JP4775337B2 - 画像入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像入力装置に関し、特に強度のある画像入力装置に関する。

近年、個人情報又は企業情報の管理・保護に対して、又は、防犯等のセキュリティに対して、信頼性・安全性の要求が社会的に高まっており、個人認証が非常に重要な課題として認識されてきている。そのような社会的な要求の高まりにこたえるべく、指紋、虹彩、静脈等の生体情報を利用した個人認証の技術開発が盛んに行われている。

生体情報を個人認証システムに取り込むために、各種のセンサが開発されている。センサとしては光学式、静電容量式、電界式、感熱式、感圧式、超音波式、その他の方式のセンサがあり、センサの接触面に触れた被検体（例えば、指）の表面形態又は内部形態がセンサによって画像として取り込まれ、取り込まれた画像が生体情報となって、その画像が個人認証システムによって照合される。

センサの消費電力を抑えるために、被検体がセンサに触れた時にだけ、センサがセンシング動作をすることが行われている。具体的には、センサの下側にプッシュスイッチを設け、被検体によってセンサが下に押し込まれてプッシュスイッチが押された時に、プッシュスイッチの出力信号がトリガとなってセンサが動作する（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−５７３２８号公報

ところで、センサによってプッシュスイッチが押された状態で更にセンサを押し込むと、センサがプッシュスイッチに支持された状態で曲げられるので、センサが破損する虞がある。そのため、出願人は鋭利研究・開発を行って、センサの強度向上を図ること等して、センサの破損を抑えることを行っている。それでも、更にセンサの破損の発生確率を下げることが望まれている。
そこで、本発明の課題は、センサ本体の破損を抑えられるようにすることである。

以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明によれば、
画像入力装置は、
ベースと、
前記ベースの上において上下に回動可能に設けられたセンサ本体と、前記ベースと前記センサ本体とを上下に回動可能にしている回動軸と、を備え、
前記センサ本体の下面と前記ベースの上面の面方向の交点が前記センサ本体の前記回動軸側にあり、交差角は鋭角を成すことを特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、
画像入力装置は、
ベースと、
前記ベースの上において上下に回動可能に設けられたセンサ本体と、を備え、
前記ベースの下面に対して上面が傾斜している、又は、前記センサ本体の上面に対して下面が傾斜していることを特徴とする。

請求項３に係る発明によれば、
画像入力装置は、
ベースと、
前記ベースの上において上下に回動可能に設けられたセンサ本体と、
前記ベースと前記センサ本体とを上下に回動可能にしている回動軸と、
前記センサ本体の回動軸から離れた位置において前記ベースの上面又は前記センサ本体の下面に設けられたスイッチと、を備え、
前記センサ本体が前記ベース側に回動されて、前記スイッチのオン・オフが切り替わった状態において、前記センサ本体の下面と前記ベースの上面の面方向の交点が前記センサ本体の前記回動軸側にあり、交差角は鋭角を成すことを特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、
画像入力装置は、
ベースと、
前記ベースの上において上下に回動可能に設けられたセンサ本体と、
前記ベースと前記センサ本体とを上下に回動可能にしている回動軸と、
前記センサ本体の回動軸から離れた位置において前記ベースの上面又は前記センサ本体の下面に設けられたプッシュスイッチと、を備え、
前記センサ本体が前記ベース側に回動されて、前記プッシュスイッチが押された状態において、前記センサ本体の下面と前記ベースの上面の面方向の交点が前記センサ本体の回動軸側にあり、交差角は鋭角を成すことを特徴とする。

請求項５に係る発明によれば、請求項３又は４に記載の画像入力装置において、
前記スイッチが復元可能なプッシュスイッチであることを特徴とする。

請求項６に係る発明によれば、請求項３から５のいずれか一項に記載の画像入力装置において、
前記ベースの上面又は前記センサ本体の下面のうち前記スイッチに相対する箇所に形成された凸部を更に備えることを特徴とする。

請求項７に係る発明によれば、請求項１から６のいずれか一項に記載の画像入力装置において、
前記スイッチが復元した状態において、前記センサ本体の上面と前記ベースの下面が平行になっていることを特徴とする。

請求項８に係る発明によれば、請求項１から７のいずれか一項に記載の画像入力装置において、
前記ベースの上下方向の厚みが前記スイッチから前記センサ本体の回動軸に向かうにつれて漸増することを特徴とする。

請求項９に係る発明によれば、請求項１から８のいずれか一項に記載の画像入力装置において、
前記センサ本体の上下方向の厚みが前記スイッチから前記センサ本体の回動軸に向かうにつれて漸増することを特徴とする。

本発明によれば、センサ本体が下に押されると、前記センサ本体の下面と前記ベースの上面が前記センサ本体の回動軸側において鋭角を成す。そのため、更にセンサ本体の下面が回動軸側においてベースの上面に受けられるので、センサ本体がそれ以上、下に曲げられなくなる。そのため、センサ本体の破損を抑えることができる。

以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

〔第１の実施の形態〕
図１及び図２は、本発明の第１実施形態における画像入力装置１を示した右側面図である。ここで、図１では、プッシュスイッチ１６が自然状態となっており、図２では、センサ本体９が回動軸１３を中心として下に回動されてプッシュスイッチ１６が押された状態となっている。

図１、図２に示すように、ベース２は板状又は薄板状の部材であり、ベース２の上面２ａと下面２ｂが平行になっておらず、下面２ｂに対して上面２ａが傾斜している。そのため、ベース２の上下方向の厚みは、ベース２の前端２ｃから後端２ｄに向かうにつれて漸増している。また、センサ本体９の上面１１ａと下面１０ａが面方向に平行になっている。

ベース２の上面２ａであってその前端２ｃ寄りには、凸部５が設けられている。凸部５はベース２の上面２ａに対して突出した状態に設けられた突起である。

ベース２の左右両側面であって凸部５よりも後端２ｄ寄りには、支持部３がそれぞれ設けられている。支持部３には軸孔が左右方向に貫通している。

支持部３にはベース２とセンサ本体９とを上下に回動可能にしている回動軸１３が取り付けられている。センサ本体９は、樹脂からなるシャーシ１０と、シャーシ１０の上に搭載されたセンサチップ１１とを備える。シャーシ１０の左右両側面であってそれらの後ろ寄りには回動軸１３がそれぞれ形成され、回動軸１３が支持部３の軸孔に挿入されている。このように回動軸１３が支持部３に軸支されることによって、センサ本体９がベース２の上においてベース２に対して上下に回動可能となっており、センサ本体９の回動軸心は回動軸１３の中心線であって左右方向に延在している。なお、回動軸１３がシャーシ１０に設けられ、軸孔が支持部３に設けられているが、逆に回動軸１３が支持部３に設けられ、軸孔がシャーシ１０に設けられるものとしてもよい。

シャーシ１０の上にセンサチップ１１が搭載されている。シャーシ１０の下面１０ａとセンサチップ１１の上面１１ａが平行になっており、即ち、センサ本体９の上面１１ａと下面１０ａは互いに平行である。

センサチップ１１はその上面１１ａをセンサ面とした接触型センサであって、上面１１ａに触れた被検体（例えば、指等）の表面の形態（例えば、凹凸による模様（被検体が指の場合には指紋））又は上面に触れた被検体の内部の形態（例えば、被検体が指の場合には指内部の静脈パターン）を画像化して入力するものである。センサチップ１１としては、光学式、静電容量式、電界式、感熱式、感圧式、超音波式その他の方式で被検体の表面形態又は内部形態をセンシングするセンサを用いることができる。なお、センサチップ１１の外縁部（例えば、センサチップ１１の前端部）に、ドライバが搭載されていてもよい。

センサチップ１１の上面１１ａであってその前端部に、可撓性の配線シート１５が接続されている。この配線シート１５は、センサチップ１１の上面１１ａの前端部からシャーシ１０の下面１０ａへ折り曲げられて、シャーシ１０の後方へと配索されている。そして、この配線シート１５はシャーシ１０の下面１０ａに貼着されている。

配線シート１５は、絶縁膜を積層したものであって、それらの層間にセンサチップ１１を駆動するための配線がパターニングされたものである。配線シート１５に形成された配線がセンサチップ１１の端子に導通している。

配線シート１５には、能動素子（トランジスタ、ダイオード、発光ダイオード）や受動素子（抵抗、コンデンサ）が搭載されていてもよい。特に、このセンサチップ１１が光透過性の固体撮像素子であって、上面１１ａに入射した光に対して感光性を示し、且つ、下面に入射した光が上面１１ａより出射する特性を有する場合、配線シート１５に発光ダイオードが搭載されている。センサチップ１１が光透過性の固体撮像素子である場合、シャーシ１０が透明であり、配線シート１５に搭載された発光ダイオードから発した光がシャーシ１０を透過し、センサチップ１１の下面に入射し、センサチップ１１の上面１１ａから出射する。

センサ本体９の下面１０ａであって回動軸１３よりも前端寄りにはプッシュスイッチ１６が設けられている。具体的には、プッシュスイッチ１６が配線シート１５に取り付けられ、プッシュスイッチ１６が凸部５に対応する位置に設けられている。このプッシュスイッチ１６はドームスイッチ、タクティルプッシュスイッチ、押釦スイッチ、その他のプッシュスイッチであって、押された状態から元に戻る復元力を有するものである。なお、プッシュスイッチ１６がドームスイッチである場合には、プッシュスイッチ１６が、下方に凸となるようにドーム状に形成された導電性弾性材と、導電性弾性材の内側おいて配線シート１５に設けられた複数の電気的接点部と、導電性弾性材の外側を覆うように設けられた絶縁性弾性材と、を有するものである。導電性弾性材及び絶縁性弾性材が押されると、導電性弾性材及び絶縁性弾性材が弾性変形して導電性弾性材が電気的接点部に接触し、これによりこれら電気的接点部が導通する。導電性弾性材及び絶縁性弾性材に対する押圧が解除されると、導電性弾性材及び絶縁性弾性材が元のドーム状に復元する。

プッシュスイッチ１６が凸部５に対応する位置に設けられているので、図１に示すように、センサ本体９の自重等によってプッシュスイッチ１６と凸部５が接している。プッシュスイッチ１６が自然状態であって押されていない状態では、センサ本体９の上面１１ａとベース２の下面２ｂが平行になっているとともに、ベース２の上面２ａがセンサ本体９の下面１０ａに対して傾斜している。そのため、ベース２の上面２ａとセンサ本体９の下面１０ａが後端部側において鋭角を成している。一方、図２に示すように、センサ本体９がベース２側に回動して、プッシュスイッチ１６が押された状態でも、ベース２の上面２ａとセンサ本体９の下面１０ａが後端部側において鋭角を成している。

凸部５、プッシュスイッチ１６及びセンサチップ１１の設置位置について説明する。
凸部５は、上から見て、センサチップ１１の上面１１ａのセンシングエリアから外れた位置に設けられている。センシングエリアとは、センサチップ１１によってセンシング可能なエリアであり、センシングエリアの外側においてはセンサチップ１１によってセンシングが行われない。
凸部５はセンサチップ１１の左右方向中央部に対応する位置に設けられている。

次に、この画像入力装置１の作用・動作について説明する。
被験者が指等でセンサチップ１１の上面１１ａに触れて、指等でセンサ本体９を下に押すと、センサ本体９が回動軸１３を支点として下に回動する。センサ本体９が下に押されると、プッシュスイッチ１６が凸部５に受けられて、更にプッシュスイッチ１６が凸部５によって押される。プッシュスイッチ１６が押されると、プッシュスイッチ１６の電気的接点部が導電性弾性体によって導通するので、プッシュスイッチ１６がオフからオンに切り替わって、オン信号がプッシュスイッチ１６から配線シート１５の配線を介して制御回路に出力される。それをトリガとして制御回路によってセンサチップ１１が駆動され、センサチップ１１によって指等の表面形態又は内部形態が像として取り込まれる。

そして、被験者が指をセンサチップ１１から離すと、プッシュスイッチ１６が復元して元の状態に戻り、プッシュスイッチ１６が復元することによってセンサ本体９が上に回動され、プッシュスイッチ１６が自然状態に戻る。なお、プッシュスイッチ１６が押されるとプッシュスイッチ１６がオフからオンになるが、逆にプッシュスイッチ１６が離れるとプッシュスイッチ１６がオンからオフになってもよい。

本実施形態によれば、ベース２の厚さが前端２ｃから回動軸１３に向かうにつれて漸増しているので、センサ本体９が下に押された状態では、センサ本体９の下面１０ａとベース２の上面２ａの面方向の交点がセンサ本体の回動軸１３側にあり、交差角は鋭角を成す。そして、この状態からプッシュスイッチ１６が凸部５により押された状態から被験者がセンサ本体９を更に下に押圧すると、センサ本体９が僅かながら下に撓む。センサ本体９の下面１０ａとベース２の上面２ａが回動軸１３側において鋭角を成しているので、撓んだセンサ本体９の下面１０ａのうち回動軸１３寄りの部分がベース２の上面２ａに当接してその上面２ａに受けられる。このようにセンサ本体９の下面１０ａが支えられるので、下方への荷重からセンサチップ１１やシャーシ１０を保護することができ、更に、センサチップ１１やシャーシ１０を小型化・軽量化することができる。特にセンサチップ１１が固体撮像素子のようにガラス基板をベースとしている場合、センサチップ１１の変形が抑えられて、センサチップ１１を保護することができる。

また、凸部５がセンサチップ１１のセンシングエリアから外れた位置に設けられているので、センサ本体９が下に押されて、凸部５が当接することによるセンサチップ１１のセンシング性能の低下を抑えることができる。

また、プッシュスイッチ１６が押されていない自然状態では、センサチップ１１の上面１１ａとベース２の下面２ｂが平行であるので、ベース２を水平面等に設置した場合でも、画像入力装置１の一部が水平面より上に突出したり、水平面より下に凹んだりしない。そのため、画像入力装置１全体として薄型を実現することができる。

〔第２の実施の形態〕
図３及び図４は、本発明の第２実施形態における画像入力装置１を示した側面図である。ここで、図３及び図４に示された画像入力装置１と第１実施形態の画像入力装置１との間で互いに対応する部分には、同一の符号を付す。以下、図３及び図４に示された画像入力装置１については、第１実施形態の画像入力装置１と異なる部分を説明する。

図３及び図４に示すように、ベース２が板状又は薄板状の平板であり、ベース２の上面２ａと下面２ｂが面方向に平行になっている。また、センサ本体９の上面１１ａと下面１０ａが平行になっておらず、上面１１ａに対して下面１０ａが傾斜している。そのため、センサ本体９の上下方向の厚みは、前端から後端に向かうにつれて漸増している。ここで、センサ本体９のうちセンサチップ１１の厚みはほぼ均一なので、シャーシ１０の厚みが前端から後端に向かうにつれて漸増する。

プッシュスイッチ１６が自然状態であって押されていない状態では、センサ本体９の上面１１ａとベース２の下面２ｂが平行になっているとともに、ベース２の上面２ａがセンサ本体９の下面１０ａに対して傾斜している。そのため、ベース２の上面２ａとセンサ本体９の下面１０ａが後端部側において鋭角を成している。一方、図４に示すように、センサ本体９がベース２側に回動して、プッシュスイッチ１６が押された状態でも、ベース２の上面２ａとセンサ本体９の下面１０ａが後端部側において鋭角を成している。

以上に説明したことを除いて、図３及び図４に示された画像入力装置１と第１実施形態の画像入力装置１との互いに対応する部分は、同様に設けられている。

この画像入力装置１においても、被験者が指等でセンサ本体９を下に押すと、プッシュスイッチ１６が凸部５によって押され、センサチップ１１によって指等の表面形態又は内部形態が像として取り込まれる。そして、被験者が指等をセンサ本体９から離すと、プッシュスイッチ１６が元に戻って、センサ本体９が上に回動する。

センサ本体９の厚さがその前端から回動軸１３に向かうにつれて漸増するので、センサ本体９がベース２側に回動してプッシュスイッチ１６が押された状態では、センサ本体９の下面１０ａとベース２の上面２ａが回動軸１３側において鋭角を成す。そのため、センサ本体９が僅かに撓んだとしても、このようにセンサ本体９の下面１０ａが回動軸１３側において支えられるので、下方への荷重からセンサチップ１１やシャーシ１０を保護することができる。

具体的には、次のように考えられる。図５、図６の概略図に示すように、プッシュスイッチ１６が押された状態において、センサ本体９の前端におけるセンサ本体９の下面１０ａとベース２の上面２ａとの間の間隔をＬとし、センサ本体９の長さをｄとする。ここで、センサ本体９が更に下に押されて撓むと、センサ本体９はその中央部でＬ／２だけ変位し得る。水平線とセンサ本体９の上面１１ａの成す角度θ2は、以下の式（１）で表される。
θ2≒sin（θ2）≒(Ｌ／２)／(ｄ／２)＝Ｌ／ｄ …（１）
従って、センサ本体９の上面１１ａの折れ曲がり角度φ2は、以下の式（２）で表される。
φ2＝π−２×θ2＝π−２×Ｌ／ｄ …（２）

一方、図７、図８に示すような比較例について検討する。
この比較例の画像入力装置１０１においては、ベース１０２が平板であり、プッシュスイッチ１１６が押されない状態では、センサ本体１０９の上面１１１ａと下面１１０ａが平行である。そのため、センサ本体１０９が下に押されて、センサ本体１０９が回動軸１１３を支点として下に回動されて、凸部１０５によってプッシュスイッチ１１６が押されると、センサ本体１０９の下面１１０ａとベース１０２の上面１０２ａがセンサ本体１０９の前端部側において鋭角を成す。それを概略的に表すと図９に示すようになる。この場合、センサ本体１０９が更に下に押されて撓むと、センサ本体１０９はその中央部でＬだけ変位し得るので、水平線とセンサ本体１０９の上面１１ａの成す角度θは以下の式（３）で表される。
θ2≒sin（θ）≒Ｌ／(ｄ／２)＝２×Ｌ／ｄ …（３）
従って、センサ本体１０９の上面１１１ａの折れ曲がり角度φは、以下の式（４）で表される。
φ＝π−２×θ＝π−４×Ｌ／ｄ …（２）
そのため、φ2＞φとなり、本実施形態のほうが比較例よりも小さく折れ曲がるので、センサ本体９が破損する確率はセンサ本体１０９が破損する確率よりも低い。

なお、本発明は第１又は第２の実施の形態に限定されるものではなく、上記実施形態に対して種々の設計変更を行ったものも本発明の範囲に含まれる。以下、変形例を挙げるが、本発明の範囲は以下の変形例に限るものではない。以下の変形例は、変更した部分を除いて、第１又は第２の実施の形態における画像入力装置１と同様に設けられている。また、以下の変形例を可能な範囲で組み合わせてもよい。

〔変形例１〕
プッシュスイッチ１６が設けられている位置と、凸部５が設けられている位置とが逆であってもよい。プッシュスイッチがベース２の上面に設けられている場合には、配線シート１５とは別の配線をベース２の上面に設け、その配線をプッシュスイッチに接続すればよい。そのプッシュスイッチを押し込む凸部は、シャーシ１０の下面１０ａに直接形成されてもよいし、配線シート１５に形成されてもよい。

〔変形例２〕
また、上記実施形態では凸部５が突起であったが、凸部５が突状であってもよいし、その他の形状の凸部であってもよい。

〔変形例３〕
また、プッシュスイッチ１６の代わりにタッチスイッチ（接触を検知するタッチセンサ）を配線シート１５に設けてもよい。この場合、シャーシ１０の下面とベース２との間に弾性材（バネ、ゴム、その他の弾性材）を挟み込んで、自然状態（センサ本体９が押されいない状態）ではタッチスイッチと凸部５が弾性材によって接していない。一方、センサ本体９が下に押されると、弾性材が圧縮し、タッチスイッチと凸部５が接する。そして、センサ本体９に対する押下が解除されると、弾性材が復元し、タッチスイッチと凸部５が離れる。ここで、タッチスイッチが凸部５に接すると、タッチスイッチがオンになり、タッチスイッチが凸部５から離れると、タッチスイッチがオフになるが、タッチスイッチのオン・オフと接触・未接触の関係は逆であってもよい。なお、プッシュスイッチ１６、タッチスイッチのような接触型スイッチでなく、非接触型スイッチであってもよい。

〔変形例４〕
また、上記実施形態ではセンサチップ１１がシャーシ１０に搭載されているが、センサチップ１１をシャーシ１０に搭載せずに、センサチップ１１の左右側面に回動軸を設け、それら回動軸を支持部３にそれぞれ連結させ、センサチップ１１が上下に回動可能とされていてもよい。

〔変形例５〕
上記画像入力装置１を電子機器等に搭載する場合、ベース２はその機器の筐体、シャーシその他の部材と共通したものでもよい。

図１は、本発明の第１実施形態における画像入力装置を示した右側面図である。 図２は、本発明の第１実施形態における画像入力装置を示した右側面図である。 図３は、本発明の第２実施形態における画像入力装置を示した右側面図である。 図４は、本発明の第２実施形態における画像入力装置を示した右側面図である。 図５は、プッシュスイッチが押された状態における第２実施形態の画像入力装置を概略的に示した右側面図である。 図６は、センサ本体が撓んだ状態における第２実施形態の画像入力装置を概略的に示した右側面図である。 図７は、比較例における画像入力装置を示した右側面図である。 図８は、比較例における画像入力装置を示した右側面図である。 図９は、プッシュスイッチが押された状態における比較例の画像入力装置を概略的に示した右側面図である。

符号の説明

１ 画像入力装置
２ ベース
２ａ ベースの上面
５ 凸部
９ センサ本体
１０ａ センサ本体の下面
１３ 回動軸
１６ プッシュスイッチ

Claims (9)

1. ベースと、
   前記ベースの上において上下に回動可能に設けられたセンサ本体と、前記ベースと前記センサ本体とを上下に回動可能にしている回動軸と、を備え、
   前記センサ本体の下面と前記ベースの上面の面方向の交点が前記センサ本体の前記回動軸側にあり、交差角は鋭角を成すことを特徴とする画像入力装置。
2. ベースと、
   前記ベースの上において上下に回動可能に設けられたセンサ本体と、を備え、
   前記ベースの下面に対して上面が傾斜している、又は、前記センサ本体の上面に対して下面が傾斜していることを特徴とする画像入力装置。
3. ベースと、
   前記ベースの上において上下に回動可能に設けられたセンサ本体と、
   前記ベースと前記センサ本体とを上下に回動可能にしている回動軸と、
   前記センサ本体の前記回動軸から離れた位置において前記ベースの上面又は前記センサ本体の下面に設けられたスイッチと、を備え、
   前記センサ本体が前記ベース側に回動されて、前記スイッチのオン・オフが切り替わった状態において、前記センサ本体の下面と前記ベースの上面の面方向の交点が前記センサ本体の前記回動軸側にあり、交差角は鋭角を成すことを特徴とする画像入力装置。
4. ベースと、
   前記ベースの上において上下に回動可能に設けられたセンサ本体と、
   前記ベースと前記センサ本体とを上下に回動可能にしている回動軸と、
   前記センサ本体の前記回動軸から離れた位置において前記ベースの上面又は前記センサ本体の下面に設けられたプッシュスイッチと、を備え、
   前記センサ本体が前記ベース側に回動されて、前記プッシュスイッチが押された状態において、前記センサ本体の下面と前記ベースの上面の面方向の交点が前記センサ本体の前記回動軸側にあり、交差角は鋭角を成すことを特徴とする画像入力装置。
5. 前記スイッチが復元可能なプッシュスイッチであることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像入力装置。
6. 前記ベースの上面又は前記センサ本体の下面のうち前記スイッチに相対する箇所に形成された凸部を更に備えることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の画像入力装置。
7. 前記スイッチが復元した状態において、前記センサ本体の上面と前記ベースの下面が平行になっていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の画像入力装置。
8. 前記ベースの上下方向の厚みが前記スイッチから前記センサ本体の回動軸に向かうにつれて漸増することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の画像入力装置。
9. 前記センサ本体の上下方向の厚みが前記スイッチから前記センサ本体の回動軸に向かうにつれて漸増することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の画像入力装置。

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