JP3901185B2 - 投影装置、投影画像の撮影方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、投影内容を撮影して記録として残すことが可能な撮影機能を有する投影装置、投影画像の撮影方法及びプログラムに関する。

近時、パーソナルコンピュータの普及に連れて、ノートブックタイプあるいはハンドヘルドタイプのパーソナルコンピュータと接続することで各種プレゼンテーションやデモンストレーション等を行なうことが可能なポータブル式のプロジェクタ装置がより一層身近になりつつある。

この種のプロジェクタ装置では、光像を形成する素子として透過型のカラー液晶パネルを用いたものと、マイクロミラー素子と呼ばれる光半導体素子を用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）（登録商標）方式のものとがある。

ＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタ装置は、光源ランプからの高輝度白色光を、同一円周状にＲｅｄ（赤），Ｇｒｅｅｎ（緑），Ｂｌｕｅ（青）及びＷｈｉｔｅ（透明）の各色フィルタ（セグメント）を区分配置したカラーホイールと呼ばれる円盤状の部材を回転駆動して時分割で着色（正確には択一的に当該色成分の光のみを透過）させた後に、その色成分に対応した光像を形成するべく表示駆動されるマイクロミラー素子で反射させ、その反射光を投影光学系のレンズを介して投影対象のスクリーン等に投影するようになるものである。

また、特にフィールドシーケンシャル方式と呼称される液晶表示パネルを用いたプロジェクタ装置でも、Ｒ，Ｇ，Ｂ３色の光源ランプを時分割で点灯駆動し、それぞれの点灯期間にモノクロの液晶表示パネルでその色成分に対応した画像を表示する点では、上記ＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタ装置とその基本的な概念が近似している。

しかるに、上記のように投影された画像を例えば議事録とするために別に用意したデジタルカメラで記録するというニーズもある。しかしながら、上記のように画像を構成する色成分毎に時分割駆動を行なうような上記プロジェクタ装置では、撮影のタイミングによって色バランスが大幅に崩れた画像が記録されてしまう可能性が高い。

図６は、ＤＬＰ（登録商標）方式の一般的なプロジェクタ装置でカラーホイールの回転状態と撮影のタイミングとを例示するものである。図中、入力される画像信号のフレーム周波数が６０［Ｈｚ］であり、これを画像のちらつきを抑えるべくさらに２分周して１２０［Ｈｚ］で同じ画像を２枚ずつ投影表示するものとする。

図６（１）は入力される画像信号に同期した垂直同期信号であり、図６（２）はこれに同期して回転駆動され、光源ランプからの投影光軸中に挿入されるカラーホイールのセグメントを示す。

いま、図６（３）に示すタイミングで投影画像を撮影するべくデジタルカメラのシャッタボタンを操作し、その後にＡＦ（自動合焦）及びＡＥ（自動露光）の各処理分だけタイムラグを有して撮影が実行されたものとする。

図６（４）は、１フレーム周期である１／１２０［秒］より充分に早いシャッタ速度で撮影を実行した場合の撮影タイミング（＝実際にデジタルカメラのメカニカルシャッタが開いている露光タイミング）を示すもので、当然ながらカラーホイールの回転状態とは同期しておらず、ここではカラーホイールのＧ（緑）のセグメントが投影光軸中にある場合を中心として、その前のＲ（赤）のセグメントがある場合の一部、及びその後のＢ（青）のセグメントがある場合の一部に渡って撮影が実行されている。

この場合、撮影により得られる画像は、Ｒ（赤）、Ｂ（青）の色成分の画像に比してＧ（緑）の色成分の画像の方が露光時間が長いため、全体に緑っぽい画像となる。

図６（５）は、上記のような事態を避けるべく、絞り（Ｆ）値を大きく設定してシャッタ速度を遅く設定した場合の撮影タイミングを示すものである。この場合、シャッタ速度が例えば１／１５［秒］や１／３０［秒］程度の低速であるとすると、カラーホイールの回転周期に比して充分長い時間となるので、色成分がアンバランスで不自然な撮影画像となってしまうのは免れるものの、手振れによる影響を受けやすくなる他、投影表示される画像の明るさによっては露光オーバーなってしまう可能性も高くなる。

また、投影画像を記録するための撮影ではないが、プロジェクタ装置に撮影機構を組込んで一体に構成することにより、撮影時の複数箇所までの距離値から投影画像の上下左右各方向の歪みを検知して投影系にフィードバックし、自動台形補正するようにした技術が考えられている。（例えば、特許文献１）
特開２００４−２０８０８９号公報

上記特許文献１の技術は、撮影機構のコントラスト方式の測距機能により自動台形補正を行なうべく画像複数箇所までの距離値を得るようにしたもので、そのためには画像中の明暗と形状が認識できればよいので、撮影画像の色バランス等については一切考慮していない。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、カラー画像の複数の色成分毎に時分割投影駆動する方式の投影装置で、色バランスのとれた投影画像を確実に撮影することが可能な投影装置、投影画像の撮影方法及びプログラムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、入力されるカラー画像信号に対し、各画像を複数の色成分毎に時分割して投影表示する投影手段と、この投影手段で投影表示される画像の撮影を指示する指示手段と、この指示手段での指示に従って投影表示される画像を撮影する撮影手段と、上記指示手段で撮影が指示されると、上記投影手段での色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で上記撮影手段による撮影を実行させる撮影制御手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記シャッタ速度は、上記時分割周期の整数倍とすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記投影手段は、複数のカラーフィルタを同一円周上に分割配置し、その回転駆動により光源からの白色光から択一的に色成分の光を透過させるカラーホイールと、このカラーホイールの回転位相を検出する検出機構とを有し、上記撮影制御手段は、上記検出機構からの検出信号に基づいて上記投影手段での色成分毎の時分割タイミングに同期した撮影を実行させることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、入力されるカラー画像信号に対して各画像を複数の色成分毎に時分割して投影表示する投影部及び投影表示される画像を撮影する撮影部を設けた投影装置における投影画像の撮影方法であって、この撮影工程での画像撮影を指示する指示工程と、この指示指示で撮影が指示されると、上記投影部での色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で上記撮影部での撮影を実行させる撮影制御工程とを有したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、入力されるカラー画像信号に対して各画像を複数の色成分毎に時分割して投影表示する投影部及び投影表示される画像を撮影する撮影部を設けた投影装置に内蔵されたコンピュータが実行するプログラムであって、この撮影工程での画像撮影を指示する指示ステップと、この指示ステップで撮影が指示されると、上記投影部での色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で上記撮影部での撮影を実行させる撮影制御ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、投影される際の色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で撮影を実行させるため、色バランスのとれた投影画像を確実に撮影することが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、投影画像の明るさに対応して適正な露光状態で撮影を実行させることができる。

請求項３記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、カラーホイールの回転に正確に同期させて、色バランスのとれた投影画像の撮影を容易に実現できる。

請求項４記載の発明によれば、投影される際の色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で撮影を実行させるため、色バランスのとれた投影画像を確実に撮影することが可能となる。

請求項５記載の発明によれば、投影される際の色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で撮影を実行させるため、色バランスのとれた投影画像を確実に撮影することが可能となる。

以下本発明をプロジェクタ装置に適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１は、同実施の形態に係るプロジェクタ装置１０の外観構成を示すもので、主として筐体前面及び上面の構成を示す。同図に示すように、直方体状の本体ケーシング１１の前面の一部、向かって右側に投影レンズ１２と撮影レンズ１３とが埋設される。また、本体ケーシング１１の前面、左端側にはＩｒ受信部１４が配設される。

投影レンズ１２は、後述するマイクロミラー素子等の空間的光変調素子で形成された光像をスクリーン等の対象に投影するためのものであり、ここでは合焦位置及びズーム位置（投影画角）を任意に可変できるものとする。

撮影レンズ１３は、上記投影レンズ１２により投影表示される画像を撮影するためのものであり、この撮影レンズ１３も合焦位置及びズーム位置を可変可能で、特にズーム位置は上記投影レンズ１２のズーム位置に連動して制御され、常に投影レンズ１２より投影される画像の大きさに対応した撮影範囲となるように制御されるものとする。

Ｉｒ受信部１４は、図示しないこのプロジェクタ装置１０のリモートコントローラからのキー操作信号が重畳された赤外光（Ｉｒ）信号を受信する。

また、本体ケーシング１１の上面には、スイッチ部１５、及びスピーカ１６が配設される。
スイッチ部１５は、装置の電源のオン／オフ、入力切換、自動合焦、自動台形補正等を指示する各種キースイッチよりなる。

スピーカ１６は、入力された音声信号及び動作時のビープ音等を拡声放音する。

また、図示はしないが本体ケーシング１１の背面には、入出力コネクタ部、上記Ｉｒ受信部１４と同様のＩｒ受信部、及びＡＣアダプタ接続部が配設される。
入出力コネクタ部は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置との接続のためのＵＳＢ端子、映像入力用のミニＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、及びＲＣＡ端子と、音声入力用のステレオミニ端子等からなる。

ＡＣアダプタ接続部は、電源となる図示しないＡＣアダプタからのケーブルを接続する。

次に図２により上記プロジェクタ装置１０の電子回路の機能構成について説明する。
図中、入出力コネクタ部２１より入力された各種規格の画像信号が、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）２２、システムバスＳＢを介して画像変換部２３で所定のフォーマットの画像信号に統一された後に、投影画像処理部２４へ送られる。

投影画像処理部２４は、送られてきた画像信号からビデオ信号を生成し、適宜フレームレート、例えば１２０［フレーム／秒］と色成分の分割数、及び表示階調数を乗算した、より高速な時分割駆動で空間的光変調素子（ＳＯＭ）２５である例えばマイクロミラー素子２５を表示駆動する。

このマイクロミラー素子２５に対して、リフレクタ２６内に配置された光源ランプ２７が出射する高輝度の白色光を、カラーホイール２８を介して適宜原色に着色し、インテグレータ２９、ミラー３０を介して照射することで、その反射光で光像が形成され、上記投影レンズ１２を介してここでは図示しないスクリーンに投影表示される。

しかるに、光源ランプ２７の点灯駆動と、カラーホイール２８を回転駆動するモータ３１はいずれも投影光処理部３２からの供給電圧値に基づいて動作する。

また、上記カラーホイール２８は、その周端面に近接配置したマーカセンサ３３により所定の回転位置が検出されるものであり、その検出信号は投影画像処理部２４に入力される。

図３は、カラーホイール２８の平面構造を示すものでありＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）及びＷ（透明）のそれぞれセグメントと称される各カラーフィルタが各中心角９０°で同一円周上に区分配置されると共に、最外周のリム部２８ａの所定回転位置、具体的にはＷ（透明）のセグメント寄りのＲ（赤）のセグメントに対応する端部に円弧状の貫通孔でなるマーカ２８ｂが形成され、図中Ａで示す矢印方向に回転する。

上記マーカセンサ３３は、例えば反射型のフォト・インタラプタでなり、このカラーホイール２８のリム部２８ａに対向するように近接配置されるもので、上記マーカ２８ｂ部分でのみ、フォト・インタラプタを構成するＬＥＤで出射した光がリム部２８ａで反射されず、同受光素子の出力信号のレベルが低下することから、マーカ２８ｂの位置、すなわち上記Ｒ（赤）のセグメントの開始位置を検出することができる。

上記各回路のすべての動作制御を司るのが制御部３４である。この制御部３４は、ＣＰＵと、後述する投影動作、撮影動作の処理を含む該ＣＰＵで実行される動作プログラムを記憶した不揮発性メモリ、及びワークメモリ等により構成される。

この制御部３４にはまた、システムバスＳＢを介してプロセス回路３５、画像記録部３６、及び音声処理部３７が接続される。

プロセス回路３５は、上記撮影レンズ１３の撮影光軸後方にあって撮影レンズ１３で結像される光像を光電変換する撮像素子としてのＣＣＤ３８の出力を受け、このＣＣＤ３８からのアナログ値の画像信号をデジタル化し、画素補間処理及びγ補正処理を含むカラープロセス処理を実施した上でデジタル値の輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｂ，Ｃｒを生成し、システムバスＳＢを介して上記画像変換部２３に出力する。

画像変換部２３は、輝度及び色差信号をＡＤＣＴ、ハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮し、得た画像データを、このプロジェクタ装置１０の記録媒体として装着される画像記録部３６に書込む。画像記録部３６は、例えばフラッシュメモリ等でなり、撮影により得た画像データを記憶する。

音声処理部３７は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影動作時に与えられる音声データをアナログ化し、上記スピーカ１６を駆動して拡声放音し、あるいは必要によりビープ音を発生させる。

なお、上記スイッチ部１５における各キー操作信号が直接制御部３４に入力されると共に、Ｉｒ受信部３９からの信号も直接入力される。このＩｒ受信部３９は、上記Ｉｒ受信部１４及び本体ケーシング１１の背面側に設けられるＩｒ受信部を含み、その赤外光受信信号をコード信号化して制御部３４に送出する。

次に上記実施の形態の動作について説明する。
図４は、電源の投入時に入出力コネクタ部２１に接続された図示しない外部機器から入力される画像を投影する動作を実行する場合の、主として制御部３４による制御内容を示すものである。

その当初には、入出力コネクタ部２１より入力される画像信号に基づいて上記マイクロミラー素子２５を表示駆動し、光源ランプ２７からのカラーの光をカラーホイール２８を介してマイクロミラー素子２５に照射させることにより光像を形成して、投影レンズ１２より出射させる投影処理を実行する（ステップＳ０１）。

この投影処理と実行しながら制御部３４は、同時にスイッチ部１５あるいはＩｒ受信部３９から投影画像の自動合焦（ＡＦ）と自動台形補正（ＡＫＳ）を指示する「ＡＦ／ＡＫＳ」キーの操作信号が入力されたか否か（ステップＳ０２）、同じくスイッチ部１５あるいはＩｒ受信部３９から投影画像の撮影を指示するシャッタキーの操作信号が入力されたか否か（ステップＳ０３）を繰返し判断することで、これらのキー操作があるのを待機する。

図５は、画像の投影とその投影された画像の撮影の投影に係る各部のタイミングを例示するものである。図中、入力される画像信号のフレーム周波数が６０［Ｈｚ］であり、これを画像のちらつきを抑えるべくさらに（２倍に）逓倍して１２０［Ｈｚ］で同じ画像を２枚ずつ投影表示するものとする。

図５（２）は入力される画像信号に同期した垂直同期信号であり、図５（３）はこれに同期して回転駆動され、光源ランプからの投影光軸中に挿入されるカラーホイール２８のセグメントを示す。

このカラーホイール２８の回転に伴い、カラーホイール２８のＲ（赤）のセグメントの先頭に同期してマーカセンサ３３から得られる検出信号が図５（１）に示すようになるもので、上記図５（２）に示した垂直同期信号を２倍に逓倍したものと同等となる。

上記のような投影動作の実行中にスイッチ部１５あるいはＩｒ受信部３９から「ＡＦ／ＡＫＳ」キーの操作信号が入力された場合、ステップＳ０２でこれを判断し、撮影レンズ１３を駆動して最もコントラスト値が高くなるレンズ位置から合焦距離値を得ると共に（ステップＳ０４）、適正な露光値を得ることで上記画像投影の１周期「１／１２０［秒］」の整数倍のシャッタ速度（Ｓ値）とそれに対応した絞り値（Ａ値）とを決定する（ステップＳ０５）。

その後、上記図５（２）で示したマーカセンサ３３からの検出信号がある（レベルが立ち下がる）タイミングとなるのを待機し（ステップＳ０６）、そのタイミングとなったと判断した時点で上記合焦距離値とＳ値及びＡ値に従って撮影レンズ１３のレンズ位置及びＣＣＤ３８の走査駆動時間等を制御して投影画像の撮影を実行する（ステップＳ０７）。

こうして得られた撮影画像データをプロセス回路３５から取り出し、投影画像の範囲の抽出を実行することで水平／垂直各方向の歪み量を算出する演算を実行し（ステップＳ０８）、得た内容に基づいて上記キー走査に対応するべく自動合焦（ＡＦ）動作及び自動台形補正（ＡＫＳ）動作を実行した後に（ステップＳ０９）、再び上記ステップＳ０１からの処理に戻って、投影動作を続行する。

また、上記投影動作の実行中に図５（４）に示す如くスイッチ部１５またはＩｒ受信部３９からシャッタキーの操作信号が入力された場合、ステップＳ０３でこれを判断し、撮影レンズ１３を駆動して最もコントラスト値が高くなるレンズ位置から合焦距離値を得ると共に（ステップＳ１０）、適正な露光値を得ることで上記画像投影の１周期「１／１２０［秒］」の整数倍のシャッタ速度（Ｓ値）とそれに対応した絞り値（Ａ値）とを決定する（ステップＳ１１）。

その後、上記図５（１）で示したマーカセンサ３３からの検出信号がある（レベルが立ち下がる）タイミングとなるのを待機し（ステップＳ１２）、そのタイミングとなったと判断した時点で上記合焦距離値とＳ値及びＡ値に従って撮影レンズ１３のレンズ位置及びＣＣＤ３８の走査駆動時間等を制御して投影画像の撮影を実行する（ステップＳ１３）。

図５（５）は、シャッタ速度を１／１２０［秒］に設定した場合の撮影動作タイミングを示すもので、当然ながら図５（３）に示すカラーホイール２８の回転位相と正確に一致し、投影画像を正しい色バランスで撮影できることがわかる。

また、図５（６）は、シャッタ速度を１／６０（＝（１／１２０）×２）［秒］に設定した場合の撮影動作タイミングを示すもので、この場合も当然ながら図５（３）に示すカラーホイール２８の２周期分の回転位相と正確に一致し、やはり投影画像を正しい色バランスで撮影できることがわかる。

このように正しい色バランスで撮影された画像データは、プロセス回路３５でのカラープロセスを経た後、画像変換部２３で例えばＪＰＥＧ規格に則ったデータ圧縮処理が施され、画像記録部３６に記録されるもので（ステップＳ１４）、その後、次の撮影に備えるべく上記ステップＳ０１からの処理に戻る。

このように、カラーホイール２８の回転位相を検出することにより、投影される画像の色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つその時分割周期に対応したシャッタ速度で撮影を実行させることができる。そのため、いつ撮影の実行を指示したとしても常に投影画像を正しい色バランスで確実に撮影することが可能となる。

加えて、撮影の露光時間であるシャッタ速度は、上記時分割周期の整数倍として適宜調整するものとしたので、投影される画像の明るさに対応して適正な露光状態で撮影を実行させることができる。

なお、上記実施の形態はＤＬＰ（登録商標）方式のプロジェクタ装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えばＲＧＢ３色の光源ランプを時分割点灯駆動するフィールドシーケンシャル方式の液晶プロジェクタでも光源ランプの駆動制御信号から同様の検出信号を得て、時分割周期と一致した投影画像の撮影を実行させることができる。

その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。

さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の実施の一形態に係るプロジェクタ装置の外観構成を示す斜視図。 同実施の形態に係るプロジェクタ装置の電子回路の機能構成を示すブロック図。 同実施の形態に係るカラーホイールの具体構造を例示する平面図。 同実施の形態に係る投影画像の撮影に関する処理内容を示すフローチャート。 同実施の形態に係る絵画像の撮影に関する各部の処理状態を示すタイミングチャート。 画像を色成分毎に時分割投影するプロジェクタ装置とその投影画像の撮影処理タイミングとを例示するタイミングチャート。

符号の説明

１０…プロジェクタ装置、１１…本体ケーシング、１２…投影レンズ、１３…撮影レンズ、１４…Ｉｒ受信部、１５…スイッチ部、１６…スピーカ（ＳＰ）、２１…入出力コネクタ部、２２…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、２３…画像変換部、２４…投影画像処理部、２５…マイクロミラー素子（ＳＯＭ）、２６…リフレクタ、２７…光源ランプ、２８…カラーホイール、２８ａ…リム部、２８ｂ…マーカ、２９…インテグレータ、３０…ミラー、３１…モータ（Ｍ）、３２…、投影光処理部、３３…マーカセンサ、３４…制御部、３５…プロセス回路、３６…画像記録部、３７…音声処理部、３８…ＣＣＤ、３９…Ｉｒ受信部、ＳＢ…システムバス。

Claims (5)

1. 入力されるカラー画像信号に対し、各画像を複数の色成分毎に時分割して投影表示する投影手段と、
   この投影手段で投影表示される画像の撮影を指示する指示手段と、
   この指示手段での指示に従って投影表示される画像を撮影する撮影手段と、
   上記指示手段で撮影が指示されると、上記投影手段での色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で上記撮影手段による撮影を実行させる撮影制御手段と
   を具備したことを特徴とする投影装置。
2. 上記シャッタ速度は、上記時分割周期の整数倍とすることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
3. 上記投影手段は、複数のカラーフィルタを同一円周上に分割配置し、その回転駆動により光源からの白色光から択一的に色成分の光を透過させるカラーホイールと、このカラーホイールの回転位相を検出する検出機構とを有し、
   上記撮影制御手段は、上記検出機構からの検出信号に基づいて上記投影手段での色成分毎の時分割タイミングに同期した撮影を実行させる
   ことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
4. 入力されるカラー画像信号に対して各画像を複数の色成分毎に時分割して投影表示する投影部及び投影表示される画像を撮影する撮影部を設けた投影装置における投影画像の撮影方法であって、
   この撮影工程での画像撮影を指示する指示工程と、
   この指示指示で撮影が指示されると、上記投影部での色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で上記撮影部での撮影を実行させる撮影制御工程と
   を有したことを特徴とする投影画像の撮影方法。
5. 入力されるカラー画像信号に対して各画像を複数の色成分毎に時分割して投影表示する投影部及び投影表示される画像を撮影する撮影部を設けた投影装置に内蔵されたコンピュータが実行するプログラムであって、
   この撮影工程での画像撮影を指示する指示ステップと、
   この指示ステップで撮影が指示されると、上記投影部での色成分毎の時分割タイミングに同期させ、且つ時分割周期に対応したシャッタ速度で上記撮影部での撮影を実行させる撮影制御ステップと
   をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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