CN106502038A - 720°全景摄像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及摄像器材领域，特别涉及一种720°全景摄像系统，包括传感芯片、数字信号处理器、光路偏折元件以及两组对称分设于光路偏折元件两侧的全景镜头，光路偏折元件设置于两组全景镜头内部从而对两组全景镜头的光路进行90°偏折，传感芯片用于接收两组全景镜头偏折后的入射光线并将图像信息输至数字信号处理器，数字信号处理器对两组全景镜头的图像信息进行拼接处理后生成三维720°的全景图像，每组全景镜头的视场角大于190°且F‑thera畸变<9.5％，每组全景镜头的有效后焦距大于5mm。该系统不仅缩短了系统的总体长度，携带方便，而且可以在镜头后部增加IR‑CUT结构，实现日夜两用。
Description
技术领域
本发明涉及摄像器材领域，特别涉及一种720°全景摄像系统。
背景技术
目前市面上已有的几种720°全景系统，大部分方案都为两个以上的镜头配置两个以上的芯片构成，两个以上镜头配置两个以上的芯片的方案的缺点是需要两个以上的芯片及数字信号处理器，而后将两个芯片的图像再经过处理拼接成全景全天球图像。这种方案的缺点是由于图像是有两个独立的芯片及数字信号处理器构成，系统集成及设置繁琐，成本高昂，而且两个镜头需要同步成像，对镜头的整体装配难度几何性提升，产品装配良率及效率很难提升，批量产品品质不易保证等缺点。尤其严重的是两个处理器不同步，那么系统拼接图像画面时候，会出现画面缺失的情况，即画面上可能存在某一时刻，一个人缺胳膊少腿的情况。不利于市场推广。三个以上的芯片处理方案更繁琐，成本更加高昂。详见附图1和附图2。
另外一种方案为我司的申请的发明专利2016100374193所公开的方案，该方案采用两颗镜头配置一个芯片，详见附图3。该方案虽然稳定性及可靠性得到大幅度的提升，图像画面拼接时，不会出现缺胳膊少腿的情况，但是由于镜头是后部进行转向，系统总体配置方案长度较长，由于镜头的光学系统是反远距结构，光路在镜头外部进行偏折，没有足够的空间来增加IR-CUT结构，需要在镜头内部增加一种可见光光谱及940nm红外光谱双通的滤光片来解决夜间使用的问题，携带相对不易。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种720°全景摄像系统，该系统利用两个视场角190°以上的全景镜头汇聚光线，然后通过光路偏折元件在两个镜头内部进行90°偏折后成像至同一个传感芯片上，组成一种720°全景摄像系统，不仅缩短了系统的总体长度，携带方便，而且可以在镜头后部增加IR-CUT结构，实现日夜两用。
本发明是这样实现的：一种720°全景摄像系统，其特征在于：包括传感芯片、数字信号处理器、光路偏折元件以及两组对称分设于光路偏折元件两侧的全景镜头，所述光路偏折元件设置于两组全景镜头内部从而对两组全景镜头的光路进行90°偏折，所述传感芯片用于接收两组全景镜头偏折后的入射光线并将图像信息输至数字信号处理器，所述数字信号处理器对两组全景镜头的图像信息进行拼接处理后生成三维720°的全景图像，每组全景镜头的视场角大于190°且F-thera畸变<9.5％，每组全景镜头的有效后焦距大于5mm。
所述光路偏折元件为直角棱镜，所述直角棱镜上设有两个相互垂直的反射面，每组全景镜头的入射光轴与对应侧的反射面成45°的夹角，所述传感芯片与两个反射面均成135°的夹角，每组全景镜头的部分透镜设置于与对应侧反射面成45°夹角的入射光轴上，剩余部分透镜设置在与对应侧反射面成135°夹角的反射光轴上。
每组全景镜头包括光焦度为正的前镜组、光栏以及光焦度为正的后镜组，所述前镜组的焦距范围在3～20mm之间，所述后镜组的焦距范围在4-18mm之间。
所述前镜组包括沿入射光轴依次排列的第一透镜和第二透镜以及沿反射光轴依次排列的第三透镜和第四透镜，其中第一透镜为正弯月形透镜，第二透镜为正弯月形透镜，第三透镜为双凹透镜，第四透镜为双凸透镜，所述后镜组包括沿反射光轴依次排列的第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜，其中，第五透镜为双凹透镜，第六透镜为双凸透镜，第七透镜为平凸透镜，第八透镜为平凸透镜，所述第五透镜和第六透镜组成密接的胶合组，所述第七透镜和第八透镜组成密接的胶合组。
所述前镜组的各个透镜需满足以下光学条件:
1.8<n1<1.95，33<v1<36.5；
1.6<n2<1.82，45<v2<57.5；
1.53<n3<1.72，50<v3<62；
1.82<n4<1.95，18<v4<25；
其中n1-n4依次为第一透镜-第四透镜的折射率，v1-v4依次为第一透镜-第四透镜的阿贝系数；
所述后镜组的各个透镜需满足以下光学条件:
1.88<n5<1.92，18<v5<22；
1.6<n6<1.75，50<v6<57；
1.6<n7<1.8，50<v7<60；
1.5<n8<1.7，50<v8<70；
其中n5-n8依次为第五透镜-第八透镜的折射率，v5-v8依次为第五透镜-第八透镜的阿贝系数。
所述第一透镜和第二透镜之间的空气间隙为3.8±0.5mm，所述第二透镜和第三透镜之间的空气间隙为11.5±1mm，所述第三透镜和第四透镜之间的空气间隙为0.2±0.1mm，所述前镜组和固定光栏之间的空气间隙为1±0.5mm，所述固定光栏和后镜组之间的空气间隙为0.5±0.3mm，所述第六透镜和第七透镜之间的空气间隙为0.14±0.1mm。
所述720°全景摄像系统还包括镜头座、调节环、后镜筒以及两个前镜筒，所述后镜筒上左右两侧同轴设有前镜筒安装孔，两个前镜筒的外周壁分别与对应前镜筒安装孔的内周壁螺纹连接，所述后镜筒内还并列地设有两个透镜安装通道，所述透镜安装通道的轴线与前镜筒安装孔的轴线相垂直，所述全景镜头还包括前压圈、隔圈A、隔圈B、隔圈C和后压圈，所述第一透镜和第二透镜沿光线入射方向依次固定安装于前镜筒内，所述前压圈固定安装于前镜筒筒口外并对第一透镜的前端位置起限位作用，所述第三透镜、第四透镜、光栏、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜沿光线入射方向依次固定安装于透镜安装通道内，所述隔圈A固定安装于透镜安装通道内且位于第三透镜和第四透镜之间以限定两者的空气间隙，所述隔圈B固定安装于透镜安装通道内且位于第四透镜和第五透镜之间以限定两者的空气间隙，所述隔圈C固定安装于透镜安装通道内且位于第六透镜和第七透镜之间以限定两者的空气间隙，所述后压圈固定安装于透镜安装通道内并对第八透镜的后端位置起限位作用，所述光路偏折元件设置于第二透镜和第三透镜之间从而对全景镜头的光路进行90°偏折，所述传感芯片设置于镜头座内，所述调节环的外周壁与镜头座的内周壁螺纹连接，所述调节环的内周壁与后镜筒下端外周壁螺纹连接。
所述720°全景摄像系统还包括设置于镜头座上的IR-CUT切换器。
每个反射面上镀制有高反膜且对波段400～850nm的光反射率为95％以上。
较之现有技术而言，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的720°全景摄像系统，利用两个视场角190°以上的全景镜头汇聚光线，然后通过光路偏折元件在两个镜头内部进行90°偏折后成像至同一个传感芯片上，组成一种720°全景摄像系统，不仅缩短了系统的总体长度，携带方便，而且可以在镜头后部增加IR-CUT结构，实现日夜两用；
(2)本发明提供的720°全景摄像系统，第一透镜使用材料折射率n1范围1.8至1.95，阿贝数V1范围33-36.5的重镧火石玻璃，通过高折射率，低色散的重镧火石玻璃，增大系统聚集光线的能力，增大系统的通光孔径，并有效减小第一片镜片的体积，从而有效减小整个系统的体积；
(3)本发明提供的720°全景摄像系统，第二透镜使用材料折射率n2范围1.6至1.82，阿贝数范围45-57.5的重镧火石玻璃，进一步汇聚由通过第一透镜的光线，并有效平衡第一透镜产生的像散等像差；
(4)本发明提供的720°全景摄像系统，第三透镜使用材料折射率内范围1.53至1.72，阿贝数v3范围50-62，通过降低凹面的曲率半径，有效缩小后镜组的体积；
(5)本发明提供的720°全景摄像系统，第四透镜使用材料的折射率n4范围是1.82至1.95，阿贝数V4范围18至25的重镧火石玻璃，设置镜片双凸形状，高折射率有效平衡了系统的慧差，提升系统分辨率；
(6)本发明提供的720°全景摄像系统，第五透镜使用材料的折射率n5范围1.88至1.92，阿贝数V5范围18至22，设置镜片双凹形状形状，使得曲面弯向光栏面，有效降低系统的场曲和畸变；
(7)本发明提供的720°全景摄像系统，第六透镜使用材料的折射率n6范围1.6至1.75，阿贝数V6范围50至57的镧火石玻璃，第五透镜和第六透镜组成密接的胶合组，有效平衡了系统的色差和像散；
(8)本发明提供的720°全景摄像系统，第七透镜使用材料的折射率n7范围为1.6至1.75，阿贝数V7范围50至60，设置镜片平凸形状，有效增大了系统主光线入射角度，有效减少两个相邻的后镜组之间的间隔，提升芯片的利用效率，并提升系统地有效可用后焦距，降低系统畸变；
(9)本发明提供的720°全景摄像系统，第八透镜使用材料的折射率n8范围为1.5至1.7，阿贝数V8范围50至70，设置镜片平凸形状，设置第七透镜与第八透镜成密接的胶合组，有效增大了系统主光线入射角度，有效减少两个相邻的后镜组之间的间隔，提升芯片的利用效率，并提升系统地有效可用后焦距，平衡系统的色差并降低系统畸变；
(10)本发明提供的720°全景摄像系统，前镜筒采用一刀成型，有效降低部件在机械加工中因为机床换刀引起的加工误差，提升系统的装配良率。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：
图1是现有技术的一种结构示意图；
图2是现有技术的另一种结构示意图；
图3是专利号2016100374193所公开方案的结构示意图；
图4是本发明720°全景摄像系统的光路图；
图5是本发明720°全景摄像系统的结构示意图。
图中符号说明：1、前压圈，2、前镜筒，3、后镜筒，4、棱镜盖板，5、螺钉，6、隔圈A，7、隔圈B，8、隔圈C，9、后压圈，10、调节环，11、镜头座，A、前镜组，B、固定光栏，C、后镜组，G1、第一透镜，G2、第二透镜，G3、第三透镜，G4、第四透镜，G5、第五透镜，G6、第六透镜，G7、第七透镜，G8、第八透镜，S9、传感芯片，P10、直角棱镜。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：
如图4-5所示，为本发明提供的一种720°全景摄像系统，其特征在于：包括传感芯片S9、数字信号处理器、光路偏折元件以及两组对称分设于光路偏折元件两侧的全景镜头，所述光路偏折元件设置于两组全景镜头内部从而对两组全景镜头的光路进行90°偏折，所述传感芯片S9用于接收两组全景镜头偏折后的入射光线并将图像信息输至数字信号处理器，所述数字信号处理器对两组全景镜头的图像信息进行拼接处理后生成三维720°的全景图像，每组全景镜头的视场角大于190°且F-thera畸变<9.5％，每组全景镜头的有效后焦距大于5mm。
在本实施例中，光路偏折元件采用直角棱镜P10，所述直角棱镜上设有两个相互垂直的反射面，每组全景镜头的入射光轴与对应侧的反射面成45°的夹角，所述传感芯片S9与两个反射面均成135°的夹角，每组全景镜头的部分透镜设置于与对应侧反射面成45°夹角的入射光轴上，剩余部分透镜设置在与对应侧反射面成135°夹角的反射光轴上。光路偏折元件还可以采用其它元件，如高精度的反射镜。
每组全景镜头包括光焦度为正的前镜组A、光栏B以及光焦度为正的后镜组C，所述前镜组A的焦距范围在3～20mm之间，所述后镜组C的焦距范围在4-18mm之间。
所述前镜组A包括沿入射光轴依次排列的第一透镜G1和第二透镜G2以及沿反射光轴依次排列的第三透镜G3和第四透镜G4，其中第一透镜G1为正弯月形透镜，第二透镜G2为正弯月形透镜，第三透镜G3为双凹透镜，第四透镜G4为双凸透镜，所述后镜组C包括沿反射光轴依次排列的第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7和第八透镜G8，其中，第五透镜G5为双凹透镜，第六透镜G6为双凸透镜，第七透镜G7为平凸透镜，第八透镜G8为平凸透镜，所述第五透镜G5和第六透镜G6组成密接的胶合组，所述第七透镜G7和第八透镜G8组成密接的胶合组。
所述前镜组A的各个透镜需满足以下光学条件:
1.8<n1<1.95，33<v1<36.5；
1.6<n2<1.82，45<v2<57.5；
1.53<n3<1.72，50<v3<62；
1.82<n4<1.95，18<v4<25；
其中n1-n4依次为第一透镜G1-第四透镜G4的折射率，v1-v4依次为第一透镜G1-第四透镜G4的阿贝系数；
所述后镜组C的各个透镜需满足以下光学条件:
1.88<n5<1.92，18<v5<22；
1.6<n6<1.75，50<v6<57；
1.6<n7<1.8，50<v7<60；
1.5<n8<1.7，50<v8<70；
其中n5-n8依次为第五透镜G5-第八透镜G8的折射率，v5-v8依次为第五透镜G5-第八透镜G8的阿贝系数。
第一透镜使用材料折射率n1范围1.8至1.95，阿贝数V1范围33-36.5的重镧火石玻璃，通过高折射率，低色散的重镧火石玻璃，增大系统聚集光线的能力，增大系统的通光孔径，并有效减小第一片镜片的体积，从而有效减小整个系统的体积；第二透镜使用材料折射率n2范围1.6至1.82，阿贝数范围45-57.5的重镧火石玻璃，进一步汇聚由通过第一透镜的光线，并有效平衡第一透镜产生的像散等像差；第三透镜使用材料折射率内范围1.53至1.72，阿贝数v3范围50-62，通过降低凹面的曲率半径，有效缩小后镜组的体积；第四透镜使用材料的折射率n4范围是1.82至1.95，阿贝数V4范围18至25的重镧火石玻璃，设置镜片双凸形状，高折射率有效平衡了系统的慧差，提升系统分辨率；第五透镜使用材料的折射率n5范围1.88至1.92，阿贝数V5范围18至22，设置镜片双凹形状形状，使得曲面弯向光栏面，有效降低系统的场曲和畸变；第六透镜使用材料的折射率n6范围1.6至1.75，阿贝数V6范围50至57的镧火石玻璃，第五透镜和第六透镜组成密接的胶合组，有效平衡了系统的色差和像散；第七透镜使用材料的折射率n7范围为1.6至1.8，阿贝数V7范围50至60，设置镜片平凸形状，有效增大了系统主光线入射角度，有效减少两个相邻的后镜组之间的间隔，提升芯片的利用效率，并提升系统地有效可用后焦距，降低系统畸变，第八透镜使用材料的折射率n8范围为1.5至1.7，阿贝数V8范围50至70，设置镜片平凸形状，设置第七透镜与第八透镜成密接的胶合组，有效增大了系统主光线入射角度，有效减少两个相邻的后镜组之间的间隔，提升芯片的利用效率，并提升系统地有效可用后焦距，平衡系统的色差并降低系统畸变。
所述第一透镜G1和第二透镜G2之间的空气间隙为3.8±0.5mm，所述第二透镜G2和第三透镜G3之间的空气间隙为11.5±1mm，所述第三透镜G3和第四透镜G4之间的空气间隙为0.2±0.1mm，所述前镜组A和固定光栏B之间的空气间隙为1±0.5mm，所述固定光栏B和后镜组C之间的空气间隙为0.5±0.3mm，所述第六透镜G6和第七透镜G7之间的空气间隙为0.14±0.1mm。
所述720°全景摄像系统还包括镜头座11、调节环10、后镜筒3以及两个前镜筒2，所述后镜筒3上左右两侧同轴设有前镜筒安装孔，两个前镜筒2的外周壁分别与对应前镜筒安装孔的内周壁螺纹连接，所述后镜筒3内还并列地设有两个透镜安装通道，所述透镜安装通道的轴线与前镜筒安装孔的轴线相垂直，所述全景镜头还包括前压圈1、隔圈A6、隔圈B7、隔圈C8和后压圈9，所述第一透镜G1和第二透镜G2沿光线入射方向依次固定安装于前镜筒2内，所述前压圈1固定安装于前镜筒2筒口外并对第一透镜G1的前端位置起限位作用，所述第三透镜G3、第四透镜G4、光栏B、第五透镜G5、第六透镜G6、第七透镜G7和第八透镜G8沿光线入射方向依次固定安装于透镜安装通道内，所述隔圈A6固定安装于透镜安装通道内且位于第三透镜G3和第四透镜G4之间以限定两者的空气间隙，所述隔圈B7固定安装于透镜安装通道内且位于第四透镜G4和第五透镜G5之间以限定两者的空气间隙，所述隔圈C8固定安装于透镜安装通道内且位于第六透镜G6和第七透镜G7之间以限定两者的空气间隙，所述后压圈9固定安装于透镜安装通道内并对第八透镜G8的后端位置起限位作用，所述光路偏折元件设置于第二透镜G2和第三透镜G3之间从而对全景镜头的光路进行90°偏折，所述传感芯片S9设置于镜头座11内，所述调节环10的外周壁与镜头座11的内周壁螺纹连接，所述调节环10的内周壁与后镜筒3下端外周壁螺纹连接。
所述720°全景摄像系统还包括设置于镜头座11上的IR-CUT切换器13。
每个反射面21上镀制有高反膜且对波段400～850nm的光反射率为95％以上。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种720°全景摄像系统，其特征在于：包括传感芯片(S9)、数字信号处理器、光路偏折元件以及两组对称分设于光路偏折元件两侧的全景镜头，所述光路偏折元件设置于两组全景镜头内部从而对两组全景镜头的光路进行90°偏折，所述传感芯片(S9)用于接收两组全景镜头偏折后的入射光线并将图像信息输至数字信号处理器，所述数字信号处理器对两组全景镜头的图像信息进行拼接处理后生成三维720°的全景图像，每组全景镜头的视场角大于190°且F-thera畸变<9.5％，每组全景镜头的有效后焦距大于5mm。
2.根据权利要求1所述的720°全景摄像系统，其特征在于：所述光路偏折元件为直角棱镜(P10)，所述直角棱镜上设有两个相互垂直的反射面，每组全景镜头的入射光轴与对应侧的反射面成45°的夹角，所述传感芯片(S9)与两个反射面均成135°的夹角，每组全景镜头的部分透镜设置于与对应侧反射面成45°夹角的入射光轴上，剩余部分透镜设置在与对应侧反射面成135°夹角的反射光轴上。
3.根据权利要求2所述的720°全景摄像系统，其特征在于：每组全景镜头包括光焦度为正的前镜组(A)、光栏(B)以及光焦度为正的后镜组(C)，所述前镜组(A)的焦距范围在3～20mm之间，所述后镜组(C)的焦距范围在4-18mm之间。
4.根据权利要求3所述的720°全景摄像系统，其特征在于：所述前镜组(A)包括沿入射光轴依次排列的第一透镜(G1)和第二透镜(G2)以及沿反射光轴依次排列的第三透镜(G3)和第四透镜(G4)，其中第一透镜(G1)为正弯月形透镜，第二透镜(G2)为正弯月形透镜，第三透镜(G3)为双凹透镜，第四透镜(G4)为双凸透镜，所述后镜组(C)包括沿反射光轴依次排列的第五透镜(G5)、第六透镜(G6)、第七透镜(G7)和第八透镜(G8)，其中，第五透镜(G5)为双凹透镜，第六透镜(G6)为双凸透镜，第七透镜(G7)为平凸透镜，第八透镜(G8)为平凸透镜，所述第五透镜(G5)和第六透镜(G6)组成密接的胶合组，所述第七透镜(G7)和第八透镜(G8)组成密接的胶合组。
5.根据权利要求4所述的720°全景摄像系统，其特征在于：所述前镜组(A)的各个透镜需满足以下光学条件:
1.8<n1<1.95，33<v1<36.5；
1.6<n2<1.82，45<v2<57.5；
1.53<n3<1.72，50<v3<62；
1.82<n4<1.95，18<v4<25；
其中n1-n4依次为第一透镜(G1)-第四透镜(G4)的折射率，v1-v4依次为第一透镜(G1)-第四透镜(G4)的阿贝系数；
所述后镜组(C)的各个透镜需满足以下光学条件:
1.88<n5<1.92，18<v5<22；
1.6<n6<1.75，50<v6<57；
1.6<n7<1.8，50<v7<60；
1.5<n8<1.7，50<v8<70；
其中n5-n8依次为第五透镜(G5)-第八透镜(G8)的折射率，v5-v8依次为第五透镜(G5)-第八透镜(G8)的阿贝系数。
6.根据权利要求4所述的720°全景摄像系统，其特征在于：所述第一透镜(G1)和第二透镜(G2)之间的空气间隙为3.8±0.5mm，所述第二透镜(G2)和第三透镜(G3)之间的空气间隙为11.5±1mm，所述第三透镜(G3)和第四透镜(G4)之间的空气间隙为0.2±0.1mm，所述前镜组(A)和固定光栏(B)之间的空气间隙为1±0.5mm，所述固定光栏(B)和后镜组(C)之间的空气间隙为0.5±0.3mm，所述第六透镜(G6)和第七透镜(G7)之间的空气间隙为0.14±0.1mm。
7.根据权利要求4所述的720°全景摄像系统，其特征在于：所述720°全景摄像系统还包括镜头座(11)、调节环(10)、后镜筒(3)以及两个前镜筒(2)，所述后镜筒(3)上左右两侧同轴设有前镜筒安装孔，两个前镜筒(2)的外周壁分别与对应前镜筒安装孔的内周壁螺纹连接，所述后镜筒(3)内还并列地设有两个透镜安装通道，所述透镜安装通道的轴线与前镜筒安装孔的轴线相垂直，所述全景镜头还包括前压圈(1)、隔圈A(6)、隔圈B(7)、隔圈C(8)和后压圈(9)，所述第一透镜(G1)和第二透镜(G2)沿光线入射方向依次固定安装于前镜筒(2)内，所述前压圈(1)固定安装于前镜筒(2)筒口外并对第一透镜(G1)的前端位置起限位作用，所述第三透镜(G3)、第四透镜(G4)、光栏(B)、第五透镜(G5)、第六透镜(G6)、第七透镜(G7)和第八透镜(G8)沿光线入射方向依次固定安装于透镜安装通道内，所述隔圈A(6)固定安装于透镜安装通道内且位于第三透镜(G3)和第四透镜(G4)之间以限定两者的空气间隙，所述隔圈B(7)固定安装于透镜安装通道内且位于第四透镜(G4)和第五透镜(G5)之间以限定两者的空气间隙，所述隔圈C(8)固定安装于透镜安装通道内且位于第六透镜(G6)和第七透镜(G7)之间以限定两者的空气间隙，所述后压圈(9)固定安装于透镜安装通道内并对第八透镜(G8)的后端位置起限位作用，所述光路偏折元件设置于第二透镜(G2)和第三透镜(G3)之间从而对全景镜头的光路进行90°偏折，所述传感芯片(S9)设置于镜头座(11)内，所述调节环(10)的外周壁与镜头座(11)的内周壁螺纹连接，所述调节环(10)的内周壁与后镜筒(3)下端外周壁螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的720°全景摄像系统，其特征在于：所述720°全景摄像系统还包括设置于镜头座(11)上的IR-CUT切换器(13)。
9.根据权利要求2所述的720°全景摄像系统，其特征在于：每个反射面(21)上镀制有高反膜且对波段400～850nm的光反射率为95％以上。
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