CN218272928U - 一种双目窄带多波段共焦成像*** - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了双目窄带多波段共焦成像***，涉及共焦成像技术领域。照明单元产生复色光；准直透镜将复色光准直为复色光束；数字微镜器件将复色光束形成点光阵列；色散管镜将第一反射点光阵列进行色散得到单色点光阵列；第一分光透镜对点光阵列进行透射和反射；第一分光透镜还对入射的成像光进行透射和反射；第二分光透镜对第二透射点光阵列进行透射和反射；第一滤光转盘和第二滤光转盘分别承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至第三透射点光阵列的光路上；第一聚焦透镜和第二聚焦透镜进行聚焦；第一成像单元和第二成像单元形成成像结果。本实用新型实现了在成像过程中更换滤光片，提高成像效率。

Description

一种双目窄带多波段共焦成像***

技术领域

本实用新型涉及共焦成像技术领域，特别是涉及一种双目窄带多波段共焦成像***。

背景技术

随着科技的飞速发展，共焦成像成为当下国内外学者研究的热点。共焦成像基于多段彩色窄带波段的方法对高精密加工件进行成像。

请参见图1，现有的双目窄带多波段共焦成像***包括照明单元1，准直透镜2，数字微镜器件3，第一分光透镜4，色散管镜5，物镜6，载物模块7，第二分光透镜8，第一聚焦透镜11，第一成像单元12，第二聚焦透镜15，第二成像单元16和显示模块17。现有的双目窄带多波段共焦成像***需要提前安装滤光片，无法在成像过程中更换滤光片，一定程度限制了成像效率。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种双目窄带多波段共焦成像***，以实现在成像过程中更换滤光片，提高成像效率。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了如下方案：

一种双目窄带多波段共焦成像***，包括：

第一光学子***，包括：照明单元(1)、准直透镜(2)和数字微镜器件(3)；第一光学子***中的各组成器件的中心在同一直线上；

载物模块(7)，用于承载待测量物体；

第二光学子***，包括：在远离所述载物模块(7)的方向上，依次设置的物镜(6)、色散管镜(5)、第一分光透镜(4)和第二分光透镜(8)；第二光学子***中的各组成器件的中心在同一直线上；

第一成像子***，包括：第一滤光转盘(9)、第一聚焦透镜(11)和第一成像单元(12)；所述第一聚焦透镜(11)和所述第一成像单元(12)的中心在同一直线上；

第二成像子***，包括：第二滤光转盘(13)、第二聚焦透镜(15)和第二成像单元(16)；所述第二聚焦透镜(15)和所述第二成像单元(16)的中心在同一直线上；

其中：

照明单元(1)，用于产生复色光；

准直透镜(2)，用于将所述复色光准直为复色光束；

数字微镜器件(3)，用于将所述复色光束形成点光阵列；

所述第一分光透镜(4)与数字微镜器件(3)的中心连线与目标中心连线不重合，所述目标中心连线为所述第一光学子***中各组成器件的中心连线；

所述色散管镜(5)，用于将第一反射点光阵列进行色散，得到单色点光阵列；所述单色点光阵列经物镜(6)到达所述载物模块(7)，被反射后，作为成像光经物镜(6)和色散管镜(5)到达所述第一分光透镜(4)；

所述第一分光透镜(4)用于：对所述点光阵列进行透射和反射，得到第一透射点光阵列和第一反射点光阵列；

所述第一分光透镜(4)还用于：对入射的成像光进行透射和反射，得到第二透射点光阵列和第二反射点光阵列；

所述第二分光透镜(8)用于：对所述第二透射点光阵列进行透射和反射，得到第三透射点光阵列和第三反射点光阵列；

所述第一滤光转盘(9)用于承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至所述第三透射点光阵列的光路上；位于所述光路上的滤光片能够过滤所述第三透射点光阵列形成第一窄带光束；

所述第二滤光转盘(13)用于承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至所述第三反射点光阵列的光路上；位于所述光路上的滤光片能够过滤所述第三反射点光阵列形成第二窄带光束；

所述第一聚焦透镜(11)用于对所述第一窄带光束进行聚焦；

所述第一成像单元(12)用于收集聚焦后的第一窄带光束，并形成第一成像结果；

所述第二聚焦透镜(15)用于对所述第二窄带光束进行聚焦；

所述第二成像单元(16)用于收集聚焦后的第二窄带光束，并形成第二成像结果。

可选地，所述第一滤光转盘(9)包括：

第一滤光盘(901)，用于承载多个滤光片；

第一步进电机(903)，与所述第一滤光盘(901)连接，用于根据控制信号带动所述第一滤光盘(901)转动；

所述第二滤光转盘(13)包括：

第二滤光盘(1301)，用于承载多个滤光片；

第二步进电机(1303)，与所述第二滤光盘(1301)连接，用于根据控制信号带动所述第二滤光盘(1301)转动。

可选地，所述第一滤光转盘(9)所承载的多个滤光片所过滤的波段不同；

所述第二滤光转盘(13)所承载的多个滤光片所过滤的波段不同。

可选地，所述物镜(6)针对所述单色点光阵列的焦点与其光心的距离为Z；其中，所述Z与所述点光阵列的波长相对应。

可选地，所述第一分光透镜(4)包括：半透半反透镜；所述第二分光透镜(8)包括：半透半反透镜。

可选地，所述第一分光透镜(4)还包括：起偏器，偏振分光镜和波片；所述第二分光透镜(8)还包括：起偏器，偏振分光镜和波片。

可选地，所述第二成像子***的中心所在直线与所述第二光学子***的中心所在直线垂直。

可选地，所述载物模块(7)具体为三维运动载物台。

可选地，所述第一成像单元(12)包括一个摄像头；所述第二成像单元(16)包括一个摄像头。

可选地，包括：

***控制单元(17)，分别与所述第一步进电机(903)和第二步进电机(1303)连接，用于发出所述控制信号。

根据本实用新型提供的具体实施例，公开了以下技术效果：

本实用新型实施例提供了一种双目窄带多波段共焦成像***，包括第一光学子***，载物模块，第二光学子***，第一成像子***和第二成像子***。各部分协同如下：照明单元产生复色光；准直透镜将复色光准直为复色光束；数字微镜器件将复色光束形成点光阵列；第一分光透镜与数字微镜器件的中心连线与目标中心连线不重合，目标中心连线为第一光学子***中各组成器件的中心连线；色散管镜将第一反射点光阵列进行色散得到单色点光阵列；单色点光阵列经物镜到达载物模块被反射后，作为成像光经物镜和色散管镜到达第一分光透镜；第一分光透镜对点光阵列进行透射和反射，得到第一透射点光阵列和第一反射点光阵列；第一分光透镜还对入射的成像光进行透射和反射，得到第二透射点光阵列和第二反射点光阵列；第二分光透镜对第二透射点光阵列进行透射和反射，得到第三透射点光阵列和第三反射点光阵列；第一滤光转盘承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至第三透射点光阵列的光路上；位于光路上的滤光片能够过滤第三透射点光阵列形成第一窄带光束；第二滤光转盘承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至第三反射点光阵列的光路上；位于光路上的滤光片能够过滤第三反射点光阵列形成第二窄带光束；第一聚焦透镜对第一窄带光束进行聚焦；第一成像单元收集聚焦后的第一窄带光束，并形成第一成像结果；第二聚焦透镜对第二窄带光束进行聚焦；第二成像单元收集聚焦后的第二窄带光束，并形成第二成像结果。

在本实用新型实施例中，第一滤光转盘与多个滤光片以及第二滤光转盘与多个滤光片的组合实现了在成像过程中更换滤光片，解决了现有的窄带多波段差动成像***需要提前安装滤光片，无法在成像过程中更换滤光片的问题，提高了成像效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的一种双目窄带多波段共焦成像***的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种双目窄带多波段共焦成像***的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第一滤光盘的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的数字微镜器件的结构示意图。

符号说明：

照明单元-1，准直透镜-2，数字微镜器件-3，第一分光透镜-4，色散管镜-5，物镜-6，载物模块-7，第二分光透镜-8，第一滤光转盘-9，第一滤光盘-901，第一步进电机-903，第一聚焦透镜-11，第一成像单元-12，第二滤光转盘-13，第二滤光盘-1301，第二步进电机-1303，第二聚焦透镜-15，第二成像单元-16，***控制单元-17。

具体实施方式

本申请实施例描述的结构以及场景是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本实用新型实施例的目的是提供一种双目窄带多波段共焦成像***，以解决在成像过程中更换滤光片，成像效率低的问题。

图2示出了上述双目窄带多波段共焦成像***的一种示例性结构，包括第一光学子***，第二光学子***，载物模块7，第一成像子***，第二成像子***。下面详细介绍各部分：

第一光学子***至少包括：照明单元1、准直透镜2和数字微镜器件3。

在一个示例中，照明单元1、准直透镜2和数字微镜器件3的中心在同一直线上。

载物模块7用于承载待测量物体。

在一个示例中，载物模块7具体可以为载物台。

第二光学子***至少包括：在远离载物模块7的方向上，即载物模块7水平放置时竖直向上的方向上，依次设置的物镜6、色散管镜5、第一分光透镜4和第二分光透镜8。

在一个示例中，物镜6、色散管镜5、第一分光透镜4和第二分光透镜8的中心在同一直线上。

第一成像子***至少包括：第一滤光转盘9、第一聚焦透镜11和第一成像单元12。

在一个示例中，第一聚焦透镜11和第一成像单元12的中心在同一直线上。

第二成像子***至少包括：第二滤光转盘13、第二聚焦透镜15和第二成像单元16。

在一个示例中，第二聚焦透镜15和第二成像单元16的中心在同一直线上。

其中：

照明单元1用于产生复色光。

在一个示例中，照明单元1具体可以为LED光源、白炽灯等等，只要能够发出可见光即可。

准直透镜2用于将复色光准直为复色光束。

在一个示例中，准直透镜2具体可以为凸透镜，凸透镜的参数设置和照明单元1的空间位置有关，凸透镜可以将照明单元1发出的发散的复色光准直形成复色光束。

数字微镜器件3用于将复色光束形成点光阵列。

在一个示例中，数字微镜器件3具体可以为DLP2000数字微镜器。请参见图4，复色光束照射在数字微镜器件3上，经过数字微镜器件3的反射后形成点光阵列。照明单元1的中心、数字微镜器件3的中心与准直透镜2的中心位于同一直线上。

第一分光透镜4与数字微镜器件3的中心连线与目标中心连线不重合，目标中心连线为第一光学子***中各组成器件的中心连线。

在一个示例中，本领域技术人员可灵活设计中心连线与目标中心连线之间的角度，例如30度，45度，50度等等，只要中心连线与目标中心连线之间不重合即可，在此不作赘述。

色散管镜5用于将第一反射点光阵列进行色散，得到单色点光阵列；单色点光阵列经物镜6到达载物模块7，被反射后，作为成像光经物镜6和色散管镜5到达第一分光透镜4。

在一个示例中，色散管镜5具体可以为多个不同透镜的组合。

第一分光透镜4用于对点光阵列进行透射和反射，得到第一透射点光阵列和第一反射点光阵列。

在一个示例中，点光阵列经过第一分光透镜4后会发生透射和反射，形成第一透射点光阵列和第一反射点光阵列。第一分光透镜4具体可以为半透半反透镜。

第一分光透镜4还用于对入射的成像光进行透射和反射，得到第二透射点光阵列和第二反射点光阵列。

在一个示例中，成像光经过第一分光透镜4后会发生透射和反射，形成第二透射点光阵列和第二反射点光阵列。

第二分光透镜8用于对第二透射点光阵列进行透射和反射，得到第三透射点光阵列和第三反射点光阵列。

在一个示例中，第二透射点光阵列经过第二分光透镜8后会发生透射和反射，形成第三透射点光阵列和第三反射点光阵列。第二反射点光阵列成为照明光后消散。第二分光透镜8具体可以为半透半反透镜。

第一滤光转盘9用于承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至第三透射点光阵列的光路上；位于光路上的滤光片能够过滤第三透射点光阵列形成第一窄带光束。

在一个示例中，第一滤光转盘9上可以同时安装多个滤光片，本领域技术人员可灵活设计准直透镜2与数字微镜器件3之间的距离。本领域技术人员可灵活设计滤光片的个数，例如3，4，5等等。第一滤光转盘9可以通过手动旋转和自动旋转将任一滤光片切换至第三透射点光阵列的光路上，使第三透射点光阵列穿过滤光片，滤光片对第三透射点光阵列过滤后形成第一窄带光束。滤光片的透光面大小要大于第三透射点光阵列的截面积。第一窄带光束的波长范围小于10nm。

第二滤光转盘13用于承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至第三反射点光阵列的光路上；位于光路上的滤光片能够过滤第三反射点光阵列形成第二窄带光束。

在一个示例中，第二滤光转盘13上可以同时安装多个滤光片。本领域技术人员可灵活设计滤光片的个数，例如3，4，5等等。第二滤光转盘13可以通过手动旋转和自动旋转将任一滤光片切换至第三反射点光阵列的光路上，使第三反射点光阵列穿过滤光片，滤光片对第三反射点光阵列过滤后形成第二窄带光束。滤光片的透光面大小要大于第三反射点光阵列的截面积。第二窄带光束的波长范围小于10nm。

第一聚焦透镜11用于对第一窄带光束进行聚焦。

在一个示例中，第一聚焦透镜11与彩色相机相适配。

第一成像单元12用于收集聚焦后的第一窄带光束，并形成第一成像结果。

在一个示例中，第一成像单元12具体可以为一个彩色相机(a2A1920-160ucBAS)或黑白相机，只要其能够成像即可，彩色相机或黑白相机可以将第一窄带光束形成第一成像结果。

第二聚焦透镜15用于对第二窄带光束进行聚焦。

在一个示例中，第二聚焦透镜15与彩色相机相适配。

第二成像单元16用于收集聚焦后的第二窄带光束，并形成第二成像结果。

在一个示例中，第二成像单元16具体可以为一个彩色相机(a2A1920-160ucBAS)或黑白相机，只要其能够成像即可，彩色相机或黑白相机可以将第二窄带光束形成第二成像结果。

第一滤光转盘9至少包括：第一滤光盘901，第一步进电机903。

第一滤光盘901用于承载多个滤光片。

请参见图3，第一滤光盘901用于承载多个滤光片。在转动时，第一滤光盘901可以手动转动，也可以通过第一步进电机903的转动带动第一滤光盘901转动。

第一步进电机903与第一滤光盘901连接，第一步进电机903用于根据控制信号带动第一滤光盘901转动。

在一个示例中，第一步进电机903接收到控制信号后带动第一滤光盘901转动。

在另一个示例中，第一滤光转盘9还包括第一电机驱动器904，第一电机驱动器904与第一步进电机903连接。第一电机驱动器904接收到控制信号后，驱动第一步进电机903转动。

第二滤光转盘13至少包括：第二滤光盘1301，第二步进电机1303。

第二滤光盘1301用于承载多个滤光片。

请参见图3，第二滤光盘1301与第一滤光盘901结构相同。第二滤光盘1301用于承载多个滤光片。在转动时，第二滤光盘1301可以手动转动，也可以通过第二步进电机1303的转动带动第二滤光盘1301转动。

第二步进电机1303与第二滤光盘1301连接，第二步进电机1303用于根据控制信号带动第二滤光盘1301转动。

在一个示例中，第二步进电机1303接收到控制信号后带动第二滤光盘1301转动。

在另一个示例中，第二滤光转盘13还包括第二电机驱动器1304，第二电机驱动器1304与第二步进电机1303连接。第二电机驱动器1304接收到控制信号后，驱动第二步进电机1303转动。

第一滤光转盘9所承载的多个滤光片所过滤的波段不同。

请参见图3，第一滤光转盘9中可以安装4个滤光片，4个滤光片可以过滤出4种波长不同的第一窄带光。

第二滤光转盘13所承载的多个滤光片所过滤的波段不同。

请参见图3，第二滤光转盘13中可以安装4个滤光片，4个滤光片可以过滤出4种波长不同的第一窄带光。

物镜6针对单色点光阵列的焦点与其光心的距离为Z；其中，Z与点光阵列的波长相对应。

在一个示例中，距离Z即焦距，4个滤光片可以过滤出4种波长不同的窄带光，4种波长不同的窄带光形成的4种不同波长的单色点光阵列，4种不同波长的单色点光阵列经过物镜6后形成4个不同的焦点，4个不同的焦点到物镜6光心有4个不同的焦距Z，即，4种不同波长的单色点光阵列与4个不同的焦距Z之间一一对应。

第一分光透镜4包括：半透半反透镜。第二分光透镜8包括：半透半反透镜。

在一个示例中，点光阵列经过半透半反透镜时，一部分点光阵列透过半透半反透镜，一部分点光阵列被半透半反透镜反射。

第一分光透镜4还包括：起偏器，偏振分光镜和波片。

第二分光透镜8还包括：起偏器，偏振分光镜和波片。

在一个示例中，波片具体可以为1/4波片。点光阵列通过起偏器后变成偏振光，偏振光通过偏振分光镜的反射，再经过1/4波片后照射在待成像物体表面。随后，待成像物体表面的反射光再经过1/4波片，变成与起偏器偏振相差90°的第二偏振光，然后第二偏振光透过偏振分光镜。

第二成像子***的中心所在直线与第二光学子***的中心所在直线垂直。

载物模块7具体为三维运动载物台。

在一个示例中，三维运动载物台具体可为五轴电机、六轴电机。三维运动载物台不仅可以带动待成像物体进行水平方向和竖直方向上的位移，而且能够带动待成像物体进行转动。

第一成像单元12包括一个摄像头；第二成像单元16包括一个摄像头。

在一个示例中，在双目窄带多波段共焦成像***中的双目是指包括两个摄像头。当然本领域技术人员可灵活设计摄像头的数量，例如1个摄像头，即为单目；例如3个摄像头，即为三目。

***控制单元17分别与第一步进电机903和第二步进电机1303连接，***控制单元17用于发出控制信号。

在一个示例中，***控制单元17具体可以为计算机或者控制器。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型实施例的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型实施例的限制。

Claims (10)

1.一种双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，包括：

第一光学子***，包括：照明单元(1)、准直透镜(2)和数字微镜器件(3)；第一光学子***中的各组成器件的中心在同一直线上；

载物模块(7)，用于承载待测量物体；

第二光学子***，包括：在远离所述载物模块(7)的方向上，依次设置的物镜(6)、色散管镜(5)、第一分光透镜(4)和第二分光透镜(8)；第二光学子***中的各组成器件的中心在同一直线上；

第一成像子***，包括：第一滤光转盘(9)、第一聚焦透镜(11)和第一成像单元(12)；所述第一聚焦透镜(11)和所述第一成像单元(12)的中心在同一直线上；

第二成像子***，包括：第二滤光转盘(13)、第二聚焦透镜(15)和第二成像单元(16)；所述第二聚焦透镜(15)和所述第二成像单元(16)的中心在同一直线上；

其中：

照明单元(1)，用于产生复色光；

准直透镜(2)，用于将所述复色光准直为复色光束；

数字微镜器件(3)，用于将所述复色光束形成点光阵列；

所述第一分光透镜(4)与数字微镜器件(3)的中心连线与目标中心连线不重合，所述目标中心连线为所述第一光学子***中各组成器件的中心连线；

所述色散管镜(5)，用于将第一反射点光阵列进行色散，得到单色点光阵列；所述单色点光阵列经物镜(6)到达所述载物模块(7)，被反射后，作为成像光经物镜(6)和色散管镜(5)到达所述第一分光透镜(4)；

所述第一分光透镜(4)用于：对所述点光阵列进行透射和反射，得到第一透射点光阵列和第一反射点光阵列；

所述第一分光透镜(4)还用于：对入射的成像光进行透射和反射，得到第二透射点光阵列和第二反射点光阵列；

所述第二分光透镜(8)用于：对所述第二透射点光阵列进行透射和反射，得到第三透射点光阵列和第三反射点光阵列；

所述第一滤光转盘(9)用于承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至所述第三透射点光阵列的光路上；位于所述光路上的滤光片能够过滤所述第三透射点光阵列形成第一窄带光束；

所述第二滤光转盘(13)用于承载多个滤光片，并能够切换任一滤光片至所述第三反射点光阵列的光路上；位于所述光路上的滤光片能够过滤所述第三反射点光阵列形成第二窄带光束；

所述第一聚焦透镜(11)用于对所述第一窄带光束进行聚焦；

所述第一成像单元(12)用于收集聚焦后的第一窄带光束，并形成第一成像结果；

所述第二聚焦透镜(15)用于对所述第二窄带光束进行聚焦；

所述第二成像单元(16)用于收集聚焦后的第二窄带光束，并形成第二成像结果。

2.根据权利要求1所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，所述第一滤光转盘(9)包括：

第一滤光盘(901)，用于承载多个滤光片；

第一步进电机(903)，与所述第一滤光盘(901)连接，用于根据控制信号带动所述第一滤光盘(901)转动；

所述第二滤光转盘(13)包括：

第二滤光盘(1301)，用于承载多个滤光片；

第二步进电机(1303)，与所述第二滤光盘(1301)连接，用于根据控制信号带动所述第二滤光盘(1301)转动。

3.根据权利要求1所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，

所述第一滤光转盘(9)所承载的多个滤光片所过滤的波段不同；

所述第二滤光转盘(13)所承载的多个滤光片所过滤的波段不同。

4.根据权利要求1所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，所述物镜(6)针对所述单色点光阵列的焦点与其光心的距离为Z；其中，所述Z与所述点光阵列的波长相对应。

5.根据权利要求1所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，

所述第一分光透镜(4)包括：半透半反透镜；

所述第二分光透镜(8)包括：半透半反透镜。

6.根据权利要求5所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，

所述第一分光透镜(4)还包括：起偏器，偏振分光镜和波片；

所述第二分光透镜(8)还包括：起偏器，偏振分光镜和波片。

7.根据权利要求1所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，所述第二成像子***的中心所在直线与所述第二光学子***的中心所在直线垂直。

8.根据权利要求1所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，所述载物模块(7)具体为三维运动载物台。

9.根据权利要求1所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，所述第一成像单元(12)包括一个摄像头；所述第二成像单元(16)包括一个摄像头。

10.根据权利要求2所述的双目窄带多波段共焦成像***，其特征在于，包括：

***控制单元(17)，分别与所述第一步进电机(903)和第二步进电机(1303)连接，用于发出所述控制信号。

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