JP2020166071A - 撮像用光学系、撮像装置、搭乗者監視システム及び移動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】像面において光軸から離れた領域が暗くなり難く、かつ、大型化を抑制できる撮像用光学系、撮像装置、搭乗者監視システム及び移動装置を提供する。【解決手段】撮像用光学系は、物体側から像側に向かって順に配置された、第1レンズ321、第2レンズ322、第3レンズ323及び第4レンズ324によって構成されたレンズ系32を備えている。第1レンズ321は、物体側の面が負のパワーを有し、かつ、像側の面が負のパワーを有している。【選択図】図3
Description
本開示は、撮像用光学系、撮像装置、搭乗者監視システム及び移動装置に関する。
特許文献1には、撮像レンズ系が開示されている。この撮像レンズ系は、物体側から順に配置された、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ、第4レンズ、第5レンズ及び第6レンズを備えている。撮像レンズ系は、その焦点に撮像素子を配置して用いられる。
ところで、上述した撮像レンズ系の第1レンズは、負のパワーを有し、像側に凹面を向けたメニスカス形状のレンズである。この第1レンズの物体側の面は凸面であるため、当該第1レンズの物体側の面に対する光の入射角が小さくなりやすく、屈折力が小さい。このため、像面において光軸から離れた外側の領域が暗くなりやすい。また、これを解消するには、多くのレンズを必要とし、撮像レンズ系が大型になる可能性もある。
本開示は上記事由に鑑みてなされており、像面において光軸から離れた領域が暗くなり難く、かつ、大型化を抑制できる撮像用光学系、撮像装置、搭乗者監視システム及び移動装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る撮像用光学系は、物体側から像側に向かって順に配置された、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ及び第4レンズによって構成されたレンズ系を備える。前記第1レンズは、前記物体側の面が負のパワーを有し、かつ、前記像側の面が負のパワーを有する。
また、本開示の一態様に係る撮像装置は、前記撮像用光学系と、撮像素子とを備える。前記撮像素子は、前記撮像用光学系によって集められた光を受ける。
また、本開示の一態様に係る搭乗者監視システムは、移動装置に搭乗した搭乗者を撮像する前記撮像装置と、前記撮像装置から撮像データを取得する制御装置とを備える。
また、本開示の一態様に係る移動装置は、移動装置本体と、前記移動装置本体に設置された前記撮像装置とを備える。
前記一態様に係る撮像用光学系、撮像装置、搭乗者監視システム及び移動装置は、像面において光軸から離れた領域が暗くなり難く、かつ、大型化を抑制できる。
(1)実施形態
以下、本実施形態の撮像用光学系、撮像装置、搭乗者監視システム及び移動装置について説明する。
以下、本実施形態の撮像用光学系、撮像装置、搭乗者監視システム及び移動装置について説明する。
図1に本実施形態の移動装置1を示す。本実施形態の移動装置1は、自動車である。移動装置1は、移動装置本体10と、搭乗者監視システム2とを備えている。移動装置本体10は、路面に沿って移動可能な車体である。移動装置本体10は、移動装置1の主体を構成する。移動装置本体10は、左右方向において並んだ運転席100及び助手席101を有している。なお、移動装置1は、二輪車、電車、航空機、建設機械、船舶等であってもよい。
搭乗者監視システム2は、移動装置1に搭乗した搭乗者を監視するシステムである。搭乗者監視システム2は、移動装置本体10に搭載されている。本実施形態の搭乗者監視システム2は、運転席100に座った運転者と、助手席101に座った同乗者との複数の搭乗者を監視する。なお、搭乗者監視システム2によって監視する搭乗者は、運転席100に座った運転者や助手席101に座った同乗者に限られず、例えば、移動装置本体10の後部座席に並んで座った二人の同乗者であってもよい。また、搭乗者監視システム2によって監視する搭乗者の人数は、例えば、一人だけであってもよいし、3人以上であってもよい。
搭乗者監視システム2は、撮像装置3を有している。撮像装置3は、移動装置本体10に搭乗した複数の搭乗者を同時に撮像する。移動装置1は、移動装置本体10に設置された電気機器11(図2参照)を更に備えている。電気機器11は、報知器、電動シート、電動ドアミラー、空調装置等である。
図2に示すように、搭乗者監視システム2は、制御装置5を更に有している。制御装置5は、撮像装置3を用いて取得した搭乗者に関する情報に基づいて電気機器11の制御を行う。搭乗者に関する情報は、搭乗者の脇見、居眠り、姿勢の変化等の状態を示す情報、搭乗者の顔等の外観の情報等である。電気機器11の制御としては、例えば、搭乗者の脇見、居眠り等の情報を取得したときに行われる報知器による報知がある。また、電気機器11の制御としては、搭乗者が急病により倒れた等の情報を取得したときに行われる移動装置本体10の自動停車がある。また、搭乗者の顔の情報に基づいて実行される、電動シートの移動、電動ドアミラーの角度の変更、空調装置の制御がある。
制御装置5は、例えば、1以上のプロセッサ(マイクロプロセッサ)と1以上のメモリとにより実現され得る。つまり、制御装置5は、1以上のプロセッサが1以上のメモリに記憶された1以上のプログラムを実行することで、制御部として機能する。1以上のプログラムは、メモリに予め記録されていてもよいし、インターネット等の電気通信回線を通じて、又はメモリカード等の非一時的な記録媒体に記録されて提供されてもよい。
制御装置5は、取得部50、判定部51及び処理部52を有している。取得部50は、撮像装置3から供給された電気信号に基づいて撮像データを取得する。判定部51は、取得部50で取得した撮像データに基づいて判定を行う。処理部52は、判定部51の判定結果に基づいて電気機器11を制御する。なお、本実施形態の取得部50は、撮像データとして、動画データを取得するが、静止画データであってもよい。
図3に示すように、撮像装置3は、撮像素子30及び撮像用光学系31を有している。図4は、撮像装置3の光路図である。なお、図4において、OAは光軸である。また、図4におけるPR1は、撮像用光学系31に対して最大入射角未満の角度で入射した光束の主光線を示し、PR2は、撮像用光学系31に対して最大入射角で入射した光束の主光線を示している。
図1に示すように撮像装置3は、光源装置36を更に有している。光源装置36は、被写体である物体に対して撮像素子30(図3参照)が感度を有する波長域の光線を照射する。光源装置36は、一対の光源360を有している。一対の光源360は、図1に示すように、移動装置本体10のダッシュボード102において、運転席100に対応する箇所と、助手席101に対応する箇所との夫々に設置されている。各光源360は、一つ又は複数の光源素子を有している。本実施形態の光源素子は、赤外線を発光する発光ダイオードである。一対の光源360のうち、運転席100に対応する光源360は、運転席100及び運転席100に座った搭乗者(運転者)に赤外線を照射し、助手席101及び助手席101に対応する光源360は、助手席101に座った搭乗者に赤外線を照射する。光源装置36から発せられた赤外線は、物体である搭乗者等で反射し、図3及び図4に示す撮像用光学系31によって撮像素子30に集められる。なお、光源360が有する光源素子は、発光ダイオードに限られず、電球、放電灯、有機エレクトロルミネッセンス等であってもよい。
図4に示す撮像素子30(画像センサ)は、赤外線に感度を有する赤外線撮像素子であって、例えば、CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等である。撮像面300は、撮像素子30の物体側(被写体側)に臨む面であり、撮像用光学系31の光軸OAに対して直交した平面である。撮像面300は、長方形状である。撮像装置3は、撮像面300が移動装置1の前後方向と交差し、かつ、撮像面300の長手方向が移動装置1が走行する走行面と略平行になるように移動装置本体10に設置される。撮像面300は、撮像用光学系31の焦点に位置している。撮像用光学系31は、被写体となる物体からの光線を集めて、撮像面300に像を形成する。撮像素子30は、撮像面300に結ばれた像を多数の撮像画素により電気信号に変換する。
なお、撮像素子30は、赤外線にのみ感度を有してもよいし、赤外線及び赤外線以外の光線に対して感度を有してもよい。また、撮像素子30は、赤外線以外の光に対して感度を有する素子であってもよく、この場合、光源装置36としては、撮像素子30が感度を有する波長域の光を発するものが用いられる。また、撮像装置3は、光源装置36を有さなくてもよい。
撮像用光学系31は、レンズ系32と、開口絞り35とを備えている。レンズ系32は4枚構成の光学レンズである。レンズ系32は、単レンズとして、第1レンズ321、第2レンズ322、第3レンズ323及び第4レンズ324を有している。第1レンズ321、第2レンズ322、第3レンズ323及び第4レンズ324は、光軸OA方向において、物体側から像側(撮像素子30側)に向かって順に配置されている。第1レンズ321、第2レンズ322、第3レンズ323及び第4レンズ324の各々は、プラスチックから形成された樹脂レンズであってもよいし、ガラスから形成されたガラスレンズであってもよい。
開口絞り35は、光軸OA方向において第1レンズ321と第2レンズ322の間に配置されている。開口絞り35は、撮像素子30の撮像面300に当たる光の範囲を規定する。
第1レンズ321は、負のパワーを有する両凹レンズである。第1レンズ321は、物体側の面である第1面331と、像側の面である第2面332とを有している。第1面331は、負のパワーを有する非球面の凹面であり、第2面332は、負のパワーを有する非球面の凹面である。このように、第1面331が凹面であると、凸面である場合と比較して、第1面331に対する光の入射角が大きくなり、第1面331の屈折力が大きくなりやすい。このため、レンズ系32のレンズの枚数の増加が抑制される。また、第1面331に対する光の入射角が大きいと、第1面331を透過する光の透過率は低下しやすい。しかし、本実施形態では、上述したように第1面331の屈折力を大きくすることができるため、撮像面300の外周部における光線の密度が大きくなりやすく、撮像面300における光量分布が均一になりやすい。また、第2面332が凹面であると、凸面である場合と比較して、適切に収差補正することができる。なお、本開示では、レンズの面のパワーについて、当該面が全体として光軸OA方向においてレンズの外側に向かって突出する面を正のパワーを有する面といい、当該面が全体として光軸OA方向においてレンズの内側に向かって凹む面を負のパワーを有する面という。また、レンズのパワーについては、当該レンズの全体として光線を光軸OA側に集めるパワーを正のパワーといい、当該面の全体として光線を光軸OAとは反対側に発散させるパワーを負のパワーという。
第2レンズ322は、正のパワーを有するレンズである。第2レンズ322は、物体側の面である第3面333と、像側の面である第4面334とを有している。第3面333は、負のパワーを有する非球面の凹面であり、第4面334は、正のパワーを有する非球面の凸面である。
第3レンズ323は、正又は負のパワーを有するレンズである。第3レンズ323は、物体側の面である第5面335と、像側の面である第6面336とを有している。第5面335は、負のパワーを有する非球面の凹面であり、第6面336は、正のパワーを有する非球面の凸面である。
第4レンズ324は、正又は負のパワーを有するレンズである。第4レンズ324は、物体側の面である第7面337と、像側の面である第8面338とを有している。第7面337は、負のパワーを有する非球面の凹面である。第8面338は、光軸OAが通過する中央領域3240と、中央領域3240を囲む外周領域3241とを有している。中央領域3240は、負のパワーを有する凹面であり、外周領域3241は、正のパワーを有する非球面の凸面である。第8面338において中央領域3240と外側領域3441との境界は、変曲点となっている。
撮像用光学系31は、カバー310を更に有している。カバー310は、ガラス製である。撮像用光学系31を通過した構成は、カバー310を透過して撮像面300に至る。カバー310は、第4レンズ324と撮像素子30との間に位置し、撮像面300を保護する。カバー310は、物体側の面である第9面339と、像側の面である第10面340とを有している。
ここで、撮像用光学系31の焦点距離をfとする。また、図5に示すように、第1レンズ321の物体側の面における有効径のサグ量をsagR1、前記第1レンズ321の前記像側の面のサグ量をsagR2とする。本開示におけるサグ量は、第1面331又は第2面332からなる面において、光軸OAと交わる点を基準位置としたとき、光軸OAから光軸OAと直交する方向において有効半径rだけ離れた位置Pの光軸OA方向における位置である。また、この場合、物体側に向かう方向を正、像側へ向かう方向を負としている。また、有効半径rは、第1面331又は第2面332からなる面において、光軸OAから当該面を通過する光束の最大周辺光線までの距離である。
式(1)及び式(2)の条件を満たすことで、撮像用光学系31の球面収差、非点収差及び歪曲収差を抑制することができる。なお、撮像用光学系31は、式(1)及び式(2)の条件を満たさなくてもよい。
なお、撮像用光学系31は、式(1)〜式(4)のうち、式(1)及び式(2)の条件だけを満たしてもよいし、式(1)、式(2)及び式(3)の条件のみを満たしてもよいし、式(1)、式(2)及び式(4)の条件のみを満たしてもよい。
撮像用光学系31の光学全長をLとしたとき、撮像用光学系31は、下記の式(5)の条件を満すことが好ましい。ここで、本開示における光学全長Lは、第1面331から撮像面300までの光軸OA方向における距離である。
式(5)の条件を満たすことで、撮像用光学系31の大型化を抑制できる。なお、撮像用光学系31は、式(5)の条件は満たさなくてもよい。
また、撮像装置3の画角θは、100度以上であることが好ましい。なお、本開示における画角θとは、対角画角を意味する。このように撮像装置3の画角を100度以上にすることで、撮像装置3を移動装置1の搭乗者監視システム2の一部として利用するときに、複数の搭乗者を同時に撮像することが可能になる。
また、撮像装置3の画角θは、150度以下であることが好ましい。この場合、撮像用光学系31の大型化を抑制できる。なお、撮像光学系の画角θは、100度未満であってもよいし、150度を超えてもよい。
式(6)の条件を満たすことで、撮像装置3の大型化を抑制できる。なお、撮像装置3は、式(6)の条件を満たさなくてもよい。
(2)実施例
以下、上記実施形態を具体化した実施例1〜6の撮像装置3について説明する。各実施例の撮像装置3の仕様データ、レンズデータ、第1レンズ321のサグ値及び非球面係数を、表1〜表24に示す。
以下、上記実施形態を具体化した実施例1〜6の撮像装置3について説明する。各実施例の撮像装置3の仕様データ、レンズデータ、第1レンズ321のサグ値及び非球面係数を、表1〜表24に示す。
表2、表6、表10、表14、表18、表22における曲率半径の符号は、物体側に凸の場合を正とし、像側に凸の場合を負としている。また、表3、表7、表11、表15、表19、表23は、第1面331〜第8面338の各々の非球面形状を下記の式(7)に示す非球面式で表したときにおける非球面係数を示している。なお、式(7)では、光軸OA方向の軸をZ、光軸OAに直交する方向の高さをHとしている。
実施例1〜4は、式(1)〜式(4)の条件を満たしている。これに対して、実施例5、6は、式(1)の条件を満たしているが、式(2)〜式(4)の条件を満たしていない。図6〜図8は、第1実施例の撮像装置3の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すグラフである。図9〜図11は、第2実施例の撮像装置3の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すグラフである。図12〜図14は、第3実施例の撮像装置3の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すグラフである。図15〜図17は、第4実施例の撮像装置3の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すグラフである。図18〜図20は、第5実施例の撮像装置3の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すグラフである。図21〜図23は、第6実施例の撮像装置3の球面収差、非点収差及び歪曲収差を示すグラフである。なお、図7、図10、図13、図16、図19及び図22におけるSは、サジタル方向の非点収差であり、Tはタンジェンシャル方向の非点収差である。
図6〜図23から理解できるように、実施例5では球面収差がやや大きくなり、また、実施例6では非点収差がやや大きくなるももの、実施例1〜4では、球面収差、非点収差及び歪曲収差が抑制される。
(3)態様
以上説明した、実施形態から明らかなように、第1の態様の撮像用光学系(31)は、以下に示す構成を有する。物体側から像側に向かって順に配置された、第1レンズ(321)、第2レンズ(322)、第3レンズ(323)及び第4レンズ(324)によって構成されたレンズ系(32)を備えている。第1レンズ(321)は、物体側の面が負のパワーを有し、かつ、像側の面が負のパワーを有している。
以上説明した、実施形態から明らかなように、第1の態様の撮像用光学系(31)は、以下に示す構成を有する。物体側から像側に向かって順に配置された、第1レンズ(321)、第2レンズ(322)、第3レンズ(323)及び第4レンズ(324)によって構成されたレンズ系(32)を備えている。第1レンズ(321)は、物体側の面が負のパワーを有し、かつ、像側の面が負のパワーを有している。
この態様によれば、第1レンズ(321)の物体側の面が負のパワーを有するので、正のパワーを有する場合と比較して、第1レンズ(321)の物体側の面に対する光の入射角が大きくなり、第1レンズ(321)の物体側の面の屈折力が大きくなりやすい。このため、レンズ系(32)のレンズの枚数の増加を抑制し、撮像用光学系(31)の大型化が抑制される。また、第1レンズ(321)の像側の面が負のパワーを有する面であると、正のパワーを有する面である場合と比較して、適切に収差補正することができる。
第2の態様の撮像用光学系(31)は、第1の態様との組み合わせにより実現され得る。第2の態様の撮像用光学系(31)は、以下に示す構成を有する。第2レンズ(322)は正のパワーを有している。第3レンズ(323)の像側の面は、正のパワーを有している。第4レンズ(324)の像側の面の中央領域(3240)は、負のパワーを有している。
この態様によれば、第1レンズ(321)を透過した光を、上述した形状を有する、第2レンズ(322)、第3レンズ(323)及び第4レンズ(324)で屈折して、像面に結像することができる。
第3の態様の撮像用光学系(31)は、第1又は第2の態様との組み合わせにより実現され得る。第3の態様の第1レンズ(321)は、両凹レンズである。
この態様によれば、第1レンズ(321)として両凹レンズを用いることができる。
第4の態様の撮像用光学系(31)は、第1〜第3のいずれか一つの態様との組み合わせにより実現され得る。第4の態様の撮像用光学系(31)は、第1レンズ(321)と第2レンズ(322)との間に位置した開口絞り(35)を更に備えている。
この態様によれば、開口絞り(35)により撮像素子(30)に当たる光の範囲を規定することができる。
第5の態様の撮像用光学系(31)は、第1〜第4のいずれか一つの態様との組み合わせにより実現され得る。第5の態様の撮像用光学系(31)は、以下に示す構成を有する。撮像用光学系(31)の焦点距離をf、第1レンズ(321)の物体側の面における有効径のサグ量をsagR1、第1レンズ(321)の像側の面のサグ量をsagR2としたとき、以下に示す式(1)及び式(2)の条件を満たしている。
第5〜第7の態様の撮像用光学系(31)にあっては、撮像用光学系(31)の球面収差、非点収差及び歪曲収差を抑制することができる。
第8の態様の撮像用光学系(31)は、第1〜第7のいずれか一つの態様との組み合わせにより実現され得る。第8の態様の撮像用光学系(31)は、撮像用光学系(31)の焦点距離をf、撮像用光学系(31)の光学全長をLとしたとき、以下に示す式(5)の条件を満たしている。
この態様によれば、撮像用光学系(31)の大型化を抑制できる。
第9の態様の撮像装置(3)は、以下に示す構成を有する。第1〜第8のいずれか一つの態様の撮像用光学系(31)と、撮像素子(30)とを備えている。撮像素子(30)は、撮像用光学系(31)によって集められた光を受ける。
この態様によれば、撮像用光学系(31)を備えた撮像装置(3)を提供できる。また、撮像装置(3)の大型化を抑制できる。
第10の態様の撮像装置(3)は、第9の態様との組み合わせにより実現され得る。第10の態様の撮像装置(3)は、画角(θ)が100度以上である。
この態様によれば、撮像用光学系(31)を利用して、広い範囲を撮像できる。
第11の態様の撮像装置(3)は、第9又は第10の態様との組み合わせにより実現され得る。第11の態様の撮像装置(3)は、画角(θ)が150度以下である。
この態様によれば、撮像用光学系(31)の大型化を抑制できる。
第12の態様の撮像装置(3)は、第9〜第11のいずれか一つの態様との組み合わせにより実現され得る。第12の態様の撮像装置(3)は、撮像用光学系(31)の焦点距離をf、撮像用光学系(31)の画角をθ、撮像用光学系(31)の像高をhとしたとき、以下に示す式(6)の条件を満たしている。
この態様によれば、撮像装置(3)の大型化を抑制できる。
第13の態様の搭乗者監視システム(2)は、以下に示す構成を有する。移動装置(1)に搭乗した搭乗者を撮像する第9〜第12のいずれか一つの態様の撮像装置(3)と、撮像装置(3)から撮像データを取得する制御装置(5)とを備えている。
この態様によれば、撮像装置(3)を用いて、移動装置(1)に搭乗した搭乗者を監視することができる。
第14の態様の移動装置(1)は、以下に示す構成を有する。移動装置(1)は、移動装置本体(10)と、移動装置本体(10)に設置された第9〜第12のいずれか一つの態様の撮像装置(3)とを備える。
この態様によれば、撮像装置(3)を備えた移動装置(1)を提供できる。
θ 画角
f 焦点距離
h 像高
L 光学全長
sagR1 第1面のサグ量
sagR2 第2面のサグ量
1 移動装置
10 移動装置本体
2 搭乗者監視システム
3 撮像装置
30 撮像素子
31 撮像用光学系
32 レンズ系
321 第1レンズ
322 第2レンズ
323 第3レンズ
324 第4レンズ
331 第1面(第1レンズの物体側の面)
332 第2面(第1レンズの像側の面)
35 開口絞り
5 制御装置
50 取得部
f 焦点距離
h 像高
L 光学全長
sagR1 第1面のサグ量
sagR2 第2面のサグ量
1 移動装置
10 移動装置本体
2 搭乗者監視システム
3 撮像装置
30 撮像素子
31 撮像用光学系
32 レンズ系
321 第1レンズ
322 第2レンズ
323 第3レンズ
324 第4レンズ
331 第1面(第1レンズの物体側の面)
332 第2面(第1レンズの像側の面)
35 開口絞り
5 制御装置
50 取得部
Claims (14)
- 物体側から像側に向かって順に配置された、第1レンズ、第2レンズ、第3レンズ及び第4レンズによって構成されたレンズ系を備え、
前記第1レンズは、前記物体側の面が負のパワーを有し、かつ、前記像側の面が負のパワーを有した、
撮像用光学系。 - 前記第2レンズは、正のパワーを有し、
前記第3レンズの前記像側の面は、正のパワーを有し、
前記第4レンズの前記像側の面の中央領域は、負のパワーを有した、
請求項1に記載の撮像用光学系。 - 前記第1レンズは、両凹レンズである、
請求項1又は請求項2に記載の撮像用光学系。 - 前記第1レンズと前記第2レンズとの間に位置した開口絞りを更に備えた、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像用光学系。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の撮像用光学系と、
前記撮像用光学系によって集められた光を受ける撮像素子とを備えた、
撮像装置。 - 画角が100度以上である、
請求項9に記載の撮像装置。 - 画角が150度以下である、
請求項9又は請求項10に記載の撮像装置。 - 移動装置に搭乗した搭乗者を撮像する請求項9〜12のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から撮像データを取得する制御装置とを備えた、
搭乗者監視システム。 - 移動装置本体と、
前記移動装置本体に設置された請求項9〜12のいずれか1項に記載の撮像装置とを備えた、
移動装置。
Priority Applications (2)
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US (1) | US20200314297A1 (ja) |
JP (1) | JP2020166071A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI799016B (zh) * | 2021-12-17 | 2023-04-11 | 大立光電股份有限公司 | 取像光學系統鏡組、取像裝置及電子裝置 |
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- 2019-03-28 JP JP2019065094A patent/JP2020166071A/ja active Pending
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2020
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