JP6115421B2 - 入力装置および入力システム - Google Patents

Description

本発明は、入力装置および入力システムに関する。

ユーザから入力操作を取得する装置として、タッチパネルディスプレイが広く普及している。タッチパネルディスプレイには、直感的な入力操作ができるという利点と、表示装置と入力装置を一体化できるという利点がある。

一方で、タッチパネルディスプレイは、画面に表示された図形を指で選択することで入力を行うため、画面を注視しなければ押下すべき場所を確認することができない。特に、自動車内など、操作者が複数のタスクを行う環境においては、画面を注視するという動作は、操作者の集中力を低下させる要因となってしまう。

このため、車両内で用いられる入力装置には、あえて機械式のスイッチを採用する場合も多い。例えば特許文献１には、ステアリングホイールに設けられたハードウェアキーを押下することによって入力操作を行える車載入力装置が記載されている。このような、ハードウェアキーを用いた入力装置では、キーを触ることによって押下すべき場所を認識することができる。

特開２００５−１３２３４１号公報

特許文献１に記載の装置では、複数のハードウェアキーに対して機能を割り当て、割り当てられた機能を、画面を通して運転者に通知している。しかし、当該装置では、表示された画面を見なければ、どのキーが有効なキーであるかを確認することができない。すなわち、視線を移動させる必要があるため、操作者に負荷がかかるという問題を完全に解決することができない。
このように、ハードウェアキーに対して任意の機能を割り当てるタイプの入力装置においては、目視によって確認を行わない限り、入力操作を行えるキーと行えないキーが区別できないという問題があった。

本発明は上記の課題を考慮してなされたものであり、入力を行える位置を直感的に伝達できる入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る入力装置は、利用者による操作を検知することができる入力体を複数個並べて配置したうえでシート状の部材で覆い、入力体を移動させて当該シートに裏面から接触させることで、シートの表面形状を変化させるという構成をとった。

より具体的には、本発明に係る入力装置は、複数の入力体のうちのいずれかを選択することで入力を行う入力装置であって、上面部を有し、前記上面部に対して行われた操作を検出可能な入力体が複数個並べて配置された入力部と、複数の前記上面部と対向して配置されたシート状の部材である操作面と、操作の検出に用いる入力体を、前記操作面に対し
て略垂直に移動させ、前記上面部を前記操作面に接触させることで、前記操作面の表面形状を変化させる駆動部と、前記入力体のうちのいずれかが、利用者による操作を検出した場合に、対応する信号を生成する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明に係る入力装置は、複数の入力体を個別に移動させ、操作面の裏側から接触させることによって、当該操作面の表面形状を変化させる。これにより、操作面上にある、入力操作を行うことができる領域（以下、入力領域）の位置を触覚によって利用者に伝達することができる。
例えば、操作面上で二択（ＹＥＳ／ＮＯ）を行うインタフェースを提供したい場合、ＹＥＳボタンに対応する入力体と、ＮＯボタンに対応する入力体を移動させ、操作面上に二つの突出した領域を形成する。これにより利用者は、操作面に触れるだけで、操作面上のどこに入力領域があるかを直感的に認識することができる。
なお、入力領域は必ずしも一つの入力体を用いて形成する必要はなく、複数の入力体を同時に移動させることによって形成してもよい。

また、前記入力体は、前記上面部に表示面を有し、前記制御部は、前記入力体が有する表示面に、当該入力体に割り当てられた機能に関する画像を表示することを特徴としてもよい。

表示面とは、例えばＬＥＤマトリックスや液晶ディスプレイなどを用いて文字や図形の表示を行う面である。表示面には、当該入力体に割り当てられた機能（すなわち、当該入力体を選択した場合に得られる効果）に関する情報を表示する。
例えば、ある入力体に、肯定を表す選択肢が割り当てられている場合、表示面に「はい」「ＹＥＳ」といった文字を表示する。同様に、アプリケーションを起動する機能が割り当てられている場合は、当該アプリケーションを表すアイコンを表示する。これにより利用者は、当該入力体に関連付いた機能を直感的に知ることができる。

また、前記駆動部は、複数の入力体からなるグループを形成し、同一グループに属する複数の入力体を連動して移動させ、前記制御部は、前記入力体のうちのいずれかが、利用者による操作を検出した場合に、当該入力体が属するグループが選択されたことを表す信号を生成することを特徴としてもよい。

このように、複数の入力体をまとめて一つのグループを形成する場合、同一グループに属する入力体を連動して移動させるようにする。また、いずれかの入力体が操作を検出した場合、当該グループが選択されたものとみなす。グループを形成しない場合、入力領域の大きさは各入力体のサイズとなるが、グループを形成することで、任意の大きさの入力領域を形成することができる。
なお、グループの形成とは、グループに関する情報を外部から受信し、同一のグループに属する入力体を特定することを指す。したがって、必ずしも駆動部がグループそのものを生成する必要はない。

また、前記制御部は、同一グループに属する複数の入力体が有する複数の表示面を、一つの仮想的な表示面とみなして、当該グループに割り当てられた機能に関する画像を表示することを特徴としてもよい。

複数の入力体を用いてグループを形成する場合、同一グループに属する複数の入力体が有する複数の表示面を、仮想的な一つの表示面とみなすようにしてもよい。例えば、三つの入力体が横一列に並んだ状態で一つのグループを形成している場合、横方向に通常の三倍のサイズを持つ表示面があるものとして表示を行ってもよい。

また、前記駆動部は、前記入力体が選択された場合に、対応する入力体を動揺させることで利用者に対するフィードバックを行うことを特徴としてもよい。

動揺とは、入力体を移動させたのちに動作前の位置に復帰させることを指す。例えば、ある入力体が選択された場合に、当該入力体を移動させ、一時的に操作面から遠ざけたのちに再度元の位置に戻す。あるいは、当該入力体を小刻みに振動させてもよい。これにより、当該入力体が選択されたことを触感によって利用者にフィードバックすることができる。

また、前記操作面は、透過する光に対する拡散性を持つ素材からなることを特徴としてもよい。

拡散性とは、表示面が操作面から離れた場合に、当該表示面に表示された内容を操作面越しに判読することが難しくなる程度であればよい。このように構成することで、操作面から離れている入力体については、その表示内容がぼやけるため、利用者は、当該入力体が選択できないものであることを認識することができる。

また、本発明に係る入力システムは、請求項１に記載の入力装置と、前記入力装置が有する入力体に割り当てられた機能に関する画像を表示する表示装置と、からなることを特徴としてもよい。

表示面を入力体の上面部に設けるかわりに、入力装置とは独立した表示装置を設けるようにしてもよい。表示を行う手段を入力装置から独立させることで、利用者が操作面を注視せずとも、入力体に割り当てられた機能を確認できるようになる。

また、本発明に係る入力システムは、車両に搭載され、前記車両の運転者が操作する入力システムであって、前記表示装置は、車両の運転者が前方を向いた状態で視認可能な装置であることを特徴としてもよい。

表示装置は、例えばヘッドアップディスプレイなど、運転者が前方を向いた状態で内容を確認することができる装置であることが好ましい。このように構成することで、車両を運転しながら入力操作を行うことが可能になる。

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を含む入力装置や入力システムとして特定することができる。また、前記入力装置や入力システムの制御方法として特定することもできる。上記処理や手段は、技術的な矛盾が生じない限りにおいて、自由に組み合わせて実施することができる。

本発明によれば、入力を行える位置を直感的に伝達できる入力装置を提供することができる。

第一の実施形態に係る入力装置の機能ブロック図である。 第一の実施形態に係る入力装置のインタフェース部を説明する斜視図である。 第一の実施形態に係る入力装置のインタフェース部を横から見た図である。 第一の実施形態における、入力領域の形成例である。 第一の実施形態に係る入力装置が行う処理フローチャートである。 第二の実施形態における、入力領域の形成例である。 変形例における、入力領域の形成例である。 第三の実施形態に係る入力装置の機能ブロック図である。 第三の実施形態において、表示装置に表示される画像を表す図である。 第三の実施形態における、入力装置と表示装置の配置例である。

（第一の実施形態）
<システムの概要>
第一の実施形態に係る入力装置の構成について、機能ブロック図である図１を参照しながら説明する。第一の実施形態に係る入力装置１００は、利用者との入出力を行う手段であるインタフェース部１０１を有しており、インタフェース部１０１を通して取得した操作に対応する信号を、接続された外部機器に出力する装置である。

まず、インタフェース部１０１について説明する。図２は、インタフェース部１０１の外観を示した略図である。インタフェース部１０１は、並べて配置された複数の入力体２０１と、複数の入力体を覆うようにして配置された操作面２０２を有している。利用者が、複数の入力体のうちのいずれかを操作面２０２越しに押下することで当該入力体を選択する操作を行うと、当該入力体が当該操作を検出し、押下された入力体に対応する信号を出力する。なお、図２では、操作面２０２は透明なものであるとして点線で示す。

入力体２０１は、直方体状の部材であり、垂直方向（図中Ｚ軸方向）に加えられた圧力を検出することで、当該入力体が選択されたことを検出する手段である。圧力の検出は、典型的には、感圧素子を用いて行うことができる。
また、入力体の上面部（例えば符号２０１Ａで示した面）には、画像の表示が可能なデバイスが内蔵されており、図形や文字を表示することができる。当該デバイスは、例えばＬＥＤマトリックスであってもよいし、液晶ディスプレイであってもよい。当該デバイスが内蔵されている上面部を表示面と称する。
なお、本実施形態では、入力体および表示面はそれぞれ１６個あるが、実施形態の説明では、それぞれを区別せずに、入力体２０１または表示面２０１Ａと称する。

操作面２０２は、入力体２０１を覆うシート状の部材である。操作面２０２には、弾力性があり、かつ伸縮性のある素材を用いることが好ましい。例えば、厚さが５ミリ、比重が１．０４、硬度（ショアＣ硬度）が５程度の、ゲル状のシートを好適に用いることができる。このような特性を持つシートに、エクシールコーポレーションの「人肌のゲルシート（硬度５）」がある。
入力体２０１と操作面２０２との間には、初期状態で数ミリメートル程度の空間を有している。

入力体２０１の説明に戻る。入力体２０１は、操作面２０２に対して略垂直方向に可動する機構を備えている。これについて、図３を参照しながら説明する。
図３は、図２に示したインタフェース部１０１を真横、すなわちＹ軸方向から見た略図である。各入力体は、操作面に対して略垂直、すなわちＺ軸方向に沿って個別に上昇および下降できる構成となっている。入力体の駆動は、例えば入力体ごとに備えられた電動アクチュエータ（不図示）を駆動させることで行う。
図３は、入力体のうちの一つを上昇（すなわちＺ軸の正方向に移動）させ、操作面に押し付けた状態を表した図である。以降、「入力体を上昇させる」とは、入力体を操作面に向かって移動させ、操作面の表面形状が変形する程度の力で押し付けることを指し、「入力体を下降させる」とは入力体を操作面から離れる方向に移動させることを指す。
このようにすることで、操作面２０２の表面形状を変形させることができる。例えば、図２に図示した入力体のうちのいずれかを上昇させることで、操作面上に、正方形の形に
突出した領域を形成することができる。以降、操作面上の、入力体によって突出した領域を突出部と称する。

図１に戻り、説明を続ける。駆動部１０２は、インタフェース部１０１が有するアクチュエータを制御し、入力体２０１を個別に上昇または下降させる手段である。
入力取得部１０３は、利用者が入力体２０１に対して行った操作を取得する手段である。具体的には、入力体に内蔵された感圧スイッチを用いて、利用者が押下した入力体を特定する。
出力部１０４は、各入力体が有する表示面に対して画像データを出力する手段である。対象の入力体を特定する情報と、表示すべき画像データを取得し、該当する入力体が有する表示面に画像データを出力する。
制御部１０５は、駆動部１０２、入力取得部１０３、出力部１０４の各手段を制御し、入力装置全体の動作を司る手段である。また、通信部１０６は、外部機器との通信を行うインタフェースである。

なお、インタフェース部１０１以外の各手段は、ＣＰＵ、主記憶装置、補助記憶装置を有するコンピュータによって実現されてもよい。コンピュータによって実現される場合、補助記憶装置に記憶されたプログラムが主記憶装置にロードされ、ＣＰＵによって実行されることによって図１に図示した各手段が機能する（ＣＰＵ、主記憶装置、補助記憶装置はいずれも不図示）。

<入力動作と出力動作>
次に、具体的な例を挙げながら、第一の実施形態に係る入力装置が行う入出力動作について説明する。
図４は、インタフェース部１０１を上方から（すなわちＺ軸方向から）俯瞰した略図である。なお、図４中、ハッチングされている領域が、入力体が下降している領域を表し、ハッチングされていない領域が、入力体が上昇している領域を表す。すなわち、図４は、１６個中６個の入力体が上昇しており、６個の突出部を形成している例を表している。

また、上昇している入力体について、当該入力体が有している表示面を通して、当該入力体に割り当てられた機能に関する画像を表示する。図中、矩形内に描かれている文字は、各入力体が有する表示面に表示されている文字を表す。図４の例では、４つの入力体に、カーソル移動ボタンの機能が割り当てられている。また、左下の入力体に入力中止ボタン、右下の入力体に入力確定ボタンの機能がそれぞれ割り当てられている。

本実施形態に係る入力装置は、上昇している６つの入力体のうち、いずれかが押下された場合に、当該入力体が選択されたことを表す信号を生成し、外部機器に出力する。例えば、「ＯＫ」を押下した場合、確定を表す信号を出力し、「キャンセル」を押下した場合、取り消しを表す信号を出力する。
なお、入力体が押下された場合、対応するアクチュエータを駆動して、一時的に入力体を下降および上昇させることで、入力操作を受け付けたことを利用者にフィードバックしてもよい。また、入力操作のフィードバックは、バイブレータなどの手段を用いて、振動などによって行うようにしてもよい。

<処理フローチャート>
次に、以上に説明した制御を行うための処理フローチャートを、図５を参照しながら説明する。
まず、制御部１０５が、外部機器より入出力データを受信する(ステップＳ１１)。入出力データとは、上昇させる入力体を特定する情報と、当該入力体が有する表示面に出力する画像データの組である。

次に、制御部１０５が、受信した入出力データに基づいて、上昇および下降させる入力体を特定する（ステップＳ１２）。そして、制御部１０５が、出力部１０４に対して画像データを送信し、対象の入力体が有する表示面に画像を表示する（ステップＳ１３）。最後に、対象の入力体に対応するアクチュエータを駆動して、対象の入力体を上昇させ、それ以外の入力体を下降させる（ステップＳ１４）。

ステップＳ１５では、利用者による押下操作を入力体が検知するまで待機し、押下操作を検知した場合、当該入力体が選択された旨の信号を生成して出力する（ステップＳ１６）。なお、ステップＳ１５で押下操作を検知した場合、アクチュエータを駆動することで、利用者に対するフィードバックを行ってもよい。

本実施形態に係る入力装置は、入力体を上昇および下降させることで、操作面上に突出部を形成するため、利用者は、入力領域がどこにあるかを触覚によって直感的に認識することができる。従来の入力装置では、画面を注視してボタンの位置を確認しながら押下操作を行わなければならないが、本実施形態に係る入力装置では、必ずしも装置を視認しながら押下操作を行う必要がない。これは、自動車の車内など、複数の動作を並行して行う環境において特に好適である。

また、各入力体は表示面を有しているため、利用者が装置を視認できる状況にある場合、各入力体に割り当てられた機能を目視によって確認することができる。
なお、本実施形態に係る入力装置では、操作面に用いる素材として、光に対する拡散性を持つ素材を採用している。これにより、下降している入力体（すなわち選択できない入力体）については、その表示内容がぼやけ、判読することができなくなる。すなわち、選択できない入力体であることを、触覚に加え、視覚によっても伝達することができる。

（第二の実施形態）
第一の実施形態では、一つの入力体に対して一つの機能を割り当てた。これに対し、第二の実施形態は、複数の入力体からなるグループを構成し、当該グループに対して一つの機能を割り当てる実施形態である。
第二の実施形態に係る入力装置の構成は、制御部１０５が、グループに基づいてインタフェース部１０１を制御するという点を除き、第一の実施形態と同様である。

図６は、複数の入力体をグルーピングした場合の例である。本例では、符号６０１で示した４つの入力体と、符号６０２で示した４つの入力体をそれぞれグルーピングし、二つのグループを形成している。
第二の実施形態では、グループに属する複数の入力体を同期して上昇および下降させることで、より大きい入力領域を形成する。

以下、第一の実施形態との処理の相違点について説明する。
ステップＳ１１で受信する入出力データは、第一の実施形態における入出力データに加え、グルーピングに関する情報、すなわち、各入力体がどのグループに属するかという情報が追加される。
また、ステップＳ１３では、同一グループに属する複数の入力体が有する複数の表示面を一つの仮想的な表示面とみなして画像を表示させる。本例では、グループ６０１とグループ６０２について、それぞれ４つの表示面を、連続した一つの表示面とみなして画像を表示する制御を行う。
また、ステップＳ１５で、入力体に対する押下操作を検知した際は、当該入力体が属するグループが選択された旨の信号を生成し、出力する。例えば、グループ６０１に属する４つの入力体のうちのいずれかが押下された場合、肯定を表す信号を生成し、出力する。
なお、ステップＳ１６で、入力体を移動させることでフィードバックを行う場合、同一のグループに属する全ての入力体を同期して移動させる。

このように、第二の実施形態においては、グループを構成する複数の入力体が一体であるものとみなして処理を行う。このように構成することで、様々な大きさの入力領域を形成することができる。これにより、例えば、シンプルな操作を望む利用者に対しては大きめの入力領域を提供し、多機能性を望む利用者に対しては多数のボタンを提供するなど、個人に適した入力環境を提供することができる。

なお、グループは、必ずしも複数の入力体からなる必要はない。例えば、一つの入力体を一つのグループとしてもよい。図７は、１個〜４個からなる入力体のグループをそれぞれ形成し、合計６個のグループを形成した例である。このように、グルーピングを行う入力体の個数はいくつであってもよい。

（第三の実施形態）
第一および第二の実施形態では、入力体の上面に表示面を設け、操作面越しに利用者に画像を提示した。これに対して第三の実施形態は、表示面を省略し、代わりに入力装置とは独立した表示装置を設けた実施形態である。

第三の実施形態に係る入力システムの構成について、図８を参照しながら説明する。第三の実施形態に係る入力システムは、入力装置１００と、表示装置３００からなる。第三の実施形態に係る入力装置１００は、出力部１０４を有しておらず、代わりに制御部１０５が表示装置３００と接続されているという点において、第一および第二の実施形態と相違する。また、第三の実施形態においては、入力体２０１は表示面を有していない。

表示装置３００は、画像を表示する表示装置である。表示装置３００は、例えば液晶ディスプレイであってもよいし、プロジェクタであってもよい。装置を車両に搭載する場合は、ヘッドアップディスプレイや、フロントガラス投影型のプロジェクタなど、利用者が視線を動かすことなく内容を確認することができるデバイスであることが好ましい。

以下、第一の実施形態との処理の相違点について説明する。第三の実施形態においては、ステップＳ１３にて、制御部１０５が、表示装置３００に対して画像データを送信し、表示装置３００が表示を行う。当該画像データは、入力体に割り当てられた機能を表すとともに、選択可能な入力体の位置を表す画像である。例えば、図４の例を第三の実施形態に適用する場合、図９のような画像を表示装置３００に表示する。

また、図１０は、入力装置１００と表示装置３００を自動車の車内に設置した場合の例である。ここでは、表示装置３００として、フロントガラスに画像を投影するプロジェクタを用い、インタフェース部１０１をコンソールボックスの上部に配置している。符号１００１が、表示装置３００によって画像が投影される領域である。
このような配置にすることで、車両の運転者は、前方から視線をずらさずに、操作面上に形成された入力領域の位置関係とその意味を把握することができる。図１０の例では、上方にある突出部が肯定を表す選択肢であり、下方にある突出部が否定を表す選択肢であることを認識することができる。
ステップＳ１３以外の処理は、第一の実施形態と同様である。

なお、第三の実施形態では、独立した表示装置を設けることで情報の伝達を行ったが、情報の伝達は視覚以外によって行ってもよい。例えば、音声ガイドを再生することで入力領域の位置を通知してもよい。

（変形例）
上記の実施形態はあくまでも一例であって、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施しうる。
例えば、実施形態の説明では、入力体に加えられた圧力を感圧素子で検知することで操作を取得したが、静電容量の変化を検出することで操作を検出するようにしてもよい。また、静電容量式と感圧式を組み合わせてもよい。このようにすることで、触れている状態と押下している状態を区別することができるため、ジェスチャーによる入力操作を行うことも可能になる。

なお、各実施形態では、入力体は１６個あるものとして説明を行ったが、使用できる入力体の数に制限は無い。また、実施形態の説明では、入力体同士の間隔は特に規定していないが、入力体同士の間隔は、環境に応じて適宜設定すればよい。

１００・・・入力装置
１０１・・・インタフェース部
１０２・・・駆動部
１０３・・・入力取得部
１０４・・・出力部
１０５・・・制御部
１０６・・・通信部
２０１・・・入力体
２０１Ａ・・・表示面
２０２・・・操作面

Claims (6)

1. 複数の入力体のうちのいずれかを選択することで入力を行う入力装置であって、
   上面部を有し、前記上面部に対して行われた操作を検出可能な入力体が複数個並べて配置された入力部と、
   複数の前記上面部と対向して配置されたシート状の部材である操作面と、
   操作の検出に用いる入力体を、前記操作面に対して略垂直に移動させ、前記上面部を前記操作面に接触させることで、前記操作面の表面形状を変化させる駆動部と、
   前記入力体のうちのいずれかが、利用者による操作を検出した場合に、対応する信号を生成する制御部と、
   を有し、
   前記駆動部は、複数の入力体からなるグループを形成し、同一グループに属する複数の入力体を連動して移動させ、
   前記制御部は、前記入力体のうちのいずれかが、利用者による操作を検出した場合に、当該入力体が属するグループが選択されたことを表す信号を生成し、
   前記入力体は、前記上面部に表示面を有し、
   前記制御部は、前記入力体が有する表示面に、当該入力体に割り当てられた機能に関する画像を表示する
   入力装置。
2. 前記制御部は、同一グループに属する複数の入力体が有する複数の表示面を、一つの仮想的な表示面とみなして、当該グループに割り当てられた機能に関する画像を表示する、
   請求項１に記載の入力装置。
3. 前記駆動部は、前記入力体が選択された場合に、対応する入力体を動揺させることで利用者に対するフィードバックを行う、
   請求項１または２に記載の入力装置。
4. 前記操作面は、透過する光に対する光拡散性を持つ素材からなる
   請求項１から３のいずれかに記載の入力装置。
5. 表示面を備えた上面部を有し、前記上面部に対して行われた操作を検出可能な入力体が
   複数個並べて配置された入力部と、
   複数の前記上面部と対向して配置されたシート状の部材である操作面と、
   前記入力体を、前記操作面に対して略垂直に移動させる駆動部と、を有し、
   複数の入力体のうちのいずれかを選択することで入力を行う入力装置の制御方法であって、
   操作の検出に用いる入力体を移動させ、前記上面部を前記操作面に接触させることで、前記操作面の表面形状を変化させる第一のステップと、
   前記入力体のうちのいずれかが、利用者による操作を検出した場合に、対応する信号を生成する第二のステップと、
   前記入力体が有する表示面に、当該入力体に割り当てられた機能に関する画像を表示するステップと、を含み、
   前記第一のステップでは、複数の入力体からなるグループを形成し、同一グループに属する複数の入力体を連動して移動させ、
   前記第二のステップでは、前記入力体のうちのいずれかが、利用者による操作を検出した場合に、当該入力体が属するグループが選択されたことを表す信号を生成する、
   入力装置の制御方法。
6. 複数の入力体のうちのいずれかを選択することで入力を行う入力装置であって、
   上面部を有し、前記上面部に対して行われた操作を検出可能な入力体が複数個並べて配置された入力部と、
   複数の前記上面部と対向して配置されたシート状の部材である操作面と、
   操作の検出に用いる入力体を、前記操作面に対して略垂直に移動させ、前記上面部を前記操作面に接触させることで、前記操作面の表面形状を変化させる駆動部と、
   前記入力体のうちのいずれかが、利用者による操作を検出した場合に、対応する信号を生成する制御部と、
   を有し、
   前記入力体は、前記上面部に表示面を有しており、
   前記制御部は、前記入力体が有する表示面に、当該入力体に割り当てられた機能に関する画像を表示する、
   入力装置。

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