DE102004049871B4 - Verfahren zur Herstellung einer Objektivaufnahme für ein Objektiv einer Kamera und Kamera für Kraftfahrzeuganwendungen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Objektivaufnahme für ein Objektiv einer Kamera und Kamera für Kraftfahrzeuganwendungen Download PDFInfo
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Objektivaufnahme (4) für ein Objektiv (1) einer für Kraftfahrzeuganwendungen einsetzbaren Kamera mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) die Objektivaufnahme (4) und eine vordere Gehäuseschale (3) eines Gehäuses (2) der Kamera werden in einem Arbeitsgang als ein Bauteil hergestellt, b) die Herstellung der Objektivaufnahme (4) und der vorderen Gehäuseschale (3) erfolgt aus metallischen Werkstoffen oder Glasfaseranteile aufweisendem Kunststoffmaterial, c) die einstückig mit der vorderen Gehäuseschale (3) gefertigte Objektivaufnahme (4) wird durch spanabhebende Bearbeitung der Länge des Objektivs (1) gekürzt, d) die Objektivaufnahme (4) wird von der Innenseite (34) des Gehäuses (2) mit Einzellinsen (6, 15, 19, 24) eines Linsenstapels (5) bestückt und e) bei der Montage der Linsen (6, 15, 19, 24) in die Objektivaufnahme (4) wird von einer Außenseite (33) oder einer Innenseite (34) des Gehäuses (2) her ein Dichtelement (7) in die Ausnehmung (8) der Objektivaufnahme (4) eingelegt, wobei die Ausnehmung (8) von Umgreifkanten (9) umschlossen ist und wobei die Umgreifkanten (9) als Anschlag für eine konvexe Wölbung 10 einer Außenlinse (6) des Linsenstapels (5) fungieren.
Description
- Technisches Gebiet
- Kommen Kameramodule im Kfz-Betrieb zum Einsatz, so sind diese neben hohen mechanischen Beanspruchungen auch großen Temperaturschwankungen sowie Feuchtigkeitseinflüssen ausgesetzt. Der Einsatz eines nicht vollständig dicht ausgelegten Kameramoduls unter fahrzeugüblichen Klimabedingungen, kann einerseits zur Taubildung im optischen Pfad und andererseits zu einer Beeinträchtigung der Bildqualität führen. Eine Auskondensation der Feuchtigkeit ist häufig dann zu beobachten, wenn sich im Inneren des Kameramoduls über längere Zeit bei höheren Temperaturen eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit eingestellt hat und das Kameramodul dann innerhalb kürzester Zeit abgekühlt wird.
- Stand der Technik
- Üblicherweise werden aus einem Objektiv und einem Sensorchip aufgebaute optische Aufnahmeeinheiten luftdicht ausgelegt. Das Eindringen von Feuchtigkeit als Folge der für viele eingesetzte Materialien nicht beliebig kleinen Wasserdampfdurchlässigkeit, kann durch den Einsatz von Adsorbermitteln, wie zum Beispiel Zeolith aufgefangen werden. Neben dem Einkleben der Frontlinse eines Linsenstapels ist der Einsatz von Dichtringen, so zum Beispiel von O-Ringen aus verschiedenen Materialen denkbar und stellt einen sinnvollen Ansatz zum dichten Aufbau dar. Dichtringe, die zum Beispiel aus Elastomeren gefertigt sind, bieten gegenüber dem Kleben den Vorteil, dass eine Nachbearbeitung möglich ist. Ferner existiert das Risiko von Verschmutzungen bei Dichtringen nicht.
- Damit die Abdichtung bei Verwendung eines Dichtringes sicher gewährleistet ist, wird durch die Verschraubung eine definierte Kompression des Dichtrings erzeugt. Bedingt durch die Fertigungsstreuungen der Aufbauhöhen innerhalb eines Linsenstapels, der mehrere Linsen umfassen kann, ist eine über alle Exemplare gleich bleibende Kompression jedoch nicht gewährleistet, falls die Klemmung eines Dichtringes zwischen der vordersten Linsenfläche und einem Anlagenmaß im Tubus des Objektivs, wie zum Beispiel einer Ringfläche erfolgt. Darüber hinaus muss gewährleistet sein, dass der Dichtring nicht ungleichmäßig geklemmt wird, was zum Beispiel durch lokale Überdehnung beim Verschrauben in der Montage auftreten kann. Für Objektive in den eingangs erwähnten Applikationsfällen ist es wichtig, die Anordnung der Einzellinsen mit möglichst kleinen Abweichungen zu erreichen, um die geforderte Bildqualität sicherzustellen. Damit ist eine gute Führung der Einzellinsen eines Linsenstapels erforderlich, die Führung der Einzellinsen darf nicht durch schief liegende Dichtringe beeinträchtigt werden. Von Nachteil bei einer auf einer Frontfläche aufliegenden Dichtung ist eine Beeinträchtigung des freien Strahldurchmessers, da die Randdicke der Frontlinse nicht beliebig reduziert werden kann.
- Aus
JP 2002 090603 A - Aus
JP 2001 352469 A JP 2001 352469 - Darstellung der Erfindung
- Dem erfindungsgemäßen Vorschlag folgend, wird ein kompakter und dichter Aufbau einer für Kfz-Anwendungen geeigneten Kamera, die hinsichtlich der Anzahl der mechanischen Komponenten und der mechanischen Schnittstellen minimiert ist, vorgeschlagen, bei der der Bildsensor während der Montage mittels einer mechanischen Justiereinheit relativ zum Objektiv positioniert wird. Die mechanische Justiereinheit kann zum Beispiel ein Hexapod sein, der in 6 Freiheitsgraden mit sehr hoher Präzision geführt werden kann.
- Das Objektiv, welches durch einen mehrere Linsen aufweisenden Linsenstapel gebildet ist, ist starr mit dem Kameragehäuse, wie zum Beispiel einer ersten Gehäusehalbschale des Kameragehäuses verbunden. Dadurch ist auch die Lage des Objektivs zu Befestigungsvorrichtungen festgelegt, mit denen die für Kfz-Anwendungen geeignete Kamera später im Fahrzeug angebracht und ausgerichtet wird. Der der Kamera zugeordnete Bildsensor wird während deren Montage aktiv betrieben und die Abbildung des über das Objektiv aufgenommenen Testbildes wird während der Montage hinsichtlich der Schärfe in verschiedenen Bildausschnitten und für verschiedene Positionierungen automatisch ausgewertet. Der der Kamera zugeordnete Bildsensor wird während deren. Montage relativ zum Linsenstapel hinsichtlich seiner Position variiert, um die optimale Einbauposition zu ermitteln. Somit sind während des Montagevorganges der Kamera noch Korrekturen hinsichtlich der Positionierung des Bildsensors möglich.
- Dem erfindungsgemäßen Vorschlag folgend kann nunmehr ein Objektivgehäuse zur Aufnahme eines mehrere Linsen umfassenden Linsenstapels sowie eine vordere Gehäuseschale der für Fahrzeuganwendungen geeigneten Kamera als ein Werkstück hergestellt werden. Dies wird bevorzugt aus metallischen Werkstoffen, wie zum Deispiel Aluminiumdruckguss, Thixomold oder auf dem Wege des Tiefziehens erhalten. Bei Verwendung metallischer Werkstoffe zur Herstellung der vorderen Gehäuseschale einer für Kfz-Applikation geeigneten Kamera ist die Dichtheit der Gehäuseschale gewährleistet. Anstelle der oben erwähnten metallischen Werkstoffe kann die vordere Gehäuseschale der für Kfz-Applikation geeigneten Kamera auch aus Glasfaser gefülltem Kunststoff hergestellt werden. Die Wasserdampfdichtigkeit dieses Werkstoffes wird über einen im Wege der Plasmabeschichtungstechnik aufgebrachten Metallfilm hergestellt.
- Die Aufnahme für den Linsenstapel, d. h. der Tubusabschnitt des Objektivgehäuses kann auf dem Wege der spanabhebenden Fertigungsverfahren, so zum Beispiel im Wege des Nachdrehen eines Aluminiumdruckgussteiles hergestellt werden. Dabei lässt sich eine präzise Ausrichtung des Tubusabschnittes des Objektivgehäuses präzise zu den außen an der Gehäuseschale liegenden Befestigungsvorrichtungen erreichen. Die Bestückung des Objektivs, d. h. der Einbau des mehrere Linsen enthaltenden Linsenstapels in die vordere Gehäuseschale und deren Prüfung kann gegebenenfalls bei einem Zulieferer erfolgen. Die Bestückung der in der vorderen Gehäuseschale ausgebildeten Objektivaufnahme kann sowohl von der Außenseite als auch von der Innenseite wie auch von beiden Richtungen aus erfolgen. Bei der Bestückung der Objektivaufnahme der vorderen Gehäuseschale an der Hinterseite und bei Verschraubung des Linsenstapels mittels eines Einschraubelementes kann ein Dichtring eingebaut werden, der eine der Außenseite des Gehäuses zuweisende Linse gegen das innere der einstückig an der vorderen Gehäuseschale ausgebildeten Objektivaufnahme und damit gegen die Innenseite der vorderen Gehäuseschale abdichtet.
- Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann ein sonst separat in das Gehäuse einer für Kfz-Applikation geeigneten Kamera einzubauende Objektivaufnahme zur Aufnahme des Linsenstapels entfallen. Damit kann die Toleranzkette hinsichtlich fertigungsbedingter Ungenauigkeiten verkürzt werden und die Anzahl der Bauteile herabgesetzt werden. Zudem ist eine einfach zu erreichende Abdichtung des Kameragehäuses möglich. Des Weiteren bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung den Vorteil, die Länge der Objektivaufnahme, d. h. des Tubus bei der spanabhebenden Nachbearbeitung so zum Beispiel beim Nachdrehen auf verschiedene Applikationen anzupassen, das das Gleichteilekonzept unterstützt. So lässt sich die vordere Gehäusehalbschale mit integrierter Objektivaufnahme als zum Beispiel ein Aluminiumdruckgussteil herstellen, welches im Wege der spanabhebenden Fertigungsverfahren an den jeweiligen Applikationszweck angepasst werden kann.
- Zeichnung
- Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
- Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine Gehäusehalbschale einer für Kfz-Anwendung geeigneten Kamera mit integrierter Objektivaufnahme und darin angeordneten Linsenstapel.
- Ausführungsvarianten
- Der Darstellung gemäß
1 ist eine vordere Gehäuseschale3 einer für Fahrzeugapplikationen geeigneten Kamera zu entnehmen. Die vordere Gehäuseschale3 eines Gehäuses2 umfasst eine Objektivaufnahme4 zur Aufnahme eines mehrere Linsen umfassenden Linsenstapels5 . Der Linsenstapel5 bildet ein Objektiv1 der für Kraftfahrzeuganwendungen geeigneten Kamera. - Der Linsenstapel
5 umfasst eine Außenlinse6 , die mittels eines Dichtringes7 gegen die vordere Gehäuseschale3 abgedichtet ist. Die vordere Gehäuseschale3 weist dazu eine Ausnehmung8 für den Dichtring7 auf. Die Ausnehmung8 für den Dichtring7 ist an der vorderen Gehäuseschale3 so ausgebildet, dass Umgreifkanten9 den Dichtring7 umschließen, wobei die Umgreifkanten9 gleichzeitig eine Anlagefläche für die Außenlinse6 bilden. Diese ist an ihrer nach außen weisenden Seite mit einer konvexen Wölbung10 und an ihrer in das innere der vorderen Gehäuseschale3 weisenden Seite mit einer konkaven Wölbung11 versehen. Die Außenlinse6 liegt auf einem Distanzring12 auf, der in die Objektivaufnahme4 eingelassen ist. - Am Distanzring
12 ist einerseits eine Auflagefläche13 ausgebildet, auf der die Außenlinse6 mit ihrer konkaven Wölbung11 aufliegt und andererseits eine federnde Zone14 . Mit der federnden Zone14 stützt sich der Distanzring12 an einer zweiten Linse15 des Linsenstapels5 ab. Die zweite Linse15 ist der Darstellung gemäß1 an ihrer der Außenlinse6 zuweisenden Seite ebenfalls mit einer konvex verlaufenden Wölbung versehen, während die dein Gehäuseinneren der vorderen Gehäuseschale3 zuweisende Seite der zweiten Linse15 konkav gewölbt ausgebildet ist. Unterhalb der zweiten Linse15 befindet sich eine dritte Linse19 . Die dritte Linse19 weist eine Planfläche20 auf und liegt an Wandflächen18 eines in die Objektivaufnahme4 einbringbaren Einschraubelementes17 an. Die zweite Linse15 stützt sich auf der Planfläche20 der dritten Linse19 sowie an einer ringförmig konfigurierten Kontaktfläche16 ab. - Die dritte Linse
19 des Linsenstapels5 umfasst neben der Planfläche20 eine konkave Wölbung21 . Die konkave Wölbung21 der dritten Linse19 wird durch eine Ringfläche begrenzt. An dieser Ringfläche liegt die dritte Linse19 auf einem Blendenring22 auf. Der Blendenring22 seinerseits stützt sich an einem Auflagering23 des Einschraubelementes17 ab. Der Blendenring22 fixiert eine vierte Linse24 des Linsenstapels5 im Einschraubelement17 . Die vierte Linse24 , die zum Beispiel eine erste konvexe Wölbung25 sowie eine zweite konvexe Wölbung26 aufweisen kann, wird durch eine Auflagekante27 , die an der Unterseite des Einschraubelementes17 ausgebildet ist, untergriffen und im Einschraubelement17 gehalten. - In der Darstellung gemäß
1 werden die zweite Linse15 , die dritte Linse19 und die vierte Linse24 durch das Einschraubelement17 geführt und aneinander angestellt, wobei das Einschraubelement17 ein Außengewinde30 umfasst, welches mit einem an der Innenwand der Objektivaufnahme4 ausgebildeten Innengewinde28 zusammenwirkt. Die beim Einschrauben des Einschraubelementes17 in das Innengewinde28 der Objektivaufnahme4 gebildete Schraubverbindung29 fixiert den Linsenstapel5 innerhalb der Objektivaufnahme. - Die in
1 dargestellte vordere Gehäuseschale des Gehäuses2 einer für Kfz-Applikationen einsetzbaren Kamera kann aus einem metallischen Werkstoff hergestellt werden. Als metallische Werkstoffe bieten sich zum Beispiel Aluminiumdruckguss an sowie Thixomold. Die in1 dargestellte vordere Gehäuseschale3 kann auch im Wege des Tiefziehens hergestellt werden. Bei Verwendung eines metallischen Werkstoffes ist die vordere Gehäuseschale3 gegen Wasserdampfeintritt abgedichtet. - Alternativ kann die vordere Gehäuseschale
3 , an welcher eine Anschlussstelle32 für eine in1 nicht dargestellte hintere Gehäuseschale der für Kfz-Applikationen einsetzbaren Kamera anschließbar ist, auch aus Glasfaser gefülltem Kunststoff hergestellt werden. Wird dieses Material gewählt, kann dessen Wasserdampfdichtigkeit über einen im Wege der Plasmabeschichtungstechnik aufgebrachten Metallfilm erzielt werden. Die vorderen Gehäuseschalen3 des Gehäuses2 der für Kfz-Applikationen einsetzbaren Kamera, werden bevorzugt im Wege des Gleichteileverfahrens hergestellt. Wird ein metallischer Werkstoff eingesetzt, so kann eine Nachbearbeitung der Objektivaufnahme4 im Wege spanabhebender Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel des Nachdrehens erfolgen, um die Länge der Objektivaufnahme4 an die Höhe des Linsenstapels5 , d. h. an die Anzahl der in diesem enthaltenen Einzellinsen anzupassen. Ein Grundkörper einer vorderen Gehäuseschale3 ist somit für mehrere Varianten von Kameras für Kfz-Applikationen einsetzbar. Zudem kann bei einer Nachbearbeitung der Objektivaufnahme4 in der vorderen Halbschale3 , präzise zu außen an der vorderen Gehäuseschale3 liegenden Befestigungsvorrichtungen ausgerichtet werden. - Die Bestückung der Objektivaufnahme
4 der vorderen Gehäuseschale3 des Gehäuses2 mit den einzelnen Linsen6 ,15 ;19 und24 kann gegebenenfalls auch durch einen Zulieferer erfolgen. Das Einbringen der Linsen6 ,15 ,19 und24 in die Objektivaufnahme4 kann von der Innenseite34 der Objektivaufnahme4 erfolgen. Auch eine Montage einzelner Linsen6 ,15 ,19 und24 sowohl von der Außenseite33 als auch von dessen Innenseite34 ist möglich. Wird die vordere Gehäuseschale3 vom Gehäusehohlraum31 her bestückt, so wird in vorteilhafter Weise der Dichtring7 in die Ausnehmungen8 , die von Umgreifkanten9 umschlossen sind, eingebracht, bevor die Außenlinse6 des Linsenstapels5 in die Objektivaufnahme4 eingebracht wird. Der Dichtring7 kann – wie in1 dargestellt – als O-Ring ausgebildet sein; daneben kommen noch andere Querschnittskonfigurationen von Dichtringen7 in Betracht. Die Umgreifkanten9 fungieren gleichzeitig als Anschlag für die konvexe Wölbung10 der Außenlinse6 des Linsenstapels5 . - Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise auf eine separat in die vordere Gehäuseschale
3 einzubauende und zu befestigende Objektivaufnahme verzichtet werden. Damit lässt sich die Toleranzkette bei der Montage von für Kfz-Applikationen geeignete Kameras weiter reduzieren. Ferner ist durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung auf einfache Art und Weise eine Abdichtung des Gehäusehohlraumes31 der Kamera erzielbar. - Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass an der Anschlussstelle
32 die in1 nicht dargestellte hintere Gehäuseschale des Gehäuses2 mit der in1 dargestellten vorderen Gehäuseschale3 verbunden werden kann. Die Anschlussstelle32 kann zur Beispiel als eine Nut/Feder-Anordnung ausgebildet sein, welche den Eintritt von Wasserdampf, Feuchtigkeit oder Schmutzpartikeln in den Gehäusehohlraum31 der für Kfz-Applikation geeigneten Kamera wirksam unterbindet. Zum Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit sowie als EMV-Schutz wird bevorzugt die Innenseite34 des Gehäuses2 im Wege der Plasmabeschichtung beschichtet, so z. B. mit einem Metallfilm versehen.
Claims (12)
- Verfahren zur Herstellung einer Objektivaufnahme (
4 ) für ein Objektiv (1 ) einer für Kraftfahrzeuganwendungen einsetzbaren Kamera mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) die Objektivaufnahme (4 ) und eine vordere Gehäuseschale (3 ) eines Gehäuses (2 ) der Kamera werden in einem Arbeitsgang als ein Bauteil hergestellt, b) die Herstellung der Objektivaufnahme (4 ) und der vorderen Gehäuseschale (3 ) erfolgt aus metallischen Werkstoffen oder Glasfaseranteile aufweisendem Kunststoffmaterial, c) die einstückig mit der vorderen Gehäuseschale (3 ) gefertigte Objektivaufnahme (4 ) wird durch spanabhebende Bearbeitung der Länge des Objektivs (1 ) gekürzt, d) die Objektivaufnahme (4 ) wird von der Innenseite (34 ) des Gehäuses (2 ) mit Einzellinsen (6 ,15 ,19 ,24 ) eines Linsenstapels (5 ) bestückt und e) bei der Montage der Linsen (6 ,15 ,19 ,24 ) in die Objektivaufnahme (4 ) wird von einer Außenseite (33 ) oder einer Innenseite (34 ) des Gehäuses (2 ) her ein Dichtelement (7 ) in die Ausnehmung (8 ) der Objektivaufnahme (4 ) eingelegt, wobei die Ausnehmung (8 ) von Umgreifkanten (9 ) umschlossen ist und wobei die Umgreifkanten (9 ) als Anschlag für eine konvexe Wölbung10 einer Außenlinse (6 ) des Linsenstapels (5 ) fungieren. - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil gemäß Verfahrensschritt b) aus Aluminiumdruckguss oder Thixomold hergestellt wird.
- Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil gemäß Verfahrensschritt b) auf der Außenseite (
33 ) oder der Innenseite (34 ) des Gehäuses (2 ) im Wege der Plasmabeschichtung mit einem Metallfilm versehen wird. - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während Verfahrensschritt c) die Objektivaufnahme (
4 ) zu Befestigungspunkten an der Außenseite (33 ) der vorderen Lagerschale (3 ) ausgerichtet wird. - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Montage der Einzellinsen (
6 ,15 ,19 ,24 ) in der Objektivaufnahme (4 ) diese mittels eines Einschraubelementes (17 ) fixiert werden. - Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Montage der Einzellinsen (
6 ,15 ,19 ,24 ) in der Objektivaufnahme (4 ) die zweite Linse (15 ) des Linsenstapels (5 ) gegen einen Distanzring (12 ) angestellt wird, der sich an einer Außenlinse (6 ) abstützt. - Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im montierten Zustand die außen liegende Linse (
6 ) und die gehäuseinnenliegende Linse (24 ) von Anschlägen (9 ) der Objektivaufnahme (4 ) oder von Auflagekanten (27 ) des Einschraubelementes (17 ) fixiert sind. - Kamera für Kraftfahrzeuganwendungen, hergestellt gemäß des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Objektivaufnahme (
4 ) zur Aufnahme eines Objektivs (1 ), welches von einem Linsenstapel (5 ) gebildet ist, und mit einer Gehäuseschale (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivaufnahme (4 ) und die Gehäuseschale (3 ) der Kamera ein Bauteil darstellen, welches aus metallischen Werkstoffen oder Glasfaserteile aufweisende Kunststoffmaterial gefertigt ist und die einstückig mit der Gehäuseschale (3 ) gefertigte Objektivaufnahme (4 ) der Länge des Objektivs (1 ) angepasst ist, wobei der Linsenstapel (5 ) eine Außenlinse (6 ) umfasst, die mittels eines Dichtrings (7 ) gegen die vordere Gehäuseschale (3 ) abgedichtet ist, und die vordere Gehäuseschale (3 ) eine Ausnehmung (8 ) für den Dichtring (7 ) aufweist, und die Ausnehmung (8 ) so ausgebildet ist, dass Umgreifkanten (9 ) den Dichtring (7 ) umschließen, wobei die Umgreifkanten (9 ) eine Anlagefläche für die Außenlinse (6 ) bilden. - Kamera gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (
1 ) eine Außenlinse (6 ), eine zweite Linse (15 ), eine dritte Linse (19 ) sowie eine vierte Linse (24 ) in Linsenstapelanordnung umfasst. - Kamera gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linse (
15 ), die dritte Linse (19 ) und die vierte Linse (24 ) in einem Einschraubelement (17 ) aufgenommen sind. - Kamera gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenlinse (
6 ) über einen eine Federzone (14 ) aufweisenden Distanzring (12 ), der sich auf der zweiten Linse (15 ) abstützt, gegen die Umgreifkante (9 ) der Objektivaufnahme (4 ) angestellt ist. - Kamera gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite (
34 ) eines Gehäusehohlraums (31 ) mit einem Metallfilm beschichtet ist.
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