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JP5615674B2 - ズームレンズ系及びこれを用いた電子撮像装置 - Google Patents

ズームレンズ系及びこれを用いた電子撮像装置 Download PDF

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JP5615674B2 JP2010256911A JP2010256911A JP5615674B2 JP 5615674 B2 JP5615674 B2 JP 5615674B2 JP 2010256911 A JP2010256911 A JP 2010256911A JP 2010256911 A JP2010256911 A JP 2010256911A JP 5615674 B2 JP5615674 B2 JP 5615674B2
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Description

本発明は、ズームレンズ系及びこれを用いた電子撮像装置に関する。
デジタルカメラ市場は、より小型化・高変倍化の流れがある一方で、より高画質への要望も高まっている。高画質を得るための手段として、例えばAPSサイズの大きな撮像素子が用いられることがある。一眼レフカメラは撮像素子が大きく高画質な画像を得られる反面、システム全体が大きく重いため、小型化の要求に応えきれない。近年、一眼レフカメラの最大の特徴であるミラーを取り除き、光学ファインダーを使用しない、いわゆるミラーレス一眼カメラが提案されているが、十分な小型化が達成できているとは言えない。また、小型化を追求したレンズシャッター用ズームレンズも提案されているが、撮像面への入射角度が浅く、デジタル撮像素子での使用は現実的ではない。
従来、例えばAPSサイズの大きな撮像素子を用いることを想定したズームレンズ系として、物体側から順に、負の第1レンズ群、正の第2レンズ群、及び負の第3レンズ群の3群構成を有するものが知られている。第3レンズ群は、物体側から順に配置された負レンズ及び正レンズの2枚構成、又は物体側から順に配置された正レンズ及び負レンズの2枚構成を採るのが主流である。
特開2001−290076号公報 特開2002−221660号公報 特開2009−25534号公報
しかし、第3レンズ群を物体側から順に配置された負レンズ及び正レンズの2枚構成とした前者のズームレンズ系は、テレセン性を向上させるには有利だが、負の第1レンズ群で発生した倍率色収差、非点収差、歪曲収差、球面収差、などの諸収差を良好に補正することができない。また、第3レンズ群を構成する物体側の負レンズと像側の正レンズが局所的なレトロフォーカス構成となるため、レンズ全長の増大が避けられない。
一方、第3レンズ群を物体側から順に配置された正レンズ及び負レンズの2枚構成とした後者のズームレンズ系は、第3レンズ群の負のパワーを担保させるために像側の負レンズのパワーを大きくせざるを得ず、物体側の正レンズと像側の負レンズのパワーバランスが良くない。
本発明は、上記の問題意識に基づいて完成されたものであり、負正負の3群レンズ構成において、例えばAPSサイズの大きな撮像素子を用いながら、コンパクトで優れた光学性能を持つズームレンズ系及びこれを用いた電子撮像装置を得ることを目的とする。
本発明のズームレンズ系は、物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群、正の屈折力を持つ第2レンズ群、及び負の屈折力を持つ第3レンズ群から構成され、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、第1レンズ群と第2レンズ群のレンズ群間隔が減少し、第2レンズ群と第3レンズ群のレンズ群間隔が減少するズームレンズ系において、第3レンズ群を、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズ、及び像側に凸面を向けた負レンズの3枚のレンズで構成し、且つ、次の条件式(1)を満足することを特徴としている。
(1)0.8<f3a/f3c<3.0
但し、
f3a:第3レンズ群中の最も物体側の負レンズの焦点距離[mm]、
f3c:第3レンズ群中の最も像側の負レンズの焦点距離[mm]、
である。
本発明のズームレンズ系は、第3レンズ群をフォーカシング時に移動するフォーカスレンズ群とすることが実際的である。この場合、さらに次の条件式(2)を満足することが好ましい。
(2)0.65 < Z3/Z < 0.80
但し、
Z3=m3t/m3w
Z=ft/fw
m3t:長焦点距離端における無限遠合焦時の第3レンズ群の横倍率、
m3w:短焦点距離端における無限遠合焦時の第3レンズ群の横倍率、
ft:長焦点距離端における全系の焦点距離[mm]、
fw:短焦点距離端における全系の焦点距離[mm]、
である。
本発明のズームレンズ系は、次の条件式(3)及び(4)を満足することが好ましい。
(3)1.0<f1/f3<2.5
(4)−0.90<f2/f3<−0.60
但し、
f1:第1レンズ群の焦点距離[mm]、
f2:第2レンズ群の焦点距離[mm]、
f3:第3レンズ群の焦点距離[mm]、
である。
本発明の電子撮像装置は、以上のズームレンズ系と、このズームレンズ系によって形成される像を電気的信号に変換する撮像素子とを有することを特徴としている。
本発明によれば、負正負の3群レンズ構成において、例えばAPSサイズの大きな撮像素子を用いながら、コンパクトで優れた光学性能を持つズームレンズ系及びこれを用いた電子撮像装置を得ることができる。
本発明によるズームレンズ系の数値実施例1の長焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図である。 図1の構成における諸収差図である。 同数値実施例1の短焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図である。 図3の構成における諸収差図である。 本発明によるズームレンズ系の数値実施例2の長焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図である。 図5の構成における諸収差図である。 同数値実施例2の短焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図である。 図7の構成における諸収差図である。 本発明によるズームレンズ系の数値実施例3の長焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図である。 図9の構成における諸収差図である。 同数値実施例3の短焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図である。 図11の構成における諸収差図である。 本発明によるズームレンズ系のズーム軌跡を示す簡易移動図である。
本実施形態のズームレンズ系は、図13の簡易移動図に示すように、物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群G1、正の屈折力を持つ第2レンズ群G2、及び負の屈折力を持つ第3レンズ群G3から構成されている。第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に位置する絞りSは、第2レンズ群G2と一体に移動する。Iは像面である。第3レンズ群G3は、フォーカシング時に移動するフォーカスレンズ群である(無限遠物体から有限距離物体へ合焦させるに際し第3レンズ群を像側に移動させてフォーカシングを行う)。
このズームレンズ系は、短焦点距離端(WIDE)から長焦点距離端(TELE)への変倍(ズーミング)に際し、第1レンズ群G1と第2レンズ群G2のレンズ群間隔が減少し、第2レンズ群G2と第3レンズ群G3のレンズ群間隔が減少する。
より具体的には、図13の簡易移動図に示すように、全数値実施例1−3を通じて、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、第1レンズ群G1ないし第3レンズ群G3の全てが単調に物体側に移動する。
第1レンズ群G1は、全数値実施例1−3を通じて、物体側から順に、負レンズ11及び正レンズ12の2枚のレンズで構成されている。
第2レンズ群G2は、全数値実施例1−3を通じて、物体側から順に、物体側から順に位置する正レンズ21と負レンズ22の接合レンズ、及び正レンズ23の3枚のレンズで構成されている。正レンズ23は、全数値実施例1−3を通じて、その両面が非球面である。
第3レンズ群G3は、全数値実施例1−3を通じて、物体側から順に、負レンズ(像側に凹面を向けた負レンズ)31、正レンズ(像側に凸面を向けた正レンズ)32、及び負レンズ(像側に凸面を向けた負レンズ)33の3枚のレンズで構成されている。負レンズ31は、全数値実施例1−3を通じて、その物体側の面が非球面である。正レンズ32は、数値実施例1−2では、その両面が非球面であり、数値実施例3では、その像側の面が非球面である。
本実施形態のズームレンズ系は、短焦点距離端においては、負の前群(第1レンズ群G1)と正の後群(第2レンズ群G2と第3レンズ群G3)のレトロフォーカスタイプの構成としてテレセン性を向上させ、長焦点距離端においては、正の前群(第1レンズ群G1と第2レンズ群G2)と負の後群(第3レンズ群G3)のテレフォトタイプの構成としてレンズ全長を短縮させている。これにより、テレセン性の向上とレンズ全長の短縮化を両立させている。
負の第3レンズ群G3は、テレセン性を向上させるためには、物体側から順に負レンズ及び正レンズを配置することが適している。しかし、第3レンズ群G3を物体側から順に配置された負レンズ及び正レンズの2枚構成とすると、負の第1レンズ群G1で発生した倍率色収差、非点収差、歪曲収差、球面収差、などの諸収差を良好に補正することができない。
そこで本実施の形態では、第3レンズ群G3の最も像側に負レンズを配置して、第3レンズ群G3を物体側から順に配置された負レンズ、正レンズ及び負レンズの3枚構成(2枚の負レンズの間に正レンズを介在させた構成)とすることで、テレセン性を向上させるとともに、第1レンズ群G1で発生した諸収差の残存収差を第3レンズ群G3で良好に補正できるようにしている。そしてこの効果は、第3レンズ群G3を、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズ、及び像側に凸面を向けた負レンズの3枚のレンズで構成したときに最も顕著に得られる。
条件式(1)は、第3レンズ群G3中の最も物体側の負レンズの焦点距離と、第3レンズ群G3中の最も像側の負レンズの焦点距離との割合を規定しており、テレセン性を向上させるとともに、第1レンズ群G1で発生した諸収差を良好に補正するための条件式である。
条件式(1)の上限を超えると、第3レンズ群G3中の最も像側の負レンズのパワーが強くなりすぎて、第1レンズ群G1で発生した諸収差を補正するのには有利だが、テレセン性を維持するのが困難になる。
条件式(1)の下限を超えると、第3レンズ群G3中の最も物体側の負レンズのパワーが強くなりすぎて、テレセン性の向上には有利だが、第1レンズ群G1で発生した諸収差の補正が困難になる。
上述したように、第3レンズ群G3は、フォーカシング時に移動するフォーカスレンズ群である。
条件式(2)はこの構成において、長焦点距離端における無限遠合焦時の第3レンズ群G3の横倍率と短焦点距離端における無限遠合焦時の第3レンズ群G3の横倍率の比(第3レンズ群G3のズーム比)と、長焦点距離端における全系の焦点距離と短焦点距離端における全系の焦点距離の比(レンズ全系のズーム比)との割合を規定しており、ズーム時のピントずれを防止するための条件式である。つまり条件式(2)を満足することで、レンズ全系のズーム比の変化と、フォーカスレンズ群である第3レンズ群G3のピント感度の変化を揃えて、ズーム時のピントずれを防止することができる。
条件式(2)の上限と下限のいずれを超えても、ズーム時のピントずれが大きくなってしまう。
条件式(3)は、第1レンズ群G1の焦点距離と、第3レンズ群G3の焦点距離との割合を規定しており、テレセン性の向上と小型化を両立するための条件式である。
条件式(3)の上限を超えると、第3レンズ群G3のパワーが強くなりすぎて、小型化には有利だが、テレセン性が悪くなって好ましくない。
条件式(3)の下限を超えると、第3レンズ群G3のパワーが弱くなりすぎて、十分な小型化を達成することができない。
条件式(4)は、第2レンズ群G2の焦点距離と、第3レンズ群G3の焦点距離との割合を規定しており、収差補正とテレセン性の向上を両立するための条件式である。
条件式(4)の上限を超えると、第2レンズ群G2のパワーが強くなりすぎて、特に長焦点距離端における球面収差とコマ収差の補正が困難となる。
条件式(4)の下限を超えると、第3レンズ群G3のパワーが強くなりすぎて、テレセン性が悪くなって好ましくない。
次に具体的な数値実施例を示す。以下の数値実施例は、本発明のズームレンズ系をデジタルカメラ等に用いる場合に対応している。諸収差図及び表中において、d線、g線、C線はそれぞれの波長に対する収差、Sはサジタル、Mはメリディオナル、FNO.はFナンバー、fは全系の焦点距離、Wは半画角(゜)、Yは像高、fB はバックフォーカス、Lはレンズ全長、rは曲率半径、dはレンズ厚またはレンズ間隔、N(d)はd線に対する屈折率、νdはd線に対するアッベ数、「E-a」は「×10-a」を示す。Fナンバー、焦点距離、半画角、像高、バックフォーカス、レンズ全長及び変倍に伴って間隔が変化するレンズ間隔dは、短焦点距離端−中間焦点距離−長焦点距離端の順に示している。
回転対称非球面は次式で定義される。
x=cy2/[1+[1-(1+K)c2y2]1/2]+A4y4+A6y6+A8y8 +A10y10+A12y12・・・
(但し、cは曲率(1/r)、yは光軸からの高さ、Kは円錐係数、A4、A6、A8、・・・・・は各次数の非球面係数、xはサグ量)
[数値実施例1]
図1〜図4と表1〜表4は、本発明によるズームレンズ系の数値実施例1を示している。図1は長焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図、図2はその諸収差図であり、図3は短焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図、図4はその諸収差図である。表1は面データ、表2は各種データ、表3は非球面データ、表4はレンズ群データである。
本数値実施例1のズームレンズ系は、物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群G1、正の屈折力を持つ第2レンズ群G2、及び負の屈折力を持つ第3レンズ群G3から構成されている。第3レンズ群G3は、フォーカシング時に移動するフォーカスレンズ群である(無限遠物体から有限距離物体へ合焦させるに際し第3レンズ群G3を像側に移動させてフォーカシングを行う)。
第1レンズ群G1(面番号1から4)は、物体側から順に、両凹負レンズ11、及び物体側に凸の正メニスカスレンズ12からなる。
第2レンズ群G2(面番号6から10)は、物体側から順に、物体側から順に位置する両凸正レンズ21と像側に凸の負メニスカスレンズ22の接合レンズ、及び両凸正レンズ23からなる。両凸正レンズ23は、その両面が非球面である。第1レンズ群G1と第2レンズ群G2の間に位置する絞りS(面番号5)は、第2レンズ群G2と一体に移動する。
第3レンズ群G3(面番号11から16)は、物体側から順に、両凹負レンズ(像側に凹面を向けた負レンズ)31、像側に凸の正メニスカスレンズ(像側に凸面を向けた正レンズ)32、及び像側に凸の負メニスカスレンズ(像側に凸面を向けた負レンズ)33からなる。両凹負レンズ31は、その物体側の面が非球面である。正メニスカスレンズ32は、その両面が非球面である。第3レンズ群G3(負メニスカスレンズ33)の後方(像面Iとの間)には、光学フィルタOP(面番号17から18)が配置されている。
(表1)
面データ
面番号 r d N(d) νd
1 -1334.671 1.200 1.61800 63.4
2 12.871 3.300
3 16.395 2.200 1.84666 23.8
4 25.167 d4
5絞 ∞ 1.000
6 14.140 4.215 1.49700 81.6
7 -15.047 1.100 1.90366 31.3
8 -75.813 2.834
9* 29.029 3.823 1.59201 67.0
10* -17.340 d10
11* -104.029 1.500 1.52538 56.3
12 25.683 1.215
13* -54.738 2.360 1.63548 23.9
14* -28.914 4.225
15 -8.870 1.200 1.58913 61.2
16 -19.156 d16
17 ∞ 2.000 1.51633 64.1
18 ∞ -
*は回転対称非球面である。
(表2)
各種データ
ズーム比(変倍比) 2.85
短焦点距離端 中間焦点距離 長焦点距離端
FNO. 3.6 4.9 6.7
f 18.60 28.01 53.00
W 43.0 28.2 15.1
Y 14.24 14.24 14.24
fB 3.00 3.00 3.00
L 59.72 61.65 73.30
d4 16.072 10.253 2.000
d10 5.471 3.178 1.354
d16 3.003 13.049 34.774
(表3)
非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である)
面番号 K A4 A6 A8
9 0.000 -0.3003E-04 0.5680E-06 0.6042E-08
10 0.000 0.1112E-03 0.3802E-06 0.8883E-08
11 0.000 0.5288E-04 -0.4674E-07
13 0.000 0.1021E-03 0.2720E-05 -0.6838E-08
14 0.000 0.5377E-04 0.1964E-05 0.6335E-08
(表4)
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -36.83
2 6 15.68
3 11 -19.04
[数値実施例2]
図5〜図8と表5〜表8は、本発明によるズームレンズ系の数値実施例2を示している。図5は長焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図、図6はその諸収差図であり、図7は短焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図、図8はその諸収差図である。表5は面データ、表6は各種データ、表7は非球面データ、表8はレンズ群データである。
この数値実施例2のレンズ構成は、以下の点を除き、数値実施例1のレンズ構成と同様である。
(1)第2レンズ群G2の正レンズ23が、像側に凸の正メニスカスレンズである。
(2)第3レンズ群G3の負レンズ31が、物体側に凸の負メニスカスレンズである。
(表5)
面データ
面番号 r d N(d) νd
1 -617.730 1.200 1.61800 63.4
2 13.287 3.300
3 16.041 2.200 1.84666 23.8
4 23.384 d4
5絞 ∞ 1.000
6 13.168 4.600 1.49700 81.6
7 -13.157 1.100 1.90366 31.3
8 -42.053 1.771
9* -113.546 4.460 1.59201 67.0
10* -12.046 d10
11* 176.416 1.500 1.52538 56.3
12 20.741 1.610
13* -79.945 2.360 1.60641 27.2
14* -29.955 3.830
15 -8.993 1.200 1.58913 61.2
16 -21.985 d16
17 ∞ 2.000 1.51633 64.1
18 ∞ -
*は回転対称非球面である。
(表6)
各種データ
ズーム比(変倍比) 2.85
短焦点距離端 中間焦点距離 長焦点距離端
FNO. 3.6 4.8 6.7
f 18.60 28.01 53.00
W 43.0 28.3 15.1
Y 14.24 14.24 14.24
fB 4.00 4.00 4.00
L 60.13 61.46 73.25
d4 16.070 9.971 2.000
d10 5.746 3.401 1.394
d16 2.178 11.960 33.728
(表7)
非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である)
面番号 K A4 A6 A8
9 0.000 -0.1929E-03 -0.9473E-06
10 0.000 0.1392E-04 -0.3276E-06
11 0.000 0.2739E-04 0.1642E-06
13 0.000 0.4397E-04 0.1392E-05 0.6448E-08
14 0.000 -0.2479E-04 0.7396E-06 0.1127E-07
(表8)
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -36.01
2 6 16.09
3 11 -20.16
[数値実施例3]
図9〜図12と表9〜表12は、本発明によるズームレンズ系の数値実施例3を示している。図9は長焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図、図10はその諸収差図であり、図11は短焦点距離端における無限遠合焦時のレンズ構成図、図12はその諸収差図である。表9は面データ、表10は各種データ、表11は非球面データ、表12はレンズ群データである。
この数値実施例3のレンズ構成は、以下の点を除き、数値実施例1のレンズ構成と同様である。
(1)第1レンズ群G1の負レンズ11が、物体側に凸の負メニスカスレンズである。
(2)第3レンズ群G3の負レンズ31が、物体側に凸の負メニスカスレンズである。
(3)第3レンズ群G3の正メニスカスレンズ32が、その像側の面が非球面である。
(表9)
面データ
面番号 r d N(d) νd
1 436.154 1.200 1.61800 63.4
2 12.090 3.223
3 14.679 2.275 1.84666 23.8
4 21.358 d4
5絞 ∞ 2.550
6 15.119 5.946 1.49700 81.6
7 -12.709 3.801 1.90366 31.3
8 -42.498 1.130
9* 58.643 3.725 1.59201 67.0
10* -16.736 d10
11* 35.815 1.500 1.52538 56.3
12 15.480 3.177
13 -37.301 2.498 1.60641 27.2
14* -20.712 2.579
15 -10.047 1.200 1.60311 60.7
16 -26.977 d16
17 ∞ 2.000 1.51633 64.1
18 ∞ -
*は回転対称非球面である。
(表10)
各種データ
ズーム比(変倍比) 2.85
短焦点距離端 中間焦点距離 長焦点距離端
FNO. 3.6 4.9 6.7
f 18.60 28.00 52.99
W 43.0 28.5 15.2
Y 14.24 14.24 14.24
fB 1.00 1.00 1.00
L 62.41 65.34 81.45
d4 13.529 8.613 2.000
d10 7.464 4.095 1.000
d16 3.617 14.826 40.651
(表11)
非球面データ(表示していない非球面係数は0.00である)
面番号 K A4 A6 A8
9 0.000 -0.6450E-04 0.3340E-06
10 0.000 0.3484E-04 0.3835E-06
11 0.000 0.2090E-04 0.3044E-06
14 0.000 -0.5136E-04 -0.2850E-06 -0.3297E-09
(表12)
レンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -35.84
2 6 17.07
3 11 -22.63
各数値実施例の各条件式に対する値を表13に示す。
(表13)
実施例1 実施例2 実施例3
条件式(1) 1.33 1.68 1.95
条件式(2) 0.72 0.71 0.75
条件式(3) 1.93 1.79 1.58
条件式(4) -0.82 -0.80 -0.75
表13から明らかなように、数値実施例1〜数値実施例3は、条件式(1)〜(4)を満足しており、また諸収差図から明らかなように諸収差は比較的よく補正されている。
G1 負の屈折力を持つ第1レンズ群
11 負レンズ
12 正レンズ
G2 正の屈折力を持つ第2レンズ群
21 正レンズ
22 負レンズ
23 正レンズ
G3 負の屈折力を持つ第3レンズ群
31 負レンズ(像側に凹面を向けた負レンズ)
32 正レンズ(像側に凸面を向けた正レンズ)
33 負レンズ(像側に凸面を向けた負レンズ)
OP 光学フィルタ
S 絞り
I 像面

Claims (4)

  1. 物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群、正の屈折力を持つ第2レンズ群、及び負の屈折力を持つ第3レンズ群から構成され、短焦点距離端から長焦点距離端への変倍に際し、第1レンズ群と第2レンズ群のレンズ群間隔が減少し、第2レンズ群と第3レンズ群のレンズ群間隔が減少するズームレンズ系において、
    第3レンズ群を、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズ、像側に凸面を向けた正レンズ、及び像側に凸面を向けた負レンズの3枚のレンズで構成し、且つ、次の条件式(1)を満足することを特徴とするズームレンズ系。
    (1)0.8<f3a/f3c<3.0
    但し、
    f3a:第3レンズ群中の最も物体側の負レンズの焦点距離、
    f3c:第3レンズ群中の最も像側の負レンズの焦点距離。
  2. 請求項1記載のズームレンズ系において、第3レンズ群はフォーカシング時に移動するフォーカスレンズ群であり、次の条件式(2)を満足するズームレンズ系。
    (2)0.65 < Z3/Z < 0.80
    但し、
    Z3=m3t/m3w
    Z=ft/fw
    m3t:長焦点距離端における無限遠合焦時の第3レンズ群の横倍率、
    m3w:短焦点距離端における無限遠合焦時の第3レンズ群の横倍率、
    ft:長焦点距離端における全系の焦点距離、
    fw:短焦点距離端における全系の焦点距離。
  3. 請求項1または2記載のズームレンズ系において、次の条件式(3)及び(4)を満足するズームレンズ系。
    (3)1.0<f1/f3<2.5
    (4)−0.90<f2/f3<−0.60
    但し、
    f1:第1レンズ群の焦点距離、
    f2:第2レンズ群の焦点距離、
    f3:第3レンズ群の焦点距離。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項記載のズームレンズ系と、該ズームレンズ系によって形成される像を電気的信号に変換する撮像素子とを有することを特徴とする電子撮像装置。
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