JP2001245186A - 撮像装置と撮像装置組立方法 - Google Patents
撮像装置と撮像装置組立方法Info
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Abstract
現して、さらに高品位な映像を実現する。 【解決手段】 立体プリント基板1にレンズ2、光学フ
ィルター3、半導体撮像素子4、チップ部品8、プリン
ト基板10等を一体に構成し、さらにレンズ2の装着構
造、接着の方法、接着剤の色、レンズ2のマスキング等
を工夫することで高性能、小型化を実現した。
Description
用カメラ、車載用カメラ等の半導体撮像素子を用いて小
型化された撮像装置およびその組立方法に関する。
像した映像を電気信号に変換する半導体撮像素子の小型
化、高性能化に伴い、カメラも小型化されて各方面で使
用され、世の中の利便性を高めており、またカメラが小
型になることで、映像の入力センサーとしての市場を広
げている。
は、レンズ、半導体撮像素子、LSI等の部品をそれぞ
れ筐体あるいは構造体に構成してそれらを組み合わせて
いた。また、プリント基板は平板状であり、その上に半
導体撮像素子の駆動に必要な部品を実装する構造を有し
ていた。
うな従来のカメラの組立方式では、半導体撮像素子を小
型化しても、各部品を接続して組み立てる構造では小型
化に限界があり、組立に熟練が必要であったり、自動機
械で組み立てられないという問題があった。
るものであり、一層の小型化と自動機械による組立を可
能とした撮像装置およびその組立方法を提供するもので
ある。
面に半導体撮像素子を装着し、前記半導体素子の上方に
立体プリント基板を備えたものである。この構成によ
り、撮像装置に必要な総ての部品を立体プリント基板に
集約して小型化することができることとなる。
部上に設けられた筒状の胴部とを有する立体プリント基
板を備え、前記脚部の裏面に半導体撮像素子を装着し、
前記胴部の内部に前記撮像素子に光を入射させるための
レンズを保持したものである。この構成により、半導体
素子とレンズとの光軸上のずれが少なくなる。
ント基板が、前記レンズを保持する有底円筒形の胴部
と、前記胴部に連続して、裏面内側に前記配線パターン
を形成された脚部と、前記胴部と脚部との境界に形成さ
れた開口部とを有し、前記立体プリント基板の前記開口
部の上側に前記光学フィルターを配置し、前記開口部の
下側に前記半導体撮像素子と前記チップ部品を配置した
ことを特徴とする。この構成により、撮像装置を構成す
るレンズ、光学フィルター、半導体撮像素子、LSI、
チップ部品等のための専用の保持部品や接合組立等をな
くして、立体プリント基板に総てを集約して小型化する
ことができることとなる。また、半導体撮像素子を駆動
するLSIと周辺の部品の距離を短縮することができ、
クロック信号の波形の歪および不要輻射を防止すること
ができることとなる。
ント基板が、前記脚部の内側裏面に配線パターンを形成
された段部を備え、前記段部にLSIとチップ部品を片
面または両面に接合したプリント基板を配置したことを
特徴とする。この構成により、さらに多くの機能を撮像
装置に付加することができることとなる。
ント基板が、前記脚部の底面に、前記立体プリント基板
を他のプリント基板に直接的に電気接続するための配線
パターンを形成されていることを特徴とする。この構成
により、組み立てられた立体プリント基板を、携帯電
話、パソコン、各種センサーのメイン基板に直接取り付
けることができ、小型化の実現と、コネクター等を必要
としないため軽量構造が実現できることとなる。
ント基板の前記胴部の内周面上部に接着剤を充填するた
めの複数の接着剤導入溝を備えたことを特徴とする。こ
の構成より、接着剤導入溝に接着剤をスポイト状の治具
で点滴することで、レンズの周囲に接着剤が均一に浸透
して接着することができ、レンズを立体プリント基板に
容易に固定できることとなる。
ント基板の前記胴部の内周面が、前記接着剤導入溝に連
続して下部に向けて狭くなったテーパに形成されている
ことを特徴とする。この構成により、接着剤を胴部内周
面のレンズ周囲に容易に浸透させることができ、接着を
正確に行うことができる。また、立体プリント基板にレ
ンズを自動機械で装着するときに、レンズを上方から挿
入する際に、またはレンズに対して立体プリント基板を
下方から押し上げて装着する際に、挿入しやすい構造と
することができることとなる。
黒色としたことを特徴とする。この構成により、レンズ
の周囲で、レンズ内部の乱れた光がレンズ側面に達した
ときは、接着剤の黒色により吸収されてレンズ側面での
反射の発生を防止することができる。これにより、レン
ズに入射した光が、レンズの表面精度あるいは付着した
埃により、レンズ内で光軸の方向に向かない光が発生し
て、レンズの側面により反射されてレンズ内部で光の干
渉を発生させたり、半導体撮像素子に達して、画像の品
質を悪化させることを防止することができることとな
る。
ント基板の前記胴部の内周下部に、接着剤の溜まり部を
備えたことを特徴とする。この構成により、接着剤が多
めに充填されたときや接着剤の粘度が低いときに、接着
剤がレンズの接着部位から染み出して、内部を汚染する
のを防止することができることとなる。
面のレンズ有効部以外の部分をマスクで覆ったことを特
徴とする。この構成により、レンズ有効部以外の部分か
らの入射光を防いで、乱反射による映像の歪みや品質劣
化を防止することができることとなる。
ら光学フィルターを除いた構成としたことを特徴とする
ものである。この構成により、撮像装置を使用目的に合
わせて、すなわち夜間に感度を高くして映像の基本信号
のY信号だけでもよい撮像装置や、赤外領域の映像信号
を取り出すことのできるセンサーを実現することができ
ることとなる。
円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏面内側に配線
パターンを形成された脚部と、前記胴部と脚部との境界
に形成された開口部とを有する立体プリント基板に対
し、前記胴部の内周面にレンズを接合し、次に前記脚部
の裏側から前記開口部を塞ぐように前記配線パターンに
半導体撮像素子を接合し、次いで前記配線パターンにチ
ップ部品が接合することを特徴とするものである。これ
により、立体プリント基板の上方向から組み立てる部品
は接着で行い、下方からの部品は半田、導電接着剤、超
音波接合で電気接続することにより、製造工程を明確に
分けることができ、自動機械により組立やすい、効率的
な製造ができることとなる。
底円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏面内側に段
部を有する配線パターンを形成された脚部と、前記胴部
と脚部との境界に形成された開口部とを有する立体プリ
ント基板に対し、前記胴部の内周面にレンズを接合し、
次に前記脚部の裏側から前記開口部を塞ぐように前記配
線パターンに半導体撮像素子を接合し、次いで前記配線
パターンにチップ部品が接合し、さらに前記段部に予め
LSIとチップ部品を片面または両面に接合したプリン
ト基板を接合することを特徴とするものである。これに
より、立体プリント基板の上方向から組み立てる部品は
接着で行い、下方からの部品は半田、導電接着剤、超音
波接合で電気接続することにより、製造工程を明確に分
けることができ、自動機械により組立やすい、効率的な
製造ができることとなる。
円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏面内側に配線
パターンを形成された脚部と、前記胴部と脚部との境界
に形成された開口部とを有する立体プリント基板に対
し、前記胴部側から前記開口部を塞ぐように光学フィル
ターを接合し、次いで前記胴部の内周面にレンズを接合
し、次に前記脚部の裏側から前記開口部を塞ぐように前
記配線パターンに半導体撮像素子を接合し、次いで前記
配線パターンにチップ部品が接合することを特徴とする
ものである。これにより、立体プリント基板の上方向か
ら組み立てる部品は接着で行い、下方からの部品は半
田、導電接着剤、超音波接合で電気接続することによ
り、製造工程を明確に分けることができ、自動機械によ
り組立やすい、効率的な製造ができることとなる。
円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏面内側に段部
を有する配線パターンを形成された脚部と、前記胴部と
脚部との境界に形成された開口部とを有する立体プリン
ト基板に対し、前記胴部側から前記開口部を塞ぐように
光学フィルターを接合し、次いで前記胴部の内周面にレ
ンズを接合し、次に前記脚部の裏側から前記開口部を塞
ぐように前記配線パターンに半導体撮像素子を接合し、
次いで前記配線パターンにチップ部品が接合し、さらに
前記段部に予めLSIとチップ部品を片面または両面に
接合したプリント基板を接合することを特徴とするもの
である。これにより、立体プリント基板の上方向から組
み立てる部品は接着で行い、下方からの部品は半田、導
電接着剤、超音波接合で電気接続することにより、製造
工程を明確に分けることができ、自動機械により組立や
すい、効率的な製造ができることとなる。
立てられた立体プリント基板を、その脚部底面に形成さ
れた配線パターンを介して他のプリント基板に接合する
ことを特徴とするものである。これにより、レンズ、光
学フィルター、半導体撮像素子、LSI、チップ部品等
を搭載した立体プリント基板を、携帯電話、パソコン、
各種センサーのメイン基板に直接取り付けることができ
ることとなる。
面を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明に係わる撮像装置の第1
の実施の形態を示す斜視図であり、図2はその断面図で
ある。図1および図2において、立体プリント基板1
は、矩形台状の脚部1Aとその上の有底円筒形の胴部1
Bからなり、脚部1Aと胴部1Bの境界には開口部1C
が形成され、脚部1Aの裏側にはプリント配線によるパ
ターン22が形成されている。立体プリント基板1の胴
部1Bの内周には、レンズ2が嵌め込まれ、その光軸1
7を中心にして、開口部1Cの上側に光学フィルター3
が配置され、開口部1Cの下側に半導体撮像素子4およ
びチップ部品8が配置されている。これら構成部品は、
立体プリント基板1に総て組み付けられて完成する構造
となっている。そしてその下に、この立体プリント基板
1が取り付けられる携帯電話、パソコン、各種センサー
のメイン基板であるプリント基板13が配置される。
立順序を簡単に説明する。まず、立体プリント基板1の
上方から、光学フィルター3を接着剤により固定し、次
いで予め表面にレンズマスク6を設けたレンズ2を装着
し、胴部1B内周上面に形成された接着ポイント(接着
剤導入溝)5から接着剤を充填してレンズ2を固定す
る。充填された接着剤のうちの余分な量は、充填ポイン
ト5下部の接着剤溜まり7に溜まる。次に、立体プリン
ト基板1の下方から、半導体撮像素子4とLSIや抵
抗、コンデンサー等のチップ部品8をパターン22に半
田14または導電接着剤、超音波接合等で電気接続し、
さらに脚部1Aをパターン22を介してプリント基板1
3のパターンに半田14または導電接着剤、超音波接合
等で電気接続する。
体プリント基板1にレンズ2とその光軸17上に光学フ
ィルター3、半導体撮像素子4を配置し、さらにチップ
部品8を立体プリント基板1のパターン22に一体的に
固定して構成することで、小型軽量で堅牢な構造とする
ことができる。また、自動機械での組み立てが可能であ
り、量産に適した構造とすることができる。さらに、立
体プリント基板1にチップ部品8を搭載して、半導体撮
像素子4の駆動や回路のデカップリングを行うことで、
半導体撮像素子4の駆動回路との配線や部品を搭載した
分だけリード線をなくして簡略化でき、リード線に流す
クロック信号の波形のなまりや、デカップリングによる
不要輻射を低減することもできる等の効果を有する。
像装置の第2の実施の形態を示す断面図であり、説明の
便宜上、実施の形態1と同様な部材には同様な符号を付
してある。図3において、立体プリント基板1は、矩形
台形状の脚部1Aとその上の有底円筒形の胴部1Bから
なり、脚部1Aと胴部1Bの境界には開口部1Cが形成
され、さらに脚部1Aの内側には段部1Dが形成されて
いる。この段部1Dを含めて、脚部1Aの裏側には配線
パターン22が形成されている。立体プリント基板1の
胴部1B内周には、レンズ2が嵌め込まれ、その光軸1
7を中心にして、開口部1Cの上部に光学フィルター3
が配置され、開口部1Cの下部に半導体撮像素子4およ
びチップ部品8が配置されている。さらにその下の段部
1Dに、LSI11aやチップ部品11bを片面または
両面に搭載したプリント基板10が配置され、最後に携
帯電話等のプリント基板13が配置される構造となって
いる。
組立順序を簡単に説明する。まず、立体プリント基板1
の上方から、光学フィルター3を接着剤により固定し、
次いで予め表面にレンズマスク6を形成されたレンズ2
を装着して、胴部1B内周上面に形成された接着ポイン
ト5から接着剤を充填してレンズ2を固定する。充填さ
れた接着剤のうちの余分な量は、充填ポイント5下部の
接着剤溜まり7に溜まる。次に、立体プリント基板1の
下方から、半導体撮像素子4とLSIあるいは抵抗やコ
ンデンサーのチップ部品8をパターン22に半田14ま
たは導電接着剤、超音波接合等で電気接続し、さらに段
部1Dのパターン22にプリント基板10を半田14ま
たは導電接着剤、超音波接合等で電気接続し、そして脚
部1Aをパターン22を介してプリント基板13のパタ
ーンに半田14または導電接着剤、超音波接合等で電気
接続する。
体プリント基板1にレンズ2とその光軸17上に光学フ
ィルター3、半導体撮像素子4を配置し、さらにLSI
11aやチップ部品11bを搭載したプリント基板10
を立体プリント基板1のパターン22に一体的に固定し
て構成することで、上記実施の形態1の効果に加えて、
撮像装置にさらに多くの機能を付加することができる。
共通の説明を行う。図4は立体プリント基板1の底面を
示している。立体プリント基板1に対し、上方向と下方
向より部品を接着と電気的接続により取り付けた撮像装
置を、携帯電話、パソコン等のアプリケーションのプリ
ント基板13に電気接続するために、半導体撮像素子
4、プリント基板10等を電気的に接続したパターン2
2を、立体プリント基板1の底面18に沿って、また、
立体プリント基板側面19にまで達するように、印刷あ
るいは張付け等により形成してある。このパターン22
を介して、立体プリント基板底面18をアプリケーショ
ンのプリント基板13に配置して、半田、導電接着剤、
超音波接合等の方法により電気的に接合して、半導体撮
像素子により電気変換した映像信号をアプリケーション
の本体に電気信号として出力する。
している。入射光16は、レンズ2により集光され、赤
外領域の感度を抑制する光学フィルター3を通って半導
体撮像素子4に入射する。半導体撮像素子4の代表的な
素子であるCCDの感度は、図6に示すように 光学フ
ィルター3を通した特性Bとして可視光領域で感度特性
が平坦になり、映像増幅回路23により増幅され、平坦
な特性の映像信号としてカラー画像に対応している。図
6に示すCCD感度特性において、光学フィルター3を
通さない特性Aは、赤外領域で非常に高い感度を示して
いるので、暗いところの映像を撮像するときに赤外領域
の感度を利用することで、暗いところでの映像や、赤外
センサーとしても用いることができる。このため、図7
に示すように、赤外領域の感度を抑制するための光学フ
ィルター3を取り除き、レンズ2と半導体撮像素子4で
撮像装置を構成することにより、高感度用撮像装置ある
いは赤外センサーとして用いることができ、撮像装置の
使用範囲を広げることができる。
立体プリント基板1に接着して固定する方法を示す図で
ある。立体プリント基板1のレンズ2を挿入する内側に
接着ポイント(接着剤導入溝)5を4個備えて接着作業
を容易にする構造としている。接着ポイント5は、接着
剤9の粘度に応じて設ける数を増減する構造とし、接着
剤9の粘度が低いものを使うときは接着ポイント5の数
を少なくして、少なくとも一箇所から接着剤9を点滴9
aの形でスポイト12から接着ポイント5を通じて充填
し、接着剤広がり9bとなってレンズ2を立体プリント
基板1に接着する。接着剤9の粘度が高い場合は、複数
の接着ポイント5から適量の接着剤9を点滴9aの形で
充填する。本構造は撮像装置を自動機械で連続生産する
際に、スポイト12からの点滴9aを効果的に行うのに
適した構造である。
着する際に、接着剤9がレンズ2と立体プリント基板1
の境目に浸透するように、立体プリント基板1の胴部内
周面をテーパー15としたものである。こうすること
で、撮像装置を連続生産する際に、接着ポイント5から
充填された点滴9aがテーパー15を伝わって接着剤広
がり9bとなり、レンズ2の周囲に均等に拡散して塗布
されることとなる。またテーパー15は、自動機械で連
続生産する場合に、レンズ2を上方から挿入してレンズ
2を所定位置に装着する際に、テーパー15により自動
機械の挿入公差に余裕を持たせることができ、すなわち
上方から装着するときにテーパーに倣わせて余裕を持っ
て挿入することができる。
響を最小限にするための構造を示している。レンズ2に
入射光16が入力してレンズ2に集光されて半導体撮像
素子4に合焦するときに、レンズ2表面の埃やレンズ2
内の光の乱れによる乱反射光16aがレンズ側面2aに当
たり反射され、入射光16が干渉されたり、半導体撮像
素子4に到達したりして、映像の歪みや乱れが発生する
可能性がある。これを防止するために、レンズ2の外面
に接着する接着剤9を黒色系として、レンズ側面2aで
反射しにくい色を採用することで、レンズ側面2aで内
部の乱反射光16aの反射を抑制した光信号を半導体撮
像素子4に出力できる。
ント基板内部への染みだしを防止した構造である。レン
ズ2と立体プリント基板1を接着剤で接着するときに、
点滴9aの量が多すぎると、接着剤9が立体プリント基
板1の内側に落ちて、レンズ接面1aから染みだし9c
となって内部を汚染するので、これを防ぐために、立体
プリント基板1の胴部内周面の下部に接着剤溜まり7を
設けたものである。
ころに当たる光による影響を最小限にする構造である。
レンズ2はガラスレンズより軽量で、非球面レンズとし
て屈折率を調整するために樹脂成形で製作されることが
多い。樹脂成形のレンズの場合、図13に示すように、
レンズ有効部2a以外の平面2bに入射光21a、21
bが当たると、完全な鏡面状になっていないと、当たっ
た光が表面の乱反射により内部に入り込み、乱反射光2
1cのようになり、入射光21に干渉したり、半導対撮
像素子4に到達して映像が歪んだりして映像の品質を劣
化させる。このため、図14に示すように、レンズ2の
有効部2a以外の平面2bから光が入射しないように、
平面2bに黒系統の塗料または金属材料によるレンズマ
スク6を設けた構造としたものである。
ズ2、光学フィルター3、半導体撮像素子4、プリント
基板10、13等の具体的な組立構造により、撮像装置
を高いレベルで商品化することができ、またアプリケー
ションとの電気的接合をコネクター等を使用しない直接
的な接続による構造とすることができる。なお、立体プ
リント基板1の底面と側面に備えたプリント配線パター
ン22を用いてアプリケーション基板に備えたコネクタ
ーに立体プリント基板を差し込んで電気接合を行う構造
を採用しても良い。
撮像素子およびチップ部品を接続するための配線パター
ンを有する立体プリント基板を備え、この立体プリント
基板に、レンズと光学フィルターと半導体撮像素子とを
レンズの光軸上に一体的に組み込んだ構成を有するの
で、撮像装置に必要な総ての部品を立体プリント基板に
集約して小型で軽量、堅固な撮像装置を実現できるとと
もに、自動機械により自動実装が可能であり、量産性に
優れた組立方法を実現することができる。
図
図
図
面を示す斜視図
図
感度特性を示す特性図
模式図
示す立体プリント基板の斜視図
示す立体プリント基板の断面図
を示す立体プリント基板の断面図
防止方法を示す立体プリント基板の部分断面図
示す立体プリント基板の斜視図
設けないレンズの正面図
設けたレンズの正面図
Claims (16)
- 【請求項1】 表面に半導体撮像素子を装着し、前記半
導体素子の上方に立体プリント基板を備えたことを特徴
とする撮像装置。 - 【請求項2】 脚部とこの脚部上に設けられた筒状の胴
部とを有する立体プリント基板を備え、前記脚部の裏面
に半導体撮像素子を装着し、前記胴部の内部に前記撮像
素子に光を入射させるためのレンズを保持した撮像装
置。 - 【請求項3】 前記立体プリント基板が、前記レンズを
保持する有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続して、裏
面内側に前記配線パターンを形成された脚部と、前記胴
部と脚部との境界に形成された開口部とを有し、前記立
体プリント基板の前記開口部の上側に前記光学フィルタ
ーを配置し、前記開口部の下側に前記半導体撮像素子と
前記チップ部品を配置したことを特徴とする請求項1ま
たは2記載の撮像装置。 - 【請求項4】 前記立体プリント基板が、前記脚部の内
側裏面に配線パターンを形成された段部を備え、前記段
部にLSIとチップ部品を片面または両面に接合したプ
リント基板を配置したことを特徴とする請求項1または
2記載の撮像装置。 - 【請求項5】 前記立体プリント基板が、前記脚部の底
面に、前記立体プリント基板を他のプリント基板に直接
的に電気接続するための配線パターンを形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の撮像装置。 - 【請求項6】 前記立体プリント基板の前記胴部の内周
面上部に接着剤を充填するための複数の接着剤導入溝を
備えたことを特徴とする請求項5記載の撮像装置。 - 【請求項7】 前記立体プリント基板の前記胴部の内周
面が、前記接着剤導入溝に連続して下部に向けて狭くな
ったテーパに形成されていることを特徴とする請求項6
記載の撮像装置。 - 【請求項8】 前記接着剤を黒色としたことを特徴とす
る請求項6または7記載の撮像装置 - 【請求項9】 前記立体プリント基板の前記胴部の内周
下部に、接着剤の溜まり部を備えたことを特徴とする請
求項6から8のいずれかに記載の撮像装置。 - 【請求項10】 前記レンズ前面のレンズ有効部以外の
部分をマスクで覆ったことを特徴とする請求項1から9
のいずれかに記載の撮像装置。 - 【請求項11】 前記光学フィルターを除いた構成とし
たことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載
の撮像装置 - 【請求項12】 有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続
して、裏面内側に配線パターンを形成された脚部と、前
記胴部と脚部との境界に形成された開口部とを有する立
体プリント基板に対し、前記胴部の内周面にレンズを接
合し、次に前記脚部の裏側から前記開口部を塞ぐように
前記配線パターンに半導体撮像素子を接合し、次いで前
記配線パターンにチップ部品が接合することを特徴とす
る撮像装置組立方法。 - 【請求項13】 有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続
して、裏面内側に段部を有する配線パターンを形成され
た脚部と、前記胴部と脚部との境界に形成された開口部
とを有する立体プリント基板に対し、前記胴部の内周面
にレンズを接合し、次に前記脚部の裏側から前記開口部
を塞ぐように前記配線パターンに半導体撮像素子を接合
し、次いで前記配線パターンにチップ部品が接合し、さ
らに前記段部に予めLSIとチップ部品を片面または両
面に接合したプリント基板を接合することを特徴とする
撮像装置組立方法。 - 【請求項14】 有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続
して、裏面内側に配線パターンを形成された脚部と、前
記胴部と脚部との境界に形成された開口部とを有する立
体プリント基板に対し、前記胴部側から前記開口部を塞
ぐように光学フィルターを接合し、次いで前記胴部の内
周面にレンズを接合し、次に前記脚部の裏側から前記開
口部を塞ぐように前記配線パターンに半導体撮像素子を
接合し、次いで前記配線パターンにチップ部品が接合す
ることを特徴とする撮像装置組立方法。 - 【請求項15】 有底円筒形の胴部と、前記胴部に連続
して、裏面内側に段部を有する配線パターンを形成され
た脚部と、前記胴部と脚部との境界に形成された開口部
とを有する立体プリント基板に対し、前記胴部側から前
記開口部を塞ぐように光学フィルターを接合し、次いで
前記胴部の内周面にレンズを接合し、次に前記脚部の裏
側から前記開口部を塞ぐように前記配線パターンに半導
体撮像素子を接合し、次いで前記配線パターンにチップ
部品が接合し、さらに前記段部に予めLSIとチップ部
品を片面または両面に接合したプリント基板を接合する
ことを特徴とする撮像装置組立方法。 - 【請求項16】 組み立てられた立体プリント基板を、
その脚部底面に形成された配線パターンを介して他のプ
リント基板に接合することを特徴とする請求項12から
15のいずれかに記載の撮像装置組立方法。
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