TW201519001A - 電子墊 - Google Patents
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Abstract
本發明為提供一種即使筆壓為低也可以正確檢測到根據筆記用具前端的按壓位置之電子墊。該電子墊之光波導路為在底敷層的表面部分埋設芯,使底敷層的表面與芯的頂面形成為齊頭,在被覆該等底敷層的表面與芯的頂面之狀態下,形成上敷層者。上敷層的表面為用紙的載置面。上敷層是設定在厚度1~100μm的範圍內,且彈性率0.1M~10GPa的範圍內,芯是設定在厚度10~100μm的範圍內,且彈性率1~10GPa的範圍內。
Description
本發明為有關一種舖設在利用筆記用具寫入的用紙之下,光學檢測該用紙表面中之根據筆記用具前端的按壓位置之電子墊。
習知以來,作為輸入文字等輸入裝置,提出了具有感壓式觸碰面板與顯示器者(例如參照專利文獻1)。該文獻為在上述感壓式觸碰面板上置放用紙,當利用筆記用具(筆等)在該用紙書寫文字等時,上述感壓式觸碰面板會檢測根據其前端(筆尖等)的按壓位置並輸出到上述顯示器,在該顯示器顯示上述經書寫的文字等。
另一方面,提出了光學檢測按壓位置之位置感測器(例如參照專利文獻2)。該文獻為藉由在縱橫方向配置成為光路之複數條芯,並利用包護材覆蓋該等芯的周緣部而形成片狀的光波導路,使來自發光元件之光射入到上述各芯的
一端面,並在各芯的另一端面利用受光元件檢測在各芯內傳播而來的光。再者,在利用手指等按壓該片狀光波導路表面的一部分時,該按壓部分的芯會被壓垮(按壓方向之芯的剖面積變小),在該按壓部分的芯中,由於利用上述受光元件之光檢測位準降低,因此可以檢測出上述按壓位置。
【專利文獻1】日本特開2006-172230號公報
【專利文獻2】日本特開平8-234895號公報
因此,本案發明者們製作出將上述專利文獻1的感壓式觸碰面板換成上述專利文獻2之使用光波導路的位置感測器之電子墊。換言之,在該電子墊中,在上述光波導路的包護材表面置放用紙,利用筆記用具在該用紙書寫文字等時,根據該筆記用具前端的按壓,該按壓部分的芯會被壓垮,在該按壓部分的芯中,由於利用上述受光元件之光檢測位準會減低,因此可以檢測出根據上述筆記用具前端的按壓位置。
然而,在上述電子墊中,當筆壓(根據筆記用具前端的
按壓力)為低時,有難以正確檢測到根據筆記用具前端的按壓位置之傾向。
本發明為有鑑於上述情況而開發出來者,以提供一種即使筆壓為低也可以檢測到根據筆記用具前端的按壓位置之電子墊為其目的。
為了達成上述目的,本發明之電子墊,其為舖設在利用筆記用具書寫的用紙之下所使用,具備:利用片狀的第1及第2包護層挾持形成為格子狀之複數條線狀的芯,並將該第2包護層的表面作為上述用紙的載置面之片狀光波導路;與該光波導路之芯的一端面連接之發光元件;及與上述芯的另一端面連接之受光元件,利用上述發光元件發射的光經過上述光波導路的芯,並利用上述受光元件予以接收,將與上述光波導路的格子狀芯部分對應之上述用紙的表面部分作為輸入區域,根據利用筆記用具的移動而變化之芯的光傳播量,特定該輸入區域之筆記用具前端的移動軌跡,上述光波導路為如下述(A)所形成之構成。
(A)在第1包護層的表面部分埋設有厚度設定為10~100μm的範圍內,且彈性率設定為1~10GPa的範圍內之芯,使上述第1包護層的表面與芯的頂面形成為齊頭,在被覆該等第1包護層表面與芯頂面的狀態下,形成厚度設定為1~100μm的範圍內,且彈性率設定為0.1M~10GPa的範圍內之第2
包護層之光波導路。
本案發明者們認為在按壓位置檢測用片狀的光波導路之包護層表面置放用紙,利用筆等筆記用具在該用紙書寫文字等時,即使筆壓為低也應該會正確檢測到根據筆記用具前端的按壓位置,針對上述光波導路的構造,反覆研究。在該研究過程中,發現在筆壓為低的情況下無法檢測到根據筆記用具前端的按壓位置之原因,是因為位於比芯更上側之包護層部分為厚(超過100μm)。再者,鑑於該見解,著重於將位於比芯更上側之包護層部分變薄,進一步反覆研究。在該研究過程中,發現芯為厚的情況下,根據按壓而變形之芯部分的光洩漏量為多,而易於檢測該按壓位置。再者,在該情況下,發現當將光波導路與習知不同上下翻轉使用時,更易於檢測上述按壓位置。
換言之,光波導路的製作通常是在第2包護層的表面突出形成芯後,再以被覆該芯的方式形成第1包護層。習知以來,就這麼使用如此製作而成之上下配置狀態為技術常識。換言之,第2包護層為下側,第1包護層為上側,並在第1包護層的表面載置用紙。相對於此,本案發明者們則是打破習知的技術常識,將如此製作而成之光波導路上下翻轉,將第2包護層為上側,第1包護層為下側。再者,本案發明者們針對上述第2包護層及芯之特性,進一步反覆研究的結果,當將第2包護層設定在厚度1~100μm的範圍內,
且彈性率0.1M~10GPa的範圍內,將芯設定在厚度10~100μm的範圍內,且彈性率1~10GPa的範圍內時,發現即使筆壓為低也可以檢測到根據筆記用具前端的按壓位置,達成本發明。
本發明之電子墊是將載置用紙之光波導路如上述(A)所形成。換言之,將光波導路成為特定的構造之狀態,而且將位於比芯更上側之第2包護層適切形成為薄,同時將芯適切形成為厚,再者,使該等第2包護層及芯具有適當的彈性率。為此,利用筆記用具在載置於上述第2包護層的表面之用紙書寫文字等時,即使筆壓為低,本發明之電子墊使上述光波導路的構造、上述第2包護層的特性、及上述芯的特性相輔相成,使根據筆記用具前端的按壓部分之芯的光傳播量易於減少,而可以正確檢測該按壓位置。
又,在上述第2包護層的表面設置保護層,將該保護層的表面作為上述用紙的載置面,在將由該等第2包護層與保護層構成的層疊體設定在厚度1~100μm的範圍內,且彈性率0.1M~10GPa的範圍內之情況下,利用上述保護層,可以一邊保護薄的上述第2包護層,一邊更進一步正確檢測到根據筆記用具前端的按壓位置。
1‧‧‧底敷層
2‧‧‧芯
3‧‧‧上敷層
4‧‧‧發光元件
5‧‧‧受光元件
W‧‧‧光波導路
圖1為模式顯示本發明之電子墊的一實施形態,(a)為其平面圖,(b)為其放大剖面圖。
圖2為模式顯示上述電子墊的使用狀態之放大剖面圖。
圖3(a)~(d)為模式顯示構成上述電子墊之光波導路的製法之說明圖。
圖4為模式顯示本發明之電子墊的其他實施形態,(a)為其平面圖,(0)為其放大剖面圖。
圖5為模式顯示上述電子墊的變形例之放大剖面圖。
圖6(a)~(f)為模式顯示上述電子墊之格子狀芯的交叉形狀之放大平面圖。
圖7(a)、(b)為模式顯示上述格子狀芯之交叉部的光行進路線之放大平面圖。
接著,依據圖面詳細說明本發明之實施形態。
圖1(a)為顯示本發明之電子墊的一實施形態之平面圖,圖1(b)為放大其中央部的剖面之圖面。該實施形態之電子墊之載置用紙的光波導路W構成為在片狀的底敷層(第1包護層)1的表面部分埋設格子狀的芯2,使上述底敷層1的表面與芯2的頂面形成為齊頭,並在被覆該等底敷層1的表面與芯2的頂面之狀態下,形成有厚度均勻的片狀上敷層(第2包護層)3之片狀者。該上敷層3的表面則成為上述用紙的載
置面。再者,該上敷層3是設定在厚度1~100μm的範圍內,且彈性率0.1M~10GPa的範圍內。再者,上述芯2是設定在厚度10~100μm的範圍內,且彈性率1~10GPa的範圍內。如此一來,使載置用紙的光波導路W成為上述的特定構造之狀態,並且使位於芯2更上側之上敷層3的特性設定在上述的特定範圍,使芯2的特性設定在上述的特定範圍,則成為本發明很大的特徵。又,在該實施形態中,將底敷層1厚度設定為20~2000μm的範圍內,且彈性率設定為0.1M~1GPa的範圍內。
又,上述電子墊除了上述光波導路W,具備:與構成上述格子狀芯2之線狀芯2的一端面連接之發光元件4、及與上述線狀芯2的另一端面連接之受光元件5。再者,從發光元件4射出的光則通過上述芯2之中,利用上述受光元件5予以接收。再者,在本實施形態中,此等光波導路W、發光元件4、受光元件5設置在樹脂板或金屬板等剛性板7的表面。又,在圖1(a)中,以虛線表示芯2,虛線的粗細度則表示芯2的粗細度。又,在圖1(a)中,省略芯2的個數予以圖示。再者,圖1(a)的箭頭方向表示光的行進方向。
上述電子墊如圖2以剖面圖所示,舖設在利用筆記用具10寫入記錄等用紙K之下所使用。此時,上述電子墊之光波導路W的上敷層3表面成為與上述用紙K的接觸面。再者,記錄等的輸入則是藉由利用筆記用具10在上述用紙K的表
面書寫記錄等予以進行。該用紙K之輸入區域則是與上述電子墊之光波導路W的格子狀芯2對應(參照圖1(a))的部分。
換言之,當利用筆等筆記用具10在上述用紙K的表面書寫記錄等時,根據筆尖等的前端10a之筆壓是透過用紙K而傳達到上敷層3,按壓光波導路W。藉此,在根據筆尖等的前端10a之按壓部分中,芯2則沿著筆尖等的前端10a而彎曲為陷入到底敷層1。再者,從該芯2之彎曲的部分發生了光洩漏(散射)。為此,在利用筆尖等的前端10a被按壓之芯2中,減低利用受光元件5的光檢測位準,由於使該光的檢測位準減低,因此可以檢測到筆尖等的前端10a欴位置(座標)。
其中,上敷層3如先前所述,由於使厚度設定為1~100μm的範圍內,且彈性率設定為0.1M~10GPa的範圍內,因此在位於比芯2更上側的部分(上敷層3)具有適當的彈性率之狀態下,形成為薄。為此,即使筆壓為低也可以使芯2的彎曲狀況成為急遽者(使彎曲部分的曲率半徑變小)。再者,芯2如先前所述,由於使厚度設定為10~100μm的範圍內,且彈性率設定為1~10GPa的範圍內,因此在具有適當的彈性率之狀態下,形成為厚。為此,使芯2之彎曲部分的光反射角度變大。再者,上述芯2的急遽彎曲、及該彎曲部分的光反射角度為大相輔相成,使從芯2洩漏(散射)之光量變多。換言之,即使筆壓為低也可以正確檢測到根據筆尖等
前端10a的按壓位置(座標)。
又,在輸入到上述用紙K時,由於筆記用具10的前端10a透過用紙K進行按壓之光波導路W的部分如上述所示予以變形,使書寫時的流暢性為佳。
再者,當根據上述筆記用具10的前端10a之按壓解除(結束根據筆記用具10的書寫)時,上述底敷層1、芯2及上敷層3則利用各自的回復力,回到原來的狀態(參照圖1(b))。又,上述芯2之陷入到底敷層1的深度D以最大2000μm為佳。當超過該值時,上述的底敷層1、芯2及上敷層3恐怕無法回到原來的狀態,或是在光波導路W發生裂痕等。
再者,上述電子墊具有控制該電子墊的CPU(中央處理裝置)(未圖示),在該CPU中,從利用上述受光元件5之光檢測位準的減低,編入有特定筆尖等前端10a的移動軌跡之程式。換言之,上述電子墊成為在用紙K的表面書寫記錄等時之檢測筆記用具(筆等)10前端(筆尖等)10a的位置之位置感測器。再者,例如,將顯示上述筆記用具10前端10a的移動軌跡之資料作為電子資料保存(記憶)在記憶體等記憶手段。
又,保存(記憶)在該記憶手段之記錄等資訊可以利用播放用終端(個人電腦、智慧型手機、平板型終端等)進行播放(顯示),再者,也可以記憶在上述播放用終端。在該情況下,
上述播放用終端與上述電子墊為利用例如微型USB線等連接線進行連接。又,對上述記憶手段之記憶體的保存(記憶)是利用例如pdf等具泛用性的檔案格式加以進行。
接著,針對上述光波導路W的製法進行說明。作為構成上述光波導路W之底敷層1、芯2及上敷層3的形成材料,可以舉例如感光性樹脂、熱硬化樹脂等,藉由因應該形成材料之製法,可以製作光波導路W。換言之,首先,如圖3(a)所示,將上敷層(第2包護層)3形成為均勻厚度的片狀。接著,如圖3(b)所示,在該上敷層3的上面將芯2以突出的狀態形成為特定圖案。接著,如圖3(c)所示,以被覆該芯2的方式,在上記上敷層3的上面形成底敷層(第1包護層)1。再者,如圖3(d)所示,將該形成的構造體上下翻轉,使底敷層1為下側,上敷層3為上側。如此一來,得到上述光波導路W。
又,上述芯2的折射率設定為比上述底敷層1及上敷層3的折射率更大。再者,上述彈性率及折射率的調整例如可以調整各形成材料的種類選擇或組合比例加以進行。
圖4(a)為顯示本發明之電子墊的其他實施形態之平面圖,圖4(b)為放大其中央部的剖面之圖面。該實施形態之電子墊為對於圖1(a)、(b)所示之上述實施形態,在上敷層(第2包護層)3的表面設有由樹脂等構成的保護層P。在該實施形態中,將該保護層P的表面成為用紙K的載置面。再者,將
由該等上敷層3及保護層P構成的層疊體設定在厚度1~100μm的範圍內,且彈性率0.1M~10GPa的範圍內。在上述上敷層3與保護層P之間有接著層的情況下,包含該接著層的狀態,將上述層疊體的厚度與彈性率設定在上述範圍內。除此之外的部分則與圖1(a)、(b)所示之上述實施形態相同,在相同的部分附予相同的符號。
在該實施形態亦同,與圖1(a)、(b)所示之上述實施形態相同,比芯2更上側的部分(由上敷層3及保護層P構成的層疊體)為具有適當的彈性率的狀態下,形成為薄。為此,即使筆壓為低也可以使芯2的彎曲狀況(彎曲部分的曲率半徑變小),可以使從芯2洩漏(散射)的光量變多。換言之,即使筆壓為低也可以正確檢測到根據筆尖等前端10a的按壓位置(座標)。而且,利用上述保護層P,可以保護薄的上述上敷層3。
作為上述保護層P的形成材料,可以舉例如PET(聚乙烯對苯二甲酸酯;Polyethylene Terephthalate)、PI(聚醯亞胺;Polyimide)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯;Polyethylene naphthalate)等樹脂;或是矽橡膠、丙烯酸系橡膠等橡膠;或是不鏽鋼、鋁等金屬等。又,上述保護層P的厚度只要是形成在上述層疊體的厚度範圍內即可,設定在上限0μm下限99μm的範圍。
又,對於上述各實施形態,如圖5所示(在圖5中圖示為形成有保護層P的形態),在底敷層1的內面(底敷層1與剛性板7之間)設有橡膠層等彈性層R亦可。在該情況下,例如底敷層1之厚度設定為1~200μm的範圍內,且彈性率設定為0.1M~10GPa的範圍內,彈性層R之厚度設定為20~20000μm的範圍內,且彈性率設定為0.1M~1GPa的範圍內。再者,即使在底敷層1、芯2及上敷層3的回復力變差,或是該等底敷層1、芯2及上敷層3原本就是回復力差的材料構成者的情況,利用上述彈性層R的彈性力,輔助上述差的回復力,在解除根據筆記用具10前端10a的按壓後,可以回到原來的狀態。
又,在上述各實施形態中,雖然為了支撐光波導路W而設置剛性板7,但是即使不設置該剛性板7亦可。在該情況下,將上述電子墊的光波導路W載置在桌台等硬平面台之上等狀態下,再進行輸入。
再者,對於上述各實施形態,格子狀芯2之各交叉部通常是如圖6(a)以放大平面圖所示,交叉的4方向形成為全都連接的狀態,但是其他亦可。例如,如圖6(b)所示,只有交叉的1方向利用間隙G予以分離,成為不連續的狀態亦可。上述間隙G是利用底敷層1或上敷層3的形成材料予以形成。該間隙G的寬度d為超過0(零)(只要可以形成間隙G即可),通常是設定在20μm以下。與此同樣,如圖6(c)、(d)
所示,使交叉的2方向[圖6(c)為對向的2方向,圖6(d)為相鄰的2方向]成為不連續的狀態亦可,如圖6(e)所示,使交叉的3方向成為不連續的狀態亦可,如圖6(f)所示,使交叉的4方向都成為不連續的狀態亦可。再者,形成具備圖6(a)~(f)所示之上述交叉部之中的2種以上之交叉部的格子狀亦可。換言之,在本發明中,所謂利用複數條線狀的芯2形成的「格子狀」是意指包含一部分或全部的交叉部形成為上述所示者。
尤其是,如圖6(b)~(f)所示,當使交叉的至少1方向成為不連續時,可以使光的交叉損失減低。換言之,如圖7(a)所示,在交叉的4方向全都連續的狀態之交叉部中,當注意該交叉的1方向[在圖7(a)中為上方向]時,射入到交叉部之光的一部分會到達與該光進來的芯2正交之芯2的壁面2a,因為在該壁面的反射角度為大,因此會穿透芯2[參照圖7(a)之二點虛線的箭頭標示]。這樣的光穿透在交叉之與上述相反側的方向[在圖7(a)中為下方向]也會發生。相對於此,如圖7(b)所示,當使交叉的1方向[在圖7(b)為上方向]利用間隙G而成為不連續時,形成上述間隙G與芯2的界面,在圖7(a)中穿透芯2之光的一部分因為在上述界面的反射角度變小,因此不是穿透而是利用該界面反射,進而在芯2繼續前進[參照圖7(b)之二點虛線的箭頭標示]。由此,如先前所述,當使交叉的至少1方向成為不連續時,可以減低光的交叉損失。該結果為可以提高根據筆尖等的按壓位置之檢測
感測度。
接著,針對實施例連同比較例一併說明。但是,本發明並非限定於實施例。
成份a:環氧樹脂(四日市合成公司製、Epogosey PT)
成份b:環氧樹脂(大賽璐公司製、EHPE3150)
成份c:光酸產生劑(聖阿波羅公司(San-Apro Ltd.)製、CPI200K)
藉由混合此等成份a~c,調製上敷層的形成材料。
成份d:環氧樹脂(大賽璐公司製、EHPE3150)
成份e:環氧樹脂(新日鐵化學公司製、YDCN700-10)
成份f:光酸產生劑(艾迪科公司(ADEKA Corporation)製、SP170)
成份g:乳酸乙酯(和光純藥工業公司製、溶劑)
藉由混合此等成份d~g,調製芯的形成材料。
成份h:環氧樹脂(四日市合成公司製、Epogosey PT)
成份i:環氧樹脂(三菱化學公司製、JER1007)
成份j:光酸產生劑(聖阿波羅公司製、CPI200K)
成份k:乳酸乙酯(和光純藥工業公司製、溶劑)
藉由混合此等成份h~k,調製底敷層的形成材料。
如以下所示,製作光波導路。此時,構成光波導路之上敷層等的厚度及彈性率成為下述表1~4所示之值。又,彈性率的調整是藉由調整上述成份a~c;成份d、e;成份h~j的含有量加以進行。又,彈性率的測量為使用黏彈性測量裝置(日本TA儀器公司(TA instruments Japan Inc.)製、RSA3)。
換言之,首先,實施例1~9及比較例1~9者為在玻璃製基材的表面使用上述上敷層的形成材料,利用旋塗法形成上敷層,有保護層之實施例10~18及比較例10~18者為在玻璃製基材的表面載置PET製片材(三菱樹脂公司製、B100)作為保護層,並在該PET製片材的表面使用上述上敷層的形成材料,利用旋塗法形成上敷層。
其次,在上述上敷層的上面使用上述芯的形成材料,利用光微影法將芯突出形成為直線圖案。
接著,以被覆上述芯的方式,在上述上敷層的上面使用上述底敷層的形成材料,利用旋塗法形成底敷層。
再者,準備一在ABS樹脂製剛性板的單面黏貼有雙面膠帶者。其次,將該雙面膠帶之另一面的黏著面黏貼在上述底敷層的表面,在該狀態下,實施例1~9及比較例1~9者為將上述上敷層從上述玻璃製基材剝離,有保護層之實施例10~18及比較例10~18者為將上述PET製片材(保護層)從上述玻璃製基材剝離。如此一來,在ABS樹脂製剛性板的單面透過雙面膠帶製作光波導路。
在上述光波導路之芯的一端面連接發光元件(伯樂沃爾(Optowell)公司製、XH85-S0603-2s),並在芯的另一端面連接受光元件(濱松赫德尼古斯公司(HAMAMATSU PHOTONICS K.K.)製、s10226),如此一來,製作電子墊。
在上述電子墊的表面(上敷層的表面或是保護層的表面)載置厚度85μm的用紙,並在該用紙的表面利用圓珠筆的前端(前端直徑0.7mm)施予相當於低筆壓的負荷0.735N(相當人的平均筆壓之負荷為1.47N)。再者,可以正確檢測到根據該圓珠筆前端的按壓(利用受光元件之光檢測位準充分減低)者評價為合格,並以○表示在下述的表1~4,無法正確檢測者評價為不合格,並以×表示在下記的表1~4。
[表4]
由上述表1~4的結果,得知在實施例1~18的電子墊中,即使筆壓為低也可以正確檢測到根據圓珠筆前端的按壓位置。相對於此,在比較例1~18的電子墊中,當筆壓為低時無法正確檢測到根據圓珠筆前端的按壓位置。再者,得知該結果的不同是依存於比芯更上側的部分或是芯的厚度及彈性率。
又,對於上述實施例1~18,在底敷層與ABS樹脂製剛性板之間設有橡膠層,將底敷層設定在厚度1~200μm的範
圍內,且彈性率0.1M~10GPa的範圍內,將橡膠層設定在厚度20~20000μm的範圍內,且彈性率0.1M~1GPa的範圍內,與上述實施例1~18同樣進行電子墊的評價之情況下,也可以得到顯示與上述實施例1~18相同傾向的結果。
在上述實施例中,雖然針對本發明的具體形態予以顯示,但是上述實施例不過是單純的例示,並不能解釋為有所限定。期許在同業者明確得知的各種變形是屬於本發明的範圍內。
本發明之電子墊可以利用於舖設在用紙之下,當利用筆記用具在該用紙書寫記錄等時,即使筆壓為低也可以正確檢測到根據該筆記用具前端的按壓位置。
1‧‧‧底敷層
2‧‧‧芯
3‧‧‧上敷層
4‧‧‧發光元件
5‧‧‧受光元件
7‧‧‧剛性板
W‧‧‧光波導路
Claims (2)
- 一種電子墊,其為舖設在利用筆記用具寫入的用紙之下所使用,具備:利用片狀的第1及第2包護層挾持形成為格子狀之複數條線狀的芯,並將該第2包護層的表面作為上述用紙的載置面之片狀光波導路;與該光波導路之芯的一端面連接之發光元件;及與上述芯的另一端面連接之受光元件,利用上述發光元件發射的光經過上述光波導路的芯,並利用上述受光元件予以接收,將與上述光波導路的格子狀芯部分對應之上述用紙的表面部分作為輸入區域,根據利用筆記用具前端的移動而變化之芯的光傳播量,特定該輸入區域之筆記用具前端的移動軌跡,其特徵為:上述光波導路是如下述(A)所形成,(A)在第1包護層的表面部分埋設有厚度設定為10~100μm的範圍內,且彈性率設定為1~10GPa的範圍內之芯,使上述第1包護層的表面與芯的頂面形成為齊頭,在被覆該等第1包護層的表面與芯的頂面之狀態下,形成厚度設定為1~100μm的範圍內,且彈性率設定為0.1M~10GPa的範圍內之第2包護層之光波導路。
- 如申請專利範圍第1項之電子墊,其中,在上述第2包護層的表面設有保護層,並將該保護層的表面作為上述用紙的載置面,將由該等第2包護層與保護層所構成的層疊體設定在厚度1~100μm的範圍內,且彈性率於0.1M~10GPa的範圍內。
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