JP2005172871A - 光スイッチ - Google Patents
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Abstract
【課題】 複数の光路変更素子を容易に高精度に配置し多チヤンネル化するとともに、光路変更素子の発熱を容易にする。
【解決手段】 ベースプレートとガルボプレート7Bは両端の取り付け部7B−aに当接させ、加えてガルバノミラー9に近い部分に形成されている当接部もベースプレートに当接させることで、ガルボプレート7Bからベースプレートへの熱伝導が良くなりガルバノミラー9の、特にドライブ回路、レーザの熱をベースプレートに放熱させる。
【選択図】 図5
【解決手段】 ベースプレートとガルボプレート7Bは両端の取り付け部7B−aに当接させ、加えてガルバノミラー9に近い部分に形成されている当接部もベースプレートに当接させることで、ガルボプレート7Bからベースプレートへの熱伝導が良くなりガルバノミラー9の、特にドライブ回路、レーザの熱をベースプレートに放熱させる。
【選択図】 図5
Description
本発明は、光通信等に用いられる光路を切り替える光スイッチに関する。
従来、この種の光通信等に用いられる光スイッチとしては、1つあるいは複数の入力用光ファイバから出射される光通信用の光を、光路切換素子により複数光路を切り換えて所望の出力用光ファイバに入射させる装置として提供されている(例えば、特開平2001−174724号公報)。
図12は上述した従来の光スイッチを示す構成図である。図13は従来の光スイッチに用いられるマイクロ電子機械システム(MEMS)ミラー列の一例を示す平面図である。
図12において、光スイッチ200は、入力用光ファイバ列212と、入力用レンズ列214と、第1のMEMSミラー列218と、第2のMEMSミラー列222と、出力用レンズ列226と、出力用光ファイバ列228とから構成されている。ここで、入力用光ファイバ列112及び出力用光ファイバ列128は、説明を容易にするため、それぞれ4本の入力用光ファイバ列212a〜212d及び出力用レンズ228a〜228dで示してある。
図13において、第1のMEMSミラー列218または第2のMEMSミラー列222を構成するミラー列410は、スプリング414に搭載された傾斜ミラー412がアレイ状にベース416上に配置されてなる。また、前記各傾斜ミラー412は、図示しない各電極によりそれぞれ制御されるようになっている。
このようなミラー列410を有する第1のMEMSミラー列418または第2のMEMSミラー列422を備えた前記光スイッチ200の作用を簡単に説明する。
上記光スイッチ200には、複数の入力用光ファイバ列212を介して光学信号208が受光される。入力用光ファイバ列212は、コリメートレンズとしての入力用レンズ列214に光学信号208を送る。入力用レンズ列214は、光学信号208からペンシルビーム216aないし216dを生成する。ペンシルビーム216aないし216dは入力用光ファイバ列212a〜212dで搬送された信号から生成される。
第1のMEMSミラー列218は、ビーム216を受光する。第1のMEMSミラー列218は、各ミラー素子の傾斜角に応じて反射し、第2のMEMSミラー列222内の特定のミラー素子に選択的に向けられる。例えば、ペンシルビーム216aは、反射ビーム220aから反射ビーム220a’までを生成する。同様に、例えばペンシルビーム216dは、反射ビーム220dから反射ビーム220d’までを反射する。これらのビームは第2のMEMSミラー列222のミラー素子によって受光し、それをビーム224として出力用レンズ列226に向ける。出力用光ファイバ列228は、出力用レンズ列226により集光された光を受光し、光学信号229として伝送する。
光スイッチ200は各出力ファイバを出力ミラー列内のミラーに1対1でマッピングされている。これはシングルモードファイバが必要であるが、その理由は、パワー損失を低く押さえるために入力ビームと出力ビームが光ファイバの軸と同軸で整合するのに必要な開口数が小さいためである。
上述したように、光スイッチ200は、複数の入力用光ファイバ列212から光学信号を受光する入力用レンズ列214を有する。このレンズ列は複数のレンズ素子から構成され、各レンズ素子は、光学信号をMEMSミラー列218、222に向ける。即ち、集光する。このMEMSミラ一列は、複数のミラー素子を有し、各素子は制御信号を所望のミラー素子に加えることにより一つあるいは複数の回転軸の周囲で傾斜する。
かくして、光学信号は様々なパスに沿って様々な出力用光ファイバ列228に向けることができる。MEMSミラー列218、222は図13に示すように半導体プロセスによって手面状に2次元配列された複数の可動ミラーが一体的に製造されている。
特開2001−174724号公報
特開2001−174724号公報に示された2次元配列された可動ミラーをミラ一列として一体的に製造することは、歩留まりが問題となる。
例えば8×8配列のミラーの場合には1つのミラーの歩留まりが99%としても、ミラー列の歩留まりは53%(0.9964=0.53)にもなってしまう。
従って可動ミラーの様な光路選択素子は個々に製造し、これを組み合わせることが歩留まり上は良い。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の光路変更素子を容易に高精度に配置し多チヤンネル化するとともに、光路変更素子の発熱を容易にすることのできる光スイッチを提供することを目的としている。
本発明の光スイッチは、少なくとも第1のプレートと第2のプレートと、前記第1のプレートと前記第2のプレートに取り付けられる複数の光路選択素子とを備え、前記第1のプレートは、第1の側に設けられた第1の取り付け面と第1の当接面を有し、前記第2のプレートは、第2の側に設けられた第2の取り付け面と第2の当接面を有し、前記第1のプレートと前記第2のプレートは、前記第1の取り付け面と前記第2の取り付け面を当接させて固定すると共に、前記第1の当接面と前記第2の当接面が当接するように構成される。
本発明によれば、複数の光路変更素子を容易に高精度に配置し多チヤンネル化するとともに、光路変更素子の発熱を容易にすることのできるという効果がある。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。
図1ないし図11は本発明の実施例1に係わり、図1は光スイッチの外観を示す外観図、図2は図1のガルボプレートのプレート上面を示す図、図3は図1のガルボプレートのプレート底面を示す図、図4は図1の光スイッチを上面から見た上面図、図5は図1の光スイッチの分解展開図、図6は図4のA−A線断面を示す断面図、図7は図4のB−B線断面を示す断面図、図8は図1の光スイッチの光路を説明する説明図、図9は図1のガルバノミラーの外観を示す外観図、図10は図9のガルバノミラーの分解展開図、図11は図10の光偏向器の分解展開図である。
4つのガルボプレート7A,7B,8A,8Bにそれぞれ光路選択素子である16個のガルバノミラー9を固定し、この4つのガルボプレート7A,7B,8A,8Bを上下2段、略ハの字配置として入力32チヤンネル、出力32チヤンネルの光スイッチ1を構成した例を図1に示す。図1では、ガルボプレート8A,8B上に固定してある32個のガルバノミラーを省略する。
以下、図1ないし図11を参照して、光スイッチ1の詳細な構成を説明する。
図2及び図3に示すように、ガルボプレート7Aは両端下側に取り付け面7A−aが設けられて、両端上面にも取り付け面7A−bが設けられている。その両端の取り付け面7A−aの間には12個の当接部7A−cが設けられ、両端の取り付け面7A−bの間にも同様の12個の当接部7A−dが設けられている。取り両端の取り付け面7A−aと12個の当接部7A−cの下面は同一平面を構成している。また、取り両端の取り付け面7A−bと12個の当接部7A−dの上面は同一平面を構成している。
なお、4つのガルボプレート7A,7B,8A,8Bは同一形状であるので、ガルボプレート8A,8Bの説明は省略する。
図4ないし図7に示すように、4つのガルポプレート7A,7B,8A,8Bにそれぞれ光路選択素子である16個のガルバノミラー9のうち、4つのガルバノミラー9Aを除いた12個のガルバノミラー9Bがその前後を2本のビス18、18で固定されている(図7参照)。ガルバノミラー9Aはそのハウジング113の前後に開けられた穴を用いて前側(ミラー14の側)はビス18にてガルボプレート7Aに固定されている。後ろ側はビス18にて固定されておらず後でベースプレート2に固定する際に固定される(図6参照)。
ガルバノミラー9はミラー14を有している。ミラー14はその反射面に平行な互いに直行する2軸であるX軸、Y軸の回りに傾き可能に構成されている。ガルバノミラー9の細部構成については、後述する。
次に、ガルバノミラー9がそれぞれ16個固定された4つのガルボプレート7A,7B,8A,8Bをベースプレート2に固定する。
ベースプレート2の取り付け部2aには2本の位置決めピン15が圧入され、そこにガルボプレート7Bの両端の孔を嵌合挿入させ、ガルボプレート7Bの両端下面の取り付け面7B−aを取り付け部2aに当接させて組み付けられる。
次に、4本のスタッド17をビス18にて固定されていなかったガルバノミラー9Bの後ろ側の孔113bを介してベースプレート2に設けられた4つのポスト2bに開けられたビス孔2cに取り付けることにより4つのガルバノミラー9Bをガルボプレート7Bに固定すると共に、ガルボブレート7Bをベースプレート2に固定する。このときにガルボプレート7Bの下側に設けられた当接部7B−cの下面も取り付け部2aに当接する。
次に、ガルボプレート7Aをガルボプレート7Bの上に組み付ける。ガルボプレート7Bの両端上面の取り付け面7B−b上にはガルボプレート7Aの両端下側の取り付け面7A−aを当接させる。このとき同時に当接部7A−cの下面は当接部7B−dの上面に当接する。また、ガルボプレート7Aも位置決めピン15に嵌合位置決めされて組み付けられる。その後で、2本のビス16でガルボプレート7A,7Bを同時にべ−スプレート2に固定する。
この後、4本のビス19をビス18にて固定されていなかった4つのガルバノミラー9Aの後ろ側の孔113bおよびガルボプレート7Aの孔を介して4つのスタッド17の上側に形成されたビス孔17aに取り付けることにより4つのガルバノミラー9Bをガルボプレート7Aに固定すると共に、ガルボプレート7Aをベースプレート2に固定する。この時スタッド17の上端はガルボプレートAの裏面にはわずかの隙間を有しており接していない。
上述したように、ベースプレート2に16個のガルバノミラー9を固定したガルボプレート7A,7Bを2段重ねにして固定する。同様にしてベースプレート2に16個のガルバノミラー9を固定したガルボプレート8A,8Bを2段重ねにして固定する。
ベースプレート2に固定されたコリメートプレート3Aには上下にそれぞれ16個のコリメートレンズ6と入力用の光ファイバー4の端面が固定している。これにより入力用の光ファイバー4から出射した光はそれぞれコリメートレンズ6により平行光とされそれそれ対向するガルバノミラー9のミラー14に向かう。
コリメートプレート3Bには上下にそれぞれ16個のコリメートレンズ6と出力用の光ファイバー5の端面が固定してある。これによりガルバノミラー9のミラー14から反射した光はコリメートレンズ6に入射し、集光されて出力用の光ファイバー5に入射し伝搬していく。
図8を元に光スイッチ1の光路の説明をする。ここでは、1つの光路について説明する。
入射用の光ファイバ4−17から出射した光をコリメートレンズ6−17で平行光にしてその入射光20を対応するミラー1 4−17 に入射させる。このミラー1 4−17での反射光20を対応するミラー14−49に入射させその反射光20をコリメートレンズ6−49に入射させて出射用の光ファイバー5−17に入射させて光ファイバー5−17を伝搬させていく。
光ファイバ4−17から出射した光を光ファイバー5−2に切り替えて出力する場合を説明する。入射用の光ファイバ4−17から出射した光をコリメートレンズ6−17で平行光にしてその入射光20を対応するミラー14−17に入射させる。この時ミラー14−17を垂直方向であるY軸の回りにα1回転させて反射光を水平面内に回転させ、さらに水平軸の回りにβ1だけ回転させて反射光をさらに垂直方向に回転させ、これによりミラー14−17の反射光20‘はミラー14−64に向かわずミラー14−34に切り替える事ができる。さらにミラー14−34もY軸回りにα2,X軸回りにβ2だけ回転させてその反射光20’をコリメートレンズ6−34に入射させて出射用の光ファイバー5−2に入射させて光ファイバー5−2を伝搬させていく。
この様にして入力側の32本の光ファイバー4から入射した光を出力側の任意の32本の光ファイバー5を選択して切り替えることができる。この様にして光スイッチ1を構成する。
ガルバノミラー9について、図9ないし図11を参照して説明する。
本実施例のガルバノミラー9は、ミラー14を有する光偏向器111、FPC112、ハウジング113、半導体レーザ114、偏光ビームスプリッタ(PBS)115、1/4波長板116、集光レンズ117、半導体位置検出器(PSD)118、スベーサ119を有している。
偏光器111は、可動部であるコイルホルダ121と固定部であるマグネットホルダ122とを有している。コイルホルダ121およびマグネットホルダ122は、4本のバネ123を、それらの可前部側端部をコイルホルダ121に、固定部側端部をマグネットホルダ122にインサート成形して両端を保持する。
4本のバネ123は、その両端をコイルホルダ121とマグネットホルダ122に固定され、マグネットホルダ122に対してコイルホルダ121を回転軸XとY軸の回りに傾き可能に支持する。
ミラー14は、コイルホルダ121の表面側中央部の取付部121aに外周部を位置決めして周囲を接着して取り付ける。ミラー14の表側の反射面14aには、光通信用の光の波長、例えば波長1.3μm〜1.6μmの光に対して反射率が高い金または誘電多層膜をコーティングする。
コイルホルダ121の裏面側中央部にはミラー14の傾きセンサを構成するためのミラー125を、その周囲を位置決めして接着固定する。
第1コイル127および第2コイル128は、コイルホルダ121の表面側および裏面側において、ミラー14およびミラー125をそれぞれ取り囲むように、位置決めしてコイルホルダ121に接着固定する。
2枚のミラー14,125間の空間部分には、例えば厚さ0.1mmのステンレス板を屈曲形成した第1の支持部材としてのアーム129の中央部を位置させ、このアーム129の両端部129aがミラー125の外周部を取り囲むように配設してマグネットホルダ122に接着固定する。アーム129の中央部には、ミラー14の裏面と例えば0.2mmの隙間をあけて位置するように、中央に穴を有する円錐状の突起129bを形成し、この突起129bとミラー14との間に、シリコーンゴム等のダンピング剤を注入硬化し、図示しないピボットを形成する。
マグネットホルダ122には、第1コイル127用の2つのマグネット132と第2コイル128用の2つのマグネット135とを、それぞれ背面にヨーク133,134を接着して取り付ける。
この光偏向器111は、ハウジング113の取り付け面113aに形成した2つの穴に敏合させて位置決めして接着固定する。
ハウジング113には、ミラー125の傾き角からミラー14の傾き角を検出するために、半導体レーザ114、PBS 115、1/4波長板116、集光レンズ117およびPSD118を取り付ける。半導体レーザ114は、ハウジング113の開ロ部113 bに装着し、PBS115はその一面をハウジング113の台座に接着し、1/4波長板116はPBS115に接合し、集光レンズ117はハウジング113の光偏向器111の取り付け面113aに形成した開口部113cに取り付け、PSD118はハウジング113に接着する。
PSD118は、その受光部118aに投射された光の2方向の光量中心位置を電流で出力する2次元位置センサで、例えば浜松ホトニクス(株)のS5990−01、S7848−01等を用いる。
FPC112には、PSD118の出力電流を電圧に変換する回路を搭載すると共に、第1コイル127及び第2コイル128のドライブ回路151を搭載する。なお、ドライブ回路151は、ハウジング113のPBS115の上部に固定されたアルミ製のスベーサ119にその表面を当接して固定し、これによりスペーサ119とハウジング113とをドライブ回路の放熱部材としても作用させる。
かかる構成のガルバノミラー9において、4本のバネ123のうちの2本を介して第1コイル127に電流を流すと、マグネット132から受ける磁界により可動部には回転軸Yの回りのトルクが発生し、4本のバネ123がたわみ変形を受けて、可動部は回転軸Yの回りに傾くことになる。
また、4本のバネ123の他の2本を介して第2コイル128に電流を流すと、マグネット135から受ける磁界により可動部には回転軸Xの回りのトルクが発生し、4本のバネ123がたわみ変形を受けて、可動部は回転軸Xの回りに傾くことになる。
一方、半導体レーザ114からの光はP偏光でPBS115に入射し、その偏光面115aを透過して1/4波長板116および集光レンズ117を経てミラー125の裏面(反射面)125aに入射する。このミラー125で反射した光は、集光レンズ117および1/4波長板116を経てPBS115に入射する。
ここで、ミラー125で反射されてPBS115に入射する光は、往路および復路で1/4波長板116を合計2回通ることにより、その偏光面は90度回転してS偏光となるので、PBS 115の偏光面115aで反射されてPSD118の受光面118aに入射する。
このPSD118の受光面118aに入射する光は、第1コイル127に電流を流してミラー14つまりミラー125を回転軸yの回りに傾けると、受光面118a上で横方向に移動し、第2コイル128に電流を流してミラー14を回転軸xの回りに傾けると、受光面118a上で上下方向に移動するので、PSD118の出力に基づいてミラー14の2方向の傾きを検出することができる。
上記のようにガルバノミラー9を構成したので、ミラー14を2軸の回りに傾き可能に支持、駆動できると共に、ミラー14の2軸回りの傾きセンサーを有する。このようなミラー14の支持駆動機構と、傾きセンサーを用いて、ミラー14を傾けて光ファイバー4からの光の反射の向きを変更、コントロールすることにより前述したように出力用の光ファイバーを切り替えることができる。
上記のように構成したので下記の効果を有する。
ベースプレート2とガルボプレート7Bは両端の取り付け部7B−aに当接させ、加えてガルバノミラー9に近い部分に形成されている当接部7B−cもベースプレート2に当接させたため、ガルボプレート7Bからベースプレート2への熱伝導が良くなりガルバノミラー9の、特にドライブ回路151、レーザ114の熱をベースプレート2に放熱させることができる。また、当接部7B−cを16個のガルバノミラー9に近い部分にそれぞれ設けたのでそれそれのガルバノミラー9の放熱特性を良くでき、レーザ114の温度上昇を抑えることができる。
上下に重ねたガルボプレート7A,7Bを両端の取り付け面以外にもこの間でそれぞれのガルバノミラー9に近接させて配置した互いに向かい合う当接部7B−dと8A−cを当接させたため、上側のガルボプレート7Aのガルバノミラー9で生じた熱を両端の取り付け面7A−aと7B−b以外にも当接部7B−dと8A−cを通じてもガルボプレート7Bを介してベースプレート2に放熱することができる。
また、ガルボプレート7Aをベースプレート2に固定する際にスタッド17の上端はガルボプレートAの裏面にはわずかの隙間を有しており接していないため、スタッド17の高さ位置の誤差によりガルボプレートを変形させることがない。
ガルボプレートAの取り両端の取り付け面7A−aと12個の当接部7A−cの下面は同一平面を構成し、また、取り両端の取り付け面7A−bと12個の当接部7A−dの上面もは同一平面を構成しているため、取り付け面7A−aと12個の当接部7A−c及び、取り付け面7A−bと12個の当接部7A−dの上面を加工する場合にそれぞれ平面度良く加工することができる。このため、ガルボプレートBとベースプレート2との接触具合、ガルボプレートAとBの接触具合を非常に良くでき、これらの間の熱伝導を良くできる。
1枚のガルボプレートに複数のガルバノミラーを配置し、このガルバノミラーを複数用いて光スイッチを構成したので1個毎に製造されるガルバノミラーを容易に集合でき、多チヤンネルの光スイッチを容易に構成できる。
ガルボプレート7Bとベースプレート2との接触具合、ガルボプレート7Aと7Bのそれぞれの当接部の間にはシリコーン等の導電性の良い導電部材を介在させるとよりよい放熱特製が得られる。
上記の実施例としては光路変更素子として傾き可能に構成したミラーとしたが、ミラー以外にもレンズ、プリズム等他の光学素子でも良い。またガルバノミラーの構成は他でも良い。
ガルボプレートを上下2段としたがそれ以外でも良い。また、駆動方式はコイルとマグネツトを用いたが、静電駆動、圧電素子等でも良く、支持もシリコンのバネではなく、金属のバネ、リンク等何でも良い。
本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
1…光スイッチ
2…ベースプレート
2a…取り付け部
3A,3B…コリメートプレート
4…入力用の光ファイバー
5…出力用の光ファイバー
6…コリメートレンズ
7A,7B,8A,8B…ガルボプレート
7A−a,7A−b…取り付け面
7A−c,7A−d…当接部
9,9A,9B…ガルバノミラー
14…ミラー
代理人 弁理士 伊藤 進
2…ベースプレート
2a…取り付け部
3A,3B…コリメートプレート
4…入力用の光ファイバー
5…出力用の光ファイバー
6…コリメートレンズ
7A,7B,8A,8B…ガルボプレート
7A−a,7A−b…取り付け面
7A−c,7A−d…当接部
9,9A,9B…ガルバノミラー
14…ミラー
代理人 弁理士 伊藤 進
Claims (6)
- 少なくとも第1のプレートと第2のプレートと、
前記第1のプレートと前記第2のプレートに取り付けられる複数の光路選択素子と
を備え、
前記第1のプレートは、第1の側に設けられた第1の取り付け面と第1の当接面を有し、
前記第2のプレートは、第2の側に設けられた第2の取り付け面と第2の当接面を有し、
前記第1のプレートと前記第2のプレートは、前記第1の取り付け面と前記第2の取り付け面を当接させて固定すると共に、前記第1の当接面と前記第2の当接面が当接する
ことを特徴とする光スイッチ。 - 前記第1の取り付け面と前記第1の当接面とは同一平面上にあり、前記第2の取り付け面と前記第2当接面とは同一平面上にある
ことを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ。 - 前記第1の取り付け面は前記第1のプレートの両端に配置されると共に、前記第1の当接面は前記両端に配置された前記第1の取り付け面の間に配置される
ことを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ。 - 前記第1のプレートと第2のプレートの間を連結する連結部材が配置され、前記連結部材の一端は前記第1のプレートに取り付けられると共に、前記連結部材の先端は前記第2のプレートと間隔を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ。 - 前記連結部材は、前記光路選択素子の前記第1のプレートヘの固定部材である
ことを特徴とする請求項4に記載の光スイッチ。 - 前記光路選択素子はガルバノミラーである
ことを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003408334A JP2005172871A (ja) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | 光スイッチ |
US11/002,165 US20050123235A1 (en) | 2003-12-05 | 2004-12-01 | Optical switch allowing multi-channelization in which plural optical path changing elements are arranged with ease and high-accuracy, and facilitating heating of optical path changing elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003408334A JP2005172871A (ja) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | 光スイッチ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005172871A true JP2005172871A (ja) | 2005-06-30 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003408334A Withdrawn JP2005172871A (ja) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | 光スイッチ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050123235A1 (ja) |
JP (1) | JP2005172871A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106501901A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-03-15 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | 一种n×n通道的mems光开关模块 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6813406B2 (en) * | 2001-06-14 | 2004-11-02 | Lightbay Networks Corporation | Photonic switching apparatus for optical communication network |
-
2003
- 2003-12-05 JP JP2003408334A patent/JP2005172871A/ja not_active Withdrawn
-
2004
- 2004-12-01 US US11/002,165 patent/US20050123235A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20050123235A1 (en) | 2005-06-09 |
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