JPS6245662B2 - - Google Patents
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- JPS6245662B2 JPS6245662B2 JP55097113A JP9711380A JPS6245662B2 JP S6245662 B2 JPS6245662 B2 JP S6245662B2 JP 55097113 A JP55097113 A JP 55097113A JP 9711380 A JP9711380 A JP 9711380A JP S6245662 B2 JPS6245662 B2 JP S6245662B2
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- distortion
- magnetic
- gap
- lens
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 33
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 241000226585 Antennaria plantaginifolia Species 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/14—Lenses magnetic
- H01J37/141—Electromagnetic lenses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は透過電子顕微鏡において歪像収差と共
に像がS字形に歪む非等方性歪像収差(S字歪収
差)を小さくし得る電子レンズに関するものであ
る。
に像がS字形に歪む非等方性歪像収差(S字歪収
差)を小さくし得る電子レンズに関するものであ
る。
電子顕微鏡の投影レンズで設計上大きな問題と
なる収差は歪像収差、S字歪収差、回転及び倍率
色収差である。この内最も重要な歪像収差につい
ては投影レンズの励磁を減らして使用する低倍率
領域で、中間レンズにより強い樽形歪を作り、投
影レンズによる糸巻き歪と相殺するようにした所
謂デイストーシヨンフリー方式が採用されている
ので、低倍での歪像収差を殆んど零にすることが
できる。しかし乍ら、投影レンズ電流を固定して
用いる中倍領域では、中間レンズによる樽形歪に
比し、投影レンズによる糸巻き歪の方が圧倒的に
大きくなるため、打ち消し合うことができず、通
常螢光板上における直径100mmの円周上で1〜2
%程度の歪を有していた。
なる収差は歪像収差、S字歪収差、回転及び倍率
色収差である。この内最も重要な歪像収差につい
ては投影レンズの励磁を減らして使用する低倍率
領域で、中間レンズにより強い樽形歪を作り、投
影レンズによる糸巻き歪と相殺するようにした所
謂デイストーシヨンフリー方式が採用されている
ので、低倍での歪像収差を殆んど零にすることが
できる。しかし乍ら、投影レンズ電流を固定して
用いる中倍領域では、中間レンズによる樽形歪に
比し、投影レンズによる糸巻き歪の方が圧倒的に
大きくなるため、打ち消し合うことができず、通
常螢光板上における直径100mmの円周上で1〜2
%程度の歪を有していた。
一方S字歪収差は従来これを打消す有効な方法
はなく、投影レンズとフイルム面との距離をでき
るだけ長くしてなるべく中心軸付近を通つた電子
線のみにより像を形成する考慮を払うことによ
り、この収差を目立たないようにしているにすぎ
ない。しかし乍ら、この方法では、装置の空間的
な制約を受ける外、本質的に収差を小さくするも
のでないから実際には2%以下にするのは困難で
ある。
はなく、投影レンズとフイルム面との距離をでき
るだけ長くしてなるべく中心軸付近を通つた電子
線のみにより像を形成する考慮を払うことによ
り、この収差を目立たないようにしているにすぎ
ない。しかし乍ら、この方法では、装置の空間的
な制約を受ける外、本質的に収差を小さくするも
のでないから実際には2%以下にするのは困難で
ある。
最近、2つの磁極間隙をもつ3磁極レンズを投
影レンズに用いることが提案され、これによると
歪像収差を零にできることが見出された。そし
て、このレンズはS字歪収差も通常のレンズに比
べて小さくできることがわかつた。しかし乍らこ
のS字歪収差を零にするまでには至つておらず、
1%以下の小さな値にするには歪像収差が大きく
なるような起磁力領域で使用せざるを得ないとい
う矛盾が生ずる。
影レンズに用いることが提案され、これによると
歪像収差を零にできることが見出された。そし
て、このレンズはS字歪収差も通常のレンズに比
べて小さくできることがわかつた。しかし乍らこ
のS字歪収差を零にするまでには至つておらず、
1%以下の小さな値にするには歪像収差が大きく
なるような起磁力領域で使用せざるを得ないとい
う矛盾が生ずる。
第1図は、本発明に先立つて提案された3磁極
電子レンズの磁極部を模擬的に示す図であり、第
1磁極1、第2磁極2、第3磁極3よりなり、
夫々の穴径d1,d2,d3は等しく、又磁極間隙S1と
S2も等しい対称構造となつている。そして、第1
の磁極間隙と第2の磁極間隙とに互いに逆向で且
つ同一起磁力をもつ磁場が形成される。第2図は
第1図レンズにおける焦点距離p(mm)、歪像
収差ΔX/X(%)及びS字歪収差ΔY/X
(%)の起磁力NI(アンペアターン)に対する変
化を第2磁極2の厚さtをパラメータに示したも
のである。尚、ΔX/Xは光軸から距離Xの点に
おける像の半径方向の伸縮量ΔXを距離Xで除し
た値を意味し、ΔY/Xは光軸から距離X点にお
ける像の円周方向の伸縮量ΔYを距離Xで除した
値を意味している。又、この場合d1=d2=d3=3
mm、S1=S2=2.25mmであり、t=1mmと2mmにつ
いて示した。同図からわかるように焦点距離p
は起磁力NIに対して、t=1とt=2について
夫々2200、1800AT(アンペアターン)で極小を
示し、その値はp(t=1)=3.8mm、p(t
=2)4.6mmとなり、第2磁極の厚さtが小さい
方が小さくなる。歪像収差ΔX/Xは、低励磁側
で正(糸巻き形)、高励磁側で負(樽形)とな
る。そして歪像収差が零となる起磁力は焦点距離
pが極小になる起磁力に略一致している。これ
に対し、S字歪収差は低励磁側では著じるしく小
さい値をとり、起磁力が大きくなると急激に増加
し、零になる条件は存在しない。従つて歪像収差
ΔX/Xを零又は極めて小さい領域で使用した場
合、S字歪収差ΔY/Xは必ず有限な値を示すこ
とになる。
電子レンズの磁極部を模擬的に示す図であり、第
1磁極1、第2磁極2、第3磁極3よりなり、
夫々の穴径d1,d2,d3は等しく、又磁極間隙S1と
S2も等しい対称構造となつている。そして、第1
の磁極間隙と第2の磁極間隙とに互いに逆向で且
つ同一起磁力をもつ磁場が形成される。第2図は
第1図レンズにおける焦点距離p(mm)、歪像
収差ΔX/X(%)及びS字歪収差ΔY/X
(%)の起磁力NI(アンペアターン)に対する変
化を第2磁極2の厚さtをパラメータに示したも
のである。尚、ΔX/Xは光軸から距離Xの点に
おける像の半径方向の伸縮量ΔXを距離Xで除し
た値を意味し、ΔY/Xは光軸から距離X点にお
ける像の円周方向の伸縮量ΔYを距離Xで除した
値を意味している。又、この場合d1=d2=d3=3
mm、S1=S2=2.25mmであり、t=1mmと2mmにつ
いて示した。同図からわかるように焦点距離p
は起磁力NIに対して、t=1とt=2について
夫々2200、1800AT(アンペアターン)で極小を
示し、その値はp(t=1)=3.8mm、p(t
=2)4.6mmとなり、第2磁極の厚さtが小さい
方が小さくなる。歪像収差ΔX/Xは、低励磁側
で正(糸巻き形)、高励磁側で負(樽形)とな
る。そして歪像収差が零となる起磁力は焦点距離
pが極小になる起磁力に略一致している。これ
に対し、S字歪収差は低励磁側では著じるしく小
さい値をとり、起磁力が大きくなると急激に増加
し、零になる条件は存在しない。従つて歪像収差
ΔX/Xを零又は極めて小さい領域で使用した場
合、S字歪収差ΔY/Xは必ず有限な値を示すこ
とになる。
所で第1図のレンズ構造において、2つの磁極
間隙内に生ずる磁場の起磁力を相互に異ならせる
とS字歪収差をある起磁力の下で零にすることが
可能であるが、この場合には回転色収差を生ずる
等、新たな不都合が生じ、3磁極レンズの特徴を
有効に利用できない欠点がある。
間隙内に生ずる磁場の起磁力を相互に異ならせる
とS字歪収差をある起磁力の下で零にすることが
可能であるが、この場合には回転色収差を生ずる
等、新たな不都合が生じ、3磁極レンズの特徴を
有効に利用できない欠点がある。
而して本発明は第1磁極間隙と第2磁極間隙と
に発生する磁場の起磁力を等しくした状態で歪像
収差及びS字歪収差とも零乃至極めて小さくする
第1、第2、第3の磁極の穴径を各々d1,d2,d3
とするとき、d1≧d2≧d3にすると共に、第1、第
2磁極間間隙S1と第2、第3磁極間間隙S2とが異
なる非対称構造となし、且つS1/S2を2.7乃至3.8
の範囲に設定したことに特徴がある。以下本発明
を第3図以降に示すデータに基づき詳説する。
に発生する磁場の起磁力を等しくした状態で歪像
収差及びS字歪収差とも零乃至極めて小さくする
第1、第2、第3の磁極の穴径を各々d1,d2,d3
とするとき、d1≧d2≧d3にすると共に、第1、第
2磁極間間隙S1と第2、第3磁極間間隙S2とが異
なる非対称構造となし、且つS1/S2を2.7乃至3.8
の範囲に設定したことに特徴がある。以下本発明
を第3図以降に示すデータに基づき詳説する。
第3図は第1図におけるd1=d2=d3=3mm、S2
=1.5mm、t=2mmとし、S1=1.5mm(実線)の場
合とS1=3mm(破線)の場合におけるp、Δ
X/X、ΔY/Xの起磁力依存性を示している。
尚加速電圧は100KV、各歪は光軸からの距離r=
50mmで求めた値、投影レンズとフイルム間の距離
Lは386.5mmである。
=1.5mm、t=2mmとし、S1=1.5mm(実線)の場
合とS1=3mm(破線)の場合におけるp、Δ
X/X、ΔY/Xの起磁力依存性を示している。
尚加速電圧は100KV、各歪は光軸からの距離r=
50mmで求めた値、投影レンズとフイルム間の距離
Lは386.5mmである。
同図からpはおよそ2000AT付近で極小値を
示し、このp極小の2000AT付近において歪像
収差ΔX/Xが零となつていることがわかる。又
S字歪収差は、S1=S2の場合には起磁力NIに対
し増加を示すのみであるが、S1/S2=3mm/1.5
mm=2の場合には低起磁力側で負、高起磁力側で
正の値を示し、その間の約1200AT付近で零とな
つている。
示し、このp極小の2000AT付近において歪像
収差ΔX/Xが零となつていることがわかる。又
S字歪収差は、S1=S2の場合には起磁力NIに対
し増加を示すのみであるが、S1/S2=3mm/1.5
mm=2の場合には低起磁力側で負、高起磁力側で
正の値を示し、その間の約1200AT付近で零とな
つている。
ところでS字歪収差の係数DSPは次式で表わさ
れる。
れる。
DSP=∫Zb Za{3/128(e/mu*)〓γr2B3+1/16(e/mu*)〓γr′2B}dZ …(1)
ここで、Lを前記のように投影レンズとフイル
ム間の距離とすると、DSPとS字歪収差ΔY/X
との関係は ΔY/X=DSP(Xp/L)2 …(2) で与えられる。e/mは電子の質量電荷比、U*
は加速電圧、Za、Zbは第4図に示す様にレンズ
の光軸をZとした時の上側と下側のレンズ磁場が
影響を及ぼしている最端部位置、Bは軸上磁界強
度、γrはZaにおいて高さ1、勾配0の電子軌
道、γ′rはそのZに対する微分値である。
ム間の距離とすると、DSPとS字歪収差ΔY/X
との関係は ΔY/X=DSP(Xp/L)2 …(2) で与えられる。e/mは電子の質量電荷比、U*
は加速電圧、Za、Zbは第4図に示す様にレンズ
の光軸をZとした時の上側と下側のレンズ磁場が
影響を及ぼしている最端部位置、Bは軸上磁界強
度、γrはZaにおいて高さ1、勾配0の電子軌
道、γ′rはそのZに対する微分値である。
第5図は第3図で求めたΔY/Xを上記DSPに
変換し、これを(NI)3に対してプロツトしたもの
である。NIは NI=∫Zb ZaBdZ …(3) とあらわされるので、第5図からDSPに対する(1)
式の第1項と第2項の寄与を知ることができる。
S1/S2=1の場合、DSPは(NI)3にほぼ比例して
増大していると言うことができる。即ちS字歪収
差に対しては、(1)式の第1項が第2項に比して圧
倒的に大きい影響を与えている。その第1項はγ
r2B3を含んでいるので、磁場の強い領域でγrが
大きい場合に著しく大きな値をとる。
変換し、これを(NI)3に対してプロツトしたもの
である。NIは NI=∫Zb ZaBdZ …(3) とあらわされるので、第5図からDSPに対する(1)
式の第1項と第2項の寄与を知ることができる。
S1/S2=1の場合、DSPは(NI)3にほぼ比例して
増大していると言うことができる。即ちS字歪収
差に対しては、(1)式の第1項が第2項に比して圧
倒的に大きい影響を与えている。その第1項はγ
r2B3を含んでいるので、磁場の強い領域でγrが
大きい場合に著しく大きな値をとる。
γrは第6図に示す様に第1、第2磁極間隙で
大きく、第2、第3磁極間隙の磁場極大値付近で
零となる。従つてDSPに対する第1、第2磁極間
隙の寄与は第2、第3磁極間隙の寄与に比べて圧
倒的に大きく、前者で作られる歪を後者で作られ
る歪でキヤンセルすることはできない。
大きく、第2、第3磁極間隙の磁場極大値付近で
零となる。従つてDSPに対する第1、第2磁極間
隙の寄与は第2、第3磁極間隙の寄与に比べて圧
倒的に大きく、前者で作られる歪を後者で作られ
る歪でキヤンセルすることはできない。
上記2つの間隙におけるDSPをその大きさが等
しく、符号のみが異なり互いにキヤンセルするよ
うにするためには、第1、第2磁極間隙の磁場を
第2、第3磁極間隙のそれよりも弱くし、電子軌
道が軸を切る点を第2、第3磁極間隙における磁
場極大位置からはずすようにすればよく、そのた
めには第1、第2磁極間隙を第2、第3磁極間隙
よりも大きくすることが極めて有効である。
しく、符号のみが異なり互いにキヤンセルするよ
うにするためには、第1、第2磁極間隙の磁場を
第2、第3磁極間隙のそれよりも弱くし、電子軌
道が軸を切る点を第2、第3磁極間隙における磁
場極大位置からはずすようにすればよく、そのた
めには第1、第2磁極間隙を第2、第3磁極間隙
よりも大きくすることが極めて有効である。
第5図におけるS1/S2=3mm/1.5mm=2の曲
線(破線)はその一例である。先に述べた如く
DSPの(NI)3に対する直線成分は減少した。それ
と同時に見逃すことのできないのは、この場合直
線からのずれ即ち(NI)3に対して振動する成分が
増大していることである。この振動成分は、(1)式
の第2項の影響であり、S字歪収差が零になる条
件が発生したのは、この第2項の寄与によるもの
である。
線(破線)はその一例である。先に述べた如く
DSPの(NI)3に対する直線成分は減少した。それ
と同時に見逃すことのできないのは、この場合直
線からのずれ即ち(NI)3に対して振動する成分が
増大していることである。この振動成分は、(1)式
の第2項の影響であり、S字歪収差が零になる条
件が発生したのは、この第2項の寄与によるもの
である。
実際に使用するレンズにおいては先に述べた様
に、S字収差のみが零であつても、歪像収差が大
きい条件では使用できない。そのため両収差を共
に零とするようなレンズを作つてはじめて、投影
レンズとして有効な電子レンズとなる。
に、S字収差のみが零であつても、歪像収差が大
きい条件では使用できない。そのため両収差を共
に零とするようなレンズを作つてはじめて、投影
レンズとして有効な電子レンズとなる。
第7図は間隙比S1/S2を種々に変えた場合の、
ΔX/XとΔY/Xをそれぞれ零とする様な起磁
力(NI)を示したものである。両収差を共に零
とする条件は同図からS1/S2=3.2、NI=1700AT
の付近に存在することがわかる。しかしながら実
際には投影レンズ以外の中間レンズ等が歪像収差
を最高±1%程度、S字歪収差を最高±0.2%程
度発生するので、これらを投影レンズで発生させ
た収差でキヤンセルさせる必要があり、結局投影
レンズのΔX/X、ΔY/Xも完全に零だけでは
なく夫々−1%≦ΔX/X≦1%、−0.2%≦Δ
Y/X≦0.2%の範囲をカバーすることが必要と
なる。
ΔX/XとΔY/Xをそれぞれ零とする様な起磁
力(NI)を示したものである。両収差を共に零
とする条件は同図からS1/S2=3.2、NI=1700AT
の付近に存在することがわかる。しかしながら実
際には投影レンズ以外の中間レンズ等が歪像収差
を最高±1%程度、S字歪収差を最高±0.2%程
度発生するので、これらを投影レンズで発生させ
た収差でキヤンセルさせる必要があり、結局投影
レンズのΔX/X、ΔY/Xも完全に零だけでは
なく夫々−1%≦ΔX/X≦1%、−0.2%≦Δ
Y/X≦0.2%の範囲をカバーすることが必要と
なる。
第7図からその様な領域を求めると2.7≦S1/
S2≦3.8となり、S1/S2をこの範囲に収めれば歪
像収差もS字歪収差も共に零又は零に極めて近づ
けることができる。
S2≦3.8となり、S1/S2をこの範囲に収めれば歪
像収差もS字歪収差も共に零又は零に極めて近づ
けることができる。
尚上記例ではd1=d2=d3の場合について検討し
たが、d1≧d2≧d3とすれば、第1、第2磁極間隙
の磁場を第2、第3磁極間隙のそれよりも弱く
し、電子軌道が軸を切る点を第2、第3磁極間隙
における磁場極大位置からはずすことを助長する
効果があるので、併用すれば本発明のメリツトが
より一層発揮される。
たが、d1≧d2≧d3とすれば、第1、第2磁極間隙
の磁場を第2、第3磁極間隙のそれよりも弱く
し、電子軌道が軸を切る点を第2、第3磁極間隙
における磁場極大位置からはずすことを助長する
効果があるので、併用すれば本発明のメリツトが
より一層発揮される。
第1図は本発明に先立つて提案されたレンズの
磁極部を示す図、第2図はその性能を示す図、第
3図乃至第7図は本発明を説明するための図であ
る。 1:第1磁極、2:第2磁極、3:第3磁極。
磁極部を示す図、第2図はその性能を示す図、第
3図乃至第7図は本発明を説明するための図であ
る。 1:第1磁極、2:第2磁極、3:第3磁極。
Claims (1)
- 1 光軸に沿つて配置された第1、第2、第3の
磁極を有し、第1、第2磁極間隙内及び第2、第
3磁極間隙内に生ずる磁場の極性を互いに逆に
し、且つ同一起磁力で励磁する如くなすと共に、
前記第1、第2、第3の磁極の穴径を各々d1,
d2,d3とするとき、d1≧d2≧d3となした電子レン
ズにおいて、第1、第2磁極間隙をS1、第2、第
3磁極間隙をS2とした時、S1/S2を2.7乃至3.8の
範囲に設定することを特徴とする電子レンズ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9711380A JPS5723454A (en) | 1980-07-16 | 1980-07-16 | Electron lens |
GB8118118A GB2080610B (en) | 1980-07-16 | 1981-06-12 | Electron lens equipped with three magnetic pole pieces |
DE19813125253 DE3125253C2 (de) | 1980-07-16 | 1981-06-26 | Elektronenlinse mit drei Magnetpolstücken |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9711380A JPS5723454A (en) | 1980-07-16 | 1980-07-16 | Electron lens |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5723454A JPS5723454A (en) | 1982-02-06 |
JPS6245662B2 true JPS6245662B2 (ja) | 1987-09-28 |
Family
ID=14183515
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9711380A Granted JPS5723454A (en) | 1980-07-16 | 1980-07-16 | Electron lens |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5723454A (ja) |
DE (1) | DE3125253C2 (ja) |
GB (1) | GB2080610B (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5767272A (en) * | 1980-10-15 | 1982-04-23 | Jeol Ltd | Electron lens |
US4450357A (en) * | 1981-10-13 | 1984-05-22 | Jeol Ltd. | Electron lens equipped with three magnetic pole pieces |
GB2140196A (en) * | 1983-05-05 | 1984-11-21 | Cambridge Instr Ltd | Particle beam lenses |
US11450505B2 (en) * | 2020-12-22 | 2022-09-20 | Fei Company | Magnetic field free sample plane for charged particle microscope |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS526073A (en) * | 1975-07-04 | 1977-01-18 | Hitachi Ltd | Magnetic field type electronic lens |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE920861C (de) * | 1940-06-04 | 1954-12-02 | Aeg | Anordnung zur Ausuebung des Verfahrens zur Herstellung und Beobachtung eines UEbersichtsbildes geringer Vergroesserung in einem Elektronenmikroskop |
CH312422A (de) * | 1953-04-30 | 1955-12-31 | Trueb Taeuber & Co Ag | Verzeichnungsarmes Linsensystem für Korpuskularstrahlapparate, insbesondere Elektronenmikroskope. |
US3188465A (en) * | 1959-12-29 | 1965-06-08 | Kabushikikaisha Nihondenshi Ka | Two stage electron beam magnification device comprising plural adjustable magnetic lens system |
JPS5945171B2 (ja) * | 1979-12-28 | 1984-11-05 | 日本電子株式会社 | 電子レンズ |
-
1980
- 1980-07-16 JP JP9711380A patent/JPS5723454A/ja active Granted
-
1981
- 1981-06-12 GB GB8118118A patent/GB2080610B/en not_active Expired
- 1981-06-26 DE DE19813125253 patent/DE3125253C2/de not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS526073A (en) * | 1975-07-04 | 1977-01-18 | Hitachi Ltd | Magnetic field type electronic lens |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3125253C2 (de) | 1988-09-08 |
GB2080610A (en) | 1982-02-03 |
GB2080610B (en) | 1984-07-04 |
DE3125253A1 (de) | 1982-06-03 |
JPS5723454A (en) | 1982-02-06 |
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