JP2002501278A - 情報媒体用の光学式読取り/書込み装置 - Google Patents

情報媒体用の光学式読取り/書込み装置

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JP2002501278A JP2000528980A JP2000528980A JP2002501278A JP 2002501278 A JP2002501278 A JP 2002501278A JP 2000528980 A JP2000528980 A JP 2000528980A JP 2000528980 A JP2000528980 A JP 2000528980A JP 2002501278 A JP2002501278 A JP 2002501278A
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electrode
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Abstract

(57)【要約】 本発明は情報媒体用の光学式読取り/書込み装置に関する。この装置は、そのサイズが書込みまたは読取り対象の情報項目のサイズにほぼ対応するエアギャップ領域(3)を規定する少なくとも1対の電極(E1〜E2)を担持するほぼ平坦な面(20)を有する透明基板(2)であって、1対の電極(E1〜E2またはE3〜E4)が前記1対の電極の全電極のアライメントの方向に平行なその電界の1つの成分を有する入射電磁波用の共振器を構成する透明基板と、光ビーム(F1)で前記電極を照射する光学ソース(1)であって、その電界の1つの成分が前記1対の電極のアライメントの方向に平行である光学ソースとを含む。このような条件下でビームF1によって励起されると、電極は、エアギャップ(3)内に電界の集中を有するビームを再放射することになる。この再放射されたビームにより、電極の近くに配置された情報媒体上での情報の読取り/書込みが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、情報媒体用の光学式読み書き装置に関する。一例として、この媒体
は、磁気ディスクなど、光学媒体あるいは磁気または磁気光学媒体にすることが
できる。
【0002】 図1bは、磁気媒体上での読取り/書込みのための従来のシステムを示してい
る。このようなシステムでは、レーザ・ソースS1は、記録媒体D1上にレンズ
L1およびL2によって集束される光ビームを放射する。これは、たとえば、希
土類の合金(たとえば、テルビウム/鉄合金)などの磁気光学強磁性材料である
。この材料は、その磁化に応じて受け取る光の偏光に作用するという特性を有す
る。光ビームは、情報媒体の磁化との相互作用によってできる限りその偏光を変
更させることにより、記録媒体によって反射される。D1によって反射されたビ
ームは、ビーム・スプリッタSP1によってビーム・スプリッタSP2に部分的
に経路指定される。スプリッタSP2は、一方の偏光を光検出器PDに経路指定
し、もう一方の偏光をもう一方の光検出器PPに経路指定する偏光スプリッタで
ある。
【0003】 記録の場合、このようなシステムでは、ソース1によって伝達される十分なエ
ネルギー・レベルのビームを使用する局部加熱によって記録する。記録媒体に加
えられた磁界Bの効果のため、記録媒体は、冷えるにつれて、その磁化が加えら
れた磁界の方向に局部的に配向される。
【0004】 このようなシステムでは、情報単位の最小サイズは回折制限される。これは、
約λ/2(NA)に等しく、λは光ビームの波長であり、NAはビームの開口数
である。
【0005】 情報項目のサイズと、したがって、記録された情報の密度は、ビームの波長に
よって制限される。情報媒体上のビーム・スポットのサイズを低減するために、
特に近距離場光学顕微鏡で使用するタイプの技法を利用することは可能である。
【0006】 近距離場光学顕微鏡で最も伝統的な技法は、回折スポットより小さいサイズの
絞りを使用することにある。観察すべき物体に十分近いところに絞りが配置され
た場合、得られる分解能は本質的に絞りのサイズと等しくなる。この原理に基づ
く近距離場光学顕微鏡については、様々なチームによって記載され、作成されて
いる(D.W.Pohl他によるApplied Physics Lette
rs 44,652(1984年)およびE.Betzig他によるAppli
ed Physics Letters 51,2088(1987年)の論文
を参照)。
【0007】 この手法により500nm程度の照明波長の場合に50nm程度の分解能(分
解能≒λ/10)を実証することができたが、これには基本的な困難、すなわち
、検出できる光学信号のレベルが非常に低いという問題がある。
【0008】 実際には、図1aを見ると分かるように、特に完全な平面ではない表面を結像
できるようにするために、その端部で細くなるように金属化され引き延ばされた
微量ピペットまたは光ファイバの端部に絞りが物理的に作成される。
【0009】 近距離場顕微鏡用のこのようなプローブは、可変直径の金属化電磁導波管と見
なすことができ、一般に、圧電アクチュエータを使用して結像すべき表面付近ま
で持ち出されかつ移動され、一定の高さで走査を実行できるように様々なサーボ
制御信号を生成することは可能である。
【0010】 3通りの動作モードが可能である。
【0011】 1)伝達モードの動作 導波管は、反対側で絞りから光源、一般にレーザに接続される。導波管内に結
合される光の一部は絞りまで伝搬し、そこでほんの少しが伝達される。少なくと
も部分的に透明な物体の表面を観察する場合、従来の光学システムでは、その物
体を通って伝達された光を収集し、それを光検出器上に向けることができる。プ
ローブによって表面を走査している間にこのように光検出される信号により、逐
点像を再構築することができる。
【0012】 2)収集モードの動作 この結像モードは、物体を通る伝達により動作する従来の光学部品を使用して
結像表面を照射することにある。プローブの端部は、表面付近の光学近距離場を
収集するために使用する。このようにプローブ内に結合された光は次に光検出器
に取り込まれる。
【0013】 3)反射モードの動作 この第3かつ最後のモードは、前の2通りのモードの組合せと見なすことがで
き、プローブは同時に照射と収集の両方を行うように機能する。光学システム、
たとえば、半透明の構成要素を有するものにより、絞りとは反対側のプローブの
端部は、光源と光検出器に同時に接続することができる。その場合、ファイバの
端部によって反射されるパワーの変動が活用される。
【0014】 これらの3通りのモードのいずれでも、以下の2つの理由により、高品質信号
の収集が不可能である。 a)図1を見ると分かるように、その端部の近くで導波管の直径が大幅に減少
していることにより、減衰領域、すなわち、光波がもはや伝搬されず、減衰して
いる導波管の一領域が規定される。したがって、絞りに向かって伝搬するかまた
はそこから発散される光波の振幅は、この領域を通過するときに、e−d/δ
減衰を経験することになる。この場合、dはその領域の長さであり、δは導波管
の詳細構造に応じた固有減衰長である。 b)入射パワー密度に絞りの面積を掛けることによって形成される積に対する
収集または伝達したパワーの割合として規定される絞りの伝達または収集効率は
、(a/λ)に比例する(λに比べて小さい物体による回折に関するレイリー
の法則)。この場合、aは絞りの半径(規定上、λに比べて小さい)であり、λ
は使用する波長である。
【0015】 実際に使用可能な条件下では、この2つの複合要因の結果、数十mW程度の照
度(それ以上でプローブの破壊が観察される使用可能な限界)の場合に10nW
程度の光学パワーが検出され、そのパワーは近距離場で表面と効果的に相互作用
する。観察する表面の特性の局部変動に関連する変調度が5%で、波長が500
nmである場合、検出器のノイズがごくわずかであると想定すると、結果的に1
Hzの帯域幅で78dBの信号対雑音比になり、それは1MHzの帯域幅の場合
に18dBに低減される。したがって、1000×1000ピクセルを含む画像
の取込みが1秒未満で実現可能であるとは考えられないことが分かるだろう。
【0016】 したがって、情報媒体の表面に関する光学式、特に磁気光学式読取り装置とし
てこのような近距離場顕微鏡プローブを使用することは、読取りモードのデータ
転送速度が高い(≧10Mb/s)場合、実現可能であるとは考えられない。
【0017】 前述のように、このようなプローブの端部で使用可能なパワーが非常に低いこ
とも、局部加熱に基づく書込み方法を使用することに対する障害になる。
【0018】 しかも、前述のプローブの真の構造、すなわち、引き延ばされて金属化された
ピペットまたは光ファイバは、個別に製造しなければならないことを意味し、再
現性問題を提起するものである(すでに分かっているように、プローブの効率は
サイズの4乗として変動する)。
【0019】 本発明により、これらの問題を解決することができる。
【0020】 したがって、本発明の主題は、 −そのサイズが書込みまたは読取り対象の情報項目にほぼ対応するエアギャッ
プ領域を規定する少なくとも1対の電極(E1〜E2)を担持するほぼ平坦な面
を有する透明基板であって、1対の電極(E1〜E2またはE3〜E4)がその
1対の電極の全電極のアライメントの方向に平行なその電界の1つの成分を有す
る入射電磁波用の共振器を構成する透明基板と、 −光ビームで前記電極を照射する光学ソースであって、その電界の1つの成分
がその1対の電極のアライメントの方向に平行である光学ソースとを含むことを
特徴とする情報媒体用の光学式読取り/書込み装置である。
【0021】 本発明の様々な主題および特徴は、以下の説明および添付図面でより明らかに
なるだろう。
【0022】 したがって、図2aから図2cに関連して本発明のシステムの一実施形態につ
いて説明する。
【0023】 このシステムは、十字形に配置された少なくとも2対の電極E1〜E2および
E3〜E4を面20上に担持する基板2を含む。電極E1〜E2はXX’方向に
整列され、電極E3〜E4はYY’方向に整列されている。各対の電極はエアギ
ャップという空間によって分離され、それは、図2bの例によれば、両方の電極
対についてほぼ同じ長さgになっているが、この2つの空間が等しい必要はない
。エアギャップの幅は、数ナノメートルから数十ナノメートルの間の値を有する
ことができる。
【0024】 これらの電極は、光源1によって伝達される光ビームF1で照射される。電極
に入射する光の電界Eの1つの成分の方向はXX’方向に平行である。
【0025】 波長が規定された波の効果による共振を得るため、電極対の各電極の長さはビ
ームF1の波長に依存する。この共振を得るため、1つの電極の長さとF1の波
長との関係は、基板および周囲媒体の材料の性質(屈折率)と、電極が構成され
る材料(屈折率)と、電極の厚さおよび幅に依存する。一般に、基板が規定され
、周囲媒体が空気であり、電極が規定済みの材料で作られ、その厚さおよび幅が
規定されている場合、各電極の長さは波長にほぼ比例する。
【0026】 図7aは、金の電極の場合に、共振が得られるようにするための波長が電極の
長さに直線的に依存することを示している。
【0027】 図7aの曲線は、以下の特徴を有し、図7bに示すような装置を使用して得ら
れたものである。 −基板の指数: n=2 −金の電極 −電極の幅: 50nm −電極の厚さ: 30nm −エアギャップの幅g: 30nm −電極の平面に対するビームの傾き: 72度 −電極のアライメントの方向に垂直の入射面 −電極のアライメントの方向に平行な電界
【0028】 さらに、このシステムは以下のものを含む。 −図2aのコイルによって象徴的に示され、磁界を誘導可能な磁界誘導装置5
。これは、情報媒体上に情報を書き込むために書込みモードの動作中に使用され
ることになる。 −XX−YY’面に垂直のZZ’軸上にある光検出装置6。この装置は、情報
媒体上の情報を読み取るときに使用する。この装置6は、光を収集し、それをZ
Z’軸に対してオフセットされた光検出装置に送るための装置で置き換えること
ができる。
【0029】 図2cに示すように、ビームF1は、垂直入射とは異なる入射角で電極を照射
する。このため、ビームの鏡面反射は垂線以外の方向に発生し、したがって、光
検出器6に向けられない。
【0030】 読取りモードの動作 情報媒体D1は、電極の平面に平行に電極の近くに移動する。この媒体は、磁
気光学材料であるか、または電極に面するその面上に磁気光学材料の層MOを有
し、したがって、磁気光学材料の磁化の配向は、それが受け取る光の偏光に影響
を及ぼす。
【0031】 各対の電極E1〜E2およびE3〜E4は、入射電磁波によって独立して励起
可能な電磁共振器と見なすことができる。
【0032】 電極E1〜E2によって形成される共振器はビームF1によって励起され、そ
の電界の1つの成分はXX’軸に平行である。
【0033】 この励起の効果により、その電極対E1、E2は、XX’軸にほぼ平行な偏光
の電磁波を再放射する。
【0034】 電極E1とE2の間にある空間は、XX’軸に沿って配向された電界が集中す
る場所である。
【0035】 媒体D1を読み取る場合、電極構造は磁気光学層MOの近くに位置する。この
ように集中した電界と磁気光学媒体の磁化との結合により、励起周波数で発振す
る偏光が媒体内に発生することになる。局部的には、この偏光は以下の値を有す
る。
【数1】
【0036】 誘導双極子は第2の電極対E3〜E4を励起可能なソースと見なすことができ
、この電極対も共振器として動作し、その偏光がYY’方向にほぼ平行な波の放
射を引き起こす。
【0037】 2対の電極E1〜E2およびE3〜E4によって放射される2通りの波は、電
極の平面に垂直な方向ZZ’で特に強くなる。この2通りの波は結合し、光検出
装置6によって受け取られる楕円偏光波を引き起こす。後者によって、このよう
に回析された光波の偏光状態を分析することができる。検出された偏光状態によ
り、情報媒体上で読み取られる磁化の配向を把握することができる。
【0038】 したがって、本発明の装置により、そのサイズをエアギャップのサイズの規模
程度(約10nmまたは数十nm)にすることができる磁化情報の項目を読み取
ることが可能になる。
【0039】 書込みモードの動作 書込みモードの動作の場合、その光がXX’に平行な方向に直線的に偏光され
るビームF1をソース1が放射すると想定すると、1対の電極E1〜E2だけが
使用され、前述の通り、エアギャップ3内の電界を集中させる共振器として動作
する。このエアギャップの近くに配置された磁気情報媒体は加熱される可能性が
ある。ビームF1の強度および増幅に応じて、この加熱により、磁気材料の保磁
力を低下させることが可能である。次に、誘導装置5によって生成された十分な
磁界の影響により、保磁力が低減された領域とこの領域では、その磁化が再配向
されている。
【0040】 例示的な一例として、同じ対の2つの電極を分離する距離g(エアギャップ)
は約10nmである。この電極は、金、銀、銅、アルミニウム、またはこれらの
材料のいずれか1つの合金で作ることができる。
【0041】 電極は、図3aから図3cに示すような様々な形状を有することができる。
【0042】 図3aの電極は、丸い端部を備えた細長い形状である。
【0043】 図3bの電極は、三角形であり、面積がより大きいものであり、それにより、
入射光波との結合を改善することができる。
【0044】 図3cの電極は、図3aおよび図3bの電極の組合せである形状を有する。電
極E1およびE2は三角形であり、電極E3およびE4は細長い。
【0045】 図3aから図3cの電極構成により、(図2aのように)その表面の平面に垂
直な磁化の形で情報が記録されている情報媒体を読み取ることが可能になる。
【0046】 図3dは、媒体の平面に平行な磁化の形で記録された情報を読み取ることを可
能にする構成を示している。電極E3〜E4の方向YY’は、実質的に電極E1
とE2を分離するギャップの一方のエッジ寄りに位置する領域で電極E1〜E2
の方向XX’と交差する。
【0047】 上記の通り、電極は、好ましくはソース1によって放射された光波に対して透
明である基板の1つの面上に作成されている。この基板は、電極を帯びるその面
が情報媒体に面するシューの形に作られている。このシューの形状およびその情
報媒体からの距離は、情報媒体が高速移動した結果、基板と情報媒体との間に薄
いエアクッションが作成され、したがって、基板2が情報媒体の上に流体力学的
に浮揚するようなものになっている。
【0048】 図5に示す本発明の一実施形態によれば、電極E1〜E4または少なくともエ
アギャップ3は、磁気光学特性を有する材料(強磁性材料)の層MO2によって
覆われる。このような装置により、どのようなタイプの磁気情報を読み取ること
も可能になる。
【0049】 上記の説明は、磁気または磁気光学媒体の読取り/書込みに関して示したもの
である。しかし、本発明は、他の光学的に読取り可能な媒体にも適用可能である
。これらは、たとえば、記録層の削摩、記録媒体の相変化、または(電磁波の吸
収による)材料の化学特性の変化などにより、書込みが達成される媒体である。
【0050】 読取りモードの動作 前述のケースのように、情報媒体は電極に接近し、電極の平面に平行に移動す
る。読取り装置の機能は、情報媒体D1の特性(たとえば、屈折率)の変更を検
出することである。
【0051】 このようにして読み取るために、この装置は単一の電極対E1〜E2のみを必
要とする。前述のように、この電極対は、入射電磁波(ビームF1)によって励
起される電磁共振器と見なすことができ、その電界の1つの成分はXX’軸に平
行である。この励起の効果により、この電極対E1〜E2は、XX’軸にほぼ平
行な偏光の電磁波を再放射する。媒体D1の特性の局部変更が発生すると、その
電極対によって再放射された電磁波の変調が観察される。次にこの変調は光検出
装置6によって検出される。
【0052】 書込みモードの動作 書込み機能は、前述のように電界が集中するので、情報媒体の加熱によって実
行することができる。また、書込みは、エアギャップ3の局部電界の集中に関連
する電磁吸収プロセス(媒体に対する光化学作用)により実行することもできる
【0053】 図6は、電極が占めていない基板の表面20が少なくとも部分的に耐摩耗層2
1によって覆われている本発明の変形形態の断面図を示している。この層の厚さ
は少なくとも電極の厚さに等しい。一例として、この厚さは10〜20nmにす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1a】 従来技術で既知のシステムを示す図である。
【図1b】 従来技術で既知のシステムを示す図である。
【図2a】 本発明のシステムの基本的な一実施形態を示す図である。
【図2b】 本発明のシステムの基本的な一実施形態を示す図である。
【図2c】 本発明のシステムの基本的な一実施形態を示す図である。
【図3a】 本発明の装置の電極の様々な電極を示す図である。
【図3b】 本発明の装置の電極の様々な電極を示す図である。
【図3c】 本発明の装置の電極の様々な電極を示す図である。
【図3d】 本発明の装置の電極の様々な電極を示す図である。
【図4】 本発明による読取り/書込みヘッドの一設計を示す図である。
【図5】 本発明による読取り/書込みヘッドの代替実施形態を示す図である。
【図6】 本発明による読取り/書込みヘッドの代替実施形態を示す図である。
【図7a】 本発明の装置の一実施形態を示す図である。
【図7b】 本発明の装置の一実施形態を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファルー オリヴィエ フランス国, 94117 アルクイユ セデ クス, アヴェニュ デュ プレジダン サルヴァドル アレンド 13番地, トム ソン−セーエスエフ プロプリエテ アン テレクテュエル, デパルトマン ブルヴ ェ内 Fターム(参考) 5D075 AA03 CC04 CC12 CD02 CD03 CD10 CD14 5D119 AA11 AA22 AA41 AA43 BA01 BB05 DA01 DA05 JA70

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 情報媒体用の光学式読取り/書込み装置であり、 そのサイズが書込みまたは読取り対象の情報項目のサイズにほぼ対応するエア
    ギャップ領域(3)を規定する少なくとも1対の電極(E1〜E2)を担持する
    ほぼ平坦な面(20)を有する透明基板(2)であって、1対の電極(E1〜E
    2またはE3〜E4)が前記1対の電極の全電極のアライメントの方向に平行な
    その電界の1つの成分を有する入射電磁波用の共振器を構成する透明基板と、 光ビーム(F1)で前記電極を照射する光学ソース(1)であって、その電界
    の1つの成分が前記1対の電極のアライメントの方向に平行である光学ソースと
    を含むことを特徴とする、情報媒体用の光学式読取り/書込み装置。
  2. 【請求項2】 屈折率が規定された基板と、規定済みの材料で作られ、規定
    済みの厚さおよび幅を有する電極とを有する装置の場合、電極と入射電磁波との
    共振条件を満たすように、各電極の長さが前記電磁波の波長にほぼ比例すること
    を特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 電極が金で作られている場合、電極と入射電磁波との共振条
    件を満たすように、各電極の長さが前記波長に比例することを特徴とする、請求
    項2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 情報媒体が磁気媒体であり、読取りが磁気光学効果により実
    施されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  5. 【請求項5】 十字形に配置され、その十字形の交差部で、その寸法が書込
    みまたは読取り対象の情報項目の寸法にほぼ対応する領域を規定する、直交する
    2対の電極(E1〜E2およびE3〜E4)と、 十字形の交差点で電極の平面にほぼ垂直な方向に配置され、光検出装置に光を
    伝達する光収集装置とを含むことを特徴とする、請求項4に記載の装置。
  6. 【請求項6】 情報媒体および前記エアギャップ領域(3)の近くに配置さ
    れた磁界誘導装置(5)を含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  7. 【請求項7】 磁界誘導装置および電極を担持する基板が情報媒体のいずれ
    の側に配置されることを特徴とする、請求項6に記載の装置。
  8. 【請求項8】 同じ電極対の2つの電極間の距離が約10ナノメートルまた
    は数十ナノメートルであることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  9. 【請求項9】 同じ対の電極が前記エアギャップ領域(3)の中心に対して
    左右対称であることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  10. 【請求項10】 第1の電極対(E1〜E2)が電磁波の電界の1つの成分
    に平行な第1の方向に整列され、第2の電極対が実質的に第1の電極対によって
    規定されるエアギャップの一方のエッジ寄りで第1の方向と交差する第2の方向
    に整列されることを特徴とする、請求項4に記載の装置。
  11. 【請求項11】 各電極が細長い形状を有することを特徴とする、請求項1
    に記載の装置。
  12. 【請求項12】 各電極がほぼ三角形の形状を有し、三角形の1つの頂点が
    前記エアギャップ領域(3)に面することを特徴とする、請求項1に記載の装置
  13. 【請求項13】 第1の電極対(E1〜E2)の電極が三角形の形状を有し
    、第2の電極対(E3〜E4)の電極が細長い形状を有することを特徴とする、
    請求項4に記載の装置。
  14. 【請求項14】 エアギャップ領域(3)に面する電極の端部が丸くなって
    いることを特徴とする、請求項10ないし12のいずれか一項に記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記光ビーム(F1)の方向が電極の平面に垂直ではない
    ことを特徴とする、請求項1および4のいずれか一項に記載の装置。
  16. 【請求項16】 少なくとも電極間に存在するエアギャップの一部が磁気光
    学効果を有する材料の層で覆われることを特徴とする、請求項4に記載の装置。
  17. 【請求項17】 光検出装置が偏光分析器を含むことを特徴とする、請求項
    4に記載の装置。
  18. 【請求項18】 電極を担持する基板の面が、これらの電極に対する情報媒
    体の移動が基板の面と情報媒体との間にエアクッションを作成する効果を有する
    ような形状を有することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  19. 【請求項19】 前記基板の前記面が情報媒体の平面に対して傾斜している
    ことを特徴とする、請求項17に記載の装置。
  20. 【請求項20】 電極が占めていない基板のその表面の少なくとも一部が、
    少なくとも電極の厚さに等しい厚さを有する耐摩耗材料の層を含むことを特徴と
    する、請求項1に記載の装置。
  21. 【請求項21】 情報媒体の平面に垂直に磁化された領域の形で情報が記憶
    される情報媒体上での情報の読取り/書込みを目的とし、情報媒体の磁化領域が
    読取り/書込み装置の近くに位置することを特徴とする、請求項9に記載の装置
    の使用。
  22. 【請求項22】 情報媒体の平面に平行に磁化された領域の形で情報が記憶
    される情報媒体上での情報の読取り/書込みを目的とし、情報媒体の磁化領域が
    読取り/書込み装置の近くに位置することを特徴とする、請求項10に記載の装
    置の使用。
  23. 【請求項23】 磁気光学効果を示す材料の層を含む情報媒体上での情報の
    読取り/書込みを目的とし、前記情報媒体が読取り/書込み装置の近くに位置す
    ることを特徴とする、請求項4に記載の装置の使用。
  24. 【請求項24】 光学情報媒体上での情報の読取り/書込みを目的とし、前
    記媒体が読取り/書込み装置の近くに位置することを特徴とする、請求項1に記
    載の装置の使用。
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