JP5711464B2 - Optical glass, precision press-molding preform and optical element - Google Patents
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Description
本発明は、高価なGeO2やTa2O5を一切含有させることなしに所定の光学恒数を有する光学ガラスに関するものである。また、本発明は、上記の光学ガラスを用いた精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子に関するものである。 The present invention relates to an optical glass having a predetermined optical constant without containing any expensive GeO 2 or Ta 2 O 5 . The present invention also relates to a precision press-molding preform and optical element using the above optical glass.
近年、光学系の軽薄短小化がかなり進んできている。より一層軽薄短小化を進めるために使用する光学ガラスとして超高屈折率ガラスがある。現在市場に出ている超高屈折率ガラスは屈折率(nd)が2.0を超えていて、さらにアッベ数(νd)は20.0前後である。 In recent years, optical systems have become much thinner and lighter. There is an ultra-high refractive index glass as an optical glass used for further lightening and shortening. The ultrahigh refractive index glass currently on the market has a refractive index (nd) exceeding 2.0, and the Abbe number (νd) is around 20.0.
このような光学ガラスやさらに屈折率の高い光学ガラスを使用して効率よく軽薄短小化する光学系のためには、組み合わせに最適な光学恒数を有する光学ガラスの開発が必要となってきている。かかる光学ガラスに必要とされる光学恒数は、屈折率(nd)が1.93〜1.98、アッベ数(νd)が30.0前後である。そのような光学ガラスとして、従来、種々の組成のガラスが知られている(例えば、特許文献1〜4参照)。
For such optical glass and an optical system that uses an optical glass having a higher refractive index to efficiently reduce the thickness, it is necessary to develop an optical glass having an optimal optical constant for the combination. . The optical constants required for such optical glass have a refractive index (nd) of 1.93 to 1.98 and an Abbe number (νd) of around 30.0. Conventionally, glasses having various compositions are known as such optical glasses (see, for example,
しかしながら、引用文献1〜4に記載された光学ガラスでは、以下のような問題点があった。すなわち、特許文献1に記載の高屈折ガラスは、必須成分としてGeO2を3.0質量%〜19.0質量%含んでいるため高価なガラスとなる問題があった。また、特許文献2に記載の光学ガラスおよび特許文献3に記載の光学ガラスは、希土類酸化物の合計含有量が少ないため、必要とされる屈折率範囲を有するガラスを作製できないという問題があった。さらに、特許文献4に記載の光学ガラスは、必須成分としてTa2O5を0.1質量%〜15質量%含んでいるためやはり高価なガラスになるという問題があった。
However, the optical glasses described in the cited
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、高価なGeO2やTa2O5を一切含有させず、希土類酸化物を一定量以上含有させた組成で所定の光学恒数を有する光学ガラスを、それを用いた精密プレス成形用プリフォームおよび光学素子と共に提案することを目的とする。 The present invention advantageously solves the above problem, and does not contain any expensive GeO 2 or Ta 2 O 5 , and has a predetermined optical constant with a composition containing a certain amount of rare earth oxide. The object is to propose glass together with a precision press-molding preform and optical element using the glass.
本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、SiO2−B2O3−La2O3−Gd2O3−ZrO2−TiO2−Nb2O3系ガラスにおいて、希土類酸化物(ここではLa2O3とGd2O3)の合計含有量を一定量以上確保し、且つ、その他成分を適正範囲内とすることにより、所定の光学恒数を有する光学ガラスを安価かつ高生産性の下で作製できることを見出した。 The present inventor has conducted extensive investigations to achieve the above object, the SiO 2 -B 2 O 3 -La 2 O 3 -Gd 2 O 3 -ZrO 2 -TiO 2 -Nb 2 O 3 based glass, An optical glass having a predetermined optical constant is obtained by securing a total content of rare earth oxides (here, La 2 O 3 and Gd 2 O 3 ) over a certain amount and setting other components within an appropriate range. It was found that it can be produced at low cost and high productivity.
すなわち、本発明の光学ガラスは、以下に説明する通りのものである。
1.質量%で、
SiO2:0.5〜9.0%、
B2O3:10.0〜22.0%、
La2O3:30.0〜50.0%、
Gd2O3:14.0〜30.0%、
ZrO2:0.5〜10.0%、
TiO2:9.0〜18.0%および
Nb2O5:1.0〜13.5%
を含み、かつ
50.5%≦(La2O3+Gd2O3)≦64.0%
の範囲を満足し、
光学恒数が、図1の点A(32.5、1.93000)、点B(31.0、1.98000)、点C(28.5、1.98000)および点D(29.0、1.93000)を順次直線で結んだ線分A−B、B−C、C−D、D−Aで囲まれた領域内にある
ことを特徴とする光学ガラス。
2.質量%で、さらに、LiO2:3.0%以下およびZnO:6.0%以下のうちから選んだ一種または二種を含有する組成からなることを特徴とする1に記載の光学ガラス。
3.1または2に記載の光学ガラスからなることを特徴とする精密プレス成形用プリフォーム。
4.1〜3のいずれかに記載の光学ガラスを精密プレス成形して得たことを特徴とする光学素子。
That is, the optical glass of the present invention is as described below.
1. % By mass
SiO 2: 0.5~9.0%,
B 2 O 3: 10.0~22.0%,
La 2 O 3: 30.0~50.0%,
Gd 2 O 3 : 14.0 to 30.0%,
ZrO 2 : 0.5 to 10.0%,
TiO 2 : 9.0 to 18.0% and Nb 2 O 5 : 1.0 to 13.5%
And 50.5% ≦ (La 2 O 3 + Gd 2 O 3 ) ≦ 64.0%
Satisfy the range of
The optical constants are point A (32.5, 1.93000), point B (31.0, 1.98000), point C (28.5, 1.98000) and point D (29.0) in FIG. 1.93000) in a region surrounded by line segments AB, BC, CD, DA, which are sequentially connected by straight lines.
2. 2. The optical glass according to 1, wherein the optical glass further comprises a composition containing one or two of LiO 2 : 3.0% or less and ZnO: 6.0% or less.
3. A precision press-molding preform comprising the optical glass described in 1 or 2 .
An optical element obtained by precision press molding the optical glass according to any one of 4.1 to 3.
本発明によれば、SiO2−B2O3−La2O3−Gd2O3−ZrO2−TiO2−Nb2O5系ガラスにおいて、希土類酸化物(La2O3とGd2O3)の合計含有量を一定量以上使用し、且つ、その他成分を適正範囲内に制御することにより、所定の光学恒数を有しつつも安価で生産性の高いガラスを得ることができる。 According to the present invention, the SiO 2 -B 2 O 3 -La 2 O 3 -Gd 2 O 3 -ZrO 2 -TiO 2 -Nb 2 O 5 based glass, rare earth oxide (La 2 O 3 and Gd 2 O By using the total content of 3 ) above a certain amount and controlling other components within an appropriate range, it is possible to obtain an inexpensive and highly productive glass while having a predetermined optical constant.
また、本発明によれば、かかる光学ガラスを素材とすることで、所定の屈折率を有しつつも安価で生産性の高い精密プレス成形用プリフォーム、さらには光学素子を得ることができる。 Further, according to the present invention, by using such optical glass as a raw material, it is possible to obtain a precision press-molding preform and an optical element that have a predetermined refractive index and are inexpensive and high in productivity.
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の光学ガラスの特徴は、質量%で、SiO2:0.5〜9.0%、B2O3:10.0〜22.0%、La2O3:30.0〜50.0%、Gd2O3:14.0〜30.0%、ZrO2:0.5〜10.0%、TiO2:9.0〜18.0%およびNb2O5:1.0〜13.5%の組成からなり、かつ50.5%≦(La2O3+Gd2O3)≦64.0%の範囲を満足する点にある。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
The optical glass of the present invention is characterized by mass%, SiO 2 : 0.5 to 9.0%, B 2 O 3 : 10.0 to 22.0%, La 2 O 3 : 30.0 to 50. 0%, Gd 2 O 3 : 14.0 to 30.0%, ZrO 2 : 0.5 to 10.0%, TiO 2 : 9.0 to 18.0% and Nb 2 O 5 : 1.0 to The composition is 13.5% and satisfies the range of 50.5% ≦ (La 2 O 3 + Gd 2 O 3 ) ≦ 64.0%.
本発明において、ガラス組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する「%」表示は、「質量%」を意味するものとする。 The reason why the glass composition is limited to the above range in the present invention will be described. In addition, the “%” display regarding the component means “mass%”.
<必須成分について>
[SiO2:0.5〜9.0%]
本発明において、SiO2は、ガラスの網目構造をなすガラス形成酸化物である。またガラス粘度を適度に上げて耐失透性を高める効果がある。SiO2が0.5%より少ないとこれらの効果は得られず、一方SiO2が9.0%を超えると所望の光学恒数が得難くなるので、SiO2の範囲は0.5〜9.0%とした。SiO2の範囲は、好ましくは0.6〜8.0%、より好ましくは0.7〜7.0%の範囲である。
<About essential ingredients>
[SiO 2: 0.5~9.0%]
In the present invention, SiO 2 is a glass-forming oxide having a glass network structure. Moreover, it has the effect of raising the glass viscosity moderately and improving devitrification resistance. If SiO 2 is less than 0.5%, these effects cannot be obtained. On the other hand, if SiO 2 exceeds 9.0%, it is difficult to obtain a desired optical constant, so the range of SiO 2 is 0.5 to 9 0.0%. Range of SiO 2 is preferably 0.6 to 8.0%, more preferably from 0.7 to 7.0%.
[B2O3:10.0〜22.0%]
本発明において、B2O3は、SiO2同様、ガラスの網目構造をなすガラス形成酸化物である。希土類酸化物を多く含有する場合、耐失透性に大きく寄与する成分である。耐失透性を上げる効果を得るためには10.0%以上使用する必要があるが、22.0%を超えて使用すると所望する光学恒数が得難くなるので、B2O3の範囲は10.0〜22.0%とした。B2O3の範囲は、好ましくは11.0〜21.0%、より好ましくは11.5%〜20.0%の範囲である。
[B 2 O 3: 10.0~22.0% ]
In the present invention, B 2 O 3 is a glass-forming oxide that forms a glass network structure like SiO 2 . When a large amount of rare earth oxide is contained, it is a component that greatly contributes to devitrification resistance. In order to obtain the effect of increasing the devitrification resistance, it is necessary to use 10.0% or more, but if it exceeds 22.0%, it becomes difficult to obtain a desired optical constant, so the range of B 2 O 3 Was set to 10.0 to 22.0%. The range of B 2 O 3 is preferably 11.0 to 21.0%, more preferably 11.5% to 20.0%.
[La2O3:30.0〜50.0%]
本発明において、La2O3は、高屈折率且つ低分散化に大きく寄与する成分である。所望する光学恒数を得るためには30.0%以上含有させる必要があるが、50.0%を超えると耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、La2O3の範囲は30.0〜50.0%とした。La2O3の範囲は、好ましくは31.0〜48.0%、より好ましくは32.0〜47.0%の範囲である。
[La 2 O 3: 30.0~50.0% ]
In the present invention, La 2 O 3 is a component that greatly contributes to high refractive index and low dispersion. To obtain the optical constants so desired it is necessary to contain more than 30.0%, since more than 50.0%, the devitrification resistance can not be obtained a transparent glass decreases, the La 2 O 3 The range was 30.0-50.0%. Range of La 2 O 3 is preferably 31.0 to 48.0%, more preferably from 32.0 to 47.0%.
[Gd2O3:14.0〜30.0%]
本発明において、Gd2O3は、La2O3と同様の効果がある。この効果を得るためには14.0%以上含有させる必要があるが、30.0%を超えるとやはり耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、Gd2O3の範囲は14.0〜30.0%とした。Gd2O3の範囲は、好ましくは15.0〜29.0%、より好ましくは16.0〜27.5%の範囲である。
[Gd 2 O 3 : 14.0 to 30.0%]
In the present invention, Gd 2 O 3 has the same effect as La 2 O 3 . In order to obtain this effect, it is necessary to contain 14.0% or more, but if it exceeds 30.0%, devitrification resistance is lowered and a transparent glass cannot be obtained. Therefore, the range of Gd 2 O 3 is It was set to 14.0 to 30.0%. The range of Gd 2 O 3 is preferably 15.0 to 29.0%, more preferably 16.0 to 27.5%.
[ZrO2:0.5〜10.0%]
本発明において、ZrO2は、屈折率を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには0.5%以上含有させる必要があるが、10.0%を超えるとガラスが得られ難くなるので、ZrO2の範囲は0.5〜10.0%とした。ZrO2の範囲は、好ましくは1.0〜9.0%、より好ましくは1.5〜8.0%の範囲である。
[ZrO 2 : 0.5 to 10.0%]
In the present invention, ZrO 2 has the effect of increasing the refractive index. In order to obtain the desired optical constant, it is necessary to contain 0.5% or more. However, if it exceeds 10.0%, it becomes difficult to obtain a glass, so the range of ZrO 2 is 0.5 to 10.0%. It was. The range of ZrO 2 is preferably 1.0 to 9.0%, more preferably 1.5 to 8.0%.
[TiO2:9.0〜18.0%]
本発明において、TiO2は、屈折率を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには9.0%以上含有させる必要があるが、18.0%を超えて含有させると高分散化して、所望する光学恒数を得られなくなるため、TiO2の範囲は9.0〜18.0%とした。TiO2の範囲は、好ましくは10.0〜17.0%、より好ましくは10.5〜16.5%の範囲である。
[TiO 2 : 9.0 to 18.0%]
In the present invention, TiO 2 has the effect of increasing the refractive index. While in order to obtain the optical constants of desired content should be more than 9.0 percent, and highly dispersed and is contained by more than 18.0%, the order can not be obtained optical constants desired, TiO 2 The range was 9.0 to 18.0%. Range of TiO 2 is preferably from 10.0 to 17.0%, more preferably from 10.5 to 16.5%.
[Nb2O5:1.0〜13.5%]
本発明において、Nb2O5は、光学恒数を高める効果がある。所望する光学恒数を得るためには1.0%以上含有させる必要があるが、13.5%を超えて含有させるとガラスが得られ難くなるため、Nb2O5の範囲は1.0〜13.5%とした。Nb2O5の範囲は、好ましくは2.0〜12.0%、より好ましくは2.5〜11.5%の範囲である。
[Nb 2 O 5: 1.0~13.5% ]
In the present invention, Nb 2 O 5 has an effect of increasing the optical constant. In order to obtain a desired optical constant, it is necessary to contain 1.0% or more, but if it exceeds 13.5%, it becomes difficult to obtain glass, so the range of Nb 2 O 5 is 1.0. ˜13.5%. The range of Nb 2 O 5 is preferably 2.0 to 12.0%, more preferably 2.5 to 11.5%.
[50.5%≦(La2O3+Gd2O3)≦64.0%]
本発明では、希土類酸化物であるLa2O3とGd2O3の合計量が重要であり、所望する光学恒数を得るためには、(La2O3+Gd2O3)量を50.5%以上とする必要がある。しかし、64.0%を超えて多量に含有されると、耐失透性が低下し透明なガラスが得られなくなるので、(La2O3+Gd2O3)量を50.5〜64.0%に限定した。希土類酸化物合計含有量(La2O3+Gd2O3)は、好ましくは52.5〜64.0%、より好ましくは53.0〜64.0%の範囲である。
[50.5% ≦ (La 2 O 3 + Gd 2 O 3 ) ≦ 64.0%]
In the present invention, the total amount of La 2 O 3 and Gd 2 O 3 which are rare earth oxides is important. In order to obtain a desired optical constant, the amount of (La 2 O 3 + Gd 2 O 3 ) is 50 It should be 5% or more. However, if the content exceeds 64.0%, the devitrification resistance decreases and a transparent glass cannot be obtained, so the amount of (La 2 O 3 + Gd 2 O 3 ) is 50.5 to 64. Limited to 0%. The total rare earth oxide content (La 2 O 3 + Gd 2 O 3 ) is preferably in the range of 52.5 to 64.0%, more preferably 53.0 to 64.0%.
<任意成分について>
[LiO2:3.0%以下]
LiO2は、ガラス転移点(Tg)を下げる効果がある。3.0%まで含有できるが、それを超えて含有させると耐失透性が著しく低下する。好ましくは2.5%以下、より好ましくは2.0%以下である。
<About optional components>
[LiO 2 : 3.0% or less]
LiO 2 has the effect of lowering the glass transition point (Tg). Although it can contain up to 3.0%, if it contains exceeding it, devitrification resistance will fall remarkably. Preferably it is 2.5% or less, More preferably, it is 2.0% or less.
[ZnO:6.0%以下]
ZnOは、Tgを低く保ちつつも比較的高屈折率を得る成分である。6.0%まで含有させられるが、それを超えて含有させると所望する光学恒数が得られ難くなる。ZnOの範囲は、好ましくは5.5%以下、より好ましくは5.0%以下の範囲である。
[ZnO: 6.0% or less]
ZnO is a component that obtains a relatively high refractive index while keeping Tg low. Although it is contained up to 6.0%, it is difficult to obtain a desired optical constant if it is contained beyond that. The range of ZnO is preferably 5.5% or less, more preferably 5.0% or less.
[その他の添加可能な成分]
本発明の光学ガラスには、目的を外れない限り、上記成分のほかに光学恒数の調整やガラス化領域の拡大などのためにNa2O、K2O、Cs2O、P2O5、Al2O3、In2O3などを常法に従い含有させることが出来る。また、脱泡剤としてSb2O3を1%未満含有させることも出来る。
[Other components that can be added]
The optical glass of the present invention has Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O, and P 2 O 5 for adjusting the optical constant and expanding the vitrification region in addition to the above components unless the purpose is deviated. Al 2 O 3 , In 2 O 3 and the like can be contained according to a conventional method. Moreover, less than 1% of Sb 2 O 3 can be contained as a defoaming agent.
<屈折率の好ましい範囲について>
図1は、本発明の光学ガラスにおける屈折率とアッベ数の適正範囲を示すグラフである。図1において、点Aは、アッベ数(νd)が32.5で屈折率(nd)が1.93000の位置であり、(32.5、1.93000)で示す。点B、点C、点Dについても同様に示す。本発明で所期するアッベ数(νd)と屈折率(nd)の範囲は、点A(32.5、1930000)、点B(31.0、1.98000)、点C(28.5、1.98000)および点D(29.0、1.93000)および点A(32.5、1.93000)を順次直線で結んだ領域内であり、この範囲を満たさせることにより、所望の特性を得ることができる。さらに好ましい範囲は、図1の点E(32.0、1.93000)、点F(31.0、1.97000)、点C(28.5、1.98000)および点G(29.3、1.94000)を順次直線で結んだ領域内である。
<Preferred range of refractive index>
FIG. 1 is a graph showing an appropriate range of refractive index and Abbe number in the optical glass of the present invention. In FIG. 1, a point A is a position where the Abbe number (νd) is 32.5 and the refractive index (nd) is 1.93000, which is indicated by (32.5, 1.93000). The same applies to point B, point C, and point D. The ranges of the Abbe number (νd) and the refractive index (nd) expected in the present invention are point A (32.5, 1930000), point B (31.0, 1.98000), point C (28.5, 1.98000) and point D (29.0, 1.93000) and point A (32.5, 1.93000) in a region connected by a straight line in order, and satisfying this range, the desired characteristics Can be obtained. Further preferred ranges are point E (32.0, 1.93000), point F (31.0, 1.97000), point C (28.5, 1.98000) and point G (29.3) in FIG. 1.94000) are sequentially connected by straight lines.
以下に本発明について実施例を用いてさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited to these examples.
各成分の原料として各々の成分に相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを使用し、所定の割合で秤量し充分混合したものを調合原料とした。これを白金製坩堝に投入し、電気炉内で1200℃〜1400℃で熔融しながら白金製攪拌棒で適時攪拌し、清澄、均質化させてから、適当な温度に予熱した金型内に鋳込み、室温まで徐冷することにより本発明の組成範囲内の発明例1〜18を作製した。表1に発明例1〜18の組成と各物性値を示す。また、比較例1として特許文献2の実施例2のデータを、さらに比較例2として特許文献3の実施例33のデータを、表1に併せて示す。 Oxides, hydroxides, carbonates, nitrates and the like corresponding to the respective components were used as raw materials for the respective components, and those prepared by weighing at a predetermined ratio and sufficiently mixed were used as the mixed raw materials. This is put into a platinum crucible, melted at 1200 to 1400 ° C in an electric furnace, stirred with a platinum stirrer in a timely manner, clarified and homogenized, and then poured into a mold preheated to an appropriate temperature. By slowly cooling to room temperature, Invention Examples 1 to 18 within the composition range of the present invention were produced. Table 1 shows the compositions and physical property values of Invention Examples 1 to 18. Table 1 also shows data of Example 2 of Patent Document 2 as Comparative Example 1 and data of Example 33 of Patent Document 3 as Comparative Example 2.
なお、作製した光学ガラスの屈折率(nd)およびアッベ数(νd)は、カルニュー光学工業社製「KPR−200」を用いて測定した。 The refractive index (nd) and Abbe number (νd) of the produced optical glass were measured using “KPR-200” manufactured by Kalnew Optical Industry Co., Ltd.
表1に示したとおり、本発明の要件を満足する発明例1〜18はいずれも、本発明で目標とする光学恒数が得られていることがわかる。なお、比較例1、2はそれぞれ(La2O3+Gd2O3)の合計量が本発明の下限に満たないため、本発明で目標とする光学恒数が満たされていない。 As shown in Table 1, it can be seen that all of the inventive examples 1 to 18 that satisfy the requirements of the present invention have obtained the optical constants targeted by the present invention. In Comparative Examples 1 and 2, since the total amount of (La 2 O 3 + Gd 2 O 3 ) does not satisfy the lower limit of the present invention, the target optical constant in the present invention is not satisfied.
本発明の光学ガラスは、滴下による精密プレス成形用プリフォームの製造やモールドプレス成形による光学素子の製造に適していて、所定の光学恒数を有する光学ガラス、ひいては光学素子として好適に用いることができる。 The optical glass of the present invention is suitable for the production of a precision press-molding preform by dripping or the production of an optical element by mold press molding, and is preferably used as an optical glass having a predetermined optical constant, and thus as an optical element. it can.
Claims (4)
SiO2:0.5〜9.0%、
B2O3:10.0〜22.0%、
La2O3:30.0〜50.0%、
Gd2O3:14.0〜30.0%、
ZrO2:0.5〜10.0%、
TiO2:9.0〜18.0%および
Nb2O5:1.0〜13.5%
を含み、かつ
50.5%≦(La2O3+Gd2O3)≦64.0%
の範囲を満足し、
光学恒数が、図1の点A(32.5、1.93000)、点B(31.0、1.98000)、点C(28.5、1.98000)および点D(29.0、1.93000)を順次直線で結んだ線分A−B、B−C、C−D、D−Aで囲まれた領域内にある
ことを特徴とする光学ガラス。 % By mass
SiO 2: 0.5~9.0%,
B 2 O 3: 10.0~22.0%,
La 2 O 3: 30.0~50.0%,
Gd 2 O 3 : 14.0 to 30.0%,
ZrO 2 : 0.5 to 10.0%,
TiO 2 : 9.0 to 18.0% and Nb 2 O 5 : 1.0 to 13.5%
And 50.5% ≦ (La 2 O 3 + Gd 2 O 3 ) ≦ 64.0%
Satisfy the range of
The optical constants are point A (32.5, 1.93000), point B (31.0, 1.98000), point C (28.5, 1.98000) and point D (29.0) in FIG. 1.93000) in a region surrounded by line segments AB, BC, CD, DA, which are sequentially connected by straight lines.
LiO2:3.0%以下および
ZnO:6.0%以下
のうちから選んだ一種または二種を含有する組成からなることを特徴とする請求項1に記載の光学ガラス。 2. The optical glass according to claim 1, wherein the optical glass further comprises one or two kinds selected from the group consisting of LiO 2 : 3.0% or less and ZnO: 6.0% or less.
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