KR20230151997A - 흡연 물품의 표시를 식별하기 위한 광학 감지 시스템을포함하는 전동식 흡연 장치 - Google Patents

흡연 물품의 표시를 식별하기 위한 광학 감지 시스템을포함하는 전동식 흡연 장치 Download PDF

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패트릭 데베르그
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제이티 인터내셔널 소시에떼 아노님
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Abstract

본 발명은 소모품 물품(1)을 수용하도록 구성된 전동식 흡연 장치(2)에 관한 것으로서, 적어도 부분적으로 소모품 물품(1)을 수용하기 위해, 공동 축을 한정하는 공동(200)을 갖는 하우징; 및 소모품 물품(1) 상의 표시(10)를 탐지하기 위한 광학 감지 시스템(5)을 포함하며, 광학 감지 시스템(5)은 적어도 하나의 핀홀(20) 및 영상 탐지기(30)를 포함하고, 핀홀(20)은, 영상 탐지기(30)에 의해 탐지 가능한, 영상 평면 상의 영상을 형성할 수 있도록 한다.

Description

흡연 물품의 표시를 식별하기 위한 광학 감지 시스템을 포함하는 전동식 흡연 장치
본 발명은 담배 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는, 에어로졸 발생 물품 뿐만 아니라 재생 담배에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 흡연 장치 및/또는 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템 또는 전기 가열식 e-액체 시스템에 관한 것이다.
에어로졸 발생 소모품 물품에 기초하는 전자 베이핑(vaping) 장치는 최근 몇 년간 대중성을 얻었다. 주로 두 가지 유형으로서, 액체 기화 장치, 및 가열식 담배 또는 식물 기반 기재(substrate) 장치가 있다. 가열식 담배 장치는 "비연소 가열식(heat-not-burn)"(HNB) 시스템으로 지칭된다. 이들은 액체 기화 담배에 비하여 더 진짜 같은 담배 향미를 제공하여, 에어로졸 형성제, 향미제(flavorant), 및 흔히 니코틴을 포함하는 액체 조성물의 가열로부터 흡입식 에어로졸을 전달한다. HNB 시스템은, 가열 동안 기화되고, 담배 재료로부터 니코틴 및 향미 성분을 추출하는 증기를 생성하는, 에어로졸 형성 물질(예를 들어, 글리세린 및/또는 프로필렌 글리콜)을 포함하는 담배 재료를 가열한다. 일반적으로 담배 물질은, 통상적인 담배의 일반적인 연소 온도 미만인 200 내지 400℃로 가열된다. 막대 형상의 소모품 물품을 수용하도록 구성될 수 있는 흡입기(inhaler) 장치는 전형적으로 휴대용이다.
에어로졸 발생 물품(그것이 표준 담배, e-액체, 또는 HNB 물품인 경우)의 불법 거래는, 특히 위조품이 열등한 품질일 수 있거나, e-액체 또는 HNB 소모품 물품의 경우, 결정된 흡연 시스템에 적합하지 않을 수 있기 때문에 문제이다. 에어로졸 발생 소모품 물품이 진품인지 여부를 식별하기 위해, 물품에 관한 정보를 포함하는 코드 또는 동등한 마킹이 이의 외측 표면 상에 배치될 수 있으므로, 인증 장치와 함께 사용 시에 또는 사용 전에 그것이 탐지될 수 있다. 그 다음, 네거티브 인증의 경우, 사용되는 흡입기 장치의 작동을 방지하는 것이 가능하다. 따라서, 표시(indicium)는, 시간에 따른 가열 프로파일 또는 이상적인 온도 범위와 같은 흡입기 장치에 의해 사용되어야 하는 특정 파라미터, 또는 흡연자에게 상이한 흡연 맛 또는 강도를 제공할 수 있게 하는 파라미터의 정보를 더 포함할 수 있는 것이 바람직하다. HNB 물품과 같은 소모품 물품 상의 코드의 정확한 인증을 제공하기 위해, 적합한 물품이 거부되지 않도록, 인식 확률이 매우 높아야 한다.
인증 가능한 에어로졸 발생 물품을 제공하려는 다양한 시도가 이미 종래기술에서 제안되었다. 예를 들어, US20190008206A1은 외측 표면 상에 표시를 포함하는 흡연 물품을 개시하며, 표시는 1차원 또는 2차원 바코드일 수 있는 패턴의 형태일 수 있다. 표시는, 더 작은 크기를 갖는 도트(dot)로 프린팅함으로써 생성될 수 있는 상이한 그레이 레벨(grey level)을 포함한다. 이러한 표시는 탐지 가능하고 복제 가능할 수 있으며, 작은 밀도의 정보만을 포함할 수 있거나, 허용 가능하지 않게 큰 크기로 제공되어야 한다. 그럼에도 불구하고, US20190008206A1에서 제안된 광학 감지 기구는, 표시를 판독하기 위한 이미징(imaging) 렌즈 또는 미러를 필요로 한다.
또한, 마커(marker) 요소가 물품의 둘레 주변으로 연장되도록, 물품과 관련된 파라미터를 나타내는 표시 또는 마커 배치를 포함하는 흡연 물품을 제공하는 것이 종래기술로부터 알려져 있다. 또한, 광 센서 배치는, 에어로졸을 발생시키기 위한 장치의 챔버 내에 수용된 물품의 표시를 판독하도록 구성된다. 광 센서는 중공 튜브 내에 위치될 수 있으며, 물품과 접촉될 수 있거나, 더 넓은 필드를 제공하기 위해 물품에 대하여 접이식(retractable)일 수 있다. 흔히, 이는 소모품 상의 표시를 탐지하기 위한 복잡한 센서 배치를 필요로 한다. 예를 들어, 렌즈, 미러, 또는 센서가 영상 탐지 시스템에 제공되기 때문에, 먼지 또는 재가 센서의 시야에 도달하여 센서의 시야를 차단하는 것을 방지하기 위해, 센서와 챔버 사이에 커버 시스템이 제공되어야 한다.
표시의 이미징은 렌즈 또는 미러를 통해 수행될 수 있지만, 흡입기 장치의 공동(cavity) 근처의 이용 가능한 매우 작은 공간 내에 이들을 배치하는 것은 어렵다. 또한, 사용 시의 온도가 100℃ 초과 또는 심지어 200℃ 초과일 수 있는 그러한 흡입기 장치 내의 면적과 관련된 문제가 있으며, 이는 재료의 선택을 상당히 제한한다. 또한, 렌즈 및 미러는 홀더 내에 정렬되어 맞춰져야 하며, 조립 비용을 감소시키기가 어렵다. 또한, 투명 플라스틱과 같은 사용된 재료에 따라, 장기적인 안정성의 문제가 있다. 또한, 렌즈가 사용되는 경우, 이들이 세척 브러시에 의해 긁히거나 손상될 수 있다. 소모품으로부터의 재 또는 입자가 이의 표면을 차단할 수 있기 때문에, 렌즈가 정기적으로 세척되어야 할 수 있다.
따라서, 과도하게 정교한 탐지 시스템 없이, 에어로졸 발생 물품을 인증할 수 있도록, 간단하고 견고하며 저렴한 이미징 시스템이 필요하다.
본 발명은 새로운 광학 감지 시스템을 포함하는 흡연 장치를 제공함으로써 전술한 문제 중 전부는 아니더라도 적어도 일부에 대한 솔루션을 제공하며, 광학 감지 시스템은 적어도 하나의 핀홀(pinhole) 기반 이미징 시스템을 포함한다. 핀홀은, 제한된 광이 통과하여 영상 탐지기에 의해 탐지 가능한 영상 평면 상의 영상을 후속적으로 형성할 수 있도록 하는 역할을 한다. 본 발명의 장치는, 이의 핀홀 광학 감지 시스템으로 인해, 고밀도 코딩된 정보 또는 매우 기본적인 저해상도 코딩된 정보를 포함할 수 있는, 에어로졸 발생 물품 상에 또는 내에 배치된 표시 또는 표시들 내에 포함된 정보를 탐지 및 식별하기 위한 광학 솔루션을 제공한다.
본원에 설명된 바와 같은 본 발명은, 전형적으로 렌즈 및/또는 미러의 사용을 필요로 하는 종래기술의 시스템과 비교하여, 표시 인식을 상당히 단순화한다. 즉, 본 발명은 렌즈 및/또는 미러 요소에 대한 필요성을 없앤다. 결과적으로, 본 발명의 흡연 장치는 제한된 좁은 공간 내에 배치된 광학 감지 시스템을 제공하며, 결과적으로 이는 알려진 렌즈 및/또는 미러 기반 광학 감지 시스템에 대한 저렴한 대안이다.
또한, 본 발명의 흡연 장치의 광학 감지 시스템은, 광학 감지 시스템이 사용 시에 발생되는 열에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 적어도 부분적으로 흡연 장치의 히터에 근접하게 또는 접촉되게 배치될 수 있다.
따라서, 제1 양태에서, 본 발명은 소모품 물품을 수용하도록 구성된 전동식 흡연 장치에 관한 것으로서, (a) 적어도 부분적으로 소모품 물품을 수용하기 위해, 공동 축을 한정하는 공동을 갖는 하우징; 및 (b) 소모품 물품 상의 표시를 탐지하기 위한 광학 감지 시스템을 포함하며, 광학 감지 시스템은 적어도 하나의 핀홀 및 영상 탐지기를 포함하고, 핀홀은, 영상 탐지기에 의해 탐지 가능한, 영상 평면 상의 영상을 형성할 수 있도록 한다.
이미징을 위한 핀홀을 사용함으로써, 무한 피사계 심도(depth of field)를 제공할 수 있고, 이미징되는 모든 것은 정초점으로 유지된다. 렌즈 왜곡이 없기 때문에, 광각 영상이 절대적으로 직선형으로 유지되며, 이는 영상 식별 코드에 대한 바람직한 양태이다.
제2 양태에서, 본 발명은 소모품 물품의 표시를 탐지하기 위한 본 발명에 따른 흡연 장치의 사용에 관한 것이다.
일 실시형태에 따라, 광학 감지 시스템은, 바람직하게는 소모품 물품에 대향하는 일측면 상에서 핀홀에 가깝게 위치된 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광원은 직접 소모품 물품의 표시를 직접적으로 조명할 수 있거나, 광원의 광을 소모품 물품의 표시를 향해 반사시키기 위해 사용되는 반사 요소를 통해 간접적으로 조명할 수 있다. 따라서, 더 선명한 영상이 생성될 수 있다.
다른 실시형태에 따라, 서로 대향하게 위치된 적어도 2개의 핀홀이 흡연 장치에 제공됨으로써, 소모품 물품 상의 표시가 적어도 2개의 핀홀을 통하여 광학 감지 시스템에 의해 탐지될 수 있다. 이에 따라, 바람직하게는, 더 많은 정보가 표시 상에서 광학 감지 시스템에 의해 탐지될 수 있다. 대안적으로, 이는 영상 평면 상에 형성된 동일한 코딩된 정보를 갖는 2개의 영상이 소모품 물품의 2개의 대향면으로부터 생성되므로, 광학 감지 시스템의 감도가 증가될 수 있기 때문에, 위조 방지 기구의 역할을 한다.
또 다른 실시형태에 따라, 적어도 2개의 핀홀이 상이한 축방향 및/또는 종방향 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 핀홀이 상이한 축방향 및/또는 종방향 위치에 제공되는 경우, 영상 평면 상에 형성된 영상은 적어도 부분적으로 중첩될 수 있으므로, 더 넓은 영상이 영상 평면 상에 형성되어 영상 탐지기에 의해 탐지될 수 있다.
또 다른 실시형태에 따라, 적어도 2개의 핀홀은 동일한 축방향 위치 또는 종방향 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 적어도 2개의 핀홀이 동일한 축방향 위치 상에 제공되는 경우, 이는 광학 감지 시스템의 감도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 표시는 소모품 물품의 둘레에 원주 방향으로 제공되므로, 표시는 2개의 대향면 상에 동일한 코딩된 정보를 가질 수 있다. 서로 대향하게 제공된 적어도 2개의 핀홀에 따라, 2개의 동일한 영상이 영상 평면 상에 형성되어 후속적으로 영상 탐지기(들)에 의해 탐지될 수 있다. 2개의 영상으로부터의 정보가 처리될 수 있고, 정보가 정확하게 판독되도록 보장하기 위해 비교될 수 있다.
실시형태에 따라, 공동 축에 평행한 방향으로 연장되는 핀홀 어레이가 제공된다. 이러한 핀홀 어레이는 2개 내지 10개 범위의 핀홀을 포함할 수 있으며, 핀홀 어레이 내의 핀홀은 서로 가깝게 제공될 수 있고, 영상 평면 상에 형성된 영상은 적어도 부분적으로 중첩될 수 있거나 서로 중첩되지 않을 수 있다.
실시형태에 따라, 영상 탐지기에 의해 탐지 가능한 영상 평면에 제공된 영상은 부분적으로 중첩될 수 있다. 영상이 부분적으로 중첩된 경우, 광학 감지 시스템의 정확도가 증가되고, 더 넓은 영상이 탐지될 수 있는 이점이 있다.
다른 실시형태에서, 공동 축에 평행한 방향으로 연장되는 핀홀 어레이가 제공되며, 핀홀 어레이의 핀홀은, 슬릿(slit)의 길이와 직교하는 평면 내에 영상을 제공하기 위한 하나 이상의 슬릿을 형성한다. 슬릿에 따라, 더 넓은 영상이 영상 평면 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 소모품 물품의 표시의 상이한 부분으로부터의 정보가 광학 감지 시스템에 의해 탐지될 수 있다.
다른 변형예에서, 핀홀과 영상 평면 사이에 하나 이상의 광학 소자가 제공된다. 이에 따라, 바람직하게는, 본 발명의 광학 감지 시스템의 감도 및 정확도를 증가시킨다.
다른 변형예에 따라, 적어도 하나의 시야 렌즈가 확대된 시야를 제공하기 위해 광학 감지 시스템에 제공되며, 적어도 하나의 시야 렌즈는 바람직하게는 핀홀과 영상 탐지기 사이에 제공된다. 이는 광학 감지 시스템에서 "포커스(focus) 및 재구성" 기술을 사용하는 경우 포커싱 거리의 오차가 적다는 이점이 있다.
실시형태에서, 핀홀의 크기는 조정 가능하므로, 선명하거나 더 정확한 영상이 형성될 수 있도록 하기 위해 크기 가변 핀홀을 형성한다.
실시형태에서, 핀홀의 크기는, 전자기 또는 정전기를 통해, 또는 반원형 개구를 각각 갖는 2개의 MEMS 블레이드를 통해 조정 가능하다.
실시형태에서, 광학 감지 시스템의 광원은, 조명 목적을 위해 적외선 광을 제공하기 위한 히터이다.
실시형태에서, 핀홀 이미저(imager)가 맞춰진 가열 공동은, 핀홀을 통하는 공기 흐름을 허용하도록 구성된다. 이에 따라, 핀홀이 광학적으로 개방된 상태를 유지하도록 보장하는 역할을 할 수 있다. 또한 장치는, 증착된 먼지가 이미저로부터 제거되도록, 공기의 펄스가 핀홀을 통하여 부과될 수 있도록 구성될 수 있으며, 이는 측면으로부터 공기를 취입해야 해서 가열 공동의 내부에 적응시킬 수 있도록 하기가 매우 어려운 렌즈를 통해서는 가능하지 않다.
실시형태에서, 핀홀은 공동 축에 평행한 방향을 따라 슬라이딩 가능한 링 상에 배치될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "에어로졸 발생 재료"라는 용어는, 가열 시에, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 재료를 지칭한다. 에어로졸 발생 재료로부터 발생된 에어로졸은 보일 수 있거나 보이지 않을 수 있으며, 응축된 증기의 액적 및 가스 뿐만 아니라, 증기(예를 들어, 실온에서 일반적으로 액체 또는 고체인, 기체 상태에 있는 물질의 미세 입자)를 포함할 수 있다.
"표시" 또는 "표시들"이라는 용어는, 소모품 물품에 관한 정보를 포함하는 요소 또는 구조물로서 정의되며, 전형적으로 물품의 표면 상에 배치된다. 표면은, 물품의 포장지와 관련된 표면과 같은, 물품의 외측 또는 내측 표면일 수 있다. 표시는 물품의 내부에 내장될 수 있다. 또한, 하나보다 많은 표시가 상기 물품에 또는 상기 물품의 내부에 배치될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "핀홀"이라는 용어는 폭넓게 이해되어야 한다. 이는 핀홀 개구를 지칭할 수 있을 뿐만 아니라, 적어도 하나의 치수가 매우 작은 임의의 개구를 지칭할 수 있다. 따라서, 이의 폭보다 훨씬 더 큰 길이를 갖는 얇은 슬릿도 "핀홀"로서 간주된다. 핀홀은, 단순한 원형 개구 또는 비대칭 개구 또는 비원형 개구일 수 있다. "핀홀"은 이의 길이를 따라 가변 폭을 갖는 얇은 슬릿일 수 있지만, 그러한 폭은 항상 상기 길이보다 더 작다. 슬릿의 폭 또는 핀홀의 직경의 전형적인 치수는 1 ㎛ 내지 500 ㎛이며, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 100 ㎛이다. 가능하게는, 핀홀의 직경, 또는 슬릿의 폭은 500 ㎛ 초과일 수 있으며, 예를 들어 1 mm일 수 있다. 핀홀의 직경, 또는 슬릿의 폭은, 필요한 투영 거리에 따라 좌우된다. 투영 거리가 더 길수록, 핀홀 또는 슬릿의 개구가 더 클 수 있다. 핀홀을 포함하는 광학계는, 일측면에 작은 홀을 갖는 실질적으로 차광 박스이다. 현장으로부터의 광이 개구를 통과하여 박스의 대향면 상에 반전된 영상을 투영하며, 이는 카메라 옵스큐라 효과(camera obscura effect)로 알려져 있다. 핀홀의 이점은 이들의 초점 심도이다. 광학 감지 시스템에서 핀홀에 의해 획득된 영상의 모든 것은, 핀홀까지의 물체의 거리와 영상 평면까지의 핀홀의 거리 사이의 관계에 따라 정초점이 된다. 핀홀 시스템은 매우 간단하고, 제조하여 사용하기에 용이하다. 이상적으로는, 약 20 ㎛ 내지 200 ㎛, 보다 바람직하게는 약 25 ㎛ 내지 100 ㎛의 전형적인 개구를 갖는 핀홀이 제공됨으로써, 선명하고 깨끗한 영상이 영상 평면 상에 형성되어 광학 감지 시스템의 영상 탐지기에 의해 탐지될 수 있다.
광학 감지 시스템의 핀홀의 "초점 길이"는, 홀로부터 영상 평면이 있는 곳까지의 거리이다. 예를 들어, 0.3 mm의 화학적으로 에칭된 핀홀은, 관련 거리에 따라, 대략 f/2 내지 f/100의 개구를 제공할 수 있으며, 제어된 노광을 가능하게 하기 위해, 자기 잠금 셔터(magnetic locking shutter)가 추가로 제공될 수 있다. 셔터는, 우측으로 도는 또는 좌측으로 도는 조작을 위해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다.
주어진 수치 값과 관련하여 "약" 또는 "실질적으로" 또는 "대략"은, 명시된 값의 10% 내의 수치 값을 포함하는 것을 의미한다. 본 개시물에서 주어진 모든 값은, 문맥상 반대인 것이 명확하지 않는 한, "약"이라는 단어에 의해 보완되는 것으로 이해되어야 한다.
부정 관사 "일(a)" 또는 "하나(an)"는 복수를 배제하지 않으므로, 폭넓게 간주되어야 한다. 예를 들어, 포커싱 시스템과 영상 평면 사이의 영상 거리(b) 미만인, 포커싱 시스템까지의 표시의 물체 거리(a)를 갖는(즉, b≥a) 광학계에 의해 이미징이 구현될 수 있으며, a 및 b는 1/f=1/a+1/b로 관련되고, f는 장치의 광학 판독기의 포커싱 시스템의 초점 길이이다. 일반적으로, 영상 크기는, 반드시 영상을 탐지하기 위해 사용되는 탐지기의 크기와 동일할 필요는 없음을 이해한다. 탐지기는, 적어도 하나의 단면에서, 생성된 영상보다 더 작거나 더 큰 크기를 가질 수 있다.
도 1a는 단일 핀홀 이미저를 포함하는, 본 발명의 제1 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 바와 같은 제1 실시형태의 확대도를 도시한다.
도 2는 서로 대향하게 제공된 2개의 핀홀 이미저를 포함하는, 본 발명의 제2 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 3은 핀홀 어레이를 포함하는, 본 발명의 제3 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 4는 단일 슬릿 이미저를 포함하는, 본 발명의 제4 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 5는 확대된 시야 핀홀 이미저를 포함하는, 본 발명의 제5 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 6은 렌즈를 포함하는, 본 발명의 제6 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 7은 도 1의 실시형태에서 핀홀 또는 슬릿을 통하는 공기 흐름을 도시한다.
도 8은 외측 표면 상에 종방향으로 배치된 코드를 갖는 에어로졸 발생 물품을 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 흡연 장치의 공동에 제공된 핀홀을 통한 도 8의 에어로졸 발생 물품 상에 제공된 코드의 영상의 형성을 도시하며, 영상 평면은 곡면이고, 이미징은 종축(X-X)에 평행한 방향으로 구현된다.
도 10은 공동의 외측 표면을 따라 슬라이딩되도록 구성된 이동식 링에 이동식 슬릿이 제공되는, 본 발명에 따른 흡연 장치의 공동을 도시한다.
도 11은 영상의 중첩을 제공할 수 있도록 하는 2D 핀홀 어레이를 포함하는 장치의 일 실시형태를 도시하며, 각각의 핀홀은 영상을 제공한다.
본 발명은 구체적인 실시형태와 관련하여 그리고 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 설명되는 도면은 단지 개략적인 것이며, 제한적인 것이 아니다. 도면에서, 일부 요소의 크기는 과장될 수 있으며, 예시적인 목적으로 일정한 비율로 도시되지 않을 수 있다. 치수 및 상대 치수는 본 발명의 실시물에 대한 실제 축도와 일치하지 않는다.
본 발명은 에어로졸 발생 재료의 담배 함유 충전물을 포함하는 에어로졸 발생 소모품 물품(1)과 관련하여 이하의 실시예에서 설명될 것이지만, 본 발명의 범위는 설명된 담배 기반 소모품 물품으로만 제한되는 것으로 해석되는 것이 아니라, 가열 시에 흡입식 에어로졸을 발생시킬 수 있는 에어로졸 발생 기재를 포함하는, 흡연 물품, 비연소 가열식 물품, e-액체 카트리지 및 카토마이저(cartomizer)와 같은, 임의의 에어로졸 발생 소모품 물품을 포함한다. 에어로졸 발생 소모품 물품(1)은 대칭 축을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있으며, 신장형 원통형 형상, 또는 구형 형상, 또는 빔의 형태와 같은, 임의의 형태 또는 형상을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 물품(1)은, 외측 표면 상에 배치된 표시(μ)를 포함하는 적어도 제1 부분, 및 제1 부분에 부착된 제2 부분을 포함할 수 있으며, 제2 부분은, 에어로졸 발생 장치(2)의 가열 공동 내의 소모품 물품(1)(예를 들어, 에어로졸 발생 소모품 물품)의 삽입 후에, 제1 부분의 가열 시에 발생된 에어로졸을 사용자가 흡입하기 위한 마우스피스를 형성할 수 있다. 물품(1)은, 표시(10)를 포함하지 않을 수 있는 추가적인 부분을 포함한다. 표시(10)는, 상기 추가적인 부분의 측면 중 하나 또는 둘 모두에 배치될 수 있다.
도 1a는 사용 시에, 공동(200) 내에 삽입된 소모품 물품(1)을 수용하기 위한 상기 공동(200)을 포함하는 흡연 장치(2)(예를 들어, 에어로졸 발생 장치)를 도시한다. 공동은, 소모품 물품(1)의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 흡연 장치(2)의 수용 부분이다. 공동(200)의 벽은 공동 축과 실질적으로 평행할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 소모품 물품(1)이 상기 공동 내에 삽입된 경우에도, 도 1a에 도시된 바와 같이, 삽입된 소모품 물품(1)과 공동 벽 사이에 작은 갭(200)이 여전히 존재할 수 있다. 본원에 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 공동 내에 삽입된 소모품 물품(1) 상에 배치된 표시를 탐지할 수 있는 광학 감지 시스템(5)이 흡연 장치(2) 내에 추가로 배치된다.
도 1a는 핀홀(20)이 흡연 장치(2)의 광학 감지 시스템(5)에 제공되는 제1 실시형태를 도시한다. 핀홀(20)은 공동(200)의 수용 부분(202)의 벽에 제공될 수 있다. 수용 부분(202)의 내벽과 소모품 물품(1) 사이의 갭(200)은, 명확성을 위하여 도면에 도시되지 않은, 핀(fin), 리브(rib) 등과 같은, 공동(200) 내에 배치된 내부 돌출부에 의해 생성될 수 있다. 광학 감지 시스템(5)은, 영상 평면으로서 선택된 위치에 배치된 영상 탐지기(30) 및 핀홀(20)을 포함한다. 물론, 영상 탐지기(30)가 영상 평면 상에 배치될 필요가 없는 것도 예상된다.
도 1a에서 볼 수 있는 바와 같이, 영상 탐지기(30)와 핀홀(20) 사이의 거리는 d2로 표시되는 반면에, 소모품 물품(1)의 표시(10)와 핀홀 사이의 거리는 d1로 표시된다. 표시(10)를 포함하는 소모품 물품(1)이 흡연 장치(2)의 수용 부분(202) 내로 삽입된 경우, 표시(10)의 영상이 핀홀(20)을 통하여 영상 평면 상에 형성되어 광학 감지 시스템(5)의 영상 탐지기(30)에 의해 후속적으로 탐지될 수 있다. 표시(10)를 향해 광을 제공하기 위해, LED와 같은 광원이 핀홀(20)에 인접하게 제공될 수 있다. 영상 평면 상에 형성된 영상이 전송 및/또는 영상 탐지기(30)에 의해 탐지될 수 있는 한, 영상 탐지기(30)는 흡연 장치(2)의 어느 곳에나 배치될 수 있다.
도 1a는 단일 핀홀(20)이 광학 감지 시스템(5)에 제공되는 가장 간단한 핀홀 이미징 시스템 중 하나를 도시한다. 표시(10)를 구비한 소모품 물품(1)의 부분은, 잉크로 구현된 프린팅된 코드와 같은 코딩된 표시 또는 영상 표시일 수 있다. 표시(10)는 전형적인 바코드일 수 있거나, 복수의 1D 또는 2D 도트의 배치일 수 있다.
광학 감지 시스템(5)에 핀홀(20)을 사용하는 것은, 공동(200)의 수용 부분(202) 내에 삽입된 경우 소모품 물품(1)의 외측 표면 상에 배치된 표시(10)를 이미징하기 위해 렌즈 또는 곡선형 미러가 필요하지 않는 이점이 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미징될 물체가 표시(10)인 경우, 광은 순수한 기하학적 효과에 의해 투영되며, 배율은 관련 거리에 의해 결정되고(M= d2/d1), 여기서 M은 (일반적으로) 1 이하일 수 있거나 1 초과일 수 있다. 경우에 따라, 핀홀의 사용은, 충분한 광원이 제공될 수 있는 환경에 적합할 수 있다.
핀홀은 (핀홀의 작은 개구로 인해) 렌즈 또는 미러에 의해 제공되는 것보다 더 어두운 영상을 제공할 수 있음이 본원에서 확인된다. 그러나, 이러한 영상은 일반적으로 거리(d1 및 d2)의 주어진 값의 경우에 선명하다. 이는 더 넓은 시야를 갖는 렌즈 및 곡선형 미러와 대조적으로, 핀홀 기반 광학 감지 시스템에서, 광원이 단일 방향으로부터만 비롯된다는 점으로 인한 것이다.
(a) 물체로부터 핀홀까지의 그리고 핀홀로부터 영상 평면까지의 거리; (b) 전형적으로 예를 들어 약 20 내지 500 미크론일 수 있는 핀홀의 개구(들); (c) (대체로 둥근 형상의 핀홀인) 핀홀의 경계의 품질; (d) 핀홀 개구(들)의 경계의 거칠기 및 핀홀을 통하여 물체를 이미징하기 위해 사용된 광원의 파장과 관련된 회절 효과와 같은, 몇 가지 파라미터가 핀홀 이미징 시스템에 중요하다.
핀홀 개구(들)의 경계에서의 회절 효과 및 결함은 흐릿하거나 선명하지 않은 영상을 제공할 수 있다. 따라서, 고품질의 핀홀 형성을 보장하기 위해, 광학 감지 시스템의 적어도 하나의 핀홀(예를 들어, 약 20 내지 500 ㎛의 핀홀 개구)은 크롬 마스크로 제조될 수 있다. 크롬 마스크는, 두 가지 주요 유형의 베이스 재료로서, 비교적 저렴한 소다 석회 유리, 및/또는 낮은 열팽창률 및 높은 광 투과율을 갖는 합성 수정(synthetic quartz)을 가질 수 있다. 크롬 층은, 이상적으로 유리 또는 Al2O3(예를 들어, 티타늄 또는 철과 함께, 도핑된 사파이어 또는 커런덤(Corundum))의 임의의 투명 표면 상에 구현될 수 있다.
흡연 장치(2) 내에 배치된 광학 감지 시스템(5)을 통해 표시(10)를 이미징하기 위해 필요한 광원의 경우, 펄스형 LED 또는 펄스형 레이저(UV, 가시광선, 적외선)와 같은 펄스형 광원이 사용될 수 있다. 또한, 영상 탐지기(30)는, 매우 낮은 평균 광도가 사용될 수 있고 영상 탐지기가 영상을 탐지하기에 여전히 충분하도록, 동기식 탐지를 수행하도록 구성될 수 있다. 펄스형 광의 피크 전력이 충분히 높은 것으로 충분하다.
특히 회절 효과와 대비하여, 핀홀 광학 감지 시스템(5)의 광학 성능을 개선하기 위해, 핀홀 솔루션은, 실리콘(Si) 또는 경질 재료(SiO2, 석영, 합성 다이아몬드, Al2O3)로 제조된 층 또는 기재에 제공될 수 있다. 또한, 염 윈도우(Salt window)는 이들이 매우 넓은 스펙트럼 투과율을 갖기 때문에 기재로서 사용될 수 있다. 주기율표의 첫번째 및 마지막 열의 임의의 조합물(예를 들어, NaCl, NaBr, KCl, KI, CsBr, CsCl, CsI 등)로 제조된 염 윈도우 또는 층은 상업적으로 이용 가능하며, 중적외선 및 원적외선에서 최상의 투과율을 갖고 최대 스펙트럼 투명도를 가질 수 있으므로, 중적외선/원적외선 광 뿐만 아니라 청색 광도 투과할 수 있다.
핀홀을 제조하기 위한 바람직한 선택은, 아마도 SiO2 윈도우(또는 Si가 1500 nm 초과에서 투명하기 때문에, 1.5 ㎛ 초과의 파장(λ)에 대한 Si) 상에 증착된 크롬 층 내에 이들을 제조하는 것이다.
따라서, 본원에 고려된 바와 같은 핀홀 광학 이미징 시스템(5)은 저비용이지만, 특히 본 발명에서 고려된 바와 같은 흡연 장치 공동(200)의 그것과 같은 초고온 표면에 가깝게 배치된 경우, 에어로졸 발생 물품(1) 상의 표시를 판독하기 위한 효과적인 이미징 솔루션이다. 핀홀 이미징 시스템은, 프린팅된 바코드와 같은 저해상도 표시를 위해 특히 적합하다.
도 1b는 핀홀(20)을 구비한 도 1a의 광학 감지 시스템(5)의 클로즈업 도면을 도시한다. 소모품 물품(1) 상의 표시(10)는, 바람직하게는 이의 포장지 상에 제공될 수 있다. "포장지"라는 용어는, 예를 들어 흡연 재료의 충전물을 보호하고 수용하며 그러한 재료를 처리할 수 있게 하는, 임의의 구조물 또는 층으로서 폭넓게 정의된다. 포장지는 흡연 재료와 접촉될 수 있는 내측 표면을 가지며, 흡연 재료로부터 이격된 외측 표면을 갖는다. 바람직하게는 포장지는, 종이와 같은 셀룰로오스계 재료를 포함할 수 있지만, 생분해성 폴리머로도 제조될 수 있거나, 유리 또는 세라믹으로 제조될 수 있다. 포장지는 다공성 재료일 수 있으며, 평활하거나 거친 외측 표면을 가질 수 있고, 가요성 재료 또는 경질 재료일 수 있다. 포장지는, 광학적 불투명 또는 부분적으로 투명 광학 층을 구성할 수 있다. 종이의 경우, 포장지는 가시광선 및 적외선에서 부분적으로 투명하며, UV에서 부분적으로 투명할 수 있다. 포장지는 개구를 포함할 수 있다. 상기 표시(10)는, 포장지의 표면 상에 제공된 적어도 하나의 개구의 전방에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
또한, 표시(10)는 구조물의 2D 또는 3D 배치에 따라 배치될 수 있으며, 정사각형 또는 직사각형 형상의 밴드와 같은 임의의 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 밴드는, 상기 물품(1)의 전체 둘레 상에 배치된 중복 코드 요소의 어레이를 포함한다. 본원에서 "중복"이라는 용어는, 표시(10)가 반복적 코드 요소의 어레이 또는 코드 요소의 블록을 포함할 수 있고, 광학 확대 판독기 시스템에 대한 각위치와 같은 물품(1)의 위치와 무관하게, 고정식 광학 확대 판독기에 의해 판독될 수 있음을 의미한다. 이는 예를 들어, 제한 없이, 반사 또는 회절 구조물의 어레이, 흡수 구조물의 어레이, 또는 공진 도파관의 어레이, 또는 이들의 조합물로 구성되는 표시(10)에 의해 구현될 수 있다.
위조 방지 특성 외에도, 표시(10)는, 시간에 따른 가열 프로파일 또는 이상적인 온도 범위와 같은 흡연 장치(2)에 의해 사용되어야 하는 특정 파라미터, 또는 흡연자에게 상이한 흡연 맛 또는 강도를 제공할 수 있게 하는 파라미터의 정보를 더 포함할 수 있는 것이 바람직하다.
도 2는 흡연 장치(2)의 다른 실시형태를 도시하는 것으로서, 2개의 핀홀(20, 22)이 흡연 장치(2)의 수용 부분(202)의 대향 벽에 제공된다. 핀홀(20, 22)은 동일한 축방향 및/또는 종방향 위치 상에 제공되지 않기 때문에, 소모품 물품(1)의 표시(10)의 상이한 부분으로부터의 정보를 갖는 영상(51, 52)이 영상 평면 상에 형성되어 각각의 영상 탐지기(30, 32)에 의해 후속적으로 탐지될 수 있다. 즉, 제1 핀홀(20)은, 표시(10)의 제1 부분이 제1 영상 평면 상에 제1 영상(51)을 형성할 수 있도록 하는 반면에, 제2 핀홀(22)은, 표시의 제2 부분이 제2 영상 평면 상에 제2 영상(52)을 형성할 수 있도록 한다. 이러한 2개의 영상(51, 52)은, 후속적으로 광학 감지 시스템의 영상 탐지기(30, 32)에 의해 탐지된다. 영상 탐지기는, 영상(51, 52)의 제1 및 제2 영상 평면 내에 배치된다. 그렇지 않으면, 이러한 실시형태에 따른 핀홀(20, 22)은 제1 실시형태와 유사할 수 있으며, 예를 들어, d1은 거리 d3과 동일하고, d3은 d4와 동일하다. 이러한 실시형태에서, 적어도 2개의 동일한 핀홀 영상이 사용된다. 도 2는 층(W)을 도시하며, 제2 핀홀(22)이 상기 층(W) 상에 형성된다. 층(W)은 예를 들어 얇은 유리 플레이트일 수 있다. 변형예에서, 두 핀홀 모두는 예를 들어 실리콘(Si) 칩 내에 개구로서 형성될 수 있거나, 둘 모두가 투명 플레이트(W) 상에 코팅에 의해 형성될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 2개의 상이한 핀홀 이미저가 제공될 수도 있는 것으로 예상되며, 각각의 핀홀 이미저(S1, S2)는 상이한 배율(M1, M2)을 제공한다.
모든 실시형태에서, 배율(M1, M2)은 바람직하게는 1 초과이지만, 1 미만이거나 1과 동일할 수 있다.
도 3은 추가적인 실시형태를 도시하는 것으로서, 복수의 핀홀(20, 20', 20")이 수용 부분(202)의 동일한 벽에 제공되지만, 상이한 종방향 위치 상에 배치된다. 이러한 실시형태에서, 핀홀(20, 20', 20")은 서로 가깝게 배치되며, 영상 평면 상에 형성되는, 핀홀(20, 20', 20")을 각각 통과하는 영상(P1, P2, P3)은 서로 부분적으로 중첩됨으로써, 표시(10)의 상이한 부분으로부터의 정보(10', 10", 10")가 영상 평면 상에서 반사되며, 광학 감지 시스템의 영상 탐지기(32, 34, 36)에 의해 후속적으로 탐지된다.
도 4는 추가적인 실시형태를 도시하는 것으로서, 핀홀(20)은 슬릿의 형태로 형성되며, 슬릿은 직사각형 형상이므로, 보다 넓은 시야(horizon)를 가능하게 한다. 슬릿은 복수의 연결된 핀홀을 구비하는 것으로 예상될 수 있다. 핀홀과 유사하게, 슬릿은, 슬릿의 길이와 직교하는 영상 평면 내에 영상이 생성될 수 있도록 한다. 이전의 실시형태에서와 같이, 소모품 물품(1)이 흡연 장치(2)의 수용 부분 내에 삽입되면, 표시(10)는 핀홀(20)과 직접 대향하게 배치된다. 도 3에 설명된 실시형태와 유사하게, 이러한 실시형태는 표시(10)의 상이한 부분으로부터의 정보가 영상 평면 상에서 반사되어 영상 탐지기(30)에 의해 탐지될 수 있도록 하기 위해 유용하다. 이러한 실시예에서, 슬릿은 원기둥 렌즈의 대안으로서 역할을 할 수 있다. 도 4는 선형 코딩된 형태의 복수의 어레이를 포함하는 표시(10)의 영상(12)의 형성을 도시한다.
도 5는 표시 요소의 어레이를 포함하는 표시(10)가 복수의 영상 탐지기(32, 34, 36)를 포함하는 영상 탐지기 어레이(30') 상에 이미징되도록 하는 핀홀 어레이(2000)를 포함하는 일 실시형태를 도시한다. 핀홀 어레이(2000)를 포함하는 곡선형 형상의 기재 또는 지지체를 사용함으로써, 탐지기 어레이(30')가 배치된 곡선형 영상 평면 상에 영상(I1 내지 I3)을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 실시형태에 따라, 원통형 형상의 흡연 물품(1)과 같은, 곡선형 형상의 흡연 물품(1)의 주변부에 일정 길이에 걸쳐서 배치된 표시를 이미징할 수 있다.
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이, 추가적인 일 실시형태에 따라, 핀홀(20)의 후방에 시야 렌즈(300)를 배치함으로써, 핀홀 이미징 시스템의 시야가 확대될 수 있음이 개시된다. 주목할 점은, 시야 렌즈(300)가 영상을 생성하는 것이 아니라 단지 광선을 이탈시키는 것일 뿐이라는 점이며, 이는 포커싱 마이크로 렌즈와 동일시 되어서는 안된다.
본원에 설명된 모든 실시형태는, 예를 들어, 표시(10)로부터 이격된 면에 제공되는 흡연 장치(2)의 별도의 구성 요소로서, 또는 광학 감지 시스템(5) 내에 배치된 광원에 의해 제공되는 조명 빔을 또한 투과시키도록 적응될 수 있다. 이는 예를 들어, 빔 스플리터 또는 반투명 미러를 사용함으로써 구현될 수 있다. 현미경과 같은 광학 시스템에 조명 빔을 배치하는 것은 잘 알려져 있으며, 본원에서 추가로 설명되지 않는다.
광학 감지 시스템(5)은, 1보다 더 큰 배율을 갖는 광학 투영 시스템, 및 적어도 하나의 영상 탐지기를 포함할 수 있다. 영상 탐지기는, 단일 탐지기, 탐지기 어레이, 광학 소자 및 전자 장치를 포함하는 탐지기 시스템일 수 있거나, 이미저 및/또는 소형 분광계를 포함할 수 있다.
광원 또는 조명 시스템은, 바람직하게는 UV(자외선), 가시광선 또는 적외선(IR) 광의 범위의 광 빔을 제공할 수 있는 임의의 소스일 수 있다. 광원은 예를 들어, LED 또는 반도체 레이저일 수 있다. 광원은 반드시 전동식 광원일 필요는 없으므로, 예를 들어, 적외선 빔을 제공하는, 소모품 물품 및/또는 에어로졸 발생 장치의 고온 부분 또는 히터의 영역 또는 일부일 수 있다.
광원에 의한 조명 시에, 소모품 물품(1)의 표시(10)는, 반사된, 투과된, 또는 회절된 광 빔일 수 있는, 투영된 광 빔을 생성할 것이다. 투영된 광 빔은, 제1 포커싱 요소에 의한 반사 또는 굴절 또는 회절 후에, 예를 들어 단일 또는 복합 반사, 굴절 또는 회절 요소, 빔 스플리터 또는 그러한 요소의 조합을 사용함으로써, 또는 영상 탐지기(30) 상으로 직접 투과되는 적어도 하나의 보조 광 빔을 제공할 수 있다.
그 다음, 소모품 물품의 적어도 하나의 표시(10)에 의해 제공된 광학 정보를, 흡연 장치(2)의 파라미터(예를 들어, 상기 소모품 물품(1)을 위해, 흡연 장치(2)의 작동 시에 사용되어야 하는 파라미터)와 관련된 정보를 식별 및/또는 물품을 인식하기 위해 사용될 수 있는 전기 신호 또는 데이터로 변환하기 위한 수단을 포함하는, 본원에 사용된 바와 같은 영상 탐지기(30)로서 또한 정의되는 영상 탐지 시스템을 통해, 상기 투영된 광 빔이 수신된다. 광학 감지 시스템(30)은 단일 탐지기 또는 탐지기 어레이를 포함할 수 있거나, 비전(vision) 시스템을 포함할 수 있다. 광학 감지 시스템(30)은 컬러 필터 또는 소형 분광계를 더 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 현저한 배율(예를 들어, 10배율, 또는 20 초과 또는 50 초과의 배율)을 갖는 투영 시스템을 제공할 필요가 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 전형적인 에어로졸 발생 장치의 공간 부족으로 인해, 평면형 또는 곡선형 미러일 수 있는 적어도 하나의 보조 편향 미러를 사용함으로써, 광 경로가 이탈될 수 있다. 본원에 도시되지 않은 변형예에서, 광학 확대 시스템은 반사굴절(catadioptric) 구성에 기초할 수 있다. 이에 따라, 소형 광학 시스템을 제공할 수 있는 동시에, 긴 투영 길이 및 이에 따른 높은 배율을 제공할 수 있다.
투명 층 상의 금속 층 상에 마이크로 홀 어레이를 구현하는 것은 널리 이용 가능한 기술이다. 또한, 초정밀 마이크로 구조화된 개구는 MEMS 기술에 의해서도 실리콘(Si) 내에 구현될 수 있다. MEMS 재료에서, 개구는 V자 형상을 가질 수 있다. 개구는 도 6에 도시된 바와 같이 소형 시야 렌즈 상에 구현될 수 있다.
핀홀(20, 20', 20")의 치수, 그리고 표시까지의 이의 거리(d1) 및 영상 탐지기(30)까지의 이의 거리(d2)는, (핀홀-탐지기의 거리)/(표시-핀홀의 거리)의 비율에 의해서만 결정되는, 영상의 크기의 필요한 확대 또는 축소 및 가용 공간의 함수로 결정되어야 한다. 핀홀의 개구의 크기는 가능한 한 작아야 하지만, 가용 강도와 회절 효과 그리고 또한 표시의 영상의 필요한 해상도 간에 균형이 이루어져야 한다. 예를 들어, "투영 거리"가 더 길수록, 배율(M) 및 해상도는 더 클 것이다. 더 짧은 투영 거리는 더 넓은 시야를 제공하지만, 해상도가 더 낮다.
일부 실시형태에 따라, 광학 감지 시스템은 적어도 하나의 핀홀 및 영상 탐지기를 포함하며, 핀홀, 또는 슬릿의 폭은 이하의 조건으로 제공될 수 있다:
기재: 용융 실리카(B270, Borofloat, D263);
두께: 0.3 mm 내지 10 mm;
코팅 재료: 크롬(IMTBC);
핀홀 직경: 전형적으로 1 ㎛ 초과;
핀홀 직경 공차: 0.5 ㎛;
위치 정확도: 0.5 ㎛ 미만.
일부 추가적인 실시형태에서, 하나 이상의 핀홀을 포함하는 광학 감지 시스템은 더 정교한 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 핀홀 어레이 및 선택적으로 공간 필터는 공간 필터링을 위해 사용될 수 있으며, 많은 광학계에서 가상 포인트 광원으로서 작용할 수 있다. 핀홀(또는 핀홀 개구로도 알려짐)은 투과된 광 빔의 발산을 한정하는 개구수(NA)를 제한하며, 더 큰 각도를 차단한다.
일부 추가적인 실시예에서, 공초점 현미경법에 사용되는 니프코(Nipkow) 디스크도 본 발명에 따른 광학 감지 시스템에 제공될 수 있다. 조명 시스템의 일부로서, 이들은 또한 형광 현미경법 및 재료 테스트에서도 확인된다. 평면형 기재 상에 "니프코 패턴"으로 배치되는, 요소 특징부 핀홀은, 블랙 크롬 코팅의 마이크로 구조화 동안 결함이 없도록 보장한다. 이는 핀홀 직경의 크기의 가장 작은 결함이라도 영상에 스트리킹(streaking)을 유발하여, 디스크를 사용할 수 없게 만들기 때문이다.
다른 실시예에서, 거리(d2)는, 제한 없이, 1 mm 내지 10 mm 또는 2 mm 내지 20 mm일 수 있다. 표시(10)와 핀홀 사이의 거리(d1)는, 또한 임의의 제한 없이, 0.5 mm 내지 5 mm, 또는 1 mm 내지 3 mm일 수 있다. d1, d2 및 핀홀 유형 및 이의 직경의 선택은, 흡연 물품의 표시의 이미징이 이미징될 수 있도록, 흡연 장치 내의 가용 공간의 특정 설계에 따른 각각의 특정 기하학적 배치에 따라 좌우된다. 특정 변형예에서, 소형 미러가 핀홀과 탐지기 사이에 배치될 수 있거나, 마이크로프리즘이 광을 영상 탐지기(30)로 편향시키기 위해 사용될 수 있다.
가장 선명한 영상을 달성하기 위해, 핀홀은 이상적으로 최적 크기이어야 하며, 완전히 둥글고, 바람직하게는 가장 얇은 재료로 제조되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 선명도만이 항상 가장 중요한 요건이 되어야 하는 것은 아니다. 핀홀로부터의 영상은 약간 덜 선명할 수 있으며, 때로는 특정 양의 흐릿함이 그 자체로 매력적인 표현 수단일 수 있다. 핀홀의 원리는, 포인트의 영상이 실제로는 작은 디스크이도록 보장한다. 홀이 더 작을수록, 디스크가 더 작으므로, 영상이 더 선명해진다. 그럼에도 불구하고, 이는 어느 정도까지만 사실이다. 홀이 너무 작은 경우, 광이 회절되며, 영상은 덜 선명해진다. 따라서, 각각의 초점 길이(홀로부터 감광성 재료까지의 거리)에 대해 최적 홀 직경이 존재하며, 이는 가장 선명한 화상을 생성할 것이다. 최적 핀홀 직경의 방정식은, 결과가 반경이 아닌 직경을 제공하도록 수정된, 레일리(Rayleigh) 경에 의해 제안된 공식을 기반으로 할 수 있으며, 다음과 같이 쓸 수 있다:
;
여기서,
d: 핀홀 직경;
f: 초점 길이;
l: 파장(일반적으로 황색/녹색 광의 파장 0.00055 mm가 사용됨).
최적 홀 직경 또는 최적 초점 길이의 계산은, 당업자에게 이용 가능한 임의의 통상적으로 알려진 방법을 사용하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, PinholeDesigner 프로그램을 사용하여, 계산이 이루어질 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 핀홀은 크기 가변 핀홀로서 제공될 수 있음이 개시된다. 예를 들어, 핀홀 크기는, 작용력에 기초하는 임의의 MEMS 작동기(예를 들어, MEMS 자기 작동기), 또는 압전 소자에 의해 인가되는 바와 같은 전자기력 또는 정전기력을 수반하는 메커니즘에 의해 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 핀홀은, 정전기 어드레싱에 의해 어드레싱될 수 있는 2개의 대향 MEMS 블레이드에 의해 형성된다. 다른 실시예에서, 각각의 2개의 MEMS 블레이드는, 반원형 개구(또는 일측면 상에 형상화된 하프 파이프)를 갖는 일면을 포함할 수 있다. 2개의 반원형 형상의 개구는, 블레이드가 측방향으로 서로 접촉되는 경우 완전한 원형 개구를 형성한다. 2개의 블레이드를 이동시킴으로써, 개구의 영역이 조정될 수 있으므로, 핀홀 크기가 조정 가능하다.
앞서 정의된 바와 같은 "핀홀"은 길고 얇은 슬릿일 수 있다. 슬릿은 직선형 슬릿 또는 곡선형 슬릿일 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 발열체의 둘레의 일부분을 따라 개구를 구현함으로써 구현되는 핀홀 이미저의 바람직한 실시형태를 위해, 슬릿이 사용될 수 있다. 이러한 경우, 핀홀 배치는 길고 좁은 슬릿(20)이며, 곡선형 원기둥 렌즈로서 작용한다. 임의의 굴절 요소에 의해 이러한 얇은 광학 곡선형 요소를 구현하는 것은 거의 불가능할 것이다. 대조적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 발열체의 둘레의 일부분을 따라 길고 얇은 슬릿을 구현함으로써, 곡선 영상 평면(100) 상에 코드(10)의 영상(I10)을 형성할 수 있다. 슬릿(20)이 발열체(202)의 종축(x)에 수직으로 구현되는 경우, 이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 그러한 종축(x)의 방향으로 영상(I10)을 제공할 수 있다. 이러한 구성에 따라, 도 8에 도시된 흡연 물품(1)과 같은, 흡연 물품(1)에 배치되는 코드(10)의 적어도 일부분의 영상(I10)을 제공할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 이동식 슬릿이 공동(200)에 제공된다. 슬릿은, 종방향 x 방향으로 슬라이딩될 수 있는 이동식 링(204) 내에 배치된다. 슬릿을 이동시킴으로써, 일련의 영상(I11, I12)이 이미저에 제공될 수 있다. 이점은, 임의의 굴절 곡선형 요소와는 대조적으로, 링에 슬릿을 구현하기가 용이하다는 점이다.
실시형태에서, 핀홀 이미저가 맞춰진 가열 공동(200)은, 핀홀을 통하는 공기 흐름을 보장하도록 구성된다. 도 7에 도시된 이러한 실시형태는, 핀홀이 광학적으로 개방된 상태를 유지하도록 보장하는 역할을 할 수 있다. 또한 장치는, 증착된 먼지가 이미저로부터 제거되도록, 공기의 펄스가 핀홀을 통하여 부과될 수 있도록 구성될 수 있으며, 이는 측면으로부터 공기를 취입해야 해서 가열 공동의 내부에 적응시킬 수 있도록 하기가 매우 어려운 렌즈를 통해서는 가능하지 않다.
도 11에 도시된 바람직한 실시형태에서, 핀홀(2000)의 2D 어레이가 배치될 수 있으며, 영상(I13 내지 I21)의 중첩을 제공할 수 있고, 각각의 핀홀은 영상을 제공한다. 이에 따라, 개선된 장치 및 넓은 시야를 제공할 수 있다. 핀홀의 2D 어레이를 사용함으로써, 중첩 영상의 스티칭(stitching)을 제공하기 위해, 영상 상관 및 디콘볼루션 처리가 사용될 수 있으며, 이에 따라 노이즈를 감소시킨다. 전형적인 핀홀 어레이(2000)는 3x3 mm만큼 작은 면적을 커버할 수 있으며, 10개 초과, 가능하게는 50개 초과의 핀홀을 포함할 수 있다. 50 ㎛ 미만인 마이크로 렌즈에 의해 유도되는 큰 수차 때문에, 굴절 렌즈에서는 이러한 구성이 가능하지 않을 것이다.

Claims (14)

  1. 소모품 물품(1)을 수용하도록 구성된 전동식 흡연 장치(2)로서,
    적어도 부분적으로 상기 소모품 물품(1)을 수용하기 위해, 공동 축(X)을 한정하는 공동(200)을 갖는 하우징; 및
    상기 소모품 물품(1) 상의 표시(10)를 탐지하기 위한 광학 감지 시스템(5)을 포함하며,
    상기 광학 감지 시스템(5)은 적어도 하나의 핀홀(20) 및 영상 탐지기(30)를 포함하고, 상기 핀홀(20)은, 상기 영상 탐지기(30)에 의해 탐지 가능한, 영상 평면 상의 영상을 형성할 수 있도록 하는,
    소모품 물품(1)을 수용하도록 구성된 전동식 흡연 장치(2).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소모품 물품(1)에 대향하는 일측면 상에서 바람직하게는 상기 핀홀(20)에 가깝게 위치된 광원을 더 포함하는, 흡연 장치(2).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    대략적으로 서로 대향하게 위치된 적어도 2개의 핀홀(20)이 상기 흡연 장치(2)에 제공됨으로써, 상기 소모품 물품(1) 상의 상기 표시(10)가 상기 적어도 2개의 핀홀(20)을 통하여 상기 광학 감지 시스템(5)에 의해 탐지될 수 있는, 흡연 장치(2).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 핀홀(20)은 상이한 축방향 위치 및/또는 종방향 위치에 제공되는, 흡연 장치(2).
  5. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 핀홀(20)은 동일한 축방향 위치 또는 종방향 위치에 제공되는, 흡연 장치(2).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    핀홀(20)의 어레이가 상기 공동 축에 평행하게 제공되는, 흡연 장치(2).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 영상 탐지기(30)에 의해 탐지 가능한 상기 영상 평면에 제공된 상기 영상은 적어도 부분적으로 중첩되거나 중첩되지 않는, 흡연 장치(2).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    핀홀(20)의 어레이가 상기 공동 축에 평행하게 제공되며,
    상기 핀홀(20)의 어레이는, 슬릿의 길이와 직교하는 평면 내에 영상을 제공하기 위한 하나 이상의 슬릿을 형성하는, 흡연 장치(2).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 광학 소자가 상기 핀홀(20)과 상기 영상 평면 사이에 제공되는, 흡연 장치(2).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    확대된 시야를 제공하기 위해, 하나 이상의 시야 렌즈(300)가 상기 광학 감지 시스템(5)에 제공되며,
    상기 하나 이상의 시야 렌즈(300)는, 바람직하게는 상기 핀홀(20)과 상기 영상 탐지기(30) 사이에 제공되는, 흡연 장치(2).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 감지 시스템(5)은, 조명 목적을 위한 광원을 제공하기 위한 일체형 히터를 포함하는, 흡연 장치(2).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀홀의 크기는 조정 가능하여, 크기 가변 핀홀을 형성하는, 흡연 장치(2).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 핀홀의 크기는, 반원형 개구를 각각 갖는 2개의 MEMS 블레이드를 통해 또는 전자기 또는 정전기를 통해 조정 가능한, 흡연 장치(2).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핀홀은, 상기 공동(200) 내에서 종방향으로 슬라이딩 가능한 링 상에 배치되는, 흡연 장치(2).
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