CN111880296A - 一种大范围变焦镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大范围变焦镜头,包括:沿着光轴从物侧至像侧依次排列的具有负焦距的第一透镜、具有正焦距的第二透镜、具有正焦距的第三透镜、具有负焦距的第四透镜、具有负焦距的第五透镜、具有正焦距的第六透镜、光阑、具有正焦距的第七透镜、具有正焦距的第八透镜、具有负焦距的第九透镜、具有正焦距的第十透镜、具有正焦距的第十一透镜、具有负焦距的第十二透镜、具有负焦距的第十三透镜、具有正焦距的第十四透镜、保护玻璃,本发明有效的降低了变焦镜头的畸变,提高了摄像的效果,本专利的变焦镜头兼顾变焦、变光圈、低畸变、和高分辨率特点,以满足市场的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种大范围变焦镜头。
背景技术
变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角,不同大小的影象和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下,可以通过变动焦距来改变拍摄范围,因此非常有利于画面构图。
变焦镜头最大的特点,或者说它最大的价值,还是在于它实现了镜头焦距可按摄影者意愿变换的功能。与固定焦距镜头不同,变焦距镜头并不是依靠快速更换镜头来实现镜头焦距变换的,而是通过推拉或旋转镜头的变焦环来实现镜头焦距变换的,在镜头变焦范围内,焦距可无级变换,即变焦范围内的任何焦距都能用来摄影,这就为实现构图的多样化创造了条件。
变焦距镜头自身的任何一级焦距与别的相同焦距的固定焦距镜头功能是一样的。但变焦距镜头不限制摄影者使用哪一级焦距,因而在使用操作上要便利灵活得多。它省却了外出拍摄时需携带和更换多只不同焦距镜头的麻烦。甚至在临按照相机快门前,摄影者还能通过变换镜头焦距对被摄体进行取舍,对画面进行剪裁,以期在拍摄前把画面构图安排得更为理想。变焦距镜头变换焦距的快捷程度,是固定焦距镜头通过更换镜头变换焦距无法相比的。现有的变焦距镜头容易发生畸变,存在画面不清晰,分辨率低、光圈值较小的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有产品中的不足,提供一种大范围变焦镜头。
为了达到上述目的,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种大范围变焦镜头,包括:沿着光轴从物侧至像侧依次排列的具有负焦距的第一透镜、具有正焦距的第二透镜、具有正焦距的第三透镜、具有负焦距的第四透镜、具有负焦距的第五透镜、具有正焦距的第六透镜、光阑、具有正焦距的第七透镜、具有正焦距的第八透镜、具有负焦距的第九透镜、具有正焦距的第十透镜、具有正焦距的第十一透镜、具有负焦距的第十二透镜、具有负焦距的第十三透镜、具有正焦距的第十四透镜、保护玻璃,所述第一透镜、第二透镜和第三透镜组成第一透镜组,所述第四透镜、第五透镜和第六透镜组成第二透镜组,所述光阑、第七透镜、第八透镜和第九透镜组成第三透镜组,所述第十透镜、第十一透镜和第十二透镜组成第四透镜组,所述第十三透镜和第十四透镜组成第五透镜组。
作为优选,第一透镜、第二透镜、第五透镜、第六透镜、第八透镜、第九透镜、第十一透镜、第十二透镜都为胶合组合镜片。
作为优选,第一透镜、第二透镜和第三透镜的朝向物侧一面都为凸面的透镜。
作为优选,第一透镜的焦距f1的范围为-85.2<f1<-61.2,所述第五透镜的焦距f5和第四透镜的焦距f4的比值的范围为0.75<f5/f4<1.88。
作为优选,第七透镜的焦距f7和第九透镜的焦距f9的比值的范围为-3.15<f7/f9<-1.17,所述第十一透镜的焦距f11的范围为12.8<f11<16.4,所述第十三透镜的焦距f13和第十四透镜的焦距f14的比值的范围为-2.15<f13/f14<-0.67。
作为优选,第一透镜组的焦距f(G1)的范围为50.6<f(G1)<65.9,所述第二透镜组的焦距f(G2)的范围为-23.4<f(G2)<-8.6,所述第三透镜组的焦距f(G3)的范围为13.8<f(G3)<35.9,所述第四透镜组的焦距f(G4)和第五透镜组的焦距f(G5)的比值的范围为:1.49<f(G5)/f(G4)<3.07。
作为优选,第一透镜的折射率nd1和色散系数vd1满足:1.56<nd1<1.81,25<vd1<48;所述第二透镜的折射率nd2和色散系数vd2满足:nd2<1.55,vd2>60;所述第四透镜的折射率nd4和色散系数vd4满足:1.56<nd4<1.81,37<vd4<56。
作为优选,第六透镜的折射率nd6和色散系数vd6满足:nd6>1.95,vd6<34;所述第七透镜的折射率nd7和色散系数vd7满足:1.45<nd7<1.66,57<vd7<75;所述第九透镜的折射率nd9和色散系数vd9满足:1.77<nd9<1.85,vd9<44;所述第十二透镜的折射率nd12和色散系数vd12满足:nd12>1.80,vd12<35;所述光学镜头第十三透镜的折射率nd13和色散系数vd13满足:1.50<nd13<1.65,58<vd13<66。
作为优选,大范围变焦镜头的焦距f满足:6.25≤f≤52.5。
本发明的有益效果如下:本发明通过调节第二透镜组的移动位置从而达到改变焦距的功能,调节第四透镜组的移动位置来补偿对焦从而获得清晰画面,通过调节光阑的大小改变光圈的大小,从而调节画面的亮度,通过合理的使用每个透镜及限定每个透镜的光焦度,有效的降低了变焦镜头的畸变,提高了摄像的效果,本专利的变焦镜头兼顾变焦、变光圈、低畸变、和高分辨率特点,以满足市场的需求。
附图说明
图1为本发明实施例1的变焦镜头焦距f为6.25mm的变焦镜头结构图;
图2为本发明实施例1的变焦镜头焦距f为6.25mmMTF解析图;
图3为本发明实施例1的变焦镜头焦距f为6.25mm的Spot图;
图4为本发明实施例1的变焦镜头焦距f为6.25mm的场曲图;
图5为本发明实施例1的变焦镜头焦距f为6.25mm的光学畸变图;
图6为本发明实施例1的变焦镜头焦距f为6.25mm的离焦曲线图;
图7为本发明实施例2的变焦镜头焦距f为52.5mm的变焦镜头结构图;
图8为本发明实施例2的变焦镜头焦距f为52.5mmMTF解析图;
图9为本发明实施例2的变焦镜头焦距f为52.5mm的Spot图;
图10为本发明实施例2的变焦镜头焦距f为52.5mm的场曲图;
图11为本发明实施例2的变焦镜头焦距f为52.5mm的光学畸变图;
图12为本发明实施例2的变焦镜头焦距f为52.5mm的离焦曲线图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明:
实施例1:
如图1所示,一种大范围变焦镜头,包括:沿着光轴从物侧至像侧依次排列的具有负焦距的第一透镜E1、具有正焦距的第二透镜E2、具有正焦距的第三透镜E3、具有负焦距的第四透镜E4、具有负焦距的第五透镜E5、具有正焦距的第六透镜E6、光阑STO、具有正焦距的第七透镜E7、具有正焦距的第八透镜E8、具有负焦距的第九透镜E9、具有正焦距的第十透镜E10、具有正焦距的第十一透镜E11、具有负焦距的第十二透镜E12、具有负焦距的第十三透镜E13、具有正焦距的第十四透镜E14、保护玻璃B,所述第一透镜E1、第二透镜E2和第三透镜E3组成第一透镜组G1,所述第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6组成第二透镜组G2,所述光阑STO、第七透镜E7、第八透镜E8和第九透镜E9组成第三透镜组G3,所述第十透镜E10、第十一透镜E11和第十二透镜E12组成第四透镜组G4,所述第十三透镜E13和第十四透镜E14组成第五透镜组G5。
如图1所示,第一透镜E1、第二透镜E2、第五透镜E5、第六透镜E6、第八透镜E8、第九透镜E9、第十一透镜E11、第十二透镜E12都为胶合组合镜片,所述第一透镜E1、第二透镜E2和第三透镜E3的朝向物侧一面都为凸面的透镜,第一透镜E1的焦距f1的范围为-85.2<f1<-61.2,所述第五透镜E5的焦距f5和第四透镜E4的焦距f4的比值的范围为0.75<f5/f4<1.88,第七透镜E7的焦距f7和第九透镜E9的焦距f9的比值的范围为-3.15<f7/f9<-1.17,所述第十一透镜E11的焦距f11的范围为12.8<f11<16.4,所述第十三透镜E13的焦距f13和第十四透镜E14的焦距f14的比值的范围为-2.15<f13/f14<-0.67。
如图1所示,第一透镜组G1的焦距f(G1)的范围为50.6<f(G1)<65.9,所述第二透镜组G2的焦距f(G2)的范围为-23.4<f(G2)<-8.6,所述第三透镜组G3的焦距f(G3)的范围为13.8<f(G3)<35.9,所述第四透镜组G4的焦距f(G4)和第五透镜组G5的焦距f(G5)的比值的范围为:1.49<f(G5)/f(G4)<3.07,第一透镜E1的折射率nd1和色散系数vd1满足:1.56<nd1<1.81,25<vd1<48;所述第二透镜E2的折射率nd2和色散系数vd2满足:nd2<1.55,vd2>60;所述第四透镜E4的折射率nd4和色散系数vd4满足:1.56<nd4<1.81,37<vd4<56,所述第六透镜E6的折射率nd6和色散系数vd6满足:nd6>1.95,vd6<34;所述第七透镜E7的折射率nd7和色散系数vd7满足:1.45<nd7<1.66,57<vd7<75;所述第九透镜E9的折射率nd9和色散系数vd9满足:1.77<nd9<1.85,vd9<44;所述第十二透镜E12的折射率nd12和色散系数vd12满足:nd12>1.80,vd12<35;所述光学镜头第十三透镜E13的折射率nd13和色散系数vd13满足:1.50<nd13<1.65,58<vd13<66。大范围变焦镜头的焦距f为6.25mm。
大范围变焦镜头的焦距f=6.25mm,FNO=1.9,镜头总长TTL=90mm,全视场像高6.9mm。大范围变焦镜头的各项参数依次列于表1和表2中:其中Surf为表面编号,Type为表面类型,Radius为曲率半径,Thickness为透镜厚度,Index为折射率,ABB为色散系数,EFL-E为焦距。
表1
Surf1、Surf2对应为第一透镜E1的两个表面,Surf3、Surf4对应为第二透镜E2的两个表面,Surf5、Surf6对应为第三透镜E3的两个表面,Surf7、Surf8对应为第四透镜E4的两个表面,Surf9、Surf10对应为第五透镜E5的两个表面,Surf12、Surf13对应为第六透镜E6的两个表面,Surf14、Surf15对应为第七透镜E7的两个表面,Surf16、Surf17对应为第八透镜E8的两个表面,Surf18、Surf19对应为第九透镜E9的两个表面,Surf20、Surf21对应为第十个透镜E10的两个表面,SurfSTO为光阑装置STO表面,Surf22、Surf23对应为第十一个透镜E11的两个表面,Surf24、Surf25对应为第十二个透镜E12的两个表面,Surf26、Surf27对应为第十三个透镜E13的两个表面,Surf28、Surf29对应为第十四个透镜E14的两个表面,Surf30为保护玻璃B的表面。
透镜组的相关焦距数值依次列于表2:
透镜组 | 焦距 |
G1 | 59.37901299 |
G2 | -12.21674309 |
G3 | 28.12469375 |
G4 | 34.00955612 |
G5 | 71.25393358 |
表2
在本专利实施例上述表格中,Index为折射率,Radius为曲率半径,由表1和表2可得:f1=-73.14,f5/f4=1.31,f7/f9=-2.04,f11=14.26,f13/f14=-1.43,f(G1)=59.38,f(G2)=-12.22,f(G3)=28.12,f(G5)/f(G4)=2.10,nd1=1.75,vd1=35.0,nd2=1.50,vd2=81.6,nd4=1.74,vd4=44.9,nd6=2.00,vd6=25.4,nd7=1.59,vd7=68.6,nd9=1.80,vd9=34.9,nd12=1.92,vd12=20.9,nd13=1.59,vd13=61.2,均满足要求;实施例所提供的变焦镜头在于提供一种兼顾变焦、变光圈、低畸变、和高分辨率特点,以满足市场的需求。通过调节透镜组2(G2)的移动位置从而达到改变焦距的功能,调节透镜组(G4)的移动位置来补偿对焦从而获得清晰画面,通过调节光阑(STO)的大小改变光圈的大小从而调节画面的亮度,通过合理的使用每个透镜及限定每个透镜的光焦度,有效的降低了变焦镜头的畸变,提高了摄像的效果。
图2实施的MTF(Modulation Transfer Function,调制传递函数)解析图,该MTF值图基于表1中参数,光学镜头最看重的分辨率等品质的测量,定义MTF值必定大于0,且小于1,在本技术领域MTF值越接近1,说明镜头的性能越优异,即分辨率高;其变量为空间频率,空间频率即以一个mm的范围内能呈现出多少条线来度量,其单位以lp/mm来表示;这条曲线越高,镜头分辨率越高,纵坐标是MTF值。横坐标可以设像场中心到测量点的距离,镜头是以光轴为中心的对称结构,中心向各方向的成像素质变化规律是相同的,由于像差等因素的影响,像场中某点与像场中心的距离越远,其MTF值一般呈下降的趋势。因此以像场中心到像场边缘的距离为横坐标,可以反映镜头边缘的成像素质。
另外,在偏离像场中心的位置,由沿切线方向的线条与沿径向方向的线条的正弦光栅所测得的MTF值是不同的。将平行于直径的线条产生的MTF曲线称为弧矢曲线,标为S(Sagittal),而将平行于切线的线条产生的MTF曲线称为子午曲线,标为T(Meridional)。如此一来,MTF曲线一般有两条,即S曲线和T曲线,图2中有多组以像场中心到像场边缘MTF变化曲线,反映出本透镜系统具有较高解像力,光学性能较目前主流光学系统有极大地提升;同理图4有多组以像场中心到像场边缘MTF变化曲线,反映出系统具有较高解像力。
图3为光学镜头对应的点列图,其质心半径及几何半径如图所示,可实现良好的成像品质。
子午场曲值和弧矢场曲值越小,说明成像品质越好;如图4所示,镜头焦距f为6.25mm是的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在-0.05~0.05mm范围以内。
同样的,镜头的畸变值越小,说明镜头的成像品质越好,图5中的镜头焦距f为6.25mm畸变图显示光学畸变值控制在-7%范围以内。图6为本发明实施例1的变焦镜头焦距f为6.25mm的离焦曲线图,从图6可以看出有效的降低了变焦镜头的畸变,分辨率高。
综述,本发明的一种大范围变焦镜头,采用五组透镜组,通过调节透镜组G2的移动位置从而达到改变焦距的功能,调节透镜组G4的移动位置来补偿对焦从而获得清晰画面,通过调节光阑STO的大小改变光圈的大小从而调节画面的亮度,通过合理的使用每个透镜及限定每个透镜的光焦度,有效的降低了变焦镜头的畸变,提高了摄像的效果,同时使用的镜片具有良好的耐酸耐碱和耐高低温,可适应于苛刻的环境中;本专利的变焦镜头兼顾变焦、变光圈、低畸变、和高分辨率特点,以满足市场的需求。
实施例2:
如图7所示,一种大范围变焦镜头,包括:沿着光轴从物侧至像侧依次排列的具有负焦距的第一透镜E1、具有正焦距的第二透镜E2、具有正焦距的第三透镜E3、具有负焦距的第四透镜E4、具有负焦距的第五透镜E5、具有正焦距的第六透镜E6、光阑STO、具有正焦距的第七透镜E7、具有正焦距的第八透镜E8、具有负焦距的第九透镜E9、具有正焦距的第十透镜E10、具有正焦距的第十一透镜E11、具有负焦距的第十二透镜E12、具有负焦距的第十三透镜E13、具有正焦距的第十四透镜E14、保护玻璃B,所述第一透镜E1、第二透镜E2和第三透镜E3组成第一透镜组G1,所述第四透镜E4、第五透镜E5和第六透镜E6组成第二透镜组G2,所述光阑STO、第七透镜E7、第八透镜E8和第九透镜E9组成第三透镜组G3,所述第十透镜E10、第十一透镜E11和第十二透镜E12组成第四透镜组G4,所述第十三透镜E13和第十四透镜E14组成第五透镜组G5。
如图7所示,第一透镜E1、第二透镜E2、第五透镜E5、第六透镜E6、第八透镜E8、第九透镜E9、第十一透镜E11、第十二透镜E12都为胶合组合镜片,所述第一透镜E1、第二透镜E2和第三透镜E3的朝向物侧一面都为凸面的透镜,第一透镜E1的焦距f1的范围为-85.2<f1<-61.2,所述第五透镜E5的焦距f5和第四透镜E4的焦距f4的比值的范围为0.75<f5/f4<1.88,第七透镜E7的焦距f7和第九透镜E9的焦距f9的比值的范围为-3.15<f7/f9<-1.17,所述第十一透镜E11的焦距f11的范围为12.8<f11<16.4,所述第十三透镜E13的焦距f13和第十四透镜E14的焦距f14的比值的范围为-2.15<f13/f14<-0.67。
如图7所示,第一透镜组G1的焦距f(G1)的范围为50.6<f(G1)<65.9,所述第二透镜组G2的焦距f(G2)的范围为-23.4<f(G2)<-8.6,所述第三透镜组G3的焦距f(G3)的范围为13.8<f(G3)<35.9,所述第四透镜组G4的焦距f(G4)和第五透镜组G5的焦距f(G5)的比值的范围为:1.49<f(G5)/f(G4)<3.07,第一透镜E1的折射率nd1和色散系数vd1满足:1.56<nd1<1.81,25<vd1<48;所述第二透镜E2的折射率nd2和色散系数vd2满足:nd2<1.55,vd2>60;所述第四透镜E4的折射率nd4和色散系数vd4满足:1.56<nd4<1.81,37<vd4<56,所述第六透镜E6的折射率nd6和色散系数vd6满足:nd6>1.95,vd6<34;所述第七透镜E7的折射率nd7和色散系数vd7满足:1.45<nd7<1.66,57<vd7<75;所述第九透镜E9的折射率nd9和色散系数vd9满足:1.77<nd9<1.85,vd9<44;所述第十二透镜E12的折射率nd12和色散系数vd12满足:nd12>1.80,vd12<35;所述光学镜头第十三透镜E13的折射率nd13和色散系数vd13满足:1.50<nd13<1.65,58<vd13<66。大范围变焦镜头的焦距f为52.5mm。
图9为光学镜头对应的点列图,其质心半径及几何半径如图9所示,可实现良好的成像品质。图11中的镜头焦距f为52.5mm畸变图显示光学畸变值控制在5%范围以内。图8为本发明实施例2的变焦镜头焦距f为52.5mmMTF解析图,从图8可以看出本发明具有较高解像力,光学性能较目前主流光学系统有极大地提升;如图10所示,镜头焦距f为52.5mm是的子午场曲值和弧矢场曲值均控制在-0.05~0.05mm范围以内。从图12可以看出有效的降低了变焦镜头的畸变,分辨率高。
本发明通过调节第二透镜组的移动位置从而达到改变焦距的功能,调节第四透镜组的移动位置来补偿对焦从而获得清晰画面,通过调节光阑的大小改变光圈的大小,从而调节画面的亮度,通过合理的使用每个透镜及限定每个透镜的光焦度,有效的降低了变焦镜头的畸变,提高了摄像的效果,本专利的变焦镜头兼顾变焦、变光圈、低畸变、和高分辨率特点,以满足市场的需求。
需要注意的是,以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形,例如大范围变焦镜头的焦距f在6.25≤f≤52.5之间的任何数值,总之,本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种大范围变焦镜头,其特征在于,包括:沿着光轴从物侧至像侧依次排列的具有负焦距的第一透镜(E1)、具有正焦距的第二透镜(E2)、具有正焦距的第三透镜(E3)、具有负焦距的第四透镜(E4)、具有负焦距的第五透镜(E5)、具有正焦距的第六透镜(E6)、光阑(STO)、具有正焦距的第七透镜(E7)、具有正焦距的第八透镜(E8)、具有负焦距的第九透镜(E9)、具有正焦距的第十透镜(E10)、具有正焦距的第十一透镜(E11)、具有负焦距的第十二透镜(E12)、具有负焦距的第十三透镜(E13)、具有正焦距的第十四透镜(E14)、保护玻璃(B),所述第一透镜(E1)、第二透镜(E2)和第三透镜(E3)组成第一透镜组(G1),所述第四透镜(E4)、第五透镜(E5)和第六透镜(E6)组成第二透镜组(G2),所述光阑(STO)、第七透镜(E7)、第八透镜(E8)和第九透镜(E9)组成第三透镜组(G3),所述第十透镜(E10)、第十一透镜(E11)和第十二透镜(E12)组成第四透镜组(G4),所述第十三透镜(E13)和第十四透镜(E14)组成第五透镜组(G5)。
2.根据权利要求1所述一种大范围变焦镜头,其特征在于,所述第一透镜(E1)、第二透镜(E2)、第五透镜(E5)、第六透镜(E6)、第八透镜(E8)、第九透镜(E9)、第十一透镜(E11)、第十二透镜(E12)都为胶合组合镜片。
3.根据权利要求1所述一种大范围变焦镜头,其特征在于,所述第一透镜(E1)、第二透镜(E2)和第三透镜(E3)的朝向物侧一面都为凸面的透镜。
4.根据权利要求1所述一种大范围变焦镜头,其特征在于,所述第一透镜(E1)的焦距f1的范围为-85.2<f1<-61.2,所述第五透镜(E5)的焦距f5和第四透镜(E4)的焦距f4的比值的范围为0.75<f5/f4<1.88。
5.根据权利要求1所述一种大范围变焦镜头,其特征在于,所述第七透镜(E7)的焦距f7和第九透镜(E9)的焦距f9的比值的范围为-3.15<f7/f9<-1.17,所述第十一透镜(E11)的焦距f11的范围为12.8<f11<16.4,所述第十三透镜(E13)的焦距f13和第十四透镜(E14)的焦距f14的比值的范围为-2.15<f13/f14<-0.67。
6.根据权利要求1所述一种大范围变焦镜头,其特征在于,所述第一透镜组(G1)的焦距f(G1)的范围为50.6<f(G1)<65.9,所述第二透镜组(G2)的焦距f(G2)的范围为-23.4<f(G2)<-8.6,所述第三透镜组(G3)的焦距f(G3)的范围为13.8<f(G3)<35.9,所述第四透镜组(G4)的焦距f(G4)和第五透镜组(G5)的焦距f(G5)的比值的范围为:1.49<f(G5)/f(G4)<3.07。
7.根据权利要求1所述一种大范围变焦镜头,其特征在于,所述第一透镜(E1)的折射率nd1和色散系数vd1满足:1.56<nd1<1.81,25<vd1<48;所述第二透镜(E2)的折射率nd2和色散系数vd2满足:nd2<1.55,vd2>60;所述第四透镜(E4)的折射率nd4和色散系数vd4满足:1.56<nd4<1.81,37<vd4<56。
8.根据权利要求1所述一种大范围变焦镜头,其特征在于,所述第六透镜(E6)的折射率nd6和色散系数vd6满足:nd6>1.95,vd6<34;所述第七透镜(E7)的折射率nd7和色散系数vd7满足:1.45<nd7<1.66,57<vd7<75;所述第九透镜(E9)的折射率nd9和色散系数vd9满足:1.77<nd9<1.85,vd9<44;所述第十二透镜(E12)的折射率nd12和色散系数vd12满足:nd12>1.80,vd12<35;所述光学镜头第十三透镜(E13)的折射率nd13和色散系数vd13满足:1.50<nd13<1.65,58<vd13<66。
9.根据权利要求1所述一种大范围变焦镜头,其特征在于,所述大范围变焦镜头的焦距f满足:6.25≤f≤52.5。
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