JPWO2017104276A1 - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

２つの光学系のピント位置の差を調整することができ、これにより良好な視差画像を得ることができる撮像装置を提供することを課題としている。本発明に係る撮像装置は、互いに視差を有する２つの光学像を生成する、第１の光学系ＬＮＳ１と第２の光学系ＬＮＳ２と、２つの光学像を撮像する１つの撮像素子ＩＭＧと、を有する撮像装置であって、第１の光学系ＬＮＳ１、第２の光学系ＬＮＳ２は、それぞれ異なるピント調整手段を有することを特徴としている。

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。
従来、立体観察システムが知られている。立体観察システムは、立体視用に視差の異なる２つの画像を略同一の平面上、例えば１つの撮像素子の撮像面に結像させて撮像する方法を用いる（例えば、特許文献１、２、３参照）。そして、従来技術の構成では、視差の異なる２つの画像を得るために、２つの異なる光学系を有している。
特許第５４２７３２３号公報 特開２０１４−１６０２４０号公報 特開２０１４−２１５３３６号公報
２つの異なる光学系において、製造誤差のため、ピント位置の差を生じる場合がある。ピント位置の差は、光学性能を劣化させるため好ましくない。特許文献１、２、３の構成では、このような２つの光学系のピント位置の差を調整することはできない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、２つの光学系のピント位置の差を調整でき、良好な視差画像を得ることができる撮像装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、互いに視差を有する２つの光学像を生成する、第１の光学系と第２の光学系と、２つの光学像を撮像する１つの撮像素子と、を有する撮像装置であって、第１の光学系、第２の光学系は、それぞれ異なるピント調整手段を有することを特徴とする。
本発明は、２つの光学系のピント位置の差を調整でき、良好な視差画像を得ることができる撮像装置を提供することができるという効果を奏する。
実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 実施形態に係る撮像装置の一部のレンズの正面構成を示す図である。 実施例１に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 実施例１に係る撮像装置のレンズ断面構成を示す図である。 実施例１に係る撮像装置の一部のレンズの正面構成を示す図である。 実施例２に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 実施例２に係る撮像装置のレンズ断面構成を示す図である。 実施例２に係る撮像装置の一部のレンズの正面構成を示す図である。 実施例３に係る撮像装置の概略構成を示す図である。 実施例３に係る撮像装置のレンズ断面構成を示す図である。 変形例に係る撮像装置のレンズ断面構成を示す図である。 撮像素子の変形例を示す図である。 撮像素子の変形例を示す他の図である。
以下に、実施形態に係る撮像装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により、この発明が限定されるものではない。
図１Ａは、実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す図である。
本実施形態は、互いに視差を有する２つの光学像を生成する、第１の光学系ＬＮＳ１と第２の光学系ＬＮＳ２と、２つの光学像を撮像する１つの撮像素子ＩＭＧと、を有する撮像装置であって、第１の光学系ＬＮＳ１、第２の光学系ＬＮＳ２は、それぞれ異なるピント調整手段である第１の枠ＬＢ１、第２の枠ＬＢ２、第３の枠ＬＢ３を有する。
例えば、第１の光学系ＬＮＳ１は右眼用の画像を結像し、第２の光学系ＬＮＳ２は左眼用の画像を結像する。
これにより、２つの光学系ＬＮＳ１、ＬＮＳ２のピント位置の差をそれぞれ調整でき、良好な視差画像を得ることができる。
また、本実施形態の好ましい態様によれば、第１の光学系ＬＮＳ１の一部のレンズＬ４、Ｌ５を保持する第１の枠ＬＢ１と、撮像素子ＩＭＧを保持する第２の枠ＬＢ２と、第１の光学系ＬＮＳ１のレンズのうち一部のレンズＬ４、Ｌ５以外のレンズＬ１、Ｌ２、Ｆ１（平行平板）、Ｌ３と、第２の光学系ＬＮＳ２のレンズＬ１、Ｌ２、Ｆ１（平行平板）、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を保持する第３の枠ＬＢ３と、を有し、第１の枠ＬＢ１は、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動可能で、第２の枠ＬＢ２は、第１の枠ＬＢ１を介して、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動可能であることが望ましい。
以上の構成において、第１の枠ＬＢ１を、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動することで、第１の光学系ＬＮＳ１のレンズＬ４、Ｌ５のみを移動できる。これにより、第１の光学系ＬＮＳ１のピント位置を調整できる。
また、平行平板Ｆ２と、平行平板（カバーガラス）ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、はそれぞれ接合されている。第２の枠ＬＢ２は、接合された平行平板Ｆ２と、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、を保持する。そして、第２の枠ＬＢ２を、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動することで、第１の光学系ＬＮＳ１、第２の光学系ＬＮＳ２の全体のピントを調整できる。
このように本実施形態によれば、第１の光学系ＬＮＳ１、第２の光学系ＬＮＳ２のピント差を調整できる。このため、第１の光学系ＬＮＳ１と、第２の光学系ＬＮＳ２とにおいて、製造時の誤差によりピント差が生じた場合でも、容易にピント差を調整できる。この結果、良好な左右視差画像に基づいた立体視画像を得ることができる。
また、本実施形態の好ましい態様によれば、下記の条件式（１）を満たすことが望ましい。
３＜ｆ２／ｆ１＜１２ （１）
ただし、
ｆ１は、第１の光学系ＬＮＳ１全体の焦点距離、
ｆ２は、一部のレンズＬ４、Ｌ５の焦点距離、
である。
条件式（１）の下限値を下回ると、ピント調整用のレンズＬ４、Ｌ５のパワーが大きくなりすぎる。このため、高精度なピント調整が必要であること、調整時のレンズ偏芯による周辺解像の劣化が大きくなることを生じてしまう。この結果、撮像装置の製造性に問題を生ずる。
条件式（１）の上限値を上回ると、ピント調整の精度は緩和されるが、ピント調整幅を大きくとる必要が出てくる。このため、移動するレンズＬ４、Ｌ５の物体側の空気間隔と像面側の空気間隔を大きくする必要がある。これにより、光学系の全長が長くなるため、レンズ面における光線高が高くなってしまう。良好な立体視画像を得るためには、左右の視差、即ち光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２との間隔は、１．１ｍｍ程度が好ましい。レンズ面における光線高が高くなると、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２との間隔を大きくしなければならないため、視差１．１ｍｍを確保することが困難になる。
また、本実施形態では、少なくとも一部のレンズの形状が、円周の一部を直線で切り取った形状、いわゆるＤカット形状であることが好ましい。図１Ｂは、レンズＬ４、Ｌ５を光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向から見た構成を示す図である。
２つのレンズの直線状のカット部分を対向して配置する。これにより、２つの光軸ＡＸ１、ＡＸ２の間隔を小さくすることができる。この結果、適切な視差量を確保できる。
また、明るさ絞りＳは、平行平板Ｆ１と、レンズＬ３と、の間に配置されている。さらに、フレア絞りＦＳは、レンズＬ４とレンズＬ５との接合レンズの物体側面に近接して配置されている。フレア絞りＦＳの開口形状は、Ｄカット形状である。これにより、接合レンズのＤカット面に不要な光線が入射しないようにして、フレアを防止できる。
条件式（１）に代えて、以下の条件式（１’）を満足することが好ましい。
５＜ｆ２／ｆ１＜１１ （１’）
また、本発明の好ましい態様によれば、レンズＬ１は、２つの凹形状を有する１つの光学部材から形成されていることが望ましい。
これにより、第１の光学系ＬＮＳ１と第２の光学系ＬＮＳ２の最も物体側のレンズＬ１を、簡易な構成で固定することができる。
（実施例１）
実施例１に係る撮像装置について説明する。
図２Ａは、本実施例に係る撮像装置の概略構成を示す図である。図２Ｂは、本実施例に係る撮像装置のレンズ断面構成を示す図である。
本実施例は、互いに視差を有する２つの光学像を生成する、第１の光学系ＬＮＳ１と、第２の光学系ＬＮＳ２と、を有する。それぞれの光学系は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹負レンズＬ１と、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２と、平行平板Ｆ１と、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ３と、フレア絞りＦＳと、両凸正レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、平行平板Ｆ２と、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、から構成される。
第１のレンズＬ１は、第１の光学系ＬＮＳ１（例えば、従光学系）と第２の光学系ＬＮＳ２（例えば、主光学系）とに対して一体の部材で構成されている。正レンズＬ４と、負メニスカスレンズＬ５と、は接合されている。平行平板Ｆ２と、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、は接合されている。
第１の光学系ＬＮＳ１のレンズ構成と、第２の光学系ＬＮＳ２のレンズ構成と、は同一である。ただし、第１の光学系ＬＮＳ１において、正レンズＬ４と、負メニスカスレンズＬ５と、が移動可能に構成されている。
第１の枠ＬＢ１は、第１の光学系ＬＮＳ１の一部のレンズＬ４、Ｌ５を保持する。第２の枠ＬＢ２は、平行平板Ｆ２、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、を保持する。第３の枠ＬＢ３は、第１の光学系ＬＮＳ１のレンズのうち一部のレンズＬ４、Ｌ５以外のレンズＬ１、Ｌ２、Ｆ１（平行平板）、Ｌ３と、第２の光学系ＬＮＳ２のレンズＬ１、Ｌ２、Ｆ１（平行平板）、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を保持する。そして、第１の枠ＬＢ１は、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動可能に構成されている。第２の枠ＬＢ２は、第１の枠ＬＢ１を介して、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動可能に構成されている。
また、図２Ｃに示すように、レンズＬ４、Ｌ５、フレア絞りＦＳは、Ｄカット形状を有する。
（実施例２）
実施例２に係る撮像装置について説明する。
図３Ａは、本実施例に係る撮像装置の概略構成を示す図である。図３Ｂは、本実施例に係る撮像装置のレンズ断面構成を示す図である。
本実施例は、互いに視差を有する２つの光学像を生成する、第１の光学系ＬＮＳ１と、第２の光学系ＬＮＳ２と、を有する。それぞれの光学系は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹負レンズＬ１と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、平行平板Ｆ１と、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ３と、両凸正レンズＬ４と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５と、物体側に凸面を向けた平凸正レンズＬ６と、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、から構成される。
平凸正レンズＬ６は、フィールドレンズである。これにより、ピント調整精度を緩和できる。
第１のレンズＬ１は、第１の光学系ＬＮＳ１と第２の光学系ＬＮＳ２とに対して一体の部材で構成されている。正レンズＬ４と、負メニスカスレンズＬ５と、は接合されている。平凸正レンズＬ６と、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、は接合されている。
第１の光学系ＬＮＳ１のレンズ構成と、第２の光学系ＬＮＳ２のレンズ構成と、は同一である。ただし、第１の光学系ＬＮＳ１において、正レンズＬ４と、負メニスカスレンズＬ５とが移動可能に構成されている。
第１の枠ＬＢ１は、第１の光学系ＬＮＳ１の一部のレンズＬ４、Ｌ５を保持する。第２の枠ＬＢ２は、レンズＬ６、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、を保持する。第３の枠ＬＢ３は、第１の光学系ＬＮＳ１のレンズのうち一部のレンズＬ４、Ｌ５以外のレンズＬ１、Ｌ２、Ｆ１（平行平板）、Ｌ３と、第２の光学系ＬＮＳ２のレンズＬ１、Ｌ２、Ｆ１（平行平板）、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を保持する。そして、第１の枠ＬＢ１は、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動可能に構成されている。第２の枠ＬＢ２は、第１の枠ＬＢ１を介して、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動可能に構成されている。
また、図３Ｃに示すように、レンズＬ４、Ｌ５は、Ｄカット形状を有する。
（実施例３）
実施例３に係る撮像装置について説明する。
図４Ａは、本実施例に係る撮像装置の概略構成を示す図である。図４Ｂは、本実施例に係る撮像装置のレンズ断面構成を示す図である。
本実施例は、互いに視差を有する２つの光学像を生成する、第１の光学系ＬＮＳ１と、第２の光学系ＬＮＳ２と、を有する。それぞれの光学系は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹負レンズＬ１と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、明るさ絞りＳと、両凸正レンズＬ４と、平行平板Ｆ１と、両凸正レンズＬ５と、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、平行平板Ｆ２と、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、から構成される。
第１のレンズＬ１は、第１の光学系ＬＮＳ１と第２の光学系ＬＮＳ２とに対して一体の部材で構成されている。正レンズＬ５と、負メニスカスレンズＬ６と、は接合されている。平行平板Ｆ２と、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、は接合されている。
第１の光学系ＬＮＳ１のレンズ構成と、第２の光学系ＬＮＳ２のレンズ構成と、は同一である。ただし、第１の光学系ＬＮＳ１において、正メニスカスレンズＬ３は、移動可能に構成されている。
第１の枠ＬＢ１は、第１の光学系ＬＮＳ１の一部のレンズＬ３を保持する。第２の枠ＬＢ２は、平行平板Ｆ２、平行平板ＣＧと、撮像素子ＩＭＧと、を保持する。第３の枠ＬＢ３ａ、ＬＢ３ｂは、第１の光学系ＬＮＳ１のレンズのうち一部のレンズＬ３以外のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｆ１（平行平板）、Ｌ５、Ｌ６と、第２の光学系ＬＮＳ２のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｆ１（平行平板）、Ｌ５、Ｌ６を保持する。そして、第１の枠ＬＢ１は、第３の枠ＬＢ３に対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動可能に構成されている。第２の枠ＬＢ２は、第３の枠ＬＢ３ａ、ＬＢ３ｂに対して光軸ＡＸ１、ＡＸ２方向に移動可能に構成されている。
以下に、上記各実施例の数値データを示す。記号は、ｒは各レンズ面の曲率半径、ｄは各レンズ面間の間隔、ｎｄは各レンズのｄ線の屈折率、νｄは各レンズのアッベ数である。また、Ｓは明るさ絞り、ＦＳはフレア絞りである。
数値実施例１
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.2500 1.88815 40.76
2 0.5920 0.5700
3 -4.5711 0.8554 1.85504 23.78
4 -3.3786 0.1100
5 ∞ 0.4000 1.49557 75.00
6 ∞ 0.1000
7(S） ∞ 0.1016
8 7.9475 0.7436 1.83932 37.16
9 -1.8802 0.3135
10(FS) ∞ 0.0000
11 1.3149 0.7438 1.69979 55.53
12 -0.8298 0.3347 1.93429 18.90
13 -5.6819 0.2635
14 ∞ 0.5000 1.51825 64.14
15 ∞ 0.3500 1.50700 63.26
撮像面 ∞

全系焦点距離ｆ１ 0.4249
レンズＬ４、Ｌ５の焦点距離ｆ２ 2.312
レンズＬ２、Ｌ３のレンズ直径 １ｍｍ
レンズＬ４、Ｌ５のレンズ直径 １．２ｍｍ
レンズＬ４、Ｌ５はＤカット形状であり、Ｄカットまでの距離ＥＲ １ｍｍ
フレア絞りＦＳはＤカット形状であり、開口直径が１ｍｍ、Ｄカットまでの距離ＥＲ ０．８ｍｍ
視差 １ｍｍ
数値実施例２
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.2500 1.88815 40.76
2 0.5920 0.5400
3 -2.6449 0.8360 1.85504 23.78
4 -2.8388 0.1900
5 ∞ 0.4000 1.49557 75.00
6 ∞ 0.0807
7(S) ∞ 0.1338
8 3.6829 0.6446 1.83932 37.16
9 -2.2104 0.3395
10 1.5521 0.7800 1.69979 55.53
11 -0.8302 0.3523 1.93429 18.90
12 -35.2793 0.3040
13 1.5026 0.5000 1.51825 64.14
14 ∞ 0.3500 1.50700 63.26
撮像面 ∞

全系焦点距離ｆ１ 0.41769
レンズＬ４、Ｌ５の焦点距離ｆ２ 4.0527
レンズＬ２、Ｌ３のレンズ直径 １．１ｍｍ
レンズＬ４、Ｌ５はＤカット形状であり、Ｄカットまでの距離ＥＲ １ｍｍ
視差 １．１ｍｍ
数値実施例３
単位 ｍｍ

面データ
面番号 r d nd νd
1 ∞ 0.2500 1.88815 40.76
2 0.592 0.6331
3 -0.9641 0.4900 1.85504 23.78
4 -1.1345 0.3899
5 2.11 0.3917 1.58482 40.75
6 12.2107 0.3598
7(S） ∞ 0.0610
8 22.4495 0.5905 1.57124 56.36
9 -1.9442 0.0500
10 ∞ 0.4000 1.49557 75.00
11 ∞ 0.0656
12 1.3335 0.7598 1.69979 55.53
13 -0.8346 0.2798 1.93429 18.90
14 -3.6567 0.2520
15 ∞ 0.5000 1.51825 64.14
16 ∞ 0.3500 1.50700 63.26
撮像面 ∞

全系焦点距離ｆ１ 0.426
レンズＬ３の焦点距離ｆ２ 4.3
レンズＬ２〜Ｌ６のレンズ直径 １ｍｍ
視差 １．２ｍｍ
以下に各実施例の条件式対応値を示す。

実施例１ 実施例２ 実施例３
(1) f2/f1 5.44128 9.70265 10.0939
（変形例）
図５Ａは、変形例に係る撮像装置のレンズ断面の構成を示す図である。共通光学系ＬＮＳａと、第１の光学系ＬＮＳ１と、第２の光学系ＬＮＳ２と、平行平板Ｆ１と、平行平板ＣＧと、から構成される。
そして、不図示の枠により、第１の光学系ＬＮＳ１のレンズＬ９、レンズＬ１０が移動可能に構成されている。これにより、第１の光学系ＬＮＳ１と、第２の光学系ＬＮＳ２とのピント差を調整できる。
また、上記実施例において、レンズ系の像側にプリズムを配置し、撮像素子を横置きにするといった変形も可能である。
また、上記各実施例において、撮像素子も変形が可能である。第１の光学系を撮像する撮像面と、第２の光学系を撮像する撮像面の相対位置が固定されている撮像ユニットであれば、本発明の適用範囲内となる。例えば、図５Ｂ、５Ｃにそれぞれ示すように、撮像面Ｉ１、Ｉ２は同一平面上にある必要はなく、互いに傾いている構成、光軸方向にずれている構成という変形が可能である。
また、光学系は、上記各実施例のように固定焦点光学系だけに限定されない。変倍光学系や、焦点切り替え光学系にも適用が可能である。その際、変倍等で移動させるレンズ以外から、上記各実施例のピント調整に用いるレンズ（焦点距離ｆ２）を選定すればよい。
また、光学系の数は３つ以上あり、任意の２つの光学系を選択できる撮像構成においても、本発明の範疇となる。また、ピント調整に関係ない範囲であれば、枠を分割しても良い。例えば、図１Ａにおいて、ＬＢ３を２つの枠に分割する。一方の枠はＬ１のみを保持し、他方の枠は残りの光学部材を保持する。分割した２つの枠は光軸方向に突き当てている構成であり、かつ、光軸に垂直な方向に調整可能なようにする。これにより、レンズＬ１の偏心誤差を、２つの枠の調整でキャンセルできる。このため、コスト低減につながるという効果を奏する。
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、これら実施形態の構成を適宜組合せて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
以上のように、本発明は、２つの光学系のピント位置の差を調整でき、良好な視差画像を得ることができる撮像装置に有用である。
ＬＮＳ１ 第１の光学系
ＬＮＳ２ 第２の光学系
ＬＮＳａ 共通光学系
ＬＢ１ 第１の枠
ＬＢ２ 第２の枠
ＬＢ３ 第３の枠
ＡＸ１、ＡＸ２ 光軸
ＩＭＧ 撮像素子
Ｉ、Ｉ１、Ｉ２ 像面（撮像面）
Ｌ１〜Ｌ６ レンズ
Ｆ１、Ｆ２、ＣＧ 平行平板
Ｓ 明るさ絞り
ＦＳ フレア絞り
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、互いに視差を有する２つの光学像を生成する、第１の光学系と第２の光学系と、２つの光学像を撮像する１つの撮像素子と、を有する撮像装置において、第１の光学系、第２の光学系は、それぞれ異なるピント調整手段を有し、第１の光学系の一部のレンズを保持する第１の枠と、撮像素子を保持する第２の枠と、第１の光学系のレンズのうち一部のレンズ以外のレンズと、第２の光学系のレンズを保持する第３の枠と、を有し、第１の枠は、第３の枠に対して光軸方向に移動可能で、第２の枠は、第３の枠に対して光軸方向に移動可能であることを特徴とする。

Claims (3)

  1. 互いに視差を有する２つの光学像を生成する、第１の光学系と第２の光学系と、前記２つの光学像を撮像する１つの撮像素子と、を有する撮像装置において、
    前記第１の光学系、前記第２の光学系は、それぞれ異なるピント調整手段を有することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第１の光学系の一部のレンズを保持する第１の枠と、
    前記撮像素子を保持する第２の枠と、
    前記第１の光学系のレンズのうち前記一部のレンズ以外のレンズと、前記第２の光学系のレンズを保持する第３の枠と、を有し、
    前記第１の枠は、前記第３の枠に対して光軸方向に移動可能で、
    前記第２の枠は、前記第３の枠に対して光軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
  3. 下記の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
    ３＜ｆ２／ｆ１＜１２ （１）
    ただし、
    ｆ１は、前記第１の光学系全体の焦点距離、
    ｆ２は、前記一部のレンズの焦点距離、
    である。
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