JP4587744B2 - レンズ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、光軸方向においてレンズを移動させるレンズ駆動装置に関し、特に、レンズを保持したレンズ保持部材を光軸方向に移動させるべく回転によりカム作用を及ぼすカム筒を含むレンズ駆動装置に関する。

従来のレンズ駆動装置としては、例えば図１３（ａ），（ｂ）に示すように、内周面にフォロワピンを挿入するカム溝１ａ及び略光軸方向に衝撃が加わった時にフォロワピンの抜け落ちを規制する規制壁１ｂをもつ固定筒１、外周面にフォロワピン２ａ及び円弧状のラック部２ｂを有すると共に内周面に複数のカム溝２ｃを有するカム筒２、カム筒２の内側において光軸方向Ｌに移動自在に支持された複数のレンズ枠３，４、カム筒２に回転力を及ぼすべくラック部２ｂに噛合する円柱状の歯車５、歯車５に噛合する減速歯車列及びモータ等を備え、ラック部２ｂと噛合した歯車５が回転すると、カム筒２が回転しつつ固定筒１のカム溝１ａに案内されて光軸方向に移動すると同時に、レンズ枠３，４がカム筒２のカム溝２ｃに案内されて光軸方向に相対的に移動するものが知られている。

このレンズ駆動装置においては、カム筒２が繰り出す際に、そのラック部２ｂが固定筒１の規制壁１ｂと衝突しないように、径方向においてラック部２ｂと規制壁１ｂとの間に所定の隙間が設けられている。また、円柱状の歯車５は、ラック部２ｂと常に噛合して駆動力を及ぼすように、カム筒２の繰り出し量に対応させて光軸方向Ｌに長く形成されている。

また、他のレンズ駆動装置としては、上記装置の歯車５と同様の駆動力を及ぼす歯車を、比較的短く形成すると共に光軸方向に移動自在に支持して、カム筒（回転筒）の外歯車と常時噛合して駆動力を及ぼすように形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０６−０８２６６７号公報

ところで、図１３に示すレンズ駆動装置においては、装置の小型化、小径化等を図るために、固定筒１の外径を小さくすると、その規制壁１ｂとカム筒２のラック部２ｂとの間において径方向の隙間が確保できなくなり、その結果、カム筒が繰り出す際にラック部２ｂが規制壁１ｂに干渉して、所望の繰り出し量が得られなくなる。
また、特許文献１に示されるレンズ駆動装置においては、歯車そのものは小さくできても、歯車が光軸方向に移動するための空間を画定するケースが大きくなり、装置の大型化を招くことになる。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、所望の繰り出し量を確保しつつ、装置の小径化、小型化、駆動力を及ぼす歯車の小型化等を図れるレンズ駆動装置を提供することにある。

本発明のレンズ駆動装置は、レンズを保持し光軸方向に移動自在に支持されたレンズ保持部材と、レンズ保持部材に対して光軸方向にカム作用を及ぼすべく光軸方向に移動自在にかつ光軸回りに回動自在に支持されると共にその外周において駆動力が及ぼされる円弧状のラック部を有するカム筒と、ラック部に噛合して駆動力を及ぼすべく所定位置に回動自在に支持された歯車と、を備え、上記ラック部は、回転角度が異なる領域において光軸方向に偏倚すると共に光軸方向に段差をもつように階段的に形成されている、ことを特徴としている。
この構成によれば、ラック部に噛合した歯車が回転すると、カム筒が回転しつつ光軸方向に移動し、レンズ保持部材が光軸方向に移動させられる。この駆動に際して、歯車は、回転角度の変化に伴って光軸方向に偏倚する（ずれる）ように形成されたラック部と噛合するため、光軸方向の所定位置にだけ形成された従来のラック部に比べて、カム筒の光軸方向への移動量（繰り出し量）を確保しつつ、歯車の長さを短くでき、それ故に、装置を小型化することができる。
特に、ラック部が回転角度に応じて光軸方向に階段的に偏倚するように形成されているため、回転角度に応じた光軸方向の位置設定が容易であり、又、ラック部をカム筒の外周に容易に一体成型することができる。

上記構成において、ラック部は、回転角度範囲の前側領域に対応するべく光軸方向の所定位置に形成された第１ラック部と、回転角度範囲の後側領域に対応するべく第１ラック部から光軸方向に偏倚した位置に形成された第２ラック部と、を含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、歯車が休止位置（沈胴位置）から回転すると、回転角度範囲の前側領域で第１ラック部と噛合してカム筒に回転力を伝達し、続いて、回転角度範囲の後側領域で第２ラック部と噛合してカム筒に回転力を伝達する。
このように、ラック部を二段構成とすることにより、周りの部品との相互関係を考慮したその位置設定を容易に行うことができる。

上記構成において、カム筒を光軸回りに回動自在にかつ光軸方向に移動自在に支持する固定筒を有し、固定筒は、その内周において、カム筒の外周に形成されたフォロワピンを受け入れて光軸方向にカム作用を及ぼすカム溝と、カム筒が最も繰り出す状態においてフォロワピンがカム溝から抜け落ちるのを規制する規制壁と、を含み、第１ラック部は、第２ラック部よりも光軸方向において前方側に形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、歯車がラック部を介してカム筒を回転させると、カム筒はそのフォロワピンが固定筒のカム溝に案内されて光軸方向に移動し（繰り出し）、最も繰り出した領域において、そのフォロワピンは規制壁の前側において対向し、又、この状態において、第１ラック部を規制壁に干渉しないようにして規制壁の前側に移動させることができる。
したがって、固定筒及びカム筒の径方向において、規制壁とラック部との間に隙間を確保する必要がなく、それ故に、固定筒を小径化することができ、装置を小径化、小型化することができる。

上記構成において、第１ラック部及び第２ラック部は、周方向においてオーバラップするように形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、歯車とラック部との噛合領域が、第１ラック部から第２ラック部に遷移する際に、歯車は両方に噛合するため、噛合の遷移が滑らかに行われ、駆動力の伝達が円滑に行われる。

上記構成において、第１ラック部及び第２ラック部は、連続的に形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、第１ラック部と第２ラック部とを連続的に形成することにより、カム筒（の外周）への一体成型が容易になり、又、ラック部の機械的強度を高めることができる。

上記構成をなす本発明のレンズ駆動装置によれば、所望の繰り出し量を確保しつつ、装置の小径化、小型化、駆動力を及ぼす歯車の小型化等が達成されて、小型化等が要求されるデジタルカメラ、銀塩フィルム式カメラ等に適したレンズ駆動装置が得られる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図１１は、本発明に係るレンズ駆動装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の正面図、図２及び図３は沈胴位置にある装置の断面図、図４及び図５はカム筒の正面図、側面図、及び背面図、図６は固定筒の展開図、図７は装置の一部を拡大し断面図、図８は広角撮影位置にある装置の断面図、図９は望遠撮影位置にある装置の断面図、図１０及び図１１はラック部とカム筒との関係を示す部分展開図である。

このレンズ駆動装置は、図１及び図２に示すように、略矩形形状の輪郭をなすガラスフィルタ１１、撮像素子としてのＣＣＤ１２等が取り付けられるベース１０、ベース１０に固着された固定筒２０、固定筒２０の内側において回転及び直進自在に支持されたカム筒３０、カム筒３０の内側において光軸方向Ｌに移動自在に支持された第１レンズ群４０及び第２レンズ群５０、カム筒３０を駆動する駆動機構６０、第１レンズ群４０を駆動する駆動機構７０等を備えている。

固定筒２０は、図１ないし図３に示すように、光軸方向Ｌに軸心をもつ円筒状に形成されて、ベース１０に固着されている。固定筒２０の内周面には、図２、図３、図６に示すように、等間隔に配置された３つのカム溝２１、径方向の内側に向けて突出する３つの規制壁２２等が設けられている。

３つのカム溝２１は、後述する３つのフォロワピン３１に対してカム作用を及ぼすものであり、カム筒３０が図１中の反時計回りに所定の角度範囲に亘って回転するとき、カム筒３０を沈胴位置から徐々に光軸方向Ｌの前方に向けて移動させ（繰り出させ）、続いて、最も繰り出した位置に維持して所定の角度範囲に亘って光軸回りの回転のみを許容するように形成されている。
３つの規制壁２２は、カム筒３０が最も繰り出した領域にあるときに、略光軸方向に衝撃が加わった場合、フォロワピン３１がカム溝２１から光軸方向Ｌの後方に向けて抜け落ちるのを規制するものである。

カム筒３０は、図２ないし図５に示すように、円筒状に形成されて固定筒２０の内側に同軸に配置されている。
カム筒３０の外周面には、図２ないし図５に示すように、周方向において等間隔に配置された３つのフォロワピン３１、光軸方向Ｌの後方領域において配置されて回転駆動力が及ぼされる円弧状のラック部３２等が形成されている。

ラック部３２は、図４及び図５に示すように、回転角度が異なる領域において光軸方向Ｌに偏倚する（ずれる）ように、すなわち、回転角度範囲の前側領域に対応するべく光軸方向Ｌの所定位置に形成された第１ラック部３２ａと、回転角度範囲の後側領域に対応するべく第１ラック部３２ａから光軸方向Ｌの後方に偏倚した位置に形成された第２ラック部３２ｂとを含み、光軸方向Ｌに段差をもつように階段的かつ連続的に形成されている。
したがって、後述する歯車６１が休止位置（沈胴位置）から回転すると、回転角度範囲の前側領域で第１ラック部３２ａと噛合してカム筒３０に回転力を伝達し、続いて、回転角度範囲の後側領域で第２ラック部３２ｂと噛合してカム筒３０に回転力を伝達する。

また、第１ラック部３２ａと第２ラック部３２ｂとは、周方向において（寸法Ｈだけ）オーバラップするように形成されると共に連続的に形成されている。さらに、第２ラック部３２ｂは、カム筒３０の後端面から突出して形成されている。そして、この第２ラック部３２ｂは、沈胴状態において、ベース１０に形成された凹部１３に入り込むようになっている。これにより、ラック部３２の幅を所定寸法に形成しつつも、沈胴状態での装置をより薄型化することができる。

このように、ラック部３２が回転角度の変化に伴って光軸方向Ｌに偏倚するように形成されているため、光軸方向Ｌの所定位置にだけ形成された従来のラック部に比べて、カム筒３０の光軸方向Ｌへの移動量（繰り出し量）を確保しつつ、後述する歯車６１の長さを短くでき、それ故に、装置を小型化することができる。
また、ラック部３２が回転角度に応じて光軸方向に階段的に偏倚するように二段階構成に形成されているため、周りの部品との相互関係を考慮して、回転角度に応じた光軸方向Ｌの位置設定を容易に行うことができ、又、ラック部３２をカム筒３０の外周に容易に一体成型することができる。

さらに、第１ラック部３２ａと第２ラック部３２ｂとが周方向にオーバラップすると共に連続的に形成されているため、後述する歯車６１が、第１ラック部３２ａとの噛合状態から第２ラック部３２ｂとの噛合状態に移行する際に、歯車６１は両方に噛合するため、噛合の遷移が滑らかに行われ、駆動力の伝達が円滑に行われる。また、第１ラック部３２ａと第２ラック部３２ｂとを連続的に形成することにより、カム筒３０（の外周）への一体成型が容易になり、又、ラック部３２の機械的強度を高めることができる。
また、ラック部３２と固定筒２０の規制壁２２とは、図３に示すように、径方向においてオーバラップするように形成されている。したがって、固定筒２０の外径寸法φＤを、従来に比べて小さくすることができ、装置を小径化することができる。

カム筒３０の内周面には、第１レンズ群４０及び第２レンズ群５０にカム作用を及ぼして光軸方向Ｌに進退させるカム溝３３，３４が形成され、又、第１レンズ群４０及び第２レンズ群５０の回転を規制しつつ光軸方向Ｌへ案内するガイド筒３５が相対的に回動自在に嵌合されている。
ガイド筒３５は、図５（ａ）に示すように、第１レンズ群４０を光軸方向Ｌに沿って案内する３つの直線状のガイド溝３５ａ、第２レンズ群５０を光軸方向Ｌに沿って案内する３つの直線状のガイド溝３５ｂを有し、カム筒３０に対して相対的に回動自在にかつ固定筒２０及びベース１０に回転不能に固定されている。
そして、３つのフォロワピン３１は、固定筒２０の３つのカム溝２１に挿入されており、カム３０筒が駆動機構６０により回転させられることで、光軸方向Ｌにおいて自ら前進及び後退すると共に、第１レンズ群４０及び第２レンズ群５０を光軸方向Ｌに移動させて変倍駆動を行うようになっている。

駆動機構６０は、図１及び図２に示すように、カム筒３０のラック部３２に噛合する歯車６１、歯車６１に噛合する減速歯車列（不図示）、モータ６２等により形成されている。歯車６１は、図２に示すように、光軸方向Ｌにおいて所定長さＷをなす円柱状に形成されており、ベース１０及び固定筒２０に固定された回転軸１４を介して、光軸方向Ｌの所定位置において、回動自在に支持されている。尚、寸法Ｗは従来の歯車よりも短く形成されている。
すなわち、モータ６２が回転すると、減速歯車列を介して歯車６１が回転し、ラック部３２を介して、カム筒３０に回転駆動力を及ぼすようになっている。

第１レンズ群４０は、図２、図３、図８、図９に示すように、レンズＧ１を保持するレンズ保持部材４１，４２、レンズ保持部材４１に形成されカム溝３３に挿入される３つのフォロワピン４３（尚、図中においては２つを省略）等を備えている。そして、第１レンズ群４０は、カム筒３０の回動により、光軸方向Ｌにおいて前進及び後退する。
また、レンズ保持部材４２は、直接レンズＧ１を保持してレンズ保持部材４１に対して光軸方向Ｌに相対的に移動させられるようになっている。
すなわち、レンズ保持部材４１には、レンズ保持部材４２を光軸方向Ｌに移動させる駆動機構７０が設けられている。

駆動機構７０は、図７に示すように、モータ７１、ピニオン７２、歯車７３、歯車７３と一体的に形成されたリードスクリュー７４、レンズ保持部材４２に固定されリードクスリュー７４に螺合するナット７５、レンズ保持部材４２を光軸方向Ｌにガイドするガイドシャフト７６、レンズ保持部材４２を光軸方向Ｌの前方に向けて付勢するスプリング７７等により形成されている。
すなわち、モータ７１が回転すると、ピニオン７２及び歯車７３を介して、リードスクリュー７４が回転し、ナット７５すなわちレンズ保持部材４２を、レンズ保持部材４１に対して光軸方向Ｌに相対的に移動させて、フォーカシングを行うようになっている。

第２レンズ群５０は、図２、図３、図８、図９に示すように、レンズＧ２を保持するレンズ保持部材５１、レンズ保持部材５１に形成されカム溝３４に挿入される３つのフォロワピン５２（尚、図中においては２つを省略）、レンズ保持部材５１に一体的に保持されたシャッタユニットＳ等を備えている。そして、第２レンズ群５０は、カム筒３０の回動により、光軸方向Ｌにおいて前進及び後退する。

次に、上記のレンズ駆動装置がデジタルカメラに搭載された場合の一般的な動作について、図２、図８、図９、図１０、図１１を参照しつつ説明する。
先ず、非撮影の沈胴状態において、第１レンズ群４０及び第２レンズ群５０は、図２に示すように、光軸方向Ｌの後方に向けて後退した沈胴位置にある。
このとき、カム筒３０のフォロワピン３１は、カム溝２１に対して図１０（ａ）中の符号３１で示す位置に位置している。また、歯車６１は、ラック部３２の前方側にある第１ラック部３２ａと噛合している。

この沈胴状態から、モータ６２、歯車６１を介して、カム筒３０が回転させられると、フォロワピン３１は図１０（ｂ）に示すようにカム溝２１に案内されて移動し、カム筒３０は光軸方向Ｌの前方に向かって繰り出し、又、カム筒３０の回転により、フォロワピン４３，５２がそれぞれカム溝３３，３４に案内されて、第１レンズ群４０及び第２レンズ群５０が、光軸方向Ｌの前方に向かって繰り出す。
そして、カム筒３０の繰り出しと同時に、ラック部３２も角度位置を変えつつ前方に向けて移動し、図１０（ｂ）に示すように、第１ラック部３２ａが、干渉することなく固定筒２０の規制壁２２の間を通り抜け始める。

続けて、カム筒３０が同一方向に回転させられると、フォロワピン３１がカム溝２１に案内されて移動し、カム筒３０は光軸方向Ｌの最も前方の位置まで繰り出し（最も繰り出した状態になり）、又、カム筒３０の回転により、フォロワピン４３，５２がそれぞれカム溝３３，３４に案内されて、第１レンズ群４０及び第２レンズ群５０が、光軸方向Ｌの前方に向かってさらに繰り出して、図８に示すように広角撮影位置に至る。
尚、駆動機構７０の駆動により、レンズ保持部材４２が適宜移動させられてフォーカシングが行われる。
そして、カム筒３０の繰り出しと同時に、ラック部３２も角度位置を変えつつ前方に向けて移動し、図１１（ａ）に示すように、第１ラック部３２ａが、規制壁２２の前方側に移動し始める前の状態に至る。また、歯車６１は、第１ラック部３２ａから第２ラック部３２ｂへと噛合関係を移行している。

さらに、カム筒３０が同一方向に回転させられると、フォロワピン４３，５２がそれぞれカム溝３３，３４に案内されて、第１レンズ群４０が光軸方向Ｌの後方に向かって若干繰り込むと同時に、第２レンズ群５０が光軸方向Ｌの前方に向かって繰り出して、図９に示すように望遠撮影位置に至る。
尚、駆動機構７０の駆動により、レンズ保持部材４２が適宜移動させられてフォーカシングが行われる。
そして、カム筒３０の回転により、ラック部３２は光軸方向Ｌに移動することなく角度位置だけを変えて、図１１（ｂ）に示すように、第１ラック部３２ａが、規制壁２２の前方側に隣接した位置に至る。

このように、ラック部３２を光軸方向Ｌにおいて偏倚した第１ラック部３２ａ及び第２ラック部３２ｂにより形成したことにより、ラック部３２は、固定筒２０に対して回転しつつ光軸方向Ｌの前方に向かって移動する際に、規制壁２２と干渉することなく規制壁２２の前側に移動することができる。
したがって、固定筒２０及びカム筒３０の径方向において、規制壁２２とラック部３２との間に隙間を確保する必要がなく、それ故に、カム筒３０の繰り出し量を確保しつつ、固定筒２０を小径化することができ、装置を小径化、小型化することができる。

図１２は、本発明に係るレンズ駆動装置の他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態におけるラック部３２を一部変更したものである。
すなわち、この実施形態において、カム筒３０´の外周面には、図１２に示すように、回転角度に応じて光軸方向に階段的に偏倚するように二段階構成をなすラック部３２´が形成されている。

ラック部３２´は、第１ラック部３２ａ´と、第１ラック部３２ａ´よりも光軸方向Ｌの後方に位置する第２ラック部３２ｂ´とにより形成されている。そして、第１ラック部３２ａ´と第２ラック部３２ｂ´とは、周方向において（寸法Ｈだけ）オーバラップするように、それぞれ独立して形成されている。
この場合においても、前述同様に、歯車６１が、第１ラック部３２ａ´との噛合状態から第２ラック部３２ｂ´との噛合状態に移行する際に、噛合の遷移が滑らかに行われ、駆動力の伝達が円滑に行われる。また、第１ラック部３２ａ´と第２ラック部３２ｂ´とを、カム筒３０´（の外周）に容易に一体成型することができる。

上記実施形態においては、ラック部３２，３２´として、第１ラック部３２ａ，３２ａ´と第２ラック部３２ｂ，３２ｂ´とからなる二段階構成をなすものを示したが、これに限定されるものではく、より段数の多い階段状のラック部を採用してもよい。
また、上記実施形態においては、カム筒３０の内側に２つのレンズ群４０，５０を設けたレンズ駆動装置において、本発明に係る構成を採用したが、これに限定されるものではなく、カム筒３０に対して一つのレンズ群又は３つ以上のレンズ群を設ける構成において、本発明を適用してもよい。

以上述べたように、本発明のレンズ駆動装置は、所望の繰り出し量を確保しつつ、装置の小径化、小型化、駆動力を及ぼす歯車の小型化等が達成されるため、特に小型化等が要求されるデジタルカメラ等に使用することができ、又、銀塩フィルム式カメラ、その他のレンズ光学系においても有用である。

本発明に係るレンズ駆動装置の一実施形態を示す正面図である。 レンズ駆動装置が沈胴位置にある状態を示す断面図である。 レンズ駆動装置が沈胴位置にある状態を示す部分断面図である。 レンズ駆動装置の一部をなすカム筒を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 レンズ駆動装置の一部をなすカム筒を示すものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。 レンズ駆動装置の一部をなす固定筒の内周面を示す展開図である。 レンズ駆動装置の一部をなす第１レンズ群を示す部分断面図である。 レンズ駆動装置が広角撮影位置にある状態を示す断面図である。 レンズ駆動装置が望遠撮影位置にある状態を示す断面図である。 固定筒とカム筒のラック部との関係を示すものであり、（ａ）は沈胴位置に対応する状態を示す部分展開図、（ｂ）はラック部が規制壁の間を通り抜け始める状態を示す部分展開図である。 固定筒とカム筒のラック部との関係を示すものであり、（ａ）は広角撮影位置に対応する状態を示す部分展開図、（ｂ）は望遠撮影位置に対応する状態を示す部分展開図である。 本発明に係るレンズ駆動装置の他の実施形態を示すカム筒の側面図である。 従来のレンズ駆動装置を示すものであり、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその部分断面図である。

符号の説明

１０ ベース
２０ 固定筒
２１ カム溝
２２ 規制壁
３０，３０´ カム筒
３１ フォロワピン
３２，３２´ 円弧状のラック部
３２ａ，３２ａ´ 第１ラック部
３２ｂ，３２ｂ´ 第２ラック部
３３，３４ カム溝
３５ ガイド筒
４０ 第１レンズ群
Ｇ１ レンズ
４１，４２ レンズ保持部材
４３ フォロワピン
５０ 第２レンズ群
Ｇ２ レンズ
５１ レンズ保持部材
５２ フォロワピン
６０ 駆動機構
６１ 歯車
６２ モータ
７０ 駆動機構
Ｌ 光軸方向

Claims (5)

1. レンズを保持し光軸方向に移動自在に支持されたレンズ保持部材と、前記レンズ保持部材に対して光軸方向にカム作用を及ぼすべく光軸方向に移動自在にかつ光軸回りに回動自在に支持されると共にその外周において駆動力が及ぼされる円弧状のラック部を有するカム筒と、前記ラック部に噛合して駆動力を及ぼすべく所定位置に回動自在に支持された歯車と、を備え、
   前記ラック部は、回転角度が異なる領域において、光軸方向に偏倚すると共に光軸方向に段差をもつように階段的に形成されている、
   ことを特徴とするレンズ駆動装置。
2. 前記ラック部は、回転角度範囲の前側領域に対応するべく光軸方向の所定位置に形成された第１ラック部と、回転角度範囲の後側領域に対応するべく前記第１ラック部から光軸方向に偏倚した位置に形成された第２ラック部と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載のレンズ駆動装置。
3. 前記カム筒を光軸回りに回動自在にかつ光軸方向に移動自在に支持する固定筒を有し、
   前記固定筒は、その内周において、前記カム筒の外周に形成されたフォロワピンを受け入れて光軸方向にカム作用を及ぼすカム溝と、前記カム筒が最も繰り出す状態において、前記フォロワピンが前記カム溝から抜け落ちるのを規制する規制壁と、を含み、
   前記第１ラック部は、前記第２ラック部よりも光軸方向において前方側に形成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のレンズ駆動装置。
4. 前記第１ラック部及び第２ラック部は、周方向においてオーバラップするように形成されている、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のレンズ駆動装置。
5. 前記第１ラック部及び第２ラック部は、連続的に形成されている、
   ことを特徴とする請求項２ないし４いずれかに記載のレンズ駆動装置。

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