KR101878259B1 - 다채널 광모듈 - Google Patents

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KR101878259B1
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Abstract

본 발명은 다채널 광모듈을 개시한다. 그의 광모듈은, 하우징과 상기 하우징의 일측에 배치된 광섬유와, 상기 광섬유에 이격된 상기 하우징의 타측에 배치된 복수개의 광학 소자들과, 상기 광학 소자들 사이에 배치되고, 상기 광섬유와 상기 광학 소자들 간에 광 신호를 반사하는 거울 면들을 갖는 다면 거울을 포함한다.

Description

다채널 광모듈{MULTI-CHANNEL OPTICAL MODULE}
본 발명은 광통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 광섬유를 이용하여 복수 파장의 광신호를 송신 또는 수신할 수 있는 다채널 광모듈에 관한 것이다.
최근, 수요가 증가하는 HDMI(High-Definition Multimedia Interface), DisplayPort, DVI(Digital Visual Interface)등의 능동 광케이블(Active Optical Cable: 이하, AOC)의 경우 A/V 데이터 전송을 위해 하나의 광섬유에 4개 이상의 파장을 집속시킬 수 있는 4채널 이상이 요구된다. 하지만, 현재 시판중인 대부분의 AOC 케이블의 경우 4개 또는 2개의 광섬유를 사용하는 구조를 가진다. 따라서, 이러한 구조의 케이블은 설치, 유지 및 보수가 어려운 단점이 있으며, 광신호의 장거리 전송을 어렵게하는 요인이 되고 있다.
하나의 광섬유에 복수의 파장을 집속시킬 수 있는 종래의 다채널 광모듈의 경우, 일반적으로 CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing) 필터를 이용하여 지그재그 형태로 빔을 반사시켜 광결합하는 구조를 갖는다. 이러한 경우, 각 파장들 간의 광경로 차이가 커서 일반적인 집속 렌즈를 사용할 수 없으며, 정렬이 매우 어려운 문제를 안고 있다.
또한, 하나의 파장을 처리하는 TO-CAN 기반의 복수의 광송신부들 또는 광수신부들을 하나의 금속 하우징에 각각 정렬한 후 레이저 웰더(Welder)로 고정시키는 구조를 갖는 다채널 광모듈의 경우에도 광결합이 용이하지 못한 실정이다. 금속 하우징 내에 실장된 광필터에 의해 반사 또는 투과되어 하나의 광섬유와 광결합되는 구조를 갖고 있기 때문이다.
상술한 다채널 광모듈의 경우, 필터들이 장착되는 2개의 45°면을 구비하고 있다. 이러한 2개의 45°면은 V-홈 형상을 가지고 있어 면 가공이 매우 어렵다. 특히, 45°면을 연마하는 것은 거의 불가능하며 가공성이 매우 떨어지는 구조적인 단점을 갖는다. 또한, 이러한 광모듈은 원통형으로 가공되어 금속 하우징 안에서 회전함으로써 광경로가 틸트되는 구조를 가진다. 따라서, 회전으로 인해 부정합이 생기는 경우에 광섬유와의 광결합 효율이 떨어지는 문제점을 갖고 있다.
또한 종래의 WDM 광학필터를 사용하는 다채널 광모듈의 경우, 파장 분기를 위해 사용하는 광원의 파장간의 간격이 넓어, 장거리 전송시 파장간의 도달 시간이 서로 달라 장거리 전송이 어렵고, 지연시간 보상 회로가 필요하게 된다.
그리고, 4 채널 이상의 경우, 일체형으로 가공이 어려워 2개 이상의 필터 홀더를 사용하게 된다. 이 경우 필터 홀더 각각이 개별적으로 실장되어 필터홀더 각각의 실장 위치가 달라져 필터 홀더 사이의 정렬이 안되는 문제가 있다. 이 경우도 입사 또는 출사 빔이 틸트되는 문제가 있다. 이 문제는 채널 수가 많아질수록 심각해진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 구조가 간단하고 가공이 쉬운 다채널 모듈을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 자동 정렬 기능을 가지며 확장성이 용이한 다채널 광모듈을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 종래의 WDM 광학 필터를 사용을 지양하고 반사 거울만을 이용하여 복수의 파장을 분기할 수 있는 다채널 광모듈을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 종래의 WDM 광학 필터를 사용하지 않아 어떠한 파장의 광원도 사용이 가능한 다채널 광모듈을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 인접 파장 대역의 광원을 사용할 수 있어 파장간 도달 시간의 차이가 작아 별도의 지연시간 보상 회로를 사용하지 않고 장거리 전송이 가능한 다채널 광모듈을 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 생산성을 향상시킬 수 있는 다채널 광모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 다채널 광모듈은, 하우징; 상기 하우징의 일측에 배치된 광섬유; 상기 광섬유에 이격된 상기 하우징의 타측에 배치된 복수개의 광학 소자들; 및 상기 광학 소자들 사이에 배치되고, 상기 광섬유와 상기 광학 소자들 간에 광 신호를 반사하는 거울 면들을 갖는 다면 거울을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 다면 거울은 다각뿔을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 다면 거울은 상기 다각뿔을 덮는 박막 거울들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 다면 거울은 상기 다각뿔에 연장되는 각기둥과, 상기 다각뿔에 대향되는 상기 각기둥의 타측에 배치된 제 1 피팅을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 하우징은 상기 광섬유를 삽입하는 제 1 홀과, 상기 광학 소자들을 삽입하는 제 2 홀들과, 상기 다면 거울을 삽이하는 제 3 홀을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 하우징은 상기 제 3 홀 내에서 상기 각기둥을 정렬하는 가이드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 하우징의 상기 제 1 홀 내에 상기 광섬유를 고정하는 제 1 피팅들과, 상기 제 1 홀더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 하우징의 상기 제 2 홀 내에 상기 광학 소자들을 고정하는 제 2 피팅과 상기 제 2 홀더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 광학 소자들은 발광 소자, 송신기, 또는 수신기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광학 소자들은 티오 캔을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 광학 소자들은 수광 소자 및 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광학 소자들과 상기 다면 거울 사이에 배치된 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 다면 거울은 못 모양을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 다채널 광모듈에 따르면, 하우징과, 하우징의 양측의 광섬유 및 광학 소자들과, 상기 광학 소자들 사이의 다면 거울을 포함할 수 있다. 다면 거울은 광학 소자들과 광섬유 간에 전달되는 광 신호를 거의 수직으로 반사하는 간단한 구조의 거울 면들을 가질 수 있다. 또한, 다면 거울은 하우징의 삽입과 동시에 정렬될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 광모듈은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다채널 광모듈을 보여주는 도면이다.
도 2는 발광 소자, 거울 면, 및 광섬유에서의 끼인각과, 경사각과, 입사각을 나타내는 도면이다.
도 3은 광 신호의 입사각에 따른 광섬유의 상대적인 결합 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명의 응용예에 따른 4채널의 광모듈을 나타내는 사시도이다.
도 5 및 도 6은 4개의 광 신호가 광섬유에 집속되는 것을 설명하기 위한 투과 사시도들이다.
도 7 은 다면 거울의 사시도이다.
도 8은 다면 거울에서의 박막 거울들를 나타내는 사시도이다.
도 9는 4 채널 광모듈에서의 하우징과 다면 거울을 나타낸 사시도이다.
도 10은 하우징과 광섬유를 나타내는 사시도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명들은 모두 청구된 발명의 부가적인 설명을 제공하기 위한 예시적인 것이다. 그러므로 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우에, 이는 그 외의 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 여기에서 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다채널 광모듈을 간략히 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 광모듈(100)은 복수개의 광학 소자들(30)과 하나의 광섬유(20) 사이에 광 신호(70)을 반사하는 복수개의 거울 면들(42)을 갖는 다면 거울(40)을 포함할 수 있다. 다면 거울(40)의 거울 면들(42)은 광학 소자들(30)과 일대일 대응될 수 있다. 거울 면들(42)은 광학 소자들(30)과 광섬유(20) 사이의 광 신호(70)를 반사시킬 수 있다.
다면 거울(40)과 광섬유(20)는 하우징(10)의 양측에 배치될 수 있다. 하우징(10)은 다면 거울(40)의 중심 축(41)과 광섬유(20)을 제 1 방향으로 정렬시킬 수 있다. 하우징(10)은 다면 거울(40)에서 이격되는 광학 소자들(30)을 고정할 수 있다. 광섬유(20)는 광 신호(70)를 전송하는 코어(22), 상기 코어(22)를 둘러싸는 클레딩(24)을 포함할 수 있다. 광섬유(20)는 제 1 피팅(52) 및 제 1 홀더(54)에 의해 하우징(10)에 고정될 수 있다.
광학 소자들(30)은 발광 소자, 수광 소자, 광 송신기 또는 광 수신기를 포함할 수 있다. 광학 소자들(30)은 제 1 방향에 수직하게 또는 임의의 각도를 가지고 제 2 방향으로 배치될 수 있다. 광학 소자들(30)은 서로 다른 파장의 광 신호(70)를 발신 및/또는 수신할 수 있다. 이때, 광 신호(70)는 광섬유(20)에서의 장거리 전송 시 지연 시간을 최소화할 수 있는 근접 파장을 가지는 것이 바람직하다. 광학 소자들(30)은 TO(Transistor Outline)-CAN 패키지를 포함할 수 있다. 광학 소자들(30)과 다면 거울(40) 사이에 렌즈들(60)이 배치될 수 있다. 렌즈들(60)은 광학 소자들(30)로부터 방출되는 광 신호(70)를 일정한 선폭으로 진행시킬 수 있다. 또한, 렌즈들(60)은 광 신호(70)를 광학 소자들(30)에 집중시킬 수 있다. 광학 소자들(30)과 렌즈들(60)은 제 2 피팅들(56)에 의해 결합(combine)될 수 있다. 제 2 홀더들(58)은 제 2 피팅들(56)을 하우징(10)에 고정할 수 있다.
거울 면들(42)은 중심 축(41)에 대해 대칭적으로 경사질 수 있다. 광학 소자들(30)이 발광 소자(도 2a의 32)일 때, 거울 면들(42)은 광 신호(70)를 반사하여 광섬유(20)에 집중시킬 수 있다. 발광 소자(32), 거울 면(42), 및 광섬유(20)에서의 신호(70)는 도 2a 및 도 2b와 같이 진행될 수 있다.
도 2는 발광 소자(32), 거울 면(42), 및 광섬유(10)에서의 끼인각(included angle, α)과, 경사각(β)과, 입사각(θ)을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 끼인각(α)은 광섬유(20)의 연장선(26)에 대해 기울어진 거울 면(42)과, 발광 소자(32)에서 상기 광섬유(20)의 연장선(26)에 수직하게 입사되는 광 신호(70)가 이루는 각도로 정의될 수 있다. 끼인각(α)은 90°에서 광섬유(20)의 연장선(26)에 대해 거울 면(42)의 경사각(β))을 뺀 값일 수 있다. 이때, 거울 면(42)에 대한 광 신호(70)의 반사각(미도시)은 거울 면(42)의 경사각(β)과 동일할 수 있다. 입사각(θ)은 거울 면(42)에서 반사되어 광섬유(20)에 입사되는 광 신호(70)와 광섬유(20)의 연장선(26)이 이루는 각일 수 있다. 즉, 입사각(θ)은 광섬유(20) 절단면의 법선에 대해 광 신호(70)의 기울어진 각도로 정의될 수 있다. 따라서, 광 신호(70)는 거울 면(42)에 반사되어 임의의 입사각(θ)으로 광섬유(20)에 결합(optical coupling)될 수 있다.
도 3은 광 신호(70)의 입사각(θ)에 따른 광섬유(20)의 상대적인 결합 효율(optical coupling efficiecy)을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하여, 0°의 입사각(θ)을 갖는 광 신호(70)의 결합 효율을 1이라고 정의하면, 약 4°정도의 입사각(θ)의 광 신호(70)는 광섬유(20)에서 약 55%정도의 결합 효율을 가질 수 있다. 또한, 광 신호(70)는 약 5° 정도의 입사각(θ)에서 약 40% 정도의 결합 효율을 가질 수 있다. 결합 효율은 입사각(θ)에 의해 결정될 수 있다. 광 신호(70)는 입사각(θ)에 반비례되는 결합 효율로 광섬유(20)에 전달될 수 있다.
도 4은 본 발명의 응용예에 따른 4채널의 광모듈을 나타내는 사시도이다. 도 5 및 도 6은 4개의 광 신호(70)가 광섬유(20)에 집속되는 것을 설명하기 위한 투과 사시도들이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 응용예에 따른 4채널 광모듈은, 광 신호(70)를 4개의 광학 소자들(30)에서 하나의 광섬유(20)에 집속시킬 수 있다. 광 신호(70)는 광학 소자들(30)과 광섬유(20)사이의 다면 거울(40)의 거울 면들(42)에서 반사될 수 있다. 다면 거울(40)은 4개의 거울 면들(42)을 갖는 4각뿔 거울을 포함할 수 있다. 일 예로, 광 신호(70)는 다면 거울(40)의 4개의 거울 면들(42)에 대해 각각 약 41°의 끼인각(α)으로 입사된 후, 광섬유(20)에 반사될 수 있다. 이 경우, 광 신호(70)는 광섬유(20)에 약 4°의 입사각(θ)으로 결합될 수 있다.
따라서, 본 발명의 응용예에 따른 4채널 광모듈은 4개의 서로 다른 파장의 광 신호(70)를 하나에 광섬유(20)에 전달될 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 다른 응용예 따르면, 다면 거울(40)은 광 섬유(20)에서 출력된 광 신호(70)를 광학 소자들(30)로 분할시킬 수 있다. 이때, 광학 소자들(30)은 광 신호(70)의 특정 파장만을 투과시키고, 나머지는 반사 또는 흡수하는 블로킹 필터와, 상기 블로킹 필터에서 투과된 광 신호(70)를 감지하는 수광 소자를 포함할 수 있다. 광학 소자들(30) 각각의 블로킹 필터는 서로 다른 파장의 광 신호를 투과시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 응용예에 따른 4채널 광모듈은 다파장의 광 신호(70)을 선택적으로 추출할 수 있다.
도 7 은 다면 거울(40)의 사시도이다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 다면 거울(40)은 각뿔(pyramid, 44)과, 각기둥(pillar, 46)과, 제 3 피팅(fitting, 48)을 포함할 수 있다. 각뿔(44)은 팁(43)에 접합되는 4개의 거울 면들(42)을 가질 수 있다. 거울 면들(42)은 라운드진 삼각형 모양을 가질 수 있다. 각뿔(44)은 제 3 피팅(48)에 대향되는 각기둥(46)에 연결될 수 있다. 각기둥(46)은 거울 면들(42)와 동일한 개수의 측면을 갖는 라운드진 사각기둥을 포함할 수 있다. 제 3 피팅(48)은 각기둥(46)을 고정하는 원판을 포함할 수 있다. 제 3 피팅(48)은 하우징(10)의 타측에 결합되어 각기둥(46) 및 각뿔(44)을 고정할 수 있다. 예를 들어, 다면 거울(40)은 하우징(10) 내에 삽입되는 짧은 못(nail) 모양을 가질 수 있다.
도 8은 다면 거울들(40)에서의 박막 거울들(49)를 나타내는 사시도이다.
도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 다면 거울(40)은 각뿔(44)의 경사면에 접합된 박막 거울들(49)을 포함할 수 있다. 박막 거울들(49)은 광학 소자들(30)에서 광섬유(20)에 전달되는 광 신호(70)를 반사시킬 수 있다.
도 9는 4 채널 광모듈에서의 하우징(10)과 다면 거울(40)을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 하우징(10)은 광학 소자들(30)과 다면 거울(40)을 각각 삽입시키는 제 2 홀들(14) 및 제 3 홀(16)과, 상기 제 3 홀(16) 내에 상기 다면 거울(40)의 각뿔(44)을 정렬하는 가이드(18)을 가질 수 있다. 가이드(18)는 다면 거울(40)의 각기둥(46)을 정렬시킬 수 있다. 가이드(18)는 제 2 홀들(14)에 의해 각뿔(42)의 거울 면들(42)을 동일한 방향으로 노출시킬 수 있다. 겨울 면들(42)은 제 2 홀들(14)에 정사영들(orthogonal projections)으로 정렬될 수 있다. 하우징(10)과 다면 거울(40)은 정확하고 용이하게 결합될 수 있다.
따라서, 본 발명의 응용예에 따른 4채널 광모듈은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 10은 하우징(10)과 광섬유(20)를 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 제 1 피팅(52) 및 제 1 홀더(54)는 광섬유(20)를 고정하고, 하우징(10)의 제 1 홀(12) 내에 삽입될 수 있다. 제 1 피팅(52) 및 제 1 홀더(54)는 하우징(10)의 제 1 홀(12)에 의해 광섬유(20)를 다면 거울(40)에 정렬할 수 있다. 제 1 피팅(52)은 광섬유(20)를 제 1 홀더(54)에 고정하는 터미널 캡, 조인트, 소켓 또는 유니언 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제 1 홀더(54)는 제 1 피팅(52)을 하우징(10)에 고정하는 너트, 또는 원판을 포함할 수 있다. 광섬유(20)는 제 1 피팅(52) 및 제 1 홀더(54)에 의해 하우징(10) 내에서 다면 거울(40)에 정렬될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 다채널 광 모듈은, 생산성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 다채널 광모듈은 하우징과 광섬유의 일체형으로 제작된 피그테일(pigtail) 형태를 갖는다. 도시되지 않았으나, 본 발명은 하우징에 삽입되는 페룰 및/또는 광섬유 커넥터를 포함하는 리셉터클(receptacle) 형태를 가질 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 하우징 20: 광섬유
30: 광학 소자들 40: 다면 거울

Claims (13)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 일측에 배치되어 제 1 방향으로 연장하는 광섬유;
    상기 광섬유에 이격된 상기 하우징의 타측에 배치되고, 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 배치되는 복수개의 광학 소자들; 및
    상기 광학 소자들 사이에 배치되어 상기 광섬유와 상기 광학 소자들 간에 광 신호를 반사하는 복수개의 거울 면들과, 상기 복수개의 거울 면들 사이에 배치되어 상기 제 1 방향으로 상기 광섬유에 정렬되는 중심 축을 갖는 다면 거울을 포함하는 다채널 광모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다면 거울은 다각뿔을 포함하는 다채널 광모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다면 거울은 상기 다각뿔을 덮는 박막 거울들을 더 포함하는 다채널 광모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다면 거울은 상기 다각뿔에 연장되는 각기둥과, 상기 다각뿔에 대향되는 상기 각기둥의 타측에 배치된 제 3 피팅을 더 포함하는 다채널 광모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 광섬유를 삽입하는 제 1 홀과, 상기 광학 소자들을 삽입하는 제 2 홀들과, 상기 다면 거울을 삽입하는 제 3 홀을 갖는 다채널 광모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 제 3 홀 내에서 상기 각기둥을 정렬하는 가이드를 더 포함하는 다채널 광모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 제 1 홀 내에 상기 광섬유를 고정하는 제 1 피팅 또는, 제 1 홀더를 더 포함하는 다채널 광모듈.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 제 2 홀 내에 상기 광학 소자들을 고정하는 제 2 피팅 또는 제 2 홀더를 더 포함하는 다채널 광모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자들은 발광 소자, 송신기, 또는 수신기를 포함하는 다채널 광모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자들은 티오 캔을 포함하는 다채널 광모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자들은 수광 소자 및 필터를 포함하는 다채널 광모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 소자들과 상기 다면 거울 사이에 배치된 렌즈를 더 포함하는 다채널 광모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 다면 거울은 못 모양을 갖는 다채널 광모듈.
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