CN114115520A - 触觉回馈系统 - Google Patents

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CN114115520A
CN114115520A CN202110995537.6A CN202110995537A CN114115520A CN 114115520 A CN114115520 A CN 114115520A CN 202110995537 A CN202110995537 A CN 202110995537A CN 114115520 A CN114115520 A CN 114115520A
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feedback system
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sensing
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陈怡和
王英任
吴亚修
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TDK Taiwan Corp
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Abstract

本公开提出一种触觉回馈系统。触觉回馈系统包括一感测单元、一触觉回馈模块以及一电路组件。前述感测单元用以感测一物体的接触，前述触觉回馈模块用以传递一接触力至前述感测单元，前述电路组件电性连接前述触觉回馈模块以及前述感测单元。

Description

触觉回馈系统
技术领域
本发明涉及一种触觉回馈系统，尤其涉及一种设置在一电子装置上的触觉回馈系统。
背景技术
近年来，随着科技产业日益发达，电子装置例如移动电话(mobile phone)、平板电脑(tablet computer)、笔记本电脑(notebook computer)以及智能手机(smart phone)等产品的使用越来越普遍，并朝着便利、多功能且美观的设计方向进行发展，以提供使用者更多的选择。
电子装置通常会在机壳上配置按键来控制电子装置，例如电源或是播音器的音量开关。然而，使用者在按下按键时，并无从得知其按下的深度是否足够完成按压动作。
发明内容
本发明的目的在于提出一种触觉回馈系统，以解决上述至少一个问题。
有鉴于前述公知问题点，本发明的一实施例提供一种触觉回馈系统(HapticFeedback system)，包括一感测单元、一触觉回馈模块以及一电路组件。前述感测单元用以感测一物体的接触，前述触觉回馈模块用以传递一接触力(contact force)至前述感测单元，前述电路组件电性连接前述触觉回馈模块以及前述感测单元。
于一实施例中，前述触觉回馈模块包括一固定部、一活动部以及一活动部，前述活动部可相对前述固定部运动，前述驱动机构电性连接前述电路组件，用以驱使前述活动部相对于前述固定部运动。其中，前述感测单元传送一感测信号到前述电路组件，且前述电路组件根据前述感测信号传送一驱动信号到前述驱动机构，以驱使前述活动部相对于前述固定部运动并接触前述感测单元。
于一实施例中，前述固定部具有一开口，且当前述活动部相对于前述固定部运动时，前述活动部穿过前述开口并接触前述感测单元。
于一实施例中，前述固定部包括一外壳以及一底座。前述外壳包括相互连接的一顶部以及至少一侧壁，其中前述开口形成于前述顶部上。前述底座连接前述外壳，且前述活动部设置于前述外壳与前述底座之间。其中，前述活动部具有至少一朝外壳方向凸出的挡止部，且当前述活动部相对于前述固定部移动到一极限位置时，前述挡止部接触前述顶部，以限制前述活动部于前述极限位置。
于一实施例中，前述顶部位于前述挡止部以及前述感测单元之间。
于一实施例中，前述感测单元固定于前述顶部上。
于一实施例中，前述感测单元具有一压力感测器，且当前述压力感测器感测到来自前述物体的一压力大于一阀值时，前述电路组件传送前述驱动信号到前述驱动机构，以驱使前述活动部相对于前述固定部运动并接触前述感测单元。
于一实施例中，前述感测单元具有一压电开关(Piezo Switch)，且当前述压电开关受到来自前述物体的一压力作用而被触发时，前述电路组件传送前述驱动信号到前述驱动机构，以驱使前述活动部相对于前述固定部运动并接触前述感测单元。
于一实施例中，前述感测单元具有一指纹辨识器(Fingerprint Sensor)，且当前述指纹辨识器确认前述物体的一指纹(fingerprint)为正确时，前述电路组件传送前述驱动信号到前述驱动机构，以驱使前述活动部相对于前述固定部运动并接触前述感测单元。
于一实施例中，前述指纹辨识器为一电容式指纹辨识器(CapacitiveFingerprint Sensor)。
于一实施例中，前述驱动机构驱使前述活动部相对于前述固定部运动，并传递一震动信号至前述感测单元。
于一实施例中，前述活动部具有一上凸块，且当前述活动部相对于前述固定部运动时，前述上凸块穿过前述开口并接触前述感测单元。
于一实施例中，前述触觉回馈系统还包括一底板，设置于前述电路组件下方，且前述电路组件包括一电路板以及一处理器，其中前述处理器设置于前述电路板上，且前述电路板具有一开孔，其中当前述驱动机构驱使前述活动部相对于前述固定部运动时，前述活动部穿过前述开孔并接触前述底板。
于一实施例中，前述活动部具有一下凸块，且当前述活动部相对于前述固定部运动时，前述下凸块穿过前述开孔并接触前述底板。
于一实施例中，前述触觉回馈模块还包括一磁铁以及一磁场感测元件，前述磁铁设置于前述活动部上，且前述磁场感测元件设置于前述固定部上，用以感测前述磁铁的位置。
于一实施例中，前述感测单元包括一保护元件、一感测元件以及一电路元件，前述感测元件设置于前述保护元件以及前述电路元件之间，且前述电路元件电性连接前述感测元件以及前述电路组件。
于一实施例中，前述驱动机构具有一形状记忆合金元件(Shape Memory Alloys,SMA)，连接前述活动部以及前述固定部，并且与前述电路组件电性导通。
于一实施例中，前述活动部具有一卡勾，且前述形状记忆合金元件延伸经过前述卡勾。
于一实施例中，前述驱动机构具有一压电元件，连接前述活动部以及前述固定部，并且与前述电路组件电性导通。
于一实施例中，前述压电元件穿过前述活动部。
本公开的有益效果在于，触觉回馈系统可作为该电子装置的一电源开关，且当使用者以手指触摸或按压触觉回馈系统时，该触觉回馈系统可产生一震动信号(例如正弦波震动信号)，以产生触觉回馈的效果。
附图说明
图1表示本发明一实施例的电子装置的示意图。
图2表示图1中的触觉回馈系统(haptic feedback system)的示意图。
图3表示图2中的触觉回馈系统的爆炸图。
图4表示图3中的触觉回馈模块的爆炸图。
图5表示图4中的活动部的立体图。
图6表示图2中的触觉回馈系统的剖视图。
图7表示本发明另一实施例的触觉回馈系统的示意图。
图8表示图7中的触觉回馈系统的爆炸图。
图9表示图8中的触觉回馈模块的爆炸图。
图10表示图9中的活动部、固定部以及一形状记忆合金元件的爆炸图。
图11表示图10中的活动部的立体图。
图12表示本发明另一实施例的触觉回馈系统的示意图。
图13表示图12中的触觉回馈系统的爆炸图。
图14表示图13中的触觉回馈模块的爆炸图。
图15表示图14中的活动部、压电元件、导杆、金属件以及导电端子于组合后的立体图。
图16表示压电元件通过导电端子而与电路板电性连接的示意图。
附图标记如下：
100:电子装置
10:本体
20:显示器
30:触觉回馈系统
31:感测单元
311:保护元件
312:感测元件
3121:电容式指纹辨识器
3122:边框
313:电路元件
32:触觉回馈模块
321:外壳
3211:开口
322:活动部
323:底座
3231:开孔
324:支架
33:电路组件
331:电路板
332:处理器
C:线圈
FS:簧片
HM:磁铁
HS:磁场感测元件
L:导电端子
M:磁性元件
P1:上凸块
P2:挡止部
P3:下凸块
P4:挡止部
30’:触觉回馈系统
34:触觉回馈模块
341:外壳
3411:开口
342:活动部
3421:卡勾
343:底座
3431:开孔
W:形状记忆合金元件
30”:触觉回馈系统
35:触觉回馈模块
351:外壳
3511:开口
352:活动部
353:底座
3531:开孔
G:导杆
PZ:压电元件
R:金属件
具体实施方式
以下说明本发明实施例的触觉回馈系统。然而，可轻易了解本发明实施例提供许多合适的发明概念而可实施于广泛的各种特定背景。所公开的特定实施例仅仅用于说明以特定方法使用本发明，并非用以局限本发明的范围。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇公开所属的本领域技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有一与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在此特别定义。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下各实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，实施方式中所使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
请先一并参阅图1～图3，其中图1表示本发明一实施例的电子装置100的示意图，图2表示图1中的触觉回馈系统30(haptic feedback system)的示意图，图3表示图2中的触觉回馈系统30的爆炸图。
如图1～图3所示，本实施例的电子装置100例如为一笔记本电脑，其中该笔记本电脑包括一本体10、一显示器20以及一触觉回馈系统30，其中该显示器20连接该本体10，且该触觉回馈系统30设置于该本体10上。
需特别说明的是，前述触觉回馈系统30可作为该电子装置100的一电源开关，且当使用者以手指触摸或按压触觉回馈系统30时，该触觉回馈系统30可产生一震动信号(例如正弦波震动信号)，以产生触觉回馈(haptic feedback)的效果。
具体而言，前述触觉回馈系统30包含有沿着Z轴方向堆叠设置的一感测单元31、一触觉回馈模块32以及一电路组件33，其中前述感测单元31可用以感测外界物体(例如手指)的接触，前述触觉回馈模块32则可传递一接触力(contact force)至感测单元31，从而能够产生触觉回馈的效果。前述电路组件33具有一电路板331以及一处理器332，其中该处理器332设置于电路板331上，并且可通过电路板331电性连接至触觉回馈模块32以及感测单元31。
从图3中可以看出，本实施例的感测单元31包括一保护元件311、一感测元件312以及一电路元件313，其中该感测元件312设置于保护元件311以及电路元件313之间；举例而言，前述电路元件313可为软性电路板(FPC)，其设置于感测元件312下方，并且电性连接感测元件312以及电路板331。
在本实施例中，前述感测元件312包含有一电容式指纹辨识器3121(CapacitiveFingerprint Sensor)以及围绕该电容式指纹辨识器3121的一边框3122，保护元件311则为覆盖于感测元件312上的一玻璃基板。
当使用者欲启动电子装置100的电源时，可将手指放置在保护元件311上，此时电容式指纹辨识器3121即可进行指纹辨识，且当该指纹辨识器3121确认该指纹(fingerprint)为正确时，则可经由电路元件313将一感测信号传送到电路板331上的处理器332，且该处理器332可根据该感测信号传送一驱动信号到触觉回馈模块32内部的一驱动机构，以驱使触觉回馈模块32内的一活动部朝上方运动并接触感测单元31底部的电路元件313，从而能构传递一接触力(contact force)至感测单元31，并且让使用者感受到触觉回馈。
接着请一并参阅图4、图5及图6，其中图4表示图3中的触觉回馈模块32的爆炸图，图5表示图4中的活动部322的立体图，图6表示图2中的触觉回馈系统30的剖视图。
如图4及图5所示，触觉回馈模块32主要包括一外壳321、一活动部322、一底座323以及一支架324，前述外壳321固定于底座323上，并可共同组成一固定部，前述活动部322则是设置在外壳321和底座323之间，并通过一簧片FS连接外壳321，从而使得活动部322可相对于外壳321和底座323沿Z轴方向上下移动。
此外，前述支架324设置在底座323上，且至少一磁性元件M(例如磁铁)固定在底座323和支架324之间；另一方面，至少一线圈C设置在活动部322上，并且对应于前述磁性元件M，其中前述线圈C可通过导电端子L或导线而电性连接至底座323上的金属导体，同时可通过该金属导体而与下方的电路板331电性连接。
应了解的是，当线圈C被通入电流时，线圈C和磁性元件M(驱动机构)可产生电磁驱动力以迫使活动部322相对于固定部沿Z轴方向位移。其中，在前述外壳321上形成有一开口3211，在底座323上则形成有一开孔3231，且当活动部322相对于固定部朝上方运动时，活动部322会穿过开口3211并接触感测单元31的电路元件313，以传递一接触力到感测单元31。
同理，当活动部322相对于固定部朝下方运动时，活动部322则会穿过底座323上的开孔3231并接触位在底座323下方的一底板(未图示)，从而能够产生震动信号并提供良好的触觉回馈效果。
具体而言，从图4、图5及图6中可以看出，在前述活动部322的顶侧形成有朝外壳321方向凸出的一上凸块P1以及至少一挡止部P2，且在活动部322的底侧形成有一下凸块P3以及至少一挡止部P4。
应了解的是，本实施例的外壳321具有互连接的一顶部以及至少一侧壁，其中该顶部垂直于Z轴，而侧壁则平行于Z轴；当活动部322相对于固定部朝上运动时，前述上凸块P1会穿过开口3211并接触感测单元31中的电路元件313；然而，当活动部322相对于固定部朝上移动到一极限位置时，挡止部P2则会接触外壳321的顶部，以限制活动部322于前述极限位置，从而能避免上凸块P1和电路元件313之间因碰撞过于激烈而导致机构损坏。
其中，感测单元31可固定于外壳321的顶部，且外壳321的顶部在Z轴方向上位于挡止部P2以及感测单元31之间。
同理，当活动部322相对于固定部朝下运动时，前述下凸块P3会穿过底座323上的开孔3231并接触位在底座323下方的底板(未图示)；然而，当活动部322相对于固定部朝下移动到另一极限位置时，挡止部P4则会接触底座323，以避免下凸块P3和底板之间因碰撞过于激烈而导致机构损坏。
另外，从图4及图6中可以看出，在活动部322上设有一磁铁HM，且在底座323上设有一磁场感测元件HS(图6)，用以感测前述磁铁HM的位置，从而可得知活动部322相对于固定部的位置变化。
于一实施例中，前述电容式指纹辨识器3121也可以被一压力感测器(pressuresensor)或压电开关(piezo switch)所取代，且当该压力感测器感测到来自外界该物体的一压力大于一阀值或被触发时，电路板331上的处理器332，会传送一驱动信号到触觉回馈模块32内部的一驱动机构，以驱使活动部322相对于固定部运动并接触感测单元31。
再请一并参阅图7～图11，其中图7表示本发明另一实施例的触觉回馈系统30’的示意图，图8表示图7中的触觉回馈系统30’的爆炸图，图9表示图8中的触觉回馈模块34的爆炸图，图10表示图9中的活动部342、固定部343以及一形状记忆合金元件W的爆炸图，图11表示图10中的活动部342的立体图。
如图7～图11所示，本实施例的触觉回馈系统30’与图1～图6的触觉回馈系统30的主要差异在于：本实施例的触觉回馈系统30’包含一触觉回馈模块34，其中该触觉回馈模块34具有一外壳341、一活动部342以及一底座343，其中外壳341固定于底座343上并且共同组成一固定部，活动部342则是活动地设置于外壳341和底座343之间，并可相对于底座343沿Z轴方向运动。
具体而言，一形状记忆合金元件W(Shape Memory Alloys,SMA)连接前述底座343以及活动部342，其中在活动部342的一侧形成有卡勾3421，该形状记忆合金元件W延伸经过卡勾3421，借以使活动部342可悬吊于底座343内。
应了解的是，形状记忆合金元件W可通过导电端子L而与下方的电路板331电性导通，且当一电流通入形状记忆合金元件W时，形状记忆合金元件W可延展或收缩以改变其长度，从而能够作为一驱动机构，以驱使活动部342相对于底座343沿Z轴方向运动。
从图7～图11中可以看出，在前述活动部342的顶侧形成有一上凸块P1以及多个挡止部P2，且在活动部342的底侧形成有一下凸块P3以及多个挡止部P4。
应了解的是，当活动部342相对于固定部朝上运动时，前述上凸块P1会穿过外壳341的开口3411并接触感测单元31中的电路元件313；然而，当活动部342相对于固定部朝上移动到一极限位置时，挡止部P2则会接触外壳341的顶部，以限制活动部342于前述极限位置，从而能避免上凸块P1和电路元件313之间因碰撞过于激烈而导致机构损坏。
同理，当活动部342相对于固定部朝下运动时，前述下凸块P3会穿过底座343的开孔3431并接触位在底座343下方的底板(未图示)；然而，当活动部342相对于固定部朝下移动到另一极限位置时，挡止部P4则会接触底座343，以避免下凸块P3和底板之间因碰撞过于激烈而导致机构损坏。
另外，从图10及图11中可以看出，在活动部342上设有至少一磁铁HM，此外在底座343上可设置一磁场感测元件(未图示)，用以感测前述磁铁HM的位置，从而可得知活动部342相对于固定部的位置变化。
接着请一并参阅图12～图16，其中图12表示本发明另一实施例的触觉回馈系统30”的示意图，图13表示图12中的触觉回馈系统30”的爆炸图，图14表示图13中的触觉回馈模块35的爆炸图，图15表示图14中的活动部352、压电元件PZ、导杆G、金属件R以及导电端子L于组合后的立体图，图16表示压电元件PZ通过导电端子L而与电路板331电性连接的示意图。
如图12～图16所示，本实施例的触觉回馈系统30”与图1～图6的触觉回馈系统30的主要差异在于：本实施例的触觉回馈系统30”包含一触觉回馈模块35，其中该触觉回馈模块35具有一外壳351、一活动部352以及一底座353，其中外壳351固定于底座353上并且共同组成一固定部，活动部352则是活动地设置于外壳351和底座353之间，并可相对于底座353沿Z轴方向运动。
具体而言，一长条形的压电元件PZ(Piezoelectric element)穿过活动部352并且连接前述底座353，此外在活动部352上另设有至少一导杆G，用以引导活动部352相对于底座353沿Z轴方向运动。
另一方面，在活动部352底侧设有金属件R，其中压电元件PZ可通过金属件R而电性连接至导电端子L，且压电元件PZ可通过导电端子L而与下方的电路板331电性导通。当一电流通入压电元件PZ时，压电元件PZ可延展或收缩以改变其长度，从而能够作为一驱动机构，以驱使活动部352相对于底座353沿Z轴方向运动。
具体而言，从图14～图16中可以看出，在前述活动部352的顶侧形成有一上凸块P1，且在活动部352的底侧形成有一下凸块P3。
应了解的是，当活动部352相对于固定部朝上运动时，前述上凸块P1会穿过外壳351的开口3511并接触感测单元31中的电路元件313，以传递一接触力到感测单元31。
同理，当活动部352相对于固定部朝下运动时，前述下凸块P3则会穿过底座353的开孔3531并接触位在底座353下方的底板(未图示)，从而能够产生震动信号并提供良好的触觉回馈效果。
另外，从图16中可以看出，在活动部352上设有一磁铁HM，此外在底座353上可设置一磁场感测元件(未图示)，用以感测前述磁铁HM的位置，从而可得知活动部352相对于固定部的位置变化。
虽然本发明的实施例及其优点已公开如上，但应该了解的是，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中技术人员可从本发明公开内容中理解现行或未来所发展出的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本发明使用。因此，本发明的保护范围包括上述工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一权利要求构成个别的实施例，且本发明的保护范围也包括各个权利要求及实施例的组合。
虽然本发明已以较佳实施例公开于上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种触觉回馈系统，包括：
一感测单元，用以感测一物体的接触；
一触觉回馈模块，用以传递一接触力至该感测单元；以及
一电路组件，电性连接该触觉回馈模块以及该感测单元。
2.如权利要求1所述的触觉回馈系统，其中该触觉回馈模块包括：
一固定部；
一活动部，可相对该固定部运动；以及
一驱动机构，电性连接该电路组件，用以驱使该活动部相对于该固定部运动；
其中，该感测单元传送一感测信号到该电路组件，且该电路组件根据该感测信号传送一驱动信号到该驱动机构，以驱使该活动部相对于该固定部运动并接触该感测单元。
3.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该固定部具有一开口，且当该活动部相对于该固定部运动时，该活动部穿过该开口并接触该感测单元。
4.如权利要求3所述的触觉回馈系统，其中该固定部包括：
一外壳，包括相互连接的一顶部以及至少一侧壁，其中该开口形成于该顶部上；以及
一底座，连接该外壳，且该活动部设置于该外壳与该底座之间；
其中，该活动部具有至少一朝外壳方向凸出的挡止部，且当该活动部相对于该固定部移动到一极限位置时，该挡止部接触该顶部，以限制该活动部于该极限位置。
5.如权利要求4所述的触觉回馈系统，其中该顶部位于该挡止部以及该感测单元之间。
6.如权利要求5所述的触觉回馈系统，其中该感测单元固定于该顶部上。
7.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该感测单元具有一压力感测器，且当该压力感测器感测到来自该物体的一压力大于一阀值时，该电路组件传送该驱动信号到该驱动机构，以驱使该活动部相对于该固定部运动并接触该感测单元。
8.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该感测单元具有一压电开关，且当该压电开关受到来自该物体的一压力作用而被触发时，该电路组件传送该驱动信号到该驱动机构，以驱使该活动部相对于该固定部运动并接触该感测单元。
9.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该感测单元具有一指纹辨识器，且当该指纹辨识器确认该物体的一指纹为正确时，该电路组件传送该驱动信号到该驱动机构，以驱使该活动部相对于该固定部运动并接触该感测单元。
10.如权利要求9所述的触觉回馈系统，其中该指纹辨识器为一电容式指纹辨识器。
11.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该驱动机构驱使该活动部相对于该固定部运动，并传递一震动信号至该感测单元。
12.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该活动部具有一上凸块，且当该活动部相对于该固定部运动时，该上凸块穿过开口并接触该感测单元。
13.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该触觉回馈系统还包括一底板，设置于该电路组件下方，且该电路组件包括一电路板以及一处理器，其中该处理器设置于该电路板上，且该电路板具有一开孔，其中当该驱动机构驱使该活动部相对于该固定部运动时，该活动部穿过该开孔并接触该底板。
14.如权利要求13所述的触觉回馈系统，其中该活动部具有一下凸块，且当该活动部相对于该固定部运动时，该下凸块穿过该开孔并接触该底板。
15.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该触觉回馈模块还包括一磁铁以及一磁场感测元件，该磁铁设置于该活动部上，且该磁场感测元件设置于该固定部上，用以感测该磁铁的位置。
16.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该感测单元包括一保护元件、一感测元件以及一电路元件，该感测元件设置于该保护元件以及该电路元件之间，且该电路元件电性连接该感测元件以及该电路组件。
17.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该驱动机构具有一形状记忆合金元件，连接该活动部以及该固定部，并且与该电路组件电性导通。
18.如权利要求17所述的触觉回馈系统，其中该活动部具有一卡勾，且该形状记忆合金元件延伸经过该卡勾。
19.如权利要求2所述的触觉回馈系统，其中该驱动机构具有一压电元件，连接该活动部以及该固定部，并且与该电路组件电性导通。
20.如权利要求19所述的触觉回馈系统，其中该压电元件穿过该活动部。
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