JP6692141B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明はＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の入射した光を選択的に反射可能な反射装置を用いた車両用灯具に関し、特に当該反射装置の熱信頼性を高めた車両用灯具に関するものである。

自動車の車両用灯具として、ＤＭＤを用いて配光制御を行うヘッドランプ（前照灯）が検討されている。ＤＭＤは集積回路上に多数の可動式のマイクロミラーが配列形成されており、このＤＭＤをヘッドランプの光路の一部に組み込んでマイクロミラーを駆動制御することにより、光源から出射された光をマイクロミラーで選択的に反射させ、所望の配光パターンでの光照射が実現できる。

しかし、一般に提供されているＤＭＤは耐熱性の高いものが少なく、光度の高い光源が要求される自動車用のヘッドランプに適用したときには、当該光源で発生する熱によりＤＭＤが熱ダメージを受け易く、熱的信頼性の問題が生じる。耐熱性の高いＤＭＤも存在するが、大型でかつ高価であるため、自動車用のヘッドランプへの適用は難しい。

特許文献１には、灯体部と光源部を別体に構成し、両者を光ファイバで光学的に連結する技術が提案されている。この技術によれば、光源を独立した形態で冷却することが可能になり、冷却効率を高めることが可能になると考えられる。

特開２０１５−１３８７２７号公報

特許文献１の技術は、光源部の冷却効果を高めるための技術であって、灯体部の温度上昇を防止することを目的としたものではなく、また灯体部の温度上昇を抑制するための技術思想の開示もない。そのため、ＤＭＤを適用したヘッドランプにおいて、特許文献１の技術を適用した場合に、ＤＭＤの温度上昇を防止する上で有効であるか否かは明確ではなく、ＤＭＤにおける熱信頼性の問題を解決することは難しい。このような問題はＤＭＤに限らず、他の構成の入射した光を選択的に反射可能な反射装置についても言える。

本発明の目的は、入射した光を選択的に反射可能な反射装置における熱信頼性の問題を解決した車両用灯具を提供するものである。

本発明の車両用灯具は、入射した光を選択的に反射するＤＭＤを含むランプユニットと、光源を搭載した光源ユニットと、光源ユニットから出射される光をランプユニットにまで導光する導光手段を備え、ランプハウジングの内部に、当該ランプユニットと、ＤＭＤを含まない少なくとも１つの他のランプユニットが配設され、光源ユニットはランプハウジングの外部に配設され、導光手段はＤＭＤを含むランプユニットと、この他のランプユニットのうち少なくとも１つの他のランプユニットに対して導光する構成とされ、光源で発生した熱をランプハウジングの外部において放熱可能にしたことを特徴としている。

本発明において、ＤＭＤを含むランプユニットは、導光手段で導光された光源ユニットからの光を当該ＤＭＤに投射させる第１光学手段と、前記ＤＭＤからの光を投影する第２光学手段を備える構成である。また、本発明において、光源ユニットはランプユニットの直下領域を除いた領域に配設される。ＤＭＤはランプハウジング内の下部領域に配置されることが好ましい。

本発明においては、ランプハウジングの内部にはランプユニットと共に少なくとも１つの他のランプユニットが配設され、導光手段はランプユニットに加えて、他のランプユニットのうちの少なくとも１つの他のランプユニットに対して導光する構成とされてもよい。

本発明によれば、ＤＭＤを含むランプユニットはランプハウジングの内部に配設され、ランプユニットの光源としての光源ユニットはランプハウジングの外部に配設されるので、光源ユニットで発生した熱はランプハウジングの外部において放熱され、あるいはランプハウジングで遮熱され、ランプユニットないしＤＭＤにおける温度上昇が抑制でき、当該ＤＭＤの熱信頼性が向上できる。

実施形態１のヘッドランプを自動車に装備した状態の概略斜視図。 実施形態１のヘッドランプの概略正面図。 実施形態１におけるＤＭＤユニットと光源ユニットの斜視図。 実施形態１のＤＭＤユニットの縦断面図。 実施形態２のヘッドランプの概略正面図。 実施形態２におけるＤＭＤユニットの縦断面図。 実施形態３のヘッドランプの概略正面図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明を適用した実施形態１の自動車のヘッドランプを自動車に装備した状態の概略斜視図である。このヘッドランプＨＬ１は自動車ＣＡＲの車体ＢＤの右前部に装備される右ヘッドランプ（Ｒ−ＨＬ）として構成されており、当該車体ＢＤのエンジンルームＥＲの前部に固定支持されるランプハウジング１００と、このランプハウジング１００の内部に配設された３つのランプユニットＬＵ１，ＬＵ２，ＬＵ３を備えている。

図２は前記ヘッドランプＨＬ１の一部を破断した概略正面図である。容器状をしたランプボディ１０１の前面開口に透光性のある前面カバー１０２が取着されて前記ランプハウジング１００が構成されている。このランプハウジング１００内に前記ランプユニットＬＵ１，ＬＵ２，ＬＵ３が横方向に配列配置されており、図２における右側のランプユニットＬＵ１は本発明において入射した光を選択的に反射する反射装置として、ここではＤＭＤを備えるランプユニット（以下、ＤＭＤユニットと称する）であり、中央のランプユニットＬＵ２は本発明における他のランプユニットとしてのロービームユニットである。左側のランプユニットＬＵ３は本発明とは直接的な関連が少ないが、本発明における他のランプユニットの１つとしてのクリアランスユニットである。

前記ＤＭＤユニットＬＵ１は詳細を後述するように、ＤＭＤの制御により配光を任意の配光パターンに設定可能なランプユニットとして構成されている。前記ロービームユニットＬＵ２は、ここではいわゆるプロジェクタ型ランプで構成されており、詳細な説明は省略するが、光源、反射ミラー、投影レンズ、さらには遮光用のシェード等を備えたロービーム配光での光照射を行うランプユニットである。前記クリアランスユニットＬＵ３は、光源と反射ミラーで構成されており、標識灯の１つとしてのクリアランスランプ（車幅灯）として機能する。

図３は前記ＤＭＤユニットＬＵ１と、このＤＭＤユニットＬＵ１に光ファイバ１により光学的に連結されている光源ユニットＬＳＵの外観斜視図である。導光部材からなる光ファイバ１の一端部１１が光源ユニットＬＳＵに連結され、他端部１２が前記ＤＭＤユニットＬＵ１に連結されている。そして、光源ユニットＬＳＵから出射された光は光ファイバ１の一端部１１に入射され、光ファイバ１内を導光されて他端部１２から前記ＤＭＤユニットＬＵ１に入射されるようになっている。

前記光源ユニットＬＳＵは、光源としてＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子２を備えている。この発光素子、ここではＬＥＤ２は、発光回路を構築している回路基板２１に搭載されており、当該発光回路から所定の電力が給電されることにより発光される。前記回路基板２１にはヒートシンク２２が一体的に設けられており、ＬＥＤ２で発生する熱を当該ヒートシンク２２により放熱することが可能とされている。また、前記回路基板２１に対向する位置には光コネクタ２３が配設されており、前記光ファイバ１の一端部１１がこの光コネクタ２３によって光学的に結合される。この光コネクタ２３によりＬＥＤ２から出射された光は光ファイバ１の一端部１１に入射される。前記回路基板２１には電気コード２４が接続され、車載バッテリ等の外部電力が給電される。

前記光源ユニットＬＳＵは、前記ＤＭＤユニットＬＵ１ないしランプハウジング１００の直下の領域ではない領域に配設されている。例えば、図１に示したように、自動車ＣＡＲの前記エンジンルームＥＲ内において、前記ランプハウジング１００の後方の位置に配設されている。この例では、当該エンジンルームＥＲに配設されているラジエーターＲａの後方位置に配設されている。

前記ＤＭＤユニットＬＵ１は、図３に示すように、所定の形状に加工されたベース体３を基体として構成されており、このベース体３に光入射部４、第１光学部５、ＤＭＤ６、第２光学部７が一体的に組み付けられている。そして、前記第２光学部７の光軸、ここではレンズ光軸Ｏｘは自動車ＣＡＲの直進方向、すなわち前記ヘッドランプＨＬ１のランプ光軸（図示せず）と平行に向けられている。

図４は前記ＤＭＤユニットＬＵ１の内部構成の概略縦断面図である。前記光入射部４はＤＭＤユニットＬＵ１の最も高い位置に配設されており、前記光ファイバ１の他端部１２が連結される光コネクタ４１を備えている。この光コネクタ４１には前記光ファイバ１の他端部１２が光結合され、当該光ファイバ１を他端部１２にまで導光されてきた光を入射し、入射した光を第１光学部５に向けて投射させる。

前記第１光学部５は光入射部４から投射された光をＤＭＤ６に向けて反射させるために設けられており、前記光ファイバ１から入射された光の入射点をほぼ焦点としたパラボラ面状の光反射面５１を有するパラボラ反射鏡として構成されている。このパラボラ反射鏡５は前記光入射部４に対してレンズ光軸Ｏｘに沿った前方向の幾分斜め下に対向配置されており、前記光入射部４から発散状に出射された光はパラボラ反射鏡５によってほぼ平行な光束として反射され、ＤＭＤ６に投射される。

前記ＤＭＤ６は前記光入射部４の下側位置で前記第１光学部５に対してレンズ光軸Ｏｘに沿った後方向の斜め下に対向配置され、前記パラボラ反射鏡５で反射された光を受光する。ＤＭＤ６は、前記したように集積回路に入力させる信号を制御することによって多数のマイクロミラーを選択的にオン・オフ駆動することが可能とされている。図３と図４にはこれらのマイクロミラーで構成されるマイクロミラー構体を符号６１で概念的に示している。このマイクロミラー構体６１では、オン駆動されたマイクロミラーは前記パラボラ反射鏡５で反射された光を第２光学部７に向けて反射する。オフ駆動の状態のマイクロミラーに投射された光は第２光学部７に向けて反射されることはない。前記ＤＭＤ６は、ここでは民生用として提供されたものが適用されており、そのため耐熱性はそれほど高いものではない。

前記第２光学部７は円環状のレンズ枠７１内に支持された凸レンズ系の投影レンズで構成されており、そのレンズ光軸ＯｘがヘッドランプＨＬ１のランプ光軸と平行に向けられるとともに、一方の焦点が前記ＤＭＤ６のマイクロミラー構体６１の近傍位置となるように配置されている。この投影レンズ７は、オン駆動されたマイクロミラーにより反射された光による光束をランプ前方領域に照射することにより、ＤＭＤ６のマイクロミラー構体６１で形成された光反射パターンを前方領域に投影する。

このように構成されたＤＭＤユニットＬＵ１は、前記ランプハウジング１００内に配設され、ランプボディ１０１に支持される。さらに、光入射部４には光コネクタ４１により光ファイバ１の他端部１２が連結される。ランプハウジング１００内に内装されたＤＭＤユニットＬＵ１は、ランプハウジング１００の気密性によってパラボラ反射鏡５、ＤＭＤ６のマイクロミラー、投影レンズ７に外部環境に存在する塵埃等が付着することが防止され、かつ防水性が得られる。これにより、外部環境に対するＤＭＤユニットＬＵ１の信頼性が確保される。

この実施形態１のヘッドランプＨＬ１では、ＤＭＤユニットＬＵ１の点灯時、すなわち光源ユニットＬＳＵの発光時には、ＬＥＤ２から出射された光は光ファイバ１を介してＤＭＤユニットＬＵ１にまで導光される。導光されて光入射部４に入射された光はパラボラ反射鏡５で反射されてＤＭＤ６に投射され、ＤＭＤ６のマイクロミラー構体６１によって所望の光パターンとして反射される。この反射された光パターンは投影レンズ７によってランプ前方に向けて投影され、所望の配光パターンでの光照射が行われる。

ここで、光源ユニットＬＳＵの発光時には、発光したＬＥＤ２において熱が発生する。この熱は回路基板２１を支持しているヒートシンク２２に伝熱され、ここから放熱される。一方、発生した熱は輻射により光源ユニットＬＳＵの近傍の部材に温度上昇を生じさせる。この輻射熱はランプハウジング１００に対しても影響することになるが、その殆どはランプハウジング１００によって遮熱されるため、ＤＭＤユニットＬＵ１にまで伝熱されることは少ない。

特に、この実施形態１では、光源ユニットＬＳＵはランプハウジング１００の後方の位置に配設されており、ＤＭＤユニットＬＵ１の直下の領域、ないしはランプハウジング１００の直下の領域には配設されていないので、光源ユニットＬＳＵで発生した熱による上方への暖気の対流によってＤＭＤユニットＬＵ１が加熱されることは殆どない。また、光源ユニットＬＳＵをこの位置に配設することより、光源ユニットＬＳＵで発生した熱の一部はエンジンルームＥＲを覆っているボンネット（図示せず）に伝熱され、ここから放熱されるので、放熱効果を高めることも期待できる。

光源ユニットＬＳＵをランプハウジング１００の直下領域に配設することが余儀なくされる場合には、なるべくランプハウジング１００の下面から離れた位置に配設することが好ましい。この場合、図１に示したように、エンジンルームＥＲ内のラジエーターＲａの近傍に配置し、ラジエーター冷却ファン（図示せず）によってラジエーターＲａに生じる空気流を利用して放熱効果が得られるようにしてもよい。

さらに、この実施形態１では、ＤＭＤユニットＬＵ１のＤＭＤ６はＤＭＤユニットＬＵ１内の低い位置に配置されているので、ＤＭＤユニットＬＵ１がランプハウジング１００に内装されたときに、ＤＭＤ６はランプハウジング１００内の下部領域に位置されることになる。すなわち、ランプハウジング１００内を鉛直上下方向に上部領域と下部領域に二分したとき、あるいは鉛直上下方向に上部領域、中間領域、下部領域と三分したとき、さらにこれよりも多くの数で区分したときに、ランプハウジング１００内の最も下側ないしその近傍に区分される下部領域に位置される。

したがって、ランプハウジング１００内の温度が上昇したとき、例えばＤＭＤユニットＬＵ１と共にランプハウジング１００内に内装されているロービームユニットＬＵ２の光源が発光したときに熱が発生し、この熱でランプハウジング１００内の温度が上昇した場合でも、昇温されたランプハウジング１００内の空気は対流によって上部領域に流動されて滞留されるので、下部領域に配置されているＤＭＤ６への熱の影響を抑制することができる。このことからも、ランプハウジング１００内でのＤＭＤ６の温度上昇が抑制でき、ＤＭＤ６の熱信頼性をさらに高めることができる。

このように、実施形態１のヘッドランプＨＬ１では、光源ユニットＬＳＵで発生した熱によるＤＭＤの温度上昇が防止できるので、ＤＭＤユニットＬＵ１を構成しているＤＭＤに耐熱性の低いＤＭＤを適用した場合でもＤＭＤの熱信頼性を高めることができる。換言すれば、耐熱性の高い高価なＤＭＤを適用する必要がなく、低コスト化を図る上でも有利になる。

図５は実施形態２のヘッドランプＨＬ２の概略正面図であり、図６はこのヘッドランプＨＬ２に適用されるＤＭＤユニットＬＵ１Ａの縦断面図である。実施形態１のＤＭＤユニットＬＵ１と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態２は、ＤＭＤユニットＬＵ１Ａがランプハウジング１００に内装され、光源ユニットＬＳＵがランプハウジング１００の外部に配置され、両者が光ファイバ１で光学的に連結されていることは実施形態１と同じであるが、ＤＭＤユニットＬＵ１Ａを構成している光入射部４、第１光学部５、ＤＭＤ６の上下方向の相互位置を逆にした構成としている。

すなわち、光入射部４はＤＭＤユニットＬＵ１Ａの最も下側に配置されており、これとレンズ光軸Ｏｘに沿った方向に対向配置されるパラボラ反射鏡（第１光学部）５は光入射部４よりもやや高い位置に配置される。さらにパラボラ反射鏡５に対してレンズ光軸Ｏｘに沿った方向に対向配置されるＤＭＤ６は当該パラボラ反射鏡５よりもやや高い位置で前記光入射部４の上側に配置されている。

このＤＭＤユニットＬＵ１Ａは、光源ユニットＬＳＵに連結されている光ファイバ１を導光された光が光入射部４から入射され、第１光学部５、ＤＭＤ６、第２光学部７によってランプ前方領域に所望の配光パターンでの光照射を行うことは実施形態１と同じである。また、ＤＭＤユニットＬＵ１Ａがランプハウジング１００に内装され、光源ユニットＬＳＵがランプハウジング１００の外部に配設されていることにより、光源ユニットＬＳＵで発生した熱がランプハウジング１００で遮熱され、ＤＭＤユニットＬＵ１Ａの加熱が抑制されることも同じである。

一方、実施形態２では、ＤＭＤユニットＬＵ１ＡのＤＭＤ６は、ＤＭＤユニットＬＵ１Ａ内の高い位置、すなわち前記したランプハウジング１００内の上部領域、あるいは中間領域に配置される。したがって、仮に、光源ユニットＬＳＵがＤＭＤユニットＬＵ１Ａの直下領域、ないしはランプハウジング１００の直下領域に配設することが余儀なくされ、光源ユニットＬＳＵによってランプハウジング１００の下面が加熱される状況となった場合でも、当下底面からＤＭＤ６までの距離を稼具ことができ、下面からの輻射熱の影響が緩和できる。これにより、ＤＭＤ６の温度上昇が抑制でき、ＤＭＤ６の熱信頼性をさらに高めることができる。

図７は実施形態３のヘッドランプＨＬ３の概略正面図である。実施形態２と等価な部分には同一符号を付してある。実施形態３では、ＤＭＤユニットＬＵ１Ａと共にランプハウジング１００に内装されているロービームユニットＬＵ２の光源が取り外され、当該ロービームユニットＬＵ２についても前記光源ユニットＬＳＵに対して光ファイバ１Ａで光学的に連結した構成とされている。

ここでは、前記光源ユニットＬＳＵに連結されている光ファイバ１に光分配器１４が介在されており、この光分配器１４によって分岐された光ファイバ１Ａが接続されている。一方の光ファイバ１は実施形態２と同様にＤＭＤユニットＬＵ１Ａに連結され、他方の光ファイバ１ＡはロービームユニットＬＵ２に連結されている。この光ファイバ１Ａの他端部をロービームユニットＬＵ２に連結する構造はＤＭＤユニットＬＵ１Ａへの連結と同様に光コネクタを利用した連結が可能である。

実施形態３では、光源ユニットＬＳＵが発光されたときには、光源ユニットＬＳＵから出射される光は光ファイバ１を導光され、その途中の光分配器１４によって光ファイバ１Ａにも分配され、各光ファイバ１，１ＡによってＤＭＤユニットＬＵ１ＡとロービームユニットＬＵ２にそれぞれ入射される。入射された光はＤＭＤユニットＬＵ１Ａからランプ前方領域に照射され、ロービームユニットＬＵ２では、プロジェクタ構造を構成している反射ミラーや投影レンズにより所要の配光でランプ前方領域に照射される。

実施形態３では、ロービームユニットＬＵ２が点灯されても、ロービームユニットＬＵ２から熱が発生することがないので、ランプハウジング１００内の空気が加熱されることがなく、ＤＭＤユニットＬＵ１ＡのＤＭＤ６の温度上昇が防止される。特に、実施形態２のようにＤＭＤユニットＬＵ１ＡのＤＭＤがランプハウジング１００内の上部領域や中間領域に配設され、ランプハウジング１００内における暖気の対流による温度上昇を考慮する必要がある場合には有効である。

実施形態３は、実施形態１，２に比較すると、ロービームユニットＬＵ２が点灯したときに発生する熱によるＤＭＤ６の熱ダメージが防止でき、ＤＭＤ６のさらなる熱信頼性を高めることができる。実施形態３は実施形態１のＤＭＤユニットＬＵ１についても同様に適用できる。

なお、ＤＭＤユニットＬＵ１，ＬＵ１ＡとロービームユニットＬＵ２を独立して点灯制御することが要求される場合には、光源ユニットＬＳＵにそれぞれ独立して発光可能な複数の光源を設けておき、各光源と各ユニットをそれぞれ独立した光ファイバで光学的に連結するようにすればよい。あるいは、光分配器１４にシャッターを内蔵して、光ファイバ１，１Ａに対して選択的に光を導光させるように構成してもよい。

また、図７に仮想線で示すように、ヘッドランプＨＬ３のクリアランスユニットＬＵ３についても光ファイバ１Ｂで光源ユニットＬＳＵを光学的に連結し、当該光源ユニットＬＳＵによってクリアランスユニットＬＵ３を点灯させるようにしてもよい。クリアランスユニットＬＵ３は単独で点灯させる状況が多いので、光ファイバ１Ｂは光ファイバ１，１Ａとは独立して光源ユニットＬＳＵに連結させることが好ましい。

実施形態３に示したように、ランプハウジング１００内に、ＤＭＤユニットと共に少なくとも１つの他のランプユニットが配設されているヘッドランプでは、この他のランプユニットうちの少なくとも１つのランプユニットについても導光手段を介して光源ユニットに連結される構成であってもよい。

本発明におけるＤＭＤユニットは前記各実施形態に記載した構成に限られるものではない。例えば、第１光学部（第１光学手段）は反射鏡ではなく、レンズ系であってもよく、第２光学部（第２光学手段）はレンズ系ではなく反射鏡で構成されてもよい。また、本発明における導光手段は光ファイバに限られるものではなく、光を導光することが可能な棒状をした透光性の部材、あるいはプリズムのような部材であってもよい。

本発明における光源ユニットは、ＤＭＤユニットとは独立した別体の構成であり、ランプハウジングの外部に配設されるものであれば、前記実施形態に記載した構成に限られるものではない。また、光源の種類も発光素子（半導体発光素子）に限られるものではなく、白熱電球や放電電球を適用することも可能である。

本発明におけるランプハウジングは、少なくともＤＭＤユニットを内装するハウジング構造であれば、ＤＭＤユニットのみを内装するランプハウジングとして、あるいは他の複数のランプユニットを共に内装するランプハウジングとして構成されていてもよい。ＤＭＤユニットのみをランプハウジングに内装したときには、当該ＤＭＤユニットはハイビーム配光、ロービーム配光、その他の配光での光照射が可能なＤＭＤ制御を行う構成とされてもよい。

本発明が適用される車両用灯具は、ＤＭＤ等の入射した光を選択的に反射する反射装置を備えるランプユニットを含む灯具であれば、ヘッドランプ以外の照明用ランプ、あるいは標識用ランプに適用することができる。

１ 光ファイバ（導光手段）
２ ＬＥＤ（光源：発光素子）
３ ベース体
４ 光入射部
５ 第１光学部（第１光学手段：パラボラ反射鏡）
６ ＤＭＤ（入射した光を選択的に反射する反射装置）
７ 第２光学部（第２光学手段：投影レンズ）
１００ ランプハウジング
ＨＬ（Ｒ−ＨＬ），ＨＬ１，ＨＬ２ ヘッドランプ（車両用灯具）
ＬＵ１ ＤＭＤユニット（ランプユニット）
ＬＵ２ ロービームユニット（他のランプユニット）
ＬＵ３ クリアランスランプユニット（他のランプユニット）
ＬＳＵ 光源ユニット
ＣＡＲ 自動車
ＢＤ 車体
ＥＲ エンジンルーム
Ｒａ ラジエーター

Claims (4)

1. 入射した光を選択的に反射するＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を含むランプユニットと、光源を搭載した光源ユニットと、前記光源ユニットから出射される光を前記ランプユニットにまで導光する導光手段を備え、ランプハウジングの内部に、前記ランプユニットと、ＤＭＤを含まない少なくとも１つの他のランプユニットが配設され、前記光源ユニットは前記ランプハウジングの外部に配設され、前記導光手段は前記ＤＭＤを含むランプユニットと、前記他のランプのうち少なくとも１つの他のランプユニットに対して導光する構成とされ、前記光源で発生した熱を当該ランプハウジングの外部において放熱可能にしたことを特徴とする車両用灯具。
2. 前記ＤＭＤを含むランプユニットは、前記導光手段で導光された前記光源ユニットからの光を前記ＤＭＤに投射させる第１光学手段と、前記ＤＭＤからの光を投影する第２光学手段を備える請求項１に記載の車両用灯具
3. 前記光源ユニットは前記ＤＭＤを含むランプユニットの直下領域を除いた領域に配設されている請求項１又は２に記載の車両用灯具。
4. 前記ＤＭＤは前記ランプハウジング内の下部領域に配置されている請求項１ないし３のいずれかに記載の車両用灯具。

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