KR20160130104A - 레이더를 이용한 위치 탐지 장치 - Google Patents

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KR20160130104A
KR20160130104A KR1020150062240A KR20150062240A KR20160130104A KR 20160130104 A KR20160130104 A KR 20160130104A KR 1020150062240 A KR1020150062240 A KR 1020150062240A KR 20150062240 A KR20150062240 A KR 20150062240A KR 20160130104 A KR20160130104 A KR 20160130104A
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Abstract

본 발명은 위치 탐지 기술에 있어서, 특히 레이더를 이용하여 위치를 탐지하도록 해주는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치에 관한 것으로, 송신레이더신호를 주기적으로 송출하는 송신부와, 상기 송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 수신레이더신호를 수신하는 수신부를 구비하는 임펄스 레이더; 그리고 상기 송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 수신레이더신호의 수신시간으로부터 상기 물체까지의 거리를 산출하는 제어부로 구성되는 것이 일 특징인 발명이다.

Description

레이더를 이용한 위치 탐지 장치{Apparatus for detecting position using radar}
본 발명은 위치 탐지 기술에 관한 것으로, 특히 레이더를 이용하여 위치를 탐지하도록 해주는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치에 관한 것이다.
종래에는 임펄스 레이더를 이용하여 거리를 측정하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있었다. 임펄스 레이더를 이용한 거리 측정은 짧은 단일 펄스를 이용하여 광대역 주파수 특성을 얻을 수 있다는 기술적 특성을 가지며, 낮은 전력으로 구현이 가능하다는 장점이 있다.
따라서, 목표물에 대한 감지 거리, 방향, 동시에 여러 목표물을 감지하는 등의 형태로 활용되고 있다.
한편, 최근에는 터치를 감지하는 터치 패널과 영상을 표출하는 디스플레이 디바이스가 결합된 터치 스크린이 널리 사용되고 있으며, 더 나아가 터치 패널 없이 공간에서 터치 감지가 가능한 공간 터치 장치가 개발되었다.
그러나 종래의 공간 터치 장치는 적외선을 이용해야 한다는 한계가 있으며, 공간에서 발생하는 멀티 터치의 감지가 불가능하다는 단점이 있다. 또한, 야외에 설치되는 대형 디스플레이 디바이스에 적용할 경우에는 적외선의 방사 범위의 한계로 인해 공간 감지로서 기능을 발휘하지 못할 수도 있다는 문제가 있다.
이러한 점을 고려하여 대형 디스플레이 디바이스에도 적용 가능하고 멀티 터치에 대한 감지도 가능한 위치 탐지 기술이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 특히 멀티 터치에 대한 감지가 가능하고 또한 대형 디스플레이 디바이스에서도 터치 감지 능력을 발휘하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 일 특징은, 송신레이더신호를 주기적으로 송출하는 송신부와, 상기 송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 수신레이더신호를 수신하는 수신부를 구비하는 임펄스 레이더; 그리고 상기 송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 수신레이더신호의 수신시간으로부터 상기 물체까지의 거리를 산출하는 제어부로 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 송신레이더신호의 송출 범위에 배치되며 소정의 전극패턴을 가지는 도전판을 더 구비할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 제어부는 상기 전극패턴에서 터치가 감지되는 지점과 상기 산출된 거리로부터 상기 물체의 좌표를 산출할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 다른 특징은, 송신레이더신호를 송출하는 송신부와, 상기 송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 제1수신레이더신호를 수신하는 제1수신부와, 상기 송신레이더신호에 대응하여 상기 물체로부터 반사된 제2수신레이더신호를 수신하는 제2수신부를 구비하는 임펄스 레이더; 그리고 상기 제1수신레이더신호의 제1수신시간과 상기 제2수신레이더신호의 제2수신시간을 이용하여 상기 임펄스 레이더의 제1탐지영역과 제2탐지영역을 산출하고, 산출된 상기 제1탐지영역과 상기 제2탐지영역의 교차 지점을 상기 물체의 좌표로 판정하는 제어부를 포함하여 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 제1수신시간과 상기 제2수신시간을 추정하고, 상기 추정된 상기 제1수신시간으로부터 상기 제1탐지영역을 산출하고 또한 상기 추정된 상기 제2수신시간으로부터 상기 제2탐지영역을 산출할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 또다른 특징은, 제1송신레이더신호를 송출하는 제1송신부와, 상기 제1송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 제1수신레이더신호를 수신하는 제1수신부를 구비하는 제1 임펄스 레이더; 제2송신레이더신호를 송출하는 제2송신부와, 상기 제2송신레이더신호에 대응하여 상기 물체로부터 반사된 제2수신레이더신호를 수신하는 제2수신부를 구비하는 제2 임펄스 레이더; 그리고 상기 제1수신레이더신호의 제1수신시간과 상기 제2수신레이더신호의 제2수신시간을 이용하여 상기 제1 임펄스 레이더의 제1탐지영역과 상기 제2 임펄스 레이더의 제2탐지영역을 산출하고, 산출된 상기 제1탐지영역과 상기 제2탐지영역의 교차 지점을 상기 물체의 좌표로 판정하는 제어부를 포함하여 구성되는 것이다.
바람직하게, 상기 제1송신레이더신호와 상기 제2송신레이더신호가 서로 다른 주파수를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 제1송신레이더신호와 상기 제2송신레이더신호가 동일 주파수를 가질 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 상기 제1송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 제1수신시간과 상기 제2송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 제2수신시간을 추정하고, 상기 추정된 상기 제1수신시간으로부터 상기 제1탐지영역을 산출하고 또한 상기 추정된 상기 제2수신시간으로부터 상기 제2탐지영역을 산출할 수 있다.
보다 바람직하게, 상기 제어부는 상기 제1수신시간을 이용한 레인징(ranging)을 수행하여 상기 제1탐지영역을 산출하고, 상기 제2수신시간을 이용한 레인징을 수행하여 상기 제2탐지영역을 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 임펄스 레이더를 이용하여 터치를 감지할 수 있으므로 저전력으로 위치 탐지가 가능하다.
또한, 임펄스 레이더를 넓은 공간에 설치되는 대형 디스플레이 디바이스와 결합하여 공간 터치는 물론 멀티 터치가 가능하게 해준다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 구성을 도시한 다이어그램,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 구성을 도시한 다이어그램,
도 3은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 구성을 도시한 다이어그램,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치에서 물체의 좌표를 산출하는 예를 도시한 다이어그램,
도 5 내지 7은 본 발명의 장치의 활용 예들을 도시한 다이어그램.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 구성을 도시한 다이어그램으로, 레이더신호의 단일 송출 구조와 단일 수신 구조를 통해 위치를 탐지하는 구성이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는 임펄스 레이더(10)와 제어부(20)로 구성된다.
임펄스 레이더(10)는 송신레이더신호를 주기적으로 송출하는 송신부(11)와, 송신부(11)에서 송출된 송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 수신레이더신호를 수신하는 수신부(12)를 구비한다.
제어부(20)는 송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 수신레이더신호의 수신시간으로부터 물체까지의 거리를 산출한다.
한편, 본 발명의 장치에서 임펄스 레이더(10)와 제어부(20)의 구성으로부터 탐지 대상에 해당하는 물체까지의 거리를 산출하며, 그 물체의 좌표를 산출하기 위한 구성으로 도전판(30)을 더 구비할 수 있다.
도전판(30)은 송신레이더신호의 송출 범위에 배치되며 소정의 전극패턴을 가질 수 있다.
따라서, 제어부(20)는 도전판(30)의 전극패턴에서 터치가 감지되는 지점과 상기에서 수신레이더신호의 수신시간으로부터 산출된 거리를 이용하여 상기 물체의 좌표를 산출한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 구성을 도시한 다이어그램으로, 레이더신호의 단일 송출 구조와 멀티 수신 구조를 통해 위치를 탐지하는 구성이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 장치는 임펄스 레이더(100)와 제어부(200)로 구성된다.
임펄스 레이더(100)는 송신레이더신호를 주기적으로 송출하는 송신부(110)와, 송신부(110)에서 송출된 송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 제1수신레이더신호를 수신하는 제1수신부(120)와, 송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 제2수신레이더신호를 수신하는 제2수신부(130)를 구비한다.
제어부(200)는 제1수신레이더신호의 제1수신시간과 제2수신레이더신호의 제2수신시간을 이용하여 임펄스 레이더(100)의 제1탐지영역과 제2탐지영역을 산출하고, 산출된 제1탐지영역과 제2탐지영역의 교차 지점을 상기 물체의 좌표로 판정한다.
특히, 제어부(200)는 송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 제1수신시간과 제2수신시간을 추정하고, 그 추정된 제1수신시간으로부터 제1탐지영역을 산출하고 또한 추정된 제2수신시간으로부터 제2탐지영역을 산출한다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 레이더를 이용한 위치 탐지 장치의 구성을 도시한 다이어그램으로, 레이더신호의 멀티 송출 구조와 멀티 수신 구조를 통해 위치를 탐지하는 구성이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 장치는 제1 임펄스 레이더(300)와 제2 임펄스 레이더(400)와 제어부(500)로 구성된다.
제1 임펄스 레이더(300)는 제1송신레이더신호를 송출하는 제1송신부(310)와, 제1송신부(310)에서 송출된 제1송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 제1수신레이더신호를 수신하는 제1수신부(320)를 구비한다.
제2 임펄스 레이더(400)는 제2송신레이더신호를 송출하는 제2송신부(410)와, 제2송신부(410)에서 송출된 제2송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 제2수신레이더신호를 수신하는 제2수신부(420)를 구비한다.
제1 임펄스 레이더(300)에 구비되는 제1송신부(310)가 송출하는 제1송신레이더신호는 제2 임펄스 레이더(400)에 구비되는 제2송신부(410)가 송출하는 제2송신레이더신호와 동일 주파수 또는 서로 다른 주파수를 가질 수 있다.
제어부(500)는 제1수신레이더신호의 제1수신시간과 제2수신레이더신호의 제2수신시간을 이용하여 제1 임펄스 레이더의 제1탐지영역과 제2 임펄스 레이더의 제2탐지영역을 산출하고, 그 산출된 제1탐지영역과 제2탐지영역의 교차 지점을 물체의 좌표로 판정한다.
특히, 제어부(500)는 제1송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 제1수신시간과 제2송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 제2수신시간을 추정하고, 그 추정된 제1수신시간으로부터 제1탐지영역을 산출하고 또한 추정된 제2수신시간으로부터 제2탐지영역을 산출한다.
상기에서 도 2 및 3에서 설명된 예들에서, 제어부(200 또는 500)는 제1수신시간을 이용한 레인징(ranging)을 수행하여 제1탐지영역을 산출하고, 제2수신시간을 이용한 레인징을 수행하여 제2탐지영역을 산출할 수 있다.
또한, 도 2 및 3에서 설명된 예들의 장치에 도 1의 예에서 설명된 도전판을 더 구비할 수 있다. 이 때, 도전판은 송신레이더신호의 송출 범위에 배치되며 소정의 전극패턴을 가진다.
따라서, 제어부(200 또는 500)는 전극패턴에서 터치가 감지되는 지점에 대한 정보를 물체의 좌표 산출에 더 이용할 수 있다.
본 발명에서는 임펄스 레이더에서 송출된 레이더신호의 송출 시점을 기준으로 특정 물체에 반사되어 수신된 시점까지의 시간을 측정하고 그 측정된 시간을 이용하여 해당 물체까지의 거리를 기본적으로 측정한다.
또한, 측정된 시간에 기반하여 전술된 탐지영역을 산출한다. 여기서 탐지영역은 측정된 시간으로부터 레인징(ranging)을 수행함으로써 아크(Arc) 형상으로 나타낼 수 있으며, 그 아크의 교차 지점을 물체의 좌표로 산출한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 장치에서 물체의 좌표를 산출하는 예를 도시한 다이어그램으로, 제1 임펄스 레이더(Radar#1)의 탐지영역을 나타내는 아크와 제2 임펄스 레이더(Radar#2)의 탐지영역을 나타내는 아크의 교차 지점(Target Location)을 물체의 좌표(x,y)로 정하는 예를 나타낸 것이다.
제1 임펄스 레이더(Radar#1)에서 송출된 레이더신호의 송출 시점을 기준으로 물체에 반사되어 수신된 시점까지의 시간에 의해 거리 R1이 산출될 수 있으며, 제2 임펄스 레이더(Radar#2)에서 송출된 레이더신호의 송출 시점을 기준으로 물체에 반사되어 수신된 시점까지의 시간에 의해 거리 R2이 산출될 수 있다.
한편, 전술된 탐지영역의 교차 지점이 물체의 좌표로 정해지는 경우에 (x',y')도 가능하나, 임펄스 레이더가 레이더신호를 송출하는 방향을 감안한다면 좌표 (x',y')는 무시될 수 있다.
도 5 내지 7은 본 발명의 장치의 활용 예들을 도시한 다이어그램이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 장치가 디스플레이 장치의 멀티 터치에 활용되는 예를 설명하기 위한 것이다.
도 5는 도 1 및 3의 구성에 기반한 것으로, 제1 임펄스 레이더(Radar#1)와 제2 임펄스 레이더(Radar#2)를 독립적으로 구성하되, 그들을 동기방식 또는 비동기방식으로 제어하는 예를 도시한 것이다.
도 6은 도 5의 구성 예의 변형 예로서, 제1 임펄스 레이더(Radar#1)와 제2 임펄스 레이더(Radar#2)를 독립적으로 구성하되, 제1 임펄스 레이더(Radar#1)가 송신단(Tx)과 수신단(Rx)을 구비하면서 제2 임펄스 레이더(Radar#2)는 수신단(Rx)만을 구비하는 예를 도시한 것이다.
도 7은 도 2 및 3의 구성에 기반한 것으로, 하나의 단일 구성인 임펄스 레이더(Radar)을 구성하되, 임펄스 레이더가 하나의 송신단(Tx)과 2개의 수신단(Rx1, Rx2)을 가지면서 수신단이 스위칭되는 예를 도시한 것이다.
도 5 내지 7의 구성에 따른 장치는, 전도특성을 가지는 도전판(30)을 디스플레이디바이스 상에 구비하며, 그 장치에서 제어부(20 또는 200 또는 500)는 임펄스 레이더를 동기방식 또는 비동기방식으로 제어하여 레이더신호를 송수신한다.
도 5 내지 7의 구성에 따른 장치는 임펄스 레이더와 도전판(30) 간에 연결 즉, 송신단(Tx)과 수신단(Rx)을 메탈 또는 도전물질의 패터닝으로 형성할 수 있다.
도 5의 예에서는 각 임펄스 레이더(Radar#1, Radar#2)가 레이더신호를 송출하는 송신단(Tx)을 구비하며, 또한 레이더신호를 수신하는 수신단(Rx)을 구비한다.
도 6의 예에서는 제1 임펄스 레이더(Radar#1)가 레이더신호를 송수신하는 송신단(Tx) 및 수신단(Rx)을 구비하며, 제2 임펄스 레이더(Radar#2)는 제1 임펄스 레이더(Radar#1)의 송신단(Tx)에서 송출된 레이더신호에 대해 반사된 신호를 수신하는 수신단(Rx)만을 구비한다. 제1 임펄스 레이더(Radar#1)의 송신단(Tx)은 수신단(Tx)의 사이에 구비되는 것이 바람직하다.
도 7의 예에서는 임펄스 레이더(Radar)가 레이더신호를 송수신하는 송신단(Tx) 및 복수의 수신단(Rx1, Rx2)을 구비하며, 송신단(Tx)에서 송출된 레이더신호에 대해 반사된 신호를 복수의 수신단(Rx1, Rx2)이 스위칭(SW)하면서 수신한다. 수신단(Rx1, Rx2)의 스위칭을 위한 RF 스위치가 구비될 수 있으며 그 RF 스위치는 제어부(20 또는 200 또는 500)가 제어한다.
도 6과 7의 예에서는 송신단(Tx)이 수신단(Tx)의 사이에 구비되는 것이 바람직하다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.
그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 100, 300, 400: 임펄스 레이더
20, 200, 500: 제어부
30: 도전판

Claims (10)

  1. 송신레이더신호를 주기적으로 송출하는 송신부와, 상기 송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 수신레이더신호를 수신하는 수신부를 구비하는 임펄스 레이더; 그리고
    상기 송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 수신레이더신호의 수신시간으로부터 상기 물체까지의 거리를 산출하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신레이더신호의 송출 범위에 배치되며 소정의 전극패턴을 가지는 도전판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전극패턴에서 터치가 감지되는 지점과 상기 산출된 거리로부터 상기 물체의 좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  4. 송신레이더신호를 송출하는 송신부와, 상기 송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 제1수신레이더신호를 수신하는 제1수신부와, 상기 송신레이더신호에 대응하여 상기 물체로부터 반사된 제2수신레이더신호를 수신하는 제2수신부를 구비하는 임펄스 레이더; 그리고
    상기 제1수신레이더신호의 제1수신시간과 상기 제2수신레이더신호의 제2수신시간을 이용하여 상기 임펄스 레이더의 제1탐지영역과 제2탐지영역을 산출하고, 산출된 상기 제1탐지영역과 상기 제2탐지영역의 교차 지점을 상기 물체의 좌표로 판정하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 제1수신시간과 상기 제2수신시간을 추정하고, 상기 추정된 상기 제1수신시간으로부터 상기 제1탐지영역을 산출하고 또한 상기 추정된 상기 제2수신시간으로부터 상기 제2탐지영역을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  6. 제1송신레이더신호를 송출하는 제1송신부와, 상기 제1송신레이더신호에 대응하여 물체로부터 반사된 제1수신레이더신호를 수신하는 제1수신부를 구비하는 제1 임펄스 레이더;
    제2송신레이더신호를 송출하는 제2송신부와, 상기 제2송신레이더신호에 대응하여 상기 물체로부터 반사된 제2수신레이더신호를 수신하는 제2수신부를 구비하는 제2 임펄스 레이더; 그리고
    상기 제1수신레이더신호의 제1수신시간과 상기 제2수신레이더신호의 제2수신시간을 이용하여 상기 제1 임펄스 레이더의 제1탐지영역과 상기 제2 임펄스 레이더의 제2탐지영역을 산출하고, 산출된 상기 제1탐지영역과 상기 제2탐지영역의 교차 지점을 상기 물체의 좌표로 판정하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1송신레이더신호와 상기 제2송신레이더신호가 서로 다른 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1송신레이더신호와 상기 제2송신레이더신호가 동일 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 제1수신시간과 상기 제2송신레이더신호의 송출 시점에 기준한 상기 제2수신시간을 추정하고, 상기 추정된 상기 제1수신시간으로부터 상기 제1탐지영역을 산출하고 또한 상기 추정된 상기 제2수신시간으로부터 상기 제2탐지영역을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
  10. 제 5 또는 9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1수신시간을 이용한 레인징(ranging)을 수행하여 상기 제1탐지영역을 산출하고, 상기 제2수신시간을 이용한 레인징을 수행하여 상기 제2탐지영역을 산출하는 것을 특징으로 하는 레이더를 이용한 위치 탐지 장치.
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