CN217879794U - 玻塑混合光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种玻塑混合光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、第五透镜和第六透镜，第五透镜和第六透镜的光焦度相反；第一透镜为凸凹透镜，第二透镜的像侧面的近轴区形状为凹，第三透镜为近轴区凹凸透镜或近轴区凸凹透镜，第四透镜和第六透镜的像侧面的近轴区形状均为凸，第五透镜的物侧面的近轴区形状为凸；玻塑混合光学系统的入瞳直径ENPD与玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.02≤ENPD/TTL≤0.09。兼顾小体积、大角度、大光圈、低成本和在‑20℃～60℃温度范围内不虚焦的优点。

Description

玻塑混合光学系统

技术领域

本实用新型涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种小体积、大角度和大光圈的玻塑混合光学系统。

背景技术

光学镜头广泛用于安防监控、无人机拍摄、手机摄像、机器视觉等领域，同时随着科学技术的进步和经济的发展，无人机也逐渐普及应用到人们的日常生活当中。因此，人们对应用于无人机拍摄的光学镜头也逐步有了更进一步的要求。

对无人机而言，首先获得更广阔的视野是首要的。这就要求光学镜头需要有更大的视场角。其次，无人机主要工作在户外环境，因此需要保证光学镜头在不同温度环境中都能获得清晰的成像。同时，户外工作受天气和环境光线影响较大，为使无人机能适应外部环境的明暗变化，这类光学镜头还需要获得更大的通光量。市场上通常同时能满足上述性能要求的镜头普遍存在体积大、成本高的状况。

实用新型内容

为克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种玻塑混合光学系统，兼顾具有小体积、大角度、大光圈、低成本和在-20℃～60℃温度范围内不虚焦的优点。

为实现上述发明目的，本实用新型提供一种玻塑混合光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的负光焦度的第一透镜、负光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、光阑、正光焦度的第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第五透镜和所述第六透镜的光焦度相反；

所述第一透镜为凸凹透镜，所述第二透镜的像侧面的近轴区的形状为凹，所述第三透镜为近轴区凹凸透镜或近轴区凸凹透镜，所述第四透镜和所述第六透镜的像侧面的近轴区的形状为凸，所述第五透镜的物侧面的近轴区的形状为凸。

根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜为玻璃球面透镜；

所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜均为塑胶非球面透镜。

根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜的焦距F1、所述第二透镜的焦距F2、所述第三透镜的焦距F3、所述第四透镜的焦距F4、所述第五透镜的焦距F5、所述第六透镜的焦距F6分别和所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：

-7.0≤F1/F≤-4.1；

-4.9≤F2/F≤-1.5；

3.3≤F3/F≤10.0；

2.0≤F4/F≤4.5；

-2.7≤F5/F≤2.1；

-3.1≤F6/F≤2.8。

根据本实用新型的一个方面，所述玻塑混合光学系统的后焦BFL与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.1≤BFL/TTL≤0.3。

根据本实用新型的一个方面，所述第五透镜的焦距F5、所述第六透镜的焦距F6和所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：-1.6≤(F5/F6)/F≤-0.5。

根据本实用新型的一个方面，所述玻塑混合光学系统的有效焦距F与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：8.8≤TTL/F≤13.3。

根据本实用新型的一个方面，所述第四透镜的物侧面到所述第六透镜的像侧面的距离D456与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.1≤D456/TTL≤0.6。

根据本实用新型的一个方面，所述第四透镜和所述第五透镜间的空气间隔D45与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.001≤D45/TTL≤0.08。

根据本实用新型的一个方面，所述玻塑混合光学系统的入瞳直径ENPD与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.02≤ENPD/TTL≤0.09。

根据本实用新型的一个方面，所述第五透镜的像侧面至所述第六透镜的物侧面在光轴上的间距D56与所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：0≤D56/F≤0.4。

根据本实用新型的一个方面，所述第一透镜的物侧面的中心曲率半径R1与所述第一透镜的像侧面的中心曲率半径R2满足如下条件式：2.2≤R1/R2≤3.8。

根据本实用新型的一个方面，所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL、所述玻塑混合光学系统的最大视场角对应的像高H和所述玻塑混合光学系统的最大视场角FOV满足如下条件式：0.01≤TTL/H/FOV≤0.03。

根据本实用新型的一个方面，所述光阑的物侧的透镜的组合焦距Fa和所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：1.3≤|Fa/F|≤35。

根据本实用新型的一个方面，所述光阑的像侧的透镜的组合焦距Fb和所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：1.4≤|Fb/F|≤3.0。

根据本实用新型的方案，通过优化配置上述六枚透镜的光学结构及其满足的条件式，使得该玻塑混合光学系统的兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。具体可实现最大光圈FNO1.8、镜头总长最小可达到8mm以及具有物方视场角195°～199°的图像捕捉能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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示意性表示本实用新型实施例1的玻塑混合光学系统的结构示意图；

图2示意性表示本实用新型实施例2的玻塑混合光学系统的结构示意图；

图3示意性表示本实用新型实施例3的玻塑混合光学系统的结构示意图；

图4示意性表示本实用新型实施例4的玻塑混合光学系统的结构示意图。

具体实施方式

此说明书实施例的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本实用新型保护范围的任何限制。以下对于优选实施例的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本实用新型并不特别地限定于优选的实施例。本实用新型的范围由权利要求书所界定。

如图1至图4所示，本实用新型实施例提供的一种玻塑混合光学系统，沿光轴从物侧至像侧的方向，依次包括：负光焦度的第一透镜L1、负光焦度的第二透镜L2、正光焦度的第三透镜L3、光阑STO、正光焦度的第四透镜L4，以及光焦度相反的第五透镜L5和第六透镜L6，也就是说，在某些实施例中，若第五透镜L5的光焦度为正，第六透镜L6的光焦度则为负；在某些实施例中，若第五透镜L5的光焦度为负，第六透镜L6的光焦度则为正。其中，第一透镜L1为凸凹透镜，第二透镜L2的像侧面的近轴区的形状为凹，第三透镜L3为近轴区凹凸透镜或近轴区凸凹透镜，第四透镜L4和第六透镜L6的像侧面的近轴区的形状均为凸，第五透镜L5的物侧面的近轴区的形状为凸。通过优化设置上述各透镜的形状，以及合理分配各镜片的光焦度，可使得该光学系统更好地接收和传递光线，有助于获得更大的视场角，使其具有大角度和大光圈的优势性能，具体可实现最大光圈FNO1.8，实现物方视场角195°～199°的图像捕捉。

本实用新型实施例中，第一透镜L1为玻璃球面透镜，其余透镜即第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6都是塑胶非球面透镜。通过使用一枚玻璃材质的透镜，以及玻璃透镜和塑胶材质透镜的混合，有利于具备小体积、成本低的优点，同时保证该镜头光学系统在-20℃～60℃温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。

本实用新型实施例中，第一透镜L1的焦距F1、第二透镜L2的焦距F2、第三透镜L3的焦距F3、第四透镜L4的焦距F4、第五透镜L5的焦距F5、第六透镜L6的焦距F6分别和玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：-7.0≤F1/F≤-4.1；-4.9≤F2/F≤-1.5；3.3≤F3/F≤10.0；2.0≤F4/F≤4.5；-2.7≤F5/F≤2.1；以及-3.1≤F6/F≤2.8。本实用新型实施例中的有效焦距F是指该光学系统包含第一透镜L1至第六透镜L6的整个透镜组的焦距，也称整组焦距。通过合理设置各个透镜的焦距与该光学系统有效焦距的比值，有利于提高整个光学系统的性能。

本实用新型实施例中，玻塑混合光学系统的后焦BFL与玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.1≤BFL/TTL≤0.3。通过合理控制该光学镜头的后焦长与光学镜头总长(即光学系统总长)的比例关系，有利于使该光学系统结构紧凑，降低透镜对MTF的敏感度，提高产品生产良率，降低生产成本、实现小体积。

本实用新型实施例中，第五透镜L5的焦距F5、第六透镜L6的焦距F6和玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：-1.6≤(F5/F6)/F≤-0.5。通过合理设置第五透镜L5、第六透镜L6的焦距与光学系统整组焦距的比值，可有助于光线的平缓过渡，有效矫正色差。

本实用新型实施例中，玻塑混合光学系统的有效焦距F与玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：8.8≤TTL/F≤13.3。通过该条件式的优化配置，更加有利于实现小型化，使得光学系统的尺寸更小。

本实用新型实施例中，第四透镜L4的物侧面到第六透镜L6的像侧面的距离D456与玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.1≤D456/TTL≤0.6。如此可降低第四、第五、第六透镜L6的公差，提高镜头的组装良率，使得镜头CRA适配多款sensor，应用前景广阔，提升了市场竞争力。

本实用新型实施例中，第四透镜L4和第五透镜L5间的空气间隔D45与玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.001≤D45/TTL≤0.08。通过合理设置第四透镜L4和第五透镜L5之间的空气间隔，有利于光线平缓过渡，提高镜头的成像质量。

本实用新型实施例中，玻塑混合光学系统的入瞳直径ENPD与玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.02≤ENPD/TTL≤0.09。通过合理设置光学系统的入瞳直径与光学系统总长的比例关系，保证镜头具有较大的相对孔径，有利于在光线不足的环境下，进行高清成像。

本实用新型实施例中，第五透镜L5的像侧面至第六透镜L6的物侧面在光轴上的间距D56与玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：0≤D56/F≤0.4。通过合理控制第五透镜L5和第六透镜L6之间的间距，有利于更多光线经过第六透镜L6，提高系统亮度，使其能很好地适应外部环境的明暗变化。

本实用新型实施例中，第一透镜L1的物侧面的中心曲率半径R1与第一透镜L1的像侧面的中心曲率半径R2满足如下条件式：2.2≤R1/R2≤3.8。如此，第一透镜L1可收集大视场光线，有利于增加通光量。

本实用新型实施例中，玻塑混合光学系统的镜头总长TTL、玻塑混合光学系统的最大视场角对应的像高H和玻塑混合光学系统的最大视场角FOV满足如下条件式：0.01≤TTL/H/FOV≤0.03。通过该条件的优化配置，有利于在相同成像面、相同像高情况下的该玻塑混合镜头的尺寸进一步更小，镜头总长TTL最小可达8mm。

本实用新型实施例中，光阑STO的物侧的透镜的组合焦距Fa和玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：1.3≤|Fa/F|≤35；光阑STO的像侧的透镜的组合焦距Fb和玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：1.4≤|Fb/F|≤3.0。实质上，组合焦距Fa是指第一透镜L1、第二透镜L2和第三透镜L3的组合焦距值，组合焦距Fb是指第四透镜L1、第五透镜L5和第六透镜L6的组合焦距值。如此，利用光阑STO两侧透镜组的焦距和该玻塑混合光学系统的整组焦距(即有效焦距F)的比值关系，有利于提高该镜头光学系统的整体成像性能。

综上所述，该玻塑混合光学系统采用上述技术方案的光学架构，使得该玻塑混合光学系统(或玻塑混合镜头)兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。具体可实现最大光圈FNO1.8、镜头总长最小可达到8mm以及具有物方视场角195°～199°的图像捕捉能力。此外，该镜头CRA可适配多款sensor，应用前景广阔，提升了市场竞争力。

下面以4个实施例结合附图和表格来具体说明本实用新型的玻塑混合光学系统。在下列各个实施例中，本实用新型将光阑STO记为一面，将像面IMA记为一面。

具体符合上述条件式的各个实施例的参数如下表1所示：

表1

在本实用新型的实施例中，该玻塑混合光学系统的塑胶非球面透镜满足下列公式：

在上述公式中，z为沿光轴方向，垂直于光轴的高度为h的位置处曲面到顶点的轴向距离；c表示非球面曲面顶点处的曲率；k为圆锥系数；A₄、A₆、A₈、A₁₀、A₁₂、A₁₄、A₁₆···分别表示四阶、六阶、八阶、十阶、十二阶、十四阶、十六阶···非球面系数。

实施例1

本实施例的玻塑混合光学系统的各参数如下所述：

FNO：1.80；镜头总长：9.27mm；视场角：195°。

表2列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表2

表3列出本实施例的玻塑混合光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀和十二阶非球面系数A₁₂。

表3

如图1及上述表1至表3所示，在本实施例中，第五透镜L5为负光焦度透镜，第六透镜L6为正光焦度透镜；第二透镜L2为近轴区凸凹透镜，第三透镜L3为近轴区凹凸透镜，第四透镜L4为近轴区凸凸透镜，第五透镜L5为近轴区凸凹透镜，第六透镜L6为近轴区凸凸透镜。本实施例的玻塑混合光学系统兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。

实施例2

本实施例的玻塑混合光学系统的各参数如下所述：

FNO：1.79；镜头总长：8.00mm；视场角：199°。

表4列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表4

表5列出本实施例的玻塑混合光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀和十二阶非球面系数A₁₂。

表5

如图2及上述表1、表4和表5所示，在本实施例中，第五透镜L5为正光焦度透镜，第六透镜L6为负光焦度透镜；第二透镜L2为近轴区凹凹透镜，第三透镜L3为近轴区凸凹透镜，第四透镜L4为近轴区凹凸透镜，第五透镜L5为近轴区凸凸透镜，第六透镜L6为近轴区凹凸透镜。本实施例的玻塑混合光学系统兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。

实施例3

本实施例的玻塑混合光学系统的各参数如下所述：

FNO：1.79；镜头总长：8.01mm；视场角：195°。

表6列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表6

表7列出本实施例的玻塑混合光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀和十二阶非球面系数A₁₂。

表7

如图3及上述表1、表6和表7所示，在本实施例中，第五透镜L5为正光焦度透镜，第六透镜L6为负光焦度透镜；第二透镜L2为近轴区凸凹透镜，第三透镜L3为近轴区凸凹透镜，第四透镜L4为近轴区凹凸透镜，第五透镜L5为近轴区凸凸透镜，第六透镜L6为近轴区凹凸透镜。本实施例的玻塑混合光学系统兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。

实施例4

本实施例的玻塑混合光学系统的各参数如下所述：

FNO：1.79；镜头总长：8.01mm；视场角：195°。

表8列出本实施例的玻塑混合光学系统中各透镜的相关参数，包括：表面类型、曲率半径(R值)、厚度、材料的折射率和阿贝数。

表8

表9列出本实施例的玻塑混合光学系统各非球面透镜的非球面系数，包括：该表面的二次曲面常数K、四阶非球面系数A₄、六阶非球面系数A₆、八阶非球面系数A₈、十阶非球面系数A₁₀和十二阶非球面系数A₁₂。

表9

如图4及上述表1、表8和表9所示，在本实施例中，第五透镜L5为正光焦度透镜，第六透镜L6为负光焦度透镜；第二透镜L2为近轴区凸凹透镜，第三透镜L3为近轴区凸凹透镜，第四透镜L4为近轴区凸凸透镜，第五透镜L5为近轴区凸凸透镜，第六透镜L6为近轴区凹凸透镜。本实施例的玻塑混合光学系统兼顾大角度、大光圈、小体积、低成本的优势，并在-20℃～60℃的温度范围内不虚焦，可适用于不同环境。同时在外部环境光线明暗多变的情况下都能高清成像。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种玻塑混合光学系统，包括：沿光轴从物侧至像侧的方向依次排列的负光焦度的第一透镜(L1)、负光焦度的第二透镜(L2)、正光焦度的第三透镜(L3)、光阑(STO)、正光焦度的第四透镜(L4)、第五透镜(L5)和第六透镜(L6)，其特征在于，所述第五透镜(L5)和所述第六透镜(L6)的光焦度相反；

所述第一透镜(L1)为凸凹透镜，所述第二透镜(L2)的像侧面的近轴区形状为凹，所述第三透镜(L3)为近轴区凹凸透镜或近轴区凸凹透镜，所述第四透镜(L4)和所述第六透镜(L6)的像侧面的近轴区形状均为凸，所述第五透镜(L5)的物侧面的近轴区形状为凸；

所述玻塑混合光学系统的入瞳直径ENPD与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.02≤ENPD/TTL≤0.09。

2.根据权利要求1所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)为玻璃球面透镜；

所述第二透镜(L2)、所述第三透镜(L3)、所述第四透镜(L4)、所述第五透镜(L5)和所述第六透镜(L6)均为塑胶非球面透镜。

3.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)的焦距F1、所述第二透镜(L2)的焦距F2、所述第三透镜(L3)的焦距F3、所述第四透镜(L4)的焦距F4、所述第五透镜(L5)的焦距F5、所述第六透镜(L6)的焦距F6分别和所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：

-7.0≤F1/F≤-4.1；

-4.9≤F2/F≤-1.5；

3.3≤F3/F≤10.0；

2.0≤F4/F≤4.5；

-2.7≤F5/F≤2.1；

-3.1≤F6/F≤2.8。

4.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述玻塑混合光学系统的后焦BFL与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.1≤BFL/TTL≤0.3。

5.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第五透镜(L5)的焦距F5、所述第六透镜(L6)的焦距F6和所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：-1.6≤(F5/F6)/F≤-0.5。

6.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述玻塑混合光学系统的有效焦距F与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：8.8≤TTL/F≤13.3。

7.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第四透镜(L4)的物侧面到所述第六透镜(L6)的像侧面的距离D456与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.1≤D456/TTL≤0.6。

8.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第四透镜(L4)和所述第五透镜(L5)间的空气间隔D45与所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL满足如下条件式：0.001≤D45/TTL≤0.08。

9.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第五透镜(L5)的像侧面至所述第六透镜(L6)的物侧面在光轴上的间距D56与所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：0≤D56/F≤0.4。

10.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述第一透镜(L1)的物侧面的中心曲率半径R1与所述第一透镜(L1)的像侧面的中心曲率半径R2满足如下条件式：2.2≤R1/R2≤3.8。

11.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述玻塑混合光学系统的镜头总长TTL、所述玻塑混合光学系统的最大视场角对应的像高H和所述玻塑混合光学系统的最大视场角FOV满足如下条件式：0.01≤TTL/H/FOV≤0.03。

12.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述光阑(STO)的物侧的透镜的组合焦距Fa和所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：1.3≤|Fa/F|≤35。

13.根据权利要求1或2所述的玻塑混合光学系统，其特征在于，所述光阑(STO)的像侧的透镜的组合焦距Fb和所述玻塑混合光学系统的有效焦距F满足如下条件式：1.4≤|Fb/F|≤3.0。

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