JP6440696B2 - 少なくとも1つの物体の方位を光学的に検出する検出器 - Google Patents
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Description
少なくとも2つのビーコンデバイスであり、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも1つが行われるように構成され、それぞれが光線を検出器へと案内するように構成され、物体の座標系において所定の座標を有する、ビーコンデバイスと、
ビーコンデバイスから進んでくる光線を検出するように構成された少なくとも1つの検出器と、
少なくとも1つの評価装置であり、検出器の座標系においてビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標を決定するように構成され、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位を決定するようにさらに構成された、評価装置と、
を備えた、検出装置が開示される。
少なくとも1つの縦方向光学センサであって、少なくとも1つのセンサ領域を有し、光線によるセンサ領域の照射に応じて縦方向センサ信号を生成するように設計され、縦方向センサ信号が、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、センサ領域における光線のビーム断面によって決まる、縦方向光学センサを備えていてもよい。
少なくとも1つの横方向光学センサであって、該検出器の光軸に垂直な少なくとも1つの次元の位置である光線の横方向位置を決定するように構成され、横方向センサ信号を生成するように構成された、横方向光学センサをさらに備えていてもよい。
少なくとも1つの放出ステップであり、少なくとも2つのビーコンデバイスが使用され、該ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも1つが行われたものであり、ビーコンデバイスがそれぞれ、光線を検出器へと案内し、ビーコンデバイスが、物体の座標系において所定の座標を有する、ステップと、
少なくとも1つの検出ステップであり、ビーコンデバイスから検出器へと進む光線が、該検出器により検出される、ステップと、
少なくとも1つの評価ステップであり、検出器の座標系においてビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標が決定され、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位が決定される、ステップと、
を含む。
一般的に、横方向光学センサおよび/または縦方向光学センサの層構成において使用可能な第1の電極およびn半導体金属酸化物の好適な実施形態については、国際公開第2012/110924号明細書を参照可能である。横方向光学センサおよび/または縦方向光学センサの色素太陽電池に用いられるn半導体金属酸化物は、単一の金属酸化物であってもよいし、異なる酸化物の混合物であってもよい。また、混合酸化物を使用することも可能である。n半導体金属酸化物は特に、多孔質であることおよび/またはナノ粒子酸化物の形態での使用が可能である。この背景において、ナノ粒子は、平均粒子サイズが0.1マイクロメートル未満の粒子を意味するものと了解される。ナノ粒子酸化物は通常、焼結プロセスにより、表面積が大きな多孔質薄膜として導電性基板(すなわち、第1の電極として導電層を備えたキャリア)に適用される。
本発明の背景において、特にDSCにおいて通常、用語「色素」、「増感色素」、および「増感剤」は、考え得る構成を何ら制限することなく、本質的に同意語として使用している。本発明の背景において使用可能な多くの色素は、従来技術において既知であるため、考え得る材料例については、色素太陽電池に関する上記従来技術の説明を参照可能である。好ましい一例として、国際公開第2012/110924号明細書に開示の色素のうちの1つまたは複数を使用するようにしてもよい。
別の例は、T.Kinoshita、J.T.Dy、S.Uchida、T.Kubo、およびH.Segawa「Wideband dye−sensitized solar cells employing a phosphine−coordinated ruthenium sensitizer」、Nature Photonics、7、535〜539ページ(2013)に見られ、これには、NIR、特に750nm〜950nmの範囲で強い吸収性を示し、有望な効率の色素増感太陽電池を提供可能なホスフィン配位ルテニウム錯体が記載されている。
上述の通り、上記少なくとも1つの横方向光学センサおよび/または上記少なくとも1つの縦方向光学センサの少なくとも1つのDSCまたはsDSCは、特に、以下においてp型半導体またはp型導体とも称する少なくとも1つのp半導体有機材料、好ましくは少なくとも1つの固体p半導体材料を含むことができる。以下、個別またはそれぞれp型半導体を備えた複数の層の組み合わせおよび/または1つの層における複数のp型半導体の組み合わせ等、任意所望の組み合わせで使用できる上記のような有機p型半導体の一連の好ましい例について説明する。
A1、A2、A3はそれぞれ、独立的に任意選択として置換されたアリール基またはヘテロアリール基であり、
R1、R2、R3はそれぞれ、置換基−R、−OR、−NR2、−A4−OR、および−A4−NR2、から成る群から独立して選択され、
Rは、アルキル、アリール、およびヘテロアリール、から成る群から選択され、
また、
A4は、アリール基またはヘテロアリール基であり、
式I中の各例のnは独立して、値0、1、2、または3である。
ただし、個別のnの値の合計は少なくとも2であり、R1、R2、およびR3ラジカルのうちの少なくとも2つは、−ORおよび/または−NR2である。
mは、1〜18の整数であり、
R4は、アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、アリールラジカルであるのが好ましく、フェニルラジカルであるのがより好ましく、
R5、R6はそれぞれ独立して、H、アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、
図示の構造の芳香環およびヘテロ芳香環は、任意選択として、別の置換基を有していてもよい。ここで、芳香環およびヘテロ芳香環の置換度は、一置換から考え得る最大の置換基数まで変化し得る。
a)概論
第2の電極は、基板に対向する底面電極あるいは基板に対向しない上面電極であってもよい。上記概説の通り、第2の電極は、全部または一部が透明であってもよいし、不透明であってもよい。本明細書において、一部透明という用語は、第2の電極が透明領域および不透明領域を含んでいてもよいという事実を表す。
上記少なくとも1つの横方向センサ装置の第2の電極は、少なくとも一部が透明であるのが好ましい。一例として、横方向センサ装置の第2の電極は、横方向光学センサのセンサ領域、好ましくはセンサエリアを覆う少なくとも1つの透明電極層を備えていてもよい。上記概説の通り、この少なくとも1つの透明電極層は、導電性ポリマー、好ましくは透明な導電性ポリマーの少なくとも1つの層を好ましくは備えていてもよい。
一般的に、上記少なくとも1つの縦方向センサ装置の少なくとも1つの第2の電極に関しては、横方向センサ装置に関する上述の詳細を準用可能である。上記少なくとも1つの縦方向センサ装置の第2の電極についても、透明であるのが好ましい。スタック等の複数の縦方向センサ装置が設けられている場合は、これら縦方向センサ装置のうちの物体に対向しない最後の縦方向センサ装置の第2の電極を除くすべての第2の電極が透明であるのが好ましい。この最後の縦方向センサ装置の第2の電極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。
上記少なくとも1つの横方向光学センサおよび/または上記少なくとも1つの縦方向光学センサは、カプセル化および/またはパッケージングをさらに行って、酸素および/または湿気等の環境の影響に対する保護を提供するようにしてもよい。これにより、長期安定性を向上可能である。
上記概説の通り、本発明の検出装置、検出システム、マンマシンインターフェース、娯楽装置、追跡システム、および方法(以下、本発明に係る装置および方法とも称する)は、さまざまな目的で多くの応用分野に使用可能である。可能な用途のいくつかの例については、上記に示すとともに、より詳しく以下に示す。ここでは、主として検出装置に言及する。ただし、当業者が認識する通り、本発明のその他の装置および本発明の方法も同様に適用可能であることに留意するものとする。
本発明の背景において、特にp型半導体として色素太陽電池に使用できるさまざまな化合物の合成については、一例として国際公開第2012/110924号明細書に記載されており、その内容を本明細書中に援用する。
実施形態1:少なくとも1つの物体の方位を決定する検出装置であって、
少なくとも2つのビーコンデバイスであり、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも1つが行われるように構成され、それぞれが光線を検出器へと案内するように構成され、物体の座標系において所定の座標を有する、ビーコンデバイスと、
ビーコンデバイスから進んでくる光線を検出するように構成された少なくとも1つの検出器と、
少なくとも1つの評価装置であり、検出器の座標系においてビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標を決定するように構成され、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位を決定するようにさらに構成された、評価装置と、
を備えた、検出装置。
少なくとも1つの縦方向光学センサであって、少なくとも1つのセンサ領域を有し、光線によるセンサ領域の照射に応じて縦方向センサ信号を生成するように設計され、縦方向センサ信号が、照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、センサ領域における光線のビーム断面によって決まる、縦方向光学センサを備え、
評価装置が、縦方向センサ信号を評価することにより、ビーコンデバイスの縦方向座標を決定するように設計された、実施形態1〜11のうちの1つに記載の検出装置。
少なくとも1つの横方向光学センサであって、該検出器の光軸に垂直な少なくとも1つの次元の位置である光線の横方向位置を決定するように構成され、横方向センサ信号を生成するように構成された、横方向光学センサをさらに備え、
評価装置が、横方向センサ信号を評価することにより、ビーコンデバイスのうちの少なくとも1つに関する少なくとも1つの横方向座標を決定するように設計された、実施形態12〜22のいずれかに記載の検出装置。
少なくとも1つの放出ステップであり、少なくとも2つのビーコンデバイスが使用され、該ビーコンデバイスが、物体への取り付け、物体による保持、および物体への組み込みのうちの少なくとも1つが行われたものであり、ビーコンデバイスがそれぞれ、光線を検出器へと案内し、ビーコンデバイスが、物体の座標系において所定の座標を有する、ステップと、
少なくとも1つの検出ステップであり、ビーコンデバイスから検出器へと進む光線が、該検出器により検出される、ステップと、
少なくとも1つの評価ステップであり、検出器の座標系においてビーコンデバイスそれぞれの縦方向座標が決定され、ビーコンデバイスの縦方向座標を用いることにより、検出器の座標系において物体の方位が決定される、ステップと、
を含む、方法。
I=f(n,a)
ここで、Iは、少なくとも1つの測定用抵抗の電圧および/またはアンペア等の任意の単位で測定した光電流等、各縦方向光学センサ132が与える光電流を表し、nは、センサ領域136に衝突する光子の総数および/またはセンサ領域136における光線の総パワーを表す。aは、ビームウェスト、ビームの直径もしくは半径、または光スポット184の面積等の任意の単位で与えられる光線138のビーム断面を表す。一例として、ビーム断面は、光スポット184の1/e2直径、すなわち、光スポット184の最大強度の1/e2の強度を有する最大強度の第1の側の第1の点から同じ強度を有する最大強度の他側の点までの断面距離、により計算されるようになっていてもよい。ビーム断面を定量化する他の選択肢も実現可能である。
In=g(A)
という関係を使用するようにしてもい。
が決定される。このため、上記概説の通り、ビーコンデバイス204は、それぞれ異なる変調周波数f1、f2、およびf3を有する光線138を提供するように構成されていてもよい。
のうちの1つまたは複数等、1つまたは複数の絶対座標で決定されるようになっていてもよい。例示的な一実施形態においては、角度Ψ、Θ、およびΦを図8Aに示している。
Ψ=arctan(nx/ny)
Θ=arcsin(nz)
が決定されるようになっていてもよい。この場合、物体112に関する方位情報は、ヨー角Ψおよびピッチ角Θへと少なくなっている。
−三角形に配置され、該三角形配置が直角三角形を構成すること。
−三角形に配置され、該三角形配置が二等辺三角形を構成すること。
−直角配置であって、該直角配置が直角二等辺三角形を構成すること。
と、ΔxおよびΔz(上記概説の通り)、ΔxおよびΔy、ならびにΔyおよびΔz、から成る群から選択可能な一対の距離とで表されるようになっていてもよい。この事実を用いることにより、ビーコンF2の座標x2、y2、およびz2の直接測定の精度を高くするようにしてもよい。ビーコンデバイスF3についても、同様に表されるようになっていてもよい。
111 検出装置
112 物体
113 制御要素
114 光学センサ
115 検出システム
116 光軸
118 ハウジング
120 伝達装置
122 レンズ
124 開口
126 視野方向
128 座標系
130 横方向光学センサ
132 縦方向光学センサ
134 縦方向光学センサスタック
136 センサ領域
138 光線
140 横方向信号線
142 評価装置
144 最後の縦方向光学センサ
146 縦方向信号線
148 横方向評価ユニット
150 縦方向評価ユニット
152 位置情報
154 データ処理装置
156 変換ユニット
158 基板
160 第1の電極
162 遮断層
164 n半導体金属酸化物
166 色素
168 p半導体有機材料
170 第2の電極
172 被包
174 電極コンタクト
176 部分電極
178 x部分電極
180 y部分電極
182 導体線
184 光スポット
186 像
188 導電性ポリマー
190 上面コンタクト
192 照射光源
194 焦点
196 マンマシンインターフェース
198 娯楽装置
199 追跡システム
200 ユーザ
201 追跡制御装置
202 機械
204 ビーコンデバイス
206 主光線
208 ディスプレイ
210 キーボード
212 物体の座標系
214 検出器の座標系
216 運動センサ
218 物品
220 テレビ受像機
222 ポインタ
224 透明な検出器箔
226 光スポット
Claims (30)
- 少なくとも1つの物体(112)の方位を決定する検出装置(111)であって、前記検出装置(111)は、少なくとも2つのビーコンデバイス(204)と、少なくとも1つの検出器(110)と、少なくとも1つの評価装置(142)と、を備え
前記ビーコンデバイス(204)は、前記物体(112)への取り付け、前記物体(112)による保持、および、前記物体(112)への組み込みのうちの少なくとも1つが行われるように構成され、前記ビーコンデバイス(204)のそれぞれは、光線(138)を検出器(110)へと案内するように構成され、前記ビーコンデバイス(204)は、前記物体(112)の座標系において所定の座標を有し、
前記検出器(110)は、前記ビーコンデバイス(204)から前記検出器(110)へと進んでくる前記光線(138)を検出するように構成され、前記検出器(110)は、少なくとも1つの縦方向光学センサ(132)を備え、前記縦方向光学センサ(132)は、少なくとも1つのセンサ領域(136)を有し、前記縦方向光学センサ(132)は、前記光線(138)による前記センサ領域(136)の照射に応じて縦方向センサ信号を生成するように設計され、前記縦方向センサ信号は、前記照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、前記センサ領域(136)における前記光線(138)のビーム断面によって決まり、前記ビーコンデバイス(204)は、前記ビーコンデバイス(204)から前記検出器(110)へと進む前記光線(138)が互いに識別可能となるように構成され、前記検出装置(111)は、前記ビーコンデバイス(204)を起点とする前記光線(138)を識別するとともに、各光線をそれぞれのビーコンデバイス(204)に割り当てるように構成され、
前記評価装置(142)は、前記検出器(110)の座標系において前記ビーコンデバイス(204)それぞれの縦方向座標を決定するように構成され、前記評価装置(142)は、前記ビーコンデバイス(204)の前記縦方向座標を用いることにより、前記検出器(110)の前記座標系において前記物体(112)の方位を決定するようにさらに構成され、前記評価装置(142)は、前記縦方向センサ信号を評価することにより、前記ビーコンデバイス(204)の前記縦方向座標を決定するように設計されている、
検出装置(111)。 - 前記評価装置(142)が、前記検出器(110)の前記座標系において、前記物体(112)の少なくとも1つの点の絶対位置を決定するようにさらに構成されている、
請求項1に記載の検出装置(111)。 - 少なくとも3つのビーコンデバイス(204)を備えている、
請求項1または2のいずれかに記載の検出装置(111)。 - 前記検出器(110)が、前記ビーコンデバイス(204)のうちの少なくとも1つに関する少なくとも1つの横方向座標を決定するようにさらに構成され、前記評価装置(142)が、前記少なくとも1つの横方向座標をさらに用いることにより、前記座標系において前記物体(112)の方位を決定するようにさらに構成されている、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記ビーコンデバイス(204)がそれぞれ、光を放出するように構成された少なくとも1つの照射光源を有する自己放出ビーコンデバイスと、光を反射するように構成された少なくとも1つの反射器を有する受動ビーコンデバイスと、から成る群から独立して選択される、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記光線(138)が、スペクトル特性、色、変調周波数、変調振幅、パルス幅、デューティサイクル、位相、から成る群から選択される少なくとも1つの特性に関して互いに識別可能である、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記評価装置(142)が、少なくとも2つの方位角を提供することにより、前記物体(112)の方位を決定するように構成されている、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記評価装置(142)が、ヨー角(Ψ)とピッチ角(Θ)、ヨー角(Ψ)とピッチ角(Θ)とロール角(Φ)、オイラー角、から成る群から選択される少なくとも1つの角度組み合わせを提供することにより、前記物体(112)の方位を決定するように構成されている、
請求項7に記載の検出装置(111)。 - 前記縦方向光学センサ(132)が、透明な光学センサである、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記縦方向光学センサ(132)が、少なくとも1つの色素増感太陽電池を備えている、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記評価装置(142)が、前記照射の形状と前記検出器(110)に対する前記各ビーコンデバイス(204)の相対位置との間の少なくとも1つの既定関係により、前記ビーコンデバイス(204)の前記縦方向座標を決定するように設計されている、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記検出器(110)が、複数の前記縦方向光学センサ(132)を有し、前記縦方向光学センサ(132)が、積み重ねられた、
請求項1〜11のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記縦方向光学センサ(132)が、前記ビーコンデバイス(204)のうちの少なくとも1つから前記検出器(110)へと進む光線(138)がすべての縦方向光学センサ(132)を照射するように配置され、各縦方向光学センサ(132)により少なくとも1つの縦方向センサ信号が生成され、前記評価装置(142)が、前記縦方向センサ信号を正規化するとともに、前記光線(138)の強度から独立して、前記各ビーコンデバイスの前記縦方向座標を生成するように構成されている、
請求項12に記載の検出装置(111)。 - 前記評価装置(142)が、前記少なくとも1つの縦方向センサ信号から、前記各光線(138)の直径を決定することにより、各ビーコンデバイス(204)の前記縦方向座標を決定するように構成されている、
請求項1〜13のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 前記検出器(110)が、
少なくとも1つの横方向光学センサ(130)であって、該検出器(110)の光軸(116)に垂直な少なくとも1つの次元の位置である前記光線(138)の横方向位置を決定するように構成され、横方向センサ信号を生成するように構成された、横方向光学センサ(130)をさらに備え、
前記評価装置(142)が、前記横方向センサ信号を評価することにより、前記ビーコンデバイス(204)のうちの少なくとも1つに関する少なくとも1つの横方向座標を決定するように設計されている、
請求項1〜14のいずれか一項に記載の検出装置(111)。 - 請求項1〜15のいずれか一項に記載の検出装置(111)を少なくとも1つ備えた検出システム(115)であって、
少なくとも1つの物体(112)をさらに備え、前記ビーコンデバイス(204)が、前記物体(112)への取り付け、前記物体(112)による保持、および、前記物体(112)への組み込みのうちの1つが行われたものである、
検出システム(115)。 - 前記物体(112)が、剛性物体(112)である、
請求項16に記載の検出システム(115)。 - 前記物体(112)が、スポーツ用品、衣類、帽子、靴、ポインタ、から成る群から選択される、
請求項16または17に記載の検出システム(115)。 - ユーザ(200)と機械(202)との間で少なくとも1つの情報を交換するマンマシンインターフェース(196)であって、
前記マンマシンインターフェース(196)は、請求項1〜15のいずれか一項に記載の検出装置(111)を少なくとも1つ備え、前記ビーコンデバイス(204)が、前記ユーザ(200)への直接的または間接的な取り付けおよび前記ユーザ(200)による保持のうちの少なくとも1つが行われるように構成され、該マンマシンインターフェース(196)が、前記検出装置(111)によって前記ユーザ(200)の方位を決定するように設計され、前記方位に少なくとも1つの情報を割り当てるように設計されている、
マンマシンインターフェース(196)。 - 少なくとも1つの娯楽機能を実行する娯楽装置(198)であって、
前記娯楽装置(198)は、請求項19に記載のマンマシンインターフェース(196)を少なくとも1つ備え、前記マンマシンインターフェース(196)によって、プレーヤが少なくとも1つの情報を入力できるように設計され、前記情報に従って前記娯楽機能を変更するように設計されている、
娯楽装置(198)。 - 少なくとも1つの可動物体(112)の方位を追跡する追跡システム(199)であって、
前記追跡システム(199)は、請求項1〜15のいずれか一項に記載の検出装置(111)を少なくとも1つ備え、少なくとも1つの追跡制御装置(201)をさらに備え、前記追跡制御装置(201)が、特定の時点における前記物体(112)の一連の方位を追跡するように構成されている、
追跡システム(199)。 - 検出装置(111)を用いて、少なくとも1つの物体(112)の方位を決定する方法であって、前記方法は、少なくとも1つの放出ステップと、少なくとも1つの検出ステップと、少なくとも1つの評価ステップと、を含み、
前記放出ステップでは、少なくとも2つのビーコンデバイス(204)が使用され、前記ビーコンデバイス(204)は、前記物体(112)への取り付け、前記物体(112)による保持、および、前記物体(112)への組み込みのうちの少なくとも1つが行われたものであり、前記ビーコンデバイス(204)がそれぞれ、光線(138)を検出器(110)へと案内し、前記ビーコンデバイス(204)が、前記物体(112)の座標系において所定の座標を有し、前記検出器(110)が、少なくとも1つの縦方向光学センサ(132)を備え、前記縦方向光学センサ(132)が、少なくとも1つのセンサ領域(136)を有し、前記縦方向光学センサ(132)が、前記光線(138)による前記センサ領域(136)の照射に応じて縦方向センサ信号を生成するように設計され、前記縦方向センサ信号が、前記照射の総パワーが同じであるものと仮定すると、前記センサ領域(136)における前記光線(138)のビーム断面によって決まり、前記ビーコンデバイス(204)が、該ビーコンデバイス(204)から前記検出器(110)へと進む前記光線(138)が互いに識別可能となるように構成され、前記検出装置(111)が、前記ビーコンデバイス(204)を起点とする前記光線(138)を識別するとともに、各光線をそれぞれのビーコンデバイス(204)に割り当てるように構成され、
前記検出ステップでは、前記ビーコンデバイス(204)から前記検出器(110)へと進む前記光線(138)が、該検出器(110)により検出され、
前記評価ステップでは、前記ビーコンデバイス(204)それぞれの縦方向座標が、前記検出器(110)の座標系において決定され、前記物体(112)の方位が、前記ビーコンデバイス(204)の前記縦方向座標を用いることにより、前記検出器(110)の前記座標系において決定され、前記ビーコンデバイス(204)の前記縦方向座標が、前記縦方向センサ信号を評価することにより決定される、
方法。 - 交通技術における方位測定のための方法であって、
請求項1〜15のいずれかに記載の検出装置(111)の使用を含む、
方法。 - 娯楽のための方法であって、
請求項1〜15のいずれかに記載の検出装置(111)の使用を含む、
方法。 - セキュリティのための方法であって、
請求項1〜15のいずれかに記載の検出装置(111)の使用を含む、
方法。 - マンマシンインターフェースを提供する方法であって、
請求項1〜15のいずれかに記載の検出装置(111)の使用を含む、
方法。 - 少なくとも1つの物体を追跡する方法であって、
請求項1〜15のいずれかに記載の検出装置(111)の使用を含む、
方法。 - 請求項1〜15のいずれかに記載の検出装置(111)の使用を含む、
測位システム。 - 前記スポーツ用品が、ラケット、クラブ、バット、から成る群から選択される物品である、
請求項18に記載の検出システム(115)。 - 前記ポインタが、レーザポインタまたはテレビリモコンである、
請求項18に記載の検出システム(115)。
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