包含用于鉴别装置中的吸烟制品的系统的电操作的吸烟装置的制作方法
本发明涉及容纳使用中的吸烟制品的电操作的吸烟装置。具体来说，本发明涉及能够通过使吸烟制品上的标记成像来识别被插入到装置中的吸烟制品的电操作的吸烟装置。
背景技术：
许多现有技术文献，如us5060671a、us5388594和us5505214，公开了加热而不是燃烧气溶胶形成基质的电操作的吸烟系统。这些系统运转起来，将基质加热到一定温度，在所述温度下，所期望的挥发性化合物释放，但是将温度维持在低于可能发生燃烧的温度下。
因为香味通过气溶胶形成基质的控制加热而生成且释放，无需在点燃端部的香烟中发生的燃烧，所以为电加热式吸烟系统所开发的吸烟制品通常是专门为了特定吸烟系统所设计的。为电加热式吸烟系统所设计的吸烟制品的结构通常不同于点燃端部的吸烟制品的结构。使用具有电加热式吸烟系统的点燃端部的吸烟制品可导致使用者的吸烟体验差，并且还可损害系统。举例来说，吸烟制品可能与系统不相容，因为它的水分含量不足。另外，可存在许多不同的吸烟制品，它们各自被配置成与系统一起使用，但各自为使用者提供不同的吸烟体验，并且可能需要加热到不同温度。
吸烟制品的伪造也是一个问题。伪造的吸烟制品可能质量较差或可能完全不适合吸烟系统。
因此需要一种能够鉴别吸烟制品适合或不适合与吸烟系统一起使用的吸烟系统。然而，虽然期望系统鉴别不合适的吸烟制品且不随不合适的吸烟制品运作，但是吸烟系统不错误地拒绝适合与系统一起使用的制品也很重要。对于频繁地拒绝正确的吸烟制品的系统，使用者很快会变得不满。
wo2010/073122公开了一种系统，其中为了区分不同的吸烟制品，由光学传感器感测吸烟制品上的标记，如所打印的条形码。
然而，期望wo2010/073122中所述类型的任何感测系统都不显著影响吸烟系统的大小、吸烟系统的功耗或吸烟系统的成本。同时，感测系统必须是可靠的并且具有足够的分辨力来识别小吸烟制品上所打印的图案。并且吸烟制品往往像点燃端部的香烟一样成型这个事实意味着标记印在弯曲表面上。这使得使图案成像变得更加困难。
技术实现要素：
本发明的目的是为了提供一种具有感测系统的吸烟装置，所述感测系统能够鉴别吸烟制品，紧凑且功耗低，但可靠并且将正确吸烟制品的错误拒绝降到了最低。
在本发明的第一方面中，提供了一种被配置成用于容纳吸烟制品的电操作的吸烟装置，包括：
限定用于至少部分地容纳吸烟制品的腔的外壳；和
用于检测吸烟制品上的标记的感测系统，感测系统位于腔的周边上并且包括光源、镜子、成像透镜以及图像检测器，其中镜子位于腔的内表面上邻近光源和成像透镜。
在腔的内表面上提供镜子允许使小空间中的宽视野成像。镜子还提供了光效率。
如本文所用，术语“镜子”意指能反射光，并且尤其是镜面反射来自光源的光的表面。镜子可按光学反射涂层提供。
腔可以是圆柱形并且可具有开口端，吸烟制品通过开口端容纳。腔可具有在开口端的相对端的底部。透镜和图像检测器可位于腔的底部。光源也可以放在腔的底部。镜子可沿着腔的表面延伸，在开口端与底端之间延伸。可能期望装置具有细长的形状，长度远远大于直径。可能期望装置的直径接近点燃端部的香烟的直径，并且不远远大于吸烟制品的直径。装置可配置成使得吸烟制品沿长度方向插入到腔中。图像检测器和镜子的这种安排允许图像检测器和相关电子器件所在的位置不增加装置的直径。
光源可以被配置成与透镜的光轴成斜角发射光。这改善了所得图像的视野中心的照度。
光源可以包括led。光源可包含定位成使由led发出的光偏转的光导。光导可使光朝着透镜的光轴偏转。这可改善检测器所捕获到的所得图像的照度。
光源可以包括超过一个led。提供两个或更多个单独的光源可改善吸烟制品和由检测器所捕获到的所得图像的照度的均一性。
光源和检测器可设置在单个电路板上。这提供了一种紧凑的系统。可在光源与图像检测器之间设置不透明的护罩结构。护罩结构可防止来自光源的光不先被吸烟制品反射就直接进入图像检测器。
护罩结构可设置在光源与透镜之间以及任何光导与透镜之间。在一个实施例中，透镜设置在护罩结构的开孔中。光导也可以设置在护罩结构的开孔中。护罩结构可包含一个或多个间隔元件来支撑透镜与检测器相距所期望的距离。对于来自光源的光来说，间隔元件可以是不透明的。
图像检测器可以是能够形成标记的图像的检测器。图像检测器可以是基于cmos或ccd的检测器。
装置可以包括滑动容器，滑动容器容纳使用中的吸烟制品并且在要去除吸烟制品时能够朝着腔的开口端移动。滑动容器降低了吸烟制品在从腔中去除的过程中破裂的风险。镜子可设置在滑动容器的表面上。滑动容器可以包括定位成允许光从光源到达镜子和吸烟制品的开孔。滑动容器中的相同或不同的开孔可以允许光从镜子和吸烟制品到达透镜。或者，滑动容器中的一些或全部可以是透明的，允许光从光源到达镜子和吸烟制品并返回到图像检测器。
腔或滑动容器可成型成在吸烟制品容纳在腔中时在镜子与吸烟制品之间提供通道。通道允许光从光源到达吸烟制品上待成像的部分。
装置可包含与吸烟制品相互作用产生气溶胶的气溶胶生成元件。气溶胶生成元件可以是被配置成用于在吸烟制品在腔中时加热吸烟制品的加热器。加热器可以包括电阻材料。适合的电阻材料包含但不限于：半导体，如掺杂陶瓷、“导”电陶瓷(例如二硅化钼)、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。此类复合材料可包括掺杂或未掺杂的陶瓷。适合的掺杂陶瓷的实例包含掺杂碳化硅。适合的金属的实例包含钛、锆、钽、铂、金以及银。适合的金属合金的实例包含不锈钢、含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝-钛-锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金、含金和含铁合金，以及基于镍、铁、钴、不锈钢、
加热器可包括内部加热元件或外部加热元件或内部和外部加热元件两者，其中“内部”和“外部”是相对于吸烟制品。内部加热元件可以采取任何适合形式。举例来说，内部加热元件可以采取加热叶片的形式。加热叶片可以由具有一个或多个电阻加热迹线的陶瓷衬底形成，由沉积于所述叶片的一侧或两侧的铂或另一种适合材料形成。或者，内部加热器可以采取具有不同导电部分的套管或衬底或电阻式金属管形式。或者，内部加热元件可以是贯穿气溶胶形成基质中心的一个或多个加热针或棒。其它替代物包括加热丝或纤丝，例如ni-cr(镍-铬)、铂、钨或合金丝，或加热板。任选地，可以将内部加热元件沉积在硬质载体材料内或其上。在一个此类实施例中，电阻加热元件可以使用温度与电阻率之间具有所定义关系的金属形成。在这类示例性装置中，金属可以在适合绝缘材料，如陶瓷材料上形成迹线，且然后夹入另一种绝缘材料，如玻璃中。以此方式形成的加热器可以用于加热和监测加热元件在操作期间的温度。
外部加热元件可以采取任何适合形式。举例来说，外部加热元件可以采取位于介电质衬底，例如聚酰亚胺上的一个或多个柔性加热箔形式。可以使柔性加热箔成型成与腔的周边相符。或者，外部加热元件可以采取金属网格、柔性印刷电路板、成型互连装置(mouldedinterconnectdevice，mid)、陶瓷加热器、柔性碳纤维加热器的形式，或可以使用涂布技术，例如等离子体气相沉积，形成于适合的成型衬底上。外部加热元件也可以使用温度与电阻率之间具有所定义关系的金属来形成。在这类示例性装置中，金属可以在两层适合的绝缘材料之间形成为迹线。以此方式形成的外部加热元件可以用于加热和监测外部加热元件在操作期间的温度。滑动容器可以包括加热开孔以便实现外部加热元件与腔中的吸烟制品之间的接触。
加热器有利地借助于传导来加热吸烟制品。加热器可以至少部分地接触基质。或者，来自内部或外部加热元件的热量可以借助于导热元件传导到基质。
装置可以包括用于比较来自图像检测器的图像数据与所存储的图像数据的控制电路。控制电路可与图像检测器连接。控制电路也可以连接到加热器或另一个气溶胶生成元件上。控制电路可控制气溶胶生成元件的供电，这取决于来自图像检测器的图像数据与所存储的图像数据之间的比较结果。举例来说，如果来自图像检测器的图像数据与所存储的图像数据关联不足，那么控制电路可阻止为气溶胶生成元件供电。如果来自图像检测器的图像数据确实与所存储的图像数据有足够的关联，那么控制电路可以允许为气溶胶生成元件供电。换句话说，基于图像比较，控制电路可鉴别腔中是否存在合法吸烟制品并且可以允许装置仅在确定腔中存在合法吸烟制品时操作。控制电路可操作特定的功率控制过程，这取决于来自图像检测器的图像数据与所存储的哪个图像数据关联最强。换句话说，基于图像比较，控制电路可鉴别吸烟制品的特定类型并且可以适合那种吸烟制品的方式控制装置。举例来说，不同吸烟制品可有利地加热到不同温度以产生所期望的气溶胶。
控制电路可以包括一个或多个微控制器。每个或一个或多个微控制器可以包括微处理器，并且有利地包括可编程的微处理器。控制电路可以包括非易失性存储器。装置可以包括被配置成允许数据从外部装置传送到控制电路和从控制电路传送到外部装置的接口。接口可以允许将软件上传到控制电路以在可编程的微处理器上运行。接口可以是有线接口，如微usb端口，或可以是无线接口。
气溶胶生成装置可进一步包括用以对气溶胶生成元件供电的电源。电源可以是任何适合的电源，例如dc电压源。在一个实施例中，电源是锂离子电池。或者，电源可以是镍金属氢化物电池、镍镉电池或锂基电池，例如锂钴、磷酸锂铁、钛酸锂或锂聚合物电池。
吸烟装置优选是手持式气溶胶生成装置，其对于使用者在单手的手指之间握住是舒适的。吸烟装置的形状可以是基本上圆柱形的。吸烟装置的长度可在约70mm与120mm之间。吸烟装置的直径可在约10mm与20mm之间。
在本发明的第二方面中，提供了一种吸烟系统，所述吸烟系统包括根据本发明的第一方面的装置和吸烟制品。
吸烟制品可以在吸烟制品的外表面上包括标记或记号。标记可以是图案，如棋盘形图案。或者，标记可以包括一维条形码或二维条形码。标记可绕着吸烟制品的周边完全延伸。
吸烟制品的形状可以是基本上圆柱形的。吸烟制品可以是基本上细长的。吸烟制品可以具有一定长度和基本上垂直于所述长度的圆周。吸烟制品可以包括气溶胶形成基质。气溶胶形成基质的形状可以是基本上圆柱形的。气溶胶形成基质可以是基本上细长的。气溶胶形成基质也可以具有一定长度和基本上垂直于所述长度的圆周。
吸烟制品的总长度可以介于约30mm与约100mm之间。吸烟制品的外径可以介于约5mm与约12mm之间。吸烟制品可以包括过滤塞。过滤塞可以位于吸烟制品的下游端。过滤塞可以是乙酸纤维素过滤塞。过滤塞的长度在一个实施例中是约7mm，但其长度可以介于约5mm到约10mm之间。
在一个实施例中，吸烟制品的总长度是约45mm。吸烟制品的外径可以是约7.2mm。此外，气溶胶形成基质的长度可以是约10mm。或者，气溶胶形成基质的长度可以是约12mm。此外，气溶胶形成基质的直径可以介于约5mm与约12mm之间。吸烟制品可以包括外包装纸。标记可在外包装纸上。标记可打印在外包装纸上。此外，吸烟制品可以包括气溶胶形成基质与过滤塞之间的分隔物。分隔物可以是约18mm，但可以在约5mm到约25mm的范围内。分隔物优选通过热交换器填充于吸烟制品中，当气溶胶通过吸烟制品从基质到过滤塞时，热交换器使气溶胶冷却。热交换器可以是例如聚合物类过滤器，例如卷曲的pla材料。
气溶胶形成基质可以是固体气溶胶形成基质。或者，气溶胶形成基质可以包括固体和液体组分。气溶胶形成基质可以包括含烟草材料，所述含烟草材料含有在加热时从所述基质释放的挥发性烟草香味化合物。或者，气溶胶形成基质可以包括非烟草材料。气溶胶形成基质可以进一步包括气溶胶形成剂。适合的气溶胶形成剂的实例是丙三醇和丙二醇。
如果气溶胶形成基质是固体气溶胶形成基质，那么所述固体气溶胶形成基质可以包括例如以下中的一种或多种：粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或薄片，所述材料含有草本植物叶、烟草叶、烟草肋料、再造烟草、均质烟草、挤出烟草、落叶烟草(castleaftobacco)和膨胀烟草中的一种或多种。固体气溶胶形成基质可以呈疏松形式，或可在适合容器或料筒中提供。任选地，固体气溶胶形成基质可以含有在基质加热时释放的额外烟草或非烟草挥发性香味化合物。固体气溶胶形成基质还可以含有胶囊，所述胶囊例如包含额外烟草或非烟草挥发性香味化合物，并且此类胶囊可以在加热固体气溶胶形成基质期间熔化。
如本文所用，均质烟草是指通过使微粒烟草聚结而形成的材料。均质烟草可以呈薄片形式。均质烟草材料可以具有以干重计大于5％的气溶胶形成剂含量。均质烟草材料可以替代地具有以干重计介于5重量％与30重量％之间的气溶胶形成剂含量。均质烟草材料的薄片可以通过使微粒烟草聚结而形成，所述微粒烟草通过将烟草叶片和烟草叶梗中的一种或两种研磨或以其它方式粉碎而获得。替代地或另外，均质烟草材料薄片可以包括在例如烟草的处理、操作和运送期间形成的烟草尘、烟草细粒和其它微粒烟草副产品中的一种或多种。均质烟草材料薄片可以包含作为烟草内源性粘合剂的一种或多种固有粘合剂、作为烟草外源性粘合剂的一种或多种外来粘合剂或其组合，以帮助微粒烟草聚结；替代地或另外，均质烟草材料薄片可以包括其它添加剂，包含但不限于烟草和非烟草纤维、气溶胶形成剂、保湿剂、增塑剂、调味剂、填充剂、水性溶剂和非水性溶剂以及其组合。
任选地，固体气溶胶形成基质可以设置在热稳定载体上或包埋于热稳定载体中。载体可以采取粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或薄片形式。或者，载体可以是管状载体，其内表面上或其外表面上或其内表面和外表面上沉积有固体基质薄层。此类管状载体可以由例如纸或纸样材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网(lowmassopenmeshmetallicscreen)或穿孔金属箔或任何其它热稳定聚合物基质形成。
固体气溶胶形成基质可以例如薄片、泡沫、凝胶或浆液的形式沉积在载体的表面上。固体气溶胶形成基质可以沉积在载体的整个表面上，或者，可以按一定图案沉积，以便在使用期间提供不均匀的香味递送。
虽然上文提到了固体气溶胶形成基质，但是所属领域的一般技术人员将清楚知道，其它实施例可以使用气溶胶形成基质的其它形式。举例来说，气溶胶形成基质可以是液体气溶胶形成基质。如果提供液体气溶胶形成基质，那么气溶胶生成装置优选地包括用于保留液体的装置。举例来说，可以在容器中保留液体气溶胶形成基质。替代地或另外，液体气溶胶形成基质可以被吸入多孔载体材料中。多孔载体材料可以由任何适合的吸收塞或吸收体形成，例如泡沫金属或塑料材料、聚丙烯、涤纶、尼龙纤维或陶瓷。在使用气溶胶生成装置前，可以将液体气溶胶形成基质保留在多孔载体材料中，或者，可以在使用期间或临用前将液体气溶胶形成基质材料释放到多孔载体材料中。举例来说，可以在胶囊中提供液体气溶胶形成基质。胶囊外壳优选地在加热时熔化且将液体气溶胶形成基质释放到多孔载体材料中。胶囊可以任选地含有固体与液体的组合。
或者，载体可以是其中已经并有烟草组分的非织造织物或纤维束。非织造织物或纤维束可以包括例如碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生型纤维。
附图说明
现将参照附图详细描述本发明实例，其中：
图1是气溶胶生成装置的示意图；
图2是图1中所示类型的装置的前端的截面；
图3是如图中所示的装置的前端的截面，并入了根据本发明的吸烟制品成像系统；
图4是根据本发明的装置的成像组件的示意性透视图；并且
图5是本发明的一个实施例的成像组件的截面。
具体实施方式
在图1中，电加热式吸烟装置100的一个实施例的组件按简化方式描绘。具体来说，电加热式吸烟装置100的元件在图1中未按比例绘制。为了使图1简化，已经省略了与理解此实施例无关的元件。
电加热式吸烟装置100包括外壳10和吸烟制品中的气溶胶形成基质12，例如香烟。将气溶胶形成基质12推入外壳10中的腔内，以与加热元件14热接近。气溶胶形成基质12将在不同温度下释放一系列挥发性化合物。通过控制电加热式吸烟装置100的最大操作温度低于一些挥发性化合物的释放温度，能够避免这些烟雾成分的释放或形成。
外壳10内有电能供应源16，例如可充电锂离子电池。微控制器18连接到加热元件14、电能供应源16和使用者接口20，例如按钮或显示器或按钮和显示器两者。微控制器18具有内置软件来控制向加热元件14供电以便调节其温度。气溶胶形成基质通常被加热到250摄氏度与450摄氏度之间的温度。如即将描述的，图像感测模块40也连接到微控制器上。微控制器18控制向加热元件供电，这取决于在吸烟制品插入到装置中之后来自图像感测模块的数据，如即将描述的。
图2是图1中所示类型的装置的前端的截面视图，没有感测模块。吸烟制品12容纳在装置中的腔15中。加热器14是陶瓷叶片，当吸烟制品容纳在腔15中时，加热器14位于气溶胶形成基质内。外壳10具有固定部分22和能够相对于固定部分滑动的前部24。将加热器固定到支撑件20，支撑件20固定到外壳22的固定部分。前部24形成了容纳吸烟制品的滑动容器。前部包含在吸烟制品与加热器支撑件20之间的后表面26。通过前部朝着腔的开口端滑动，远离固定部分，吸烟制品通过后表面26脱离加热器14并且因此能够容易地从装置中去除。
图1和图2中所示的装置是大体上圆柱形的和细长的，因此能够以与点燃端部的香烟相同的方式，容易单手握住它。期望装置仅比吸烟制品宽一点。因为这样，所以在装置前端绕着吸烟制品留给用于识别吸烟制品上的记号的传感器系统的空间非常有限。从图2尤其可以看出，留给将提供足够的光学分辨率来区分吸烟制品上的不同记号的成像系统的空间非常小。
图3是图1中所示类型的装置的前端的截面视图，具有根据本发明的感测系统。感测系统在装置中占用的空间非常小，并且不增加装置的直径，但又能够在吸烟制品的广泛区域内捕获图像。
感测系统包括传感器模块40和形成于前外壳34的内表面上的镜子36。传感器模块包括用于照亮吸烟制品的表面的一对发光二极管(lightemittingdiode，led)和镜子和成像透镜以及用于记录吸烟制品12的表面的图像的图像检测器。感测模块位于腔底端的支撑件20上。前外壳中的开孔允许光从感测模块到达吸烟制品并允许光从吸烟制品12和镜子36反射回到感测模块。镜子36通过前外壳内表面上的反射涂层形成。镜子形成于外壳的凹陷部分上，使得在镜子36与吸烟制品的表面之间存在通道38。这允许获得吸烟制品表面的大部分的图像。使用单透镜来提供大开孔。可将图像检测器制得相对较大，因为它位于腔的底部而不是腔的侧面上。这提供了具有高分辨率和高光效率的图像。外壳前部可以包括多个镜子以允许外壳前部与固定外壳在多个不同取向匹配，而不妨碍感测系统正确操作。
图4是感测系统的示意性图解。图4中显示，光源42将光发射到吸烟制品表面与镜子之间的通道38中。吸烟制品表面有打印的图案13，它表示吸烟制品的类型。将透镜44和图像检测器46安排成邻近光源42。将光源安排成与透镜的光轴并且与检测器成斜角发射光。已发现这样可改善所捕获的图像中心的照度。
如图3中所示，在单个模块中提供光源、透镜和图像检测器是有利的。图5是邻近镜子36和吸烟制品12的示例性感测模块的截面图解。感测模块包括安排在图像检测器46的两侧上的一对led42。在本实例中，图像检测器是互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)图像检测器，但是它可以是ccd检测器。图像检测器46和led安装在同一个印刷电路板54上。透镜44设置在护罩结构50中。护罩结构50是不透明的并且胶合到电路板54上。护罩结构包括不透明的间隔元件52，间隔元件52提供透镜44与图像检测器46之间所需的间隔。护罩结构还包含用于光导48偏转由led发出的光与透镜的光轴成斜角的开孔。这种安排提供了坚固且紧凑的结构。按这种方式安排的仅需要两个led的感测模块消耗的功率相对较小，这点在具有有限电池容量的手持式吸烟系统中很重要。
感测模块中所用的材料能够承受装置腔中所发生的巨大温度变化很重要。模块的光学性能在高温下不显著降低也很重要。在本实例中，外壳组件由聚醚醚酮(polyetheretherketone，peek)形成并且光学组件由聚碳酸酯材料形成。
将吸烟制品上的标记打印在外包装纸上。包装纸是白色的。标记可以简单地是纸上的黑色记号，但是在一个优选实施例中，标记包含不同的灰度水平。不同的灰度水平可以通过改变油墨的用量或通过打印比感测模块可分辨的最小特征尺寸还小的点生成。标记可以是一维条形码，条形码中的每条线绕着吸烟制品的周边延伸，使得它可以任何取向放到腔中。或者，可使用二维条形码，并且装置中的微控制器可包含能够确定条形码开始和结束的地方的软件。
用于做标记的油墨必须与传感器模块中所用的led相对应。因此，如果led发射红外(infrared，ir)光，那么油墨必须吸收ir光。同样地，透镜必须匹配来自led的光的波长。
如图1中所示，感测模块连接到装置中的微控制器18上。微控制器包含用于将来自图像检测器的图像数据与所存储的与一种或多种类型的可接受的吸烟制品有关的图像数据相关联的软件。在使用者激活装置之后，微控制器激活图像感测模块并且图像感测模块捕获腔中的吸烟制品的图像。将所捕获到的图像发送到微控制器作为图像数据。微控制器18将所述图像数据与所存储的与一种或多种类型的可接受的吸烟制品有关的图像数据相关联。如果所捕获到的图像数据与所存储的图像数据关联不足，那么微控制器就阻止向加热器供电。如果所捕获到的图像数据确实与所存储的图像数据有足够的关联，那么微控制器允许向加热器供电。微控制器可控制向加热器供电以使得加热器遵循特定的温度分布或功率分布，这取决于所捕获到的图像数据与所存储的哪个图像数据关联最强。
应该清楚，上述示例性实施例具说明性而非限制性。考虑到上述的示例性实施例，现在所属领域的普通技术人员将清楚与以上示例性实施例一致的其它实施例。
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