JP2012234099A - Imaging lens - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、監視用カメラや車載用カメラ等、固体撮像素子を備えた撮像装置に用いられる撮像レンズ、特に単焦点の広角撮像レンズに関する。 The present invention relates to an imaging lens used in an imaging apparatus equipped with a solid-state imaging device, such as a monitoring camera or a vehicle-mounted camera, and more particularly to a single-focus wide-angle imaging lens.
監視用カメラや車載用カメラに用いられる撮像レンズには、広画角を確保しながら画面全域で結像性能が良いことが要求される。また、搭載スペースが限られることが多いことなどから小型で軽量であることが要求される。 Imaging lenses used for surveillance cameras and in-vehicle cameras are required to have good imaging performance over the entire screen while ensuring a wide angle of view. In addition, since the mounting space is often limited, it is required to be small and lightweight.
これらの要望に対応し得る可能性がある単焦点の広角撮像レンズとして、下記の特許文献1、2、3が提案されている。しかしながら、この特許文献1に記載される単焦点レンズは構成レンズの枚数を減らし、小型化、軽量化を図った広角撮像レンズであるが収差補正が充分ではなく、画面全域で高い光学性能面を満足することが出来なかった。またこの問題を克服した特許文献2、3に記載される単焦点レンズでは、レンズ枚数を4枚とし高い結像性能を持たせることができたが、現在では更なる小型化が望まれている。
The following
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、目的とするのは、3枚構成によって小型、軽量且つ安価でありながら、レンズの形状、非球面の形状等を適切に設定することにより高い光学性能を持つ広角撮像レンズを提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to appropriately set the shape of the lens, the shape of the aspherical surface, etc. while being small, light and inexpensive by the three-piece structure. Accordingly, a wide-angle imaging lens having high optical performance is provided.
上記目的を達成するため第1の発明のレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズと、正の屈折力を有する第2レンズと、開口絞りと、正の屈折力を有する第3レンズとの3枚のレンズが配置され、前記第1レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状と像面側に非球面形状を有し、前記第2レンズが像側に凸面を向けたメニスカス形状と少なくともどちらか一方の面に非球面形状を有し、前記第3レンズが両凸形状と少なくともどちらか一方の面に非球面を有し、下記条件式(1)〜(5)を満足することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a lens according to a first invention has, in order from the object side, a first lens having a negative refractive power, a second lens having a positive refractive power, an aperture stop, and a positive refractive power. The first lens has a meniscus shape with a convex surface facing the object side and an aspherical shape on the image side, and the second lens has a convex surface on the image side. The directed meniscus shape and at least one surface has an aspheric shape, the third lens has a biconvex shape and at least one surface has an aspheric surface, and the following conditional expressions (1) to (5) ) Is satisfied.
1.0 < f2/f3 ・・・(1)
1.0 < |f1/f23| < 3.0 ・・・(2)
ν1>50 ・・・(3)
ν2<30 ・・・(4)
ν3>50 ・・・(5)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f3:第3レンズの焦点距離
f23:第2レンズ、第3レンズの合成焦点距離
ν1:第1レンズのd線に対するアッベ数
ν2:第2レンズのd線に対するアッベ数
ν3:第3レンズのd線に対するアッベ数。
1.0 <f2 / f3 (1)
1.0 <| f1 / f23 | <3.0 (2)
ν1> 50 (3)
ν2 <30 (4)
ν3> 50 (5)
However,
f1: focal length of the first lens f2: focal length of the second lens f3: focal length of the third lens f23: combined focal length of the second lens and the third lens ν1: Abbe number ν2 of the first lens with respect to the d-line: Abbe number ν3 for the d-line of the second lens: Abbe number for the d-line of the third lens.
従来、特許文献2や特許文献3のような4枚構成の広角レンズでは、強い負の屈折力を持つ2枚のレンズと、色分散が大きく正の屈折力を持つレンズと開口絞りの後方に正の屈折力を持つレンズを配置することで、像面湾曲と倍率の色収差を良好に補正していた。
Conventionally, in a wide-angle lens having four lenses as in
本発明では第1レンズの像側面により強い屈折力を持たせ、それに合わせたレンズ形状を適切に設定することにより、色収差や像面湾曲などの諸収差を補正しつつ、小型化、軽量化を達成することが可能となる。 In the present invention, the image side surface of the first lens has a strong refractive power, and by appropriately setting the lens shape corresponding thereto, it is possible to reduce the size and weight while correcting various aberrations such as chromatic aberration and curvature of field. Can be achieved.
さらに、前記撮像レンズを構成する前記第1乃至第3のすべてのレンズが樹脂材料で形成されることを特徴とする。 Furthermore, all the first to third lenses constituting the imaging lens are formed of a resin material.
本発明によれば、3枚構成によって小型、軽量且つ安価でありながら諸収差が良好に補正された広角撮像レンズを提供することができる。その結果、監視カメラや車載用カメラに搭載可能なコンパクトな広角撮像レンズを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wide-angle imaging lens in which various aberrations are satisfactorily corrected with a three-lens configuration while being small, light, and inexpensive. As a result, a compact wide-angle imaging lens that can be mounted on a surveillance camera or a vehicle-mounted camera can be realized.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1に実施の形態のレンズ構成をそれぞれ光学断面で示す。これらの実施形態は物体側から順に、第1レンズ110、第2レンズ120、開口絞り130、第3レンズ140、カバーガラス150、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Mental-Oxide Semiconductor device)等の撮像素子160が配置される3枚構成の単焦点レンズ100である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the lens configuration of the embodiment in an optical section. In these embodiments, in order from the object side, the
本発明を実施した撮像レンズで3枚のレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第1レンズ110と、正の屈折力を有する第2レンズ120と、開口絞り130と、正の屈折力を有する第3レンズ140のように配列されている。広角レンズでは、広い画角を得るために焦点距離を短くする必要があるが、機構的な制約からバックフォーカスは焦点距離に比べて長くしなくてはならない。そこで、前方に負の屈折力を有するレンズを配置し、入射した光を一度発散した後、後方の正の屈折力を有するレンズで集光することにより、レンズ系の主点をレンズ後方に飛出させ焦点距離に比べて長いバックフォーカスを確保することが可能となる。具体的には負の第1レンズで光を発散させ、正の第2レンズと第3レンズで集光する。最も物体側に負レンズを配置することで、主点を後方に置くのに十分な負の屈折力を得ることができ、開口絞り前に正の屈折力をもつレンズを配置することにより、倍率の色収差を良好に補正し、開口絞り後に正の屈折力をもつレンズを配置することにより、像面への入射角度を小さくし、かつ収差を良好に補正する。
In the imaging lens embodying the present invention, the three lenses are, in order from the object side, a
前記撮像レンズで、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、第2レンズ120は像側に凸面を向けたメニスカスレンズであり、第3レンズ140は両凸レンズである。前記第1レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状を有することで、第1面に対する軸外光線の入射角度を小さく保つことが可能となり、収差の発生を抑えることが出来る。また第1レンズの像側面を非球面とすることにより、軸外光線に対して強い屈折力が得られ、像面を良好に補正出来る。前記第2レンズが物体側に凹面を、像側に凸面を向けた形状を有することで、主点を後方に配置しつつ、倍率色収差を良好に補正することが出来る。前記第3レンズが両側に凸面を向け、非球面を有することで、像面への入射角度を小さくすることが出来る。
In the imaging lens, the
撮像レンズ100において、物体側OBJS より入射した光は、第1レンズ110の物体側R1面1、像面側R2面2、第2レンズ120の物体側R3面3、像面側R4面4、開口絞り130の面5、第3レンズ140の物体側R5面6、像面側R6面7、カバーガラス150の物体側R7面8、像面側R8面9、を順次通過し撮像素子160へと集光される。
In the
本発明を実施した撮像レンズは、f1を第1レンズ110の焦点距離、f2を第2レンズ120の焦点距離、f3を第3レンズ140の焦点距離、f23を第2レンズ120、第3レンズ140の合成焦点距離とすると、条件式(1)〜(2)を満足するように構成される。
In the imaging lens embodying the present invention, f1 is the focal length of the
1.0 < f2/f3 ・・・(1)
1.0 < |f1/f23| < 3.0 ・・・(2)
(1)式の下限値1.0を下回ると、射出瞳の距離が短くなり、軸外光線の像面への入射角が大きくなる。(2)式の上限値3.0を超えると、焦点距離に比べて十分な長さのバックフォーカスの確保が難しくなる。(2)式の下限値1.0を下回ると、レンズ系を小型化することが困難となる。また、各レンズの曲率半径が小さくなるため、加工が困難になる。
1.0 <f2 / f3 (1)
1.0 <| f1 / f23 | <3.0 (2)
If the lower limit of 1.0 in the equation (1) is not reached, the distance of the exit pupil is shortened, and the incident angle of off-axis rays on the image plane is increased. When the upper limit of 3.0 in the expression (2) is exceeded, it is difficult to secure a back focus having a sufficient length compared to the focal length. If the value falls below the lower limit 1.0 of the expression (2), it is difficult to reduce the size of the lens system. Moreover, since the curvature radius of each lens becomes small, processing becomes difficult.
本発明を実施した撮像レンズでは、第1レンズ110を構成する材料のd線に対するアッベ数が50以上に、前記第2レンズ120を構成する材料のd線に対するアッベ数が30以下に、前記第3レンズ140を構成する材料のd線に対するアッベ数が50以上に、それぞれ設定される。開口絞り130よりも物体側にあり、負レンズである第1レンズ110を構成する材料のアッベ数が大きいほど、第1レンズ110で発生する倍率色収差が小さくなり、開口絞り130よりも物体側にあり、正レンズである第2レンズ120を構成する材料のアッベ数が小さいほど、第2レンズ120で発生する倍率色収差が大きくなるので第1レンズ110および第3レンズ140で発生した倍率色収差を良好に補正出来る。また、開口絞り130よりも像側にあり、正レンズである第3レンズ140を構成する材料のアッベ数が大きいほど倍率色収差を小さくできるためである。
In the imaging lens embodying the present invention, the Abbe number with respect to the d-line of the material constituting the
本発明を実施した撮像レンズで好ましくは、第1から第3までのすべてのレンズが樹脂材料で形成される。樹脂材料で形成されることにより、軽量化や低コスト化が実現できるとともに、非球面形状の作製が容易となる。また、いずれかのレンズにだけガラス材料を用いるよりも温度変化による像面位置の移動を小さく抑えることが可能となる。 In the imaging lens embodying the present invention, all the first to third lenses are preferably made of a resin material. By being formed of a resin material, weight reduction and cost reduction can be realized, and an aspherical shape can be easily manufactured. In addition, the movement of the image plane position due to a temperature change can be suppressed smaller than when a glass material is used for only one of the lenses.
本発明を実施した撮像レンズでさらに好ましくは、第2レンズ120の物体側面の形状が、下記条件式(6)を満足することである。(6)式の範囲を満足する形状をとることで第1レンズ110と第2レンズ120の間隔を短くしつつ像面湾曲と倍率色収差を良好なバランスで補正することが容易となる。
0.3 <(SA2-SS2)/SA2<0.8 ・・・(6)
SA2:第2レンズ120の物体側面の有効径位置でのサグ量
SA2:第2レンズ120の物体側面の中心曲率を持つ球面の有効径位置でのサグ量。
More preferably, in the imaging lens embodying the present invention, the shape of the object side surface of the
0.3 <(
S A 2: Sag amount at the effective diameter position of the object side surface of the second lens 120 S A 2: Sag amount at the effective diameter position of the spherical surface having the center curvature of the object side surface of the
さらに、本発明を実施した撮像レンズで好ましくは、第3レンズ140の像側面の形状が、下記条件式(7)を満足することである。(7)式の範囲を満足する形状をとることで、主点位置を像面に近づけつつ歪曲収差を適度に設定することが可能となる。
−0.4 <(SA3−SS3)/SA3< −0.1 ・・・(7)
SA3:第3レンズ140の像側面の有効径位置でのサグ量
SS3:第3レンズ140の像側面の中心曲率を持つ球面の有効径位置でのサグ量。
Furthermore, in the imaging lens embodying the present invention, it is preferable that the shape of the image side surface of the
−0.4 <(
S A 3: Sag amount at the effective diameter position of the image side surface of the third lens 140 S S 3: Sag amount at the effective diameter position of the spherical surface having the central curvature of the image side surface of the
以下に、撮像レンズの具体的な数値による実施例1〜3を示す。1〜3の数値実施例において、焦点距離、Fナンバー、画角、像高、レンズ全長、バックフォーカス(Bf)は次の表1に記載の通りである。また、同じく1〜3の数値実施例において、条件式(1)〜(5)の数値データは、次の表2に記載の値になる。 Examples 1 to 3 according to specific numerical values of the imaging lens are shown below. In the numerical examples 1 to 3, the focal length, F number, angle of view, image height, total lens length, and back focus (Bf) are as shown in Table 1 below. Similarly, in the numerical examples 1 to 3, the numerical data of the conditional expressions (1) to (5) are the values described in Table 2 below.
なお、以下の数値実施例の中で記載されるレンズの非球面の形状は、物体側から像面側へ向かう方向を正とし、kを円錐係数、Aは4次の非球面係数を、Bは6次の非球面係数を、Cは8次の非球面係数を、Dは10次の非球面係数としたとき次式で表される。hは光線の高さ、cは中心曲率半径の逆数を、Zは面頂点に対する接平面からの深さを、をそれぞれ表している。 The aspherical shape of the lens described in the following numerical examples is positive in the direction from the object side to the image plane side, k is a conical coefficient, A is a fourth-order aspheric coefficient, B Is a 6th-order aspheric coefficient, C is an 8th-order aspheric coefficient, and D is a 10th-order aspheric coefficient. h represents the height of the light beam, c represents the reciprocal of the central radius of curvature, and Z represents the depth from the tangent plane with respect to the surface vertex.
<実施例1>
実施の形態1におけるレンズ系の基本構成は図2に示され、各数値データ(設定値)は表3、表4に、球面収差、および非点収差を示す収差図は図3にそれぞれ示される。
<Example 1>
The basic configuration of the lens system in
図2に示すように、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズ120は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り130の像側に配置される第3レンズ140は両凸形状を有する。第1レンズ110は像側面に、第2レンズ120と第3レンズ140は両面に、それぞれ非球面を有する。
As shown in FIG. 2, the
また、図に示すように第1レンズ110の厚さとなるR1面1とR2面2間の距離をD1、第1レンズ110のR2面2と第2レンズ120のR3面3までの距離をD2、第2レンズ120の厚さとなるR3面3とR4面4間の距離をD3、第2レンズ120のR4面4と開口絞り130の面5までの距離をD4、開口絞り130の面5と第3レンズ140のR5面6間の距離をD5、第3レンズ140の厚さとなるR5面6とR6面7間の距離をD6、第3レンズ140のR6面7とカバーガラス150のR7面8までの距離をD7、カバーガラス150の厚さとなるR7面8とR8面9間の距離をD8、カバーガラス150のR8面9と結像面(撮像面)160までの距離をD9とする。
Further, as shown in the figure, the distance between the
表3は、実施例1における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズの曲率半径R、間隔D、屈折率Nd、および分散値νdを示している。表中の記号*は非球面の面を表している(以下の実施例においても同様)。表4は、所定面の非球面係数を示している。 Table 3 shows the stop corresponding to each surface number of the imaging lens in Example 1, the radius of curvature R, the interval D, the refractive index Nd, and the dispersion value νd of each lens. The symbol * in the table represents an aspheric surface (the same applies to the following examples). Table 4 shows the aspheric coefficient of the predetermined surface.
なお、本実施例1でサグ量SA2は0.041、サグ量SS2は0.024であり、(SA2−SS2)/SA2は0.41となり、(6)式を満足する。また、本実施例でサグ量SA3は0.747、サグ量SS3は0.976であり、(SA3−SS3)/SA3は−0.31となり、(7)式を満足する。
数値実施例1
In Example 1, the
Numerical example 1
図3は、実施例1において、図3(A)が球面収差を、図3(B)が非点収差をそれぞれ示している。図3(B)の縦軸は結像面での像高を表し、図3(B)中、実線Sはサジタル像面の値、破線Tはタンジェンシャル像面の値をそれぞれ示している。図3からわかるように、実施例1によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。 3A and 3B show spherical aberration and FIG. 3B shows astigmatism in Example 1, respectively. The vertical axis in FIG. 3B represents the image height on the imaging plane. In FIG. 3B, the solid line S represents the value of the sagittal image plane, and the broken line T represents the value of the tangential image plane. As can be seen from FIG. 3, according to the first embodiment, spherical and astigmatism aberrations are satisfactorily corrected, and an imaging lens having excellent imaging performance can be obtained.
<実施例2>
実施の形態2におけるレンズ系の基本構成は図4に示され、各数値データ(設定値)は表5、表6に、球面収差、および非点収差を示す収差図は図5にそれぞれ示される。
<Example 2>
The basic configuration of the lens system according to
図4に示すように、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズ120は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り130の像側に配置される第3レンズ140は両凸形状を有する。第1レンズ110は像側面に、第2レンズ120と第3レンズ140は両面に、それぞれ非球面を有する。
As shown in FIG. 4, the
表5は、実施例2における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズの曲率半径R、間隔D、屈折率Nd、および分散値νdを示している。表6は、所定面の非球面係数を示している。 Table 5 shows the diaphragm corresponding to each surface number of the imaging lens in Example 2, the radius of curvature R, the interval D, the refractive index Nd, and the dispersion value νd of each lens. Table 6 shows the aspheric coefficient of the predetermined surface.
なお、本実施例2でサグ量SA2は0.247、サグ量SS2は0.094であり、(SA2−SS2)/SA2は0.62となり、(6)式を満足する。また、本実施例でサグ量SA3は0.330、サグ量SS3は0.405であり、(SA3−SS3)/SA3は−0.23となり、(7)式を満足する。
数値実施例2
In Example 2, the
Numerical example 2
図5は、実施例2において、図5(A)が球面収差を、図5(B)が非点収差をそれぞれ示している。図5(B)の縦軸は結像面での像高を表している。図5からわかるように、実施例2によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。
<実施例3>
実施の形態3におけるレンズ系の基本構成は図6に示され、各数値データ(設定値)は表7、表8に、球面収差、および非点収差を示す収差図は図7にそれぞれ示される。なお実施例3は実施例2と同様の仕様に基づき、第1レンズ110の材料を樹脂にして設計した例である。
5A and 5B, in Example 2, FIG. 5A shows spherical aberration, and FIG. 5B shows astigmatism, respectively. The vertical axis in FIG. 5B represents the image height on the imaging plane. As can be seen from FIG. 5, according to the second embodiment, spherical and astigmatism aberrations are satisfactorily corrected, and an imaging lens having excellent imaging performance can be obtained.
<Example 3>
The basic configuration of the lens system according to
図6に示すように、第1レンズ110は物体側に凸面を向けたメニスカス形状、第2レンズ120は像側に凸面を向けたメニスカス形状、開口絞り130の像側に配置される第3レンズ140は両凸形状を有する。第1レンズ110は像側面に、第2レンズ120と第3レンズ140は両面に、それぞれ非球面を有する。
As shown in FIG. 6, the
表7は、実施例3における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズの曲率半径R、間隔D、屈折率Nd、および分散値νdを示している。表8は、所定面の非球面係数を示している。 Table 7 shows the stop corresponding to each surface number of the imaging lens in Example 3, the radius of curvature R, the interval D, the refractive index Nd, and the dispersion value νd of each lens. Table 8 shows the aspheric coefficient of the predetermined surface.
なお、本実施例1でサグ量SA2は0.281、サグ量SS2は0.084であり、(SA2−SS2)/SA2は0.70となり、(6)式を満足する。また、本実施例でサグ量SA3は0.361、サグ量SS3は0.421であり、(SA3−SS3)/SA3は−0.16となり、(7)式を満足する。
数値実施例3
In Example 1, the
Numerical Example 3
図7は、実施例3において、図7(A)が球面収差を、図7(B)が非点収差をそれぞれ示している。図7(B)の縦軸は結像面での像高を表している。図7からわかるように、実施例3によれば、球面、非点の諸収差が良好に補正され、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。 7A and 7B, in Example 3, FIG. 7A shows spherical aberration, and FIG. 7B shows astigmatism. The vertical axis in FIG. 7B represents the image height on the imaging plane. As can be seen from FIG. 7, according to the third embodiment, various aberrations of spherical and astigmatism are corrected well, and an imaging lens having excellent imaging performance can be obtained.
図8は、実施例2および実施例3における温度とバックフォーカスの関係を示している。横軸は温度を、縦軸はレンズ最終面から近軸像面までの空気換算距離を常温20度での値で正規化したもの示している。図からわかるように、同様の仕様でありながら、第1レンズ110にガラス材料を用いた実施例2よりも樹脂材料を用いた実施例3の方が温度変化による像面移動が少なく、結像性能に優れた撮像レンズが得られる。したがって本発明においては、第1レンズ110を第2レンズ120および第4レンズ140と同様に樹脂材料で形成することが好ましいことが示される。
FIG. 8 shows the relationship between the temperature and the back focus in the second and third embodiments. The horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents the normalized air distance from the lens final surface to the paraxial image plane with a value at 20 degrees Celsius. As can be seen from the figure, the image plane movement due to temperature change is less in Example 3 using a resin material than in Example 2 using a glass material for the
100,100A〜100C・・・撮像レンズ
110 ・・・第1レンズ
120 ・・・第2レンズ
130 ・・・開口絞り
140 ・・・第3レンズ
150 ・・・カバーガラス
160 ・・・撮像面(結像面)
100, 100A to 100C ...
120 ...
Claims (2)
1.0 < f2/f3 ・・・(1)
1.0 < |f1/f23| < 3.0 ・・・(2)
ν1>50 ・・・(3)
ν2<30 ・・・(4)
ν3>50 ・・・(5)
ただし、
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f3:第3レンズの焦点距離
f23:第2レンズ、第3レンズの合成焦点距離
ν1:第1レンズのd線に対するアッベ数
ν2:第2レンズのd線に対するアッベ数
ν3:第3レンズのd線に対するアッベ数 In order from the object side, three lenses, a first lens having a negative refractive power, a second lens having a positive refractive power, an aperture stop, and a third lens having a positive refractive power, are arranged. The first lens has a meniscus shape with a convex surface facing the object side and an aspherical shape on the image surface side, and the second lens has a meniscus shape with a convex surface facing the image side and an aspheric surface on at least one surface An imaging lens having a shape, wherein the third lens has a biconvex shape and an aspherical surface on at least one of the surfaces, and satisfies the following conditional expressions (1) to (5).
1.0 <f2 / f3 (1)
1.0 <| f1 / f23 | <3.0 (2)
ν1> 50 (3)
ν2 <30 (4)
ν3> 50 (5)
However,
f1: focal length of the first lens f2: focal length of the second lens f3: focal length of the third lens f23: combined focal length of the second lens and the third lens ν1: Abbe number ν2 of the first lens with respect to the d-line: Abbe number ν3 for the d-line of the second lens: Abbe number for the d-line of the third lens
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Cited By (6)
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