白光显微干涉测量曲面样品形貌误差的校正方法

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作者 李赫然 袁群 +7 位作者 范筱昕 张佳乐 马剑秋 乔文佑 高志山 郭珍艳 雷李华 傅云霞 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第2期422-429,共8页

白光显微干涉术在平面阶跃型结构的形貌测量中具有显著优势。但在测量斜率变化的曲面样品时,由于物镜数值孔径的限制,样品表面反射光随着斜率的增大而减弱,干涉信号对比度降低,导致形貌测量结果的误差增大。基于表面传递函数(surface tr... 白光显微干涉术在平面阶跃型结构的形貌测量中具有显著优势。但在测量斜率变化的曲面样品时,由于物镜数值孔径的限制,样品表面反射光随着斜率的增大而减弱,干涉信号对比度降低,导致形貌测量结果的误差增大。基于表面传递函数(surface transfer function, STF)计算得到的逆滤波器可用于校正曲面样品的形貌测量误差,但现有方法的逆滤波器增益受限,无法有效提升频谱中的高频信号,对最大可测量斜率的提升有限。针对该问题,提取由白光干涉仪特性参数计算获得的虚拟STF的模作为振幅增益函数,由干涉图傅里叶变换得到的实测STF的相位作为相位补偿函数,形成虚实融合型逆滤波器,据此实现白光干涉仪曲面形貌测量误差的校正。应用该方法校正微球的形貌测量结果,校正后最大可测量斜率从8.09°提升到21.20°,均方根误差从0.545 5μm降低至0.175 9μm,实现了提升曲面样品的最大可测量斜率和减小测量误差的目的,有效提升了仪器针对曲面样品的测量范围。 展开更多

关键词 白光显微干涉仪 表面传递函数 表面形貌测量 误差校正 逆滤波算法

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基于FDTD的高深宽比沟槽结构低相干显微干涉信号仿真分析 被引量：1

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作者 赵雨晴 高志山 +3 位作者 袁群 马剑秋 孙一峰 郭珍艳 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期124-136,共13页

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时,遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常,形成两个甚至多个包络,继而影响形貌检... 低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时,遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常,形成两个甚至多个包络,继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程,采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真,计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场,得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号,并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比,匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征,验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算,通过提前分析信号特征,为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。 展开更多

关键词 时域有限差分 光场传输 低相干垂直扫描干涉 高深宽比沟槽结构 低相干显微干涉信号

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基于像差补偿的近红外显微干涉硅通孔测量 被引量：1

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作者 吴春霞 马剑秋 +2 位作者 高志山 郭珍艳 袁群 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期301-312,共12页

为了实现深宽比大于6∶1的硅通孔的形貌测量,提出了一种基于像差补偿的近红外显微干涉检测方法。该方法采用近红外宽带光作为光源,能够穿透硅通孔,检测系统中内置变形镜自适应像差补偿模块,主动补偿硅通孔引入的调制像差。在检测硅通孔... 为了实现深宽比大于6∶1的硅通孔的形貌测量,提出了一种基于像差补偿的近红外显微干涉检测方法。该方法采用近红外宽带光作为光源,能够穿透硅通孔,检测系统中内置变形镜自适应像差补偿模块,主动补偿硅通孔引入的调制像差。在检测硅通孔三维形貌时,依据COMSOL Multiphysics有限元仿真软件得到的三维硅通孔高深宽比结构对探测光的调制像差规律,指导设置需变形镜补偿的像差种类和量值,用基于频域的评价函数指标阈值,判定硅通孔底部图像的聚焦状态,获得待测硅通孔清晰的底部图像,本质上提升探测光的重聚焦能力。在此基础上,使用垂直扫描干涉法得到待测硅通孔的深度与其三维形貌分布。实验测量了直径为10μm、深度为65μm、深宽比为6.5∶1和直径为10μm、深度为103μm、深宽比为10.3∶1的硅通孔深孔,并与高精度SEM的测量结果对比,深度测量的相对误差为1%。与白光显微干涉测量结果对比表明,本文所提出的方法可以获得清晰的高深宽比硅通孔的底部图像,有效增强底部的宽谱干涉信号和对比度,能够准确测量更高深宽比硅通孔的三维形貌。 展开更多

关键词 无损测量 光学显微干涉 自适应像差补偿 COMSOL仿真 硅通孔形貌

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发射计算层析的轴对称流场投影修正方法

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作者 郭珍艳 宋旸 +1 位作者 李振华 贺安之 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期422-426,共5页

为实现对轴对称流场的精确诊断,该文提出一种对发射计算层析的轴对称流场投影进行修正的方法。该方法通过Radon变换自动找出倾斜投影的对称轴,投影修正后取与对称轴垂直的数据作为截面投影进行重建。通过数值模拟对该投影修正方法进行... 为实现对轴对称流场的精确诊断,该文提出一种对发射计算层析的轴对称流场投影进行修正的方法。该方法通过Radon变换自动找出倾斜投影的对称轴,投影修正后取与对称轴垂直的数据作为截面投影进行重建。通过数值模拟对该投影修正方法进行了验证,并对重建结果进行了分析。分析结果表明:在轴对称流场存在小角度偏转时,对其投影进行对称轴修正后的重建精度高于投影未修正时的重建精度,并且在5°范围内偏转角度越大修正后重建精度越高。 展开更多

关键词 发射计算层析 轴对称流场 投影 修正 RADON变换

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基于平移差分的微结构线宽显微测量方法

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作者 马剑秋 高志山 +4 位作者 袁群 郭珍艳 孙一峰 雷李华 赵琳 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期1-10,共10页

从显微成像测量线宽的理论模型出发,分析了限制测量精度的边缘定位误差因素,基于阶跃边缘衍射光强微分的灵敏探测原理,提出一种平移差分的微结构线宽显微测量方法,即使用压电陶瓷微位移平台微量移动待测微结构沟槽,两步平移并采集三幅... 从显微成像测量线宽的理论模型出发,分析了限制测量精度的边缘定位误差因素,基于阶跃边缘衍射光强微分的灵敏探测原理,提出一种平移差分的微结构线宽显微测量方法,即使用压电陶瓷微位移平台微量移动待测微结构沟槽,两步平移并采集三幅对沟槽清晰成像的显微图像,显微图像依次相减得到两幅差分图,将线宽测量转为差分脉冲距离测量,利用差分脉冲在阶跃边缘附近梯度变化灵敏度高的特点,突破衍射极限,提高线宽测量精度;再用纳米精度压电陶瓷位移台标定与显微成像系统有关的倍率测量常数,以压电陶瓷位移台的高精度保证测量结果的准确性。以可溯源计量部门、线宽为30.00μm的标准沟槽样板作为待测样品,10次测量得到线宽测量平均值30.03μm,标准差0.005μm,并对本方法进行了不确定度分析,最终得到合成不确定度为0.37%(k=1)。 展开更多

关键词 线宽测量 光学显微 平移差分 测量精度 衍射极限

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基于双重过滤残差网络的乳腺组织OCT图像分类方法

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作者 丁李昊 高志山 +2 位作者 朱丹 袁群 郭珍艳 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期187-199,共13页

提出一种基于残差网络改进的卷积神经网络模型,应用于乳腺组织光学相干层析图像的辅助诊断。该方法采用残差网络作为基础框架,利用级联的小卷积层替换大卷积层,使用八度卷积替换部分卷积层,并且加入注意力机制,构造出一个具有双重过滤... 提出一种基于残差网络改进的卷积神经网络模型,应用于乳腺组织光学相干层析图像的辅助诊断。该方法采用残差网络作为基础框架,利用级联的小卷积层替换大卷积层,使用八度卷积替换部分卷积层,并且加入注意力机制,构造出一个具有双重过滤结构的残差网络模型。双重过滤结构不仅能够减少模型整体的参数计算量,还能使模型在特征提取时侧重于含有丰富结构信息的高频分量,降低低频分量占比,减少信息冗余,从而提高模型对于近似结构图像的分类识别能力。对比实验结果表明,提出的双重过滤残差网络模型对纤维脂肪、基质和肿瘤3类乳腺组织光学相干层析图像实现96.88%的分类精确度,且分类性能比目前经典的卷积神经网络模型更加优异,在乳腺癌切缘术实时诊断领域具有潜力。 展开更多

关键词 光学相干层析术 图像分类 高频信息 八度卷积 注意力机制 深度学习

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基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

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作者 张玉杰 徐雷 +7 位作者 管钰晴 邹文哲 郭创为 雷李华 傅云霞 郭珍艳 顾振杰 邓晓 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期227-234,共8页

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究... 纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。 展开更多

关键词 纳米位移测量 激光自混合 光栅干涉仪 全息光栅

原文传递

微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术

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作者 霍霄 高志山 +2 位作者 袁群 郭珍艳 朱丹 《计测技术》 2023年第1期70-80,共11页

功能型微结构具有调控光场或调控电子导通等功能,一般包含具有规则的几何形状,基于深度和线宽的比值,可以将其区分为高/低深宽比微结构。目前对微结构的检测,多用有损检测中的扫描电镜(SEM)剖面成像技术,而产线上迫切需要用于监测与改... 功能型微结构具有调控光场或调控电子导通等功能,一般包含具有规则的几何形状,基于深度和线宽的比值,可以将其区分为高/低深宽比微结构。目前对微结构的检测,多用有损检测中的扫描电镜(SEM)剖面成像技术,而产线上迫切需要用于监测与改进制作工艺的无损检测技术。本文系统总结了作者所在研究团队十余年在微结构三维形貌无损检测方面的低相干显微干涉技术进展,其中白光显微干涉仪用于超光滑表面、台阶、微光学元件、微机械元件等低深宽比微结构的三维形貌检测,近红外显微干涉仪用于硅基高深宽比微结构的三维形貌检测。文章阐述了两波段显微干涉系统的关键技术与典型样品的检测实例,结果表明:白光显微干涉仪和近红外显微干涉仪是两种高精度的无损检测仪器,前者检测高深宽比小于等于4,后者检测高深宽比大于等于20的微结构三维形貌,数据结果是可信的。显微干涉无损检测技术获取的三维形貌数据,将有效优化微结构的制造工艺,进一步提升有关器件的性能。 展开更多

关键词 无损测量 显微干涉法 低相干 三维形貌 微纳器件

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微结构显微光学无损检测方法(特邀) 被引量：6

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作者 高志山 袁群 +10 位作者 孙一峰 马剑秋 郭珍艳 朱丹 赵雨晴 霍霄 王书敏 张佳乐 周行 吴春霞 范筱昕 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期17-34,共18页

微纳尺度的微结构可调制光场,提高传感器的灵敏度,是新一代功能器件或传感器件中广泛使用的重要结构特征。包含微细加工在内的先进制造技术的快速发展,对多种型式微纳尺度微结构的无损测量技术提出了紧迫的需求。本文从多维视角论述了... 微纳尺度的微结构可调制光场,提高传感器的灵敏度,是新一代功能器件或传感器件中广泛使用的重要结构特征。包含微细加工在内的先进制造技术的快速发展,对多种型式微纳尺度微结构的无损测量技术提出了紧迫的需求。本文从多维视角论述了国内外行业发展中出现的微结构种类、型式,围绕具有高精度无损检测特质的光学显微技术,阐述了国内外仍在继续发展的微结构无损检测四种主流方法,分析了这些方法的技术特点、适用对象,给出了典型样品的检测结果,其中部分结果是首次发表。结果表明,暗场显微机器视觉法,是振幅型颗粒、凹坑、划痕等有害微结构的有效检测方法,可以实现大尺度样品的快速检测;共焦显微成像和低相干显微干涉法是“相位”型微结构的最佳检测方法,可以得到微结构的三维形貌;光谱反演-过焦扫描法与近红外显微干涉法,是应高深宽比微结构无损检测需求而发展起来的新方法,前者可以快速测得线宽和深度,后者可以测得物镜视场范围内高深宽比微结构的三维形貌,二者可以相互验证与补充。 展开更多

关键词 无损检测 光学显微 微结构形貌 垂直扫描 低相干

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蝙蝠翼效应下矩形光栅特征参数计算方法

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作者 范筱昕 张佳乐 +9 位作者 高志山 马剑秋 李赫然 陈露 雷李华 傅云霞 徐志毅 朱丹 郭珍艳 袁群 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第22期80-88,共9页

白光显微干涉术是微结构三维形貌无损测量的有效手段,但当沟槽深度小于光源相干长度时易产生蝙蝠翼效应。ISO-25178系列规定了由三维形貌计算沟槽深度和线宽两项特征参数的方法。该计算法则首先需要确定阶跃边缘位置,然而蝙蝠翼位于阶... 白光显微干涉术是微结构三维形貌无损测量的有效手段,但当沟槽深度小于光源相干长度时易产生蝙蝠翼效应。ISO-25178系列规定了由三维形貌计算沟槽深度和线宽两项特征参数的方法。该计算法则首先需要确定阶跃边缘位置,然而蝙蝠翼位于阶跃边缘,造成形貌中的阶跃边缘位置定位困难。本文针对上述问题,摒弃了从三维形貌中提取阶跃边缘位置的传统方法,依据干涉图像中矩形光栅上下表面边缘位置采样点相干峰分布的差异性,提取相干包络峰值位置,并计算得到用于区分阶跃上下表面的掩膜。本文提出的方法从垂直扫描干涉图像出发,同步实现三维形貌复原和阶跃边缘位置定位,继而准确、高效地计算沟槽深度和线宽。本文以两种不同特征参数的矩形光栅作为检测对象,比对了测量结果与标称值之间的偏差,并对测量过程中的误差项进行了分析。实验结果证明,本文方法具有良好的重复性和鲁棒性。 展开更多

关键词 显微干涉 矩形光栅 蝙蝠翼效应 特征参数 二值化

原文传递

基于粒子群优化算法的光学相干层析像差校正方法 被引量：7

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作者 毕津慈 高志山 +6 位作者 朱丹 马剑秋 袁群 郭珍艳 屈艺 殷长俊 徐尧 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期79-85,共7页

光学相干层析成像系统在扫描成像时,会不可避免地引入附加像差。此时,图像细节信息丢失,无法满足医学成像的高清晰度要求。为此,提出一种基于粒子群优化算法的像差校正方法。将像差校正过程以滤波形式建模,由泽尼克多项式的线性组合构... 光学相干层析成像系统在扫描成像时,会不可避免地引入附加像差。此时,图像细节信息丢失,无法满足医学成像的高清晰度要求。为此,提出一种基于粒子群优化算法的像差校正方法。将像差校正过程以滤波形式建模,由泽尼克多项式的线性组合构成滤波器,通过选定图像信息熵或图像清晰度作为优化指标,利用粒子群优化算法进行迭代估计多项式的最佳系数值,最终得到清晰图像。以分辨率板为仿真目标图像分别加载离焦及低阶混合波前像差,以图像信息熵和清晰度分别作为评价函数,复原结果误差均方根误差(RMS)值均小于0.1λ,得以清晰成像;实验采集洋葱细胞图像,以信息熵作为评价指标,校正像差后其下降18%;采集葡萄组织图像,以清晰度作为评价指标,校正像差后其上升36%;细胞和组织轮廓信息均得以分辨。 展开更多

关键词 成像系统 生物医学成像 光学相干层析 像差校正 泽尼克多项式 粒子群优化

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基于多波长干涉技术的拼接镜共相检测 被引量：4

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作者 季文 袁群 +4 位作者 高志山 第五蔻蔻 刘威剑 王若言 郭珍艳 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第16期120-129,共10页

为了拓展精共相阶段平移误差的检测范围、缩减检测流程以及减少多方法检测在衔接过程中的装校要求,本文提出基于多波长干涉技术的拼接镜共相检测方法。在粗共相阶段,采用单色激光干涉以及白光干涉分别实现百微米以及微米量级的平移误差... 为了拓展精共相阶段平移误差的检测范围、缩减检测流程以及减少多方法检测在衔接过程中的装校要求,本文提出基于多波长干涉技术的拼接镜共相检测方法。在粗共相阶段,采用单色激光干涉以及白光干涉分别实现百微米以及微米量级的平移误差标定;在精共相阶段,采用双波长激光干涉实现微米级平移误差的高精度检测。以整镜中剖出的两块六边形球面子镜为测试对象,采用红绿激光双波长移相干涉仪与白光显微干涉仪对所提的技术方案进行实验验证,提出基于拼接镜面形检测数据的相对平移误差解算算法,设计并构建一套拼接镜共相装校系统。粗共相阶段标定平移误差至微米量级后,在精共相阶段子镜间平移误差可由601.6nm补偿至16.0nm。 展开更多

关键词 测量 拼接镜 共相检测 双波长干涉 白光显微干涉

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基于光谱分布特性的快速垂直扫描形貌测量 被引量：1

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作者 周俊涛 高志山 +5 位作者 孙一峰 马剑秋 谢澎飞 张佳乐 郭珍艳 袁群 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第15期72-79,共8页

传统的低相干垂直扫描方法在测量高度达数十或数百微米的台阶或沟槽类微结构的表面三维形貌时,测量效率低下。为此,提出一种基于光谱分布特性的快速垂直扫描形貌测量方法,该方法包含两次垂直扫描过程。建立描述单幅干涉图条纹对比度的... 传统的低相干垂直扫描方法在测量高度达数十或数百微米的台阶或沟槽类微结构的表面三维形貌时,测量效率低下。为此,提出一种基于光谱分布特性的快速垂直扫描形貌测量方法,该方法包含两次垂直扫描过程。建立描述单幅干涉图条纹对比度的评价函数,利用粗扫描来定位被测件上下表面的大致位置,并联系上下两幅粗扫描图像计算出覆盖被测件上下表面相干区域的精扫描采图区域。精扫描在其他区域直接跳过但记录位移量,结合π/2扫描移相的精扫描干涉图复原被测件的表面三维形貌。粗扫描的扫描步长由低相干光谱分布计算得到,精扫描步长为中心波长的1/8。以高度为7.805μm的台阶板和深度为200.99μm的沟槽进行实验,结果表明,所提方法相比传统垂直扫描方法的采图时间分别缩短了48.2%和55.2%。 展开更多

关键词 测量 表面三维形貌 快速垂直扫描测量 光谱分布特性

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基于环带拼接的电子内窥物镜系统的设计 被引量：1

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作者 曹鑫 高志山 +3 位作者 许宁晏 陈露 袁群 郭珍艳 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第21期118-128,共11页

为了满足电子内窥物镜小体积、大视场的成像需求,将双层同心透镜作为初始结构,并在球透镜的最后一面叠加环带拼接面型,实现平场成像,之后进行多环带的面型融合,生成了完整面型。采用Q-type非球面表征的连续拼接面型可以保证成像质量,同... 为了满足电子内窥物镜小体积、大视场的成像需求,将双层同心透镜作为初始结构,并在球透镜的最后一面叠加环带拼接面型,实现平场成像,之后进行多环带的面型融合,生成了完整面型。采用Q-type非球面表征的连续拼接面型可以保证成像质量,同时可以满足连续性要求。最终优化得到了工作于可见光波段、全视场90°、系统长度仅为2.81 mm且仅由4个折射面构成的电子内窥物镜系统。该系统的全视场场曲小于0.1 mm,畸变在20%以内,在72 lp/mm下的调制传递函数可超过0.3,全视场相对照度大于0.5,满足电子内窥物镜的成像要求。 展开更多

关键词 光学设计 环形拼接面型 内窥成像 大视场

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