JP2007010859A - 光通信用光導波路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板面外方向に光信号を伝送可能な任意形状の光通信用フレキシブル光導波路基板を提案すること。
【解決手段】 フレキシブル光導波路基板１は、コアシート２の表面２ａに表面側接着剤層３（クラッド層）を介して表面保護シート４が積層され、裏面２ｂに裏面側接着剤層５（クラッド層）を介して裏面保護シート６が積層され、コアシート表面２ａに一定の間隔で形成したＶ溝７の間が光導波路９として機能する。光導波路９を幅方向に遮断する直角三角形断面の遮断溝１１、１２が形成され、その一対の傾斜面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが反射面として機能して、光導波路９に沿って伝送される光信号を直角に立ち上げて先端面１３ａ、１４ａから外部に伝送し、外部から先端面１３ａ、１４ａを介して入射する光信号を反射面で折り曲げて光導波路９に沿って伝送可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバが配列された構成の光ファイバケーブルの代わりに用いることのできる光通信用光導波路基板に関するものである。

従来においては、光通信用ケーブルとしては、多数本の光ファイバ芯線が横一列に配列された構成の光ファイバテープが一般に用いられている。特許文献１にはこのような光ファイバテープが開示されている。
特開２００４−４６２０４

ここで、電気回路基板あるいは電子回路と同様に、光通信用の回路においても、回路基板上に任意の回路パターンを積層したい場合がある。また、回路基板間を任意の回路パターンで接続したい場合がある。電子回路などにおいては、任意のパターンで配線が形成されたフレキシブルプリント基板が用いられているが、これに対応する通信用の配線手段が提案されていないのが現状である。

本発明の課題は、この点に鑑みて、任意の光通信用の配線パターン、すなわち光導波路パターンを形成可能な光通信用光導波路基板を提案することにある。

本発明による光通信用光導波路基板は、
所定厚さの透明なコアシートと、
前記コアシートの表面に形成された所定深さの少なくとも２本の溝と、
前記溝を充填する状態で前記コアシートの表面に形成した表面側クラッド層と、
前記コアシートの裏面に形成した裏面側クラッド層とを有し、
隣接する前記溝の間に形成された前記コアシートの区画部分が光導波路となっており、
前記光導波路の途中位置には、前記コアシートの表面および／または裏面から所定の傾斜角度で立ち上がっている光路立ち上げ用の反射面が形成されており、
前記表面側クラッド層および／または前記裏面側クラッド層には、前記反射面で立ち上げられた光、あるいは当該光と同一経路で外部から前記反射面に向かう光を通すための光通過部が形成されていることを特徴としている。

ここで、前記光導波路に沿って伝送される光を直角に立ち上げるためには、前記反射面を４５度傾斜した傾斜面とすればよい。

また、反射面は、前記コアシートの表面および／または裏面から前記光導波路を遮断する状態に遮断溝を形成し、当該遮断溝の内周側面に反射特性を付与することにより形成することができる。

この場合、前記遮断溝を前記光導波路の幅方向に延びるＶ溝とし、当該Ｖ溝の一対の傾斜面を前記反射面とすることができる。

次に、本発明では、前記コアシートには、一方の面に前記遮断溝が形成され、他方の面における前記遮断溝に対応する部位に突出部が形成されており、前記突出部の先端面が、前記反射面で立ち上げられた光の出射面あるいは前記反射面に向かう光の入射面となっていることを特徴としている。

本発明において、光導波路を形成するための前記溝の深さは、前記コアシートの厚さの0.5以上ないし1.0未満の寸法であることを特徴としている。また、前記溝はＶ溝であることを特徴としている。さらに、前記溝は一定間隔で平行に配列されていることを特徴としている。

なお、光導波路は分岐した状態に形成することも可能である。

一方、コアシートを保護するために、前記表面クラッド層を覆っている所定厚さの表面保護シートと、前記裏面側クラッド層を覆っている所定厚さの裏面保護シートとを有していることが望ましい。この場合、前記表面側クラッド層を、前記コアシートと前記表面保護シートを接着接合している表面側接着剤層として形成し、前記裏面側クラッド層を、前記コアシートと前記裏面保護シートを接着接合している裏面側接着剤層として形成すれば、クラッド層および接着剤層を別個に形成する必要がない。したがって、製造が容易になる。

次に、本発明の光通信用光導波路基板は、
クラッド層を挟み積層した少なくとも２枚の上側コアシートおよび下側コアシートからなる積層体と、
前記上側コアシートの表面に積層した表面側クラッド層と、
前記下側コアシートの裏面に積層した裏面側クラッド層とを有し、
前記上側コアシートおよび前記下側コアシートは請求項５に記載のコアシートであり、
前記上側コアシートに形成されている前記遮断溝と、前記下側コアシートに形成されている前記突出部とは相補的な形状をしており、当該遮断溝に下側から前記突出部が嵌め込まれた状態で前記上側および下側コアシートが積層されており、
前記上側コアシートの前記突出部の先端面が、双方の前記反射面で立ち上げられた光の出射面あるいは双方の前記反射面に向かう光の入射面となっていることを特徴としている。

上記構成の本発明による光通信用光導波路基板と、導電パターンが形成された回路基板とを積層することにより、複合回路基板を構成することができる。

また、上記構成の光通信用光導波路基板を用いてプラスチック成形品をインサート成形すれば、光通信用光導波路基板が表面あるいは内部に一体化されたプラスチック成形品を得ることができる。

本発明の光通信用光導波路基板では、透明なプラスチック製などのコアシートが溝で仕切られ、これらの溝の間に形成された区画部分の表面および裏面がクラッド層で覆われており、当該区画部分は、その一端から入射した光を他端に導く光導波路として機能する。よって、光ファイバを用いることなく光通信用の配線パターンを形成できる。また、レーザー加工などによって、溝を任意のパターンで形成することにより、任意のパターンの光導波路を自由に形成することができる。

さらに、光導波路には、これを遮る状態に反射面が形成されており、光導波路に沿って伝わる光信号は、当該反射面で反射されて基板面とは異なる方向に立ち上げられて射出し、あるいは、基板外側から反射面に入射した光が光導波路に沿って案内される。よって、多層に配置した光通信用の配線パターンの間で光を送受することができる。また、光通信用光導波路基板と、これに積層した電気配線用の回路基板との間で、光信号を送受することができる。

したがって、本発明の光通信用光導波路基板は、電気、電子回路におけるフレキシブル配線基板と同様に用いることができ、また、電気・電子回路と光学回路の間の通信を行うために用いるのに適している。

以下に、図面を参照して、本発明の各実施の形態を説明する。

(実施の形態１)
図１(ａ)および(ｂ)は、本発明を適用した光通信用のフレキシブル光導波路基板を備えた複合基板を示す断面図、およびフレキシブル光導波路基板を示す斜視図である。図２(ａ)は図１のフレキシブル光導波路基板の内部構造を示す斜視図であり、図２(ｂ)および(ｃ)は、その部分断面図である。

複合基板１は、フレキシブル光導波路基板１０と、この表面に積層した電気回路基板５０とを備えている。電気回路基板５０は、ＬＥＤなどからなる発光部５１と、ホトダイオードなどからなる受光部５２とを備えており、発光部５１から射出される光信号が、フレキシブル光導波路基板１０を介して伝送されて、受光部５２において受信されるようになっている。

フレキシブル光導波路基板１０は、所定形状をした一定厚さのコアシート２と、コアシート２の表面２ａに表面側クラッド層として機能する表面側接着剤層３を介して積層接着された表面保護シート４と、コアシート２の裏面２ｂに裏面側クラッド層として機能する裏面側接着剤層５を介して積層接着された裏面保護シート６とを備えている。

コアシート２の表面２ａには、一定の間隔で平行に延びる２本のＶ溝７が形成されており、各Ｖ溝７には表面側接着剤層３が充填されている。各Ｖ溝７の両端７ａ、７ｂはそれぞれ基板端面１０Ａ、１０Ｂに露出している。これらのＶ溝７の間に形成されたコアシート２の区画部分８は、それぞれ、表面側クラッド層３および裏面側クラッド層５によって囲まれ、光導波路９として機能する。

光導波路９の長さ方向の両側近傍の位置には、コアシート２の裏面２ｂから当該光導波路９を幅方向に遮断する状態に直角三角形断面の遮断溝１１、１２がそれぞれ形成されている。これらの遮断溝１１、１２に対峙するコアシート２の表面２ａの部位には台形上に突出した突出部１３、１４が形成されている。遮断溝１１、１２を規定している傾斜側面は、それぞれ、光導波路９の方向(光の伝送方向)に対して４５度傾斜しており、当該遮断溝１１、１２には裏面側クラッド層として機能する裏面側接着剤層５が充填されている。したがって、各遮断溝１１、１２の傾斜側面は、それぞれ、光を直角に立ち上げる反射面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂとして機能する。反射面を形成するためには、アルミニウム、銀、金などの金属薄膜をコーティングしてもよい。

台形状の各突出部１３、１４は、表面側接着剤層３および表面側保護シート４に形成した光通過部としての開口部３ａ、４ａを貫通している。そして、各突出部１３、１４の先端面１３ａ、１４ａは、表面側保護シート４と面一の状態で、当該シート表面から露出している。これらの上端面１３ａ、１４ａは光の入射面および出射面として機能する。

本例では、一方の上端面１３ａに電気回路基板５０に搭載されている発光部５１の発光面が対峙しており、他方の上端面１３ｂには受光部５２の受光面が対峙している。発光部５１の発光面から射出される光信号Ｌは複合基板１の厚さ方向に進み、反射面１１ａ、１１ｂに入射する。一方の反射面１１ａで反射した光信号成分Ｌａは光導波路９に沿って伝送され、フレキシブル光導波路基板１０の端面１０Ａから射出して、不図示の光学回路などに伝送される。他方の反射面１１ｂで反射された光信号成分Ｌｂは、光導波路９に沿って反射面１２ａの側に伝送され、当該反射面１２ａに入射する。ここに入射した光信号成分Ｌａは垂直に立ち上げられて、上端面１４ａから出射して受光部５２の受光面で受光される。このようにして、双方の基板１０、５０の間で光信号の送受が行われる。

本例では、コアシート２として厚さが50μの透明なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレー
ト）シート、表面保護シート４として厚さ125μの半透明なＰＥＴシート、裏面保護シート６として厚さ75μの白色ＰＥＴシートを用いている。また、表面側接着剤層３および裏面側接着剤層５として、紫外線硬化型レジンを用いている。さらに、Ｖ溝７は１mmピッチで形成されており、両側の傾斜面のなす角度が約60度であり、その深さは実質的にコアシート２の厚さと同一である。遮断溝１１、１２の深さは実質的にコアシート２の厚さと同一であり、したがって、溝幅はコアシート厚さのほぼ２倍である。また、突出部１３、１４の高さは、略、表面側接着剤層３および表面側保護シート４の厚さの合計値となっている。

Ｖ溝７はコアシート２の表面２ａからロータリダイなどの刃先を押し付けることにより形成される。また、Ｖ溝７をレーザー加工によって形成すれば、任意の深さのＶ溝７を任意のパターンで精度良く形成できる。遮断溝１１、１２および突出部１３、１４は、コアシート２の成形時に一体的に形成することができる。あるいは、コアシート２の成形後に、裏面側からプレス成形することもできる。

本例の光通信用のフレキシブル光導波路基板１０は、高価な光ファイバを用いることなく、廉価に製造できる。また、透明なコアシート２に表面側からＶ溝７を形成し、当該コアシート２の表面にＶ溝７を充填する状態でクラッド層として機能する表面側接着剤層３を形成し、裏面側にもクラッド層として機能する裏面側接着剤層５を形成することにより、光導波路９を形成している。したがって、光ファイバを平面方向に等ピッチで接着固定した構成の光ファイバテープとは異なり、任意のパターンで光導波路を形成できる。よって、電気、電子回路基板に用いられているフレキシブルプリント配線基板と同様に用いて、光学回路を接続することができ、極めて便利である。

なお、図３(ａ)に示すように、Ｖ溝７の深さとしては、コアシート素材２０の厚さ(透
明ペットシートの厚さ)の0.5以上ないし1.0未満の寸法とすることができる。本例のよう
に裏面保護シート６が積層されている場合には、図３(ｂ)に示すように、コアシート素材２０を完全に切断する深さのＶ溝を形成することができる。例えば、下側の裏面保護シート６に達する深さのＶ溝とすることができる。次に、隣接するＶ溝７の中心間の寸法Ｃは、Ｖ溝７の開口部幅の１／２(＝Ｅ)を超える値(Ｃ＞Ｅ)とすればよい。

(多層光導波路基板の例)
図４は、本発明を適用した３層構造の光導波路基板を示す説明図である。本例の光導波路基板２００は、クラッド層として接着剤層２０１、２０２を挟み積層した３枚のコアシート２０３〜２０５からなる積層体２１０と、上側コアシート２０３の表面２０３ａに積層した表面側クラッド層２１１と、下側コアシート２０５の裏面２０５ｂに積層した裏面側クラッド層２１２とを備えている。また、表面側クラッド層２１１は表面側保護シート２１３によって覆われており、裏面側クラッド装置２１２も裏面側保護シート２１４によって覆われている。表面側クラッド層２１１および裏面側クラッド層２１２には接着剤層が用いられている。

上側コアシート２０３、中間コアシート２０４および下側コアシート２０５は、前述のコアシート２と同様に構成されており、それぞれ、Ｖ溝の間に形成した区画部分が光導波路２１７、２２７、２３７として機能する。また、各光導波路２１７、２２７、２３７には、遮断溝２１８、２２８、２３８および突出部２１９、２２９、２３９が形成されている。最も下の遮断溝２３８には接着剤が充填されており、これらの溝を規定している各一対の傾斜面が反射面２１８ａ、２１８ｂ、２２８ａ、２２８ｂ、２３８ａ、２３８ｂとして機能する。

ここで、下側コアシート２０５の遮断溝２３８は直角三角形断面であり、突出部２３９は台形形状となっている。中間コアシート２０４に形成されている遮断溝２２８は台形断面の溝であり、下側の突出部２３９と相補的な形状をしており、当該突出部２３９が下側から嵌め込まれた状態で、コアシート２０５、２０４が積層され、突出部２３９の先端面が遮断溝２２８の底面に密着している。

同様に、上側コアシート２０３に形成されている遮断溝２１８は台形形状の溝であり、下側の中間コアシート２０４の突出部２２９と相補的な形状をしており、当該突出部２２９が下側から嵌め込まれた状態で、コアシート２０３および２０４が積層され、突出部２２９の先端面が遮断溝２１８の底面に密着している。

上側コアシート２０３の突出部２１９は、表面側クラッド層２１１および表面側保護シート２１３に形成されている光通過部としての開口部２１１ａ、２１３ａを貫通しており、その先端面２１９ａは、表面側保護シート２１３と面一の状態で当該表面から露出している。例えば、この先端面２１９ａには、電気回路基板５０に搭載されている発光部５１から射出される平行光が光信号Ｌとして入射する。

ここで、反射面２３８ａ、２３８ｂの内側にオフセットした位置に上側の反射面２２８ａ、２２８ｂが配置され、これらの反射面２２８ａ、２２８ｂの内側にオフセットした位置に上側の反射面２１８ａ、２１８ｂが配置されている。したがって、光信号Ｌにおける両側の光信号成分Ｌ１は、上側コアシート２０３の一対の反射面２１８ａ、２１８ｂを照射し、ここで直角に折り曲げられて光導波路２１７に沿って伝送される。光信号成分Ｌ１よりも内側の光信号成分Ｌ２は中間コアシート２０４の一対の反射面２２８ａ、２２８ｂを照射し、ここで直角に折り曲げられて光導波路２２７に沿って伝送される。最も内側の光信号成分Ｌ３は、下側コアシート２０５の一対の反射面２３８ａ、２３８ｂを照射し、ここで直角に折り曲げられて光導波路２３７に沿って伝送される。したがって、電気回路基板５０の側からの光信号を各層の光導波路に伝達することができる。

(その他の実施の形態)
なお、上記の例は本発明の一例を示すものであり、本発明の光導波路基板の構成は、上記の形状、構造、素材に限定されるものではない。例えば、Ｖ溝７の代わりに、Ｕ溝などの異なる断面形状の溝を用いることもできる。また、コアシート、表面保護シートおよび裏面保護シートの素材としてＰＥＴ以外の樹脂を用いることも可能である。

さらに、複数本の光導波路を形成し、各光導波路の間で光信号を送受するように構成することも可能である。上記の各例は、説明および理解を簡単にできるようにするための目的で１本の光導波路が形成されている場合を述べたものであり、本発明をこれらの例に限定することを意図したものではない。例えば、複数本の光導波路を形成し、そのうちの少なくとも一本の光導波路を二又、三又以上に分岐させるようにしてもよい。

次に、遮断溝および反射面としては、上記の例のようなＶ溝の代わりに各種の形状の遮断溝を形成し、２面あるいは３面以上の反射面を形成することもできる。このようにすれば、入射する光信号を３方向以上の方向に延びる光導波路に伝送することができ、また、３方向以上の方向に延びている光導波路からの光信号を同一方向に立ち上げて伝送することができる。

例えば、図５に示すように、正四面体(正三角錐)の遮断溝を形成すれば、その三面を反射面として利用して三方向に光信号を伝送でき、三方向からの光信号を同一方向に立ち上げて伝送することができる。

また、図６に示すように、遮断溝をコアシートの表面および裏面に形成することもできる。この図に示す光通信用光導波路基板３００は、基本的な構成は図１、２に示す光導波路基板１０と同様であり、対応する部位には同一の符号を付してある。異なる点は、コアシート２に形成した一方の遮断溝１１は裏面側から形成されているが、他方の遮断溝１２Ａは表面側から形成されていることである。この結果、突出部１３は表面側に突出しているが、他方の突出部１４Ａは裏面側に突出しており、これに対応して、裏面側クラッド層５および裏面側保護シート６に光通過用の開口部５ａ、６ａが形成されている。

この構成を採用すれば、図に示すように一方の突出部１３の先端面１３ａから入射した光信号Ｌは、光導波路９を通って伝送された後に、反射面１２ａで下側に向けて直角に反射され、裏面側の先端面１４ａから射出する。

一方、上記構成の光通信用光導波路基板を用いてプラスチック成形品をインサート成形すれば、当該光導波路基板が表面あるいは内部に一体化された成形品を簡単に得ることができる。

本発明を適用した複合基板を示す断面図および、フレキシブル光導波路基板の斜視図である。 図１のフレキシブル光導波路基板の内部構造を示す斜視図および、その直交方向で切断した場合の部分斜視図である。 Ｖ溝の深さ、および溝間隔を示す説明図である。 本発明を適用した多層光導波路基板を示す部分断面図である。 遮断溝の別の例を示す説明図である。 図１の光導波路基板の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１ 複合基板
２ コアシート
３、５ 接着剤層
４ 表面側クラッド層
６ 裏面側クラッド層
７ Ｖ溝
８ 区画部分
９ 光導波路
１０ フレキシブル光導波路基板
１１、１２、１２Ａ 遮断溝
１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ 反射面
１３、１４、１４Ａ 突出部
１３ａ、１４ａ 先端面
５０ 回路基板
５１ 発光部
５２ 受光部
２００ 多層型の光導波路基板
２０１、２０２ クラッド層
２０３、２０４、２０５ コアシート
２１１ 表面側クラッド層
２１２ 裏面側クラッド層
２１３ 表面側保護シート
２１４ 裏面側保護シート
２１７、２２７、２３７ 光導波路
２１８、２２８、２３８ 遮断溝
２１８ａ、２１８ｂ、２２８ａ、２２８ｂ、２３８ａ、２３８ｂ 反射面
２１９、２２９、２３９ 突出部
２１９ａ 先端面
３００ 光導波路基板

Claims (18)

1. 所定厚さの透明なコアシートと、
   前記コアシートの表面に形成された所定深さの少なくとも２本の溝と、
   前記溝を充填する状態で前記コアシートの表面に形成した表面側クラッド層と、
   前記コアシートの裏面に形成した裏面側クラッド層とを有し、
   隣接する前記溝の間に形成された前記コアシートの区画部分が光導波路となっており、
   前記光導波路の途中位置には、前記コアシートの表面および／または裏面から所定の傾斜角度で立ち上がっている光路立ち上げ用の反射面が形成されており、
   前記表面側クラッド層および／または前記裏面側クラッド層には、前記反射面で立ち上げられた光、あるいは当該光と同一経路で外部から前記反射面に向かう光を通すための光通過部が形成されていることを特徴とする光通信用光導波路基板。
2. 請求項１において、
   前記反射面は直角に光路を立ち上げるために45度傾斜していることを特徴とする光通信用光導波路基板。
3. 請求項１または２において、
   前記コアシートの表面および／または裏面から前記光導波路を遮断する状態に遮断溝を形成し、当該遮断溝の内周側面を前記反射面としたことを特徴とする光通信用光導波路基板。
4. 請求項３において、
   前記遮断溝は前記光導波路の幅方向に延びるＶ溝であり、当該Ｖ溝の一対の傾斜面が前記反射面とされていることを特徴とする光通信用光導波路基板。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
   前記コアシートには、一方の面に前記遮断溝が形成され、他方の面における前記遮断溝に対応する部位に突出部が形成されており、
   前記突出部の先端面が、前記反射面で立ち上げられた光の出射面あるいは前記反射面に向かう光の入射面となっていることを特徴とする光通信用光導波路基板。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記溝の深さは、前記コアシートの厚さの0.5以上ないし1.0未満の寸法であることを特徴とする光通信用光導波路基板。
7. 請求項１ないし６のうちのいずれかの項において、
   前記溝はＶ溝であることを特徴とする光通信用光導波路基板。
8. 請求項１ないし７のうちのいずれかの項において、
   前記溝は一定間隔で平行に配列されていることを特徴とする光通信用光導波路基板。
9. 請求項１ないし８のうちのいずれかの項において、
   少なくとも一本の前記光導波路は途中位置において少なくとも二つに分岐していることを特徴とする光通信用光導波路基板。
10. 請求項１ないし９のうちのいずれかの項において、
    前記表面側クラッド層を覆っている所定厚さの表面保護シートと、
    前記裏面側クラッド層を覆っている所定厚さの裏面保護シートとを有していることを特徴とする光通信用光導波路基板。
11. 請求項１０において、
    前記表面側クラッド層は、前記コアシートと前記表面保護シートを接着接合している表面側接着剤層であり、
    前記裏面側クラッド層は、前記コアシートと前記裏面保護シートを接着接合している裏面側接着剤層であることを特徴とする光通信用光導波路基板。
12. 請求項１０または１１において、
    前記表面保護シートおよび／または前記裏面保護シートには、前記反射面で立ち上げられた光あるいは当該反射面に向かう光を通すための光通過部が形成されていることを特徴とする光通信用光導波路基板。
13. 請求項１ないし１２のうちのいずれかの項において、
    前記コアシートはポリエチレンテレフタレート系の樹脂シートであることを特徴とする光通信用光導波路基板。
14. 請求項１ないし１３のうちのいずれかの項において、
    面外方向に可撓性を備えていることを特徴とする光通信用光導波基板。
15. 請求項１ないし１４のうちのいずれかの項において、
    前記溝はレーザー加工によって形成されたものであることを特徴とする光通信用光導波基板。
16. クラッド層を挟み積層した少なくとも２枚の上側コアシートおよび下側コアシートからなる積層体と、
    前記上側コアシートの表面に積層した表面側クラッド層と、
    前記下側コアシートの裏面に積層した裏面側クラッド層とを有し、
    前記上側コアシートおよび前記下側コアシートは請求項５に記載のコアシートであり、
    前記上側コアシートに形成されている前記遮断溝と、前記下側コアシートに形成されている前記突出部とは相補的な形状をしており、当該遮断溝に下側から前記突出部が嵌め込まれた状態で前記上側および下側コアシートが積層されており、
    前記上側コアシートの前記突出部の先端面が、双方の前記反射面で立ち上げられた光の出射面あるいは双方の前記反射面に向かう光の入射面となっていることを特徴とする光通信用光導波路基板。
17. 請求項１ないし１６のうちのいずれかの項に記載の光通信用光導波路基板と、導電パターンが形成された回路基板とが積層されていることを特徴とする複合回路基板。
18. 請求項１ないし１６のうちのいずれかの項に記載の光通信用光導波路基板がインサート成形されていることを特徴とするプラスチック成形品。

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