JP2005217500A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂製のパッケージを採用した場合でも、固体撮像素子に位置ずれが生じるのを防ぐことのできる画像読取装置を提供する。
【解決手段】 結像レンズと、結像レンズを保持する結像レンズ保持部と、結像レンズによって結像された像を撮像する固体撮像素子１３とを備え、固体撮像素子１３は、直線状に配列された複数の画素チップ１８を内包するパッケージが樹脂で形成され、さらにパッケージは、画素チップ１８の配列方向に沿って中央部を含む少なくとも３箇所に設けられた凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃで、結像レンズ保持部の一部である筒状部材１５に溶着によって接合されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は画像読取装置に係り、特に、デジタルコピー、ファクシミリなどの画像読取部のＣＣＤ固定機構に関する。

一般に、ＣＣＤ等の固体撮像素子を用いて画像を光学像として読取る画像装置は、図１０に示すように、物体１を結像レンズ２を介して固体撮像素子３に結像させて読み取っている。固体撮像素子３には、光電変換を行う微小な画素チップ（この画素チップは通常数μｍ×数μｍの微小な大きさを有する）が直線状に複数個配列されている。図１０において、符号４は、画素チップが複数個配列された画素ラインを示している。

このような画像読取装置では、結像レンズ２によって結像された線像を固体撮像素子３上に位置させるとともに、光学特性（ピント、倍率等）を所定の要求精度で読取るために、結像レンズ２や固体撮像素子３の画素ライン４を図１１のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｙ軸回りのβ回転方向、Ｚ軸回りのγ回転方向の、３軸および２回転方向（以下、２回転方向も軸方向とし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、β軸、γ軸を単に５軸という）に微動させ位置を調整する必要がある。なお、図１０および図１１中の符号５は光軸である。

ここで、Ｘ軸回りの軸に関しての調整を行わない理由は、β軸、γ軸は画素ラインと直交する方向であり、このβ、γ軸の調整を行わないと結像レンズ２と固体撮像素子３との距離が画素毎に異なって光学特性の精度が低下してしまうのに対して、Ｘ軸は画素ラインと同軸方向（平行）であるため、結像レンズ２と固体撮像素子３との距離が画素毎に異なることがなく、光学特性に影響しないためである。

一方、近時では、カラー像を読取るために、図１２に示すように、Ｒｅｄ（以下、単にＲという）、Ｇｒｅｅｎ（以下、単にＧという）およびＢｌｕｅ（以下、単にＢという）に分光感度のピークを持つ画素チップＲ（６ａ）、Ｂ（６ｂ）、Ｇ（６ｃ）別に直線状に３列配置した固体撮像素子６が用いられる場合もある。

通常、このような固体撮像素子の位置調整精度は５軸方向共に高精度が要求されており、特にこの要求を達成するために不可欠とされているのが、固体撮像素子を上記のように位置調整した後に固体撮像素子をフレームに固定する際、固体撮像素子の位置ずれがないようにする技術である。

このような技術が必要なのは、いくら高精度に位置調整しても、固定時に位置がずれると再度位置調整が必要になったり、分離可能な固定方法を採用している場合は、その部分を廃棄処分にするしか方法がなくなってしまい、位置調整時間が長くなったり、コスト高の原因になってしまうからである。

固体撮像素子のフレームへの固定については、従来より、ネジによる固定が多く用いられてきたが、このような固定方法を用いると、位置ずれ量は数百μｍ〜数十μｍと大きくなる。

このような不具合を解消するために、ネジに代わる手段として、ヤジリ、タマ、バネ等の複雑な構造部品を用いることも考えられるが、このようにすると部品が高価であるためより一層コスト高となってしまう。

したがって、現在ではネジによる固定に比べて位置ずれ量が少なく、また、部品点数の問題も少ないとされる接着剤による固定が多く試みられている。例えば、図１３に示すように、結像レンズ２を結像レンズ保持部７で保持するとともに、結像レンズ保持部７の一側に設けられた突起部７Ａに、Ｌ字型の中間保持部材８を介して固体撮像素子３を取り付けた画像読取装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１３に示した画像読取装置では、結像レンズ保持部７の突起部７Ａと中間保持部材８、および中間保持部材８と固体撮像素子３をそれぞれ接着剤で接合するようにして、固体撮像素子３の取付精度の向上を図っている。
特開２００１−３１３７７９号公報

ところで、固体撮像素子では画素チップはパッケージに内包されており、従来では、このパッケージがセラミックスであったが、近年では、固体撮像素子のコストダウンを狙って、パッケージが樹脂に置き換えられる傾向にある。

しかしながら、固体撮像素子は作動時に発熱しており、パッケージが樹脂に置き換えられると、図１４に破線で示すように、固体撮像素子３が熱によって結像レンズ保持部７側に反り返ってしまい、そのため、固体撮像素子３を高精度に取り付けても、作動時には固体撮像素子３に位置ずれが生じて、所望の光学特性を得ることができないという問題がある。

本発明の課題は、樹脂製のパッケージを採用した場合でも、固体撮像素子に位置ずれが生じるのを防ぐことのできる画像読取装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、結像レンズと、該結像レンズを保持する結像レンズ保持部と、前記結像レンズによって結像された像を撮像する固体撮像素子とを備え、前記固体撮像素子は、直線状に配列された複数の画素チップを内包するパッケージが樹脂で形成され、該パッケージは、前記画素チップの配列方向に沿って中央部を含む少なくとも３箇所で前記結像レンズ保持部に溶着によって接合されていることを特徴としている。

上記構成によれば、画素チップの配列方向に沿って中央部を含む少なくとも３箇所で、パッケージが結像レンズ保持部に溶着によって接合されているので、固体撮像素子は結像レンズ保持部に拘束され、固体撮像素子が発熱しても、固体撮像素子が結像レンズ保持部側に反り返ることはない。

具体的には、請求項２のように、前記結像レンズ保持部は前記結像レンズの光軸に合わせて配置された筒状部材を有し、該筒状部材の端面に前記パッケージが溶着されている。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記筒状部材の端面または前記パッケージには凸部が形成され、前記凸部の先端が溶着されて、前記パッケージと前記筒状部材の端面とが接合されていることを特徴としている。

上記構成によれば、凸部がパッケージに形成されている場合、凸部先端を筒状部材の端面に接触させて、例えば超音波を凸部に当てることにより、凸部先端と筒状部材の端面との接触部に摩擦熱が発生し、凸部先端と筒状部材の端面とを互に溶着することができる。凸部が筒状部材の端面に形成されている場合も、同様にして、凸部先端と筒状部材の端面とを互に溶着することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記凸部は、前記画素チップの配列方向に沿って中央部以外では、前記筒状部材の端面の両端部または前記パッケージの両端部に形成されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４において、前記パッケージには、前記凸部を介して前記筒状部材の端面に接合される側の面と反対側の面のうち、前記凸部に対向する部分が平面に仕上げられていることを特徴としている。

上記構成によれば、超音波を凸部に当てる際に、前記平面が溶着時の押えとなるので、溶着の信頼性を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、結像レンズと、該結像レンズを保持する結像レンズ保持部と、前記結像レンズによって結像された像を撮像する固体撮像素子とを備え、前記結像レンズ保持部は前記結像レンズの光軸に合わせて配置された筒状部材を有し、前記固体撮像素子は、直線状に配列された複数の画素チップを内包するパッケージが樹脂で形成され、該パッケージは、前記画素チップを囲む全周箇所で前記筒状部材の端面に溶着によって接合されていることを特徴としている。

上記構成によれば、画素チップを囲む全周箇所で、パッケージが結像レンズ保持部に溶着によって接合されているので、固体撮像素子はその全周部分が結像レンズ保持部に拘束され、固体撮像素子が発熱しても、固体撮像素子が結像レンズ保持部側に反り返ることはない。

具体的には、請求項７のように、前記筒状部材の端面または前記パッケージの周縁部には一周に亘って突条が形成され、前記突条の先端が溶着されて、前記パッケージと前記筒状部材の端面とが接合されている。

請求項８に記載の発明は、請求項７において、前記パッケージには、前記突条を介して前記筒状部材の端面に接合される側の面と反対側の面のうち、前記突条に対向する部分が平面に仕上げられていることを特徴としている。

上記構成によれば、超音波を突条に当てる際に、前記平面が溶着時の押えとなるので、溶着の信頼性を向上させることができる。

請求項９はスキャナユニットについての発明で、請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像読取装置を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、スキャナユニットの信頼性向上を図ることができる。

請求項１０は画像形成装置についての発明で、請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像読取装置を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、画像形成装置の信頼性向上を図ることができる。

本発明によれば、固体撮像素子は、中央部を含む少なくとも３箇所または全周部分が結像レンズ保持部に拘束されているため、固体撮像素子に樹脂製のパッケージを採用した場合でも、固体撮像素子に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施例１による画像読取装置の斜視図である。この画像読取装置１０は、結像レンズ１１と、結像レンズ１１を保持する結像レンズ保持部１２と、結像レンズ１１によって結像された像を撮像する固体撮像素子１３とを備えている。

結像レンズ保持部１２は、取付基台１４、および取付基台１４に載置された筒状部材１５で構成されている。取付基台１４には、図２に示すように、平板状の基台本体１４Ａの中央にＶ溝１４Ｂが形成され、さらにＶ溝１４Ｂの後方に直方体形状の凹部１４Ｃが設けられている。

Ｖ溝１４Ｂには、図１に示すように概略円柱状をなした結像レンズ１１が嵌合され、この結像レンズ１１の中央部には帯状のレンズ押え１６が設けられている。レンズ押え１６は中央部１６Ａが結像レンズ１１の外周面に合わせて半円状に曲げられ、中央部１６Ａの両端には平面部１６Ｂが設けられている。そして、両端の平面部１６Ｂはネジ１７で基台本体１４Ａに止められ、これにより、結像レンズ１１がＶ溝１４Ｂ内に固定されている。このとき結像レンズ１１は、Ｖ溝１４Ｂに嵌合されることによりＸ，Ｙ，β，γ方向（図１１参照）の位置決めがなされ、Ｖ溝１４Ｂ内で所定位置に固定されることによりＺ方向（図１１参照）の位置がなされる。

凹部１４Ｃ（図２参照）には、断面ロ字状の筒状部材１５が嵌合されている。筒状部材１５は、その内部空間が結像レンズ１１の光軸に一致するよう配置され、一端面１５Ａに形成された矩形状の開口部１５Ｂが結像レンズ１１と対峙している。また、筒状部材１５には、図３に示すように、他端面１５Ｃに固体撮像素子１３が取り付けられる。他端面１５Ｃには、開口部１５Ｂと同様に矩形状の開口部１５Ｄが形成されている。

固体撮像素子１３には、その長手方向に沿って画素チップ１８が直線状に配列されている。ここで、固体撮像素子１３は、画素チップ１８を１列に配列したものでもよいし、図１２のような画素チップを３列に配列したものでもよい。

また、筒状部材１５の他端面１５Ｃには、その上部に小円柱状の３個の凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃがそれぞれ設けられている。凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは固体撮像素子１３側に向かって突出しており、そのうち凸部１９Ｂは画素チップ１８の配列方向に沿って他端面１５Ｃの中央部に、凸部１９Ａ，１９Ｃは画素チップ１８の配列方向に沿って他端面１５Ｃの両端部にそれぞれ配置されている。なお、凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは樹脂製であり、筒状部材１５に一体形成されている。

図４および図５は、筒状部材１５の他端面１５Ｃに固体撮像素子１３を取り付けた様子を示しており、図４はその平面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの先端部には、図４および図５に示すように、固体撮像素子１３が接合されている。固体撮像素子１３は、横長形状をなした樹脂製のパッケージ１３Ａを有し、そのパッケージ１３Ａの中央部に長手方向に沿って溝１３Ｂが形成されている。そして、溝１３Ｂ内に画素チップ１８が１列（または３列）に配列されている。

また、溝１３Ｂはその開口部がカバーガラス２０で封止され、溝１３Ｂ内に埃等が入らないようになっている。カバーガラス２０の厚みは凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの高さよりも小さく、筒状部材１５の他端面１５Ｃとカバーガラス２０の表面との間に隙間が形成されている。

固体撮像素子１３には、長手方向に沿った両側部に多数のリード２１が設けられ、これらリード２１には、固体撮像素子１３を駆動する回路である固体撮像素子駆動基板２２が半田により接合されている。なお、リード２１は固体撮像素子１３の両側部全体に設けられているが、図４では中央部が省略されている。また、図３では全てのリード２１が省略されている。

また、本実施例では、固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａには、図６に示すように、凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを介して筒状部材１５の他端面１５Ｃに接合される側の面と反対側の面、つまり凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの先端部が接合される面１３Ｃと反対側の面１３Ｄに小さな３つの平面２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが形成されている。これら平面２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは光沢面に仕上げられ、凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが接合される箇所に対向してそれぞれ設けられている。

上記構成の画像読取装置において、固体撮像素子１３を筒状部材１５の他端面１５Ｃに取り付ける場合は、他端面１５Ｃに設けられた凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの各先端部に固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａを押し当てて、凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに対してパッケージ１３Ａの平面２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃから超音波をそれぞれ照射する。すると、樹脂製の凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが微小に振動し、凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの先端部と樹脂製のパッケージ１３Ａとの接触部が摩擦熱によって発熱し、この熱によって、凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの各先端部、およびパッケージ１３Ａの前記各先端部との接触部が溶融する。そして、この状態で光学特性の調整を行い、調整が終了した時点で超音波を止めることにより、前記溶融部分が固化して、固体撮像素子１３を所定の位置に固定することができる。

超音波を用いて溶着する場合、広い面積を一度に溶融するには超音波の出力を大きくする必要がある。また広い面積に一度に超音波を加えた場合、その加わり方にむらが発生する可能性が高く、溶着不良を起こす可能性がある。

本実施例では、固体撮像素子１３と筒状部材１５とが小円柱状の凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを介して接合される構成であるため、小さな超音波の出力で信頼性が高い溶着を行うことができる。

本実施例によれば、筒状部材１５の他端面１５Ｃの中央部に凸部１９Ｂが、両端部に凸部１９Ａ，１９Ｃがそれぞれ設けられ、これら３つの凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａに溶着によって接合されているので、パッケージ１３Ａはその中央部が筒状部材１５に拘束されることになり、画素チップ１８が発熱しても、パッケージ１３Ａが筒状部材１５側に反り返ることはない。その結果、パッケージ１３Ａが樹脂製であっても、固体撮像素子１３に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。

また、パッケージ１３Ａに小さな平面２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを形成したので、平面２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを介して超音波を容易に凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに照射することができる。なお、平面２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが形成されていなくても超音波を凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに照射することはできる。また、超音波は固体撮像素子１３側からだけでなく、筒状部材１５側から照射してもよい。

なお、本実施例では、凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを筒状部材１５側に設けていたが、これら凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを固体撮像素子１３側に設けてもよい。すなわち、固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａに、画素チップ１８の配列方向に沿って中央部を含む少なくとも３箇所に凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを設け、凸部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの先端部と筒状部材１５の他端面１５Ｃとを溶着させるようにする。

図７乃至図９は実施例２を示している。本実施例では、筒状部材１５の他端面１５Ｃには開口部１５Ｄの周囲に（すなわち画素チップ１８を囲む全周箇所に）突条３０が形成されている。この突条３０は樹脂製であり、筒状部材１５に一体形成されている。

図８は、筒状部材１５の他端面１５Ｃに固体撮像素子１３を取り付けた様子を示した平面図である。突条３０の先端部には固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａが接合されている。

また、本実施例では、図９に示すように、固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａには、突条３０を介して筒状部材１５の他端面１５Ｃに接合される側の面と反対側の面、つまり突条３０の先端部が接合される面１３Ｃと反対側の面１３Ｄには矩形枠状の平面３１が形成されている。この平面３１は光沢面に仕上げられ、突条３０が接合される箇所に対向して設けられている。なお、筒状部材１５や固体撮像素子１３の他の構成は実施例１の場合と同様である。

上記構成の画像読取装置において、固体撮像素子１３を筒状部材１５の他端面１５Ｃに取り付ける場合、他端面１５Ｃに設けられた突条３０に固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａを押し当てて、突条３０に対してパッケージ１３Ａの平面３１から超音波を照射する。すると、樹脂製の突条３０全体が微小に振動し、突条３０の先端部と樹脂製のパッケージ１３Ａとの接触部が摩擦熱によって発熱し、この熱によって、突条３０の先端部、およびパッケージ１３Ａの前記先端部との接触部が溶融する。そして、この状態で光学特性の調整を行い、調整が終了した時点で超音波を止めることにより、前記溶融部分が固化して、固体撮像素子１３を所定の位置に固定することができる。

本実施例では、固体撮像素子１３と筒状部材１５とが突条３０を介して接合される構成であるため、小さな超音波の出力で信頼性が高い溶着を行うことができる。

本実施例によれば、開口部１５Ｄの周囲に突条３０が設けられ、その突条３０が固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａに溶着によって接合されているので、パッケージ１３Ａはその周囲全体が筒状部材１５に拘束されることになり、画素チップ１８が発熱しても、パッケージ１３Ａが筒状部材１５側に反り返ることはない。その結果、パッケージ１３Ａが樹脂製であっても、固体撮像素子１３に位置ずれが生じるのを防ぐことができる。

また、パッケージ１３Ａに矩形枠状の平面３１を形成したので、平面３１を介して超音波を容易に突条３０に照射することができる。なお、平面３１が形成されていなくても超音波を突条３０に照射することはできる。また、超音波は固体撮像素子１３側からだけでなく、筒状部材１５側から照射してもよい。

また、本実施例によれば、固体撮像素子１３と筒状部材１５とが突条３０によって接合されるため、固体撮像素子１３と結像レンズ保持部との間には光の入射する隙間が一切形成されず、固体撮像素子１３がフレア光の影響を受けることがない。

なお、本実施例では、突条３０を筒状部材１５側に設けていたが、この突条３０を固体撮像素子１３側に設けてもよい。すなわち、固体撮像素子１３のパッケージ１３Ａの周囲に突条３０を設け、この突条３０の先端部と筒状部材１５の他端面１５Ｃとを溶着させるようにする。

実施例１または実施例２に示した画像読取装置は、スキャナユニットや画像形成装置に搭載することができる。このようにすれば、スキャナユニットや画像形成装置の信頼性向上を図ることができる。

実施例１による画像読取装置の斜視図である。 結像レンズ保持部の一部である取付基台の斜視図である。 筒状部材の他端面および固体撮像素子の斜視図である。 筒状部材の他端面に固体撮像素子を取り付けたときの平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 固体撮像素子に形成した平面を示す図である。 実施例２による筒状部材の他端面および固体撮像素子の斜視図である。 筒状部材の他端面に固体撮像素子を取り付けたときの平面図である。 固体撮像素子に形成した平面を示す図である。 物体、結像レンズおよび固体撮像素子の光学的な位置関係を示す図である。 結像レンズと固体撮像素子の５軸座標を示す図である。 固体撮像素子の正面図である。 従来の画像読取装置の斜視図である。 従来の画像読取装置の問題点を説明する図である。

符号の説明

１０ 画像読取装置
１１ 結像レンズ
１２ 結像レンズ保持部
１３ 固体撮像素子
１３Ａ パッケージ
１４ 取付基台
１５ 筒状部材
１８ 画素チップ
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ 凸部
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 平面
３０ 突条
３１ 平面

Claims (10)

1. 結像レンズと、該結像レンズを保持する結像レンズ保持部と、前記結像レンズによって結像された像を撮像する固体撮像素子とを備え、
   前記固体撮像素子は、直線状に配列された複数の画素チップを内包するパッケージが樹脂で形成され、該パッケージは、前記画素チップの配列方向に沿って中央部を含む少なくとも３箇所で前記結像レンズ保持部に溶着によって接合されていることを特徴とする画像読取装置。
2. 請求項１に記載の画像読取装置において、
   前記結像レンズ保持部は前記結像レンズの光軸に合わせて配置された筒状部材を有し、該筒状部材の端面に前記パッケージが溶着されていることを特徴とする画像読取装置。
3. 請求項２に記載の画像読取装置において、
   前記筒状部材の端面または前記パッケージには凸部が形成され、前記凸部の先端が溶着されて、前記パッケージと前記筒状部材の端面とが接合されていることを特徴とする画像読取装置。
4. 請求項３に記載の画像読取装置において、
   前記凸部は、前記画素チップの配列方向に沿って中央部以外では、前記筒状部材の端面の両端部または前記パッケージの両端部に形成されていることを特徴とする画像読取装置。
5. 請求項３又は４に記載の画像読取装置において、
   前記パッケージには、前記凸部を介して前記筒状部材の端面に接合される側の面と反対側の面のうち、前記凸部に対向する部分が平面に仕上げられていることを特徴とする画像読取装置。
6. 結像レンズと、該結像レンズを保持する結像レンズ保持部と、前記結像レンズによって結像された像を撮像する固体撮像素子とを備え、
   前記結像レンズ保持部は前記結像レンズの光軸に合わせて配置された筒状部材を有し、
   前記固体撮像素子は、直線状に配列された複数の画素チップを内包するパッケージが樹脂で形成され、該パッケージは、前記画素チップを囲む全周箇所で前記筒状部材の端面に溶着によって接合されていることを特徴とする画像読取装置。
7. 請求項６に記載の画像読取装置において、
   前記筒状部材の端面または前記パッケージの周縁部には一周に亘って突条が形成され、前記突条の先端が溶着されて、前記パッケージと前記筒状部材の端面とが接合されていることを特徴とする画像読取装置。
8. 請求項７に記載の画像読取装置において、
   前記パッケージには、前記突条を介して前記筒状部材の端面に接合される側の面と反対側の面のうち、前記突条に対向する部分が平面に仕上げられていることを特徴とする画像読取装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像読取装置を備えたことを特徴とするスキャナユニット。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像読取装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
    
    

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