JPWO2017046945A1 - 光源装置及びそれを利用した照明器具と車両用灯具 - Google Patents

Abstract

視認性や注意喚起性が高く、低コストで製造可能で、かつ、高級感のある光源装置、それを利用した照明器具と車両用灯具を提供する。光源装置１０は、固体光源２３ａ、２３ｂと、固体光源２３ａ、２３ｂから出射された光を外部に出射する導光体１１とを備える。導光体１１は、少なくとも光を出射する第１の面１３ａ及び第１の面に対向して略平行な第２の面１３ｂを有し、第１の面１３ａ及び第２の面１３ｂには、それぞれピッチの異なる周期状の第１のテクスチャー１５及び第２のテクスチャー１６が形成されている。更に第２の面にはテクスチャー１６と略直交する第３のテクスチャー１７が配置される。第１のテクスチャー１５により生じる光の濃淡と第２のテクスチャー１６により生じる光の濃淡の干渉により、導光体１１の第１の面１３ａから出射する光にモアレ縞１９を発生させる。

Description

本発明は、線状もしくは面状の光源として利用可能な光源装置に関する。

例えば、壁面に取り付ける照明器具、更には、自動車等の移動体における車両用灯具として好適に利用可能な光源装置として、固体光源からの光を透明部材からなる導光体に入射させ、当該光を前記導光体の表面に形成した凹凸形状により散乱させることにより、当該導光体から光を取り出す構成は既に知られている。例えば、以下の特許文献１、２には、当該導光体に形成する凹凸形状を微細なパターンとすることにより、個々のパターンに起因する明暗模様を見えなくし、光源装置の見た目の質感や見栄えの向上を図るための技術が開示されている。

特開２０１４−２９８１９号公報 特開２０１３−１４３３０７号公報

しかしながら、個々の微細パターンに起因する明暗模様が見えない構成にすることにより、限定した評価基準上での光源装置の見栄えは向上するが、これでは発光分布が均一で平面的であり、静的にものになってしまう。そのため、特に、車両用の制動灯や情報表示灯としての使用を考えた場合には、その視認性や注意喚起を促す能力（以下、「注意喚起性」と言う）に乏しく、必ずしも十分な性能を発揮し得るものとは言えなかった。

特に、近年においては、従来製品との差別化を図るため、発光分布が均一で平面的であるよりも、むしろ、その視認性と共にその注意喚起性などに優れた発光特性を有する高級感のある照明器具や灯具が要求されてきている。

そこで、本発明は上述した従来技術における課題に鑑みて達成されたものであり、その目的は、視認性や注意喚起性が高く、低コストで製造が可能であり、かつ、高級感のある光源装置を、更には、それを利用した照明器具と車両用灯具を提供することにある。

上記の目的を達成するための一実施の態様として、本発明によれば、光源と、当該光源からの光を内部で伝搬して外部に出射する導光体とを備えた光源装置であって、前記導光体は、少なくとも光を出射する第１の面と、当該第１の面に対向して略平行な第２の面を有し、前記第１の面及び前記第２の面には、少なくともそれぞれピッチの異なる周期状の第１のテクスチャーと第２のテクスチャーとがそれぞれ形成されており、前記第１のテクスチャーと前記第２のテクスチャーにより生じる光の濃淡の干渉により、動的な表示と静的な表示とを含む表示を発生させる。

本発明によれば、視認性や注意喚起性が高く、低コストで製造が可能であり、かつ、高級感のある光源装置を、更には、それを利用した照明器具と車両用灯具を提供することが可能となるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例１に係る光源装置の主要部材である導光体の構造を示す斜視図である。 上記実施例１に係る光源装置の全体構造を示す斜視図である。 上記実施例１における導光体の第１のテクスチャー１５の形状を示す図である。 上記実施例１における導光体の第２のテクスチャー１６及び第３のテクスチャー１７の形状を示す図である。 上記テクスチャーに形成された文字の一例を示す図である。 上記第２のテクスチャー１６及び第３のテクスチャー１７の断面形状を示す図である。 本発明の実施例２における第２のテクスチャー２６及び第３のテクスチャー２７の構造を示す斜視図とその断面形状を示す図である。 上記第２のテクスチャー２６及び第３のテクスチャー２７による傾斜角の適正を示す導光体の一部拡大断面図である。 第１のテクスチャーと第２のテクスチャーとの干渉によるモアレ縞の発生の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の一実施例（実施例１）に係る光源装置のうち、その主要部材である導光体１１を示す斜視図であり、特に、図１（Ａ）には、当該導光体１１をその表面から見た斜視図を、そして、図１（Ｂ）には、当該導光体１１をその裏面から見た斜視図をそれぞれ示している。

これらの図からも明らかなように、導光体１１は、例えばＰＭＭＡ等の透光性の樹脂部材により、全体として長方形の板状の形状に成形された発光部１３を有しており、その長手方向の両端には略三角形状の光導入部１４ａ、１４ｂが形成され、その先端部には受光部（面）１２ａ、１２ｂが形成されている。また、発光部１３は、光の出射面（上側面）１３ａと、これに対向して略平行な対向面（下側面）１３ｂとを備えている。この発光部１３の出射面（上側面）１３ａには（図１（Ａ）を参照）、以下に詳述するテクスチャー１５が形成され、その対向面（下側面）１３ｂにも（図１（Ｂ）を参照）、以下に詳述するテクスチャー１６、１７が、更には、光源装置により表示される文字１８ａ〜１８ｄが形成されている。

図２は、上述した導光体１１をケース内に収納して、蓋部材に取り付けた状態の光源装置１０の斜視図を示しており、特に、図２（Ａ）は、導光体１１を、例えば、金属や樹脂で形成したケース２１内に収納した状態の光源装置１０を、そして、図２（Ｂ）は、更に、その上に、例えば、金属や樹脂で形成した上記の蓋部材２２を取り付けた状態の光源装置１０をそれぞれ示している。なお、図中の符号２３ａ、２３ｂは、それに限定されることはないが、例えば、半導体レーザ等を含む個体発光素子からなる固体光源を示しており、そして、符号２４ａ、２４ｂは、当該固体光源がそれぞれ搭載された基板を示している。

上述した導光体１１、及び、それを取り付けた光源装置１０の構成によれば、固体光源２３ａ、２３ｂから発生された光は、光導入部１４ａ、１４ｂを経ることにより効率良く導光体１１に伝搬され、その後、発光部１３から外部（図２の上方向）に向かって出射されることとなる。固体光源２３ａ、２３ｂは、それぞれ、基板２４ａ、２４ｂに搭載され、そして、導光体１１と共に、ケース２１内に収納されている。更に、ケース２１と蓋部材２２とは、ネジ（図示せず）により連結されることにより、導光体１１は、固体光源を搭載した基板２４ａ、２４ｂに対して固定する構造となっている。

図３は、上述した（第１の）テクスチャー１５の形状を示しており、特に、図３（Ａ）は、発光部１３の光出射側に形成されたテクスチャー１５の全体形状を、そして、図３（Ｂ）は当該テクスチャー１５の断面形状を示している。

発光部１３の出射面（上側面）１３ａ側に形成されるテクスチャー１５は、これらの図からも明らかなように、中央部で屈曲した形状（本例では、中央部が図の右側向かって突出するように傾斜した形状）を有しており、それぞれのテクスチャー１５は、後述するテクスチャー１６（即ち、対向面（下側面）１３ｂ側に形成されたテクスチャー１６）に対する相対角度はθ0が約５度となるように設定されている。

このように、以下に詳述する対向面（下側面）１３ｂ側の（第２の）テクスチャー１６に対する僅かなピッチ差を出射面（上側面）１３ａ側の（第１の）テクスチャー１５に設けることによれば、図９にも示す様に、光源装置１０の中央から左右に向かって「＜」字状、及び、「＞」字状に屈曲したモアレ縞（模様）１９を発生する構成を得ることが可能となる。なお、図９（Ａ）では、表示面の略中央部に「ＳＴＯＰ」の文字を表示した例（車両用灯具の例）、図９（Ｂ）及び（Ｃ）には、表示面の略中央部に「ＥＸＩＴ」や「ＤＯＯＲ」の文字を表示した例（公共施設等の屋内の案内用灯具の例）をそれぞれ示している。

即ち、上述の構成により発生したモアレ縞は、これを見る観察者の視点との相対距離や角度の変化等に伴って中央から左右に向かって移動するように見えることから、動的な表示面とすることが出来る。即ち、上述した光源装置１０によれば、従来の全体が静的な表示と比較し、その一部に動的な表示を含んだ表示、換言すれば、動的なモアレ縞の背景に文字が浮び上がって表示することによって、その視認性や注意喚起性にも優れた光源装置１０を実現することが可能となる。

なお、上述した相対角度θ0は、発生されるモアレ縞の形状により適宜に決定される。本実施例に示した矢印をイメージした屈曲したモアレ縞を形成するためには、θ0の範囲としては、概ね２度〜１０度の範囲が望ましい。

また、本実施例では、上記テクスチャー１５は、断面が凹状の溝により構成されており、そのピッチＰ１は略１ｍｍに設定されている。なお、このピッチの値は適宜に設定することが可能である。しかしながら、このピッチＰ１を０．１ｍｍより小さな値に設定した場合には、その加工精度が厳しくなり、かつ、加工時間が長くなるので好ましくない。またこれより大き過ぎる値にすると、溝の一本一本の視認性が向上して（良くなって）しまい、当該テクスチャー１５が、後に説明するテクスチャー１６との干渉によって生じるモアレ縞の視認の邪魔となってしまい、やはり、好ましくない。従って、その使用目的により想定される対象者と光源装置との間の距離において、視認性が低下する見かけの角度が１分（１／６０度）以下になるようなピッチを選択することが好ましい。

一例として、制動灯又は制動補助灯などの車両用灯具としての用途を考えた場合、通常の走行時における車間距離は、最低でも１０ｍ程度が必要となることから、テクスチャー１５のピッチＰ１を２．９ｍｍ以下（０．１ｍｍ〜２．９ｍｍの範囲）とすることによれば、前記条件である角度１分以下を満足することができる。

また、車両用灯具の一種である方向指示灯などの用途を考えると、対歩行者を想定しても、対象者と車との間の距離は５ｍ以上が想定されるので、テクスチャー１５のピッチＰ１を１．５ｍｍ以下（０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲）とすることにより、前記条件である角度１分以下を満足することができる。

更に、屋内での表示灯である照明器具を考えると、対象者と光源装置との間の距離は一般に２ｍ以上であることが想定されることから、テクスチャー１５のピッチＰ１を０．６ｍｍ以下にすることにより、前記条件である角度１分以下を満足することができる。

加えて、屋外での表示灯である照明器具を考えた場合には、対象者と光源装置との間の距離は概ね５ｍ以上であることが想定され、テクスチャー１５のピッチＰ１を１．５ｍｍ以下にすることにより、前記条件である角度１分以下を満足することができる。

続いて、導光体１１の発光部１３の対向面（下側面）１３ｂ側、即ち、発光部裏面１３ｂに形成された（第２の）テクスチャー１６を構成する溝の傾斜角θ１、θ２の値について述べる。即ち、前述したモアレ縞のコントラストを高くする条件、及び、導光体１１の発光部１３の出射面（上側面）１３ａ側、即ち、発光部表面１３ａからの出射光の正面輝度を高くする条件で検討を行った結果、θ１，θ２共に、４２±３度であることが好ましいことが分かった。

また、このテクスチャー１６の深さＤ１は、発光部１３の発光部表面１３ａの輝度分布均一性の観点から、光導入部１４ａ，１４ｂの近傍とたる端部においては浅く、中央部に向かって深くなるように設定することが好ましい。なお、本例では、光導入部１４ａ，１４ｂ近傍では０．０８ｍｍ、そして、中央部では０．１２ｍｍとなるように設定した。

図４には、上記発光部裏面１３ｂに形成するテクスチャー１６及びテクスチャー１７の形状が示されており、特に、図４（Ａ）に斜視図を示すと共に、図４（Ｂ）にはテクスチャー１６の断面、そして、図４（Ｃ）にはテクスチャー１７の断面がそれぞれ示されている。なお、テクスチャー１６は、発光部裏面１３ｂの長手方向に対して直交方向に沿って、テクスチャー１７は長手方向に沿って突起した形状となっている。

ここで、テクスチャー１６のピッチＰ２は、ピッチＰ１であるテクスチャー１５との干渉により発生させたいモアレ縞の周期Ｐ０との関係から、下式に従って決定される。

ｍＰ１＝Ｐ０ …（式１）
ただし、ｍは整数
Ｐ２＝（ｍ／（ｍ＋１））Ｐ１ …（式２）
又は
Ｐ２＝（ｍ／（ｍ−１））Ｐ１ …（式３）

モアレ縞の周期Ｐ０は、遠方においても十分認識できるサイズにする必要がある。例えば１０ｍ先の遠方において見かけの角度を５分（０．０８度）程度以上にすれば、人間の目の分解能の５倍程度の大きさなので十分認識可能である。その大きさは１５ｍｍとなる。本実施例では、多少の余裕を見込んで、Ｐ０＝２５ｍｍとした。ここで、Ｐ１＝１ｍｍ、ｍ＝２５として、Ｐ２の値を上記（式２）あるいは（式３）従って求めると、Ｐ２＝１．０４２ｍｍあるいはＰ２＝０．９６２となる。

なお、ここで、導光体１１の発光部裏面１３ｂの中央を境として、光導入部１４ａの側に形成したテクスチャー１６のピッチＰ２を０．９６２ｍｍ、他方、光導入部１４ｂの側に形成したピッチを１．０４２ｍｍとすることによれば、上述したテクスチャー１５を上記図３（Ａ）に示すように中央部で屈曲した形状の屈曲方向を全面で同一にしても、上記図９にも示す様に、テクスチャー１５とテクスチャー１６と間の干渉により発生するモアレ縞１９の屈曲方向を、中央を境として変える（逆転させる）ことができる。なお、この場合、テクスチャー１５を成形する工程が簡単となることから、より安価な製造が可能となる。

また、上述した光源装置１０と観察者との相対角度が変わることにより、モアレ縞の模様が移動して認識性が向上するばかりでなく、モアレ縞の模様の移動方向が、中央部を境に反転するので、モアレ縞の模様が中央部から湧き出し、又は、中央部で消滅するように見せることが可能になり、これにより、より高付加価値な発光体を提供できることになる。

ここで、上述した（第２の）テクスチャー１６の角度θ３、θ４（図４（Ｂ）及び（Ｃ）を参照）については、コントラストを高くする条件及び発光部表面１３ａからの出射光の正面輝度を高くする条件で検討を行った結果、共に、４２±３度が好ましいことが分かった。

加えて、テクスチャー１６の深さは、発光部表面１３ａの輝度分布における均一性の観点からは、光導入部１４ａ、１４ｂの近傍となる端部では浅く、中央部に向かって深くなるように設定することが好ましい。ここでは、光導入部１４ａ、１４ｂの近傍では０．１ｍｍとし、中央部では０．３８ｍｍとした。

また、本発明が関わる光源装置では、その光源である、例えば、固体光源が消灯している場合においても、その視認性がある程度確保されることが好ましく、より具体的には、外光をある程度反射可能であることが好ましい。

そのため、発光部裏面１３ｂには、図６にも示す様に、前述したテクスチャー１６と合わせて、（第３の）テクスチャー１７ａ又はテクスチャー１７ｂを設けることが好ましく、これによれば、外光を反射する機能が付与される。なお、図６（Ａ）及び（Ｂ）には、それぞれ傾斜角４５度及び傾斜角４５度以上のテクスチャー１７により外光が反射する際の光線路が示されている。一般的に外光は水平方向より上部から入射する光の強度が高いので、テクスチャー１７ａ又はテクスチャー１７ｂの傾斜角度θ５ａ、θ５ｂ，θ６ａ、θ６ｂは、水平方向より上部からの外光を効率良く正面に反射させるため、共に４５度より大きい方が好ましい。また、図示の例では、テクスチャー１７ａ又はテクスチャー１７ｂのピッチＰ３（図４（Ｃ）を参照）は２ｍｍに、また、その高さＤ３ａ又はＤ３ｂは０．８５ｍｍとした。

また、導光体１１の発光部裏面１３ｂの一部には、図５に示した様に、文字あるいは模様を形成することもできる。

図５にも示す様に、この実施例では、テクスチャー１６、テクスチャー１７の表面の一部を、凹形状に除去して得られる形状にすることにより、発光部表面１３ａの一部に文字あるいは模様が認識できるように構成されている。即ち、このようにテクスチャー１６の一部を選択的に除去することによれば、その部分ではモアレ縞の発生が無くなり、当該エリアの外のモアレ縞発生部との対比により、文字あるいは模様の表示の認識性の向上が期待できる。従って、本構造は、注意喚起等の表示灯として好適な構成である。

また、ここでは図示はしないが、テクスチャー１６、テクスチャー１７のピッチや位相を変えることによっても、当該部分でのモアレ縞の発生位相を異ならしめ、もって、当該エリアの外における位相の異なるモアレとの対比により、上述と同様に、文字あるいは模様の表示の認識性を向上することが可能である。なお、前述した文字あるいは模様としては、図９にも示す様に、目的に応じた注意を喚起する文字あるいは模様が形成可能である。

（実施例２）
上述した実施例１では、対向面（下側面）１３ｂ側、即ち、発光部裏面１３ｂに形成されるテクスチャー１６、テクスチャー１７の断面形状として、凸形状のものに関して説明したが、本発明はこれにのみ限定されるものではなく、例えば、屋根型形状、又は、シリンドリカル形状のものでも良く、あるいは、図７に示す様に凹形状でも良い。

実施例２では、発光部裏面１３ｂに凹形状のテクスチャー２６、テクスチャー２７が形成されている。ここで、テクスチャー２６のピッチＰ２、テクスチャー２７のピッチＰ３は、実施例１で示したテクスチャー１６及びテクスチャー１７のピッチと同様で良い。同様に、テクスチャー２６の角度θ３，θ４の値はテクスチャー１６の角度と同様で良い。
また、実施例１と同様に、本発明が関わる光源装置では、その光源である、例えば、固体光源が消灯している場合においても、その視認性がある程度確保されることが好ましく、より具体的には、外光をある程度反射可能であることが好ましい。

そのため、発光部裏面１３ｂには、図８にも示す様に、前述したテクスチャー２６と合わせて、（第３の）テクスチャー２７ａ又はテクスチャー２７ｂを設けることが好ましく、これによれば、外光を反射する機能が付与される。なお、図８（Ａ）及び（Ｂ）には、それぞれ傾斜角４５度及び傾斜角４５度以上のテクスチャー２７により外光が反射する際の光線路が示されている。

一般的に外光は水平方向より上部から入射する光の強度が高いので、テクスチャー２７ａ又はテクスチャー２７ｂの傾斜角度θ５ａ、θ５ｂ，θ６ａ、θ６ｂは、水平方向より上部からの外光を効率良く正面に反射させるため、共に４５度より大きい方が好ましい。また、図示の例では、テクスチャー２７ａ又はテクスチャー２７ｂのピッチＰ３（図４（Ｃ）を参照）は２ｍｍに、また、その高さＤ３ａ又はＤ３ｂは０．９ｍｍとした。

なお、上記に詳述した実施例においては、固体光源２３ａ、２３ｂは、必ずしも、同時に連続して発光するものに限定されるものではなく、その他、点滅させ、又は、交互に点灯させたりすることも可能である。特に、発生するモアレの矢印の方向を揃え、前記矢印の方向と同一による様に点滅を行うことによれば、認識性に優れた順路を案内することが可能な表示版用灯具、あるいは、車両用灯具である方向指示灯具を提供することが可能となる。

以上、本発明の種々の実施例に係る映像投射機能付き照明装置について述べた。しかしながら、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…光源装置、１１…導光体、１２ａ、１２ｂ…受光部（面）、１３…発光部、１３ａ、１３ｂ…（発光部の）上側及び下側面、１４ａ、１４ｂ…光導入部、１５、１６，１７…テクスチャー、２１…ケース、２２…蓋部材、２３ａ、２３ｂ…固体光源、２４ａ、２４ｂ…基板。

Claims (14)

1. 光源と、前記光源からの光を内部で伝搬して外部に出射する導光体と、を備えた光源装置であって、
   前記導光体は、少なくとも光を出射する第１の面と、前記第１の面に対向して略平行な第２の面を有し、
   前記第１の面及び前記第２の面には、少なくともそれぞれピッチの異なる周期状の第１のテクスチャーと第２のテクスチャーとがそれぞれ形成されており、
   前記第１のテクスチャーと前記第２のテクスチャーにより生じる光の濃淡の干渉により、動的な表示と静的な表示とを含む表示を発生させる、
   光源装置。
2. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記動的な表示は、前記第１のテクスチャーと前記第２のテクスチャーにより生じる光の濃淡の干渉によりモアレ模様である、光源装置。
3. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記第２の面には、前記第１の面から入射する外部からの光の一部を反射して再び外部へ出射するため、更に、前記第２のテクスチャーと略直交する第３のテクスチャーが形成されている、光源装置。
4. 請求項２に記載の光源装置において、
   前記第１のテクスチャーに対する前記第２のテクスチャーの相対位置が変わる方向を異ならせることにより、前記モアレ模様の移動方向が異なるようにした、光源装置。
5. 請求項４に記載の光源装置において、
   前記第１のテクスチャーと第２のテクスチャーのピッチの大小関係を、前記導光体の位置により切り替わるようにしたことにより、前記モアレ模様の移動方向が異なるようにした、光源装置。
6. 請求項３に記載の光源装置において、
   前記第２の面に形成された前記第２のテクスチャー、又は、前記第２のテクスチャー及び前記第３のテクスチャーの一部が、選択的に除去されており、除去部分での出射光分布が、テクスチャーが除去されていない部分での出射光分布とは異なっている、光源装置。
7. 請求項３に記載の光源装置において、
   前記第２の面に形成された前記第２のテクスチャー、又は、前記第２のテクスチャー及び前記第３のテクスチャーの一部が選択的に変化しており、変化部分における出射光分布が、テクスチャーが選択的に変化していない部分での出射光分布とは異なっている、光源装置。
8. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記第１の面の前記第１のテクスチャーは、凸状で屋根型の断面形状を有している、光源装置。
9. 請求項１に記載の光源装置において、
   前記第１の面の前記第１のテクスチャーは凸状でシリンドリカル形状の断面形状を有している、光源装置。
10. 請求項１に記載の光源装置において、
    前記光源は、個体発光素子からなる固体光源である、光源装置。
11. 少なくとも、光源と、前記光源からの光を内部で伝搬して外部に出射する導光体と、を備えた光源装置を有し、車両用制動灯もしくは車両用補助制動灯として取り付ける車両用灯具であって、
    前記光源装置は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載された光源装置からなり、そして、前記第１のテクスチャーのピッチを０．１ｍｍ〜２．９ｍｍの範囲とした、車両用灯具。
12. 請求項１１に記載の車両用灯具において、
    更に、前記第１のテクスチャーのピッチを０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲とし、車両用方向指示灯として取り付けた、車両用灯具。
13. 少なくとも、光源と、前記光源からの光を内部で伝搬して外部に出射する導光体と、を備えた光源装置を有する照明器具であって、
    前記光源装置は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載された光源装置からなり、そして、前記第１のテクスチャーのピッチを０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲とし、屋内の天井面あるいは壁面あるいは屋外に取り付けた、照明器具。
14. 少なくとも、光源と、前記光源からの光を内部で伝搬して外部に出射する導光体とを備えた光源装置を有する照明器具であって、
    前記光源装置は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載された光源装置からなり、そして、前記第１のテクスチャーのピッチを０．１ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲とし、屋外に取り付けた、照明器具。

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