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CN214474391U - 照明系统及投影装置 - Google Patents

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CN214474391U
CN214474391U CN202120909620.2U CN202120909620U CN214474391U CN 214474391 U CN214474391 U CN 214474391U CN 202120909620 U CN202120909620 U CN 202120909620U CN 214474391 U CN214474391 U CN 214474391U
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excitation light
conversion
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Abstract

一种用以提供照明光束的照明系统。照明系统包括激发光源、第一反射镜、波长转换轮以及匀光元件。激发光束从波长转换轮的第一侧通过中央区域旁后，再从第二侧出射而传递至第一反射镜。第一反射镜使激发光束反射至位于第二侧的中央区域。波长转换轮的非转换反射区反射激发光束，或波长转换轮的波长转换反射区使激发光束被转换为转换光束且反射转换光束。被反射的激发光束或转换光束传递至匀光元件。匀光元件将激发光束及转换光束均匀化后而形成照明光束。一种投影装置亦被提出。本实用新型的照明系统及投影装置能减少光学元件的使用数量。

Description

照明系统及投影装置
技术领域
本实用新型是有关于一种光学系统及光学装置，且特别是有关于一种照明系统及投影装置。
背景技术
已知技术的激光投影机架构利用激光光源模块产生激发光。激发光经由荧光粉轮及滤光色轮于不同时序产生不同的色光后，再穿过匀光元件使光均匀整形。最后借由光阀控制画面的灰阶，再透过投影镜组投出画面。其中，光源模块中的蓝光激光阵列经过光学元件聚焦在转动的荧光粉轮上。蓝光打在荧光粉时会激发出黄光并反射再聚焦进匀光元件内。或者，蓝光穿过荧光粉轮上的挖孔并经过光学元件再聚焦进匀光元件内。
然而，上述的结构使用了过多的光学元件，使投影机的结构累积公差大，并造成组装上的困难及精准度不佳。另外，使用过多的光学元件也使系统体积不易缩小。
本「背景技术」段落只是用来帮助了解本实用新型内容，因此在「背景技术」中所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。此外，在「背景技术」中所揭露的内容并不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本实用新型申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
实用新型内容
本实用新型提供一种照明系统及投影装置，其能减少光学元件的使用数量。
本实用新型的一实施例提供一种用以提供照明光束的照明系统。照明系统包括激发光源、第一反射镜、波长转换轮以及匀光元件。激发光源用以发出激发光束。波长转换轮包括波长转换反射区及非转换反射区。波长转换反射区及非转换反射区位于波长转换轮的中央区域，且波长转换轮包括相对的第一侧及第二侧。激发光束从波长转换轮的第一侧通过中央区域旁后，再从波长转换轮的第二侧出射而传递至第一反射镜。第一反射镜反射激发光束至位于第二侧的中央区域。非转换反射区反射激发光束，或波长转换反射区使激发光束被转换为转换光束且反射转换光束。被反射的激发光束或转换光束传递至匀光元件。匀光元件将激发光束及转换光束均匀化后而形成照明光束。
本实用新型的一实施例提供一种投影装置，其包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上，用以将影像光束投射出投影装置。照明系统包括激发光源、第一反射镜、波长转换轮以及匀光元件。激发光源用以发出激发光束。波长转换轮包括波长转换反射区及非转换反射区。波长转换反射区及非转换反射区位于波长转换轮的中央区域，且波长转换轮包括相对的第一侧及第二侧。激发光束从波长转换轮的第一侧通过中央区域旁后，再从波长转换轮的第二侧出射而传递至第一反射镜。第一反射镜反射激发光束至位于第二侧的中央区域。非转换反射区反射激发光束，或波长转换反射区使激发光束被转换为转换光束且反射转换光束。被反射的激发光束或转换光束传递至匀光元件。匀光元件将激发光束及转换光束均匀化后而形成照明光束。
基于上述，在本实用新型的一实施例中，由于激发光束的光路被设计为通过波长转换轮两次而传递至匀光元件或通过波长转换轮两次而被转换为转换光束再传递至匀光元件，因此，减少了照明系统或投影装置中的光学元件的使用数量，进而使系统组装较容易、精准度较高且缩减了系统体积。
附图说明
图1A是根据本实用新型的第一实施例的投影装置的示意图。
图1B是图1A中的波长转换轮及滤光色轮的示意图。
图2是根据本实用新型的第二实施例的照明系统的示意图。
图3A是根据本实用新型的第三实施例的照明系统的示意图。
图3B是图3A中的波长转换轮的示意图。
具体实施方式
有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。
图1A是根据本实用新型的第一实施例的投影装置的示意图。请参考图1A，本实用新型的一实施例提供一种投影装置10，其包括照明系统100、光阀200以及投影镜头300。照明系统100用以提供照明光束I。光阀200配置于照明光束I的传递路径上，用以将照明光束I转换成影像光束IB。投影镜头300配置于影像光束IB的传递路径上，用以将影像光束IB投射出投影装置10。
详细来说，本实施例的光阀200例如是数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)或是液晶面板(Liquid Crystal Panel,LCD)等空间光调变器。此外，投影镜头300例如是包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合。光学镜片例如包括双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。本实用新型对投影镜头300的型态及其种类并不加以限制。
在本实施例中，照明系统100包括激发光源110、第一反射镜120、波长转换轮130以及匀光元件140。激发光源110用以发出激发光束B。激发光源110例如是激光二极管(LaserDiode,LD)、发光二极管(Light Emitting Diode,LED)或其他合适的光源或其组合，本实用新型并不局限于此。此外，激发光束B可为蓝光、红光、绿光或其他光色的光束。匀光元件140例如是积分柱(Integration Rod)、透镜阵列(Lens Array)或其他具有光均匀化效果的光学元件，但本实用新型不局限于此。本实施例中，照明系统100还可进一步包括滤光色轮150，滤光色轮150配置于波长转换轮130以及匀光元件140之间。
图1B是图1A中的波长转换轮及滤光色轮的示意图。请同时参考图1A与图1B，在本实施例中，波长转换轮130包括波长转换反射区130R2、130R3、130R4及非转换反射区130R1。波长转换反射区130R2、130R3、130R4及非转换反射区130R1相邻配置于波长转换轮130的中央区域，且波长转换轮130包括相对的第一侧130S1及第二侧130S2。激发光束B从波长转换轮130的第一侧130S1通过中央区域旁后，再从波长转换轮130的第二侧130S2出射而传递至第一反射镜120。第一反射镜120反射激发光束B至位于波长转换轮130的第二侧130S2的中央区域。其中，在本实施例的波长转换轮130包括转盘RD及驱动元件M，且驱动元件M例如是马达且连接转盘RD，用以驱动转盘RD以其中心轴C旋转，借此，波长转换反射区130R2、130R3、130R4及非转换反射区130R1可轮流切入被第一反射镜120反射的激发光束B的传递路径上。当非转换反射区130R1切入激发光束B的传递路径上时，非转换反射区130R1反射激发光束B，或当波长转换反射区130R2、130R3、130R4的其一切入激发光束B的传递路径上时，对应的波长转换反射区130R2、130R3、130R4使激发光束B被转换为转换光束F且反射转换光束F。于本实施例中，转盘RD例如为金属转盘，则入射至波长转换反射区130R2、130R3、130R4及非转换反射区130R1的激发光束B或被转换出的转换光束F可被转盘RD反射，或是波长转换反射区130R2、130R3、130R4及非转换反射区130R1对应的转盘位置(即中央区域)可涂布反射层(未绘示)，用以反射激发光束B或被转换出的转换光束F。被反射的激发光束B或转换光束F传递至匀光元件140。匀光元件140将激发光束B及转换光束F均匀化后而形成照明光束I。另外，在本实施例中，波长转换轮130的中央区域例如是围绕转盘RD的中心轴C的区域，即波长转换反射区130R2、130R3、130R4及非转换反射区130R1为围绕转盘RD的中心轴C而设置。
以激发光束B为蓝色光束为例。转换光束F可为红光、绿光、黄光或其组合。其中，不同的波长转换反射区130R2、130R3、130R4较佳是将激发光束B转换为不同光色的光束再使其被反射。
在本实施例中，波长转换轮130的第二侧130S2朝向匀光元件140。
在本实施例中，波长转换轮130还包括激发光束穿透区域130R5。激发光束穿透区域130R5环绕设置在中央区域的外围，即激发光束穿透区域130R5于转盘RD上相对于中心轴C的径向距离大于中央区域(波长转换反射区130R2、130R3、130R4及非转换反射区130R1)于转盘RD上相对于中心轴C的径向距离，其中来自激发光源110的激发光束B朝波长转换轮130的第一侧130S1传递，且从波长转换轮130的第一侧130S1通过激发光束穿透区域130R5后，再从波长转换轮130的第二侧130S2出射而传递至第一反射镜120。
在一实施例中，激发光束穿透区域130R5为中空区域(例如空气层，没有配置任何元件)或设置激发光束穿透率大于等于90％的滤光片或滤光玻璃。更详细的说明，若激发光束穿透区域130R5设置滤光片或滤光玻璃，可例如将滤光片或滤光玻璃的内缘连接设置于转盘RD的外缘，或是转盘RD若为透光材质，则将滤光片设置于转盘RD的其一侧表面上且环绕中央区域的外围。
在本实施例中，非转换反射区130R1以及波长转换反射区130R2、130R3、130R4轮流切入来自第一反射镜120的激发光束B的传递路径上。在第一时序时，非转换反射区130R1切入于激发光束B的传递路径上，并使被非转换反射区130R1反射的激发光束B传递至匀光元件140。在第二时序时，波长转换反射区130R2、130R3、130R4切入于激发光束B的传递路径上，使激发光束B被转换为转换光束F，并被波长转换反射区130R2、130R3、130R4反射的转换光束F传递至匀光元件140。
在一实施例中，于波长转换轮130与匀光元件140之间，激发光束B与转换光束F的光路实质上重合，因此照明系统100的照明光束I中的各色光的光斑均匀度较佳，使投影装置10的成像均匀度更佳。
在本实施例中，滤光色轮150包括激发光束滤光区150R1以及转换光束滤光区150R2、150R3、150R4。其中，激发光束滤光区150R1用于使激发光束B穿过且使其于色光的光束被过滤。转换光束滤光区150R2、150R3、150R4用于各自使不同光色的转换光束F穿过且使其于光色的光束被过滤。其中激发光束滤光区150R1对应于非转换反射区130R1的激发光束B，转换光束滤光区150R2、150R3、150R4可各自对应于来自波长转换反射区130R2、130R3、130R4的转换光束F。
在本实施例的第一时序时，激发光束滤光区150R1切入激发光束B的传递路径上。被非转换反射区130R1反射的激发光束B先穿透滤光色轮150的激发光束滤光区150R1再传递至匀光元件140。在第二时序时，转换光束滤光区150R2、150R3、150R4切入于转换光束F的传递路径上。被波长转换反射区130R2、130R3、130R4反射的转换光束F先对应穿透滤光色轮150的转换光束滤光区150R2、150R3、150R4再传递至匀光元件140。
在本实施例中，滤光色轮150与波长转换轮130实质上互相平行。
在本实施例中，照明系统100还包括光转折元件170。光转折元件170设置在激发光源110与波长转换轮130之间。光转折元件170例如是透镜组，用以使来自激发光源110的激发光束B被折射至波长转换轮130，因此改变激发光束B的传递方向。从激发光源110发出的激发光束B先传递至光转折元件170后，再被光转折元件170偏折路径后传递至波长转换轮130的中央区域旁。
在本实施例中，激发光束B于激发光源110与光转折元件170之间的传递方向与波长转换轮130的转盘RD的盘面法线130N不互相垂直且不互相平行。
在本实施例中，激发光源110沿着波长转换轮130的盘面法线130N的方向上于波长转换轮130的盘面的正投影与波长转换轮130的转盘RD至少部分重叠。
在本实施例中，照明系统100还包括透镜组160、180A、180B。透镜组160、180A、180B用以使光束扩束、缩束、准直或用以调制光束的光斑。透镜组160设置在激发光源110与光转折元件170之间，透镜组160可例如是复眼透镜(Fly-eye Lens)。透镜组180A在激发光束B的传递路径上设置于第一反射镜120与波长转换轮130。透镜组180B在激发光束B或转换光束F的传递路径上设置于波长转换轮130与滤光色轮150之间。
在另一实施例中，上述的透镜组180A、180B也可合并为一个透镜组。也就是说，从第一反射镜120反射至波长转换轮130的激发光束B、被波长转换轮130反射的激发光束B以及转换光束F都会通过该合并后的透镜组。
基于上述，在本实用新型的一实施例中，由于波长转换轮130包括波长转换反射区130R2、130R3、130R4及非转换反射区130R1，且激发光束B的光路被设计为通过波长转换轮130两次而传递至匀光元件140或通过波长转换轮130两次而被转换为转换光束F再传递至匀光元件140，因此，减少了照明系统100或投影装置10中的光学元件的使用数量，进而使系统组装较容易且精准度较高。
而且，由于光源通常需连接大面积散热模块，在激发光源110与匀光元件140分别设置在波长转换轮130的相对两侧，使照明系统100中各光学元件大致呈一直线设置，因此有助于缩减系统高度、宽度或体积。
图2是根据本实用新型的第二实施例的照明系统的示意图。请参考图2，图2的照明系统100’相似于图1的照明系统100，且其主要差异如下。在本实施例中，光转折元件170’可为反射镜或曲面透镜，用以使来自激发光源110的激发光束B被折射而通过波长转换轮130的中央区域旁，因此可使成本降低。而照明系统100’的优点相似于照明系统100，在此不再赘述。
图3A是根据本实用新型的第三实施例的照明系统的示意图。图3B是图3A中的波长转换轮的示意图。请参考图3A与图3B，图3A的照明系统100”相似于图1的照明系统100，且其主要差异如下。照明系统100”没有配置光转折元件，来自激发光源110的激发光束B从波长转换轮130的第一侧130S1直接传递至第一反射镜120，第一反射镜120反射激发光束B至位于波长转换轮130的第二侧130S2的中央区域。另外，在本实施例中，匀光元件140的中心轴140C与波长转换轮130的盘面法线130N不相互垂直且不相互平行。滤光色轮150与波长转换轮130不互相平行。然而，在另一实施例中，匀光元件140的中心轴140C可被设计为与波长转换轮130的盘面法线130N互相平行，且滤光色轮150与波长转换轮130互相平行。
此外，图3B中的照明系统100”的波长转换轮130”省略设置了图1B的波长转换轮130的激发光束穿透区域130R5，即激发光束穿透的区域没有配置任何元件，使来自激发光源110的激发光束B从波长转换轮130的第一侧130S1从波长转换轮130旁通过而直接传递至第一反射镜120，被第一反射镜120反射的激发光束B则于不同时序入射至非转换反射区130R1以及波长转换反射区130R2、130R3、130R4。本实施例的波长转换轮130”的设计，使照明系统100”的成本降低，且系统的空间也降低。而且，照明系统100”省略设置了图1A的光转折元件170或图2的光转折元件170’，因此可使成本进一步降低。照明系统100”其余的优点相似于照明系统100，在此不再赘述。
综上所述，在本实用新型的一实施例中，由于波长转换轮包括波长转换反射区及非转换反射区，且激发光束的光路被设计为通过波长转换轮两次而传递至匀光元件或通过波长转换轮两次而被转换为转换光束再传递至匀光元件，因此，减少了照明系统或投影装置中的光学元件的使用数量，进而使系统组装较容易、精准度较高且缩减了系统体积。
惟以上所述者，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施之范围，即凡依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖之范围内。另外，本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本创作所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型之权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的「第一」、「第二」等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明：
10:投影装置
100、100’、100”:照明系统
110:激发光源
120:第一反射镜
130、130”:波长转换轮
130N:盘面法线
130R1:非转换反射区
130R2、130R3、130R4:波长转换反射区
130R5:激发光束穿透区域
130S1:第一侧
130S2:第二侧
140:匀光元件
150:滤光色轮
150R1:激发光束滤光区
150R2、150R3、150R4:转换光束滤光区
160、180A、180B:透镜组
170、170’:光转折元件
200:光阀
300:投影镜头
B:激发光束
C:中心轴
M:驱动元件
RD:转盘
I:照明光束
IB:影像光束。

Claims (20)

1.一种照明系统，用以提供照明光束，其特征在于，所述照明系统包括激发光源、第一反射镜、波长转换轮以及匀光元件，其中：
所述激发光源用以发出激发光束；
所述波长转换轮包括波长转换反射区及非转换反射区，所述波长转换反射区及所述非转换反射区位于所述波长转换轮的中央区域，且所述波长转换轮包括相对的第一侧及第二侧；
所述激发光束从所述波长转换轮的所述第一侧通过所述中央区域旁后，再从所述波长转换轮的所述第二侧出射而传递至所述第一反射镜，所述第一反射镜反射所述激发光束至位于所述第二侧的所述中央区域；以及
所述非转换反射区反射所述激发光束，或所述波长转换反射区使所述激发光束被转换为转换光束且反射所述转换光束，被反射的所述激发光束或所述转换光束传递至所述匀光元件，所述匀光元件将所述激发光束及所述转换光束均匀化后而形成所述照明光束。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换轮的所述第二侧朝向所述匀光元件。
3.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述波长转换轮还包括激发光束穿透区域，环绕设置在所述中央区域的外围，其中所述激发光束从所述波长转换轮的所述第一侧穿过所述激发光束穿透区域后，再从所述第二侧出射而传递至所述第一反射镜。
4.根据权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述激发光束穿透区域为中空区域或设置激发光束穿透率大于等于90％的滤光片或滤光玻璃。
5.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述非转换反射区以及所述波长转换反射区轮流切入来自所述第一反射镜的所述激发光束的传递路径上，其中：
在第一时序时，所述非转换反射区切入于所述激发光束的传递路径上，并使所述激发光束反射至所述匀光元件；以及
在第二时序时，所述波长转换反射区切入于所述激发光束的传递路径上，使所述激发光束被转换为所述转换光束，并将所述转换光束反射至所述匀光元件。
6.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括滤光色轮，所述滤光色轮包括激发光束滤光区以及转换光束滤光区，其中：
在第一时序时，所述激发光束滤光区切入所述激发光束的传递路径上，被所述非转换反射区反射的所述激发光束先穿透所述激发光束滤光区再传递至所述匀光元件；以及
在第二时序时，所述转换光束滤光区切入于所述转换光束的传递路径上，被所述波长转换反射区反射的所述转换光束先穿透所述转换光束滤光区再传递至所述匀光元件。
7.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统还包括光转折元件，从所述激发光源发出的所述激发光束先传递至所述光转折元件后，再被传递至所述波长转换轮的所述中央区域旁。
8.根据权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述光转折元件为反射镜或曲面透镜。
9.根据权利要求7所述的照明系统，其特征在于，所述激发光束于所述激发光源与所述光转折元件之间的传递方向与所述波长转换轮的盘面法线不互相垂直且不互相平行。
10.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述匀光元件的中心轴与所述波长转换轮的盘面法线不相互垂直且不相互平行。
11.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括照明系统、光阀以及投影镜头，其中所述照明系统用以提供照明光束，所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，用以将所述照明光束转换成影像光束，所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，用以将所述影像光束投射出所述投影装置；其中所述照明系统包括激发光源、第一反射镜、波长转换轮以及匀光元件，其中：
所述激发光源用以发出激发光束；
所述波长转换轮包括波长转换反射区及非转换反射区，所述波长转换反射区及所述非转换反射区位于所述波长转换轮的中央区域，且所述波长转换轮包括相对的第一侧及第二侧；
所述激发光束从所述波长转换轮的所述第一侧通过所述中央区域旁后，再从所述波长转换轮的所述第二侧出射而传递至所述第一反射镜，所述第一反射镜反射所述激发光束至位于所述第二侧的所述中央区域；以及
所述非转换反射区反射所述激发光束，或所述波长转换反射区使所述激发光束被转换为转换光束且反射所述转换光束，被反射的所述激发光束或所述转换光束传递至所述匀光元件，所述匀光元件将所述激发光束及所述转换光束均匀化后形成所述照明光束。
12.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换轮的所述第二侧朝向所述匀光元件。
13.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述波长转换轮还包括激发光束穿透区域，环绕设置在所述中央区域的外围，其中所述激发光束从所述波长转换轮的所述第一侧穿过所述激发光束穿透区域后，再从所述第二侧出射而传递至所述第一反射镜。
14.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述激发光束穿透区域为中空区或设置激发光束穿透率大于等于90％的滤光片或滤光玻璃。
15.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述非转换反射区及所述波长转换反射区轮流切入来自所述第一反射镜的所述激发光述的传递路径上，其中：
在第一时序时，所述非转换反射区切入于所述激发光束的传递路径上，并使所述激发光束反射至所述匀光元件；以及
在第二时序时，所述波长转换反射区切入于所述激发光束的传递路径上，使所述激发光束被转换为所述转换光束，并将所述转换光束反射至所述匀光元件。
16.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述照明系统还包括滤光色轮，所述滤光色轮包括激发光束滤光区以及转换光束滤光区，其中：
在第一时序时，所述激发光束滤光区切入于所述激发光束的传递路径上，被所述非转换反射区反射的所述激发光束先穿透所述激发光束滤光区再传递至所述匀光元件；以及
在第二时序时，所述转换光束滤光区切入于所述转换光束的传递路径上，被所述波长转换反射区反射的所述转换光束先穿透所述转换光束滤光区再传递至所述匀光元件。
17.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述照明系统还包括光转折元件，从所述激发光源发出的所述激发光束先传递至所述光转折元件后，再被传递至所述波长转换轮的所述中央区域旁。
18.根据权利要求17所述的投影装置，其特征在于，所述光转折元件为反射镜或曲面透镜。
19.根据权利要求17所述的投影装置，其特征在于，所述激发光束于所述激发光源与所述光转折元件之间的传递方向与所述波长转换轮的盘面法线不互相垂直且不互相平行。
20.根据权利要求11所述的投影装置，其特征在于，所述匀光元件的中心轴与所述波长转换轮的盘面法线不互相垂直且不互相平行。
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