JP2005252646A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像読取装置において、読み取り対象領域に対して、均一且つロスの少ない導光を得る。
【解決手段】 ＬＥＤから放出された光を導光体内でなるべく全反射条件で反射させ導光体出射面に導き、原稿面での短軸方向（副走査方向）の光強度を向上するとともに、導光体入射面の形状を最適化して、長軸方向（主走査方向）の光線の角度を制御し、よって原稿面に均一な強度分布の照明光を照射する、導光体の形状を得る。更に、出射側の反対側に反射部を設け、画像読み取り対象領域への光の照射効率を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像読取装置に関するものであり、特にその照明光学系に関するものである。

被読取原稿からの反射光をセンサによって読み取る、ファクシミリ、複写機若しくはスキャナ等のようなイメージセンサにおいて、照明光学系としてＬＥＤが現在多く用いられている。

特許文献１の発明は、カラー逐次読み出し方式密着イメージセンサの基本構成に関するものであり、赤、緑、青の出力レベルが均一で高感度のイメージセンサを提示する。特許文献２の画像読み取り装置は、簡易な手段によって、光源から発せられた光を画像読み取り領域に効率良く導くことができるようにして画像読み取り領域の照度を高め、読み取り画像の質の向上を図る。但し、空洞導光体の表面を白色にしているため、拡散する光が多く、効率よく原稿面に光を導けない。

特許文献３の発明は、画像読み取り機能などに不具合を生じさせることなく、画像読み取り装置を構成する光源などの所定部品の組付け作業や電気配線作業などが容易に行えるようにし、画像読み取り装置の製造コストの低減化を図るものである。但し、当該画像読み取り装置では、側面あるいは中央底面からのみＬＥＤ光を導光体に導入させるので、照明強度を上げるためにＬＥＤの数を増やす場合、限界がある（導光体のＬＥＤ導入開口が小さい）。

特許文献４の発明は、光源からの光を効率良くかつ均一に読取面に導くことのできるカラーイメージセンサおよび画像読取装置を提供するものである。但し、曲面形状プリズムにて光を導光するため、出射された光の広がり角が大きくなり、原稿面での照射面積が大きくなるので、線状読み取りでは、照明光の利用効率が低くなる。

特許文献５の発明は、画像読み取り装置の光源装置から発せられる光を所望のライン状の読み取り対象領域に対して効率良くかつ適切に導くことができるようにするものである。但し、組み合わせレンズの形状が複雑であり、しかも製造に高い精度が要求される。

また、特許文献１乃至特許文献５の発明を含む従来の画像読み取り装置での照明光学系においては、導光手段から原稿面に照射される直接照射光束にて照射角度に偏りがある。そうすると原稿面にしわがある場合に影を生じる。即ち、読み取り光学系が原稿面のしわを読み取ってしまうことになる。
特開２００１−１３６３４１公報 特開平１１−２１５３０１号公報 特開平１１−５５４５６号公報 特開２０００−３４９９５７公報 特開２００１−７７９７５公報

本発明は、画像読み取り装置において、ＬＥＤから放出された光を導光体内でなるべく全反射条件で反射させ導光体出射面に導き、原稿面での短軸方向（副走査方向）の光強度を向上するとともに、導光体入射面の形状を最適化して、長軸方向（主走査方向）の光線の角度を制御し、よって原稿面に均一な強度分布の照明光を照射する、導光体の形状を得ることを目的とする。更に本発明は、反射部の設定により、原稿面上のしわが読み取られることを防ぐことを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために為されたものである。本発明に係る画像読取装置は、
原稿面に光を照射する一つ又は複数の光源と、
上記光源から発せられた光を透明部材内に進行させて線状の読み取り対象領域に導くように光の入出射を行なう光入射面および光出射面を有する導光手段と、
上記原稿面から反射された光を集光する光学系と、
上記光学系の結像部に設けられ、上記原稿の画像を読み取るセンサとを備える画像読取装置である。その画像読取装置において、
上記導光手段が、上面に上記線状の読み取り対象領域の長軸方向について長い略長方形の上記光出射面を持ち、下面に上記光源を設置する光源収納部を備え、上記光源収納部の壁面を上記光入射面とし、
上記導光手段の側面は、上記導光手段の長軸方向に平行に上記導光手段の短軸方向の厚みをはさんで第１の面および第２の面を有し、上記導光手段の短軸方向に平行に上記導光手段の長軸方向の厚みをはさんで第７の面および第８の面を有し、
上記線状の読み取り領域の短軸方向について、
上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光を上記第１の面および上記第２の面で反射させ、上記光出射面に導き、上記線状の読み取り対象領域に導くとともに、
上記原稿面から反射された光を集光する光学系を隔てて、上記導光体の上記光出射面から出射された光の一部を反射する反射面を設け、上記線状の読み取り対象領域に導く構造としたことを特徴とする。

本発明を利用することにより、画像読取装置において、光源から発せられた光を効率よく読み取り対象領域に導くことができる。また、照明光が原稿において均一に分布されるため、原稿の画像が正確に読み取られる。殊に、反射部の設定により、原稿面上のしわが読み取られることが防がれる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る画像読取装置の一部の透視斜視図である。該画像読取装置では、原稿３は、筐体１上のガラス２とプラテン４とに挟まれプラテン４により紙送りされる。筐体１は、ガラス２下に照明光学系と読取光学系を含む。照明光学系は、光源基板９と導光手段１０とから成る。導光手段１０は、光源基板９底に設置されるＬＥＤなどの光源５の放出光を導き、ガラス２を介して読取対象たる原稿３に照射する。原稿３の読み取り位置は、主走査方向に線状をなす。読取光学系は、ロッドレンズアレイ６と、ラインセンサＩＣ７を搭載するセンサ基板８とを含む。原稿３からの読取光は、ロッドレンズアレイ６によってラインセンサＩＣ７に１対１で正像転写され、該ラインセンサＩＣ７により電気信号に変換される。原稿３はプラテン４により移動されるから、最終的に原稿面全体の情報は電気信号に変換され得ることになる。

上記の画像読取装置では、光源５からの光が原稿３に適切に到達するように照明光学系が適宜調整され、原稿３からの光がラインセンサＩＣ７に適切に到達するように読取光学系が適宜調整される。

また、導光手段１０は、短軸方向の前後を第１の面１１と第２の面１２とに挟まれ、長軸方向の前後を第７の面４７と第８の面４８とに挟まれる（第７の面４７及び第８の面４８については、図６・図７を参照）。導光手段１０の底には光源収納部２０が形成され、光源５はその光源収納部２０内部に設置される。その光源収納部の壁面が、導光手段１０への光入射面１７（図６参照）となる。

上述の導光手段１０から直接原稿面に照射される光束（直接照射光束）は照射角度分布が揃っている。よって、その光束のみで照明を行うと、原稿面にしわがある場合影になる部分が生じ、読み取り光学系で原稿面のしわを読み取ることになる。

そこで、本発明の実施の形態１に係る画像読取装置では、読み取り光学系をはさんで反対側に反射部３５を設ける。この反射部３５が導光体出射光の一部を反射（反射照明光束）し原稿面に導く。このことにより、導光手段１０から直接原稿面に照射された光束だけでは影になる部分が、反射光束により照明される。よって、読み取り光学系で原稿面のしわを読み取られることが、生じにくくなる。

例えば、図３に原稿面に照射される光の角度分布のシミュレーション例を示す。原稿面に対して、導光体から直接照射された光束がおよそ＋３０度〜＋６０度の入射角を持つ。一方、反射部３５より原稿面に照射された光束が−３０度〜−６０度の入射角を持つので、原稿面への入射角がほぼ対称になり、原稿面のしわによる影の発生が低減される。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。図４の実施の形態２は、図１の実施の形態１と略同様である。よって同一部位には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２に係る画像読取装置では、導光手段１０の第１の面１１および第２の面１２と出射面との間に、第９の面２１および第１０の面２２が設けられる。第９の面２１および第１０の面２２の夫々は、第１の面１１および第２の面１２の夫々と、所定の角度を為す。

また、光源基板９も、実施の形態１のように第１の面１１および第２の面１２と直交するのではなく、第１の面１１および第２の面１２と「９０°ではない」角度を形成しうる。

これらのことにより、直接照射光束と反射照射光束との照度差が実施の形態１よりも少なくなることが可能といえる。よって、更に原稿面のしわによる影の発生が低減される。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。図５の実施の形態３は、図１の実施の形態１、若しくは図４の実施の形態２と略同様である。よって同一部位には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態３に係る画像読取装置では、導光手段１０の第１の面１１及び第２の面１２、第９の面２１及び第１０の面２２の、長さ及び角度を調節することにより、光源５をラインセンサＩＣ７と同一基板に配置できるようにする。即ち、光源基板とセンサ基板８とが一体化される。

以上のことにより、画像読取装置を構成する部品点数が削減され、且つ該装置の組み立てが簡単になる。

実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面図である。一方、図７は、比較例として想定され得る導光手段１０の長軸方向断面図である。

導光手段１０の形状が、図７に示すような単純な直方体であるならば、光出射面１８に達する一部の光束の入射角が、全反射条件を超えてしまう。それら一部の光束は、導光手段１０の光出射面１８から光を取り出すことができない。そうすると、図８に示すように長軸方向の原稿面３の照度分布は、中心が高いが周辺へ行く程低い分布になってしまう。

このことに対応するため、図６の導光手段１０では、直方体の下方端部の近傍の位置に、第３の面１３及び第４の面１４として、斜行のカット面を形成している。その第３の面１３及び第４の面１４は、導光手段１０の底面の光源収納部２０付近から外方向（第７の面４７、第８の面４８）へ広がって伸展する。第３の面１３及び第４の面１４は、直接光束が光出射面１８に達したときに全反射条件となる角度の光束を反射させ、光出射面１８へ全反射しない条件で入射させ、有効に光束を原稿面３へ導く。ここで、導光手段１０の第３の面１３および第４の面１４の傾斜角度および間隔を、導光手段１０の高さに応じて調節することにより、図９に示すような均一な照明強度分布を得ることができる。

なお、導光手段１０の第３の面１３及び第４の面１４で、全反射条件で反射させる構成にすると、第３の面１３及び第４の面１４に反射コートを施す必要がない。

また、繰り返して行った試行によれば、図６に示す導光手段１０のブロックの長軸方向の幅が、ラインセンサＩＣ７から原稿面までの距離に対して４倍以内、好ましくは３倍以内であるときに、ラインセンサ（ＩＣ）において主走査方向に均一な照度分布が得られやすい。例えば、ラインセンサＩＣ７から原稿面までの距離が１０ｍｍの場合、導光手段１０のブロックの長軸方向の幅を３０ｍｍから４０ｍｍにすると、最小のブロック数（最小のＬＥＤ数）で所望の照度均一性が得られる。

ここで、導光手段は、照明光に対して透明な材料であればよい。製造上の便宜からは、ポリカーボネイト、アクリル等の透明樹脂材料が望ましい。また、光源５として、白色ＬＥＤ若しくは３原色ＬＥＤが考えられる。本実施の形態は、ラインセンサ面にカラーフィルタを設ける方式にも対応できる。また、３原色ＬＥＤの場合、Ｒ、Ｇ、Ｂを順次点灯するフィールドシーケンシャル方式にも適応できる。

実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の短軸方向（副走査方向）断面図である。一方、図１１は、比較例として想定され得る導光手段１０の短軸方向断面図である。

図１１のように、特に光源基板９近傍の短軸方向が単純な長方形断面（の一部）となるように導光手段１０を形成すると、光源５から導光手段１０に入射し、導光手段１０の第１の面１１および第２の面１２に到達した光束の一部は、全反射条件（約４５度）を満たす角度以下になり、導光手段１０から飛び出してしまう。特に、表面実装型のＬＥＤでは、放射角が大きく、正面方向を０度として４５度以上の角度を持つ光束は、全体光束の２０％〜５０％に達する。

そこで、図１０に示すように、下方側端部に斜行する第５の面１５及び第６の面を設ける。これら第５の面１５及び第６の面１６は、上記光束のなるべく多くを反射し導光手段１０の光出射面１８へ導く。かような構成により、原稿面までの照度のロスが少なくなり、原稿面での照度をより向上させることができる。

実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６に係る画像読取装置の導光手段１０の短軸方向の断面図である。図１２の実施の形態６は、図５の実施の形態３と略同様である。よって同一部位には同一符号を付して説明を省略する。

図１２において、反射部３６は導光手段１０と一体化されている。反射部３６には反射ミラーコートが施されているのが望ましい。光源５から放出された光束は、
（１）短軸方向断面において、導光手段１０の第５の面１５、第６の面１６および第１の面１１、第２の面１２さらに第９の面２１、第１０の面２２によって反射された光束が、出射面１８を透過して原稿面に向かう光束と、
（２）出射面１８で一度反射された光束が反射部３６により反射され出射面１８を透過して原稿面に向かう光束と
に分離する。これら２系統の光束（（１）、（２））により、原稿面に対して対称に照明を照射することができる。

また、導光手段１０と反射部３６とを一体で製作することにより、導光手段１０の反射面（出射面１８）と反射部３６との位置関係を厳密に設定できるので、組み立て誤差による原稿面照度ばらつきを少なくできる。

実施の形態７．
図１３は、本発明の実施の形態７に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態７の導光手段１０では、その光源収納部２０に光源５を複数個配置している。このように複数個配置することにより、照明強度を向上することができる。また、照明を明るくできるので、読み取り速度を早くできる。

実施の形態８．
図１４は、本発明の実施の形態８に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態８の導光手段１０では、その光源収納部２０に赤、緑、青の光源（５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ）を配置している。このように配置することにより、３原色の独立した光源を同一の導光手段１０により合成することができる。

なお、上記実施の形態８では３原色について示したが、第４の光源として赤外光源を加えることもできる。

実施の形態９．
図１５（２）は、本発明の実施の形態９に係る画像読取装置にて利用される導光部の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

図１５（２）の実施の形態９の導光部は、実施の形態１乃至実施の形態８に示す形状の導光手段１０を、長軸方向に複数個（１０１、１０２、１０３）並べたものである。導光手段を複数個並べることの目的は、個別の導光手段の連結部及びその周辺部による原稿面への照射が、長軸方向の他の部位による照射と、強度に関して均一になるようにすることである（図１５（１））。

つまり、一つの導光手段１０及び一つの光源５による照射強度は、長軸方向の光源５相当部位から乖離するにつれて弱くなる（図８参照）。そこで、構成単位としての導光手段を複数連結することにより、図１５（１）のように、長軸方向の連結部相当部位においても照射強度を弱くならないようにすることができる。このようにして、原稿読み取り領域を長くすることができ、よって、大きな原稿の読み取りが可能になる。なお、導光手段１０の連結面を透明接着剤による接着、あるいは、鏡面に保つことで、散乱による照射強度分布の変化を抑制できるので、連結部での照射強度の均一性を確保できる（この連結面が砂面や凹凸面であると連結部近傍の原稿面照度分布が均一にならない場合があり得る。）。

なお、従来は、長尺の原稿を読み取る際には導光手段を原稿の幅相当以上に伸ばすという手法が用いられていた。しかし、この手法では読取領域が長くなっても利用できる光源の数や照度に限界があるため、十分な照明照度を得ることが困難である。

本実施の形態によると、原稿読取領域の長さに応じて、光源と一体になった（構成単位としての）導光手段を並べればよい。そうすることで、原稿面の照明照度が長軸方向に関して略一定に保たれる。長尺の原稿読み取りにも困難は生じない。

例えば、長軸方向長さ３０ｍｍの導光手段を１０個並べると、３００ｍｍの領域の均一照明が可能になり、即ち、Ａ３サイズ原稿の読み取りが可能になる。

実施の形態１０
図１６（２）は、本発明の実施の形態１０に係る画像読取装置にて利用される導光部の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態９では、個別の導光手段１０を複数個連結するのに対し、実施の形態１１では、複数個の導光手段に相当する導光部を一体成形により製作する。このことにより、画像読取装置において部品点数を少なくできるとともに組み立て精度も向上できる。

なお、非常に大きい原稿を読み取るような場合には、上記導光部を複数個連結して構成してもよい。

図１７に、実施の形態１０に係る導光手段１０を用いる場合の光線追跡シミュレーション例を示す。原稿面への光の照射角に、偏りが無いことがよくわかる。

また、図１８に、その構成の場合の原稿面照度分布の計算結果を示す。本計算例は、導光手段１０の主走査方向の長さを３２ｍｍとして、３個の導光手段を一体成形した状態で中央部の主走査方向の原稿面読み取り位置での照度を示したものである。直接照明光束の照度に比べ、反射照明光束の照度は１／２以上あり、全照度光束の照度分布は、±１０％以内が得られている。

図１９に、原稿面照射光束の原稿面読み取り位置での照射角度分布の計算結果を示す。直接照明光束の照射角が＋３７°〜＋７２°、反射照明光束の照射角が−３７°〜−６３°であり、ほぼ対称になっていることがわかる。

本発明の実施の形態１に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る画像読取装置の一部の透視斜視図である。 実施の形態１に係る画像読取装置において、原稿面に照射される光の角度分布のシミュレーション例を示す。 本発明の実施の形態２に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面図である。 実施の形態４の比較例として想定され得る導光手段の長軸方向断面図である。 従来例の画像読取装置における、長軸方向の原稿面の照度分布の例である。 実施の形態４に係る画像読取装置における、長軸方向の原稿面の照度分布の例である。 本発明の実施の形態５に係る画像読取装置にて利用される導光手段の短軸方向（副走査方向）断面図である。 実施の形態５の比較例として想定され得る導光手段の短軸方向断面図である。 本発明の実施の形態６に係る画像読取装置の導光手段の短軸方向の断面図である。 本発明の実施の形態７に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。 本発明の実施の形態８に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。 （１）は、本発明の実施の形態９に係る画像読取装置により形成される原稿読み取り領域の長軸方向における光強度分布である。（２）は、本発明の実施の形態９に係る画像読取装置にて利用される導光部の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。 （１）は、本発明の実施の形態１０に係る画像読取装置により形成される原稿読み取り領域の長軸方向における光強度分布である。（２）は、本発明の実施の形態１０に係る画像読取装置にて利用される導光部の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。 実施の形態１０に係る導光手段を用いる場合の光線追跡シミュレーション例を示す。 実施の形態１０に係る導光手段を用いる場合の原稿面照度分布の計算結果を示す。 実施の形態１０に係る導光手段を用いる場合の、原稿面照射光束の原稿面読み取り位置での照射角度分布の計算結果を示す。

符号の説明

１ 筐体、 ２ ガラス、 ３ 原稿、 ４ プラテン、 ５ 光源、 ６ ロッドレンズアレイ、 ７ ラインセンサＩＣ、 ８ センサ基板、 ９ 光源基板、 １０ 導光手段、 １１ 第１の面、 １２ 第２の面、 １３ 第３の面、 １４ 第４の面、 １５ 第５の面、 １６ 第６の面、 １７ 光入射面、 １８ 光出射面、 ２０ 光源収納部、 ３５ 反射部。

Claims (10)

1. 原稿面に光を照射する一つ又は複数の光源と、
   上記光源から発せられた光を透明部材内に進行させて線状の読み取り対象領域に導くように光の入出射を行なう光入射面および光出射面を有する導光手段と、
   上記原稿面から反射された光を集光する光学系と、
   上記光学系の結像部に設けられ、上記原稿の画像を読み取るセンサとを備える画像読取装置において、
   上記導光手段が、上面に上記線状の読み取り対象領域の長軸方向について長い略長方形の上記光出射面を持ち、下面に上記光源を設置する光源収納部を備え、上記光源収納部の壁面を上記光入射面とし、
   上記導光手段の側面は、上記導光手段の長軸方向に平行に上記導光手段の短軸方向の厚みをはさんで第１の面および第２の面を有し、上記導光手段の短軸方向に平行に上記導光手段の長軸方向の厚みをはさんで第７の面および第８の面を有し、
   上記線状の読み取り領域の短軸方向について、
   上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光を上記第１の面および上記第２の面で反射させ、上記光出射面に導き、上記線状の読み取り対象領域に導くとともに、
   上記原稿面から反射された光を集光する光学系を隔てて、上記導光体の上記光出射面から出射された光の一部を反射する反射面を設け、上記線状の読み取り対象領域に導く構造としたことを特徴とする画像読取装置。
2. 上記導光手段の第１の面および第２の面を屈曲させ、第９の面および第１０の面を形成することによって、上記導光体の上記光出射面から出射された光の内、直接上記線状の読み取り対象領域に導く光量と、上記反射板で反射させて、直接上記線状の読み取り対象領域に導く光量との割合を調節し、ほぼ同等の光量にしたことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 上記光源と上記センサを同一の基板上に配置したことを特徴とする請求項１乃至２のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
4. 上記導光手段の短軸方向に平行に上記導光手段の底面の光源収納部付近から第７の面及び第８の面へ広がって伸展する第３の面及び第４の面を有し、
   上記線状の読み取り領域の長軸方向について、
   上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光の内、上記導光手段の上記光出射面で全反射する角度の光の大部分を上記第３の面および上記第４の面で反射させ、上記光出射面に導く構造としたことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
5. 上記導光手段の上記第１の面および上記第２の面について、
   上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光の内、上記第１の面および第２の面で全反射しない角度の光の大部分を全反射させ、上記光出射面に導くための第５の面及び第６の面を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
6. 上記導光手段の上記光出射面と反射面との間に、透明部材が充填され、
   上記透明部材の表面に反射面が形成され、
   上記透明部材と上記導光手段とが一体形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
7. 上記導光手段の上記光源収納部に光源として、複数の光源を収納したことを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
8. 上記導光手段の上記光源収納部に光源として、赤、緑、青の光を放出する光源を収納したことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
9. 上記導光手段を長軸方向で連結したことを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
10. 上記読み取り領域全体あるいは一部のために、連結された複数の上記導光手段を一体成形したことを特徴とする請求項９に記載の画像読取装置。
    
    

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