JP6365156B2 - 3D shape creation device - Google Patents

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Description

本発明は、電気的に変形可能なアクチュエータを用いて3次元形状の作成が可能な3次元形状作成装置に関し、特にミラー表面形状を3次元的に可変させられる可変形状ミラーに適用されて好適である。   The present invention relates to a three-dimensional shape creation apparatus capable of creating a three-dimensional shape using an electrically deformable actuator, and is particularly suitable for being applied to a variable shape mirror that can three-dimensionally change the mirror surface shape. is there.

近年、車両の走行安全性を高めるために、各種情報をドライバの視野に表示することができるヘッドアップディスプレイ(以下、HUD(Head Up Display)という)が使用されつつある。HUDは、車両のフロントガラスに車速情報などのドライバに認識させたい各種情報を所定の距離の位置に結像することで虚像を生成し、ドライバの視野内において表示することで、ドライバに少ない視線移動で各種情報が認識できるようにしている。   In recent years, a head-up display (hereinafter referred to as HUD (Head Up Display)) capable of displaying various types of information in a driver's field of view is being used in order to increase the driving safety of the vehicle. The HUD generates various virtual information on the windshield of the vehicle, such as vehicle speed information, that is to be recognized by the driver at a predetermined distance, and displays it in the driver's field of view. Various information can be recognized by movement.

従来のHUDでは、虚像の表示位置が一定の位置に固定されている。しかしながら、ドライバは様々な距離の場所に焦点を合わせて運転していることから、虚像の表示位置が一定の位置に固定されていると、ドライバの焦点に合わせることができない。ドライバの焦点に合わせて虚像位置を可変できるようにすれば、ドライバの視線移動をより少なくできるため、より走行安全性を高めることが可能となる。このように、虚像の表示位置を可変にするためには、表示画像を反射して虚像を作り出すために用いるミラーを可変形状ミラーとすることが必要となる。   In the conventional HUD, the display position of the virtual image is fixed at a fixed position. However, since the driver is driving while focusing on various distances, if the display position of the virtual image is fixed at a certain position, the driver cannot be focused. If the virtual image position can be varied in accordance with the driver's focus, the driver's line-of-sight movement can be reduced, and thus driving safety can be further improved. As described above, in order to make the display position of the virtual image variable, it is necessary to make the mirror used to create the virtual image by reflecting the display image a variable shape mirror.

例えば、可変形状ミラーとして、特許文献1に示されるものがある。この可変形状ミラーは、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術によって形成され、変形可能な板状のミラーと、ミラーの裏面に固着され、温度によって長さが変わる複数のロッドと、ロッドと対応してロッドの底部に固着された発熱手段とを備えている。各ロッドはマトリクス状に配置され、加熱手段にそれぞれ所望の電力を加えて発熱させると、ロッドが所望の温度に加熱されて所望の量だけ伸張する。これにより、各ロッドの伸張に基づいて、ミラーを所望の形状に変形させることが可能となる。このような可変形状ミラーについては、半導体プロセスによって作成可能であることから、容易に製造できるが、大面積のものに対応できないという問題がある。   For example, there is a deformable mirror disclosed in Patent Document 1. This deformable mirror is formed by MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology, corresponding to a deformable plate-shaped mirror, a plurality of rods fixed to the back surface of the mirror, the length of which varies with temperature, and the rod Heating means fixed to the bottom of the rod. Each rod is arranged in a matrix, and when a desired electric power is applied to the heating means to generate heat, the rod is heated to a desired temperature and stretched by a desired amount. This makes it possible to deform the mirror into a desired shape based on the extension of each rod. Since such a deformable mirror can be manufactured by a semiconductor process, it can be easily manufactured, but there is a problem that it cannot cope with a large area.

HUDシステムでは、比較的大面積の可変形状ミラーが必要になり、例えば最大1m2の可変形状ミラーを作ることもあり得る。このような可変形状ミラーを作成する場合、電圧印加に伴って変形可能な膜とその表裏両面に電極を設け、両電極間に電位差を発生させることでその間の膜を変形させるアクチュエータとすることが考えられる。このような構成として、従来では、圧電体とその表裏両面に設けた電極を、一方向が長手方向となる長方形状の櫛骨部とその長手方向に対する垂直方向に複数延設された櫛歯部とを備えた形状とし、各櫛歯部をアクチュエータとして機能させる構造がある。 In the HUD system, a deformable mirror having a relatively large area is required. For example, a deformable mirror having a maximum of 1 m 2 may be formed. When creating such a deformable mirror, a film that can be deformed by applying a voltage and electrodes on both the front and back sides of the film can be provided, and an actuator can be used to deform the film between them by generating a potential difference between the two electrodes. Conceivable. As such a configuration, conventionally, a piezoelectric body and electrodes provided on both front and back surfaces thereof are rectangular comb bone portions in which one direction is a longitudinal direction, and a plurality of comb teeth portions extending in a direction perpendicular to the longitudinal direction. There is a structure in which each comb tooth portion functions as an actuator.

特開2005−292167号公報JP 2005-292167 A

しかしながら、櫛歯形状に複数本のアクチュエータを備えた構造によって可変形状ミラーを構成する場合でも、複数本のアクチュエータ間の形状を全く制御できないし、可変形状ミラーとしては十分な平面形状を得ることができない。   However, even when a deformable mirror is configured by a structure having a plurality of actuators in a comb-teeth shape, the shape between the plurality of actuators cannot be controlled at all, and a plane shape sufficient as a deformable mirror can be obtained. Can not.

本発明は上記点に鑑みて、大面積化が可能で、かつ、所望の形状に制御することが可能な3次元形状作成装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the three-dimensional shape creation apparatus which can be enlarged and can be controlled to a desired shape in view of the said point.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、一面および該一面に対する反対面となる他面を有する薄膜状の高分子膜(10)と、高分子膜の一面側に短冊状に複数本が配置されることでストライプ状にレイアウトされた第1電極(20)と、高分子膜の他面側に、複数の第1電極それぞれと対向する部位を含んで形成された第2電極(30)とを有し、複数の第1電極と第2電極および複数の第1電極と第2電極との間に配置された高分子膜により構成され、第1電極と第2電極との間に電位差を生じさせることで変形する複数のアクチュエータ(100a)が備えられたアクチュエータパネル(100)を備え、アクチュエータパネルが2枚、互いのアクチュエータの長手方向が直交するように重ね合わせられていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, a thin film-like polymer film (10) having one surface and the other surface opposite to the one surface, and a strip shape on one surface side of the polymer film. A first electrode (20) laid out in a stripe shape by arranging a plurality of electrodes, and a second electrode formed on the other surface side of the polymer film including a portion facing each of the plurality of first electrodes. (30), and a plurality of first electrodes and second electrodes, and a polymer film disposed between the plurality of first electrodes and the second electrodes, and the first electrode and the second electrode An actuator panel (100) provided with a plurality of actuators (100a) that deforms by generating a potential difference therebetween, and two actuator panels are stacked so that the longitudinal directions of the actuators are orthogonal to each other. That features It is.

このように、第1電極の長手方向が互いに直交するように2枚のアクチュエータパネル100を貼り合せることで3次元形状作成装置を構成している。このように構成される3次元形状作成装置は、第1電極と第2電極との間に発生させる電位差を制御することで、一面側の形状を凹面もしくは凸面形状にしつつ、その形状の曲率半径を制御できる。つまり、3次元形状作成装置によって3次元形状を作成することが可能となり、第1電極と第2電極との間に発生させる電位差を制御することで、その形状を制御することが可能となる。そして、このような3次元形状作成装置は、2枚のアクチュエータパネルによって構成できることから、容易に大面積化することができる。よって、大面積化が可能で、かつ、所望の形状に制御することが可能な3次元形状作成装置とすることが可能となる。   Thus, the three-dimensional shape creating apparatus is configured by bonding the two actuator panels 100 so that the longitudinal directions of the first electrodes are orthogonal to each other. The three-dimensional shape creation apparatus configured as described above controls the potential difference generated between the first electrode and the second electrode, thereby making the shape on one surface side concave or convex, and the curvature radius of the shape. Can be controlled. That is, a three-dimensional shape can be created by the three-dimensional shape creation device, and the shape can be controlled by controlling the potential difference generated between the first electrode and the second electrode. Since such a three-dimensional shape creation apparatus can be constituted by two actuator panels, the area can be easily increased. Therefore, it is possible to provide a three-dimensional shape creation apparatus that can be increased in area and can be controlled to a desired shape.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態にかかるHUDの模式図である。It is a schematic diagram of HUD concerning 1st Embodiment of this invention. 図1に示すHUDの可変形状ミラー3の斜視模式図である。FIG. 2 is a schematic perspective view of the HUD deformable mirror 3 shown in FIG. 1. 図2に示す可変形状ミラー3の変形時の様子を示した斜視模式図である。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state when the deformable mirror 3 shown in FIG. 2 is deformed. (a)〜(c)は、アクチュエータ100aの変形の様子を示した図である。(A)-(c) is the figure which showed the mode of the deformation | transformation of the actuator 100a. 第1電極20と第2電極30との間の電位差とアクチュエータ100aの最大となる変位量との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the electric potential difference between the 1st electrode 20 and the 2nd electrode 30, and the displacement amount used as the maximum of the actuator 100a. アクチュエータパネル100の変形を調べるときのモデル図である。It is a model figure when investigating the deformation | transformation of the actuator panel 100. FIG. 図6に示したモデルを用いてアクチュエータパネル100の変形を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the deformation | transformation of the actuator panel 100 using the model shown in FIG. 本発明の第2実施形態にかかるHUDに適用された可変形状ミラー3を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the deformable mirror 3 applied to HUD concerning 2nd Embodiment of this invention. 図8中のIX−IX線での断面図である。It is sectional drawing in the IX-IX line in FIG. 本発明の第3実施形態にかかるHUDに適用された可変形状ミラー3を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the deformable mirror 3 applied to HUD concerning 3rd Embodiment of this invention. 図10に示す可変形状ミラー3の変形時の様子を示した斜視模式図である。It is the isometric view schematic diagram which showed the mode at the time of a deformation | transformation of the deformable mirror 3 shown in FIG. 他の実施形態で説明する可変形状ミラー3を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the deformable mirror 3 demonstrated by other embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかる3次元形状作成装置に相当する可変形状ミラーが適用されたHUDについて、図1〜図5を参照して説明する。
(First embodiment)
A HUD to which a deformable mirror corresponding to the three-dimensional shape creating apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、HUDは、光源1とミラー2および可変形状ミラー3とを備え、光源より表示内容を表した画像を出力させ、ミラー2および可変形状ミラー3にて画像を反射させてフロントガラス4に映し出すことで、虚像5を生成する。本実施形態の場合、ミラー2を平板ミラーによって構成すると共に、可変形状ミラー3を表面形状が可変させられる凹面鏡としている。このような構成とすることで、図1中矢印で示したように虚像5の表示位置を可変として、ドライバからの視認距離をドライバの焦点に合わせて変更可能としている。このHUDにおける可変形状ミラー3が3次元形状作成装置の一例となるものである。以下、この可変形状ミラー3の構成の詳細について説明する。   As shown in FIG. 1, the HUD includes a light source 1, a mirror 2, and a deformable mirror 3, and outputs an image representing display contents from the light source, and reflects the image with the mirror 2 and the deformable mirror 3. By projecting on the windshield 4, a virtual image 5 is generated. In the case of this embodiment, the mirror 2 is constituted by a flat mirror, and the deformable mirror 3 is a concave mirror whose surface shape can be varied. With such a configuration, the display position of the virtual image 5 can be made variable as indicated by an arrow in FIG. 1, and the viewing distance from the driver can be changed according to the focus of the driver. The deformable mirror 3 in this HUD is an example of a three-dimensional shape creation apparatus. Details of the configuration of the deformable mirror 3 will be described below.

図2に示すように、可変形状ミラー3は、複数のアクチュエータ100aが備えられたアクチュエータパネル100を2枚用意し、アクチュエータパネル100を重ね合わせて1枚の板状にすることで構成されている。   As shown in FIG. 2, the deformable mirror 3 is configured by preparing two actuator panels 100 including a plurality of actuators 100 a and superimposing the actuator panels 100 into a single plate shape. .

図2および図3に示すように、本実施形態のアクチュエータパネル100は、四角形状、より詳しくは上面形状が2組の相対する平行な二辺を有する正方形状もしくは長方形板状とされている。各アクチュエータパネル100は、相対する二組の平行な辺のうちの一組は直線状を保ちつつ、他方の組を湾曲させる機能を有している。このようなアクチュエータパネル100を2枚用意しつつ、互いの湾曲する辺が直交するように重ねることで、図3に示すようにその中心を固定点Oとして四隅が持ち上がるように湾曲させられ、凹面鏡が構成される。   As shown in FIGS. 2 and 3, the actuator panel 100 according to the present embodiment has a quadrangular shape, more specifically, a square shape or a rectangular plate shape having two parallel parallel sides on the top surface. Each actuator panel 100 has a function of curving the other set while keeping one set of two parallel sides facing each other in a straight line. By preparing two such actuator panels 100 and overlapping them so that their curved sides are orthogonal to each other, as shown in FIG. Is configured.

具体的には、アクチュエータパネル100は、一面およびその反対面となる他面を有した1枚の薄膜状の高分子膜10と、高分子膜10の一面に形成された第1電極20および他面に形成された第2電極30などを有して構成され、第1電極20が配置された部分によって複数のアクチュエータ100aを構成している。この複数のアクチュエータ100aを独立して変形させることで、凹面鏡の曲率半径(湾曲度合)を調整する。   Specifically, the actuator panel 100 includes one thin film-like polymer film 10 having one surface and the other surface that is the opposite surface, the first electrode 20 formed on one surface of the polymer film 10, and the other. The plurality of actuators 100a are configured by the portion where the first electrode 20 is disposed, which includes the second electrode 30 formed on the surface. The curvature radius (degree of curvature) of the concave mirror is adjusted by independently deforming the plurality of actuators 100a.

高分子膜10は、電解質の薄膜で構成されており、例えばイオン伝導性を有する高分子材料の薄膜によって構成されている。イオン伝導性を有する高分子材料の薄膜は、図4(a)に示すように、その両面に配置された第1、第2電極20、30の間に電場が形成されていないときには、陽イオン、極性分子、イオン交換樹脂が均一に存在した状態となっている。そして、イオン伝導性を有する高分子材料の薄膜は、図4(b)、(c)に示すように、第1、第2電極20、30の間に電場が形成されると、高分子材料の薄膜内を動くことができる陽イオンが電場によって負極電極側に引き寄せられる。これにより、高分子材料の薄膜のうち負極電極側が膨順すること、つまり陽イオンが集まることで反発して膨らむことでアクチュエータ100aが屈曲する。そして、第1、第2電極20、30の間に面方向亘って一様に電圧をかけた場合、屈曲後のアクチュエータ100aの曲率半径Rは面方向全域においてほぼ一定となる。また、印加電圧と曲率半径Rは概ね反比例する関係となり、印加電圧を高くするほどアクチュエータ100aの曲率半径Rが小さくなる。   The polymer film 10 is composed of an electrolyte thin film, for example, a polymer material thin film having ion conductivity. As shown in FIG. 4 (a), a thin film of a polymer material having ion conductivity has a positive ion when an electric field is not formed between the first and second electrodes 20 and 30 disposed on both surfaces thereof. In this state, the polar molecules and the ion exchange resin are uniformly present. Then, as shown in FIGS. 4B and 4C, the thin film of the polymer material having ion conductivity is formed when the electric field is formed between the first and second electrodes 20 and 30. Cations that can move in the thin film are attracted to the negative electrode side by the electric field. As a result, the negative electrode side of the thin film of the polymer material is expanded, that is, the cation is collected, and the actuator 100a is bent by repelling and expanding. When a voltage is uniformly applied across the surface direction between the first and second electrodes 20 and 30, the curvature radius R of the actuator 100a after bending is substantially constant over the entire surface direction. Further, the applied voltage and the radius of curvature R are generally inversely proportional, and the higher the applied voltage, the smaller the radius of curvature R of the actuator 100a.

そして、図4(b)、(c)に示すように、印加電圧の正負の極性を逆にすると、アクチュエータ100aを逆方向に屈曲させる逆動作を行わせることができる。   Then, as shown in FIGS. 4B and 4C, when the polarity of the applied voltage is reversed, the reverse operation of bending the actuator 100a in the reverse direction can be performed.

このような高分子膜10としては、例えば、フッ素樹脂系陽イオン交換膜ナフィオン(Nafion(登録商標)、デュポン社製)を用いることができ、所定厚さを有した薄膜状(フィルム状)の部材で構成することができる。   As such a polymer membrane 10, for example, a fluororesin-based cation exchange membrane Nafion (Nafion (registered trademark), manufactured by DuPont) can be used, and a thin film (film) having a predetermined thickness is used. It can be composed of members.

第1電極20は、高分子膜10の一面側において複数本(符号20a〜20d)形成された短冊状のものであり、複数本が所定の間隔離間して設けられることでストライプ状にレイアウトされている。例えば、第1電極20は、金(Au)などの導体材料で構成されている。本実施形態の場合、複数本の第1電極20a〜20dが所定間隔を空けて平行に配置されており、各第1電極20a〜20dの幅も等しくされている。   The first electrode 20 is a strip having a plurality (symbols 20a to 20d) formed on one surface side of the polymer film 10, and the plurality of the first electrodes 20 are laid out in a stripe shape by being provided at a predetermined interval. ing. For example, the first electrode 20 is made of a conductive material such as gold (Au). In the case of the present embodiment, a plurality of first electrodes 20a to 20d are arranged in parallel at a predetermined interval, and the widths of the first electrodes 20a to 20d are also equal.

第2電極30は、高分子膜10の他面側の全面に渡って形成されている。例えば、第2電極30も、金(Au)などの導体材料で構成されている。第2電極30については、全面に形成することでパターニングが必要なくなるため、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。また、第2電極30をパターニングする場合、第1電極20とのアライメントずれが発生し得るが、第2電極30を高分子膜10の他面側の全面に形成することで、アライメントずれを防止することも可能となる。   The second electrode 30 is formed over the entire other surface side of the polymer film 10. For example, the second electrode 30 is also made of a conductive material such as gold (Au). Since the second electrode 30 is formed on the entire surface, patterning is not necessary, so that the manufacturing process can be simplified. Further, when the second electrode 30 is patterned, misalignment with the first electrode 20 may occur, but the misalignment is prevented by forming the second electrode 30 on the entire other surface side of the polymer film 10. It is also possible to do.

本実施形態の場合、この第2電極30側を鏡面として用いており、重ね合わせた2枚のアクチュエータパネル100のうちの少なくとも一方について、第2電極30を反射率が高い金属膜によって構成している。これにより、後述するようにアクチュエータ100aが変形させられ、反射率が高い金属膜とされた第2電極30側が凹まされたときに、第2電極30によって凹面鏡を構成することが可能となる。   In the case of this embodiment, the second electrode 30 side is used as a mirror surface, and at least one of the two stacked actuator panels 100 is configured by forming the second electrode 30 with a metal film having a high reflectance. Yes. As a result, as described later, when the actuator 100a is deformed and the second electrode 30 side that is a metal film having a high reflectance is recessed, the second electrode 30 can form a concave mirror.

このように構成されるアクチュエータパネル100は、第1電極20が負極電極となるように第1電極20と第2電極30との間に電位差を発生させると、第1電極20側が膨らみ、第2電極30側に縮むようにして屈曲させられる。このため、図3に示すように、2枚のアクチュエータパネル100を互いの第1電極20の長手方向が直交するようにしつつ、互いの第2電極30側が上方に位置するように重ね合わせて一体化している。そして、第1電極20と第2電極30との間に電位差を発生させたときに縮む側、つまり第2電極30側の表面によって凹面鏡を構成し、可変形状ミラー3としている。   In the actuator panel 100 configured as described above, when a potential difference is generated between the first electrode 20 and the second electrode 30 such that the first electrode 20 becomes a negative electrode, the first electrode 20 side expands, and the second It is bent so as to shrink toward the electrode 30 side. Therefore, as shown in FIG. 3, the two actuator panels 100 are overlapped and integrated so that the longitudinal directions of the first electrodes 20 are orthogonal to each other and the second electrodes 30 side are positioned upward. It has become. A concave mirror is formed by the side that contracts when a potential difference is generated between the first electrode 20 and the second electrode 30, that is, the surface on the second electrode 30 side, thereby forming the deformable mirror 3.

このように構成することで、2枚のアクチュエータパネル100が互いの湾曲する辺が直交するように重ね合わされることから、図3に示すように、可変形状ミラー3は、その中心を固定点Oとして四隅が持ち上がるように湾曲させられ、凹面鏡を構成することになる。図3では、アクチュエータ100aの横幅は一定であるが、最も大きな力がかかる中央部の幅を広く端部を狭くして、小さな力でも動作するようにしてもよい。   With this configuration, the two actuator panels 100 are overlapped so that their curved sides are orthogonal to each other, so that the deformable mirror 3 has its center at a fixed point O as shown in FIG. Are curved so that the four corners are lifted up to form a concave mirror. In FIG. 3, the lateral width of the actuator 100 a is constant, but the width of the central portion where the greatest force is applied may be wide and the end portion may be narrowed to operate with a small force.

具体的には、図3に示す固定点O、つまり可変形状ミラー3の中心の座標を(0,0,0)とする。また、凹面鏡側のアクチュエータパネル100の第1電極20の長手方向をx軸、凹面鏡と反対側のアクチュエータパネル100の第1電極20の長手方向をy軸、これらに対する垂直方向をz軸とする。このように定義した場合において、本実施形態の可変形状ミラー3は、各アクチュエータ100aの変位量に基づいて、(x,y)座標の位置でのz座標が一元的に決まるように、座標(x、y、z)が(x,y,z(x,y))で表されることとなる。そして、固定点Oから遠くなるほどz座標が大きくなり、z(x,y)<z(x+1,y+1)が成り立つ。このz(x,y)<z(x+1,y+1)が成り立つ範囲において、凹面鏡を任意の形状に制御でき、曲率半径を制御することが可能となる。   Specifically, the fixed point O shown in FIG. 3, that is, the coordinates of the center of the deformable mirror 3 is (0, 0, 0). The longitudinal direction of the first electrode 20 of the actuator panel 100 on the concave mirror side is taken as the x axis, the longitudinal direction of the first electrode 20 of the actuator panel 100 on the opposite side of the concave mirror is taken as the y axis, and the perpendicular direction thereto is taken as the z axis. In such a definition, the deformable mirror 3 of the present embodiment has coordinates (x, y) so that the z coordinate at the position of the (x, y) coordinate is determined based on the displacement amount of each actuator 100a. x, y, z) is represented by (x, y, z (x, y)). The z coordinate increases as the distance from the fixed point O increases, and z (x, y) <z (x + 1, y + 1) holds. In a range where z (x, y) <z (x + 1, y + 1) is established, the concave mirror can be controlled to an arbitrary shape, and the radius of curvature can be controlled.

有機アクチュエータは図4にあるように、無負荷の状態では曲率が一定になるように屈曲動作をする。図3では、アクチュエータパネル100は高分子膜10および電極30が一体となっているので、例えばアクチュエータ100aaは隣のアクチュエータ100abの動作にも影響を受けることになり、単体としてのアクチュエータ動作よりも変位量は小さくなる。また、アクチュエータ100a自体が曲率が一定になるように動作するので、凹面形状、または、凸面形状になる場合に限って、外部からの電圧印加に従って、独立に形状が決められることがわかった。なお、この具体的な動作については後述する。   As shown in FIG. 4, the organic actuator bends so that the curvature is constant in the no-load state. In FIG. 3, since the polymer film 10 and the electrode 30 are integrated in the actuator panel 100, for example, the actuator 100aa is also affected by the operation of the adjacent actuator 100ab, and is displaced more than the actuator operation as a single unit. The amount is smaller. Further, since the actuator 100a itself operates so as to have a constant curvature, it has been found that the shape can be determined independently according to the application of voltage from the outside only when the actuator 100a has a concave shape or a convex shape. This specific operation will be described later.

なお、図示しないが、HUDには制御部が備えられており、制御部が各アクチュエータパネル100の第1電極20と第2電極30との間の電位差を制御する電位信号を出力することで、凹面鏡の曲率調整が行われる。   Although not shown, the HUD includes a control unit, and the control unit outputs a potential signal that controls a potential difference between the first electrode 20 and the second electrode 30 of each actuator panel 100. The curvature of the concave mirror is adjusted.

以上説明したように、本実施形態では、第1電極20の長手方向が互いに直交するように2枚のアクチュエータパネル100を貼り合せることで可変形状ミラー3を構成している。このように構成される可変形状ミラー3は、第1電極20と第2電極30との間に発生させる電位差を制御することで、一面側の形状を凹面鏡形状にしつつ、その形状の曲率半径を制御できる。つまり、可変形状ミラー3によって3次元形状を作成することが可能となり、第1電極20と第2電極30との間に発生させる電位差を制御することで、その形状を制御することが可能となる。そして、本実施形態の可変形状ミラー3は、2枚のアクチュエータパネル100によって構成できることから、容易に大面積化することができる。   As described above, in the present embodiment, the deformable mirror 3 is configured by bonding the two actuator panels 100 so that the longitudinal directions of the first electrodes 20 are orthogonal to each other. The deformable mirror 3 configured as described above controls the potential difference generated between the first electrode 20 and the second electrode 30 to change the curvature radius of the shape while making the shape on one surface side into a concave mirror shape. Can be controlled. In other words, a three-dimensional shape can be created by the deformable mirror 3, and the shape can be controlled by controlling the potential difference generated between the first electrode 20 and the second electrode 30. . And since the deformable mirror 3 of this embodiment can be comprised by the two actuator panels 100, it can enlarge easily.

よって、大面積化が可能で、かつ、所望の形状に制御することが可能な可変形状ミラー3とすることが可能となる。   Therefore, the deformable mirror 3 that can be increased in area and can be controlled to have a desired shape can be obtained.

また、可変形状ミラー3の中心が固定点Oとなるようにしているため、その中心を基準として対称的に凹面鏡を構成することが可能となる。さらに、可変形状ミラー3の中心は重心と一致していることから、重心位置を固定点Oとして凹面鏡を構成できることから、バランス良くアクチュエータ100aを変形させて凹面鏡の曲率半径を制御することが可能となる。   In addition, since the center of the deformable mirror 3 is set to the fixed point O, it is possible to configure a concave mirror symmetrically with respect to the center. Further, since the center of the deformable mirror 3 coincides with the center of gravity, the concave mirror can be configured with the position of the center of gravity as the fixed point O. Therefore, the curvature radius of the concave mirror can be controlled by deforming the actuator 100a in a balanced manner. Become.

参考として、可変形状ミラー3のトータル厚、つまり高分子膜10および第1、第2電極20、30の合計の厚さを250μmとした場合に、第1電極20と第2電極30との間の電位差とアクチュエータ100aの最大となる変位量との関係を調べた。図5は、その結果を示している。変位量は、図4の電圧印加部を固定して、そこから10mmの地点の変位をレーザー変位計で計測した。   For reference, when the total thickness of the deformable mirror 3, that is, the total thickness of the polymer film 10 and the first and second electrodes 20, 30 is 250 μm, it is between the first electrode 20 and the second electrode 30. The relationship between the potential difference between the two and the maximum displacement of the actuator 100a was examined. FIG. 5 shows the result. The displacement was measured by fixing the voltage application unit in FIG. 4 and measuring the displacement at a point 10 mm therefrom with a laser displacement meter.

この図に示すように、第1電極20と第2電極30との間の電位差を大きくするほど、アクチュエータ100aの変位量を大きくできる。したがって、第1電極20と第2電極30との間の電位差とアクチュエータ100aの変位量の関係に基づいて、可変形状ミラー3によって構成する凹面鏡の曲率半径を制御できる。具体的には、以下のような手法によって、可変形状ミラー3の凹面鏡の曲率半径の制御が行えるようにしている。   As shown in this figure, the displacement amount of the actuator 100a can be increased as the potential difference between the first electrode 20 and the second electrode 30 is increased. Therefore, the radius of curvature of the concave mirror formed by the deformable mirror 3 can be controlled based on the relationship between the potential difference between the first electrode 20 and the second electrode 30 and the displacement amount of the actuator 100a. Specifically, the radius of curvature of the concave mirror of the deformable mirror 3 can be controlled by the following method.

例えば、2枚のアクチュエータパネル100のうち第1電極20が交差している部分を1画素として、第1電極20と第2電極30との間に3Vの電位差を発生させて、アクチュエータ100aの動かし方と変位量との関係について調べた。ここでは、図6に示すように、各アクチュエータパネル100に3本ずつ第1電極を形成しすることで直交し合うアクチュエータ100aを3本ずつ構成し、3×3画素の可変形状ミラー3を作成した(以下、各方向のアクチュエータ100aを図6に示すようにA1〜A3、B1〜B3と表記する)。そして、四角形状とした可変形状ミラー3の四隅の角部のうちの1つを固定して固定点としつつ、その固定点と対角線の関係にある角部を自由端として、自由端での変位量を調べた。A1〜A3、B1〜B3のアクチュエータ幅は4mmとした。また、以下に示す固定点は2つのアクチュエータの交点部を支持して測定した。自由端の測定値は、2つのアクチュエータの交点の中心部の変位量とした。   For example, assuming that a portion where the first electrodes 20 of the two actuator panels 100 intersect each other is one pixel, a potential difference of 3 V is generated between the first electrode 20 and the second electrode 30 to move the actuator 100a. The relationship between the direction and the amount of displacement was investigated. Here, as shown in FIG. 6, three actuators 100a that are orthogonal to each other are formed by forming three first electrodes on each actuator panel 100, thereby creating a deformable mirror 3 of 3 × 3 pixels. (Hereinafter, the actuator 100a in each direction is expressed as A1 to A3 and B1 to B3 as shown in FIG. 6). Then, one of the corners of the four corners of the deformable mirror 3 having a quadrangular shape is fixed as a fixed point, and the corner at a diagonal line with the fixed point is used as a free end, and the displacement at the free end is performed. The amount was examined. The actuator widths of A1 to A3 and B1 to B3 were 4 mm. The following fixed points were measured while supporting the intersection of two actuators. The measured value at the free end was the amount of displacement at the center of the intersection of the two actuators.

その結果、図7(a)に示すように、固定点を通過するアクチュエータA1、B1を変形させたときには自由端の変位量が0.02mmとなった。図7(b)に示すように、固定点の隣のアクチュエータA2、B2を変形させたときには自由端の変位量が0.04mmとなった。図7(c)に示すように、固定点から最も離れた自由端を通過するアクチュエータA3、B3を変形させたときには自由端の変位量が0.08mmとなった。さらに、図7(d)に示すように、固定点や自由端を通過するアクチュエータA1、A3、B1、B3を変形させると共に、残りのアクチュエータA2、B2を反対方向に変形させる逆動作を行わせた場合、自由端の変位量が0.06mmとなった。また、各実験において、固定点以外の各部の変位量についても調べており、図7(a)〜(d)中に示した通りの変位量となった。   As a result, as shown in FIG. 7A, when the actuators A1 and B1 passing through the fixed points were deformed, the amount of displacement at the free end was 0.02 mm. As shown in FIG. 7B, when the actuators A2 and B2 adjacent to the fixed point were deformed, the amount of displacement at the free end was 0.04 mm. As shown in FIG. 7C, when the actuators A3 and B3 passing through the free ends farthest from the fixed point were deformed, the displacement amount of the free ends was 0.08 mm. Further, as shown in FIG. 7D, the actuators A1, A3, B1, and B3 passing through the fixed points and free ends are deformed, and the reverse operation is performed to deform the remaining actuators A2 and B2 in the opposite direction. In this case, the amount of displacement at the free end was 0.06 mm. Further, in each experiment, the displacement amount of each part other than the fixed point was also examined, and the displacement amount was as shown in FIGS. 7 (a) to 7 (d).

このように、3×3画素の可変形状ミラー3について、アクチュエータA1〜A3、B1〜B3の動かし方と各部の変位量との関係を調べておけば、その結果に基づいて、可変形状ミラー3が構成する凹面鏡の曲率半径を適宜制御することが可能となる。そして、ここでは3×3画素の可変形状ミラー3を例に挙げて説明したが、N×N画素(Nは自然数)とする場合でも同様であり、予めアクチュエータ100aの動かし方と各部の変位量との関係を調べておけば良い。   As described above, if the relationship between how to move the actuators A1 to A3 and B1 to B3 and the displacement amount of each part is examined for the 3 × 3 pixel variable shape mirror 3, based on the result, the variable shape mirror 3 is obtained. It is possible to appropriately control the radius of curvature of the concave mirror formed by the lens. Here, the 3 × 3 pixel deformable mirror 3 has been described as an example, but the same applies to the case of N × N pixels (N is a natural number), and the method of moving the actuator 100a and the amount of displacement of each part in advance. You should investigate the relationship with.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して可変形状ミラー3の構成をより具体的に示したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the configuration of the deformable mirror 3 is shown more specifically than in the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Only explained.

図8に示すように、可変形状ミラー3を構成する各アクチュエータ100aを長手方向において更に延設して引出部100bを形成している。そして、各アクチュエータ100aが直交させられている四角形状の重ね合わせ部分をミラー部100cとして、このミラー部100cの外縁部を固定枠6に取り付け、ミラー部100cを凹面鏡として用いる。そして、アクチュエータ100aの変位量を調整することで、ミラー部100cが構成する凹面鏡の曲率半径を制御する。   As shown in FIG. 8, each actuator 100a constituting the deformable mirror 3 is further extended in the longitudinal direction to form a lead-out portion 100b. A quadrangular overlapping portion in which the actuators 100a are orthogonal to each other is used as a mirror portion 100c, and an outer edge portion of the mirror portion 100c is attached to the fixed frame 6, and the mirror portion 100c is used as a concave mirror. And the curvature radius of the concave mirror which the mirror part 100c comprises is controlled by adjusting the displacement amount of the actuator 100a.

このような構成において、図8および図9に示すように、ミラー部100cの外側まで延設した引出部100bにおいては、高分子膜10や第2電極30を他のアクチュエータ100aと一体的とはしていない。つまり、各アクチュエータ100aの間に分離溝100dを形成することで各アクチュエータ100aを分割している。   In such a configuration, as shown in FIGS. 8 and 9, in the lead portion 100b extending to the outside of the mirror portion 100c, the polymer film 10 and the second electrode 30 are integrated with the other actuators 100a. Not done. That is, each actuator 100a is divided by forming a separation groove 100d between each actuator 100a.

このように、3次元形状を構成するミラー部100c以外の部分となる引出部100bにおいて各アクチュエータ100aを分割することで、隣り合うアクチュエータ100a同士で動きの干渉や制約が加えられないようにできる。   Thus, by dividing each actuator 100a in the extraction part 100b that is a part other than the mirror part 100c constituting the three-dimensional shape, it is possible to prevent movement interference and restrictions from being applied between the adjacent actuators 100a.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して可変形状ミラー3の凹面鏡の3次元形状の制御をサポートできる構造を備えたものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is provided with a structure that can support the control of the three-dimensional shape of the concave mirror of the deformable mirror 3 with respect to the first embodiment, and the other aspects are the same as those of the first embodiment. Only portions different from the embodiment will be described.

図10および図11に示すように、本実施形態では、可変形状ミラー3のうちの凹面鏡と反対側となる裏面側に、3次元形状の制御のサポート用のアクチュエータ200を備えている。アクチュエータ200は、凹面鏡側のアクチュエータパネル100の第1電極20の長手方向に伸びるものと、凹面鏡と反対側のアクチュエータパネル100の第1電極20の長手方向に伸びるものとが十字形状に配置されている。十字形状の交差部分となるアクチュエータ200の中心位置は、可変形状ミラー3の中心位置を一致させられている。   As shown in FIGS. 10 and 11, in the present embodiment, an actuator 200 for supporting control of a three-dimensional shape is provided on the back surface side of the deformable mirror 3 opposite to the concave mirror. The actuator 200 extends in the longitudinal direction of the first electrode 20 of the actuator panel 100 on the concave mirror side and the actuator 200 extends in the longitudinal direction of the first electrode 20 of the actuator panel 100 on the opposite side to the concave mirror. Yes. The center position of the actuator 200, which is a cross-shaped intersection, is matched with the center position of the deformable mirror 3.

このように、可変形状ミラー3を構成する2枚のアクチュエータパネル100の他に、更にサポート用のアクチュエータ200を備えることもできる。このようなアクチュエータ200を備えることにより、可変形状ミラー3が構成する凹面鏡の曲率半径の制御を補うことが可能となり、より細かな制御もしくはより大きな曲率半径を実現することが可能となる。   In this manner, in addition to the two actuator panels 100 constituting the deformable mirror 3, a support actuator 200 can be further provided. By providing such an actuator 200, it becomes possible to supplement the control of the radius of curvature of the concave mirror formed by the deformable mirror 3, and it is possible to realize finer control or a larger radius of curvature.

ここでは、新たなアクチュエータ200をアクチュエータパネル100の中心に付加する構造を示したが、中心部近くでは電極10および電極30の厚さを厚くし、端部では現状部のままとすることで対応することもできる。   Here, a structure in which a new actuator 200 is added to the center of the actuator panel 100 is shown. However, the thickness of the electrode 10 and the electrode 30 is increased near the center, and the current part is left at the end. You can also

なお、図10および図11では、図を見易くするために、アクチュエータパネル100やアクチュエータ200を厚く記載してあるが、実際にはこれらの厚みは非常に薄い。このため、図10および図11に示すように、各アクチュエータ200は、共に、アクチュエータパネル100に接するように配置されることになる。   In FIGS. 10 and 11, the actuator panel 100 and the actuator 200 are shown thick to make the drawings easy to see, but in actuality, these thicknesses are very thin. For this reason, as shown in FIGS. 10 and 11, each actuator 200 is arranged so as to be in contact with the actuator panel 100.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、上記各実施形態では、アクチュエータパネル100に備えられる第2電極30を反射率の高い金属膜で構成することで凹面鏡を構成していた。しかしながら、これは一例を示したに過ぎず、図12に示すように、第2電極30を覆うように反射率の高い反射シート110を貼り付け、この反射シート110によって凹面鏡を構成しても良い。   For example, in each of the above embodiments, the concave mirror is configured by configuring the second electrode 30 provided in the actuator panel 100 with a metal film having a high reflectance. However, this is merely an example, and as shown in FIG. 12, a reflective sheet 110 having a high reflectivity may be attached so as to cover the second electrode 30, and a concave mirror may be configured by the reflective sheet 110. .

また、上記各実施形態では、3次元形状形成装置として凹面鏡を構成する可変形状ミラー3を例に挙げて説明したが、凹面鏡ではなく凸面鏡を構成する可変形状ミラーに対して本発明を適用することもできる。例えば、上記各実施形態の構成において、裏面側をミラーとして用いれば、凸面鏡を構成することが可能となる。さらに、可変形状ミラー3に限らず、他の凹面形状もしくは凸面形状を構成する3次元形状形成装置に対して本発明を適用することもできる。   In each of the above embodiments, the variable shape mirror 3 constituting the concave mirror has been described as an example of the three-dimensional shape forming apparatus. However, the present invention is applied to the variable shape mirror constituting the convex mirror instead of the concave mirror. You can also. For example, in the configuration of each of the above embodiments, a convex mirror can be configured by using the back side as a mirror. Furthermore, the present invention can be applied not only to the deformable mirror 3 but also to other three-dimensional shape forming apparatuses that form other concave shapes or convex shapes.

また、上記第2実施形態では、ミラー部100cの外縁部を固定枠に取り付けるようにしたが、ミラー部100cの中心や重心を固定点として支持固定するようにしても良い。   Moreover, in the said 2nd Embodiment, although the outer edge part of the mirror part 100c was attached to the fixed frame, you may make it support-fix using the center and gravity center of the mirror part 100c as a fixed point.

3 可変形状ミラー
5 虚像
6 固定枠
10 高分子膜
20、30 第1、第2電極
100 アクチュエータパネル
100a、200 アクチュエータ
100b 引出部
100c ミラー部
100d 分離溝
110 反射シート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Deformable mirror 5 Virtual image 6 Fixed frame 10 Polymer film 20, 30 1st, 2nd electrode 100 Actuator panel 100a, 200 Actuator 100b Extraction part 100c Mirror part 100d Separation groove 110 Reflective sheet

Claims (6)

一面および該一面に対する反対面となる他面を有する薄膜状の高分子膜(10)と、前記高分子膜の一面側に短冊状に複数本が配置されることでストライプ状にレイアウトされた第1電極(20)と、前記高分子膜の他面側に、前記複数の第1電極それぞれと対向する部位を含んで形成された第2電極(30)とを有し、
前記複数の第1電極と前記第2電極および前記複数の第1電極と前記第2電極との間に配置された前記高分子膜により構成され、前記第1電極と前記第2電極との間に電位差を生じさせることで変形する複数のアクチュエータ(100a)が備えられたアクチュエータパネル(100)を備え、
前記アクチュエータパネルが2枚、互いの前記アクチュエータの長手方向が直交するように重ね合わせられ
2枚の前記アクチュエータパネルのうちの一方に備えられた前記第2電極は、前記高分子膜の他面の全面に配置され、該第2電極側が前記アクチュエータの変形によって凹まされることで凹面鏡を構成しており、
2枚の前記アクチュエータパネルのうち前記アクチュエータを直交させた重ね合わせ部分をミラー部(100c)として、前記アクチュエータパネルに備えられた前記アクチュエータを前記ミラー部よりも外側まで延設した引出部(100b)を有し、該引出部において隣り合う前記アクチュエータ間が分割溝(100d)によって分割されていることを特徴とする3次元形状作成装置。
A thin film polymer film (10) having one surface and the other surface opposite to the one surface, and a plurality of strips arranged on one surface side of the polymer film are arranged in stripes. 1 electrode (20) and a second electrode (30) formed on the other surface side of the polymer film including a portion facing each of the plurality of first electrodes,
The plurality of first electrodes, the second electrode, and the polymer film disposed between the plurality of first electrodes and the second electrode, and between the first electrode and the second electrode An actuator panel (100) provided with a plurality of actuators (100a) that deform by causing a potential difference to
Two actuator panels are stacked so that the longitudinal directions of the actuators are orthogonal to each other ,
The second electrode provided on one of the two actuator panels is disposed on the entire other surface of the polymer film, and the second electrode side is recessed by deformation of the actuator to form a concave mirror. And
Of the two actuator panels, the overlapping portion where the actuators are orthogonal to each other is used as a mirror portion (100c), and the actuator provided in the actuator panel extends to the outside of the mirror portion (100b). The three-dimensional shape creating apparatus is characterized in that the actuators adjacent to each other in the lead-out portion are divided by dividing grooves (100d) .
一面および該一面に対する反対面となる他面を有する薄膜状の高分子膜(10)と、前記高分子膜の一面側に短冊状に複数本が配置されることでストライプ状にレイアウトされた第1電極(20)と、前記高分子膜の他面側に、前記複数の第1電極それぞれと対向する部位を含んで形成された第2電極(30)とを有し、
前記複数の第1電極と前記第2電極および前記複数の第1電極と前記第2電極との間に配置された前記高分子膜により構成され、前記第1電極と前記第2電極との間に電位差を生じさせることで変形する複数のアクチュエータ(100a)が備えられたアクチュエータパネル(100)を備え、
前記アクチュエータパネルが2枚、互いの前記アクチュエータの長手方向が直交するように重ね合わせられ
前記アクチュエータパネルのうちの一方について、前記第2電極を覆う反射シート(110)を備え、前記反射シート側が前記アクチュエータの変形によって凹まされることで凹面鏡を構成しており、
2枚の前記アクチュエータパネルのうち前記アクチュエータを直交させた重ね合わせ部分をミラー部(100c)として、前記アクチュエータパネルに備えられた前記アクチュエータを前記ミラー部よりも外側まで延設した引出部(100b)を有し、該引出部において隣り合う前記アクチュエータ間が分割溝(100d)によって分割されていることを特徴とする3次元形状作成装置。
A thin film polymer film (10) having one surface and the other surface opposite to the one surface, and a plurality of strips arranged on one surface side of the polymer film are arranged in stripes. 1 electrode (20) and a second electrode (30) formed on the other surface side of the polymer film including a portion facing each of the plurality of first electrodes,
The plurality of first electrodes, the second electrode, and the polymer film disposed between the plurality of first electrodes and the second electrode, and between the first electrode and the second electrode An actuator panel (100) provided with a plurality of actuators (100a) that deform by causing a potential difference to
Two actuator panels are stacked so that the longitudinal directions of the actuators are orthogonal to each other ,
About one of the actuator panels, a reflection sheet (110) covering the second electrode is provided, and the reflection sheet side is recessed by deformation of the actuator to constitute a concave mirror,
Of the two actuator panels, the overlapping portion where the actuators are orthogonal to each other is used as a mirror portion (100c), and the actuator provided in the actuator panel extends to the outside of the mirror portion (100b). The three-dimensional shape creating apparatus is characterized in that the actuators adjacent to each other in the lead-out portion are divided by dividing grooves (100d) .
重ね合わされた2枚の前記アクチュエータパネルのうちの一方のアクチュエータパネルの前記第1電極の長手方向をx軸、他方のアクチュエータパネルの前記第1電極の長手方向をy軸、x軸およびy軸に対する垂直方向をz軸とし、かつ、該重ね合わされた2枚の前記アクチュエータパネルの中心の(x,y,z)座標を(0,0,0)として、
前記複数のアクチュエータを変形させたときのz座標が(x,y)座標の位置に基づいて決まり、かつ、中心から遠くなるほどz座標が大きくなる構成とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の3次元形状作成装置。
The longitudinal direction of the first electrode of one actuator panel of the two actuator panels overlaid is the x axis, and the longitudinal direction of the first electrode of the other actuator panel is the y axis, the x axis, and the y axis. The vertical direction is the z axis, and the (x, y, z) coordinates of the center of the two actuator panels that are overlaid are (0, 0, 0),
The z-coordinate when the plurality of actuators are deformed is determined based on the position of the (x, y) coordinate, and the z-coordinate increases as the distance from the center increases. Or the three-dimensional shape creation apparatus of 2.
前記引出部を通じて前記ミラー部の外部から前記アクチュエータに対して電気信号を入力することで、前記アクチュエータを変形させることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の3次元形状作成装置。 The three-dimensional shape creation according to any one of claims 1 to 3 , wherein the actuator is deformed by inputting an electric signal to the actuator from the outside of the mirror unit through the extraction unit. apparatus. 前記ミラー部の中心を固定点として支持固定されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の3次元形状作成装置。 3-dimensional shape creating apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is supported and fixed to the center of the mirror portion as a fixed point. 前記ミラー部の重心を固定点として支持固定されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の3次元形状作成装置。 3-dimensional shape creating apparatus according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is supported and fixed to the center of gravity of the mirror portion as a fixed point.
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