(57)【要約】【課題】タッチセンサの誤動作の防止を図ることができるとともに、操作面に対する操作を行ったにもかかわらずタッチセンサによって検出された静電容量が小さい場合であっても、操作位置を確実に検出することが可能であり、さらに操作の容易化を図る。【解決手段】制御部１８は、閾値Ｖｔｈの所定の基準静電容量Ｖｃｔを越えると、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたときの操作面１１における位置情報を検出し、基準静電容量Ｖｃｔを越えていない場合に押圧検出手段１５における押圧を検出すると、閾値Ｖｔｈを下げ、検出静電容量が閾値Ｖｔｈを下げた後の補正静電容量Ｖｍｔを超えた場合に、検出静電容量が補正静電容量Ｖｍｔを超えたときの操作面１１における位置情報を検出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面に対する操作導体の近接による静電容量の変化を検出するタッチセンサと、前記タッチセンサによって検出された検出静電容量に基づいて前記操作面における前記操作導体の操作位置を検出する制御部と、前記操作面が前記操作導体に押圧されたことを検出する押圧検出手段とを有する入力装置において、
前記制御部は、前記検出静電容量が、前記操作位置の検出の閾値となる所定の基準静電容量を越えた場合、前記検出静電容量が前記基準静電容量を越えたときの前記操作面における位置情報を検出し、前記検出静電容量が前記基準静電容量を越えていない場合であって前記押圧検出手段により押圧が検出されたことを入力すると、前記閾値を下げ、前記検出静電容量が前記閾値を下げた後の補正静電容量を超えると、前記検出静電容量が前記補正静電容量を超えたときの前記操作面における位置情報を検出することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記基準静電容量を、信号対雑音比から求められる検出限界値の静電容量と、前記操作導体が前記操作面に接触したときの接触静電容量との中間値とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記補正静電容量の下限値を、信号対雑音比から求められる検出限界値を上回りかつ前記検出限界値に近い値とし、前記閾値を前記下限値に段階的に下げ、または一度に下げる請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記押圧検出手段は、圧電素子である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記押圧検出手段は、前記操作面に対する前記操作導体による押圧によって、前記操作面に対して操作感をフィードバックする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置に関し、特に、静電容量式のタッチセンサを備えた入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、静電容量の変化を検出するタッチスイッチやタッチパネル等のタッチセンサを備えた入力装置が、種々の電子機器の入力装置として多用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この静電容量式のタッチセンサを備えた入力装置の一例としては、使用者が指等の操作導体を入力装置の操作面に近接、接触させることにより操作を行うと、タッチセンサが操作面に対する操作導体の近接の操作による静電容量の変化を検出するようになっている。そして、このような入力装置は、タッチセンサによって検出された前記静電容量が所定の閾値を越えると、操作導体による操作が合ったと判断し、前記静電容量が閾値を越えたときの操作面における操作導体の操作位置を検出するようになっている。
【０００４】
また、例えば、特許文献１に記載の静電容量検出型入力装置は、操作が行われる板面に加わる押圧力を検出可能なスイッチを有しており、スイッチが動作すると、そのタイミングで検出した押圧場所の位置情報を出力することにより、パネルが押圧された場所を検出することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２３４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前述のような検出された静電容量が所定の閾値を越えたときに操作面における操作導体の位置情報を検出する入力装置によれば、操作導体の操作位置を検出するために設定される閾値は固定値であった。このため、例えば、入力装置の操作者が手袋を嵌めた手によって入力装置の操作を行うと、指が操作面に接触しても、タッチセンサが検出する静電容量が小さいため、閾値を越えないか、越えても位置情報を検出するにいたらない場合があった。このような指を操作面に接触させて操作面に対する操作を行ったにもかかわらずタッチセンサによって検出された静電容量が小さい場合、従来の入力装置は、操作面における操作位置を検出することができないという問題を有していた。
【０００７】
また、前述の特許文献１に記載の静電容量検出型入力装置によれば、板面が押圧されたことを検出しなければ、押圧場所の位置情報を出力することができないので、例えば、入力装置の操作面を指でなでるように操作を行う等、板面を押圧しないような操作面の操作によっては、操作面の位置情報を出力することができなかった。
【０００８】
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、タッチセンサの誤動作の防止を図ることができるとともに、操作位置を確実に検出し、さらに操作の容易化を図ることが可能な入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明に係る入力装置の特徴は、操作面に対する操作導体の近接による静電容量の変化を検出するタッチセンサと、前記タッチセンサによって検出された検出静電容量に基づいて前記操作面における前記操作導体の操作位置を検出する制御部と、前記操作面が前記操作導体に押圧されたことを検出する押圧検出手段とを有する入力装置において、前記制御部は、前記検出静電容量が、前記操作位置の検出の閾値となる所定の基準静電容量を越えた場合、前記検出静電容量が前記基準静電容量を越えたときの前記操作面における位置情報を検出し、前記検出静電容量が前記基準静電容量を越えていない場合であって前記押圧検出手段により押圧が検出されたことを入力すると、前記閾値を下げ、前記検出静電容量が前記閾値を下げた後の補正静電容量を超えると、前記検出静電容量が前記補正静電容量を超えたときの前記操作面における位置情報を検出する点にある。
【００１０】
本発明に係る入力装置によれば、操作位置の検出のための閾値を可変させることができ、検出静電容量が基準静電容量を越えない場合であっても、操作面に対する押圧が検出された場合には、前記閾値に下げ、下げた後の閾値の補正静電容量に基づいて操作面における位置情報を検出することができる。これにより、本発明に係る入力装置は、操作者が手袋を嵌めた手によって操作を行った場合等、タッチパネルの操作を行ったにもかかわらず検出された静電容量が小さい場合であっても、操作者が操作面を押圧することにより、操作面における位置情報を検出することができる。さらに、本発明に係る入力装置によれば、操作面に対する押圧を検出しなくても、検出静電容量が基準静電容量を越えると、操作面における位置情報を検出するので、通常の操作において、操作面を確実に押圧しなくても位置情報を検出することができ、これによりタッチセンサの操作の容易化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る入力装置において、前記基準静電容量を、信号対雑音比から求められる検出限界値の静電容量と、前記操作導体が前記操作面に接触したときの接触静電容量との中間値とすることができる。これにより、本発明に係る入力装置は、使用環境ノイズの検出による位置情報の検出を低減することができ、使用環境ノイズによる誤動作を低減し、操作導体の操作に基づく位置情報の検出精度を向上させることができる。
【００１２】
さらに、本発明に係る入力装置において、前記補正静電容量の下限値を、信号対雑音比から求められる検出限界値を上回りかつ前記検出限界値に近い値とし、前記閾値を前記下限値に段階的に下げ、または一度に下げることができる。このように、本発明に係る入力装置によれば、前記閾値を下限値に段階的に下げることにより、閾値を下げた後の補正静電容量が高いほど検出時の計算誤差を低減することができるので、使用環境ノイズによる誤動作を低減することができるとともに、操作導体の操作に基づく位置情報の検出精度を向上させることができる。また、本発明に係る入力装置によれば、前記閾値を下限値に一気に下げることにより、操作面が操作導体に押圧された場合の操作面における位置情報の検出時間の短縮化を図ることができる。
【００１３】
さらに、前記押圧検出手段として、圧電素子を用いることができる。これにより、本発明に係る入力装置によれば、圧電素子は、圧電素子自体の変形によって操作面が押圧されたことを検出することが可能であるので、操作面に対する押圧によって圧電素子が変形可能な種々の位置に配置することができる。
【００１４】
さらにまた、前記押圧検出手段は、前記操作面に対する前記操作導体による押圧によって、前記操作面に対して操作感をフィードバックすることができる。これにより、本発明に係る入力装置によれば、入力装置の使用者が操作面に対する押圧による操作感を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明に係る入力装置によれば、操作面に対する操作を行ったにもかかわらずタッチセンサによって検出された検出静電容量が小さい場合であっても、操作位置の位置情報を確実に検出することができるとともに、タッチセンサの誤動作の防止が可能であり、さらに操作の容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る入力装置の一実施形態を示す概略側面断面図
【図２】図１に示す入力装置のタッチセンサと表示装置を示す概略背面図
【図３】図１に示す入力装置の押圧検出手段の回路図
【図４】図１に示す入力装置の構成を示すブロック図
【図５】図１に示す入力装置のタッチセンサが検出する静電容量の変化を示すグラフ
【図６】図１に示す入力装置における位置情報の検出方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る入力装置の実施形態について図１乃至図６を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施形態に係る入力装置１は、静電容量式のタッチセンサとして、タッチパネル２を有している。このタッチパネル２は、平面形状が矩形状の基板３を有しており、基板３上には、Ｘ軸方向に伸びる複数のＸ軸透明電極（図示せず）およびＹ軸方向に伸びる複数のＹ軸透明電極８がそれぞれ並列配置して設けられている。
【００１９】
また、タッチパネル２における操作側の面は、タッチパネル２の操作を行う操作面１１とされている。そして、タッチパネル２は、操作導体としての指Ｈによる操作面１１に対する近接の操作により発生するＸ軸方向およびＹ軸方向の静電容量の変化を検出することができるようになっている。
【００２０】
また、本実施形態においては、タッチパネル２の反操作側に、操作面１１における表示画面の表示を行う表示装置１２が接着層１３を介して配置されている。表示装置１２は、一対の電極基板５を有する表示パネル１２ａおよび表示パネル１２ａの反視認側に配置されるバックライトユニット１２ｂを有し、一方の電極基板の端子部５ａ上には、ＩＣチップ６が端子部上に実装されている。
【００２１】
さらに、入力装置１は、指Ｈによって操作面１１が押圧されたことを検出する押圧検出手段１５を有している。本実施形態においては、押圧検出手段１５としての圧電素子１５が、タッチパネル２の反操作側に配置された表示装置１２の反操作側の面における４隅にそれぞれ設けられている。このように本実施形態における入力装置１は、圧電素子１５を４隅に設けることにより、操作面１１が押圧されたことを確実に検出することができるようになっている。
【００２２】
また、圧電素子１５は、ＩＣチップ６に電気的に接続されており、ＩＣチップには、図３に示すように、圧電素子１５を駆動する駆動回路１６が形成されている。駆動回路１６には、押圧検出アンプ１６ａ、圧電素子１５の動作の制御を行うＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ｕｎｉｔ）１６ｂ、Ｄ級アンプ１６ｃ、および圧電素子１５および押圧検出アンプ１６ａの電気的接続と、圧電素子１５およびＤ級アンプ１６ｃの電気的接続とを切り替える切替スイッチ１６ｄが設けられている。そして、駆動回路１６の切替スイッチ１６ｄは、まず圧電素子１５と押圧検出アンプ１６ａとを接続するようになっており、操作面１１が押圧されたことにより圧電素子１５が変形し電圧を発生すると、押圧検出アンプ１６ａは操作面１１に対する押圧を検出し、電圧による電力をＭＣＵ１６ｂに伝達する。ＭＣＵ１６ｂは、電力が伝達されると、切替スイッチ１６ｄを切り替えて圧電素子１５とＤ級アンプ１６ｃとを電気的に接続するとともに、Ｄ級アンプ１６ｃに電力を伝達し、Ｄ級アンプ１６ｃは、電力が伝達されると、切替スイッチ１６ｄを介して、圧電素子１５を振動させる。このように、圧電素子１５は、操作面１１に対する押圧によって振動し、この振動が操作面１１に伝達されるので、これにより、圧電素子１５は、操作面１１に対して操作感をフィードバックするようことができ、これにより、使用者は操作面１１を指Ｈで押圧したことによる操作感を得ることができるようになっている。
【００２３】
なお、各圧電素子１５の配置位置は、本実施形態における配置位置に限定されるものではない。圧電素子１５は、圧電素子１５自体の変形によって操作面１１が押圧されたことを検出することが可能であるので、操作面１１に対する押圧によって各圧電素子１５が変形する位置であれば、例えば、タッチパネル２の操作側の面や側面であってタッチパネル２と筐体１７との間に配置されてもよい。また、本発明に係る入力装置１の押圧検出手段１５としては、圧電素子１５に限定されるものではなく、本発明に係る入力装置１においては、例えば、タクトスイッチ等、操作面１１が押圧されたことを検出可能な種々の押圧検出手段１５を用いることができる。
【００２４】
さらに、図４に示すように、入力装置１は、入力装置１の駆動の制御を行う制御部１８を有しており、この制御部１８は、配線基板７を介してＩＣチップ６に電気的に接続され、ＩＣチップ６から種々のタッチパネル２や圧電素子１５の情報を入力するとともに、表示装置１２に情報を出力するようになっている。
【００２５】
また、制御部１８は、指Ｈが操作面１１に近接することによりタッチパネル２によって検出される検出静電容量に基づいて、操作面１１における位置情報を検出するようになっている。
【００２６】
図５は、本実施形態に係る入力装置１のタッチパネル２が検出する検出静電容量等の静電容量の変化を示すグラフであり、制御部１８は、タッチパネル２によって検出された検出静電容量が位置情報の検出の閾値Ｖｔｈとなる所定の基準静電容量Ｖｃｔを超えた場合には、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたときの操作面１１における位置情報を検出するようになっている。この基準静電容量Ｖｃｔは、指Ｈが操作面１１に接触したときの接触静電容量以下の値に設定され、好ましくは、前記接触静電容量と、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）から求められる検出限界値の静電容量との中間値に設定されるとよい。
【００２７】
また、制御部１８は、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えない場合であって圧電素子１５により押圧が検出されたことを入力した場合には、閾値Ｖｔｈを下げ、検出静電容量が閾値Ｖｔｈを下げた後の補正静電容量Ｖｍｔを超えると、検出静電容量が補正静電容量Ｖｍｔを越えたときの操作面１１における位置情報を検出するようになっている。このとき、補正静電容量Ｖｍｔの下限値は、前記検出限界値を上回りかつ前記検出限界値に近い値とし、閾値Ｖｔｈを前記下限値まで段階的に下げてもよいし、または一度に下げてもよい。
【００２８】
また、制御部１８は、検出静電容量が補正静電容量Ｖｍｔを越えたときの操作面１１における位置情報を検出すると、前記閾値Ｖｔｈを、補正静電容量Ｖｍｔから基準静電容量Ｖｃｔに戻すようになっている。
【００２９】
ここで、制御部１８が、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたときの操作面１１における位置の座標を計算する場合、または補正静電容量Ｖｍｔを越えたときの操作面１１における位置の座標を計算する場合、基準静電容量Ｖｃｔおよび補正静電容量Ｖｍｔを越えたときの検出静電容量の重心位置の座標を計算することにより前記座標を求めるとよい。ここで、閾値Ｖｔｈを下げて検出静電容量の重心位置の座標を計算する場合には、指Ｈの操作による静電容量の検出とともにノイズを検出してしまう確率が高くなり、計算において求められた重心位置の座標の精度が低下してしまうおそれがある。このため、補正静電容量Ｖｍｔを閾値Ｖｔｈとして検出静電容量に基づき重心位置の座標を計算する場合には、例えば、Ｓ／Ｎ比から求められる検出限界値以下の静電容量を除外して重心位置の座標を計算するとよい。
【００３０】
一方、制御部１８は、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えない場合であって圧電素子１５により押圧が検出されていない場合、および圧電素子１５により押圧が検出された場合であって検出静電容量が補正静電容量Ｖｍｔを越えていない場合には、操作面１１における位置情報を検出せず、再度検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたか否かを判断するようになっている。これにより、圧電素子１５の誤動作による位置情報の検出を防止することができる。
【００３１】
このような入力装置１は、車載用ナビゲーション装置、医療機器、操縦機器、さらにはＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の種々の電子機器１９において操作面１１における位置情報を入力する入力装置１として用いられており、制御部１８は、操作面１１における位置情報を電子機器１９に対して出力するようになっている。
【００３２】
次に、本実施形態に係る入力装置１によって操作面１１における位置情報を検出する工程について、図６を参照して説明する。
【００３３】
入力装置１の制御部１８は、まず、タッチパネル２によって検出された検出静電容量を監視し、検出された検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたか否かを判断する（ＳＴ１）。そして、制御部１８は、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたと判断した場合には（ＳＴ１においてＹｅｓ）、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたときの操作面１１における位置の座標を計算して座標の位置情報を検出し（ＳＴ２）、この位置情報を電子機器１９に対して出力する（ＳＴ３）。
【００３４】
続いて、制御部１８は、ＳＴ１において検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えていないと判断した場合には（ＳＴ１においてＮｏ）、圧電素子１５により押圧が検出されたか否かを判断する（ＳＴ４）。そして、制御部１８は、圧電素子１５により押圧が検出されていないと判断した場合には（ＳＴ４においてＮｏ）、再度、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたか否かを判断する（ＳＴ１）。一方、制御部１８は、圧電素子１５により押圧が検出されたと判断した場合には（ＳＴ４においてＹｅｓ）、閾値Ｖｔｈを下げた後（ＳＴ５）、検出した検出静電容量が下げた後の閾値Ｖｔｈの補正静電容量Ｖｍｔを越えたか否かを判断する（ＳＴ６）。ここで、閾値Ｖｔｈは、補正静電容量Ｖｍｔの下限値まで段階的に下げられてもよいし、あるいは前記下限値まで一度に下げられてもよい。
【００３５】
制御部１８は、ＳＴ６において、検出静電容量が補正静電容量Ｖｍｔを越えていないと判断した場合には（ＳＴ６においてＮｏ）、圧電素子１５の誤動作も考えられるので、位置情報の検出工程の最初に戻り、再度、検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えたか否かを判断する（ＳＴ１）。一方、制御部１８は、ＳＴ６において検出静電容量が補正静電容量Ｖｍｔを越えたと判断した場合には（ＳＴ６においてＹｅｓ）、閾値Ｖｔｈを基準静電容量Ｖｃｔに戻し（ＳＴ７）、検出静電容量が補正静電容量Ｖｍｔを越えたときの操作面１１における位置の座標を計算して位置情報を検出し（ＳＴ２）、この位置情報を電子機器１９に対して出力する（ＳＴ３）。その後、操作面１１における位置情報を検出する工程（ＳＴ１〜ＳＴ７）を繰り返す。
【００３６】
本実施形態に係る入力装置１によれば、タッチパネル２によって検出された検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えない場合であっても、閾値Ｖｔｈを下げることにより、検出静電容量が閾値Ｖｔｈを下げた後の補正静電容量Ｖｍｔを越えれば、補正静電容量Ｖｍｔを越えたときの操作面１１における位置情報を検出する。これにより、入力装置１は、手袋を嵌めた手によって操作を行った場合等のタッチパネル２の操作を行ったにもかかわらず検出静電容量が基準静電容量Ｖｃｔを越えない場合であっても、操作者が操作面１１を押圧操作することにより操作面１１における位置情報を検出することができる。また、入力装置１は、操作面１１に対する押圧を検出しなくても、基準静電容量Ｖｃｔを越えると、操作面１１における位置情報を検出するので、通常の操作において、操作面１１を確実に押圧しなくても、例えば指Ｈで操作面１１をなでるような操作によって操作面１１における位置情報を検出することができ、これによりタッチパネル２の操作の容易化を図ることができる。
【００３７】
したがって、本実施形態に係る入力装置１によれば、操作面１１に対する操作を行ったにもかかわらずタッチパネル２によって検出された検出静電容量が小さい場合であっても、操作位置の位置情報を確実に検出することができるとともに、操作の容易化を図ることができる。
【００３８】
さらに、本実施形態に係る入力装置１によれば、基準静電容量Ｖｃｔを、Ｓ／Ｎ比から求められる検出限界値の静電容量と、指Ｈが操作面１１に接触したときの接触静電容量の中間値とすることにより、使用環境ノイズの検出による位置情報の検出を低減することができる。これにより、入力装置１は、使用環境ノイズによる誤動作を低減するとともに、指Ｈの操作に基づく位置情報の検出精度を向上させることができる。
【００３９】
本実施形態に係る入力装置１によれば、補正静電容量Ｖｍｔの下限値を、Ｓ／Ｎ比から求められる検出限界値を上回りかつ検出限界値に近い値とし、閾値Ｖｔｈを前記下限値まで段階的に下げるか、あるいは前記下限値まで一度に下げることができる。このように、入力装置１は、補正静電容量Ｖｍｔを前記下限値まで段階的に下げることにより、補正静電容量Ｖｍｔが高いほど使用環境ノイズの検出を低減することができるので、使用環境ノイズによる誤動作を低減するとともに、指Ｈの操作に基づく位置情報の検出精度を向上させることができる。また、入力装置１は、補正静電容量Ｖｍｔを前記下限値まで一気に下げることにより、操作面１１が指Ｈに押圧された場合の操作面１１における位置情報の検出時間の短縮化を図ることができる。
【００４０】
また、本実施形態に係る入力装置１によれば、押圧検出手段１５として、圧電素子１５を用いることにより、操作面１１に対する押圧によって圧電素子１５が変形可能な種々の位置に配置することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態に係る入力装置１によれば、圧電素子１５が、操作面１１に対する押圧によって、操作面１１に対して操作感をフィードバックすることにより、入力装置１の使用者は、操作面１１に対する押圧による操作感を得ることができる。
【００４２】
さらに、入力装置１は、圧電素子１５により押圧が検出された場合であっても、検出静電容量が補正静電容量Ｖｍｔに満たない場合には、位置情報を検出しないことにより、圧電素子１５の誤動作等による位置情報の検出を防止し、位置情報の検出精度を高めることができる。
【００４３】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  入力装置
２  タッチパネル（タッチセンサ）
３  基板
５Ａ  Ｘ軸透明電極
５Ｂ  Ｙ軸透明電極
１１  操作面
１２  表示装置
１３  接着層
１５  圧電素子（押圧検出手段）
１６  駆動回路
１６ａ  押圧検出アンプ
１６ｂ  ＭＣＵ
１６ｃ  Ｄ級アンプ
１６ｄ  切替スイッチ
１７  筐体
１８  制御部
１９  電子機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013156888.tif 000005
【図４】
2013156888.tif 000006
【図５】
2013156888.tif 000007
【図６】
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