FR2934921A1 - Capteur tactile multicontacts a moyens d'espacement de taille et impedance variables - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un capteur tactile multicontacts comportant une couche d'interaction déformable élastiquement (10) et une couche support (11), la couche d'interaction (10) présentant à sa surface inférieure un réseau de pistes conductrices (12), la couche support (11) présentant à sa surface supérieure un réseau de pistes conductrices (13) non parallèles au réseau de pistes conductrices (12) de la couche d'interaction (10). Les couches d'interaction (10) et support (11) sont séparées par une première série d'entretoises rigides isolantes (14). Une deuxième série d'entretoises conductrices (15) est disposée au contact d'au moins l'un des deux réseaux de pistes conductrices (12,13). L'impédance et les dimensions de ces entretoises (14) de deuxième série sont déterminées pour empêcher le contact au repos et permettre l'entrée en contact local lors d'une déformation de la couche d'interaction (10), entre les entretoises (15) de la deuxième série et le réseau de pistes conductrices de la couche opposée auxdites entretoises (15) de la deuxième série. La présente invention concerne également un contrôleur d'un tel capteur, un écran tactile multicontacts comprenant un tel capteur et un clavier comprenant un ensemble de touches discrètes constitué par un tel capteur.

Description

CAPTEUR TACTILE MULTICONTACTS A MOYENS D'ESPACEMENT DE TAILLE ET IMPEDANCE VARIABLES
La présente invention concerne un capteur tactile multicontacts à moyens d'espacement de taille et impédance variables.
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des capteurs tactiles transparents multicontacts. Ce type de capteur est muni de moyens d'acquisition simultanée de la position, la pression, la taille, la forme et le déplacement de plusieurs doigts sur sa surface, afin de commander un équipement, de préférence par l'intermédiaire d'une interface graphique. Ils peuvent être utilisés, de manière non limitative, en tant qu'interfaces pour des ordinateurs personnels, portables ou non, des téléphones cellulaires, des guichets automatiques (banques, points de ventes, billetterie), des consoles de jeu, des lecteurs multimédias portatifs (baladeurs numériques), du contrôle d'équipements audiovisuels ou électroménagers, du contrôle d'équipements industriels, des navigateurs GPS.
La présente invention concerne plus particulièrement un capteur tactile multicontacts comportant une couche d'interaction déformable élastiquement et une couche support, la couche d'interaction présentant à sa surface inférieure un réseau de pistes conductrices, la couche support présentant à sa surface supérieure un réseau de pistes conductrices non parallèles au réseau de pistes conductrices de la couche d'interaction, lesdites couches d'interaction et support étant séparées par une première série d'entretoises rigides isolantes.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE On connaît dans l'état de la technique des solutions à base de capteurs tactiles multicontacts permettant de détecter la présence ainsi que l'état de plusieurs30 points de contact à la fois. Il comporte une couche d'interaction déformable élastiquement et une couche support, la couche d'interaction présentant à sa surface inférieure un réseau de pistes conductrices, la couche support présentant à sa surface supérieure un réseau de pistes conductrices non parallèles au réseau de pistes conductrices de la couche d'interaction. Les couches d'interaction et support sont séparées par des moyens d'espacement, en particulier une série d'entretoises rigides isolantes.
Les pistes conductrices sont ainsi agencées en une matrice de noeuds formés par l'intersection de lignes et de colonnes. Lors d'un contact sur le capteur tactile, au moins une ligne et une colonne entrent en contact au niveau d'un noeud et jouent le rôle d'un interrupteur fermé. Une mesure de tension aux bornes de chaque noeud de la matrice est effectuée de manière séquentielle et rapide afin de recréer une image du capteur plusieurs fois par seconde.
Une telle solution est proposée dans le document de brevet français FR 2 866 726. Dans ce document, un capteur tactile multicontacts est décrit comme comportant deux couches conductrices transparentes sur lesquelles sont imprimées des lignes ou colonnes correspondant à des fils conducteurs, et un matériau isolant entre lesdites deux couches conductrices transparentes. Le matériau isolant peut être constitué avantageusement d'entretoises rigides isolantes de forme sphérique, disposées entre les deux couches conductrices du capteur. Les pistes conductrices sont réalisées avantageusement à partir d'un dépôt surfacique d'oxyde d'indium-étain (ITO, soit indium tin oxide en langue anglo-saxonne).
L'inconvénient de cette solution réside, d'une part, dans les perturbations sur les données mesurées par le capteur, ce qui impacte de manière significative la précision et la sensibilité du capteur tactile mis en oeuvre. Ces perturbations sont dues à de fausses détections, ainsi que des phénomènes liés à la résistivité des matériaux revêtant les pistes conductrices, en particulier dans le cas de matériaux conducteurs transparents en dépôt d'oxyde indium-étain. D'autre part, lors d'une trop grande déformation d'une piste conductrice de la couche d'interaction, celle-ci serait susceptible d'être endommagée, voire rompue. Un tel capteur est ainsi fragilisé, ce qui lui confère une faible durée de vie.
Ainsi les solutions selon l'état de la technique ne permettent pas de bénéficier d'un capteur dont les pistes conductrices ne seraient pas fragilisées lors d'un contact local et ne seraient pas responsables de phénomènes de fausse détection.
OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de remédier à ces problèmes techniques, en permettant, d'une part, de limiter les phénomènes de fausses détections lorsque deux pistes conductrices des couches respectivement d'interaction et support sont rapprochées et, d'autre part, de diminuer l'amplitude des déformations des pistes conductrices de la couche d'interaction lorsqu'un contact tactile est réalisé.
L'approche de la solution a consisté à chercher un moyen permettant à la fois d'obtenir un contact électrique entre deux pistes conductrices de couches différentes, sans engendrer de fausses détections locales autour de ce point de contact ni de trop déformer les pistes conductrices. La mise en oeuvre d'une deuxième série d'entretoises, de taille et résistance différentes de celles de la première série, et disposées de manière particulière par rapport aux pistes conductrices des deux couches, a alors permis, en combinaison avec la première série d'entretoises rigides isolantes, de résoudre ces différents problèmes techniques.
Dans ce but, la présente invention a pour objet un capteur tactile multicontacts du type mentionné ci-dessus, comportant une couche d'interaction déformable élastiquement et une couche support, la couche d'interaction présentant à sa surface inférieure un réseau de pistes conductrices, la couche support présentant à sa surface supérieure un réseau de pistes conductrices non parallèles au réseau de pistes conductrices de la couche d'interaction, lesdites couches d'interaction et support étant séparées par une première série d'entretoises rigides isolantes. Ce capteur comporte également une deuxième série d'entretoises conductrices disposées au contact d'au moins l'un parmi les deux réseaux de pistes conductrices. L'impédance des entretoises de la deuxième série est comprise entre l'impédance des entretoises de la première série et l'impédance des pistes conductrices. Les dimensions des entretoises de la deuxième série sont inférieures aux dimensions des entretoises de la première série. Les dimensions des entretoises de la première série sont déterminées pour empêcher le contact au repos et permettre l'entrée en contact local lors d'une déformation de la couche d'interaction, entre les entretoises de la deuxième série et le réseau de pistes conductrices de la couche opposée aux entretoises de la deuxième série.
Un tel capteur, formé en outre de la combinaison de la première et de la deuxième série d'entretoises, permet de résoudre les problèmes techniques ci-dessus. En effet, les entretoises conductrices de la deuxième série étant disposées entre les pistes conductrices de couches différentes et leur impédance étant supérieure à l'impédance de ces pistes conductrices, les problèmes de fausse détection lors d'un rapprochement des pistes conductrices de couches différentes sont limités. De plus, du fait des dimensions et du positionnement des entretoises conductrices de la deuxième série, celles-ci réaliseront le contact électrique entre les pistes conductrices de couches différentes lorsque l'on souhaite réaliser un contact tactile. Lors de ce contact, la déformation des pistes conductrices de la couche d'interaction est limitée puisqu'elles n'ont plus à rentrer en contact physique direct avec les pistes conductrices de la couche support.
Dans un mode de réalisation préférentiel visant à bénéficier de pistes conductrices qui soient transparentes et en couche très fine, les deux réseaux de pistes conductrices comportent un revêtement conducteur surfacique d'oxyde d'indium-étain. Préférentiellement, la couche d'interaction est constituée d'une feuille de polyester.
Préférentiellement, la couche support est rigide. Dans ce cas, la couche support est avantageusement constituée d'un substrat de verre.
Dans des modes de réalisation préférentiels visant à conférer au capteur une transparence suffisante pour être intégré dans un écran tactile multipoints nécessitant la vue d'objets graphiques au travers du capteur : - la couche d'interaction est transparente, - les entretoises de la première série sont formées d'un polymère transparent, - les entretoises de la deuxième série sont formées par un polymère transparent conducteur.
Dans des modes de réalisation visant à améliorer la répartition des noeuds couverts par le capteur, un noeud étant défini par l'intersection d'une piste conductrice de l'une des deux couches avec la projection d'une piste conductrice de l'autre couche : 15- les deux réseaux de pistes conductrices sont perpendiculaires entre eux, - les pistes conductrices d'au moins l'un des deux réseaux de pistes conductrices sont parallèles et équidistantes.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le diamètre des entretoises de la 20 première série est supérieur au double du diamètre des entretoises de la deuxième série. Le rapport des dimensions entre les entretoises des deux séries permet alors, au repos, l'absence de contact et, tors d'une activation tactile, le contact entre les entretoises de la deuxième série et au moins une piste conductrice de chaque couche. 25 La présente invention concerne également un contrôleur d'un tel capteur tactile multicontacts, comprenant également un circuit de balayage des pistes conductrices et des moyens d'acquisition d'une caractéristique électrique à chaque pas de balayage, ainsi qu'un circuit pour fournir un signal (X,Y,Zx,Y), Zx.y 30 désignant la caractéristique électrique mesurée à une étape de balayage correspondant à un intersection d'une piste conductrice X d'un réseau et d'une piste conductrice Y de l'autre réseau.
La présente invention concerne également un écran tactile multicontacts comprenant un écran de visualisation et un tel capteur tactile multicontacts.
La présente invention concerne enfin un clavier comprenant un ensemble de touches discrètes constitué par un tel capteur tactile multicontacts.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation, accompagnée de figures représentant respectivement : - la figure 1, une vue d'un dispositif électronique tactile multicontacts à matrice passive dans lequel est intégré le capteur tactile multicontacts, 15- la figure 2, une vue de coupe d'un capteur tactile multicontacts selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3, une vue de coupe d'un capteur tactile multicontacts selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, et la figure 4, une vue en trois dimensions du capteur tactile multicontacts 20 selon ce deuxième mode de réalisation de la présente invention.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Un capteur tactile multicontacts selon la présente invention est de type matriciel. Il 25 s'agit plus particulièrement d'une matrice passive, c'est-à-dire composée de deux couches de matériau conducteur transparent arrangées en matrice et séparées par une couche isolante.
La figure 1 représente une vue d'un dispositif électronique tactile multicontacts à 30 matrice passive dans lequel est intégré le capteur tactile multicontacts. Ce dispositif comprend un capteur tactile multicontacts matriciel 1, un écran de visualisation 2, une interface de capture 3, un processeur principal 4 et un processeur graphique 5.
Le premier élément fondamental de ce dispositif tactile est le capteur tactile multicontacts 1, nécessaire à l'acquisition - la manipulation multicontacts - à l'aide d'une interface de capture 3. Cette interface de capture 3 contient les circuits d'acquisition et d'analyse. Le capteur tactile 1 est de type matriciel. Ce capteur peut être éventuellement divisé en plusieurs parties afin d'accélérer la captation, chaque partie étant scannée simultanément.
Les données issues de l'interface de capture 3 sont transmises après filtrage, au processeur principal 4. Celui-ci exécute le programme local permettant d'associer les données de la dalle à des objets graphiques qui sont affichés sur l'écran 2 afin d'être manipulés. Le processeur principal 4 transmet également à l'interface graphique 5 les données à afficher sur l'écran de visualisation 2. Cette interface graphique peut en outre être piloté par un processeur graphique.
Le capteur tactile est commandé de la façon suivante : on alimente successivement, lors d'une première phase de balayage, les pistes conductrices d'un des réseaux et on détecte la réponse sur chacune des pistes conductrices de l'autre réseau. On détermine en fonction de ces réponses des zones de contact qui correspondent aux noeuds dont l'état est modifié par rapport à l'état au repos. On détermine un ou plusieurs ensembles de noeuds adjacents dont l'état est modifié. Un ensemble de tels noeuds adjacents définit une zone de contact. On calcule à partir de cet ensemble de noeuds une information de position qualifiée au sens du présent brevet de curseur. Dans le cas de plusieurs ensembles de noeuds séparés par des zones non actives, on déterminera plusieurs curseurs indépendants pendant une même phase de balayage.
Cette information est rafraîchie périodiquement au cours de nouvelles phases de balayage. Les curseurs sont créés, suivis ou détruits en fonction des informations obtenues au cours des balayages successifs. Le curseur est à titre d'exemple calculé par une fonction barycentre de la zone de contact. Le principe général est de créer autant de curseurs qu'il y a de zones détectées sur le capteur tactile et de suivre leur évolution dans le temps. Lorsque l'utilisateur retire ses doigts du capteur, les curseurs associés sont détruits. De cette manière, il est possible de capter la position et l'évolution de plusieurs doigts sur le capteur tactile simultanément.
Le capteur matriciel 1 est par exemple un capteur de type résistif ou de type capacitif projeté. Il est composé de deux couches transparentes sur lesquelles sont agencées des lignes ou colonnes correspondant à des pistes conductrices. Ces pistes sont constituées par des fils conducteurs. Ces deux couches de pistes conductrices forment ainsi un réseau matriciel de fils conducteurs.
Lorsque l'on veut savoir si une ligne a été mise en contact avec une colonne, déterminant un point de contact sur le capteur 1, on mesure les caractéristiques électriques ù tension, capacitance ou inductance ù aux bornes de chaque noeud de la matrice. Le dispositif permet d'acquérir les données sur l'ensemble du capteur 1 avec une fréquence d'échantillonnage de l'ordre de 100 Hz, en mettant en oeuvre le capteur 1 et le circuit de commande intégré dans le processeur principal 4.
Le processeur principal 4 exécute le programme permettant d'associer les données du capteur à des objets graphiques qui sont affichés sur l'écran de visualisation 2 afin d'être manipulés. La figure 2 représente une vue de coupe d'un capteur tactile multicontacts selon un premier mode de réalisation de la présente invention.
Ce capteur comporte une couche d'interaction 10, une couche support 11, une 30 première série d'entretoises 14 et une deuxième série d'entretoises 15.
La couche d'interaction 10 est une couche élastiquement déformable. Elle est réalisée avec une feuille de polyester qui permet de résister aux rayures susceptibles d'être causées par exemple par un stylet. Elle présente une transparence permettant une clarté suffisante pour l'affichage d'objets graphique sur l'écran de visualisation 2 au travers du capteur 1. Cette couche d'interaction 10 présente un réseau de pistes conductrices 12 agencées de manière parallèle et équidistante. Ces pistes sont des fils conducteurs réalisés par dépôt surfacique d'oxyde d'indium-étain (ITO).
10 La couche support 11 est l'élément support du capteur 1, sur lequel viennent se poser les éléments 10 ainsi que 12 à 15. Elle est réalisé en substrat de verre et présente une transparence permettant une clarté suffisante pour l'affichage d'objets graphique sur l'écran de visualisation 2 au travers du capteur 1.
15 Cette couche support 11 présente un réseau de pistes conductrices 13 agencées de manière parallèle et équidistante. Ces pistes sont des fils conducteurs réalisés par dépôt surfacique d'oxyde d'indium-étain (ITO). Elles sont disposées de manière perpendiculaire aux pistes conductrices 12 de la couche d'interaction 10, de sorte à former un réseau matriciel de pistes conductrices 12,13. 20 L'agencement de ces pistes conductrices 12,13 forme des lignes et des colonnes. L'intersection d'une ligne et d'une colonne forme un point de contact. Quand on pose par exemple un doigt sur le capteur, on met en contact, au travers de l'entretoise conductrice 15, une ou des colonnes situées sur la couche 25 d'interaction 10 avec une ou des lignes situées sur la couche support 11, créant ainsi un ou plusieurs points de contacts. Ce contact est provoqué par la déformation de la couche d'interaction 10 û et donc des pistes conductrices 12 û jusqu'à ce qu'un contact électrique se forme avec les pistes conductrices 13 de la couche support 11 au travers de l'entretoise conductrice 15. 30 Dans un autre mode de réalisation, la couche support 11 est déformable mais de plus grande rigidité que la couche d'interaction 10, de sorte à ne pas provoquer de5 chocs trop importants sur la couche support 11 lors d'un contact tout en permettant d'obtenir une sensibilité de contact tactile par l'intermédiaire de la couche d'interaction 10.
La première série d'entretoises 14 permet de séparer les couches d'interaction 10 et support 11 ù et donc les pistes conductrices 12 et 13 qu'elles présentent ù avec un écartement donné sur la totalité du capteur 1. A cet effet, les entretoises 14 sont disposées entre les couches d'interaction 10 et support 11. Ces entretoises sont rigides pour avoir un écartement fixe, et transparentes pour obtenir un capteur transparent. Elles présentent une impédance très grande de sorte à être isolantes. Elles sont réalisées en un polymère isolant transparent, par exemple en silicone.
La deuxième série d'entretoises 15 permet d'une part d'éviter le rapprochement physique des pistes conductrices 12 et 13 ù source de fausse détection ù et de limiter l'amplitude de déformation des pistes conductrices 12 de la couche d'interaction 10. A cet effet, les entretoises 15 sont transparentes pour obtenir un capteur transparent. Elles peuvent être déposées par sérigraphie d'un polymère conducteur transparent et présenter une forme sphérique.
Ces entretoises 15 de la deuxième série présentent une impédance comprise entre l'impédance des entretoises de la première série et l'impédance des pistes conductrices. Ceci permet d'obtenir des entretoises conductrices du courant. Ainsi, lors d'une déformation des pistes conductrices 12 de la couche d'interaction 10 en vue de réaliser un contact tactile, le contact électrique entre les pistes 12 et 13 est obtenu par l'intermédiaire des entretoises conductrices 15. Une résistance par exemple de 100 kilo-ohms convient aux besoins de conduction du courant.
Les dimensions de ces entretoises 15 de la deuxième série sont inférieures aux dimensions des entretoises 14 de la première série. De plus, les dimensions des entretoises 14 de la première série sont déterminées pour : - empêcher le contact au repos entre les entretoises 15 de la deuxième série et le réseau de pistes conductrices de la couche opposée aux entretoises 15 de la deuxième série, et - permettre l'entrée en contact local lors d'une déformation de la couche d'interaction 10, entre les entretoises 15 de la deuxième série et le réseau de pistes conductrices de la couche opposée aux entretoises 15 de la deuxième série.
Préférentiellement, le diamètre des entretoises 14 de la première série est supérieur au double du diamètre des entretoises 15 de la deuxième série. Ce rapport de dimensions permet d'éviter le contact au repos entre les entretoises 15 et les pistes conductrices 13 et de permet le contact électrique entre les pistes 12 et 13 par l'intermédiaire des entretoises 15, sans toutefois que la déformation des pistes 12 de la couche d'interaction 10 ne les fragilise de manière significative. Les entretoises 14 et 15 des première et deuxième séries présentent respectivement, par exemple, des diamètres de 40 micromètres et 20 micromètres.
Dans un autre mode de réalisation, les entretoises 15 de la deuxième série prennent la forme de gouttes disposées sur les intersections des pistes conductrices 12 de la couche d'interaction 10 avec la projection des pistes conductrices 13 de la couche support 11. Ces entretoises peuvent être disposées par sérigraphie d'un matériau qui, lorsqu'il sèche, prend la forme d'une goutte.
Dans un second mode de réalisation du capteur illustré par les figures 3 et 4, les entretoises 15 de la première série sont disposées au niveau des pistes conductrices 13 de la couche support 11. Les résultats obtenus avec ce mode de réalisation sont analogues à ceux obtenus avec un capteur conformément au premier mode de réalisation décrit ci-dessus et illustré par la figure 2.
Les modes de réalisation précédemment décrits de la présente invention sont donnés à titre d'exemples et ne sont nullement limitatifs. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1 û Capteur tactile multicontacts comportant une couche d'interaction déformable élastiquement (10) et une couche support (11), la couche d'interaction (10) présentant à sa surface inférieure un réseau de pistes conductrices (12), la couche support (11) présentant à sa surface supérieure un réseau de pistes conductrices (13) non parallèles au réseau de pistes conductrices (12) de la couche d'interaction (10), lesdites couches d'interaction (10) et support (11) étant séparées par une première série d'entretoises rigides isolantes (14), caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième série d'entretoises conductrices (15) disposées au contact d'au moins l'un parmi lesdits deux réseaux de pistes conductrices (12,13), l'impédance des entretoises (15) de la deuxième série étant comprise entre l'impédance des entretoises (14) de la première série et l'impédance des pistes conductrices (12,13), les dimensions desdites entretoises (15) de la deuxième série étant inférieures aux dimensions desdites entretoises (14) de la première série, les dimensions desdites entretoises (14) de la première série étant déterminées pour empêcher le contact au repos et permettre l'entrée en contact local lors d'une déformation de la couche d'interaction (10), entre les entretoises (15) de la deuxième série et le réseau de pistes conductrices de la couche opposée auxdites entretoises (15) de la deuxième série. 2 û Capteur tactile multicontacts selon la revendication 1, dans lequel les deux réseaux de pistes conductrices (12,13) comportent un revêtement conducteur surfacique d'oxyde d'indium-étain. 3 û Capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la couche d'interaction (10) est constituée d'une feuille de polyester. 30 4 û Capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche support (11) est rigide. 5 û Capteur tactile multicontacts selon la revendication 4, dans lequel la25couche support (11) est constituée d'un substrat de verre. 6 ù Capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche d'interaction (10) est transparente. 7 ù Capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les entretoises (14) de la première série sont formées par polymère transparent. 10 8 ù Capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les entretoises (15) de la deuxième série sont formées par un polymère transparent conducteur. 9 ù Capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, dans lequel les deux réseaux de pistes conductrices (12,13) sont perpendiculaires entre eux. 10 ù Capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les pistes conductrices d'au moins l'un des deux réseaux 20 de pistes conductrices (12,13) sont parallèles et équidistantes. 11 ù Capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre des entretoises (14) de la première série est supérieur au double du diamètre des entretoises (15) de la deuxième série. 25 12 ù Contrôleur d'un capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant également un circuit de balayage des pistes conductrices (12,13) et des moyens d'acquisition d'une caractéristique électrique à chaque pas de balayage, ainsi qu'un circuit pour fournir un signal 30 (X,Y,Zx,Y), Zx,Y désignant la caractéristique électrique mesurée à une étape de balayage correspondant à un intersection d'une piste conductrice X d'un réseau et d'une piste conductrice Y de l'autre réseau.5 13 ù Ecran tactile multicontacts comprenant un écran de visualisation et un capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 14 ù Clavier comprenant un ensemble de touches discrètes constitué par un capteur tactile multicontacts selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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