JPH06138336A - 高輝度光源用の光学的結合組立体 - Google Patents

高輝度光源用の光学的結合組立体

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JPH06138336A
JPH06138336A JP5064907A JP6490793A JPH06138336A JP H06138336 A JPH06138336 A JP H06138336A JP 5064907 A JP5064907 A JP 5064907A JP 6490793 A JP6490793 A JP 6490793A JP H06138336 A JPH06138336 A JP H06138336A
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JP
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longitudinal
coupling
light
optical
coupling member
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Application number
JP5064907A
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John M Davenport
ジョン・マーチン・ディブンポート
Richard L Hansler
リチャード・ロウエル・ハンスラー
Charles Nagel Richard
リチャード・チャールズ・ナグル
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4298—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with non-coherent light sources and/or radiation detectors, e.g. lamps, incandescent bulbs, scintillation chambers
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦点面に集束された高輝度を有する光源を複
数の光学的光導体に結合するのに有益な光学的結合組立
体を提供する。 【構成】 複数の縦方向部分２６を含む光透過性の分割
された棒状結合部材２４と、縦方向部分を一緒に組み立
てた状態で保持する保持部材２８とを有する。結合部材
は入端部２４Ａが光源の焦点面に配設され、出端部２４
Ｂが複数の光学的光導体１６の先端に接して配設され
る。各縦方向部分はその内部を進む光を内部反射するこ
とができる複数の縦方向面２６Ａ，２６Ｂを有する。保
持部材は中空のスリーブであり、縦方向部分を互いにぴ
ったりと組み合わさった関係で保持して、縦方向部分の
縦方向面が結合部材の外周面と結合部材内の複数の内面
を定めるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の光学的光導体へ
の高輝度光源の光学的結合に関し、更に詳しくは、内面
反射の数を増大して、光の色混合を改良した光学的結合
組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】単一の光源からの光出力を、光学管や棒
やファイバのような複数の光学的光導体を使用して多く
の離れた位置に供給するセントラル照明システムが自動
車、ディスプレイおよび家庭の照明を含む多くの異なる
用途のために提案されている。例えば、米国特許第４，
９５８，２６３号には自動車用にセントラル照明システ
ムを使用することが開示されている。
【０００３】このようなセントラル照明システム用の光
源は、離れた位置に充分な光を供給するために高輝度特
性の光出力を有するものでなければならない。例えば、
１平方センチメートル当り５０，０００ルーメン以上の
高輝度特性測定値を有する光源が適当である。このよう
な光源は、楕円形を有するような適当な反射器およびこ
の反射器の光学焦点面に設けられた光ファイバの端部に
光出力を集束させるミラー要素とともに使用された場
合、光ファイバの端部に物理的損傷を生じ得るような非
干渉性の高輝度集束光出力を発生することができる。光
ファイバの端部に対する損傷を避けるために、好ましく
は長さが約１．５インチ、直径が３／４インチのワンピ
ース型の円筒形光学的結合棒が光学焦点と光ファイバの
端部との間に設けられる。光出力は多くの内部反射を行
って光学焦点から光ファイバに進む。
【０００４】また、光源から発生し、楕円形の反射器で
集束された非干渉性の高輝度光出力画像は、光出力の中
心において最も明るくなって青い色が多くなり、また光
出力の外側縁部の周りにおいて薄暗くなって赤い色が多
くなる傾向がある。光出力が円筒形の光学的結合棒に入
ると、多くの内部反射によって光の混合が達成される傾
向があり、これにより光ファイバに入る光出力の外側縁
部から中心における色の差が低減する。
【０００５】適当な光混合を達成するために、最小の長
さ対直径比が結合棒に必要である。本発明者らはここに
３／４インチの直径の結合棒に対して１．５インチの長
さ、すなわち２の比が、充分な光混合を行って色の差を
実質的に低減するのに適切でないことを発見した。適当
な光混合を行うのに充分な長さの円筒形の結合棒は自動
車照明用のセントラル照明システムには余りにも長すぎ
る。従って、棒の長さを実質的に増大することなく、光
混合を増大するための光学的結合棒の設計を改良する必
要がある。
【０００６】
【発明の概要】本発明は、上述した必要性を満たすよう
に設計された光学的結合組立体を提供する。本発明の光
学的結合組立体は分割された結合部材を使用しており、
この結合部材は結合部材の軸方向の長さを増大すること
なく、従来のワンピース型の円筒形結合部材に比較して
軸方向の単位長当りの内部反射の数を増大する多重内部
反射面を有している。
【０００７】従って、本発明は、焦点面に集束した光源
からの非干渉性光を複数の光学的光導体に結合するのに
使用される光学的結合組立体を対象とする。この結合組
立体は、（ａ）中心縦軸を有し、光源の焦点面と複数の
光学的光導体の先端との間に配設された光透過性の棒状
結合部材であって、該結合部材は複数の縦方向部分によ
って形成され、各部分がその内部を進む光を内部反射す
ることができる複数の縦方向面を有するとともに、ぴっ
たりと組み合わさった関係に互いに組み立てられ得る光
透過性棒状結合部材と、（ｂ）縦方向部分の縦方向面の
いくつかが結合部材の外周面を定め、縦方向部分の縦方
向面の他のものが外周面から中心縦軸まで延在する複数
の内面を結合部材内に定めるように前記のぴったりと組
み合わさった関係に互いに組み立てられた縦方向部分を
保持する手段とを有する。
【０００８】更に詳しくは、結合部材の縦方向部分は中
心縦軸にほぼ直角に延在する結合部材上の平らな対向端
面を定めるように対の対向端面を有している。また、縦
方向部分の各々は実質的に同じものである。結合部材
は、一実施例では、各々が結合部材のほぼ４分の１を構
成する４つの同じ縦方向部分で形成される。他の実施例
では、結合部材は５つの同じ縦方向部分で構成される。
【０００９】更に、保持手段は、縦方向部分を受け入れ
て互いにぴったりと組み合わさった関係に保持すること
ができると共に、光導体の先端を受け入れて、結合部材
の端面の一方を定めている縦方向部分の端面に接触する
ように保持することができる中空のスリーブ状部材であ
る。また、互いにぴったりと組み合わさった関係の縦方
向部分は、互いにおよび結合部材の中心縦軸にほぼ平行
に延在している。
【００１０】結合部材の外周面を定めている縦方向部分
の縦方向面は湾曲した形状であって、円筒形の結合部材
の外周面を定めるように縦方向部分の外周に位置付けら
れている。結合部材内の複数の隣接する対の内面を定め
ている縦方向部分の縦方向面は平面形状であって、円筒
形の外周面から結合部材の中心縦軸まで延在するように
縦方向部分の対向する側に位置付けされている。
【００１１】変形実施例においては、分割された結合部
材は前側部分および後側部分を有し、前側部分の縦方向
部分は互いにぴったりと組み合わさった関係に配設され
ているのに対して、後側部分は互いにぴったりと組み合
わさった関係から縦方向部分が互いに円周方向および中
心縦軸から半径方向に間隔をあけるような関係に分岐し
ている。結合部材の後側部分における縦方向部分は断面
形状が徐々に変化している。
【００１２】本発明のこれらおよび他の特徴および利点
は図面とともに次の詳細な説明を閲読することにより本
技術分野に専門知識を有する者にとって明らかになろ
う。図面においては、本発明の例示的実施例が示され記
載されている。
【００１３】
【詳しい説明】次に示す説明では、同じ符号はいくつか
の図面を通して同じまたは対応する構成要素を示してい
る。また、次の説明において、「前方」、「後方」、
「左」、「右」、「上方」、「下方」などのような用語
は便宜上の用語であって、制限の意味として解釈される
べきものでないことを理解されたい。
【００１４】次に、図面、特に図１−３を参照すると、
全体的に１０で示されている光学照明システムが図示さ
れており、この光学照明システムは本発明の光学的結合
組立体１２を有し、この光学的結合組立体１２は光源１
４を照明システム１０の複数の光学的光導体１６の先端
１６Ａに結合している。好ましくは、必ずしもというわ
けではないが、光源１４は非干渉性の高輝度光出力Ｌを
発生することができる電球１８、楕円形状を有するよう
な反射器要素２０、および平面形状を有するような鏡要
素２２を有し、これらはともに非干渉性の高輝度光出力
Ｌの画像を発生するように動作して、光学的結合組立体
１２の入端部１２Ａに位置する光学焦点面Ｐに集束する
ように構成されている。「高輝度」という用語は１平方
センチメートル当り、約５０，０００ルーメンの有効輝
度の出力を有する光源を意味しているが、本発明は高輝
度光源に限定されず、どのような輝度の光源にも同様に
適用することができる。
【００１５】図１−６を参照すると、本発明の光学的結
合組立体１２は基本的に分割された棒状結合部材２４を
有し、この棒状結合部材２４は石英または適当なプラス
チックのような適当な光透過材で形成されていて、複数
の縦方向部分２６と、この縦方向部分２６を一緒に保持
して、前記分割された棒状結合部材２４を形成する保持
手段２８とで構成されている。好ましいことに、この分
割された結合部材２４は光源１４の焦点面Ｐと光学的光
導体１６の先端１６Ａとの間に配設されている。また、
分割された結合部材２４は中心縦軸Ａおよび一対の対向
端面２４Ａ、２４Ｂを有している。結合部材２４の一方
の端面２４Ａは好ましくは非干渉性の高輝度集束光出力
Ｌの画像を受けるように光源１４の焦点面Ｐに配設さ
れ、結合部材２４の反対の端面２４Ｂは光出力Ｌを光導
体１６に案内するように光学的光導体１６の先端１６Ａ
に面接触するように配設されている。
【００１６】図２および図４−６に示すように、分割さ
れた棒状結合部材２４は円筒形の形状を有している。種
々の多角形のような他の形状も可能である。分割された
棒状部材２４の各縦方向部分２６は複数の縦方向面２６
Ａおよび２６Ｂならびに一対の対向端面２６Ｃおよび２
６Ｄ（図４参照）を有している。縦方向部分２６は軸Ａ
の回りに対称に構成されている。図２、４および５に示
す分割された結合部材２４の１つの好適実施例は４個の
同じ縦方向部分２６で形成され、その各々は結合部材２
４の円筒形状の約４分の１を構成している。図６に示す
分割された結合部材２４の他の好適実施例は６個の同じ
縦方向部分２６で形成され、その各々は結合部材２４の
円筒形状の約６分の１を構成している。分割された結合
部材２４の更に他の好適実施例（図示しない）は５個の
同じ縦方向部分２６で形成され、その各々は結合部材２
４の円筒形状の約５分の１を構成している。図５および
図６に示すように、縦方向部分２６は結合部材２４を形
成するようにぴったり組み合わさった関係に互いに一緒
に組み立てることができる。
【００１７】図１−３を参照すると、典型的な実施例に
おいて、結合組立体１２の保持手段２８は縦方向部分２
６を受け入れて互いにぴったりと組み合わさった関係に
保持することができるとともに、結合部材２４の対向端
面２４Ｂを定めている端面２６Ｄに接触した状態で光導
体１６の先端１６Ａを受け入れて保持することができる
中空のスリーブ状部材である。光学的結合組立体１２に
使用され得る適当な保持部材２８は１９９２年３月２７
日出願の米国特許出願第８５９１８６号に開示されてい
るものである。この代わりに、組み立てられた縦方向部
分２６は隣接する外側面間に適当な接着剤を塗布するこ
とによって互いに接着して、互いにぴったりと組み合わ
さった関係に保持することができる。
【００１８】このようにぴったりと組み合わさった関係
において、縦方向部分２６は中心縦軸Ａと、および互い
にほぼ平行に延在している。更に、縦方向部分２６の外
周面の湾曲した縦方向面２６Ａはともに結合部材２４の
外側円筒形周面を画定している。縦方向部分２６の対向
している側部の平らな縦方向面２６Ｂは結合部材２４内
の外側円筒形周面から結合部材２４中心縦軸Ａまで延在
する複数の隣接した対の内面を画定している。組み立て
られた縦方向部分２６の対向する端面２６Ｃおよび２６
Ｄはともに結合部材２６の中心縦軸Ａにほぼ直角に延在
して結合部材２４の平らな丸い対向端面を画定してい
る。それぞれの縦方向部分２６によって定められる結合
部材２４の各４分円の境界を形成している外側および側
部縦方向面２６Ａ、２６Ｂは光反射面として作用して、
結合部材２４によって受ける非干渉性の高輝度集束光出
力Ｌの画像が内部反射によって結合部材２４の４つの４
分円を通って互いに独立に伝送される４つの部分に分割
されるようにする。従って、単位長当りの内部反射の数
は分割されていない結合部材の場合よりも実質的に増大
しているということは容易に明らかである。内部反射の
数が増大することによって、結合組立体１２の出力端１
２Ｂにおいて色の差が顕著でなくなる点まで色の差を実
質的に低減するように光の外側部分と中心部分との混合
が増大する。
【００１９】図７−１１を参照すると、光源１４を断面
が長円形の複数の光学的光導体３２に結合する本発明の
光学的結合組立体３０の他の実施例が示されている。こ
の光学的結合組立体３０と上述した光学的結合組立体１
２との主な差は、光学的結合組立体１２の分割された結
合部材２４の構造に対して光学的結合組立体３０の分割
された結合部材３４の構造が変更されていることであ
る。図７および図１１に示すように、分割された結合部
材３４は複数の縦方向部分３６を有し、この複数の縦方
向部分３６は結合部材３４の前側部分３４Ａが図１およ
び図４に示した上述の分割された結合部材２４の縦方向
部分２６とほぼ同じである。しかしながら、分割された
結合部材３４は、縦方向部分３６が互いにぴったりと組
み合わさった関係から互いに円周方向に間隔をあけ、か
つ中心縦軸Ａから半径方向に間隔をあけた関係に分岐し
ている後側部分３４Ｂを有している。結合部材３４の後
側部分３４Ｂにおける間隔のあいた縦方向部分３６は断
面が細くなるように図８に示す４分円からほぼ円形また
は長円形に徐々に変化して、図９に示す光導体部材３２
の先端３２Ａと同様な形状になる。縦方向部分３６の端
面３６Ｄは図１０に示すように光導体部材３２の先端３
２Ａよりも大きさがわずかに小さくなっている。この実
施例の分割された結合部材３４は前述のように単位長当
りの内部反射の数が増大するという利点を保持してい
る。また、結合部材３４の入出力端面３４Ｃおよび３４
Ｄの面積がほぼ等しい場合には、光の角度分布はあまり
変化しない。
【００２０】本発明およびその付随の利点の多くは上述
した説明から理解されるものと考えられ、また本発明の
精神および範囲から逸脱することなく、あるいはその実
質的利点の全てを犠牲にすることなく本発明の構成要素
の形状、構造および構成に種々の変更を行うことができ
ることは明らかであろう。上述した形態は単なる好適ま
たは典型的な実施例にすぎないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】高輝度集束光源を複数の光学的光導体に光学的
に結合する本発明の光学的結合組立体の好適実施例の部
分断面側面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って取った光学的結合組立
体の分割された棒状結合部材の拡大横断面図である。
【図３】図１の線３−３に沿って取った複数の光学的光
導体の拡大横断面図である。
【図４】図１の光学的結合組立体の分割された結合部材
の拡大側面図である。
【図５】図４の線５−５に沿って取った分割された結合
部材の横断面図である。
【図６】図５の分割された結合部材の構造を変更した他
の分割された結合部材の横断面図である。
【図７】断面が楕円形の複数の光学的光導体と光学的に
連絡する本発明の光学的結合組立体の他の実施例の部分
断面側面図である。
【図８】図７の線８−８に沿って取った光学的結合組立
体の分割された結合部材の前側部分の横断面図である。
【図９】図７の線９−９に沿って取った複数の光学的光
導体の横断面図である。
【図１０】図７の線１０−１０に沿って取った光学的結
合組立体の分割された結合部材の後側部分の横断面図で
ある。
【図１１】図７の光学的結合組立体の分割された結合部
材の斜視図である。
【符号の説明】
１０ 光学照明システム １２ 光学的結合組立体 １４ 光源 １６ 光学的光導体 ２４ 分割された棒状結合部材 ２６ 縦方向部分 ２８ 保持手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・チャールズ・ナグル アメリカ合衆国、オハイオ州、ユークリッ ド、ゴラー・アベニュー、20931番

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源を複数の光学的光導体に結合するの
    に使用する光学的結合組立体であって、 （ａ）中心縦軸を有し、前記光源と前記複数の光学的光
    導体の先端との間に配設される光透過性の棒状結合部材
    であって、該結合部材はぴったりと組み合わさった関係
    に互いに組み立てられる複数の縦方向部分によって形成
    され、該複数の縦方向部分の各々が該部分内を進む光を
    内部反射することができる複数の縦方向面を有している
    光透過性の棒状結合部材と、 （ｂ）前記縦方向部分の縦方向面のいくつかが前記結合
    部材の外周面を定め、前記縦方向部分の縦方向面の他の
    ものが前記外周面から前記中心縦軸まで伸びる前記結合
    部材内の複数の内面を定めるようにぴったりと組み合わ
    さった関係に互いに組み立てられた前記縦方向部分を保
    持する手段と、 を有する前記光学的結合組立体。
  2. 【請求項２】 前記結合部材は円筒形構造を有している
    請求項１記載の結合組立体。
  3. 【請求項３】 前記縦方向部分はそれぞれ対の対向端面
    を有し、この各対の対向端面により前記中心縦軸にほぼ
    直角に延在する結合部材の一対の平らな対向端面が定め
    られる請求項１記載の結合組立体。
  4. 【請求項４】 前記保持手段は前記縦方向部分を受け入
    れて、互いにぴったりと組み合わさった関係に保持する
    ことができ、かつ前記光導体の先端を受け入れて、前記
    結合部材の端面の一方を定めている前記縦方向部分の端
    面と接触状態に保持することができる中空のスリーブ状
    部材である請求項３記載の結合組立体。
  5. 【請求項５】 前記縦方向部分は互いにほぼ同じである
    請求項１記載の結合組立体。
  6. 【請求項６】 前記結合部材は、各々が結合部材のほぼ
    ４分の１を構成する４つの前記縦方向部分で形成されて
    いる請求項５記載の結合組立体。
  7. 【請求項７】 前記結合部材は、各々が結合部材のほぼ
    ６分の１を構成する６つの前記縦方向部分で形成されて
    いる請求項５記載の結合組立体。
  8. 【請求項８】 互いにぴったりと組み合わさった関係に
    ある前記縦方向部分は前記中心縦軸に対して対称的に構
    成されるとともに、前記中心縦軸および互いに対してほ
    ぼ平行に延在している請求項１記載の結合組立体。
  9. 【請求項９】 前記縦方向部分の外周に位置している前
    記いくつかの縦方向面は円筒形状を有する前記結合部材
    の前記外周面を定めるように湾曲した形状である請求項
    １記載の結合組立体。
  10. 【請求項１０】 前記縦方向部分の対向している側部に
    位置している前記他の縦方向面は、前記外周面から前記
    結合部材の前記中心縦軸まで延在している複数の隣接し
    た対の内面を前記結合部材内に定めるように平面形状で
    ある請求項１記載の結合組立体。
  11. 【請求項１１】 前記結合部材は前側部分および後側部
    分を有し、前記結合部材の前記前側部分の縦方向部分が
    互いにぴったりと組み合わさった関係に配設されている
    請求項１記載の結合組立体。
  12. 【請求項１２】 前記結合部材の後側部分の縦方向部分
    は、互いにぴったりと組み合わさった関係から互いに円
    周方向に隔たるとともに中心縦軸から半径方向に隔たる
    ように分岐している請求項１１記載の結合組立体。
  13. 【請求項１３】 前記結合部材の後側部分の縦方向部分
    は断面形状が徐々に変化している請求項１２記載の結合
    組立体。
  14. 【請求項１４】 非干渉性の光源および複数の光学的光
    導体を有する光学照明システムにおける光学的結合組立
    体であって、 （ａ）中心縦軸を有するとともに、前記光源と前記複数
    の光学的光導体の先端との間に配設されている光透過性
    結合棒であって、それぞれ縦方向面を有し、かつ互いに
    ぴったりと組み合わさった関係に組み立てることができ
    る複数の縦方向棒部分によって形成されている光透過性
    結合棒と、 （ｂ）前記棒部分の縦方向面が前記結合棒の外周面およ
    び前記外周面から前記中心縦軸まで延在する複数の内面
    を前記結合棒内に定めるように前記縦方向棒部分を互い
    にぴったりと組み合わさった関係に組み立てて収容する
    手段と、 を有する光学的結合組立体。
  15. 【請求項１５】 前記光源が、非干渉性の光出力を発生
    することができる電球と、楕円形状を有する反射要素
    と、平面形状を有する鏡要素とを有し、前記電球、反射
    器要素および鏡要素が前記光出力の画像を発生するよう
    に動作して、該光出力の画像を前記光学的結合組立体の
    入端部に向けるように構成されている請求項１４記載の
    結合組立体。
  16. 【請求項１６】 前記結合棒は円筒形構造を有する請求
    項１４記載の結合組立体。
  17. 【請求項１７】 前記収容手段は、前記縦方向部分を受
    け入れて、互いにぴったりと組み合わさった関係に保持
    することができるとともに、前記光導体の先端を受け入
    れて、前記結合棒の端面の一方を定めている前記縦方向
    部分の端面と接触するように保持することができる中空
    のスリーブ状部材である請求項１４記載の結合組立体。
  18. 【請求項１８】 前記縦方向部分は互いにほぼ同じであ
    り、前記ぴったりと組み合わさった関係において前記中
    心縦軸に対して対称的に構成されるとともに、前記中心
    縦軸および互いに対してほぼ平行に延在している請求項
    １４記載の結合組立体。
  19. 【請求項１９】 前記縦方向部分の外周に位置している
    縦方向面は、円筒形状を有する前記結合棒の前記外周面
    を定めるように湾曲した形状である請求項１４記載の結
    合組立体。
  20. 【請求項２０】 前記縦方向部分の対向する側部に位置
    する縦方向面は、前記外周面から前記結合棒の中心縦軸
    まで延在する複数の隣接する対の内面を前記結合棒内に
    定めるように平面形状である請求項１９記載の結合組立
    体。
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