基于日盲紫外光通信的自组织网络技术研究

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紫外光通信用日盲型LED_研究进展

第 44 卷第 10 期2023年 10 月Vol.44 No.10Oct., 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE紫外光通信用日盲型LED研究进展郭春辉1，孙雪娇2，郭凯3，张晓娜3，王兵2，3，魏同波2，王申1，苏晋荣1，闫建昌2，3，刘乃鑫2，3*（1. 山西大学物理电子工程学院，山西太原　030000；　2. 中国科学院半导体研究所半导体照明研发中心，北京　100083；3. 山西中科潞安紫外光电科技有限公司，山西长治　046000）摘要：紫外光通信在激光雷达、战术通信、航空航天内部安全通讯和片上集成通信等领域有着重要应用前景。

传统的紫外光通信LED光源的调制带宽窄、输出光功率低和制造工艺复杂等缺点限制了它在长距离、高速率通信和片上集成通信领域的广泛应用。

实验表明，增加单个器件发光面积可提升光输出功率，但增加的器件电容对带宽提升是不利的，因此紫外光通信LED未来的重要研究方向是提升并优化带宽的同时增加器件的光功率密度。

UVC Micro⁃LED器件有着光提取效率高、时间常数小、载流子寿命短、调制速率快及工作电流密度高等出色性能，因此在通讯领域受到科研界和工业界的广泛青睐。

本文总结了紫外LED、特别是UVC Micro⁃LED的相关研究进展，并重点介绍了它们在光通信及其片上集成互联方面的应用。

研究发现，对UVC Micro⁃LED及其阵列制备与性能提升加强研究，是未来提升自由空间和片上互联紫外通信系统性能的最佳解决方案之一。

关键词：紫外光通信；微尺寸发光二极管；调制速率；片内集成光通信；光提取效率中图分类号：TN312.8 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20230099Recent Progress of Solar Blind Light Emitting Diodes for UltravioletOptical Wireless Communication UseGUO Chunhui1， SUN Xuejiao2， GUO Kai3， ZHANG Xiaona3， WANG Bing2，3，WEI Tongbo2， WANG Shen1， SU Jinrong1， YAN Jianchang2，3， LIU Naixin2，3*（1. College of Physics And Electronic Engineering， Shanxi Unversity， Taiyuan 030000， China；2. Research and Development Center for Semiconductor Lighting Technology， Institute of Semiconductors，Chinese Academy of Sciences， Beijing 100083， China；3. Shanxi Zhongke Lu an Ultraviolet Optoelectronics Technology Co.， Ltd.， Changzhi 046000， China）* Corresponding Author， E-mail： nxliu@Abstract：Ultraviolet communication has extensive applications in laser radar，tactical communication，internal security communication in aerospace plane and on-chip integrated optical communication. Both of the bandwidth and light output power of the traditional deep ultraviolet communication LED were low，and the manufacturing process was complex， which limited their widespread application in long-distance， high-speed communication， and on-chip integrated optical communication fields. Experiments have shown that the increasing of the light emitting area of sin⁃gle device can improve the light output power，but the device capacitance has a negative effect on the bandwidth.Therefore， an important research direction for ultraviolet communication LEDs in the future is to improve the band⁃width and the optical power density of the devices simultaneously. UVC Micro-LEDs with higher light extraction effi⁃ciency， lower time constant， shorter carrier lifetime， faster modulated rate and higher current density than traditional 文章编号： 1000-7032（2023）10-1849-13收稿日期：2023⁃04⁃17；修订日期：2023⁃05⁃06基金项目：2021年度山西省重点研发项目（202102030201007）；国家重点研发计划（2022YFB3604804）Supported by 2021 Key R&D Projects in Shanxi Province（202102030201007）； National Key Research and Development Pro⁃gram of China（2022YFB3604804）第 44 卷发光学报LED have been widely favored by the scientific and industrial communities. This paper summarizes the UV LED， es⁃pecially UVC Micro-LEDs related research progress， and their applications in optical communication and integration on a chip interconnection. It is found that deepening study on the preparation and performance improvement of UVC Micro-LEDs and their arrays will be one of the best solutions for improving the performance of free space and on-chip integrated ultraviolet communication systems in the future.Key words：ultraviolet optical wireless communication；Micro-LEDs；modulated rate；on-chip integrated optical communication； light extraction efficiency1　引言紫外光无线通信（Ultraviolet optical wireless communication，UVOWC）通常是指用波长为200 ~ 280 nm范围的“日盲区”UVC（Ultraviolet-C）波段，利用大气当中的分子、气溶胶等微粒的散射作用进行无线通信的技术。

紫外光通信技术发展及应用研究

目前在紫外光信道仿真及关键技术取得了较大进展尤其是实现了高速业务通信的紫外光通信技术尤其是紫外光通信系统试验样机的制作成功这为实不但可发挥其抗干扰力强保密性能好可全向收发现紫外通信系统在工程化和使用化方面起到了重要的可跨越障碍物和通信传输速率高等技术优势同时可推动作用
ａ叶技２０１４年第２７卷第８期
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｏｌａｒｂｌｉｎｄｒｅｇｉｏｎ；ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌｉｇｈｔ — ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ（ＵＶＥＤ）；ｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ
ＬＩＵＸｉａｏｇｕａｎｇ．ＷＵＺｈｏｎｇｌｉａｎｇ
（１．Ｒ＆Ｄ，Ｎｏ．７０１ＦａｃｔｏｒｙｏｆＰＬＡ（Ｎ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｒ＆ＤＢｅｉｊｉｎｇ，Ｘｉ ’ ａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＲａｄｉｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣＡＳＴ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８６，Ｃｈｉｎａ）
在复杂战场环境中，无线电通信设备不仅互相之间产
生干扰，且会受敌方的强电磁辐射干扰。（２）无线电
通信的保密性较低，其发射的电磁波可在较远的地方
ａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｇｏｏｄｓｅｃｕｉｒｔｙ，ｐｏｗｅｆｒｕｌａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ，ｎｏｎ — ｌｉｎｅｏｆｓｉｇｈｔ（ＮＬＯＳ）ａｎｄＯｍｎｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｄｉｉｃｆｕｌｔｔｏｂｅｄｅｔｅｃｔｅｄａｎｄｉｎｔｅｒｃｅｐｔｅｄ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｃｌｏｓｅ－ｊａｍｍｉｎｇｍｉｌｉｔａｙｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ

“日盲”紫外成像技术分析及应用展望

·工程应用·
航天电子对抗
２０１９年第１期
“日盲”紫外成像技术分析及应用展望
宋亚军，韩放（光学辐射重点实验室，北京１００８５４）
摘要：近几年，随着“日盲”紫外成像技术应用领域的扩大，该技术越来越受到各方面的关注。对“日盲”紫外成像探测器技术、“日盲”紫外滤光片技术和紫外图像处理技术等关键技
术进行了具体分析。对“日盲”紫外成像技术在核心器件性能提升、应用平台多样化和智能处
理技术等方面的发展趋势进行了展望。详细介绍了“日盲”紫外成像技术在导弹告警、天基预
警、电晕放电检测、火灾探测、人员搜救、无人机自主着舰引导、飞机辅助降落和和刑事侦查等
领域的应用。
关键词： “日盲 ”紫外；紫外滤光片；图像处理中图分类号：ＴＮ２３文献标识码：Ａ DOI:10.16328/j.htdz8511.2019.01.013
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｏｌａｒｂｌｉｎｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｉｍａｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇＶ；ＵＶｆｉｌｔｅｒ；ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
０引言
由于“日盲”紫外波段（２２０～２８０ｎｍ）的太阳光被大气层中的臭氧吸收，到达地面乃至低空区域的该波段太阳辐射几乎为零，利用该波段对目标进行成像探测，可以避免最大的自然光———太阳光的干扰，有利于目标的检测。与传统红外成像技术相比，“日盲”紫外成像技术具有以下优点：１）“日盲 ”区背景干扰小，虚警率低；２）不需要人工致冷和扫描，设备大大简化，体积小，质量轻；３）具有极高的灵敏度和分辨率。 “日盲 ” 紫外成像技术从２０世纪８０年代末开始进行实质性的

日盲紫外光通信系统发送及调制技术的研究

日盲紫外光通信系统发送及调制技术的研究
蓝玉侦;肖沙里;罗亦军;雷小明;徐东镪
【期刊名称】《光电子技术》
【年(卷),期】2007(27)3
【摘要】先从总体上介绍了利用的紫外光具有日盲特点而用于通信的必要性以及日盲紫外光通信系统的构成原理,然后介绍了一种利用以电子镇流芯片L 6574为核心的电子镇流器完成对信息的调制加载技术,改善了传统的采用电感镇流器而带来的诸多不利,并采用基于光电耦合芯片4N 25的光电隔离技术实现电平的转换及信号的隔离,实现了在户外距离大约50 m范围内完成了波特率为1 200 b/s的数据信息传输,为日盲紫外光语音通信系统的研究打下了良好的基础。

【总页数】6页(P206-211)
【关键词】光电隔离;电子镇流器;L6574;调制
【作者】蓝玉侦;肖沙里;罗亦军;雷小明;徐东镪
【作者单位】重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室;重庆大学电气工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TN929.1
【相关文献】
1.“日盲”紫外光定向发送与定向接收的非直视通信覆盖范围研究 [J], 邵平;李晓毅;杨娟;肖文林
2.日盲紫外光通信系统检测技术的研究 [J], 蓝玉侦;肖沙里;雷小明;徐东强;徐智敏
3.“日盲”紫外光定向发送与定向接收的非直视通信覆盖范围研究 [J], 邵平;李晓毅;杨娟;肖文林;
4.日盲紫外光通信系统的信号检测技术分析 [J], 凌云
5.日盲紫外光通信系统中调制系统的研制 [J], 雷小明;肖沙里;蓝玉侦;徐东镪;张世欣
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日盲紫外非视距Adhoc网络在军事通信中的应用

学术论坛科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald204军事通信领域常用通信手段主要是有线、微波、无线和光纤等几种。

上述通信手段在军事通信领域起到非常重要的作用。

首先，由于有线和光纤需要预先铺设设定的线路，无法达到机动和快速反应的战场通信要求，通信方式很不灵活；其次，无线和微波通信较易被窃听、干扰和破坏,也不适合“电磁寂静”通信场合。

因此，上述通信手段在军事通信领域都有较大局限性。

因此，为在未来信息化战争中立于不败之地，世界各国均在寻求更为隐蔽、更为新颖、更为安全和抗干扰能力更强的通信手段。

在此背景下，日盲区域紫外光无线通信应运而生了。

日盲区域紫外光通信是通过大气散射进行信息传输的一种通信方式，具有非视距N LOS(N o n —Lin e —of—Sig ht)传输、抗干扰能力强、保密性强、构建和维护成本低等优点[1]。

因而，日盲区域紫外光通信作为射频通信的一种理想替代方式，目前广泛地应用于乡村、城市室外环境、军事通信等领域[2]。

但是，由于近地大气分子和微粒对日盲紫外光的强吸收作用，使得其传输距离受到了限制。

而无线Ad -h o c网络是可移动、无中心的分布式网络，各节点的地位是平等的。

任一节点均可作为源节点、中继节点或目的节点。

故任意源节点可以通过多跳到达目的节点。

因而，可结合无线Ad -h o c网络及日盲紫外通信的优点，构建日盲紫外非视距通信Ad-hoc通信网络，用以实现非视距传输、抗干扰能力强、保密性好的可靠的远距离的军事通信传输，以弥补日盲紫外光非视距通信系统通信距离短的缺陷。

可见，日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络是满足军事通信领域各类移动场景通信要求的新型有效手段。

1 日盲区域紫外光通信链路工作方式及优点1.1 日盲区域紫外光非视距通信链路工作方式共有三种工作形式[1]，紫外光信号只有在通过发射机仰角和接收机视场角形成的散射区域散射后才能组成通信链路而到达接收机。

一种紫外光通信系统[实用新型专利]

专利名称：一种紫外光通信系统专利类型：实用新型专利
发明人：李霁野,邱柯妮,王洪勇申请号：CN200920110557.5申请日：20090729
公开号：CN201491013U
公开日：
20100526
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种自由大气的紫外光通信系统。

其发射端采用紫外激光器作为光源；接收端由漫反射镜以及一个或多个光电检测器构成，光检测器由日盲型带通紫外滤光片、APD阵列以及光检测器支架构成；还可在滤光片的前面增加设置一个聚光透镜来增强收集信号光能力。

紫外激光器发射出的信号光在大气信道中传输，到达接收端的漫反射镜之前以直视传输为主，到达漫反射镜后被反射到各个方向，以散射的形式传播，然后由光检测器接收来自不同方向的紫外光线信号，经过日盲型带通滤光片滤除掉杂散光并降低噪声之后，由APD阵列转换成电信号，再由后端电路处理成可识别的信息输出。

采用本实用新型的系统，能够实现点对点或者一点对多点的广播模式的信息传输。

申请人：中国科学院空间科学与应用研究中心
地址：100084 北京市海淀区中关村南二条1号
国籍：CN
代理机构：北京法思腾知识产权代理有限公司
代理人：杨小蓉
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一种基于UV_LED的紫外光双工通信系统_詹亚锋

Abstract：Ultraviolet（UV）light communication system has better non⁃line⁃of⁃sight transmission and secrecy performance. For the traditional UV⁃light communication system has large size，and is hard to apply in practice，an UV⁃light communication system was designed based on UV⁃LED. The contents of optical path design，clock recovery and channel coding are studied. The duplex communication protocol was designed emphatically. The information transmission of 4.8 Kb/s was realized with less re⁃ source. This system can be used for duplex secrecy communication of voice and data in close range.
詹亚锋
（清华大学宇航技术研究中心，北京 100084）
摘要：紫外光通信具有非常好的非视距传输和保密性能。传统的紫外光通信系统尺寸过大，难以实际应用。基于紫
外线发光二级管（UV⁃LED）设计了一个紫外光通信系统，研究了光路设计、时钟恢复、信道编码等方面的内容，并重点设计了
双工传输协议，用较小的资源实现了 4.8 Kb/s 信息的传输。该系统可以用于近距离语音和数据的双向保密传输。

近地层紫外光通信“日盲”滤光片技术研究

・光电技术与系统・
近地层紫外光通信 “日盲＂滤光片技术研究
吕照顺 ’ ’ ，吴晗平＇，李军雨，梁宝雯。，王华泽
（１．海军工程大学兵器工程系，湖北武汉４３００３３；
２．武汉工程大学光电子系统技术研究所，湖北武汉４３０２０５；３．湘潭大学物理与光电工程学院，湖南湘潭４ｌ１１０５）
ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｎｏｉｓｅＯｉｌｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ｔｈｅｗｏｒｋｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｍａｔｅｉｒａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆＵＶｉｎｔｅｒ — ｆｅｒｅｎｅｅｉｆｌｔｅｒｓａｎｄＵＶａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｉｆｌｔｅｒｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｂａｓｅｏｎｔｈｉｓ，ｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆｔｈｅｉｆｌｔｅｒｓａｒｅｄｅｅｐｌｙａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆＵＶｉｆｌｔｅｒｓｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓａｎｄｐｒａｃｔｉ —

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赵太飞，熙政柯
（西安理工大学自动化与信息工程学院，西安７０４）１０８摘要：日盲紫外光通信技术是一种新兴的基于大气散射和吸收的无线光通信技术，非常适用于近距离高速通
信和中距离低速传感器信息传输的场合。介绍了视距和非视距紫外光通信的特点以及影响紫外光散射通信的主要大气因素；分析了日盲紫外光散射信道的链路模型和发射功率衰减规律；究了日盲紫外自组织网络的关研
ＺＨＡＯｉｆｉＴａ —ｅ，ＫＥ —ｈｎＸｉｚｅｇ
（ａｕｔｕｏａｉＦｃｌｏｔｔｎ＆ＩｏｍｔｎＥｇｎｅｎ，ｉａｎｖｒｔｆＴｃｎｌｇＸ ’ ｎ７０４，ＣｉａｙｆＡｍｏｎｒａｉｎｉｅｒｇＸ ’ｎＵｉｓｙｏｅｈｏｙ，ｉ０１０８ｈｎ）ｆｏｉｅｉｏ
ｓｒｉｅｒｍｅｉｍ—ｏｌｒｅｒｎｇｏｒｔｅｉｐｌｃｔｓＴｈｉｐｅｅｃｂｄｔｅｃｒｃｅｓｉｓａｄｔａｎａｍｏ — ｅｖｃｓｏｄｕｔ —ａｇａｅｌｗ—ａｅｓｎｓｎｇａｐｉａｉ．ｏｎｓｐａｒｄｓｒｅｈｈａａｔｒｔｃｎｈｅｍｉｔｓｉｉ
键技术和大气信道模型、网络接入技术和网络广泛的应用。
关键词：日盲；紫外光通信；自组织网络；自由空间光通信
中图分类号：Ｔ９５Ｏ；Ｐ９Ｎ１．１Ｔ３３文献标志码：Ａ文章编号：１０ — ６５２１）６２０．０１３９（０００ —２４０４
ｍｕｃｔｏｉｎｉａｉｎｌｎｋ．ＥｓａｌｓｅｈｅｍｅｒｃａｄｍａｈｅａｉｍｏｅｓｏＯＳｌｎｆＵＶｏｔｂｉｈｄｔｅｇｏｔｎｔｍｔｉｃｄｌｆＮＬｉｋｏｃｍｍｕｃｔｎｓｓｅａｎａｙｅｎｉａｉｙｔｍｎｄａｌｚｄｏｔｅｒｃｉｉｎｒｆａｄｔｃｏｎＵＶｏｈｅｅｖｎｇｅｅｇｏｅｅｔｒｉｙｃｍｍｕｎｃｔｏｙｔｍ．ｔｓｕｉｄｓｖｒｌｉｉａｉｎｓｓｅＩｔｄｅｅｅａｍｐｏｔｎｏｌｍｓｏｈｅｓｌｒｂｉｄｕｔａｉ．ｒａｔｐｒｂｅｆｔｏａｌｎｌｒｖｏ１ｔＡｄｈｏｔｒｓＴｈｓｒｂｅｎｌｄｄａｍｏｐｈｒｃｃａａｔｒｓｉｓｏｅｃｎｅｗｏｋ．ｅｅｐｏｌｍｓｉｃｕｅｔｓｅｉｈｒｃｅｉｔｃｆＵＶｏｃｍｍｕｉａｉｎ．ｎｔｒｃｅｓｃｎｒｌｔｃ — ｎｃｔｏｅｗｏｋａｃｓｏｔｏｅｈｎｌｇｅｎｄｎｔｒｏｔｎｅｈｎｌｇｅ．Ｔｅｅｔｃｏｏｉｓｗｉｌｂｅｗｉｌｐｌｅｎｔｅｃｍｍｅｃａｎｌｔｒｅｔｒ．ｏｏｉｓａｅｗｏｋｒｕｉｇｔｃｏｏｉｓｈｓｅｈｎｌｇｅｌｄｅｙａｐｉｄｉｈｏｒｉｌａｄｍｉｉｙｓｃｏｓａＫｅｒｓ：ｓｌｌｎｙｗｏｄｏａｂｉｄ；ｕｔａｉｌｔｃｍｍｕｃｔｏｒｌｒｖｏｅｏｎｉａｉｎ；Ａｄｈｏｔｒｓ；ｆｅｐａｅｏｉａｏｃｎｅｗｏｋｒｅｓｃｐｔｌｃｍｍｕｎｃｔｏｃｉａｉｎ
第２７卷第６期
２１００年６月
计算机应用研究
ＡｐｌｃｔｎＲｅｅｒｈｏｍｐｔｒｐｉａｉｓａｃｆＣｏｕｅｓｏ
Ｖ０＿７Ｎｏ６ｌ２．
Ｊｎ０１ｕ．２０
基于日盲紫外光通信的自组织网络技术研究
ｈｉｅｓｕｔｖｏｅＵＶ）ｃｍｍｕｉａｉｎｔｃｎｌｇａｅｅｖｄｇｅｔａｔｎｉｎｆｒｅｔｅｈｒ— ｎｅｈｇａａｒｔＴｅｗｒｌｓｌａｉｌｔ（ｅｒｏｎｃｔｅｈｏｏｙｈｓｒｃｉｅｒａｔｔｏｉｒｓｏｔａｇｉｈｄｔ．ａｅｏｅｏｈｒ
ｐｅｉｆｃｒａｅｔｇＬＳ（ｉｅｆｉｈ）ｎＬＳｃｍｍｎｃｔｎＴｅｅｃｂｄｔｅｒｃｌａｄｐｏｅｉｆＶｅｍｈｒｔｓｆｃｉＯ１ｇｔａｄＮＯｏｕｉａｏ．ｈｎｄｓｒｅｉｉｅｎｒｐｒｅｏｏ — ｃａｏｆｎｎｏｓｉｉｈｐｎｐｔｓＵ
Ａｂｓｒｃ：ＴｏａｌｎｄｕａｉｌｔｃｍｍｕｃｔｏＳａｎｅｔｃｏｏｙｗｈｉｈｂｓｓｏａｍｏｐｅｅｓａｔｒａｂｓｒｉｎｔａｔｈｅｓｌｒｂｉｈｒｖｏｅｏｎｉａｉｎｉｗｅｈｎｌｇｃａｅｎｔｓｈｒｃｔｅｎｄａｏｐｔｏ．
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１０ —６５２１．６０９ｏ：０３６／．ｓ．０１３９．０００．５ｓ
ＲｅｅｒｈｏｅｈｏｏｉｓｉｏａｌｄｕｔａｉｌｔＡｄｈｃｎｔｒｓａｃｎｔｃｎｌｇｅｎｓｌｒｂｉｌｖｏｅｏｅｗｏｋｎｒ