CN101278504A - 用于电子设备的光垫充电器 - Google Patents

Abstract

提供了一种发光充电器(100)。该发光充电器将光能递送到具有可充电电池的便携式电子设备(105)。该电子设备配备有光电能量转换设备，所述光电能量转换设备将所传输的光转换为可用于为电池充电的电流。通过可替换的通信机构，所述电子设备可以警告所述充电器何时使光源(102、115)发光以及使哪些光源发光。所述充电器配备有光电检测器(103、116)，用于接收来自所述电子设备的光通信。在一个实施例中，所述充电器周期性地使一个或多个光源脉动，直至它接收到由沿所述电子设备设置的反射材料(107)反射的光(113)。当接收到所述反射光(113)时，所述充电器可以激励预定图案中的多个光源(102、115)，该预定图案对应于所述反射光的量或位置。在另一实施例中，所述电子设备配备有光通信光源，并且可以通过脉冲光与所述充电器通信。

Description

用于电子设备的光垫充电器

技术领域

本发明通常涉及用于电子设备的充电器，并且更具体地，涉及用于非接触地对便携式电子设备充电的发光充电器。

背景技术

随处可见人们携带便携式电子设备。从家庭到办公室，从饭店到体育比赛，似乎人人都携带一个或者多个便携式设备。作为示例，曾经是富人使用的奢侈品的移动电话现在已经非常普遍。根据无线通信和互联网协会(CTIA)，在2004年，仅在美国就有超过1.82亿人使用移动电话。

移动电话和其它设备应将其便携性归功于可充电电池。可充电电池允许用户在不受电源插口限制的情况下往返于世界各地。尽管今天的可充电电池可以提供五个或更多小时的通话时间，但是一旦存储的能量耗尽，则必须对其充电。简而言之，当电池衰竭时，用户必须对其充电。

对可充电电池充电的传统方法是，将电源线连接到设备自身。电源可以插入到传统的墙壁插座中，所述电源通常包括具有设备专用连接器的电源线。用户将电源插入到墙壁中，并且将设备专用连接器插入到电子设备中。这样电力可靠地从插座输送到所述设备。

关于该传统方法的问题在于，在今天的熙熙攘攘的世界中，某些用户发现将设备专用连接器插入到设备中是耗时的并且有时候是令人厌烦的。他们更希望能够将设备丢在桌子上并且使其自动充电。

为了解决该问题，某些制造商开始发展非接触感应充电器。在这些充电器中，变压器基本上被分为两半，初级线圈驻留在充电站中而次线圈驻留在电子设备中。当初级线圈和次线圈紧密接近时，如果它们是适当对准的，则电磁场耦合所述的初级线圈和次线圈以输送电力。

关于这些感应充电器具有两个方面的问题：首先，初级线圈和次线圈必须精确对准以获得最大耦合，并且因此获得最大充电效率。略微的失准可能极大地降低整体效率。其次，电磁场通常是均匀发射的，使其不仅耦合到次线圈，而且还耦合到其它物体。该杂散耦合可能影响能量输送。作为示例，如果感应充电器被安放在金属台面上，则某些电磁场将被转移到该台面。该能量被浪费。

因此需要改进的非接触充电器允许用户便利地为其便携式电子设备充电。

附图说明

在所有的分立附图中相同的参考数字表示相同的或者功能相似的元件，并且附图与下面的详细描述一起并入到说明书中并且形成说明书的一部分，附图用于进一步说明根据本发明的多种实施例并且解释根据本发明的多种原理和优点。

图1说明了根据本发明的非接触充电器的一个实施例。

图2图示说明了用于根据本发明的充电器的、检测电子设备的存在的一种方法。

图3说明了根据本发明的充电器的一个示例，所述充电器在对应于电子设备的特性的预定图案下激励光源子集。

图4说明了根据本发明的非接触充电器的另一实施例。

图5说明了根据本发明的电子设备的一个实施例。

图6说明了用于与根据本发明的充电器一同使用的透镜阵列的一个实施例。

图7～8说明了根据本发明的可替换的通信方法。

本领域的技术人员应认识到，图中的元件仅仅是为了简化和清楚的目的而进行说明，没有必要依比例绘制。例如，图中的某些元件的尺寸可相对于其它元件放大，以协助改善对本发明的实施例的理解。

发明内容

在详细描述根据本发明的实施例之前，应当注意，该实施例主要在于方法步骤和装置部件的组合，所述方法步骤和装置部件涉及对向电子设备供电的可充电电池充电的光垫。因此，所述装置部件和方法步骤在适当的情况下由附图中的传统符号表示，仅示出了关于理解本发明的实施例的特定细节，以便于不会使公开内容与细节混淆，而该细节对于受益于此处描述的本领域的普通技术人员而言是显而易见的。

应当认识到，此处描述的本发明的实施例可以包括一个或多个传统的微处理器或控制器以及唯一存储的程序指令，该程序指令控制所述微处理器结合特定的非处理器电路以实现此处描述的光垫充电器的某些、大部分或所有功能。所述非处理器电路可以包括，但不限于，充电电路、存储器电路、能量转换电路、信号驱动器、时钟电路、电源电路、和用户输入设备。因此，这些功能可被解释为用于执行可充电电池充电的方法的步骤。而且，可以预见到，普通的技术人员尽管可能付出极大的努力并且需要在例如由可用时间、当前技术和经济考虑所带来的许多设计方案中进行选择，但是在此处公开的概念和原理的引导下，将容易地能够通过最少的实验生成该软件指令和程序以及微处理器。

现将详细描述本发明的优选实施例。参考附图，其中相同的数字指出了相同的部件。如此处的描述中以及在权利要求中通篇使用的那样，除非上下文清楚地另外规定，否则下面的术语采用此处明确关联的含义：“一”和“这”的含义包括多个指代物，“在...中”的含义包括“在...中”和“在...上”。如此处使用的，“光”意指能够由光电设备转换为电流的任何频率的电磁频谱。

在本文中，诸如第一和第二、顶部和底部等的关系性术语可仅用于使一个实体或动作区别于另一实体或动作，没有必要要求或意指该实体或动作之间的任何实际的该关系或顺序。术语“包括”或者其任何变化形式用于涵盖非排它性的内含物，由此包括一组元件的过程、方法、物体或装置不仅包括这些元件，而且可以包括未明确列出的或者对于该过程、方法、物体或装置是固有的其它元件。“包括...一个”元件，在没有更多约束的情况下并未排除包括该元件的过程、方法、物体或装置中的其它相同元件的存在。

提供了一种非接触充电器，其使用光将能量从所述充电器输送到能量存储设备，如耦合到例如便携式电子设备的可充电电池。该电子设备配备有光电能量转换设备，例如刚性或挠性太阳能电池。当电子设备被安放在所述非接触充电器上时，充电器自其表面投射光。然后光电能量转换设备接收该光，将其转换为电流，并且由此对电池充电。

为了防止充电表面被连续照射，此处描述的多种实施例使用从电子设备向充电器提供信息的技术。在一个实施例中，充电器周期性短暂地使一个或多个光源发光，以检测电子设备的存在。待充电的电子设备包括跨越所述设备表面设置的反射材料。当周期性脉动的光被反射离开所述反射材料时，设置在充电器内的光电检测器检测到该反射光。然后充电器可以以对应于接收自所述反射光的信息的模式使其光源子集发光。作为示例，其中反射材料沿电子设备的外部边缘安放，充电器可以选择仅激励落入由所述反射材料限定的周界中的光源。

在另一实施例中，所述电子设备实际上可以包括电子设备通信光源。该光源可以传递光信息，所述光信息指出例如，光源应有多亮并且应使哪些光源发光。

在另一实施例中，可以将透镜并入到所述的电子设备或充电器中。然后该透镜或者透镜阵列将光汇聚在和/或将光引导到光电能量转换设备上，由此可以增加系统的整体效率。

现在转到图1，其中说明了根据本发明的电池充电器100的一个实施例。充电器100包括第一表面101，电子设备105可以安放在该第一表面101上。电池充电器100包括至少一个光源102，所述光源102能够自第一表面101投射光10。应当注意，该光源102可以包括跨越充电器100的表面101安置的多个光源115。合适的光源示例包括传统的灯泡、发光二极管、激光器、激光二极管、红外线灯、紫外线灯以及这些光源的组合或等效物。此处使用的术语“投射”意指自一个或多个光源115的光的发射。由于本发明的一个实施例包括平坦表面，因此术语“投射”表明光自该平坦表面向外发射。然而，对于受益于本公开内容的本领域的普通技术人员，显而易见的是，本发明不限于此。其它的非平坦形状可以等效地替换。对于可替换的形状，术语“投射”表示光向电子设备发射。

充电器100还包括至少一个光电检测器103，所述光电检测器103能够接收来自电子设备105的反射光113。在市场上可获得适用于本发明的光电检测器的数个示例，包括光电传感器、光电二极管、光电三极管、芯片光电传感器和IRdA光电传感器。适用的光电检测器的示例包括Vishay制造的TEMDS系列的光电二极管、Vishay制造的BP系列的光电三极管、Toshiba制造的TPS系列的光电传感器和Rohm制造的RPI系列的光电三极管。此外，还可以使用红外线传感器，包括Rohm制造的RPM系列的红外线通信设备。应当注意，所使用的术语“光电检测器”意指感应电磁辐射的检测器，不论该电磁辐射是否落于可见光频谱内。尽管大部分设备接收光，但是作为示例，也可以使用红外线和紫外线检测器。

对于光源102，光电检测器103实际上可以包括跨越充电器100的表面101设置的多个光电检测器116。可以包括电源104，用于自诸如墙壁插座的源向充电器100供电。

如上文提及的，为了节约能量，有时候理想的是，光源102不保持连续发光。在该情况下，充电器100包括可由可选的微处理器或控制器111执行的控制机构，用于选择性地激励光源102。

在第一实施例中，光源102周期性地自充电器100的表面101投射光112。当光电检测器103未能接收到来自电子设备105的反射光113时，该周期性投射发生。只要包括反射材料107的电子设备105未处于充电器100附近，就不存在反射光113。

应当注意，前面的章节提到了“反射光”。对于本领域的普通技术人员显而易见的是，当充电器100被安放在有光的房间中时，存在光电检测器103接收的环境光的阈值。对于接收反射光的光电检测器103，相比于仅接收环境光的光电检测器，它们的信号将处于较高的电平。因此，光电检测器103可被配置为，当接收到比环境光大出预定阈值的光量时，将其解释为反射光。例如，在与第二光电检测器比较时，第一光电检测器接收到0.5英尺烛光的额外光，在该情况中充电器100将该增加的光量解释为反射光。

然而，对于受益于本公开内容的本领域的普通技术人员显而易见的是，本发明不限于此。不同于使用预定的额外光量，可以使用其他的替换检测阈值。例如，可以检测特定的颜色或波长。而且，特定形状或时长的光也可以警告充电器反射光已由特定的光电检测器接收。

一旦将电子设备105安放在充电器100的表面101上，投射光112将通过反射材料107反射，该反射材料107是沿电子设备105的表面114设置的。当光电检测器103接收到来自光源102的反射光113，即通过电子设备105上的反射材料107反射的反射光113时，光源102继续发射光。

换言之，光源102周期性地发光以保持其不连续开启，以便于仅在电子设备105停留在充电器100的表面101上时长时间的激励光源102。当该照射光112被反射回光电检测器103时，充电器100了解到电子设备105在其表面101上。因此，充电器100使光源102继续发射光。

在图2中可以更加清楚地看到该激励光源的脉动方式。暂时转到图2，其中说明了两个曲线图200、201。曲线图200沿轴202示出了来自光源的光输出，而曲线图201沿轴203示出了由光电检测器接收的光。

在周期t1204中，所述充电器的顶部表面上不存在电子设备。因此，投射的周期性光脉冲206、207未被反射回所述光电检测器。因此，充电器继续周期性地脉动，基本上在“寻找”待充电的电子设备。

在时间210处，电子设备被安放在所述充电器表面上。因此光的下一脉冲208被反射离开反射材料，并且由所述光电检测器接收，如209处指出的。现在充电器了解到电子设备正位于其表面上。因此，在时间t2205中充电器使光源连续发光，t2表示光电检测器正在接收反射光的时间量。换言之，当光电检测器接收到已由电子设备反射的来自光源的光时，光源继续发射光。在时间211处，移除电子设备。然后充电器开始再次发射周期性脉冲210。

在图7中的流程图中概述了该方法。暂时转到图7，在步骤700中，充电器周期性地脉动，寻找电子设备。在判断步骤701处，充电器确定是否存在反射光。如果是，则在步骤702中充电器确定位置。然后在步骤703中充电器发出适当的光，并且在判断步骤704中确定设备是否仍存在。

回到图1，如上文提到的，光源102可以包括跨越充电器100的表面101设置的多个光源115。相似地，光电检测器103实际上可以包括跨越所述充电器的表面101设置的多个光电检测器116。在某些环境情况下，当电子设备105被安放在表面101上时，理想的是，仅激励那些将光耦合到电子设备105中的光电转换设备110的光源。一个该示例是其中人们正在睡觉的黑暗房间内。他们可能不希望自光垫投射大量的杂散光。

在一个实施例中，充电器100通过检测多个反射材料片106～109达到此目的。在存在多个片106～109(或者限定电子设备105周界的连续部分)的情况中，充电器100能够通过仅检测反射投射光的位置来检测设备105的整体形状。一旦了解了该形状，则充电器将仅使那些落于该周界内的光源发光。

暂时参考图3，其中说明了该发光垫。此处多个光源115周期性地自充电器100的表面101投射光以检测电子设备的存在，并且当所述设备存在时，多个光电检测器116接收反射离开反射材料(图1中的106～109)的光，电池充电器使多个光源115的子集305投射光。该子集305对应于与自反射材料反射的光的量和/或位置相关联的预定图案。

继续图1中阐述的示例，在图3中，充电器100通过点301～304处的光电检测器检测反射光。该反射光变为“光通信”，其中其将几何和位置信息传递到充电器100。由该多个点，充电器100能够确定设备的外部周界307。因此，充电器100打开落于该周界307内的光源305。其余的光源306保持关闭。

应当注意，这仅是用于充电器确定设备形状的一种方法。对于受益于本公开内容的本领域的普通技术人员显而易见的是，本发明不限于此。另一种方法是使用单个反射材料片，其中该单个片具有变化的形状或尺寸。例如，小的正方形可以表示预定图案1，而中等的圆形可以表示预定图案2，如此等等。

现在转到图4，其中说明了本发明的可替换的实施例。在图4的实施例中，示出了用于为可充电电池417充电的系统。该系统包括便携式电子设备405，所述电子设备405具有与其耦合的可充电电池417。便携式电子设备405包括光电转换设备410，用于将接收的光转换为电流。该光电转换设备410可以是刚性设备，如砷化镓太阳能电池，或者可以是挠性的。甚至可例如利用无定形硅涂料或喷漆将它设置在壳体414外部。

提供了发光充电器400。发光充电器400包括用于支撑便携式电子设备405的平坦表面401。发光充电器400还包括至少一个光源(此处说明性地示出为多个光源)415，所述光源415能够自平坦表面401向便携式电子设备405发射光412；以及至少一个光电检测器(此处说明性地示出为多个光电检测器)416，所述光电检测器416能够接收来自平坦表面401的光413。该充电器包括能够选择性地激励任何光源415的控制器411。控制器411激励光源，并且只要任何光电检测器416接收到来自平坦表面401的光信息，则继续激励光源。

在图4的实施例中，不同于图1～3的依赖于反射光，电子设备405配备有通信光源418，所述通信光源418能够通过光脉冲传送信息性消息419。当电子设备405紧密接近充电器400时，通信光源419发射信息性消息419。该信息性消息419或者光通信可以包括关于电子设备405的几何信息。

当任何光电检测器416接收到来自便携式电子设备405的信息性消息419时，控制器411激励光源415。在信息性消息419包括关于便携式电子设备405的尺寸或形状信息的情况中，可以激励选择性光源。当光源415包括多个光源时，并且当光电检测器416接收到来自便携式电子设备405的信息性消息419时，控制器411使由信息消息419指出的光源415的子集420发光。

应当注意，此处电子设备405包括通信光源408和光电转换设备410，如所示出的那样，设备405能够与充电器400通信。现在可以在充电器400和设备405之间获得较大的信息带宽。可以发展一种数据通信方案以允许设备405控制充电器的光源415。这样，设备405可以变为主设备，而充电器400是从设备，反之亦可。

充电器400可以自电子设备405接收多种类型的信息。使用光源415，充电器400可以将该信息传递到用户。一个示例是，设备405将充电信息传送到充电器400，而充电器400将电池417的充电状态显示给用户。

图8中说明了一种用于该通信方案的方法。为了概述步骤，暂时转到图8，在步骤800中充电器检测来自设备的通信。在步骤801中充电器使适当的光源发光。使用判断步骤802，当存在通信时，充电器继续使适当的光源发光，所述光是连续的或者间歇的。当通信停止时，在步骤803中，充电器等待新的通信。

现在转到图5，其中说明了根据本发明的电子设备505的一个实施例。在该实施例中，所述电子设备包括光电转换设备510和耦合到光电转换设备510的可充电电池517。还可以包括充电或保护电路521。

为了增加光充电的效率，电子设备505配备有透镜523。透镜523汇聚入射光522，由此将其引导至光电转换设备510。此外，透镜523允许设计者将焦距设定为等于充电器500和所述光电设备之间的距离，由此增加递送到所述光电设备的光通量。入射光522的该汇聚允许设计者在不危及充电效率的情况下减小所述光电设备的尺寸。

同样地，为了提高充电器的效率，现在转到图6，可以将透镜阵列600安放在光源615上方。该透镜阵列600可以是具有蜂巢状排列的透镜口601的透明的塑料片，该透镜口601与光源615对准。可替换地，独立透镜可以咬合在光源615上。

概括地说，此处描述了一种用于对可充电电池非接触再充电的电池充电器。在一个实施例中，该充电器是光垫并且包括跨越所述充电器的表面设置的多个光源和多个光电检测器(其可以散布在所述光源之间)。可以包括能够激励所述光源的微处理器或控制器。

当任何光电检测器接收到光通信时，微处理器激励光源，其中该光通信可以是来自沿电子设备表面的至少一部分设置的反射材料的反射光或者是由所述电子设备上的光源递送的光信息。信息的接收表明，具有与之耦合的可充电电池的电子设备已被安放在充电器上。

在一个实施例中，其中使用电子设备上的反射材料，微处理器周期性地激励所述多个光源中的至少一个光源。当充电器表面上存在电子设备时，并且当该电子设备包括反射材料时，周期性脉动的光将作为光通信被反射回所述充电器。当所述微处理器周期性地激励多个光源中的至少一个光源时，并且其中光通信是来自沿所述电子设备表面设置的反射材料的反射光时，微处理器可以激励所述多个光源的子集。该子集可以对应于与所述反射材料的图案或位置相关联的预定图案。

在可替换的实施例中，其中所述电子设备包括通信光源，该设备可以将包括尺寸、形状、光强的多种信息传递到充电器，并且甚至可以传递关于哪些光源开启和关闭的信息。

在前面的说明书中，描述了本发明的具体实施例。尽管说明和描述了本发明的具体实施例，但是显而易见的是，本发明不限于此。在不偏离附属权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，本领域的技术人员将想到许多修改、变化、变形、替换物和等效物。例如，上文的一个实施例使用绕所述电子设备的周界设置的多个反射器以确定该设备的几何特征。该检测的一种变形是，在所述设备上使用中心反射器点，并且在该反射器周围具有限定在光垫中的预定的光发射器区域。另一变形是，具有反射器点图案或者条形码方案，所述点图案或者条形码方案在由充电器解码时可以包含更多的信息。所述光信息可以包括图案的几何特征、发射器的强度、发射器的开启时间等等。此外，所述光垫可以包括压力传感器，用于检测电子设备的存在。

因此，本说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的，并且所有的这些修改意欲涵盖于本发明的范围内。益处、优点、对问题的解决方案、以及可以引出任何益处、优点或对问题的解决方案或者使其变得更加显著的任何因素不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或者基本的特征或因素。本发明由附属权利要求唯一限定，所述权利要求包括在本申请未决期间所作的任何修改以及所发布的权利要求的所有等效物。

Claims (19)

1.一种电池充电器，包括：

a.第一表面，电子设备可以安放在所述第一表面上；

b.至少一个光源，所述光源能够自所述第一表面投射光；

c.至少一个光电检测器，所述光电检测器能够接收自所述电子设备反射的光；和

d.电源，所述电源耦合到所述充电器；

其中当所述至少一个光电检测器接收到已由所述电子设备反射的来自所述至少一个光源的光时，所述至少一个光源继续发射光。

2.如权利要求1所述的电池充电器，还包括所述电子设备，其中所述电子设备包括沿所述电子设备的表面设置的反射材料。

3.如权利要求2所述的电池充电器，其中当所述至少一个光电检测器未接收到已由所述反射材料反射的来自所述至少一个光源的光时，所述至少一个光源周期性地自所述第一表面投射光。

4.如权利要求3所述的电池充电器，其中所述至少一个光源包括跨越所述第一表面设置的多个光源，而且其中所述至少一个光电检测器包括跨越所述第一表面设置的多个光电检测器。

5.如权利要求4所述的电池充电器，其中当所述多个光源周期性地自所述第一表面投射光并且所述多个光电检测器中的任何光电检测器接收到自所述反射材料反射的光时，所述电池充电器使所述多个光源的子集投射光，所述子集对应于与自所述反射材料反射的光量相关联的预定图案。

6.一种用于为可再充电电池充电的光垫，所述光垫包括：

a.多个光源；

b.多个光电检测器，所述光电检测器散布在所述多个光源之间；和

c.微处理器，所述微处理器能够激励所述多个光源中的任何光源；

其中当所述多个光电检测器中的任何光电检测器接收到来自电子设备的光通信时，所述微处理器激励所述多个光源的子集。

7.如权利要求6所述的光垫，还包括在其上可以安放所述电子设备的表面，其中可再充电电池耦合到所述电子设备。

8.如权利要求7所述的光垫，其中所述微处理器周期性地激励所述多个光源中的至少一个光源。

9.如权利要求8所述的光垫，其中当所述微处理器周期性地激励所述多个光源中的所述至少一个光源，并且所述光通信包括来自沿所述电子设备的表面设置的反射材料的反射光时，所述微处理器激励所述多个光源的子集，所述子集对应于与所述反射材料相关联的预定图案。

10.如权利要求9所述的光垫，其中所述多个光源中的任何光源选自如下的组，所述组由灯泡、发光二极管、激光器、激光二极管、红外线灯、紫外线灯、以及它们的组合构成。

11.一种用于为可再充电电池充电的系统，所述系统包括：

a.便携式电子设备，所述可充电电池耦合到所述便携式电子设备；和

b.发光充电器，所述发光充电器包括：

i.平坦表面，所述平坦表面用于支撑所述便携式电子设备；

ii.至少一个光源，所述光源能够自所述平坦表面向所述便携式电子设备发射光；

iii.至少一个光电检测器，所述光电检测器能够接收来自所述平坦表面的光；和

iv.控制器，所述控制器能够选择性地激励所述至少一个光源；

其中所述控制器激励所述至少一个光源，并且只要所述至少一个光电检测器接收到来自所述平坦表面的光信息，则所述控制器继续激励所述至少一个光源。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述便携式电子设备包括沿所述电子设备的表面的至少一部分设置的反射材料。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个光源包括沿所述平坦表面设置的多个光源，而且其中所述至少一个光电检测器包括沿所述平坦表面设置的多个光电检测器。

14.如权利要求13所述的系统，其中当所述控制器激励所述多个光源中的任何光源，并且所述多个光电检测器中的任何光电检测器接收到来自所述反射材料的反射光时，所述控制器激励所述多个光源的子集，所述子集包括对应于自所述反射材料反射的光量的预定配置。

15.如权利要求11所述的系统，其中所述便携式电子设备包括能够传送信息性消息的通信光源。

16.如权利要求15所述的系统，其中当所述至少一个光电检测器接收到来自所述便携式电子设备的信息性消息时，所述控制器激励所述至少一个光源。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述至少一个光源包括多个光源，而且其中当所述至少一个光电检测器接收到来自所述便携式电子设备的所述信息性消息时，所述控制器激励由所述信息性消息指出的所述多个光源的子集。

18.如权利要求11所述的系统，其中所述便携式电子设备包括透镜，所述透镜用于将接收的光汇聚在电子设备光电检测器上。

19.如权利要求11所述的系统，其中所述发光充电器包括设置在所述至少一个光源上方的透镜阵列。

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