JP2005234244A - レンズ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成が簡素であり装置を小型化することができ、撮影機能の多機能化が行えて超小型カメラに適用が好ましいレンズ駆動装置を提供すること
【解決手段】 筒状のレンズ枠体１にレンズ２を装着する。レンズ枠体１の外周に永久磁石５を固着し、その表裏にはヨーク７５，７５を重ね合わせて全体を可動部にする。永久磁石５の外側に第１コイル６１，第２コイル６２の２つを配置して向き合わせ、各コイル６１，６２に対して外側を囲む状態にヨーク７を配置してハウジング３の内側に組み付ける。ヨーク７は複数の部材から形成し、中央ヨーク７２には永久磁石５に対面する中央極歯７６を設ける。各コイル６１，６２に電流を流し、その際に発生する力により永久磁石５側（可動部）を光軸Ｌ方向に動かす。可動部は中央位置（ａ）と両端（ｂ），（ｃ）との３つの定位置へ移動し、磁束の結合によりその停止を保持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ系を光軸方向に可動するレンズ駆動装置に関するもので、より具体的には、携帯電話機に搭載する超小型カメラなどに適用するために小型化した駆動部の動作構成の改良に関する。

レンズ系を機械的に可動するレンズ駆動装置は各種の構成のものが提案されている。その中で駆動手段にリニアアクチュエータを用いる構成としては、例えば特許文献１〜５に見られるようなものが知られている。

特許文献１，２に開示された発明は、リニアアクチュエータをレンズ枠体に対して同芯に配置し、その駆動によりレンズ枠体を光軸方向に動かすようになっている。また特許文献３〜５に開示された発明は、リニアアクチュエータをレンズ枠体の側方に配置し、その駆動によりレンズ枠体を光軸方向に動かすようになっている。
特開平１０−１５０７５９号公報 特関昭６２−１１８７４８号公報 特関２０００−３２１４７５号公報 特開２０００−１３７１５６号公報 特開２００２−１１２５２０号公報

しかしながら、そうした従来のレンズ駆動装置では以下に示すような問題がある。特許文献１，２に開示された発明では、移動位置を保持するためのフィードバック制御が必要になる。このため構成が複雑になるとともに部品点数が増し、電力消費が増すという問題がある。

また特許文献３〜５に開示された発明では、リニアアクチュエータがレンズ枠体の側方に大きく張り出した配置になる。そのため、装置本体の外形が大きくなり小型化が難しい。

特に、近年は超小型カメラを組み込んだ携帯電話機が普及しており、この超小型カメラは寸法形状の制限が厳しく、これを搭載する装置本体についての小型，軽量化の開発要求があるため、レンズ駆動装置を小型化することへの要求が特に高い。

つまり、携帯電話機などに組み込み用途の超小型カメラでは、レンズには光学的に有効な直径が７ｍｍ以下のものを使用する構成を採ることが行なわれつつある。そのため、それに合わせて駆動機構も小さくした超小型化なユニットの開発・実装が望まれているが、上記した特許文献１〜５に開示された技術では、係る超小型化には対応できない。さらに、特許文献１，２に示されたように、移動位置を保持することに複雑な制御回路が必要になることは論外であり、構造が簡素で安価であることが求められる。

また、組み込み対象の超小型カメラでは撮影機能の要求も高まっている。例えば３ｃｍ，１０ｃｍの近接マクロ撮影やパンフオーカス撮影などの機能であるが、係る機能を実現するためには、従来のデジタルカメラ等に採用している機構をそのまま用いることはできず、実用化に至っていない。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、構成が簡素であり装置を小型化することができ、撮影機能の多機能化が行えて超小型カメラに適用が好ましいレンズ駆動装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係るレンズ駆動装置は、レンズは筒状のレンズ枠体に装着し、当該レンズ枠体は撮像素子に対面させて光軸方向に移動可能に支持するとともに、直線動作する駆動手段により動かすレンズ駆動装置であって、前記駆動手段は、前記レンズ枠体に同芯に配置し、前記光軸方向に少なくとも３つの定位置へ移動させて停止を保持する構成にした。

また、前記駆動手段は、ヨークを備えたコイルに対して永久磁石を所定のギャップに対向し、前記コイルに電流を流した際に発生する力により直線動作を行うリニアアクチュエータを駆動源とし、前記永久磁石は前記レンズ枠体の外周に固定し、前記コイルは筒状に形成して前記永久磁石の外側に配置し、前記ヨークを少なくとも前記コイルの両端に配置するとよい。

また、前記永久磁石は表裏にヨークを重ね合わせて可動部とし、前記コイルは第１コイル，第２コイルの２つを並べて配置し、当該２つのコイル両端の外側ヨークの近辺には前記可動部と接触する当て止め部を設け、前記２つのコイルに挟まれる中央ヨークには前記永久磁石に対面する中央極歯を形成し、当該中央極歯の対面部位の長さつまり前記光軸に沿う長さＸｓは、前記永久磁石の長さｔｍおよび当該永久磁石の表裏のヨークを含む全長さＸｍに関して、
Ｘｓ＞Ｘｍ−ｔｍ／２
に設定するとともに、前記中央極歯の光軸方向での端部から前記外側ヨークまでの極歯の間隔Ｘｇは、
Ｘｇ＜Ｘｍ
に設定するとよい。

あるいはまた、前記永久磁石は第１永久磁石，第２永久磁石の２つを並べて間にヨークを重ね合わせて可動部とし、前記コイルは第１コイル，第２コイルの２つを並べて配置し、当該２つのコイル両端の外側ヨークの近辺には前記可動部と接触する当て止め部を設け、前記２つのコイルに挟まれる中央ヨークには前記永久磁石に対面する中央極歯を形成し、当該中央極歯の対面部位の長さつまり前記光軸に沿う長さＸｓは、前記第１永久磁石の長さｔ１と前記第２永久磁石の長さｔ２とを合わせた全長さｔｍおよび両者に挟まれるヨークを含む全長さＸｍに関して、
Ｘｓ＞Ｘｍ−ｔｍ／２
に設定するとともに、前記中央極歯の光軸方向での端部から前記外側ヨークまでの極歯の間隔Ｘｇは、
Ｘｇ＜Ｘｍ
に設定することもできる。

また、前記ヨークを備えたコイルおよび前記永久磁石からなるリニアアクチュエータは、前記光軸を中心にして同芯で当該光軸方向に多数段を連結させて設けたり、前記光軸を中心にして同芯で放射方向に多数段を連結させて設けるようにするとなお良い。

係る構成にすることにより本発明では、レンズ枠体は同芯に配置した駆動手段によって光軸方向に直線動作し、これは少なくとも３つの定位置への移動と、その停止を保持する動作になる。このため、フォーカス動作が容易になる。

そして、駆動手段の駆動源は直線動作を行うリニアアクチュエータとし、これはレンズ枠体には同芯に配置することから直接的な駆動となり、モータ駆動と違って回転動作，直線動作の変換手段は必要なく、構成がシンプルになる。また、駆動源のリニアアクチュエータは、ヨークを備えたコイルおよび永久磁石からなり、いわゆる電磁式のものとするので、構成がシンプルであり、コストの低減に有利性がある。

リニアアクチュエータの構成において、第１コイル，第２コイルの２つを並べて配置し、２つのコイルに挟まれる中央ヨークには永久磁石に対面する中央極歯を形成し、当該中央極歯の対面部位の長さＸｓを、
Ｘｓ＞Ｘｍ−ｔｍ／２
に設定するとともに、中央極歯の光軸方向での端部から外側ヨークまでの極歯の間隔Ｘｇを、
Ｘｇ＜Ｘｍ
に設定することで、可動部の永久磁石が中央極歯に対面する中央位置で自己保持力を得ることができ、２つのコイルに適宜に通電することにより両端の当て止め部側へ移動できる。つまり、中央位置と両端との３つの定位置について移動，停止が行えて、その停止を保持することのためにコイルへの通電をオン状態に保つ必要がない。

さらに、リニアアクチュエータを多数段に連結することで、各リニアアクチュエータで２値の移動が行えるので、移動，停止を行う定位置を連結した段数に増すことができ、より精密なレンズ移動が行えてフォーカス動作を多様化することに有利性がある。

本発明に係るレンズ駆動装置では、駆動源は直線動作を行うリニアアクチュエータとしてレンズ枠体には同芯に配置することから直接的な駆動となり、構成がシンプルになる。したがって、当該装置を小型化することができる。

また、レンズ枠体は同芯に配置した駆動手段によって光軸方向に直線動作し、これは少なくとも３つの定位置への移動と、その停止を保持する動作になるのでフォーカス動作が容易になり、その結果、撮影機能の多機能化が行える。したがって、超小型カメラに好ましく適用することができる。

＊第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態において、レンズ駆動装置は、筒状のレンズ枠体１にレンズ２を装着し、後述する駆動手段がレンズ枠体１の外側に位置し、これらが筒状のハウジング３に組み付く構成としている。そして、当該レンズ枠体１は、ＣＣＤ等の撮像素子４に対面させて光軸Ｌ方向に移動可能に支持するとともに、直線動作する駆動手段により動かすようになっている。

駆動手段は、永久磁石５，コイル（６１，６２），ヨーク７を組み合わせたリニアアクチュエータを駆動源とする構成であり、光軸Ｌ方向に３つの定位置へ移動させて停止を保持するようになっている。

永久磁石５は、環状に形成してレンズ枠体１の外周に固着させるが、永久磁石５の表裏に環状のヨーク７５，７５を重ね合わせてその全体を可動部にしている。永久磁石５の着磁は表裏のヨーク７５，７５に対面する向き、つまり光軸Ｌに沿う向きに磁極を形成している。永久磁石５の表裏にヨーク７５，７５を設けることで、磁気効率が上がり、したがって可動部をなす永久磁石５を小サイズ化でき、装置全体の小型化に寄与できる。

永久磁石５の外側には、筒状のコイルを同芯に配置して向き合わせる。ここではコイルは第１コイル６１，第２コイル６２の２つを並べて配置し、ヨーク７は複数の部材からなりそれらが各コイル６１，６２に対して外側を囲む状態に位置し、ハウジング３の内側に組み付けている。

ハウジング３は、円筒形状の中央に開口３０を有する。そして、その開口３０の周縁は、各コイル６１，６２の両端に位置する外側ヨーク７１，７１の側、つまり内側に張り出しており、当該部分は可動部と接触する当て止め部３１になっている。

２つのコイル６１，６２に挟まれる中央ヨーク７２には、永久磁石５に対面する中央極歯７６を形成し、当該中央極歯７６の対面部位の長さ、つまり光軸Ｌに沿う長さＸｓ（固定側極歯）は、永久磁石５の長さｔｍおよび当該永久磁石５の表裏のヨーク７５，７５を含む全長さＸｍ（可動部側極歯）に関して、
Ｘｓ＞Ｘｍ−ｔｍ／２
に設定する。そして、中央極歯７６の光軸Ｌ方向での端部から外側ヨーク７１までの極歯の間隔Ｘｇは、
Ｘｇ＜Ｘｍ
に設定する。

したがって、レンズ枠体１を動かす駆動系としては、ヨーク７を備えたコイル６１，６２に対して永久磁石５が所定のギャップに対向し、各コイル６１，６２に電流を流した際に発生する力により直線動作を行うことになる。そして、永久磁石５の側つまり可動部側を移動でき、図１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、３つの定位置へ動かして停止を保持することができる。つまり、各コイル６１，６２の通電を適宜に制御することにより、可動部（永久磁石５）が中央極歯７６に向き合う中央位置（ａ）、可動部（一方のヨーク７５）が一方の当て止め部３１に接して止まる一方端の位置（ｂ）、そして可動部（他方のヨーク７５）が他方の当て止め部３１に接して止まる他方端の位置（ｃ）の３つの定位置へ移動できる。これらの各位置では永久磁石５の磁束が固定側ヨーク７に対して結合することから、その停止を保持することができる。そして、撮像素子４に対しては光軸Ｌに整列したレンズ２の位置関係に応じて結像ポイント（焦点）が変化し、フォーカス動作が行える。

このとき、各コイル６１，６２への通電は、次の位置へ向かう推力が得られる一時的な通電でよく、各位置での磁束の結合から離れられればよい。

係る構成の駆動手段によれば、駆動源であるリニアアクチュエータにおける推力Ｆは、変位量Δｚとの関係が図２に示すような特性となる。同図に示す推力特性ｔ１は固定側極歯Ｘｓと可動部側極歯Ｘｍを略同一に設定したとき、推力特性ｔ２は、
Ｘｓ＝Ｘｍ−ｔｍ／１．８
に設定したとき、推力特性ｔ３は、
Ｘｓ＝Ｘｍ−１．８×ｔｍ
に設定したときの特性値である。

すなわち、上記した本発明に係る設定は推力特性ｔ２を上回り推力特性ｔ１に近似していく設定であり、これらから明らかなように、推力Ｆが零になる変位位置が３つは存在し、光軸Ｌ方向に３つの定位置へ移動させて停止を保持する駆動が行えることがわかる。

また、中央極歯７６の端部から外側ヨーク７１までの極歯の間隔Ｘｇは、第１コイル６１の側と第２コイル６２の側とが同一である必要はなく、適宜に設定すればよい。これら極歯の間隔Ｘｇを変更したり、あるいは可動部側のヨーク７５，７５の厚さを変更することによって上記した極歯の設定が変化し、中央位置での可動部が停止する位置を変えることができる。

このように、駆動手段の駆動源は直線動作を行うリニアアクチュエータとし、これはレンズ枠体１には同芯に配置することから直接的な駆動となり、モータ駆動と違って回転動作，直線動作の変換手段は必要なく、構成がシンプルになる。その結果、当該装置を小型化し得る。また、３つの定位置への移動と、その停止を保持する動作を行うのでフォーカス動作が容易になり、その結果、撮影機能の多機能化が行える。

さらに、駆動源のリニアアクチュエータは、ヨーク７を備えたコイル６１，６２および永久磁石５からなり、いわゆる電磁式のものとするので、構成がシンプルであり、コストの低減に有利性がある。

また、上記した極歯の設定によれば、可動部の永久磁石５が中央極歯７６に対面する中央位置で自己保持力を得ることができ、２つのコイル６１，６２に適宜に通電することにより両端の当て止め部３１側へ移動できる。つまり、中央位置（ａ）と両端（ｂ），（ｃ）との３つの定位置について移動，停止が行えるとともに、その停止を保持することのためにコイル６１，６２への通電をオン状態に保つ必要がなく、特別な保持機構がいらず電力消費の面で有利性がある。

また、少なくとも３つの定位置への移動と、その停止を保持する動作を行うので、フォーカス動作が容易になり、その結果、撮影機能の多機能化が行える。つまり、パンフォーカス撮影と近接マクロ撮影に加えて、その間にある任意の距離での焦点合わせが行える。例えば、３点でのフォーカス切り替えでは、パンフォーカス撮影，１０ｃｍマクロ撮影，５ｃｍマクロ撮影が行えるようになる。したがって、本発明によれば超小型カメラに適用が好ましいレンズ駆動装置を提供することができる。

なお、中央ヨーク７２，中央極歯７６の部分は上記した本実施の形態に限定されるものではない。例えば、図３はリニアアクチュエータにおける固定側の極歯の他例を示す断面図であり、同図に示すように、当該部分の断面形状をＩ字形状（ａ）にしたりＬ字形状（ｂ）にするなど、適宜に変更することができる。

＊第２の実施の形態
図４は、本発明の第２の実施の形態を示している。この第２の実施の形態では、リニアアクチュエータの可動部の構成を変更している。つまり、レンズ枠体１の外周に固着させる永久磁石は、第１永久磁石５１，第２永久磁石５２の２つを並べるとともに、その間に環状のヨーク７５を重ね合わせて可動部としている。そして、各永久磁石５１，５２の着磁は中心から放射する向き、つまり光軸Ｌを中心にして放射方向に磁極を形成している。なお、前述した第１の実施の形態と同様な構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。

この場合も、中央極歯７６の対面部位の長さ、つまり光軸Ｌに沿う長さＸｓは、
Ｘｓ＞Ｘｍ−ｔｍ／２
に設定する。このとき永久磁石の長さｔｍは、第１永久磁石５１の長さｔ１と第２永久磁石５２の長さｔ２とを合わせた全長さであり、中央極歯７６の光軸Ｌ方向での端部から外側ヨーク７１までの極歯の間隔Ｘｇは、
Ｘｇ＜Ｘｍ
に設定する。

したがって、レンズ枠体１を動かす駆動系としては、ヨーク７を備えたコイル６１，６２に対して永久磁石５１，５２が所定のギャップに対向し、各コイル６１，６２に電流を流した際に発生する力により直線動作を行うことになり、永久磁石５１，５２（可動部）側を移動でき、中央位置と両端との３つの定位置へ動かして停止を保持することができる。

図６は、第２の実施の形態の変形例を示している。この変形例では、第２の実施の形態におけるヨーク７５（第１，第２永久磁石５１，５２間に配置される）に替えて、永久磁石８０を配置している。そして、この永久磁石８０は、光軸Ｌに沿う向きに磁極を形成している。係る構成によっても、第２の実施の形態と同様の効果が得られる。

＊第３の実施の形態
図６は、本発明の第３の実施の形態を示している。この第３の実施形態では、ヨーク７を備えたコイル６および永久磁石５からなるリニアアクチュエータは、光軸Ｌを中心にして同芯で当該光軸Ｌ方向に多数段を連結させて設ける構成を採る。前述した第１の実施の形態と同様な構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。

各リニアアクチュエータは、コイル６を囲むヨーク７がハウジング３に組み付き、そのハウジング３には外側ヨーク７を覆う部分が張り出している。そして、当該張り出した部分が可動部と接触する当て止め部３１になり、対向する２つの当て止め部３１，３１に対して永久磁石５側つまり可動部が当たり止まる構成になっている。すなわち、各リニアアクチュエータは２つの定位置について移動を行う構成であり、内側リニアアクチュエータのハウジング３に、外側リニアアクチュエータの可動部を組み付けている。

したがって、内側リニアアクチュエータを駆動することで、図６（ａ），（ｂ）に示すようにＡ位置とＢ位置の２つの定位置について移動でき、外側リニアアクチュエータを駆動することで、図６（ｃ），（ｄ）に示すようにＣ位置とＤ位置の２つの定位置について移動でき、その結果、４つの定位置について移動を行うことができ、各位置での停止を保持することができる。

この場合、４つの定位置への移動と、その停止を保持する動作を行うので、撮影機能の多機能化にはより好ましくなる。例えば、４点でのフォーカス切り替えでは、パンフォーカス撮影，３０ｃｍ撮影，１０ｃｍマクロ撮影，５ｃｍマクロ撮影が行えるようになる。

なお、各リニアアクチュエータは、前述した第１の実施の形態，第２の実施の形態のものに変更する構成を採ることもよい。つまり、３つの定位置での移動が行えるリニアアクチュエータに置き換えてもよく、その場合、移動し得る定位置は最大で６つとなり、より精密なレンズ移動が行える。

＊第４の実施の形態
図７は、本発明の第４の実施の形態を示している。この第４の実施の形態では、ヨーク７を備えたコイル６および永久磁石５からなるリニアアクチュエータは、光軸Ｌを中心にして同芯で放射方向に多数段を連結させて設ける構成を採る。前述した第１の実施の形態と同様な構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。

この場合も各リニアアクチュエータは２つの定位置について移動を行う構成であり、内側リニアアクチュエータのハウジング３に、外側リニアアクチュエータの可動部を組み付けている。

したがって、内側リニアアクチュエータを駆動することで、図７（ａ），（ｂ）に示すようにＡ位置とＢ位置の２つの定位置について移動でき、外側リニアアクチュエータを駆動することで、図７（ｃ），（ｄ）に示すようにＣ位置とＤ位置の２つの定位置について移動できる。その結果、４つの定位置について移動を行うことができ、各位置での停止を保持することができる。

したがって、この場合も第３の実施の形態と同様に、４つの定位置への移動と、その停止を保持する動作を行うので、撮影機能の多機能化にはより好ましくなる。そして、多数段のリニアアクチュエータは光軸Ｌを中心にして同芯で放射方向に連結する構成なので、光軸Ｌ方向には薄厚になり、当該装置を薄型化し得る。

本発明に係るレンズ駆動装置の好適な一実施の形態を示す断面図である。 リニアアクチュエータにおける推力と変位量の関係を示すグラフ図である。 リニアアクチュエータにおける固定側の極歯の他例を示す断面図である。 本発明に係るレンズ駆動装置の第２の実施の形態を示す断面図である。 第２の実施の形態の変形例を示す断面図である。 本発明に係るレンズ駆動装置の第３の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係るレンズ駆動装置の第４の実施の形態を示す断面図である。

符号の説明

１ レンズ枠体
２ レンズ
３ ハウジング
４ 撮像素子
５ 永久磁石
６ コイル
７，７５ ヨーク
３０ 開口
５１ 第１永久磁石
５２ 第２永久磁石
３１ 当て止め部
６１ 第１コイル
６２ 第２コイル
７１ 外側ヨーク
７２ 中央ヨーク
７６ 中央極歯
８０ 永久磁石

Claims (6)

1. レンズを装着した筒状のレンズ枠体を、撮像素子に対面させて光軸方向に移動可能に支持するとともに、直線動作する駆動手段により動かすレンズ駆動装置であって、
   前記駆動手段は、前記レンズ枠体に同芯に配置し、前記光軸方向に少なくとも３つの定位置へ移動させて停止を保持する構成であることを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記駆動手段は、ヨークを備えたコイルに対して永久磁石を所定のギャップに対向し、前記コイルに電流を流した際に発生する力により直線動作を行うリニアアクチュエータを駆動源とし、
   前記永久磁石は、前記レンズ枠体の外周に固定し、
   前記コイルは、筒状に形成して前記永久磁石の外側に配置し、
   前記ヨークを少なくとも前記コイルの両端に配置することを特徴とする請求項１に記載のレンズ駆動装置。
3. 前記永久磁石は、表裏にヨークを重ね合わせて可動部とし、
   前記コイルは、第１コイル，第２コイルの２つを並べて配置し、
   当該２つのコイル両端の外側ヨークの近辺には前記可動部と接触する当て止め部を設け、
   前記２つのコイルに挟まれる中央ヨークには前記永久磁石に対面する中央極歯を形成し、
   当該中央極歯の対面部位の長さである前記光軸に沿う長さＸｓは、前記永久磁石の長さｔｍおよび当該永久磁石の表裏のヨークを含む全長さＸｍに関して、
   Ｘｓ＞Ｘｍ−ｔｍ／２
   に設定するとともに、前記中央極歯の光軸方向での端部から前記外側ヨークまでの極歯の間隔Ｘｇは、
   Ｘｇ＜Ｘｍ
   に設定したことを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。
4. 前記永久磁石は、第１永久磁石，第２永久磁石の２つを並べて配置し、
   それら第１，第２永久磁石の間にヨークを重ね合わせて可動部とし、
   前記コイルは第１コイル，第２コイルの２つを並べて配置し、
   当該２つのコイル両端の外側ヨークの近辺には前記可動部と接触する当て止め部を設け、
   前記２つのコイルに挟まれる中央ヨークには前記永久磁石に対面する中央極歯を形成し、当該中央極歯の対面部位の長さである前記光軸に沿う長さＸｓは、前記第１永久磁石の長さｔ１と前記第２永久磁石の長さｔ２とを合わせた全長さｔｍおよび両者に挟まれるヨークを含む全長さＸｍに関して、
   Ｘｓ＞Ｘｍ−ｔｍ／２
   に設定するとともに、前記中央極歯の光軸方向での端部から前記外側ヨークまでの極歯の間隔Ｘｇは、
   Ｘｇ＜Ｘｍ
   に設定したことを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。
5. 前記ヨークを備えたコイルおよび前記永久磁石からなるリニアアクチュエータは、前記光軸を中心にして同芯で当該光軸方向に多数段を連結させて設けたことを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。
6. 前記ヨークを備えたコイルおよび前記永久磁石からなるリニアアクチュエータは、前記光軸を中心にして同芯で放射方向に多数段を連結させて設けたことを特徴とする請求項２に記載のレンズ駆動装置。

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