JP2010153373A - Lighting lens and lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光ダイオード(LED)を用いた照明装置およびその照明装置に用いるレンズに関する。 The present invention relates to an illumination device using a light emitting diode (LED) and a lens used in the illumination device.
LEDチップを用いた一般的な照明装置は、基板と、その基板上に固定される反射体と、その反射体に形成された凹部内の中央に固定された発光ダイオードチップとによって構成されている。 A general lighting device using an LED chip includes a substrate, a reflector fixed on the substrate, and a light-emitting diode chip fixed in the center of a recess formed in the reflector. .
さて、携帯することを前提として設計された携帯電話機やノート型コンピュータ等の携帯情報端末における出力画面は、よりいっそうの小型化、薄型化が求められているために、バックライトにおいても小型化、薄型化が要求されている。
たとえば、薄くて狭い空間でも照明が可能な領域でサイドビュー型LEDを採用し、そのLEDを活かす構造を備えたバックライトが提供されている。
Now, since the output screen in a portable information terminal such as a mobile phone or a notebook computer designed on the assumption of being carried is required to be further reduced in size and thickness, the backlight is also reduced in size. Thinning is required.
For example, there is provided a backlight having a structure in which a side view type LED is employed in a thin and narrow space where illumination is possible, and the LED is utilized.
さて、LEDチップを用いた照明装置において需要の多い白色光を発光させるには、以下のような手法が採用されている。
すなわち、LEDとしては、青色光を発光する発光ダイオードチップを採用する。そして、前述の反射体を形成するに際して、材料となる樹脂に黄色発光蛍光体を含有させた蛍光体層を凹部内に充填することで、蛍光体層を形成する。その蛍光体層によって、凹部内にてLEDが発光する青色光にて黄色発光体を励起させ、励起によって発光した黄色光とLEDの青色光とを混色させて白色光を得ている。
Now, in order to emit white light, which is in great demand in an illumination device using an LED chip, the following method is employed.
That is, a light emitting diode chip that emits blue light is employed as the LED. Then, when forming the above-described reflector, the phosphor layer is formed by filling the recess with a phosphor layer in which a yellow light-emitting phosphor is contained in a resin as a material. The phosphor layer excites the yellow light emitter with the blue light emitted by the LED in the recess, and the yellow light emitted by the excitation and the blue light of the LED are mixed to obtain white light.
さて、凹部内の中央のLEDチップから青色光を発光し、凹部内の全域の蛍光体層から黄色光を発光するため、凹部を外方から見た場合、これら青色光の発光源と黄色光の発光源とで大きさに違いがある。凹部から放出される光を一枚のレンズにて制御しようとすると、照射面に色むらが生じやすい。青色光の発光源と黄色光の発光源との大きさの違いがレンズによって照射面に投影されるため、照射面の中央域では青色光の照度が高い分布となり、周縁域では黄色光が分布することとなるからである。 Now, since blue light is emitted from the central LED chip in the recess and yellow light is emitted from the phosphor layers in the entire area of the recess, when the recess is viewed from the outside, these blue light emission sources and yellow light are emitted. There is a difference in the size of the light source. If the light emitted from the recess is controlled by a single lens, uneven color tends to occur on the irradiated surface. The difference in size between the blue light source and the yellow light source is projected onto the irradiation surface by the lens, so the blue light has a high illuminance distribution in the central area of the irradiation surface and yellow light is distributed in the peripheral area. Because it will do.
上記の色むらの問題を解決するため、特許文献1に開示された技術が提供されている。すなわち、レンズとして1枚または2枚のフライアイレンズを用い、このフライアイレンズを複数の発光ダイオードチップに対して所定の間隔をあけて配設するのである。このフライアイレンズを用いることにより、照明装置の厚みを薄くしながら、特定の照射範囲を照射することを可能としている。 In order to solve the above color unevenness problem, a technique disclosed in Patent Document 1 is provided. That is, one or two fly-eye lenses are used as lenses, and the fly-eye lenses are arranged with a predetermined interval with respect to a plurality of light emitting diode chips. By using this fly-eye lens, it is possible to irradiate a specific irradiation range while reducing the thickness of the lighting device.
フライアイレンズを用いる場合、このフライアイレンズを発光ダイオードチップに対して所定の間隔をあけて配設するため、発光ダイオードチップから光軸方向へ放出された平行光はフライアイレンズに効率よく入射する。しかし、発光ダイオードチップから光軸方向に対して交差する方向へ放出された光は、フライアイレンズに入射しなかったり、反射してしまうなどして、光を効率よく取り出すことができない、という問題がある。 When a fly-eye lens is used, the fly-eye lens is arranged at a predetermined distance from the light-emitting diode chip, so that parallel light emitted from the light-emitting diode chip in the optical axis direction efficiently enters the fly-eye lens. To do. However, the light emitted from the light emitting diode chip in the direction intersecting the optical axis direction does not enter the fly-eye lens or is reflected so that the light cannot be extracted efficiently. There is.
そこで、特許文献2では、上述したような手法で得られる白色光を効率よく、しかも照射面での色むらを低減できる技術が開示されている。 Therefore, Patent Document 2 discloses a technique that can efficiently obtain white light obtained by the above-described method and reduce color unevenness on the irradiated surface.
この技術は、「複数の光源部をマトリクス状あるいは直線状に隣り合うように配列し、光取出レンズは、入射面で青色光および黄色光を平行光とし、全反射面で青色光および黄色光を平行光とし、複数のレンズ面で青色光および黄色光の平行光を集光する」というものである。図2に、その主要部を示す。
This technology states that "a plurality of light source sections are arranged so as to be adjacent to each other in a matrix or a straight line. Is parallel light, and the parallel light of blue light and yellow light is collected by a plurality of lens surfaces. FIG. 2 shows the main part.
特許文献2に記載された技術には、以下のような特徴があった。
すなわち、「複数のレンズ面によって平行光を集光させる」という機能をなすため、色むらが取りきれない場合があった。そして、そのような色むらを目立たなくするための最適値を見出すことができずにいた。
また、発光ダイオードから発光される入射光をできる限り高い効率で取り出すことについては、まだ改善の余地があるが、どのような改善が効果的であるかは、パラメータごとに明確には解明されていなかった。
The technique described in Patent Document 2 has the following characteristics.
That is, since the function of “condensing parallel light by a plurality of lens surfaces” is performed, color unevenness may not be completely removed. And it was impossible to find an optimum value for making such color unevenness inconspicuous.
There is still room for improvement in extracting incident light emitted from light emitting diodes with the highest possible efficiency, but what kind of improvement is effective has been clearly clarified for each parameter. There wasn't.
本発明が解決しようとする課題は、光源からの光を効率良く取り出すとともに、照射面の色むらを軽減することである。
請求項1から請求項6に記載の発明の目的は、光源を発光ダイオードとした場合に、光源からの光を効率良く取り出すとともに、照射面の色むらを軽減する照明レンズを提供することにある。
請求項7から請求項9に記載の発明の目的は、光源からの光を効率良く取り出すとともに、照射面の色むらを軽減する照明装置を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to efficiently extract the light from the light source and reduce the color unevenness of the irradiated surface.
An object of the present invention is to provide an illumination lens that efficiently extracts light from a light source and reduces color unevenness of an irradiated surface when the light source is a light emitting diode. .
An object of the invention described in claims 7 to 9 is to provide an illumination device that efficiently extracts light from a light source and reduces color unevenness on an irradiation surface.
フライアイレンズについて、出射光の指向角に拡散効果を持たせること、およびそのフライアイレンズと発光ダイオードチップとの距離についての最適値を探ることで、前述の課題を解決する。 For the fly-eye lens, the above-mentioned problem is solved by giving a diffusion effect to the directivity angle of the emitted light and searching for an optimum value for the distance between the fly-eye lens and the light-emitting diode chip.
(請求項1)
請求項1に記載の発明は、 発光ダイオードチップから発光される光を入射させて出射するためのフライアイレンズに係る。
そのフライアイレンズは、略半球状をなすとともに、その球面または非球面側の中央部を前記発光ダイオードチップからの入射側とし、 前記球面または非球面側の中央には、当該発光ダイオードチップの投影面よりも大きな投影面をなす凹部を設ける。
出射面には、出射光が拡散するように多数のレンズ面を形成する。
(Claim 1)
The invention according to claim 1 relates to a fly-eye lens for entering and emitting light emitted from a light-emitting diode chip.
The fly-eye lens has a substantially hemispherical shape, and its spherical or aspheric side central portion is the incident side from the light emitting diode chip, and the light emitting diode chip is projected on the spherical or aspheric side center. A recess having a projection surface larger than the surface is provided.
A large number of lens surfaces are formed on the exit surface so that the emitted light is diffused.
(作用)
請求項1記載の発明では、出射光が拡散するように形成された多数のレンズ面により、色むらが目立たなくなる。
(Function)
According to the first aspect of the present invention, the uneven color becomes inconspicuous due to the large number of lens surfaces formed so that the emitted light is diffused.
(請求項2)
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の照明レンズを限定したものである。
すなわち、前記照明レンズにおける前記出射面のレンズ面数をn、出射面の面積をS平方ミリメートルとしたときに、
S/n≦0.2
の範囲であるように形成する。
(Claim 2)
The invention according to claim 2 limits the illumination lens according to claim 1.
That is, when the number of lens surfaces of the exit surface in the illumination lens is n and the area of the exit surface is S square millimeters,
S / n ≦ 0.2
It forms so that it may be the range.
(作用)
上記の条件により、従来のフライアイレンズに比べて、面数(レンズ面の数)が多く、色むらの解消に寄与していると考えられる。
S/n≦0.1
の範囲とすると、色むらの解消の効果が顕著となるので、更に好ましい。
なお、S/n>0.2 である場合には、色むらの解消があまり見られない場合があった。
(Function)
Due to the above conditions, the number of surfaces (the number of lens surfaces) is larger than that of conventional fly-eye lenses, which is considered to contribute to the elimination of color unevenness.
S / n ≦ 0.1
If it is within the range, the effect of eliminating the color unevenness becomes remarkable, which is more preferable.
In addition, when S / n> 0.2, there was a case where the color unevenness was not often eliminated.
(請求項3)
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2のいずれかに記載の照明レンズを限定したものである。
すなわち、 前記凹部の深さをhaミリメートルとしたときに、
0.91≦ha≦3.50
の範囲であるように形成する。
(Claim 3)
The invention according to claim 3 limits the illumination lens according to claim 1 or claim 2.
That is, when the depth of the recess is ha millimeter,
0.91 ≦ ha ≦ 3.50
It forms so that it may be the range.
(作用)
請求項3記載の発明では、凹部の深さについて、請求項1または請求項2の条件を満たすフライアイレンズにおいて、光源からの光の取り出し効率を向上させるとともに、照射面の色むらを軽減する最適値の範囲を見出した。
1.2≦ha≦3.0 の範囲とすると、光の取り出し効率向上と照射面の色むら軽減が顕著となるので、更に好ましい。
なお、ha>3.50 および ha<0.91の範囲になった場合には、照射面の色むら軽減があまり見られなかった。
(Function)
In the invention described in claim 3, with respect to the depth of the recess, in the fly-eye lens that satisfies the conditions of claim 1 or claim 2, the light extraction efficiency from the light source is improved and the color unevenness of the irradiated surface is reduced. A range of optimum values was found.
A range of 1.2 ≦ ha ≦ 3.0 is more preferable because the light extraction efficiency is improved and the uneven color on the irradiated surface is reduced.
When ha> 3.50 and ha <0.91, the color unevenness on the irradiated surface was hardly reduced.
(請求項4)
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の照明レンズを限定したものである。
すなわち、 前記照明レンズの直径をDミリメートル、前記出射面のレンズの曲率半径をRa、反射面の曲率半径をRbとしたときに、
0≦(Ra×Rb)/(D/2)≦10
の範囲であるように形成する。
(Claim 4)
The invention according to claim 4 limits the illumination lens according to any one of claims 1 to 3.
That is, when the diameter of the illumination lens is D millimeters, the radius of curvature of the lens on the exit surface is Ra, and the radius of curvature of the reflective surface is Rb,
0 ≦ (Ra × Rb) / (D / 2) ≦ 10
It forms so that it may be the range.
(作用)
上記の条件により、光の取り出し効率を向上させるとともに、照射面の色むらを軽減する最適値の範囲を見出した。
(Ra×Rb)/(D/2)≦6 の範囲とすると、照射面の色むら軽減が顕著となるので、更に好ましい。
なお、(Ra×Rb)/(D/2)>10 である場合には、照射面の色むら軽減があまり見られなかった。
(Function)
Based on the above conditions, the optimum value range for improving the light extraction efficiency and reducing the color unevenness of the irradiated surface was found.
A range of (Ra × Rb) / (D / 2) ≦ 6 is more preferable because color unevenness on the irradiated surface is significantly reduced.
In addition, when (Ra × Rb) / (D / 2)> 10, the unevenness in color on the irradiated surface was not significantly reduced.
(請求項5)
請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の照明レンズを限定したものである。
すなわち、 前記照明レンズを成形する材料の屈折率をndとしたとき、
1.45≦nd≦1.61
を満たすプラスチックを採用する。
(Claim 5)
The invention according to claim 5 limits the illumination lens according to any one of claims 1 to 4.
That is, when the refractive index of the material for molding the illumination lens is nd,
1.45 ≦ nd ≦ 1.61
Adopt plastic that meets the requirements.
(作用)
上記の条件に基づくプラスチックを採用することにより、光の拡散効率と色むらの解消とを満たす最適値の範囲となる。それにより、照明面における広い面の全体でより一層の均一な明るさとすることに寄与する。
なお、1.45>nd および nd>1.61である場合には、照明面における広い面の全体で均一な明るさとならない場合が多く見られた。
(Function)
By adopting a plastic based on the above conditions, an optimum value range that satisfies the light diffusion efficiency and the elimination of color unevenness is obtained. This contributes to a more uniform brightness over the entire wide surface of the illumination surface.
In addition, when 1.45> nd and nd> 1.61, there were many cases where the brightness was not uniform over the entire wide surface of the illumination surface.
(請求項6)
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の照明レンズを用いた照明装置に係る。
すなわち、 光源から発光される光を入射し、出射光が拡散するように形成したフライアイレンズと、 そのフライアイレンズに対する光源として入射側において所定の距離だけ離間させて配置させた発光ダイオードチップとを備えた照明装置である。
(Claim 6)
The invention according to claim 6 relates to an illumination device using the illumination lens according to any one of claims 1 to 5.
That is, a fly-eye lens formed so that light emitted from a light source is incident and the emitted light is diffused, and a light-emitting diode chip disposed as a light source with respect to the fly-eye lens at a predetermined distance on the incident side It is the illuminating device provided with.
(請求項7)
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の照明装置を限定したものである。
すなわち、 前記フライアイレンズと発光ダイオードチップとの距離をhbミリメートルとしたとき、
0≦hb≦4.2
の範囲であるように形成した照明装置である。
(Claim 7)
The invention according to claim 7 limits the illumination device according to claim 6.
That is, when the distance between the fly-eye lens and the light-emitting diode chip is hb millimeters,
0 ≦ hb ≦ 4.2
It is the illuminating device formed so that it might be the range.
(作用)
フライアイレンズと発光ダイオードチップとの距離について、光の拡散効率と色むらの解消とを満たす最適値の範囲を見出したものである。
なお、hb>4.2 の範囲となった場合には、光の拡散効率および色むらの解消を同時に達成できない場合が多く見られた。
(Function)
As for the distance between the fly-eye lens and the light-emitting diode chip, an optimum value range satisfying the light diffusion efficiency and the elimination of the color unevenness has been found.
When hb> 4.2, there are many cases where the light diffusion efficiency and the elimination of color unevenness cannot be achieved at the same time.
請求項1から請求項5に記載の発明によれば、光源を発光ダイオードとした場合に、光源からの光を効率良く取り出すとともに、照射面の色むらを軽減する照明レンズを提供することができた。
請求項6から請求項7に記載の発明によれば、光源からの光を効率良く取り出すとともに、照射面の色むらを軽減する照明装置を提供することができた。
According to the first to fifth aspects of the present invention, when the light source is a light emitting diode, it is possible to provide an illumination lens that efficiently extracts light from the light source and reduces color unevenness on the irradiated surface. It was.
According to the invention described in claims 6 to 7, it is possible to provide an illuminating device that efficiently extracts light from the light source and reduces color unevenness on the irradiated surface.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここで使用するのは、図1である。
図1には、 発光ダイオードチップと、その発光ダイオードチップから発光される光を入射させて出射するためのフライアイレンズとを示す。図1(A)がフライアイレンズの平面図、図1(B)がフライアイレンズおよび発光ダイオードチップの側断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is used here.
FIG. 1 shows a light-emitting diode chip and a fly-eye lens for entering and emitting light emitted from the light-emitting diode chip. 1A is a plan view of the fly-eye lens, and FIG. 1B is a side sectional view of the fly-eye lens and the light-emitting diode chip.
フライアイレンズは、略半球状をなすとともに、その球面側の中央部を前記発光ダイオードチップからの入射側とし、 前記球面の中央には、当該発光ダイオードチップの投影面よりも大きな投影面をなす凹部を設ける。 また、出射面には、出射光が拡散するように多数のレンズ面を形成する。
なお、フライアイレンズは、非球面レンズであっても良い。
The fly-eye lens has a substantially hemispherical shape, and the center of the spherical surface is the incident side from the light-emitting diode chip, and the center of the spherical surface has a projection surface larger than the projection surface of the light-emitting diode chip. A recess is provided. In addition, a large number of lens surfaces are formed on the exit surface so that the emitted light is diffused.
The fly-eye lens may be an aspheric lens.
発光ダイオードチップとしては、青色発光ダイオードを採用する。発光体としての大きさは、縦×横×高さ=約2×2×2ミリメートルである(チップとしては、約1×1×0.5ミリメートル程度)。
また、 前記凹部には、樹脂に発光蛍光体を含有させた蛍光体層を形成し、 前記発光蛍光体は、青色光を白色光として照射するための黄色発光蛍光体とする。 白色光の照明装置とするためである。
A blue light emitting diode is employed as the light emitting diode chip. The size of the light emitter is vertical × horizontal × height = about 2 × 2 × 2 millimeters (about 1 × 1 × 0.5 millimeter as a chip).
In addition, a phosphor layer in which a light emitting phosphor is contained in a resin is formed in the concave portion, and the light emitting phosphor is a yellow light emitting phosphor for irradiating blue light as white light. This is because a white light illumination device is provided.
前記照明レンズにおける前記出射面のレンズ面数をn、出射面の面積をS平方ミリメートルとしたときに、
S/n≦0.2
の範囲であるように形成する。
上記の条件により、従来のフライアイレンズ(たとえば、特許文献2に記載されたフライアイレンズ)に比べて、面数(レンズ面の数)が多い。
When the number of lens surfaces of the exit surface in the illumination lens is n and the area of the exit surface is S square millimeters,
S / n ≦ 0.2
It forms so that it may be the range.
Due to the above conditions, the number of surfaces (the number of lens surfaces) is larger than that of a conventional fly-eye lens (for example, the fly-eye lens described in Patent Document 2).
前記凹部の深さをhaミリメートルとしたときには、
0.91≦ha≦3.50
の範囲であるように形成する。
When the depth of the recess is ha millimeter,
0.91 ≦ ha ≦ 3.50
It forms so that it may be the range.
前記照明レンズの直径をDミリメートル、前記出射面のレンズの曲率半径をRa、反射面の曲率半径をRbとしたときに、
0≦(Ra×Rb)/(D/2)≦10
の範囲であるように形成する。
When the diameter of the illumination lens is D mm, the radius of curvature of the lens on the exit surface is Ra, and the radius of curvature of the reflective surface is Rb,
0 ≦ (Ra × Rb) / (D / 2) ≦ 10
It forms so that it may be the range.
前記照明レンズを成形する材料の屈折率をndとしたとき、
1.45≦nd≦1.61
を満たすプラスチックを採用する。たとえば、本実施形態のフライアイレンズの樹脂材料としては、COP(シクロオレフィン樹脂)、PMMA(ポリメタクル酸メチル)、PC(ポリカーボネート)、シリコン、エポキシ樹脂などが用いられる。
When the refractive index of the material for molding the illumination lens is nd,
1.45 ≦ nd ≦ 1.61
Adopt plastic that meets the requirements. For example, COP (cycloolefin resin), PMMA (polymethyl methacrylate), PC (polycarbonate), silicon, epoxy resin, etc. are used as the resin material of the fly-eye lens of this embodiment.
なお、前記フライアイレンズと発光ダイオードチップとの距離をhbミリメートルとしたとき、
0≦hb≦4.2
の範囲であるように形成している。
When the distance between the fly-eye lens and the light emitting diode chip is hb millimeters,
0 ≦ hb ≦ 4.2
It is formed to be in the range.
前述してきたような構成により、光取り出し効率は、80%以上となった。 With the configuration as described above, the light extraction efficiency is 80% or more.
本発明は、照明装置の製造業、照明装置用のレンズ製造業、電子デバイスの製造業などにおいて、利用可能性を有する。 The present invention has applicability in the lighting device manufacturing industry, the lighting device lens manufacturing industry, the electronic device manufacturing industry, and the like.
Claims (7)
略半球状をなすとともに、その球面または非球面側の中央部を前記発光ダイオードチップからの入射側とし、
前記球面または非球面側の中央には、当該発光ダイオードチップの投影面よりも大きな投影面をなす凹部を設け、
出射面には、出射光が拡散するように多数のレンズ面を形成した照明レンズ。 A fly-eye lens for entering and emitting light emitted from a light-emitting diode chip,
With a substantially hemispherical shape, the center of the spherical or aspherical side is the incident side from the light emitting diode chip,
In the center of the spherical surface or aspherical surface side, a concave portion forming a projection surface larger than the projection surface of the light emitting diode chip is provided,
An illumination lens in which a large number of lens surfaces are formed on the exit surface so that the emitted light is diffused.
S/n≦0.2
の範囲であるように形成した請求項1に記載の照明レンズ。 When the number of lens surfaces of the exit surface in the illumination lens is n and the area of the exit surface is S square millimeters,
S / n ≦ 0.2
The illumination lens according to claim 1, wherein the illumination lens is formed so as to fall within the range.
0.91≦ha≦3.50
の範囲であるように形成した請求項1または請求項2のいずれかに記載の照明レンズ When the depth of the recess is ha millimeter,
0.91 ≦ ha ≦ 3.50
The illumination lens according to claim 1, wherein the illumination lens is formed so as to fall within a range.
0≦(Ra×Rb)/(D/2)≦10
の範囲であるように形成した請求項1から請求項3のいずれかに記載の照明レンズ。 When the diameter of the illumination lens is D mm, the radius of curvature of the lens on the exit surface is Ra, and the radius of curvature of the reflective surface is Rb,
0 ≦ (Ra × Rb) / (D / 2) ≦ 10
The illumination lens according to any one of claims 1 to 3, wherein the illumination lens is formed so as to fall within a range of.
1.45≦nd≦1.61
を満たすプラスチックを採用した請求項1から請求項4のいずれかに記載の照明レンズ。 When the refractive index of the material for molding the illumination lens is nd,
1.45 ≦ nd ≦ 1.61
The illumination lens according to any one of claims 1 to 4, wherein a plastic satisfying the above is adopted.
前記フライアイレンズは、請求項1から請求項5のいずれかに記載の照明レンズとした照明装置。 A fly-eye lens formed so that light emitted from a light source is incident and emitted light is diffused, and a light-emitting diode chip disposed as a light source for the fly-eye lens at a predetermined distance on the incident side A lighting device,
The said fly eye lens is an illuminating device used as the illumination lens in any one of Claims 1-5.
0≦hb≦4.2
の範囲であるように形成した請求項6に記載の照明装置。 When the distance between the fly-eye lens and the light emitting diode chip is hb millimeters,
0 ≦ hb ≦ 4.2
The lighting device according to claim 6, wherein the lighting device is formed so as to fall within the range of the above.
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JP2013109925A (en) * | 2011-11-18 | 2013-06-06 | Idec Corp | Lens locking structure of lighting device |
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