JP2008175609A - 光学フィルムの検査方法及び光学フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】小さく、輝度の弱い欠陥を光学的に自動検出することができる光学フィルムの検査方法を提供するとともに、その検査方法を用いて光学欠陥の少ない光学フィルムを提供することを目的とする。
【解決手段】所定の方向に直線偏光されたテレセントリックなレーザービームを、光学フィルムに走査させつつ、照射し、前記光学フィルムを透過したレーザービームを、照射時のレーザービームの偏光方向と平行する方向に吸収軸をもつ偏光板を通過させた後に受光し、欠陥を検出する光学フィルムの検査方法及びこれによって得られた欠陥数の少ない光学フィルム。
【選択図】なし

Description

本発明は、光学フィルムの検査方法及び光学フィルムに関する。

近年、液晶テレビ等に用いられる位相差フィルムは、液晶テレビ等の大画面化に伴い、欠陥、特に光学欠陥に対する要求が強くなっている。その要求に対して、人が顕微鏡又は偏光板を使用して特定面積内の異物発生個数を調べたり、目視又は投影により表面の欠陥を判定していたが、それらの判定に長時間を要し、多大な労力が必要であるとともに、目視判定には熟練が必要なため、十分な品質保証が困難であった。
また、自動検査による欠陥の検出に関する研究も進められており、ＣＣＤカメラ及び偏光板を用いた検査（例えば、特許文献１参照）が提案されている。

この検査方法では、エリアセンサー又はラインセンサー等としてのＣＣＤカメラと、２つの偏光板を用いて、欠陥を検出することができる。
特開平６−１４８０９５号公報

しかし、このような欠陥の検査方法では、ＣＣＤカメラによるノイズを低減することができず、未だ検出感度が低い等のため、また、所定の角度で直列に配置した偏光板を光り抜けする光量が少ない状態では、小さく、輝度の弱い光学欠陥を、自動検出することは困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、小さく、輝度の弱い光学欠陥を、光学的に自動検出することができる光学フィルムの検査方法を提供するとともに、その検査方法を用いて光学欠陥の少ない光学フィルムを提供することを目的とする。

本発明の光学フィルムの検査方法は、所定の方向に直線偏光されたテレセントリックなレーザービームを、光学フィルムに走査させつつ、照射し、
前記光学フィルムを透過したレーザービームを、照射時のレーザービームの偏光方向と平行する方向に吸収軸をもつ偏光板を通過させた後に受光し、欠陥を検出することを特徴とする。
この光学フィルムの検査方法では、レーザービームを、光学フィルムの幅方向又は長手方向に直線偏光させることが好ましい。
また、光学フィルムを搬送しながらレーザービームを照射することが好ましい。
さらに、受光したレーザービームの強度を、Ｓ／Ｎ比を利用することにより欠陥の有無として検出することができる。

また、本発明の光学フィルムは、所定の方向に直線偏光されたテレセントリックなレーザービームを、光学フィルムの幅方向に走査させつつ、照射し、
前記光学フィルムを透過したレーザービームを、照射時のレーザービームの偏光方向と平行する方向に吸収軸をもつ偏光板を通過させた後に受光することにより検査された長尺状の光学フィルムであって、
所定間隔で区切られた光学フィルムの欠陥検出エリアの全てで、欠陥数が０．１個／ｍ^２以下であることを特徴とする。
さらに、本発明の光学フィルムは、所定の方向に直線偏光されたテレセントリックなレーザービームを、光学フィルムの幅方向に走査させつつ、照射し、
前記光学フィルムを透過したレーザービームを、照射時のレーザービームの偏光方向と平行する方向に吸収軸をもつ偏光板を通過させた後に受光することにより検査された光学フィルムであって、
欠陥数が０．０５個／ｍ^２以下であることを特徴とする。
これらの光学フィルムは、位相差フィルムであるか、ノルボルネン系の樹脂により形成されたものであることが好ましい。

本発明の光学フィルムの検査方法によれば、欠陥、例えば、小さく、輝度の弱い光学欠陥であっても、光学的に自動的かつ連続的に検出することができ、欠陥数を極力抑えた、品質の優れた光学フィルムを提供することができる。

特に、レーザービームを、光学フィルムの幅方向又は長手方向に直線偏光させる場合には、例えば、長尺状の光学フィルムであっても、効率的に全面に渡って検査することが可能となる。
また、光学フィルムを搬送しながらレーザービームを照射する場合には、自動的に、かつ連続的に全面に渡って検査することができる。
さらに、受光したレーザービームの強度を、Ｓ／Ｎ比を利用することにより欠陥の有無として検出する場合には、良好な感度に設定して検査することが可能となる。
また、光学フィルムが位相差フィルムである場合には、光学欠陥を高感度で検出することが可能であり、より有効である。
さらに、光学フィルムがノルボルネン系の樹脂により形成される場合には、固有複屈折率を低減し、光弾性係数を抑えることができ、有利となる。

本発明の光学フィルムの検査方法では、まず、所定の方向に直線偏光されたテレセントリックなレーザービームを、光学フィルムに走査させつつ、照射する。この場合の走査は、いずれの方向、例えば、光学フィルムの長手方向であってもよいが、幅方向であることが好ましい。前者の場合には、レーザービームを点光源又はエリア光源として用いて、光学フィルムの幅方向に移動させることができる。また、光学フィルムの幅に対応する長さのライン光源として、長手方向に移動させることにより、長手方向に連続的に光学フィルムを検査することができる。また、レーザービームの偏光に乱れが存在することを考慮すると、レーザビームの直線偏光方向と直交する方向に吸収軸をもつ偏光板を介して、レーザービームを光学フィルムに照射してもよい。

次いで、光学フィルムを透過したレーザービームを、照射時のレーザービームの偏光方向と平行する方向に吸収軸をもつ偏光板を通過させた後に受光する。受光は、上述したように受光センサ等により行うことができる。それによって、例えば、受光したレーザ光の強度と、予め設定した閾値とを比較し、その閾値よりも大きいか小さいかを判別し、それによって、光学フィルムにおける欠陥、特に光学欠陥の有無を検出することができる。ここで、欠陥とは、リング状欠陥、打痕欠陥、ゲル欠陥、異物の混入・付着等の種々の欠陥を包含するが、なかでも、打痕欠陥、ゲル欠陥、異物の混入・付着等の光学欠陥を効果的に検出することができる。光学欠陥とは、局所的に複屈折をもった欠陥を意味し、例えば、クロスニコル状態で光り抜けする欠陥を指し、異物や、フィルム自体の歪みによってもたらされるものである。

このような閾値の設定は、どのように行ってもよく、例えば、Ｓ／Ｎ比を利用することが挙げられる。なお、Ｓ値及びＮ値は、予め、既知の欠陥が存在する光学フィルムを用いて測定しておくことにより、適当なＳ／Ｎ比を適宜設定することが好ましい。Ｓ／Ｎ比を用いる場合には、欠陥の所定の大きさに対応した値をその閾値として設定し、閾値を３以上、例えば、３、５等と設定し、３以上の場合に欠陥有、３未満の場合に欠陥無、あるいは５以上の場合に欠陥有、５未満の場合に欠陥無しと判別することができる。具体的には、受光したレーザービームの強度において、Ｓ／Ｎ比３以上を、例えば、１００μｍ以上のサイズの光学的な歪み欠陥であると設定することができる。これにより、このような欠陥を確実に検出することが可能となる。

また、このような検査方法は、光学フィルムを搬送しながら行うことができるため、製品全体を自動的に、かつ連続的に検査することが可能となる。例えば、長尺状（例えば、１００ｍ以上、好ましくは５００ｍ以上）の光学フィルムにおいて、それぞれ所定の間隔（例えば、１００ｍ区間等）に区切って欠陥検出エリアを設定した場合に、この欠陥検出エリアの全てで、欠陥数が０．１個/ｍ^２程度以下とすることが可能となる。また、製品全体を自動的かつ連続的に検査することが可能となり、製品全体の欠陥数を０．０５個／ｍ^２以下に保証することが可能となる。なお、ここでの欠陥は、光学フィルムの要求される品質に対応してその大きさを適宜調整することができるが、例えば、１００μｍ以上（欠陥の最長長さ及びそれに直交する長さの平均）のサイズのものとすることが適している。欠陥が１００μｍ以上のサイズとなると、光学的な品質の低下が顕著となるからである。

本発明の光学フィルムの検査方法は、例えば、図１に示すように、少なくとも、レーザを備える投光機１１と、レーザ光を受光し得る検出器１３と、検出器１３の前面に配置された偏光板１２とを備えて構成される検査装置１０を用いて実現することができる。

投光機には、光源として、レーザが備えられている。レーザは、例えば、波長が３５０ｎｍから８００ｎｍ程度である半導体レーザであることが好ましい。レーザ光は、直線偏光されていることが好ましく、例えば、照射する光学フィルムの幅方向又は長手方向に偏光されているものが好ましい。
レーザ光の光学フィルムへの入射角は、光学フィルム面に対して、６０°から９０°であることが好ましい。つまり、正透過軸（９０°）に設定することにより光学欠陥を検出することができ、傾斜軸（６０°から９０°未満）に設定することにより、光学欠陥の有無のみならず、欠陥の形状をも検出することができる。
レーザ光は、シングルモードでもよいし、縦マルチモードでもよい。また、レーザ光のスポット径は縦、横の平均値が１００μｍ程度以下となるように設定されていることが好ましい。欠陥の検出を、下限サイズ１００μｍ程度で行うためであり、スポット径が欠陥サイズに比べて大きすぎて、欠陥を２回の操作で検出すること、つまり、欠陥の一部にのみスポットが重なることを防止するためである。いいかえると、検出の精度の低下を防止するためである。

レーザー光を照射する方式は、テレセントリック方式を用いる。これにより、レーザ光が照射される光学フィルムの所定幅、好ましくは全幅において、同じ入射角でレーザ光を入射させることができる。また、この方式を用いることにより、例えば、光学フィルムの所定の方向において、インラインで効率的にレーザ光を入射させることができる。つまり、従来のＣＣＤカメラを用いて測定していた場合には、カメラの中央部と周辺部とで検出感度に差が生じ、特に、クロスニコルで検出を行う場合、角度の影響により、幅方向での光の抜け具合（クロスニコル時での光抜けの強度）が異なることから、検出感度が異なり、全幅において、同感度での検出は困難であった。一方、本発明では、このような検出感度による差異を回避することができ、光学フィルムの所定幅において感度差なく欠陥を検出することが可能となる。なお、テレセントリック方式は、レーザ光のテレセントリックビームを得ることができるものであればどのような方法又は手段によって実現されていてもよく、例えば、特開２００４−１３８８２８号公報、特開２００２−１２２７８１号公報、特表平１１−５００８３４号公報等、従来公知の光学系又はこれら光学系に準じた方法及び手段等を利用することにより、実現することができる。

レーザ光のスキャン周波数は、特に限定されるものではく、例えば、光学フィルムのライン速度等によって適当な周波数に設定することができ、２０００〜５０００Ｈｚ程度が挙げられる。具体的には、ライン速度が２０ｍ／ｍｉｎであり、流れ方向（例えば、光学フィルムの長手方向）の分解能を１００μｍとすれば、幅方向の周波数は３３３３Ｈｚとすることが適している。

偏光板は、検出器の前面に配置されていることが必要である。また、偏光板は、光学フィルムに照射されるレーザービームの偏光方向と吸収軸が平行するように設置することが必要である。このように偏光板を設置することにより、光学フィルムの欠陥に照射され、その欠陥によって偏光状態が変化させられたレーザ光が、この偏光板を通過することとなり、後述する検出器で容易に通過したレーザ光を検出することができる。

検出器としては、レーザ光を受光、検出することができるものであれば、特に限定されず、どのようなものを用いてもよい。例えば、光電センサ、光検出素子、光電変換素子が挙げられ、なかでも、光電子増倍管が適している。光電子増倍管を用いる場合、光電子増倍管の取り込み周波数は、幅方向及び流れ方向の分解能等によって適当な周波数に設定することができ、例えば、１ＭＨｚから８０ＭＨｚ程度が挙げられる。具体的には、ライン速度が２０ｍ／ｍｉｎであり、流れ方向の分解能が１００μｍ、一台の検出器で検出される検査幅を１０００ｍｍとすれば、３３．３ＭＨｚとすることが適している。
なお、検出器において光電センサを用いる場合には、投光機のテレセントリックなレーザービームを、そのまま受光できるように、投光機又は光学フィルムの幅に対応するような形状又は配置とすることが好ましい。例えば、投光機又は光学フィルムの幅方向に、光電子増倍管を複数配置してもよいし、光電子倍増管を端部にのみ１つ配置し、投光機又は光学フィルムの幅方向にわたるアクリルロッドなどの導光部材を用いてもよい。

本発明においては、レーザ光を照射する光学フィルムは、静止状態でもよいが、光学フィルムの幅方向又は長手方向に搬送されている状態で行うことが好ましい。このため、上述したような光学フィルムの検査方法を実現し得る装置では、投光機と、検出器の前面に配置された偏光板との間で、光学フィルムが搬送されるように、搬送手段を備えていることが好ましい。搬送手段としては、光学フィルムを載置し、一定の速度で移動し得る移動ステージのようなものであってもよいし、長尺の光学フィルムを、巻出ロールから巻取ロールへ巻き取るような巻き上げ装置のようなものであってもよい。

本発明の検査方法で用いる光学フィルムは、例えば、位相差フィルム、偏光板、カラーフィルター、拡散板等公知のもののいずれでもよいが、特に、位相差フィルムであることが好ましい。
光学フィルムの材質は、特に限定されず、どのようなものを用いてもよい。例えば、熱可塑性樹脂が挙げられ、なかでも、非晶性熱可塑性樹脂が好ましい。ここで、非晶性熱可塑性樹脂とは、ほとんど結晶構造をとらない無定形状態を保つ高分子である。このような樹脂を用いることにより、透明性に優れた光学フィルムを得ることができる。なお、このような樹脂のガラス転移点Ｔｇは、特に限定されるものではなく、耐熱性の観点から、一般に、１００℃以上のものが好ましい。非晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリサルホン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル及びノルボルネン系樹脂等が挙げられる。これらは、１種のみで用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、単層構造でもよく、２層以上の積層構造でもよい。

これらの非晶性熱可塑性樹脂のなかでも、光学特性を考慮すると、固有複屈折率が低く、かつ光弾性係数が小さいため、特に、位相差フィルムに関しては、ノルボルネン系樹脂が好適である。

ノルボルネン系樹脂としては、例えば、ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素添加物、ノルボルネン系モノマーとオレフィンとの付加重合体、ノルボルネン系モノマー同士の付加重合体及びこれらの誘導体等が挙げられる。これらは、１種のみで用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

ノルボルネン系モノマーとしては、例えば、ノルボルネン、ノルボルナジエン等の二環体；ジシクロペンタジエン等の三環体；テトラシクロドデセン等の四環体；シクロペンタジエン三量体等の五環体；テトラシクロペンタジエン等の七環体；これらのメチル、エチル、プロピル、ブチル等のアルキル、ビニル等のアルケニル、エチリデン等のアルキリデン、フェニル、トリル、ナフチル等のアリール等の置換体；さらにこれらのエステル基、エーテル基、シアノ基、ハロゲン原子、アルコキシカルボニル基、ピリジル基、水酸基、カルボン酸基、アミノ基、無水酸基、シリル基、エポキシ基、アクリル基、メタクリル基等の炭素、水素以外の元素を含有する基、いわゆる極性基を有する置換体等が挙げられ、なかでも、入手が容易であり、反応性に優れ、得られる成形品の耐熱性が優れることから、三環体、四環体及び五環体のノルボルネン系モノマーが好適に用いられる。これらのノルボルネン系モノマーは、単独で用いられてもよいし、２種類以上が併用されてもよい。

ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素添加物としては、ノルボルネン系モノマーを公知の方法で開環重合した後、残留している二重結合を水素添加したものが広く用いられている。なお、開環重合体水素添加物は、ノルボルネン系モノマーの単独重合体であってもよく、ノルボルネン系モノマーと他の環状オレフィン系モノマーとの共重合体であってもよい。

ノルボルネン系モノマーとオレフィンとの付加重合体としては、ノルボルネン系モノマーとα−オレフィンとの共重合体等が挙げられる。α−オレフィンとしては、特に限定されないが、炭素数が２〜２０、好ましくは２〜１０のα−オレフィン、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、３−メチル−１−ブテン、１−ペンテン、３−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン等が挙げられる。なかでも、共重合性に優れているため、エチレンが好適に用いられる。また、他のα−オレフィンをノルボルネン系モノマーと共重合させる場合にも、エチレンが存在している方が共重合性を高めることができ、好ましい。

ノルボルネン系樹脂は公知であり、商業的に入手可能である。例えば、ＪＳＲ社製、商品名「アートン」シリーズ、日本ゼオン社製、商品名「ゼオノア」シリーズ等を用いることができる。

本発明の光学フィルムには、任意に、種々の添加剤が添加されてもよい。このような添加剤としては、熱可塑性樹脂の劣化防止、成形された光学フィルムの耐熱性、耐紫外線性又は平滑性等を向上させる種々の添加剤が挙げられる。例えば、フェノール系又はリン系等の酸化防止剤；ラクトン系等の熱劣化防止剤；ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、アクリロニトリル系等の紫外線吸収剤；脂肪族アルコールのエステル系、多価アルコールの部分エステル系や部分エーテル系等の滑剤；アミン系等の帯電防止剤等が例示される。これらは、１種のみで用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
なお、光学フィルムは、例えば、１５〜３００μｍ程度、好ましくは１５〜２００μｍ程度の厚みを有するものが好ましい。レーザービームを確実に透過させることができるからである。
以下、本発明の光学フィルムの検査方法及び光学フィルムの実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。

（光学フィルム）
熱可塑性ノルボルネン系樹脂（日本ゼオン社製、商品名「ゼオノア１４２０Ｒ」）を用いて、６０μｍ程度の厚みのフィルムを作製した後、以下の延伸条件にて、延伸を行い、位相差フィルムを得た。このうち、供試用の光学フィルムとして、１００ｍを以下の実施例、比較例の検査に繰り返して使用した。
延伸方式 …ロール間延伸方式
延伸倍率 …１．８倍
延伸前走行速度…９ｍ／ｍｉｎ
予熱温度 …８０℃
延伸温度 …１４２℃
冷却温度 …９０℃

（実施例１）
供試用の光学フィルム１４を、レーザを備える投光機１１と、レーザ光を受光し得る検出器１３と、検出器１３の前面に配置された偏光板１２とを備える検査装置１０を用いて検査した。
この検査装置１０は、投光機１１に、光源としてレーザダイオード（波長６６０ｎｍ）を備え、直線偏光方向を、検査する光学フィルム１４の搬送方向Ａに対して直角方向となるように設定した。レーザパワーは１．４Ｗであり、レーザービームのスポットサイズは縦５０μｍ、横１００μｍとした。レーザービームの入射角αはフィルム全幅にわたって７５°となるように設定した。また、偏光板１２は、光源から出射されたレーザービームの直線偏光方向にクロスニコル状態となるようにセットした。

なお、光学フィルム１４は、巻出ロールから巻取ロールへ巻き取るような巻き上げ装置（図示せず）を用いて、投光機１１と偏光板１２との間で、光学フィルム１４を長手方向に搬送しながら、検査を行った。
この検査では、検出器１３において、Ｓ／Ｎ比が３以上のレーザービーム強度の光抜けのサイズを測定したところ、最小のものは７０μｍであった。つまり、Ｓ／Ｎ比が３以上で光学的に検出できる欠陥のサイズは７０μｍであった。

（光学欠陥のサイズ）
欠陥のサイズの光学的な計測方法は以下のように行う。
まず、レーザービームを照射しながら、欠陥をもった光学フィルムを、クロスニコル状態の２枚の偏光板間に、全面での光抜け量が最も小さくなるように配置する。
次いで、この状態で、生じた光抜けのサイズを測定する。このサイズは、光り抜けの最も長い長さと、それに直交する方向の長さを測定し、平均したものとした。

通常、第１の偏光板で、直線偏光されたレーザービームは、光学フィルムを直進し、吸収軸が直交するように配置された第２の偏光板を通過することはできないため、光学フィルムに欠陥が全く無ければ、光抜け量は理論上、ゼロとなる。一方、光学フィルムに欠陥が存在すると、レーザービームの偏光状態がその欠陥によって変化し、その光が第２の偏光板を通過し、光抜けが生じることとなる。従って、この光抜けを検出することにより、欠陥の有無及びそのサイズを測定することができる。

（実施例２）
供試用の光学フィルムを、レーザーのスポットサイズを縦１００μｍ、横１００μｍとした以外、実施例１と同様に検査した。
その結果、欠陥をＳ／Ｎ比３以上にて検出できるサイズは９０μｍであった。

（比較例１）
供試用の光学フィルム２４を、図２に示す検査装置２０を用いて検査した。
この検査装置２０は、検出器としてＣＣＤカメラ２１と、光源としてメタルハライドを用いた伝送ライト２３と、ＣＣＤカメラ２１のレンズ部分に配置された偏光フィルタ２５と、伝送ライト２３の前面に配置された偏光板２２とを備えて構成されている。
この検査装置２０では、偏光フィルタ２５と偏光板２２とは、クロスニコル状態となるようにセットされている。レーザービームの入射角αはフィルム全幅にわたって７５°となるように設定した。

なお、光学フィルム２４は、巻出ロールから巻取ロールへ巻き取るような巻き上げ装置（図示せず）を用いて、ＣＣＤカメラ２１と偏光板２２との間で、光学フィルム２４を長手方向に搬送しながら検査した。
その結果、欠陥をＳ／Ｎ比３以上にて光学的に検出できるサイズは１２０μｍであった。
実施例１、２及び比較例１の結果から、本発明の光学フィルムの検査方法により、より検出感度が良好な検出システムが得られることが確認された。

本発明の光学フィルムの検査方法は、種々の光学フィルムの検査に利用することができるとともに、他の用途に用いられるフィルム、薄板状部材等の欠陥の検査にも利用することができる。

本発明の光学フィルムの検査方法を実現する装置の概略図である。 従来の光学フィルムの検査方法を実現する装置の概略図である。

符号の説明

１０、２０ 検査装置
１１ 投光機
１２ 偏光板
１３ 検出器
１４ 光学フィルム
Ａ 搬送方向
２１ ＣＣＤカメラ
２２ 偏光版
２３ 伝送ライト
２４ 光学フィルム
２５ 偏光フィルタ

Claims (8)

1. 所定の方向に直線偏光されたテレセントリックなレーザービームを、光学フィルムに走査させつつ、照射し、
   前記光学フィルムを透過したレーザービームを、照射時のレーザービームの偏光方向と平行する方向に吸収軸をもつ偏光板を通過させた後に受光し、欠陥を検出することを特徴とする光学フィルムの検査方法。
2. レーザービームを、光学フィルムの幅方向又は長手方向に直線偏光させる請求項１に記載の検査方法。
3. 光学フィルムを搬送しながらレーザービームを照射する請求項１又は２に記載の検査方法。
4. 受光したレーザービームの強度を、Ｓ／Ｎ比を利用することにより欠陥の有無として検出する請求項１〜３のいずれか１つに記載の検査方法。
5. 所定の方向に直線偏光されたテレセントリックなレーザービームを、光学フィルムの幅方向に走査させつつ、照射し、
   前記光学フィルムを透過したレーザービームを、照射時のレーザービームの偏光方向と平行する方向に吸収軸をもつ偏光板を通過させた後に受光することにより検査された長尺状の光学フィルムであって、
   所定間隔で区切られた光学フィルムの欠陥検出エリアの全てで、欠陥数が０．１個／ｍ^２以下であることを特徴とする光学フィルム。
6. 欠陥数が０．０５個／ｍ^２以下である請求項５に記載の光学フィルム。
7. 光学フィルムが位相差フィルムである請求項５又は６に記載の光学フィルム。
8. 光学フィルムがノルボルネン系の樹脂により形成されたものである請求項５〜７のいずれか１つに記載の光学フィルム。

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