(57)【要約】【課題】  組立が容易で信頼性にも優れる光モジュールを提供する。【解決手段】  光モジュールのステム２上にはキャップ３が固定され、ステムとキャップとの間で形成される空間に光素子２０が収容されている。キャップの表面には導電性リング５が設けられ、導電性リングの外周面には絶縁性リング６が設けられている。絶縁性リングは、導電性の調芯部材７の袴部７ｂに収納されている。スリーブ８は、調芯部材に固定されている。導電性リングと絶縁性リングは、キャップと調芯部材との間に圧入によって固定されている。【選択図】  図１
2007232975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光素子を搭載するステムと、
該ステム上に固定され、該ステムとの間で形成される空間に該光素子を収容するキャップと、
該キャップの表面に設けられた導電性リングと、
該導電性リングの外周面に設けられた絶縁性リングと、
調芯部と該調芯部の端から延び出す袴部を有し、該袴部に該絶縁性リングの少なくとも一部を収納する導電性の調芯部材と、
該調芯部材に固定されたスリーブと、
を備え、該導電性リングおよび該絶縁性リングは、該キャップと該調芯部材との間に圧入によって固定されている、光モジュール。
【請求項２】
前記絶縁性リングはジルコニアセラミック製である、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記絶縁性リングはスリットを有している、請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記導電性リングは前記絶縁性リングの端部に当接するストッパをその外周に有している、請求項１〜３のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項５】
少なくとも光素子を搭載するステムと、
該ステム上に固定され、該ステムとの間で形成される空間に該光素子を収容するキャップと、
該キャップの表面に設けられた絶縁性リングと、
調芯部と該調芯部の端から延び出す袴部を有し、該袴部に該絶縁性リングの少なくとも一部を収納する導電性の調芯部材と、
該調芯部材に固定されたスリーブと、
を備え、該絶縁性リングは、該キャップと該調芯部材との間に圧入によって固定されている、光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光トランシーバ等に内蔵される同軸型の光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信では、発光素子を内蔵する光送信モジュール（ＴＯＳＡ）や、受光素子を内蔵する光受信モジュール（ＲＯＳＡ）などの光モジュールが使用されている。これらの光モジュールは、ＳＦＰ等のリンクモジュールに搭載されることが多い。光モジュールは、そのスリーブ部分がリンクモジュール前部のハウジング部分に収容されることによって保持される。
【０００３】
同軸型の光モジュールは、通常、ＹＡＧ溶接によって組み立てられる。同軸型の光モジュールは、金属製のステムを有しており、そのステム上に有天円筒状の金属製キャップが溶接され、更に、そのキャップに金属部材を介して金属製のスリーブが溶接される。ステム上には、キャップに覆われるように光素子（発光素子や受光素子）が設置される。スリーブには、光ファイバを内蔵するフェルールを挿入して、その光ファイバを光素子と光学的に結合できるようになっている。この構成では、ステムが信号グランド（signal GND。以下、「ＳＧ」）となる。
【０００４】
一般に、光モジュールには、外部からのノイズに対する耐力が要求される。リンクモジュールが電磁的な外乱に曝されると、ＳＦＰ等のリンクモジュールの筐体あるいは光モジュールのスリーブ部分がアンテナとなり、電磁誘導等により影響を受ける。通常、リンクモジュールの筐体はフレームグランド（Flame GND。以下、「ＦＧ」）であり、筐体のハウジング部分に光モジュールのスリーブが保持されているため、スリーブもＦＧとなる。スリーブを樹脂固定するのであれば、その樹脂の部分でスリーブをステムから絶縁することも可能であるが、ＹＡＧ溶接の場合には両者が電気的に導通となる。したがって、ステムの電位（ＳＧ）とスリーブの電位（ＦＧ）とは共通になる。この結果、筐体またはスリーブがノイズを受けるとＳＧが影響を受け、受信感度の低下等、光モジュールの電気的特性を劣化させてしまう。
【０００５】
また、光素子が発光素子の場合は、ステムの電位をＳＧとして、高周波の駆動信号が発光素子に流される。この場合、ステムと導通するスリーブがアンテナの作用をして、駆動信号と同じ周波数の電波を放射する。この電波は、外部の機器にノイズを与えてしまう。
【０００６】
下記の特許文献１は、レセプタクルがステムから絶縁された光モジュールを開示している。特許文献１に説明はないが、このレセプタクルは、光ファイバを内蔵したフェルールを挿抜可能なスリーブを有していると思われる。光素子パッケージは、円板状のステムを有しており、ステムの側面には、下側金属リングが設けられている。下側金属リングの上端面には絶縁性リングの下端面が接合され、絶縁性リングの上端面には上側金属リングの下端面が接合されている。これらのリングは同軸的に配置される。上側金属リングは、金属ホルダを介してレセプタクルに接続される。この絶縁性リングによって、レセプタクル中のスリーブが光素子パッケージのステムから絶縁される。
【特許文献１】実開平４−１３０４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の光モジュールでは、ステム、キャップ及び下側金属リングは同電位となる。スリーブの絶縁を確保するため、上側金属リングはキャップに接しないように位置決めされる。しかしながら、上側金属リングと絶縁性リングとは互いの端面同士を突き合わせて接合されるので、軸方向と垂直な方向（横方向）に位置ずれを起こしやすい。このため、特許文献１の光モジュールには、厳しい組立精度が要求される。
【０００８】
また、絶縁性リングと上下の金属リングとでは熱膨張率が異なるので、温度変化によってこれらの部材が膨張または収縮する際、接合面に応力が加わり、位置ずれを起こす可能性がある。絶縁体と金属の間では半田付けや溶接はできないから、絶縁性リングと金属リングの端面同士を接着剤で接合することになる。接着剤は信頼性に乏しく、横方向の力によって接着剤が剥離することもある。
【０００９】
そこで、本発明は、組立が容易で信頼性にも優れる光モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光モジュールの一つの態様は、少なくとも光素子を搭載するステムと、該ステム上に固定され、該ステムとの間で形成される空間に該光素子を収容するキャップと、該キャップの表面に設けられた導電性リングと、該導電性リングの外周面に設けられた絶縁性リングと、調芯部と該調芯部の端から延び出す袴部を有し、該袴部に該絶縁性リングの少なくとも一部を収納する導電性の調芯部材と、該調芯部材に固定されたスリーブとを備えている。導電性リングおよび絶縁性リングは、キャップと調芯部材との間に圧入によって固定されている。
【００１１】
導電性リングと調芯部材との間に絶縁性リングを設けることで、ステムとスリーブが絶縁される。このため、スリーブが外部からノイズを受けても、信号グランドであるステムの電位は影響を受けない。したがって、この光モジュールは、外部からのノイズに対して高い耐性を有している。また、光素子が発光素子の場合、その発光素子に高周波の駆動信号が供給されても、スリーブはアンテナとして作用しないので、この光モジュールは電波を外部に放射しにくい。導電性リングを絶縁性リングに圧入し、絶縁性リングを調芯部材に圧入することによって固定と位置決めを同時に完了することができる。したがって、この光モジュールは組立が容易である。また、圧入固定は、導電性リング、絶縁性リング及び調芯部材の端面同士を接合する場合に比べて位置ずれを起こしにくいので、この光モジュールは信頼性も高い。
【００１２】
絶縁性リングはジルコニアセラミック製であることが好ましい。ジルコニアセラミックは剛性が高いため、導電性リングが絶縁性リングに圧入されるときや絶縁性リングが調芯部材に圧入されるときに絶縁性リングの形状が適切に維持される。
【００１３】
絶縁性リングはスリットを有していてもよい。このスリットによって、導電性リングの圧入の際に絶縁性リングに加わる力が緩和されるので、絶縁性リングに罅が入りにくくなる。
【００１４】
導電性リングは絶縁性リングの端部に当接するストッパをその外周に有していてもよい。導電性リングの絶縁性リングへの圧入深さがこのストッパによって決まるので、光モジュールの組立の際、導電性リング及び絶縁性リングを容易かつ適切に位置決めすることができる。
【００１５】
本発明に係る光モジュールの別の態様は、少なくとも光素子を搭載するステムと、該ステム上に固定され、該ステムとの間で形成される空間に該光素子を収容するキャップと、該キャップの表面に設けられた絶縁性リングと、調芯部と該調芯部の端から延び出す袴部を有し、該袴部に該絶縁性リングの少なくとも一部を収納する導電性の調芯部材と、該調芯部材に固定されたスリーブとを備えている。該絶縁性リングは、該キャップと該調芯部材との間に圧入によって固定されている。
【００１６】
キャップと調芯部材との間に絶縁性リングを設けることで、ステムとスリーブが絶縁される。このため、スリーブが外部からノイズを受けても、信号グランドであるステムの電位は影響を受けない。したがって、この光モジュールは、外部からのノイズに対して高い耐性を有している。また、光素子が発光素子の場合、その発光素子に高周波の駆動信号が供給されても、スリーブはアンテナとして作用しないので、この光モジュールは電波を外部に放射しにくい。絶縁性リングを調芯部材に圧入することによって固定と位置決めを同時に完了することができる。したがって、この光モジュールは組立が容易である。また、圧入固定は、絶縁性リング及び調芯部材の端面同士を接合する場合に比べて位置ずれを起こしにくいので、この光モジュールは信頼性も高い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、組立が容易で信頼性にも優れる光モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る同軸型の光モジュールを示す部分縦断面図である。円板状の金属製ステム２の上面には、光素子２０を搭載したサブマウント２１が設置されている。ステム２の下面からは、リードピン２２、２３、２４が延び出ている。図１では、光素子２０の光軸が符合５０で表されている。光素子２０は、光を扱う（生成、検出、変調等する）素子であり、例えば、発光素子や受光素子である。発光素子の例としては、発光ダイオードや半導体レーザ素子が挙げられる。受光素子の例としては、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオードなどが挙げられる。
【００２０】
ステム２の上面には、有天円筒状のレンズキャップ３が溶接されている。レンズキャップ３は、円筒形の胴部を有しており、その胴部の外周面の下端には、ステム２の上面に接する脚部２５が設けられている。レンズキャップ３の脚部２５とステム２との接触面は、溶接面３２である。ステム２とレンズキャップ３によりパッケージ１が構成される。光素子２０は、ステム２とレンズキャップ３との間で形成される空間に収容されている。レンズキャップ３の上壁２６の中央部には、貫通穴２７が穿孔されており、そこにレンズ４が固定されている。
【００２１】
レンズキャップ３の外周面上部には、導電性リングとして、円筒状の金属カラー５が取り付けられている。金属カラー５の内周面の下部は、レンズキャップ３の外周面の上部に溶接されている。レンズキャップ３と金属カラー５との接触面は、溶接面３３である。金属カラー５の外周面には、円筒状のストッパ２８が形成されている。
【００２２】
金属カラー５の外周面上部には、円筒状の絶縁性リング６が取り付けられている。金属カラー５は、そのストッパ２８が絶縁性リング６の下端面に当接するまで金属カラー５を絶縁性リング６に圧入することによって固定されている。金属カラー５と絶縁性リング６との接触面は、圧入面３４である。ストッパ２８は、金属カラー５の圧入量を規制する。
【００２３】
絶縁性リング６の外周面上部には、調芯部材として金属ホルダ７が取り付けられている。金属ホルダ７は、円板状の調芯部７ａと、調芯部７ａの端から垂直下方に延び出す円筒状の袴部７ｂを有する。絶縁性リング６の上部は袴部７ｂに収納されている。絶縁性リング６は、その上端面が調芯部７ａの裏面に当接するまで絶縁性リング６を袴部７ｂに圧入することによって固定されている。絶縁性リング６と袴部７ｂとの接触面は、圧入面３５である。調芯部７ａの中央には、光を通すための貫通穴２９が形成されている。
【００２４】
図１に示されるように、レンズキャップ３、金属カラー５、絶縁性リング６及び金属ホルダ７は、光軸５２を中心として同軸的に配置されている。
【００２５】
調芯部７ａの上には、円筒状の金属製スリーブ８が設けられている。スリーブ８は、光素子２０との間で調芯を行ってから、調芯部７ａの上面に溶接固定される。金属ホルダ７とスリーブ８との接触面は、溶接面３７である。スリーブ８の開口部５２には、光ファイバを内蔵するフェルール（図示せず）を挿入して、その光ファイバを光素子２０と光学的に結合できるようになっている。
【００２６】
金属カラー５を絶縁性リング６に圧入し、絶縁性リング６を金属ホルダ７に圧入すると、これらの３部材からなる組立体９が得られる。光モジュールの組立の際は、組立体９を作製し、それをレンズキャップ３に溶接固定した後、スリーブ８の調芯と組立体９への溶接固定を行ってもよい。あるいは、レンズキャップ３に金属カラー５を溶接した後、金属カラー５を絶縁性リング６に圧入し、更に絶縁性リング６を金属ホルダ７に圧入してもよい。
【００２７】
図１では、金属カラー５の上端高さと金属ホルダ７の下端高さは、ほぼ同一であるように描かれている。実際にところ、金属カラー５の上端高さは、金属ホルダ７の下端高さと同じか、それより高いことが好ましい。金属カラー５の上端高さが金属ホルダ７の下端高さより低いと、絶縁性リング６に斜めの応力が強く掛かって絶縁性リング６が破断するおそれがある。
【００２８】
以下では、本実施形態の利点を説明する。金属カラー５と金属ホルダ７の間に絶縁性リング６が挟まれているため、信号グランド（以下、「ＳＧ」）であるステム２と、フレームグランド（以下、「ＦＧ」）であるスリーブ８とが絶縁される。このため、スリーブ８が外部からノイズを受けても、ＳＧであるステム２の電位は影響を受けない。したがって、本実施形態の光モジュールは電気的特性に優れている。また、光素子が発光素子であり、その発光素子に高周波の駆動信号が供給されても、ステム２から絶縁されたスリーブ８はアンテナとして作用しない。したがって、本実施形態の光モジュールは、電波を外部に放射しない。
【００２９】
金属カラー５を絶縁性リング６に圧入し、絶縁性リング６を金属ホルダ７に圧入することによって、金属カラー５及び絶縁性リング６の固定と位置決めが同時に完了する。各部材間の位置調整は不要なので、組立工程を単純化できる。したがって、本発明の光モジュールは組立が容易である。
【００３０】
また、金属カラー５、絶縁性リング６及び金属ホルダ７の端面同士を接着剤で接合すると、偏心を起こすなどして位置が狂いやすいが、圧入であると位置決めが正確になる。特に本実施形態では、金属カラー５の圧入の際、金属カラー５のストッパ２８が絶縁性リング６の下端に当たって絶縁性リング６を止めるので、金属カラー５の圧入量はストッパ２８によって正確に決まる。また、絶縁性リング６の圧入の際、絶縁性リング６の上端は調芯部７ａの裏面に当たって止まるので、絶縁性リング６の圧入量も正確に決まる。結果として、三つの部材５、６、７の位置関係は圧入によって正確に決まる。
【００３１】
更に、圧入固定は、金属カラー５、絶縁性リング６及び金属ホルダ７の端面同士を接合する場合に比べて熱膨張や熱収縮によって位置ずれを起こしにくい。また、絶縁性リング６の上下内外に金属製の部材５、７が配置されるので、絶縁性リング６が割れにくい。このように、本実施形態の光モジュールは、組立が容易で信頼性にも優れている。
【００３２】
なお、光軸５０と垂直な方向での調芯が必要なのは金属ホルダ７とスリーブ８との間だけであり、それは従来の光モジュールでも同じである。したがって、本発明によって調芯作業量が増加するということはない。
【実施例】
【００３３】
図２及び図３は、実施例に係る同軸型の光モジュールを示す側面図及び縦断面図である。本実施例では、光素子２０として半導体レーザ素子を用いる。ステム２の上面に設けられたレンズキャップ３には、円筒状金属カラー５、絶縁性リング６及び金属ホルダ７が同軸的に取り付けられている。金属ホルダ７の上には、レセプタクル１０が固定されている。レセプタクル１０は開口部５２を有しており、光ファイバを内蔵するフェルール（図示せず）をその開口部５２に挿入できるようになっている。
【００３４】
各部の寸法を述べる。リードピン２２〜２４の先からレセプタクル１０の頂部下面取り部までの長さは１８．４２ｍｍである。レセプタクル１０の長さは７．０５ｍｍである。金属カラー５、絶縁性リング６及び金属ホルダ７からなる組立体９の高さは２．６０ｍｍである。金属ホルダ７の直径は５．２０ｍｍである。ステム２の外径は３．９０ｍｍである。絶縁性リング６の直径は４．５０ｍｍである。レセプタクル１０の上部開口直径は１．２５ｍｍである。
【００３５】
ステム２の上面に設けられた光素子２０及びサブマウント２１は、レンズキャップ３によって覆われている。レンズキャップ３は、ステム２の上面に抵抗溶接などによって溶接されている。レンズキャップ３の上壁２６の貫通穴２７にはレンズ４が取り付けてある。レンズキャップ３の外周面上部には、金属カラー５、絶縁性リング６及び金属ホルダ７からなる組立体９が溶接される。金属カラー５の外側には絶縁性リング６が、絶縁性リング６の外側には金属ホルダ７が設けられている。三つの部材は圧入によって組み合わされている。金属カラー５の外周面にストッパ２８が設けられているので、金属カラー５の圧入深さが一定に定まる。つまり、ストッパ２８は位置決め突起となっている。
【００３６】
図４、図５及び図６は、それぞれ組立体９の底面図、側面図及び縦断面図である。本実施例では、金属ホルダ７は５．２０ｍｍφの外径をもつ有天円筒体である。金属ホルダ７の袴部７ｂに絶縁性リング６が圧入され、その絶縁性リング６に金属カラー５が圧入される。絶縁性リング６は、上下内外の稜線が面取りしてあって圧入しやすいようになっている。金属ホルダ７の上面から金属カラー５の下端までの距離（組立体９の厚み）は２．６０ｍｍである。絶縁性リング６の厚みは０．３ｍｍ（外径４．５０ｍｍφ、内径３．９０ｍｍφ）である。
【００３７】
絶縁性リング６はそれ自体で形状を維持しなければならないため、剛性の高いセラミック、たとえばジルコニア（ＺｒＯ２）からなることが好ましい。金属カラー５及び金属ホルダ７は、たとえばＳＵＳ−ＳＦ２０Ｔからなる。
【００３８】
絶縁性リング６は、図７に示すように完全な円筒とすることもできる。しかし、完全な円筒であると、圧入の際に絶縁性リング６に罅が入ることもある。絶縁性リング６にスリットを入れておけば、圧入によって罅が入りにくくなる。図８にスリット４９をもつ絶縁性リング６を示す。スリット４９は、絶縁性リング６の中心軸に平行に形成されており、絶縁性リング６の一方の端面から他方の端面まで延びている。
【００３９】
金属ホルダ７は強磁性体からなることが好ましい。金属ホルダ７が強磁性体であると電波の磁界成分を吸収して、外部に漏れる電波を減らすことができる。もとより金属だから電界成分は渦電流によってかなり吸収するのであるが、磁界成分も吸収することができ、電波漏れをより完璧に防止できる。ステンレスは磁性のないものが多いが、上記のＳＵＳ−ＳＦ２０Ｔは強磁性体で導電性のあるステンレスである。
【００４０】
金属ホルダ７の上には、円筒状のレセプタクル１０が固定されている。レセプタクル１０は、スタブホルダ１１、ハウジング３８、ジルコニアスリーブ３９、スタブ４０、光ファイバ４１からなる。スタブ４０及び光ファイバ４１の端面を斜めに研磨して戻り光を少なくしている。信号伝送用の光ファイバの先端を固定するフェルール（図示せず）は、レセプタクル１０の開口部５２に差し込まれ、スタブ４０と突き合わせられる。これにより、スタブ４０内の光ファイバ４１とフェルール内の外部光ファイバとの間で光信号が伝送される。光素子２０が発光素子であれば、光素子２０の出力光がレンズ４によって光ファイバ４１の端面に集光され、それが光ファイバ４１を通り、さらに突き合わせ固定される外部光ファイバに伝わる。光素子２０が受光素子である場合は、外部光ファイバを伝達してきた光信号が突き合わせ面から光ファイバ４１上端へ入り下端から抜けて、自由空間に出て広がり、レンズ４で集光されて光素子２０に入る。
【００４１】
金属ホルダ７の穴２９は光が通る穴であるが、その直径は本実施例では０．５ｍｍφである。あまりに狭いと光が通りにくく調芯が難しくなるので、直径の下限は０．２ｍｍφ程度である。直径が大きすぎると、この穴２９から電波が飛んで行きノイズを前部へ逃がす可能性がある。だから、大きくても１．２ｍｍφである。つまり、穴２９の直径は、好ましくは０．２ｍｍφ〜１．２ｍｍφであり、最適には０．５ｍｍφである。
【００４２】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。例えば、上述した光モジュールでは、ステム２上に設置されるキャップ３の貫通穴２７にレンズ４が固定されているが、レンズ４は省略することもできる。
【００４３】
上記の実施形態および実施例では、キャップ３上に金属カラー５（導電性リング）が設けられ、その金属カラー５上に絶縁性リング６が設けられている。しかしながら、金属カラーを省略し、キャップの表面上に直接、絶縁性リングを設けてもよい。この絶縁性リングは、上記の実施形態および実施例と同様に、金属ホルダ（調芯部材）に圧入によって固定される。したがって、この光モジュールは、位置ずれを起こしにくく、高い信頼性を有している。この構成でも絶縁性リングによってステムとスリーブが絶縁されるので、この光モジュールは、電気的特性に優れ、また、電波を外部に放射しない。導電性リングをキャップに溶接する工程が不要なので、この光モジュールは組立が更に容易である。また、部品点数が削減されるので、製造コストを抑えることもできる。絶縁性リングは、キャップの先端部を絶縁性リングに圧入することによって固定されていてもよい。圧入によって固定と位置決めが同時に完了するので、光モジュールの組立がいっそう容易になる。キャップの圧入深さを一定に定めるために、上述したストッパ２８をキャップの外側面に設けると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態の部分縦断面図である。
【図２】実施例の側面図である。
【図３】実施例の縦断面図である。
【図４】金属カラー、絶縁性リング及び金属ホルダからなる組立体を示す底面図である。
【図５】図４に示される組立体の側面図である。
【図６】図４に示される組立体の縦断面図である。
【図７】スリットを有さない絶縁性リングの平面図である。
【図８】スリットを有する絶縁性リングの平面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…パッケージ、２…ステム、３…レンズキャップ、４…レンズ、５…金属カラー、５…金属リング、６…絶縁性リング、７…金属ホルダ、７ａ…調芯部、７ｂ…袴部、８…スリーブ、９…組立体、１０…レセプタクル、１１…スタブホルダ、２０…光素子、２１…サブマウント、２２〜２４…リードピン、２５…脚部、２６…上壁、２７…貫通穴、２８…ストッパ、２９…貫通穴、３２、３３、３７…溶接面、３４、３５…圧入面、３８…ハウジング、３９…ジルコニアスリーブ、４０…スタブ、４１…光ファイバ、４９…スリット、５０…光軸、５２…開口部
【図１】
2007232975.tif 000003
【図２】
2007232975.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007232975.tif 000008
【図７】
2007232975.tif 000009
【図８】
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