CN110007461A - 光学系统 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开一种光学系统，通过设置第一光学镜片和第二光学镜片的主光轴在同一直线上；在第二光学镜片朝向显示屏一侧的弧面上设置部分反部分透膜，在显示屏朝向第二光学镜片一侧的表面设置偏光片，在偏光片上设置四分之一波片；避免由于第二光学镜片朝向显示屏的一侧为弧面，导致在第二光学镜片的弧面上设置四分之一波片较为不便的问题，有效降低四分之一波片的设置难度，增强四分之一波片在光学系统中设置的稳固性，提升光学系统的品质。

Description

光学系统
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种光学系统。
背景技术
虚拟现实(Virtual Reality：VR)技术，简称虚拟技术，是一种利用电脑技术模拟产生一个虚拟空间，并在虚拟空间中提供沉浸体验的技术。VR设备是应用VR技术的人机交互设备。VR眼镜是一种常见的头戴设备，例如，采用专利号为US20170017078B公开的光学组件所制作的头戴设备。在VR眼镜中，光学系统是VR眼镜的重要组成部分。
请参阅图1，现有的VR眼镜中的光学系统主要包括光学镜头和设置在光学镜头一侧的显示屏4。其中，光学镜头通常包括第一光学镜片1和第二光学镜片2，第二光学镜片2位于第一光学镜片1和显示屏4之间。第二光学镜片2朝向显示屏4的一侧镀有部分反部分透膜3。出于设计的需要，有时需要在第二光学镜片2与显示屏4之间设置四分之一波片6。
然而，由于第二光学镜片朝向显示屏的一侧为弧面，因此，在第二光学镜片的弧面上设置四分之一波片较为不便。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种光学系统，以解决现有光学系统中，由于第二光学镜片朝向显示屏的一侧为弧面，因此，在第二光学镜片的弧面上设置四分之一波片较为不便的问题。
本发明提供一种光学系统，包括：外镜筒、内镜筒、显示屏固定筒、第一光学镜片、第二光学镜片以及显示屏；
所述外镜筒套设于所述内镜筒的外部，所述显示屏固定筒与所述内镜筒连接；
所述第一光学镜片设置于所述外镜筒的内部，所述第二光学镜片设置于所述内镜筒的内部，所述显示屏设置于所述显示屏固定筒的内部；
所述第一光学镜片和所述第二光学镜片的主光轴在同一直线上；
所述第二光学镜片朝向所述显示屏一侧的表面为弧面，所述弧面上设置有部分反部分透膜，所述显示屏朝向所述第二光学镜片一侧的表面设置有偏光片，所述偏光片上设置有四分之一波片。
所述外镜筒内部设置有第一容置槽，所述第一容置槽的底面为弧面，所述第一光学镜片设置于所述第一容置槽内部，所述第一容置槽的形状与所述第一光学镜片的形状相适配；
所述内镜筒内部设置有第二容置槽，所述第二容置槽的底面为弧面，所述第二光学镜片设置于所述第二容置槽内部，所述第二容置槽的形状与所述第二光学镜片的形状相适配；
所述显示屏固定筒内部设置有第三容置槽，所述第三容置槽的底面为平面，所述显示屏设置于所述第三容置槽内部，所述第三容置槽的形状与所述显示屏的形状相适配。
可选的，所述第一容置槽的深度大于所述第一光学镜片的厚度，所述第二容置槽的深度大于所述第二光学镜片和所述部分反部分透膜的厚度之和，所述第三容置槽的深度大于所述显示屏、所述偏光片以及所述四分之一波片的厚度之和。
可选的，所述四分之一波片朝向所述第二光学镜片一侧的表面设置有平面玻璃镜片，所述平面玻璃镜片朝向所述第二光学镜片一侧的表面设置有增透膜。
可选的，所述平面玻璃镜片通过光学胶水粘结于所述四分之一波片上。
可选的，所述增透膜由在所述平面玻璃镜片上依次沉积的二氧化硅膜、五氧化三钛膜、氟化镁膜构成。
可选的，所述二氧化硅膜的厚度为40-60nm，所述五氧化三钛膜的厚度为72-93nm，所述氟化镁膜的厚度为110-146nm。
可选的，所述增透膜表面设置有聚对二甲苯薄膜。
可选的，所述偏光片与所述四分之一波片之间设置有补偿膜。
可选的，所述偏光片包括层叠设置的聚乙烯醇膜和三醋酸纤维膜。
由以上技术方案可知，本发明提供的一种光学系统，通过设置第一光学镜片和第二光学镜片的主光轴在同一直线上；在第二光学镜片朝向显示屏一侧的弧面上设置部分反部分透膜，在显示屏朝向第二光学镜片一侧的表面设置偏光片，在偏光片上设置四分之一波片；避免由于第二光学镜片朝向显示屏的一侧为弧面，导致在第二光学镜片的弧面上设置四分之一波片较为不便的问题，有效降低四分之一波片的设置难度，增强四分之一波片在光学系统中设置的稳固性，提升光学系统的品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种现有的光学系统的示意图。
图2为本申请第一实施例提供的光学系统的剖面结构示意图。
图3为本申请第二实施例提供的光学系统的剖面结构示意图。
图4为本申请第二实施例提供的光学系统的增透膜的剖面结构示意图。
图5为本申请第三实施例提供的光学系统的剖面结构示意图。
图6为本申请第四实施例提供的光学系统的剖面结构示意图。
图7为本申请第四实施例提供的光学系统的偏光片的剖面结构示意图。
图示说明：1-第一光学镜片，2-第二光学镜片，3-部分反部分透膜，4-显示屏，5-偏光片，6-四分之一波片，7-平面玻璃镜片，8-增透膜，9-聚对二甲苯薄膜，10-外镜筒，20-内镜筒，30-显示屏固定筒，81-二氧化硅膜，82-五氧化三钛膜，83-氟化镁膜，50-补偿膜，51-聚乙烯醇膜，52-三醋酸纤维膜，101-第一容置槽，102-第二容置槽，103-第三容置槽。
具体实施方式
请参阅图2，为本申请第一实施例提供的光学系统的剖面结构示意图。本申请第一实施的光学系统包括：外镜筒10、内镜筒20、显示屏固定筒30、第一光学镜片1、第二光学镜片2以及显示屏4。
其中，所述外镜筒10套设于所述内镜筒20的外部，所述显示屏固定筒30与所述内镜筒20连接。所述第一光学镜片1设置于所述外镜筒10的内部，所述第二光学镜片2设置于所述内镜筒20的内部，所述显示屏4设置于所述显示屏固定筒30的内部。所述第一光学镜片1和所述第二光学镜片2的主光轴在同一直线上。
具体地，所述外镜筒10内部设置有第一容置槽101，所述第一容置槽101的底面为弧面，所述第一光学镜片1设置于所述第一容置槽101内部，所述第一容置槽101的形状与所述第一光学镜片1的形状相适配。所述内镜筒20内部设置有第二容置槽102，所述第二容置槽102的底面为弧面，所述第二光学镜片2设置于所述第二容置槽102内部，所述第二容置槽102的形状与所述第二光学镜片2的形状相适配。所述显示屏固定筒30内部设置有第三容置槽103，所述第三容置槽103的底面为平面，所述显示屏4设置于所述第三容置槽103内部，所述第三容置槽103的形状与所述显示屏4的形状相适配。
所述第一容置槽101的深度大于所述第一光学镜片1的厚度，使得所述第一光学镜片1完全位于所述外镜筒10的内部，避免所述第一光学镜片1伸出所述外镜筒10后受到损坏。所述第二容置槽102的深度大于所述第二光学镜片2和所述部分反部分透膜3的厚度之和，使得所述第二光学镜片2完全位于所述内镜筒20的内部，避免所述第二光学镜片2伸出所述内镜筒20后导致所述第二光学镜片2或者所述部分反部分透膜3受到损坏。所述第三容置槽103的深度大于所述显示屏4、所述偏光片5以及所述四分之一波片6的厚度之和，使得所述显示屏4、所述偏光片5以及所述四分之一波片6完全位于所述显示屏固定筒30的内部，避免其受到外部因素的损坏。
所述内镜筒20可以相对于所述外镜筒10伸缩，使得所述第一光学镜片1与所述第二光学镜片2之间的距离可调。所述内镜筒20与所述外镜筒10之间可采用以下的连接方式进行连接。
在所述外镜筒10和所述内镜筒20的一种连接方式中，所述外镜筒10和所述内镜筒20之间可以采用螺纹连接，所述外镜筒10的内壁设置有内螺纹，所述内镜筒20的外壁设置有外螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹相配合，通过绕所述外镜筒10的中心轴线转动所述外镜筒10，使得所述外镜筒10与所述内镜筒20之间产生相对旋转，从而实现调节所述外镜筒10和所述内镜筒20的螺纹连接的位置，进而实现对所述第一光学镜片1和所述第二光学镜片2之间的距离的调节。
在所述外镜筒10和所述内镜筒20的另一种连接方式中，所述外镜筒10和所述内镜筒20之间也可以采用滑动连接，在所述外镜筒10的内壁设置滑轨，在所述内镜筒20的外壁设置滑块，所述滑块与所述滑轨相配合，可实现所述外镜筒10和所述内镜筒20之间的滑动连接。通过沿着所述外镜筒10的中心轴线方向移动所述外镜筒10，使得所述外镜筒10与所述内镜筒20的滑动连接位置发生改变，以此调节所述外镜筒10内的所述第一光学镜片1与所述内镜筒20内的所述第二光学镜片2之间的距离。
所述外镜筒10和所述内镜筒20之间的连接方式不限于以上两种方式，此外，也可以是在所述内镜筒20的筒壁周面上设置多个均匀分布的凸柱，在所述外镜筒10的筒壁上设置与所述凸柱的位置和数量相适配的倾斜槽，凸柱与倾斜槽一一对应，每一凸柱嵌入倾斜槽内并可沿倾斜槽滑动。通过绕所述外镜筒10的中心轴线转动所述外镜筒10，使得所述内镜筒20的筒壁上的凸柱分别在相应的所述外镜筒10的筒壁上的倾斜槽内滑动，使所述外镜筒10与所述内镜筒20之间产生相对旋转，进而调节所述外镜筒10内的所述第一光学镜片1与所述内镜筒20内的所述第二光学镜片2之间的距离。
在本实施例中，所述第二光学镜片2朝向所述显示屏4一侧的表面为弧面，所述弧面上设置有部分反部分透膜3，所述显示屏4朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置有偏光片5，所述偏光片5上设置有四分之一波片6，所述四分之一波片6可通过贴合的方式固定在所述偏光片5上。由于所述显示屏4、所述偏光片5的表面均为平面，使得在所述显示屏4一侧设置所述四分之一波片6比在所述第二光学镜片2朝向所述显示屏4一侧的弧面上设置所述四分之一波片6更为容易，且能够保证所述四分之一波片6在所述偏光片5上贴合牢靠，不易产生偏移或者脱落。
其中，所述第一光学镜片1和所述第二光学镜片2均为凸透镜，所述第一光学镜片1和所述第二光学镜片2分别可以是双凸透镜、平凸透镜或者凹凸透镜中的一种。所述部分反部分透膜3的透射率和反射率均为50％，即初始光线经过所述部分反部分透膜3后，透过所述部分反部分透膜3的光线与所述初始光线之比，以及初始光线经过所述部分反部分透膜3后，被所述部分反部分透膜3反射的光线与所述初始光线之比相同。所述部分反部分透膜3通过镀膜工艺设置在所述第二光学镜片2朝向所述显示屏4一侧的弧面上，通过设置所述部分反部分透膜3，可改变所述第二光学镜片2原始的透射率和反射率，可以实现增透功能。
由以上技术方案可知，本申请第一实施例提供的一种光学系统，通过设置第一光学镜片1和第二光学镜片2的主光轴在同一直线上；在第二光学镜片2朝向显示屏4一侧的弧面上设置部分反部分透膜3，在显示屏4朝向第二光学镜片2一侧的表面设置偏光片5，在偏光片5上设置四分之一波片6；避免由于第二光学镜片2片朝向显示屏4的一侧为弧面，导致在第二光学镜片2的弧面上设置四分之一波片6较为不便的问题，有效降低四分之一波片6的设置难度，增强四分之一波片6在光学系统中设置的稳固性，提升光学系统的品质。
请参阅图3，为本申请第二实施例提供的光学系统的剖面结构示意图。本申请第二实施例与上述第一实施例的区别在于，所述四分之一波片6朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置有平面玻璃镜片7，所述平面玻璃镜片7朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置有增透膜8，其余结构均与第一实施例相同，此处不再赘述。所述平面玻璃镜片7可通过光学胶水粘结于所述四分之一波片6上，所述平面玻璃镜片7可起到保护所述显示屏4的作用，避免所述显示屏4上产生灰尘或者划痕等。
其中，光学仪器中，光学元件表面的反射不仅影响光学元件的通光能量，而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫增透膜。本实施例通过在所述四分之一波片6朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置平面玻璃镜片7，在所述平面玻璃镜片7朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置增透膜8，可提高反射到所述显示屏4上的光线的抵消比例，从而降低所述显示屏4的反光比例，减少因为所述显示屏4反光而产生的鬼影现象。
设置所述增透膜8不仅要考虑增透膜的透射率，还要考虑增透膜的硬度，耐热、耐寒性，与所述平面玻璃镜片7的结合力度，耐光照射性，吸热强度等因素。如图4所示，在本实施例中，所述增透膜8由在所述平面玻璃镜片7上依次沉积的二氧化硅膜81、五氧化三钛膜82、氟化镁膜83构成，二氧化硅膜、五氧化三钛膜以及氟化镁膜的折射率较小，可提升所述增透膜8的增透效果。所述二氧化硅膜81的厚度为40-60nm，所述五氧化三钛膜82的厚度为72-93nm，所述氟化镁膜83的厚度为110-146nm，在本实施例中，所述二氧化硅膜81的厚度为50nm，所述五氧化三钛膜82的厚度为80nm，所述氟化镁膜83的厚度为125nm。
由以上技术方案可知，本申请第二实施例提供的一种光学系统，通过设置第一光学镜片1和第二光学镜片2的主光轴在同一直线上；在第二光学镜片2朝向显示屏4一侧的弧面上设置部分反部分透膜3，在显示屏4朝向第二光学镜片2一侧的表面设置偏光片5，在偏光片5上设置四分之一波片6；避免由于第二光学镜片2片朝向显示屏4的一侧为弧面，导致在第二光学镜片2的弧面上设置四分之一波片6较为不便的问题，有效降低四分之一波片6的设置难度，增强四分之一波片6在光学系统中设置的稳固性，提升光学系统的品质，并且通过在所述四分之一波片6朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置平面玻璃镜片7，可利用所述平面玻璃镜片7起到保护所述显示屏4的作用，避免所述显示屏4上产生灰尘或者划痕等，并且通过在所述平面玻璃镜片7朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置增透膜8，可提高反射到所述显示屏4上的光线的抵消比例，从而降低所述显示屏4的反光比例，减少因为所述显示屏4反光而产生的鬼影现象。
请参阅图5，为本申请第三实施例提供的光学系统的剖面结构示意图。本申请第三实施例与上述第二实施例的区别在于，所述增透膜8表面设置有聚对二甲苯薄膜9，其余结构均与第二实施例相同，此处不再赘述。所述聚对二甲苯薄膜9可通过化学气相沉积法制备而成。所述聚对二甲苯薄膜9的材质可以是具有聚二甲撑苯撑结构的聚对二甲苯、聚一氯对二甲苯或者聚二氯对二甲苯。所述聚对二甲苯薄膜9具有极其优良的电性能、耐热性、耐候性和化学稳定性，有利于对所述增透膜8形成保护，提高所述增透膜8的使用寿命。
由以上技术方案可知，本申请第三实施例提供的一种光学系统，通过设置第一光学镜片1和第二光学镜片2的主光轴在同一直线上；在第二光学镜片2朝向显示屏4一侧的弧面上设置部分反部分透膜3，在显示屏4朝向第二光学镜片2一侧的表面设置偏光片5，在偏光片5上设置四分之一波片6；避免由于第二光学镜片2片朝向显示屏4的一侧为弧面，导致在第二光学镜片2的弧面上设置四分之一波片6较为不便的问题，有效降低四分之一波片6的设置难度，增强四分之一波片6在光学系统中设置的稳固性，提升光学系统的品质，可利用所述平面玻璃镜片7起到保护所述显示屏4的作用，避免所述显示屏4上产生灰尘或者划痕等，并且通过在所述平面玻璃镜片7朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置增透膜8，可提高反射到所述显示屏4上的光线的抵消比例，从而降低所述显示屏4的反光比例，减少因为所述显示屏4反光而产生的鬼影现象，并且通过在所述增透膜8表面设置聚对二甲苯薄膜9，有利于对所述增透膜8形成保护，提高所述增透膜8的使用寿命。
请参阅图6，为本申请第四实施例提供的光学系统的剖面结构示意图。本申请第四实施例与上述第三实施例的区别在于，所述偏光片5与所述四分之一波片6之间设置有补偿膜50，请参阅图7，所述偏光片5包括层叠设置的聚乙烯醇膜51和三醋酸纤维膜52，其余结构均与第三实施例相同，此处不再赘述。
在所述偏光片5与所述四分之一波片6之间设置所述补偿膜50，可通过补偿光透过速度的差异来消除所述显示屏4上出现的蓝紫光和黄绿光，使黑白显示更鲜明。所述补偿膜50可以采用聚碳酸醋经过成膜、高精度拉伸形成。也可以采用两层不同的高分子膜层压而形成所述补偿膜50，以提高所述显示屏4的显示对比度和视角特性。
在本实施例中，所述偏光片5包括层叠设置的聚乙烯醇膜51和三醋酸纤维膜52，具体可以包括两层三醋酸纤维膜52夹一层聚乙烯醇膜51；从制造工序而言，偏光片前道制造工序为聚乙烯醇膜片卷，以碘液染色后做单轴延伸，形成偏光子再进行贴合，上下各加覆一层三醋酸纤维膜，并在上层三醋酸纤维膜之外再加覆一层表面保护膜，另在下层三醋酸纤维膜之外以光学粘着剂贴附离型膜或者反射膜后再贴合表面保护膜。
由以上技术方案可知，本申请第四实施例提供的一种光学系统，通过设置第一光学镜片1和第二光学镜片2的主光轴在同一直线上；在第二光学镜片2朝向显示屏4一侧的弧面上设置部分反部分透膜3，在显示屏4朝向第二光学镜片2一侧的表面设置偏光片5，在偏光片5上设置四分之一波片6；避免由于第二光学镜片2片朝向显示屏4的一侧为弧面，导致在第二光学镜片2的弧面上设置四分之一波片6较为不便的问题，有效降低四分之一波片6的设置难度，增强四分之一波片6在光学系统中设置的稳固性，提升光学系统的品质，可利用所述平面玻璃镜片7起到保护所述显示屏4的作用，避免所述显示屏4上产生灰尘或者划痕等，并且通过在所述平面玻璃镜片7朝向所述第二光学镜片2一侧的表面设置增透膜8，可提高反射到所述显示屏4上的光线的抵消比例，从而降低所述显示屏4的反光比例，减少因为所述显示屏4反光而产生的鬼影现象，并且通过在所述增透膜8表面设置聚对二甲苯薄膜9，有利于对所述增透膜8形成保护，提高所述增透膜8的使用寿命，并且通过在所述偏光片5与所述四分之一波片6之间设置补偿膜50，所述偏光片5包括层叠设置的聚乙烯醇膜51和三醋酸纤维膜52，可消除所述显示屏4上出现的蓝紫光和黄绿光，使黑白显示更鲜明，提升所述显示屏4的显示效果。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种光学系统，其特征在于，包括：外镜筒(10)、内镜筒(20)、显示屏固定筒(30)、第一光学镜片(1)、第二光学镜片(2)以及显示屏(4)；
所述外镜筒(10)套设于所述内镜筒(20)的外部，所述显示屏固定筒(30)与所述内镜筒(20)连接；
所述第一光学镜片(1)设置于所述外镜筒(10)的内部，所述第二光学镜片(2)设置于所述内镜筒(20)的内部，所述显示屏(4)设置于所述显示屏固定筒(30)的内部；
所述第一光学镜片(1)和所述第二光学镜片(2)的主光轴在同一直线上；
所述第二光学镜片(2)朝向所述显示屏(4)一侧的表面为弧面，所述弧面上设置有部分反部分透膜(3)，所述显示屏(4)朝向所述第二光学镜片(2)一侧的表面设置有偏光片(5)，所述偏光片(5)上设置有四分之一波片(6)。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述外镜筒(10)内部设置有第一容置槽(101)，所述第一容置槽(101)的底面为弧面，所述第一光学镜片(1)设置于所述第一容置槽(101)内部，所述第一容置槽(101)的形状与所述第一光学镜片(1)的形状相适配；
所述内镜筒(20)内部设置有第二容置槽(102)，所述第二容置槽(102)的底面为弧面，所述第二光学镜片(2)设置于所述第二容置槽(102)内部，所述第二容置槽(102)的形状与所述第二光学镜片(2)的形状相适配；
所述显示屏固定筒(30)内部设置有第三容置槽(103)，所述第三容置槽(103)的底面为平面，所述显示屏(4)设置于所述第三容置槽(103)内部，所述第三容置槽(103)的形状与所述显示屏(4)的形状相适配。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一容置槽(101)的深度大于所述第一光学镜片(1)的厚度，所述第二容置槽(102)的深度大于所述第二光学镜片(2)和所述部分反部分透膜(3)的厚度之和，所述第三容置槽(103)的深度大于所述显示屏(4)、所述偏光片(5)以及所述四分之一波片(6)的厚度之和。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述四分之一波片(6)朝向所述第二光学镜片(2)一侧的表面设置有平面玻璃镜片(7)，所述平面玻璃镜片(7)朝向所述第二光学镜片(2)一侧的表面设置有增透膜(8)。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述平面玻璃镜片(7)通过光学胶水粘结于所述四分之一波片(6)上。
6.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述增透膜(8)由在所述平面玻璃镜片(7)上依次沉积的二氧化硅膜(81)、五氧化三钛膜(82)、氟化镁膜(83)构成。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述二氧化硅膜(81)的厚度为40-60nm，所述五氧化三钛膜(82)的厚度为72-93nm，所述氟化镁膜(83)的厚度为110-146nm。
8.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述增透膜(8)表面设置有聚对二甲苯薄膜(9)。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述偏光片(5)与所述四分之一波片(6)之间设置有补偿膜(50)。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述偏光片(5)包括层叠设置的聚乙烯醇膜(51)和三醋酸纤维膜(52)。
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