CN114845582A - 包含用于识别包括标记的吸烟制品的光学投射系统的电动吸烟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气溶胶产生消耗品制品(1)，该气溶胶产生消耗品制品包括布置在所述制品(1)的表面上的至少一个标记(10)，该至少一个标记含有关于该制品(1)的编码信息。该编码信息在可读代码元素的至少一个阵列中实现，这些可读代码元素在被光学放大读取器系统(200)照射时是可读的，所述可读代码元素具有每平方毫米所述标记(10)至少10个元素的密度。本发明还涉及一种被配置用于接纳消耗品制品(1)的气溶胶产生装置(2)。该气溶胶产生装置(2)包括光学放大读取器系统(200)，该光学放大读取器系统被配置用于在检测器(30)上提供所述标记(10)的至少部分的光学放大图像，并读取所述编码信息，以识别该消耗品制品(1)的正宗性。

Description

包含用于识别包括标记的吸烟制品的光学投射系统的电动吸 烟装置

技术领域

本发明涉及烟草领域，更具体地涉及再造烟草和气溶胶产生制品。本发明进一步涉及吸烟装置，特别是涉及一种电加热的电子烟液系统或电加热的气溶胶产生系统。

背景技术

近年来，基于气溶胶产生消耗品制品的电子烟已变得流行。主要有两种类型：液体蒸发器和加热的烟草吸入器装置。加热的烟草吸入器装置被称为“加热不燃烧”系统(HNB)。与电子烟相比，它们提供了更正宗的烟草风味，电子烟通过加热包括气溶胶形成剂、香料并且通常包括尼古丁的液体装料来递送可吸入气溶胶。HNB系统的工作原理是加热包括气溶胶形成物质(比如，甘油和/或丙二醇)的烟草材料，该气溶胶形成物质在加热期间汽化并产生蒸气，该蒸气从烟草材料提取尼古丁和风味成分。烟草物质被加热到200℃与400℃之间，低于常规香烟的正常燃烧温度。吸入器装置典型地是被配置用于接纳杆状消耗品制品的手持式加热器。

气溶胶产生制品(无论是标准香烟、电子烟液还是HNB制品)的非法贸易是个问题，因为假冒制品尤其可能质量低劣，或者在电子烟液或HNB消耗品制品的情况下，可能不适于确定的吸烟系统。为了识别气溶胶产生消耗品制品是否是正宗制品，可以在制品的外表面上布置含有关于制品的信息的代码或等同标志，以便在使用中或使用之前通过某装置来检测到。这允许检查消耗品制品的正宗性，并且在否定检查的情况下，关掉与之一起使用的加热系统。因此，期望标记还可以含有吸入器装置应使用的特定参数的信息(比如，理想温度范围或随时间变化的加热曲线)；或允许向吸烟者提供不同吸烟味道或强度的参数的信息。为了提供对消耗品制品(比如，HNB制品)上的代码的准确认证，识别概率应极高，以使得合适商品将不会被否定。然而，现有标记受到其中可能包含的低密度信息的限制，并且大多数已知标记依赖于经典代码(比如，1维或2维条形码)，这些代码可以在不使用特定光学仪器的情况下例如通过人眼简单看到代码而容易被拷贝。

现有技术中已经提出各种尝试来提供可认证气溶胶产生制品。例如，US20190008206 A1披露了一种吸烟制品，该吸烟制品在吸烟制品的外表面上包括标记，该标记代表一种类型的吸烟制品并且可以呈可以是一维或二维条形码的图案的形式。该标记包括不同灰度级，这些灰度级可以通过以具有较小大小的点印刷而产生。这种标记可容易检测和复制，并且可以仅包含小密度信息，或者应具备不可接受的大的大小。由于缺乏空间，US 20190008206 A1所描述的系统局限于在标记附近具有检测器的简单光学读取器。此外，US 20190008206 A1的光学读取器由于对读取器的检测器的可能损坏而无法在装置的加热器附近使用，这限制了在吸烟制品上布置标记的位置。

文献WO 2019185747 A1披露了一种吸烟制品，该吸烟制品包括指示与制品相关联的参数的标志布置或标记，以使得标志元素围绕制品的周边延伸。另外，该参考文献披露了一种光学传感器装置，该光学传感器装置被配置用于读取被接纳在用于产生气溶胶的设备的腔室内的制品的标记。光学传感器可以位于中空管中，并且可以与制品接触，或者可以是相对于制品可伸缩的，以提供较广的视野。WO 2019185747 A1所描述的构型限于简单的光学传感器检测，比如，光电二极管检测强度或颜色，因此可读标记具有简单类型的例如条形码或反射表面，或者可以包括荧光特征。这样，WO 2019185747 A1中的标记可以容易拷贝和复制。

在US 20160302488 A1中，描述了一种吸烟制品，该吸烟制品在吸烟制品的外表面上包括标记。该标记可以呈一维/二维条形码的形式。该代码包括通过喷雾施加的标记的层的可识别光谱签名。光谱签名被光学读取器检测到，该光学读取器是布置在非常有限的空间中并且靠近吸烟装置的腔体的简单光学读取器。由于缺少位置，仅可以使用简单的滤光器，因此US 20160302488 A1所描述的系统限于仅检测简单的光谱或颜色，或者限于使用一个或多个窄带滤光器。因此，由US 20160302488 A1的系统提供的光谱效果容易拷贝或复制。

因此，需要一种允许认证气溶胶产生制品(比如，HNB、吸蒸气和吸烟制品)的改进的技术。具体地，基于包括高得多的信息密度的代码或标记的认证将是优选的，以提高认证品质并使得难以伪造制品。此外，还期望光学读取器的至少检测器部分维持低于50℃，典型地是在温室下。现有技术的系统限于简单的代码，因为仅可以使用简单的光学读取器并且需要不能紧靠吸烟装置的加热器的标记。

发明内容

本发明的发明人已经通过提供一种气溶胶产生制品找到上文讨论问题的解决方案，该气溶胶产生制品具有光学读取器，该光学读取器包括布置在气溶胶产生装置的可用空间中的光学放大系统。本发明的装置允许提供光学解决方案来检测并识别包含在布置在气溶胶产生制品上或其中的标记中的信息，这些信息可以包括放在所述标记附近的简单光学读取器无法读取的高密度编码信息。此外，在实施例中，本发明允许提供一种通过光学系统读取标记的解决方案，该光学系统可以具有布置在气溶胶产生装置的加热器附接或与之接触的部分。

因此，在第一方面，本发明涉及一种气溶胶产生消耗品制品，该气溶胶产生消耗品制品包括布置在所述制品的表面(即，内表面或外表面)上的至少一个标记，该至少一个标记含有该制品的编码信息。该编码信息在可读代码元素的至少一个阵列中实现，这些可读代码元素在被光学放大读取器系统照射时可读。这些可读代码元素具有每平方毫米标记至少10个元素的密度。

因此，根据本发明的气溶胶产生消耗品制品被布置成包括标记，在不使用必须至少放大该标记的图像的光学系统的情况下，该标记的细节很难或不可能用人眼检测到。

在实施例中，所述可读代码元素是结构性和/或彩色代码元素。使用结构性和/或彩色代码元素使得标记的复制更加困难。在变体中，这些代码元素中的至少三个具有不同颜色。这些代码元素可以是黑色或灰色，并且可以具有可以是如1976CIE色度图所定义的任何颜色的颜色。这些代码元素可以是形状、尺寸不同的非均匀代码元素并且具有不同光学特性。在标记中使用各种不同代码元素使得识别和伪造更加困难。

在实施例中，所述标记的至少一个部分包括具有不同颜色的至少八个代码元素。使用至少八个不同代码元素允许将标记复杂化，并提供大量的嵌入信息。

在实施例中，这些代码元素的至少一部分是不稳定的代码元素。使用不稳定的代码元素允许提供以下解决方案：提供关于气溶胶产生制品的使用的信息，比如，消耗时间或关于制品的加热(例如，最高温度)的信息。

在实施例中，所述标记的至少一部分包括波导。提供基于波导的标记允许提供难以识别并且使复制更加困难的标记，因为这需要如由本发明的装置提供的特定投射系统。

在第二方面，本发明进一步涉及一种气溶胶产生装置，该气溶胶产生装置包括布置在本体外部中的电源和限定了腔体轴线的腔体。该本体部具有被配置用于接纳如上所述的消耗品制品的开口。该气溶胶产生装置进一步包括限定了入射孔口的光学放大读取器系统，并且包括至少一个聚焦光学元件和至少一个检测器。该光学放大读取器系统布置在该本体外部中，并且被配置用于将所述标记的至少一部分的光学放大图像提供到所述检测器，并读取所述编码信息。该气溶胶产生装置进一步包括控制单元，该控制单元被配置用于基于由该光学放大读取器系统在提供在该消耗品制品上的标记中读取的信息内容来认证该消耗品制品。

在实施例中，所述光学放大读取器系统的放大因数是至少为因数2、优选至少为因数10、更优选至少为因数20、甚至更优选至少为因数50。通过提供包括高密度编码元素的标记，允许提供关于产品的大量信息，并且同时使得标记的识别和复制非常困难。

在实施例中，所述光学放大读取器系统包括至少一个凹面光学反射镜。使用凹形反射镜允许减少所需光学部件的数量。

在实施例中，所述光学放大读取器系统包括被配置用于调适其焦距的至少一个可调适光学元件。使用可调适光学器件允许提供可变聚焦。

在实施例中，所述光学放大读取器系统包括布置在所述入射孔口与所述检测器之间的光学波导。在该光学放大系统的路径中提供波导允许将该检测器背离加热器放置。

在实施例中，所述至少一个凹形光学反射镜是对称中心位于所述腔体轴线上的环形反射镜，并且其中所述检测器是使其对称中心位于所述腔体轴线上的环形检测器。结合布置在消耗品制品的整个圆周上的标记使用轴对称投射系统提供了一种检测方法，该检测方法与该消耗品相对于该光学系统的轴向取向无关。

在实施例中，所述光学放大读取器系统被配置用于读取布置在所述气溶胶产生消耗品制品上的至少两个标记。使用布置在消耗品制品上的多于一个标记允许提供关于消耗品制品的更多信息，并且使得产品的识别和复制更加困难。

在实施例中，所述光学放大读取器系统包括至少一个偏振器。使用由该一个或多个标记提供的偏振效果允许提供关于消耗品制品的更多信息，并且使得产品的复制非常困难。

在实施例中，所述检测器放在该气溶胶产生装置的隔热区域中，使得在操作中，该检测器的温度保持低于45℃。将该检测器放置在可以通过周围的空气或隔热材料隔热的隔热区域中，使得该检测器不加热，从而避免了加热问题，比如，光学检测的损坏或稳定性。

附图说明

图1示出了气溶胶产生装置的部分纵向截面的示意图，该气溶胶产生装置包括光学放大读取器系统。

图2示出了本发明的光学放大读取器系统的部分纵向截面的示意图，该光学放大读取器系统包括分束器和至少两个检测器。

图3示出了本发明的光学放大读取器系统的实施例的示意图。

图4示出了气溶胶产生装置的横向截面的俯视图的示意图，该气溶胶产生装置包括被配置用于读取布置在标记的阵列中的标记的光学放大读取器系统。

图5示出了气溶胶产生装置的横向截面的俯视图的示意图，该气溶胶产生装置包括被配置用于读取布置在气溶胶产生制品的至少两个表面上的标记的光学放大读取器系统。

图6示出了光学放大读取器系统的纵向截面的示意图，该光学放大读取器系统包括被布置用于向标记提供沿着气溶胶产生制品的表面传播的掠入射光束的光源。

图7示出了光学放大读取器系统的示意性透视图，该光学放大读取器系统包括面向检测器的轴对称阵列的中空凹形轴对称反射器。

图8示出了光学放大读取器系统的纵向截面的示意图，该光学放大读取器系统被配置用于检测两个标记的放大图像的叠加。

图9示出了光学放大读取器系统的横向截面的示意图，该光学放大读取器系统包括通过使用同一共用光路来照射标记并同时检测由此标记提供的光的光学分束器。

图10示出了包括微透镜阵列的光学放大读取器系统的截面的示意图。

图11示出了光学放大读取器系统的截面的示意图，该光学放大读取器系统包括整体光学放大读取器，该整体光学放大读取器包括集成的微透镜阵列和检测器。

图12示出了根据本发明的示例性装置的截面。该实施例的光学读取器包括光学波导，用于提供其输出处的放大图像。

图13示出了本发明的制品的标记的一部分的放大视图。

图14展示了图13所展示的标记的这部分的两个结构性元件的检测高度轮廓。

具体实施方式

将参考特定实施例并参考附图来描述本发明，但是本发明不限于此。所描述的附图仅是示意性的，而非限制性的。在附图中，出于展示的目的，一些元素的大小可能被夸示并且没有按比例绘制。尺寸和相对尺寸并不对应于对本发明的实践的实际缩减。

将在以下示例中关于包括气溶胶产生材料的包含烟草装料的气溶胶产生消耗品制品1来描述本发明，但是本发明的范围不应被解释为限于基于烟草的消耗品制品，而是应涵盖任何气溶胶产生消耗品制品，比如，吸烟制品、加热不燃烧制品、电子烟液烟弹和雾化烟弹，它们包括能够在加热时产生可吸入气溶胶的气溶胶产生基质。根据本发明的气溶胶产生消耗品制品1可以具有或不具有对称轴线，并且可以具有任何形式或形状，比如长圆柱形或球形、或者梁的形式。如图1至图8所示，根据本发明的气溶胶产生消耗品制品1包括至少第一部分1b和第二部分1a，该第一部分包括布置在外表面上的标记10，该第二部分附接到第一部分，第二部分1a可以形成吸嘴以供使用者吸入在将气溶胶产生消耗品制品1插入气溶胶产生装置2的加热腔体中之后加热第一部分1b时产生的气溶胶。制品1包括另外的部分1c，该部分不包括标记10。标记10可以布置到所述另外的部分1c的一个或两个侧面上(图7，图8)。

本发明通过气溶胶产生制品1来实现，并且还通过气溶胶产生装置2来实现。本发明进一步通过包括所述气溶胶产生装置2的系统来实现，该气溶胶产生装置包括插入所述气溶胶产生装置2中的气溶胶产生制品1。本文详细描述了所述系统的气溶胶产生装置2和气溶胶产生制品1。

如在此使用的，术语“气溶胶产生材料”是指能够在加热时释放挥发性化合物的材料，该材料可以形成气溶胶。从气溶胶产生材料产生的气溶胶可以是可见的或不可见的，并且可以包含蒸气(例如，呈气态的物质微粒，在室温下通常是液体或固体)以及气体和冷凝蒸气的液滴。

气溶胶产生制品1的第一部分1b可以包括被布置到包裹物3中的气溶胶产生材料的装料，但不是必需如此。术语“包裹物3”被广义地定义为保护和容纳气溶胶产生材料的装料并允许处理此材料的任何结构或层。包裹物3具有可以与气溶胶产生材料接触的内表面，并且具有背离气溶胶产生材料的外表面。包裹物3可以优选地包括基于纤维素的材料，比如纸，但是也可以由可生物降解的聚合物制成，或者可以由玻璃或陶瓷制成。包裹物可以是多孔材料，并且可以具有光滑或粗糙的外表面5，并且可以是柔性材料或硬质材料。包裹物3可以构成光学不透明或部分透明的光学层。在纸的情况下，包裹物3在可见光和红外光下是部分透明的，并且在UV下可以是部分透明的。包裹物3可以包括孔口。所述标记10可以至少部分地布置在至少一个孔口前方，该至少一个孔口被提供在包裹物3的表面上。

术语“标记10”被定义为含有关于气溶胶产生制品1的信息的元素或结构，并且典型地布置在制品1的表面上。该表面可以是制品1的外表面或内表面，比如，属于制品的包裹物的表面。标记10可以嵌在制品1内部。此外，可以在所述制品1上或其内布置多于1个标记10。

如在此使用的，术语“放大率M”(也被定义为放大因数)是指所产生的图像B至少与待成像物体A(标记或标记的一部分)一样大。放大率M＝由b/a＝B/A确定，并且因此大于或等于1。A和B分别是待成像的标记或标记部分的大小，并且B是像平面中的图像的大小。

成像通过光学系统来实现，该光学系统具有标记到聚焦系统的物距a，该物距小于聚焦系统与像平面之间的像距b，即，b≥a，其中a和b通过1/f＝1/a+1/b相关，f是装置的光学读取器的聚焦系统的焦距。通常应理解的是，图像大小B不一定必须等于用于检测图像的检测器的大小。检测器可以在至少一个截面中具有比所产生图像更小或更大的大小。

与现有技术的包括标记的制品相比，本发明的标记10的代码元素或结构单独很难或不可能被人的肉眼检测或识别。本发明的高密度标记需要一种光学读取器系统，该光学读取器系统提供至少与待检测标记的一部分的大小一样大的图像大小。例如，简单的条形码依赖于光学缩小系统，这意味着放大因数小于1。原因是广视野必须由光学成像系统提供。在本发明中，视野较小，因为旨在检测具有极高代码密度的标记或标记部分。因此，需要为至少一的放大率M(M>1)，但典型地大于2、直至100或更大，如进一步所述。因此，本发明的装置良好适合于检测布置在制品的圆周上的标记。本发明的装置还可以被配置用于检测并测量沿着制品的纵向方向布置的标记，这需要根据预定角取向或者通过使用被配置用于围绕腔体112旋转的光学读取器的至少可旋转部分来插入制品的装置。

标记10可以是不同类型的，其中一些将在下文进一步详细描述。适用于根据本发明的气溶胶产生制品1的2D或3D标记10的典型类别包括但不限于：

-反射或衍射标记10；

-反射和衍射标记10；

-包括超表面的标记10；

-全息标记10；

-偏振敏感标记10；

-包括至少一个标记波导(比如，谐振波导光栅(RWG))的标记10，该至少一个标记波导布置到标记10上或其中；

出于设计和/或安全目的，标记10可以是部分透明的标记10。它可以被进一步配置成使得它在被照射时提供的光学效果独立于气溶胶产生制品1相对于固定照明源的轴向位置。

此外，任何标记10可以布置在基材上，该基材布置在所述包裹物的表面上和/或通过任何物理或化学手段实现到所述包裹物上或实现到所述制品1中；

在优选实施例中，标记10可以是不稳定的标记，即，它们可以随着时间或气溶胶产生制品1或装置中的物理和化学条件而改变。

标记10的特别有利的形式是至少一个标记被配置为谐振波导光栅(RWG)的形式。例如，在以下文献中描述了RWG：

-A.Sharon等人的“可见光和近红外辐射的谐振光栅波导结构(Resonatinggrating-waveguide structures for visible and near-infrared radiation)”，J.Opt.Soc.Am”vol.14，nr.11，第2985至2993页，1997年。

在标记10中使用RWG允许提供极其难以识别和复制的独特光学效果。由于它们的周期性小，因此它们不允许各种衍射级，这使它们不同于更简单的衍射光学元件(DOE)。

当然，在本发明的背景下，如前所述的不同类型的所述典型类别的标记10的组合是可预测的。

标记10可以布置在制品1的圆周的一部分上，或者可以布置在整个圆周上(例如，在图1至图4中)。它可以包括高密度的编码元素，这些编码元素可以嵌入比如布置在所述标记10中或其上的衍射结构或薄波导或全息图等结构中或这些结构的阵列中。代码元素还可以是布置在标记10上或其内的吸收结构或层。代码元素还可以是偏振敏感的结构。

提供给本发明的气溶胶产生制品的标记10可以被布置用于提供预定直接反射效果，比如，在被光源提供的光束照射时，提供可以具有不同光谱和/或不同反射角度的多个光束。反射光束可以是以任何衍射级投射的衍射光束。标记10可以在其表面或两侧中的至少一个上包括结构，并且可以包括嵌入标记10的层内部的结构。例如，衍射结构可以提供在标记10的外表面上。光束可以是准直光束、或者可以是大孔径光束，并且可以是发散或会聚光束。

编码信息在可读代码元素的至少一个阵列中实现，这些可读代码元素在被如下文在各种示例中描述的光学放大读取器系统200照射时是可读的。可读代码元素阵列具有每平方毫米所述标记10至少10个元素的密度。优选地，可读代码元素阵列具有每平方毫米所述标记10超过20个、更优选超过50个元素的密度。

标记10可以根据结构的2D或3D布置来布置，并且可以具有任何形状，比如，正方形或矩形带。优选地，所述带包括布置在所述制品1的整个圆周上的冗余代码元素的阵列。术语“冗余的”在本文中是指标记10包括迭代代码元素阵列或代码元素块，并且可以由固定的光学放大读取器200读取，而与制品1相对于光学放大读取器系统200的位置(比如，角位置)无关。这可以通过例如但不限于标记10来实现，该标记由反射或衍射结构阵列、吸收结构阵列或谐振波导阵列或其组合构成。

除了防伪特性之外，期望标记10还可以包含应被吸入器装置使用的特定参数的信息(比如，理想温度范围、或随时间变化的加热曲线)、或允许向吸烟者提供不同吸烟味道或强度的参数的信息。

本发明的装置和系统的特别受关注的应用在于检测并测量标记10的结构性元素的3D形状。为了从这些标记10检测信息，如果本发明是强制性的，则装置2需要高放大因数M，至少大于1、典型地大于10。在实施例中，标记10是喷墨印刷元件，比如，具有明确定义和预定形状或3D尺寸的印刷圆顶。这通过现有的喷墨机器是可行的，并且可以应用在典型的纸质包裹物3上。可以实现喷墨沉积，以使得印刷图形或圆顶具有明确定义的预定形状。标记10可以纳入光子晶体以提供独特光学特性，比如反射效果。读取器系统可以包括检测所印刷喷墨元素的形状的器件。这种器件可以通过以下光学配置来实现，该光学配置基于由具有不同观察轴线的两个检测器进行的静态检测；或者还可以通过以下读取器系统来实现，该读取器系统包括可移动投射透镜或允许检索关于印刷元件的3D形状的信息的任何光学微系统。比如提供小于1的放大率的毫米级相机等光学检测系统不允许进行这种检测。

根据图1所示的第一实施例，光学放大读取器系统200包括凹面反射镜20，该凹面反射镜被装配用于将标记10的放大图像10'提供到检测器30上，该检测器定位在放大系统200的像平面中。在图1的变体中，检测器30可以被配置用于检测标记10的光谱反射率，或者可以被配置用于提供标记10的至少一部分的图像。在有利的实施例中，标记10包括冗余光学结构，并且被配置到整个圆周上，使得标记的光学效果与气溶胶产生制品相对于布置在光学放大读取器系统200中的固定光源40的取向无关。在变体中，检测器30可以布置在装置2的腔体112中。

使用光学放大读取器系统200允许提供气溶胶产生装置2，这些气溶胶产生装置可以根据如上所述的不同类型的高密度标记10来布置，并且允许提供这些气溶胶产生装置2的很大设计灵活性，以应对比如所需光学读取器系统的部件(比如，检测器)的极其有限的可用空间等问题以及加热问题。

如本文所描述的光学放大读取器系统200被配置用于传输电磁辐射，典型地具有包含UV、可见光和整个红外(IR)范围的波长的辐射。

光学放大读取器系统200可以包括但不限于：

-折射元件，例如，单透镜或复合透镜、棱镜、分束器、菲涅耳透镜；

-反射元件，例如，平坦反射镜或凹面反射镜；

-衍射元件，例如，在透明衬底上实现的衍射透镜，

-由超表面提供光学功能的光学元件；

-电可寻址元件，比如，MEMS装置、或这些元件的组合。

光学放大读取器系统200将根据标记10的类型以及几何要求和温度要求来选择，并且典型地但不限于是以下选择：

在图中未展示的实施例中，光纤可以布置在光学读取器系统200中。例如，波导的入射面可以定位在投射系统的像平面中，并且标记10的此放大图像10'的光的一部分可以传输到被配置用于检测导向光的强度和/或光谱的远处检测器30。在变体中，可以提供用于在像平面中扫描或切换波导的入射面的器件。在图中未展示的变体中，波导可以布置在光源40与所述标记之间。这种配置允许通过由波导的外耦合表面提供的光束来照射标记。

可以布置到光学放大读取器系统200中的波导可以是但不限于：

-单光纤10：用于传输强度、偏振和光谱信息；

-光纤束10：用于传输图像和照明光束；

-平坦波导10：用于传输强度、偏振和光谱信息以及传输图像和照射光束。

本文所描述的所有实施例还可以适于将由布置在光学放大读取器系统200中的光源40、42提供的照射光束传输到背离标记10的一侧。这可以通过使用例如分束器或半透明反射镜来实现。在比如显微镜等光学系统中布置照明光束是众所周知的，并且在本文中不再进一步描述。

“光学放大读取器200”包括放大因数大于1的光学投射系统和至少一个检测器。检测器30可以是单一检测器、检测器阵列、包括光学元件和电子器件的检测器系统，或者可以是或包括成像器和/或微型光谱仪。

“光源40、42”可以是可以提供优选在UV(紫外光)、可见光或红外光(IR)范围中的光束的任何光源40、42。光源可以是例如LED或半导体激光器。光源不一定必须是电力驱动光源，并且因此可以例如是加热器的一部分或区域或者是气溶胶产生装置和/或消耗品制品的提供红外线光束的热部分。

在被光源40照射时，气溶胶产生制品1的标记10产生投射光束410，该投射光束可以是反射、透射或衍射光束。投射光束410在被第一聚焦元件20反射或折射或衍射之后提供至少一个次要光束420，该次要光束直接透射到检测器30上，或者通过使用例如单一或复合反射、折射或衍射元件、分束器或这些元件的组合透射到检测器上。

接着，所述投射光束410被接收在检测系统(也被定义为“检测器30”)上，该检测系统包括用于将由气溶胶产生制品的至少一个标记10提供的光学信息转换为电信号或数据的器件，该电信号或数据可以用于识别制品和/或标识与气溶胶产生装置2的参数相关的信息，例如，在装置2的操作中应为所述制品1使用的参数。检测系统30可以包括单一检测器或检测器阵列，或者可以包括视觉系统。检测系统30还可以包括彩色滤光片或微型光谱仪。

气溶胶产生制品1上的光学信息可以由布置在制品1上的标记10或布置在所述气溶胶产生制品1内部的标记10提供。光学放大系统200在气溶胶产生装置2的操作中将标记10提供的光学效果传输到所述检测系统。

现在详细描述展示典型变体的另外实施例。

图2展示了光学放大系统200的示意性截面，该光学放大系统包括分束器50(BS)和两个检测器30、32。在变体中，如图所示，系统200可以包括两个偏振器P1、P2，以允许根据例如两个正交偏振平面来提供标记10的偏振信息。使用偏振效果允许提供更复杂的标记10，并且使得标记10的编码信息的标识更加难以识别和复制。

在一些变体中，可能有必要提供具有重要放大因数(例如，因数10、超过20或超过50)的投射系统200。这可以通过基于长光学投射路径的实施例(比如，图3所展示的实施例)来实现。由于在典型气溶胶产生装置中缺少空间，通过使用至少一个次要偏转反射镜22来使光路偏转，该次要偏转反射镜可以是平坦反射镜或曲面反射镜。在未在此展示的变体中，光学放大系统可以是基于反折射配置。这允许提供紧凑的光学系统，同时提供长的投射长度以及因此高放大因数。

图4展示了标记是相同标记10至15的阵列的实施例。在变体中，标记10至15的所述阵列可以是被配置用于将相同信息投射到检测器系统30的不同标记。这可以通过使用具有宽角孔径的第一聚焦元件20来实现。在图4所展示的变体中，可以使用多于1个偏转反射镜22、24来提供高投射长度。图4中的实施例展示了主要投射光束410通过3个相继会聚光束412、414、416引导到检测器30的示例。

图5示出了气溶胶产生装置2的实施例，其中插入了包括两个不同标记10、11的气溶胶产生制品1。每个标记10、11与布置在光学放大读取器系统200中的光学投射系统200'、200”相关联。第一光学投射系统200'布置在制品的包括标记11的部分1b的横截面的平面中，并且第二投射系统200”被布置成相对于所述第一投射系统200'成一定角度。如图5所展示，所述角度优选是正交的。

图6示出了光学放大读取器系统200的截面的示意图，该光学放大读取器系统包括被布置用于向标记10提供沿着气溶胶产生制品1的表面传播的掠入射光束400的光源40。在操作中，掠入射光束400与标记10光学地相互作用，并提供投射光束410，该投射光束典型地相对于所述掠入射光束400成90°来引导。使用掠入射光束400允许向检测器30提供标记10的具有大对比度的图像10'。使用掠入射的照明技术(比如，在显微镜或图像处理仪器中使用)是已知的，并且在本文中不再进一步描述。在图6所展示的有利实施例中，滤光器F1至F3可以插入投射光束或次要光束410、420中。在图6的示例中，标记10包括点，这些点在被白色光束照射时各自具有特定颜色。在图6中，仅出于展示的目的，颜色或光谱特性由波长符号λ1至λ3表示。代码元素可以是黑色或灰色元素，并且可以具有如1976CIE色度图所定义的任何颜色。如果需要放大系统，则难以识别或复制密集结构(比如，点、细线或符号)的组合阵列(其中这些结构具有不同的形状和/或光谱特性)，这是如本文所描述的本发明的目标。

图7示出了光学放大读取器系统的示意性3D图，该光学放大读取器系统包括面向检测器31至39的轴向对称的盘形阵列的中空凹形轴向对称反射器20。为清楚起见，图7展示了从所述反射器20反射的两个示例性会聚反射光束410'、410”。这种配置允许提供不依赖于制品1的轴向取向的放大系统，只要标记10包括如前所述的冗余光学结构或阵列即可。检测器31至39可以是单一检测器，或者各自可以是检测器阵列。

图8示出了光学放大读取器系统的实施例的截面的示意图，该光学放大读取器系统被配置用于检测包括两个标记11、13的标记10的放大图像的叠加。像图8所示的实施例特别受关注，因为至少两个标记的光学效果的叠加需要放大系统200，并且难以识别和复制。在变体中，颜色或偏振效果可以组合在图8的系统200中，从而使得标记的读取和识别更加复杂，并且因此难以复制。

图9示出了光学放大读取器系统200的横截面的示意图，该光学放大读取器系统包括通过使用同一共用光路、通过入射光束400'照射标记10并同时检测由此标记10提供的光束420的光学分束器BS。一些包裹物(比如，纸包裹物)在可见光范围中并且特别在光谱的红外部分中是部分透明的。在图9的实施例中使用了这种特性，其中标记10布置在制品1的包裹物的内表面处或附近。标记可以由具有预定形状的物质104制成，比如，图9的插图中所展示的钟形标记100。在图9的实施例中，光通过光学放大系统200聚焦在所述标记上。入射光400'的相互作用提供了反射或漫射光束410，该反射或漫射光束被光学放大读取器系统200重新收集并投射到检测器30上。在变体中，标记10可以包括具有与标记的其余部分不同的光学特性的部分102。例如，部分102可以是反射部分102，该反射部分在像平面10'中提供反射部分102的一个或多个光峰值特征。在完全透明的包裹物3或没有包裹物的制品1的情况下，标记的轮廓易于检测。甚至在部分扩散包裹物(比如，薄层纸)的情况下，也可以检测嵌入标记的几何和光谱或强度信息。例如，可以通过使用光束410来检测由嵌入结构100、102、104散射的光的特定后向散射特性，该光束被元件100、102、104后向反射或散射，并且如图9所展示透射穿过所述包裹物。在不使用光学放大系统200的情况下，这是不可能的或者至少是极其困难的，并且将无法提供可靠的信息。提供嵌入标记100使得伪造更加困难，因为从气溶胶产生制品1的外部看不到标记。

图10示出了包括微透镜阵列20的光学放大读取器系统200的实施例的截面的示意图。使用微透镜20a至20d的阵列20允许提供非常紧凑的光学投射系统200。在图10和图11的布置中，微透镜阵列20的每个微透镜20a至20d将投射光束和标记10的部分10a至10d的放大图像提供到检测器30上。每个部分10a至10d可以在检测器30的对应部分30a至30d上成像，如图10所展示。所述检测器部分30a至30d可以是单一检测器元件或者可以是检测器阵列。检测器30可以被配置用于检测标记10的完整图像，或者可以被配置用于检测标记10的每个部分10a至10d的光学特性。例如，检测器元件30a可以检测第一标记部分10a的光谱特性。在另一示例中，检测器部分10a被配置用于检测所述第一标记部分10a的图像10'。在变体中，检测器30的一部分可以被配置用于检测强度和/或光谱信息，而另一部分可以被配置用于提供图像。例如，中心检测器部分30b至30c可以提供两个标记元素10b、10c的图像，并且其余检测器部分30a、30d可以被配置用于检测由对应标记部分10a、10d提供的颜色或强度效果。

图11示出了光学放大读取器系统200的截面的示意图，该光学放大读取器系统包括整体光学放大系统，该整体光学放大系统包括整体集成的微透镜的阵列。图11的实施例特别受关注，因为它允许提供非常紧凑的放大系统200。典型的高度t1和横向尺寸t2、t3可以小于5mm、优选小于3mm，使得放大系统200(包含光源40和检测器30在内)的总体积可以小于100mm³、小于30mm³。在变体中，整体投射系统200可以基于棱镜状基材，其中由标记提供的投射光420通过棱镜元件的反射表面RS上的全内反射被引导到集成检测器30。光源40可以适配在反射表面RS上，并且照射光束400可以经由反射表面RS折射，如图所展示。

在图11的实施例的变体中，滤光器或其他元件可以集成在位于检测器30的检测器阵列30”前方或与之接触的层30'中。在本发明的所有实施例中，聚焦元件的焦距f是根据聚焦元件的期望放大率和期望孔径来选择的。图11展示了所需的公式1/f＝1/a+1/(b1+b2)，其中f是聚焦元件的焦距，a是标记10与聚焦元件20的入射面之间的距离，并且b＝b1+b2是聚焦元件20与像平面10'之间的距离。在焦距f、所需孔径、总尺寸、材料选择和成像光学系统的成本之间做出正确的选择在光学器件领域是众所周知的，并且在本文中不再进一步描述。

在旨在进一步减小总尺寸和生产成本的实施例中，可以使用比如超表面等光学结构来实现所需光学元件中的一些，比如，第一聚焦元件20。使用超表面来制造例如超透镜允许显著地减小投射系统的大小以及它们的成本，因为它们可以使用典型的微技术工艺进行浴处理。使用超表面允许在平坦基材上集成透镜阵列，并且可以被实现为第一聚焦元件20和/或如果需要的话在检测器30前方。使用超表面的优点在于提供平面微透镜阵列，其他微结构可以提供在这些平面微透镜阵列上，比如到第一聚焦平面超表面透镜阵列20的背面的针孔阵列。这允许提供挡板结构，从而显著地减少不同光学投射光束之间的串扰，并因此提高像平面10'中的投射图像的对比度。可以实现使用例如超透镜的超透镜投射仪系统200。在示例中，超透镜被设计成与波长为532nm的单色光一起使用。超透镜可以具有2mm的直径和0.7mm的焦距，并且能够将线宽为2μm且线的中心间距离为4μm的标记10成像并进行分辨。

使用超表面来实现平坦光学器件例如在以下回顾文章中描述：N.Yu和F.Capasso，“具有设计者超表面的平坦光学器件(Flat optics with designer metasurfaces)”；自然材料13，第139页(2014年)。

此外，在变体中，如果检测器30必须远离热表面而定位，则可以在标记10与第一聚焦元件20之间布置优选地提供1:1图像的中继透镜或曲面中继反射镜。这允许将第一聚焦元件和检测器30更远离热表面定位在优选地所述中继透镜的焦距的两倍距离处。

在本文所描述的所有实施例(未展示)中，光源40、42可以被布置用于提供透射穿过制品1的整个直径的光束400。这些变体在气溶胶产生制品1中特别有用，其中制品1的截面的红外透明度在红外波长范围中至少部分地例如大于1％、更优选大于5％。

通常应理解，光学读取器系统200可以包括可寻址光学元件，比如可以位于入射或投射光路之一中的翻转反射镜或MEMS部件。包括例如滤光器或微型光谱仪的其他变体可以集成在所述气溶胶产生装置2中。在变体中，气溶胶产生装置2包括显示器，该显示器被配置用于显示由本发明的制品的标记10提供的信息。

应理解的是，在本发明的所有实施例中，光学放大读取器系统可以包括束成形元件或器件，用于主动修改光束的路径和/或形状和/或孔径。例如，可以实现可寻址MEMS反射镜。MEMS装置可以非常小，即，小于10-20mm³，并且可以被实现用于扫描标记10的部分，或者收集由具有不同取向的光束提供的光，比如可以由包括衍射光栅或RWG的标记提供的光。

实际实现的示例

图12展示了实现包括加热器2'和光学读取器的装置的示例，该光学读取器包括基于使用波导1000的图像放大系统，该波导包括衍射聚焦内耦合器2002和衍射外耦合器2004。在变体中，内耦合器2002可以是与外耦合器2004相同的结构。为图12清楚起见，标记10的照射源未示出，并且可以是LED，或者由波导提供的光、例如通过使用来自位于波导的包括外耦合区域的这端的LED的内耦合光部。光可以通过波导的楔形部或者通过被布置到波导1000的任何区域的第三衍射内耦合器在波导1000中内耦合。图12的实施例中的标记10具有迭代冗余结构10a的布置，这些重复冗余结构具有明确定义的形状，从而不仅提供关于包裹物的表面上的2D布置的信息，还提供关于结构的高度轮廓的信息。光学系统被布置成使得其角孔径始终捕获标记10的部分P的图像，使得可以不依赖于制品1插入装置2的腔体112中时的角取向，检测到嵌入标记10中的代码。

通过使用静态投射系统，可以检测到标记的结构的2D布置或2D形状。在图12的有利布置中，使用平坦波导1000来提供标记10的部分P的放大图像10'。部分P可以具有500μm或小于250μm的最大宽度。用现有技术的光学系统不能从这些小区域P检测到详细信息。现有技术的、包括视觉系统的气溶胶产生装置是基于广视野成像器，即，它们是图像缩小光学系统，因此放大因数M小于1。

通过垂直于腔体112的轴线来移动波导1000，或者通过对波导1000的端部分的至少一侧施加轻微旋转θ1、θ2，光学读取器可以检索关于标记10的结构的3D形状的信息。这些结构可以通过例如喷墨印刷来实现，从而允许在例如纸包裹物上提供良好控制的沉积点。图14展示了沿着如图13所展示的截面P1截取的部分P的两个元件的高度测量。

在图12的实际实现中，投射距离b由波导的长度b1和投射距离b2(即，波导的外耦合区域与检测器之间的距离)构成。标记10到包括比如衍射光栅等聚焦元件的内耦合窗口的距离a远小于总投射距离b(＝b1+b2)。总投射距离b典型地为45mm，并且a典型地为3mm，从而证明放大因数M为15，即，M＝b/a＝45/3＝15。

在变体中，图12的布置可以通过不依赖于光学波导的其他投射系统来实现，如前所述。使用至少一个波导1000的优点在于，容易将波导弯折并对其一端施加旋转θ1、θ2。旋转θ1、θ2和可能的横向移动Δ小，典型地分别小于5度(θ1、θ2)和100μm(Δ)。这可以通过例如压电或静电驱动机构来实现。

Claims (15)

1.一种气溶胶产生消耗品制品(1)，包括布置在所述制品(1)的表面上的至少一个标记(10)，该至少一个标记含有关于该制品(1)的编码信息，

其中，

所述编码信息在可读代码元素的至少一个阵列中实现，这些可读代码元素在被光学放大读取器系统(200)照射时是可读的，所述可读代码元素具有每平方毫米所述标记(10)至少10个元素的密度。

2.根据权利要求1所述的消耗品制品(1)，其中，所述可读代码元素是结构性和/或彩色代码元素。

3.根据权利要求1或2所述的消耗品制品(1)，其中，这些彩色代码元素中的至少三个具有不同颜色。

4.根据权利要求3所述的消耗品制品(1)，其中，所述标记(10)的至少一个部分包括具有不同颜色的至少八个代码元素。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的消耗品制品(1)，其中，这些代码元素的至少一部分是不稳定的代码元素。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的消耗品制品(1)，其中，所述标记(10)的至少一部分包括波导(1000)。

7.一种气溶胶产生装置(2)，包括布置在本体外部(110)中的电源(120)和限定了腔体轴线(114)的腔体(112)，所述本体部分(110)具有开口(113)，该开口被配置用于在插入根据权利要求1至6中任一项所述的消耗品制品(1)时接纳所述制品(1)，

其中，该气溶胶产生装置(2)进一步包括限定了入射孔口(200a)的光学放大读取器系统(200)，并且包括至少一个聚焦光学元件和至少一个检测器(30，32)，所述光学放大读取器系统(200)布置在该本体外部(110)中、并且被配置用于在所述检测器(30，32)上提供所述标记(10)的至少一部分的放大了等于或大于1的放大因数M的光学放大图像，并读取所述编码信息，并且

其中，该气溶胶产生装置(2)进一步包括控制单元(250)，该控制单元被配置用于基于由该光学放大读取器系统(200)在布置在该消耗品(1)上的该标记(10)中读取到的信息内容来识别该消耗品制品的正宗性。

8.根据权利要求7所述的气溶胶产生装置(2)，其中，所述光学放大读取器系统的放大因数是至少为因数2、优选地至少为因数10、更优选地至少为因数20、甚至更优选地至少为因数50。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的气溶胶产生装置(2)，其中，所述光学放大读取器系统(200)包括至少一个凹面光学反射镜(20)。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的气溶胶产生装置(2)，其中，所述光学放大读取器系统(200)包括被配置用于调适其焦距的至少一个可调适光学元件。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的气溶胶产生装置(2)，其中，所述光学放大读取器系统(200)包括布置在所述入射孔口(200a)与所述检测器(30，32)之间的光学波导(1000)。

12.根据权利要求11所述的气溶胶产生装置(2)，其中，所述光学波导(1000)包括衍射光内耦合器(2002)和/或衍射光外耦合器(2004)。

13.根据权利要求7至12中任一项所述的气溶胶产生装置(2)，其中，所述光学放大读取器系统(200)被配置用于读取布置在所述气溶胶产生消耗品制品(1)上的至少两个标记(11，13)。

14.根据权利要求7至13中任一项所述的气溶胶产生装置(2)，其中，所述光学放大读取器系统(200)包括至少一个偏振器(P1，P2)。

15.根据权利要求7至14中任一项所述的气溶胶产生装置(2)，其中，所述检测器(30，32)放在所述装置(2)中，使得在该装置(2)的操作中，所述检测器的温度保持低于45℃。

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