JP2013205215A - 赤外線温度計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの赤外線センサを用いた被加熱物の温度計測を高精度に可能としつつ、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装するにあたっての設計の自由度を確保する。
【解決手段】集光光学素子Ｍが、２つの赤外線センサＳを結ぶ直線Ｌ上の一点を第１焦点Ｆ₁とし、被加熱物の底面に対して設定される点を第２焦点Ｆ₂とする楕円の一部を基準楕円形状として、当該基準楕円形状を、第１焦点Ｆ₁及び第２焦点Ｆ₂を通る直線まわりに回転させて形成されるミラー面を有する回転楕円ミラーＭであり、２つの赤外線センサＳを結ぶ直線Ｌが、回転楕円ミラーＭから第１焦点Ｆ₁へ向かう光軸Ｏと直交して配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、加熱調理器具上に載置された被加熱物の配置位置から離れた部位に並んで配設されるとともに、互いに異なる波長域の赤外線の放射強度を検出する２つの赤外線センサと、前記赤外線を集光する集光光学素子と、前記２つの赤外線センサ及び前記集光光学素子を収納するケースと、を備えた赤外線温度計測装置に関する。

コンロなどの加熱調理器具上に載置された被加熱物の温度を計測する方法としては、特許文献１に示すように、被加熱物が放射する赤外線の強度に基づいて、被加熱物の温度を計測する方法が知られている。なかでも、被加熱物から放射された赤外線のうち２つの波長域の赤外線強度に基づく計測方法は、高精度に温度の計測が可能である。

しかしながら、被加熱物から放射される赤外線の強度は必ずしも強くないため、単に被加熱物の下部に赤外線センサを配置するだけでは、Ｓ／Ｎ比が低く、温度の計測を高精度に行うことができない。この問題を解決するため、例えば、特許文献１における赤外線温度計測装置は、当該明細書の図１に示すように、被加熱物３と、被加熱物３の直下に配置された２つの赤外線センサ３１との間に、集光レンズ１９を設ける構成としている。このように集光光学系を用いることで、赤外線センサから温度計測領域までの視野を最適化した上で、温度を高精度に計測する構成が知られている。

特開２０１０−１７５３４７号公報

しかしながら、特許文献１に示すように、集光光学素子としてレンズを用いる場合には、被加熱部における温度計測箇所、レンズ、及び赤外線センサは、一直線上に配置される必要がある。このため、赤外線温度計測装置が、加熱調理器具の高さ方向に大きくなり易いことに加え、被加熱物における温度計測箇所との関係で赤外線温度計測装置の配置箇所が制限されるなど、加熱調理器具に実装するにあたっては、加熱調理器具の設計の自由度が大きく低下してしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２つの赤外線センサを用いた被加熱物の温度計測を高精度に可能としつつ、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装するにあたっての設計の自由度を確保することを目的とする。

本発明に係る赤外線温度計測装置の特徴構成は、加熱調理器具上に載置された被加熱物の配置位置から離れた部位に並んで配設されるとともに、互いに異なる波長域の赤外線の放射強度を検出する２つの赤外線センサと、前記赤外線を集光する集光光学素子と、前記２つの赤外線センサ及び前記集光光学素子を収納するケースと、を備えた赤外線温度計測装置であって、前記集光光学素子が、前記２つの赤外線センサを結ぶ直線上の一点を第１焦点とし、前記被加熱物の底面に対して設定される点を第２焦点とする楕円の一部を基準楕円形状として、前記基準楕円形状を、前記第１焦点及び前記第２焦点を通る直線まわりに回転させて形成されるミラー面を有する回転楕円ミラーであり、前記２つの赤外線センサを結ぶ直線が、前記回転楕円ミラーから前記第１焦点へ向かう光軸と直交して配置された点にある。

ここで、通常、集光光学素子としての回転楕円ミラーは、楕円の焦点から放射される光を、もう一方の焦点に集光できることが知られており、通常一光源から放射される光を集光する用途に使われる。しかしながら、本願発明者らの鋭意研究の結果、回転楕円ミラーを用いた場合に、焦点（本願における第２焦点）から所定距離外れた位置（ミラーから離れる方向）にある近接する２つの領域からの赤外光を、もう一方の焦点（本願における第１焦点）近傍に、別々に集光できることを見出した。すなわち、１枚の回転楕円ミラーによって、被加熱物において近接する２つの領域からの赤外線を、２つの赤外線センサで検出できるという知見を得た。また、このとき、２つの赤外線センサを水平方向でかつ、２つの赤外線センサを結ぶ直線と、楕円ミラーから第１焦点へ向かう光軸とが直交するように（いわゆる、サジタル面上に）並べて配置すると、被加熱物における２つの計測領域を、比較的近接させられるという知見を得た。

上記特徴構成によれば、回転楕円ミラーの楕円形状が、被加熱物から所定距離離れた位置を第２焦点とするとともに、２つの赤外線センサが、光軸に対して直交するとともに、例えば水平方向に配置できるため、被加熱物において比較的近接した２つの領域からの赤外線を、１枚の回転楕円ミラーで別々に集光することができる。よって、高精度に被加熱物の温度を計測することができる。また、回転楕円ミラーの形状は、第１焦点及び第２焦点からなる無数の楕円の任意の一部分とすることができるため、赤外線温度計測装置の設計の自由度が高く、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装するにあたっての設計の自由度を確保することができる。ここで、２つの赤外線センサを水平方向に並んで配設すると、被加熱物における２つの計測領域を比較的近接させることができ、高精度に被加熱物の温度を計測することができ好適である。

さらに、前記基準楕円形状が、前記第１焦点及び前記第２焦点の両方が、前記回転楕円ミラーに対して、水平方向の一方側に位置するように形成された構成とすると良い。

上記特徴構成によれば、被加熱物における２つの計測領域と赤外線温度計測装置とが水平方向に占める空間が小さくなる。よって、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装するにあたって、加熱調理器具を水平方向に大きくする必要を抑えることができる。すなわち、より設計の自由度を確保することができる

また、前記基準楕円形状が、前記第１焦点が前記回転楕円ミラーに対して水平方向に並ぶように形成された構成とすると良い。

上記特徴構成によれば、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装した際の垂直方向の大きさを最も小さくすることができる。よって、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装するにあたって、より設計の自由度を確保することができる

さらに、前記基準楕円形状が、前記第１焦点が前記回転楕円ミラーに対して水平方向に位置し、前記第２焦点が前記回転楕円ミラーに対して鉛直方向に位置するように形成された構成としても良い。

上記特徴構成によれば、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装した際の垂直方向の大きさを最も小さくすることができる。よって、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装するにあたって、より設計の自由度を確保することができる。

また、上述の赤外線温度計測装置は、前記加熱調理器具としてのガスコンロ上に載置された前記被加熱物としての調理器具の温度を計測する構成とすると好適である。

もしくは、前記加熱調理器具としてのガスコンロ上に載置された前記被加熱物としての調理器具の温度を計測するとともに、前記ガスコンロの天板が、前記赤外線を透過する透過部を備え、前記第２焦点が前記被加熱物の下方、前記天板の上方に位置され、前記集光光学素子、前記第１焦点、前記２つの赤外線センサ及び前記２つの赤外線センサを結ぶ直線が前記天板の下方に位置され、前記透過部を通して前記調理器具が放射する赤外線を前記第２焦点から水平方向に離れる方向で入射される構成とすると良い。

上記特徴構成によれば、赤外線温度計測装置を、実質的に天板の下部に収納した構成とできるため、天板上をすっきりした美観を呈するものとでき、装置の保護も図ることができる。さらに、被加熱物の温度計測領域から水平方向に離れた位置に配置することで、赤外線温度計測装置を加熱調理器具に実装するにあたっての設計の自由度を確保することができる。

また、前記基準楕円形状が、前記第１焦点が、前記２つの赤外線センサの間に位置するように形成された構成とすると好適である。

上記特徴構成によれば、２つの赤外線センサによって計測される被加熱物の計測領域が、被加熱物上において近接するため、より高精度に被加熱物の温度を計測することができる。

本発明の実施形態に係るガスコンロの斜視図 本発明の実施形態に係るガスコンロの平面図 本発明の実施形態に係るガスコンロの断面図 本発明の実施形態に係る回転楕円ミラーの概略図 本発明の第１実施形態に係る赤外線温度計測装置の垂直断面図 本発明の第１実施形態に係る赤外線温度計測装置の水平断面図 本発明の第２実施形態に係る赤外線温度計測装置の垂直断面図 本発明の第２実施形態に係る赤外線温度計測装置の水平断面図

〔第１実施形態〕
１．赤外線温度計測装置を含む全体構成
本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１に、本発明に係る赤外線温度計測装置５を備えたガスコンロ１を示す。ここで、ガスコンロ１が、本願発明における「加熱調理器具」に相当する。ガスコンロ１を説明するにあたり、図１に示すように、各方向を、幅方向Ｘ、奥行方向Ｙ、高さ方向Ｚと呼ぶ。ここで、幅方向Ｘ及び奥行方向Ｙは、ガスコンロ１使用時における「水平方向」を、高さ方向Ｚは、ガスコンロ１使用時における「鉛直方向」に相当する。

ガスコンロ１は、被加熱物４を載置するための五徳６及び、被加熱物４を加熱するためのガスバーナ２を備えている。本発明における被加熱物４は調理器具を意味する。具体的には、被加熱物４としては鍋やフライパンなどを用いることができる。

ガスバーナ２は、円周上に炎孔を備え、当該炎孔において燃焼火炎を形成し被加熱物４を加熱するように構成されている。赤外線温度計測装置５は、箱状の筐体からなり、ガスコンロ１内に設けられている。本実施形態においては、赤外線温度計測装置５は、ガスコンロ１の天板７より高さ方向Ｚに見て下側に設けられている。

赤外線温度計測装置５は、被加熱物４から放射される赤外線の強度に基づいて、ガスコンロ１上に載置された被加熱物４の底面の温度を、非接触で計測するように構成されている。本実施形態においては、赤外線温度計測装置５は、被加熱物４側を向く面上に、被加熱物４から放射された赤外線を透過させるための透過窓２１を備えている。

図２に示すガスコンロ１の平面図を用いて、ガスバーナ２と、赤外線温度計測装置５との位置関係を説明する。赤外線温度計測装置５は、透過窓２１とガスバーナ２とが高さ方向Ｚで重複しないように配置されている。また、本実施形態においては、透過窓２１が五徳６とも重複しないように配置されている。

本実施形態においては、ガスコンロ１は、ガスバーナ２の周囲に、赤外線温度計測装置５を空冷するためのダクト８を備えている。ダクト８は、中空上の空間を有するように形成されている。赤外線温度計測装置５は、ダクト８内に配置されている。

図３に、ガスコンロ１の断面図を示す。図示するように、赤外線温度計測装置５は、被加熱物４の底面における温度計測領域Ｒから放射される赤外線が、斜め方向から入射するように配置されている。本実施形態においては、温度計測領域Ｒは、被加熱物４の底面においてガスバーナ２の燃焼火炎１１が直接接触する位置と重複しないように設定されている。

ここで、温度計測領域Ｒの設定位置は、赤外線温度計測装置５に備えられた回転楕円ミラーＭの形状により決定される。すなわち、本実施形態においては、温度計測領域Ｒが、燃焼火炎の直接接触する位置と重複しないように、回転楕円ミラーＭの形状が決定されている。また、温度計測領域Ｒは、ガスバーナ２の中央部の上方近傍（通常、被加熱物４の底面の中央部に相当）となるように設定されている。

ガスコンロ１の天板７には、温度計測領域Ｒから放射される赤外線が、赤外線温度計測装置５の透過窓２１に到達するように、赤外線を透過させる透過部１２が備えられている。本実施形態においては、透過部１２はシリコンで形成されている。

また、天板７の透過部１２と赤外線温度計測装置５の透過窓２１との間には、間隙１５が備えられており、ガスバーナ２の燃焼火炎１１による熱が天板７を伝って、赤外線温度計測装置５を加熱することを抑制している。

このように、赤外線温度計測装置５は、ガスコンロ１の天板７の鉛直方向下方に配置される。赤外線温度計測装置５には、透過部１２を通して被加熱物４である調理器具が放射する赤外線が、後述する回転楕円ミラーＭの第２焦点Ｆ₂から水平方向（図中、幅方向Ｘ）に離れる方向で入射される。すなわち、図３に、破線で示す様に、赤外線温度計測装置５に入射する赤外線は、天板７に斜め方向に交差するように入射する。

２．赤外線温度計測装置の詳細構成
以下では、図４〜図６を用いて、赤外線温度計測装置５の詳細な構成について説明する。図４に示すように、赤外線温度計測装置５は、互いに異なる波長の赤外線の放射強度を検出する２つの赤外線センサＳ（図中、Ｓ１及びＳ２）と、被加熱物４から放射された赤外線を２つの赤外線センサＳに集光する回転楕円ミラーＭとを備えている。

２つの赤外線センサＳは、ガスコンロ１上に載置された被加熱物４の配置位置とは異なる位置に、並んで配置されている。本実施形態においては、２つの赤外線センサＳは、図４に示す直線Ｌ上に配置されている。ここで、直線Ｌは、回転楕円ミラーＭの第１焦点Ｆ₁を通り、かつ、回転楕円ミラーＭのサジタル面上に存在する直線を示す。本実施形態においては、回転楕円ミラーＭのサジタル面は、ガスコンロ１使用時の水平面（幅方向Ｘ―奥行方向Ｙ面）と一致する。従って、直線Ｌは、ガスコンロ１使用時において、水平方向（ガスコンロ１の奥行方向Ｙ）と平行となる。

２つの赤外線センサＳは、互いに異なる波長域の赤外線の放射強度を検出するように構成されている。図５に示すように、赤外線温度計測装置５は、これら２つの赤外線センサＳ及び回転楕円ミラーＭとを収納する箱状のケースＣを備えている。ここで、被加熱物４の温度を計測するにあたり、２つの赤外線センサＳに検出させる最適な赤外線の波長域は、公知のため省略する（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図４に示すように、温度計測領域Ｒは、２つの赤外線センサＳそれぞれによって異なる領域となる。すなわち、温度計測領域Ｒは、赤外線センサＳ１に対応する第１温度計測領域Ｒ１と、赤外線センサＳ２に対応する第２温度計測領域Ｒ２とからなる。また、温度計測領域Ｒは、回転楕円ミラーＭの第２焦点Ｆ₂に対して、鉛直方向に所定距離離れた位置となる。本実施形態においては、第２焦点Ｆ₂は、２つの温度計測領域Ｒ１、Ｒ２から等距離に位置する。

このように温度計測領域Ｒを設定することで、被加熱物４の温度を計測するにあたりノイズとなるガスバーナ２の燃焼火炎１１から発生する赤外線が、回転楕円ミラーＭにより集光され２つの赤外線センサＳに到達することを抑制することができる。

２−１．回転楕円ミラーの形状
図４及び図５を用いて、回転楕円ミラーＭの形状について詳しく説明する。回転楕円ミラーＭは、図４に示すように、いわゆる回転楕円面の一部となるように形成されている。より詳しくは、回転楕円ミラーＭの楕円形状は、２つの赤外線センサＳが配置された直線Ｌ上の一点を、第１焦点Ｆ₁とし、被加熱物４から回転楕円ミラーＭ側に所定距離離れた位置にある点を、第２焦点Ｆ₂とする楕円の一部となっている。この楕円形状が、本願発明に係る「基準楕円形状」に相当する。ここで、所定距離としては、２つの赤外線センサＳに集光されるガスバーナ２の燃焼火炎１１による赤外線強度が、温度計測領域Ｒからの赤外線強度に比べて、無視できる程度に小さくなる距離を選ぶと好適である。

回転楕円ミラーＭの形状は、上記楕円形状を、図５に破線で示すように、第１焦点Ｆ₁及び第２焦点Ｆ₂を通る直線（本実施形態においては、楕円の長軸）まわりに回転させて形成される回転楕円面の一部となっている。

図５に示すように、本実施形態においては、ガスコンロ１使用時において、第１焦点Ｆ₁及び第２焦点Ｆ₂の両方が、回転楕円ミラーＭに対して、水平方向（図中、幅方向Ｘ）に見て一方側に位置するように形成されている。具体的には、第１焦点Ｆ₁及び第２焦点Ｆ₂は、回転楕円ミラーＭに対してガスバーナ２側に位置する。

さらに、本実施形態においては、第１焦点Ｆ₁が回転楕円ミラーＭに対して水平方向に並ぶように、回転楕円ミラーＭは形成されている。すなわち、第１焦点Ｆ₁の高さ方向Ｚ位置と、回転楕円ミラーＭの高さ方向Ｚ位置とが同一となるように構成されている。これにより、赤外線温度計測装置５のケースＣの高さ方向Ｚの大きさを抑えることができる。

２−２．２つの赤外線センサＳの配置
図６に示すように、２つの赤外線センサＳが並ぶ直線Ｌは、光軸Ｏに対して直交するとともに水平面（幅方向Ｘ−奥行方向Ｙ面）に配置される。すなわち、２つの赤外線センサＳは、ガスコンロ１使用時において、第１焦点Ｆ₁近傍に水平に並ぶように配置される。また、回転楕円ミラーＭの楕円形状は、第１焦点Ｆ₁が、２つの赤外線センサＳの間に位置するように形成されている。すなわち、第１焦点Ｆ₁は、２つの赤外線センサＳを結ぶ直線Ｌ上で、赤外線センサＳ１と赤外線センサＳ２との間に位置する。本実施形態においては、第１焦点Ｆ₁は、赤外線センサＳ１と赤外線センサＳ２との中点に位置する。

このような構成により、本願発明に係る回転楕円ミラーＭを用いると、近接する第１温度計測領域Ｒ１及び第２温度計測領域Ｒ２からの赤外線を、２つの赤外線センサＳで効果的に集光することができる。すなわち、高精度に被加熱物４の温度を計測することができる。

さらに、本実施形態においては、図３に示すように、被加熱物４の温度を計測するにあたり、最も最適な被加熱物４の底面の中央部を温度計測領域Ｒとした状態で、通常、被加熱物４の底面の中央部の直下に配置されるガスバーナ２と、高さ方向Ｚに見て重複しないように配置することができる。また、ガスコンロ１に赤外線温度計測装置５を実装するにあたり、ガスコンロ１に必要な水平方向の領域を小さくすることができる。

このように、本願発明によれば、赤外線温度計測装置５の設計の自由度が高く、既存のガスコンロに赤外線温度計測装置５を実装するにあたり必要なコストを抑えるように、赤外線温度計測装置５の設計を最適化することが可能である。

〔第２実施形態〕
本願発明の第２実施形態について図７及び図８を用いて説明する。赤外線温度計測装置５の構成を除いては第１実施形態と同様のため、赤外線温度計測装置５以外の説明は省略する。図７に、本実施形態に係る赤外線温度計測装置５の断面図を示す。図示するように、本実施形態においては、温度計測領域Ｒと回転楕円ミラーＭとの位置関係が、第１実施形態とは異なる。

本実施形態では、回転楕円ミラーＭの楕円形状が、ガスコンロ１使用時において、第１焦点Ｆ₁が、回転楕円ミラーＭに対して水平方向（幅方向Ｘまたは奥行方向Ｙ）に位置し、第２焦点Ｆ₂が回転楕円ミラーＭに対して鉛直方向（高さ方向Ｚ）に位置するように形成されている。具体的には、温度計測領域Ｒ（被加熱物４の底面）から高さ方向Ｚ下方に所定距離離れた位置に第２焦点Ｆ₂を設定し、回転楕円ミラーＭに対して幅方向Ｘまたは奥行方向Ｙに離れた位置に第１焦点Ｆ₁を設定している。

本実施形態においては、第２焦点Ｆ₂と回転楕円ミラーＭとを結ぶ光軸Ｏと、第１焦点Ｆ₁と回転楕円ミラーＭとを結ぶ光軸Ｏとが直交するように、回転楕円ミラーＭの形状が決定されている。第１焦点Ｆ₁の位置には、２つの赤外線センサＳが配置されている。

図８に、赤外線温度計測装置５を高さ方向Ｚから見たときの断面図を示す。図示するように、本実施形態においては、２つの赤外線センサＳ（Ｓ１及びＳ２）は、赤外線センサＳ１と赤外線センサＳ２とが水平方向に並ぶように、直線Ｌ上に配置される。直線Ｌは、第１実施形態と同様に、光軸Ｏに対して垂直でかつ水平方向に伸びるように（サジタル面上に）位置する。

〔その他の実施形態〕
上記の実施形態では、回転楕円ミラーＭの楕円形状を、第１焦点Ｆ₁が回転楕円ミラーＭに対して水平方向に並ぶように形成した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、第１焦点Ｆ₁が回転楕円ミラーＭと水平方向に並ばない構成としても構わない。具体的には、第１焦点Ｆ₁の高さ方向Ｚ位置が、回転楕円ミラーＭの高さ方向Ｚ位置に対して上下するような構成としても構わない。

本発明は、ガスコンロ上に載置された被加熱物の温度計測に用いる赤外線センサとして利用可能である。

１ ：ガスコンロ（加熱調理器具）
２ ：ガスバーナ
４ ：被加熱物
５ ：赤外線温度計測装置
Ｃ ：ケース
Ｆ₁ ：第１焦点
Ｆ₂ ：第２焦点
Ｍ ：回転楕円ミラー
Ｏ ：光軸
Ｓ ：赤外線センサ
Ｓ１ ：赤外線センサ
Ｓ２ ：赤外線センサ
Ｘ ：幅方向（水平方向）
Ｙ ：奥行方向（水平方向）
Ｚ ：高さ方向（鉛直方向）

Claims (7)

1. 加熱調理器具上に載置された被加熱物の配置位置から離れた部位に並んで配設されるとともに、互いに異なる波長域の赤外線の放射強度を検出する２つの赤外線センサと、
   前記赤外線を集光する集光光学素子と、
   前記２つの赤外線センサ及び前記集光光学素子を収納するケースと、を備えた赤外線温度計測装置であって、
   前記集光光学素子が、
   前記２つの赤外線センサを結ぶ直線上の一点を第１焦点とし、前記被加熱物の底面に対して設定される点を第２焦点とする楕円の一部を基準楕円形状として、
   前記基準楕円形状を、前記第１焦点及び前記第２焦点を通る直線まわりに回転させて形成されるミラー面を有する回転楕円ミラーであり、
   前記２つの赤外線センサを結ぶ直線が、前記回転楕円ミラーから前記第１焦点へ向かう光軸と直交して配置された赤外線温度計測装置。
2. 前記基準楕円形状が、
   前記第１焦点及び前記第２焦点の両方が、前記回転楕円ミラーに対して、水平方向の一方側に位置するように形成された請求項１に記載の赤外線温度計測装置。
3. 前記基準楕円形状が、
   前記第１焦点が前記回転楕円ミラーに対して水平方向に並ぶように形成された請求項２に記載の赤外線温度計測装置。
4. 前記基準楕円形状が、
   前記第１焦点が前記回転楕円ミラーに対して水平方向に位置し、
   前記第２焦点が前記回転楕円ミラーに対して鉛直方向に位置するように形成された請求項１に記載の赤外線温度計測装置。
5. 前記加熱調理器具としてのガスコンロ上に載置された前記被加熱物としての調理器具の温度を計測する請求項１〜４の何れか一項に記載の赤外線温度計測装置。
6. 前記加熱調理器具としてのガスコンロ上に載置された前記被加熱物としての調理器具の温度を計測するとともに、
   前記ガスコンロの天板が、前記赤外線を透過する透過部を備え、
   前記第２焦点が前記被加熱物の下方、前記天板の上方に位置され、
   前記集光光学素子、前記第１焦点、前記２つの赤外線センサ及び前記２つの赤外線センサを結ぶ直線が前記天板の下方に位置され、
   前記透過部を通して前記調理器具が放射する赤外線を前記第２焦点から水平方向に離れる方向で入射される請求項１〜３の何れか一項に記載の赤外線温度計測装置。
7. 前記基準楕円形状が、
   前記第１焦点が、前記２つの赤外線センサの間に位置するように形成された請求項１〜６のいずれか一項に記載の赤外線温度計測装置。

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