JP6161296B2 - レンズ鏡筒、光学機器、および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルビデオ等に使用する沈胴構造のレンズ鏡筒と、これを用いる光学機器および撮像装置に関するものである。

デジタルビデオでは、ズーム時にレンズの倒れを極力小さくするために、ガイドバーを用いてレンズ枠を保持する構造が知られている。レンズ枠の保持部を、ガイドバーの長手方向に距離をおいて設置することができる。その結果、レンズの倒れを規制することができ、像の揺れ等を防止できる。しかし、ガイドバーが長いことは、小型化を阻害する原因となる。特許文献１では、ビデオカメラ用の沈胴型のレンズ鏡筒にて、複数のガイド軸およびリニアモータを用いた可動部材の駆動機構が開示されている。

特開平８−９４９０５号公報

前記特許文献１に開示の構成では、ズームレンズを保持するガイドバーの長さは、沈胴時の全長以下に制限される。そのため、沈胴しないレンズ鏡筒と比較して、ズーム時のレンズの移動範囲や光学保持精度が制限されることになる。
本発明の目的は、光軸方向に移動する光学素子およびその駆動機構を備えるレンズ鏡筒において、撮影時に光学素子の移動範囲や光学保持精度を維持しつつ、非撮影時にレンズ鏡筒の全長を短縮することである。

上記課題を解決するために、本発明に係るレンズ鏡筒は、第１の案内部と、沈胴状態から撮影状態への移行に伴い、光軸方向において前記第１の案内部に対して被写体側に移動するとともに、撮影状態から沈胴状態への移行に伴い、光軸方向において像面側に移動する第２の案内部と、レンズを保持するレンズ保持部材と、前記レンズ保持部材を光軸方向に沿って駆動する駆動部と、を有する。前記レンズ保持部材は第１および第２の部分を有し、前記第１の部分は前記第１の案内部により光軸方向に移動可能に保持され、前記第２の部分は前記第２の案内部により光軸方向に移動可能に保持され、前記第２の部分は前記第１の部分よりも被写体側に位置し、且つ、前記第１の部分と前記第２の部分が前記光軸方向に延びる連結部で連結され、前記光軸と直交する方向から見た場合、前記光軸を挟んで前記第１および第２の部分ならびに前記光軸方向に延びる連結部と反対側に、前記レンズ保持部材を案内する第３の案内部が設けられている。

本発明によれば、撮影時に光学素子の移動範囲や光学保持精度を維持しつつ、非撮影時にレンズ鏡筒の全長を短縮することができる。

図２ないし図９と併せて本発明の第１実施形態を説明するために、撮影時のレンズ鏡筒を示す断面図である。 レンズ鏡筒の正面図（Ａ）、およびガイドバーの嵌合状態を説明する断面図（Ｂ）、（Ｃ）である。 沈胴動作を説明するレンズ鏡筒の断面図である。 撮影時のカム構造を示す断面図である。 沈胴動作を説明するカム構造の断面図である。 カムと直進ガイドを説明する図である。 ラック部の説明図である。 ロック部の説明図である。 沈胴動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るレンズ鏡筒の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。

以下に、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。本発明は、ズームレンズやフォーカスレンズ等の光学素子を光軸方向へ移動させる機構部を有するレンズ鏡筒や、該レンズ鏡筒を用いた光学機器、撮像装置に適用可能である。
［第１実施形態］
図１ないし図９を参照して、本発明の第１実施形態に係るレンズ鏡筒について説明する。
図１は、本実施形態に係るレンズ鏡筒の使用状態（撮影可能状態）を示す、光軸方向に沿う断面図である。以下では、光軸方向に沿って移動する光学素子が被写体側に繰り出した位置を撮影位置とし、沈胴状態にて光学素子が像面側に繰り込んだ位置を退避位置とする。被写体側（図１の左側）を光軸方向前方とし、像面側（図１の右側）を光軸方向後方とし、光軸に近い側を内側と定義して各部の位置関係を説明する。

レンズ鏡筒は固定筒（第１鏡筒）と、可動部を備える。固定筒１に対して移動可能な可動部は、カム部材（カム環２）、直進部材（直進筒３：第２鏡筒）、保持部材（レンズ枠４）を有する。カム環２は、固定筒１に対して光軸を中心として回転可能に取りつけられた第３鏡筒であり、不図示のモータ等の駆動源により回転駆動される。例えば、駆動源としてステッピングモータを使用する場合、パルスカウントによりカム環２の回転量が制御される。
図２（Ａ）はレンズ鏡筒を光軸方向前方から見た場合の正面図である。図３はレンズ鏡筒の沈胴動作を説明する断面図である。図４はカム構造を示す断面図である。非撮影時の沈胴状態と、沈胴状態からレンズを繰出した撮影状態を含めて、カム環２は、撮像装置に組み込まれた状態では図４に示すように、固定筒１のバヨネット爪１３により光軸方向の移動が規制されている。

直進ガイド１１（図２（Ａ）、図４参照）は固定筒１の内周面部に設けられており、本実施形態では光軸方向に沿った溝部である。直進筒３は、カム環２の回転により光軸方向に移動する。直進筒３の外周面の後端寄りには、外側に突出した複数のカムフォロア３１が設けられている。直進ガイド１１は、カムフォロア３１が光軸回りに回転することを規制している。図２（Ａ）に示すように、複数の直進ガイド１１は光軸を中心とする円周方向において３箇所設置され、直進筒３に対して光軸方向以外の方向への移動を全て規制する。３個のカムフォロア３１は、直進筒３にて直進ガイド１１にそれぞれ対応して設置されている。カムフォロア３１はそれぞれカム溝部２１と当接して、カム環２の回転に伴って、カム溝部２１に沿って直進筒３を光軸方向へ進退させる役目をもつ。

図１に示す３本のガイドバー６ａ、６ｂ、６ｃはレンズ枠４の案内部を構成する案内部材である。本実施形態ではメインガイドバー６ａおよび６ｂと、サブガイドバー６ｃを用いる。以下、メインガイドバー６ａ（第１ガイドバー）を固定ガイドバーといい、メインガイドバー６ｂ（第２ガイドバー）を可動ガイドバーという。固定ガイドバー６ａ、可動ガイドバー６ｂ、サブガイドバー（第３ガイドバー）６ｃは、いずれも金属材料（ステンレス鋼等）から成る円柱形状をしている。

第１案内部を構成する固定ガイドバー６ａと、第３案内部を構成するサブガイドバー６ｃは、固定筒１に取り付けられており、光軸方向と平行な方向に延在するように保持されている。第２案内部を構成する可動ガイドバー６ｂは、直進筒３に取り付けられており、光軸方向と平行な方向に延在するように保持されている。図２（Ａ）に示すように、可動ガイドバー６ｂと固定ガイドバー６ａは、光軸を中心とする円周上の異なる位相関係で配置されている。つまり、可動ガイドバー６ｂの中心軸および光軸を含む平面と、固定ガイドバー６ａの中心軸および光軸を含む平面とは、所定の角度をなして配置される。その理由は、２本のメインガイドバーは、沈胴可能な構造とするために、図２（Ａ）の正面図上で重なった配置とすることが難しいからである。また、可動ガイドバー６ｂと固定ガイドバー６ａはそれぞれ、固定される部品が異なるため、光軸からの配置距離が異なっている。

可動ガイドバー６ｂと固定ガイドバー６ａに対して、サブガイドバー６ｃは、出来るだけ離れた位置に設置することにより、光軸を中心とする回転ガタを小さくすることができる。図２（Ａ）に示すように、サブガイドバー６ｃは光軸を挟んで固定ガイドバー６ａとは反対側に位置する。
第１嵌合部９ａ、第２嵌合部９ｂ、第３嵌合部９ｃは、固定ガイドバー６ａ、可動ガイドバー６ｂ、サブガイドバー６ｃに対してレンズ枠４にそれぞれ設けられた部分である。第１嵌合部９ａは固定ガイドバー６ａにより案内される第１の被ガイド部である。第２嵌合部９ｂは可動ガイドバー６ｂにより案内される第２の被ガイド部である。第３嵌合部９ｃはサブガイドバー６ｃにより案内される第３の被ガイド部である。

レンズ枠４はレンズ５を保持する保持部材である。第２嵌合部９ｂは可動ガイドバー６ｂと嵌合し、レンズ枠４が光軸方向に進退可能となるように、光軸と直交する平面内の移動を規制する。第１嵌合部９ａは固定ガイドバー６ａと嵌合し、レンズ枠４が光軸方向に進退可能となるように、光軸と直交する平面内の移動を規制する。第１嵌合部９ａおよび第２嵌合部９ｂについて、光軸と直交する平面で切断した場合の断面図を図２（Ｂ）に示す。第１嵌合部９ａ、第２嵌合部９ｂは、固定ガイドバー６ａ、可動ガイドバー６ｂにそれぞれ嵌合する軸穴部を有し、レンズ枠４は光軸に直交する平面内での移動が規制され、光軸方向に沿ってガイドされる。また、図１に示すように、第１嵌合部９ａと第２嵌合部９ｂは、光軸方向において離れた位置に配置されている。第１嵌合部９ａと第２嵌合部９ｂとの離間距離（図１のＬ１参照）が長いほど、レンズ枠４が保持するレンズ５は、固定ガイドバー６ａおよび可動ガイドバー６ｂに対して倒れ難くなる。

第３嵌合部９ｃは、レンズ枠４が光軸方向に進退可能となるようにサブガイドバー６ｃと微小な隙間をもって嵌合している。第３嵌合部９ｃは、第１嵌合部９ａおよび第２嵌合部９ｂとの多重嵌合を避けるため、光軸回りにレンズ枠４が回転する方向のみを規制する嵌合状態となっている。具体的には、第３嵌合部９ｃは、図２（Ｃ）に示すように切り欠き部を有し、光軸と直交する平面内の回転を規制する方向にのみ案内される構造となっている。これにより、光軸と直交する面内での偏芯が抑制される。
以上のように３本のガイドバーを使用することで、レンズ枠４が保持するレンズ５は、光軸方向に対して偏芯および倒れが発生し難いので、光軸方向に対する保持精度を維持しつつ光軸方向にのみ進退可能となる。

次にレンズ枠４を光軸方向に進退させる駆動部について、図７を参照して説明する。図７（Ａ）は光軸方向から見た場合の駆動部を示し、図７（Ｂ）は光軸と直交する方向から見た場合のラック４１を示す。
レンズ枠４に設置されたラック４１は、回転軸４１ａを支点にして光軸回りに回転可能である。ラック４１はレンズ枠４と光軸方向にて一体的に移動可能な状態で設置されている。トーションバネ４２は、コイル部が回転軸４１ａに取り付けられている。トーションバネ４２の２本の腕部の一方がラック４１のバネ掛け部４１ｂに取り付けられ、他方の腕部がレンズ枠４に設けたバネ掛け部４３に取り付けられる。トーションバネ４２は、ラック４１に対し、図７の紙面上において時計回り方向への回転力を付勢する付勢部材である。
ラック４１と送りねじ７との当接部には、図７（Ｂ）に示すように、ネジ部４１ｃが形成されている。ネジ部４１ｃのピッチは、送りねじ７のねじピッチと同設定であり、ラック４１と送りねじ７とが螺合している。送りねじ７はモータ８（図１、図３参照）の回転軸上に設置され、モータ８の回転と共に送りねじ７が回転する。以上の構造により、ラック４１は、レンズ枠４を光軸と直交する面内方向には規制せずに、光軸方向にのみ進退させる駆動機構を構成する。つまり、ガイドバーとの嵌合による規制と干渉することなく、レンズ枠４を光軸方向に進退させることが可能である。

例えば、モータ８にステッピングモータを使用する場合、パルス数の計数により、レンズ枠４が光軸方向に沿って移動する場合の相対移動量を把握できる。フォトインタラプタ等を使用した位置検出部１５（図１、図３参照）は、固定筒１の後端寄りの内周部に取り付けられている。遮光部４５はレンズ枠４の後端面部に取り付けられている。位置検出部１５は、光軸方向において遮光部４５が位置検出部１５と重なるときの位置を検出する。位置検出部１５と遮光部４５を使用することで、不図示の駆動制御部はレンズ枠４の光軸方向の絶対位置を管理する。駆動制御部はレンズ枠４の光軸方向の絶対位置を検出した後に、モータ８のパルス数をカウントすることで、光軸方向のレンズ枠４の位置を常に把握できる。

次に、直進筒３を繰り出した状態で、直進筒３の移動を阻止するロック構造を説明する。レンズ鏡筒は、固定ガイドバー６ａと可動ガイドバー６ｂの相対位置精度を安定させるために、直進筒３のロック機構を有する。図８を参照してロック機構の詳細を説明する。図８（Ａ）は、撮影可能状態において直進筒３がロックされた状態を示す、光軸方向に沿った断面図である。図８（Ｂ）は図８（Ａ）の矢印Ｔに示す方向から見た場合の矢視図である。

ロックバネ２５は、カム環２のカム溝部２１内にビス留めや接着により取り付けられている。ロックバネ２５を挿入し易いように、カム環２には貫通穴部２２が設けられている。図８（Ｂ）に示すように、ロックバネ２５はＵ字形状をしており、Ｕ字が開く方向にカムフォロア３１を付勢する。ロックバネ２５はＵ字の先端に近づくほど開いた形状をしており、カム溝部２１に近い方の端部が図８（Ｂ）の左方へ開いた状態で設置されている。撮影可能状態において、カムフォロア３１は、カム溝部２１に対して当接してはおらず、ロックバネ２５の力により図８（Ｂ）の左側へ付勢された状態になっている。付勢されたカムフォロア３１は、直進ガイド１１の当接面部１２に押圧された状態となる。当接面部１２は直進ガイド１１を形成する前端側の端面部である。カムフォロア３１は円柱形状ではなく、図８（Ｂ）に示すように、固定筒１の当接面部１２と当接する側に平面部を有する。カムフォロア３１の平面部と、固定筒１の当接面部１２は、事前に相対精度が確保された状態で加工されている。カムフォロア３１がロックバネ２５の力により当接面部１２に押圧された状態では、可動ガイドバー６ｂと固定ガイドバー６ａの相対精度を充分に確保できる。本実施形態においては、３個のカムフォロア３１が光軸を中心とする円周方向に配置されているので（図２（Ａ）参照）、ロックバネ２５も同位相の３箇所に設置される。以上のように、撮影可能状態において、可動ガイドバー６ｂと固定ガイドバー６ａの相対位置精度が確保されるので、レンズ枠４を精度よく光軸方向に進退させることができる。

次に、図９を参照して、レンズ鏡筒の沈胴動作について説明する。シーケンスの開始時点でレンズ鏡筒は撮影可能状態となっており、レンズ５は撮影位置に来ているものとする。以下、撮影可能状態から非撮影状態へ移行するまでの沈胴動作を説明する。
Ｓ１０１で駆動制御部はモータ８を制御して動作させ、レンズ枠４を像面側の端位置へと移動させる制御を行う。レンズ鏡筒は、図３（Ａ）、図５（Ａ）に示す状態になる。駆動制御部は、レンズ枠４の位置をモータ８のパルスカウントにより把握しているため、移動に必要なパルスカウント数に従ってモータ８の動作制御を行うことができる。また、本実施形態では、位置検出部１５が像面に近い側に配置されている（図１、図３参照）。よって、何らかの原因でモータ８のパルスカウント情報にずれが発生したとしても、レンズ枠４が像面側に近づいた時点で光軸方向の絶対位置を駆動制御部が再認識することで、パルスカウント数と絶対位置の関係を補正可能である。

次にＳ１０２では、カム環２の回転により、ロック解除動作が行われる。図６（Ａ）に示すように、撮影可能状態では、カムフォロア３１の位置（実線参照）が貫通穴部２２内にある。不図示の駆動機構によりカム環２を回転させると、ロックバネ２５もカム環２とともに回転するため、ロックバネ２５による押圧が解除され、カムフォロア３１は破線で示す位置３１ａに移動する。この段階でレンズ枠４は、光軸方向には進退せずロックが解除された状態である。図６（Ｂ）は、直進ガイド１１内のカムフォロア３１の位置を示す。光軸と直交する方向から見て、実線で示すカムフォロア３１の位置と、前記位置３１ａとが重なっている。
Ｓ１０３では、さらにカム環２が回転すると、カム溝部２１にしたがってカムフォロア３１は、光軸方向に沿って像面側に移動し、最終的に図６に破線で示す退避位置３１ｂに至る。以上により沈胴動作が完了し、レンズ鏡筒は図３（Ｂ）、図５（Ｂ）に示す状態となる。

本実施形態では、直進筒３を撮影位置でロックしてレンズ枠４の位置精度を向上させる機能と、直進筒３を光軸方向に沿って沈胴位置へ進退させる機能とを、カム環２の回転力だけで実現可能となる。また、沈胴動作にて事前にレンズ枠４を退避させておくことで、直進筒３とレンズ枠４との干渉を回避でき、ラック４１が送りねじ７のネジ山を乗り越える等の障害の発生を防止できる。
本実施形態によれば、撮影時に光軸方向の全長を長くしてロック機構により直進筒３をロックすることでレンズの倒れ等が生じ難くなり、レンズ保持精度を向上させつつ、レンズの移動距離を十分に確保できる。また非撮影時には、沈胴動作が行われてレンズ鏡筒が撮像装置本体部内に収納されるので、携帯性が向上する。

［第２実施形態］
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態の場合と同様の構成については既に使用した符号を用いることにより、それらの詳細な説明を割愛し、第１実施形態との相違点を説明する。
図１０（Ａ）は、第２実施形態を説明するために光軸に沿って切断して示す断面図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の矢印Ｗに示す方向から見た場合の矢視図である。

固定筒１の内周面に形成した第１ガイド溝部２６ａは、光軸方向と平行な方向に延在する第１案内部である。直進筒３の内周面に形成した第２ガイド溝部２６ｂは、光軸方向と平行な方向に延在する第２案内部である。第２ガイド溝部２６ｂにより案内される第２の被ガイド部２９ｂは、レンズ枠４の外周面の前端部から外側に突出している。この被ガイド部２９ｂは、レンズ枠４が光軸方向に進退可能となるように、第２ガイド溝部２６ｂと微小な隙間を持って嵌合している嵌合部である。また、第１ガイド溝部２６ａにより案内される第１の被ガイド部２９ａは、レンズ枠４の外周面の後端部から外側に突出している。被ガイド部２９ａは、レンズ枠４が光軸方向へ進退可能となるように、第１ガイド溝部２６ａと微小な隙間を持って嵌合している嵌合部である。

図１０（Ｂ）は、第２ガイド溝部２６ｂと被ガイド部２９ｂとの嵌合関係を例示する。被ガイド部２９ｂは円柱形状のコロであり、第２ガイド溝部２６ｂにより、図１０（Ｂ）の紙面の上下方向の移動を規制されている。図１０（Ａ）では、被ガイド部２９ｂは紙面に垂直な方向への移動が規制される。なお、図示は省略するが、被ガイド部２９ａも同様の円柱形状を有しており、第１ガイド溝部２６ａにより、図１０（Ａ）の紙面に垂直な方向への移動が規制されている。レンズ枠４は、第１ガイド溝部２６ａと第２ガイド溝部２６ｂに沿って光軸方向へ移動可能である。図１０（Ａ）に示すように、被ガイド部２９ａと２９ｂは、光軸方向において離れた位置関係を有する。被ガイド部２９ａと２９ｂとの離間距離（Ｌ２参照）が長いほど、図１０の紙面に直交する軸回り方向にて、レンズ枠４が保持するレンズ５が倒れ難くなる。

図１１は、本実施形態に係るレンズ鏡筒の正面図である。本図は、光軸を中心とする円周方向における、第１ガイド溝部２６ａと第２ガイド溝部２６ｂとの位相関係と、さらに第３ガイド溝部２６ｃ、第４ガイド溝部２６ｄの位相関係を示す。光軸方向から見た場合、第１ガイド溝部２６ａと第２ガイド溝部２６ｂが配置された角度位置から、ほぼ９０°の位相角をもって円周方向に離隔した位置に第３ガイド溝部２６ｃ、第４ガイド溝部２６ｄが配置されている。第３ガイド溝部２６ｃは直進筒３の内周面に形成され、光軸方向と平行な方向に延在する案内部である。第３ガイド溝部２６ｃに案内される第３の被ガイド部２９ｃは、レンズ枠４の外周面の前端部から外側に突出しており、レンズ枠４が光軸方向に進退可能となるように、第３ガイド溝部２６ｃと微小な隙間を持って嵌合している嵌合部である。また、第４ガイド溝部２６ｄは固定筒１の内周面に形成され、光軸方向と平行な方向に延在する案内部である。第４ガイド溝部２６ｄにより案内される第４の被ガイド部２９ｄは、レンズ枠４の外周面の後端部から外側に突出しており、レンズ枠４が光軸方向へ進退可能となるように、第４ガイド溝部２６ｄと微小な隙間を持って嵌合している嵌合部である。

以上のように、第３ガイド溝部２６ｃおよび第４ガイド溝部２６ｄは、光軸方向から見た場合、第１ガイド溝部２６ａおよび第２ガイド溝部２６ｂに対して、光軸回り方向にて互いに直交する位相関係で配置されている。これらの４つのガイド溝により、レンズ枠４に設けた４つの被ガイド部がそれぞれ案内されるので、レンズ５は光軸と直交する平面内での倒れが発生せずに進退可能となる。
第２実施形態によれば、光軸方向に延在する複数のガイドバーを使用することなく、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、前記実施形態では、カム環２を利用した沈胴構造を例示したが、これに限らず、本発明は各種の沈胴構造を有するレンズ鏡筒に適用可能である。

１ 固定筒
２ カム環
３ 直進筒
４ レンズ枠
５ レンズ
６ａ，６ｂ メインガイドバー
６ｃ サブガイドバー
９ａ 第１嵌合部
９ｂ 第２嵌合部
９ｃ 第３嵌合部

Claims (7)

1. 第１の案内部と、沈胴状態から撮影状態への移行に伴い、光軸方向において前記第１の案内部に対して被写体側に移動するとともに、撮影状態から沈胴状態への移行に伴い、光軸方向において像面側に移動する第２の案内部と、レンズを保持するレンズ保持部材と、前記レンズ保持部材を光軸方向に沿って駆動する駆動部と、を有するレンズ鏡筒であって、
   前記レンズ保持部材は第１および第２の部分を有し、前記第１の部分は前記第１の案内部により光軸方向に移動可能に保持され、前記第２の部分は前記第２の案内部により光軸方向に移動可能に保持され、前記第２の部分は前記第１の部分よりも被写体側に位置し、且つ、前記第１の部分と前記第２の部分が前記光軸方向に延びる連結部で連結され、
   前記光軸と直交する方向から見た場合、前記光軸を挟んで前記第１および第２の部分ならびに前記光軸方向に延びる連結部と反対側に、前記レンズ保持部材を案内する第３の案内部が設けられていることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記第３の案内部は、沈胴状態から撮影状態への移行に伴い、光軸方向において移動しないことを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記第１の案内部を有する第１の鏡筒と、前記第２の案内部を有する第２の鏡筒と、を有し、
   前記第２の鏡筒は、沈胴状態から撮影状態への移行に伴い、光軸方向において前記第１の鏡筒に対して被写体側に移動するとともに、撮影状態から沈胴状態への移行に伴い、光軸方向において像面側に移動することを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記第１の鏡筒に対して光軸回りに回転し得る状態で配置された第３の鏡筒を備え、
   前記第３の鏡筒はカム溝部を有し、
   前記第２の鏡筒は前記カム溝部に対応するカムフォロアを有しており、
   前記第３の鏡筒の回転により、前記カム溝部に従って前記カムフォロアが光軸方向に沿って移動することを特徴とする請求項３に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記撮影状態にて前記カムフォロアの移動を阻止するロック機構が前記第３の鏡筒に設けられたことを特徴とする請求項４に記載のレンズ鏡筒。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を備えることを特徴とする光学機器。
7. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のレンズ鏡筒を備えることを特徴とする撮像装置。
   

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