CN1014843B - 触摸控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种触摸栅栏装置,当其附着在一个具有基本上是圆柱形显示表面的显示装置上时,凭借以下措施减小了视差效应,即具有紧接着所述圆柱形显示表面安装的第一组多光源-光检测器对,用以产生和检测横穿所述显示装置的所述圆柱形显示表面的第一组平行光束;具有紧接着所述圆柱形显示表面安装的第二组多光源-光检测器对;用于产生和检测横穿所述显示装置的所述圆柱形显示表面的第二组平行光束。其中所述第一组和第二组光束并不平行于所述圆柱形显示表面的圆柱形弯曲的主方向。通过检测被遮挡的光束来测定坐标。
Description
本发明总的来说涉及一种采用大量红外光束的坐标测定装置,特别是那种适合于对具有弯曲显示表面的显示装置进行触摸控制的装置。
采用大量光束的触摸栅栏系统是人们很熟悉的,并且在美国专利3,764,813、3.775,560等中都有介绍。这样的触摸栅栏系统一般由一个坐标测定装置和一个显示装置构成,形成多种计算机系统的人-机连接装置。
特别是如上述美国专利所述,将大量发光二极管(LED)线性地布置在一块印刷线路板上,该电路板位于一个显示装置,例如阴极射线管(CRT),的显示屏的一侧。所述发光二极管发射出红外光束,由线性地布置在该显示屏另一侧的印刷线路板上的大量的光敏晶管接收。此外,线性地布置在一块位于所述显示屏底部的印刷线路板上的大量发光二极管(LED)发射出红外光束,该光束由线性地布置在所述显示屏顶部的印刷线路板上的大量光敏晶体管接收。从而形成一个红外光束格栅。每个LED和光敏晶体管对被指定一个不同的地址。
通过顺序地指定地址以变换相应的LED和与其相耦合的光敏晶体管以形成许多LED和光敏晶体管耦合对,就能知道那一个LED发射光束以及对面的那一个光敏晶体管接收该光束。用手指或钢笔触摸显示屏,使得某一红外光束被遮挡。光束被遮挡处的位置的X和Y坐标被输入一个主计算机,以测定所述触摸位置。触摸栅栏系统是这样构成的,使得通过触摸由红外光束形成的光格栅平面将光束遮挡,结果使得检测平面(光格栅平面)平滑,即平坦。
由于上述常规的光触摸栅栏装置具有一个平滑的检测平面,如果
将该装置同一个具有弯曲显示表面的CRT结合,就会出现一种缺陷,即在CRT的周围部分引起视差(parallax)。由于这个原因,输入数据的指令不能精细地显示在CRT上,而且还有出错的可能。上述视差是由于下述因素造成的,即红外光束沿直线伸出到CRT的弯曲显示平面的上方,结果红外光束横过时靠近显示屏中央部分,但远离显示屏边缘区域。因此既使操作者触摸到显示屏边缘附近的一点,视差也会使操作者很难遮挡住相应于所要触摸的那一点的红外光束。
美国专利4,198,623提出了一项技术,该项技术是一种消视差触摸栅栏系统。然而,上述美国专利说明书中的技术使控制电路复杂化,而且也仅提供了不充分的抗视差防范措施。况且增加坐标测定系统的厚度使得操作者感觉不便。
所以,本发明的一个目的就是提供一种新颖的采用光束的坐标测定装置。
本发明的另一个目的就是提供一种新颖的坐标测定装置,该装置具有一个由光束格栅构成的弯曲的检测平面。
本发明还有另外一个目的就是提供一种适用于具有圆柱形弯曲的方形显示屏的阴极射线管的坐标测定装置,例如索尼公司制造的TRINTRON牌阴极射线管(TRINTRON是索尼公司的注册商标)。
按照本发明,提供一种触摸栅栏装置,该装置被安装到一个具有基本上是圆柱形显示表面的显示装置上,包括:
第一组多光源-光检测器对,用于产生和检测第一组平行光束,该光束横穿所述显示屏的圆柱形显示表面。
第二组多光源-光检测器对,用于产生和检测第二组平行光束,
该光束横穿所述显示屏的圆柱形显示表面。在这里第一组光束和第二组光束并不平行于所述圆柱形显示表面的圆柱形弯曲方向。
一个与所述第一和第二光源-光检测器对连接的处理电路,用于通过检测被遮挡的光束来测定坐标。
本发明的上述的和其他的目的、特点和优点通过下述最佳实施例及其附图的详细说明可更加明显。在下面整个说明中,相同的参考编号表示相同的元件和部件。
图1是本发明的一种触摸栅栏装置的第一个最佳实施例的透视部件分解图。
图2是一侧视轮廓图,它显示出本发明中所使用的一个光接收元件的构造。
图3是一显示本发明所使用的一个光发射元件的方向特性图。
图4是一显示如图2所示的光接收元件的方向特性图。
图5是一放大的正视轮廓图,它显示所述坐标测定装置的一个主要部分。
图6A和图6B是用于解释视差的图。
图7是一显示在实际应用中视差效应是如何出现的示意图。
图8是一用于解释坐标变换的图。
图9是一显示本发明第一个实施例的电路装置的示意图。
图10是本发明的一种触摸栅栏装置的第二个实施例的透视部件分解图。
图11是用于解释本发明的第二个实施例的坐标变换的图。
如图1所示,本发明的一种触摸栅栏装置(1)由一个阴极射线管(CRT)(10)和一个坐标测定装置(2)组成。CRT(10)
的显示表面(10a)仅在侧面方向(由图1中H表示)上有圆柱形弯曲,而在垂直方向(由图1中V表示)上无弯曲。尽管图上没有画出,实际上印刷线路板是位于显示表面的四边。在底部的印刷电路板上,大量的发光元件,例如发光二极管(11),沿CRT(10)的弯曲方向(X方向)排列。在顶部的印刷电路板上,大量的接收元件,例如光敏晶体管(12)(图5),对准与其有着光检测或耦合关系的发光二极管(11)排列。
从发光二极管(11)发射到光敏晶体管(12)的光束(Y光束)用于测定水平方向上的位置。如下所述,发光二极管(11)由装在印刷线路板上的一个选择器扫描。与此同时,光敏晶体管(12)也由装在印刷线路板上的一个选择器扫描,通过由发光二极管(11)和与其相对排列的光敏晶体管(12)所构成的光源-光检测器对来测定非线性方向,即水平方向上的位置。
在底部和右边的印刷电路板上排列着大量发光元件,例如发光二极管(13)。而大量的光接收元件,例如光敏晶体管(14),排列在左边和顶部的印刷线路板上,以便同在与发光二极管(13)相对的左斜方向上发射的光束建立光检测关系。从发光二极管(13)发射出的向左斜指向光敏晶体管(14)的光束是用于测定垂直位置的光束(X光束)。在这种情况下发光二极管(13)也由装在印刷线路板上的一个选择器扫描。与此同时,光敏晶体管(14)也类似地由装在印刷线路板上的一个选择器扫描。
垂直方向上的位置通过由发光二极管(13)和光敏晶体管(14)构成的光源-光检测器对以一种光学方式检测。
顺便说一下,要这样安排所有发光二极管(13)和光敏晶体管
(14)的位置,以使在它们之间的光束(Y光束和X光束)不会被CRT(10)的表面遮挡。
这样构成的坐标测定装置(2)被装在一个用于镶嵌的沟缘(15)内,然后同CRT(10)组合在一起构成触摸栅栏装置(1)。
图2显示了本实施例中由发光二极管(11)和(13)以及光敏晶体管(12)和(14)分别用作发光元件和光接收元件的一个例子。图2中参考标号(40)表示一个壳体,(41)表示一个片状器件,(42)表示一个阳极电极接头或收集电极接头,(43)表示一个阴极电极接头或发射电极接头。在本实施例中,在壳体(40)的顶部装了一个光接收装置,例如一个透镜(44)。该透镜使得发光元件可获得最大辐射灵敏度,而光接收元件可获得最大的对于由作为光发射元件的发光二极管(11)或(13)所发出的红外光束的灵敏度。
通过在壳体(40)顶部上面安装透镜(44),发光二极管(11)和(13)显示出如图3所示的有向特性,而光敏晶体管(12)和(14)也对从发光二极管(11)和(13)发射出的红外光束显示出如图4所示的有向特性。
图5放大显示了光敏晶体管(12)和(14)的排列。这里参考标号(45)表示一个红外滤波器。
由于在其顶部为光敏晶体管(12)和(14)提供了透镜(44)作为如上所述的光接收装置,相应的各个光敏晶体管(12)和(14)各自对于如图5虚线所示的红外光束具有最大的灵敏度特性。
分别给左边的和顶部的光敏晶体管(12)和(14)提供透镜(44)作为光接收装置,使得所述光敏晶体管在对应于右边的和底
部的发光二极管(11)和(13)的方向上具有最大的灵敏度,这些发光二极管与所述的光敏晶体管构成了光检测对。光敏晶体管(12)和(14)能够有效地接收发光二极管(11)和(13)发出的红外光束而不会受到外边光线的干扰。这样,装备光接收透镜(44)就防止了光敏晶体管受外界干扰,并使得可以同样以很高的效率接收红外光束。
由于CRT(10)具有如上所述的圆柱形显示表面(10a),要选择发光二极管(11)和光电晶体管(12)的相对位置,以便使由从发光二极管(11)向光敏晶体管(12)发射的用于检测X方向坐标的光束形成的检测面呈圆柱形弯曲,目的是使其与显示表面(10a)平行,于是就防止了视差问题。
然而,用于测定Y方向坐标的检测平面仍然会引起视差问题。为了减小这种视差问题,所述光束是沿着与显示表面(10a)向左倾斜的方向由发光二极管(13)向光敏晶体管(14)发射的。
其次,将解释如何通过按照一种方式布置发光二极(13)和光敏晶体管(14)来减小在所述显示器表面的边缘部分的X光束的视差,所采用的方式就是将发光二极管(13)与光敏晶体管(14)在与CRT(10)的圆柱形显示表面(10a)倾斜的方向上进行光学连接,这可参见图6和图7。
如图6A所示,假定CRT(10)上显示了一个方形区域(16),在发光二极管(13)和光敏晶体管(14)之间的光束(X光束)呈倾斜取向,如在显示区域(16)中的虚线所示。在图6B中,显示了一条典型的倾斜光束,用A-A′表示,同CRT(10)的显示表面(10a)的弯曲相比较。在图6B中,参考标号L表示显示表
面(10a)在其弯曲方向上的长度,而l则表示倾斜光束A-A′在水平方向(显示区域的一边)上的投影的长度(光束跨度)。从图中可以看出,倾斜光束A-A′和显示表面(10a)之间的最大距离在所述显示平面的边缘部分是h,而在中心部分是h′。另一方面,从显示表面(10a)的中心水平延伸的那条直线上的一点到显示表面(10a)的最大距离,也就是从一个常规正交光束系统的水平光束到显示表面(10a)的最大距离是H。从图6B,也从最大距离H和h或h′之间的比较可以清楚地看出,H远大于h或h′(H>h>h′)。因此,可以作这样的理解,即与常规装置相比,本发明大大地减小了视差。
由于斜交光束形成的包络面趋向于沿着圆柱形弯曲的显示表面(10a)弯曲,因此可以构成一个基本上平行于CRT(10)的显示表面(10a)的面。根据这一观点,也可以理解为视差被减小了。
假定显示区域(16)的宽与高之比选择为4∶3,那么,所述倾斜光束在水平方向上的投影的长度与(光束跨度)l和所述光束与CRT(10)的显示表面(10a)之间的最大距离h,这两者之间的关系如下表所示:
光束跨度(l) 12″ CRT 19″CRT
弯曲方向长度 约15mm 约26mm
(已有技术)
垂直方向长度 约8.4mm 约14.5mm
(3L/4)
L/2的长度 约3.7mm 约6.4mm
由上表还看出所述倾斜光束在水平方向(显示区域的一边)的投影的长度l与弯曲方向上的长度L相对更短,距离h更小,结果使得视差减小了。
图7的侧视图显示了当一根手指实际触摸显示表面(10a)时在CRT(10)的显示表面(10a)的左右两边部分的Y光束和X光束(倾斜光束)之间的关系。一个虚线圆a表示本发明所述的光束的检测位置(区域)。然而,带圆圈的X表示在用于检测垂直方向的一个常规光束系统中的光束位置。从图7可以看出,与常规系统相比,所述倾斜光束能减小视差。
在实际应用中,触摸栅栏装置的坐标系(斜坐标系)最好通过一种坐标变换方式转换为一个直角坐标系。所述触摸栅栏装置由CRT的圆柱形显示表面的直线方向(垂直方向)上的Y光束和与所述Y光束斜交的X光束构成。
一种坐标变换方法是提供一个ROM(只读存储器),在ROM中存储了一个真实坐标值(H,V)的变换表,坐标值(H,V)对应于下述位置的初始坐标值(MY,NX),所述位置即在水平位置检测光束(Y光束)和与它斜交的垂直位置检测光束(X光束)被一根手指遮挡住的位置,以便完成下述转换:
另一种方法是通过利用两个初始坐标值的计算将所测的初始坐标值(MY,NX)转换为真实坐标值。特别是参见显示区域(16),例如,如图8所示的那样,其中倾斜光束1X,2X……NX与垂直方向上的Y光束1Y,2Y……NY按一个角度斜交,使得倾斜光束相对于Y光束被移动了一段间隔,通过用MY代替H坐标值并计算V
=NX-MY+1以便求出V坐标值来获得真实坐标值(H,V)。
在上述说明中,一个坐标值(一维数值)对应一条光束。然而,当两条相邻光束同时被遮挡时,信号处理可能受影响,好象在推导真实坐标值的那两条被遮挡的光束中间存在一条光束(初始光束)。
图9显示了本发明的一个实施例的电路结构,这里发光二极管(111)-(11n)和光敏晶体管(121)-(12n)沿着CRT的所述弯曲表面排列,如以上所描述的那样。而发光二极管(131)-(13n)和光敏晶体管(141)-(14n)沿着倾斜方向按光检测或光耦合关系排列。
参考标号(20)表示一个选择器,该选择器进行从头到尾的扫描,即响应来自微机(21)的用于指定地址的控制信号顺序接通发光二极管(111)-(11n)。选择器(20)的固定端(201)-(20n)各自分别与发光二极管(111)-(11n)的阳极连接,而选择器的可动端(20c)通过一个电阻(22)与电源正极+B连接。选择器(20)还有一个打开的固定端(200)。发光二极管(111)-(11n)的负极一般接地。
参考标号(23)表示一个选择器,该选择器响应来自微机(21)的用于指定地址的控制信号,顺序接通光敏晶管(121)-(12n)。选择器(23)的固定端(231)-(23n)各自分别与光敏晶体管(121)-(12n)的发射极连接。而该选择器的可动端(23c)接地。选择器(23)还有一打开的固定端(230)。光敏晶体管(121)-(12n)的集电极通过一个电阻(24)共同与电源正极+B连接,并且还通过一个缓冲器电路(25)与微机的第一接口端P1连接。
参考标号(26)表示一个选择器,该选择器响应来自微机(21)的用于指定地址的控制信号,顺序接通发光二极管(111)-(11n)。选择器(26)的固定端(261)-(26n)各自分别与发光二极管(131)-(13n)的阳极连接。而选择器(26)的可动端(26c)通过一个电阻器(27)与它的电源正极+B连接。选择器(26)还有一打开的固定端(260)。发光二极管(131)-(13n)的所有阴极共同连接并接地。
参考标号(28)表示一个选择器。该选择器响应来自微机(21)的用于指定地址的信号顺序接通光敏晶体管(141)-(14n)。选择器(28)的固定端(281)-(28n)分别连接光敏晶体管(141)-(14n)的发射极。而该选择器的可动端点(28c)接地。选择器(28)还有一个打开的固定端(280)。光敏晶体管(141)-(14n)的集电极通过一个电阻(29)共同与所述电源的正极+B连接,并且还通过一个缓冲器电路(30)与微机(21)的第二个接口端P2连接,尽管图中未画出,微机(21)是与一个同CRT(10)相连的计算机主机耦合连接的。
下面考虑图9所示的电路(本实施例)的操作。
微机(21)周期性地产生用于指定地址的控制信号使选择器(20)顺序扫描发光二极管(111)-(11n),并使选择器(23)对应于选择器(20)的转换运转顺序扫描光敏晶体管(121)-(12n)。因此,每次选择发光二极管(111)-(11n)和光敏晶体管(121)-(12n)时,它们按一种顺序方式被同步激发。
具体讲,当接通发光二极管(111)时,就从其中发出红外光束,并由光敏晶体管(121)接收。接着在接通发光二极管(112)时,
就从其中发出红外光束,并由光敏晶体管(122)接收。依次类推。
然后,从光敏晶体管(121)-(12n)发出的由其中所接收的红外光所产生的信号通过缓冲器电路(25)顺序地提供给微机(21)的第一接口P1。因此,可以说H方向上的初始坐标值实质上已被输入微机(21)。
在上述情况下,如果一根手指插入发光二极管(111)-(11n)和光敏晶体管(121)-(12n)对子中的一个对子之间,由该对子中处于发光状态的发光二极管发出的红外光束就被手指遮挡住,这就导致相应的光敏晶体管不能接收到红外光束,结果微机(21)的第1接口P1不能收到来自所述光敏晶体管的信号。因此,可测定该手指在H方向上的初始位置。
更进一步讲,微机(21)周期性地产生用于指定地址的信号,从而使得选择器(26)顺序扫描发光二极管(131)-(13n),并使得选择器(28)对应于选择器(26)的转换操作顺序扫描光敏晶体管(141)-(14n)。因此,每次那些发光二极管(131)-(13n)和光敏晶体管(141)-(14n)被选中时,它们就按一种顺序方式被同步激发了。
具体讲,例如当发光二极管(131)被接通时,红外光束从其中被发射出来并被光敏晶体管(141)所接收。当接下去接通发光二极管(132)时,红外光束从其中被发射出来并被光敏晶体管(142)所接收。依次类推。
然后,从光敏晶体管(141)-(14n)发出的由其中所接收的红外光束所产生的信号经过缓冲器电路(30)提供给微机(21)的第二个接口P2。因此,可以说V方向上的初始坐标值实质上已被输入微机(21)。
在上述情况下,如果一根手指插入发光二极管(131)-(13n)和光敏晶体管(141)-(14n)对子中的一个对子之间,由所述这对子中处于接通状态的发光二极管所发出的红外光束就被这一手指遮挡住,使得相应的光敏晶体管接收不到红外光束。从而不能将来自光敏晶体管的信号在第二个接口输入微机。因此,这使得可以测定出该手指在V方向上的位置。
下一步是将微机(21)所测定的坐标转换为真实坐标。例如,如果假定上述所测定的坐标值是初始坐标值(MY,NX),对应于初始坐标值(MY,NX)的直角坐标的真实坐标值(H,V)就被予先存储在微机(21)中已有的一个ROM转换表中。因此,可通过完成一个查找转换(MY,NX)→(H,V)导出真实坐标值(H,V)。选择器(20)和(23)之中的一个可以有它的打开的固定端(200)或(230),这个固定端(200)或(230)与不工作的那个活动端(20c)或(23c)相连接,此时另一个活动端是处于工作状态的。同样,选择器(26)和(28)之中的一个可以有它的打开的固定端(260)或(280),这个固定端(260)或(280)与不工作的那个活动端(26c)或(28c)相连接,此时另一个活动端是处于工作状态的。
尽管由于附图空间有限而在图9中没有以平行的方式表达出发光二极管(131)-(13n)和光敏晶体管(141)-(14n)之间的红外光束,人们仍然会理解它们是如图1和图6所表示的那样,是彼此平行发射的,并且是与在发光二极管(111)-(11n)和光敏晶体管(121)-(12n)之间的红外光束在同一个面上。
如上所述,本实施例是这样安排的,即要使得被一根手指遮挡住
的红外光束在H方向上的初始位置通过采用光耦合装置来测定,该光耦合装置包括发光二极管(111)-(11n)和光敏晶体管(121)-(12n);而被所述手指遮挡住的红外光束(倾斜光束)在V方向上的初始位置通过采用光耦合装置来测定,该光耦合装置包括发光二极管(131)-(13n)和光敏晶体管(141)-(14n)。然后,将这些初始坐标转换为真实坐标。于是,这就使得可以检测出所述手指所指定的真实坐标值。
图10显示了本发明的另一个实施例,该实施例类似于前面所述的第一个实施例。其中一个触摸栅栏装置(1)由具有圆柱形显示表面(10a)的CRT(10)和安装在附加到CRT(10)上的一个镶嵌沟槽中的坐标检测装置所构成。
尽管图中没有给出,坐标测定装置(2)包括四块分布在CRT(10)四边的印刷线路板,和所述第一个实施例的布置方式相同。在底部和两侧的印刷线路板上排列着大量发光元件,例如沿CRT(10)的弯曲平面排列的发光二极管(51)。而在顶部和两侧的所述印刷线路板上排列着大量光接收元件,例如分布在发光二极管(51)对面的光敏晶体管(52),这样布置的目标是为了在它们之间建立光耦合关系。在由发光二极管(51)发出的射向光敏晶体管(52)的倾斜光束中,那些由图10中虚线表示的是向右倾斜的光束,(Y光束)。所述的发光二极管(51)由一个装在印刷线路板上与本发明第一个实施例类似的选择器扫描。而对于光敏晶体管(52)来说,也由所述印刷电路板上的一个类似的选择器来扫描,该扫描与发光二极管的扫描同步进行。真实坐标值通过由发光二极管(51)和光敏晶体管(52)构成的光耦合装置用光学方式来测定。
在图1所示的第一个实施例中坐标检测装置(2)中,水平位置检测光束不倾斜地从底部指向上方。另一方面,在图10所示的第二个实施例中,所述X光束和所述Y光束都是倾斜的。
第二个实施例还需要一个在坐标检测装置(2)和CRT(10)之间的坐标转换。为了进行这种转换,在微机(21)中的一个ROM检查表(未绘出)中给出了对应于初始坐标值(MY,NX)(参看图11)的真实坐标值(H,V),所述初始坐标值是通过用手指遮挡所述向右倾斜的光束(Y光束)和所述向左倾斜的光束(X光束)来测定的。这样就完成了从(MY,NX)到(H,V)的换转。
因而,第二个实施例也提供了一个减小视差问题的触摸栅栏装置。
以上对本发明的最佳实施例进行了说明,但是,显然本领域熟练的技术人员可以作出许多改进和变化而不必偏离本发明的这一新的构思的精神和范围。因此,本发明的范围只需由所附权利要求书确定。
Claims (10)
1、一种附加在一个具有基本上是圆柱形显示表面的显示装置上的触摸栅栏装置,包括:
第一组多光源-光检测器对,用于产生和检测横穿所述显示装置的所述圆柱形显示表面的第一组平行光束;
第二组多光源-光检测器对,用于产生横穿所述显示装置的所述圆柱形显示表面的第二组平行光束;其中所述第一组和第二组平行光束不平行与所述圆柱形显示表面的圆柱的轴线垂直的平面;以及
用于通过检测被遮挡的光束来确定坐标、与所述第一组和第二组光源-光检测器对相连接的处理电路。
2、如权利要求1所述的触摸栅栏装置,其特征在于所述两组平行光束之一沿着垂直于与所述圆柱形显示表面的所述圆柱的轴线垂直的平面的方向排列。
3、如权利要求1所述的触摸栅栏装置,其特征在于所述第一组光束与垂直于所述圆柱形显示表面的所述圆柱的轴线的所述平面成正角度,而所述第二组光束与垂直于所述圆柱显示表面的所述圆柱的轴线的所述平面成负角度。
4、如权利要求1所述的触摸栅栏装置,其特征在于每一个所述光源-光检测器对产生一个输出电信号,该输出电信号指示从所述光源到所述光检测器的光束通路是否被遮挡,所述处理电路顺序激发每个光源并且监控每个光源-光检测器对中的每一个光检测器的输出,以便给出所述光束被挡的每一点的第一组坐标。
5、如权利要求4所述的触摸栅栏装置,其特征在于所述处理电路将所述第一组坐标转换为第二组对应的直角坐标。
6、如权利要求1所述的触摸栅栏装置,其特征在于与一个具有基本上是圆柱形的显示表面的显示装置相组合。
7、如权利要求6所述的组合,其特征在于所述显示装置是阴极射线管。
8、如权利要求2所述的触摸栅栏装置,其特征在于与一个具有基本上是圆柱形显示表面的显示装置相组合。
9、如权利要求3所述的触摸栅栏装置,其特征在于与一个具有基本上是圆柱形显示表面的显示装置组合。
10、如权利要求4所述的触摸栅栏装置,其特征在于与一个具有基本上是圆柱形显示表面的显示装置相组合。
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