JPWO2016186041A1 - 振動式入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物理ボタンのような荷重の入力に対して変位する操作部を備えた入力装置において、ユーザに新たな触覚を付与し、ユーザに付与する触覚のバリエーションを増やす。【解決手段】荷重Ｆの入力に対して変位する操作部２を備え、該変位された操作部２が初期位置まで戻るように構成され、前記操作部２に対する前記荷重Ｆの入力により該操作部２が初期位置から所定距離だけ変位すると前記入力を受け付ける入力装置１において、前記荷重Ｆの入力により前記操作部２の変位が開始されてから、前記初期位置に戻るまでの間に前記操作部２を振動させる手段を設ける。

Description

本発明は、マウスやキーボード、ゲーム機のコントローラ等の入力装置に関するものであり、特に、ユーザに触覚を付与する入力装置に関する。

マウスやキーボード、ゲーム機のコントローラ等のユーザが使用する入力装置として、例えば物理的な押し込み動作を伴う物理ボタンを備えた入力装置や、タッチパネルのようなバーチャルボタンを備えた入力装置がある。このような入力装置の中には、ボタンが押されたことをユーザに通知するために、ボタンが押された後にボタンを振動させる入力装置もある（特許文献１参照）。

一方、特許文献２には、タッチパネル上のバーチャルボタンに対するユーザ操作による押圧力に応じてアクチュエータを振動させる入力装置が記載されている。具体的には、ユーザ操作によるタッチパネルへの押圧力を判定し、該判定結果に応じた振動をユーザに与え、ユーザによるタッチパネルへの入力状態をそれに応じた振動によりユーザに通知するものである。

特表２００６−５２５９２３号公報 特開２００５−３５２９２７号公報

このように、特許文献１および２では、ユーザによる操作に応じて操作部（ボタン部）が変位して所定の入力が行われる物理ボタンであろうが、タッチパネル上のバーチャルボタンであろうが、ユーザによるボタンの操作後に該ボタンを介してユーザに振動を呈示してボタン入力が受け付けられたことをユーザに通知するものである。ボタンといった操作部を介してユーザが所定の入力を行う際に、該入力を行っているユーザに対して全く新しい方式により上記操作部を介してユーザに所定の触覚を与えることができれば、通知機能をさらに向上させることができるであろう。あるいは、ある現象、事象に関連して上記操作部を操作しているユーザ（例えば、ゲームのプレイヤ、コンピュータ等の情報処理装置の操作者、ＡＴＭや交通機関の発券機などのデバイスを操作している人等）に対して、今までよりもリッチな体験を提供することもできるであろう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、物理ボタンのような荷重の入力に対して変位する操作部を備えた入力装置において、ユーザに付与する触覚のバリエーションを増やすことを目的とする。

上記課題を解決する本発明は荷重の入力に対して変位する操作部を備え、該変位された操作部が初期位置まで戻るように構成され、前記操作部に対する前記荷重の入力により該操作部が初期位置から所定距離だけ変位すると前記入力を受け付ける入力装置であって、前記荷重の入力により前記操作部の変位が開始されてから、前記初期位置に戻るまでの間に前記操作部を振動させる手段を備えることを特徴としている。

本発明によれば、入力装置の操作部の変位中に該操作部を振動させているので、ユーザに付与する触覚のバリエーションを増やすことができる。

本発明の一実施形態に係る押ボタン式入力装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る押ボタン式入力装置の制御部の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る押ボタン式入力装置の制御部の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る押ボタン式入力装置の制御部の概略構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る振動式入力装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明に係る振動式入力装置は、ユーザの操作により変位する操作部がユーザ操作による変位の最中に、上記操作部に振動を付与するものである。すなわち、ユーザ操作により実際に動いている操作部に対して、変位開始から初期位置に戻るまでの間に所定の振動を与えるものである。なお、本発明において、操作部は、ユーザが所定の入力を行う際にユーザにより操作されて変位し、初期位置から所定距離だけ変位すると上記入力を入力装置に受け付けさせる部材である。すなわち、例えば、操作部は、ボタン、レバーのように、上記入力操作時に、ユーザが触れる領域を有し、該領域をユーザが触れながら操作される部材である。

以下、本発明に係る振動式入力装置の一例として、押ボタン式入力装置１について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る押ボタン式入力装置１は、荷重Ｆの入力（ユーザによる押下）に対して荷重入力方向（本実施形態では鉛直方向）に変位するように構成された操作部２と、操作部２の下部を収容する角筒状のケース部３と、操作部２とケース部３の底面３ａとを連結するバネ４を備えている。本実施形態では、操作部２は、ボタンである。バネ４は、操作部２に対する荷重Ｆの印加により操作部２を変位させるための部材であって、ユーザが操作部２の上面を押し下げることにより変位した操作部２が初期位置に戻るように設けられている。なお、図１に示すケース部３は、紙面手前側の側壁を除いた状態で図示している。

操作部２には、振動子５（Acouve Laboratory社製 Vp210）が内蔵されており、操作部２の最下面には、再帰性反射材６が取り付けられている。一方、ケース部内方におけるケース部３の底面３ａ上には、操作部２の変位量（変位距離）を取得するための変位センサ７としてフォトリフレクタ（GENIXTEK社製 TPR-105F）が設けられている。この変位センサ７により、操作部２の初期位置に対する変位量Ｄが測定される。変位センサ７は、赤外線発光部と赤外線受光部とを有し、赤外線発光部から照射された赤外光を再帰性反射材６により反射させて、該反射光を赤外線受光部にて受光し、受光強度（電圧値）を測定情報として出力する。

押ボタン式入力装置１は、さらにマイクロコントローラ等の制御部８を備えている。図２に示すように、制御部８は、ＣＰＵ９とメモリ１０を備えており、メモリ１０に振動パターン（本実施形態では、減衰正弦波振動における減衰係数および周波数）が１つ登録されている。

ＣＰＵ９は、変位センサ７から出力された測定情報を受け取り、該測定情報に基づいて操作部２の変位量Ｄが所定の閾値を超えているか否かを判定する。

本実施形態では、図１に示す押ボタン式入力装置１において、変位量Ｄ（操作部２の上記荷重入力方向に沿った変位距離、すなわち、操作部２の押し込み距離）と、各変位量Ｄに対応する変位センサ７の赤外線受光部により測定される電圧値との関係を予め実験的に求めておく。例えば、初期位置における再帰性反射材６の下面（底面３ａと対向する面）から底面３ａ（再帰性反射材６に対向する面）との間の距離をＸｍｍとすると、変位量Ｄを０ｍｍからＸｍｍに向かって、所定間隔刻み（例えば０．１ｍｍ刻み）で変化させて赤外線受光部による測定値（電圧値）を取得する。次いで、電圧値と変位量との関係（近似式）を、実験値に対して所定の近似法（例えば、最小二乗法）を適用することにより取得する。この近似式により、変位センサ７による測定値（電圧値）が分かれば、対応する変位量Ｄを取得することができる。さらには、各測定値と各変位量Ｄとが対応しているので、測定値を用いて変位量Ｄの議論をすることができる。

よって、本実施形態では、閾値となる変位量に対応する電圧値（以降、“閾値電圧値”と呼ぶ）を上記近似式より算出し、ＣＰＵ９の上記判定における閾値として予め設定しておく。すなわち、ＣＰＵ９は、変位センサ７より受け付けた測定情報（電圧値）と閾値電圧値とを比較し、測定情報が示す電圧値が閾値電圧値よりも大きい場合は、変位量Ｄが所定の閾値を越えていると判定する。操作部２の変位量Ｄが所定の閾値を超えている場合には、ＣＰＵ９は、メモリ１０から振動パターンＡの減衰正弦波振動のデータを読み込み、振動子５に振動パターンＡの駆動信号を出力する。この駆動信号により振動子５が振動し、その振動は操作部２に伝達する。すなわち、押ボタン式入力装置１は、ユーザによる操作部２の操作開始時から初期位置に戻るまでの間のあるタイミングで振動子５を振動させている。

本実施形態では、変位量ＤがＹｍｍとなった際に、操作部２による入力がＯＮされたと判定するように押ボタン式入力装置１を構成している。すなわち、ＣＰＵ９は、変位センサ７から受け付けた測定情報（電圧値）がＯＮ基準値（上記近似式より取得した変位量ＤがＹｍｍの時の電圧値）である場合に、ユーザによる操作部２を介した入力がなされたと判定し、ユーザ入力に関するＯＮ信号を出力する。なお、本実施形態では、ユーザ入力のＯＮ／ＯＦＦを検知することが本質ではないので、該ＯＮ／ＯＦＦを検知できればいずれの方式を採っても良いことは言うまでも無い。

「所定の閾値」は、入力装置が用いられる機器やユーザに触覚を付与する目的に応じて適宜変更される。例えば、入力装置が押ボタンである場合には、ユーザがボタンの押し込み動作に連動して振動が発生したことを感じやすくするためは、上記閾値を５ｍｍ以上とすることが好ましい。

以上のように、本実施形態に係る押ボタン式入力装置１は、荷重Ｆの入力により操作部２の変位が開始されてから、初期位置に戻るまでの間における操作部２の変位中（ユーザ操作による操作部２がまさに移動している最中）の少なくとも１回のタイミングで、ユーザの指が触れる操作部２を振動させることができる。従って、通常の物理ボタンにおいてユーザが得られるボタンのまさに押し込んだ感覚に対して、操作部２自体が振動することによる触覚を重畳した触覚をユーザに呈示することができる。すなわち、操作部２を操作している最中に、上記押し込んだ感覚を維持しながら、異なる別の感覚（操作部２を振動させる振動パターンに依存するが、例えば、硬い、柔らかいといった感覚）をユーザに感じさせることができる。これにより、物理ボタンの押し込み動作中に振動を付与するといった従来技術からは得られない新たな触覚をユーザに提供することができる。すなわち、従来の物理ボタンのようにボタン機構の一部（例えば、バネなど）を変更しなくても、ユーザに付与する触覚のバリエーションを増やすことができる。

本実施形態に係る入力装置は、例えばＦＰＳ（ファーストパーソン・シューター）ゲームに適用することができる。操作部２を押す動作が銃のトリガーを引く動作に連動するようにＦＰＳゲームを構成して、操作部２の押し込み量が所定の閾値を超えるまでは弾が発射されない設定とすれば、トリガーを引く際の“遊び”を再現することができる。そして、操作部２の押し込み量が所定の閾値を超えた際に弾が発射され、これと共にボタンが振動することになる。これにより、実際の銃のトリガーを引いたような触覚をより再現性が高い状態でユーザに提供することができる。

また、操作部に振動を付与することは、該振動の周波数を変えることによって、触覚的な材質感を再現したり、操作部から感じ取る反力の大きさを変化させるといった作用も生じさせる。このため、本実施形態に係る入力装置を例えばパソコンのキーボードに適用した場合には、各キーの押し込み感をユーザの嗜好に合わせて各々変化させることができる。これにより、各ユーザにとって最適な操作感でキーボードを使用することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、変位センサ７を用いた変位量Ｄの取得について、予め実験により取得した関係を用いて変位センサ７にて測定された電圧値より求めているが、例えば、タイムオブフライト法による距離算出を都度で行う等、フォトリフレクタを用いて操作部２の変位量を取得できればいずれの方法を用いても良い。また、変位センサ７としてフォトリフレクタを用いたが、操作部２の初期位置からの変位量Ｄを測定できる機構であれば、その他の変位センサ７を用いても良い。

また、操作部２やケース部３の形状、サイズ等についても上記実施形態で説明したものに限定されない。

また、操作部２とケース部３とを連結する部材は、バネ４に限定されず、空気バネや磁気弾性を利用した部材等の他の弾性部材であっても良い。すなわち、本発明に係る入力装置においては、変位する操作部２が初期位置に戻るように弾性部材が設けられていれば良い。ただし、本実施形態で重要なことは、ユーザによる操作部２の操作（ボタンであればボタン押下）により変位した操作部２を初期位置まで戻らせることであり、該変位後の操作部の初期位置への復帰（移動）の方法、態様については本質では無い。例えば、上記復帰については、上述のように復元力を用いるもの以外にも、例えば、モータのような直動機構のように電気的、機械的な駆動力を用いる機構を用いても良い。

また、上記実施形態では、振動子５を操作部２の内方に設けることとしたが、操作部２の外側に振動子５を設けても良い。また、上記実施形態では、振動子５を１つ設けることとしたが、振動子５は複数設けても良い。これにより、１つの振動子５だけでは得られない波形の振動や、共振作用による激しい振動を発生させることも可能となる。また、操作部２への振動付与は、振動子５を用いることに限定されず、モータ等の他の振動を付与できる部材を用いても良い。また、振動子５とモータ等を組み合わせても良い。すなわち、本発明に係る入力装置においては、制御部８から出力される駆動信号に応じて操作部２を振動させるように振動機構が設けられていれば良い。

また、駆動信号を出力するための操作部２の変位量Ｄの閾値は、制御部８において複数設定されていても良い。これにより、深さ方向において上記複数段階で振動付与ポイントを設けることができる。すなわち、操作部２の操作開始時から初期位置に戻るまでの間の複数のタイミングで振動子５を振動させることになる。例えば、押ボタン式入力装置１をビデオゲームの入力装置として用いる場合、上記ビデオゲームの状況に応じて、上記閾値を変化させることにより、上記ビデオゲームのプレイヤにとっては、同一の操作部２を操作しているにも関わらず、３段階の入力感覚を味わわせることができる。すなわち、操作部２の変位中に該操作部２に対して振動を付与しているので、変位中の操作部２に対する振動ポイントを複数設けることができ、同一の操作部２に対して、押し込み方向において複数の位置にて振動を付与することができる。よって、操作部２をまさに操作しているユーザに対して、あるときは浅い位置にて触覚呈示を与え、別のときには深い位置にて触覚呈示を与えることができる。

また、上記実施形態では、メモリ１０に１つの振動パターンＡを登録していたが、複数の振動パターンが登録されていても良い。図３に示す例では、振動パターンが３種類登録されている。すなわち、振動パターンＡ、Ｂ、Ｃの各々は、減衰正弦波振動における減衰係数および周波数がそれぞれ異なる。

このような場合、例えば、駆動信号を出力するための変位量Ｄの閾値を３段階に設定し、操作部２の変位量Ｄが第１の閾値を超えた際には振動パターンＡの振動を、操作部２の変位量Ｄが第２の閾値を超えた際には振動パターンＢの振動を、操作部２の変位量Ｄが第３の閾値を超えた際には振動パターンＣの振動を発生させることができる。これにより、ユーザに付与する触覚のバリエーションを更に増やすことができる。すなわち、入力装置における単一の操作部２において、操作部２を操作しているユーザに対して、操作部２の操作量に応じて、操作部２の通常の押し込み感覚に重畳して、異なる複数の触覚を呈示することができる。

また、変位量Ｄの閾値が１つであっても、振動パターンを複数設けることにより、単一の操作部２であっても、操作部２を操作しているユーザに対して、操作部２の通常の押し込み感覚に重畳して、異なる複数の触覚を呈示することができる。よって、単一の操作部２により、硬い操作感、柔らかい操作感、反発する操作感など様々な感覚をユーザに感じさせることができる。このような場合は、例えば、制御部８は、該制御部８の外部（例えば、押ボタン式入力装置１に接続されたコンピュータ等）から入力された指示信号（ビデオゲームであれば、ビデオゲームの進行内容に応じた信号）に応じた振動パターンを振動子５に対して出力すれば良い。すなわち、本実施形態によれば、単一の操作部２により、操作部２を操作している感覚をユーザに知覚させながら、押ボタン式入力装置１を操作しているユーザが体験している事象（例えば、ビデオゲームであれば、ディスプレイに表示されているコンテンツ等）に応じて該ユーザに呈示する感覚を変えることができる。

また、振動パターンは、予め登録されたものではなく、制御部８に入力される種々の情報に基づいて自動生成されたものでも良い。例えば、振動パターンとして減衰正弦波振動を用いる場合、制御部８が操作部２の変位量や他の情報に応じて、初期振幅係数や減衰係数、振動周波数の新たな値をそれぞれ設定し、生成された振動パターンの駆動信号を振動子５に出力しても良い。制御部８がこのように構成されることにより、状況に応じて振動パターンを変更することができる。

また、上記実施形態では、操作部２の変位量Ｄを測定しているので、該操作部２の移動速度を検出することができる。この場合、制御部８は、操作部２の変位量Ｄと操作部２の変位開始からの経過時間に基づいて操作部２の変位速度を算出し、その変位速度に応じて、振動パターンを変更するように構成されていても良い。これにより、操作部２の操作速度に応じて、ユーザに呈示する触覚を変えることができる。すなわち、ユーザに付与する触覚のバリエーションを更に増やすことができる。例えば、ボタンをゆっくりと押し込んだ際には弱い振動を発生させ、ボタンを勢い良く押し込んだ際には強い振動を発生させるといったことも可能になる。

また、制御部８は、操作部２の変位速度に応じて、駆動信号を出力するための操作部２の変位量Ｄの閾値を変更するように構成されていても良い。これにより、ユーザに付与する触覚のバリエーションを更に増やすことができる。例えば、ボタンをゆっくりと押し込んだ際には、深い押し込み位置で振動を発生させ、ボタンを勢い良く押し込んだ際には、浅い押し込み位置で振動を発生させるといったことも可能になる。

また、入力装置を操作する各ユーザは、年齢や性別等によってボタンを押す力や振動に対する感性が異なっている。このため、制御部８は、図４に示すように、入力されたユーザ情報（年齢、性別等）に応じて、振動パターンを変更するように構成されていても良い。これにより、所望の目的に沿った最適な触覚を各ユーザに提供することができる。

さらに、制御部８は、ユーザ情報に応じて、駆動信号を出力する変位量Ｄの閾値を変更するように構成されていても良い。これにより、例えば力の弱い子供や高齢車等のユーザに対しては、ボタンの押し込み量が、駆動信号を出力するための通常設定の閾値に達していなくても、ボタンを振動させることができる。

ユーザ情報は、例えばユーザが入力作業を行ったり、機械側で自動的に生成することによって制御部８に入力される。弾球遊技機、回胴式遊技機、カジノ向けゲーミングマシン等の遊技機やアーケードゲーム等の場合、例えば、ユーザのプロフィールが入力されたスマートフォンでプロフィール送信用のＱＲコード（登録商標）を作成し、機械側に当該ＱＲコードを読み取らせることで制御部８にユーザ情報を入力する。家庭用ゲーム機やパソコン等では、例えばユーザが自身の情報を直接入力するか、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信や無線ＬＡＮを介して、ユーザのスマートフォンからユーザ情報を制御部８に送信するようにしても良い。また、駅の券売機や銀行のＡＴＭ、自動販売機等では、例えば顔認証システムを用いて、制御部８がユーザ情報を自動生成しても良い。

なお、ユーザ情報だけでなく、その他の情報に基づいて、振動パターンを変更したり、駆動信号を出力するための操作部２の変位量Ｄの閾値を変更するようにしても良い。これにより、例えばＦＰＳゲームにおいては、装備した銃の種類に応じてトリガーを引いた際に発生させる振動の大きさを変更したり、振動が生じるまでのトリガーの“遊び”を変更したりすることができる。また、弾球遊技機や回胴式遊技機等の遊技機においては、抽選結果に応じて演出用ボタン等を押した際に発生させる振動の大きさを変更したり、振動が生じるまでのボタンの押し込み量を変更したりすることができる。これにより、ユーザに付与する触覚のバリエーションが増え、没入感を向上させることができる。

また、制御部８は、操作部２の最大変位後、操作部２が初期位置に戻るまでの間に駆動信号を出力するように構成しても良い。これにより、ユーザに付与する触覚のバリエーションを更に増やすことができる。例えば、ボタンを最下部まで押し込んだ後、ユーザが指を離す際に操作部２を振動させるといったことも可能になる。

また、制御部８は、操作部２の変位速度に応じて、操作部２の最大変位後、操作部２が初期位置に戻るまでの間に出力する駆動信号の振動パターンを変更するように構成しても良い。これにより、ユーザに付与する触覚のバリエーションを更に増やすことができる。例えば、ボタンを勢い良く押し込んだ際には、ユーザが指を離す時に強い振動を発生させ、ボタンをゆっくりと押し込んだ際には、ユーザが指を離す時に弱い振動を発生させるといったことも可能になる。

また、上記実施形態では、操作部２の変位量Ｄが所定の閾値を超えた場合に駆動信号を出力することとしたが、操作部２の変位に対して連続的に駆動信号を出力しても良い。これにより、ユーザに付与する触覚のバリエーションを更に増やすことができる。例えば、ボタンの押し込み動作の開始から終了までの間、操作部２を振動させ続けるといったことも可能になる。
また、振動子５は、ボイスコイル型振動子、偏心モータ、リニア振動子、圧電振動子等を用いることができる。
さらに、振動子５に入力する振動パターンは、減衰正弦波振動に限らない。例えば、振動子５がボイスコイル型振動子の場合は、所定の音楽や効果音などの音情報（例えば、アナログ信号）であっても良い。

これまで説明した制御部８の変形例は、互いに組み合わせることが可能であり、各変形例を組み合わせることで、ユーザに提供する触覚のバリエーションは更に増えることになる。

また、本発明に係る入力装置は、操作部２が同一方向に変位する押ボタン式の入力装置に限定されず、荷重Ｆの入力に対して変位するような入力装置であれば良い。例えば、ジョイスティックやレバー、十字キー等の入力装置であっても、操作方向への操作部２の変位量Ｄを測定するように変位センサ７が設けられていれば、変位量Ｄに応じて操作部２を振動させることができる。

本発明に係る振動式入力装置は、パソコンやアーケードゲーム、家庭用ゲーム機、カジノ向けゲーミングマシン（スロットマシン、ビデオポーカー、ビデオルーレット、ビデオブラックジャック、ビデオキノ等）や弾球遊技機、回胴式遊技機等の遊技機、駅の券売機、銀行のＡＴＭ、自動販売機等の操作部が変位するボタンやレバー等を備えた機器に適用することができる。

１ 押ボタン式入力装置
２ 操作部
４ バネ
５ 振動子

Claims (6)

1. 荷重の入力に対して変位する操作部を備え、該変位された操作部が初期位置まで戻るように構成され、前記操作部に対する前記荷重の入力により該操作部が初期位置から所定距離だけ変位すると前記入力を受け付ける入力装置であって、
   前記荷重の入力により前記操作部の変位が開始されてから、前記初期位置に戻るまでの間に前記操作部を振動させる手段を備える、振動式入力装置。
2. 前記操作部を振動させる手段は、前記荷重の入力により前記操作部の変位が開始されてから、前記初期位置に戻るまでの間の少なくとも１回のタイミングで前記操作部を振動させる、請求項１に記載の振動式入力装置。
3. 前記操作部を振動させる手段は、
   所定の振動パターンの駆動信号を出力するように構成された制御部と、
   前記駆動信号に応じて前記操作部を振動させる振動部と
   を有する、請求項１又は２に記載の振動式入力装置。
4. 前記制御部は、異なる複数の振動パターンの駆動信号を出力可能であり、該異なる複数の振動パターンのうち、外部から入力された指示信号に応じた駆動信号を出力するように構成されている、請求項３に記載の振動式入力装置。
5. 前記操作部を振動させる手段は、前記操作部の初期位置に対する変位を測定する変位測定部を有し、該変位測定部による測定結果に応じて前記操作部を振動させる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動式入力装置。
6. 前記変位測定部による測定結果により、前記操作部の変位速度を取得する手段をさらに備え、
   前記操作部を振動させる手段は、
   異なる複数の振動パターンの駆動信号を出力するように構成された制御部と、
   前記駆動信号に応じて前記操作部を振動させる振動部とを有し、
   前記制御部は、前記異なる複数の振動パターンのうち前記取得された変位速度に応じた駆動信号を出力する、請求項５に記載の振動式入力装置。
   

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