CN117406411B - 一种变焦安防监控镜头 - Google Patents

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B15/163—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group
    • G02B15/167—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses
    • G02B15/173—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having a first movable lens or lens group and a second movable lens or lens group, both in front of a fixed lens or lens group having an additional fixed front lens or group of lenses arranged +-+

Abstract

一种变焦安防监控镜头结构，共具有十片透镜；从物面至像面沿着光轴依序包括：第一透镜群、第二透镜群、第三透镜群以及第四透镜群；第一透镜群具有正屈光度且包括两片透镜，第二透镜群具有负屈光度且包括三片透镜，第三透镜群具有正屈光度且包括两片透镜，第四透镜群具有正屈光度且包括三片透镜；第一透镜至第十透镜皆为玻璃制成的球面透镜；本发明提出了一款短焦距为4.95mm,半视场角为20°，F数为1.98；长焦距为74.25mm，半视场角为1.39°，F数为1.98的变焦镜头，像素达到200万以上，同时解决现有技术中变焦镜头的光焦度分配不合理的问题。

Description

一种变焦安防监控镜头
技术领域
本发明涉及光学镜头结构领域，特别是涉及一种变焦安防监控镜头。
背景技术
安防监控系统在社会安全和公共管理中具有重要作用，它可以帮助监控人员对特定区域进行实时监控、预警和追踪。然而，传统的安防监控摄像头由于固定焦距，无法满足不同场景下的需求，有时会导致监控画面模糊、失焦等问题。
为了解决这一问题，变焦安防监控镜头应运而生。变焦安防监控镜头结构可以通过改变镜头的焦距来实现远距离拍摄和近距离细节捕捉，从而提供更清晰、更准确的监控画面。通过使用变焦安防监控镜头，监控人员可以根据具体情况调整镜头焦距，以满足各种场景下的需求，例如监控人员可以使用远焦模式对远处进行全景监控，或使用近焦模式对细节进行放大观察。
现有的变焦安防监控镜头结构中，使用相同透镜数量或数量更多的透镜数量的变焦安防监控镜头结构只能达到3-5倍的变焦比，监控人员可以调节的焦距间距过小，实现的变焦范围较小；F数为2.5-3.5，导致入瞳直径较小，进光量少而相对照度低；像质较低，只能达到100万像素。
发明内容
本发明提出了一款短焦距为4.95mm,半视场角为20°，F数为1.98；长焦距为74.25mm，半视场角为1.39°，F数为1.98的变焦安防监控镜头结构。本变焦安防监控镜头结构解决了现有变焦安防监控镜头因变焦比小而无法满足各种场景下的需求；因入瞳直径较小，进光量少而相对照度低；像质较低，成像质量模糊。为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种变焦安防监控镜头结构，其特征在于，所述变焦安防监控镜头结构共有十片具有屈折力的透镜，从物面至像面沿着光轴依序包括：第一透镜群、第二透镜群、光阑、第三透镜群以及第四透镜群；其中，
所述第一透镜群具有正屈光度且包括两片透镜；
所述第二透镜群具有负屈光度且包括三片透镜；
所述第三透镜群具有正屈光度且包括两片透镜；
所述第四透镜群具有正屈光度且包括三片透镜；
其中，在广角位置到望远位置的变焦过程中，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增大，第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离增大；
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
其中，D1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜群和第二透镜群之间的距离，D2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜群和第三透镜群之间的距离，D3为所述变焦安防监控镜头结构的第三透镜群和第四透镜群之间的距离，TTL为所述变焦安防监控镜头结构的光学总长；
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
5.333≦|(F*TTL)/f|≦80；
其中，F为所述变焦安防监控镜头结构的F数，TTL为所述变焦安防监控镜头结构的光学总长，f为所述变焦安防监控镜头结构的有效焦距；
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
2.645≦|f1/f|≦39.688；
0.433≦|f2/f|≦6.652；
0.529≦|f3/f|≦7.946；
0.379≦|f4/f|≦5.686；
其中，f为所述变焦安防监控镜头结构的有效焦距，f1为所述第一透镜群的有效焦距，f2为所述第二透镜群的有效焦距，f3为所述第三透镜群的有效焦距，f4为所述第四透镜群的有效焦距。
进一步的，所述的变焦安防监控镜头结构，其特征在于，所述第一透镜群包括所述第一透镜和第二透镜，所述第二透镜群包括所述第三透镜、第四透镜以及第五透镜，所述第三透镜群包括第六透镜和第七透镜，第四透镜群包括所述第八透镜、第九透镜、第十透镜，所述第一透镜至第十透镜从物面至像面沿着所述光轴依次排列，且所述第一透镜至所述第十透镜的屈光度依次序为正、负、负、负、正、负、正、正、负和正。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜至第十透镜皆为玻璃制成的球面透镜。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为凹凸透镜且凸面朝向像面，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为凸凹透镜且凸面朝向物面，所述第六透镜为凸凹透镜且凸面朝向物面，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凸透镜，所述第九透镜为双凹透镜，所述第十透镜为双凸透镜。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜和第二透镜为胶合透镜，其符合以下关系式：
其中，v1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜所用光学材料的阿贝数，fL1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜的有效焦距，v2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜所用光学材料的阿贝数，fL2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜的有效焦距。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的变焦比为15。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的F数小于2.0。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的广角半视场角大于等于20°。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的光学总长小于等于200mm。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜群为变焦组，第三透镜群为补偿组，第二透镜群和第三透镜群在所述物面与所述像面之间沿着光轴移动，以使所述变焦安防监控镜头结构进行调焦。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明涉及一种变焦安防监控镜头结构，采用了十片玻璃球面透镜，所述变焦安防监控镜头结构的短焦距为4.95mm,半视场角为20°，F数为1.98；长焦距为74.25mm，半视场角为1.39°，F数为1.98。所述变焦安防监控镜头结构实现了大变焦比，大光圈和高像质。同时，解决现有技术中变焦安防监控镜头结构的光焦度分配不合理的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本申请中的f＝4.95mm的结构示意图；
图2是本申请中的f＝4.95mm的纵向球差图；
图3是本申请中的f＝4.95mm的横向色差图；
图4是本申请中的f＝4.95mm的调制传递函数解析图；
图5是本申请中的f＝39.55mm的结构示意图；
图6是本申请中的f＝39.55mm的纵向球差图；
图7是本申请中的f＝39.55mm的横向色差图；
图8是本申请中的f＝39.55mm的调制传递函数解析图；
图9是本申请中的f＝74.25mm的结构示意图；
图10是本申请中的f＝74.25mm的纵向球差图；
图11是本申请中的f＝74.25mm的横向色差图；
图12是本申请中的f＝74.25mm的调制传递函数解析图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
如图1、图5和图9所示，本申请的变焦安防监控镜头结构系统，从左至右依次包括：第一透镜群G1、第二透镜群G2、第三透镜群G3、第四透镜群G4；其中第一透镜群G1包括第一透镜L1、第二透镜L2，第二透镜群G2包括第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5，第三透镜群包括第六透镜L6、第七透镜L7，第四透镜群包括第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10。其中，S1为第一透镜的物面，S2为第一透镜的像面，S2为第二透镜的物面，S3为第二透镜的像面，S4为第三透镜的物面，S5为第三透镜的像面，S6为第四透镜的物面，S7为第四透镜的像面，S8为第五透镜的物面，S9为第五透镜的像面，S10为第六透镜的物面，S11为第六透镜的像面，S12为第七透镜的物面，S13为第七透镜的像面，S14为第八透镜的物面，S15为第八透镜的像面，S16为第九透镜的物面，S17为第九透镜的像面，S18为第十透镜的物面，S19为第十透镜的像面，S19右侧虚线是像面；S3和S4之间的距离是D1,S9和S10之间的距离是D2,S13和S14之间的距离是D3。
本发明提出了一款短焦距为4.95mm,半视场角为20°，F数为1.98；长焦距为74.25mm，半视场角为1.39°，F数为1.98的变焦安防监控镜头结构。本变焦安防监控镜头结构解决了现有变焦安防监控镜头因变焦比小而无法满足各种场景下的需求；因入瞳直径较小，进光量少而相对照度低；像质较低，成像质量模糊。为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种变焦安防监控镜头结构，所述变焦安防监控镜头结构包括短焦距为4.95mm,半视场角为20°，F数为1.98；长焦距为74.25mm，半视场角为1.39°，F数为1.98。
所述变焦安防监控镜头结构共有十片具有屈折力的透镜，从物面至像面沿着光轴依序包括：第一透镜群、第二透镜群、光阑、第三透镜群以及第四透镜群；其中，
所述第一透镜群具有正屈光度且包括两片透镜；
所述第二透镜群具有负屈光度且包括三片透镜；
所述第三透镜群具有正屈光度且包括两片透镜；
所述第四透镜群具有正屈光度且包括三片透镜；
其中，在广角位置到望远位置的变焦过程中，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增大，第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离增大。
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
其中，D1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜群和第二透镜群之间的距离，D2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜群和第三透镜群之间的距离，D3为所述变焦安防监控镜头结构的第三透镜群和第四透镜群之间的距离，TTL为所述变焦安防监控镜头结构的光学总长；借由上述设计，通过对透镜群组之间距离控制，使总长限制在200mm以内。
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
5.333≦|(F*TTL)/f|≦80；
其中，F为所述变焦安防监控镜头结构的F数，TTL为所述变焦安防监控镜头结构的光学总长，f为所述变焦安防监控镜头结构的有效焦距；借由上述设计，通过对光学系统焦距的控制，从而控制F数大小。
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
2.645≦|f1/f|≦39.688；
0.433≦|f2/f|≦6.652；
0.529≦|f3/f|≦7.946；
0.379≦|f4/f|≦5.686；
其中，f为所述变焦安防监控镜头结构的有效焦距，f1为所述第一透镜群的有效焦距，f2为所述第二透镜群的有效焦距，f3为所述第三透镜群的有效焦距，f4为所述第四透镜群的有效焦距。
进一步的，所述的变焦安防监控镜头结构，其特征在于，所述第一透镜群包括所述第一透镜和第二透镜，所述第二透镜群包括所述第三透镜、第四透镜以及第五透镜，所述第三透镜群包括第六透镜和第七透镜，第四透镜群包括所述第八透镜、第九透镜、第十透镜，所述第一透镜至第十透镜从物面至像面沿着所述光轴依次排列，且所述第一透镜至所述第十透镜的屈光度依次序为正、负、负、负、正、负、正、正、负和正。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜至第十透镜皆为玻璃制成的球面透镜。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为凹凸透镜且凸面朝向像面，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为凸凹透镜且凸面朝向物面，所述第六透镜为凸凹透镜且凸面朝向物面，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凸透镜，所述第九透镜为双凹透镜，所述第十透镜为双凸透镜。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构中，第一透镜群，第二透镜群，第三透镜群和第四透镜群任一者中的任两相邻的透镜之间的距离、第四透镜群与像面之间的距离为定值，亦即第一透镜群，第二透镜群，第三透镜群和第四透镜群任一者中的任两相邻的透镜之间的距离、第四透镜群与像面之间的距离不随变焦安防监控镜头结构焦距的改变而变化。具体地，在第一透镜群中，第一透镜与第二透镜之间的距离是固定的。在第二透镜群中，第三透镜与第四透镜之间的距离是固定的，第四透镜与第五透镜之间的距离是固定的。在第三透镜群中，第六透镜和第七透镜之间的距离是固定的。在第四透镜群中，第八透镜与第九透镜之间的距离是固定的，第九透镜与第十透镜之间的距离是固定的，第十透镜与像面之间的距离是固定的。上述距离是指两相邻透镜中心在光轴上的直线距离。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构中，第一透镜群与第二透镜群之间的距离、第二透镜群与第三透镜群之间的距离以及第三透镜群与第四透镜群之间的距离是可变的，亦即第一透镜群与第二透镜群之间的距离、第二透镜群与第三透镜群之间的距离以及第三透镜群与第四透镜群之间的距离随变焦安防监控镜头结构焦距的改变而变化。具体地，第二透镜与第三透镜之间的距离是变化的，第五透镜与第六透镜之间的距离是变化的以及第七透镜和第八透镜是变化的。上述距离是指两相邻透镜中心在光轴上的直线距离。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜和第二透镜为胶合透镜，其符合以下关系式：
其中，v1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜所用光学材料的阿贝数，fL1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜的有效焦距，v2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜所用光学材料的阿贝数，fL2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜的有效焦距。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的变焦比为15。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的F数小于2.0。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的广角半视场角大于等于20°。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的光学总长小于等于200mm。
进一步的，所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜群为变焦组，第三透镜群为补偿组，第二透镜群和第三透镜群在所述物面与所述像面之间沿着光轴移动，以使所述变焦安防监控镜头结构进行调焦。
在本实施例中，变焦安防监控镜头结构的短焦距为4.95mm,半视场角为20°，F数为1.98；长焦距为74.25mm，半视场角为1.39°，F数为1.98，变焦比为15，像素可达200万以上。
本实施例中各变焦安防监控镜头结构状态参数表如下表1-1所示
表1-1
本实施例中变焦安防监控镜头结构的详细光学数据如下表1-2所示
表1-2
表面类型 曲率半径 厚度(mm) 折射率 阿贝数
S1 球面 71.5526216 7.97255568 1.52501 70.361
S2 球面 -156.860742 2.9363667 1.9007 37.0536
S3 球面 -15369.341 D1(可变)
S4 球面 -94.2484683 2.93783637 1.51742 55.2302
S5 球面 77.0759934 3.59749501
S6 球面 -61.3142942 2.93249531 1.51742 55.2302
S7 球面 22.1710507 1.34054098
S8 球面 25.3611284 10.0559661 1.92287 22.16
S9 球面 42.332639 D2(可变)
S10 球面 27.9702482 3.38967977 1.92287 22.16
S11 球面 19.2392999 1
S12 球面 22.6763777 2.91514048 1.59281 68.4816
S13 球面 -43.5442426 D3(可变)
S14 球面 18.8213369 2.87697755 1.62087 63.8761
S15 球面 555.408128 1.58970663
S16 球面 -16.8680493 3.62015076 1.61413 40.0258
S17 球面 13.9504014 1.5972251
S18 球面 20.479245 2.9418487 1.6968 56.1998
S19 球面 -15.7635288 14.9239859
像面 平面 无限 0
图1至图12依次为本实施例中短焦、中焦度和长焦的结构示意图、纵向球差图、横向色差图和调制传递函数解析图。由图1至图12可看出，纵向球差在0.03mm以内，横向色差图在0.002mm以内，调制传递函数在240lp/mm时，中心调制传递函数>0.5，全视场调制传递函数>0.2；在图4、图8和图12中，0.00子午和0.00弧矢的评价函数曲线重合，其中0.00子午标注为黑色小圆圈，0.00弧矢标注为三角形。
由此可见，本发明实施例中发明的变焦安防监控镜头结构，能满足系统高像素的要求。
综上所述，本发明中的变焦安防监控镜头结构，克服了现有镜头的变焦比小，光圈小，像素低等问题，提出了一款短焦距为4.95mm，半视场角为20°，F数为1.98；长焦距为74.25mm，半视场角为1.39°，F数为1.98的变焦安防监控镜头结构；本变焦安防监控镜头结构实现了大变焦比，大光圈，总长短并且达到了200万以上的高像素；同时，解决现有技术中变焦安防监控镜头结构的光焦度分配不合理的问题。

Claims (7)

1.一种变焦安防监控镜头，其特征在于，所述镜头的短焦距为4.95mm，半视场角为20°，F数为1.98；长焦距为74.25mm，半视场角为1.39°，F数为1.98；
所述变焦安防监控镜头结构共有十片具有屈折力的透镜，从物面至像面沿着光轴依序包括：第一透镜群、第二透镜群、光阑、第三透镜群以及第四透镜群；
所述第一透镜群具有正屈光度且包括两片透镜；
所述第二透镜群具有负屈光度且包括三片透镜；
所述第三透镜群具有正屈光度且包括两片透镜；
所述第四透镜群具有正屈光度且包括三片透镜；
其中，在广角位置到望远位置的变焦过程中，第一透镜组和第二透镜组之间的距离增大，第二透镜组和第三透镜组之间的距离减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离增大；
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
其中，D1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜群和第二透镜群之间的距离，D2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜群和第三透镜群之间的距离，D3为所述变焦安防监控镜头结构的第三透镜群和第四透镜群之间的距离，TTL为所述变焦安防监控镜头结构的光学总长；
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
5.333≦|(F*TTL)/f|≦80；
其中，F为所述变焦安防监控镜头结构的F数，TTL为所述变焦安防监控镜头结构的光学总长，f为所述变焦安防监控镜头结构的有效焦距；
所述变焦安防监控镜头结构，符合以下关系式：
2.645≦|f1/f|≦39.688；
0.433≦|f2/f|≦6.652；
0.529≦|f3/f|≦7.946；
0.379≦|f4/f|≦5.686；
其中，f为所述变焦安防监控镜头结构的有效焦距，f1为所述第一透镜群的有效焦距，f2为所述第二透镜群的有效焦距，f3为所述第三透镜群的有效焦距，f4为所述第四透镜群的有效焦距。
2.根据权利要求1所述的变焦安防监控镜头，其特征在于，所述第一透镜群包括第一透镜和第二透镜，所述第二透镜群包括第三透镜、第四透镜以及第五透镜，所述第三透镜群包括第六透镜和第七透镜，第四透镜群包括第八透镜、第九透镜、第十透镜，所述第一透镜至第十透镜从物面至像面沿着所述光轴依次排列，且所述第一透镜至所述第十透镜的屈光度依次序为正、负、负、负、正、负、正、正、负和正。
3.根据权利要求1所述的变焦安防监控镜头，其特征在于，所述第一透镜至第十透镜皆为玻璃制成的球面透镜。
4.根据权利要求2所述的变焦安防监控镜头，其特征在于，所述第一透镜为双凸透镜，所述第二透镜为凹凸透镜且凸面朝向像面，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为双凹透镜，所述第五透镜为凸凹透镜且凸面朝向物面，所述第六透镜为凸凹透镜且凸面朝向物面，所述第七透镜为双凸透镜，所述第八透镜为双凸透镜，所述第九透镜为双凹透镜，所述第十透镜为双凸透镜。
5.根据权利要求1所述的变焦安防监控镜头，其特征在于，所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜和第二透镜为胶合透镜，其符合以下关系式：
其中，v1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜所用光学材料的阿贝数，fL1为所述变焦安防监控镜头结构的第一透镜的有效焦距，v2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜所用光学材料的阿贝数，fL2为所述变焦安防监控镜头结构的第二透镜的有效焦距。
6.根据权利要求1所述的变焦安防监控镜头，其特征在于，所述变焦安防监控镜头结构的光学总长小于等于200mm。
7.根据权利要求1所述的变焦安防监控镜头，其特征在于，所述第二透镜群为变焦组，第三透镜群为补偿组，第二透镜群和第三透镜群在所述物面与所述像面之间沿着光轴移动，以使所述变焦安防监控镜头结构进行调焦。
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