(57)【要約】【課題】動く被写体を撮像した画像の品質を高めることができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１００は、ＭＯＳセンサ６と、ＭＯＳセンサ６から出力された撮像信号を画像信号に変換する信号変換器７とを具備し、ＭＯＳセンサ６は、複数のフォトダイオード５によってそれぞれ構成されたｎ行のフォトダイオード行４と、各フォトダイオード５にそれぞれ蓄積された電荷を各フォトダイオード行４ごとに順番に読み出して撮像信号として出力する読み出し器１とを有しており、全ライン読み出し期間は１フレーム分の画像を表示するための１フレーム期間よりも短くなっていることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像した撮像信号を出力するＭＯＳ型固体撮像素子（以下「ＭＯＳセンサ」という）と、
前記ＭＯＳセンサから出力された前記撮像信号を、前記被写体の画像を表示するための画像信号に変換する信号変換器とを具備する撮像装置であって、
前記ＭＯＳセンサは、それぞれが水平方向に沿って配置された複数のフォトダイオードによってそれぞれ構成されたｎ行（ｎは、２以上の整数）のフォトダイオード行と、
各フォトダイオードにそれぞれ蓄積された電荷を１行目のフォトダイオード行からｎ行目のフォトダイオード行まで各フォトダイオード行ごとに順番に読み出して撮像信号として出力する読み出し器とを有しており、
前記１行目のフォトダイオード行を構成するフォトダイオードに蓄積された電荷を読み出してから前記ｎ行目のフォトダイオード行を構成するフォトダイオードに蓄積された電荷を読み出すまでの全ライン読み出し期間は、フォトダイオードに電荷が蓄積されている期間よりも短くなっていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記全ライン読み出し期間は、各フォトダイオード行を構成するフォトダイオードに電荷が蓄積される期間をそれぞれ示す電荷蓄積期間の間の時間軸に沿ったずれに起因する前記被写体の画像の歪が人間の視感度特性上無視することができる程度に十分小さくなるように、短くなっている、請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記全ライン読み出し期間は、１／３０秒よりも短くなっている、請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記読み出し器は、所定の読み出しパルスに応じて、各フォトダイオードにそれぞれ蓄積された電荷を各フォトダイオード行ごとに読み出す、請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記所定の読み出しパルスを生成して前記読み出し器へ供給するタイミング生成器をさらに具備する、請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】
前記タイミング生成器は、前記全ライン読み出し期間が１／３０秒よりも短くなるように前記所定の読み出しパルスを生成する、請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記信号変換器によって変換された前記画像信号を１フレーム分蓄積するメモリをさらに具備する、請求項１記載の撮像装置。
【請求項８】
前記メモリに蓄積された前記１フレーム分の前記画像信号を次のフレーム期間において１フレーム期間の間に読み出して出力するメモリ制御器をさらに具備する、請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＯＳセンサを搭載する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、Ｓ／Ｎ比のよい画像を得るために、フォトダイオードに蓄積された電荷を完全転送できる構造を有し、低ノイズの特徴を実現できるＣＣＤ型固体撮像素子（以下、ＣＣＤセンサと称する）が使用されてきた。近年、携帯電話に搭載されるカメラの普及により、低消費電力が特徴となるＭＯＳセンサを用いた撮像装置の需要が高まってきた。
【０００３】
ＣＣＤセンサとＭＯＳセンサとの間の相違点として、駆動方法に伴う映像の読み出し動作が異なってくる。ＣＣＤセンサの場合、フォトダイオードと対に電荷を転送するための垂直ＣＣＤを有する。そのため、フォトダイオードに蓄積された電荷は、全画素が同時刻に垂直ＣＣＤへ読み出され、その後順次垂直ＣＣＤによって電荷が転送され映像信号として読み出される。
【０００４】
一方、ＭＯＳセンサは、電荷を転送するための垂直ＣＣＤを有しないため、ライン毎に電荷を読み出し映像信号とする構造がとられている。ＭＯＳセンサに設けられたフォトダイオードに電荷が蓄積される期間を表す電荷蓄積期間は、最初に読み出されるラインと最後に読み出されるラインとの間で読み出しフレームレート分の時間軸に沿ったずれが生じてしまう。
【０００５】
このことにより、ＣＣＤセンサの場合は、同一フレーム内で動きが伴う動被写体において、歪みの無い同時刻の画像が撮影されるのに対して、ＭＯＳセンサの場合は、実体と異なって被写体の画像が歪んでしまうという問題がある。以下、図面を用いながら、従来のＭＯＳセンサを用いた撮像装置について説明する。
【０００６】
図４は、従来の撮像装置９０の構成を示すブロック図である。撮像装置９０は、ＭＯＳセンサ９６を備えている。ＭＯＳセンサ９６は、それぞれが水平方向に沿って配置された複数のフォトダイオード５によってそれぞれ構成されたｎ行（ｎは、２以上の整数）のフォトダイオード行４を有している。ＭＯＳセンサ９６には、読み出し器９１が設けられている。読み出し器９１は、タイミング生成器８１によって生成された読み出しパルスに応じて、各フォトダイオード５にそれぞれ蓄積された電荷を１行目のフォトダイオード行４からｎ行目のフォトダイオード行４まで各フォトダイオード行４ごとに順番に読み出して撮像信号として信号変換器７へ出力する。
【０００７】
信号変換器７は、タイミング生成器８１によって生成されたタイミング信号に応じて、ＭＯＳセンサ９６に設けられた読み出し器９１から出力された撮像信号を、被写体の画像を表示するための画像信号に変換し、画像信号出力端子１４を介して撮像装置９０の外部へ出力する。
【０００８】
このように構成された撮像装置９０の動作を説明する。図５は、従来の撮像装置９０に設けられたＭＯＳセンサ９６の撮像面イメージ８５を示す図である。図６は、従来の撮像装置９０の動作を説明するための模式的な波形図である。
【０００９】
撮像面イメージ８５には、１番目のラインの読み出しラインイメージ８６、２番目のラインの読み出しラインイメージ８７および最終ラインの読み出しラインイメージ８８が示されている。各読み出しラインイメージ８６、８７および８８は、水平方向に沿って撮像面イメージ８５に均等な間隔で配置される。
【００１０】
タイミング生成器８１は、１フレーム期間３ごとに所定のパルスを有するフレーム基準信号１９に応じて、１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。ＭＯＳセンサ９６に設けられた読み出し器９１は、タイミング生成器８１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。
【００１１】
そして、タイミング生成器８１は、１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成してから期間９９だけ経過した後に、２番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器９１は、タイミング生成器８１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、２番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。
【００１２】
以下同様にして、タイミング生成器８によって生成された読み出しパルスに応じて読み出し器９１が３番目以降のラインから電荷を読み出して撮像信号として出力した後、タイミング生成器８１は、最終ラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器９１は、タイミング生成器８１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、最終ラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。
【００１３】
従って、すべてのラインを読み出すためには、１ライン目のラインの読み出しパルス１０から最終ラインの読み出しパルス１０までの、約１フレーム期間３にほぼ相当する全ライン読み出し期間９２がかかる。
【００１４】
次に、タイミング生成器８１は、フレーム基準信号１９の１フレーム期間後の次のパルスに応じて、再び１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器９１は、タイミング生成器８１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、再び１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。このように、読み出し器９１によって読み出される電荷は、電荷蓄積期間８の間に１ライン目の各フォトダイオードに蓄積された電荷である。
【００１５】
そして、タイミング生成器８１は、１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成してから期間９９だけ経過した後に、２番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器９１は、タイミング生成器８１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、２番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。このように、電荷蓄積期間８の間に２ライン目の各フォトダイオードに蓄積された電荷が読み出し器９１によって読み出される。以下同様にして、タイミング生成器８１は、最終ラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器９１は、タイミング生成器８１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、最終ラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。このように、電荷蓄積期間８の間に各フォトダイオード５に蓄積された電荷が各フォトダイオード５から読み出される。
【００１６】
信号変換器７は、読み出し器９１から出力された撮像信号に、ガンマ補正、アパーチャ処理、ゲインコントロール処理、オフセットコントロール処理等の一般的な信号処理を施して、多値化された画像信号を生成し、画像信号出力端子１４から外部へ出力する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述した従来技術の構成では、各フォトダイオード５に電荷が蓄積される電荷蓄積期間８が、隣接するライン間で、時間軸方向に沿って互いに期間９９だけずれているため、各フォトダイオード行４ごとに読み出された電荷に基づいて生成された被写体の画像が垂直方向にそって歪むという問題がある。
【００１８】
図７（ａ）は従来の撮像装置９０と撮像装置９０によって撮像される被写体７２を説明するための図であり、図７（ｂ）は従来の撮像装置９０によって撮像された被写体７２の画像イメージ７３を示す図である。移動方向７１に沿って動く被写体７２を撮像装置９０によって撮像すると、隣接するライン間における電荷蓄積期間８の時間軸方向に沿ったずれに起因して、撮像装置９０によって撮像された画像イメージ７３において被写体７２の画像に歪みが生じる。この画像の歪みは、ＭＯＳセンサの全画素読み出し終了までの時間が長ければ長いほど顕著になる。
【００１９】
本発明は係る問題を解決するためになされたものであり、その目的は、動く被写体を撮像した画像の品質を高めることができる撮像装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成するために本発明に係る撮像装置は、被写体を撮像した撮像信号を出力するＭＯＳ型固体撮像素子（以下「ＭＯＳセンサ」という）と、前記ＭＯＳセンサから出力された前記撮像信号を、前記被写体の画像を表示するための画像信号に変換する信号変換器とを具備する撮像装置であって、前記ＭＯＳセンサは、それぞれが水平方向に沿って配置された複数のフォトダイオードによってそれぞれ構成されたｎ行（ｎは、２以上の整数）のフォトダイオード行と、各フォトダイオードにそれぞれ蓄積された電荷を１行目のフォトダイオード行からｎ行目のフォトダイオード行まで各フォトダイオード行ごとに順番に読み出して撮像信号として出力する読み出し器とを有しており、前記１行目のフォトダイオード行を構成するフォトダイオードに蓄積された電荷を読み出してから前記ｎ行目のフォトダイオード行を構成するフォトダイオードに蓄積された電荷を読み出すまでの全ライン読み出し期間は、フォトダイオードに蓄積される電荷の蓄積時間よりも短くなっていることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る撮像装置においては、１行目のフォトダイオード行を構成するフォトダイオードに蓄積された電荷を読み出してからｎ行目のフォトダイオード行を構成するフォトダイオードに蓄積された電荷を読み出すまでの全ライン読み出し期間は、１フレーム分の画像を表示するための１フレーム期間よりも短くなっている。このため、各フォトダイオード行を構成するフォトダイオードに電荷が蓄積される期間をそれぞれ示す電荷蓄積期間の間の時間軸に沿ったずれに起因する前記被写体の画像の歪が人間の視感度特性上無視することができる程度に十分小さくなる。その結果、品質の高い画像を得ることができる撮像装置を提供することができる。
【００２２】
前記全ライン読み出し期間は、各フォトダイオード行を構成するフォトダイオードに電荷が蓄積される期間をそれぞれ示す電荷蓄積期間の間の時間軸に沿ったずれに起因する前記被写体の画像の歪が人間の視感度特性上無視することができる程度に十分小さくなるように、短くなっていることが好ましい。
【００２３】
前記全ライン読み出し期間は、１／３０秒よりも短くなっていることが好ましい。
【００２４】
前記読み出し器は、所定の読み出しパルスに応じて、各フォトダイオードにそれぞれ蓄積された電荷を各フォトダイオード行ごとに読み出すことが好ましい。
【００２５】
前記所定の読み出しパルスを生成して前記読み出し器へ供給するタイミング生成器をさらに具備することが好ましい。
【００２６】
前記タイミング生成器は、前記全ライン読み出し期間が１／３０秒よりも短くなるように前記所定の読み出しパルスを生成することが好ましい。
【００２７】
前記信号変換器によって変換された前記画像信号を１フレーム分蓄積するメモリをさらに具備することが好ましい。
【００２８】
前記メモリに蓄積された前記１フレーム分の前記画像信号を次のフレーム期間において１フレーム期間の間に読み出して出力するメモリ制御器をさらに具備することが好ましい。
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係る撮像装置１００の構成を示すブロック図である。撮像装置１００は、ＭＯＳセンサ６を備えている。ＭＯＳセンサ６は、それぞれが水平方向に沿って配置された複数のフォトダイオード５によってそれぞれ構成されたｎ行（ｎは、２以上の整数）のフォトダイオード行４を有している。
【００３１】
ＭＯＳセンサ６には、読み出し器１が設けられている。読み出し器１は、タイミング生成器１１によって生成された読み出しパルスに応じて、各フォトダイオード５にそれぞれ蓄積された電荷を１行目のフォトダイオード行４からｎ行目のフォトダイオード行４まで各フォトダイオード行４ごとに順番に読み出して撮像信号として信号変換器７へ出力する。
【００３２】
信号変換器７は、タイミング生成器１１によって生成されたタイミング信号に応じて、ＭＯＳセンサ６に設けられた読み出し器１から出力された撮像信号を、被写体の画像を表示するための画像信号に変換し、メモリ１２へ蓄積する。
【００３３】
撮像装置１００には、メモリ制御器１３が設けられている。メモリ制御器１３は、メモリ１２に蓄積された１フレーム分の画像信号を次のフレーム期間において１フレーム期間の間に読み出して、画像信号出力端子１４を介して撮像装置９０の外部へ出力する。
【００３４】
このように構成された撮像装置１００の動作を説明する。図２は本実施の形態に係る撮像装置１００に設けられたＭＯＳセンサ６の撮像面イメージ１５を示す図であり、図３は撮像装置１００の動作を説明するための模式的な波形図である。
【００３５】
撮像面イメージ１５には、１番目のラインの読み出しラインイメージ１６、２番目のラインの読み出しラインイメージ１７および最終ラインの読み出しラインイメージ１８が示されている。各読み出しラインイメージ１６、１７および１８は、水平方向に沿って撮像面イメージ１５に均等な間隔で配置される。
【００３６】
タイミング生成器１１は、１フレーム期間３ごとに所定のパルスを有するフレーム基準信号１９に応じて、１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。ＭＯＳセンサ６に設けられた読み出し器１は、タイミング生成器１１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。
【００３７】
そして、タイミング生成器１１は、１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成してから期間９だけ経過した後に、２番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器１は、タイミング生成器１１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、２番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。
【００３８】
以下同様にして、３番目以降のラインから電荷を読み出した後、タイミング生成器１１は、最終ラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器１は、タイミング生成器１１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、最終ラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。
【００３９】
従って、すべてのラインを読み出すためには、１ライン目のラインの読み出しパルス１０から最終ラインの読み出しパルス１０までの全ライン読み出し期間２がかかる。
【００４０】
本実施の形態に係る撮像装置１００においては、全ライン読み出し期間２は１フレーム期間３よりも短くなっている。全ライン読み出し期間２は、各ラインの電荷蓄積期間８の時間軸に沿ったずれを表す期間９に起因する被写体の画像の歪が人間の視感度特性上無視することができる程度に十分小さくなるように、短くなっていることが好ましく、１／３０秒よりも短くなっていることが好ましい。タイミング生成器１１は、全ライン読み出し期間２が１／３０秒よりも短くなるように読み出しパルス１０を生成する。
【００４１】
全ライン読み出し期間２が１／３０秒よりも短くなると、１ライン目のフォトダイオードの電荷蓄積期間と最終ラインのフォトダイオオードの電荷蓄積期間との間の時間軸に沿ったずれが１／３０秒よりも短くなる。
【００４２】
３０フレーム／秒以下における動体の変化は、人間の視感度特性によれば動体であるか否かの区別がつかないという特徴がある。このため、全ライン読み出し期間２が１／３０秒よりも短いと、被写体の画像の歪が人間の視感度特性上無視することができる程度に十分小さくなる。
【００４３】
次に、タイミング生成器１１は、フレーム基準信号１９の１フレーム期間後の次のパルスに応じて、再び１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器１は、タイミング生成器１１によって生成された読み出しパルスに応じて、再び１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。このように、電荷蓄積期間８の間に１ライン目の各フォトダイオードに蓄積された電荷が読み出し器１によって読み出される。
【００４４】
そして、タイミング生成器１１は、１番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成してから期間９だけ経過した後に、２番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器１は、タイミング生成器１１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、２番目のラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。このように、電荷蓄積期間８の間に２ライン目の各フォトダイオードに蓄積された電荷が読み出し器１によって読み出される。以下同様にして、３ライン目以降のフォトダイオードから電荷が読み出された後、タイミング生成器１１は、最終ラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出すための読み出しパルス１０を生成する。読み出し器１は、タイミング生成器１１によって生成された読み出しパルス１０に応じて、最終ラインに相当するフォトダイオード行４のフォトダイオード５から電荷を読み出して撮像信号として出力する。このように、電荷蓄積期間８の間に各フォトダイオード５に蓄積された電荷が各フォトダイオード５から読み出される。
【００４５】
信号変換器７は、タイミング生成器１１によって生成されたクロック信号、水平基準信号、垂直基準信号に基づいて、読み出し器１から出力された撮像信号に、ガンマ補正、アパーチャ処理、ゲインコントロール処理、オフセットコントロール処理等の一般的な信号処理を施し、１フレーム分の画像信号を生成して、メモリ１２へ蓄積する。
【００４６】
メモリ制御器１３は、メモリ１２に蓄積された１フレーム分の画像信号を次のフレーム期間において１フレーム期間の間に読み出して、画像信号出力端子１４を介して出力する。
【００４７】
以上のように本実施の形態によれば、１行目のフォトダイオード行４を構成するフォトダイオード５に蓄積された電荷を読み出してからｎ行目のフォトダイオード行４を構成するフォトダイオード５に蓄積された電荷を読み出すまでの全ライン読み出し期間２は、１フレーム分の画像を表示するための１フレーム期間３よりも短くなっている。このため、各フォトダイオード行４を構成するフォトダイオード５に電荷が蓄積される期間をそれぞれ示す電荷蓄積期間８の間の時間軸に沿ったずれに起因する被写体の画像の歪が人間の視感度特性上無視することができる程度に十分小さくなる。その結果、品質の高い画像を得ることができる撮像装置を提供することができる。
【００４８】
また本実施の形態によれば、メモリ１２に蓄積された１フレーム分の画像信号を次のフレーム期間において１フレーム期間の間にメモリ制御器１３によって読み出されて出力される。このため、従来の撮像装置と互換性を持たせることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、動く被写体を撮像した画像の品質を高めることができる撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る撮像装置に設けられたＭＯＳセンサの撮像面イメージを示す図である。
【図３】本実施の形態に係る撮像装置の動作を説明するための模式的な波形図である。
【図４】従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の撮像装置に設けられたＭＯＳセンサの撮像面イメージを示す図である。
【図６】従来の撮像装置の動作を説明するための模式的な波形図である。
【図７】（ａ）は、従来の撮像装置と撮像装置によって撮像される被写体を説明するための図であり、（ｂ）は、従来の撮像装置によって撮像された被写体の画像のイメージを示す図である。
【符号の説明】
１　読み出し器
２　全ライン読み出し期間
３　１フレーム期間
４　フォトダイオード行
５　フォトダイオード
６　ＭＯＳセンサ
７　信号変換器
８　電荷蓄積期間
９　期間
１０　読み出しパルス
１１　タイミング生成器
１２　メモリ
１３　メモリ制御器
１００　撮像装置
【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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