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JP6124264B2 - 光源ユニットおよび画像読取装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光源ユニットおよび画像読取装置に関する。
画像読取装置は、紙様状媒体の読取判別装置や、工業用の検査装置などに使用されている。例えば、画像読取装置は、マークシート、紙幣、小切手などの読み取りに使用されている。
読み取り対象が紙幣や小切手である場合、その紙面に特殊な印刷が施されていることがある。例えば、紙幣の場合、真贋判定が可能であるように、赤外線(波長:750nm以上)にのみ反射する不可視インクで印刷されることがある。また、同様の目的で、紙幣が紫外線(波長:300〜400nm)の照射で蛍光発光する不可視インクで印刷されることがある。
このような特殊な印刷が施された紙幣や小切手を読み取る場合、通常印刷の読み取りに使用される可視光(波長:400〜750nm)に加えて、赤外線や紫外線を照射し、その反射光や蛍光発光する光を読み取る必要がある。
このような課題を解決するため、特許文献1には、複数の光源を備え、これらの光源が互いに異なる波長の光を発する画像読取装置が開示されている。特許文献1の画像読取装置は、第1の光源と、第1の光源からの光を読取対象に向けて出射するように構成された第1の導光体と、第2の光源と、第2の光源からの光を読取対象に向けて出射するように構成され、かつ第1の導光体と平行に配列された第2の導光体と、第1および第2の導光体の間に配置されたレンズユニットおよび受光手段とを備え、第1の光源が発する光の波長と、第2の光源が発する光の波長とが異なっている。
また、特許文献2には、紫外線を照射して蛍光を発光させるときに使用される、紫外線照射装置が開示されている。この紫外線照射装置は、紫外線を発光するLEDと、該LEDが発する光に対して透明な導光体とを備え、該導光体が非晶質のフッ素樹脂で形成され、導光体を介して光をライン状に出射する。
光を散乱する微粒子が混入された樹脂からなる導光体に対して背後面または側方端面から光を投入する方式は、焦照度の確保や均一性に問題があるため、特許文献2の紫外線照射装置は、紫外線を発光するLEDをライン状に複数個、定間隔に配置し、これらLEDからの光を紫外線に対して透明かつ長尺の導光体に入光させている。特許文献2によれば、隣接するLEDから出射した光は、扇形に拡がった光の端が互いに重なるので、光の分布が均一なライン光源が提供される。
特開2010−50689号公報 特開2001−229722号公報
しかしながら、複数の光源が互いに異なる波長の光を発する画像読取装置であっても、可視光と可視光以外の光(例えば、赤外線や紫外線)では、導光体や反射板等の、屈折率、透過率、反射率が異なるので、可視光以外の光の光量レベルや光線分布が可視光の場合と異なるものとなってしまい、十分な照射特性が得られないことがあった。
また、紫外線照射装置を利用した場合も、可視光照射装置とその光量レベルが異なるものとなり、上記と同様に、十分な照射特性が得られないことがあった。
本発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、可視光および可視光以外の光で読み取り可能な照射特性が得られる光源ユニットおよび画像読取装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る光源ユニットは、可視光および可視光以外の波長の光を発する光源と、光源が端部に配置され、光源から入射した光を長軸方向に伝搬させる、棒状に形成された導光体と、導光体の外形面に配置され、長軸方向に沿ってライン状に形成された反射層と、反射層および導光体を囲み、長軸方向と直交する方向に所定の幅を有し、かつ長軸方向に沿って延在する開口部に第2反射層が形成された支持部材と、を備える。反射層および支持部材は、可視光および可視光以外の波長の光を反射し、可視光以外の波長の光に対する反射率が可視光に対する反射率よりも低第1の光反射物質と、可視光以外の波長の光の反射に関して、第1の光反射物質よりも反射率が高く、可視光の波長の光の反射に関して、第1の光反射物質と同等の反射率である第2の光反射物質と、を含有する反射材により形成される。反射層は、導光体の外形面の一部に配置された反射プリズムに形成される。
本発明に係る光源ユニットおよび画像読取装置によれば、可視光および可視光以外の光で読み取り可能な照射特性を得ることができる。
本発明の実施の形態1に係る画像読取装置の構成を説明するための分解図である。 図1に示す画像読取装置のガラスプレート側から見た平面図である。 図2におけるA−A断面図である。 図3の断面図の右側端部を拡大した図である。 図2におけるB−B断面図である。 図5の光源ユニットを拡大した図である。 実施の形態1に係る支持部材の第2反射層を構成する物質の反射率の例を示した図である。 本発明の実施の形態2に係る光源ユニットの構成を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態3に係る画像読取装置の副走査方向の断面図である。 実施の形態3に係る光源ユニットの構成を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態4に係るに係る光源ユニットの構成を説明するための断面図である。
(実施の形態1)
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。図1は、本発明の実施の形態1に係る画像読取装置の構成を説明するための分解図である。
画像読取装置101は、図1に示すように、ガラスプレート1、導光体2、支持部材3、LED(light emitting diode)基板5、熱伝導シート6、放熱板7、レンズ8、センサチップ11を有するセンサ基板10で構成されている。
導光体2、LED基板5、熱伝導シート6および放熱板7は、ホルダー4により連結される。具体的には、ホルダー4に、円筒状の貫通孔と位置決めピンが形成され、貫通孔には導光体2が嵌め込まれ、位置決めピンに、LED基板5、熱伝導シート6および放熱板7の貫通孔が挿入される。
支持部材3およびレンズ8は、ホルダー4に位置決めされた導光体2、LED基板5等とともにフレーム9に収納される。各部品を収容したフレーム9は、ガラスプレート1とセンサ基板10の間に配置されて組み立てられる。組み立てられた画像読取装置101は、以下のように動作する。
図2は、図1に示す画像読取装置のガラスプレート側から見た平面図である。図3は、図2におけるA−A断面図である。画像読取装置101は、図1に示すガラスプレート1上の読み取り対象を副走査方向Yに沿って移動させながら、読み取り対象に主走査方向Xに延びる線状光を照射する。読み取り対象からの光は、主走査方向Xに沿って配列された複数の円柱状のレンズで構成されるレンズ8により収束され、図2に示すセンサ基板10上のセンサチップによって受光される。
センサチップは、センサ基板10の上で主走査方向Xに配置され、画素ごとの光信号を電気信号として外部へ出力するように構成されている。センサチップには受光した光に応じて光起電力が生じ、センサチップによって光のエネルギーが電子信号に変換される。読み取り対象からの光をセンサチップが受光することにより、画像読取装置101は、読み取り対象を画像データとして読み取る。以下、画像読取装置101の詳細な構成を説明する。
図4は、図3の断面図の右側端部を拡大した図である。図4に示すLED基板5は、LEDチップ12が点灯しているときに発生する熱を放熱させるため、例えば、セラミック基板、アルミ基板、リジットフレキ基板等で構成されている。LEDチップ12の熱をさらに効率よく放熱するため、LED基板5の一方の面には、熱伝導シート6と放熱板7が設けられる。
LED基板5には、熱伝導シート6および放熱板7が設けられた面と反対の面に、複数のLEDチップ12が実装されている。具体的には、可視光を発するLEDチップ12と、可視光以外の波長の光(紫外線から赤外線までの波長の光)を発するLEDチップ12が実装されている。可視光以外の波長の光を発するLEDチップ12には、例えば、波長が約365nmの紫外線を発するLEDチップや、約940nmの赤外線を発するLEDチップがある。画像読取装置101には、前者のLEDチップが用いられる。これらのLEDチップ12は、可視光および可視光以外の波長の光を発する光源として機能する。
LEDチップ12は、導光体2の端面と対向するように配置されている。このため、LEDチップ12が光を発すると、その光は導光体2の端面から導光体2の内部に向かって入射する。
導光体2は、好ましくは可視光と可視光以外の光(紫外線から赤外線までの波長の光)を透過する材料、より好ましくは紫外線により劣化しにくい材料で形成される。これにより、画像読取装置101は、可視光を発するLEDチップ12と、可視光以外の波長の光を発するLEDチップ12が実装されても、可視光から可視光以外の波長の光にわたって十分な照射が可能である。このような材料には、例えば、シクロオレフィンポリマー樹脂がある。
導光体2は、棒状に延びた円柱状に形成されている。LEDチップ12から入射した光は、円柱端面から入射し、導光体2の内部で全反射し、円柱の長軸方向、すなわち主走査方向に向かって光が伝搬する。伝搬された光は、乱反射されて、主走査方向に延びる線状光としてガラスプレート1側に出射される。これにより、LEDチップ12が発光した光は、ガラスプレート1上の読み取り対象を照射する。
導光体2は、導光体2の円筒面の一部を支持する支持部材3に保持されている。支持部材3は、導光体2から漏れた光を再度導光体2に入射させる第2反射層を有し、LEDチップ12および導光体2とともに、画像読取装置101の光源ユニットを構成している。
図5は、図2におけるB−B断面図である。図6は、図5の光源ユニットを拡大した図である。導光体2は、図5および図6に示すように、導光体2を構成する円柱の円周面に、円柱の長軸方向に沿ってライン状に形成された反射層15を有している(反射層または反射材が印刷法により塗布されて形成された層であるので、印刷反射パターンともいう)。
反射層15は、導光体2の長軸方向と直交する方向に所定の幅を有する平板状に形成されている。このため、導光体2内で長軸方向に伝搬した光は、反射層15の面に対して略垂直方向(図6に示すS方向)を中心とする方向に反射、散乱される。反射層15がライン状であるため、反射、散乱される光は、線状光として出射する。
導光体2および反射層15は、支持部材3により支持されている(以下、支持部材3はサポートともいい、また反射層を有するので、反射構造体ともいう)。
支持部材3は、導光体2の長軸方向と直交する方向に所定の幅を有し、その長軸方向に沿って延在する開口部を有している。この開口部は、導光体2の円周面の一部とほぼ同じ形状の曲面状に形成され、この曲面が導光体2の円周面の一部と反射層15全体を囲むように支持している。
支持部材3の開口部曲面には、第2反射層が形成されている。この第2反射層は、反射層15全体を囲む開口部曲面全体に形成されているので、導光体2の内部で全反射しないで支持部材3側に漏れた光は、支持部材3の第2反射層によって再度導光体2に入射する。このように、支持部材3の反射層は、画像読取装置101の光の利用効率を高める。
画像読取装置101のLEDチップ12は、可視光および可視光以外の波長の光を発するので、支持部材3の第2反射層は、可視光および可視光以外の波長の光を反射する必要がある。これは、導光体2の反射層15についても同じである。そこで、支持部材3の第2反射層および導光体2の反射層15は、可視光以外の波長の光を反射する物質、すなわち、反射材として用いられる一般的な物質(樹脂や金属等)よりも可視光以外の波長の光に対する反射率が大きい物質を含有し、かつ可視光および可視光以外の波長の光を反射する反射材により形成されている。以下、支持部材3の第2反射層を例に説明する。図7は、本発明の実施の形態1に係る支持部材の第2反射層を構成する物質の反射率の例を示した図である。
図7に示す300〜1000nm波長の光のうち、互いに異なる複数の波長領域の光を発光する光源、例えば、紫外線と可視光の波長の光を発する光源、可視光と赤外線の波長の光を発する光源、または紫外線、可視光および赤外線の波長の光を発する光源を画像読取装置に使用する場合、理想的な材料は、これらの複数の波長領域全体にわたって均一な反射率を示す材料である(図7に示す「理想材料」)。このような材料であれば、これらの複数の波長領域全体全体にわたって同じような強度の光が出射され、光の利用効率がよい。このため、読み取り対象が例えば、赤外線にのみ反射する不可視インクや紫外線で蛍光発光する不可視インクで印刷された紙幣や小切手であっても、十分な照射特性が得られる画像読取装置が提供可能である。
一方、図7に示す樹脂材料や一般的な反射用インク材の場合、可視光以外の波長の光(例えば、紫外線や赤外線領域の光)の反射率は、可視光領域の反射率と比較して低い(図7に示す「樹脂材料」)。このため、このような材料だけでは紫外線や赤外線を十分に反射できず、このような材料で導光体2の反射層15や支持部材3の第2反射層を形成しても、紫外線や赤外線の領域で十分な照射特性が得られない。
このような照射特性を改善するため、導光体2の反射層15または支持部材3の第2反射層は、好ましくは、可視光以外の波長の光(例えば、紫外線や赤外線領域の光)で反射率が高い物質を添加した反射材、例えば、可視光以外の波長の光を、上記の樹脂材料や反射用インク材よりも高く反射する反射材を用いて形成される。このような物質であれば、可視光以外の波長の光の反射率が低い物質に対して、その波長領域での反射率を向上させることが可能であり、光源ユニットの光の利用効率を高めることが可能である。
例えば、導光体2の反射層15または支持部材3の第2反射層は、樹脂材料または反射用インク材に、金属酸化物(酸化チタンや酸化亜鉛等)、セラミックス(アルミナ等)が単独で添加または混合されて形成される。
具体的には、導光体2の反射層15および支持部材3の第2反射層は、図7に示すように、300nm波長の光に対して73%以上の反射率(300〜400nm波長の紫外線に対して73%以上の反射率)および、900nm波長の光に対して90%以上の反射率(900〜1000nm波長の赤外線に対して80%以上)を示すアルミナを顔料として、樹脂材料に含有させた反射材料により形成される(図7に示す「UV反射材(アルミナ)」)。
あるいは、導光体2の反射層15および支持部材3の第2反射層は、図7に示すように、300nm波長の光に対して24%以上の反射率(300〜400nm波長の紫外線に対して22%以上の反射率)および、900nm波長の光に対して96%以上の反射率(900〜1000nm波長の赤外線に対して93%以上)を示すTiO2,ZnO2を顔料として、樹脂材料に含有させた反射材料により形成される(図7に示す「TiO2、ZnO2(酸化金属)」参照)。この顔料には、TiO2,ZnO2とともに上記のアルミナが含有されることも可能である。
図7に示す樹脂材料(アクリル樹脂)の場合、300nm波長の光に対して3%未満の反射率(300〜400nm波長の紫外線に対して3%未満の反射率)または、900nm波長の光に対して70%の反射率(900〜1000nm波長の赤外線に対して47%以上の反射率)しかないが、このような材料が顔料として添加されると、上記紫外線および赤外線の領域で反射率を向上させることが可能である。
アルミナおよびTiO2,ZnO2が顔料として添加される樹脂材料には、アクリル系樹脂のほか、例えば、セルロース樹脂、メラミン系樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂、エステル樹脂などがある。また、これらの樹脂に白色顔料(炭酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム等)が添加された樹脂も含まれる。
本実施の形態における導光体2の反射層15は、反射用インク材に金属酸化物およびセラミックスが顔料として添加され、この顔料が添加された反射用インク材が印刷法により塗布されて形成されている。反射用インク材は、白インクと呼ばれる材料であり、例えば、アクリル系樹脂、ケトン樹脂等に、炭酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、硫酸バリウムなどの白色顔料と、粘度の調整等を目的とした有機溶剤(例えば、トルエン)とが添加された材料である。
また、本実施の形態における支持部材3の第2反射層は、樹脂材料に金属酸化物およびセラミックスが添加され、この樹脂材料が支持部材3表面に塗布されて形成されている。この樹脂材料は、白色樹脂が含まれる。白色樹脂は、例えば、アクリル系樹脂に、上記の白色顔料が添加された材料である。
このように、導光体2の反射層15および支持部材3の第2反射層は、好ましくは、300nm波長の光を24%以上、または900nm波長の光を90%以上、より好ましくは、300nm波長の光を73%以上、または900nm波長の光を96%以上、反射する物質を含有して形成されている。従って、導光体2の反射層15および支持部材3の第2反射層は、紫外線や赤外線領域でも高い反射率を示す。このため、画像読取装置101の光源ユニットは、可視光と可視光以外の波長の光の両方で十分な光量の照射が可能である。このため、画像読取装置101は、可視光と可視光以外の波長の光の両方で精度の高い読み取りが可能である。
実施の形態1では、円柱状の導光体2を例に説明したが、このような形態に限定されない。例えば、画像読取装置101の導光体2は楕円柱状に形成されてもよい。
実施の形態1では、支持部材3の第2反射層は開口部の曲面全体に形成されていたが、例えば、開口部の、導光体2の反射層15と対向する一部(導光体2の長軸に沿ったライン状の形状等)に形成されてもよい。
(実施の形態2)
実施の形態2に係る光源ユニットは、反射プリズム16(プリズム反射パターンともいう)を利用する光源ユニットである。図8は、本発明の実施の形態2に係る光源ユニットの構成を説明するための断面図である。なお、図8において、Sは光の散乱方向(出射方向)を示している。
図8に示すように、実施の形態2に係る光源ユニットは、LEDチップ12から長軸方向に向かって伝搬した光を反射する反射プリズム16を有している。
反射プリズム16は、実施の形態1の反射層15と同様に、導光体2を構成する円柱の円周面に、長軸方向に向かってライン状に形成されている。このため、導光体2内で長軸方向に伝搬した光は、反射プリズム16によって反射、散乱されて、長軸方向とほぼ直交する方向(図8に示すS方向)に線状光として出射する。
反射プリズム16は、光の屈折により導光体2内に伝搬する光を反射するが、光の波長によって屈折率が異なるために、可視光と可視光以外の光(紫外線から赤外線までの波長の光)では、その光量および分布が均一でない。このため、例えば、紫外線や赤外線を十分に反射できず、紫外線や赤外線の領域で十分な照射特性が得られないことがある。
このような背景から、実施の形態2では、反射プリズム16および支持部材3が、第3反射層17をそれぞれ有する(第3反射層17は反射材料または高反射インクともいう)。
第3反射層17は、反射プリズム16の表面または支持部材3の開口部曲面に形成される。第3反射層17の材料は、実施の形態1と同様に、可視光以外の波長の光を反射する物質を含有し、かつ可視光および可視光以外の波長の光を反射する反射材である。例えば、第3反射層17は、金属酸化物やセラミックスを顔料とした白インクが塗布されて形成される。このため、実施の形態2の光源ユニットは、読み取り対象に十分な光量の紫外線や赤外線を照射することが可能である。
なお、本実施の形態では、反射プリズム16および支持部材3が、第3反射層17を有する形態を説明したが、反射プリズム16および支持部材3のいずれか一方が第3反射層17を有する形態であってもよい。
(実施の形態3)
実施の形態3に係る画像読取装置は、断面矩形に形成された導光体を利用する画像読取装置である。図9は、本発明の実施の形態3に係る画像読取装置の副走査方向の断面図である。図10は、実施の形態3に係る光源ユニットの構成を説明するための断面図である。図9および図10において、Sは光の散乱方向(出射方向)を示している。
画像読取装置101は、図9および図10に示すように、断面矩形に形成された導光体2aと、断面矩形に形成された導光体2aを収納可能な開口部を有する支持部材3aとを備えている。
導光体2aは、断面矩形の辺のうち、支持部材3a側の底辺に反射層15が配置されている。導光体2aの反射層15は、この底辺全面に形成され、その材料および形成方法は、実施の形態1と同様である。このため、導光体2a内に伝搬する光は、底辺にある反射層15によって反射、散乱されて、底辺と反対側の方向に線状光として出射する。
支持部材3aは、断面矩形に形成された導光体2aの側面および底面を支持するように、直方体形状に形成された開口部を有している。この開口部は、その底面に、実施の形態1と同様の第2反射層が配置され、導光体2aから漏れた光を反射するように形成されている。
実施の形態3でも、導光体2aの反射層15および支持部材3aの第2反射層の作用は同じであるので、画像読取装置101は、読み取り対象に十分な光量の紫外線や赤外線を照射することが可能である。
なお、画像読取装置101には、センサチップ11への入射光を制限する光学フィルタを設けてもよい。例えば、紫外線の照射の蛍光を読み取る場合に、センサチップ11に紫外線が照射されないように、センサチップ11とレンズ8との間にUVカットフィルタ13を設けることも可能である。
(実施の形態4)
実施の形態4に係る光源ユニットは、断面矩形に形成され、かつ反射プリズム16を有する導光体2aを利用する光源ユニットである。図11は、本発明の実施の形態4に係るに係る光源ユニットの構成を説明するための断面図である。
図11に示す光源ユニットは、断面矩形に形成された導光体2aを備え、導光体2aは、断面矩形の底辺側に配置された反射プリズム16を有している。
反射プリズム16は、実施の形態2と同様に、その表面に第3反射層17を有している。その材料および形成方法は、実施の形態2と同様である。すなわち、第3反射層17は、反射プリズム16上に、金属酸化物やセラミックスを顔料とした白インクが塗布されて形成されている。
支持部材3aは、断面矩形に形成された導光体2aの側面および底面を支持するように、直方体形状に形成された開口部を有している。この開口部の底面には、実施の形態2と同様に、金属酸化物やセラミックスを顔料とした白インクが塗布されて形成された第3反射層17が配置されている。このため、実施の形態4の光源ユニットも、読み取り対象に十分な光量の紫外線や赤外線を照射することが可能である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態等に限定されるものではない。例えば、以上の形態では、導光体2の反射層15または支持部材3の第2反射層が塗布されて形成される形態を説明したが、例えば、金属酸化物またはセラミックスが添加された樹脂材料で形成されたシートが導光体2または支持部材3に貼付されて反射層が形成されてもよい。
また、本実施の形態では、LED基板5にLEDチップ12が直接実装されていたが、LED基板5は、LEDチップ12が実装されたパッケージが実装されてもよい。
上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。
本出願は、2011年12月27日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む日本国特許出願2011−286091号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。
101 画像読取装置、1 ガラスプレート、2,2a 導光体、3,3a 支持部材、4 ホルダー、5 LED基板、6 熱伝導シート、7 放熱板、8 レンズ、9 フレーム、10 センサ基板、11 センサチップ、12 LEDチップ、13 UVカットフィルタ、15 反射層、16 反射プリズム、17 第3反射層、21 読み取り対象。

Claims (4)

  1. 可視光および可視光以外の波長の光を発する光源と、
    前記光源が端部に配置され、前記光源から入射した光を長軸方向に伝搬させる、棒状に形成された導光体と、
    前記導光体の外形面に配置され、前記長軸方向に沿ってライン状に形成された反射層と、
    前記反射層および前記導光体を囲み、前記長軸方向と直交する方向に所定の幅を有し、かつ前記長軸方向に沿って延在する開口部に第2反射層が形成された支持部材と、
    を備え、
    前記反射層および前記支持部材は、可視光および可視光以外の波長の光を反射し、可視光以外の波長の光に対する反射率が可視光に対する反射率よりも低い第1の光反射物質と、可視光以外の波長の光の反射に関して、前記第1の光反射物質よりも反射率が高く、可視光の波長の光の反射に関して、前記第1の光反射物質と同等の反射率である第2の光反射物質と、を含有する反射材により形成され、
    前記反射層は、前記導光体の外形面の一部に配置された反射プリズムに形成された、光源ユニット。
  2. 前記反射層は、前記反射材が塗布または前記反射材を含むシートが貼付されて形成され、
    前記支持部材は、前記反射材が塗布または前記反射材を含むシートが貼付されて形成される、
    請求項1に記載の光源ユニット。
  3. 前記導光体は、前記長軸方向と直交する断面の外形が、円形、楕円、矩形のいずれかの形状である、
    請求項1又は2に記載の光源ユニット。
  4. 請求項1からのいずれか1項に記載の光源ユニットと、
    前記光源ユニットによって照射された被照射体から反射した光を収束するレンズ体と、
    前記レンズ体により収束された光を受光する受光部と、
    前記光源ユニット、前記レンズ体および前記受光部を収納する筐体と、
    を備える、画像読取装置。
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