ZEMAX光学设计软件操作说明详解.docx
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ZEMAX光学设计软件操作说明详解
【ZEMAX光学设计软件操作说明详解】
第二章用户界面
概述
本章介绍了对ZEMAX用户界面进行操作的一些习惯用法，以及一些常用的窗口操作的快捷键。
一旦您学会了在整个程序中通用的简单的习惯用法，ZEMAX用起来就很容易了。
在线教程中，也有逐步学习ZEMAX使用方法的例子。
视窗的类型
ZEMAX有不同类型的窗口，每类窗口完成不同的任务。
这些类型有：
1、主窗口：
这个窗口有很大的空白空间，顶端有标题栏，菜单栏和工具栏。
菜单栏中的命令通常及当前的光学系统相联系，成为一个整体。
2、编辑窗口：
有六种不同的编辑1）透镜数据编辑；2）绩效函数编辑；3）多重结构编辑；4、额外数据（ZEMAX-EE）；5）公差数据编辑；和非顺序组件编辑（ZEMAX-EE）。
3、图形窗口：
这类窗口用作呈现图像数据，例如：
系统图；光线扇形图（Ranfan）；光学传递函数（MTF）；曲线（DotSpot）……等等。
4、文本窗口：
用来列出文本数据，例如：
指定数据、像差系数、计算数据等。
5、对话窗口：
对话框是弹出窗口，不能改变大小。
对话窗口用来改变选项和数据，如：
视场；波长；孔径光阑；表面类型等。
在图像和文本窗口中，对话框也被广泛地用来改变选项，比如改变系统图中光线的数量。
除了对话框，所有窗口都能通过使用标准鼠标这键盘按钮进行移动和改变大小。
如果你对这些方法不熟悉，请参考有关Windows使用的书籍或者Windows的说明书。
主窗口的操作方法
主窗口栏有几个菜单标题。
大部分菜单标题及这本手册后面的章节标题相对应。
从这些章节能够找到使用每一菜单项的具体方法。
以下是菜单的标题：
File：
用于镜头文件的打开、关闭、保存、重命名；
Editors：
用作调用（显示）其他的编辑窗口；
System:
用于确定整个光学系统的属性；
Analysis：
分析中的功能不是用于改变镜头数据，而是根据这些数据进行数字计算和图像显示分析。
包括：
系统图（Layout）、Rayfans，Spotdiagrams，Diffractioncalculationsandmore。
Tools：
工具中的命令是可以改变镜头数据的，也可以从总体上对系统进行计算。
包括：
Optimization，tolerancing，testplatefittingandmore。
Reports：
提供透镜设计的相关文档。
包括系统数据概要；表面数据以及图像报告等。
Macros：
用来编辑和运行ZPLmacros。
Extensions：
提供ZEMAXExtensions的功能，这是ZEMAX的编辑特性。
Window：
从当前所有打开的窗口中选择那一个置于显示的最前面。
Help：
提供在线帮助文档。
大部分菜单命令都有相应的键盘快捷键。
比如：
退出ZEMAX可以键入Ctrl-Q。
快捷键都标在了相应菜单命令旁边。
在主窗口中可以使用Ctrl-Tab快捷键对各种子窗口进行切换，操作后，在ZEMAX“窗口”菜单中罗列的下一个子窗口就变成当前窗口。
主窗口菜单栏下面，还有一排按钮。
这排按钮可以对一些常用的命令进行快速选择。
所有按钮的功能在菜单中都能找到。
按钮的标题及文件菜单下对话框中相关的命令不完全相同，他使用对应于对话框详细标题的三个方便记忆的字母。
要显示这些按钮，显示器最好使用1024×768以上的分辨率。
编辑窗口的操作
编辑窗口的最基本的功能是用来输入镜头和评价函数数据。
每个编辑窗口类似于一个由行和列构成的电子表格。
每一行及每一列构成一个单元格。
如果编辑窗口是活动窗口（标题栏显示为高亮），就会有一个单元格显示为高亮或者相反的颜色。
这个单元格被称为活动单元格，具有输入键盘焦点。
单元格的相反颜色被称为箭头，虽然他并是通常意义下的箭头。
具有键盘焦点是指从键盘输入的任何数据都会输入到这个活动单元格中，除非是象箭头等控制键或者键盘组合，这些控制命令都是直接对主窗口的。
要对活动单元格中的数据进行编辑，只需要重新输入新数据并按回车键结束。
要增加单元格中是数值，可以输入一个“+”号和增加的数，然后回车。
比如，要把12变成17，只需要输入“+5”并回车。
同样，“*”代表乘，“/”代表除。
如果要减去一个数在减数前面加上一格符号即可。
要区分输入的是减数还是负值，可以使用空格来区分。
要对某一个单元格内容进行编辑，又不想重新出入表中所有数据，可以使单元格变为亮，按Backspace或者F2键。
左右光标键，home,end键都可以用来辅助编辑。
鼠标可用来选择和替换文本部分。
一旦单元格内容改变了，按Eenter结束编辑，光标还保留在当前单元格上。
按上下光标键同样可以结束编辑，也可以顺序移动光标。
按下Tab或者Shift-Tab键可以结束编辑并左右移动光标。
要放弃对单元格的编辑，按Escape键。
左右上下光标键可以顺序移动光标。
同时按下Control键和上下左右光标键，可以一次向一个方向移动一屏。
Tab或者Shift-Tab键也可以向左右移动光标。
Pageup和Pagedown键一次将光标移动一屏。
Ctrl-pageup和Ctrl-Pagedown将光标移动到本栏的顶端或者底端。
Home和end键将光标从第一行和最后一行之间切换。
Ctrl-home和Ctrl-end可以将光标从最后一列第一行和最后一行之间切换。
单击单元格会将光标移到其上面。
在单元格上双击会弹出solve对话框。
单击鼠标右键也会弹出solve对话框。
图形窗口操作
图形窗口有一下菜单条：
刷新：
这一功能根据现有设置重新计算在窗口中要显示的数据；
设置：
激活控制这一窗口的对话框；
打印：
打印窗口内容；
窗口：
窗口菜单下有这些子菜单：
注释：
详见“使用注释功能”，注释下面的菜单有：
划线：
在图形窗口中画一条直线；
文本：
在图形窗口中创建并标注文字；
方框：
在图形窗口中绘制方框；
编辑：
允许对注释功能进行扩展编辑；
复制剪切板：
将窗口内容拷贝到Windows的剪切板。
下面的部分有详细的解释：
输出：
将显示的图形以WindowsMeta或者JPG的格式输出。
JPG格式还支持高、中、低三种图像质量。
中等图像质量能够在保证图形质量的情况下，大大减小文件的尺寸。
锁定：
如果“锁定”被选中，窗口会变为“静态”窗口，数据不能被改变。
被锁定窗口的内容可以被打印、可以拷贝到剪切板，也可以存为一个文件。
这一功能可以用于对不同镜头文件进行比较。
一旦窗口被锁定，就不能被刷新。
因此，随后打开的任何新的镜头文件可以及被锁定的窗口的数据进行对比分析。
如果窗口被锁定了，就不能解锁。
要重新计算窗口中的数据，必须把窗口关闭并打开另一个窗口。
克隆：
这个选项能够打开一个新的窗口，这一新窗口的各种设置和显示数据及当前窗口完全相同。
这一功能有助于建立一个基于原始窗口设置的新窗口。
克隆窗口建立之后，操作及其他窗口完全一样，他可以被刷新，也可以改变设置，完全独立于原始窗口。
长宽比：
长宽比可以选为3×4（高×宽）的默认值，也可以选为3×5，4×3，5×3。
后两种选项高度要比宽度大。
默认的长宽比可以在文件的Preferences对话框的Graphics标签上进行设置。
活动光标：
当鼠标位于显示图形的活动区域时，。
活动光标会在窗口的标题上显示鼠标所在的坐标位置。
在大部分由X、Y两个方向表示的图形中，显示的数值的含义是显而易见的。
而在一些其他的图形中，比如三维结构图中，显示的图形是三维物体在二维平面上的投影。
如果图像被旋转，活动光标所显示的坐标值就没有意义了。
不是所有的图形都支持活动光标。
活动光标的默认设置是“关”，但是可以通过选中这项菜单在“开”“关”之间切换。
通过文件菜单中的Preferences对话框下的Graphics标签创建新的图形窗口，可以将活动光标设为自动开或者关。
结构：
选择当前或者其他特定的结构进行数据显示。
默认值是“当前值”，这表示在窗口中显示的数据是遵循当前的结构。
有一些分析窗口，如三维结构图、报告图形、点列图等，在“Setting”对话框中允许选择一种或者多种结构。
如果在“Setting”对话框中具有这一选项，就可以替代窗口中的“结构”菜单，这一项呈灰色。
重叠：
提供所有打开图形窗口的名单。
其中任意一个都可以选择用来及当前显示的图形进行重叠。
重叠功能有助于对两个相似的图形或者结构进行比较，用以发现细小的变化。
文本：
在新窗口中显示文本数据。
不是所有的图形窗口都支持这一功能。
缩放：
控制图形中小区域内图形的缩放。
详见后面“使用PAN和缩放”部分。
缩放菜单下的子菜单有：
放大：
以当前中心位置为中心进行两倍放大；
缩小：
以两倍缩小；
上一次：
恢复前一次的缩放设置；
不缩放：
恢复图形的完整视图。
在使用图形窗口时，有两种鼠标的快捷方式：
在图形窗口任意位置双击鼠标可以使内容更新。
这及选择菜单上的刷新是一样的。
在图形窗口任意位置按下鼠标右键，会弹出设置对话框。
使用注释功能
及几种方式来对图形窗口进行注释，比如常用的划线、方框和文字。
选择注释的最简单的方法是从图形窗口的菜单栏上选择，然后再选“画线”，“方框”或者“文字”。
要画一条直线，选中“画线”这一项，然后在直线起始端按下鼠标左键，并拖动十字线到直线的末端，再释放鼠标键。
画一个方框的步骤也大致如此。
要在窗口中添加文字，选择“注释”，然后是“文字”。
会弹出一个文字输入的对话框。
输入需要的文字，然后选择“OK”，再在窗口中需要添加文字的部位单击鼠标。
要对直线和文字进行更为精确的控制，比如对文字字体进行设置，或者增加更为复杂的注释，从图形窗口选择“注释”下的“编辑”菜单。
将会弹出一个注释编辑器窗口，这个窗口由一个简单的文本编辑器和几个按钮构成，另外还有一个单选框（CheckBok），用来使图形的注释功能禁用或者允许使用。
文本编辑区域用来定义图形的注释功能。
要插入一条新的直线，可以使用键盘命令Ctrl-Enter。
有几种支持的命令，每一种使用特定的语法。
如：
TEXT“string”x、yanglefontxfonty
TEXT命令用来在x,y确定的位置写上双引号中的文本。
文字角度由angle确定，采用固定字体，这种字体的宽度和高由fontx和fonty确定。
坐标使用归化单位：
图形左边缘的坐标为x=0.0,右边x=100.0，底边y=0.0以及顶部y=100.0。
原点为屏幕是左下角。
角度值用度数表示。
Fontx和fonty的单位可以是任意的。
角度、Fontx、fonty的值可以不定义，此时使用的是默认值。
LINEx1y1x2y2
LINE命令用来绘制一条从x1，y1到x2，y2的直线。
X和Y的单位和坐标系统及上面TEXT命令中的确定方法完全相同。
BOXx1y1x2y2
BOX命令以x1，y1和x2，y2为对角位置绘制一个方框。
X和Y的单位和坐标系统及上面TEXT命令中的确定方法完全相同。
ELLIPSExyrxry
ELLIPSE命令以x，y为中心，长半轴为rx，短半轴为ry画椭圆。
如果rx及ry相同，或者ry省略，那么画出来的是一个半径为rx的圆。
在注释对话框中有几个按钮：
OK：
接受显示的注释并退出。
Cancle：
恢复为原先的注释并退出。
SAVE：
打开“保存为”对话框，可以按给定的文件名对注释进行保存。
LOAD：
打开装载对话框，可以选择装载文件。
装载进来的文件包含有注释。
RESET：
清除编辑缓存。
HELP：
在线帮助功能。
使用移动和缩放功能
任何图形窗口都可以被移动（左右上下移动）或者被缩放。
要激活移动和缩放功能，选择任意ZEMAX的图形窗口，在窗口任何位置单击鼠标左键并持续按住1/2秒钟，这时光标将由箭头变为十字。
向右下方拖动鼠标，当出现的矩形框大小覆盖需要聚焦放大的区域后，释放鼠标。
选中的区域会放大到充满整个窗口，但是图形的纵横比仍然保持不变。
要进行移动，拖动窗口边缘的滚动按钮。
只有当图形被放大后，才允许对图形进行移动。
要将图形恢复到原始尺寸，从图形窗口的菜单栏中选择“缩放”“不缩放”即可。
使用移动和缩放功能时，可以使用键盘快捷键。
详见本章“常用快捷键总结”表。
文本窗口操作
文本窗口有以下菜单条：
刷新：
使用当前设置，重新计算窗口中显示的数据；
设置：
激活控制窗口选项的对话框。
打印：
打印窗口内容；
窗口：
有五个子菜单：
复制剪切板：
将窗口内容复制到Windows剪切板。
下面有详细的介绍。
保存文本：
将显示文本数据保存为ASCII文件；
锁定窗口：
如果选择此项，窗口会变为静态窗口，其中数据不能改变。
锁定窗口中的内容可以被打印、复制到剪切板，和保存到一个文件中。
这一功能应用于对不同的镜头文件数据结果进行对比。
一旦窗口被锁定，就不能刷新，所以后被载入的新镜头文件就可以及它进行对比分析。
窗口被锁定后，就不能解锁。
要对窗口的数据进行重新计算，必须关闭此窗口，重新打开。
克隆：
这一选项会打开一个新的窗口，新窗口的设置和显示的数据及当前窗口完全一致。
这一功能有助于建立一个基于原始窗口设置的新窗口。
克隆窗口被建立之后，及其他窗口完全一样，可以被刷新，也可以独立于第一窗口改变设置。
结构：
为显示数据选择当前或者任意结构。
默认值是“当前”，这表示在窗口中显示的数据是遵循当前激活的机构的。
文本窗口中有两种鼠标的快捷方式：
在图形窗口任意位置双击鼠标可以使内容更新。
这及选择菜单上的刷新是一样的。
在图形窗口任意位置按下鼠标右键，会弹出设置对话框。
对话框操作
大部分对话框都有自说明文件。
一般来说Windows的对话框都有OK和Cancle按钮。
分析功能中（比如RayFanPlot）的对话框可以对不同选项进行选择。
这种对话框有六个按钮。
确定（OK）：
按照当前选项，重新计算和显示数据；
取消（Cancle）：
恢复对话框激活当前的选项，不重新计算数据；
保存：
将当前选项保存作为以后的默认设置。
下面有详细的解释；
载入：
载入之前保存的默认值。
下面有详细的解释；
复位：
将默认值复位为出厂设置；
帮助：
启动ZEMAX帮助系统。
保存和载入按钮具有双重功能。
当保存按钮被按下时，当前设置被保存到当前镜头文件中，同时，其他所有没有特定设置的镜头也按此进行设置。
比如，镜头A载入时，在系统图中光线数目设为15，然后按下保存按钮，A的默认光线数目就被设为15。
而后建立的其他新镜头，或者没有特定设置的原有镜头，也会将15条光线作为默认值。
假设又载入镜头B，光线数要变为9，也按下保存按钮。
对于B，以及其他没有特定设置的镜头，默认值就变成了9。
但是，原来的镜头A仍保持15的设置，因为它有自己的特定设置。
载入按钮也是一样的。
当按下载入按钮时，ZEMAX会检查是否这一镜头之前有过设置。
如果有，相应的设置也被载入。
如果没有，ZEMAX就载入对所有镜头适用的最后一次的设置。
还用上面的例子，如果载入一个新的镜头C，由于最后一次的保存设置光线数为9，它的光线数也是9，而A和B载入时，设置分别为15和9，这是因为他们都有属于自己的设置。
保存和载入的设置被保存在及镜头文件同名的文件中，但扩展名由“ZMX”变为“CFG”。
CFG文件中没有镜头数据，而只是对没有分析功能进行的用户设置。
对话框中的另外选项可以使用键盘和鼠标进行选择。
使用键盘时，用Tab和Shift-Tab键进行移动选择。
空格键可以对单选框进行切换。
光标键可以对下拉项进行选择。
在下拉框中按下任意选项的首字母也可以选择该项。
取消长时间的计算
一些ZEMAX的工具需要较长的计算时间。
比如优化、全局优化、公差分析等，他们的运行可以需要几秒钟，也可能需要好几天。
要中断这些功能的运行，可以按下显示的“中断”按钮。
按下后，ZEMAX会退出计算，回到主程序的控制中。
一般来说，计算的结果就得不到了，而且也不会显示出来。
一些分析功能（MTF和图像分析功能），在一些情况可能运行很长的时间。
比如MTF计算时采用非常大的网格数，或者在进行象质分析时采用的光线密度非常大，这都需要长时间的计算。
然而，因为分析功能是直接在窗口中显示输出，窗口中没有状态进程框，也没有中断按钮，这种情况下，键盘命令“Escape”就用来中断长时间的计算。
没有相应的鼠标动作，只有Escape可以使用。
Escape键可以中断MTF,PSF,Encircled能量，和其他衍射的计算。
如果Escape键被按下了，会回到对主程序的控制中（需要1到2秒的时间），在窗口中显示的数据是无效的。
对于象质分析功能，Escape键中断对新的光线的追迹计算，但是，已经追迹的光线还是会显示出来，即使不完整，光线的数据也是正确的。
常用快捷键总结
下面的表格总结了常用的快捷键，包括对键盘和鼠标的操作
ZEMAX快捷键
动作
结果
Ctrl+Tab
从窗口到窗口移动输入焦点
Ctrl+字母
是许多ZEMAX工具和功能的快捷键。
比如，Ctrl+L显示二维结构图。
菜单旁边列出了所有的键盘快捷键。
F1……F10
很多功能也使用功能键作为快捷键。
菜单旁边列出了相应的快捷功能键。
Backspace
当一个编辑窗口具有输入焦点时，运用Backspace键可以对高亮的单元格进行编辑。
按下Backspace键后，鼠标和左右光标键可以用来进行编辑。
双击鼠标左键
如果鼠标在图形和文本窗口中，双击会使窗口内容重新计算和重绘。
这及选择刷新完全一致。
对于编辑窗口，可以产生solves对话框。
鼠标右键
在图形和文本窗口中，击鼠标右键会弹出对窗口进行设置的对话框。
这及选择“设置“完全一样。
对于编辑窗口，可以产生solves对话框。
Tab
在编辑窗口中移动到下一个单元格，在对话框中移动到下一区域。
Shift+Tab
在编辑窗口中移动到前一个单元格，在对话框中移动到前一区域。
Home/End
在表格编辑器中，移动到当前编辑器的左上角/左下角；在文本窗口中，移动到窗口的顶部/底部；在图形窗口中，放大/缩小
Ctrl+Home/End
在表格编辑器中，移动到当前编辑器的右上角/右下角；在图形窗口中，上一次缩放/恢复原状态
箭头（左右上下）
在表格编辑器中，一次移动一个单元格；在三维图形窗口中，绕X、Y旋转视图。
Ctrl+箭头（左右上下）
在表格编辑器中，一次移动一屏；在图形窗口中，向左右上下移动。
PageUp/Down
在表格编辑器中，一次向上或者向下移动一屏；在三维图形窗口中，绕Z旋转视图。
Ctrl+PageUp/Down
在表格编辑器中，移动到一列的顶端或者底部。
WINDOWS快捷键
动作
结果
ALT+TAB
在当前运行的运用程序之间切换在ZEMAX及其他应用程序之间切换时非常有用
CTRL+ESC
弹出Windows任务栏，可以选择其他应用程序。
ALT
选中当前应用程序的顶部菜单条
ALT+字母
选中菜单中具有相应字母的选项。
比如，ALT+F选中文件菜单
TAB
移动到下一选项或者区域
SHIFT+TAB
移动到前一选项或者区域
空格键
在单选框的开启或者关闭之间切换
回车
在对话框中及按下高亮或者默认的按钮等效
字母
在下拉框中按下一个词的首字母可以选中该项。
使用Windows剪切板
Windows中一个非常有用的工具就是剪切板。
剪切板是图形及文本的“保留区域“。
使用剪切板的优点在于，几乎所有的Windows程序都可以对剪切板进行导入和输出。
ZEMAX最基本的功能就是用来产生图形和文字数据，它只支持对剪切板的输出。
一旦锁需数据拷贝到剪切板，其他的应用程序，诸如文字处理器，图像编辑器，或者桌面印刷系统就可以很容易低重新应用这些数据。
比如，这本手册中的图形就是ZEMAX产生后，拷贝到剪切板，然后再从剪切板粘贴到桌面印刷系统程序中的。
要使ZEMAX的图形和文本输出到剪切板中是非常简单的。
选择所需要的图形和文本，然后选择菜单中的“窗口”，“复制到剪切板”即可。
表面上看不到任何变化（数据的传送非常快），但是数据就可以被其他应用程序使用了现在要把剪切板数据输送到一个文字处理程序中，运行这一程序，现在“粘贴”，这一选项一般在程序的“编辑”菜单下。
可以查阅这一程序的文档说明。
一些Windows的应用程序不能输入ZEMAX的图形，即使在Windows的剪切板中可以正确的显示也不行。
这中情况下，可以使用这一章前面描述的图形窗口部分中介绍的“输出Metafile”，创建Metafile文件之后，大部分的Windows程序可以导入这类图形了。
将ZEMAX图形输送到其他应用程序中的另外一种方法是使用屏幕捕获，这能将整个屏幕和任意单个的窗口建立成为一个位图图像。
要将整个屏幕捕获为一个位图，按下Ctrl+PrintScreen键。
要捕获一个窗口，选中那一窗口并按下ALT-PrintScreen。
屏幕位图被捕获后，可以使用Ctrl+v或者“编辑”菜单中的“粘贴”命令粘贴到其他程序中。
具体使用那种方法取决于程序。
第三章习惯用法和定义
介绍
这一章对本手册的习惯用法和术语进行说明。
ZEMAX使用的大部分习惯用法和术语及光学行业都是一致的，但是还是有一些重要的不同点。
活动结构
活动结构是指当前在镜头数据编辑器中显示的结构。
详见“多重结构”这一章。
角放大率
像空间近轴主光线及物空间近轴主光线角度之比，角度的测量是以近轴入瞳和出瞳的位置为基准。
切迹
切迹指系统入瞳处照明的均匀性。
默认情况下，入瞳处是照明均匀的。
然而，有时入瞳需要不均匀的照明。
为此，ZEMAX支持入瞳切迹，也就是入瞳振幅的变化。
有三种类型的切迹：
均匀分布，高斯型分布和切线分布。
对每一种分布（均匀分布除外），切迹因素取决于入瞳处的振幅变化率。
在“系统菜单”这一章中有关于切迹类型和因子的讨论。
ZEMAX也支持用户定义切迹类型。
这可以用于任意表面。
表面的切迹不同于入瞳切迹，因为表面不需要放置在入瞳处。
对于表面切迹的更多信息，请参看“表面类型”这一章的“用户定义表面”这节。
后焦距
ZEMAX对后焦距的定义是沿着Z轴的方向从最后一个玻璃面计算到及无限远物体共轭的近轴像面的距离。
如果没有玻璃面，后焦距就是从第一面到无限远物体共轭的近轴像面的距离。
基面
基面（又称叫基点）指一些特殊的共轭位置，这些位置对应的物像平面具有特定的放大率。
基面包括主面，对应的物像面垂轴放大率为＋1；负主面，垂轴放大率为－1；节平面，对应于角放大率为+1；负节平面，角放大率为－1；焦平面，象空间焦平面放大率为0，物空间焦平面放大率为无穷大。
除焦平面外，所有的基面都对应一对共轭面。
比如，像空间主面及物空间主面相共轭，等等。
如果透镜系统物空间和像空间介质的折射率相同，那么节面及主面重合。
ZEMAX列出了从象平面到不同象方位置的距离，同时也列出了从第一面到不同物方平面的距离。
主光线
如果没有渐晕，也没有像差，主光线指以一定视场角入射的一束光线中，通过入瞳中央射到象平面的那一条。
注意，没有渐晕和像差时，任何穿过入瞳中央的光线也一定会通过光阑和出瞳的中心。
如果使用了渐晕系数，主光线被认为是通过有渐晕入瞳中心的光线，这意味着主光线不一定穿过光阑的中央。
如果有瞳面像差（这是客观存在的），主光线可能会通过近轴入瞳中心（如果没有使用光线瞄准）或光阑中央（如果使用光线瞄准），但一般说来，不会
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