(57)【要約】【課題】波長変換素子を回転させる場合において映像信号に応じて発生し得るスクロールノイズを低減する。【解決手段】画像投射装置は、映像信号に基づいて光変調手段１０５により照明光を変調して画像を投射する。該装置は、光源１１１からの第１の光の少なくとも一部を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換して照明光を生成する波長変換素子１０８と、波長変換素子を回転させる回転手段１１２と、映像信号に応じて回転手段の回転速度を制御する制御手段１０６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号に基づいて光変調手段により照明光を変調して画像を投射する画像投射装置であって、
光源からの第１の光の少なくとも一部を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換して照明光を生成する波長変換素子と、
前記波長変換素子を回転させる回転手段と、
前記映像信号に応じて前記回転手段の回転速度を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記映像信号の階調に応じて前記回転速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記映像信号の色に応じて前記回転速度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記光源をパルス幅変調方式で駆動する光源駆動手段と、
前記映像信号に基づいて前記光変調素子をパルス幅変調方式で駆動する変調素子駆動手段とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記映像信号における所定の階調範囲ごとの階調の度数を検出し、該度数を用いて前記回転速度を設定することを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記制御手段は、階調または色に応じた重み付けをした前記度数を用いて前記回転速度を設定することを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記階調範囲ごとに設定された回転速度候補のうち前記度数が最も多い前記階調範囲に対する回転速度候補を前記回転速度として設定することを特徴とする請求項５または６に記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記映像信号が静止画の映像信号であると判定した場合に前記映像信号に応じた前記回転速度の制御を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の画像投射装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記回転手段の回転を、目標値として設定した前記回転速度に向けて漸次加速または漸次減速することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の画像投射装置。
【請求項１０】
光源からの第１の光の少なくとも一部を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換して照明光を生成する波長変換素子と、波長変換素子を回転させる回転手段とを有し、映像信号に基づいて光変調手段により前記照明光を変調して画像を投射する画像投射装置の制御方法であって、
前記映像信号を取得するステップと、
該映像信号に応じて前記回転手段の回転速度を制御するステップとを有することを特徴とする画像投射装置の制御方法。
【請求項１１】
光源からの第１の光の少なくとも一部を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換して照明光を生成する波長変換素子と、波長変換素子を回転させる回転手段とを有し、映像信号に基づいて光変調手段により前記照明光を変調して画像を投射する画像投射装置のコンピュータに制御処理を実行させるコンピュータプログラムであって、
前記制御処理は、
前記映像信号を取得する処理と、
該映像信号に応じて前記回転手段の回転速度を制御する処理とを含むことを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像投射装置（以下、プロジェクタという）において、照明光を画像変調する液晶パネル等の光変調素子をデジタル駆動方式、すなわちパルス幅変調（ＰＷＭ）方式で駆動すると、投射画像内で帯状の輝度むらが移動するスクロールノイズが発生する場合がある。また、プロジェクタには、レーザ等の固体光源から発せられた励起光の一部を波長変換して励起光と波長変換光とを含む照明光を生成する蛍光体等の波長変換素子を用いるものがある。波長変換素子は、その一部にのみ励起光が連続して入射することがないように回転される。特許文献１には、光変調素子の変調周波数と蛍光体の回転数との関係により発生するスクロールノイズを蛍光体の回転数を制御することで低減する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０３３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１には、スクロールノイズがプロジェクタに入力される映像信号の階調や色によっても発生することには言及されていない。
【０００５】
本発明は、波長変換素子を回転させる場合において映像信号に応じて発生し得るスクロールノイズを低減することができるようにした画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての画像投射装置は、映像信号に基づいて光変調手段により照明光を変調して画像を投射する。該装置は、光源からの第１の光の少なくとも一部を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換して照明光を生成する波長変換素子と、波長変換素子を回転させる回転手段と、映像信号に応じて回転手段の回転速度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の一側面としての制御方法は、光源からの第１の光の少なくとも一部を該第１の光とは波長が異なる第２の光に変換して照明光を生成する波長変換素子と、波長変換素子を回転させる回転手段とを有し、映像信号に基づいて光変調手段により前記照明光を変調して画像を投射する画像投射装置に適用される。該制御方法は、映像信号を取得するステップと、該映像信号に応じて回転手段の回転速度を制御するステップとを有することを特徴とする。
【０００８】
なお、上記制御方法を画像投射装置のコンピュータに実行させるコンピュータプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波長変換素子を回転させる画像投射装置において、映像信号に応じて発生し得るスクロールノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１であるプロジェクタの構成を示すブロック図。
【図２】実施例１における蛍光体回転速度制御処理を示すフローチャート。
【図３】実施例１における映像信号処理部から出力される映像信号の例を示す図。
【図４】上記映像信号における階調の度数分布を示す図。
【図５】実施例１における蛍光体の回転速度を決定するためのテーブルを示す図。
【図６】本発明の実施例２における蛍光体回転速度制御処理を示すフローチャート。
【図７】本発明の実施例３における蛍光体回転速度制御処理を示すタイムテーブル。
【図８】実施例３における蛍光体回転速度制御における目標回転速度と実設定回転速度の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１には、本発明の実施例である画像投射装置としてのプロジェクタの構成を示す。不図示のパーソナルコンピュータ等の映像供給装置から供給される映像信号（以下、入力映像信号という）１０１は、信号処理部１００に入力される。信号処理部１００は、映像信号処理部１０２、ＰＷＭ駆動部１０３、蛍光体回転制御部１０６およびＣＰＵ１０９を含む。
【００１３】
映像信号処理部１０２は、入力映像信号１０１に対して、解像度変換処理や、キーストーン処理その他の幾何変形処理や、色相変換処理や、ガンマ処理や、色むら補正処理その他の階調変換処理といった映像信号処理を行う。これにより、後述する液晶パネルを駆動するための映像信号（以下、パネル駆動用映像信号）を生成する。パネル駆動用映像信号は、Ｒ（赤）成分、Ｇ（緑）成分およびＢ（青）成分のそれぞれの階調を１２ビットのデジタルデータで示す。
【００１４】
ＰＷＭ駆動部１０３は、パネル駆動用映像信号のＲ、ＧおよびＢ成分のそれぞれの階調に応じてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号としてのＲ、ＧおよびＢ用パネル駆動信号を生成し、これらをＲ、ＧおよびＢ用のパネルドライバ（図では１つのみを示す）１０４に出力する。Ｒ、ＧおよびＢ用のパネルドライバ（変調素子駆動手段）１０４はそれぞれ、入力されたパネル駆動信号に応じて、Ｒ、ＧおよびＢ用の光変調素子としての液晶パネル（図では１つのみを示す）１０５をパルス幅変調方式、すなわちデジタル駆動方式で駆動する。
【００１５】
具体的には、パネルドライバ１０４は、映像信号の１フレーム期間（または１フィールド期間）を複数のサブフレーム期間に分割する。そして、パネル駆動信号（つまりはパネル駆動用映像信号の階調）に応じて、サブフレーム期間のそれぞれにおいて液晶パネル１０５の各画素に印加する電圧を第１の電圧と該第１の電圧より低い第２の電圧とに制御する。言い換えれば、各画素に対する所定電圧の印加と非印加を制御する。画素に第１の電圧または所定電圧が印加される時間が長い（サブフレーム期間の数が多い）ほど、該画素が形成する階調は高くなる。このようにして、液晶パネル１０５の各画素に様々な階調を形成（表示）させることができる。
【００１６】
Ｒ、ＧおよびＢ用の液晶パネル１０５はそれぞれ、画素ごとの階調に応じて、入射したＲ照明光、Ｇ照明光およびＢ照明光を変調してＲ画像光、Ｇ画像光およびＢ画像光５を生成する。Ｒ画像光、Ｇ画像光およびＢ画像光５は、不図示の色合成光学系により合成され、不図示の投射光学系を介してスクリーン等の被投射面に投射される。これにより、被投射面上にフルカラー画像が表示される。
【００１７】
本実施例のプロジェクタでは、液晶パネル１０５によって変調する照明光を生成するために波長変換素子としての蛍光体１０８を用いる。固体光源１１１としての青色レーザからの第１の光としてのＢ光が励起光として蛍光体１０８に照射されると、その一部が蛍光体１０８の蛍光（燐光）作用によって波長変換され、Ｂ光とは波長が異なる第２の光である蛍光としてのＹ（黄）光に変換される。Ｂ光とＹ光（Ｇ光＋Ｒ光）が混合したＷ（白）照明光は、不図示の色分離光学系によって、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光に分離されてＲ、ＧおよびＢ用の液晶パネル１０５に導かれる。
【００１８】
なお、波長変換素子は光源からの光の少なくとも一部を波長変換すればよく、全部を波長変換して照明光を生成してもよい。
【００１９】
ＣＰＵ１０９は、光源ドライバ（光源駆動手段）１１０を通じて固体光源１１１の発光および発光強度を制御する。発光強度の制御は、光源ドライバ１１０による固体光源１１１のＰＷＭ駆動においてデューティ比を変化させることで行う。
【００２０】
蛍光体１０８は、その温度が上昇すると蛍光光の発光効率が低下するという特性を有する。このため、モータ１１２により蛍光体１０８を回転させて、蛍光体１０８の同じ領域に励起光が連続して照射されないようにし、蛍光体１０８の温度上昇を抑制する。モータ１１２は、回転蛍光体ドライバ１０７によって駆動される。回転蛍光体ドライバ１０７およびモータ１１２により回転手段が構成される。
【００２１】
蛍光体回転制御部（制御手段）１０６は、映像信号処理回路１０２から出力されたパネル駆動用映像信号を取得し、該パネル駆動用映像信号に応じて、回転蛍光体ドライバ１０７を通じてモータ１１２、つまりは蛍光体１０８の回転速度（回転数）を制御する。具体的には、蛍光体回転制御部１０６は、パネル駆動用映像信号を構成する１フレーム画像の階調および色に応じて蛍光体１０８の回転速度を設定する。蛍光体回転制御部１０６は設定した回転速度での蛍光体１０８の回転を回転蛍光体ドライバ１０７に指示し、回転蛍光体ドライバ１０７は指示された回転速度で蛍光体１０８が回転するようにモータ１１２を駆動する。
【００２２】
図２のフローチャートは、蛍光体回転制御部（以下、単に制御部という）１０６が行う蛍光体１０８の回転速度制御処理を示している。制御部１０６は、コンピュータプログラムとしての制御プログラムに従って本処理を実行する。
【００２３】
ステップ３０１では、制御部１０６は、映像信号処理部１０２から得られたパネル駆動用映像信号（以下、単に映像信号という）の１フレーム画像におけるＲ、ＧおよびＢのそれぞれの階調ごとの度数を示すヒストグラムを作成する。上記１フレーム画像の例を図３に示す。図３は、ＷＵＸＧ（１６００×１２００画素）のランプ画像を示している。このランプ画像から作成されたヒストグラムを、図４に示す。
【００２４】
図４に示すように、ヒストグラムの階級は、色（Ｒ、ＧおよびＢ）と階調とで構成されている。０〜４０９５までの４０９６階調は、所定の階調範囲、ここでは２５６階調ごとに分割されている。なお、この例では全ての階調範囲の幅（階級幅）が等しく設定されている場合を示しているが、必ずしも全ての階調範囲の幅が等しくなくてもよい。
【００２５】
検出度数は、それぞれの階級でカウント（検出）された階調の度数を示す。図４では、全ての階級の検出度数が同じであるが、実際には映像信号によって様々な値となる。
【００２６】
ステップ３０２では、制御部１０６は、ステップ３０１でカウントした階級ごとの検出度数に対して重み付けを行う。具体的には、色に応じた重み（以下、色重みという）と階調に応じた重み（以下、階調重みという）とを検出度数に乗算する。図４には、検出度数に、色重み×階調重みの値である合成重みを乗算した結果を重み付き度数として示している。なお、検出度数に対して色および階調以外の要素に応じた重み付けを行ってもよいし、重みは整数値に限らず、小数値であってもよい。
【００２７】
色重みは、スクロールノイズに対してこれを見た人が不自然に感じる度合いを示しており、特に人が明るさを感じるＧにおいてこの色重みを他の色よりも大きくしている。同様に、階調重みも、スクロールノイズが目立ち易い階調が高いほど大きくしている。なお、図４では、Ｒ、ＧおよびＢのそれぞれにおける階調重みが互いに同じ値となっているが、これらは互いに異なっていてもよい。
【００２８】
ステップ３０３では、制御部１０６は、ステップ３０２で計算した階級ごとの重み付け度数のうち、同じ速度インデックスが割り当てられた複数の階級の重み付け度数を合計する。速度インデックスは、階級（階調範囲）ごとに最もスクロールノイズが目立ち難い又はスクロールノイズを許容範囲に抑えられる蛍光体１０８の回転速度に与えられた指標（インデックス）である。図４では、Ｒ、ＧおよびＢにおける同じ階級に対しては共通の速度インデックスを設定しているが、Ｒ、ＧおよびＢにおける同じ階級に対して互いに異なる速度インデックスを設定してもよい。
【００２９】
ステップ３０３の処理結果を図５に示す。例えば図４において速度インデックス０が割り当てられたＲ、ＧおよびＢのそれぞれの３つの階級の重み付け度数（１２００００、１２００００、１２００００、３６００００，３６００００、３６００００、１２００００、１２００００、１２００００）の合計が合計度数１８００００である。同様に速度インデックス１および２が割り当てられたＲ、ＧおよびＢのそれぞれの複数の階級の重み付け度数の合計が、合計度数１１４０００００および６００００００である。
【００３０】
ステップ３０４では、制御部１０６は、ステップ３０３で算出した合計度数のうち最も大きい合計度数（最大合計度数）を選択する。図４および図５に示す例では、速度インデックス１が割り当てられた階級の合計度数１１４０００００を選択する。次に、制御部１０６は、図５に示すように速度インデックスごとに予め設定された回転速度候補（７０００、９０００，１２０００ＲＰＭ）のうち最大合計度数が得られた速度インデックスに対して設定された回転速度候補（ここでは９０００ＲＰＭ）を選択する。そして、この選択した回転速度候補を実際に蛍光体１０８を回転させる回転速度として設定する。
【００３１】
なお、速度インデックスごとの合計度数が全て同じである場合には、制御部１０６はどの速度インデックスに対して設定された回転速度候補を選択してもよい。速度インデックスの値が小さい方に対して設定された回転速度候補が優先して選択されるようにしてもよい。
【００３２】
ステップ３０５では、制御部１０６は、ステップ３０４で設定した回転速度を蛍光体回転ドライバ１０７に指示する。これにより、制御部１０６は、映像信号の階調に応じて設定した回転速度で蛍光体１０８を回転させるようにモータ１１２を制御する。
【００３３】
本実施例によれば、蛍光体１０８の回転速度を映像信号の階調や色に応じて設定されたスクロールノイズを低減可能な回転速度に制御することで、投射画像におけるスクロールノイズが目立たないプロジェクタを実現することができる。
【００３４】
なお、本実施例では、図２に示した処理で算出した回転速度をそのまま蛍光体回転ドライバ１０７に指示した。しかし、蛍光体１０８の急な回転速度の変動を抑えるために、ステップ３０４で設定した回転速度を目標値とし、その目標値に向けて蛍光体１０８の実際の回転速度を漸次変化させるように制御してもよい。これについては、後に実施例３として詳しく説明する。
【実施例２】
【００３５】
図６のフローチャートは、本発明の実施例２において制御部１０６が行う蛍光体１０８の回転速度制御処理を示している。制御部１０６は、コンピュータプログラムとしての制御プログラムに従って本処理を実行する。本実施例では、制御部１０６は、映像信号処理部１０２からの映像信号が静止画の映像信号（以下、静止画信号という）である場合に限って実施例１（図２）で説明したように映像信号の階調に応じた回転速度制御処理を行う。言い換えれば、動画の映像信号（以下、動画信号）である場合には映像信号の階調に応じた回転速度制御処理を行わない。これには、動画ではスクロールノイズが目立ち難いためである。
【００３６】
ステップ７０１では、制御部１０６は、映像信号処理部１０２からの映像信号を構成する複数のフレーム画像を用いて、該映像信号が静止画信号か否かを判定する。制御部１０６は、例えば、上記複数のフレーム画像における時間的に連続した２つずつのフレーム画像間において互いに対応する画素位置の画素値の差分を順次とる。そして、それらの差分が所定範囲内となった回数が所定回数を超えた場合に映像信号が静止画信号であると判定する。上記差分が所定範囲内となった回数が所定回数以下であった場合には、映像信号が動画信号であると判定する。一連の映像信号が動画信号と静止画信号との間で変化する場合があるため、この判定は所定周期で繰り返し行う。
【００３７】
ステップ７０１において映像信号が静止画信号であると判定した制御部１０６は、実施例１で説明したステップ３０１〜ステップ３０５の処理を行って蛍光体１０８の回転速度を設定（変更または維持）した後、再びステップ７０１の判定を行う。
【００３８】
一方、ステップ７０１において映像信号が動画信号であると判定した制御部１０６は、ステップ３０１〜ステップ３０５の処理を行うことなくステップ７０２に進み、所定の回転速度を蛍光体回転ドライバ１０７に指示する。これにより、制御部１０６は、映像信号の階調にかかわらず、所定の回転速度で蛍光体１０８を回転させるようにモータ１１２を制御する。
【００３９】
上述した映像信号が静止画信号か動画信号かの判定方法は例であり、他のどのような判定方法を用いもよい。例えば、フレーム画像ごとの全画素値の合計値または最大値の変化量が所定範囲内である場合に映像信号が静止画信号と判定してもよい。また、ステップ３０１で作成する映像信号のヒストグラムの変化量が所定範囲内である場合に映像信号が静止画信号であると判定してもよい。
【００４０】
本実施例によれば、映像信号の階調や色に応じた蛍光体１０８の回転速度の制御をスクロールノイズが目立ち易い映像信号が静止画信号である場合に限定して行うことで、上記制御による消費電力の増加を抑えることができる。
【実施例３】
【００４１】
次に、図７および図８を用いて本発明の実施例３について説明する。実施例１および実施例２では、ステップ３０４で選択された回転速度をそのまま回転蛍光体ドライバ１０７に指示した。これに対して、本実施例では、ステップ３０４で選択された回転速度を目標値（以下、目標回転速度という）としてこれに向けて蛍光体１０８の実際の設定回転速度（以下、実設定回転速度という）を緩やかに変化させる、すなわち漸次加速または漸次減速させる。
【００４２】
図７は、本実施例における蛍光体回転速度制御の例を示すタイムテーブルである。この蛍光体回転速度制御の方式は、一般的にはＰ制御（比例制御）と呼ばれている方式である。本実施例では説明する制御方式は例に過ぎず、他の制御方式を用いてもよい。
【００４３】
図７の１行目には、縦に並ぶ数値の意味を示す。左から、時間（秒）、目標回転速度、誤差、Ｐ、速度変更量＿ｍｉｎ、速度変更量＿ｍａｘ、実速度変更量および実設定回転速度である。時間（秒）は、本実施例において目標回転速度および実設定回転速度が更新されるタイミングを示しており、制御部１０６は１秒ごとに実設定回転速度を目標回転速度に近づける処理を行う。目標回転速度は、最終的に蛍光体１０８を回転させる回転速度であり、上述したように実施例１または実施例２のステップ３０４で選択される回転速度である。
【００４４】
誤差は、目標回転速度から現在の実設定回転速度を差し引いた値である。例えば、時間（秒）が１０の時点での目標回転速度は１２０００であり、その１秒前の実設定回転速度は７０００であるので、誤差は５０００となる。Ｐは、上記誤差に固定パラメータＫＰを乗じた値であり、後述する実速度変更量の候補である。
【００４５】
速度変更量＿ｍｉｎは、実速度変更量の下限値を示し、ここでは固定値−３００を設定している。速度変更量＿ｍａｘは、実速度変更量の上限値を示しており、ここでは固定値３００を設定している。
【００４６】
実速度変更量は、これを現在の実設定回転速度に加えることによって新たな（１秒後の）実設定回転速度を導出するために用いられる。上記Ｐが速度変更量＿ｍｉｎ以上、かつ速度変更量＿ｍａｘ以下である場合は、Ｐが実速度変更量として設定される。また、Ｐが速度変更量＿ｍｉｎより小さい場合はその速度変更量＿ｍｉｎが実速度変更量として用いられ、Ｐが速度変更＿ｍａｘより大きい場合はその速度変更量＿ｍａｘが実速度変更量として用いられる。
【００４７】
図８は、図７に示したタイムテーブルに従った蛍光体回転速度制御による実設定回転速度の変化を示す。図中の点線が目標回転速度の変化を示し、実線が実設定回転速度の変化を示す。図に示すように、急激に変化する目標回転速度に対して、実設定回転速度は緩やかに追従するよう変化している。これにより、蛍光体１０８の回転速度をスクロールノイズを低減可能な回転速度に制御しつつ、蛍光体１０８の急な回転速度の変動を抑えることができる。
【００４８】
本実施例では、蛍光体回転速度制御をフィードフォアード制御により行う場合について説明したが、蛍光体１０８の実際の回転速度を検出してフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００４９】
（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【００５０】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１１１  励起光源
１０８  蛍光体
１０５  液晶パネル（光変調素子）
１０３  ＰＷＭ駆動部
１０６  蛍光体回転制御部
１０７  蛍光体回転ドライバ
１１２  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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