DE102018115045A1 - Light module for an emitting device, emitting device and use of an optical monolith - Google Patents
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Abstract
Ein Lichtmodul (100) für eine Abstrahleinrichtung umfasst zumindest eine Lichtquelle (102) sowie zumindest eine Projektionseinrichtung (112), welche ausgeformt ist, um von der Lichtquelle (102) austretendes Licht (106) in einen Bereich vor der Abstrahleinrichtung in Form von zumindest einer Lichtverteilung (108) abzubilden. Die Projektionseinrichtung (104) wiest eine Eintrittsoptik (110), eine Projektionsoptik (112) und eine Austrittsoptik (114) auf, wobei die Projektionsoptik (112) in einem Strahlengang zwischen der Eintrittsoptik (110) und der Austrittsoptik (114) angeordnet und ausgebildet ist, um ein Bild auf einen Lichtstrahl (120) aufzumodulieren. Die Eintrittsoptik (110) und/oder die Austrittsoptik (114) umfassen einen optischen Monolithen mit mindestens eine Freiformfläche.A light module (100) for an emission device comprises at least one light source (102) and at least one projection device (112), which is shaped to emit light (106) exiting the light source (102) into an area in front of the emission device in the form of at least one To image light distribution (108). The projection device (104) has inlet optics (110), projection optics (112) and exit optics (114), the projection optics (112) being arranged and configured in a beam path between the entrance optics (110) and the exit optics (114) to modulate an image onto a light beam (120). The entry optics (110) and / or the exit optics (114) comprise an optical monolith having at least one free-form surface.
Description
Die Erfindung betrifft Lichtmodul für eine Abstrahleinrichtung, eine Abstrahleinrichtung, Verwendungen des Lichtmoduls und eine Verwendung eines optischen Monolithen.The invention relates to a light module for an emitting device, an emitting device, uses of the light module and a use of an optical monolith.
Lichtmodule, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen oder für die Ausleuchtung von Straßen oder Räumen eingesetzt werden, weisen häufig eine Vielzahl von optischen Elementen auf, die aufwändig zu justieren sind.Light modules, such as those used in vehicles or for the illumination of streets or rooms, often have a variety of optical elements that are complex to adjust.
Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Lichtmodul für eine Abstrahleinrichtung eine verbesserte Abstrahleinrichtung sowie eine neue Verwendung eines optischen Monolithen zu schaffen.The object of the invention is to provide an improved light module for an emission device, an improved emission device and a new use of an optical monolith.
Diese Aufgabe wird durch ein Lichtmodul, eine Abstrahleinrichtung und eine Verwendung eines optischen Monolithen gemäß den Hauptansprüchen gelöst. Vorteilhafterweise kann ein optischer Monolith zur Realisierung einer Projektionseinrichtung eines Lichtmoduls verwendet werden, wobei der optische Monolith mindestens eine Freiformfläche aufweist.This object is achieved by a light module, an emitting device and a use of an optical monolith according to the main claims. Advantageously, an optical monolith can be used to realize a projection device of a light module, the optical monolith having at least one free-form surface.
Das Lichtmodul kann für Beleuchtungs- und/oder Abbildungseinheiten verwendet werden. Das Lichtmodul kann durch eine geeignete vereinfachte Optik so gestaltet werden, dass die Anzahl optischer Grenzflächen verringert wird und auch der Montage- und Justieraufwand verringert wird. Zugleich kann dadurch neue Einsatzgebiete eine Beleuchtungseinheit gepaart mit einer Projektionseinheit erschlossen werden. Dabei kann der Strahlengang so gefaltet werden, dass dadurch die optisch wirksamen Flächen gering gehalten werden. Dies kann durch ein Lichtmodul, auch Projektions-Lichtmodul genannt, realisiert werden, welches mindestens eine Freiformfläche enthält, die durch mindestens einen optischen Monolith realisiert ist.The light module can be used for lighting and / or imaging units. The light module can be designed by a suitable simplified optics so that the number of optical interfaces is reduced and also the assembly and adjustment effort is reduced. At the same time new application areas a lighting unit paired with a projection unit can be opened. In this case, the beam path can be folded so that thereby the optically effective surfaces are kept low. This can be achieved by a light module, also called a projection light module, which contains at least one free-form surface which is realized by at least one optical monolith.
Ein entsprechendes Lichtmodul für eine Abstrahleinrichtung umfasst zumindest eine Lichtquelle sowie zumindest eine Projektionseinrichtung, welche von der Lichtquelle austretendes Licht in einen Bereich vor der Abstrahleinrichtung in Form von zumindest einer Lichtverteilung abbilden kann. Dabei weist die Projektionseinrichtung eine Eintrittsoptik , eine Projektionsoptik und eine Austrittsoptik auf. Die Projektionsoptik ist in einem Strahlengang zwischen der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik angeordnet und ist ausgebildet, um ein Bild auf einen Lichtstrahl aufzumodulieren. Die Eintrittsoptik und/oder die Austrittsoptik umfassen einen optischen Monolithen mit mindestens einer Freiformfläche.A corresponding light module for an emission device comprises at least one light source and at least one projection device, which can image light emerging from the light source into an area in front of the emission device in the form of at least one light distribution. In this case, the projection device has an entrance optics, a projection optics and an exit optics. The projection optics are arranged in a beam path between the entrance optics and the exit optics and are designed to modulate an image onto a light beam. The entry optics and / or the exit optics comprise an optical monolith having at least one free-form surface.
Auch kann zumindest ein Leuchtmodul in der Abstrahleinrichtung integriert sein, das ohne Aufmodulieren eines Bildes Licht einer weiteren Lichtquelle direkt aussendet. Beispielsweise stellt die Abstrahleinrichtung eine Lampe, eine Leuchte, ein Display oder einen Scheinwerfer dar. Die Lichtquelle umfasst beispielsweise zumindest eine Leuchtdiode, einen Laser, eine Halogenlampe oder eine andere geeignete Einrichtung zur Aussendung von Licht. Die Projektionseinrichtung kann ausgeformt sein, um unter Verwendung des Lichts der Lichtquelle die Lichtverteilung zu generieren, die beispielsweise für einen Betrachter in einem von der Abstrahleinrichtung angestrahlten Bereich sichtbar ist. Die Lichtverteilung kann das Bild abbilden, das von der Projektionsoptik auf das Licht der Lichtquelle aufmoduliert wird. Dazu kann die Projektionsoptik ausgebildet sein, um ein geeignetes Modulationsverfahren zum Aufmodulieren des Bilds anzuwenden. Beispielsweise kann die Projektionsoptik ausgebildet sein, um das Licht der Lichtquelle unter Verwendung einer Anordnung von beweglichen Optiken entweder in den zu der Austrittsoptik führenden Strahlengang hinein oder aus dem Strahlengang heraus zu reflektieren. Dazu kann das Bild in Form eines digitalen Bilds oder eines das digitale Bild repräsentierenden Steuersignals an die Projektionsoptik bereitgestellt werden und von der Projektionsoptik auf den Lichtstrahl aufmoduliert werden. Unter einem optischen Monolith kann ein Grundköper aus einem refraktiven Bauelement verstanden werden, welcher mehrere funktionale Flächen aufweist. Beispielsweise kann Licht über eine erste refraktive Fläche in den Monolith einkoppelt, an einer zweiten Fläche reflektiert und über eine zweite refraktive Fläche aus dem Monolith ausgekoppelt werden. Die Eintrittsoptik kann als der optische Monolith ausgeformt sein oder neben dem optischen Monolithen zumindest ein weiteres Element, beispielsweise ein weiteres optisches Element umfassen. Entsprechend kann die Austrittsoptik als der optische Monolith ausgeformt sein oder neben dem optischen Monolithen zumindest ein weiteres Element, beispielsweise ein weiteres optisches Element umfassen.Also, at least one lighting module can be integrated in the emitting device, which directly emits light of another light source without modulating an image. By way of example, the emission device is a lamp, a lamp, a display or a headlight. The light source comprises, for example, at least one light-emitting diode, a laser, a halogen lamp or another suitable device for emitting light. The projection device may be formed to generate, using the light of the light source, the light distribution that is visible, for example, to a viewer in an area illuminated by the emitting device. The light distribution can image the image, which is modulated by the projection optics on the light of the light source. For this purpose, the projection optics can be designed to use a suitable modulation method for modulating the image. By way of example, the projection optics can be designed to reflect the light of the light source into the beam path leading to the exit optics or out of the beam path using an arrangement of movable optics. For this purpose, the image in the form of a digital image or a control signal representing the digital image can be provided to the projection optics and modulated onto the light beam by the projection optics. An optical monolith can be understood to mean a base body made of a refractive component which has a plurality of functional surfaces. For example, light can be coupled into the monolith via a first refractive surface, reflected on a second surface, and coupled out of the monolith via a second refractive surface. The entrance optics may be formed as the optical monolith or comprise at least one further element, for example a further optical element, in addition to the optical monolith. Accordingly, the exit optics can be formed as the optical monolith or comprise at least one further element, for example a further optical element, in addition to the optical monolith.
Vorteilhafterweise kann das optische Bauteil in Form des Monolithen anstelle eines Mehrlinsensystems eingesetzt werden. Eine Anwendung bezieht sich beispielsweise auf eine Projektionstechnik, die auf einem sogenannten Digital-Light-Processing-System für einen HD-Matrix-Scheinwerfer (hochauflösender Scheinwerfer) beruht. Im Vergleich zu einem Mehrlinsensystem ist die Reduzierung von Montageprozessen und Justageprozessen möglich. Eine Ausgestaltung des Monolith als ein innovativer Optikbaustein ermöglicht zudem ein alternatives optisches und mechanisches Design. Vorteilhafterweise ist es im Vergleich zu mehrlinsigen Optiksystemen nicht erforderlich, in sehr aufwendigen Justageprozessen Linsen so zueinander zu justieren, dass die vorgegebene „ideale“ Abbildung möglichst genau erreicht wird. Solche nun vermeidbaren Justageprozesse dauern zum einen sehr lange und sind zum anderen sehr teuer.Advantageously, the optical component in the form of the monolith can be used instead of a multi-lens system. An application relates, for example, to a projection technique based on a so-called digital light processing system for an HD matrix headlight (high-resolution headlight). Compared to a multi-lens system, the reduction of assembly processes and adjustment processes is possible. An embodiment of the monolith as an innovative optical component also allows an alternative optical and mechanical design. Advantageously, it is not necessary in comparison to multi-lens optical systems to adjust lenses in very complex adjustment processes to each other so that the predetermined "ideal" imaging is achieved as accurately as possible. Such now avoidable adjustment processes last for a very long time and are on the other hand very expensive.
Der verwendete Monolith, beispielsweise in Form eines monolithischen Bausteins, bei dem keine optischen Elemente zueinander justiert werden müssen, ermöglicht es, dass keine Justageprozesse des abbildenden Systems und somit auch keine Justagekosten anfallen. Zudem können die Komponenten im Gesamtsystem gering gehalten werden. The monolith used, for example in the form of a monolithic module, in which no optical elements have to be adjusted to one another, makes it possible that no adjustment processes of the imaging system and thus no adjustment costs are incurred. In addition, the components in the overall system can be kept low.
Gemäß einer Ausführungsform kann der optische Monolith zwei asphärische Flächen und eine Freiformfläche aufweisen. Durch die asphärischen Flächen kann Licht in den Monolith eingekoppelt und ausgekoppelt werden. Die Freiformfläche kann zum Reflektieren des Lichts innerhalb des Monolith verwendet werden. Ein solcher Monolith kann sehr kostengünstig realisiert werden.According to one embodiment, the optical monolith may have two aspherical surfaces and one free-form surface. Through the aspherical surfaces, light can be coupled into the monolith and decoupled. The freeform surface can be used to reflect the light within the monolith. Such a monolith can be realized very inexpensively.
Alternativ kann der optische Monolith zwei asphärische Flächen und zwei Freiformflächen aufweisen. Die zwei Freiformflächen ermöglichen ein zweifaches Reflektieren des Lichts im Monolithen. Dadurch bieten sich beispielsweise erweiterte Möglichkeiten bezüglich der Abstrahlrichtung des Lichts. Es sind auch optische Monolithen mit mehr als zwei Freiformflächen einsetzbar.Alternatively, the optical monolith may have two aspheric surfaces and two free-form surfaces. The two free-form surfaces allow a double reflection of the light in the monolith. This offers, for example, extended possibilities with regard to the emission direction of the light. It can also be used optical monoliths with more than two free-form surfaces.
Ein optisches Element kann in dem Strahlengang angeordnet sein. Das optische Element kann beispielsweise in einem eingangsseitigen Abschnitt des Strahlengangs angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das oder ein weiteres optisches Element in einem ausgangsseitigen Abschnitt des Strahlengangs angeordnet sein. Ein entsprechendes optisches Element kann auch in der Projektionsoptik integriert sein. Das optische Element kann zur Optimierung des Lichtstrahlenverlaufes innerhalb der Projektionseinrichtung eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element so ausgeformt und angeordnet, dass es sich in Bezug auf die Projektionsoptik in einem eingangsseitigen und ausgangsseitigen Strahlengang befindet.An optical element may be arranged in the beam path. The optical element can be arranged, for example, in an input-side section of the beam path. Additionally or alternatively, the or a further optical element may be arranged in an output-side section of the beam path. A corresponding optical element can also be integrated in the projection optics. The optical element can be used to optimize the light beam path within the projection device. According to one embodiment, the optical element is formed and arranged so that it is located in an input-side and output-side beam path with respect to the projection optics.
Das Lichtmodul kann zumindest eine weitere Eintrittsoptik und zusätzlich oder alternativ zumindest eine weitere Austrittsoptik umfassen. Die entsprechende Optik kann einen weiteren optischen Monolithen umfassen. Somit können auch mehrere optische Monolithen in Reihe angeordnet sein.The light module may comprise at least one further entry optics and additionally or alternatively at least one further exit optics. The corresponding optics may include another optical monolith. Thus, several optical monoliths can be arranged in series.
Das Lichtmodul kann eine Steuerungseinrichtung umfassen, die ausgebildet sein kann, um eine Funktion des Lichtmoduls und/oder der Projektionseinrichtung zu steuern. Die Steuerungseinrichtung kann es einem Bediener ermöglichen, das Lichtmodul und zusätzlich oder alternativ die Projektionseinrichtung zu bedienen. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung ausgebildet sein, um das Bild zu definieren, das auf den Lichtstrahl aufmoduliert wird und den Modulationsvorgang steuern, beispielsweise unter Verwendung eines Steuerungssignals.The light module may include a control device that may be configured to control a function of the light module and / or the projection device. The control device may enable an operator to operate the light module and additionally or alternatively the projection device. For example, the controller may be configured to define the image that is modulated onto the light beam and that controls the modulation process, for example, using a control signal.
Die Steuerungseinrichtung kann eine Schnittstelle zu einer Umfelderfassungseinrichtung aufweisen und ausgebildet sein, um ansprechend auf ein über die Schnittstelle empfangenes Umfeldsignal ein Steuerungssignal zum Steuern der Funktion des Lichtmoduls und/oder der Projektionseinrichtung zu steuern. Die Umfelderfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Kamera oder eine Lichtschranke sein. Auf diese Weise kann das Lichtmodul beispielsweise aktiviert werden, wenn sich ein Objekt dem von der Abstrahleinrichtung bestrahlbaren Bereich nähert oder es kann abhängig von der unter Verwendung der Umfelderfassungseinrichtung erfassten Situation ein digitales Bild ausgewählt werden, das unter Verwendung des Steuerungssignals auf den Lichtstrahl aufmoduliert wird.The control device may have an interface to an environment detection device and be designed to control a control signal for controlling the function of the light module and / or the projection device in response to an environment signal received via the interface. The surroundings detection device can be, for example, a camera or a light barrier. In this way, the light module can be activated, for example, when an object approaches the area that can be irradiated by the emitting device or, depending on the situation detected using the surroundings detection device, a digital image can be selected that is modulated onto the light beam using the control signal.
Es sind eine Vielzahl von Verwendungen des genannten Lichtmoduls möglich. So kann das Lichtmodul für einen Scheinwerfer und/oder eine Rückleuchte eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges, eines Schienenfahrzeugs, eines Wasserfahrzeugs oder Luftfahrzeugs verwendet werden. Auch kann das Lichtmodul für eine Innenbeleuchtung oder ein Display im Innenraum eines Fahrzeugs verwendet werden. Neben der Verwendung in einem Fahrzeug ist beispielsweise auch eine Verwendung des Lichtmoduls in einer Leuchte, einer Straßenleuchte, einer Ampel, einer Hallenleuchte oder einer Stadionleuchte möglich.There are a variety of uses of said light module possible. Thus, the light module can be used for a headlight and / or a tail light of a vehicle, for example a motor vehicle, a rail vehicle, a watercraft or aircraft. The light module can also be used for interior lighting or a display in the interior of a vehicle. In addition to the use in a vehicle, for example, a use of the light module in a lamp, a street lamp, a traffic light, a floor lamp or a stadium lamp is possible.
Somit ist allgemein eine Verwendung eines optischen Monoliths mit mindestens einer Freiformfläche möglich, um von einer Lichtquelle austretendes Licht in Form von zumindest einer Lichtverteilung abzubilden.Thus, it is generally possible to use an optical monolith having at least one free-form surface in order to image light emerging from a light source in the form of at least one light distribution.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 eine schematische Darstellung eines Lichtmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel mit ; -
3 eine schematische Darstellung einer Austrittsoptik gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
4 eine schematische Darstellung einer Austrittsoptik gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
5 eine schematische Darstellung einer Abstrahleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
6 schematische Darstellungen unterschiedlicher Verwendungen einer Abstrahleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 a schematic representation of a light module according to an embodiment; -
2 a schematic representation of a light module according to an embodiment with; -
3 a schematic representation of an exit optics according to an embodiment; -
4 a schematic representation of an exit optics according to an embodiment; -
5 a schematic representation of a radiation device according to an embodiment; and -
6 schematic representations of different uses of a radiation device according to an embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention In the invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Das Lichtmodul
Die Projektionseinrichtung
Die Eintrittsoptik
Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist entweder die Eintrittsoptik
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Lichtmodul
Das Lichtmodul
Das Lichtmodul
In der Projektionseinrichtung
Das Lichtmodul
In
In speziellen Ausführungsbeispielen sind Eintrittsoptik
Der Monolith kann zum Beispiel als Eingangsoptik
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt
Rein schematisch ist in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Steuerungseinrichtung
Die Austrittsoptik
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Fläche
Die Austrittsoptik
Die Austrittsoptik
Die Austrittsoptik
Der Bereich zwischen der Lichtquelle
Somit kann das Licht
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt
Derartige Anwendungen, z.B. in Lagerhallen zur Projektion von Gefahren (z.B. heranfahrender Gabelstapler hinter einem Regal), können so eine Information in einen anderen Gang der Halle projizieren. Hierbei sind sowohl Symbole oder farbige Gestaltungen realisierbar. Auch hier ist durch Verwendung geeigneter optischer Elemente, wie des anhand von
Auf größeren Projektionsflächen kann es sinnvoll sein, dass mehrere Strahlungsquellen oder Projektionssysteme, also beispielsweise mehrere Lichtmodule
Entsprechend zu einer Straßenleuchte kann der beschriebene Ansatz allgemein bei einer Leuchte, einer Ampel, einer Hallenleuchte oder einer Stadionleuchte eingesetzt werden.According to a street lamp, the described approach can generally be used in a luminaire, a traffic light, a floor lamp or a stadium lamp.
Somit kann eine Beleuchtungseinrichtung mit zumindest einem Lichtmodul
Das Projektionseinrichtung des Lichtmoduls kann auch für eine Optikeinheit verwendet werden, wie sie zum Beispiel eine Straßenleuchte darstellt, um Informationen in Form von Bildern oder Schriftzügen auf eine Oberfläche, wie eine Fahrbahn einer Straße zu projizieren.The projection device of the light module may also be used for an optical unit, such as a street lamp, for projecting information in the form of images or lettering on a surface, such as a lane of a road.
So können gezielt Informationen an einen Fahrzeugführer oder an einen Fußgänger übermittelt werden, wie zum Beispiel das temporäre Projizieren eines Fußgängerüberweges auf eine Fahrbahn, oder das Färben des Überweges in Ampelfarben, oder Gefahrenhinweise, Geschwindigkeitsbegrenzungen oder sonstige Verkehrsinformationen oder Leiteinrichtungen.Thus, targeted information can be transmitted to a driver or to a pedestrian, such as the temporary projecting of a pedestrian crossing onto a lane, or the coloring of the crosswalk in traffic light colors, or hazard warnings, speed limits or other traffic information or guidance.
In einem Ausführungsbeispiel wird zur Generierung einer Lichtverteilung, wie sie als eine gemäß einschlägigen Normen erzeugte Lichtverteilung verstanden wird, nach Normen der UN/ECE Regelungen in den Staaten der Europäischen Union oder einschlägigen Normen in den anderen Weltregionen, zwischen der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik zumindest eine Projektionstechnik angeordnet. Diese von der Projektionsoptik umgesetzte Projektionstechnik ist eine Technik, bei der Bilder erzeugt werden, indem ein digitales Bild auf einen Lichtstrahl moduliert wird.In one embodiment, to generate a light distribution, as it is understood as a light distribution generated according to relevant standards, according to standards of UN / ECE regulations in the states of the European Union or relevant standards in the other world regions, between the entrance optics and the exit optics at least one Projection technology arranged. This projection technique implemented by projection optics is a technique in which images are generated by modulating a digital image onto a light beam.
In einer besonderen Ausführung kann die Abstrahleinrichtung
Die asphärischen Linse/n ist/sind dabei bevorzugt in wabenförmiger Ausführung, zum Beispiel mit definierbaren hexagonalen Optiken/Linsen gestaltet. Dadurch ist es möglich, dass die zu projizierenden Informationen und/oder Bilder zusätzlich veränderbar sind. So können hierdurch sowohl Größe der Abbildungen als auch Farbintensitäten verändert oder Filterfunktionen vorgenommen werden. In vorteilhafter Weise werden die Ränder der Projektionen schärfer abgebildet. Durch eine Steuereinheit lassen sich diese Funktionalitäten den Anforderungen und äußeren Umständen, wie Projektionsflächenbeschaffung, Wettereinflüsse, Störlichteffekte, gezielt beeinflussen und anpassen.The aspherical lens (s) is / are preferably designed in a honeycomb design, for example with definable hexagonal optics / lenses. This makes it possible that the information to be projected and / or images are additionally variable. Thus, both the size of the images and color intensities can be changed or filter functions can be performed. Advantageously, the edges of the projections are sharpened. A control unit allows these functionalities to be specifically adapted to and adapted to the requirements and external circumstances, such as the provision of projection surfaces, weather effects, stray light effects.
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