CN1837942A - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明之目的是不使光学性能降低地提供一种可薄型化的摄像装置。涉及本发明的摄像装置(100)由摄像元件(50)、包含非圆形透镜(1、3、7)的多个透镜构成。这里，摄像元件(50)具有长方形的感光面(50a)。另外，摄像元件(50)是将成像在感光面(50a)上的光学图像变换成电气信号的元件。另外，通过多个透镜，被摄物体的像被成像在感光面(50a)上。另外，非圆形透镜(1、3、7)具有从圆形透镜除去了对感光面(50a)的成像没有贡献的部分的形状。

Description

摄像装置

技术领域

本发明是涉及由摄像元件和多个透镜构成的摄像装置的发明，例如，适用于可搭载在薄型的便携式终端上的摄像装置。

背景技术

由CCD(Charge Coupled Device)等摄像元件和多个透镜构成的摄像装置以往就存在。而且近年来，这种摄像装置已经被安装在手机等便携式终端上。

虽然在过去这种摄像装置已经可以适用于数字静态照相机，但根据薄型的要求，希望能够在数字静态照相机中安装带有可以在垂直方向折弯光轴功能的摄像装置。作为具有这种折弯功能的摄像装置，存在专利文献1、2、3。

可是，在考虑诸如向手机的摄像装置的安装时，希望这种摄像装置能够是如下这样的摄像装置。

也就是，作为用途方面的摄像装置，希望在变焦广角端(拍摄最宽范围的状态(wide angle end))下视场角(angle of view)更宽广。此外，为了抑制周边光通量(marginal lumination)的降低，作为光学系统的构成，希望是像方侧远心光路(在本说明书中，这意味着向摄像面的光线入射角近似恒定)。

专利文献1、专利文献2以及专利文献3均是通过采用后聚焦(反向聚焦)构成来实现在变焦广角端的宽广视场角以及全变焦区域的像方侧远心光路。此外，还通过在第一透镜组以及第四透镜组中缩窄光束来抑制各透镜的大型化。

【专利文献1】特开2004-37927号公报

【专利文献2】特开2004-56362号公报

【专利文献3】特开2003-222946号公报

发明内容

然而，在上述专利文献1至3所涉及的摄像装置中，摄像装置的厚度(垂直于摄像元件法线方向的厚度)依赖于透镜(特别是配置在摄像元件的法线轴上的透镜、带有光阑功能的透镜组之外的透镜)的大小。因而，这种透镜的大小越小摄像装置便越能够薄型化。

但是，在实现像方侧远心光路时，配置在最靠近摄像元件侧的圆形透镜的直径至少需要大于摄像元件的对角线，在摄像装置的薄型化方面也存在着限度。

此外，通过采用了后聚焦构成，在设为宽广视场角时，属于配置在最靠近被摄物体侧的透镜组的圆形透镜的直径将变大。该圆形透镜直径的变大将成为妨害摄像装置薄型化的主要原因。

换言之，就是具有折弯光轴功能的透镜组由通常的棱镜透镜和分别配置在该棱镜透镜前后的透镜构成。

由于具有折弯光轴功能的透镜组采用了上述这样的构成，故为了防止透镜之间的干涉(物理上的接触)，该透镜组的小型化就受到限制。这样的带有折弯光轴功能的透镜组的小型化的限制成为了妨碍摄像装置薄型化的主要原因。

另外，摄像装置越是薄型化，搭载了该摄像装置的数字静态照相机的厚度也就越能够薄型化。

因而，本发明的目的便是不降低光学性能地提供可以薄型化的摄像装置。

为达成上述目的，涉及本发明的技术方案1提供一种摄像装置具备带有长方形的感光面、将成像在上述感光面的光学图像变换成电气信号的摄像元件和使被摄物体的像成像在上述感光面上的多个透镜，其中，上述多个透镜的至少一个由具有从圆形透镜上将对上述感光面的成像没有贡献的部分之中、规定的周边部分去除掉至少一处的形状的非圆形透镜构成。

本发明技术方案1所记载的摄像装置具备带有长方形的感光面、将成像在上述感光面的光学图像变换成电气信号的摄像元件和使被摄物体的像成像在上述感光面上的多个透镜，其后，上述多个透镜的至少一个由具有从圆形透镜上去除了对上述感光面的成像没有贡献的部分中至少一处规定的周边部分的形状的非圆形透镜构成，故可以进一步减小透镜的表面积。由此，就可以谋求摄像装置的缩小化·薄型化。

附图说明

图1所示是从上方观察涉及实施形态的摄像装置100时的构成的断面图；

图2所示是从正面观察涉及实施形态的摄像装置100时的构成的断面图；

图3所示是摄像装置和长方形的感光面构成的平面图；

图4所示是用于说明涉及实施形态的摄像装置中的光束的变化情形的图；

图5所示是感光面的成像位置的区域的平面图；

图6所示是用于说明圆形透镜的、对感光面的成像没有贡献的部分的图；

图7所示是用于说明圆形透镜的、对感光面的成像没有贡献的部分的图；

图8所示是圆形透镜和非圆形透镜的形状之差的平面图；

图9所示是非圆形透镜的一个断面形状的断面图；

图10所示是非圆形透镜的其他断面形状的断面图；

图11所示是通过从四个方向D字型截断圆形透镜所得到的非圆形透镜的平面图；

图12所示是使用了圆形透镜时的可成像区域的图；

图13所示是使用了经过了D字型截断的非圆形透镜时的可成像区域的图；

图14所示是用于说明摄像装置规定方向的薄型化的图；

图15所示是用于说明摄像装置规定方向的薄型化的图；

图16所示是用于说明第一透镜的小型化的图；

图17所示是用于说明第一透镜的小型化的图；

图18所示是用于说明第一透镜组的小型化的图；

图19所示是用于说明第一透镜组的小型化的图。

具体实施方式

配置在摄像装置内的各透镜以往就具有圆形形状。但是，本发明的发明人注意到在这种圆形形状的透镜中，存在有对摄像元件的感光面的成像没有贡献的部分。

本发明人认为：若在摄像装置中，采用从圆形透镜上将对摄像元件的感光面的成像没有贡献的部分中、规定的周边部分除去至少一处的形状的非圆形透镜，就能够进一步使该摄像装置薄型化，这样本发明人经过研究后创作了下面所示的发明。

下面，根据表示其实施形态的附图来具体地说明本发明。

<实施形态1>

图1所示是从上侧方向观察涉及本实施形态的摄像装置100时看到的断面图。图2所示是从正面方向(被摄物体方向)观察涉及本实施形态的摄像装置100时看到的断面图。这里，在图1、2中还图示了x方向、y方向、z方向。

如图1所示的那样，摄像装置100由第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30、红外截止滤光片40以及摄像元件50构成。

涉及本实施形态的摄像装置100如以下所说明的那样，采用了在被摄物体侧配置具有负光焦度(power)的透镜组、在摄像元件50侧配置具有正光焦度的透镜的所谓的后聚焦构造。

摄像元件50具有感光面。摄像元件50是可以将成像在该感光面上的光学像变换成电气信号的元件。此外，由于显示其图像的监视器的限制，该感光面一般为长边与短边之比是4∶3的长方形形状。图3给出了摄像元件50的平面图。如图3所示的那样，摄像元件50具有长方形的感光面50a。

多个透镜(第一透镜组10、第二透镜组20、第三透镜组30)是使被摄物体的像成像在摄像元件50的感光面50a上的部件。

第一透镜组10具有在垂直方向(在图1中为从光轴60到光轴70)折返光轴的功能。此外，作为整体，第一透镜组10具有负的光焦度。第一透镜组10由第一透镜1、棱镜透镜2以及第二透镜3构成。

在此，第一透镜1具有负的光焦度。另外，棱镜透镜2在具有折返光轴的反射面的同时，还具有透镜面。另外，第二透镜3具有负的光焦度。此外，第一透镜1由第一透镜保持框架15保持·固定。而第一透镜组10整体则由第一透镜组保持框架16保持·固定。

第二透镜组20整体上具有正的光焦度。第二透镜组20由第三透镜4以及第四透镜5构成。这里，第三透镜4具有正的光焦度。此外，第四透镜5具有负的光焦度。

在第三透镜4的被摄物体侧配置了限制入射光线的孔径光阑6。这里，孔径光阑6以及第二透镜组20由第二透镜组保持框架17进行保持·固定。

第三透镜组30整体上具有正的光焦度，由第五透镜7构成。这里，第三透镜组30由第三透镜组保持框架18保持·固定。

此外，在第三透镜组30和摄像元件50之间配置有红外截止滤光片40。这里，红外截止滤光片40具有遮断包含在入射光中的红外光的功能。红外截止滤光片40以及摄像元件50安装·固定在摄像元件封装19上。

另外，上述各透镜1～5、7的中心以及摄像元件50的中心一致于作为摄像装置100的光学中心轴的光轴60、光轴70。第一透镜保持框架15、第一透镜组保持框架16以及摄像元件封装19分别通过外廓框体25进行固定。

再有，如图2所示的那样，在摄像装置100内配置了两根引导轴35。这里，该引导轴35相互隔开规定的距离进行配置、并且相互平行。另外，该引导轴35被配置成大致平行于光轴70的方向。

在第二透镜组保持框架17以及第三透镜组保持框架18上，形成有各种规定长度的圆筒形的引导部或者U字型的沟槽。然后，该圆筒型的引导部的中空部或者沟槽与上述引导轴35进行配合。即上述中空部或者沟槽可以在引导轴35上进行移动。

根据该构成，第二透镜组20以及第三透镜组30可以在光轴70方向移动，除此以外方向上的活动被限制。此外，在外廓框体25上，固定着单轴驱动装置36，利用该单轴驱动装置36的驱动力，第二透镜组20以及第三透镜组30就可以在光轴70方向移动。

图4是图示变焦广角端的、涉及本实施形态的摄像装置100的光学透镜系统以及光束宽度变化情形的图。

如图4所示的那样，首先，从被摄物体侧入射到第一透镜组10的光束被该第一透镜组10扩束。这里，虽然在图4中没有图示，通过包含反射面的棱镜透镜2，光束折弯了90度。

而后，在孔径光阑6(图4中没有图示)处，光束的宽度受到限制。进而，被限制了宽度的该光束通过第二透镜组20以及第三透镜组30，成像在感光面50a上。这里，虽然图4没有图示，但在成像在感光面50a上之前，光束通过红外光截止滤光片40。

在此，通过使第二透镜组20以及第三透镜组30的位置变化，来进行变倍以及调焦。

此外，在摄像元件50中，在构成感光面50a的每个像素传感器上存在有微透镜。因而，希望从第三透镜组30出射的光的对该感光面50a的入射角(图6中的角度τ)较小为好。这是因为如果对该感光面的入射角较大，则在各像素传感器中将产生遮挡(ケラレ)而使周边的光通量降低。

根据上述情况，在涉及本实施形态的摄像装置100上，成为对感光面的入射角较小的像方侧远心光路这样来构成光学系统。

并且，在涉及本实施形态的摄像装置100中，配置在摄像元件50的法线轴上(即，光轴70上)的各个透镜(例如，第二透镜3、第五透镜7等)以及面向被摄物体配置(即配置在光轴60上)的各个透镜(例如第一透镜1)的任何一个都是非圆形透镜。

在本实施形态中，第一透镜1、第二透镜3以及第五透镜7是作为非圆形透镜来进行阐述。这里，上述各透镜1、3、7全部不是非圆形透镜也可以。此外，虽然没有在本实施形态采用，但第三透镜4以及第四透镜5也可以采用非圆形透镜。

这里，所谓的非圆形透镜，指的是具有从圆形透镜上将对上述感光面的成像没有贡献的部分之中、规定的周边部分除去至少一处的形状的透镜。

下面，就圆形透镜的对感光面的成像没有贡献的部分进行说明。

首先，就如图5所示那样地在长方形感光面50a的对角端部区域P(位于离光轴位置最远距离的区域)使光束成像的情况进行说明。

图6是图示变焦广角端的、使光束成像在感光面50a的区域P的光学透镜系统以及光束宽度变化情形的图。

这里，虽然图6所示的光学透镜系统是与图4所示的光学透镜系统大致相同的构成，但在以下几点上两光学透镜系统不同。即，图4所示的光学透镜系统包含有非圆形透镜，而在图6所示的光学透镜系统中，全部透镜都是圆形透镜。因而，在图6所示的光学透镜系统也是后聚焦结构，采用像方侧远心光路方式。

如图6所示的那样，光束以主光线入射角θd入射到第一透镜组10。然后，光束被具有负的光焦度的第一透镜组10扩束。而后，通过孔径光阑6(没有图示)对光束宽度进行限制。之后，通过第二透镜组20以及第三透镜组30，光束被成像在感光面50a的区域P上。

如图6所示的那样，设计各圆形透镜的大小以使得当光束成像在感光面50a的区域P上时，使光束通过第一透镜组10以及第三透镜组30的外周端附近。

接下来，就图5所示那样，在长方形感光面50a的长边中央区域Q上使光束成像的情况进行说明。

图7所示是使光束成像在变焦广角端的、感光面50a的区域Q的光学透镜系统以及光束宽度变化情形的图。这里，图6所示的光学透镜系统和图7所示的光学透镜系统是同样的构成。此外，图6表示离开透镜中心的位置的断面构成，而图7则表示透镜中心附近的断面构造。因而，图6、图7表示不同的断面。

光束以主光线入射角θh(入射角θh小于入射角θd)入射到第一透镜组10。然后，光束被具有负光焦度的第一透镜组10扩束。而后，由孔径光阑(没有图示)限制光束宽度。此后，经由第二透镜组20以及第三透镜组30，使光束成像在感光面50a的区域Q上。

如图7所示的那样，当光束成像在感光面50a的区域Q上时，在第一透镜组10，光束通过位于仅离开该第一透镜组10的外周端距离43内侧的区域。进而，在第三透镜组30，光束通过位于仅离开该第三透镜组30的外周端距离44内侧的区域。

这样，在同样的光学透镜系统中，如果使感光面50a的成像区域不同，则第一透镜组10以及第三透镜组30的光学路径不同。此外，不言而喻，距离43、44的值随着光束自对角端部区域P靠近长方形中央区域Q而变大。

如通过上述图6、图7的比较可知那样，在由圆形透镜构成的第一透镜组10以及圆形的第三透镜组30上，就产生了对长方形的感光面50a的成像没有贡献的部分(相当于该图7的符号43、44的部分)。

在构成图6、图7所示的第一透镜组10的圆形透镜中，除去了对上述感光面50a的成像没有贡献的部分的非圆形形状的透镜便是涉及本发明的第一透镜1、第二透镜3。

同样地，在构成图6、图7所示的第三透镜组30的圆形透镜中，除去了对上述感光面50a的成像没有贡献的部分的非圆形形状的透镜便是涉及本发明的第五透镜7。

这样，除去了圆形透镜的一部分的非圆形透镜与该圆形透镜相比更便于紧凑化。

可以任意地选择从圆形透镜除去对感光面50a的成像没有贡献的部分的做法(即非圆形形状)。下面给出非圆形透镜的一例。

图8所示是非圆形形状的第五透镜7的一个形态的平面图。图9是图8所示的非圆形透镜的A-A断面图。图10是图8所示的非圆形透镜的B-B断面图。

图8所示的非圆形形状的第五透镜7具有从虚线的圆形透镜150沿直线切断了对感光面50a的成像没有贡献的部分的D截断形状。这里，虽然图7所示的第五透镜7在a、b部分进行了两处D截断，但也可以只在一处进行D截断。

此外，在图7所示的非圆形形状的第五透镜7的左右端，对感光面50a的成像没有贡献的部分也存在有少量区域。因而，也可以是图11所示那样形状(即在虚线的圆形透镜150的左右端也进行了D截断)的非圆形形状的第五透镜7。

这里，当在摄像元件50的法线轴上(即光轴70上)配置了图8所示的具有D截断形状的非圆形透镜时，最好使平面视图中的非圆形透镜进行了D截断部分的直线部与感光面50a的长边大致平行。

另外，在面向被摄物体侧配置非圆形透镜(即配置在光轴60上)时，最好使平面视图中的非圆形透镜进行了D截断部分的直线部与感光面50a的长边大致平行。

这里，作为基底的圆形透镜150的直径的大小最好是与摄像感光面50a的对角线近似相同的长度。

即，在采用了对感光面50a的光束的入射角(图6所示的角度τ)小的像方侧远心光路方式时，光束的主光线在第三透镜组30和感光面50a之间与光轴近似平行。因而，需要使透镜直径的大小至少与感光面50a的对角线大致一样。此外，如果考虑透镜的集约化，则不希望透镜直径的大小过分超过感光面50a的对角线长度。

根据上述情况，在涉及像方侧远心光路方式的本实施形态的摄像装置100中，为了防止透镜直径不必要的扩大，希望作为非圆形透镜基底的圆形透镜150的直径采用与感光面50a的对角线大致相同的值。

此外，在以圆形透镜构成了摄像装置时，相对于感光面50a，光束的可能成像区域A1的概略形态就如图12所示那样。与之相应，在构成了包含非圆形透镜的摄像装置100时，相对于感光面50a，光束的可能成像区域A2的概略形态就如图13所示那样。

如由图13可知的那样，即使是采用了非圆形透镜，也只是削减无用的可成像区域，对感光面50a上的成像没有影响。即，通过采用非圆形透镜，就可以对感光面50a上的成像没有影响地减小透镜的表面积。

如上述这样，在涉及本实施形态的摄像装置100中采用了非圆形透镜。

因而，就可以不使光学性能降低地(即不会影响感光面50a上的成像地)与圆形透镜相比减小透镜的表面积。然后，通过减小透镜的表面积，还可以实现在规定的透镜大小上约束了尺寸的摄像装置100的缩小化或者薄型化。

此外，在涉及本实施形态的摄像装置100中，作为非圆形透镜，采用了D截断透镜。

因而，可以容易地作成从圆形透镜上除去了对感光面50a上的成像没有贡献的部分的非圆形透镜。

另外，在涉及本实施形态的摄像装置100中，非圆形透镜(例如第二透镜3以及第五透镜7)被配置在摄像元件50的法线轴上(即光轴70上)。进而，平面视图中的该非圆形透镜5、7进行了D截断部分的直线部与感光面50a的长边近似平行。

因而，可以实现图1的y方向的摄像装置100的薄型化。

即，如图14所示的那样，设长方形的感光面50a的长边L1与平面视图中的该非圆形透镜7进行了D截断部分的直线部L2不平行。在此情况下如由图14可知的那样，将无法谋求摄像装置100的y方向的薄型化。

但是，如图15所示的那样，设长方形的感光面50a的长边L1与平面视图中的该非圆形透镜7进行了D截断部分的直线部L3平行。这样一来就如通过图14、15的比较可知的那样，可以谋求摄像装置100的y方向的薄型化。

此外，也可以如上述这样，将构成第二透镜组20的各透镜4、5设为非圆形透镜。不过，由于该透镜4、5接近孔径光阑6，故摄像装置100的薄型化的效果并不是那么大。

与之相对，摄像装置100的厚度受到第二透镜3以及第五透镜7的约束。因而，将该第二透镜3以及第五透镜7设为非圆形透镜的做法就有助于摄像装置100的薄型化。

此外，在涉及本实施形态的摄像装置100中，面向被摄物体配置了(即配置在光轴60上)非圆形透镜(例如第一透镜1)。进而，使平面视图中的非圆形透镜1进行了D截断部分的直线部与感光面50a的长边近似平行。

因而，就可以不使光学性能降低地(即，可以在维持宽视场角的同时，不会影响感光面50a上的成像地)减小第一透镜1的表面积。

即，如图16所示的那样，设长方形的感光面50a的长边L1与平面视图中的非圆形透镜1进行了D截断部分的直线部L5不平行。在此情况下如由图16可知的那样，即使不降低光学性能，也不可能那样地减小第一透镜1的表面积。

但是，如图17所示的那样，设长方形的感光面50a的长边L1与平面视图中的非圆形透镜1进行了D截断部分的直线部L6平行。这样一来就如通过图16、17的比较可知的那样，可以充分地减小第一透镜1的表面积。

并且，鉴于第一透镜1的表面积已经减小，故也可以实现第一透镜组10整体的小型化。

亦即，例如在将第一透镜1以及第二透镜3一起设为圆形透镜的情况下，第一透镜组10为图18所示那样的断面构造。在图18所示的构造情况下，由于在第一透镜1与第二透镜3的接近部57处的两透镜的接触等，第一透镜组10的小型化受到限制。

但是，在将第一透镜1以及第二透镜3设为非圆形透镜时，第一透镜组10为图19所示那样的构造。即，因不存在两透镜的接触等，故可以谋求第一透镜组10的小型化。

此外，即使是只有第一透镜1采用了非圆形透镜也可以实现第一透镜组10的小型化。

附带说一下，既可以只在摄像元件50的光轴70上配置非圆形透镜，也可以只在光轴60上配置非圆形透镜。在前者的情况下主要是可以实现摄像装置100的薄型化。与之相对，在后者的情况下主要是可以实现第一透镜组10的小型化。

如通过上述考察可知的那样，通过如上述实施形态那样在摄像元件50的法线轴上(即光轴70上)配置非圆形透镜，同时面向被摄物体配置(即配置在光轴60上)非圆形透镜，就可以实现摄像装置100的薄型化以及第一透镜组10的小型化。

此外，如上述这样，如果第一透镜1或者第二透镜3采用非圆形透镜的话，则还能够不使第一透镜组10整体的大小变化地仅使棱镜透镜2的大小小型化。

这样，在仅使棱镜透镜2的大小小型化的情况下，该棱镜透镜2与第一透镜1的间隔或者该棱镜透镜2与第二透镜3的间隔将扩展。从而，由于能够增加透镜配置设计的自由度，故可以提高摄像装置100的光学性能。

另外，在涉及本实施形态的摄像装置100中，第一透镜组10具有负的光焦度。因而，可以进一步减小构成第一透镜组10的第一透镜1以及第二透镜3的表面积。

即，在第一透镜组10具有正的光焦度时，入射到第一透镜组10来的、有助于成像的光束将变粗。这是因为设计上不能变更孔径光阑6的大小所致。这样，若光束变粗，则在第一透镜1以及第二透镜3中，可以从圆形透镜除去的部分(即，对感光面50a的成像没有贡献的部分)的面积将变小。

但是，如上述这样，在第一透镜组10具有负的光焦度时，入射到第一透镜组10来的、有助于成像的光束将变细。因而，在第一透镜1以及第二透镜3中，可以从圆形透镜除去的部分(即，对感光面50a的成像没有贡献的部分)的面积将变大。即，可以进一步减小第一透镜1的表面积以及第二透镜3的表面积。

另外，在涉及本实施形态的摄像装置100中，非圆形透镜如图8所示的那样，在相对的2处位置进行了D截断。因而，较之只进行了1处位置的D截断的非圆形透镜，可以进一步减小透镜的表面积。

此外，也可以在棱镜透镜2的反射面上削除对感光面50a的成像没有贡献的部分。

另外，在采用塑料制作非圆形透镜时，基于下面的理由，不希望极端地加大从圆形透镜上除去的部分。

即，在非圆形透镜是塑料制品时，其形状越是不同于圆形形状的结果则越是发生树脂流动方面或冷却方面的不均匀性。

但是，如果除去的部分少，则可以防止形成精度的恶化。也就是说，可以减少设计尺寸与实际尺寸的误差。

Claims (6)

1.一种摄像装置，其特征在于，具备：

具有长方形的感光面并将成像在上述感光面上的光学图像变换成电气信号的摄像元件，和

使被摄物体的像成像在上述感光面上的多个透镜，

其中，上述多个透镜的至少一个由具有从圆形透镜上将对上述感光面的成像没有贡献的部分之中、规定的周边部分至少除去一处的形状的非圆形透镜构成。

2.根据权利要求1所记载的摄像装置，其特征在于：

上述规定的周边部分具有沿直线切断了圆形透镜的弧部分的D字型截断形状。

3.根据权利要求2所记载的摄像装置，其特征在于：

上述非圆形透镜被配置在上述摄像元件的法线轴上，

平面视图中的上述非圆形透镜进行了上述D字型截断部分的直线部与上述感光面的长边大致平行。

4.根据权利要求2所记载的摄像装置，其特征在于：

上述多个透镜具有折弯光轴的功能，包含带有上述非圆形透镜的透镜组，

上述非圆形透镜面向被摄物体进行配置，

平面视图中的上述非圆形透镜进行了上述D字型截断部分的直线部与上述感光面的长边大致平行。

5.根据权利要求4所记载的摄像装置，其特征在于：

上述透镜组具有负的光焦度。

6.根据权利要求2至权利要求5中任意一项所记载的摄像装置，其特征在于：

上述非圆形透镜在相对的2处位置进行了上述D截断。

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