CN116940258A

CN116940258A - 包括用于识别吸烟制品的标记的光学感测系统的电动吸烟装置

Info

Publication number: CN116940258A
Application number: CN202280016304.XA
Authority: CN
Inventors: P·德贝格
Original assignee: JT International SA
Current assignee: JT International SA
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-10-24
Also published as: EP4297600A1; WO2022179946A1; KR20230151997A; JP2024506698A; US20240122258A1

Abstract

本发明涉及一种电动吸烟装置(2)，该电动吸烟装置被配置为接纳消耗品制品(1)，该电动吸烟装置包括：壳体，该壳体具有腔体(200)，该腔体限定腔体轴线、用于至少部分地接纳消耗品制品(1)；以及光学感测系统(5)，该光学感测系统用于检测消耗品制品(1)上的标记(10)，其中光学感测系统(5)包括至少一个针孔(20)、以及图像检测器(30)，其中针孔(20)允许在图像平面上形成可由图像检测器(30)检测的图像。

Description

包括用于识别吸烟制品的标记的光学感测系统的电动吸烟装置

技术领域

本发明涉及烟草领域，特别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和/或气溶胶产生装置，特别是涉及一种电加热的气溶胶产生系统或一种电加热的电子烟液系统。

背景技术

近年来，基于气溶胶产生消耗品制品的电子吸用装置已变得流行。主要存在两种类型：液体汽化装置和加热的烟草或植物基物质装置。加热的烟草装置被称为“加热不灼烧(HNB)”系统。它们与液体汽化香烟相比提供了更真实的烟草风味，液体汽化香烟通过加热包括气溶胶形成剂、香料和常常还有尼古丁的液体成分来递送可吸入气溶胶。HNB系统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，蒸气从烟草材料提取尼古丁和风味成分。烟草物质通常被加热到200℃与400℃之间，这低于常规香烟的正常灼烧温度。吸入器装置典型地是手持式的，其可以被配置用于接纳杆状消耗品制品。

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品质低劣，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认证的气溶胶产生消耗品制品，可以将包含关于制品的信息的代码或等效标识布置在制品的外表面上，以便在使用中或使用之前利用认证装置对其进行检测。在认证为否的情况下，则可能阻止与其一起使用的吸入器装置的工作。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，辨识概率应极高，使得合适的制品将不会被拒绝。

在现有技术中已经提出了各种尝试来提供可认证的气溶胶产生制品。例如，US20190008206 A1披露了一种吸烟制品，该吸烟制品在外表面上包括标记，其中该标记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。此类标记可以是可检测和再现的，并且可能仅包含小密度信息，或者会具备不可接受地较大的大小。然而，在US20190008206 A1中提出的光学感测机构需要成像透镜或反射镜以便读取标记。

从现有技术中还已知的是提供一种吸烟制品，该吸烟制品包括指示与制品相关联的参数的标识布置或标记，使得标识元素围绕制品的圆周延伸。另外还已知的是一种光学传感器组件，该光学传感器组件被配置为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。通常，光学传感器需要复杂的传感器组件以便检测消耗品上的标记。例如，在透镜、反射镜或传感器被提供给图像检测系统时，必须在传感器和腔室之间提供覆盖系统，以便防止灰尘或灰烬到达并阻挡传感器的视野。

标记的成像可以通过透镜或反射镜执行；然而，难以将它们布置在吸入器装置的腔体附近可用的非常小的空间中。另外，在这种吸入器装置中存在与使用中温度可能高于100℃或甚至高于200℃的区域相关的问题，这极大地限制了材料的选择。而且，透镜和反射镜必须被对准并适配在保持器中，并且很难降低组装成本。另外，取决于比如透明塑料等所使用的材料，存在长期稳定性的问题。而且，如果使用透镜，它们可能被清洁刷划伤或损坏。透镜可能需要定期清洁，因为来自消耗品的灰尘或颗粒可能阻塞其表面。

因此，需要简单、稳健且廉价的成像系统，以允许在没有过于复杂的检测系统的情况下认证气溶胶产生制品。

发明内容

本发明通过提供一种包括新颖的光学感测系统的吸烟装置来提供对以上讨论的问题中的至少部分(如果不是全部)的解决方案，其中光学感测系统包括至少一个基于针孔的成像系统。针孔用于允许有限的光通过，并随后在图像平面上形成可由图像检测器检测的图像。由于本发明的装置的针孔光学感测系统，本发明的装置提供了检测和识别包含在一个或多个标记中的信息的光学解决方案，该一个或多个标记布置在气溶胶产生制品上或中、可以包括高密度编码信息或非常基本的低分辨率编码信息。

与通常需要使用透镜和/或反射镜的现有技术系统相比，如本文所描述的本发明大大简化了标记辨识。换句话说，本发明消除了对透镜和/或反射镜元件的需要。结果，本发明的吸烟装置提供了布置在受限的狭窄空间中的光学感测系统，这又是已知的基于透镜和/或反射镜的光学感测系统的廉价替代性方案。

另外，本发明的吸烟装置的光学感测系统可以至少部分地布置在吸烟装置的加热器附近或与其接触，因为光学感测系统不受使用中产生的热量影响。

因此，在第一方面，本发明涉及一种电动吸烟装置，该电动吸烟装置被配置为接纳消耗品制品，该电动吸烟装置包括：(a)壳体，该壳体具有腔体，该腔体限定腔体轴线、用于至少部分地接纳消耗品制品；以及(b)光学感测系统，该光学感测系统用于检测消耗品制品上的标记，其中该光学感测系统包括至少一个针孔、以及图像检测器，其中针孔允许在图像平面上形成可由图像检测器检测的图像。

使用针孔进行成像允许提供无限的景深，并且被成像的一切都保持聚焦。由于没有透镜畸变，因此广角图像保持绝对直线，这是对识别代码进行成像的有利方面。

在第二方面，本发明涉及根据本发明的吸烟装置用于检测消耗品制品的标记的用途。

根据一个实施例，光学感测系统可以包括光源，该光源优选地在面向消耗品制品的一侧靠近针孔定位。例如，光源可以直接照射消耗品制品的标记，或者通过用于将光源的光朝向消耗品制品的标记反射的反射元件间接地照射消耗品制品的标记。因此可以产生更清楚的图像。

根据另一实施例，被定位为彼此相对的至少两个针孔被提供给吸烟装置，使得消耗品制品上的标记可以通过至少两个针孔被光学感测系统检测。这有利地允许光学感测系统在标记上检测更多的信息。替代性地，光学感测系统用作防伪机构，因为在图像平面上形成的具有相同编码信息的两个图像从消耗品制品的相反两侧产生，因此可以增加光学感测系统的灵敏度。

根据又一实施例，至少两个针孔可以设置于不同的轴向和/或纵向位置。例如，当针孔设置于不同的轴向和/或纵向位置时，形成在图像平面上的图像可以至少部分重叠，使得更宽的图像可以形成在图像平面上并被图像检测器检测。

根据又一实施例，至少两个针孔可以设置于相同的轴向位置或纵向位置。例如，当至少两个针孔设置于同一轴向位置时，这可以用来增加光学感测系统的灵敏度。例如，围绕消耗品制品圆周地设置标记，因此标记可以在相反两侧具有相同的编码信息。被设置为彼此相对的至少两个针孔允许在图像平面上形成两个相同的图像，并且随后被(多个)图像检测器检测。来自两个图像的信息可以被处理和比较，以确保信息被正确读取。

根据实施例，设置有在平行于腔体轴线的方向上延伸的针孔阵列。这个针孔阵列可以包含范围从两个到十个的针孔，针孔阵列中的针孔可以被设置为彼此靠近，并且在图像平面上形成的图像可以至少部分重叠或者可以彼此不重叠。

根据实施例，提供给图像平面的、可由图像检测器检测的图像可以部分重叠。当图像部分重叠时，这具有的优点在于增加了光学感测系统的准确度，并且可以检测更宽的图像。

在其他实施例中，提供有在平行于腔体轴线的方向上延伸的针孔阵列，其中针孔阵列中的针孔形成一个或多个狭缝，以在正交于狭缝的长度的平面中提供图像。狭缝允许在图像平面上形成更宽的图像。这允许由光学感测系统检测例如来自消耗品制品的标记的不同部分的信息。

在其他变型中，在针孔和图像平面之间设置有一个或多个光学元件。这有利地增加了本发明的光学感测系统的灵敏度和准确度。

根据其他变型，至少一个场镜被提供给光学感测系统以提供扩大的视场，其中该至少一个场镜优选地被设置在针孔和图像检测器之间。当在光学感测系统中使用“聚焦和重组”技术时，这具有存在聚焦距离方面的误差较小的优点。

在实施例中，针孔的大小是可调节的，从而形成大小可变的针孔以允许形成清楚或更准确的图像。

在实施例中，针孔的大小可通过电磁或静电或通过各自具有半圆形孔口的两个MEMS叶片来调节。

在实施例中，光学感测系统的光源是用来提供用于照射目的的红外光的加热器。

在实施例中，针孔成像器所适配的加热腔体被配置为允许气流通过针孔。这可以用来确保针孔保持光学开放。该装置还可以被配置为使得可以施加空气脉冲通过针孔，使得从成像器中去除沉积的灰尘，这对于需要从侧面吹送空气(这在加热腔体内是极难适配的)的透镜来说是不可能的。

在实施例中，针孔可以布置在可沿着平行于腔体轴线的方向滑动的环上。

如本文所用，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。

术语“多个标记”或“标记”被定义为包含关于消耗品制品的信息的元素或结构，并且典型地布置在制品的表面上。该表面可以是制品的外表面或内表面，比如，属于制品的包裹物的表面。标记可以嵌入制品内部。此外，可以在所述制品上或其内布置多于一个标记。

如本文所用，术语“针孔”应该广义地理解。它可以指针孔孔口以及至少在一个维度上非常小的任何孔口。由此，长度远大于宽度的细狭缝也被认为是“针孔”。针孔可以是简单的圆形孔口或非对称孔口或非圆形孔口。“针孔”可以是沿其长度具有可变宽度的细狭缝，但是该宽度总是小于所述长度。针孔的直径或狭缝的宽度的典型尺寸在1μm至500μm之间，优选地在10μm至100μm之间。针孔的直径或狭缝的宽度可能大于500μm，例如为1mm。针孔的直径或狭缝的宽度取决于所需的投射距离。投射距离越大，针孔或狭缝的孔口就可能越大。包括针孔的光学系统实际上是在一侧具有小孔的不透光的盒子。来自场景的光穿过孔口，并且将倒置的图像投射在盒子的相对侧上，这被称为暗箱效应。针孔的优点是它们的焦深。根据物体到针孔的距离和针孔到图像平面的距离之间的关系，由光学感测系统中的针孔拍摄的图像中的一切都是聚焦的。针孔系统非常简单，易于制造和使用。理想地，针孔被设置为具有在大约20μm与200μm之间、更优选地在大约25μm与100μm之间的典型孔径，使得清晰和清楚的图像可以形成在图像平面上，以被光学感测系统的图像检测器检测。

光学感测系统的针孔的“焦距”是从孔到图像平面所在的地方的距离。例如，根据所涉及的距离，0.3mm的化学蚀刻针孔可以提供大约f/2到f/100的孔径，并且可以进一步提供磁性锁定快门以允许受控曝光。对于右手或左手操作，快门顺时针或逆时针旋转。

涉及给定的数值时，“约”或“基本上”或“大约”意指包括指定值的10％内的数值。除非从上下文看明显相反，否则本披露给定的所有值应理解为由单词“约”加以补充。

不定冠词“一个/一种(a或an)”不排除复数，因而应被广义地对待。例如，成像可以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图像平面之间的像距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。

附图说明

图1a示出了包括单个针孔成像器的本发明的第一实施例的示意性表示。

图1b示出了如图1a所示的第一实施例的放大视图。

图2示出了包括被设置为彼此相对的两个针孔成像器的本发明的第二实施例的示意性表示。

图3示出了包括针孔阵列的本发明的第三实施例的示意性表示。

图4示出了包括单狭缝成像器的本发明的第四实施例的示意性表示。

图5示出了包括放大视场的针孔成像器的本发明的第五实施例的示意性表示。

图6示出了包括透镜的本发明的第六实施例的示意性表示。

图7展示了通过图1的实施例中的针孔或狭缝的气流。

图8展示了具有纵向地布置在外表面上的代码的气溶胶产生制品。

图9示出了通过提供给根据本发明的吸烟装置的腔体的针孔来形成设置在图8的气溶胶产生制品上的代码的图像，图像平面是曲面并且成像在平行于纵向轴线X-X的方向上实现。

图10展示了根据本发明的吸烟装置的腔体，可移动的狭缝在可移动的环中被提供给该腔体，该可移动的环被配置为沿着腔体的外表面滑动。

图11展示了包括2D针孔阵列的装置的实施例，该阵列允许提供图像的重叠，每个针孔提供图像。

具体实施方式

将关于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，出于展示性目的，一些元件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仅限于所讨论的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、加热不灼烧制品、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。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6所表示的那样，气溶胶产生制品1可以至少包括第一部分和第二部分，该第一部分包括布置在外表面上的标记μ，该第二部分附接到第一部分，第二部分可以形成吸嘴以供使用者吸入在将消耗品制品1(例如，气溶胶产生消耗品制品)插入气溶胶产生装置2的加热腔体中之后加热第一部分时产生的气溶胶。制品1包括另外的部分，该另外的部分可以不包括标记10。标记10可以布置于所述另外的部分的侧向侧部中的一个或两个。

图1a示出了吸烟装置2(例如，气溶胶产生装置)，该吸烟装置包括腔体200，该腔体用于在使用中接纳被插入所述腔体200中的消耗品制品1。腔体是吸烟装置2的接纳部分，消耗品制品1的至少一部分可以插入在该接纳部分中。腔体200的壁可以基本平行于腔体轴线。然而，即使当消耗品制品1已经被插入所述腔体中，在所插入的消耗品制品1和腔体壁之间仍然可能存在微小的间隙200，如图1a所展示的那样。光学感测系统5(其能够检测布置在插入腔体中的消耗品制品1上的标记)进一步布置在吸烟装置2中，如本文中进一步详细描述的那样。

图1a示出了第一实施例，其中针孔20被提供给吸烟装置2的光学感测系统5。针孔20可以被提供给腔体200的接纳部分202的壁。为了清楚起见，图中未示出消耗品制品1和接纳部分202的内壁之间的间隙200(其可以由布置在腔体200中的内部突起(比如翅片、肋等)产生)。光学感测系统5包括针孔20和图像检测器30，该图像检测器放置在作为图像平面的所选择的位置。当然，还可以预见，图像检测器30不需要放置在图像平面上。

如图1a可见的那样，图像检测器30和针孔20之间的距离用d₂表示，而针孔和消耗品制品1的标记10之间的距离用d₁表示。当包括标记10的消耗品制品1被插入到吸烟装置2的接纳部分202中时，标记10的图像可以通过针孔20形成在图像平面上，并且随后被光学感测系统5的图像检测器30检测。比如LED等光源可以设置在针孔20附近，以提供朝向标记10的光。图像检测器30可以放置在吸烟装置2中的任何地方，只要图像平面上形成的图像可以被图像检测器30传送和/或检测。

图1a展示了最简单的针孔成像系统中的一种，其中单个针孔20被提供给光学感测系统5。消耗品制品1的设有标记10的部分可以是图像标记或比如由墨水实现的印刷代码等编码标记。标记10可以是典型的条形码，或者可以是多个1D点或2D点的布置。

在光学感测系统5中使用针孔20具有这样的优点，即，当插入腔体200的接纳部分202中时，不需要透镜或曲面反射镜来对布置在消耗品制品1的外表面上的标记10进行成像。如图1所展示的那样，当待成像的物体是标记10时，光通过纯几何效应投射，并且放大系数由所涉及的距离决定：M＝d₂/d₁，其中M可以小于或等于1(通常)或者可以大于1。在某些情况下，针孔的使用可以适用于能够提供充足光源的环境。

本文中承认针孔可能提供比由透镜或反射镜提供的图像更暗的图像(因为针孔的孔口小)。然而，对于距离d₁和d₂的给定值，这些图像通常是清晰的。这是由于这样的事实，即，在基于针孔的光学感测系统中，与具有更宽视野的透镜和曲面反射镜相比，光源仅来自单个方向。

对于针孔成像系统重要的几个参数是比如：(a)从物体到针孔的距离和从针孔到图像平面的距离；(b)针孔的(多个)孔口，其通常可以在例如大约20微米与500微米之间；(c)针孔(其原则上是圆形针孔)的边界的品质，(d)衍射效应，其与用于通过针孔对物体成像的光源的波长和(多个)针孔孔口的边界的粗糙度有关。

(多个)针孔孔口的边界处的衍射效应和缺陷可能提供模糊或不清楚的图像。因此，为了保证高品质的针孔形成，光学感测系统的至少一个针孔(例如大约20μm至500μm的针孔孔口)可以由铬掩模制成。铬掩模可以有两种主要类型的基底材料：相对便宜的钠钙玻璃和/或具有低热膨胀和高透光率的合成石英。铬层可以在任何透明表面上实现，理想地在玻璃或Al₂O₃(刚玉或掺杂有例如钛或铁的蓝宝石)的透明表面上实现。

至于利用布置在吸烟装置2中的光学感测系统5对标记10成像所需的光源，可以使用比如脉冲LED或脉冲激光器(UV、可见、红外)等脉冲光源。另外，图像检测器30可以被配置为执行同步检测，使得可以使用非常低的平均光强度，并且非常低的平均光强度仍然足以使图像检测器检测到图像。脉冲光的峰值功率足够高就足够了。

为了提高针孔光学感测系统5的光学性能，特别地对抗衍射效应，可以在由硅(Si)或硬质材料(SiO2、石英、人造金刚石、Al₂O₃)制成的层或基板中提供针孔解决方案。盐窗也可以用作基板，因为它们具有非常宽的光谱透射。由周期表的第一列和最后一列的任意组合制成的盐窗或层(比如NaCl、NaBr、KCl、KI、CsBr、CsCl、CsI等)是商业上可获得的，并且可以在中远红外范围内具有最好的透射率且具有最大的光谱透明度，从而允许透射蓝光以及中/远红外光。

制造针孔的优选选择可能是在沉积于SiO₂窗(或者对于大于1.5μm的波长λ为Si，因为Si在1500nm以上是透明的)上的铬层中制造针孔。

因此，本文中考虑的针孔光学成像系统5是用于读取气溶胶产生制品1上的标记的低成本但有效的成像解决方案，特别是当靠近非常热的表面(比如如本发明中认为的吸烟装置腔体200的表面)布置时。针孔成像系统特别适用于低分辨率标记(比如印刷的条形码)。

图1b示出了设置有针孔20的来自图1a的光学感测系统5的特写视图。消耗品制品1上的标记10可以优选地设置在其包裹物上。术语“包裹物”被广义地定义为保护和容纳例如吸烟材料的装料并允许处理此材料的任何结构或层。包裹物具有可以与吸烟材料接触的内表面，并且具有背离吸烟材料的外表面。包裹物可以优选地包括基于纤维素的材料，比如纸等，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，并且可以是柔性材料或硬质材料。包裹物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，该至少一个孔口设置在包裹物的表面上。

标记10还可以根据2D或3D的结构布置来布置，并且可以具有任何形状，比如，正方形或矩形形状的带。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可以包括重复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读取，而与制品1相对于光学放大读取器系统的位置(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。

除了防伪性质之外，期望标记10还可以包含应被吸烟装置2使用的特定参数(比如，理想温度范围、或随时间变化的加热曲线)的信息、或允许向吸烟者提供不同吸烟味道或强度的参数的信息。

图2示出了吸烟装置2的另一实施例，其中两个针孔20、22被提供给吸烟装置2的接纳部分202的相对壁。由于针孔20、22不设置在相同的轴向和/或纵向位置，因此具有来自消耗品制品1的标记10的不同部分的信息的图像51、52可以形成在图像平面上，并且随后由相应的图像检测器30、32检测。换句话说，第一针孔20允许标记10的第一部分在第一图像平面上形成第一图像51，而第二针孔22允许标记的第二部分在第二图像平面上形成第二图像52。这两个图像51、52随后被光学感测系统的图像检测器30、32检测。图像检测器放置在图像51、52的第一图像平面和第二图像平面中。另外，根据这个实施例的针孔20、22可以类似于第一实施例，例如d₁与距离d₃相同，且d₃与d₄相同。在这个实施例中，使用了至少两个相同的针孔图像。图2示出了层W，在所述层W上形成第二针孔22。层W可以是例如薄玻璃板。在变型中，两个针孔可以被形成为例如硅(Si)晶片中的孔口，或者这两者可以通过透明板W上的涂层形成。然而，可以预见，也可以设置有两个不同的针孔成像器，其中每个针孔成像器S1、S2提供不同的放大系数M1、M2。

在所有实施例中，放大系数M1、M2优选大于1，但也可以小于1或等于1。

图3示出了另外的实施例，其中多个针孔20、20’、20”被提供给接纳部分202的相同壁，但是这些针孔布置在不同的纵向位置。在这个实施例中，针孔20、20’、20”被布置为靠近彼此，其中分别穿过针孔20、20’、20”形成在图像平面上的图像P1、P2、P3彼此部分重叠，使得来自标记10的不同部分的信息10’、10”、10”被反射在图像平面上，并且随后由光学感测系统的图像检测器32、34、36检测。

图4示出了另外的实施例，其中针孔20以狭缝的形式形成，其中狭缝是矩形形状，因此允许更宽的视野。可以预见，狭缝设置有多个相连的针孔。类似于针孔，狭缝允许在正交于狭缝的长度的图像平面中产生图像。如在前面的实施例中，一旦消耗品制品1被插入吸烟装置2的接纳部分，标记10就被放置成直接面对针孔20。类似于图3中描述的实施例，这个实施例是有用的，使得来自标记10的不同部分的信息可以被反射在图像平面上并被图像检测器30检测。在这个示例中，狭缝可以用作圆柱形透镜的替代性方案。图4展示了标记10的包括呈线性编码形式的多个阵列的图像12的形成。

图5示出了包括针孔阵列2000的实施例，使得包括标记元素阵列的标记10成像在包括多个图像检测器32、34、36的图像检测器阵列30’上。通过使用包括针孔阵列2000的基板或支撑件的弯曲形状，可以在检测器阵列30’布置在其上的图像曲面上提供图像I1-I3。这种实施例允许对布置在弯曲形状的吸烟制品1(比如圆柱形吸烟制品1)的外围处一定长度上的标记进行成像。

为此，披露的是，根据另外的实施例，通过在针孔20后面放置场镜300可以扩大针孔成像系统的视场，如图6所展示的那样。值得注意的是，场镜300不产生图像，而仅仅使光线偏离，这并不等同于聚焦微透镜。

本文中描述的所有实施例也可以适于透射由光源提供的照明光束，该光源布置在光学感测系统5中或者作为吸烟装置2中的单独部件，例如，设置于背离标记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。

光学感测系统5可以包括放大系数大于1的光学投射系统和至少一个图像检测器。图像检测器可以是单个检测器、检测器阵列、包括光学元件和电子器件的检测器系统，或者可以包括成像器和/或微型光谱仪。

光源或照射系统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。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。

在被光源照射时，消耗品制品1的标记10将产生投射光束，该投射光束可以是反射光束、透射光束或衍射光束。投射光束可以在被第一聚焦元件反射或折射或衍射之后提供至少一个次要光束，该次要光束直接透射到图像检测器30上，或者通过使用例如单个或复合反射、折射或衍射元件、分束器或这些元件的组合透射到图像检测器上。

接着，所述投射光束被接收在图像检测系统(其也被定义为如本文所用的图像检测器30)上，该图像检测系统包括用于将由消耗品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，电信号或数据可以用于辨识制品和/或识别与吸烟装置2的参数相关的信息，例如，在吸烟装置2的操作中应针对所述消耗品制品1使用的参数。光学感测系统30可以包括单个检测器或检测器阵列，或者可以包括视觉系统。光学感测系统30还可以包括彩色滤光片或微型光谱仪。

在一些变体中，可能有必要提供具有重要放大系数(例如，系数为10、超过20或超过50)的投射系统。在一些情况下，由于在典型气溶胶产生装置中缺少空间，因此可以通过使用至少一个次要偏转反射镜来使光路偏转，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系数。

在透明层上的金属层上实现微孔阵列是广泛可用的技术。而且，还可以通过MEMS技术在硅(Si)中实现非常精确的微结构化孔口。在MEMS材料中，孔口可以具有V形。如图6所展示的那样，可以在小场镜上实现孔口。

针孔20、20’、20”的尺寸及其到标记的距离d₁和其到图像检测器30的距离d₂必须根据可用空间和图像大小的所需放大或缩小来确定，这仅由(针孔-检测器的距离)/(标记-针孔的距离)的比值来确定。针孔的孔口的大小应该尽可能小，但是存在要在可用的强度和衍射效果以及标记的图像的所需分辨率之间找到的折衷。例如，“投射距离”越大，放大系数M和分辨率就越大。越小的投射距离给出的视野越宽、但分辨率更小。

根据一些实施例，光学感测系统包括至少一个针孔、以及图像检测器，并且可以在以下条件下提供针孔、或狭缝的宽度：

基质：熔融石英，B270，Borofloat，D263，

厚度：0.3mm至10mm，

涂层材料：铬，IMTBC，

针孔直径：通常大于1μm，

针孔直径公差：0.5μm，

位置精度：小于0.5μm。

在一些另外的实施例中，可以以更复杂的方式提供包括一个或多个针孔的光学感测系统。例如，针孔阵列和可选的空间滤波器可以用于空间滤波，并在许多光学系统中充当虚拟点光源。针孔(也称为针孔孔口)限制数值孔径(NA)，从而限定透射光束的发散度并阻止更大的角度。

在一些另外的示例中，在共焦显微镜中使用的尼普可夫圆盘(Nipkow disc)也可以被提供给根据本发明的光学感测系统。作为照明系统的一部分，它们也用于荧光显微镜检查和材料测试。在平面基板上以“尼普可夫图案”布置的针孔元素特征确保在黑铬涂层的微结构化期间没有缺陷。这是因为即使针孔直径的大小最小的缺陷也将导致图像中的条纹，从而使圆盘不可用。

在其他示例中，距离d₂可以在1mm与10mm之间或者在2mm与20mm之间，不限于此。标记10和针孔之间的距离d₁可以在0.5mm与5mm之间或者在1mm与3mm之间，也不限于此。根据吸烟装置中可用空间的特定设计，d₁、d₂和针孔类型及其直径的选择取决于每个特定的几何布置，使得可以对吸烟制品的标记进行成像。在某些变型中，可以在针孔和检测器之间布置小反射镜，或者可以使用微棱镜将光偏转到图像检测器30。

为了获得最清晰的图像，理想情况下，针孔应该具有最佳大小，完美地是圆的，并且优选地由最薄的材料制成。然而，清晰度本身不必总是最重要的要求。来自针孔的图像可能不太清晰，并且有时一定量的模糊本身可能是有吸引力的表达方式。针孔的原理确保点的图像实际上是小圆盘。孔越小，圆盘越小，并且因此图像越清晰。然而，这只是在一定程度上是真实的。如果孔太小，那么光被衍射，并且图像变得不太清晰。因此，对于每个焦距(从孔到光敏材料的距离)存在最佳孔直径，这将产生最清晰的图片。最佳针孔直径的等式可以基于瑞利(Lord Rayleigh)提出的公式，该公式被修改为使得结果给出直径而不是半径，可以写为如下：

d＝1.9√(f-l)；其中，

d–针孔直径；

f–焦距；

l–波长(通常使用0.00055mm的黄/绿光的波长)。

最佳孔直径或最佳焦距的计算可以使用技术人员可用的任何公知方法来进行。例如，可以使用PinholeDesigner程序进行计算。

为此，披露的是，根据本发明的针孔可以被设置为大小可变的针孔。例如，针孔大小可以通过涉及电磁力或静电力的机构来改变，电磁力或静电力比如通过压电元件或基于力的任何MEMS致动器(例如MEMS磁性致动器)来施加。在示例中，针孔由两个相对的MEMS叶片形成，这两个叶片可以通过静电寻址来寻址。在另一示例中，两个MEMS叶片中的每一个可以包括具有半圆形孔口的一侧(或者成形在一侧的半管件)。当叶片彼此侧向接触时，两个半圆形形状的孔口形成整圆形孔口。可以通过移动这两个叶片来适配孔口的面积，从而可调节针孔大小。

如前面所限定的那样，“针孔”可以是长细狭缝。狭缝可以是直的狭缝或弯曲的狭缝。狭缝可以用于针孔成像器的有利实施例，该针孔成像器通过沿着加热器元件的圆周的一部分实现孔口来实现，如图9所展示的那样。在这种情况下，针孔布置是长窄狭缝20，并且表现为曲面圆柱形透镜。几乎不可能通过任何折射元件来实现这样薄的光学弯曲元件。相比之下，沿着加热器元件的圆周的一部分实现长细狭缝(如图8所展示的那样)允许在图像曲面100上形成代码10的图像I10。如果狭缝20被实现为垂直于加热器元件202的纵向轴线x，则它允许在该纵向轴线x的方向上提供图像I10，如图8所展示的那样。这种配置允许提供布置于吸烟制品1(比如图8中表示的吸烟制品1)的代码10的至少一部分的图像I10。

在有利的实施例中，可移动的狭缝被提供给腔体200，如图10所展示的那样。狭缝被布置在可以在纵向方向x上滑动的可移动的环204中。通过移动狭缝，可以向成像器提供连续的图像I11、I12。优点是与任何曲面折射元件相比，在环中实现狭缝是容易的。

在实施例中，针孔成像器所适配的加热腔体200被配置成确保气流通过针孔。图7中展示的这种实施例可以用来确保针孔保持光学开放。该装置还可以被配置为使得可以施加空气脉冲通过针孔，使得从成像器中去除沉积的灰尘，这对于需要从侧面吹送空气(这在加热腔体内是极难适配的)的透镜来说是不可能的。

在图11展示的有利实施例中，可以布置2D针孔阵列2000，并且这些针孔提供图像I13至I21的重叠，每个针孔提供图像。这允许提供改进的装置和较大的视场。通过使用2D针孔阵列，可以使用图像相关和去卷积处理来提供重叠图像的拼接，这降低了噪声。典型的针孔阵列2000可以覆盖小至3mm×3mm的区域，并且包含超过10个、可能超过50个针孔。由于由小于50μm的微透镜引起巨大的像差，因此用折射透镜不可能实现这种配置。

Claims

1.一种电动吸烟装置(2)，该电动吸烟装置被配置为接纳消耗品制品(1)，该电动吸烟装置包括：

壳体，该壳体具有腔体(200)，该腔体限定腔体轴线(X)、用于至少部分地接纳该消耗品制品(1)，以及

光学感测系统(5)，该光学感测系统用于检测该消耗品制品(1)上的标记(10)，其中，该光学感测系统(5)包括至少一个针孔(20)、以及图像检测器(30)，其中，该针孔(20)允许在图像平面上形成能够由该图像检测器(30)检测的图像。

2.根据权利要求1所述的吸烟装置(2)，该吸烟装置进一步包括光源，该光源优选地在面向该消耗品制品(1)的一侧靠近该针孔(20)定位。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的吸烟装置(2)，其中，被定位为大致彼此相对的至少两个针孔(20)被提供给该吸烟装置(2)，使得该消耗品制品(1)上的标记(10)能够通过该至少两个针孔(20)被该光学感测系统(5)检测。

4.根据权利要求3所述的吸烟装置(2)，其中，该至少两个针孔(20)设置于不同的轴向位置和/或纵向位置。

5.根据权利要求3所述的吸烟装置(2)，其中，该至少两个针孔(20)设置于相同的轴向位置或纵向位置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置(2)，其中，针孔(20)阵列被设置为平行于该腔体轴线。

7.根据权利要求6所述的吸烟装置(2)，其中，被提供给该图像平面的、能够由该图像检测器(30)检测的图像至少部分重叠或不重叠。

8.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置(2)，其中，针孔(20)阵列被设置为平行于该腔体轴线，其中，该针孔(20)阵列形成一个或多个狭缝，以在正交于狭缝的长度的平面中提供图像。

9.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置(2)，其中，一个或多个光学元件设置在该针孔(20)和该图像平面之间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置(2)，其中，一个或多个场镜(300)被提供给该光学感测系统(5)以提供扩大的视场，其中，该一个或多个场镜(300)优选地被设置在该针孔(20)和该图像检测器(30)之间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置(2)，其中，该光学感测系统(5)包括集成的加热器，以提供用于照射目的的光源。

12.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置(2)，其中，该针孔的大小是可调节的，从而形成大小可变的针孔。

13.根据权利要求12所述的吸烟装置(2)，其中，该针孔的大小能够通过电磁或静电或通过各自具有半圆形孔口的两个MEMS叶片来调节。

14.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置(2)，其中，所述针孔布置在能够在该腔体(200)中纵向滑动的环上。