CN112912666A - 近光头灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种近光头灯，其能够被实现为具有低整体长度和高光/能量产出。提供了一种光源组件(10)，其生成光锥(12)，所述光锥在第一横向方向(y)上的散度小于在垂直于所述第一横向方向的第二横向方向(x)上的散度，并且所述光源组件(10)被用于照亮沿着所述第二横向方向(x)彼此相邻布置的三个透镜阵列(4a，4b，4c)，因此所述透镜阵列在输入侧各自被在所述第二横向方向(x)上彼此相邻布置的所述光锥(12)的片段(12a，12b，12c)中的相关联片段照射，并且在输出侧输出具有相对于所述光锥(12)修改的发光强度角分布的近光(102)。

Description

近光头灯
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的近光头灯或近光。
背景技术
用于机动车辆的近光的发光强度的角分布的基本特点是半宽度为大约8...10°的水平方向上的近似对称分布和半宽度为大约2...3°的不对称竖直分布，其具有向上的清晰的明/暗边界和高对比度以避免迎面驶来的耀眼的车辆。
明/暗边界形成水平线，其竖直高度为大约-0.6°，用于在左侧行进方向上的右侧交通。例如，在行进方向的右侧，将边界向上移位以改善交通标志的照度。右侧还常常会瞄准水平的明/暗边界。边界移位的区域被称为弯头并且在行进方向上位于辐射的中央区域。生成这种复杂的强度分布要求具有相对低透射率的大型头灯系统。
在常规的近光头灯中，根据明/暗边界成形的孔由光束成形光源(通常是LED或卤素灯)照亮，然后通过投影光学器件映射到无穷远的车道上。为了实现所需的低散度，人们试图实现尽可能小的孔维度，这使得投影光学器件的焦距相应地小。但是，维度的减小受到光源的可用照度和所需的头灯的最小发光强度的限制。
为了实现小维度，具有高照度的光源(例如，LED)与高效光束成形光学器件结合使用，该光学器件具有自由形式的反射器和透镜，以实现高透射率。但是，所得的系统在光传播方向上具有远远超过10cm的延伸。
在[1]中公开了一种使用透镜阵列的替代方法：多个单独准直的LED用作光源，先照亮聚光器微透镜阵列，然后照亮孔阵列和投影透镜阵列。通过从常规的单孔光学器件转变为多孔光学器件，可以大大减小投影光学系统的焦距，由此减小头灯的安装长度。但是，孔阵列降低了系统的透射率。此外，孔位于照明光束路径的中间像平面附近，这在吸收孔上造成高能量密度，并因此将显著的热量输入到微光学系统中。
因而，期望有一种用于近光的概念，其使得有可能实现短安装长度，同时仍然实现有效的能量利用。
发明内容
因此，本发明的目的是创造一种近光或近光头灯，使得有可能以高光/能量效率实现短安装长度。这个目的是通过独立权利要求的主题解决的。
本发明基于以下构思，即，可以通过提供一种光源布置来获得具有小安装长度和高光/能量效率的近光头灯，该光源布置生成在第一横向方向上比在垂直于第一横向方向的第二横向方向上的散度更小的光锥，并且这个光源布置被用于照亮三个透镜阵列，三个透镜阵列沿着第二横向方向彼此相邻布置并且因此各自在入射侧被在第二横向方向上彼此相邻地布置的光锥的片段中相关联的片段照射，并且在输出侧输出具有相对于光锥改变的发光强度角分布的近光。因此，可以将在光源布置内使用的光学器件配置为单透镜光学器件，即，其中的每个透镜或光学器件被对近光有贡献的整个光照射。因此，还可以以低成本提供相同的光学器件并且其不仅具有短安装长度。此外，由于在两个横向方向上的不同散度，光源布置已经执行了光束成形任务之一。根据本申请的实施例，在第二横向方向上的散度接管例如近光的水平孔角的定义。然后，在透镜阵列中使用由光源布置进行的不同散度准备，以有效地使用横向方向上的不同散度，具体而言是针对近光的相应区段，并实现期望的辐射。
例如，根据实施例，两个外部透镜阵列被配置为圆柱透镜阵列，从而它们仅执行第一横向方向上的光束成形的任务，而被这些透镜阵列照亮的近光的区段在每种情况下与照射其的光源布置的光锥的片段的直线延伸对应。特别地，两个外部透镜阵列可以被配置为蜂窝聚光器，在入射侧和出射侧具有圆柱蜂窝透镜。因此，透镜阵列利用光源阵列的预发散减小的优点。相对于透镜孔和/或透镜顶点的布置，对于第一和第三透镜阵列，入射侧蜂窝透镜的布置相对于出射侧蜂窝透镜在第一横向方向上的相互偏移量可以不同，从而通过第一透镜阵列辐射的光锥的片段在通过第一透镜阵列的第一横向方向上的发光强度角分布的变化不同于照射第三透镜阵列的光锥的片段在通过第三透镜阵列的第一横向方向上的发光强度分布的变化。特别地，两个透镜阵列可以在近光的在第二横向方向上最外侧并且沿着第二横向方向处于不同位置的两个部分中产生明/暗边缘(即，两个水平边缘)，对于即将驶来的交通，其中一个水平边缘比另一侧的一个水平边缘的位置低。
照顾近光在第二横向方向上的中央区段的第二或中央透镜阵列也可以被形成为具有入射侧和出射侧蜂窝透镜的蜂窝聚光器。对于出射侧蜂窝透镜，其在第二横向方向上的蜂窝透镜间距可以大于入射侧蜂窝透镜的间距。尺寸的增加可以与来自光源布置的光锥的光沿着第二横向方向的更高散度对应。从光源布置的角度看，这个蜂窝聚光器可以具有直接埋在入射侧蜂窝透镜后面的孔阵列，以在中央区段形成弯头，其映射然后通过出射侧蜂窝透镜定义刚刚提到的弯头。没有孔的构造也是可能的，根据该构造，通过将一个或多个入射侧蜂窝透镜的透镜边缘(例如，下透镜边缘)通过对应的出射侧蜂窝透镜映射来定义弯头，即，映射到刚刚提到的弯头上以定义弯头。为此目的，入射侧蜂窝透镜的透镜孔的这些映射的边缘被配置为相应地偏离入射侧蜂窝透镜的透镜孔的其它矩形基本形状。
因此有可能设计刚刚描述的近光，而几乎没有损失。特别地，上面提到的蜂窝聚光器的蜂窝透镜的透镜孔可以连续地联接。上面提到的蜂窝聚光器的出射侧蜂窝透镜的透镜孔在第一横向方向上可以具有等距的间距。即使在第二透镜阵列的蜂窝聚光器中使用孔阵列的情况下，光损耗也相对小。在没有孔的构造的情况下，甚至塑料的透镜阵列的构造(诸如通过注射成型技术)也是可能的。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释本申请的优选实施例。他们示出：
图1是根据本申请的实施例的近光的组件的空间表示；
图2是根据实施例的近光的两个外部透镜阵列的构造；
图3是示出根据实施例的中央透镜阵列的两个侧视截面图的俯视图；
图4是根据变型的中央透镜阵列的顶视图和两个侧视截面图，其中，与图3相比，存在不具有孔的构造；以及
图5是近光及其生成的光的简化透视空间图，其光分布与近光对应。
具体实施方式
以下实施例遵循一种新颖的、集光率保持的方法，该方法借助于不规则蜂窝聚光器[2]生成连续的发光强度分布，该聚光器在很大程度上或者甚至完全省去了孔，以便形成具有短安装长度和可行的增加的透射率的近光。图1示出了近光100或近光头灯100或用于生成近光102(参见图5)的装置100的第一实施例。
光源优选地是LED或LED群组(1)，根据所需的输出光束的纵横比，其优选地在水平方向上比在竖直方向上具有更大的延伸。LED的典型Lambertian辐射由辅助光学器件成形。在此，在竖直方向上进行准直，而在水平方向上的散度仅类似于所要求的头灯的水平分布而减小。优选地，这些辅助光学器件由用于减小散度的径向对称非球面镜(2)和后续的圆柱透镜准直器(3)组成。如果LED或LED群组包括主光学器件(圆顶)并且其已经产生与头灯的所需水平发光强度分布相似的辐射分布，那么可以省略用于减小散度的非球面镜(2)。
在图1中，光源1、圆柱准直器3和位于其之间的非球面透镜2因此形成光源布置10，用于从光生成第一横向方向y上的散度小于在垂直于第一横向方向y的第二横向方向x上的散度的光锥12。当将图1的近光安装在机动车辆中时，第二横向方向x与水平线对应，这将在下文中采取。但是，应当注意的是，图1的光源布置10的配置仅仅是示例性的，并且也存在替代方案。例如，代替圆柱透镜准直器3，可以使用非圆柱准直器或环形准直器。总体上，可以配置光源布置，使得光锥12的光的散度在水平线x上比在垂直线y上大超过10倍。如下所述，由光锥12照亮的透镜阵列使用非对称散度。例如，在水平方向上的散度可以使得光锥12的孔角在20度和50度之间。
用于光束成形的后续微光学器件由三个水平相邻的片段4a-c(即，透镜阵列)组成，如图5中所示，它们与行进方向的右侧和左侧上的区域14a和14b相关联，并与行进方向上的区域14c相关联，或者被提供为照亮该区域。
为了在行进方向的右侧和左侧上实现所需的连续竖直分布，根据本实施例使用不规则的蜂窝聚光镜，优选地是圆柱透镜蜂窝聚光镜4a和4b，每个聚光镜沿着投影的明/暗边界16的轴y具有不同的竖直高度。为此目的使用具有y上的不同孔高度或不同尺寸的透镜孔的不规则的输入小透镜或蜂窝透镜5，其中一些由偏心的圆柱透镜片段组成。如图2中所示，输出小透镜6具有恒定的孔高度，但是也可以部分地由偏心的透镜片段组成。通过输出阵列相对于输入阵列的受控偏心，可以针对行进方向的左侧和右侧的区域14a、b不同地设置明/暗边界16的高度。通过分别对非球面镜2和光源布置10进行光束成形来实现在行进方向的右侧和左侧的期望的水平发光强度分布。
换句话说，近光100包括第一透镜阵列4a、第二透镜阵列4c和第三透镜阵列4b，它们沿着水平线x彼此相邻布置，以在输入侧通过光锥12的相关联的片段被照射，光锥12沿着水平线被分割成片段。在输出侧，透镜阵列输出如图5中所示的近光，该近光具有相对于光锥12改变的发光强度角分布。如图2中所示，两个外部透镜阵列4a和4b可以被配置为圆柱透镜阵列，从而它们允许光锥12的相应的被其照射的光片段12a和12b在水平方向x上不偏转地通过，相反，这意味着由透镜阵列4a和4b照射的近光的沿着水平轴x的区段或区域14b和14a与相应的光锥片段12a和12b的直线延伸对应，即，具有光锥12的水平散度。特别地，透镜阵列4a和4b可以被配置为具有入射侧和出射侧圆柱蜂窝透镜5和6的蜂窝聚光器。入射侧和出射侧圆柱蜂窝状透镜，也称为小透镜，各自在y方向上形成一维阵列。蜂窝透镜5和6的透镜孔可以是矩形形状的并且连续地联接，如图2中所示。就具有入射侧小透镜或蜂窝透镜5的布置相对于出射侧小透镜6沿着y方向的相互偏移量而言，那个偏移量用于确定在分别相关联的近光区段14a和14b中(即，特别是在明/暗边界16中)的发光强度角分布。为此目的，对于两个透镜阵列4a和4b，那个相互偏移量被不同地设计。如图所示，出射侧圆柱小透镜6可以具有相对于彼此在y上尺寸相同的透镜孔，并且可以相对于彼此以恒定的重复距离布置。因此，出射侧圆柱蜂窝小透镜6可以形成规则的阵列。但是，如图所示，出射侧圆柱小透镜6中的几个或一些可以具有在y上偏心的透镜顶点。优选地，对于每个透镜阵列4a和4b，在输入侧小透镜5和输出侧小透镜6之间存在成对关联，使得每个输入小透镜5将相应区段12a和12b的入射光沿着y方向准直到相关联的输出小透镜6中。将在y中延伸更大的输入小透镜5准直到在y中较小的输出小透镜6造成散度的增加，并且在相反的情况下，实现在y方向上散度的减小。输出小透镜6位于输入小透镜5的焦平面中。因此，实现了
Figure BDA0003011402050000051
照明。
微光学器件的中央区段(4c)由在行进方向上生成最大发光强度的不规则矩形小透镜的串联阵列以及明/暗边界或弯头18的倾斜部分组成，如图3中所示。输入阵列和输出阵列在水平方向上各自具有恒定但不同的小透镜尺寸和距离：各个阵列通道的光轴的水平方向与用于相应阵列通道的光源的水平照射方向对应。因此，输出阵列的小透镜7的水平距离或节距大于输入阵列的小透镜9的水平距离或节距。
在竖直方向上，输入阵列具有不同的小透镜尺寸。输入小透镜的孔可以相对于对应的输出小透镜偏心。为了在这种情况下也实现
Figure BDA0003011402050000052
照明，然后将输入小透镜配置为偏心的透镜片段，从而始终将光源映射在相关联的输出小透镜的中央。输出阵列具有宽度和高度恒定的矩形小透镜孔。但是，为了实现期望的远场分布，小透镜在这里也可以被形成为偏心透镜片段。
埋在输入小透镜9下方的孔结构8的边界通过输出小透镜7作为明/暗边界映射到道路上。这种操作模式与映射到无穷远的多通道投影仪对应。有关更多细节，参考[3]。
换句话说，第二中央透镜阵列4c也可以被配置为具有入射侧小透镜9和出射侧小透镜7的蜂窝聚光器。在这种情况下，在水平线x上，与入射光锥12的光在那个方向x上的散度对应，出射侧小透镜7的蜂窝间透镜距离可以比用于入射侧小透镜9的大。形成中央透镜阵列4c的蜂窝聚光器是二维蜂窝聚光器，其在入射侧具有二维的蜂窝透镜或小透镜9的阵列，并且在出射侧具有对应的二维的蜂窝透镜或小透镜7的阵列。再次，小透镜7和9之间可以成对或一对一的分配：每对输入小透镜7和输出小透镜9形成通道，输入小透镜9将入射光准直到相应的输出小透镜上。因此，获得了
Figure BDA0003011402050000053
照明。输出小透镜7的阵列可以在x和y上是规则的，即，输出侧小透镜可以具有矩形透镜孔，该矩形透镜孔连续地联接以布置为等宽的列和等宽的行。如图3中所示，输出侧小透镜7可以具有居中的透镜孔，但是存在一种替代方案，根据该替代方案，它们具有偏心的透镜孔。出射侧小透镜7位于入射侧小透镜9的焦距内，反过来也适用，即，入射侧小透镜9位于出射侧小透镜7的焦平面内。孔阵列8的孔区段也位于这个平面中。孔边缘被出射侧小透镜7映射到无穷远，以在那里定义弯头16。
中央区段的替代实现方式也有可能不具有掩埋孔而具有不规则输入小透镜9，其轮廓与弯头的几何形状-或图3的孔结构对应。图4示出了对应的实现。
换句话说，图4示出了一种替代方案，根据该替代方案，有可能省略孔8。在此，通过以非矩形方式构造入射侧小透镜的透镜孔来实现弯头18。特别地，入射侧小透镜9的透镜孔的底边缘被形成为使得当这些下部透镜边缘被对应的出射侧小透镜7映射到无穷远时它们限定弯头18。没有孔不仅允许光输出最大化，而且由于减少的热输入，还允许透镜阵列4c由耐热性较小的材料(诸如塑料)制成。
所描述的照明系统可以单独集成到汽车头灯中，或者可以由几个子模块组成以实现所需的发光强度。
与常规系统相比，作为用于光束成形的多孔系统的微光学实现方式允许大幅减小安装长度。由于孔仅位于中央区域，而孔也仅占最小面积，因此与[1]相比，所提出的设计使得能够提高孔阵列的透射率并降低其热负荷。
所示的近光可以被用作机动车辆近光，或生成用于头灯的任何远场分布。
因此，上述实施例尤其包括近光，该近光例如具有：在z方向上或沿着光束方向减小的安装长度，由光束成形光源以及后续的光束成形光学器件组成，该光束成形光学器件由彼此水平相邻布置的三个不规则微透镜阵列组成，它们各自照亮右侧、左侧和行进方向上的区域。串联阵列构造是可能的。光源的光束成形可以包括在竖直方向上的准直。光源的光束成形可以包括通过非球面镜和后续的圆柱透镜准直器在水平方向上的散度减小和在竖直方向上的准直。特别地，可以通过所示的非球面镜和非圆柱准直器来实现光束成形。但是，通过非球面镜和环形准直器的光束成形也是可能的。两个外部透镜阵列可以被形成为不规则圆柱透镜阵列。两个外部透镜阵列的小透镜的完全相同的构造是可能的，其中输出阵列相对于输入阵列的竖直偏心度不同。两个外部透镜阵列也可以被配置为具有矩形小透镜的不规则透镜阵列，其中输出阵列的小透镜的水平距离大于输入阵列的小透镜的距离。有可能将中央透镜阵列配置为矩形小透镜的不规则阵列，其中输出阵列的小透镜的水平距离可以大于输入阵列的小透镜的水平距离。在这种情况下，埋在输入阵列下方的孔阵列可以通过输出阵列将其映射来生成明/暗边界的中央区域。借助于适当地轮廓化的输入小透镜并映射这些小透镜轮廓，还可以在没有孔的情况下生成明/暗边界的中央区域。透镜阵列可以作为串联阵列生成。将三个串联阵列实现为在公共基板上的单片元件是可能的。
文献
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Claims (18)

1.一种近光头灯，包括
光源布置(10)，用于生成光的光锥(12)，所述光锥在第一横向方向(y)上的散度小于在垂直于所述第一横向方向的第二横向方向(x)上的散度；
第一透镜阵列、第二透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b，4c)，沿着所述第二横向方向(x)彼此相邻布置，以便在输入侧被在所述第二横向方向上彼此相邻布置的所述光锥(12)的片段(12a，12b，12c)中的相关联片段照射，并且在输出侧输出具有相对于所述光锥(12)改变的发光强度角分布的近光(102)。
2.根据权利要求1所述的近光头灯，用于安装在机动车辆中，从而所述第二横向方向(x)与水平线对应。
3.根据权利要求1或2所述的近光头灯，其中所述光源装置(10)包括在所述第一横向方向和第二横向方向(y，x)上发散地辐射的光源(1)以及用于对来自所述光源(1)的发散光进行准直的准直器(3)，准直度在所述第一横向方向(y)上相对于所述第二横向方向(x)增加。
4.根据权利要求3所述的近光头灯，其中所述光源装置(10)包括在光源(1)和准直器(3)之间的用于预准直的非球面透镜(2)。
5.根据权利要求3或4所述的近光头灯，其中所述准直器(3)包括圆柱透镜准直器或非圆柱准直器或环形准直器。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的近光头灯，其中所述光源装置(10)被配置为使得所述光锥(12)的光包括在所述第二横向方向(x)上比所述第一横向方向(y)上的散度大超过10倍。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的近光头灯，其中所述第二透镜阵列(4c)布置在所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)之间，并且所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)被配置为圆柱透镜阵列，从而对于所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)中的每个透镜阵列，照射所述相应透镜阵列(4a，4b)的所述光锥(12)的所述片段(12a，12b)在所述输出侧照亮所述近光(102)的与所述相应片段(12a，12b)沿着所述第二横向方向(x)的直线延伸对应的区段(14a，14b)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的近光头灯，其中所述第二透镜阵列(4c)布置在所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)之间并且所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)中的每个透镜阵列被配置为具有入射侧圆柱蜂窝透镜和出射侧圆柱蜂窝透镜(5，6)的蜂窝聚光器。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的近光头灯，其中所述第二透镜阵列(4c)布置在所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)之间并且所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)中的每个透镜阵列被配置为蜂窝聚光器，所述蜂窝聚光器包括沿着所述第一横向方向延伸的输入侧圆柱蜂窝透镜(5)的第一一维阵列和沿着所述第一横向方向延伸的出射侧圆柱蜂窝透镜的第二一维阵列。
10.根据权利要求9所述的近光头灯，其中所述入射侧圆柱形蜂窝透镜(5)的布置相对于所述出射侧圆柱形蜂窝透镜(6)在所述第一横向方向(y)上的相互偏移量对于所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)而言关于透镜孔和/或透镜顶点有所不同，从而使照射所述第一透镜阵列(4a)的所述光锥(12)的所述片段(12a)在所述第一横向方向(y)上的发光强度角分布的变化不同于照射所述第三透镜阵列(4b)的所述光锥(12)的所述片段(12b)在所述第一横向方向(y)上的发光强度角分布的变化。
11.根据权利要求10所述的近光头灯，其中，对于所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)，所述出射侧圆柱蜂窝透镜(6)具有在所述第一横向方向(y)上彼此相等尺寸的透镜孔并且布置为彼此之间具有恒定的重复距离。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的近光头灯，其中所述第二透镜阵列(4c)布置在所述第一透镜阵列和第三透镜阵列(4a，4b)之间，并且被配置为具有入射侧蜂窝透镜和出射侧蜂窝透镜(7，9)的蜂窝聚光器，其中所述出射侧蜂窝透镜(7)在所述第二横向方向上的蜂窝透镜间距离比所述入射侧蜂窝透镜(9)在所述第二横向方向上的蜂窝透镜间距离大。
13.根据权利要求12所述的近光头灯，其中所述第二透镜阵列(4c)的所述蜂窝聚光器包括从所述光源布置观察时埋在所述入射侧蜂窝透镜(9)后面的孔阵列(8)，其通过所述出射侧蜂窝透镜(7)的映射在所述近光(102)的中央部分(14c)中产生明/暗边缘(18)。
14.根据权利要求12所述的近光头灯，其中所述第二透镜阵列(4c)的所述蜂窝聚光器被配置为不具有孔。
15.根据权利要求12所述的近光头灯，其中所述第二透镜阵列(4c)的所述蜂窝聚光器被配置为不具有孔，并且使得所述入射侧蜂窝透镜(9)的透镜边缘通过所述出射侧蜂窝透镜(7)的映射在所述近光(102)的中央部分(14c)中产生明/暗边缘(18)。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的近光头灯，其中
在通过所述光锥(12)的所述片段(12a)照射所述第一透镜阵列(4a)而被照亮的第一部分(14a)中的所述近光(102)的发光强度角分布包括，在通过所述第一透镜阵列(4a)的所述第一横向方向(y)上，在所述第二横向方向(x)上延伸的第一明/暗边缘(16)，
在通过所述光锥(12)的所述片段(12b)照射所述第三透镜阵列(4b)而被照亮的第二部分(14b)中的所述近光(102)的发光强度角分布包括，在通过所述第三透镜阵列的所述第一横向方向(y)上，在所述第二横向方向上延伸的第三明/暗边缘(16)，其在所述第一横向方向(y)上具有与所述第一明/暗边缘(16)不同的位置，
在通过所述光锥(12)的所述片段(12c)照射所述第二透镜阵列(4c)而被照亮的第三部分(14c)中的所述近光(102)的发光强度角分布包括，在通过所述第二透镜阵列(4c)的所述第一横向方向(y)上，相对于所述第一横向方向和第二横向方向(x，y)倾斜地延伸并且从所述第一明/暗边缘伸展到所述第三明/暗边缘的第二明/暗边缘(18)。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的近光头灯，其中所述第一透镜阵列、所述第二透镜阵列和所述第三透镜阵列单片地形成在公共基板上。
18.一种具有根据前述权利要求中的任一项所述的近光头灯的机动车辆。
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