FR2561803A1 - Optical reader with dual function - Google Patents

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Guido Guerri Dall Oro
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LOIRE ELECTRO REGION PAYS
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Abstract

This optical reader comprises a light pen for reading data either from a printed bar code or from a TV monitor screen, and a processor. The light pen has an i.r. l.e.d. for bar code reading and a photo detector, e.g. transistor, for converting received photo data from either source into electrical data. In order to accommodate the wide range, and sometimes rapidly changing levels of light energy emitted by these two different sources, an optical colour converting gelatine filter type 80 is used. Its function is to produce a near level response of the photo detector to red, green and blue light.

Description

DISPOSITIF LECTEUR OPTIQUE
A DEUX FONCTIONS
La présente invention se rapporte à un dispositif lecteur optique à deux fonctions.
OPTICAL READER
HAS TWO FUNCTIONS
The present invention relates to an optical reader device with two functions.

Les ordinateurs individuels sont pour la plupart, fabriqués en grandes séries, et de ce fait, leur prix devient de plus en plus abordable. Most personal computers are mass produced, and as a result, their prices are becoming more and more affordable.

Certains ordinateurs individuels comportent ou sont prévus pour coopérer avec, un lecteur optique, généralement appelé "crayon optique" que l'on pointe sur un endroit déterminé de l'écran du moniteur ou téléviseur auquel est relié l'ordinateur, afin de faire accomplir à l'ordinateur une tâche en relation avec ce qutil affiche audit endroit déterminé, sans que l'opérateur ait à effectuer des manoeuvres compliquées d'introduction d'ordres. Certain personal computers comprise or are provided to cooperate with, an optical reader, generally called "optical pencil" which one points on a determined place of the screen of the monitor or television to which the computer is connected, in order to make accomplish with the computer a task in relation to what it displays at said determined location, without the operator having to carry out complicated maneuvers for entering commands.

Par ailleurs, les dispositifs lecteurs de codes à barres, encore peu répandus, sont onéreux et nécessitent des circuits de traitement spécifiques, alors que les marquages par codes à barres se généralisent, en particulier sur les produits de consommation courante. Furthermore, barcode reader devices, which are still not very widespread, are expensive and require specific processing circuits, while barcode markings are becoming widespread, in particular on everyday consumer products.

La présente invention a pour objet un dispositif lecteur optique, raccordé à un ordinateur en particulier un ordinateur individuel, qui puisse être utilisé aussi bien en crayon optique qu'en lecteur de code à barres. La présente invention a plus particulièrement pour objet un tel dispositif lecteur optique qui permette d'utiliser, en aval du transducteur optique un circuit de traitement le plus simple et le moins onéreux possible. The present invention relates to an optical reader device, connected to a computer, in particular a personal computer, which can be used both in optical pencil and in barcode reader. A more particular subject of the present invention is such an optical reader device which makes it possible to use, downstream of the optical transducer, a simplest and least expensive possible processing circuit.

Le dispositif lecteur optique conforme à la présente invention comporte un transducteur optique comprenant une diode émettrice de rayonnement infrarouge et un photorécepteur unique associé à un filtre de conversion de couleur adapté à la sensibilité spectrale de ce photorécepteur, ce transducteur étant relié à un circuit d'exploitation comprenant un générateur d'impulsions alimentant la diode émettrice, et un circuit de traitement recevant les signaux recueillis par le photorécepteur, les amplifiant et les mettant en forme pour les transmettre à un ordinateur, par exemple un ordi nateur individuel.  The optical reader device according to the present invention comprises an optical transducer comprising a diode emitting infrared radiation and a single photoreceptor associated with a color conversion filter adapted to the spectral sensitivity of this photoreceptor, this transducer being connected to a circuit of operation comprising a pulse generator supplying the emitting diode, and a processing circuit receiving the signals collected by the photoreceptor, amplifying and shaping them to transmit them to a computer, for example a personal computer.

Selon un mode de réalisation préférée de l'invention, le filtre de conversion de couleurs est un filtre à gélatine du type 80 A. According to a preferred embodiment of the invention, the color conversion filter is a gelatin filter of the 80 A type.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par Je dessin annexe sur lequel:
- la figure 1 est un diagramme des énergies relatives des émissions spectrales des phosphores bleu et vert d'un écran de télévision, en fonction de la longueur d'onde;
- la figure 2 est un diagramme comportant: une courbe de la sensibilité relative du photorécepteur seul, une courbe de la transmission d'un filtre conforme à l'invention, et une courbe de la sensibilité relative du photorécepteur comportant un filtre conforme à l'invention, en fonction de la longueur d'onde; et
- la figure 3 est un diagramme montrant la courbe de transmission d'un filtre conforme à l'invention pour des longueurs d'ondes du proche infrarouge.
The present invention will be better understood on reading the detailed description of an embodiment taken as a non-limiting example and illustrated by the accompanying drawing in which:
- Figure 1 is a diagram of the relative energies of the spectral emissions of blue and green phosphors from a television screen, as a function of the wavelength;
FIG. 2 is a diagram comprising: a curve of the relative sensitivity of the photoreceptor alone, a curve of the transmission of a filter according to the invention, and a curve of the relative sensitivity of the photoreceptor comprising a filter conforming to the invention, as a function of wavelength; and
- Figure 3 is a diagram showing the transmission curve of a filter according to the invention for near infrared wavelengths.

Le dispositif lecteur optique de l'invention comporte un transducteur optique, se présentant sous la forme d'un crayon, tout comme le "crayon optique" classique, à l'extrémité duquel on fixe un capteur optoélectronique du type à réflexion comportant un photo récepteur tel qu'un phototransistor et une diode photoémettrice émettant de préférence dans le proche infrarouge, ce capteur étant par exemple de marque "HONEYWELL", type SPX 1180-2, mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à un tel capteur. The optical reader device of the invention comprises an optical transducer, in the form of a pencil, like the conventional "optical pencil", at the end of which an optoelectronic sensor of the reflection type is fixed comprising a photo receptor such as a phototransistor and a photoemitting diode emitting preferably in the near infrared, this sensor being for example of brand "HONEYWELL", type SPX 1180-2, but it is understood that the invention is not limited to a such a sensor.

La diode émettrice et le phototransistor sont disposés de façon que lorsque le crayon lit un code à barres, les rayons émis par la diode soient réfléchis par le support du code à barres et arrivent sur la surface sensible du phototransistor. Ce capteur est alimenté par des moyens classiques non représentés. The emitting diode and the phototransistor are arranged so that when the pencil reads a bar code, the rays emitted by the diode are reflected by the support of the bar code and arrive on the sensitive surface of the phototransistor. This sensor is supplied by conventional means not shown.

Le phototransistor est relié à un circuit de traitement de signaux similaire au circuit de traitement classique d'un lecteur de code à barres, mais devant être adapté à la fonction "crayon optique". En effet, le photorécepteur présente un fort déséquilibre entre sa sensibilité au rayonnement vert et sa sensibilité au rayonnement bleu, le rapport des sensibilités allant de 2 à 3, et de plus,
I'énergie émise par les phosphores d'un écran du tube de télévision trichrome est deux à trois fois plus élevée que l'énergie émise par les phosphores bleus. Le circuit de traitement des signaux recueillis par le lecteur optique devrait donc, dans ces conditions, comporter un dispositif de contrôle automatique de gain pour éviter soit la saturation lorsque l'on passe du bleu au vert, soit une perte d'informations lorsque l'on passe du vert au bleu.Un tel dispositif de contrôle automatique de gain est un dispositif relativement critique, surtout en ce qui concerne les temps de réponse et ltimmunité au bruit.
The phototransistor is connected to a signal processing circuit similar to the conventional processing circuit of a bar code reader, but having to be adapted to the "optical pencil" function. Indeed, the photoreceptor has a strong imbalance between its sensitivity to green radiation and its sensitivity to blue radiation, the ratio of sensitivities ranging from 2 to 3, and moreover,
The energy emitted by the phosphors of a screen of the three-color television tube is two to three times higher than the energy emitted by the blue phosphors. The circuit for processing the signals collected by the optical reader should therefore, under these conditions, include an automatic gain control device to avoid either saturation when changing from blue to green, or loss of information when the we go from green to blue. Such an automatic gain control device is a relatively critical device, especially with regard to response times and noise immunity.

En outre, du fait que l'on utilise le même photorécepteur pour réaliser les deux fonctions, et qui plus est, dans des domaines spectraux différents, le circuit d'exploitation des signaux du lecteur optique devrait comporter un amplificateur à très large dynamique d'entrée, et donc à gain variable. En effet, en fonction crayon optique, le photorécepteur fonctionne dans le domaine du spectre visible, et le flux lumineux fourni par les phosphores est variable selon la couleur de l'écran et selon le réglage de luminosité effectué par l'utilisateur, alors qu'en fonction lecteur de code à barres, le même photorécepteur reçoit un flux lumineux émis par un photoémetteur dans le domaine du proche infrarouge puis réfléchi par le support du code à barres.Le flux lumineux provenant de l'écran du tube cathodique est nettement supérieur au flux lumineux provenant du photoémetteur et réfléchi par le support du code à barres. In addition, since the same photoreceptor is used to carry out the two functions, and moreover, in different spectral ranges, the circuit for processing the signals from the optical reader should comprise an amplifier with very wide dynamic range. input, and therefore variable gain. Indeed, in optical pencil function, the photoreceptor operates in the visible spectrum, and the light flux provided by the phosphors is variable according to the color of the screen and according to the brightness adjustment made by the user, while in barcode reader function, the same photoreceptor receives a light flux emitted by a photoemitter in the near infrared domain and then reflected by the barcode support. The light flux coming from the screen of the cathode ray tube is much higher than the luminous flux coming from the photoemitter and reflected by the support of the barcode.

Sur le diagramme de la figure 1, on a représenté, pour des longueurs d'ondes allant de 400 à 700 nanomètres, les courbes d'émission spectrale des phosphores bleu et vert d'un écran de télévision classique. On constate que l'énergie émise par le phosphore vert, pour une longueur d'onde d'environ 535 nanomètres est plus de deux fois plus élevée que l'énergie émise par le phosphore bleu à la longueur d'onde de 450 nanomètres environ. D'autre part, comme on le voit d'après la courbe A du diagramme de la figure 2, représentant la sensibilité relative du photorécepteur utilisé précité, pour des longueurs d'ondes allant de 400 à 700 nanomètres environ, ce photorécepteur présente également un déséquilibre chromatique entre le vert et le bleu, le rapport des sensibilités pour ces deux couleurs étant d'environ 2, et pouvant aller jusqu'à environ 3 pour d'autres types de capteurs. The diagram in FIG. 1 shows, for wavelengths ranging from 400 to 700 nanometers, the spectral emission curves of the blue and green phosphors of a conventional television screen. It can be seen that the energy emitted by green phosphorus, for a wavelength of approximately 535 nanometers is more than twice as high as the energy emitted by blue phosphorus at the wavelength of approximately 450 nanometers. On the other hand, as can be seen from curve A of the diagram in FIG. 2, representing the relative sensitivity of the aforementioned photoreceptor used, for wavelengths ranging from approximately 400 to 700 nanometers, this photoreceptor also has a chromatic imbalance between green and blue, the ratio of sensitivities for these two colors being approximately 2, and being able to go up to approximately 3 for other types of sensors.

Par conséquent, le photorécepteur d'un lecteur optique utilisé en crayon optique produit des signaux d'amplitudes très différentes en fonction de la longueur d'onde à cause d'un déséquilibre chromatique global (dû à la fois au déséquilibre chromatique des phosphores èt au déséquilibre chromatique du photorécepteur), les différences d'amplitudes de ces signaux étant telles qu'il faut faire appel à un dispositif de contrôle automatique de gain pour éviter soit la saturation lorsque l'on passe du bleu au vert, soit une perte d'informations lorsque l'on passe du vert au bleu.Le fonctionnement dun tel dispositif de contrôle automatique de gain n'est pas toujours satisfaisant, en particulier lorsque l'on déplace très rapidement le crayon optique sur l'écran de télévision, ou lorsque la zone de l'écran sur laquelle est placé le crayon optique change tres rapidement de couleur. Dans de tels cas, le temps de réponse de ce dispositif peut être supérieur au temps mis par la zone observée par le crayon optique à changer de couleur, ce qui fait que l'on retrouve les défauts précités du lecteur optique sans dispositif de contrôle automatique de gain. En outre, ce dispositif de contrôle automatique de gain peut être sensible aux bruits, aussi bien ceux captés directement par le photorécepteur, que ceux pouvant se produire dans les circuits situés en amont de ce dispositif de contrôle automatique. Consequently, the photoreceptor of an optical reader used in an optical pencil produces signals of very different amplitudes as a function of the wavelength because of an overall chromatic imbalance (due both to the chromatic imbalance of the phosphors and to the chromatic imbalance of the photoreceptor), the differences in amplitudes of these signals being such that an automatic gain control device must be used to avoid either saturation when changing from blue to green, or a loss of information when switching from green to blue. The functioning of such an automatic gain control device is not always satisfactory, in particular when the optical pencil is moved very quickly over the television screen, or when the area of the screen on which the optical pencil is placed changes color very quickly. In such cases, the response time of this device can be greater than the time taken by the area observed by the optical pencil to change color, which means that the aforementioned defects of the optical reader without the automatic control device are found. gain. In addition, this automatic gain control device can be sensitive to noise, both those picked up directly by the photoreceptor, and those that can occur in the circuits located upstream of this automatic control device.

En fonction lecteur de code à barres, le même photorécepteur reçoit des signaux situés dans le domaine du proche infrarouge (830 à 950 nanomètres), ces signaux étant ceux émis par le photoémetteur du lecteur optique puis réfléchis par le support du code à barres. Ces signaux sont nettement plus faibles que ceux recueillis en fonction crayon optique, et par conséquent, le circuit de traitement des signaux de photorécepteur devrait comporter un amplificateur à très large dynamique d'entrée, et donc à gain variable. Un tel amplificateur est relativement onéreux, et sa mise au point n'est pas toujours aisée. In barcode reader function, the same photoreceptor receives signals located in the near infrared range (830 to 950 nanometers), these signals being those emitted by the photoemitter of the optical reader and then reflected by the barcode support. These signals are clearly weaker than those collected using the optical pencil function, and therefore the photoreceptor signal processing circuit should include an amplifier with very wide input dynamics, and therefore with variable gain. Such an amplifier is relatively expensive, and its development is not always easy.

Pour éliminer ou réduire ces inconvénients, la présente invention propose de disposer devant le photorécepteur du lecteur optique un filtre de conversion de couleurs adapté à sa sensibilité spectrale. To eliminate or reduce these drawbacks, the present invention proposes to have a color conversion filter adapted to its spectral sensitivity in front of the photoreceptor of the optical reader.

Un tel filtre optique doit répondre aux conditions suivantes: - tout d'abord il doit améliorer l'équilibre chromatique du photorécepteur dans le domaine visible, c'est-à-dire rendre aussi uniforme que possible la caractéristique spectrale de l'ensemble photorécepteur-filtre, surtout en ce qui concerne les rayonnements bleu et vert.Such an optical filter must meet the following conditions: - first of all, it must improve the chromatic balance of the photoreceptor in the visible range, that is to say make the spectral characteristic of the photoreceptor assembly as uniform as possible - filter, especially with regard to blue and green radiation.

Ce filtre doit également assurer dans le domaine du proche infrarouge une transmission aussi élevée que possible, de façon à ne pas nuire à l'efficacité du dispositif lecteur dans sa fonction lecteur de code à barres. This filter must also ensure in the near infrared domain a transmission as high as possible, so as not to affect the efficiency of the reader device in its bar code reader function.

Enfin, ce filtre doit compenser la différence d'amplitude du signal entre les deux fonctions précitées par une différence adéquate de transmission globale entre le domaine visible et celui du proche infrarouge. Finally, this filter must compensate for the difference in amplitude of the signal between the two aforementioned functions by an adequate difference in overall transmission between the visible domain and that of the near infrared.

Ces trois conditions sont remplies par un filtre optique de conversion de couleur en gélatine. Un tel type de filtre permet de changer la température de couleur d'une source lumineuse, c'est-àdire de transformer ou adapter la répartition spectrale d'une source en fonction de la courbe de sensibilité du détecteur. On utilise généralement de tels filtres dans le domaine du spectre visible. These three conditions are fulfilled by an optical filter for converting color into gelatin. Such a type of filter makes it possible to change the color temperature of a light source, that is to say to transform or adapt the spectral distribution of a source as a function of the sensitivity curve of the detector. Such filters are generally used in the visible spectrum domain.

Lorsque le matériau de base est la gélatine photographique, on observe une très bonne transmission dans le domaine du proche infrarouge, le coefficient de transmission étant compris 85 et 95 % environ.When the basic material is photographic gelatin, very good transmission is observed in the near infrared range, the transmission coefficient being between 85 and 95% approximately.

La courbe B du diagramme de la figure 2 représente la variation de la transmission d'un filtre de type 80A en fonction de la longueur d'onde dans le domaine du spectre visible, entre 400 et 700 nanomètres environ. La courbe B montre que le coefficient de transmission du filtre précité est environ deux fois plus élevé pour le bleu que pour le vert. Curve B of the diagram in FIG. 2 represents the variation in the transmission of an 80A type filter as a function of the wavelength in the visible spectrum range, between approximately 400 and 700 nanometers. Curve B shows that the transmission coefficient of the aforementioned filter is approximately twice as high for blue than for green.

La courbe C du diagramme de la figure 2, qui se rapporte à la sensibilité relative de l'ensemble capteur-filtre, montre que le rapport entre la sensibilité au vert et la sensibilité au bleu est d'environ 0,85, cette courbe étant relativement plane sur l'ensemble du spectre visible. Curve C of the diagram in FIG. 2, which relates to the relative sensitivity of the sensor-filter assembly, shows that the ratio between the sensitivity to green and the sensitivity to blue is approximately 0.85, this curve being relatively flat over the entire visible spectrum.

Dans le domaine du proche infrarouge, c'est-à-dire pour des longueurs d'ondes allant de 830 à 950 nanomètres environ, le coefficient de transmission du filtre précité est très élevé, de l'ordre de 90 % environ, comme on le voit d'après le diagramme de la figure 3, ce qui assure un fonctionnement normal du dispositif lecteur dans sa fonction lecteur de code à barres. Il faut toutefois remarquer que le capteur étant du type à réflexion, le coefficient de transmission du filtre doit être pris en compte deux fois (mais bien entendu une seule fois s'il était du type à transmission). In the near infrared domain, that is to say for wavelengths ranging from 830 to 950 nanometers approximately, the transmission coefficient of the aforementioned filter is very high, of the order of approximately 90%, as we seen from the diagram of Figure 3, which ensures normal operation of the reader device in its barcode reader function. It should however be noted that the sensor being of the reflection type, the transmission coefficient of the filter must be taken into account twice (but of course only once if it was of the transmission type).

En outre, on peut observer que la sensibilité moyenne de l'ensemble capteur-filtre a été réduite d'un facteur d'environ 3 dans le domaine visible et d'un facteur 1,1 environ dans le proche infrarouge, ce qui permet de compenser la différence de flux lumineux entre les deux fonctions du lecteur optique, et donc, comme précisé ci-dessus, de réduire la dynamique d'entrée dudit amplificateur du circuit de traitement. In addition, it can be observed that the average sensitivity of the sensor-filter assembly has been reduced by a factor of approximately 3 in the visible range and by a factor of approximately 1.1 in the near infrared, which makes it possible to compensate for the difference in light flux between the two functions of the optical reader, and therefore, as specified above, reduce the input dynamics of said amplifier of the processing circuit.

Ainsi, le circuit de traitement classique d'un lecteur de code à barres n'a pas à être fondamentalement modifié: il sufit qu'il ait une largeur de bande allant de 100 Hz à 20 kHz environ, et que son circuit d'entrée ait une impédance faible pour ne pas influencer défavorablement la rapidité du photorécepteur en fonction "lecteur d'écran" ("crayon optique"). En effet, il faut mesurer avec précision le temps écoulé entre le début d'une ligne de balayage de l'écran correspondant à l'endroit de l'écran vers lequel est pointé le crayon optique, et l'instant de passage du spot devant ce crayon, or une bonne précision de mesure d'un laps de temps aussi court ne peut être obtenue que si l'impédance d'entrée dudit circuit d'entrée est suffisamment faible pour ne pas diminuer le temps de réponse du photorécepteur. Thus, the conventional processing circuit of a bar code reader does not have to be fundamentally modified: it suffices that it has a bandwidth ranging from approximately 100 Hz to 20 kHz, and that its input circuit has a low impedance so as not to adversely influence the speed of the photoreceptor in "screen reader" ("optical pencil") function. Indeed, it is necessary to accurately measure the time elapsed between the start of a screen scanning line corresponding to the location of the screen towards which the optical pencil is pointed, and the instant of passage of the spot in front this pencil, however good measurement accuracy of such a short period of time can only be obtained if the input impedance of said input circuit is low enough not to decrease the response time of the photoreceptor.

Les modifications éventuelles dudit circuit de traitement classique étant évidentes pour l'homme de l'art, ne seront pas décrites plus en détail. Any modifications to said conventional processing circuit being obvious to those skilled in the art, will not be described in more detail.

Le circuit de traitement des signaux recueillis par le photorécepteur est logé, de préférence dans le corps du crayon optique et alimenté en énergie par une source disposée dans le coffret de l'ordinateur par exemple. The circuit for processing the signals collected by the photoreceptor is housed, preferably in the body of the optical pencil and supplied with energy by a source arranged in the computer case, for example.

Les modifications de l'ordinateur nécessaires pour lui permettre d'exploiter les signaux produits -par le circuit de traitement en fonction "lecteur de code à barres" étant évidentes pour l'homme du métier, ne seront pas décrites. The modifications of the computer necessary to enable it to use the signals produced by the processing circuit as a "bar code reader" being obvious to those skilled in the art, will not be described.

Au cours d'expériences effectuées avec le matériel précité, les résultats suivants ont été obtenus:
1) en fonction lecteur d'écran de télévision, avec des couleurs qui n'étaient pas parfaitement pures. L'amplitude du signal relevée à la sortie du lecteur optique, en volts était, pour le capteur seul : 6,6 pour le vert et 3,0 pour le bleu soit un rapport vertubleu de 2,2. Pour le capteur muni de son filtre 80A, les valeurs étaient respectivement de 2,8 et 2,0, soit un rapport vert/bleu de 1,4.
During experiments carried out with the aforementioned equipment, the following results were obtained:
1) on TV screen reader, with colors that were not perfectly pure. The amplitude of the signal recorded at the output of the optical reader, in volts was, for the sensor only: 6.6 for the green and 3.0 for the blue is a vertubleu ratio of 2.2. For the sensor fitted with its 80A filter, the values were 2.8 and 2.0 respectively, giving a green / blue ratio of 1.4.

2) En fonction lecteur de code à barres, l'amplltude du signal relevé avant mise en forme était de 1,0 pour le capteur seul, et de 0,75 pour le capteur muni de son filtre 80A, soit une variation de 25 %.  2) In barcode reader function, the amplitude of the signal read before shaping was 1.0 for the sensor alone, and 0.75 for the sensor with its 80A filter, a variation of 25% .

Claims (2)

REVENDICATIONS 1. Dispositif lecteur optique, caractérisé par le fait qu'il est à deux fonctions, à savoir lecteur d'écran de télévision et lecteur de code à barres, et qu'il comporte un transducteur optique comprenant une diode émettrice de rayonnement infrarouge et un photorécepteur unique associé à un filtre de conversion de couleur adapté à la sensibilité spectrale de ce photorécepteur, ce transducteur étant relié à un circuit d'exploitation comprenant un générateur d'impulsions alimentant la diode émettrice, et un circuit de traite ment recevant les signaux recueillis par le photorécepteur, les amplifiant et les mettant en forme pour les transmettre à un ordinateur, par exemple un ordinateur individuel. 1. Optical reader device, characterized in that it has two functions, namely a television screen reader and a bar code reader, and that it comprises an optical transducer comprising a diode emitting infrared radiation and a single photoreceptor associated with a color conversion filter adapted to the spectral sensitivity of this photoreceptor, this transducer being connected to an operating circuit comprising a pulse generator supplying the emitting diode, and a processing circuit receiving the collected signals by the photoreceptor, amplifying and shaping them to transmit them to a computer, for example a personal computer. 2. Dispositif correcteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le filtre est un filtre à gélatine du type 80A.  2. Corrective device according to claim 1, characterized in that the filter is a gelatin filter of type 80A.
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