KR101529953B1 - 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈 - Google Patents

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KR101529953B1 KR1020140058114A KR20140058114A KR101529953B1 KR 101529953 B1 KR101529953 B1 KR 101529953B1 KR 1020140058114 A KR1020140058114 A KR 1020140058114A KR 20140058114 A KR20140058114 A KR 20140058114A KR 101529953 B1 KR101529953 B1 KR 101529953B1
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Abstract

본 발명은 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 고온 압축 성형방식으로 제작되며, 그 표면에 박막을 증착하여 코팅된 비구면 렌즈를 채용한 광학계 모듈에 있어서, 상기 광학계 모듈은 0.8 ~ 1um의 형상오차(PC), 15 ~ 20um의 표면조도(Ra), 95 ~ 99.5%의 투과도 및 2.5 ~ 3arcmin의 편심을 갖는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈{OPTICAL MODULE FOR HIGH DEFINITION SURVEILLANCE CAMERA}
본 발명은 야간 촬영 기능을 갖는 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 촬영 영역을 고화질로 감시하기 위해 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 고온 압축 성형방식으로 제작된 비구면 렌즈를 채용하고, 비구면 렌즈의 표면에 박막을 증착하여 코팅함으로써, 빛 손실을 최소화하여, 촬영 영역을 고화질로 감시할 수 있는 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈에 관한 것이다.
폐쇄회로 텔레비전 즉, CCTV(Closed Circuit Television)는 화상정보를 특정의 목적으로 특정사용자에게 전달해주는 것으로 최근에는 산업용, 교육용, 의료용, 교통관제용 감시, 방재용 및 사내의 화상정보 전달용 등 다양하게 활용되고 있다.
특히 야간에 급증하고 있는 사건사고의 영상 확보를 위해, 야간에도 감시할 수 있는 야간 감시 보안용 CCTV에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
한편, CCTV(Closed Circuit Television)는 주간에는 태양빛을 이용하고, 야간에는 가로등 및 적외선 광원(Light Source) 등과 같은 별도의 조명장치를 이용하여 피사체를 촬영하고 있다.
그러나 야간에 취득한 영상의 화질저하로 판독이 불가한 상황이 빈번하게 발생됨으로써, 야간 감시용 CCTV가 재역할을 못하고 있는 실정이다.
이에 따라, 야간에도 고화질의 영상을 획득할 수 있는 야간 감시용 CCTV의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
이와 관련된 기술중 하나로, 등록특허공보 제10-1098469호에 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라가 기재되었다.
위에 기재된 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라는 야간 원거리 촬영이 가능하도록 직진성이 좋은 적외선레이저투광모듈; 상기 레이저투광모듈의 출력광에 의해 피사체를 촬영하는 감시카메라; 상기 감시카메라에 의해 촬영된 영상신호를 외부장치로 송출하는 감시카메라영상출력부; 및 상기 적외선레이저투광모듈과 감시카메라의 작동을 위한 전원을 공급하도록 하는 전원입력부를 포함하여 구성된다.
이러한 적외선 레이저 투광기를 이용한 감시 카메라는 빛이 없는 야간에도 레이저를 관원으로 이용하여 원거리에 있는 피사체를 감시 촬영할 수 있으며, 특히 상대방에게 노출되지 않도록 하면서 상대방을 감시 촬영할 수 있는 것을 특징으로 한다.
그러나 상기 종래기술은 직진성이 우수한 레이저를 이용하여 광의 손실을 최소화하고, 이를 이용하여 야간에 감시 촬영을 가능하도록 하는 점은 긍정적이나, 피사체의 고화질 영상을 획득하기 어려우며, 화질저하로 인하여 판독이 불가한 상황이 발생되는 문제점이 있다.
종래 기술중 다른 하나로, 등록특허공보 제10-0813182호에 카메라장치가 기재되었다.
위에 기재된 카메라장치는 일정한 형태의 본체와, 상기 본체내에 구비된 PCB기판에 설치되는 CCD소자부를 감싸도록 결합되는 렌즈홀더 및 상기 렌즈홀더에 결합되어 피사체를 촬영하는 렌즈부와, 상기 본체내에 설치됨과 아울러 외부의 빛을 감지하는 빛감지센서 및 상기 빛감지센서에서 감지된 빛의 양에 따라 선택적으로 발광하는 조명부를 포함하여 이루어진 카메라장치에 있어서, 상기 빛감지센서는 상기 렌즈부를 통해 입사되는 빛을 감지하여 상기 렌즈부가 촬영하는 영역내의 광량을 감지할 수 있도록, 상기 렌즈홀더의 내측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
이러한 카메라장치는 렌즈부를 통해 입사되는 빛을 감지하여 상기 렌즈부가 촬영하는 영역내의 광량을 감지할 수 있도록 함으로써, 빛의 오감지에 의한 조명부의 오작동을 방지하고 이에 따라 조명부의 수명도 연장시킬 수 있다.
그러나 상기 종래기술은 조명부에 설치되는 발광다이오드를 이용하여 야간에도 촬영을 할 수 있도록 하는 점은 긍정적이나, 피사체의 고화질 영상을 획득하기 어려운 문저젬이 있다.
상기 종래기술들을 총괄하여 보면, 직진성이 우수한 레이저 및 조명부에 설치되는 발광다이오드를 이용하여 야간에도 감시 촬영을 가능하게 하지만 광학계 자체의 정밀도가 떨어져, 화질이 저하된 영상을 취득할 수밖에 없는 문제점이 있다.
즉 취득한 영상의 화질저하로 판독이 불가한 상황이 발생되는 문제점이 있다.
등록특허공보 제10-1098469호(2011.12.19.) 등록특허공보 제10-0813182호(2008.03.06.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 고온 압축 성형방식으로 제작된 비구면 렌즈를 채용함으로써, 야간에도 고화질의 영상을 취득할 수 있는 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 비구면 렌즈의 표면에 박막을 증착하여 코팅함으로써, 빛 손실을 최소화하여 촬영 영역을 고화질로 감시할 수 있는 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈을 제공하는 데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈은 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 고온 압축 성형방식으로 제작되며, 그 표면에 박막을 증착하여 코팅된 비구면 렌즈를 채용한 광학계 모듈에 있어서, 상기 광학계 모듈은 0.8 ~ 1um의 형상오차(PC), 15 ~ 20um의 표면조도(Ra), 95 ~ 99.5%의 투과도 및 2.5 ~ 3arcmin의 편심을 갖는 것을 특징으로 하는 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.
본 발명은 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 고온 압축 성형방식으로 제작된 비구면 렌즈를 채용함으로써, 야간에도 고화질의 영상을 취득할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
또한 본 발명은 초경합금 재질로 이루어진 성형용 코어를 다이아몬드 휠을 이용하여 초정밀 연삭가공하고, 가공된 성형용 코어의 표면에 DLC 막과 전이금속(Re-Ir) 막을 코팅함으로써, 광학계 모듈이 갖는 형상오차와 표면조도를 최소화할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
또한 본 발명은 비구면 렌저의 표면에 박막을 증착하여 코팅함으로써, 빛 손실을 최소화하여 촬영 영역을 고화질로 감시할 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈에서 비구면 렌즈가 제작되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
여기서 광학계 모듈은, 광학(光學)의 반사, 굴절 등의 현상을 이용하여 물체의 상을 만드는 것을 목적으로 하는 렌즈 계열을 의미한다.
예컨대, 렌즈는 물론이며, 모니터장치, 영상감시장치 등의 액정 등을 포함하는 범주의 의미일 수 있다.
본 발명에 따른 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈은 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 고온 압축 성형방식으로 제작되며, 그 표면에 박막을 증착하여 코팅된 비구면 렌즈를 채용한 광학계 모듈에 관한 것이다.
이때, 비구면 렌즈를 제작하기 위한 성형용 코어는 초정밀 연삭가공에 의해 가공될 수 있다.
한편, 초정밀 연삭가공시 형상정밀도에 영향을 미치는 요인은 초정밀 연삭가공장치의 정밀도와 더불어 렌즈 성형물을 가공하는 공구이다.
따라서, 본 발명에서는 비구면 렌즈를 제작하기 위한 성형용 코어를 가공하기 위하여 다이아몬드 휠을 적용한다.
여기에서, 다이아몬드 휠은 다이아몬드의 미세한 분말을 인공수지(人工樹脂) 등과 함께 가압 성형한 연삭공구로, 고온/고압에서 생성되기 때문에 온도에 대한 저항성이 크고 경도가 높아 연마재, 절삭기구 등으로 사용되고 있다.
즉 연삭공구로 사용되는 다이아몬드 휠을 이용하여 성형용 코어를 연삭가공함으로써, 성형용 코어가 비구면으로 가공되도록 한다.
이에 따라, 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 가열된 렌즈 성형물을 가압성형함으로써, 비구면렌즈를 제작할 수 있다.
설계조건에 따라, 성형용 코어의 초정밀 연삭가공시 연삭휠에 치형을 넣은 치형휠(Toothed wheel)이 적용될 수 있다.
치형휠은 휠과 성형용 코어 사이에서 발생하는 연삭동압을 감소시키고, 결과적으로 가공면의 표면조도를 최소화시킬 수 있다.
성형용 코어의 재질은 초경합금으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 초경합금 소재는 금속의 탄화물 분말을 소성해서 만든 경도가 높은 합금을 의미하는 것으로, 그 특성에 따라 항전력, 압축강도 및 인장강도 등의 성질이 달라지며, 이에, 비구면 렌즈 제작시 다양한 품질을 얻을 수 있다.
따라서 본 발명에서는 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈을 제작하기 위하여 초경합금 중에서도 금속결합제인 연질재료(Co, Ni)를 최소화 시키고, 종래의 초경합금보다 뛰어난 내마모성을 가지며, 높은 경도를 갖는 초경합금을 사용한다.
즉 성형용 코어는 초경합금(WO, Co 0.5wt%)의 재질로 이루어지고, 92.5 ~ 97.5HRA의 경도(Hardness), 1.5 ~ 1.7GPa의 항절력(Transverse rupture strength), 4.5 ~ 5.5MPa√m의 파괴인성(Fracture Toughness), 15 ~ 15.8의 밀도(Density), 650 ~ 670GPa의 영률(Young's Modules) 및 4.4 ~ 4.6 ×10-6/K의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion)의 특성을 갖도록 이루어진다.
구체적으로는 95HRA의 경도(Hardness), 1.6GPa의 항절력(Transverse rupture strength), 5.0MPa√m의 파괴인성(Fracture Toughness), 15.4의 밀도(Density), 660GPa의 영률(Young's Modules) 및 4.5×10-6/K의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion)의 특성을 갖도록 이루어질 수 있다.
더 나아가, 초정밀 연삭가공에 의해 가공된 성형용 코어의 표면에 DLC 막과 전이금속(Re-Ir) 막이 코팅될 수 있다.
이에 따라, 성형용 코어의 내부식성 및 내마모성 등을 증가시켜 수명을 향상시킬 수 있으며, 성형용 코어와 렌즈 성형물과의 이형성을 향상시키고, 비구면 렌즈 제작시 형상오차와 표면조도를 최소화할 수 있다.
DLC(Diamond Like Carbon) 막을 코팅하는 것은 성형용 코어가 고경도, 고탄성, 내마모성, 화학적 안정성을 갖도록 하는 것을 의미한다.
설계조건에 따라, 성형용 코어와 DLC 막 사이에 탄소족 원소(Group 원소 14, carbon group) 또는 탄소족 원소의 화합물로 이루어진 중간막을 증착하여 코팅되도록 구성될 수 있다.
탄소족 원소는, 14족 원소라고도 통칭되며, 주기율표의 열네 번째 족에 속하는 화학 원소로써, 탄소(C), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb) 및 플레로븀(Fl) 등이 있다.
또한 탄소족 원소의 화합물은, 상술된 탄소족 원소와 산소와의 2원화합물인 산화물(Oxide), 상술된 탄소족 원소와 질소와의 화합물인 질화물(Nitride) 및 상기의 산화물과 질화물의 화합물인 산질화물(Oxynitride) 일 수 있다.
이러한 탄소족 원소 또는 탄소족 원소의 화합물을 소재로 하는 중간막은, 성형용 코어의 표면에서 증착되어 코팅될 수 있다.
이때, 증착은 다양한 증착기를 사용할 수 있는데, 예를 들어 진공 증착기 또는 이온 증착기(이온건) 등을 사용할 수 있다.
이러한 중간막을 성형용 코어와 DLC 막 사이에 코팅하는 것은 성형용 코어와 DLC 막의 밀착성을 높이기 위한 중간층을 형성시키기 위함이다.
또한 전이금속(Rhenium-Iridium, Re-Ir) 막을 코팅함으로써, 비구면 렌즈 제작시 형상오차와 표면조도를 최소화할 수 있다.
설계조건에 따라, 성형용 코어의 표면에 중간막, DLC 막 및 전이금속 막이 순차적으로 코팅되거나 또는 성형용 코어에 코팅된 중간막의 표면에 DCL 막 또는 전이금속 막 중 선택된 하나의 막만을 증착시켜 코팅되도록 구성될 수 있다.
이하, 상술된 바와 같이 가공되는 성형용 코어를 이용하여 비구면 렌즈가 제작되는 과정을 첨부된 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈에서 비구면 렌즈가 제작되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 따른 비구면 렌즈의 제작은 가열단계(S10), 성형 및 서냉단계(S20), 취출단계(S30) 및 코팅단계(S40)을 포함하여 이루어진다.
1. 가열단계(S10)
가열단계(S10)는 상기에서 서술된 바와 같이 가공되는 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어가 구비된 챔버내에 랜즈 성형물을 주입시키고, 성형용 코어와 렌즈 성형물을 성형온도까지 가열한다.
이때, 챔버의 내부 온도가 일정하게 유지되도록 온도와 압력이 일정하게 조절된 질소가스가 공급될 수 있다.
이에 따라, 챔버내의 온도가 일정하게 유지되도록 하여 온도에 따른 렌즈 성형물의 투과도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 챔버내에 질소가스가 공급되면 렌즈 성형물이 산소와 접촉되지 않게됨으로써, 렌즈 성형물이 산화되는 것을 방지하고, 기포가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
여기에서, 챔버는 렌즈 성형을 위한 몰드를 의미하는 것으로, 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어가 그 내부에 구비되어 비구면 렌즈를 제작할 수 있다.
2. 성형 및 서냉단계(S20)
성형 및 서냉단계(S20)는 최적의 고온고압 조건에서 성형 후 서냉과정을 거치는 단계로, 서냉과정을 거치면서 잔류응력을 최소화할 수 있다.
이때, 서냉과정에서 렌즈 성형물의 가압이 동시에 이루어질 수 있다.
이에, 비구면 렌즈의 구면수차를 발생시키는 형상왜곡을 억제하고, 전사성을 높일 수 있는 이점이 있다.
3. 취출단계(S30)
취출단계(S30)는 가열단계(S10)와 성형 및 서냉단계(S20)를 거쳐 제작된 비구면렌즈를 취출하는 단계이다.
4. 코팅단계(S40)
코팅단계(S40)는 비구면 렌즈의 표면에 박막을 증착하여 코팅을 수행하는 단계이다.
이때, 박막은 Pt-Ir 막, DLC 막, Re계 합금막, TIAIN 막 및 TICN 막 중 선택된 하나의 막으로 코팅되거나 또는 상기의 막을 조합하여 코팅될 수 있다.
이러한 박막의 코팅에 의해 95 ~ 99.5%의 높은 투과도를 얻을 수 있으며, 전기 절연성 등의 안정성을 확보할 수 있다.
이때, 박막은 전자 빔 증착법, 스퍼터링 증착법, 이온 빔 증착법 및 PE-CVD 증착법 중 어느 하나의 방법으로 증착될 수 있다.
또 다른 설계조건에 따라서는, 전자 빔 증착법, 이온 빔 증착법 및 PE-CVD 증착법을 조합한 다양한 방법으로 증착할 수도 있다.
총괄하여 정리하면, 본 발명에 따른 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈은 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 고온 압축 성형방식으로 제작되며, 그 표면에 박막을 증착하여 코팅됨으로써, 0.8 ~ 1um의 형상오차(PC), 15 ~ 20um의 표면조도(Ra), 95 ~ 99.5%의 투과도 및 2.5 ~ 3arcmin의 편심을 갖는 광학계 모듈을 제작할 수 있다.
이에 따라, 비구면 렌저의 빛 손실을 최소화하여, 촬영 영역을 고화질로 감시할 수 있으므로, 야간에도 고화질 영상을 취득할 수 있는 이점이 있다.
설계조건에 따라, 본 발명에 따른 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈은 단동형 폐쇄회로 텔레비전 또는 줌형 폐쇄회로 텔레비전에 설치될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 단동형 도심방범용 카메라에 설치되거나 줌형 도심방범용 카메라에 설치될 수 있다.
또한 IR LED(적외선 발광다이오드) 조명을 적용한 방범카메라에 본 발명에 따른 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈을 설치함으로써, 야간에도 고화질 영상을 취득할 수 있다.
한편, 상기에서 도 1을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
S10 : 가열단계
S20 : 성형 및 서냉단계
S30 : 취출단계
S40 : 코팅단계

Claims (5)

  1. 초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어를 이용하여 고온 압축 성형방식으로 제작되며, 그 표면에 박막을 증착하여 코팅된 비구면 렌즈를 채용한 광학계 모듈에 있어서,
    상기 광학계 모듈은,
    0.8 ~ 1㎛의 형상오차(PC), 15 ~ 20㎛의 표면조도(Ra) 및 95 ~ 99.5%의 투과도를 갖고,
    상기 성형용 코어는,
    - 다이아몬드 휠을 적용한 초정밀 연삭가공을 통해 가공되며,
    - 초경합금(WO, Co 0.5wt%)의 재질로 이루어지고, 92.5 ~ 97.5HRA의 경도(Hardness), 1.5 ~ 1.7GPa의 항절력(Transverse rupture strength), 4.5 ~ 5.5MPa
    Figure 112015020676630-pat00002
    의 파괴인성(Fracture Toughness), 15 ~ 15.8의 밀도(Density), 650 ~ 670GPa의 영률(Young's Modules) 및 4.4 ~ 4.6 ×10-6/K의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion)를 갖으며,
    - 그 표면에 DLC 막과 전이금속(Re-Ir) 막이 코팅되고,
    상기 비구면 렌즈는,
    성형용 코어가 구비되는 챔버 내에 질소가스를 주입한 후 성형용 코어와 렌즈 성형물을 성형온도까지 가열하고, 서냉과정과 가압이 동시에 이루어지도록 하여 제작되며,
    상기 박막은 Pt-Ir 막, DLC 막, Re계 합금막, TIAIN 막 및 TICN 막 중 선택된 하나의 막으로 코팅되거나 또는 상기의 막을 조합하여 코팅되되,
    상기 성형용 코어와 박막 사이에,
    탄소(C), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb) 및 플레로븀(Fl) 중 선택된 어느 하나 이상의 탄소족 원소와 산소와의 화합물인 산화물과 상기 탄소족 원소와 질소와의 화합물인 질화물의 화합물인 산질화물을 소재로하는 중간막을 증착함으로써, 성형용 코어와 박막의 밀착성 상승시키는 것을 특징으로 하는, 고화질 감시카메라를 위한 광학계 모듈.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11106222A (ja) * 1997-10-03 1999-04-20 Hitachi Koki Co Ltd ｆθガラスモールドレンズの製造方法および該レンズを用いた光走査装置
JP2005173326A (ja) * 2003-12-12 2005-06-30 Fuji Photo Film Co Ltd プラスチック製光学部品
JP2005213137A (ja) * 2003-12-26 2005-08-11 Ashu Kogaku Kofun Yugenkoshi ガラス成形用金型

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Title
김현욱 외 5인, "성형용 코어면 DLC 코팅에 의한 비구면 Glass렌즈 광학적 특성에 관한 연구", 한국광학회지 제18권 제5호, pp. 362-366, 2007년 10월 *
김현욱 외 5인, "성형용 코어면 DLC 코팅에 의한 비구면 Glass렌즈 광학적 특성에 관한 연구", 한국광학회지 제18권 제5호, pp. 362-366, 2007년 10월*

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