JPH02115991A - バーコード・スキャナ - Google Patents

バーコード・スキャナ

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JPH02115991A
JPH02115991A JP1246222A JP24622289A JPH02115991A JP H02115991 A JPH02115991 A JP H02115991A JP 1246222 A JP1246222 A JP 1246222A JP 24622289 A JP24622289 A JP 24622289A JP H02115991 A JPH02115991 A JP H02115991A
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JP
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image
plane
barcode
scheimflug
photodetector
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JP1246222A
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Brian J Bayley
ブライアン・ジェイ・ベイレイ
Michael J Brosnan
マイケル・ジェイ・ブロスナン
Neil Hochgraf
ニール・ホクグラフ
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HP Inc
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Hewlett Packard Co
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    • G06K7/10Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06K7/10712Fixed beam scanning
    • G06K7/10722Photodetector array or CCD scanning
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はバーコード・スキャナの光学装置に関する。
[従来技術とその問題点] バーコ−ド走査機構用スキャナ)の光学システムはバー
コード・タグを照明するための装置と、バーコード・タ
グから反射する光線を検出するための装置とから成って
いる。バーコードを読取るために、オペレータはバーコ
ードタグからの走査機構の動作範囲内の距離で、走査機
構をバーコードタグに向ける。はとんどの光学システム
では、走査機構が動作できる動作範囲は、レンズの開口
(アパーチユアー)及び読取られるバーコード内のバー
の幅によって定められる。更にレンズの取付は公差及び
レンズの収差作用によっても性能が限定される。
一つの種類の走査機構はバーコード・タグの画像を検出
器上に形成する光学システムを使用しており、この光学
システムはバーコード内のバーの暗及び明パターンと空
間とに対応する電気信号を発生する。この形式の光学シ
ステムは「検出器分解型J  (detector r
eseloed)と呼ばれる。この形式の走査機構の動
作はその検出器がバーコードの光学画像を電子信号に分
解する能力によって限定される。
検出器は単一素子光検出機構又はバーコードの画像をま
たぐ多重素子光検出アレイのいずれでもよい。単一素子
システムでは、回転ミラーのような光学走査機構が検出
素子を横切ってバーコードの画像を掃引し、信号を発生
する。この掃引によって「走査線」、すなわちバー及び
空間にほぼ垂直にバーコードを貫く線の一連の画像が生
成される。多重素子シスチームでは、検出器アレイが電
子的に走査される。
第1図は多重素子検出器を有するバーコード走査機構用
の従来型の光学機構を示している。レンズ11は光検出
アレイ15の上で読取られるバーコード・タグ13の画
像を形成する。一般には、対象平面14(タグの平面)
、レンズの平面12及び画像平面16 (光検出アレイ
の平面)は互いに平行であり・、且つレンズの光軸18
に対して垂直である。検出器15の素子(ホトダイオー
ド)17はレンズの光軸と交差するバーコード・タグ1
3用の走査線と平行な線に沿って配列されている。
コノ光学システムの動作範囲はレンズllカラノ距離範
囲により決まる。この距離範囲は、光検出器アレイ15
が空間からバーを認識し、且つバーと空間の幅を正確に
測定するのに十分なだけアレイ15にバーコード・タグ
13の画像が充分に集光されドの分解能の関数である。
バーコード走査機構用の別の種類の光学システムはその
照明源としてレーザを使用している。レーザはバーコー
ドを横切って走査されるスポット集光する。この形式の
光学システムは「エミッタ分解型(emitter r
esolved) Jと呼ばれる。この形式のシステム
の基本的な限界は、照射されるレレードオフ)である。
レーザ光線用の開口による回折作用がこの距離を限定す
る。素子の幅が約0、0075インチ(0,19mm)
の高分解能のバーコードを走査するため、一般に約0.
010ないし0.015イは約7インチ(18cm)に
限定される。
バーコード走査機構用の更に別の光学システムは照明用
に発光ダイオード(ED)を使用している。しかしこれ
らのシステムは通常は動作範囲が更に限定されている。
検出器分解型の機構では、照明レベルを利用可能な程度
にすると、前述の開口サイズに関する矛盾する拘束が問
題となる。エミッタ分解型機構では、動作範囲の実際の
限界は、LED源のサイズが限定されているので、レー
ザ\システムの動作範囲の約半分である。代表的なLE
Dバーコード走査機構の動作範囲は約2インチである。
理想的なバーコード走査機構とは最小限の照明力を用い
て、極めて狭いバーと空間とを有するバーコードを読取
ることができ、しかも大きな動作範囲を有する機構であ
る。しかしこの目的のためのこれら光学的な要求は相矛
盾する。動作範囲を最大限にするためにはレンズ開口を
小さくすることが必要であり(大きなf/#)、一方、
分解能を最大にするためには回折作用故にレンズ開口を
大きくする必要がある。集光経路内でのレンズのf/#
が高いと利用可能な信号も限定され、照明力(パワー)
を最小限にしようとする目標と矛盾する。
[発明の目的] 本発明の目的は動作範囲が大きく、分解能が高く、照明
パワーが低くてよりバーコード走査機構用の光学システ
ムを提供することである。
本発明の他の目的は可動部品を有さす、電力消費が低く
、且つ照明源が検出器と同じ光学線上にないバーコード
走査機構用の光学システムを提供することである。
[発明の概要] 本発明は動作範囲がレンズ開口によって決定されず、主
として検出器の寸法と配向によって決定されるバーコー
ド走査機構用の光学システムを提供する。好適な実施例
では、所望の動作範囲は変形されたシャイムフルーグ機
構(Scheimflug ar−raugement
)を用いて検出器アレイ上に写像される。
レンズに対する第1のシャイムフルーグ平面内の検出器
アレイは、読取られるバーコード・タグと交差する第2
のシャイムフルーグ平面を定める。
バーコード・タグが第2のシャイムフルーグ平面内にあ
る検出器アレイと交差する限りは、バーコード・タグの
画像部分は検出器アレイの少なくとも1つの素子上に焦
点合せされる。レンズ開口は分解能を最大にし、照明パ
ワーを最小限にするために、ひいては電力消費を最小限
にするために、動作範囲に悪影響を及ぼすことなく所望
の大きさにすることができる。
本発明の光学システムによって、走査機構のバーコード
照明を、レンズの光軸とははずれている第2のシャイム
フルーグ平面に沿って向けることができる。それによっ
て、光学素子を通る照明及び検出経路が良好な被写界深
度を達成するために一致しなければならないという、従
来の光学機構の基本的な照明の問題が解消される。照明
経路と検出経路が別個であることによって、本発明の光
学システムは従来型のシステムで必要であった光線分割
器又はミラー/アパーチャ機構は必要なくなる。
別の実施例では、検出器アレイの長軸はバーコード・タ
グの画像の長軸に対して垂直に配され、そして走査機構
は検出器アレイを横切ってバーコ−ド画像を走査して走
査線を生成する。
第2の実施例では、検出器アレイの長袖はバーコード・
タグの画像の長軸と平行に配され、そして、走査機構は
動作範囲の画像を横切って検出器アレイを走査してバー
コード・タグを読取る。これらの実施例のいずれにおい
ても、動作範囲の画像を走査するため検出器アレイ自体
を移動させることも可能である。更に別の実施例では走
査機構を省いて、オペレータが手動的にバーコード・タ
グを走査する必要があるものもある。
前述の他の目的を達成するための実施例では、二次元の
検出器アレイが使用され、走査機構の必要が省かれる。
二次元のアレイは1つの次元では動作範囲にわたって写
像され、別の次元ではバーコード・タグの幅を横切って
写像される。可動部品がないこのシステムは極めて堅牢
なバーコード走査機構が得られる。
[実施例] 第2図は本発明の光学システムの光学的な原理を示した
図である。レンズ21は光検出器(木−トダイオード)
アレイ25の画像25aを形成する。する。レンズの主
平面A1検出器アレイの平面B及び動作範囲平面Cは共
通の交差線Xを有し、従ってシャイムフルーグ状態とし
て知られているような構成になっている。
この構成によって、レンズ21は検出器アレイ25上に
バーコード・タグ23の画像を次の態様で形成する。す
なわち、バーコード・タグ23が動作範囲27内にある
場合は、バーコードの画像23aの水平切片は検出器ア
レイの少なくとも1つの素子上にほぼ集束されるように
される。第1図に示した従来の光学機構とは異なり、バ
ーコード・タグの画像23aの面は検出器25の平面と
は一致しない。
シャイムフルーグ状態で動作する光学システムの光学特
性は第3図に示されている。この構成では、対象Oはレ
ンズLの光軸に対して傾斜されている。レンズLは対象
の画像Iを形成するが、この画像はこれもレンズの光軸
に対して傾斜している画像平面上でしか集束されない。
シャイムフルーグ状態の幾何学的な構成は対象平面、レ
ンズ平面及び画像平面が共通線Xにて交差するようにな
っている。
一般に、シャイムフルーグ構成は、大きな、傾斜した対
象平面(その底部近傍からの高いビルディング面)に位
置する画面を画像面に集束するためにカメラで使用され
るものである。対象平面と画像平面は、画像全体を画像
平面上に適正に集束するため、°レンズ平面に対して注
意深く位置合せしなければならない。
再び第2図を参照すると、本発明の光学システムが従来
のシャイムフルーグ構成とは大幅に異なっていることが
わかる。一つの重要な相異点は、バーコード・タグの画
像23aが検出器25の平面上で焦点からほとんどはず
れていることである。バーコード・タグの平面とシャイ
ムフルーグ平面Cとの位置合せは重要ではなく、バーコ
ード・タグ23が動作範囲27内でシャイムフルーグ平
面Cと交差する限り、検出器は広範囲の角度でバーコー
ドを読取ることができる。この要因及び動作範囲が広い
ことによって、走査機構をバーコード・タグに対して容
易に位置決めすることができる。
実際には、検出器アレイ25がレンズ21の焦点を越え
て延びている場合は、アレイ25aの投影された画像は
無限に延び、そして走査機構は大きな距離を隔ててバー
コード・タグを読取ることができる(バーコード・タグ
の大きさが十分である限り)。
検出器アレイ平面Bとレンズの主要面Aとの間の角度2
4は画像25aの長さ、ひいては動作範囲に影響を及ぼ
す。発明者は、45°ないし60°の範囲の角度で良好
な動作がなされ、50°ないし55°の角度が更に好適
であることを発見した。
バーコード・パターンの性質上、バーコードを読取るた
めには、バーコードの縦画像全体を焦点合せする必要は
ない。コードを読取るためには、バーと空間とを横切る
1つの水平セグメントだけを焦点合せするだけでよい。
本発明の光学システムはシャイムフルーグ構成の光学特
性と組合わせて前記の利点を活用したものである。一般
に、検出器アレイ25上のバーコードの画像23aの大
部分が焦点をはずれている。しかし、走査機構の動作了
し 範囲27全体にわたって、画像23aは一竿イ25の少
なくとも1つの素子上で集束されるので、バーコードを
横切る1つの切片を読取ることができる。
本発明の光学システムは従来型のシステムの問題点の多
くを克服できるいくつかの利点を備えている。動作範囲
は主として検出器アレイ25の寸法及びシステムの倍率
によって決定され、レンズ21のf/#によって決定さ
れるのではない。レンズ21の開口を大きくすることが
でき、従って照明及び分解能の問題が解消される。これ
らの2つの特徴を組合せることによって、本発明の光学
システムはバーコード走査機構に対してバーコード用の
掻めて大きい動作範囲を付与し、同時に十分大きな開口
(小さなf/#)で動作し、よって良好な分解能及び良
好な電気信号−ノイズ比を達成するのに十分な光線を検
出器アレイ25上に写像し得る。
例えば、検出器アレイの長さが10mm、素子の幅が1
(Hクロン、レンズの焦点距離が25mm及び倍率がl
Oである場合、動作範囲は約12.5cmないし無限で
ある。高分解能のバーコード・タグ向けには実際的な動
作範囲は約12.5cmないし50 cmである。これ
は従来の光学システムの最良の走査機構の動作範囲の2
倍である。
照明の要求を軽減させるために、周囲照明を利用するこ
とを任意選択できる動作環境もある。それが可能である
場合は、走査機構内の光源を省くことができるので走査
機構の電力消費量が低減する。
最後に、倍率はシステムの動作範囲において変化するの
で、すなわち対象が近い程倍率が高くなるので、極めて
小さい高分解能のタグは短かい距離で読取ることができ
、より大きい低分解能のタグは長い距離で読取ることが
できる。それによって走査機構の多面性が大幅に増大す
る。例えば1つの走査機構を印刷配線板上の小さなタグ
を読取ったり、コンベア・ベルト上を通過する軌道車又
はボックス上の大きなタグを読取る双方の目的に利用す
ることができる。
第4図に示した一実施例では、検出器アレイ45は直線
配列である。テキサス・インスツルメント社のモデルT
 C102,CCDアレイのような128個の素子を有
する検出器アレイが適当である。バーコード・タグを読
取るため、走査機構はバーコードを横切って検出器アレ
ンの画像を移動して、焦点内の検出器素子を横切ってバ
ーコードの画像を有効に走査する。
この構成では、第2図に示した構成のように、アレイ4
5は第1のシャイムフルーグ平面内にレンズ41の光軸
に対しある角度をもって取付けられる。
光軸は走査機構によって折返され、従ってシャイムフル
ーグ平面の位置は移動する。第4図の実施例では、アレ
イはレンズ平面と第1のシャイムフルーグ平面との交差
部に垂直な線に沿って配置されており、従って検出器ア
レイ45の長軸はバーコード・タグ43の画像の長軸に
対して垂直に写像される。かくして、この実施例では、
検出器アレイ45の長軸は第2のシャイムフルーグ平面
上に写像され、バーコード読取器の動作範囲を規定する
第4A図及び第4B図は回転ミラー走査機構を示し、こ
の回転式多面鏡42はレンズ41と検出器アレイ45の
間の光路内に配設されている。ミラー42が回転すると
、ミラー42は検出器アレイ45を横切ってバーコード
・タグの画像を反復的に掃引する。。
走査機能は例えば検流計(ガルバノメータ)走査機構の
ような往復ミラー・システム等の多様な種類の機構によ
って実行することが可能であろう。
第5図は直線的検出器を使用した第2の実施例を示して
いる。この実施例では、検出器アレイ55は再びレンズ
51の第1のシャイムフルーグ平面に取付けられている
が、第1のシャイムフルーグ平面とレンズ平面との交差
部と平行な線に沿って配設されている。すなわち、その
長袖はバーコード・タグ53の画像の長袖と平行である
。走査機構(図示せず)は第1のシャイムフルーグ平面
に沿って検出器アレイを移動し、第2のシャイムフルー
グ平面内の被写界深度の動作範囲57にわたって、検出
器アレイの画像を供給する。バーコード・タグが動作範
囲57内に配置されていることによって、この機構は被
写界深度の走査中に検出器がバーコード・タグの画像の
位置を通過して走査される際に、検出器アレイ55の素
子上で集束する切片59の画像をバーコード・タグ53
と第2のシャイムフルーグ平面との交差部で生成する。
テキサス・インスツルメント社のモデルTCIOICC
Dアレイのような1728個の素子を有する画像的検出
器アレイは適切な分解能を達成できる。
第6図に示された更に別の実施例では、電子的に走査さ
れることができる二次元の検出器アレイ65を使用する
ことによって、走査機構が必要なくなる。アレイ65は
第1のシャイムフルーグ平面と集束装置の主要面との交
差部と垂直な線に沿って位置する検出器素子の列と、第
1のシャイムフルーグ平面と集束装置の主要面との交差
部と平行な線に沿って位置する検出器素子の行とを有し
ている。この光学機構は第1図のシステムのものとほぼ
同一であるが、レンズ61が第2のシャイムフルーグ平
面内の2次元中間65a上に、第1のシャイムフルーグ
平面内に取付けた二次元アレイ65を写像する。第6図
が示すように、バーコード・タグは動作範囲67内で第
2のシャイムフルーグ平面と交差するので、この構成は
バーコードタグ63を横切るスライス69の画像69a
を発生し、この画像は検出器アレイ65の少なくとも1
行の素子上に集束する。テキサス・インスッルメント社
のモデル下C240MCCDアレイのような768X 
244個の素子を有する検出器アレイが適正な分解能を
達成する。
均一なサイズの素子を有するアレイの代りに、サイズが
異なる素子を有するアレイを使用できる。
動作範囲67の最遠端部(アレイの低部)に写像される
検出器アレイの領域内に、より小さく、数が多い素子を
使用して、動作範囲67の最近端部(アレイの頂部)に
写像される領域により大きい素子を増大することによっ
て全動作範囲にわたって分解能を一定に保つことができ
る。この構成の欠点は動作範囲の近端部近くの分解能が
、可能である最高の分解能よりも低くなることである。
二次元アレイを使用することによって、可動部品を使用
せずにバーコード走査機構を構成することができるので
、極めて頑丈なものにできる。
多くの実施例で、本発明の光学システムは検出器アレイ
のいくつかの素子上で許容できる焦点でバーコードを写
像する。多重走査信号を利用できる場合は、電子画像処
理システムを使用して走査機構の正確度を更に高めるこ
とができる。その結果、限界条件においても、最初の試
みでバーコードを正確に読取るチャンスが増す。この特
徴によって、わん曲した表面、又は走査機構の中心線か
らそれた平面でバーコードを読取る能力が高まる。
以上説明した実施例で、単一のレンズの代りに多様な集
光光学素子を使用できることが理解されよう。集光機能
は例えばレンズ配列、傾斜屈折率レンズ、ミラー、フレ
ネル帯板、繊維光学東又はホログラフィック素子等によ
って実施する能であろう。
集積された部品より成る検出器アレイの代りにディスク
リート型部品の検出器から成る検出器アレイを使用する
ことも本発明の範囲に含まれる。
製造上利便である平面内に検出器を配置すること、すな
わち単一の集積回路として配置することは有利であるが
、検出器を非平面状の表面に配置してもよく、よって配
列素子の個々の検出器又は行がレンズの主要面から異な
る距離にあるようにすることもできる。
本発明の光学システムをワンド(wand)型のバーコ
ード走査機構に応用して、利用できる被写界深度を向上
させ、又は光学システムの素子に対する許容差の基準を
下げることも可能である。
[発明の効果] 以上の説明より明らかなように、本発明によるバーコー
ド・スキャナはレンズ開口ではなく、検出器の寸法と方
位によって決定される動作範囲を有する。変形されたシ
ャイムフルーグ構成を使用して、検出器アレイ上に所望
の動作範囲で写像される。レンズに対する第1シャイム
フルーグ面内の検出器アレイが、読取られるバーコード
・タグと交差する第2シャイムフルーグ面を定約る。バ
ーコード・タグが第2シャイムフルーグ面内の検出画ア
レイの像と交差しておれば、バーコード・タグの像の一
部が少なくとも検出器アレイの一個の素子上に集束する
。レンズの開口は、動作範囲に逆影響を及ぼすことなく
、分解能を最大にし照明の大きさを最小にするよう所望
の大きさにすることができる。スキャナによるバーコー
ドへの照明は、レンズの光軸からはずれた第2シャイム
フルーグ面に沿って方位付けすることができる。照明通
路と検出通路とが異なっているため、本発明の光学シス
テムは従来装置で必要としたビーム・スプリッタまたは
ミラー/アパチャー構成を必要としない。
【図面の簡単な説明】
第1図は多素子検出器をもつバーコード走査機構に対す
る従来の光学機構を示した図、第2図は本発明のバーコ
ード・スキャナの光学機構の原理を示した図、 第3図はシャイムフルーグ条件で動作する光学機構の光
学的性質を示した図、 第4A図および第4B図は本発明の一実施例による、直
線状検出器アレイと走査機構とを有するバーコード・ス
キャナのブロック図、 第5図は本発明の他の実施例による、走査される直線状
検出器アレイを有するバーコード・スキャナのブロック
図、 第6図は本発明の他の実施例による、2元次検出器アレ
イを有するが走査機構を持たないバーコード・スキャナ
のブロック図である。 13.23.43.53.63:バーコード・タグ、1
1.21. L、 41.51.61:レンズ、15.
25.45.55.65:光検出器アレイ42:回転式
多面鏡

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光集束手段と、前記光集束手段の基準面に対して
    傾斜した第1表面上に配置された複数個の光検出手段と
    より成り、前記光検出手段の像はバーコード・タグと交
    差する第2表面上に形成され、前記バーコード・タグの
    像は前記第1表面と交差して形成され、前記バーコード
    ・タグの像の一部は前記光検出手段の少なくとも1個上
    に実質的に集束されるようにしたバーコード・スキャナ
  2. (2)光集束手段と、前記光集束手段に対して第1シャ
    イムフルーグ面内に実質的に配置された複数個の光検出
    器アレイとより成り、前記光検出器アレイの像はバーコ
    ード・タグと交差する第2シャイムフルーグ面内に実質
    的に形成され、前記バーコード・タグの像は前記第1シ
    ャイムフルーグ面と交差して形成され、前記バーコード
    ・タグの像の一部は前記光検出器アレイの少なくとも一
    個上に実質的に集束されるようにしたバーコード・スキ
    ャナ。
  3. (3)光集束手段と、光検出器と、前記光集束手段の基
    準面に対して傾斜した第1表面上の前記光検出器を少な
    くとも一方向において走査する手段とより成り、前記光
    検出器の像はバーコード・タグと交差する第2表面上に
    形成され、前記バーコード・タグの像は前記第1表面と
    交差して形成され、前記バーコード・タグの像の一部は
    走査中において前記光検出器の少なくともある点に集束
    されるバーコード・スキャナ。
  4. (4)光集束手段と、光検出器と、前記光集束手段に対
    して第1シャイムフルーグ面内に位置された前記光検出
    器を少なくとも一つの面方向において走査する手段とよ
    り成り、前記光検出器の像はバーコード・タグと交差す
    る第2シャイムフルーグ面内に形成され、前記バーコー
    ド・タグの像は前記第1シャイムフルーグ面と交差して
    形成され、前記バーコード・タグの像の一部は走査中に
    おいて前記光検出器の少なくともある点に集束されるバ
    ーコード・スキャナ。
  5. (5)光集束手段と、前記光集束手段に対して第1シャ
    イムフルーグ面内に実質的に位置されて行と列より成る
    複数個の素子で構成される2次元光検出器アレイとより
    成り、前記光検出器アレイの像はバーコード・タグと交
    差する第2シャイムフルーグ面内に実質的に形成され、
    前記バーコード・タグの像は前記第1シャイムフルーグ
    面内の前記光検出器アレイと交差して形成され、前記バ
    ーコード・タグの像の一部は前記光検出器アレイの各列
    中の少なくとも1個上に集束されるバーコード・スキャ
    ナ。
  6. (6)光集束手段と、前記光集束手段の基準面から異な
    った距離に配置された複数個の光検出器とより成り、各
    光検出器は個々の被写界深度範囲をもって目的空間中に
    写像され、前記光検出器の結合された被写界深度範囲は
    バーコード・リーダの動作範囲を定め、前記動作範囲中
    のバーコード・タグに対して前記バーコード・タグの像
    の一部は前記光検出器の少なくとも1個上に実質的に集
    束されるバーコード・スキャナ。
JP1246222A 1988-09-21 1989-09-21 バーコード・スキャナ Pending JPH02115991A (ja)

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