JP2010186827A - 光源駆動装置および光源駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の光源を個別にまたはブロックごとに輝度制御可能であり、回路構成を簡略化し電力消費を抑制すること。
【解決手段】半導体光源101−1〜101−Kは、並列接続されている。PWM回路104−1〜104−KおよびSW回路103−1〜103−Kは、半導体光源101−1〜101−Kの駆動を個別に制御する。加算回路105は、半導体光源101−1〜101−Kの駆動電流を個別に指定する電流指令値N1〜NKを加算する。電流源102は、半導体光源101−1〜101−Kの共通電源として設けられ、半導体光源101−1〜101−Kの駆動電流を、電流指令値N1〜NKの加算の結果に応じて供給する。
【選択図】図1
【解決手段】半導体光源101−1〜101−Kは、並列接続されている。PWM回路104−1〜104−KおよびSW回路103−1〜103−Kは、半導体光源101−1〜101−Kの駆動を個別に制御する。加算回路105は、半導体光源101−1〜101−Kの駆動電流を個別に指定する電流指令値N1〜NKを加算する。電流源102は、半導体光源101−1〜101−Kの共通電源として設けられ、半導体光源101−1〜101−Kの駆動電流を、電流指令値N1〜NKの加算の結果に応じて供給する。
【選択図】図1
Description
本発明は、光源駆動装置および光源駆動方法に関する。
最近、ディスプレイのバックライトその他照明アプリケーション用に半導体光源が利用されている。半導体光源には、半導体レーザ(LD:Laser Diode)および発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などがある。半導体光源の発光輝度は、駆動電流の大きさに依存する。このため、半導体光源は、安定的な点灯のために定電流で駆動するのが一般的である(定電流制御)。この定電流制御によって、制御中の各種変動(電源電圧の変動や負荷の変動など)に対して、半導体光源に流れる電流を一定に制御することができる。
図6は、半導体光源を定電流制御するために従来一般的に使用されている半導体光源駆動装置の構成を示すブロック図である。この半導体光源駆動装置は、電流制御ループを用いる定電流駆動回路である。単体のまたは直列接続された複数の半導体光源1の一端には、この半導体光源1に流れる電流を検出する電流検出回路3が設けられている。半導体光源1に定電流を流すために、電流検出回路3の出力は電圧制御回路4へ送られ、電流指令値と比較され、比較結果に応じて電圧源2が制御される。具体的には、電圧源2は、バッテリなどの供給電源5と、供給電源5からの直流電力をDC/DC変換するための降圧式または昇圧式のスイッチング方式などのDC/DCコンバータ6と、LC(インダクタとキャパシタ)などの平滑回路7とで構成されている。電圧制御回路4は、電流検出回路3の出力と電圧指令値との比較結果に応じて、DC/DCコンバータ6を制御する。DC/DCコンバータ6の出力電圧は、平滑回路7で所望のDC電圧値に設定されて半導体光源1へ供給される。こうして負帰還の閉ループ電流制御が行われる(例えば特許文献1参照)。
このように構成された負帰還閉ループCLでは、半導体光源1に流れる電流値が所望の電流値よりも大きい場合は、DC/DCコンバータ6内のスイッチング素子のゲートにオン期間の幅の狭いパルス状の方形波電圧が供給される。これにより、半導体光源1に供給される平滑化された電圧が低くなり、半導体光源1の電流が小さくなる。逆に、半導体光源1に流れる電流値が所望の電流値よりも小さい場合は、スイッチング素子のゲートにオン期間の幅の広いパルス状の方形波電圧が供給される。これにより、半導体光源1に供給される平滑化された電圧が高くなり、半導体光源1の電流が大きくなる。このような負帰還閉ループ電流制御により、電流検出回路3の出力値が電流指令値と同じになるような所望の定電流が半導体光源1に流れ、安定状態が形成される。
特開2007−134430号公報
しかしながら、上記従来の光源駆動装置において、複数の半導体光源1が直列に接続されている場合には、全ての半導体光源1の電流値は同一となり、個々の半導体光源1を独立に任意の輝度に制御することができない。バックライト光源として半導体光源を用いる液晶表示装置では、映像信号に連動して部分的に輝度を変える制御が行われることがある(一般にはローカルディミングやエリア制御などと呼ばれている)。このような制御に図6の半導体光源駆動装置を適用する場合には、図7に例示するように、複数の半導体光源駆動装置を用いる必要がある。なお、図7の例では、24個の半導体光源が用いられ、6個の光源ブロック11a〜11fのそれぞれにおいて4個の半導体光源が直列接続されている。ここでは、輝度制御をブロックごとに行うことは可能である。しかしながら、各ブロックにおいて直列接続された4個の半導体光源については、駆動電流を個別に制御することができないので、半導体光源ごとの個別の輝度制御は不可能である。また、24個の半導体光源を用いていながら、6ブロックしか形成することができず、よって、エリア制御においては最大で6エリア(例えば図8参照)までしか対応することができない。より多数のエリアに対してエリア制御を行うにはより多数の半導体光源ブロックを用いる必要がある。
図9は、個々の半導体光源21a〜21xの駆動電流を個別に制御し、ひいては半導体光源21a〜21xの輝度を個別に制御し得る構成の例を示す。この構成は、24個の半導体光源を用いて24ブロックを形成することができ、よって、エリア制御においては最大で24エリア(例えば図10参照)まで対応することができる。つまり、より多数のエリアに対するエリア制御に適している。
図9の構成は、図7の構成に比べて、1個の電圧源22を共通電源として用いて実現される点で有利である。しかしその代わりに、図9の構成は、半導体光源21a〜21xの電流を個別に制御するためにそれぞれの電流値をフィードバックする電流制御回路24a〜24xを備える必要がある。
そして、図9の構成では、半導体光源21a〜21xの個数と同数の電流制御回路24a〜24xが必要となり、したがって、半導体光源の個数が多くなると複雑で大掛かりな構成となりコストが増大する。また、電流検出回路23a〜23xとしては抵抗を用いるのが一般的であるため、そこを流れる電流値に応じて電力損失が発生する。図9の構成では、半導体光源21a〜21xの個数と同数の電流検出回路23a〜23xが用いられるため、半導体光源の個数が多くなると電力損失が増大し、効率が低下する。さらに、電流制御回路24a〜24xはその両端の電圧を加減して半導体光源21a〜21xに加わる電圧を制御するので、電流制御回路24a〜24xでも、そこを流れる電流値に応じて電力損失が発生する。上記のとおり半導体光源21a〜21xの個数と同数の電流制御回路24a〜24xが用いられるため、半導体光源の個数が多くなると電力損失が増大し、効率が一層低下する。
つまり、半導体光源の個数が同数であることを前提とすると、直列接続する半導体光源の個数を増やしてブロック数を減らすと電流検出回路での消費電力が減少するが、エリア制御できるエリア数が減少する。一方、直列接続する半導体光源の個数を減らしてブロック数を増やすとエリア制御できるエリア数が増加するが、電流検出回路と電流制御回路での消費電力は増大する。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、複数の光源を個別にまたはブロックごとに輝度制御可能であり、回路構成を簡略化し電力消費を抑制することができる光源駆動装置および光源駆動方法を提供することを目的とする。
本発明の光源駆動装置は、並列接続された複数の光源と、前記複数の光源の駆動を個別に制御する駆動制御部と、前記複数の光源の駆動電流を個別に指定する複数の指令値を加算する加算部と、前記複数の光源の共通電源として設けられ、前記複数の光源の駆動電流を、前記加算の結果に応じて供給する電流源と、を有する構成を採る。
本発明の光源駆動方法は、並列接続された複数の光源と、前記複数の光源の駆動を個別に制御する駆動制御部と、前記複数の光源の共通電源として設けられた電流源と、を有する光源駆動装置により実行される光源駆動方法であって、前記複数の光源の駆動電流を個別に指定する指令値を加算する加算ステップと、前記電流源から前記複数の光源に供給される駆動電流を、前記加算の結果に応じて制御する制御ステップと、を有するようにした。
本発明によれば、複数の光源を個別にまたはブロックごとに輝度制御可能であり、回路構成を簡略化し電力消費を抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光源駆動装置としての半導体光源駆動装置の構成を示すブロック図である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る光源駆動装置としての半導体光源駆動装置の構成を示すブロック図である。
図1において、半導体光源駆動装置は、K個(Kは2以上の整数)の半導体光源101−1〜101−K、電流源102、K個のスイッチング(SW)回路103−1〜103−K、K個のパルス幅変調(PWM)回路104−1〜104−Kおよび加算回路105を有する。
半導体光源101−1は、1つのブロックを形成する単体のまたは直列接続されたLDまたはLEDなどの光源である。半導体光源101−2〜101−Kも同様である。半導体光源101−1〜101−Kは互いに並列接続されている。
電流源102は、半導体光源101−1〜101−Kの共通電源として設けられている。電流源102は、後述する電流源電流指令信号に応じて、半導体光源101−1〜101−Kの駆動電流を制御する。制御された駆動電流は、電流源102から半導体光源101−1〜101−Kに供給され、これにより半導体光源101−1〜101−Kが駆動される。
PWM回路104−1〜104−Kは、電流指令値N1〜NKを振幅値で表す信号を入力し、入力信号をPWMすることによりPWM信号を生成し、生成されたPWM信号をSW回路103−1〜103−Kおよび加算回路105に供給する。
なお、電流指令値N1〜NKは、個々の半導体光源101−1〜101−Kの平均駆動電流を制御して個々の半導体光源101−1〜101−Kを所望の輝度で発光させるために、半導体光源101−1〜101−Kに対して個別に指定される値である。よって、電流指令値N1〜NKは、個々の半導体光源101−1〜101−Kについて指定された平均駆動電流の値またはそれに対応する値を示すものである。
SW回路103−1〜103−Kはそれぞれ、例えば電界効果トランジスタから構成され、半導体光源101−1〜101−Kに直列接続されている。SW回路103−1〜103−Kは、PWM回路104−1〜104−Kから供給されるPWM信号に従ってオンオフ動作を行うよう駆動され、これにより半導体光源101−1〜101−Kをパルス駆動させる。
PWM回路104−1〜104−KおよびSW回路103−1〜103−Kの組合せは、半導体光源101−1〜101−Kの駆動を個別に制御する駆動制御部を構成する。
加算部としての加算回路105は、電流指令値N1〜NKの加算結果を取得する。具体的には、加算回路105は、PWM回路104−1〜104−Kから供給されるPWM信号の瞬時レベルを重畳する加算器から構成されている。加算回路105は、PWM回路104−1〜104−Kから供給されるPWM信号の瞬時レベルを重畳することにより、PWM信号を加算する。PWM信号の加算結果として得られる電流源電流指令信号は、電流指令値N1〜NKの合計値を、振幅値とその持続時間との積の合計値で表す信号であり、加算回路105から電流源102に供給される。
以下、PWM信号の加算方法について、図2に示すように半導体光源などの個数Kが4である場合を例にとって説明する。図3は、PWM信号の加算方法を説明するための図である。
図3(a)において示されたパルスは、PWM回路104−1において電流指令値N1をPWMすることによって生成されSW回路103−1に供給されるPWM信号S1である。図3(b)において示されたパルスは、PWM回路104−2において電流指令値N2をPWMすることによって生成されSW回路103−2に供給されるPWM信号S2である。図3(c)において示されたパルスは、PWM回路104−3において電流指令値N3をPWMすることによって生成されSW回路103−3に供給されるPWM信号S3である。図3(d)において示されたパルスは、PWM回路104−4において電流指令値N4をPWMすることによって生成されSW回路103−4に供給されるPWM信号S4である。PWM信号S1〜S4の振幅値はいずれもVであるが、PWMキャリア周期TPERIODにおけるパルス幅は電流指令値N1〜NKに応じて調整される。
SW回路103−1は、PWM回路104−1から供給されるPWM信号S1に従って駆動される。このため、時刻t0から時刻t1まで、時刻t14から時刻t15まで、時刻t16から時刻t17まで、時刻t19から時刻t20までおよび時刻t23から時刻t24までの期間には、SW回路103−1はオン状態となって、駆動電流が半導体光源101−1に供給される。それ以外の期間には、SW回路103−1はオフ状態となって、半導体光源101−1への駆動電流供給が遮断される。
SW回路103−2は、PWM回路104−2から供給されるPWM信号S2に従って駆動される。このため、時刻t0から時刻t2まで、時刻t5から時刻t6まで、時刻t16から時刻t18まで、時刻t19から時刻t21までおよび時刻t23から時刻t25までの期間には、SW回路103−2はオン状態となって、駆動電流が半導体光源101−2に供給される。それ以外の期間には、SW回路103−2はオフ状態となって、半導体光源101−2への駆動電流供給が遮断される。
SW回路103−3は、PWM回路104−3から供給されるPWM信号S3に従って駆動される。このため、時刻t0から時刻t3まで、時刻t5から時刻t7まで、時刻t9から時刻t10まで、時刻t19から時刻t22までおよび時刻t23から時刻t26までの期間には、SW回路103−3はオン状態となって、駆動電流が半導体光源101−3に供給される。それ以外の期間には、SW回路103−3はオフ状態となって、半導体光源101−3への駆動電流供給が遮断される。
SW回路103−4は、PWM回路104−4から供給されるPWM信号S4に従って駆動される。このため、時刻t0から時刻t4まで、時刻t5から時刻t8まで、時刻t9から時刻t11まで、時刻t12から時刻t13までおよび時刻t23から時刻t27までの期間には、SW回路103−4はオン状態となって、駆動電流が半導体光源101−4に供給される。それ以外の期間には、SW回路103−4はオフ状態となって、半導体光源101−4への駆動電流供給が遮断される。
加算回路105は、PWM回路104−1〜104−Kから供給されるPWM信号S1〜S4の瞬時レベルを重畳することにより、電流源電流指令信号SCSを生成する。よって、電流源電流指令信号SCSの振幅値は、重畳されるPWM信号の瞬時レベルの総和に応じて可変となる。
したがって、k個(kは0≦k≦Kの整数)のPWM信号がオンの期間では、加算回路105から電流源102に供給される電流源電流指令信号SCSの振幅値はk・Vである(図3(e)参照)。この期間では、k個のSW回路がオンとなりそれ以外のSW回路はオフとなる。また、これに同期して電流源102がk・Vに応じた駆動電流の供給を行う。このとき導通状態となるk個の半導体光源のそれぞれには、PWM信号の振幅値Vに応じた駆動電流が供給される。
これにより、各半導体光源101−1〜101−Kには、電流指令値N1〜NKに応じた平均駆動電流が流れ、半導体光源101−1〜101−Kは、それぞれの平均駆動電流に応じた輝度で発光する。
このように、本実施の形態によれば、並列接続され個別にパルス駆動される半導体光源101−1〜101−Kの駆動電流を個別に指定する電流指令値N1〜NKを加算して、共通電源である電流源102から半導体光源101−1〜101−Kに供給される駆動電流を、電流指令値N1〜NKの加算の結果に応じて供給する。このため、半導体光源101−1〜101−Kに対して、個別に必要な駆動電流を個別に供給することができるので、半導体光源101−1〜101−Kの発光輝度を個別にまたはブロックごとに制御することができる。従来の半導体光源駆動装置では、電圧源を使用していたため、光源ごとに電流検出回路を設ける必要があり、電流検出回路が有する抵抗に起因する電力損失が、不可避であった。これに対し、本実施の形態の半導体光源駆動装置では、従来の半導体光源駆動装置とは異なり、電流検出回路を光源ごとに設ける必要がないので、電力消費を抑制することができる。すなわち、半導体光源101−1〜101−Kを個別に最小電力で調光することができる。さらに、本実施の形態では電流制御回路を光源ごとに設ける必要もないので、回路構成を簡略化することができる。
また、本実施の形態によれば、駆動制御部は、電流指令値N1〜NKをそれぞれ表す複数の信号をPWMすることによりPWM信号S1〜SKを生成するPWM回路104−1〜104−Kと、半導体光源101−1〜101−Kにそれぞれ直列接続され、PWM信号S1〜SKでそれぞれ駆動されることにより半導体光源101−1〜101−Kをパルス駆動させるSW回路103−1〜103−Kと、を有する。このため、複数の半導体光源をパルス駆動する半導体光源駆動装置において上記作用効果を実現することができる。
なお、駆動制御部の構成を適宜変更することにより、複数の半導体光源をリニア駆動する半導体光源駆動装置においても上記作用効果を実現することができる。
また、本実施の形態によれば、加算回路105の入力端子は、SW回路103−1〜103−Kの制御入力端子と同様にPWM回路104−1〜104−Kの出力端子に接続されている。このため、加算回路105は、電流指令値N1〜NKの加算を、電流指令値N1〜NKから生成されてSW回路103−1〜103−Kのスイッチング制御に用いられるPWM信号S1〜SKを加算することによって行い、その結果として生成された電流源電流指令信号SCSを電流源102に供給する。したがって、SW回路103−1〜103−Kのスイッチング動作と電流源102からの必要な駆動電流の供給とを容易に同期化させることができる。
現実には、SW回路103−1〜103−Kの応答と電流源102の応答時間との差によるタイミングずれが発生することが想定されるが、次の(1)または(2)の方法にてこのタイミングずれに対応することが可能である。
(1)各SW回路103−1〜103−Kの応答と電流源102の応答とを揃える。:各SW回路103−1〜103−Kと電流源102のうちいずれか遅い方の応答に速い方の応答を合わせる。
(2)各SW回路103−1〜103−Kの応答を電流源102の応答よりも速くする。:いずれかのSW回路の応答が遅く電流源102の応答の方が速いと、先にオンしているいずれかの半導体光源に過大電流が流れてしまう可能性がある。よって、各SW回路103−1〜103−Kの応答を電流源102の応答よりも速くする必要がある。
なお、リニア駆動の場合は、加算回路105は、PWM信号S1〜SKを加算する代わりに、電流指令値N1〜NKそのものを加算する。この場合における構成例を図4に示す。図4に示す構成は、PWM回路104−1〜104−Kを削除し、SW回路103−1〜103−Kを、増幅回路106−1〜106−Kに置き換えている点で、図1に示した構成と相違している。
図4に示す構成において、電流指令値N1〜NKは、直接増幅回路106−1〜106−Kに供給され、各増幅回路106−1〜106−Kは、各電流指令値N1〜NKに相当する電流を半導体光源101−1〜101−Kに流そうとする。一方、加算回路105では、各電流指令値N1〜NKの加算が行われ、その結果として駆動電流の合計瞬時値が電流源102の電流指令値として算出される。これにより、各半導体光源101−1〜101−Kに電流指令値N1〜NKに相当する電流が流れる。このため、複数の半導体光源101−1〜101−Kをリニア駆動する半導体光源駆動装置において上記作用効果を実現することができる。
また、本実施の形態によれば、加算回路105は、PWM信号S1〜SKの瞬時レベルを重畳することによってPWM信号S1〜SKの加算を行う。このため、個別にパルス駆動されるK個の半導体光源101−1〜101−Kの駆動に必要かつ十分な電流の瞬時値をリアルタイムに取得することができる。
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2に係る光源駆動装置としての半導体光源駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態の半導体光源駆動装置は構成上、実施の形態1の半導体光源駆動装置と同様である。よって、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素に言及するときには、同一の参照番号を付すことにより、その構成要素についての詳細な説明を省略する。
図5は、本発明の実施の形態2に係る光源駆動装置としての半導体光源駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態の半導体光源駆動装置は構成上、実施の形態1の半導体光源駆動装置と同様である。よって、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素に言及するときには、同一の参照番号を付すことにより、その構成要素についての詳細な説明を省略する。
本実施の形態は、半導体光源101−1〜101−Kの光出力に基づいてPWM信号のパルス幅を調整する点で、実施の形態1と相違する。
具体的には、図5において、半導体光源駆動装置は、K個の光出力検出器201−1〜201−KおよびK個の光出力制御器202−1〜202−Kを有する。
光出力検出器201−1〜201−Kは、半導体光源101−1〜101−Kの近傍に配置され、半導体光源101−1〜101−Kの光出力、例えば発光輝度を検出する。
光出力制御器202−1〜202−Kは、光出力指令値M1〜MKを入力し、入力された光出力指令値M1〜MKと光出力検出器201−1〜201−Kによって検出された半導体光源101−1〜101−Kの光出力との差分に基づいて電流指令値N1〜NKを生成する。電流指令値N1〜NKは、実施の形態1と同様、PWM回路104−1〜104−Kの入力となる。
なお、光出力指令値M1〜MKは、個々の半導体光源101−1〜101−Kを所望の輝度で発光させるために、半導体光源101−1〜101−Kに対して個別に指定される値である。よって、光出力指令値M1〜MKは、個々の半導体光源101−1〜101−Kについて指定された所望の発光輝度の値またはそれに対応する値を示すものである。
上記構成により、PWM回路104−1〜104−Kは、各半導体光源101−1〜101−Kの平均光出力が光出力指令値M1〜MKと一致するようにPWM信号S1〜SKのパルス幅を調整することができる。
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成及び動作等についての説明は例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更及び追加が可能であることは明らかである。
本発明の光源駆動装置および光源駆動方法は、複数の光源を個別にまたはブロックごとに制御することに伴う電力消費を抑制する効果を有し、エリア制御を行うディスプレイ用バックライト装置において有用である。
101−1〜101−K 半導体光源
102 電流源
103−1〜103−K SW回路
104−1〜104−K PWM回路
105 加算回路
106−1〜106−K 増幅回路
201−1〜201−K 光出力検出器
202−1〜202−K 光出力制御器
102 電流源
103−1〜103−K SW回路
104−1〜104−K PWM回路
105 加算回路
106−1〜106−K 増幅回路
201−1〜201−K 光出力検出器
202−1〜202−K 光出力制御器
Claims (5)
- 並列接続された複数の光源と、
前記複数の光源の駆動を個別に制御する駆動制御部と、
前記複数の光源の駆動電流を個別に指定する複数の指令値を加算する加算部と、
前記複数の光源の共通電源として設けられ、前記複数の光源の駆動電流を、前記加算の結果に応じて供給する電流源と、
を有する光源駆動装置。 - 前記駆動制御部は、
前記複数の指令値をそれぞれ表す複数の信号をパルス幅変調することにより複数のパルス幅変調信号を生成する複数のパルス幅変調回路と、
前記複数の光源にそれぞれ直列接続され、生成された前記複数のパルス幅変調信号でそれぞれ駆動されることにより前記複数の光源をパルス駆動させる複数のスイッチング回路と、
を有する請求項1記載の光源駆動装置。 - 前記加算部は、前記加算を、生成された前記複数のパルス幅変調信号を加算することにより行う、
請求項2記載の光源駆動装置。 - 前記加算部は、生成された前記複数のパルス幅変調信号の瞬時レベルを重畳することにより、生成された前記複数のパルス幅変調信号を加算する、
請求項3記載の光源駆動装置。 - 並列接続された複数の光源と、前記複数の光源の駆動を個別に制御する駆動制御部と、前記複数の光源の共通電源として設けられた電流源と、を有する光源駆動装置により実行される光源駆動方法であって、
前記複数の光源の駆動電流を個別に指定する指令値を加算する加算ステップと、
前記電流源から前記複数の光源に供給される駆動電流を、前記加算の結果に応じて制御する制御ステップと、
を有する光源駆動方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009028899A JP2010186827A (ja) | 2009-02-10 | 2009-02-10 | 光源駆動装置および光源駆動方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2009
- 2009-02-10 JP JP2009028899A patent/JP2010186827A/ja active Pending
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