WO2007140747A1 - Fernrohrokular mit weit abstehender austrittspupille - Google Patents

Fernrohrokular mit weit abstehender austrittspupille Download PDF

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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B25/001—Eyepieces

Definitions

  • the invention relates to a Fernrohrokular, in particular a Zielfernrohrokular, with far projecting exit pupil for imaging an image plane or a reticence to infinity.
  • the eyepiece consists of a light inlet side arranged in front of the image plane field stop and subsequently from two separate in the light direction by air lens groups, the first consists of two cemented lenses and positive refractive power and the second consists of a simple converging lens.
  • Such eyepieces are light exit side, for example, to rifle scopes, which serve as a sighting device in hunting rifles and the like and have the task to image the image plane of the upstream optical telescope system for observation to infinity.
  • the optical systems of such riflescopes usually consist of a lens, which images the object to be observed in a first intermediate image plane and then by a reversal system in the correct height into a second intermediate image plane.
  • the visor is formed by an optical target (reticle), which can be arranged either in the first or in the second image plane.
  • a Zielfernrohrokular has a different from normal (terrestrial) Fernrohrokularen construction.
  • the seeing eye of the observer in order to be able to survey the entire field of view given by the telescopic sight, the seeing eye of the observer must be arranged in the exit pupil of the telescopic sight. If the exit pupil is too close to the eyepiece, there is a risk of injury to the eye due to the recoil when the weapon is fired.
  • Fernrohrokulare known type for terrestrial telescopes for example, have a formed of a lens of negative refractive power and a lens of positive refractive power Kittglied with positive refractive power, which is arranged downstream of a simple converging lens and have too small distance of the exit pupil.
  • the desired effect can be achieved, for example, by the use of glasses with high refractive indices, which, however, usually leads to great astigmatism and significant distortion.
  • An eyepiece which does not have this disadvantage and yet provides a large pupillary distance is known from CH 250 108 and consists of two cemented lenses, namely a lens negative refractive power of heavy refractory glass and a positive power lens of a low refractive index glass, followed by a simple focusing lens.
  • the eyepiece described there makes use, as can be seen on the lens with positive refractive power, of a further general possibility for increasing the distance of the exit pupil, namely to use lenses with a high deflection.
  • this measure leads to complicated, thick and thus heavy lenses, which often cause an increased Coma error.
  • a heavy eyepiece is disadvantageous for use in riflescopes. Special, usually sensitive glasses are expensive and difficult to machine, often the transmission properties are also poor.
  • the distance of the exit pupil can also be increased by simply increasing the focal length of the eyepiece, without further measures, however, the field of view is restricted beyond measure.
  • the diameter of the eyepiece, the field of view and the reversing system must be increased, which would both disadvantageously increase the space required for the space, as well as the weight of the entire system.
  • the object of the invention was therefore to avoid the disadvantages mentioned and to provide a Femrohrokular simple, compact and without expensive special glasses or too curved lens radii, yet to increase the distance of the exit pupil to eg> 90 mm and at the same time, for these ratios large subjective Field of view, for example greater than 19 ° to realize.
  • Another object of the invention was to easily compensate for the curvature and distortion of the image field caused by a telescope objective and inversion system. At the same time, the Image level, or the reticle be effectively protected against contamination.
  • the focal length of the main eyepiece can be made smaller. This measure also shortens the path required for adjusting the diopter. In this way, the overall length of the eyepiece in the diopter adjustment does not increase as much as with conventional telemetry systems, and the sealing of the system against moisture is simplified.
  • Another advantage of inserting the lens with negative refractive power is that with the same subjective field of view, the diameter of the field stop in the image plane and thus the overall diameter of the femoral tube system can be smaller at this point than without the lens.
  • the first cemented lens arranged on the light entry side is a negative lens (diverging lens) and the second lens is a positive lens (converging lens).
  • the first cemented lens arranged on the light entry side is a negative lens (diverging lens) and the second lens is a positive lens (converging lens).
  • the two cemented lenses are formed as Achromat.
  • the lens of negative refractive power is held at a distance from the field stop and / or the reticle with it in a common socket. In this way, the lens has almost no negative impact on a height or lateral adjustment of the reticle.
  • the lens of negative refractive power is provided with an aspherical surface. It can be made of glass or inexpensively and simply made of plastic. In this case, it is at the same time particularly resistant to the mechanical stresses to which a riflescope is exposed when firing a weapon. In this way, it is also possible to use thin lenses that would burst under mechanical stress when manufactured from glass.
  • a plano-concave lens form can be stored in an advantageous manner particularly easy and close to the reticle in the common version and then has only a small, well controlled influence on the geometric size and position of the image, in addition to the displacement of the exit pupil towards a larger Distance from the eyepiece can also be used to advantage for the correction of distortions.
  • This advantage is particularly pronounced when the focal length of the lens of negative power corresponds to -0.8 to -0 times the focal length of the main eyepiece. The effect is similar to that of a negative field lens.
  • the lenses of the main eyepiece are made of glasses in the light direction such that the first cemented lens has a large refractive index of n> 1, 7 and a small Abbe number v ⁇ 30 and the second cemented lens, as well have a small refractive index n ⁇ 1.65 and a large Abbe number v> 55.
  • the distance between the lens of negative refractive power and the image plane or reticle is at most 0.2 times the focal length of the main eyepiece. In this way, the correction of the aberrations in the eyepiece overall system easier and it is possible to influence by replacing the lens, the position of the exit pupil behind the eyepiece.
  • a larger distance of the exit pupil can be achieved in this way, for example by the use of another lens with stronger negative refractive power, with only a limited subjective subjective field of vision. If the lens, reversing system and main eyepiece remain the same, customer-specific special requirements can be met in this way.
  • Fernrohrokulars invention An embodiment of a Fernrohrokulars invention is shown schematically in the drawing and is explained below with reference to the figure.
  • the figure shows a cross-sectional view through a simplified illustrated Femrohrokular 1, which has a field of view 3 sharply delimiting the image field in a light entry side region.
  • the field stop 3 is formed by a circular opening 4 in a first frame part 7 carrying a reticle 5 and a lens of negative refractive power 6.
  • the plane plane is also represented by a dashed line image plane 9 of the objective and inversion system not shown.
  • a second frame part 10 three lenses LI 1 L2, L3 are stored.
  • the negative cemented lens L1, the pos. Kittgliedlinse L2 and the simple Conveying lens L3 form a unit, which is referred to as the main eyepiece 11.
  • the second socket part 10 is mounted axially displaceably in an eyepiece housing 12 for adjusting the diopter.
  • the focal plane of the main eyepiece 11 coincides with the image plane 9.

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Abstract

Es wird ein Fernrohrokular (1) beschrieben, welches eine weit abstehender Austrittspupille zur Abbildung einer Bildebene (9) oder eines Absehens nach unendlich aufweist und aus einer lichteintrittseitig (2) angeordneten Feldblende (3) und zwei in Lichtrichtung durch Luft getrennten Linsengruppen als Hauptokular (11) besteht, wobei die erste aus zwei gekitteten Linsen (L1, L2) besteht und positive Brechkraft aufweist und die zweite aus einer einfachen Sammellinse (L3) besteht, in der Nähe der Bildebene (9) oder des Absehens in Lichtrichtung hinter der Feldblende (3) ist eine Linse negativer Brechkraft (6) angeordnet.

Description

Fernrohrokular mit weit abstehender Austrittspupille
Die Erfindung betrifft ein Fernrohrokular, insbesondere ein Zielfernrohrokular, mit weit abstehender Austrittspupille zur Abbildung einer Bildebene oder eines Absehens nach unendlich. Das Okular besteht aus einer lichteintrittseitig vor der Bildebene angeordneten Feldblende und nachfolgend aus zwei in Lichtrichtung durch Luft getrennten Linsengruppen, wobei die erste aus zwei gekitteten Linsen besteht und positive Brechkraft aufweist und die zweite aus einer einfachen Sammellinse besteht.
Derartige Okulare befinden sich lichtausgangsseitig beispielsweise an Zielfernrohren, die als Visiereinrichtung bei Jagdgewehren und dergleichen dienen und haben die Aufgabe, die Bildebene des vorgeschalteten optischen Fernrohrsystems zur Beobachtung nach unendlich abzubilden.
Die optischen Systeme solcher Zielfernrohre bestehen üblicherweise aus einem Objektiv, welches das zu beobachtende Objekt in eine erste Zwischenbildebene und anschließend durch ein Umkehrsystem höhenrichtig in eine zweite Zwischenbildebene abbildet. Das Visier wird dabei durch eine optische Zielmarke (Absehen) gebildet, die entweder in der ersten oder in der zweiten Bildebene angeordnet sein kann.
Es ist bekannt, zur Vermeidung von Lichtverlusten und Bildabschattungen bei optischen Systemen mit wiederholter Abbildung in der Bildebene eine Sammellinse anzuordnen. Diese auch als Feldlinse oder Kollektivlinse bezeichnete Sammellinse hat auf die geometrische Größe und Lage des Bildes keinen Einfluss. Sie dient lediglich der Bündelung der abbildenden Strahlen.
Ein Zielfernrohrokular weist einen von normalen (terrestrischen) Fernrohrokularen abweichenden Aufbau auf. Bekanntlich muss, um das ganze durch das Zielfernrohr gegebene Gesichtsfeld überblicken zu können, das sehende Auge des Beobachters in der Austrittspupille des Zielfernrohrs angeordnet werden. Befindet sich die Austrittspupille zu nahe am Okular, besteht aufgrund des Rückstoßes beim Abschuss der Waffe die Gefahr von Verletzungen für das Auge.
Aus diesem Grund besteht für Zielfernrohrokulare die Forderung nach einem großen Abstand der Austrittspupille, beispielsweise in den Grenzen der zwei- bis sechsfachen Brennweite des verwendeten Okulars.
Fernrohrokulare bekannter Bauart für terrestrische Fernrohre weisen beispielsweise ein aus einer Linse negativer Brechkraft und einer Linse positiver Brechkraft gebildetes Kittglied mit positiver Brechkraft auf, dem eine einfache Sammellinse nachgeordnet ist und haben einen zu geringen Abstand der Austrittspupille.
Es ist bekannt, durch geeignete Maßnahmen, die die Güte des Okulars insgesamt jedoch meist verschlechtern, den Abstand der Austrittspupille bei den bekannten Okularen zu vergrößern.
Der gewünschte Effekt ist beispielsweise durch den Einsatz von Gläsern mit hohen Brechzahlen erzielbar, was jedoch meist zu einem großen Astigmatismus und einer bedeutenden Verzeichnung führt.
Ein Okular welches diesen Nachteil nicht aufweist und dennoch einen großen Pupillenabstand zur Verfügung stellt, ist aus CH 250 108 bekannt und besteht aus zwei gekitteten Linsen, nämlich einer Linse negativer Brechkraft aus Schwerflintglas und einer Linse positiver Brechkraft aus einem Glas mit niedrigem Brechungsindex, gefolgt von einer einfachen Sammellinse. Das dort beschriebene Okular macht, wie an der Linse mit positiver Brechkraft zu sehen ist, von einer weiteren allgemeinen Möglichkeit zur Vergrößerung des Abstandes der Austrittspupille Gebrauch, nämlich Linsen mit einer hohen Durchbiegung zu verwenden. Diese Maßnahme führt aber zu komplizierten, dicken und somit schweren Linsen, die oftmals einen erhöhten Coma Fehler verursachen. Ein schweres Okular ist nachteilig für die Verwendung in Zielfernrohren. Spezielle, meist empfindliche Gläser sind teuer und schwer zu bearbeiten, oftmals sind auch die Transmissionseigenschaften schlecht.
Zwar kann, wie bereits erwähnt, durch einfache Vergrößerung der Brennweite des Okulars ebenfalls der Abstand der Austrittspupille vergrößert werden, ohne weitere Maßnahmen wird dann jedoch das Sehfeld über die Maßen eingeschränkt. Um diesem Nachteil wiederum entgegenzuwirken, müssen der Durchmesser des Okulars, der Sehfeldblende und des Umkehrsystems vergrößert werden, wodurch sich sowohl der Platzbedarf für den Bauraum, als auch das Gewicht des Gesamtsystems nachteilig erhöhen würden.
Aufgabe der Erfindung war es daher, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Femrohrokular einfach, kompakt und ohne teure Spezialgläser oder zu stark gekrümmten Linsenradien bereitzustellen, dennoch den Abstand der Austrittspupille auf z.B. > 90 mm zu vergrößern und zugleich ein, für diese Verhältnisse großes subjektives Sehfeld von beispielsweise größer 19° zu realisieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, auf einfache Weise die durch ein Fernrohrobjektiv und Umkehrsystem hervorgerufene Krümmung und Verzeichnung des Bildfeldes zu kompensieren. Gleichzeitig sollte die Bildebene, bzw. das Absehen wirksam vor Verschmutzung geschützt werden.
Diese Aufgaben werden bei einem Fernrohrokular der eingangs genannten Art erfindungsgemäß) durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Fernrohrokular wird eine Verlagerung der Austrittspupille ohne besondere Umgestaltung der augenseitigen optischen Anordnung des Okulars, nachfolgend als Hauptokular bezeichnet, dadurch erzielt, dass in der Nähe der Bildebene oder des Absehens in Lichtrichtung hinter der Feldblende zur Aufweitung des optischen Strahlenbündels eine Linse negativer Brechkraft angeordnet ist, mit der gleichzeitig die Fläche des Absehens vor Verschmutzung geschützt werden kann. Da die Austrittspupillenlage durch die Einfügung der Linse negativer Brechkraft beeinflusst wird, bestehen für die Berechnung des Objektivs sowie des Linsenumkehrsystems und auch des Hauptokulars größere Freiheitsgrade. Die Anordnung dieser Linse lediglich in der Nähe der Bildebene hat sich im Vergleich zu einer der bekannten Feldblendenwirkung entlehnten Anordnung genau in der Bildebene als besonders vorteilhaft herausgestellt. Der Versuch, beispielsweise eine Fläche der negativen Linse planparallel auszubilden, mit einer optischen Zielmarke zu versehen und diese Fläche in die Bildebene zu verlagern, hat sich als unvorteilhaft herausgestellt, da jede Verschmutzung auf einer Fläche, die sich genau in der Bildebene befindet, vom optischen Gesamtsystem scharf abgebildet und daher als äußerst störend vom Benutzer wahrgenommen wird. Vor der Bildebene, in der die Zielmarke angeordnet ist, befindet sich nämlich das Linsenumkehrsystem, welches einerseits zur Realisierung verschiedener Vergrößerungsfaktoren axial verschiebbar ausgebildet ist und andererseits zur Einstellung einer Elevationskorrektur mechanisch verschwenkbar gelagert ist. Mechanische Bewegungen, wie sie auch bei der Dioptrieverstellung am Okular notwendig sind, erzeugen Materialabrieb, der sich als feine Staubpartikel auf einer Fläche, wie der Planglasfläche eines Absehens in der Bildebene niederschlagen.
Durch die Einfügung der Linse mit negativer Brechkraft in der Nähe der Bildebene oder des Absehens kann die Brennweite des Hauptokulars kleiner gewählt werden. Durch diese Maßnahme verkürzt sich ebenfalls der für die Einstellung der Dioptrie erforderliche Weg. Auf diese Weise vergrößert sich die Baulänge des Okulars bei der Dioptrieeinstellung nicht so stark wie bei herkömmlichen Fernrohrokularsystemen und die Abdichtung des Systems gegen Feuchtigkeit vereinfacht sich. Ein weiterer Vorteil der Einfügung der Linse mit negativer Brechkraft ist, dass bei gleichem subjektivem Sehfeld der Durchmesser der Feldblende in der Bildebene und damit der Gesamtdurchmesser des Femrohrsystems an dieser Stelle kleiner ausfallen kann als ohne die Linse.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die lichteintrittsseitig angeordnete erste gekittete Linse eine negative Linse (Zerstreuungslinse) und die zweite Linse eine positive Linse (Sammellinse). Auf diese Weise ist ohne aufwändige Spezialgläser im Zusammenwirken mit der lichtaustrittseitig angeordneten einfachen Sammellinse ein Hauptokular mit einer Brennweite von 35-55 mm darstellbar.
Zur besonders universellen Anpassung an verschiedene Objektiv- /Umkehrsystem-Varianten eines Zielfernrohrs und Beseitigung von Farbfehlern im Hauptokular werden die zwei gekitteten Linsen als Achromat ausgebildet. In besonders vorteilhafter weise ist die Linse negativer Brechkraft beabstandet zur Feldblende und/oder dem Absehen mit diesem in einer gemeinsamen Fassung gehalten. Auf diese Weise hat die Linse so gut wie keinen negativen Einfluss bei einer Höhen- oder Seitenverstellung des Absehens.
Zur besonders einfachen Korrektion von Verzeichnungen ist die Linse negativer Brechkraft mit einer asphärischen Fläche versehen. Sie kann aus Glas oder kostengünstig und einfach aus Kunststoff gefertigt sein. In diesem Fall ist sie gleichzeitig besonders resistent gegen die mechanischen Beanspruchungen, denen ein Zielfernrohr beim Abschuss einer Waffe ausgesetzt ist. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, dünne Linsen zu verwenden, die bei einer Fertigung aus Glas unter der mechanischen Beanspruchung zerplatzen würden.
Eine plankonkave Linsenform lässt sich in vorteilhafter Weise besonders einfach und nahe an das Absehen heran in der gemeinsamen Fassung lagern und hat dann nur einen geringen, gut beherrschbaren Einfluss auf die geometrische Größe und Lage des Bildes, der neben der Verlagerung der Austrittspupille hin zu einem größeren Abstand vom Okular auch vorteilhaft zur Korrektion von Verzeichnungen genutzt werden kann. Dieser Vorteil ist besonders ausgeprägt, wenn die Brennweite der Linse negativer Brechkraft dem -0,8 bis -θfachen der Brennweite des Hauptokulars entspricht. Die Wirkung ähnelt der einer negativen Feldlinse.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Linsen des Hauptokulars in Lichtrichtung gesehen so aus Gläsern gefertigt, dass die erste gekittete Linse eine große Brechzahl von n > 1 ,7 und eine kleine Abbesche Zahl v < 30 und die zweite gekittete Linse, wie auch die augenseitig angeordnete einfache Sammellinse eine kleine Brechzahl n < 1,65 und eine große Abbesche Zahl v > 55 aufweisen. In besonders vorteilhafter weise beträgt der Abstand zwischen der Linse negativer Brechkraft und der Bildebene oder dem Absehen höchstens das 0,2-fache der Brennweite des Hauptokulars. Auf diese Weise ist die Korrektion der Bildfehler im Okulargesamtsystem einfacher und es besteht die Möglichkeit, durch Austausch der Linse die Lage der Austrittspupille hinter dem Okular zu beeinflussen. Ohne weitere Veränderung am Hauptokular lässt sich auf diese Weise z.B. durch den Einsatz einer anderen Linse mit stärkerer negativer Brechkraft ein größerer Abstand der Austrittspupille bei lediglich etwas eingeschränktem subjektivem Sehfeld erzielen. Bei sonst gleich bleibendem Aufbau des Objektivs, Umkehrsystems und Hauptokulars können auf diese Weise einfach kundenspezifische Spezial- anforderungen erfüllt werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fernrohrokulars ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt dabei eine Schnittdarstellung durch ein vereinfacht dargestelltes Femrohrokular 1 , das in einem lichteintrittseitigen Bereich 2 eine das Bildfeld scharf begrenzende Feldblende 3 aufweist. Die Feldblende 3 wird durch eine kreisförmige Öffnung 4 in einem eine Strichplatte 5 und eine Linse negativer Brechkraft 6 tragenden ersten Fassungsteil 7 gebildet.
Auf der Strichplatte 5 befindet sich auf der, der Linse negativer Brechkraft 6 zugewandten Planfläche 8 ein nicht weiter dargestelltes Absehen (Zielmarke). In der Planebene liegt auch die mit Hilfe einer Strichlinie dargestellte Bildebene 9 des nicht weiter dargestellten Objektiv- und Umkehrsystems.
In einem zweiten Fassungsteil 10 sind drei Linsen LI 1 L2, L3 gelagert. Die negative Kittgliedlinse L1 , die pos. Kittgliedlinse L2 und die einfache Sammellinse L3 bilden eine Einheit, die als Hauptokular 11 bezeichnet wird. Das zweite Fassungsteil 10 ist in einem Okulargehäuse 12 zur Dioptrieeinstellung axial verschiebbar gelagert.
Die Brennebene des Hauptokulars 11 fällt mit der Bildebene 9 zusammen.
Bezugszeichenliste
1 Femrohrokular
2 lichteintrittseitiger Bereich
3 Feldblende
4 kreisförmige Öffnung
5 Strichplatte
6 Linse negativer Brechkraft
7 erstes Fassungsteil
8 Planfläche
9 Bildebene
10 zweites Fassungsteil L1 negative Kittgliedlinse L2 positive Kittgliedlinse L3 einfache Sammellinse
11 Hauptokular
12 Okulargehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Femrohrokular (1 ), insbesondere Zielfemrohrokular, mit weit abstehender Austrittspupille zur Abbildung einer Bildebene (9) oder eines Absehens nach unendlich, bestehend aus einer lichteintrittseitig (2) angeordneten Feldblende (3) und zwei in Lichtrichtung durch Luft getrennten Linsengruppen als Hauptokular (11), wobei die erste aus zwei gekitteten Linsen (L1.L2) besteht und positive Brechkraft aufweist und die zweite aus einer einfachen Sammellinse (L3) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Bildebene (9) oder des Absehens in Lichtrichtung hinter der Feldblende (3) eine Linse negativer Brechkraft (6) angeordnet ist.
2. Femrohrokular (1) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die lichteintrittseitig angeordnete erste gekittete Linse eine negative Linse (L1) und die zweite Linse eine positive Linse (L2) ist und im Zusammenwirken mit der einfachen Sammellinse (L3) das Hauptokular (11) mit einer Brennweite zwischen 35 mm und 55 mm bildet.
3. Femrohrokular (1) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei gekitteten Linsen (L1.L2) einen Achromaten bilden.
4. Femrohrokular (1) nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse negativer Brechkraft (6) beabstandet zur Feldblende (3) und/oder dem Absehen in einer gemeinsamen Fassung (7) gehalten ist.
5. Femrohrokular (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse negativer Brechkraft (6) aus Glas oder Kunststoff mit einer asphärischen Fläche zur Korrektion von Verzeichnungen gefertigt ist.
6. Femrohrokular (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse negativer Brechkraft (6) plan-konkav ist.
7. Femrohrokular (1) nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste gekittete Linse (L1) eine große Brechzahl, z.B. n > 1 ,7 und kleine Abbesche Zahl z.B. v < 30 aufweist und die zweite gekittete Linse (L2), wie auch die augenseitige einfache Sammellinse (L3) eine Brechzahl n < 1 ,65 und eine Abbesche Zahl v > 55 aufweisen.
8. Femrohrokular (1) nach einem der Patentansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Bildebene (9) und Linse negativer Brechkraft (6) höchstens dem 0,2-fachen der Brennweite des Hauptokulars (11) entspricht.
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