JP2018091946A - 光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】組立容易で光ファイバの煽りによる光学ブロックの回転を規制できるようにした光モジュールを提供する。【解決手段】基板200に搭載される第1の光学ブロック20と、光ファイバを保持する第2の光学ブロック40とよりなる。基板200の板面と平行な直交2方向をX方向、Z方向とし、垂直方向をY方向とする時、第1の光学ブロック20は基部21とZ方向に延長形成された一対の延長部を備え、第2の光学ブロック40はY方向上方から一対の延長部間に収容される構造とされ、かつ一対の延長部間においてZ方向に変位可能とされ、第2の光学ブロック40のZ方向における両端部には変位によりX方向及びY方向の双方において一対の延長部に位置決めされる位置決め部(42,43)が形成され、第2の光学ブロック40における光ファイバ300の延伸方向及び基部21と第2の光学ブロック40間の光の入出射方向は共にZ方向とされる。【選択図】図2

Description

この発明は光素子等と光ファイバとを光学的に接続するために用いる光モジュールに関する。
図11はこの種の光モジュールの従来例として特許文献1に記載されている構成を示したものであり、光モジュールはこの例では光素子11が搭載された回路基板12と、回路基板12を収容し、光ケーブル13の端部が固定されたハウジング14と、光ケーブル13からハウジング14内に導入された光ファイバ15が余長を有して保持された光ファイバ保持部材16と、回路基板12に固定され、回路基板12上の光素子11と光ファイバ15とを光学的に接続する光結合部材17とを備えている。光結合部材17と光ファイバ保持部材16はガイドピン17aとガイド穴16aとの嵌合により連結されている。
光結合部材17は光素子11を覆うように回路基板12に取り付けられており、光結合部材17における光ファイバ保持部材16との対向面にはレンズ面17bが形成され、光素子11との対向面にもレンズ面(不図示)が形成されている。また、光結合部材17の上面には反射面17cが形成されている。
光素子11を構成する例えば発光素子から発光した光は、レンズ面を通って光結合部材17に入射し、反射面17cによって反射された後、レンズ面17bによって光ファイバ保持部材16に固定された光ファイバ15の端面に光結合される。
このように図11に示した光モジュールは光素子11と光ファイバ15とを光学的に接続するものとなっており、この例では光ファイバ保持部材16と光結合部材17の光学的接続方向及び機械的接続方向は共に回路基板12の板面と平行となっている。
特開2013−140211号公報
上述したように、図11に示した従来の光モジュールは光ファイバ保持部材16と光結合部材17の光学的接続方向も機械的接続方向も回路基板12の板面と平行なため、低背に構成することができるものの、組立てが難しいといった問題がある。即ち、組立て時に光ファイバ保持部材16を光ファイバ15の延伸方向に(回路基板12の板面と平行方向に)スライドさせる必要があるため、例えば光ケーブル13の端部で光ファイバ15が固定されている場合、光ファイバ15を撓ませる必要があり、撓みによって光ファイバ15が損傷するといった不具合も発生する虞があるため、組立てを容易に行うことはできない。
また、光ファイバ保持部材16と光結合部材17の機械的接続は光結合部材17に設けられているガイドピン17aを光ファイバ保持部材16のガイド穴16aに挿入することによって行われているが、ガイドピン17aの挿入方向は回路基板12の板面と平行であり、図11中に記載したようにX,Y,Zの直交3軸を定義した時、光ファイバ保持部材16はX方向に配列された一対のガイドピン17aによりZ方向(回路基板12の板面と平行方向)の一端側(接合端面側)で位置決めされ、つまり動きが規制されているだけであり、よって光ファイバ15(光ケーブル13)が例えばY方向(回路基板12の板面と垂直方向)に煽られた場合、光ファイバ保持部材16はX軸回りに回転し易く、回転により光接続性能が損なわれるといった不具合が生じうる。
このような光ファイバ保持部材16のX軸回りの回転を規制するためには、例えばガイドピン17aとガイド穴16aを長くすればよいが、ガイドピン17aの挿入長さを長くすると、さらに組立てが困難になってしまう。
この発明の目的はこのような問題に鑑み、容易に組み立てることができるようにし、かつ光ファイバが煽られても光ファイバを保持する光学ブロックの回転を規制できるようにした光モジュールを提供することにある。
請求項1の発明によれば、基板に搭載される第1の光学ブロックと、光ファイバを保持し、第1の光学ブロックと組み合わされる第2の光学ブロックとを備える光モジュールにおいて、基板の板面と平行な直交2方向をX方向、Z方向とし、前記板面と垂直方向をY方向とする時、第1の光学ブロックは基部と、基部からZ方向に延長形成された一対の延長部とを備え、第2の光学ブロックはY方向上方から一対の延長部間に収容される構造とされ、かつ一対の延長部間においてZ方向に変位可能とされ、第2の光学ブロックのZ方向における両端部には前記変位によりX方向及びY方向の双方において一対の延長部に位置決めされる位置決め部がそれぞれ形成され、第2の光学ブロックにおける光ファイバの延伸方向及び基部と第2の光学ブロック間の光の入出射方向は共にZ方向とされる。
請求項2の発明では請求項1の発明において、第2の光学ブロックの両端部の各位置決め部は共に第2の光学ブロックのZ方向に沿う両側面から互いに外向きに突出形成された一対の突出部とされ、一対の突出部を収容して位置決めする溝が一対の延長部の基端部及び先端部における互いの内側面にそれぞれ形成されているものとされる。
請求項3の発明では請求項1又は2の発明において、第1の光学ブロックからの第2の光学ブロックのZ方向への抜けを阻止する抜け止め手段を備え、抜け止め手段は先端に爪が形成されたばね片と、爪と突き当たる突部とよりなり、一対の延長部と第2の光学ブロックの一方にばね片が形成され、他方に突部が形成されているものとされる。
請求項4の発明では請求項1乃至3のいずれかの発明において、基部は基板に実装された光素子が位置する空間を下面に有し、前記板面と45°をなす反射面を備える。
この発明によれば、光ファイバを保持する第2の光学ブロックは光ファイバの延伸方向(Z方向)における両端部がX方向及びY方向の双方において位置決めされるため、光ファイバがY方向やX方向に煽られても第2の光学ブロックがX軸回りやY軸回りに回転するといった状況は発生しない。よって、第2の光学ブロックの回転により光接続性能が損なわれるといった不具合は発生しない。
また、第2の光学ブロックをY方向(基板の板面と垂直方向)上方から第1の光学ブロックに組み込んだ後、Z方向にわずかに移動させることにより光モジュールを組み立てることができるため、容易に組み立てることができる。
この発明による光モジュールの第1の実施例が基板に搭載された状態を示す斜視図。 Aは図1に示した状態の光モジュールの平面図、Bはその正面図、Cはその右側面図、DはAのF−F線断面図、EはAのG−G線断面図。 Aは図1における第1の光学ブロックの平面図、Bはその斜視図、Cはその右側面図、DはAのF−F線断面図、EはAのG−G線断面図。 Aは図1における第2の光学ブロックの平面図、Bはその正面図、Cはその斜視図、DはAのE−E線断面図。 図1に示した光モジュールの組立てを説明するための図。 この発明による光モジュールの第2の実施例が基板に搭載された状態を示す斜視図。 Aは図6に示した状態の光モジュールの平面図、Bはその正面図、Cはその右側面図、DはAのF−F線断面図、EはAのG−G線断面図。 Aは図6における第1の光学ブロックの平面図、Bはその斜視図、Cはその右側面図、DはAのF−F線断面図、EはAのG−G線断面図。 Aは図6における第2の光学ブロックの平面図、Bはその正面図、Cはその斜視図、DはAのE−E線断面図。 図6に示した光モジュールの組立てを説明するための図。 Aは光モジュールの従来例を示す断面図、BはAに示したC−C線における光モジュールの断面図。
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図1及び図2はこの発明による光モジュールの実施例1が基板に搭載された状態を示したものであり、光モジュール100は第1の光学ブロック20と第2の光学ブロック40とよりなる。図3及び図4はこれら第1の光学ブロック20及び第2の光学ブロック40の詳細構造を示したものであり、まず図3及び図4を参照して第1の光学ブロック20及び第2の光学ブロック40の構造について説明する。なお、以下においては図1及び図2に示した基板200の板面と平行な直交2方向をX方向、Z方向とし、基板200の板面と垂直方向をY方向として説明する。
第1の光学ブロック20は図3に示したように略直方体状をなす基部21と一対の延長部22とを備える。基部21と延長部22のY方向の厚さは等しくされている。一対の延長部22は基部21のX方向に沿う側面21aにおけるX方向の両端部からZ方向に延長されて形成されている。
一対の延長部22の延伸方向における基端部23及び先端部24はそれぞれ断面コ字形状をなし、コ字の開口は互いに内向きとされて対向されている。一対の延長部22の基端部23及び先端部24はこのような断面形状とされ、これにより互いの内側面に溝25を有する形状となっている。
一対の延長部22における基端部23と先端部24間の中間部26は、基端部23及び先端部24がなす断面形状のコ字の一方の脚部がなく、Y方向上方に開放された断面L字形状をなす。これら中間部26の互いに対向する側壁26aの互いの内側面には凹部27及び28がそれぞれ対向して形成されている。凹部27及び28は基端部23側の内壁面がそれぞれ傾斜面27a,28aとされて断面台形状をなし、先端部24寄りにZ方向に配列されて形成されている。凹部27と28の間には突部29が構成されている。
基部21の下面21bには素子収容用の空間31が形成されており、この空間31の天面には集光用のレンズ32が形成されている。レンズ32はこの例では4つ、図3Dに示した位置においてX方向に配列されて形成されている。基部21の上面21cには凹部33が形成されており、この凹部33の内面におけるレンズ32の上方に位置する部分には反射面34が形成されている。
上記のような構造を有する第1の光学ブロック20は光を透過する樹脂製とされ、樹脂成形により形成される。
第2の光学ブロック40は図4に示したように略直方体状をなす保持部41と各一対の突出部42,43と一対のばね片44とを備える。一対の突出部42は保持部41のZ方向における一端部において、保持部41のZ方向に沿う両側面41a,41bから互いに外向きに突出されて形成されており、一対の突出部43は保持部41のZ方向における他端部において、一対の突出部42と同様、両側面41a,41bから互いに外向きに突出されて形成されている。これら各一対の突出部42,43は位置決め部として機能する。
一対の突出部42の互いの外側面及び一対の突出部43の互いの外側面にはリブ状をなす突起42a,43aがZ方向に伸長してそれぞれ形成されており、また一対の突出部42の上面及び一対の突出部43の上面にもリブ状をなす突起42b,43bがZ方向に伸長してそれぞれ形成されている。
一対のばね片44は一対の突出部42の、突出部43に向く側面から突出部43に向かってZ方向に延長されて形成されている。これらばね片44の先端の互いの外側面には爪45が突出形成されている。爪45の、突出部42側に向く側面は傾斜面45aとされている。一対のばね片44の互いの内側面は保持部41の側面41a,41bと所定量離間されている。
保持部41の上面41cにはZ方向において突出部43が位置する側の一端から突出部42が位置する他端の近くまで凹部46が形成され、凹部46の内端側には一段高くされた段部47が形成されている。段部47にはV溝48がZ方向に伸長して形成されている。V溝48はこの例では4本形成されている。
突出部42が位置する側における保持部41のX方向に沿う端面41dにはY方向全長に渡って凹部49が形成されており、凹部49の底面には4本のV溝48の各延長上に位置してレンズ51が4つ形成されている。
第2の光学ブロック40は第1の光学ブロック20と同様、光を透過する樹脂製とされ、樹脂成形によって形成される。
次に、第1の光学ブロック20と第2の光学ブロック40とよりなる光モジュール100の組立て、基板200への搭載について、図5を参照して説明する。
図5(1)に示したように、第2の光学ブロック40の4本のV溝48に光ファイバ300を搭載して位置決め固定する。第1の光学ブロック20は光素子400が実装された基板200(図2D参照)に搭載し、接着固定する。光ファイバ300を保持した第2の光学ブロック40をY方向上方から第1の光学ブロック20の一対の延長部22間に組み込む。この際、第2の光学ブロック40は一対のばね片44の先端の爪45が一対の延長部22の先端側に位置する凹部28に収容されるように組み込む。図5(2)はこのようにして第2の光学ブロック40が第1の光学ブロック20に組み込まれて収容された状態を示したものである。
図5(2)の状態において、第2の光学ブロック40は保持部41が第1の光学ブロック20の基部21に近づく方向に所要の押圧力を加えられれば、その方向に(Z方向に)一対の延長部22間で変位可能とされており、そのように押圧力を加えることによって第2の光学ブロック40はZ方向に変位し(移動し)、図5(3)に示した状態となり、即ち図1及び図2に示した状態となる。
この変位の際、第2の光学ブロック40の一対のばね片44は爪45が第1の光学ブロック20の一対の延長部22の突部29によって押し込まれて互いに近づく方向に撓み、爪45が突部29を乗り越えると弾性復帰して爪45が図5(3)に示したようにもう一方の凹部27に入り込む。これにより、一対の延長部22間から抜け出る方向への第2の光学ブロック40の移動は爪45が突部29に突き当たることによって規制され、第2の光学ブロック40は抜け止めされる。
一方、第2の光学ブロック40の各一対の突出部42,43は,図2E,Cに示したように第1の光学ブロック20の一対の延長部22の基端部23及び先端部24の溝25にそれぞれ挿入、嵌合され、これにより第2の光学ブロック40の保持部41は第1の光学ブロック20の基部21に対してX方向及びY方向の双方において位置決めされた状態となる。
第1の光学ブロック20と第2の光学ブロック40は上述したように位置決めされ、第1の光学ブロック20の基部21と第2の光学ブロック40の保持部41は高い精度をもって組み立てられる。
第1の光学ブロック20は図2Dに示したようにレンズ32が光素子400の上方に位置するように、即ち光素子400の光軸とレンズ32の光軸が一致されて基板200に搭載固定されており、光素子400は第1の光学ブロック20に形成されている空間31に収容位置されている。
光素子400はVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等の発光素子やPD(Photo Diode)等の受光素子とされ、この例では最大4つの光素子400と光ファイバ300とが高い結合効率で(低損失で)光接続される。
図2Dには光素子400をVCSELとした場合の光の進行を示しており、光素子400から出射された出射光aはレンズ32により平行光bとなり、平行光bは基板200の板面と45°をなす反射面34で進行方向が90°変換されて基部21の側面21aから出射する。側面21aから出射された平行光は空間を通って保持部41のレンズ51に達し、レンズ51で集光されて光ファイバ300の端面に入射される。このようにこの例ではレンズ32,51と反射面34を介して光素子400と光ファイバ300とが光学的に接続されるものとなっており、第2の光学ブロック40に保持されている光ファイバ300の延伸方向及び第1の光学ブロック20の基部21と第2の光学ブロック40の保持部41間の光の入出射方向は共に基板200の板面と平行なZ方向となっている。
なお、第2の光学ブロック40はZ方向において第1の光学ブロック20からの抜けが阻止されているものの、第1の光学ブロック20の基部21と第2の光学ブロック40の保持部41とはZ方向において厳密には位置決めされていない構成となっているが、基部21と保持部41間の入出射光は基板200の板面と平行な平行光であって、平行光の空間伝播による光結合となっているため、基部21と保持部41とはZ方向において高精度に位置決めしなくてもよく、このような構成を採用しても問題はない。
以上、この発明による光モジュールの実施例1の構成について説明したが、上述した光モジュール100によれば以下に示すような効果を得ることができる。
1)光ファイバ300を保持する第2の光学ブロック40はZ方向(光ファイバ300の延伸方向)に離れた2箇所(Z方向における両端)でX方向及びY方向の双方において位置決めされるため、光ファイバ300がY方向やX方向に煽られてもX軸回りやY軸回りに第2の光学ブロック40が回転するといった状況は発生せず、よって回転により光接続性能が損なわれるといった不具合を解消することができる。
2)光モジュール100は第2の光学ブロック40をY方向(基板200の板面と垂直方向)上方から第1の光学ブロック20の一対の延長部22間に組み込んだ後、Z方向(基板200の板面と平行方向)にわずかに移動させることにより組み立てることができるため、容易に組み立てることができる。
3)第1の光学ブロック20には反射面34が形成され、第1の光学ブロック20と第2の光学ブロック40の光学的接続方向は基板200の板面と平行であって、光素子400の直上で第1の光学ブロック20と第2の光学ブロック40が重ならないため、光モジュール100を低背に構成することができる。
図6及び図7はこの発明による光モジュールの実施例2が基板に搭載された状態を示したものであり、光モジュール500は第1の光学ブロック20’と第2の光学ブロック40’とよりなる。図8及び図9はこれら第1の光学ブロック20’と第2の光学ブロック40’の詳細構造を示したものであり、まず図8及び図9を参照して第1の光学ブロック20’及び第2の光学ブロック40’の構造について説明する。なお、実施例1の第1の光学ブロック20及び第2の光学ブロック40の構造と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第1の光学ブロック20’は図8に示したような構造とされ、実施例1の第1の光学ブロック20の構造に対し、一対の延長部22に凹部27,28及び凹部27,28間の突部29がなく、一対の延長部22にそれぞればね片35が形成されているものとされる。
ばね片35は一対の延長部22の中間部26の側壁26aに、延長部22の先端部24から基端部23に向かってZ方向に延長されて形成されている。これらばね片35の先端の互いの内側面には爪36が突出形成されている。爪36の、先端部24側に向く側面は傾斜面36aとされている。
第2の光学ブロック40’は図9に示したような構造とされ、実施例1の第2の光学ブロック40の構造に対し、一対のばね片44がなく、保持部41はX方向の幅が実施例1よりやや幅広とされており、この保持部41の両側面41a,41bに各一対の突出部42,43に加え、さらに各一対の突部52,53が形成されているものとされる。
一対の突部52は突出部42寄りに形成されており、突出部42側に向く側面は傾斜面52aとされている。一対の突部53はZ方向において突部52と突出部43との間に形成されている。
実施例1では爪45を有するばね片44が第2の光学ブロック40に形成され、爪45と突き当たる突部29が第1の光学ブロック20に形成されて、第2の光学ブロック40の抜け止め手段が構成されていたが、実施例2では実施例1とは逆に爪36を有するばね片35が第1の光学ブロック20’に形成され、爪36と突き当たる突部52が第2の光学ブロック40’に形成された構成となっている。
上記のような構造を有する第1の光学ブロック20’及び第2の光学ブロック40’は実施例1と同様、光を透過する樹脂製とされ、樹脂成形によって形成される。
次に、第1の光学ブロック20’と第2の光学ブロック40’とよりなる光モジュール500の組立て、基板200への搭載について図10を参照して説明する。
図10(1)に示したように、第2の光学ブロック40’の4本のV溝48に光ファイバ300を搭載して位置決め固定する。第1の光学ブロック20’は光素子400が実装された基板200(図7D参照)に搭載し、接着固定する。光ファイバ300を保持した第2の光学ブロック40’をY方向上方から第1の光学ブロック20’の一対の延長部22間に組み込む。この際、第2の光学ブロック40’は各一対の突部52,53が延長部22に形成されているばね片35の爪36と先端部24との間に収容されるように組み込む。図10(2)はこのようにして第2の光学ブロック40’が第1の光学ブロック20’に組み込まれて収容された状態を示したものである。
図10(2)の状態において、第2の光学ブロック40’は実施例1と同様、保持部41が第1の光学ブロック20’の基部21に近づく方向に所要の押圧力を加えられれば、その方向に(Z方向に)一対の延長部22間で変位可能とされており、そのように押圧力を加えることによって第2の光学ブロック40’はZ方向に変位し(移動し)、図10(3)に示した状態となり、即ち図6及び図7に示した状態となる。
この変位の際、第2の光学ブロック40’の一対の突部52は第1の光学ブロック20’の一対のばね片35を押し広げてばね片35の爪36を乗り越える。突部52が爪36を乗り越えると、ばね片35は弾性復帰し、爪36は第2の光学ブロック40’の突部52と53との間に入り込む。これにより、一対の延長部22から抜け出る方向への第2の光学ブロック40’の移動は突部52が爪36に突き当たることによって規制され、第2の光学ブロック40’は抜け止めされる。
一方、第2の光学ブロック40’の各一対の突出部42,43は実施例1と同様、図7E,Cに示したように第1の光学ブロック20’の一対の延長部22の基端部23及び先端部24の溝25にそれぞれ挿入、嵌合され、これにより第2の光学ブロック40’の保持部41は第1の光学ブロック20’の基部21に対してX方向及びY方向の双方において位置決めされた状態となる。
第1の光学ブロック20’と第2の光学ブロック40’は上述したように位置決めされ、第1の光学ブロック20’の基部21と第2の光学ブロック40’の保持部41は高い精度をもって組み立てられ、実施例1と同様、光素子400と光ファイバ300とはレンズ32,51と反射面34を介して高い結合効率で光接続される。第2の光学ブロック40’に保持されている光ファイバ300の延伸方向及び第1の光学ブロック20’の基部21と第2の光学ブロック40’の保持部41間の光の入出射方向は共に基板200の板面と平行なZ方向となっている。
なお、この実施例2においても第1の光学ブロック20’の基部21と第2の光学ブロック40’の保持部41とはZ方向において厳密には位置決めされていない構成となっているが、前述の実施例1で示した理由により、問題はない。
以上、この発明による光モジュールの実施例2の構成について説明したが、この実施例2においても前述の実施例1で記載した効果1)〜3)と同様の効果を得ることができる。
11 光素子 12 回路基板
13 光ケーブル 14 ハウジング
15 光ファイバ 16 光ファイバ保持部材
16a ガイド穴 17 光結合部材
17a ガイドピン 17b レンズ面
17c 反射面 20,20’ 第1の光学ブロック
21 基部 21a 側面
21b 下面 21c 上面
22 延長部 23 基端部
24 先端部 25 溝
26 中間部 26a 側壁
27,28 凹部 27a,28a 傾斜面
29 突部 31 空間
32 レンズ 33 凹部
34 反射面 35 ばね片
36 爪 36a 傾斜面
40,40’ 第2の光学ブロック 41 保持部
41a,41b 側面 41c 上面
41d 端面 42 突出部
42a,42b 突起 43 突出部
43a,43b 突起 44 ばね片
45 爪 45a 傾斜面
46 凹部 47 段部
48 V溝 49 凹部
51 レンズ 52 突部
52a 傾斜面 53 突部
100 光モジュール 200 基板
300 光ファイバ 400 光素子
500 光モジュール

Claims (4)

  1. 基板に搭載される第1の光学ブロックと、光ファイバを保持し、前記第1の光学ブロックと組み合わされる第2の光学ブロックとを備える光モジュールであって、
    前記基板の板面と平行な直交2方向をX方向、Z方向とし、前記板面と垂直方向をY方向とする時、前記第1の光学ブロックは、基部と、前記基部からZ方向に延長形成された一対の延長部とを備え、
    前記第2の光学ブロックは、Y方向上方から前記一対の延長部間に収容される構造とされ、かつ前記一対の延長部間においてZ方向に変位可能とされ、
    前記第2の光学ブロックのZ方向における両端部には、前記変位によりX方向及びY方向の双方において前記一対の延長部に位置決めされる位置決め部がそれぞれ形成されており、
    前記第2の光学ブロックにおける前記光ファイバの延伸方向及び前記基部と前記第2の光学ブロック間の光の入出射方向は、共にZ方向とされていることを特徴とする光モジュール。
  2. 請求項1記載の光モジュールにおいて、
    前記第2の光学ブロックの両端部の各前記位置決め部は、共に前記第2の光学ブロックのZ方向に沿う両側面から互いに外向きに突出形成された一対の突出部とされ、
    前記一対の突出部を収容して位置決めする溝が前記一対の延長部の基端部及び先端部における互いの内側面にそれぞれ形成されていることを特徴とする光モジュール。
  3. 請求項1又は2記載の光モジュールにおいて、
    前記第1の光学ブロックからの前記第2の光学ブロックのZ方向への抜けを阻止する抜け止め手段を備え、
    前記抜け止め手段は、先端に爪が形成されたばね片と、前記爪と突き当たる突部とよりなり、
    前記一対の延長部と前記第2の光学ブロックの一方に前記ばね片が形成され、他方に前記突部が形成されていることを特徴とする光モジュール。
  4. 請求項1乃至3記載のいずれかの光モジュールにおいて、
    前記基部は、前記基板に実装された光素子が位置する空間を下面に有し、前記板面と45°をなす反射面を備えていることを特徴とする光モジュール。
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