CN1902663A - 用于票据确认装置的反射式光传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于票据确认装置的简单和高效率反射式光传感器，它利用有外壳的非昂贵球形泡，该外壳对于光辐射是透明的。这个外壳的作用是光波导向器，可以返回反射的辐射到至少一个直接位于外壳透明底面以下的光电检测器。球形泡发射窄光束并放置成与票据表面相邻且与它垂直，从而照射该票据表面。利用球形外壳的凸透镜端面收集票据反射的光或发出的荧光，这个收集的辐射透射通过球形外壳到至少一个光电检测器。最好是，球形泡是发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及有光传感器装置的票据确认装置，当纸质票据移动通过光传感器时，可以测量它们的反射率和透射率。该传感器包含辐射发射器，可以引导反射的辐射到光电检测器。这个传感器还可用作普通的反射式传感器，用于检测有相对小空间关系的各种索引标记。
背景技术
自动售货机等中使用的票据(bill)确认装置通常利用各种式样的反射式传感器以得到插入票据的测量结果，用于确定它的真实性，面额和定位。通常，票据传输通过至少一个有发光二极管(LED)和光电检测器(光电二极管或光电晶体管)的光电传感器。
负面影响票据测量结果的一些因素包括：插入的票据有不同的面额，清洁度和质量；票据可能是折皱或弯曲的；和通道上票据的定位和倾斜可能有很大的不同。此外，LED的输出功率可能因老化和/或环境条件而变化。此外，LED光功率输出和检测器灵敏度有正常的生产变化，它可以导致有不同电流和电压要求的传感器，为的是可以有效地运行。为了部分地补偿这些因素，我们在很大的动态范围内采取光传感器的测量结果。若LED的功率和光电检测器的灵敏度是受限的，则应当提高光效率以改进传感器的性能。
在现有技术中，我们知道许多反射式光传感器的实施例。简单的传感器至少包括有相对宽空间图的一个光发射器和一个光检测器(USPatent 4,348,656；US Patent 4,628,194；US Patent 5,222,584；US Patent5,476,169；US Patent 5,692,067；US Patent 5,751,840；US Patent5,855,268；US Patent 5,889,883；US Patent 5,909,503；US Patent5,960,103)。这些传感器有低的光效率，且它们的输出信号强烈地取决于票据在通道上的定位和倾斜角。安装传感器所需的空间(足迹)略微大于发射器和检测器的总面积。
为了提高光效率，许多传感器以互相不同的角度安装发射器和检测器并覆盖到票据表面上(US Patent 4,041,456；US Patent 4,628,194；US Patent 4,973,851；US Patent 5,420,406；US Patent 5,467,405；USPatent 5,483,069；US Patent 5,918,960；US Patent 5,992,601；US Patent6,028,951；US Patent 6,073,744)。这些传感器需要特殊的光头，插座等。由于各种安装和传输路径，这些传感器的足迹远远大于发射器和检测器的总面积。即使利用这种更复杂的设计，这些传感器的输出信号强烈地取决于票据在通道上的定位和倾斜角。
除了多个LED和光电检测器以外，高级传感器还包含各种聚焦，光导向和反射元件，这些元件包括光纤“鱼尾”和分束器(US Patent5,308,992；US Patent 5,381,019；US Patent 5,616,915；US Patent6,044,952；US Patent 6,104,036；US Patent 6,163,036；US Patent6,188,080；US Patent 6,359,287；US Patent 6,392,863)。这些传感器是更复杂，更大和更昂贵，它要求特殊的光学部件，且在组装确认装置时往往要求其他的调整。这些高级传感器的输出信号仍然强烈地取决于票据在通道上的定位和倾斜角。
借助于有特殊透镜的LED和检测器阵列，或通过直接的电视图像或光束扫描，一些特殊的光传感器引导票据的扫描(US Patent4,179,685；US Patent 4,197,584；US Patent 4,293,776；US Patent6,363,164)。这种技术是昂贵的，且不适合于批量生产和利用。
由于票据倾斜，照射或观察，大部分现有技术的传感器可能在票据上产生一些光学阴影。
本发明的一般目的是提供一种简单的反射式空间有效传感器，它在票据检查和其他应用中有很高的光效率。
本发明可以克服上述现有技术传感器中的许多缺点。
发明内容
一种按照本发明用于检测票据真实性的确认装置，包括：票据通道；票据通道一侧的光检测装置和票据通道上的开孔，当票据移动通过传感器时用于引导辐射到该票据上并从该票据接收反射的辐射；用于处理光检测装置输出信号的装置，该装置产生评价信号。评价系统利用评价信号，并基于该信号作出票据真实性的预测。光检测装置在光辐射透明的外壳内包含球形发射器，而至少一个光电检测器放置成接收球形发射器发射和票据反射并返回到光电检测器的辐射，其中该辐射传输通过球形发射器的塑料外壳。
按照本发明的一方面，球形发射器最好是有塑料外壳的发光二极管装置。
按照本发明的另一方面，发光二极管装置的外壳包含面向票据通道的凸端面，它的作用是透镜，用于引导发射的辐射到票据上以及接收和引导入射到凸透镜的辐射通过外壳到达光电检测器。
在本发明的另一方面，塑料外壳有与光电检测器相邻的大致平坦透明基座，且光电检测器的位置是在该基座以下。
在本发明的另一方面，外壳的凸端面是与票据通道紧邻。
在本发明的另一方面，外壳的凸端面宽度大于凸端面与票据通道中心线之间的距离。
在本发明的另一方面，外壳的作用是光导向器，用于聚焦球形发射器发射并从票据反射的辐射到光电检测器上。
在本发明的另一方面，发光二极管是定向发射器，可以引导发射的辐射大致通过外壳的凸端面。
在本发明的另一方面，发光二极管设计成发射紫外光辐射。
在本发明的另一方面，确认装置在发光二极管基座与光电检测器之间包含紫外光吸收薄膜滤波器。
在本发明的另一方面，与外通道壁发光二极管部分相对的通道壁是由白色非发光材料制成。
在本发明的另一方面，光传感器包括白光发光二极管和至少两个光电检测器，它在发光二极管基座与所述光电检测器之间有带通或带阻彩色薄膜滤波器。
在本发明的另一方面，光传感器包括多色多芯片发光二极管，它至少有一个与发光二极管基座相邻的光电检测器。
在本发明的另一方面，光传感器包含有端部狭缝的不透明顶盖圆形所述发光二极管，用于条形码读出和票据边缘检测的端部狭缝。
此外，按照本发明的优选实施例，我们提供一种用于票据紫外光检查的方法，包括：借助于透明球形紫外发光二极管，垂直的窄光束照射部分的票据表面；和借助于发光二极管的凸端面，从照射的票据部分上收集镜面反射和漫反射紫外光和荧光；传输这个收集的光通过透明发光二极管到与所述发光二极管基座相邻的至少一个光电检测器；和利用在所述发光二极管基座与检测器之间的紫外光吸收滤波器，过滤所述透射的光；利用平面型PIN光电二极管检测透射的光；和处理输出的光信号，用于票据的识别和确认。
此外，按照本发明的优选实施例，我们提供一种用于同时评价票据光学特性的方法，包括：借助于有凸端面透明球体的白光发光二极管，垂直的窄光束照射部分的票据表面；和利用发光二极管的凸端面，从照射的票据部分上收集镜面反射和漫反射的光；传输收集的光通过透明发光二极管到与发光二极管基座相邻的光电检测器；和利用吸收和/或带通滤波器过滤透射的光；利用平面型PIN光电二极管检测和分别处理来自每个光电检测器的稳定和交替信号分量，用于票据的识别和确认。
此外，按照本发明的优选实施例，我们提供一种用于顺序评价票据光学特性的方法，包括：借助于透明球形多色多芯片发光二极管，垂直的窄光束顺序照射有各种颜色光的部分票据表面；和借助于发光二极管的凸端面，从照射的票据部分上收集镜面反射和漫反射的光；传输收集的光通过发光二极管的透明体到与发光二极管基座相邻的光电检测器；和顺序检测和处理所述各种颜色的光分量，用于票据的识别和确认。
此外，按照本发明的优选实施例，我们提供一种用于条形码读出和票据边缘检测的方法，包括：通过不透明发光二极管盖板上的狭缝，垂直的窄光束照射分开的条形码或票据边缘；和借助于发光二极管的凸端面，从通过所述狭缝的照射表面上收集镜面反射和漫反射的光；传输收集的光通过透明发光二极管到与发光二极管基座相邻的光电检测器；利用平面型光电检测器检测透射的光；和处理来自光电检测器的交替光信号分量，用于条形码的识别和票据边缘位置的检测。
在运行时，有窄图的发光二极管放置成与票据表面垂直并与它紧邻，用于照射部分的票据。票据表面的照射部分实际上是与发光二极管发射的光束尺寸相等。沿特定方向的反射光功率是与票据表面的镜面反射系数和漫射性质成正比。票据包含镜面反射面和漫反射面部分，而材料性质主要是漫射的。利用高度反射式装置，例如，塑料闪耀全息图，金属化标记和细丝，可以产生镜面反射的区域。此外，在利用紫外光照射时，票据(基片和/或染料)往往发射某个波长(或几个波长)的荧光。为了得到被检查票据的良好光学信息，应当收集从被照射票据表面输出的所有光分量。在垂直照射时，镜面反射光是沿完全相反的方向传播，而荧光分量是较均匀地传播(一般地说，按照所谓的余弦定律)。由于发光二极管与票据之间很小的间隙，利用发光二极管的凸端面收集从被照射票据表面输出的大部分光，并通过透明的发光二极管传输到光电检测器。利用这种装置，发光二极管用作全反射光导向器和收集器，不需要其他附加的光学元件。这种装置对于通道上票据的振动和倾斜有低的灵敏度，其倾斜角可以是最大的发光二极管孔径(通常是8°-12°)，其原因是垂直于票据的光功率在这个角孔径内有很小的变化。此外，由于窄的发光二极管孔径，入射到票据表面上的环境光对于票据测试也是不重要的。
利用位于透明发光二极管基座以下的宽带和选择性光电检测器，可以检测通过发光二极管的透射光。低成本薄膜带通或吸收型带阻滤波器与硬件/软件减法结合使用可以从被检查的票据上得到整体强度和分开的彩色(包括紫外光反射)信号。
利用有端部狭缝的不透明顶盖圆形发光二极管与它的窄图和交替信号分量处理的结合，可以提供稳定的对比度信息，用于条形码的读出和票据边缘的检测。
现在参照附图作为例子描述本发明的几个实施例。
附图说明
以下的附图中展示本发明的优选实施例，其中：
图1是用于票据紫外光测试的光传感器放大侧视图；
图2是用于条形码读出和票据边缘检测的光传感器分解放大透视装配图；
图3是紫外光传感器中用于信号处理的硬件方框图；
图4是图1实施例中真票据紫外光扫描的典型信号；
图5是图1实施例中伪票据紫外光扫描的典型信号；和
图6是图2实施例中条形码扫描的典型信号。
具体实施方式
图1所示的光传感器2用于发射辐射以照射票据12。票据的表面特性可以改变从该票据反射并返回到光传感器的辐射。票据12传输通过由外侧壁13和透明壁11确定的票据通道20。
光传感器2有发光二极管(LED)4，它放置在票据通道20的一侧并与透明壁11紧邻。发光二极管4有基本圆柱形部分的透明外壳6，圆柱形部分终止在凸透镜部分10的一端并通过准平面基座闭合在另一端。透明外壳6最好是塑料或其他透明材料制成。LED 4产生的辐射传输通过塑料外壳。大致在外壳内的中心是发光芯片16，该芯片大致是在非透明凹座18的中心。发光芯片16通过一对引线18连接到电源。来自发光芯片16的辐射大致以平行的方式传输通过塑料外壳6的凸透镜10。LED 4产生的辐射大致通过LED的端面并产生窄辐射光束以照射票据12。LED产生的辐射入射到票据上，并从票据的表面上反射，它与票据的特性有关。这种反射辐射的一部分入射到LED的凸透镜10并传输通过，它被引导到LED的基座14并通过该基座到达位于LED基座外部的光电检测器25和26。
根据以上所述，我们可以理解，LED外壳的作用是光导向器，用于引导从票据上反射的辐射到位于LED以下和之外的光电检测器，该辐射入射到LED塑料外壳的凸端面上。LED 4以及光电检测器25和26都安装在印刷电路板9上，而来自光电检测器的信号是由印刷电路板上的电路进行处理。
LED圆柱形壁8的直径是5mm的数量级，而LED产生的辐射大致是这个宽度，且它通常是以垂直的方式被引导到票据12的表面。票据12与LED凸端10之间的距离约为3.5mm。因此，我们可以知道，辐射光束相对于从LED到票据的距离是宽的。凸端10的作用是聚焦反射的辐射返回到光电二极管25和26。利用这种安排，照射票据表面并由此反射的大部分输出辐射被LED凸透镜收集并传输到光电检测器。通常我们可以发现，这种安排导致反射信号保持在更严格的容限内，即使通道中票据的位置，票据的状态和它的倾斜角发生变化。
我们发现，反射信号通常是在产生信号的60％至85％范围内。因此，当票据在通道上位移的距离达到2mm时，光信号的变化可以达到约30％。LED产生的辐射光束是相对狭窄，通常是在8度与12度之间。LED与票据接近的定位以及利用LED作为波导向器返回反射的辐射，它可以产生对通道上票据倾斜较不灵敏的信号。
图1中所示的实施例还包括在基座14与光电检测器之间的滤波器装置28。这个滤波器最好是紫外光吸收薄膜滤波器。利用这种装置，LED最好是5mm球形紫外光LED，例如，Roithner Lasertechnic出售的商标HUUV-5102L等产品。因此，票据12暴露在紫外光辐射下，票据的反射信号和任何光信号返回通过LED到达光电检测器25和26。光电检测器26接收整个信号，而光电检测器25接收的信号没有任何紫外光部分。
图1所示实施例在光电检测器26中产生这样一个信号，该信号是所有光辐射入射到检测器上的结果。与此对比，光电检测器25是去掉UV分量的类似信号。环境光也可以影响光电检测器，然而，光电检测器放置在LED以下以及LED的塑料外壳作为到光电检测器的光导向器可以减小与环境光相关的问题。此外，环境光通常是与票据通道20相关，而光传感器的结构可以使光电检测器远离通道。按照这种方式，光电检测器对通道上的环境光是不灵敏的。
光传感器2是在它自身有透明壁11的外壳内，而透明壁11构成部分的通道。这构成一种有印刷电路板和LED的模块，除了透明壁11以外，该模块通常是在非透明塑料制成的外壳内。光传感器的伸长形状可以有利地利用LED，它不但产生用于照射票据的辐射，而且还利用LED作为光导向器，用于引导反射的辐射到放置在LED以下的光电检测器。相对的通道壁13是由白色非荧光ABS塑料制成。当通道上没有票据时，从这个壁反射的信号用于设备的自校准。
图2是另一个实施例光传感器的透视图。光传感器100放置在有外侧壁113的票据通道120上与透明壁110相邻。票据112或其他文件上有条形码115。光传感器100包含印刷电路板107，在印刷电路板上安装光电检测器105。光电检测器105暴露在传输返回通过LED 101的反射辐射下。这个LED有透明外壳104，它是由圆柱形部分106，凸端部分108，和大致平面透明基座109构成。LED有它自身的光源111，它设计成引导辐射通过凸端108。连接器130和132支承光源111，该光源大致位于LED内中心位置并与它连接，从印刷电路板107上给它提供功率。
非透明遮挡板140覆盖LED的端面并有允许辐射传输通过的狭缝150。可以理解，一些辐射可能从顶盖的端壁142上反射，然而，这是返回到光电检测器105的一个恒定信号，而我们可以利用各种装置减小这个辐射分量。部分产生的辐射传输通过狭缝150并形成狭窄的辐射源，可以照射通过光传感器的条形码115中各个条纹。返回到光电检测器通过作为波导向器的LED 104和通过透明基座109到光电检测器的信号是按照条形码115发生变化。这种安排证明可以提供一个非常有效的装置，用于读出条形码和给出高质量的结果，它允许条形码在通道120内有各种可能的取向误差。可以理解，光传感器100和透明壁110可以集成为单个模块，该模块可以插入到确认装置或其他检测装置的票据通道壁上合适的端口。
图2的装置对于识别票据边缘也是有效的。这种装置特别适合于在票据移动通过传感器时检测票据的前缘和后缘。
在图2的实施例中，照射票据的光束有很小的发散角，因此，票据表面上光的发散性不超过0.3mm。LITE-ON Inc.生产的红光LEDLTL2F3VEKNT和HAMAMATSU Co.生产的IC光电检测器S7184或S7815可以用在条形码检测器中。
图3是用于处理处理紫外光传感器中信号的硬件方框图。在传输通过UV吸收滤波器4之后，从票据表面上反射的光10被光电二极管6(整体光检测器)和光电二极管5(可见光检测器)接收。正比于可见光强度的信号Uint是从放大器17的输出端口20射出。这个信号描述票据纸片和染料的荧光性质。正比于从票据上输出总光强的信号-(Uint+UUV)是从放大器18的输出端口射出到电阻加法器19。在输出端口21上的放大器17，18和加法器19中电阻R有相等转移常数条件下，我们得到的输出信号是1/2[Uint-(Uint+UUV)]＝-1/2UUV。这个信号描述票据表面的紫外光反射。来自输出端口20，21的信号用于处理器模块中进行票据的确认和鉴别。例如，很大值的Uint信号指出该票据可能是伪造的，即，在木质纸上的复制品。
图4是图1实施例中真票据紫外光扫描的典型信号Uint。扫描速度约为300mm/sec。点22指出票据前缘通过光传感器的时刻。点23指出票据后缘通过光传感器的时刻。点24的信号(通道上没有票据)是由照明光中蓝光分量从后壁13反射并从所有透明界面(每个界面约6％)反射光中产生的，即，LED与空气，空气与壁11，壁11与空气之间的界面。点24的信号用于设备自身的校准。点22与点23之间的信号Uint是由于票据纸片和染料荧光性以及照明光中蓝光分量的反射光造成。
图5是图1实施例中伪票据(与以上的真票据相似)紫外光扫描的典型信号Uint。扫描速度约为300mm/sec。点22-24的描述是与以上描述的相同。带25指出前缘和后缘票据边界的强荧光。带26指出水印区中纸片票据表面的强荧光。真票据和伪票据上的信号Uint有很大的不同，并可在处理器模块中容易地识别伪票据。
图6是图2实施例中条形码扫描的典型信号。不透明盖板14中的狭缝15是5mm长和0.4mm宽。扫描速度约为300mm/sec。这个装置提供良好的空间分辨率，其中各条纹的间距和宽度小于0.5mm。
此处，本发明的描述是在钞票应用的语境下，它可用于验证装置，自动现金机器或其他票据处理装置，用于银行，邮局，超市，赌场或运输业。然而，应当理解，此处展示和描述的实施例还可用于检查其他物体，特别是平坦的物体，例如，卡片，胶片，纸片和绘画。检查装置可以是固定或便携式装置，电池充电或通过与电源插座的连接供电。
应当理解，为了简化，本发明的各个特征是在分开的实施例语境下描述的，但是这些特征也可以组合在单个实施例中。相反地，本发明的各个特征是在单个实施例语境下描述的，但是这些特征也可以是分开或任何合适的组合。
虽然我们详细地描述本发明的各个优选实施例，专业人员应当知道，在不偏离本发明精神下或在所附权利要求书的范围内，可以对这些优选实施例作各种变化。
Claims (21)
1.一种用于评定票据真实性的确认装置，包括：
票据通道，
所述通道一侧的光检测装置和所述通道上的开孔，当票据移动通过所述传感器时，用于引导辐射到所述票据并从所述票据接收反射的辐射，
用于处理所述光检测装置输出信号并产生评价信号的装置，和
评价系统，该系统利用所述评价信号和基于该信号作出票据真实性的预测；
所述光检测装置在光辐射透明的外壳内包含辐射发射器，和至少一个光电检测器，用于接收所述辐射发射器发射和票据反射并在传输通过所述外壳之后返回到所述光电检测器的辐射。
2.按照权利要求1的确认装置，其中所述辐射发射器和外壳是发光二极管装置。
3.按照权利要求2的确认装置，其中所述外壳包含面向所述票据通道的凸端面，凸端面的作用是透镜，用于引导发射的辐射到所述票据并接收和引导入射到所述凸端面的反射辐射通过所述外壳到所述光电检测器。
4.按照权利要求3的确认装置，其中所述外壳有与所述光电检测器相邻的大致平坦底部，且所述光电检测器放置在所述平坦底部以下。
5.按照权利要求4的确认装置，其中所述外壳的所述凸端面紧邻所述票据通道。
6.按照权利要求5的确认装置，其中所述外壳的所述凸端面宽度大于所述凸端面与所述票据通道中心线之间的距离。
7.按照权利要求1的确认装置，其中所述外壳的作用是光导向装置，用于聚焦所述辐射发射器发射并从所述票据反射到所述光电检测器的辐射。
8.按照权利要求2的确认装置，其中所述发光二极管是定向发射器，用于引导发射的辐射通过所述外壳的端部。
9.按照权利要求8的确认装置，其中所述发光二极管设计成发射紫外光辐射。
10.按照权利要求9的确认装置，还包括：位于所述发光二极管与所述光电检测器之间的紫外光吸收薄膜滤波器。
11.按照权利要求9的确认装置，其中与外通道壁上所述发射器部分相对的通道壁是由白色非发光材料制成。
12.按照权利要求8的确认装置，其中所述发光二极管设计成发射白光。
13.按照权利要求12的确认装置，还包括：放置在所述发光二极管与所述光电检测器之间的带通或带阻彩色薄膜滤波器。
14.按照权利要求8的确认装置，其中所述发光二极管设计成多色多芯片发光二极管。
15.一种有光检测装置的确认装置，所述光检测装置包括至少有一个与其底座相邻光电检测器的发光二极管，所述发光二极管有光透射外壳，它的作用是光导向器，用于引导在与所述光电检测器相对的所述外壳端面接收的辐射；
所述确认装置包含处理装置，用于处理所述光电检测器的输出信号。
16.按照权利要求15的确认装置，其中所述发光二极管在与所述光电检测器相对的外壳端部包含非透明遮挡板，所述遮挡板有允许细辐射光束传输通过的狭缝，并允许反射的辐射传输通过所述狭缝到所述外壳，用于引导到所述光电检测器。
17.按照权利要求16的确认装置，用于读出移动通过所述光检测装置的条形码。
18.一种票据紫外光检查方法，包括：
借助于透明体球形紫外发光二极管，垂直的窄光束照射部分的票据表面；
借助于作为透镜的所述发光二极管凸端面，从所述照射的票据部分上收集镜面反射和漫反射的紫外光和荧光；
传输所述收集的光通过发光二极管到放置在与所述发光二极管基座相邻的光电检测器；
利用在所述发光二极管与光电检测器之间的紫外光吸收滤波器过滤所述透射的光；和
处理所述光电检测器的输出信号，用于票据的识别和确认。
19.一种用于同时评价票据光学特性的方法，包括：
借助于有透明球体的白光发光二极管，产生垂直的窄光束照射部分的票据表面；
借助于发光二极管的凸端面，从照射的票据部分上收集镜面反射和漫反射的光；
传输所述收集的光通过发光二极管的透明体到放置在发光二极管基座以下的光电检测器；
利用吸收和/或带通滤波器过滤透射的光并利用光电检测器检测过滤的透射光；
分别处理来自每个光电检测器的稳定和交替光信号分量，用于票据的识别和确认。
20.一种用于顺序评价票据光学特性的方法，包括：
借助于有透明球体的多色多芯片发光二极管，垂直的窄光束顺序照射有多色光的部分票据表面；
借助于发光二极管的凸端面，从照射的票据部分上收集镜面反射和漫反射的光；
传输收集的光通过所述发光二极管的透明体到与所述发光二极管基座相邻的光电检测器；
顺序检测和处理所述多色光分量，用于票据的识别和确认。
21.一种用于检测基片或基片边缘上条形码的方法，包括：
利用有长透明球体的发光二极管产生单色光和仅仅传输部分的产生单色光通过狭缝，用于产生窄光束单色光；
沿大致垂直于窄光束单色光的方向移动基片以照射基片的表面；
从照射表面上收集镜面反射和漫反射光，该光传输通过所述狭缝和传输通过作为光导向器的所述透明球体；
借助于光导向器，引导收集的镜面反射和漫反射光到放置在与发光二极管基座相邻的光电检测器；和
处理从光电检测器交替输出的信号分量，用于条形码的识别或票据边缘位置的识别。
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