KR20150097689A - 광센서 유닛 - Google Patents

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타카히로 오카다
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Abstract

구조가 간단하면서, 검출 정밀도의 저하도 일으키지 않는 광센서 유닛의 제공을 목적으로 한다.
유닛 케이스(1) 내에 수용된 발광 소자(2)로부터 유닛 케이스(1) 밖으로 투광한 검출광의 유닛 케이스(1) 밖에 설정한 검출 영역으로부터의 반사광을 실장 기판(3) 상에 실장된 수광 소자(4)에 의해 검출하는 광센서 유닛에 있어서, 상기 반사광의 유닛 케이스(1) 내에서의 통과 공간이, 실장 기판(3) 상에 상기 수광 소자(4)를 포위하는 탄성 재료에 의해 형성되는 환상 패킹(5)을 통해 적층되는 격벽 부재(6)에 의해 유닛 케이스(1) 내의 다른 공간으로부터 이격되고, 또한, 격벽 부재(6)에는, 실장 기판(3)으로의 적층시에 환상 패킹(5)의 외주벽에 압접하여 상기 환상 패킹(5)에 축경 방향의 분력을 동반한 실장 기판(3)으로의 압접력을 부여하는 가압벽(7)이 마련된다.

Description

광센서 유닛{OPTICAL SENSOR UNIT}
본 발명은 광센서 유닛에 관한 것이다.
발광 소자와 수광 소자를 유닛 케이스 내에 수용한 광센서 유닛으로는, 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다.
이 종래예에 있어서, 발광 소자와 수광 소자의 간섭을 방지하기 위해, 각각의 광의 통과 영역은, 수지 형성체에 의한 격벽에 의해 구획되어 있다.
일본국 특허공개공보 2012-18110호 공보
그러나, 상술한 종래예에 있어서, 격벽은 몰드 등에 의해 형성되기 때문에, 제조에 품이 드는 문제가 있다. 또한, 이를 해결하기 위해서는, 별도로 형성한 격벽 부재를 조립하는 것도 가능하지만, 이 경우, 격벽 부재와의 경계로부터의 누광이 발생하기 쉬워 검출 정밀도를 저하시키는 문제가 발생한다.
본 발명은, 이상의 결점을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 간단하면서, 검출 정밀도의 저하도 일으키지 않는 광센서 유닛의 제공을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면 상기 목적은,
유닛 케이스(1) 내에 수용된 발광 소자(2)로부터 유닛 케이스(1) 밖으로 투광한 검출광의 유닛 케이스(1) 밖에 설정한 검출 영역으로부터의 반사광을 실장 기판(3) 상에 실장된 수광 소자(4)에 의해 검출하는 광센서 유닛에 있어서,
상기 반사광의 유닛 케이스(1) 내에서의 통과 공간이, 실장 기판(3) 상에 상기 수광 소자(4)를 포위하는 환(ring)상 패킹(5)을 통해 적층되는 격벽 부재(6)에 의해 유닛 케이스(1) 내의 다른 공간으로부터 이격되고,
또한, 격벽 부재(6)에는, 실장 기판(3)으로의 적층시에 환상 패킹(5)의 외주벽에 압접하여 상기 환상 패킹(5)에 축경 방향의 분력을 동반한 실장 기판(3)으로의 압접력을 부여하는 가압벽(7)이 마련되는 광센서 유닛을 제공하는 것에 의해 달성된다.
본 발명에 있어서, 수광 소자(4)가 실장되는 실장 기판(3)의 상면에는 격벽 부재(6)가 적층되고, 적절한 수단으로 고정된다. 격벽 부재(6)와 실장 기판(3)의 경계에는 수광 소자(4)를 둘러싸도록 하여 환상 패킹(5)이 배치되어 있어, 격벽 부재(6)와 실장 기판(3)의 경계로부터의 누광이 완전히 방지된다.
이 결과, 격벽 부재(6)를 적층하는 것 만으로 수광되는 광의 통로를 다른 영역으로부터 차단할 수 있게 되므로, 조립 공수의 저감과, 성능 향상을 동시에 달성할 수 있다.
또한, 환상 패킹(5)은, 격벽 부재(6)가 실장 기판(3)에 적층되었을 때에, 외주가 격벽 부재(6)의 가압벽(7)에 의해 중심 방향 하방으로 비스듬히 가압되기 때문에, 격벽 부재(6) 고정시의 가압력은, 축경 방향으로의 변형력으로서 일부 소비되어 실장 기판(3)으로의 압접력으로서 작용하여, 특수한 재료를 사용하지 않고 범용의 합성 고무, 합성 수지재 등을 사용하여 겉보기 탄성 계수를 작게 할 수 있다.
탄성 계수가 작아지면, 환상 패킹(5)의 격벽 부재(6) 적층 방향의 휨량이 커진 경우에도, 실장 기판(3)으로의 압접력은 과대해지지 않고, 격벽 부재(6)의 적층 조작에 의해 실장 기판(3)의 휨에 의한 프린트 배선의 단선 등의 결함을 확실하게 방지할 수 있게 될 뿐만 아니라, 휨량의 관리, 즉, 실장 기판(3)에 대한 격벽 부재(6), 정확하게는, 가압벽(7)과의 간극의 정밀도도 과도하게 높게 유지할 필요도 없어져, 수율, 제조 효율의 향상을 달성할 수 있다.
환상 패킹(5)에는 O링 등을 사용할 수 있지만, 상기 환상 패킹(5)은, 내외주 벽면이 상방으로 갈수록 점차 축경되는 원뿔 통형상으로 형성되는 광센서 유닛을 구성한 경우에는, 축경 방향의 변형능이 향상되기 때문에, 겉보기 탄성 계수를 더 효율적으로 저하시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 환상 패킹(5)과 격벽 부재(6)에, 한쪽이 다른 한쪽에 압입되는 임시 고정용 감합부(8)를 형성한 경우에는, 일단 환상 패킹(5)을 격벽 부재(6)의 저벽부에 장착한 후, 격벽 부재(6)를 실장 기판(3) 상에 고정할 수 있기 때문에, 조립 작업성을 향상시킬 수 있게 된다.
유닛 케이스(1) 내에는 단일 발광 소자(2)를 수용하는 것도 가능하지만, 복수의 발광 소자(2)를 수용하는 것에 의해 검출 영역으로의 투광량을 증가시킬 수 있게 되어, 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 상기 유닛 케이스(1)에는, 대물면이 수광 소자(4)를 통과하는 광축을 구비하는 단일 볼록 렌즈면(9)에 의해 형성되는 한편, 대향면에는, 상기 단일 볼록 렌즈면(9)과 광축이 공통되는 수광용 볼록 렌즈면(10)과, 광축이 상기 수광용 볼록 렌즈면(10)의 광축에 평행하게 각 발광 소자(2)를 통과하는 투광용 볼록 렌즈면(11)이 일체로 형성된 렌즈(12)가 고정되는 광센서 유닛을 구성한 경우에는, 유닛 케이스(1)에 렌즈(12)를 고정하는 것 만으로, 발광 소자(2)로부터의 검출광을 수광 소자(4)의 광축 상에 집광시킬 수 있다. 이 결과, 검출광에 의해 검출 영역을 효율적으로 조사할 수 있게 되어, 검출 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명에 의하면, 격벽 부재를 실장 기판 상에 적층, 고정하는 것 만으로, 수광 소자와 동일한 유닛 케이스 내에 수용된 발광 소자로부터의 방사광의 수광 소자로의 누광을 방지할 수 있기 때문에, 구조가 간단해지고, 또한, 검출 정밀도도 높일 수 있다. 또한, 환상 패킹의 실장 기판으로의 압접에 의한 실장 기판의 휨 등이 확실하게 방지되기 때문에, 실장 기판의 휨을 방지하기 위한 지지 등이 불필요해지므로, 구조를 간단하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 차량을 나타내는 것으로서, (a)는 차량을 후방에서 바라본 도면, (b)는 차량의 측면도, (c)는 (a)의 1C-1C선 단면도이다.
도 2는 광센서 유닛을 나타내는 도면으로서, (a)는 정면 방향에서 바라본 사시도, (b)는 정면도, (c)는 (b)의 2C 화살표 방향에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 2의 단면도로서, (a)는 도 2(b)의 3A-3A선 단면도, (b)는 도 2(c)의 3B-3B선 단면도이다.
도 4는 광센서 유닛의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 요부를 나타내는 도면으로서, (a)는 격벽 부재의 평면도, (b)는 (a)의 5B-5B선 단면도, (c)는 (a)의 5C 화살표 방향에서 바라본 도면, (d)는 환상 패킹의 평면도, (e)는 (d)의 5E-5E선 단면도이다.
도 6은 렌즈를 나타내는 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도, (c)는 (a)의 6C-6C선 단면도이다.
도 1에 본 발명이 적용된 차량(13)을 나타낸다. 본 예에 있어서 광센서 유닛(U)은, 차량의 백도어(13a)의 개폐 조작을 제어하기 위해 상기 백도어(13a)에 고정하여 사용된다.
후술하는 바와 같이, 광센서 유닛(U)은, 검출광이 투광되는 소정의 검지 영역(R) 내로의 검출 물체(14)의 진입을 검출하면, 검출 신호를 출력하도록 구성되어 있고, 번호판 피니셔(13b)에 둘러싸인 번호판 장착 요부(13c)의 천정 벽부에 고정된다. 또한, 도 1에 있어서 13d는 번호판을 나타낸다.
또한, 본 예에 있어서, 광센서 유닛(U)의 검지 영역(R)의 중심을 번호판 장착 요부(13c) 내에 위치시키기 위해, 검출광의 광축은 약간 차량 내방측으로 기울어진다(각도θ). 이에 의해, 번호판 장착 요부(13c) 밖에서의 검출능이 저하되기 때문에, 차량에 이용자 이외의 사람, 동물, 쓰레기 등이 접근한 상태에서 광센서 유닛(U)이 뜻하지 않게 반응하는 것을 방지할 수 있다.
상기 광센서 유닛(U)으로부터 검출 신호가 출력되면, 우선, 제어 장치(16)에 의한, 이용자가 소지하는 전자키의 인증, 백도어(13a)의 상태 검출, 잠금 해제 실시 동작 등의 준비 동작이 이루어진 후, 구동 장치(15)가 구동된다. 전자키의 인증은, 도시하지 않는 인증 장치와 교신하여 전자키로부터 출력되는 인증 코드를 인증하는 것에 의해 이루어지고, 인증이 성립되면, 백도어가 도어 폐쇄 상태에 있는 것을 조건으로 백도어를 잠금 해제 조작한 후, 구동 장치(15)를 구동시켜 도어 개방 동작이 개시된다.
따라서 이 실시형태에 있어서, 짐 등으로 손을 사용할 수 없는 상태여도, 검출 영역(R)으로서 설정된 번호판 장착 요부(13c) 내, 혹은 그 근방에 짐 등을 접근시키는 것 만으로 백도어의 개방 조작이 진행되기 때문에, 편의성이 향상된다.
도 2에 광센서 유닛(U)을 나타낸다. 광센서 유닛(U)은, 차량에 고정되는 유닛 케이스(1)와, 실장 기판(3) 상에 실장되어 유닛 케이스(1) 내에 수납되는 발광 소자(2) 및 수광 소자(4)를 구비하여 구성된다.
유닛 케이스(1)는, 통부(17a)의 측벽에서 차량으로의 고정용 플랜지(17b)를 돌출시킨 브래킷(17)과, 브래킷(17)의 통부(17a)에 고정되는 이너 케이스(18) 및 브래킷(17)의 후방 개구부를 폐쇄하는 덮개 부재(22)로 구성되고, 고정 플랜지(17b)를 관통하는 볼트(19)를 사용하여 백도어(13a)에 고정된다. 고정 플랜지(17b)와 패널 사이에는 패킹(20)이 배치된다.
또한, 이너 케이스(18)는 투명한 합성 수지재에 의해 일단이 폐쇄된 통 형상으로 형성되어 있고, 브래킷(17)의 전단 개구로부터 개방단을 삽입하여 장착된다. 이너 케이스(18)를 브래킷(17) 내에 유지하기 위해, 이너 케이스(18)의 측벽에는 훅 형상의 돌기(18a)가, 브래킷(17)에는 상기 돌기(18a)를 계지하는 계지 개구(17c)가 각각 마련된다(도 4 참조).
상기 발광 소자(2)에는 적외선 등의 불가시광 펄스를 투광하는 적외선 LED가 사용되고, 수광 소자(4)에는 포토다이오드가 사용되고, 이와 같은 발광 소자(2)와 수광 소자(4)는 동일한 실장 기판(3) 상에 표면 실장된다.
도 3, 4에 나타내는 바와 같이, 실장 기판(3)은 직사각 형상으로 형성되어 있고, 수광 소자(4)는 실장 기판(3)의 중심부에 실장되고, 발광 소자(2)는, 수광 소자(4)를 중심으로 하여 등간격 위치에 2개 실장된다.
상기 발광 소자(2)로부터의 조사광(검출광)이 직접 수광 소자(4)에 입사되는 것을 방지하기 위해, 유닛 케이스(1) 내에는 격벽 부재(6)가 장착된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 격벽 부재(6)는 불투명한 합성 수지 재료에 의해 형성되고, 외주가 실장 기판(3)의 외주에 거의 일치하는 직사각형 프레임부(6a)와, 직사각형 프레임부(6a)의 중심에 배치되고, 상하로 개방된 통 형상을 갖는 차폐 통부(6b) 및 차폐 통부(6b)를 직사각형 프레임부(6a)에 연결하기 위한 구획벽(6c)을 구비한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 격벽 부재(6)를 실장 기판(3)에 장착한 상태에 있어서 수광 소자(4)의 주위가 차폐 통부(6b)에 둘러싸여, 검지 영역(R)의 검출 물체(14)로부터의 반사광용의 통과 공간으로서 유닛 케이스(1) 내의 다른 공간으로부터 구획된다. 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 차폐 통부(6b)의 내주 벽면에는, 수광 소자(4)가 실장되는 실장 기판(3) 상에서 상방으로 갈수록 점차 확경되는 테이퍼부(6d)가 형성되어 있어, 차폐 통부(6b) 내벽에서의 밀러 효과에 의한 반사광의 집광 효율이 향상된다.
또한, 격벽 부재(6)의 차폐 통부(6b)를 제외한 직사각형 프레임부(6a) 내의 공간은, 구획벽(6c)에 의해 구획되어 발광 소자(2)로부터 조사되는 검출광의 통과 공간으로서 사용된다. 본 예에 있어서, 검출광의 통과 공간은 발광 소자(2)의 수량에 맞춰 2개 형성되고, 발광 소자(2)는 각 통과 공간의 중심부에 배치된다.
또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 차폐 통부(6b)의 하단면에는, 패킹 장착부(21)가 형성된다. 패킹 장착부(21)는, 내주 벽면이 하방으로 갈수록 점차 확경되는 원뿔면에 의해 형성되는 가압벽(7)을 구비하고 있고, 상기 패킹 장착부(21)에 불투명하면서, 적당히 탄성을 갖는 합성 수지재에 의해 형성되는 환상 패킹(5)이 장착된다.
환상 패킹(5)은, 외주벽이 가압벽(7)의 둘레벽과 거의 동일한 원뿔면에 의해 형성되는 거의 균등한 두께의 원뿔 통 형상으로 형성된다.
이 환상 패킹(5)에는, 측벽으로부터 돌출되는 임시 고정용 돌출부(8a)가 마련되어 있고, 격벽 부재(6)와는, 패킹 장착부(21)의 둘레벽의 일부를 절삭한 임시 고정용 요부(8b)에 임시 고정용 돌출부(8a)를 압입하여 형성되는 임시 고정용 감합부(8)를 통해 연결된다. 환상 패킹(5)을 격벽 부재(6)에 장착한 상태에 있어서 환상 패킹(5)의 하단부는 패킹 장착부(21)의 하단 가장자리로부터 돌출되어 있어, 필요한 휨 마진이 제공된다.
상기 격벽 부재(6) 및 실장 기판(3)은, 격벽 부재(6)에 후술하는 렌즈(12)를 연결한 상태에서 덮개 부재(22)를 통해 미리 서브 어셈블리되어, 브래킷(17)에 조립된다.
덮개 부재(22)는 실장 기판(3)을 격벽 부재(6)와 함께 끼운 상태에서 격벽 부재(6)에 연결되고, 격벽 부재(6)와 덮개 부재(22)의 연결은, 덮개 부재(22)에 돌출되게 마련된고, 실장 기판(3)의 모서리부를 관통하는 연결 다리(22b)를 격벽 부재(6)의 압입 구멍에 압입하여 이루어진다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 실장 기판(3)의 장착 위치를 규제하기 위해, 격벽 부재(6)와 덮개 부재(22)에는, 실장 기판(3)의 모서리부에 당접하여 실장 기판(3)을 상하로부터 끼우기 위한 가압 돌출부(23)가 마련되는 한편, 격벽 부재(6)에는, 실장 기판(3)에 절삭된 요부(3a)에 감합하여 실장 기판(3)의 위치 결정을 하는 위치 결정편(6e)이 마련된다.
격벽 부재(6)를 덮개 부재(22)에 연결하기 위해 격벽 부재(6)를 실장 기판(3)에 가압하면, 상기 환상 패킹(5)은, 외주 가장자리가 격벽 부재(6)의 가압벽(7)에 의해 중심 방향 하방으로 비스듬히 가압된다. 이 결과, 환상 패킹(5)은 축경 방향으로 휘면서 하방, 즉 실장 기판(3)을 가압하는 한편, 외주 벽면이 가압벽(7)에 밀착되는 것에 의해, 환상 패킹(5)과 실장 기판(3)의 경계부, 및 환상 패킹(5)과 가압벽(7)의 경계부에서의 간극의 발생이 방지되어, 상기 경계부로부터의 누광을 완전히 방지할 수 있다.
이상과 같이 격벽 부재(6), 실장 기판(3), 및 덮개 부재(22)가 서로 연결된 상태에서, 브래킷(17)의 하방 개구부를 덮개 부재(22)에 의해 폐쇄하도록 고정된 후, 덮개 부재(22)와 브래킷(17)의 경계부는 실링 수지 등으로 밀폐된다. 브래킷(17)의 고정시, 덮개 부재(22)에는 실장 기판(3)으로부터 인출되는 하니스(3b)를 삽통시키기 위한 하니스 홀더(24)가 고정된다.
한편, 격벽 부재(6)의 상단부에는 렌즈(12)가 고정된다. 렌즈(12)를 고정하기 위해, 격벽 부재(6)의 상단면에는, 렌즈(12)를 계지, 유지하기 위한 계지 훅(6f)이 돌출되게 마련된다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 렌즈(12)는 아크릴 수지에 의해 평면에서 보았을 때 거의 직사각 형상으로 형성되어 있고, 상면측(물체측)에 표면의 거의 전체면에 걸쳐 단일 볼록 렌즈면(9)을 구비하는 한편, 반대면(광원측)에 1개의 수광용 볼록 렌즈면(10)과, 2개의 투광용 볼록 렌즈면(11)을 구비한다.
각 볼록 렌즈면(9, 10, 11)은, 구면으로 형성되어 있고, 상기 수광용 볼록 렌즈면(10)은 격벽 부재(6)의 차폐 통부(6b)의 내경과 거의 동일한 구경을 구비하여 렌즈(12)의 중심 위치에 배치된다. 이 수광용 볼록 렌즈면(10)과, 단일 볼록 렌즈면(9)은, 구면을 형성하는 회전축을 공유하도록 위치하고, 이와 같은 단일 볼록 렌즈면(9)과 수광용 볼록 렌즈면(10)의 각각을 평볼록 렌즈로 한 경우의 광축이 되는 상기 공유 회전축이 격벽 부재(6)의 차폐 통부(6b)의 중심축에 합치하도록 위치 결정되어 장착된다.
한편, 투광용 볼록 렌즈면(11)은, 광축이 상기 수광용 볼록 렌즈면(10)의 광축과 평행하고, 또한, 구경이, 격벽 부재(6)의 구획벽(6c)에 의해 구획되는 구획의 한 변의 길이와 거의 동일해지도록 형성되고, 각각의 광축 상에 각 발광 소자(2)가 위치하도록 배치된다. 투광용 볼록 렌즈면(11)과 수광용 볼록 렌즈면(10)의 경계부에는, 홈(12a)이 형성되어 있어, 투광용 볼록 렌즈면(11)으로부터 도입된 조사광의 수광용 볼록 렌즈면(10)의 영역으로의 침입이 방지된다.
따라서, 이 실시형태에 있어서, 투광용 볼록 렌즈면(11)의 앞측 초점 위치(f11)에 발광 소자를 위치시키면, 발광 소자(2)로부터의 조사광은, 투광용 볼록 렌즈면(11)에 의해 평행광으로 변환되어 렌즈(12) 내를 진행한 후, 단일 볼록 렌즈면(9)에 의해 상기 단일 볼록 렌즈면(9)의 후측 초점 위치(f9)에 집광된다.
이 결과, 광센서 유닛(U)을 고정한 상태에서 단일 볼록 렌즈면(9)의 후측 초점 위치(f9) 근방에 검출 영역(R)을 설정해 두면, 상기 검출 영역(R)의 검출광의 광량을 증가시킬 수 있고, 또한, 검출 물체(14)로부터의 반사광은, 단일 볼록 렌즈면(9) 및 수광용 볼록 렌즈면(10)에 의해 집광되어 수광용 볼록 렌즈면(10)의 초점 위치(f10)에 배치된 수광 소자(4)에 효율적으로 공급되기 때문에, 높은 검출 정밀도를 실현할 수 있다.
1: 유닛 케이스
2: 발광 소자
3: 실장 기판
4: 수광 소자
5: 환상 패킹
6: 격벽 부재
7: 가압벽
8: 임시 고정용 감합부
9: 단일 볼록 렌즈면
10: 수광용 볼록 렌즈면
11: 투광용 볼록 렌즈면
12: 렌즈

Claims (5)

  1. 유닛 케이스 내에 수용된 발광 소자로부터 유닛 케이스 밖으로 투광한 검출광의 유닛 케이스 밖에 설정한 검출 영역으로부터의 반사광을 실장 기판 상에 실장된 수광 소자에 의해 검출하는 광센서 유닛에 있어서,
    상기 반사광의 유닛 케이스 내에서의 통과 공간이, 실장 기판 상에 상기 수광 소자를 포위하는 탄성 재료에 의해 형성되는 환상 패킹을 통해 적층되는 격벽 부재에 의해 유닛 케이스 내의 다른 공간으로부터 이격되고,
    또한, 격벽 부재에는, 실장 기판으로의 적층시에 환상 패킹의 외주벽에 압접하여 상기 환상 패킹에 축경(縮徑) 방향의 분력을 동반한 실장 기판으로의 압접력을 부여하는 가압벽이 마련되는 광센서 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환상 패킹은, 내외주 벽면이 상방으로 갈수록 점차 축경되는 원뿔 통형상으로 형성되는 광센서 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환상 패킹과 격벽 부재에는, 한쪽이 다른 한쪽에 압입되는 임시 고정용 감합부가 형성되는 광센서 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유닛 케이스 내에 복수의 발광 소자가 수광 소자를 둘러싸도록 하여 수용되는 광센서 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유닛 케이스에는, 대물면이 수광 소자를 통과하는 광축을 구비하는 단일 볼록 렌즈면에 의해 형성되는 한편, 대향면에는, 상기 단일 볼록 렌즈면과 광축이 공통되는 수광용 볼록 렌즈면과, 광축이 상기 수광용 볼록 렌즈면의 광축에 평행하게 각 발광 소자를 통과하는 투광용 볼록 렌즈면이 일체로 형성된 렌즈가 고정되는 광센서 유닛.
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