JP2023005641A - 周面発光線状導光体 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑制しながらも、光ファイバの長手方向において光散乱部材が形成された範囲におけるコアの径方向への光の強度の均一性を高めることが可能な周面発光線状導光体を提供する。【解決手段】周面発光線状導光体３は、線状かつ断面円形状のコア４１と、コア４１をその先端部４１０から所定の軸方向長さにわたって覆う光散乱部材５とを備える。コア４１から出射された光は、光散乱部材５によって散乱放射される。コア４１は、大径部４１１と、大径部４１１よりも直径が小さい小径部４１２とを光散乱部材５に覆われた部分に有し、小径部４１２が大径部４１１よりもコア４１の先端側に設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、光を導く導光部材と、導光部材から出射された光を散乱させる光散乱部材とを備えた周面発光線状導光体に関する。

従来、例えばレーザ治療に用いられるレーザ医療装置のレーザ光の出射端を構成するレーザプローブとして、特許文献１に記載のものが知られている。

特許文献１に記載のレーザプローブは、光ファイバの先端部分のクラッドが所定長だけ除去されており、クラッドから露出した部分のコアの先端にテーパ面が形成されている。このテーパ面には、レーザ光を反射する反射被膜層が設けられており、さらに反射被膜層が保護膜で覆われている。コアの外周面には、光分散用の白色微粉末を溶かし込んだ樹脂を塗布して樹脂層が形成されている。レーザ入射端からコアに入射されたレーザ光がテーパ面に到達すると、このレーザ光が反射被膜層で反射されて反射戻り光となり、コアの外周面から樹脂層を経て外部に放射される。これにより、コアの長さ方向に亘り均一にレーザ光を出射させることができるとされている。

特開２００５－８７５３１号公報

特許文献１に記載された構成のレーザプローブを製造するためには、特許文献１の図４に示されているように、クラッドから露出したコアの先端にテーパ面を形成する工程と、コアの外周面にマスキング樹脂を塗布する工程と、スパッタリング装置を用いてテーパ面にアルミニウム等の高反射率の金属を真空蒸着させて反射被膜層を形成する工程と、反射被膜層上にさらに酸化防止性質を有する金属を蒸着させて保護膜を積層形成する工程と、マスキング樹脂を除去する工程と、マスキング樹脂を除去したコアの外周面に白色酸化物微粒子を分散させた樹脂を塗布して硬化させる工程とが必要となる。特許文献１に記載されたものでは、これら多くの工程を行うために、製造コストの高騰を招来してしまう。

そこで、本発明は、製造コストを抑制しながらも、光ファイバの長手方向において光散乱部材が形成された範囲におけるコアの径方向への光の強度の均一性を高めることが可能な周面発光線状導光体を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、線状かつ断面円形状の導光部材と、前記導光部材をその先端部から所定の軸方向長さにわたって覆う光散乱部材とを備え、前記導光部材から出射された光が前記光散乱部材によって散乱放射される周面発光線状導光体であって、前記導光部材は、大径部と前記大径部よりも直径が小さい小径部とを前記光散乱部材に覆われた部分に有し、前記小径部が前記大径部よりも前記導光部材の先端側に設けられている、周面発光線状導光体を提供する。

本発明に係る周面発光線状導光体によれば、製造コストを抑制しながらも、光ファイバの長手方向において光散乱部材が形成された範囲におけるコアの径方向への光の強度の均一性を高めることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る周面発光線状導光体を用いて構成されたカテーテルを有する治療装置を、治療対象の患者と共に示す模式図である。 患者の体内に挿入されたカテーテルの先端部を示す模式図である。 周面発光線状導光体の先端部を示す斜視図である。 （ａ）は、周面発光線状導光体の軸方向断面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａ線における周面発光線状導光体の径方向断面図である。 光ファイバのコアの先端部における光の散乱状態の一例を模式的に示す模式図である。 比較例に係る周面発光線状導光体を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る周面発光線状導光体の先端部を示す斜視図である。 （ａ）は、第２の実施の形態に係る周面発光線状導光体の軸方向断面図である。（ｂ）は、（ａ）のＢ－Ｂ線における周面発光線状導光体の径方向断面図である。 第２の実施の形態に係る周面発光線状導光体の先端部における光の散乱状態の一例を示す模式図である。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る周面発光線状導光体３をカテーテルとして用いる治療装置１を、治療対象の患者Ｐと共に示す模式図である。治療装置１は、本体２と周面発光線状導光体３とを有し、周面発光線状導光体３の先端部が患者Ｐの体内に挿入されている。本体２は、レーザ光を発する光源２１を有しており、光源２１で発生したレーザ光が周面発光線状導光体３の基端部に入射する。

図２は、患者Ｐの体内に挿入された周面発光線状導光体３の先端部を示す模式図である。図２では、患者Ｐの血管Ｐ_１の一部を切り欠いて、血管Ｐ_１内に挿入された周面発光線状導光体３の先端部を示している。周面発光線状導光体３から散乱放射されたレーザ光Ｌｒは、治療部Ｐ_２を照射し、予め治療部Ｐ_２に含ませた薬剤を反応させる。これにより、血管内レーザ治療が行われる。

図３は、周面発光線状導光体３の先端部を示す斜視図である。図４（ａ）は、光ファイバ４の中心軸線Ｃ_１に沿った周面発光線状導光体３の軸方向断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ線における周面発光線状導光体３の径方向断面図である。図５は、光ファイバ４のコア４１の先端部４１０付近における光の散乱状態の一例を模式的に示す模式図である。

周面発光線状導光体３は、光源２１で発生したレーザ光を治療部Ｐ_２に導く光ファイバ４と、光ファイバ４の一端部に設けられた光散乱部材５とを備えている。光ファイバ４は、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）であり、コア４１、クラッド４２、及びシース４３を有している。光ファイバ４の長手方向の一端部では、クラッド４２がシース４３から露出しており、さらにコア４１がクラッド４２から露出している。コア４１は、請求項に係る発明の「導光部材」の一態様であり、線状かつ断面円形状に形成されている。クラッド４２から露出した部分のコア４１の軸方向長さは、例えば１～５ｃｍである。

本実施の形態では、クラッド４２から露出した部分のコア４１の全体が光散乱部材５に覆われている。ただし、光散乱部材５は、少なくともコア４１をその先端部４１０から所定の軸方向長さ範囲にわたって覆っていればよく、必ずしもクラッド４２から露出したコア４１の全体を覆っていなくてもよい。図３では、光散乱部材５の輪郭を仮想線（二点鎖線）で示し、コア４１の輪郭を実線で示している。

本実施の形態では、コア４１が石英ガラスからなり、クラッド４２がポリマーからなる。シース４３は、フッ素系樹脂であり、より具体的にはＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー）である。コア４１の直径は、例えば２００μｍである。コア４１の屈折率は、クラッド４２の屈折率よりも高く、クラッド４２内におけるコア４１を伝搬する光がクラッド４２との界面で全反射する。

光散乱部材５は、コア４１から出射された光を外部に散乱放射する。光散乱部材５は、光透過性の基材５０に多数の光散乱粒子５１が分散混合されている。ここで、分散混合されているとは、光散乱粒子５１が基材５０内の一部に固まってしまうことがないよう、基材５０内に光散乱粒子５１が均等に散らばるように混合されていることをいう。本実施の形態では、基材５０が熱硬化性の樹脂である。光散乱粒子５１は、肉眼では認識できない程度の微細な粒子であるが、図４では、光散乱粒子５１の大きさを誇張して示している。

基材５０は、屈折率がコア４１よりも高く、コア４１から出射された光が光散乱部材５に入射する。本実施の形態では、基材５０がシリコン樹脂であり、屈折率が例えば１．５２である。コア４１の屈折率は、例えば１．４６である。光散乱粒子５１は、光散乱部材５に入射した光を反射する金属粒子である。本実施の形態では、光散乱粒子５１として酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いる。ただし、これに限らず、酸化アルミニウム（アルミナ）や、銀、銅、鉄、もしくはこれらの合金の微細な金属粉を光散乱粒子５１として用いてもよい。

クラッド４２から露出した部分のコア４１は、クラッド４２に覆われた部分と同径の大径部４１１、及び大径部４１１よりも直径が小さい小径部４１２からなる。大径部４１１と小径部４１２とは、中心軸線Ｃ_１に沿って同心状に軸方向に並び、小径部４１２が大径部４１１よりも光ファイバ４の先端側に設けられている。大径部４１１の直径Ｄは、クラッド４２に覆われた部分のコア４１の直径Ｄ_０と同径である。

光散乱部材５は、大径部４１１及び小径部４１２の全体を連続して覆っている。すなわち、コア４１は、大径部４１１と小径部４１２とを、光散乱部材５に覆われた部分に一体に有している。本実施の形態では、小径部４１２の外周面４１２ａ及び先端面４１２ｂ、ならびに大径部４１１の外周面４１１ａが、軸方向の全体にわたって光散乱部材５に覆われている。ただし、光散乱部材５は、大径部４１１における小径部４１２側の少なくとも一部を覆っていればよく、必ずしも大径部４１１の軸方向の全体を覆っていなくてもよい。

光散乱部材５を形成する際には、硬化する前の液状の基材５０に多数の光散乱粒子５１が混ぜ合わされた樹脂組成物を用意し、先端部４１０が下方となるように鉛直方向に垂らしたコア４１の一部を樹脂組成物に浸した後にコア４１を引き上げ、コア４１に付着した樹脂組成物を加熱して硬化させる。これにより、小径部４１２の外周面４１２ａ及び先端面４１２ｂならびに大径部４１１の外周面４１１ａに、隙間や他の部材を介することなく光散乱部材５を密着させて形成することができる。

小径部４１２は、先端面４１２ｂを頂面として有する截頭円錐体状である。小径部４１２の外周面４１２ａは、小径部４１２における大径部４１１側の端部から先端面４１２ｂに向かって徐々に縮径するテーパ状である。小径部４１２の先端面４１２ｂは、軸方向視において円形状の平坦面である。小径部４１２の外周面４１２ａのテーパ形状は、例えばコア４１の先端部４１０を中心軸線Ｃ_１に対して斜めに研削加工することによって形成することができる。なお、小径部４１２を、平坦な頂面を有しない円錐体状とした場合には、頂点にレーザ光Ｌｒが集中しすぎるため、本実施の形態では、小径部４１２の先端面４１２ｂを中心軸線Ｃ_１に対して垂直な平坦面としている。

小径部４１２の軸方向長さは、小径部４１２においてテーパ状に形成された部分の径方向の幅よりも長く、小径部４１２においてテーパ状に形成された部分の径方向の幅は、大径部４１１の半径（Ｄ／２）よりも短い。図４（ａ）に示すように、小径部４１２の軸方向長さをＬとし、小径部４１２においてテーパ状に形成された部分の径方向の幅をＷとすると、Ｌ，Ｗ，Ｄは、Ｗ＜Ｄ／２≦Ｌの不等式を満たす。

クラッド４２の内側におけるコア４１を伝搬したレーザ光Ｌｒは、大径部４１１の外周面４１１ａ、小径部４１２の外周面４１２ａ、及び小径部４１２の先端面４１２ｂから出射され、光散乱部材５に入射する。なお、クラッド４２から露出した部分のコア４１の表面では、この表面とのなす角に応じて、レーザ光Ｌｒの一部又は全部が内部反射する。

図５に示すように、小径部４１２の外周面４１２ａから出射されたレーザ光Ｌｒが光散乱粒子５１に当たると、光散乱粒子５１によってレーザ光Ｌｒが乱反射され、光散乱部材５の外部にレーザ光Ｌｒが散乱放射される。これにより、図２に示すように、主としてコア４１の径方向にレーザ光Ｌｒが放射される。

［比較例］
図６は、比較例に係る周面発光線状導光体３０を示す断面図である。この周面発光線状導光体３０は、第１の実施の形態に係る周面発光線状導光体３と同様に、コア４１、クラッド４２、及びシース４３を有する光ファイバ４と、クラッド４２から露出した部分のコア４１を覆う光散乱部材５とを備えているが、コア４１の直径が軸方向の全体にわたって均一であり、コア４１の先端面４１ａが軸方向に対して垂直な平面状である。

この周面発光線状導光体３０では、コア４１を伝搬してきたレーザ光の多くがコア４１の先端面４１ａから出射され、先端面４１ａを覆う部分の光散乱部材５で散乱放射される一方、コア４１の外周面４１ｂから出射されるレーザ光の割合が小さくなる。このため、コア４１の径方向に放射されるレーザ光の強度が先端面４１ａ付近の狭い範囲で極大ピーク値となり、光強度のむらが大きくなってしまう。

［第１の実施の形態の効果］
本実施の形態では、テーパ状の外周面４１２ａを有する小径部４１２が大径部４１１に連続してコア４１に設けられているので、比較例に係る周面発光線状導光体３０に比較して、光強度の極大ピーク値が抑えられると共に、光強度が高い範囲がコア４１の軸方向に長くなる。これにより、コア４１の径方向への光の強度の均一性が高めるられる。しかも、本実施の形態では、小径部４１２の軸方向長さＬがテーパ状の外周面４１２ａの径方向の幅Ｗよりも長いので、光の強度を均一にする効果がより一層高められる。

また、本実施の形態では、例えば上記の特許文献１に記載されたもののように、反射被膜層、保護膜、及び光分散用の樹脂層を形成するための多くの工程を経ることなく、コア４１の径方向にレーザ光Ｌｒを放射する周面発光線状導光体３が得られるので、製造コストを抑制することができる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る周面発光線状導光体６について、図７乃至９を参照して説明する。図７は、周面発光線状導光体６の先端部を示す斜視図である。図８（ａ）は、周面発光線状導光体６の軸方向断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ－Ｂ線における周面発光線状導光体６の径方向断面図である。図９は、周面発光線状導光体６の先端部における光の散乱状態の一例を示す模式図である。

周面発光線状導光体６は、コア７１、クラッド７２、及びシース７３を有する光ファイバ７と、コア７１よりも直径が小さい円柱状の導光体８と、光散乱部材９とを備えている。周面発光線状導光体６の用途や、光ファイバ７及び光散乱部材９の各部の材質等は、第１の実施の形態と同様である。

第１の実施の形態では、光散乱部材５に覆われた大径部４１１及び小径部４１２が共に光ファイバ４のコア４１の一部である場合について説明した。本実施の形態では、光ファイバ７のコア７１と導光体８との組み合わせによって線状かつ断面円形状の導光部材６０が構成され、コア７１が導光部材６０の大径部６０１であり、導光体８が導光部材６０の小径部６０２である場合について説明する。すなわち、本実施の形態では、導光部材６０が、大径部６０１と小径部６０２とを、光散乱部材９に覆われた部分に有している。

本実施の形態において、コア７１は、請求項に係る発明の「大径導光体」の一態様であり、導光体８は、請求項に係る発明の「小径導光体」の一態様である。光散乱部材９は、導光部材６０をその先端部６００から所定の軸方向長さ範囲にわたって覆っており、導光部材６０から出射された光が光散乱部材９によって散乱放射される。

導光体８は、均一な直径で形成された円柱状であり、コア７１よりも導光部材６０の先端側に設けられている。また、導光体８は、コア７１と同心状に、コア７１の先端面７１ａに溶接されている。この溶接は、例えば光ファイバ融着接続機を用い、電極棒間の放電によってコア７１及び導光体８のそれぞれの端部を溶かし、放電による加熱を継続しながら端部同士を突き合わせることにより行うことができる。

本実施の形態では、光ファイバ７がマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）であり、そのコア７１は、マルチモードコアである。導光体８は、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）に用いられるシングルモードコアである。コア７１及び導光体８は、一例として、共に石英ガラスからなるが、これに限らず、例えばプラスチックであってもよい。

コア７１（大径部６０１）と導光体８（小径部６０２）との間には、環状の段差面７１ｂが形成されている。段差面７１ｂは、コア７１の先端面７１ａにおける導光体８よりも外周側の部分である。本実施の形態では、段差面７１ｂが光ファイバ７の中心軸線Ｃ_２に対して垂直であるが、これに限らず、段差面７１ｂが導光体８側ほど徐々に縮径するテーパ状であってもよい。

導光体８は、コア７１の先端面７１ａとは反対側の端面である先端面８ａが光散乱部材９に覆われていると共に、外周面８ｂが軸方向の全体にわたって全周が光散乱部材９に覆われている。コア７１は、段差面７１ｂが全周にわたって光散乱部材９に覆われていると共に、外周面７１ｃにおける先端面７１ａ側の一部が光散乱部材９に覆われている。本実施の形態では、クラッド７２から露出したコア７１の外周面７１ｃの全体が光散乱部材９に覆われている。ただし、光散乱部材９は、クラッド７２から露出したコア７１の外周面７１ｃにおける導光体８側の少なくとも一部を、導光体８の外周面８ｂから連続して覆っていればよい。

光散乱部材９に覆われた部分のコア７１（大径部６０１）の軸方向長さＬ_１は、導光体８の軸方向長さＬ_２よりも長い。Ｌ_１は、Ｌ_２の例えば２倍以上である。

図９に示すように、光散乱部材９は、コア７１及び導光体８よりも屈折率が高い光透過性の基材９０に多数の光散乱粒子９１が分散混合されている。基材９０は、例えば熱硬化性のシリコン樹脂であり、光散乱粒子９１は、例えば酸化チタンである。また、光散乱部材９は、第１の実施の形態に係る光散乱部材５と同様の方法によってコア７１及び導光体８の周囲に形成される。

コア７１を伝搬したレーザ光Ｌｒは、コア７１の段差面７１ｂ及び外周面７１ｃ、ならびに導光体８の先端面８ａ及び外周面８ｂから出射され、光散乱部材９に入射する。光散乱部材９に入射したレーザ光Ｌｒが光散乱粒子９１に当たると、光散乱粒子９１によってレーザ光Ｌｒが乱反射され、光散乱部材９の外部にレーザ光Ｌｒが散乱放射される。これにより、主としてコア７１及び導光体８の径方向にレーザ光Ｌｒが放射される。

このように、本実施の形態に係る周面発光線状導光体６では、コア７１及び導光体８からなる導光部材６０から軸方向に出射されるレーザ光Ｌｒが、導光体８の長さ分だけ軸方向に離れたコア７１の段差面７１ｂ及び導光体８の先端面８ａの二箇所で光散乱部材９に入射することになるので、上記の比較例に比較して光強度の極大ピーク値が抑えられる。これにより、導光部材６０の径方向への光の強度の均一性が高めるられる。また、第１の実施の形態と同様に、製造コストを抑制することが可能となる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］線状かつ断面円形状の導光部材（４１，６０）と、前記導光部材（４１，６０）をその先端部から所定の軸方向長さにわたって覆う光散乱部材（５，９）とを備え、前記導光部材（４１，６０）から出射された光が前記光散乱部材（５，９）によって散乱放射される周面発光線状導光体（３，６）であって、前記導光部材（４１，６０）は、大径部（４１１，６０１）と前記大径部（４１１，６０１）よりも直径が小さい小径部（４１２，６０２）とを前記光散乱部材（５，９）に覆われた部分に有し、前記小径部（４１２，６０２）が前記大径部（４１１，６０１）よりも前記導光部材（４１，６０）の先端側に設けられている、周面発光線状導光体（３，６）。

［２］前記小径部（４１２）は、その外周面（４１２ａ）が、前記大径部（４１１）側の端部から徐々に縮径するテーパ状である、上記［１］に記載の周面発光線状導光体（３）。

［３］前記小径部（４１２）の軸方向長さ（Ｌ）は、前記小径部（４１２）において前記テーパ状に形成された部分の径方向の幅（Ｗ）よりも長く、前記小径部（４１２）において前記テーパ状に形成された部分の径方向の幅（Ｗ）は、前記大径部（４１１）の半径（Ｄ／２）よりも短い、上記［２］に記載の周面発光線状導光体（３）。

［４］前記小径部（６０２）は、均一な直径で前記大径部（６０１）と同心状に設けられた円柱状であり、前記大径部（６０１）と前記小径部（６０２）との間に環状の段差面（７１ｂ）が形成されている、上記［１］に記載の周面発光線状導光体（６）。

［５］前記大径部（６０１）の軸方向長さ（Ｌ_１）が前記小径部（６０２）の軸方向長さ（Ｌ_２）よりも長い、上記［４］に記載の周面発光線状導光体（６）。

［６］前記導光部材（６）は、前記大径部（６０１）としての大径導光体（コア７１）と、前記小径部（６０２）としての小径導光体（導光体８）とを組み合わせてなり、前記大径導光体（７１）の先端面（７１ａ）に前記小径導光体（８）が溶接されている、上記［４］又は［５］に記載の周面発光線状導光体（６）。

［７］前記大径導光体（７１）がマルチモードコアであり、前記小径導光体（８）がシングルモードコアである、上記［６］に記載の周面発光線状導光体（６）。

（付記）
以上、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、次のように変形して実施することも可能である。

第１の実施の形態では、導光部材としてのコア４１の一部を研削して小径部４１２を形成する場合について説明したが、これに限らず、例えば加熱したコアを軸方向に引き延ばして細径化することにより小径部４１２を形成してもよい。また、第２の実施の形態では、光ファイバ７のコア７１と導光体８とを組み合わせて導光部材６０を構成した場合について説明したが、これに限らず、光ファイバのコアの一部を研削等によって小径円柱状に形成し、小径部６０２としてもよい。

３，６…周面発光線状導光体 ４１…コア（導光部材）
４１０…先端部 ４１１…大径部
４１２…小径部 ４１２ａ…外周面
５…光散乱部材 ５０…基材
５１…光散乱粒子 ６０…導光部材
６０１…大径部 ６０２…小径部
７１…コア（大径導光体） ７１ａ…先端面
７１ｂ…段差面 ８…導光体（小径導光体）
９…光散乱部材 ９０…基材
９１…光散乱粒子

Claims (7)

1. 線状かつ断面円形状の導光部材と、前記導光部材をその先端部から所定の軸方向長さにわたって覆う光散乱部材とを備え、前記導光部材から出射された光が前記光散乱部材によって散乱放射される周面発光線状導光体であって、
   前記導光部材は、大径部と前記大径部よりも直径が小さい小径部とを前記光散乱部材に覆われた部分に有し、前記小径部が前記大径部よりも前記導光部材の先端側に設けられている、
   周面発光線状導光体。
2. 前記小径部は、その外周面が、前記大径部側の端部から徐々に縮径するテーパ状である、
   請求項１に記載の周面発光線状導光体。
3. 前記小径部の軸方向長さは、前記小径部において前記テーパ状に形成された部分の径方向の幅よりも長く、
   前記小径部において前記テーパ状に形成された部分の径方向の幅は、前記大径部の半径よりも短い、
   請求項２に記載の周面発光線状導光体。
4. 前記小径部は、均一な直径で前記大径部と同心状に設けられた円柱状であり、
   前記大径部と前記小径部との間に環状の段差面が形成されている、
   請求項１に記載の周面発光線状導光体。
5. 前記大径部の軸方向長さが前記小径部の軸方向長さよりも長い、
   請求項４に記載の周面発光線状導光体。
6. 前記導光部材は、前記大径部としての大径導光体と、前記小径部としての小径導光体とを組み合わせてなり、
   前記大径導光体の先端面に前記小径導光体が溶接されている、
   請求項４又は５に記載の周面発光線状導光体。
7. 前記大径導光体がマルチモードコアであり、前記小径導光体がシングルモードコアである、
   請求項６に記載の周面発光線状導光体。

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