TWI668478B - 光插座與光模組 - Google Patents

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Abstract

光插座包括：多個第1光學面，使從多個發光元件出射的光分別入射；多個第2光學面，使由多個第1光學面入射的光朝向多個光傳輸體的端面分別出射；第3光學面，使經第1光學面入射的光朝向第2光學面反射；以及多個凹部，形成於配置著多個第2光學面的面上。射出成形中的脫模前的鄰接的2個第1光學面的中心間距離及脫模前的鄰接的2個第2光學面的中心間距離，比從對向配置的鄰接的2個發光元件出射的光的光軸間距離短。

Description

光插座與光模組
本發明是有關於一種光插座與包含所述光插座的光模組。
以前，在利用光纖或光波導等光傳輸體的光通信中，是使用包含面發光雷射(例如垂直腔面發射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL))等發光元件的光模組。光模組包括使從發光元件出射的包含通信資訊的光入射至光傳輸體的發送用的光插座、或者使來自光傳輸體的光入射至受光元件的接收用的光插座(例如參照專利文獻1)。
圖1是專利文獻1所記載的接收用的光插座10的立體圖。如圖1所示，光插座10包括：多個入射面12，使來自多個光纖的光分別入射；反射面14，對經多個入射面12入射的光進行反射；多個出射面16，使由反射面14反射的光朝向多個受光元件分別出射；以及一對導孔18，以夾著反射面14的方式而配置。多個光纖收容於光連接器(optical connector)內，藉由將光連接器的凸部插入至導孔18，而將多個光纖連接於光插座10。
在如所述般連接的光插座10中，從光纖出射的光經由 入射面12而入射，並且利用反射面14而朝向受光元件的受光面反射之後，經由出射面16抵達至受光元件的受光面。
專利文獻1所記載的光插座10藉由使用熱塑性的透明樹脂的射出成形而一體成形。具體而言，光插座10是藉由使熱塑性的透明樹脂流入至模具的模穴(cavity)，且使其固化之後，對光插座10進行脫模而製造。
現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2005-031556號公報
然而，在藉由射出成形來製造專利文獻1所記載的光插座10時，難以從導孔18拔出模具，因而在脫模時反射面14會發生變形。脫模時變形的反射面14無法恢復為脫模前的形狀。由此，藉由專利文獻1所記載的射出成形而製造的光插座10存在如下問題：無法將從光纖出射的光適當地導引至受光元件的受光面。
本發明的目的在於提供一種即便在藉由射出成形進行製造的情況下反射面發生變形時，亦可將發光元件或受光元件與光傳輸體進行光學連接的光插座。而且，本發明的另一目的在於提供包含所述光插座的光模組。
本發明的光插座藉由射出成形而製造，配置於多個發光 元件或多個受光元件與多個光傳輸體之間，將所述多個發光元件或多個受光元件與所述多個光傳輸體的端面分別進行光學連接，所述光插座包括：多個第1光學面，使從所述多個發光元件出射的光分別入射，或使通過內部的光朝向所述受光元件分別出射；多個第2光學面，使經所述多個第1光學面入射的光朝向所述多個光傳輸體的端面分別出射，或使來自所述多個光傳輸體的光分別入射；第3光學面，使經所述第1光學面入射的光朝向所述第2光學面反射，或使經所述第2光學面入射的光朝向所述第1光學面反射；以及多個凹部，形成於配置著所述多個第2光學面的面上，並且射出成形中的脫模前的鄰接的2個所述第1光學面的中心間距離及脫模前的鄰接的2個所述第2光學面的中心間距離，比從對向配置的鄰接的2個所述發光元件出射的光的光軸間距離、或從對向配置的鄰接的2個所述光傳輸體出射的光的光軸間距離短。
本發明的光模組包括：配置著多個發光元件或多個受光元件的基板，以及配置於所述基板上的本發明的光插座。
根據本發明，即便在藉由射出成形進行製造而發生了變形的情況下，亦可將多個發光元件或多個受光元件與多個光傳輸體適當地進行光學連接。
10‧‧‧光插座
12‧‧‧入射面
14‧‧‧反射面
16‧‧‧出射面
18‧‧‧導孔
100‧‧‧光模組
110‧‧‧光電轉換裝置
112‧‧‧基板
114‧‧‧發光元件
116‧‧‧光傳輸體
120、120'‧‧‧光插座
121‧‧‧第1光學面(入射面)
122‧‧‧第3光學面(反射面)
123‧‧‧第2光學面(出射面)
124‧‧‧凹部
d‧‧‧從第3光學面的中心算起的距離
D1‧‧‧射出成形中的脫模前的鄰接的2個第1光學面的中心間距離
D2‧‧‧脫模前的鄰接的2個第2光學面的中心間距離
D3‧‧‧從對向配置的鄰接的2個發光元件出射的光的光軸間距離
D4‧‧‧入射至對向配置的鄰接的2個光傳輸體的光的光軸間距離
h‧‧‧變形量
圖1是專利文獻1的光插座的立體圖。
圖2是實施形態的光模組的剖面圖。
圖3A~圖3E是表示實施形態的光插座的構成的圖。
圖4A、圖4B是用以說明實施形態的光插座的應變的圖。
圖5A、圖5B是表示實施形態的脫模前的光插座的第1光學面及第2光學面的配置的圖。
圖6A、圖6B是表示實施形態的脫模後的光插座的光的光路的圖。
圖7A、圖7B是表示比較例的脫模前的光插座的第1光學面及第2光學面的配置的圖。
圖8A、圖8B是表示比較例的脫模後的光插座的光的光路的圖。
圖9A~圖9C是表示第2光學面的中心間距離與光點的中心間距離的關係的圖。
以下，參照圖式對本發明的實施形態進行詳細說明。
(光模組的構成)
圖2是本發明的一實施形態的光模組100的剖面圖。圖2中為了表示光插座120內的光路，已省略對光插座120的剖面標附的影線。
如圖2所示，光模組100包括：包含發光元件114的基板安裝型光電轉換裝置110；以及光插座120。光模組100是將光 傳輸體116連接於光插座120而使用。光傳輸體116的種類不作特別限定，包含光纖、光波導等。本實施形態中，光傳輸體116為光纖。而且，光纖既可為單模(single mode)方式，亦可為多模(multi mode)方式。
光電轉換裝置110具有基板112及多個發光元件114。發光元件114在基板112上配置成一行，相對於基板112的表面沿垂直方向出射雷射光。發光元件114為例如垂直共振器面發光雷射(VCSEL)。
光插座120是在配置於光電轉換裝置110與光傳輸體116之間的狀態下，使發光元件114與光傳輸體116的端面光學連接。以下，對光插座120的構成進行詳細說明。
(光插座的構成)
圖3A~圖3E是表示實施形態的光插座120的構成的圖。圖3A是光插座120的俯視圖，圖3B是仰視圖，圖3C是前視圖，圖3D是後視圖，圖3E是右側視圖。
如圖3A~圖3E所示，光插座120為大致長方體形狀的構件。光插座120具有透光性，使從發光元件114出射的光朝向光傳輸體116的端面出射。光插座120包括多個第1光學面(入射面)121、第3光學面(反射面)122、多個第2光學面(出射面)123、及多個凹部124。光插座120是使用對於光通信中使用的波長的光具有透光性的材料而形成。在此種材料的示例中，包含聚醚醯亞胺(polyetherimide，PEI)或環狀烯烴樹脂等透明樹脂。 而且，如後述般，光插座120藉由射出成形而製造。
第1光學面121是使從發光元件114出射的雷射光折射而入射至光插座120的內部的入射面。多個第1光學面121在光插座120的底面上，以與發光元件114分別相向的方式而沿長邊方向配置成一行。第1光學面121的形狀不作特別限定。本實施形態中，第1光學面121的形狀是朝向發光元件114為凸狀的凸透鏡面。而且，第1光學面121的俯視形狀為圓形。第1光學面121的大小較佳為比從發光元件114出射的光(光通量)大。另外，鄰接的2個第1光學面121的中心間距離較佳為比從對向配置的鄰接的2個發光元件114出射的光的光軸間距離短。經第1光學面121(入射面)入射的光朝向第3光學面122(反射面)行進。
第3光學面122是使經第1光學面121入射的光朝向第2光學面123反射的反射面。第3光學面122是以如下的方式而傾斜：隨著從光插座120的底面朝向頂面，而與光傳輸體116接近。第3光學面122相對於從發光元件114出射的光軸的傾斜角度不作特別限定。第3光學面122的傾斜角度較佳為相對於經第1光學面121入射的光的光軸為45°。第3光學面122的形狀不作特別限定。本實施形態中，第3光學面122的形狀為平面。在第3光學面122上，經第1光學面121入射的光以大於臨界角的入射角而入射。第3光學面122使所入射的光朝向第2光學面123全反射。即，在第3光學面122(反射面)上，入射規定的光通量直徑的光，且規定的光通量直徑的光朝向第2光學面123(出射面)出 射。
第2光學面123是使藉由第3光學面122全反射的光朝向光傳輸體116的端面出射的出射面。多個第2光學面123在光插座120的側面上，以與光傳輸體116的端面分別相向的方式而沿長邊方向配置成一行。第2光學面123的形狀不作特別規定。本實施形態中，第2光學面123的形狀是朝向光傳輸體116的端面為凸狀的凸透鏡面。藉此，可使由第3光學面122反射的規定的光通量直徑的光與光傳輸體116的端面有效率地連接。另外，鄰接的2個第2光學面123的中心間距離較佳為比從對向配置的鄰接的2個光傳輸體116出射的光的光軸間距離短。
凹部124是用以將光傳輸體116固定於光插座120(配置著多個第2光學面123的面)的凹部。藉由使光傳輸體安裝部的突起分別嵌合於凹部124，而將光傳輸體116固定於光插座120的配置著多個第2光學面123的面。
凹部124的形狀及數量只要可將光傳輸體116固定於光插座120(配置著多個第2光學面123的面)，則不作特別限定。即，凹部124的形狀只要是與光傳輸體安裝部的突起為互補的形狀即可。本實施形態中，凹部124的形狀為圓柱形狀。而且，凹部124的數量亦是只要可將光傳輸體116固定於光插座120即可，通常形成有多個。本實施形態中，是在配置著多個第2光學面123的面上，以沿長度方向夾著全部的第2光學面123的方式而配置有2個凹部124。多個凹部124與通過第2光學面123的光的光軸 平行，且以將第3光學面122沿垂直方向一分為二的面為對稱面，而形成於面對稱的位置。而且，凹部124的開口部的直徑及深度亦不作特別限定，只要是與基板112的突起為互補的形態即可。
(光插座的製造方法)
如所述般，本實施形態的光插座120藉由射出成形而製造。以下，對光插座120的製造方法進行說明。
首先，將模具鎖模。射出成型中使用的模具存在與凹部124對應的部分，且只要可成形本實施形態的光插座120，則模具件的數量或模具件的切割方法不作特別限定。此時，在經鎖模的模具的內部，形成著與所設計的光插座為互補的形狀的模穴。
接下來，將熔融樹脂填充至模具內的模穴中。而且，在模穴內填充了熔融樹脂的狀態下一邊保持壓力一邊進行自然冷卻。
最後，將經鎖模的模具打開，使光插座(射出成形品)120從模具脫模。
圖4A、圖4B是用以說明實施形態的光插座120的應變的圖。圖4A是表示在脫模時施加至光插座120的應力的圖。圖4B是表示射出成形後的第3光學面122的形狀的曲線圖。圖4B中，橫軸表示從第3光學面122的中心算起的距離d。縱軸表示第3光學面122的法線方向上的變形量h。在使模具從光插座120脫模時，光插座120會因在凹部124的內面及模具的對應於凹部124的部分所產生的摩擦力(拔插力)，而在凹部124的位置受到向模 具側(圖4A的下方向)的拉扯(參照圖4A的細虛線)。此時，以作為整體進行彎曲的方式而對光插座120施加應力(參照圖4A的細實線)。第1光學面121、第2光學面123及第3光學面122在如下狀態下脫模，即，以作為整體進行彎曲的方式受力(參照圖4A的粗實線)而產生應變。
如此，本實施形態的光插座120藉由射出成形而製造，脫模時以作為整體進行彎曲的方式受力而產生應變。由此，本實施形態的光插座120預先考慮脫模引起的變形來進行製品設計。
圖5A、圖5B是用以說明脫模前的第1光學面121及第2光學面123的配置的圖。圖5A是用以說明脫模前的第1光學面121的配置的圖，圖5B是用以說明脫模前的第2光學面123的圖。
如圖5A、圖5B所示，射出成形中的脫模前的鄰接的2個第1光學面121的中心間距離D1及脫模前的鄰接的2個第2光學面123的中心間距離D2，設計得比從對向配置的鄰接的2個發光元件114出射的光的光軸間距離D3及入射至對向配置的鄰接的2個光傳輸體116的光的光軸間距離D4短。另外，從鄰接的2個發光元件114出射的光的光軸間距離D3及入射至對向配置的鄰接的2個光傳輸體116的光的光軸間距離D4相同。
圖6A、圖6B是表示脫模後的光插座120的光的光路的圖。圖6A是表示脫模後的光插座120的從發光元件114到第3光學面122為止的光路的圖，圖6B是表示脫模後的光插座120的從第3光學面122到光傳輸體116為止的光路的圖。圖6A、圖6B 中，紙面左端的第1光學面121表示圖3B(仰視圖)中的左端的第1光學面121，紙面中央的第1光學面121表示圖3B(仰視圖)中的中央的第1光學面121，紙面右端的第1光學面121表示圖3B(仰視圖)中的右端的第1光學面121。
如圖6A所示，在如所述般進行設計，並藉由射出成形而製造的光插座120中，從左端的發光元件114出射的光利用第1光學面121而較從發光元件114出射的光的光軸朝內側折射，且入射至光插座120內。然後，入射至光插座120的光利用第3光學面122而較從發光元件114出射的光的光軸朝外側反射。而且，從中央的發光元件114出射的光利用第1光學面121而入射至光插座120內。此時，因中央的第1光學面121未大幅變形，故從中央的第1光學面121入射的光沿著從發光元件114出射的光的光軸而在光插座120內行進。入射至光插座120的光利用第3光學面122而沿著從發光元件114出射的光的光軸反射。而且，從右端的發光元件114出射的光利用第1光學面121而較從發光元件114出射的光的光軸朝內側折射，且入射至光插座120內。入射至光插座120的光利用第3光學面122而較從發光元件114出射的光的光軸朝外側反射。
而且，如圖6B所示，從左端的發光元件114出射且由第3光學面122反射的光，利用第2光學面123而朝向光傳輸體116的端面的中心折射並出射。而且，從中央的發光元件114出射且由第3光學面122反射的光，利用第2光學面123而朝向光傳 輸體116的端面的中心折射並出射。此外，從右端的發光元件114出射且由第3光學面122反射的光，利用第2光學面123而朝向光傳輸體116的端面的中心折射並出射。如此，脫模後的光插座120藉由調整第1光學面121的間距及第2光學面123的間距，即便在產生應變的狀態下脫模時，亦可將發光元件114與光傳輸體116光學連接。
另一方面，如本實施形態般，在不考慮脫模引起的變形的情況下，會產生以下的不良情況。
圖7A、圖7B是用以說明不考慮脫模引起的變形而製造的光插座120'(以下亦稱作比較例的光插座120')的脫模前的第1光學面121及第2光學面123的配置的圖。圖7A是表示脫模前的光插座120'中的第1光學面121的配置的圖，圖7B是表示脫模前的光插座120'中的第2光學面123的配置的圖。圖8A、圖8B是表示脫模後的比較例的光插座120'的光的光路的圖。圖8A是表示脫模後的比較例的光插座120'中的從發光元件114到第3光學面122為止的光路的圖，圖8B是表示脫模後的比較例的光插座120'中的從第3光學面122到光傳輸體116為止的光路的圖。圖8A、圖8B中，紙面左端的第1光學面121與圖3B(仰視圖)中的左端的第1光學面121對應，紙面中央的第1光學面121與圖3B(仰視圖)中的中央的第1光學面121對應，紙面右端的第1光學面121與圖3B(仰視圖)中的右端的第1光學面121對應。
如圖7A、圖7B所示，比較例的光插座120'配置成如下： 脫模前的鄰接的2個第1光學面121的中心間距離D1及脫模前的鄰接的2個第2光學面123的中心間距離D2，與從對向配置的鄰接的2個發光元件114出射的光的光軸間距離D3及入射至對向配置的鄰接的2個光傳輸體116的光的光軸間距離D4相同。即，比較例的光插座120'與實施形態的光插座120僅在所述第1光學面121及第2光學面123的配置方面有所不同。
比較例的光插座120'在藉由射出成形而製造的情況下，可與實施形態的光插座120同樣地製造。而且，比較例的光插座120'與實施形態的光插座120同樣地，在脫模時以作為整體進行彎曲的方式受力而產生應變。
而且，如圖8A所示，在脫模後的比較例的光插座120'中，從左端的發光元件114出射的光利用第1光學面121而較從發光元件114出射的光的光軸朝外側折射，且入射至光插座120'內。此時，因中央的第1光學面121未大幅變形，故從中央的第1光學面121入射的光沿著從發光元件114出射的光的光軸而在光插座120'內行進。入射至光插座120'的光利用第3光學面122而較從發光元件114出射的光的光軸朝外側反射。而且，從中央的發光元件114出射的光利用第1光學面121而入射至光插座120'內。入射至光插座120'的光利用第3光學面122而沿著從發光元件114出射的光的光軸反射。而且，從右端的發光元件114出射的光利用第1光學面121而較從發光元件114出射的光的光軸朝內側折射，且入射至光插座120'內。入射至光插座120'的光利用 第3光學面122而較從發光元件114出射的光的光軸朝外側反射。
而且，如圖8B所示，從左端的發光元件114出射且由第3光學面122反射的光，利用第2光學面123而較本來應到達的光傳輸體116的端面的中心大幅朝外側折射並出射。而且，從中央的發光元件114出射且由第3光學面122反射的光，利用第2光學面123而較本來應到達的光傳輸體116的端面稍微朝外側折射並出射。此外，從右端的發光元件114出射且由第3光學面122反射的光，利用第2光學面123而較本來應到達的光傳輸體116的端面的中心大幅朝外側折射並出射。如此，比較例的脫模後的光插座120'以比本來應到達的位置整體上向外側偏移的方式而到達光傳輸體116，因而無法適當地將發光元件114與光傳輸體116加以連接。
接下來，對脫模後的第2光學面123的中心軸間距離與從第2光學面123出射的光點的中心間距離進行調查。圖9A~圖9C是表示第2光學面123的中心軸間距離與光點的中心間距離的關係的圖。另外，「光點」是指在光傳輸體116的端面上，從第2光學面123出射的光的中心的到達位置。此處，使用脫模前的第1光學面121及第2光學面123的光軸間距離為2.75mm的光插座120。圖9A是表示使用了將第2光學面123的中心軸間距離以0.008mm為單位而縮小的光插座的情況下的結果。圖9B是表示使用了將第2光學面123的中心軸間距離以0.006mm為單位而縮小的光插座的情況下的結果。圖9C是表示使用了未調整第2光學 面123的中心軸間距離的比較例的光插座120'的情況下的結果。而且，第1光學面121因與第2光學面123同樣地縮小了光軸間距離，故省略關於第1光學面121的記載。
如圖9A所示，在第2光學面123的中心軸間距離以0.008mm為單位而縮小的光插座中，兩端的第2光學面123的間隔為2.744mm，兩端的光點的中心間距離為2.747mm。而且，如圖9B所示，在將第2光學面123的中心軸間距離以0.006mm為單位而縮小的光插座中，兩端的第2光學面123的中心間距離為2.746mm，兩端的光點的中心間距離為2.75mm。進而，如圖9C所示，在未調整第2光學面123的中心軸間距離的比較例的光插座120'中，兩端的第2光學面123的中心間距離為2.752mm，兩端的光點的中心間距離為2.760mm。
此處，雖未特別圖示，但本實施形態中，只要光點的偏移範圍相對於設定位置處於-0.003mm~0.003mm的範圍內，則可將發光元件114的光適當地連接於光傳輸體116。此處，「光點的偏移範圍」是指光點的設定位置與從各光插座出射的光點的偏移範圍。而且，「第2光學面123的偏移範圍」是指脫模後的第2光學面123的中心間距離相對於光傳輸體116的端面的中心間距離的偏移範圍。而且，可知第2光學面123的偏移範圍與光點的偏移範圍之間存在比例關係。藉此可知，可將從發光元件114出射的光適當地連接於光傳輸體116的光插座120的第2光學面123的偏移範圍只要處於-0.006mm~-0.002mm的範圍內即可。此外 可知，為了將第2光學面123的偏移範圍設為規定的範圍內，使第2光學面123的中心間距離在2.744mm~2.748mm的範圍內縮小即可。而且，雖未特別圖示，但關於各尺寸不同的光插座，可知如本實施形態般，第2光學面123的中心軸距離的偏移範圍與光點的偏移範圍之間亦存在關係性。由此，即便在藉由射出成形而製造大小不同的光插座的情況下，藉由對第2光學面123的中心軸間距離的偏移範圍與光點的偏移範圍的關係進行調查，而可求出能夠將發光元件114與光傳輸體116適當地連接的光插座的第2光學面123的中心間距離。藉此，可製造出能夠將發光元件114與光傳輸體116適當地連接的光插座120。
(效果)
如以上般，脫模前的第1光學面121的中心間距離及脫模前的第2光學面123的中心間距離比從發光元件114出射的光的光軸間距離短，因而本實施形態的光插座120即便在藉由射出成形製造而發生變形的情況下，亦可將發光元件114與光傳輸體116適當地進行光學連接。
另外，所述實施形態的光插座120中，表示第1光學面121及第2光學面123為凸透鏡面的情況，但第1光學面121及第2光學面123亦可為平面。具體而言，可僅第1光學面121為平面，亦可僅第2光學面123為平面。在第1光學面121形成為平面的情況下，例如，第3光學面122可形成為作為凹面鏡而發揮功能。而且，在藉由第1光學面121或第3光學面122等有效果地使即 將到達第2光學面123前的光聚集的情況下，第2光學面123亦可形成為平面。
而且，所述實施形態的光插座120亦可用於接收側的光模組。該情況下，接收用的光模組代替多個發光元件114而具有用以接收光的多個受光元件。多個受光元件分別配置於與發光元件相同的位置。接收用的光模組中，第2光學面123成為入射面，第1光學面121成為出射面。從光傳輸體116的端面出射的光從第2光學面123入射至光插座內。而且，入射至光插座120的光由第3光學面122反射而從第1光學面121朝向受光元件出射。該情況下，藉由對第1光學面121的中心軸間距離與從第1光學面121出射的光點的位置關係進行調查，而可與本實施形態同樣地製造所需的光插座。
本申請案是主張基於2014年1月15日申請的日本專利特願2014-004967的優先權。所述申請案的說明書及圖式中所記載的內容均被引用於本申請案說明書中。
[產業上之可利用性]
本發明的光插座與光模組適用於使用光傳輸體的光通信中。

Claims (3)

  1. 一種光插座，藉由射出成形而製造，配置於多個發光元件或多個受光元件與多個光傳輸體之間，將所述多個發光元件或多個受光元件與所述多個光傳輸體的端面分別進行光學連接，所述光插座包括：多個第1光學面，使從所述多個發光元件出射的光分別入射，或使通過所述光插座的內部的光朝向所述受光元件分別出射；多個第2光學面，使由所述多個第1光學面入射的光朝向所述多個光傳輸體的端面分別出射，或使來自所述多個光傳輸體的光分別入射；第3光學面，使由所述第1光學面入射的光朝向所述第2光學面反射，或使由所述第2光學面入射的光朝向所述第1光學面反射；以及多個凹部，形成於配置著所述多個第2光學面的面上，射出成形中的脫模前的鄰接的2個所述第1光學面的中心間距離及脫模前的鄰接的2個所述第2光學面的中心間距離，比從對向配置的鄰接的2個所述發光元件出射的光的光軸間距離、或從對向配置的鄰接的2個所述光傳輸體出射的光的光軸間距離短。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光插座，其中脫模後的鄰接的2個所述第1光學面的中心間距離及脫模後的鄰接的2個所述第2光學面的中心間距離，比從對向配置的鄰接的2個所述發光元件出射的光的光軸間距離、或從對向配置的 鄰接的2個所述光傳輸體出射的光的光軸間距離短。
  3. 一種光模組，包括：基板，配置著多個發光元件或多個受光元件；以及如申請專利範圍第1項或第2項所述的光插座，配置於所述基板上。
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