JP2008159415A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】波長変換素子の温度変化を低減させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】レーザ光を供給する光源部と、光源部からのレーザ光の波長を変換する波長変換素子であるSHG素子12と、弾性力を用いて基板16に対して波長変換素子を固定する固定部である板バネ部13と、波長変換素子と固定部との間に設けられ、波長変換素子の温度を計測する温度計測部であるサーミスタ40と、温度計測部による計測結果に基づいて波長変換素子の温度を調節する温度調節部と、を有する。
【選択図】図5
【解決手段】レーザ光を供給する光源部と、光源部からのレーザ光の波長を変換する波長変換素子であるSHG素子12と、弾性力を用いて基板16に対して波長変換素子を固定する固定部である板バネ部13と、波長変換素子と固定部との間に設けられ、波長変換素子の温度を計測する温度計測部であるサーミスタ40と、温度計測部による計測結果に基づいて波長変換素子の温度を調節する温度調節部と、を有する。
【選択図】図5
Description
本発明は、光源装置及びプロジェクタ、特に、レーザ光を供給する光源装置の技術に関する。
従来、レーザ光を供給する光源装置において、波長変換素子、例えば第二高調波発生(Second−Harmonic Generation;SHG)素子が用いられている。SHG素子を用いることで、例えば、容易に入手可能な汎用のレーザを用いて、所望の波長のレーザ光を供給することが可能となる。SHG素子は、温度変化によって屈折率分布が変化する場合、位相整合条件が崩れ、波長を変換する効率が低下することが知られている。高い効率で安定した光量のレーザ光を供給するためには、波長変換素子の温度変化を低減させることが望まれる。例えば、特許文献1に提案されている技術では、大きな熱伝導率を持つ部材を用いて波長変換素子を囲むことにより、周辺温度の影響を低減させている。
波長変換素子は、周辺温度に応じて温度が変化する他、レーザ光を照射し続けることによっても温度が変化する。大きな熱伝導率を持つ部材により波長変換素子を囲むのみでは、波長変換素子の内部で生じた熱等による温度変化を低減させることは困難である。また、周辺温度が大幅に変動する場合等に、波長変換素子への影響を完全には排除し得ないこともある。このように、従来の技術によると、波長変換素子の温度変化を低減させることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、波長変換素子の温度変化を低減させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタ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、本発明によれば、レーザ光を供給する光源部と、光源部からのレーザ光の波長を変換する波長変換素子と、弾性力を用いて基板に対して波長変換素子を固定する固定部と、波長変換素子及び固定部の間に設けられ、波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、温度計測部による計測結果に基づいて波長変換素子の温度を調節する温度調節部と、を有することを特徴とする光源装置を提供することができる。
固定部は、基板の位置に対して波長変換素子を特定の位置に固定する。本発明の光源装置は、温度計測部による計測結果に基づいて温度調節部のフィードバック制御を行う。固定部を用いることにより、固定部の弾性力を用いて波長変換素子に温度計測部を当接させる。波長変換素子に温度計測部を十分当接させることで、波長変換素子の温度を正確に計測することが可能となる。正確に計測された波長変換素子の温度に基づいて温度調節部を制御することで、波長変換素子の温度変化を低減させることができる。また、外的要因による温度変化に対する影響も低減させることができる。これにより、波長変換素子の温度変化を低減させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給可能な光源装置を得られる。
また、本発明の好ましい態様としては、固定部は、バネ力を用いて基板に対して波長変換素子を固定する板バネ部を備えることが望ましい。これにより、簡易かつ安価な製造を可能とし、かつ波長変換素子に温度計測部を十分当接させることができる。
また、本発明の好ましい態様としては、波長変換素子は、基板側に設けられた第1面と、第1面とは反対側に設けられた第2面と、を備え、板バネ部は、第2面の中心部においてバネ力を付加することが望ましい。これにより、波長変換素子のうち熱が集中し易い中心部において積極的に放熱を行い、波長変換素子の温度の均一化を図れる。
また、本発明の好ましい態様としては、温度調節部は、熱を供給する熱供給部と、温度計測部による計測結果に基づいて熱供給部を制御する制御部と、を備えることが望ましい。これにより、温度計測部による計測結果に基づいて波長変換素子の温度を調節することができる。
また、本発明の好ましい態様としては、熱供給部及び波長変換素子の間に設けられ、熱供給部からの熱を拡散させる熱拡散部を有し、固定部は、熱拡散部に波長変換素子を固定することが望ましい。熱拡散部を用いることで、熱供給部からの熱を均一化させて波長変換素子へ伝播させることができる。
また、本発明の好ましい態様としては、温度計測部は、固定部に接着されることが望ましい。これにより、所定の位置に温度計測部を固定でき、かつ接着剤等を介さずに波長変換素子に直接温度計測部を当接させることができる。
また、本発明の好ましい態様としては、温度計測部に接続された配線部を有し、配線部は、固定部上に設けられることが望ましい。これにより、温度計測部による温度の計測を行うことができる。
また、本発明の好ましい態様としては、配線部及び固定部の間に設けられた絶縁層を有することが望ましい。これにより、配線部と固定部とを絶縁させることができる。
さらに、本発明によれば、上記の光源装置と、光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の光源装置を用いることで、波長変換素子の温度変化を低減させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給できる。これにより、高い効率で明るい画像を安定して表示可能なプロジェクタを得られる。
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1に係る光源装置10の概略構成を示す。光源装置10は、半導体レーザ11を有する。半導体レーザ11は、端面発光型レーザであって、レーザ光を供給する光源部である。SHG素子12は、半導体レーザ11からのレーザ光の波長を変換する波長変換素子である。SHG素子12は、半導体レーザ11からのレーザ光を、2分の1の波長のレーザ光に変換して出射させる。例えば、半導体レーザ11からSHG素子12へ1064nmのレーザ光を入射させる場合、SHG素子12は、532nmのレーザ光を出射させる。SHG素子12としては、例えば、非線形光学結晶を用いることができる。
支柱15の上には、熱拡散板14が積層されている。熱拡散板14は、後述するヒータからの熱を略均一に拡散させる熱拡散部である。SHG素子12は、熱拡散板14の上に設けられている。SHG素子12と熱的に接触させる要素がほぼ熱拡散板14のみである構成とすることで、SHG素子12は、殆ど熱拡散板14のみから熱の移動を受けることとなる。熱拡散板14により略均一に熱を拡散させることで、SHG素子12へ均一化された熱を供給することができる。均一化された熱をSHG素子12へ供給可能とすることで、SHG素子12全体の温度を均一化させることができる。熱拡散板14は、高い熱伝導率を持つ部材、例えば銅を用いて形成できる。半導体レーザ11及び支柱15は、共通の基板16上に設けられている。基板16は、不図示のパッケージに固定されている。
図2は、SHG素子12及びその周辺の各部を示す。SHG素子12は、板バネ部13によって覆われている。板バネ部13は、弾性力であるバネ力を用いて熱拡散板14にSHG素子12を固定する固定部である。支柱15に熱拡散板14を固定することで、SHG素子12は、基板16(図1参照)に対して固定される。このように、板バネ部13は、基板16の位置に対してSHG素子12を特定の位置に固定する。板バネ部13は、バネ性を備え、かつ熱に対する高い耐性を持つ部材、例えばリン青銅をプレスすることにより形成できる。板バネ部13は、リン青銅を用いる他、例えばステンレスを用いて形成しても良い。
図3は、SHG素子12の斜視構成を示す。SHG素子12は、略矩形形状の第1面21及び第2面22を有する直方体形状をなしている。第1面21は、支柱15(図1参照)側に設けられ、熱拡散板14に当接している。第2面22は、第1面21とは反対側に設けられている。入射面23は、半導体レーザ11(図1参照)からの光を入射させる。出射面24は、SHG素子12を透過させたレーザ光を出射させる。2つの側面25、26は、第1面21、第2面22、入射面23、出射面24以外の面であって、いずれも第1面21、第2面22、入射面23、出射面24に略直交する。側面25、26は、互いに対向する。
図示するz方向は、レーザ光を進行させる方向である。x方向は、z方向に垂直な方向であって、水平方向である。y方向は、z方向に垂直な方向であって、鉛直方向である。SHG素子12へ正確にレーザ光を透過させるには、少なくともx方向及びy方向の位置、及びy軸回りの回転に関する正確なアライメントを要する。SHG素子12のアライメントは、通常の機械加工精度によって十分行うことができる。特に、SHG素子12のy方向についての位置は、熱拡散板14、支柱15の厚みに対応させて正確に調整可能である。この他、z方向の位置、x軸回り、z軸回りの回転に関してもアライメントを行うこととしても良い。
図4は、支柱15の平面構成を示す。支柱15のうち、熱拡散板14側の面の中心部には、ヒータ31が埋め込まれている。ヒータ31は、熱を供給する熱供給部である。なお、ヒータ31は、熱拡散板14を経てSHG素子12へ熱を供給可能であれば良く、本実施例で説明する位置以外の位置に配置することとしても良い。
図5は、SHG素子12及びその周辺の各部の断面構成を示す。板バネ部13は、SHG素子12の第2面22の中心部に対応して設けられた凹部19を有する。SHG素子12の第2面22と板バネ部13の凹部19との間には、サーミスタ40が設けられている。サーミスタ40は、SHG素子12の温度を計測する温度計測部である。板バネ部13は、凹部19において、サーミスタ40を介して第2面22の中心部へバネ力を付加する。サーミスタ40は、凹部19によるバネ力の付加によって、SHG素子12の第2面22に押し付けられる。SHG素子12は、凹部19によるバネ力の付加によって、熱拡散板14に押し付けられる。
板バネ部13を用いることで、SHG素子12にサーミスタ40を十分当接させることができる。また、第1面21、第2面22に垂直な方向(図3に示すy方向)についてのSHG素子12のガタつきを防止できる。第2面22の中心部へバネ力を付加することで、SHG素子12がいずれかの向き(図3に示すx軸回りの回転、z軸回りの回転)に傾くことも防ぐことができる。
板バネ部13は、SHG素子12の側面25、26に対応して設けられた凹部20、30を有する。板バネ部13は、凹部20、30において、側面25、26へバネ力を付加する。両側面25、26に付加されるバネ力は互いに対向するため、側面25、26に垂直な方向(図3に示すx方向)についてのガタつきを防止できる。SHG素子12は、第2面22側の凹部19と側面25、26側の凹部20、30によって上下左右が固定される。板バネ部13のうちSHG素子12の周囲を取り囲む周囲部32は、熱拡散板14に固定されている。周囲部32と熱拡散板14との固定には、例えば溶接を用いることができる。溶接は、SHG素子12に関して上述のアライメントを施した後に行われる。
図6は、図5に示す構成のAA断面を示す。板バネ部13は、SHG素子12の入射面23側に設けられた入射側嵌合部33、及びSHG素子12の出射面24側に設けられた出射側嵌合部34を有する。入射側嵌合部33は、入射面23のうちレーザ光を入射させる領域L以外の領域においてSHG素子12を嵌合させる嵌合部である。出射側嵌合部34は、出射面24のうちレーザ光を出射させる領域L以外の領域においてSHG素子12を嵌合させる嵌合部である。これにより、レーザ光を遮ること無く、レーザ光の進行方向(図3に示すz方向)についてのSHG素子12のガタつきを防止できる。
図7は、図6に示す構成のBB断面を示す。入射側嵌合部33、出射側嵌合部34のいずれも、支柱15側の端部35へ向かうに従い漸次広がりを持たせた形状を備える。入射側嵌合部33の端部35及び出射側嵌合部34の端部35の間隔をSHG素子12の幅より大きくすることで、板バネ部13へSHG素子12を容易に挿入させることが可能となる。入射側嵌合部33、出射側嵌合部34のうち端部35とは反対側についてはSHG素子12の幅と略同じか僅かに小さく形成されている。これにより、板バネ部13にSHG素子12を容易に固定させることができる。
図8は、サーミスタ40及びその周辺の各部を示す。サーミスタ40は、接着層41によって板バネ部13に接着されている。接着層41は、例えば熱硬化性樹脂を用いて構成されている。これにより、所定の位置にサーミスタ40を固定でき、かつSHG素子12にサーミスタ40を当接させることができる。サーミスタ40は、板バネ部13上に設けられたフレキシブルケーブル42に接続されている。フレキシブルケーブル42は、サーミスタ40に接続された配線部である。サーミスタ40は、フレキシブルケーブル42を介した電力供給によって温度の計測を行う。配線部としては、フレキシブルケーブル42の他、リード線等を用いることができる。
図9は、サーミスタ40による計測結果に基づいてSHG素子12の温度を調節するためのブロック構成を示す。制御部43は、サーミスタ40の出力に応じてヒータ駆動部44を制御する。ヒータ駆動部44は、制御部43による制御に応じてヒータ31を駆動する。このように、制御部43は、サーミスタ40による計測結果に基づいてヒータ31のフィードバック制御を行う。ヒータ31及び制御部43は、サーミスタ40による計測結果に基づいてSHG素子12の温度を調節する温度調節部を構成する。
板バネ部13のバネ力を用いてSHG素子12にサーミスタ40を十分当接させることで、SHG素子12の温度を正確に計測することが可能となる。正確に計測されたSHG素子12の温度に基づいてヒータ31を制御することで、SHG素子12の温度変化を低減させることができる。また、外的要因による温度変化に対する影響も低減させることができる。これにより、波長変換素子の温度変化を低減させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給することができるという効果を奏する。
なお、サーミスタ40とSHG素子12との間に熱伝導グリスや熱伝導接着剤を介在させても良い。これにより、SHG素子12にサーミスタ40を固定させ、かつサーミスタ40による正確な温度測定を行うことができる。また、図10に示すように、絶縁層46を設ける構成としても良い。絶縁層46は、配線45及び板バネ部13の間に設けられている。絶縁層46は、配線45と板バネ部13とを絶縁する。絶縁層46は、例えばポリイミド等の絶縁性樹脂を用いて形成できる。配線45は、サーミスタ40に接続された配線部であって、絶縁層46上に実装されている。配線45は、例えば金属膜をパターニングすることにより形成できる。サーミスタ40と配線45とは、例えばはんだ付けにより接続されている。
板バネ部13の周囲部32と熱拡散板14との固定には溶接を用いる他、図11に示すようにネジ36を用いることとしても良い。ネジ36は、周囲部32と熱拡散板14とを固定する他、周囲部32、熱拡散板14、及び支柱15を固定するものとしても良い。板バネ部13の周囲部32と熱拡散板14との固定にはネジ36を用いる場合に限られず、周囲部32と熱拡散板14とを固定可能な他の機械的構造を用いても良い。
本発明の光源装置は、適宜構成を変更しても良い。例えば図12に示す光源装置50のように、面発光型レーザである半導体レーザ51を用いる構成としても良い。半導体レーザ51及び支柱15は、基板52上に固定されている。SHG素子12は、板バネ部13により、基板52に対して固定されている。光源装置に用いられる光源部としては、半導体レーザ11、51の他、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いても良い。
図13に示す光源装置60は、半導体レーザ励起固体(Diode Pumped Solid State;DPSS)レーザ発振器である。光源装置60は、共振ミラー62、64を用いた共振器構造を有する。励起用レーザ61は、例えば、808nmの波長を持つレーザ光を供給する。励起用レーザ61からのレーザ光は共振ミラー62を通過した後、レーザ結晶63へ入射する。レーザ結晶63としては、例えばNd:YVO4結晶やNd:YAG(Y3Al5O12)結晶を用いることができる。
レーザ結晶63は、励起されることによりレーザ発振し、例えば、1060nm前後の波長を持つレーザ光を供給する。レーザ結晶63からのレーザ光は、SHG素子12により半分の波長のレーザ光に変換される。例えば1064nmのレーザ光は、532nmのレーザ光に変換される。所望の波長に変換されたレーザ光は、共振ミラー64を通過する。所望の波長以外の波長のレーザ光は、共振ミラー64で反射する。2つの共振ミラー62、64間で所望の波長に変換されたレーザ光は、共振ミラー64を通過する。このようにして、所望の波長のレーザ光を効率良く出射させることができる。
図14は、本発明の実施例2に係るプロジェクタ70の概略構成を示す。プロジェクタ70は、スクリーン88に光を供給し、スクリーン88で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。上記実施例1と重複する説明は省略する。プロジェクタ70は、赤色(R)光用光源装置80R、緑色(G)光用光源装置80G、青色(B)光用光源装置80Bを有する。各色光用光源装置80R、80G、80Bは、いずれも上記実施例1の光源装置10(図1参照)と同様の構成を有する。プロジェクタ70は、各色光用光源装置80R、80G、80Bからの光を用いて画像を表示する。
R光用光源装置80Rは、R光を供給する光源装置である。回折光学素子81は、レーザ光を回折させることにより、照明領域の整形及び拡大をする。また、回折光学素子81は、レーザ光の光量分布の均一化も行う。回折光学素子81としては、例えば、計算機合成ホログラム(Computer Generated Hologram;CGH)を用いることができる。フィールドレンズ82は、回折光学素子81からのレーザ光を平行化させ、R光用空間光変調装置83Rへ入射させる。R光用空間光変調装置83Rは、画像信号に応じてR光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。R光用空間光変調装置83Rで変調されたR光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム84へ入射する。
G光用光源装置80Gは、G光を供給する光源装置である。回折光学素子81及びフィールドレンズ82を経たレーザ光は、G光用空間光変調装置83Gへ入射する。G光用空間光変調装置83Gは、画像信号に応じてG光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。G光用空間光変調装置83Gで変調されたG光は、R光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム84へ入射する。
B光用光源装置80Bは、B光を供給する光源装置である。回折光学素子81及びフィールドレンズ82を経たレーザ光は、B光用空間光変調装置83Bへ入射する。B光用空間光変調装置83Bは、画像信号に応じてB光を変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。B光用空間光変調装置83Bで変調されたB光は、R光、G光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム84へ入射する。透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンTFT液晶パネル(High Temperature Polysilicon;HTPS)を用いることができる。
クロスダイクロイックプリズム84は、互いに略直交させて配置された2つのダイクロイック膜85、86を有する。第1ダイクロイック膜85は、R光を反射し、G光及びB光を透過させる。第2ダイクロイック膜86は、B光を反射し、R光及びG光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム84は、それぞれ異なる方向から入射したR光、G光及びB光を合成し、投写レンズ87の方向へ出射させる。投写レンズ87は、クロスダイクロイックプリズム84で合成された光をスクリーン88の方向へ投写する。
上記の光源装置10と同様の構成を有する各色光用光源装置80R、80G、80Bを用いることにより、波長変換素子の温度変化を低減させ、高い効率で安定した光量のレーザ光を供給できる。これにより、高い効率で明るい画像を安定して表示できるという効果を奏する。プロジェクタ70は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置(Liquid Crystal On Silicon;LCOS)、DMD(Digital Micromirror Device)、GLV(Grating Light Valve)等を用いても良い。
プロジェクタ70は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ70は、一の空間光変調装置により2つ又は3つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。さらに、本発明の光源装置は、プロジェクタに適用する場合に限られない。例えば、レーザ光を用いて露光を行う露光装置や、レーザ光により照明された像をモニタするモニタ装置等に適用することとしても良い。
以上のように、本発明に係る光源装置は、プロジェクタに用いる場合に適している。
10 光源装置、11 半導体レーザ、12 SHG素子、13 板バネ部、14 熱拡散板、15 支柱、16 基板、19 凹部、20、30 凹部、21 第1面、22 第2面、23 入射面、24 出射面、25、26 側面、31 ヒータ、32 周囲部、33 入射側嵌合部、34 出射側嵌合部、35 端部、36 ネジ、40 サーミスタ、41 接着層、42 フレキシブルケーブル、43 制御部、44 ヒータ駆動部、45 配線、46 絶縁層、50 光源装置、51 半導体レーザ、52 基板、60 光源装置、61 励起用レーザ、62、64 共振ミラー、63 レーザ結晶、70 プロジェクタ、80R R光用光源装置、80G G光用光源装置、80B B光用光源装置、81 回折光学素子、82 フィールドレンズ、83R R光用空間光変調装置、83G G光用空間光変調装置、83B B光用空間光変調装置、84 クロスダイクロイックプリズム、85 第1ダイクロイック膜、86 第2ダイクロイック膜、87 投写レンズ、88 スクリーン
Claims (9)
- レーザ光を供給する光源部と、
前記光源部からの前記レーザ光の波長を変換する波長変換素子と、
弾性力を用いて基板に対して前記波長変換素子を固定する固定部と、
前記波長変換素子及び前記固定部の間に設けられ、前記波長変換素子の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部による計測結果に基づいて前記波長変換素子の温度を調節する温度調節部と、を有することを特徴とする光源装置。 - 前記固定部は、バネ力を用いて前記基板に対して前記波長変換素子を固定する板バネ部を備えることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
- 前記波長変換素子は、前記基板側に設けられた第1面と、前記第1面とは反対側に設けられた第2面と、を備え、
前記板バネ部は、前記第2面の中心部においてバネ力を付加することを特徴とする請求項2に記載の光源装置。 - 前記温度調節部は、熱を供給する熱供給部と、前記温度計測部による計測結果に基づいて前記熱供給部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記熱供給部及び前記波長変換素子の間に設けられ、前記熱供給部からの熱を拡散させる熱拡散部を有し、
前記固定部は、前記熱拡散部に前記波長変換素子を固定することを特徴とする請求項4に記載の光源装置。 - 前記温度計測部は、前記固定部に接着されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の光源装置。
- 前記温度計測部に接続された配線部を有し、
前記配線部は、前記固定部上に設けられることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の光源装置。 - 前記配線部及び前記固定部の間に設けられた絶縁層を有することを特徴とする請求項7に記載の光源装置。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2016167110A1 (ja) * | 2015-04-14 | 2018-02-08 | ソニー株式会社 | 照明装置および投影型表示装置 |
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2006
- 2006-12-25 JP JP2006347220A patent/JP2008159415A/ja not_active Withdrawn
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JPWO2016167110A1 (ja) * | 2015-04-14 | 2018-02-08 | ソニー株式会社 | 照明装置および投影型表示装置 |
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