CN107614280A - 成形微透镜 - Google Patents

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Abstract

一种光学装置,优选地是用于证件的安全装置,其包括微透镜布置和微图像布置,其中所述微图像布置被配置用于在透过所述微透镜布置观看时提供光学可变效应,并且其中微透镜布置限定独立于所述光学可变效应的可辨认图像。

Description

成形微透镜
发明领域
本发明大体涉及光学装置,特别是适合于在设置在证件上时提供增强的安全性的光学装置。
发明背景
由于很多原因,通常有必要提供防止伪造证件的安全性。通常在证件上包括提供光学可变效应(即,特征外观随着观看条件改变而改变的效应)的特征。一个常见的实例是设置在某些证件(诸如具有全息特征的信用卡)上,其中外观随视角和照明角度而改变。
伪造者不能简单地使用标准影印机来创建包含光学可变效应的证件的伪造版本,因为影印机将无法准确地再现所述效应的可变分量。当伪造证件呈现给人时,由于缺乏可变性,人可以轻易地将其识别为非法的。
已知将小透镜(通常被称为微透镜)的阵列设置在一些证件(诸如护照、纸币、信用卡和借记卡等)上。阵列通常以矩形或正方形布置进行设置,因为使用现有已知技术容易大规模地再现这些形状。然而,利用矩形或正方形形状可允许较容易地非法再现光学效应。
发明概述
本发明涉及实现以下情况:以自身构成可辨认图像的布置来设置微透镜可以提供附加的安全性,因为伪造者更难以准确地再现可辨认图像。以这种方式,微透镜不仅由于印刷元件(诸如微图像阵列)的已知布置而产生安全效应,它们还通过充当可辨认图像的像素来提供附加的安全效应。
本发明还涉及实现以下情况:可辨认图像提供附加的安全性,因为普通用户可能被不寻常的布置所吸引。
根据本发明的一个方面,提供了一种光学装置,其包括微透镜布置和微图像布置,其中微图像布置被配置用于在透过微透镜布置观看时提供光学可变效应,并且其中微透镜布置通过微透镜在规则格子中的存在或不存在来限定独立于光学可变效应的可辨认图像。
使用压花在衬底上形成微透镜的现有技术方法对整个衬底进行压花(这可以特别适用于被实现为箔的光学装置),或者对从衬底的一侧跨到其相反侧的条带进行压花(这可以特别适用于直接形成到证件衬底上的光学装置)。在任一种情况下,微透镜从衬底的至少一侧延伸到另一侧。“可辨认图像”反而优选地由位于衬底界限内的微透镜布置来限定;微透镜未在实际衬底边界处形成。更优选地,“可辨认图像”是被选择成可识别为图像的图像;即,观看微透镜布置的用户理解图像已被限定。
“可辨认图像”可以是并非简单几何形状的图像。在一个实现方式中,“简单几何形状”可以是正方形或矩形。在另一个实现方式中,“简单几何形状”选自具有少量直边缘边(例如,小于10个、优选地小于5个、并且更优选地是3或4个边)的形状。
任选地,“可辨认图像”对应于信息承载符号(或多个符号),诸如货币符号、国家标识符等。
通常,光学装置构成安全装置,所述安全装置是施加到证件或在证件上形成以便增加生产所述证件的可通过伪造品的难度的特征。
在一个实施方案中,光学可变效应是莫尔效应。在另一个实施方案中,光学可变效应是对比度切换效应。
通常,可辨认图像是通过微透镜的存在来限定。
优选地,微透镜位置的完整网格是确定的,并且微透镜被选择性地放置在完整网格的网格位置处,由此创建可辨认图像。
任选地,微图像布置相比微透镜布置在更大的区域之上延伸。
在一个实施方案中,微透镜布置被固定地定位成与微图像布置相对,优选地位于至少基本透明的衬底的相反侧上。在替代实施方案中,微透镜布置与微图像布置分开定位,使得必须使布置处于重叠关系以便观看光学可变效应,优选地其中布置位于衬底的不同区域中。
任选地,微透镜是球面或非球面微透镜,或者微透镜是圆柱形微透镜。另一个选项是利用选择性地不存在的圆柱形微透镜,由此限定可辨认图像。
根据本发明的另一个方面,提供了一种证件,优选地是安全证件并且更优选地是纸币,其包括第一方面的光学装置。
在一个实施方案中,微透镜布置被固定地定位成在证件的窗口区或半窗口区内与微图像布置相对。在另一个实施方案中,微透镜布置位于证件的窗口区中,并且微图像布置与微透镜布置分开定位,使得需要例如通过折叠和/或扭转来操纵证件,以便使微图像布置和微透镜布置处于重叠关系以观看光学可变效应。通常在这种情况下,微图像布置相比微透镜布置在证件的更大表面区域之上延伸。
安全证件或令牌
如本文所使用的,术语安全证件和令牌包括所有类型的有价值的证件和令牌以及身份证件,包括但不限于以下各项:货币物品(诸如纸币和硬币),信用卡,支票,护照,身份证,安全和股份证书,驾照,地契,旅行证件(诸如飞机票和火车票),入场卡和入场券,出生、死亡和结婚证书,以及成绩单。
本发明特别地但并非仅仅适用于由施加有一个或多个印刷层的衬底形成的安全证件或令牌(诸如纸币)或身份证件(诸如身份证或护照)。本文所描述的衍射光栅和光学可变装置也可能适用于其他产品,诸如包装。
安全装置或特征
如本文所使用的,术语安全装置或特征包括大量旨在保护安全证件或令牌免遭伪造、复制、更改或篡改的安全装置、元件或特征中的任何一个。安全装置或特征可以设置在安全证件的衬底中或其上、或者设置在施加到基底衬底的一个或多个层中或其上,并且可以采取多种形式,诸如嵌入在安全证件的层中的安全线;安全油墨,诸如荧光、发光和磷光油墨,金属油墨,虹彩油墨,光致变色、热致变色、水致变色或压致变色油墨;印刷和压花特征,包括浮雕结构;干涉层;液晶装置;透镜和双凸透镜结构;光学可变装置(OVD),诸如包括衍射光栅、全息图和衍射光学元件(DOE)的衍射装置。
衬底
如本文所使用的,术语衬底是指形成安全证件或令牌的基底材料。基底材料可以是:纸或其他纤维材料(诸如纤维素);塑料或聚合材料,包括但不限于聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、双轴取向聚丙烯(BOPP);或两种或更多种材料的复合材料,诸如纸和至少一种塑料材料的层压体、或两种或更多种聚合材料的层压体。
透明的窗口和半窗口
如本文所使用的,术语窗口是指安全证件中与基本不透明区相比的透明或半透明区域,向所述基本不透明区施加了印刷。窗口可以是完全透明的,因此其允许光透射基本上不受影响,或者窗口可以是部分地透明或半透明的,从而部分地允许光透射但不允许透过窗口区域清楚地看到物体。
通过在形成窗口区域的区中省略至少一个遮光层,可以在聚合物安全证件中形成窗口区域,所述聚合物安全证件具有至少一个透明聚合材料层以及施加到透明聚合物衬底的至少一侧的一个或多个遮光层。如果将遮光层施加到透明衬底的两侧,则可以通过在窗口区域中省略透明衬底的两侧上的遮光层来形成完全透明窗口。
通过在窗口区域中省略安全证件的仅一侧上的遮光层,可以在两侧上具有遮光层的聚合物安全证件中形成部分透明或半透明的区域(以下称为“半窗口”),因此“半窗口”不是完全透明的,但允许一些光穿过而不允许透过半窗口清楚地看到物体。
可选地,有可能衬底是由基本上不透明的材料(诸如纸或纤维材料)形成的,而透明塑料材料插入件被插入到纸或纤维衬底中的切口或凹槽中,以形成透明窗口或半透明的半窗口区域。
遮光层
可以将一个或多个遮光层施加到透明衬底以增加安全证件的不透明度。遮光层使得LT<L0,其中L0是入射在证件上的光的量,并且LT是通过证件透射的光的量。遮光层可以包括各种遮光涂层中的任何一种或多种。例如,遮光涂层可以包括分散在热活化的可交联聚合材料的粘合剂或载体内的颜料(诸如二氧化钛)。可选地,透明塑料材料衬底可以夹在纸或其他部分地或基本上不透明的材料的遮光层之间,随后可向所述遮光层印刷或以其他方式施加标记。
衍射光学元件(DOE)
如本文所使用的,术语衍射光学元件是指数值型衍射光学元件(DOE)。数值型衍射光学元件(DOE)依赖于在远场(或重建平面)中重建二维强度图案的复数数据的映射。因此,当基本上准直的光(例如,来自点光源或激光器)入射在DOE上时,生成干涉图案,所述干涉图案在重建平面中产生投射图像,当合适的观看表面位于重建平面中时,或者当在重建平面处在透射中观看DOE时,所述投射图像是可见的。两个平面之间的变换可以通过快速傅立叶变换(FFT)来近似。因此,包括振幅和相位信息的复数数据必须物理地编码在DOE的微结构中。可以通过执行期望重建(即远场中的期望强度图案)的逆FFT变换来计算此DOE数据。
DOE有时被称为计算机生成的全息图,但它们与其他类型的全息图(诸如彩虹全息图、菲涅耳全息图和体积反射全息图)不同。
折射率n
介质的折射率n是真空中光速与介质中光速的比率。根据斯涅尔定理,透镜的折射率n决定了到达透镜表面的光线将被折射的量:
n1*Sin(α)=n*Sin(θ),
其中α是位于透镜表面处的入射点处的入射光线与法线之间的角度,θ是在入射点处的折射光线与法线之间的角度,并且n1是空气的折射率(作为近似值,n1可以取为1)。
可压花的可辐射固化油墨
本文使用的术语可压花的可辐射固化油墨是指任何油墨、漆或其他涂层,其可以在印刷过程中施加到衬底,并且其可以在软的时候被压花以形成浮雕结构并通过辐射加以固化以固定压花浮雕结构。固化过程在可辐射固化油墨被压花之前未发生,但是固化过程有可能在压花之后或与压花步骤基本上同时发生。可辐射固化油墨优选地可通过紫外线(UV)辐射来固化。可选地,可辐射固化油墨可以通过其他形式的辐射(诸如电子束或X射线)来固化。
可辐射固化油墨优选地是由透明树脂材料形成的透明或半透明油墨。这种透明或半透明油墨特别适合于印刷透光的安全元件,诸如次波长光栅、透射衍射光栅和透镜结构。
在一个特别优选的实施方案中,透明或半透明油墨优选地包括丙烯酸基可UV固化的透明可压花漆或涂层。
这类可UV固化的漆可以从各个制造商获得,包括Kingfisher Ink Limited的紫外线型产品UVF-203或类似产品。可选地,可辐射固化的可压花涂层可以基于其他化合物,例如硝化纤维。
本文所使用的可辐射固化油墨和漆已被发现特别适合于压花微结构,所述微结构包括衍射结构(诸如衍射光栅和全息图)以及微透镜和透镜阵列。然而,它们也可以压花有较大浮雕结构(诸如非衍射光学可变装置)。
油墨优选地基本上同时被压花并通过紫外线(UV)辐射加以固化。在特别优选的实施方案中,可辐射固化油墨在凹版印刷过程中基本上同时被施加并压花。
优选地,为了适合于凹版印刷,可辐射固化油墨具有一定粘度,所述粘度基本上落在约20厘泊至约175厘泊的范围内、更优选地是约30厘泊至约150厘泊的范围内。可以通过测量从2号蔡恩杯(Zahn Cup#2)排出漆所用的时间来确定粘度。在20秒内排出的样品的具有30厘泊的粘度,并且在63秒内排出的样品具有150厘泊的粘度。
对于一些聚合物衬底,可能有必要在施加可辐射固化油墨之前向衬底施加中间层,以改进由油墨形成的压花结构与衬底的粘合。中间层优选地包含底漆层,并且更优选地,底漆层包括聚乙烯亚胺。底漆层还可以包括交联剂,例如多官能异氰酸酯。适合于在本发明中使用的其他底漆的实例包括:羟基封端聚合物;羟基封端聚酯基共聚物;交联或未交联的羟基化丙烯酸酯;聚氨酯;以及UV固化阴离子或阳离子丙烯酸酯。合适的交联剂的实例包括:异氰酸酯;聚氮丙啶;锆络合物;乙酰丙酮铝;三聚氰胺;以及碳化二亚胺。
金属纳米颗粒油墨
如本文所使用的,术语金属纳米颗粒油墨是指具有平均尺寸小于1微米的金属颗粒的油墨。
附图简述
现在将参考附图来描述本发明的实施方案。应理解,实施方案仅通过说明的方式给出,并且本发明不受此说明的限制。在附图中:
图1a示出根据实施方案的证件,诸如具有光学装置的安全证件;
图1b至图1d示出包括光学装置的证件的不同实现方式;
图2a示出光学装置的侧视图,并且图2b示出同一装置的平面图;
图3a示出完整网格,并且图3b示出选择性地施加到完整网格内的位置的微透镜;
图4a示出选择性地施加到完整网格内的位置的微透镜,所述完整网格与被配置用于产生莫尔效应的微透镜布置叠加;
图4b和图4c示出图4a的微图像布置和微透镜布置的不同实现方式;
图5示出使微图像布置和微透镜布置分开定位的实现方式;
图6a和图6b示出对比度切换实施方案;
图7示出施加到微透镜布置的保护层;
图8示出利用圆柱形透镜的替代实施方案;
图9a示出包括微透镜的现有技术箔;以及
图9b示出包括微图像的现有技术证件。
优选实施方案的描述
在图1a中示出包括光学装置4的证件2。通常,光学装置4是安全装置并且证件2是安全证件,提供光学装置4以便帮助制止和/或避免伪造证件2。证件2包括透明或半透明衬底8。光学装置4可以也包括衬底8,这个衬底8可以是与证件2相同的衬底8或是单独的衬底8。
在图1b中示出光学装置4和证件2的一个可能布置。第一遮光层7a和第二遮光层7b位于衬底8的相反表面上。光学装置4位于证件2的全窗口区5a中,其中在光学装置4的区中不存在第一遮光层7a和第二遮光层7b。尽管遮光层7a、7b被示出为与光学装置4毗连,但是这不是必要的。例如,在光学装置4的边缘与遮光区7a、7b的边缘之间可能存在间隙。
图1c中示出光学装置4和证件2的另一个可能布置。如图所示,第一遮光层7a和第二遮光层7b位于衬底8的相反表面上。在这种布置中,光学装置4位于证件2的半窗口区5b中,其中在光学装置4的区中不存在第一遮光层7a并且存在第二遮光层7b。类似于图1c的布置,尽管遮光层7a被示出为与光学装置4毗连,但是这不是必要的。在实施方案中,第二遮光层7b包括定位成与光学装置4相对且透过光学装置4可见的印刷特征。
在图1d和图1e中示出光学装置4和证件2的另外两个布置。光学装置4被分成第一部件4a和第二部件4b。第一部件4a位于衬底8上的一个位置中,并且第二部件4a位于衬底8上的另一个位置中。在图1d中,部件4a、4b被固定地定位成彼此重叠,而衬底8将它们分开。在图1e中,部件4a、4b被定位成彼此不相对,使得必须例如通过折叠和/或扭转来操纵证件2以便使部件4a、4b成为重叠布置。
在光学装置4直接形成到证件2上、而不是作为一个单独特征形成并且随后被整体施加的情况下,图1d和图1e的布置是特别合适的。任选地,部件4a、4b中的一个不需要是透明的并且因此可以被遮光层7a、7b覆盖。
在衬底8不透明(诸如纸衬底)的情况下,未必需要与下面的衬底8分开的遮光层7a、7b。
图1b至图1e各自包括另外的安全特征6,其可以例如选自:窗口;衍射光学装置;全息图;基于微透镜的光学可变装置;以及任何其他合适的安全特征,并且在必要和/或期望时可以位于衬底8的窗口区或半窗口区内(例如,图1b示出位于窗口区中的另外的安全特征6,并且图1c示出位于半窗口区中的另外的安全特征)。类似于光学装置4,另外的安全特征6可以对应于施加到证件2的表面的箔(例如,如图1d所示)。另外的安全特征6也可以与光学装置4位于证件2的相同窗口区或半窗口区内。
通常,存在用于将如本文所述的光学装置4合并到证件2上的各种技术。例如,光学装置4可以与证件2的衬底8分开形成(例如,形成为箔),随后将所述光学装置4施加到衬底8。另一个实例是例如通过印刷过程或压花过程将光学装置4直接形成到衬底上。出于本公开的目的,将假设光学装置4被直接形成到证件2上,并且因而将证件2的衬底8共享为它的衬底。
参考图2a和图2b,示出根据实施方案的光学装置4。光学装置4包括球面或非球面(未示出)微透镜10的布置,其可以通过利用可辐射固化油墨的压花过程来形成,诸如申请人的PCT公开号WO2008/031170A1中所公开的。图2a示出衬底8的侧向视图并且图2b示出平面图。
如图2b所示,微透镜10的布局限定了可辨认图像12(在这种情况下为大写字母“A”)。这向现有微透镜布置提供了附加的安全性,现有微透镜布置是简单四边形几何形状,即正方形或矩形。
图9a和图9b示出在箔衬底92(图9a)和证件衬底94(图9b)上形成的压花微透镜90的现有技术布置。如可以看出,现有技术微透镜90从衬底92、94的至少一侧95延伸到相反侧96。在箔衬底92的情况下,微透镜90在整个箔衬底92之上延伸。在每一种情况下,微透镜90的布置都不构成可辨认图像,因为微透镜90的布置不完全位于衬底92、94的边缘内(并且不延伸到所述边缘)。
如图3a和图3b所示,限定可辨认图像12的微透镜10在对应于标准网格20上的网格位置的位置中选择性地形成。标准网格20对应于可能的网格位置22的规则阵列(每个网格位置22被示出为球面微透镜的虚线轮廓)。所示出的标准网格20是矩形网格,然而应理解,可以利用任何规则格子(诸如5个二维布拉菲格子之一)。可选地,标准网格20对应于可以任选地使用许多众所周知手段中的任何一种来预先确定的不规则网格,例如,对应于规则或周期性的变化的是间隔。然后,通过将微透镜10选择性地放置在对应于预期图像的网格位置22上来创建可辨认图像12。如图3b所示,“A”的可辨认图像12。
通常,创建垫片以用于通过压花来形成微透镜10的布置。E束(电子束)光刻法在创建垫片的过程中可能特别有用,因为它允许精确控制微透镜10的形成和位置。可选地,可以利用所需的负浮雕结构来雕刻合适的压花表面。例如,可以使用金刚石触针来直接雕刻到适合于在凹版印刷过程中在线使用的金属圆柱体上。
参考图4a的实施方案,利用微透镜10来提供莫尔效应。当微透镜10重叠并聚焦到微图像网格14上时,产生莫尔效应。微图像的间距接近但不等于微透镜位置22的间距,且/或微图像网格14和标准网格20通过相对于彼此旋转(未示出)而不对准。标准网格20和微图像网格14是相同的格子类型。利用规则的正方形或矩形布置的基于透镜的一般莫尔方法和设计是本领域众所周知的。
由于微透镜10选择性地位于标准网格20上,因此莫尔效应将在可辨认图像12的轮廓内表现出“界限”。与现有技术莫尔布置相比,这提供了增强的视觉效应,因为莫尔放大效应与可辨认图像12组合。
图4b示出图4a的实施方案的实现方式,其中微图像网格14的微图像被整体印刷。因此,在没有对应的微透镜10的区域中印刷的微图像可以是对用户可见的,由此在移动的、放大的莫尔图像与微图像之间提供令人感兴趣的并置。
图4c示出另一个实现方式,其中微图像仅印刷在对应于微透镜10的位置的位置中。这种实现方式可能更难以伪造,因为它需要印刷微图像与微透镜10之间的精确对齐。
图5示出有时被称为隐藏或隐蔽布置的另一个实施方案,其中微透镜10和微图像相对于彼此并不是固定地定位。为了使用户观看到莫尔放大效应,必须使微透镜10处于与微图像重叠的位置。然后,用户能够使微透镜10和微图像相对于彼此移动(横向相对移动和旋转相对移动中的一个或两个)且/或使两个层倾斜,从而导致放大的莫尔图像的相对运动和/或旋转和/或扩展。即使是放大的莫尔图像的移动,它仍然局限在可辨认图像的边界内。当微透镜10和微图像位于同一证件2的不同部分中(如图1e所示)时,可以创建“自我验证”安全布置。
在这个实施方案的实现方式中,微图像阵列相比微透镜10在更大的表面区域之上延伸,使得不需要用户精确对准所述两个层。当用户使组合层倾斜且/或使所述层相对于彼此移动时,观看到莫尔效应。
图6a和图6b示出利用对比度切换效应的实施方案。这个实施方案利用等于标准网格20的间隔的微图像间隔。根据所示出的实现方式,每个微图像14被配置成:与微图像14相关联的区域的大致一半被着色为第一颜色(例如,黑色),并且另一半被着色为第二颜色(例如,白色)。未示出的替代实现方式不要求每个微图像14由一种颜色的一半、另一种颜色的一半构成,而是允许其他着色选项。这个实施方案可以特别适合于以下布置:其中微透镜10和微图像14分开定位,使得它们必须如先前参考图5所描述的被放在一起,在这种情况下,如图6b所示,微图像14被印刷在比微透镜10所覆盖区域更大的区域之上。应理解,所述颜色中的一种可以构成非印刷油墨或透明油墨,使得这种颜色构成下面的衬底8颜色(或遮光层7a、7b颜色)。
如图7所示,可以将保护涂层24施加到微透镜10的面向外的表面。保护涂层24可以提供以下附加的益处:使面向外的表面“变平”,使得微透镜10与表面的非微透镜10区域在触觉上无法区分。
已设想,可利用其他微透镜10,例如,如图8a和图8b所示的,将圆柱形微透镜10的布置示出为被配置来提供可识别图像(图8a中的星形、图8b中的“A”)。在图8a所示的实现方式中,以规则阵列施加圆柱形微透镜10,而将几个区整平或移除,由此限定可辨认图像。在图8b的实现方式中,形成具有固定长度的圆柱形微透镜10,并且根据利用球面微透镜10所描述的实施方案,在标准网格20内的位置上选择性地形成微透镜10。
在不脱离本发明的范围的情况下,可以并入修改和改进。例如,衍射透镜和/或菲涅尔透镜可以取代本文所描述的折射微透镜。

Claims (13)

1.一种光学装置,优选地是用于证件的安全装置,其包括微透镜布置和微图像布置,其中所述微图像布置被配置用于在透过所述微透镜布置观看时提供光学可变效应,并且其中所述微透镜布置通过所述微透镜在规则格子中的存在或不存在来限定独立于所述光学可变效应的可辨认图像。
2.如权利要求1所述的光学装置,其中所述光学可变效应是莫尔效应,或者其中所述光学可变效应是对比度切换效应。
3.如权利要求1所述的光学装置,其中所述可辨认图像是通过所述微透镜的存在来限定。
4.如权利要求1所述的光学装置,其中微透镜位置的完整网格是确定的,并且微透镜被选择性地放置在所述完整网格的网格位置处,由此创建所述可辨认图像。
5.如权利要求1所述的光学装置,其中所述微图像布置相比所述微透镜布置在更大的区域之上延伸。
6.如权利要求1所述的光学装置,其中所述微透镜布置被固定地定位成与所述微图像布置相对,优选地定位在至少基本透明的衬底的相反侧上。
7.如权利要求1所述的光学装置,其中所述微透镜布置与所述微图像布置分开定位,使得必须使布置处于重叠关系以便观看所述光学可变效应,优选地其中所述布置位于衬底的不同区域中。
8.如权利要求1所述的光学装置,其中所述微透镜是球面或非球面微透镜,或者其中所述微透镜是圆柱形微透镜。
9.如权利要求1所述的光学装置,其中所述微透镜是选择性地不存在的圆柱形微透镜,由此限定所述可辨认图像。
10.一种证件,优选地是安全证件并且更优选地是纸币,其包括如权利要求1所述的光学装置。
11.如权利要求10所述的证件,其中所述微透镜布置被固定地定位成在所述证件的窗口区或半窗口区内与所述微图像布置相对。
12.如权利要求10所述的证件,其中所述微透镜布置位于所述证件的窗口区中,并且其中所述微图像布置与所述微透镜布置分开定位,使得需要例如通过折叠和/或扭转来操纵所述证件,以便使所述微图像布置和所述微透镜布置处于重叠关系以观看所述光学可变效应。
13.如权利要求12所述的证件,其中所述微图像布置相比所述微透镜布置在所述证件的更大表面区域之上延伸。
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