JP4669713B2 - 画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は原稿に照明光を照射し、原稿面からの反射光を光電変換素子によって電気信号に変換し、原稿上の画像情報を読み取る画像読み取り装置、この画像読み取り装置を備えたモノクロ、フルカラー、ＭＦＰなどの複写機能を有する画像形成装置、及びこれらの装置に適用される画像読み取り方法に関する。

図１５は従来から実施されている原稿画像を読み取る画像読み取り装置（以下、「スキャナ」と称す）の概略構成を示す図である。スキャナ２００は、原稿が載置される原稿台（コンタクトガラス）１１と、この原稿台１１の下面側に設置され、光源１及び第１ミラー２とを搭載した第１キャリッジ３と、第２及び第３ミラー４，５を備えた第２キャリッジ６と、第１ないし第３ミラー２，４，５を介して導かれた原稿からの反射光が入射される結像レンズ７と、結像レンズ７によって結像面に結像された原稿画像を読み取って光電変換するＣＣＤ（結像素子）８とから基本的に構成され、第２キャリッジ６が第２キャリッジ３の１／２の走査速度で副走査方向に移動して原稿画像を読み取るようになっている。

第１キャリッジ３は、図１６示すように光源１としてコンタクトガラス１１側に開口１２が形成されたカバー１３に収納された円筒形状のキセノンランプ９を備え、コンタクトガラス１１側には、キセノンランプ９からの直射光と前記カバー１３の出口に設けられた対向反射板１０からの反射光が照射される。そして、照度の高い領域の反射光を第１ミラー２から第２、第３ミラー４，５に導く。このように構成された光源では、結像位置がＲ，Ｇ，Ｂの各色で異なるため、原稿面ではこれをカバーするだけの均一な照度分布が要求される。

一方、昨今では、省エネルギ、立ち上がりのスピード、信頼性等を考慮してＬＥＤ（light-emitting diode）光源（点光源）が検討されており、この種の光源に使用されるＬＥＤとして例えば特許文献１あるいは２に開示された発明が知られている。このうち特許文献１には、青色ＬＥＤに、赤色、緑色の蛍光体を透明樹脂に溶かし込んだ樹脂をＬＥＤの前に配置して白色光を照射するようにした発明が開示されている。

また、特許文献２には、画像読み取り装置の走査機構（第１キャリッジ）にＹＡＧ系蛍光板を配置して、第１キャリッジ内の青色ＬＥＤから照射した光を白色化して光源として使用した発明が開示されている。
特開平１１−３１７１０８号公報 特開２００１−２８５５７７号公報

原稿画像の読み取りは、前述のようにＣＣＤによって行われている。現在画像読み取り装置で使用されているＣＣＤの特性は、図１７のＣＣＤ感度特性に示すように長波長（赤色系）は感度が高く、人間の視覚特性と異なる。すなわち、ＣＣＤは人間の視覚特性で不要な赤外領域に感度がある。また、図１７を見ると、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）でも７５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で感度があり、この範囲の光は人間の目では赤色系のみの色としか見えないが、ＣＣＤではＧ、Ｂの出力（ＣＣＤからの出力：黒は出ない）がある。このため、Ｒ、Ｇ、Ｂのバランスがくずれ色再現性が悪くなる。

一方、描画材、例えば黒のボールペンでは、図１８の黒ボールペンインク反射特性（６社の製品の反射特性（１）〜（６））から分かるように黒色が６５０ｎｍ以上に色特性を持つものがある。このような反射特性の黒ボールペンインクは人間の目では黒色に見えるが、ＣＣＤでは図１７に示すように赤色が出ている。そのため、黒赤モードで２値化すると、黒ボールペンの画像のコピーが黒赤の画像になってしまう場合がある。また、フルカラーの場合には、黒色に赤色がにじむような画像となる。

他方、前述の従来例のように照明光源としてキセノンランプを使用した場合、図１９のキセノンランプの分光特性図（Ａ，Ｂ２社、図では（１）、（２）として示す）に示すように、キセノンランプは８５０ｎｍ前後に発光しており、前記波長はＣＣＤの感度のよい赤外領域である。そこで、これらの赤外領域のＣＣＤの感度と光源の分光特性による画像の補正を画像処理等によって行っているが、ＣＣＤ感度のバラツキや原稿の色特性等により、人間の目で感じた色再現に一致しにくい。そこで、キセノンランプの８５０ｎｍ前後の波長を例えば赤外線カットフィルタや赤外線カットレンズを使用してカットすれば、この問題は解決する。しかし、キセノンランプは、４００ｎｍ〜７００ｎｍまで全て発光しているわけではなく、図１９のインクの分光特性図から分かるように欠落している部分がある。特に５１０ｎｍ〜５４０ｎｍ、５７０ｎｍ前後で欠落している。一方、図２０の色の分光反射率特性図のＧＲＥＥＮを参照すると、緑色は５００ｎｍ代の反射成分である。この波長の部分が光源から欠落すると光がない状態、つまり黒となり、鮮やかな緑色の再現ができなくなる。

さらに、光源としてハロゲンランプも考えられ、赤外領域について赤外線カットフィルタや赤外線カットレンズとともに用いることも考えられるが、ハロゲンランプは発熱量が多く、また、赤外成分も多いのでこの領域の波長をカットすると光効率が悪く、カラー原稿を読み取るための光源として使用するには不適である。

これらを解決するためには人間の視覚特性に合わせたＣＣＤを開発すればよいが、現在の技術では難しい。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、人間の視覚と同等の反射特性で画像の読み取りを可能とすることにある。

前記目的を達成するため、第１の手段は、原稿に照明手段によって照明光を照射し、原稿面からの反射光を光電変換素子によって電気信号に変換し、画像情報を読み取る画像読み取り装置において、前記照明手段が、黄色蛍光体と、この黄色蛍光体によって発光面が覆われ、前記黄色蛍光体を通して光が出射される青色発光体とを備え、可視光領域で連続スペクトルを有するとともに、赤外線領域の波長より短い波長の光のみを出射する白色ＬＥＤからなることを特徴とする。
第２の手段は、第１の手段と同一の前提の画像読み取り装置において、前記照明手段が、黄ＺｎＳｅ系による青色発光部とＺｎＳｅ単結晶基板とを備え、可視光領域で連続スペクトルを有するとともに、赤外線領域の波長より短い波長の光のみを出射する白色ＬＥＤからなることを特徴とする。
第３の手段は、第１の手段において、前記黄色蛍光体が、イットリウム、アルミニウム、ガーネットを含むＹＡＧ系の蛍光体であることを特徴とする。
第４の手段は、第１ないし第３のいずれかの手段に係る画像読み取り装置を画像形成装置が備えていることを特徴とする。

本発明によれば、人間の視覚と同等の反射特性で画像の読み取りを行うことができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る画像読み取り装置の照明装置の構成を示す図である。本実施形態では、光源として広指向性のＬＥＤ２１と導光部材２２を使用している。ＬＥＤ２１は基板２０上に搭載され、導光部材２２はＬＥＤ２１の発光部に一端面（入射面）２２ａが接し、他端面（出射面）２２ｂ側が照明方向に向いた状態に配置されている。図２は広指向性のＬＥＤ２１の発光分布の一例を示す図である。同図に示すようにＬＥＤ２１からの照射光は発光面から１００°〜１２０°の範囲で発光している。前記図１は図２に示したＬＥＤ２１の照射光を導光部材２２を使用して被照射面に向けて導く構成を示す断面図で、実際には、図３の斜視図に示すようにＬＥＤ２１は所定間隔で主走査方向にライン状に並んでおり、ＬＥＤ２１の発光面２１ａに沿って断面長方形状で狭幅の導光部材２２が配置され、ＬＥＤ２１からの照射光の出射面２２ｂが被照射面（コンタクトガラス１１）に対向している。導光部材２２の出射面２２ｂには、ほぼ６５０ｎｍ以上の波長の赤外領域をカットする赤外線カットフィルタ２３ａが設けられ、導光部材２２から出射されるＬＥＤ２１からの照明光の前記波長領域がカットされる。この実施形態では、導光部材２２として光学ガラス（クラウンガラス）を使用している。

その他の各部は前述の図１５と同等に構成されているので、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

導光部材２２では図４に示すように導光部材２２から空気層へ光が照射されたとき、空気と導光部材２２との屈折率の違いから空気層に照射されない角度が決まる。すなわち、導光部材２２の外部である空気層の屈折率（ｎ１）を１、導光部材２２として光学ガラス（クラウンガラス）を使用した場合には、導光部材２２の内部である光学ガラスの屈折率（ｎ２）は約１．５２であることから導光部材２２から空気層に照射されない角度、いわゆる臨界角θ（光路と導光部材２２の側面との交点から導光部材２２の側面に立てた法線と光路のなす角）、
θ＝sin−１（ｎ１/ｎ２）
となることから、導光部材２２を光学ガラスとした場合、臨界角θは、
θ＝４１°
となる。

すなわち、図５に示すようにＬＥＤ２１の指向角（α）４９°以下ではＬＥＤ２１からの出射光は導光部材２２の側面から出ることなく導光部材２２の内側に反射される。これにより図１に示すように導光部材２２の内面で全反射してＬＥＤ２１上部（指向角（α）＝０°の方向）に光が導かれる。

図２に示すような広指向性のＬＥＤ２１では、指向角（α）４９°×２≒１００°の範囲で照射される光は、導光部材２２の出射面２２ｂに導かれ、残り０°〜２０°範囲の光は導光部材２２側面２２ｃから外に出てしまう。したがって、光学ガラス（クラウンガラス）を導光部材２２に使用した場合には、ＬＥＤ２１からの照射光量の８０％以上が導光部材２２の出射面２２ｂ方向に導かれる。

赤外線カットフィルタ２３は、図６のＳＰＤ（Silicon Photo Diode−シリコンの受光素子）感度、人間の視感度、及び赤外線カットフィルタの透過率の波長依存性を示す図から分かるようにＣＣＤあるいはＣＭＯＳイメージセンサに使用されているシリコンの受光素子の感度と人間の視覚特性（視感度）の相違から、人間の視覚特性に合うようにＳＰＤ感度の６５０〜７００ｎｍ以上の波長領域を除去する特性を備えているものである。赤外線カットフィルタとしては、例えば呉羽化学工業（株）社製のルミクルＵＣＦ・ＵＣＦＤ（製品名）と称されるフィルタが使用される。その物性と、分光透過率を図７（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。ａはＵＣＦ−０２と称される厚さ０．５ｍｍの赤外線カットフィルタの特性で、ｂはＵＣＦ−２２と称される厚さ１．０ｍｍの赤外線カットフィルタの特性である。

このような特性の赤外線カットフィルタ２３を使用すれば、図６に示すようにＳＰＤの赤外領域の感度をカットし、人間の視覚特性に近い特性でＣＣＤ８が原稿画像を読み取ることができる。なお、図８はレンズａ、レンズａに赤外線カットコーティングを施したものｂ、前記ａの特性のレンズと赤外線カットフィルタを組み合わせたものｃ、ｄの分光特性を示す特性図である。ｄおよびｃの特性では、６５０ｎｍ以上の波長の領域はほぼ、７００ｎｍ以上の波長の領域は完全に除去され、ｂの特性のものでは７５０ｎｍ以上の波長の領域はほぼ除去されていることが分かる。この特性からＣＣＤ８で長波長の感度を持っていても、赤外線カットフィルタ２３によって前記領域の波長の光が原稿面側に照射されないため、ＣＣＤ８が前記領域の原稿面からの反射光を読み取ることはなく、人間の目で読み取ったものと同等の特性で原稿は読み取られることになる。

なお、赤外線カットフィルタ２３は０．５〜１．０ｍｍ程度の厚さのものであり、導光部材２２の出射面２２ｂに貼り付けて使用されるが、前記出射面２２ｂに赤外線カットフィルタと同じ材質のものをコーティングして赤外線カットフィルタ層を形成してもよい。

また、図１では、赤外線カットフィルタ２３が導光部材２２の出射面２２ｂに設けられているが、図９に示すように赤外線カットフィルタ２３を導光部材２２の入射面２２ａに設けてもよい。あるいは、図１０に示すように赤外線カットフィルタ２３をＬＥＤ２１の出射面２１ａに設けてもよい。

さらに、前記図７に示すように赤外線カットフィルタ２３はプラスチックレンズと同様にアクリル系樹脂を使用し、屈折率が１．５１であるので、図１１に示すように前記導光部材２２を赤外線カット特性を有する前記アクリル系樹脂で成型した赤外線カット導光部材２４として使用することもできる。この場合、臨界角も前記角度θと同等の角度なので、前記光学ガラスと同等の特性の導光部材として機能する。

赤外線カットフィルタ２３は赤外線カット特性を有する樹脂だけでなくガラスによって構成することもでき、導光部材２２自体を赤外線カット特性を有する光学ガラスによって成形することもできる。なお、ここでいう光学ガラスは、脈理のない均一な屈折率と光学機器として使用できるだけの透明性を備えたものである。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、フィルタ、コーティング、導光部材などによって赤外線をカットして、原稿からの反射光に赤外成分である６５０ｎｍ〜７００ｎｍより短い波長の光で原稿の照明を行うようにしているのに対し、この第２の実施形態では、光源そのものから前記領域をカットするようにしている。そこで、本実施形態では前記領域を発光しない白色ＬＥＤを使用する。図１２は、この白色ＬＥＤの構成を示す断面図である。

図１２において、白色ＬＥＤ２５は青色ＬＥＤ２６の発光部２７の前面（光出射側の面）に凹部２８を設け、当該凹部２８中に黄色蛍光体２９を充填し、黄色蛍光体２９の前面（開放側の面）を発光面３０としたものである。なお、符号３１はリードである。青色ＬＥＤ２６自体はＧａＮ系の公知のもので、黄色蛍光体２９としてはＹＡＧ系（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）のものを使用した。

このような構成の白色ＬＥＤ２５では、蛍光体は青色ＬＥＤ２６の発光部２７から放射される青色光を黄色の光に変換する。青色ＬＥＤ２６の発光部２７が放射する青色光の一部は黄色蛍光体２９層を透過し、残りは蛍光体に当たって黄色の光になる。そして、透過する青色と前記黄色の２色の光が混じりあって白色に見える。図１３の分光特性図に示すように、このような構成の白色ＬＥＤ２５から出射された光は、７００ｎｍ以上ではピーク値（青色発光体（ＧａＮ系）による発光のピーク値４６０ｎｍ：１００％として）の５％以下の発光であり、７５０ｎｍでは０．５％以下となるので、赤外領域の発光はしていない。このことは、ＣＣＤ８で長波長の感度を持っていても、光源から７００ｎｍよりも長い波長の発光がないため、赤外領域の読み取りは行われないということを意味する。

なお、蛍光体を使用することなく、ＺｎＳｅ系（活性層）による青色発光と、ＺｎＳｅ単結晶基板により青色発光を吸収し黄色光になる組合せにより白色ＬＥＤ２４を構成することもできる。この例の場合は７００ｎｍよりも長い波長の発光が低減され、短波長側の出力が多くなるＬＥＤとなるので、画像読み取り装置の光源として使用することができる。

さらに、前述の図２０に示すように、ＧＲＥＥＮ（緑色）は４８０ｎｍ〜５６０ｎｍ付近まで連続的な分光特性がある。図１９に示すようなキセノンランプの特性では、５００ｎｍ〜５３５ｎｍ、５５５ｎｍ〜５８０ｎｍの波長の光は照射されていないため反射光がなく緑色の再現が黒ずむようになり、鮮やかな緑色が再現できない。しかし、白色ＬＥＤ（青色発光体と、黄色蛍光体による照射）２５を光源として使用した場合、図１３に示すように、可視光領域は途切れることなく連続的に発光されているので、反射光がなくなる領域はなく、色が黒ずむようなことはない。

図１４は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例を示すシステム全体の概略構成図である。同図において、画像形成装置は本体１００と、画像形成装置本体１００の上部の設置された画像読み取り装置２００と、さらにその上に装着された自動原稿給送装置（以下、「ＡＤＦ」と称す）３００と、画像形成装置本体１００の図１において右側に配置された大容量給紙装置４００と、画像形成装置本体１００の図１において左側に配置された用紙後処理装置５００とから基本的に構成されている。

画像形成装置本体１００は画像書き込み部１１０と、作像部１２０と、定着部１３０と、両面搬送部１４０と、給紙部１５０と、垂直搬送部１６０と、手差し部１７０とからなる。

画像書き込み部１１０は画像読み取り装置２００で読み取った原稿の画像情報に基づいて発光源であるＬＤを変調し、ポリゴンミラー、ｆθレンズなどの走査光学系により感光体ドラム１２１にレーザ書き込みを行うものである。作像部は感光体ドラム１２１と、この感光体ドラム１２１の外周に沿って設けられた現像ユニット１２２、転写ユニット１２３、クリーニングユニット１２４及び除電ユニットなどの公知の電子写真方式の作像要素とからなる。

定着部１２０は前記転写ユニット１２３で転写された画像を記録紙に定着する。両面搬送部１４０は定着部１２０の記録紙搬送方向下流側に設けられ、記録紙の搬送方向を用紙後処理装置５００側、あるいは両面搬送部１４０側に切り換える第１の切換爪１４１と、第１の切換爪１４１によって導かれた反転搬送路１４２と、反転搬送路１４２で反転した記録紙を再度転写ユニット１２３側に搬送する画像形成側搬送路１４３と、反転した記録紙を用紙後処理装置５００側に搬送する後処理側搬送路１４４とを含み、画像形成側搬送路１４３と後処理側搬送路１４４との分岐部には第２の切換爪１４５が配されている。

給紙部１５０は４段の給紙段からなり、それぞれピックアップローラ、給紙ローラによって選択された給紙段に収納された記録紙が引き出され、垂直搬送部１６０に導かれる。垂直搬送部１６０では、各給紙段から送り込まれた記録紙を転写ユニット１２３の用紙搬送方向上流側直前のレジストローラ１６１まで搬送し、レジストローラ１６１では、感光体ドラム１２１上の顕像の画像先端とタイミングを取って記録紙を転写ユニット１２３に送り込む。手差し部１７０は開閉自在な手差しトレイ１７１を備え、必要に応じて手差しトレイ１７１を開いて記録紙を手差しにより供給する。この場合もレジストローラ１６１で記録紙の搬送タイミングが取られ、搬送される。

大容量給紙装置４００は同一サイズの記録紙を大量にスタックして供給するもので、記録紙が消費されるにしたがって底板４０２が上昇し、常にピックアップローラ４０１から用紙のピックアップが可能に構成されている。ピックアップローラ４０１から給紙される記録紙は、垂直搬送部１６０からレジストローラ１６１のニップまで搬送される。

用紙後処理装置５００はパンチ、整合、ステイプル、仕分けなどの所定の処理を行うもので、この実施形態では、前記機能のためにパンチ５０１、ステイプルトレイ（整合）５０２、ステイプラ５０３、シフトトレイ５０４を備えている。すなわち、画像形成装置１００から用紙後処理装置５００に搬入された記録紙は、孔明けを行う場合にはパンチ５０１で１枚ずつ孔明けが行われ、その後、特に処理するものがなければ、プルーフトレイ５０５へ、ソート、スタック、仕分けを行う場合にはシフトトレイ５０４にそれぞれ排紙される。仕分けは、この実施形態は、シフトトレイ５０４が用紙搬送方向に直交する方向に所定量往復動することにより行われる。このほかに、用紙搬送路で用紙を用紙搬送方向と直交する方向に移動させて仕分けを行うこともできる。

整合する場合には、孔明けが行われた、あるいは孔明けが行われていない記録紙が下搬送路５０６に導かれ、ステイプルトレイ５０４において後端フェンスで用紙搬送方向を直交する方向が整合され、ジョガーフェンスで用紙搬送方向と平行な方向の整合が行われる。ここで、綴じが行われる場合には、整合された用紙束の所定位置、例えば角部、中央２個所など所定の位置がステイプラ５０３によって綴じられ、放出ベルトによってシフトトレイ５０４に排紙される。また、この実施形態では、下搬送路５０６にはプレスタック搬送路５０７が設けられ、搬送時に複数枚の用紙をスタックし、後処理中の画像形成装置１００側の画像形成動作の中断を避けることができるようになっている。

画像読み取り装置２００は、図１５で説明した従来からの画像読み取り装置の照明装置を前述の第１の実施形態あるいは第２の実施形態で説明した照明装置に代えた画像読み取り装置が使用されている。この画像読み取り装置２００では、ＡＤＦ３００によってコンタクトガラス２１０上に導かれ、停止した原稿を光学的にスキャンし、第１ないし第３のミラー２，４，５を経て結像レンズ７で結像された読み取り画像をＣＣＤ８（あるいはＣＭＯＳ）などの光電変換素子によって読み取る。読み取られた画像データは、図示しない画像処理回路で所定の画像処理が実行され、記憶装置に一旦記憶される。そして、画像形成時に画像書き込み部１１０によって記憶装置から読み出され、画像データに応じて変調し、光書き込みが行われる。

ＡＤＦ３００は両面読み取り機能を有するもので、画像読み取り装置２００のコンタクトガラス２１０設置面に開閉自在に取り付けられている。

本発明の実施形態に係る照明装置の構成を示す図である。 広指向性のＬＥＤの発光分布の一例を示す図である。 ＬＥＤと導光部材との関係を示す斜視図である。 導光部材内で全反射するときの指向角と臨界角との関係を示す図である。 導光部材内で全反射するときと透過するときの指向角の状態を示す図である。 ＳＰＤ感度、人間の視感度、及び赤外線カットフィルタの透過率の波長依存性を示す図である。 赤外線カットフィルタの物性と分光透過率を示す図である。 赤外線カットフィルタの赤外線除去の特性を示す図である。 赤外線カットフィルタを導光部材の入射面に設けた照明装置の例を示す図である。 赤外線カットフィルタをＬＥＤの出射面に設けた照明装置の例を示す図である。 導光部材を赤外線カット特性を有するアクリル系樹脂で成型した赤外線カット導光部材を使用した照明装置の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る白色ＬＥＤの構成を示す断面図である。 白色ＬＥＤの分光特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 従来から実施されている原稿画像を読み取る画像読み取り装置の概略構成を示す図である。 キセノンランプを光源とする照明装置の構成を示す図である。 従来から使用されているＣＣＤの感度特性を示す図である。 黒ボールペンインクの反射特性を示す図である。 キセノンランプの分光特性を示す図である。 インクの色の分光特性を示す図である。

符号の説明

１ 光源
８ ＣＣＤ
２１ ＬＥＤ
２１ａ 出射面
２２ 導光部材
２２ａ 入射面
２２ｂ 出射面
２３，２４ 導光部材
２５ 白色ＬＥＤ
２６ 青色ＬＥＤ
２７ 発光部
２９ 黄色蛍光体
１００ 画像形成装置
２００ 画像読み取り装置（スキャナ）

Claims (4)

1. 原稿に照明手段によって照明光を照射し、原稿面からの反射光を光電変換素子によって電気信号に変換し、画像情報を読み取る画像読み取り装置において、
   前記照明手段が、黄色蛍光体と、この黄色蛍光体によって発光面が覆われ、前記黄色蛍光体を通して光が出射される青色発光体とを備え、可視光領域で連続スペクトルを有するとともに、赤外線領域の波長より短い波長の光のみを出射する白色ＬＥＤからなることを特徴とする画像読み取り装置。
2. 原稿に照明手段によって照明光を照射し、原稿面からの反射光を光電変換素子によって電気信号に変換し、画像情報を読み取る画像読み取り装置において、
   前記照明手段が、黄ＺｎＳｅ系による青色発光部とＺｎＳｅ単結晶基板とを備え、可視光領域で連続スペクトルを有するとともに、赤外線領域の波長より短い波長の光のみを出射する白色ＬＥＤからなることを特徴とする画像読み取り装置。
3. 前記黄色蛍光体が、イットリウム、アルミニウム、ガーネットを含むＹＡＧ系の蛍光体であること
   を特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像読み取り装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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