JP2022034858A - 光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送風能力が小さい小型のファンしか利用できない状況でも、規格化されたケージ内部の光モジュールを十分に冷却できる光測定装置を提供する。【解決手段】装置筐体１１の背面側に配置した吸気ファン１６－１と、光トランシーバ１２を収容した規格化されたケージ１４の開口部１４ｃの間に導風ガイド１７を配置して、吸気ファン１６－１が吸入した空気を効率よくケージ１４の内側に送り込む。空気流はケージ１４の内空間を通過する際にヒートシンクを冷却する。導風ガイド１７の下流側端部１７ａと開口部１４ｃとが連続的に接続されて流路を形成する。導風ガイド１７は下流側に傾斜部１７ｃを有し、上流側端部１７ｂから下流側端部１７ａに向かって空気流路の断面積を徐々に絞り込み、流速を上げて開口部１４ｃに空気を送り込む。【選択図】図９

Description

本発明は、光モジュールが挿入される規格化されたケージを装置筐体内に実装する光測定装置に関する。

光ファイバーなどで構成される光伝送路や、光伝送システムを評価する場合には、従来よりＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）や、光スペクトラムアナライザのような光測定装置が用いられている。また、このような光測定装置は、入出力インターフェースとして光信号と電気信号との相互変換（Ｏ／Ｅ、Ｅ／Ｏ）の機能を有する半導体光モジュール（光トランシーバ）を使用している。

特許文献１の携帯型測定器は、共通ユニット２と測定ユニット１０とを積層して一体化できるように構成されている。また、共通ユニット２には、測定手段、操作部、表示部及びインターフェース部を制御するＣＰＵが設けられ、測定ユニット１０には、ＣＰＵが測定手段、操作部、表示部及びインターフェース部を制御するためのプログラムを記憶するメモリが設けられている。これにより、測定機能に応じたプログラムは測定ユニット側に保持されることとなり、測定ユニットを交換することで、そのプログラムを書き換えることなく異なる機能の測定が可能になる。

特許文献２の光源装置は、光源から発せられる熱を効率よく放出するとともに、この放出熱を低温化するための技術を示している。この光源装置は、冷却ファン６０と、冷却ファン６０からの冷却風の一部Ａを反射鏡１１０に導くと共に、他の冷却風Ｂの別経路を形成するフード体１２０、１３０と、反射鏡１２０を冷却した排気風と他の冷却風とを混合する導風体（開口１５４、導風板１５６）とを有している。

特開２００１－７４５１５号公報 特開２００５－６２３７５号公報

ところで、半導体で構成される光モジュールは、光信号の送受信に伴って大きな電力を消費し発熱する。特に、扱う信号の周波数が高くなると半導体素子が高速でスイッチングすることになり発熱量も大きくなる傾向がある。

このような光モジュールは、それ自身の発熱などに起因して高温の環境になると不具合が生じる。具体的には、レーザダイオードの出力が通常よりも低下する。また、シリアルパラレル相互変換器などの温度上昇により波形のアイパターンの開口が狭まったり、ジッタが増加するなどの波形劣化が生じる。その結果、誤り率が増加して受信感度が低下する。そのため、高温下で光モジュールを経由して被測定物を測定すると、被測定物や被測定ネットワークが本来有する特性とは異なる測定結果が得られる。例えば、シンボルエラーレート、ビットエラーレート、ＦＥＣの誤り訂正可能領域、スループット測定、パケットロス率などの測定において計測誤差の増大が見込まれ、良否判定に誤りが生じる虞もある。また、光モジュールの温度が本来の動作温度を超えると、光モジュールの寿命にも影響を及ぼす可能性がある。

したがって、特に高速の光信号を扱う光測定装置においては、光モジュールの温度が、規格で定められた動作温度の範囲内になるよう冷却する必要がある。このような冷却を行う場合には、特許文献２に示されるような冷却ファンなどの空冷装置が一般的に用いられる。しかし、特許文献１に示されるような積層構造の測定装置や、携帯型の測定装置は、各々の装置筐体の厚みが小さいため、装置筐体の側面に大型のファンを装備することができない。そのため、ファンの送風量が不足し、光モジュールを十分に冷却できない。

特に、ＯＳＦＰ（Octal Small Form Factor Pluggable）型の光モジュール（光トランシーバ）の場合には、光モジュール本体と、それを放熱するヒートシンクとが、規格化された細長い形状のケージの内部に収容されているが、ケージの一端側に形成されている小さい開口部からケージ内部に送風する必要があるため、十分な風量がないと開口部から入り込む空気が足りず、光モジュールを規格の動作温度に冷却することができない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型のファンだけしか利用できない状況であっても、規格化されたケージ内部の光モジュールを十分に冷却することが容易な光測定装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る光測定装置は、下記（１）～（４）を特徴としている。
（１） 装置筐体に光モジュールが装着可能とされ、当該光モジュールを介して外部と信号の送受信を行う光測定装置であって、
前記光モジュールはヒートシンクを具備し、前記装置筐体に装着された際にケージ内に格納されるようになっており、また当該ケージはその形状が規格で定められ、装置内部側の端にケージ開口を有してなっており、
前記ケージ開口と対向する前記装置筐体の一端面に配置された吸気ファンと、
前記吸気ファンによって装置内部に吐出された空気を、前記ケージ開口に直に導く導風ガイドと、
を備える光測定装置。

（２） 前記導風ガイドは略筒状でなり、当該導風ガイドの下流側端部の開口が、前記ケージ開口と連続した形状を有する、
前記（１）に記載の光測定装置。

（３） 前記導風ガイドは、前記吸気ファン側に位置する上流側端部から前記下流側端部に近づくにつれて狭まるように形成されている、
前記（２）に記載の光測定装置。

（４） 前記装置筐体は、形状及び寸法が規格化された複数の筐体をそれらの厚み方向に積層配置可能なスタッカブル構造を有する、
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光測定装置。

上記（１）の構成の光測定装置によれば、吸気ファンが導入した空気を、導風ガイドによりケージ開口まで効率よく導くことができる。したがって、吸気ファンが小型で吸気風量が少ない場合でも、ケージの内部に十分な空気を送り込むことができ光モジュールの温度上昇を抑制できる。

上記（２）の構成の光測定装置によれば、導風ガイドの下流側端部の形状により導風ガイドとケージ開口とが連続するように流路を形成することができる。したがって、吸気ファンが導入した空気を効率よくケージ開口の内部に送り込む気流を生成することができる。

上記（３）の構成の光測定装置によれば、導風ガイドが気流をケージ開口の箇所に集中させることが可能になり、流速を上げて単位時間あたりの送風量を増やすことができる。

上記（４）の構成の光測定装置によれば、測定用途に合わせて複数種類の中から選択した測定ユニットと共通ユニットとを組み合わせて構成を最適化することが容易になり、装置全体を小型化し携帯可能な測定器を実現できる。また、それぞれのユニットの装置筐体厚みが小さい場合でも、導風ガイドにより十分な風量の気流をケージ開口からその内部に送り込むことができる。

本発明の光測定装置によれば、筐体の厚みが小さい場合や携帯型の場合のように、送風能力が小さい小型のファンだけしか利用できない状況であっても、規格化されたケージ内部の光モジュールを十分に冷却することが容易になる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、実施形態に係る光測定装置の外観を正面側から視た状態を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る光測定装置の外観を背面側から視た状態を示す斜視図である。 図３は、実施形態に係る光測定装置の筐体内部の構成を示す平面図である。 図４は、実施形態に係る光測定装置の筐体内部の構成を示す斜視図である。 図５は、光トランシーバ及びケージの外観の例を示す斜視図である。 図６は、光測定装置の内部構造の一部分の詳細を示す斜視図である。 図７は、光測定装置の内部構造の一部分の詳細を示す斜視図である。 図８は、光測定装置の背面側に配置された複数の吸気ファンの配置状態を示す背面図である。 図９は、光測定装置の内部構造の一部分の詳細を示す側面図である。 図１０は、スタッカブル構造の複数の光測定装置の組み合わせの例を示す斜視図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜装置外観の具体例＞
図１は、実施形態に係る光測定装置１０の外観を正面側から視た状態を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る光測定装置１０の外観を背面側から視た状態を示す斜視図である。

図１、図２に示す光測定装置１０は、例えば光通信ネットワークなどを試験するために利用される試験器（図１０参照）のうち追加ユニットの機能を搭載している。また、光測定装置１０は、メインフレームや１つ以上の別ユニットと組み合わせて使用することにより、様々な種類の試験に対応可能である。

光測定装置１０の装置筐体１１は、複数ユニットを組み合わせて同時に使用できるように、複数ユニットを厚み方向（Ｚ軸方向）に積み重ねて一体化できるスタッカブル構造になっている。また、装置筐体１１は、複数ユニットを積み重ねた状態でも容易に携帯できるように、例えば厚みが６［ｃｍ］程度になるように小型化されている。

実際に想定される使用状態では、光測定装置１０は、前面パネル１１ａが上側になる向きに配置され、作業者はこの光測定装置１０をベルトなどを用いて首や肩からつり下げた状態で試験を実施する。

装置筐体１１は、略直方体の形状を有し、各面がパネルで覆われている。つまり、装置筐体１１は、前面パネル１１ａの他に、天板１１ｂ、側板１１ｃ、１１ｄ、背面パネル１１ｅを有している。また、前面パネル１１ａには、光ファイバケーブルを接続するためのＯＳＦＰコネクタ１３が、前面パネル１１ａの外側に露出する状態に配置されている。すなわち、この光測定装置１０は、入出力インターフェースとしてＯＳＦＰ（Octal Small Form Factor Pluggable）規格の光トランシーバ１２を採用しているので、例えば４００［Ｇｂｐｓ］のデータレートの試験が可能である。

光トランシーバ１２の本体は、後述するケージ１４（図３参照）に挿入された状態で装置筐体１１の内部に配置され、その一端側に配置されたＯＳＦＰコネクタ１３が前面パネル１１ａから露出している。光トランシーバ１２は、光信号／電気信号の双方向通信の変換機能を備えた半導体回路を具備する光モジュールである。４００［Ｇｂｐｓ］のような高速の光信号を扱う場合には、光トランシーバ１２内部の冷却が不可欠である。例えば光トランシーバ１２は、所望の性能が得られるよう、７０［℃］以下に維持することが規格により定められている。

＜内部構成の例＞
図３は、実施形態に係る光測定装置１０の装置筐体１１内部の構成を示す平面図である。図４は、実施形態に係る光測定装置１０の装置筐体１１内部を側面側よりやや後方斜め上側から視た構成を示す斜視図である。

図３、図４に示すように、光トランシーバ１２は、ケージ１４に挿入された状態で装置筐体１１の左端側に配置されている。また、光トランシーバ１２の本体は、その外周がケージ１４で覆われており、ケージ１４は、回路基板１５上に固定されている。ケージ１４は、形状や寸法が規格で定められており、Ｙ軸方向に細長く延びた直方体形状を有している。また、ケージ１４は、内部が空洞であり、その外形寸法は光トランシーバ１２の本体よりやや大きい程度である。ケージ１４は、光トランシーバ１２の本体を保護する目的で規格に従って形成されている。

ケージ１４の前端部１４ａは、前面パネル１１ａに当接する位置に配置され、ケージ１４の後端部１４ｂは、装置筐体１１の後方側に向かって延びている。
装置筐体１１の後端側には、５つの吸気ファン１６－１、１６－２、１６－３、１６－４、及び１６－５がＸ軸方向に並べて配置されている。各吸気ファン１６－１～１６－５は、それらに内蔵された電気モータの回転駆動により装置筐体１１の外側から吸い込んだ空気を、装置筐体１１の内側に吐き出す機能を有している。

各吸気ファン１６－１～１６－５の外形寸法は、装置筐体１１の厚みより僅かに小さくなっている。左端の吸気ファン１６－１は、光トランシーバ１２を冷却するためのもので、光トランシーバ１２を効率的に冷却できるように最適化された位置に配置されている。

図３、図４に示すように、装置筐体１１は、導風ガイド１７を内部に備えている。この導風ガイド１７は、図４に示すように、下流側端部１７ａの開口がケージ１４の後方側の側面に形成された開口部１４ｃと対向する状態で配置され、上流側端部１７ｂが吸気ファン１６－１の内側吐出面と対向する状態で配置されている。この導風ガイド１７は、後述するように、吸気ファン１６－１が吐出する空気から、ケージ１４の開口部１４ｃを介してケージ１４の内部に効率よく送り込まれる気流を生成するよう設計されている。

＜光トランシーバ及びケージの外観の例＞
図５は、光トランシーバ１２及びケージ１４の外観の例を示す斜視図である。図５に示すように、光トランシーバ１２の本体１２ａ及びケージ１４は、ＯＳＦＰコネクタ１３が光ファイバケーブル１８に着脱される方向に細長い形状を有している。光トランシーバ１２は、装置筐体１１に実装されたケージ１４の前端部１４ａから挿入方向Ａ１に向けて、光トランシーバ１２の本体１２ａを挿入することにより、ケージ１４の内部に収容され一体化される。

光測定装置１０を使用する際には、光トランシーバ１２の本体１２ａの一端部に装着されているＯＳＦＰコネクタ１３に、光ファイバケーブル１８を接続した状態で測定が実施される。光トランシーバ１２の電気系端部１２ｂは、電気系コネクタ１９を介して光測定装置１０内の回路基板１５と電気的に接続される。ケージ１４の後端部１４ｂに開口部１４ｃが形成されている。開口部１４ｃは、後端部１４ｂに接続される電気系コネクタ１９と隣接する位置にあり、小さい開口面積を有する。

＜細部の構成＞
＜光トランシーバ１２の構成＞
図６および図７は、光測定装置１０の内部構造のうち、光トランシーバ１２近傍の箇所の詳細を示す斜視図である。なお、図６においては光トランシーバ１２をケージ１４から取り外した状態を示している。

図６に示すように、光トランシーバ１２の本体上面には、ヒートシンク１２ｃが設置されている。また、ヒートシンク１２ｃの上部には、放熱面積を増やして放熱効果を上げるために、Ｙ軸方向に向かって平行に延びる多数の放熱フィン１２ｄが設けられている。

したがって、Ｙ軸方向に向かってヒートシンク１２ｃの周囲を流れる気流を生じさせることにより、ヒートシンク１２ｃの冷却性能を上げることができる。但し、ヒートシンク１２ｃや放熱フィン１２ｄはケージ１４の内側に収容されているので、ヒートシンク１２ｃの放熱フィン１２ｄ等の面と接触する箇所に気流が導かれるように、ケージ１４の外側から内空間に十分な空気を送り込む必要がある。

図７に示すように、規格により、ケージ１４の後端部１４ｂに開口部１４ｃが形成されている。ケージ１４の形状が細長く、しかも開口部１４ｃと隣接する箇所に電気系コネクタ１９が存在するので、開口部１４ｃの開口面積に制約が生じる。光トランシーバ１２を冷却し規定温度内で動作させるためには、この開口部１４ｃの外側からケージ１４の内部に向かって十分な空気を送り込むための気流を生成する必要がある。

＜吸気ファンの配置状態＞
図８は、光測定装置１０の背面側に配置された複数の吸気ファンの配置状態を示す背面図である。なお、吸気ファン１６－１～１６－５の外側（背面側）は、通気性の良い網状のパネルで覆われている（図２参照）。

図８に示すように、５つの吸気ファン１６－１～１６－５がＸ軸方向に並んで配置されている。装置筐体１１のＺ軸方向の厚みが小さいので、各吸気ファン１６－１～１６－５も、その寸法に合わせて搭載されるため、サーバ用など大型の筐体に設置される吸気ファンと比較して風量が制限される。

なお、図８における右端側の吸気ファン１６－１は、Ｘ軸方向の中心位置がケージ１４の取り付け位置とほぼ一致するように調整されている（図３参照）。

＜導風ガイド１７の詳細＞
図９は、吸気ファン１６－１、導風ガイド１７、及びケージ１４の箇所の詳細を示す側面図である。なお、本図は側面板１７ｄを消した状態となっている。
図９に示すように、導風ガイド１７は、吸気ファン１６－１の内側の開口部とケージ１４後端面の開口部１４ｃとの間に配置されている。導風ガイド１７の上流側端部１７ｂは、吸気ファン１６－１の開口部と同等の比較的広い開口面積を有している。また、導風ガイド１７の下流側端部１７ａは、ケージ１４の開口部１４ｃと同等の小さい開口面積を有し、導風ガイド１７からケージ１４の開口部１４ｃ入口まで連続的に気流を案内できるように下流側端部１７ａは開口部１４ｃと当接する位置まで延びている。

また、気流を案内する導風ガイド１７の内空間は、上流側端部１７ｂから下流側端部１７ａに向かって、吸気ファン１６－１の吐出し方向（Ｙ軸方向）に対し垂直な断面の断面積が徐々に小さくなるように絞られた形状を有している。そのために、導風ガイド１７は、ＹＺ平面に垂直で、且つ、Ｚ軸方向において吸気ファン１６－１の最上部から開口部１４ｃの最上部まで徐々に下がることにより、吸気ファン１６－１からの気流の向きを偏向する傾斜部１７ｃを有している。傾斜部１７ｃの下流側端部は、ケージ１４の開口部１４ｃに連続している。また、図３に示したように、導風ガイド１７の一対の側面板１７ｄの間隔も、上流側端部１７ｂから下流側端部１７ａに向かって徐々に狭まっているので、導風ガイド１７の内空間は幅方向（Ｘ軸方向）の大きさも絞られている。

このように、導風ガイド１７の上流側端部１７ｂから下流側端部１７ａに向かって断面積が徐々に小さくなるように絞られているので、吸気ファン１６－１から導風ガイド１７に流れる気流は、導風ガイド１７の内部で徐々に流速が上がり、小さい開口部１４ｃからケージ１４の内部に効率よく空気が送り込まれる。

ケージ１４は、Ｙ軸方向に延びる細長い内空間を有しているので、導風ガイド１７により導かれた気流によってケージ１４内に送り込まれた空気は、ケージ１４内の細長い専用流路を通過する際にヒートシンク１２ｃから熱を奪い、光トランシーバ１２を効率よく冷却することができる。

＜複数装置の組み合わせの例＞
スタッカブル構造の複数の光測定装置１０の組み合わせの例を図１０に示す。
図１０の例では、メインフレームユニット１０Ａ、測定用追加ユニット１０Ｂ、及び１０Ｃの３台のユニットを筐体の厚み方向（Ｚ軸方向）に積み重ねて１つの測定器を構成する場合を想定している。メインフレームユニット１０Ａは、測定器に必要とされる基本的な機能、例えばＣＰＵなどの制御部や、タッチパネルなどの操作部などを備えている。測定用追加ユニット１０Ｂ、及び１０Ｃは、それぞれ基本的な機能以外の測定目的に対応するためのオプション機能、例えば光トランシーバ１２を有する入出力インターフェースや、可変データレートの機能や、オプション機能を実現するために必要なソフトウェアなどを搭載している。

各ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの装置筐体１１は、図１０のように積み重ねて一体化できるように形状及び寸法が定められ、互いの筐体を物理的及び電気的に連結できるように構成されている。このように積み重ねて一体化した場合でもあまり大型化しないように、各ユニットの装置筐体１１は厚み方向の寸法が小さくなるように制限されている。したがって、各ユニットの装置筐体１１に装着可能な吸気ファン１６－１～１６－５は、サーバなどの大型の筐体に装着される吸気ファンと比較して、小型のものに制限される。

＜光測定装置１０の利点＞
このように、本発明の実施形態に係る光測定装置１０は、図９に示したような導風ガイド１７を備えているので、小型の吸気ファン１６－１を採用した場合でもケージ１４の内部に十分な空気を送り込むことができ、光トランシーバ１２の温度上昇を抑制できる。特に、導風ガイド１７は上流側から下流側に向けて空気流路の断面積が徐々に小さく絞られる形状の傾斜部１７ｃ及び側面板１７ｄを有しているので、流速を上げて面積の小さい開口部１４ｃに効率よく空気を送り込むことができる。また、ケージ１４の内部はＹ軸方向に細長い形状の空気流路を形成しているので、ケージ１４内の空いている空間をヒートシンク１２ｃの冷却のために有効に活用できる。

なお、図９の例では導風ガイド１７の下流側端部１７ａとケージ１４の開口部１４ｃとの流路が連続するように両者が連結されているが、これらの間に隙間が設けられていても良い。また、下流側端部１７ａの形状及び寸法と、ケージ１４の開口部１４ｃの形状及び寸法とが必ずしも一致していなくても良い。

ここで、上述した本発明の実施形態に係る光測定装置の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 装置筐体（１１）に光モジュール（１２）が装着可能とされ、当該光モジュールを介して外部と信号の送受信を行う光測定装置であって、
前記光モジュールはヒートシンク（１２ｃ）を具備し、前記装置筐体に装着された際にケージ（１４）内に格納されるようになっており、また当該ケージはその形状が規格で定められ、装置内部側の端にケージ開口（１４ｃ）を有してなっており、
前記ケージ開口と対向する前記装置筐体の一端面に配置された吸気ファン（１６－１）と、
前記吸気ファンによって装置内部に吐出された空気を、前記ケージ開口に直に導く導風ガイド（１７）と、
を備える光測定装置。

［２］ 前記導風ガイドは略筒状でなり、当該導風ガイドの下流側端部（１７ａ）の開口が、前記ケージ開口と連続した形状を有する、
上記［１］に記載の光測定装置。

［３］ 前記導風ガイドは、前記吸気ファン側に位置する上流側端部（１７ｂ）から前記下流側端部に近づくにつれて狭まるように形成されている、
上記［２］に記載の光測定装置。

［４］ 前記装置筐体は、形状及び寸法が規格化された複数の筐体をそれらの厚み方向に積層配置可能なスタッカブル構造を有する、
上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の光測定装置。

１０ 光測定装置
１０Ａ メインフレームユニット
１０Ｂ，１０Ｃ 測定用追加ユニット
１１ 装置筐体
１１ａ 前面パネル
１１ｂ 天板
１１ｃ，１１ｄ 側板
１１ｅ 背面パネル
１１ｆ 底板
１２ 光トランシーバ
１２ａ 本体
１２ｂ 電気系端部
１２ｃ ヒートシンク
１３ ＯＳＦＰコネクタ
１４ ケージ
１４ａ 前端部
１４ｂ 後端部
１４ｃ 開口部
１５ 回路基板
１６－１，１６－２，１６－３，１６－４，１６－５ 吸気ファン
１７ 導風ガイド
１７ａ 下流側端部
１７ｂ 上流側端部
１７ｃ 傾斜部
１７ｄ 側面板
１８ 光ファイバケーブル
１９ 電気系コネクタ
Ａ１ 挿入方向

Claims (4)

1. 装置筐体（１１）に光モジュール（１２）が装着可能とされ、当該光モジュールを介して外部と信号の送受信を行う光測定装置であって、
   前記光モジュールはヒートシンク（１２ｃ）を具備し、前記装置筐体に装着された際にケージ（１４）内に格納されるようになっており、また当該ケージはその形状が規格で定められ、装置内部側の端にケージ開口（１４ｃ）を有してなっており、
   前記ケージ開口と対向する前記装置筐体の一端面に配置された吸気ファン（１６－１）と、
   前記吸気ファンによって装置内部に吐出された空気を、前記ケージ開口に直に導く導風ガイド（１７）と、
   を備える光測定装置。
2. 前記導風ガイドは略筒状でなり、当該導風ガイドの下流側端部（１７ａ）の開口が、前記ケージ開口と連続した形状を有する、
   請求項１に記載の光測定装置。
3. 前記導風ガイドは、前記吸気ファン側に位置する上流側端部（１７ｂ）から前記下流側端部に近づくにつれて狭まるように形成されている、
   請求項２に記載の光測定装置。
4. 前記装置筐体は、形状及び寸法が規格化された複数の筐体をそれらの厚み方向に積層配置可能なスタッカブル構造を有する、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光測定装置。

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