CN112566541A - 内窥镜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种内窥镜装置(1)，其包括：对物光学系统(5)，其供来自被摄体的光从顶端面(11)入射并在摄像元件的摄像面上成像；细长的光导件(7)，其与对物光学系统(5)的侧方相邻地配置，引导来自光源的照明光使其从顶端(7a)射出；以及顶端罩(9)，其在光学上是透明的，配置在覆盖光导件(7)的顶端(7a)的位置，对物光学系统(5)的顶端面(11)配置在比光导件(7)的顶端(7a)靠前方的位置，在对物光学系统(5)的与光导件(7)相邻的侧面的顶端外缘设有切口部(13)，该切口部(13)使对物光学系统(5)随着从光导件(7)的顶端(7a)朝向前方而形成为顶端较细，顶端罩(9)配置为向切口部(13)侧突出。
Description
技术领域
本发明涉及一种内窥镜装置。
背景技术
已知有一种将层叠光学系统应用于对物光学系统的内窥镜装置，该层叠光学系统是根据半导体工艺在摄像元件上直接成型和接合光学元件而成的(例如参照专利文献1。)。层叠光学系统与以往的光学系统相比不需要用于保持层叠光学系统的框，而且能够通过使用电动组装装置来削减高度的技能工序，能够期待小型化和低成本化。专利文献1所记载的内窥镜装置利用层叠光学系统使内窥镜顶端小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－195960号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1所记载的内窥镜装置没有防止对物光学系统脱落的构造，对物光学系统有可能脱落。在专利文献1所记载的内窥镜装置中，由于从内窥镜的顶端照射照明光的光导件以剥开的状态配置在对物光学系统的两肋，因此对于再生处理、即为了安全地再次使用而利用物理的方法、化学的方法清洗的一连串的作业的耐性较低，若反复使用则光导件劣化。
虽然考虑通过在覆盖光导件的顶端的位置配置护罩玻璃来提高对于再生处理的耐性，但在配置护罩玻璃的情况下，会使光导件的顶端下降到比对物光学系统的顶端面靠后方的位置。其结果为，若从光导件的顶端射出的照明光被对物光学系统的顶端部遮挡，则会产生照明光的渐晕，在接近被摄体的情况下，由于方位差的影响而发生照明不均匀。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，提供一种这样的内窥镜装置：能够防止对物光学系统的脱落，而且不会使内窥镜顶端粗径化，在接近被摄体时减轻由方位差的影响引起的照明不均匀。
用于解决问题的方案
本发明的一个技术方案是一种内窥镜装置，其中，该内窥镜装置包括：对物光学系统，其供来自被摄体的光从顶端面入射并在摄像元件的摄像面上成像；细长的光导件，其与该对物光学系统的侧方相邻地配置，引导来自光源的照明光使其从顶端射出；以及顶端罩，其在光学上是透明的，配置在覆盖该光导件的所述顶端的位置，所述对物光学系统的所述顶端面配置在比所述光导件的所述顶端靠前方的位置，在所述对物光学系统的与所述光导件相邻的侧面的顶端外缘设有切口部，该切口部使该对物光学系统随着从所述光导件的所述顶端朝向前方而形成为顶端较细，所述顶端罩配置为向所述切口部侧突出。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的内窥镜装置的顶端部的纵剖视图。
图2是表示从图1的内窥镜装置的顶端部朝向被摄体照射照明光的情形的顶端部的纵剖视图。
图3是从被摄体侧沿着对物光学系统的光轴观察图1的内窥镜装置的顶端部的俯视图。
图4是图3的A－A′剖视图。
图5是以往的内窥镜装置的顶端部的纵剖视图。
图6是表示从图5的内窥镜装置的顶端部朝向被摄体照射照明光的情形的顶端部的纵剖视图。
图7是表示从本发明的一个实施方式的第1变形例的内窥镜装置的顶端部朝向被摄体照射照明光的情形的顶端部的纵剖视图。
图8是本发明的一个实施方式的第2变形例的内窥镜装置的顶端部的纵剖视图。
图9是表示作为本发明的一个实施方式的另一个变形例的内窥镜装置仅在对物光学系统的一个与光导件相邻的侧面的顶端外缘设有切口部的情形的顶端部的纵剖视图。
图10是表示从图9的内窥镜装置的顶端部朝向被摄体照射照明光的情形的顶端部的纵剖视图。
图11是表示作为本发明的一个实施方式的另一个变形例的内窥镜装置而切口部形成为随着从光导件的顶端朝向前方而顶端部变为顶端较细的台阶状的切口部的一个例子的顶端部的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一个实施方式的内窥镜装置。
如图1和图2所示，本实施方式的内窥镜装置1具有顶端部3，该顶端部3设于插入到体腔内的细长的插入部(省略图示)的顶端，在该顶端部3的内部配置有未图示的摄像元件。
在顶端部3设有如下的构件：对物光学系统5，其供来自被摄体(省略图示)的光在摄像元件的摄像面上成像；细长的两组光导件7，其与对物光学系统5的侧方相邻地配置，引导从未图示的光源发出的照明光使其从顶端7a射出；以及顶端罩9，其在光学上是透明的，保护各光导件7的顶端7a。
摄像元件例如是在从光轴方向观察时具有大致四边形的外形的CCD(ChargeCoupled Device：电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal－Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)等。摄像元件的摄像面由元件护罩玻璃(省略图示)覆盖。
对物光学系统5例如由以层叠状态配置在摄像元件上的透镜、亮度光圈以及物镜护罩玻璃(均省略图示)构成，形成为大致棱柱状。对物光学系统5通过使用半导体工艺在摄像元件上按照透镜、亮度光圈、物镜护罩玻璃的顺序直接成型和接合透镜、亮度光圈及物镜护罩玻璃而形成。
透镜例如是单一透镜，其与光轴正交的截面形成为大致四边形的棱柱状。此外，透镜配置为使其光轴与摄像元件的摄像面的中心一致，被摄体侧的面隔着亮度光圈由物镜护罩玻璃覆盖。在透镜与摄像元件之间配置有元件护罩玻璃。利用透镜使穿过了物镜护罩玻璃和亮度光圈的来自被摄体的光经由元件护罩玻璃在摄像元件的摄像面上成像。
上述结构的对物光学系统5以物镜护罩玻璃的一部分突出到比光导件7的顶端7a靠前方的位置的状态配置。以下，将物镜护罩玻璃的突出到比光导件7的顶端7a靠前方的位置的部分设为对物光学系统5的顶端部5a。
顶端部5a例如其纵截面形成为梯形状。在顶端部5a设有供来自被摄体的光入射的顶端面11和从光导件7的顶端7a朝向前方而将对物光学系统5形成为顶端较细的切口部13。
顶端面11由物镜护罩玻璃的一个表面构成，其在比光导件7的顶端7a靠前方的位置以与对物光学系统5的光轴正交的状态配置。例如，如图3和图4所示，在顶端面11上确定了在摄像元件的摄像面上成像的来自被摄体的光穿过的有效入射范围11a。有效入射范围11a具有大致四边形的外形，各边分别由朝向内侧凹陷的平滑的曲线形成。从有效入射范围11a的外侧入射到对物光学系统5的光不在摄像元件的摄像面上成像。
切口部13分别设于对物光学系统5的与光导件7相邻的两侧面的顶端外缘，形成在对物光学系统5的顶端面11的有效入射范围11a的外侧。例如，如图4所示，切口部13具有切口面13a，该切口面13a以随着从光导件7的顶端7a朝向前方而顶端部5a变为顶端较细的锥形状倾斜。切口面13a具有在顶端部5a的宽度方向上朝向内侧凹陷且平滑地弯曲的形状。
光导件7以与对物光学系统5的彼此相对的两侧面相邻的状态配置。光导件7的顶端7a延伸至对物光学系统5的顶端部5a的近前侧，该光导件7的另一端延伸到插入部的基端侧。各光导件7由沿着对物光学系统5的侧面排列的多根光纤构成。
例如，如图3和图4所示，顶端罩9具有圆环状的外形，在其中心具有在厚度方向上贯通的贯通孔9a。顶端罩9整体由透明树脂形成。顶端罩9具有与光导件7相比向径向外方扩展的外形尺寸。顶端罩9也可以使全部的角带有圆度、也就是使全部的角部倒圆角。利用该结构，提高了照明光的扩散效果，能够扩大照射范围。
顶端罩9配置在覆盖光导件7的顶端7a的位置，在贯通孔9a中插入有对物光学系统5的顶端部5a。顶端罩9的被摄体侧的面与对物光学系统5的顶端面11配置为彼此大致共面。通过由顶端罩9覆盖光导件7的顶端7a，能够保护光导件7，提高对于再生处理的耐性。
顶端罩9具有向对物光学系统5的切口部13侧突出的突出部9b。突出部9b由形成贯通孔9a的内缘部构成，具有与对物光学系统5的切口部13相辅相承的形状，具体而言，突出部9b具有后述的内侧面9c，并具有仿照切口部13的形状地覆盖切口面13a的大致整个区域的形状，前述的内侧面9c以随着从厚度方向的一端朝向另一端而贯通孔9a逐渐变小的锥形状倾斜。
在顶端罩9的突出部9b的内侧面9c与对物光学系统5的切口部13的切口面13a之间的交界配置有遮挡照明光的遮光部15。利用遮光部15能够防止从光导件7的顶端7a射出的照明光在透射了顶端罩9的突出部9b之后从切口部13入射到对物光学系统5。
对上述结构的内窥镜装置1的作用进行说明。
为了利用本实施方式的内窥镜装置1观察被摄体，在将插入部插入到体腔内的状态下，使顶端部3与被摄体相对地配置，从光源产生照明光。
从光源发出的照明光在由光导件7引导之后从光导件7的顶端7a射出。照明光在透射了顶端罩9之后照射到被摄体。来自照射有照明光的被摄体的光在入射到对物光学系统5的有效入射范围11a之后利用对物光学系统5的透镜在摄像元件的摄像面上成像。由此，能够在摄像元件中获取被摄体的图像信息。
在该情况下，例如，如图5和图6所示，以往的内窥镜装置31形成为对物光学系统35从基端部到顶端部35a都具有恒定的宽度尺寸的四棱柱状。因此，以往的内窥镜装置31在将光导件37的顶端37a与对物光学系统35的顶端部35a相比向基端侧偏移地配置的状态下在覆盖光导件37的顶端37a的位置配置顶端罩39时，从光导件37的顶端37a射出的照明光在透射了顶端罩39之后被对物光学系统35的顶端部35a的外缘遮挡。其结果为，在以往的内窥镜装置31中，不向对物光学系统35的顶端部35a的前方附近照射照明光，产生照明光的渐晕。
相对于此，本实施方式的内窥镜装置1如图1所示利用设于对物光学系统5的与光导件7相邻的侧面的顶端外缘的切口部13使对物光学系统5随着从光导件7的顶端7a朝向前方而形成为顶端较细，而且顶端罩9的突出部9b自光导件7的顶端7a向对物光学系统5的切口部13侧突出，从而如图2所示自光导件7的顶端7a射出的照明光不会被对物光学系统5的顶端外缘遮挡，从顶端罩9的突出部9b侧照射到被摄体。由此，能够在利用顶端罩9的突出部9b在物理上防止对物光学系统5脱落的同时利用对物光学系统5的切口部13向对物光学系统5的顶端面11的前方扩散配光。
因而，采用本实施方式的内窥镜装置1，能够防止对物光学系统5的脱落，而且不会使内窥镜顶端粗径化，在接近被摄体时减轻由方位差的影响引起的照明不均匀。通过在对物光学系统5的有效入射范围11a的外侧形成切口部13，可以不缩小对物光学系统5的有效入射范围11a，不会降低对物光学系统5的光学性能，能够扩散照明光的配光。通过利用遮光部15防止从光导件7的顶端7a射出的照明光在透射了顶端罩9的突出部9b之后从切口部13入射到对物光学系统5，能够防止光斑的产生。
本实施方式能够如下地变形。
作为第1变形例，例如也可以如图7所示，顶端罩9在与光导件7的顶端7a相对的相对面具有在厚度方向上凹陷的凹部21。凹部21例如也可以形成为内球面状。在光导件7的顶端7a与顶端罩9的凹部21之间形成有半球状的空间。
采用本变形例的内窥镜装置1，通过使从光导件7的顶端7a射出的照明光经由凹部21透射顶端罩9，能够提高照明光的扩散效果。由此，能够更高效地扩散照明光的配光。
作为第2变形例，例如也可以如图8所示，由透明树脂23形成顶端罩9的至少配置在光导件7的顶端7a的前方的区域和突出部9b，由透射率比透明树脂23的透射率低的不透明树脂25形成顶端罩9的其他的区域。
利用该结构，从光导件7的顶端7a射出的照明光中的、朝向光导件7的顶端7a的前方射出的照明光透射顶端罩9的透明树脂23的区域，向除此之外的方向射出的照明光透射顶端罩9的不透明树脂25的区域。因而，在利用透明树脂23的区域抑制朝向光导件7的顶端7a的前方射出的照明光的损失的同时利用不透明树脂25的区域限制配光，因此具有在观察容易产生晕影的管腔状的被摄体时防止晕影的效果。
在本变形例中，也可以如图8所示，透明树脂23的区域与不透明树脂25的区域之间的交界自光导件7的顶端7a的外缘与径向大致垂直地形成，例如也可以形成为从顶端罩9的光导件7的顶端7a侧的一端朝向厚度方向的另一端自光导件7的顶端7a的外缘向径向外方逐渐扩展的形状。
在与径向大致垂直地形成透明树脂23的区域与不透明树脂25的区域之间的交界的情况下，能够容易成型顶端罩9。在将透明树脂23的区域与不透明树脂25的区域之间的交界形成为向径向外方逐渐扩展的形状的情况下，能够高效地使从光导件7的顶端7a射出的照明光向扩散的方向透射。
此外，在本变形例中，也可以使配置在光导件7的顶端7a的前方的区域与突出部9b的折射率的关系同光导件7的芯与包层的折射率的关系相同。具体而言，也可以使突出部9b的透明树脂23的透射率比配置在光导件7的顶端7a的前方的区域的透明树脂23的透射率高。利用该结构，由于在配置在光导件7的顶端7a的前方的区域与突出部9b的界面发生反射，因此能够有助于配光的方位差改善。
在本变形例中，例如也可以由光学玻璃形成顶端罩9的至少配置在光导件7的顶端7a的前方的区域，由透射率比光学玻璃的透射率低的不透明树脂25形成顶端罩9的其他的区域。
由于光学玻璃的表面硬度较高，表面不易损伤，因此能够利用该结构进一步提高耐久性。
在本实施方式中，例示对物光学系统5的顶端部5a针对每个光导件7都在光导件7的前方具有切口部13的结构并进行了说明，但只要在对物光学系统5的至少一个与光导件7相邻的侧面的顶端外缘设有切口部13即可。例如也可以如图9所示，仅在对物光学系统5的、与两组光导件7中的一组光导件7相邻的侧面的顶端外缘设有切口部13。
利用该结构，也是例如如图10所示，从在前方形成有切口部13的光导件7的顶端7a射出的照明光不会被对物光学系统5的顶端外缘遮挡，照射到对物光学系统5的顶端面11的前方附近，因此能够抑制渐晕的产生。在该情况下，优选的是，在不具有切口部13的对物光学系统5的顶端外缘与顶端罩9的贯通孔9a之间的交界也配置遮光部15。
在本实施方式中，切口部13由倾斜的切口面13a形成，但取而代之，例如也可以是，切口部13形成为随着从光导件7的顶端7a朝向前方而顶端部5a变为顶端较细的台阶状。
在该情况下，只要从光导件7的顶端7a射出的照明光不会被对物光学系统5的顶端外缘遮挡，也能够从顶端罩9的突出部9b侧向被摄体照射照明光即可。例如既可以如图11所示利用与对物光学系统5的光轴平行的面和与光轴交叉的面由一层台阶13b构成切口部13，也可以由多层台阶13c构成切口部13。
在该情况下，也是突出部9b只要能够通过与对物光学系统5接触来保持对物光学系统5即可，例如既可以如图11所示突出部9b具有以锥形状倾斜的内侧面9c，或者也可以仿照切口部13的台阶形状而突出部9b具有台阶状的罩内侧面9d。
在本实施方式中，顶端罩9的突出部9b具有在对物光学系统5的宽度方向的整个区域范围内向切口部13侧突出的形状，但突出部9b只要能够在保持对物光学系统5的切口部13的同时使从光导件7的顶端7a射出的照明光透射即可，例如突出部9b也可以是在对物光学系统5的宽度方向的一部分向切口部13侧突出的形状。
在本实施方式中，切口部13具有在对物光学系统5的顶端部5a的宽度方向上朝向内侧凹陷且平滑地弯曲的形状的切口面13a，但取而代之，例如既可以在对物光学系统5的宽度方向和长度方向这两个方向上各自具有朝向内侧凹陷且平滑地弯曲的形状的切口面13a，也可以在对物光学系统5的宽度方向和长度方向这两个方向上各自具有平面状的切口面13a。
在本实施方式中，内窥镜装置1具有两组光导件7，但光导件7既可以是1组，也可以是3组以上。在本实施方式中，光导件7由沿着对物光学系统5的侧面排列的多根光纤构成，但取而代之，光导件7也可以由1根光纤构成。
以上，参照附图详细说明了本发明的实施方式，但具体的结构不限于该实施方式，也包含不脱离本发明的主旨的范围的设计变更等。例如不限定于将本发明应用于上述实施方式及变形例的方式，也可以应用于将上述实施方式及变形例适当地组合而得到的实施方式，没有特别的限定。
本发明的一个方式是一种内窥镜装置，其中，该内窥镜装置包括：对物光学系统，其供来自被摄体的光从顶端面入射并在摄像元件的摄像面上成像；细长的光导件，其与该对物光学系统的侧方相邻地配置，引导来自光源的照明光使其从顶端射出；以及顶端罩，其在光学上是透明的，配置在覆盖该光导件的所述顶端的位置，所述对物光学系统的所述顶端面配置在比所述光导件的所述顶端靠前方的位置，在所述对物光学系统的与所述光导件相邻的侧面的顶端外缘设有切口部，该切口部使该对物光学系统随着从所述光导件的所述顶端朝向前方而形成为顶端较细，所述顶端罩配置为向所述切口部侧突出。
根据本方式，通过利用光导件引导从光源发出的照明光使其从该光导件的顶端射出，从而照明光在透射了顶端罩之后照射到被摄体，来自照射有照明光的被摄体的光从顶端面入射并利用对物光学系统在摄像元件的摄像面上成像，从而在摄像元件中能够获取被摄体的图像信息。通过利用顶端罩覆盖光导件的顶端，能够保护光导件，提高相对于再生处理的耐性。
在该情况下，通过利用设于对物光学系统的与光导件相邻的侧面的顶端外缘的切口部使对物光学系统随着从光导件的顶端朝向前方而形成为顶端较细，而且顶端罩向对物光学系统的切口部侧突出，从而从光导件的顶端射出的照明光不会被对物光学系统的顶端外缘遮挡，也从顶端罩的向切口部侧突出的部分照射到被摄体。因而，能够利用对物光学系统的切口部也向对物光学系统的顶端面的前方扩散配光，并且利用向切口部侧突出的顶端罩在物理上防止对物光学系统的脱落。
由此，本方式的内窥镜装置能够防止对物光学系统的脱落，而且不会使内窥镜顶端粗径化，在接近被摄体时减轻方位差、即视差的影响引起的照明不均匀。对物光学系统的切口部也可以在对物光学系统的顶端外缘形成为随着从光导件的顶端朝向前方而变为顶端较细的锥形状或台阶状。
上述方式的内窥镜装置也可以具有遮光部，该遮光部配置在所述顶端罩与所述切口部之间的交界，遮挡所述照明光。
利用该结构，能够利用遮光部防止从光导件的顶端射出的照明光在透射了顶端罩的向切口部侧突出的部分之后从切口部入射到对物光学系统，防止光斑的产生。
上述方式的内窥镜装置也可以是，所述切口部形成于在所述摄像面上成像的来自所述被摄体的光穿过的所述顶端面的有效入射范围的外侧。
利用该结构，可以不缩小对物光学系统的有效入射范围，不会降低对物光学系统的光学性能，能够扩散照明光的配光。
上述方式的内窥镜装置也可以是，所述顶端罩在与所述光导件的所述顶端相对的相对面具有在厚度方向上凹陷的凹部。
利用该结构，通过从光导件的顶端射出的照明光经由凹部透射顶端罩，能够提高照明光的扩散效果。
上述方式的内窥镜装置也可以是，所述顶端罩由透明树脂形成。
利用该结构，能够抑制从光导件的顶端射出的照明光的损失地使其向被摄体侧透射。
上述方式的内窥镜装置也可以是，所述顶端罩的至少配置在所述光导件的所述顶端的前方的区域和向所述切口部侧突出的区域由透明树脂形成，其他的区域由透射率比所述透明树脂的透射率低的不透明树脂形成。
利用该结构，从光导件的顶端射出的照明光中的、朝向光导件的顶端的前方射出的照明光透射顶端罩的透明树脂的区域，向除此之外的方向射出的照明光透射顶端罩的不透明树脂的区域。因而，在利用透明树脂抑制朝向光导件的顶端的前方射出的照明光的损失的同时利用不透明树脂限制配光，因此具有在观察容易产生晕影的管腔状的被摄体时防止晕影的效果。
也可以使配置在光导件的顶端的前方的区域与向切口部侧突出的区域的折射率的关系同光导件的芯与包层的折射率的关系相同。具体而言，也可以使对物光学系统的向切口部侧突出的区域的透明树脂的透射率比配置在光导件的顶端的前方的区域的透明树脂的透射率高。利用该结构，由于在这些配置在光导件的顶端的前方的区域与向切口部侧突出的区域的界面发生反射，因此能够有助于配光的方位差改善。
上述方式的内窥镜装置也可以是，所述顶端罩的至少配置在所述光导件的所述顶端的前方的区域和向所述切口部侧突出的区域由光学玻璃形成，其他的区域由透射率比所述光学玻璃的透射率低的不透明树脂形成。
由于光学玻璃的表面硬度较高，表面不易损伤，因此能够利用该结构进一步提高耐性。
附图标记说明
1、内窥镜装置；5、对物光学系统；5a、顶端部；7、光导件；9、顶端罩；9b、突出部；11、顶端面；11a、有效入射范围；13、切口部；15、遮光部；21、凹部。
Claims (7)
1.一种内窥镜装置，其中，
该内窥镜装置包括：
对物光学系统，其供来自被摄体的光从顶端面入射并在摄像元件的摄像面上成像；
细长的光导件，其与该对物光学系统的侧方相邻地配置，引导来自光源的照明光使其从顶端射出；以及
顶端罩，其在光学上是透明的，配置在覆盖该光导件的所述顶端的位置，
所述对物光学系统的所述顶端面配置在比所述光导件的所述顶端靠前方的位置，
在所述对物光学系统的与所述光导件相邻的侧面的顶端外缘设有切口部，该切口部使该对物光学系统随着从所述光导件的所述顶端朝向前方而形成为顶端较细，
所述顶端罩配置为向所述切口部侧突出。
2.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其中，
该内窥镜装置具有遮光部，该遮光部配置在所述顶端罩与所述切口部之间的交界，遮挡所述照明光。
3.根据权利要求1或2所述的内窥镜装置，其中，
所述切口部形成于在所述摄像面上成像的来自所述被摄体的光穿过的所述顶端面的有效入射范围的外侧。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的内窥镜装置，其中，
所述顶端罩在与所述光导件的所述顶端相对的相对面具有在厚度方向上凹陷的凹部。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的内窥镜装置，其中，
所述顶端罩由透明树脂形成。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的内窥镜装置，其中，
所述顶端罩的至少配置在所述光导件的所述顶端的前方的区域和向所述切口部侧突出的区域由透明树脂形成，其他的区域由透射率比所述透明树脂的透射率低的不透明树脂形成。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的内窥镜装置，其中，
所述顶端罩的至少配置在所述光导件的所述顶端的前方的区域和向所述切口部侧突出的区域由光学玻璃形成，其他的区域由透射率比所述光学玻璃的透射率低的不透明树脂形成。
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