CN103244846A - 光源模块 - Google Patents

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CN103244846A CN2013100188020A CN201310018802A CN103244846A CN 103244846 A CN103244846 A CN 103244846A CN 2013100188020 A CN2013100188020 A CN 2013100188020A CN 201310018802 A CN201310018802 A CN 201310018802A CN 103244846 A CN103244846 A CN 103244846A
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郭铭丰
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Abstract

一种光源模块，其包括导光板、至少一集光结构以及用以发出光束的至少一发光元件。导光板具有第一出光面、相对第一出光面的底面、连接底面与第一出光面的第一入光面以及至少一光学微结构单元。光学微结构单元包括至少二个第一光学微结构。每一第一光学微结构具有相对于底面凹陷的凹陷部以及相对于底面凸起的凸起部。集光结构具有连接第一入光面的第二出光面、第二入光面及连接第二出光面与第二入光面的第一反射面。第一反射面被第一参考平面所截取的截线包括第一拋物线。第一参考平面平行于第一出光面。

Description

光源模块
技术领域
本发明涉及一种光学装置，且特别涉及一种光源模块。
背景技术
已知导光板的光束出光角度分布范围广。所以，在已知的光源模块中，导光板需搭配光学膜片以将光束导至正视方向。以目前最常见的光源模块架构为例，此光源模块包括、具有网点的导光板、配置于导光板旁的发光元件、配置于导光板上的扩散片与二张菱镜片以及配置于导光板下的反射片。然而，此架构的光源模块无论在水平或垂直方向上，其光束出光角度仍分布在较大的范围中，而使得此光源模块在正视方向上的亮度偏低。
中国台湾专利公开第201030376号揭露了：光信号通过透射元件、准直元件与导引元件后形成准直的光信号。中国台湾专利公开第200933556号揭露了：显示器件包括显示元件、转向膜、第二光导件、转向镜面与光源。美国专利第7239792号揭露了：背光模块所发出的光经由次光导板、第二光纤引导至主光导板的出光面出光。中国台湾专利公开第200639518号揭露了：照明系统包含多个光准直区及光混合区。美国专利第5757557号揭露了：二次透镜包括正面与内部穴位。中国台湾专利第I284235号揭露了：导光板面对光源的入射表面具有朝向光源的凸出的球状表面。中国台湾专利第M311911号揭露了：导光板的底面及出光面设有V形凹槽。
发明内容
本发明提供一种光源模块，其具有高准直性与高正向亮度。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为实现上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提出一种光源模块。此光源模块包括导光板、至少一集光结构以及至少一发光元件。导光板具有第一出光面、相对于第一出光面的底面、连接底面与第一出光面的第一入光面、以及至少一光学微结构单元。光学微结构单元包括至少二个第一光学微结构。每一第一光学微结构具有相对于底面凹陷的凹陷部以及相对于底面凸起的凸起部。凸起部与凹陷部连接。集光结构具有连接第一入光面的第二出光面、第二入光面、连接第二出光面与第二入光面的第一反射面、以及连接第二出光面与第二入光面且相对于第一反射面的第二反射面。第一反射面被第一参考平面所截取的截线包括第一拋物线。第一参考平面平行于第一出光面。发光元件用以发出光束。光束依序经过第二入光面、第一反射面、第二出光面、第一入光面且进入导光板中。进入导光板中的光束被光学微结构单元引导至第一出光面。
在本发明的一实施例的光源模块中，凹陷部具有第一微表面以及与第一微表面连接的第二微表面，凸起部具有第三微表面以及与第三微表面连接的第四微表面，其中第二微表面与第三微表面连接。
在本发明的一实施例的光源模块中，第一微表面及第四微表面的延伸方向大致上与第一出光面垂直，且第二微表面及第三微表面的延伸方向相对于第一入光面的方向倾斜。
在本发明的一实施例的光源模块中，第二微表面与第三微表面直接连接且大致上共平面。
在本发明的一实施例的光源模块中，部分的光束被光学微结构单元的其中一第一光学微结构反射至第一出光面。
在本发明的一实施例的光源模块中，部分的光束被光学微结构单元的其中一第一光学微结构折射至光学微结构单元的另一第一光学微结构，传递至另一第一光学微结构的部分光束被另一第一光学微结构反射至第一出光面。
在本发明的一实施例的光源模块中，导光板还包含多个光学微结构单元，且这些光学微结构单元在底面上的密度随着远离第一入光面的方向而递增。
本发明的一实施例的光源模块还包含多个光学微结构单元，其中导光板还具连接第一出光面与底面且与第一入光面直接连接的第一侧面、以及相对于第一侧面且连接第一出光面与底面的第二侧面，其中这些光学微结构单元在底面上的密度由导光板的中央向第一侧面的方向及第二侧面的方向递增。
在本发明的一实施例的光源模块中，第一反射面被第二参考平面所截取的截线包括凹口大致上朝向发光元件的曲线，其中第二参考平面垂直于第一出光面。
在本发明的一实施例的光源模块中，第二反射面被第一参考平面所截取的截线包括第二拋物线。
在本发明的一实施例的光源模块中，第一拋物线上的任意不同的二点至第二拋物线的最短距离大致上相等。
在本发明的一实施例的光源模块中，发光元件大致上位于第一拋物线的焦平面上。
在本发明的一实施例的光源模块中，集光结构还具有第一延伸面以及相对于第一延伸面的第二延伸面，第一延伸面连接第一反射面与第二入光面，且第二延伸面连接第二反射面与第二入光面。
在本发明的一实施例的光源模块中，第一延伸面及第二延伸面大致上与底面平行。
在本发明的一实施例的光源模块中，第一延伸面及第二延伸面覆盖整个底面。
本发明的一实施例的光源模块还包括：至少一第二光学微结构，位于光束的传递路径上，且位于第二入光面与发光元件之间。
在本发明的一实施例的光源模块中，第二光学微结构具有弧面、分别位于弧面的相对两侧且与弧面连接的第一斜面及第二斜面，第一斜面及第二斜面相对于第二入光面倾斜，且第一斜面的倾斜方向与第二斜面的倾斜方向相反。
在本发明的一实施例的光源模块中，第二光学微结构还具有分别位于弧面的相对两侧且朝向发光元件延伸的第一连接面与第二连接面，第一连接面连接第一斜面与弧面，第二连接面连接第二斜面与弧面。
本发明的一实施例的光源模块还包括一反射片，位于导光板的底面与集光结构之间。
基于上述，本发明的实施例的光源模块透过光学微结构单元和集光结构可使光源模块的光强度分布无论在水平或垂直方向上皆集中至正视方向。
附图说明
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1为本发明第一实施例的光源模块的剖面示意图。
图2为图1的光源模块的立体视图。
图3为图1的光源模块的立体视图。
图4为图2的光源模块的俯视透视图。
图5为图1的局部区域R的放大图。
图6示出图5的导光板与光学微结构单元。
图7为比较例的光源模块剖面示意图。
图8示出比较例的光源模块与本实施例的光源模块在y方向上的光强度分布。
图9示出比较例的光源模块与本实施例的光源模块在x方向上的光强度分布。
图10为本发明第二实施例的光源模块的剖面示意图。
图11为图10的光源模块的立体视图。
图12为图10的光源模块的立体视图。
图13为图11的光源模块的俯视透视图。
【主要元件符号说明】
100、100A、100B：光源模块
110：导光板
112：第一出光面
114：底面
116：第一入光面
120：光学微结构单元
122、122’：第一光学微结构
122b、122a’：凹陷部
122a：凸起部
130、130B：集光结构
131：第一延伸面
132、132a：第二出光面
133：第二延伸面
134：第二入光面
136：第一反射面
136a：第一拋物线
136b：曲线
138：第二反射面
138a：第二拋物线
140：发光元件
150：反射片
160：第二光学微结构
161：第一连接面
162：弧面
163：第二连接面
164：第一斜面
168：第二斜面
d1、d2：距离
L、L1～L4：光束
P1、P2：第一拋物线上的点
R：局部区域
S：第一参考平面
S1：第一微表面
S2：第二微表面
S3：第三微表面
S4：第四微表面
S100、S110、S200、S210：光强度分布曲线
x、y、z：方向
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
第一实施例
图1为本发明第一实施例的光源模块的剖面示意图。图2为图1的光源模块的立体视图。图3为图1的光源模块的立体视图。特别是，图1是图2及图3沿剖线AA’的剖面示意图。请参照图1、图2及图3，本实施例的光源模块100包括导光板110、至少一集光结构130以及至少一发光元件140。图2及图3示出4个集光结构130及4个发光元件140为代表。一个集光结构130对应一个发光元件140，然而本发明不并限定集光结构130及发光元件140的数量，集光结构130及发光元件140的数量皆可视实际的需求做适当的设计。
本实施例的导光板110具有第一出光面112、相对于第一出光面112的底面114、连接底面114与第一出光面112的第一入光面116、以及至少一光学微结构单元(图1至图3未示出)。本实施例的集光结构130具有连接第一入光面116的第二出光面132、第二入光面134、连接第二出光面132与第二入光面134的第一反射面136、以及连接第二出光面132与第二入光面134且相对于第一反射面136的第二反射面138。在本实施例中，集光结构130的第二出光面132可与导光板110的第一入光面116连接。然而，本发明不限于此，在其它实施例中，第二出光面132与第一入光面116之间也可存在一空隙。
图4为图2的光源模块的俯视透视图。请参照图2及图4，第一反射面136被第一参考平面S(标示于图2)所截取（截出）的截线包括第一拋物线136a(标示于图4)，其中第一参考平面S(例如与xy平面平行的平面)平行于第一出光面112。从另一角度来看，如图1所示，第一反射面136被第二参考平面(例如图1的纸面或与xz平面平行的平面)所截取的截线包括凹口大致上朝向发光元件140的曲线136b，其中第二参考平面垂直于第一出光面112。请再参照图2及图4，在本实施例中，第二反射面138被第一参考平面S(标示于图2)所截取的截线包括第二拋物线138a(标示于图4)。更进一步地说，如图4所示，第一拋物线136a的任意不同的二点P1、P2至第二拋物线138a的最短距离d1、d2大致上相等。换言之，如图2所示，本实施例的集光结构130可是大致上等厚度的，但本发明并不限于此，其它实施例的集光结构130也可有厚度的变化。
请参照图1及图4，本实施的发光元件140位于第二入光面134旁且用以发出光束L。光束L依序经过第二入光面134、第一反射面136、第二出光面132、第一入光面116且进入导光板110中。在本实施例中，发光元件140可为发光二极管(light emitting diode，LED)或其它适当类型的光源。
值得注意的是，如图4所示，在本实施例中，发光元件140可位于第一拋物线136a的焦平面上。发光元件140所发出的光束L1在y方向上有较大的发散程度，但光束L1被第一反射面136反射后的光束L2在y方向上的发散程度明显地被缩小。换言之，透过集光结构130的第一反射面136，本实施例的光源模块100的第一出光面112在y方向上的光强度分布可往正视方向(即第一出光面112的法线方向)集中。亦即，集光结构130可用于收敛光源模块100在y方向上的视角。此外，第一拋物线136a上也可选择性地镀上高反射率的材料，以增加光源模块的光利用效率。
图5为图1的局部区域R的放大图。请参照图5，每一个光学微结构单元120包括至少二个第一光学微结构122。每一第一光学微结构122具有相对于底面114凹陷的凹陷部122b以及相对于底面114凸起的凸起部122a。凸起部122a与凹陷部122b连接。详言之，凹陷部122b具有第一微表面S1以及与第一微表面S1连接的第二微表面S2。凸起部122a具有第三微表面S3以及与第三微表面S3连接的第四微表面S4。第二微表面S2与第三微表面S3连接。如图1及图5所示，在本实施例中，第一微表面S1及第四微表面S4大致上可与第一出光面112垂直。第二微表面S2及第三微表面S3可相对于第一入光面116倾斜。更进一步地说，第二微表面S2与第三微表面S3直接连接且大致上共平面。
请继续参照图1及图5，光束L自第一入光面116进入导光板110后，光束L可被光学微结构单元120(示出于图5)引导至第一出光面112出光。值得一提的是，光学微结构单元120可使光束L在x方向上往正视方向(即第一出光面112的法线方向)集中。换言之，光学微结构单元120可用于收敛光源模块100在x方向上的视角。详细而言，如图5所示，部分光束L3可被光学微结构单元120的其中一个第一光学微结构122反射至第一出光面112。由于第一光学微结构122的第二微表面S2及第三微表面S3也相对于第一出光面112倾斜，因此光束L3在被第二微表面S2或第三微表面S3反射后可在x方向上往正视方向集中。另一方面，部分的光束L4可被光学微结构单元120的其中一个第一光学微结构122折射至另一个第一光学微结构122。透过第一光学微结构122的第二微表面S2及第三微表面S3，进而被反射至第一出光面112，光束L4在x方向上也可往正视方向集中。
此外，如图1及图5所示，本实施例的光源模块100可进一步包括反射片150。反射片150位于导光板110的底面114。当有光束L自底面114或光学微结构单元120离开导光板110时，反射片150可将光束L反射回导光板110中，进而增加光源模块100的光利用效率。
图6示出图5的导光板与光学微结构单元。请参照图6，在本实施例中，第一光学微结构122的凸起部122a可为延伸方向与第一入光面116平行的三角柱凸条，且凹陷部122b可为延伸方向与第一入光面116平行的三角柱状凹槽。值得一提的是，基于光源模块100的出光均匀度考虑，在本实施例中，光学微结构单元120在底面112上的密度可随着远离第一入光面116的方向而递增。本实施例的导光板110还具连接第一出光面112与底面114且与第一入光面116直接连接的第一侧面118、以及相对于第一侧面118且连接第一出光面112与底面114的第二侧面119。光学微结构单元120在底面140上的密度可由导光板110的中央向第一侧面118及第二侧面119递增。
图7为比较例的光源模块剖面示意图。请参照图7，比较例的光源模块100A与本实施例的光源模块100类似。两者差异在于：两者的光学微结构单元的结构不同。比较例的光学微结构单元包括一个第一光学微结构122’。每一个第一光学微结构122’包括相对于底面114凹陷的凹陷部122a’且不包括凸起部。图8示出比较例的光源模块与本实施例的光源模块在y方向上的光强度分布。请参照图8，S100代表本实施例的光源模块100在y方向上的光强度分布曲线，S200代表比较例的光源模块100A在y方向上的光强度分布曲线。由于比较例的光源模块100A及本实施例的光源模块100皆具有截线包括拋物线的第一反射面136，因此比较例的光源模块100A及本实施例的光源模块100在y方向上的光强度分布皆往正视方向集中。
图9示出比较例的光源模块与本实施例的光源模块在x方向上的光强度分布。请参照图9，S110代表本实施例的光源模块100在x方向上的光强度分布曲线，S210代表比较例的光源模块100A在x方向上的光强度分布曲线。请参照图7，由于与比较例的第一光学微结构122’不包括凸起部。因此，当部分光束L穿过凹陷部122a’且被反射片150反射回导光板110中时，光束L在x方向上会以较大的出射角离开导光板110。这样一来，如图9所示，比较例的光源模块100的光强分布在x方向上相对没有集中在正视方向。请参照图5及图9，反观本实施例的光源模块100，其利用包括至少二个第一光学微结构122的光学微结构单元120可将穿过其中一个第一光学微结构122的光束L引导至另一第一光学微结构122中，进而使光束L以较小的出射角离开导光板110。因此，如图9所示，本实施例的光源模块100在x方向上的光强度分布S110相较于比较例的光源模块100A在x方向上的光强度分布S210可相对集中在正视方向。
第二实施例
图10为本发明第二实施例的光源模块的剖面示意图。图11为图10的光源模块的立体视图。图12为图10的光源模块的立体视图。特别是，图10是与图11及图12沿剖线BB’的剖面示意图。请参照图10、图11及图12，本实施例的光源模块100B与第一实施例的光源模块100类似，因此相同的元件以相同的标号表示。本实施例的光源模块100B与第一实施例的光源模块100主要的差异在于：本实施例的集光结构130B与第一实施例的集光结构130有所不同。此外，本实施例的光源模块100B还包括位于第二入光面134与发光元件140之间的第二光学微结构160。以下就此相异之处做说明，而二者相同之处便不再重述。
请参照图10、图11及图12，本实施例的集光结构130B可进一步具有第一延伸面131以及相对于第一延伸面131的第二延伸面133。第一延伸面131连接第一反射面136与第二入光面134。第二延伸面133连接第二反射面138与第二入光面134。在本实施例中，第一延伸面131及第二延伸面133大致上可与底面114平行。第一延伸面131及第二延伸面133可覆盖整个底面114。
请参照图10，本实施例的光源模块100B可进一步包括位于第二入光面134与发光元件140之间的第二光学微结构160。在本实施例中，第二光学微结构160可与第二入光面134连接。然而本发明不限于此，在其它实施例中，第二光学微结构160与第二入光面134之间也可存在一空隙。请参照图11及图12，第二光学微结构160具有弧面162、分别位于弧面162的相对两侧且与弧面162连接的第一斜面164及第二斜面168。第一斜面164及第二斜面168相对于第二入光面134倾斜，且第一斜面164的倾斜方向与第二斜面168的倾斜方向相反。第二光学微结构160还具有分别位于弧面162的相对两侧且朝向发光元件140延伸的第一连接面161与第二连接面163。第一连接面161连接第一斜面164与弧面162。第二连接面163连接第二斜面168与弧面162。在本实施例中，第一连接面161与第二连接面163可与第二入光面134垂直。
图13为图11的光源模块的俯视透视图。请参照图13，本实施例的第二光学微结构160可使光束L在进入集光结构130之前先在y方向上往正视方向集中。详细而言，光束经过弧面162后，光束在y方向上的发散角可明显缩小。发散角较大的光束穿过第一连接面161(或第二连接面163)且被第一斜面164(或第二斜面168)反射。透过第一斜面164(或第二斜面168)的调整，发散角较大的光束可以以较小的入射角穿过第二入光面134。换言之，在本实例中，光束可先透过第二光学微结构160在y方向上往正视方向集中，之后再透过集光结构130而更进一步地在y方向往正视方向集中。
此外，本实施例的光源模块100B也具有与第一实施例的光源模块100类似的功效及优点，在此便不再重述。
综上所述，本发明一实施例的光源模块透过截线包括拋物线的集光结构可使光源模块在垂直方向(即y方向)上的光强度分布往正视方向集中。此外，透过第一光学微结构单元，本发明一实施例的光源模块在水平方向(即x方向)上的光强度分布往正视方向集中。换言之，本发明一实施例的光源模块可在不使用额外的光学膜片的情况下，将其在水平方向及垂直方向上的光强度分布集中往正视方向，进而使光源模块在正视方向上的亮度增加。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明的权利要求及发明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利覆盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请权利要求不须实现本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (19)

1.一种光源模块，包括一导光板、至少一集光结构、以及至少一发光元件，
所述导光板具有一第一出光面、相对于所述第一出光面的一底面、连接所述底面与所述第一出光面的一第一入光面、以及至少一光学微结构单元，所述至少一光学微结构单元包括至少二第一光学微结构，每一所述第一光学微结构具有相对于所述底面凹陷的一凹陷部以及相对于所述底面凸起的一凸起部，且所述凸起部与所述凹陷部连接，
所述至少一集光结构具有连接所述第一入光面的一第二出光面、一第二入光面、连接所述第二出光面与所述第二入光面的一第一反射面、以及连接所述第二出光面与所述第二入光面且相对于所述第一反射面的一第二反射面，其中所述第一反射面被一第一参考平面所截取的截线包括一第一拋物线，其中所述第一参考平面平行于所述第一出光面，
所述至少一发光元件用以发出一光束，所述光束依序经过所述第二入光面、所述第一反射面、所述第二出光面、所述第一入光面且进入所述导光板中，进入所述导光板中的所述光束被所述光学微结构单元引导至所述第一出光面。
2.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述凹陷部具有一第一微表面以及与所述第一微表面连接的一第二微表面，所述凸起部具有一第三微表面以及与所述第三微表面连接的一第四微表面，其中所述第二微表面与所述第三微表面连接。
3.根据权利要求2所述的光源模块，其特征在于，所述第一微表面及所述第四微表面的延伸方向与所述第一出光面垂直，且所述第二微表面及所述第三微表面的延伸方向相对于所述第一入光面的方向倾斜。
4.根据权利要求3所述的光源模块，其特征在于，所述第二微表面与所述第三微表面直接连接且共平面。
5.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，部分的所述光束被所述光学微结构单元的其中一所述第一光学微结构反射至所述第一出光面。
6.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，部分的所述光束被所述光学微结构单元的其中一所述第一光学微结构折射至所述光学微结构单元的另一所述第一光学微结构，传递至所述另一第一光学微结构的所述部分光束被所述另一第一光学微结构反射至所述第一出光面。
7.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述导光板还包含多个所述光学微结构单元，且这些光学微结构单元在所述底面上的密度随着远离所述第一入光面的方向而递增。
8.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，还包括多个所述光学微结构单元，其中所述导光板还具连接所述第一出光面与所述底面且与所述第一入光面直接连接的一第一侧面、以及相对于所述第一侧面且连接所述第一出光面与所述底面的一第二侧面，其中这些光学微结构单元在所述底面上的密度由所述导光板的中央向所述第一侧面的方向及所述第二侧面的方向递增。
9.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述第一反射面被一第二参考平面所截取的截线包括凹口朝向所述发光元件的一曲线，其中所述第二参考平面垂直于所述第一出光面。
10.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述第二反射面被所述第一参考平面所截取的截线包括一第二拋物线。
11.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述第一拋物线上的任意不同的二点至所述第二拋物线的最短距离相等。
12.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述发光元件位于所述第一拋物线的焦平面上。
13.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述集光结构还具有一第一延伸面以及相对于所述第一延伸面的一第二延伸面，所述第一延伸面连接所述第一反射面与所述第二入光面，且所述第二延伸面连接所述第二反射面与所述第二入光面。
14.根据权利要求13所述的光源模块，其特征在于，所述第一延伸面及所述第二延伸面与所述底面平行。
15.根据权利要求13所述的光源模块，其特征在于，所述第一延伸面及所述第二延伸面覆盖整个所述底面。
16.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，还包括：至少一第二光学微结构，位于所述光束的传递路径上，且位于所述第二入光面与所述发光元件之间。
17.根据权利要求16所述的光源模块，其特征在于，所述第二光学微结构具有一弧面、分别位于所述弧面相对两侧且与所述弧面连接的一第一斜面及一第二斜面，所述第一斜面及所述第二斜面相对于所述第二入光面倾斜，且所述第一斜面的倾斜方向与所述第二斜面的倾斜方向相反。
18.根据权利要求17所述的光源模块，其特征在于，所述第二光学微结构还具有分别位于所述弧面相对两侧且朝向所述发光元件延伸的一第一连接面与一第二连接面，所述第一连接面连接所述第一斜面与所述弧面，所述第二连接面连接所述第二斜面与所述弧面。
19.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，还包括一反射片，位于所述导光板的所述底面与所述集光结构之间。
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