JP3673597B2 - 表面電位計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の表面電位を非接触で測定する表面電位計に関し、例えば複写機等の電子写真装置において感光体の表面電位を検知するために使用される表面電位計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置の感光体などの表面電位を非接触で測定する表面電位計としては、いわゆるチョッパー方式の電位計と容量変動方式の電位計が主に知られている。
【０００３】
チョッパー方式の電位計は、測定対象物と測定電極の間に導電性の振動物体を配置し、この振動物体による測定電極への電気力線の入射量を増減させて測定対象物の電界強度を測定するものであり、また容量変動方式の電位計は、測定電極自体を物理的に振動させ、測定対象物体とこの測定電極の間の電界分布を変化させて電界強度を測定するものであり、両方式とも信号受信処理に関しては同様の内容となっている。
【０００４】
図２は従来のチョッパー方式の表面電位計の概略構成を示す図である。同図において、１は測定対象物８からの電気力線を受ける測定電極、２はその測定対象物８から測定電極１へ入射する電気力線をＡ方向に振動してチョッピングする音叉型振動子、３は測定電極１に誘起される微小交流信号をインピーダンス変換して増幅するための増幅素子、４は音叉型振動子２に振動を与える圧電素子である。
【０００５】
また、５は回路基板、６は圧電素子４への駆動信号、測定電極１からの受信信号、及び電源を入出力するための接続コネクタ、７は測定対象物８から測定電極１へＢ方向に入射する電気力線、９は上記の回路基板５を収納するシールドケースである。
【０００６】
図３は上記回路基板５上に構成されたインピーダンス変換回路の概略を示す図である。ここでは、入力側の抵抗１１を例えば１００ＭΩとして増幅素子３にＦＥＴを用いたソースフォロワ回路によりインピーダンス変換を行っている。また、出力側の抵抗１２，１３は、例えばそれぞれ１００Ω、２０ＫΩとしている。なお、これらの抵抗等の部品は回路基板５上に印刷されるかあるいディスクリートチップ部品で半田付けされた構成となっている。
【０００７】
また図４は上記構成の電位計の外形を示す斜視図である。図示のように、回路基板５はシールドケース９に収容されており、またケース側面にはコネクタ６が配置され、前面には測定用の小窓（開口部）が設けられている。
【０００８】
次に、上記構成の電位計の動作について説明する。まず、外部から供給される圧電素子駆動信号により圧電素子４及び音叉型振動子２が共鳴状態となり、機械振動が生じる。その結果測定対象物８からシールドケース９の測定窓を通過して測定電極１に入射する電気力線の量がその音叉型振動子２の振動に合わせて増減する。これにより、測定電極１と図３に示す入力側の抵抗１０に微弱な交流誘導電流が発生し、これが電圧信号として増幅素子３であるＦＥＴのゲートに印加される。
【０００９】
このとき、ＦＥＴ回路は上述のようにソースフォロワ回路となっているので、増幅度１のインピーダンス変換が行われ、ＦＥＴのソースより電圧信号が出力される。そして、この信号がコネクタ６を介して外部の信号処理回路（図示せず）に転送され、その後の処理が行われ、測定対象物８の表面電位が検出される。
【００１０】
ここで、上記増幅素子３を有したインピーダンス変換回路の出力信号の大きさは測定対象物８の表面電位の大きさに比例するので、いかにＳ／Ｎ比の高いこの初段の増幅信号を後処理回路に転送できるかが、表面電位計としての基本性能を決定することとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、装置の小型化への要求が高まる中、例えば複写機に搭載される表面電位計においても、設置スペースの関係上一層の小型化、薄型化が求められている。従来ではそのような小型化、薄型化への要求に対し、測定電極の小型化（高さ方向）、振動子の小型化、また振動子の振動方向を測定対象物に対して横方向にするといった手段で対応していた。さらに、測定電極の小型化に伴うＳ／Ｎ比の劣化を補うため、測定電極を測定対象物にできるだけ近付けるように配置していた。
【００１２】
しかしながら、上記のような従来の表面電位計にあっては、図５に示すように、測定電極の小型化に伴ってその検出表面積が小さくなり、測定対象物からシールドケースの測定窓を通って入射する総電気力線に対して直接音叉型振動子に飛込んでしまう電気力線の比率が大きくなっていた。
【００１３】
さらに、音叉型振動子と測定電極の測定面との距離が縮まり、両者間の結合容量が大きくなることによって、一旦測定電極に誘起された微小交流信号が音叉から逃げてしまっていた。なおここで、音叉型振動子も測定電極の位置方向と同様に測定対象物方向に位置させるという案もあるが、それによってシールドケースから音叉型振動子の先端が飛出してしまい、表面電位計の小型化要求には対応できない。
【００１４】
また、音叉型振動子の先端部にごみ等の絶縁物（不純物）が付着していると、その影響で音叉型振動子の先端部の電位が本来はＧＮＤでなければならないところ、ある電位に帯電してしまい、これが測定電極にノイズ分として混入していた。
【００１５】
このため、結果的にＳ／Ｎの信号分（Ｓ）が小さくなってしまい、もしくはノイズ分（Ｎ）が大きくなってしまい、表面電位計としての基本的性能が悪化する傾向にあるという問題点があった。
【００１６】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、測定信号のＳ／Ｎ比が高く、基本的性能が向上した非接触式の表面電位計を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、表面電位計を次の（１）、（２）のとおりに構成する。
（１）測定対象物からの電気力線を受ける測定電極と、前記測定電極をフォーク部分の内側でかつ該フォーク部分の先端部分と近接した位置に有し、該フォーク部分の先端部分から該測定電極に入る電気力線の量を時間的に変化させる音叉型振動子とを備えた表面電位計であって、
前記音叉型振動子は、前記フォーク部分の大部分が互いに平行に対向しており、該フォーク部分の先端部分がハの字型の形状に形成されている表面電位計。
（２）前記（１）に記載の表面電位計において、
前記測定電極に誘起された微小信号を電圧信号にインピーダンス変換する変換素子を有する表面電位計。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る非接触式の表面電位計の概略構成図であり、図２と同一符号は同一構成部分を示している。
【００２０】
図１において、１は表面電位を測定すべき感光体などの測定対象物８の電界を受け、その電気力線７が入射する測定電極、１０はその測定対象物８から測定電極１へ入射する電気力線７をチョッピングして測定電極１に入る電気力線７の量を時間的に変化させるチョッパー部の音叉型振動子で、固定部１０ａと反対側のフォーク部１０ｂの両先端部分１０ｃが互いに近付くように且つ上記測定電極１から離れるように折り曲げられてハの字型の形状になるように形成されている。
【００２１】
また、３は上記測定電極１に誘起される微小交流信号を電圧信号にインピーダンス変換して増幅するための増幅素子（変換素子）、４は音叉型振動子２に振動を与える圧電素子、５は上記インピーダンス変換回路などが構成された回路基板、６は圧電素子４への駆動信号、測定電極１からの受信信号、及び電源を入出力するための接続コネクタ、９は上記の回路基板５を収容したシールドケースである。
【００２２】
なお、上記増幅素子３を有したインピーダンス変換回路は、図３と同様であるので説明は省略する。また、全体をシールドケース９で覆った外観形状は、音叉型振動子１０のハの字型の先端部分１０ｃを除いて図４と同様であり、前面には測定窓が設けられている。
【００２３】
上記構成の表面電位計において、音叉型振動子１０のハの字型の形状の両先端部分１０ｃは、音叉の中心線に沿って測定対象物８よりＢ方向に入射する電気力線７の量を時間的に変化させるように、測定対象物８から見て水平方向（Ａ方向）に物理的に振動する。そして、この音叉型振動子１０の先端部分１０ｃと近接した位置に相対向して、且つ上記電気力線７の入射方向（Ｂ方向）とは反対側の音叉型振動子１０の固定部１０ａ側に測定電極１が設けられており、上記フォーク部１０ｂの両先端部分１０ｃの間を通る電気力線７を吸収して該測定電極１に誘起される微小交流信号から測定対象物８の表面電位が測定される。
【００２４】
ここで本実施例では、音叉型振動子１０の先端形状をハの字型に形成しているので、音叉型振動子１０の振動振幅量はほぼ従来と同様のままで、測定対象物８から音叉型振動子１０に逃げ込む（飛び込む）電気力線７の量が激減する。また、音叉型振動子１０の先端と測定電極１間の距離を離して結合容量を小さくしているので、測定電極１に誘起された微小交流信号が音叉型振動子１０から逃げる量が激減する。
【００２５】
さらに、音叉型振動子１０の先端部が絶縁物等の付着によりある電位に帯電した場合でも、音叉型振動子１０と測定電極１の距離が離れているので、測定電極１に混入するノイズ分も減少する。
【００２６】
よって、Ｓ／Ｎ比における信号分（Ｓ）を大きく、ノイズ分（Ｎ）を小さくすることができ、表面電位計としての基本的性能を大幅に向上することが可能となる。
【００２７】
従来では、装置の小型化に対応すべく測定電極を小型化しているので、測定電極の検出表面積が小さくなり、測定対象物から表面電位計の測定窓から入射される総電気力線に対して、音叉型振動子に直接飛び込んで当る電気力線の比率が大きくなっていた。
【００２８】
さらに、音叉型振動子と測定電極の測定面の距離が縮まり、両者間の結合容量が大きくなることによって、一旦測定電極に誘起された微小交流信号が音叉型振動子に逃げてしまっていた。
【００２９】
また、音叉型振動子の先端にごみ等の絶縁物（不純物）が付着していると、その影響で音叉型振動子先端部の電位が本来はＧＮＤでなければならないところ、ある電位に帯電してしまい、測定電極にノイズ分として混入していた。
【００３０】
よって、結果的にＳ／Ｎ比の信号分（Ｓ）が小さくなってしまい、もしくはノイズ分（Ｎ）が大きくなってしまい、表面電気計の基本的性能は悪化する傾向にあった。
【００３１】
しかし本実施例では、上述のように音叉型振動子１０の先端部をハの字型の形状にしているので、音叉型振動子１０の開口部を広くすることができ、測定対象物８から音叉型振動子１０に逃げ込む電気力線７の量を激減させることができ、また音叉型振動子１０と測定電極面の距離を離しているので、両者間の結合容量を小さくすることができ、測定電極１に誘起された微小交流信号の音叉型振動子１０に逃げ込む量を激減させることができる。
【００３２】
よって測定信号のＳ／Ｎ比を高めることができ、表面電位計としての基本的性能を向上させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、音叉型振動子の両先端部分を互いに近付くように且つ測定電極から離れるように形成したため、測定対象物から音叉型振動子に飛び込んで当たる電気力線の量が減少するとともに、音叉型振動子と測定電極の間の結合容量が小さくなり、また測定電極に混入するノイズ分も減少し、測定信号のＳ／Ｎ比が高くなり、基本的性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る表面電位計の概略構成図
【図２】 従来例を示す概略構成図
【図３】 インピーダンス変換回路の一例を示す回路図
【図４】 表面電位計の外観形状を示す斜視図
【図５】 測定部を拡大して示す構成図
【符号の説明】
１ 測定電極
３ 増幅素子（変換素子）
４ 圧電素子
５ 回路基板
７ 電気力線
８ 測定対象物
１０ 音叉型振動子
１０ａ 固定部
１０ｂ フォーク部
１０ｃ 先端部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の表面電位を非接触で測定する表面電位計に関し、例えば複写機等の電子写真装置において感光体の表面電位を検知するために使用される表面電位計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真装置の感光体などの表面電位を非接触で測定する表面電位計としては、いわゆるチョッパー方式の電位計と容量変動方式の電位計が主に知られている。
【０００３】
チョッパー方式の電位計は、測定対象物と測定電極の間に導電性の振動物体を配置し、この振動物体による測定電極への電気力線の入射量を増減させて測定対象物の電界強度を測定するものであり、また容量変動方式の電位計は、測定電極自体を物理的に振動させ、測定対象物体とこの測定電極の間の電界分布を変化させて電界強度を測定するものであり、両方式とも信号受信処理に関しては同様の内容となっている。
【０００４】
図２は従来のチョッパー方式の表面電位計の概略構成を示す図である。同図において、１は測定対象物８からの電気力線を受ける測定電極、２はその測定対象物８から測定電極１へ入射する電気力線をＡ方向に振動してチョッピングする音叉型振動子、３は測定電極１に誘起される微小交流信号をインピーダンス変換して増幅するための増幅素子、４は音叉型振動子２に振動を与える圧電素子である。
【０００５】
また、５は回路基板、６は圧電素子４への駆動信号、測定電極１からの受信信号、及び電源を入出力するための接続コネクタ、７は測定対象物８から測定電極１へＢ方向に入射する電気力線、９は上記の回路基板５を収納するシールドケースである。
【０００６】
図３は上記回路基板５上に構成されたインピーダンス変換回路の概略を示す図である。ここでは、入力側の抵抗１１を例えば１００ＭΩとして増幅素子３にＦＥＴを用いたソースフォロワ回路によりインピーダンス変換を行っている。また、出力側の抵抗１２，１３は、例えばそれぞれ１００Ω、２０ＫΩとしている。なお、これらの抵抗等の部品は回路基板５上に印刷されるかあるいディスクリートチップ部品で半田付けされた構成となっている。
【０００７】
また図４は上記構成の電位計の外形を示す斜視図である。図示のように、回路基板５はシールドケース９に収容されており、またケース側面にはコネクタ６が配置され、前面には測定用の小窓（開口部）が設けられている。
【０００８】
次に、上記構成の電位計の動作について説明する。まず、外部から供給される圧電素子駆動信号により圧電素子４及び音叉型振動子２が共鳴状態となり、機械振動が生じる。その結果測定対象物８からシールドケース９の測定窓を通過して測定電極１に入射する電気力線の量がその音叉型振動子２の振動に合わせて増減する。これにより、測定電極１と図３に示す入力側の抵抗１０に微弱な交流誘導電流が発生し、これが電圧信号として増幅素子３であるＦＥＴのゲートに印加される。
【０００９】
このとき、ＦＥＴ回路は上述のようにソースフォロワ回路となっているので、増幅度１のインピーダンス変換が行われ、ＦＥＴのソースより電圧信号が出力される。そして、この信号がコネクタ６を介して外部の信号処理回路（図示せず）に転送され、その後の処理が行われ、測定対象物８の表面電位が検出される。
【００１０】
ここで、上記増幅素子３を有したインピーダンス変換回路の出力信号の大きさは測定対象物８の表面電位の大きさに比例するので、いかにＳ／Ｎ比の高いこの初段の増幅信号を後処理回路に転送できるかが、表面電位計としての基本性能を決定することとなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、装置の小型化への要求が高まる中、例えば複写機に搭載される表面電位計においても、設置スペースの関係上一層の小型化、薄型化が求められている。従来ではそのような小型化、薄型化への要求に対し、測定電極の小型化（高さ方向）、振動子の小型化、また振動子の振動方向を測定対象物に対して横方向にするといった手段で対応していた。さらに、測定電極の小型化に伴うＳ／Ｎ比の劣化を補うため、測定電極を測定対象物にできるだけ近付けるように配置していた。
【００１２】
しかしながら、上記のような従来の表面電位計にあっては、図５に示すように、測定電極の小型化に伴ってその検出表面積が小さくなり、測定対象物からシールドケースの測定窓を通って入射する総電気力線に対して直接音叉型振動子に飛込んでしまう電気力線の比率が大きくなっていた。
【００１３】
さらに、音叉型振動子と測定電極の測定面との距離が縮まり、両者間の結合容量が大きくなることによって、一旦測定電極に誘起された微小交流信号が音叉から逃げてしまっていた。なおここで、音叉型振動子も測定電極の位置方向と同様に測定対象物方向に位置させるという案もあるが、それによってシールドケースから音叉型振動子の先端が飛出してしまい、表面電位計の小型化要求には対応できない。
【００１４】
また、音叉型振動子の先端部にごみ等の絶縁物（不純物）が付着していると、その影響で音叉型振動子の先端部の電位が本来はＧＮＤでなければならないところ、ある電位に帯電してしまい、これが測定電極にノイズ分として混入していた。
【００１５】
このため、結果的にＳ／Ｎの信号分（Ｓ）が小さくなってしまい、もしくはノイズ分（Ｎ）が大きくなってしまい、表面電位計としての基本的性能が悪化する傾向にあるという問題点があった。
【００１６】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、測定信号のＳ／Ｎ比が高く、基本的性能が向上した非接触式の表面電位計を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、表面電位計を次の（１）、（２）のとおりに構成する。
（１）測定対象物からの電気力線を受ける測定電極と、前記測定電極をフォーク部分の内側でかつ該フォーク部分の先端部分と近接した位置に有し、該フォーク部分の先端部分から該測定電極に入る電気力線の量を時間的に変化させる音叉型振動子とを備えた表面電位計であって、
前記音叉型振動子は、前記フォーク部分の大部分が互いに平行に対向しており、該フォーク部分の先端部分がハの字型の形状に形成されている表面電位計。
（２）前記（１）に記載の表面電位計において、
前記測定電極に誘起された微小信号を電圧信号にインピーダンス変換する変換素子を有する表面電位計。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る非接触式の表面電位計の概略構成図であり、図２と同一符号は同一構成部分を示している。
【００２０】
図１において、１は表面電位を測定すべき感光体などの測定対象物８の電界を受け、その電気力線７が入射する測定電極、１０はその測定対象物８から測定電極１へ入射する電気力線７をチョッピングして測定電極１に入る電気力線７の量を時間的に変化させるチョッパー部の音叉型振動子で、固定部１０ａと反対側のフォーク部１０ｂの両先端部分１０ｃが互いに近付くように且つ上記測定電極１から離れるように折り曲げられてハの字型の形状になるように形成されている。
【００２１】
また、３は上記測定電極１に誘起される微小交流信号を電圧信号にインピーダンス変換して増幅するための増幅素子（変換素子）、４は音叉型振動子２に振動を与える圧電素子、５は上記インピーダンス変換回路などが構成された回路基板、６は圧電素子４への駆動信号、測定電極１からの受信信号、及び電源を入出力するための接続コネクタ、９は上記の回路基板５を収容したシールドケースである。
【００２２】
なお、上記増幅素子３を有したインピーダンス変換回路は、図３と同様であるので説明は省略する。また、全体をシールドケース９で覆った外観形状は、音叉型振動子１０のハの字型の先端部分１０ｃを除いて図４と同様であり、前面には測定窓が設けられている。
【００２３】
上記構成の表面電位計において、音叉型振動子１０のハの字型の形状の両先端部分１０ｃは、音叉の中心線に沿って測定対象物８よりＢ方向に入射する電気力線７の量を時間的に変化させるように、測定対象物８から見て水平方向（Ａ方向）に物理的に振動する。そして、この音叉型振動子１０の先端部分１０ｃと近接した位置に相対向して、且つ上記電気力線７の入射方向（Ｂ方向）とは反対側の音叉型振動子１０の固定部１０ａ側に測定電極１が設けられており、上記フォーク部１０ｂの両先端部分１０ｃの間を通る電気力線７を吸収して該測定電極１に誘起される微小交流信号から測定対象物８の表面電位が測定される。
【００２４】
ここで本実施例では、音叉型振動子１０の先端形状をハの字型に形成しているので、音叉型振動子１０の振動振幅量はほぼ従来と同様のままで、測定対象物８から音叉型振動子１０に逃げ込む（飛び込む）電気力線７の量が激減する。また、音叉型振動子１０の先端と測定電極１間の距離を離して結合容量を小さくしているので、測定電極１に誘起された微小交流信号が音叉型振動子１０から逃げる量が激減する。
【００２５】
さらに、音叉型振動子１０の先端部が絶縁物等の付着によりある電位に帯電した場合でも、音叉型振動子１０と測定電極１の距離が離れているので、測定電極１に混入するノイズ分も減少する。
【００２６】
よって、Ｓ／Ｎ比における信号分（Ｓ）を大きく、ノイズ分（Ｎ）を小さくすることができ、表面電位計としての基本的性能を大幅に向上することが可能となる。
【００２７】
従来では、装置の小型化に対応すべく測定電極を小型化しているので、測定電極の検出表面積が小さくなり、測定対象物から表面電位計の測定窓から入射される総電気力線に対して、音叉型振動子に直接飛び込んで当る電気力線の比率が大きくなっていた。
【００２８】
さらに、音叉型振動子と測定電極の測定面の距離が縮まり、両者間の結合容量が大きくなることによって、一旦測定電極に誘起された微小交流信号が音叉型振動子に逃げてしまっていた。
【００２９】
また、音叉型振動子の先端にごみ等の絶縁物（不純物）が付着していると、その影響で音叉型振動子先端部の電位が本来はＧＮＤでなければならないところ、ある電位に帯電してしまい、測定電極にノイズ分として混入していた。
【００３０】
よって、結果的にＳ／Ｎ比の信号分（Ｓ）が小さくなってしまい、もしくはノイズ分（Ｎ）が大きくなってしまい、表面電気計の基本的性能は悪化する傾向にあった。
【００３１】
しかし本実施例では、上述のように音叉型振動子１０の先端部をハの字型の形状にしているので、音叉型振動子１０の開口部を広くすることができ、測定対象物８から音叉型振動子１０に逃げ込む電気力線７の量を激減させることができ、また音叉型振動子１０と測定電極面の距離を離しているので、両者間の結合容量を小さくすることができ、測定電極１に誘起された微小交流信号の音叉型振動子１０に逃げ込む量を激減させることができる。
【００３２】
よって測定信号のＳ／Ｎ比を高めることができ、表面電位計としての基本的性能を向上させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、音叉型振動子の両先端部分を互いに近付くように且つ測定電極から離れるように形成したため、測定対象物から音叉型振動子に飛び込んで当たる電気力線の量が減少するとともに、音叉型振動子と測定電極の間の結合容量が小さくなり、また測定電極に混入するノイズ分も減少し、測定信号のＳ／Ｎ比が高くなり、基本的性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る表面電位計の概略構成図
【図２】 従来例を示す概略構成図
【図３】 インピーダンス変換回路の一例を示す回路図
【図４】 表面電位計の外観形状を示す斜視図
【図５】 測定部を拡大して示す構成図
【符号の説明】
１ 測定電極
３ 増幅素子（変換素子）
４ 圧電素子
５ 回路基板
７ 電気力線
８ 測定対象物
１０ 音叉型振動子
１０ａ 固定部
１０ｂ フォーク部
１０ｃ 先端部分
Claims (2)
- 測定対象物からの電気力線を受ける測定電極と、前記測定電極をフォーク部分の内側でかつ該フォーク部分の先端部分と近接した位置に有し、該フォーク部分の先端部分から該測定電極に入る電気力線の量を時間的に変化させる音叉型振動子とを備えた表面電位計であって、
前記音叉型振動子は、前記フォーク部分の大部分が互いに平行に対向しており、該フォーク部分の先端部分がハの字型の形状に形成されていることを特徴とする表面電位計。 - 請求項１に記載の表面電位計において、
前記測定電極に誘起された微小信号を電圧信号にインピーダンス変換する変換素子を有することを特徴とする表面電位計。
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| JP10938096A Expired - Fee Related JP3673597B2 (ja) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | 表面電位計 |
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1996
- 1996-04-30 JP JP10938096A patent/JP3673597B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH09292426A (ja) | 1997-11-11 |
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