JP2018106985A - 静電容量式タッチスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】操作者が操作しようとするタッチスイッチを、間違えることなく確実に操作することができる静電容量式タッチスイッチを提供すること。【解決手段】透明な基板４１上に透明なスイッチパターン４３を形成したスイッチ回路基板４０と、スイッチ回路基板４０の下側に設置され、スイッチパターン４３に対向する位置に光源１３を実装した光源実装基板１０と、スイッチパターン４３に指等（導電体）が接近した際の接近距離に応じて変化する静電容量を検出し、指がスイッチパターン４３に所定の接近距離まで接近したことを検出した際はスイッチパターン４３に対応する光源１３を点滅又は徐々に点灯し、指がスイッチパターン４３にさらに接近したことを検出した際はスイッチパターン４３に対応する光源１３を点灯する制御部１００と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチパターンに人体等の導電体が接近した際に静電容量が変化することを利用して作動する静電容量式タッチスイッチに関するものである。

従来、スイッチパターンに導電体（例えば指等）が接近することで、スイッチパターンと大地（アース）間の静電容量が変化することを利用してスイッチのオンオフを検出する静電容量式タッチスイッチが利用されている。またこの種の静電容量式タッチスイッチの中には、その裏面側から照光する照光手段を設置した照光型の静電容量式タッチスイッチも利用されている。

静電容量式タッチスイッチは、例えば特許文献１に示すように、上面に光源（５）を実装した光源実装基板（基板）（４）と、光源（５）から出射された光を上方に導く透明板（２）と、スイッチパターン（電極部）（Ｃ）を形成したスイッチ回路基板（電極板）（１）と、抜き打ち文字が形成されたフィルム（６）とを、この順番で積層配置して構成されている。そしてフィルム（６）上を指で触れれば、スイッチ回路基板（１）に形成したスイッチパターン（Ｃ）と大地間の静電容量が変化し、その変化が光源実装基板（４）上に設置した制御部（検出回路）によって検出され、スイッチオン信号を発信すると同時に、光源（５）を点灯する構成となっている。

一方、光源（５）を点灯すると、光源（５）からの光が透明板（２）、スイッチ回路基板（１）を透過して、フィルム（６）を照光し、フィルム（６）に形成した前記抜き文字部分からその上方に向けて光が放射される。

ところで、上記特許文献１では、１枚のスイッチ回路基板（１）上に１つのスイッチパターン（Ｃ）を設置して１つのタッチスイッチとした例を示しているが、上記構造のタッチスイッチを、同一スイッチ回路基板（１）上に複数形成し、任意のタッチスイッチに操作者の指が触れることで、触れたタッチスイッチのみをオンすると共にそのタッチスイッチのみを点灯する構成の静電容量式タッチスイッチも一般に使用されている。

特開平０４−９２３３０号公報

しかし、複数のタッチスイッチが接近して配置されているような場合は、操作者は、自分の意図したタッチスイッチに触れたつもりが、誤って隣のタッチスイッチを操作してしまうことがあった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、操作者が操作しようとするタッチスイッチを、間違えることなく確実に操作することができる静電容量式タッチスイッチを提供することにある。

本発明に係る静電容量式タッチスイッチは、透明基板上に透明なスイッチパターンを形成したスイッチ回路基板と、前記スイッチ回路基板の下側に設置され、前記スイッチパターンに対向する位置に光源を実装した光源実装基板と、前記スイッチパターンに導電体が接近した際の接近距離に応じて変化する静電容量を検出し、前記導電体が前記スイッチパターンに所定の接近距離まで接近したことを検出した際はこのスイッチパターンに対応する前記光源を点滅又は徐々に点灯し、前記導電体が前記スイッチパターンにさらに接近したことを検出した際はこのスイッチパターンに対応する前記光源を点灯する制御部と、を具備することを特徴としている。
導電体が接近した際に、接近したスイッチパターンが、その下に配置した光源によって点滅又は徐々に点灯されるので、操作（タッチ）しようとしているタッチスイッチが、操作を意図しているタッチスイッチであるか否かを、タッチする前に容易に気づくことができる。従って、例え複数のタッチスイッチが隣接している場合でも、操作者の意図したタッチスイッチを確実に操作することができる。
特に本発明の場合、タッチスイッチに接近した際に、そのタッチスイッチは、点滅又は徐々に点灯するので、単に点灯させる場合に比べて目に与える注意を引く刺激が強く、より効果的にタッチしようとしているタッチスイッチを操作者に認識させることができる。

また本発明は、前記光源実装基板に、バックライト用光源を実装すると共に、前記スイッチ回路基板に、前記バックライト用光源をオンオフするバックライト用スイッチパターンを設けることを特徴としている。
これによって、タッチスイッチを操作する前に、予め、各タッチスイッチを照明することができ、操作者は各タッチスイッチの位置を、より容易に把握することができる。バックライト用光源の色彩と、前記光源の色彩とを異ならせておけば、両者の違いをより確実に認識でき、操作者にとってより好適である。

また本発明は、前記制御部が、前記導電体が前記スイッチパターンに接近することでこのスイッチパターンに対応する光源を点灯した際に、前記バックライト用光源が点灯していた場合は、バックライト用光源を消灯させることを特徴としている。
これによって、タッチしたいスイッチを選択する前は、複数のタッチスイッチのバックライトを点灯しておくことで選択し易くし、タッチしたいスイッチをタッチして選択した後は、バックライトを消灯することで、タッチしたタッチスイッチのみを明るく点灯でき、確実にそのタッチスイッチを選択したことを明示できる。

本発明によれば、操作者が操作しようとするタッチスイッチを、間違えることなく確実に操作することができる。

静電容量式タッチスイッチ１の分解概略断面図である。 静電容量式タッチスイッチ１の概略断面図である。 静電容量式タッチスイッチ１の動作フロー図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の１実施形態に係る静電容量式タッチスイッチ１の分解概略断面図である。同図に示すように静電容量式タッチスイッチ１は、上面に光源１３とバックライト用光源１５を実装した光源実装基板１０と、光源実装基板１０上に載置されるケース２０と、ケース２０上に両面接着シート３０を介して載置されるスイッチ回路基板４０と、スイッチ回路基板４０上に両面接着シート７０を介して載置される意匠板８０と、スイッチ回路基板４０及び光源実装基板１０に電気的に接続される制御部１００とを具備して構成されている。なお以下の説明において、「上」とは光源実装基板１０からスイッチ回路基板４０を見る方向をいい、「下」とはその反対方向をいうものとする。また本発明において、「透明」には、半透明（光は通すが、完全な透明ではない状態）を含むものとする。

光源実装基板１０は、不透光性（透光性であっても良い）の材質からなる硬質の基板１１上に、複数の光源１３と、複数のバックライト用光源１５とを一対ずつ複数組設置して構成されている。これら光源１３及びバックライト用光源１５としてこの実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いている。この実施形態では、光源１３から照射される光の色彩と、バックライト用光源１５から照射される光の色彩を異ならせている。また光源１３から照射される光の方が、バックライト用光源１５から照射される光よりも、明るくなるように構成している。また基板１１上には、図示しない他の各種回路パターンも形成されている。

ケース２０は、不透光性（透光性であっても良い）の材質からなる合成樹脂の成形品であり、所定の厚みを有し、且つ前記光源１３とバックライト用光源１５に対向する位置に、上下に貫通する貫通孔２１を設けて構成されている。なお図では、下記するバックライト用スイッチパターン４５に対向する位置にも貫通孔２１を設けているが、この貫通孔２１は省略しても良い。

両面接着シート３０は、前記ケース２０の上面とほぼ同一の形状を有し、各貫通孔２１に対向する位置には略同一形状の貫通孔３１が設けられている。

スイッチ回路基板４０は、基板（透明基板）４１の下面の所定位置に、複数（図１では３つ）のスイッチパターン４３と、１つのバックライト用スイッチパターン４５とを形成して構成されている。基板４１は、可撓性を有する透明な合成樹脂フィルムである。各スイッチパターン４３及びバックライト用スイッチパターン４５は、透明導電インクを印刷（スクリーン印刷等）し乾燥することによって形成される。各スイッチパターン４３及びバックライト用スイッチパターン４５には、配線パターンが接続され、制御部１００に電気的に接続されている。配線パターンは、通常の不透明な導電インクを使用して形成されるが、透明な導電インクを使用して形成しても良い。不透明な配線パターンとしては、例えば、銀パターンや銅パターン等がある。スイッチパターン４３及びバックライト用スイッチパターン４５の表面には、それぞれこれらスイッチパターン４３及びバックライト用スイッチパターン４５を被覆する透明なレジスト層４７，４９が形成されており、スイッチパターン４３及びバックライト用スイッチパターン４５を保護している。レジスト層４７，４９は、透明なレジストインクを印刷すること等によって形成されているが、レジスト膜を貼り付けることによって形成しても良い。スイッチパターン４３及びバックライト用スイッチパターン４５以外の配線パターン上にも、レジスト層を形成することが好ましい。

両面接着シート７０は、透明なシートの上下面に透明な接着層を形成して構成されている。

意匠板８０は、可撓性を有する透明な合成樹脂製の基板（フレキシブル基板）８５の下面に、所望の形状の光遮蔽層８１を形成して構成されている。基板８５は下が透けて見える透明であっても良いが、光が透過する程度に白色等の色彩塗料を塗布する等した半透明であっても良い。また基板８５の材質自体が半透明であっても良い。意匠板８０の光遮蔽層８１を設けていない部分が、光を透過する光透過部８３になる。光遮蔽層８１は、この例では黒色であるが、他の各種色彩であっても良い。この例では、透明（又は半透明）な基板８５を用いたが、その代わりに、下からの光は透過するが、上からの光は反射するハーフミラーとなっている基板を用いても良い。

そしてこの静電容量式タッチスイッチ１を組み立てるには、意匠板８０の下面に両面接着シート７０を貼り付け、その下面にスイッチ回路基板４０を貼り付ける。次に、スイッチ回路基板４０の下面に両面接着シート３０を貼り付け、その下面にケース２０を貼り付ける。そしてケース２０の下面に光源実装基板１０を、図示しない両面接着シート（前記両面接着シート３０と同様のシート）で貼り付ける。各部材間の接着には、両面接着シートの代わりに、接着剤を用いたり、他の機械的固定手段を用いたりしても良い。なお上記組立手順はその一例であり、他の各種異なる組立手順を用いて組み立てても良いことはいうまでもない。

図２は以上のようにして構成された静電容量式タッチスイッチ１の概略断面図である。同図に示すように、各スイッチパターン４３は、一組毎の光源１３とバックライト用光源１５に対向する位置に設置されている。また各スイッチパターン４３と光源１３とバックライト用光源１５とその上を覆う意匠板８０の部分等によってそれぞれ各スイッチＳ１が構成され、バックライト用スイッチパターン４５とその上を覆う意匠板８０の部分等によってバックライト用スイッチＳ２が構成される。

図１に戻って、制御部１００は、前記スイッチ回路基板４０の各スイッチパターン４３及びバックライト用スイッチパターン４５から引き出された配線パターンにそれぞれ接続（電気的に接続、以下同様）されている。制御部１００は、スイッチ回路基板４０上に形成しても良いし、光源実装基板１０上に形成しても良いし、両基板上に一部ずつ形成しても良いし、別の基板上に形成しても良い。制御部１００は、前記各スイッチパターン４３に接続され、各スイッチパターン４３それぞれの静電容量（大地に対する静電容量、以下同様）に対応する検出値を検出してその変化を判定し、さらに制御信号を出力する静電容量検出判定制御部１１０と、前記静電容量検出判定制御部１１０によって判定された各スイッチパターン４３の検出値に応じた制御信号によって前記各光源１３の点灯や点滅や消灯等を行わせるスイッチ用光源駆動部１２０と、前記バックライト用スイッチパターン４５の静電容量に対応する検出値を検出してその変化を判定し、さらに制御信号を出力する静電容量検出判定制御部１３０と、前記静電容量検出判定制御部１３０によって判定されたバックライト用スイッチパターン４５の検出値に応じた制御信号によって前記バックライト用光源１５の点灯や消灯を行わせるバックライト用光源駆動部１４０と、を具備して構成されている。

静電容量検出判定制御部１１０は、各スイッチパターン４３と大地（接地）との間の静電容量に応じた検出値をそれぞれ別々に検出（測定）する静電容量検出回路と、前記検出した検出値を第１基準値と比較する第１比較器と、前記検出した検出値を第２基準値と比較する第２比較器と、これら第１，第２比較器による比較結果に基づいてスイッチ用光源駆動部１２０に制御信号を出力する出力制御回路とを具備している。スイッチ用光源駆動部１２０は、静電容量検出判定制御部１１０からの制御信号に応じた光源駆動電力を、光源１３に供給する回路である。前記第１基準値は、スイッチパターン４３に指（導電体（大地）、以下同様）が所定の位置（意匠板８０から所定距離離れた位置）まで接近した際の検出値であり、前記第２基準値は、スイッチパターン４３に指が前記所定の位置よりもさらに接近した所定の位置（意匠板８０に触れた位置）まで達した際の検出値である。また静電容量検出判定制御部１１０は、前記第２比較器が第２基準値を超えたことを検出した際は、その信号を、スイッチ信号（スイッチオン信号）としてスイッチ制御回路と、静電容量検出判定制御部１３０にも出力する。

具体的には、指が意匠板８０上の何れかのスイッチパターン４３に対向する位置に接近していない場合は、そのスイッチパターン４３の静電容量に応じた検出値が第１基準値を超えないので、スイッチ用光源駆動部１２０からそのスイッチパターン４３に対応する光源１３に光源駆動電力は供給されず、そのスイッチＳ１（図２参照）は照明されない。また指が意匠板８０上の何れかのスイッチパターン４３に対向する位置に所定の接近距離まで接近した場合は、そのスイッチパターン４３の静電容量に応じた検出値が第１基準値を超えるので、スイッチ用光源駆動部１２０からそのスイッチパターン４３に対応する光源１３に光源駆動電力が供給され、そのスイッチＳ１は点滅（又は徐々に点灯）する。また指が意匠板８０上の何れかのスイッチパターン４３に対向する位置に接触した場合は、スイッチパターン４３の静電容量に応じた検出値が第２基準値を超えるので、スイッチ用光源駆動部１２０からそのスイッチパターン４３に対応する光源１３に光源駆動電力が供給され、そのスイッチＳ１は点灯する。即ち、第１基準値を超えるが第２基準値を超えないときは、光源１３を点滅（又は徐々に点灯）させる光源駆動電力を供給し、また第２基準値を超えたときは、光源１３を点灯させる光源駆動電力を供給する。

静電容量検出判定制御部１３０は、バックライト用スイッチパターン４５と大地との間の静電容量に応じた検出値を検出（測定）する静電容量検出回路と、前記検出した検出値を判定用基準値と比較する比較器と、比較器による比較結果に基づいてバックライト用光源駆動部１４０に制御信号を出力する出力制御回路とを具備している。バックライト用光源駆動部１４０は、静電容量検出判定制御部１３０からの制御信号に応じた光源駆動電力を、同時に全てのバックライト用光源１５に供給する回路である。前記判定用基準値は、バックライト用スイッチ４５に指が所定の位置（意匠板８０に触れた位置）まで達した際の検出値であり、前記第２基準値に相当する。

具体的には、指が意匠板８０上のバックライト用スイッチパターン４５に対向する位置に接近していない場合は、バックライト用スイッチパターン４５の静電容量に応じた検出値が判定用基準値を超えないので、バックライト用光源駆動部１４０から各バックライト用光源１５に光源駆動電力は供給されず、バックライト用光源１５は消灯する。一方指が意匠板８０上のバックライト用スイッチパターン４５に対向する位置に接触した場合は、バックライト用スイッチパターン４５の静電容量に応じた検出値が判定用基準値を超えるので、バックライト用光源駆動部１４０から全ての光源１５に対して光源駆動電力が供給され、全てのスイッチＳ１は光源１５によって照明される。さらに、静電容量検出判定制御部１１０からスイッチ信号を入力した際は、点灯させていた全ての光源１５を消灯する制御を行う。

図３は、静電容量式タッチスイッチ１の動作の一例を示す動作フロー図である。同図において、指がバックライト用スイッチＳ２上の意匠板８０に触れると、バックライト用スイッチＳ２がオンになり（ステップＳＴ１）、全てのバックライト用光源１５が点灯し、各スイッチＳ１がバックライトによって照明される（ステップＳＴ２）。一方、バックライト用スイッチＳ２がオフしているときは、バックライト用光源１５は消灯のまま、ステップＳＴ３に移行する。

次に、指が所望のスイッチＳ１上の意匠板８０に所定の離間距離まで接近すると（ステップＳＴ３）、そのスイッチ用光源１３が点滅（又は徐々に点灯）し、そのスイッチＳ１が点滅照明（又は徐々に点灯するように照明）される（ステップＳＴ４）。

そして次に、指が前記所望のスイッチＳ１上の意匠板８０に接触すると（ステップＳＴ５）、そのスイッチ用光源１３が点灯し、そのスイッチＳ１が照明される（ステップＳＴ６）。

このとき、バックライトが点灯している場合は、全てのバックライト用光源１５を消灯することで、全てのスイッチＳ１のバックライトによる照明を止める（ステップＳＴ７）。これによって、オン（タッチ）としたスイッチＳ１のみが、明るく照明されることとなる。

一方、上記ステップＳＴ３，ＳＴ４において、指が所望のスイッチＳ１上の意匠板８０に所定の離間距離まで接近してスイッチＳ１が点滅照明（又は徐々に点灯するように照明）の状態となったが、その後、指がそのスイッチＳ１にさらには接近せず、且つスイッチＳ１が点滅する位置よりも離れた場合は、ステップＳＴ８に移行し、スイッチ用光源１３を消灯し、そのスイッチＳ１の照明を止める。

なお、上記例では、第２基準値として、スイッチＳ１上の意匠板８０に指が触れたときの検出値を用いたが、指が意匠板８０に触れる前（直前）の位置での検出値を第２基準値とすれば、スイッチＳ１に指が触れない状態でこれをオンするように構成することができる。

以上説明したように、上記静電容量式タッチスイッチ１によれば、指が接近した際に、接近したスイッチＳ１（スイッチパターン４３）が、その下に配置した光源１３によって点滅又は徐々に点灯されるので、操作（タッチ）しようとしているスイッチＳ１（スイッチパターン４３）が、操作を意図しているスイッチＳ１（スイッチパターン４３）であるか否かを、タッチする前に容易に気づくことができる。従って、例え複数のスイッチＳ１（スイッチパターン４３）が隣接している場合でも、操作者の意図したスイッチＳ１（スイッチパターン４３）を確実に操作することができる。

特に、指がスイッチＳ１（スイッチパターン４３）に接近した際に、そのスイッチＳ１（スイッチパターン４３）は、点滅又は徐々に点灯するので、単に点灯させる場合に比べて目に与える注意を引く刺激が強く、より効果的にタッチしようとしているスイッチＳ１（スイッチパターン４３）を操作者に認識させることができる。

また上記静電容量式タッチスイッチ１においては、光源実装基板１０にバックライト用光源１５を実装すると共に、スイッチ回路基板４０に前記バックライト用光源１５をオンオフするバックライト用スイッチパターン４５を設けたので、スイッチＳ１を操作する前に、予め、各スイッチＳ１（スイッチパターン４３）を照明することができ、操作者は各スイッチＳ１（スイッチパターン４３）の位置を、より容易に把握することができる。またバックライト用光源１５の色彩と、光源１３の色彩とを異ならせたので、両者の違いをより確実に認識でき、操作者にとってより好適である。

また上記静電容量式タッチスイッチ１においては、指がスイッチＳ１（スイッチパターン４３）に接近することでこのスイッチＳ１（スイッチパターン４３）に対応する光源１３を点灯する際に、バックライト用光源１５が点灯していた場合は、このバックライト用光源１５を消灯する構成としたので、操作したいスイッチＳ１を選択する前は、複数のスイッチＳ１（スイッチパターン４３）のバックライトを点灯しておくことで、その選択をし易くし、操作したいスイッチＳ１を選択した後は、バックライトを消灯することで、操作したスイッチＳ１のみを明るく点灯でき、確実にそのスイッチＳ１を選択したことを明示できる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、光源やバックライト用光源は、発光ダイオードに限定されず、光を発光するものであれば他の各種光源であっても良い。また、光源実装基板とスイッチ回路基板は、硬質基板で構成してもよいし、フレキシブル回路基板で構成しても良い。両基板をフレキシブル回路基板で構成した場合は、１枚のフレキシブル回路基板に両基板を形成し、両基板間を連結する連結部の部分を折り返すことで上下に配置することもできる。また上記実施形態では各スイッチにそれぞれ対応して設けたバックライト用光源を同時にオンオフする構成としたが、それぞれのスイッチ毎にバックライト用光源を個別にオンオフする構成としても良い。またバックライト用光源は、各スイッチ毎に設置するのではなく、複数のスイッチに対して１つ設置するように構成しても良い。またバックライト用光源をオンオフするバックライト用スイッチは、必ずしも光源をオンオフするタッチスイッチと同一の基板（スイッチ回路基板）上に設ける必要はなく、別個の基板に設けても良い。またバックライト用スイッチは、必ずしも静電容量式のタッチスイッチである必要はなく、タクトスイッチのような機械式のスイッチを使用しても良い。またバックライト用スイッチは、本発明に係る静電容量式タッチスイッチを搭載する機器の電源スイッチを兼ねても良い。また本発明においては、必ずしもバックライト用光源を設置しなくても良い。また何れかのスイッチを点灯した際に、バックライトを消灯しないように構成しても良い。またスイッチやバックライト用スイッチに接近させるのは、指以外の各種導電体であっても良い。また意匠板に指が触れない接近した状態で光源又はバックライト用光源が点灯するように構成しても良い。また上記例では、意匠板を設置したが、意匠板は省略しても良く、またレジスト層等の別の部材に代えても良い。

また、上記記載及び各図で示した実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、上記記載及び各図の記載内容は、その一部であっても、それぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は上記記載及び各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

１ 静電容量式タッチスイッチ
１０ 光源実装基板
１３ 光源
１５ バックライト用光源
２０ ケース
３０ 両面接着シート
４０ スイッチ回路基板
４１ 基板（透明基板）
４３ スイッチパターン
４５ バックライト用スイッチパターン
７０ 両面接着シート
８０ 意匠板
１００ 制御部
１１０ 静電容量検出判定制御部
１２０ スイッチ用光源駆動部
１３０ 静電容量検出判定制御部
１４０ バックライト用光源駆動部
Ｓ１ スイッチ（タッチスイッチ）
Ｓ２ バックライト用スイッチ（バックライト用タッチスイッチ）

Claims (3)

1. 透明基板上に透明なスイッチパターンを形成したスイッチ回路基板と、
   前記スイッチ回路基板の下側に設置され、前記スイッチパターンに対向する位置に光源を実装した光源実装基板と、
   前記スイッチパターンに導電体が接近した際の接近距離に応じて変化する静電容量を検出し、前記導電体が前記スイッチパターンに所定の接近距離まで接近したことを検出した際はこのスイッチパターンに対応する前記光源を点滅又は徐々に点灯し、前記導電体が前記スイッチパターンにさらに接近したことを検出した際はこのスイッチパターンに対応する前記光源を点灯する制御部と、
   を具備することを特徴とする静電容量式タッチスイッチ。
2. 請求項１に記載の静電容量式タッチスイッチであって、
   前記光源実装基板に、バックライト用光源を実装すると共に、
   前記スイッチ回路基板に、前記バックライト用光源をオンオフするバックライト用スイッチパターンを設けることを特徴とする静電容量式タッチスイッチ。
3. 請求項２に記載の静電容量式タッチスイッチであって、
   前記制御部は、前記導電体が前記スイッチパターンに接近することでこのスイッチパターンに対応する光源を点灯した際に、前記バックライト用光源が点灯していた場合は、バックライト用光源を消灯させることを特徴とする静電容量式タッチスイッチ。

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