JP2005037558A - マルチビーム光源装置、その調整方法、光走査装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カップリングレンズの位置変動を抑え、複数のビームの位置変動を小さくする。
【解決手段】２つの半導体レーザ１は光源保持部材２に圧入されて保持され、２つの光源保持部材２は、カップリングレンズ保持部材３に形成された所定の角度をなす２つの光源保持部材固定面３ａにねじ５で締結される。また２つのカップリングレンズ４は、２つのカップリングレンズ固定平面３ｂに接した状態で接着固定される。半導体レーザ１とカップリングレンズ４との相対位置は調整が必要であるが、カップリングレンズ光軸方向には、カップリングレンズ１を２つのカップリングレンズ固定面３ｂに接したまま移動させて調整し、光軸直行方向には、光源保持部材２を光源保持部材固定面３ａに沿って２次元的に移動させて調整し、各々接着固定する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチビーム光源装置、その調整方法、このマルチビーム光源装置を用いる光走査装置、及びこの光走査装置を用いるデジタル複写機、レーザプリンタ、レーザＦＡＸ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置においては、像担持体に像を書き込む像書込装置として光走査装置が用いられている。この光走査装置は、半導体レーザ等の光源、及び光源から発せられた光を所定の平行光又は収束光又は発散光としてカップリングするカップリングレンズとを備えた光源装置を備えている。
【０００３】
光源装置の光学特性としては、光源装置より射出されるレーザ光の方向性（光軸特性）と光束の平行／収束／発散性（カップリング特性）とが要求される。このため、発光点とカップリングレンズとの相対位置は３軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）方向に対して、初期調整時及び経時・環境変動時においてミクロンからサブミクロンといった非常に高い精度を保つことが必要となる。
光源装置の従来例として、コリメータレンズの組み付けを簡単に行えるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、近年、画像形成装置の出力速度が高まってきているが、画像形成装置の出力速度を高めるための主な手段としては、（１）像担持体の移動速度（回転速度）を高める方法と、（２）像担持体を複数用いる方法とがある。
（１）の方法を用いた場合には、像担持体の移動速度の増加に伴い、像担持体に像を書き込む光走査装置の書込速度を高める必要が生じる。光走査装置の書込速度を高める方法としては、（ｉ）偏向手段であるポリゴンスキャナの回転速度を高める、（ｉｉ）書込ビーム数を増やすなどの方法が挙げられる。
しかし、（ｉ）の方法では、モータの耐久性や騒音、振動、及びレーザの変調スピード等が問題となり限界がある。
【０００５】
（ｉｉ）の方法を実現するためには、複数のレーザビームを出射するマルチビーム光源装置が必要となる。その１つとしては、例えば１パッケージ内に複数の発光点（発光チャンネル）をもつ半導体レーザアレイを用いる方式があるが、製造プロセス上チャンネル数を増加することが困難であり、また熱的／電気的なクロストークの影響を除去することが難しく、短波長化が困難であるといった理由により、現在では高価な光源手段である。
【０００６】
また、市場で用いられる個数の影響などにより、１パッケージ内の発光点の数が多いほど、１つのビーム当りのコストが高くなっている（例えばシングルビームの半導体レーザを４個使うより、１パッケージ内に４つの発光点を持つ半導体レーザアレイを使う方がはるかに高価である）のが現状である。このため、複数のシングルビーム半導体レーザ（あるいは発光点数の少ないマルチビーム半導体レーザ）を用い、ビームを合成して走査を行う光源装置及び複数ビーム走査装置に関する技術が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−７２９４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２８４８０３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような複数のビームによって像担持体上を走査する光走査装置においては、像担持体上における複数のビームスポットの副走査方向の相対位置（ビームスポット間隔）が所定の値からずれると、それが像として周期的に繰り返されることから、周期的な縞が現れる不良画像を生じやすい。従って、発光点とカップリングレンズとの、副走査方向の相対位置ずれを小さく抑えることが特に重要となる。また、像担持体上における複数のビームスポットの主走査方向の位置のずれは、同期検知手段による同期検知後の発光点点灯タイミングを調整することにより比較的容易に調整することができるが、副走査方向の相対位置ずれを調整するのは容易ではなく、機構が複雑になる。
【０００９】
前記特許文献２において従来技術として示された例では、レンズホルダとコリメータレンズ、レンズホルダとフランジの嵌合孔との間にはそれぞれ０．０１〜０．０３程度のクリアランスがあり、これを埋めるように接着剤でそれぞれが接着固定されている。接着剤は硬化する際の硬化収縮、経時変化、環境変化による変動が大きく、また物のばらつきによってクリアランス等が異なるため、上記接着部の変動量にも物によるばらつきがある。従って、接着剤の硬化収縮、経時変化、環境変化等によって上下のコリメータレンズの相対位置が変化し、上下の２本のビームの相対位置が変動してしまうという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２の例においては、半導体レーザは固定し、コリメータレンズのみを３軸方向に動かしてその相対位置を調整し、その上でコリメータレンズを接着固定するが、位置調整幅を考慮してコリメータレンズとレンズ支持部との間には０．２ｍｍ程度の隙間が必要となる。この隙間を接着剤で埋めてレンズを固定するわけであるが、このように元々接着層が厚い上に、位置調整を行うことによってコリメータレンズの位置は±０．１ｍｍ程度ずれ、結果として接着層は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度と、物によって大きくばらつくことになる。
【００１１】
従って、接着剤の硬化収縮、経時変化、環境変化等によるコリメータレンズの位置変動も、物によるばらつきが大きい。また、支持部の接着面がコリメータレンズの同心円状となっているため、コリメータレンズの位置が副走査（ｚ軸）方向に偏った位置で接着固定された場合には、副走査（ｚ軸）方向に接着層の厚さの偏りが発生し、環境変動による接着層の伸縮によるコリメータレンズの位置変動の副走査（ｚ軸）方向成分が生じやすい。コリメータレンズの位置変動の副走査方向成分が生じ、かつその変動量の物によるばらつきが大きいと、結果として像担持体上における２つのビームスポットの副走査方向の相対位置の変動が大きくなる。
【００１２】
また、例えば複数のビームのうちの１つに光源装置を適用して、プリズム等によってビームを合成して用いた場合、上述のように、発光点位置とコリメータレンズの光軸位置との、ｙｚ方向の相対的な位置がずれるなどしてコリメータレンズから射出されるビームの方向が変化すると、合成された後の複数のビームの相対位置が変化し、結果として像担持体上における複数のビームスポットの相対位置が変化して出力画像の劣化を生じる。
【００１３】
また、画像形成装置の出力速度を高める手段として、例えばカラー画像形成装置の場合には前記（２）の方法に従って像担持体を４本用いて出力速度を高めたものなどがあるが、この場合には像担持体の数に対応した書込ビーム数が必要となる。この時、経時変化や環境変動等によって各像担持体上を走査する書込ビーム間の相対位置が変動すると、各色の像が正確に重なり合わない、いわゆる色ずれの状態を生じてしまう。
【００１４】
また、前記特許文献１の技術では、弾性部材で付勢するのみでコリメータレンズを支持しており、画像形成装置の振動や運送時の衝撃等で、コリメータレンズの位置がずれてしまう惧れがある。また、コリメータレンズの光軸方向の位置調整時には、弾性部材を工具を用いてはねあげておき、調整後に弾性部材を元の形状に復帰させるものであるが、弾性部材を元の形状に復帰させた際の衝撃でコリメータレンズの位置がずれてしまうこともある。
【００１５】
本発明は、以上の問題を解決又は低減し、カップリングレンズの位置変動を抑え、複数のビームの位置変動を小さくすることを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明によるマルチビーム光源装置は、複数の光源と複数のカップリングレンズと各カップリングレンズを保持する複数の保持部材とを有するマルチビーム光源装置において、保持部材にカップリングレンズの光軸に略平行な２つの平面をそれぞれ設け、カップリングレンズを２つの平面に接触して接着したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明による光走査装置は、上記マルチビーム光源装置と、偏向器と、ビーム結像手段とを用いて複数のビームにより像面上を走査することを特徴とするものである。
また、本発明による画像形成装置は、上記光走査装置を用いて像担持体上に複数のビームで潜像を書き込み、この潜像を現像手段により現像することにより画像を形成することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明によるマルチビーム光源装置の調整方法は、複数の光源と複数のカップリングレンズと各カップリングレンズを保持する複数の保持部材とを有するマルチビーム光源装置の調整方法において、カップリングレンズを、保持部材に設けられたカップリングレンズの光軸に略平行な２つの平面に接触させた状態で光軸方向の位置を調整した後、この２つの平面に接着することにより固定することを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１，図２，図３は本発明の第１の実施の形態によるマルチビーム光源装置１０を示す。
図において、２つの半導体レーザ１は２つの光源保持部材２に圧入されて保持され、２つの光源保持部材２は、カップリングレンズ保持部材３に形成された所定の角度（１°〜１０°程度）をなす２つの光源保持部材固定面３ａ（図２）にねじ５で締結される。また２つのカップリングレンズ４は、図１に示すように、２つのカップリングレンズ固定平面３ｂに接した状態で接着固定される。カップリングレンズ固定平面３ｂは、カップリングレンズ４の光軸方向と略平行である。
【００２０】
半導体レーザ１とカップリングレンズ４との相対位置は調整が必要である。その調整方法は、カップリングレンズ光軸方向には、カップリングレンズ１を２つのカップリングレンズ固定面３ｂに接したまま移動させて調整し、光軸直行方向には、光源保持部材２を光源保持部材固定面３ａに沿って２次元的に移動させて調整し、上記のように各々固定する。
【００２１】
図１におけるカップリングレンズ保持部を拡大したのが図４である。図示のように、カップリングレンズ４を２つのカップリングレンズ固定平面３ｂに接した状態で接着固定するため、接着剤６の層の厚さを薄くすることができ、温度変動での接着剤６の伸縮によるカップリングレンズ４の位置変動を小さく抑えられる。
【００２２】
また、図１から３では、２つのカップリングレンズ４を接着固定する合計４つのカップリングレンズ固定平面３ｂが同一部材３に一体的に形成されているため、２つのカップリングレンズ４が独立して位置変動することが起こりにくく、従って２つの光束の相対位置がずれにくい。
【００２３】
図４のカップリングレンズ保持部を有する図１から３のマルチビーム光源装置１０を、図５のように光走査光学系と組み合わせることにより、光走査装置２０となる。
図５の光走査装置２０において、２つの半導体レーザ１より射出された光は各々カップリングレンズ４により略平行光束となり、シリンドリカルレンズ７を通ってポリゴンミラー８近傍で主走査方向に交差する。ポリゴンミラー８で偏向された２つの光束は、ｆθレンズ９を通って像面上で副走査方向に所定量ずれた位置に結像されて走査される。
【００２４】
図６はこのように光走査装置２０に用いた図１のマルチビーム光源装置１０を、光束の交差角分を無視して簡易的に図示したものである。
図示のように、１つのカップリングレンズ４を接着固定する２つのカップリングレンズ固定平面３ｂが、主走査面に対して対称に位置すれば、温度変動によるカップリングレンズ４の位置変動は、図６の矢印で示したように主走査方向にのみ発生し、副走査方向には動かないため、例え接着剤６の塗布量のばらつき等によってカップリングレンズ４の位置変動量にばらつきがあったとしても、２つの光束の副走査方向の間隔が変動しない。
【００２５】
また、図１の構成では、カップリングレンズ４を固定する接着剤６に光硬化性のものを用いることができる。光硬化性の接着剤６を用いれば、カップリングレンズ４の位置調整後すぐに硬化させることができるため、組付性が非常に良い。また、図１において、光硬化性の接着剤６を硬化させるための光を光照射装置からカップリングレンズ４の光軸方向に照射させる場合は、カップリングレンズ４の位置調整を、カップリングレンズ４を透過する光の特性をモニタしながら行うため、調整後に光照射装置をカップリングレンズ４の正面に移動させる機構が必要となり、また移動させるための時間も必要となる。
【００２６】
これに対し、カップリングレンズのコバ部がスリ面などの状態になっておらず、光硬化性接着剤硬化のための光を透過するものであれば、カップリングレンズ固定平面３ｂに対向する方向から光を照射することができるため、カップリングレンズ位置調整後に光照射装置を移動する必要もなく、組付性が非常に良い。また、接着剤６の層の薄い方向から光を照射できるため、硬化時間が短く、未硬化部も発生し難い。
【００２７】
図７に本発明の第２の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部を示す。
カップリングレンズ保持部が図８に示す形状である場合、カップリングレンズ４をカップリングレンズ保持部に置いた後に接着剤６を滴下すると、図示のように、カップリングレンズ４がカップリングレンズ固定平面３ｂに接する箇所の下側まで接着剤６が浸透せず、十分な接着力が得られない等の問題が発生する。
【００２８】
これに対して本実施の形態では、図７のようにカップリングレンズ４が接して接着される２つのカップリングレンズ固定平面３ｂに溝１１が形成されている。このため図９に示すように、矢印の位置から接着剤６を滴下しても、カップリングレンズ４がカップリングレンズ固定平面３ｂと接する箇所の下側まで溝１１を通って接着剤６が浸透するので、十分な接着力が得られる。
【００２９】
図１０に本発明の第３の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部を示す。
カップリングレンズ保持部が図４の形状である場合は、カップリングレンズ周辺に余分な接着剤６が溜まり、接着剤６の層に厚い部分が発生する。接着剤６の層が厚いと、硬化するのに時間がかかったり、初期硬化が不十分で経時的に硬化が進んだり、硬化収縮によって大きな残留応力が発生するなどして、カップリングレンズ４の位置変動に大きな影響を及ぼす。
【００３０】
これに対して本実施の形態では、図１０のように、カップリングレンズ固定平面３ｂのカップリングレンズ４近傍に切欠部３ｃを形成している。余分な接着剤６はこの切欠部３ｃに流れるため、少なくともカップリングレンズ近傍では接着剤６の層が厚くなることがなく、厚い部分がカップリングレンズ４に影響を与えることがない。
【００３１】
図１１に本発明の第４の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部を示す。
カップリングレンズ保持部が図４の形状である場合は、温度変動による接着剤６の伸縮により、カップリングレンズ４の位置が図４の縦方向に変動する惧れがある。また、接着剤６の滴下量のばらつき等によって図４の左右の接着剤６の量が異なることがあり、この場合には、カップリングレンズ４の位置変動が図４の左右方向にも発生する惧れがある。
【００３２】
これに対して本実施の形態では、図１１のように、カップリングレンズ４をカップリングレンズ固定平面３ｂに接着後に、補強部材１２をねじ１３の締結により組付け、この補強部材１２とカップリングレンズ４との間隙を接着剤６で接着固定する。このようにカップリングレンズ４の２つのカップリングレンズ固定平面３ｂに対向する位置を、補強部材１２による第３の平面とし、カップリングレンズ４をこの第３の平面にも接着固定することにより、例えば温度上昇により接着剤６が膨張しようとしても、３つの接着箇所がそれぞれ突っ張り合うため、カップリングレンズ４の位置変動を抑制できる。
【００３３】
図１２に本発明の第５の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部を示す。
マルチビーム光源装置では、通常、カップリングレンズ４の前後にアパーチャを設けて光束の幅を制限するが、このアパーチャの開口は、通常は副走査方向よりも主走査方向の方が長い。カップリングレンズ４の径はこの開口径より大きい必要があるが、カップリングレンズ４が大きいと光源装置自体が大型化するためカップリングレンズ４は小さいほど良い。ここで、カップリングレンズ保持部が図１３に示すような構成である場合、カップリングレンズ４を光軸方向に移動させる際に、カップリングレンズ４のエッジ部が接着剤６を掻き出し、図示のようにあふれた接着剤６がレンズ面の使用範囲１４にかかることがある。
【００３４】
これに対して本実施の形態では、図１２のように、主走査平面とカップリングレンズ外周とが交わる部分とは離れた箇所で、カップリングレンズ４がカップリングレンズ固定平面３ｂに接するようにしている。これにより、上述のようにあふれた接着剤６がレンズ面にかかっても、レンズ面の使用範囲１４までは至り難い。
【００３５】
図１４に本発明の第６の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部を示す。
図１４では、カップリングレンズ４のコバ部の厚さｔ２を、カップリングレンズ固定平面３ｂの光軸方向の長さｔ１よりも長くしている。これにより、カップリングレンズ４のエッジ部がカップリングレンズ固定平面３ｂにかからないため、カップリングレンズ４を光軸方向に移動させても、カップリングレンズ４のエッジ部が接着剤６を掻き出してレンズ面まであふれることが起こり難い。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、カップリングレンズを２つのカップリングレンズ固定平面に接した状態で接着固定するため、接着剤の層の厚さを薄くすることができ、温度変動での接着剤の伸縮によるカップリングレンズの位置変動が小さく抑えられ、結果として複数のビームの位置変動が小さいマルチビーム光源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるマルチビーム光源装置のレンズ側から見た斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるマルチビーム光源装置の分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるマルチビーム光源装置の半導体レーザ側から見た斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の拡大図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるマルチビーム光源装置を用いた光走査装置の構成図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるマルチビーム光源装置を簡略的に示す正面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の接着剤部分の拡大図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態が解決する問題点を説明するためのマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の拡大図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の拡大図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の拡大図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の拡大図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態が解決する問題点を説明するためのマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の拡大図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態によるマルチビーム光源装置のカップリングレンズ保持部の斜視図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ
２ 光源保持部材
３ カップリングレンズ保持部材
３ａ 光源保持部材保持面
３ｂ カップリングレンズ固定平面
３ｃ 切欠部
４ カップリングレンズ
５ ねじ
６ 接着剤
７ シリンドリカルレンズ
８ ポリゴンミラー
９ ｆθレンズ
１０ マルチビーム光源装置
１１ 溝
１２ 補強部材
１３ ねじ
１４ カップリングレンズ使用範囲
２０ 光走査装置

Claims (23)

1. 複数の光源と複数のカップリングレンズと各カップリングレンズを保持する複数の保持部材とを有するマルチビーム光源装置において、
   保持部材にカップリングレンズの光軸に略平行な２つの平面を設け、カップリングレンズを２つの平面に接触して接着したことを特徴とするマルチビーム光源装置。
2. 前記２つの平面の少なくとも２組（４つの平面）が、同一保持部材に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光源装置。
3. 前記２つの平面の少なくとも１つに溝を設けたことを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光源装置。
4. 前記２つの平面に余分な接着剤を逃がす切欠部を設けたことを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光源装置。
5. 前記２つの平面のカップリングレンズ光軸方向の長さが、カップリングレンズのコバ部の厚さよりも短いことを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光源装置。
6. 前記保持部材は、前記２つの平面に略対向する位置に、カップリングレンズに対して間隙を有する第３の面を有し、カップリングレンズは前記２つの平面と第３の面とに接着されていることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光源装置。
7. 前記カップリングレンズを接着する接着剤は、光硬化性の接着剤であることを特徴とする請求項１記載のマルチビーム光源装置。
8. 前記カップリングレンズのコバ面は、光を透過することを特徴とする請求項７記載のマルチビーム光源装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のマルチビーム光源装置と、偏向器と、ビーム結像手段とを用いて複数のビームにより像面上を走査することを特徴とする光走査装置。
10. 前記カップリングレンズが前記２つの平面に接する点は、カップリングレンズの光軸を含む主走査平面がカップリングレンズ外周と交わる部分の近傍に位置しないことを特徴とする光走査装置。
11. 前記２つの平面は、カップリングレンズに対して互いに副走査方向に略対称に位置することを特徴とする請求項９記載の光走査装置。
12. 請求項９から１１のいずれかに記載の光走査装置を用いて像担持体上に複数のビームで潜像を書き込み、この潜像を現像手段により現像することにより画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
13. 前記像担持体を複数用い、かつ複数の像担持体に対応してマルチビーム光源装置を複数用いてカラー画像を形成することを特徴とする請求項１２記載の画像形成装置。
14. 複数の光源と複数のカップリングレンズと各カップリングレンズを保持する複数の保持部材とを有するマルチビーム光源装置の調整方法において、
    カップリングレンズを、それぞれ各保持部材に設けられたカップリングレンズの光軸に略平行な２つの平面に接触させた状態で光軸方向の位置を調整した後、２つの平面に接着することによって固定することを特徴とするマルチビーム光源装置の調整方法。
15. 前記２つの平面の少なくとも２組（４つの平面）が、同一保持部材に一体的に形成されていることを特徴とするマルチビーム光源装置の調整方法。
16. 前記２つの平面の少なくとも１つに溝が形成されていることを特徴とする請求項１４記載のマルチビーム光源装置の調整方法。
17. 前記２つの平面に余分な接着剤を逃がす切欠部が形成されていることを特徴とする請求項１４記載のマルチビーム光源ユニットの調整方法。
18. 前記２つの平面のカップリングレンズ光軸方向の長さを、カップリングレンズのコバ部の厚さより短くしたことを特徴とする請求項１４記載のマルチビーム光源装置の調整方法。
19. 前記保持部材は、前記２つの平面に略対向する位置に、カップリングレンズに対して間隙を有する第３の面を有し、カップリングレンズを２つの平面に接触させて接着固定した後、第３の面とカップリングレンズとの間を接着固定することを特徴とする請求項１４記載のマルチビーム光源装置の調整方法。
20. 前記カップリングレンズを接着固定する接着剤に光硬化性接着剤を用いたことを特徴とする請求項１４記載のマルチビーム光源装置の調整方法。
21. 前記カップリングレンズのコバ面が光を透過することを特徴とする請求項２０記載のマルチビーム光源装置の調整方法。
22. 前記カップリングレンズが２つの平面に接する点を、カップリングレンズの光軸を含む主走査平面がカップリングレンズ外周と交わる部分の近傍に位置しないようにしたことを特徴とする請求項１４記載のマルチビーム光源装置の調整方法。
23. 前記２つの平面を、カップリングレンズに対して互いに副走査方向に略対称に位置するようにしたことを特徴とする請求項１４記載のマルチビーム光源装置の調整方法。

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