(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出用の電波を受信するＧＰＳアンテナと、該ＧＰＳアンテナから得られた高周波信号を増幅するプリアンプ回路と、該プリアンプ回路から得られた信号を処理するアナログ回路と、該アナログ回路から得られたディジタル信号を処理するディジタル回路と、該ディジタル回路から得られた信号の出力等に用いられるインターフェイスコネクタとを備えたＧＰＳセンサであって、
少なくとも前記ディジタル回路を外部から電磁遮蔽するシールドケースが設けられ、前記ＧＰＳアンテナのグランドと、前記プリアンプ回路のグランドと、前記アナログ回路のグランドとが前記シールドケースに接続され、
前記インターフェイスコネクタがシールド付きで該インターフェイスコネクタのシールドとディジタル回路のバックアップ用電池の一端子とがシールドケースにさらに接続され、
ディジタル回路のバックアップ用電池がシールドケース上に配置されてバックアップ用電池の一端子がシールドケースに直接接続されたものであり、
前記シールドケースは、アナログ回路とディジタル回路とが共に形成された共通基板の表側を覆う第１シールドケースと裏側を覆う第２シールドケースとを含み、前記第１及び第２シールドケースの少なくとも一方は前記ディジタル回路が形成された部分と前記アナログ回路が形成された部分の両方を覆い、
該シールドケースのアナログ回路を覆う部分に前記ＧＰＳアンテナが配置されているとともにシールドケースがＧＰＳアンテナのグランドプレーンを兼ねていることを特徴とするＧＰＳセンサ。
【請求項２】
共通基板上にインターフェイスコネクタが直付けされていることを特徴とする請求項１記載のＧＰＳセンサ。
【請求項３】
シールドケースの端部がインターフェイスコネクタのシールドに面接触するように接続されていることを特徴とする請求項１または２記載のＧＰＳセンサ。
【請求項４】
ＧＰＳアンテナの被取り付け部にはＧＰＳアンテナの位置決め部材を設けていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＧＰＳセンサ。
【請求項５】
位置決め部材はＧＰＳアンテナの固定部材を兼ねていることを特徴とする請求項４記載のＧＰＳセンサ。
【請求項６】
ＧＰＳアンテナと回路とを接続するアンテナケーブルの位置決め部材を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＧＰＳセンサ。
【請求項７】
シールドケースはＧＰＳ信号波長の１／４以下の間隔の複数箇所で回路が実装された基板に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＧＰＳセンサ。
【請求項８】
インターフェイスコネクタがＵＳＢであり、ＵＳＢコントローラがディジタル回路と共にシールドケース内に配されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＧＰＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は衛星からの電波を受信して現在位置を測定するＧＰＳセンサに関し、詳しくは装置の小型化を可能とする一体化構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳはGlobal Position Satellite又はGlobal Positioning Systemの略であり、複数の衛星から受信した電波信号に基づいて地球上の位置を測定するシステムを意味する。このようなＧＰＳは、車載用又は携帯用端末として近年急速に普及しつつあり、その小型化と低廉化が要求されている。
【０００３】
図１７に、従来のＧＰＳセンサの構成を示す。このＧＰＳセンサ４０は、電波を受信するＧＰＳアンテナ４１、受信機本体４２、インターフェイスケーブル４３、バックアップ用電池４４等を備えている。
【０００４】
ＧＰＳアンテナ４１にはプリアンプ回路が内蔵され、このプリアンプ回路はＧＰＳアンテナで得られた高周波信号を増幅する。また、ＧＰＳアンテナ４１は金属製のグランドプレーン４５上に固定されている。グランドプレーン４５は衛星からの電波を効率的に受信する働きを有し、表面積が大きいほどその効果が大きい。
【０００５】
ＧＰＳアンテナ４１のプリアンプ回路で増幅された高周波信号はアンテナケーブル４６を経て受信機本体４２に入力される。受信機本体４２は高周波信号を処理するアナログ回路と、アナログ回路のＡ／Ｄコンバータから出力されるディジタル信号を処理するディジタル回路とを含み、これらがシールドケースに覆われている。シールドケースは、特にディジタル回路で発生する高周波ディジタルノイズが空中に放射されてＧＰＳアンテナ４１等に悪影響を及ぼすのを防ぐ働きを有する。
【０００６】
受信機本体４２のディジタル回路から最終的に出力される信号は、インターフェイスケーブル４３を通して外部機器に出力される。インターフェイスケーブル４３は、外部機器から受信機本体４２へ制御信号を与えるためのラインと電源供給ラインとを含んでいる。また、受信機本体４２のディジタル回路のメモリバックアップ用電池４４が、インターフェイスケーブル４３とは別に受信機本体４２に接続されている。
【０００７】
図１８は、上記のような従来のＧＰＳセンサのグランド（アース）接続を示すブロック図である。図１８にも示すように、受信機本体４２のアナログ回路とディジタル回路とがシールドケースで覆われている。一方、ＧＰＳアンテナ４１のグランドプレーン４５とプリアンプ回路のグランドとが共通接続されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＧＰＳアンテナ、受信機本体及びバックアップ用電池を主な構成要素とするＧＰＳセンサの一体化、小型化を図るに際し、以下のような問題があった。
【０００９】
すなわち、ＧＰＳアンテナと受信機本体が近づくと、受信機本体のディジタル回路から発生する高周波ディジタルノイズがアナログ回路やＧＰＳアンテナに回り込み、Ｓ／Ｎ比が悪くなる。これを回避して十分なＳ／Ｎ比を確保するには、例えば、ＧＰＳアンテナのグランドプレーン、アナログ回路用プリント基板、ディジタル回路用プリント基板、アナログ回路用シールドケース、及びディジタル回路用シールドケースを個別に設ける必要があり、コスト上昇を避けることが困難であった。また、前述のように、ＧＰＳアンテナのグランドプレーンは大きいほど利得等の特性が向上するが、逆にＧＰＳセンサの全体構造が大きくなり、小型化の要請に反することになる。
【００１０】
本発明は上記のような従来の問題を解決し、小型化及び低廉化に適した構造を有するＧＰＳセンサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＧＰＳセンサは、位置検出用の電波を受信するＧＰＳアンテナと、該ＧＰＳアンテナから得られた高周波信号を増幅するプリアンプ回路と、該プリアンプ回路から得られた信号を処理するアナログ回路と、該アナログ回路から得られたディジタル信号を処理するディジタル回路と、該ディジタル回路から得られた信号の出力等に用いられるインターフェイスコネクタとを備えたＧＰＳセンサであって、少なくとも前記ディジタル回路を外部から電磁遮蔽するシールドケースが設けられ、前記ＧＰＳアンテナのグランドと、前記プリアンプ回路のグランドと、前記アナログ回路のグランドとが前記シールドケースに接続され、前記インターフェイスコネクタがシールド付きで該インターフェイスコネクタのシールドとディジタル回路のバックアップ用電池の一端子とがシールドケースにさらに接続され、ディジタル回路のバックアップ用電池がシールドケース上に配置されてバックアップ用電池の一端子がシールドケースに直接接続されたものであり、前記シールドケースは、アナログ回路とディジタル回路とが共に形成された共通基板の表側を覆う第１シールドケースと裏側を覆う第２シールドケースとを含み、前記第１及び第２シールドケースの少なくとも一方は前記ディジタル回路が形成された部分と前記アナログ回路が形成された部分の両方を覆い、該シールドケースのアナログ回路を覆う部分に前記ＧＰＳアンテナが配置されているとともにシールドケースがＧＰＳアンテナのグランドプレーンを兼ねていることを特徴とする。
【００１２】
上記のような構造によれば、ディジタル回路から発生する高周波ディジタルノイズが効果的に吸収され、ＧＰＳアンテナに回り込みにくくなり、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制することができる上に、装置の小型化、低廉化を図ることができる。
【００１３】
また、シールドケースが前記ＧＰＳアンテナのグランドプレーンを兼ねているために、グランドプレーンを別途設けることなく、広いグランドプレーン面積を確保することができ、装置の小型化に寄与し得る。
【００１４】
シールドケースの端部がインターフェイスコネクタのシールドに面接触するように接続されていることが好ましい、これにより、ディジタル回路等を覆うシールドケースとインターフェイスコネクタのシールドとの接続を容易かつ確実なものとすることができる。
【００１５】
ＧＰＳアンテナの被取り付け部にはＧＰＳアンテナの位置決め部材を設けておくことが好ましい。これにより、ＧＰＳアンテナの取り付け位置のずれで耐ノイズ性の低下が生じることを防ぐことができる。
【００１６】
上記位置決め部材はＧＰＳアンテナの固定部材を兼ねていると、ＧＰＳアンテナの取り付け固定が容易となる。
【００１７】
ＧＰＳアンテナと回路とを接続するアンテナケーブルを備えたものではこのアンテナケーブルの位置決め部材を備えていると、アンテナケーブルの引き回し位置によって耐ノイズ性能が変化してしまうことを抑えることができる。
【００１８】
シールドケースはＧＰＳ信号波長の１／４以下の間隔の複数箇所で回路が実装された基板に接続しておくのが好ましい。これにより、基板とシールドケースとの間の隙間からのノイズの漏れを抑制することができる。
【００１９】
インターフェイスコネクタがＵＳＢである場合、ＵＳＢコントローラはディジタル回路と共にシールドケース内に配しておくことで、ＵＳＢコントローラからのノイズを抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明すると、図２及び図３は本発明の実施形態の一例に係るＧＰＳセンサの斜視図及び分解図であり、本実施形態のＧＰＳセンサ１０は、電波を受信するＧＰＳアンテナ１１、プリント基板１２、上シールドケース１３、下シールドケース１４、バックアップ用電池１５、インターフェイスコネクタ１６、及びインターフェイスケーブル１７を備えている。
【００２１】
ＧＰＳアンテナ１１で得られた高周波信号は給電ピン１１ａを経てプリント基板１２のアナログ回路１２ａに入力される。この実施形態では、アナログ回路１２ａにプリアンプ回路が含まれている。また、ＧＰＳアンテナ１１は上シールドケース１３に直付けされ、上シールドケース１３がＧＰＳアンテナ１１のグランドプレーンを兼ねている。
【００２２】
プリント基板１２は高周波信号を処理するアナログ回路１２ａと、アナログ回路のＡ／Ｄコンバータから出力されるディジタル信号を処理するディジタル回路１２ｂとを含む。プリント基板１２の上（表）面は上シールドケース１３で覆われ、下（裏）面は下シールドケース１４で覆われている。これらのシールドケース１３，１４は、特にディジタル回路で発生する高周波ディジタルノイズが空中に放射されＧＰＳアンテナ１１等に悪影響を及ぼすのを防ぐ働きを有する。
【００２３】
したがって、シールドケース１３，１４はプリント基板１２の少なくともディジタル回路１２ｂ部分を覆う必要がある。本実施形態では、下シールドケース１４はディジタル回路１２ｂ部分のみを覆い、上シールドケース１３はアナログ回路１２ａ及びディジタル回路１２ｂの両方を覆っている。そして、上シールドケース１３のアナログ回路１２ａの上方にＧＰＳアンテナ１１を直付けし、ＧＰＳアンテナ１１とアナログ回路１２ａとの接続がＧＰＳアンテナ１１の給電ピン１１ａによって最短経路で作業性良く行われるように構成している。なお、上シールドケース１３と下シールドケース１４はプリント基板１２の導電パターンを介して共通電位に接続されている。
【００２４】
プリント基板１２のディジタル回路１２ｂから最終的に出力される信号は、インターフェイスコネクタ１６に接続されるインターフェイスケーブル１７を通して外部機器に出力される。インターフェイスケーブル１７は制御信号ラインや電源供給ラインを含むシールドケーブルであり、そのシールドはインターフェイスコネクタ１６のシールド１６ａに接続される。インターフェイスケーブル１７として、例えばＵＳＢ規格ケーブルが用いられる。
【００２５】
インターフェイスコネクタ１６のシールド１６ａは、インターフェイスケーブル１７の挿入面及びプリント基板１２に接する面が開放された箱形の金属ケースである。インターフェイスコネクタ１６のシールド１６ａをプリント基板１２に実装すれば、インターフェイスコネクタ１６の本体もプリント基板１２に固定される。
【００２６】
図２及び図３から分かるように、上シールドケース１３の一端部（インターフェイスコネクタ１６側）が延長され、組立時にその延長部がインターフェイスコネクタ１６のシールド１６ａの上面に圧接される。これにより、プリント基板１２のシールドケース（上シールドケース１３）とインターフェイスコネクタ１６のシールド１６ａとの電気接続が面接触によって容易かつ確実に行われる。
【００２７】
また、バックアップ用電池１５が上シールドケース１３上に配置されている。このバックアップ用電池１５は、プリント基板１２のディジタル回路１２ｂのメモリバックアップ用である。図２及び図３から分かるように、バックアップ用電池１５としてボタン型電池が使用され、その負電極が上シールドケース１３上に直付けされている。上シールドケース１３はプリント基板１２の導電パターンを介してディジタル回路１２ｂのメモリバックアップ用電源ラインの負極側に接続されている。
【００２８】
バックアップ用電池１５の正電極は、正極端子１５ａ及びリード線１５ｂを介して、プリント基板１２上に設けられたディジタル回路１２ｂのメモリバックアップ用電源ラインの正極側に接続されている。このようにして、バックアップ用電源の接続についても、作業性の向上とコスト低減を図っている。
【００２９】
図１は、上記のような構造のＧＰＳのグランド（アース）接続を示すブロック図である。この図では、プリアンプ回路１２ｃがアナログ回路１２ａとは独立に描かれているが、前述のように、図３のアナログ回路１２ａはプリアンプ回路を含んでいる。これらの回路１２ａ，１２ｃとディジタル回路１２ｂとがシールドケース１３，１４で覆われ、このシールドケースに、ＧＰＳアンテナ１１のグランド、プリアンプ回路１２ｃのグランド、アナログ回路１２ａのグランド、インターフェイスコネクタ１６のシールド、及びバックアップ用電池１５の一端子（負極側）が接続されていることが分かる。
【００３０】
ところで、シールドケース１３へのＧＰＳアンテナ１１への固定であるが、ＧＰＳアンテナ１１の固定位置がずれると高周波ノイズの影響を受けやすくなることから、図４に示すように、シールドケース１３に切り起こしや絞り加工によって複数個の位置決め用突起２１を形成しておき、この位置決め用突起２１によってＧＰＳアンテナ１１のシールドケース１３上の位置を規定しておくのが好ましい。突起２１に代えて、図５に示すように、ＧＰＳアンテナ１１が嵌り込むことになる凹部２２を設けてもよい。
【００３１】
また、図６〜図８に示すように、突起２１にばね弾性を持たせたり、突起２１や凹部２２の内壁に係合突部２３を設けたりすることで、突起２１や凹部２２がＧＰＳアンテナ１１の固定も担うようにしておいてもよい。図９に示すようにＧＰＳアンテナ１１の側面に突起２１あるいは係合突部２３が係合する係合凹部２５を設けておけば、より確実にＧＰＳアンテナ１１の固定を行うことができる。
【００３２】
また、ＧＰＳアンテナ１１と回路側とをアンテナケーブル２６を用いて接続する場合も、アンテナケーブル２６の引き回しが耐ノイズ性に影響を与えることから、図１０あるいは図１１に示すように、アンテナケーブル２６の位置決め固定を行う位置決め部材２７を設けておくのが好ましい。なお、グランドプレーンを兼ねるシールドケース１３にＧＰＳアンテナ１１を取り付ける場合について説明したが、別途グランドプレーン（アース板）を設ける場合にも上記位置決め固定構造は有効である。
【００３３】
図１２に他例を示す。樹脂製のケース２７内に納めたＧＰＳセンサのシールドケース１３の開口縁からＧＰＳの信号波長（１５７５．４２ＭＨｚ）の１／４波長以下の間隔で複数個の突部１３ａを突出させて、該突部１３ａを回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃが実装されているプリント基板１２に接続している。この接続は半田付けで行うことができる。プリント基板１２上に実装された回路で発生するノイズ成分のうち、ＧＰＳ信号波長の１／２波長及び１／４波長に相当するノイズ成分がＧＰＳアンテナ１１に回り込むとＳ／Ｎ比が急激に悪くなるが、１／４波長以下の間隔でシールドケース１３の突部１３ａをプリント基板１２に接続しておけば、シールドケース１３とプリント基板１２との隙間を通じてノイズがシールドケース１３外に出ることは殆どなく、この結果、ＧＰＳセンサのノイズによる特性劣化を防ぐことができる。図中１２ｄはＵＳＢとして形成されたインターフェイスコネクタ１６のためのＵＳＢコントローラであり、デジタル回路１２ｂの一部として形成されている。
【００３４】
図１３はシールド付きとなっているインターフェイスコネクタ１６のシールド部とシールドケース１３との接続をインターフェイスコネクタ１６の両側面にシールドケース１３から立ち上げた突片１３ｂを接触または半田付けすることで行ったものを示している。インターフェイスコネクタ１６の側面に接続していることから、耐ノイズ性の向上だけでなく、ＧＰＳセンサの薄型化にも寄与するものとなっている。
【００３５】
ＧＰＳセンサを円盤型に形成する場合は、図１４に示すように、プリント基板１２やシールドケース１３を（シールドケース１４がある場合はシールドケース１４も）八角形に形成すると、円盤状の樹脂ケース内での占有率が高く、従って小型にできるものを得ることができる。
【００３６】
この時、八角形の各辺の長さをＧＰＳ信号波長λの１／４以下の長さとなるようにしておけば、受信回路から発生する高周波ノイズで共振が発生してその高調波電波がＧＰＳアンテナの受信周波数となって受信感度の劣化が生じてしまう事態が生じなくなる。
【００３７】
また、この場合においても、図１５に示すように、シールドケース１３からλ／４以下の間隔で突部１３ａを突出させてプリント基板１２に接続しておくと、より好ましいものとなり、プリント基板１２が多層で内層にグランド層を有するものにおいては、各突部１３ａをグランド層に接続するとよい。
【００３８】
そして、シールドケース１４を有するものにおいては、図１６に示すように、シールドケース１４側にもλ／４以下の間隔で突部１４ａを設けて、これら突部１３ａ，１４ａをプリント基板１２に接続して上記グランド層を挟み込むとともに、突部１４ａをシールドケース１３（または及び突部１３ａをシールカバー１４）に係合連結させておけば、より確実なシールドを行うことができる。
【００３９】
なお、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のＧＰＳセンサによれば、ディジタル回路等を覆うシールドケースをＧＰＳアンテナのグランド、プリアンプ回路のグランド、アナログ回路のグランドに共通接続したことにより、装置全体の小型化及びコスト低減を図りながら、ディジタル回路から発生する高周波ディジタルノイズがシールドケースで効果的に吸収されるので、アナログ回路やＧＰＳアンテナに回り込みにくくなり、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制することができるものであり、しかも前記インターフェイスコネクタがシールド付きで該インターフェイスコネクタのシールドとディジタル回路のバックアップ用電池の一端子とがシールドケースにさらに接続され、ディジタル回路のバックアップ用電池がシールドケース上に配置されてバックアップ用電池の一端子がシールドケースに直接接続されたものであり、前記シールドケースは、アナログ回路とディジタル回路とが共に形成された共通基板の表側を覆う第１シールドケースと裏側を覆う第２シールドケースとを含み、前記第１及び第２シールドケースの少なくとも一方は前記ディジタル回路が形成された部分と前記アナログ回路が形成された部分の両方を覆い、該シールドケースのアナログ回路を覆う部分に前記ＧＰＳアンテナが配置されていることから、Ｓ／Ｎ比の劣化の抑制をより確実に行うことができるとともに、配線の簡素化や装置の小型化、低廉化を図ることができる。しかも、シールドケースがＧＰＳアンテナのグランドプレーンを兼ねているために、グランドプレーンを別途設けることなく、広いグランドプレーン面積を確保することができ、装置の小型化を図ることができると同時に広いグランドプレーンを備えることによる感度向上を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の一例に係るグランド接続を示すブロック図である。
【図２】  同上の斜視図である。
【図３】  同上の分解斜視図である。
【図４】  (a)(b)は夫々ＧＰＳアンテナ取り付け部の斜視図である。
【図５】  ＧＰＳアンテナ取り付け部の他例の斜視図である。
【図６】  ＧＰＳアンテナ取り付け部の更に他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図７】  ＧＰＳアンテナ取り付け部の別の例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図８】  ＧＰＳアンテナ取り付け部の更に別の例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図９】  ＧＰＳアンテナ取り付け部の他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は断面図である。
【図１０】  アンテナケーブルの取り付け部を示す説明図である。
【図１１】  アンテナケーブルの取り付け部の他例を示す説明図である。
【図１２】  ＧＰＳセンサの他例を示すもので、(a)は断面図、(b)はシールドケースとプリント基板の斜視図である。
【図１３】  同上のシールドケースとインターフェイスコネクタの斜視図である。
【図１４】  ＧＰＳセンサのさらに他例におけるシールドケースとプリント基板の斜視図である。
【図１５】  シールドケースの他例を示しており、(a)(b)は夫々斜視図である。
【図１６】  シールドケースとプリント基板のさらに他例を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は側面図である。
【図１７】  従来のＧＰＳの構成を示す斜視図である。
【図１８】  従来のＧＰＳのグランド接続を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ ＧＰＳ
１１ ＧＰＳアンテナ
１２ プリント基板
１２ａ アナログ回路
１２ｂ ディジタル回路
１２ｃ プリアンプ回路
１３ 上シールドケース（第１シールドケース）
１４ 下シールドケース（第２シールドケース）
１５ バックアップ用電池
１６ インターフェイスコネクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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