KR20070090140A - 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치 및 방법에 관한 것이고, 본 발명의 장치는 레이저 광원 및 스크린을 포함하고 그 스크린이 스트럭춰를 가지며 그 스트럭춰에서 비추어진 부분이 빔 폭 내에 다른 방향으로 광을 동시에 반사 또는 투과시키는 것을 특징으로 한다.

가간섭성 웨이브 트레인, 스펙클 간섭, 화소 주파수, 반사 코팅, 조화 표면 변조

Description

정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR DISPLAYING A STATIC OR MOVING PICTURE}

본 발명은 레이저 광원 및 투사 스크린에 의해 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 의해 사진, 비디오 데이터 또는 수치를 넓은 면적에 표시하는 것을 가능하게 한다. 레이저 광원은 거의 무한한 초점 깊이를 갖기 때문에, 평면 투사 스크린으로의 적용이 제한되지 않는다.

투사 방법에서 사용되는 투사 스크린은 확산되게 분산되는 즉 비-정반사성(non-specular) 표면을 통상적으로 갖는다. 상기 표면에 레이저광으로 조사시킬 때, 스펙클 간섭(speckle interference)이 형성된다. 레이저광의 2개의 가간섭성 웨이브 트레인(coherent wave trains)이 근접하게 이웃한 포인트에서 반사될 때 스펙클 간섭이 항시 형성된다. 상기 반사하는 구조가 눈의 해상력보다 작은 경우에, 웨이브 트레인은 레이저광의 고 가간섭성(coherence) 길이로 인해 간섭을 형성하는 하나의 포인트로 시청자의 망막에 화상화된다. 그런 간섭이 발생되는 이유는 세분성(granularity) 또는 스펙클된 패턴으로 인식되는 일정하게 비추어지는 빔 스팟의 휘도 차에 기인한다. 시청자는 그 패턴이 더 이상 분해될 수 없도록 빔 스폿으로부터 멀리 이동할 때, 빔 스폿은 적절한 시기에 변화하거나 진동하는 휘도 분포가 생 긴다. 그러므로, 반사 또는 투과 표면이 광파-길이 범위 내의 구조 크기를 가질 때 스펙클 간섭은 항시 발생한다.

정지 화상 또는 동화상의 레이저 투사에 대해, 레이저광의 고 광휘(brilliance)가 우선 중요하다. 이것과 관련해서, 광휘는 위상-공간 셀당, 즉 파장 범위당, 공간 좌표당 및 입체각 구성요소당 광자 수를 의미한다. 바람직하지 않은 스펙클 효과를 야기하는 레이저광의 긴 가간섭성 길이는 투사 방법에 부수적으로 중요하다.

스펙클 효과를 최소화하기 위해서는, 눈의 적응시간 내에서 충분하게 신속한 스펙클 간섭의 시간-변화에 의해 스펙클 콘트라스트(speckle contrast)를 감소시키거나 레이저광의 가간섭성을 분해해야 한다는 것을 종래 기술에 의해 알 수 있다.

가간섭성을 제거하는 간단한 방법은 레이저광을 회전하는 확산기를 통해 발생시키는 것이다. 예를 들어, 거친 표면을 갖는 유리 평면이 확산기에 알맞다. 상기 확산기를 레이저빔의 촛점에 위치시킬 때, 통계적인 위상 변화가 빔에 삽입되는 반면에 공간 가간섭성이 유지된다. 그러므로, 빔이 포인트에 초점을 계속해서 맞출 수 있다. 촛점이 흐리게 된 빔이 확산기를 통해 발생할 때 공간 및 시간에 관련된 가간섭성이 분해된다.

DE 101 18 662 A1은 투사 스크린을 개시하고, 여기서 투사 스크린에 사용되어 일정한 두께를 갖는 층에서 레이저광의 볼륨 분산에 의해, 반사된 레이저광의 가간섭성이 분해되어 스펙클 효과가 방지된다. DE 101 18 662 A1에 기재된 교시에 따라, 예를 들어 폴리테트라플루오르 에틸렌(polytetrafluor ethylene)이 확산층에 알맞다. 상기 층의 두께는 레이저광의 가간섭성 길이(coherence length)에 적용되는데, 이때 스펙클 효과는 서서히 감소한다. 유리하게도, 층의 두께는 가간섭성 길이의 1/10보다 크게 선택된다. 그러므로, 그 투사 스크린은 낮은 간섭 길이를 갖는 레이저 광원에 의해 만족할만한 결과를 가져온다. 투사기 유닛의 변화는 투사 스크린의 변화를 항시 필요로 한다는 것이 또 다른 단점이다.

음향원에 의해 생성된 음향파가 투사 스크린의 진동을 발생시키도록 투사 스크린을 음향원에 결합하는 것이 US 5, 272, 473에 공지되어 있다. 진동하는 투사 스크린에 의해 반사된 웨이브 트레인은 모든 시간 포인트에서 다른 스펙클 간섭을 생성한다. 진동 주파수가 충분히 크게 선택될 때, 상기 다른 스펙클 간섭들이 눈의 적응시간동안 평균화된다. 그렇게 함으로써, 최대의 간섭 및 최소의 간섭간의 콘트라스트(contrasts)가 균형화되어, 스펙클 콘트라스트를 감소시킨다. 이것과 관련해서, 스펙클 콘트라스트는 평균값으로부터 조사된 아이템으로부터 모든 장소의 강도의 평균 제곱 편차로 정의되고 제곱 평균값으로 지정된다. 그러나, 이 방법의 단점은 투사 스크린에 정재파가 형성되고 스펙클 간섭이 투사 스크린의 파절(wave node)에 변화되지 않은 강도로 발생한다는 것이다.

액정 디스플레이(liquid-crystal display)의 구조와 유사한 구조를 갖는 투사 스크린을 사용하는 것이 JP 2 000 81 602 A에 공지되어 있다. 조사된 레이저광은 종래의 투사 스크린과 같은 방법으로 액정 분자상에서 반사된다. 그러나, 고-주파수인 저-전압 신호가 액정에 공급되는 경우에, 액정 분자가 인가된 신호의 주파수에서 진동한다. 그 방법에 의해, 생성된 스펙클 간섭이 눈의 적응시간 동안 다 시 평균화되는 같은 방법으로 변화한다. 그러나, 스펙클 간섭을 방지하는 그 방법의 단점은, 치수에 대한 기술적인 제한사항과, 그 투사 스크린이 구부려지거나 말려(roll) 질 수 없다는 사실이다.

레이저 광원 및 투사 스크린에 의해 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치를 제공하려는 것이 본 발명의 기술적 과제이다. 본 발명은 어떤 스펙클 간섭도 발생하지 않거나 발생한 스펙클 간섭이 더 이상 자극하는 것으로 인식되지 않는 정도로 감소하는 장치를 제공한다. 투사 스크린은 형태 및 크기에 어떤 제한도 받지 않아야 하고 모든 종류의 레이저 광원에 일반적으로 사용가능해야 한다. 더구나, 스펙클 간섭은 투사 스크린의 모든 면적 상에서 균일하게 억제되야 한다.

또한, 투사 스크린은 콘트라스트-증가 코팅과도 쉽게 결합해야 한다.

본 발명에서, 본 발명의 과제는 레이저 광원(3) 및 투사 스크린(1)에 의해 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치에 의해 해결되고, 그 투사 스크린(1)은 투사되거나 반사된 레이저 빔이 스트럭춰(구조: 본 발명의 구성)와 환경 사이의 인터페이스(계면) 상에서 촛점이 흐리게 되는 스트럭춰(2)를 갖는다. 또한, 그 과제의 해결책은 레이저 광원 및 투사 스크린에 의해 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 방법에 의해 이루어지고, 그 투사 스크린에 동시 투사되는 광은 각기 다른 방향으로 반사 또는 투과된다.

본 발명에 따른 투사 스크린은 전면 투사용 반사 투사 스크린과 후면 투사용 투과 투사 스크린 모두로 사용될 수 있다. 전자의 경우에, 본 발명에 따른 스트럭춰는 광을 그 표면에 비추는 비-투명 구성요소로 구성된다. 후자의 경우에, 투사 스크린과 아주 유사한 본 발명의 스트럭춰는 후면 투사에 의해 공급된 광을 투과하고 그것을 그 표면상에 다른 방향으로 굴절시키는 투명 재료로 구성된다. 물론, 본 발명에 따른 투사 스크린은 평면 투사 면적을 가지거나 곡면으로 될 수 있다.

본 발명에 따른 투사 스크린의 스트럭춰에 의해, 투사 스크린의 가까운 인접한 포인트에 충돌하는 광이 다른 방향으로 방출된다. 그러므로, 투사 스크린에 의해 반사된 광의 위상 공간은 각도 좌표에서 넓혀진다. 그 방법에 의해, 투사 스크린의 인접한 포인트 상에 방출된 2개의 웨이브 트레인은 다른 망막 포인트로 입사되어 더 이상 간섭할 수 없게 된다. 각도 차가 충분히 큰 경우에, 한 개의 웨이브 트레인만이 망막에 충돌할 수 있는 반면에 나머지 하나가 동공 상에서 제거되어 망막에 도달하지 않는다. 그 방법에 의해, 스펙클 콘트라스트는 바라는 대로 감소된다.

그 스트럭춰는 1차원의 디자인을 가질 수 있고 변환해서 불변의 방법으로 평면상에서 제2방향으로 계속될 수 있다. 그 방법은, 물결형태 또는 사다리꼴 형태의 시크와 같은 효과를 낳는다. 그러나, 그 스트럭춰는 투사 스크린의 양방향으로 또한 확장할 수 있다. 그 경우에, 그 표면에 있는 드롭(drop), 볼(balls), 볼 캡(ball caps), 볼 디스크(ball discs), 콘(cones), 또는 일종의 자유형태의 효과를 낳는다. 이것과 관련해서, 조화 표면 변조가 반사광의 동종의 각도 분포를 야기할 것이고 부조화 표면 변조가 반사광의 이종의 각도 분포를 야기할 것이다.

주로, 레이저의 빔 횡단면의 직경과 스트럭춰 폭 사이의 비율은 약 1:1이다. 빔 스폿 크기 및 스트럭춰 폭간의 비율은, 투사 스크린으로부터 방출된 광의 폭넓은 송출(emission)이 보증되도록 레이저 광이 구성요소의 필수부분을 비추도록 선택된다. 물론, 2개의 구성요소가 부분적으로 비추어질 때도 본 발명에 따른 효과는 이루어진다. 그러나, 2개의 웨이브 트레인이 한 방향으로 방출될 수 있기 때문에 몇개의 구성요소를 동시에 비추는 것은 방지되어야 한다.

그런 경우에, 그 스트럭춰 폭은 투사 스크린 면상에 놓이고 구성요소를 자체적으로 나타내는 변환 벡터의 최소 길이로서 한정된다.

구성요소의 표면 자체는 매끄럽고, 즉, 그 거칠기는 레이저의 파장과 비교해서 작다. 그 스트럭춰의 표면이 레이저광의 사용 주파수의 파장 1/2 보다 작은 거칠기를 가지는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서, 그 스트럭춰의 측면 확장은 빔 횡단면, 및/또는 스캐닝 속도, 및/또는 빔 직경에 의존하여 선택된다. 그 방법에 의해, 복사 각도의 확대 상태는 화상 투사의 모든 포인트 및 어떤 시간에도 보증된다는 것이 확실하게 된다. 스트럭춰 크기가 대략 화소의 크기만 것이 좋다. 레이저 빔이 투사 스크린상에 계속 이동할 때, 그 이동 방향의 스트럭춰는 레이저 빔 및 화소 주파수의 속도에 따라 결정되는 확장을 가질 수 있다. 이 방법에 의하면 투사 스크린은 비대칭 스트럭춰를 갖는다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스트럭춰 크기가 수평 방향으로 수백 μm의 크기, 수직 방향으로 수십 μm의 크기를 갖는다.

전면 투사용 투사 스크린의 경우에, 본 발명에 따른 스트럭춰는, 시청자의 눈에 그 간섭이 피해지도록 하는 방법으로 디자인되고 배열되는 다수의 미러 배열이다. 그럼에도 불구하고, 반사광이 여전히 가간섭성을 가진 레이저광이다. 본 발명에 따른 투사 스크린에서 투사 스크린의 볼륨 분산이 방지되고 그 화상은 종래 기술과 비교해 더 높은 선명도 및 콘트라스트를 성취하게 된다.

그 스트럭춰의 높이:폭 비율에 의해, 투사 스크린의 방출각이 본 발명에 의하면 넓은 범위로 조절될 수 있다. 특별히 선호하는 높이 대 폭 비율은 대략 1:8 내지 대략 1:37로 한다. 그 경우에, 투사 스크린에 수직 충돌하는 광 빔이 최대 약 ±40°내지 ±10°로 편향된다. 원칙상, 더 큰 편향각은 대다수의 시청자에 의해 시청되는 투사 스크린, 예를 들어 영화관 또는 비디오 스크린에 적합하다.

높이 대 폭 비율을 감소시킴에 의해, 투사 스크린의 방출각은 약 ±10°로 감소된다. 그러한 투사 스크린은 예를 들어 작은 그룹의 사람들이 주위 환경에 폐를 끼치지않고 시청할 때 적합하다.

비대칭 스트럭춰에 의해, 룸의 실링 및 플로어로 적은 광을 가이드하고 그럼에도 불구하고 넓은 수평 시청각을 가능하게 하는 투사 스크린을 비대칭 방출로써 실현하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 스트럭춰는 투사 스크린으로 역할하는 기판상에 호일(foil)을 박판화하여 굉장히 간단한 방법으로 생성될 수 있다. 그 호일은 예를 들어 인그레이브(engrave)된 롤러로 양갹해서 제조될 수 있다. 본 기술에 숙련된 자는 그들을 인그레이브된 롤러로 직접 스트럭춰화하기 위해 또는 평면 매트릭스를 몰딩에 의해 구조화하기 위해 각기 연한 기판 재료로 물론 사용하게 된다.

본 발명에 따라 구조화된 투사 스크린의 다른 제조 방법은 스퍼터(sputtering)링 또는 증착 공정, 전기도금 방법, 기판 재료의 브러싱(brushing), 와이핑(wiping), 스프레잉(spraying) 또는 딥-코팅(dip-coating)이다.

그 경우에, 그 스트럭춰는 스텐실 또는 구조화된 포토레지스트 마스크에 의해 기판상에서 생성될 수 있다. 대안으로서, 레이저 구조화 또는 선택적인 에칭 공정이 사용될 수 있다. 상기 언급된 구조화 방법에서, 본 기술에 숙련된 자는 스트럭춰 크기에 따라 가장 알맞은 방법을 선택할 것이다.

선택적으로, 본 발명에 의하면 그 스트럭춰는 코팅될 수 있다. 예를 들어 스퍼터링 또는 스핀-코팅(spin-coating) 방법을 이용해 큰 면적에서도 훨씬 쉽게 행해질 수 있다. 투사 스크린의 스트럭춰에서 구조적으로 정확한 코팅은 예를 들어 반사를 감소시키거나 콘트라스트를 증가시킴에 의해 그 특성을 더 개선할 수 있다.

구조화된 투사 스크린의 특히 양호한 코팅은 특히 선택적인 반사 코팅, 특히 DE 199 01 970 C2 또는 DE 197 47 597 A1에 따른 코팅을 말한다. 이러한 코팅은 조사된 협대역 레이저광을 선택적으로 반사시키고, 광대역 주변 광의 대부분을 흡수 또는 투과한다. 그 방법대로 하면, 투사된 정보의 콘트라스트는 바라는 대로 증가한다. 그것이 특히 장점인데 왜냐하면 레이저 광원의 성취가능한 광도가 예를 들어 할로겐 또는 고압 가스 방전 램프와 같은 종래의 투사 램프의 그것과 경쟁할 수 없기 때문이다.

다음에서, 본 발명은 3개의 도면을 참조해서 더 상세하게 설명되어 있다.

도 1은 레이저 광원에 의해 비추어질 때, 본 발명에 따른 스트럭춰 구조화된 투사 스크린의 설명도이다.

도 2는 가능한 스트럭춰 형태를 측면도로 도시한 도면이다.

도 3은 구성요소의 가능한 배열을 보여주는 평면도이다.

도 1은 본 발명에 따른 스트럭춰(2)를 갖는 투사 스크린(1)을 도시한다. 이 예에서, 구성 요소는 투사 스크린(1)상에 반구 형태로 형성된다. 본 발명에 따른 투사 스크린은 레이저 광원(3)으로 비추어진다. 몇몇의 구성요소(2)를 빔콘(beam cone, 5)이 비출 수 있도록 구성요소(2)의 크기를 선택된다. 레이저 광은 구성요소(2)의 표면상에서 반사된다. 그 표면이 곡면으로 되어 있기 때문에, 바로 옆 포인트로 입사된 광이 반사되는 방향과는 서로 다른 방향으로 반사된다. 그러므로, 바로 옆 (인접)포인트에서 반사되는 웨이브 트레인은 시청자(4)의 눈에만 또는 시청자의 눈 안, 즉 망막의 다른 포인트에 도달한다. 그러므로, 그 웨이브 트레인들(즉 인접 광들)의 간섭은 더 이상 불가능하며, 스펙클 간섭이 바라는 대로 억제된다.

도 2는 가능한 스트럭춰 형태를 측면도로 도시한다. 예A는 근접하게 정렬된 볼 캡(ball caps)으로 구성되는 스트럭춰를 도시한다. 그러나, 본 발명에 따라, 예B에 도시했듯이, 그 볼 캡들은 일정한 큰 간격을 두고 배열하는 것도 가능하다.

예C는 구성요소를 불규칙한 간격으로 도시한다. 예B 및 예C의 구성요소들 간의 간격 면적이 평면으로 되지 않는 경우에, 예D에 따른 웨이브 구조를 발생시킨다. 그러한 웨이브 구조가 계란 포장과 유사한 2차원 디자인뿐만 아니라 물결모양 의 시트 형태로 1차원 디자인을 가질 수 있다.

도 E 및 F는 사인파 웨이브 형태인 볼록부와, 네가티브 부분이 평면으로 대치된 형태를 보여 주고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 구성요소를 보인 평면도이다. 도 3에 도시된 실시예의 모든 예는 스펙클 간섭을 모든 시야각으로부터 감소시키는 2차원 구조이다. 예A는 항시 하나의 구조 폭만큼 구성요소의 간단한 변환에 의해 정렬되어 있는 볼- 또는 사인파-모양의 둥근 구성요소를 보여 준다. 예B는, 면적 구성요소당 구성요소의 포장을 가능한 한 가장 조밀하게 나타나도록, 구성요소 폭의 반만큼 한 방향으로 오프셋되게 하는 동일한 구성요소를 도시한다. 간격을 두고 구성요소를 배열한 것은 도 2E, 2C, 2E 및 2F이고 평면도는 도 3E 및 3F로 나타내었다.

바라는 방출각에따라 큰 시야각을 하나의 방출 방향으로 허여하나, 그 나머지 방출 방향으로는 제한된 방출각만을 갖는 구성요소의 비대칭 배열도 또한 제안한다. 그런 구성요소는 도 3C, 3D, 3G 및 3H에 도시된다. 도 3C는 도 3A와 유사하게 하나의 구성요소에 의해 오프셋된 구성요소의 배열을 도시한다. 도 3B와 유사하게, 가능한 한 가장 조밀한 포장이 도 3G에 도시된다. 물론, 그 비대칭 구성요소는, 도 3D 및 3H에 도시했듯이, 간격을 둔 방법으로 또한 배열될 수 있다.

본 발명은 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 레이저 광원 및 스크린을 포함하고 그 스크린이 스트럭춰를 가지며 그 스트럭춰에서 비추어진 부분이 빔 폭 내에 다른 방향으로 광을 동시에 반사 또는 투과시 키는 것으로서 많은 분야에서 사용될 수 있다.

Claims (15)

1. 레이저 광원(3) 및 투사 스크린(1)에 의해 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치에 있어서,

   상기 투사 스크린(1)이 스트럭춰(2)를 갖고 그 스트럭춰(2)에서 투과되거나 반사된 레이저 빔이 스트럭춰와 주위환경 사이 인터페이스 면에서 촛점이 흐려지게 되는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스트럭춰(2)가 주기적인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 레이저의 빔 횡단면의 직경과 상기 스트럭춰의 폭 사이 비율이 약 1:1인 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스트럭춰(2)의 측면 확장은 상기 빔 횡단면, 및/또는 스캐닝 속도, 및/ 또는 빔 직경에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스트럭춰의 높이 대 폭 간의 비율이 약 1:8 내지 1:37인 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스트럭춰는 볼 캡, 및/또는 볼 디스크, 및/또는 콘, 및/또는 절단된 콘, 및/또는 회전 포물면, 및/또는 회전 쌍곡면, 및/또는 회전 타원체를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스트럭춰가 호일을 기판상에 박판화하여 얻어질 수 있는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스트럭춰가 몰딩에 의해 얻어질 수 있는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스트럭춰 상에서 코팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 코팅이 스펙트럼적으로 선택 반사를 야기하는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스트럭춰가 반사 구조로 디자인되는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 장치.
12. 레이저 광원(3) 및 투사 스크린(1)에 의해 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 방법에 있어서,

    상기 투사 스크린(1)상에서 동시 충돌하는 광이 다른 방향으로 반사 또는 투과되는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 투사 스크린상에서 동시 충돌하는 광이 약 ±40°의 최대각 범위로 적어도 하나의 평면에서 반사 또는 투과되는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동 화상을 표시하는 방법.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 투사 스크린에서 동시 충돌하는 광이 약 ±10°의 최대각 범위로 적어도 하나의 평면에서 반사 또는 투과되는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 방법.
15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 빔 횡단면, 및/또는 상기 스캐닝 속도, 및/또는 상기 빔 직경이 상기 스트럭춰(2)의 측면 확장으로 조절되는 것을 특징으로 하는 정지 화상 또는 동화상을 표시하는 방법.

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