TWI607244B - 顯示裝置 - Google Patents

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TWI607244B
TWI607244B TW104137466A TW104137466A TWI607244B TW I607244 B TWI607244 B TW I607244B TW 104137466 A TW104137466 A TW 104137466A TW 104137466 A TW104137466 A TW 104137466A TW I607244 B TWI607244 B TW I607244B
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黃俊杰
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台達電子工業股份有限公司
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    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
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    • G—PHYSICS
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    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/606—Projection screens characterised by the nature of the surface for relief projection
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/18—Stereoscopic photography by simultaneous viewing
    • G03B35/24—Stereoscopic photography by simultaneous viewing using apertured or refractive resolving means on screens or between screen and eye

Description

顯示裝置
本發明係有關於一種顯示裝置，特別係有關於一種採用立體顯示裝置。
近年來，為了追求更逼真更貼近真實的影像，顯示技術不斷地推陳出新使其貼合觀測者的需求。從初期的平面顯示對於解析度及色彩的追求，至近年的三維顯示裝置更可進一步提供觀測者除了影像以外的立體感受。
立體顯示主要的作用原理為分別饋送左右眼不同的角度的觀看物體的影像，根據人眼的視覺特性，於雙眼分別觀視相同影像內容但是具有不同視差(parallax)的二影像時，觀測者會感覺所視物具有層次感及深度感，以感受到一個三度空間立體影像。
應用上大略可分為需額外搭配眼鏡觀看或是直接裸視兩種方式，近年來更主要的技術發展更以後者為主。再依照饋送的方式不同，再細分為時域多工以及空間多工的方式。
第1圖為習知採用空間多工模式之投影式立體顯示裝置1之示意圖，如圖所示，習知採用空間多工模式之投影式立體顯示裝置1包含背光源11、顯示裝置12以及透鏡陣列13。透鏡陣列13的透鏡14將畫素15’、15”、15'''輸出的像素指 向三個不同的空間位置16’、16”、16'''。以相似的方式，透鏡陣列13的透鏡14’也將畫素15、15”、15'''輸出的像素指向三個不同的空間位置17’、17”、17'''。
第2圖為習知採用時域多工模式之投影式立體影像顯示裝置之示意圖。如圖所示，此顯示裝置2包含一光源21、一偏光鏡23、一旋轉多面鏡25、一面板27以及數個光學元件29。光源21產生一光束，光束先藉由偏光鏡23偏極化，再以旋轉多面鏡25反射至面板27成像，產生類似掃描效果。後續的數個光學元件29在不同的時序中將不同角度的影像投影至不同觀察區域。詳言之，光源21依序在面板27相鄰的視域上產生第一視角影像、第二視角影像、第三視角影像及第四視角影像，但此種投影式立體影像顯示裝置需藉由旋轉多面鏡25旋轉，且多面鏡25的旋轉方式大多採用機械式運轉，此種運轉方式較易因摩擦產生大量噪音。且若遇分割的視角較多，此時，則需提高旋轉多面鏡25的轉速，使得前述缺點將更為顯著。
事實上，無論單獨採用以空間多工模式(spatial multiplex)或時域多工模式(time multiplex)來達到立體顯示效果，均有其美中不足的缺點及待克服之問題。基於此，如何設計出同時具有較低成本、簡化的光學配置及解析度高等優點之立體影像顯示裝置，乃為此業界亟需努力之目標。
本發明係為了欲解決習知技術之問題而提供之一種顯示裝置，包括一投影鏡頭、一菲涅耳透鏡、一角度放大螢幕、一垂直擴散板以及一第一微光偏折板。投影鏡頭提供一初 始影像。該第一微光偏折板夾設於該菲涅耳透鏡與該角度放大螢幕之間，該角度放大螢幕夾設於該第一微光偏折板與該垂直擴散板之間，該初始影像被該第一微光偏折板轉向而成為一第一視角影像以及一第二視角影像，該第一視角影像以及該第二視角影像的視角方向皆不相同。
在一實施例中，該第一微光偏折板包括一第一光偏折區以及一第二光偏折區，該初始影像經過該第一光偏折區以及該第二光偏折區而被轉向成為該第一視角影像以及該第二視角影像。
在一實施例中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一方向為水平方向。
在一實施例中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一方向與一水平方向之間的夾角為45度。
在一實施例中，該顯示裝置更包括第二微光偏折板，其中，該第二微光偏折板夾設於該第一微光偏折板與該角度放大螢幕之間，該第一視角影像被該第二微光偏折板轉向而成為一第一子視角影像以及一第二子視角影像，該第二視角影像被該第二微光偏折板轉向而成為一第三子視角影像以及一第四子視角影像，其中，該第一子視角影像、該第二子視角影像、該第三子視角影像以及該第四子視角影像的視角方向皆不相同。
在一實施例中，該第二微光偏折板包括一第一子光偏折區以及一第二子光偏折區，該第一視角影像經過該第一 子光偏折區以及該第二子光偏折區而被轉向成為該第一子視角影像以及該第二子視角影像，該第二視角影像經過該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區而被轉向成為該第三子視角影像以及該第四子視角影像。
在一實施例中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
在一實施例中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區的光偏折能力為(-2,+2)，該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區的光偏折能力為(-1,+1)。
在一實施例中，該第一光偏折板更包括一第三光偏折區，該第二光偏折板更包括一第三子光偏折區，該第一光偏折區、該第二光偏折區以及該第三光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區以及該第三子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
在一實施例中，該第一光偏折區、該第二光偏折區以及該第三光偏折區的光偏折能力為(-3,0,+3)，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區以及該第三子光偏折區的光偏折能力為(-1,0,+1)。
在一實施例中，該第二光偏折板更包括一第三子光偏折區以及一第四子光偏折區，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏折區、該第二子光 偏折區、該第三子光偏折區以及該第四子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
在一實施例中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區的光偏折能力為(-4,+4)，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區、該第三子光偏折區以及該第四子光偏折區的光偏折能力為(-3,-1,+1,+3)。
本發明亦提供一種顯示裝置，包括一投影鏡頭、一第一微光偏折板以及一第二微光偏折板。投影鏡頭提供一初始影像。該初始影像被該第一微光偏折板轉向而成為一第一視角影像以及一第二視角影像，該第一視角影像以及該第二視角影像的視角方向皆不相同。該第一視角影像被該第二微光偏折板轉向而成為一第一子視角影像以及一第二子視角影像，該第二視角影像被該第二微光偏折板轉向而成為一第三子視角影像以及一第四子視角影像，其中，該第一子視角影像、該第二子視角影像、該第三子視角影像以及該第四子視角影像的視角方向皆不相同。
應用本發明實施例之微光偏折板及其配置方式，可倍數增加顯示裝置的視角影像，藉此提供高解析度的立體影像。特別是，本發明實施例之微光偏折板及其配置方式可搭配應用於時域多工模式(time multiplex)設計之顯示裝置之中，達成空間多工模式(spatial multiplex)與時域多工模式(time multiplex)相整合的效果。
1‧‧‧顯示裝置
11‧‧‧背光源
12‧‧‧顯示裝置
13‧‧‧透鏡陣列
14、14’‧‧‧透鏡
15’、15”、15'''‧‧‧畫素
16’、16”、16'''‧‧‧空間位置
17’、17”、17'''‧‧‧空間位置
2‧‧‧顯示裝置
21‧‧‧光源
23‧‧‧偏光鏡
25‧‧‧旋轉多面鏡
27‧‧‧面板
29‧‧‧光學元件
100‧‧‧顯示裝置
110‧‧‧投影鏡頭
120‧‧‧菲涅耳透鏡
130‧‧‧角度放大螢幕
140‧‧‧垂直擴散板
150、150’‧‧‧第一微光偏折板
151‧‧‧第一光偏折區
152‧‧‧第二光偏折區
153‧‧‧第三光偏折區
161‧‧‧第一子光偏折區
162‧‧‧第二子光偏折區
163‧‧‧第三子光偏折區
164‧‧‧第四子光偏折區
190‧‧‧初始影像
191‧‧‧第一視角影像
192‧‧‧第二視角影像
第1圖係顯示習知採用時間多工模式之投影式立體顯示裝置。
第2圖係顯示另一種習知採用時間多工模式之投影式立體顯示裝置。
第3圖係顯示本發明第一實施例之顯示裝置。
第4A圖係顯示本發明一實施例之第一微光偏折板。
第4B圖係顯示本發明另一實施例之第一微光偏折板。
第4C圖係顯示本發明實施例之第一微光偏折板的設計原理。
第5A圖係顯示本發明一實施例之第一微光偏折板的細部結構。
第5B圖係顯示本發明一實施例之第一微光偏折板的效果。
第5C圖係顯示本發明另一實施例之第一微光偏折板的效果。
第6圖係顯示本發明第二實施例之顯示裝置。
第7圖係顯示本發明第三實施例之顯示裝置。
第8圖係顯示本發明第四實施例之顯示裝置。
參照第3圖，其係顯示本發明第一實施例之顯示裝置100，包括一投影鏡頭110、一菲涅耳透鏡(Fresnel lens)120、一角度放大螢幕130、一垂直擴散板140以及一第一微光偏折板150。投影鏡頭提供一初始影像。該第一微光偏折板150夾設於該菲涅耳透鏡120與該角度放大螢幕130之間，該角度放大螢幕130夾設於該第一微光偏折板150與該垂直擴散板140之間，該 初始影像被該第一微光偏折板150轉向而成為一第一視角影像以及一第二視角影像，該第一視角影像以及該第二視角影像的視角方向皆不相同。
參照第4A、4B圖，第4A圖係顯示本發明一實施例之第一微光偏折板150，在此實施例中，第一微光偏折板150的光偏折能力為(-1,+1)。第4B圖係顯示本發明另一實施例之第一微光偏折板150’，在此實施例中，第一微光偏折板150’的光偏折能力為(-1,0,+1)。參照第4C圖，光偏折能力可以透過以下公式設計而得：
其中，θ1代表右側的銳角角度，θ2代表左側的銳角角度，Wm代表底面的寬度，n代表折射率，Φi代表入射光角度，Φo代表出射光角度。參照第5A、5B以及5C圖，在一實施例中，該第一微光偏折板150包括一第一光偏折區151以及一第二光偏折區152，該初始影像190(包含多個畫素影像)經過該第一光偏折區151以及該第二光偏折區152而被轉向成為該第一視角影像以及該第二視角影像。在此實施例中，該第一光偏折區151以及該第二光偏折區152沿一第一方向排列，該第一方向與一水平方向之間的夾角為45度。在一變化例中，該第一光偏折區151以及該第二光偏折區152沿一第一方向排列，該第一方向為水平方向。參照第5B以及5C圖，其係顯示第5A圖之該第一微光偏折板150的配置效果，其中，基於該第一微光偏折板150的 配置，該初始影像190被轉向而成為一第一視角影像191以及一第二視角影像192。在此實施例中，四分之一的該初始影像190(在此以一個畫素的右上角以及左下角為例)可被遮罩(mask)所阻擋。在此實施例中，垂直方向的轉向效果將由垂直擴散板140所擴散消除。例如，在第5A圖中，第一微光偏折板150的光偏折能力為(-1,+1)，搭配第第5B圖可知，偏折能力+1係指將初始影像190偏折+θ/2(成為第一視角影像191)的能力，偏折能力-1係指將初始影像190偏折-θ/2(成為第二視角影像192)的能力。
應用本發明實施例之微光偏折板及其配置方式，可倍數增加顯示裝置的視角影像，藉此提供高解析度的立體影像。特別是，本發明實施例之微光偏折板及其配置方式可搭配應用於時域多工模式(time multiplex)設計之顯示裝置之中，達成空間多工模式(spatial multiplex)與時域多工模式(time multiplex)相整合的效果。
參照第6圖，其係顯示本發明第二實施例之顯示裝置，其更包括第二微光偏折板160，疊和該第一微光偏折板150，該第二微光偏折板160包括一第一子光偏折區161以及一第二子光偏折區162，該第一視角影像經過該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區而被轉向成為一第一子視角影像以及一第二子視角影像，該第二視角影像經過該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區而被轉向成為一第三子視角影像以及一第四子視角影像。該第一子光偏折區161以及該第二子光偏折區162沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。在一實施例中，該第一光偏折區151以及該第二光 偏折區152的光偏折能力為(-2,+2)，該第一子光偏折區161以及該第二子光偏折區162的光偏折能力為(-1,+1)。因此產生了(-3,-1,+1,+3)的光偏折能力，在上述數列中，每一畫素受到的光偏折能力的差值為2，因此上述設計提供了均勻的光偏折效果。而應用此實施例，視角影像增加為原來的四倍。
參照第7圖，其係顯示本發明第三實施例之顯示裝置，其中，該第一光偏折板150更包括一第三光偏折區153，該第二光偏折板160更包括一第三子光偏折區163，該第一光偏折區151、該第二光偏折區152以及該第三光偏折區153沿一第一方向排列，該第一子光偏折區161、該第二子光偏折區162以及該第三子光偏折區163沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。在一實施例中，該第一光偏折區151、該第二光偏折區152以及該第三光偏折區153的光偏折能力為(-3,0,+3)，該第一子光偏折區161、該第二子光偏折區162以及該第三子光偏折區163的光偏折能力為(-1,0,+1)。因此產生了(-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4)的光偏折能力，在上述數列中，每一畫素受到的光偏折能力的差值為1，因此上述設計提供了均勻的光偏折效果。而應用此實施例，視角影像增加為原來的九倍。
參照第8圖，其係顯示本發明第四實施例之顯示裝置，其中，該第二光偏折板160更包括一第三子光偏折區163以及一第四子光偏折區164，該第一光偏折區151以及該第二光偏折區152沿一第一方向排列，該第一子光偏折區161、該第二子光偏折區162、該第三子光偏折區163以及該第四子光偏折區164沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角 為45度。在一實施例中，該第一光偏折區151以及該第二光偏折區152的光偏折能力為(-4,+4)，該第一子光偏折區161、該第二子光偏折區162、該第三子光偏折區163以及該第四子光偏折區164的光偏折能力為(-3,-1,+1,+3)。因此產生了(-7,-5,-3,-1,+1,+3,+5,+7)的光偏折能力，在上述數列中，每一畫素受到的光偏折能力的差值為2，因此上述設計提供了均勻的光偏折效果。而應用此實施例，視角影像增加為原來的八倍。
雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧顯示裝置
110‧‧‧投影鏡頭
120‧‧‧菲涅耳透鏡
130‧‧‧角度放大螢幕
140‧‧‧垂直擴散板
150‧‧‧第一微光偏折板

Claims (18)

  1. 一種顯示裝置，包括：一投影鏡頭，提供一初始影像；一菲涅耳透鏡；一角度放大螢幕；一垂直擴散板：一第一微光偏折板，其中，該第一微光偏折板夾設於該菲涅耳透鏡與該角度放大螢幕之間，該角度放大螢幕夾設於該第一微光偏折板與該垂直擴散板之間，該初始影像被該第一微光偏折板轉向而成為一第一視角影像以及一第二視角影像，該第一視角影像以及該第二視角影像的視角方向皆不相同，其中，該第一微光偏折板包括一第一光偏折區以及一第二光偏折區，該初始影像經過該第一光偏折區以及該第二光偏折區而被轉向成為該第一視角影像以及該第二視角影像；以及一第二微光偏折板，其中，該第二微光偏折板夾設於該第一微光偏折板與該角度放大螢幕之間，該第一視角影像被該第二微光偏折板轉向而成為一第一子視角影像以及一第二子視角影像，該第二視角影像被該第二微光偏折板轉向而成為一第三子視角影像以及一第四子視角影像，其中，該第一子視角影像、該第二子視角影像、該第三子視角影像以及該第四子視角影像的視角方向皆不相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中，該第一光 偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一方向為水平方向。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一方向與一水平方向之間的夾角為45度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中，該第二微光偏折板包括一第一子光偏折區以及一第二子光偏折區，該第一視角影像經過該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區而被轉向成為該第一子視角影像以及該第二子視角影像，該第二視角影像經過該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區而被轉向成為該第三子視角影像以及該第四子視角影像。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區的光偏折能力為(-2,+2)，該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區的光偏折能力為(-1,+1)。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折板更包括一第三光偏折區，該第二光偏折板更包括一第三子光偏折區，該第一光偏折區、該第二光偏折區以及該第三光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏 折區、該第二子光偏折區以及該第三子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區、該第二光偏折區以及該第三光偏折區的光偏折能力為(-3,0,+3)，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區以及該第三子光偏折區的光偏折能力為(-1,0,+1)。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之顯示裝置，其中，該第二光偏折板更包括一第三子光偏折區以及一第四子光偏折區，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區、該第三子光偏折區以及該第四子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區的光偏折能力為(-4,+4)，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區、該第三子光偏折區以及該第四子光偏折區的光偏折能力為(-3,-1,+1,+3)。
  11. 一種顯示裝置，包括：一投影鏡頭，提供一初始影像；一第一微光偏折板，其中，該初始影像被該第一微光偏折板轉向而成為一第一視角影像以及一第二視角影像，該第一視角影像以及該第二視角影像的視角方向皆不相同；以及 一第二微光偏折板，其中，該第一視角影像被該第二微光偏折板轉向而成為一第一子視角影像以及一第二子視角影像，該第二視角影像被該第二微光偏折板轉向而成為一第三子視角影像以及一第四子視角影像，其中，該第一子視角影像、該第二子視角影像、該第三子視角影像以及該第四子視角影像的視角方向皆不相同。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中，該第一微光偏折板包括一第一光偏折區以及一第二光偏折區，該初始影像經過該第一光偏折區以及該第二光偏折區而被轉向成為該第一視角影像以及該第二視角影像，該第二微光偏折板包括一第一子光偏折區以及一第二子光偏折區，該第一視角影像經過該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區而被轉向成為該第一子視角影像以及該第二子視角影像，該第二視角影像經過該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區而被轉向成為該第三子視角影像以及該第四子視角影像。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區的光偏折能力為(-2,+2)，該第一子光偏折區以及該第二子光偏折區的光偏折能力為(-1,+1)。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折板更包括一第三光偏折區，該第二光偏折板更包括一第三子光偏折區，該第一光偏折區、該第二光偏折區以及該第三光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區以及該第三子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區、該第二光偏折區以及該第三光偏折區的光偏折能力為(-3,0,+3)，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區以及該第三子光偏折區的光偏折能力為(-1,0,+1)。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之顯示裝置，其中，該第二光偏折板更包括一第三子光偏折區以及一第四子光偏折區，該第一光偏折區以及該第二光偏折區沿一第一方向排列，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區、該第三子光偏折區以及該第四子光偏折區沿一第二方向排列，該第一方向與該第二方向之間的夾角為45度。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之顯示裝置，其中，該第一光偏折區以及該第二光偏折區的光偏折能力為(-4,+4)，該第一子光偏折區、該第二子光偏折區、該第三子光偏折區以及該第四子光偏折區的光偏折能力為(-3,-1,+1,+3)。
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