KR102028987B1 - 홀로그램 영상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 홀로그램 영상의 휘도를 안정화할 수 있음과 아울러 플리커를 감소시킬 수 있는 홀로그램 영상 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 홀로그램 영상 표시 장치는 레이저 광을 출사하는 레이저 백라이트 유닛과; 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 출사하는 면광원 변환부와; 입력된 홀로그램 간섭 패턴을 구현하고 면광원 형태의 레이저 광을 이용하여 시청 지점에 홀로그램 영상을 투사하는 공간 광 변조기와; 레이저 백라이트 유닛과 공간 광 변조기 사이에 위치하여, 레이저 광의 편광을 제어하는 광 스위칭부와; 공간 광 변조기 사이에 위치하여, 레이저 광의 편광을 제어하는 광 스위칭부와; 공간 광 변조기로 홀로그램 간섭 패턴을 공급하고, 공간 광 변조기와 광 스위칭부의 구동 타이밍을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 각 프레임을, 홀로그램 영상의 투사가 차단되는 제1 기간과, 홀로그램 영상이 투사되는 제2 기간으로 시분할하여, 공간 광 변조기와 광 스위칭부를 동기시켜 제어한다.

Description

홀로그램 영상 표시 장치{HOLOGRAM IMAGE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 홀로그램 영상 표시 장치에 관한 것으로, 특히 홀로그램 영상의 휘도를 안정화할 수 있음과 아울러 플리커를 감소시킬 수 있는 홀로그램 영상 표시 장치에 관한 것이다.

실제감이 풍부하도록 3차원으로 영상을 표시하는 입체 영상 표시 장치는 의학, 교육, 게임, 영화, 텔레비젼 등 여러 분야에 응용되고 있다. 입체 영상을 표시하는 방법으로는 크게 스테레오스코피(stereoscopy), 홀로그래피(holography), 집적 영상(integral imaging) 등이 알려져 있다. 이들 중에서 홀로그래피 방식은 홀로그램을 이용하여 무안경 방식으로 실물과 동일한 입체 영상을 느낄 수 있는 방식으로, 입체감이 뛰어나며 관측자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다.

홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 광(물체파)과, 간섭성이 있는 광(기준파)을 겹쳐서 얻어지는 간섭 신호를 기록하고 이를 재생하는 원리를 이용하는 것이다. 간섭성이 높은 레이저 광을 사용하여 물체에 부딪쳐 산란되는 물체파를 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬를 산진 필름에 기록하는 것을 홀로그램이라고 한다. 물체파와 간섭파가 만날 때, 간섭에 의해 간섭 무늬를 형성하며, 이 간섭 무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 이렇게 기록된 간섭 무늬에 참조광을 조사하여 홀로그램에 기록된 입체 영상을 3차원 영상으로 복원하는 것을 홀로그래피라고 한다.

홀로그램 영상 표시 장치에서 컴퓨터 시스템은 입체 영상에 해당하는 홀로그램 간섭 무늬 영상을 생성하여, 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; SLM)로 전송하고, 레이저 백라이트 유닛으로부터 출사된 레이저 광(참조광)은 면광원 변환부를 거쳐 면광원 형태로 변환되어 공간 광 변조기로 조사된다. 투과형 액정 표시 패널로 형성되는 공간 광 변조기는 홀로그램 간섭 무늬를 표시하고 조사된 광을 회절시킴으로써 시청 지점에 홀로그램 영상을 투사한다.

그런데, 공간 광 변조기로 이용되는 액정 표시 패널의 액정 응답 속도가 느리기 때문에 레이저 백라이트 유닛이 계속 켜져 있을 경우 액정이 돌아가는 도중에도 광이 시청 지점에 도달하여 불완전한 영상이 보이게 된다. 이를 방지하기 위하여, 각 프레임에서 액정이 돌아가는 동안(1 프레임의 영상 데이터가 패널에 인가되는 동안)에는 레이저 백라이트 유닛을 오프시키고, 액정이 완전히 돌아간(1 프레임의 영상 데이터가 패널에 모두 인가된) 뒤에 레이저 백라이트 유닛을 온시키는 블링킹(Blinking) 기술이 이용되고 있다. 이러한 블링킹 기술은 액정이 완전이 돌아간 시점에서만 레이저 백라이트 유닛이 온되기 때문에 불완전한 영상을 제거하여, 완전한 1 프레임의 영상만 보여줄 수 있으므로 눈의 피로를 덜어주고 쾌적한 영상을 시청할 수 있게 하기 위한 목적으로 적용되고 있다.

그러나, 레이저 백라이트 유닛은 레이저의 특성상 오프에서 온된 이후에 레이저마다 일정 시간이 지나야만 레이저가 안정 상태가 되는 포화 상태에 도달하기 때문에 블링킹 기술은 홀로그램 영상의 휘도를 불안정하게 가변시키게 된다.

도 1은 특정 레이저의 시간에 따른 휘도 변화 그래프를 나타낸 것으로, 레이저가 온된 이후 일정 시간이 경과된 이후에 포화 상태가 됨을 알 수 있다.

그러나, 블링킹 기술은 각 프레임마다 레이저 백라이트 유닛을 오프 기간과 온 기간으로 시분할 구동함에 따라 온 기간이 레이저가 포화 상태에 도달하는 기간 보다 짧으므로 불안정한 휘도의 레이저 광을 이용하게 된다. 이로 인하여, 홀로그램 영상을 시청할 때 불쾌감과 눈의 피로를 유발시키고 선명한 영상을 보여주지 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 홀로그램 영상의 휘도를 안정화할 수 있음과 아울러 플리커를 감소시킬 수 있는 홀로그램 영상 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상 표시 장치는 레이저 광을 출사하는 레이저 백라이트 유닛과; 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 출사하는 면광원 변환부와; 입력된 홀로그램 간섭 패턴을 구현하고 면광원 형태의 레이저 광을 이용하여 시청 지점에 홀로그램 영상을 투사하는 공간 광 변조기와; 레이저 백라이트 유닛과 공간 광 변조기 사이에 위치하여, 레이저 광의 편광을 제어하는 광 스위칭부와; 공간 광 변조기로 홀로그램 간섭 패턴을 공급하고, 공간 광 변조기와 광 스위칭부의 구동 타이밍을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 각 프레임을, 홀로그램 영상의 투사가 차단되는 제1 기간과, 홀로그램 영상이 투사되는 제2 기간으로 시분할하여, 공간 광 변조기와 광 스위칭부를 동기시켜 제어한다.
각 프레임의 제1 기간에서 제어부의 제어에 의해, 공간 광 변조기가 홀로그램 간섭 패턴을 각 화소에 충전하는 동작을 하는 동안, 광 스위칭부는 레이저 광의 투과를 모두 차단하는 차단 모드로 동작하여, 홀로그램 영상의 투사가 차단된다.
각 프레임의 제2 기간에서 제어부의 제어에 의해, 광 스위칭부는 레이저 광을 투과하는 투과 모드로 동작하고, 공간 광 변조기는 각 화소에 충전이 완료된 홀로그램 간섭 패턴에 의한 홀로그램 영상을 투사한다.

광 스위칭부는 서로 직교하는 편광 특성을 갖는 제1 및 제2 편광판과; 제1 및 제2 편광판 사이에 위치하는 액정셀을 구비한다. 여기서, 출사부에 위치하는 제2 편광판의 편광 방향은 공간 광 변조기의 편광 방향과 동일하게 설계된다.

차단 모드에서는 액정셀이 제1 편광판을 투과한 레이저 광의 편광 성분을 그대로 유지시켜서 제2 편광판에 의해 흡수되게 하고, 투과 모드에서는 액정셀이 제1 편광판을 투과한 레이저 광의 편광 성분을 제2 편광판의 편광 방향과 동일한 방향으로 변환시켜서 제2 편광판을 통과하게 한다.

레이저 백라이트 유닛은 점광원 형태의 레이저 광을 출사하고, 광 스위칭부는 레이저 백라이트 유닛과 면광원 변환부 사이에 위치하며, 레이저 백라이트 유닛의 크기와 동등한 크기를 갖고, 점광원 형태의 레이저 광의 편광을 제어한다.

이와 달리, 광 스위칭부는 면광원 변환부와 공간 광 변조기 사이에 위치하여, 면광원 형태의 레이저 광의 편광을 제어한다.

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이와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램 영상 표시 장치는 광 스위칭부를 이용하여 레이저 광의 편광을 제어하여 공간 광 변조기로 진행되는 레이저 광을 차단 모드 및 투과 모드에 따라 선택적으로 차단함으로써, 레이저 백라이트 유닛을 온/오프시키지 않으면서도 차단 모드에서는 데이터 충전중인 불안정한 홀로그램 영상이 시청 지점에 투사되는 것을 차단할 수 있고, 투과 모드에서는 데이터 충전이 완료된 안정한 홀로그램 영상을 시청 지점에 투사할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 홀로그램 영상 표시 장치는 종래와 같이 레이저 백라이트 유닛을 온/오프시키지 않으므로 레이저 백라이트 유닛이 온된 이후에 포화 상태로 안정화된 휘도를 계속 이용함으로써 홀로그램 영상도 휘도 변화없이 안정적으로 투사할 수 있다. 따라서, 홀로그램 영상의 휘도 변화에 따른 플리커를 감소시킬 수 있고 자연스러운 홀로그램 영상을 표시할 수 있다.

도 1은 종래의 특정 레이저 백라이트 유닛이 온된 이후의 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상 표시 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어부의 각 프레임 대한 시분할 구동 모드를 보여주는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 홀로그램 영상 표시 장치의 차단 모드와 표시 모드를 각각 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그램 영상 표시 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 영상 표시 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 홀로그램 영상 표시 장치는 레이저 백라이트 유닛(10), 광 스위칭부(20), 면광원 변환부(30), 공간 광 변조기(40)를 구비한다. 또한, 광 스위칭부(20) 및 공간 광 변조기(40)를 제어하는 제어부(50)와, 홀로그램 간섭 무늬 영상을 생성하여 공급하는 컴퓨터 시스템(60)을 구비한다.

레이저 백라이트 유닛(10)은 평행 직진하는 성질을 갖는 레이저 광을 출사한다. 레이저 백라이트 유닛(10)은 입력 전원(미도시)에 의해 온 상태로 구동되고, 홀로그램 영상 표시 장치가 구동되는 동안 온 상태를 유지한다.

광 스위칭부(20)는 레이저 백라이트 유닛(10)으로부터 출사된 레이저 광의 편광을 제어하여 레이저 광을 차단시키거나 투과시킨다. 이를 위하여, 광스위칭부(20)는 서로 직교하는 편광 특성을 갖는 제1 및 제2 편광판과, 제1 및 제2 편광판 사이에 위치하는 액정셀을 구비한다. 출사부에 위치하는 제2 편광판의 편광 방향은 공간 광 변조기의 편광 방향과 동일하게 설계된다. 광 스위칭부(20)가 레이저 백라이트 유닛(10)의 앞단, 즉 레이저 백라이트 유닛(10)과 면광원 변환부(30) 사이에 위치함으로써, 점광원인 레이저 백라이트 유닛(10)의 크기 만큼 광 스위칭부(20)의 크기를 작게 할 수 있다.

액정셀은 제1 전극이 형성된 제1 기판과, 제2 전극 형성된 제2 기판이 액정층을 사이에 두고 실링재에 의해 합착되어 형성된다. 액정셀은 제1 및 제2 전극 사이에 인가되는 구동 전압에 따라 액정층이 구동되어 제1 편광판을 투과하여 특정 편광 성분만 갖는 레이저 광의 편광을 제어함으로써 제2 편광판에 의해 레이저 광이 차단되거나 투과되게 한다.

면광원 변환부(30)는 광스위칭부(20)를 경유하여 입사되는 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 공간 광 변조기(40)의 전면에 조사한다. 면광원 변환부(20)는 점광원인 레이저 광을 면광원으로 확장시켜 공간 광 변조기(40)의 전면에 균일하게 조사하기 위한 확장기와, 렌즈 등과 같은 다수의 광학 소자들로 구성된다.

공간 광 변조기(40)는 홀로그램 패턴이 형성된 화소 매트릭스를 갖는 투과형 액정 표시 패널로 형성된다. 공간 광 변조기(40)는 컴퓨터 시스템(60)으로부터 제어부(50)를 통해 입력된 홀로그램 간섭 패턴을 구현하여 면광원 변환부(30)로부터 조사된 광을 회절시켜 광의 세기 및 위상을 변화시킴으로써 시청 지점에 홀로그램 영상을 보여준다.

제어부(60)는 컴퓨터 시스템(60)으로부터 공급된 홀로그램 간섭 패턴을 공간 광 변조기(40)로 공급하고, 공간 광 변조기(40) 및 광 스위칭부(20)의 구동을 제어한다. 제어부(60)는 도 3에 도시된 바와 같이 프레임(Fn, Fn+1) 각각을 홀로그램 영상의 투사를 차단하는 차단 모드와, 홀로그램 영상의 투사를 위한 투과 모드로 시분할하여, 공간 광 변조기(40)와 광 스위칭부(20)를 동기시켜 제어한다.

차단 모드는 공간 광 변조기(40)가 공급된 홀로그램 간섭 무늬 영상 데이터를 각 화소에 충전하는 기간을 지시한다. 이러한 차단 모드에서 제어부(60)는 광 스위칭부(20)가 레이저 백라이트 유닛(10)으로부터 출사된 레이저 광을 차단하도록 제어함으로써 시청 지점에 데이터 미충전으로 인한 불안정한 홀로그램 영상이 투사되는 것을 방지한다.

투과 모드는 공간 광 변조기(40)가 데이터 충전을 완료한 이후의 기간을 지시한다. 이러한 투과 모드에서 제어부(60)는 광 스위칭부(20)가 레이저 백라이트 유닛(10)으로부터 출사된 레이저 광을 투과하도록 제어함으로써 공간 광 변조기(40)에 안정적으로 충전된 영상이 시청 지점에 안정된 홀로그램 영상으로 투사되게 한다.

도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 홀로그램 영상 표시 장치의 차단 모드와 투과 모드를 각각 나타낸 도면이다.

도 4a 및 도 4b에서는 설명의 편의상 광 스위칭부(20)만 확대하여 나타낸다. 광 스위칭부(20)는 수직 편광판인 제1 편광판(22)과, 수평 편광판인 제2 편광판(26) 사이에 위치하는 액정셀(24)을 구비한다. 출사부에 위치하는 제2 편광판(26)의 편광 방향은 공간 광 변조기(40)의 편광 방향과 동일하게 설계된다.

도 4a에 도시된 차단 모드에서, 레이저 백라이트 유닛(10)으로부터 출사된 레이저 광은 수직 편광판(22)을 통과하여 수직 편광 성분만 갖게 된다. 액정셀(24)은 구동 전압에 의해 액정 분자가 수직 편광판(22)과 같은 수직 방향으로 배열되고, 레이저 광은 수직 편광 성분을 그대로 유지하면서 액정셀(24)을 투과한다. 수평 편광판(26)에 도달한 수직 편광 레이저는 수평 편광판을 통과하지 못하고 상쇄된다. 이에 따라, 차단 모드에서 공간 광 변조기(40)로 레이저 광이 입사되지 않음으로써 화소 매트릭스에 충전되고 있는 불안정한 영상이 시청 지점에 투사되는 것을 차단할 수 있다.

도 4b에 도시된 투과 모드에서, 레이저 백라이트 유닛(10)으로부터 출사된 레이저 광은 수직 편광판(22)을 통과하여 수직 편광 성분만 갖게 된다. 액정셀(24)은 구동 전압에 의해 액정 분자가 수직 편광판(22)과 수직인 수평 방향으로 배열되고, 이러한 액정셀(24)을 통과하면서 레이저 광의 수직 편광 성분은 수평 편광 성분으로 변환된다. 수평 편광 레이저 광은 수평 편광판(26)을 통과하여 면광원 변환부(30)를 통해 면광원 형태로 변환되어 공간 광 변조기(40)로 조사된다. 이에 따라, 투과 모드에서 화소 매트릭스에 충전이 완료된 안정된 영상이 조사된 레이저 광에 의해 시청 지점에 홀로그램 영상으로 투사된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그램 영상 표시 장치의 구성을 나타낸 것이다.

도 2에 도시된 광 스위칭부(20)는 레이저 백라이트 유닛(10)의 앞단, 즉 레이저 백라이트 유닛(10)과 면광원 변환부(30) 사이에 위치함으로써, 점광원인 레이저 백라이트 유닛(10)의 크기에 해당하는 작은 크기의 액정셀만으로 전체 레이저의 편광을 제어할 수 있다.

그러나, 도 5에 도시된 다른 실시예와 같이, 면광원 변환부(30)와 공간 광 변조기(40) 사이에 광 스위칭부(20')가 위치할 수 있으며, 나머지 구성은 도 2와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다. 도 5에 도시된 광 스위칭부(20')는 도 2에 도시된 광 스위칭부(20) 보다 크기가 증가하여 광 스위칭부(20')는 면광원 변환부(30)의 크기에 해당하는 크기를 갖고, 면광원 레이저의 편광을 제어한다. 이에 따라, 광 스위칭부(20')는 차단 모드에서는 면광원 레이저가 공간 광 변조기(40)로 조사되는 것을 차단하고, 투과 모드에서는 면광원 레이저가 공간 광 변조기(40)로 조사되어 공간 광 변조기(40)에 표시된 영상이 시청 지점에 홀로그램 영상으로 투사되게 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 홀로그램 영상 표시 장치는 광 스위칭부를 이용하여 레이저 광의 편광을 제어하여 공간 광 변조기로 진행되는 레이저 광을 차단 모드 및 투과 모드에 따라 선택적으로 차단함으로써, 레이저 백라이트 유닛을 온/오프시키지 않으면서도 차단 모드에서는 데이터 충전중인 불안정한 홀로그램 영상이 시청 지점에 투사되는 것을 차단할 수 있고, 투과 모드에서는 데이터 충전이 완료된 안정한 홀로그램 영상을 시청 지점에 투사할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 홀로그램 영상 표시 장치는 종래와 같이 레이저 백라이트 유닛을 온/오프시키지 않으므로 레이저 백라이트 유닛이 온된 이후에 포화 상태로 안정화된 휘도를 계속 이용함으로써 홀로그램 영상도 휘도 변화없이 안정적으로 투사할 수 있다. 따라서, 홀로그램 영상의 휘도 변화에 따른 플리커를 감소시킬 수 있고 자연스러운 홀로그램 영상을 표시할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

10: 레이저 백라이트 유닛 20, 20': 광 스위칭부
22: 제1 편광판(수직 편광판) 24: 액정셀
26: 제2 편광판(수평 편광판) 30: 면광원 변환부
40: 공간 광 변조기(SLM) 50: 제어부
60: 컴퓨터 시스템 70: 백라이트 구동부

Claims (12)

1. 레이저 광을 출사하는 레이저 백라이트 유닛과;
   상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 출사하는 면광원 변환부와;
   입력된 홀로그램 간섭 패턴을 구현하고 상기 면광원 형태의 레이저 광을 이용하여 시청 지점에 홀로그램 영상을 투사하는 공간 광 변조기와;
   상기 레이저 백라이트 유닛과 상기 공간 광 변조기 사이에 위치하여, 상기 레이저 광의 편광을 제어하는 광 스위칭부와;
   상기 공간 광 변조기로 상기 홀로그램 간섭 패턴을 공급하고, 상기 공간 광 변조기와 상기 광 스위칭부의 구동 타이밍을 제어하는 제어부를 구비하고;
   상기 제어부는 각 프레임을, 상기 홀로그램 영상의 투사가 차단되는 제1 기간과, 상기 홀로그램 영상이 투사되는 제2 기간으로 시분할하여, 상기 공간 광 변조기와 상기 광 스위칭부를 동기시켜 제어하고,
   상기 각 프레임의 제1 기간에서 상기 제어부의 제어에 의해, 상기 공간 광 변조기가 상기 홀로그램 간섭 패턴을 각 화소에 충전하는 동작을 하는 동안, 상기 광 스위칭부는 상기 레이저 광의 투과를 모두 차단하는 차단 모드로 동작하여, 상기 홀로그램 영상의 투사가 차단되고,
   상기 각 프레임의 제2 기간에서 상기 제어부의 제어에 의해, 상기 광 스위칭부는 상기 레이저 광을 투과하는 투과 모드로 동작하고, 상기 공간 광 변조기는 각 화소에 충전이 완료된 상기 홀로그램 간섭 패턴에 의한 상기 홀로그램 영상을 투사하는 홀로그램 영상 표시 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 광 스위칭부는
   서로 직교하는 편광 특성을 갖는 제1 및 제2 편광판과;
   상기 제1 및 제2 편광판 사이에 위치하는 액정셀을 구비하는 홀로그램 영상 표시 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 광 스위칭부에서 출사부에 위치하는 상기 제2 편광판의 편광 방향은 상기 공간 광 변조기의 편광 방향과 동일하게 설계되는 홀로그램 영상 표시 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 차단 모드에서는
   상기 액정셀이 상기 제1 편광판을 투과한 상기 레이저 광의 편광 성분을 그대로 유지시켜서 상기 제2 편광판에 의해 흡수되게 하고,
   상기 투과 모드에서는
   상기 액정셀이 상기 제1 편광판을 투과한 상기 레이저 광의 편광 성분을 상기 제2 편광판의 편광 방향과 동일한 방향으로 변환시켜서 상기 제2 편광판을 통과하게 하는 홀로그램 영상 표시 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 레이저 백라이트 유닛은 점광원 형태의 레이저 광을 출사하고,
   상기 광 스위칭부는 상기 레이저 백라이트 유닛과 상기 면광원 변환부 사이에 위치하며, 상기 레이저 백라이트 유닛의 크기와 동등한 크기를 갖고, 상기 점광원 형태의 레이저 광의 편광을 제어하는 홀로그램 영상 표시 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 광 스위칭부는 상기 면광원 변환부와 상기 공간 광 변조기 사이에 위치하여, 상기 면광원 형태의 레이저 광의 편광을 제어하는 홀로그램 영상 표시 장치.
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