JP6597204B2 - Lens unit and imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、レンズの光軸方向変位を可能とするレンズユニット及び撮像装置に関する。 The present invention relates to a lens unit and an imaging device that enable displacement of a lens in the optical axis direction.
近年、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサあるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が搭載されたデジタルスチルカメラや携帯端末などの撮像機器が普及している。しかるに、一般的にユーザーのニーズは、これら撮像機器の携帯上の利便性やデザイン性の向上は勿論、更なる高画質化の促進にあるとされる。高画質化を促進させる例としては、被写体のピンぼけを抑えるべく、フォーカシングレンズを光軸方向に変位させるフォーカシング機能を撮像装置に持たせることなどがある。一方で、撮像機器の携帯上の利便性やデザイン性の向上の為には、撮像装置の小型化が必要となる。 In recent years, imaging devices such as digital still cameras and portable terminals equipped with an imaging device using a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) type image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor have become widespread. Yes. However, it is generally said that the user's needs are to promote further improvement in image quality as well as to improve the portability and design of these imaging devices. As an example of promoting high image quality, there is a case where an imaging device is provided with a focusing function for displacing a focusing lens in the optical axis direction in order to suppress blurring of a subject. On the other hand, in order to improve the portability and design of the imaging device, it is necessary to reduce the size of the imaging device.
ここで、特許文献1に示すように、フォーカシングレンズを光軸方向に変位させるため、回転するカム部材のカム面により、それに当接した被駆動部を介して、フォーカシングレンズを保持する保持枠を駆動する技術が知られている。カム部材の回転角は、被駆動部が当接するカム面の光軸方向位置に精度良く対応するので、フォーカシングレンズを精度良く変位させることができる。しかるに、カム面から被駆動部が離間すると、保持枠の位置が不安定となって、精度良いフォーカシング動作を行えない。そこで、特許文献1では、鏡枠に対して保持枠を光軸方向に付勢することで、カム面と被駆動部とが常時当接し合うようにするコイルバネが設けられている。
Here, as shown in
ところで、特許文献1の技術では、鏡枠に設けられた直方体状のガイド体を、一対のガイド片で保持することで、鏡枠に対して保持枠を光軸方向に案内するようになっている。しかるにガイド体の幅よりもガイド片の間隔が狭すぎると競り合いが生じ、保持枠の変位をスムーズに行えない恐れがある。そこで、保持枠の変位をスムーズに行わせるために、ガイド体の幅よりもガイド片の間隔をわずかに大きくすることが好ましいといえる。ところが、ガイド体の幅よりもガイド片の間隔をわずかに大きくすることで両者間にガタが生じ、これが保持枠の光軸回りの回動を生じさせる恐れがある。保持枠の光軸回りの回動が不用意に生じると、カム面上において被駆動部の当接する位置が変動することとなり、これによりフォーカシングレンズの光軸方向位置が不安定になる恐れがある。
By the way, in the technique of
一方、特許文献2には、ズーム動作を可能とする光学装置において、ねじりバネを用いることで、軸受部とガイド軸との嵌合ガタに起因する光軸ずれを抑制する技術が開示されている。そこで、特許文献1のコイルバネを用いてカム面と被駆動部とを常時当接させ、特許文献2の捩りバネを用いてガイドのガタを排除することも考えられる。しかしながら、そもそも特許文献2では、コイルバネ(特許文献2の参照符号18)、ねじりバネ(特許文献2の参照符号20)、カム筒を鏡枠に付勢するコイルバネ(特許文献2の参照符号145)の3つが使われているので、かかる構成を単に転用するのみでは撮像装置の大型化を招くと共に、コストを増大させる恐れがある。
On the other hand,
尚、特許文献2にて用いられたコイルバネ(18)は、2つのレンズ群を光軸方向に近接するように付勢する機能を有するが、かかるコイルバネは、2つの保持枠の被駆動部を、対向するカム面にそれぞれ付勢するためのものである。従って、このコイルバネにより2つの保持枠の光軸間距離は精度良く定まるものの、鏡枠を基準として保持枠を光軸方向に付勢することはできない。更に、かかるコイルバネの付勢により2つのレンズ群に光軸回りに逆方向の付勢力が生じ、これにより偏心などが生じて光学性能を劣化させる恐れがある。
The coil spring (18) used in
本発明は、上述の課題を解決することを目的としたものであり、小型でありながらレンズの高精度な光軸方向変位を実現できるレンズユニット及びそれを用いた撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a lens unit capable of realizing a highly accurate displacement of the lens in the optical axis while being small in size, and an imaging apparatus using the lens unit. And
本発明のレンズユニットは、
レンズと、
被駆動部を備え、前記レンズを保持する保持枠と、
前記保持枠を光軸方向に案内するガイド部材を設けた鏡枠と、
前記鏡枠に回転可能に取り付けられており、前記被駆動部に当接するカム面を備え、駆動源からの駆動力で回転するカム部と、
少なくとも前記カム面と前記被駆動部が近接する方向に付勢力を付与する付勢部材と、を有し、
前記カム部が回転することにより、前記カム面に当接する前記被駆動部を介して前記保持枠に駆動力が伝達され、前記ガイド部材に案内されつつ前記保持枠は前記レンズと共に
光軸方向に変位するようになっており、
前記付勢部材の付勢力は、前記レンズの光軸に対して傾いた方向を向いており、
前記カム部と前記鏡枠とは相対移動可能に接触しており、前記カム部と前記鏡枠との間に作用する摩擦力は、前記付勢部材の付勢により前記カム面上における前記被駆動部との接点に付与された法線方向力のうち前記カム部と前記鏡枠との接触面方向の成分より小さいものである。
The lens unit of the present invention is
A lens,
A holding frame that includes a driven portion and holds the lens;
A lens frame provided with a guide member for guiding the holding frame in the optical axis direction;
A cam portion rotatably attached to the lens frame, provided with a cam surface that contacts the driven portion, and rotated by a driving force from a driving source;
An urging member that applies an urging force in a direction in which at least the cam surface and the driven portion are close to each other;
When the cam portion rotates, a driving force is transmitted to the holding frame via the driven portion that contacts the cam surface, and the holding frame is guided along the guide member in the optical axis direction while being guided by the guide member. It comes to displace,
The biasing force of the biasing member is directed in a direction inclined with respect to the optical axis of the lens ,
The cam portion and the lens frame are in contact with each other so that they can move relative to each other, and the frictional force acting between the cam portion and the lens frame is urged by the urging member on the cam surface. Of the normal force applied to the contact point with the drive unit, the component is smaller than the component in the contact surface direction between the cam unit and the lens frame .
本発明によれば、小型でありながらレンズの高精度な光軸方向変位を実現できるレンズユニット及びそれを用いた撮像装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lens unit which can implement | achieve the highly accurate displacement of an optical axis direction of a lens is small, and an imaging device using the same can be provided.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態にかかるレンズユニットを含む撮像装置100の分解図である。図2は、上蓋及び撮像ユニットを外した撮像装置100を光軸方向に見た図である。図3は、図2の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。撮像装置100は、携帯電話等の携帯機器に搭載され、カメラとして機能する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded view of an
図1において、上壁のないボックス状の鏡枠101の下側に、撮像ユニット110が取り付けられている。撮像ユニット110は、矩形形状の基板111と、基板111の上面に形成されたCCDセンサまたはCMOSセンサからなる光電変換部112とを含む。撮像ユニット110は図示しない制御回路に接続されており、光学像を電気信号に変換して外部に出力する機能を有する。
In FIG. 1, an
鏡枠101は、撮像ユニット110が取り付けられる底壁101aと、底壁101aの周縁から上方に向かって延在する側壁101b〜101eとを有する。底壁101aには、光電変換部112に対向して開口部101fが形成され、また開口部101fを挟んでガイド部材として2本のガイド軸102,103が植設されている。円筒状のガイド軸102,103は、後述するレンズLSの光軸方向(図1で上下方向)に平行に延在している。
The
底壁101aにおけるガイド軸102の近傍に、半リング状の掛け部104が形成され、またガイド軸102の近傍における側壁101cの内側面には、上下方向に延在するスリット溝101gが形成されている。スリット溝101g内には、図示していないが,光センサが配置されている。
A semi-ring-
更に、底壁101aにおけるガイド軸102の近傍に、軸部105が上下方向に延在するように植設されており、軸部105の周囲には、カムユニット106が回転可能に配置されている。カム部としてのカムユニット106は、ウォームホイール106aの上面にカム片106bを接着又は一体成形している。カム片106bの上面は、周方向に向かうにつれて高さが変化するカム面106cが形成されている。
Further, a
底壁101aの設置部101hに、駆動源としてのモータ107が取り付けられている。モータ107の回転軸にはウォームギヤ107aが取り付けられており、このウォームギヤ107aは、図2に示すようにウォームホイール106aに噛合している。
A
フォーカシングレンズであるレンズLS(複数枚でも良い)を保持した保持枠120は、全体的に円筒状であって、光軸直交方向に突出した2本の突出部121,122を有する。突出部121は、ガイド軸102に係合する円形開口121aを有し、突出部122は、ガイド軸103に係合する開口122aを有する。ここで、開口122aを、光軸直交方向に長い長孔とすることで、組み付け許容難易度を低減できる。かかる場合、組み付け基準をガイド軸102と円形開口121aとの嵌合により行うことが好ましい。
A holding
又、突出部121から、被駆動部である板状のアーム部123がカムユニット106側に延在しており、その先端は、図3に示すようにカム面106cに当接している。更に、突出部121から、板状のアーム部124が、鏡枠101の側壁101c側に延在しており、その先端は、図2に示すように、スリット溝101g内に進入している。
Further, a plate-
突出部121から、アーム部124に隣接して、鈎部125が突出して設けられている。鈎部125と,鏡枠101の掛け部104には、付勢部材としてのコイルバネ126の端部がそれぞれ取り付けられており、鏡枠101の底壁101a側に向かって保持枠120を付勢している。又、アーム部123を介してカムユニット106も底壁101a側に付勢されており、これによりカムユニット106の光軸方向位置も固定されることとなる。図3から明らかなように、コイルバネ126の軸線AXは、レンズLSの光軸OAに対して傾いており、かかる軸線AXに沿ってコイルバネ126の付勢力が発揮されることとなる。鏡枠101と、レンズLSと、保持枠120と、カムユニット106と、コイルバネ126とで、レンズユニットを構成する。
A protruding
鏡枠101の側壁101b〜101eの上端には、矩形板状の上蓋130が取り付けられている。上蓋130には開口部130aが形成されている。レンズLS及び保持枠120を鏡枠101と上蓋130の間に組み付けた状態で、底壁101aの開口部101fが、レンズLSの像側を露出し、上蓋130の開口部130aがその物体側を露出するようになっている。又、かかる状態で保持枠120は光軸方向に変位可能となっている。
A rectangular plate-shaped
次に、本実施の形態にかかる撮像装置の動作を説明する。まず、組み付け時等における原点調整について説明する。モータ107は回転角に応じたパルス信号を発生する。不図示の電源から給電することでモータ107を回転駆動すると、ウォームギヤ107a及びウォームホイール106aを介してカムユニット106が回転させられる。スリット溝101gに進入したアーム部124の先端位置を,不図示の光センサが検出することで、レンズLSの基準となる光軸方向位置が決まる。かかる基準位置に来たときに、モータ107の回転を停止する。かかる状態を原点として記憶し、この位置からモータ107が逆方向に回転した際に発生するパルス数をカウントすることで、ウォームギヤ107a及びウォームホイール106aの減速比に応じて、原点からのカムユニット106の回転量を演算することができる。
Next, the operation of the imaging apparatus according to this embodiment will be described. First, the origin adjustment at the time of assembly will be described. The
撮影時においては、不図示の撮像機器に搭載された撮像装置100のレンズLSを被写体に向けると、レンズLSを介して入射した被写体光は、撮像ユニット110の光電変換部112に結像する。光電変換部112は、被写体の像を電気信号に変化し、図示しない液晶ディスプレイに出力する。これにより、ディスプレイに被写体の画像が表示される。適切なタイミングでユーザーがレリーズ操作を行うと、被写体が撮像され、その画像データが光電変換部112から出力され、所定の画像処理が行われた後に不図示のメモリに記録される。
At the time of shooting, when the lens LS of the
本実施の形態の撮像装置100は、被写体の距離に応じてレンズユニットを光軸方向に変位させて、フォーカシング動作を行なうことができる。不図示の測距装置により被写体までの距離(被写体距離)の測定を行った後、モータ107が正転駆動してウォームギヤ107aを回転させると、ウォームホイール106aが正方向に回転し、カムユニット106が同方向に回転する。ここで、カム片106bのカム面106cには、コイルバネ126の付勢力により、アーム部123の先端が圧接しているので、カムユニット106の回転に応じてカム面106cの高さ位置が変化することに応じ、アーム部123と共に保持枠120がガイド軸102,103により案内されつつ光軸方向に変位して、レンズLSを被写体距離に好適な光軸方向位置へと変位させることができる。
The
ところで、本実施の形態においては、レンズLSの光軸方向変位における分解能を増大させるために、従来技術に比べ、カム片106bにおけるカム面106cの斜度を緩やかにしている。このため、カム面106cとアーム部123との間に生じる力の方向に起因した課題が生じている。かかる課題を、比較例を参照して説明する。
By the way, in the present embodiment, in order to increase the resolution in the displacement in the optical axis direction of the lens LS, the inclination of the
図4は、比較例である撮像装置の図2と同様な断面図である。図4の比較例では、コイルバネ126の軸線AXが、レンズLSの光軸OAと平行である。又、比較例のカム面106cの斜度は、本実施の形態のカム面106cの斜度よりきつくなっている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるものとする。図5は、カム面106cを平面に展開した状態を,アーム部123と共に示す模式図であり、(a)は本実施の形態に相当し、(b)は比較例に相当するが、理解しやすいように角度差を誇張している。図5で上下方向が光軸方向であり、左右方向が光軸直交方向になる。
FIG. 4 is a cross-sectional view similar to FIG. 2 of an imaging apparatus as a comparative example. In the comparative example of FIG. 4, the axis AX of the
ここで、図5(b)における比較例の場合、カム面106cの傾き角θ2は比較的大きくなっている。従って、コイルバネ12の付勢力に基づいて、カム面106cとアーム部123との接点P2において反力F2が生じた場合、その光軸直交方向成分はF2・sinθ2となる。
Here, in the case of the comparative example in FIG. 5B, the inclination angle θ2 of the
ここで、ガイド軸102は保持枠120の円形開口121aに係合し、ガイド軸103は保持枠120の開口122aに係合しているが、これらの間には本来的に微小なガタが存在する。しかるに、比較例においては、カム面106cからアーム部123に付与される光軸直交方向成分F2・sinθ2が比較的大きいため、かかる光軸直交方向成分によって保持枠120が光軸直交方向に付勢されることにより、ガイド軸102,103に対して一定方向に押圧されることで、ガタ取りが有効に行われることとなる。
Here, the
これに対し、図4(a)における本実施の形態の場合、カム面106cの傾き角θ1は、比較例の傾き角θ2より小さくなっている。よって、コイルバネ126の付勢力に基づいて、カム面106cとアーム部123との接点P1において反力F1が生じた場合、その光軸直交方向成分はF1・sinθ1となるが、F1=F2と仮定すると、θ1<θ2よりF1・sinθ1<F2・sinθ2となる。つまり、カム面106cの傾き角が小さくなるにつれて、反力の光軸直交方向成分,すなわちアーム部123を光軸直交方向に付勢する力が小さくなることとなる。
On the other hand, in the case of the present embodiment in FIG. 4A, the inclination angle θ1 of the
従って本実施の形態の場合、アーム部123を光軸直交方向に付勢する力が比較的小さくなるので、保持枠120をガイド軸102,103に対して押圧する力が弱くなり、何らかの外力によりガタ分だけ、保持枠120が鏡枠101に対して光軸直交方向に変位してしまう恐れがある。かかる場合、保持枠120と共にアーム部123も変位することになるので、その先端がカム面106cに当接する位置が変化し、それによりカム面106cが回転していないにもかかわらず、レンズLSの光軸方向位置が変位してしまうこととなり、ピントのズレを生じさせる恐れがある。
Therefore, in the present embodiment, the force for urging the
かかる問題を、本実施の形態では以下のように解決している。本実施の形態では、コイルバネ126の軸線AXを、レンズLSの光軸OAに対して傾けている。つまり、コイルバネ126の付勢力は光軸方向に対して傾いた方向に向いている。このため、コイルバネ126の一端を取り付けた鈎部125には、図2,3に示すように、光軸直交方向に向かう分力Fhが生じている。従って、カム面106cの斜度が緩い場合でも、分力Fhにより保持枠120が光軸直交方向に付勢されることにより、ガイド軸102,103に対して一方向に押圧されることができる。これにより、例えば円形開口121aとガイド軸102との間に嵌合ガタが生じた場合にも、円形開口121aに対してガイド軸102を相対的に片寄せすることでガタ取りが行われ,安定した案内を行うことができるのである。
This problem is solved in the present embodiment as follows. In the present embodiment, the axis AX of the
本実施の形態によれば、保持枠120を光軸直交方向に付勢する付勢手段を別個に設けることなく、単一のコイルバネ126のみを用いて、保持枠120を光軸方向及び光軸直交方向に付勢することができるから、カム面106cとアーム部123との当接を安定して行うことが出来,更に保持枠120とガイド軸102,103のガタを排除でき、レンズLSを高精度に合焦位置に位置決めすることができる。
According to the present embodiment, the holding
更に、カム面106cの斜度を緩くすることで、別な課題も生じうる。カム面106cの斜度が緩いと、アーム部123からカム面106cに付与される力のうち、カムユニット106を回転方向へ付勢する力の成分が小さくなる。これにより、カム片106bを駆動するウォームホイール106aとウォームギヤ107a間のバックラッシュに起因したガタを排除しきれず、カム面106c上におけるアーム部123の当接する位置が不安定になる恐れがある。本実施の形態では、かかる課題を解決できる。
Furthermore, another problem may be caused by reducing the inclination of the
図6は、本実施の形態のカムユニットを側方から見た模式図である。カム片106bとウォームホイール106aとは一体であるが、カムユニット106は、鏡枠101の底壁101aに対して回転摺動するようになっている。
FIG. 6 is a schematic view of the cam unit of the present embodiment as viewed from the side. The
作用反作用の法則に従い、接点P1における反力F1(図5参照)に等しい押圧力F1が、アーム部123からカム面106cに付与される。カム面106cの底壁101aに対する傾き角をθ1とすると、押圧力F1は、底壁101aに直交する成分F1・cosθ1と、底壁101aに平行な成分(ここでは、カム面106c上におけるアーム部123との接点P1に付与された法線方向力のうち、底壁101aとウォームホイール106aとの接触面方向の成分)F1・sinθ1とに分解できる。かかる場合、底壁101aとウォームホイール106aとの間における摩擦係数をμとすると、底壁101aとウォームホイール106aとの間に作用する摩擦力はμF1・cosθ1で表される。このとき、μF1・cosθ1<F1・sinθ1、すなわちμ<tanθ1となるようにすれば、底壁101aとの間の摩擦力に打ち勝って、カムユニット106を回転させることができるから、ウォームホイール106aのギヤ歯を、ウォームギヤ107aのギヤ歯に対して一方向に押圧することで、ギヤ歯間のガタを排除できるのである。
According to the law of action and reaction, a pressing force F1 equal to the reaction force F1 (see FIG. 5) at the contact P1 is applied from the
図7は、変形例にかかる撮像装置の図2と同様な図である。本変形例においては、鏡枠101の掛け部104が、上述した実施の形態に対して保持枠120側にシフトしている。従って、コイルバネ126の軸線は、光軸OA(図7で紙面垂直方向に延在)に対して、図で上下方向及び左右方向に傾斜しており、従ってコイルバネ126の付勢力により鈎部125において生じる光軸直交方向に向かう分力Fhは、上側に向かう成分Fhxと、左側に向かう成分Fhyとに分けられることとなる。
FIG. 7 is a diagram similar to FIG. 2 of an imaging apparatus according to a modification. In this modification, the hanging
ここでカム面106cは、図7の方向に見て、軸部105の周囲にて時計回りに向かうにつれて低くなる(底壁101aに近づく)形状となっている。つまり、アーム部123が当接する位置では、カム面106cは図で左から右に向かうにつれて低くなるように傾いているから、カム面106cにおけるアーム部123の接点での法線は、図7の紙面垂直方向に対して左右方向に傾いていることとなる。
Here, the
本変形例の場合、上述したようにコイルバネ126の軸線が傾いているために、図2の実施の形態に対し、鈎部125を介して左側に向かう成分Fhyが生じることとなるので、上述の実施の形態と同様に円形開口121aに対してガイド軸102を相対的に片寄せすることでガタ取りが行われることに加え、カム面106cに対してアーム部123から付与される力は、その接点から光軸に平行に延在する方向に対して、カム面106cの法線方向に近づくようになる。つまり、図6に示す力F1の値が増加することとなる。これにより、コイルバネ126の付勢力が同じ場合でも、上述した実施の形態に比べてカム片106bの回転方向への付勢力が高まり、ウォームホイール106aのギヤ歯を、ウォームギヤ107aのギヤ歯に対して一方向に押圧することで、ギヤ歯間のガタを排除しやすくなる。
In the case of this modification, since the axis of the
100 撮像装置
101 鏡枠
101a 底壁
101b-101e 側壁
101f 開口部
101g スリット溝
101h 設置部
102 ガイド軸
103 ガイド軸
104 掛け部
105 軸部
106 カムユニット
106a ウォームホイール
106b カム片
106c カム面
107 モータ
107a ウォームギヤ
110 撮像ユニット
111 基板
112 光電変換部
120 保持枠
121 突出部
121a 円形開口
122 突出部
122a 開口
123 アーム部
124 アーム部
125 鈎部
126 コイルバネ
130 上蓋
130a 開口部
LS レンズ
OA 光軸
DESCRIPTION OF
Claims (3)
被駆動部を備え、前記レンズを保持する保持枠と、
前記保持枠を光軸方向に案内するガイド部材を設けた鏡枠と、
前記鏡枠に回転可能に取り付けられており、前記被駆動部に当接するカム面を備え、駆動源からの駆動力で回転するカム部と、
少なくとも前記カム面と前記被駆動部が近接する方向に付勢力を付与する付勢部材と、を有し、
前記カム部が回転することにより、前記カム面に当接する前記被駆動部を介して前記保持枠に駆動力が伝達され、前記ガイド部材に案内されつつ前記保持枠は前記レンズと共に光軸方向に変位するようになっており、
前記付勢部材の付勢力は、前記レンズの光軸に対して傾いた方向を向いており、
前記カム部と前記鏡枠とは相対移動可能に接触しており、前記カム部と前記鏡枠との間に作用する摩擦力は、前記付勢部材の付勢により前記カム面上における前記被駆動部との接点に付与された法線方向力のうち前記カム部と前記鏡枠との接触面方向の成分より小さいレンズユニット。 A lens,
A holding frame that includes a driven portion and holds the lens;
A lens frame provided with a guide member for guiding the holding frame in the optical axis direction;
A cam portion rotatably attached to the lens frame, provided with a cam surface that contacts the driven portion, and rotated by a driving force from a driving source;
An urging member that applies an urging force in a direction in which at least the cam surface and the driven portion are close to each other;
When the cam portion rotates, a driving force is transmitted to the holding frame via the driven portion that contacts the cam surface, and the holding frame is guided along the guide member in the optical axis direction while being guided by the guide member. It comes to displace,
The biasing force of the biasing member is directed in a direction inclined with respect to the optical axis of the lens ,
The cam portion and the lens frame are in contact with each other so that they can move relative to each other, and the frictional force acting between the cam portion and the lens frame is urged by the urging member on the cam surface. A lens unit having a component smaller than a component in a contact surface direction between the cam portion and the lens frame in a normal direction force applied to a contact point with the drive portion .
Priority Applications (2)
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