CN111694133A - 一种光学成像镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及镜头技术领域。本发明公开了一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜；第一透镜为具正屈光率的凸凹透镜；第二透镜为具负屈光率的凹凹透镜；第三透镜为具正屈光率的平凸透镜；第四透镜具正屈光率，且物侧面为凸面，第一透镜至第四透镜均为玻璃透镜，第一透镜、第三透镜和第四透镜的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值均在0.4‑0.8之间，第二透镜的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值在2.2‑2.9之间，且满足：1.67<nd1，1.75<nd3及1.7<nd4。本发明具有成本低，易于加工；分辨率高，成像质量好；通光大，相对照度高；结构紧凑，抗震性能好，稳定性高；小型化的优点。

Description

一种光学成像镜头
技术领域
本发明属于镜头技术领域，具体地涉及一种光学成像镜头。
背景技术
随着科学技术的不断进步和社会的不断发展，近年来，光学成像镜头也得到了迅猛发展，被广泛地应用在智能手机、平板电脑、视频会议、车载监控、安防监控、机器视觉、智能交通系统等各个领域，因此，对于光学成像镜头的要求也越来越高。
在车载激光雷达系统中，激光雷达接收镜头的性能好坏很关键，会影响整个系统的可靠性。但现有的激光雷达接收镜头，其镜片工艺难度大，材料、加工成本高昂；成像质量不高，很难保证信号接收质量；通光孔径一般比较小，接收芯片边缘信噪比能力不高；结构不稳定，抗震性能弱，易受车体震动影响；结构过于冗长，不利于车体安装使用，已无法满足车载激光雷达系统日益提高的要求，急需进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学成像镜头用以解决上述存在的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为平面，第三透镜的像侧面为凸面；
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面；
第一透镜至第四透镜均为玻璃透镜，第一透镜、第三透镜和第四透镜的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值均在0.4-0.8之间，第二透镜的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值在2.2-2.9之间，且满足：1.67<nd1，1.75<nd3及1.7<nd4，其中，nd1为第一透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率，nd4为第四透镜的折射率；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第四透镜。
进一步的，该光学成像镜头更满足：1<∣f1/f∣<3，0<∣f2/f∣<3，1<∣f3/f∣<3及1<∣f4/f∣<3，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距。
更进一步的，该光学成像镜头更满足：10mm<f1<22mm，-8mm<f2<-5mm，7mm<f3<11mm，10mm<f4<15mm，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距。
进一步的，该第一透镜至第四透镜的物侧面和像侧面均镀有波长在900nm的增透膜。
进一步的，该光学成像镜头更满足：7mm<R11<15mm、30mm<R12<62mm，-8mm<R21<-5mm、13mm<R22<17mm，-10mm<R32<-7mm，7mm<R41<10mm，其中，R11、R21和R41为第一透镜、第二透镜和第四透镜的物侧面的曲率半径，R12、R22和R32分别为第一透镜、第二透镜和第三透镜的像侧面的曲率半径。
进一步的，该光学成像镜头更满足：1.67<nd1<1.9，20<vd1<56；1.5<nd2<1.76，35<vd2<57，1.75<nd3<2.0，20<vd3<48，1.7<nd4<1.93，20<vd4<40，其中，nd1、nd2、nd3和nd4分别为第一透镜至第四透镜的折射率，vd1、vd2、vd3和vd4分别为第一透镜至第四透镜的色散系数。
进一步的，该光学成像镜头更满足：0.6<(D11/R11)<1.2，0.1<(D12/R12)<0.7，0.7<∣(D21/R21)∣<1.1，0.1<(D22/R22)<0.7，1<∣(D32/R32)∣<1.3，0.8<(D41/R41)≤1.2，0.01<∣(D42/R42)∣≤0.5，其中，D11、D12、D21、D22、D31、D32、D41和D42分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第二透镜的像侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面和第四透镜的像侧面的通光口径，R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41和R42分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第二透镜的像侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面和第四透镜的像侧面的曲率半径。
本发明的有益技术效果：
本发明采用四片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有材料、加工成本低廉，具有工业量产可行性；满足高分辨率的需求，保证信号接收质量；大通光，边缘信号信噪比大幅提升，使得光斑均匀度高，噪声干扰低；相对照度较高，画面整体亮度均匀性高；结构紧凑，抗震性能好，稳定性高；小型化的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一的红外0.840μm的MTF图；
图3为本发明实施例一的红外900nm在10lp/mm的离焦曲线图；
图4为本发明实施例一的场曲和畸变图；
图5为本发明实施例一的红外900nm的相对照度曲线图；
图6为本发明实施例一的点列图；
图7为本发明实施例二的结构示意图；
图8为本发明实施例二的红外0.840μm的MTF图；
图9为本发明实施例二的红外900nm在10lp/mm的离焦曲线图；
图10为本发明实施例二的场曲和畸变图；
图11为本发明实施例二的红外900nm的相对照度曲线图；
图12为本发明实施例二的点列图；
图13为本发明实施例三的结构示意图；
图14为本发明实施例三的红外0.840μm的MTF图；
图15为本发明实施例三的红外900nm在10lp/mm的离焦曲线图；
图16为本发明实施例三的场曲和畸变图；
图17为本发明实施例三的红外900nm的相对照度曲线图；
图18为本发明实施例三的点列图；
图19为本发明实施例四的结构示意图；
图20为本发明实施例四的红外0.840μm的MTF图；
图21为本发明实施例四的红外900nm在10lp/mm的离焦曲线图；
图22为本发明实施例四的场曲和畸变图；
图23为本发明实施例四的红外900nm的相对照度曲线图；
图24为本发明实施例四的点列图；
图25为本发明实施例五的结构示意图；
图26为本发明实施例五的红外0.840μm的MTF图；
图27为本发明实施例五的红外900nm在10lp/mm的离焦曲线图；
图28为本发明实施例五的场曲和畸变图；
图29为本发明实施例五的红外900nm的相对照度曲线图；
图30为本发明实施例五的点列图；
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
这里所说的「一透镜具有正屈光率(或负屈光率)」，是指所述透镜以高斯光学理论计算出来的近轴屈光率为正(或为负)。所说的「透镜的物侧面(或像侧面)」定义为成像光线通过透镜表面的特定范围。透镜的面形凹凸判断可依该领域中通常知识者的判断方式，即通过曲率半径(简写为R值)的正负号来判断透镜面形的凹凸。R值可常见被使用于光学设计软件中，例如Zemax或CodeV。R值亦常见于光学设计软件的透镜资料表(lens data sheet)中。以物侧面来说，当R值为正时，判定为物侧面为凸面；当R值为负时，判定物侧面为凹面。反之，以像侧面来说，当R值为正时，判定像侧面为凹面；当R值为负时，判定像侧面为凸面。
本发明提供了一种光学成像镜头，从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面。
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凹面。
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为平面，第三透镜的像侧面为凸面。
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面。
第一透镜至第四透镜均为玻璃透镜，材料、加工成本低廉，具有工业量产可行性，稳定性好。
第一透镜、第三透镜和第四透镜的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值均在0.4-0.8之间，第二透镜的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值在2.2-2.9之间，使得光学成像镜头总体结构更紧凑，稳定性好，在震动环境下依旧可以保持良好的光学性能。
且满足：1.67<nd1，1.75<nd3及1.7<nd4，其中，nd1为第一透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率，nd4为第四透镜的折射率，实现大通光。
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第四透镜。本发明采用四片透镜，并通过对各个透镜进行相应设计，具有成本低廉，具有工业量产可行性；满足高分辨率的需求，保证信号接收质量；大通光，边缘信号信噪比有大幅提升，使得光斑均匀度高，噪声干扰低；相对照度较高，画面整体亮度均匀性高；结构紧凑，抗震性能好，稳定性高；小型化的优点。
优选的，该光学成像镜头更满足：1<∣f1/f∣<3，0<∣f2/f∣<3，1<∣f3/f∣<3及1<∣f4/f∣<3，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距。
更优选的，该光学成像镜头更满足：10mm<f1<22mm，-8mm<f2<-5mm，7mm<f3<11mm，10mm<f4<15mm，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距。
优选的，该第一透镜至第四透镜的物侧面和像侧面均镀有波长在900nm的增透膜，增加整体信号光线的透过率。
优选的，该光学成像镜头更满足：7mm<R11<15mm、30mm<R12<62mm，-8mm<R21<-5mm、13mm<R22<17mm，-10mm<R32<-7mm，7mm<R41<10mm，其中，R11、R21和R41为第一透镜、第二透镜和第四透镜的物侧面的曲率半径，R12、R22和R32分别为第一透镜、第二透镜和第三透镜的像侧面的曲率半径，易于加工成型，降低检测难度。
优选的，该光学成像镜头更满足：1.67<nd1<1.9，20<vd1<56；1.5<nd2<1.76，35<vd2<57，1.75<nd3<2.0，20<vd3<48，1.7<nd4<1.93，20<vd4<40，其中，nd1、nd2、nd3和nd4分别为第一透镜至第四透镜的折射率，vd1、vd2、vd3和vd4分别为第一透镜至第四透镜的色散系数，进一步平衡色差。
优选的，该光学成像镜头更满足：0.6<(D11/R11)<1.2，0.1<(D12/R12)<0.7，0.7<∣(D21/R21)∣<1.1，0.1<(D22/R22)<0.7，1<∣(D32/R32)∣<1.3，0.8<(D41/R41)≤1.2，0.01<∣(D42/R42)∣≤0.5，其中，D11、D12、D21、D22、D31、D32、D41和D42分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第二透镜的像侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面和第四透镜的像侧面的通光口径，R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41和R42分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第二透镜的像侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面和第四透镜的像侧面的曲率半径，使得透镜易于加工成型。
下面将以具体实施例对本发明的光学成像镜头进行详细说明。
实施例一
如图1所示，一种光学成像镜头，从物侧A1至像侧A2沿一光轴I依次包括第一透镜1、第二透镜2、光阑5、第三透镜3、第四透镜4和成像面6；该第一透镜1至第四透镜4各自包括一朝向物侧A1且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧A2且使成像光线通过的像侧面。
第一透镜1具正屈光率，第一透镜1的物侧面11为凸面，第一透镜1的像侧面12为凹面。
第二透镜2具负屈光率，第二透镜2的物侧面21为凹面，第二透镜2的像侧面22为凹面。
第三透镜3具正屈光率，第三透镜3的物侧面31为平面，第三透镜3的像侧面32为凸面。
第四透镜4具正屈光率，第四透镜4的物侧面41为凸面，第四透镜4的像侧面42为凹面。
本具体实施例中，第一透镜1至第四透镜4均为玻璃球面透镜。
本具体实施例中，物侧面11、21、31、41和像侧面12、22、32、42均镀有波长在900nm的增透膜。
本具体实施例的详细光学数据如表1-1所示。
表1-1实施例一的详细光学数据
Figure BDA0002598987470000061
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的MTF曲线图详见图2，焦移曲线图详见图3，可以看出在使用时的空间频率20lp/mm的MTF值大于0.3，满足画面清晰度的需求，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图4的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小，成像质量好；相对照度请参阅图5，可以看出全视场均大于98％，画面整体亮度均匀性高；点列图请参阅图6，可以看出像差小，成像质量好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝7.6mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝25°；像面大小为1/2.8英寸；第一透镜1的物侧面11至成像面6在光轴I上的距离TTL＝15.13mm。
实施例二
如图7所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表2-1所示。
表2-1实施例二的详细光学数据
Figure BDA0002598987470000071
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的MTF曲线图详见图8，焦移曲线图详见图9，可以看出在使用时的空间频率20lp/mm的MTF值大于0.6，满足画面清晰度的需求，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图10的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小，成像质量好；相对照度请参阅图11，可以看出全视场均大于98％，画面整体亮度均匀性高；点列图请参阅图12，可以看出像差小，成像质量好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝7.6mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝25°；像面大小为1/2.8英寸；第一透镜1的物侧面11至成像面6在光轴I上的距离TTL＝14.29mm。
实施例三
如图13所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表3-1所示。
表3-1实施例三的详细光学数据
Figure BDA0002598987470000072
Figure BDA0002598987470000081
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的MTF曲线图详见图14，焦移曲线图详见图15，可以看出在使用时的空间频率20lp/mm的MTF值大于0.5，满足画面清晰度的需求，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图16的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小，成像质量好；相对照度请参阅图17，可以看出全视场均大于98％，画面整体亮度均匀性高；点列图请参阅图18，可以看出像差小，成像质量好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝7.6mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝25°；像面大小为1/2.8英寸；第一透镜1的物侧面11至成像面6在光轴I上的距离TTL＝18.30mm。
实施例四
如图19所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率相同，仅各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表4-1所示。
表4-1实施例四的详细光学数据
Figure BDA0002598987470000082
Figure BDA0002598987470000091
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的MTF曲线图详见图20，焦移曲线图详见图21，可以看出在使用时的空间频率20lp/mm的MTF值大于0.5，满足画面清晰度的需求，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图22的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小，成像质量好；相对照度请参阅图23，可以看出全视场均大于98％，画面整体亮度均匀性高；点列图请参阅图24，可以看出像差小，成像质量好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝7.6mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝25°；像面大小为1/2.8英寸；第一透镜1的物侧面11至成像面6在光轴I上的距离TTL＝19.53mm。
实施例五
如图25所示，本实施例与实施例一的各个透镜的面型凹凸和屈光率大致相同，仅第四透镜4的像侧面42为凸面，此外，各透镜表面的曲率半径、透镜厚度等光学参数也有所不同。
本具体实施例的详细光学数据如表5-1所示。
表5-1实施例五的详细光学数据
Figure BDA0002598987470000092
本具体实施例的相关条件表达式的数值请参考表6。
本具体实施例的MTF曲线图详见图26，焦移曲线图详见图27，可以看出在使用时的空间频率20lp/mm的MTF值大于0.5，满足画面清晰度的需求，且均匀度好；场曲及畸变图请参阅图28的(A)和(B)，可以看出场曲和畸变小，成像质量好；相对照度请参阅图29，可以看出全视场均大于98％，画面整体亮度均匀性高；点列图请参阅图30，可以看出像差小，成像质量好。
本具体实施例中，光学成像镜头的焦距f＝7.6mm；光圈值FNO＝1.2；视场角FOV＝25°；像面大小为1/2.8英寸；第一透镜1的物侧面11至成像面6在光轴I上的距离TTL＝18.46mm。
表6本发明五个实施例的相关重要参数的数值
Figure BDA0002598987470000101
Figure BDA0002598987470000111
其中，T1比为第一透镜1的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值；T2比为第二透镜2的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值；T3比为第三透镜3的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值；T4比为第四透镜4的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光学成像镜头，其特征在于：从物侧至像侧沿一光轴依次包括第一透镜、第二透镜、光阑、第三透镜和第四透镜；第一透镜至第四透镜各自包括一朝向物侧且使成像光线通过的物侧面以及一朝向像侧且使成像光线通过的像侧面；
第一透镜具正屈光率，第一透镜的物侧面为凸面，第一透镜的像侧面为凹面；
第二透镜具负屈光率，第二透镜的物侧面为凹面，第二透镜的像侧面为凹面；
第三透镜具正屈光率，第三透镜的物侧面为平面，第三透镜的像侧面为凸面；
第四透镜具正屈光率，第四透镜的物侧面为凸面；
第一透镜至第四透镜均为玻璃透镜，第一透镜、第三透镜和第四透镜的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值均在0.4-0.8之间，第二透镜的镜片边缘厚度与镜片中心厚度比值在2.2-2.9之间，且满足：1.67<nd1，1.75<nd3及1.7<nd4，其中，nd1为第一透镜的折射率，nd3为第三透镜的折射率，nd4为第四透镜的折射率；
该光学成像镜头具有屈光率的透镜只有上述第一透镜至第四透镜。
2.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：1<∣f1/f∣<3，0<∣f2/f∣<3，1<∣f3/f∣<3及1<∣f4/f∣<3，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为该光学成像镜头的焦距。
3.根据权利要求2所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：10mm<f1<22mm，-8mm<f2<-5mm，7mm<f3<11mm及10mm<f4<15mm，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距。
4.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于：该第一透镜至第四透镜的物侧面和像侧面均镀有波长在900nm的增透膜。
5.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：7mm<R11<15mm、30mm<R12<62mm，-8mm<R21<-5mm、13mm<R22<17mm，-10mm<R32<-7mm，7mm<R41<10mm，其中，R11、R21和R41为第一透镜、第二透镜和第四透镜的物侧面的曲率半径，R12、R22和R32分别为第一透镜、第二透镜和第三透镜的像侧面的曲率半径。
6.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：1.67<nd1<1.9，20<vd1<56；1.5<nd2<1.76，35<vd2<57，1.75<nd3<2.0，20<vd3<48，1.7<nd4<1.93，20<vd4<40，其中，nd1、nd2、nd3和nd4分别为第一透镜至第四透镜的折射率，vd1、vd2、vd3和vd4分别为第一透镜至第四透镜的色散系数。
7.根据权利要求1所述的光学成像镜头，其特征在于，该光学成像镜头更满足：0.6<(D11/R11)<1.2，0.1<(D12/R12)<0.7，0.7<∣(D21/R21)∣<1.1，0.1<(D22/R22)<0.7，1<∣(D32/R32)∣<1.3，0.8<(D41/R41)≤1.2，0.01<∣(D42/R42)∣≤0.5，其中，D11、D12、D21、D22、D31、D32、D41和D42分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第二透镜的像侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面和第四透镜的像侧面的通光口径，R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41和R42分别为第一透镜的物侧面、第一透镜的像侧面、第二透镜的物侧面、第二透镜的像侧面、第三透镜的物侧面、第三透镜的像侧面、第四透镜的物侧面和第四透镜的像侧面的曲率半径。
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