KR20080097054A - 프로젝션 광학계 - Google Patents

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KR20080097054A
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Abstract

본 발명은 프로젝션 광학계에 관한 것으로 보다 자세하게는 LED 광원을 이용한 프로젝션 광학계에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 광학계는 복수의 색에 대응하는 복수의 LED 광원을 포함하는 광원부; 상기 광원부로부터 출사된 광을 균일하게 하고 편광성을 갖도록 하는 인터그레이터; 상기 인터그레이터로부터 출사된 광의 편광 상태에 따라 투과 또는 반사시키는 편광 분리부; 상기 편광 분리부에서 투과된 광을 이용하여 영상을 표시하기 위한 표시 패널; 및 상기 표시 패널에 표시된 영상을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사렌즈를 포함한다.

Description

프로젝션 광학계{Projection Optical System}
도 1은 종래의 프로젝션 광학계를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 광학계를 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝션 광학계를 설명하기 위한 도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200 : 광원부 210 : 인터그레이터
220 : 조명렌즈부 230 : 편광 분리부
240 : 표시 패널 250 : 투사렌즈
본 발명은 프로젝션 광학계에 관한 것으로 보다 자세하게는 LED 광원을 이용한 프로젝션 광학계에 관한 것이다.
최근, 디스플레이(display) 장치는 경량화, 경박화뿐만 아니라 대화면으로 되어 가는 추세에 놓여져 있으며 이러한 디스플레이 중 프로젝터(projector) 또는 프로젝션(projection) TV가 대화면을 이룰 수 있는 디스플레이 중 하나의 해결책이 될 수 있다.
이러한 프로젝터 및 프로젝션 TV 와 같이 프로젝션 광학계에 이용되는 광원은 대표적으로 램프가 사용되고 있으며, 패널의 종류에 따라 반사형과 투과형으로 구분할 수 있다. 이때, 램프는 화이트 광원이기 때문에 색을 분리 또는 합성하기 위한 장치를 필요로 한다.
또한, LCD 프로젝션 광학계의 경우 복수의 색 예컨대, R(적색), G(녹색) 및 B(청색) 3색의 컬러 필터를 장착한 LCD 1장으로 이루어진 단판식과, 광원인 램프에서 발광된 백상광을 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)를 통해 R(적색), G(녹색) 및 B(청색)으로 분리한 다음 각 광로에 배치된 모노 LCD를 거쳐 색선별 프리즘에 의해 재합성되어 투사렌즈를 통해 스크린에 투사하는 방식인 3판식으로 나뉜다.
투과형 LCD(HTPS)의 경우 3판식이 일반적인데, 종래의 프로젝션 광학계를 살펴보면 다음 도 1과 같다.
도 1은 종래의 프로젝션 광학계를 나타낸 도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 프로젝션 광학계는 램프(lamp, 110), 플라이아이 렌즈(Fly Eye Lens, 120, 121), 편광분리 어레이(PBS: Polarizing Beam Array, 130) 집광 렌즈(140, 141, 142), 다이크로익(Dichroic) 렌즈(151, 152), LCD(161, 162, 163), 미러(171, 172, 173), 릴레이 렌즈(181, 182) 및 X-프리즘(190)을 포함한다.
플라이아이렌즈(120, 121)는 램프(110)에서 발산된 빛을 마이크로 렌즈셀 단 위로 분할한다. 편광분리 어레이(130)는 입사광을 하나의 광축을 가지는 선편광으로 만들고, 집광 렌즈(140, 141, 142)는 광을 집속시킨다.
다이크로익(dichroic) 렌즈(151, 152)는 빛을 R(적색), G(녹색), B(청색)으로 분리한다. LCD(161, 162, 163)는 R(적색), G(녹색), B(청색)의 이미지를 제공한다. 미러(171, 172, 173)는 다이크로익 렌즈(151, 152)에서 분리된 빛을 각각의 LCD(161, 162, 163)로 진행하도록 빛의 경로를 변경한다.
릴레이 렌즈(relay lens, 181, 182)는 빛의 진행경로 상에 배치되어 빛을 원하는 위치에 접속시킨다. X-프리즘(190)은 각각의 LCD(161, 162, 163)로부터 나온 이미지를 합성한다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다.
램프(110)로부터 나온 빛은 다이크로익 렌즈(151)로 입사되고, 다이크로익 렌즈(151)는 적색(Red) 빛은 반사하며, 시안(Cyan) 빛은 투과시킨다. 다이크로익 렌즈(151)에서 반사된 적색 빛은 다시 미러(171)에 의해 반사되어 LCD(161)에 입사하게 된다.
한편, 다이크로익 렌즈(151)를 투과한 시안 빛은 다이크로익 렌즈(152)로 입사되고, 다이크로익 렌즈(152)는 녹색(Green) 빛은 반사하며, 블루(Blue) 빛은 투과시킨다. 다이크로익 렌즈(152)에서 반사된 녹색(Green) 빛은 LCD(162)로 입사되고, 다이크로익 렌즈(152)를 투과한 청색(Blue) 빛은 릴레이 렌즈(181, 182) 및 미러(172, 173)로 구성되는 릴레이 시스템(Relay System, 180)을 통해 적색 빛과 녹색 빛과의 광 경로 차이가 보상된 후에 LCD(163)로 입사되게 된다.
LCD(161, 162, 163)에 입사된 빛들은 LCD(161, 162, 163)에 입력되는 신호에 따라서 광의 위상이 변조되어 영상정보가 담겨지게 되고, 이렇게 영상정보가 입력된 각 빛은 X-프리즘(190)을 통해서 합성되어 투사렌즈(미도시)에 의해서 스크린(미도시)까지 도달되게 된다.
이와 같은 프로젝션 광학계는 색을 분리 합성하기 위하여 많은 수의 광학 부품이 필요하다. 또한, 광학계의 크기가 증가하여 소형화에는 적합하지 않으며 가격적인 면에서 불리한 문제점이 있다.
본 발명은 광학 부품 수를 줄이는 프로젝션 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 용이하게 소형화할 수 있는 프로젝션 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 제조 단가를 절감하는 프로젝션 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 색 재현 능력을 향상시키는 프로젝션 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 수명이 향상된 프로젝션 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것에 제한되지 않으며, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제들은 이하 발명의 구성에서 나타나는 효과에 의해 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 이루기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝션 광학계는 복수의 색에 대응하는 복수의 LED 광원을 포함하는 광원부; 상기 광원부로부터 출사된 광을 균일하게 하고 편광성을 갖도록 하는 인터그레이터; 상기 인터그레이터로부터 출사된 광의 편광 상태에 따라 투과 또는 반사시키는 편광 분리부; 상기 편광 분리부에서 투과된 광을 이용하여 영상을 표시하기 위한 표시 패널; 및 상기 표시 패널에 표시된 영상을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사렌즈를 포함한다.
상기 인터그레이터와 상기 편광 분리부 사이에 위치하여 상기 인터그레이터로부터 출사된 광을 집속시키는 조명렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부는 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED; 상기 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED에서 출사되는 광의 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 다이크로익 미러; 및 상기 다이크로익 미러를 통해 반사 또는 투과된 광을 모으는 집광렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다이크로익 미러는 상기 청색 LED 및 상기 집광렌즈 사이에 위치하여 상기 청색 LED에서 출사되는 광을 투과시키고, 상기 녹색 LED 및 적색 LED에서 출사되는 광을 반사시키는 제 1 다이크로익 미러, 및 상기 녹색 LED 및 적색 LED 사이에 상기 제 1 다이크로익 미러와 평행하도록 위치하여 상기 적색 LED에서 출사되는 광을 투과시키고, 상기 녹색 LED에서 출사되는 광을 반사시키는 제 2 다이크로익 미러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 적색 LED의 광원을 제 1 방향으로 투과시 키고 상기 녹색 LED의 광원을 상기 제 1 방향으로 반사시키고, 상기 제 1 다이크로익 미러는 제 1 방향으로 입사되는 상기 적색 LED 및 상기 녹색 LED의 광원을 제 2 방향으로 반사시키고 상기 청색 LED의 광원을 상기 제 2 방향으로 투과시켜 상기 집광렌즈로 광이 모이도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부는 상기 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED 중 하나 이상의 LED 전면에 위치하여 상기 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED에서 출사되는 광을 평행광선으로 형성하는 시준기(collimator)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 인터그레이터는 상기 광원부로부터 출사된 광을 편광성을 갖도록 하는 편광 변환 시스템(PCS, Polarization Converting System) 및 광 분포를 균일하게 하는 라이트 파이프(Light Pipe)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 표시 패널은 액정 디스플레이(LCD) 패널인 것을 특징으로 한다.
상기 편광 분리부는 편광 필터인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 필터 및 그의 제조방법과 그를 이용한 플라즈마 디스플레이 장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 광학계를 설명하기 위한 도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 광학계는 광원부(200), 인터그레이터(210), 편광 분리부(230), 표시 패널(240) 및 투사렌 즈(250)를 포함하고, 조명렌즈부(220)를 더 포함할 수 있다.
광원부(200)는 복수의 색 즉, 한 화소를 이루는 복수의 색에 대응하는 LED광원을 포함한다. 예컨대, 광원부는 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 LED광원을 포함할 수 있다.
인터그레이터(210)는 광원부(200)로부터 출사된 광을 내부에서 여러번 전반사 시킴으로써 균일(Uniformity)하게 하고 편광성을 갖도록 성형(Shaping)을 한다.
조명렌즈부(220)는 인터그레이터(210)와 편광 분리부(230) 사이에 위치하여 인터그레이터(210)에서 출사된 광을 집속시킨다.
편광 분리부(230)는 인터그레이터(210)를 거쳐 조명렌즈부(220)에서 집속된 광의 편광 상태에 따라 투과 또는 반사시킨다. 예컨대, P 편광상태의 빛은 편광 분리부(230)에서 표시 패널(240)로 향하게 되지만, S 편광상태의 빛은 편광 분리부(230)에서 반사할 수 있다. 이러한 편광 분리부(230)는 일례로 편광 필터로 사용하여 제조 단가를 크게 절감시킬 수 있다.
표시 패널(240)은 편광 분리부(230)에서 투과된 광을 표시 패널(240)의 인가전압에 따라 변조시킨 후 투사렌즈(250)로 출사한다. 표시 패널(240)에서 변조된 광은 예컨대, S 편광상태의 빛으로 전환되어 편광 분리부(230)에서 반사되어 투사렌즈(250)로 진행한다. 표시 패널(240)은 일례로 액정 디스플레이(LCD) 패널일 수 있다.
투사렌즈(250)는 표시 패널(240)에 표시된 영상을 스크린(미도시)에 확대 투사한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 광학계는 종래의 프로젝션 광학계에 비해 광부품수가 현저히 줄어 소형화 및 가격 절감에 유리하다. 또한, LED광원을 사용하여 탁월한 색 재현 능력을 가질 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 광학계의 수명 또한 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝션 광학계를 설명하기 위한 도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝션 광학계는 광원부(200), 인터그레이터(210), 편광 분리부(230), 표시 패널(240) 및 투사렌즈(250)를 포함하고, 조명렌즈부(220)를 더 포함할 수 있다.
광원부(200)는 복수의 색 즉, 한 화소를 이루는 복수의 색에 대응하는 LED광원을 포함한다.
예컨대, 광원부(200)는 청색(B) LED(201a), 녹색(G) LED(201b) 및 적색(R) LED(201C) 를 포함하고, 청색(B) LED(201a), 녹색(G) LED(201b) 및 적색(R) LED(201C)에서 출사되는 광을 그 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 다이크로익 미러(203a, 203b)를 포함할 수 있다.
다이크로익 미러는 청색(B) LED(201a) 및 집광렌즈(204) 사이에 위치하여 청색(B) LED(201a)에서 출사되는 광을 투과시키고, 녹색(G) LED(201b) 및 적색(R) LED(201C)에서 출사되는 광을 반사시키는 제 1 다이크로익 미러(203a) 및, 녹색(G) LED(201b)와 적색(R) LED(201C) 사이에 제 1 다이크로익 미러(203a)와 평행하도록 위치하여 적색(R) LED(201C)에서 출사되는 광을 투과시키고 녹색(G) LED(201b)에서 출사되는 광을 반사시키는 제 2 다이크로익 미러(203b)를 포함한다.
제 2 다이크로익 미러(203b)는 적색(R) LED(201c) 광원을 제 1 방향(1)으로 투과시키고 녹색(G) LED(201b)의 광원을 제 1 방향(1)으로 반사시키고, 제 1 다이크로익 미러(203a)는 제 1 방향(1)으로 입사되는 적색(R) LED(201c) 및 녹색(G) LED(201b)의 광원을 제 2 방향(2)으로 반사시키고 청색(B) LED의 광원(201a)을 제 2 방향(2)으로 투과시켜 집광렌즈(204)로 광을 모은다.
또한, 광원부(200)는 다이크로익 미러(203a, 203b)를 통해 반사 또는 투과된 광을 모으는 집광렌즈(204)를 포함할 수 있다.
또한, 광원부(200)는 청색(B) LED(201a), 녹색(G) LED(201b) 및 적색(R) LED(201C) 중 하나 이상의 LED 전면에 위치하여 청색(B) LED(201a), 녹색(G) LED(201b) 및 적색(R) LED(201C)에서 출사되는 광을 평행하게 하는 시준기(collimator, 202a, 202b, 202c)를 포함할 수 있다.
인터그레이터(210)는 광원부(200)로부터 출사된 광을 내부에서 여러번 전반사 시킴으로써 균일(Uniformity)하게 하고 편광성을 갖도록 성형(Shaping)을 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인터그레이터(210)는 광원부(200)로부터 출사된 광을 편광성을 갖도록 하는 편광 변환 시스템(PCS, Polarization Converting System, 211) 및 광 분포를 균일하게 하는 라이트 파이프(Light Pipe, 212)를 포함할 수 있다.
조명렌즈부(220)는 인터그레이터(210)와 편광 분리부(230) 사이에 위치하여 인터그레이터(210)에서 출사된 광을 집속시킨다.
편광 분리부(230)는 인터그레이터(210)를 거쳐 조명렌즈부(220)에서 집속된 광의 편광 상태에 따라 투과 또는 반사시킨다. 예컨대, P 편광상태의 빛은 편광 분리부(230)에서 표시 패널(240)로 향하게 되지만, S 편광상태의 빛은 편광 분리부(230)에서 반사한다. 이러한 편광 분리부(230)는 일례로 편광 필터로 사용하여 제조 단가를 크게 절감시킬 수 있다.
표시 패널(240)은 편광 분리부(230)에서 투과된 광을 표시 패널(240)의 인가전압에 따라 변조시킨 후 투사렌즈(250)로 출사한다. 표시 패널(240)에서 변조된 광은 예컨대, S 편광상태의 빛으로 전환되어 편광 분리부(230)에서 반사되어 투사렌즈(250)로 진행한다. 표시 패널(240)은 일례로 액정 디스플레이(LCD) 패널일 수 있다.
투사렌즈(250)는 표시 패널(240)에 표시된 영상을 스크린(미도시)에 확대 투사한다.
이러한 본 발명에 다른 실시예에 광 경로를 살펴보면, 먼저 청색(B) LED(201a), 녹색(G) LED(201b) 및 적색(R) LED(201C)에서 발생한 광이 각 시준기(collimator, 202a, 202b, 202c)에 의해 평행 광선으로 진행한다.
적색광(R)은 제 2 다이크로익 미러(203b)에 의해 투과되고 제 1 다이크로익 미러(203a)에 의해 반사되어 집광렌즈(204)로 진행한다. 녹색광(G)은 제 2 다이크로익 미러(203b)와 제 1 다이크로익 미러(203a) 모두에서 반사되어 집광렌즈(204)로 진행한다. 청색광(B)은 제 1 다이크로익(203a)에 의해 투과하여 집광렌즈(204)로 진행한다.
이렇게 집광렌즈(204)로 입사된 적, 녹, 청색광은 인터그레이터(210)의 편광 변환 시스템(PCS, 211)으로 입사되어 하나의 편광 성분으로 변환되어 진행한다. 예컨대, 여러 편광상태의 빛을 P 편광상태의 빛으로 변환할 수 있다. 이렇게 편광 변환된 적, 녹, 청색광은 라이트 파이프(Light Pipe, 212)를 통과하면서 균일한 빛의 세기(Intensity)를 가지게 된다. 라이트 파이프(Light Pipe, 212)로부터 출사된 광은 조명렌즈부(220)에 의해 표시 패널(240)에 균일하고 효율적으로 조사된다. 표시 패널(240)로부터 출사된 광은 편광 분리부(230) 예컨대 편광 필터에 의해 조명렌즈부(220) 광로와 분리되어 투사렌즈(240)로 향하게 되며 투사렌즈(240)는 표시 패널(240)의 화상 정보를 이미징시켜 사용자에게 정보를 전달해준다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝션 광학계는 종래의 프로젝션 광학계에 비해 광부품수를 현저히 줄일 수 있다. 이에 따라 광학계의 동작을 단순화하여 성능을 향상시킬 뿐 아니라 용이하게 소형화할 수 있다. 또한, 제조 단가를 크게 절감시켜 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
또한, LED광원을 사용하여 탁월한 색 재현 능력을 가질 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라 광학계의 수명 또한 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 실시예에 따른 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적 인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 프로젝션 광학계는 광학 부품 수를 줄이고 소형화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 프로젝션 광학계는 제조 단가를 절감시키고 수명을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 프로젝션 광학계는 색 재현 능력을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 복수의 색에 대응하는 복수의 LED 광원을 포함하는 광원부;
    상기 광원부로부터 출사된 광을 균일하게 하고 편광성을 갖도록 하는 인터그레이터;
    상기 인터그레이터로부터 출사된 광의 편광 상태에 따라 투과 또는 반사시키는 편광 분리부;
    상기 편광 분리부에서 투과된 광을 이용하여 영상을 표시하기 위한 표시 패널; 및
    상기 표시 패널에 표시된 영상을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사렌즈;
    를 포함하는 프로젝션 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터그레이터와 상기 편광 분리부 사이에 위치하여 상기 인터그레이터로부터 출사된 광을 집속시키는 조명렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부는
    청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED;
    상기 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED에서 출사되는 광의 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 다이크로익 미러; 및
    상기 다이크로익 미러를 통해 반사 또는 투과된 광을 모으는 집광렌즈;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 광학계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다이크로익 미러는
    상기 청색 LED 및 상기 집광렌즈 사이에 위치하여 상기 청색 LED에서 출사되는 광을 투과시키고, 상기 녹색 LED 및 적색 LED에서 출사되는 광을 반사시키는 제 1 다이크로익 미러, 및
    상기 녹색 LED 및 적색 LED 사이에 상기 제 1 다이크로익 미러와 평행하도록 위치하여 상기 적색 LED에서 출사되는 광을 투과시키고, 상기 녹색 LED에서 출사되는 광을 반사시키는 제 2 다이크로익 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 광학계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 다이크로익 미러는 상기 적색 LED의 광원을 제 1 방향으로 투과시키고 상기 녹색 LED의 광원을 상기 제 1 방향으로 반사시키고,
    상기 제 1 다이크로익 미러는 제 1 방향으로 입사되는 상기 적색 LED 및 상기 녹색 LED의 광원을 제 2 방향으로 반사시키고 상기 청색 LED의 광원을 상기 제 2 방향으로 투과시켜 상기 집광렌즈로 광이 모이도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 광학계.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원부는
    상기 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED 중 하나 이상의 LED 전면에 위치하여 상기 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED에서 출사되는 광을 평행광선으로 형성하는 시준기(collimator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 광학계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터그레이터는
    상기 광원부로부터 출사된 광을 편광성을 갖도록 하는 편광 변환 시스템(PCS, Polarization Converting System) 및 광 분포를 균일하게 하는 라이트 파이프(Light Pipe)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 광학계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 표시 패널은 액정 디스플레이(LCD) 패널인 것을 특징으로 하는 프로젝션 광학계.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 분리부는 편광 필터인 것을 특징으로 하는 프로젝션 광학계.
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