CN216979459U - 光线调节模块、显示装置及抬头显示器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光线调节模块、显示装置及抬头显示器，光线调节模块包括分光结构、转换结构和反射结构，所述转换结构和所述反射结构沿第一方向并排设置，所述分光结构具有用于供光源发出的光线入射的第一侧和与所述第一侧相对设置的第二侧，所述第一侧至所述第二侧的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向垂直；具有第一偏振状态的光线可依次经过分光结构、转换结构和反射结构射出，具有第二偏振状态的光线可由分光结构射出。本申请提供的光线调节模块、显示装置及抬头显示器，能够提高光源模块射向分光结构的光线的偏振转化效率，提高光效，增强出光亮度，有利于减小光源模块和光线调节模块的体积。

Description

光线调节模块、显示装置及抬头显示器

技术领域

本申请属于显示设备技术领域，更具体地说，是涉及一种光线调节模块、显示装置及抬头显示器。

背景技术

随着5G技术的发展和实现，增强现实技术在人们的生活中越来越重要，如AR HUD(Augmented reality head up display，增强现实式抬头显示器)。AR HUD对投影光机的结构和体积也有较高的要求，现有的投影光机包括光源、光线调节模块和显示模块等，光线调节模块的光效较低，投影的亮度和对比度都不高，光源体积较大，很难满足AR HUD对小体积光机的要求。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种光线调节模块，以解决现有技术中存在的光线调节模块的光效较低的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种光线调节模块，包括分光结构、转换结构和反射结构，所述转换结构和所述反射结构沿第一方向并排设置，所述分光结构具有用于供光源发出的光线入射的第一侧和与所述第一侧相对设置的第二侧，所述第一侧至所述第二侧的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向垂直；

具有第一偏振状态的光线由所述第一侧射向所述分光结构，经所述分光结构反射至所述转换结构，经所述转换结构转换为具有第二偏振状态的光线并射向所述反射结构，由所述反射结构朝向所述第二侧射出；

具有第二偏振状态的光线由所述第一侧射向所述分光结构，经所述分光结构朝向所述第二侧射出。

通过采用分光结构，够使允许第二偏振状态的光线通过，且能够将第一偏振状态的光线反射至转换结构，转换结构能够将第一偏振状态的光线转换为第二偏振状态的光线，并射向反射结构，反射结构将光线朝向第二侧反射，使得光线调节模块的出射光线均为具有第二偏振状态的光线，从而能够保障成像；在具有第一偏振状态的光线经过光线调节模块时，第一偏振状态的光线被转化为第二偏振状态的光线，能够提高光源模块射向分光结构的光线的偏振转化效率，提高光效，增强出光亮度，有利于减小光源模块和光线调节模块的体积。

在一个实施例中，所述转换结构位于所述分光结构远离所述反射结构的一侧，所述转换结构包括第一反射膜和设于所述第一反射膜靠近所述分光结构一侧的转换膜。

通过采用上述技术手段，能够将第一偏振状态的入射光线转换为第二偏振状态的出射光线。

在一个实施例中，所述分光结构的数量为两个，所述反射结构的数量为两个，所述转换结构的数量为两个，两个所述转换结构位于两个所述分光结构之间，各所述反射结构位于相邻所述分光结构远离所述转换结构的一侧。

通过采用上述技术手段，能够使得转换结构两侧的光线保持对称。

在一个实施例中，所述分光结构的数量为两个，所述反射结构的数量为两个，两个所述分光结构分别设于所述转换结构的相对两侧，各所述反射结构位于相邻所述分光结构远离所述转换结构的一侧；所述第一反射膜的两侧均设有所述转换膜。

通过采用上述技术手段，能够使得转换结构两侧的光线保持对称。

在一个实施例中，所述转换结构为转换膜，所述分光结构的数量为两个，所述反射结构的数量为两个，两个所述分光结构分别位于所述转换膜的相对两侧，各所述反射结构位于相邻所述分光结构远离所述转换膜的一侧。

通过采用上述技术手段，能够使得转换结构两侧的光线保持对称。

在一个实施例中，所述分光结构包括第一棱镜和设于所述第一棱镜的对角面上的偏振分光膜。

通过采用上述技术手段，能够实现分光，使得第一偏振状态的光线反射至转换结构，第二偏振状态的光线透射经过。

在一个实施例中，所述反射结构包括第二棱镜、设于所述第二棱镜的对角面上的第二反射膜和设于所述第二棱镜靠近所述第一侧的一面的第三反射膜。

通过采用上述技术手段，能够控制反射结构靠近第二侧的出射光线与分光结构靠近第二侧的出射光线的方向保持一直，且能够防止第一侧的光线进入到反射结构中。

本申请实施例还提供一种显示装置，包括光源模块、显示模块、分光模块和投影模块，还包括上述任一实施例中的光线调节模块，所述光源模块发出的光线依次经过所述光线调节模块、所述分光模块、所述显示模块和所述投影模块。

通过采用上述技术手段，能够提高光源模块射向分光结构的光线的偏振转化效率，提高光效，增强出光亮度，有利于减小光源模块和光线调节模块的体积，从而有利于减小显示装置的体积。

在一个实施例中，所述显示模块为LCOS显示模块。

通过采用上述技术手段，有利于提高光效和显示效果。

在一个实施例中，所述投影模块为液晶透镜。

通过采用上述技术手段，有利于减小显示装置的体积。

本申请实施例还提供一种抬头显示器，包括上述任一实施例中的显示装置。

通过采用上述技术手段，能够提高光效，增强出光亮度，有利于减小抬头显示器的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的光线调节模块的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的光线调节模块的结构示意图；

图3为本申请又一实施例提供的光线调节模块的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的显示装置的示意图；

图5为本申请另一实施例提供的显示装置的示意图；

图6为本申请又一实施例提供的显示装置的示意图；

图7为本申请实施例提供的显示模块的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的投影模块的结构示意图；

图9为本申请一实施例提供的抬头显示器的结构示意图；

图10为本申请另一实施例提供的抬头显示器的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100-显示装置；

10-光线调节模块；101-第一侧；102-第二侧；11-分光结构；111-第一棱镜；112-偏振分光膜；12-反射结构；121-第二棱镜；122-第二反射膜；123-第三反射膜；13-转换结构；131-第一反射膜；132-转换膜；

20-光源模块；20a-红色发光源；20b-蓝色发光源；20c-黄色发光源；21-合光器；

30-显示模块；31-硅基板；32-反射层；33-液晶层；34-上基板；

40-分光模块；

50-投影模块；51-透镜本体；52-液晶调节层；

60-合光模块；

70-投射模块；

80-投影屏；

S1-第一方向；S2-第二方向。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图3，现对本申请实施例提供的光线调节模块进行说明。光线调节模块10包括分光结构11、转换结构13和反射结构12，分光结构11、转换结构13和反射结构12沿第一方向S1并排设置，光线调节模块10具有第一侧101和第二侧102，第一侧101用于供光源发出的光线入射，光线调节模块10的出射光线由第二侧102射出，第二侧102与第一侧101相对设置，第一侧101至第二侧102的方向为第二方向S2，第二方向S2与第一方向S1垂直；分光结构11用于朝向转换结构13反射具有第一偏振态的光线，且分光结构11用于透射具有第二偏振态的光线；转换结构13用于将第一偏振态的光线转换成第二偏振状态的光线，且将该第二偏振状态的光线朝向分光结构11射出；反射结构12用于将分光结构11射向转换结构13的光线朝向第二侧102反射射出。请一并参阅图2，在光源模块20向分光结构11发射光线(包括具有第一偏振状态的光线和第二偏振状态的光线)时：具有第一偏振状态的光线由第一侧101射向分光结构11后，分光结构11将第一偏振状态的光线反射至转换结构13，第一偏振状态的光线经过转换结构13射出，形成第二偏振状态的反射光线，并射向反射结构12，反射结构12将该第二偏振状态的反射光线反射至第二侧102；具有第二偏振状态的光线由第一侧101射向分光结构11，透过分光结构11且朝向第二侧102射出。这样够使得光线调节模块10的出射光线均为具有第二偏振状态的光线，从而能够保障成像。在具有第一偏振状态的光线经过光线调节模块10时，第一偏振状态的光线被转化为第二偏振状态的光线，能够提高光源模块20射向分光结构11的光线的偏振转化效率，提高光效，增强出光亮度，有利于减小光源模块20和光线调节模块10的体积。其中，光源射向光线调节模块10时光线由分光结构11入射，第一侧101和第二侧102也可以理解为是分光结构11的相对两侧。

在本申请实施例中，请参阅图1至图3，第一方向S1为分光结构11的宽度方向，第二方向S2为分光结构11的厚度方向，第一方向S1和第二方向S2均垂直于分光结构11的长度方向。这样在第一侧101射向分光结构11的光束为沿第二方向S2的平行光时，能够使得光线调节模块10的出射光也是沿第二方向S2的平行光。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1及图2，转换结构13位于分光结构11远离反射结构12的一侧，转换结构13包括第一反射膜131和转换膜132，转换膜132设于第一反射膜131靠近分光结构11一侧。通过第一反射膜131能够实现对穿过转换膜132的光线的反射，转换膜132能够将第一偏光状态的光线转化为第二偏光状态的光线，从而能够使得转换结构13的反射光线能够透射经过分光结构11，射向反射结构12。

在一个实施例中，请参阅图1，分光结构11的数量为两个，反射结构12的数量为两个，转换结构13的数量为一个，两个分光结构11分别位于转换结构13的相对两侧，各反射结构12位于相邻分光结构11远离转换结构13的一侧；第一反射膜131的两侧均设有转换膜132。第一反射膜131的两侧均为反射面，如此，能够实现对各分光结构11的反射光线的反射和转换，这样也能够减小转换结构13的厚度，减小两个分光结构11之间的距离，保障光线调节模块10的出光侧的光线均匀。而且，这样使得转换结构13两侧的分光结构11保持对称，转换结构13两侧的反射结构12保持对称，从而使得转换结构13两侧的出射光线保持对称。第一反射膜131的两侧均设有转换膜132。

在另一个实施例中，请参阅图2，分光结构11的数量为两个，反射结构12的数量为两个，转换结构13的数量为两个，两个转换结构13位于两个分光结构11之间，各反射结构12位于相邻分光结构11远离转换结构13的一侧。这样使得转换结构13两侧的分光结构11保持对称，转换结构13两侧的反射结构12保持对称，从而使得转换结构13两侧的出射光线保持对称。

可选地，转换膜132为四分之一波片。这样光线由分光结构11射向第一反射膜131时需要穿过四分之一波片，在第一反射膜131反射光线后，光线需要再次穿过四分之一波片，从而使得光线相当于调整了半个波长的相位，从而使得转换膜132能够将第一偏振状态的光线转换为第二偏振状态的光线，转换膜132转换形成的第二偏振状态的光线能够射入并透过分光结构11。在本申请的其它实施例中，转换膜132也可以是八分之一波片或十六分之一波片，如此，能够将相应的第一偏振状态的光线转化为第二偏振状态的光线。

可选地，第一反射膜131位全反射膜，如此，能够提高反射光的强度。

在本申请的又一个实施例中，请参阅图3，转换结构13为转换膜132；分光结构11的数量为两个，反射结构12的数量为两个，两个分光结构11分别设于转换膜132的相对两侧，各反射结构12位于相邻分光结构11远离转换膜132的一侧。这样转换结构13能够透射光线，射向一个分光结构11的第一偏振状态的光线，经分光结构11反射射向转换膜132，通过转换膜132将第一偏光状态的光线转化为第二偏光状态的光线，光线透射经过转换膜132，经过另一个分光结构11透射射出，射向反射结构12。另外，这样也可使得转换结构13两侧的分光结构11保持对称，转换结构13两侧的反射结构12保持对称，从而使得转换结构13两侧的出射光线保持对称。

可选地，转换膜132为半波片。这样光线透射经过半波片时，半波片使得光线调整了半个波长的相位，将第一偏振状态的光线转换为第二偏振状态的光线，转换膜132转换形成的第二偏振状态的光线能够射入并透过分光结构11。在本申请的其它实施例中，转换膜132也可以是四分之一波片或八分之一波片，如此，能够将相应的第一偏振状态的光线转化为第二偏振状态的光线。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1至图3，分光结构11包括第一棱镜111和偏振分光膜112，偏振分光膜112设于第一棱镜111的对角面上。如此，偏振分光膜112能够将第一偏振状态的光线与第二偏振状态的光线分开，使得第一偏振状态的光线被偏振分光膜112反射至转换结构13，且使得第二偏振状态的光线穿过偏振分光膜112，由分光结构11朝向第二侧102透射射出。具体地，第一棱镜111包括第一分区111a和第二分区111b，第一分区111a和第二分区111b分别位于偏振分光膜112的相对两侧，第一分区111a的横截面呈三角形，第二分区111b的横截面呈三角形，第一棱镜111的横截面可以为矩形或正方形，偏振分光膜112由第一侧101至第二侧102呈朝向靠近转换结构13的方向倾斜设置，这样能够使得第一偏振状态的光线被偏振分光膜112反射至转换结构13。

在本申请的一个实施例中，请参阅图1至图3，反射结构12包括第二棱镜121、第二反射膜122和第三反射膜123，第二反射膜122设于第二棱镜121的对角面上，第三反射膜123设于第二棱镜121靠近第一侧101的一面。这样通过第二反射膜122能够使得第二反射膜122反射的光线的出射方向与分光结构11朝向第二侧102射出的光线的方向保持相同；通过采用第三反射膜123能够防止靠近第一侧101的光线进入到第二棱镜121中，避免干扰反射结构12靠近第二侧102出射的光线，且能够提高光线的利用率。可选地，第二棱镜121包括第三分区121a和第四分区121b，第三分区121a和第四分区121b分别位于第二反射膜122的相对两侧，第三分区121a的横截面呈三角形，第四分区121b的横截面呈三角形，第二棱镜121的横截面可以为矩形或正方形，第二反射膜122由第一侧101至第二侧102呈朝向远离转换结构13的方向倾斜设置，这样能够使得第二偏振状态的光线被第二反射膜122朝向第二侧102反射射出。当然，在本申请的其它实施例中，第二棱镜121的横截面也可以是呈三角形。

在本申请的一个实施例中，第一棱镜111和第二棱镜121固定呈一体结构，如通过粘贴固定，这样能够保障光线调节模块10结构的稳定，且有利于减小间隙，保障出光匀度和透光性能。

本申请实施例还提供一种显示装置100，请参阅图4至图6，显示装置100包括光源模块20、显示模块30、分光模块40和投影模块50，显示装置100还包括上述任一实施例中的光线调节模块10，光源模块20发出的光线依次经过光线调节模块10、分光模块40、显示模块30和投影模块50。光源模块20发射的光线，经过光线调节模块10，射向分光模块40，分光模块40将入射光线反射至显示模块30，然后显示模块30将具有图像信号的光束射向投影模块50，投影模块50对图像进行放大输出，以实现投影。通过采用上述实施例中的光线调节模块10，能够提高光源模块20射向分光结构11的光线的偏振转化效率，提高光效，增强出光亮度，有利于减小光源模块20和光线调节模块10的体积，从而有利于减小显示装置100的体积。

在本申请的一个实施例中，请参阅图4至图6，显示模块30为LCOS(Liquid Crystalon Silicon，硅基液晶)显示模块。如此，能够实现反射式投影，使得显示装置100具有高对比度、高亮度和高可靠性，能更好地满足AR HUD的要求。同时，对显示装置100的光路结构进一步改进，可达到更高的光效和更好的显示效果，并使得显示装置100整体结构更简单、体积更小。具体地，分光模块40位于投影模块50与LCOS显示模块之间，分光模块40将光线反射至LCOS显示模块，LCOS显示模块将光线反射至分光模块40，经LCOS显示模块反射的光线透过分光模块40后射向投影模块50，从而实现将分光模块40中图像的输出。在本申请的其它实施例中，显示模块30也可以是采用透射式显示模块。相较于现有的透射式显示模块需经过多层结构的堆叠，各结构层对光线都有一定的衰减，采用LCOS显示模块光效更高。

在本申请的一个实施例中，请参阅图4及图7，LCOS显示模块包括硅基板31、反射层32、液晶层33和上基板34，硅基板31、反射层32、液晶层33和上基板34依次层叠设置。当具有某特定偏振方向的光线入射到LCOS显示模块时，经过液晶层33进行相应的相位调制后经反射层32反射出LCOS显示模块外。该种反射式的显示方式由于其在结构上无需多层的堆叠，仅利用反射层32对光线具有较高反射率便可实现显示，从而达到高亮度的同时实现低功耗。

可选地，分光模块40为偏振分光器，能够实现将光线分成偏振状态相互垂直的两束光。

在本申请的一个实施例中，请参阅图4及图8，投影模块50为液晶透镜。利用液晶透镜取代了现有的投影光机中利用普通光学透镜的机械式调整进行投影的方案，从而能够缩小投影光机的整体体积。具体地，液晶透镜包括透镜本体51和设于透镜本体51中的液晶调节层52，通过改变液晶调节层52，从而能够实现对图像的放大。

在本申请的一个实施例中，请参阅图4，光源模块20可以是白光LED光源或白光激光光源，光线波长范围可以为450nm-650nm。这样使得LCOS显示模块为彩色显示模块。可选地，投影模块50至少包括一个放大透镜，这样设置有利于减小显示装置100的体积。

在本申请的另一个实施例中，请参阅图5，光源模块20包括红色发光源20a、蓝色发光源20b、黄色发光源20c和合光器21，合光器21用于将红色发光源20a、蓝色发光源20b、黄色发光源20c合并射出，如此，可以实现彩色图像的显示。可选地，红色发光源20a、蓝色发光源20b和黄色发光源20c可为LED光源或激光光源。这样相对于白光光源，其优势在于单色LCOS显示模块的生产工艺相对成熟，制作成本较低。

在本申请的又一实施例中，请参阅图6，LCOS显示模块的数量为三个，光源模块20的数量为三个(一个光源模块20为红色发光源20a，一个光源模块20为蓝色发光源20b，一个光源模块20为黄色发光源20c)，光线调节模块10的数量为三个，显示装置100还包括合光模块60，合光模块60将各分光模块40出射的光线合并后射入投影模块50。不同颜色的光源模块20发出的光线进入到对应的光线调节模块10后，然后经过相应的分光模块40的反射进入到对应的LCOS显示模块，而LCOS显示模块根据图像信息对入射的光线进行偏振状态的调整，最后将三个分光模块40出射到合光模块60实现彩色显示。这样三种颜色的光是同时出射，在实现彩色显示的方式上较为简单，并能够使得最终显示的画面对比度和亮度相对较高。

请参阅图9及图10，本申请实施例还提供一种抬头显示器，包括上述任一实施例中的显示装置100。本申请实施例中的抬头显示器，通过采用上述实施例中的显示装置100，能够提高光源模块20射向分光结构11的光线的偏振转化效率，提高光效，增强出光亮度，有利于减小显示装置100的体积，从而有利于减小抬头显示器的体积。

可选地，请参阅图9及图10，抬头显示器还包括投射模块70和投影屏80，显示装置100出射的光线经投射模块70投射至投影屏80上。如此，能够实现对成像大小和方向的调节。投影屏80可以是车辆上的挡风玻璃等，这样可以利用挡风玻璃显示图像。

可选地，请参阅图9，投射模块70为反射模块70a，反射模块70a至少包括一个平面反射镜，如此，可以由平面反射镜和自由曲面反射镜的组合。这样能够利用反射模块70a，将显示装置100投射至反射模块70a的图像反射至投影屏80上，以显示图像。

可选地，请参阅图10，投射模块70为光波导模块70b，光波导模块70b可为几何光波导或衍射光波导，进入到光波导模块70b的光线在其中以全反射的方式传输，最终出射到投影屏80上，以显示图像。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光线调节模块，其特征在于：包括分光结构、转换结构和反射结构，所述转换结构和所述反射结构沿第一方向并排设置，所述分光结构具有用于供光源发出的光线入射的第一侧和与所述第一侧相对设置的第二侧，所述第一侧至所述第二侧的方向为第二方向，所述第一方向与所述第二方向垂直；

具有第一偏振状态的光线由所述第一侧射向所述分光结构，经所述分光结构反射至所述转换结构，经所述转换结构转换为具有第二偏振状态的光线并射向所述反射结构，由所述反射结构朝向所述第二侧射出；

具有第二偏振状态的光线由所述第一侧射向所述分光结构，经所述分光结构朝向所述第二侧射出。

2.如权利要求1所述的光线调节模块，其特征在于：所述转换结构位于所述分光结构远离所述反射结构的一侧，所述转换结构包括第一反射膜和设于所述第一反射膜靠近所述分光结构一侧的转换膜。

3.如权利要求2所述的光线调节模块，其特征在于：所述分光结构的数量为两个，所述反射结构的数量为两个，所述转换结构的数量为两个，两个所述转换结构位于两个所述分光结构之间，各所述反射结构位于相邻所述分光结构远离所述转换结构的一侧；或，

所述分光结构的数量为两个，所述反射结构的数量为两个，两个所述分光结构分别设于所述转换结构的相对两侧，各所述反射结构位于相邻所述分光结构远离所述转换结构的一侧；所述第一反射膜的两侧均设有所述转换膜。

4.如权利要求1所述的光线调节模块，其特征在于：所述转换结构为转换膜，所述分光结构的数量为两个，所述反射结构的数量为两个，两个所述分光结构分别位于所述转换膜的相对两侧，各所述反射结构位于相邻所述分光结构远离所述转换膜的一侧。

5.如权利要求1所述的光线调节模块，其特征在于：所述分光结构包括第一棱镜和设于所述第一棱镜的对角面上的偏振分光膜。

6.如权利要求1至5任一项所述的光线调节模块，其特征在于：所述反射结构包括第二棱镜、设于所述第二棱镜的对角面上的第二反射膜和设于所述第二棱镜靠近所述第一侧的一面的第三反射膜。

7.一种显示装置，包括光源模块、显示模块、分光模块和投影模块，其特征在于：还包括如权利要求1-6任一项所述的光线调节模块，所述光源模块发出的光线依次经过所述光线调节模块、所述分光模块、所述显示模块和所述投影模块。

8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于：所述显示模块为LCOS显示模块。

9.如权利要求7或8所述的显示装置，其特征在于：所述投影模块为液晶透镜。

10.一种抬头显示器，其特征在于：包括如权利要求7-9任一项所述的显示装置。

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