JP4230454B2 - マルチスタック光学データ記憶媒体及びかかる媒体の使用方法 - Google Patents

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Description

本発明は、波長λを有し記録中に媒体の入射面を通って入射する集束された放射線ビームを用いた記録用のマルチスタック光学データ記憶媒体であり、
0と称される第1の記録スタックがその片側に設けられた第1の基板であって、第1の記録スタックは、第1のL0ガイド・グルーブ内に形成された、グルーブ内で厚さdL0Gを有しグルーブに隣接して厚さdL0Lを有する追記型のL0記録層と、L0記録層と第1の基板との間に設けられた第1の反射層とを有する、第1の基板と、
1と称される第2の記録スタックがその片側に設けられた第2の基板であって、第2の記録スタックは、グルーブ内で厚さdL1Gを有しグルーブに隣接して厚さdL1Lを有する追記型のL1記録層を有し、L0記録スタックよりも入射面に近い位置に設けられ、第2のL1ガイド・グルーブ内に形成される、第2の基板と、
記録スタック間に挟まれ、集束された放射線ビームの焦点の深さよりもかなり大きい厚さを有する透明スペーサ層とを有する、
マルチスタック光学データ記憶媒体に関する。
本発明はまた、かかる媒体の使用方法に関連する。
冒頭の段落に記載の光学記録媒体の実施例は、特許文献1から公知である。媒体の最も一般的な実施例は、円形のディスクである。
光学記録に関する市場について、これまでのところ最も重要な且つ成功したフォーマットは、追記型フォーマットのコンパクトディスク(Compact Disk Recordable:CD−R)であることが明らかである。重要性が書き換え可能コンパクトディスク(Compact
Disk ReWritable:CD−RW)によって取って代わられることは、長年に亘って予測されてきたが、CD−R媒体の実際の市場規模は、依然としてCD−RWの市場よりも少なくとも一桁は多い。更に、ドライブに関する最も重要なパラメータは、追記型(R)媒体についての最大書き込み速度であり、書き換え可能型(RW)についてのものではない。もちろん、例えばCD−RWについてのMount
Rainier規格化により、CD−RWへの市場のシフトも依然として生じうる可能性がある。しかしながら、追記型(R)フォーマットは、読み出し専用コンパクトディスク(CD)に対して100%の互換性があるため、非常に魅力的なものであることが証明されている。
近年、ディジタル・バーサタイル・ディスク(Digital Versatile
Disk:DVD)は、CDよりも遙かに大きいデータ容量を有する媒体としてのマーケットシェアを得ている。現在、このフォーマットは、読み出し専用(ROM)方式と書き換え可能(RW)方式で入手可能である。書き換え可能DVD(DVD
ReWritable:DVD+RW)規格の次に、新しい追記型(R)の、即ち一回書き込み型のDVD+R規格が開発された。新しいDVD+R規格は、DVD+RWに対する重要な支えとしてますます注目を集めている。起こりうるシナリオは、最終顧客が光学一回追記型フォーマットに慣れ、書き換え型フォーマットよりも容易に受け入れるというものである。
追記型(R)フォーマット及び書き換え可能型(RW)フォーマットの両方に関する問題は、シングル・スタックの媒体のみが存在するため、容量が限られ、従って記録時間が限られていることである。尚、ROMディスクであるDVDビデオについては、2層媒体が既にかなりのマーケットシェアを占めていることに留意されたい。2層、即ちデュアル・スタックのDVD+RWディスクは、おそらく実現可能ではある。しかしながら、完全に互換性のあるディスク、即ち2層DVD−ROMの反射及び変調の仕様の範囲内のディスクを実現するのは非常に困難であり、少なくとも、例えばDVD+RW媒体中で記録層として用いられる非晶質/結晶相変化材料の性質に関する大きな飛躍的な進歩を必要とする。完全な互換性なしには、市場における2層DVD+RWの成功は疑わしい。
2層DVD−ROM規格と互換性のある2層DVD+R媒体を得るため、上側L1層と下側L0層の両方の有効反射率は、少なくとも18%であるべきである。有効とは、反射が、両方のスタックL0及びL1が存在し、L0及びL1に夫々集束するとき、媒体から戻る有効な光の部分として測定されることを意味する。このことは、L1スタックが入射光と出射光のかなりの部分を吸収するため、L0スタック自体は、例えば50%よりも高い、望ましくは60%よりも高い、遙かに高い反射レベルを必要とすることを意味する。尚、L0及びL1についての通常用いられる表記、即ち、L0が「最も近い」スタックであって、即ち、放射線ビームの入射面に最も近い、という表記は変更されており、本願では、L0は最も深いスタックであり、L1...Lnは、より放射線ビームの入射面に近いスタックである。
特許文献1では、次の定義が用いられている。dG1(本願のdL1Gに対応する)は、L1に対応する第1の又は一番上の情報記録/再生ユニットのグルーブ内の色素層の厚さである。dG2(本願のdL0Gに対応する)は、L0に対応する第2の又は情報記録/再生ユニットのグルーブ内の色素層の厚さである。dL1(本願のdL1Lに対応する)は、L1に対応するランド上の色素層の厚さである。dL2(本願のdL0Lに対応する)は、L0に対応するランド上の色素層の厚さである。L1に対応するグルーブの深さはd1であるが、L0に対応するグルーブの深さd2は、異なって定義される。d2は、色素層がコーティングされた後に色素面上で測定されたランドとグルーブの高さの差である。dG2、d2及びdL2は、約174nm、140nm、120nmに設定される。計算によると、これは約194nmのL0に対応する基板内のグルーブ深さgに対応する。出願人による測定では、194nmの深さのグルーブを有する公知の媒体の反転した(インバーテッド)L0スタックは、ブランク領域(即ちグルーブの無い領域)の反射率のわずか15%乃至50%の反射率を有する。これは、2層DVD−ROM規格と互換性のある2層DVD+R媒体を得るためには、下側L0層のデータトラック上に集束される光線の反射率は充分に高い必要があるため(一般的には60%よりも大きく、上側L1層の透過性に依存する)、所望の60%反射レベルに達するのは不可能である。デュアル・スタックDVD+R再生の観点からは、反転したL0層構造が望ましく、このことは、L0スタックの記録層が、グルーブ構造を有する基板の側でない反射層の側に存在することを意味する。特許文献1では、dG1は実質的にdG2に等しく、dL1は実質的にdL2に等しいことが提案されている。更に、dG1はdL1よりも大きくなくてはならず、一方でdG2はdL2よりも大きくなくてはならない。
欧州特許出願公開第1067535A2号明細書
本発明は、L0スタックの反射レベルと、L0記録スタックの記録層内の記録されたマークの変調レベルとを有し、2層DVD−ROM仕様と互換性のある光学データ記憶媒体を提供することを目的とする。
この目的は、本発明によれば、第1のL0ガイド・グルーブの深さが0.15λよりも小さく、dL0Lが実質的にdL1G以上であることを特徴とする光学記憶媒体によって達成される。L0スタックの高い反射値を達成するために、浅いグルーブが提案される。計算によれば、0.3λよりも深いグルーブもまた、高い反射を達成しうるが、マスタリング及び射出成形の観点からはより製造が困難である。0.15λを上回る減少された反射については、金属で覆われたグルーブは放射線ビームの導波管として作用し、従って光学効果による有効反射率を低下させると説明できる。0.3λよりも大きい深さでは、これらの効果は、再び反射の増加を生じうる。L0スタックは、ランド上に記録されるため、即ち、一般的に螺旋状に形成されたL0ガイド・グルーブの間に記録されるため、厚さdL0Lは少なくとも実質的には厚さdL1Gに等しいことが必要である。これは、十分な変調で記録されたマークを形成するには、最小の量の色素厚さが要求されることを、出願人が見抜いているからである。変調は、記録されていないマークと記録済みのマークの反射の値の差を最大反射値で割ったものとして定義される。記録中、記録層、即ち色素材料の光学的な性質は、温度の上昇により変化する。充分な変調は、色素の屈折率の変化(Δndye)と色素の厚さを乗じたもの、即ち、Δndye×dL0Lが充分に大きい場合にのみ得られる。dL1Gが、DVD−ROMにより要求されるように、記録層L1において少なくとも60%の変調であるよう選択されれば、実験では、記録層L0における少なくとも60%の変調は、dL0Lが少なくともdL1G以上である場合にのみ達成されうることが示されている。通常は、記録層、即ち色素は、スピン・コーティング技術を用いて堆積され、従って、dL0Gが実質的にdL1Gに等しいようにされる場合、L0のランドはL0の隣接するグルーブよりも浅い記録層を有することとなるため、dL0LはdL1Gよりも小さくなる。dL0Lが実質的にdL1G以上であるとき、この効果は補償され、L0記録層中のマークの充分な変調レベルは高い最大反射レベルと組み合わされて達成される。放射線ビームの波長λは、将来のフォーマットについては実質的に655nm(DVD)以下である。
1つの実施例では、dL0Gは実質的に2dL1L以上である。L1ガイド・グルーブの深さの約1/5のL0ガイド・グルーブの深さを用いるとき、L0スタックの比較的高い反射値が達成される。L0スタックは、変調の正しい符号(高から低への記録)を得るために、(グルーブ内(in−groove)でなく)ランド上(on−land)に記録される。これは、プッシュ・プル型ガイド・グルーブ・トラッキング信号が正しい符号(「ランド上」)を有するという更なる利点がある。パラメータLは、
L=(dG−dL)/G
と定義でき、式中、dGはグルーブ内の記録層の厚さであり、dLはランド上の記録層の厚さであり、Gは溝の深さである。このパラメータは、グルーブ構造上への堆積の後の記録層のレベリングについての尺度である。通常は、100nm以上の比較的深いガイド・グルーブを有し、記録層がスピン・コーティングによって堆積される場合、一般的にはレベリングは約0.2乃至0.5である。L=0は、dG=dLを意味し、L=1は、ガイド・グルーブ構造上に堆積した後の色素の上面が完全に平坦であることを意味する。しかし、比較的浅いL0ガイド・グルーブを用いる場合、L=1又はそれに近いレベリング係数が想定されうる。この場合、dL0Gが実質的に2dL1L以上であるとき、比較的良い記録結果が達成される。
他の実施例では、追記型L0及びL1記録層は有機色素を有する。望ましい実施例では、dL1Gは実質的にdL1Lよりも大きい。L1記録層の色素を堆積させるためにスピン・コーティングを用いるとき、グルーブは隣接するランドよりも厚い記録層を有することとなる。このことはL1記録層の記録動作について有利であり、なぜならば、有機色素に基づく記録法では、記録処理は、データ、即ちマークが記録される色素体積が基板の面上に設けられるガイド・グルーブ内に制限されるとき、最適であるためである。
1つの実施例では、第1の反射層が設けられる側とは反対側のL0記録層の側に誘電体層が設けられうる。これは、更に良い変調を与えるという利点がある。誘電体層は、望ましくは5nm乃至120nmの範囲の厚さを有する。
更なる他の実施例では、金属を含む第2の反射層は、第1の反射層が存在する側とは反対側のL0記録層の側に存在する。望ましくは、第2の反射層は、5nm乃至15nmの範囲の厚さを有する。第2の反射層は、望ましくは、主に、Ag、Au、及びCuからなる群から選択される金属を含む。第2の反射層は、L0スタックの更に高い反射という利点がある。良い記録性能を達成するためにスタック設計における小さい変動が必要とされうる。
反転したL0スタックにおいて浅いグルーブを使用することの更なる利点は、ガイド・グルーブのウォブルが放射線ビームの反射中であまり目に見えないことである。ウォブルは、ガイド・グルーブ中の追加的な情報、例えばアドレス又は時間信号を変調するのに用いられる。例えば、160nmの深さGL0を有するガイド・グルーブを用いるとき、ウォブルと同じ周期を有する信号中では15%の変動が目に見える。35nmのグルーブ深さGL0では、この変動は実質的に無い。
本発明について、添付の図面を参照して詳述する。図1中、本発明によるものではない126nmのグルーブ深さGL0を有する基板の場合の反転したL0DVD+Rスタックについての実験結果が示されている。グルーブのある領域上の反射率は、ブランク領域(ミラー)上の反射率の約15%である。この値は許容可能ではない。
図2中、反転した(インバーテッド)L0DVD+Rスタックについての実験結果が示されている。本発明による約35nmのグルーブ深さを有するDVD+RW基板が使用された。グルーブのある領域上の反射率は、ブランク領域上の反射率の約85%であり、これはより深いグルーブについてはかなり高い。ディスクは依然として十分なプッシュ・プル信号を示すため、トラッキングが可能である。また、実験によれば、変調は比較的低いように見えるが(10%、11T担体対雑音比CNR〜30dB)、図5及び図6のスタック設計では高い変調が可能であり、データを書き込むことが可能であることが示された。
0基板31aは、300nmのFWHM幅WL0の35nmの深い溝、100nmのAgの反射層39、80nmのアゾ色素記録層35、及び保護層を有する。使用されうる典型的な色素は、(フタロ)シアニン系、アゾ系、スクアリリウム系、ピロメテン系、又は所望の性質を有する他の有機色素である。
図3中、記録用のマルチスタック光学データ記憶媒体30を示す。集束された放射線ビーム、即ち655nmのレーザ光ビーム40は、記録中、媒体30の入射面41を通って入射する。媒体は、追記型L0記録層35、即ちアゾ色素を有する、L0と称される第1の記録スタック33がその片側に設けられた第1の基板31aを有する。L0記録層は、第1の基板31aに設けられた第1のL0ガイド・グルーブ38内に形成され、L0記録層35と第1の基板31aの間に第1の反射層39が設けられる。第2の基板31bの片側には、追記型アゾ色素系L1記録層34を含むL1と称される第2の記録スタック32が設けられる。第2のL1記録スタック32は、L0記録スタック33よりも入射面に近い位置に設けられ、第2のL1ガイド・グルーブ37内に形成される。透明スペーサ層36は、記録スタック32と33の間に挟まれ、約40μmの厚さを有する。第1のL0ガイド・グルーブ38は、35nmの深さを有する。L0を有する第1の基板31aは、L1を有する基板に取り付けられ、それらの間にはボンディング層として作用する透明スペーサ層36が設けられる。例えばCu又はAgを含む半透明反射層42は、L1記録層34に隣接して設けられる。スタック1及びスタック2と称される特定の好適なL0スタック設計について、図5及び図6を参照して本願の他の場所で説明する。両方のディスクの種類についての望ましいスペーサ層の厚さは、40μm乃至70μmである。1つの特定の実施例は、
1:dL1G=80nm,dL1L=30nm 色素/12nm Ag/UV効果型樹脂(保護層),L1ガイド・グルーブ深さ 160nm;
0:100nm(ZnS)80(SiO220/dL0L=120nm,dL0G=150nm 色素/100nm Ag,L0ガイド・グルーブ深さ 30nm;
であり、スペーサの厚さは50μmである。L1からの有効反射は約19%であり、L0からの(L1を通じて測定した)有効反射は約19%である。
追記型デュアル・スタックDVDディスクの上側L1スタックは、下側にあるL0スタックをアドレスすることが可能であるよう高い透明性を有するべきである。同時に、L1は望ましくは、2層DVD−ROM仕様に適合するよう少なくとも18%の反射率を有するべきである。本願で提案するスタックは、DVD+R−DLにおける使用に限られるものではなく、如何なる(マルチスタックの)有機色素に基づく光学記録媒体にも適用されうる。
図4a及び図4bに、以下の設計のスタックについてのモデリング結果を示す。
スタック1:
・基板31a中の30nm乃至40nmの深さのガイド・グルーブ
・光学的に閉じたAgの100nmの第1の反射層39。例えばAu,Cu又はAlの他の金属も使用されうる。
・ランド上で130nmの厚さのアゾ色素層、放射線ビームの波長が655nmのときの色素の屈折率は2.24−0.02iであり、一般的なDVD−R色素に対応する。
・80乃至120nmの(ZnS)80(SiO220、n〜2.1の他の誘電体も同じ結果を与える。
この設計は、浅いグルーブの場合について反転したL0記録スタックの高い反射率及び高い変調を組み合わせる。変調の正しい符号を得るために、スタックは(グルーブ内ではなく)ランド上で記録されるべきである。このことにより、プッシュ・プル信号が正しい符号(「ランド上(on−land)」)を有するという更なる利点がある。パラメータLの定義については上述した。
図4a中、ランド上の色素の厚さdLの関数としてのランド上の反射の計算結果を示す。
図4b中、ランド上の色素の厚さdLの関数としてのランド上の変調の計算結果を示す。水平の破線は、最小の所望のレベルを示す。所望のレベルには、約100乃至130nmの色素厚さ範囲で到達することに留意すべきである。
このスタック1で得られる実験結果は、75%の高い変調と61%の高い反射率である。変調は、一般的には(Rmark−Rno-mark)/Rmaxで定義され、式中、Rmark及びRno-markは、読み出しレーザビームからの反射レベルをマークが存在するとき及びマークが存在しないときについて夫々表わし、Rmaxは最大反射である。L0層に書き込むのに必要なレーザビームパワーはわずか7mWであり、これはL1スタックが存在するときに望ましく、なぜならば比較的大部分のパワーはL1スタックに吸収されるからである。
図5に、以下の設計のスタックについてのモデリング結果を示す。
スタック2:
・基板31a中の30nm乃至40nmの深さのガイド・グルーブ
・光学的に閉じたAgの100nmの第1の反射層39。例えばAu,Cu又はAlの他の金属も使用されうる。
・ランド上で100乃至130nmの厚さのアゾ色素層、放射線ビームの波長が655nmのときの色素の屈折率は2.24−0.02iであり、一般的なDVD−R色素に対応する。
・5乃至15nmのAgの第2の反射層。例えばAu又はCuといった他の金属も使用されうる。
このスタック2で得られる実験結果は、75%の高い変調と64%の高い反射レベルである。L0層に書き込むのに必要なレーザビームパワーはわずか7mWであり、これはL1スタックが存在するときに望ましく、なぜならば比較的大部分のパワーはL1スタックに吸収されるからである。
図示しないが、以下に記載の第3のスタック設計が可能である。
スタック3:
・基板31a中の30nm乃至40nmの深さのガイド・グルーブ
・光学的に閉じたAgの100nmの第1の反射層39。例えばAu,Cu又はAlの他の金属も使用されうる。
・ランド上で90乃至160nmの厚さのアゾ色素層35、放射線ビームの波長が655nmのときの色素の屈折率は2.24−0.02iであり、一般的なDVD−R色素に対応する。
・5乃至50nmのSiO2層。他の誘電体も使用されうる。
この第3のスタック設計の利点は、第2のスタック設計と比較して製造がより容易であることである。
図6中、例として、従来のシングル・スタックDVD+Rディスクについての結果を示す。色素の屈折率は、2.24−0.02iとされている(これは一般的な色素に対応する)。計算によれば、色素の厚さが80乃至90nmの付近で、グルーブ上反射曲線72及びグルーブ上変調曲線71はいずれも最適値を有する。計算された反射率及び変調は、実験的に得られた値と良く一致する。L0層から良い信号品質を達成するために、高い反射率を高い変調と組み合わせる(いずれも60%よりも大きい)スタック設計を得ることが試みられた。簡単な3層スタック設計では、グルーブ内記録信号は、殆どの場合は誤った極性(低から高への記録、図示せず)を有することとなる。従って、浅いグルーブの場合、ランド上の記録、又はより複雑なスタック設計が考えられうる。
図4及び図5に示すいずれのスタック設計も、本発明によれば、比較的高い記録済みマーク変調値及び有効L0スタック反射値を有し、即ち、2層DVD仕様に適合する。尚、ここで提案されるスタックは、比較的浅いグルーブ、即ち約35nmのグルーブについて最適化されるが、例えば80nmよりも小さいような他のグルーブ深さが可能である。
最適グルーブ深さは、放射線ビームの波長λに応じて決まる。
上述の実施例は、本発明を制限するものではなく、例示するものであって、当業者は、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく多くの他の実施例を設計することが可能となることに留意すべきである。請求項において、括弧内の如何なる参照符号も、請求項を制限するものと解釈されるべきでない。「有する」又は「含む」の用語は、請求項に記載した要素又は段階以外の要素又は段階の存在を排除するものではない。要素が単数で記載されている場合は、かかる要素が複数個存在する場合を排除するものではない。いくつかの手段が互いに異なった従属項に記載されているというだけの事実は、これらの手段の組合せが利用されえないことを示すものではない。
本発明によれば、波長λを有し、媒体の入射面を通じて入射する集束された放射線ビームを用いた記録用のマルチスタック光学データ記憶媒体が提供される。本発明は、追記型L0記録層を有し第1のL0ガイド・グルーブ内に形成されたL0と称される第1の記録スタックがその片側に設けられる第1の基板を有する。L0記録層は、グルーブ内で厚さdL0Gを有し、グルーブに隣接して厚さdL0Lを有し、L0記録層と第1の基板との間に第1の反射層が設けられる。第2の基板は、その片側に、追記型L1記録層を有するL1と称される第2の記録スタックが設けられる。L1記録層は、グルーブ内で厚さdL1Gを有し、グルーブに隣接して厚さdL1Lを有する。第2の記録スタックは、L0記録スタックよりも入射面に近い位置に設けられ、第2のL1ガイド・グルーブ内に形成される。第1のL0ガイド・グルーブの深さは0.15λよりも小さく、dL0Lは実質的にdL1G以上であり、それによりL0スタックが2層DVD−ROM仕様に適合する記録済みマークの反射レベル及び変調レベルを有することが達成される。
反転したL0DVD+Rスタック用のブランク領域(ミラー)及びグルーブのある領域上の反射率を示し、グルーブ深さは126nmであり、グルーブのある領域上の反射率は、ブランク領域上の反射率のわずか約15%であることを示す図である。 反転したL0DVD+Rスタック用のブランク領域(ミラー)及びグルーブのある領域上の反射率を示し、グルーブ深さは35nmであり、グルーブのある領域上の反射率は、ブランク領域上の反射率の約85%であることを示す図である。 反転したL0スタックを伴う本発明による実施例を示す概略断面図である。 本発明によるスタック設計のモデリング調査の計算結果を示す図である。 本発明によるスタック設計のモデリング調査の計算結果を示す図である。 本発明による他のスタック設計のモデリング調査の計算結果を示す図である。 本発明による他のスタック設計のモデリング調査の計算結果を示す図である。 参照ディスク、即ち単層DVD+Rについて計算された反射及び変調を示す図である。

Claims (8)

  1. 波長λを有し記録中に媒体の入射面を通って入射する集束された放射線ビームを用いた記録用のマルチスタック光学データ記憶媒体であり、
    0と称される第1の記録スタックがその片側に設けられた第1の基板であって、前記第1の記録スタックは、有機色素を有し且つ第1のL0ガイド・グルーブ内に形成された、グルーブ内で厚さdL0Gを有しグルーブに隣接して厚さdL0Lを有する追記型のL0記録層と、前記L0記録層と前記第1の基板との間に設けられた第1の反射層とを有する、第1の基板と、
    1と称される第2の記録スタックがその片側に設けられた第2の基板であって、前記第2の記録スタックは、有機色素を有した、グルーブ内で厚さdL1Gを有しグルーブに隣接して厚さdL1Lを有する追記型のL1記録層を有し、前記L0記録スタックよりも前記入射面に近い位置に設けられ、第2のL1ガイド・グルーブ内に形成される、第2の基板と、
    前記記録スタック間に挟まれ、前記集束された放射線ビームの焦点の深さよりもかなり大きい厚さを有する透明スペーサ層とを有する、
    マルチスタック光学データ記憶媒体であって、
    前記第1のL0ガイド・グルーブの深さは0.15λよりも小さく、dL0L L1G 以上であることを特徴とする、マルチスタック光学データ記憶媒体。
  2. L0G2d L1L 以上である、請求項1記載のマルチスタック光学データ記憶媒体。
  3. L1G L1L よりも大きい、請求項記載のマルチスタック光学データ記憶媒体。
  4. 前記透明スペーサ層と前記追記型のL 1 記録層との間に誘電体層が設けられる、請求項記載のマルチスタック光学データ記憶媒体。
  5. 前記誘電体層は、5nm乃至120nmの範囲の厚さを有する、請求項記載のマルチスタック光学データ記憶媒体。
  6. 金属を含む第2の反射層は、前記透明スペーサ層と前記追記型のL 1 記録層との間に設けられる、請求項記載のマルチスタック光学データ記憶媒体。
  7. 前記第2の反射層は、5nm乃至15nmの範囲の厚さを有する、請求項記載のマルチスタック光学データ記憶媒体。
  8. 前記第2の反射層は、主に、Ag、Au、及びCuからなる群から選択される金属を含む、請求項又は記載のマルチスタック光学データ記憶媒体。
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