  • a control signal Sc2 for controlling on / off of the light source output to the circuit 100.
  • FIG. 2 shows an example in which a 60 Hz vertical synchronizing signal Vsync having a period T1 is input.
  • the modulation signal generation circuit 105 Based on the video signal Svideo and the vertical synchronization signal Vsync, the modulation signal generation circuit 105 generates a control signal Sc1 for controlling on / off of light and a timing signal St indicating a timing for superimposing the communication modulation signal. Further, the communication modulator 106 generates a control signal Sc2 for performing on / off control of the light source based on the timing signal St and the communication modulation code Smc. Further, the semiconductor laser driving circuit 100 drives the semiconductor laser 101 according to the control signal Sc2. The wavelength conversion element 102 converts the wavelength of the output light from the semiconductor laser 101 and outputs it to the light modulation element 103.
  • the light modulation element 103 performs luminance modulation (intensity modulation) on the output light from the wavelength conversion element 102 in accordance with the control signal Sc1, and the luminance-modulated modulated light is transmitted to the screen 110 via the projection lens 104.
  • the image 111 is emitted and projected onto the screen 110.
  • the control signal Sc1 for controlling on / off of light is continuously turned on in the overlapping periods T21 and T22. Then, by superimposing the communication modulation signal on the control signal Sc2 in the superposition periods T21 and T22, the modulation signal corresponding to the luminance modulation for communication is superposed in the superposition periods T21 and T22 in the subframe.
  • the luminance-modulated image 111 is projected onto the screen 110. By imaging the projected image 111 with the above-described camera such as a smart phone, it is possible to receive information superimposed by a predetermined visible light communication method.
  • the superposition periods T21 and T22 in the timing signal St of FIG. 2 correspond to the continuous ON period of the control signal Sc1.
  • the period before and after the continuous on period is a period in which the control signal Sc1 for controlling on / off of light is modulated in accordance with the video signal Svideo.
  • the subframe on which the communication modulation signal is superimposed is a subframe that is continuously turned on for a long time, the subframe has a higher luminance than other subframes, and only one subframe is used alone. Then, the luminance during the period when it is turned on locally increases in the period of the vertical synchronization signal Vsync, and a luminance change with a large cycle of the vertical synchronization signal Vsync occurs.
  • the intensity with which the human eye feels flicker varies depending on the frequency, and the flicker detection limit is about 30% of the average luminance when the amplitude of the changing component is 60 Hz, and about 10% when 50 Hz. In the case of 100 Hz or more, it cannot be detected as flicker.
  • the subframes T11 and T12 on which the communication modulation signal is superimposed are twice in one vertical synchronization signal period (in the modification example, the subframes T11 and T12 are a plurality of times more than three times). May be provided), arranged at equal intervals, and simultaneously turned on / off. Further, in the control signal Sc2, the on / off ratio of each subframe period in which the communication modulation signal is superimposed is made constant regardless of the information to be superimposed.
  • FIG. 2 shows an example in which the input frequency is 60 Hz and the number of subframes on which the communication modulation signal is superimposed is twice in one vertical synchronization signal period.
  • the frequency of the repetition period T2 of the subframe on which the modulation signal for communication is superimposed is 120 Hz, and flicker generated from the deviation of the luminance on the time axis due to the subfield is generated by the person who watches the video using the subframe. Is not detected.
  • the projector light source modulation device of the present invention provides subframes on which communication modulation signals are superimposed for an integer number of times in one vertical synchronization signal period, and arranges them at equal intervals. Simultaneously turn on / off.
  • the repetition period of the subframe on which the modulation signal for communication is superimposed is an integral multiple, and flicker generated due to the deviation of the luminance in the time axis due to the subfield is not detected by a person viewing the video using the subframe .
  • the ON / OFF ratio of the subframe period in which the communication modulation signal is superimposed can be arbitrarily set.
  • the ON ratio is increased, the light of all subfields is turned on.
  • the ratio of the on period of the signal to be controlled / off can be increased, and the brightness of the projector can be increased.
  • the ON ratio is reduced, the projector brightness decreases, but when the subframe on which the communication modulation signal is superimposed is turned on by reducing the ON period of the subframe on which the communication modulation signal is superimposed. Because the optical output of the image becomes smaller, it is possible to turn on the subframe on which the modulation signal for communication is superimposed even when the display image is dark, and increase the proportion of the image on which the modulation signal for communication can be superimposed Is possible.
  • the first embodiment has been described as an example of the technique disclosed in the present application.
  • the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed.
  • the output light from the semiconductor laser 101 is wavelength-converted by the wavelength conversion element 102.
  • the present disclosure is not limited thereto, and the semiconductor laser 101 can emit red, blue, and green. A configuration in which the wavelength conversion element 102 is not used is also possible.
  • information is superimposed on a projected image by light source luminance modulation of the projector that projects the image, and a device including a camera that captures the image reads the information using a visible light communication method, so that the projector
  • the present invention can be applied to an apparatus capable of associating video to be displayed with information to be transmitted.

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Abstract

プロジェクタ光源変調装置は、映像信号と垂直同期信号に基づいて、光をオン/オフ制御する第1の制御信号と、通信用変調信号を映像信号に重畳するタイミングを示すタイミング信号とを発生する変調信号発生回路と、タイミング信号と通信用変調コードに基づいて光源をオン/オフ制御する第2の制御信号を発生する通信用変調器と、第2の制御信号に従って半導体レーザーを駆動する半導体レーザー駆動回路と、半導体レーザーからの出力光を波長変換して出力する波長変換素子と、波長変換素子からの出力光を第1の制御信号に従って変調して変調光を出力する光変調素子と、光変調素子からの変調光を投影する投射レンズとを備える。通信用変調信号を重畳する重畳期間において光変調素子を連続でオンするサブフレームを、1垂直同期信号期間において複数設けかつ時間的に等間隔に配置した。

Description

プロジェクタ光源変調装置及び変調方法
 本開示は、プロジェクタ光源変調装置及び変調方法に関する。
 特許文献1は、複数のサブフレームを用いて輝度変調を行う映像表示装置に、情報を重畳する映像表示方法を開示する。この映像表示方法は、輝度変調を行う複数のサブフレームの内、少なくとも1つのサブフレームをオン/オフ変調し情報を重畳するとともに、そのサブフレームの輝度を、情報が重畳されて輝度低下する値を考慮した値とする。これにより、情報重畳によるサブフレームの輝度変化を補正して、良好な階調表現が可能な映像表示方法を得ることができる。
特許第5608834号公報
 しかし、情報の重畳によって表示される映像において、人間が感じるフリッカーが発生するという課題があった。
 本開示の目的は、人間が感じるフリッカーの発生なしに、投影する映像に情報を重畳できるプロジェクタ光源変調装置を提供することにある。
 本発明の一態様にかかるプロジェクタ光源変調装置は、
 映像信号と垂直同期信号に基づいて、光をオン/オフ制御する第1の制御信号と、通信用変調信号を前記映像信号に重畳するタイミングを示すタイミング信号とを発生する変調信号発生回路と、
 前記タイミング信号と、通信用変調コードに基づいて、光源をオン/オフ制御する第2の制御信号を発生する通信用変調器と、
 出力光を発生する半導体レーザーと、
 前記第2の制御信号に従って前記半導体レーザーを駆動する半導体レーザー駆動回路と、
 前記半導体レーザーからの出力光を波長変換して出力する波長変換素子と、
 前記波長変換素子からの出力光を、前記第1の制御信号に従って変調して変調光を出力する光変調素子と、
 前記光変調素子からの変調光を投影する投射レンズとを備えたプロジェクタ光源変調装置であって、
 前記通信用変調信号を重畳する重畳期間において前記光変調素子を連続でオンするサブフレームを、1垂直同期信号期間において複数設けかつ時間的に等間隔に配置した。
 従って、本開示にかかるプロジェクタ光源変調装置によれば、人間が感じるフリッカーの発生なしに投影する映像に情報を重畳することができる。
実施の形態にかかるプロジェクタ光源変調装置の構成例を示すブロック図である。 図1のプロジェクタ光源変調装置の動作例を示す各信号のタイミングチャートである。
 以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
 なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
(実施の形態1)
 以下、図1~図2を参照して、実施の形態1を説明する。ここで、本実施の形態にかかるプロジェクタ光源変調装置は、映像を投射するプロジェクタの光源輝度変調によって、投影する映像に情報を重畳し、その映像を撮像するカメラを備えた例えばスマートホンなどの機器が、その情報を読み取る(可視光通信)ことにより、プロジェクタが表示する映像と、伝送する情報を関連付けする(例えば、特許文献1の図1参照)ことが可能なプロジェクタ光源変調装置に関する。
[1-1.プロジェクタ光源変調装置の構成]
 図1は、実施の形態1にかかるプロジェクタ光源変調装置の構成例を示すブロック図である。図1において、実施の形態1にかかるプロジェクタ光源変調装置は、半導体レーザー駆動回路100と、半導体レーザー101と、波長変換素子102と、光変調素子103と、投射レンズ104と、変調信号発生回路105と、通信用変調器106とを備えて構成される。
 変調信号発生回路105は、映像信号Svideoと垂直同期信号Vsincを入力とし、映像信号Svideoに従って光をオン/オフ制御する制御信号Sc1と、通信用変調信号を映像信号に重畳するタイミングを示すタイミング信号Stを発生する。ここで、変調信号発生回路105は、制御信号Sc1を光変調素子103に出力し、タイミング信号Stを通信用変調器106に出力する。通信用変調器106は、タイミング信号Stと通信用変調コード(通信用変調信号)Smcを入力とし、タイミング信号Stが示すタイミングで、通信用変調コードSmcに従って光源をオン/オフ制御する制御信号Sc2を発生して半導体レーザー駆動回路100に出力する。
 半導体レーザー駆動回路100は、光源をオン/オフ制御する制御信号Sc2を入力とし、当該制御信号Sc2に従って半導体レーザー101を駆動することで、半導体レーザー光を発光させて波長変換素子102に出力させる。波長変換素子102は、半導体レーザー101から出力される半導体レーザー光を波長変換して光変調素子103に出力する。光変調素子103は、波長変換素子102からの出力光を、光をオン/オフ制御する制御信号Sc1に従って輝度変調(強度変調)して変調光を出力する。当該変調光は、投射レンズ104を介してスクリーン110上に放射されて、その映像111がスクリーン110上に投影される。
[1-2.動作]
 以上のように構成されたプロジェクタ光源変調装置について、その動作を以下説明する。
 図2は図1のプロジェクタ光源変調装置の動作例を示す各信号のタイミングチャートである。図2において、以下の信号を図示している。
(A)変調信号発生回路105に入力される垂直同期信号Vsync;
(B)変調信号発生回路105が発生して光変調素子103に出力する光をオン/オフ制御する制御信号Sc1;
(C)変調信号発生回路105が発生して通信用変調器106に出力する通信用変調信号を重畳するタイミングを示すタイミング信号St;及び
(D)通信用変調器106が発生して半導体レーザー駆動回路100に出力する光源をオン/オフ制御する制御信号Sc2。
 なお、図2において、周期T1の60Hzの垂直同期信号Vsyncが入力された例を示している。
 変調信号発生回路105は、映像信号Svideoと垂直同期信号Vsyncに基づいて、光をオン/オフ制御する制御信号Sc1と、通信用変調信号を重畳するタイミングを示すタイミング信号Stを発生する。また、通信用変調器106は、タイミング信号Stと通信用変調コードSmcに基づいて、光源をオン/オフ制御する信号する制御信号Sc2を発生する。さらに、半導体レーザー駆動回路100は、制御信号Sc2に従って半導体レーザー101を駆動する。波長変換素子102は、半導体レーザー101からの出力光を波長変換して光変調素子103に出力する。これに応答して、光変調素子103は、波長変換素子102からの出力光を、制御信号Sc1に従って輝度変調(強度変調)し、輝度変調された変調光は投射レンズ104を介してスクリーン110に放射されて、その映像111がスクリーン110上に投影される。
 通信用変調信号を重畳するサブフレーム(図2の期間T11,T12)では、光をオン/オフ制御する制御信号Sc1を、その重畳期間T21,T22において連続してオンとする。そして、この重畳期間T21,T22において、制御信号Sc2に、通信用変調信号を重畳することで、このサブフレーム内の重畳期間T21,T22において、通信用の輝度変調に応じた変調信号が重畳され、その輝度変調された映像111がスクリーン110に投影される。投影された映像111を、上述の例えばスマートホンなどのカメラにより撮像することにより、所定の可視光通信方式により重畳された情報を受信することが可能になる。
 ここで、図2のタイミング信号Stにおける重畳期間T21,T22は、制御信号Sc1の連続オン期間に対応する。当該連続オン期間の前後の期間は、光をオン/オフ制御する制御信号Sc1が映像信号Sviodeoに従って変調される期間である。
 通信用変調信号を重畳するサブフレームは、連続して長時間オンとなるサブフレームのため、その他のサブフレームと比較して大きな輝度を持つこととなり、それを単独で1つだけサブフレームとして用いると、それをオンする期間の輝度が、垂直同期信号Vsyncの期間の中で局所的に大きくなり、垂直同期信号Vsyncの周期の大きな輝度変化を生じることとなる。
 人間の目がフリッカーを感じる強さは、その周波数によって変化し、フリッカーの検知限は、変化する成分の振幅が、60Hzの場合平均輝度の30%程度、50Hzの場合10%程度である、また100Hz以上の場合、フリッカーとして検知することはできない。
 上記の内容を踏まえ、本実施の形態では、通信用変調信号を重畳するサブフレームT11,T12を、1垂直同期信号期間の中で2回(変形例では、3回以上の複数回であってもよい)設け、それらを等間隔に配置し、同時にオン/オフさせる。また、制御信号Sc2において、通信用変調信号を重畳するサブフレームの期間のそれぞれのオンとオフの比率は、重畳する情報によらず一定となるようにする。
 図2では、入力周波数が60Hzで、通信用変調信号を重畳するサブフレームの数を、1垂直同期信号期間に2回とした例を示している。この例では、通信用変調信号を重畳するサブフレームの繰り返し周期T2の周波数が120Hzとなり、そのサブフィールドによる輝度の時間軸における偏りから発生するフリッカーは、そのサブフレームを用いた映像を見る人間には検知されない。
 [1-3.効果等]
 以上説明したように、本実施の形態において、本発明のプロジェクタ光源変調装置は、通信用変調信号を重畳するサブフレームを1垂直同期信号期間の中で整数回設け、それらを等間隔に配置し、同時にオン/オフさせる。これにより、通信用変調信号を重畳するサブフレームの繰り返し周期が整数倍となり、そのサブフィールドによる輝度の時間軸における偏りから発生するフリッカーは、そのサブフレームを用いた映像を見る人間には検知されない。
 また、本実施の形態において、通信用変調信号を重畳するサブフレームの期間のオンとオフの比率は任意に設定することが可能で、オンの比率を大きくすると、すべてのサブフィールドの光をオン/オフ制御する信号のオンの期間の比率を大きくすることが可能となり、プロジェクタの輝度を大きくすることが可能となる。また、オンの比率を小さくすると、プロジェクタの輝度は小さくなるが、通信用変調信号を重畳するサブフレームのオンの期間が小さくなることで、通信用変調信号を重畳するサブフレームをオンさせたときの光出力が小さくなるため、表示映像が暗い場合でも、通信用変調信号を重畳するサブフレームをオンさせることが可能となり、通信用変調信号を重畳することが可能な映像の割合を大きくすることが可能となる。
 これにより、表示したい映像が明るいときは、オン/オフ制御する信号のオンの期間の比率を大きく、表示したい映像が明るい時はオンの期間の比率を小さくし、その比率を変調信号発生回路105が把握して、光をオン/オフ制御する信号を補正することにより、入力された映像の明るさによらず、安定してフリッカーの発生なく、投影する映像に情報を重畳できる。
(他の実施の形態)
 以上説明したように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
 そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
 実施の形態では、半導体レーザー101からの出力光を波長変換素子102にて波長変換して用いているが、本開示はこれに限らず、半導体レーザー101に、赤、青、緑を発光可能なものを用いて、波長変換素子102を用いない構成も可能である。
 以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。
 従って、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
 また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
 本開示は、映像を投射するプロジェクタの光源輝度変調によって、投影する映像に情報を重畳し、その映像を撮像するカメラを備えた機器が、その情報を可視光通信方式により読み取ることにより、プロジェクタが表示する映像と、伝送する情報を関連付けすることが可能な装置に適用可能である。
100 半導体レーザー駆動回路
101 半導体レーザー
102 波長変換素子
103 光変調素子
104 投射レンズ
105 変調信号発生回路
106 通信用変調器
110 スクリーン
111 映像

Claims (2)

  1.  映像信号と垂直同期信号に基づいて、光をオン/オフ制御する第1の制御信号と、通信用変調信号を前記映像信号に重畳するタイミングを示すタイミング信号とを発生する変調信号発生回路と、
     前記タイミング信号と、通信用変調コードに基づいて、光源をオン/オフ制御する第2の制御信号を発生する通信用変調器と、
     出力光を発生する半導体レーザーと、
     前記第2の制御信号に従って前記半導体レーザーを駆動する半導体レーザー駆動回路と、
     前記半導体レーザーからの出力光を波長変換して出力する波長変換素子と、
     前記波長変換素子からの出力光を、前記第1の制御信号に従って変調して変調光を出力する光変調素子と、
     前記光変調素子からの変調光を投影する投射レンズとを備えたプロジェクタ光源変調装置であって、
     前記通信用変調信号を重畳する重畳期間において前記光変調素子を連続でオンするサブフレームを、1垂直同期信号期間において複数設けかつ時間的に等間隔に配置した
    プロジェクタ光源変調装置。
  2.  映像信号と垂直同期信号に基づいて、光をオン/オフ制御する第1の制御信号と、通信用変調信号を前記映像信号に重畳するタイミングを示すタイミング信号とを発生する変調信号発生回路と、
     前記タイミング信号と、通信用変調コードに基づいて、光源をオン/オフ制御する第2の制御信号を発生する通信用変調器と、
     出力光を発生する半導体レーザーと、
     前記第2の制御信号に従って前記半導体レーザーを駆動する半導体レーザー駆動回路と、
     前記半導体レーザーからの出力光を波長変換して出力する波長変換素子と、
     前記波長変換素子からの出力光を、前記第1の制御信号に従って変調して変調光を出力する光変調素子と、
     前記光変調素子からの変調光を投影する投射レンズとを備えたプロジェクタ光源変調装置のためのプロジェクタ光源変調方法であって、
     前記通信用変調信号を重畳する重畳期間において前記光変調素子を連続でオンするサブフレームを、1垂直同期信号期間において複数設けかつ時間的に等間隔に配置することを含む
    プロジェクタ光源変調方法。
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