(57)【要約】  ガス放電ランプ（６）を駆動する電子ランプ駆動装置（１００）の点灯回路（１４０）が説明される。前記点灯回路（１４０）は：第１及び第２の電源入力端子（１０２、１０３）；前記第１及び第２の電源入力端子（１０２、１０３）の間に直列に接続された第１の制御可能な点灯スイッチ（１１１）及び第２の制御可能な点灯スイッチ（１１２）を有するスイッチ枝路（１１０）；１次巻線（４１）及び２次巻線（３２）を有する変圧器（３３）；前記変圧器の１次巻線（４１）と点灯コイル（４２）の直列構成は前記２つの制御可能な点灯スイッチ(１１１、１１２)の間の節点（Ｄ）に接続された１つの端子（４２ｂ）を有し、前記変圧器の１次巻線（４１）と接続された点灯コイル（４２）；前記直列構成の他端（４１ｂ）と前記電源入力端子（１０２、１０３）の１つの間に接続された蓄電コンデンサ（４４）、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス放電ランプを駆動する電子ランプ駆動装置の点灯回路であって、
前記点灯回路は：
第１及び第２の電源入力端子；
前記第１及び第２の電源入力端子の間に直列に接続された第１の制御可能な点灯スイッチ及び第２の制御可能な点灯スイッチを有するスイッチ枝路；
１次巻線及び２次巻線を有する変圧器；
前記変圧器の１次巻線と点灯コイルの直列構成は前記２つの制御可能な点灯スイッチの間の節点に接続された一端を有し、前記変圧器の１次巻線と直列に接続された点灯コイル；
前記直列構成の他端と前記電源入力端子の１つの間に接続された蓄電コンデンサ、
を有する、点灯回路。
【請求項２】
前記変圧器の２次巻線と並列に接続された点灯コンデンサを更に有する、請求項１記載の点灯回路。
【請求項３】
前記２つの制御可能な点灯スイッチを制御する点灯スイッチ制御部を更に有する、請求項１記載の点灯回路。
【請求項４】
前記点灯コイルは、変圧器の１次巻線の第１の端子に接続された第１の端子を有し、及び前記２つの制御可能な点灯スイッチの間の前記節点と接続された第２の端子を有する、請求項１記載の点灯回路。
【請求項５】
前記蓄電コンデンサは、前記変圧器の１次巻線の第２の端子と電源入力端子の１つの間に接続される、請求項４記載の点灯回路。
【請求項６】
前記蓄電コンデンサは、前記変圧器の１次巻線の第２の端子と低電位入力端子の間に接続される、請求項４記載の点灯回路。
【請求項７】
前記変圧器の磁化誘導率は、点灯コイルの誘導率より小さい、請求項１記載の点灯回路。
【請求項８】
請求項１の点灯回路の動作方法であって：
第１の状態で、前記第１の点灯スイッチを閉じ及び前記第２の点灯スイッチを開放する段階；
第２の状態で、前記第１の点灯スイッチを開放し及び前記第２の点灯スイッチを閉じる段階；
前記第１及び第２の状態の間を切り替え周波数で切り替える段階；
を有する方法。
【請求項９】
前記切り替え周波数は、前記変圧器の１次巻線及び前記蓄電コンデンサの直列接続の共振周波数と少なくともほぼ等しいように選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
初めに、前記切り替え周波数を前記共振周波数より高くなるよう選択する段階；
続いて、前記変圧器の１次巻線の電圧の振幅が最大に達するまで、前記切り替え周波数を低下させる段階、
を更に有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
初めに、前記切り替え周波数を前記共振周波数より高くなるよう選択する段階；
続いて、前記変圧器の１次巻線の電圧の振幅が所定の水準に達するまで、前記切り替え周波数を低下させる段階、
を更に有する、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記点灯回路を動作する段階は、前記変圧器の２次巻線と直列に接続されたランプの点灯後も継続させられる、請求項８記載の方法。
【請求項１３】
請求項８記載の動作方法を実行するよう設計された、請求項１記載の点灯回路。
【請求項１４】
ガス放電ランプを駆動する駆動回路であって、請求項１記載の点灯回路を有する、駆動回路。
【請求項１５】
ＨＢＣＦ構成を有し、前記ＨＢＣＦ構成は：
第１及び第２の電源電圧をそれぞれ受信する第１及び第２の電源入力端子；
前記第１及び第２の電源入力端子の間に直列に接続された第１の制御可能な駆動スイッチ及び第２の制御可能な駆動スイッチを有し、前記２つの駆動スイッチの間に第１の節点を有するスイッチ枝路；
前記第１及び第２の電源入力端子の間に直列に接続された第１のコンデンサ及び第２のコンデンサを有し、前記２つのコンデンサの間に第２の節点を有するコンデンサ枝路；
ランプを接続する出力端子を有し、前記第１及び第２の節点の間に接続されるランプ枝路
を有し、
前記ランプ枝路は、前記ランプ出力端子と直列に接続された変圧器の２次巻線を有する、請求項１４記載の駆動回路。
【請求項１６】
前記点灯回路の前記第１及び第２の電源入力端子は、前記駆動回路の前記第１及び第２の電源入力端子とそれぞれ接続される、請求項１４記載の駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス放電ランプ、特にＨＩＤ（高輝度放電）ランプの駆動装置に関する。詳細には、本発明は、ＨＢＣＦ型の駆動装置に関する。より詳細には、本発明は、このような駆動装置の点灯回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧放電ランプは、一般に整流直流電流（これは方形波形電流として示される）を供給することにより動作される。一方、放電ランプは、点灯のために高圧パルスを必要とする。これらのパルスは、ガス放電管内に故障を生じてしまう。開路電圧は、テイクオーバーを提供するため、つまり点灯したランプの電流を維持するために十分に高くなければならない。この時点から、ランプ出力はランプの公称値へ上昇する（ランアップ）。上記の点灯パルスは、３−５ｋＶの範囲の大きさを有する。
【０００３】
従来の（電磁）装置は、ランプを安定化させるバラストチョーク及びランプを点灯させる点灯装置を有し、点灯装置は点灯パルスを提供する。今日、従来の装置は、次第に電子装置により置き換えられている。この電子装置は、ランプ出力制御及び点灯の機能を、１つの電子回路又は安定器の中でしばしば電源の力率補正と結合する。
【０００４】
良く知られた従来の駆動装置は、３段に設計される。第１の段は、整流された交流電源入力電圧を受信しこの入力電圧をより高い直流出力電圧に変換するアップコンバーターを有する。第２の段は、直流出力電圧をアップコンバーターから受信するダウンコンバーターを有し、出力でより低い直流電圧（ランプ電圧）及び所望のランプ電流を提供する。このダウンコンバーターは、電流源特性を有する。つまりこのダウンコンバーターは、ランプ電流を実質的に一定値に制御する。第３の段は、ランプ電流の方向を、一般に約１００Ｈｚ程度の周波数で規則的に変化する整流器を有する。言い換えると、定常状態動作の間、ランプは実質的に一定の電流の大きさで動作されるが、ランプ電流は非常に短時間（整流期間）内に方向を変化する。
【０００５】
より少ない部品を有し従ってコストが低減されるという利点を有する別のデザインは、２段に設計され、ランプ電流制御及び整流の機能は、１段に統合される。従って、このような２段の電子安定器は、第１の段のアップコンバーターを有する。第１の段のアップコンバーターは、前段の調整器としても示され、整流された交流電源入力電圧を受信し、より高い直流出力電圧を提供する。第２の段として、この２段の電子安定器は、前段を整流する半ブリッジ（ＨＢＣＦ）を有する。
【０００６】
一般に、このようなＨＢＣＦは３つの枝路を有する。第１の枝路は、一般的にＭＯＳＦＥＴであり、直流電圧を前段の調整器から受信する入力端子間に直列に接続された２つのスイッチを有する。この第１の枝路は、以後、スイッチ枝路とも示される。第２の枝路は、前記２つの入力端子間に直列に接続された２つのコンデンサを有する。この第２の枝路は、以後、コンデンサ枝路とも示される。第３の枝路は、ランプを有し、ランプ枝路とも示される。第３の枝路は、一端で前記２つのスイッチ間の節点と、他端で前記２つのコンデンサ間の節点と接続される。スイッチ制御部は、スイッチのタイミングを制御する制御信号を生成する。
【０００７】
ランプ期間全体は、ランプ電流がある方向を有する第１の時間間隔、及びランプ電流が逆の方向を有する第２の時間間隔を有する。これら時間間隔のそれぞれの間、前記２つのスイッチの１つは、アクティブに指示され、同時に他方はパッシブに指示される。アクティブなスイッチは、開（非導通状態）及び閉（導通状態）に比較的高い周波数で切り替えられる。このアクティブなスイッチの閉状態の間、ランプ電流は、このアクティブなスイッチにより伝導され、振幅を増大する。このアクティブなスイッチの開状態の間、ランプ電流は、他方のスイッチ、つまりパッシブなスイッチと並列のダイオードにより伝導される。このダイオードは、ＭＯＳＦＥＴスイッチ自体の内部ダイオードであって良い。
【０００８】
特許文献１は、ＨＢＣＦ構成を有する整流段を有する、ガス放電ランプの電子安定器を記載している。点灯段階の間、スイッチ制御部は、ＨＢＣＦ要素自体が高周波数の点灯パルスを生成するよう、スイッチ制御部の制御信号を生成する。点灯後、スイッチ制御部は、定常状態動作の間、ＨＢＣＦ要素が整流直流電流を生成するよう、スイッチ制御部の制御信号を生成する。
【０００９】
定常状態動作では、音響共振の危険を回避するため、如何なる高周波数リンプルも可能な限り低いことが望ましい。このため、ＨＢＣＦ整流段はまた、ランプ電流の高周波成分を濾波するフィルター要素を有する。また、ＨＢＣＦ要素は、点灯中に高周波数の点灯パルスを生成可能である。これは、駆動装置の要素の対立する要件を生じる。つまり、点灯パルスが定常状態電流を生成する要素により提供される駆動装置は、通常、これら要件の間で妥協する。特に、定常状態のランプ駆動機能と点灯機能を別々に最適化することは非常に困難である。
【００１０】
図１は、従来の、別個の点灯回路を有する電子安定器を示すブロック図である。安定器１は、前段の調整器（示されない）から直流電圧を受信する端子２及び３を有する。この直流電圧は、一般に２００Ｖ程度の電源電圧を必要とするランプの場合、一般に約４００Ｖ程度である。第１の入力端子２における電位ＶＨは、第２の入力端子３における電位ＶＬより低いとする。安定器１は、前記入力端子２、３の間に直列に接続された２つのスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１１及び１２を有するスイッチ枝路１０を有する。前記２つのスイッチ１１及び１２の間の節点はＡと示される。スイッチ制御部１３は、スイッチ１１及び１２のタイミングを制御する制御信号を生成する。コンデンサ枝路２０は、前記入力端子２、３の間に直列に接続された２つのコンデンサ２１及び２２を有する。前記２つのコンデンサ２１及び２２の間の節点はＢと示される。この節点Ｂにおける電位は、一般に約（ＶＨ＋ＶＬ）／２に等しい。
【００１１】
ランプ枝路３０は、前記２つの節点Ａ及びＢの間に接続される。ランプ枝路３０は、ランプ６と接続するための出力端子４及び５、ランプコイル３１、及び変圧器３３の２次巻線３２の直列接続を有する。第１及び第２のフィルターコンデンサ３４及び３５は、一端でランプコイル３１及び変圧器の２次巻線３２の間の節点Ｃと、及び他端で第１及び第２の入力端子２及び３と、それぞれ接続される。点灯コンデンサ３６は、変圧器の２次巻線３２と並列に接続される。
【００１２】
変圧器３３及び点灯コンデンサ３６は、点灯回路４０の一部である。変圧器３３は、点灯コイル４２の第１の端子４２ａと接続された一方の端子４１ａを有する１次巻線４１を有する。制御可能なスイッチ４３は、点灯コイル４２の第２の端子４２ｂを第２の入力端子３と接続する。点灯回路４０は、変圧器の１次巻線４１の第２の端子４１ｂと第２の入力端子３の間に接続された蓄電コンデンサ４４、及び変圧器の１次巻線４１の第２の端子４１ｂと第１の入力端子２の間に接続された充電抵抗４５を更に有する。
【００１３】
留意すべき点は、このデザインの変形が可能である点である。例えば、点灯コンデンサ３６は、変圧器の１次巻線４１と並列に接続されて良い。
【００１４】
この従来の点灯回路４０の動作は、以下の通りである。初めに、制御可能なスイッチ４３は、開放され（非導通）、そして蓄電コンデンサ４４は、充電抵抗４５により伝導される充電電流により、第１の入力端子２の電圧に充電される。次に、制御可能なスイッチ４３は、閉じられ（導通）、そして蓄電コンデンサ４４は、変圧器の１次巻線４１及び点灯コイル４２を介して放電する。変圧器の１次巻線４１の電流は、変圧器の２次巻線３２、及び従ってランプ６と結合される。
【００１５】
この従来の回路の不利点は、原則的にただ１つの点灯パルスしか提供できないことである。ランプがこの１つのパルスで起動しない場合、次のパルスは、蓄電コンデンサ４４が再充電し終わった後にしか供給できない。
【００１６】
この従来の回路の別の不利点は、全ての放電電流はスイッチ４３を流れ、従ってこのスイッチ４３は、比較的高価なパワーＭＯＳＦＥＴでなければならないことである。
【００１７】
この従来の回路の別の不利点は、蓄電コンデンサ４４は、充電抵抗４５を介して抵抗性に充電されることである。
【００１８】
この従来の回路の別の不利点は、適切な点灯パルスを生成するため、蓄電コンデンサ４４は、比較的高い電圧に充電されなければならないことである。従って、入力端子２及び３の間の電位差は、比較的高くなければならない。実際のランプ駆動回路の要素１０、２０、３０は、この高い電位に適した定格を有さなければならない。
【００１９】
更なる不利点は、放電直後のテイクオーバー段階に関連する。テイクオーバー段階の間、ランプ電流を維持するため、しばしばバス電位（つまりVH−VL）を約１００Ｖ増加させる必要がある。
【特許文献１】米国特許第６１８８１８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の全体の目的は、以上に説明された問題の全ての又は少なくとも１つを除去又は少なくとも低減する、ガス放電ランプ駆動装置の点灯回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の重要な態様によると、放電ランプ駆動装置の点灯回路は、定常状態駆動回路と別に半ブリッジ共振回路を有する。作動中、蓄電コンデンサは、点灯コイルを介して、従って放電中に再び点灯コイル内に蓄積されたエネルギーを用いて、再充電され得る。回路は、共振して動作し、及び主に回路の共振周波数により決定された繰り返し率で点灯パルスを絶え間なく供給し得る。従って、ランプ６はより高速に点灯される。点灯後、ランプ電極が熱放出すると、点灯回路はオフに切り替えられるが、必要ならば、点灯回路の動作は困難な動作状態でランプの放電を支援し続け得る。
【００２２】
共振回路の更なる利点は、十分なランプ電圧を供給できること、及び十分なエネルギーをランプに入力しテイクオーバー段階の間、ランプを持続でき、バス電圧を上昇させる必要がないことである。
【００２３】
更なる利点は、共振動作中、点灯回路の半ブリッジスイッチの電流は、比較的小さいので、これらスイッチは比較的小さく安価にできることである。
【００２４】
更なる利点は、点灯機能は定常状態機能と完全に切り離されるので、ランプ駆動装置は、定常状態動作に最適化され得ると同時に点灯に最適化され得ることである。特に、望ましい定常状態動作モード、つまり限界不連続モードでランプ駆動装置を簡単に動作可能にする。更に、共振点灯部品の値及び定常状態動作でのフィルタリング部品の値は、妥協する必要無しに互いに独立に最適に選択され得る。
【００２５】
更なる利点は、ランプ駆動装置への入力電圧は、低い値に設定され得るので、低い定格電圧及び／又はより良い特性及び性能を有する部品が利用可能なことである。また、回路効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明のこれら及び他の態様、特徴及び利点は、本発明によるランプ駆動装置の好適な実施例の以下の記載により、図を参照して更に説明される。以下の図では、同一の参照符号は同一又は類似の部分を示す。
【００２７】
図２は、本発明による電子安定器１００のブロック図を示す。電子安定器１００は、本発明に従い設計された点灯回路１４０を有する。安定器１００の多くの構成要素は、従来の安定器１の対応する構成要素と同一であって良い。従って、図２では、このような構成要素は、図１と同一の参照符号を有するか、又は簡単のため省略され、それらは繰り返し説明されない。
【００２８】
従来の回路と同様に、点灯回路１４０は、節点Ｃ及びランプ出力端子４の間に、ランプ６と直列に接続された２次巻線３２を有する変圧器３３を有する。実際、本発明による点灯回路１４０は、変圧器の２次巻線３２の端子３２ａ及び３２ｂが点灯回路１４０の構成要素である出力端子として見なされ得る場合、既存の点灯回路を置き換える分離した置換回路として実施されて良い。
【００２９】
点灯回路１４０は、直流電圧を受信する入力端子１０２及び１０３を有する。第１の入力端子１０２における電位は、第２の入力端子１０３における電位より低いとする。原則として、これら２つの入力端子１０２及び１０３は、別個の電圧源に接続されて良い。通常、しかしながら、高位電圧入力端子１０２は、安定器１００の第１の入力端子２と接続され、低位電圧入力端子１０３は、安定器１００の第２の入力端子３と接続される。
【００３０】
変圧器３３は、点灯コイル４２の第１の端子４２ａと接続された１つの端子４１ａを有する１次巻線４１を有する。点灯回路１４０は、変圧器の１次巻線４１の第２の端子４１ｂと低位電圧入力端子１０３の間に接続された蓄電コンデンサ４４を有する。留意すべき点は、代案として、蓄電コンデンサ４４は、変圧器の１次巻線４１と高位電圧入力端子１０２の間に接続されて良いことである。
【００３１】
図１を参照する。留意すべき点は、変圧器の１次巻線４１の第２の端子４１ｂは、コンデンサ枝路２０の節点Ｂとも接続されて良い。この場合、蓄電コンデンサ４４は省略されて良い。
【００３２】
点灯回路１４０は、前記高位電圧入力端子１０２及び前記低位電圧入力端子１０３の間に直列に接続された２つのスイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）１１１及び１１２を有するスイッチ枝路１１０を有する。前記２つのスイッチ１１１及び１１２の間の節点はＤと示される。スイッチ制御部１１３は、スイッチ１１１及び１１２のタイミングを制御する制御信号を生成する。
【００３３】
点灯コイル４２の第２の端子４２ｂは、前記２つのスイッチ１１１及び１１２の間の前記節点Ｄと接続される。
【００３４】
本発明の点灯回路１４０の動作は、以下の通りである。
【００３５】
点灯スイッチ制御部１１３は、２つの制御状態の間を切り替える。第１の制御状態では、点灯スイッチ制御部１１３は、第１の点灯スイッチ１１１が閉じられ（導通）、第２の点灯スイッチ１１２が開放される（非導通）よう、点灯スイッチ制御部１１３の制御信号を生成する。また第２の制御状態では、点灯スイッチ制御部１１３は、第１の点灯スイッチ１１１が開放され（非導通）、同時に第２の点灯スイッチ１１２が閉じられる（導通）よう、点灯スイッチ制御部１１３の制御信号を生成する。従って、交流電流は、変圧器の１次巻線４１で生成され、結果として、変圧器の２次巻線３２に交流電流を生じる。好適な実施例では、変圧器３３の磁化誘導率は、点灯コイル４２の誘導率より小さい。従って、変圧器３３の磁化誘導率は、点灯コンデンサ３６と結合して、回路の共振周波数を決定する主要因である。この場合、点灯コンデンサ３６の電流及び変圧器３３の磁化誘導率は、実質的に同一の大きさ及び実質的に１８０°の位相差を有する。従って、点灯コイル４２を流れるこれら電流の和は、僅かであり、点灯スイッチ１１１及び１１２の電流は比較的小さい。
【００３６】
以上の説明で、当業者に明らかなように、変圧器３３の磁化誘導率は、変圧器の１次及び２次巻線の誘導率を結合したものを示す。
【００３７】
変圧器の１次巻線４１に生成される電圧は、切り替え周波数に依存する。図３は、変圧器の電圧ＶＴ（縦軸、単位は任意）を切り替え周波数Ｆ（横軸、単位は任意）の関数として示すグラフである。グラフから分かるように、変圧器の電圧ＶＴは、切り替え周波数Ｆが変圧器の１次巻線４１及び蓄電コンデンサ４４の直列接続の共振周波数ＦＲと等しい時、最大である。
【００３８】
点灯スイッチ制御部１１３は、１つの固定周波数で動作可能であるが、望ましい動作は以下の通りである。動作開始時に（つまり、駆動装置１００はオンに切り替えられる）、点灯スイッチ制御部１１３は、点灯スイッチ１１１及び１１２を共振周波数ＦＲからある程度離れた初期周波数Ｆ１で制御し始める。ここで、変圧器の電圧ＶＴは比較的低い（ＶＴ１）が、共振回路は比較的速く共振し始める。初期周波数Ｆ１は、共振周波数ＦＲより低く選択されて良いが、初期周波数は、示されるように共振周波数ＦＲより高く選択されることが望ましい。
【００３９】
次に、点灯スイッチ制御部１１３は、点灯スイッチ制御部１１３の動作周波数と共振周波数ＦＲの差を減少させる。つまり、点灯スイッチ制御部１１３は、図３の線１２１により示されるように、変圧器の電圧ＶＴが上昇するよう、点灯スイッチ制御部１１３の動作周波数を減少させる。
【００４０】
点灯スイッチ制御部１１３は、点灯スイッチ制御部１１３の動作周波数が共振周波数と同じになるまで継続するよう設計されて良い。また、点灯スイッチ制御部１１３は、変圧器の電圧ＶＴを（図３に示されないセンサーを利用することにより）監視し、そして変圧器の電圧ＶＴが所定の水準を超えたら直ちに点灯スイッチ制御部１１３の動作周波数を固定することが可能である。
【００４１】
以上の動作を有する点灯装置は、「共振点灯装置」として示される。
【００４２】
点灯スイッチ制御部１１３の動作は、ランプ駆動装置スイッチ制御部１３の動作と独立である。特に、点灯スイッチ制御部１１３は、テイクオーバー期間中、及び必要ならばランプの定常状態動作の間も動作を継続可能である。
【００４３】
更に、点灯回路１４０は、変圧器の２次巻線３２以外に、ランプ電流生成回路と共通の如何なる構成要素も有さないので、点灯回路１４０及びランプ電流生成回路は、互いに独立に最適化され得る。
【００４４】
当業者には、本発明は以上に説明された例である実施例に限定されず、いくつかの変形及び変更が請求の範囲に定めされた本発明の保護されるべき範囲内で可能であることが明らかであろう。
【００４５】
例えば、説明された実施例では、蓄電コンデンサ４４は、変圧器の１次巻線４１と低位電圧入力端子１０３の間に接続される。代案として、蓄電コンデンサ４４は、変圧器の１次巻線４１と高位電圧入力端子１０２の間に接続されて良い。
【００４６】
以上の説明では、本発明は、スイッチ制御部が機能ブロックとして示されたブロック図を参照して説明された。これら１つ以上の機能ブロックは、ハードウェアで実施されて良く、このような機能ブロックの機能は個々のハードウェア構成要素により実行されることが理解されるだろう。また、これら１つ以上の機能ブロックは、ソフトウェアで実施され、このような機能ブロックはコンピュータープログラムの１つ以上のプログラムの行又はマイクロプロセッサー、マイクロコントローラー、デジタルシグナルプロセッサー等のようなプログラム可能な装置により実行されることが理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の、別個の点灯回路を有する電子安定器を示すブロック図である。
【図２】本発明による別個の点灯回路を有する電子安定器を示すブロック図である。
【図３】品質因子を動作周波数の関数として表すグラフである。
【図１】
2007524212.tif 000003
【図２】
2007524212.tif 000004
【図３】
2007524212.tif 000005
【国際調査報告】
2007524212.tif 000006
2007524212.tif 000007