(57)【要約】【課題】装置の規模が大きくならず、また、水平方向の視域を広く確保でき動画を表示することができるカラーホログラフィ表示装置を提供することを課題とする。【解決手段】カラーホログラフィ表示装置１は、制御手段１０の制御により空間光変調器４に表示される画像のホログラムに、読み出し光を照射して再生像を三次元像として表示するカラーホログラフィ表示装置において、前記ホログラムを表示する空間光変調器の画素ピッチに沿って対面して配置されるＲＧＢの三原色を有する色フィルタ５を備え、前記色フィルタは、水平方向の画素に対応する色が、ＲＧＢの三原色のいずれか一色であり、かつ、水平方向の画素で示す色が、ＲＧＢの各色に対して垂直方向に同一周期で配置される構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御手段の制御により空間光変調器に表示される画像のホログラムに、読み出し光を照射して、再生像を三次元像として表示するカラーホログラフィ表示装置において、
前記ホログラムを表示する空間光変調器の画素ピッチに沿って対面して配置されるＲＧＢの三原色を有する色フィルタを備え、
前記色フィルタは、水平方向の画素に対応する色が、ＲＧＢの三原色のいずれか一色であり、かつ、水平方向の画素で示す色が、ＲＧＢの各色に対して垂直方向に同一周期で配置されることを特徴とするカラーホログラフィ表示装置。
【請求項２】
制御手段の制御により空間光変調器に表示される画像のホログラムに、読み出し光を照射して、再生像を三次元像として表示するカラーホログラフィ表示装置において、
前記ホログラムを表示する空間光変調器は、水平方向の画素に対応する色が、ＲＧＢの三原色のいずれか一色であり、かつ、水平方向の画素で示す色が、ＲＧＢの各色に対して垂直方向に同一周期で配置されることを特徴とするカラーホログラフィ表示装置。
【請求項３】
前記空間光変調器は、振幅変調または位相変調を行える光変調手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカラーホログフィ表示装置。
【請求項４】
前記制御手段は、その変調信号の空間周波数を垂直サブサンプリングに応じて、折り返し成分を除去する帯域制限フィルタを備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のカラーホログラフィ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の三次元光学像をカラーのホログラフィ像により表示するカラーホログラフィ表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、カラーホログラフィ像を動画にて実現するため、空間光変調器を用いた従来技術は三つの空間光変調器を使用して再生像を形成する構成と、空間光変調器の同一表示面上の三原色を使用して再生像を形成する構成の２つに大別される。
【０００３】
従来の装置の構成を図６ないし図９を参照して説明する。図６は、従来のホログラフィ表示装置を、空間光変調器を３つ用いて構成した状態を模式的に示す模式図、図７は、従来のカラーホログラフィ表示装置に使用される色フィルタの構成を模式的に示す正面図、図８は、従来のカラーホログラフィ表示装置に使用される色フィルタの他の構成を模式的に示す正面図、図９は、画素構造を持つ素子でホログラムを構成する場合の再生時の水平視域または垂直視域の状態を模式的に示す平面図である。
【０００４】
図６に示すように、第１の構成の装置として、ホログラフィ表示装置１００は、３原色のホログラムを異なる空間光変調器１０１，１０２，１０３で表示し、各空間光変調器１０１，１０２，１０３による被変調光を光学的に合成する手法を用いる装置である。
【０００５】
すなわち、ホログラフィ表示装置１００は、緑、赤、青の各色に対応する空間光変調器１０１，１０２，１０３と、この空間光変調器１０１，１０２，１０３に読み出し光を照射する照射レンズ１０５，１０６をそれぞれ備える光照射手段１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃと、空間光変調器１０２の光路および空間光変調器１０３の光路の交点に配置されるハーフミラー１０４Ｂと、このハーフミラー１０４Ｂの光路および空間光変調器１０１の光路の交点に配置されるハーフミラー１０４Ａとを備えている。
【０００６】
また、第２の構成の装置は、図７に示すように、カラーフィルタ１２０を空間光変調器に対面して配置し、カラー画像表示用と同様に、赤フィルタ１２１、緑フィルタ１２２および青フィルタ１２３のＲＧＢを示す各色フィルタを縦ストライプ模様となるように配列して、３原色のホログラムをひとつの空間光変調器で表示し、白色光で再生する構成としている。（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００７】
さらに、図８に示すように、３原色のホログラムをひとつの空間光変調器で表示する他の構成として、カラーフィルタ１３０は、赤フィルタ１３１、緑フィルタ１３２、および青フィルタ１３３を市松模様となるように配列して、空間光変調器に対面して配置して使用している。
【特許文献１】特開平１０−０９７１７４号公報
【特許文献２】特開平０８−２０１６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のカラーホログラフィの技術では以下に示す問題点が存在した。
図６で示すホログラフィ表示装置１００では、各色のホログラフィ像を独立に生成するため、装置の規模が大きくなってしまう。
また、図７および図８に示すカラーフィルタ１２０，１３０は、通常のカラー画像表示用と同様な縦ストライプ模様の配列や、あるいは、市松模様の配列であるため、同じ色が水平方向に連続しない構成である。
【０００９】
そのため、図９に示すように、水平方向にサブサンプリングされる場合、特に、空間光変調器が液晶あるいはＤＭＤ等の動画に対応することができる表示手段であるとき、画素ピッチが大きくなってしまい視域が狭くなる。また、本来カラーホログラムで必要な画素ピッチより大きな状態でしか現在表示できない液晶あるいはＤＭＤ等の表示手段において、さらに画素ピッチが広がる結果になるサンプリングが行われると、再生像の再生にも悪影響を及ぼすことになってしまった。
【００１０】
さらに、特許文献２に記載のカラーフィルタでは、緑色フィルタが水平向に連続するように配置された例が記載されている。しかし、赤色フィルタおよび青色フィルタが水平方向に連続する構成ではないため、緑色フィルタの視域が１である場合、赤色フィルタおよび青色フィルタの視域が１／２となり、水平方向の視域を広くとることが不可能である。
【００１１】
本発明は、前記の問題点に鑑み創案されたものであり、装置の規模が大きくならず、また、水平方向の視域を広く確保でき動画を表示することができるカラーホログラフィ表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るカラーホログラフィ表示装置は、前記目的を達成するため、以下に示すような構成とした。すなわち、カラーホログラフィ表示装置は、制御手段の制御により空間光変調器に表示される画像のホログラムに、読み出し光を照射して、再生像を三次元像として表示するカラーホログラフィ表示装置において、前記ホログラムを表示する空間光変調器の画素ピッチに沿って対面して配置されるＲＧＢの三原色を有する色フィルタを備え、前記色フィルタは、水平方向の画素に対応する色が、ＲＧＢの三原色のいずれか一色であり、かつ、水平方向の画素で示す色が、ＲＧＢの各色に対して垂直方向に同一周期で配置される構成とした。
【００１３】
このように構成したことにより、カラーホログラフィ表示装置は、水平方向の視域において、同じ色のフィルタである緑色フィルタ、赤色フィルタあるいは青色フィルタが配列された状態からサブサンプリングしても、水平方向に同じ色が連続していることと、垂直方向に同一周期でＲＧＢが配置されることから、水平方向の視域を狭くすることを最小限としている。
【００１４】
また、カラーホログラフィ表示装置は、制御手段の制御により空間光変調器に表示される画像のホログラムに、読み出し光を照射して、再生像を三次元像として表示するカラーホログラフィ表示装置において、前記ホログラムを表示する空間光変調器は、水平方向の画素に対応する色が、ＲＧＢの三原色のいずれか一色であり、かつ、水平方向の画素で示す色が、ＲＧＢの各色に対して垂直方向に同一周期で配置される構成とした。
【００１５】
このように構成したことにより、カラーホログラフィ表示装置は、色フィルタの位置調整をする必要がなく、水平方向の視域において、同じ色の画素が配列しているとともに垂直方向においてもＲＧＢが同一周期で配置されているため、水平方向の視域を狭くすることはない。
【００１６】
また、前記カラーホログラフィ表示装置において、前記空間光変調器は、振幅変調または位相変調を行える光変調手段を有する構成とした。
このように構成したことで、カラーホログラフィ表示装置は、空間光変調器で表示する物体の干渉縞の明暗をよりはっきりさせることができる。なお、光変調手段は、画素を構成する電極にかかる電圧を調整することで実現できる。
【００１７】
さらに、前記カラーホログラフィ表示装置において、前記制御手段は、その変調信号の空間周波数を垂直サブサンプリングに応じて、折り返し成分を除去する帯域制限フィルタを備える構成とした。
このように構成したことにより、カラーホログラフィ表示装置は、読み出し光により再生される再生映像をより鮮明に表示することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るカラーホログラフィ表示装置は、以下に示すような優れた効果を奏するものである。
カラーホログラフィ装置は、ＲＧＢ三原色のいずれかを水平方向に連続して配列しているため、装置を大きくすることなく、水平方向に広い視域を持つ立体像をカラーホログラム再生映像として動画で表示することが可能となる。
【００１９】
カラーホログラフィ装置は、振幅変調または位相変調をおこなう光変調手段、あるいは、垂直方向のサブサンプリングに応じて、折り返し成分を除去する帯域制限フィルタを備えているため、より鮮明にカラーホログラム再生映像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、カラーホログラフィ表示装置の全体構成を模式的に示す斜視図、図２は、カラーホログラフィ表示装置の全体構成を模式的に示すブロック図、図３は、カラーホログラフィ装置に使用される色フィルタの構成を模式的に示す正面図である。
【００２１】
図１および図２に示すように、カラーホログラフィ表示装置１は、光照射手段２と、この光照射手段２の光路中に配置されたレンズ系３と、このレンズ系３の光路中に配置された空間光変調器４および色フィルタ５と、空間光変調器４の制御手段１０とを備えている。
【００２２】
光照射手段２は、ホログラフィを読み出すための読み出し光（白色光）を照射するものであり、例えば、レーザー光を照射するレーザー照射装置を使用している。この光照射手段２は、白色、または、緑色、赤色、青色を混合した白色のレーザー光を照射するものである。
【００２３】
レンズ系３は、光照射手段２からの読み出し光を平行光にするためのものである。ここでは、光源レンズ３ａと、この光源レンズ３ａからの拡散光を平行光にする照射レンズ３ｂとを備えている。このレンズ系３は、光照射手段２からの読み出し光を平行光にして出力できるように光源レンズ３ａおよび照射レンズ３ｂが焦点距離、曲率等に基づいて配置されている。
【００２４】
空間光変調器４は、ホログラムを干渉縞として表示すると共に、表示した干渉縞を適宜変化させることで、映像を動画で表示させるものである。この空間光変調器４は、電気駆動型液晶パネルが使用される。この電気駆動型液晶パネルは、高精細な液晶ディスプレイにより、干渉縞を表示し、光を回折させてホログラム表示を行うことができる。ここで示される空間光変調器４としての電気駆動型液晶パネルの画素ピッチは、一例として０．５〜５μｍである。また、ここでは、空間光変調器４は、後記するように、振幅変調または位相変調を行うことができるように構成されている。
【００２５】
色フィルタ５は、図３に示すように、空間光変調器４における水平方向の画素の一列に対応して緑色フィルタ５Ａ、赤色フィルタ５Ｂ、および青色フィルタ５Ｃが順番に配列して構成されている。つまり、色フィルタ５は、緑色フィルタ５Ａ、赤色フィルタ５Ｂ、および青色フィルタ５Ｃが水平のストライプになるように配列されている。この色フィルタ５は、空間光変調器４の各画素に対面する位置に緑色フィルタ部５ａ、赤色フィルタ部５ｂ、青色フィルタ部５ｃのそれぞれが配置されるように形成されている。
【００２６】
なお、色フィルタ５は、例えば、緑色フィルタ５Ａ、赤色フィルタ５Ｂ、青色フィルタ５Ｃの垂直方向の間隔は、空間光変調器４の垂直方向の画素ピッチに対応するように形成されている。また、ここでは、色フィルタ５は、緑色フィルタ５Ａ、赤色フィルタ５Ｂ、青色フィルタ５Ｃの三原色がその順番（同一周期）で垂直方向に連続するように配置されている。そのため、同一色の画素は、垂直方向にサブサンプリングされることで、垂直方向の視域をＲＧＢとも同じにすることができる。
【００２７】
なお、カラーホログラフィ表示装置１は、垂直方向のサブサンプリングに応じて、折返し成分を除去する帯域制限フィルタ６を備えている構成としてもよい。この帯域制限フィルタ６は、後記する計算機ホログラム作成手段１２においてサブサンプリングするときに入力される信号のナイキスト周波数以上の成分を除去するようにしている。
【００２８】
制御手段１０は、あらかじめ作成された再生像を記憶して所定のタイミングで空間光変調器４に出力させる操作を行うものである。この制御手段１０は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータの構成であり、キーボードやマウス等の入力手段１０ａと、この入力手段１０ａから入力された文字情報により映像を選択する映像選択手段１０ｂと、この映像選択手段１０ｂを介して選択されるホログラム（干渉縞）の映像を記憶する記憶手段１０ｃと、この記憶手段１０ｃに記憶されているホログラムの映像を所定タイミングで空間光変調器４に出力する出力制御手段１０ｄとを備えている。
【００２９】
なお、出力制御手段１０ｄは、映像選択手段１０ｂにより選択されたホログラムの映像を記憶手段１０ｃから読み出して記憶する表示メモリ１０ｅと、この表示メモリ１０ｅに記憶されたホログラムの映像を、所定のタイミング（例えば、一秒間に３０枚）で出力する出力手段１０ｆとを有している。なお、ここでは、出力手段１０ｆが、空間光変調器４の各画素の電極にかかる電圧を変化させることで、光変調手段の役割を担っている。ここでは、素子の特性により、電圧を変化させて印加することで濃淡（振幅、偏光板との組み合わせによる）を変化させる場合と、位相を変化させる場合とを行っている。
【００３０】
また、位相を変化させる場合には、例えば、液晶分子を基板に平行には以降した構成のものを使用することとし、外部からの電圧が画素電極を介して液晶層に印加されることで、液晶分子を傾かせ、入力光の位相だけを２次元的に２πラジアン以上変調させることができる。
【００３１】
なお、カラーホログラフィ表示装置１は、ホログラムの映像を読み込むときには、一例として、あらかじめ計算機ホログラムとして作成している。例えば、制御手段１０にイメージを入力するイメージスキャナあるいはＣＣＤカメラ等の画像入力手段１１を接続すると共に、その画像入力手段１１により入力された画像または物体からホログラムを作成する計算機ホログラム作成手段１２を備える構成としている。
【００３２】
また、計算機ホログラム作成手段１２でホログラムを作成するときには、あらかじめ空間光変調器４の画素ピッチが分かっているため、ナイキスト周波数（サンプリング周波数）より高い周波数成分がある場合には、その高周波数成分による折返しひずみ（成分）を除去する帯域制限フィルタ６を介してホログラムの作成が行われるように構成されている。
【００３３】
すなわち、制御手段１０は、表示する物体のデータを画像入力手段１１によりはじめに読み込み、あらかじめ設定された周波数を越える高周波信号が、入力されたデータから干渉縞を計算するときに算出されると、帯域制限フィルタ６により高周波数成分による折返しひずみを除去するように構成されている。
そのため、計算機ホログラム作成手段１２では、計算機のメモリ内の２次元、あるいは、３次元の配列に入力した物体をあらかじめ決められた条件により数値として与え、このときに設定した周波数より高い高周波信号があるときには帯域制限フィルタ６により折返し成分を除去している。さらに、計算機ホログラム作成手段１２は、物体からホログラム面に伝搬する光の場を、回折理論などを用いて計算して作製している。なお、計算されるホログラムは、動画であれば、その動画に必要な各フレーム画によって異なったものとなる。
【００３４】
物体の一例として、フラッグがはためく映像のホログラムを形成する場合には、１秒間にフラッグがはためいた動画として必要なフレームの数に対応するホログラムを作成することになる。なお、計算により作成されるホログラムは、フーリエ変換型のホログラムの場合、計算時間が大幅に短縮できる高速フーリエ変換を使用してホログラム面上の光の振幅と位相を求めることができる。そして、計算によって作成したホログラムは、記憶手段に記憶されて使用される。
【００３５】
つぎにカラーホログラフィ表示装置１の動作について説明する。
カラーホログラフィ表示装置１は、あらかじめ映像をホログラム（干渉縞）として記憶手段１０ｃに記憶されている。
【００３６】
そして、カラーホログラフィ表示装置１は、光照射手段２からレーザー光の白色光を読み出し光として出力して、光源レンズ３ａおよび照射レンズ３ｂを介して平行光として色フィルタ５および空間光変調器４に照射する。このとき、空間光変調器４では、制御手段１０の記憶手段１０ｃから記憶されていた干渉縞が表示されている。
【００３７】
干渉縞を表示している空間光変調器４は、色フィルタ５を介して制御手段１０の出力制御手段１０ｄの出力手段１０ｆの制御により、例えば、一秒間に３０枚の時間的に連続する干渉縞を表示できるように出力されると、読み出し光と、表示されている干渉縞により再生像がカラーホログラム再生映像ｈとして表示される。例えば、フラッグが風によりはためいている状態が表示される。
【００３８】
また、帯域制限フィルタ６を使用していることで、変調信号の空間周波数を垂直サブサンプリングすることに応じて、折返し成分（折返しひずみ）を除去できているため、観察されるカラーホログラム再生映像ｈをよりはっきり再生表示することが可能となる。
【００３９】
なお、空間光変調器４は、その表示面に色フィルタ５を対面して配置する構成として説明したが、空間光変調器４に色フィルタ５を一体に組み込んだ状態の構成としても構わない。空間光変調器４の他の構成を、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、カラーホログラフィ表示装置における空間光変調器の他の構成を模式的に示す斜視図、（ｂ）は空間光変調器の一部の断面図である。なお、図１および図２と同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、空間光変調器２４は、水平方向の画素が三原色の同じ一色を表示するように形成されている。この空間光変調器２４は、表示側から偏向板２４ａを表面に設けた透光板２４ｂと、この透光板２４ｂの裏面側に設けた色フィルタ部２４ｃと、この色フィルタ部２４ｃの裏面側に設けた透明電極２４ｄと、この透明電極の裏面側に所定間隔を空けて設けた配向膜２４ｅ，２４ｈと、この配向膜２４ｅ，２４ｈの間にスペーサとしてのビーズ２４ｇを介して設けた液晶２４ｆと、配向膜２４ｈに色フィルタ部２４ｃの画素ごとに対面するように設けた透明電極２４ｊと、この透明電極２４ｊの裏面側に設けた透光板２４ｋと、この透光板２４ｋの裏面側に設けた偏光板２４ｍと、を備えている。
【００４１】
そして、空間光変調器２４は、色フィルタ部２４ｃの構成として、水平方向に並列している画素列ごとに、緑色フィルタ部２５ａ、赤色フィルタ部２５ｂ、青色フィルタ部２５ｃとなるように構成されている。
【００４２】
したがって、この空間光変調器２４の後方あるいは側方からバックライトを照射して各画素により形成されるホログラムを表示し、読み出し光をその空間光変調器２４の表面に照射することで、カラーホログラム再生映像ｈを表示することができる。もちろん、制御手段１０により一秒間に所定のホログラムを表示することで、カラーホログラム再生映像ｈを動画として表示することもできる。
【００４３】
以上説明したカラーホログラフィ表示装置１では、空間光変調器４は、電気的な駆動による構成として説明したが、さらに、振幅変調を行うディバイスとして、ＤＭＤ素子を用いることもできる。ＤＭＤ素子は、微小な回転ミラーのアレーで構成されており、回転ミラーを回転させることにより、光変調できるものである。
【００４４】
また、カラーホログラムを図５に示す構成により作成しても構わない。図５は、カラーホログラフィ表示装置で再生するホログラムを撮影する状態を模式的に示す模式図である。図５に示すように、白色のレーザー光を照射するレーザー光照射手段１６から光路にハーフミラー１４を配置して、ハーフミラー１４の透過光の光路に照明光用レンズ光学系１３Ａ（凸レンズ１３ａ，１３ｂ）を配置し、ハーフミラー１４の反射光の光路にミラー１５を介して参照光用レンズ光学系（レンズ系と同じ構成）１３Ｂ（凸レンズ１３ｃ，１３ｄ）を配置し、かつ、物体ｗに照射された照明光の物体光と、参照光とが照射される位置（空間光変調器４の位置）に、干渉縞を記憶するように撮像素子７を、色フィルタ５を介して配置する構成としている。
【００４５】
したがって、物体Ｗがフラッグで風によりはためいている状態の干渉縞のパターンを、順次時間軸に沿って制御手段１０の記憶手段１０ｃに記憶することで、物体ｗのカラーホログラムを作成している。このように作成されたカラーホログラムは、すでに説明したようにして表示される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るカラーホログラフィ表示装置の全体構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係るカラーホログラフィ表示装置の全体構造を模式的に示すブロック図である。
【図３】本発明に係るカラーホログラフィ表示装置の色フィルタの構成を模式的に示す正面図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係るカラーホログラフィ表示装置における空間光変調器の他の構成を模式的に示す斜視図、（ｂ）は空間光変調器の一部の断面図である。
【図５】本発明に係るカラーホログラフィ表示装置で再生するホログラムを撮影する状態を模式的に示す模式図である。
【図６】従来のホログラフィ表示装置を、空間光変調器を３つ用いて構成した状態を模式的に示す模式図である。
【図７】従来のカラーホログラフィ表示装置に使用される色フィルタの構成を模式的に示す正面図である。
【図８】従来のカラーホログラフィ表示装置に使用される色フィルタの他の構成を模式的に示す正面図である。
【図９】画素構造を持つ素子でホログラムを構成する場合の再生時の水平視域または垂直視域の状態を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      カラーホログラフィ表示装置
２      光照射手段
３      レンズ系
３ａ    光源レンズ
３ｂ    照射レンズ
４      空間光変調器
５      色フィルタ
５Ａ    緑色フィルタ
５Ｂ    赤色フィルタ
５Ｃ    青色フィルタ
５ａ    緑色フィルタ部
５ｂ    赤色フィルタ部
５ｃ    青色フィルタ部
６      帯域制限フィルタ
７      撮像素子
１０    制御手段
１０ａ  入力手段
１０ｂ  映像選択手段
１０ｃ  記憶手段
１０ｄ  出力制御手段
１０ｅ  表示メモリ
１０ｆ  出力手段
１１    画像入力手段
１２    計算機ホログラム作成手段
２４    空間光変調器
２４ａ  偏向板
２４ｂ  透光板
２４ｃ  色フィルタ部
２４ｄ  透明電極
２４ｅ  配向膜
２４ｆ  液晶
２４ｇ  ビーズ
２４ｈ  配向膜
２４ｊ  透明電極
２４ｋ  透光板
２４ｍ  偏光板
２５ａ  緑色フィルタ部
２５ｂ  赤色フィルタ部
２５ｃ  青色フィルタ部
ｈ      カラーホログラム再生映像
【図１】
2008281774.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008281774.tif 000007
【図６】
2008281774.tif 000008
【図７】
2008281774.tif 000009
【図８】
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【図９】
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