(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉ／Ｏピン導出部を有する放熱板と、
前記放熱板上に放熱面を接した状態で搭載されたペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の吸熱面上に配置された固体撮像素子と、
前記放熱板の前記Ｉ／Ｏピン導出部上に搭載され、前記固体撮像素子と電気的に接続されていると共に複数のＩ／Ｏピンを前記Ｉ／Ｏピン導出部から前記放熱板の裏面に導出させた配線基板と、
前記ペルチェ素子に駆動用電流を供給するペルチェ素子駆動用リード線と、
を備え、
前記放熱板、前記ペルチェ素子及び前記固体撮像素子のそれぞれの少なくとも一辺が略等しい幅で形成されており、
前記ペルチェ素子駆動用リード線が前記配線基板に対して独立して設けられており、
前記駆動用電流が、前記配線基板を介さずに前記ペルチェ素子に供給されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記Ｉ／Ｏピン導出部は、Ｉ／Ｏピン導出穴であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記Ｉ／Ｏピン導出穴は、前記配線基板の外形の大きさよりも小さい大きさの矩形形状を有し、前記Ｉ／Ｏピン導出穴の縁部において前記配線基板を支持することを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記Ｉ／Ｏピン導出部は、Ｉ／Ｏピン導出切欠部であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記Ｉ／Ｏピン導出切欠部は、前記放熱板の後端部に設けられていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記Ｉ／Ｏピン導出切欠部は、前記放熱板の側端部に設けられていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記Ｉ／Ｏピン導出切欠部は、前記配線基板の外形の大きさよりも小さい大きさの矩形形状を有し、前記Ｉ／Ｏピン導出切欠部の縁部において前記配線基板を支持することを特徴とする請求項４〜請求項６の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記ペルチェ素子駆動用リード線は、前記ペルチェ素子の前記配線基板側の一側面から導出されており、放熱板上に延設されていることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ペルチェ素子により固体撮像素子(ＣＣＤ)を冷却する固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷却型の固体撮像装置として特開平７−３８０１９号公報に開示された固体撮像装置が存在する。この固体撮像装置は銅タングステン（ＣｕＷ）製の放熱板を有するパッケージ内にＣＣＤを搭載したペルチェ素子が配置され、ＣＣＤとペルチェ素子等の配線基板とが接続されており、ペルチェ素子の端子はパッケージのピンから取り出されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ペルチェ素子を駆動するための電流は大電流であることから、ペルチェ素子の配線に伴い発生する寄生抵抗での電圧降下により、ペルチェ素子自身への電力の伝達の効率が劣化するという問題があった。
【０００４】
この発明の課題は、小型で冷却効率の優れた固体撮像装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の固体撮像装置は、Ｉ／Ｏピン導出部を有する放熱板と、前記放熱板上に放熱面を接した状態で搭載されたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の吸熱面上に配置された固体撮像素子と、前記放熱板の前記Ｉ／Ｏピン導出部上に搭載され、前記固体撮像素子と電気的に接続されていると共に複数のＩ／Ｏピンを前記Ｉ／Ｏピン導出部から前記放熱板の裏面に導出させた配線基板と、前記ペルチェ素子に駆動用電流を供給するペルチェ素子駆動用リード線と、を備え、前記放熱板、前記ペルチェ素子及び前記固体撮像素子のそれぞれの少なくとも一辺が略等しい幅で形成されており、前記ペルチェ素子駆動用リード線が前記配線基板に対して独立して設けられており、前記駆動用電流が、前記配線基板を介さずに前記ペルチェ素子に供給されることを特徴とする。
【０００６】
この請求項１記載の固体撮像装置によれば、ペルチェ素子駆動用リード線により配線基板を介さずペルチェ素子に直接駆動電流を供給するため、配線基板における電圧降下に伴う発熱を防止でき効率よく固体撮像素子の冷却を行うことができる。また放熱板にＩ／Ｏピン導出部を設け、このＩ／Ｏピン導出部を介して配線基板のＩ／Ｏピンを放熱板の裏面に導出するため固体撮像装置の小型化を実現することができる。また、この請求項１記載の固体撮像装置によれば、放熱板、ペルチェ素子及び固体撮像素子のそれぞれの少なくとも一辺が略等しい幅で形成されているため、バタブルタイプの固体撮像装置の構成が可能となる。なお、バタブルタイプの固体撮像装置とは、複数の固体撮像素子を並列配置して擬似的に大面積の撮像面を有する固体撮像装置をいう。
【０００７】
また請求項２記載の固体撮像装置は、請求項１記載の固体撮像装置の前記Ｉ／Ｏピン導出部がＩ／Ｏピン導出穴であることを特徴とする。
【０００８】
また請求項３記載の固体撮像装置は、請求項２記載の固体撮像装置の前記Ｉ／Ｏピン導出穴が前記配線基板の外形の大きさよりも小さい大きさの矩形形状を有し、前記Ｉ／Ｏピン導出穴の縁部において前記配線基板を支持することを特徴とする。
【０００９】
この請求項２及び請求項３記載の固体撮像装置によれば、配線基板と放熱板との接触部分をＩ／Ｏピン導出穴の縁部のみとすることで放熱板から配線基板への熱伝導を小さくすることができる。これにより固体撮像素子へ放熱板から配線基板を介して流入する熱量を抑えることができ固体撮像素子の冷却を効率よく行うことができる。
【００１０】
また請求項４記載の固体撮像装置は、請求項１記載の固体撮像装置の前記Ｉ／Ｏピン導出部がＩ／Ｏピン導出切欠部であることを特徴とする。
【００１１】
また請求項５記載の固体撮像装置は、請求項４記載の固体撮像装置の前記Ｉ／Ｏピン導出切欠部が前記放熱板の後端部に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また請求項６記載の固体撮像装置は、請求項４記載の固体撮像装置の前記Ｉ／Ｏピン導出切欠部が前記放熱板の側端部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また請求項７記載の固体撮像装置は、請求項４〜請求項６の何れか一項に記載の固体撮像装置の前記Ｉ／Ｏピン導出切欠部は、前記配線基板の外形の大きさよりも小さい大きさの矩形形状を有し、前記Ｉ／Ｏピン導出切欠部の縁部において前記配線基板を支持することを特徴とする。
【００１４】
この請求項４〜請求項７記載の固体撮像装置によれば、配線基板と放熱板との接触部分をＩ／Ｏピン導出切欠部の縁部のみとすることで配線基板と放熱板との接触面積を更に小さくすることができ放熱板から配線基板への熱伝導を更に小さくすることができる。従って固体撮像装置の冷却を効率よく行うことができる。
【００１７】
また請求項８記載の固体撮像装置は、請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の固体撮像装置の前記ペルチェ素子駆動用リード線が、前記ペルチェ素子の前記配線基板側の一側面から導出されており、放熱板上に延設されていることを特徴とする。
【００１８】
この請求項８記載の固体撮像装置によれば、ペルチェ素子駆動用リード線がペルチェ素子の一側面から導出されていることから、ペルチェ素子駆動用リード線を任意方向へ導出することが可能になる。また、ペルチェ素子駆動用リード線がペルチェ素子の前記配線基板側の一側面から導出されていることから、放熱板上でペルチェ素子駆動用リード線を支持することができ、ペルチェ素子とペルチェ素子駆動用リード線との接続部分の破損を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して、この発明の第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の説明を行う。ここで図１（ａ）は固体撮像装置１の平面図、図１（ｂ）は固体撮像装置１の側断面図、図１（ｃ）は固体撮像装置１の裏面図、図１（ｄ）は固体撮像装置１の正面図である。
【００２２】
図において符号１０で示すものは銅タングステン（Ｃｕ１０，Ｗ９０、熱伝導率１７０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数６．０×１０-6／Ｋ）製の放熱板である。この放熱板１０は矩形形状を有しており、放熱板１０の後端部に矩形形状のＩ／Ｏピン導出穴（Ｉ／Ｏピン導出部）１０ａが設けられている。また放熱板１０の前端部に沿って３個の固定用貫通穴１０ｂが設けられていると共に中央部に３個の固定用貫通穴１０ｂが設けられている。
【００２３】
放熱板１０の前端部側にはペルチェ素子１２が搭載されている。ペルチェ素子１２は、放熱面１２ａが放熱板１０の表面に銀ペースト入りエポキシ樹脂により接着されている。またペルチェ素子１２の吸熱面１２ｂ上にはＣＣＤ１４が搭載されている。ここでペルチェ素子１２は、放熱板１０の幅と略等しい幅に形成されている。またペルチェ素子１２の放熱面１２ａ及び吸熱面１２ｂは、アルミナセラミックス（熱伝導率１６．７Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張係数７．０×１０-6／Ｋ）により形成されている。更にＣＣＤ１４は放熱板１０の幅と略等しい幅に形成されている。
【００２４】
放熱板１０の後端部側のＩ／Ｏピン導出穴１０ａ上にはセラミック積層型配線基板１６が配置され、配線基板１６に設けられているＩ／Ｏピン１６ａがＩ／Ｏピン導出穴１０ａに挿入されている。この配線基板１６はＩ／Ｏピン導出穴１０ａの大きさよりも若干大きいサイズの矩形形状を有している。配線基板１６は放熱板１０のＩ／Ｏピン導出穴１０ａの周囲の縁の部分において支持され、配線基板１６は放熱板１０のＩ／Ｏピン導出穴１０ａの縁の部分に銀ロウ付けにより接着されている。
【００２５】
また配線基板１６とＣＣＤ１４とは、熱伝導の小さい細い径のボンディングワイヤ（アルミニウム材質、２０μｍ径、長さ３ｍｍ）１８により接続されている。更に放熱板１０上には、配線基板１６の側辺に沿ってペルチェ素子駆動用リード線２０が配置されている。
【００２６】
この固体撮像装置１は、放熱器及び配線基板上に搭載されて使用される。即ち図２に示すように放熱器３０上に配線基板３２が配置され、固体撮像装置１のペルチェ素子１２が搭載されている部分の放熱板１０を放熱器３０上に位置させると共に配線基板１６が搭載されている部分の放熱板１０を配線基板３２上に位置させている。そして配線基板１６のＩ／Ｏピン１６ａを放熱板１０のＩ／Ｏピン導出穴１０ａを介して導出させ配線基板３２に接続して使用する。
【００２７】
この第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１においては、銅タングステン製の放熱板１０を用いているが、この放熱板１０の膨張係数は、ペルチェ素子１２の放熱面１２ａ及び吸熱面１２ｂの膨張係数に近い値であることから、ペルチェ素子１２を放熱板１０に樹脂により固定することが可能となり、ペルチェ素子１２によりＣＣＤ１４を急激に冷却するために激しい温度変化が生じた場合であっても、放熱板１０とペルチェ素子１２との剥がれを防止することができる。
【００２８】
また固体撮像装置１においては、ＣＣＤ１４がペルチェ素子１２に直接接触していることから効率よくＣＣＤ１４の冷却を行うことができる。
【００２９】
また固体撮像装置１においては、ペルチェ素子駆動用リード線２０を独立したリード線とし配線基板１６を介さずにペルチェ素子１２に駆動電流を供給しているため、配線基板を介してペルチェ素子を駆動する場合に比較して、ペルチェ素子１２を駆動するために大きな電流が供給されても、配線基板１６内の寄生抵抗により生じる電圧降下に伴うペルチェ素子自身への電力の伝達効率の劣化と発熱による冷却効率の低下を防止することができる。
【００３０】
また固体撮像装置１においては、配線基板１６を放熱板１０のＩ／Ｏピン導出穴１０ａの周囲の部分において支持することにより、配線基板１６と放熱板１０との接触面積を小さくしている。従って、放熱板１０から配線基板１６への熱伝導を小さくすることができ、放熱板１０から配線基板１６を介してＣＣＤ１４へ流入する熱量を小さくできるためＣＣＤ１４を効率よく冷却することができる。
【００３１】
また固体撮像装置１においては、配線基板１６のＩ／ＯピンをＩ／Ｏピン導出穴１０ａを介して放熱板１０の裏面に導出しているため、放熱板１０の裏面側に配線基板３２を配置することで固体撮像装置１の小型化を実現できる。
【００３２】
また固体撮像装置１においては、一枚の放熱板１０上にＣＣＤ１４を搭載したペルチェ素子１２と配線基板１６とを配設することでＣＣＤ１４及び配線基板１６の支持強度を向上させている。また一枚の放熱板１０上にＣＣＤ１４を搭載したペルチェ素子１２と配線基板１６とを配設することで、部品点数を少なくすることができ組み立を容易に行うことができる。
【００３３】
次に、図３を参照して、この発明の第２の実施の形態にかかる固体撮像装置２の説明を行う。ここで図３（ａ）は固体撮像装置２の平面図、図３（ｂ）は固体撮像装置２の側断面図、図３（ｃ）は固体撮像装置２の裏面図、図３（ｄ）は固体撮像装置２の正面図である。なお、この固体撮像装置２の説明においては、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の構成と同一の構成には、固体撮像装置１の説明で用いた符号と同一の符号を付して説明を行う。
【００３４】
この固体撮像装置２は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の放熱板１０を放熱板１００に変更したものである。即ち、放熱板１００はその後端部に、矩形形状を有するＩ／Ｏピン導出切欠部１００ａを有するものである。
【００３５】
このＩ／Ｏピン導出切欠部１００ａ上にはセラミック積層型配線基板１６が配置され、配線基板１６に設けられているＩ／Ｏピン１６ａがＩ／Ｏピン導出切欠部穴１００ａを介して放熱板１００の裏面側に導出されている。この配線基板１６はＩ／Ｏピン導出切欠部１００ａの大きさよりも若干大きいサイズの矩形形状を有している。この配線基板１６は放熱板１００のＩ／Ｏピン導出切欠部１００ａの縁の部分において支持され、配線基板１６は放熱板１００のＩ／Ｏピン導出切欠部１００ａの縁の部分に銀ロウ付けにより接着されている。
【００３６】
この固体撮像装置２においては、配線基板１６を放熱板１００のＩ／Ｏピン導出切欠部１００ａの縁の部分、即ち３辺の部分において支持することにより、配線基板１６と放熱板１００との接触面積を更に小さくしている。従って、放熱板１００から配線基板１６への熱伝導を小さくすることができＣＣＤ１４を更に効率よく冷却することができる。
【００３７】
次に、図４を参照して、この発明の第３の実施の形態にかかる固体撮像装置３及び第４の実施の形態にかかる固体撮像装置４の説明を行う。ここで図４（ａ）は固体撮像装置３の裏面図、図４（ｂ）は固体撮像装置４の裏面図である。なお、この固体撮像装置３，４の説明においては、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の構成と同一の構成には、固体撮像装置１の説明で用いた符号と同一の符号を付して説明を行う。
【００３８】
この固体撮像装置３は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の放熱板１０を放熱板１０２に変更したものである。即ち、放熱板１０２はその側端部（図においては左側端部）に、矩形形状を有するＩ／Ｏピン導出切欠部１０２ａを有するものである。また固体撮像装置４は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の放熱板１０を放熱板１０４に変更したものである。即ち、放熱板１０４はその側端部（図においては右側端部）に、矩形形状を有するＩ／Ｏピン導出切欠部１０４ａを有するものである。
【００３９】
この固体撮像装置３，４においては、配線基板１６は放熱板１０２又は１０４のＩ／Ｏピン導出切欠部１０２ａ又は１０４ａの縁の部分、即ち３辺の部分において支持することにより、配線基板１６と放熱板１０２又は１０４との接触面積を小さくしている。従って、放熱板１０２又は１０４から配線基板１６への熱伝導を小さくすることができＣＣＤ１４を効率よく冷却することができる。
【００４０】
また、固体撮像装置３，４においては、切欠部が設けられている側のペルチェ素子駆動用リード線２０の下部には放熱板１０２又は１０４が存在しないため、ペルチェ素子駆動用リード線２０を放熱板１０２又は１０４に対して垂直方向への取り出す場合に省スペースで行うことができる。
【００４１】
次に、図５を参照して、この発明の第５の実施の形態にかかる固体撮像装置５の説明を行う。ここで図５（ａ）は固体撮像装置５の平面図、図５（ｂ）は固体撮像装置５の側断面図、図５（ｃ）は固体撮像装置５の裏面図、図５（ｄ）は固体撮像装置５の正面図である。なお、この固体撮像装置５の説明においては、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の構成と同一の構成には、固体撮像装置１の説明で用いた符号と同一の符号を付して説明を行う。
【００４２】
この固体撮像装置５は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の放熱板１０を放熱板１０６に変更したものである。即ち、放熱板１０６はペルチェ素子１２が搭載されている部分に比較して配線基板１６が搭載されている部分の幅が狭く形成されている。従って、ペルチェ素子駆動用リード線２０の下部には放熱板１０６が存在しないため、ペルチェ素子駆動用リード線２０を放熱板１０６に対して垂直方向へ取り出す場合に省スペースで行うことができる。
【００４３】
次に、図６〜図８を参照して、この発明の第６〜第１２の実施の形態にかかる固体撮像装置１Ａ〜１Ｇの説明を行う。ここで図６（ａ）は第６の実施の形態に係る固体撮像装置１Ａの平面図、図６（ｂ）は第７の実施の形態に係る固体撮像装置１Ｂの平面図、図６（ｃ）は第８の実施の形態に係る固体撮像装置１Ｃの平面図である。また図７（ａ）は第９の実施の形態に係る固体撮像装置１Ｄの平面図、図７（ｂ）は第１０の実施の形態に係る固体撮像装置１Ｅの平面図である。更に図８（ａ）は第１１の実施の形態に係る固体撮像装置１Ｆの平面図、図８（ｂ）は第１２の実施の形態に係る固体撮像装置１Ｇの平面図である。なお、この固体撮像装置１Ａ〜１Ｇの説明においては、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の構成と同一の構成には、固体撮像装置１の説明で用いた符号と同一の符号を付して説明を行う。
【００４４】
固体撮像装置１Ａは第１の実施の形態にかかる固体撮像素子１のペルチェ素子駆動用リード線２０の取り出し位置をペルチェ素子１２の側端部（図においては左側端部）としたものであり、固体撮像装置１Ｂは第１の実施の形態にかかる固体撮像素子１のペルチェ素子駆動用リード線２０の取り出し位置をペルチェ素子１２の側端部（図においては右側端部）としたものであり、固体撮像装置１Ｃは第１の実施の形態に係る固体撮像素子１のペルチェ素子駆動用リード線２０の取り出し位置をペルチェ素子１２の前端部としたものである。
【００４５】
また、固体撮像装置１Ｄは第１の実施の形態にかかる固体撮像素子１のペルチェ素子駆動用リード線２０の取り出し位置をペルチェ素子１２の両側端部としたものであり、固体撮像装置１Ｅは第１の実施の形態にかかる固体撮像素子１のペルチェ素子駆動用リード線２０の取り出し位置をペルチェ素子１２の側端部（図においては左側端部）及び前端部としたものである。
【００４６】
更に固体撮像装置１Ｆは第１の実施の形態にかかる固体撮像素子１のペルチェ素子駆動用リード線２０の取り出し位置をペルチェ素子１２の前端部及び後端部としたものであり、固体撮像装置１Ｇは第１の実施の形態にかかる固体撮像素子１のペルチェ素子駆動用リード線２０の取り出し位置をペルチェ素子１２の側端部（図においては右側端部）及び前端部としたものである。
【００４７】
これらの固体撮像装置１Ａ〜１Ｇ及び第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１を組み合わさることによりバタブルタイプの固体撮像装置を容易に実現することができる。なおバタブルタイプの固体撮像装置とは複数のＣＣＤを並列配置して擬似的に大面積の撮像面を有する固体撮像装置をいう。
【００４８】
図９は、６個の固体撮像装置１、２個の固体撮像装置１Ａ及び２個の固体撮像装置１Ｂを組み合わせて構成したバタブルタイプの固体撮像装置の平面図である。このバタブルタイプの固体撮像装置は、天文観測、科学計測、蛍光分光、ラマン分光等の各種分光、測光等に用いられる。
【００４９】
なお、上述の実施の形態においては、放熱板として銅タングステン製の放熱板を用いているが、これに限らず窒化アルミ（ＡｌＮ）製の放熱板を用いても良い。
【００５０】
また、上述の実施の形態においては、ペルチェ素子１２の放熱部１２ａを放熱板１０の表面に接着するための接着剤として銀ペースト入りエポキシ樹脂を用いているが、熱伝導率の良い他の樹脂に変更することが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
この発明によれば、ペルチェ素子駆動用リード線により配線基板を介さずペルチェ素子に直接駆動電流を供給するため、ペルチェ素子の駆動を配線基板を介して行うことに伴う配線基板内の寄生抵抗により生じる電圧降下によるペルチェ素子への電力の伝達の効率の劣化と発熱を防止でき効率よく固体撮像素子の冷却を行うことができる。また放熱板にＩ／Ｏピン導出部を設け、このＩ／Ｏピン導出部を介して配線基板のＩ／Ｏピンを放熱板の裏面に導出するため固体撮像装置の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態にかかる固体撮像装置を示す図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態にかかる固体撮像装置の使用状態を説明するための図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態にかかる固体撮像装置を示す図である。
【図４】この発明の第３、第４の実施の形態にかかる固体撮像装置の裏図である。
【図５】この発明の第５の実施の形態にかかる固体撮像装置を示す図である。
【図６】この発明の第６〜第８実施の形態にかかる固体撮像装置の平面図である。
【図７】この発明の第９及び第１０実施の形態にかかる固体撮像装置の平面図である。
【図８】この発明の第１１及び第１２実施の形態にかかる固体撮像装置の平面図である。
【図９】この発明の実施の形態にかかるバタブルタイプの固体撮像装置を示す図である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５…固体撮像装置、１０…放熱板、１２…ペルチェ素子、１４…ＣＣＤ、１６…配線基板、１８…ボンディングワイヤ、２０…ペルチェ素子駆動用リード線、３０…放熱器、３２…配線基板、１００，１０２，１０４，１０６…放熱板。
【図１】
0003809012.tif 000002
【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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