CN110118330B - 车辆用灯具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车辆用灯具，该车辆用灯具比较小型且可廉价地制造、向汽车搭载的搭载性优良、通过前灯照射而对象物的认知性优良。可安装于车辆的前端部的车辆用灯具具备：作为导光体的复合透镜体，该导光体将透光性的树脂成形为大致板状而成；面状的发光部，发生照射光；光学系统，将来自发光部的面状的光变换为线状的光，入射到导光体的前方侧面；以及衍射透镜，形成于线状的变换光所入射的导光体的后方侧面，用于使线状的变换光聚光，将通过透镜单元聚光了的光从导光体的前方侧面照射到车辆的前方的路面上，所述发光部发生包含红色的白色光。

Description

车辆用灯具
本申请是申请号为201480080967.3(PCT/JP2014/076037)、申请日为2014年9月30日(递交日为2017年2月3日)、发明名称为“车辆用灯具”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及例如安装于汽车等移动体而用于在夜间、隧道内等所谓暗处行驶时对行驶路面照射光的车辆用灯具，特别涉及将以LED为代表的个体发光元件用作光源的车辆用灯具。
背景技术
近年来，以LED为代表的个体发光元件的进步显著，例如、根据以下的专利文献1，已知：与前灯(head lamp)不同，而在安装于车辆的背面侧的后组合灯的一部分中将该LED用作其光源的车辆用灯具。
另外，根据以下的专利文献2，还已知：代替以往的卤素灯，而利用了适合于用作前灯的构造的LED光源的车辆用灯具。
专利文献1：日本特开2007-227356号公报
专利文献2：日本特开2010-182554号公报
发明内容
然而，在上述以往技术的车辆用灯具中，特别，前者的专利文献1的车辆用灯具难以用作安装于车辆的前表面侧的前灯，另外，在后者的专利文献2的车辆用灯具中，作为其光源，代替以往的卤素灯而使用LED光源，在该情况下，未必超越以往技术中的前灯的构架。
即，以往，关于安装于车辆的前表面侧的前灯，作为其光源的卤素灯的发光点形状小且是大致球状，所以为了高效地捕捉并利用发光的全光束，从其整个面观察到的形状或者一部分形状大致接近该灯的形状，因此，被作为构成车辆的前表面的外观的重要的构成要件之一。
然而，近年来，混合动力汽车、电动车等使用了与以内燃机为动力的车辆不同的动力源的车辆出现而形成新的领域，与其相伴地在汽车的外观设计中，还要求包括其前灯的设计的自由度。
另外，在利用LED光源的例子中，使用了电力照明发光效率高的白色LED。在白色LED中，使用蓝色LED+荧光体方式，通过在蓝色的发光面上配置荧光体而使得发黄色的光，并使该黄色和蓝色混色，而输出白色。
但是，该白色LED虽然发光效率高、节能且廉价，但由于光的波长660nm附近的红色的区域的能量强度弱，所以存在难以看得到被照射了的对象物的红色这样的倾向。红色被用作通知危险的颜色，所以期望通过车辆的前灯照射而对象物的红色显眼。
因此，本发明是鉴于上述以往技术中的问题点而完成的，特别地其目的在于提供一种伴随代替以往的卤素灯而将个体光源用作前灯，通过充分地发挥其特性，从而特别是其外观性也优良的结构的车辆用灯具。
为了达成上述目的，根据本发明，首先，提供一种车辆用灯具，能够安装于车辆的前端部，具备：导光体，将透光性的树脂成形为大致板状而成；面状的发光部，发生照射光；光学系统，将来自所述发光部的面状的光变换为线状的光，入射到所述导光体的一个侧面；以及透镜单元，形成于所述线状的变换光所入射的所述导光体的一个侧面，用于使该线状的变换光聚光或者发散，关于通过所述透镜单元聚光或者发散了的光，从与所述导光体的一个侧面相对置的其他侧面将该光照射到所述车辆的前方的路面上，所述发光部发出包含红色的白色光。
根据上述本发明，通过将个体光源用作前灯，能够提供比较小型且可廉价地制造、照射对象物的红色显眼、向汽车进行搭载的搭载性也优良、且其外观性也优良的结构的车辆用灯具，能够提供在实用性上也极其有用的车辆用灯具。
附图说明
图1是示出搭载了本发明的一实施方式的车辆用灯具来作为前灯的汽车的外观的图。
图2是示出作为上述车辆用灯具的复合灯的整体结构的展开立体图。
图3是示出上述车辆用灯具的整体结构的顶视图。
图4是示出上述车辆用灯具的面状的光源的详细结构的图。
图5是说明上述车辆用灯具作为行驶灯发挥功能时的发光动作的图。
图6是说明上述车辆用灯具作为方向指示灯发挥功能时的发光动作的图。
图7是示出上述车辆用灯具作为方向指示灯点亮的状态的汽车的外观的图。
图8是说明上述车辆用灯具作为前灯发挥功能时的发光动作的立体图。
图9是说明上述车辆用灯具作为前灯发挥功能时的发光动作的顶视图。
图10是用于说明通过上述车辆用灯具照明的照明光的配光性的图。
图11是用于说明通过上述车辆用灯具照明的照明光的配光性的图。
图12是说明上述车辆用灯具的单位光源的种类的图。
图13是上述车辆用灯具的单位光源的详细说明图。
图14是说明上述车辆用灯具的单位光源的其他种类的图。
图15是上述车辆用灯具的其他单位光源的详细说明图。
图16是说明上述车辆用灯具的面状的光源的分光能量的分布的特性图。
(符号说明)
101：复合灯；1：反射镜；2-1、2-2：光源；3：复合透镜体(导光体)；3-1、3-2、3-3：衍射透镜；3-4：(V字状槽)反射面；3-5：光扩散部；4：透镜；5：面状的光源；5-1、5-2：复合光源；5-4：光导。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式的车辆用灯具。
首先，在所附的图1中，示出了搭载本发明的车辆用灯具来作为其前灯的汽车的外观。即，在该图中，汽车主体100为了降低行驶时的空气阻力，按照所谓流线形形状成形，在其前表面的两侧，分别安装了右侧复合灯101、左侧复合灯102。此外，图中的符号103表示该汽车的前轮，104表示其后轮。
如从该图可知，在汽车主体100的前端部处，本发明的车辆用灯具、即左右的复合灯101、102分别被安装成线状。此外，根据这样的车辆用灯具的外观形状，相比于由以往的卤素灯等构成的车辆用灯具，无需破坏车辆前端部的车体的流线形形状而可自如地安装，由此，汽车的设计中的包括前灯的设计的自由度大幅提高。
接下来，以下，说明作为本发明的车辆用灯具的上述前灯、即上述左右的复合灯101、102中的、特别是面向图1所示的汽车的外观图左边的复合灯101的详细构造。
图2是示出上述复合灯101的整体结构的展开立体图，进而，图3是该复合灯101的顶视图。如从这些图可知，作为一个例子，该复合灯101具备复合透镜体3，该复合透镜体3例如针对丙烯等透光性的树脂通过模具成型进行成形而得到的外形细长且将其一侧面按照锥形形状(大致垂直三角形形状)形成了的、扁平的棒状或者板状的具有五面体以上的多面体形状的导光体。
此外，在该例子中，在作为该扁平的导光体的复合透镜体3的长度方向的一端面(在本例子中左侧端面)上，安装了分别由单独的LED构成且发光颜色不同的多个(在本例子中2个)光源2-1、2-2。另外，在上述复合透镜体3的该端部中，形成了光分离用的“V”字状的槽。即，由此，与该“V”字状的槽相对置的导光体的2个内表面分别作为光的反射面(在图中3-4面)发挥功能。此外，在本例子中，作为一方的个体光源2-1，使用了发生白色光的白色LED，作为另一方的个体光源2-2，使用了发生黄色光的黄色LED。
另外，如通过图3可知，作为扁平的导光体的上述复合透镜体3具有沿着其长度方向的侧面(图的前方侧面和后方侧面)，从其前方侧面，朝向车辆的前方，与上述光源2-1、2-2一起，照射来自在后说明的其他光源的光，另外，在其后方侧面，配置了在以下叙述的反射镜1。此外，这些图中的符号1-2表示为了设置上述反射镜1而在其两侧形成了的端部(反射镜端部)。
另外，在上述复合透镜体3的前方侧面中，形成了多个例如剖面大致为“V”字状的在纵向延伸的槽即所谓光扩散部3-5。此外，在上述复合透镜体3的前方侧面中，在安装了上述光源2-1、2-2的端部的附近处比较粗(增大槽间的距离)地而另一方面在相反侧的端部的附近处比较密(减小槽间的距离)地形成了这些槽即光扩散部3-5。此外，该光扩散部3-5未必限定于上述纵向的槽，作为整体，只要使光均等地发散即可，作为其他形状，也可以是例如点状的槽、点状的突起、纵向的突起部。
进而，在该反射镜1的下方，代替以往的卤素灯等，配置了发生高强度的白色光的面状的光源(发光部)5，并且在该面状的光源5与上述反射镜1之间设置了透镜4。此外，在本例子中，作为一个例子，如后所述，通过排列多个(在本例子中2个)分别由多个LED构成的复合光源5-1、5-2，构成了具备上述高的发光强度的面状的光源5。另外，作为上述透镜4，为了使面状的光聚光成线状并变换光束的形状，使用例如外形大致圆柱状的双凸透镜，而且，配置成在上述面状的光源5的上部大致覆盖发光面整体。为了使来自复合光源(面状的光源)5的光束聚光、或者变换其形状，关于透镜4的形状，除了使用上述双凸透镜以外，也可以使用环形形状、非球面形状、自由曲面形状。
另外，如从上述图可知，例如上述反射镜1具有球面或非球面、或者抛物面状、自由曲面形状的即弯曲了的反射面，使从上述面状的光源5发出且通过上述透镜4变换为大致线状的光在其反射面中反射、聚光，导入到作为上述复合透镜体3的后方侧面的入光面。
进而，在作为上述复合透镜体3的入光面的长度方向的后方侧面中，设置了用于将来自上述反射镜1的反射光形成为规定的形状，由此在车辆前方的路面上得到期望的照射面(配光性)的光学性的单元。关于作为这样的光学性的单元，作为其一个例子考虑了形成菲涅尔透镜等的透镜面、或者、形成衍射光栅(闪耀型的衍射光栅)。特别，通过形成菲涅尔透镜、衍射光栅，能够避免该复合透镜体3的厚壁化、外形的大型化，所以特别优选。此外，在本例子中，在上述图2中如波状线所示，形成了多个(在本例子中3个)衍射光栅3-1、3-2、3-3，在此，中央部的衍射光栅3-2形成为与其两侧的衍射光栅3-1、3-3重叠。
另外，在图4(A)中，示出构成上述面状的光源5的多个(在本例子中2个)复合光源5-1、5-2中的一复合光源5-1的详细结构。在该图中，各复合光源5-1是将多个(在本例子中M行×N列＝6×3个)高输出LED元件(半导体发光元件)在平面(Y轴-Z轴)上按照格子状排列配置而构成的，虽然未图示，这些多个LED元件能够通过控制线等单独地进行驱动。此外，作为一个例子，各LED元件的尺寸是0.2mm×0.2mm，LED元件之间的距离是0.04mm。
进而，在图4(B)中，接近上述M×N个LED元件的发光面侧地配置，将其一方的开口部(图的左侧)分别作为单位光源5-5，使另一方的开口部(图的右侧)开放，由此，呈现用于以期望的配光特性照射来自单位光源5-5的光的、所谓光导5-4。该光导5-4也可以例如如图所示是四棱锥或者圆锥形状。这些光导5-4具有使来自分别相对置地配置的LED发光元件的光反射而将规定的光束形状、特别是光的发散角变换得较小的功能，进而，能够在高度方向上设定其发光点，所以通过立体地(X轴-Y轴-Z轴)变更其高度来配置这些光导5-4，能够适宜地调整来自上述面状的光源5的光的发光点的位置。特别，根据成为上述构造的面状的光源，在设定通过利用在其后方侧面中形成的衍射光栅3-1、3-2、3-3聚光或者发散并从上述复合透镜体3的前方侧面射出的光得到的照明的配光的情况等下是有利的。
接下来，叙述单位光源5-5的结构。图12示出作为单位光源将W和R这2种的高输出LED元件按照平面(Y轴-Z轴)状以格子状排列配置6×3个而构成为面状的发光部，在多个按照格子状排列了的单位光源W之间部分性地配置了少数的单位光源R。
单位光源W是白色发光LED，如图13所示，将2个蓝色LED元件排列配置于基板，在其一个蓝色LED上重叠将来自蓝色LED元件的放射光作为激发光而产生黄色光的荧光体而使使发黄色的光，与来自蓝色LED元件的放射光合成(混色)，从而输出白色光。或者，针对上述黄色光，与另一方的蓝色LED元件的蓝色的发光混色，从而得到白色。单位光源R是产生红色光的红色LED，如图13所示，将LED元件配置于基板而构成。
在此，红色是指，红色的可见光线的情况、或者还包括根据用途除了包含红色的可见光线以外还包含近红外线以及红外线的情况。另一方面，还能够与上述白色光同样地并用将来自蓝色LED元件的放射光作为激励光而产生红色或者近红外或红外光的荧光体，而得到期望的红色光。
进而，还能够对将来自蓝色LED元件的放射光作为激励光而临时产生绿色光、并将得到的绿色光作为第二激励光而产生红色或者近红外或红外光的荧光体进行激励，来得到红色光(在图13中图示为红色发光LED)。
在上述结构中，从单位光源R产生红光，但作为复合光源整体，白色光的光量多，所以成为白色光，但还能够为了提高雾中的视觉辨认性使红色光的发光光量增加来降低白色的色温等对光的色温进行控制。
对于单位光源5-5的结构的其他例子进行叙述。图14是作为单位光源将W和W′这2种的高输出LED元件按照平面(Y轴-Z轴)状以格子状排列配置3×6个而构成的图，代替图12所示的单位光源R，使用了单位光源W′。单位光源W是白色发光LED，是与图13所示的例子相同的结构。
单位光源W′是如图15所示，对单位光源W的构造加上红色LED的元件而配置于基板的结构。单位光源W和W′的排列比例与图12相同。
在上述结构中，从单位光源W′发出带红色的白色光，但作为复合光源整体，白色光的光量压倒性地多，所以成为白色光。
在上述图12～图15所示的各情况下，在将照射的白色光作为车辆的前灯照射了时，在照射光中包含的红色的光在照射对象物的红色部分反射，所以能够容易地视觉辨认照射对象物的红色部分。
关于单位光源R的数量，如果过多，则成为带红色的光，而明亮感降低，所以只要能够容易地视觉辨认照射对象物的红色部分，则少一点为好。
图16示出发光LED的分光能量的分布，实线表示以往的蓝色LED+荧光体方式的白色发光LED的分光能量的分布。根据实线的分布可知，相对能量强度在红色附近(光的波长660nm附近)大幅减少，具有对象物的红色不显眼这样的倾向。
相对于此，在图12～图15中说明的实施例中，如图16所示的分光能量分布的本申请发明的实施例1的虚线所示可知，相对能量强度在红色附近(光的波长660nm附近)处大幅上升，具有对象物的红色显眼这样的倾向。
在上述中说明了的实施例中，红色发光LED为产生可见光线的红色光的结构，但也可以构成为选择性地或者同时产生红外线或者近红外线。在该情况下，在图13、图15中，构成为作为单位光源，新设置具备产生红外线或者近红外线光的红外线LED元件的单位光源，部分性地加到格子状的排列中。另外，红外线LED元件以与其他LED元件独立地进行发光驱动控制的方式来布线。
基于红外线LED元件发光的分光能量分布成为图16所示的分光能量分布的本发明的实施例2的虚线所示那样的分布。即，相对能量强度在波长比红色附近(光的波长660nm附近)更长的光部分中大幅上升。进而，在本申请发明中在后面详细说明，成为在波长850nm以上的红色近红外线或者红外线(未图示)附近处也大幅上升的特性。
近红外线或者红外线LED元件经常停止发光，在使用红外/近红外线对应照相机时，选择性地发光而被使用。即，被用作在夜间针对相向车使白色光成为近光并且照射红外线，在上述照相机中按照好感度捕捉而监视该红外线的反射光，不对相向车的驾驶员造成眩目感、且正确地认知处于相向车的前灯的影子中而不显眼的行人的系统。
此外，在上述例子中，说明了作为一个例子，使用了M×N＝6×3个高输出LED元件(半导体发光元件)的结构，但作为各发光元件，也可以是排列了更微细的元件的结构，总之，只要是得到期望的发光强度的面状的光源即可。
接下来，以下说明上述结构的本发明的车辆用灯具、特别是前灯的功能、动作。
<行驶灯功能>
其是在汽车的前灯(head light)的一部分中在车辆行驶时按照线状发光的所谓DRL(Daytime Running Lamp，日间行车灯)功能。
在使用该行驶灯功能时，如图5所示，使安装于构成上述前灯的复合透镜体3的端面(图的左侧端面)处的一光源2-1发光。从该光源2-1发出的(白色)光如在图中虚线的箭头所示那样，在构成复合透镜体3的按照大致垂直三角形形状地形成的扁平的棒状的导光体的内部传播，经由上述光扩散部3-5等，在作为该复合透镜体3的发光面的前方侧面上的长度方向的大致全部区域中，向其外部射出。其结果，实现如在上述图1中符号101、102所示那样，在汽车的前灯的一部分中在车辆的行驶时按照线状发光的DRL(Daytime RunningLamp)功能。
<方向指示灯功能>
其是在前灯的一部分中为了指示汽车的行驶方向而发光的所谓转向信号灯功能。
在使用该方向指示灯功能时，如图6所示，使安装于构成上述前灯的复合透镜体3的端面(图的左侧端面)处的另一光源2-2发光。从该光源2-2发出的(黄色)光如在图中实线的箭头所示那样，在构成复合透镜体3的按照大致垂直三角形形状地形成了的、扁平的棒状的导光体的内部传播，特别经由在复合透镜体3的其他端面(图的右侧端面)附近处密密地形成了的光扩散部3-5，向其外部射出。其结果，实现如在图7中符号105、106所示那样，在汽车的前灯的两端部处为了指示车辆的行驶而点亮的方向指示灯功能。
此外，关于为了上述行驶灯功能用从光源2-1发出的(白色)光和为了方向指示灯功能用从光源2-2发出的(黄色)光，由于基于在上述复合透镜体3的端部处形成为“V”字状的槽的反射面3-4的作用相互分离，所以防止在该复合透镜体3的导光体的内部相互混合。
<前灯功能>
是前灯的主要的功能、即用于对行驶路面照射照明光的功能。
即，在该情况下，如在所附的图8以及图9中箭头所示那样，将来自上述面状的光源5(即2个复合光源5-1、5-2)的高强度的光，经由上述透镜4以及反射镜1(参照图8的反射点c1～c6)，导入到上述复合透镜体3即导光体内。此时，在通过在作为其入光面的后方侧面形成的光学性的单元(在本例子中参照衍射栅格3-1、3-2、3-3：图9的符号b1～b6)聚光之后，从作为该导光体的前方侧面的射出面射出，进而，通过形成于该射出面的光扩散部3-5扩散而照射到车辆的前方。即，在本申请发明的车辆灯具装置中，针对从面状的光源5发出的光束，通过在透镜4、反射镜1、复合透镜体3中形成的光学单元，控制配光特性。此时，不是使反射镜1的表面成为镜面，而是为了控制配光特性而设置微细光学图案，从而设为更优秀的配光特性的光被照射。
此时，如以下叙述那样，通过控制上述面状的光源5的发光区域、发光强度，能够得到期望的配光特性。
首先，说明从上述复合透镜体3在所谓远光与近光之间分别切换照射光的情况。在该情况下，选择性地驱动例如构成上述面状的光源5的多个发光元件。更具体而言，例如，在得到所谓远光的情况下，通过面状的光源5(在图4(A)中示出了各自的结构的2个复合光源5-1、5-2)的发光元件中的、例如位于面状的光源5的行方向上的中心附近的元件，使与上侧的行对应的发光元件发光，另一方面，在得到近光的情况下，使与下侧的行对应的发光元件发光。进而，在得到广角近光的情况下，在行方向上增加面状的光源5的进行驱动的发光元件即可。
另外，例如，通过选择性地切换构成上述面状的光源5的2个复合光源5-1、5-2(在光源5是1张面状体的情况下，在左右的区域中切换)，还能够使从作为导光体的上述复合透镜体3的前方侧面照射到车辆的前方的光在左右方向上移动。换言之，通过变更上述面状的光源5的发光区域(图案)，能够得到期望的配光图案。
由此，例如如所附的图10以及11所示，根据通过安装于汽车主体100的转向角度检测单元、从前进道路起的偏离量Δ探测单元、行驶速度探测单元(但是在此不详述)检测出的信号，除了能够实现上述远光、近光、广角近光的选择以外，还能够实现使来自前灯的光束自动地朝向车辆的行进方向等功能，能够实现所谓自适应前灯。此外，在图10中，符号111表示汽车主体100所行驶的道路，113表示安装于该汽车上的例如CCD照相机等用于探测前方的视场的单元。
另外，图11示出了通过上述本发明的车辆用灯具(前灯)得到的照射特性，由此，示出了在车辆从直线前进拐弯的情况下，从通常的近光115或者远光116-1，变化为沿着车辆的转向方向移动的远光116-2的状态。即，关于存在于图所示的车辆前方的注意点(1)以及(2)，关于仅通过通常的近光115或者远光116-1无法检测的注意点(2)，根据沿着转向方向移动的远光116-2也能够探测，能够帮助更安全的驾驶。
进而，通过根据来自上述CCD照相机等探测前方的视场的单元的检测信号，使上述面状的光源5的发光区域(图案)变化，也能够得到能够实现更安全的驾驶的配光图案。例如，在探测到来自前方的相向车的情况下，通过使朝向该相向车发生光束的区域的发光元件熄灭或使发光强度降低、或者使来自前灯的光的配光方向移动等，还能够避免由于前灯向该相向车照射而发生目眩。
以上，详细说明了本发明的一个实施例，根据本发明，如从其外观形状可知，是比较小型的，并且能够自如地安装于车辆的前端部，能够大幅提高包括前灯的车辆设计的自由度，进而，还包括行驶灯、方向指示灯而一体地构成，从而能够实现能够降低其制造价格或者还能够简化向车体的嵌入作业的优良的车辆用灯具。
另外，以上，详细说明了将本发明的车辆用灯具特别地应用于前灯的实施例，但是，本发明不限于此，还能够用作例如安装于车体的后方的尾灯。特别，在用作刹车灯的情况等下，不需要具备高的发光强度的面状的光源、反射镜等，所以能够以更简洁的构造廉价地实现。另外，在该情况下，作为半导体发光元件，优选使用例如发生红色光的红色LED等。
以上，详细说明了本发明的实施例，然而，本发明不限于上述实施例，而包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明了装置整体的例子，并不是必须具备说明了的所有结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，并且，还能够对某个实施例的结构附加其他实施例的结构。另外，能够针对各实施例的结构的一部分，进行其他结构的追加、删除、置换。

Claims (5)

1.一种车辆用灯具，具备：
发光部，从第一光源发生照射光；
导光体，将透光性的树脂成形为5面体以上的多面体形状而成，具有入射来自所述发光部的光的入射面；以及
反射器，将来自所述发光部的面状光变换为非圆形形状的光，入射到所述入射面，
所述入射面是所述导光体的一个面，
在所述入射面，具有用于对所述非圆形形状的光聚光的透镜，
所述导光体从与所述入射面相对置的射出面射出入射光，
在所述导光体的长度方向的与所述入射面及所述射出面不同的一个端面，具有由单独的发光元件构成且发光颜色不同的多个第二光源，
在所述一个端面设有V字状槽，所述V字状槽位于所述多个第二光源之间，
在所述发光部中，排列多个发生白色光的发光元件和发生红色光的发光元件而构成为面状。
2.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，
所述发生红色光的发光元件的数量比所述发生白色光的发光元件的数量少。
3.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，
所述发光部发生包含近红外线或者红外线的白色光。
4.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，
所述发光部发生白色光，并且选择性地发生近红外线光或者红外线光。
5.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，
在使用红外/近红外线对应照相机时，所述发光部发生近红外线光或者红外线光。
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