JP2015056303A - エキシマランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エキシマランプの部分不点灯を、信号処理系統を煩雑化させることなく簡単な回路構成によって、確実に検出することのできるエキシマランプ装置を提供すること。
【解決手段】このエキシマランプ装置は、エキシマランプの長手方向に沿って互いに離間した位置に配置された少なくとも２つの光検出手段と、光検出手段から電流信号として出力される検出信号を処理する信号処理回路とを備えた光検出部を備えており、信号処理回路は、各光検出手段に対応する電流制限部が直列接続されて構成された閉回路を有し、各電流制限部の出力電流上限値が光検出手段の検出信号に係る電流値に応じて設定されることにより、閉回路に流れる電流の上限値が各電流制限部の最も小さい出力電流上限値に制限される構成とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エキシマランプ装置に関する。

近年、例えば金属、ガラス、その他の材料よりなる被処理体に、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を照射することにより、真空紫外光およびこれにより生成される活性酸素やオゾンの作用によって、被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する光洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理技術が開発され、実用化されている。

このような真空紫外光を照射する光源としては、エキシマ放電によってエキシマ分子を形成し、当該エキシマ分子から放射される光を利用するエキシマランプが知られている。
各種の光照射装置において用いられるエキシマランプにおいては、真空紫外光の安定的な放射が求められており、エキシマランプの点灯状態を検出することが行われている。

例えば、特許文献１の特開２０１１−００３４６３号公報には、図４に示すように、エキシマランプ５０と、エキシマランプ５０からの紫外線によって蛍光する背面部材５１の蛍光状態を検出するセンサ５５と、センサ５５の検出信号に応じてエキシマ光の照射状態を検出する制御部５６とを備えたエキシマ照射装置が開示されている。このエキシマ照射装置においては、センサ５５の検出信号に基づいて、電源装置５７の出力がフィードバック制御されることが記載されている。

また、特許文献２の特開２０１３−０９８０１５号公報には、紫外線照射装置において、エキシマランプの誘電体バリア放電が局所的に消失する現象が生じ、被処理物の処理が不十分になることがあるという問題点に鑑み、図５に示すように、複数のセンサ６５がエキシマランプ６０の長手方向における互いに離間した位置に配置された構成とされることが記載されている。この紫外線照射装置においては、エキシマランプ６０の放電容器６１の内表面に設けられた紫外線反射膜６２がアルミナを含むものであり、エキシマ放電によって生ずるエキシマ光（紫外光）Ｌ１が照射されることによってアルミナから発せられる蛍光Ｌ２をセンサ６５により検出することによって、エキシマランプ６０の点灯状態を確認することが記載とされている。

特開２０１１−００３４６３号公報 特開２０１３−０９８０１５号公報

而して、エキシマランプの部分不点灯の現象をセンサを利用して検出する構成のものにおいては、センサの検出信号を制御部に出力するに際しては、例えばＡ／Ｄ変換回路などの信号処理回路が必要である。
しかしながら、１つのエキシマランプに対して複数のセンサを設ける場合には、各センサ毎に信号処理回路を設けたり、あるいは、制御部までの信号伝達経路を個別に設けたりする必要があるため、装置自体の構造が複雑になり、また、コスト的にも有利に製造することができない、という問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、エキシマランプの部分不点灯の現象を、信号処理系統を煩雑化させることなく簡単な回路構成によって、確実に検出することのできるエキシマランプ装置を提供することを目的とする。

本発明のエキシマランプ装置は、エキシマランプと、当該エキシマランプからの光を検出する光検出部と、当該光検出部からの検出信号に基づいてエキシマランプの点灯状態を制御する制御部とを備えたエキシマランプ装置において、
前記光検出部は、前記エキシマランプの長手方向に沿って互いに離間した位置に配置された少なくとも２つの光検出手段と、当該光検出手段から電流信号として出力される検出信号を処理する信号処理回路とを備えており、
当該信号処理回路は、各光検出手段に対応する電流制限部が直列接続されて構成された閉回路を有し、各電流制限部の出力電流上限値が光検出手段の検出信号に係る電流値に応じて設定されることにより、前記閉回路に流れる電流の上限値が前記各電流制限部の最も小さい出力電流上限値に制限されることを特徴とする。

また、本発明のエキシマランプ装置においては、前記光検出部は、紫外光検出手段と、可視光検出手段または赤外光検出手段とを備えており、
前記信号処理回路は、当該紫外光検出手段に対応する電流制限部の出力電流上限値が、当該可視光検出手段または赤外光検出手段に対応する電流制限部の出力電流上限値より小さく設定されるよう、構成されており、
前記制御部は、前記エキシマランプの正常点灯時において、当該エキシマランプの点灯状態を前記紫外光検出手段の検出信号に基づいてフィードバック制御する機能を有する構成とされていることが好ましい。

本発明のエキシマランプ装置によれば、各々の光検出手段の検出信号を処理する信号処理回路が一系統の閉回路（直列回路）により構成されているので、信号処理系が煩雑化することを回避することができて装置自体の構造の簡素化を図ることができる。しかも、閉回路に流れる電流は、最も出力電流上限値が低く設定された電流制限部により規制されたものとなるので、エキシマランプの部分不点灯の現象が生じた場合には、この現象に起因して電流値が低下した光検出手段の検出信号が閉回路に流れて制御部によって検出されることとなり、エキシマランプの部分不点灯の現象を確実に検出することができる。

光検知手段として紫外光検知用のものを用い、エキシマランプの正常点灯時において、当該紫外光検出手段に対応する電流制限部の出力信号が制御部によって検出される構成とされていることにより、エキシマランプの点灯状態を紫外光（エキシマ光）の光量に基づいて判断することができるので、検出結果に高い信頼性を得ることができる。しかも、エキシマランプの点灯状態を紫外光検出手段の検出信号に基づいてフィードバック制御することにより、エキシマランプを所期の点灯状態で安定して動作させることができる。

本発明のエキシマランプ装置の一例における構成の概略を示すブロック図である。 本発明のエキシマランプ装置における光検出動作を説明するための観念図である。 本発明のエキシマランプ装置の他の例における構成の概略を示すブロック図である。 従来のエキシマランプ装置の一例における構成の概略を示す断面図である。 従来のエキシマランプ装置の他の例における構成の概略を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のエキシマランプ装置の一例における構成の概略を示すブロック図である。
このエキシマランプ装置は、エキシマランプ１０と、このエキシマランプ１０に高周波高電圧を供給する給電部２０と、エキシマランプ１０の点灯状態を制御する制御部２５と、エキシマランプ１０からの光を検出する光検出部とを備えている。

この例におけるエキシマランプ１０は、両端が気密に封止されて内部に放電空間Ｓが形成された、断面矩形状の扁平な中空長尺状の放電容器１１を備えている。
放電容器１１は、真空紫外光を良好に透過するシリカガラス、例えば合成石英ガラスよりなり、誘電体としての機能を有する。
この放電容器１１の内部には、放電用ガスとして、例えばキセノンガスや、アルゴンと塩素とを混合したガスが封入されている。

放電容器１１における長辺面の外表面には、一対の格子状の電極、すなわち、高電圧供給電極として機能する一方の電極１２および接地電極として機能する他方の電極１３が長尺な方向に伸びるよう対向して配置されており、これにより、一対の電極１２，１３間に誘電体として機能する放電容器１１が介在された状態とされている。
このような電極は、例えば、金属よりなる電極材料を放電容器１１にペースト塗布することにより、あるいは、プリント印刷や蒸着することによって形成することができる。

このエキシマランプ１０においては、一方の電極１２に点灯電力が供給されると、誘電体として機能する放電容器１１の壁を介して両電極１２，１３間に放電が生成され、これにより、エキシマ分子が形成されると共にこのエキシマ分子から真空紫外光が放射されるエキシマ放電が生ずる。このエキシマ放電によって発生する真空紫外光を効率良く利用するために、放電容器１１の内表面に、紫外線反射膜１５が設けられている。ここに、放電用ガスとしてキセノンガスを用いた場合は、波長１７２ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出され、放電用ガスとしてアルゴンと塩素とを混合したガスを用いた場合には、波長１７５ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出される。

紫外線反射膜１５は、例えば、放電容器１１における長辺面の、高電圧供給電極として機能する一方の電極１２に対応する内表面領域に形成されている。そして、放電容器１１における長辺面の、接地電極として機能する他方の電極１３に対応する内表面領域によって光出射部（アパーチャ部）が構成されている。
紫外線反射膜１５は、例えばアルミナを含むものであり、具体的には例えば、シリカとアルミナとの混合物またはシリカとアルミナとの積層体により構成されている。
紫外線反射膜１５の膜厚は、例えば１０〜１００μｍである。

光検出部は、エキシマランプ１０の長手方向に互いに離間した位置に配置された少なくとも２つの光検出手段と、これらの光検出手段からの検出信号を処理する信号処理回路とにより構成されている。図１においては、２つの光検出手段３０ａ，３０ｂのみが示されているが、光検出手段の数が異なる構成のものであっても、後述する光検出手段からの検出信号の信号処理方法は同一であるので、以下においては、これらの２つの光検出手段３０ａ，３０ｂ以外のものについては説明を省略する。
この例における光検出手段３０ａ，３０ｂの各々は、例えば、エキシマランプ１０における紫外線反射膜１５に含まれるアルミナからの可視光（波長６９０〜７００ｎｍの蛍光）を検出するフォトダイオードにより構成されている。

信号処理回路は、各々の光検出手段３０ａ，３０ｂに対応する電流制限部４０ａ，４０ｂが直列接続されて構成された閉回路３５を有する。
電流制限部４０ａ，４０ｂは、電流ループトランスミッタ４１を備えており、各光検出手段３０ａ，３０ｂは増幅回路３６を介して電流ループトランスミッタ４１に接続されている。図１における符号３９はループ電源である。この例においては、第１の光検出手段３０ａに係る増幅回路３６および第２の光検出手段３０ｂに係る増幅回路３６は、互いに同一の大きさの増幅率に設定されている。
電流制限部４０ａ（４０ｂ）は、光検出手段３０ａ（３０ｂ）から増幅回路３６を介して電流信号として入力される検出信号に応じて出力電流上限値が設定される。上述したように、各々の電流制限部４０ａ，４０ｂは直列接続されて閉回路３５を構成していることから、電流制限部４０ａ，４０ｂの出力電流上限値が低い方に電流値の大きさが規制された検出信号が閉回路３５に流れる構成とされている。

電流制限部４０ａ，４０ｂにおける電流ループトランスミッタ４１の入力端子には、電流ループトランスミッタ４１の入力オフセット電流に起因する出力電流に対する影響を補償するオフセット回路３７が接続されている。

信号処理回路においては、いずれか一方の光検出手段に係る検出信号をデジタル信号に変換して制御部２５に出力するＡ／Ｄ変換回路４５が閉回路３５上に形成されている。このＡ／Ｄ変換回路４５は、フォトカプラ４６を備えており、従って、制御部２５と光検出部とが電気的に絶縁（分離）されている。

制御部２５におけるＣＰＵ２６は、エキシマランプ１０の点灯状態を、エキシマランプ１０に一定の照度が得られるよう、信号処理回路から入力される検出信号に基づいてフィードバック制御する機能を有する。
また、制御部２５におけるＣＰＵ２６は、入力された検出信号に係る電流値が予め設定された閾値以下であることを検出することによりエキシマランプ１０の部分不点灯状態を検出する機能を有する。そして、ＣＰＵ２６は、エキシマランプ１０の部分不点灯状態を検出することにより、例えばエキシマランプ１０の点灯動作を停止させる。また、表示部を備えた構成のものにおいては、ＣＰＵ２６は、エキシマランプ１０が部分不点灯状態にあることを検出したときに、表示部にその旨を表示することにより外部に報知するものとすることができる。

以下、上記のエキシマランプ装置の動作について説明する。
上記のエキシマランプ装置においては、エキシマランプ１０における一方の電極１２と他方の電極１３との間に、矩形波状の高周波交流電圧が印加されることによって、放電容器１１内の放電空間Ｓにおいて誘電体バリア放電が発生する。この誘電体バリア放電によってエキシマ用ガスに由来するエキシマ分子が形成されてエキシマ光が発生し、このエキシマ光による紫外線が、直接または紫外線反射膜１５に反射されて出射される。このとき、エキシマランプ１０に含まれる紫外線反射膜１５にエキシマ光が照射されると、当該紫外線反射膜１５におけるアルミナが励起されて蛍光（可視光）が発せられる。

このエキシマランプ装置においては、制御部２５によって、エキシマランプ１０から発せられる蛍光の光量に応じた光検出手段の検出信号（電流信号）に基づく例えば定照度フィードバック制御によって、エキシマランプ１０の点灯状態が制御される。

具体的には、第１の光検出手段３０ａによって検出される蛍光の光量に応じた検出信号は、増幅回路３６によって所定の増幅率で増幅されて第１の電流制限部４０ａに入力される。第１の電流制限部４０ａにおいては、入力された検出信号が予め設定された所定範囲内であれば、当該検出信号に係る電流値が当該第１の電流制限部４０ａの出力電流上限値に設定される。一方、第２の光検出手段３０ｂによって検出される蛍光の光量に応じた検出信号が増幅回路３６によって所定の増幅率で増幅されて第２の電流制限部４０ｂに入力される。第２の電流制限部４０ｂにおいては、入力された検出信号が予め設定された所定範囲内であれば、当該検出信号に係る電流値が当該第２の電流制限部４０ｂの出力電流上限値に設定される。
このとき、第１の電流制限部４０ａおよび第２の電流制限部４０ｂは閉回路３５を構成していることから、当該閉回路３５に流れる電流の上限値は、最も小さい出力電流上限値に設定された電流制限部によって制限される。従って、第１の電流制限部４０ａの出力電流上限値が第２の電流制限部４０ｂの出力電流上限値より小さい場合には、第１の光検出手段３０ａの検出信号がＡ／Ｄ変換回路４５に出力される。一方、第１の電流制限部４０ａの出力電流上限値が第２の電流制限部４０ｂの出力電流上限値より大きい場合には、第２の光検出手段３０ｂの検出信号がＡ／Ｄ変換回路４５に出力される。

信号処理回路の電流制限機能について、第１の光検出手段３０ａに対応した増幅回路３６の増幅率と、第２の光検出手段３０ｂに対応した増幅回路３６の増幅率が同じである場合を例に挙げて具体的に説明する。
図２（ａ）に示すように、エキシマランプ１０が正常点灯している状態においては、第１の電流制限部４０ａに入力される第１の光検出手段３０ａの検出信号Ｉｍ１に係る電流値（例えば１２ｍＡ）が、第２の電流制限部４０ｂに入力される第２の光検出手段３０ｂの検出信号Ｉｍ２に係る電流値（例えば１０ｍＡ）よりも大きい場合には、第２の光検出手段３０ｂの検出信号Ｉｍ２が閉回路３５に流れてＡ／Ｄ変換回路４５に出力される。
また、図２（ｂ）に示すように、エキシマランプ１０が不点灯である状態においては、第１の電流制限部４０ａに入力される第１の光検出手段３０ａの検出信号Ｉｍ１および第２の電流制限部４０ｂに入力される第２の光検出手段３０ｂの検出信号Ｉｍ２は同一の大きさであって、例えば第１の光検出手段３０ａの検出信号Ｉｍ１が閉回路３５に流れてＡ／Ｄ変換回路４５に出力される。

そして、Ａ／Ｄ変換回路４５に電流信号として入力された検出信号は、Ａ／Ｄ変換回路４５によってデジタル信号に変換され、これにより生成された光量検出信号Ｖｍ１（Ｖｍ２）が電圧信号として制御部２５に出力される。そして、制御部２５によって、入力された光量検出信号に基づいて、エキシマランプ１０の照度が一定の大きさとなるよう、例えばエキシマランプ１０に印加される交流電圧の周波数が調整される。

以上のように、このエキシマランプ装置においては、複数の光検出手段の各々の検出信号のうち電流値が最も小さいものが閉回路３５に流れてＡ／Ｄ変換回路４５を介して制御部２５に入力されることとなり、エキシマランプ１０から放射される紫外光の最小の照度値が検出される。従って、閉回路３５に流れる検出信号に係る電流値に基づいて、エキシマランプ１０の部分不点灯を検出することができる。

具体的には、エキシマランプ１０の部分不点灯の現象が生じた場合には、図２（ｃ）に示すように、部分不点灯領域の光を受光する第２の光検出手段３０ｂの検出信号Ｉｍ２に係る電流値（例えば５ｍＡ）は、点灯領域の光を受光する第１の光検出手段３０ａの検出信号Ｉｍ１に係る電流値（例えば１２ｍＡ）より小さくなる。従って、部分不点灯の現象に起因して電流値が低下した第２の光検出手段３０ｂの検出信号Ｉｍ２が閉回路３５に流れてＡ／Ｄ変換回路４５を介して制御部２５に入力される。そして、制御部２５には、定常点灯時のエキシマランプ１０の照度に相当する電流値より一定以上低下した、エキシマランプ１０が部分不点灯状態であると判断される電流値の閾値（例えば６ｍＡ以下）が予め設定されており、光量検出信号Ｖｍ２に応じた第２の光検出手段３０ｂの検出信号Ｉｍ２に係る電流値が当該閾値以下であることが検出されることによりエキシマランプ１０が部分不点灯の状態にあることが検出される。

而して、上記のエキシマランプ装置によれば、第１の光検出手段３０ａおよび第２の光検出手段３０ｂの各々の検出信号を処理する信号処理回路が一系統の閉回路（直列回路）３５により構成されているので、信号処理系が煩雑化することを回避することができて装置自体の構造の簡素化を図ることができる。しかも、閉回路３５に流れる電流は、光検出手段の検出信号に係る電流値に応じて設定される出力電流上限値が最も低い電流制限部によって規制されたものとなるので、エキシマランプ１０の部分不点灯の現象が生じた場合には、この現象に起因して電流値が低下した光検出手段の検出信号が閉回路３５に流れて制御部２５によって検出されることとなり、エキシマランプ１０の部分不点灯の現象を確実に検出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、上記の実施例においては、エキシマランプにおける紫外線反射膜に含まれるアルミナからの蛍光を検出する構成とされているが、エキシマ放電によって発生する真空紫外光を直接的に検出する構成とすることができる。

図３は、本発明のエキシマランプ装置の他の例における構成の概略を示すブロック図である。
このエキシマランプ装置におけるエキシマランプ１０ａは、図１に示す構成のエキシマランプ１０において、放電容器１１における長辺面の、高電圧供給電極として機能する一方の電極１２に対応する内表面領域に、紫外線反射膜１５が形成されないことによる紫外光取出し窓部１６を有することの他は、図１に示すエキシマランプ１０と同一の構成を有する。

このエキシマランプ装置における光検出部は、エキシマランプ１０ａにおける紫外線取出し窓１６に対向した位置に配置された紫外光検出手段３０１と、この紫外光検出手段３０１とエキシマランプ１０ａの長手方向に互いに離間した位置に配置された可視光検出手段３０２とを備えている。
紫外光検出手段３０１としては、例えば、波長２００ｎｍ以下の光を検出するフォトダイオードが用いられ、可視光検出手段３０２としては、例えば、アルミナからの可視光（波長６９０〜７００ｎｍの蛍光）を検出するフォトダイオードが用いられる。

光検出部を構成する信号処理回路は、図１に示すエキシマランプ装置におけるものと基本構成は同一であるが、各光検出手段３０１，３０２に係る増幅回路３６ａ，３６ｂの増幅率が互いに異なる大きさに設定されている。具体的には、紫外光検出手段３０１が接続された増幅回路３６ａの増幅率は、エキシマランプ１０ａの正常点灯時において、可視光検出手段３０２が接続された増幅回路３６ｂの増幅率より小さく設定される。しかも、可視光検出手段３０２の受光範囲においてエキシマランプ１０ａの部分不点灯が生じた場合に、可視光検出手段３０２に係る増幅回路３６ｂからの出力信号（電流値）が紫外光検出手段３０１に係る増幅回路３６ａからの出力信号（電流値）より小さくなるよう、紫外光検出手段３０１が接続された増幅回路３６ａの増幅率が設定される。

このような構成とされていることにより、例えば、エキシマランプ１０ａの正常点灯時においては、紫外光検出手段３０１および可視光検出手段３０２の各々から同一の大きさの照度に相当する検出信号が出力された場合であっても、紫外光検出手段３０１に係る電流制限部４０ａに入力される検出信号の方が可視光検出手段３０２に係る電流制限部４０ｂに入力される検出信号よりも電流値が小さいものとなる。従って、紫外光検出手段３０１の検出信号が閉回路３５に流れてＡ／Ｄ変換回路４５を介して制御部２５に出力されることとなるので、紫外線の照度を高い信頼性をもって検出することができると共に、当該紫外線の照度に基づいてエキシマランプ１０ａのフィードバック制御を行うことによりエキシマランプ１０ａを所期の点灯状態で安定して動作させることができる。
一方、例えば可視光検出手段３０２の受光範囲においてエキシマランプ１０ａの部分不点灯が生じた場合には、可視光検出手段３０２の検出信号が制御部２５に出力され、紫外光検出手段３０１の受光範囲においてエキシマランプ１０ａの部分不点灯が生じた場合には、紫外光検出手段３０１の検出信号が制御部２５に出力される。しかしながら、いずれの場合であっても、制御部２５に入力される検出信号に係る電流値は予め設定された閾値以下となることから、エキシマランプ１０ａの部分不点灯を確実に検出することができる。

さらにまた、本発明のエキシマランプ装置においては、エキシマ放電によって生ずる真空紫外光を赤外光に変換して当該赤外光を検出する構成とされていてもよい。
また、光検出部を構成する光検出手段の数は特に制限されるものではない。

さらにまた、エキシマランプは、放電容器の内表面における紫外線反射膜が形成されていない領域および紫外線反射膜の表面を覆うよう、蛍光体層が形成されることにより、当該蛍光体層からの光が外部に放射される構成とされていてもよい。

１０，１０ａ エキシマランプ
１１ 放電容器
１２ 一方の電極
１３ 他方の電極
１５ 紫外線反射膜
１６ 紫外光取出し窓部
Ｓ 放電空間
２０ 給電部
２５ 制御部
２６ ＣＰＵ
３０ａ 第１の光検出手段
３０ｂ 第２の光検出手段
３０１ 紫外光検出手段
３０２ 可視光検出手段
３５ 閉回路
３６，３６ａ，３６ｂ 増幅回路
３７ オフセット回路
３９ ループ電源
４０ａ 第１の電流制限部
４０ｂ 第２の電流制限部
４１ 電流ループトランスミッタ
４５ Ａ／Ｄ変換回路
４６ フォトカプラ
５０ エキシマランプ
５１ 背面部材
５５ センサ
５６ 制御部
５７ 電源装置
６０ エキシマランプ
６１ 放電容器
６２ 紫外線反射膜
６５ センサ

Claims (2)

1. エキシマランプと、当該エキシマランプからの光を検出する光検出部と、当該光検出部からの検出信号に基づいてエキシマランプの点灯状態を制御する制御部とを備えたエキシマランプ装置において、
   前記光検出部は、前記エキシマランプの長手方向に沿って互いに離間した位置に配置された少なくとも２つの光検出手段と、当該光検出手段から電流信号として出力される検出信号を処理する信号処理回路とを備えており、
   当該信号処理回路は、各光検出手段に対応する電流制限部が直列接続されて構成された閉回路を有し、各電流制限部の出力電流上限値が光検出手段の検出信号に係る電流値に応じて設定されることにより、前記閉回路に流れる電流の上限値が前記各電流制限部の最も小さい出力電流上限値に制限されることを特徴とするエキシマランプ装置。
2. 前記光検出部は、紫外光検出手段と、可視光検出手段または赤外光検出手段とを備えており、
   前記信号処理回路は、当該紫外光検出手段に対応する電流制限部の出力電流上限値が、当該可視光検出手段または赤外光検出手段に対応する電流制限部の出力電流上限値より小さく設定されるよう、構成されており、
   前記制御部は、前記エキシマランプの正常点灯時において、当該エキシマランプの点灯状態を前記紫外光検出手段の検出信号に基づいてフィードバック制御する機能を有することを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ装置。
   

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