JP5580519B2 - Light source device for sensitivity calibration - Google Patents
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Description
本発明は、生物発光や化学発光などの微弱な光を測定するための光検出器(例えば光電子増倍管)の感度校正に利用される光源装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device used for sensitivity calibration of a photodetector (for example, a photomultiplier tube) for measuring weak light such as bioluminescence or chemiluminescence.
従来、このような分野の技術として、特開平3−262931号公報があり、この公報には、様々なタイプの感度校正用光源装置が開示されている。第1の例として、LED(半導体発光素子)から出射した光を、ピンホールを介して光ファイバに入射させ、光ファイバを光電子増倍管の入射面に接続させることで、光電子増倍管の感度校正を行っている。第2の例として、LEDから出射した光を透明ガラス反射板で反射させ、この光をピンホールを介して光ファイバに入射させ、光ファイバを光電子増倍管の入射面に接続させることで、光電子増倍管の感度校正を行っている。第3の例として、LEDから出射した光をピンホールを介して散乱板に入射させ、この散乱光を光電子増倍管の入射面に入射させることで、光電子増倍管の感度校正を行っている。 Conventionally, as a technique in such a field, there is JP-A-3-262931, which discloses various types of light sources for sensitivity calibration. As a first example, light emitted from an LED (semiconductor light-emitting element) is incident on an optical fiber through a pinhole, and the optical fiber is connected to the incident surface of the photomultiplier tube. Sensitivity calibration is performed. As a second example, the light emitted from the LED is reflected by the transparent glass reflector, and this light is incident on the optical fiber through the pinhole, and the optical fiber is connected to the incident surface of the photomultiplier tube. The sensitivity of the photomultiplier tube is calibrated. As a third example, the light emitted from the LED is made incident on the scattering plate through a pinhole, and the scattered light is made incident on the incident surface of the photomultiplier tube, thereby calibrating the sensitivity of the photomultiplier tube. Yes.
しかしながら、前述した従来の感度校正用光源装置のいずれの例も、縦長の光を発生させることを予定したものではなく、例えば、試験管内で発生する生物発光や化学発光などの微弱な光を光電子増倍管で測定する場合、縦長の発光領域に合わせて感度校正がなされることが、光電子増倍管の正確な感度校正を行う上で非常に重要である。 However, none of the above-described conventional sensitivity calibration light source devices are intended to generate vertically long light. For example, weak light such as bioluminescence or chemiluminescence generated in a test tube is photoelectron-generated. When measuring with a multiplier, it is very important to calibrate the sensitivity according to the vertically long light emission region in order to perform accurate calibration of the photomultiplier.
本発明は、透光カバーから縦長の光を均一に発生させるようにした感度校正用光源装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a sensitivity calibration light source device that uniformly generates vertically long light from a translucent cover.
本発明は、光検出器の感度を校正するための光源装置において、
筐体内に収容された半導体発光素子と、
半導体発光素子に電気を供給する電源と、
後端面から半導体発光素子の光が入射されるライトガイドと、
筐体の端部に接続されると共に、ライトガイドを包囲してライトガイドからの光を拡散させる透光カバーとを備え、
ライトガイドのうちで透光カバーにより包囲された部分は、ライトガイドの中心軸線方向において複数の発光部を有し、
筐体の端部には、ライトガイドを固定するための載置台が設けられ、
透光カバーには、ライトガイドが挿入される挿入孔が形成され、挿入孔におけるライトガイドの全周囲には隙間が設けられ、透光カバーの先端は半球面状に形成されているとともに、
ライトガイドは、一本の光ファイバからなり、
光ファイバのうちで透光カバーにより包囲された部分の前端側の発光部は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成され、光ファイバのうちで透光カバーにより包囲された部分の後端側の発光部は、全周に渡って凹状をなす縮径部として形成され、
光ファイバの先細り部及び縮径部は、クラッド層が除去されてコア部が露出していることを特徴とする。
The present invention relates to a light source device for calibrating the sensitivity of a photodetector.
A semiconductor light emitting device housed in a housing;
A power source for supplying electricity to the semiconductor light emitting device;
A light guide into which the light of the semiconductor light emitting element is incident from the rear end surface;
A light-transmitting cover that is connected to an end of the housing and surrounds the light guide and diffuses light from the light guide;
The portion surrounded by the light-transmitting cover in the light guide has a plurality of light emitting portions in the central axis direction of the light guide,
A mounting table for fixing the light guide is provided at the end of the housing,
The translucent cover has an insertion hole into which the light guide is inserted, a gap is provided around the entire circumference of the light guide in the insertion hole, and the tip of the translucent cover is formed in a hemispherical shape ,
The light guide consists of a single optical fiber,
The light emitting portion on the front end side of the portion surrounded by the light-transmitting cover in the optical fiber is formed as a tapered portion whose diameter gradually decreases toward the tip, and the portion surrounded by the light-transmitting cover in the optical fiber The light emitting part on the rear end side is formed as a reduced diameter part having a concave shape over the entire circumference,
The tapered portion and the reduced diameter portion of the optical fiber are characterized in that the core portion is exposed by removing the cladding layer .
この感度校正用光源装置においては、筐体内に収容された半導体発光素子(例えば、LED又はLD)から光を出射させ、この光をライトガイドの後端面から入射させることによって、透光カバー内に光を導くことができる。透光カバー内で、ライトガイドは、中心軸線方向において複数の発光部を有するようになっているので、透光カバーの材質や長さを考慮して、各発光部の位置を設計時に変更するだけで、縦長の光を中心軸線方向において透光カバーから均一に発生させることができる。 In this light source device for sensitivity calibration, light is emitted from a semiconductor light emitting element (for example, LED or LD) housed in a housing, and this light is incident on the rear end surface of the light guide, so that the light is transmitted into the translucent cover. Can guide light. Since the light guide has a plurality of light emitting portions in the central axis direction within the light transmitting cover, the position of each light emitting portion is changed at the time of designing in consideration of the material and length of the light transmitting cover. Only vertically long light can be uniformly generated from the light-transmitting cover in the central axis direction.
また、透光カバーには、ライトガイドが挿入される挿入孔が形成され、ライトガイドの先端面と挿入孔の底面と間に隙間が設けられていると好適である。
この隙間は、光を拡散させるための空間として利用されるので、透光カバーの前側から放出される光の均一性に寄与している。
Further, it is preferable that the translucent cover is formed with an insertion hole into which the light guide is inserted, and a gap is provided between the front end surface of the light guide and the bottom surface of the insertion hole.
Since this gap is used as a space for diffusing light, it contributes to the uniformity of light emitted from the front side of the translucent cover.
また、ライトガイドは、一本の光ファイバからなり、光ファイバのうちで透光カバーにより包囲された部分の前端側の発光部は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成され、光ファイバのうちで透光カバーにより包囲された部分の後端側の発光部は、全周に渡って凹状をなす縮径部として形成され、光ファイバの先細り部及び縮径部は、クラッド層が除去されてコア部が露出していると好適である。
光ファイバにおける前端側の発光部は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成されているので、光ファイバの中心軸線方向において前端側で発光領域を作り出すとともに、後端側の縮径部でも発光領域を作り出し、これによって、透光カバーを、中心軸線方向において縦長く均一に光らせることができる。さらに、縮径部及び先細り部は、いずれも光ファイバの全周に渡って形成されているので、透光カバーを全周に渡って均一に光らせることができる。また、縮径部は、光ファイバの全周に渡って凹状をなしているので、深さを変えることで様々な対応が可能である。例えば、縮径部の深さを深くした場合には、縮径部での光の漏洩が多くなり、これによって先細り部に向かう光束が弱くなり、先細り部での発光量を減らすことができる。これに対して、縮径部の深さを浅くした場合には、縮径部での光の漏洩が少なくなり、これによって先細り部に向かう光束が強くなり、先細り部での発光量を増やすことができる。このように、縮径部は、自らが発光することは言うに及ばず、先細り部の発光を調節する機能も合わせもっている。
The light guide is made of a single optical fiber, and the light emitting portion on the front end side of the portion of the optical fiber surrounded by the translucent cover is formed as a tapered portion that gradually decreases in diameter toward the tip. The light emitting portion on the rear end side of the portion of the optical fiber surrounded by the translucent cover is formed as a reduced diameter portion having a concave shape over the entire circumference, and the tapered portion and the reduced diameter portion of the optical fiber are clad It is preferable that the core is exposed by removing the layer.
Since the light emitting portion on the front end side of the optical fiber is formed as a tapered portion whose diameter gradually decreases toward the tip, a light emitting region is created on the front end side in the central axis direction of the optical fiber, and the rear end side is contracted. A light emitting region is also created in the diameter portion, and thus, the translucent cover can be illuminated vertically and uniformly in the central axis direction. Furthermore, since both the reduced diameter portion and the tapered portion are formed over the entire circumference of the optical fiber, the translucent cover can be illuminated uniformly over the entire circumference. In addition, since the reduced diameter portion has a concave shape over the entire circumference of the optical fiber, various measures can be taken by changing the depth. For example, when the depth of the reduced diameter portion is increased, light leakage at the reduced diameter portion increases, whereby the light flux toward the tapered portion becomes weak, and the light emission amount at the tapered portion can be reduced. On the other hand, when the depth of the reduced diameter portion is reduced, light leakage at the reduced diameter portion is reduced, thereby increasing the luminous flux toward the tapered portion and increasing the light emission amount at the tapered portion. Can do. As described above, the reduced diameter portion has a function of adjusting the light emission of the tapered portion as well as the light emission itself.
また、半導体発光素子とライトガイドの後端面との間には、ライトガイドの後端面の面積より小さな開口面積を有する光入射孔が配置されていると好適である。
この光入射孔の開口面積を適宜変更することで、簡単な構成をもって、減光フィルタの適用なしに、半導体発光素子からライトガイドに入射する光量を容易に調節することができる。
Further, it is preferable that a light incident hole having an opening area smaller than the area of the rear end surface of the light guide is disposed between the semiconductor light emitting element and the rear end surface of the light guide.
By appropriately changing the opening area of the light incident hole, the amount of light incident on the light guide from the semiconductor light emitting element can be easily adjusted with a simple configuration and without application of a neutral density filter.
また、ライトガイドは、複数本の光ファイバからなり、各光ファイバの先端面の位置は、透光カバー内で、ライトガイドの中心軸線方向において異なっていると好適である。
このような場合、光ファイバの先端面の位置がそれぞれ異なっているので、中心軸線方向において異なる位置で発光させることができ、これによって、中心軸線方向において縦長の光を透光カバーから均一に発生させることができる。
Further, the light guide is composed of a plurality of optical fibers, and the position of the front end surface of each optical fiber is preferably different in the direction of the central axis of the light guide within the translucent cover.
In such a case, since the positions of the end faces of the optical fibers are different from each other, light can be emitted at different positions in the central axis direction, thereby generating vertically long light from the translucent cover in the central axis direction. Can be made.
また、半導体発光素子はベース板上に固定され、ベース板には、半導体発光素子からの光を受光する光検出素子が固定され、ベース板は、光検出素子からの信号に基づいて半導体発光素子への供給電力を制御する制御基板に電気的に接続されていると好適である。
このような構成を採用すると、半導体発光素子が出射する光を光検出素子で直接的に受光させることができるので、半導体発光素子の光量を高精度にフィードバック制御することができる。
The semiconductor light emitting element is fixed on the base plate, and a light detection element that receives light from the semiconductor light emitting element is fixed to the base plate. The base plate is based on a signal from the light detection element. It is preferable to be electrically connected to a control board that controls the power supplied to the.
By adopting such a configuration, the light emitted from the semiconductor light emitting element can be directly received by the light detecting element, so that the light quantity of the semiconductor light emitting element can be feedback-controlled with high accuracy.
本発明によれば、透光カバーから縦長の光を均一に発生させることができる。 According to the present invention, vertically long light can be uniformly generated from the translucent cover.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る感度校正用光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、この実施形態においては、筐体2の管軸線と光ファイバFの光軸線とライトガイドの中心軸線は略同一であるので、符号「L」を共通して使用する。
Hereinafter, preferred embodiments of a light source device for sensitivity calibration according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, since the tube axis of the
図1及び図2に示すように、光源装置1は、試験管内で行われる生物発光や化学発光などの微弱な光を測定するための光検出器(例えば光電子増倍管(PMT))の感度校正を行うためのものである。この光源装置1は、血液検査装置で利用される試験管と略同じ形状であり、全長約80mm、直径約10mmをなしている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
この光源装置1は、外観がステンレスやアルミ等からなる円筒管状の筐体2と、筐体2の先端でネジ結合されて、光を拡散させる材料(例えばフッ素樹脂)からなる縦長の透光カバー(光拡散カバー)20とを備え、透光カバー20の先端は試験管のように丸い半球面20aを有している。筐体2は、制御基板3が収容される本体部2aと、本体部2aの先端にネジ結合された延長部2bと、本体部2aの後端に固定された内筒部5にネジ結合されたキャップ部2cとからなる。
The
本体部2a内には、制御基板3が収容され、制御基板3には、ON/OFFスイッチ素子4部が固定され、ON/OFFスイッチ素子4の操作レバー4aは本体部2aから露出している。延長部2bは、本体部2aにネジ結合される外筒部2bAと、外筒部2bA内に圧入された樹脂製の内筒部2bBと、内筒部2bBと一体をなすと共に、管軸線L方向に突出して直径略1.5mmの樹脂製の光ファイバFを固定するためのファイバ載置台2bCとからなる。
A
このファイバ載置台2bCは、円柱状をなすと共に、透光カバー20にネジ結合させるための雄ネジ部6を有する。ファイバ載置台2bCの中央には、管軸線L上に位置すると共に、光ファイバ(ライトガイド)Fの基端側が差し込み固定される光ファイバ差込み孔7と、管軸線L上に位置すると共に、光ファイバ差込み孔7に連通する光入射孔8とが形成されている。この光入射孔8の開口面積は、光ファイバFの後端面21(図3参照)の面積より小さく、ピンホールとして形成されている。
The fiber mounting table 2bC has a cylindrical shape and has a male screw portion 6 for screw coupling to the
本体部2aの内筒部5とキャップ部2cとの間には、制御基板3と通電するボタン電池(電源)10が収容され、キャップ部2cは、本体部2aに対して着脱自在であり、キャップ部2cを外すことで電池10の交換が可能になる。
Between the
制御基板3は、本体部2a内で管軸線L方向に延在し、制御基板3の後端は本体部2aの内筒部5に固定され、制御基板3の先端には、円板状のベース板11が固定されている。このベース板11には、半導体発光素子の一例をなす白色LED12と、LED12から出射される光を受光する光検出素子の一例をなすフォトダイオード(PD)13とが固定され、LED12及びフォトダイオード13には、電池10に接続された制御基板3を介して電気が供給されている。なお、LED12は白色光LEDに限らず、試薬の発光波長に合わせて、所望の発光波長のLEDを用いることができる。
The
このLED12は、ベース板11の中央で管軸線L上に位置し、フォトダイオード13は、LED12に隣接している。さらに、LED12及びフォトダイオード13は、黒色の内筒部2bBで包囲されている。このような構成によって、LED12からの光をフォトダイオード13で直接的に且つ確実に検知することができる。
The
LED12及びフォトダイオード13が固定されたベース板11は、フォトダイオード13からの信号に基づいてLED12への供給電力を制御する制御基板3に電気的に接続されている。このような構成を採用すると、LED12が出射する光をフォトダイオード13で直接的に受光させることができるので、LED12の光量を高精度にフィードバック制御することができる。
The
管軸線L上に位置するLED12からの光は、内筒部2bBによって包囲された空間Sを介して光入射孔8に達する。そして、その光は、光ファイバFの後端面21(図3参照)から入射されて、透光カバー20内に導かれる。この透光カバー20には、光ファイバ差込み孔7に差込み固定された一本の光ファイバFを挿入させるための挿入孔22が形成され、この挿入孔22は、光ファイバ差込み孔7及び光入射孔8と同様に、管軸線L上に形成されている。
The light from the
図3に示すように、光ファイバFのうちで透光カバー20により包囲された部分、すなわち挿入孔22内に配置された部分(以下「有効部」という)Aは、光ファイバFの光軸線L方向において発光部23,24を2箇所有する。
As shown in FIG. 3, a portion of the optical fiber F surrounded by the
有効部Aの前端側の発光部23は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成され、有効部Aの後端側の発光部24は、全周に渡って凹状をなす縮径部として形成されている。この縮径部24は、ファイバ載置台2bCに近接していることが好ましい。さらに、光ファイバFの先細り部23及び縮径部24は、クラッド層Gが除去されてコア部Cを露出させているので、光ファイバF内の光をその箇所から外部に放出させることができる。この有効部Aの全長は約11mmであり、この全長を1にした場合、先細り部23は、約0.15〜0.2であり、縮径部24は、約0.1が適切である。
The
この感度校正用光源装置1においては、筐体2内に収容されたLED12から光を出射させ、この光を光ファイバFの後端面21から入射させることによって、透光カバー20内に光を導くことができる。透光カバー20内で、光ファイバFは、この光軸線L方向において2カ所の発光部23,24を有するようになっているので、透光カバー20の材質や長さを考慮して、各発光部23,24の位置を設計時に変更するだけで、縦長の光を管軸線L方向において透光カバー20から均一に発生させることができる。
In this sensitivity calibration
そして、光ファイバFにおける前端側の発光部23は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成されているので、光ファイバFの光軸線L方向において前端側で発光領域を作り出すとともに、後端側の縮径部24でも発光領域を作り出し、これによって、透光カバー20を、管軸線L方向において縦長く均一に光らせることができる。さらに、縮径部24及び先細り部23は、いずれも光ファイバFの全周に渡って形成されているので、透光カバー20を全周に渡って均一に光らせることができる。
Since the
また、縮径部24は、光ファイバFの全周に渡って凹状をなしているので、深さを変えることで様々な対応が可能である。例えば、縮径部24の深さを深くした場合には、縮径部24での光の漏洩が多くなり、これによって先細り部23に向かう光束が弱くなり、先細り部23での発光量を減らすことができる。これに対して、縮径部24の深さを浅くした場合には、縮径部24での光の漏洩が少なくなり、これによって先細り部23に向かう光束が強くなり、先細り部23での発光量を増やすことができる。このように、縮径部24は、自らが発光することは言うに及ばず、先細り部23の発光を調節する機能も合わせもっている。
Further, since the reduced
さらに、光ファイバFの先端面26と挿入孔22の底面22aと間に隙間Rが設けられている。この隙間Rにおいて、光ファイバFの先端面26と底面22aとの距離は、光ファイバFの直径以上にすることが好ましく、この実施形態において、直径略1.5mmの樹脂製の光ファイバFに対しては、1〜3mmが適切である。この隙間Rは、光を拡散させるための空間として利用されるので、透光カバー20の半球面20aから放出される光の均一性に寄与している。
Further, a gap R is provided between the
さらに、LED12と光ファイバFの後端面21との間には、前述したように、光ファイバFより小さな径の開口を有する光入射孔8が、ピンホールとして形成されているので、この光入射孔8の開口面積を適宜変更することで、簡単な構成をもって、減光フィルタの適用なしに、LED12から光ファイバFに入射する光量を容易に調節することができる。
Furthermore, between the
符号27は、精密ドライバにより所定角度回転させることでLED12への通電量を調節するための調光部である。
本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment described above.
図4及び図5に示すように、他の実施形態に係る感度校正用光源装置30は、7本の光ファイバP1,P2,P3,P4,P5,P6,P7からなるライトガイドPを有し、各光ファイバP1〜P7は、ファイバ載置台2bCに固定されると共に、有効部Aは、透光カバー20の挿入孔22内に挿入されている。そして、この有効部Aにおいて、各光ファイバP1〜P7の先端面P1a,P2a,P3a,P4a,P5a,P6a,P7aの位置は、透光カバー20内で、ライトガイドPの中心軸線L方向においてそれぞれ異なっている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
さらに、ライトガイドPの先端面P1aと挿入孔22の底面22aとの間に隙間Rが設けられている。
Further, a gap R is provided between the front end surface P 1 a of the light guide P and the
このような構成にあっては、各光ファイバP1〜P7の先端面P1a〜P7aから光が放出され、中心軸線L方向において透光カバー20内の異なる位置でそれぞれ発光しているので、中心軸線L方向において縦長の光を透光カバー20から均一に発生させることができる。
In such a configuration, light is emitted from the end faces P1a to P7a of the optical fibers P1 to P7, and light is emitted at different positions in the
なお、この感度校正用光源装置30に適用されるライトガイドPの光ファイバの本数は、2本以上であればよい。また、この実施形態に係る光源装置30は、光源装置1と同一構成部分を有し、共通部分には、同一符号を付して、その説明は省略する。
The number of optical fibers of the light guide P applied to the sensitivity calibration
半導体発光素子として、レーザーダイオード(LD)を適用してもよい。 A laser diode (LD) may be applied as the semiconductor light emitting element.
光ファイバF,P1〜P7は、ガラス製であっても樹脂製であってもよい。 The optical fibers F and P1 to P7 may be made of glass or resin.
1,30…感度校正用光源装置、2…筐体、3…制御基板、8…光入射孔、10…電池(電源)、11…ベース板、12…LED(半導体発光素子)、13…フォトダイオード(光検出素子)、20…透光カバー、21…光ファイバの後端面、22…挿入孔、22a…挿入孔の底面、23…先細り部(発光部)、24…縮径部(発光部)、26…光ファイバの先端面、31…ライトガイドの後端面、F…光ファイバ(ライトガイド)、P1〜P7…光ファイバ、P…ライトガイド、A…有効部、L…光軸線、管軸線、中心軸線、R…隙間。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
筐体内に収容された半導体発光素子と、
前記半導体発光素子に電気を供給する電源と、
後端面から半導体発光素子の光が入射されるライトガイドと、
前記筐体の端部に接続されると共に、前記ライトガイドを包囲して前記ライトガイドからの光を拡散させる透光カバーとを備え、
前記ライトガイドのうちで前記透光カバーにより包囲された部分は、前記ライトガイドの中心軸線方向において複数の発光部を有し、
前記筐体の前記端部には、前記ライトガイドを固定するための載置台が設けられ、
前記透光カバーには、前記ライトガイドが挿入される挿入孔が形成され、前記挿入孔における前記ライトガイドの全周囲には隙間が設けられ、前記透光カバーの先端は半球面状に形成されているとともに、
前記ライトガイドは、一本の光ファイバからなり、
前記光ファイバのうちで前記透光カバーにより包囲された前記部分の前端側の発光部は、先端に向かって徐々に径が小さくなる先細り部として形成され、前記光ファイバのうちで前記透光カバーにより包囲された前記部分の後端側の発光部は、全周に渡って凹状をなす縮径部として形成され、
前記光ファイバの前記先細り部及び前記縮径部は、クラッド層が除去されてコア部が露出していることを特徴とする感度校正用光源装置。 In the light source device for calibrating the sensitivity of the photodetector,
A semiconductor light emitting device housed in a housing;
A power supply for supplying electricity to the semiconductor light emitting device;
A light guide into which the light of the semiconductor light emitting element is incident from the rear end surface;
A light-transmitting cover that is connected to an end of the housing and surrounds the light guide and diffuses light from the light guide;
The portion of the light guide surrounded by the light-transmitting cover has a plurality of light emitting portions in the central axis direction of the light guide,
A mounting table for fixing the light guide is provided at the end of the housing,
The translucent cover is formed with an insertion hole into which the light guide is inserted, a gap is provided around the light guide in the insertion hole, and the tip of the translucent cover is formed in a hemispherical shape. with that,
The light guide is composed of a single optical fiber,
The light emitting portion on the front end side of the portion surrounded by the light transmitting cover in the optical fiber is formed as a tapered portion whose diameter gradually decreases toward the tip, and the light transmitting cover in the optical fiber is formed. The light emitting portion on the rear end side of the portion surrounded by is formed as a reduced diameter portion having a concave shape over the entire circumference,
The sensitivity calibration light source device , wherein the tapered portion and the reduced diameter portion of the optical fiber have a core portion exposed by removing a clad layer .
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