DE3132091A1 - Hochgeoeffnetes langbrennweitiges objektiv - Google Patents
Hochgeoeffnetes langbrennweitiges objektivInfo
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-
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Description
Beschreibung
Hochgeöffnetes langbrennweitiges Objektiv
Hochgeöffnetes langbrennweitiges Objektiv
Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei einem
kompakten, hochgeöffneten, langbrennweitigen Objektiv kurzer Gesamtlänge mit einem Bildfeldwinkel von 28,5° und einer
relativen öffnung von 1:1,4.
Ein Objektiv dieser Art ist in US-A 3948584 (=JA-A 8527/
1975) beschrieben. Es handelt sich dabei um ein sogenanntes modifiziertes Gauss-Objektiv. Das Objektiv hat eine kurze
Schnittweite und ist für seine lange Brennweite kompakt. Zur Verkürzung der Schnittweite ist dort aber die Brechkraft
der vor der Blende gelegenen Linsengruppe wesentlich stärker gemacht als die der hinter der Blende gelegene
Linsengruppe. Das Objektiv hat zwar eine hohe relative Öffnung, nämlich 1:1,4, sein Abbildungsverhalten ist aber
unbefriedigend. So ist die Zuordnung der Aberrationen der die Vordergruppe bildenden positiven Linsengruppe groß,
und es ist deshalb die Korrektur der ringförmigen sphärischen
Aberration ungenügend. Weiterhin verursacht die erhöhte Brechkraft der die Vordergruppe bildenden negativen
Linsengruppe eine extreme Überkorrektion der sphärischen
Aberration, insbesondere der sphärischen Aberration für kurzwelliges Licht bei der g-Linie (X=436nm). Das
Verhalten des Objektives bei offener Blende ist daher nicht ausreichend.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb die vorstehenden
Nachteile zu beseitigen und ein kompaktes, hochgeöffnetes, langbrennweitiges Objektiv kurzer Gesamtlänge bereitzustellen,
bei dem die verschiedenen Linsenfehler, insbesondere die ringförmige sphärische Aberration und die
chromatische Aberration der sphärischen Aberration, gut korrigiert sind.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet, in den Unteransprüchen weitergebildet und nachstehend an Hand
der Zeichnung im einzelnen beschrieben; es zeigen:
Figur 1 eine Schnittansieht zur Darstellung
des allgemeinen Linsenaufbaus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Figuren 2, 3 und 4 den Korrektionszustand der
ersten, zweiten bzw. dritten Ausführungsform hinsichtlich sphärischer Aberration, Sinusbedingung,
Astigmatismus und Verzeichnung bei einer Brennweite von f=1 mm,
Figur 5 den allgemeinen Linsenaufbau eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung
und
Figur 6 den Korrektionszustand der vierten Ausführungsform hinsichtlich sphärischer
Aberration, Sinusbedingung, Astigmatismus und Verzeichnung bei der Brennweite von
f=1 mm.
Wie in Figur 1 oder 5 dargestellt, handelt es sich um
einen Objektivaufbau aus fünf Gruppen bzw. sieben Linsengliedern,
nämlich
- einer ersten Gruppe L^ mit einem positiven Meniskusglied
mit konvexer Vorderfläche,
- einer zweiten Gruppe L0 mit einem positiven Meniskus-
mit ^
glied konvexer Vorderfläche,
- einer dritten Gruppe L-* mit einer bikonvexen Linse und
einer hiermit verkitteten bikonkaven Linse sowie mit konvexer Vorderfläche,
- einer vierten Gruppe L^ mit einem negativen Linsenglied
und einem hiermit verkitteterTpositiven Linsenglied sowie mit konvexer Hinterfläche und
- einer fünften Gruppe L^ mit einer positiven Linse.
Il
Dieser Linsenaufbau erfüllt die folgenden Bedingungen:
(1) 0.75Φ < Φι < 0.85Φ
(2) 0.9Φ < Φ2 < 1.1Φ
(3) 0 < -Φα < 0.3Φ
(4) 0 < (ru- n3)Ae .
< 0.04Φ
(5) v„ > V3
(6) (n3 + nO/2 > 1.7
hierin bedeuten
rg den Krümmungsradius der Kittfläche in
der dritten Gruppe L-,
n, und n^ den Brechungsindex des bikonvexen
Linsengliedes bzw. bikonkaven Linsengliedes der dritten Gruppe L,s
v^ und v^ die Abbezahlen des bikonvexen Linsengliedes
bzw. des bikonkaven Linsengliedes der dritten Gruppe L^,
φ* und φ ρ &i-e Brechkraft des positiven
Meniskusgliedes der ersten Gruppe L^ bzw. des positiven Meniskusgliedes der zweiten
Gruppe L2,
Φ& die Brechkraft der zwischen zweiter Gruppe L2 und dritter Gruppe L^ gelegenen und von
diesen gebildeten Luftlinse und
φ die Brechkraft des gesamten Systems.
Hierdurch wird ein hochgeöffnetes, kompaktes, langbrennweitiges Objektiv erhalten, das eine relative
öffnung von 1:1,4 und einen Bildfeldwinkel von 28,5° besitzt und gleichwohl hinsichtlich der verschiedenen Linsenfehler,
insbesondere der ringförmigen sphärischen Aberration und der chromatischen Aberration der sphärischen
Aberration, gut korrigiert ist und ausgezeichnetes Abbildungsverhalten besitzt.
Die vorstehenden Bedingungen 1 bis 6 beruhen auf folgenden Entwurfserwägungen.
Zum Erhalt eines kompakten Gauss'sehen Objektivs mit kurzer
Schnittweite ist es notwendig, die Brechkraft der vor der Blende gelegenen Linsengruppe wesentlich stärker
zu machen als die Brechkraft der hinter der Blende gelegenen Linsengruppe. Demgemäß ist es für den Erhalt
eines hochgeöffneten Objektivs, bei dem die verschiedenen Aberrationen bei kompaktem Linsenaufbau gut korrigiert
sind, wichtig, daß die Brechkräfte zwischen den die Vordergruppe
bildenden Linsen geeignet verteilt sind. Die Bedingungen 1 bis 4 dienen zu diesem Zweck.
Die Bedingung 1 schreibt die Brechkraft der ersten Gruppe L1 vor, durch die das breiteste Lichtstrahlenbündel Mn-
(i.e. deren obere Grenze)
durchgeht. Wenn diese Bedingung/überschritten wird, erhöht
sich die ringförmige (annular) sphärische Aberration, und eine große relative Öffnung kann nicht erreicht wer-
(i.e. deren untere Grenze)
den. Wenn andererseits diese Bedingung/unterschritten wird, ist dieses zwar vorteilhaft für die Aberrationskorrektur, aber die Lichtstrahlenbündelkonvergenz wird
ungenügend, und es wird schwierig, die Schnittweite zu verringern und damit das gesamte Objektiv kompakt zu
machen.
Um das gesamte Linsensystem kompakt zu machen, ist es zwar auch wirksam, die Brechkräfte der beiden positiven Linsengruppen
L^ und Lp zu verstärken, es ist aber wesentlich,
die Erzeugung von Aberrationen höherer Ordnung durch diese Linsengruppen, durch die ein breites Lichtstrahlenbündel
hindurchgeht, zu minimieren. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, mehr Brechkraft der zweiten Gruppe "L^
zuzuteilen, und zwar unmittelbar begleitet von einer zerstreuenden Luftlinse. D. h., daß ^2 wünschenswerterweise
kleiner als φ^ ist. Bedingung 2 schreibt im einzelnen
den Bereich der Brechkraft der zweiten Gruppe Lp vor,
die demgemäß die stärkere Brechkraft haben sollte.- Wenn diese Bedingung überschritten wird, tritt sphärische
Aberration höherer Ordnung übermäßig auf und kann auch nicht durch die Funktionen der anderen Elemente einschließlich der durch Bedingung 3 vorgeschriebenen Zerstreuungswirkung
der Luftlinse kompensiert werden. Wenn andererseits die Bedingung 2 unterschritten wird, wird
die Brechkraft der zweiten Gruppe L2 zu klein, und es
wird schwierig, das gesamte Linsensystem kompakt aufzubauen und dabei ausreichend die einzelnen Aberrationen
zu korrigieren.
Um negative sphärische Aberration höherer Ordnung und Astigmatismus, die in der ersten und zweiten Gruppe L1
und L2 auftreten, zu vermeiden und um kompakten Aufbau
und guten Aberrationsausgleich zu realisieren, ist die Funktion der zwischen zweiter Gruppe L2 und dritter Gruppe L, gelegenen und von diesen gebildeten Luftlinse wichtig.
Bedingung 3 beschreibt den optimalen Wert für die Brechkraft dieser Luftlinse. Hiernach muß diese Luftlinse
zerstreuend sein, um negative Aberrationen zu kompensieren, und wird deren Brechkraft verstärkt, dann
können die Brechkräfte von erster und zweiter Gruppe L1
und L2, die beide positiv sind, entsprechend verstärkt werden, was für einen kompakten Gesamtsystemaufbau vorteilhaft
ist. Wenn jedoch Bedingung 3 überschritten wird, wächst die Koma, die von den Strahlen des außeraxialen
Lichtstrahlenbündels, das durch den oberen Teil der Pupille geht, erzeugt wird.
Wenn die positive Brechkraft der Vordergruppe erhöht
wird, um das gesamte Linsensystem kompakt zu machen, dann muß die negative Brechkraft der dritten Linsengruppe
L-* auch dann verstärkt werden, wenn die zerstreuende
Wirkung der Luftlinse auf der Basis von Bedingung 3 wirksam ausgenutzt wird; und als Ergebnis wird die sphärische
Aberration für kurzwelliges Licht bei der g-Linie überkorrigiert, was zu verschlechtertem Verhalten bei geöffneter
Blende führt.
Die Bedingungen 4 bis 6 dienen zur Korrektion der sphärischen Aberration für kurzwelliges Licht bei der g-Linie
ohne Verschlechterung der verschiedenen Aberrationen bei der Standardwellenlänge (d-Linie,X =587,6 nm). D. h.,
die dritte Gruppe L, ist aus einem bikonvexen Linsenglied
und einem bikonkaven Linsenglied zusammengesetzt und unter Bedingung 4 wird eine negative sphärische Aberration höherer
Ordnung durch die Wirkung der Kittfläche rg, die eine positive
Brechkraft besitzt, erzeugt. Gleichzeitig tritt, wenn die Dispersion des negativen Linsengliedes größer
als die des positiven Linsengliedes entsprechend Bedingung ist, eine negative sphärische Aberration für kurzwelliges
Licht bei der g-Linie stärker auf als bei der Standardwellenlange
(d-Linie), wodurch die Überkorrektion der sphärischen Aberration für die g-Linie gemildert wird. Hierdurch
wird die Koma für Lichtstrahlen eines kleinen Bildfeldwinkels,
die den unteren Teil der Pupille passieren, relativ stark dem Einfluß der sphärischen Aberration unterworfen
und dadurch verbessert. Wenn der Absolutwert der Brechkraft der Kittfläche rg in positiver Richtung groß
wird und Bedingung 4 überschreitet, dann werden negative Bildfeldkrümmung und untere Koma so groß, daß ihre Korrektion durch andere Elemente schwierig wird. Durch Erhöhen
der negativen sphärischen Aberration für kurzwelliges Licht unter Bedingung 5 kann die Überkorrektion der sphärischen
Aberration bei der g-Linie gemildert werden. Größere Unterschiede in der Abbezahl zwischen den Linsengruppen
führen zu einem größeren Effekt, berücksichtigt man aber die Korrektion der chromatischen Aberration im Gesamtsystem
unter Bedingung 6, dann ist
(7) 0 < v4 - Va
< 3
als Kombination vorhandener Gläser wünschenswert. Wenn
weiter der Brechungsindex n, der positiven Linse und der
Brechungsindex n^ der negativen Linse in der dritten Gruppe
L, vom Bereich der Bedingung 6 abweichen, dann wird die
Krümmung der Vorderfläche r,- der dritten Gruppe L^ kleiner;
dies ist aber für die Korrektion der sphärischen Aberration
bei der g-Linie nicht vorteilhaft. Wenn andererseits die Krümmung der Fläche r« der vierten Gruppe L^ größer wird,
dann erhöhen sich sphärische Aberration, Koma und der außeraxiale sagittale Flecken. Die obere Grenze von Bedingung
ist etwa 1, 9.
- 18 - ■ -
Zum Erhalt eines kompakten Aufbaus des Gesamtsystems bei Aufrechterhaltung einer hohen Randlichtmenge ist
die Bedingung
6/11
(8) 0.4 < Σ di / Σ di < 0.5
i=l i=l
wünschenswert.
Hierin bedeuten
Hierin bedeuten
der Zähler die summierte Scheiteldicken der drei Linsengruppen vor der Blende und
der Nenner die summierte Scheiteldicken des gesamten Linsensystems.
Wenn der Wert dieses Verhältnisses die in Bedingung 8 angegebene obere Grenze überschreitet, wird zwar ausreichend
Konvergenzwirkung durch den Linsensystemteil vor der Fläche r^ der dritten Gruppe L, erreicht und die
Schnittweite verkürzt, was für einen kompakten Aufbau des Gesamtsystems vorteilhaft ist, es wird aber dann die Lage
der Eintrittspupille hinter die erste Fläche r. verlegt,
was einen erhöhten Durchmesser des vorderen- Linsengliedes
oder eines ggf. angesetzten Filters bedingt und damit in unerwünschter Weise die Intensität der Randlichtstrahlen
verringert. Wenn die untere Grenze unterschritten wird, wird es schwierig, einen kompakten Aufbau zu erhalten.
Der allgemeine Linsenaufbau einer ersten, einer zweiten und einer dritten Ausführungsform der Erfindung entspricht
im wesentlichen dem in Figur 1 dargestellten Aufbau. Der Korrektionszustand der drei Ausführungsformen
ist für die Objektentfernung unendlich in den Figuren
2, 3 bzw. 4 dargestellt. Die vierte Ausführungsform hat
den in Figur 5 dargestellten allgemeinen Linsenaufbau, und sein Korrektionszustand ist für die Objektentfernung
unendlich der aus Figur 6 ersichtliche. In Figuren 1 und 5
sind weiterhin die Randstrahlen des Abbildungslichtbündels für ein auf der Achse im Unendlichen befindliches Objekt
sowie die Randstrahlen eines schiefen Lichtstrahlenbündels bei maximalem Bildfeldwinkel dargestellt.
Die vier Ausführungsformen haben die in den Ansprüchen
4 bis 7 angegebenen Konstruktionsdaten.
Wie beschrieben, wird gemäß der Erfindung ein langbrennweitiges Objektiv bereitgestellt, das hohe relative Öffnung
und kompakten Aufbau besitzt, gleichwohl aber in den einzelnen Aberrationen, einschließlich der sphärischen Aberration,
gut auskorrigiert ist. Weiterhin kann eine Verschlechterung der Aberrationen wie Astigmatismus, Koma usw. bei kurzen
Objektentfernungen gut korrigiert werden durch axiales
Verschieben des gesamten Systems bei gleichzeitiger Verschiebung von erster bis vierter Gruppe L1 bis L4 als eine
Einheit in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung
des Gesamtsystems, um den Abstand a^Q zwischen vierter
Gruppe 1» und fünfter Gruppe L5 zu vergrößern.
Claims (7)
1.) Kompaktes, hochgeöffnetes, langbrennweitiges Objektiv kurzer Gesamtlänge, bei dem die verschiedenen Linsenfehler, insbesondere die ringförmige sphärische Aberration
und die chromatische Aberration der sphärischen Aberration, gut korrigiert sind,
gekennzeichnet durch folgenden Aufbau von der Objekt-Seite her gesehen
- eine erste Gruppe (L..) mit einem positiven Meniskusglied
mit konvexer Vorderfläche,
— eine zweite Gruppe (L2) mit einem positiven Meniskusglied
mit konvexer Vorderfläche,
München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. . E. Hoffmann Dipl.-Ing.
Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Prof.Or. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-lng.
- eine dritte Gruppe (L5) mit einem negativen Meniskuskittglied
mit konvexer Vorderfläche aus einem bikonvexen Linsenglied und einem bikonkaven Linsenglied,
- eine Blende,
- eine vierte Gruppe (L^) mit einem Meniskuskittglied
mit konvexer Hinterfläche aus einem negativen Linsenglied und einem positiven Linsenglied und
- eine fünfte Gruppe (L,-) mit einem positiven Linsenglied.
2. Objektiv nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch folgende Systembedingungen:
(1) Ω.75φ < φι <
0.85φ
(2) 0.9φ < φ2 < 1.1 φ
(3) 0 < -φβ
< 0.3φ
(4) 0 < (ιη - n3)/r6
< 0.04φ
(5) vh > V3
(6) (η3 + Λ, )/2
> 1.7
15/14
hierin bedeuten
rg den Krümmungsradius der Kittfläche in der
dritten Gruppe,
n, und n^ den Brechungsindex des bikonvexen
Linsengliedes bzw. bikonkaven Linsengliedes in der dritten Gruppe,
v, und V^ die Abbezahl"des bikonvexen Linsengliedes
bzw. bikonkaven Linsengliedes in der dritten Gruppe,
φ* und f$2 die Brechkraft des positiven Meniskusgliedes
der ersten Gruppe bzw. des positiven Meniskusgliedes der zweiten Gruppe,
i>B. die Brechkraft der zwischen zweiter und
gelegenen
dritter Gruppe /und durch diese gebildeten Luftlinse und
φ die Brechkraft des gesamten Systems.
3. Objektiv nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende weitere Bedingungen:
(7) O < v^ - V3
<
Σ di
(8) 0,4 < -±j±-
<
Σ di 1=1
hierin bedeuten
der Zähler die summierte Scheiteldicken der drei vor der Blende gelegenen Linsengruppen
und
der Zähler die summierte Schexteldicken des gesamten Linsensystems.
4. Objektiv nach Anspruch 3*
gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten (Ausführungsform 1)
Objektivbrennweite f=1,0 relative Öffnung 1:1,4 Bildfeldwinkel 28,5° Schnittweite 0,5015
Hierin bedeuten
Γ1* Γ2 * *' ^e Krümmungsradien
d*r d2 ... die Scheiteldicken bzw. Luftabstände
n^, n2 ·.. die Brechungsindizes und
V^, V2 ... die Abbezahlen
der einzelnen Linsenglieder, sämtlich von der Objektseite
her fortlaufend durchnumeriert.
5. Objektiv nach Anspruch
gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten (Ausführungsform 2)
Objektivbrennweite f=1,0 relative öffnung lsls4
Bildfeldwinkel 28,5° Schnittweite 0,4897
r2
r3
r5
r6
r?
r6
r?
r8
= 0.8002
= 12.em
= 0.4128
= 1.0654
= 2.1164
= -1.1765
= 0.2721
= -0.3709
= 0.9389 ,= -0.4672 t= 1.2471
.= -5.4290
da d2 d3
d,
d5
d6
d7
d8
d9
di ο
du
0.0941 0.0176 0.1112 0.0212 0.0841 0.0247 0.2294 0.0176 0.1024 0.0059
0.0565
H1 = 1.67025 V1 = 57.5 L1
n2 = 1.67025 v2 = 57.5 L2
n3 = 1.75520 v3 = 27.5 1
n„ = 1.71736 v„ = 29.5 J La
n5 = 1.58144 Vs = 40.8 j
n6 = 1.74443 v6 = 49.4 J Ll*
n7 = 1.77179 V7 = 49.4 L5-
hierin bedeuten
r1> V2 —
no ..
rv V2 ..
„ die Krümmungsradien
. die Scheiteldicken bzw.·Luftabstände
. die Brechungsindizes und
. die Abbezahlen
der einzelnen Linsenglieder s sämtlich von der Objekt-Seite
her fortlaufend durchnumeriert.
16
6. Objektiv nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten
(Ausführungsform 3)
Objektivbrennweite £»1,0 relative öffnung 1:1,4
Bildfeldwinkel 28,5° Schnittweite 0,4905
Π = 0.7885 άι = 0.0882 U1=I.74810 Vi = 52.3 L1
r2 = 5.1565 d2 = 0.0176
r3■■-="- 0.4288 d3 = 0.1141 n2=l.69680 v2 = 55.6 L2
■ r.i» = 1.0812 du = 0.0200
r5 = 2.0164 d5 = 0.0741 n3=l.80518 v3 = 25.5)
r6 .= -1.2941 d6 = 0.0329 nu=l.75520 Vi4= 27.5 / Lj
r7 - 0.2788 d7= 0.2294
r8 =-0.3669 d8 = 0.0176 ns=l.58144 V5 = 40.81
r9 = 1.0000 de = 0.1024 n6=l.74443 V6= 49.4 j L"
rio= -0.4736 di0= 0.0047
Tn= 1.2471 du= 0.0565 n7=l.74443 V7 = 49.4 L5
Γι,= -3.5846
hierin bedeuten
r1* r2 '·"*
d^, dg ... die Scheiteldicken bzw. Luftabstände
n^, n^ ... die Brechungsindizes und
V1 *" V2 *" *' ^e Abbezahlen
der einzelnen Linsenglieder, sämtlich von der Objektseite
her fortlaufend durchnumeriert.
7. Objektiv nach Anspruch 3,
gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten (Ausführungsform 4)
Objektivbrennweite f=1sO relative Öffnung 1:1,4
Bildfeldwinkel 28,5° Schnittweite .0,5556
hierin bedeuten
r,., r2 ο.. die Krümmungsradien
d^, dp ... die Scheiteldicken bzw. Luftabstände
Xi1, n2 ... die Brechungsindizes und
V1 j Vp ... die Abbezahlen
der einzelnen Linsenglieders sämtlich von der Objektseite
her fortlaufend durchnumeriert.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP55115374A JPS5740218A (en) | 1980-08-22 | 1980-08-22 | Large-aperture ratio long-focus lens |
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Family Applications (1)
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DE19813132091 Withdrawn DE3132091A1 (de) | 1980-08-22 | 1981-08-13 | Hochgeoeffnetes langbrennweitiges objektiv |
Country Status (3)
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---|---|
US (1) | US4396256A (de) |
JP (1) | JPS5740218A (de) |
DE (1) | DE3132091A1 (de) |
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JP2001281536A (ja) * | 2000-03-28 | 2001-10-10 | Fuji Photo Optical Co Ltd | ガウス型レンズ |
JP2005134486A (ja) * | 2003-10-28 | 2005-05-26 | Ricoh Co Ltd | カラー画像読取レンズ、カラー画像読取レンズユニット、カラー画像読取装置および画像形成装置 |
KR101932717B1 (ko) * | 2012-02-13 | 2018-12-26 | 삼성전자주식회사 | 결상렌즈 시스템 |
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1980
- 1980-08-22 JP JP55115374A patent/JPS5740218A/ja active Granted
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1981
- 1981-08-10 US US06/291,710 patent/US4396256A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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