JP2013024961A - Lens eye, lens unit, led head, exposure apparatus, image forming apparatus, and reading apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レンズアレイ、レンズユニット、LEDヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置に関する。 The present invention relates to a lens array, a lens unit, an LED head, an exposure apparatus, an image forming apparatus, and a reading apparatus.
従来のレンズアレイは、複数のLED(発光ダイオード)を直線状に配列したLEDヘッドを用いた電子写真方式の画像形成装置や複数の受光素子を直線状に配列した受光部に読取り原稿の像を結像させるスキャナやファクシミリ等の読取装置に物体の正立等倍像をライン状に形成することができる光学系として用いられている。 Conventional lens arrays are used to form an image of a read original on an electrophotographic image forming apparatus using an LED head in which a plurality of LEDs (light emitting diodes) are linearly arranged, or on a light receiving portion in which a plurality of light receiving elements are linearly arranged. It is used as an optical system that can form an erecting equal-magnification image of an object in a line on a reading device such as a scanner or a facsimile.
このレンズアレイには、物体の正立等倍像を形成するように複数のマイクロレンズを略直線状に2列に配列し、列間で隣接する二つのマイクロレンズの配列間隔をマイクロレンズの配列方向で隣接する二つのマイクロレンズの配列間隔より小さくなるようにして高い解像度の結像を形成する光学系として構成するようにしているものがある(例えば、特許文献1参照)。 In this lens array, a plurality of microlenses are arranged in two substantially linear lines so as to form an erecting equal-magnification image of an object, and the arrangement interval between two adjacent microlenses is arranged between the microlenses There is an optical system that forms an image with high resolution so as to be smaller than the arrangement interval between two microlenses adjacent in the direction (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述した従来の技術においては、画像形成装置の解像度を向上させるため、マイクロレンズの配列間隔に合わせてLEDヘッドのLED素子を縮小し、実装密度を高める必要があり、LED素子を縮小するとLED素子の発光光量が低下するため、光学系の光量を増加させる必要があるという問題があり、また読取装置では原稿を照明する照明装置の消費電力を低く抑えるために光学系の光量を増加させる必要があるという問題
がある。
本発明は、このような問題を解決することを課題とし、光学系の光量を増加させることを目的とする。
However, in the conventional technology described above, in order to improve the resolution of the image forming apparatus, it is necessary to reduce the LED elements of the LED head in accordance with the arrangement interval of the microlenses and increase the mounting density. Since the amount of light emitted from the LED element decreases, there is a problem that the amount of light in the optical system needs to be increased, and in the reading device, the amount of light in the optical system is increased in order to keep power consumption of the illumination device that illuminates the document low. There is a problem that it is necessary.
An object of the present invention is to solve such a problem and to increase the amount of light of an optical system.
そのため、本発明は、複数のレンズが2列に配列されたレンズアレイにおいて、長手方向に隣り合う複数のレンズと、短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第1の境界領域で連続し、前記それぞれのレンズは、前記第1の境界領域内に光軸を有することを特徴とする。 Therefore, the present invention provides a lens array in which a plurality of lenses are arranged in two rows, and has a plurality of lenses adjacent in the longitudinal direction and a plurality of lenses adjacent in the lateral direction, and is adjacent in the lateral direction. The matching lenses are continuous in a first boundary region extending in a longitudinal direction, and each of the lenses has an optical axis in the first boundary region.
このようにした本発明は、光学系の光量を増加させることができるという効果が得られる。 According to the present invention as described above, an effect that the amount of light of the optical system can be increased is obtained.
以下、図面を参照して本発明によるレンズアレイ、レンズユニット、LEDヘッド、露光装置、画像形成装置および読取装置の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of a lens array, a lens unit, an LED head, an exposure apparatus, an image forming apparatus, and a reading apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例の画像形成装置としてのプリンタを図2の第1の実施例におけるプリンタの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図2において、プリンタ100は、色材としての顔料を含む樹脂からなるトナーにより、画像データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
A printer as an image forming apparatus according to this embodiment will be described with reference to a schematic diagram illustrating a configuration of the printer according to the first embodiment shown in FIG.
In FIG. 2, a
プリンタ100には、印字媒体としての用紙101を貯留する給紙カセット60が装着され、用紙101を給紙カセット60から取り出す給紙ローラ61を備え、用紙101を給紙して搬送する搬送ローラ62、63が配置される。
本実施例におけるプリンタ100は、カラー電子写真方式であり、プリンタ100内には画像形成部としてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する静電潜像担持体としての感光体ドラム41、その感光体ドラム41に形成された静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成する現像器5、その現像器5にトナーを供給するトナーカートリッジ51が用紙101の搬送路に沿って並べて配置されている。
The
The
また、感光体ドラム41の表面に電荷を供給して帯電させる帯電ローラ42、光学ヘッドとしてのLEDヘッド3が、感光体ドラム41の表面に対向するように配置され、LEDヘッド3は帯電ローラ42で帯電された感光体ドラム41の表面に画像データをもとに選択的に光を照射して静電画像を形成する。
さらに、感光体ドラム41上に形成され、トナーにより静電潜像を可視化した像であるトナー像を用紙101上に転写する転写ローラ80が、転写部で用紙101を搬送する転写ベルト81を挟むように感光体ドラム41に対向して配置され、また用紙101が転写部を通過した後の感光体ドラム41の表面に残留したトナーを除去するクリーニングブレード43が感光体ドラム41の表面に接触して配置されている。
Further, a charging roller 42 for supplying electric charges to the surface of the
Further, a
転写部の下流には用紙101上に形成されたトナー像を熱および圧力で定着させる定着器9が配置され、その定着器9を通過した用紙101を搬送する搬送ローラ64、その搬送ローラ64により搬送され、画像が形成された用紙101を貯留する排出部7へ排出する排出ローラ65が配置される。
A fixing device 9 for fixing the toner image formed on the
また、帯電ローラ42および転写ローラ80には図示しない電源により所定の電圧が印加される。そして、転写ベルト81、感光体ドラム41および各ローラはそれぞれ図示しないモータと図示しない駆動を伝達するギアにより回転駆動される。さらに、現像器5、LEDヘッド3、定着器9、および図示しない各モータには、それぞれ電源および制御装置が接続されている。
A predetermined voltage is applied to the charging roller 42 and the
プリンタ100は、外部装置から印刷データを受信する外部インターフェースを有し、その外部インターフェースで受信した印刷データをもとに印字媒体上に画像を形成する。
このように構成されたプリンタ100は、制御プログラムをメモリ等の記憶部に記憶し、その制御プログラムに基づいて全体を制御する制御手段および演算手段としての制御部を備えている。
The
The
図3は第1の実施例におけるLEDヘッドの概略側面図である。
図3において、露光装置としてのLEDヘッド3にはレンズユニット1が配置される。レンズユニット1はホルダ34によりLEDヘッド3に固定されている。LED素子30は発光部であり、複数のLED素子30が略直線に配列され、LEDアレイ300を構成している。LED素子30の配列方向はY軸方向(図3における水平方向)である。レンズユニット1は長尺であり、レンズユニット1の長手方向がLEDアレイ300と平行になるようにY軸方向(図3における水平方向)に配置されている。
FIG. 3 is a schematic side view of the LED head in the first embodiment.
In FIG. 3, a lens unit 1 is disposed on an LED head 3 as an exposure apparatus. The lens unit 1 is fixed to the LED head 3 by a
41は静電潜像が形成される感光体ドラムであり、AXRは感光体ドラム41の回転軸である。この感光体ドラム41の回転軸AXRが、LEDアレイ300およびレンズユニット1の長手方向と平行になるようにY軸方向(図3における水平方向)に配置されている。
レンズユニット1には、複数のマイクロレンズが配置されており、レンズユニット1のマイクロレンズの光軸はZ方向(図3における鉛直方向)となるように配置されている。
The lens unit 1 is provided with a plurality of microlenses, and the optical axes of the microlenses of the lens unit 1 are arranged in the Z direction (vertical direction in FIG. 3).
図4は第1の実施例におけるLEDヘッドの断面図である。なお、図4は図3における直線AAでの断面図である。
図4において、レンズユニット1の長手方向およびレンズユニット1のマイクロレンズの光軸方向の両方に直交する方向をレンズユニット1の幅方向とすると、レンズユニット1の幅方向はX軸方向(図4における水平方向)となるように配置される。レンズユニット1の幅方向におけるレンズユニット1の中心をCLとすると、中心CLを外挿した直線上にLED素子30および感光体ドラム41の回転軸AXRが配置される。
FIG. 4 is a sectional view of the LED head in the first embodiment. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
In FIG. 4, when the direction perpendicular to both the longitudinal direction of the lens unit 1 and the optical axis direction of the micro lens of the lens unit 1 is the width direction of the lens unit 1, the width direction of the lens unit 1 is the X-axis direction (FIG. 4). In the horizontal direction). Assuming that the center of the lens unit 1 in the width direction of the lens unit 1 is CL, the rotation axis AXR of the
また、レンズユニット1のマイクロレンズの光軸はZ方向(図4における鉛直方向)となるように配置される。LED素子30およびドライバIC31は配線基板33上に配置される。LED素子30およびドライバIC31はワイヤ32により結線されている。
本実施例においては、LEDヘッド3は1200dpi(dot per inch)の解像度であり、LEDアレイ300のLED素子30は1インチ当たり(1インチは約25.4mm)1200個配置されている。すなわち、LED素子30の配列ピッチPDは0.02117mmである。
Further, the optical axis of the micro lens of the lens unit 1 is arranged so as to be in the Z direction (vertical direction in FIG. 4). The
In this embodiment, the LED head 3 has a resolution of 1200 dpi (dot per inch), and 1200
図1は第1の実施例におけるレンズユニットの分解斜視図である。
図1において、レンズユニット1は、2枚のレンズアレイと遮光部材とからなる。11aは、物体面側のレンズアレイとしての第1のレンズ板であり、11bは、結像側のレンズアレイとしての第2のレンズ板である。また、21は遮光部材としての遮光板である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of the lens unit in the first embodiment.
In FIG. 1, the lens unit 1 includes two lens arrays and a light shielding member. 11a is a first lens plate as a lens array on the object plane side, and 11b is a second lens plate as a lens array on the imaging side.
第1のレンズ板11aと第2のレンズ板11bとが、遮光板21を挟んで対向して配置される。第1のレンズ板11aには、第1のマイクロレンズ12aが第1のレンズ列13aおよび第2のレンズ列14aとして2列に配列され、また第2のレンズ板11bには、第2のマイクロレンズ12bが第1のレンズ列13bおよび第2のレンズ列14bとして2列に配列されている。第1のマイクロレンズ12aおよび第2のマイクロレンズ12bの光軸AXLはZ方向(図5における鉛直方向)となるように配置される。
The
遮光板21には、絞りとしての開口部22が形成され、その開口部22はレンズユニット1の長手方向に沿って配列されている。
第1のマイクロレンズ12aおよび第2のマイクロレンズ12bの配列間隔は同じであり、それぞれの光軸AXLが一致するように配置される。
このようにレンズユニット1は、光軸が一致するように配置された2枚のマイクロレンズ(第1のレンズ板11aと第2のレンズ板11b)と絞り(遮光板21)とからなるレンズ群を光軸に対して直交する方向に略直線に配置した構成となっている。
The
The arrangement intervals of the
Thus, the lens unit 1 includes a lens group including two microlenses (
図5は第1の実施例における第1のレンズ板の平面図であり、図中Y軸方向が(図中鉛直方向)がレンズ板の長手方向となっている。
図5において、第1のレンズ板11aには、複数の第1のマイクロレンズ12aが2列に、千鳥状に配置されている。第1のレンズ板11aに配列された、一方の第1のマイクロレンズ12aの列を第1のレンズ列13a、他方の第1のマイクロレンズ12aの列を第2のレンズ列14aとすると、第1のレンズ列13a内および第2のレンズ列14a内の第1のマイクロレンズ12aの配列方向は、第1のレンズ板11aの長手方向である。
FIG. 5 is a plan view of the first lens plate in the first embodiment, and the Y-axis direction (vertical direction in the drawing) is the longitudinal direction of the lens plate.
In FIG. 5, a plurality of
第1のレンズ列13a内の第1のマイクロレンズ12aと、第2のレンズ列14a内の第1のマイクロレンズ12aとの間には第1の境界領域15が形成され、また第1のレンズ列13aおよび第2のレンズ列14aのそれぞれの列内で隣接する第1のマイクロレンズ12a間には第2の境界領域16が形成されている。
A
第1のレンズ列13a内の第1のマイクロレンズ12aと、第2のレンズ列14a内の第1のマイクロレンズ12aとは、第1の境界領域15で連続し、また第1のレンズ列13aおよび第2のレンズ列14aのそれぞれの列内で隣接する第1のマイクロレンズ12aは第2の境界領域16で連続している。
The
第1のマイクロレンズ12aの光軸AXLは第1の境界領域15内に配置され、好ましくは、レンズユニット1の幅方向(図中X軸方向)の略中心線CL上に配置される。なお、本実施例では、第1のマイクロレンズ12aの光軸AXLはレンズユニット1の幅方向(図中X軸方向)の中心線CL上に配置されるものとして説明する。
The optical axis AXL of the
第1のレンズ列13a内の第1のマイクロレンズ12aの配列間隔(光軸AXLの間隔)は、(2×PY)となっており、また第2のレンズ列14a内の第1のマイクロレンズ12aの配列間隔は、(2×PY)となっている。
また、隣接する第1のレンズ列13a内の第1のマイクロレンズ12aと第2のレンズ列14a内の第1のマイクロレンズ12aとの配列間隔はPYとなっている。
The arrangement interval (interval of the optical axis AXL) of the
In addition, the arrangement interval between the
第1のマイクロレンズ12aは、隣接する第1のマイクロレンズ12aと境界で接し、隙間なく連続して配置されている。つまり、第1のマイクロレンズ12aの配列方向の半径RLYはレンズ配列間隔PYと等しくなっている。
また、第1のマイクロレンズ12aの半径は、マイクロレンズの配列方向がRLY、レンズユニット1の幅方向(図中X軸方向:図中水平方向)はRLXである。このとき、半径RLX>半径RLYとなっている。
The
The radius of the
第1のレンズ列13a内の第1のマイクロレンズ12aと、第2のレンズ列14a内の第2のレンズ列14a内の第1のマイクロレンズ12aとは、第1のレンズ列13a内の第1のマイクロレンズ12aを、第2のレンズ列14a内の第1のマイクロレンズ12aの光軸AXLを回転軸として180度回転させた構成となっている。
The
なお、図1に示す第2のレンズ板11bの構成は、上述した第1のレンズ板11aと同様の構成であり、第1のマイクロレンズ12aを第2のマイクロレンズ12bに置き換えたものと同等である。
The configuration of the
また、第1のレンズ板11aおよび第2のレンズ板11bは、発光部の光線を透過する素材により構成されている。本実施例の第1のレンズ板11aおよび第2のレンズ板11bは、シクロオレフィン系樹脂である光学樹脂(日本ゼオン社製、商品名;ZEONEX(ゼオネックス)(登録商標)E48R)を使用し、射出成型法により複数のマイクロレンズを一体に成形した。
第1のマイクロレンズ12aおよび第2のマイクロレンズ12bの各曲面は数式1で表される回転対称高次非球面で構成することにより、高い解像度を得ることができる。
The
By configuring each curved surface of the
関数Z(r)は、第1のマイクロレンズ12aおよび第2のマイクロレンズ12bの各曲面の頂点を原点とし、レンズユニット1の物体面から結像面へ向かう方向を正の数で表す。また、rは、マイクロレンズの光軸に平行な方向を軸とし、半径方向の座標を示し、各図面に示したX軸、Y軸方向の各座標に対し、数式2の関係がある。
The function Z (r) represents the direction from the object plane of the lens unit 1 to the imaging plane as a positive number with the vertex of each curved surface of the
数式1において、Cnmは曲率半径、Anmは非球面係数4次の係数、Bnmは非球面係数6次の係数を示し、nおよびmは1または2であり、n=1が第1のマイクロレンズ12a、n=2が第2のマイクロレンズ12bであることを示し、m=1が物体面側のレンズ面、m=2が結像面側のレンズ面であることを示す。
In Equation 1, Cnm represents a radius of curvature, Anm represents a fourth-order coefficient of the aspheric coefficient, Bnm represents a sixth-order coefficient of the aspheric coefficient, n and m are 1 or 2, and n = 1 is the first microlens. 12a and n = 2 indicate the
図6は第1の実施例における遮光板の平面図である。図中のY軸方向(鉛直方向)が遮光板21の長手方向であり、図中のX軸方向(水平方向)が遮光板21の長手方向と直交する方向となっている。
図6において、CLは、遮光板21のレンズユニット幅方向(図中X軸方向)における中心線を示している。遮光板21には、マイクロレンズに入射する光線を通過させる複数の開口部22が形成されている。
FIG. 6 is a plan view of the light shielding plate in the first embodiment. The Y-axis direction (vertical direction) in the figure is the longitudinal direction of the
In FIG. 6, CL indicates a center line in the lens unit width direction (X-axis direction in the drawing) of the
開口部22のマイクロレンズ配列方向の間隔は、図5に示す第1のレンズ12aの配列間隔に一致し、開口部22のマイクロレンズ配列方向の位置(図中Y軸方向の座標)は、図5に示す第1のマイクロレンズ12aのマイクロレンズ配列方向の位置(図中Y軸方向の座標)に一致する。
The interval in the microlens array direction of the
開口部22は、半径RAXの円を、レンズユニットの幅方向(図中X軸方向)に平行で半径RAXの円の中心(AXL)から距離RAYにある直線で切断し、マイクロレンズの配列方向(図中Y軸方向)と平行で半径RAXの円の中心(AXL)から距離(TB/2)にある直線で切断した形状となっている。このとき、半径RAX>距離RAYとなっている。
The
開口部22のマイクロレンズの配列方向の位置(図中Y軸方向の座標)は、光軸AXLと一致するように配置される。その光軸AXLは、遮光板21の中心線CL上に配置される。つまり、光軸AXLは開口部22と一致しないため、物体から発せられ、光軸AXLに一致する光線は、遮光板21により遮光される。
The position of the
したがって、遮光板21は、図5に示す第1の領域15および第2の領域16を遮光するように形成されている。
遮光板21は、発光部の光線を遮光する素材により形成され、本実施例ではポリカーボネートを用いて射出成型法により作成した。
Therefore, the
The
次に、レンズユニットの詳細について図7を用いて説明する。
図7は第1の実施例におけるレンズユニットの断面図、すなわちレンズユニット1および物体面OPと結像面IPの、マイクロレンズの配列方向と直交し、光軸AXLを含む平面による断面図であり、図5および図6における直線AAによるレンズユニット1の断面図である。なお、図7におけるX軸方向(水平方向)はレンズユニット1のマイクロレンズの配列方向(長手方向)に直交する方向(幅方向)であり、Z軸方向(鉛直方向)は光軸AXLの方向である。
Next, details of the lens unit will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the lens unit in the first embodiment, that is, a cross-sectional view of the lens unit 1 and the plane of the object plane OP and the imaging plane IP perpendicular to the arrangement direction of the microlenses and including the optical axis AXL. FIG. 7 is a cross-sectional view of the lens unit 1 taken along a line AA in FIGS. 5 and 6. In FIG. 7, the X-axis direction (horizontal direction) is a direction (width direction) orthogonal to the arrangement direction (longitudinal direction) of the microlenses of the lens unit 1, and the Z-axis direction (vertical direction) is the direction of the optical axis AXL. It is.
図7において、物体面OP上で、レンズユニット1の幅方向の中心線CLを外挿した位置に物体30aとしてのLEDアレイ300(図3参照)が配置される。物体面OPから距離LO離れた位置に第1のマイクロレンズ12aが配置される。さらに、第2のマイクロレンズ12bが第1のマイクロレンズ12aと光軸AXLが一致するように対向し、距離LSを隔てて配置される。レンズユニット1の結像面IPは第2のマイクロレンズ12bから光軸AXL方向に距離LI隔てた位置である。そして、第1のマイクロレンズ12aは、厚さがLT1であり、第2のマイクロレンズ12bは厚さがLT2である。
In FIG. 7, an LED array 300 (see FIG. 3) as an
第1のマイクロレンズ12aは、光軸AXL方向に距離LO1の位置にある物体30aの結像としての中間像30bを光軸AXL方向に距離LI1離れた中間像面IMP上に形成する。第2のマイクロレンズ12bは、距離LO2の位置にある中間像30bの結像30cを光軸AXL方向にLI2隔てた結像面IP上に結像する。このとき、結像30cは物体30aの正立等倍像になっている。
The
レンズユニット1の物体面OPから第1のマイクロレンズ12aまでの距離LOは距離LO1と等しく設定され、第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクロレンズ12bとの間隔LSは(距離LI1+距離LO2)に設定され、第2のマイクロレンズ12bからレンズユニット1の結像面IPまでの距離LIは距離LI2と等しく設定される。
The distance LO from the object plane OP of the lens unit 1 to the
第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクロレンズ12bを同じ構成のレンズとすることができる。このとき、第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクロレンズ12bは、ともに厚さがLT1であり、第1のマイクロレンズ12aの物体面側の曲面と同じ形状の面が第2のマイクロレンズ12bの結像面側の曲面となるように形成し、対向して配置され、距離LO1と距離LI2とは等しく設定され、距離LOは距離LIと等しく設定される。さらに、距離LO2は距離LI1と等しく設定され、第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクレンズ12bとの間隔LSは、(2×距離LI1)に設定される。
The
上述した構成の作用について説明する。
まず、プリンタ100の動作を図2に基づいて説明する。
プリンタ100の感光体ドラム41表面は、図示しない電源装置により電圧が印加された帯電ローラ42により帯電される。続いて、感光体ドラム41が回転することによって帯電された感光体ドラム41表面がLEDヘッド3の付近に到達するとLEDヘッド3によって露光され、感光体ドラム41表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器5により現像され、感光体ドラム41の表面にトナー像が形成される。
The operation of the above configuration will be described.
First, the operation of the
The surface of the
一方、給紙カセット60にセットされた用紙101が給紙ローラ61によって給紙カセット60から取り出され、搬送ローラ62、63により、転写ローラ80および転写ベルト81の付近に搬送される。
感光体ドラム41が回転することにより、現像によって得られた感光体ドラム41表面上のトナー像が転写ローラ80および転写ベルト81の付近に到達すると図示しない電源装置により電圧が印加されている転写ローラ80および転写ベルト81によって、感光体ドラム41表面上のトナー像は用紙101上に転写される。
On the other hand, the
When the
続いて、表面にトナー像が形成された用紙101は、転写ベルト81の回転により定着器9へ搬送され、用紙101上のトナー像はその定着器9により加圧されながら加熱されることにより溶解し、用紙101上に固定される。トナー像が固定された用紙101は、搬送ローラ64および排出ローラ65により排出部7に排出されてプリンタ100の動作が終了する。
Subsequently, the
次に、露光装置としてのLEDヘッド3の動作を図4に基づいて説明する。
画像データをもとにプリンタ100の制御部によりLEDヘッド3の制御信号が発信されるとドライバIC31はその制御信号に基づき任意の光量でLED素子30を発光させる。そのLED素子30からの光線はレンズユニット1に入射し、感光体ドラム41上に結像が形成される。
Next, the operation of the LED head 3 as an exposure apparatus will be described with reference to FIG.
When a control signal for the LED head 3 is transmitted from the control unit of the
次に、レンズユニット1の動作の概要を図7に基づいて説明する。
第1のマイクロレンズ12aにより、物体30aの倒立縮小像が中間像面IMP上に中間像30bとして形成される。そして、第2のマイクロレンズ12bによって中間像30bの拡大倒立像が結像面IP上に結像30cとして形成される。結像30cは物体30aの正立等倍像となっており、物体面OP上の矢印の方向(+X方向)は、結像面IP上の矢印の方向(+X方向)となっている。また、第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクロレンズ12bとの間では物体面OP上の各点からの主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。さらに、物体30aからの光線のうち、結像に寄与しない光線は遮光板21により遮断される。
Next, an outline of the operation of the lens unit 1 will be described with reference to FIG.
An inverted reduced image of the
一方、第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクロレンズ12bを同じ構成のレンズとした場合にも、物体30aの倒立縮小像が中間像面IMP上に中間像30bとして形成され、第2のマイクロレンズ12bによって中間像30bの拡大倒立像が結像面IP上に結像30cとして形成され、結像30cは物体30aの正立等倍像となっており、物体面OP上の矢印の方向(+X方向)は、結像面IP上の矢印の方向(+X方向)となっている。また、第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクロレンズ12bとの間では物体面OP上の各点からの主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。さらに、物体30aからの光線のうち、結像に寄与しない光線は遮光板21により遮断される。
On the other hand, even when the
遮光板21の開口部22(絞り)は、第1のレンズ板11aの第1のマイクロレンズ12aから出射された光線を透過し、第2のレンズ板11bの第2のマイクロレンズ12bに入射するように配置され、第1のレンズ板11aの第1のマイクロレンズ12aは物体30aの倒立縮小像を形成し、第2のレンズ板11bの第2のマイクロレンズ12bはその倒立縮小像の倒立拡大像を形成して物体30aの正立等倍像を形成する。
The opening 22 (aperture) of the
次に、レンズユニット1の動作の詳細を図7および図8に基づいて説明する。
図7において、中間像30bを通り、光軸AXLと平行な直線をAXL´とし、直線AXL´と物体面OPの交点を30a´、直線AXL´と結像面IPの交点を30c´とする。
Next, details of the operation of the lens unit 1 will be described with reference to FIGS.
In FIG. 7, a straight line passing through the
図8は、図7におけるレンズユニット1および物体面OPと結像面IPの、直線AXL´を含みマイクロレンズの配列方向と平行な平面による断面図である。
図8において、第1のマイクロレンズ12aおよび第2のマイクロレンズ12bの配列方向は図中Y軸方向(図中水平方向)であり、光軸AXLは図中Z軸方向(図中鉛直方向)となるように配置されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the lens unit 1 and the object plane OP and the imaging plane IP in FIG. 7 by a plane including the straight line AXL ′ and parallel to the arrangement direction of the microlenses.
In FIG. 8, the arrangement direction of the
物体30aの倒立縮小像が中間像面IMP上に中間像30bとして形成される。図8においては、物体30aの光線は点30a´から発せられたように見える。そして、第2のマイクロレンズ12bによって中間像30bの拡大倒立像が結像面IP上に結像30cとして形成される。図8においては、結像30cは点30c´に形成されたように見える。
An inverted reduced image of the
結像30cは物体30aの正立等倍像となっており、物体面OP上の矢印の方向(+Y軸方向)は結像面IP上の矢印の方向(+Y軸方向)となっており、また第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクロレンズ12bとの間では、物体面OP上の各点からの主光線が平行である、いわゆるテレセントリックになっている。さらに、物体30aからの光線のうち、結像に寄与しない光線は遮光板21により遮断される。
The
また、第1のマイクロレンズ12aと第2のマイクロレンズ12bを同じ構成のレンズとした場合も同様に、物体30aの結像30cが形成され、結像30cは物体30aの正立等倍像になっている。
レンズ光軸の位置のずれと、結像の形成される位置に変位は一致するため、レンズ光軸の直線CLからの位置のずれを、レンズユニットによって結像を形成しようとする物体の画素の配列間隔の半分程度に抑えることが望ましい。
Similarly, when the
Since the displacement of the position of the lens optical axis coincides with the position where the image is formed, the displacement of the position of the lens optical axis from the straight line CL is the difference between the position of the pixel of the object to be imaged by the lens unit. It is desirable to suppress it to about half of the arrangement interval.
すなわち、物体の解像度が1200dpi(1インチに1200個の画素が配列)である場合、画素の配列間隔はPD≒0.021mmであるので、レンズ光軸の直線からの位置のずれは、D3=(1/2)×PD=0.0105mm以下にすることが望ましい。
つまり、レンズ板11aを形成する短手方向に隣り合うレンズ同士は、図5に示すレンズ板11aの長手方向に伸びる略直線状の第1の境界領域15内で連続しているため、第1の境界領域15のレンズ板11aの短手方向における幅D1は、画素の配列間隔PD=0.021mm以下とすることが好ましい。
That is, when the resolution of the object is 1200 dpi (1200 pixels are arranged in 1 inch), the pixel arrangement interval is PD≈0.021 mm, and thus the positional deviation from the straight line of the lens optical axis is D3 = It is desirable that (½) × PD = 0.0105 mm or less.
That is, the lenses adjacent to each other in the lateral direction forming the
また、レンズ板11aを形成する長手方向に隣り合うレンズ同士は、図5に示すレンズ板11aの短手方向に伸びる略直線状の第2の境界領域16内で連続している。第2の境界領域16の幅D2は、図6に示す遮光板21の長手方向における遮光板21の開口部22の配列幅(図6中のY軸方向に隣り合う開口部22の内壁の間隔)をPY2としたとき、幅D2は((1/2)×PY2)以下の範囲内であれば良い。
Further, the lenses adjacent to each other in the longitudinal direction forming the
同様に、第1の境界領域15のレンズ板11aの短手方向における幅D1は、図6に示す遮光板21の短手方向における遮光板21の開口部22の配列幅(図6中のX軸方向に隣り合う開口部22の内壁の間隔)をTBとしたとき、幅D1は((1/2)×TB)以下の範囲内であれば良い。
Similarly, the width D1 of the
ここで、図5に示す第1の境界領域15はレンズ板11aの長手方向に延在し、第2の境界領域16はレンズ板11aの短手方向に延在し、その第1の境界領域15が延在する方向と第2の境界領域16が延在する方向とは略垂直となっている。このように、第1の境界領域15をレンズ板11aの長手方向に延在させ、第2の境界領域16をレンズ板11aの短手方向に延在させることにより、各レンズの有効範囲を最大に取ることが可能となり、これによって光量を増加させることができる。
Here, the
一般に、レンズから物体へ向かう方向とレンズの光軸とが成す角をθとすると、そのレンズによって形成される物体の結像の明るさは、COS4θに比例する(コサイン4乗則)。 In general, if the angle formed by the direction from the lens to the object and the optical axis of the lens is θ, the brightness of the image formed by the lens is proportional to COS 4 θ (cosine fourth law).
したがって、物体がレンズの光軸上に存在するとき、そのレンズによって形成される結像の明るさが最も明るくなる。レンズを1列の直線に配列し、直線状の物体(図3に示すLEDアレイ300)に対向して配置することにより、物体が複数のレンズの光軸上に存在する構成となるが、1列のレンズを配置したレンズアレイでは、レンズの光軸付近の結像は明るく、隣接する2つのレンズの境界付近の結像は暗くなり、レンズの配列間隔に応じた光量の周期的な変化が大きくなる。
Therefore, when an object exists on the optical axis of the lens, the brightness of the image formed by the lens is the brightest. By arranging the lenses in a straight line and facing the linear object (the
1列のレンズを配置したレンズアレイでもレンズの配列間隔を小さくするほど、レンズの配列間隔に応じた光量の変化を小さくすることができるが、レンズの配列間隔を小さくすることにより、レンズアレイや遮光部材の形成が困難となり、また両者を組み合わせるとき、高い精度が必要になる。 Even in a lens array in which one row of lenses is arranged, the smaller the lens arrangement interval, the smaller the change in the amount of light according to the lens arrangement interval. However, by reducing the lens arrangement interval, It is difficult to form the light shielding member, and high accuracy is required when combining the two.
そこで、本実施例の構成のように、2列のレンズを配列したレンズアレイの光軸を1列に配置することにより、各光軸の間隔は小さくなるため、明るい結像が形成でき、かつ光量の周期的な変化を抑制することができるようになる。 Therefore, as in the configuration of the present embodiment, by arranging the optical axes of the lens array in which two rows of lenses are arranged in one row, the interval between the optical axes is reduced, so that bright imaging can be formed, and Periodic changes in the amount of light can be suppressed.
また、同一列内で隣接する2つのレンズの間の境界を直線状に連続させて形成することにより、同一列内で隣接する2つのレンズ面の高さが一致し、光軸方向の段差が生じないため、レンズ面を精度良く形成することができる。さらに、同一列内で隣接する2つのレンズの間の境界で、光線が乱反射して結像のコントラストを低下させる迷光の発生を抑制することができる。 In addition, by forming the boundary between two adjacent lenses in the same row in a straight line, the heights of the two adjacent lens surfaces in the same row are matched, and there is a step in the optical axis direction. Since it does not occur, the lens surface can be formed with high accuracy. Furthermore, it is possible to suppress the generation of stray light that causes light rays to diffusely reflect at the boundary between two adjacent lenses in the same row and reduce the contrast of the image formation.
また、遮光部材の絞り(開口部)の配列方向と直交する方向における略中心に、光線が入射しない領域が形成され、光軸が異なるレンズから入射するクロストーク光を遮光するため、レンズアレイのレンズ配列方向と直交する方向における略中心に、隣接するレンズの境界を配置しても光学特性は変化せず、結像の明るさやコントラストは低下しない。
さらに、同一列内でも隣接する2つのレンズの間に、光線が入射しない領域が形成され、光軸が異なるレンズから入射するクロストーク光を遮光するため、結像の明るさやコントラストは低下しない。
In addition, a region where light does not enter is formed at the approximate center in the direction orthogonal to the arrangement direction of the apertures (openings) of the light shielding member, and crosstalk light incident from lenses having different optical axes is shielded. Even if the boundary between adjacent lenses is arranged at the approximate center in the direction orthogonal to the lens arrangement direction, the optical characteristics do not change, and the brightness and contrast of image formation do not decrease.
Further, even in the same row, a region where no light beam is incident is formed between two adjacent lenses, and crosstalk light incident from a lens having a different optical axis is shielded, so that the brightness and contrast of imaging are not lowered.
なお、本実施例では、レンズの光量を増加させるために、レンズ板(図1に示す第1のレンズ板11aおよび第2のレンズ板11b)を形成するレンズの光軸を第1の境界領域内に配置するものとしたが、レンズ板を複数枚用いてレンズユニットを構成する場合においては、第1の境界領域および第2の境界領域を遮蔽板によって遮蔽する構成とすることにより、光量を増加させつつ、複数のレンズ板間に発生するクロストーク光を防止することが可能になる。
In this embodiment, in order to increase the light quantity of the lens, the optical axis of the lens forming the lens plate (the
また、図7および図8に示す第1のマイクロレンズ12aおよび第2のマイクロレンズ12bを非球面で構成するようにしたが、球面で構成するようにしても良い。
さらに、第1のマイクロレンズ12aおよび第2のマイクロレンズ12bをアナモフィック非球面やXY多項式や放物面、楕円面、双曲面、コーニック面等の曲面に形成しても良い。
Further, although the
Furthermore, the
さらに、第1のレンズ板および第2のレンズ板は金型成型により形成するようにしたが、樹脂を型に用いた型成型法でもよく、切削加工により形成するようにしても良い。
またさらに、第1のレンズ板および第2のレンズ板の素材は樹脂を用いているが、ガラスを用いても良い。
Furthermore, although the first lens plate and the second lens plate are formed by mold molding, a mold molding method using a resin as a mold may be used, or they may be formed by cutting.
Furthermore, although the material of the first lens plate and the second lens plate uses resin, glass may be used.
また、遮光板はポリカーボネートを用いて射出成型法により作成したが、これに限られることなく、切削加工により作成しても良く、金属をエッチングするなどして作成しても良い。
またさらに、発光部として図3に示すLED素子30を複数配置したLEDアレイ300を用いたが、例えば有機ELを発光部にしても良く、またレーザーを用いた露光装置でも良い。
Moreover, although the light-shielding plate was produced by the injection molding method using polycarbonate, it is not limited to this, and may be produced by cutting or may be produced by etching a metal.
Furthermore, although the
以上説明したように、第1の実施例では、2列のレンズを配列したレンズアレイの光軸を第1の境界領域内に配置することにより、光源からの光量を多く取り込み、明るい結像を形成することができるという効果が得られる。したがって、露光装置の光源の光量が低下しても、十分な明るさの結像を形成することができるという効果が得られる。 As described above, in the first embodiment, by arranging the optical axis of the lens array in which two rows of lenses are arranged in the first boundary region, a large amount of light from the light source is taken in and bright imaging is performed. The effect that it can form is acquired. Therefore, even if the light quantity of the light source of the exposure apparatus decreases, an effect that an image with sufficient brightness can be formed can be obtained.
第1の実施例では、本発明によるレンズユニットを画像形成装置としてのプリンタに適用したものとして説明したが、第2の実施例では読取装置に適用した例を説明する。
第2の実施例の構成を図9の第2の実施例における読取装置の構成を示す概略図に基づいて説明する。なお、上述した第1の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
In the first embodiment, the lens unit according to the present invention has been described as applied to a printer as an image forming apparatus. In the second embodiment, an example in which the lens unit is applied to a reading apparatus will be described.
The configuration of the second embodiment will be described based on the schematic diagram showing the configuration of the reading apparatus in the second embodiment of FIG. Note that parts similar to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図9において、500は、原稿を読取って画像データとしての電子データを生成する読取装置としてのスキャナである。
スキャナ500は、読取ヘッド400、ランプ501、原稿台502、レール503、駆動ベルト505、モータ506等で構成されている。
In FIG. 9,
The
読取ヘッド400は、照明装置としてのランプ501により照射され、原稿の表面で反射した光線を取り込み電子データに変換するものである。ランプ501は、照射した光が原稿の表面で反射し、読取ヘッド400内に取り込まれるように配置されている。
原稿台502は、電子データが生成される原稿507を載置するものであり、可視光線を透過する素材で形成されている。
The reading
The document table 502 is used to place a
レール503は、原稿台502の下方に配置され、読取ヘッド400を移動可能にするものであり、読取ヘッド400は、その一部が複数の滑車504により張架された駆動ベルト505に接続され、モータ506で駆動された駆動ベルト505によりレール503上を移動可能に構成されている。
The
次に、読取ヘッド400の構成を図10の第2の実施例における読取装置の読取りヘッドの構成を示す概略図に基づいて説明する。
図10において、読取ヘッド400は、レンズユニット1、ラインセンサ401およびミラー402で構成されている。
Next, the configuration of the read
In FIG. 10, the
ミラー402は、原稿507で反射された光線の光路を折り曲げてその光線をレンズユニット1に入射させるものである。
ラインセンサ401は、複数の受光素子が略直線に配置されており、レンズユニット1により形成された原稿画像の結像を電気信号に変換するものである。
The
The
また、図11は本実施例の読取ヘッド400の構成および物体面OP(原稿507)と結像面IPとの位置関係を示している。本実施例では、レンズユニット1の物体面OPが原稿507となるように、結像面IPがラインセンサ401となるように配置される。なお、本実施例のレンズユニット1の構成は第1の実施例と同様である。
FIG. 11 shows the configuration of the
上述した構成の作用について説明する。
まず、読取装置の動作を図9に基づいて説明する。
ランプ501が点灯し、原稿507の表面を照射することにより、原稿507の表面で反射した光線が読取ヘッド400内に取り込まれる。モータ506により、駆動ベルト505が駆動して読取ヘッド400とランプ501が図9における左右方向に移動し、読取ヘッド400は原稿507の全面から反射した光線を取り込む。
The operation of the above configuration will be described.
First, the operation of the reading apparatus will be described with reference to FIG.
When the
次に、読取ヘッド400の動作を図10に基づいて説明する。
原稿507で反射された光線は、原稿台502を透過し、ミラー402で光路が折り曲げられ、レンズユニット1に入射する。レンズユニット1により結像された原稿507の結像はラインセンサ401上に形成され、ラインセンサ401は形成された原稿507の結像を電気信号に変換して電子データを生成する。
Next, the operation of the read
The light beam reflected by the original 507 passes through the original table 502, the optical path is bent by the
本実施例による読取装置を用いて原稿から画像データを形成したところ、原稿と同一の良好な画像データが得られた。
なお、本実施例においては、原稿画像を電子データに変換する読取装置としてスキャナを例に説明したが、光学的信号を電気信号に変換するセンサやスイッチ、およびそれらを用いた入出力装置、生体認証装置、通信装置、寸法測定器等であってもよい。
When image data was formed from a document using the reading apparatus according to this embodiment, the same good image data as the document was obtained.
In this embodiment, a scanner is described as an example of a reading device that converts an original image into electronic data. However, sensors and switches that convert optical signals into electric signals, input / output devices using them, and biological It may be an authentication device, a communication device, a dimension measuring device, or the like.
以上説明したように、第2の実施例では、読取装置において照明装置の光量を抑制しても十分な明るさの結像を形成することができるという効果が得られる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to form an image with sufficient brightness even if the light amount of the illumination device is suppressed in the reading device.
1 レンズユニット
3 LEDヘッド
5 現像器
7 排出部
9 定着器
11a 第1のレンズ板
11b 第2のレンズ板
12a 第1のマイクロレンズ
12b 第2のマイクロレンズ
13a、13b 第1のレンズ列
14a、14b 第2のレンズ列
15 第1の境界領域
16 第2の境界領域
21 遮光板
22 開口部
30 LED素子
31 ドライバIC
32 ワイヤ
33 配線基板
34 ホルダ
41 感光体ドラム
42 帯電ローラ
43 クリーニングブレード
51 トナーカートリッジ
60 給紙カセット
61 給紙ローラ
62、63、64 搬送ローラ
65 排出ローラ
80 転写ローラ
81 転写ベルト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lens unit 3
32
Claims (17)
長手方向に隣り合う複数のレンズと、
短手方向に隣り合う複数のレンズとを有し、
前記短手方向に隣り合うレンズは、長手方向に延在する第1の境界領域で連続し、
前記それぞれのレンズは、前記第1の境界領域内に光軸を有することを特徴とするレンズアレイ。 In a lens array in which a plurality of lenses are arranged in two rows,
A plurality of lenses adjacent in the longitudinal direction;
A plurality of lenses adjacent in the short direction,
The lenses adjacent in the lateral direction are continuous in a first boundary region extending in the longitudinal direction,
Each of the lenses has an optical axis in the first boundary region.
前記長手方向に隣り合うレンズは、短手方向に延在する第2の境界領域で連続することを特徴とするレンズアレイ。 The lens array according to claim 1, wherein
The lens array, wherein the lenses adjacent in the longitudinal direction are continuous in a second boundary region extending in the lateral direction.
前記第1の境界領域が延在する方向と前記第2の境界領域が延在する方向とは、略直交していることを特徴とするレンズアレイ。 The lens array according to claim 1 or 2,
The lens array, wherein a direction in which the first boundary region extends and a direction in which the second boundary region extends are substantially orthogonal.
前記それぞれのレンズは、前記レンズアレイの短手方向における略中心に光軸を有することを特徴とするレンズアレイ。 The lens array according to any one of claims 1 to 3,
Each of the lenses has an optical axis at an approximate center in a short direction of the lens array.
前記複数のレンズは、千鳥状に配置されていることを特徴とするレンズアレイ。 The lens array according to any one of claims 1 to 4, wherein:
The lens array, wherein the plurality of lenses are arranged in a staggered pattern.
前記それぞれのレンズは、前記短手方向の半径が前記長手方向の半径より大きく形成されていることを特徴とするレンズアレイ。 The lens array according to any one of claims 1 to 5,
The lens array, wherein each of the lenses is formed so that a radius in the short direction is larger than a radius in the longitudinal direction.
前記複数のレンズは光軸に直交する長手方向に2列で配列され、一方のレンズ列のレンズは、他方のレンズ列のレンズを前記光軸方向の回転軸で180度回転させた形状であることを特徴とするレンズアレイ。 The lens array according to any one of claims 1 to 6,
The plurality of lenses are arranged in two rows in the longitudinal direction perpendicular to the optical axis, and the lenses in one lens row have a shape obtained by rotating the lenses in the other lens row by 180 degrees about the rotation axis in the optical axis direction. A lens array characterized by that.
前記第1の境界領域を遮光する遮光部材とを有することを特徴とするレンズユニット。 A plurality of lenses are arranged in two rows, and have a plurality of lenses adjacent in the longitudinal direction and a plurality of lenses adjacent in the lateral direction, and the lenses adjacent in the lateral direction extend in the longitudinal direction. A lens array continuous in a first boundary region, each lens having an optical axis in the first boundary region;
A lens unit comprising: a light shielding member that shields light from the first boundary region.
前記第1の境界領域および前記第2の境界領域を遮光する遮光部材とを有することを特徴とするレンズユニット。 A lens array according to claim 2;
A lens unit comprising: a light shielding member that shields light from the first boundary region and the second boundary region.
第2のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイと間に配置され、長手方向に絞りが形成された遮光部材とを有し、
前記絞りは、前記第1のレンズアレイのレンズから出射された光線を透過し、前記第2のレンズアレイのレンズに入射するように配置され、
前記第1のレンズアレイのレンズは物体の倒立縮小像を形成し、前記第2のレンズアレイのレンズは前記倒立縮小像の倒立拡大像を形成して前記物体の正立等倍像を形成し、
前記第1のレンズアレイまたは前記第2のレンズアレイの少なくとも一方が、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のレンズアレイであることを特徴とするレンズユニット。 A first lens array;
A second lens array;
A light-shielding member disposed between the first lens array and the second lens array and having a diaphragm formed in a longitudinal direction;
The diaphragm is disposed so as to transmit light emitted from the lenses of the first lens array and to enter the lenses of the second lens array;
The lenses of the first lens array form an inverted reduced image of the object, and the lenses of the second lens array form an inverted enlarged image of the inverted reduced image to form an erecting equal-magnification image of the object. ,
8. The lens unit according to claim 1, wherein at least one of the first lens array and the second lens array is the lens array according to claim 1.
前記第1のレンズアレイのレンズの光軸と一致する物体からの光線が、前記遮光部材により遮光されることを特徴とするレンズユニット。 The lens unit according to claim 10,
The lens unit, wherein a light beam from an object coinciding with an optical axis of a lens of the first lens array is shielded by the light shielding member.
前記第1の境界領域を遮光する遮光部材とを有するレンズユニットを備えたことを特徴とするLEDヘッド。 A plurality of lenses are arranged in two rows, and have a plurality of lenses adjacent in the longitudinal direction and a plurality of lenses adjacent in the lateral direction, and the lenses adjacent in the lateral direction extend in the longitudinal direction. A lens array continuous in a first boundary region, each lens having an optical axis in the first boundary region;
An LED head comprising: a lens unit having a light shielding member that shields light from the first boundary region.
前記第1の境界領域を遮光する遮光部材とを有するレンズユニットを備えたことを特徴とする露光装置。 A plurality of lenses are arranged in two rows, and have a plurality of lenses adjacent in the longitudinal direction and a plurality of lenses adjacent in the lateral direction, and the lenses adjacent in the lateral direction extend in the longitudinal direction. A lens array continuous in a first boundary region, each lens having an optical axis in the first boundary region;
An exposure apparatus comprising: a lens unit having a light shielding member that shields the first boundary region.
前記第1の境界領域を遮光する遮光部材とを有するレンズユニットを備えたことを特徴とする画像形成装置。 A plurality of lenses are arranged in two rows, and have a plurality of lenses adjacent in the longitudinal direction and a plurality of lenses adjacent in the lateral direction, and the lenses adjacent in the lateral direction extend in the longitudinal direction. A lens array continuous in a first boundary region, each lens having an optical axis in the first boundary region;
An image forming apparatus comprising: a lens unit having a light shielding member that shields the first boundary region.
前記第1の境界領域を遮光する遮光部材とを有するレンズユニットとを備えたことを特徴とする読取装置。 A plurality of lenses are arranged in two rows, and have a plurality of lenses adjacent in the longitudinal direction and a plurality of lenses adjacent in the lateral direction, and the lenses adjacent in the lateral direction extend in the longitudinal direction. A lens array continuous in a first boundary region, each lens having an optical axis in the first boundary region;
A reading apparatus comprising: a lens unit having a light shielding member that shields the first boundary region.
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