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ZEMAX光学设计：在非序列模式下仿真双折射实例
引言：
在非序列模式下，在物体类型（Object Type）中设置相关参数来仿真双折射偏振器件。
设计仿真：在ZEMAX非序列模式下仿真双折射偏振器件。
在波长设定对话框中，选择F,d,C（visible）自动加入三个波长，如下图：
在NSC Editor中输入结构参数，如下图：
第一行，设置一个椭球光源，Layout Rays设为100，Analysis Rays 设为100000，X Half Width和Y Half Width分别设为0.5mm，其他参数默认。
第二行，设置一个柱状双折射晶体，Z Position设为1，Material设为CALCITE（方解石），Front R和Back R分别设为20，Z Length设为100。
如上图，在第二行的Index对话框中，选择Birefringent，并在Ay 和Az分别设为0.707，Axis Length（轴线长度）为10mm。
第三行和第四行，分别设置两个Source Rectangle，用于分别探测o光和e 光。
查看NSC 3D Layout，如下图：
注意：需要勾选“Split NSC
Rays”。
查看探测器探测到的o光和e光的图像，如下图：。
基于zemaX的汽车新型反光杯设计
随着汽车的普及，汽车反光杯的使用频率越来越高。
但是现有的反光杯存在着反射面
不够清晰、视野范围不够广阔等问题，这不仅会影响驾驶员的视线，也会增加驾驶风险。
因此，设计一种新型汽车反光杯非常有必要。
为了解决现有反光杯存在的问题，我们提出了一种基于zemaX的汽车新型反光杯设计。
zemaX是一种高强度的高分子材料，它具有耐磨性好、耐腐蚀性好、易加工成型等特点，
非常适合汽车反光杯的制造。
首先，我们对传统的汽车反光杯进行了改良，将传统的反射面改为zemaX材料，提高
了反光杯的耐用性和反射效果。
同时，为了增大反光杯的视野范围，我们采用了全景式设计，将反光杯的反射面延伸到舵盘两侧，使驾驶员能够更全面地观察车辆周围的情况。
其次，我们在反光杯的背面增加了倾斜角度，使驾驶员在观察后方情况时更加方便。
反光杯的尺寸也进行了优化，加宽了反光镜的宽度，缩短了高度，使驾驶员在后视镜中更
容易观察到行人和其他车辆。
除此之外，我们还在反光杯的侧面增加了倾斜角度和凸起，增加了反光杯在车辆侧方
的视野，提升了驾驶员的安全感。
在新型汽车反光杯的制造过程中，我们使用了数控机床精确切割zemaX材料，使反光
杯的表面光滑平整，反射效果更加清晰。
同时，我们还使用了UV紫外线喷涂技术，使反光杯的表面更加耐久，不易受到紫外线、雨水等环境因素的影响。
总的来说，我们的设计方案可以有效解决现有汽车反光杯存在的问题，提升驾驶员的
道路安全感和安全性。
基于zemaX的汽车新型反光杯设计，是一种创新性的设计理念，将
为汽车行业的发展带来新的思路和动力。
文章编号：2095-6835（2023）20-0006-03基于ZEMAX的水质参数检测光学系统仿真设计＊徐耀民，李丽娜（华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021）摘要：水质参数近红外检测具有快速、非破坏性、无需预处理的特点，是近年来的研究热点。
主要探讨了700～1100nm 波段光栅型短波近红外检测中光学系统的仿真设计及优化方法。
通过Czerny-Turner分光结构的参数计算，设计光路位置参数以及光学元件尺寸结构参数；基于ZEMAX仿真软件，对光线追迹进行仿真和光路结构优化研究。
基于ZEMAX光学系统的仿真优化设计，可获得结构简单、开发成本较低的光栅型短波近红外检测装置，为水质参数近红外检测小型化仪器的开发提供理论依据和技术支持。
关键词：水质；近红外；光栅；ZEMAX中图分类号：TH744文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.20.002近红外光谱技术主要是通过检测分子中的官能团来完成对样品的定性或定量分析。
当含有红外活性分子时，分子键与近红外光子发生作用。
分子通过对光能的吸收，产生振动、旋转，形成不同能级间的跃迁。
近红外光谱检测技术，是通过分析有机化学物质在对应光谱区域内所产生的光学特性，来获取样品中成分性质或含量的信息[1]。
由于近红外光谱技术具有快速、非破坏性、无需预处理的特点，被环境、食品、石油、加工、生命科学等众多领域广泛研究和应用。
随着社会的进步与发展，人类对健康生存环境的要求不断提高，特别是对水环境（如海水、河流、地下水等）水质状况越来越关注。
有机化合物污染是影响水质参数（如pH值、浊度、溶解氧等）的重要因素之一，相较于传统的化学和电化学方法的水质参数检测技术，近红外检测技术避免了烦琐的操作步骤和对液体样品的二次污染，可满足现场快速检测的需求。
但由于近红外光谱谱峰重叠、信噪比低，如何提高近红外检测精度是目前近红外光谱分析最终应用的关键问题。
电光源玻璃外壳玻璃零件的仿真与模拟研究在现代科技发展的进程中，电光源玻璃外壳成为了许多光学领域关注的焦点。
它不仅能保护电光源的内部结构免受环境的影响，还能提供良好的光学性能。
而其中起着重要作用的是玻璃零件。
本文将以电光源玻璃外壳的玻璃零件为研究对象，进行仿真与模拟研究。
首先，对于电光源玻璃外壳的玻璃零件，我们需要对其进行几何建模。
借助计算机辅助设计软件，我们可以快速而准确地建立三维模型。
在设计过程中，要考虑到玻璃零件的形状、尺寸以及光学参数等关键因素。
通过合理设置参数，我们能够获得真实可信的模型。
其次，仿真是一个重要的研究手段。
通过仿真，我们可以对电光源玻璃外壳的玻璃零件在不同条件下的性能进行评估。
例如，我们可以模拟光线在玻璃零件内的传播过程，分析折射、反射和散射等光学效应。
同时，我们还可以利用仿真来研究玻璃零件的热传导性能，分析其在高温环境下的稳定性。
通过这些仿真结果，可以为优化设计和选择合适的材料提供科学参考。
在进行仿真研究时，我们需要借助计算机模拟软件，如有限元分析方法。
这种方法可对材料的力学行为进行建模和计算。
通过施加不同的力或温度，在模拟软件中可以模拟玻璃零件的变形、应力和应变等物理特性。
这些仿真结果可反映出玻璃零件在现实工作环境中的性能表现。
此外，还可以利用模拟研究玻璃零件的光学特性。
例如，我们可以使用光学模拟软件来模拟光线在玻璃零件内的传播路径和光照分布。
通过对光线的追踪与计算，我们可以定量地评估玻璃零件的光学性能，比如透射率、反射率和散射率等。
这些光学参数对于电光源的光效和能耗等指标有着重要的影响。
在仿真与模拟研究中，其中一个重点是材料的选择。
玻璃材料因其特有的光学性能和物理特性而成为电光源玻璃外壳的理想材料之一。
在仿真过程中，我们可以模拟研究不同材料的导热性、折射率和散射率等参数，以评估其在电光源玻璃外壳中的适用性。
通过对不同材料的性能进行比较和分析，可以为实际制造提供更科学合理的建议。
第四章设计教程简介这一章将要教你如何使用ZEMAX，这一章的每一节将会让你接触一个不同的设计问题。
第一个设计例子是非常简单的，如果你是一个有经验的镜片设计师，你也许觉得它并不值得你去费心，但是，如果你花费一点点时间去接触它，你可以学到如何运行ZEMAX，然后你可以继续你自己特别感兴趣的设计。
前几个例子中，提供了一些关于镜片设计理论的教程内容，用来帮助那些对专用术语不是很了解的人。
但在总体上来说，这本手册，以及其中的这些特例，目的都不是要将一个新手培养成为一个专家。
如果你跟不上这些例子，或者你不能理解程序演示时与计算有关的数学知识，可以参考任何一本“简介”这一章中所列出的好书。
在开始课程之前，你必须先通过正当手段安装ZEMAX。
课程1：单透镜（a singlet）你将要学到的：开始ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光程差曲线（OPD），和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。
假设你需要设计一个F/4的镜片，焦距为100mm，在轴上可见光谱范围内，用BK7玻璃，你该怎样开始呢？首先，运行ZEMAX。
ZEMAX主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。
你可以对LDE窗口进行移动或重新调整尺寸，以适合你自己的喜好。
LDE由多行和多列组成，类似于电子表格。
半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。
LDE中的一小格会以“反白”方式高亮显示，即它会以与其他格子不同的背景颜色将字母显示在屏幕上。
如果没有一个格子是高亮的，则在任何一格上用鼠标点击，使之高亮。
这个反白条在本教程中指的就是光标。
你可以用鼠标在格子上点击来操纵LDE，使光标移动到你想要停留的地方，或者你也可以只使用光标键。
LDE的操作是简单的，只要稍加练习，你就可以掌握。
开始，我们先为我们的系统输入波长。
这不一定要先完成，我们只不过现在选中了这一步。
基于zemaX的汽车新型反光杯设计随着汽车行业的不断发展，车辆设计与配件也在不断更新换代，其中反光杯作为车辆内部配件之一，起到了重要的视觉引导和安全功能。
而基于zemaX的汽车新型反光杯设计，更是在传统反光杯的基础上做了革新和创新，为驾驶者提供了更加舒适、安全和智能的驾驶体验。
一、设计理念基于zemaX的汽车新型反光杯设计，融合了现代科技与汽车设计理念，致力于为驾驶者提供更加舒适、安全和便捷的驾驶体验。
首先在外观上采用了简约时尚的设计风格，展现出高端大气上档次的品质。
而在功能上，更是充分考虑到了驾驶者的需求，通过科技手段为驾驶者带来更多的便利和安全保障。
二、产品特点1.智能反射技术：基于zemaX的汽车新型反光杯设计采用了智能反射技术，能够根据光线的变化自动调整反光角度，有效降低夜间行驶的盲区，提高驾驶安全性。
2.照明灯光：反光杯内置照明灯，能够在夜间或者光线较暗的环境下提供良好的照明效果，方便驾驶者取用物品或者观察后方情况。
3.舒适材质：反光杯表面采用舒适材质，手感柔软且防滑，一定程度上提高了驾驶者的使用舒适度，减少车内碰撞声音。
4.智能感应：基于zemaX的汽车新型反光杯设计还具备智能感应功能，当驾驶者靠近反光杯时，灯光和反光效果会自动启动，为驾驶者提供更加便捷的使用体验。
5.智能充电功能：反光杯内部还配备了USB充电接口，驾驶者可以直接在车内通过反光杯对手机等设备进行快速充电，更加方便实用。
6.多种颜色选择：基于zemaX的汽车新型反光杯设计提供了多种颜色选择，可以根据驾驶者的个人喜好和车辆内饰风格进行选择，展现个性化的魅力。
三、产品优势基于zemaX的汽车新型反光杯设计在技术和功能上具有非常明显的优势，不仅能够提高驾驶者的使用体验，而且能够提高驾驶安全性和便捷程度。
具体体现在以下几方面：1.安全性提升：智能反射技术和照明灯光的应用，能够有效降低夜间行驶的盲区，提高驾驶安全性。
而且在夜间光线较暗的路段，反光杯的照明功能还可以提供额外的照明支持，更大程度上降低驾驶风险。
基于zemaX的汽车新型反光杯设计1. 引言1.1 背景介绍在汽车行驶过程中，灯光的重要性不言而喻。
尤其是在夜间或恶劣天气条件下，反光杯的设计和性能直接影响车辆的安全性和可见性。
目前市面上的反光杯设计多样，但普遍存在光束散射、反射效率低等问题。
为了提升汽车反光杯的性能及设计，研发基于zemaX技术的新型反光杯势在必行。
zemaX技术是一种具有高光学透明度和折射率的材料，能够有效提高反光杯的折射率，使其具有更好的聚焦效果和反射性能。
通过将zemaX技术应用到汽车反光杯的设计中，可以有效减少光束散射，提高反射效率，增强车辆的可见性和安全性。
本文旨在探讨基于zemaX 技术的汽车新型反光杯设计，并分析其原理、特点、材料选择及实际应用情况，为汽车反光杯的设计和改进提供参考和启示。
1.2 研究目的研究目的：通过对基于zemaX技术的汽车新型反光杯设计的研究，旨在提高汽车反光杯的性能和实用性，满足消费者对安全和舒适性的需求。
具体目的包括：1. 探究zemaX技术在汽车反光杯设计中的应用，评估其优势和潜在问题；2. 分析反光杯设计原理，深入了解其工作原理和实现方式；3. 研究设计特点，探讨如何使新型反光杯更具实用性和设计感；4. 讨论材料选择对反光杯性能的影响，寻找最适合的材质；5. 探讨实际应用场景，了解反光杯设计在汽车行业中的实际价值和应用前景。
通过研究这些内容，旨在为汽车行业提供更具创新性和实用性的反光杯设计方案，满足消费者需求，提升汽车安全性和驾驶体验。
2. 正文2.1 zemaX技术介绍zemaX技术是一种基于人工智能和大数据分析的先进技术，专门用于汽车零部件的设计和优化。
通过zemaX技术，设计师可以快速而准确地模拟各种设计方案的效果，从而提高设计效率和准确性。
在汽车反光杯设计中，zemaX技术可以帮助设计师更好地理解光线的传播规律和反射特性，进而设计出更具优越性能的反光杯。
利用zemaX技术，设计师可以在虚拟环境中进行反光杯的设计和仿真实验，快速找到最优设计方案，并进行优化。
中北大学课程设计报告书2014/2015 学年第 1 学期学院：信息与通信工程学院专业：光信息科学与技术学生姓名：学号：课程设计题目：基于Zemax的玻璃微珠反射计算与仿真起迄日期：：2015年1月19日—2015年1月30日课程设计地点：指导教师：系主任：课程设计任务书目录摘要 (5)一、总体设计任务与要求................... 错误!未定义书签。
二、设计背景： (7)三、总体设计方案 (7)四、设计容 (7)1、设计总体的光波长和非序列仿真 (7)2、单个玻璃微珠反射光路设计 (9)3、玻璃微珠阵列反射光路设计 (11)五、仿真结果和分析 (13)1、Y半轴能量大小分析： (13)2、能量分布分析： (14)3、倾角分析 (15)4、光斑半径大小分析： (15)六、总结和心得体会 (16)七、主要参考文献 (17)摘要基于原向反射屏的激光光幕设计与仿真，本实验采用zemax作为仿真软件，采用半导体激光器模拟激光光源，利用球阵列、碗阵列构成玻璃微珠，玻璃微珠对光的回向反射性已在全息摄影、电影、交通标志等领域获得了广泛应用,根据参数要求建立激光的原向反射光路仿真，得到反射回光源处的光斑大小及能量分布情况，并由单个玻璃微珠推广到玻璃微珠阵列。
关键词：原向反射、zemax仿真、玻璃微珠Based on the original to the reflector screen of the laser light curtain design and simulation, the experiment using zemax as simulation software, semiconductor lasers are adopted to simulate the laser light source, using a ball array, bowl array glass beads, glass beads light back to in holographic photography, film, reflective traffic signs, etc widely application, according to the parameters of their quest to establish a laserof the original to the reflected light road simulation, be reflected back to the light source of light spot size and energy distribution, and by a single glass beads glass beads to array.Key words: the original to reflect, zemax simulation, glass beads总体设计任务与要求学习玻璃微珠原向反射的相关原理，掌握玻璃微珠特性，根据其特性和相关参数要求计算光学仿真模型参数，在Zemax光学仿真软件中构建模型。
中北大学课程设计报告书2014/2015 学年第 1 学期学院：信息与通信工程学院专业：光信息科学与技术学生姓名：学号：课程设计题目：基于Zemax的玻璃微珠反射计算与仿真起迄日期：：2015年1月19日—2015年1月30日课程设计地点：指导教师：系主任：课程设计任务书目录摘要 (5)一、总体设计任务与要求.................. 错误！未定义书签。
二、设计背景： (6)三、总体设计方案 (7)四、设计内容 (7)1、设计总体的光波长和非序列仿真 (7)2、单个玻璃微珠反射光路设计 (8)3、玻璃微珠阵列反射光路设计 (9)五、仿真结果和分析 (12)1、Y半轴能量大小分析： (12)2、能量分布分析： (12)3、倾角分析 (13)4、光斑半径大小分析： (14)六、总结和心得体会 (15)七、主要参考文献 (15)摘要基于原向反射屏的激光光幕设计与仿真，本实验采用zemax作为仿真软件，采用半导体激光器模拟激光光源，利用球阵列、碗阵列构成玻璃微珠，玻璃微珠对光的回向反射性已在全息摄影、电影、交通标志等领域获得了广泛应用,根据参数要求建立激光的原向反射光路仿真，得到反射回光源处的光斑大小及能量分布情况，并由单个玻璃微珠推广到玻璃微珠阵列。
关键词：原向反射、zemax仿真、玻璃微珠Based on the original to the reflector screen of the laser light curtain design and simulation, the experiment using zemax as simulation software, semiconductor lasers are adopted to simulate the laser light source, using a ball array, bowl array glass beads, glass beads light back to in holographic photography, film, reflective traffic signs, etc widely application, according to the parameters of their quest to establish a laser of the original to the reflected light road simulation, be reflected back to the light source of light spot size and energy distribution, and by a single glass beads glass beads to array.Key words: the original to reflect, zemax simulation, glass beads总体设计任务与要求学习玻璃微珠原向反射的相关原理，掌握玻璃微珠特性，根据其特性和相关参数要求计算光学仿真模型参数，在Zemax光学仿真软件中构建模型。
在此基础上，按照参数要求进行激光光路玻璃微珠原向反射光学仿真实验，并获取反射回光源处的光斑大小及能量分布情况，并与理论值进行比较、分析。
技术指标:(6)激光波长为650nm，功率为100mw，发散角为30°；(7)玻璃微珠直径为0.2mm,折射率为1.8；(8)光源与原向反射屏相距1.5m；(9)对单个原向反射微珠做原向反射仿真实验；(10)对玻璃微珠阵列做原向反射仿真。
设计背景：玻璃微珠对光的回向反射性已在全息摄影、电影、交通标志等领域获得了广泛应用，它在日常的生活中已经大量使用，比如警用反光衣、反光胶带、道路、汽车、各种机械设备中，起着照明、反光、警示的作用。
反光部分是运用高折射率的玻璃微珠回归反射原理，通过调焦后处理的先进工艺制成。
它能将远方直射光线反射回发光处，不论在白天或黑夜均有良好的逆反射光学性能。
尤其是晚上，能够发挥如同白天一样的高能见度。
使用这种高能见度反光材料制成的反光胶带，无论使用者是在遥远处，还是在着光或散射光干扰的情况下，都可以比较容易地被夜间驾驶者发现。
反光材料的出现顺利解决了“看到”和“被看到” 这一夜间行车难题。
本次课程设计就是在这种背景下，利用光学软件模拟、测试玻璃微珠的反射光路、能量损失等参数。
进一步了解玻璃微珠的原理和应用，很具有实际意义。
三、总体设计方案本次设计采用光学软件zemax2005汉化版进行光路的仿真和数据的测量，并且构建单个玻璃微珠和玻璃微珠阵列模型，利用半导体激光器作为光源，模拟激光器发出线性光，准直性、单色性好。
光线的接受和能量的测量采用软件自带探测器进行。
玻璃微珠原理图如下：光线经过球透镜汇聚，反射膜恰好放在透镜焦点处，这样反射光能够沿着原光路返回。
获取反射回光源处的光斑大小及能量分布情况，并与理论值进行比较、分析。
反射光幕的的长度为D=2*tan（π/12）*1500=800四、设计内容1、采用非序列部件，激光波长为650nm2、单个玻璃微珠反射光路设计设计表格如下：采用非序列部件，半导体光源，能量0.1w，发散角30度，由球、和碗组成玻璃微珠，其中球采用折射率为1.8的玻璃，碗起到反射镜的作用，反射光线，值得注意的是要将碗的模型调整在X轴方向旋转180度，紧紧扣在球模型的后面，组合好的玻璃微珠放在距离源点600mm的位置，接受屏也就是传感器放置在源点，注意要离开光源一段距离，目的是防止光源对反射光线形成干扰，这里选择传感器放置在距离源点0.1的位置。
设计表格如上图。
仿真图：传感器屏效果：结果分析通过以上传感器显示图像可知，二极管光源发出线性光束，经过玻璃微珠模型发射后达到传感器，大部分光能够汇聚到原来光源处，由像屏可以看出，中间能量明显高，为0.58mw，x轴大小为4.6mm， y轴大小为4.8mm，周围有部分微弱光源，整体形状为圆形光斑。
3、玻璃微珠阵列反射光路设计整体表格：分析：依然是采用非序列部件，半导体光源，能量0.1w，y轴发散角30度，x轴发散角为0.0038度，由球阵列和碗阵列组成玻璃微珠，透镜材料用的是LAF9反光材料用的是MIRROR,其中球采用折射率为1.8的玻璃，碗起到反射镜的作用，反射光线，值得注意的是要将碗阵列的模型调整180度，紧紧扣在球阵列模型的后面，组合好的玻璃微珠阵列放在距离源点600mm的位置，此外，还要调整90度的角度，是阵列能够立起来，接受屏也就是传感器放置在源点，注意要离开光源一段距离，目的是防止光源对反射光线形成干扰，这里选择传感器放置在距离源点0.1的位置。
设计表格如上图。
效果图：探测器效果图探测器显示光斑位置能知道回路反射发散角大小：五、仿真结果和分析1、总功率大小分析：2、能量分布分析：图—1根据球透镜光学特性整个Y轴上光强特性属于对称关系图—2分析：从图中可以看出，整个Y轴中，反射回来的光强随着玻璃微珠的位置向下，像上移动过程中不断减小，当光源直射时候最强。
平均能量为0.1181142mＷ，总光强为0.1181142*400=47.24mＷ，可得能量损失为52.8%。
3、倾角分析图—3有效回向反射角的定义是反映玻璃微珠回向反射性能的重要参量。
计算可知倾角的平均值为度 4.95。
理论值计算公式错误！未找到引用源。
=4.6，实验选用的是折射率为n=1.8的LAF9的透镜材料，发散角为4.6度，与理论值相符合。
4、光斑半径大小分析：(单位mm)光斑大小变化呈现的趋势是从大到小，然后保持一段，再由大变小。
整体的变化趋势是逐渐减小的。
平均光斑直径的、大小为130.484mm。
光斑的平均面积为S=π*R^2=53488.99mm六、总结和体会我通过本次玻璃微珠原向反射实验，了解了玻璃微珠反射的原理，建立了激光的原向反射光路仿真，得到反射回光源处的光斑大小及能量分布情况，功率损失为52.8%，与理论值有一定差距，这与数据测量时产生的误差、系统设计参数有关，还有透镜材料的折射率LAF9的折射率n=1.79约等于1.8与铝轮数值存在一定误差。
参考相关论文报告和文献，我们得知，反射回来的光斑能量成正态分布，当折射率n<2时,玻璃微珠的回向反射性能随着折射率n值的增大而增强;当n≥2时,回向反射性能则随着折射率n值的增大而减弱(现还无n≥2的玻璃微珠应用)。
有效回向反射角的定义是反映玻璃微珠回向反射性能的重要参量.在实际应用中,对有效回向反射角的不同要求,可通过选择折射率n来达到。
通过本次课程设计，使我进一步了解了zemax软件的应用，了解了玻璃微珠的原理和应用，以及其反射光斑所呈现的特点，这次课程设计历时两周，三个人分工明确，同心协力，很好的完成了本次实验。
七、主要参考文献1、于爽, 赵冬娥, 章晓眉, 等. 玻璃微珠原向反射屏发散角测试[J]. 激光技术, 20132、王海林, 张登印. 基于 Zemax 半导体激光器与单模光纤耦合系统设计[J]. 光子学报, 2011, 1.3、陈国, 赵长明, 纪荣祎, 等. 基于 ZEMAX 的半导体激光准直仿真设计[J]. 激光技术, 20124、赵阿民, 李真. 逆向反光镜光度测量[ J] . 光电工程, 1994, 21 ( 6) : 38- 445、Stoudt M D, V edam K . Retroreflection from spherical glass beads in highw ay pav ement marking . 1 :Specular reflection[ J] . A pplied Optics, 1978, 17( 1 2) : 1 855- 1 858。
