JP2008015359A - Retroreflective material, projection apparatus, aircraft and simulator for aircraft - Google Patents
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Description
本願発明は、再帰性反射材に関し、特に、ヘルメット・マウンテッド・プロジェクタ(HMP)の原理を応用した投影装置に好適な再帰性反射材、それを使用した投影装置、航空機、および航空機用シミュレータに関する。 The present invention relates to a retroreflective material, and more particularly, to a retroreflective material suitable for a projection device applying the principle of a helmet-mounted projector (HMP), a projection device using the same, an aircraft, and an aircraft simulator.
従来から、航空機のパイロットが計器を見るために視線を落とすことなく必要な情報を目の前に表示させる機器としてヘルメット・マウンテッド・ディスプレイ(HMD:Helmet Mounted Display)というものがある(図6(a)参照)。HMDの原理は、基本的には、それまでのヘッドアップ・ディスプレイ(HUD:Heads-Up Display)と同じであり(図6(b)参照)、コックピット前部に設置されていたディスプレイ装置1Aとコンバイナ(一般には、ハーフミラー)2とを小型化してヘルメットに取り付けたような構成である(たとえば、特許文献1〜3を参照)。このHMDによれば、コンバイナ2がパイロットの眼3aの直前に配置されているので、コンバイナ2が小型であっても比較的大きな投影視野を得られるという利点がある。
Conventionally, there is a Helmet Mounted Display (HMD) as a device that displays necessary information in front of an aircraft pilot without looking down to see an instrument. )reference). The principle of HMD is basically the same as the previous heads-up display (HUD: Heads-Up Display) (see Fig. 6 (b)), and the
しかしながら、HMDにおいては、ディスプレイ装置1Aは、コンバイナ2の上方、つまり、パイロットの前頭部に配置されており、コンバイナ2を介したディスプレイ装置1Aまでのパイロットの焦点距離と、コンバイナ2を介した実景9までの焦点距離とが大きく異なることがほとんどであり、これら焦点距離の異なるディスプレイ装置1Aからの映像と実景9の映像とが重畳してパイロットの眼3aに入ってくるため、眼の負担が大きい。
However, in the HMD, the
そこで、HMP(Helmet Mounted Projector)というものが開発されている(たとえば、特許文献4を参照)。HMPにおいては、図6(c)に示すように、プロジェクタ装置1Bから投影される映像は、コンバイナ2で反射してパイロットの眼3aに直接入れられるのではなく実景の方向へ反射される。そして、反射された映像は、この実景の方向に配置された再帰性反射材4で反射され、コンバイナ2を透過してパイロットの眼3aに入ってくる。このHMPによれば、プロジェクタ装置1Bからの映像は、すべて再帰性反射材4を介してパイロットの眼3aに入ってくる。
Therefore, a so-called HMP (Helmet Mounted Projector) has been developed (see, for example, Patent Document 4). In the HMP, as shown in FIG. 6C, the image projected from the
HMPでは、再帰性反射材4で結像するようにパイロットには写るため、パイロットから再帰性反射材4までの距離とパイロットの焦点距離とが同じで、パイロットの眼から比較的距離が離れているため、眼への負担が小さくて長時間の使用が可能であるなど利点が多い。 In HMP, the image is reflected in the pilot so that it is imaged by the retroreflecting material 4, so the distance from the pilot to the retroreflecting material 4 is the same as the focal length of the pilot and is relatively far from the pilot's eyes. Therefore, there are many advantages such as a small burden on the eyes and a long-time use.
HMPには、航空機用としてだけでなく、次のような用途にも期待がある。たとえば、図7に示すように、ある物体Aの表面に再帰性反射材4を設ける。そして、再帰性反射材4の側を使用者の方向へ向けながら、この再帰性反射材4で別の物体Bを使用者の視界から遮蔽する。この状態では、使用者の眼3aにはハーフミラーからなるコンバイナ2を通じて再帰性反射材4に遮蔽された物体Bが見えるだけである。
HMP is expected not only for aircraft but also for the following applications. For example, as shown in FIG. 7, a retroreflecting material 4 is provided on the surface of a certain object A. Then, another object B is shielded from the user's field of view by the retroreflecting material 4 while the retroreflecting material 4 side is directed toward the user. In this state, the user's
別の言い方をすれば、再帰性反射材4以外の部分にはプロジェクタ装置1Bからの映像は投影されず、再帰性反射材4の有無で実景と映像との切り分けが可能であるという利点もある。
In other words, the image from the
そして、プロジェクタ装置1Bから実景の映像(物体Aで遮蔽していないときの物体Bの映像)を投影すると、この映像はコンバイナ2で再帰性反射材4の方向へ反射された後、再帰性反射材4で反射された部分だけがコンバイナ2を透過して使用者の眼3aに入るのである。つまり、物体Aがあたかもそこには存在していないかのようにその背景の物体Bしか使用者の眼3aには見えないようにできるのである。
Then, when an image of a real scene is projected from the
なお、実用化されている再帰性反射材としては、概ね、図8(a)に示すようなビーズ型の再帰性反射材4Aと、図8(b)に示すようなコーナーキューブ型(プリズム型)の再帰性反射材4Bとの2種類がある。
In addition, as retroreflective materials in practical use, a bead-type
ビーズ型の再帰性反射材4Aは、一般的に、基布43に反射層42を積層し、この反射層42に球状のガラスビーズ41を多数保持させた構成となっている。一方、コーナーキューブ型の再帰性反射材4Bは、一般的に、下面をプリズム状に形成されたプリズム層44に空気の層45を介在させて裏材46を設けた構成となっており、プリズム層44と空気の層45との間の屈折率の違いからこの境界面を再帰性反射面として全反射させるものである。
しかしながら、上述した従来のHMPを航空機のHUDの代用とする場合、再帰性反射材を透明な材料に塗布あるいは貼付することになるが、そこへ投影される映像は、実像の明るさによって見難くなったりすることがあると考えられる。 However, when the conventional HMP described above is used as a substitute for an aircraft HUD, a retroreflective material is applied or pasted on a transparent material, but the image projected thereon is difficult to see due to the brightness of the real image. It is thought that it may become.
本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、実像の明るさに左右され難く投影した映像を明確に表示することが可能な再帰性反射材に関し、特に、ヘルメット・マウンテッド・プロジェクタ(HMP)の原理を応用した投影装置に好適な再帰性反射材、それを使用した投影装置、航空機、および航空機用シミュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and relates to a retroreflective material capable of clearly displaying a projected image that is hardly affected by the brightness of a real image, and in particular, a helmet-mounted projector ( It is an object of the present invention to provide a retroreflecting material suitable for a projection apparatus applying the principle of (HMP), a projection apparatus using the same, an aircraft, and an aircraft simulator.
本願発明に係る再帰性反射材は、光透過材料から形成され、一方の面に再帰性反射面が形成された光透過層と、前記再帰性反射面側に配置されたハーフミラー層とを備えることを特徴とする。 A retroreflective material according to the present invention includes a light transmissive layer formed of a light transmissive material and having a retroreflective surface formed on one surface thereof, and a half mirror layer disposed on the retroreflective surface side. It is characterized by that.
本願発明に係る再帰性反射材によれば、ハーフミラー層を有しているので、外部からの光の透過を抑制することができる。 Since the retroreflective material according to the present invention has the half mirror layer, transmission of light from the outside can be suppressed.
上記光透過層は、プリズムまたはコーナーキューブから構成されることが可能であり、この場合、ハーフミラー層の形成が容易である。 The light transmission layer can be composed of a prism or a corner cube. In this case, it is easy to form a half mirror layer.
上記光透過層は、ビーズから構成されることが可能であり、この場合、対象面にビーズを塗布することにより再帰性反射面を形成することができる。 The light transmission layer can be composed of beads. In this case, the retroreflective surface can be formed by applying beads to the target surface.
上記ハーフミラー層は、前記再帰性反射面に金属蒸着により形成することが可能であり、この場合、蒸着時間の長さなどにより、このハーフミラー層の光透過率を調節することができる。 The half mirror layer can be formed on the retroreflecting surface by metal vapor deposition. In this case, the light transmittance of the half mirror layer can be adjusted by the length of the vapor deposition time or the like.
上記再帰性反射材は、光透過率調節層をさらに備えることが可能であり、この場合、光透過率調節層により光透過率を増減させることができる。この光透過率調節層の一例としては、たとえば、電圧の印加により光透過率を増減することができる液晶である。 The retroreflective material may further include a light transmittance adjusting layer. In this case, the light transmittance can be increased or decreased by the light transmittance adjusting layer. An example of the light transmittance adjusting layer is, for example, a liquid crystal that can increase or decrease the light transmittance by applying a voltage.
また、上記再帰性反射材は、プロジェクタ装置を使用者の眼の位置に対して共役な位置に配置し、前記プロジェクタ装置から前記使用者による観察の対象となる物体の画像を投影し、投影した画像をコンバイナを介して再帰性反射面に映し出す投影装置(たとえば、ヘルメット・マウンテッド・プロジェクタ(HMP))に適用することが可能である。この場合、実像の明るさに左右され難く投影した映像を明確に表示することができる投影装置を実現することができる。 Further, the retroreflecting material projects the projector device by projecting an image of an object to be observed by the user from the projector device by arranging the projector device at a position conjugate to the position of the user's eyes. The present invention can be applied to a projection device (for example, a helmet-mounted projector (HMP)) that projects an image on a retroreflecting surface through a combiner. In this case, it is possible to realize a projection apparatus that can clearly display a projected image that is hardly affected by the brightness of the real image.
上記投影装置は、前記コンバイナとは別のコンバイナをさらに備え、前記再帰性反射面は、前記使用者の視線に対してほぼ直交するように配置されることが可能である。この場合、第2のコンバイナをヘッドアップ・ディスプレイ(HUD)のコンバイナと同様の位置に配置することにより、実像の明るさに左右され難いHUD態様のHMPを実現することができる。 The projection apparatus may further include a combiner different from the combiner, and the retroreflective surface may be arranged to be substantially orthogonal to the user's line of sight. In this case, by arranging the second combiner at the same position as the combiner of the head-up display (HUD), it is possible to realize the HMP in the HUD mode that is hardly affected by the brightness of the real image.
上記の投影装置における再帰性反射面を、少なくともキャノピーに相当する領域に配置すると、従来のHUDなどに比してより大きな領域に映像を投影することができる。 If the retroreflecting surface in the above projection apparatus is disposed at least in an area corresponding to a canopy, an image can be projected onto a larger area than a conventional HUD or the like.
この場合、計器類に相当する領域にも再帰性反射面を配置することにより、計器類を擬似化したり、隠したりすることもできる。 In this case, the instrument can be simulated or hidden by arranging the retroreflective surface in the area corresponding to the instrument.
また、上記の投影装置における再帰性反射面を、模擬コックピットの少なくともキャノピーに相当する領域に配置すると、従来のドーム型、ワイドスクリーン型、ディスプレイ型などのシミュレータに比して、より広い視野を確保することができ、設備自体を小型化することができ、臨場感を欠くこともない。 In addition, if the retroreflecting surface in the above projector is placed in at least the area corresponding to the canopy of the simulated cockpit, a wider field of view can be secured compared to conventional dome type, wide screen type, display type and other simulators. The equipment itself can be downsized, and there is no lack of realism.
このシミュレータにおける計器類に相当する領域にも再帰性反射面を配置すると、実際の計器類を擬似化したりすることができる。 If a retroreflecting surface is also arranged in an area corresponding to instruments in this simulator, actual instruments can be simulated.
上記発明によれば、実像の明るさに左右され難く投影した映像を明確に表示することが可能な再帰性反射材に関し、特に、ヘルメット・マウンテッド・プロジェクタ(HMP)の原理を応用した投影装置に好適な再帰性反射材、それを使用した投影装置、航空機、および航空機用シミュレータを提供することができる。 The present invention relates to a retroreflective material that can clearly display a projected image that is hardly affected by the brightness of a real image, and in particular, to a projection device that applies the principle of a helmet-mounted projector (HMP). A suitable retroreflective material, a projection device using the same, an aircraft, and an aircraft simulator can be provided.
以下、本願発明に係る再帰性反射材、およびそれを使用した投影装置、ならびにさらにその投影装置を使用した航空機および航空機用シミュレータについて添付の図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, a retroreflecting material according to the present invention, a projection apparatus using the same, and an aircraft and an aircraft simulator using the projection apparatus will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
図1(a)に本願発明の実施の形態に係る再帰性反射材13を示すように、この再帰性反射材13は、従来のコーナーキューブ型と同様の材質および形状のプリズム層131を備えている。また、本実施の形態の再帰性反射材13は、このプリズム層131の下面に形成されたプリズム形状の再帰性反射面13aに、ハーフミラー層132を形成されている。本実施の形態においては、このハーフミラー層132は、金属蒸着で形成されているが、たとえば、再帰性反射面13aに貼り付けることが可能なハーフミラーフィルムであってもよい。
As shown in FIG. 1A, the
これにより、この再帰性反射材13は、従来の再帰性反射材のような空気層を必要とせず、図1(a)に矢符で示すように、上側からの光をすべて再帰反射することができるようになっている。これと同時に、再帰性反射面13aがハーフミラー加工されていることから、下側からの光はある程度透過することができるようになっている。このハーフミラー層132の光透過率は、たとえば、前述したように金属蒸着で形成する場合には、蒸着時間の長さで蒸着膜の厚さを変えることで調節することが可能である。
As a result, the
また、この再帰性反射材13は、再帰性反射面13aに隣接する空気層が実質的に不要であることから、これを保持するための裏材も不要である。
In addition, since the
さらに、再帰性反射材13は、図1(b)に示すように、光透過率をリアルタイムで適宜調節することが可能な光透過率調節層133を備えることも可能である。本実施の形態においては、光透過率調節層133は、液晶から構成されている。これにより、光透過率調節層133への電圧の印加により、光透過率調節層133の所望の箇所を所望の光透過率に調節することが可能である。
Further, as shown in FIG. 1B, the
図2に、上述したような再帰性反射材13を使用した投影装置10の例を示している。この投影装置10は、所謂、ヘルメット・マウンテッド・プロジェクタ(HMP)であり、HMPで通常使用される再帰性反射材の代わりに本実施の形態に係る再帰性反射材13を使用しており、該再帰性反射材13のほか、プロジェクタ装置11と、コンバイナ12とを備えている。
FIG. 2 shows an example of the
プロジェクタ装置11は、使用者3の眼3aと共役な位置に配置される。プロジェクタ装置11には、典型的には、従来のHMPのプロジェクタ装置と同様のものを使用することが可能である。プロジェクタ装置11は、たとえば、使用者3の頭部にヘルメット35(図4参照)のようなものを介して装着される。
The
コンバイナ12は、ハーフミラーからなり、たとえば、使用者3の頭部にヘルメット35(図4参照。ただし、図4においてはコンバイナの図示は省略してある)のようなものを介して装着される。
The
再帰性反射材13は、任意な形状の面に配置されるが、本願発明の用途にあっては、光透過率が零ではない面に配置されることが望ましい。なお、再帰性反射材13は、図1(a)または図1(b)の上側の面を使用者3側へ向けて配置される。
The
図3は、以上のように構成された投影装置10の制御系の例を示している。プロジェクタ装置11が投影する映像は、たとえば、自機/他機の姿勢、速度などの機体運動のデータ(数値、図形などで表現される映像データ)ならびに機体運動に応じた景色の映像のデータ(使用者3からの視界表示データ)を含んでいる。これらのデータは、機体に取り付けられた様々なセンサ類の検出結果に応じて変化するように構成されている。
FIG. 3 shows an example of a control system of the
画像生成装置14は、センサ類からの検出結果を与えられ、この検出結果に基づいて映像を生成し、生成した映像をプロジェクタ装置11に与える。本実施の形態においては、画像生成装置14は、2つの画像を同時に生成する機能を有しており、使用者3の左右の眼3aのそれぞれに合わせた映像を生成して、映像の立体視を可能としている。
The
プロジェクタ装置11は、2つのプロジェクタを備えており、画像生成装置14から与えられた使用者3の左右の眼3aのそれぞれに合わせた映像を、コンバイナ12(図2参照)を介して再帰性反射材13に投影する。
The
頭部位置検出センサ(HMS:Head Motion Sensor)15は、使用者3の頭部(あるいは図4に示すヘルメット35など)に取り付けられ、頭部の位置を計測する。頭部位置検出センサ15による検出結果は、モーションセンサ処理部16にフィードバックされる。
A head position detection sensor (HMS: Head Motion Sensor) 15 is attached to the head of the user 3 (or the
モーションセンサ処理部16は、フィードバックされた使用者3の頭部の位置から、使用者3の眼3aの位置及び視線の方向(注視方向)などを演算し、これらの情報を画像生成装置14に与える。
The motion
画像生成装置14は、再帰性反射材13の位置と使用者3の位置とから、これらの相対位置を演算し、対象物に対する使用者3の視点を求め、視点に応じた映像となるように生成画像を補正する。
The
なお、ここでは、使用者3の視点のずれをプロジェクタ装置11の映像照射角度で補正するのではなく、映像の輝度や歪みにより補正して追従性を向上させている。勿論、プロジェクタ装置11の映像照射角度の制御も組み合わせることが可能である。
Here, the follow-up performance is improved by correcting the deviation of the viewpoint of the
また、再帰性反射材13が液晶層を備えている場合には、たとえば、使用者3の視野を撮像する撮像器を別途設け、撮像画像の輝度分布に応じて極端に輝度が高い位置に対応する液晶層の光透過率を下げるように再帰性反射材13に電圧を印加することにより、逆光などの影響を回避することが可能である。
In addition, when the
図4は、このような再帰性反射材13を配置したコックピット90の例を示している。このコックピット90においては、その内部の計器盤91やキャノピー92などの光透過材料(強化ガラス、強化プラスチックなど)が通常使用されている箇所に再帰性反射材13が塗布あるいは貼付により配置されており、図4においては図示の明確化から再帰性反射材13をハッチング領域で示してある。
FIG. 4 shows an example of a
このような構成により、たとえば、キャノピー92からは、キャノピー92および再帰性反射材13を透過してコックピット90の外の実景を見ることができると同時に、再帰性反射材13にプロジェクタ装置11からの映像を重畳して映し出すことができる。映像は、キャノピー92全体の再帰性反射材13に映し出すことが可能であるので、従来のHUDに比べて非常に大きな視野角を使用者3に対して提供することができる。
With such a configuration, for example, from the
この再帰性反射材13により、映像を映し出すことができるばかりでなく、キャノピー92および再帰性反射材13を透過するコックピット90の外からの光透過率をコントロールすることができる。再帰性反射材13の光透過率は、その全体に亘って均一に変更することも可能であるし、また、特定の部分の光透過率だけを変えることもできる。
The
たとえば、太陽が逆光になり、パイロットなどの使用者3が眩しくて再帰性反射材13に投影している映像が見え難くなる場合、この逆光になっている再帰性反射材13の箇所だけを暗くしてパイロットなどの使用者3が眩しくないようにし、且つ、再帰性反射材13に投影している映像と背景の実景とのコントラストを際立たせることも可能である。
For example, when the sun is backlit and the
この構成では、キャノピー92全体に実景と重畳させた映像を投影可能であることから、キャノピー92全体が従来のHUDにおけるコンバイナの役目を果たしている。しかし、たとえば、図5に示すように、従来のHUDのコンバイナを流用するのであれば、図6(c)に示した通常のHMPの構成に対して、使用者3は、実景を第2のコンバイナ12Bを介して見る。この第2のコンバイナ12Bには従来のHUDのコンバイナをそのまま流用可能であり、位置も変更する必要はない。
In this configuration, since the image superimposed with the actual scene can be projected on the
そして、この第2のコンバイナ12Bの下(つまり、従来のHUDでディスプレイ装置が配置されていた位置。図6(b)参照)に、使用者3の視線に対してほぼ直交するように再帰性反射材13を配置する。
Under the
また、計器盤91にも再帰性反射材13を配置することによって、計器盤91の見た目の表示まで変えることができる。たとえば、計器盤91が実際には作動していないのに、あたかも作動しているように表示させることが可能である。
In addition, by disposing the
さらに、キャノピー92および計器盤91の両方に配置された再帰性反射材13の光透過率を選択的に零にする、つまり、真っ黒にしてしまうことも可能である。たとえば、キャノピー92全体を真っ黒にしてしまうことにより、夜間計器飛行訓練時のキャノピー92の目張りの役目を担うことができる。このとき、訓練生が座っている側だけを真っ黒にすることも可能である。さらには、同様にして計器盤91も真っ黒にして隠してしまうことも可能であり、計器盤91を使用しない有視界飛行訓練も行なうことが可能である。
Furthermore, the light transmittance of the
なお、再帰性反射材13は、上述したようなコックピット90内の計器盤91やキャノピー92以外にも、壁や柱などのコックピット90内のすべての面に配置されることが可能である。このように構成することにより、コックピット90内面のすべての面に機体の外の景色を映し出すことが可能になり、死角が殆どない実質的に全方位の視野を使用者3に提供することが可能である。
In addition to the
なお、座席、操縦桿のほか、使用者3や、他の使用者のヘルメットや服にも再帰性反射材13を配置して上記の死角を限りなく無くすことも可能である。
In addition to the seat and control stick, it is possible to arrange the
また、再帰性反射材料13をキャノピー92に塗布して配置する場合、塗布の厚みに応じて、実景の映像と、プロジェクタ装置11からの映像との重畳度の調整が可能であるので、GPWS(Ground Proximity Warning System:対地接近警報装置)、TCAS(Traffic alert & Collision Avoidance System:衝突防止警報装置)などと連動させることによって効果的な警報表示が可能である。
Further, when the
さらに、以上のようなコックピット90の構成は、同様にして、フライトシミュレータ用の模擬コックピットにも適用可能であることは言うまでもない。
Furthermore, it goes without saying that the configuration of the
以上のように、本願発明に係る投影装置は、実像の明るさに左右され難く投影した映像を明確に表示することが可能な再帰性反射材を実現することが要求される、特に、ヘルメット・マウンテッド・プロジェクタ(HMP)の原理を応用した投影装置、それを使用した航空機および航空機用シミュレータをの用途にも適用可能である。 As described above, the projection apparatus according to the present invention is required to realize a retroreflective material capable of clearly displaying a projected image that is not easily affected by the brightness of a real image. The present invention can also be applied to the use of a projection device applying the principle of a mounted projector (HMP), an aircraft using the projection device, and an aircraft simulator.
3 使用者
3a 眼
10 投影装置
11 プロジェクタ装置
12 コンバイナ(ハーフミラー)
12B 第2のコンバイナ(ハーフミラー)
13 再帰性反射材
13a 再帰性反射面
90 コックピット(あるいは模擬コックピット)
91 計器類
92 キャノピー
131 プリズム層
132 ハーフミラー層
133 光透過率調節層(液晶層)
3 User
3a eye
10 Projector
11 Projector device
12 Combiner (half mirror)
12B Second combiner (half mirror)
13 Retroreflective material
13a Retroreflective surface
90 cockpit (or simulated cockpit)
91 Instruments
92 Canopy
131 Prism layer
132 Half mirror layer
133 Light transmittance adjustment layer (liquid crystal layer)
Claims (11)
前記再帰性反射面側に配置されたハーフミラー層と
を備えることを特徴とする再帰性反射材。 A light transmissive layer formed of a light transmissive material and having a retroreflective surface formed on one surface;
A retroreflective material comprising: a half mirror layer disposed on the retroreflective surface side.
前記再帰性反射面として上記請求項1乃至5のいずれかに記載の再帰性反射材の再帰性反射面を使用することを特徴とする投影装置。 The projector apparatus is arranged at a position conjugate to the position of the user's eye, the image of the object to be observed by the user is projected from the projector apparatus, and the projected image is retroreflected through the combiner. A projection device for projecting onto a surface,
A projection apparatus using the retroreflective surface of the retroreflective material according to any one of claims 1 to 5 as the retroreflective surface.
少なくともキャノピーに相当する領域に前記再帰性反射面を配置してあるコックピットと
を備えることを特徴とする航空機。 A projection apparatus according to any one of claims 1 to 7;
An aircraft comprising: a cockpit in which the retroreflective surface is disposed at least in a region corresponding to a canopy.
少なくともキャノピーに相当する領域に前記再帰性反射面を配置してある模擬コックピットと
を備えることを特徴とする航空機用シミュレータ。 A projection apparatus according to any one of claims 1 to 7;
An aircraft simulator comprising: a simulated cockpit in which the retroreflecting surface is disposed at least in a region corresponding to a canopy.
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