(57)【要約】  光学素子（１０）は、曲面から外径方向に延在する環状の平坦部を有するフランジ部（１３）と、フランジ部（１３）の少なくとも一部において、光学素子（１０）の内部から光が入射したときの反射率を低減するための光吸収層（１４）とを含み、光吸収層の厚さが２μｍ以下であるように構成される。または、光学素子（１０）は、曲面から外径方向に延在する環状の平坦部を有するフランジ部（１３）と、を含み、フランジ部（１３）の側面の算術平均粗さがＲａ０．１μｍ以下であり、フランジ部（１３）の少なくとも一部において、金属、半導体または誘電体を含む光吸収層（１４）を有するように構成される。
2020022295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面と、前記曲面から外径方向に延在する環状の平坦部を有するフランジ部とを含む光学素子であって、
前記フランジ部の少なくとも一部において、該光学素子の内部から光が入射したときの反射率を低減するための光吸収層を有し、
前記光吸収層の厚さが２μｍ以下である
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光学素子は、ガラスで形成されている
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記フランジ部の最外面である側面に前記光吸収層を有する
請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
該光学素子の内部から、前記光吸収層に、該光吸収層の鉛直方向を基準とした６５°の角度で入射した光の、４００ｎｍから７００ｎｍの波長帯における反射率が５０％以下である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
該光学素子の内部から、前記光吸収層に、該光吸収層の鉛直方向を基準とした６５°の角度で入射した光の、４００ｎｍから７００ｎｍの波長帯における反射率が３０％以下である
請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
曲面と、前記曲面から外径方向に延在する環状で平坦部を有するフランジ部とを含む光学素子であって、
前記フランジ部の側面の算術平均粗さはＲａ０．１μｍ以下であり、
前記フランジ部の少なくとも一部において、金属、半導体または誘電体を含む光吸収層を有する
ことを特徴とする光学素子。
【請求項７】
前記光学素子は、ガラスで形成されている
請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記フランジ部の最外面である前記側面の算術平均粗さはＲａ０．０１μｍ以下である
請求項６または７に記載の光学素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子を有する光学系。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子と撮像素子とを有する光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、迷光を低減できる光学素子、前記光学素子を有する光学系、および前記光学素子を有する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大きな入射角での光などの意図しない光がレンズに入射すると、レンズや、レンズを含む撮像系の内部での反射によって、迷光が発生することがある。そして、迷光によって、いわゆるゴーストやフレア等が生ずる場合がある。【０００３】
迷光の発生を防止する方法として、レンズの周縁部の芯取りを行い、次いで、粗くなった周縁部に墨を塗着する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１には、レンズの周縁部を粗面にして粗面部で光を散乱させる方法も紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１６−２０６６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラスレンズを例にすると、ガラスを粗面化すると外形の精度が落ちるという問題がある。粗面化されていないガラスに対して墨を塗る場合、ガラスが塗料をはじいて所望の塗着にならないという問題がある。また、墨の厚さのむらによってガラスレンズの外形や、ガラスレンズに含まれるフランジ部の平坦面（フランジ面）の平坦度が低下するという問題がある。【０００６】
撮像光学系等が小型化されることに伴って、レンズ部材などの光学素子の形状精度への要求が上がっている。レンズ部材を撮像光学系の鏡筒に設置する場合に、鏡筒の内面や隣接するレンズ部材のフランジ面との接触によって撮像光学系を調整しつつ組み立てる場合がある。そのような場合に、レンズ部材のフランジ面や外形には、より高い精度が求められる。すなわち、小型化された撮像光学系等では、ガラスの粗面化による問題や墨塗りの問題がより顕著になる。【０００７】
そこで、本発明の一態様は、フランジ面の精度を大きく損なうことなく迷光を低減できる光学素子、前記光学素子を有する光学系、および前記光学素子を有する光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による光学素子は、曲面と、曲面から外径方向に延在する環状の平坦部を有するフランジ部とを含む光学素子であって、フランジ部の少なくとも一部において、光学素子の内部から光が入射したときの反射率を低減するための光吸収層を有し、光吸収層の厚さが２μｍ以下であることを特徴とする。【０００９】
また、本発明の一態様による光学素子は、曲面と、曲面から外径方向に延在する環状の平坦部を有するフランジ部とを含む光学素子であって、フランジ部の側面のＪＩＳ  Ｂ  ０６０１における算術平均粗さＲａは０．１μｍ以下であり、フランジ部の少なくとも一部において、金属、半導体または誘電体を含む光吸収層を有することを特徴とする。
本発明の一態様による光学系は、前記光学素子を有することを特徴とする。
本発明の一態様による光学装置は、前記光学素子を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、フランジ面の精度を大きく損なうことなく迷光を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一態様による光学素子の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】光学素子の内部で発生する迷光を説明するための説明図である。
【図３】光吸収層を成膜するときの様子を模式的に示す断面図である。
【図４】光吸収層の成膜方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一態様による光学素子の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】光学素子を用いて組み立てられた光学系を模式的に示す断面図である。
【図７】酸化クロムおよびクロムの屈折率と消衰係数とを示す説明図である。
【図８】実施例の光吸収層に光が入射した場合の透過率および反射率の計算結果を示す説明図である。
【図９】ガラス内で光吸収層に対して５°から８５°までの範囲で光が入射した場合の反射率を示す説明図である。
【図１０】光吸収層の膜厚が７０％および５０％である場合の、入射角度６５°の光の反射率を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施形態１．
図１は、本発明の一態様による光学素子１０の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。光学素子１０は、第１の曲面１１と、第２の曲面１２と、フランジ部１３と、フランジ部１３の平坦部の少なくとも一部を覆う光吸収層１４とを有している。光学素子１０の材質は、例えばガラスである。なお、使用波長帯において透明であれば、光学素子１０の材質として、セラミックスやプラスチック、有機無機の混合材料などの材質を用いてもよい。また、図１には光学素子１０の一断面が示されているが、平面図においては、フランジ部１３の平坦部は環状であり、第１の曲面１１の外周部から光学素子１０の外径方向に向かって延在する。
【００１３】
図１に示す例では、第１の曲面１１は凸面であり、第２の曲面１２は凸面である。しかし、光学素子１０の形状は、そのような形状に限られない。第１の曲面１１および第２の曲面１２は、それぞれ、凸面と凹面とのいずれでもよく、平坦な面であってもよい。一例として、図２には、凹面の第２の曲面１２が例示されている。図３には、第２の曲面１２が平坦である場合が例示されている。また、フランジ部１３の外周は、芯取りされていない。フランジ部１３の最外面である側面の粗さはＲａ０．１μｍ以下である。なお、Ｒａ０．１μｍ以下は一例であって、粗さは、０．０１μｍなど、より小さくてもよい。
【００１４】
なお、第１の曲面１１および第２の曲面１２の光学面上に反射防止層が設けられていてもよい。
【００１５】
光吸収層１４は、フランジ部１３の平坦部（表面側のフランジ面Ａ）もしくは側面の少なくとも一部、または、フランジ面Ａおよび側面の少なくとも一部の領域に成膜されている。光吸収層１４は、最大厚さが２μｍ以下の薄膜である。光吸収層１４は薄膜であるから、フランジ面Ａの平坦度や外形の形状精度を劣化させないようにすることができる。なお、光吸収層１４は、１層に限られない。光吸収層１４は、異なる材料を２層以上積層した光学多層膜であってもよい。
【００１６】
光吸収層１４は、その一部において、可視波長域における少なくとも一部の波長域で吸収を有する部材を含んでいる。このような材料として、金属、半導体または誘電体の様々な材料を用いることができる。例えば、シリコン、シリコン化合物、カーボン、炭素化合物、ニッケル化合物、亜鉛化合物、クロム化合物、リン化合物、チタン化合物、モリブデン化合物、これらの合金、有機材料などを用いることができる。特に、酸化クロムやシリコンは真空蒸着やスパッタリングの材料として広く用いられているので技術的な蓄積も多いことから、それらの材料を用いてもよい。
【００１７】
図２は、光学素子１０の内部で発生する迷光を説明するための説明図である。図２に示すように、光学素子１０に対して意図しない方向から光２１が入射したときに、光学素子１０内で光が反射し光学素子１０から出射される。光吸収層１４が存在しない場合には、このような光は迷光として最終的に撮像素子（図示せず）に到達し、フレアやゴーストを発生させる。意図しない方向から入射する光は、光学素子１０の有効領域（例えば、第１の曲面１１の領域）の外側（例えば、フランジ部１３）の部位にまで入射する光に相当する。
【００１８】
本実施形態では、フランジ部１３の平坦部および側面の少なくとも一部の領域に光吸収層１４が形成されている。光２１が光学素子１０から出射されるまでの経路において、光吸収層１４によって、反射光の強度は低下する。
【００１９】
したがって、迷光を十分低減するために、光吸収層１４の反射率は、ガラス側（光学素子１０の内部）から光が入射した際に十分小さいことが好ましい。特に、入射角度が全反射を満たす条件となった場合に、光は減衰せずに光学素子１０の内部を導波するので、全反射となる入射角でも反射率が十分小さいことが好ましい。
【００２０】
また、本実施形態では、フランジ部１３が粗面化されたり、粗面化されていないフランジ部１３に対して墨が塗られるといったことはないので、フランジ面Ａの精度を損なうことなく迷光を低減することが可能になる。
【００２１】
ガラスの屈折率を１．５２とすると全反射条件を満たす角度は４１°である。すなわち、入射面（例えば、フランジ面Ａ）に対して入射角４１°以上で光が入射すると、入射光は、入射面で全反射する。全反射条件を満たす角度と最大入射角である９０°との平均の入射角度６５°において、可視光の波長範囲（例えば、４００〜７００ｎｍの波長帯）で反射率が５０％以下になるようにすることが好ましい。反射率は３０％以下になるようにすることがより好ましい。
【００２２】
図２に示すように光吸収層１４がフランジ部１３の側面にも成膜されている場合には、光２１を光吸収層１４に２回入射させることができる。例えば光吸収層１４の反射率が３０％の場合でも、２回反射後の反射率を９％とすることができる。
【００２３】
また、フランジ部１３の側面を覆う光吸収層の厚さが薄くなる場合がある。そのような場合、膜厚が薄くなった領域では一般的に反射率スペクトルが短波長側にシフトする。したがって、５００〜９００ｎｍの波長帯域において、入射角度６５°における反射率スペクトルが極小値を持つようにすることが好ましい。光吸収層１４がそのように形成されると、膜厚が薄くなって反射率スペクトルが短波長シフトした場合でも、十分小さい反射率を得ることができる。
【００２４】
なお、反射率として、ｐ偏光およびｓ偏光の平均値を用いることができる。
【００２５】
光吸収層１４は、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて成膜することができる。
【００２６】
図３および図４を参照して、光吸収層１４の形成方法（成膜方法）を説明する。図３は、光吸収層１４を成膜するときの様子を模式的に示す断面図である。図４は、光吸収層１４の成膜方法を示すフローチャートである。
【００２７】
真空蒸着やスパッタリングを用いる場合、蒸着源（図３では図示せず）から光学素子１０に対して蒸着材３０が飛来する。このため、例えば、図３に示すように、真空蒸着装置やスパッタ装置内にマスク部材３３を設置して光学素子１０の機能面に光吸収層１４が成膜されないようにする（ステップＳ１１）。次いで、光吸収層１４が成膜されていない状態の光学素子１０を、真空蒸着装置やスパッタ装置に装着する（ステップＳ１２）。そして、蒸着又はスパッタリングを行う（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１１の処理とステップＳ１２の処理の実行順は逆であってもよい。また、図３に示すように、フランジ部１３の平坦部に到達する蒸着材３１とフランジ部１３の側面に到達する蒸着材３２とを比較すると、一般に蒸着材３２の量が蒸着材３１の量に対して少なくなる。一般にフランジ部１３の平坦部を蒸着源に向けて光学素子１０を設置するためであり、蒸着材３０が飛来することができる立体角が平坦部の方が大きいからである。
【００２８】
図３において、マスク部材３３は光学素子１０と接していないが、レジスト剤等を光学素子１０に直接塗布するなど、マスク部材３３が、光学素子１０に接触するようにしてもよい。また、マスク部材３３を大きくすることによって、光学素子１０の側面にのみ光吸収層１４を形成するようにしてもよい。また、マスク部材３３に切り欠き等を設けることによって、光吸収層１４に対してマーキング機能を与えてもよい。
【００２９】
フランジ部１３が小さい場合、光吸収層１４の光学特性を直接測定することが難しいことがある。そのような場合には、光学素子１０を割断し、各層の厚さを電子顕微鏡などで計測し、それを元に（１）式によって光学特性（反射率Ｒ）を評価してもよい。
【００３０】
【数１】
2020022295.tif 000003
【００３１】
（１）式において、
【００３２】
【数２】
2020022295.tif 000004
【００３３】
である。ここで、θ０は入射角、ｎ０は入射媒質の屈折率、ｎｒは多層膜の各層の屈折率、ｄｒは多層膜の各層の厚さ、ｎｍは出射媒質の屈折率を表す。材料が吸収を持つような場合には、屈折率として、虚部として消衰係数を持つ複素屈折率を用いればよい。
【００３４】
実施形態２．
図５は、本発明の一態様による光学素子５０の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。図５に示すように、第２の実施形態では、光吸収層５１および光吸収層５２がフランジ部１３の両面（表面側のフランジ面Ａおよび裏面側のフランジ面Ｂ）に亘って成膜されている。そのような構成によって、光学素子１０に入射した光が光学素子１０から出射されるまでの経路において、光吸収層に入射する回数を増やすことができる。したがって、迷光の強度をより低減することができる。なお、図５には光学素子５０の一断面が示されているが、平面図においては、フランジ部１３の平坦部は環状であり、第１の曲面１１の外周部から光学素子５０の外径方向に向かって延在する。また、第１の実施形態と同様、使用波長帯において透明であれば、光学素子５０の材質として、セラミックスやプラスチック、有機無機の混合材料などの材質を用いてもよい。
【００３５】
また、本実施形態でも、フランジ部１３が粗面化されたり、粗面化されていないフランジ部１３に対して墨が塗られるといったことはないので、フランジ面Ａ，Ｂの精度を損なうことなく迷光を低減することが可能になる。
【００３６】
なお、本実施形態の光学素子５０は、第１の実施形態の光学素子１０と同様に成形可能である（図３および図４参照）。すなわち、例えば、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて成膜することができる。ただし、本実施形態では、真空蒸着またはスパッタリングを用いる場合、第１の実施形態と同様にして光吸収層５１を成膜した後、蒸着源と第２の曲面１２との間にマスク部材を設置して光吸収層５２を成膜する。
【００３７】
本実施形態では、真空蒸着またはスパッタリングを用いる場合には第１の実施形態に対して成形のための工程が増えるが、光吸収層５１と光吸収層５２とを一括して成膜できる方法を用いてもよい。
【００３８】
実施形態３．
上記実施形態１、２では、フランジ部が粗面化されていない例を示した。フランジ部は粗面でない方が好ましいが、本発明の一態様はこれに限定されず、フランジ部が粗面化されたものを排除するものではない。フランジ部が粗面化される場合は、フランジ部の平坦度が損なわれないように粗面化されることが好ましい。フランジ部の平坦度が損なわれない粗面化とは、例えば以下のような粗面が好ましい。
粗面化されたフランジ部において、それぞれ１００μｍ×１００μｍの隣り合う２つの領域を、第１の領域、第２の領域とする。第１の領域において、最も高い凸部を第１の凸部とする。第２の領域において、もっとも高い凸部を第２の凸部とする。第１の凸部と第２の凸部の高さの差が、５μｍ以内である。第１の凸部と第２の凸部の高さの差は、好ましくは３μｍ以内であり、より好ましくは２μｍ以内であり、さらに好ましくは１μｍ以内である。
フランジ部が粗面化される場合でも、粗面化されたフランジ部が上述の条件を満たすことで、フランジ面の精度が大きく損なわれることは防げる。また、粗面化されたフランジ部であっても上述の範囲を満たすことで、平坦な板をフランジ部に押し当てた場合に平坦な板の傾きを小さくすることができる。そのため、本発明の一態様の光学素子を用いて光学系を組み立てる際に、フランジ部を組み立ての基準として用いることができる。また、粗面化されたフランジ部であっても上述の範囲を満たすことで、平坦な板をフランジ部に押し当てた場合に変形やがたが生じてチルトが発生することを防止できる。
フランジ部が粗面化されている以外の構成は、実施形態１、２の構成に準じればよいため、詳細な説明は省略する。
【００３９】
図６は、光学素子１０を用いて組み立てられた光学系６０を模式的に示す断面図である。図６に例示する光学系６０では、鏡筒６１の内部に、光学素子１０、レンズ部材２０およびスペーサ６３が配置されている。図６には、第１の実施形態の光学素子１０が例示されているが、第２の実施形態の光学素子５０を用いてもよい。
【００４０】
上述したように、第１の実施形態では（第２の実施形態、第３の実施形態でも同様）、光学素子１０におけるフランジ面Ａ（または、フランジ面Ａ，Ｂ）の精度が損なわれていないので、光学素子１０と鏡筒６１とのクリアランスを十分小さくすることができる。したがって、鏡筒６１の開口の中心と光学素子１０の軸を精度よく合わせることができる。また、光学素子１０のフランジ面Ａ（または、フランジ面Ａ，Ｂ）は十分平坦であるため、フランジ部１３を受ける鏡筒６１の面とのチルトを発生させずに、光学素子１０を鏡筒６１に組みつけることができる。
本発明の一態様の光学素子（第１~第３の実施形態に示される光学素子）は、種々の光学系や光学装置に適用（例えば組み込み）可能である。すなわち、本発明の一態様は、本発明の一態様の光学素子を備えた光学系を提供できる。本発明の一態様の光学系は、光学素子に加えて、上記光学素子と共働するレンズ、反射防止フィルムやバンドパスフィルタなどの光学フィルタ、カバーガラス、絞り等を備えうる。ただし、これらは一例であって、本発明の一態様の光学素子の適用対象はこれら光学系に限られない。
また、本発明の一態様は、本発明の一態様の光学素子を備えた光学装置を提供できる。本発明の一態様の光学装置は、撮像素子を備えた撮像装置であってもよく、撮像素子を備えていない光学装置であってもよい。撮像装置としては、例えばカメラなどが挙げられる。
【実施例】
【００４１】
次に、図１に示された第１の実施形態の光学素子１０を用いた場合の実施例を説明する。屈折率１．５２のガラスをガラスプリフォーム加工し、モールド成形によってレンズ形状（光吸収層１４が成膜されていない状態の光学素子１０）に成形する。光学素子１０の端面はガラスの成形面となっている。フランジ部１３の側面の粗さはＲａ０．１μｍ以下である。【００４２】
このような光学素子１０に対してマスク部材３３を設置した状態で、スパッタリングによって、光吸収層１４として酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、クロム（Ｃｒ）をそれぞれ６０ｎｍ、１０ｎｍ成膜する。したがって、このように成膜された光吸収層１４の厚さは２μｍ以下になっている。【００４３】
図７は、本実施例で用いた酸化クロムおよびクロムの屈折率と消衰係数とを示す説明図である。図７（ａ）に、酸化クロムの屈折率（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｄｅｘ）と消衰係数（Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が示されている。図７（ｂ）に、クロムの屈折率と消衰係数が示されている。図７において、ｎ（破線）は屈折率を示し、ｋ（実線）は消衰係数を示す。【００４４】
図８は、本実施例の光吸収層１４に対してガラス内で垂直に光が入射した場合の透過率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）および反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）の計算結果を示す説明図である。なお、透過率と反射率の値はｐ偏光とｓ偏光の平均値である。【００４５】
図９（ａ）には、ガラス９０内で光吸収層１４に対して５°から８５°までの範囲で光が入射した場合の反射率が示されている。なお、図９（ｂ）には、透過率および反射率の計算の際に想定した構造であって、ガラス９０に対して、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）が６０ｎｍ成膜され、クロム（Ｃｒ）が１０ｎｍ成膜された構造が例示されている。図９（ａ）に示すように、入射角度６５°、すなわち光吸収層１４の鉛直方向を基準とした６５°の角度、においても４００〜７００ｎｍの波長帯域において反射率は３０％以下になっている。また、入射角度６５°において反射率の極小値が約５６０ｎｍになっている。【００４６】
図１０は、酸化クロムとクロムとによる光吸収層１４の膜厚が、図９（ｂ）に示された光吸収層１４に対して、７０％（酸化クロム  ４２ｎｍ、クロム  ７ｎｍ）、５０％（酸化クロム  ３０ｎｍ、クロム  ５ｎｍ）である場合の、入射角度６５°の光の反射率が示されている。膜厚が薄くなることによって反射率の極小値が短波長側にシフトしているが、各厚さにおいて反射率は３０％以下になっている。【００４７】
以上のことから、本実施例の光学素子１０では、全反射条件を満たす角度４１°と最大入射角である９０°との平均の入射角度６５°において（ガラスの屈折率を１．５２とする。）、反射率が十分小さくなっているといえる。すなわち、迷光が低減されることになる。【００４８】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の趣旨を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。【００４９】
本出願は、2018年7月26日出願の日本特許出願（特願2018−139972）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、フランジ面の精度を大きく損なうことなく迷光を低減できる。この効果を奏する本発明は、光学素子、光学系、および撮像光学装置に関して有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１０，５０  光学素子
１１  第１の曲面
１２  第２の曲面
１３  フランジ部
１４，５１，５２  光吸収層
２０  レンズ部材
３０，３１，３２  蒸着材
３３  マスク部材
６０  光学系
６１  鏡筒
６３  スペーサ
【図１】
2020022295.tif 000005
【図２】
2020022295.tif 000006
【図３】
2020022295.tif 000007
【図４】
2020022295.tif 000008
【図５】
2020022295.tif 000009
【図６】
2020022295.tif 000010
【図７】
2020022295.tif 000011
【図８】
2020022295.tif 000012
【図９】
2020022295.tif 000013
【図１０】
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【国際調査報告】
2020022295.tif 000015
2020022295.tif 000016
2020022295.tif 000017
2020022295.tif 000018
2020022295.tif 000019
2020022295.tif 000020
2020022295.tif 000021
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