CN103729633A - 电子设备及应用于其中的直觉式导引方法 - Google Patents

Abstract

一种具有隐藏式传感器导引功能的电子设备及直觉式导引方法，所述电子设备至少包括一壳体、一显示器、一生物传感器及一处理器。显示器是视觉可见地被设置于壳体中。生物传感器隐藏地设置于壳体中并位于显示器的旁侧，用于感测一使用者的生物信息。处理器设置于壳体中，并电性连接至显示器及生物传感器，用于控制显示器及生物传感器的操作。于一感测模式下，处理器控制显示器显示一导引信息来直觉地导引使用者操作设置于旁侧的隐藏的生物传感器以感测生物信息。本发明提供的具有隐藏式传感器导引功能的电子设备及直觉式导引方法，能有效提高电子设备的数据保密层级。

Description

电子设备及应用于其中的直觉式导引方法

技术领域

本发明是涉及一种具有隐藏式传感器导引功能的电子设备及应用于其中的直觉式导引方法。

背景技术

具有指纹传感器的电子设备，由于可以提供指纹辨识功能，对于数据保密而言提供了一种比密码保护更为强健的身份认证方法，因此在市场上已经渐渐具有庞大的商机。然而，受限于感测机构的设计原理，传统的指纹传感器必须在安装在电子设备的开口中，以提供适当感度的感测结果。如此一来，指纹传感器的设置就会影响到电子设备的外观。

近年来，由于触控显示器的日益普及，使用者对于电子设备的外观需求是越简单越好，因为所有功能都可以通过触控显示器来操作。但是，指纹传感器的设置破坏了电子设备的美观，使得厂商会考虑不使用指纹传感器来当作身份认证的机构，缩小了指纹传感器的应用场合，并降低了认证机制的安全性。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术缺陷，本发明的一个目的是提供一种具有隐藏式传感器导引功能的电子设备及应用于其中的直觉式导引方法。

为达上述目的，本发明提供一种具有隐藏式传感器导引功能的电子设备，至少包括一壳体、一显示器、一生物传感器及一处理器。显示器是视觉可见地被设置于壳体中。生物传感器隐藏地设置于壳体中并位于显示器的旁侧，用于感测一使用者的生物信息。处理器设置于壳体中，并电性连接至显示器及生物传感器，用于控制显示器及生物传感器的操作。于一感测模式下，处理器控制显示器显示一导引信息来直觉地导引使用者操作设置于旁侧的隐藏的生物传感器以感测生物信息。

此外，本发明亦提供一种直觉式导引方法，用于一电子设备中，电子设备包括一壳体、一显示器及一生物传感器，显示器视觉可见地被设置于壳体中，生物传感器隐藏地设置于壳体中并位于显示器的旁侧。此方法包括以下步骤：于一感测模式下产生一导引信息；以及通过显示器显示导引信息来直觉地导引一使用者操作设置于旁侧的隐藏的生物传感器以感测使用者的生物信息。

由于本发明可以将电子设备的生物传感器设计成隐藏式，使用者从外观上无法看出生物传感器的所在位置，但是通过电子设备的导引指示，使用者可以顺利地进行生物信息的感测。如此一来，一方面不影响电子设备的外观，一方面又不会造成使用者的使用困扰。因此，本发明提供了一种双赢的生物感测机制，而能有效提高电子设备的数据保密层级。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A至1I显示依据本发明第一至第九实施例的电子设备的示意图。

图2显示一种可应用于本发明的光学式生物传感器模块的示意图。

图3显示一种可应用于本发明的电容式生物传感器模块的示意图。

图4A与4B显示一种可实施图3的电容式生物传感器模块的结构及电路示意图。

附图标号：

Cf：感测电容

Ch：电容器

Cp1：垂直寄生电容

Cp22：水平寄生电容

ET、ET1、ET2：延伸线

F：手指/物体

GP：几何图案

GP1：部分

GP2：部分

L1：第一光线

L2：第二光线

PH0：重置开关

PP：提示图案

S：开关

S1：导引信息

S740：耦合信号

Vdrive：耦合信号

Vout：输出信号

Vref：参考电压

T0、T1：开关模块

10：壳体

10T、20T、30T：缩小图案

20：显示器

30：生物传感器

30a：生物信息传感器模块

40：处理器

50：发光单元

90：按钮

100、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i：电子设备

310：透光本体

311：正面

312：背面

320：显示器单元

330：光学模块

331：壳体

332：第一波导

332R：反射面

333：光圈

334：第二波导

334R：反射面

335：光图像传感器

336：连接元件

339：耦合胶

700M：生物传感器模块

710：壳体

711：第一表面

712：第二表面

720：生物传感器

721：感测面

721R、730R：区域

722：感测元

723：非感测面

730：耦合电极

740：驱动电路

750：软性电路板

801：电容式生物传感器模块

810：感测电极

820：遮蔽导体层

830：耦合信号源

840：固定电压源

850：开关模块

860：读取电路

861：运算放大器

861A：正输入端

861B：负输入端

861C：输出端

862：可调式电容器

862A：第一端

862B：第二端。

具体实施方式

目前，具有指纹传感器的电子设备的指纹传感器都是暴露在外，所以电子设备的设计者只需要以文字或声音加上说明书来指示使用者进行指纹感测即可。然而，在本发明中，指纹传感器为了避免影响美观起见是被隐藏地设置，所以使用者无法看到指纹传感器的位置，在缺乏本发明所提供的设备及方法的情况下，一般使用者是无法正确使用指纹传感器进行指纹感测。

图1A至1I显示依据本发明第一至第九实施例的电子设备的示意图。

如图1A所示，第一实施例的具有隐藏式传感器导引功能的电子设备100至少包括一壳体10、一显示器20、一生物传感器30及一处理器40。

壳体10为电子设备100的最外层的结构，也是能让使用者的手握持的结构。壳体10里面装设有许多零件。举例而言，主机板(未显示)、摄影机镜头(未显示)、电池(未显示)等零件都是设置于壳体10中。

显示器20是视觉可见地被设置于壳体10中，也就是使用者可以看到显示器20的存在。显示器20也是用来显示画面或信息，以与使用者互动。显示器20可以是液晶显示器(LCD)、有机发光显示器(OLED)等等。

生物传感器30隐藏地设置于壳体10中并位于显示器20的旁侧，用于感测一使用者的生物信息。于本实施例中，生物传感器30是以指纹传感器为例子做说明。然而，于其他例子中，生物传感器30也可以是电场式或光学式指纹传感器、或者光图像传感器以作为掌纹、虹膜、静脉或脸型传感器。本发明不对传感器做特别的限制。生物信息除了代表手的存在与否的信息以外，最好是以指纹、掌纹、静脉的分布图案信息为佳。

处理器40设置于壳体10中，并电性连接至显示器20及生物传感器30，用于控制显示器20及生物传感器30的操作。于一感测模式下，处理器40控制显示器20显示一导引信息S1来直觉地导引使用者操作设置于旁侧的隐藏的生物传感器30以感测生物信息。当然，于一非感测模式下，处理器40根据使用者的要求呈现相关的信息于显示器20上。

于本实施例中，导引信息S1包括一方向指示画面(譬如是图中的箭头的画面)。方向指示画面的一方向指示图案(图中的箭头)的一延伸线ET通过生物传感器30(包括但不限于通过生物传感器30的感测范围)。这代表使用者在看到这个指示画面后，就会很直觉地将其手指摆放抑或者滑动通过生物传感器30。这是因为方向指示画面非常靠近显示器20的外围以及生物传感器30，而且壳体10构成一个全平面覆盖住生物传感器30及显示器20，所以使用者的动作自然而然(或无可避免地)会将手指滑动跨越显示器20而到达生物传感器30，让生物传感器30可以感测到使用者的手指的指纹图像。感测到指纹图像以后，处理器40更辨识生物信息，并于通过辨识后，进入于一解锁模式以于显示器20上显示一互动画面以与使用者互动。若没有通过辨识，则继续维持上锁模式或要求使用者重新进行感测。为了让使用者确实地将手指滑动通过生物传感器30，导引信息S1可以利用图案或文字来导引使用者将使用者的一手指从显示器上方的壳体的内部滑动到壳体的外部(也就是从壳体上滑动到壳体外)。或者，处理器40也可以通过喇叭来输出语音提示信息，辅助导引使用者将手指滑出到显示器的外部。

此外，本发明更提供一种直觉式导引方法，用于电子设备100中。此方法包括以下步骤。首先，于感测模式下产生导引信息S1。然后，通过显示器20显示导引信息S1来直觉地导引使用者操作设置于旁侧的隐藏的生物传感器30以感测使用者的生物信息。

如图1B所示，第二实施例的电子设备100b类似于第一实施例，不同之处在于电子设备100b更包括一按钮90，其供使用者按压而达成操作电子设备100b的功能。于此情况下，生物传感器30及导引信息S1都移动至按钮90的一侧。这样的设计更是与目前现有产品的外观设计类似，使用者更不容易察觉到生物传感器30的存在。

如图1C所示，第三实施例的电子设备100c类似于第一实施例，不同之处在于电子设备100c的导引信息S1包括两方向指示画面(箭头)，两方向指示画面的方向指示画面的延伸线ET1、ET2通过生物传感器30。如此一来，使用者可以画出一个V的轨迹来进行指纹感测。除了两方向指示画面以外，导引信息S1也可以更包括一文字提示信息，指示使用者画一个V的轨迹。

如图1D所示，第四实施例的电子设备100d类似于第一实施例，不同之处在于电子设备100d的导引信息S1包括一几何图案GP的一部分GP1，几何图案GP的另一部分GP2通过生物传感器30。亦即，导引信息S1画出一段圆弧，使用者依照其直觉画出另一段圆弧来组成圆形，即可让手指滑动通过生物传感器30。除此之外，导引信息S1也可以更包括一文字提示信息，指示使用者画一个圆形轨迹。如此可以提供一种更有趣的导引方式，增添使用乐趣。

如图1E所示，第五实施例的电子设备100e类似于第一实施例，不同之处在于电子设备100e的导引信息S1包括一缩图画面，缩图画面包括壳体10、显示器20及生物传感器30的缩小图案10T、20T、30T及相对位置关系。藉此，使用者可以直觉地依据屏幕上的缩图图案认知到生物传感器30的所在位置，而利用手指进行滑动感测或静态感测。此外，缩图画面可以更包括一提示图案PP，提示生物传感器30的位置。提示图案PP的延伸线ET也是通过生物传感器30。

如图1F所示，第六实施例的电子设备100f类似于第一实施例，不同之处在于电子设备100f的导引信息S1包括一动画画面(以轮流显示的三个箭头所示)，动画画面所代表的延伸线ET通过生物传感器30。值得注意的是，最下方的箭头最好是不完整的，让使用者直觉地感觉到还要将手指继续往下滑动。或者，最下方的箭头也可以是完整的箭头。于另一例子中，箭头的动画速度可以提高，故意让使用者的手指无法马上停下来而不小心地或无可避免地滑动通过生物传感器30。

就手指指纹的感测而言，生物传感器30为一滑动式指纹传感器，但也可以是一种非滑动式指纹传感器。

如图1G所示，第七实施例的电子设备100g类似于第一实施例，不同之处在于本实施例的生物传感器30譬如为滑动型指纹传感器。于此情况下，甚至可以在显示器20的与指纹传感器30相邻的区域显示出一虚拟的传感器图像(S1所代表的图像)，来指引使用者滑动手指通过此虚拟传感器，也同时自然而然地或无可避免地滑动手指通过真实的隐藏生物传感器30。因此，于本实施例中，导引信息S1包括一虚拟生物传感器(无实体感测功能)，来指引使用者滑动其手指通过虚拟生物传感器及生物传感器30。值得注意的是，导引信息S1本身也可以包括闪烁或特别的显示视窗，或图1G中所示的箭头。于一例子中，虚拟传感器可以具有仿真图像的设计，以让使用者误以为是真的传感器，同时虚拟传感器的四周也可以形成一特别显示的方框，例如闪烁的方框或出现一只手指滑动的动画等等，更能凸显虚拟传感器的位置。于另一例子中，显示器20上除了含有虚拟传感器的导引信息S1的区域以外，是呈现暗的状态(不作任何显示)，也能凸显虚拟传感器的位置，让操作更直觉且方便。于又另一例子中，虚拟传感器上也可以直接显示出指纹的图像的静态画面或动态画面，提供更直觉的显示。

如图1H所示，第八实施例的电子设备100h类似于第一实施例，不同之处在于本实施例的隐藏的生物传感器30旁边可以设置配合传感器30的形状的一发光单元(譬如是LED)50，配置成例如线型来代表滑动型传感器，配置成方框型来代表面积型传感器(非滑动式传感器)。配合导引信息S1，可以让使用者更容易将譬如其手指摆放或者滑动通过隐藏传感器30的上方。线型的发光单元可以代表手指必须滑动到该处，而方框型的发光单元代表手指必须放在框框中。因此，此电子设备100h更包括一发光单元50，配置于生物传感器30旁，用于发出光线来进行辅助导引。

如图1I所示，第九实施例的电子设备100i类似于第二实施例，不同之处在于本实施例的生物传感器30设置于按钮90的下方，同样是被隐藏起来。于此情况下，电子设备100i更包括一按钮90，设置于壳体10上，生物传感器30位于按钮90的下方。导引信息S1可以包括导引使用者置放其手指于按钮90上或滑动其手指通过按钮90。因此，按钮90同时具备操作控制及手指的生物信息感测的功能。

图2显示一种可应用于本发明的光学式生物传感器模块的示意图。如图2所示，这种杂散光耦合式生物信息传感器模块30a包括一透光本体310、一显示器单元320以及一光学模块330。透光本体310相当于是图1A的壳体10的一部分。

透光本体310具有一正面311及一背面312，正面311被设计成用于承载物体F于其上。显示器单元320装设于透光本体310的背面312，用于显示一画面。光学模块330通过一耦合胶339装设于透光本体310的背面312，并与显示器单元320相邻。画面的多个第一光线L1通过透光本体310耦合入射物体F。多个第一光线L1在物体F内行进一段距离后，从物体F耦合输出多个第二光线L2，并通过透光本体310进入光学模块330。光学模块330感测此等第二光线L2以产生一生物图像信号。

如图2所示，光学模块330包括一壳体331以及全部设置于壳体331中的一第一波导332、一第二波导334及一光图像传感器335。第一波导332及第二波导334是由一连接元件336所连结并固定其相对位置。第二光线L2依序通过第一波导332及第二波导334，而到达光图像传感器335以产生生物图像信号。光图像传感器335可以是电荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)图像传感器、互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等。第一波导332与第二波导334可以是实心波导，亦可以是空心波导，于此不做特别限制。第一波导332具有一反射面332R，第二波导334具有一反射面334R，反射面332R/334R可以将光线转向譬如是90度，以供光路布局用。此外，光学模块330更可以包括一光圈333，其设置于第一波导332与第二波导334中间，其作用为可以更进一步将非感测信号的杂光给滤除，让光图像传感器335有更好的感测品质。

图3显示一种可应用于本发明的电容式生物传感器模块700M的示意图。如图3所示，生物传感器模块700M包括一壳体710、一生物传感器720以及一耦合电极730。壳体710相当于是图1A的壳体10的一部分，并具有相对的一第一表面711及一第二表面712。

生物传感器720具有一感测面721，感测面721设置于壳体710的第一表面711，且感测面721具有多个排列成阵列的感测元722。耦合电极730设置于壳体710的第一表面711或第二表面712，感测面721与耦合电极730投影到壳体710的第二表面712的两个区域721R与730R彼此不重迭。于本实施例中，在感测面721正上方的第一表面711是没有被耦合电极730遮蔽的。耦合电极730只是提供一个间接耦合至物体F的耦合信号S740，至于位于感测面721正上方的手指F不能被耦合电极730遮蔽，以免影响感测。

于一例子中，可以采用铟锡氧化物(ITO)制作于第一表面711上以形成透明导电薄膜。于其他实施例中，亦可以采用其他具有导电特性的材料来形成耦合电极730。耦合信号S740从一驱动电路740被提供至耦合电极730并直接或间接耦合至物体F，使生物传感器720的此等感测元722感测一接触壳体710的第二表面712的物体F的生物信息。驱动电路740可以设置于生物传感器(感测芯片)720中，在另一实施例，驱动电路740可以独立设置(也就是位于生物传感器720的外部并耦合至耦合电极730)，抑或者与其他IC整合例如显示器的驱动IC等。同时本发明的感测芯片由于感测原理与触控面板相似，故也可以设计与触控面板IC整合成单芯片，或与显示器驱动IC整合成单芯片，更可以将三者整合成单芯片。

此外，本实施例的电容式生物传感器模块700M更包括一软性电路板750。软性电路板750直接电性连接至生物传感器720及直接或间接电性连接至耦合电极730。位于感测面721反侧的生物传感器720的一非感测面723是安装于软性电路板750上，非感测面723无感测物体的生物特征的图案的功能。

图4A与4B显示一种可实施图3的电容式生物传感器模块的结构及电路示意图。如图4A与4B所示，电容式生物传感器模块801包括多个感测电极810、一遮蔽导体层820、一耦合信号源830、一固定电压源840以及多个开关模块850。这些开关模块850，在图4A与4B中仅以T0及T1表示。当中间的感测电极810被选取以进行感测时，开关模块T0呈现断路，而开关模块T1呈现短路，也就是导通状态。

多个感测电极810彼此隔开地排列成一阵列，各感测电极810与物体F形成一感测电容Cf。遮蔽导体层820位于此等感测电极810下方。耦合信号源830提供一耦合信号Vdrive耦合至物体F。固定电压源840提供一固定电压(于此例中是以接地电压GND作说明，但其他电压亦是可实施的)至遮蔽导体层820，用于使遮蔽导体层820与各感测电极810之间形成一稳定的垂直寄生电容Cp1。多个开关模块850是一对一的电性连接至多个感测电极810及固定电压源840，当选取多个感测电极810的一个感测电极810进行感测时，此等开关模块850被设定成使得选取的感测电极810与固定电压源840之间成断路，同时使得其余感测电极810与固定电压源840之间成短路，用于使选取的感测电极810与其余感测电极810之间形成一稳定的水平寄生电容Cp22。

如图4B所示，电容式生物传感器模块801可以更包括多个读取电路860，分别电性连接至此等感测电极810，并分别输出多个输出信号Vout。在本应用例中，为了避免每一感测电极的信号传输太远而被干扰，因而设计每一感测元有一运算放大器与感测电极相连结，用于就近放大感测信号，因而不怕传输线太长的干扰，因此，各读取电路860包括一运算放大器861、一可调式电容器862以及一重置开关PH0。

运算放大器861可以全部或部分制作于感测电极810的正下方，而且一个感测电极810可以对应于一个运算放大器861，当然也可以多个感测电极810对应于一个运算放大器861。运算放大器861具有一正输入端861A、一负输入端861B及一输出端861C，负输入端861B电性连接至感测电极810，正输入端861A电性连接至一参考电压Vref。可调式电容器862的第一端862A电性连接至负输入端861B，其第二端862B电性连接至输出端861C。于此例子中，可调式电容器862是由一电容器Ch与一开关S所构成。于本例子中，由于只有一个电容器Ch，所以可以移除开关S。重置开关PH0与可调式电容器862并联连接。

依据图4B的电路图，可以通过电荷守恒原理，推导出输出信号Vout如下。

当Vdrive=0时，重置开关PH0为短路，节点A的电荷Q1可以表示如下：

Q1=Cf×(Vref-Vdrive)+Cp×Vref=Cf×Vref+Cp×Vref

当Vdrive=高(high)时，重置开关PH0为断路，节点A的电荷Q2可以表示如下：

Q2=Cf×(Vref-Vdrive)+Cp×Vref+Ch×(Vref-Vout)

依据电荷守恒原理，Q1=Q2

也就是

Cf×Vref+Cp×Vref=Cf×Vref-Cf×Vdrive

+Cp×Vref+Ch×Vref-Ch×Vout

可以简化为

Cf×Vdrive-Ch×Vref=-Ch×Vout

然后得到

Vout=Vref-(Cf/Ch)×Vdrive

其中，Cp=Cp1+Cp2，由以上公式可以发现输出信号Vout与寄生电容Cp1及Cp2无关，如前所言，本发明应用例的特色就是将寄生电容这一项变动值(因为周遭环境是变动的)，通过设计将其稳定，才能在运算放大器感测电路的特性下，自然地将其忽略。其中Cf/Ch为增益值，在实际设计上，Ch是越小越好，因为如此可以让感测信号在每一个独立感测元内就被放大，更可以避免在传输线中被干扰而影响信号品质。在本发明的一应用例中，Vdrive为3.3V，Vref为1.8V，Ch为1～4fF，然而并不以此为限。

如上所述，可以证明本发明的具有隐藏式传感器的电子设备是可以据以实施的。

由于本发明可以将电子设备的生物传感器设计成隐藏式，使用者从外观上无法看出生物传感器的所在位置，但是通过电子设备的导引指示，使用者可以顺利地进行生物信息的感测。如此一来，一方面不影响电子设备的外观，一方面又不会造成使用者的使用困扰。因此，本发明提供了一种双赢的生物感测机制，而能有效提高电子设备的数据保密层级。

在较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神及申请专利范围的情况，所做的种种变化实施，皆属于本发明的范围。

Claims (14)

1.一种具有隐藏式传感器导引功能的电子设备，其特征是，所述电子设备至少包括：

一壳体；

一显示器，视觉可见地被设置于所述壳体中；

一生物传感器，隐藏地设置于所述壳体中并位于所述显示器的旁侧，用于感测一使用者的生物信息；及

一处理器，设置于所述壳体中，并电性连接至所述显示器及所述生物传感器，用于控制所述显示器及所述生物传感器的操作，其中，于一感测模式下，所述处理器控制所述显示器显示一导引信息来直觉地导引所述使用者操作所述设置于旁侧的所述隐藏的生物传感器以感测所述生物信息。

2.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述导引信息包括一方向指示画面，所述方向指示画面的一方向指示图案的一延伸线通过所述生物传感器。

3.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述导引信息包括两方向指示画面，所述两方向指示画面的方向指示画面的延伸线通过所述生物传感器。

4.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述导引信息包括一几何图案的一部分，所述几何图案的另一部分通过所述生物传感器。

5.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述导引信息包括一缩图画面，所述缩图画面包括：

所述壳体、所述显示器及所述生物传感器的缩小图案及相对位置关系。

6.如权利要求5所述的电子设备，其特征是，所述缩图画面更包括一提示图案，提示所述生物传感器的位置。

7.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述导引信息包括一动画画面，所述动画画面所代表的一延伸线通过所述生物传感器。

8.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述生物传感器为一滑动式指纹传感器。

9.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述处理器更辨识所述生物信息，并于通过辨识后，进入于一解锁模式以于所述显示器上显示一互动画面以与所述使用者互动。

10.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述导引信息导引所述使用者将所述使用者的一手指从所述显示器上方的所述壳体的内部滑动到所述壳体的外部。

11.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述导引信息包括一虚拟生物传感器，来指引所述使用者滑动所述使用者的一手指通过所述虚拟生物传感器及所述生物传感器。

12.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述电子设备更包括一发光单元，配置于所述生物传感器旁，用于发出光线来进行辅助导引。

13.如权利要求1所述的电子设备，其特征是，所述电子设备更包括：

一按钮，设置于所述壳体上，所述生物传感器位于所述按钮的下方。

14.一种直觉式导引方法，用于一电子设备中，其特征是，所述电子设备包括一壳体、一显示器及一生物传感器，所述显示器视觉可见地被设置于所述壳体中，所述生物传感器隐藏地设置于所述壳体中并位于所述显示器的旁侧，所述方法包括以下步骤：

于一感测模式下产生一导引信息；以及

通过所述显示器显示所述导引信息来直觉地导引一使用者操作所述设置于旁侧的所述隐藏的所述生物传感器以感测所述使用者的生物信息。

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