JP2005049595A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの光軸方向における寸法が従来構成に比べて小さい光スイッチを提供する。
【解決手段】光スイッチは、フェルール３ａ〜３ｄに保持された光ファイバ２ａ〜２ｄに夫々光結合されるコリメート用のレンズ４ａ〜４ｄと、固定プリズム８と、可動プリズム９とを備える。レンズ４ａ〜４ｄにおける光ファイバ２ａ〜２ｄと反対側の端面は一つの平面上に仮想的に設定した格子の各格子点上にすべて同じ向きに揃うように並設される。固定プリズム８は、レンズ４ａ〜４ｄに対して光ファイバ２ａ〜２ｄと反対側に配置され組になるレンズ４ａ〜４ｄの間に光路を形成する。可動プリズム９は、アクチュエータ６によってレンズ４ａ〜４ｄと固定プリズム８との間の光路を遮らない第１の位置と遮る第２の位置との間で移動し、第２の位置で固定プリズム８とは異なる組のレンズ４ａ〜４ｄの間に光路を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数本の光ファイバの間で光路の組合せを切り替える光スイッチに関するものである。

従来から、複数本の光ファイバに夫々光結合されたコリメート用のレンズと、移動可能に設けた導光部材としてのプリズムとを用い、レンズの間の光路をプリズムの位置に応じて切り替えるようにした光スイッチが提供されている。

この種の光スイッチとして、図７に示すように、器体１に導入される４本の光ファイバ２ａ〜２ｄの間で、光ファイバ２ａと光ファイバ２ｃとが光結合されるとともに光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｄとが光結合される状態と、光ファイバ２ａと光ファイバ２ｄとが光結合されるとともに光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｃとが光結合される状態との２状態を切り替える２×２光スイッチが知られている。

図７に示す光スイッチは、直方体状に形成され長手方向の両側から夫々２本ずつの光ファイバ２ａ〜２ｄが導入される器体１と、器体１内において各光ファイバ２ａ〜２ｄの端部に夫々結合されるフェルール３ａ〜３ｄと、各フェルール３ａ〜３ｄの端面に夫々接着されることによって各光ファイバ２ａ〜２ｄと夫々光結合されるコリメート用のレンズ４ａ〜４ｄとを有する。器体１内の長手方向の両端部には各２個のレンズ４ａ〜４ｄを保持する角柱状の一対のレンズ保持基台７が設けられる。各レンズ保持基台７に保持された各２個のレンズ４ａ〜４ｄは互いに対向するように配置され、光ファイバ２ａと光ファイバ２ｃとが光結合されるとともに光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｄとを光結合する。

さらに、器体１内には、対向するレンズ４ａ〜４ｄ間に配置されるプリズム９’と、プリズム９’に結合されプリズム９’を対向するレンズ４ａ〜４ｄの間の光路を遮る位置と遮らない位置との間で移動させるアクチュエータ６とが収納される。プリズム９’は、対向するレンズ４ａ〜４ｄの間の光路を遮る位置で光ファイバ２ａと光ファイバ２ｄとを光結合するとともに光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｃとを光結合する光路を形成する。

ところで、アクチュエータ６は電磁石装置からなり、コ字状であって中央部がコイル６１を巻装したコイル枠６２に挿通され両脚部が夫々磁極片６３ａ、６３ｂとなった鉄芯６３と、各磁極片６３ａ、６３ｂに夫々対向する接極片６４ａ、６４ｂを両端部に有するアマチュア６４とを備える。コイル枠６２は、コイル６１に通電するための端子６５を有する端子保持台６６を両端部に有し、各端子保持台６６に磁極片６３ａ、６３ｂの基端部が夫々埋設される。アマチュア６４は、一方の接極片６４ａが磁極片６３ａにおける鉄芯６３の厚み方向の一面に当接するとともに他方の接極片６４ｂが磁極片６３ｂにおける鉄芯６３の厚み方向の他面から離れる第１の位置と、一方の接極片６４ａが磁極片６３ａにおける鉄芯６３の厚み方向の一面から離れるとともに他方の接極片６４ｂが磁極片６３ｂにおける鉄芯６３の厚み方向の他面に当接する第２の位置との間で鉄芯６３の厚み方向に平行移動する。ここで、アマチュア６４は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能となるように、板ばねにより日字状に形成された平衡ばね６７を介してコイル枠６２に保持される。平衡ばね６７はアマチュア６４の移動方向に可撓性を有し、平衡ばね６７の長手方向の各端部は端子保持台６６に対して夫々定位置に固定されている。アマチュア６４は、平衡ばね６７の長手方向の中央部に結合される。さらに、一方の磁極を鉄芯６３の中央部に当接させるとともに他方の磁極をアマチュア６４の中央部に対向させる永久磁石６８がコイル枠６２に固定され、鉄芯６３とアマチュア６４とは夫々異極性になるように磁化される。

この構成によれば、各磁極片６３ａ、６３ｂを夫々異極性に励磁するようにコイル６１に通電することによりアマチュア６４を第１の位置に移動させ、且つ、各磁極片６３ａ、６３ｂの極性を逆転させるようにコイル６１への通電を制御することによりアマチュア６４を第２の位置に移動させることができる。なお、コイル６１への通電を停止しても永久磁石６８の磁力によってアマチュア６４の位置は保持される。したがって、プリズム９’を取付部材６９を介してアマチュア６４に結合しておくことによってプリズム９’を平行移動させることができる。つまり、アマチュア６４を第１の位置に移動させればプリズム９’を対向するレンズ４ａ〜４ｄの間の光路を遮らない位置に移動させることができ、アマチュア６４を第２の位置に移動させればプリズム９’を対向するレンズ４ａ〜４ｄの間の光路を遮る位置に移動させることができる。

上述した構成によって、対向するレンズ４ａ〜４ｄの間の光路を遮らないようにプリズム９’が位置する状態で、光ファイバ２ａと光ファイバ２ｃとが光結合されるとともに光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｄとが光結合される。一方、対向するレンズ４ａ〜４ｄの間の光路を遮るようにプリズム９’が位置する状態で、光ファイバ２ａと光ファイバ２ｄとが光結合されるとともに光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｃとが光結合される。すなわち、アクチュエータ６によるプリズム９’の移動に応じて、光結合される光ファイバ２ａ〜２ｄの組合せの状態を上述した２状態で切り替えることができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１５０５９号公報（第５−７頁、図１）

ところで、図７のような構成の光スイッチでは、光結合される光ファイバ２ａ〜２ｄ同士が器体１内で互いに端面を対向させる形で器体１に導入されるので、光ファイバ２ａ〜２ｄを保持するフェルール３ａ〜３ｄを器体１の両端部に設ける必要がある。また、各光ファイバ２ａ〜２ｄと夫々光結合されるレンズ４ａ〜４ｄも、器体１の両端部に設ける必要がある。要するに、光ファイバ２ａ〜２ｄとレンズ４ａ〜４ｄとを含む光学系が器体１におけるレンズ４ａ〜４ｄの光軸方向の両端部に配設されるので、レンズ４ａ〜４ｄの光軸方向における光スイッチの寸法が大きいという問題がある。

本発明は上記自由に鑑みて為されたものであって、レンズの光軸方向における寸法が従来構成に比べて小さい光スイッチを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、光ファイバを保持するフェルールと、フェルールに保持された複数本の光ファイバにおける各端面に一端面が夫々光結合されるとともに一つの平面上に仮想的に設定した格子の各格子点上に他端面がすべて同じ向きに揃うように並設されるコリメート用の複数個のレンズと、レンズに対して光ファイバと反対側に配置され組になるレンズの間に光路を形成する固定プリズムと、レンズと固定プリズムとの間の光路を遮らない第１の位置と遮る第２の位置との間で移動する可動プリズムと、可動プリズムに結合されるとともに可動プリズムを第１の位置と第２の位置との間で移動させるアクチュエータとを備え、可動プリズムが、第２の位置で固定プリズムとは異なる組のレンズの間に光路を形成することを特徴とする。

この構成によれば、光ファイバ同士の端面が同じ向きに揃えられるので、光スイッチへの光ファイバの導入箇所を１箇所に集約でき、光ファイバとレンズとがレンズの光軸方向の両端部に配設される従来構成に比べて、レンズの光軸方向における寸法を小さくすることができる。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記レンズのすべてを一体に埋め込んだレンズ保持基台が付加されることを特徴とする。

この構成によれば、レンズ間の位置関係を容易に保持できるのは勿論のこと、組み立てる際には、すべてのレンズとレンズ保持基台とを合わせて一つの部品として扱えるので、従来構成に比べて部品点数が減少し組立作業が容易になる。

また、請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記第１の位置と前記第２の位置とは前記可動導光部材の移動方向に隣接する前記レンズの間の距離より小さい距離だけ離れ、可動導光部材は、第１の位置においてレンズと前記固定導光部材との間の光路を通す切欠を有することを特徴とする。

この構成によれば、可動プリズムにおける第１の位置と第２の位置との間の移動距離をレンズから出射される平行光の径程度まで小さくすることができるので、可動プリズムの移動方向の寸法を小さくすることができる。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記レンズと前記固定プリズムとを一体に結合する光学基台が付加され、前記アクチュエータは光学基台に取り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、レンズと固定プリズムとアクチュエータとの位置関係を容易に保持することができ、組立作業が容易になる。

本発明は、光ファイバ同士の端面が同じ向きに揃えられるので、光スイッチへの光ファイバの導入箇所を１箇所に集約でき、光ファイバとレンズとがレンズの光軸方向の両端部に配設される従来構成に比べて、レンズの光軸方向における寸法を小さくすることができる。また、レンズが一つの平面上に仮想的に設定した格子の各格子点上に並設されることにより、光スイッチの実装面上に光ファイバ同士およびレンズ同士が重なるように配置されるので、実装面積の小さい光スイッチを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。以下では、光ファイバが器体に導入される向きを後向きとし、器体における光ファイバが導入される面を前方から見た図１（ｃ）の上下、左右を上下、左右として説明するが、使用方向を限定する趣旨ではない。

本実施形態では、４本の光ファイバの間で２本ずつを組にして光結合するとともに光結合する組を切り替える２×２光スイッチを例示する。４本の光ファイバ２ａ〜２ｄは、図１（ｃ）に示すように、左上段に光ファイバ２ａ、右下段に光ファイバ２ｂ、左下段に光ファイバ２ｃ、右上段に光ファイバ２ｄが夫々位置するように２行２列に配列されて器体１に導入される。ここで、光ファイバ２ａ〜２ｄの各端面は一つの平面上に仮想的に設定した格子の各格子点上にすべて同じ向きに揃うように並設される。本実施形態の光スイッチでは、上下方向に並ぶ光ファイバ２ａと光ファイバ２ｃとが光結合されるとともに上下方向に並ぶ光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｄとが光結合される状態と、左右方向に並ぶ光ファイバ２ａと光ファイバ２ｄとが光結合されるとともに左右方向に並ぶ光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｃとが光結合される状態との２つの状態を切り替える。

光スイッチは、図１に示すように、合成樹脂製の器体１に、電磁石装置からなるアクチュエータ６と、組になる光ファイバ２ａ〜２ｄ同士を光結合する光路を形成するとともにアクチュエータ６の動作によって光結合される光ファイバ２ａ〜２ｄの組（つまり、光結合状態）を切り替える光路切替装置５とを収納して構成される。

器体１は、板状のベース１１と下面開口のカバー１２とを組み合わせて、前後に長い直方体状の収納部１３の前面における左右方向の中央部から角筒状の導入部１４が前方に突設された形状に形成される。導入部１４の先端部には、上下に長いＵ字状の導入孔１５が左右に２個並んで開放された導入板１６が先端面に沿って設けられており、各光ファイバ２ａ〜２ｄの径と略等しい径の保持孔１７が前方から見て各導入孔１５内に夫々上下に２個ずつ並ぶように貫設された保持板１８が導入板１６の後方に設けられている。ここで、各光ファイバ２ａ〜２ｄが夫々導入孔１５を通って各保持孔１７に挿入されることによって、４本の光ファイバ２ａ〜２ｄはすべて導入部１４の先端部から器体１内に導入される。

光路切替装置５は、正方形状の前面を有する直方体状のレンズ保持基台７と、左上段にレンズ４ａ、右下段にレンズ４ｂ、左下段にレンズ４ｃ、右上段にレンズ４ｄとなるようにレンズ保持基台７の角部に夫々配置されるコリメート用のレンズ４ａ〜４ｄとを導入部１４内に備える。レンズ４ａ〜４ｄは、光軸を互いに略平行に揃えるとともに、図２に示すように、後端部がレンズ保持基台７の背面から後方に夫々突出するようにレンズ保持基台７に埋め込まれることによって一体に保持される。また、レンズ保持基台７の前面には、図３に示すように、各レンズ４ａ〜４ｄの前方に対応する部位に夫々円筒状のフェルール３ａ〜３ｄの後端面が接着される。ここで、レンズ保持基台７は、器体１のベース１１に固定された光学基台１０に固着されることによって、レンズ４ａ〜４ｄの前面を導入孔１５と保持孔１７とフェルール３ａ〜３ｄとを通して夫々前方に露出させるように位置固定される。この構成によれば、フェルール３ａ〜３ｄの前端面から夫々光ファイバ２ａ〜２ｄが挿入されることによって、光ファイバ２ａ〜２ｄは夫々フェルール３ａ〜３ｄに保持されるとともに夫々レンズ４ａ〜４ｄと光結合される。なお、上述したようにレンズ保持基台７を備えることによって、各レンズ４ａ〜４ｄの配置および向きを容易に保持できるのは勿論のこと、器体１を組み立てる前に予めレンズ保持基台７にレンズ４ａ〜４ｄとフェルール３ａ〜３ｄとを結合しておけば、組み立てる際の部品点数が減少し組立作業が容易になる。

さらに、光路切替装置５は、図１に示すように、第１の光結合状態の光路を形成する固定導光部材としての固定プリズム８と、第２の光結合状態の光路を形成する可動導光部材としての可動プリズム９とを器体１の収納部１３内に備える。

固定プリズム８は、図４に示すように、断面形状が直角二等辺三角形の直角部を切除した等脚台形形状である所謂直角ダハプリズムからなる第１のプリズムと第２のプリズムとを連結体８２で連続一体に結合した形に形成してある。つまり、図４（ｂ）において２点鎖線で区切った領域が連結体８２として機能し、連結体８２の両側の領域が夫々第１のプリズムと第２のプリズムとして機能する。ただし、図示例では第１のプリズムと第２のプリズムと連結体８２とを境界なく連続させた形状に形成してある。第１および第２のプリズムは、側方から見て長辺を前方に向けた台形形状になるように配置される。したがって、第１のプリズムと第２のプリズムとは前面に対して４５度傾斜し、後面に向かって互いの距離を小さくする各一対の斜
面８１を持つことになる。この形状によって、第１および第２の各プリズムにおける前面の上端部と下端部との一方に入射される光は、上下の各斜面８１により偏向されて他方から出射される。すなわち、固定プリズム８は、第１および第２の各プリズムにおける前面の上下両端部間を夫々光結合する。また、固定プリズム８は、第１および第２の夫々のプリズムにおける両斜面８１間の距離と、第１および第２のプリズムの互いの距離とが、隣接するレンズ４ａ〜４ｄ間の距離と略等しくなるように形成される。

一方、可動プリズム９は、図５に示すように、固定プリズム８と同様の形状である所謂直角ダハプリズムからなる第１のプリズムと第２のプリズムとを連結体９２で連続一体に結合した形に形成してある。ただし、固定プリズム８は上下両端部に斜面８１を設けていたのに対して、可動プリズム９は左右両端部に斜面９１を設けている。要するに、固定プリズム８が第１および第２の各プリズムにおける前面の上下両端部間を光結合するのに対して、可動プリズム９は第１および第２の各プリズムにおける前面の左右両端部間を光結合する。また、可動プリズム９では、第１および第２のプリズムを連続一体に結合する連結体９２は、左右寸法を第１および第２の各プリズムの断面における台形形状の短辺の長さに略等しく、且つ上下寸法を各レンズ４ａ〜４ｄの背面から夫々出射される平行光の径より大きく形成してある（図５（ｂ）の２点鎖線の間の領域が連結体９２になる）。すなわち、可動プリズム９は、第１および第２のプリズムの互いに対向する両側面と連結体９２の左右方向に対向する側面との間に囲まれた部位に切欠９３を有する。

また、アクチュエータ６は、図１に示すように、レンズ保持基台７が固着された光学基台１０に取り付けられることにより収納部１３の後端部に収納され位置固定されるものであって、図７で示した従来構成のアクチュエータ６と同様の原理によってアマチュア６４を上下方向に移動させる。但し、図示したアクチュエータ６には、従来構成と同じアクチュエータ６ではなく、アマチュア６４が枢支部（図示せず）を中心として回転移動する構成のアクチュエータ６を用いている。ここに、コイル６１（図７参照）への通電を制御するための端子６５はベース１１から下向きに突出する。さらに、アクチュエータ６は、アマチュア６４の上面に基端部が固定され先端部が収納部１３の前端部にまで前方に延設された棒状の取付部材６９を有する。可動プリズム９は、台形形状の上面が取付部材６９の先端部における下面に取着されることによって、上下方向に移動を可能とする。なお、アクチュエータ６は、従来構成と同様の構成のものには限らず、可動プリズム９を上下方向に移動させるものであればよい。

ところで、図１に示すように、固定プリズム８は、背面が光学基台１０に固着されることによって、収納部１１内におけるレンズ保持基台７に対して後方であってすべてのレンズ４ａ〜４ｄの背面から出射される光を前面に受ける位置に固定される。一方、可動プリズム９は、上述したように取付部材６９に取着されることによってレンズ４ａ〜４ｄと固定プリズム８との間の光路を遮らない第１の位置と遮る第２の位置との間で移動可能に収納部１３内に収納される。ここに、可動プリズム９における第２の位置は、可動プリズム９の前面と固定プリズム８の前面とが正面から見て重なる位置であって、第１の位置は、上段のレンズ４ａ、４ｄと固定プリズム８との間の光路を切欠９３を通すことにより遮らないとともに下段のレンズ４ｂ、４ｃと固定プリズム８との間の光路を遮らない位置まで第２の位置から上方に移動した位置である。

ここで、可動プリズム９における第１および第２のプリズムの夫々の上下寸法は、レンズ４ａ〜４ｄと固定プリズム８との間の光路を遮ることができる寸法であればよいので、レンズ４ａ〜４ｄの背面から出射される平行光の径まで小さくすることができる。要するに、可動プリズム９をレンズ４ａ〜４ｄと固定プリズム８との間の光路を遮らない位置と遮る位置との間で移動させるために、切欠９３のない可動プリズム９を採用する場合には可動プリズム９の上下寸法と略等しい移動距離が必要であるのに対して、上述した切欠９３を有する可動プリズム９を採用する場合にはレンズ４ａ〜４ｄの背面から出射される平行光の径程度まで移動距離を小さくすることができる。したがって、可動プリズム９に切欠９３を有することによって器体１の上下寸法を小さくすることができる。また、レンズ保持基台７と固定プリズム８とアクチュエータ６とは、すべて光学基台１０によって位置固定されるので、可動プリズム９と固定プリズム８とレンズ４ａ〜４ｄとの位置関係を上述した位置関係に保つことができ、器体１内への組み込みが従来構成に比べて容易になる。

次に、本実施形態の動作を図６を参照して説明する。可動プリズム９が第１の位置に位置する場合には、図６（ａ）に示すように、可動プリズム９はレンズ４ａ〜４ｄと固定プリズム８との間の光路を遮らないので、レンズ４ａ〜４ｄと固定プリズム８とが光結合される。ここで、上述したように固定プリズム８は前面の上下両端部間を光結合するので、レンズ４ａ〜４ｄは上下方向に並ぶ２個ずつを組にして光結合される。すなわち、光路切替装置５は、上下方向に並ぶ光ファイバ２ａと光ファイバ２ｃとを光結合するとともに上下方向に並ぶ光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｄとを光結合する光路（図６（ａ）に２点鎖線で示す）を形成する。一方、アクチュエータ６のアマチュア６４を移動させることによって可動プリズム９を第２の位置に移動させた場合、図６（ｂ）に示すように、レンズ４ａ〜４ｄと可動プリズム９とが光結合される。ここで、上述したように可動プリズム９は前面の左右両端部間を光結合するので、レンズ４ａ〜４ｄは左右方向に並ぶ２個ずつを組にして光結合される。すなわち、光路切替装置５は、左右方向に並ぶ光ファイバ２ａと光ファイバ２ｄとを光結合するとともに左右方向に並ぶ光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｃとを光結合する光路（図６（ｂ）に２点鎖線で示す）を形成する。

以上説明したように、本実施形態の光スイッチは、器体１内へのすべての光ファイバ２ａ〜２ｄの導入箇所を１箇所に集約できるので、レンズ４ａ〜４ｄの光軸方向における寸法を従来構成に比べて小さくすることができる。また、レンズ４ａ〜４ｄとフェルール３ａ〜３ｄとをすべて一体に結合することも可能となる。

なお、本実施形態では、固定プリズムと可動プリズムとに切欠の有無によって夫々別形状の部材を用いたが、固定プリズムに切欠を有する可動プリズムと同じ形状の部材を用いても同様の作用効果が得られる。また、本実施形態では４本の光ファイバを導入する２×２光スイッチを例示したが、光スイッチに導入する光ファイバの本数については特に制限はない。

本実施形態の構成を示し、（ａ）は上方から見た断面図、（ｂ）は側方から見た断面図、（ｃ）は正面図である。 同上に用いるレンズ保持基台を示し、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。 同上の要部を示す斜視図である。 同上に用いる固定プリズムを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。 同上に用いる可動プリズムを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。 （ａ）は同上の可動プリズムが第１の位置に位置する場合の動作説明図、（ｂ）は同上の固定プリズムが第２の位置に位置する場合の動作説明図である。 従来例を示す分解斜視図である。

符号の説明

２ａ〜２ｄ 光ファイバ
３ａ〜３ｄ フェルール
４ａ〜４ｄ レンズ
６ アクチュエータ
７ レンズ保持基台
８ 固定プリズム
９ 可動プリズム
９３ 切欠
１０ 光学基台

Claims (4)

1. 光ファイバを保持するフェルールと、フェルールに保持された複数本の光ファイバにおける各端面に一端面が夫々光結合されるとともに一つの平面上に仮想的に設定した格子の各格子点上に他端面がすべて同じ向きに揃うように並設されるコリメート用の複数個のレンズと、レンズに対して光ファイバと反対側に配置され組になるレンズの間に光路を形成する固定導光部材と、レンズと固定導光部材との間の光路を遮らない第１の位置と遮る第２の位置との間で移動する可動導光部材と、可動導光部材に結合されるとともに可動導光部材を第１の位置と第２の位置との間で移動させるアクチュエータとを備え、可動導光部材は、第２の位置で固定導光部材とは異なる組のレンズの間に光路を形成することを特徴とする光スイッチ。
2. 前記レンズのすべてを一体に埋め込んだレンズ保持基台が付加されることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
3. 前記第１の位置と前記第２の位置とは前記可動導光部材の移動方向に隣接する前記レンズの間の距離より小さい距離だけ離れ、可動導光部材は、第１の位置においてレンズと前記固定導光部材との間の光路を通す切欠を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光スイッチ。
4. 前記レンズと前記固定導光部材とを一体に結合する光学基台が付加され、前記アクチュエータは光学基台に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の光スイッチ。

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