KR101333186B1 - 오토 포커스 카메라 모듈 - Google Patents

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이종배
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크레신 주식회사
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Abstract

렌즈의 광축 방향으로 이동하는 이동자 및 상기 이동자의 외주에서 상기 이동자를 이동시키는 고정자를 포함하되, 상기 이동자는, 내부에 구비되어 광을 모으는 적어도 하나의 렌즈, 상기 렌즈를 지지하기 위한 원통 형상의 배럴, 상기 배럴과 접합되어 상기 배럴의 상하 이동을 돕는 캐리어, 및 상부극 및 하부극이 서로 다른 극으로 착자되고 상기 캐리어의 외주면에 고정되어 1차 자기장을 발생시키는 자석부를 포함하고, 상기 고정자는, 상기 1차 자기장이 미치는 범위에서 2차 자기장을 발생시켜 자기회로를 구성하고, 상기 자석부의 외주면의 상부 및 하부에 각각 이격되어 구비되는 1차 코일과 2차 코일을 포함하는 코일부, 및 상기 코일부를 지지하는 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.

Description

오토 포커스 카메라 모듈{AUTO FOCUS CAMERA MODULE}
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단말기 등에 탑재되며 피사체를 향해 자동으로 초점이 맞춰지는 기능을 갖는 오토 포커스 카메라 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 디지털 카메라, 휴대폰 등과 같은 소형 단말기에 탑재되는 카메라 모듈은, CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등과 같은 이미지 센서를 채용하여, 광 신호를 전기 신호로 바꾸는 방식으로 화상을 구현한다.
이와 같은 카메라 모듈은 피사체에 초점이 자동으로 맞춰지는 자동 초점 기능을 갖는다. 이를 위해, 자동 초점 기능을 갖는 카메라 모듈은 이미지 센서에 대한 렌즈의 위치를 가변시킬 수 있는 자동 초점 조절장치를 구비한다.
종래의 자동 초점 조절장치는 모터의 회전운동을 기어와 같은 변환기구를 이용해 렌즈를 광축 방향으로 직선 이동시킨다. 하지만, 이와 같은 자동 초점 조절장치는 기어를 이용함에 따라 초점을 미세 조절하는데 한계가 있으며, 모터 및 기어가 차지하는 공간으로 인해 단말기를 소형화하는데 제약이 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, VCM(Voice Coil Motor) 방식의 자동 초점 조절장치가 제안되었다. VCM 방식의 자동 초점 조절장치는 자기장을 발생시키는 영구자석을 전류가 공급되는 코일에 대향 되도록 배치하여, 자기장과 전류에 수직으로 발생하는 로렌츠 힘에 의해 렌즈의 위치를 가변시키는 방식이다. 여기서, 코일은 인쇄 회로기판과 접속되어 전류를 공급받게 된다.
한편, VCM 방식의 자동 초점 조절장치는 영구자석의 위치를 고정시킨 상태에서 코일을 렌즈와 함께 가동시키도록 구성되기도 한다. 이 경우, 코일이 인쇄회로기판에 대해 이동하게 되므로, 코일로부터 인출되는 배선 단자들은 코일이 원활히 이동할 수 있는 길이를 갖도록 카메라 모듈 내에 확보되어야 한다. 이로 인해, 코일이 이동할 때 카메라 모듈 내에 위치한 배선 단자들이 요동을 치는 문제가 있다. 따라서, 배선 단자들은 깔끔하게 배선 처리될 필요가 있다. 또한, 코일은 영구자석에 비해 진동에 취약한 편이므로, 코일에 대한 진동 영향을 배제시킬 필요가 있다.
본 발명의 과제는 렌즈가 자석부와 일체가 되어 이동하는 경우 하중의 영향을 덜 받고, 강한 힘에 의하여 이동가능하고, 짧은 거리를 움직여 초점을 맞출 수 있는 자동 초점 기능을 갖는 카메라 모듈을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오토 포커스 카메라 모듈은, 렌즈의 광축 방향으로 이동하는 이동자 및 상기 이동자의 외주에서 상기 이동자를 이동시키는 고정자를 포함하되, 상기 이동자는, 내부에 구비되어 광을 모으는 적어도 하나의 렌즈, 상기 렌즈를 지지하기 위한 원통 형상의 배럴, 상기 배럴과 접합되어 상기 배럴의 상하 이동을 돕는 캐리어, 및 상부극 및 하부극이 서로 다른 극으로 착자되고 상기 캐리어의 외주면에 고정되어 1차 자기장을 발생시키는 자석부를 포함하고, 상기 고정자는, 상기 1차 자기장이 미치는 범위에서 2차 자기장을 발생시켜 자기회로를 구성하고, 상기 자석부의 외주면의 상부 및 하부에 각각 이격되어 구비되는 1차 코일과 2차 코일을 포함하는 코일부, 및 상기 코일부를 지지하는 베이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 자석부는, 상기 자석부의 상부 및 하부에 각각 구비된 상부 요크 및 하부 요크를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 고정자는, 상기 코일부의 외주면에 구비되어 자력선을 유도하는 요크 겸용의, 베이스에 고정되는 하우징을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 베럴은, 슬라이딩 구조로 상기 캐리어와 결합하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 배럴의 외벽 및 상기 외벽에 대응하는 캐리어의 내벽에 기울기가 있는 걸림단이 구비되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 코일부에서, 상기 1차 코일과 상기 2차 코일은 서로 연결되어 있고 각 코일의 감긴 방향이 서로 반대인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 1차 코일 및 상기 2차 코일에 흐르는 서로 반대 방향의 전류에 의하여 상기 자석부의 상부극 및 하부극에서의 1차 자기장에 의한 수평성분 자속의 방향이 서로 반대가 되어, 상기 상부극 및 하부극에 미치는 합력에 의하여 상기 이동자가 이동하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 자석부는, 상기 이동자의 하중을 줄일 수 있는 네오디뮴 재질로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 자석부는, 누설 자속을 줄이기 위한 일체형 링 타입인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 고정자는, 상기 이동자의 상측 이탈을 방지하기 위한 개구부가 형성된 커버; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 이동자는, 상기 자기회로 비통전시에 최대 이동가능한 경로의 중간지점에 위치하여 상기 고정자에 탄성지지 되도록 하는 탄성부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 이동자는, 상기 자기회로 통전시에 상기 중간지점에서 광축을 따라 상하 방향으로 이동하면서 자동으로 초점을 맞추는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 코일부가 위치 고정된 상태에서 자석부가 렌즈와 함께 가동되는 구조로 이루어지므로, 코일부에 대한 진동 영향이 배제될 수 있다.
또한, 렌즈 및 자석부와 함께 가동되는 배럴 및 이동자는 자석부의 하중에도 불구하고 1차 코일 및 2차 코일을 독립적으로 제어하여 각 자기장을 모두 이용하여, 이에 의해 형성되는 자기회로의 강한 힘을 받아 가동될 수 있다.
또한, 자석부의 영구자석의 모양, 재질면에서 보다 효과적인 성질을 발휘하는 자석을 구비하여 카메라 모듈의 오토 포커싱 기능을 높일 수 있다.
아울러, 이동자의 이동에 있어서 위치 이동을 효율적으로 하여 짧은 거리를 이동하고, 상부 하부의 탄성부재의 탄성력을 효율적으로 안배하여 자동 초점을 잡을 수 있으므로 렌즈 구동에 사용되는 전력을 절약할 수 있으며 빠르고 안정적인 구동을 할 수 있는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명에 따른 오토포커스 카메라 모듈의 조립 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 렌즈 베럴과 캐리어의 분해도이다.
도 3은 본 발명에 따른 오토 포커스 카메라 모듈의 분해 사시도이다.
이하 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오토 포커스 카메라 모듈에 대한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 오토 포커스 카메라 모듈(100)은 이동자(110)와 고정자(120)를 포함한다.
이동자(110)는 렌즈(111), 렌즈 베럴(112), 캐리어(113), 자석부(114), 탄성부재(115), 및 자석 요크(116)를 포함한다.
고정자(120)는 코일부(121), 커버(122), 베이스(123), 및 센서(124)를 포함한다.
렌즈 배럴(112)은 적어도 하나의 렌즈(111)를 포함한다. 렌즈 배럴(112) 내의 렌즈가 복수로 구성된 경우, 상기 렌즈들은 광축이 일치되도록 정렬되는 것이 바람직하다. 렌즈는 피사체의 광학적 상을 맺게 한다. 배럴의 상부는 렌즈로 빛이 들어오도록 개구된다. 배럴의 하부는 렌즈를 통과한 빛이 렌즈의 하측에 설치되는 이미지 센서로 전달될 수 있도록 개구된다.
캐리어(113)는, 예를 들면 중공이 형성된 원통 형상으로 형성된다. 캐리어(113)는 상기 렌즈 배럴의 외주면을 따라 결합되어 고정된다. 캐리어(113)는 렌즈 배럴과 결합하여 렌즈 배럴을 이동시키는 역할을 한다. 기존의 기술에서는 렌즈 배럴과 캐리어(113)가 나사선에 의한 결합을 하였으나 본 발명은 슬라이딩 결합 구조이다. 도 2를 참조하면, 렌즈 배럴의 외벽 및 캐리어(113)의 내벽에 기울기가 있는 걸림단이 구비되어서 90도 회전하여 분리할 수 있다. 캐리어(113)의 밑단에는 탄성부재가 결합될 수 있도록 단이 형성되어 있다.
자석부(114)는 캐리어(113)의 외주면에 결합하여 고정된다. 자석부(114)의 상부 및 하부에는 자석 요크가 결합되어 있다. 자석부(114)의 영구자석 상부 및 하부에 서로 다른 극이 분포되도록 상하부로 착자되어 있다. 일실시예로서 상부가 N극, 하부가 S극이고, 다른 실시예로서 상부가 S극, 하부가 N극 일 수 있다.
자석부(114)는 영구자석을 포함한다. 영구자석은 렌즈, 즉 배럴의 둘레를 감싸면서 배럴의 외주면에 고정된다. 배럴의 횡단면이 원형인 경우, 영구자석은 원형 링 형상으로 이루어질 수 있다. 영구자석은 배럴을 끼운 상태에서 접착제 등에 의해 배럴에 고정될 수 있다.
자석부(114)는 상부 자석 요크(116a) 및 하부 자석 요크(116b)를 포함한다. 상기 양 자석 요크는 접착제 등에 의해 자석부(114)에 고정될 수 있다. 자력선을 유도하거나 자극의 역할을 하는 것이 요크인데, 코일 외주면에 또 다른 요크가 설치될 수 있다.
코일 외주 면에 구비되는 외측 요크는 자석부(114)의 길이보다 길게, 즉 외측 요크의 상단은 자석부(114)의 상단보다 높게 그리고 외측 요크의 하단은 자석부(114)의 하단보다 낮게 형성된다. 이는 코일 외주면의 외측 요크가 극을 형성하면서 두 개의 마크네트 요크와 자기회로를 구성하기 때문이다.
외측 요크는 하우징을 겸한다. 하우징은 커버와 베이스(123) 사이에서 상단과 하단이 커버와 베이스(123)에 각각 고정된다. 하우징은 카메라 모듈의 외각을 감싸서 보호하거나, 카메라 모듈 내로 이물질 침투 등을 방지한다.
코일부(121)는 상부의 1차 코일(121a) 및 하부의 2차 코일(121b)을 포함한다. 1차 코일(121a)은 자석부(114)의 상부 외주면에 2차 코일(121b)은 자석부(114)의 하부 외주면에 이격되어 설치된다. 또한 양 코일은 하우징을 겸하는 요크(125)의 내주면에 고정될 수 된다.
코일부는 에니멜 수지 등에 의하여 절연된 전선을 요크의 내주면에 직접 권선하여 형성 또는 전선을 원통 형상으로 권선한 후 요크의 내주면에 접착제 등에 의하여 접착하여 형성할 수 있다.
1차 코일(121a)과 2차 코일(121b)은 서로 각각의 분리된 코일도 가능하고 서로 연결된 코일도 가능하다. 다만 1차 코일(121a)과 2차 코일(121b)이 서로 연결된 코일인 경우, 1차 코일(121a)의 감긴 방향은 2차 코일(121b)의 감긴 방향과 반대의 방향인 것이 바람직하다. 1차 코일(121a)과 2차 코일(121b)이 서로 각각의 분리된 코일인 경우, 두 개의 코일 중에서 어느 한쪽에만 전기를 흐르게 할 수 있으며, 1차 및 2차 코일(121b) 모두에 전기를 흐르게 할 수 있다.
코일부는 외부에서 인가된 전류에 의하여 제2 자기장을 발생시키며, 상부 및 하부 코일에 인가된 전류의 방향에 따라 로렌츠 힘에 의해 자석부(114)가 광축 방향으로 직선 이동된다. 이에 따라, 자석부(114)에 고정된 렌즈가 광축 방향으로 직선 이동된다. 따라서, 렌즈의 위치가 이미지 센서에 대해 가변되어, 초점이 자동으로 맞춰질 수 있다. 코일부는 베이스(123)에 의해 지지된다.
베이스(123)는 플레이트 형상으로 형성되어 고정자를 고정하며, 베이스(123)의 중앙부에는 이동자의 렌즈 베럴(112)의 내부에 내장된 렌즈를 통과한 광이 통과하는 개구가 형성된다.
플레이트 형상으로 형성된 베이스(123)의 상면의 4 개의 모서리들에는 각각 결합 기둥이 형성되며, 결합 기둥은 하우징을 결합하는 역할을 한다.
베이스(123)의 후면에는 렌즈 베럴(112)의 렌즈를 통과한 광에 대응하는 이미지를 생성하는 이미지 센서가 고정된다.
탄성부재는 제1 탄성 부재 및 제2 탄성 부재를 포함한다. 탄성 부재는 이동자인 캐리어(113)를 탄력적으로 지지한다. 제1 탄성 부재는 캐리어(113)의 상부에 제2 탄성 부재는 캐리어(113)의 하부에 설치된다. 제1 탄성 부재의 일단은 캐리어(113)의 상부에 지지되고 다른 단은 고정자에 지지된다. 제2 탄성 부재의 일단은 캐리어(113)의 하부에 지지되고 다른 단은 고정자인 베이스(123)에 지지된다.
제1 탄성 부재의 상부 및 제2 탄성 부재의 하부에는 갭이 형성된다. 코일부에 전류가 흐르지 않는 경우에 이동자인 캐리어(113)의 출발 위치가 이동자의 전체 이동가능 거리의 중간지점에 형성되도록 하기 위함이다. 상기 중간지점에 정지해 있는 이동자는 코일에 전류가 흐르게 되면, 전류의 방향에 따라 상하 방향으로 광축을 따라 이동하게 된다.
본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서 자석부(114)의 영구자석(114)은 착자 방향이 상부 및 하부가 각각 서로 다른 극으로 착자되는 상하방향의 착자를 특징으로 한다. 1차 자기장을 형성하는 영구자석은 상부극이 N극이면 하부극은 S극을 띤다. N극에서는 N극에서 나오는 방향의 수직자기력이 발생하고 S극에서는 S극으로 들어가는 방향의 수직자기력이 발생한다. 즉 N극 및 S극 부위에서 모두 상승하는 방향의 수직자기력이 발생한다.
상기 발생된 각각의 수직자기력은 자석 요크의 영향으로 베이스(123)를 겸하고 있는 외측 요크(125)와 폐경로를 형성하여 자기회로를 구성하게 된다. 즉 N극 상부의 자석 요크(121a)를 출발한 자기력선은 원주 방향으로 꺾여 외측 요크(125)의 상부로 들어가고, 외측 요크의 상부 및 하부를 타고 내려온 자기력선은 외측 요크의 하부를 출발하여 원주 방향으로 자석 쪽으로 진입하여 자석 요크(121b)로 들어간다.
상기 N극 및 S극에서 발생한 자기력선의 방향은 원주 방향으로서 밖으로 나가는 방향과 들어오는 방향의 서로 역방향이며, 1차 코일(121a) 및 2차 코일(121b) 이 서로 이어져 있거나 또는 떨어져 있는 경우라도 서로 반대 방향의 전류가 흐르는 경우에, 플레밍의 왼손법칙에 의하여 전류방향 및 자기장의 방향이 서로 반대이므로 힘의 방향이 서로 같게 되어 1차 코일(121a) 및 2차 코일(121b) , 결과적으로 N극 및 S극에 작용하는 힘이 합력이 되어 작용하게 되어 이동자가 위쪽 방향으로 이동하게 된다.
본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다. 상기 실시예와는 다르게 1차 코일(121a)과 2차 코일(121b)이 분리되어 있는 경우, 1차 코일(121a) 또는 2차 코일(121b) 중에서 어느 한쪽의 코일에만 전류를 흐르게 하여 이동자를 이동하는 것도 가능하다. 또는 1차 코일(121a)의 전류 방향과 2차 코일(121b)의 전류 방향을 서로 독립적으로 제어하여, 1차 코일(121a)의 통전으로 인한 이동자의 상승 및 2차 코일(121b)의 통전으로 인한 이동자의 하강을 서로 따로따로 제어할 수도 있다.
상기예에서, 1차 및 2차 코일(121b)에 전류가 비통전시 이동자는 탄성부재에 의하여 이동자가 이동하는 경로상의 중간 지점에 위치하고 있으므로 1차 코일(121a) 및 2차 코일(121b)의 전류 방향을 제어하여 이동자를 상승 및 하강시킴으로써, 기존의 상승 일색의 이동 패턴에 비하여 이동거리가 짧아질 수 있으며, 더욱 짧은 시간에 이동자를 이동시켜서 렌즈의 초점을 맞출 수 있다.
본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다. 본 발명에서는 이동자의 전류 비통전시의 위치가 이동자의 이동경로 상의 중간지점에 해당하므로 상부 탄성부재와 하부 탄성부재에 가해지는 탄성력을 고르게 분포시킬 수 있기 때문에, 기존의 발명이 상부 또는 하부의 어느 한쪽의 탄성부재에 집중해서 분포하였던 탄성력에 비하여 안정적이면서도 이동자의 이동에 따르는 소비 전력을 절약할 수 있는 효과가 발생한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100: 오토포커스 카메라 모듈
110: 이동자
111: 렌즈
112: 렌즈 베럴
113: 캐리어
114: 자석
115a: 상부 탄성부재
115b: 하부 탄성부재
116a: 상부 자석 요크
116b: 하부 자석 요크
117a: 렌즈 베럴측 걸림단
117b: 캐리어측 걸림단
120: 고정자
121a: 1차 코일
121b: 2차 코일
122: 커버
123: 베이스
124: 이미지 센서

Claims (12)

  1. 렌즈의 광축 방향으로 이동하는 이동자; 및
    상기 이동자의 외주에서 상기 이동자를 이동시키는 고정자; 를 포함하되,
    상기 이동자는,
    내부에 구비되어 광을 모으는 적어도 하나의 렌즈;
    상기 렌즈를 지지하기 위한 원통 형상의 렌즈 배럴;
    상기 렌즈 배럴과 접합되어 상기 렌즈 배럴의 상하 이동을 돕는 캐리어; 및
    상부극 및 하부극이 서로 다른 극으로 착자되고 상기 캐리어의 외주면에 고정되어 1차 자기장을 발생시키는 자석부; 를 포함하고,
    상기 고정자는,
    상기 1차 자기장이 미치는 범위에서 2차 자기장을 발생시켜 자기회로를 구성하고, 상기 자석부의 외주면의 상부 및 하부에 각각 이격되어 구비되는 1차 코일과 2차 코일을 포함하는 코일부; 및
    상기 코일부를 지지하는 베이스; 를 포함하되,
    상기 렌즈 배럴의 외벽 및 상기 외벽에 대응하는 상기 캐리어의 내벽에 기울기가 있는 걸림단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자석부는,
    상기 자석부의 상부 및 하부에 각각 구비된 상부 요크 및 하부 요크; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자는,
    상기 코일부의 외주면에 구비되어 자력선을 유도하는 요크 겸용의, 베이스에 고정되는 하우징; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈 배럴은,
    슬라이딩 구조로 상기 캐리어와 결합하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 코일부에서,
    상기 1차 코일과 상기 2차 코일은 서로 연결되어 있고 각 코일의 감긴 방향이 서로 반대인 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 코일 및 상기 2차 코일에 흐르는 서로 반대 방향의 전류에 의하여 상기 자석부의 상부극 및 하부극에서의 1차 자기장에 의한 수평성분 자속의 방향이 서로 반대가 되어, 상기 상부극 및 하부극에 미치는 합력에 의하여 상기 이동자가 이동하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 자석부는,
    상기 이동자의 하중을 줄일 수 있는 네오디뮴 재질로 이루어진 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 자석부는,
    누설 자속을 줄이기 위한 일체형 링 타입의 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자는,
    상기 이동자의 상측 이탈을 방지하기 위해 개구부가 형성된 커버; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 이동자는,
    상기 자기회로 비통전시에 최대 이동가능한 경로의 중간지점에 위치하여 상기 고정자에 탄성 지지되도록 하는 탄성부재; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 이동자는,
    상기 자기회로 통전시에 상기 중간지점에서 광축을 따라 상하 방향으로 이동하면서 자동으로 초점을 맞추는 것을 특징으로 하는 오토 포커스 카메라 모듈.
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