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    • 专利摘要:
    EinBeleuchtungssystem füreinen Projektor verfügt über einenLichtleiter und ein Lichtpfad-Schaltbauteil mit einem Lichtempfangsabschnitt,wobei der Lichtleiter im Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und demLichtpfad-Schaltbauteil angeordnet ist. Eine Stirnfläche desLichtleiters verfügt über Parallelogrammform,deren zwei benachbarte Innenwinkel voneinander verschieden sind,so dass durch die Lichtstrahlen, die unter einem Achsversatzwinkelauf das Lichtpfad-Schaltbauteil fallen, ein Projektionsmuster erzeugtwird, und wobei der Lichtempfangsabschnitt im Wesentlichen dieselbeForm aufweist und sie im Wesentlichen zusammenfallen.
    公开号:DE102004026129A1
    申请号:DE200410026129
    申请日:2004-05-28
    公开日:2005-04-07
    发明作者:Sean Chang
    申请人:Delta Electronics Inc；
    IPC主号:G02B6-02
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für einen Projektor, und speziellerbetrifft sie ein Beleuchtungssystem zum effektiven Verbessern der Beleuchtungseffizienz.
    [0002] Heutzutagenutzen die meisten existierenden optischen Projektionsdisplays einBeleuchtungssystem mit einem Lichtpfad-Schaltbauteil aus mehreren relativ kleinenElementen, von denen jedes dazu verwendet wird, den Lichtpfad individuellzu schalten. Nach der Modulation durch die Schaltelemente werdendie aus einer Lichtquelle austretenden Lichtstrahlen durch eineProjektionslinse auf eine Projektionsfläche projiziert.
    [0003] AlsBeispiel eines Lichtpfad-Schaltbauteils besteht das von Texas Instruments(TI) hergestellte Digital Micromirror Device (DMD = digitales Mikrospiegelbauteil)aus Tausenden von Mikrospiegeln. Die Mikrospiegel der DMD-Tafelsind an winzigen Scharnieren montiert, die es ihnen ermöglichen,entweder zur Lichtquelle (EIN-Zustand) oder von hier weg (AUS-Zustand)zu kippen, um so auf der Projektionsfläche ein helles oder ein dunklesPixel zu erzeugen.
    [0004] Die 1 ist eine schematischeAnsicht eines herkömmlichenProjektionssystems 100 mit einem Lichtpfad-Schaltbauteil 102,wobei der Lichtpfad fürdas im EIN-Zustand laufende Licht dargestellt ist.
    [0005] Wiees in der 1 dargestelltist, werden von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) emittierte LichtstrahlenI durch die Mikrospiegel 102a des Lichtpfad-Schaltbauteils 102 reflektiert,und sie durchlaufen dann einen Prismensatz 104 für interneTotalreflexion (TIR = total internal reflection), und schließlich tretensie in eine Projektionslinse 106 ein. Hierbei wird derTIR-Prismensatz 104, obwohl er funktionsmäßig so zuverstehen ist, dass er aus zwei Teilen besteht, der Einfachheithalber als einstückigerGegenstand bezeichnet.
    [0006] Typischerweisewird fürein Projektionssystem eine mit der achskonforme Projektion verwendet, umfür angemesseneErkennbarkeit eines projizierten Musters zu sorgen. In diesem Fallmüssenan den Mikrospiegeln 102a reflektierte Lichtstrahlen ineiner Richtung parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer optischenNichtreflexionsachse der Projektionslinse 106 in dieseeintreten. Um diese Forderung zu erfüllen, müssen die einfallenden LichtstrahlenI, nachdem sie durch den TIR-Prismensatz 104 reflektiertwurden, einen vorbestimmten Kippwinkel Θ, d.h. einen Achsversatzwinkel,in Bezug auf die Normale auf der Fläche des Lichtpfad-Schaltbauteils 102 einhalten,wenn sie die Mikrospiegel 102a erreichen. Anders gesagt,ist es erforderlich, in jedem die Mikrospiegel 102a enthaltendenProjektionssystem fürdas Lichtpfad-Schaltbauteil 102 eine gegenüber derAchse versetzte Projektion auszuführen, um für die Projektionslinse 106 eineProjektion auf der Achse zu erzielen.
    [0007] Die 2A ist eine schematischeAnsicht, die ein herkömmlichesBeleuchtungssystem 110 zeigt, bei dem die Lichtstrahlenunter einem Achsversatzwinkel Θ aufdas Lichtpfad-Schaltbauteil 102 fallen.Die 2B ist eine schematischeAnsicht, die eine Stirnflächedes Lichtleiters 114, ein durch die Achsversatz-Projektionerzeugtes Projektionsmuster sowie einen Lichtempfangsabschnitt desLichtpfad-Schaltbauteils 102 zeigt.
    [0008] Essei darauf hingewiesen, dass nachfolgend der Begriff "Stirnfläche" des Lichtleitersnur den Lichttransmissionsabschnitt des Lichtleiters bezeichnet,der an einem Ende desselben geschnitten wird, und dass der Lichtempfangsabschnitt,der aus diesen Mikrospiegeln besteht, über die gesamte Fläche desLichtpfad-Schaltbauteils 102 verteilt ist.
    [0009] Wiees in der 2A dargestelltist, werden von einer Lichtquelle 112 emittierte Lichtstrahlenauf den Lichtleiter 114 fokussiert, der über interneReflexionswändeverfügt,an denen eine interne Totalreflexion wiederholt auftritt. Dann werdendie Lichtstrahlen von einem Ende des Lichtleiters 114 alsgleichmäßige Beleuchtungemittiert, und sie fallen ferner auf das Lichtpfad-Schaltbauteil 102,nachdem sie die Zwischenlinse 116 durchlaufen haben.
    [0010] Jedochzeigt sich bei einem derartigen Beleuchtungssystem ein wesentlicherNachteil, da die Lichtstrahlen unter einem Achsversatzwinkel Θ auf dasLichtpfad-Schaltbauteil 102 fallen. Gemäß der 2B unterliegt, wenn die von einem Endedes Lichtleiters 114 (Schnitt A-A) emittierten Lichtstrahlen miteinem Achsversatzwinkel Θ aufdas Lichtpfad-Schaltbauteil fallen, das Projektionsmuster (gestrichelteLinie im Schnitt B-B) einer Streckungsverformung, und so stimmtseine Form nicht mit dem Lichtempfangsabschnitt (schraffierte Linieim Schnitt B-B) überein.Typischerweise ist die Endflächedes Lichtleiters 114 so konzipiert, dass sie in Erwartung einesrechteckigen Projektionsmusters, das mit dem rechteckigen Lichtpfad-Schaltbauteil 102 übereinstimmt,Rechteckform aufweist, wie es in der 2B dargestelltist. Jedoch ist die tatsächlicheForm des Projektionsmus ters, wegen der durch die erforderliche Achsversatz-Projektionhervorgerufenen Streckungsverformung, ein Parallelogramm, wobeiseine zwei benachbarten Winkel voneinander verschieden sind, statteines Rechtecks. Demgemäß wird eingroßerTeil der projizierten Lichtstrahlen nicht vom Lichtpfad-Schaltbauteil 102 empfangen,was die Beleuchtungseffizienz beträchtlich verringert.
    [0011] Esist eine Aufgabe der Erfindung, ein Beleuchtungssystem für einenProjektor zu schaffen, das gewährleistenkann, dass im Wesentlichen alle einfallenden Lichtstrahlen in dasLichtpfad-Schaltbauteil eintreten, um die Beleuchtungseffizienzzu verbessern.
    [0012] Gemäß der Erfindungverfügtdas Beleuchtungssystem übereinen Lichtleiter und ein Lichtpfad-Schaltbauteil mit einem rechteckigenLichtempfangsabschnitt, und der Lichtleiter ist im Lichtpfad zwischender Lichtquelle und dem Lichtpfad-Schaltbauteil angeordnet. Eine Endfläche desLichtleiters verfügt über Parallelogrammform,wobei seine zwei benachbarten Innenwinkel voneinander verschieden sind.
    [0013] Aufgrunddes Designs der Erfindung wird, wenn von der Endfläche emittierteLichtstrahlen auf das Lichtpfad-Schaltbauteil fallen, um auf demLichtempfangsabschnitt ein Projektionsmuster zu erzeugen, eine Streckungsverformungaufgrund der Achsversatz-Projektion durch eine modifizierte Formder Stirnflächeaufgehoben, und so stimmt das Projektionsmuster im Wesentlichenmit dem Lichtempfangsabschnitt des Lichtpfad-Schaltbauteils überein.Demgemäß werdenim Wesentlichen alle Lichtstrahlen vom Projektion empfangen, sodass die Beleuchtungseffizienz verbessert ist.
    [0014] 1 ist eine schematischeAnsicht eines herkömmlichenBeleuchtungssystems mit einem Lichtpfad-Schaltbauteil, wobei derLichtpfad fürdas im "EIN-"Zustand laufendeLicht dargestellt ist.
    [0015] 2A ist eine schematischeAnsicht, die ein herkömmlichesBeleuchtungssystem zeigt, bei dem Lichtstrahlen unter einem Achsversatzwinkel Θ auf dasLichtpfad-Schaltbauteil fallen.
    [0016] 2B ist eine schematischeAnsicht, die eine Stirnflächedes Lichtleiters, ein durch die Achsversatz-Projektion erzeugtesProjektionsmuster sowie einen Lichtempfangsabschnitt des Lichtpfad-Schaltbauteilszeigt.
    [0017] 3 ist eine schematischeAnsicht, die ein Beleuchtungssystem für einen Projektor gemäß einer Ausführungsformder Erfindung zeigt.
    [0018] 4A ist eine schematischeAnsicht, die eine Stirnflächedes herkömmlichenLichtleiters und das durch die Achsversatz-Projektion erzeugte Projektionsmusterzeigt.
    [0019] 4B ist eine schematischeAnsicht, die eine Stirnflächedes Lichtleiters und das durch die Achsversatz-Projektion gemäß der Erfindungerzeugte Projektionsmuster zeigt.
    [0020] 5 ist eine schematischeAnsicht, die ein Beleuchtungssystem gemäß einer anderen Ausführungsformder Erfindung zeigt.
    [0021] Die 3 ist eine schematischeAnsicht, die ein Beleuch tungssystem 10 für einenProjektor gemäß einerAusführungsformder Erfindung zeigt. Gemäß der 3 verfügt das Beleuchtungssystem 10 über eineLichtquelle 12, einen Lichtleiter 14, eine Zwischeneinrichtung 16 undein Lichtpfad-Schaltbauteil 12,das mit einer großenAnzahl von Lichtpfad-Schaltelementen 20a anihm versehen ist.
    [0022] EinLichtkollektor wie ein Ellipsoidreflektor 24 kann so angeordnetsein, dass er die Lichtquelle 12 teilweise umgibt, um dievon ihr emittierten Lichtstrahlen zum Lichtleiter 14 zufokussieren. Die Zwischeneinrichtung 16 wird dazu verwendet,die Lichtstrahlen vom Lichtleiter 14 entlang einem speziellen Wegzum Lichtpfad-Schaltbauteil 20 zu leiten. Z.B. kann dieZwischeneinrichtung 16 übereine optische Reflexionskomponente wie einen Prismensatz 26 mit internerTotalreflexion (TIR) und eine Zwischenlinse 28 verfügen. DerTIR-Prismensatz 26 besteht typischerweise aus zwei Unterprismen,die mit einem zwischen sie eingefügten Luftspalt aneinander befestigtsind. Die Lichtstrahlen vom Lichtleiter 14 werden durchden TIR-Prismensatz 26, in dem interne Totalreflexion auftritt,zum Lichtpfad-Schaltbauteil 20 umgelenkt.
    [0023] DasLichtpfad-Schaltbauteil 20 verfügt über eine große Anzahlvon Lichtpfad-Schaltelementen 20a, die zusammengefasstsind, um an ihm einen Lichtempfangsabschnitt auszubilden. Jedesder Schaltelemente 20a wird unabhängig gesteuert, damit das einfallendeLicht ferner in die Projektionsvorrichtung 22 einfallenkann oder nicht. Das Lichtpfad-Schaltbauteil 20 kann z.B.ein digitales Mikrospiegelbauteil (DMD) oder ein reflektierenderFlüssigkristallauf Silicium (LCOS = liquid crystal on silicon) sein. Während desBetriebs fallen die Lichtstrahlen unter einem vorbestimmten Kippwinkel,d.h. dem oben genannten Achsversatzwinkel Θ, in Bezug auf die Normaleauf der Flächedes Lichtpfad-Schaltbauteils 20 auf die Lichtpfad-Schaltelemente 20a.
    [0024] DerLichtleiter 14, der hohl ist, mit internen Reflexionswänden, andenen sukzessive interne Totalreflexion auftritt, empfängt dieLichtstrahlen von der Lichtquelle 12, und er gibt sie unterdem Achsversatzwinkel Θ alsgleichmäßig verteilteLichtstrahlen an die Lichtpfad-Schaltelemente 20a des Lichtpfad-Schaltbauteils 20 aus.
    [0025] Wenndie von einer Stirnflächedes Lichtleiters 14 emittierten Lichtstrahlen auf dem Lichtpfad-Schaltbauteil 20 einProjektionsmuster bilden, unterliegt das tatsächliche Projektionsmuster,im Vergleich mit dem Erwarteten, aufgrund der erforderlichen Achsversatz-Projektioneiner Streckungsverformung.
    [0026] Umderartige Probleme zu lösen,wird gemäß der Erfindungein neues Design vorgeschlagen. Kurz gesagt, wird die Form der Stirnfläche desLichtleiters 14 auf solche Weise konzipiert, dass die Streckungsverformungdes Projektionsmusters so aufgehoben wird, dass das Projektionsmusterund der Lichtempfangsabschnitt im Wesentlichen dieselbe Form habenund sie im Wesentlichen zusammenfallen.
    [0027] Die 4A und 4B sind schematische Diagramme, die denUnterschied zwischen dem herkömmlichenLichtleiter 114 und dem Lichtleiter 14 gemäß der Erfindungzeigen. Bei dieser Ausführungsformist der Achsversatzwinkel Θ auf24° eingestellt, unddie Lichtpfad-Schaltelemente, die das Lichtpfad-Schaltbauteil mit rechteckiger Formaufbauen, sind überdie gesamte Flächeder Lichtpfad-Schaltbauteile 20 bzw. 102 verteilt.
    [0028] Gemäß der 4A ist die Form der Stirnfläche 30 desLichtleiters 114 ein Rechteck mit Innenwinkeln α und β, die beide 90° entsprechen,und das auf den Lichtpfad-Schaltbauteilen 102 erzeugteProjektionsmuster 32 unterliegt einer Streckungsverformungaufgrund der Achsversatz-Projektion, so dass die Form des Projektionsmusters 32 einParallelogramm mit einem Innenwinkel α' von 88° und einem benachbarten Innenwinkel β' von 92° ist. Daherfällt dieForm des verformten Projektionsmusters 32 nicht mit demrechteckigen Lichtempfangsabschnitt des Lichtpfad-Schaltbauteils 102 zusammen.Im Ergebnis tritt ein großerAnteil der Lichtstrahlen nicht in das Lichtpfad-Schaltbauteil 102 ein,wodurch die Beleuchtungseffizienz verringert ist.
    [0029] Gemäß der 4B ist, gemäß der Erfindung,die Stirnfläche 30 desLichtleiters 114 auf die Stirnfläche 30' des Lichtleiters 14 geändert, wasdadurch erhalten wird, dass der Innenwinkel α (= 90°) durch den Innenwinkel β' (= 92°) und β (= 90°) durch α' (= 88°) ersetztwerden. D.h., dass die Form der Stirnfläche 30' als Parallelogramm mit zwei benachbarten,voneinander verschiedenen Innenwinkeln spezifiziert ist, wobei dieseInnenwinkel abhängig vonder Form des Lichtempfangsabschnitts des Lichtpfad-Schaltbauteils 20 eingestelltsind. Anders gesagt, wird, da das Projektionsmuster 32 imVergleich zum Lichtempfangsabschnitt des Lichtpfad-Schaltbauteils 102 ineiner Richtung verlängert ist,die Stirnfläche 30' des Leiters 14 inumgekehrter Weise so vormodifiziert, dass seine Abmessung in derselbenRichtung von der LängeD auf eine Länge dverringert ist; d.h., dass die Längeeiner Diagonale der Stirnfläche 30' von der deranderen verschieden ist. Im Ergebnis können von der modifiziertenStirnfläche 30' emittierteLichtstrahlen ein Projektionsmuster 32' bilden, das im Wesentlichen mitdem Lichtpfad-Schaltbauteil 20 übereinstimmt,und sie haben im Wesentlichen dieselbe Form. Demgemäß werden imWesentlichen alle projizierten Lichtstrahlen vom Lichtpfad-Schaltbauteil 20 empfangen,wodurch die Beleuchtungseffizienz verbessert ist.
    [0030] Wiees in der 5 dargestelltist, durchlaufen die Lichtstrahlen, nachdem sie von der Endfläche desLichtleiters 14 emittiert wurden, die Zwischenlinse 28,und sie treten in den TIR-Prismensatz 26 ein, wo an derGrenzflächezwischen dem Prisma und einem Luftspalt interne Totalreflexion auftritt.Dann fallen die reflektierten Lichtstrahlen auf gegenüber der Achseversetzte Weise auf das Lichtpfad-Schaltbauteil 20. Aufgrunddes Designs der Erfindung kann, da die Stirnfläche des Lichtleiters vorabmodifiziert ist, die Streckungsverformung des Projektionsmusters aufgrundder Achsversatz-Projektion beinahe ganz eliminiert werden.
    [0031] Auchkann, da die Streckungsverformung des Projektionsmusters ausgeprägter wird,wenn der Achsversatzwinkel Θ größer wird,das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem über einenweiteren Schritt verfügen,gemäß dem derEinfallswinkel der Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Lichtpfad-Schaltbauteils 20 eingestelltwird, um die Form des Projektionsmusters 32' zu modifizieren.
    [0032] Fernerbesteht keine Einschränkungfür die Artdes Modifizierens der Stirnflächedes Lichtleiters. Z.B. kann die Form der Stirnfläche während der Herstellung der Lichtführung spezifiziertwerden, oder alternativ kann ein zusätzliches Formkorrekturelement 34 ander Stirnflächebefestigt werden, wie es in der 5 dargestelltist.
    [0033] Während dieErfindung beispielhaft und anhand bevorzugter Ausführungsformenbeschrieben wurde, ist es zu beachten, dass sie nicht auf die offenbartenAusführungsformenbeschränktist. Vielmehr soll sie verschiedene Modifizierungen abdecken. Dahersoll dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche dieweitestgehende Interpretation gewährt werden, um alle derartigenModifizierungen zu umfassen.
    权利要求:
    Claims (16)
    [1] Beleuchtungssystem für einen Projektor, mit: – einemLichtpfad-Schaltbauteil mit einem Lichtempfangsabschnitt mit rechteckigerForm zum Empfangen von von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen;und – einemLichtleiter, der im Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem Lichtpfad-Schaltbauteilangeordnet ist; – wobeidurch die Lichtstrahlen, die unter einem Achsversatzwinkel auf dasLichtpfad-Schaltbauteil fallen, ein Projektionsmuster erzeugt wird,und wobei eine Stirnflächedes Lichtleiters Parallelogrammform aufweist, deren zwei benachbarteInnenwinkel voneinander verschieden sind, so dass der Lichtempfangsabschnittund das Projektionsmuster im Wesentlichen dieselbe Form aufweisenund sie im Wesentlichen zusammenfallen.
    [2] Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, ferner mit mindestenseiner Zwischenlinse, die im Lichtpfad zwischen dem Lichtleiter unddem Lichtpfad-Schaltbauteil angeordnet ist.
    [3] Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, ferner mit eineroptischen Reflexionskomponente zum Lenken der Lichtstrahlen vomLichtleiter zum Lichtpfad-Schaltbauteil.
    [4] Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, bei dem die optischeReflexionskomponente ein Prismensatz mit interner Totalreflexion(TIR) ist.
    [5] Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, ferner mit einemEllipsoidreflektor um die Lichtquelle zum Fokussieren der Lichtstrahlenvon dieser zum Lichtleiter.
    [6] Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Lichtpfad-Schaltbauteilein Bauteil mit digital steuerbaren Mikrospiegeln (DMD) oder einreflektiver Flüssigkristallauf Silicium (LCOS) ist.
    [7] Beleuchtungssystem für einen Projektor, mit: – einemLichtpfad-Schaltbauteil mit einem Lichtempfangsabschnitt mit rechteckigerForm zum Empfangen von von einer Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen;und – einemLichtleiter, der im Lichtpfad zwischen der Lichtquelle und dem Lichtpfad-Schaltbauteilangeordnet ist; – wobeidurch die Lichtstrahlen, die unter einem Achsversatzwinkel auf dasLichtpfad-Schaltbauteil fallen, ein Projektionsmuster erzeugt wird,und wobei eine Stirnflächedes Lichtleiters Parallelogrammform aufweist mit Diagonalen, derenLängenvoneinander verschieden sind, so dass der Lichtempfangsabschnittund das Projektionsmuster im Wesentlichen dieselbe Form aufweisenund sie im Wesentlichen zusammenfallen.
    [8] Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, ferner mit mindestenseiner Zwischenlinse, die im Lichtpfad zwischen dem Lichtleiter unddem Lichtpfad-Schaltbauteil angeordnet ist.
    [9] Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, ferner mit eineroptischen Reflexionskomponente zum Lenken der Lichtstrahlen vomLichtleiter zum Lichtpfad-Schaltbauteil.
    [10] Beleuchtungssystem nach Anspruch 9, bei dem dieoptische Reflexionskomponente ein TIR-Prismensatz ist.
    [11] Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, ferner mit einemEllipsoidreflektor um die Lichtquelle zum Fokussieren der Lichtstrahlenvon dieser zum Lichtleiter.
    [12] Beleuchtungssystem nach Anspruch 7, bei dem dasLichtpfad-Schaltbauteil ein Bauteil mit digital steuerbaren Mikrospiegelnoder ein reflektiver Flüssigkristallauf Silicium ist.
    [13] Beleuchtungsverfahren eines Beleuchtungssystems,mit den folgenden Schritten: – Anordnen eines Lichtleitersin einem Lichtpfad zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtpfad-Schaltbauteilmit einem Lichtempfangsabschnitt; – Erzeugen eines Projektionsmustersdurch Führen vonaus der Lichtquelle austretenden Lichtstrahlen in solcher Weise,dass sie durch eine Stirnflächedes Lichtleiters treten und unter einem Achsversatzwinkel auf dasLichtpfad-Schaltbauteil fallen, wobei das Projektionsmuster einerStreckungsverformung unterliegt; und – Modifizieren der Form derStirnflächedes Lichtleiters, um die Streckungsverformung zu beseitigen.
    [14] Beleuchtungsverfahren nach Anspruch 13, bei demder Lichtempfangsabschnitt Rechteckform aufweist und die Form derStirnflächezu einem Parallelogramm modifiziert ist, dessen zwei benachbarte Innenwinkelvoneinander verschieden sind.
    [15] Beleuchtungsverfahren nach Anspruch 13, ferner mitdem Schritt des Modifizierens der Form des Projektionsmusters durchEinstellen des Einfallswinkels der Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Lichtpfad-Schaltbauteils.
    [16] Beleuchtungsverfahren nach Anspruch 13, bei demdie Form der Stirnflächedes Lichtleiters dadurch modifiziert wird, dass ein Formkorrekturelementan seinem Ende angebracht wird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-04-07| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2009-09-10| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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