Optical absolute encoder

专利摘要:

公开号:WO1984001651A1
申请号:PCT/JP1983/000362
申请日:1983-10-18
公开日:1984-04-26
发明作者:Yoshitaka Takekoshi；Shigeyuki Ushiyama
申请人:Fanuc Ltd；
IPC主号:H03M1-00

专利说明:
[0001] 明 細 書
[0002] 発明の名称
[0003] 光学式ア ブ ソ リ ト エ ン コーダ 技術分野
[0004] 本発明は光学式アブ ソ リ ト エ ン コーダに係 j 特に光漏れに よ る基準信号の電圧レ ベ ル の変動を防 止した光学式アブ ソ リ ー ト エ ン コ ーダに闋する 。
[0005] 背景技術
[0006] 一般に、 光学式ア ブ ソ リ ュ ー ト エ ン コ ー ダは、 発 光素子と、 例えばモ ー タ の回転軸に固定された回転 符号板と固定板と、 受光素子を備えてお ]9 、 発光素 子か らの光の う ち、 回転符号板に設け られた光透過 部およ び固定板に設け られたス リ ッ ト を透過した も のを受光素子に よ ] 電気信号に変換する こ と によ つ て、 モータ等の回転角度およ び回転位置を検出する も のである 。 回転符号板の光透過部は、 同心円状の 複数の コ ー ドハ⁰ タ ー ン と 、 基準ハ。 タ ー ン ：^ らな っ て お ]9 、 固定板のス リ ッ ト は各コ ー ド ⁰ タ ー ン およ び 基準ハ。 タ ー ン のそれぞれに対応 して設け られている 従来、 固定板に設け られたス リ ッ ト は、 回転符号 板の半径方向に一直線状に配列されていたので、 コ
[0007] 一 ドハ。タ ー ンを透過 した光が基準ハ。 タ ー ン に対応す る ス リ ッ ト に も 漏れ、 これに よ ]9 、 基準信号の電圧 レ ベ ルが変動 して出力信号に誤差を生 じる と い う 問
[0008] O PI
[0009] ' 題があった。
[0010] 発明の開示
[0011] 本発明の目 的は、 上記従来技術における問題にか んがみ、 ·固定板に設け られたス リ ッ ト の中で、 基準 ハ。 タ ー ン に対応する ス リ ッ ト を回耘符号板の回転方 向に配列する とい う構想に基づき、 光学式アブソ リ ユー ト エ ン コーダにおいて、 光漏れに よ る基準信号 の電圧レ ベ ル の変動を防止する こ と に よ ]5 出力信号 の誤差を防止する こ と にある 。
[0012] 上記目的を達成するための本発明の要旨は、 同一 円周上に発光素子か らの光を透過させる光透過部と 光遮蔽部を交互に配設 してなる コ ー ドハ。タ ーンを同 心円状に複数個有 し、 且つ、 該コー ドハ。 タ ー ン と 同 心円的に配置された光透過部のみか ら る基準ハ°タ ーンを有する回転符号板、 この回転符号板の コー ド ハ。 タ ー ン お よ び基準ハ。 タ ー ン の各 々 に対応して設け られた光透過用 ス リ ッ ト を備えた固定板、 および回 転符号板の光透過部 よび固定板の光透過部を通過 した発光素子か らのそれぞれの光を受け取る受光素 子を具備する光学式アブ ソ リ ユ ー ト エ ン コ ーダにお いて、 回転符号板に含ま れる基準ハ。タ ーンは、 コ ー ドハ。タ ー ン の隣接する 2 つに挾まれて配置されてお 、 固定板は、 該回転符号板の半径方向に、 第 1 の 所定間隔をお て、 且つ該コ 一 ドハ。タ ー ン に対応し て配列された 2 つの コ ー ドハ⁰ タ ー ン 用 ス リ ッ ト 群と 基準ハ。 タ ー ン に対応す 位置で、 コー ド、 ハ。 タ ー ン用 ス リ ッ ト 群の中心線か ら第 2 の所定間隔だけ離れた 位置に配置された基準ハ。 タ ー ン用光透過部を備えて いる こ と を特徵とする光学式ア ブ ソ リ ユ ー ト ェ ン コ ーダにある 。
[0013] 図面の簡単 説明
[0014] 本発明の上記 目的 と諸特徵及び他の諸特徵は、 添 附図面に よ る以下の実施例の記述か ら一層明 らかと ¾ ろ う 。
[0015] 第 1 図は従来の光学式ハ° ル ス エ ン コーダを概略的 に示す側面図、
[0016] 第 2 図は第 1 図に示 し 回転符号板の平面図、
[0017] 第 3 図は第 1 図に示 した固定板の平面図、
[0018] 第 4 図は第 1 図の光学式ハ。ル ス エ ン コーダにおけ る受光素子の出力信号の比較を行 う 比較回路の 1 例 を示す回路図、
[0019] 第 5 図は第 4 図の比較回路の入出力信号の波形図 . 第 6 図は本発明の一実施例に よ る光学式ハ。 ル スェ ン コ ーダに含ま れる回転符号板を示す平面図、
[0020] 第 7 図は本発明の一実施例に よ る光学式ハ。 ル スェ ン コ ーダに含まれる 固定板を示す平面図、 そ して
[0021] 第 8 図は本発明の一実施例に よ る光学式パ ル スェ ン コ ーダにおける受光素子の出力信号の比較を行 う ^ OMPI 比較回路の 1 例を示す回路図である 。
[0022] 発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、 図面によ って本発明の実施例を従来例と対 比しなが ら説明する 。
[0024] 初めに、 第 1 図か ら第 5 図に よ っ て従来技術の 1 例とその問題点を記述する 。
[0025] 第 1 図は従来の光学式ハ。 ル ス エ ン コーダを概略的 に示す側面図である 。 同図において、 モータ の回転 軸 1 に固定された回転符号板 2 の上に発光ダイ ォー ド等の発光素子 3 が設け られてお D、 回転符号板 2 の下に固定板 4 が設け られている。 回転符号板 2 に は、 コー ドハ。タ ー ン c₈ , c₄ , C₂ お よび と基準 ハ。 タ ー ン C_Eが設けられて いる 。 固定板 4 には、 回転 符号板 2 の コ 一 ドハ⁰ タ ー ン およ び基準ハ。 タ ー ン のそ れそれに対応 したス リ ッ ト SC₈ , SC₄ , SC₂ , sc₁ お よび SC_R が設け られている 。 固定板 4 の下には、 固定板 2 のス リ ッ ト SC₈ , SC₄ SC. SC₁ お よ び SC_R を通過した光をそれぞれ受けて電気信号に変換 する受光素子： RD₈ RD RD₁ お よ び RD_R が 設け られている 。
[0026] 第 2 図は第 1 図に示 した従来の回転符号板 2 の平 面図である 。 同図において、 斜線部は光遮蔽部を示 してお 、 非斜線部は光透過部を示している 。 同心 円状に外周部か ら順に、 コ 一 ドハ⁰タ ー ン C₈ ， C_A , C ₂ ， C₁ が設け られてお ] 5 、 コ ー ドハ。タ ー ン C ·! の 内側に基準ハ。ター ン C_B が設け られている 。 コ ー ド タ タ ー ン C₈ ， c₄ , C₂ ， C₁ はそれぞれ、 同一円周上 に光透過部と光遮蔽部を交互に配設してな つ ている 基準ハ。タ ー ン C_Rは光透過部のみから っ ている 。 第 3 図は第 1 図に示 した従来の固定板 4 の平面図 であ る 。 同図に示される よ う に、 固定板 4 は、 矩形 状の光遮蔽板に設けられた光透過用 ス リ ッ ト SC₈ ,
[0027] SC₄ , SC₂ , SC およ び SC_R を備えて る 。 ス リ ッ ト SC。 〜 SC_j およ び sc_B はそれぞれ、 第 1 図に-示 し た よ う に、 回転符号板 2 の コ ー ドハ⁰タ ー ン C₈ 〜 C₁ およ び基準ハ。 タ ー ン C_Rの光透過部を通過 した光を透 過させる よ う に対応づけて配置されている 。
[0028] 発光素子 3 か ら放射された光の ¾かで、 コ ー ド、ハ。
[0029] タ ー ン c₈ 〜 c₁ のそれぞれの光透過部およ びス リ ッ ト SC₈ 〜 のそれぞれを透過 した光は、 受光素子 ！^^ 〜！^ にそれぞれ入射され、 電気信号に変換さ れる 。 これ らの電気信号はそれぞれ、 基準ハ。タ ー ン
[0030] C_Rおよびス リ ッ ト SC_E を透過 した光を受けて電気信 号に変換する受光素子 RD_R の出力信号 と比較される
[0031] 第 4 図は受光素子！U^ の出力信号と 受光素子 RD_R の出力信号と の比較を行な う 比較回路の 1 例を示す 回路図であ る 。 同図において、 コ 一 ドハ。タ ー ン C
[0032] を透過 した光を受け取る受光素子 に並列に抵抗
[0033] O PI _ WIPO" J 値 R の抵抗が接続されてお ]) 、 受光素子 RD のァ ノ — ドは比較器 5 の第 1 入力に接続されてお ] 、 カ ソ 一 ドは一定電圧 V。 に固定されて る 。基準ハ。タ ー ン
[0034] C _Rを透過した光を受け取る受光素子 RD_B に並列に、 抵抗値 0. 5 E の直列接続された 2 つの抵抗が接続さ れてお jP 、 該 2 つの抵抗の接続点 Nは比較器 5 の第
[0035] 2 入力に接続されてお ]) 、 受光素子 RD _R の カ ソ
[0036] は一定電圧 V。 に固定されている 。
[0037] 基準ハ° タ ー ン C _Bは光透過部のみから ¾ つ ているた め、 理想的には回転符号板 2 の回転中常に一定光量 の光が受光素子 HD _B に入射される 。 コ ー ドハ。 タ ー ン c ₁は光透過部と光遮蔽部とが交互に配設されて つ ている ので、 回転符号板 2 の回転中に受光素子
[0038] は新続的 光を受け取る 。 受光素子 RD _R の単位時間 当 ]) の理想的な受光量は、 受光素子 RD _j が受光して いる と き の単位時間当 ]) の受光量に等 しい。 従っ て 受光素子 , RD _R が受光している と き のそれ らの 両端の電圧は理想的には等 しい。 比較器 5 の第 2 入 力には 2 つの抵抗に よ って 1/2 に分圧された電圧が 印加される ので、 理想的には、 受光時には比較器 5 の第 1 入力の電 とする と第 2 入力の電圧は Ύ/2 と なる 。 こ の関係は、 発光素子 3 が劣化して発光量 が滅少 して も変 ら い。
[0039] 第 5 図（a)の実線波形およ び点線波形はそれぞれ、
[0040] _ΟΜΡΙ P 理想的な場合における第 4 図の比較器 5 の第 1 入力 お よ び第 2 入力の電圧波形図である 。 図に示される よ う に、 理想的には、 受光時と光遮断時と の比較器 5 'の第 1 入力における電圧差 Vは、 比較器 5 の第 2 入力における基準電圧 Vノ の倍と っ てお ] 、 比較 器 5 はこれを判別 して、 第 5 図（b)に示 した出力波形 を得る 。
[0041] しかしなが ら、 発光素子 3 は第 1 図に示 したよ う に、 その先端部が凸 レ ン ズ状にな っ ていて平行光線 が放射される よ う に工夫されているが、 凸 レ ン ズ状 の先端部はガ ラ スを溶解させた後、 重力に よ るたわ みを利用 して形成する といった簡単な工程で形成さ れているので、 曲率は不定であ ]) 、 必ず し も 平行光 線が放射され い 。 このため、 コ 一 ド ハ。タ ー ンを透 過 した光の一部は、 基準ハ。 タ ー ン に対応する ス リ ッ ト S C _B を透過 して受光素子 RD _R に受光される こ と が あ る 。 コ 一 ドハ。タ ー ンを透過 した光がま わ J 込んで 基準ハ。タ ー ン用受光素子 RD _R に入力される と、 その 両端の電圧は増大 し、 従っ て比較器 5 の第 2 入力の 電圧は変動する 。 こ う して、 第 5 図（c)に示すよ う に 受光素子 が受光中に、 受光素子 RD_B に も コ ー ド ハ。タ ー ン からの光が入射される結果、 比較器 5 の 第 1 入力の電圧は常に第 2 入力の電圧よ 1) 低いと い う 事態が生 じ、 第 5 図（d)の如 く 、 比較器 5 の出力は、
[0042] O Pl__ 受光素子 RD が受光中 も ロ ー レ べルと な っ て しま う 又、 第 2 入力の変動が小さい場合で も 、 比較器 5 の 出力は、 誤差を含んだも のになる ( 第 5 図（e)参照 ） この よ う な出力信号の誤差を避けるために、 従来 は、 発光素子 3 と 回転符号板 2 の間に凸 レ ン ズを設 けて、 平行光線を回転符号板 2 に照射していたが、 凸 レ ン ズは高価である こ と、 発光素子と 凸 レ ン ズ と の位置合せが困難である こ と等の問題がある 。
[0043] 次に本発明の実施例を説明する
[0044] 第 6 図は本発明の一実施例に よ る回耘符号板を示 す平面図である 。 同図におい て、 回転符号板 2 a は コ ― ド ハ。タ ー ン _{C 8 a} ' c_4a ' c_2a c_{1 a} と基準ハ。タ
[0045] — ン c_Sa を備えている 。 基準ハ°タ ン C Ra はコ ー ド ヽ⁰タ ー ン c_2a と C₄ 4 a。 の間に存在 している。 コ 一 ドハ。 タ ー ン ^C8 a 〜 ^Ci _a と基準ハ。 タ ー ン ^CBa の ハ° タ ー ン の 形式は夢 2 図に示 した従来例と 同 ~■て る 。
[0046] 第 - 7 図は本発明の一実施例に よ J 、 第 6 図に示 し た回転符号板 2 a の下に設け られる固定板を示す平 面図である 。 同図において、 固定板 4 a は、 回転符 号板 2 a の半径方向 1^ に、 コー ドノ タ ^ 一ンノ し 8a ， . c_4a , c_{2 a} およ び C _a に対応 して配列されたコー ド ハ⁰ タ ー ン用 ス リ ッ ト sc_8a , sc_4a SC 2 a ， sc_{1 a} 力 ら る コ 一 ドハ。 タ ー ン 用 ス リ ッ ト 群を備えている 。 ス リ ッ ト SC₄。 と ス リ ッ ト SC_{2 a} と の間に、 少な く と も 基準ハ。 タ ー ン c_Ba の上記半径方向における 幅に相 '当す る第 1 の所定間隔 がある。 固定板 4 a はま た、 回転符号板 2 a の基準ハ。 タ ー ン C_Ra に対応 して設け られた基準ハ。 タ ー ン用 ス リ ッ ト お よ び sc_R2 を 備えている 。 基準ハ⁰ タ ー ン用ス リ ッ ト SC_R ·! お よ び SC_E2 は回転符号板 2 a の回転方向 R₂ に、 例えば コ 一 ドハ⁰ タ ー ン用 ス リ ッ ト sc_8a 〜 sc_{1 a} の各々 の幅 W の 2 倍の間隔をおいて設け られてお ]9 、 且つ SC₈„
[0047] 〜 SC _a カ ら る コ 一 ドハ⁰ タ ー ン用 ス リ ッ ト 群の中 心線 C L に関 して対称的に配置さ れている 。 基準ハ° タ ー ン用 ス リ ッ ト SC_{E 1} と SC_R2 の第 2 の所定間隔 W₂ は、 少る く と も コ 一 ドハ。 タ ー ン用 ス リ ッ ト の上記 回耘方向における 幅 よ D大であれば よ い。
[0048] 第 6 図お よ び第 7 図に示 した構成に よ ]) 、 コ ー ド ハ。 タ ー ンを透過 した光が固定板 4 a の基準ハ。 タ ー ン 用ス リ ッ ト SC_{B 1} お よ び SC_R2 に到達する こ と は殆ん ど な い 。 従っ て光学式ハ。 ル ス エ ン コ ー ダ の出力信号 が光漏れに よ る誤差を生 じる こ と は殆ん ど る い。 コ — ド ハ⁰ タ ー ン 用 ス リ ッ ト お よ び基準ハ。 タ ー ン用 ス リ ッ ト の各々 の下には、 受光素子が設け られている 。 第 8 図は コ 一 ドノ、⁰ タ ー ン用 ス リ ッ ト SC_{4 a}の下の受 光素子 RD_{4 a} の 出 力信号 と、 基準ハ。 タ ー ン用 ス リ ッ ト
[0049] SC_{R 1} お . び SC_R2 の下の受光素子 RD_{E 1} お よ び RD_{R 7} の 出力信号 と の比較を行 う 比較回路の一実施例 を 示す回路図である 。 同図において、 受光素子 RD_B1 お よび RD_R2は並列接続されてお])、 直列接続された 抵抗値 · ~の 2 つの抵抗が RD_{B 1} 及び RD_R2 のァ ノ 一 ド と RD_R1 及び RD_R2 の力 ソ ー ドに接続されている 。 比 較器 5 a の第 1 入力には受光素子 RD_{4 a} のアノー ドが 接続されてお ] 、 第 2 入力には、 2 つの抵抗の接続 点 Na が接続されている 。
[0050] 受光素子 RD_{R 1} およ び RD_R2 は、 基準ハ。タ ー ン C_Ba を透過した光のみを受け取 ] 、 コ ー ドハ。タ ーンか ら の光は受け取 らないの で、 受光素子 ED_E1 および受光 素子 RD_B2はそれぞれ常に一定値 I の電流を発生して お ] 、 従って受光素子 RD_B1 及び RD_R2 のァノ 一 ド と RD_{B 1} 及び RD_Dゥ の力 ソ 一 ドの間の電圧は常に一定値 V である 。 比較器 5 a の方向には殆んど電流が流れ ない。 従っ て、 抵抗値 R/ の 2 つの抵抗には 2 1 の 電流が流れ、 抵抗分割に よ ！） 、 比較器 5 a の第 2 入 力の電圧 V'は常に /2 である 。 コ 一 ドハ。タ ー ン C_{4 a} の光透過部を通つ た光を受光素子 RD_4aが受け取つ た 場合、 比較器 5 a の第 1 入力の電圧は V と な ！）、 比 較器 5 a の出力は H レ ベル と な る 。 コー ド タ 一 ン C_{4 a} の光遮蔽部に よ ]3 光が遮断されて、 受光素子 RD_4aが光を受け取 らな 場合は、 比較器 5 a の第 1 入力の電圧は零であ ！） 、 従っ て比較器 5 a の出力は L レ ベル と な る 。 お、 受光素子 RD _{4 a} , RD_{B 1} , i D_{R 2} はアバ、 ラ ン シ ュ ダ イ オ ー ドであ ] 、 具体的には シ リ コ ン材料の
[0051] PN 接合を含むホ ト ダィ 才ー ド、で あ る 。
[0052] 以上の実施例においては 4 つの コ 一 ドハ。 タ ー ン を 持つ例を示 したが、 本発明は これに限定される も の では い。 ま た、 コ ー ドハ。 タ ー ン を透過 した光 と 基 準ハ。 タ ー ン を透過 した光 と を比較する手段は第 8 図 の も のに限定さ れず、 他の任意の形式の比較手段が 可能であ る 。 さ ら に、 前述の実施例においては 2 つ の基準ハ。 タ ー ン用 ス リ ツ ト を固定板に設けた例を示 したが、 本発明は こ れに限定されず、 単一の基準ハ。 タ ー ン用光ス リ ッ ト を コ 一 ドハ。 タ ー ン用 ス リ ッ ト 群 の 中心線 C L 力 ら コ 一 ドハ。 タ ー ン用 ス リ ッ ト の幅 W だけ離 して配置 して も よ い。 こ の場合は比較回路内 の基準 タ ー ン用 ス リ ッ ト に対応する受光素子は当 然の こ と る が ら 1 つであ る 。
[0053] 産業上の利用分野
[0054] 以上説明 した よ う に、 本発明に よ 、 回転符号板 と 固定板に工夫を施 した こ と に よ 、 光学式ア ブ ソ リ ュ ー ト エ ン コ ー ダにおいて、 基準ハ。 タ ー ン用 ス リ ッ ト に対す る他の コ 一 ドハ。 タ ー ンか らの光漏れが妨 止される の で、 基準信号の電圧 レ ベ ル の変動はな く ]) 、 且つ、 高価な レ ン ズを使用 しる く て も 済む と い う 効果が得 られ、 モータ 等の回転角度及び回転位
[0055] O PI 置の検出に極めて有利に利用される
[0056] 10
[0057] 15
[0058] 20
[0059] 24
[0060] OMPI
[0061] 、 ' Wi o

权利要求:
Claims 51 1 3 請 求 の 範 囲
1. 発光素子、
同一円周上に該発光素子か らの光を透過させる光 透過部と光遮蔽部を交互に配設してな る コ ー ドハ。 タ — ン を同心円状に複数個有し、 且つ、 該コ一 ドハ。タ ー ン と 同心円的に配置された光透過部のみか ら る 基準 タ 一 ンを有する回転符号板、 該回転符号板の該コ 一 ドハ。タ ー ン およ び該基準ハ。 タ ー ン の各々 に対応 して設け られた光透過用 ス リ ッ ト を備えた固定板、 および
該回転符号板の光透過部およ び該固定板の光透過 部を通過した該発光素子か らのそれぞれの光を受け 取る受光素子を具備する光学式ア ブ ソ リ ュ 一 ト ェ ン コ 一 ダにおいて、
該回転符号板に含まれる該基準ハ。 タ ー ンは、 該コ
- ドハ。 タ ー ン の隣接する 2 つに挾ま れて配置されて
該固定板は、
該回転符号板の半径方向に、 第 1 の所定間隔をお いて、 且つ該コ 一 ドハ。 タ ー ン に対応 して配列された 第 1 お よ び第 2 の コ ー ド タ 一 ン 用 ス リ ッ ト 群と 、 該基準パ タ ー ン に対応する位置で、 該コ 一 ドハ ° タ — ン用 ス リ ジ ト 群の中心線か ら第 2 の所定間隔だけ 離れた位置に設け られた基準ハ° タ 一 ン用光透過部と
OMFI
、^¾ 1
14
を備えている こ と を特徵とする光学式アブソ リ ユ ー ト ェ ン-コ一ダ ₀
2. 該第 1 の所定間隔は該基準ハ。 タ ー ン の該半径 方向における幅よ 大である請求の範囲第 1 項記载 の光学式ア ブ ソ リ ュ 一 ト エ ン コ ー ダ 。
3. 該第 2 の所定間隔は、 該回転符号板の回転方 向における該コ一 ドハ⁰タ ー ン 用 ス リ ッ ト 群の幅の半 分よ ]9大であ る請求の範囲第 2 項記載の光学式ァプ ソ リ ユ ー ト ェ ン コ 一 タ、、 。
4. 該基準ハ。タ ー ン用光透過部は、 該回耘符号板 の回転方向に、 該第 2 の所定間隔の 2 倍の間隔をお いて、 且つ該コ 一 ドハ。タ ー ン用ス リ ッ ト 群の配列方 向に関 して対称的に配置された第 1 および第 2 の基 準ハ。 タ ー ン 用 ス リ ッ ト を備えている請求の範囲第 3 項記載の光学式アブ ソ リ ユ ー ト エ ン コ ーダ。
5. 該第 1 よ び第 2 の コ ー ド、ハ。タ ー ン 用 ス リ ツ ト 群はそれぞれ、 複数の コ ー ドハ。タ ー ン 用 ス リ ッ ト か らな つている請求の範囲第 4 項記載の光学式ア ブ ソ リ ユ ー ト エ ン コ ー ダ、 。
6. 該第 1 および第 2 の基準ハ。タ ー ン 用 ス リ ッ ト を透過した光を受け取る受光素子の両端に発生する 電圧か ら基準電圧を得る手段、 及び該コー ドハ。タ ー ン 用 ス リ ッ ト の 各 々 を透過した光を受け取る受光 #、 子の両端に発生する電圧を該基準電圧と比較する 芋
— ΟΪ.'-ΡΙ 1
15
段を更に具備する請求の範囲第 5 項記載の光学式ァ ブ ソ リ ュ ー ト エ ン コ ー ダ、 。
OMPI

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公开号 | 公开日 | 专利标题

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法律状态:
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优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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