オートフォーカス付き光学的コード走査装置
光学的走査装置は、走査するコードを距離をおいて照明し、そのコードの反射光による像をイメージセンサ上に結像させる液体レンズを有する。この走査装置は、走査するコードまでの距離を測定するために好ましくはレーザ型の距離検知器を有し、上記液体レンズは、それによって検知された距離に合焦するように制御される。照明の光源は、走査するコードまでの距離に関わらず光強度をほぼ一定に保つように制御されることはない。これは、照明の光強度を（直接的に）制御すること、あるいは距離に関連して照明の分散角を制御することによって達成され得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はオートフォーカス付き走査装置（スキャナ）に関し、特に、近くから遠くまで広い距離範囲に亘って効率よく読み取り可能なコード走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的走査装置は、産業全般に亘って幅広い用途に使われている。バーコードスキャナは、コード走査装置の一般的な形態である。このタイプのスキャナには手持式のものがあり、大きなサイズ範囲及び距離範囲に亘るラベル上のコードを認識する必要がある。例えば、バーコード読取装置は、理想的には５０ｍｍの距離（近距離）で解像度が０．１２７ｍｍの極めて小さなラベルから、３ｍの距離で解像度が１．４ｍｍの大きなラベルまで、どんなものでも読み取り可能であるべきである。二次元コードを認識する必要があるスキャナについては、さらに厳しい要求になる。
【０００３】
基本的な問題は、走査装置は近くから遠くまでを含む距離の深い被写界深度（ＤＯＦ）に亘って、シャープなピント（合焦）を保持しなければならないことである。被写界深度は、オートフォーカス（自動焦点調整）やズームフォーカス機構を用いることにより効果的に増加させることができ、例えば、光学素子等を操作するためにボイスコイルモータを備えたものもある。しかしながら、このような走査装置は、可動部品（信頼性の問題）の使用も関係して、応答がかなり遅い傾向があり、さらに、焦点範囲が比較的制限される。これらは光学素子の中央部に導入しなければならないので、既存装置を改良することは容易ではなく、全レンズの再設計を要する。
【０００４】
オートフォーカス機構の欠点を克服できたとしても、理想的な被写界深度を達成することはできない。走査装置によってなされるコード読み取りのための照明は、距離とともに急激に減衰する。その結果、遠い被写界でやっと足りる照明は、近い被写界では明るすぎてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
広く云えば、この発明の目的は、近い被写界から遠い被写界まで全ての距離に亘って効率よくコード画像を検知可能な光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、比較的早く、望ましくは２０ｍｓ以下でコード画像を検知可能な光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、可動部品の使用を避けて、それによる信頼性の問題をなくした光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、従来の光学的コード走査装置よりも十分大きな焦点調整範囲を有する光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、既存の走査装置に対して容易に改良可能な光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、便利でかつ使用に信頼性があり、さらに比較的単純で製造コストが安価な光学的コード走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の１つの特徴によれば、コード走査装置が、走査するコードを距離を置いて照明し、そのコードの反射光による像をイメージセンサ上に結像させる液体レンズを有する。また、その走査装置が、走査するコードまでの距離を測定する距離検知器、好ましくはレーザ型の距離検知器を有し、上記液体レンズは検知された距離に合焦するように制御される。
この発明の他の特徴によれば、コード走査装置が、走査するコードを距離をおいて照明し、その走査するコードまでの距離を測定する距離検知器、好ましくはレーザ型の距離検知器を有し、照明の光源は、走査するコードまでの距離に関わらず光強度をほぼ一定に保つようには制御されない。これは上記距離に関連して、照明の光強度を（直接的に）制御するか、あるいは照明の分散角を制御することにより達成され得る。
【０００７】
この発明の前述の簡単な説明、および他の目的や特徴と利点は、添付図面を参照しながらこの発明の好適な実施例を詳細に説明することにより、より完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明によるコード走査装置の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず、図面の詳細を説明すると、図１はこの発明の実施例であるコード走査装置１０を示す概略図である。この走査装置１０は、例えばバーコードのような光学的コード１４を、ある距離をおいて照明する光源１２を備える。そのバーコード１４から反射した光Ｌはイメージセンサ１６上に画像を形成し、その画像はバーコード１４に復号するために処理される。
【００１０】
液体レンズ１８は、バーコード１４とイメージセンサ１６との間の光Ｌの光路中に配置される。当業者であれば、これは２つの透明層の間に光学的界面を有する電子光学型の装置であることが分かるであろう。 印加電圧の調整によってその界面の形状が変化し、レンズの焦点距離が変化する。レンズ１８とイメージセンサ１６との間の距離は固定されているが、印加電圧によってレンズ１８の左側のレンズが合焦する平面までの距離が変化する。そのため、コントローラ２０がレンズ１８に印加する電圧を変えるだけで、イメージセンサ１６の距離にバーコード１４を結像させることができる。レンズの機械的な動作は不要である。しかし、当然のことながら、レンズ１８に印加する制御電圧は、レンズ１８およびイメージセンサ１６からバーコード１４までの実際の距離と相関しなければならない。
【００１１】
レンズ１８の制御を適切に行うために、好ましくはレーザ装置とレーザ検知器２４からなる測距装置が設けられる。２種類のレーザ測距技術がよく知られている。パルス技術は、レーザパルスの開始とその反射の戻りの間の遅延時間を測定する。視差技術は、対象物にスポットを形成する光線を照射し、その後対象物上のスポットの検知位置を測定する。ターゲットの距離は、検知されたスポットの位置から測定できる。レーザ装置２２とレーザ検知器２４によって視差測距装置を構成するとよい。レーザ２２はバーコード１４上に光線を照射し、検知器２４はそれによるドットを検知して、バーコード１４までの距離を測定する。そして、その検知器２４は、コントローラ２０に印加する距離を示す信号を生成する。それによって、コントローラ２０は、その信号に応じてレンズ１８に対してその距離に合焦させるのに適切な電圧を印加することができる。
【００１２】
検知器２４の出力信号は、光源１２にも印加され、それによって光源の光強度が制御される。最も単純な形態としては、光源１２が発光ダイオードアレイであり、その光強度はアレイ上の点灯する発光ダイオードの数によって制御される（光学的出力を変化することによってより単純になる）。光源１２の光強度は、光の中央における分散角（dispersion angle）を変化させることによっても制御し得る。当業者であれば、これは、バインライク（vain-like）装置等の角度を制御することによって機械的になし得るか、あるは集光レンズを用いて光学的になし得ることが分かるであろう。それは、複数の集光レンズを用いてそれらを選択することにより、若しくはズームレンズ、あるいは液体レンズを用いることによりなし得る。
【００１３】
いずれにしても、バーコードの距離と関連したコントローラによる焦点距離と光源の照明とによって、被写界深度（ＤＯＦ）の性能は理想に近づくことが可能である。
【００１４】
液体レンズ１８は、バリオプティック社製のＡＲＣＴＩＣ−４１４又はＡＲＣＴＩＣ−４１６であるとよい。しかし、他の液体レンズを用いてもよい。
【００１５】
好ましい配置において、レーザはカメラの側面や底面ではなく、カメラの上部に搭載するとよい。加えて、レーザは光軸から約６ｍｍから１５ｍｍ程度ずらして配置するとよい。さらに、照明用にＬＥＤを用いる場合は、反射の影響を最小にするために、モジュールのレーザとは反対側に搭載すべきである。
【００１６】
前述したように、この発明は、より速くコード画像の焦点合わせをすることができる点、可動部品を使用せず、それに伴う信頼性の問題を排除することができる点、大きな焦点範囲を有する点、既存の走査装置を容易に改良できる点において、先行技術より優れた利点を示す。
【００１７】
説明により、この発明の好適な実施例を明らかにしてきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって規定されるこの発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の追加、変更および置き換えが可能なことが分かるであろう。
【技術分野】
【０００１】
この発明はオートフォーカス付き走査装置（スキャナ）に関し、特に、近くから遠くまで広い距離範囲に亘って効率よく読み取り可能なコード走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的走査装置は、産業全般に亘って幅広い用途に使われている。バーコードスキャナは、コード走査装置の一般的な形態である。このタイプのスキャナには手持式のものがあり、大きなサイズ範囲及び距離範囲に亘るラベル上のコードを認識する必要がある。例えば、バーコード読取装置は、理想的には５０ｍｍの距離（近距離）で解像度が０．１２７ｍｍの極めて小さなラベルから、３ｍの距離で解像度が１．４ｍｍの大きなラベルまで、どんなものでも読み取り可能であるべきである。二次元コードを認識する必要があるスキャナについては、さらに厳しい要求になる。
【０００３】
基本的な問題は、走査装置は近くから遠くまでを含む距離の深い被写界深度（ＤＯＦ）に亘って、シャープなピント（合焦）を保持しなければならないことである。被写界深度は、オートフォーカス（自動焦点調整）やズームフォーカス機構を用いることにより効果的に増加させることができ、例えば、光学素子等を操作するためにボイスコイルモータを備えたものもある。しかしながら、このような走査装置は、可動部品（信頼性の問題）の使用も関係して、応答がかなり遅い傾向があり、さらに、焦点範囲が比較的制限される。これらは光学素子の中央部に導入しなければならないので、既存装置を改良することは容易ではなく、全レンズの再設計を要する。
【０００４】
オートフォーカス機構の欠点を克服できたとしても、理想的な被写界深度を達成することはできない。走査装置によってなされるコード読み取りのための照明は、距離とともに急激に減衰する。その結果、遠い被写界でやっと足りる照明は、近い被写界では明るすぎてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
広く云えば、この発明の目的は、近い被写界から遠い被写界まで全ての距離に亘って効率よくコード画像を検知可能な光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、比較的早く、望ましくは２０ｍｓ以下でコード画像を検知可能な光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、可動部品の使用を避けて、それによる信頼性の問題をなくした光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、従来の光学的コード走査装置よりも十分大きな焦点調整範囲を有する光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、既存の走査装置に対して容易に改良可能な光学的コード走査装置を提供することである。
この発明の他の目的は、便利でかつ使用に信頼性があり、さらに比較的単純で製造コストが安価な光学的コード走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の１つの特徴によれば、コード走査装置が、走査するコードを距離を置いて照明し、そのコードの反射光による像をイメージセンサ上に結像させる液体レンズを有する。また、その走査装置が、走査するコードまでの距離を測定する距離検知器、好ましくはレーザ型の距離検知器を有し、上記液体レンズは検知された距離に合焦するように制御される。
この発明の他の特徴によれば、コード走査装置が、走査するコードを距離をおいて照明し、その走査するコードまでの距離を測定する距離検知器、好ましくはレーザ型の距離検知器を有し、照明の光源は、走査するコードまでの距離に関わらず光強度をほぼ一定に保つようには制御されない。これは上記距離に関連して、照明の光強度を（直接的に）制御するか、あるいは照明の分散角を制御することにより達成され得る。
【０００７】
この発明の前述の簡単な説明、および他の目的や特徴と利点は、添付図面を参照しながらこの発明の好適な実施例を詳細に説明することにより、より完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明によるコード走査装置の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず、図面の詳細を説明すると、図１はこの発明の実施例であるコード走査装置１０を示す概略図である。この走査装置１０は、例えばバーコードのような光学的コード１４を、ある距離をおいて照明する光源１２を備える。そのバーコード１４から反射した光Ｌはイメージセンサ１６上に画像を形成し、その画像はバーコード１４に復号するために処理される。
【００１０】
液体レンズ１８は、バーコード１４とイメージセンサ１６との間の光Ｌの光路中に配置される。当業者であれば、これは２つの透明層の間に光学的界面を有する電子光学型の装置であることが分かるであろう。 印加電圧の調整によってその界面の形状が変化し、レンズの焦点距離が変化する。レンズ１８とイメージセンサ１６との間の距離は固定されているが、印加電圧によってレンズ１８の左側のレンズが合焦する平面までの距離が変化する。そのため、コントローラ２０がレンズ１８に印加する電圧を変えるだけで、イメージセンサ１６の距離にバーコード１４を結像させることができる。レンズの機械的な動作は不要である。しかし、当然のことながら、レンズ１８に印加する制御電圧は、レンズ１８およびイメージセンサ１６からバーコード１４までの実際の距離と相関しなければならない。
【００１１】
レンズ１８の制御を適切に行うために、好ましくはレーザ装置とレーザ検知器２４からなる測距装置が設けられる。２種類のレーザ測距技術がよく知られている。パルス技術は、レーザパルスの開始とその反射の戻りの間の遅延時間を測定する。視差技術は、対象物にスポットを形成する光線を照射し、その後対象物上のスポットの検知位置を測定する。ターゲットの距離は、検知されたスポットの位置から測定できる。レーザ装置２２とレーザ検知器２４によって視差測距装置を構成するとよい。レーザ２２はバーコード１４上に光線を照射し、検知器２４はそれによるドットを検知して、バーコード１４までの距離を測定する。そして、その検知器２４は、コントローラ２０に印加する距離を示す信号を生成する。それによって、コントローラ２０は、その信号に応じてレンズ１８に対してその距離に合焦させるのに適切な電圧を印加することができる。
【００１２】
検知器２４の出力信号は、光源１２にも印加され、それによって光源の光強度が制御される。最も単純な形態としては、光源１２が発光ダイオードアレイであり、その光強度はアレイ上の点灯する発光ダイオードの数によって制御される（光学的出力を変化することによってより単純になる）。光源１２の光強度は、光の中央における分散角（dispersion angle）を変化させることによっても制御し得る。当業者であれば、これは、バインライク（vain-like）装置等の角度を制御することによって機械的になし得るか、あるは集光レンズを用いて光学的になし得ることが分かるであろう。それは、複数の集光レンズを用いてそれらを選択することにより、若しくはズームレンズ、あるいは液体レンズを用いることによりなし得る。
【００１３】
いずれにしても、バーコードの距離と関連したコントローラによる焦点距離と光源の照明とによって、被写界深度（ＤＯＦ）の性能は理想に近づくことが可能である。
【００１４】
液体レンズ１８は、バリオプティック社製のＡＲＣＴＩＣ−４１４又はＡＲＣＴＩＣ−４１６であるとよい。しかし、他の液体レンズを用いてもよい。
【００１５】
好ましい配置において、レーザはカメラの側面や底面ではなく、カメラの上部に搭載するとよい。加えて、レーザは光軸から約６ｍｍから１５ｍｍ程度ずらして配置するとよい。さらに、照明用にＬＥＤを用いる場合は、反射の影響を最小にするために、モジュールのレーザとは反対側に搭載すべきである。
【００１６】
前述したように、この発明は、より速くコード画像の焦点合わせをすることができる点、可動部品を使用せず、それに伴う信頼性の問題を排除することができる点、大きな焦点範囲を有する点、既存の走査装置を容易に改良できる点において、先行技術より優れた利点を示す。
【００１７】
説明により、この発明の好適な実施例を明らかにしてきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって規定されるこの発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の追加、変更および置き換えが可能なことが分かるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れた光学的コードを撮像するための走査装置であって、
前記コードからの反射光によって作られる前記コードの画像を受け取るイメージセンサと、
前記コードと前記イメージセンサとの間に配置されて前記イメージセンサ上に画像を形成し、レンズの焦点を制御する信号のための制御入力部を有す液体レンズと、
前記光学的コードまでの距離に関する信号を生成し、その距離に関する信号を前記液体レンズの前記制御入力部に印加する距離検知器とを備えたことを特徴とする走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走査装置において、
前記距離検知器が、前記光学的コード上にスポットを形成するためにビームを照射するレーザ発光体と、前記スポットからの反射光を検知して、前記光学的コードまでの距離を測定するレーザ検知器とから成ることを特徴とする走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の走査装置において、
前記センサが前記スポットの検知位置に応答することを特徴とする走査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の走査装置において、
前記光学的コードに向けた照明の光源と、前記距離に関する信号に関連して前記照明を制御するように構成されたコントローラとを備えたことを特徴とする走査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して前記照明の強さを制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項６】
請求項４に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して前記照明の射出角度（the angle of disbursement）を制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項７】
請求項４に記載の走査装置において、
前記距離検知器が、前記光学的コード上にスポットを形成するためにビームを照射するレーザ発光体と、前記スポットからの反射光を検知して、前記光学的コードまでの距離を測定するレーザ検知器とから成ることを特徴とする走査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の走査装置において、
前記センサが前記スポットの検知位置に応答することを特徴とする走査装置。
【請求項９】
離れた光学的コードを撮像するための走査装置であって、
前記コードからの反射光によって作られる前記コードの画像を受け取るイメージセンサと、
該イメージセンサ上に前記画像を形成するために、前記コードと前記イメージセンサとの間に配置された光学素子と、
前記光学的コードまでの距離に関する信号を生成する距離検知器と、
前記光学的コードに向けた照明の光源と、
前記距離に関する信号に関連して前記照明を制御するように構成されたコントローラとを備えたことを特徴とする走査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の走査装置において、
前記距離検知器が、前記光学的コード上にスポットを形成するためにビームを照射するレーザ発光体と、前記スポットからの反射光を検知し、前記光学的コードまでの距離を測定するレーザ検知器とから成ることを特徴とする走査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査装置において、
前記センサが前記スポットの検知位置に応答することを特徴とする走査装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して照明の強さを制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して照明の射出角度を制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して照明の強さを制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して照明の射出角度を制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項１】
離れた光学的コードを撮像するための走査装置であって、
前記コードからの反射光によって作られる前記コードの画像を受け取るイメージセンサと、
前記コードと前記イメージセンサとの間に配置されて前記イメージセンサ上に画像を形成し、レンズの焦点を制御する信号のための制御入力部を有す液体レンズと、
前記光学的コードまでの距離に関する信号を生成し、その距離に関する信号を前記液体レンズの前記制御入力部に印加する距離検知器とを備えたことを特徴とする走査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走査装置において、
前記距離検知器が、前記光学的コード上にスポットを形成するためにビームを照射するレーザ発光体と、前記スポットからの反射光を検知して、前記光学的コードまでの距離を測定するレーザ検知器とから成ることを特徴とする走査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の走査装置において、
前記センサが前記スポットの検知位置に応答することを特徴とする走査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の走査装置において、
前記光学的コードに向けた照明の光源と、前記距離に関する信号に関連して前記照明を制御するように構成されたコントローラとを備えたことを特徴とする走査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して前記照明の強さを制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項６】
請求項４に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して前記照明の射出角度（the angle of disbursement）を制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項７】
請求項４に記載の走査装置において、
前記距離検知器が、前記光学的コード上にスポットを形成するためにビームを照射するレーザ発光体と、前記スポットからの反射光を検知して、前記光学的コードまでの距離を測定するレーザ検知器とから成ることを特徴とする走査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の走査装置において、
前記センサが前記スポットの検知位置に応答することを特徴とする走査装置。
【請求項９】
離れた光学的コードを撮像するための走査装置であって、
前記コードからの反射光によって作られる前記コードの画像を受け取るイメージセンサと、
該イメージセンサ上に前記画像を形成するために、前記コードと前記イメージセンサとの間に配置された光学素子と、
前記光学的コードまでの距離に関する信号を生成する距離検知器と、
前記光学的コードに向けた照明の光源と、
前記距離に関する信号に関連して前記照明を制御するように構成されたコントローラとを備えたことを特徴とする走査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の走査装置において、
前記距離検知器が、前記光学的コード上にスポットを形成するためにビームを照射するレーザ発光体と、前記スポットからの反射光を検知し、前記光学的コードまでの距離を測定するレーザ検知器とから成ることを特徴とする走査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査装置において、
前記センサが前記スポットの検知位置に応答することを特徴とする走査装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して照明の強さを制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して照明の射出角度を制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して照明の強さを制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の走査装置において、
前記コントローラは、前記距離に関する信号に関連して照明の射出角度を制御するように構成されていることを特徴とする走査装置。
【図１】
【公表番号】特表２０１１−５０４２４７（Ｐ２０１１−５０４２４７Ａ）
【公表日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３３０５５（Ｐ２０１０−５３３０５５）
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８４０４３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６１３１７
【国際公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（３９１０６２８７２）株式会社オプトエレクトロニクス (70)
【出願人】（５９２２５２９６８）オプチコン インコーポレイテッド (31)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８４０４３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０６１３１７
【国際公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【出願人】（３９１０６２８７２）株式会社オプトエレクトロニクス (70)
【出願人】（５９２２５２９６８）オプチコン インコーポレイテッド (31)
【Ｆターム（参考）】
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