JPH0747694Y2 - The photoelectric encoder - Google Patents

The photoelectric encoder

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JPH0747694Y2
JPH0747694Y2 JP2541691U JP2541691U JPH0747694Y2 JP H0747694 Y2 JPH0747694 Y2 JP H0747694Y2 JP 2541691 U JP2541691 U JP 2541691U JP 2541691 U JP2541691 U JP 2541691U JP H0747694 Y2 JPH0747694 Y2 JP H0747694Y2
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JP
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grating
phase
photoelectric encoder
light
direction
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宗次 市川
渡 石橋
幹男 鈴木
真吾 黒木
Original Assignee
株式会社ミツトヨ
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Description

【考案の詳細な説明】 Description of the invention]

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本考案は光電型エンコーダ、特に2次元方向の変位を検出可能な光電型エンコーダの改良に関する。 This invention relates to a photoelectric encoder, more particularly to improvement of a detectable photoelectric encoder displacement of two-dimensional directions.

【0002】 [0002]

【従来の技術】各種測定機、工作機械、更に最近は各種情報機械等で、相対移動する二つの部材の変位量を検出するために各種エンコーダが用いられており、特に非接触で変位量検出が必要なところに光電型エンコーダが汎用される。 BACKGROUND ART Various measuring, machine tools, and more recently in various information machines such as have various encoder is used to detect the amount of displacement of two members which move relative to, in particular the displacement detector in a non-contact the photoelectric encoder is generally used in place is required. この光電型エンコーダは、相対移動するそれぞれの部材にメインスケール、インデックススケールを設け、例えばインデックススケールに設けられた格子を介してメインスケールに光を照射し、更にメインスケールの格子を介した光を受光器にて受光し、その位相変化等から前記部材の相対移動量を検出するものである。 The photoelectric encoder includes a main scale on each of the members which relatively move, the index scale is provided, for example, light is irradiated to the main scale through a grid provided on the index scale, the more light through the grating of the main scale received by the light receiving unit, and detects the relative movement amount of the member from the phase change or the like.

【0003】 [0003]

【考案が解決しようとする課題】しかしながら従来の一般的な光電型エンコーダは、直線変位或いは回転変位を一次元的に測定するのみであり、二次元方向に相対移動する2つの部材間の相対変位を単一のエンコーダで検出することはできないものであった。 However conventional common photoelectric encoder An invention is to provide a is only measured one-dimensionally linear displacement or rotational displacement, the relative displacement between two members that move relative to the two-dimensional directions the it was those that can not be detected by a single encoder.

【0004】本考案は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は構成が簡易であり、しかも製造も容易で二次元方向の微小変位の検出可能な光電型エンコーダを提供することにある。 [0004] The present invention has been made in view of the problems of the prior art, that the purpose configuration is simple, yet also manufactured to provide a detectable photoelectric encoder easily a two-dimensional direction of the micro displacement It is in.

【0005】 [0005]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために本出願の請求項1記載の考案は、所定の第一格子が形成されるメインスケールと、前記メインスケールに対し二次元方向に相対移動可能に並列配置され、所定の第二格子が形成されるインデックススケールと、を含み、前記第一格子及び第二格子が十字状に相直交する格子であることを特徴とする。 The invention of claim 1, wherein the SUMMARY OF THE INVENTION The present application in order to achieve the object, relative to the two-dimensional direction and the main scale, the main scale to the predetermined first grating is formed is movably arranged in parallel, it comprises an index scale predetermined second grating is formed, wherein the first grating and the second grating is a grating that phase orthogonal to the cross shape.

【0006】また、請求項2記載の光電型エンコーダは、第一格子が反射式十字状格子よりなり、またインデックススケールには透過式十字状第二格子と、第二格子の外周部に設けられた透過式第三格子が設けられ、前記透過式十字状第二格子の裏面に発光素子が、また透過式第三格子の裏面に受光素子が設けられたことを特徴とする。 [0006] The photoelectric encoder according to claim 2, wherein the first grating is made of reflective cross lattice and the transmission type cruciform second grating in the index scale provided on the outer peripheral portion of the second grating third grating is provided with transmissive, the light-emitting element on a back surface of the transmissive cruciform second grating, also the light receiving elements on the back surface of the transmissive third grating, characterized in that is provided.

【0007】 [0007]

【作用】本考案にかかる光電型エンコーダは、前述したようにメインスケール及びインデックススケールにそれぞれ十字状格子が設けられているので、直交する格子がそれぞれの方向へのスケールの相対移動を検出することができる。 SUMMARY OF photoelectric encoder according to the present invention, since each of the main scale and the index scale is cross-shaped grid is provided as described above, the lattice perpendicular to detect the relative movement of the scale in each direction can.

【0008】 [0008]

【実施例】以下、図面に基づき本考案の好適な実施例を説明する。 BRIEF DESCRIPTION Exemplary embodiments of the present invention based on the drawings. 図1には本考案の一実施例にかかる光電型エンコーダの基本構成を示す縦断面図が示されており、また図2には図1II−II線での断面図が示されている。 In Figure 1 there is shown a cross-sectional view at such longitudinal sectional view showing a basic configuration of a photoelectric encoder is shown, and FIG 1II-II line in FIG. 2 in an embodiment of the present invention.

【0009】同図において、光電型エンコーダ10は、 [0009] In the figure, a photoelectric type encoder 10,
そのメインスケール12が移動部材14に設けられ、又インデックススケール16が移動部材18に設けられている。 Its main scale 12 is provided on the moving member 14, also the index scale 16 is provided on the moving member 18. そして、移動部材14,18の相対移動量を検出するものである。 Then, it detects the relative movement of the movable member 14, 18.

【0010】インデックススケール16の図1中下面には、一個の発光素子20及び八個の受光素子22a,2 [0011] In the figure 1 the lower surface of the index scale 16, one light emitting element 20 and the eight light receiving elements 22a, 2
2b,…22hが配置されている。 2b, ... 22h are arranged. 発光素子20及び各受光素子22のリード線は、プリント基板24に固定されている。 Emitting element 20 and the leads of each light receiving element 22 is fixed to the printed circuit board 24. 前記メインスケール12には、図3に示す第一格子26が設けられ、該第一格子26は各五角形状の反射格子部28a,28b,…28dを含む十字状反射式格子よりなる。 Wherein the main scale 12, the first grating 26 is provided as shown in FIG. 3, wherein the first grating 26 each pentagonal reflective grating portion 28a, 28b, consisting of cross-shaped reflective grating comprising ... 28d. 格子部28a,28bにはY軸に平行な格子が形成され、格子部28c,28dにはX軸に平行な格子が形成されている。 Grating portion 28a, 28b parallel lattices are formed in the Y-axis, the grating portion 28c, are formed parallel to the grating in the X-axis to 28d.

【0011】一方、インデックススケール16は、図4 [0011] On the other hand, the index scale 16, as shown in FIG. 4
から明らかなように、第二格子30及び第三格子32 As it is apparent from the second grating 30 and the third grating 32
a,32b,…32hを備えている。 It is equipped with a, 32b, the ... 32h. そして、第二格子30は前記発光素子20に対応する各三角形状の透過格子部34a,34b,…34dを含む十字状透過式格子よりなる。 Then, the second grating 30 is made of a cross-shaped transmissive grating containing each triangular transmission grating portion 34a, 34b, ... 34d corresponding to the light emitting element 20. また第三格子32a,32b,…32hはそれぞれ受光素子22a,22b,…22hに対応する透過格子よりなる。 The third grating 32a, 32b, ... 32h, respectively receiving element 22a, 22b, made of transparent grid corresponding to ... 22h. このため、発光素子20から出光した光Lは第二格子部34a,34b,…34dを介して第一格子26に反射され、該反射光は第三格子32a,3 Therefore, the light L exiting from the light-emitting element 20 and the second grating portion 34a, 34b, is reflected by the first grating 26 via a ... 34d, the reflected light and the third grating 32a, 3
2b,…32hを介して受光素子22a,22b,…2 2b, the light receiving elements 22a through ... 32h, 22b, ... 2
2hに受光される。 It is received by the 2h.

【0012】以上のように、本実施例にかかる光電型エンコーダは、X方向への相対移動に対しては第二格子部34a,34b、第一格子部28a,28b、第三格子部32a,32b,32c,32d、受光素子22a, [0012] As described above, the photoelectric encoder according to the present embodiment, the second grating portion 34a for relative movement in the X direction, 34b, the first grating portion 28a, 28b, the third grating portion 32a, 32b, 32c, 32d, the light receiving elements 22a,
22b,22c,22dが、それぞれ三格子型変位検出器として機能する。 22b, 22c, 22 d function as each three grating type displacement detector. また、Y方向への相対移動に対しては第二格子部34c,34d、第一格子部28c,28 Moreover, for relative movement in the Y-direction second grating portion 34c, 34d, the first grating section 28c, 28
d、第三格子部32e,32f,32g,32hがそれぞれ三格子型変位検出器として機能する。 d, the third grating section 32e, 32f, 32g, 32h serves as a respective three grating type displacement detector.

【0013】すなわち、三格子型変位検出器は図5に示すように3枚の格子の重なり合いの変化により変位量を検出するものである(Journal of the optical society [0013] That is, the three-grating type displacement detector detects a displacement amount by a change in overlap of three grid as illustrated in FIG. 5 (Journal of the optical society
of America, 1965, vol.55, No.4, p373-381)。 of America, 1965, vol.55, No.4, p373-381).

【0014】図5に示す三格子型変位検出器は、平行配置された第二格子30及び第三格子32と、両格子3 The three-grating type displacement detector 5 includes a second grating 30 and the third grating 32 disposed in parallel, both the grating 3
0,32の間に相対移動可能に平行配置された第一格子26と、前記第二格子30の図中左側に配置された発光素子20と、前記第三格子32の図中右側に配置された受光素子22と、を含む。 A first grating 26, which is relatively movable in parallel disposed between the 0,32, and drawing the light emitting element 20 disposed on the left side of the second grating 30, is arranged in the right side drawing of the third grating 32 and it includes a light receiving element 22. そして、発光素子20から出射された光は第二格子30、第一格子26、第三格子3 The light emitted from the light emitting element 20 and the second grating 30, the first grating 26, the third grating 3
2を介して受光素子22に至り、該受光素子22は各格子30,26,32で制限された照明光を光電変換し、 Reaches the light receiving element 22 via two, light receiving element 22 is the illumination light to photoelectric conversion that is limited by the grating 30,26,32,
更にプリアンプ52で増幅して検出信号sを得る。 Obtaining a detection signal s is further amplified by the preamplifier 52.

【0015】ここで、第一格子26が、第二格子30及び第三格子32に対して例えばx方向に相対移動すると、発光素子20からの照明光のうち、格子30,2 [0015] Here, the first grating 26, for example, when the relative movement in the x direction relative to the second grating 30 and the third grating 32, of the illumination light from the light emitting element 20, the grating 30, 2
6,32により遮蔽される光量が徐々に変化し、検出信号sは略正弦波として出力される。 The amount of light shielded gradually changed by 6,32, the detection signal s is output as a substantially sinusoidal. そして、前記第一格子26のピッチP 1と検出信号sの波長Pが対応し、該検出信号sの波長及びその分割値より前記基準格子26 Then, the first wavelength P of the pitch P 1 and the detection signal s of the grating 26 corresponds, the more the wavelength and the divided value of the detection signal s reference grating 26
の相対移動量を測定するものである。 It is to measure the relative movement amount.

【0016】従って、第一格子26を移動部材14に、 [0016] Thus, the first grid 26 to the moving member 14,
第二格子30及び第三格子32を移動部材18にそれぞれ設置することにより、両移動部材の相対移動量を検出することができる。 By placing each of the second grating 30 and the third grating 32 on the moving member 18, it is possible to detect the amount of relative movement of the two moving members. そして、本実施例においては第一格子26の格子部28a,28bはY軸に平行でピッチP Then, in this embodiment the grating portion 28a of the first grating 26, 28b is pitch P parallel to the Y axis
1の格子が形成され、格子部28c,28dはX軸に平行でピッチP 1 'の格子が形成されている。 1 of the grating is formed, the grating portion 28c, 28d is the grating pitch P 1 'parallel to the X-axis is formed.

【0017】また、第二格子30の格子部34a,34 Further, the second grating 30 grating portions 34a, 34
bにはY軸に平行でピッチP 2の格子が形成され、格子部24c,34dにはX軸に平行でピッチP 2 'の格子が形成されている。 The b Y parallel to the pitch P 2 lattice shaft is formed, the grating portion 24c, the grating pitch P 2 'parallel to the X-axis is formed on the 34d. 更に、第三格子32aにはAx相用の格子、第三格子32bにはAx'相用の格子、第三格子32cにはBx相用の格子、第三格子32dにはBx' Further, the third grid 32a grating for Ax phase, Ax is the third grating 32 b 'grating for phase grating for Bx phase Third grating 32c, the third grating 32d Bx'
相用の格子がそれぞれY軸に平行にピッチP 3で形成され、第三格子32eにはAy相用の格子、第三格子32 Grating for phase is formed at a pitch P 3 parallel to the Y axis, respectively, the third grating 32e grating for Ay phase, a third grid 32
fにはAy'相用の格子、第三格子32gにはBy相用の格子、第三格子32hにはBy'相用の格子がそれぞれX軸に平行にピッチP 3 'で形成されている。 It is formed in parallel with a pitch P 3 'on the' lattice, grating for By phase Third grid 32 g, By the third grating 32h for phase 'X-axis respectively grating for phase Ay to f .

【0018】従って、Ax=0゜とすると、Axに対し、 Ax'=180゜(1/2P 3異なる) Bx=90゜(1/4P 3異なる) Bx'=270゜(3/4P 3異なる) また、Ay=O゜とすると、Ayに対して Ay'=180゜(1/2P 3 '異なる) By=90゜(1/4P 3 '異なる) By'=270゜(3/4P 3 '異なる) となるように目盛が付けられている。 [0018] Therefore, when Ax = 0 °, with respect to Ax, Ax '= (different 1 / 2P 3) 180 ° Bx = 90 ° (1 / 4P 3 different) Bx' = different 270 ° (3 / 4P 3 ) also, when Ay = O °, different Ay '= 180 ° (1 / 2P 3' relative to Ay) By A = 90 ° (1 / 4P 3 'differs) By A' = 270 ° (3 / 4P 3 ' scale is attached so as to be different).

【0019】この結果、受光素子22a,22b,22 [0019] As a result, the light receiving elements 22a, 22b, 22
c,22dからは、それぞれπ/2ずつ位相のずれたA c, from 22 d, shifted in phase by [pi / 2, respectively A
x相、Ax'相、Bx相、Bx'相の信号を得ることができ、Ax相−Ax'相より差動振幅増幅されたAx相出力を、またBx相−Bx'相より差動振幅増幅されたB x phase, Ax 'phase, Bx phase, Bx' can be obtained a signal of phase, Ax phase -Ax 'the Ax phase output is a differential amplitude amplification than phase and Bx phase -Bx' differential amplitude than phases amplified B
x相出力を得る。 Get the x-phase output. そして、該Ax相出力及びBx相出力の位相のずれ方向等よりスケールのX方向への相対移動方向の弁別を行なうと共に、電気的に検出信号の分割を行ない、分解能の高い変位量検出を行なっている。 Then, the perform discrimination of the relative movement direction to the Ax-phase output and Bx phase output of the phase shift direction such scale in the X direction than, electrically performs division of the detection signal, performing high displacement detection resolution ing. 一方、受光素子22e,22f,22g,22hからはそれぞれπ/2ずつ位相のずれたAy相、Ay'相、By On the other hand, the light receiving element 22e, 22f, 22 g, respectively [pi / 2 by the phase-shifted Ay phase from 22h, Ay 'phase, By
相、By'相の信号を得ることができ、前記X方向と同様にして移動部材14,18のY方向の位相弁別及び相対移動距離を検出することができる。 Phase, it is possible to obtain a signal of By A 'phase, phase discrimination and the relative movement distance in the Y-direction moving member 14 and 18 in the same manner as the X-direction can be detected. 以上のように、第一実施例にかかる光電型エンコーダによれば、X方向及びY方向の移動方向及び移動距離を検出することができる。 As described above, according to the photoelectric encoder according to the first embodiment, it is possible to detect the moving direction and moving distance of the X and Y directions.

【0020】図6には本考案の第二実施例にかかる光電型エンコーダに用いられる第一格子126が示されている。 [0020] The first grating 126 used in the photoelectric encoder according to the second embodiment of the present invention in FIG. 6 is shown. 同図に示す第一格子126は、X方向の移動検出を行なう格子部128a及び128bと、Y方向の移動検出を行なう格子部128c及び128dのピッチが異なって設けられている。 The first grating 126 shown in the figure, the grating portion 128a and 128b for performing movement detection in the X direction, the grating portion 128c and the pitch of 128d that performs movement detection in the Y direction are provided differently. すなわち、格子部128a及び1 That is, the grating portion 128a and 1
28bのピッチは比較的粗いピッチP 1が刻まれており、X方向への移動の高速読取りが可能である。 Pitch 28b are relatively coarse pitch P 1 is engraved, which enables high-speed reading of movement in the X direction. 一方、 on the other hand,
格子部128c,128dは比較的細かいピッチP 1 'が刻まれており、Y方向への移動の高分解能読取りが可能である。 Grating portion 128c, 128d are relatively fine pitch P 1 'is inscribed, it is capable of high-resolution reading of movement in the Y direction. このように移動部材の移動特性に応じてそれぞれのピッチを決定することが可能であり、しかもそのピッチに従った格子の形成は従来と同じ製法により極めて正確に行なうことができる。 Thus it is possible to determine the respective pitches according to movement characteristics of the moving member, yet the formation of lattice in accordance with the pitch can be performed very accurately by the same process as conventional.

【0021】尚、例えば次のようにピッチを構成することが好適である。 [0021] Incidentally, it is preferable to configure the pitch, for example, as follows. 1 =40μm(明部長=暗部長=20μm) P 2 =160μm(明部長=40μm、暗部長=120μm) P 3 =80μm(明部長=暗部長=40μm) P 1 '=20μm(明部長=暗部長=10μm) P 2 '=80μm(明部長=20μm、暗部長=60μm) P 3 '=40μm(明部長=暗部長=20μm) このように第二格子のピッチを第一格子のピッチより大とすると共に、その光透過部の長さを第一格子のピッチの長さ以下とすることにより、第二格子を透過した照明光間の独立性(インコヒーレンシイ)が向上し、検出信号のSN比が高くなる。 P 1 = 40 [mu] m (bright director = dark portion length = 20μm) P 2 = 160μm (bright Head = 40 [mu] m, the dark portion length = 120μm) P 3 = 80μm (Akira director = dark portion length = 40μm) P 1 '= 20μm ( Akira Director = dark portion length = 10μm) P 2 '= 80μm ( bright Head = 20 [mu] m, the dark portion length = 60μm) P 3' = 40μm ( Akira director = dark portion length = 20 [mu] m) than this manner the pitch of the second grid of the first grating pitch with a large, by the length of the light transmitting portion and less than the length of the pitch of the first grating, improved independence between illumination light transmitted through the second grating (in coherency Castanopsis) is, the detection signal SN ratio increases of. このため、信号処理が容易となり、高精度の変位検出が可能となる。 Therefore, signal processing is facilitated, thereby enabling displacement detection precision.

【0022】また、ピッチ構成は次のようにすることも好適である。 Further, it is also preferable that the pitch arrangement is as follows. 1 =100μm(明部長=暗部長=50μm) P 2 =400μm(明部長=100μm、暗部長=300μm) P 3 =200μm(明部長=暗部長=100μm) P 1 '=40μm(明部長=暗部長=20μm) P 2 '=160μm(明部長=40μm、暗部長=120μm) P 3 '=80μm(明部長=暗部長=40μm) P 1 = 100 [mu] m (bright director = dark portion length = 50μm) P 2 = 400μm (bright Head = 100 [mu] m, the dark portion length = 300μm) P 3 = 200μm (Akira director = dark portion length = 100μm) P 1 '= 40μm ( Akira Director = dark portion length = 20μm) P 2 '= 160μm ( bright Head = 40 [mu] m, the dark portion length = 120μm) P 3' = 80μm ( Akira director = dark portion length = 40 [mu] m)

【0023】 [0023]

【考案の効果】以上説明したように本発明にかかる光電型エンコーダによれば、メインスケール及びインデックススケールに、それぞれ直交する格子を十字状に設けたので、簡易な構成でしかも製造が容易なX,Y方向検出を行なうことが可能となる。 According to the photoelectric encoder according to the present invention, as described, according to the invention described above, the main scale and the index scale, is provided with the grating respectively perpendicular to the cross shape, easy to be manufactured only with a simple structure X , it is possible to perform a Y-direction detection.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の第一実施例にかかる光電型エンコーダの概略構成の説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a photoelectric encoder according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第一実施例にかかる光電型エンコーダの発光素子及び受光素子の配置の説明図である。 2 is an explanatory view of an arrangement of a light emitting element and the light receiving element of the photoelectric encoder according to the first embodiment.

【図3】第一実施例にかかる光電型エンコーダのメインスケール(第一格子)の説明図である。 3 is an explanatory view of the main scale (first grating) of a photoelectric encoder according to the first embodiment.

【図4】第一実施例にかかる光電型エンコーダのインデックススケール(第二格子及び第三格子)の説明図である。 4 is an explanatory view of the index scale of the photoelectric encoder according to the first embodiment (second grating and a third grating).

【図5】第一実施例にかかる光電型エンコーダの移動検出原理の説明図である。 5 is an explanatory diagram of a movement detection principle of a photoelectric encoder according to the first embodiment.

【図6】本発明の第二実施例にかかる光電型エンコーダに用いられるメインスケール(第一格子)の説明図である。 6 is an explanatory view of the main scale used in such photoelectric type encoder in a second embodiment of the present invention (first grid).

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 光電型エンコーダ 12 メインスケール 16 インデックススケール 20 発光素子 22 受光素子 26,126 第一格子 30 第二格子 32 第三格子 10 photoelectric encoder 12 main scale 16 index scale 20 light emitting element 22 light-receiving element 26, 126 first grating 30 second grating 32 third grating

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 黒木 真吾 神奈川県川崎市高津区坂戸165番地 株式 会社 ミツトヨ 開発研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−25212(JP,A) 特開 昭63−249015(JP,A) 特開 平1−291101(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor of Shingo Kuroki Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Takatsu-ku, Sakado address 165 stock company Mitutoyo developed the laboratory (56) reference Patent Sho 62-25212 (JP, a) JP Akira 63- 249015 (JP, A) JP flat 1-291101 (JP, A)

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】 [Range of utility model registration request]
  1. 【請求項1】 反射式十字状格子が設けられるメイン 1. A main reflection type cross-shaped grid is provided
    スケールと、 前記メインスケールに対し二次元的方向に相対移動可能 Scale and, movable relative to the two-dimensional direction relative to the main scale
    に並列配置され、透過式十字状第二格子と、第二格子の In a parallel arrangement, transmission type and a cross-shaped second grid, the second grid
    外周部に設けられた透過式第三格子が設けられるインデ Indenyl which is transmissive third grating provided on an outer peripheral portion provided
    ックススケールと、 を含み、前記透過式十字状第二格子の裏面に発光素子 Tsu includes box scale and the light-emitting element on a back surface of the transmissive cruciform second grating
    が、また透過式第三格子の裏面に受光素子が設けられた But also the light receiving elements on the back surface of the transmissive third grating is provided
    ことを特徴とする光電型エンコーダ。 The photoelectric encoder, characterized in that.
JP2541691U 1991-03-22 1991-03-22 The photoelectric encoder Expired - Fee Related JPH0747694Y2 (en)

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