CN106059012B - 一种头戴显示供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种头戴显示供电系统，包括头戴显示设备、便携式终端和供电设备；供电设备包括用于连接便携式终端的第一通信接口和用于连接头戴显示设备的第二通信接口，两个通信接口之间设置有数据通道，用于实现头戴显示设备与便携式终端之间的直接通信；当供电设备同时连接便携式终端和头戴显示设备时，供电设备为头戴显示设备供电，头戴显示设备不再消耗便携式终端的电池的电能，延长了头戴显示设备和便携式终端搭配使用的时间，同时二者相当于直接相连，头戴显示设备不需要设置额外的电源接口或电源线；当供电设备仅连接便携式终端时，供电设备为便携式终端供电，又可以延长便携式终端本身的续航时间。

Description

一种头戴显示供电系统
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种头戴显示供电系统。
背景技术
随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实设备的种类越来越多，搭配手机等便携式终端使用的头戴显示设备可以提供更好的用户体验，将便携式终端作为主机通过线缆连接到头戴显示设备，由便携式终端负责数据的处理，头戴显示设备的屏幕负责图像的显示，相比于现有的大型主机，便携式终端具有更好的便携性，可以使用户随时随地进行虚拟现实体验。
对这一类头戴显示设备进行供电，通常有以下几种方式：
第一种，利用便携式终端的电池为头戴显示设备进行供电。但是现有的便携式终端为了满足对外观和便携性的需求，通常其内置电池的容量不会太大，无法长时间为头戴显示设备供电。
第二种，连接外部电源为头戴显示设备供电。但是这种方法需要在头戴显示设备上设置额外的电源接口或电源线，产品不够美观，还增加了成本，且影响了用户体验的便携性。
第三种，在头戴显示设备中设置大容量的电池，利用电池存储的电能为头戴显示设备供电。但是将电池放入头戴显示设备中容易引起设备发热，用户体验不好，而且设备过热或电池质量不好都有可能威胁到用户的人身安全。
发明内容
本发明提供了一种头戴显示供电系统，使得头戴显示设备不需要设置额外的电源接口或电源线，即可从头戴显示供电系统的供电设备中获取工作电源，头戴显示设备不消耗便携式终端的电池的电能，可以延长头戴显示设备和便携式终端搭配使用的时间。
本发明提供了一种头戴显示供电系统，包括头戴显示设备、便携式终端和供电设备；
所述供电设备包括第一通信接口和第二通信接口，所述第一通信接口用于连接所述便携式终端，所述第二通信接口用于连接所述头戴显示设备；
所述第一通信接口和所述第二通信接口之间设置有数据通道，通过所述数据通道所述头戴设备与所述便携式终端之间直接进行数据通信；
当所述供电设备同时连接所述便携式终端和所述头戴显示设备时，所述供电设备通过所述第二通信接口为所述头戴显示设备供电；
当所述供电设备仅连接所述便携式终端时，所述供电设备通过所述第一通信接口为所述便携式终端供电。
可选地，所述供电设备包括由上壳和下壳构成的壳体，在壳体内设置有PCB板和第一内置电池，所述PCB板上设置有第一充电管理芯片和充电接口，且所述充电接口露出壳体用于连接外部电源；
所述第一通信接口和所述第二通信接口均设置在所述PCB板上，分别与所述第一充电管理芯片相连并露出壳体；
在所述充电接口未连接外部电源时，所述第一充电管理芯片从所述第一内置电池取电，为所述便携式终端或所述头戴显示设备供电；
在所述充电接口连接外部电源时，所述第一充电管理芯片直接从外部电源取电，为所述便携式终端或所述头戴显示设备供电，同时为所述第一内置电池充电。
可选地，所述第一通信接口和所述第二通信接口均为USB Type-C接口，所述便携式终端为带有USB Type-C接口的智能手机或平板电脑，所述头戴显示设备上设置有USBType-C接口。
可选地，所述供电设备为电池背夹，与所述便携式终端具有近似的外形；
所述供电设备的两侧边缘设置有固定结构，用于将所述供电设备固定在所述便携式终端的背面。
可选地，所述便携式终端上设置有USB Type-C母座，所述头戴显示设备上设置有带有电缆的USB Type-C公头；
所述第一通信接口为USB Type-C公头，设置在所述供电设备上壳的上表面，在所述供电设备固定在所述便携式终端的背面时，所述第一通信接口插入所述便携式终端的USB Type-C母座；
所述第二通信接口为USB Type-C母座，设置在所述供电设备壳体的一个端面，用于所述头戴显示设备的USB Type-C公头插入；
所述充电接口为Micro USB接口，设置在所述供电设备壳体的一个侧面。
可选地，所述供电设备还包括开关控制电路；
所述开关控制电路，用于检测所述第二通信接口是否连接到所述头戴显示设备；当检测到所述第二通信接口连接到所述头戴显示设备时，控制所述第一通信接口和所述第一充电管理芯片之间的电路断开；当检测到所述第二通信接口未连接到所述头戴显示设备时，控制所述第一通信接口和所述第一充电管理芯片之间的电路接通。
可选地，所述开关控制电路包括PMOS管、三极管、按键开关、第一电阻和第二电阻；
所述按键开关的第一端接所述三极管的基极，并通过所述第一电阻接所述第一充电管理芯片的电源输出端，所述按键开关的第二端接地；
所述三极管的集电极接所述PMOS管的栅极，所述三极管的发射极接地；所述PMOS管的源极接所述充电管理芯片的电源输出端，漏极接所述第一通信接口；所述第二电阻的两端分别接所述PMOS管的源极和栅极；
当所述第二通信接口连接到所述头戴显示设备时，所述按键开关处于接通状态；当所述第二通信接口未连接到所述头戴显示设备时，所述按键开关处于断开状态。
可选地，所述开关控制电路还包括二极管；
所述二极管的正极接所述PMOS管的漏极，所述二极管的负极接所述第一通信接口。
可选地，所述头戴显示设备中设置有电源模块；
当所述头戴显示设备通过所述第二通信接口连接所述供电设备时，所述电源模块从所述供电设备中获取工作电源，为所述头戴显示设备中各模块供电。
可选地，所述头戴显示设备中还设置有第二充电管理芯片和第二内置电池，所述第二充电管理芯片分别连接所述第二通信接口、所述第二内置电池和所述电源模块；
当所述头戴显示设备通过所述第二通信接口连接所述供电设备时，所述第二充电管理芯片从所述供电设备取电，为所述第二内置电池充电；
当所述头戴显示设备未通过所述第二通信接口连接所述供电设备时，所述第二充电管理芯片从所述第二内置电池取电，为所述电源模块供电。
本发明的有益效果是：本发明提供的头戴显示供电系统包括头戴显示设备、便携式终端和供电设备，供电设备通过第一通信接口连接便携式终端，通过第二通信接口连接头戴显示设备，当供电设备同时连接便携式终端和头戴显示设备时，供电设备为头戴显示设备供电，头戴显示设备不再消耗便携式终端的电池的电能，延长了头戴显示设备和便携式终端搭配使用的时间。第一通信接口与第二通信接口之间设置有数据通路，可以实现便携式终端与头戴显示设备之间的直接通信，当供电设备同时连接便携式终端和头戴显示设备时，供电设备不影响头戴显示设备与便携式终端搭配使用，在进行数据通信时，头戴显示设备连接到供电设备相当于同时连接到便携式终端，因此头戴显示设备不需要设置额外的电源接口或电源线。在供电设备仅连接便携式终端时，供电设备为便携式终端供电，又可以延长便携式终端本身的续航时间。
在优选实施例中，供电设备的两个通信接口均采用USB Type-C类型的接口，可以以较大的电流为便携式终端供电或为头戴显示设备供电，并且USB Type-C接口可以同时传输Displayport数据和USB数据，使头戴显示设备仅使用一条线缆、通过一个USB Type-C接口即可同时实现从便携式终端获取Displayport格式的音视频信号、与便携式终端交互USB格式的数据信号、从供电设备中获取工作电源。
在进一步的优选实施例中，供电设备为电池背夹，具有与便携式终端相匹配的外形，通过供电设备上壳的边缘设置的固定结构可以将供电设备固定在便携式终端的背面，增强了头戴显示供电系统整体的便携性。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统的组成框图；
图2是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统中供电设备的功能框图；
图3是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统中供电设备的外观图；
图4是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统中供电设备的开关控制电路的电路图；
图5是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统中头戴显示设备的功能框图。
具体实施方式
本发明的设计构思是：利用一个供电设备连接在头戴显示设备与便携式终端之间，由供电设备为头戴显示设备供电，头戴显示设备不再消耗便携式终端的电池的电能，延长头戴显示设备和便携式终端搭配使用的时间。在供电设备内部设置数据通路，实现便携式终端与头戴显示设备之间的直接通信，使供电设备不影响头戴显示设备与便携式终端搭配使用，在进行数据通信时，头戴显示设备连接到供电设备相当于同时连接到便携式终端，头戴显示设备不需要设置额外的电源接口或电源线。
图1是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的头戴显示供电系统包括头戴显示设备110、便携式终端120和供电设备130。
供电设备130上设置有第一通信接口131和第二通信接口132，第一通信接口131用于连接便携式终端120，第二通信接口132用于连接头戴显示设备110。
第一通信接口131和第二通信接口132之间设置有数据通道，便携式终端120可以通过该数据通道与头戴显示设备110直接进行数据通信。
当供电设备130同时连接便携式终端120和头戴显示设备110时，供电设备130通过第二通信接口132为头戴显示设备110供电，此时头戴设备110不再消耗便携式终端120的电池的电能，可以延长头戴显示设备和便携式终端搭配使用的时间。头戴显示设备110通过第一通信接口131与第二通信接口132之间的数据通道，从便携式终端120中获取音视频信号并与便携式终端120交互控制数据，在这一过程中，头戴显示设备110相当于直接连接到120，供电设备130不会影响头戴显示设备110与便携式终端搭配使用。头戴显示设备110上仅需要设置一个通信接口或一条线缆连接到供电设备130上的第二通信接口132，即可同时实现与便携式终端120的连接，头戴显示设备110上不必设置额外的电源接口或电源线。
当供电设备130仅连接便携式终端120时，供电设备130可以通过第一通信接口131为便携式终端120供电，延长便携式终端120本身的续航时间。
当然，供电设备130也可以仅通过第二通信接口132连接头戴显示设备，此时虽然头戴显示设备可能无法正常工作，但是如果头戴显示设备110自带电源管理芯片和内置电池，供电设备130可以为头戴显示设备110的内置电池充电，以便于在头戴显示设备110不通过供电设备130直接连接便携式终端120时，可以实现自行供电。
图2是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统中供电设备的功能框图，如图2所示，供电设备210包括由上壳和下壳构成的壳体，在壳体内设置有PCB板和第一内置电池211，PCB板上设置有第一充电管理芯片212和充电接口213，且充电接口213露出壳体用于连接外部电源220。第一通信接口214和第二通信接口215均设置在PCB板上，分别与第一充电管理芯片212相连并露出壳体。
当充电接口213未连接外部电源220时，第一充电管理芯片212从第一内置电池211取电，为连接到第一通信接口214的便携式终端或连接到第二通信接口215的头戴显示设备供电。
当充电接口220连接外部电源220时，第一充电管理芯片212直接从外部电源220取电，为连接到第一通信接口214的便携式终端或连接到第二通信接口215的头戴显示设备供电，并同时为第一内置电池211充电。
优选地，第一通信接口214和第二通信接口215均为USB Type-C接口，连接到第一通信接口214的便携式终端为带有USB Type-C接口的智能手机或平板电脑，连接到第二通信接口215的头戴显示设备上也设置有USB Type-C接口。
USB Type-C接口标准是USB 3.1标准的其中一种，拥有4对差分信号，全双工通信，最高支持5V/20A。USB Type-C可以将其中一些或者全部差分信号通道转化为Displayport信号通道，如果还有剩余的差分信号，则可以继续用于USB数据传输。第一通信接口214和第二通信接口215均采用USB Type-C接口，可以以较大的电流为便携式终端或头戴显示设备供电，并且USB Type-C接口还可以同时传输Displayport音视频信号和USB数据信号，使头戴显示设备仅使用一条线缆、通过一个USB Type-C接口即可同时实现从便携式终端获取Displayport格式的音视频信号、与便携式终端交互USB格式的数据信号、从供电设备中获取工作电源。
图3是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统中供电设备的外观图，优选地，如图3所示，供电设备为电池背夹，具有与便携式终端相匹配的外形，即本发明的供电设备兼备便携式终端的保护壳和外置电池的功能。供电设备上壳的边缘设置有固定结构310，该固定结构可以为在上壳的四周边缘分散设置的多个卡扣结构，也可以为设置在上壳的一个或多个侧边的卡套结构，也可以为卡扣结构和卡套结构的配合。固定结构310可以将供电设备固定在便携式终端的背面，使供电设备便于携带。
具体地，第一通信接口214为USB Type-C公头，设置在供电设备上壳的上表面，在供电设备固定在便携式终端的背面时，第一通信接口可以插入便携式终端上设置的USBType-C母座。
具体地，第二通信接口115为USB Type-C母座，设置在供电设备壳体的一个端面，外部设备上设置的带有电缆的USB Type-C公头可以插入该母座，实现与供电设备的连接。
另外，充电接口213为Micro USB接口，设置在供电设备壳体的一个侧面，以便于为供电设备的第一内置电池211充电。当充电接口213未连接外部电源220时，供电设备利用第一内置电池211提供的电能为便携式终端或头戴显示设备供电。当充电接口213连接外部电源220时，供电设备利用外部电源220提供的电能直接为便携式终端或头戴显示设备供电，同时为第一内置电池211充电。
优选地，供电设备的PCB板上还设置有开关控制电路216。开关控制电路216用于检测头戴显示设备是否连接到第二通信接口215。
当检测到头戴显示设备连接到第二通信接口215时，开关控制电路216控制第一通信接口214和第一充电管理芯片212之间的电路断开，供电设备通过第二通信接口为头戴显示设备供电，头戴显示设备不再消耗便携式终端的电池的电能，可以延长头戴显示设备与便携式终端搭配使用的时间。
当检测到头戴显示设备未连接到第二通信接口215时，开关控制电路216控制第一通信接口214和第一充电管理芯片212之间的电路接通，供电设备通过第一通信接口214为便携式终端供电，延长便携式终端本身的续航时间。
图4是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统中供电设备的开关控制电路的电路图。如图4所示，本优选实施例中的开关控制电路包括PMOS管Q1、三极管Q2、按键开关SW、第一电阻R1和第二电阻R2。
按键开关SW的第一端接三极管Q2的基极，并通过第一电阻R1接第一充电管理芯片的电源输出端，按键开关SW的第二端接地。三极管Q2的集电极接PMOS管Q1的栅极，三极管Q2的发射极接地。PMOS管Q1的源极接充第一电管理芯片的电源输出端，漏极接第一通信接口。
第二电阻R2的两端分别接PMOS管Q1的源极和栅极。第二电阻R2为钳位电阻，控制PMOS管栅极与源极之间的电压，保证PMOS管Q1的状态。
当头戴显示设备连接到第二通信接口时，按键开关SW处于接通状态，三极管Q2的基极接地，三极管Q2截止，因而PMOS管Q1也截止，第一通信接口和第一充电管理芯片之间的电路断开。
当头戴显示设备未连接到第二通信接口时，按键开关SW处于断开状态，三极管Q2基极通过第一电阻R1接电源管理芯片的电源输出端，为高电压，三极管Q2导通，PMOS管Q1的栅极接地，因此PMOS管Q1也导通，第一通信接口和第一充电管理芯片之间的电路导通。
优选地，开关控制电路还包括二极管D1，其正极接PMOS管Q1的漏极，负极接第一通信接口，在供电设备连接便携式终端时，防止便携式终端的电源倒灌，损坏供电设备。
图5是本发明一个实施例提供的头戴显示供电系统中头戴显示设备的功能框图。如图5所示，头戴显示设备通过USB Type-C类型的通信接口501连接到供电设备的第二通信接口，通过第一通信接口与第二通信接口之间的数据通道，接收便携式终端发送的Displayport类型的音视频数据，信号转换模块502将Displayport类型的音视频数据转换为适合LCD显示屏503和音频插孔505的视频信号和音频信号(需音频解码芯片504对音频信号进行解码)，微控制器506负责通过第一通信接口与第二通信接口之间的数据通道与便携式终端交互控制数据，包括传感器507采集的数据。
优选地，头戴显示设备中还设置有电源模块508，当头戴显示设备连接到供电设备的第二通信接口时，电源模块508从供电设备中获取工作电源，为头戴显示设备中的各模块供电。
进一步优选地，头戴显示设备中还设置有第二充电管理芯片509和第二内置电池510，第二充电管理芯片509分别连接通信接口501、第二内置电池510和电源模块508。
当头戴显示设备通过通信接口501连接供电设备的第二通信接口时，第二充电管理芯片509从供电设备取电，为第二内置电池510充电。
当头戴显示设备未通过通信接口501连接供电设备的第二通信接口时，第二充电管理芯片509从第二内置电池取电510，为电源模块508供电，使头戴显示设备具备为自身供电的能力，可以在一定程度上延长头戴显示设备与便携式终端搭配使用的时间。本发明提供的供电系统主要是利用供电设备为头戴显示设备供电，通常情况下，第二内置电池510的容量较小，主要是防止头戴显示设备与供电设备之间的连接意外断开，防止头戴显示设备突然断电可能造成的设备故障，因此第二内置电池510不会造成设备过热影响用户体验的问题。
综上所述，本发明提供的头戴显示供电系统包括头戴显示设备、便携式终端和供电设备，供电设备通过第一通信接口连接便携式终端，通过第二通信接口连接头戴显示设备为，当供电设备同时连接便携式终端和头戴显示设备时，供电设备头戴显示设备供电，头戴显示设备不再消耗便携式终端的电池的电能，延长了头戴显示设备和便携式终端搭配使用的时间。第一通信接口与第二通信接口之间设置有数据通路，可以实现便携式终端与头戴显示设备之间的直接通信，当供电设备同时连接便携式终端和头戴显示设备时，供电设备不影响头戴显示设备与便携式终端搭配使用，在进行数据通信时，头戴显示设备连接到供电设备相当于同时连接到便携式终端，因此头戴显示设备不需要设置额外的电源接口或电源线。在供电设备仅连接便携式终端时，供电设备为便携式终端供电，又可以延长便携式终端本身的续航时间。
其次，供电设备的两个通信接口均采用USB Type-C类型的接口，可以以较大的电流为便携式终端供电或为头戴显示设备供电，并且USB Type-C接口可以同时传输Displayport数据和USB数据，使头戴显示设备仅使用一条线缆、通过一个USB Type-C接口即可同时实现从便携式终端获取Displayport格式的音视频信号、与便携式终端交互USB格式的数据信号、从供电设备中获取工作电源。
最后，供电设备为电池背夹，具有与便携式终端相匹配的外形，通过供电设备上壳的边缘设置的固定结构可以将供电设备固定在便携式终端的背面，增强了头戴显示供电系统整体的便携性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种头戴显示供电系统，其特征在于，包括头戴显示设备、便携式终端和供电设备；
所述供电设备包括第一通信接口和第二通信接口，所述第一通信接口用于连接所述便携式终端，所述第二通信接口用于连接所述头戴显示设备；
所述第一通信接口和所述第二通信接口之间设置有数据通道，通过所述数据通道所述头戴显示设备与所述便携式终端之间直接进行数据通信；
当所述供电设备同时连接所述便携式终端和所述头戴显示设备时，所述供电设备通过所述第二通信接口为所述头戴显示设备供电；
当所述供电设备仅连接所述便携式终端时，所述供电设备通过所述第一通信接口为所述便携式终端供电；
其中，所述供电设备为电池背夹，与所述便携式终端具有近似的外形；
所述供电设备的两侧边缘设置有固定结构，用于将所述供电设备固定在所述便携式终端的背面；
所述供电设备包括PCB板，所述PCB板上设置有第一充电管理芯片，所述供电设备还包括开关控制电路；
所述开关控制电路，用于检测所述第二通信接口是否连接到所述头戴显示设备；当检测到所述第二通信接口连接到所述头戴显示设备时，控制所述第一通信接口和所述第一充电管理芯片之间的电路断开；当检测到所述第二通信接口未连接到所述头戴显示设备时，控制所述第一通信接口和所述第一充电管理芯片之间的电路接通。
2.如权利要求1所述的头戴显示供电系统，其特征在于，
所述供电设备包括由上壳和下壳构成的壳体，在壳体内设置有PCB板和第一内置电池，所述PCB板上设置有第一充电管理芯片和充电接口，且所述充电接口露出壳体用于连接外部电源；
所述第一通信接口和所述第二通信接口均设置在所述PCB板上，分别与所述第一充电管理芯片相连并露出壳体；
在所述充电接口未连接外部电源时，所述第一充电管理芯片从所述第一内置电池取电，为所述便携式终端或所述头戴显示设备供电；
在所述充电接口连接外部电源时，所述第一充电管理芯片直接从外部电源取电，为所述便携式终端或所述头戴显示设备供电，同时为所述第一内置电池充电。
3.如权利要求2所述的头戴显示供电系统，其特征在于，所述第一通信接口和所述第二通信接口均为USB Type-C接口，所述便携式终端为带有USB Type-C接口的智能手机或平板电脑，所述头戴显示设备上设置有USB Type-C接口。
4.如权利要求1所述的头戴显示供电系统，其特征在于，
所述便携式终端上设置有USB Type-C母座，所述头戴显示设备上设置有带有电缆的USB Type-C公头；
所述第一通信接口为USB Type-C公头，设置在所述供电设备上壳的上表面，在所述供电设备固定在所述便携式终端的背面时，所述第一通信接口插入所述便携式终端的USBType-C母座；
所述第二通信接口为USB Type-C母座，设置在所述供电设备壳体的一个端面，用于所述头戴显示设备的USB Type-C公头插入；
所述充电接口为Micro USB接口，设置在所述供电设备壳体的一个侧面。
5.如权利要求4所述的头戴显示供电系统，其特征在于，所述开关控制电路包括PMOS管、三极管、按键开关、第一电阻和第二电阻；
所述按键开关的第一端接所述三极管的基极，并通过所述第一电阻接所述第一充电管理芯片的电源输出端，所述按键开关的第二端接地；
所述三极管的集电极接所述PMOS管的栅极，所述三极管的发射极接地；所述PMOS管的源极接所述充电管理芯片的电源输出端，漏极接所述第一通信接口；所述第二电阻的两端分别接所述PMOS管的源极和栅极；
当所述第二通信接口连接到所述头戴显示设备时，所述按键开关处于接通状态；当所述第二通信接口未连接到所述头戴显示设备时，所述按键开关处于断开状态。
6.如权利要求5所述的头戴显示供电系统，其特征在于，所述开关控制电路还包括二极管；
所述二极管的正极接所述PMOS管的漏极，所述二极管的负极接所述第一通信接口。
7.如权利要求4所述的头戴显示供电系统，其特征在于，所述头戴显示设备中设置有电源模块；
当所述头戴显示设备通过所述第二通信接口连接所述供电设备时，所述电源模块从所述供电设备中获取工作电源，为所述头戴显示设备中各模块供电。
8.如权利要求7所述的头戴显示供电系统，其特征在于，所述头戴显示设备中还设置有第二充电管理芯片和第二内置电池，所述第二充电管理芯片分别连接所述第二通信接口、所述第二内置电池和所述电源模块；
当所述头戴显示设备通过所述第二通信接口连接所述供电设备时，所述第二充电管理芯片从所述供电设备取电，为所述第二内置电池充电；
当所述头戴显示设备未通过所述第二通信接口连接所述供电设备时，所述第二充电管理芯片从所述第二内置电池取电，为所述电源模块供电。
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