CN110161657B - 投影镜头及投影显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种投影镜头及投影显示设备,所述投影镜头用于接收显示单元发射的投影光线,投影光线经过投影镜头射向光阑,所述投影镜头包括:沿所述光阑至所述显示单元方向,依次设置有用于投影成像的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜和第三正透镜;定义所述投影镜头的视场角为FOV,所述投影镜头的视场角一半为HFOV,所述投影镜头的第一正透镜的出光面至所述显示单元的显示成像面为所述投影镜头的总长,所述投影镜头的总长为TTL,则tan(HFOV)/TTL>0.015,所述投影镜头的远心度为Tele,则Tele<0.5°。本发明提供一种投影镜头,便于使投影设备小型化。
Description
技术领域
本发明涉及投影产品技术领域,尤其涉及一种投影镜头及投影显示设备。
背景技术
随着影像科技的进步,投影设备的需求越来越多,目前的投影设备体积较大,不便于携带与使用,尤其是光路设计相对复杂的投影镜头,一般设计使用有多组镜片,但是如此产生了投影设备难以小型化的问题。
发明内容
基于此,针对传统上投影设备难以小型化的问题,有必要提供一种投影镜头及投影显示设备,能够有效解决投影设备难以小型化的问题。
为实现上述目的,本发明提出的投影镜头,所述投影镜头用于接收显示单元发射的投影光线,所述投影光线经过所述投影镜头射向光阑,所述投影镜头包括:
沿所述光阑至所述显示单元方向,依次设置有用于投影成像的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜和第三正透镜;
定义所述投影镜头的视场角为FOV,所述投影镜头的视场角一半为HFOV,所述投影镜头的第一正透镜的出光面至所述显示单元的显示成像面为所述投影镜头的总长,所述投影镜头的总长为TTL,则
tan(HFOV)/TTL>0.015
所述投影镜头的远心度为Tele,则
Tele<0.5°。
可选地,所述第一正透镜、所述第一负透镜、所述第二正透镜和所述第三正透镜的折射率范围均在1.45-1.75之间,色散系数均在50-70之间。
可选地,所述投影镜头的有效焦距为f,所述第一正透镜的有效焦距为f1,所述第一负透镜的有效焦距为f2,所述第二正透镜的有效焦距f3,所述第三正透镜的有效焦距为f4,则
1<f/f1<1.5,-3.5<f/f2<-2,0.5<f/f3<1.6,0.5<f/f4<1.2。
可选地,所述第一正透镜的出光面至少具有一个第一反曲点,所述第一反曲点设置于所述第一正透镜边缘,所述第一正透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第一负透镜为双凹透镜,所述第二正透镜为双凸透镜,所述第三正透镜为凹凸透镜,所述第三正透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凸起,所述第三正透镜的凹陷面朝向所述投影光线的入射方向。
可选地,所述第一正透镜为双凸透镜,所述第一负透镜为凹凸透镜,所述第一负透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凹陷,所述第一负透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第二正透镜为凹凸透镜,所述第二正透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凹陷,所述第二正透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第三正透镜的入光面至少具有一个第二反曲点,和/或所述第三正透镜的出光面至少具有一个第三反曲点,所述第二反曲点和所述第三反曲点设置于所述第三正透镜边缘,且所述第三正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面的中心区域朝向所述投影光线入射方向凹陷。
可选地,所述第一正透镜为双凸透镜,所述第一负透镜为凹凸透镜,所述第一负透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凹陷,所述第一负透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第二正透镜的出光面至少具有一个第四反曲点,所述第四反曲点设置于所述第二正透镜边缘,且所述第二正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面至少具有一个第五反曲点,和/或所述第三正透镜的出光面至少具有一个第六反曲点,所述第五反曲点和所述第六反曲点设置于所述第三正透镜边缘,且所述第三正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面的中心区域朝向所述投影光线入射方向凹陷,所述第二正透镜边缘区域距离所述第三正透镜边缘区域0.2mm-0.5mm。
可选地,所述第一正透镜为双凸透镜,所述第一负透镜为凹凸透镜,所述第一负透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凹陷,所述第一负透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第二正透镜的出光面至少具有一个第七反曲点,所述第七反曲点设置于所述第二正透镜边缘,且所述第二正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面至少具有一个第八反曲点,和/或所述第三正透镜的出光面至少具有一个第九反曲点,所述第八反曲点和所述第九反曲点设置于所述第三正透镜边缘,且所述第三正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面的中心区域朝向所述投影光线入射方向凹陷,所述第二正透镜边缘区域距离所述第三正透镜边缘区域0.1mm-0.2mm。
可选地,所述投影镜头的总长TTL小于23mm,所述投影镜头垂直方向的高度为DIA,DIA小于11mm。
可选地,所述投影镜头的第一正透镜的出光面距离所述光阑为5mm,所述第一正透镜、所述第一负透镜、所述第二正透镜以及所述第三正透镜均为塑胶材料。
此外,为实现上述目的,本发明还提供一种投影显示设备,包括:外壳和如上文所述投影镜头,所述投影镜头设置于所述外壳内。
本发明提出的技术方案中,通过在沿光阑至显示单元方向的光路中,依次设置有用于投影成像的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜和第三正透镜,通过设定投影镜头的视场角一半HFOV的正切值与投影镜头总长TTL之比大于0.015实现投影镜头的小型化,同时设定投影镜头的远心度Tele小于0.5°,能够提高投影镜头的成像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明投影镜头第一实施例的光线传播示意图;
图2为图1中本发明投影镜头的结构示意图;
图3为本发明投影镜头第二实施例的结构示意图;
图4为本发明投影镜头第三实施例的结构示意图;
图5为本发明投影镜头第四实施例的结构示意图;
图6为图2中本发明投影镜头的MTF图;
图7为图2中本发明投影镜头的点列图;
图8为图2中本发明投影镜头的左场曲图和右畸变图;
图9为图2中本发明投影镜头的相对照度图;
图10为图2中本发明投影镜头的离焦曲线图;
图11为图3中本发明投影镜头的MTF图;
图12为图3中本发明投影镜头的点列图;
图13为图3中本发明投影镜头的左场曲图和右畸变图;
图14为图3中本发明投影镜头的相对照度图;
图15为图3中本发明投影镜头的离焦曲线图;
图16为图4中本发明投影镜头的MTF图;
图17为图4中本发明投影镜头的点列图;
图18为图4中本发明投影镜头的左场曲图和右畸变图;
图19为图4中本发明投影镜头的相对照度图;
图20为图4中本发明投影镜头的离焦曲线图;
图21为图5中本发明投影镜头的MTF图;
图22为图5中本发明投影镜头的点列图;
图23为图5中本发明投影镜头的左场曲图和右畸变图;
图24为图5中本发明投影镜头的相对照度图;
图25为图5中本发明投影镜头的离焦曲线图。
附图标号说明:
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外,本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1和图2,本发明提出的投影镜头,投影镜头用于接收显示单元800发射的投影光线900,投影光线900经过投影镜头射向光阑100,投影镜头包括:沿光阑100至显示单元800方向的光路中,依次设置有用于投影成像的第一正透镜200、第一负透镜300、第二正透镜400和第三正透镜500。
定义投影镜头的视场角为FOV,投影镜头的视场角一半为HFOV,投影镜头的第一正透镜200的出光面至显示单元800的显示成像面为投影镜头的总长,投影镜头的总长为TTL,则
tan(HFOV)/TTL>0.015
投影镜头的远心度为Tele,则
Tele<0.5°。
本发明提出的技术方案中,通过在沿光阑100至显示单元800方向的光路中,依次设置有用于投影成像的第一正透镜200、第一负透镜300、第二正透镜400和第三正透镜500,通过设定投影镜头的视场角一半HFOV的正切值与投影镜头总长TTL之比大于0.015实现投影镜头的小型化,同时设定投影镜头的远心度Tele小于0.5°,能够提高投影镜头的成像质量。
进一步地,第一正透镜200、第一负透镜300、第二正透镜400和第三正透镜500的折射率范围均在1.45-1.75之间,色散系数均在50-70之间,由此通过控制第一正透镜200、第一负透镜300、第二正透镜400和第三正透镜500的折射率以及色散系数,能够提高投影镜头的成像质量。
进一步地,投影镜头的有效焦距为f,第一正透镜200的有效焦距为f1,第一负透镜300的有效焦距为f2,第二正透镜400的有效焦距f3,第三正透镜500的有效焦距为f4,则
1<f/f1<1.5,-3.5<f/f2<-2,0.5<f/f3<1.6,0.5<f/f4<1.2,通过控制投影镜头的有效焦距,分别和第一正透镜200的有效焦距,第一负透镜300的有效焦距,第二正透镜400的有效焦距以及第三正透镜500的有效焦距的比值范围,使投影镜头进一步小型化,同时提高投影镜头的成像质量。
参阅图6-图10所示,第一正透镜200的出光面至少具有一个第一反曲点210,第一反曲点210设置于第一正透镜200边缘,第一正透镜200的入光面朝向投影光线900的入射方向凸起,第一负透镜300为双凹透镜,第二正透镜400为双凸透镜,第三正透镜500为凹凸透镜,第三正透镜500的出光面朝向投影光线900的出射方向凸起,第三正透镜500的凹陷面朝向投影光线900的入射方向,反曲点一般用于校正轴外像差,由此提高投影镜头的小型化,同时提高投影镜头的成像质量,其中图6为MTF调制传递函数图,是一种分析镜头质量的方法,主要用于反应成像清晰度,MTF值越高,成像越清晰,图7为投影镜头的点列图,理想光学***在像面上应该是一个像点,然而光学***都存在像差,导致最后可能成像为一个像斑,点列图主要反映镜头的像差情况;图8中左图为场曲图反映成像清晰的像面弯曲情况,右图为畸变图,反映成像的形变情况;图9为一个相对照度图,用于反映成像的亮度均匀情况;图10为离焦曲线图,不同像面位置和不同视场MTF的关系图。
参阅图3及图11-图15所示,第一正透镜200为双凸透镜,第一负透镜300为凹凸透镜,第一负透镜300的出光面朝向投影光线900的出射方向凹陷,第一负透镜300的入光面朝向投影光线900的入射方向凸起,第二正透镜400为凹凸透镜,第二正透镜400的出光面朝向投影光线900的出射方向凹陷,第二正透镜400的入光面朝向投影光线900的入射方向凸起,第三正透镜500的入光面至少具有一个第二反曲点510,和/或第三正透镜500的出光面至少具有一个第三反曲点520,第二反曲点510和第三反曲点520设置于第三正透镜500边缘,且第三正透镜500的出光面的中心区域朝向投影光线900出射方向凸起,第三正透镜500的入光面的中心区域朝向投影光线900入射方向凹陷,由此提高投影镜头的小型化,同时提高投影镜头的成像质量,其中图11为MTF调制传递函数图,是一种分析镜头质量的方法,主要用于反应成像清晰度,MTF值越高,成像越清晰,图12为投影镜头的点列图,理想光学***在像面上应该是一个像点,然而光学***都存在像差,导致最后可能成像为一个像斑,点列图主要反映镜头的像差情况;图13中左图为场曲图反映成像清晰的像面弯曲情况,右图为畸变图,反映成像的形变情况;图14为一个相对照度图,用于反映成像的亮度均匀情况;图15为离焦曲线图,不同像面位置和不同视场的MTF关系图。
参阅图4及图16-图20所示,第一正透镜200为双凸透镜,第一负透镜300为凹凸透镜,第一负透镜300的出光面朝向投影光线900的出射方向凹陷,第一负透镜300的入光面朝向投影光线900的入射方向凸起,第二正透镜400的出光面至少具有一个第四反曲点410,第四反曲点410设置于第二正透镜400边缘,且第二正透镜400的出光面的中心区域朝向投影光线900出射方向凸起,第三正透镜500的入光面至少具有一个第五反曲点530,和/或第三正透镜500的出光面至少具有一个第六反曲点540,第五反曲点530和第六反曲点540设置于第三正透镜500边缘,且第三正透镜500的出光面的中心区域朝向投影光线900出射方向凸起,第三正透镜500的入光面的中心区域朝向投影光线900入射方向凹陷,第二正透镜400边缘区域距离第三正透镜500边缘区域0.2mm-0.5mm,由此提高投影镜头的小型化,同时提高投影镜头的成像质量,其中图16为MTF调制传递函数图,是一种分析镜头质量的方法,主要用于反应成像清晰度,MTF值越高,成像越清晰,图17为投影镜头的点列图,理想光学***在像面上应该是一个像点,然而光学***都存在像差,导致最后可能成像为一个像斑,点列图主要反映镜头的像差情况;图18中左图为场曲图反映成像清晰的像面弯曲情况,右图为畸变图,反映成像的形变情况;图19为一个相对照度图,用于反映成像的亮度均匀情况;图20为离焦曲线图,不同像面位置和不同视场的MTF关系图。
参阅图5及图21-图25所示,第一正透镜200为双凸透镜,第一负透镜300为凹凸透镜,第一负透镜300的出光面朝向投影光线900的出射方向凹陷,第一负透镜300的入光面朝向投影光线900的入射方向凸起,第二正透镜400的出光面至少具有一个第七反曲点420,第七反曲点420设置于第二正透镜400边缘,且第二正透镜400的出光面的中心区域朝向投影光线900出射方向凸起,第三正透镜500的入光面至少具有一个第八反曲点550,和/或第三正透镜500的出光面至少具有一个第九反曲点560,第八反曲点550和第九反曲点560设置于第三正透镜500边缘,且第三正透镜500的出光面的中心区域朝向投影光线900出射方向凸起,第三正透镜500的入光面的中心区域朝向投影光线900入射方向凹陷,第二正透镜400边缘区域距离第三正透镜500边缘区域0.1mm-0.2mm,由此提高投影镜头的小型化,同时提高投影镜头的成像质量,其中图21为MTF调制传递函数图,是一种分析镜头质量的方法,主要用于反应成像清晰度,MTF值越高,成像越清晰,图22为投影镜头的点列图,理想光学***在像面上应该是一个像点,然而光学***都存在像差,导致最后可能成像为一个像斑,点列图主要反映镜头的像差情况;图23中左图为场曲图反映成像清晰的像面弯曲情况,右图为畸变图,反映成像的形变情况;图24为一个相对照度图,用于反映成像的亮度均匀情况;图25为离焦曲线图,不同像面位置和不同视场的MTF关系图。
进一步地,投影镜头的总长TTL小于23mm,投影镜头垂直方向的高度为DIA,DIA小于11mm,通过控制投影镜头的总长TTL小于23mm,以及控制投影镜头垂直方向的高度DIA小于11mm,能够有效限定投影镜头的尺寸,利于小型化。
进一步地,投影镜头的第一正透镜200的出光面距离光阑100的距离为5mm,第一正透镜200、第一负透300镜、第二正透镜400以及第三正透镜500均为塑胶材料,例如塑胶材料为OKP1、APEL或者E48R等材料,塑胶材料易于加工,成本较低,同时可根据需要注塑成型,便于加工制造复杂结构图形。
本发明还提供一种投影显示设备,包括:外壳(图未示)和投影镜头,投影镜头设置于外壳内,投影镜头用于接收显示单元800发射的投影光线900,投影光线900经过投影镜头射向光阑100,投影镜头包括:沿光阑100至显示单元800方向的光路中,依次设置有用于投影成像的第一正透镜200、第一负透镜300、第二正透镜400和第三正透镜500,定义投影镜头的视场角为FOV,投影镜头的视场角一半为HFOV,投影镜头的第一正透镜200的出光面至显示单元800的显示成像面为投影镜头的总长,投影镜头的总长为TTL,则tan(HFOV)/TTL>0.015,投影镜头的远心度为Tele,则Tele<0.5°。
本实施例提出的技术方案中,通过在沿光阑100至显示单元800方向的光路中,依次设置有用于投影成像的第一正透镜200、第一负透镜300、第二正透镜400和第三正透镜500,通过设定投影镜头的视场角一半HFOV的正切值与投影镜头总长TTL之比大于0.015实现投影镜头的小型化,同时设定投影镜头的远心度Tele小于0.5°,能够提高投影镜头的成像质量。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种投影镜头,其特征在于,所述投影镜头用于接收显示单元发射的投影光线,所述投影光线经过所述投影镜头射向光阑,所述投影镜头包括:
沿所述光阑至所述显示单元方向,依次设置有用于投影成像的第一正透镜、第一负透镜、第二正透镜和第三正透镜;
定义所述投影镜头的视场角为FOV,所述投影镜头的视场角一半为HFOV,所述投影镜头的第一正透镜的出光面至所述显示单元的显示成像面为所述投影镜头的总长,所述投影镜头的总长为TTL,则
tan(HFOV)/TTL>0.015
所述投影镜头的远心度为Tele,则
Tele<0.5°。
2.如权利要求1所述的投影镜头,其特征在于,所述第一正透镜、所述第一负透镜、所述第二正透镜和所述第三正透镜的折射率范围均在1.45-1.75之间,色散系数均在50-70之间。
3.如权利要求2所述的投影镜头,其特征在于,所述投影镜头的有效焦距为f,所述第一正透镜的有效焦距为f1,所述第一负透镜的有效焦距为f2,所述第二正透镜的有效焦距f3,所述第三正透镜的有效焦距为f4,则
1<f/f1<1.5,-3.5<f/f2<-2,0.5<f/f3<1.6,0.5<f/f4<1.2。
4.如权利要求3所述的投影镜头,其特征在于,所述第一正透镜的出光面至少具有一个第一反曲点,所述第一反曲点设置于所述第一正透镜边缘,所述第一正透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第一负透镜为双凹透镜,所述第二正透镜为双凸透镜,所述第三正透镜为凹凸透镜,所述第三正透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凸起,所述第三正透镜的凹陷面朝向所述投影光线的入射方向。
5.如权利要求3所述的投影镜头,其特征在于,所述第一正透镜为双凸透镜,所述第一负透镜为凹凸透镜,所述第一负透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凹陷,所述第一负透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第二正透镜为凹凸透镜,所述第二正透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凹陷,所述第二正透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第三正透镜的入光面至少具有一个第二反曲点,和/或所述第三正透镜的出光面至少具有一个第三反曲点,所述第二反曲点和所述第三反曲点设置于所述第三正透镜边缘,且所述第三正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面的中心区域朝向所述投影光线入射方向凹陷。
6.如权利要求3所述的投影镜头,其特征在于,所述第一正透镜为双凸透镜,所述第一负透镜为凹凸透镜,所述第一负透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凹陷,所述第一负透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第二正透镜的出光面至少具有一个第四反曲点,所述第四反曲点设置于所述第二正透镜边缘,且所述第二正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面至少具有一个第五反曲点,和/或所述第三正透镜的出光面至少具有一个第六反曲点,所述第五反曲点和所述第六反曲点设置于所述第三正透镜边缘,且所述第三正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面的中心区域朝向所述投影光线入射方向凹陷,所述第二正透镜边缘区域距离所述第三正透镜边缘区域0.2mm-0.5mm。
7.如权利要求3所述的投影镜头,其特征在于,所述第一正透镜为双凸透镜,所述第一负透镜为凹凸透镜,所述第一负透镜的出光面朝向所述投影光线的出射方向凹陷,所述第一负透镜的入光面朝向所述投影光线的入射方向凸起,所述第二正透镜的出光面至少具有一个第七反曲点,所述第七反曲点设置于所述第二正透镜边缘,且所述第二正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面至少具有一个第八反曲点,和/或所述第三正透镜的出光面至少具有一个第九反曲点,所述第八反曲点和所述第九反曲点设置于所述第三正透镜边缘,且所述第三正透镜的出光面的中心区域朝向所述投影光线出射方向凸起,所述第三正透镜的入光面的中心区域朝向所述投影光线入射方向凹陷,所述第二正透镜边缘区域距离所述第三正透镜边缘区域0.1mm-0.2mm。
8.如权利要求1-7任一项所述的投影镜头,其特征在于,所述投影镜头的总长TTL小于23mm,所述投影镜头垂直方向的高度为DIA,DIA小于11mm。
9.如权利要求1-7任一项所述的投影镜头,其特征在于,所述投影镜头的第一正透镜的出光面距离所述光阑为5mm,所述第一正透镜、所述第一负透镜、所述第二正透镜以及所述第三正透镜均为塑胶材料。
10.一种投影显示设备,其特征在于,包括:外壳和如权利要求1-9任一项所述投影镜头,所述投影镜头设置于所述外壳内。
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