JP2009266696A - 発光ダイオード照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】既存の蛍光管用照明器具に装着して使用可能で、回路数の増大を抑制可能な発光ダイオード照明装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオード11〜1nを含む発光回路10と、発光回路10が内側に配置され、発光ダイオード11〜1nの出射光が透過する照明カバー200と、照明カバー200の長手方向の一方の端部に配置されて互いに短絡された第1電極ピン41及び第2電極ピン42、及び照明カバー200の長手方向の他方の端部に配置されて互いに短絡された第3電極ピン43及び第4電極ピン44と、第1電極ピン41と第3電極ピン43間に印加された交流電力及び第2電極ピン42と第4電極ピン44間に印加された交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を発光ダイオード11〜1nに供給する整流回路20とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】発光ダイオード11〜1nを含む発光回路10と、発光回路10が内側に配置され、発光ダイオード11〜1nの出射光が透過する照明カバー200と、照明カバー200の長手方向の一方の端部に配置されて互いに短絡された第1電極ピン41及び第2電極ピン42、及び照明カバー200の長手方向の他方の端部に配置されて互いに短絡された第3電極ピン43及び第4電極ピン44と、第1電極ピン41と第3電極ピン43間に印加された交流電力及び第2電極ピン42と第4電極ピン44間に印加された交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を発光ダイオード11〜1nに供給する整流回路20とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、発光ダイオードを光源とする発光ダイオード照明装置に関する。
近年、蛍光灯等に代えて発光ダイオード(LED)を光源とする照明装置の実用化が進められている。発光ダイオードを光源とすることにより、蛍光灯を使用する場合に比べて長寿命、省エネルギー等の効果が得られる。
特に、発光ダイオードを用いた発光ダイオード照明装置を蛍光管の代わりに既存の蛍光管用照明器具に取り付けることができれば、蛍光管用照明器具の改造等が不要になり、既存の設備をそのまま使用することができる(例えば、特許文献1参照。)。ここで、蛍光管用照明器具とは、蛍光管を支持し、かつ蛍光管に電力を供給する電源として機能する器具である。
特開2004−192833号公報
しかしながら、特許文献1に記載された構成の発光ダイオード照明装置は、複数の整流ブリッジダイオードを必要とする等、使用する回路数が多い。このため、発光領域以外の回路配置領域が増大し、また、製造コストが上昇するという問題があった。
上記問題点を鑑み、本発明は、既存の蛍光管用照明器具に装着して使用可能で、回路数の増大を抑制可能な発光ダイオード照明装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、(イ)発光ダイオードを含む発光回路と、(ロ)発光回路が内側に配置され、発光ダイオードの出射光が透過する照明カバーと、(ハ)照明カバーの長手方向の一方の端部に配置されて互いに短絡された第1電極ピン及び第2電極ピン、及び照明カバーの長手方向の他方の端部に配置されて互いに短絡された第3電極ピン及び第4電極ピンと、(ニ)第1電極ピンと第3電極ピン間に印加された交流電力及び第2電極ピンと第4電極ピン間に印加された交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を発光ダイオードに供給する整流回路とを備える発光ダイオード照明装置が提供される。
本発明によれば、既存の蛍光管用照明器具に装着して使用可能で、回路数の増大を抑制可能な発光ダイオード照明装置を提供できる。
次に、図面を参照して、本発明の第1及び第2の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す第1及び第2の実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード照明装置1は、発光ダイオード11〜1nを含む発光回路10と、発光回路10が内側に配置され、発光ダイオード11〜1nの出射光が透過する照明カバー200と、照明カバー200の長手方向の一方の端部に配置されて互いに短絡された第1電極ピン41及び第2電極ピン42、及び照明カバー200の長手方向の他方の端部に配置されて互いに短絡された第3電極ピン43及び第4電極ピン44と、第1電極ピン41と第3電極ピン43間に印加された交流電力及び第2電極ピン42と第4電極ピン44間に印加された交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を発光ダイオード11〜1nに供給する整流回路20とを備える(n:2以上の整数)。発光回路10は発光ダイオード11〜1nを直列接続した構造を有し、発光ダイオード11のアノードは発光回路10の入力端子P101に接続し、発光ダイオード1nのカソードは発光回路10の出力端子P102に接続する。
本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード照明装置1は、発光ダイオード11〜1nを含む発光回路10と、発光回路10が内側に配置され、発光ダイオード11〜1nの出射光が透過する照明カバー200と、照明カバー200の長手方向の一方の端部に配置されて互いに短絡された第1電極ピン41及び第2電極ピン42、及び照明カバー200の長手方向の他方の端部に配置されて互いに短絡された第3電極ピン43及び第4電極ピン44と、第1電極ピン41と第3電極ピン43間に印加された交流電力及び第2電極ピン42と第4電極ピン44間に印加された交流電力を直流電力に整流し、その直流電力を発光ダイオード11〜1nに供給する整流回路20とを備える(n:2以上の整数)。発光回路10は発光ダイオード11〜1nを直列接続した構造を有し、発光ダイオード11のアノードは発光回路10の入力端子P101に接続し、発光ダイオード1nのカソードは発光回路10の出力端子P102に接続する。
図1に示した例では、基板100上に発光回路10、及び整流回路20が配置され、この基板100は内側が空洞の筐体である照明カバー200内に収納される。照明カバー200の長手方向の一方の端部を構成する第1の端子部210に第1電極ピン41及び第2電極ピン42は配置される。また、照明カバー200の長手方向の他方の端部を構成する第2の端子部220に第3電極ピン43及び第4電極ピン44は配置される。
図1に示すように、第1電極ピン41〜第4電極ピン44は、第1の端子部210及び第2の端子部220の端面を照明カバー200の長手方向に貫通して配置される。つまり、第1電極ピン41〜第4電極ピン44の一端は、照明カバー200の外側に露出して配置される。一方、第1電極ピン41〜第4電極ピン44の他端は照明カバー200の内側に露出し、基板100上に配置された発光回路10及び整流回路20と電気的に接続される。なお、図1では第1の端子部210及び第2の端子部220が照明カバー200の中央部分より長手方向に垂直な方向に幅が広い例を示したが、照明カバー200の中央部分の方が端部より広くてもよいし、照明カバー200全体で同一の幅でもよい。
また、照明カバー200の内側に露出した第1電極ピン41又は第2電極ピン42の端部の少なくともいずれか、及び第3電極ピン43又は第4電極ピン44の端部の少なくともいずれかを、それぞれ基板100に固定し、これにより基板100を照明カバー200内に支持してもよい。或いは、他の方法により、例えば基板100の周辺部を照明カバー200の内側に接合する等の方法によって、基板100を照明カバー200内に支持するようにしてもよい。
図2に示すように、発光ダイオード照明装置1を第1電極ピン41〜第4電極ピン44によって既存の蛍光管用照明器具300に装着可能なように、発光ダイオード照明装置1の外形寸法、即ち、長手方向の長さWや幅D、及び第1電極ピン41〜第4電極ピン44の配置等は、従来の蛍光管と同じとする。例えば、発光ダイオード照明装置1の外形寸法を日本工業規格(JIS)により規定された蛍光管の外形寸法に合わせて設定する。特に、蛍光管用照明器具300への取り付け部分である口金具に相当する第1の端子部210及び第2の端子部220の形状、構造は、従来の蛍光管の口金具と互換性を持たせる。蛍光管用照明器具300の詳細については後述する。
図3に、第1の端子部210を透過して長手方向と垂直な面からみた発光ダイオード照明装置1の構造例を示す。ここで、発光ダイオード照明装置1は、例えば、口金具に相当する第1の端子部210及び第2の端子部220がG13タイプであり照明カバー200が直径φ26の管形状である。なお、基板100の表面に配置された発光ダイオード11〜1n等から発生する熱を放出するために、図3に示すように、表面に対向する基板100の裏面にアルミニウム(Al)等からなる放熱板110を配置してもよい。
発光ダイオード照明装置1の照明カバー200には、発光ダイオード11〜1nの出射光が透過する材料を採用可能である。例えば、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等により照明カバー200は形成される。照明カバー200は、基板100上に配置された発光ダイオード11〜1n等を保護すると共に、発光ダイオード11〜1nの出射光を拡散して発光ダイオード照明装置1の外部に出力する。このため、発光ダイオード11〜1nからそれぞれ出射される指向性の高い光を、発光ダイオード照明装置1から広い面積に均一に照射できる。また、照明カバー200に蛍光体を塗布することにより、発光ダイオード照明装置1からの出射光を所望の色彩に調整できる。照明カバー200の外形は種々の形状が採用可能であり、例えば角柱形状であっても円筒形状であってもよい。
基板100には、例えばアルミニウム板等のプリント基板が採用可能である。基板100に形成された配線パターンやワイヤー配線等により、第1電極ピン41〜第4電極ピン44、発光回路10、整流回路20が互いに電気的に接続される。
図1に示すように、整流回路20は、ダイオードD21〜D24を有する整流ブリッジダイオードである。整流回路20は、ダイオードD21のカソードとダイオードD23のアノードとの接続点である交流端子ac1、及びダイオードD22のアノードとダイオードD24のカソーとドの接続点である交流端子ac2に入出力される交流を、全波整流して出力する。整流された出力は、ダイオードD21のカソードとダイオードD22のカソードとの接続点である直流端子dc1、及びダイオードD23のアノードとダイオードD24のアノードとの接続点である直流端子dc2から供給される。なお、直流端子dc1がプラス電位、直流端子dc2がマイナス電位になる。
図1に示すように、整流回路20の交流端子ac1は第1電極ピン41及び第2電極ピン42に接続し、交流端子ac2は第3電極ピン43及び第4電極ピン44に接続する。そして、直流端子dc1は発光回路10の入力端子P101に接続し、直流端子dc2は発光回路10の出力端子P102に接続する。
ここで、蛍光管用照明器具300について説明する。蛍光管用照明器具300は、例えば図2に示すようなインバータ方式の蛍光管用照明器具である。図2に示す蛍光管用照明器具300は、電源310、電子回路320、共振コンデンサ330を有する。電子回路320は、電源310から供給される例えば50Hz若しくは60Hzの交流電力を整流平滑化した後、例えば20000〜50000Hz程度の高周波交流電力に変換して、この高周波交流電力を発光ダイオード照明装置1に供給する。共振コンデンサ330は、共振回路を構成してインバータ動作を実現するための共振コンデンサであり、更に、共振コンデンサ330を配置することによりノイズ除去の効果も奏する。共振コンデンサ330の値により高周波交流電力の周波数が決まる。
図1に示した発光ダイオード照明装置1を、図2に示すように蛍光管用照明器具300に装着すると、例えば、第1電極ピン41及び第3電極ピン43が電子回路320と接続する。同時に、第2電極ピン42が共振コンデンサ330の一方の電極に接続し、第4電極ピン44が共振コンデンサ330の他方の電極に接続する。なお、第1電極ピン41及び第3電極ピン43が共振コンデンサ330に接続し、第2電極ピン42及び第4電極ピン44が電子回路320に接続してもよい。ただし、発光ダイオード11〜1nの出射光が発光ダイオード照明装置1から所望の方向に出射されるように、発光ダイオード照明装置1を蛍光管用照明器具300に装着する。
蛍光管用照明器具300に装着された発光ダイオード照明装置1の動作例を以下に説明する。
第1電極ピン41又は第2電極ピン42から電流が流入する場合には、電流はダイオードD21を介して直流端子dc1及び入力端子P101を経由して発光回路10に流れる。そして、発光回路10から流れ出た電流は、出力端子P102及び直流端子dc2を経由した後、ダイオードD24を介して第3電極ピン43及び第4電極ピン44に流れる。
一方、第3電極ピン43又は第4電極ピン44から電流が流入する場合には、電流はダイオードD22を介して直流端子dc1及び入力端子P101を経由して発光回路10に流れる。そして、発光回路10から流れ出た電流は、出力端子P102及び直流端子dc2を経由した後、ダイオードD23を介して第1電極ピン41及び第2電極ピン42に流れる。
上記のように、第1電極ピン41と第3電極ピン43間に交流電力が印加された場合であっても、第2電極ピン42と第4電極ピン44間に交流電力が印加された場合であっても、整流回路20によって蛍光管用照明器具300が出力する交流電力が全波整流されて、発光回路10に直流電流が供給される。このため、発光ダイオード11〜1nを発光させることができる。つまり、蛍光管用照明器具300に装着された発光ダイオード照明装置1は、蛍光管用照明器具300によって支持され、蛍光管用照明器具300から供給される電力により発光する。
なお、発光回路10に含まれる発光ダイオード11〜1nの直列接続される発光ダイオードの個数は、蛍光管用照明器具300が供給する交流電圧Vfに応じて設定されることが好ましい。例えば、交流電圧Vfが第1電極ピン41と第3電極ピン43間に印加された場合に入力端子P101と出力端子P102間に生じる電圧を発光ダイオード11〜1nの所望の各アノード−カソード間電圧で割った値とほぼ等しくなるように、発光回路10に含まれる発光ダイオード11〜1nの直列接続される個数を設定する。設定された個数が直列接続された複数の発光ダイオード列を、入力端子P101と出力端子P102間に互いに並列に接続してもよいことはもちろんである。
上記では、蛍光管用照明器具300がインバータ方式である場合を例示的に説明した。しかし、蛍光管用照明器具300がインバータ方式以外の方式で、第1電極ピン41と第3電極ピン43間、及び第2電極ピン42と第4電極ピン44間等に交流電力を供給する場合であっても、発光ダイオード照明装置1は蛍光管用照明器具300に装着して使用可能である。例えば、蛍光管用照明器具300がグローランプ点灯方式やラピッドスタート方式の場合にも、蛍光管用照明器具300に装着された発光ダイオード照明装置1は発光可能である。
以上に説明したように、本発明の第1の実施形態に係る発光ダイオード照明装置1によれば、発光ダイオード照明装置1を従来の蛍光管の代わりに既存の蛍光管用照明器具300に装着し、発光ダイオード11〜1nを発光させることができる。つまり、蛍光管用照明器具300の改造等を行わずに既存の蛍光管用照明器具300に装着して使用可能で、且つ、回路数の増大が抑制された発光ダイオード照明装置1が提供される。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード照明装置1は、図4に示すように、発光回路10の入力端子P101と出力端子P102間に接続された平滑コンデンサ50を更に備えることが、図1に示した発光ダイオード照明装置1と異なる点である。平滑コンデンサ50の一方の電極は発光ダイオード11のアノードに接続され、他方の電極は発光ダイオード1nのカソードに接続される。つまり、発光ダイオード11〜1nと平滑コンデンサ50とは並列接続される。その他の構成については、図1に示す第1の実施形態と同様である。
本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード照明装置1は、図4に示すように、発光回路10の入力端子P101と出力端子P102間に接続された平滑コンデンサ50を更に備えることが、図1に示した発光ダイオード照明装置1と異なる点である。平滑コンデンサ50の一方の電極は発光ダイオード11のアノードに接続され、他方の電極は発光ダイオード1nのカソードに接続される。つまり、発光ダイオード11〜1nと平滑コンデンサ50とは並列接続される。その他の構成については、図1に示す第1の実施形態と同様である。
通常、発光ダイオードを流れる電流IFと発光ダイオードの射出光の輝度Ivとは比例する。しかし、一般的に、発光ダイオードの発熱の影響等により電流IFが大きいほど電流IFに対する輝度Ivの比率(以下において、「発光効率」という。)は低下する。
図5に、発光ダイオードの理論的なIF−Iv特性(以下において、「理論特性」という。)G1と実測されるIF−Iv特性(以下において、「実測特性」という。)G2との比較例を示す。図5に示すように、電流IFが大きいほど、実測特性G2の電流IFの増加率に対する輝度Ivの増加率は低下し、理論特性G1と実測特性G2との差が大きくなる。したがって、所望の輝度Ivを得るための実際の電流IFが理論値より大きくなり、消費電力の無駄が生じることになる。
しかし、理論特性G1と実測特性G2とが一致する電流IF1により発光ダイオードを発光させることによって、発光効率を向上できる。このとき、電流IF1での輝度Iv1は、電流IF2での輝度Iv2より低い。しかし、電流IF1を流す発光ダイオードの数を増やすことにより、発光ダイオード照明装置全体での輝度を所望の輝度にできる。
つまり、電流値を大きくして発光回路10に含まれる発光ダイオード11〜1nの個数を少なくする場合より、発光効率の高い電流値を採用して発光回路10に含まれる発光ダイオード11〜1nの個数を多くした場合の方が、同じ輝度を実現するための発光ダイオード照明装置1の消費電力を小さくできる。
ただし、整流回路20により整流された電流波形は、通常、図6に示す三角波形である。このため、発光効率の高い電流を常に発光ダイオード11〜1nに流すために、三角波形を例えば図6に示すような矩形波形等に変換する必要がある。このとき、波形変換の前後で平均電流値を同じにするためには、例えばコンデンサ等により電流IFを積分すればよい。
図4に示した発光ダイオード照明装置1は、入力端子P101と出力端子P102間に接続された平滑コンデンサ50を備えるため、整流回路20から出力された三角波形の電流が平滑化されて、発光ダイオード11〜1nに流れる。このため、発光効率の高い最適な電流を常に発光ダイオード11〜1nに流すことができる。発光ダイオード11〜1nに流す電流値は、理論特性G1と実測特性G2とが一致する範囲で最も大きな電流値にすることが好ましい。なお、平滑コンデンサ50の容量値は、発光ダイオード11〜1nに流す所望の電流値や蛍光管用照明器具300から供給される交流電圧等に応じて設定される。例えば、蛍光管用照明器具300が100Vの交流電圧を供給する場合、整流された直流電圧は250V程度になる。このとき、例えば0.47μF程度のフィルムコンデンサ等が平滑コンデンサ50に採用可能である。
図7に、平滑コンデンサ50を使用しない発光ダイオード照明装置1での、発光ダイオード11〜1nに流れる電流波形を実測した例を示す。ここで、発光回路10が、発光ダイオード11〜1nを直列接続した発光ダイオード列を並列に6列接続した構造であるとする。このとき、発光回路10全体の電流値はピーク時で1.06Aで、照度は350ルクスであった。つまり、発光ダイオード11〜1nの各ピーク電流は1.06Aの1/6の177mA程度であり、平均電流は33mA程度である。また、消費電力は74Wである。発光ダイオード列を構成する発光ダイオードの個数は、1つの発光ダイオード列で44〜88個程度、発光回路10全体で150〜450個程度である。
図8に、図7に示す三角波形の電流IFが測定された発光ダイオード照明装置1に、0.22μFの平滑コンデンサ50を接続した場合の、発光ダイオード11〜1nに流れる電流波形を実測した例を示す。図8に示すように、発光ダイオード11〜1nに流れる電流波形は平滑化されている。このとき、発光回路10全体の電流値はピーク時で0.28Aで、照度は390ルクスであった。発光ダイオード11〜1nの各ピーク電流は47mA程度であり、平均電流は28mA程度である。また、消費電力は58Wである。
上記の図7及び図8に示すように、平滑コンデンサ50を発光回路10の入力端子P101と出力端子P102間に接続することにより、発光ダイオード照明装置1の照度の減少を抑制しつつ、消費電力が74Wから58Wに減少したことが確認された。
以上に説明したように、本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード照明装置1では、平滑コンデンサ50により発光ダイオード11〜1nに流れる電流波形が平滑化される。平滑化された電流値を発光ダイオード11〜1nの発光効率の高い電流値になるように平滑コンデンサ50の容量値を設定することにより、発光ダイオード照明装置1の照度の減少を抑制しつつ、消費電力を減少することができる。他は、第1の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
(その他の実施形態)
上記のように、本発明は第1及び第2の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
上記のように、本発明は第1及び第2の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
既に述べた第1及び第2の実施形態の説明においては、発光ダイオード照明装置1の外形形状が直管蛍光管と同様である場合を示したが、発光ダイオード照明装置1の外形形状が平面らせん形状や電球形状であってもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
1…発光ダイオード照明装置
10…発光回路
11〜1n…発光ダイオード
20…整流回路
41…第1電極ピン
42…第2電極ピン
43…第3電極ピン
44…第4電極ピン
50…平滑コンデンサ
100…基板
110…放熱板
200…照明カバー
210…第1の端子部
220…第2の端子部
300…蛍光管用照明器具
310…電源
320…電子回路
330…共振コンデンサ
D21〜D24…ダイオード
10…発光回路
11〜1n…発光ダイオード
20…整流回路
41…第1電極ピン
42…第2電極ピン
43…第3電極ピン
44…第4電極ピン
50…平滑コンデンサ
100…基板
110…放熱板
200…照明カバー
210…第1の端子部
220…第2の端子部
300…蛍光管用照明器具
310…電源
320…電子回路
330…共振コンデンサ
D21〜D24…ダイオード
Claims (5)
- 発光ダイオードを含む発光回路と、
前記発光回路が内側に配置され、前記発光ダイオードの出射光が透過する照明カバーと、
前記照明カバーの長手方向の一方の端部に配置されて互いに短絡された第1電極ピン及び第2電極ピン、及び前記照明カバーの長手方向の他方の端部に配置されて互いに短絡された第3電極ピン及び第4電極ピンと、
前記第1電極ピンと前記第3電極ピン間に印加された交流電力及び前記第2電極ピンと前記第4電極ピン間に印加された交流電力を直流電力に整流し、該直流電力を前記発光ダイオードに供給する整流回路と
を備えることを特徴とする発光ダイオード照明装置。 - 前記整流回路が、
前記第1電極ピン及び前記第2電極ピンに接続する第1の交流端子と、
前記第3電極ピン及び前記第4電極ピンに接続する第2の交流端子と、
前記発光ダイオードのアノードに接続する第1の直流端子と、
前記発光ダイオードのカソードに接続する第2の直流端子と
を備える整流ブリッジダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード照明装置。 - 前記整流回路が、
アノードが前記第1の交流端子に接続し、カソードが前記第1の直流端子に接続する第1のダイオードと、
アノードが前記第2の交流端子に接続し、カソードが前記第1の直流端子に接続する第2のダイオードと、
アノードが前記第2の直流端子に接続し、カソードが前記第1の交流端子に接続する第3のダイオードと、
アノードが前記第2の直流端子に接続し、カソードが前記第2の交流端子に接続する第4のダイオードと
を備えることを特徴とする請求項2に記載の発光ダイオード照明装置。 - 前記発光回路が、直列接続された複数の発光ダイオードを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光ダイオード照明装置。
- 前記発光ダイオードのアノードとカソード間に配置された平滑コンデンサを更に備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光ダイオード照明装置。
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