JP2008122669A - ホログラム作製方法及びその方法により作製されたホログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法でデザイン性やセキュリティ性に優れたホログラムを作製する方法及びその方法により作製されたホログラム。
【解決手段】計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）１に第１再生照明光２を照射して第１回折光３を生じさせ、第１再生像近傍に配置した１段目のホログラム記録材料１１に第１回折光３と第１参照光４を同時に入射させて１段目ホログラムを記録し、１段目ホログラム１１に第２再生照明光５を照射して第２回折光６を生じさせ、第２再生像近傍に配置した２段目のホログラム記録材料２１に第２回折光６と第２参照光７を同時に入射させて２段目ホログラムを体積型ホログラムとして記録する。ＣＧＨ１として一次元方向にのみ広がる物体光を用いて記録したものを用い、１段目ホログラム１１を記録する際に、第１再生照明光２としてその一次元方向に直交する方向に拡散する拡散照明光を用いる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ホログラム作製方法及びその方法により作製されたホログラムに関し、特に、計算機合成ホログラムの再生像を記録した体積型ホログラムの作製方法及びその方法により作製されたホログラムに関するものである。

従来、偽造防止のためホログラムを金券やクレジットカード等に設けるものが知られている。このホログラムとして、計算機を用いた演算により所定の記録面上に干渉縞を形成して作製する計算機ホログラム（ＣＧＨ）がある（特許文献１）。
特開２０００−２１４７５１号公報 特開２００２−７２８３７号公報 特開２００５−２１５５７０号公報 「３次元画像コンファレンス‘９９−３Ｄ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ‘９９−」講演論文集ＣＤ−ＲＯＭ（１９９９年６月３０日〜７月１日 工学院大学新宿校舎）、論文「ＥＢ描画によるイメージ型バイナリＣＧＨ（３）−隠面消去・陰影付けによる立体感の向上−」

しかしながら、これまでに提案されている上記従来の計算機ホログラムは、デザイン性やセキュリティ性に優れたホログラムであるが、レリーフ型のホログラムであり、体積型のホログラムと比較すると偽造されやすく、セキュリティ性の面で劣る部分がある。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な方法でデザイン性やセキュリティ性に優れたホログラムを作製する方法及びその方法により作製されたホログラムを提供することである。

上記目的を達成する本発明のホログラム作製方法は、計算機を用いた演算により所定の記録面上に振幅情報と位相情報を記録してなる計算機合成ホログラムを作製し、前記計算機合成ホログラムに第１再生照明光を照射して、前記計算機合成ホログラムから第１回折光を生じさせ第１再生像を再生させ、前記第１再生像近傍に配置した１段目のホログラム記録材料に前記第１回折光と第１参照光を同時に入射させて１段目のホログラムを記録し、記録した前記１段目のホログラムに第２再生照明光を照射して、前記１段目のホログラムから第２回折光を生じさせ第２再生像を再生させ、前記第２再生像近傍に配置した２段目のホログラム記録材料に前記第２回折光と第２参照光を同時に入射させて２段目のホログラムを反射型あるいは透過型の体積型ホログラムとして記録することを特徴とする方法である。

この場合に、前記計算機合成ホログラムとして記録物体上に設定した点光源から所定の一次元方向にのみ広がる物体光を用いて記録された計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラムを記録する際、前記第１再生照明光として前記一次元方向に直交する方向に拡散する拡散照明光を用いることが望ましい。

また、前記第１再生照明光の０次光が前記１段目のホログラム記録材料に入射しないように配置するか、又は、前記第２再生照明光の０次光が前記２段目のホログラム記録材料に入射しないように配置するかの少なくとも一方とすることが望ましい。

さらに、前記計算機合成ホログラムに照射する前記第１再生照明光は、前記一次元方向から入射させることが望ましい。

また、前記計算機ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラム作製時に前記第１再生照明光の波長を順に変えて前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを作製し、前記２段目のホログラムの作製時に、前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光を入射することで、１層の２段目のホログラム記録用感光材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々の２段目のホログラム記録用感光材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを記録することで多層記録することもできる。

本発明は以上のホログラム作製方法により作製されたホログラムも含むものである。

本発明によれば、簡単な方法でデザイン性やセキュリティ性に優れた体積型ホログラムを作製することができる。また、その体積型ホログラムのノイズを低減することができる。さらに、計算機合成ホログラムを記録する際に物体光が広がる一次元方向に直交する方向に拡散する第１再生照明光を計算機合成ホログラムに照射するので、物体光が広がる一次元方向に直交する方向の視域を広げることができる。なお、計算機合成ホログラムに照射する第１再生照明光は、その一次元方向から入射させることで、拡散角度を広げても０次光と１次光とが重なることがなく、ノイズを低減することができる。さらに、２波長以上の再生が可能なホログラムとすることもでき、セキュリティ性や意匠性をさらに拡張することができる。

以下、図面を参照にして本実施形態のホログラムの作製方法を説明する。

本実施形態では、まず、計算機合成ホログラム１を作製する。図１〜図３は、計算機合成ホログラム１を作製する方法を示す。

まず、本実施形態では、計算機合成ホログラムとして記録物体上に設定した点光源から所定の一次元方向にのみ広がる物体光を用いて記録されたものを用いる。この作製方法は、特許文献１の記載の基づく方法である。すなわち、図１に示すように、原画像Ｏ上の任意の点光源Ｐｉから発せられた物体光Ｏｉが、図示の通り水平方向（ＸＺ平面に平行な平面内）にのみ広がると仮定する。すると、物体光Ｏｉは、記録媒体１上の線状領域Ｂだけに到達することになり、記録媒体１の他の領域には、物体光Ｏｉは一切届かないことになる。光学的な方法でホログラムを作製する場合、このように物体光の広がりを制限することは極めて困難であるが、計算機を用いてホログラムを作製する場合であれば、演算式を修正するだけで物体光を容易に制御することができる。そこで、原画像Ｏを構成する全ての点光源から発せられる物体光について、同様の限定（物体光はＸＺ平面に平行な平面内にのみ広がるという限定）を付すようにする。

図２は、上述した基本概念に基づく記録方法の具体例を示す斜視図である。この例では、原画像Ｏ及び記録媒体１（記録面）を、それぞれ多数の平行な平面によって水平方向に分割し、多数の線状の単位領域を定義している。すなわち、図示の通り、原画像Ｏは、合計Ｍ個の単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭに分割されており、記録媒体１は、同じく合計Ｍ個の単位領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…，Ｂｍ，…ＢＭに分割されている。原画像Ｏが立体画像の場合、各単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭは、この立体の表面部分を分割することによって得られる領域になる。ここで、原画像Ｏ上のＭ個の単位領域と記録媒体１上のＭ個の単位領域とは、それぞれが１対１の対応関係にある。例えば、原画像Ｏ上の第ｍ番目の単位領域Ａｍは、記録媒体１上の第ｍ番目の単位領域Ｂｍに対応している。

なお、この図２に示す例では、各単位領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｍ，…ＡＭの幅は、原画像Ｏ上に定義された点光源のＹ方向のピッチに等しく設定されており、個々の単位領域は、点光源が一列に並んだ線状の領域になっている。例えば、図示の例では、第ｍ番目の単位領域Ａｍには、Ｎ個の点光源Ｐｍ１〜ＰｍＮが一列に並んでいる。また、各単位領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，…，Ｂｍ，…ＢＭの幅は、記録媒体１上に定義された演算点のＹ方向のピッチに等しく設定されており、個々の単位領域には、演算点が一列に並んだ線状の領域になっている。図示の演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）は、第ｍ番目の単位領域Ｂｍ内に位置する演算点を示しており、ＸＹ座標系において座標値（ｘ，ｙｍ）で示される位置にある。

この例の場合、演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）についての干渉波強度は、次のようにして求められる。まず、この演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）が所属する単位領域Ｂｍに対応する原画像Ｏ上の単位領域Ａｍを演算対象単位領域として定める。そして、この演算対象単位領域Ａｍ内の点光源Ｐｍ１〜ＰｍＮから発せられた物体光Ｏｍ１〜ＯｍＮと、参照光Ｌθｍとによって形成される干渉波についての演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）の位置における振幅強度を求めれば、この振幅強度が、目的とする演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）についての干渉波強度である。ここで、参照光Ｌθｍは、例えばＹＺ平面に平行な単色平行光線であり、何れの位置でも同じ角度で記録媒体１上に入射する。あるいは、参照光Ｌθｍの入射角度θｍは、仮想照明及び仮想視点の設定に基づいて定められ、例えば、上端の単位領域Ｂ１についての参照光Ｌθ１の入射角度θ１は大きな角度δとなり、下端の単位領域ＢＭについての参照光ＬθＭの入射角度θＭは小さな角度βとなるように設定してもよい。

図３は、このような演算処理の概念を説明するための上面図であり、図２に示す原画像Ｏ及びＣＧＨ原版用記録媒体１を、図の上方から見た状態を示している。図示の通り、演算点Ｑ（ｘ，ｙｍ）における干渉波強度を求めるのに必要な物体光は、演算対象単位領域Ａｍ内のＮ個の点光源Ｐｍ１，…，Ｐｍｉ，…，ＰｍＮから発せられた物体光Ｏｍ１，…，Ｏｍｉ，…，ＯｍＮのみに限定され、原画像Ｏを構成する全点光源からの物体光を考慮する必要はない。こうして、ＣＧＨ原版用記録媒体１上に定義した全て演算点Ｑ（ｘ，ｙ）について、それぞれ所定の干渉波強度を求めれば、ＣＧＨ原版用記録媒体１上に干渉波の強度分布が得られ、ＣＧＨ原版１となる。ここで、ＣＧＨ原版用記録媒体１とＣＧＨ原版１を同じ符号１で示す。

以上、図１〜図３を参照しながら、原画像Ｏ上に定義された第ｍ番目の単位領域Ａｍ上の光源の情報を、ＣＧＨ原版用記録媒体１上に定義された第ｍ番目の単位領域Ｂｍ上に記録する手法を述べた。この手法で述べたモデルでは、単位領域Ａｍ及びＢｍは、何れも幾何学的な線状の領域であり、点光源及び演算点は何れも一次元的に並んでいる。

なお、以上の方法において、分割領域上の演算点Ｑでの物体光の振幅と位相の記録には、上記で説明したような参照光との干渉による干渉縞で記録する方法以外に、特許文献２、３に記載されているように１面に溝を持った３次元セルの溝の深さで位相を、溝の幅で振幅を記録する方法でもよい。

あるいは、非特許文献１に記載されたＡ．Ｗ．Ｌｏｈｍａｎｎ等の方法、Ｌｅｅの方法等で振幅と位相を記録するようにしてもよい。

何れにしても、本発明においては用いるＣＧＨ原版１には、記録物体上に設定した点光源から所定の一次元方向にのみ広がる物体光を用いて記録された計算機合成ホログラムを用いる。

次に、上記のようにして得られた所定の一次元方向にのみ広がる物体光を用いて記録されたＣＧＨ原版１から、本発明に基づいて体積型ホログラムを作製する方法を、図４に示す実施形態について説明する。図４（ａ）はＣＧＨ原版１から１段目のＨ１ホログラム１１を作製する際の撮影配置、図４（ｂ）は１段目のＨ１ホログラム１１から２段目のＨ２ホログラム２１を作製する際の撮影配置を示す図である。

まず、ＣＧＨ原版１から１段目のＨ１ホログラム１１を作製するには、図４（ａ）に示すように、ＣＧＨ原版１に面して離間してフォトポリマー、銀塩材料等のＨ１ホログラム記録用感光材料１１を配置する。そして、ＣＧＨ原版１に第１再生照明光２を照射するが、本実施形態で作製した図１〜図３に示す計算機合成ホログラム１は、記録時に点光源の広がる一次元方向としての横方向の視域に比べて、その一次元方向に直交する縦方向の視域が狭いため、ＣＧＨ原版１を照明する第１再生照明光２としては、その一次元方向に直交する縦方向に所定角度拡散する拡散照明光を照射する。そのためには、ＣＧＨ原版１照明用の平行な照明光２０の光路中に縦の一次元方向にのみ拡散するレンチキュラーシートやホログラム等の一軸方向拡散手段としての一軸方向拡散板１０を配置し、縦方向に拡散する拡散照明光の第１再生照明光２を発生させ、その第１再生照明光２をＣＧＨ原版１のＨ１ホログラム記録用感光材料１１とは反対側から所定の入射角で照射し、ＣＧＨ原版１から第１回折光３を生じさせ、原画像Ｏの第１再生像Ｏ’を再生させると共に、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１にその第１回折光３を入射させる。図４（ａ）では、第１再生像Ｏ’はＣＧＨ原版１近傍に再生するものとして図示しているが、再生位置はＣＧＨ原版１近傍に限定されない。そして、その第１回折光３と共にＨ１ホログラム記録用感光材料１１の面に入射角θで第１回折光３と可干渉な同一光源からの平行光からなる第１参照光４を同時に入射させ、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１に第１再生像Ｏ’のホログラムを露光する。この際、第１再生照明光２の０次光（ＣＧＨ原版１で回折されずに透過した光）がＨ１ホログラム記録用感光材料１１に被らないようにし、また、一軸方向拡散板１０からの散乱光（拡散照明光とは別）がＣＧＨ原版１を透過してＨ１ホログラム記録用感光材料１１に入射しないようにすると、ノイズが減り好ましい。そして、このホログラムが露光されたＨ１ホログラム記録用感光材料１１を後処理してＨ１ホログラム１１を作製する。ここで、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１とＨ１ホログラム１１を同じ符号１１で示す。

図５に、上記のような一軸方向拡散板手段としてのレンチキュラーシート１０ａを示す。図５（ａ）はレンチキュラーシート１０ａの正面図、図５（ｂ）はレンチキュラーシート１０ａの断面図である。座標軸を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように定義すると、Ｚ軸のマイナス方向からレンチキュラーシート１０ａに入射する入射光Ｌａは、レンチキュラーシート１０ａにより出射光Ｌｂ及びＬｃ間のＹ軸方向に拡散されて出射する。このような一軸方向拡散板１０を平行な照明光２０の光路中に配置して縦方向に拡散する第１回折光３をＣＧＨ原版１に入射させることで、第１回折光３もその拡散角に応じて縦方向に広がることになり、Ｈ１ホログラム１１に記録されたホログラムの縦方向の視域を広げることができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、得られたＨ１ホログラム１１の記録のときのＣＧＨ原版１側に離間してフォトポリマー、銀塩材料等のＨ２ホログラム記録用感光材料２１を配置し、記録のときの第１参照光４と反対に進む第２再生照明光５をＨ１ホログラム１１に対して記録のときの第１参照光４が入射する側とは反対側から入射させる。この際、第２再生照明光５の０次光がＨ２ホログラム記録用感光材料２１に被らないようにすると、ノイズが減り好ましい。

すると、Ｈ１ホログラム１１から第２回折光６が生じ、その第２回折光６と共にＨ２ホログラム記録用感光材料２１の面に所定の入射角で第２回折光６と可干渉な同一光源からの平行光からなる第２参照光７を同時に入射させ、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１に第２再生像Ｏ”のホログラムを露光する。この際、Ｈ２ホログラム２１を透過型とする場合、第２参照光７を第２回折光６と同じ側から入射させ、Ｈ２ホログラム２１を反射型とする場合には、第２参照光７を第２回折光６と反対側から入射させる。このホログラムが露光されたＨ２ホログラム記録用感光材料２１を後処理してＨ２ホログラム２１を作製する。ここで、Ｈ２ホログラム記録用感光材料２１とＨ２ホログラム２１を同じ符号２１で示す。

図６は、反射型として作製したＨ２ホログラム２１からそれと同一特性のＨ３ホログラム３１を複製する際の撮影配置を示す図である。図６に示すように、体積型反射ホログラムからなるＨ２ホログラム２１にフォトポリマー等の体積型のＨ３ホログラム感光材料３１を密着するかあるいは屈折率整合液を介して密着させて配置する。そして、Ｈ３ホログラム感光材料３１側からＨ２ホログラム２１に、図４（ｂ）に示したＨ２ホログラム作製時の第２参照光７と反対に進む第３再生照明光８をＨ２ホログラム作製時の第２参照光７が入射する側とは反対側から入射させる。そして、Ｈ３ホログラム感光材料３１に入射した第３再生照明光８とＨ２ホログラム２１からの回折光９（第２回折光６と反対に進む）とをＨ３ホログラム感光材料３１中で干渉させて、Ｈ３ホログラム感光材料３１にＨ３ホログラム３１としてＨ２ホログラム２１を複製する。

次に、本発明のＣＧＨ原版１の第１再生照明光２の入射方向について説明する。図７は、ＣＧＨ原版１の第１再生照明光２の入射方向による比較を示す図である。図７（ａ）は、ＣＧＨ原版１の第１再生照明光２をＣＧＨ原版１記録時に物体光の広がる一次元方向である斜め横方向入射としたものであり、図７（ｂ）は、ＣＧＨ原版１の第１再生照明光２を斜め縦方向入射としたものである。

図７（ｂ）に示すように、斜め縦方向入射の場合、ＣＧＨ原版１の回折方向と第１再生照明光２の拡散方向が両方共縦方向となるため、第１再生照明光２の拡散角度を広げると、０次光も縦方向に拡散し、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１の有効領域に入射し、ノイズの原因となってしまう恐れがある。

それに対して、図７（ａ）に示すように、記録時に物体光の広がる一次元方向である斜め横方向入射の場合、ＣＧＨ原版１の回折方向は横方向で、第１再生照明光２の拡散方向は縦方向のため、第１再生照明光２の拡散角度を広げても０次光はＨ１ホログラム記録用感光材料１１の有効領域外で縦方向に拡散し、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１の有効領域に入射してしまうことがない。したがって、ＣＧＨ原版１の第１再生照明光２は斜め横方向入射にすることが好ましい。

また、本実施形態の体積型ホログラムは、ＣＧＨ原板１として白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い（特許文献１参照）、図４（ａ）に示すＨ１ホログラム１１の作製時に第１再生照明光２の波長を順に変え、かつ、Ｈ１ホログラム記録用感光材料１１を対応するものに変えて、ＲＧＢそれぞれの波長に対応する複数のＨ１ホログラム１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを作製し、図４（ｂ）に示すＨ２ホログラム２１の作製時にＨ１ホログラム１１ｒ，１１ｇ，１１ｂをそれぞれ順に入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光５を入射させることで、１層のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中にそれぞれの波長に対応するホログラムを多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々のＨ２ホログラム記録用感光材料２１中にそれぞれの波長に対応するホログラムを記録することで多層記録するかして、２波長以上の再生が可能なホログラムとして作製してもよい。後者の場合、透明基板上にそれぞれの波長に対応するＨ２ホログラム記録用感光材料を順に塗布しながら各波長のＨ２ホログラムを重ねて露光していくことになる。この方法ににより、本発明による計算機合成ホログラムの再生像を記録した体積型ホログラムのセキュリティ性や意匠性をさらに拡張することができる。

以上、本発明のホログラム作製方法とその方法により作製されたホログラムを実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。

本発明に係る計算機合成ホログラムの記録方法の概念を示す斜視図である。 図１の演算処理の概念に基づく具体例を示す図である。 図１の演算処理の概念を説明するための上面図である。 本発明に基づいて体積型ホログラムを作製する方法の１実施形態を説明するための図である。 一軸方向拡散板手段としてのレンチキュラーシートを説明するための図である。 反射型のＨ３ホログラムを複製する際の撮影配置を示す図である。 ＧＨ原版の第１再生照明光の入射方向による比較を示す図である。

符号の説明

１…ＣＧＨ原版（計算機合成ホログラム）
２…第１再生照明光
３…第１回折光
４…第１参照光
５…第２再生照明光
６…第２回折光
７…第２参照光
８…第３再生照明光
９…Ｈ２ホログラムからの回折光
１０…一軸方向拡散板
１０ａ…レンチキュラーシート（一軸方向拡散手段）
１１…Ｈ１ホログラム記録用感光材料（１段目のホログラム、Ｈ１ホログラム）
２０…ＣＧＨ原版照明用の平行な照明光
２１…Ｈ２ホログラム記録用感光材料（２段目のホログラム、Ｈ２ホログラム）
３１…Ｈ３ホログラム記録用感光材料（Ｈ３ホログラム）
Ｏ’…第１再生像
Ｏ”…第２再生像
Ｏ''' …第３再生像
Ｌａ…入射光
Ｌｂ、Ｌｃ…出射光

Claims (6)

1. 計算機を用いた演算により所定の記録面上に振幅情報と位相情報を記録してなる計算機合成ホログラムを作製し、前記計算機合成ホログラムに第１再生照明光を照射して、前記計算機合成ホログラムから第１回折光を生じさせ第１再生像を再生させ、前記第１再生像近傍に配置した１段目のホログラム記録材料に前記第１回折光と第１参照光を同時に入射させて１段目のホログラムを記録し、記録した前記１段目のホログラムに第２再生照明光を照射して、前記１段目のホログラムから第２回折光を生じさせ第２再生像を再生させ、前記第２再生像近傍に配置した２段目のホログラム記録材料に前記第２回折光と第２参照光を同時に入射させて２段目のホログラムを反射型あるいは透過型の体積型ホログラムとして記録することを特徴とするホログラム作製方法。
2. 前記計算機合成ホログラムとして記録物体上に設定した点光源から所定の一次元方向にのみ広がる物体光を用いて記録された計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラムを記録する際、前記第１再生照明光として前記一次元方向に直交する方向に拡散する拡散照明光を用いることを特徴とする請求項１記載のホログラム作製方法。
3. 前記第１再生照明光の０次光が前記１段目のホログラム記録材料に入射しないように配置するか、又は、前記第２再生照明光の０次光が前記２段目のホログラム記録材料に入射しないように配置するかの少なくとも一方とすることを特徴とする請求項１又は２記載のホログラム作製方法。
4. 前記計算機合成ホログラムに照射する前記第１再生照明光は、前記一次元方向から入射させることを特徴とする請求項２又は３に記載のホログラム作製方法。
5. 前記計算機ホログラムとして白色光の下でフルカラーの画像再生が可能な計算機合成ホログラムを用い、前記１段目のホログラム作製時に前記第１再生照明光の波長を順に変えて前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを作製し、前記２段目のホログラムの作製時に、前記各波長に対応する複数の１段目のホログラムを入れ替えながら対応する波長の第２再生照明光を入射することで、１層の２段目のホログラム記録用感光材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを多重記録するか、又は、それぞれの波長に対応する別々の２段目のホログラム記録用感光材料中にそれぞれの波長に対応するホログラムを記録することで多層記録することを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のホログラム作製方法。
6. 請求項１から５の何れか１項記載のホログラム作製方法により作製されたことを特徴とするホログラム。

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