CN109669278B - 镜片和眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜片和眼镜，涉及光学镜片技术领域，主要目的是调节镜片的视度。本发明的主要技术方案为：一种镜片，包括：偏光片和液晶盒，所述偏光片设置于所述液晶盒的一侧或设置于所述液晶盒内，所述液晶盒包括电极组件、液晶层和衍射透镜光栅层，其中，所述电极组件用于调节所述液晶层内的液晶排列方向，所述液晶层设置于所述衍射透镜光栅层的一侧，使所述液晶层内的液晶接触所述衍射透镜光栅层的凹凸面。本发明主要用于矫正人眼近视。

Description

镜片和眼镜

技术领域

本发明涉及光学镜片技术领域，尤其涉及一种镜片和眼镜。

背景技术

随着人们用眼的疲劳程度逐步加深，越来越多的人们需要佩戴近视镜，而现有技术中，近视镜的镜片一般都是采用几何透镜，通过几何透镜对光线的改变，使光线可以投射在人眼的视网膜上，以实现矫正近视的作用，但是，几何透镜的视度一般都是固定不变的，当需要调节视度时，只能采用更换近视镜的方式，这样非常的麻烦，给人们的生活带来了很多的不便。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种镜片和眼镜，主要目的是调节近视镜片的视度。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种镜片，包括：

偏光片和液晶盒，所述偏光片设置于所述液晶盒的一侧或设置于所述液晶盒内，所述液晶盒包括电极组件、液晶层和衍射透镜光栅层，其中，所述电极组件用于调节所述液晶层内的液晶排列方向，所述液晶层设置于所述衍射透镜光栅层的一侧，使所述液晶层内的液晶接触所述衍射透镜光栅层的凹凸面。

可选地，所述电极组件包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设置于所述液晶层的一侧，所述第二电极层设置于所述液晶层背离所述第一电极层的一侧。

可选地，所述液晶盒还包括第三电极层，所述第三电极层设置于所述第一电极层靠近所述液晶层的一侧，其中，所述第三电极层包括多条相互平行设置的电极条，相邻两个所述电极条之间具有间隙。

可选地，所述电极组件包括第四电极层和第五电极层，所述第四电极层设置于所述液晶层的一侧，所述第五电极层设置于所述第四电极层靠近所述液晶层的一侧，其中，所述第五电极层包括多条相互平行设置的电极条，相邻两个所述电极条之间具有间隙。

可选地，所述液晶盒的数量至少为两个，多个所述液晶盒相互层叠设置。

可选地，多个所述液晶盒中的衍射透镜光栅层的视度均不相同。

可选地，所述衍射透镜光栅层的凹凸面包括多个凸起的环形相位光栅，多个所述环形相位光栅同心设置。

可选地，每个所述环形相位光栅的径向截面为阶梯形状。

可选地，所述液晶层内的液晶在所述电极组件的作用下至少具有两种状态，其中，

当所述液晶层处于第一状态时，所述液晶层的折射率与所述衍射透镜光栅层的折射率相同；

当所述液晶层处于第二状态时，所述液晶层的折射率小于所述衍射透镜光栅层的折射率。

另一方面，本发明实施例提供了一种眼镜，包括：所述的镜片。

本公开提供了一种镜片，用于可以调节镜片的视度，而现有技术中，近视镜的视度一般都是固定不变的，如果需要调整眼镜的视度，一般只能更换眼镜，与现有技术相比，本公开提供的镜片，包括偏光片和液晶盒，偏光片设置于液晶盒的一侧或设置于液晶盒内，液晶盒包括电极组件、液晶层和衍射透镜光栅层，电极组件用于调节液晶层内的液晶排列方向，液晶层设置于所述衍射透镜光栅层的一侧，使液晶层内的液晶接触衍射透镜光栅层的凹凸面，其中，衍射透镜光栅层可以作为衍射透镜使用，以实现近视镜的作用，而第一电极层和第二电极层用于调节液晶层的折射率，通过液晶层折射率可以调节上述镜片的焦距，进而实现了对镜片视度的调整。

附图说明

图1为本发明一种实施例提供的镜片的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例提供的镜片的结构示意图；

图3为本发明另一种实施例提供的镜片的结构示意图；

图4为本发明另一种实施例提供的镜片的结构示意图；

图5为本发明另一种实施例提供的镜片的结构示意图；

图6为本发明一种实施例提供的衍射透镜光栅层的结构示意图；

图7为图6中衍射透镜光栅层的截面示意图；

图8为本发明另一种实施例提供的衍射透镜光栅层的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的镜片和眼镜其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，本公开提供了一种镜片，包括：

偏光片1和液晶盒2，所述偏光片1设置于所述液晶盒2的一侧或设置于所述液晶盒2内，所述液晶盒2包括电极组件、液晶层23和衍射透镜光栅层22，其中，所述电极组件用于调节所述液晶层2内的液晶排列方向，所述液晶层23 设置于所述衍射透镜光栅层22的一侧，使所述液晶层23内的液晶接触所述衍射透镜光栅层22的凹凸面。

其中，偏光片1可以设置于镜片的最外侧一侧，使自然光首先通过偏光片1 后，再进入至液晶盒2内，通过偏光片1的设置，可以将振动方向与偏光片1 透过轴垂直的光吸收，仅透过偏振方向与偏光片1透过轴平行的偏振光，这样可以对自然光进行筛选，以便可以更好的实现近视镜片的使用效果，另外，偏光片1除了可以设置于镜片的最外层外，还可以设置于镜片的任意一层处，例如：偏光片1可以设置于近视镜片的最内侧，偏光片1还可以设置于液晶盒2 内，在此不作具体限定。

其中，液晶盒2内的电极组件用于向液晶层23施加电场，在电场的作用下，可以控制液晶层23内液晶的长轴方向，进而改变液晶层23相对入射偏振光的折射率，使液晶层23在电极组件的作用下，相对入射偏振光提供不同的折射率。

其中，液晶盒2内还设有衍射透镜光栅层22，衍射透镜光栅层22可以作为衍射透镜来实现光路的调整，其中，衍射透镜光栅层22可以具有相背设置的光滑面和凹凸面，衍射透镜光栅层22主要通过凹凸面的凹凸结构来实现衍射透镜的作用，而衍射透镜光栅层22可以设置于液晶层23的任意一层，并使液晶层 23与衍射透镜光栅层22的凹凸面相互贴合，使液晶层23内的液晶可以填充满凹凸面上的凹凸结构；在实际应用的过程中，在电极组件的作用下，可以调节液晶层23的折射率，当液晶层23的折射率与衍射透镜光栅层22的折射率相同时，由于液晶填充了凹凸结构，所以液晶层23与衍射透镜光栅层22就融为了一体，使衍射透镜光栅层22就失去了衍射透镜的作用，当液晶层23的折射率与衍射透镜光栅层22的折射率不同时，液晶层23则区别于衍射透镜光栅层22，这样衍射透镜光栅层22就可以实现衍射透镜的作用。

其中，为了更好的实现上述镜片作为近视镜的使用效果，上述衍射透镜光栅层22的结构仅可以匹配一种较佳折射率的液晶，如果液晶调节成其他折射率，则近视镜的使用效果较差，所以上述镜片一般只作为一种近视镜视度使用，或可以作为平面镜使用。

本公开提供了一种镜片，用于可以调节镜片的视度，而现有技术中，近视镜的视度一般都是固定不变的，如果需要调整眼镜的视度，一般只能更换眼镜，与现有技术相比，本公开提供的镜片，包括偏光片和液晶盒，偏光片设置于液晶盒的一侧或设置于液晶盒内，液晶盒包括电极组件、液晶层和衍射透镜光栅层，电极组件用于调节液晶层内的液晶排列方向，液晶层设置于所述衍射透镜光栅层的一侧，使液晶层内的液晶接触衍射透镜光栅层的凹凸面，其中，衍射透镜光栅层可以作为衍射透镜使用，以实现近视镜的作用，而第一电极层和第二电极层用于调节液晶层的折射率，通过液晶层折射率可以调节上述镜片的焦距，进而实现了对镜片视度的调整。

本公开的一实施方案中，如图1所示，所述电极组件包括第一电极层21和第二电极层24，所述第一电极层21设置于所述液晶层23的一侧，所述第二电极层24设置于所述液晶层23背离所述第一电极层21的一侧。本实施例中，第一电极层21和第二电极层24分别设置于液晶层23的两侧，当第一电极层21 和第二电极层24通电时，第一电极层21和第二电极层24能够产生电场，在该电场的作用下，可以调节液晶层23内的液晶排布方向，其中，第一电极层21 和第二电极层24属于面型电极，其产生电场的电场方向垂直于第一电极层21 和第二电极层24，本实施例通过第一电极层21和第二电极层24的设置可以更好的对液晶层23施加电场，以便对液晶层23液晶排放方向的调节，并且结构简单，有利于加工制备。

在一种实施方案中，可以对液晶层23内的液晶分子进行初始配向，如图1 所示，液晶层23中液晶的初始配向方向可以与偏光片1的透光轴相互平行，第一电极层21和第二电极层24可以为面型电极；当第一电极层21和第二电极层 24处于不通电状态时，液晶层23内的液晶可以在配向层的作用下，维持在统一的初始配向方向状态下，使液晶层23内的液晶分子长轴与偏光片1的透光轴平行，使液晶层23相对入射偏振光处于第一折射率状态，如果液晶层23在第一折射率状态下的折射率与衍射透镜光栅层22的折射率相同，镜片则可以作为没有视度的平面镜使用；如图3所示，当第一电极层21和第二电极层24处于通电状态时，在液晶层23内可以产生竖直方向的电场，液晶层23内的液晶在电场的作用下，可以统一的发生偏转，使液晶层23内的液晶分子长轴与偏光片1 的透光轴垂直，使液晶层23相对入射偏振光处于第二折射率状态；本实施例中可以通过第一电极层21和第二电极层24的通电或断电来实现液晶层23两种折射率的调整，使其控制起来非常的方便快捷，而且还可以简化镜片的结构。

液晶层23除了通过配向层进行初始配向外，还可以通过其他方式来实现对液晶层23内液晶配向的调整，本公开的一实施方案中，如图4所示，所述液晶盒2还包括第三电极层27，所述第三电极层27设置于所述第一电极层21靠近于所述液晶层23的一侧，其中，所述第三电极层27包括多条相互平行设置的电极条，相邻两个所述电极条之间具有间隙。本实施例中，为了避免第一电极层21和第三电极层27相互产生短路现象，第一电极层和第三电极层27之间还可以具有绝缘层28；另外，第一电极层21和第二电极层24可以为面型电极，而第三电极层27包括多条相互平行设置的电极条，其中，多个电极条可以均匀分布，相邻两个电极条之间的间隙距离相同；具体的，如图5所示，当第一电极层21和第二电极层24通电，所述第三电极层27断电时，第一电极层21和第二电极层24能够对液晶层23产生竖直方向的第一电场，使液晶层23沿竖直方向偏转后具有相对入射偏振光的第一折射率；如图4所示，当第一电极层21 和第三电极层27通电，第二电极层24断电时，第一电极层21和第三电极层27能够对液晶层23产生水平方向的第二电场，使液晶层23沿水平方向偏转后具有相对入射偏振光的第二折射率，如果第二折射率与衍射透镜光栅层22的折射率相同时，镜片可以作为平面镜片使用；本实施例中通过第三电极层27的设置，可以使第一电极层21、第二电极层24和第三电极层27产生至少两种电场，进而可以实现对液晶层23内液晶分子长轴方向的调整，使其控制起来非常的方便快捷，而且还可以简化镜片的结构。

上述电极组件除了可以包括设置于液晶层两侧的第一电极层和第二电极层外，还可以设有其他的结构形式，可选地，所述电极组件包括第四电极层和第五电极层，所述第四电极层设置于所述液晶层的一侧，所述第五电极层设置于所述第四电极层靠近所述液晶层的一侧，其中，所述第五电极层包括多条相互平行设置的电极条，相邻两个所述电极条之间具有间隙。本实施例中，为了避免第四电极层和第五电极层相互产生短路现象，第四电极层和第五电极层之间还可以具有绝缘层；通过第四电极层和第五电极层可以对液晶层施加电场，以调节液晶层内的液晶排布方向，并且结构简单，有利于加工制备。

本公开的一实施方案中，如图2所示，上述液晶盒2的数量至少为两个，多个所述液晶盒2相互层叠设置。本实施例中，根据上文可知，由于衍射透镜光栅层22的结构限制，使一个液晶盒2只可以形成一个焦距的视度，为了实现多种不同视度的调整，本实施例方案的镜片中可以具有多个液晶盒2，例如：镜片中可以具有相互层叠的两个液晶盒2，即第一液晶盒25和第二液晶盒26，其中，在通电状态下，第一液晶盒25可以作为焦距可以为f₁，视度为Φ₁的衍射透镜，第二液晶盒26可以作为焦距可以为f₂，视度为Φ₂的衍射透镜；在不通电状态下，第一液晶盒25和第二液晶盒26均可以作为平面镜；在实际的使用过程中，上述镜片可以具有三种视度，第一：可以使第一液晶盒25处于通电状态，第二液晶盒26处于不通电状态，这样镜片可以作为焦距可以为f₁，视度为Φ₁的近视镜片；第二：可以使第一液晶盒25处于不通电状态，第二液晶盒26处于通电状态，这样镜片可以作为焦距可以为f₂，视度为Φ₂的近视镜片；第三：可以使第一液晶盒25和第二液晶盒26均处于通电状态，这样镜片可以作为焦距为f₃，视度为Φ₃的近视镜片；

其中，通过选择性的开启液晶盒2的透镜功能，可获得多个可切换焦距的衍射透镜。并且上述参数Φ₁、Φ₂、Φ₃、f₁、f₂、f₃具有如下关系式：

其中，f₁、f₂、f₃为负数(负透镜焦距)，D为第一衍射负透镜到第二衍射负透镜间的距离，D＝|f₁|。由式(1)、(2)、(3)、(4)可推出：

Φ₃＝Φ₁+Φ₂ (5)

综上所述，通过两个液晶盒2的设置，镜片可以实现至少三种视度的调整，提高了眼睛镜片的适用性，另外，上述镜片的液晶盒2除了可以为两个外，还可以为其他数量，例如：液晶盒2为三层时，镜片可以具有7种视度的调整；液晶层2为四层时，镜片可以具有15种视度的调整；当液晶层为n层时，镜片可以具有

种视度的调整，在此不作具体限定。

进一步的，多个所述液晶盒2中的衍射透镜光栅层22的视度均不相同。本实施例中，每个液晶盒中衍射透镜光栅层的结构不同，进而使其视度不同，当多个液晶盒中衍射透镜光栅层的视度均不同时，可以使镜片提供更多的矫正视度，例如：当镜片内具有两个不同视度的液晶盒时，镜片可以矫正三种视度，而如果两个液晶盒的视度相同，那么就只能矫正两种视度，所以本实施例中，使多个液晶盒中的衍射透镜光栅层的视度均不同，可以实现多种不同视度的近视镜片效果，提高了镜片的实用性。

液晶层23除了通过配向层进行初始配向外，还可以通过其他方式来实现对液晶层23内液晶配向的调整，本公开的一实施方案中，如图4所示，所述液晶盒2还包括第三电极层27，所述第三电极层27设置于所述第一电极层21靠近于所述液晶层23的一侧，其中，所述第三电极层27包括多条相互平行设置的电极条，相邻两个所述电极条之间具有间隙。本实施例中，为了避免第一电极层21和第三电极层27相互产生短路现象，第一电极层和第三电极层27之间还可以具有绝缘层28；另外，第一电极层21和第二电极层24可以为面型电极，而第三电极层27包括多条相互平行设置的电极条，其中，多个电极条可以均匀分布，相邻两个电极条之间的间隙距离相同；具体的，如图5所示，当第一电极层21和第二电极层24通电，所述第三电极层27断电时，第一电极层21和第二电极层24能够对液晶层23产生竖直方向的第一电场，使液晶层23沿竖直方向偏转后具有相对入射偏振光的第一折射率；如图4所示，当第一电极层21 和第三电极层27通电，第二电极层24断电时，第一电极层21和第三电极层27能够对液晶层23产生水平方向的第二电场，使液晶层23沿水平方向偏转后具有相对入射偏振光的第二折射率，如果第二折射率与衍射透镜光栅层22的折射率相同时，镜片可以作为平面镜片使用；本实施例中通过第三电极层27的设置，可以使第一电极层21、第二电极层24和第三电极层27产生至少两种电场，进而可以实现对液晶层23内液晶分子长轴方向的调整，使其控制起来非常的方便快捷，而且还可以简化镜片的结构。

本公开的一实施方案中，如图6、图7所示，衍射透镜光栅层22的凹凸面包括多个凸起的环形相位光栅3，其中，多个环形相位光栅3同心设置。本实施例中，当光线穿过衍射透镜光栅层时，在光线衍射的作用下，可以使光线发生偏转，其中，从圆形向外的径向方向上，相邻两个环形相位光栅3之间的宽度逐渐变小，进而可以实现衍射透镜的作用。

进一步的，上述每个环形相位光栅3的径向截面为阶梯形状，本实施例中，上述环形相位光栅3的阶梯形状可以有多种不同的台阶数量，不同的台阶数量可以对应不同的衍射效率不同，台阶数量越多，其衍射效率越高；如图6、图7 所示，阶梯形状可以为两台阶结构，如图8所示，上述阶梯形状可以为八台阶结构。

其中，衍射透镜光栅层22可以包括第一至第M个环形相位光栅3，M为正整数。其中，每个光栅单元中包括N＝2^m(m＝1、2、3……)个台阶，相邻台阶的相位差为2π/N，台阶高度为：

其中，λ为入射光波长(当入射光为白光复色光时，通常取λ＝587nm)， n为衍射透镜的折射率，n_o为第一或第二LC层中液晶分子相对于入射偏振光的低折射率。

设第j个光栅单元中的第i个台阶的外圆半径为r_j,i，其中，j为小于或等于M的正整数、i为小于或等于N的正整数。根据衍射透镜的性质，环带半径r_j,i与第一衍射负透镜焦距f₁具有如下关系：

根据式(7)可推出衍射负透镜的各台阶宽度为：

d_j,i＝r_j,i-r_j,i-1 (8)

由式(6)、(7)、(8)便可求出任意焦距下的衍射负透镜的台阶高度和台阶宽度的参数分布。

本公开的一实施方案中，所述液晶层23内的液晶在所述第一电极层21和所述第二电极层24的作用下至少具有两种状态，其中，当所述液晶层23处于第一状态时，所述液晶层23的折射率与所述衍射透镜光栅层22的折射率相同；当所述液晶层23处于第二状态时，所述液晶层23的折射率小于所述衍射透镜光栅层22的折射率。本实施例中，当液晶层23的折射率与衍射透镜光栅层22 的折射率相同时，液晶层23和衍射透镜光栅层22视为一体结构，此时镜片可以作为平面镜，不具有视度；当液晶层23的折射率小于衍射透镜光栅层22的折射率时，衍射透镜光栅层22可以作为衍射透镜以实现近视镜片的作用。

本公开的一实施方案中，偏光片1设置于所述液晶盒2的入射光线的一侧。本实施例中，自然光首先通过偏光片1后，再进入至液晶盒2内，通过偏光片1 的设置，可以将振动方向与偏光片1透过轴垂直的光吸收，仅透过偏振方向与偏光片1透过轴平行的偏振光，这样可以对自然光进行筛选，以便可以更好的实现近视镜片的使用效果，另外，偏光片1除了可以设置镜片的最外层外，还可以设置于镜片的任意一层处，例如：偏光片1可以设置于近视镜片的最内侧，偏光片1还可以设置于液晶盒2内，在此不作具体限定。

本公开还提供了一种眼镜，包括：上述的镜片。

本公开提供了一种眼镜，用于可以调节眼镜镜片的视度，而现有技术中，近视镜的视度一般都是固定不变的，如果需要调整眼镜的视度，一般只能更换眼镜，与现有技术相比，本公开提供的眼镜包括镜片，其镜片包括偏光片和液晶盒，偏光片设置于液晶盒的一侧或设置于液晶盒内，液晶盒包括电极组件、液晶层和衍射透镜光栅层，电极组件用于调节液晶层内的液晶排列方向，液晶层设置于所述衍射透镜光栅层的一侧，使液晶层内的液晶接触衍射透镜光栅层的凹凸面，其中，衍射透镜光栅层可以作为衍射透镜使用，以实现近视镜的作用，而第一电极层和第二电极层用于调节液晶层的折射率，通过液晶层折射率可以调节上述镜片的焦距，进而实现了对镜片视度的调整。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种镜片，包括：

偏光片和液晶盒，所述偏光片设置于所述液晶盒的一侧或设置于所述液晶盒内，所述液晶盒包括电极组件、液晶层和衍射透镜光栅层，其中，所述电极组件用于调节所述液晶层内的液晶排列方向，所述液晶层设置于所述衍射透镜光栅层的一侧，使所述液晶层内的液晶接触所述衍射透镜光栅层的凹凸面；

所述电极组件包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层设置于所述液晶层的一侧，所述第二电极层设置于所述液晶层背离所述第一电极层的一侧；

所述液晶层中液晶的初始配向方向与偏光片的透光轴相互平行，所述第一电极层和所述第二电极层为面型电极；

所述衍射透镜光栅层的凹凸面包括多个凸起的环形相位光栅，多个所述环形相位光栅同心设置，衍射透镜光栅层包括第一至第M个环形相位光栅；

每个所述环形相位光栅的径向截面为阶梯形状；

所述阶梯形状有多种不同的台阶数量，每个台阶的宽度不同，且所述衍射透镜光栅层的每个环形相位光栅的厚度均为从中心到两端逐渐变厚；

每个所述环形相位光栅中包括N＝2^m个台阶，m＝2、3……，相邻台阶的相位差为2π/N，台阶高度为：

其中，λ为入射光波长，n为衍射透镜光栅层的折射率，n_o为液晶层中液晶相对于入射偏振光的低折射率；

当入射光为白光复色光时，λ＝587nm；

环带半径r_j,i与第一衍射负透镜焦距f₁具有如下关系：

每个所述环形相位光栅中的各台阶宽度为：

d_j,i＝r_j,i-r_j,i-1

其中，第j个所述环形相位光栅中的第i个台阶的外圆半径为r_j,i，第j个所述环形相位光栅中的第i个台阶的宽度为d_j,i，其中，j为小于或等于M的正整数、i为小于或等于N的正整数，第j个所述环形相位光栅中的第i-1个台阶的外圆半径为r_j,i-1；液晶盒具有相互层叠的第一液晶盒和第二液晶盒，所述第一液晶盒处于通电状态，所述第二液晶盒处于不通电状态，所述液晶盒的焦距为所述第一衍射负透镜焦距f₁。

2.根据权利要求1所述的镜片，其中，

所述液晶盒还包括第三电极层，所述第三电极层设置于所述第一电极层靠近所述液晶层的一侧，其中，所述第三电极层包括多条相互平行设置的电极条，相邻两个所述电极条之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的镜片，其中，

所述电极组件包括第四电极层和第五电极层，所述第四电极层设置于所述液晶层的一侧，所述第五电极层设置于所述第四电极层靠近所述液晶层的一侧，其中，所述第五电极层包括多条相互平行设置的电极条，相邻两个所述电极条之间具有间隙。

4.根据权利要求1所述的镜片，其中，

多个所述液晶盒中的衍射透镜光栅层的视度均不相同。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的镜片，其中，

所述液晶层内的液晶在所述电极组件的作用下至少具有两种状态，其中，

当所述液晶层处于第一状态时，所述液晶层的折射率与所述衍射透镜光栅层的折射率相同；

当所述液晶层处于第二状态时，所述液晶层的折射率小于所述衍射透镜光栅层的折射率。

6.一种眼镜，包括：

如权利要求1至5中任一项所述的镜片。

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