CN108535939B - 用于摄像机镜头的加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于摄像机(5，5’)的镜头(6，6’，6”)的加热装置(1，1’，1”)，其中该加热装置(1，1’，1”)包括至少一个本体(2，2’)，该本体包括至少一种基体材料和至少一种导电材料，其中该导电材料分散在该基体材料中以形成导电块；以及至少两个电触点(3a，3b，3a’，3b’)，其接触该导电块，以向该导电块施加电压。本发明还涉及包括这种加热装置(1，1’，1”)和摄像机(5，5’)的系统，用于包括这种加热装置(1，1’，1”)和/或这样的系统的车辆的后视显示装置，并且涉及包括这种后视显示装置的车辆。

Description

用于摄像机镜头的加热装置

技术领域

本发明涉及一种用于机动车摄像机镜头的内部加热装置。该内部加热装置包括至少一个呈透明涂层或涂料形式的本体，该本体包括至少一种导电材料；以及至少两个电触点，其与该导电材料接触，以向该导电材料施加电压，其中该导电材料包括导电聚合物和/或碳纳米管。

本发明还涉及一种用于摄像机镜头的加热装置。该加热装置包括至少一个本体，该本体包括至少一种基体材料和至少一种导电材料，其中该导电材料分散在该基体材料中以形成导电块；以及至少两个电触点，其接触该导电块，以向该导电块施加电压。该加热装置可以被直接附接到该镜头的最后玻璃元件上；或者可以适于被可拆卸地布置在该摄像机的外壳处。

本发明还涉及包括这种加热装置和摄像机的系统，此外涉及用于包括这种加热装置和/或这种系统的车辆的后视显示装置，并且涉及包括这种后视显示器的车辆设备。

背景技术

在现代车辆中，基于摄像机的系统正变得越来越流行。这些车辆通常仅采用视觉系统，或者除了采用传统的镜子之外，还采用视觉系统，其中该车辆的左侧、右侧、前部和后部的摄像机图像被呈现给驾驶员。相应的摄像机通常位于被布置在该车辆外部的保护性外壳中；和/或外部安装的部件的外壳(例如后视镜的外壳)中。因此，该摄像机被暴露于各种不同的天气条件下。当外部温度较低或湿度变化时，该摄像机镜头上可能会形成结露，这对该摄像机的正常功能产生了不利影响。在极端情况下，该摄像机镜头上有可能会积聚一层霜晶，如果未及时移除，最终可能会损坏该摄像机镜头。

因此，该摄像机和/或摄像机镜头通常通过适当的加热元件加热以避免由于不利的天气条件而发生的故障。该加热装置通常可以用作该摄像机中的内部元件或者可以用在该摄像机的外壳上。已知的内部和外部加热装置的使用都有其缺点。例如，DE 103 40 900A1描述了一种摄像机系统，其具有集成在该摄像机镜头的玻璃罩中的加热元件。在文献US2015/0160536 A1中描述了一种摄像机，其具有被安装在该摄像机外壳内的加热元件。在这些系统中，该加热元件是不灵活的，不能容易地适应设计要求或具有达到最佳加热结果所需的加热属性。而且，由于这些系统中使用的设计和材料，实现了不均匀的加热。

文献US 2006/0108352 A1公开了一种用于监测车辆外部的具有加热装置的图像采集单元，其包含外壳、图像检测装置和加热装置。该外壳包括受保护的内部，透明元件封闭的窗，以及用于支撑面对该窗的光学系统的支撑装置。该图像检测装置位于所述外壳中，面对所述光学系统，并通过连接装置与外部关联，从而提供电信号和/或用于双相信号交换。该加热装置向所述透明元件或其临近区域提供热能。

文献JP H1132985公开了一种电内窥镜，其包含成像部分，其具有位于插入部分的远端的固态成像元件，还包含：插入部分，其与成像部分的外周接触，以及该插入部分远端部分的远端部分主体。该点内窥镜具有导热材料，使得成像装置周围的热量能被有效消散。该文献处理冷却问题，而非成像装置的温度控制，且涉及内窥镜，其与车用摄像机系统具有完全不同的工作温度范围和综合要求。

文献US 2008/0013195 A1公开了一种温度控制体，其特别可用于显微镜，包含：主机筒，其包括圆柱套筒，载体环和/或调节环，以及成像光学元件。该物体的至少一个结构部件部分或该物体的结构部件部分之间的元件被构建为温度可控元件。该文献还描述了电阻箔或Peltier元件的使用。

文献US 2014/0221743 A1公开了一种镜框单元，其包含镜框体，其容纳了光学部件；热转移单元，其覆盖该镜框体的至少一部分，产生热量的产热单元，测量温度的温度测量单元；以及相同的单个电线板，其上安装了该产热单元和该温度测量单元。该产热单元和该温度测量单元被布置在该电线板上从而彼此分隔，且该电线板被布置为使得该产热单元和该温度测量单元与该热转移单元接触。该产热参与和该温度测量单元最接近位置之间的热阻大于该产热单元和该热转移单元之间的热阻以及该温度测量单元和该热转移单元之间的热阻。光输入窗口被加热至体温(37℃)或更高，以防止起雾。该文献采用热转移单元将来自芯片加热器或电阻加热的热量沿内窥镜转移至光输入窗口；该文献也涉及内窥镜，其与车用摄像机系统具有完全不同的工作温度范围和综合要求。

在DE 100 33 472 A1中描述了不同的方法，其中将多个加热元件布置在弹性支撑元件中，可以将该弹性支撑元件夹紧在摄像机的外壳周围。然而，这种特定的解决方案具有如下缺点：当该摄像机受到振动(例如当包括该摄像机的车辆行驶时可能出现的振动)时，弹性支撑件可能脱落。而且，通过布线互连的许多加热元件的使用使得加热系统相当复杂并容易出错。另一个缺点是在该弹性支撑件中各个加热元件的布置造成对摄像机外壳的加热不均匀。而且，该弹性支撑件消散了一部分热量，这又降低了该系统的效率因子。散热也导致该弹性支撑件中使用的弹性材料被早早磨损。

因此，本发明旨在提供一种使用可加热材料的改进的加热装置，其可以用作内部加热装置或外部加热装置并且可以提供克服上述缺点的坚固且适应性强的加热装置。具体而言，本发明旨在提供一种解决方案，其需要较少的部件，并且其可以普遍地与不同的摄像机一起使用，同时提供高水平的效率。

发明概述

本发明提供一种用于机动车摄像机的镜头的内部加热装置，该内部加热装置包括至少一个呈透明涂层或涂料形式的本体，该本体包括至少一种导电材料；以及至少两个电触点，其与该导电材料接触，以向该导电材料施加电压，其中该导电材料包括导电聚合物和/或碳纳米管。

本发明还提供一种用于摄像机的镜头的加热装置，其中该加热装置包括至少一个本体，该本体包括至少一种基体材料和至少一种导电材料，其中该导电材料分散在该基体材料中以形成导电块；以及至少两个电触点，其接触该导电块，以向该导电块施加电压。

根据本发明的加热装置被用作内部加热装置，该内部加热装置可以适于被直接加入到该摄像机的该镜头中。在另一个应用中，加热装置可以用作外部加热装置，其中该装置适于被可拆卸地布置在该摄像机的外壳处。

该至少一种导电材料可以是任何能够提供必要的电子运动从而使电流能够流动的材料。在一个实施方式中，该导电材料包括碳纤维、石墨、碳纳米管、碳纳米角、炭黑、石墨烯、石墨烯纳米薄片、金属颗粒、导电氧化物、导电聚合物或其混合物。本领域技术人员将知道适用于本发明上下文中的加热目的的其他导电材料。该导电材料可以以各种形式使用，例如但不限于纤维、管、球体、薄片、晶须等。可以使用一种特定形式的导电材料或其不同形式的混合物。该导电材料可以按适用于本发明目的的任何尺寸使用。该导电材料基本均匀地分散在该基体材料中，从而可以实现均匀的加热效果。优选地，该基体材料和该导电材料形成基本均质的导电块。也可能在该基体材料中提供不均匀分布的该导电材料，从而根据该加热元件的设计和使用，可以获得最佳的加热效果。例如，在一个实施方式中，与分布在其余本体中的该导电材料相比，其中布置有两个电触点的区域附近可以分布有更多的导电材料。

术语“导电块”用于指具有内电阻的物质，当在这两个电触点上施加电压时，该内电阻对于加热该本体来说足够高。

该至少一种基体材料可以是任何一种这样的材料：在升高的温度下保持稳定并且允许该导电材料可以均匀分布于其中或者允许根据需要分布该导电材料。该基体材料可以是有机或无机的。在一个实施方式中，该有机材料可以是聚合物材料。示例性无机材料是陶瓷材料、金属或金属材料或玻璃。在一个实施方式中，该基体材料是聚合物材料。本领域技术人员将会知道适合的基体材料。

该本体可以具有不同的构造以及组成不同的基体材料和导电材料，以创建该加热元件。在一个实施方式中，该本体可以是至少一个透明涂层、不透明涂层、自支撑膜、涂料、油墨、散装复合材料等的形式。因此，根据本发明，该本体可以是液体、柔性材料或硬质实心本体的形式。当用于适于被直接施加到该镜头上的本发明的内部加热装置，这些形式可能特别有用。当用作外部加热装置时，该本体优选为硬质和/或实心本体的形式，例如由散装复合材料制成以，例如形成该加热元件的外壳。

透明涂层可以被直接涂覆在该镜头上或附加的将被放置在该摄像机的不同镜头之间的玻璃基板上。出于该镜头的特定设计要求，不透明涂层可以被涂覆在该镜头的不透光的部分。不透明涂层也可以被涂覆在附加的基板上，切割成该镜头的非透射部分的形式并被直接放置在该镜头上。对该自支撑膜也可以如此做，其中在一个实施方式中，该膜将被切割成所需的形状并定位在该镜头的顶部。在实心本体，即更硬质本体的情况下，该本体可以具有与该镜头相同的形状和形式，以实现这两个部件之间的完美配合。

该本体可以通过本领域技术人员已知的常规方法制备，例如将混合物混合、聚合、挤出和/或模塑成最终的本体。可以添加其他组分，例如溶剂等，以获得具有所需的组成和/或形式的本体。

如本文所述将本发明的加热元件用作内部加热元件允许坚固且紧凑的设计。此外，由于该加热元件的设计可以精确地适应该镜头或该摄像机的内部的设计，所以热量可以以有效的方式到达玻璃。因此，要获得最佳的加热结果，需要的能量较少，因此施加在该镜头和/或该摄像机的其他部件上的压力较小。

在该镜头的该外壳由聚合物材料构成的情况下，有可能将导电材料集成到聚合物体中并且将整个外壳用作该加热元件。

在该加热装置被用作外部加热装置的情况下，术语“在外壳处”可以用来指该加热装置的安装位置，使得该加热装置可以有效地加热该镜头。因此，术语“在……处”也应该用于指在该摄像机外壳上或其周围的安装位置。术语“可拆卸地”可以用来指两个或更多个物品的连接方式，其可以在不破坏该物品中的一个或两个的情况下被解开。

在一个实施方式中，该本体包括大致的环形开口，该开口用于将该本体可拆卸地布置在该摄像机的该外壳周围，优选地，该本体的形状像紧固螺母。

在另一个实施方式中，该环形开口包括用于将该本体连接到该摄像机的该外壳的连接器装置。

在另一个实施方式中，该连接器装置包括该环形开口中的螺纹，其适于与该摄像机的该外壳上的相应螺纹相互作用；和/或至少一个突起或凹槽，其适于与该摄像机的该外壳上的相应凹槽或突起相互作用。

在一个实施方式中，该环形开口中的该螺纹至少部分地包括用于实现这两个电触点的非导电材料；或者其中该环形开口包括用于实现这两个电触点的两个突起或凹槽。

在该系统的另一个实施方式中，该加热装置适于保持该摄像机的该镜头。这里，术语“适于保持该镜头”可以用于限定该加热装置可以具有该摄像机的镜头支架的作用。为了保持该镜头，该加热装置可以基本上具有常规镜头架的形状。

在上述任何系统的另一个实施方式中，该至少两个电触点被注塑到该本体上，旋拧到该本体上和/或被注入到该本体中，优选地，该至少两个电触点在该本体上基本上彼此相对地布置。

这里，术语“注入”用于指借助于机械力将该电触点引入到该本体内的过程。例如，可以通过压缩空气“注入”该电触点。在将该电触点注入到该本体内的情况下，该电触点可以包括至少一个倒钩，以将该电触点固定在该导电块中。

在另一个实施方式中，该加热装置包括至少一个电绝缘层，其被布置在该本体的表面上，优选地其中该本体接触该镜头或该外壳的该本体的表面上，优选地该加热装置进一步包括导热材料，优选导热膏，其中该导热材料被布置在该绝缘层和该镜头之间或者该绝缘层和该外壳之间。

在又一个实施方式中，该本体包括包含导电层和导热层的双组分材料，该导电层包括该基体材料和该导电材料，优选地其中该导热层与该镜头的或该摄像机的该外壳的至少一部分和/或与保持该镜头的镜头支架的至少一部分接触。

本发明的一个方面涉及一种用于摄像机的镜头的内部加热装置，其中该加热装置包括至少一个呈透明涂层或涂料形式的本体，该本体包括至少一种导电材料；以及至少两个电触点，其与该导电材料接触，以向该导电材料施加电压。该导电材料可以是导电氧化物、导电聚合物、碳纳米管等。这个实施方式的所有其他方面如本文所述。

本发明还涉及一种包括根据本发明的加热装置和具有镜头的摄像机的系统。

在一个实施方式中，该系统包括至少一个电源，优选为DC电压源，其适于向这两个电触点供应电压，优选地，该电源是由脉宽调制(PWM)的信号可控制的。

本发明还涉及用于车辆的，优选用于机动车辆的后视显示装置，其包括根据本发明的至少一个加热装置和/或根据本发明的至少一个系统。

而且，本发明涉及一种包括根据本发明的至少一个后视装置的车辆。

已经有利地发现，根据本发明的该加热装置可以普遍地与许多不同类型的摄像机一起使用。在内部加热装置的情况下，该加热装置可以具有完全适于该镜头的形式的或该摄像机的内部设计要求的形式。在外部加热装置的情况下，将该加热装置(像紧固螺母)旋拧到摄像机外壳的外螺纹上允许使该加热装置与该摄像机外壳快速并安全地连接。事实上，任何具有外螺纹的摄像机或其他合适的连接装置都可以模块化地装配有根据本发明的加热装置。

由于该加热装置的该本体包括复合材料，其中导电材料分散在基体材料内部，所以可以更均匀地加热该摄像机镜头，这又减少了由于热应力而引起的磨损。通过改变该镜头上或该摄像机外壳上的该加热装置相对于该摄像机镜头的位置，可以容易地找到加热该摄像机镜头的最佳位置。

通过由双组分基体材料制造该加热装置的该本体，负责加热的该导电材料可以与，例如该摄像机外壳电绝缘，以便有效地避免故障或短路。

而且，通过至少部分地引入非导电材料来将该本体的该开口中的螺纹分开以实现这两个电触点，这允许将该加热装置直接连接到该摄像机外壳内部的电力线。

如果该加热装置用作该摄像机的镜头支架，则该加热装置可以与该镜头直接接触，这增强了对该镜头的热传递。而且，这使得常规镜头支架的使用变得多余。因此，该加热装置可以用于双重目的，即加热该镜头，同时也保持该镜头。

附图说明

以下示意图示出了本发明的各方面以结合一些示例性说明来改进对本发明的理解，其中

图1a、1b示出了根据第一实施方式的加热装置侧面的示意性正视图和示意性截面图；

图1c、1d示出了安装在摄像机上的根据第一实施方式的加热装置的示意性截面图和等距视图；

图2a、2b示出了根据第二实施方式的加热装置侧面的示意性正视图和示意性截面图；

图2c、2d示出了安装在摄像机上的根据第二实施方式的加热装置的示意性截面图和等距视图；以及

图3示出了包括本发明加热装置的鱼眼镜头的一些部件。

发明详述

图1a和1b示出了根据第一实施方式的加热装置1的侧面的示意性正视图和示意性截面图。如图1a和1b所示，该加热装置1基本上包括包含导电材料的本体2。在所示的实施方式中，该本体2具有紧固螺母的形状并且包括环形开口4。如图1a和1b所示，大致圆形的本体2的两个相对端部上的两个部分可以经平坦化以在该本体的外径上使用扳手。然而，本领域技术人员将会知道，该本体2还可以在其外周上包括各种形状，例如该本体2可以包括基本上圆形、矩形和/或三角形的形状。例如，该本体2可以作为包含导电材料的塑料部件，被注塑成单件。本领域技术人员将知道，这可以通过在塑料成型之前，向塑料混合物中添加任何上述导电颗粒，如石墨或纳米颗粒来实现。

该本体2可以具有足够高的内电阻，当电压被施加在与该本体2的该导电块接触的两个电触点3a、3b上时，该内电阻对于加热该本体2来说足够高。本领域技术人员将会知道，在50到500Ω范围内的值适用于机动车辆中常用的12V电压。而且，本领域技术人员将知道，通过电压源(图中未示出)可以将电压施加到这两个电触点3a、3b，该电压源通过脉冲宽度调制以控制所产生的热量，使得该摄像机镜头不会因为过热而受到不利影响。例如，PWM信号可以具有1：x的占空比，这可以将电输入功率减小‘x’因子。

这两个电触点3a、3b在附图中示出为基本上彼此相对地定位。在图1a和1b所示的实施方式中，该本体2将具有两条电阻路径，该电阻路径彼此平行定位并且基本上具有该本体2的总电阻的一半。因此，该电输入功率将是P＝2V²*R，其中V是施加的电压，而R是该本体2的总电阻。

为了减少/避免这两个电触点3a、3b处的热点，该电触点3a、3b可以位于该本体2的内深处；和/或更多的导电材料可以分布在该电触点3a、3b周围以增加位于该电触点3a、3b周围的导电材料的导电率。

图1c和1d示出了安装在摄像机5上的根据第一实施方式的加热装置1的示意性横截面视图和等距视图。在示出的实例中，镜头支架7的帽盖基本上由不导电塑料材料制成，并且包括该导电材料的该本体2可以经由该镜头支架7的该帽盖将热量传递到该摄像机5的镜头6。但是，技术人员会知道，对于该镜头支架7包括导电材料，例如(作为举例)金属的情况，电绝缘层(未示出)可以被布置在该本体2的表面上，其中该本体2接触该外壳。例如，这可以通过在两个部件之间布置基本上包括隔离材料的薄箔来完成。可选地，可以在该隔离材料和该摄像机外壳之间额外地布置导热膏以改善对该镜头6的热传递。替代性地，该本体2还可以包括双组分塑料材料，该双组分塑料材料包括含有塑料和导电材料的导电层，以及与该摄像机5的外壳的至少一部分接触的导热层。

在图1c和图1d所示的实施方式中，该环形开口4包括适于与沿着该摄像机5的该外壳的圆周的相应螺纹相互作用的螺纹。然而，技术人员将会知道，替代性地，该环形开口4还可以至少一个突起或凹槽，其适于与该摄像机5的该外壳上的相应凹槽或突起相互作用，以将该加热装置1连接到该摄像机5。而且，在进一步的实施方式中，该加热装置1也可以用于保持该摄像机5的该镜头6，这将使图1c和图1d中示出的该摄像机5的该镜头支架7变得冗余。

图2a和2b示出了根据第二实施方式的该加热装置1’的侧面的示意性正视图和示意性截面图。该加热装置1’的特征可以基本上对应于图1a-1d中所示的该加热装置1的特征，然而第二实施方式的该加热装置1’的区别在于电触点3a’、3b’被布置成基本上平行于摄像机5’的外壳延伸。有利地，图2a-2d中所示的实施方式允许更紧凑的设计，如在图2c和图2d中可以最佳地所示的，其中该加热装置1’被安装在该摄像机5’上。

图3示出了本发明加热装置1”的示例性使用中的180°鱼眼镜头的一些部件的简化分解图。该加热装置1”的特征可以基本上对应于图1a-1d中所示的该加热装置1的特征。在简化示出的实施方式中，该加热装置1”可以直接加在该镜头6”的玻璃元件后面，即该加热装置被直接附接到该摄像机的该镜头上。该加热装置1”具有与该镜头的形式完美配合的形式，以便提供足够的热量而不影响该镜头6”的功能。在这个实施方式中，该加热装置可以是透明涂层、不透明涂层、自支撑膜、涂料、油墨的形式或本文所述的任何其他形式。附加部件是触点(未示出；可以是上述实施方式的形式)以使电力能够到达元件。由于电力也被发送到摄像机，这种供应也可以启动该加热设备。该实施方式的其他特征可以如第一实施方式所披露的那样。

权利要求书、说明书和附图中披露的特征，单独地以及以彼此任意组合的形式，对于所要求保护的本发明的不同实施方式来说，可能是必不可少的。

附图标记

1、1’、1” 加热装置

2、2’、2” 本体

3a、3b、3a’、3b’ 电触点

4、4’ 环形开口

5、5’ 摄像机

6、6’、6” 镜头

7、7’、7” 镜头支架

Claims (17)

1.一种用于机动车摄像机的镜头(6，6’)的加热装置(1，1’)，其中该加热装置(1，1’)包括至少一个本体(2，2’)，该本体包括至少一种基体材料和至少一种导电材料,其中该导电材料分散在该基体材料中以形成导电块；以及至少两个电触点(3a,3b,3a’,3b’)，其与该导电块接触，以向该导电块施加电压，其中该导电材料包括碳纤维、石墨、碳纳米管、碳纳米角、炭黑、石墨烯、石墨烯纳米薄片、金属颗粒、导电氧化物、导电聚合物或其混合物，

其中该加热装置适于被可拆卸地布置在该摄像机的外壳处，以及

其中该本体包括环形开口，该开口用于将本体可拆卸地布置在该摄像机的外壳周围。

2.如权利要求1所述的加热装置(1，1’)，该本体(2，2’)的形状像紧固螺母。

3.如权利要求1所述的加热装置(1，1’)，其中该环形开口(4，4’)包括用于将该本体(2，2’)连接到该摄像机(5，5’)的该外壳的连接器装置。

4.如权利要求3所述的加热装置(1，1’)，其中该连接器装置包括该环形开口(4，4’)中的螺纹，其适于与该摄像机(5，5’)的该外壳上的相应螺纹相互作用；和/或至少一个突起或凹槽，其适于与该摄像机(5，5’)的该外壳上的相应凹槽或突起相互作用。

5.如权利要求4所述的加热装置(1，1’)，其中该环形开口(4，4’)中的该螺纹至少部分地包括用于实现这两个电触点的非导电材料；或者该环形开口(4，4’)包括用于实现这两个电触点的两个突起或凹槽。

6.如前述权利要求1-5中任一项所述的加热装置(1，1’)，其中该至少两个电触点(3a，3b，3a’，3b’)被注塑到该本体(2，2’)上，旋拧到该本体(2，2’)上和/或被注入到该本体(2，2’)中。

7.如权利要求6所述的加热装置(1，1’)，该至少两个电触点(3a，3b，3a’，3b’)在该本体(2，2’)上基本上彼此相对地布置。

8.如前述权利要求1-5中任一项所述的加热装置(1，1’)，其中该导电材料基本均匀地分布在该本体(2，2’)中，或者与分布在其余本体(2，2’)中的该导电材料相比，其中布置有两个电触点(3a，3b，3a’，3b’)的区域附近分布有更多的导电材料。

9.如权利要求1至5中任一项所述的加热装置(1，1’)，其包括至少一个电绝缘层，其被布置在该本体(2，2’)的表面上。

10.如权利要求9所述的加热装置(1，1’)，其中，该电绝缘层被布置在该本体(2，2’)接触该外壳的该本体(2，2’)的表面上。

11.如权利要求10中所述的加热装置(1，1’)，该加热装置进一步包括导热材料，其中该导热材料被布置在该绝缘层和该外壳之间。

12.如权利要求11所述的加热装置(1，1’)，该导热材料为导热膏。

13.一种用于机动车的系统，其包括：

根据权利要求1-12中任一项所述的加热装置(1，1’)，以及具有镜头(6，6’)的摄像机(5，5’)。

14.如权利要求13所述的系统，其包括：

至少一个电源，其适于向该两个电触点(3a，3b，3a’，3b’)供应电压。

15.如权利要求14所述的系统，其中，

所述至少一个电源为DC电压源，和/或所述电源是由脉宽调制(PWM)的信号可控制的。

16.一种用于机动车辆的后视装置，其包括至少一个权利要求1-12中任一项所述的加热装置(1，1’)和/或至少一个权利要求13，14或15所述的系统。

17.一种车辆，其包括至少一个根据权利要求16所述的后视装置。

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