JP4430533B2 - 通信端末のためのスピーカの配置 - Google Patents

Description

本発明は概して、無線通信のためのアンテナと、通信端末のユーザに音声情報を伝達するためのスピーカを含む通信端末に関する。より具体的には、本発明はそのようなスピーカが前記アンテナの共振室内に配置される通信端末に関する。

携帯電話産業は、進化した通信端末を製造する技術のみならず、サービスの質と通信能力の双方に関して、多大な発展を遂げてきた。わずか２、３０年で、通信システムはアナログからデジタルに進化し、同じ期間に通信端末の大きさは手提げかばんのサイズから今日のポケットサイズの電話に進化した。しかし今日でも、携帯電話はさらに小さくなり続けており、サイズは一般的に最終消費者にとって重要な要素であるとみなされている。エレクトロニクスの発展により、端末の部品を小型化することが可能となり、同時に、端末がより進化した機能とサービスを提供することが可能となった。目前に迫っているいわゆる第３世代携帯システムやおそらく１０年後であると期待されているいわゆる第４世代携帯システムのような新しい通信方式の発展もまた、リアルタイムの動画のようなより進んだデータを無線通信端末に伝達する可能性を提供する。

通信システムの能力から恩恵を受けるために、将来の世代の電話はマルチメディアの受信と送信を行なうために大きなディスプレイを持ち、画質が極めて重要になるだろう。さらに、キーパッドやキーボードは人が一度に一つのキーを押せるように十分に大きくなければならない。

図１は従来技術における、ハウジング又はケース２に包まれる携帯電話１の典型例を示す。キーパッド４とディスプレイ３のサイズは一般的に端末１がどれくらい小さくなれるかの限界を定める。しかし、音声をやりとりする標準的な電話として機能するために、端末１はマイクロフォン５とスピーカ６も含み、望ましくは端末１の両端に配置される。図３は従来技術における通信端末１の異なる形態を示す。ここでは、ディスプレイ３は端末の前面のより大きな位置を占めている。キーパッド４の機能のいくつかはディスプレイ３に適用できるグラフィカルユーザインタフェースに含まれ、より少ないキーでデータ入力インタフェースを提供する。また、これらのキー４は、ディスプレイ３が端末１の前面のより大きな位置を占めることができるように、通信端末の側面に移動されてもよい。特定のツール８がディスプレイ３のタッチセンシティブ・スクリーンにデータを入力するために提供されてもよい。図１と図３は従来技術における通信端末１の２つの典型的な例を示すが、当業者は他のデザインはもとより、２つの組み合わせもよく知られていることが分かるだろう。

通信システムとマルチメディア機能の発達のため、端末の音質に対する要求も大きくなりそうである。Ｗ−ＣＤＭＡ技術を使用する次世代の端末では、より広い音声周波数帯を使用することが可能になるだろう。端末のスピーカもまた、１つの音色や多数の音色の呼び出し音のための伝統的なブザーの代わりにリンガーとして、そして電話に内蔵されたハンズフリースピーカとして使用されるかもしれない。通常、これらの機能は電話の背面に取り付けられた第２のスピーカによって実行されるが、これらの機能の２つ又は３つすべてが結合されたスピーカが存在する。

従来技術の通信端末では、図１及び図３に示すように、端末の出力部(outlet)７は出力部７のすぐ後ろのスピーカ６と共にディスプレイの上方、端末の前面に取り付けられる。これが意味するところは、直径約１３ミリメートルの、今日使用されている最小のスピーカをもってしても、ディスプレイ３及び／又はキーパッド４のみが端末１の長さを決める場合のものよりも、端末は縦の長さが大雑把にずっと長くなるということである。端末のアンテナは一般に端末の背面の上部に配置され、背面下部はバッテリに占められる。スピーカ６をディスプレイ３の後ろに配置すると、それは適切な空間を求めてアンテナと競合するため、その結果端末１の厚みが増す。

スピーカの能力は背後のボリューム(back volume)すなわちスピーカの後ろの音声共振空間に高度に依存する。最良の性能のためには、背後のボリュームは密封されるべきである。通常の場合、電話全体が背後のボリュームとして使用されるが、電話全体を密封することも大抵可能である。前述のように、今日のほとんどすべての電話はディスプレイとキーボードの上方、端末の前面の上部にスピーカ位置がある。このことは、スピーカ、ディスプレイ、キーボードの高さが電話の長さを決めることを意味する。スピーカの性能は大きさに強く依存するので、スピーカのサイズを減少させると音質があまりよくなくなる。また、通信端末には、より広いだけではなくより長い、より大きなディスプレイを持ちたいという一般的なユーザの要求があり、図１に示すようなユーザが慣れているキーボードの一般的なレイアウトのために、端末の高さは基本的に、ディスプレイ３やキーパッド４に欠点を引き起こさずに今日よりも小さくすることは不可能である。

通信端末を小型化するというこの問題の解決法がＷＯ ００／３８４７５で提案されており、スピーカの音声共振室が完全に又は部分的にアンテナの電磁共振室に配置される。 ２つの分離した共振室の代わりに単一のものを使用すると、より小さな通信装置を製造することが可能となる。提案された解決法によると、スピーカは共振室の外に配置され、スピーカの背面は少なくとも１つの音声チャネルによって共振室に接続される。
ＷＯ ００／３８４７５

しかしながら、スピーカを共振室のそばに配置することにはいくつかの欠点がある。まず、音声チャネルは適切に密封されなければならない。さらに、スピーカと共振室は双方とも端末を厚くし、同時にスピーカの高さは端末の長さに影響する。その結果、本発明の目的は、上述の従来技術における通信端末に関する欠点を克服することである。より具体的には、本発明の目的は、端末の外寸を小さくすることが可能な通信端末のスピーカ配置を提供することである。

本発明によれば、この目的は、内部に無線アンテナ部、スピーカ、スピーカの音声共振空間のみならずアンテナの電磁共振空間として働く共振室を保持するハウジングを含む通信端末によって達成される。本発明によれば、スピーカは前記共振室内部に取り付けられ、音声出力部を通してハウジングの外部に連結される。アンテナ空間を使用することにより、良い共振室がスピーカに提供される。さらに、スピーカを空間内部に配置することにより、スピーカが厚みに寄与することは排除される。プロトタイプ装置で実施された試験は、スピーカは全く又は極めて小さな程度しかアンテナの性能に影響しないという驚くべき結果を示している。

１つの実施形態では、通信端末は、ハウジングの前面にユーザインタフェースを含み、そこでは前記スピーカは前記前面から見られる前記ユーザインタフェースの後ろに配置される。ユーザインタフェースはディスプレイでもよいしキーパッドでもよい。このような実施形態では、前記音声出力部は望ましくはスピーカのチャネル入力部(inlet)から伸びる音声チャネルによって前記スピーカに連結される。さらに、前記音声チャネルは望ましくは少なくとも１つの湾曲部を含み、音声チャネルは前記ユーザインタフェースの周辺で曲がり、前記チャネルの前面出力部において実質的に垂直に前記前面に伸びる。前記音声チャネルはさらに、前記ハウジングの上側で実質的に端末の縦方向に伸びるチャネル上出口を持つように作られてもよい。

１つの実施形態では、接地面(ground plane)が共振室の壁の部分を定め、前記音声チャネル出力部はその壁の部分を通して伸びる。スピーカは望ましくは、前記前面から見えるように前記接地面の下で連結される。共振室はさらに、密封され、実質的に矩形の箱の形状を持つかもしれない。

１つの実施形態では、スピーカとユーザインタフェースは隣り合わせに配置される。しかし、接地面の第１の部分はスピーカアンテナ上のハウジングの前面部に隣接して配置され、接地面の第２の部分はユーザインタフェースの下に配置され、前記第１と第２の部分は接地面の湾曲部によって連結される。このように、端末の上部はアンテナとスピーカを含み、基本的に接地面すなわちその第１の部分と、アンテナ部の間に閉じ込められ、とても薄い輪郭を提供する。潜在的には互いに並行であるが、湾曲部は接地面の２つの部分が異なる高さに配置されることを許可する。このように、ユーザインタフェースは、ある厚みを持つが、その前面を基本的に上部の前面と同じ面に配置されうる。

望ましくは、前記アンテナ部は実質的に前記共振室の内壁の導電性物質の平らな形態を含む。

スピーカは、端末ユーザに対して音声のような音声情報（オーディオ情報）を伝達するように作られるかもしれない。さらに、そのスピーカは端末にユーザの注意を引き付ける所定の音声信号を発信することによりリンガーとして働くように作られたブザーを含むかもしれない。代わりに、前記スピーカは端末にユーザの注意を引き付ける所定の音声信号又は振動を発信することによりリンガー及び振動子として働くように作られたマルチモードアクチュエータかもしれない。

本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照した以下の好ましい実施形態の記述により、いっそう明らかになる。

ここでは、本発明に従ったスピーカ配置を実装する装置としての通信端末について説明する。通信端末は無線局と無線通信を行なうように作られたすべての移動体装置を含み、その無線局もまた移動体端末でもよいし、例えば固定基地局でもよい。その結果、「通信端末(communication terminal)」の語は、携帯電話、ポケットベル、発信機、電子的形成体、スマートフォン、ＰＤＡ(Personal Digit Assistants)、車載無線通信装置、又は無線通信のために例えばＷＬＡＮ(Wireless Local Area Network)が組み込まれた持ち運び可能なラップトップコンピュータのようなものを含む。さらに、本発明のデザインは移動体の用途に限定されて適合するものではないため、「通信端末(communication terminal)」の語は、無線通信のために用意されたあらゆる固定装置、例えばデスクトップコンピュータ、プリンタ、ＦＡＸなどのような互いに又は何か他の無線局と無線通信をするように作られたものをも含むものとして理解されなければならない。したがって、本発明に従ったアンテナデザインの構造と特徴は主にここで述べられているが、一例としての携帯電話の実装であるため、このことは上で列挙したような他の種類の無線端末における発明的デザインの実装を排除するものとして解釈されてはならない。さらに、「含んでいる(comprising)」や「含む(comprises)」の語がこの説明や添付された請求項で含まれる特徴、要素、工程を示すために用いられるときは、決して表現され又は述べられる以外の他の特徴、要素、工程の存在を排除するものとして解釈されてはならないことが強調されるべきである。

図４は、前面から見られる本発明の１つの実施形態を描写する図である。図６は、図４に示されるセクションＡ--Ａから見られる図４の部分を描写する図である。もっとも、図６の描写は例えば図２に示されるような本発明の実施形態にも同様に適用可能であることに注意しなければならない。

その結果、図６は、側面から見られる通信端末１１の部分を描写し、前面２０は図の左を向いている。図６は極めて概略的で、本発明の実施形態の要部を示すことを意図しており、必ずしも機能的なデザインを示していないことに注意されたい。端末１１はケース又はハウジング１２に保持されるプリント基板(Printed Circuit Board, PCB)２４を含む。ＰＣＢ２４は端末の１１のエレクトロニクス２５を支持する。前面２０にはディスプレイ１３が配置され、望ましくはＬＣＤモジュール(Liquid Crystal Display)で作られる。図４と図５の例に示されるように、ディスプレイ１３は前面２０の大部分を占め、一方、図２の比較的伝統的なデザインでは、ディスプレイは主に端末の上部に配置される。ディスプレイ１３とＰＣＢ２４の後ろには、端末１１の無線アンテナ２９が配置される。ＰＣＢ２４はアンテナ２９に対する接地面を含み、そのアンテナは既存の技術に従って無線信号の送受信をするように作られる。本発明はアンテナ部と接地面の間に空間や距離を必要とするアンテナに関するものであるが、無線アンテナ２９の具体的なデザインは、例えばマイクロストリップアンテナ(micro strip antenna)やＰＩＦＡアンテナ(Planar Inverted-F Antenna)であり、本発明にとって重要ではない。しかし、図６に描写される実施形態では、アンテナ２９はアンテナ蓋２７内部に形成され又は配置される背の低い(low profile)フラットアンテナの形をしている。アンテナ２９がＰＣＢに挟み込まれる接続(feeding connection)は示されておらず、いずれもアンテナの種類に依存して含まれるかもしれない接地面への接続ではない。アンテナ２９はＰＣＢ２４からある一定の距離に配置され、電磁共振空間２１は従来技術のよく知られた方法でその間に配置される。電磁共振空間として働く共振室２１は望ましくはアンテナ蓋２７、ＰＣＢ２４、側壁の間に密封された箱であり、共振室２１はパッキン２６によって密封される。

スピーカ１６は共振室２１内部に配置され、パッキン２６を用いてＰＣＢ２４に隣接して取り付けられ、曲線部で図中に描かれるようにスピーカ１６の前面は共振室２１の空間から密封される。このように、共振室２１もまたスピーカ１６の音声共振空間として働く。スピーカ１６の前面は音声チャネル２２を通ってハウジング１２の外部に連結され、ハウジング１２の出力部１７に至る。音声チャネル２２はスピーカ１６の前面に向かうＰＣＢ２４の開口を形成するチャネル入力部２８を含む。

その結果、スピーカ１６はディスプレイ１３の後ろに配置され、スピーカ１６の長さ又は高さは端末１１の全長に加わらない。もっとも、ディスプレイが電話の下部マイクロフォン１５の近くに配置され、キーパッド１４が電話の上部に配置される他のデザインの通信端末１１（不図示）では、スピーカ１６はディスプレイ１３ではなくキーパッド１４の後ろに配置されることに注意されたい。スピーカ１６を共振室２１内部に配置することにより、１６の厚みは端末１１の全厚みに加えられず、したがってより小さな端末を提供できる。

スピーカ１６と空間２１を、ユーザインタフェースすなわちディスプレイ１３又はキーパッド１４の後ろに配置することにより、スピーカ１６の高さは端末１１の長さに加えられない。代わりに、音声チャネル２２の出力部１７の高さだけが電話の長さに加えられるだろう。これは、図２の最初の種類の通信端末に示され、それは図１の従来技術における端末と比較されるべきである。図２の端末１１は明らかに図１の端末１よりも縦方向に短い。第２の種類の端末については、本発明のデザインは図４と図５に示される。図４の端末１１の実施形態を図３の従来技術における端末１と比較すると、端末１１は明らかに小さい。しかし、端末全体を小さくする代わりに、本来スピーカに占められる空間を、図５の例のように、より大きなディスプレイ１３を含むことで、ユーザインタフェースを増やすために使用することももちろん可能である。図３における従来技術の端末のみならず、図４と図５の実施形態では、補助ツール８がディスプレイ３、１３のタッチセンシティブ領域を押すことにより従来技術でよく知られた方法で電話とやりとりするために用いられうる。

音声信号をスピーカ１６から端末１１の前面２０へ運ぶために、音声チャネル２２は少なくとも１つの湾曲部２３を含み、音声チャネルはスピーカ１６の前面のユーザインタフェース１３、１４の周囲で曲がる。望ましくは、音声チャネル２２は端末１１の前面２０に存在し、出力部１７で矢印により描写されるように、実質的にそこへ垂直である。１つの実施形態では、音声チャネル２２はさらに音声チャネル上部出力部１９を有し、出力部１９で矢印で描写されるように、ハウジング１２の上側で実質的に端末１１の縦方向にある。この出力部１９はハンズフリースピーカの出力部として使用されるかもしれない。

図７Ａでは、図１における従来技術の端末のようなものの前面が示されている。図７Ｂでは、同じ端末が前面を左に向けた部分的な視点から側面が概略的に描写されている。この図では、通常無線通信端末に含まれる数多くの要素が示されている。もっとも、寸法は、本発明のこの実施形態におけるある特徴の貢献と利点を描写するための単なる模式的なものであることに注目すべきである。さらに、端末の他の要素間の連結は示されていない。接地面２４は端末の部分又は実質的に全体を通して縦方向に伸びるように端末に配置される。通常、この接地面は端末の電子部品を支えるプリント基板の層である。スピーカ６は端末の前面、前面から見られる接地面の上に配置される。スピーカの後ろは、図に描写されるように接地面中の開口を通して、接地面の後ろに配置されている空間２１に連結される。空間２１の後壁、すなわち接地面と反対側の壁は、例えばＰＩＦＡの形態のアンテナ部を保持する。ユーザインタフェースはディスプレイ３とキーパッド４を含み、マイクロフォン５は端末下部に配置される。バッテリー９はがさらに、端末の電子部品に電力を供給するために含まれる。

図８Ａと８Ｂでは、本発明の１つの実施形態が開示され、スピーカ１６は図２、４、５、６の実施形態におけるように下部ではなく、ユーザインタフェース１３の横に配置される。この実施形態では、実際の音声チャネルは存在せず、開口又は出力部１７が存在するだけである。スピーカ１６は、前述のように、同じ空間を音声目的に活用するために、アンテナ空間２１内部に配置される。端末の上部、すなわちスピーカとアンテナを含む部分では、この実装では端末の厚みは基本的にアンテナと接地面の距離によって決まる。なぜなら、スピーカが厚みに寄与する部分は排除されているからである。さらに、アンテナ空間２１が部分的にスピーカによって占められても、このデザインの実験室での試験は驚くべきことに、スピーカの存在は、正しく調節されればアンテナの性能を低下させないということを示した。

図７Ｂと図８Ｂの描写は、本実施形態の実装によって端末全体を薄くできることを示す。もちろん、これはユーザインタフェース、バッテリー、他の電子部品などの大きさ、そしてこれらの要素の配置に依存する。しかし、図８Ｂはさらに、接地面に関する特徴を示す。第１の上部の接地面は、端末の前面を決める。もっとも、それは望ましくは接地面２４に直接隣接するハウジングに覆われるが。ユーザインタフェース、例えばディスプレイ１３は、ある程度厚みがあるため、接地面はスピーカとユーザインタフェースの間に湾曲部を持ち、そこで接地面はまず端末の背面に向かって曲がり、次いでマイクロフォン１５を持つ下端に向かって曲がる。このように、第２の下部の接地面は、第１の部分よりも端末の後ろに近い面で伸びるように形作られる。これにより、ディスプレイ１３とキーパッド１４は、スピーカからの音声出力部１７と共に、前面が実質的に端末上部と同一面上になるように、接地面上に配置される余地がある。当業者によく知られているように、アンテナ空間の目的はアンテナを接地面から一定距離はなれて配置することである。このため、本実施形態において湾局部がアンテナに近すぎないことは同様に重要であり、接地面下部の最上端はアンテナのとても近くに配置される。換言すれば、アンテナと接地面との間のある最低限の距離が規定され、接地面のどの部分もアンテナに対してそれより近く配置されてはならない。

音声共振と電磁共振双方のための空間として働く共振室２１は、矩形の箱であるかもしれず、それによりパッキン２６の手段によって密封することが容易になる。前述のように、アンテナ２９はアンテナ蓋２７内部に配置された独立した導電素子であるが、蓋２７内部にメッキされた導電模様であってもよい。

本発明は、スピーカをアンテナ空間内部に取り付け、アンテナ空間は密封された箱であるという発明の思想により、いくつかの利点をもたらす。スピーカ１６の前面は、薄いチャネル２２によって端末前面２０に送り出される。密封された箱２１内部にスピーカ１６を取り付けることにより、通常より小さなスピーカ１６を使用することが可能となる。また、この手法はスピーカ１６が単一のモードより多くのモードで動作するときにも使用されうる。その結果、スピーカ１６はリンガーモードではリンガーとして使用され、スピーカフォンモードではハンズフリースピーカとしても使用されうる。音声チャネル２２の使用によりスピーカを端末前面に送り出すことにより、５乃至１０ミリメートル端末長を減らすことが可能となるが、厚みは最小限に保つことができる。また、端末１１の重さは、端末の寸法が小さいために、減少しうる。従来技術でよく知られているように、アンテナの帯域幅を改良するために、共振室２１のアンテナ空間はアンテナ２９とＰＣＢ２４の接地面の間に距離を作るために使用される。それ以外には、この空間は通常他のことのためには使用されない。さらに、スピーカ１６を空間２１内部に配置することにより、電磁空間としての共振室２１の機能はいかなる否定的な方法でも影響を受けず、それゆえ、端末１１の性能を妨げることはない。

前述のように、本発明の要点、好ましい実施形態、作動形態を説明した。しかし、本発明は前述の特定の実施形態に制限されるものと理解してはならない。例えば、従来技術では携帯電話を折りたたみ可能なハウジング１２でデザインすることがよく知られている。しかし、小さな端末を持ちたいという願望はそのようなデザインにも同様に適用可能で、本発明における提案手法も同様に適用可能である。したがって、前述の実施形態は限定ではなく例示として考えられるべきであり、添付のクレームに規定される本発明の範囲から外れることなく、その技術分野に属する当業者によって実施形態としての変形がなされうることが理解されるべきである。

従来技術における第１の種類の通信端末を模式的に示す図である。 本発明に従った通信端末の実施形態を模式的に描写する図であり、そうでなければ図１の種類の端末に従ってデザインされるものである。 従来技術における第２の種類の端末を模式的に描写する図である。 本発明に従った通信端末の実施形態を描写する図であり、そうでなければ図３の種類の端末に従ってデザインされるものである。 本発明に従った通信端末の実施形態を描写する図であり、そうでなければ図３の種類の端末に従ってデザインされるものである。 本発明の実施形態に従った通信端末の部分を部分側面の視点から模式的に描写する図である。 従来技術における通信端末を正面の視点から描写する図である。 従来技術における通信端末を部分側面の視点から描写する図である。 本発明の実施形態に従った端末を正面の視点から描写する図である。 本発明の実施形態に従った端末を部分側面の視点から描写する図である。

Claims (12)

1. ハウジング（１２）と、ハウジングの前面（２０）にユーザインタフェース（１３、１４）を含む通信端末（１１）であって、
   前記ハウジングは内部に、
   無線アンテナ部（２７）と、
   前記ユーザインタフェースの後ろで前記端末を通って縦方向に伸びる接地面を含むＰＣＢ（２４）と、
   スピーカ（１６）と、
   前記アンテナ部の電磁共振空間及び前記スピーカの音声共振空間として働く共振室（２１）と、
   を含み、
   前記接地面が前記共振室の壁の第１の部分を形成し、前記アンテナ部は前記接地面に接地され、
   前記スピーカが前記共振室の内部に連結され、
   前記共振室は前記ＰＣＢ及び前記前面から見える前記ユーザインタフェースの後ろに配置され、開口（２８）がスピーカにおいて前記ＰＣＢ内に形成され、音声チャネル（２２）が前記開口から前記ＰＣＢ及び前記ユーザインタフェースの間で前記端末に対して縦方向に伸び、かつ、湾曲部（２３）を含み、
   前記音声チャネルは、前記端末の端の部分の前記ユーザインタフェースの周辺で曲がり、チャネル前面出力部（１７）で前記前面に対して実質的に垂直に伸びることを特徴とする、通信端末。
2. さらに、前記音声チャネルは、前記ハウジングの上側で実質的に前記端末の縦方向に伸びるチャネル上部出力部（１９）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の通信端末。
3. さらに、前記ユーザインタフェースはディスプレイ（１３）であることを特徴とする、請求項１に記載の通信端末。
4. さらに、前記ユーザインタフェースはキーパッド（１４）であることを特徴とする、請求項１に記載の通信端末。
5. 前記共振室の壁の前記第１の部分を通って前記音声チャネル出力部が伸びることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の通信端末。
6. さらに、前記共振室は密封される（２６）ことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の通信端末。
7. さらに、前記共振室はほぼ矩形の箱の形を有することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の通信端末。
8. さらに、前記アンテナ部は前記共振室の壁の第２の部分（２９）上に導電性物質の実質的に平らな形態を含むことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の通信端末。
9. さらに、前記スピーカは端末ユーザに対して音声のような音声情報を伝達するように作られることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の通信端末。
10. さらに、前記スピーカは所定の音声信号を発信することによりリンガーとして動作し、ユーザの注意を前記端末に引き付けるように作られることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の通信端末。
11. さらに、前記スピーカは所定の音声信号を発信することによりリンガーとして動作し、ユーザの注意を前記端末に引き付けるように作られたブザーを備えることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の通信端末。
12. さらに、前記スピーカは所定の音声信号又は振動を発信することによりリンガー及び振動子として動作し、ユーザの注意を前記端末に引き付けるように作られたマルチモードアクチュエータであることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の通信端末。

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