CN115061326B - 光学镜头及成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学镜头及成像设备,沿光轴从物侧到成像面依次包括:光阑;具有正光焦度的第一透镜,其物侧面为凸面、像侧面为凹面;具有负光焦度的第二透镜,其物侧面为凹面、像侧面为凸面;具有正光焦度的第三透镜,其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面;其中,所述光学镜头的光学总长TTL小于2.0mm。本发明提供的光学镜头通过各镜片不同间距厚度的搭配,使得光学镜头兼顾高成像品质的同时,有着更小的尺寸,能够更好的安装在各种超薄设备上使用。
Description
技术领域
本发明涉及成像镜头技术领域,特别是涉及一种光学镜头及成像设备。
背景技术
随着社会科技不断的迅速发展,现代电子设备的不断革新,越来越多的企业追求产品极致的轻薄,不论是手机还是笔记本等电子产品,许多厂商把轻薄化变成了一项重要的竞争因素。然而,产品变得轻薄的同时,随之改变的便是产品内部各元器件的小型化。
当然,随着现在人们网络社交的频繁,摄像头成为了绝大多数电子产品不可或缺的一项元器件,因为它能满足人们在手机或者电脑上视频通话以及随时记录身边新奇或者有意义的事物。
同时,随着社会不断发展,人们对电子产品的依赖度不断提高,产品的轻薄化逐渐成为发展的趋势,势必引起适应于电子产品的镜头也将向轻薄化发展。但是,目前大多数镜头为追求极致的摄像体验,导致镜头尺寸逐步做大,很难满足产品轻薄化的需求。
发明内容
为此,本发明的目的在于提供一种超薄的光学镜头及成像设备。
本发明实施例通过以下技术方案实施上述的目的。
第一方面,本发明提供了一种光学镜头,共三片透镜,沿光轴从物侧到成像面依次包括:光阑;具有正光焦度的第一透镜,其物侧面为凸面、像侧面为凹面;具有负光焦度的第二透镜,其物侧面为凹面、像侧面为凸面;具有正光焦度的第三透镜,其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面;其中,所述学镜头的光学总长TTL<2.0mm。
第二方面,本发明提供了一种成像设备,包括成像元件及第一方面提供的光学镜头,所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。
相比于现有技术,本发明的有益效果是:通过采用3片具有特定屈折力的镜片,使其达到较短光学总长的同时仍有较大的视场角,能够提供较大的视野范围,达到镜头小型化的目的,满足轻薄化产品的需求。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。
图1为本发明第一实施例中的光学镜头的结构示意图。
图2为本发明第一实施例中的光学镜头的场曲曲线图。
图3为本发明第一实施例中的光学镜头的畸变曲线图。
图4为本发明第一实施例中的光学镜头的轴上点球差色差曲线图。
图5为本发明第一实施例中的光学镜头的横向色差曲线图。
图6为本发明第二实施例中的光学镜头的结构示意图。
图7为本发明第二实施例中的光学镜头的场曲曲线图。
图8为本发明第二实施例中的光学镜头的畸变曲线图。
图9为本发明第二实施例中的光学镜头的轴上点球差色差曲线图。
图10为本发明第二实施例中的光学镜头的横向色差曲线图。
图11为本发明第三实施例中的光学镜头的结构示意图。
图12为本发明第三实施例中的光学镜头的场曲曲线图。
图13为本发明第三实施例中的光学镜头的畸变曲线图。
图14为本发明第三实施例中的光学镜头的轴上点球差色差曲线图。
图15为本发明第三实施例中的光学镜头的横向色差曲线图。
图16为本发明第四实施例中的光学镜头的结构示意图。
图17为本发明第四实施例中的光学镜头的场曲曲线图。
图18为本发明第四实施例中的光学镜头的畸变曲线图。
图19为本发明第四实施例中的光学镜头的轴上点球差色差曲线图。
图20为本发明第四实施例中的光学镜头的横向色差曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例提供的光学镜头共有三片透镜,沿光轴从物侧到成像面依次包括:光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及滤光片。
其中,第一透镜具有正光焦度,其物侧面为凸面、像侧面为凹面;第二透镜具有负光焦度,其物侧面为凹面、像侧面为凸面;第三透镜具有正光焦度,其物侧面在近光轴处为凸面、像侧面在近光轴处为凹面。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
TTL<2.0mm。(1)
其中,TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足上述条件式(1)时,能够合理控制光学镜头的尺寸,保证光学镜头实现超薄的目的。更优的,所述光学镜头的光学总长满足:TTL<1.8mm。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
FOV/IH< 38.5 °/mm。(2)
其中,FOV表示所述光学镜头的最大半视场角,IH表示所述光学镜头的半像高。满足上述条件式(2)时,通过合理控制光学镜头最大半视场角与半像高的比值,在保证光学镜头小型化的同时满足光学镜头的成像要求。更优的,所述光学镜头的最大半视场角与半像高满足以下条件式:33.5 °/mm<FOV/IH< 38.3 °/mm。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
17.5<FOV/FNO<22.5; (3)
其中,FOV表示所述光学镜头的最大半视场角,FNO表示所述光学镜头的光圈数。满足上述条件式(3)时,通过合理控制光学镜头最大半视场角与光圈数的比值,能够保证光学镜头有足够大的通光量和较大的视场角,提高光学镜头的成像质量。更优的,所述光学镜头的最大半视场角与光圈数满足以下条件式:18.3<FOV/FNO<21.7。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
3.5<ENPD/CT2<3.8。(4)
其中,CT2表示所述第二透镜的中心厚度,ENPD表示所述光学镜头的入瞳直径。满足上述条件式(4)时,通过合理调整光学镜头入瞳直径与第二透镜厚度的比值,能够保证光学镜头有足够大的通光量,满足一些黑暗场景下的成像要求,同时能够控制第二透镜的中心厚度,有利于矫正光学镜头像差,提升解像质量。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
1.3<|CT2/SAG21|<1.9。(5)
其中,CT2表示所述第二透镜的中心厚度,SAG21表示所述第二透镜物侧面的矢高。满足上述条件式(5)时,能够合理的控制第二透镜的形状,在满足镜片成型要求的同时,能够更好的减小镜头边缘像差以及轴上球差,提升光学镜头的成像质量。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
2.7<f23/f<3.0;(6)
其中,f23表示所述第二透镜与所述第三透镜的组合有效焦距,f表示所述光学镜头的有效焦距。满足上述条件式(6)时,通过合理分配第二透镜和第三透镜的有效焦距,能够更好的矫正光学镜头的轴向色差。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
1.7<(CT2+CT3)/AT12<2.3。(7)
其中,CT2表示所述第二透镜的中心厚度,CT3表示所述第三透镜的中心厚度,AT12表示所述第一透镜与所述第二透镜之间在光轴上的空气间距。满足上述条件式(7)时,通过合理调整第二透镜和第三透镜的厚度之和与第一透镜和第二透镜之间的空气间距的比值,能够在矫正光学镜头轴向像差的同时,也能合理控制第二透镜与第三透镜的面型,减小生产成型的难度。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
-3.5<(R21+R22)/(R21-R22)<-1.3;(8)
其中,R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径,R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。满足上述条件式(8)时,通过合理控制第二透镜物侧面和像侧面的表面形状,能够很好的修饰镜头的场曲以及畸变,保证镜头的场曲畸变控制在较小的水平。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
-3.5<R22/f<-0.8。(9)
其中,R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径,f表示所述光学镜头的有效焦距。满足上述条件式(9)时,能够有效的控制第二透镜的形状,矫正光学镜头成像的场曲。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.5<R31/R32<0.8;(10)
0.8<ET3/CT3<1.0;(11)
0.1<CT3/TTL<0.15;(12)
其中,R31表示所述第三透镜物侧面的曲率半径,R32表示所述第三透镜像侧面的曲率半径,ET3表示所述第三透镜的边缘厚度,CT3表示所述第三透镜的中心厚度,TTL表示所述光学镜头的光学总长。满足上述条件式(10)至条件式(12)时,能够保证光学镜头在满足成像要求的视场角的同时,还能尽可能的缩小第三透镜的口径,保证第三透镜的中心厚度在一定范围内,满足生产成型的工艺要求。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
0<(1/f3-1/f1)/(1/f)<0.35。(13)
其中,f表示所述光学镜头的有效焦距,f1表示所述第一透镜的有效焦距,f3表示所述第三透镜的有效焦距。满足上述条件式(13)时,能够有效平衡第三透镜与第一透镜的形状,减小工艺成型的难度,同时提高镜头的解像力。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
0<SAG32/SAG22<0.3。(14)
其中,SAG32表示所述第三透镜像侧面的矢高,SAG22表示所述第二透镜像侧面的矢高。满足上述条件式(14)时,能够很好的矫正光学镜头的场曲,提升镜头的成像质量,同时控制第二透镜、第三透镜的矢高在一定数值范围内,能够更好的保证透镜满足成型工艺。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
2.0<f/ENPD<2.09;(15)
其中,f表示所述光学镜头的有效焦距,ENPD表示所述光学镜头的入瞳直径。满足上述条件式(15)时,能够保证光学镜头有足够大的通光量,满足一些黑暗场景下的成像要求。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
1.68<TTL/IH<1.79;(16)
其中,TTL表示所述光学镜头的光学总长,IH表示所述光学镜头的半像高。满足上述条件式(16)时,通过合理控制光学镜头的光学总长与半像高的比值,能够保证光学镜头实现超薄化。
在一些实施方式中,所述光学镜头满足以下条件式:
0.27<R11/R12<0.37;(17)
其中,R11表示所述第一透镜物侧面的曲率半径,R12表示所述第一透镜像侧面的曲率半径。满足上述条件式(17)时,通过合理控制第一透镜的形状,能够有效地校正光学镜头的球差。
在一些实施方式中,第一透镜、第二透镜、第三透镜均是非球面镜片。采用非球面镜片可以有效减少镜片的数量,修正像差,提供更好的光学性能。
下面分多个实施例对本发明进行进一步的说明。在各个实施例中,光学镜头中的各个透镜的厚度、曲率半径、材料选择部分有所不同,具体不同可参见各实施例的参数表。下述实施例仅为本发明的较佳实施方式,但本发明的实施方式并不仅仅受下述实施例的限制,其他的任何未背离本发明创新点所作的改变、替代、组合或简化,都应视为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
本发明提供的光学镜头中的各个透镜均为非球面透镜,光学镜头的各个非球面面型均满足如下方程式:
其中,z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时,距离非球面顶点的距离矢高,c为表面的近光轴曲率半径,k为圆锥系数conic,A2i为第2i阶的非球面面型系数。
第一实施例
请参照图1,所示为本发明第一实施例提供的光学镜头100的结构示意图,该光学镜头100沿近光轴方向从物侧到成像面S9依次为:光阑ST、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及滤光片G1。
具体的,第一透镜L1为具有正光焦度的塑胶非球面透镜,第一透镜的物侧面S1为凸面,第一透镜的像侧面S2为凹面;第二透镜L2为具有负光焦度的塑胶非球面透镜,第二透镜的物侧面S3为凹面,第二透镜的像侧面S4为凸面;第三透镜L3为具有正光焦度的塑胶非球面透镜,第三透镜的物侧面S5在近光轴处为凸面,第三透镜的像侧面S6在近光轴处为凹面;滤光片G1的物侧面为S7、像侧面为S8。
本实施例提供的光学镜头100中各个镜片的相关参数如表1所示。其中R代表曲率半径(单位:mm),d代表光学表面间距(单位:mm),nd代表材料的折射率,Vd代表材料的阿贝数。
表1
本实施例中的光学镜头100的各非球面透镜的面型系数如表2所示。
表2
在本实施例中,光学镜头100的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图2、图3、图4和图5所示。
图2中曲线表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲,横坐标为偏移量,纵坐标为视场角。从图可知,子午方向和弧矢方向在像面的场曲偏移量都控制在±0.1mm内,说明光学镜头的场曲矫正良好。
图3中曲线表示像面上不同像高对应的F-Theta畸变,横坐标表示畸变大小,纵坐标表示视场角。从图可知,在镜头要求的成像视场内,畸变控制在2%以内,说明光学镜头的畸变被很好的矫正。
图4曲线表示轴上点球差色差,横坐标表示偏移量,纵坐标表示归一化光瞳半径。从图可知,零光瞳位置主波长的色差偏移量控制在±0.01mm以内,最短波长与最大波长轴向色差控制在±0.03mm以内,说明光学镜头的轴上点球差色差矫正良好。
图5曲线表示各波长相对主波长在像面上不同像高的色差,横坐标表示色差值,纵坐标表示归一化视场角。从图可知,在不同视场内,各波长相对于中心波长的色差都控制在±2微米内,说明光学镜头的横向色差也被很好的矫正。
第二实施例
请参照图6,所示为第二实施例提供的光学镜头200的结构示意图,其结构与实施例一大抵相同,其不同之处在于:第一透镜、第三透镜材料不同以及各透镜曲率半径、厚度不同。
本实施例提供的光学镜头200各镜片相关参数如表3所示。
表3
本实施例中的光学镜头200的各非球面透镜的面型系数如表4所示。
表4
在本实施例中,光学镜头200的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图7、图8、图9和图10所示。
图7表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲,从图可知,子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.05mm内,说明光学镜头的场曲矫正良好。
图8表示在像面上不同像高的F-Theta畸变,从图可知,在像面上不同像高畸变都控制在2%以内,说明光学镜头的畸变矫正良好。
图9表示轴上点球差色差,从图可知,零光瞳处主波长的像差被控制在±0.01mm内,所有波长的色差被控制在±0.03mm内,说明光学镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。
图10表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差,从图可知,在成像视场范围内,相对于主波长色差都控制在±2微米内,说明光学镜头的横向色差也被很好的矫正。
第三实施例
请参照图11,所示为第三实施例提供的光学镜头300的结构示意图,其结构与实施例一大抵相同,其不同之处在于:各透镜曲率半径、厚度不同。
本实施例提供的光学镜头300各镜片相关参数如表5所示。
表5
本实施例中的光学镜头300的各非球面透镜的面型系数如表6所示。
表6
在本实施例中,光学镜头300的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图12、图13、图14和图15所示。
图12表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲,从图可知,子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.05mm内,说明光学镜头的场曲矫正良好。
图13表示在像面上不同像高的F-Theta畸变,从图可知,在像面上不同像高畸变都控制在2.0%以内,说明光学镜头的畸变矫正良好。
图14表示轴上点球差色差,从图可知,在零光瞳处主波长的像差被控制在±0.01mm内,所有波长的色差被控制在±0.03mm内,说明光学镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。
图15表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差,从图可知,在成像视场范围内,相对于主波长都控制在±2微米内,说明光学镜头横向色差也被矫正的良好。
第四实施例
请参照图16,所示为第四实施例提供的光学镜头400的结构示意图,其结构与实施例一大抵相同,其不同之处在于:第三透镜材料不同以及各透镜曲率半径、厚度不同。
本实施例提供的光学镜头400各镜片相关参数如表7所示。
表7
本实施例中的光学镜头400的各非球面透镜的面型系数如表8所示。
表8
在本实施例中,光学镜头400的场曲、畸变、轴上点球差色差和横向色差的曲线图分别如图17、图18、图19和图20所示。
图17表示子午方向和弧矢方向在像面不同像高的场曲,从图可知,子午和弧矢方向的场曲都控制在±0.05mm内,说明光学镜头的场曲矫正良好。
图18表示在像面上不同像高的F-Theta畸变,从图可知,在像面上不同像高畸变都控制在2%以内,说明光学镜头的畸变矫正良好。
图19表示轴上点球差色差,从图可知,在零光瞳上主波长的像差被控制在±0.01mm内,所有波长的色差被控制在±0.04mm内,说明光学镜头的轴向点球差色差也被矫正的良好。
图20表示不同视场的各个波长相对于主波长的色差,从图可知,在0.8视场内,相对于主波长都控制在±2微米内,边缘视场相对于主波长都控制在±2.5微米内,说明光学镜头的横向色差也被矫正的良好。
表9是上述四个实施例对应的光学特性,主要包括有效焦距f、光圈数FNO、光学总长TTL、视场角2θ及半像高IH,以及与上述每个条件式对应的数值。
表9
综上,本发明提供的光学镜头至少具有以下优点:
(1)本发明提供的光学镜头,由于各透镜之间间隔以及透镜厚度的合理配置,在光学镜头满足成像要求的同时,镜头具有的光学总长能够小于1.8mm,能够满足追求轻薄化产品的使用需求,减小镜头在产品内部的占用空间。
(2)本发明提供的光学镜头,都可采用全塑胶非球面镜片,在生产过程中易于成型且生产成本低。
(3)本发明提供的光学镜头,采用三片具有特定曲折力的镜片,通过镜片正负光焦度合理搭配,使得镜头能够在较小光学总长下,仍具有较大成像角度,能够有较大范围的成像。
第五实施例
本发明第五实施例提供的成像设备,可以包括成像元件和上述任一实施例中的光学镜头(例如光学镜头100)。成像元件可以是CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor,互补性金属氧化物半导体)图像传感器,还可以是CCD(Charge CoupledDevice,电荷耦合器件)图像传感器。
该成像设备可以是手机、平板、相机以及其它任意一种形态的装载了上述光学镜头的电子设备。
本实施例提供的成像设备包括光学镜头100,由于光学镜头具有畸变小、大视场、总长短的优点,具有光学镜头100的成像设备也具有畸变小、大视场、总长短的优点。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明申请范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种光学镜头,共三片透镜,其特征在于,沿光轴从物侧到成像面依次包括:
光阑;
具有正光焦度的第一透镜,所述第一透镜的物侧面为凸面,所述第一透镜的像侧面为凹面;
具有负光焦度的第二透镜,所述第二透镜的物侧面为凹面,所述第二透镜的像侧面为凸面;
具有正光焦度的第三透镜,所述第三透镜的物侧面在近光轴处为凸面,所述第三透镜的像侧面在近光轴处为凹面;
其中,所述光学镜头满足以下条件式:
TTL<2.0mm;
FOV/IH<38.5°/mm;
1.3<|CT2/SAG21|<1.9;
其中,TTL表示所述光学镜头的光学总长,FOV表示所述光学镜头的最大半视场角,IH表示所述光学镜头的半像高,CT2表示所述第二透镜的中心厚度,SAG21表示所述第二透镜物侧面的矢高。
2.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下条件式:
17.5<FOV/FNO<22.5;
其中,FOV表示所述光学镜头的最大半视场角,FNO表示所述光学镜头的光圈数。
3.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下条件式:
3.5<ENPD/CT2<3.8;
其中,ENPD表示所述光学镜头的入瞳直径,CT2表示所述第二透镜的中心厚度。
4.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下条件式:
2.7<f23/f<3.0;
其中,f23表示所述第二透镜与所述第三透镜的组合有效焦距,f表示所述光学镜头的有效焦距。
5.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下条件式:
1.7<(CT2+CT3)/AT12<2.3;
其中,CT2表示所述第二透镜的中心厚度,CT3表示所述第三透镜的中心厚度,AT12表示所述第一透镜与所述第二透镜之间在光轴上的空气间距。
6.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下条件式:
-3.5<(R21+R22)/(R21-R22)<-1.3;
其中,R21表示所述第二透镜物侧面的曲率半径,R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下条件式:
-3.5<R22/f<-0.8;
其中,R22表示所述第二透镜像侧面的曲率半径,f表示所述光学镜头的有效焦距。
8.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下条件式:
0.5<R31/R32<0.8;
0.8<ET3/CT3<1.0;
0.1<CT3/TTL<0.15;
其中,R31表示所述第三透镜物侧面的曲率半径,R32表示所述第三透镜像侧面的曲率半径,ET3表示所述第三透镜的边缘厚度,CT3表示所述第三透镜的中心厚度,TTL表示所述光学镜头的光学总长。
9.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下条件式:
0<(1/f3-1/f1)/(1/f)<0.35;
其中,f表示所述光学镜头的有效焦距,f1表示所述第一透镜的有效焦距,f3表示所述第三透镜的有效焦距。
10.根据权利要求1所述的光学镜头,其特征在于,所述光学镜头满足以下关系式;
0<SAG32/SAG22<0.3;
其中,SAG32表示所述第三透镜像侧面的矢高,SAG22表示所述第二透镜像侧面的矢高。
11.一种成像设备,其特征在于,包括成像元件及如权利要求1-10任一项所述的光学镜头,所述成像元件用于将所述光学镜头形成的光学图像转换为电信号。
Priority Applications (1)
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