CN112987330A - 集成式立体图像显示设备 - Google Patents

Abstract

一种集成式立体图像显示设备，包括一显示器、一透镜阵列层及一渐变穿透率屏蔽，渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个所述屏蔽单元具有渐变的穿透率，显示器的显示面所显示尚未重建的图像能通过透镜阵列层重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过渐变穿透率屏蔽能使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感，以提升观赏质量。

Description

集成式立体图像显示设备

技术领域

本发明涉及一种集成式立体图像显示设备，尤其涉及一种为显示目的使用，主要领域为3D立体显示，采用3D裸视技术，使用上较为简易方便的集成式立体图像显示设备。

背景技术

现有的立体图像显示设备，一般主流采用双眼融合图像的技术制成。一般裸视立体图像显示设备，皆让观赏者在正对显示设备的角度观看，抑或图像深度不能远离显示平面太多。然而在考虑一些情境状况的场合里，例如航空地形模型、建筑模型、医疗3D训练等，显示设备为水平摆放的情况时，观赏者自然的视角为斜向的观看显示设备。此时一般主流的立体图像显示技术无法提供对观赏者自然的观看角度，造成不便。再者，一般立体图像显示设备，在正面所观看的3D感知，对观赏者来说是只有一个方向的视觉刺激，就像是画面突出或沉入，而无法达到真正让图像脱离平面的感觉，实现漂浮于空中的感觉。另外，现有的集成式立体图像显示设备，会造成成像后亮度分布不均，造成格栅感，降低观赏质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种集成式立体图像显示设备，可提供漂浮显示的效果，能让观赏者在正向、斜向的角度观看立体图像，且成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感，以提升观赏质量。

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种集成式立体图像显示设备，包括一显示器、一透镜阵列层以及一渐变穿透率屏蔽。该显示器具有一显示面及一图像演算单元；该透镜阵列层设置于邻近该显示器的显示面处，该透镜阵列层包含多个透镜；该渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个所述屏蔽单元具有渐变的穿透率，该显示面所显示尚未重建的图像能通过该透镜阵列层重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过该渐变穿透率屏蔽能使成像后亮度分布均匀。

优选地，多个所述屏蔽单元的穿透率由中心向边缘递增或递减。

优选地，所述一个透镜相对应于所述一个或多个屏蔽单元。

优选地，该渐变穿透率屏蔽设置在该透镜阵列层靠近或远离该显示器的一侧。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供一种集成式立体图像显示设备，包括一显示器以及一透镜阵列层。该显示器具有一显示面及一图像演算单元；该透镜阵列层设置于邻近该显示器的显示面处，该透镜阵列层包含多个透镜，多个所述透镜的材质内部加入吸光物质，使多个所述透镜的穿透率与厚度成反比，具有渐变的穿透率的功能，该显示面所显示尚未重建的图像能通过该透镜阵列层重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过该吸光物质使成像后亮度分布均匀。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供一种集成式立体图像显示设备，包括一显示器以及一渐变穿透率屏蔽。该显示器具有一显示面及一图像演算单元；一针孔阵列层，该针孔阵列层设置于邻近该显示器的显示面处，该针孔阵列层包含一本体及多个针孔，多个所述针孔设置于该本体上，多个所述针孔贯通该本体相对的两侧；该渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个所述屏蔽单元具有渐变的穿透率，该显示面所显示尚未重建的图像能通过该针孔阵列层重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过该渐变穿透率屏蔽能使成像后亮度分布均匀。

优选地，多个所述屏蔽单元的穿透率由中心向边缘递增或递减。

优选地，所述一个针孔相对应于所述一个或多个屏蔽单元。

优选地，该渐变穿透率屏蔽设置在该针孔阵列层靠近或远离该显示器的一侧。

为了解决上述的技术问题，本发明还提供一种集成式立体图像显示设备，包括一显示器以及一渐变穿透率屏蔽。该显示器包含一液晶面板、一背光模块及一图像演算单元，该液晶面板具有一显示面，该液晶面板能打开需要使用的像素及关掉不需要使用的像素，该背光模块包含多个光源；该渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个所述屏蔽单元具有渐变的穿透率，该显示面所显示尚未重建的图像能通过多个所述光源及该液晶面板重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过该渐变穿透率屏蔽能使成像后亮度分布均匀。

优选地，多个所述屏蔽单元的穿透率由中心向边缘递增或递减。

优选地，所述一个需要使用的像素相对应于所述一个或多个屏蔽单元。

优选地，该渐变穿透率屏蔽设置在该液晶面板靠近或远离该背光模块的一侧。

本发明的有益效果在于，本发明可提供漂浮显示的效果，能让观赏者在正向、斜向的角度观看立体图像，且本发明设置有渐变穿透率屏蔽，该渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个所述屏蔽单元具有渐变的穿透率，可利用屏蔽单元不同穿透率的效果，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明集成式立体图像显示设备第一实施例的示意图。

图2为本发明集成式立体图像显示设备第一实施例的分解示意图。

图3为本发明透镜阵列相对排列的示意图。

图4为本发明透镜阵列交错排列的示意图。

图5为本发明单一透镜聚焦情形的示意图。

图6为本发明集成式立体图像显示设备第二实施例的示意图。

图7为本发明集成式立体图像显示设备第三实施例的示意图。

图8为本发明集成式立体图像显示设备第四实施例的示意图。

图9为本发明集成式立体图像显示设备第五实施例的示意图。

图10为本发明集成式立体图像显示设备第六实施例的示意图。

图11为本发明集成式立体图像显示设备第七实施例的示意图。

图12为本发明渐变穿透率屏蔽另一实施例的示意图。

具体实施方式

[第一实施例]

本发明提供一种集成式立体图像显示设备，其可应用于例如光电、医疗、军事、展示、显示器、教育娱乐及消费型电子等各种产业，该集成式立体图像显示设备可应用于有源式或无源式等显示器，并不予以限制。

请参阅图1及图2，该集成式立体图像显示设备包括一显示器1、一透镜阵列层2及一渐变穿透率屏蔽3，可以通过显示图像的改变，更改观赏者角度位置所看到的立体图像画面，让观赏者可以在其他视角位置观赏立体图像。

该显示器1可为一般的平面显示器，显示器1具有一显示面11，可用于显示图像。透镜阵列层2设置于邻近显示器1的显示面11处，亦即透镜阵列层2可设置于显示器1的上方。透镜阵列层2可接触显示器1的显示面11，透镜阵列层2也可与显示器1的显示面11形成间隔设置，或是在显示器1的显示面11与透镜阵列层2之间设置中间层。

该显示器1可设置于最下层，其负责显示尚未经过光线重现的平面图像，此平面图像可以通过透镜阵列层2的透镜阵列达到光线重新分配和组合，进而显示重组的三维立体图像。第一层的显示器1只需显示目标图像，因此可以是任意的硬件构造，包括手机、平板或平面屏幕，该显示器1的类型及构造并不限制，该显示器1亦可为一种自发光显示器。

该透镜阵列层2可设置于最上层，该透镜阵列层2具有调控光场的功效，透镜阵列层2可以调控立体对象的光线角度，让原本尚未重组的平面图像进行重新分配和组合，进而让观赏者看到三维立体图像。

该透镜阵列层2以光学特性良好的材质所制成，该透镜阵列层2的材质并不限制。该透镜阵列层2可包含一基部21及多个透镜22，多个透镜22设置于基部21的一面，亦即多个透镜22可设置于基部21远离显示器1的一面，该透镜阵列层2的排列及构造并不限制，多个透镜22具有聚焦功能，该显示面11所显示尚未重建的图像能通过该透镜阵列层2重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像。

本发明的特点在于斜向观赏三维立体图像，所谓斜向观赏的方式是指观赏者并非正对显示器1，但也能看到立体图像。在传统的裸眼式三维立体显示中，绝大多数有观赏视角的问题，而让观赏者不能在斜向的角度看到。在本发明中，斜向观赏反而是一大特点，观赏者在正对显示器1的方向上(zero order viewing zone)，而左右分别有一段可观赏的视角限制，一旦超出此视角，则观赏者看到的将不是相对应所在角度应该看到的立体信息。为达到斜向观赏立体图像，不再采用0阶(正向)的显示方式，而是采用斜向角度的显示方式，将光路径汇聚到斜向的方向上，而让观赏者可以在该斜向的方向上观赏立体图像。但是，本发明的集成式立体图像显示设备同样可应用于正向的角度观看立体图像。

该显示器1可以为任意规格，只要能让演算法则适用，亦即显示器1具有一图像演算单元12，使用于显示器1的图像需要经过图像演算法的计算，此计算搭配透镜阵列的架构，预知其光线行走的各种路径，而计算图像相对位置。由于图像演算法为现有技术，且非本发明要求的重点，故不再加以赘述。

本发明的透镜阵列层2对显示的效果有非常重要的关联，如图3所示，透镜阵列的排列可为矩形排列的方式，使每相邻两列的透镜22可呈相对的排列。如图4所示，透镜阵列的排列也可为六角形排列的方式，使每相邻两列的透镜22可呈交错的排列，另外，多个透镜22亦可呈其他排列方式，皆可以显示3D图像信息。

在透镜阵列层2上的微结构为聚焦功能的透镜，此微透镜规格将依照材质折射率n值决定其透镜聚焦能力，可使用光线的波长范围为300nm至1100nm。单一的小透镜焦距情形如图5所示，符合造镜者公式：1/f＝(n-1)(1/R1-1/R2)。其中R1和R2分别为透镜两边的曲率半径，f是透镜焦距，n是透镜折射率。另外透镜直径大小从100um到5mm适用不同显示设备的像素大小。

该渐变穿透率屏蔽3设置于邻近显示器1的显示面11处，该渐变穿透率屏蔽3可设置在透镜阵列层2靠近或远离显示器1的一侧，该渐变穿透率屏蔽3也可直接喷涂于透镜阵列层2的顶面或底面，在本实施例中，该渐变穿透率屏蔽3设置在透镜阵列层2靠近显示器1的一侧，亦即该渐变穿透率屏蔽3设置在透镜阵列层2的下方。该渐变穿透率屏蔽3包含多个屏蔽单元31，多个屏蔽单元31可设置于一基板32上，多个屏蔽单元31分别与多个透镜22相对应，在本实施例中，屏蔽单元31对应于透镜22而呈圆形，然而屏蔽单元31的形状并不限制，也可呈其他形状，例如矩形或六角形等。屏蔽单元31具有渐变的穿透率，屏蔽单元31的穿透率可由中心向边缘递增，亦即屏蔽单元31的中心穿透率最低，屏蔽单元31的边缘穿透率最高。在本实施例中，屏蔽单元31可包含多个网点311，多个网点311可由半透光或不透光材质制成，多个网点311的密度由屏蔽单元31的中心向边缘递减，以使屏蔽单元31的穿透率由中心向边缘递增。

该渐变穿透率屏蔽3的做法可利用印刷喷墨或光掩模曝光等方式达成，不同灰阶的图案即可达成不同穿透率的效果。另外，亦可通过喷涂不同材质，而具有不同的穿透率。多个屏蔽单元31可分别与多个透镜22相对应，多个屏蔽单元31也可不与多个透镜22相对应，例如一个透镜22也可相对应于多个屏蔽单元31。另外，多个屏蔽单元31不一定对应于所有的透镜22，亦即只有部分的透镜22对应设置有屏蔽单元31，用以减弱出光强度，其他的透镜22则为直接穿透。另外，多个屏蔽单元31不一定为完全渐变，亦可只有多种(例如四种、五种或六种等)不同的穿透率。多个屏蔽单元31也可为多层结构，例如每层为不同大小的同心圆，并堆栈再一起，以组成渐变穿透率屏蔽3。

本实施例以透镜22为例，一颗透镜22下的像素全点亮时，成像后，因为透镜22的边缘出光量较少，造成透镜22的中心图像会比透镜的边缘图像亮，进而导致格栅感。多个屏蔽单元31分别与多个透镜22相对应，多个屏蔽单元31的穿透率可由中心向边缘递增，因此可减少透镜22的中心图像的亮度，用以减弱出光强度，以利用屏蔽单元31不同穿透率的效果，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

在某些结构下，也有可能造成图形是中间暗、旁边亮，因此在本发明的另一实施例中(如图12所示)，屏蔽单元31的穿透率可由中心向边缘递减，亦即屏蔽单元31的中心穿透率最高，屏蔽单元31的边缘穿透率最低。

本发明提出一种可以适用于正向、斜向观赏角度的集成式，配合硬件设置，可控制装置中各个位置像素经过光学组件的光线行进方向。本发明硬件***为简易光学组件，包括显示器1、透镜阵列层2及渐变穿透率屏蔽3，可封装成一个套件，通过设计好的像素大小、***间隙、透镜大小及焦距，利用集成式图像原理，搭配经过特殊演算法的屏幕输出画面信号，可以使其呈现实像在立体空间之中。

在本发明的另一实施例中，也可以利用软件方式，使显示器1的像素具有不同的亮度，也可等效于渐变穿透透率屏蔽3的效果。

[第二实施例]

请参阅图6，本实施例与上述第一实施例的结构大致相同，其差异仅在于，在本实施例中，该渐变穿透率屏蔽3设置在透镜阵列层2远离显示器1的一侧，亦即该渐变穿透率屏蔽3设置在透镜阵列层2的上方。该渐变穿透率屏蔽3的屏蔽单元31具有渐变的穿透率，可利用屏蔽单元31不同穿透率的效果，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

[第三实施例]

请参阅图7，本实施例与上述第一实施例的结构大致相同，其差异仅在于，在本实施例中，将上述实施例中的渐变穿透率屏蔽3予以省略，直接在多个透镜22材质内部加入吸光物质23，造成透镜22的穿透率与厚度成反比，因此透镜22的中心的穿透率小于透镜22的边缘的穿透率，亦即透镜22的中心较厚，穿透率较低，透镜22的边缘较薄，穿透率较高，通过该吸光物质23多个透镜22即可提供渐变穿透率的功能，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

[第四实施例]

请参阅图8，在本实施例中，主要以一针孔阵列层4取代第一实施例中的透镜阵列层2，该集成式立体图像显示设备包括一显示器1、一针孔阵列层4及一渐变穿透率屏蔽3，该显示器1可包含一液晶面板13及一背光模块14，显示面11位于液晶面板13上，背光模块14靠近液晶面板13，背光模块14可投射出光源，使光线通过液晶面板13后，将信息传递到用户的眼中。在本实施例中，该显示器1为一无源发光显示器，在另一实施例中，该显示器1亦可为一有源发光显示器，例如OLED或LED等显示器。在本实施例中，该渐变穿透率屏蔽3设置在针孔阵列层4靠近显示器1的一侧，亦即该渐变穿透率屏蔽3设置在针孔阵列层4的下方，由于渐变穿透率屏蔽3的结构与第一实施例相同，故不再加以赘述。

该针孔阵列层4可设置于邻近显示器1的显示面11处，亦即针孔阵列层4可设置于显示器1的上方。针孔阵列层4可接触显示器1的显示面11，针孔阵列层4也可与显示器1的显示面11形成间隔设置，或是在显示器1的显示面11与针孔阵列层4之间设置中间层。该针孔阵列层4亦可设置于显示器1内或其他适当的位置。

该显示器1可设置于最下层，其负责显示尚未经过光线重现的平面图像，此平面图像可以通过针孔阵列层4的针孔阵列达到光线重新分配和组合，进而显示重组的三维立体图像。该针孔阵列层4可设置于最上层，该针孔阵列层4具有调控光场的功效，针孔阵列层4可以调控立体对象的光线角度，让原本尚未重组的平面图像进行重新分配和组合，进而让观赏者看到三维立体图像。

该针孔阵列层4的材质并不限制，该针孔阵列层4包含一本体41及多个针孔(pinhole)42，该本体41以不透光的材质制成，使该本体41为不透光件，该本体41呈板状体。多个针孔42较佳为圆孔，多个针孔42设置于本体41上，多个针孔42可贯通本体41相对的两侧(两面)，每相邻的两个针孔42之间的间距小于5mm，每一针孔42的直径小于1mm，多个针孔42具有聚焦功能。该显示面11所显示尚未重建的图像能通过多个针孔42利用针孔原理重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像。所述的针孔42可呈中空状，也可在针孔42内设置透光性的材质，而使光线可通过针孔42。本发明的针孔阵列层4对显示的效果有非常重要的关联，针孔阵列的排列方式可以为矩形排列或六角形排列的方式，亦即每相邻两列的针孔42可呈相对的排列或交错的排列，皆可用以显示3D图像信息。该渐变穿透率屏蔽3的屏蔽单元31具有渐变的穿透率，可利用屏蔽单元31不同穿透率的效果，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

[第五实施例]

请参阅图9，本实施例与上述第四实施例的结构大致相同，其差异仅在于，在本实施例中，该渐变穿透率屏蔽3设置在针孔阵列层4远离显示器1的一侧，亦即该渐变穿透率屏蔽3设置在针孔阵列层4的上方。该渐变穿透率屏蔽3的屏蔽单元31具有渐变的穿透率，可利用屏蔽单元31不同穿透率的效果，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

[第六实施例]

请参阅图10，在本实施例中，该集成式立体图像显示设备包括一显示器1a及一渐变穿透率屏蔽3。该显示器1a包含一液晶面板12a、一背光模块13a及一图像演算单元14a，液晶面板12a具有一显示面11a，该背光模块13a可投射出光源，使光线通过液晶面板12a后，将信息传递到用户的眼中。在本实施例中，该液晶面板12a能利用软件的方式来打开需要使用的像素121a及关掉不需要使用的像素122a。该背光模块13a包含多个光源131a，多个光源131a可为LED或OLED等光源，多个光源131a间隔的设置。多个光源131a可投射出光线，使光线通过液晶面板12a后，将信息传递到用户的眼中。显示器1a的平面图像可通过多个光源131a及液晶面板12a，进而显示重组的三维立体图像。

该渐变穿透率屏蔽3可设置在液晶面板12a靠近或远离背光模块13a的一侧，该渐变穿透率屏蔽3也可直接喷涂于液晶面板12a的顶面或底面，该渐变穿透率屏蔽3也可以直接喷涂于需要使用的像素121a的顶面或底面。在本实施例中，该渐变穿透率屏蔽3的结构与第一实施例相同，该渐变穿透率屏蔽3设置在液晶面板12a的下方。该渐变穿透率屏蔽3的屏蔽单元31具有渐变的穿透率，可利用屏蔽单元31不同穿透率的效果，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

[第七实施例]

请参阅图11，本实施例与上述第六实施例的结构大致相同，其差异仅在于，在本实施例中，该渐变穿透率屏蔽3设置在液晶面板12a远离背光模块13a的一侧，亦即该渐变穿透率屏蔽3设置在液晶面板12a的上方。该渐变穿透率屏蔽3的屏蔽单元31具有渐变的穿透率，可利用屏蔽单元31不同穿透率的效果，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

[实施例的有益效果]

本发明的有益效果在于，本发明可提供漂浮显示的效果，能让观赏者在正向、斜向的角度观看立体图像，且本发明设置有渐变穿透率屏蔽，该渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个屏蔽单元具有渐变的穿透率，可利用屏蔽单元不同穿透率的效果，使成像后亮度分布均匀，不会造成格栅感。

然而以上所述仅为本发明的优选实施例，非意欲局限本发明的专利保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的权利保护范围内，合予陈明。

Claims (13)

1.一种集成式立体图像显示设备，其特征在于，包括：

一显示器，该显示器具有一显示面及一图像演算单元；

一透镜阵列层，该透镜阵列层设置于邻近该显示器的显示面处，该透镜阵列层包含多个透镜；以及

一渐变穿透率屏蔽，该渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个所述屏蔽单元具有渐变的穿透率，该显示面所显示尚未重建的图像能通过该透镜阵列层重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过该渐变穿透率屏蔽能使成像后亮度分布均匀。

2.如权利要求1所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，多个所述屏蔽单元的穿透率由中心向边缘递增或递减。

3.如权利要求1所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，所述一个透镜相对应于所述一个或多个屏蔽单元。

4.如权利要求1所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，该渐变穿透率屏蔽设置在该透镜阵列层靠近或远离该显示器的一侧。

5.一种集成式立体图像显示设备，其特征在于，包括：

一显示器，该显示器具有一显示面及一图像演算单元；以及

一透镜阵列层，该透镜阵列层设置于邻近该显示器的显示面处，该透镜阵列层包含多个透镜，多个所述透镜的材质内部加入吸光物质，使多个所述透镜的穿透率与厚度成反比，具有渐变的穿透率的功能，该显示面所显示尚未重建的图像能通过该透镜阵列层重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过该吸光物质使成像后亮度分布均匀。

6.一种集成式立体图像显示设备，其特征在于，包括：

一显示器，该显示器具有一显示面及一图像演算单元；

一针孔阵列层，该针孔阵列层设置于邻近该显示器的显示面处，该针孔阵列层包含一本体及多个针孔，多个所述针孔设置于该本体上，多个所述针孔贯通该本体相对的两侧；以及

一渐变穿透率屏蔽，该渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个所述屏蔽单元具有渐变的穿透率，该显示面所显示尚未重建的图像能通过该针孔阵列层重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过该渐变穿透率屏蔽能使成像后亮度分布均匀。

7.如权利要求6所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，多个所述屏蔽单元的穿透率由中心向边缘递增或递减。

8.如权利要求6所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，所述一个针孔相对应于所述一个或多个屏蔽单元。

9.如权利要求6所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，该渐变穿透率屏蔽设置在该针孔阵列层靠近或远离该显示器的一侧。

10.一种集成式立体图像显示设备，其特征在于，包括：

一显示器，该显示器包含一液晶面板、一背光模块及一图像演算单元，该液晶面板具有一显示面，该液晶面板能打开需要使用的像素及关掉不需要使用的像素，该背光模块包含多个光源；以及

一渐变穿透率屏蔽，该渐变穿透率屏蔽包含多个屏蔽单元，多个所述屏蔽单元具有渐变的穿透率，该显示面所显示尚未重建的图像能通过多个所述光源及该液晶面板重组，重新组合成集成式图像，以形成立体图像，且通过该渐变穿透率屏蔽能使成像后亮度分布均匀。

11.如权利要求10所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，多个所述屏蔽单元的穿透率由中心向边缘递增或递减。

12.如权利要求10所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，所述一个需要使用的像素相对应于所述一个或多个屏蔽单元。

13.如权利要求10所述的集成式立体图像显示设备，其特征在于，该渐变穿透率屏蔽设置在该液晶面板靠近或远离该背光模块的一侧。

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