ITTO20010319A1 - Procedimento e apparecchiatura per la rivelazione o il riconoscimentodi un oggetto. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo "Procedimento e apparecchiatura per la rivelazione o il riconoscimento di un oggetto"
DESCRIZIONE
l'invenzione si riferisce ad un procedimento per la rivelazione o il riconoscimento di un oggetto attraverso il confronto del colore rivelato dell'oggetto con un colore nominale prestabilito, in cui da una sorgente di ra diazione viene emessa radiazione sull'oggetto e radiazio ne riflessa dall'oggetto viene rilevata da un sensore identificatore di colore. Inoltre, l'invenzione si riferì sce ad una apparecchiatura per la rivelazione o il ricono scimento di un oggetto per mezzo di identificazione di colore, comprendente una sorgente di radiazione, come LED, emettente radiazione sull<'>oggetto, come pure almeno un sensore identificatore di colore rilevante la radiazione riflessa dall'oggetto.
Per potere riconoscere o posizionare oggetti ovvero ri levare il loro orientamento e/o la loro posizione, si pos sono utilizzare sensori riconoscitori di colore o sensori identificatori di colore, i quali sono impiegatili co me sensori di posizione convenzionali. Caratteristica di differenziazione è al riguardo il colore dell'oggetto. Così, i colori dell'oggetto vengono confrontati con colo ri nominali prestabiliti, cosicchè per esempio, se il co lore rivelato concorda con il colore nominale entro un campo di tolleranza, viene posto un segnale. Ma anche per l'assicurazione della qualità di prodotti corrispondenti sensori possono trovare impiego.
Per rilevare il colore o colori in via sensoriale, co me sorgente di radiazione può essere utilizzata una sorgente di luce bianca. La radiazione riflessa dall'oggetto da rivelare può essere poi ripartita attraverso specchi e filtri di colore nelle sue parti spettrali rosso, verde e blu, allo scopo di potere determinare dalla così risultan te composizione di colore dei singoli flussi di luce parziali il colore stesso. L'impiego di luce bianca presenta al riguardo il vantaggio che tutti i colori possono essere riconosciuti, anche se per esempio con l'impiego di lina lampada ad alogenuri come sorgente di luce bianca si manifesta un alto calore dissipato. Un inconveniente è inoltre il trattamento ottico della luce riflessa.
E' anche noto di irradiare oggetti per mezzo di illumi nazione a semiconduttori. Per questo scopo, le radiazioni di un LED rosso, verde e "blu vengono concentrate attraver so specchi e lenti riflettenti in funzione delle lunghezze d'onda in un raggio luminoso, cosicchè in condizioni i deali si produce un punto luminoso pressoché "bianco. L'og getto riflette, in funzione della superficie di ciascun colore , una parte corrispondente, cosicché il ricevitore converte nuovamente la parte di luce spettrale in un corrispondente segnale.
I LEU possono anche essere attivati in modo sequenziale, sicché il ricevitore converte sequenzialmente la ri -flessione in funzione del colore in un segnale corrispondente.
Indipendentemente dal tipo della sorgente luminosa e della struttura del ricevitore, la luce riflessa viene ri prodotta attraverso un sistema ottico riproduttore sul sensore. Il sistema ottico può essere realizzato secondo il principio a due pupille con una pupilla trasmittente ed una pupilla ricevente separata, oppure secondo il prin cipio dell 'auticollimazione, in cui la pupilla trasmittente e la pupilla ricevente sono identiche. Se si utilizzano come sorgente di radiazione illuminante più LSD, allora il ricevitore è sensibile al colore a "banda larga, mentre invece all'impiego di un LED "bianco il ricevitore è sensi "bile selettivamente alle tre parti di colore.
Un inconveniente costituiscono le apparecchiature note allorquando cambia la distanza tra l’oggetto ed il sensore. Così, nel principio a due pupille, il punto luminoso si muove sul sensore, sicche particolarmente nel caso di una piccola distanza tra l’oggetto ed il sensore il punto luminoso può uscire dalla superficie fotosensibile. Ciò si gnifica a sua volta che è data una forte variazione delle parti spettrali ricevute e perciò dell'energia di ricezio ne sensoriale con la conseguenza che insorgono considerevoli errori di misura.
Attraverso il principio dell'autocollimazione, l'effetto di un movimento laterale del punto luminoso riprodotto sulla superficie fotosensibile è bensì impedito, benchè il segnale di misura possa essere falsato dalla variazione dimensionale sul sensore, particolarmente nel caso di piccole distanze.
Il documento TJS 4,175,231 si riferisce ad una disposizio ne per accertare se, in una macchina rotativa da stampa, in una copiatrice od in una telecamera rotativa a tamburo un oggetto, quale un originale, si muova in una posizione, in cui sia resa possibile una fotocopia del medesimo. Per ques to scopo, a distanza fissa dall'oggetto in movimento e dis posto un sensore foftsensibile, quale un fototransistore, su cui può essere rivelata luce riflessa dall'oggetto. Il sensore é preceduto da un fotoconduttore che presenta una forma semicircolare od a cuneo.
Dal documento DE 3416 275 C2 risulta un generatore di impulsi fotoelettrico con un collettore di luce trasparen te .
Per l'esame di valori di misura fisici, secondo il documento DE 2423 056 Al, attraverso un fotoconduttore luce è alimentata ad un rivelatore. Una disposizione di fotoconduttori fidro-ottica secondo il documento DE-OS 2205 996 si compone di una pluralità di singole fibre.
Per misurare parti che si muovono l'una contro l'altra si utilizzano, secondo il documento DE-AS 1930 111, fibre fotoconduttrici in disposizione lineare a guisa di linee, attraverso le quali luce viene sia emessa sulle parti in movimento, sia riflessa su un fotorivelatore.
Nella disposizione di sensori di colore che si riferisce ad un 'apparecchiatura rientrante nella categoria ed è destinata alla lettura di contrassegni colorati secondo il documento EP 0735 501 A2, la radiazione riflessa da un oggetto viene riprodotta attraverso un sistema ottico com prendente un divisore di raggi ed un<' >obiettivo su un foto elemento.
La presente invenzione è basata sul problema di sviluppare ulteriormente un procedimento ed una apparecchiatura del tipo inizialmente menzionato in modo che, unitamente ad un'alta esattezza di misura, sia data,la possibilità di rivelare oggetti, in cui variazioni di distanza tra l'oggetto ed il sensore riconoscitore di colore non devono es senzialmente portare ad una falsificazione di misura. Anche le parti spettrali della luce devono essere rilevatili con l’intensità richiesta. Inoltre, falsificazioni di colore devono essere escluse.
Secondo l’invenzione, il problema è risolto mediate un procedimento attraverso il fatto che la radiazione rifles sa viene inviata, per mezzo di un elemento fotoconduttore avente la geometria di un tronco di piramide rastremantesi in direzione del sensore identificatore di colore, al sensore identificatore di colore, in cui l'elemento fotoconduttore per la radiazione riflessa è realizzato in modo che la radiazione incidente nell'elemento fotocondutto re viene riflessa al massimo n volte, con 2.
Attraverso l'insegnamento secondo l’invenzione, la pupilla di ricezione può essere fortemente ingrandita senza che abbia luogo una riproduzione attraverso lenti ottiche. Ciò significa a sua volta che una variazione del luogo di immagine e della dimensione di immagine in funzione della distanza tra l’oggetto ed il sensore identificatore di colore non avviene. Con altre parole, senza errori di riproduzione altrimenti provocati attraverso lenti, cioè quasi in assenza di riproduzione ottica ovvero in assenza di er rori di riproduzione, la radiazione viene concentrata sul sensore identificatore di colore.
Poiché inoltre la luce riflessa viene riflessa preferi b ilmente due volte all'interno del conduttore ottico, entro un grande campo di distanza non può prodursi alcun ef fetto di ombreggiatura atraverso la disposizione separata nello spazio della sorgente di radiazione, quale un IED, ed il fotoconduttore. Attraverso l'insegnamento secondo l'invenzione risulta una definizione di profondità nettamente migliorata.
Nel contempo è particolarmente previsto che la radiazio ne riflessa viene inviata, attraverso l'elemento fotocon -duttore , a (2 x n 1) -1 sensori identificatori di colore virtuali ed all'unico sensore identificatore di colore rea le, in cui n rappresenta il numero delle riflessioni della radiazione riflessa nell'elemento fotoconduttore.
Una apparecchiatura per la rivelazione od il riconoscimento di un oggetto per mezzo dell'identificazione di colo re del tipo inizialmente menzionato è caratterizzata dal fatto che tra l'oggetto ed il sensore identificatore di co lore almeno unico, è disposto un elemento fotoconduttore a verte le, geometria di un tronco di piramide rastremantesi in direzione del sensore identificatore di colore e consis tente di materia piena trasparente, e che l'elemento fotoconduttore per la radiazione riflessa è dimensionato in mo do che la radiazione riflessa dall'oggetto ed incidente nell'elemento fotoconduttore può essere riflessa al massimo n volte, con n = 2.
Come sorgente di radiazione è utilizzato preferibilmen te un LED emittente luce bianca. La sorgente di radiazione può anche essere un laser emittente luce bianca. Il sensore identificatore di colore stesso presenta una superf icie sen sitile al rosso, al blù ed al verde.
Inoltre è previsto che la superf icie di uscita del foto conduttore sul lato del sensore è uguale alla superf icie totale sensibile allaradiazione del sensore che effettua la misura, cioè del sensore reale.
Indipendentemente da ciò, tra la superficie di tase del tronco di piramide sul lato del sensore ed il sensore stes so dovrebbe sussistere una fessura priva di aria, la quale è riempita, per esempio, con un adesivo ottico, silicone o simile, particolarmente con un materiale, il cui indice di rifrazione corrisponde od è almeno simile a quello del tron co di piramide.
Ter la riflessione al massimo doppia, in particolare ri flessione totale, della radiazione riflessa incidente nel fotoconduttore, il fotoconduttore dovrebbe presentare con la sua superficie di entrata sul late dell’obiettivo Lina estensione superf iciale corrispondente almeno a 15 volte, preferibilmente a più di 25 volte la superf icie totale sen sibile alla radiazione del sensore identificatore di colore .
In particolare è previsto che il sensore identificatore di colore almeno unico, sul quale cade la radiazione ri -flessa dall'oggetto e percorrente l'elemento fotocondutto re , è sensibile ad una energia di radiazione, la quale cor risponde alla radiazione ricevuta dal sensore identificato re di colore virtuale (2 x n 1)<2>-1, corrispondente all' unico sensore identificatore di colore, con aggiunta dell' unico sensore identificatore di colore (reale) e riflessa direttamente dall'oggetto, in cui n è il numero massimo delle riflessioni della radiazione nell'elemento fotoconduttore .
Inoltre, la radiazione riflessa dall'oggetto nell'elemento fotoconduttore passa attraverso un diaframma d'aper tura apparente, il quale è determinato dal cono di apertu ra steso tra il posto di riflessione sull'oggetto ed il <">bordo periferico complessivo dei sensori identificatori di colore virtuali.
Infine, la radiazione sull'oggetto dovreste avere luogo in un ambiente di ricezione utile, delimitato da una inviluppante che è definita dal cordo periferico complessivo del sensore identificatore di colore virtuale e dal bordo periferico della superficie di entrata dell'elemento fotoconduttore .
Attraverso l'insegnamento secondo l'invenzione risulta un'apparecchiatura conveniente di costo per l'esatto rico noscimento e posizionamento di oggetti per mezzo di un sen sore identificatore di colore o sensori riconoscitore di colore. Un'ottica di rifrazione, come una lente, per la radiazione riflessa è evitata, sicché gli inconvenienti relativi allo stato della tecnica a riguardo dello spostamento del punto luminoso sul sensore fotosensibile, ossia della differente dimensione del punto luminoso in funzione della distanza tra oggetto e sensore si escludono. Il campo di ri cezione per oggetti da rivelare è relativamente grande, men tre una falsificazione dei risultati di misura a causa di variazioni della distanza è esclusa.
L'invenzione è descritta in quanto segue con maggiore dettaglio in base ad un esempio di attuazione preferito, ri sultante dal disegno, in cui:
La fig. 1 è un'illustrazione di principio d'una apparecchiatura per l'identificazione di oggetti; e
la fig. 2 mostra il campo di rivelazione copribile con l'apparecchiatura secondo la fig. 1.
La fig. 1 illustra nel principio un'apparecchiatura per identificare o posizionare oggetti per mezzo di un sensore identificatore di colore.
Ter potere riconoscere ovvero rivelare un oggetto 1 C , cioè confrontare il suo colore con un colore nominale prestabilito al fine di ottenere, nel caso di concordanza entro un campo di tolleranza, oppure nel caso di scostamento non ammissibile, corrispondenti segnali, atti a permettere informazioni circa la qualità dell'oggetto, la sua posi -sizione od il suo orientamento (per es. lato anteriore, lato posteriore) od il suo contorno, questo oggetto "viene irradiato, nell'esempio di attuazione, in modo puntiforme da una sorgente luminosa, costituita da un LED 12. A tale scopo, laradiazione erogata dal LED 12 emettente di preferenza luce bianca può essere riprodotta attraver so una lente 14 su un punto 16 dell'oggetto 10. la radia zione viene riflessa dall'oggetto 10, cioè dal punto 16, ed arriva attraverso un fotoconduttore 16, presentante u na geometria di un tronco di piramide e consistente di materiale pieno trasparente, come vetro acrilico o vetro, su un sensore identificatore di colore 20, il quale presenta tre superfici sensibili al colore, cioè superfici sensibili al rosso, al blu ed al verde. Lo spazio tra la superficie di uscita e le superfici sensibili al colore è riempito con un mezzo adattato all'indice di rifrazione (per es. silicone).
La radiazione emessa dal trasmettitore 12 viene rifles sa dall'oggetto 10, mentre le parti incidenti della radia zione rosso (R), verde (G·) e blu (B) si convertono,in fun zione dell'oggetto 10 ovvero della struttura superficiale di questo, in parti riflesse R', G·' e B'. Le parti di colo re rivelate R', G·', B' vengono poi confrontate con elemen ti nominali prestabiliti.
Il fotoconduttore 16 si rastrema in direzione del senso re 20, mentre la superficie di uscita del fotoconduttore 1 6 è uguale alla superficie totale fotosensibile del sensore 20.
Il fotoconduttore 1 6 presenta in particolare una super ficie di entrata quadrata ed una superficie di uscita qua drata.
la geometria del fotoconduttore a forma di tronco di piramide è scelta in modo che la radiazione incidente nell ’imbuto 1 6 viene riflessa al massimo due volte . Per questo scopo il mantello esterno descrive rispetto all 'as se longitudinale del fotoconduttore 1 6 un angolo all ' incirca di 6°.
La superficie di entrata 22 presenta a sua volta una su perf icie , la quale corrisponde almeno a 25 volte la super ficie fotosensibile del sensore 20 , se il fotoconduttore 1 6 è progettato geometricamente in modo che la radiazione riflessa dall ' oggetto 10 viene riflessa al massimo 2 volte nel fotoconduttore 16.
Attraverso la disposizione secondo l ' invenzione , in fun zione della geometria e del materiale del fotoconduttore 1 6 , radiazione incidente in questo e riflessa dall ' oggetto 10 è diretta su sensori virtuali 24 (2 x n 1 )<2>-1 e sull ' unico sensore reale 20 , in cui la radiazione complessiva , condizionata dalla geometria a tronco di piramide del foto conduttore 1 6 , colpisce il sensore reale 20. La lettera n sta per il numero delle riflessioni massime della radiazio ne riflessa.dall’oggetto 10 ed incidente nel fotoconduttore 16.
Siccome il sensore 20 è sensibile ad un'energia di ricezione complessiva, la quale, con la radiazione rifles sa direttamente dall'oggetto senza che questa passi attra verso il fotoconduttore 18, corrisponde alla radiazione che colpisce i sensori virtuali 24 e l'unico sensore rea le 20, e rilevabile un'alta energia di ricezione, sicché è possibile di ottenere un'alta esattezza di misura.
Una pupilla di entra ta reale per la radisizione riflessa non è richiesta. Invece viene formata una pupilla di entrata apparente attraverso un cono di apertura y , il quale si estende tra il punto di incidenza 16 della radia zione che dalla sorgente luminosa 12 arriva all'oggetto 10 ed il bordo periferico dei sensori virtu&li 24. Con altre parole, il diaframma di apertura γ è formato da un cono te so tra il punto di incidenza 16 e la parete periferica dei sensori virtuali.
Il campo di misura utilizzabile che può essere coperto con 1'apparecchiatura seconde l'invenzione senza che abbia luogo un'ombreggiatura causa.ta dalla disposizione separata nello spazio della pupilla di trasmissione, cioè della len te 14 e del fotoconduttore 18, e descritto più chiaramente in base alla fig. 2. In questa è riprodotto in via di prin cipio il fotoconduttore 18 e la sua superficie di entra ta della luce è indicata con A. Sul lato del sensore sono indicati il sensore reale 20, il quale infatti misura effettivamente la radiazione, come pure sensori virtuali con i segni di riferimento 24, 30 e 32. Il campo di rice zione ora è determinato da una inviluppante che è determinata dalla superficie di entrata A del fotoconduttore 16 come pure dal bordo periferico della superficie com -plessiva dei sensori virtuali 24, 30 e 32. La superficie così determinata e la superficie di entrata A del foto -conduttore 16 stendono la inviluppante che include il corrispondente campo di ricezione utilizzabile e che nel la fig. 2 è indicata con i riferimenti 34, 36.
Con una progettazione del fotoconduttore 16 per due riflessioni (n = 2), risultano 24 sensori virtuali, cosic che si ottiene una superficie complessiva minore e perciò la inviluppante determinata presenta, con uguale superficie di entrata A nel fotoconduttore 16, un angolo di aper tura maggiore, delimitato dai raggi 26, 26 che sono segna ti anche nella fig. 1.
Se il numero delle riflessioni ammonta a n = 1, allora in base alla minore superficie complessiva dei sensori virtuali 30 risulta un angolo di apertura ancora maggiore, il quale è delimitato dai raggi 36, 40.
Una ombreggiatura tra la pupilla di trasmissione ed il fotoconduttore 16 risulterebbe nell'esempio illustrato se condo la fig. 2 per un oggetto colpito da radiazione nel campo C quando il fotoconduttore è progettato per n = 2 riflessioni. Ciò significa che i sensori virtuali 32 si tuati esternamente apparentemente non sono colpiti da radiazione riflessa con la conseguenza che, corrisponden temente la radiazione ricevuta dal sensore 20 è diminuita.
In base alla fig. 2 è chiarito il fatto che oggetti pos sono essere rivelati ovvero rilevati in un grande campo di ricezione, in cui in base all'assenza di riproduzioni a rifrazione ottica è data un'alta profondità di campo.
Attraverso la geometria del tronco di piramide è comun que escluso il pericolo di una falsificazione del colore della luce riflessa.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1 . Procedimento per la rivelazione o il riconoscimento di un oggetto attraverso il confronto di colore rivelato dell'oggetto con un colore nominale prestabilito, in cui da una sorgente di radiazione viene emessa radiazione sull’ oggetto e radiazione riflessa dall'oggetto viene rilevata da un sensore identificatore di colore, caratterizzato dal fatto: che radiazione riflessa viene inviata, per mezzo di un elemento fotoconduttore avente la geometria di un tronco di piramide rastremantesi in direzione del sensore identifica tore di colore, al sensore identificatore di colore, in cui l'elemento fotoconduttore per la radiazione riflessa è realizzato in modo che la radiazione incidente nell'eie mento fotoconduttore viene riflessa al massimo n volte, con n < 2.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto: che la radiazione riflessa è inviata in assenza di lenti al sensore identificatore di colore.
- 3. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni , caratterizzato dal fatto che la radiazione riflessa viene inviata, tramite l'elemento fotoconduttore, asensori identificatori di colore virtuali, come pure al sen sore identificatore di colore (reale) unico, in cui n è il numero delle riflessioni della radiazione riflessa nell' elemento fotoconduttore.
- 4. Apparecchiatura per la rivelazione o il riconoscimento di un oggetto (10) attraverso il confronto del colo re rivelato dell'oggetto con un colore nominale prestabilito, comprendente una sorgente di radiazione (12) come un LED, emettente una radiazione sull'oggetto, come pure almeno un sensore identificatore di colore (20) rilevante la radiazione riflessa dall'oggetto, caratterizzata dal fatto: che tra l'oggetto (10) ed il sensore identificatore di colore (20) almeno unico è disposto un elemento fotocondut tore (18) avente una geometria di tronco di piramide rastremantesi in direzione del sensore identificatore di colore e consistente di materiale pieno trasparente, e che l'elemento fotoconduttore (18) per la radiazione riflessa è dimensionato in modo che la radiazione riflessa dall'oggetto (10) ed incidente nell'elemento fotoconduttore può essere riflessa al massimo n volte, in cui n = 2.
- 5. Appareechia.tura secondo la rivendiesazione 4, caratterizzata dal fatto: che l'elemento fotoconduttore (18) consiste di vetro acrilico oppure di vetro. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto: che la sorgente di radiazione (12) è un LED emettente luce <">bianca. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto: che la sorgente di radiazione e un laser emettente luce bianca.
- 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto: che la sorgente di radiazione (12) consiste di un lED ad emissione rossa, verde e <">blu, le cui radiazioni emesse so no concentrabili in una radiazione di luce bianca. 9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto: che la sorgente di radiazione (12) è un laser emettente al meno luce rossa, luce verde e luce blu, le cui radiazioni emesse sono concentrabili in una radiazione di luce bianca. 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatte che: il sensore identificatore di colore (20) presenta una su -perfice sensibile al rosso, una al blu ed una al verde. 11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto: che la superficie di uscita dell'elemento fotoconduttore (16) è uguale alla superficie complessiva sensibile alla radiazione del sensore identificatore di colore (20). 12. Apparecchiatura secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto: che la superficie di entrata (22) sul lato dell'oggetto dell'elemento fotoconduttore presenta un'estensione, la quale corrisponde ad almeno 25 volte la superficie comples siva sensibile alla radiazione del sensore identificatore di colore (20). 13. Apparecchiatura secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, ca,ratterizzata dal fatto: che il sensore identificatore di colore (20), al quale per viene la radiazione riflessa dall'oggetto (10) e percorrer te l'elemento fotoconduttore (16 ) , è sensibile ad una ener già di radiazione, la quale corrisponde alla radiazione ri cevute dal sensore identificatore di colore virtuale (24) (2 x n 1)<2>-1) corrispondente all'unico sensore identificatore di colore, con l'aggiunta dell'unico sensore identi ficatore di colore (20) (reale) e riflessa direttamente dall'oggetto, in cui n è il numero delle riflessioni della radiazione nell'elemento fotoconduttore. 14. Apparecchiatura secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni , caratterizzata dal fatto: che la radiazione riflessa dall'oggetto (10) entro l'ele -mento fotoconduttore (18) passa attraverso un diaframma di apertura apparente, il Quale è prestabilito attraverso il cuneo d'apertura esteso tra il punto di riflessione sull' oggetto ed il bordo periferico complessivo del sensore identificatore di colore virtuale (24). 15. Apparecchiatura secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni , caratterizzata dal fatto: che l’oggetto (10) è disposto in un ambiente di ricezione utilizzabile per una radiazione manifestantesi, il quale è delimitato da una inviluppante determinata dal bordo pe riferico complessivo dei sensori identificatori di colore virtuali (24) come pure dal bordo periferico della superficie di entrata (22) dell'elemento fotoconduttore (18). 16. Apparecchiatura secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni , caratterizzata dal fatto: che nello spazio <">interposto tra la superficie dell'elemen to fotoconduttore (18) sul lato del sensore ed il sensore identificatore di colore (24) è riempito un materiale, il quale presenta un indice di rifrazione che corrisponde od è simile a quello dell'elemento fotoconduttore
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