CN110031950B - 摄像光学镜组、电子设备 - Google Patents
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Abstract
摄像光学镜组、电子设备,属于摄像光学装置技术领域。本发明摄像光学镜组,沿光轴由物侧至像侧依序包括:具有正光焦度的第一透镜,所述第一透镜的物侧面于近光轴处为凹面;具有正光焦度的第二透镜;具有正光焦度的三透镜;以及具有负光焦度的第四透镜,所述第四透镜的向侧面于近光轴处为凹面;其中,所述第一透镜与所述第二透镜之间设有光阑;所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面。本发明电子设备包括上述摄像光学镜组。本发明在实现良好成像质量的同时,具有小型化、大视场角、畸变小、日夜共焦等性能。
Description
技术领域
本发明属于摄像光学装置技术领域,尤其涉及一种摄像光学镜组、电子设备。
背景技术
随着计算机、现代集成制造、现代信息等技术的发展,智能化视觉迈入蓬勃发展阶段,而光学系统作为智能化视觉的信息获取前端,是智能化视觉的基础。随着半导体制程技术的精进,不仅对光学系统的小型化提出更高的要求,而且对光学系统在不同波段下的成像品质要求也日益提升,尤其要求光学系统具备更大的视场、更小的畸变,为智能化视觉的后续图像处理提供更真实、更丰富的信息基础。
传统广视角光学成像系统通过配置较大的镜片来获取较大范围的图像,往往使得光学总长难以缩减,且存在较大的畸变。由于在广视角中消除各种像差并不容易,所以越是广角,摄像光学镜组的像差修正越困难。另外,传统广视角光学成像系统较难实现白天和夜晚(或其他光线不足的情况,如阴雨天、黄昏等)均具有高成像品质,不同波长的畸变亦存在差异。因此,传统广视角光学成像系统无法满足智能视觉的发展需求。
发明专利CN103718079B公开了一种广角透镜、摄像光学装置及数码设备,其具体公开了广角透镜在其摄像面具有凹面朝向物体侧的弯曲形状的摄像元件上形成像,并且全视场角在120度以上;所述广角透镜由从物体侧依次由至少有一面为非球面的负光焦度的第一透镜、至少有一面为非球面且具有凸面朝向物体侧的弯月面形状的正光焦度的第二透镜、光圈、至少有一面为非球面的正光焦度的第三透镜、至少有一面为非球面且具有凹面朝向物体侧的形状的第四透镜构成。该广角透镜利用预先弯曲的像面进行成像为前提构成光学系统,实现低成本、小型化、高性能化的要求。但该广角透镜不适用于利用平面状的像面进行成像而构成的光学系统,即使可采用,其透镜系统会变大,不利于器件小型化;且为了获得成像品质高、畸变少的广角透镜,该广角透镜是基于“在其摄像面具有凹面朝向物体侧的弯曲形状的摄像元件上形成像”而所做的结构改进。另外,该发明专利并未对白天和夜晚均具有高成像品质做进一步改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种小型化、大视场角、成像品质高的摄像光学镜组以及具有上述摄像光学镜组的电子设备。
根据上述目的,本发明提供一种摄像光学镜组,沿光轴由物侧至像侧依序包括:
具有正光焦度的第一透镜,所述第一透镜的物侧面至少于近光轴处为凹面;
具有正光焦度的第二透镜;
具有正光焦度的三透镜;以及
具有负光焦度的第四透镜,所述第四透镜的像侧面至少于近光轴处为凹面;
其中,所述第一透镜与所述第二透镜之间设有光阑;所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面。
作为优选,所述摄像光学镜组的焦距为f,所述第一透镜的焦距为f1,所述第二透镜的焦距为f2,所述第三透镜的焦距为f3,所述第四透镜的焦距为f4;所述第二透镜与所述光阑于光轴上的间隔距离为AT1,所述光阑与所述第三透镜于光轴上的间隔距离为AT2,其满足下列条件:
│f1/f│>6.8;
│f2/f│+│f3/f│+│f4/f│<3.4
0.8<AT1/(AT1+AT2)<1 。
作为优选,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜中任意两相邻透镜之间均具有间距。
作为优选,所述第二透镜的物侧面至少于近光轴处为凹面,所述第二透镜的像侧面至少于近光轴处为凸面。
作为优选,所述第三透镜的物侧面至少于近光轴处为凹面。
作为优选,所述第四透镜的物侧面至少于近光轴处为凸面,所述第四透镜的像侧面至少于近光轴处为凹面。
作为优选,所述第四透镜的物侧面和像侧面中的任一一面具有至少一个反曲点。
作为优选,所述第四透镜的物侧面曲率半径为R8,所述第四透镜的像侧面曲率半径为R9,所述第四透镜的像侧面最大矢高为MSag9,其满足下列条件:
2.4<│R8/R9│<2.7;
0<│MSag9│<0.3。
作为优选,所述第一透镜的色散系数为V1,所述第二透镜的色散系统为V2,所述第三透镜的色散系数为V3,所述第四透镜的色散系数为V4,其满足下列条件:
(V1+V2)/(V2+V3)>0.4。
作为优选,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜均为塑料透镜。
作为优选,所述摄像光学镜组还包括设置于所述第四透镜与成像面之间的滤光片。
本发明还提供一种具有上述摄像光学镜组的电子设备。
本发明具有以下有益效果:
本发明摄像光学镜组能满足光学系统小型化、视场角大、白天和夜晚成像品质好的多种要求。该摄像光学镜组能应用于电子设备上,实现小型化日夜共焦性能。
附图说明
图1a、1b、1c、1d依次为本发明实施例一摄像光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图;
图2a、2b、2c、2d依次为本发明实施例二摄像光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图;
图3a、3b、3c、3d依次为本发明实施例三摄像光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图;
图4a、4b、4c、4d依次为本发明实施例四摄像光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图;
图5a、5b、5c、5d依次为本发明实施例五摄像光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图;
图6a、6b、6c、6d依次为本发明实施例六摄像光学镜组的结构示意图、轴上色差图、像散图、畸变图;
实施例一:E11-第一透镜;S11-第一透镜的物侧面;S12-第一透镜的像侧面;ST10-光阑;E12-第二透镜;S13-第二透镜的物侧面;S14-第二透镜的像侧面;E13-第三透镜;S15-第三透镜的物侧面;S16-第三透镜的像侧面;E14-第四透镜;S17-第四透镜的物侧面;S18-第四透镜的像侧面;E15-滤光片;S19-滤光片的物侧面;S110-滤光片的像侧面;S111-成像面;
实施例二:E21-第一透镜;S21-第一透镜的物侧面;S22-第一透镜的像侧面;ST20-光阑;E22-第二透镜;S23-第二透镜的物侧面;S24-第二透镜的像侧面;E23-第三透镜;S25-第三透镜的物侧面;S26-第三透镜的像侧面;E24-第四透镜;S27-第四透镜的物侧面;S28-第四透镜的像侧面;E25-滤光片;S29-滤光片的物侧面;S210-滤光片的像侧面;S211-成像面;
实施例三:E31-第一透镜;S31-第一透镜的物侧面;S32-第一透镜的像侧面;ST30-光阑;E32-第二透镜;S33-第二透镜的物侧面;S34-第二透镜的像侧面;E33-第三透镜;S35-第三透镜的物侧面;S36-第三透镜的像侧面;E34-第四透镜;S37-第四透镜的物侧面;S38-第四透镜的像侧面;E35-滤光片;S39-滤光片的物侧面;S310-滤光片的像侧面;S311-成像面;
实施例四:E41-第一透镜;S41-第一透镜的物侧面;S42-第一透镜的像侧面;ST40-光阑;E42-第二透镜;S43-第二透镜的物侧面;S44-第二透镜的像侧面;E43-第三透镜;S45-第三透镜的物侧面;S46-第三透镜的像侧面;E44-第四透镜;S47-第四透镜的物侧面;S48-第四透镜的像侧面;E45-滤光片;S49-滤光片的物侧面;S410-滤光片的像侧面;S411-成像面;
实施例五:E51-第一透镜;S51-第一透镜的物侧面;S52-第一透镜的像侧面;ST50-光阑;E52-第二透镜;S53-第二透镜的物侧面;S54-第二透镜的像侧面;E53-第三透镜;S55-第三透镜的物侧面;S56-第三透镜的像侧面;E54-第四透镜;S57-第四透镜的物侧面;S58-第四透镜的像侧面;E55-滤光片;S59-滤光片的物侧面;S510-滤光片的像侧面;S511-成像面;
实施例六:E61-第一透镜;S61-第一透镜的物侧面;S62-第一透镜的像侧面;ST60-光阑;E62-第二透镜;S63-第二透镜的物侧面;S64-第二透镜的像侧面;E63-第三透镜;S65-第三透镜的物侧面;S66-第三透镜的像侧面;E64-第四透镜;S67-第四透镜的物侧面;S68-第四透镜的像侧面;E65-滤光片;S69-滤光片的物侧面;S610-滤光片的像侧面;S611-成像面。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例,本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变型方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
应注意,在本说明书中,第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来,而不表示对特征的任何限制。因此,在不背离本申请的教导的情况下,下文讨论的第一透镜也可被称为第二透镜或第三透镜。
在附图中,为了便于说明,已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲,附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即,球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状;凹面或凸面的形状不限于附图中示出的凹面或凸面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
除非另外限定,否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是,用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义,并且江不被以理想化或过度正式意义解释,除非本文中明确如此限定。
图1a、2a、3a、4a、5a、6a分别示出了本发明实施例一、二、三、四、五、六摄像光学镜组的结构示意图,下述以实施例一所示结构为例进行具体说明,其他实施例结构与实施例一结构大体相同,仅参数选择上不同。本发明摄像光学镜组包括第一透镜E11、第二透镜E12、第三透镜E13、第四透镜E14。所述四片透镜沿着光轴从物侧至像侧依序排列。
所述第一透镜E11、所述第二透镜E12、所述第三透镜E13、所述第四透镜E14中的任意两相邻透镜之间均具有间距,如上述透镜为非粘合透镜,可有效避免粘合透镜所产生的问题。所述第一透镜E11、所述第二透镜E12、所述第三透镜E13、所述第四透镜E14均为塑料透镜。
所述第一透镜E11、所述第二透镜E12、所述第三透镜E13、所述第四透镜E14的物侧面和像侧面均为非球面。非球面透镜的特点是:从透镜中心到透镜周边,曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同,非球面透镜具有更佳的曲率半径特性,具有改善歪曲像差及改善像散像差的优点。采用非球面透镜后,能够尽可能地消除在成像的时候出现的像差,从而改善成像质量。另外,非球面透镜的使用还可有效地减少光学系统中的透镜个数。
所述摄像光学镜组还包括设于第一透镜E11与第二透镜E12之间的光阑ST10。通过对光阑位置的适当选择,能够有效地矫正与光阑有关的像差(例如,慧差,像散,畸变和轴向色差),以提高镜头的成像品质。
所述摄像光学镜组还包括滤光片E15,设置于所述第四透镜E14与成像面S111之间。
所述第一透镜E11具有正光焦度,其具有较大折光能力,有利于缩短光学镜组整体长度,减小光学镜组的体积。所述第一透镜E11的物侧面S11至少于近光轴处为凹面,优选为第一透镜E11的物侧面S12于近光轴处为凹面,为系统提供主要的屈光度。而本发明光学镜组中具有正光焦度的第二透镜E12、具有正光焦度的第三透镜E13和具有负光焦度的第四透镜E14为系统提供较弱的屈光度,借此达到扩大视场,改善大视场的像差校正,保证大视场的解像力和相对照度。
所述第二透镜E12具有正光焦度。所述第二透镜E12的物侧面S13至少于近光轴处为凹面,所述第二透镜E12的像侧面S14至少于近光轴处为凸面。优选地,所述第二透镜E12的物侧面S13于近光轴处为凹面,所述第二透镜E12的像侧面S14于近光轴处为凸面。这样有利于系统球差的产生。
所述第三透镜E13具有正光焦度。所述第三透镜E13的物侧面S15至少于近光轴处为凹面,优选地,述第三透镜E13的物侧面S15于近光轴处为凹面,可平衡系统屈光度配置,有效校正像散,降低系统敏感性。
所述第四透镜E14具有负光焦度。所述第四透镜E14的物侧面S17至少于近光轴处为凸面,所述第四透镜E14的像侧面S18至少于近光轴处为凹面。优选地,所述第四透镜E14的物侧面S17于近光轴处为凸面,所述第四透镜E14的像侧面S18于近光轴处为凹面。这样能有效降低系统敏感性。进一步,所述第四透镜E14的物侧面S17和像侧面S18中的任一一面具有至少一个反曲点。这样能有效压制大视场光线入射于电子感光元件上的角度,不仅能提高电子感光元件的响应,改善系统的夜间成像品质,而且能降低系统的敏感性,利于透镜的加工制造。
为了进一步缩减光学系统的总长,保证摄像光学镜组的小型化,所述摄像光学镜组内各透镜间的间隔距离进行优化,以实现摄像光学镜组较佳的光学性能。
所述摄像光学镜组的焦距为f,所述第一透镜E11的焦距为f1,所述第二透镜E12的焦距为f2,所述第三透镜E13的焦距为f3,所述第四透镜E14的焦距为f4;所述第二透镜E12与所述光阑ST10于光轴上的间隔距离为AT1,所述光阑ST10与所述第三透镜E13于光轴上的间隔距离为AT2,其满足下列条件:
│f1/f│>6.8;
│f2/f│+│f3/f│+│f4/f│<3.4
0.8<AT1/(AT1+AT2)<1 。
为了有效压制大视场光线入射于电子感光元件上的角度,所述第四透镜的物侧面曲率半径为R8,所述第四透镜的像侧面曲率半径为R9,所述第四透镜的像侧面最大矢高为MSag9,其满足下列条件:
2.4<│R8/R9│<2.7;
0<│MSag9│<0.3。
这样不仅能提高电子感光元件的响应,改善系统的夜间成像品质,而且能降低系统的敏感性,利于透镜的加工制造。
为了进一步改善光学系统的夜间成像品质,所述第一透镜的色散系数为V1,所述第二透镜的色散系统为V2,所述第三透镜的色散系数为V3,所述第四透镜的色散系数为V4,其满足下列条件:
(V1+V2)/(V2+V3)>0.4。
这样能够达到不同波长的像差校正,尤其是减小不同波长的畸变差异,有利于后续图像处理中的畸变修正,进一步实现摄像光学模组日夜共焦。
根据上述实施方式,以下配合图详细说明。具体符合上述条件式的实施例一、二、三、四、五、六数值如下表所示(可见六个实施例参数选择不同,而光学结构大体相同):
其中:
X:非球面上距离光轴为Y的点,其于相切于非球面光轴上交点切面的相对距离;
Y:非球面曲线上的点与光轴的垂直距离;
R:曲率半径;
k:锥面系数;
Ai:第i阶非球面系数;
如图1a、1b、1c、1d,实施例一的摄像光学镜组中,摄像光学镜组的焦距为f,摄像光学镜组的光圈值(f-number )为Fno,摄像光学镜组中最大视角的一半为HFOV,其数值如下:f=2.11mm;Fno=2.2;以及HFOV=47.55度。
实施例一的摄像光学镜组的条件式具体数值如下:
|f1/f|=7.93
|f2/f|+|f3/f|+|f4/f|=3.72
AT1/(AT1+AT2)=0.86
|R8/R9|=2.58
|MSag8|=0.29
(V1+V4)/(V2+V3)=0.53
再配合参照下列表二以及表三。
表二为图1实施例一详细的结构数据,其中曲率半径、厚度及焦距的单位为mm,且表面0-12依序表示由物侧至像侧的表面。表三为实施例1中的非球面数据,其中K表示非球面曲线方程式中的锥面系数,A4-A14则表示各表面第4-16阶非球面系数。此外,以下各实施例表格乃对应各实施例的轴上色散图、像散图和畸变图,表格中数据的定义皆与实施例一的表二和表三的定义相同,在此不加赘述。
如图2a、2b、2c、2d,实施例二的摄像光学镜组中,摄像光学镜组的焦距为f,摄像光学镜组的光圈值(f-number )为Fno,摄像光学镜组中最大视角的一半为HFOV,其数值如下:f=2.09mm;Fno=2.35;以及HFOV=48度。
实施例二的摄像光学镜组的条件式具体数值如下:
|f1/f|=8.58
|f2/f|+|f3/f|+|f4/f|=3.75
AT1/(AT1+AT2)=0.86
|R8/R9|=2.69
|MSag8|=0.3
(V1+V4)/(V2+V3)=0.53
再配合参照下列表四以及表五。
如图3a、3b、3c、3d,实施例三的摄像光学镜组中,摄像光学镜组的焦距为f,摄像光学镜组的光圈值(f-number )为Fno,摄像光学镜组中最大视角的一半为HFOV,其数值如下:f=2.1mm;Fno=2.5;以及HFOV=48.1度。
实施例三的摄像光学镜组的条件式具体数值如下:
|f1/f|=8.36
|f2/f|+|f3/f|+|f4/f|=3.72
AT1/(AT1+AT2)=0.85
|R8/R9|=2.66
|MSag8|=0.3
(V1+V4)/(V2+V3)=0.53
再配合参照下列表六以及表七。
如图4a、4b、4c、4d,实施例四的摄像光学镜组中,摄像光学镜组的焦距为f,摄像光学镜组的光圈值(f-number )为Fno,摄像光学镜组中最大视角的一半为HFOV,其数值如下:f=2.09mm;Fno=2.5;以及HFOV=47.83度。
实施例四的摄像光学镜组的条件式具体数值如下:
|f1/f|=6.88
|f2/f|+|f3/f|+|f4/f|=3.41
AT1/(AT1+AT2)=0.87
|R8/R9|=2.42
|MSag8|=0.29
(V1+V4)/(V2+V3)=0.42
再配合参照下列表八以及表九。
如图5a、5b、5c、5d,实施例五的摄像光学镜组中,摄像光学镜组的焦距为f,摄像光学镜组的光圈值(f-number )为Fno,摄像光学镜组中最大视角的一半为HFOV,其数值如下:f=2.06mm;Fno=2.35;以及HFOV=48.3度。
实施例五的摄像光学镜组的条件式具体数值如下:
|f1/f|=6.87
|f2/f|+|f3/f|+|f4/f|=3.41
AT1/(AT1+AT2)=0.87
|R8/R9|=2.44
|MSag8|=0.28
(V1+V4)/(V2+V3)=0.42
再配合参照下列表十以及表十一。
如图6a、6b、6c、6d,实施例六的摄像光学镜组中,摄像光学镜组的焦距为f,摄像光学镜组的光圈值(f-number )为Fno,摄像光学镜组中最大视角的一半为HFOV,其数值如下:f=2.05mm;Fno=2.5;以及HFOV=49度。
实施例六的摄像光学镜组的条件式具体数值如下:
|f1/f|=6.91
|f2/f|+|f3/f|+|f4/f|=3.4
AT1/(AT1+AT2)=0.88
|R8/R9|=2.47
|MSag8|=0.3
(V1+V4)/(V2+V3)=0.42
再配合参照下列表十二以及表十三。
本发明还依据上述摄像光学镜组,提供一种安装有上述摄像光学镜组的电子设备。
根据本申请的上述实施方式的摄像光学镜组可采用多片透镜,例如上文所述的四片透镜。通过合理分配各透镜的光焦度、面型、各透镜之间的间距、透镜曲率、透镜色散系数等,可有效地减小光学镜组的体积、降低光学镜组的敏感度并提高光学镜组的可加工性,使得摄像光学镜组更有利于生产加工并可可适用于便携式电子产品。
然而,本领域技术人员应当理解,在未背离本申请要求保护的技术方案的情况下,可改变构成摄像光学镜组的透镜数量,来获得本说明书中描述的各个结果和优点。例如,虽然在实施方式中以四个透镜为例进行了描述,但是该摄像光学镜组不限于包括四个透镜。如果需要,该摄像光学镜组还可包括其它数量的透镜。
本领域的技术人员应理解,上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明,在没有背离所述原理下,本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (11)
1.一种摄像光学镜组,其特征在于,沿光轴由物侧至像侧依序包括:
具有正光焦度的第一透镜,所述第一透镜的物侧面至少于近光轴处为凹面;
具有正光焦度的第二透镜;
具有正光焦度的第 三透镜;以及
具有负光焦度的第四透镜,所述第四透镜的像侧面至少于近光轴处为凹面;
其中,所述第一透镜与所述第二透镜之间设有光阑;所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜的物侧面和像侧面均为非球面;
所述摄像光学镜组的焦距为f,所述第一透镜的焦距为f1,所述第二透镜的焦距为f2,所述第三透镜的焦距为f3,所述第四透镜的焦距为f4;所述第二透镜与所述光阑于光轴上的间隔距离为AT1,所述光阑与所述第三透镜于光轴上的间隔距离为AT2,其满足下列条件:
│f1/f│>6.8;
│f2/f│+│f3/f│+│f4/f│<3.4;
0.8<AT1/(AT1+AT2)<1。
2.根据权利要求1所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜中任意两相邻透镜之间均具有间距。
3.根据权利要求1所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述第二透镜的物侧面至少于近光轴处为凹面,所述第二透镜的像侧面至少于近光轴处为凸面。
4.根据权利要求1所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述第三透镜的物侧面至少于近光轴处为凹面。
5.根据权利要求1所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述第四透镜的物侧面至少于近光轴处为凸面,所述第四透镜的像侧面至少于近光轴处为凹面。
6.根据权利要求5所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述第四透镜的物侧面和像侧面中的任一一面具有至少一个反曲点。
7.根据权利要求1所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述第四透镜的物侧面曲率半径为R8,所述第四透镜的像侧面曲率半径为R9,所述第四透镜的像侧面最大矢高为MSag9,其满足下列条件:
2.4<│R8/R9│<2.7;
0<│MSag9│<0.3。
8.根据权利要求1所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述第一透镜的色散系数为V1,所述第二透镜的色散系统为V2,所述第三透镜的色散系数为V3,所述第四透镜的色散系数为V4,其满足下列条件:
(V1+V2)/(V2+V3)>0.4。
9.根据权利要求8所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜均为塑料透镜。
10.根据权利要求1所述的一种摄像光学镜组,其特征在于,所述摄像光学镜组还包括设置于所述第四透镜与成像面之间的滤光片。
11.一种具有如权利要求1-10之一摄像光学镜组的电子设备。
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