JP2005049576A - 走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 単純な構成で画像の劣化を防止する。
【解決手段】 感光体に対するレーザ光走査手段において、レーザ光走査時に、ＢＤ手段、又はポリゴンモータの回転検知手段と、カウンタ手段、記憶手段、及び演算手段からポリゴンミラーの回転速度を計測し、感光体上に形成する画像の書き込みタイミング、又は画像データの書き込み周波数の少なくとも一方を制御することで、感光体上に形成する画像の書き込み位置のズレをキャンセルする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数色の画像を重ねてカラー画像を形成するカラーレーザビームプリンタなどの走査光学装置に関する。

従来、レーザ光により画像露光を行う画像形成手段は図１２に示されるような構成になっている。先ず図１２において、画像形成の基本動作の説明を行う。図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は断面図である。同図において、レーザ走査ユニット４０１、感光ドラム１０、帯電装置１１、現像器１２、転写ブレード１３、ポリゴンミラー１５、ポリゴンミラー１５を回転駆動するポリゴンモータ１６、記録用光源であるところのレーザダイオード１７、ＢＤセンサ１９、レンズ２０・２１を示す。

ポリゴンミラー１５としては４面のものが用いられている。レーザダイオード１７は図示しない駆動回路により画像信号に応じて点灯または消灯し、発したレーザ光はポリゴンミラー１５に向けて照射される。ポリゴンミラー１５は矢印方向に回転しており、その反射面で連続的に角度を変える偏向ビームとして反射される。この反射光はレンズ２０，２１により歪曲収差の補正等を受け、感光ドラム１０をその長手方向（主走査方向）に走査する。ポリゴンミラー１５の１つの面は１ラインの走査に対応し、ポリゴンミラー１５の回転によりレーザダイオード１７から発したレーザ光は１ラインづつ感光ドラム１０を走査する。

感光ドラム１０は予め帯電装置１１によりその表面が一様な電位にて帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。また、感光ドラム１０は矢印方向に回転していて、形成された静電潜像は現像器１２により現像され、現像された可視像は転写ブレード１３により不図示の中間転写体、又は転写紙に転写される。ここで、感光ドラム１０の側部における走査開始位置近傍には、ＢＤセンサ１９が配置されている。ポリゴンミラー１５の各反射面で反射されたレーザ光は各々１ラインの走査に先立ってＢＤセンサ１９により検出される。検出されたＢＤ信号は主走査方向の走査開始基準信号として用いられ、この信号を基準として各ラインの主走査方向の書き出し開始位置の同期が取られる。

ここで、図１２（ａ）において、Ｓ_Ｔ、Ｓ_Ｃ、Ｓ_ＥはＢＤセンサ１９から画像位置までの遅延時間で、夫々、１ライン走査における画像の先頭、画像中央、画像終端までの実時間を示すものであり、Ｗ_１は、その画像の先端から画像終端までの距離を示すものである。このようなレーザ光走査装置に用いられるポリゴンミラーは、回転ムラが極めて小さく、０．０１％以下ので回転ムラ（回転ジッタ−）を実現している。しかし、残留する回転ムラはレーザ走査ユニット内部の微妙な風の流れ等の外乱でも影響を受け、完全に抑えることは著しく困難である。

ところがこのようなレーザ走査手段においては、ポリゴンミラーの回転ムラが微小であっても生じると、ＢＤ出力に従って、走査ライン毎に常に一定のタイミングで画像の書き込みを行っていては、ＢＤ位置から画像書き込み位置までの時間が変動し、前記Ｓ_Ｔ、Ｓ_Ｃ、Ｓ_Ｅのタイミングでの画像位置や、画像の長さＷ_１にズレが生じることになる。

このズレは、特に図４に示すような、図１２の画像形成装置を１ライン上に並べ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーを色毎に異なる画像を重ね合わせて、混色することによりカラー画像を得るフルカラー画像形成装置においては、その各色間の画像位置がズレ、色ずれとなって問題となる。また、近年、このようなフルカラー画像の出力機においては、高画質のニーズが顕著に高まっており、これに伴い画像解像度も緻密化され、前述の画像ズレによる画像劣化の改善が必要となっている。（特許文献１参照）。

そこで、レーザ光走査手段において、画像の書き込み位置を検知、及び補正する手段としては、ＢＤセンサを感光ドラム毎に、レーザ光走査方向の走査終了位置近傍にもう一つ設ける等、２つ以上の光検知手段により画像の位置を検知して電気タイミングの変更を行う提案がされている。
特開平０３−１４２４１２

しかしながら、このように２つ以上の光検知手段により画像書き込み位置等の補正を行う手段においては、以下のような問題が生じる。光検知手段が増え、構成が複雑化し、また装置のサイズが大きくなる。第２の光検知手段部も走査領域となるため、画像を走査するのに必要なポリゴンミラーの回転角度をポリゴンミラーの分割角度で割った、所謂走査効率が減少し、結果として画像クロックが大きくなり画像データのＳ／Ｎ劣化を生じたり、また光路長が伸びることでも、装置のサイズが大型化する可能性がある。

ところで、従来より、前記図４のような構成とは異なり、前記図１２に示したようなレーザ走査ユニット４組分を複数の反射ミラーを用いて一つのケースに収容した形態の図１３に示すような画像形成装置が提案されている。この図１３に示す構成の画像形成装置は、図４の構成に比べて主に小型化可能であり、また共通のポリゴンミラー及びポリゴンモータを使うことができ装置の部品点数削減と、コストダウンができるメリットがあった。ところが、この構成の画像形成装置において、近年更なる装置の小型化、コストダウンの要求によりＢＤセンサの数量を削減する方法が提案されてきた。これは感光ドラム１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの側部における主走査方向の走査開始位置近傍それぞれに、ＢＤセンサ１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを配置するのではなく、このうちの一つの信号でポリゴンミラー１５の回転角度が一義的に決定される為に、感光ドラム１０ａにのみＢＤセンサを設置し、検出されたＢＤ信号を元にそれぞれの感光体に用いるＢＤ信号を生成し、それを主走査方向の走査開始基準信号として用いる事により各ラインの主走査方向の書き出し開始位置の同期を取る方式が考えられた。

また、ＢＤセンサ数を削減し、一つＢＤセンサの構成を採用すると、上記要求に対する改善以外に、レーザ発光部を近接させた配置が可能となり、共通のレーザダイオード発光手段が採用できることで、さらに小型化やコストダウンができる。レーザ走査光学系の走査効率が大きくできる可能性があり、画像クロック等を低く抑えられる可能性がある。

しかしながら、単純に、このＢＤセンサの数量を削減する方法をこの従来例に施した場合、感光ドラム１０ａ、１０ｂと感光ドラム１０ｃ、１０ｄを走査するポリゴンミラー１５の面が異なる為、たとえばＢＤセンサ１９ａの出力により感光ドラム１０ｄの書出し開始位置を決定する場合、ポリゴンミラー１５の機械的な精度が感光ドラム１０ｄの書出し開始位置に影響し、従来用いられていた精度のポリゴンミラーではこの影響により、各色の印字位置精度が悪化し、画質に悪影響を与えると言う弊害を生じていた。またこの弊害を抑える高精度のポリゴンミラーは加工装置の限界を超えるもので、少なくともコストアップを招く為、目的であるコストダウンを達成する事は不可能であった。

そこで、このポリゴンミラーの機械的な精度不足をキャンセルする狙いで、ＢＤセンサを配置しなかった側の書き出し位置の決定について、そのラインを走査するポリゴンの反射面がＢＤセンサ１９ａで信号出力したタイミングまでさかのぼり基準として、書き出し開始位置までのポリゴンミラーの回転時間分ディレイさせることで行う提案がされている。

しかしながら、このようなレーザ走査手段においても、前述同様に、例えば図５に示すように、ポリゴンミラーの回転ムラが微小でもあると、画像位置にズレが生じることになる。特に、この構成ではＢＤの出力から画像位置までのポリゴンミラーの回転角度が大きい為、ポリゴンミラーの回転速度変動量に対する画像位置ズレが極めて大きくなってしまう問題があった。

本発明は、単一の回転多面鏡と第一と第ニのレーザ発光器と発光タイミングを検出する単一の光検出手段を備え、前記回転多面鏡の異なる反射面で同時に前記第一と第ニのレーザビームの偏向走査を行う走査光学装置において、前記光検出手段を前記第一のレーザビームを検出し、前記第二のレーザビームは検出しない構成とするとともに、前記光検出手段の検出信号に基づいて、前記回転多面鏡の回転速度を算出する演算手段とを有し、前記演算手段の出力に応じて、前記レーザビームの書き込みタイミング、又は画像データの書き込み周波数の少なくとも一方に補正を加える制御する。

また、前記演算手段は、前記光検出手段の検出信号の出力の時間間隔を計測するカウンタ手段と、前記カウンタ手段により計測された時間を連続的に保持する記憶手段と、前記記憶手段からデータを取り込んで、回転多面鏡の回転速度を算出することを特徴とする。

また、前記演算手段は、前記記憶手段に保持された連続したｋ×ｎ（ｋ＝１，２、３・・・）個のデータから算出することを特徴とする。

また、前記演算手段は、１回転あたりｍ回の検出信号を出力する前記回転多面鏡を駆動するモータにおいて、前記光検出手段の検出信号の出力の時間間隔を計測し、保持された前記記憶手段の連続したｋ×ｍ（ｋ＝１，２、３・・・）個のデータから行うことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、感光体に対するレーザ光走査手段において、レーザ光走査時に、ＢＤ手段、又はポリゴンモータの回転検知手段と、カウンタ手段、記憶手段、及び演算手段からポリゴンミラーの回転速度を計測し、感光体上に形成する画像の書き込みタイミング、又は画像データの書き込み周波数の少なくとも一方を制御することで、感光体上に形成する画像の書き込み位置のズレをキャンセルし、単純な構成で画像の劣化を防止することができる。

また、ポリゴンモータの回転速度変動量の算出には、ポリゴンモータの回転回数の整数倍のデータによることで、精度のよい回転速度測定が可能となる。

以下に、図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、各図において同一の参照番号を付した部材は同一部材を表すものとし、重複説明は省略する。

図３は本発明の実施形態の構成を示し、図１２の従来例の画像形成装置とほぼ同様な構成であり、第１の実施の形態では画像の書き出しタイミングＳ_Ｔについて特徴的に異なる。

本発明の実施形態の画像書き出しタイミングについて以下に説明する。図１において、ポリゴンモータ１６は走査線毎に画像の書き出しタイミングの基準信号を出力するＢＤ信号１２０と、画像形成装置本体に設けられた水晶発振器１１３の信号を夫々の分周回路１１４、１１５を通して分周し、ＰＬＬ回路１１６と、速度制御回路１１７により制御信号が作成され、その制御信号がＬＰＦ１１８にて発振防止され、ＰＷＭ回路１１９及びモータドライバー１１２でほぼ精度よく回転制御される。

また、本実施形態においては、ＢＤ信号１２０の走査線毎の出力から、ポリゴンモータの回転速度変動を抽出し、走査線毎に画像の書き出しタイミングの調整を行っている。この調整について図２のフローチャートを併せて説明すると、前記ＢＤ信号１２０の走査線毎の出力から（Ｓ１０１）、カウンター１２１にて毎回の出力間の時間を計測し（Ｓ１０２）、データをメモリ１２２に記憶する（Ｓ１０３）。記憶されたデータは、画像形成中に順次画像形成装置本体のＣＰＵによる演算手段１２３において、メモリから最新のポリゴンミラー２０回転の８０データ分（４面＊２０回転）の時間の和を求め（Ｓ１０４）、その理論上の時間Ｔ_ＲＥＦとの時間比（速度比）Ｋを求める（Ｓ１０５）。そして、更にＣＰＵ１２３において、ＢＤから画像中央位置までの時間Ｓ_Ｃを理論上の時間Ｓ_Ｃ０と時間比Ｋとの比から算出し、ポリゴンモータが回転ムラを生じていても、常に画像中央位置がほぼ一定となるように、ＢＤから画像先端までのディレイ時間Ｓ_Ｔ０を、その理論値Ｓ_Ｔ０を、時間比Ｋと時間Ｓ_Ｃ０から
Ｓ_Ｔ＝Ｓ_Ｔ０＋（Ｋ−１）×Ｓ_Ｃ０
にて、画像書き込みタイミングのディレイ時間として算出し（Ｓ１０６）、画像書き込みを行う。

ここで、問題となるポリゴンモータの回転ムラ（ジッタ−）を図５に示す。図５において、１６１はポリゴンモータの回転ムラを時間軸上にプロットしたものであるが、プロット１６１は明確な周期性は無く、大きなうねりは、少なくとも０．５秒以上時間長で変化している。また本発明のポリゴンミラーの２０回転は、約０．０４秒であり、ポリゴンモータの回転速度検出に２０回転分のデータを用いているが、この０．０４秒は前記うねりの０．５秒より十分に小さいので問題とはならない。ポリゴンミラーの回転ムラの測定は、ノイズや測定バラツキの影響を考慮に入れると、多い方が望ましいが、回転ジッタ−のうねりの時間長との関係もある為、最小のうねりの１／１０以下が望ましい。

次に、第１の実施形態のフルカラー複写機を説明する。図４において、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応した、各画像形成ステーションＰａ〜ｄに対応して、レーザスキャナユニット１ａ〜ｄが設けられており、また、各画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄを通過する態様で感光ドラム１０ａ〜ｄの下方に無端ベルト状の中間転写ベルト６１が配置され、その中間転写ベルト６１は駆動ローラ６２と従動ローラ６３及び６４に張架され、さらに、その表面を清掃するクリーニング手段６０が設けられている。

各画像ステーションの画像形成プロセスは、まず第１画像形成ステーションＰａの帯電手段１１ａ、レーザ走査ユニット１ａによる露光、等の公知の電子写真プロセス手段により感光ドラム１０ａ上に画像情報のイエロー成分の潜像を形成した後、該潜像は現像手段１２ａでイエロートナーを有する現像剤によりイエロートナー像として可視像化され転写手段１３ａでイエロートナー像が中間転写ベルト６１の表面に転写される。

一方、上記イエロートナー像が中間転写ベルト６１上に転写されている間に第２の画像形成ステーションＰｂではマゼンタ成分色の潜像が形成され、続いて現像手段１２ｂでマゼンタトナーによるトナー像が得られ、先の第１画像形成ステーションＰａで転写が終了した中間転写ベルト６１に転写手段１３ｂにてマゼンタトナー像が重ねて転写される。

以下、シアン像、ブラック像についても同様な方法で画像形成が行われ、中間転写ベルト６１に４色のトナー像の重ね合せが終了すると、中間転写ベルト上の４色トナー像は２次転写ローラ６６にて、給紙カセット７０内にあって給紙ローラ７１及び搬送ローラ対７２、レジストローラ対７３によりタイミングを合せて搬送されたシート材Ｓ上に再び転写（２次転写）される。そして、２次転写が終了したシート材Ｓは定着ローラ対７４で転写されたトナー像が加熱定着され、シート材Ｓにフルカラー画像が得られる。

なお、転写が終了した夫々の感光ドラム２３ａ〜ｄはクリーニング手段２３ａ〜ｄで各ドラムから残留トナーが除去され、引き続き行われる像形成に備えられる。

ところで、６９は画像位置読み取り検知部であり、中間転写ベルトの奥側、手前側の２ヵ所に夫々の同構成の画像読み取りユニットが配置されており、所定のタイムテーブルをもって、画像形成の実施前に、各像形成ステーションで中間転写ベルト６１上の所定の目標位置に不図示のマークを画像形成し、この画像位置を６９の画像読取部にて読み取り、コントローラ９９にて演算して、各像形成ステーションで形成される画像の作像位置の中間転写ベルト上における画像位置ずれ量のオフセット成分を検出し、更にＣＰＵ９９において、各画像ステーションでの画像書き出しタイミング、及び画像周波数の修正を行う。ここで、本実施例の特徴的な手段は、上記自動レジ合わせでは改善できないレジずれの変動成分を、簡単な構成でキャンセルするものである。

また、８０は画像読み取り部で、圧板８６の下面で、不図示の原稿載置台ガラス上に置かれた不図示の原稿画像を、不図示の照明手段と３枚の折り返しミラー８３、８４、８５、を走査させ、結像レンズ８２と、ＲＧＢのフィルターを設けた３ラインＣＣＤ８１にてデジタルフルカラー画像データとして読み取るものである。

以下、本発明第２の実施形態を説明する。図６は第２の実施形態を最もよく示す構成図で、図７は第２の実施形態に係る画像クロックを決定するフローチャートである。

第２の実施形態を、図６を用いて以下に説明する。１４１はポリゴンモータであり、ポリゴンモータ１４１はモータのステータに設けられホール素子１５０と、画像形成装置本体に設けられた水晶発振器１４３の信号を夫々の分周回路１４４、１４５を通して分周し、速度制御回路１４７により制御信号が作成され、その制御信号がＬＰＦ１４８にて発振防止処理され、ＰＷＭ回路１４９とモータドライバー１４２でほぼ精度よく回転制御させられる。また、本実施形態においては、ホール素子１５０の信号出力から、走査線毎に画像のクロックの調整を行っている。この調整について図７のフローチャートを併せて説明すると、前記ホール素子１５０の出力から（Ｓ１３１）、カウンタ１５５にて毎回の出力間の時間を計測し（Ｓ１３２）、データをメモリ１５６に記憶する（Ｓ１３３）。記憶されたデータは、画像形成中に順次画像形成装置本体のＣＰＵによる演算手段１５７において、メモリからポリゴンミラー３０回転毎に、最新の９０データ分の時間の和を求め、その理論上の時間Ｔ_ｒｅｆとの時間比（速度比）Ｌを求める（Ｓ１３５）。そして、更にＣＰＵ１５７において、図３の画像幅Ｗ_１が常に変わらないように、ポリゴンミラー３０回転毎に、画像周波数Ｆを画像ステーション間の補正を加えた理論上の画像周波数Ｆ_ｒｅｆに更新された速度比Ｌを乗じて、ライン走査毎の最新画像周波数Ｆ_ｎｅｗの更新及びその変調を行う（Ｓ１３６）。

以下、本発明第３の実施形態を説明する。図８は第３の実施形態の画像形成手段の概略図で、図９は第３の実施形態に係る画像書き出しタイミングを決定するフローチャートで、図１０の第３の実施形態を用いたフルカラープリンターの概略図である。

第３の実施形態の画像形成装置は図８に示すように、図１３の従来例の画像形成装置とほぼ同様な構成で、同図は従来の実施例を示す図１３に比べ、ＢＤセンサは１９ａのみであり、他のステーションのＢＤセンサは削除されている。また、第３の実施例の画像書き出しタイミングの決定に係る構成は図１の第１の実施形態とほぼ同じである。

以下に図９のフローチャートを用いて第３の実施形態を説明する。第３の実施形態においては一つのＢＤの信号から４つの感光ドラムについて画像の書き出しタイミングの調整を行うもので、ａ，ｂ側とｃ，ｄ側において手段が異なっている。まず速度比の計算は、第１の実施形態と同様にカウンター及びメモリで記憶したＢＤ間隔（Ｓ１４８）から、ポリゴンミラーその２０回転分の実回転時間（Ｓ１５０）と、それに対応した理論時間の比較値Ｍを算出する（Ｓ１５１）。そして、先ず、ａ、ｂ側では各ステーション毎に調整されたディレイ時間の基本値Ｓ_Ｔ０１、Ｓ_Ｔ０２と、時間比Ｍとから、ディレイ時間Ｓ_Ｔ１、Ｓ_Ｔ２を算出し（Ｓ１４４）、画像の書き込みの直前のＢＤ基準と算出したディレイ時間から画像書き込みを行う（Ｓ１４６）。また、ｃ、ｄ側では各ステーション毎に調整されたディレイ時間の基本値Ｓ_Ｔ０３、Ｓ_Ｔ０４と、時間比Ｍとから、ディレイ時間Ｓ_Ｔ３、Ｓ_Ｔ４を算出し（Ｓ１４５）、画像の書き込みを行う３回前のＢＤ基準に対して算出したディレイ時間とから画像書き込みを行う（Ｓ１４７）。

次に、第３の実施形態のフルカラープリンターについて説明すると、図１０において、Ｐ２ａ〜ｄはＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの各色に対応した画像形成ステーションで、２０１のレーザスキャナユニットにおいて、夫々静電潜像し現像を行う。また、各画像形成ステーションＰ２ａ〜Ｐ２ｄの上方には、無端ベルト状の中間転写ベルト２６１が配置され、その中間転写ベルト６１は駆動ローラ２６３と従動ローラ２６２に張架され、中間転写ベルトの内側には各画像ステーションに形成された現像像を中間転写ベルト表面に順次多重転写する転写ローラ２１３ａ〜ｄが並べられている。４色の多重転写が行われた画像は、２７１の給紙手段により給紙され、レジストローラ対２７３にてタイミングがとられた不図示の転写材に２６６の２次転写ローラで転写され、定着ローラ対２７４で混色及び定着される。そして、画像定着を行った転写材は排紙ローラ対２７５にてプリンター本体上面に設けられた排紙トレー上に排出されるものである。

以上説明した第１から第３の実施形態は、全てフルカラープリンター又はフルカラー複写機について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば白黒のプリンターのレーザ光走査手段についても有効な手段でありこれに用いても良い。

また、例えば図１１に示すように、複数の現像手段の切り替え可能な手段３１２を備え、１つの感光体３１０とレーザ光走査手段３０１と、表面に転写材を吸着する転写ドラム３２５を備えた単画像ステーションプリンターにおいても、本発明は有効な手段でありこれに用いても良い。

また、第１から第３の実施形態は、画像書き込みタイミングと画像長さについて、夫々別々に実施しているが、本発明ではポリゴンモータの回転速度に応じて２つの手段を同時用いると、さらに良好な効果が得られる。

第一の実施形態のブロック図である。 第一の実施形態のフローチャートである。 第一の実施形態の画像形成手段の概略図である。 第一の実施形態を用いたフルカラー複写機の概略図である。 第一の実施形態のポリゴンモータの回転ジッタ−である。 第二の実施形態のブロック図である。 第二の実施形態のフローチャートである。 第三の実施形態の画像形成手段の概略図である。 第三の実施形態のフローチャートである。 第三実施形態を用いたフルカラー複写機の概略図である。 その他の実施形態を用いたフルカラー複写機の概略図である。 従来例の画像形成手段の概略図である。 従来例の画像形成手段の概略図である。

Claims (4)

1. 単一の回転多面鏡と第一と第ニのレーザ発光器と発光タイミングを検出する単一の光検出手段を備え、前記回転多面鏡の異なる反射面で同時に前記第一と第ニのレーザビームの偏向走査を行う走査光学装置において、
   前記光検出手段を前記第一のレーザビームを検出し、前記第二のレーザビームは検出しない構成とするとともに、
   前記光検出手段の検出信号に基づいて、前記回転多面鏡の回転速度を算出する演算手段とを有し、前記演算手段の出力に応じて、前記レーザビームの書き込みタイミング、又は画像データの書き込み周波数の少なくとも一方に補正を加える制御をすることを特徴とする制御手段を有する走査光学装置。
2. 前記演算手段は、前記光検出手段の検出信号の出力の時間間隔を計測するカウンタ手段と、前記カウンタ手段により計測された時間を連続的に保持する記憶手段と、前記記憶手段からデータを取り込んで、回転多面鏡の回転速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の走査光学装置。
3. 前記演算手段は、前記記憶手段に保持された連続したｋ×ｎ（ｋ＝１，２、３・・・）個のデータから算出することを特徴とする請求項２に記載の走査光学装置。
4. 前記演算手段は、１回転あたりｍ回の検出信号を出力する前記回転多面鏡を駆動するモータにおいて、前記光検出手段の検出信号の出力の時間間隔を計測し、保持された前記記憶手段の連続したｋ×ｍ（ｋ＝１，２、３・・・）個のデータから行うことを特徴とする請求項２に記載の走査光学装置。
   

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