KR0176898B1 - 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치에 관한 것으로, 레이저 다이오드(21)에서 발광되어 대물렌즈(25)를 거쳐 광디스크(D)에 집광되는 빔(B)의 광축에 대해 대물렌즈(25)의 개구율을 조절하기 위한 액정셔터(30)를 반사광이 광검출기(26)에 입사되지 않는 각도범위만큼 경사지게 광축상에 설치하고, 액정셔터(30)를 통과하는 빔(B)을 편광상태에 따라 투과 또는 반사시키는 유전체층(36)을 구비하여 구성되며, 상기 액정셔터(30)는 광축방향과 평행한 러빙(Rubbing)방향을 가지는 액정층(35)이 제1 및 제2 글래스기판(31)(33) 사이에 구비되고, 상기 제1 및 제2글래스기판(31)(33)의 일면에는 각각 투명전극(32)(33)이 형성되며, 상기 제2 글래스기판(33)의 타면에는 상기 유전체층(36)이 형성되어 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의한 광픽업장치에 의하면 하나의 유니트에서 CD계열의 광디스크와 DVD용 고밀도 광디스크를 독취 또는 기록할 수 있게 될 뿐만 아니라 명암대비율이 좋아져 그 동작특성이 좋아지는 이점이 있다.

Description

씨디/디브이디 겸용 광픽업장치
제1도는 종래 기술에 의한 일반적인 광픽업장치의 구성도.
제2도는 일반적인 광픽업 장치에서 두께가 다른 광디스크상에 분포되는 빔의 강도분포도.
제3도는 종래의 일반적인 액정셔터를 구비한 광픽업장치의 전체구성도.
제4도는 종래의 일반적인 액정셔터를 구비한 광픽업장치의 개구율변환을 위한 작동을 설명하기 위한 도면으로,
(a)는 액정셔터의 투명전극에 전원이 인가되지 않은 상태를 보인 작동도.
(b)는 액정셔터의 투명전극에 전원이 인가된 상태를 보인 작동도.
제5도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 구성을 도시한 구성도.
제6도는 본 발명에 의한 광픽업장치에 사용되는 액정셔터의 구성을 도시한 단면구성도.
제7도는 본 발명에 의한 광픽업장치에 사용되는 액정셔터에 형성된 투명전극패턴을 도시한 정면도.
제8도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 액정셔터의 액정배열상태를 설명하기 위한 도면으로,
(a)는 투명전극에 전압이 인가되지 않은 상태의 액정배열도.
(b)는 투명전극에 전압이 인가된 상태에서의 액정배열도.
제9도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 액정셔터의 동작을 설명하기 위한 도면으로,
(a)는 투명전극에 전압이 인가되지 않은 상태의 동작상태도.
(b)는 투명전극에 전압이 인가된 상태의 동작상태도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 레이저다이오드 23 : 시준렌즈
30 : 액정셔터 31,33 : 제1 및 제2 글래스기판
32,34 : 투명전극 34R : 환형전극
34C : 투명전극 35 : 액정층
36 : 유전체층
본 발명은 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치에 관한 것으로, 특히 광축에 대해 소정각도 기울어지게 설치된 액정셔터를 사용하여 대물렌즈의 개구율을 변화시켜 기록밀도 및 두께가 다른 각각의 광디스크를 하나의 유니트(UNIT)로 기록 및 독취할 수 있게 한 씨디/디브이디 겸용 광픽업 장치에 관한 것이다.
제1도에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 광픽업장치는 레이저 빔을 주사하는 레이저 다이오드(1)와, 상기 레이저 다이오드(1)로부터 주사된 레이저 빔을 트랙킹 서보(Tracking Servo)를 위해 메인빔과 두 개의 서브빔으로 만드는 회절격자(Grating)(2)와, 상기 회절격자(2)를 통한 빔을 평행광으로 만드는 시준렌즈(3)와, 상기 시준렌즈(3)를 통한 평행광을 광디스크(D)상에 집광시키는 대물렌즈(4)와, 상기 평행광의 경로상에 설치되어 광디스크(D)상에 기록된 정보의 유,무에 따라 반사된 빔과 상기 회절격자(2)를 통한 입사빔을 소정 비율로 투과, 또는 반사시키는 빔분리프리즘(5)과, 상기 빔분리프리즘(5)을 통해 반사된 빔들을 집광시키는 센서렌즈(6)와, 상기 센서렌즈(6)를 통한 빔들의 데이터 신호를 검지하는 광검출기(7)로 구성되어 있다.
상기와 같은 일반적인 광픽업장치는, 레이저 다이오드(1)에서 나온 빔이 회절격자(2) 및 빔분리프리즘(5)을 지나 시준렌즈(3)에 의해 평행광으로 변환된 후, 대물렌즈(4)를 통해 집광되어 광디스크(D)의 표면에 기록된 정보에 의해 반사 또는 회전된다.
이후, 광디스크(D)의 표면에서 반사된 빔은 동일한 경로를 되돌아와 빔분리프리즘(5)에서 반사되며, 센서렌즈(6)를 지나 광검출기(7)에 의하여 감지된다.
한편, DVD(Digital Video Disk)등의 고밀도 광디스크(D)는 기존의 CD계열의 광디스크(D)보다 기록밀도가 6-8배 이상 증가되므로 대물렌즈(4)의 개구율(NA; Numerical Aperture)이 0.6정도의 높은 값을 가져야만 재생이 가능하게 되는 바, 이 경우 경사(tilt)에 의한 수차는 광디스크(D)의 두께가 두꺼워짐에 따라 커지게 되며, 이를 방지하기 위하여 DVD용 고밀도 광디스크(D)의 두께를 0.6mm로 채택하고 있다.
이때, 제1도와 같은 구성을 가진 하나의 유니트에서 두께가 0.6mm인 DVD용의 고밀도 광디스크(D)와 두께가 1.2mm인 CD계열의 광디스크(D)를 재생하게 되면 다음과 같은 문제가 발생된다.
즉, 두께가 0.6mm인 광디스크(D)에 최적 설계로 제작된 개구율(NA)=0.6인 대물렌즈(4)로 광디스크(D)의 면에 초점이 맺힌 상태에서 빔세기 분포는 제2도의 실선과 같이 표시된다.
이때, 1.2mm 두께의 광디스크(D)에 대물렌즈(4)를 통해 빔을 집광하였을 때는 대물렌즈(4)의 구면수차에 기인하여 제2도의 점선과 같이 표시된다.
즉, 메인로브(main lobe)의 빔 강도가 현저하게 줄어들 뿐만 아니라, 사이드로브들의 빔강도가 상대적으로 증가하여 인접트랙에 기록된 신호로부터의 크로스토크(crosstalk)가 커지게 된다.
이 크로스토크 값은 NA=0.6인 대물렌즈(4)를 CD계열(두께 1.2mm, 트랙피치(pitch) 1.6㎛) 광디스크(D)를 읽을 경우 -20dB보다 열악하게 계산되어 진다.
결과적으로, NA= 0.6 인 대물렌즈(4)로 1.2mm 두께의 광디스크(D)를 재생하기 위해서는 광디스크(D)에 대한 구면수차가 너무 커서 기존의 광픽업장치로서는 CD용 1.2mm 광디스크(D) 및 DVD용 0.6mm 광디스크(D)를 하나의 유니트로 재생할 수 없는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 대물렌즈(4)의 개구율을 조절할 수 있는 개구율 조절수단을 구비한, 제3도에 도시된 바와 같은 구성을 가지는 광픽업들이 개발되었다. 이와 같은 개구율조절수단의 예로서는 액정셔터(10)가 있는데, 이와 같은 액정셔터(10)를 이용한 개구율 조절원리는 다음과 같다. 제3도중 도면 부호 11은 편광홀로그램, 8은 직각프리즘이다.
즉, 구면 수차가 개구율(NA)의 4승에 비례하는 원리를 이용하여, CD용 광디스크(D)에 기록 혹은 독취할 때와 DVD용 광디스크(D)에 기록 혹은 독취할 때의 대물 렌즈(4)의 개구율을 변화시켜 하나의 유니트로 CD 및 DVD용 광디스크 (D) 에 기록 혹은 독취 할 수 있게 한 것이다.
여기서, 대물렌즈(4)의 개구율을 변화시키는 동작은 다음과 같다. 즉, 액정셔터(10)로 입사되는 빔이 P파일 경우, 액정셔터(10)에 전압을 인가하지 않으면, 그 P파는 액정셔터(10)를 지나면서 편광방향이 90° 변환되어 S파로 되고, S파에 대한 회절효율이 0인 편광홀로그램(11)을 아무런 변화없이 통과하여 대물렌즈(4)를 거쳐 DVD용 광디스크(D)에 집광된다. (제4도의 (a)참고)
한편, 액정셔터(10)에 전압을 인가하게 되면, 액정셔터(10)로 입사되는 P파는 편광방향의 변화없이 그대로 통과하여 P파에 대한 회절효율이 큰 편광홀로그램(11)을 통과하면서 일정부분의 빔이 대물렌즈(4)의 외부로 회절된다. 이와 같이 일정부분의 빔을 대물렌즈(4)의 외부로 회절시킴에 의해 개구율을 줄여 CD용 광디스크(D)에 집광되도록 작동된다.(제4도의 (b)참고)
하지만, 상기와 같은 구성을 가지는 액정셔터(10)를 구비한 광픽업장치에서는 편광홀로그램(11)을 사용하여야 하므로 그만큼 레이저다이오드(1)에서 발광된 빔의 손실이 발생되어 명암대비율의 저하에 따른 지터(Jitter)발생의 문제점이 있으며, 이와 같은 편광홀로그램(11)이 사용됨으로 인해 광픽업장치의 구성이 복잡해지고 제조원가가 상승되는 등의 문제점이 있다.
그리고, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 액정층을 PDLC(Polymer Dispersion Liquid Crystal)을 사용하는 방법이 제안되었으나 이는 실제로 적용되었을 경우에 명암대비율(Contrast Ratio)이 낮은등 효율이 좋지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 CD 및 DVD를 하나의 유니트에서 기록/독취하도록 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치를 제공함과 동시에 광원에서 주사된 광의 흡수율을 높이고 산란율을 감소시키도록 액정셔터를 구성하여 액정셔터의 명암대비율을 향상시켜 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치의 성능을 향상시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광픽업장치의 구성을 간단하게 하여 장치의 제조원가를 저감시키는 것이다.
이와 같은 본 발명의 목적은 레이저다이오드에서 발광된 빔을 대물렌즈를 통하여 두께가 다른 디스크의 정보기록면에 집광하기 위하여 상기 대물렌즈의 개구수(NA)를 조절하는 액정셔터와, 상기 액정셔터를 통과한 빔의 편광 상태에 상응하는 부분의 빔을 반사시키는 유전체층을 액정셔터에 일체로 형성한 것을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 레이저다이오드에서 발광되어 대물렌즈를 거쳐 광디스크에 집광되는 광의 광축에 대해 대물렌즈의 개구율을 조절하기 위한 액정셔터를 반사광이 광검출기에 입사되지 않는 각도범위만큼 경사지게 광축상에 설치하고, 액정셔터를 통과하는 광을 편광상태에 따라 투과 또는 반사시키는 유전체층을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 씨디/디브이비 겸용 광픽업장치에 의해서도 달성된다.
상기 액정셔터는 광축방향과 평행한 러빙(Rubbing)방향을 가지는 액정층이 제1 및 제2 글래스기판사이에 구비되고, 상기 제1 및 제2글래스기판의 일면에는 각각 투명전극이 형성되며, 상기 글래스기판중의 하나의 면에는 상기 유전체층이 형성되어 구성되며, 상기 글래스기판에 구비된 투명전극은 상기 기판의 중앙에 원형으로 형성되어 광경로차를 없애주는 원형전극과, 상기 원형전극의 둘레에 환형으로 형성되어 광속의 크기를 조절하는 환형전극이다.
그리고, 상기 유전체층은 굴절율이 MgF2와 ZnS를 여러층 적층하여 형성된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의한 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치를 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제5도는 본 발명에 의한 광픽업장치의 구성을 도시한 구성도이고, 제6도는 본 발명에 의한 광픽업장치에 사용되는 액정셔터의 구성을 도시한 단면구성도이며, 제7도는 본 발명에 의한 광픽업장치에 사용되는 액정셔터에 형성된 투명전극패턴을 도시한 정면도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 광픽업장치의 일실시예는 레이저다이오드(21)와, 상기 레이저 다이오드(21)로부터 발광된 빔(B)중, 특정 편광의 빔(B)은 투과시키고 다른 특정 편광의 빔(B)은 반사시키는 빔스플리터(22)와, 상기 빔스플리터(22)에서 반사된 빔(B)을 평행빔(B)으로 만드는 시준렌즈(23)와, 상기 시준렌즈(23)를 통과한 평행빔을 소정의 경로로 반사시키는 직각프리즘(24)과, 상기 직각프리즘(24)에서 반사된 평행빔을 통과시키면서 개구율(NA)을 조절하는 액정셔터(30)와, 상기 액정셔터(30)를 통과한 평행빔(B)을 광디스크면(D)에 집광시키는 대물렌즈(25)와, 상기 광디스크(D)에서 반사되고 역순으로 진행하여 빔스플리터(22)를 통과한 빔을 감지하는 광검출기(26)로 구성된다. 도면 부호 27은 액츄에이터이다.
상기 액정셔터(30)는 레이저다이오드(21)에서 발광되어 대물렌즈(25)를 거쳐 광디스크(D)에 집광되는 광경로상의 임의의 위치에 설치될 수 있는 것으로, 광축에 대해 대물렌즈(25)의 개구율을 조절하기 위한 액정셔터(30)를 반사광이 광검출기(26)에 입사되지 않는 각도범위만큼 경사지게 설치된다. 이때, 상기 액정셔터(30)는 가능한한 빔(B)의 진행방향과 수직이 되도록 놓는 것이 바람직하다.
이와 같은 액정 셔터(30)의 상세구성은 광축방향과 평행한 러빙(Rubbing)방향을 가지는 액정층(35)이 제1 및 제2 글래스기판(31)(33)사이에 구비되고, 상기 제1 및 제2 글래스기판(31)(33)의 일면에는 각각 투명전극(32)(34)이 형성되며, 상기 제2 글래스기판(33)의 타면에는 상기 유전체층(36)이 형성되어 있다. 상기 액정층(35)의 액정표시형(LCD mode)은 액정분자배열이 상기 제1 및 제2 글래스기판(31)(33)에서 평행한 ECB(Electrically Contralled Birefringency) 모드이다.
그리고, 상기 제2 글래스기판(33)에 구비된 투명전극(34)은 상기 기판(33)의 중앙에 원형으로 형성되어 광경로차를 없애주는 원형전극(34C)과, 상기 원형전극(34C)의 둘레에 환형으로 형성되어 광속의 크기를 조절하는 환형전극(34R)이다.
한편, 상기 유전체층(34)은 굴절율이 1.38인 MgF2와 굴절율이 2.30인 ZnS를 여러층 적층하여 형성하는 것으로 그 하나의 예는 상세한 설명의 끝부분에 도시된 표1에 상세하게 개시되어 있다.
한편, 상기 액정셔터(30)에 구비된 유전체층(34) 대신에 빔스플리터(22)와 시준렌즈(23) 사이에 1/4 파장판(미도시)을 설치하고 상기 빔스플리터(22)를 편광빔스플리터로 바꾸어 편광광속분할기능을 담당하도록 할 수도 있다.
도면중 미설명 부호 32',34'는 투명전극, 35M은 액정분자이다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 광픽업장치의 작용효과를 상세하게 설명한다.
먼저, 상기 액정셔터(30)가 작동되는 원리를 설명하면, 제8도의 (a)에 도시된 바와 같이 전압이 인가되지 않은 상태에서의 액정분자(35M)의 배열은 빔(B)의 진행방향과 평행하게 배열되고, 투명전극(34R)에 문턱치 전압이 인가되면, 제8도의 (b)에 도시된 바와 같이 액정분자(35M)가 제1 및 제2글래스기판(31)(33)면에 대해 수직으로 배열된다. 이와 같이 투명전극(34R)에 전압이 가해져 액정분자(35M)가 기판(31)(33)면에 대해 수직으로 배열된 상태에서는 빔(B)이 액정층(35)을 통과하면서 편광의 변화가 발생하게 된다.
여기서, 상기와 같이 액정분자(35M)가 기판(31)(33)면에 대해 수직으로 배열된 상태에서 액정층(35)을 통과하는 빔(B)의 편광의 변화가 생기게 하기 위해서는 액정층(35)의 굴절율과 액정층(35)의 두께를 조절하여 액정층(35)을 통과하는 빔(B)의 위상차가 180°가 되도록 설계하여야 한다.
한편, 상기 글래스기판(31)(33)에 대해 수직으로 배열된 상태에서 액정층(35)을 통과하는 빔(B)의 위상차(δ)는 다음의 식으로 주어진다.
δ= 2πdno/λ(1-1/2ne 2)1/2-1-1/2no 2)
단, d는 액정층(35)의 두께, no는 액정의 상굴절율, ne는 액정의 이상굴절율, λ는 레이저빔의 파장이다.
상기한 식에서 알 수 있듯이, 액정층(35)의 굴절율과 액정층(35)의 두께를 조절하면 위상차를 180°로 할 수 있게 되어, 레이저다이오드(21)에서 발광된 빔(B)의 편광의 변화를 만들어 낼 수 있다
즉, 제9도의 (a)와 같이 투명전극(32,34)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정의 배열이 광축에 대해 평행하게 되어 있어 레이저 다이오드(21)에서 발광된 P파는 액정층(35)을 통과하면서 편광의 변화없이 그대로 통과되어 유전체층(36)을 지나 대물렌즈(25)로 진행된다.
그러나, 제9도의 (b)에 도시된 바와 같이, 제1 글래스기판(31)의 투명전극(32)과 제2 글래스기판(33)의 환형전극(34R)에 전압이 가해지면 환형전극(34R)에 대응되는 부분의 액정배열이 상기 제8도의 (b)에 도시된 바와 같이 되어, 레이저다이오드(21)에서 발광된 P파가 S파로 된다. 이와 같은 S파는 상기 유전체층(36)에서 반사되어 대물렌즈(25)로 전달되지 않게 된다. 그리고 상기 원형전극(34C)에는 전압을 인가하지 않으므로 원형전극(34C)에 대응되는 액정층(35)의 액정배열은 광축에 대해 평행하게 되므로 이 부분을 통과하는 빔(B)은 레이저다이오드(21)에서 발광된 그대로의 P파가 통과된다. 이와 같은 P파는 상기 유전체층(36)을 통과해 대물렌즈(25)를 통해 광디스크(D)면에 집광된다. 이때, 상기 제2 글래스기판(33)의 환형전극(34R)과 원형전극(34C)의 형태를 대물렌즈(25)의 원하는 개구율을 얻을 수 있도록 형성하면 광디스크(D)에 원하는 크기의 빔스팟(Beam Spot)이 맺히게 된다.
이와 같이 하여 대물렌즈(25)의 개구율을 변화시켜 주면 기록밀도와 두께가 각각 다른 CD계열 광디스크(D)와 DVD용 광디스크(D)를 하나의 유니트에서 독취 또는 기록할 수 있게 된다.
한편, 상기 광픽업장치의 광학계 구성에 있어서 액정판 혹은 액정홀로그램을 없애주었으므로 전체 장치구성이 간단하게 되고, 액정셔터(30)를 광축에 대해 반사빔이 광검출기(26)에 입사되지 않는 임의의 각도만큼 경사지게 설치하고 글래스기판(33)의 일면에 편광광속분할 기능을 하는 유전체층(36)을 형성하여 주었으므로 액정셔터(30)의 구조가 간단하여 지고 명암대비율이 종래에 비해 개선되어 지터발생이 줄어들게 된다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치는 액정셔터를 광축에 대해 소정만큼 경사지게 설치하고 액정셔터의 일측에 편광광속분할기능을 하는 유전체층을 형성하여 주었으므로 CD 및 DVD 각각에 맞는 대물렌즈의 개구율을 만들어 주어 하나의 유니트에서 기록밀도와 두께가 다른 CD 및 DVD를 독취 및 기록할 수 있게 되는 효과가 있다.
그리고, 편광판 혹은 편광홀로그램등을 사용하지 않으므로 인해 전체 광학계의 구성이 간단해지고 명암대비율이 향상되어 지터발생이 현저하게 줄어드는 등의 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 레이저다이오드에서 발광된 빔을 대물렌즈를 통하여 두께가 다른 디스크의 정보기록면에 집광하기 위하여 상기 대물렌즈의 개구수(NA)를 조절하는 액정셔터와, 상기 액정셔터를 통과한 빔의 편광 상태를 상응하는 부분의 빔을 반사시키는 유전체층을 액정셔터에 일체로 형성한 것을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치.
  2. 레이저다이오드에서 발광되어 대물렌즈를 거쳐 광디스크에 집광되는 광의 광축에 대해 대물렌즈의 개구율을 조절하기 위한 액정셔터를 반사광이 광검출기에 입사되지 않는 각도범위만큼 경사지게 광축상에 설치하고, 액정셔터를 통과하는 광을 편광상태에 따라 투과 또는 반사시키는 유전체층을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액정셔터는 광축방향과 평행한 러빙(Rubbing)방향을 가지는 액정층이 제1 및 제2 글래스기판사이에 구비되고, 상기 제1 및 제2 글래스기판의 일면에는 각각 투명전극이 형성되며, 상기 글래스기판중 하나의 면에는 입사되는 광의 편광 광속을 분할하는 유전체층이 형성되어 구성됨을 특징으로 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 글래스기판에 구비된 투명전극은 상기 기판의 중앙에 원형으로 형성되어 광경로차를 없애주는 원형전극과, 상기 원형전극의 둘레에 환형으로 형성되어 광속의 크기를 조절하는 환형전극임을 특징으로 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 유전체층은 MgF2와 ZnS를 적층하여 형성됨을 특징으로 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유전체층이 코팅된 액정셔터는 발광원과 수광원 사이의 임의의 광로 상에 설치됨을 특징으로 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치.
  7. 레이저다이오드에서 발광된 광을 두께가 다른 디스크의 정보기록면에 집광하기 위한 광픽업장치에서 상기 디스크 두께에 따라 변화된 광선속의 폭에 해당되는 광의 편광방향을 변경하는 액정셔터와, 상기 디스크에서 반사된 광을 대물렌즈 및 액정셔터를 통하여 입사 받아 위상을 변경시키는 1/4파장판과, 상기 1/4파장판에 의해 위상이 바뀐 빔을 상기 액정셔터 및 1/4파장판의 편광방향 조절에 의해 편광 광선속을 분할하는 빔스프리터를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 씨디/디브이디 겸용 광픽업장치.
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