JPH0338526B2 - - Google Patents
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- JPH0338526B2 JPH0338526B2 JP13408684A JP13408684A JPH0338526B2 JP H0338526 B2 JPH0338526 B2 JP H0338526B2 JP 13408684 A JP13408684 A JP 13408684A JP 13408684 A JP13408684 A JP 13408684A JP H0338526 B2 JPH0338526 B2 JP H0338526B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 46
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 27
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 20
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/10—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with variable angles and a base of fixed length in the observation station, e.g. in the instrument
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、例えば変形しやすい工業製品、生
体、文化財等の物体の形状測定や、生産ラインで
の物体の厚さ測定、あるいは物体に生じた傷等の
大きさや位置の測定などに用いられるレーザ利用
の非接触変位検出装置に関する。
体、文化財等の物体の形状測定や、生産ラインで
の物体の厚さ測定、あるいは物体に生じた傷等の
大きさや位置の測定などに用いられるレーザ利用
の非接触変位検出装置に関する。
従来この種の非接触変位検出装置として、レー
ザ装置から発するレーザ光を被検出物に照射し、
被検出物で反射・散乱された光を集光レンズで一
次元光位置検出器の受光面上に集光し、その位置
から、被検出物の位置を測定するものがある。
ザ装置から発するレーザ光を被検出物に照射し、
被検出物で反射・散乱された光を集光レンズで一
次元光位置検出器の受光面上に集光し、その位置
から、被検出物の位置を測定するものがある。
しかしながら、このような構成では、検出装置
から被検出物までの距離の違いによつて、被検出
物上のレーザ光照射点から一定面積の集光レンズ
を見る角(立体角)が異なるために、被検出物で
反射・散乱された光のうち上記受光面に入射する
光の強度が変化してしまい、特に対象とする検出
範囲が広い場合に検出精度が低下する問題があつ
た。
から被検出物までの距離の違いによつて、被検出
物上のレーザ光照射点から一定面積の集光レンズ
を見る角(立体角)が異なるために、被検出物で
反射・散乱された光のうち上記受光面に入射する
光の強度が変化してしまい、特に対象とする検出
範囲が広い場合に検出精度が低下する問題があつ
た。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、被検出物の位置が変化しても光
位置検出器上に集光される光の強度をほぼ一定と
して高精度の検出が行なえる非接触変位検出装置
を提供することにある。
で、その目的は、被検出物の位置が変化しても光
位置検出器上に集光される光の強度をほぼ一定と
して高精度の検出が行なえる非接触変位検出装置
を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明は、
光位置検出器の受光面に、集光点の位置によつて
生ずる光強度のばらつきを補償する光透過率分布
を備えた光学フイルタを挿入し、この光学フイル
タの透過率を次のように形成したものである。
光位置検出器の受光面に、集光点の位置によつて
生ずる光強度のばらつきを補償する光透過率分布
を備えた光学フイルタを挿入し、この光学フイル
タの透過率を次のように形成したものである。
すなわち、レーザ光の出射口から被検出物まで
の距離の検出範囲をr1ないしr2(r1<r2)とし、レ
ーザ光の出射光軸に集光レンズの中心からおろし
た垂直の長さをr0とし、この垂直の足からレーザ
光の出射口までの距離をr3とし、距離r2に被検出
物があるときの反射・散乱光が光位置検出器上に
集光する位置の光学フイルタの透過率をt0とした
場合に、集光点が変位する一次元方向にt0から
(r1+r3)2+r2/0/(r2+r3)2+r2/0t0へほぼ連続
的に変化する分布と したものである。
の距離の検出範囲をr1ないしr2(r1<r2)とし、レ
ーザ光の出射光軸に集光レンズの中心からおろし
た垂直の長さをr0とし、この垂直の足からレーザ
光の出射口までの距離をr3とし、距離r2に被検出
物があるときの反射・散乱光が光位置検出器上に
集光する位置の光学フイルタの透過率をt0とした
場合に、集光点が変位する一次元方向にt0から
(r1+r3)2+r2/0/(r2+r3)2+r2/0t0へほぼ連続
的に変化する分布と したものである。
次に、実施例を用いて本発明を詳細に説明する
が、はじめに本発明の原理について図を用いて説
明する。
が、はじめに本発明の原理について図を用いて説
明する。
例えば第2図に示すように、レーザ光の出射口
1から距離r1離れた位置から、r2離れた位置まで
の被検出物2を検出対象とする装置の場合、集光
レンズ3によつて一次元光位置検出器4の受光面
上に集光される光の強度は、上記検出範囲の下限
(最小距離r1)の場合の強度I1と上限(最大距離
r2)の場合の強度I2とで異なる。これは、集光レ
ンズ3の面積Kが一定であるのに対し、被検出物
2上の照射点から当該集光レンズ3を見る角(立
体角)の大きさが距離r1の場合のdω1K/4πr10 2と r2の場合のdω2K/4πr20 2とで異なることにより (ここでr10,r20はそれぞれ距離r1,r2の被検出物
2の光照射点から集光レンズ3の中心までの距
離)、両強度の比I1/I2は、集光レンズ中心から、
出射口1からのレーザ光出射光軸へおろした垂直
の長さをr0、当該垂線の足をPとしPから出射口
1までの距離をr3としてI1/I2(r2+r3)2+r0 2/(
r1+r3)2+r0 2で示 される。そこで、被検出物の位置が変化しても光
位置検出器4上に集光される光の強度がほぼ一定
になるようにするために、光位置検出器4の前面
に光学フイルタ(図示せず)を挿入し、この光学
フイルタの透過率が、距離r2の被検出物2で反
射・散乱した光の集光点R2前面での透過率をt0と
した場合に距離r1の被検出物2で反射・散乱した
光の集光点R1前面での透過率がほぼ
(r1+r3)2+r0 2/(r2+r3)2+r0 2t0となり、その中
間では連続的に 変化するように、つまり出射光からの距離がr
(r1<r<r2)の被検出物で反射・散乱した光の
集光点R前面の透過率を(r+r3)2+r0 2/(r2+r3)
2+r0 2t0とする ように光学フイルタを構成すれば、距離r(r1≦
r≦r2)の如何にかかわらず、光位置検出器4に
は常に一定の光硬度が得られる。透過率をこのよ
うに変化させるためには、例えば一次元光位置検
出器4の一次元方向に沿つた透光部を設け、その
透光部の幅を上記透過率に応じて変化させる手法
などを用いることができる。
1から距離r1離れた位置から、r2離れた位置まで
の被検出物2を検出対象とする装置の場合、集光
レンズ3によつて一次元光位置検出器4の受光面
上に集光される光の強度は、上記検出範囲の下限
(最小距離r1)の場合の強度I1と上限(最大距離
r2)の場合の強度I2とで異なる。これは、集光レ
ンズ3の面積Kが一定であるのに対し、被検出物
2上の照射点から当該集光レンズ3を見る角(立
体角)の大きさが距離r1の場合のdω1K/4πr10 2と r2の場合のdω2K/4πr20 2とで異なることにより (ここでr10,r20はそれぞれ距離r1,r2の被検出物
2の光照射点から集光レンズ3の中心までの距
離)、両強度の比I1/I2は、集光レンズ中心から、
出射口1からのレーザ光出射光軸へおろした垂直
の長さをr0、当該垂線の足をPとしPから出射口
1までの距離をr3としてI1/I2(r2+r3)2+r0 2/(
r1+r3)2+r0 2で示 される。そこで、被検出物の位置が変化しても光
位置検出器4上に集光される光の強度がほぼ一定
になるようにするために、光位置検出器4の前面
に光学フイルタ(図示せず)を挿入し、この光学
フイルタの透過率が、距離r2の被検出物2で反
射・散乱した光の集光点R2前面での透過率をt0と
した場合に距離r1の被検出物2で反射・散乱した
光の集光点R1前面での透過率がほぼ
(r1+r3)2+r0 2/(r2+r3)2+r0 2t0となり、その中
間では連続的に 変化するように、つまり出射光からの距離がr
(r1<r<r2)の被検出物で反射・散乱した光の
集光点R前面の透過率を(r+r3)2+r0 2/(r2+r3)
2+r0 2t0とする ように光学フイルタを構成すれば、距離r(r1≦
r≦r2)の如何にかかわらず、光位置検出器4に
は常に一定の光硬度が得られる。透過率をこのよ
うに変化させるためには、例えば一次元光位置検
出器4の一次元方向に沿つた透光部を設け、その
透光部の幅を上記透過率に応じて変化させる手法
などを用いることができる。
なお、上記r3は、第2図に示したようにr1,r2
と同一方向となる場合を正とし、逆の方向となる
場合、つまり垂線の足Pが出射口1と被検出物2
との間に位置する場合(ただし|r3|<|r1|)
は負とする。
と同一方向となる場合を正とし、逆の方向となる
場合、つまり垂線の足Pが出射口1と被検出物2
との間に位置する場合(ただし|r3|<|r1|)
は負とする。
第1図は、本発明の一実施例を示す構成図であ
る。本装置は、検出用光を発する半導体レーザ
(波長830nm、出力5mW)11、半導体レーザ
11を変調駆動する変調駆動回路12、コリメー
ト用レンズ13、被検出物14からの反射・散乱
光(および背景光の一部)を集光する集光レンズ
15、一次元位置検出器PSD−S1352(浜松ホト
ニクス製、有効受光面積34×2.5mm)からなる光
半導体位置検出器16、この光半導体位置検出器
16の前面に挿入した、光透過率が上記一次元方
向に連続的に変化している光学フイルタ17およ
び演算回路18を含んでいる。なお、光位置検出
器は、少なくとも一次元方向の集光点の変位を検
出できるものであればよく、二次元位置検出用の
検出器を用い、その任意の一次元方向を利用して
検出を行なつてもよいことは言うまでもない。
る。本装置は、検出用光を発する半導体レーザ
(波長830nm、出力5mW)11、半導体レーザ
11を変調駆動する変調駆動回路12、コリメー
ト用レンズ13、被検出物14からの反射・散乱
光(および背景光の一部)を集光する集光レンズ
15、一次元位置検出器PSD−S1352(浜松ホト
ニクス製、有効受光面積34×2.5mm)からなる光
半導体位置検出器16、この光半導体位置検出器
16の前面に挿入した、光透過率が上記一次元方
向に連続的に変化している光学フイルタ17およ
び演算回路18を含んでいる。なお、光位置検出
器は、少なくとも一次元方向の集光点の変位を検
出できるものであればよく、二次元位置検出用の
検出器を用い、その任意の一次元方向を利用して
検出を行なつてもよいことは言うまでもない。
上記構成において、被検出物14が出射口19
からrAの距離にある場合、半導体レーザ1から変
調周波数2KHzで変調されて出射したレーザ光2
0は、コリメート用レンズ13によつてほぼ平行
光21となり、出射口19から外部へ出射され被
検出物14の光照射点22に照射される。ここで
反射・散乱した光(および背景光の一部)23A
は、集光レンズ15によつて、光学フイルタ17
を介して光半導体位置検出器16の受光面上の集
光点24Aに集光され、光半導体位置検出器16
はこの集光点24Aの位置を電気信号として出力
する。演算回路18はこの電気信号を検出して被
検出物14の位置を算出し、その結果はブロツタ
やCRTなどの表示部25に表示される。なお、
この場合被検出物14による反射・散乱光、すな
わち信号光による電気信号と背景光による雑音と
のS/N比を向上させるため演算回路18におけ
る信号検出は半導体レーザ11の変調と同期して
行なう。
からrAの距離にある場合、半導体レーザ1から変
調周波数2KHzで変調されて出射したレーザ光2
0は、コリメート用レンズ13によつてほぼ平行
光21となり、出射口19から外部へ出射され被
検出物14の光照射点22に照射される。ここで
反射・散乱した光(および背景光の一部)23A
は、集光レンズ15によつて、光学フイルタ17
を介して光半導体位置検出器16の受光面上の集
光点24Aに集光され、光半導体位置検出器16
はこの集光点24Aの位置を電気信号として出力
する。演算回路18はこの電気信号を検出して被
検出物14の位置を算出し、その結果はブロツタ
やCRTなどの表示部25に表示される。なお、
この場合被検出物14による反射・散乱光、すな
わち信号光による電気信号と背景光による雑音と
のS/N比を向上させるため演算回路18におけ
る信号検出は半導体レーザ11の変調と同期して
行なう。
一方、被検出物14が出射口19からrBの距離
にある場合には、光照射点22で反射・散乱した
光23Bは集光点24Bに集光され、同様に被検
出物の位置が求められる。
にある場合には、光照射点22で反射・散乱した
光23Bは集光点24Bに集光され、同様に被検
出物の位置が求められる。
ここで、本実施例では集光レンズ15の中心2
6から出射光軸におろした垂直の足が出射口19
の位置に一致するように(r3=0)集光レンズ1
5を配置し、当該垂線の長さ、つまり集光レンズ
15の中心から出射光軸までの距離をr0=0.2m
としてある。また、対象とする検出範囲は、出射
口19から被検出物14の光照射点22までの距
離で最小r1=0.5mから最大r2=0.6mである。
6から出射光軸におろした垂直の足が出射口19
の位置に一致するように(r3=0)集光レンズ1
5を配置し、当該垂線の長さ、つまり集光レンズ
15の中心から出射光軸までの距離をr0=0.2m
としてある。また、対象とする検出範囲は、出射
口19から被検出物14の光照射点22までの距
離で最小r1=0.5mから最大r2=0.6mである。
そこで、本実施例では、光学フイルタ17の透
過率が、距離r2の位置で反射・散乱した光の集光
点前面での透過率t0=0.95に対し、距離r1の位置
で反射・散乱した光の集光点前面での透過率が
r1 2+r0 2/r2 2+r0 2t00.70、中間では、距離r(r1<
r< r2)の位置で反射・散乱した光の集光点前面での
透過率がr2+r0 2/r2 2+r0 2t0=r2+0.04/0.4×0.95と
なるよう に構成することにより、距離r(r1≦r≦r2)の
如何にかかわらず光位置検出器16には常に一定
の光強度が得られるようにしてある。
過率が、距離r2の位置で反射・散乱した光の集光
点前面での透過率t0=0.95に対し、距離r1の位置
で反射・散乱した光の集光点前面での透過率が
r1 2+r0 2/r2 2+r0 2t00.70、中間では、距離r(r1<
r< r2)の位置で反射・散乱した光の集光点前面での
透過率がr2+r0 2/r2 2+r0 2t0=r2+0.04/0.4×0.95と
なるよう に構成することにより、距離r(r1≦r≦r2)の
如何にかかわらず光位置検出器16には常に一定
の光強度が得られるようにしてある。
以上、検出用光源として波長830nm、出力5
mWの半導体レーザを用いた例について説明した
が、他の波長および出力の半導体レーザを用いて
も、また他のレーザ、例えばHe−Neガスレーザ
等を用いてもよい。さらに、検出用光源として上
述したような半導体レーザを用いるとともに、可
視域のレーザ光を発する上記He−Neガスレーザ
を目視用レーザとして併用すれば、発熱量等の制
限を受けずに高出力化が容易に行なえる一方、上
記可視域のレーザ光により、光照射点の目視によ
る確認が容易となる利点を有する。
mWの半導体レーザを用いた例について説明した
が、他の波長および出力の半導体レーザを用いて
も、また他のレーザ、例えばHe−Neガスレーザ
等を用いてもよい。さらに、検出用光源として上
述したような半導体レーザを用いるとともに、可
視域のレーザ光を発する上記He−Neガスレーザ
を目視用レーザとして併用すれば、発熱量等の制
限を受けずに高出力化が容易に行なえる一方、上
記可視域のレーザ光により、光照射点の目視によ
る確認が容易となる利点を有する。
また、特に検出用光に対して雑音光が強く、雑
音光のみで、光位置検出器を構成する光電変換素
子の出力が飽和に達してしまうおそれがあるよう
な場合には、光位置検出器の前段に検出用光の波
長を含む所定波長帯の光のみ透過するフイルタを
挿入することにより、上述したような事態の発生
を防止することが可能である。
音光のみで、光位置検出器を構成する光電変換素
子の出力が飽和に達してしまうおそれがあるよう
な場合には、光位置検出器の前段に検出用光の波
長を含む所定波長帯の光のみ透過するフイルタを
挿入することにより、上述したような事態の発生
を防止することが可能である。
さらに、被検出物に直接に光を照射しまたは反
射・散乱光を検出する部分、例えば上述した実施
例ではコリメート用レンズ13や集光レンズ15
および光半導体位置検出器16などを含む部分を
その他の構成要素、例えば光源や演算回路等を含
む部分から分離し、後者の光源からの光は光フア
イバによつて前者に導くようにすれば、移動が容
易となる利点を有し、特に光源としてHe−Neガ
スレーザを用いる場合には寸法・重量が大きくな
ることから有用である。また、この場合には発熱
量が大きいことから、光源と検出系を分離するこ
とは、検出精度の向上という点でも望ましい。
射・散乱光を検出する部分、例えば上述した実施
例ではコリメート用レンズ13や集光レンズ15
および光半導体位置検出器16などを含む部分を
その他の構成要素、例えば光源や演算回路等を含
む部分から分離し、後者の光源からの光は光フア
イバによつて前者に導くようにすれば、移動が容
易となる利点を有し、特に光源としてHe−Neガ
スレーザを用いる場合には寸法・重量が大きくな
ることから有用である。また、この場合には発熱
量が大きいことから、光源と検出系を分離するこ
とは、検出精度の向上という点でも望ましい。
なお、光学フイルタ17の光透過率の分布を
r2+r0 2/r2 2+r0 2t0に正確に従つた分布とすることが
最も 好ましいことは言うまでもないが、上式に近似的
に沿つた分布としても、それに応じた補償効果が
得られる。例えば数区間に分割し、各区間内では
直線的な分布あるいは一定の値にするなどの近似
をすれば、光学フイルタの製造自体は容易となる
利点が得られ、使用目的等に応じて必要な補償の
程度との関係で適宜設計すればよい。
r2+r0 2/r2 2+r0 2t0に正確に従つた分布とすることが
最も 好ましいことは言うまでもないが、上式に近似的
に沿つた分布としても、それに応じた補償効果が
得られる。例えば数区間に分割し、各区間内では
直線的な分布あるいは一定の値にするなどの近似
をすれば、光学フイルタの製造自体は容易となる
利点が得られ、使用目的等に応じて必要な補償の
程度との関係で適宜設計すればよい。
以上説明したように、本発明によれば、光位置
検出器の受光面前面に、集光点の位置により生ず
る光強度のばらつきを補償する光透過率分布を備
えた光学フイルタを挿入したことにより、被検出
物の位置が変化しても光位置検出器にはほぼ一定
の光強度が得られ、高精度の検出が行なえる。
検出器の受光面前面に、集光点の位置により生ず
る光強度のばらつきを補償する光透過率分布を備
えた光学フイルタを挿入したことにより、被検出
物の位置が変化しても光位置検出器にはほぼ一定
の光強度が得られ、高精度の検出が行なえる。
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2
図は本発明の原理を説明するための図である。 1,19……出射口、2,14……被検出物、
3,15……集光レンズ、4……一次光元位置検
出器、11……半導体レーザ、12……変調駆動
回路、13……コリメート用レンズ、16……光
半導体位置検出器、17……光学フイルタ。
図は本発明の原理を説明するための図である。 1,19……出射口、2,14……被検出物、
3,15……集光レンズ、4……一次光元位置検
出器、11……半導体レーザ、12……変調駆動
回路、13……コリメート用レンズ、16……光
半導体位置検出器、17……光学フイルタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 検出用レーザ光を発するレーザ装置と、その
レーザ光を被検出物に照射する手段と、被検出物
で反射・散乱された光を同一受光面上に集光する
集光レンズおよびこの受光面上における集光点の
一次元方向の変位を検出する光位置検出器を含み
レーザ光の出射口から被検出物までの距離を上記
集光点の位置として検出する検出手段とを備えた
非接触変位検出装置において、 上記受光面の前面に、集光点の位置によつて生
ずる光強度のばらつきを補償する光透過率分布を
備えた光学フイルタを挿入し、 この光学フイルタの透過率は、 レーザ光の出射口から被検出物までの距離の検
出範囲をr1ないしr2(r1<r2)とし、レーザ光の出
射光軸に集光レンズの中心からおろした垂線の長
さをr0とし、この垂線の足からレーザ光の出射口
までの距離をr3とし、距離r2に被検出物があると
きの反射・散乱光が光位置検出器上に集光する位
置の光学フイルタの透過率をt0とした場合、 集光点が変位する一次元方向にt0から
(r1+r3)2+r2/0/(r2+r3)2+r2/0t0へほぼ連続
的に変化する分布を 有することを特徴とする非接触変位検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13408684A JPS6114512A (ja) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | 非接触変位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13408684A JPS6114512A (ja) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | 非接触変位検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6114512A JPS6114512A (ja) | 1986-01-22 |
JPH0338526B2 true JPH0338526B2 (ja) | 1991-06-11 |
Family
ID=15120084
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13408684A Granted JPS6114512A (ja) | 1984-06-30 | 1984-06-30 | 非接触変位検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6114512A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0531380Y2 (ja) * | 1989-11-09 | 1993-08-12 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6361110A (ja) * | 1986-05-27 | 1988-03-17 | シンセテイツク ヴイジヨン システムズ インコ−ポレ−テツド | 高速三次元測定方法及び装置 |
-
1984
- 1984-06-30 JP JP13408684A patent/JPS6114512A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0531380Y2 (ja) * | 1989-11-09 | 1993-08-12 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6114512A (ja) | 1986-01-22 |
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