JP2017194615A - ミラーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】合成樹脂材からなる反射ミラーであっても反射面の歪が少ないミラーユニットを提供する。【解決手段】合成樹脂材からなる板状の基材４１０に反射面を有する凹面鏡４１と、基材４１０と異なる材質からなり、凹面鏡４１を保持するためのホルダ４２と、を備え、凹面鏡４１には、ホルダ４２との対向面において、ホルダ４２と接触する凸状の当接部４１ｃを複数設け、これら当接部４１ｃは、側面をホルダ４２との接触面４１２とし、この接触面４１２よりも内側に凹部４１３が形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、表示像を投影するミラーユニットに関し、例えば、ヘッドアップディスプレイなどの車載用表示装置に用いられるミラーユニットとして好適である。

従来、表示光を反射させる反射ミラーを有するミラーユニットを用いた表示装置としては、ヘッドアップディスプレイがあり、例えば特許文献１に開示されている。かかる特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、車両のインストルメントパネル（以下、インパネと言う）内部に取り付けられており、表示装置が発する表示光を車両のフロントガラス（投影部材）に投影し、車両の利用者（運転者）に対し虚像を表示する。

前述した表示装置は、光源と、この光源の発光に伴い表示光を発する表示器と、この表示器が発する表示光をフロントガラス側に反射させるためのミラーユニットと、光源と表示器とミラーユニットとを収容する収納部及びミラーユニットによって反射された表示光を透過させる透光部を有する合成樹脂からなるハウジングとから主に構成されており、ミラーユニットの反射ミラーによって反射された表示光を前記透光部を通じてフロントガラスに投影し、虚像を表示する。

特開平９−１０９７３２号公報

これらヘッドアップディスプレイは、車両に搭載され、車外の温度環境の変化だけでなく太陽光の照射による高温化など、温度変化が大きい。このため、反射ミラーは、この反射ミラーを保持するホルダの所定位置に当接させるための位置決め用の当接部を設ける必要がある。

しかしながら、この当接部は、合成樹脂材でありながら強度良くしたいため、大きく、太い形状が望まれるが、樹脂ヒケなどの影響で、反射ミラーにおける当接部の形成箇所と反対側の反射面にまでこの変形が影響し、所望の滑らかな反射面が歪んでしまうという虞があった。

そこで本発明の目的は、前述の課題に着目し、合成樹脂材からなる反射ミラーであっても反射面の歪が少ないミラーユニットを提供することにある。

本発明のミラーユニットは、
合成樹脂材からなる板状の基材に反射面を有する反射ミラーと、
前記基材と異なる材質からなり、前記反射ミラーを保持するためのホルダと、を備え、
前記反射ミラーには、前記ホルダとの対向面において、前記ホルダと接触する凸状の当接部を複数設け、
これら当接部は、側面を前記ホルダとの接触面とし、この接触面よりも内側に凹部が形成されることを特徴とする。

前記当接部は、円筒の壁状に形成され、この当接部から連続して補強用のリブが形成されることを特徴とする。

前記ホルダは、前記反射面の裏面側に前記当接部を介して接触する支持体と、前記支持体と挟み込んで前記反射ミラーを保持する止め部材とを設け、
前記当接部は、前記止め部材による前記反射ミラーの保持箇所に重なる位置に形成されることを特徴とする。

本発明のミラーユニットは、反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて反射ミラーを保持できる。

本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイの概略図。 同実施形態による表示装置の断面図。 同実施形態によるミラーユニットを示す図。 同実施形態によるミラーユニットの要部を示す断面図。 同実施形態による支持体の凹面鏡との当接面側を示す図。 （ａ）同実施形態の当接部を示す平面図、及び（ｂ）この当接部のＸ−Ｘ断面図。 （ａ）同実施形態の当接部の変形例を示す平面図、及び（ｂ）この変形例の当接部のＹ−Ｙ断面図。 同実施形態の緩衝材の変形例の要部を示す断面図。 本発明の他の実施形態による凹面鏡の支持体との当接面側を示す図。 他の実施形態による支持体の凹面鏡との当接面側を示す図。 他の実施形態によるミラーユニットの要部を示す断面図。

以下、本発明のミラーユニットを車両用のヘッドアップディスプレイに適用した実施形態について、図面を用いて説明する。

ヘッドアップディスプレイは、図１に示すように車両１０のインパネ（インストルメントパネル）１１内部に配設された表示ユニットである表示装置１２が投射する表示光Ｌを投影部材である車両１０のフロントガラス（風防ガラス）１３で車両１０の運転者（利用者）１４の方向に反射させ、虚像Ｖの表示を行う。換言すれば、ヘッドアップディスプレイは、表示装置１２の後述する液晶表示器２０から発せられる表示光Ｌをフロントガラス１３に出射（投射）し、この出射によって得られた表示像（虚像）Ｖを運転者１４に視認させる。これにより運転者１４は、運転席前方に表示される虚像Ｖを風景と重畳させて観察できる。

表示装置１２は、図２に示すように液晶表示器２０と、第１反射器３０と、ミラーユニットである第２反射器４０と、ハウジング５０とから主に構成されている。

液晶表示器２０は、配線基板Ｈに実装された発光ダイオードからなる光源２１と、この光源２１からの照明光を透過して表示光Ｌを形成するように光源２１の照明方向に対向して配置されるＴＦＴ型の液晶表示素子２２とを設けている。このことは、液晶表示素子２２の背後（表示光Ｌの出射と反対側）に光源２１が設けられ、液晶表示素子２２は、光源２１から発せられる光を透過して、所定情報を投影表示することを意味している。

かかる液晶表示器２０は、表示光Ｌの出射側の面が第１反射器３０の後述するコールドミラーに対向するようにしてハウジング５０内に設けられ、表示光Ｌの光軸が前記コールドミラーに交わるような位置や向きにて固定保持される。

また液晶表示素子２２は、図示しない素子駆動回路によって所定情報（例えば車両１０の速度やエンジン回転数、経路案内など車両情報）を、数値や文字、マーク等で画像形成する。液晶表示器２０は、光源２１からの照明光を利用して、可視波長域の光からなる表示光Ｌを出力する。例えば、白色光を発する光源２１を適用し、液晶表示素子２２に設けられるカラーフィルタを介して、有色（赤色や緑色など）の表示光Ｌを形成できる。なお、液晶表示素子２２が画像形成する所定情報は、車両の速度やエンジン回転数などの車両情報に限らず、時刻や動画などあらゆる表示形態を採用できることは言うまでもない。

第１反射器３０は、コールドミラー３１と、このコールドミラー３１を所定の固定手段を用いて取付固定するための固定部材３２とを有している。コールドミラー３１は、略矩形状のガラス基板３１ａと、このガラス基板３１ａの片面（第２反射器４０の後述する凹面鏡と向かい合う面）に形成された反射層３１ｂとからなる。かかる反射層３１ｂは、膜厚が異なる多層の干渉膜からなるものであり、蒸着等の方法で形成されている。また、コールドミラー３１は、液晶表示器２０（液晶表示素子２２）が発した表示光Ｌを、第２反射器４０（前記凹面鏡）側へ反射させるような位置に傾斜状態にて設けられる。

なお、コールドミラー３１は、液晶表示器２０の発光波長域を含む可視波長域（４５０〜７５０ｎｍ）の光を高い反射率（例えば８０％以上）で反射し、前記可視波長域以外の光を低い反射率で反射するものが好適である。この場合、コールドミラー３１は、前記可視波長域以外の特に赤外波長域の光（赤外線あるいは太陽光の熱線）を低い反射率（例えば１５％以下）にて反射するものが適用される。なお、反射層３１ｂにて反射されない光は、コールドミラー３１を透過するように構成される。また固定部材３２は、合成樹脂材料からなり、ハウジング５０に固定されてなる。

ミラーユニットである第２反射器４０は、図３，４に詳しく示すように、コールドミラー３１からの表示光Ｌを反射させるべく、ハウジング５０内に設けられた反射ミラーである凹面鏡４１と、この凹面鏡４１を保持するためのホルダ４２と、凹面鏡４１が実装されたホルダ４２を回転駆動させ、凹面鏡４１の傾斜角度を調整する駆動手段４３とを備えている。

凹面鏡４１は、合成樹脂（例えばポリカーボネート）からなる板状の基板４１ａと、この基板４１ａの前面部４５（つまりコールドミラー３１の反射層３１ｂと向かい合う面）に蒸着形成されるアルミニウム等の金属からなる反射膜４１ｂとを備え、この反射膜４１ｂにより形成される反射面は、所定の曲率を有する凹状の曲面（凹面）となっている。なお、この場合、基板４１ａは、射出成形によって成形される。

従って、この凹面として形成された反射膜４１ｂは、コールドミラー３１からの表示光Ｌをフロントガラス１３側へ反射させるための光反射面となる。なお、凹面鏡４１は、反射膜４１ｂによる反射面がコールドミラー３１並びに上方のフロントガラス１３に対向し、ハウジング５０の後述する透光性カバーから臨める位置に傾斜状態にて設けられる。

また、凹面鏡４１は、コールドミラー３１からの表示光Ｌを拡大しつつ、前記透光性カバー（車両１０のフロントガラス１３）側へ反射（投射）させる。このことは、凹面鏡４１が、コールドミラー３１によって反射された表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを前記透光性カバーを通じてフロントガラス１３に投射することを意味している。また、この場合、凹面鏡４１の反射面は、フロントガラス１３の曲面形状に合わせて虚像Ｖの歪みを低減するように補正できる曲面形状としている。

また、凹面鏡４１のホルダ４２との対向面（反射面と反対側の面）には、凸形状の凸部（当接部）４１ｃが形成されており、凹面鏡４１とホルダ４２との位置決め用の部材として作用する。

ホルダ４２は、凹面鏡を所定位置に保持するためのもので、ハウジング５０の線膨張係数（熱膨張率）に近い金属材からなる支持体４２１と、この支持体４２１とは、別体の止め部材４２２と、を設けている。例えば、支持体４２１としてアルミダイカストを適用でき、また、止め部材４２２としては、アルミニウム等の板金部材を適用できる。

支持体４２１は、凹面鏡４１の背面側（反射面の反対側）に設けられ、図５に示すように、軸部４２ａと、位置決め穴４２ｂと、溝部４２ｃと、平坦面４２ｄとが形成される。

軸部４２ａは、駆動手段４３による凹面鏡４１の回転を軸支するもので、ハウジング５０に形成される保持部によって、軸支される。なお、この軸部４２ａは、ベアリングを介してハウジング５０に軸支されてもよい。

位置決め穴４２ｂは、凹面鏡４１に形成される凸部４１ｃに対向して形成され、複数の凸部４１ｃのうち一つが位置決め穴４２ｂに嵌まることで凹面鏡４１面方向の位置を規制できる。この場合、位置決め穴４２ｂは、傾斜面が形成されて凸部４１ｃを位置決め穴４２ｂの中央側に誘い込むように位置決めできる。

溝部４２ｃは、位置決め穴４２ｂと同様に凸部４１ｃに対向する位置に形成され、凸部４１ｃに対して、所定の線上を摺動可能なように凹面鏡４１の位置を規制する規制手段となる。この溝部４２ｃは、位置決め穴４２ｂによる凹面鏡４１の位置決め状態に対して、この位置決め穴４２ｂを中心とする回転方向の移動を規制するとともに、凹面鏡４１の熱変形（熱膨張や熱収縮）が生じることを加味して、中央付近から外側への線状に形成される。即ち、凹面鏡４１が熱変形しても、凸部４１ｃが位置決め穴４２ｂ及び溝部４２ｃに嵌まった位置決め状態を維持できる。なお、溝部４２ｃの形状は、凸部４１ｃの形状に対応した大きさであればよく、Ｖ溝であっても、Ｕ溝であってもよい。

平坦面４２ｄは、上述同様に凹面鏡４１の凸部４１ｃに対向する位置に形成され、位置決め穴４２ｂと溝部４２ｃとともに凸部４１ｃに接触している。したがって、凹面鏡４１と支持体４２１の対向面において、位置決め穴４２ｂと、溝部４２ｃと、平坦面４２ｄとに対応した３つの凸部４１ｃを用いて３か所で接触しているため、凹面鏡４１と支持体４２１との熱膨張率の差によって、溝部４２ｃと平坦面４２ｄ箇所における凸部４１ｃの相対位置が変わっても、接触状態のまま所望の方向に摺動するだけで済み、凹面鏡４１をがたつかせることなく変化に対応しながら保持状態を維持できる。

これら支持体４２１に設けられる位置決め穴４２ｂと、溝部４２ｃと、平坦面４２ｄとに接触する凸部４１ｃは、図６に示すように、板状の基材４１０から円筒形状の壁４１１が突出するように形成され、この壁４１１の外周側面に曲面形状が形成されて支持体４２１との接触面４１２としている。また、凸部４１ｃは、接触面４１２の内側に凹部４１３が形成されており、凹面鏡４１を合成樹脂材にて成形する際のヒケ量が小さくなるように合成樹脂材の体積を小さくしている。従って、凸部４１ｃを形成することで生じる該ヒケの影響で基材４１０が変形する量を極力小さくできる。このため、反射膜４１ｂが形成される反射面を平滑に生成できるため、歪が少ない所望の反射形状を得ることが容易になる。

また、凹部４１３には、凸部４１ｃの変形を小さくするための補強用のリブ４１４が形成されており、支持体４２１に接触することで、壁４１１が倒れこむなど変形することを防止でき、接触面４１２を所定形状に保つ作用がある。なお、このリブ４１４は、図７に示す凸部４１０ｃのように、接触面４１４の外側に形成するリブ４１４ａであってもよいし、内側と外側との両方に設けることもできる。なお、凸部４１ｃの変形例である凸部４１０ｃは、同上実施形態に相当する構成について図７に同じ符号を記して詳細な説明を省く。

また、板状の基板４１ａに反射面を有する凹面鏡４１と、基板４１ａと異なる材質からなり、凹面鏡４１を保持するためのホルダ４２と、を備えてなり、ホルダ４２と凹面鏡４１とは、複数の凸部４１ｃを介して接触し、複数の凸部４１ｃのうち一つの凸部４１ｃは、ホルダ４２と凹面鏡４１とを位置決め固定し、他の凸部４１ｃは、ホルダ４２に対して凹面鏡４１が摺動可能に当接する。したがって、温度変化があっても反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて凹面鏡４１を保持できる。特に、車載されるヘッドアップディスプレイのように、光源２１の発熱時間や、太陽光の照射の有無など、冷熱変化の厳しい場合であっても、凹面鏡４１を保持できるため、有利である。

なお、凸部４１ｃの高さは、板状の基板４１ａの板厚以下の寸法に設定することで、成形時のヒケ影響を小さくできる。

止め部材４２２は、位置決め穴４２ｂ等で面方向に位置決めされた凹面鏡４１を、反射面側から押し付けるようにして保持するための部材である。この場合、止め部材４２２は、凹面鏡４１の長手方向（回転軸方向）に対向する辺（端部）付近を保持するように二か所設けられる。また、止め部材４２２は、弾性変形可能な緩衝材４２３を介して凹面鏡４１の反射面側に接触しており、熱変形による寸法変化を吸収して、凹面鏡４１の保持状態を維持できる。なお、止め部材４２２は、凹面鏡４１を介在した状態で、支持体４２１をビス止めすることで固定される。

また、止め部材４２２は、この場合、金属の板材をプレス加工して形成され、弾性変形可能に設けられる。この弾性力を凹面鏡４１への押圧力として付与したまま、凹面鏡４１を支持体４２１との間に挟み込むことができる。

なお、緩衝材４２３によっても該押圧力を付勢できる。また、熱変形した際に止め部材４２２と凹面鏡４１との相対的な位置変化が生じたとしても、緩衝材４２３の変形や滑りによる位置ずれによって、反射面への影響を低減しつつ、凹面鏡４１の位置決め保持状態を維持できる。緩衝材４２３は、例えば、発泡ウレタン材、または合成ゴム等の部材を適用できる。

これらホルダ４２の構成によって、合成樹脂材からなる凹面鏡４１が熱変形しても、ハウジング５０との軸支状態を維持できるだけでなく、所望の反射面位置を確保できる。また、ホルダ４２と凹面鏡４１とは、それらの対向面において、複数の当接部４１ｃを介して接触して保持され、ホルダ４２は、前記反射面の裏面側に当接部４１ｃを介して接触する支持体４２１と、支持体４２１と挟み込んで凹面鏡４１を保持する止め部材４２２とを設け、凹面鏡４１の面方向において、凹面鏡４１と止め部材４２２とが間隔Ｄをおいて設けられる。したがって、間隔Ｄを設けることによって、凹面鏡４１の熱変形と支持体４２１や止め部材４２２の熱変形との違いによる相対的な位置変化しても、止め部材４２２と凹面鏡４１とが面方向Ｘで当接することを抑止できるため、該当接による応力によって凹面鏡４１が歪むなどして、表示影響を及ぼすことを防止できる。

駆動手段４３は、通電により駆動力を発生するステッピングモータ４３ａと、このステッピングモータ４３ａの回動を利用して、凹面鏡４１の角度を変化させることができる。この場合、駆動手段４３は、ハウジング５０に固定されたステッピングモータ４３ａの回転軸に形成されたリードスクリュータイプのネジを直線方向に移動させ、凹面鏡４１から延びるアーム部４２ｅを該ネジによって押引することで、軸部４２ａを中心に凹面鏡４１を回転させるように構成する。なお、駆動手段４３は、リードスクリュータイプの他に、ラックアンドピニオンタイプや、ステッピングモータが、ギア等を介して軸部４２ａを回動させる構成であっても適用できる。

ハウジング５０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂材の成形部品や金属部材（アルミダイカスト）を組み合わせて、略箱型形状に形成され、その内部空間である空間部５１に液晶表示器２０や第１、第２反射器３０、４０を保持して収容する。これら収容部品は、金属材からなる保持体５２によって保持される。

また、ハウジング５０は、第２反射器４０における凹面鏡４１の配設位置の上部（フロントガラス１３側）が開口し、この開口を塞ぐように透光部である透光性カバー５３が配設されてなる。かかる透光性カバー５３は、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなり、湾曲形状（曲面形状）に形成され、凹面鏡４１で反射された表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。つまり、凹面鏡４１によって反射された表示光Ｌは、ハウジング５０に形成された透光性カバー５３を通じてフロントガラス１３に投影され、これにより虚像Ｖの表示が運転者１４に対し行われることになる。

なお、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。

例えば、上述実施の形態にあっては、光源２１の照射光を利用して表示像を形成する液晶表示器２０を例に挙げて説明したが、照明光としてレーザー光を走査させて適用したり、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を利用したプロジェクタ方式を適用することもでき、上記ミラーユニットを組み合わせることで、上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述のコールドミラー３１にあっては、温度条件（光源等の電子部品の発熱）や太陽光の照射条件などによって、これを省くことができ、例えば、液晶表示器２０からの表示光を凹面鏡による反射を介してフロントガラスに投影する構成であっても上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、ホルダ４２の支持体４２１は、図８に示すように、略平板状のものも適用でき、加工がし易い。また、支持体４２１と止め部材４２２との固定にあっては、反射面以外の面でビス止めでき、例えば、側面や、図８に示すように、裏面にビスＢを螺合させてもよい。また、ビス止めだけでなくフックを用いた係合構造を組み合わせるなどしてもよい。

また、図８に示すように、緩衝材として、平板状のものの他に、球状や円筒状、円柱状の緩衝材４２３ａを適用することもでき、凹面鏡４１や止め部材４２２との接触面積を小さくすることで、凹面鏡４１または止め部材４２２との間での位置ずれや弾性変形し易くなる。また、緩衝材は、止め部材４２２、または凹面鏡４１の何れか一方に接着することもできる。例えば、止め部材４２２における凹面鏡４１との対向面に接着シートを介して貼り付けることができ、位置決めを容易にするため、組み付け性が良好となる。

（他の実施形態）
次に、図９〜図１１を用いて本発明の他の実施形態について説明する。なお、上述実施形態と同様または相当する箇所には、同一符号を記し、その詳細な説明を省く。

他の実施形態は、図９に示すように、凹面鏡４１に形成される当接部として、凸部４１ｃの他に突出部４１ｄを設けており、更に、図１０に示すように、支持体４２１には、この突出部４１に当接するための平坦部４２ｄが設けられる。

図１１に示すように、突出部４１ｄとこれに接する平坦部４２ｄとは、面接触するように配置され、凹面鏡４１と支持体４２１とを積層する方向（各面の垂直方向）Ｙのスペーサとして、所定間隔を維持する作用がある。この突出部４１ｄは、凸部４１ｃ箇所の応力集中を緩和できるだけでなく、例えば、凹面鏡４１と支持体４２１との熱変形（膨張や収縮）の差により、面方向Ｘでの位置ずれが生じても、該所定間隔を維持することができる。したがって、上述した実施形態と同様に、反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて凹面鏡４１を保持できる効果がある。

また、突出部４１ｄは、緩衝材４２３を介して止め部材４２２が凹面鏡４１を保持する箇所と重なる位置で平坦部４２ｄに当接している。これにより、例えば、第２反射器４０の組み立て時、凹面鏡４１が面直方向Ｙに荷重を受けた際に、突出部４１ｄにおける支持体４２１の接触によって、凸部４１ｃへの荷重を低減できるため、凸部４１ｃの変形や破損など防止できる。このため、凸部４１ｃは、凹部４１３を有して肉抜きされた形状であっても、大きな荷重が加わり難くなり、これによる変形を抑止できるため、位置決め作用を長く維持できる。また、凸部４１ｃは、受ける荷重の大きさによって、図９に示すように、リブ４１４，４１４ａを必要としない。

また、凸部４１ｃは、緩衝材４２３を介して止め部材４２２が凹面鏡４１を保持する箇所と重なる位置で支持体４２１に当接している。これにより、凸部４１ｃの形成面と反対側の反射面に若干の歪影響があったとしても、この部分を表示像Ｌの反射に使用せず、保持部として作用させることができ有効である。

本発明は、ミラーユニットに関して、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載される車両情報やターンバイターン表示等の道路情報などの車載表示装置として好適である。

１２ 表示装置
２０ 液晶表示器
３０ 第１反射器
４０ 第２反射器（ミラーユニット）
４１ 凹面鏡（反射ミラー）
４１ａ 基板（基材）
４１ｂ 反射膜
４１ｃ 凸部（当接部）
４１０ 基材
４１１ 壁
４１２ 接触面
４１３ 凹部
４１４，４１４ａ リブ
４１ｄ 突出部（当接部）
４２ ホルダ
４２１ 支持体
４２２ 止め部材
４２３ 緩衝材
４２ａ 軸部
４２ｂ 位置決め穴
４２ｃ 溝部（規制手段）
４２ｄ 平坦部
４３ 駆動手段
４３ａ ステッピングモータ
５０ ハウジング
Ｌ 表示光
Ｄ 間隔
Ｘ 面方向
Ｙ 面直方向

Claims (3)

1. 合成樹脂材からなる板状の基材に反射面を有する反射ミラーと、
   前記基材と異なる材質からなり、前記反射ミラーを保持するためのホルダと、を備え、
   前記反射ミラーには、前記ホルダとの対向面において、前記ホルダと接触する凸状の当接部を複数設け、
   これら当接部は、側面を前記ホルダとの接触面とし、この接触面よりも内側に凹部が形成されることを特徴とするミラーユニット。
2. 前記当接部は、円筒の壁状に形成され、この当接部から連続して補強用のリブが形成されることを特徴とする請求項１に記載のミラーユニット。
3. 前記ホルダは、前記反射面の裏面側に前記当接部を介して接触する支持体と、前記支持体と挟み込んで前記反射ミラーを保持する止め部材とを設け、
   前記当接部は、前記止め部材による前記反射ミラーの保持箇所に重なる位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載のミラーユニット。

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