CN106019630B - 用于生产偏光护目镜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产偏光护目镜的方法,该方法包括以下步骤:‑提供偏光膜(78)或包含偏光膜的护目镜坯件,其中所述偏光膜(78)包含基底膜和偏光剂;‑将所述偏光膜(78)或包含所述偏光膜的所述坯件浸渍到一种溶剂(74)中,从所述偏光膜(78)中溶解所述偏光剂。
Description
本发明涉及根据权利要求1的前序所述的一种用于生产偏光护目镜、具体地偏光眼镜并且更具体地偏光眼镜片、防护镜(shields)和/或太阳镜的方法。
偏光太阳镜已经使用了许多年,用于过滤掉反射并且通常用于锐化周围场景的观察到的图像。偏光不仅提供了眩光保护,而且还在一些情况下削弱了总光水平,使得偏光太阳镜的功能不仅是作为偏光护目镜片而且还作为光衰减镜片。
Tendler的US 8,172,393 B2描述了一种镜片,该镜片具有上部偏光部分和下部非偏光部分。该镜片的偏光的上部分提供了眩光保护以及视情况而定的增加的光强度保护。该镜片的非偏光的下部分使佩戴者能够观察偏光显示器,例如汽车或飞机座舱中的仪器。
此专利特许证涉及一种产品专利,而关于如何制造这种梯度偏光的信息很少。在US 8,172,393 B2的第4栏第51至55行中Tendler提出“梯度偏光能够以多种方式实现,其中一种是拉伸偏光层以提供梯度。另一种方式是提供不同偏光密度的偏光材料的相邻条纹。”这些建议是适用的,然而可能尤其在少量规模上是昂贵的或在要针对个别佩戴者的需要进行调节时是不足的。
偏光器是一种使特定偏振的光通过并且阻止其他偏振的波的光学过滤器。它可以将未定义的或混合的偏振的光束转化成具有明确定义的偏振的光束,即偏振光。常见类型的偏光器是线偏光器和圆偏光器。偏光器被用在许多光学技术和仪器中,并且偏光过滤器不仅在护目镜中而且还在摄影和液晶显示技术中得到了应用。偏光器还可以被制造用于除了光之外其他类型的电磁波,诸如无线电波、微波和X射线。
线偏光器可以被分成两个一般的类别:吸收型偏光器,其中不想要的偏振状态通过该装置吸收,和分束偏光器,其中非偏振光束被分成两个具有相反偏振状态的光束。
多种吸收型偏光器是已知的。某些晶体,由于通过晶体光学所描述的效果,显示出二色性,优先吸收在特定方向上偏振的光。它们因此可以被用作线偏光器。最佳的已知的这种类型的晶体是电气石。然而,这种晶体很少用作偏光器,因为二色效应是强烈依赖于波长的并且晶体表现为着色的。碘硫酸奎宁也是二色性的,并且不是强烈着色的,但难以生长大的晶体。
在偏光膜中众所周知的特别是宝丽来(Polaroid)偏光滤光镜。宝丽来偏光滤光镜的功能在原子尺度上与线栅偏光器类似。它最初是由微观碘硫酸奎宁晶体制造的。其当前的H-片状形式由聚乙烯醇(PVA)塑料与碘掺杂制造。在制造过程中片材的拉伸引起PVA链在一个特定方向上对齐。来自碘掺杂剂的价电子能够沿着聚合物链线性地移动,但不能横向于它们移动。因此平行于这些链偏振的入射光通过该片材吸收;垂直于这些链偏振的光被透射。
同时,衍生自原始宝丽来偏光滤光镜的多种偏光膜是已知的。此类偏光膜可以粗略被分为两种类型:具有优越的光学特性的碘类型的膜和具有优异的耐热特征的染料类型的膜。
此种偏光膜的生产是衍生自宝丽来方法。该偏光膜是通过染色一般聚合物材料(主要是聚乙烯醇(PVA))的基底膜亦或通过使碘吸附在其表面上,然后使其拉伸和定向而制成的。这给出了只允许具有一定振荡方向的光穿过它的膜偏光特性。此外,为了确保膜的机械强度,将背衬材料诸如三乙酰基纤维素(TAC)膜或保护性膜层压到其上。
基底膜和染料的实例例如披露于US20080094549 A1。
用于基底膜的主要使用的材料是聚乙烯醇。聚乙烯醇(PVOH、PVA、或PVAl)是一种水溶性合成聚合物。它具有以下理想化的化学式[CH2CH(OH)]n。它是在造纸、纺织品、以及各种各样的涂层中使用。它是白色(无色)和无味的。
该偏光膜可以给予不同种类的处理。也可以要求膜本身具有控制反射、污染和漏光的功能。一些类型的液晶显示器(LCD)、触摸面板、或有机电致发光(EL)显示器也要求通过将延迟膜层压到偏光膜上制成的产品。
宝丽来类型的偏光滤光镜的耐久性和实用性使之成为例如用于太阳镜、摄影滤光镜、和液晶显示器中使用的最常见类型的偏光器。它还比其他类型的偏光器更廉价。
有待解决的问题是提供一种用于生产偏光护目镜的方法,该偏光护目镜具有非偏光区段、或二色性梯度,使得佩戴者有可能读取电子仪器如具有数字/LCD/偏光显示器的速度计而无需摘掉他的偏光护目镜。优选地,生产过程应以廉价的方式进行。
这个问题是通过一种具有主权利要求的特征的方法来解决的。本发明的有利的实施例和发展是从属权利要求的主题。
本发明基于以下假设:任何制造方法将可能需要在制造时提供不同偏光密度或梯度着色。预形成的PVA偏光膜例如可以购买已经切割的并且成形的,由薄膜供应商供给镜片流延方(caster)。这种竞争显著降低了膜的成本。对于没有制造偏光膜的能力、和/或制造梯度偏光膜所需的专门技能和开发成本的那些公司,一种产生梯度偏光器的更方便且廉价的方法将是改性来自供应商的预形成的PVA膜。所有从不同供应商廉价购买的PVA膜可以潜在地进行漂白以给出非偏光的膜的区域。这可以是限定区域亦或横过镜片的梯度。
当前的梯度偏光产品不产生梯度二色性,即光偏振器通常被流延成热固性镜片并且然后用非二色性(非偏光)染料着色偏光镜片本身以产生总的梯度着色。然而,这不允许佩戴者看见偏光显示器等等。此外,这些着色方法必须单独改变以适合于所使用的镜片材料。这意味着处方实验室必须能够具有适当的方法以应对于此。使用梯度着色的偏光镜片为处方实验室除去了这种复杂性。
此外,特别地PVA是典型地在平片材中制造的。在制造过程中生产梯度偏光器的各种方法将可能需要在然后使含有梯度的膜拉伸和或成型成为曲线以适应镜片之前首先在平片材上完成。这可能产生梯度的变形。对已经弯曲的膜进行浸出然后应该提供对此的更好的控制。
因此,该用于生产根据本发明的偏光护目镜的方法包括以下步骤:
- 提供偏光膜(没有坯件)或提供包含偏光膜的护目镜坯件,其中所述偏光膜包含基底膜和偏光剂
- 将所述偏光膜(没有坯件)或包含所述偏光膜的所述坯件浸入一种溶剂中,从所述偏光膜中溶解所述偏光剂。
在此背景下护目镜坯件是指由其产生护目镜如眼镜片或太阳眼镜片的非最终产品。该坯件可以是具有一个表面的半成品,即该表面被定义且确定为面向佩戴者的眼睛亦或该表面被定义且确定为定位得与面向佩戴者的眼睛的表面相反,即该表面被定义且确定为面向物体,是光学最终处理的并且该相反的表面必须机加工以便符合佩戴者的需要。
该坯件可以由通常以其商品名已知的以下材料之一制造:CR-39硬树脂、PPGTrivex、SOLA光学玻璃、Essilor Ormex、聚碳酸酯、MR-8 1.6塑料、MR-6 1.6塑料、MR-201.6塑料、SOLA Finalite、MR-7 1.665塑料、MR-7 1.67塑料、MR-10 1.67塑料等。
可以将偏光膜施用(例如层压)到该坯件表面之一上,即旨在面向佩戴者眼睛的表面或旨在面向与佩戴者眼睛相反的表面的表面。该偏光膜还可以夹在两个半坯件之间。
基底膜在本发明的背景下是指一种用于偏光剂的载体,通过由所述偏光剂浸渍亦或通过用所述偏光剂涂覆或两者。
浸渍特别是指使与呈液体或视情况而定气态形式的溶剂相接触。
偏光剂是指任何通过适当处理能够为该膜提供偏光,特别是线性偏光特性的物质。该偏光剂除了其消除具有特定振荡方向的光的固有强度衰减特性外可具有对于透射部分的强度衰减特性。
以上指出的问题通过前述技术得以完全解决。
应注意的是,该偏光膜除了该偏光剂外可以包含一种光衰减剂和/或光致变色试剂和/或着色剂。
优选地,该基底膜组成为或包含至少一种下组的物质:聚乙烯醇或其衍生物或通过使聚氯乙烯膜脱氯化氢或使聚乙烯醇膜脱水以产生烯而获得的多烯类型的膜。所有的上述物质是相当便宜的并且因此适合作为基础材料以低成本但是高质量生产护目镜。
有利的是,如果所述偏光剂组成为或包含下组中的至少一种:碘或二色性染料。众所周知的是如何基于这些物质的多个代表来生产偏光膜。这些物质中的许多适合于以低价格但是高质量制造偏光膜,如本文件的引言部分中所示的。
典型的二色性染料组成为或包含下组中的至少一种:带有官能团R-N=N-R’的偶氮化合物,其中R和R’可以是芳基亦或烷基;石脑油-化合物;或蒽醌-化合物。由许多此类材料的用于偏光膜的制造方法是已充分开发的。
在该偏光膜包含一种光衰减和/或着色剂的情况下,这些试剂可以组成为或包含相应的着色染料。相应的光衰减和/或着色染料还可以组成为或包含下组中的至少一种:带有官能团R-N=N-R’的偶氮化合物,其中R和R’可以是芳基亦或烷基;石脑油-化合物;或蒽醌-化合物。
有利的是如果该溶剂包含一种极性试剂,因为总体而言这些染料具有对于极性试剂的增加的溶解度。此外,基底材料还可示出对于极性试剂的显著溶解度,从而增加浸出速度。
基于染料类型的PVA偏光剂、使用水或醇或丙酮作为溶剂试剂的实验显示出在相当短的时间之后二色性染料从该膜的显著浸出。偏光染料表现为从膜中出来以留下具有显著较少偏光的该膜的较浅部分。PVA例如是吸湿的,这样使得特别地甚至水渗透到PVA以溶解染料。通过目前进行的实验中不能完全除去染料而不破坏该偏光膜,然而,显著去除染料以降低偏光效率可以在保持膜的完整性使其可以被流延成护目镜中的同时完成。用于流延护目镜例如眼镜片的方法被披露于例如US 8,172,393 B2和其中提到的参考文献。
可以看出这些染料浸出并且表现为集中在该溶剂中,特别是水如果用作溶剂。
多种处理是适合的以便除去这些染料而不破坏该膜。具体地超声处理,使用一种对例如PVA常见的增塑剂加入水中作为溶剂以防止膜开裂,常见的水氯化技术以化学漂白而不是溶解染料、洗涤剂以及使用螯合化合物以便提取染料都是此类技术。
另外地对染料化学改性(例如使用一种媒染剂,染料可以制成水不溶性的),可以允许它们用非极性、特别是非水溶剂溶解(其基底膜诸如PVA膜是惰性的)。
因此,可替代地或视情况而定除了所述极性试剂之外所述溶剂可以包含一种非极性试剂。使用非极性试剂是适合的,特别是在二色性染料和/或基底膜被(化学)改性以便特别地减少其水溶解度的情况下。
根据一个有利的实施例,根据本发明的方法此外可以具有的特征在于所述非极性试剂组成为或包含下组中的至少一种化合物:CnHn和/或CnHn+2其中n是整数;甲苯;氯仿;二乙醚。此类物质是熟知的非极性溶剂。
此外,已经发现在浸渍步骤过程中该溶剂的优选温度是在10℃和40℃之间。更优选地,该温度可以保持在15℃和39℃之间或甚至在18℃和38℃之间。必须找到染料去除速度、基底膜的溶剂电阻率和可再现性之间的平衡。已经发现例如在约38℃的温度下PVA作为基底膜开始作为溶剂溶解在水中。因此,该温度必须保持优选远低于所述温度。
该浸渍步骤的持续时间优选保持在1分钟和350分钟之间,更优选地在10分钟和250分钟之间。已经发现对于在15分钟和200分钟之间或甚至在20分钟和150分钟之间的浸渍周期获得了最好的结果。
相对于该浸渍步骤的持续时间和在该浸渍步骤过程中的溶剂的温度的折衷如下:在该浸渍步骤过程中该溶剂的温度被保持在15℃和38℃之间并且该浸渍步骤的持续时间被保持在30分钟和250分钟之间。通过将该偏光膜或具有该偏光膜的坯件的温度增加至或甚至高于浸渍前的溶剂的温度来对其预调节,显著减少了该浸渍步骤的持续时间。
为了生产分级偏光,所述坯件在所述溶剂中的浸入深度可以在所述浸渍步骤过程中改变。这可以通过将偏光膜反复浸入该溶液中并且从该溶剂中浮出或通过缓慢移动进入和离开该溶剂进行。
该方法的有利实施例的特征在于所述浸入深度在所述浸渍步骤过程中按照多于1cm每200分钟减少,优选地所述浸入深度在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每100分钟减少,更优选地所述浸入深度在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每60分钟减少并且最优选地所述浸入深度在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每30分钟减少。
根据本发明的方法的有利实施例的特征在于所述浸入深度在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每200分钟增加,优选地所述浸入深度在所述浸渍步骤过程中按照多于1cm每100分钟增加,更优选地所述浸入深度在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每60分钟增加并且最优选地所述浸入深度在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每30分钟增加。
在所述浸渍步骤过程中所述溶剂可以相对于所述坯件或所述偏光膜移动。特别地在所述浸渍步骤过程中以超声方式使所述溶剂相对于所述坯件或所述偏光膜移动。发生了二色性染料的均匀浸出。
如以上已经指出的,可以有利的是如果所述溶剂包含一种能够与所述偏光剂进行反应的反应性试剂。发生了所述偏光效应的中和。作为反应性试剂可以使用次氯酸盐,特别是次氯酸钙。
根据本发明的方法可以进一步包括流延步骤,即在所述浸渍步骤之后所述偏光膜或所述坯件可以流延成护目镜例如眼镜片。此类护目镜,特别地所述眼镜片可以具有或不具有视力矫正特性。
以下参照附图更详细地描述本发明,在附图中:
图1示出了使用根据本发明的方法制造的一副太阳镜,
图2示出了使用根据本发明的方法制造的另一副太阳镜,
图3示出了使用根据本发明的方法制造的还另一副太阳镜,
图4示出了根据图1的一种用于制造一副太阳镜的装置,
图5示出了用于使用在图4中所示的装置制造根据图2的一副太阳镜的偏光膜的形状,
图6一种用于制造根据图3的太阳镜的装置,
图7具有在根据本发明处理之后的偏光膜的坯件在偏光仪上的照片,
图8在环境条件下观察到的具有在根据本发明处理之后的偏光膜的坯件的照片,
图9具有在溶剂中过度处理之后的偏光膜的坯件在偏光仪上的照片。
现在参见图1,示出了一副太阳镜10具有保持在一个框架11中的镜片12和14,这些镜片涂覆有偏光材料亦或使偏光材料嵌入其中。太阳镜10配备有镜片12和14,这些镜片具有如通过晕线指示的上部偏光区域16和18并且具有下部非偏光区域20和22。偏光区域16和18与非偏光区域20和22之间的界线是用参考数字24和26指示的。
当在观察场景中观察在一定距离处的物体时,佩戴者可以获得偏光太阳镜的有益结果,而通过非偏光部分向下看,该佩戴者可以容易地观察具有偏光显示器的仪表,如果下部区域20、22同样是线性偏光的,则由于交叉偏光该具有偏光显示器的仪表本可能已经是完全黑色的。
图2示出了具有框架32且具有镜片32和34的一副太阳镜30,这些镜片32和34具有上部偏光区域36和38并且具有下部半圆形非偏光区域40和42,它们通过很明显的界线44、46分开,使得人们将透过这些镜片的U形或半圆形非偏光部分40、42观看以便观察偏光显示器。
在这两种情况下,这些镜片本身可以是处方镜片。特别地这些镜片还可以是多焦点的,特别是双焦点或渐进的,例如以提供远视校正。如果太阳镜主要提供用于具有一个处方或没有处方的长距离观察,则半圆形区域40、42可以具有不同焦度,例如用于校正远视引起的远视眼。结果是在远场中偏振光的衰减是通过透过镜片部分36、38观察场景完成的,而偏光显示器观察是通过透过每个镜片32、34的下部非偏光部分40、42完成的。
现在参见图3,一副太阳镜50配备有框架51且具有镜片52和54,这些镜片在应用的偏光中具有梯度。在镜片53、54的顶部56、58存在最大偏光,向每个镜片52、54的下部部分60、62连续减小,降至在底部64、66的非偏光部分。
图4示出了一种用于制造根据图1的一副太阳镜10的装置70。该装置70包括填充有溶剂74(例如像水)的托盘72。该装置70进一步包括用于镜片12、14的坯件或偏光膜的片材78的载体76。
根据本发明的方法,将片材78(或具有层压在其上的偏光膜的坯件)浸渍到溶剂74中从而从PVA中溶解偏光剂,例如二色性染料,该PVA可能已经用作染料运载基底膜,来自所述片材78(或层压在该坯件上的偏光膜)。由于暴露于环境空气的溶剂74的表面80提供了大体上直的界线,对于暴露于溶剂74的片材78产生了在偏光区域16、18和非偏光区域20、22之间的相当直线性的界线24、26。
图5从侧视图示出了装置70,该装置具有当浸渍到所述溶剂74中时片材78的修改的安排。如在沿着线A-A’的截面视图中可以看出,片材78沿着其轴82弯曲,造成片材78的暴露于溶剂的区域和未暴露于溶剂的区域之间的界线改变成为圆形形状。这种修改的安排因此允许制造具有将偏光区域36、38与非偏光区域40、42分离的弯曲界线44、46的太阳镜镜片32、34。
图6示出了一种用于制造根据图3的一副太阳镜50的装置90。此装置90非常类似于在图4中示出的装置70并且包括填充有溶剂74(例如像水)的托盘72。该装置90进一步包括用于镜片52、54的坯件或偏光膜的片材78的载体76。
除了在图4中示出的部件之外,装置90包括移动工具84用于将具有坯件或片材78的载体76如用双箭头86指示的上下移动。该坯件或者片材78进入所述溶剂74的浸入深度88因此可以在浸渍步骤过程中变化,导致二色性染料从该偏光膜(如片材78)的梯度浸出。
由此指出的是该图示意性地示出了该载体76从侧面夹持片材78。然而,在片材78的低结构完整性的情况下,例如视情况而定当使用PVA时,载体76需要如所示的不从该膜的侧面而是垂直于该膜的平面扣住片材78。
如上面详细描述的,简单地将包括施加其上的偏光膜的坯件的一部分浸没将去除二色性染料。图7示出了在浸渍之后暴露于来自偏光仪的光的一种眼镜的坯件100的图片,该眼镜包括偏光染料类型PVA作为施加其上的偏光膜102。膜102已经浸入水中3 + 3小时并以3小时间隔旋转90度。在浸渍过程中将温度保持恒定在20℃。在浸渍过程中搅拌溶剂74。随着染料离开,在已经暴露于水的下部部分104中的偏光效率被部分破坏。
如图8中所示在环境光条件中观察的相同的坯件100可以看到部分104的总着色改变。
实验表明如果留在溶剂(例如水)中太长时间,则该偏光膜被破坏。还可以看到在经受6小时的偏光膜102上形成微小的裂缝。据怀疑这是由于增塑剂从PVA中浸出致使它是脆性的。因此,对于使用浸渍技术的水暴露存在限制。
图9示出了上述坯件100与具有相同偏光膜202但暴露于水持续17小时的坯件200在暴露于偏光仪下的观察的对比。已经暴露于溶剂的偏光膜202的下部部分204是完全清晰的然而膜完整性被破坏,所以如果仅使用水则存在漂白限制。
Claims (22)
1.用于生产偏光护目镜(10,30,50)的方法,包括以下步骤:
- 提供偏光膜(78)或包含偏光膜(102,202)的护目镜的坯件(100,200),其中所述偏光膜包含基底膜和偏光剂,
- 将所述偏光膜(78)或包含所述偏光膜(102,202)的所述坯件(100,200)浸渍到溶剂(74)中,
- 从所述偏光膜(78,102,202)中溶解所述偏光剂,
其中所述偏光膜或包含所述偏光膜的所述坯件被浸渍到所述溶剂中达30分钟到250分钟,并且所述溶剂的温度被保持在15℃和38℃之间。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基底膜其组成为或包含下组中的至少一项:聚乙烯醇或其衍生物,或通过使聚氯乙烯膜脱氯化氢或使聚乙烯醇膜脱水以产生烯而获得的多烯类型的膜。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述偏光剂其组成为或包含下组中的至少一项:碘或二色性染料。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述二色性染料其组成为或包含下组中的至少一项:带有官能团R-N=N-R’的偶氮化合物,其中R和R’是芳基亦或烷基;石脑油-化合物;或蒽醌-化合物。
5.根据前述权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,所述溶剂(74)包含极性试剂。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述极性试剂其组成为或包含下组中的至少一项:水或醇或丙酮。
7.根据权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,所述溶剂(74)包含非极性试剂。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述非极性试剂其组成为或包含下组中的至少一项:CnHn或CnHn+2或甲苯或氯仿或二乙醚。
9.根据前述权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,该溶剂(74)的温度在该浸渍步骤过程中被保持在18℃和38℃之间。
10.根据前述权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,所述偏光膜(78,102,202)或所述坯件(100,200)进入所述溶剂(74)的浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中是变化的。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每200分钟减少。
12. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每100分钟减少。
13. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每60分钟减少。
14. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每30分钟减少。
15.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每200分钟增加。
16. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每100分钟增加。
17. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每60分钟增加。
18. 根据权利要求10所述的方法,其特征在于,所述浸入深度(88)在所述浸渍步骤过程中按照多于1 cm每30分钟增加。
19.根据前述权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,使所述溶剂(74)在所述浸渍步骤过程中相对于所述偏光膜(78)或所述坯件(100,200)移动。
20.根据前述权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,以超声方式使所述溶剂(74)在所述浸渍步骤过程中相对于所述偏光膜(78)或所述坯件(100,200)移动。
21.根据前述权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,所述溶剂(74)包含能够与所述偏光剂进行反应的反应性试剂。
22.根据前述权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于一个附加步骤:
- 在所述浸渍步骤之后将所述偏光膜(78)或所述坯件(100,200)流延成镜片。
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