JP5203289B2 - ライン光源ユニット及び紙葉類の読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、ライン光源ユニットに関するものである。このライン光源ユニットは、例えば、紙幣や有価証券などの紙葉類を透過又は反射した光を受光することにより当該紙葉類を読み取る紙葉類の読取装置に好適に用いられる。

紙葉類の読取装置は、紙葉類の印刷機器や鑑別装置などにおいて、紙葉類の形状・模様などの認識に用いられる装置である。この紙葉類の読取装置は、紙葉類（以下「原稿」ということがある）を照明するためのライン光源ユニットと、そのライン光源ユニットから出射され原稿を透過した光を導くためのレンズアレイと、そのレンズアレイにより導かれた透過光を受光する受光素子とを備えている。ライン光源ユニットは、その長軸方向が原稿面と平行になるように、配置されている。

先行技術にかかるライン光源ユニットの構成を、図６に例示する。ライン光源ユニット１００は、透明な長手状に延びる導光体１０１と、この導光体１０１の端面に配置された光源素子１０３とを有する。導光体１０１の延びる長手方向をｚ方向とし、原稿面を向いた方向をｙ方向としている。導光体１０１の一側面には、光源素子１０３から導光体１０１の端面に入射され導光体１０１に沿ってｚ方向に進む光を拡散・屈折させて、ほぼ直角方向、すなわちｙ方向に出射させるための光拡散パターンＰが形成されている。

その光拡散パターンＰは、導光体１０１の一側面上に長手方向（ｚ方向）に沿って、かつ一直線状に形成されている。
この先行技術にかかるライン光源ユニットによれば、光源素子から導光体１０１に入射された光は、光拡散パターンにより拡散・屈折されて、その一部は導光体１０１から原稿面に向けて照射される。この光拡散パターンの微細形状を工夫することにより、原稿面への照射光の長手方向に沿う光量のばらつきを抑制しながら、原稿面に照射することができる。よって、安定した読み取りが可能となり、紙葉類の形状・模様などを正確に認識することができる。

特開2001-229722号公報 特開2006-39996号公報

ところで、紙葉類の認識の精度を向上させるには、光源の光の中に紫外領域の光（ＵＶ光）が含まれていると良いことが知られている。
このＵＶ光を利用するために、ＵＶ光源を、可視・赤外光の光源とともに導光体の端面に配置することが考えられるが、ＵＶ光に対する導光体の吸収係数が大きいので、端面から入射したＵＶ光は導光体の中を長手方向に沿って進むうちに減衰してしまい、導光体から原稿面に向けて照射されるＵＶ光が弱くなってしまう。

そこで本発明の目的は、導光体内でＵＶ光の伝搬距離を短くすることのできる位置にＵＶ光源を配置することにより、均一にＵＶ光を照射することができ、かつコストパフォーマンスに優れた、コンパクトなライン光源ユニット及びそれを用いた紙葉類の読取装置を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明のライン光源ユニットは、長手方向Ｌに延びる透明な導光体と、導光体の端面に配置された第一の光源素子と、導光体の少なくとも１つの側面に形成され、光源素子から導光体の端面に入射され導光体の長手方向に沿って進む光を拡散・屈折させて出射させるための光拡散パターンと、導光体の光拡散パターンが形成された側面を含む又は複数の側面を覆うカバー部材とを有し、又は複数の側面を覆うカバー部材には、導光体に対してＵＶ光を発光する第二の光源素子が取り付けられているものである。

この構成によれば、第一の光源素子から導光体の端面に入射され導光体の長手方向に沿って進む光は、光拡散パターンで拡散され、導光体のいずれかの側面（「光出射側面」という）から出射し原稿に到達する。またこれと同時に、第二の光源素子から導光体の１又は複数の側面にＵＶ光を入射することができる。この導光体に入射されたＵＶ光は、導光体の長手方向でない方向に沿って進み、導光体の光出射側面から出射される。第二の光源素子から出射されるＵＶ光の伝搬距離は、第一の光源素子から導光体の端面に入射される光の伝搬距離に比べて短いものである。したがって、ＵＶ光は少ない減衰で導光体を通過して原稿面に到達することができる。

カバー部材に、第二の光源素子を挿入する貫通孔が形成されていれば、ＵＶ光がカバー部材を通過しないで直接導光体に入るので、カバー部材の材質を、ＵＶ光に対して透明な特殊な材質にする必要がなくなり、コスト面で有利になる。
導光体の光出射側面の、該導光体の長手方向と垂直な断面の形状が、外側に凸の曲線状を成していれば、レンズの働きをするので、この光出射側面により、導光体から出射する光を集光して、原稿に照度の高い照明領域を形成することが出来る。

第二の光源素子が、複数個一列に配列されている構造であれば、原稿面に、導光体の長手方向に沿ってほぼ一様にＵＶ光を照射することができる。
また本発明の紙葉類の読取装置は、紙葉類からなる原稿を照明するためのライン光源ユニットと、そのライン光源ユニットから出射され原稿を反射又は透過した光を導くためのレンズアレイと、そのレンズアレイにより導かれた透過光を受光する受光素子とを備えるものであって、ライン光源ユニットは、本発明のライン光源ユニットの構成を備えるものである。

以上のように本発明によれば、第二の光源素子から出射されるＵＶ光を、少ない減衰で導光体を通過させて原稿面に到達させることができるので、第二の光源素子の光量を小さいもので済ませることができる。
また、ライン光源ユニットを紙葉類の読取装置に用いれば、ＵＶ光を照射する第二の光源素子の容量を小さいものにすることができるので、消費電力を低減することができ、光源素子の寿命も延ばすことができる。

本発明の一実施の形態における紙葉類の読取装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１に示される紙葉類の読取装置におけるライン光源ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。 ライン光源ユニットの各構成部材を概略的に示す分解斜視図である。 導光体をカバー部材で覆った状態を示す概略断面図である。 光拡散パターンを示す断面図である。 従来の紙葉類の読取装置におけるライン光源ユニットの構成を概略的に示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
＜読取装置＞
図１は、本発明の一実施の形態における紙葉類の読取装置の構成を示す概略断面図である。
この紙葉類の読取装置は、原稿を照明するためのライン光源ユニット１０と、そのライン光源ユニット１０から原稿に向けて出射され、原稿を反射した光を導くためのレンズアレイ１１と、基板に実装されそのレンズアレイ１１により導かれた透過光を受光する受光素子１２とを備えている。

これらのライン光源ユニット１０、受光素子１２、レンズアレイ１１は、一次元方向、すなわち紙面の垂直方向に延びていて、図１はその断面を示している。
ライン光源ユニット１０は、焦点面２０に載置される原稿に向けて光を出射するものである。
ライン光源ユニット１０から出射された光は、保護ガラス１４を透過して焦点面２０に集光される。保護ガラス１４は、必ずしも本発明に必要ではなく省略することもできるが、使用中のごみの飛散や傷つきからライン光源ユニット１０やレンズアレイ１１を保護するために設置することが望ましい。保護ガラス１４の材質はガラスにこだわらず、例えばアクリルやポリカーボネートといった透明の樹脂に必要に応じて表面にハードコートを施した部材であってもよい。

レンズアレイ１１は、原稿面で反射・散乱された光を受光素子１２に結像するものであり、セルフォックレンズアレイ（登録商標：日本板硝子製）などのロッドレンズアレイをレンズアレイ１１として用いることができる。
受光素子１２は基板１３に実装され、透過光を受けて光電変換により光出力として画像を読み取るものである。受光素子１２の材質・構造は特に規定されるものではなく、アモルファスシリコン、結晶シリコン、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどを用いたフォトダイオードやフォトトランジスタを配置したものであっても良い。またＣＣＤ（Charge Coupled Device）リニアイメージセンサであってもよい。さらに受光素子１２として、フォトダイオードやフォトトランジスタ、駆動回路及び増幅回路を一体としたＩＣ（Integrated Circuit）を複数個並べた、いわゆるマルチチップ方式のリニアイメージセンサを用いることもできる。また、必要に応じて基板１３上に駆動回路及び増幅回路などの電気回路、あるいは信号を外部に取り出すためのコネクタなどを実装することもできる。さらに基板１３上にＡ／Ｄコンバータ、各種補正回路、画像処理回路、ラインメモリ、Ｉ／Ｏ制御回路などを同時に実装してデジタル信号として外部に取り出すこともできる。

なお、前述した読取装置は、ライン光源ユニット１０から原稿に向けて出射され原稿を反射した光を受光する、反射型の読取装置であったが、ライン光源ユニット１０を、原稿に関して上下反対の位置に置いて、ライン光源ユニット１０から原稿に向けて出射され原稿を透過した光を受光する、透過型の読取装置であってもよい。この場合、ライン光源ユニット１０の位置が焦点面２０の下側になるところが図１の配置と異なるのみで、ライン光源ユニット１０、受光素子１２、レンズアレイ１１自体の構造は、今まで説明したものと異なるところはない。

＜ライン光源ユニット＞
図２は、図１に示される紙葉類の読取装置におけるライン光源ユニット１０の構成を概略的に示す斜視図である。図３は、このライン光源ユニット１０の各構成部材の分解斜視図である。
ライン光源ユニット１０は、長手方向Ｌに沿って延びる透明な導光体１と、長手方向Ｌの一方の端面付近に設けられた第一の光源素子３と、導光体１の各側面（光拡散パターン形成面１ａ及び左右側面１ｂ，１ｃ）を保持するためのカバー部材２と、導光体１の光拡散パターン形成面１ａに形成され、第一の光源素子３から導光体１の端面１ｅに入射され導光体１の長手方向Ｌに沿って進む光を拡散・屈折させて、導光体１から出射させるための光拡散パターンＰとを有している。

第一の光源素子３は赤外線及び／又は可視光線を発光する光源であり、例えば近赤外、赤、緑の各波長の光を発する３種のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられている。各ＬＥＤは、光源駆動基板（図示せず）に実装されるための端子３ａを持っていて、この端子３ａを光源駆動基板（図示せず）に差込み、半田付けなどで接合することにより、光源駆動基板に電気的に接続される。

なお、第一の光源素子３は導光体１の一方端部のみに設置してもよいが、必要に応じて両方の端部に設置することもできる。この場合、２つの第一の光源素子３は同一のものであってもよいし、別のものであってもよい。例えば一方の第一の光源素子３と他方の第一の光源素子３とで異なる波長の光源を実装しておけば、多数の波長を同時にあるいは切り替えて使用することができる。

導光体１は、アクリルやポリカーボネートなどの光透過性の高い樹脂、あるいは光学ガラスで形成してもよいが、本発明の実施形態では、紫外波長の光（ＵＶ光）を発光する第二の光源素子４を用いるので、導光体１の材料として、ＵＶ光に対する減衰が比較的少ないフッ素系樹脂あるいはシクロオレフィン系樹脂が好ましい。
導光体１は、細長い柱状であり、その長手方向Ｌに直交する断面は、長手方向Ｌのどの切り口においても、実質的に同じ形状、同じ寸法をしている。また導光体１のプロポーション、すなわち導光体１の長手方向Ｌの長さと、その長手方向Ｌに直交する断面の高さＨ（図４参照）との比率は１０よりも大きく、好ましくは３０よりも大きい。例えば導光体１の長さが２００ｍｍであれば、その長手方向Ｌに直交する断面の高さＨは５ｍｍ程度である。

導光体１の各側面は、光拡散パターン形成面１ａ（図３において導光体１の下面に相当）、左右側面１ｂ，１ｃ、光出射側面１ｄ（図３において導光体１の上面に相当）の４つの側面からなる。光拡散パターン形成面１ａ、左右側面１ｂ，１ｃは平面形状であり、光出射側面１ｄはレンズの集光効果を持たせるために外向きに滑らかな凸の曲線状に形成されている。しかし光出射側面１ｄは必ずしも凸状に形成されていなくてもよく、平面形状であってもよい。この場合、平面１ｄに対向するように、導光体１から出射した光を集光するレンズアレイを配置するとよい。

カバー部材２は、導光体１の長手方向Ｌに沿った細長い形状であり、導光体１の光拡散パターン形成面１ａ及び左右側面１ｂ，１ｃを覆うことができるように、導光体１の光拡散パターン形成面１ａに対向する底面２ａ、導光体１の右側面１ｂに対向する右側面２ｂ、及び導光体１の左側面に対向する左側面２ｃを有している。これらの３つの側面はそれぞれ平面をなしており、これらの３つの内面で断面がほぼ「コ」の字状の凹部を形成するので、導光体１をこの凹部の中に挿入することができる。この覆った状態で、カバー部材２の底面２ａが導光体１の光拡散パターン形成面１ａに密着し、カバー部材２の右側面２ｂが導光体１の右側面１ｂに密着し、左側面２ｃが導光体１の左側面１ｃに密着している。このため、カバー部材２で導光体１を保護することができる。

なお、カバー部材２の右側面２ｂと左側面２ｃの厚みは限定されないが、底面２ａの厚みｈは、後述するように、第二の光源素子４の高さを超えていることが、第二の光源素子４が導光体１の光拡散パターン形成面１ａに衝突しないために、好ましい。
また、カバー部材２は透明なカバーに限定されず、半透明、又は不透明なものであってもよい。例えばカバー部材２は、導光体１の光出射面以外の側面より漏れ出す光を再び導光体１内に反射させるために、反射率の高い白色樹脂の成形品、又はその白色樹脂を塗布した樹脂の成形品であってもよい。または、カバー部材２をステンレスやアルミニウムなどの金属体で形成してもよい。

カバー部材２の底面２ａの下側には、第二の光源素子４を搭載した基板５が対向して設置されている。この基板５はフェノールなどで形成された薄い絶縁板であり、その裏面に銅箔からなる配線パターン５ａ（図４）が形成されている。第二の光源素子４の端子を基板５の各所に形成された孔に挿入し、基板の裏面において半田などで配線パターン５ａと接合することにより、第二の光源素子４を基板５に搭載し固定することが出来るとともに、所定の駆動電源（図示せず）から基板裏面の配線パターン５ａを通して第二の光源素子４に電力を供給してその発光を駆動・制御することができる。

第二の光源素子４は、導光体１に対してＵＶ光を発光する光源であり、例えば３５０から４００ｎｍの範囲内にピーク発光波長を有するＧａＮ系紫外発光ダイオードが用いられる。第二の光源素子４には、紫外発光ダイオードの出射光に含まれる可視光の全部又は少なくともその一部を遮断するフィルタが設けられていてもよい。
第二の光源素子４の基板５への搭載個数は、１つでもよく複数でも良い。特に、複数個を長手方向Ｌに均一の距離だけ離して設置すれば、原稿面を長手方向Ｌに沿って、より均一に照射することが出来るので好ましい。図３では、５つの第二の光源素子４が長手方向Ｌに沿って等間隔で配列されている。また、複数の第二の光源素子４の長手方向Ｌに沿った寸法Ｄは、イメージセンサの読取長（つまり受光素子１２の読取領域の幅）とほぼ同じ長さ、又は第二の光源素子４からの出射光の広がりを考慮して、イメージセンサの読取長の８０％くらいの長さになるように形成することが好ましい。

また、カバー部材２の底面２ａには、第二の光源素子４を挿入し嵌合させる貫通孔６が形成されている。貫通孔６は第二の光源素子４が嵌合可能な形状・大きさを持っている。第二の光源素子４が直方体の形状であれば、貫通孔６の断面形状も四角形となる。貫通孔６の縦横の寸法は、第二の光源素子４が容易に挿入されるように、第二の光源素子４の縦横サイズよりやや大きな寸法であることが好ましい。貫通孔６の深さ、すなわちカバー部材２の底面２ａの厚みｈは、前述したように、第二の光源素子４の先端面が導光体１の光拡散パターン形成面１ａに衝突しないために、第二の光源素子４の高さより大きなことが好ましい。

光拡散パターンＰは、図３に示すように一定の幅を維持して、導光体１の長手方向Ｌに沿って一直線状に延びている。この光拡散パターンＰの長手方向Ｌに沿った寸法は、イメージセンサの読取長（つまり受光素子１２の読取領域の幅）よりも長くなるように形成されている。
この光拡散パターンＰは、図５にその縦断面を示すように、導光体１の光拡散パターン形成面１ａに彫刻された複数のＶ字状の溝３１により構成されている。

この複数のＶ字状の溝３１の各々は、導光体１の長手方向Ｌに直交する方向（図５の紙面に垂直な方向）に延びるよう形成されており、互いに同じ長さを有している。複数のＶ字状の溝３１の各々の一方端は、光拡散パターン形成面１ａと左側面１ｃとの境界線上又はその境界線から一定距離手前に存在する仮想的な直線上に位置しており、他方端は光拡散パターン形成面１ａと右側面１ｂとの境界線上又はその境界線から一定距離手前に存在する仮想的な直線上に位置している。これにより、複数のＶ字状の溝３１より構成される光拡散パターンＰは、上述したように一定の幅を維持して導光体１の長手方向Ｌに一直線状に延びるよう構成されている。

複数のＶ字状の溝３１は、図５に示すように、断面が例えば二等辺三角形状を有している。Ｖ字状の溝３１の溝の深さｄは、導光体１の長手方向Ｌの端部にいくほど深くなっていることが好ましい。この場合、複数のＶ字状の溝３１の各開口幅ｗは同じであるため、複数のＶ字状の溝３１の各頂角の角度は導光体１の端部側ほど小さくなっている。
この光拡散パターンＰにより、導光体１の端面１ｅから入射された光を、屈折・拡散させ、長手方向Ｌに沿ってほぼ一様の明るさで光出射側面１ｄから照射することができる。これにより、導光体１の長手方向Ｌの全体において紙葉類に照射される光をほぼ一定とすることができるため、照度むらを無くすことができる。

なお、光拡散パターンＰの溝３１のＶ字形状は一例であり、照度むらが特に顕著にならない限り、Ｖ字形に代えてＵ字形にするなど任意に変更することができる。光拡散パターンＰの幅も一定の幅を維持する必要はなく、導光体１の長手方向Ｌに沿って幅が変化するものであっても良い。溝の深さｄや溝の開口幅ｗについても、適宜変更することができる。

以上のライン光源ユニット１０の各構成部材を組み立てた状態で、ライン光源ユニット１０を長手方向Ｌに垂直な断面で切った断面図を、図４に示す。
第二の光源素子４を搭載した基板５は、カバー部材２の下方から、カバー部材２の貫通孔６を形成した底面２ａに対向している。図４では基板５とカバー部材２とに隙間があるが、基板５とカバー部材２とが密着する構造でもよい。

第二の光源素子４は、貫通孔６に挿入される。第二の光源素子４の高さは、カバー部材２の底面２ａの厚みｈよりも小さいので、図４に示すように、第二の光源素子４の出射面が、導光体１の一側面（光拡散パターン形成面１ａ）に非接触で、近接対向して配置されることになる。
各第二の光源素子４から出射されるＵＶ光（図４に示す破線）は、貫通孔６を通り抜け、導光体１の光拡散パターン形成面１ａから導光体１の内部に進入する。そして、扇状に拡がって導光体１の内部を伝搬し、導光体１の光出射側面１ｄから出射される。

なお導光体１の光出射側面１ｄは、図４に示すように、導光体１の長手方向Ｌに垂直な断面でみて外側に凸な曲面形状をなしているので、これにより第二の光源素子４から出射された光が光出射面１ｄと大気との界面で屈折する。よって、ＵＶ光の導光体１の長手方向Ｌに垂直な面における開口角を実質的に小さくすることができ、導光体１からの出射光のエネルギーを導光体１の長手方向Ｌに垂直な断面でみて中心付近により多く集めることが出来る。したがって、光拡散パターンＰから拡散された光を、効率よく原稿面に集光することが出来る。

この第二の光源素子４から出射されるＵＶ光が導光体１を通過する長さは導光体１の断面における高さＨに対応するので、前述した数値例では５ｍｍとなるが、第一の光源素子３から出射され、導光体１の内部を長手方向Ｌに伝搬する光の伝搬距離は導光体１の長さに相当し、前述した数値例では２００ｍｍとなる。したがって、第二の光源素子４を導光体１の端面に設置した場合と比べて、ＵＶ光の伝搬距離は“１／４０”で済む。したがって、第二の光源素子４から出射されるＵＶ光を、少ない減衰で、導光体１を通過させることができる。

一方、第一の光源素子３から出射され、導光体１の内部を長手方向Ｌ（図４の紙面に垂直な方向）に伝搬する光は、前述したように、光拡散パターンＰに当たって反射、屈折され、任意の方向に拡散される。この場合、拡散される光のうち導光体１の光出射側面１ｄに向かう光（図４に示す実線）は、光出射側面１ｄから出射される。よって、光拡散パターンＰから拡散された光を、効率よく原稿面に集光することが出来る。

そして第一の光源素子３から出射される可視光と、第二の光源素子４から出射されるＵＶ光とが、ともに原稿面の照射及び読取りに利用される。よって、原稿面を読み取る光の波長帯の幅を広くすることができる、原稿の正確な認識に寄与することができる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、以上の形態に限定されるものではない。例えば本発明では、光拡散パターンＰの形成面を、導光体１の光出射面１ｄを除く任意の面に配置することができる。例えば光拡散パターンを左側面１ｃ又は右側面１ｂに形成して、これを光拡散パターンＰの形成面としても良い。また、第二の光源素子４をカバー部材２の底面２ａに取り付けていたが、カバー部材２の右側面２ｂ又は左側面２ｃに取り付けることも可能である。この場合、第二の光源素子４から発光したＵＶ光の束は扇状に拡がって導光体１の光出射面１ｄから出射されるが、導光体１のなかに正反射、乱反射、屈折、回折などによりＵＶ光の方向を変える物質や素子を配置して、ＵＶ光の束を、原稿面を向いた所定の角度の方向へ出射させることが好ましい。また、複数の第二の光源素子４を導光体１の複数の側面にそれぞれ配置してもよい。その他本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

１ 導光体
１ａ 導光体１の光拡散パターン形成面
１ｂ，１ｃ 左右側面
１ｄ 光出射側面
２ カバー部材
２ａ カバー部材の底面
２ｂ 右側面
２ｃ 左側面
３ 第一の光源素子
４ 第二の光源素子
１０ ライン光源ユニット
１１ レンズアレイ
１２ 受光素子
３１ Ｖ字状の溝

Claims (5)

1. 紙葉類の読取装置の照明光源として用いられるライン光源ユニットであって、
   長手方向Ｌに延びる透明な導光体と、
   前記導光体の端面に配置された第一の光源素子と、
   前記導光体の少なくとも１つの側面に形成され、前記光源素子から前記導光体の端面に入射され前記導光体の長手方向に沿って進む光を拡散・屈折させて出射させるための光拡散パターンと、
   前記導光体の前記光拡散パターンが形成された側面を含む１又は複数の側面を覆うカバー部材とを有し、
   前記１又は複数の側面を覆う前記カバー部材には、前記導光体に対してＵＶ光を発光する第二の光源素子が取り付けられている、ライン光源ユニット。
2. 前記カバー部材には、前記第二の光源素子を挿入する貫通孔が形成されている、請求項１記載のライン光源ユニット。
3. 前記第二の光源素子が、前記長手方向に沿って複数個一列に配列されている、請求項１又は請求項２記載のライン光源ユニット。
4. 前記導光体は光出射側面を有し、この光出射側面の、該導光体の長手方向と垂直な断面の形状が、外側に凸の曲線状を成している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のライン光源ユニット。
5. 紙葉類からなる原稿を照明するためのライン光源ユニットと、そのライン光源ユニットから出射され前記原稿を反射又は透過した光を導くためのレンズアレイと、そのレンズアレイにより導かれた透過光を受光する受光素子とを備える紙葉類の読取装置であって、
   前記ライン光源ユニットは、長手方向に延びる透明な導光体と、
   前記導光体の端面に配置された第一の光源素子と、
   前記導光体の少なくとも１つの側面に形成され、前記光源素子から前記導光体の端面に入射され前記導光体の長手方向に沿って進む光を拡散・屈折させて出射させるための光拡散パターンと、
   前記導光体の前記光拡散パターンが形成された側面を含む１又は複数の側面を覆うカバー部材とを有し、
   前記１又は複数の側面を覆う前記カバー部材には、前記導光体に対してＵＶ光を発光する第二の光源素子が取り付けられている、紙葉類の読取装置。

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