JP2005215503A - Lens holding mechanism and lens unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズを保持固定する機構に属し、特に、温度環境変化にかかわらず、レンズに過度の応力や隙間を生じさせないレンズ保持枠に関する。 The present invention relates to a mechanism for holding and fixing a lens, and more particularly to a lens holding frame that does not cause excessive stress and gaps in the lens regardless of changes in temperature environment.
従来のレンズ保持機構としては、特許文献1中に開示されている。これは、レンズ保持枠にレンズを収納する際に、レンズと保持枠の間に保持環を入れた構成としている。この保持環は、保持枠内周との間に、周方向に沿って所定長さに形成した複数個の第1隙間を持ち、また、レンズ外径との間に、周方向に沿って記第1隙間と互い違いな位置関係に形成した第2隙間をもつ形状をしており、径方向の応力に対し変形可能となっている。また、保持環の熱膨張係数は、レンズと等しく、保持枠の熱膨張係数はレンズ及び保持環よりも小さくしてある。
A conventional lens holding mechanism is disclosed in
特許文献1のレンズ保持機構が、プラスチックレンズのような、比較的、熱膨張係数の大きい材質で形成されたレンズを保持した場合について説明する。レンズ、保持環、並び保持枠は、環境温度の上昇に伴って膨張する。上述のように、レンズ並びに保持環の膨張係数は、同一でかつ、保持枠の膨張係数より大きく設定されている。
A case where the lens holding mechanism of
このため、保持環は、保持枠によって径方向に応力を受ける。しかしながら、保持環は、前記第1並びに第2の隙間を有しているため、これらの隙間の作用によって弾性変形をして応力を吸収し、レンズ及び保持枠への応力を緩和する。
なお、上述のように熱膨張係数の大きなレンズを保持した特許文献1のレンズ保持機構において環境温度が下がった場合、保持環の収縮量は、保持枠より大きい。従って、保持環と保持枠との間に隙間が生じ、レンズの位置が定まらなくなる。これを回避しようとすれば、予め常温時において保持枠の内径より大きい保持環を弾性変形させた状態で保持枠に嵌合させて組み立てる必要がある。この組立作業は高度な技術を要するとともに、レンズは、圧縮された保持環により応力がかかった状態となり、常温時においてレンズの光学性能を劣化させてしまう。
Note that when the environmental temperature is lowered in the lens holding mechanism of
また、特許文献1のレンズ保持機構が、例えば石英レンズ等の熱膨張係数の小さなレンズを保持した場合、環境温度が上がった際に前述の課題と同じ課題が生ずる。
Further, when the lens holding mechanism of
上記課題を鑑みて、本発明の目的は、低温から高温の広い環境下において、温度に対応して体積変化が生じた場合においてもレンズに過度の応力を生じさせないレンズ保持機構を提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a lens holding mechanism that does not cause excessive stress to a lens even when a volume change occurs in response to temperature in a wide environment from low temperature to high temperature. is there.
前記課題を鑑みて、本発明のレンズ保持機構は、以下の構成を有している。 In view of the above problems, the lens holding mechanism of the present invention has the following configuration.
本態様のレンズ保持機構は、レンズを収容する保持孔を有するレンズ保持枠を具備し、前記レンズ保持枠が前記保持孔中において保持部材を介してレンズを保持する。このレンズ保持機構において、レンズが外径A、熱膨張係数aを有しており、熱膨張係数aが、レンズ保持枠の熱膨張係数bより小さいとき、レンズの外径A並びに熱膨張係数aと、保持孔の内径Bと、保持部材の熱膨張係数bと、保持部材の熱膨張係数cとは、c=(B・b−A・a)/(B−A)の関係を有する。 The lens holding mechanism of this aspect includes a lens holding frame having a holding hole that accommodates a lens, and the lens holding frame holds the lens in the holding hole via a holding member. In this lens holding mechanism, when the lens has an outer diameter A and a thermal expansion coefficient a, and the thermal expansion coefficient a is smaller than the thermal expansion coefficient b of the lens holding frame, the lens outer diameter A and the thermal expansion coefficient a. Further, the inner diameter B of the holding hole, the thermal expansion coefficient b of the holding member, and the thermal expansion coefficient c of the holding member have a relationship of c = (B · b−A · a) / (B−A).
本発明は、低温から高温の広い環境下において、温度に対応して体積変化が生じた場合においてもレンズに過度の応力を生じさせないレンズ保持機構を提供する。 The present invention provides a lens holding mechanism that does not cause excessive stress to a lens even when a volume change occurs in response to a temperature in a wide environment from a low temperature to a high temperature.
以下に、本発明の実施の形態に従ったレンズ保持機構について説明する。
<第1の実施の形態>
まず、図1並びに図2を参照して、第1の実施の形態に従ったレンズ保持機構について説明する。図1は、本実施の形態に従ったレンズ保持機構を示す断面図である。図2は、図1のレンズ保持機構を示す断面図である。
The lens holding mechanism according to the embodiment of the present invention will be described below.
<First embodiment>
First, the lens holding mechanism according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a lens holding mechanism according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the lens holding mechanism of FIG.
レンズ保持機構1は、レンズ2を保持する保持手段であり、レンズ保持枠3と、保持部材4と、押さえ環5とを有している。
レンズ保持枠3は、レンズ2並びに保持部材4を収容する保持孔3aを有する筒形状に形成されている。レンズ保持枠3は、図2中に示すように中央軸心Yを有している。本実施の形態において保持孔3aの中央軸心は、中央軸心Yと実質的に一致している。このレンズ保持枠3は、保持孔3a中に配置されたレンズ2を複数の保持部材4を介して保持する。また、保持孔3aの内周面には、中央軸心Yにおいて一端部(図2中右端部)に、レンズ2並びに保持部材4を中央軸心Yにおいて支持するためのフランジ部3bを有しており、他端部には、押さえ環5を螺合するためのねじ部3cが形成されている。フランジ部3bは、レンズ2と保持部材4とに当接し得るように、中央軸心Yと直交する方向(スラスト方向)の寸法が設定されている。
The
The
また、保持孔3aは、図1並びに図2中に示されるように、所定の内周の半径Bを有している。また、図1並びに図2中において、このレンズ保持機構1が保持するレンズ2の外周の半径は、参照符号Aにより指摘されている。
Further, the
また、レンズ保持枠3は、所定の熱膨張係数bを有するように構成されている。
The
各保持部材4は、図1中に示されるように、保持孔3aの半径方向(レンズ2の半径方向)において、一端がレンズ2を保持し、他端がレンズ保持枠3により保持される。従って、これらの保持部材4は、前記半径方向において、レンズ2とレンズ保持枠3との間に配置されている。従って、各保持部材4は、前記半径方向において、(半径B−半径A)の寸法を有している。
As shown in FIG. 1, each
本実施の形態において、保持部材4は、保持孔3a中に4つ配置され、これらの保持部材4が協働して、レンズ2を保持する。レンズ2は、光軸が保持孔3aの中央軸心と実質的に一致するように、4つの保持部材4を介してレンズ保持枠3に保持される。本実施の形態において、この保持により、レンズ2の光軸は、中央軸心Yと実質的に一致するように配置される。保持部材4は、後述する選定方法により選定された膨張係数cを有するように構成される。
In the present embodiment, four
押さえ環5は、ねじ部3cに螺合可能であるとともに、螺合した際にレンズ2並びに保持部材4と当接するように、前記スラスト方向の寸法が設定されている。押さえ環5は、ねじ部3cに螺合された際に、レンズ2並びに保持部材4をフランジ部3bとの間に挟み込む。即ち、押さえ環5とフランジ部3bとにより、レンズ2並びに保持部材4は狭持される。
The
上記構成のレンズ保持機構1は、環境温度の変化により各部材が膨張又は収縮する。即ち、レンズ保持機構1の各部材は、環境温度に応じて体積変化する。このように環境温度が変化した際に、前記半径方向において、体積変化後のレンズ2とレンズ保持枠3との間隔が、体積変化後の保持部材4の寸法と一致することが、レンズ2に対して過度の応力が掛かることの防止とレンズ2の確実な支持とを達成する点において好ましい。なお、石英レンズなどの膨張率の小さいレンズ2を保持する際に、レンズ2の膨張係数をaとした場合、レンズ2の膨張係数aは、レンズ保持枠3の熱膨張係数bより小さくなる。本実施の形態のレンズ保持機構1は、上記効果を達成するために、レンズ2の半径A並びに熱膨張係数aと、保持孔3aの半径Bと、保持部材4の熱膨張係数bと、保持部材4の熱膨張係数cとから、以下の式1の関係を有するように構成される。
In the
(B−A)c=(B・b−A・a)…(式1)
この式1の関係を有する熱膨張係数cを求めるために、式1は、以下の式2のように変形される。
(B−A) c = (B · b−A · a) (Formula 1)
In order to obtain the thermal expansion coefficient c having the relationship of
c=(B・b−A・a)/(B−A)…(式2)
各保持部材4は、この式2の関係を満たす熱膨張係数cの材料が用いられる。
c = (B · b−A · a) / (BA) (Expression 2)
Each holding
例えば、熱膨張係数aが5.6×10-7/K、半径Aが10mmの石英レンズと、熱膨張係数bが21.5×10-6/K、半径Bが13mmのアルミ合金製の保持枠とによりレンズ保持機構1が構成された場合、式2より求められる。保持部材4の熱膨張率cは、約9×10-5/Kと導き出され、約9×10−5/Kの熱膨張係数である。66ナイロン樹脂やポリアセタール樹脂が用いられる。従って、保持部材4がこれらの材料により形成されれば、上記算出された熱膨張係数を有するように構成されたこととなる。
For example, a quartz lens having a thermal expansion coefficient a of 5.6 × 10 −7 / K and a radius A of 10 mm, and an aluminum alloy having a thermal expansion coefficient b of 21.5 × 10 −6 / K and a radius B of 13 mm. When the
上記構成により保持部材4は、熱膨張又は収縮した場合においても、体積変化後のレンズ2とレンズ保持枠3との間隔と、前記半径方向においての寸法を略一致させることができる。言い換えると、保持部材4は、体積変化前、中並びに後において、常にレンズ2とレンズ保持枠3との間隔と、前記半径方向においての寸法を略一致させ得る。従って、レンズ保持枠3は、ガタくことなく保持部材4を介してレンズ2を常に確実に保持し得るとともに、レンズ2に過度の応力をかかることを常に防止し得る。従って、本実施の形態のレンズ保持機構1は、応力によるレンズの歪みや、ガタによるレンズの偏芯などを発生させることなくレンズ2を保持し得る。即ち、この構成により、レンズ2とレンズ保持機構1とを有するレンズユニットを、幅広い環境温度に対応し得るように構成し得る。
With the above configuration, even when the holding
また、プラスチックレンズのように、レンズ2が、比較的熱膨張係数の大きい材質により形成されることがある。この場合、レンズ2の熱膨張係数aは、レンズ保持枠3の熱膨張係数bより大きくなる場合がある。このように、熱膨張係数aが熱膨張係数bより大きい場合、保持部材4の熱膨張係数cは、以下の式3に基づいて算出する。
Further, like the plastic lens, the
c=(A・a−B・b)/(B−A)…(式3)
この式3に基づいて算出された熱膨張係数cに近い材料で保持部材4を構成することにより、本実施の形態のレンズ保持機構1は、熱膨張係数aが熱膨張係数bより大きい場合においても、常にレンズ2を確実に保持し得るとともに、レンズ2に過度の応力をかかることを防止することができる。
c = (A · a−B · b) / (BA) (Expression 3)
By configuring the holding
また、上述のように、レンズ2とレンズ保持枠3との熱膨張係数の関係に応じて、保持部材4の熱膨張係数cを算出する式を変えることにより、レンズ保持機構1は、レンズ2並びにレンズ保持枠3がいかなる材質(熱膨張係数)であっても、常にレンズ2を確実に保持し得るとともに、レンズ2に過度の応力をかかることを防止することができる。
Further, as described above, the
また、本実施の形態において、レンズ2並びにレンズ保持枠3の半径A,B並びに熱膨張係数a,bを固定し、保持部材4の熱膨張係数cを選定しているが、保持部材4の熱膨張係数cを固定し、レンズ2並びにレンズ保持枠3の半径A,B並びに熱膨張係数a,bの1つを、前述の式1を満たすように選定することも可能である。例えば、レンズ2の膨張係数a、半径A、レンズ保持枠3の半径B、及び保持部材4の熱膨張係数cを固定した場合、レンズ保持枠3の半径Bが、式1の関係を満たすようにして算出される。このようにして構成されたレンズ保持機構1においても、上述のような効果を得られ得る。しかも、このようにしてレンズ保持機構1を構成した場合、レンズ2、レンズ保持枠3、及び保持部材4の材質に依存した熱膨張係数a,b,cを変更する必要がない。従って、このレンズ保持機構1は、レンズ保持枠3の寸法と、それに対応して保持部材4の寸法を変更するのみで、前記式1の関係を満たすことが出来、煩雑な材料選定の手間を軽減し得る。なお、レンズ2の寸法を変更することも可能であるが、レンズ保持枠3並びに保持部材4の形状を変更する方が、製作する上で容易であるため、好ましい。
In the present embodiment, the radii A and B and the thermal expansion coefficients a and b of the
また、本実施の形態のレンズ保持機構1は、押さえ環5を螺合することにより、レンズ2をレンズ保持枠3に固定し得るため、レンズ2の固定を容易に行い得る。なお、本実施の形態において、押さえ環5は、レンズ2並びに保持部材4をフランジ部3bに押圧するように構成されているが、レンズ2と保持部材4とを接着固定することにより、レンズ2並びに保持部材4の一方のみを押圧しフランジ部3bとにより狭持することも可能である。なお、押さえ環5が、保持部材4のみを狭持するように構成することにより、レンズ2に不要な応力が掛かる可能性を減少させ得るので好ましい。なお、レンズ2を保持部材4と接着固定し、保持部材4をレンズ保持枠3に接着固定することにより、押さえ環5を省略しつつ、レンズ2並びに保持部材4を固定することも可能である。この場合、レンズ2に、押さえ環5からの力を作用させずに組み立てられるため、レンズ2に発生する応力をより減少させ得る。
In addition, since the
<第2の実施の形態>
以下に、本発明の第2の実施の形態に従ったレンズ保持機構1について、図3を参照して説明する。なお、本実施の形態のレンズ保持機構1において、第1の実施の形態と同様な構成部材は、同一な参照を付して説明を省略する。
<Second embodiment>
Hereinafter, a
図3は、本実施の形態のレンズ保持機構1を示す断面図である。なお、本実施の形態のレンズ保持機構1は、第1の実施の形態と保持部材4′の構成が異なっている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the
本実施の形態の保持部材4′は、図3中に示されるように、梁部4aを有している。この梁部4aは、隣接する保持部材4′の梁部4aと連結されており、これらの保持部材4′は、一体的な環状の保持環を構成している。なお、梁部4aは、保持孔3aの半径方向において、レンズ2の外周との間、及び前保持孔3aの内周との間に、隙間を有している。この隙間により、梁部4aは、保持部材4′への径方向の力により、容易に変形可能に構成されている。
As shown in FIG. 3, the holding
本実施の形態のレンズ保持機構1は、第1の実施の形態と同様な作用効果を有している。また、本実施の形態のレンズ保持機構は、保持部材4′を一体的に構成しているため、組立がより容易である。
The
また、梁部4aは、レンズ2の外周及びレンズ保持枠3の内周に対して隙間をもっており、保持部材4′から作用された周方向の力により、容易に変形可能である。上記構成により、保持部材4′と梁部4aとは、周方向において体積変化した場合においても、梁部4aの変形により、レンズ2に対して過度の応力が掛かることを防止し得る。
The
なお、本実施の形態において、梁部4aを含む保持部材4′は、全体が同一の材料により構成されているが、より梁部4aを変形しやすいように、梁部4aを柔軟な別の材料により構成することも可能である。この場合、梁部4aは、自身の弾性変形のみで応力を吸収し、前記隙間を省略することが可能である。
In the present embodiment, the holding
<第3の実施の形態>
以下に、本発明の第3の実施の形態に従ったレンズ保持機構1について、図4を参照して説明する。なお、本実施の形態のレンズ保持機構1において、第2の実施の形態と同様な構成部材は、同一な参照を付して説明を省略する。
<Third embodiment>
The
保持部材4″は、保持孔3aの半径方向において、レンズ2と対向するレンズ対向部4Bと、保持孔3aの内周面と対向する保持孔対向部4Cと、保持部材本体4Dとを有している。
このレンズ対向部4Bは、2つのレンズ当接部4Baと、第1隙間4Bbとを有している。各レンズ当接部4Baは、保持部材本体4Dから保持孔3aの半径方向内方に向かって突出しており、レンズ2と当接している。本実施の形態において、レンズ当接部4Baは、保持孔3aの周方向において、保持部材本体4Dの両端に配置されている。第1隙間4Bbは、前記半径方向において、保持孔3aの内周面と保持部材4″の本体との間の隙間である。本実施の形態において、第1隙間4Bbは、保持孔3aの周方向において、2つのレンズ当接部4Baの間に配置されている。
The holding
This
保持孔対向部4Cは、保持孔当接部4Caと、2カ所の第2隙間4Cbとを有している。保持孔当接部4Caは、保持部材4″の本体から保持孔3aの半径方向外方に向かって突出しており、保持孔3aの内周面と当接している。また、保持孔当接部4Caは、前記半径方向において、第1隙間4Bbと対向する位置に配置されている。言い換えると、保持孔当接部4Caは、前記半径方向において、レンズ当接部4Baと対向しないように、配置が設定されている。
The holding
第2隙間4Cbは、前記半径方向において、保持孔3aの内周面と保持部材4″の本体との間の隙間である。本実施の形態において、第1隙間4Bbは、保持孔3aの周方向において、レンズ当接部4Baの両側に配置されている。2つの第2隙間4Cbは、夫々、前記半径方向において、レンズ当接部4Baと対向する位置に配置されている。また、本実施の形態において、各第2隙間4Cbは、周方向において、少なくとも一部分が第1隙間4Bbと重複する領域を有している。言い換えると、各第2隙間4Cbは、少なくとも一部分が第1隙間と半径方向において対向する領域を有している。
The second gap 4Cb is a gap between the inner peripheral surface of the holding
上記構成により、保持部材4″は、半径方向の力を受けた際、第1並びに第2隙間4Bb、4Cbにより、半径方向に弾性変形可能である。従って、保持部材4″は、半径方向の力を、第1並びに第2隙間4Bb、4Cbにより吸収し、レンズ2に過度の応力が掛かることを防止し得る。なお、保持部材4″の熱膨張係数cは、第1の実施の形態と同様に、式1を満たすように設定される。しかしながら、保持部材4″の熱膨張係数cは、式1で求めた理想的な値と、完全に一致する熱膨張係数を有する材料を選定することが困難な場合がある。この場合、保持部材4″は、式1で算出された値の近似値の膨張係数を有する材料により形成される。この場合、レンズ2とレンズ保持枠3との隙間の前記半径方向の変化量と、保持部材4″の前記半径方向の変化量は一致しない虞がある。しかしながら、本実施の形態の保持部材4″は、第1並びに第2隙間4Bb、4Cbにより、半径方向に変形可能であるため、膨張係数の誤差分を起因とする前記変形量の差を吸収し、レンズ2に過度の応力が掛かることを防止し得る。この構成により、本実施の形態のレンズ保持機構1は、保持部材4″の材料選定をより自由に行い得る。
With the above configuration, the holding
また、本実施の形態において、第1並びに第2隙間4Bb、4Cbは、前記周方向において互いに重複する部分を有している。この構成により、保持部材本体4Dは、レンズ当接部4Baと、保持孔当接部4Caとを接続する梁の役目を果たす。この構成により、保持部材4″は、前記半径方向の力を受けた際に、レンズ当接部4Baを支点として、湾曲するように、第2隙間4Cb方向に弾性変形する。この変形により、保持部材4″は、より確実に前記半径方向にかかる力を吸収し、レンズ2に過度の応力が掛かることを防止し得る。
In the present embodiment, the first and second gaps 4Bb and 4Cb have portions that overlap each other in the circumferential direction. With this configuration, the holding member
尚、各保持部材4″は、レンズ対向部4Bと、保持孔対向部4Cとの構成を逆にし、第1隙間4Bbを2箇所、レンズ当接部4Baを1箇所、第2隙間4Cbを1箇所、保持孔当接部4Caを2箇所にすることも可能であり、これらの構成要素の個数において限定されることはない。また、本実施の形態において、各保持部材4″は、梁部4aにより互いに接続されているが、第1の実施の形態と同様に、夫々独立して配置されることも可能である。
In each holding
1…レンズ保持機構、2…レンズ、3…レンズ保持枠、3a…保持孔、3b…フランジ部、3c…ねじ部、4,4′,4″…保持部材、4a…梁部、4Ba…レンズ当接部、4Bb…隙間、4C…保持孔対向部、4Ca…保持孔当接部、4Cb…隙間、4D…保持部材本体、5…押さえ環。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記レンズが半径A、熱膨張係数aを有しており、熱膨張係数aが、前記レンズ保持枠の熱膨張係数bより小さいとき、前記レンズの半径A並びに熱膨張係数aと、保持孔の半径Bと、前記保持部材の熱膨張係数bと、前記保持部材の熱膨張係数cとは、
c=(B・b−A・a)/(B−A)
の関係を有するレンズ保持機構。 A lens holding frame having a holding hole for receiving a lens, wherein the lens holding frame holds a lens in the holding hole via a holding member;
When the lens has a radius A and a thermal expansion coefficient a, and the thermal expansion coefficient a is smaller than the thermal expansion coefficient b of the lens holding frame, the radius A of the lens, the thermal expansion coefficient a, and the holding hole The radius B, the thermal expansion coefficient b of the holding member, and the thermal expansion coefficient c of the holding member are:
c = (B · b−A · a) / (B−A)
A lens holding mechanism having the following relationship.
前記レンズ対向部は、前記レンズと当接する少なくとも1つのレンズ当接部と、保持孔の半径方向においてレンズと離間した少なくとも1つの第1隙間とを有しており、
前記保持孔対向部は、保持孔の内周面と当接する少なくとも1つの保持孔当接部と、前記半径方向において保持孔の内周面と離間した少なくとも1つの第2隙間とを有しており、
各保持孔当接部は、前記保持孔の周方向において、前記レンズ当接部と一致しない位置に配置されている請求項1乃至5の何れか1項に記載のレンズ保持機構。 The holding member has, in the radial direction of the holding hole, a lens facing portion that faces the lens, and a holding hole facing portion that faces an inner peripheral surface of the holding hole,
The lens facing portion has at least one lens contact portion that contacts the lens, and at least one first gap spaced from the lens in the radial direction of the holding hole,
The holding hole facing portion includes at least one holding hole contact portion that contacts the inner peripheral surface of the holding hole, and at least one second gap spaced apart from the inner peripheral surface of the holding hole in the radial direction. And
6. The lens holding mechanism according to claim 1, wherein each holding hole contact portion is disposed at a position that does not coincide with the lens contact portion in the circumferential direction of the holding hole.
前記レンズを保持する保持機構と、
を具備するレンズユニットであって、
前記レンズ保持機構は、前記レンズを収容する保持孔を有するレンズ保持枠を有し、前記レンズ保持枠が前記保持孔中において保持部材を介して前記レンズを保持し、
前記レンズが半径A、熱膨張係数aを有しており、熱膨張係数aが、前記レンズ保持枠の熱膨張係数bより小さいとき、レンズの半径A並びに熱膨張係数aと、保持孔の半径Bと、保持部材の熱膨張係数bと、保持部材の熱膨張係数cとは、
c=(B・b−A・a)/(B−A)
の関係を有するレンズユニット。 A lens,
A holding mechanism for holding the lens;
A lens unit comprising:
The lens holding mechanism has a lens holding frame having a holding hole for accommodating the lens, and the lens holding frame holds the lens via a holding member in the holding hole,
When the lens has a radius A and a thermal expansion coefficient a, and the thermal expansion coefficient a is smaller than the thermal expansion coefficient b of the lens holding frame, the lens radius A, the thermal expansion coefficient a, and the holding hole radius B, the thermal expansion coefficient b of the holding member, and the thermal expansion coefficient c of the holding member are:
c = (B · b−A · a) / (B−A)
A lens unit having the relationship
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