CN111142221A - 摄像光学镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学镜头领域,公开了一种摄像光学镜头。该摄像光学镜头,由物侧至像侧依序包括:具有正屈折力的第一透镜,具有正屈折力的第二透镜,具有正屈折力的第三透镜,以及具有负屈折力第四透镜;摄像光学镜头整体的焦距为f,第一透镜的焦距为f1,第二透镜的焦距为f2,第二透镜物侧面的曲率半径为R3,第二透镜像侧面的曲率半径为R4,第三透镜物侧面的曲率半径为R5,第三透镜像侧面的曲率半径为R6,第一透镜的轴上厚度为d1,且满足下列关系式:1.50≤f1/f≤3.50;2.50≤f2/f≤5.00;5.00≤(R5+R6)/(R5‑R6)≤12.00;0.20≤d1/f≤0.30;‑3.00≤(R3+R4)/(R3‑R4)≤‑1.00。该摄像光学镜头能在具有良好光学性能的同时,满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头领域,特别涉及一种适用于智能手机、数码相机等手提终端设备,以及监视器、PC镜头等摄像装置的摄像光学镜头。
背景技术
近年来,随着智能手机的兴起,小型化摄影镜头的需求日渐提高,而一般摄影镜头的感光器件不外乎是感光耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)或互补性氧化金属半导体器件(Complementary Metal-OxideSemiconductor Sensor,CMOS Sensor)两种,且由于半导体制造工艺技术的精进,使得感光器件的像素尺寸缩小,再加上现今电子产品以功能佳且轻薄短小的外型为发展趋势,因此,具备良好成像品质的小型化摄像镜头俨然成为目前市场上的主流。
为获得较佳的成像品质,传统搭载于手机相机的镜头多采用三片式透镜结构。然而,随着技术的发展以及用户多样化需求的增多,在感光器件的像素面积不断缩小,且系统对成像品质的要求不断提高的情况下,四片式透镜结构逐渐出现在镜头设计当中,常见的四片式透镜虽然已经具有较好的光学性能,但是其光焦度、透镜间距和透镜形状设置仍然具有一定的不合理性,导致透镜结构无法满足具有良好光学性能的同时,满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种摄像光学镜头,其在具有良好光学性能的同时,满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种摄像光学镜头,由物侧至像侧依序包括:具有正屈折力的第一透镜,具有正屈折力的第二透镜,具有正屈折力的第三透镜,以及具有负屈折力第四透镜;
所述摄像光学镜头整体的焦距为f,所述第一透镜的焦距为f1,所述第二透镜的焦距为f2,所述第二透镜物侧面的曲率半径为R3,所述第二透镜像侧面的曲率半径为R4,所述第三透镜物侧面的曲率半径为R5,所述第三透镜像侧面的曲率半径为R6,所述第一透镜的轴上厚度为d1,且满足下列关系式:1.50≤f1/f≤3.50;2.50≤f2/f≤5.00;5.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤12.00;0.20≤d1/f≤0.30;-3.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.00。
优选地,所述第四透镜的焦距为f4,且满足下列关系式:-5.00≤f4/f≤-3.00。
优选地,所述第四透镜物侧面的曲率半径为R7,所述第四透镜像侧面的曲率半径为R8,且满足下列关系式:4.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤10.00。
优选地,所述第一透镜物侧面的曲率半径为R1,所述第一透镜像侧面的曲率半径为R2,所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL,且满足下列关系式:-15.60≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.53;0.07≤d1/TTL≤0.29。
优选地,所述第二透镜的轴上厚度为d3,所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL,且满足下列关系式:0.06≤d3/TTL≤≤0.26。
优选地,所述第三透镜的焦距为f3,所述第三透镜的轴上厚度为d5,所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL,且满足下列关系式:0.52≤f3/f≤2.94;0.05≤d5/TTL≤0.27。
优选地,所述第四透镜的轴上厚度为d7,所述摄像光学镜头的光学总长为TTL,且满足下列关系式:0.03≤d7/TTL≤0.27。
优选地,所述摄像光学镜头的像高为IH,所述摄像光学镜头的光学总长为TTL,且满足下列关系式:TTL/IH≤2.20。
优选地,所述摄像光学镜头的光圈F数为FNO,且满足下列关系式:FNO≤1.40。
优选地,所述摄像光学镜头的视场角为FOV,且满足下列关系式:FOV≥72°。
本发明的有益效果在于:根据本发明的摄像光学镜头具有良好光学性能,且具有大光圈、广角化、超薄化的特性,尤其适用于由高像素用的CCD、CMOS等摄像元件构成的手机摄像镜头组件和WEB摄像镜头。
附图说明
图1是本发明第一实施方式中摄像光学镜头的结构示意图;
图2是图1所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图;
图3是本发明第二实施方式的摄像光学镜头的结构示意图;
图4是图3所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图;
图5是本发明第三实施方式的摄像光学镜头的结构示意图;
图6是图5所示摄像光学镜头的场曲及畸变示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本发明各实施方式中,为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改,也可以实现本发明所要求保护的技术方案。
(第一实施方式)
参考附图,本发明提供了一种摄像光学镜头10。图1所示为本发明第一实施方式的摄像光学镜头10,该摄像光学镜头10包括四个透镜。具体的,所述摄像光学镜头10,由物侧至像侧依序包括:光圈S1、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4。所述第四透镜L4和像面Si之间可设置有光学过滤片(filter)GF等光学元件。
本实施方式中,第一透镜L1具有正屈折力;第二透镜L2具有正屈折力;第三透镜L3具有正屈折力,第四透镜L4具有负屈折力。
在本实施方式中,定义所述摄像光学镜头10的焦距为f,所述第一透镜L1的焦距为f1,所述第二透镜L2的焦距为f2,所述第二透镜L2物侧面的曲率半径为R3,所述第二透镜L2像侧面的曲率半径为R4,所述第三透镜L3物侧面的曲率半径为R5,所述第三透镜L3像侧面的曲率半径为R6,所述第一透镜L1的轴上厚度为d1,满足下列关系式:
1.50≤f1/f≤3.50 (1)
2.50≤f2/f≤5.00 (2)
5.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤12.00 (3)
0.20≤d1/f≤0.30 (4)
-3.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.00 (5)
条件式(1)规定了第一透镜焦距与系统总焦距的比值,可以有效地平衡系统的球差以及场曲量。
条件式(2)规定了第二透镜焦距与系统总焦距的比值,对光学系统的像差进行校正,进而提升成像品质。
条件式(3)规定了第三透镜的形状,在条件式规定范围内,可以缓和光线经过镜片的偏折程度,有效减小像差。
条件式(4)规定了第一透镜厚度与系统总焦距的比值,在条件式范围内有助于压缩光学系统总长,实现超薄化效果。
条件式(5)规定了第二透镜的形状,在此条件范围内时,有利于补正轴上色像差。
定义所述摄像光学镜头10的焦距为f,所述第四透镜L4的焦距为f4,满足下列关系式:-5.00≤f4/f≤-3.00,规定了第四透镜焦距与总焦距的比值,通过光焦度的合理分配,使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。
定义所述第四透镜L4物侧面的曲率半径为R7,所述第四透镜L4像侧面的曲率半径为R8,满足下列关系式:4.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤10.00,规定了第四透镜的形状,在此范围外时,随着超薄广角化的发展,很难补正轴外画角的像差等问题。
定义所述第一透镜L1物侧面的曲率半径为R1,所述第一透镜L2像侧面的曲率半径为R2,满足下列关系式:-15.60≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.53,合理控制第一透镜L1的形状,使得第一透镜L1能够有效地校正系统球差。优选地,满足-9.75≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.92。
所述第一透镜L1的轴上厚度为d1,所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL,满足下列关系式:0.07≤d1/TTL≤0.29,在条件式范围内,有利于实现超薄化。优选地,满足0.11≤d1/TTL≤0.23。
定义所述第二透镜L2的轴上厚度为d3,所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL,满足下列关系式:0.06≤d3/TTL≤≤0.26,在条件式范围内,有利于实现超薄化。优选地,满足0.10≤d3/TTL≤0.21。
定义所述摄像光学镜头10的焦距为f,所述第三透镜L3的焦距为f3,满足下列关系式:0.52≤f3/f≤2.94,通过光焦度的合理分配,使得系统具有较佳的成像品质和较低的敏感性。优选地,满足0.84≤f3/f≤2.35。
所述第三透镜L3的轴上厚度为d5,所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL,满足下列关系式:0.05≤d5/TTL≤0.27,在条件式范围内,有利于实现超薄化。优选地,0.08≤d5/TTL≤0.22。
定义所述第四透镜L4的轴上厚度为d7,所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL,满足下列关系式:0.03≤d7/TTL≤0.27,在条件式范围内,有利于实现超薄化。优选地,0.04≤d7/TTL≤0.22。
本实施方式中,所述摄像光学镜头10的像高为IH,所述摄像光学镜头10的光学总长为TTL,满足下列关系式:TTL/IH≤2.20,从而实现超薄化。
本实施方式中,所述摄像光学镜头10的光圈F数FNO小于或等于1.40,大光圈,成像性能好。
本实施方式中,所述摄像光学镜头10的视场角FOV大于或等于72°,从而实现广角化。
值得一提的是,由于构成本实施方式的摄像光学透镜10的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4具有如前所述的结构和参数关系,因此,摄像光学镜头10能够合理分配各透镜的光焦度、面型、材料以及各透镜的轴上厚度等,并因此校正了各类像差,实现了在具有良好光学成像性能的同时,满足大光圈、广角化、超薄化的设计要求。
此外,本申请的摄像光学镜头为TOF(Time of flight)接受端镜头,TOF技术原理为发射端镜头发射红外面光源,照射到物体反射回来,接受端镜头接受反射回来的红外光信息,此过程实现了3D识别过程。本申请的摄像光学镜头的工作波段范围为920nm-960nm。
TTL:光学总长(第一透镜L1的物侧面到成像面的轴上距离),单位为mm。
图1是第一实施方式中摄像光学镜头10的结构示意图。
以下示出了本发明第一实施方式中摄像光学镜头10的设计数据。表1列出了本发明第一实施方式中构成摄像光学镜头10的第一透镜L1~第四透镜L4的物侧以及像侧曲率半径R、透镜的中心厚度、透镜间的距离d、折射率nd及阿贝数vd。表2示出了摄像光学镜头10的圆锥系数k与非球面系数。需要说明的是,本实施方式中,距离、半径和中心厚度的单位为毫米(mm)。
【表1】
上表中各符号的含义如下。
R:光学面的曲率半径、透镜时为中心曲率半径;
S1:光圈;
R1:第一透镜L1的物侧面的曲率半径;
R2:第一透镜L1的像侧面的曲率半径;
R3:第二透镜L2的物侧面的曲率半径;
R4:第二透镜L2的像侧面的曲率半径;
R5:第三透镜L3的物侧面的曲率半径;
R6:第三透镜L3的像侧面的曲率半径;
R7:第四透镜L4的物侧面的曲率半径;
R8:第四透镜L4的像侧面的曲率半径;
R9:玻璃平板GF的物侧面的曲率半径;
R10:玻璃平板GF的像侧面的曲率半径;
d:透镜的轴上厚度或相邻透镜之间的轴上距离;
d0:光圈S1到第一透镜L1的物侧面的轴上距离;
d1:第一透镜L1的轴上厚度;
d2:第一透镜L1的像侧面到第二透镜L2的物侧面的轴上距离;
d3:第二透镜L2的轴上厚度;
d4:第二透镜L2的像侧面到第三透镜L3的物侧面的轴上距离;
d5:第三透镜L3的轴上厚度;
d6:第三透镜L3的像侧面到第四透镜L4的物侧面的轴上距离;
d7:第四透镜L4的轴上厚度;
d8:第四透镜L4的像侧面到光学过滤片GF的物侧面的轴上距离;
d9:玻璃平板GF的轴上厚度;
d10:玻璃平板GF的像侧面到像面Si的轴上距离;
nd:d线的折射率;
nd1:第一透镜L1的d线的折射率;
nd2:第二透镜L2的d线的折射率;
nd3:第三透镜L3的d线的折射率;
nd4:第四透镜L4的d线的折射率;
ndg:玻璃平板GF的d线的折射率;
vd:阿贝数;
v1:第一透镜L1的阿贝数;
v2:第二透镜L2的阿贝数;
v3:第三透镜L3的阿贝数;
v4:第四透镜L4的阿贝数;
vg:玻璃平板GF的阿贝数。
表2示出了本发明第一实施方式提供的摄像光学镜头10的各透镜的非球面数据。
【表2】
其中,k是圆锥系数,A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16是非球面系数。
IH:像高
y=(x2/R)/{1+[1-(1+k)(x2/R2)]1/2}+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16 (6)
需要说明的是,本实施方式中各透镜的非球面优选的使用下述条件式(6)所示的非球面,但是,下述条件式(6)的具体形式仅为一个示例,实际上,并不限于条件式(6)中表示的非球面多项式形式。
表3、表4示出本发明实施例的摄像光学镜头10中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。其中,P1R1、P2R2分别代表第一透镜L1的物侧面和像侧面,P2R1、P2R2分别代表第二透镜L2的物侧面和像侧面,P3R1、P3R2分别代表第三透镜L3的物侧面和像侧面,P4R1、P4R2分别代表第四透镜L4的物侧面和像侧面。“反曲点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的反曲点到摄像光学镜头10光轴的垂直距离。“驻点位置”栏位对应数据为各透镜表面所设置的驻点到摄像光学镜头10光轴的垂直距离。
【表3】
反曲点个数 | 反曲点位置1 | 反曲点位置2 | |
P1R1 | 1 | 0.905 | |
P1R2 | 1 | 0.535 | |
P2R1 | 2 | 0.415 | 1.045 |
P2R2 | 1 | 0.625 | |
P3R1 | 2 | 0.525 | 0.905 |
P3R2 | 1 | 0.805 | |
P4R1 | 2 | 0.555 | 1.325 |
P4R2 | 2 | 0.655 | 1.835 |
【表4】
驻点个数 | 驻点位置1 | 驻点位置2 | |
P1R1 | 0 | ||
P1R2 | 1 | 0.805 | |
P2R1 | 1 | 0.625 | |
P2R2 | 1 | 0.795 | |
P3R1 | 0 | ||
P3R2 | 1 | 1.145 | |
P4R1 | 2 | 1.105 | 1.485 |
P4R2 | 1 | 1.385 |
图2示出了,波长为940nm的光经过第一实施方式的摄像光学镜头10后的场曲及畸变示意图。图2的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
后出现的表13示出了各实例1、2、3中各种数值与条件式中已规定的参数所对应的值。
如表13所示,第一实施方式满足各条件式。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头10的入瞳直径为2.158mm,全视场像高为1.96mm,对角线方向的视场角为78.20°,大光圈、广角、超薄,且具有优秀的光学特征。
(第二实施方式)
图3是第二实施方式中摄像光学镜头20的结构示意图,第二实施方式与第一实施方式基本相同,符号含义与第一实施方式相同,以下只列出不同点。
表5、表6示出本发明第二实施方式的摄像光学镜头20的设计数据。
【表5】
表6示出了本发明第二实施方式的摄像光学镜头20的各透镜的非球面数据。
【表6】
表7、表8示出本发明实施例的摄像光学镜头20中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。
【表7】
反曲点个数 | 反曲点位置1 | 反曲点位置2 | |
P1R1 | 0 | ||
P1R2 | 0 | ||
P2R1 | 2 | 0.445 | 0.875 |
P2R2 | 2 | 0.595 | 1.115 |
P3R1 | 2 | 0.495 | 0.905 |
P3R2 | 2 | 0.815 | 1.155 |
P4R1 | 1 | 0.525 | |
P4R2 | 2 | 0.705 | 1.775 |
【表8】
驻点个数 | 驻点位置1 | 驻点位置2 | |
P1R1 | 0 | ||
P1R2 | 0 | ||
P2R1 | 2 | 0.665 | 0.985 |
P2R2 | 1 | 0.755 | |
P3R1 | 0 | ||
P3R2 | 0 | ||
P4R1 | 1 | 0.985 | |
P4R2 | 1 | 1.385 |
图4则示出了波长为940nm的光经过第二实施方式的摄像光学镜头20后的场曲及畸变示意图。图4的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
后出现的表13示出了各实例1、2、3中各种数值与条件式中已规定的参数所对应的值。
如表13所示,第二实施方式满足各条件式。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头20的入瞳直径为1.827mm,全视场像高为1.96mm,对角线方向的视场角为79.20°,大光圈、广角、超薄,且具有优秀的光学特征。
(第三实施方式)
图5是第三实施方式中摄像光学镜头30的结构示意图,第三实施方式与第一实施方式基本相同,符号含义与第一实施方式相同,以下只列出不同点。
表9、表10示出了本发明第三实施方式的摄像光学镜头30的设计数据。
【表9】
表10示出了本发明第三实施方式的摄像光学镜头30的各透镜的非球面数据。
【表10】
表11、表12示出本发明实施例的摄像光学镜头30中各透镜的反曲点以及驻点设计数据。
【表11】
反曲点个数 | 反曲点位置1 | 反曲点位置2 | |
P1R1 | 0 | ||
P1R2 | 1 | 0.605 | |
P2R1 | 2 | 0.355 | 1.005 |
P2R2 | 2 | 0.395 | 1.165 |
P3R1 | 1 | 1.125 | |
P3R2 | 2 | 1.115 | 1.325 |
P4R1 | 1 | 0.755 | |
P4R2 | 1 | 0.725 |
【表12】
驻点个数 | 驻点位置1 | |
P1R1 | 0 | |
P1R2 | 1 | 0.885 |
P2R1 | 1 | 0.565 |
P2R2 | 1 | 0.615 |
P3R1 | 0 | |
P3R2 | 0 | |
P4R1 | 1 | 1.625 |
P4R2 | 1 | 1.665 |
图6示出了波长为940nm的光经过第三实施方式的摄像光学镜头30后的场曲及畸变示意图。图6的场曲S是弧矢方向的场曲,T是子午方向的场曲。
后出现的表13示出了各实例1、2、3中各种数值与条件式中已规定的参数所对应的值。
如表13所示,第三实施方式满足各条件式。
在本实施方式中,所述摄像光学镜头30的入瞳直径为2.022mm,全视场像高为1.96mm,对角线方向的视场角为72.40°,大光圈、广角、超薄,且具有优秀的光学特征。
以下表13按照上述条件式列出了第一实施方式、第二实施方式和第三实施方式中对应各条件式的数值,以及其他相关参数的取值。
【表13】
参数及条件式 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
f1/f | 2.35 | 1.50 | 3.50 |
f2/f | 2.92 | 2.50 | 5.00 |
(R5+R6)/(R5-R6) | 5.43 | 5.00 | 11.95 |
d1/f | 0.26 | 0.30 | 0.20 |
(R3+R4)/(R3-R4) | -1.36 | -1.00 | -3.00 |
f | 2.438 | 2.284 | 2.830 |
f1 | 5.717 | 3.426 | 9.900 |
f2 | 7.122 | 5.710 | 14.147 |
f3 | 3.961 | 4.474 | 2.969 |
f4 | -8.193 | -6.852 | -14.147 |
f12 | 3.427 | 2.437 | 6.079 |
Fno | 1.13 | 1.25 | 1.40 |
其中,Fno为摄像光学镜头的光圈F数,f12为第一透镜L1与第二透镜L2的组合焦距。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式,而在实际应用中,可以在形式上和细节上对其作各种改变,而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种摄像光学镜头,其特征在于,所述摄像光学镜头,由物侧至像侧依序包括:具有正屈折力的第一透镜,具有正屈折力的第二透镜,具有正屈折力的第三透镜,以及具有负屈折力第四透镜;
所述摄像光学镜头整体的焦距为f,所述第一透镜的焦距为f1,所述第二透镜的焦距为f2,所述第二透镜物侧面的曲率半径为R3,所述第二透镜像侧面的曲率半径为R4,所述第三透镜物侧面的曲率半径为R5,所述第三透镜像侧面的曲率半径为R6,所述第一透镜的轴上厚度为d1,且满足下列关系式:
1.50≤f1/f≤3.50;
2.50≤f2/f≤5.00;
5.00≤(R5+R6)/(R5-R6)≤12.00;
0.20≤d1/f≤0.30;
-3.00≤(R3+R4)/(R3-R4)≤-1.00。
2.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第四透镜的焦距为f4,且满足下列关系式:
-5.00≤f4/f≤-3.00。
3.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第四透镜物侧面的曲率半径为R7,所述第四透镜像侧面的曲率半径为R8,且满足下列关系式:
4.00≤(R7+R8)/(R7-R8)≤10.00。
4.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第一透镜物侧面的曲率半径为R1,所述第一透镜像侧面的曲率半径为R2,所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL,且满足下列关系式:
-15.60≤(R1+R2)/(R1-R2)≤-1.53;
0.07≤d1/TTL≤0.29。
5.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第二透镜的轴上厚度为d3,所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL,且满足下列关系式:
0.06≤d3/TTL≤≤0.26。
6.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第三透镜的焦距为f3,所述第三透镜的轴上厚度为d5,所述摄像光学镜头整体的光学总长为TTL,且满足下列关系式:
0.52≤f3/f≤2.94;
0.05≤d5/TTL≤0.27。
7.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述第四透镜的轴上厚度为d7,所述摄像光学镜头的光学总长为TTL,且满足下列关系式:
0.03≤d7/TTL≤0.27。
8.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述摄像光学镜头的像高为IH,所述摄像光学镜头的光学总长为TTL,且满足下列关系式:TTL/IH≤2.20。
9.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述摄像光学镜头的光圈F数为FNO,且满足下列关系式:FNO≤1.40。
10.根据权利要求1所述的摄像光学镜头,其特征在于,所述摄像光学镜头的视场角为FOV,且满足下列关系式:FOV≥72°。
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