JP4641950B2 - 組合せレンズアレイおよび組合せレンズアレイの製造方法 - Google Patents

組合せレンズアレイおよび組合せレンズアレイの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、レンズ基体に複数のレンズ要素を一体に作り込んだ前記複数枚のレンズアレイを重合して成る組合せレンズアレイおよび組合せレンズアレイの製造方法に関するものである。
従来の、組合せレンズアレイは、レンズ基体に複数のレンズ要素を一体に作り込んだ2種類のレンズアレイを、位置合せ(光軸合せ)した状態で貼り合わせて、構成されている(例えば、特許文献1)。この場合、各レンズアレイはガラス等で構成され、上型と下型とから成る2種類の金型を用いて、それぞれ成形されるようになっている。
特開2004−151363号公報
このような、従来の組合せレンズアレイでは、2種類のレンズアレイを成形すべく2種類の金型を用意する必要があり、製造コストが嵩む問題があった。また、2種類のレンズアレイは、異なる金型で成形されるため、成形条件を全く同一にすることができず、一方のレンズアレイに成形ムラが発生すると、他方のレンズアレイが無駄になるおそれがあった。
本発明は、同一の成形条件で簡単に製造することができる組合せレンズアレイおよび組合せレンズアレイの製造方法を提供することをその課題としている。
本発明の組合せレンズアレイは、板状のレンズ基体に複数のレンズ要素を一体に作りこんだ複数枚のレンズアレイを重合して成る組合せレンズアレイであって、複数枚のレンズアレイと、複数枚のレンズアレイの相互間を連結すると共に折曲げ可能に構成した折込み連結部と、を展開した状態で一体成形したことを特徴とする。
また、本発明の組合せレンズアレイの製造方法は、板状のレンズ基体に複数のレンズ要素を一体に作り込んだ複数枚のレンズアレイを重合して成る組合せレンズアレイの製造方法であって、複数枚のレンズアレイと、複数枚のレンズアレイの相互間を連結すると共に折曲げ可能に構成した折込み連結部と、を展開した状態で一体に成形することを特徴とする。
この構成によれば、複数枚のレンズアレイの相互間を連結する折込み連結部により、複数枚のレンズアレイを一体成形することができるため、複数枚のレンズアレイを、単一の金型により且つ同一の成形条件で簡単に成形することができる。したがって、組合せレンズアレイを構成する複数枚のレンズアレイを、低コストで且つ効率良く製造することができる。また、複数枚のレンズアレイを、各折込み連結部で折り込むことにより、複数枚のレンズアレイを簡単に重合状態とすることができる。
この場合、複数枚のレンズアレイは、重合状態で相互に接触し、各レンズアレイは、折込み連結部による折込み方向に対して逆反り形状に形成されていることが、好ましい。
この構成によれば、折込み連結部を介して、複数枚のレンズアレイを重合させたときに、相互の中心部から強く接触してゆくため、周縁部の接触により中心部が浮き上がることがなく、複数枚のレンズアレイの各レンズ要素を隙間無く接触させることができる。なお、逆反り形状は、同心円状に反らせた形状とすることが、より好ましい。
また、重合方向の最外端に位置する2枚の前記レンズ基体のうちの、少なくとも一方のレンズ基体には、他方のレンズ基体に対しスナップイン形式で掛止めされ、複数枚のレンズアレイの重合状態を維持する掛止部が、一体成形されていることが、好ましい。
この構成によれば、折込み連結部の部分で各レンズアレイを折り込むと共に、掛止部で、最外端の2枚の前記レンズ基体をスナップインで掛け止めすることにより、複数枚のレンズアレイを、接着剤等を用いることなく簡単に重合状態とすることができる。なお、掛止部を単純なフック形状とし、他方のレンズ基体の縁部に外側からフッキングする形態の他、一方のレンズ基体にフックを、他方のレンズ基体にフック受け穴或いはフック受け溝を設ける形態であってもよい。
この場合、各レンズ基体は方形に形成されており、掛止部は、レンズ基体の4辺のうち、少なくとも折込み連結部を形成した1辺を除く3辺に設けられていることが、好ましい。
この構成によれば、複数枚のレンズアレイを簡単に重合状態とすることができると共に、少なくとも3辺に設けられた掛止部により、複数枚のレンズアレイを相互に位置決めすることができる。なお、折込み連結部は、レンズ基体の1辺に相当する幅に形成してもよいが、これより十分に幅狭とし(2本でも可)、この折込み連結部に隣接して掛止部を形成してもよい(この場合には、掛止部を4辺に形成)。
一方、重合方向に隣接する2枚のレンズ基体のうちの、一方のレンズ基体には位置決めを行うための位置決め凸部が、他方のレンズ基体には重合状態で位置決め凸部に係合する位置決め凹部が、それぞれ一体成形されていることが、好ましい。
この構成によれば、重合状態で複数枚のレンズアレイの相互間で、各位置決め凸部と各位置決め凹部が係合するため、複数枚のレンズアレイを精度良く位置決めすることができる。なお、位置決め凸部および位置決め凹部は、各レンズ基体の周縁部に設けられることが好ましく、また環状に形成した単一のものであっても好いし、複数のものであってもよい。
また、複数枚のレンズアレイは、重合状態で相互に離間し、重合方向に隣接する2枚のレンズ基体のうちの、少なくとも一方のレンズ基体には、離間距離を維持するスペーサが、一体成形されていることが、好ましい。
この構成によれば、重合状態におけるレンズアレイ相互の離間距離を規制することができるため、レンズアレイの仕様(設計値)に合せた離間距離に精度良く調整することができる。なお、スペーサは、各レンズ基体の周縁部に設けられることが好ましく、また環状に形成した単一のものであっても好いし、複数のものであってもよい。
この場合、重合方向に隣接する2枚のレンズ基体のうちの、他方のレンズ基体には、スペーサの先端部が嵌合する受け穴が、一体成形されていることが、好ましい。
この構成によれば、スペーサに、上記の位置決め機能を併せ持たせることができる。
同様に、重合方向に隣接する2枚のレンズ基体のうちの、他方のレンズ基体には、位置決め凸部が係合する位置決め凹部が、光軸のずらし量分離れて複数組一体成形されていることが、好ましい。
この構成によれば、位置決め凸部が係合する位置決め凹部により、複数枚のレンズアレイの重合させた状態における光軸のずらし量、すなわち光軸の曲げ調整を行うことができる。
同様に、重合方向に隣接する2枚のレンズ基体のうちの、他方のレンズ基体には、スペーサの先端部が嵌合する受け穴が、レンズ要素の配設ピッチ分ずれ且つ深さを異にして複数組一体成形されていることが、好ましい。
この構成によれば、スペーサの先端部が嵌合する受け穴により、複数枚のレンズアレイの重合させた状態における相互の離間距離、すなわち作動距離の調整を行うことができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明の組合せレンズアレイおよびその製造方法について説明する。この組合せレンズアレイは、例えばディスプレイの前方に配置され、ディスプレイの二次元画像を、前方空間に擬似立体画像として結像させるための正立結像レンズとして用いられるものであり、2枚のマイクロレンズアレイを貼り合わせて構成されている。
図1(a)は、2枚のマイクロレンズアレイを展開した組合せレンズアレイの成形状態を 図1(b)は、2枚のマイクロレンズアレイを重合した組合せレンズアレイの完成状態を、それぞれ表している。組合せレンズアレイ1は、透光性の樹脂等で構成され、2枚のマイクロレンズアレイ(レンズアレイ)2A,2Bと、2枚のマイクロレンズアレイ2A,2Bの相互間を折曲げ自在に連結する折込み連結部3と、で一体に形成(一体成形)されている。
同図(b)の上側(同図(a)では左側)のマイクロレンズアレイ2Aは、板状のレンズ基体5に複数(多数)の微小なレンズ要素6をマトリクス状に一体に作りこんだものであり、レンズ基体5の下面周縁部には、四周に亘って下向き接合部7が一体に突出形成されている。同様に、同図(b)の下側(同図(a)では右側)のマイクロレンズアレイ2Bは、板状のレンズ基体5に複数(多数)の微小なレンズ要素6をマトリクス状に一体に作りこんだものであり、レンズ基体5の上面周縁部には四周に亘って上向き接合部8が一体に突出形成されている。
各レンズ基体5は方形に形成される一方、各レンズ要素6は、レンズ基体5の表裏両面に形成した球面或いは非球面の一対のレンズ凸部6a,6aで構成されている。下向き接合部7は、レンズ基体5の下面において複数のレンズ要素6を囲むように枠状に突出しており、その下端部には、断面「V」字状の接合溝7aが形成されている。同様に、上向き接合部8は、レンズ基体5の上面において複数のレンズ要素6を囲むように枠状に突出しており、その上端部には、上記の接合溝7aと相補的形状を為す山型の接合突起8aが形成されている。
折込み連結部3は、各レンズ基体5に比して十分に薄肉に形成され、両マイクロレンズアレイ2A,2Bの折曲げ(折込み)を許容可能な長さに形成されている。この場合、折込み連結部3は、各レンズ基体5の幅(1の辺)と同幅に形成してもよいし、狭幅に形成してもよく、さらには、帯状の複数のもので構成してもよい(図5参照)。
この折込み連結部3を折り曲げて、2枚のマイクロレンズアレイ2A,2Bをその接合溝7aと接合突起8aが接合するように重合すると、上側のマイクロレンズアレイ2Aの各レンズ要素6と下側のマイクロレンズアレイ2Bの各レンズ要素6とが、光軸を合致させた状態で接触する。この状態で、上側のマイクロレンズアレイ2Aの下向き接合部7と下側のマイクロレンズアレイ2Bの上向き接合部8と、を接合接着(貼り合わせ)することにより、組合せレンズアレイ1が完成する。なお、本実施形態の下向き接合部7および上向き接合部8は、レンズ基体5の周縁部に連続する(環状)ように形成されているが、これを不連続なものとしてもよい。
ここで、図2を参照して、金型を用いた組合せレンズアレイの成形方法(製造方法)を、簡単に説明する。組合せレンズアレイ1は、図1(a)に示す展開状態で成形されるようになっており、金型10は、下側のコア(雄型:下型)11と上側のキャビティー(雌型:上型)12とから成り、キャビティー12の中央部には、折込み連結部3に面する部分に、樹脂を注入するためのスプルー13が形成されている。展開状態の組合せレンズアレイ1は、スプルー13から樹脂を注入し、樹脂の硬化後に型抜きを行うことにより、一体に成形される。すなわち、本実施形態の組合せレンズアレイ1の構成要素となる両マイクロレンズアレイ2A,2B、折込み連結部3、下向き接合部7および上向き接合部8が、上記の金型10を用いた射出成形により、一体に成形される。
このように成形された組合せレンズアレイ1は、上述のように、折込み連結部3で折り込むようにして、両マイクロレンズアレイ2A,2Bを貼り合わせることで、完成する。その際、上側のマイクロレンズアレイ2Aの下向き接合部7および下側のマイクロレンズアレイ2Bの上向き接合部8は、両マイクロレンズアレイ2A,2Bの貼合せ部位としての機能の他、上下各レンズ要素6の光軸合せの機能を有し、また両マイクロレンズアレイ2A,2Bの貼合せ内部を封止する。また、上記の製造方法によれば、2枚のマイクロレンズアレイ2A,2Bを全く同一の成形条件で且つ簡単に成形することができる。したがって、組合せレンズアレイ1を、低コストで且つ効率良く製造することができる。
例えば、図3(a)に示すように、各マイクロレンズアレイ2A,2Bにおける各レンズ要素6の表裏一対のレンズ凸部6a,6aが、微妙に位置ずれして成形された場合(コア11とキャビティー12の横ずれ)でも、同図(b)のように、両マイクロレンズアレイ2A,2Bを重合させると、各レンズ要素6,6の光軸が合致(入射側のレンズ凸部6aと出射側のレンズ凸部6aとが合致)し、成形ムラを吸収することができる。ここでは、最外端のレンズ(レンズ要素6)の影響が最も大きいため、少なくとも最外端のレンズの光軸が良好に保たれることにより、成形ムラによるレンズ性能の悪化を最小限に抑えることができる。
次に、図4を参照して、第2実施形態に係る組合せレンズアレイについて、説明する。この実施形態の組合せレンズアレイ1では、第1実施形態の組合せレンズアレイ1における下向き接合部7および上向き接合部8に代えて、上側のマイクロレンズアレイ2Aに掛止部15が、一体に形成(一体成形)されている。掛止部15は、レンズ基体5の周端部に内向きのかぎ爪形状に形成され、重合した下側のマイクロレンズアレイ2Bの周縁部、すなわちレンズ基体5の周縁部にスナップインで掛け止めされるようになっている(同図(b)参照)。そして、掛止部15は、レンズ基体5の4辺のうち、少なくとも折込み連結部3を形成した1辺を除く3辺に設けられている。
具体的には、図5(a)に示すように、レンズ基体5において折込み連結部3側の1辺を除く3辺の各中間位置に、比較的幅狭とした掛止部15をそれぞれ形成するようにしてもよいし、同図(b)に示すように、上記の3辺に、比較的幅広とした掛止部15をそれぞれ形成するようにしてもよい。また、同図(c)に示すように、レンズ基体5の4隅の近傍に、各2個ずつ計8個の掛止部15を形成するようにしてもよい。
一方、折込み連結部3については、同図(a)のように、レンズ基体5の1辺に幅広に形成してもよいし、同図(b)のように、レンズ基体5の1辺に相互に離間して2つ形成してもよい。さらに、同図(c)のように、レンズ基体5の1辺の中間位置に幅狭に形成してもよい。
このような構成では、折込み連結部3で折り込むようにして、両マイクロレンズアレイ2A,2Bを重合し、掛止部15を下側のマイクロレンズアレイ2Bの周縁部にスナップインで掛け止めすることにより、両マイクロレンズアレイ2A,2Bが接触するようにして貼り合わされる。この場合、掛止部15をレンズ基体5の3辺あるいは4辺に形成することにより、掛止部15に位置合せ(光軸合せ)の機能を併せ持たせることができる。また、各掛止部15を幅広に形成すれば(同図(b))、両マイクロレンズアレイ2A,2Bの貼合せ内部にゴミ等が浸入するのを防止することができる。
図6は、第2実施形態の第1変形例を示している。この変形例における組合せレンズアレイ1は、第2実施形態の組合せレンズアレイ1と同様の形態を有しているが、この場合には、両マイクロレンズアレイ2A,2Bが、折込み連結部3による折込み方向に対して逆反り形状に、それぞれ形成されている。すなわち、両マイクロレンズアレイ2A,2Bは、重合状態で周縁部側が相互に離反するように2次元的に僅かに反るように形成されている。もっとも、重合状態で周縁部側が離反するように3次元的に僅かに反る(中心位置から同心円状に僅かに反る)ように形成することが、より好ましい。
このような構成では、両マイクロレンズアレイ2A,2Bを折り込んで重合させたときに、相互の中心部のレンズ要素6から強く接触していくため、スナップインで最終的に周縁部のレンズ要素6が接触したときに中心部が浮き上がることがなく、2枚のマイクロレンズアレイ2A,2Bの各レンズ要素6を隙間無く密接させることができる。これにより、組合せレンズアレイ1のレンズ性能が損なわれることがない。
図7は、第2実施形態の第2変形例を示している。この変形例では、上側のマイクロレンズアレイ2Aに、かぎ爪形状の掛止部15に代えて鍔付の掛止ピン(掛止部)17が、下側のマイクロレンズアレイ2Bに、掛止ピン17が抜止め状態で嵌合する掛止穴18が、それぞれ形成されている(同図(a))。掛止ピン17は、上側のマイクロレンズアレイ2Aにおけるレンズ基体5の4隅にそれぞれ設けられ、これに対応して、掛止穴18は、下側のマイクロレンズアレイ2Bにおけるレンズ基体5の4隅にそれぞれ設けられている(同図(b))。
このような構成では、両マイクロレンズアレイ2A,2Bを重合し、4本の掛止ピン17を4つの掛止穴18にスナップインでそれぞれ掛け止めすることにより、両マイクロレンズアレイ2A,2Bが密接するようにして貼り合わされる。この場合にも、掛止ピン17および掛止穴18に位置合せ(光軸合せ)の機能を併せ持たせることができる。また、両マイクロレンズアレイ2A,2Bを貼り合わした後、折込み連結部3を切り落とすことで、突出部分の無い組合せレンズアレイ1を構成することができる。
図8は、第2実施形態の第3変形例を示している。この変形例では、上記の掛止部15に加えて、上側のマイクロレンズアレイ2Aにおけるレンズ基体5の周縁部に位置決めピン(位置決め凸部)21が形成され、これに対応して、下側のマイクロレンズアレイ2Bにおけるレンズ基体5の周縁部に位置決めピン21が嵌合する位置決め孔(位置決め凹部)22が形成されている。この場合も、位置決めピン21は、上側のマイクロレンズアレイ2Aにおけるレンズ基体5の4隅にそれぞれ設けられ、これに対応して、位置決め孔22は、下側のマイクロレンズアレイ2Bにおけるレンズ基体5の4隅にそれぞれ設けられている。
なお、同図(a)に示すように、組合せレンズアレイ1の仕様によっては、位置決めピン21を長く形成し、或いは位置決め孔22を浅く形成して、両マイクロレンズアレイ2A,2Bを離間させるようにしてもよい。この場合には、位置決めピン21および位置決め孔22に、両マイクロレンズアレイ2A,2Bの位置決め機能とスペーサ機能と、併せ持たせることができる。もちろん、両マイクロレンズアレイ2A,2Bの離間距離に合せて掛止部15の長さも調整される。なお、4つの位置決めピン21を環状の位置決め突起(第1実施形態の下向き接合部7と同様)とし、4つの位置決め孔22を環状の位置決め溝としてもよい。
次に、図9および図10を参照して、第3実施形態に係る組合せレンズアレイについて、説明する。この実施形態の組合せレンズアレイ1では、上記の変形例と同様に、上側のマイクロレンズアレイ2Aに4つの位置決めピン21が形成され、下側のマイクロレンズアレイ2Bに4つの位置決め孔22が2組形成されている。また、上記の掛止部15は設けられておらず、両マイクロレンズアレイ2A,2Bは、各位置決めピン21と各位置決め孔22とを接着接合することにより、貼り合わされる。
図9に示す組合せレンズアレイ1では、2組の位置決め孔(位置決め孔群)22a,22bが、相互に深さの異なるものとなっており、且つレンズ要素6の配設ピッチ分、位置ずれして配設されている。これにより、各レンズ要素6の光軸を合致させた状態で、両マイクロレンズアレイ2A,2Bの離間距離を長短2段階で調整できるようになっている。もちろん、位置決め孔22を、深さを異にして3組以上設けるようにしてもよい。このようにして、両マイクロレンズアレイ2A,2Bの間隙を適宜調整することにより、例えば離間距離を短くすれば上記の作動距離(結像距離)が長くなり、離間距離を長くすれば作動距離が短くなる。
一方、図10に示す組合せレンズアレイ1では、2組の位置決め孔(位置決め孔群)22a,22bが、同一深さであって各レンズ要素6が微小に位置ずれするように配設されている(図示では、1配設ピッチ+位置ずれ分)。これにより、各レンズ要素6の光軸を曲げ調整できるようになっている。この場合も、位置決め孔22を、ずれ量を異にして3組以上設けるようにしてもよい。このようにして、両マイクロレンズアレイ2A,2Bの光軸のずれ量を適宜調整することにより、例えば光が出射してゆく角度を調整することができ、使用する用途の自由度を高めることができる。
このような構成では、性質の異なる2種類(複数種類)の組合せレンズアレイ1を、単一の成形物として製造することができる。また、言うまでもないが、図9の組合せレンズアレイ1と図10の組合せレンズアレイ1との折衷的な組合せレンズアレイ1を構成することも可能である。すなわち、作動距離の調整と光軸を曲げ調整とを同時に行い得る組合せレンズアレイ1を、構成することも可能である。
なお、本実施形態では、2枚のマイクロレンズアレイを重合させた組合せレンズアレイについて説明したが、3枚以上のマイクロレンズアレイを重合させた組合せレンズアレイを構成することも可能である。かかる場合には、複数枚のマイクロレンズアレイを波状に折り込むようにする。また、以上の実施形態を適宜組み合わせた構成とすることも可能である。
実施形態に係る組合せレンズアレイの展開状態の断面図(a)および重合状態の断面図(b)である。 実施形態に係る組合せレンズアレイを成形するための金型の断面図である。 実施形態に係る組合せレンズアレイの成形ムラを表した説明図である。 第2実施形態に係る組合せレンズアレイの展開状態の断面図(a)および重合状態の断面図(b)である。 第2実施形態に係る組合せレンズアレイの重合状態の平面図である。 第2実施形態の第1変形例に係る組合せレンズアレイの展開状態の断面図(a)、重合途中の断面図(b)および重合状態の断面図(c)である。 第2実施形態の第2変形例に係る組合せレンズアレイの構造図である。 第2実施形態の第3変形例に係る組合せレンズアレイの断面図である。 第3実施形態の第1変形例に係る組合せレンズアレイの断面図である。 第3実施形態の第2変形例に係る組合せレンズアレイの断面図である。
符号の説明
1 組合せレンズアレイ 2A マイクロレンズアレイ
2B マイクロレンズアレイ 3 折込み連結部
5 レンズ基体 6 レンズ要素
7 下向き接合部 8 上向き接合部
10 金型 11 コア
12 キャビティー 15 掛止部
17 掛止めピン 18 掛止穴
21 位置決めピン 22 位置決め孔

Claims (10)

  1. 板状のレンズ基体に複数のレンズ要素を一体に作りこんだ複数枚のレンズアレイを重合して成る組合せレンズアレイであって、
    前記複数枚のレンズアレイと、
    前記複数枚のレンズアレイの相互間を連結すると共に折曲げ可能に構成した折込み連結部と、
    を展開した状態で一体成形したことを特徴とする組合せレンズアレイ。
  2. 前記複数枚のレンズアレイは、重合状態で相互に接触し、
    前記各レンズアレイは、前記折込み連結部による折込み方向に対して逆反り形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の組合せレンズアレイ。
  3. 重合方向の最外端に位置する2枚の前記レンズ基体のうちの、少なくとも一方の前記レンズ基体には、他方の前記レンズ基体に対しスナップイン形式で掛止めされ、前記複数枚のレンズアレイの重合状態を維持する掛止部が、一体成形されていることを特徴とする請求項1に記載の組合せレンズアレイ。
  4. 前記各レンズ基体は方形に形成されており、
    前記掛止部は、前記レンズ基体の4辺のうち、少なくとも前記折込み連結部を形成した1辺を除く3辺に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の組合せレンズアレイ。
  5. 重合方向に隣接する2枚の前記レンズ基体のうちの、一方の前記レンズ基体には位置決めを行うための位置決め凸部が、他方の前記レンズ基体には重合状態で前記位置決め凸部に係合する位置決め凹部が、それぞれ一体成形されていることを特徴とする請求項1に記載の組合せレンズアレイ。
  6. 前記複数枚のレンズアレイは、重合状態で相互に離間し、
    重合方向に隣接する2枚の前記レンズ基体のうちの、少なくとも一方の前記レンズ基体には、前記離間距離を維持するスペーサが、一体成形されていることを特徴とする請求項1に記載の組合せレンズアレイ。
  7. 重合方向に隣接する2枚の前記レンズ基体のうちの、他方の前記レンズ基体には、前記スペーサの先端部が嵌合する受け穴が、一体成形されていることを特徴とする請求項6に記載の組合せレンズアレイ。
  8. 重合方向に隣接する2枚の前記レンズ基体のうちの、他方の前記レンズ基体には、前記位置決め凸部が係合する前記位置決め凹部が、光軸のずらし量分離れて複数組一体成形されていることを特徴とする請求項5に記載の組合せレンズアレイ。
  9. 重合方向に隣接する2枚の前記レンズ基体のうちの、他方の前記レンズ基体には、前記スペーサの先端部が嵌合する受け穴が、前記レンズ要素の配設ピッチ分ずれ且つ深さを異にして複数組一体成形されていることを特徴とする請求項6に記載の組合せレンズアレイ。
  10. 板状のレンズ基体に複数のレンズ要素を一体に作り込んだ複数枚のレンズアレイを重合して成る組合せレンズアレイの製造方法であって、
    前記複数枚のレンズアレイと、
    前記複数枚のレンズアレイの相互間を連結すると共に折曲げ可能に構成した折込み連結部と、
    を展開した状態で一体に成形することを特徴とする組合せレンズアレイの製造方法。
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