(57)【要約】  本発明は、エアロゾル形成基体を加熱することによって吸入可能なエアロゾルを発生するために構成されたエアロゾル発生装置に関する。装置は、エアロゾル形成基体を受容するための装置ハウジングと、装置ハウジング内の加熱された標的表面の温度を決定するための高温計とを備える。本発明は、こうしたエアロゾル発生装置と、エアロゾル形成基体を含む前記装置で使用するためのエアロゾル発生物品とを備えるエアロゾル発生システムにさらに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゾル形成基体を加熱することによってエアロゾルを発生するために構成されたエアロゾル発生装置であって、前記装置が、前記エアロゾル形成基体を受容するための装置ハウジングと、前記装置ハウジング内の加熱された標的表面の温度を決定するための高温計とを備え、前記高温計が、少なくとも第一の波長帯および第二の波長帯で熱放射を測定するように構成された二重波長高温計または多波長高温計であり、前記第二の波長帯が前記第一の波長帯よりも広い、エアロゾル発生装置。
【請求項２】
周辺光から前記高温計を遮蔽するための光遮蔽をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記高温計が、少なくとも第一および第二のセンサーを備える検出器を含む、請求項１〜２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
第一の光バンドパスまたはロングパスまたはショートパスフィルターが前記第一のセンサーの前に配設されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
第二の光バンドパスまたはロングパスまたはショートパスフィルターが前記第二のセンサーの前に配設されている、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記高温計が、前記加熱された標的表面から放射された熱放射を収集するための光学システムを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記光学システムが、散乱面である前記標的表面の遠方側にレンズ表面を有する少なくとも一つのレンズを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光学システムが少なくとも一つのフレネルレンズを備える、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記検出器が少なくとも第三のセンサーを備える、請求項３〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第三のセンサーのスペクトル感度が、前記第一および第二のセンサーのスペクトル感度とは異なる、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記検出器が少なくとも第四のセンサーを備える、請求項９または１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第四のセンサーのスペクトル感度が、前記第一および第二のセンサーのスペクトル感度とは異なる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
第三の光バンドパスフィルターが前記第三のセンサーの前に配設されていて、第四の光バンドパスフィルターが前記第四のセンサーの前に配設されていて、前記第三のバンドパスフィルターの波長帯が前記第四のバンドパスフィルターの波長帯とは異なる、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置と、エアロゾル形成基体を含む前記装置で使用するためのエアロゾル発生物品とを備える、エアロゾル発生システム。
【請求項１５】
前記装置が、前記物品の前記エアロゾル形成基体内に配設されているかまたは配設可能な発熱体に熱を発生させるためのヒーターを備え、前記発熱体が前記加熱された標的表面を備える、請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアロゾル形成基体を加熱することによって吸入可能なエアロゾルを発生させるためのエアロゾル発生装置に関する。本発明は、こうした装置を備えるエアロゾル発生システムにさらに関する。
【背景技術】
【０００２】
エアロゾル形成基体を加熱することによって吸入可能なエアロゾルを発生するためのエアロゾル発生装置は、先行技術から一般的に周知である。こうした装置内で、エアロゾル形成基体は、例えば発熱化学反応によって生成された熱エネルギーによって化学的に、または例えば抵抗ヒーターまたは誘導ヒーターによって電気的に加熱される。望ましいエアロゾル形成揮発性化合物のみが放出されることを確実にするために、エアロゾル形成基体は燃焼されるよりもむしろ加熱されることのみが意図されているため、加熱プロセスの正確な温度制御が重要である。正確な温度制御は、同様に正確な温度監視に依存する。抵抗装置については、発熱体の温度と比抵抗の間の既知の関係から、十分な範囲にわたる加熱温度を決定することができる。しかしそれでも誘導装置については、例えば感受性加熱材料の磁気特性が発熱材料のキュリー温度で強磁性から常磁性に変化する時、温度閾値のみを決定することができる。同様に、熱電対またはその他の温度センサーが温度監視に使用される。典型的に、こうしたセンサーは、測定される物体（例えば、エアロゾル形成基体内に配設された発熱体）との熱接触を必要とした。ところが、熱接触測定値は、例えば温度センサーが壊れた時、または温度センサーが基体とともにエアロゾル発生装置の中に挿入される際に発熱体と適切な熱接触をしない時に、失敗しやすい。
【０００３】
従って、エアロゾル形成に使用される加熱プロセスの信頼できる、迅速で再現性のある温度監視を可能にするエアロゾル発生装置およびエアロゾル発生システムを有することが望ましいことになる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明によると、エアロゾル形成基体を加熱することによってエアロゾルを発生するために構成されているエアロゾル発生装置が提供されている。装置は、加熱されるエアロゾル形成基体を受容するための装置ハウジングを備える。本発明によると、装置は装置ハウジング内の加熱された標的表面の温度を決定するための高温計をさらに備える。
【０００５】
エアロゾル発生装置内の温度監視のために高温計を使用することは、多くの側面に関して有利である。第一に、高温計は遠隔非接触温度測定を可能にする。それ故に、高温計は、不適切なまたは中断された熱接触に起因する機能不全が回避されるため、非常に信頼性が高く再現性の高い結果を提供する。第二に、遠隔測定の能力のため、高温計は加熱された標的表面と干渉しない。それ故に、標的表面から高温計への熱伝導のため、標的表面への望ましくない温度効果がない。これはまた、測定を信頼性の非常に高いものにする。同時に、エアロゾル発生装置のその他の構成要素（例えば電気回路など）への望ましくない熱伝達が低減される。第三に、非接触温度測定の能力は、加熱された標的表面の交換を容易にする。例えば、標的表面は、発熱体によって加熱されるエアロゾル形成基体を含むエアロゾル発生物品の一部である発熱体の表面積であってもよい。第四に、高温計は、ミリ秒範囲の速い温度測定を可能にし、それ故に標的表面の連続的な温度監視を可能にする。第五に、高温計は、高い温度（少なくとも、たばこ含有エアロゾル形成基体のエアロゾル形成のために典型的なそれらの温度）を測定する能力を有する。第六に、温度測定の非接触性のため、高温計は標的表面に対して機械的効果がない。それ故に、例えばサセプタホイルまたはサセプタメッシュなどの軟質または壊れやすい標的表面を、機械的損傷のリスクなしに測定することができる。第七に、測定の光学的性質に起因して、横方向分解能をマイクロメートルの範囲まで下げて、標的表面上の温度の局所的なスポット測定を行うことが可能である。同様に、撮像高温計の支援によって、二次元温度分布を測定することができる。
【０００６】
高温計は、摂氏１５０度〜摂氏４００度、特に摂氏２００度〜摂氏３５０度の温度を監視するために構成されていることが好ましい。これらの温度は、エアロゾル発生装置の典型的な動作温度である。
【０００７】
高温計では、加熱された標的表面の放射率、すなわち熱放射としてエネルギーを放射する標的表面の有効性を考慮し、プランクの法則またはウィーンの近似式を使用して、標的表面の測定されたスペクトル熱放射輝度から標的表面の温度を推定する。測定された放射輝度から温度を決定するためには、加熱された標的表面の放射率は既知である必要があるか、または決定される必要がある。原理的に、放射率は、例えばサーモパイルまたはボロメーターなどの熱放射検出器と併せてレスリー立方体を含む機器を使用して測定できる。機器は、試験される標的表面からの熱放射を、ほぼ理想的な黒い試料からの熱放射と比較する。
【０００８】
小さい範囲（例えば１０ケルビンほどの幅を有する範囲）の典型的動作温度のみを監視するために高温計が使用される場合、標的表面の放射率はこの範囲内で一定であると見なすことができる。その結果、標的表面の放射率を、この温度範囲に対して別個の測定で一度決定し、その結果として高温計の較正に使用することができる。
【０００９】
加熱された標的表面によって放射された熱放射を測定するために、高温計は、受け取った熱放射を電気出力信号に変換するための検出器を備えうる。有利なことに、検出器は、対象の特定の温度または温度範囲での標的表面の熱放射スペクトルに対応するスペクトル感度範囲を備える。
【００１０】
検出器は、光検出器（量子検出器と呼ばれることもある）でありうることが好ましい。光検出器または量子検出器は、熱放射の衝撃光子と直接相互作用し、電子対を生じさせ、それ故に電気出力信号をもたらす。光検出器は、一つ以上のフォトダイオードであってもよく、またはそれを備えうることが好ましい。例えば、一つ以上のフォトダイオードは、次のうち少なくとも一つから選択される感光性物質を含んでもよい：Ｓｉ  （シリコン）、Ｇｅ  （ゲルマニウム）、ＩｎＧａＡｓ  （砒化インジウムガリウム）、ＩｎＡｓ  （砒化インジウム）、ＩｎＳｂ  （アンチモン化インジウム）、ＩｎＡｓＳｂ  （砒化アンチモン化インジウム）、またはＰｂＳ  （硫化鉛（ＩＩ））。これらの物質のスペクトル感度範囲は、エアロゾル発生装置で使用される発熱体によって、典型的に摂氏２００度〜摂氏３５０度の温度で放射された熱放射のスペクトルに関して有利である。上記の物質のスペクトル感度範囲は次の通りである：Ｓｉは０．２マイクロメートル〜１．１マイクロメートルの波長に対して感受性であり、ＧＥは０．４マイクロメートル〜１．７マイクロメートルの波長に対して感受性であり、ＩｎＧａＡｓは０．９マイクロメートル〜１．７マイクロメートルの波長に対して感受性であり、ＩｎＡｓは０．９マイクロメートル〜３．５マイクロメートルの波長に対して感受性であり、ＩｎＳｂは１．２マイクロメートル〜７マイクロメートルの波長に対して感受性であり、ＩｎＡｓＳｂは１．０〜５．５マイクロンの波長に対して感受性であり、ＰｂＳは０．３マイクロメートル〜３マイクロメートルの波長に対して感受性である。これらの範囲のそれぞれの上端、すなわちスペクトル感度範囲の長波長端は、それぞれの半導体材料のバンドギャップエネルギーによって基本的に決定される。
【００１１】
ＩｎＧａＡｓフォトダイオードは、Ｇｅなどの他の材料と比較して、同じセンサー領域に対してより速い応答時間、より高い量子効率およびより低い暗電流を有するので好ましい。
【００１２】
フォトダイオードの代わりに、光検出器は例えばＰｂＳ（硫化鉛（ＩＩ））を含むなど、少なくとも一つのフォトレジスタを含んでもよい。
【００１３】
別の方法として、検出器は、例えばボロメーター、焦電形赤外線センサー、または複数の熱電対から成るサーモパイルなどの熱検出器であってもよい。熱検出器は衝撃熱放射に応じて温度変化を経験し、これが次に電気的出力電圧を生じさせる。
【００１４】
高温計は、加熱された標的表面から放射された熱放射を収集するための、および熱放射を検出器に向けて方向付けるための光学システムを備えてもよい。特に、光学システムは、標的表面から高温計の検出器に熱放射を伝達するための少なくとも一つのレンズまたはレンズシステムを備えうる。光学システムは、１ミリメートル以下、特に１００マイクロメートル以下の横方向分解能（標的表面上）を有することが好ましく、１０マイクロメートル以下が好ましく、５マイクロメートル以下（例えば、約３マイクロメートルまたは約２マイクロメートル）が最も好ましい。
【００１５】
光学システムは、少なくとも０．１ミリメートル、特に少なくとも１ミリメートルの全視野（標的表面上の物体の直径）を有しうることが好ましく、少なくとも３ミリメートルであることが好ましく、少なくとも５ミリメートルであることが最も好ましい。すなわち、光学システムは加熱された標的表面の領域から放射された熱放射を収集するように構成されていることが好ましく、領域は少なくとも０．１ミリメートル、特に少なくとも１ミリメートルの直径を有することが好ましく、少なくとも３ミリメートルの直径を有することが好ましく、少なくとも５ミリメートルの直径を有することが最も好ましい。
【００１６】
高温計はまた、検出器によって感知された熱放射のスペクトル帯を制限するための手段を備えうる。その結果、高温計は少なくとも一つのフィルターを備えてもよい。特に、少なくとも一つのフィルターは、光バンドパスまたは光学ロングパスフィルターまたは光学的ショートパスフィルターであってもよい。高温計はまた、こうしたフィルターの組み合わせを備えてもよい。少なくとも一つのフィルターは、干渉フィルター、吸収フィルター、または回折光フィルターであってもよい。特に、フィルターは検出器の固有フィルターであってもよい。特定のフィルター構成のさらなる詳細は、以下で考察されている。
【００１７】
高温計は、検出器の出力信号を標的表面の温度を示す信号に変換するための電気回路をさらに備えうる。同様に、電気回路は、装置の加熱プロセスを制御するために使用される全体的なエアロゾル発生装置のコントローラの一部であってもよい。特に、高温計、すなわち高温計によって決定される温度は、装置の加熱プロセスのフィードバック制御に使用されうる。
【００１８】
電気回路は、電流電圧変換のためのトランスインピーダンスアンプ、反転信号アンプ、シングルエンドから差動信号への変換器、アナログデジタルコンバータ、およびマイクロコントローラのうちの少なくとも一つを備えうる。
【００１９】
原則として、本発明による高温計は、単一波長高温計、二重波長高温計、または複数波長高温計であってもよい。
【００２０】
単一波長高温計の場合、高温計は、単一波長帯で加熱された標的表面によって放射された熱放射を検出するように構成されている。単一波長高温計は、その単純かつ低コストの設計のため有利である。例えば、単一波長高温計は、単一のフォトダイオードおよび単一要素光学システム（例えば、フォトダイオードの前に配設された単一集光レンズ）を有する単一の光検出器を備えてもよい。さらに、単一波長高温計は、フィルター、特に検出器によって感知された放射のスペクトル帯を制限するために、検出器の前にあるバンドパスフィルターを備えうる。有利なことに、フィルターリングは、放射率のスペクトル変化に起因する望ましくない効果を低減させ、放射率は単一波長高温計を使用する時に既知であるか、または決定される必要がある。上述の通り、単一波長高温計は、小さい範囲の動作温度にわたって既知の放射率の標的表面を監視するのに特に適している。
【００２１】
別の方法として、高温計は二重波長高温計であってもよい。二重波長高温計は、二つの波長帯で標的表面によって放射された熱放射を検出する。２つのスペクトル放射輝度の比は、規定の温度まで単調に（実際、ほぼ比例的に）変化し、それ故に正確な温度値に変換することができる。その結果、二重波長高温計を使用する時、温度測定は測定された二つの放射輝度の比にのみ依存し、絶対値には依存しない。より精密には、標的表面の温度は、二つの波長帯で測定された二つの放射輝度の比、および二つの波長帯でのそれぞれの放射率の比の両方の関数である。この理由から、二重波長高温計はまた、比高温計と呼ばれる。さらに、標的表面のサイズと検出器の視野（ＦＯＶ）との比などの任意のパラメーターは、等しい割合で二つの波長または波長帯の放射輝度に影響を与え、温度測定には影響を与えない。従って、二重波長高温計を使用することは、標的表面のサイズと無関係の温度測定をもたらす。同様に、二つの測定放射輝度の比にのみ依存する測定温度に起因して、標的表面と検出器の間の測定経路における変化する透過率特性は同じように無くなる。これは、高温計の見通し内の発生エアロゾルまたは粉塵が、検出器によって感知された熱放射輝度の絶対値を低減しうる、エアロゾル発生装置内の温度監視に関して特に有利である。さらに、二つの波長帯での放射率が実質的に等しい時、二つの波長帯でのそれぞれの放射率の比はほぼ１である。その結果、放射率は、標的表面の温度を計算するために使用される温度機能において計算に入れられていない。その結果、二重波長高温計は、標的表面の放射率の実際の値が何であるかにかかわらず、標的表面の真の温度を示す。
【００２２】
一般的に、二重波長高温計は、相互に別々で異なる少なくとも二つの波長帯で熱放射を測定するように構成されうる。すなわち、第一の波長帯および第二の波長帯は、相互に別々で異なりうる。この構成は、その伝統的意味で二重波長の高温計に対応する。別の方法として、二重波長高温計は、相互に部分的に重なる、または二つの波長帯の一つがもう一方の波長帯のサブセットである少なくとも二つの波長帯で熱放射を測定するように構成されてもよい。この構成は、時に二色高温計とも呼ばれる二重波長高温計に対応する。すなわち、第一の波長帯および第二の波長帯は、相互に部分的に重なってもよく、または第一の波長帯は第二の波長帯のサブセットであってもよい。
【００２３】
二つの波長帯で実質的に等しい放射率を有するために、または放射率の波長依存性偏差を少なくとも最小限にするために、二つの波長帯は互いに近くにあるように選択されていることが好ましく、また狭帯域（灰色体の挙動の仮定）であることが好ましい。標的物体の放射率が両方の波長帯で同じ程度に変化する時でも、測定結果は変化しないことになる。二つの放射率の間の一定差または線形関係の結果としての真の温度からの偏差は、高温計で放射率比（いわゆるｅ勾配）を設定することによって修正することができる。
【００２４】
二つの波長帯間を分離の増大することは、温度測定の不確実性を低減させるために使用されうる。しかし、分離の増大では、標的表面の灰色体の挙動の仮定の妥当性が低下する可能性がある。従って、二つの波長帯の選択は、グレーの体挙動と温度測定の不確実性との間の折衷案であるべきである。
【００２５】
結論として、二重波長高温計は、標的表面と検出器の間の放射率の変動、部分的に充填された視野、および光学的障害を補うことを可能にするので、本質的に正確である。
【００２６】
二つの波長帯は、同一の帯域幅または異なる帯域幅を有しうる。すなわち、二つの狭い波長帯で測定する代わりに、二重波長高温計は、第一の波長帯で、および第二の波長帯で熱放射を測定するように構成されてもよく、ここで第二の波長帯は第一の波長帯よりも広い。そのため、これらの波長帯で測定されるそれぞれの熱放射輝度の間の差が増大し、これは測定される信号レベルを有利に改善する。そうでなければ、二つの波長帯が互いに近くにある時に、これらの波長帯で測定されるそれぞれの熱放射輝度は相互にほとんど異ならない。それ故に、二つのほぼ同一の放射輝度値の比は、標的表面の温度に関してほんのわずかにしか異ならない。従って、電気回路は、こうした小さい信号変化を検出するために大きな増幅因子を提供するように構成されていることが好ましい。
【００２７】
単波長で測定しないか、または狭い波長帯で測定しない場合、検出器は波長帯にわたる積分放射輝度を測定する。しかしそれでも、標的表面の温度を導き出すために使用される大半の式は、特定の波長での、または狭い波長帯内のスペクトル熱放射を参照する。温度を依然として導き出すために、積分放射輝度は、検出器のスペクトル応答、および検出器の前方にある可能なフィルターで重み付けをした、所与の放射輝度での平均放射輝度を表す、いわゆる有効波長での放射輝度を計算することによって得られる。有効波長の決定に関しては、例えば次の論文にさらなる言及がなされている：″Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｃｏｌｏｒ／ｐｙｒｏｍｅｔｒｙ″  ｂｙ  Ｊ．  Ｌ．  Ｇａｒｄｎｅｒ，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，  Ｖｏｌ．  １９、Ｉｓｓｕｅ  １８、ｐｐ．  ３０８８−３０９１  （１９８０）。
【００２８】
有効波長を決定する代わりに、高温計を波長帯にわたって、または全波長スペクトルにわたって較正してもよい。これによって、光学システムの透過率、または高温計の入口窓の透過率の変動可能性が、有利なことに自動的に考慮される。較正は、例えば黒体放射体を使用して、黒体の異なる既知の温度で行うことができる。高温計が較正されると、加熱された標的表面の放射率を知る必要はもうない。
【００２９】
それぞれの第一および第二の波長帯での放射を検出するために、高温計は、少なくとも第一および第二のセンサーを含む検出器を備えうる。第一および第二のセンサーは、標的表面によって放射された熱放射輝度のそれぞれの部分を独立して検出するように配設および構成されている。例えば、光検出器は、相互に独立した少なくとも第一および第二のフォトダイオードを備えてもよい。同様に、光検出器は、放射された熱放射輝度のそれぞれの部分を独立して測定するために、少なくとも第一および第二のセンサー領域（第一および第二のセンサーとして働く）を有する単一のフォトダイオードを備えうる。第一および第二のセンサーは、特に単一の検出平面において、相互に隣接して配設されてもよい。別の方法として、第一および第二のセンサーは、サンドイッチ構成で一つがもう一方の前に配設されてもよい。後者の構成において、それぞれの前方センサーは有利なことに、それぞれの後部センサーのフィルターとなりうる。
【００３０】
二つのそれぞれの波長帯を選択するために、二重波長高温計は第一のバンドパスまたはロングパスまたはショートパスフィルターを備えうる。追加的に、または別の方法として、二重波長高温計は、第二のバンドパスまたはロングパスまたはショートパスフィルターを備えうる。
【００３１】
バンドパスフィルターの使用に関して、バンドパスは第一または第二の波長／波長帯のそれぞれに対応することが好ましい。第一のバンドパスフィルターの帯域幅は、第二のバンドパスフィルターの帯域幅より小さいかまたは大きくてもよい。第一および第二のバンドパスフィルターの少なくとも一つは、狭帯域であることが好ましい。すなわち、第一および第二のバンドパスフィルターの少なくとも一つは、最大で２００ナノメートル、特に最大で１５０ナノメートル、好ましくは最大１００ナノメートルの帯域幅を含みうる。
【００３２】
ロングパスまたはショートパスフィルターの使用に関して、ロングパスフィルターのカットオフ波長は、特にそれぞれの第一または第二のセンサーにおいて、検出器のスペクトル感度範囲の長波長端より下になるように選択されうる。同様に、ショートパスフィルターのカットオフ波長は、特にそれぞれの第一または第二のセンサーの、検出器のスペクトル感度範囲の短波長端より上になるように選択されうる。ロングパスフィルターのカットオフ波長および検出器のスペクトル感度範囲の長波長端は、検出器波によって感知された熱放射のスペクトルを制限するために特定の波長帯を定義するように選択されうる。同様に、ショートパスフィルターのカットオフ波長、および検出器のスペクトル感度範囲の短波長端は、特定の波長帯を定義するように選択されうる。言い換えれば、ロングパスフィルターまたはショートパスフィルターと組み合わせた検出器は、バンドパスフィルターとして機能しうる。ロングパスフィルターのカットオフ波長は、検出器のスペクトル感度範囲の長波長端より、最大で２００ナノメートル下、特に最大１５０ナノメートル下、好ましくは最大１００ナノメートル下でありうる。同様に、ショートパスフィルターのカットオフ波長は、検出器のスペクトル感度範囲の短波長端より、最大で２００ナノメートル上、特に最大１５０ナノメートル上、好ましくは最大１００ナノメートル上でありうる。検出器がフォトダイオードを備える時、スペクトル感度範囲の長波長端は、フォトダイオードの感光性半導体材料のバンドギャップエネルギーによって基本的に決定される。その結果、フォトダイオードの材料は、監視される波長帯の上限を定義するように、そのスペクトル感度範囲の長波長端に関して選択されうる。例えば、監視される波長帯の上限が約１．７マイクロメートルである時、検出器は、０．９マイクロメートル〜１．７マイクロメートルのスペクトル感度範囲を有するＩｎＧａＡｓフォトダイオードであるかまたはそれを備えることが好ましい。
【００３３】
少なくとも第一および第二のセンサーを有する検出器の場合、第一のバンドパスフィルターまたは第一のロングパスフィルターまたは第一のショートパスフィルターは、第一のセンサーの前に配設されうる。別の方法として、または追加的に、第二のバンドパスフィルターまたは第二のロングパスフィルターまたは第二のショートパスフィルターは、第二のセンサーの前に配設されうる。
【００３４】
一例によると、高温計は、検出器の第一および第二のセンサーの前にそれぞれ配設された第一および第二のバンドパスフィルターを備えうる。二重波長温度計を実現するために、第一のバンドパスフィルターの波長帯は第二のバンドパスフィルターの波長帯とは異なり、望ましい第一および第二の波長帯に対応する。第一および第二のバンドパスフィルターの少なくとも一つは、狭帯域であることが好ましい。
【００３５】
単一波長または二重波長の高温計の代替として、高温計は多波長高温計であってもよい。多波長高温計は、波長とともに、特に非線形に変化する放射率を有する標的表面の温度を監視するために有利である。こうした標的表面は非灰色体と呼ばれる。多波長高温計は、非灰色体の物質の実際の温度および放射率の両方を正確に決定するために、測定された波長にわたって熱エネルギーおよび放射率を特徴付けるように構成されている。このために、多波長高温計は、二つを超えるセンサー、すなわち少なくとも三つのセンサーを有する検出器を備える。一般に、放射率の波長依存性がＮ個の不明なパラメーターを有する関数によって近似されうる時、多波長高温計は少なくともＮ個の検出器を備えることが好ましい。
【００３６】
高温計は、少なくとも第一、第二および第三のセンサーを含む検出器を備えてもよく、また少なくとも第四のセンサーも含むことが好ましい。第一および第二のセンサーは、二重波長温度測定のために使用されてもよく、すなわち上述の通りの二重波長高温計として使用される。対照的に、第三および第四のセンサーは、特に第三のセンサーおよび任意選択の第四のセンサーの前方のそれぞれのフィルターと組み合わせて、追加的な機能を実施するために使用されうる。例えば、第三および任意選択の第四のセンサーは、非灰色体の放射率を決定するために使用してもよい。特に、第三および任意選択の第四のセンサーは、多波長高温計、例えば三波長高温計または四波長高温計を実現するために使用されうる。同様に、第三および任意選択の第四のセンサーは、第一および第二のセンサーによって決定された標的表面の平均温度とは異なる標的表面上のホットスポット温度を決定するために使用されうる。さらに、第三および任意選択の第四のセンサーは、エアロゾル発生装置によって生成された蒸気またはエアロゾルの量を決定するために使用されうる。
【００３７】
第三および任意選択の第四のセンサーは、第一および第二のセンサーとは異なるセンサータイプのものとしうる。例えば、第一および第二のセンサーは、フォトダイオードなどの光検出器であってもよく、一方で第三および任意選択の第四のセンサーは、例えばサーモパイルなどの熱センサーであってもよい。同様に、第三および任意選択の第四のセンサーは、同一のセンサータイプであるが異なる感度のものであってもよい。例えば、第一および第二のセンサーはＩｎＧａＡｓフォトダイオードであってもよく、第三および任意選択の第四のセンサーは、Ｓｉフォトダイオードであってもよい。
【００３８】
後者の構成は、ホットスポットを検出するために有利に使用されうる。こうした構成において、（それぞれのフィルターと組み合わせた）第一および第二のセンサーは、標的表面の平均温度を測定するための二重波長高温計の役割を果たす。第三および任意選択の第四のセンサー（フィルターなし）は、標的表面上のホットスポットを測定するように構成されている。本発明によるエアロゾル発生装置に関して、標的表面のホットスポットは、温度が望ましい最大加熱温度を超える（例えば、摂氏３５０度を超える）標的表面上のスポット様の領域である。
【００３９】
もちろん、第三および第四のセンサーは第一および第二のセンサーと同一であってもよい。この構成において、検出器は、非灰色体標的表面（例えばアルミニウム標的表面）の実際の温度および放射率の両方を決定するための四重長波長高温計であってもよい。
【００４０】
別の方法として、第三および第四のセンサーは、第三および第四のバンドパスフィルターと組み合わせられてもよく、すなわち第三のバンドパスフィルターは第三のセンサーの前に配設されていて、第四のバンドパスフィルターは第四のセンサーの前に配設されている。第三のバンドパスフィルターの波長帯は、第四のバンドパスフィルターの波長帯とは異なる。第三および第四のバンドパスフィルターの両方の波長帯は狭帯域であることが好ましく、例えば最大で２００ナノメートル、特に最大で１５０ナノメートル、好ましくは最大１００ナノメートル帯域幅を有する。第三のバンドパスフィルターの波長帯は、検出器の見通し線における気体媒体の吸収ピークに対応するかまたはカバーするように選択されうる。この構成において、第三および第四のセンサーは分光計として使用されうる。
【００４１】
例えば、水はおよそ１．４５マイクロメートルに顕著な吸収ピークを有する。標的表面によって放射された赤外線放射が、高温計の見通し内のエアロゾルに含まれる水蒸気／湯気によってどの程度吸収されるかを検出するために、検出器は、第三および第四のセンサーとしてのＩｎＧａＡｓフォトダイオードと、追加的に、およそ１．４５マイクロメートルの波長帯を有する第三のセンサーの前の第三のバンドパスフィルターと、およそ１．４５マイクロメートルの波長帯を有する第四のセンサーの前の第四のバンドパスフィルターとを備えうる。結果として、これは特定の温度でエアロゾル発生装置によって発生したエアロゾルの量を推定することを可能にする。標的表面の温度は、二重波長高温計の役割を果たす第一および第二のセンサーによって決定される。
【００４２】
二重波長ならびに多波長高温計については、高温計の光学システムは、分割のために、特に標的表面によって高温計のセンサーに放射された熱放射を均等に分割するために、少なくとも一つのビームスプリッタを備えうる。有利なことに、ビームスプリッタはダイクロイックビームスプリッタである。ダイクロイックビームスプリッタは、衝突光の吸収または損失なしに二つのフィルターバンド（一つは反射中、および一つは透過中）を提供する。別の方法として、または追加的に、光学システムは、熱放射を高温計の検出器上に向けて分配するための少なくとも一つのレンズまたはレンズシステムを備えうる。
【００４３】
二重波長および多波長高温計を使用する場合、高温計の検出器のそれぞれのセンサーに達する各波長の光子数がほぼ同じであることが、多くの用途において重要である。なおも、本発明によるエアロゾル発生装置において、エアロゾルは、加熱に伴いエアロゾル形成基体から揮発したエアロゾルに曝される光学システムの表面上に粒子および液滴を蓄積させうる。結果として、それぞれのセンサーに達する光子の数が変化し、測定精度が低下する可能性がある。この問題を克服するために、光学システムは有利なことに、少なくとも一つの散乱レンズ、すなわち少なくとも一つの散乱レンズ表面を有する少なくとも一つのレンズを備えてもよい。少なくとも一つの散乱レンズ表面は、標的表面の遠方側であることが好ましい。散乱表面は、滑らかなレンズ表面からのランダムな不規則性を有する滑らかでないレンズ表面である。散乱表面のため、散乱レンズは、標的表面によって放射された熱放射をすべての方向に散乱する。結果として、検出器のそれぞれのセンサーは、光学システムの表面の一部分が粒子または液滴の堆積物によって遮断されていても、すべての波長で実質的に等しい数の光子を受容する。
【００４４】
散乱レンズに加えて、光学システムは、熱放射を検出器に向けて方向付けるための収束レンズを備えうる。このために、収束レンズは散乱レンズと検出器の間に配設されている。
【００４５】
同じ目的で、光学システムはまた、少なくとも一つのフレネルレンズを備えてもよい。特に、光学システムは、相互に面する段付き表面を有する少なくとも二つのフレネルレンズを含むフレネルレンズシステムを備えうる。フレネルレンズは、その薄く軽いレンズ設計のため有利である。少なくとも一つのフレネルレンズは、球面フレネルレンズであることが好ましい。
【００４６】
散乱レンズまたはフレネルレンズを使用する時、光学システムは非撮像光学システムであること、すなわち撮像形成のためではなく、標的表面から検出器への光放射伝達のために最適化された光学システムであることが好ましい。例えば、非撮像システム用のフレネルレンズを使用する時、レンズ表面上の汚れ蓄積の悪影響を軽減するために、その画像を再生するのではなく、標的から来る放射を混合するように設計されるべきである。
【００４７】
光放射伝達を最適化するために、光学システムの透明要素（例えば、レンズ、ビームスプリッタ）の光学材料は特に、近赤外〜中赤外スペクトルの波長に対して透過的である。適切な材料は、ＣａＦ2  （フッ化カルシウム）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）またはＣＯＣ（環状オレフィン系共重合体）である。これらの材料は、最大１．６マイクロメートルの波長までの赤外線スペクトルにおいて少なくとも８０パーセントの透過率を備える。特に、ＣＯＣなどの射出成形プラスチックは、大量生産を可能にするので好ましい。
【００４８】
光学システムは加熱に伴いエアロゾル形成基体から揮発したエアロゾルに曝されている少なくとも表面に疎水性被覆を備えうる。疎水性被覆は有利なことに、被覆された表面上の粉塵およびエアロゾル堆積を妨げるまたは防止する。さらに、疎水性被覆は、被覆された表面の簡単な洗浄を容易にする。
【００４９】
高温計は、高温計の要素を封入するための、特に検出器および光学システムを封入するためのケーシング、および場合によっては高温計の電気回路も備えうる。ケーシングは不透明または非透過性である、すなわち遮光性である、または光を通さないことが好ましい。それ故に、ケーシングは、周辺光からの光の遮蔽を提供し、これは有利なことに高温計の感度を増大させ、それ故に精度を増大させる。さらに、ケーシングは有利なことに、エアロゾルの堆積から高温計の要素を保護する。ケーシングは、熱放射が高温計に入ることを可能にする入口開口部を備えうる。入口は、上述の通りの赤外線透過材料で作られることが好ましい透明入口窓によって覆われうる。別の方法として、光学システムの要素、特にレンズは、ケーシングの入口開口部を覆うかまたは封止しうる。
【００５０】
現行の技術では、例えば光学作製のためにプラスチック射出成形と、検出器および電気回路のためにフリップチップ技術とを使用することによって、２×４×４立方ミリメートル以内でこうした高温計を構築することが可能である。
【００５１】
ケーシングに加えて、または代替的に、エアロゾル発生装置は、周辺光から高温計を遮蔽するためのさらなる光学遮蔽を備えうる。
【００５２】
本明細書で使用される「エアロゾル発生装置」という用語は、加熱によって、特に基体を電気加熱することによって、エアロゾル形成基体と相互作用して、エアロゾルを発生する装置を記述するために使用される。エアロゾル発生装置は、ユーザーの口を通してユーザーの肺の中に直接吸入可能なエアロゾルを発生するように構成されていることが好ましい。エアロゾル発生装置は、ハンドヘルド装置、特に従来の紙巻たばこの形状に似た装置であることが好ましい。
【００５３】
本明細書で使用される「エアロゾル形成基体」という用語は、エアロゾルを形成することができる揮発性化合物を放出する能力を有する基体に関する。こうした揮発性化合物は、エアロゾル形成基体を加熱することによって放出されてもよい。エアロゾル形成基体は好都合なことに、エアロゾル発生物品または喫煙物品の一部であってもよい。エアロゾル形成基体は固体エアロゾル形成基体であってもよく、または液体エアロゾル形成基体であってもよい。別の方法として、エアロゾル形成基体は固体構成要素と液体構成要素の両方を備えてもよい。エアロゾル形成基体は、加熱に伴い基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含有するたばこ含有材料を含んでもよい。別の方法として、エアロゾル形成基体は非たばこ材料を含んでもよい。エアロゾル形成基体は、高密度で安定したエアロゾルの形成を促進するエアロゾル形成体をさらに備えてもよい。適切なエアロゾル形成体の例は、グリセリンおよびプロピレングリコールである。
【００５４】
本明細書で使用される「エアロゾル発生物品」という用語は、エアロゾル発生装置と相互作用するための物品を指す。物品はエアロゾル形成基体を備える。例えば、エアロゾル発生物品は、固体エアロゾル形成基体または液体エアロゾル形成基体を含むカートリッジであってもよい。加えて、物品は、エアロゾル発生装置によって加熱可能な発熱体を備えうる。例えば、発熱体は、物品が装置のハウジングの中に挿入されている時に、装置の誘導源によって加熱可能なサセプタ素子であってもよい。特に、エアロゾル発生物品は、例えば単回使用のための消耗品であってもよい。固体のたばこ含有エアロゾル形成基体を含む物品は、たばこスティックと呼ばれうる。
【００５５】
本発明によると、高温計は、装置ハウジング内の加熱された標的表面の温度を決定するように構成されている。すなわち、加熱された標的表面は、装置の（少なくとも）使用時には装置ハウジング内にある。
【００５６】
装置の使用時に、加熱された標的表面は高温計の見通し線内にあることが好ましい。別の方法として、高温計は、標的表面から高温計の検出器に放射された熱放射を収集して方向付けるための光ファイバーを含む繊維系光学システムを備えてもよい。同様に、装置は、標的表面から高温計の検出器に放射された熱放射を方向付けるための少なくとも一つのミラーを備えうる。
【００５７】
加熱された標的表面は、エアロゾル発生装置の一部であってもよく、すなわちエアロゾル発生装置は、加熱された標的表面を備えてもよい。また加熱された標的表面は、必ずしもエアロゾル発生装置の一部である必要はないが、装置の使用時のみ装置ハウジング内に配設されうる。
【００５８】
加熱された標的表面は、エアロゾル形成基体を加熱するために使用される発熱体の表面積であることが好ましい。別の方法として、加熱された標的表面は、こうした発熱体と熱接触してもよい。
【００５９】
発熱体は、エアロゾル発生装置の一部、特にエアロゾル発生装置のヒーターの一部でありうる。この構成において、発熱体は、エアロゾル発生装置の装置ハウジング内に固定して配設されていることが好ましい。もちろん、発熱体はまた、装置ハウジング内に取り外し可能なように配設されてもよく、または配設可能であってもよい。すなわち、発熱体は装置ハウジングから少なくとも部分的にまたは完全に置換可能であるように構成されうる。
【００６０】
別の方法として、ヒーター要素は、加熱されるエアロゾル形成基体を含むエアロゾル発生物品の一部であってもよい。この構成において、発熱体はエアロゾル発生装置の一部ではなく、むしろ装置ハウジング内に取り外し可能なように配設可能である。すなわち、発熱体はエアロゾル形成基体とともにエアロゾル発生装置に挿入可能であり、取り外し可能である。後者の構成において、高温計を使用することは、温度測定の非接触的性質のため特に有利であり、発熱体への熱接触の必要性を回避する。
【００６１】
発熱体は、電気的および／または化学的に発生した熱エネルギーによって加熱するように構成されている。それ故に、本発明によるエアロゾル発生装置は、電気的および／または化学的に加熱されるエアロゾル発生装置であってもよい。その結果、発熱体の加熱は、抵抗加熱、誘導加熱および／または発熱化学反応によって引き起こされる。
【００６２】
抵抗加熱の場合、発熱体は導電性材料を含み、この導電性材料は電流がそれを通過すると加熱する。抵抗発熱体は、エアロゾル発生装置の一部、特にエアロゾル発生装置の抵抗ヒーターの一部であることが好ましい。抵抗ヒーターは、発熱体に加えて、電力供給源と、電源から発熱体への電力の供給を制御するように構成されたコントローラとを備えうる。
【００６３】
誘導加熱の場合、発熱体はサセプタ素子であることが好ましい。本明細書で使用される「サセプタ素子」という用語は、交流電磁場内で誘導加熱される能力を有する材料を含む要素を指す。これは、サセプタ材料の電気的特性および磁性に依存して、サセプタ内で誘導されるヒステリシス損失または渦電流のうちの少なくとも一つの結果でありうる。ヒステリシス損失は、交流電磁場の影響下で切り替えられる材料内の磁区に起因して、強磁性またはフェリ磁性のサセプタ内で生じる。渦電流は、サセプタが導電性である場合に誘起される場合がある。導電性の強磁性サセプタまたは導電性フェリ磁性サセプタの場合において、渦電流およびヒステリシス損失の両方に起因して熱を発生させることができる。その結果、サセプタ素子は、導電性および／または強磁性もしくはフェリ磁性のいずれかである材料を含んでもよい。サセプタ素子は、エアロゾル発生装置の一部、特にエアロゾル発生装置のヒーターの一部でありうる。誘導ヒーターは、サセプタ素子に加えて、サセプタ素子中に熱発生渦電流またはヒステリシス損失のうちの少なくとも一つを誘発するように、装置ハウジング内の交流電磁場を発生するための誘導源を備える。別の方法として、サセプタ素子は、上述の通りのエアロゾル発生物品の一部であってもよい。この場合、サセプタ素子は、物品がエアロゾル発生装置のハウジングとともに受容されている時に、エアロゾル発生装置の誘導ヒーター、特に誘導源によって発生する交流電磁場と相互作用するように、物品内に配設されている。いずれの構成においても、誘導源は、誘導コイルと、相互に動作可能に接続された電源およびコントローラとを備えることが好ましく、ここでコントローラは誘導コイルを通過する交流電流を発生するように構成されている。
【００６４】
発熱体は任意の形状または構成であってもよい。発熱体は、ロッド、ブレード、テープ、ストリップ、スリーブ、メッシュまたは芯のうちの少なくとも一つを備えてもよく、または粒子状の構成であってもよい。例えば、発熱体は、基体を装置ハウジングの中に挿入する際にエアロゾル形成基体を貫通するために構成された加熱ブレードまたは加熱ロッドを備えうる。同様に、発熱体は、加熱されるエアロゾル形成基体を受容するために、装置ハウジング内の受容くぼみの少なくとも一部分を形成してもよい。発熱体はまた、エアロゾル発生物品の少なくとも一部分、例えばカートリッジを形成してもよく、これはエアロゾル形成基体を含み、エアロゾル発生装置のハウジング内に受容されるように構成されている。別の方法として、特にエアロゾル発生物品の一部である時、発熱体は、エアロゾル発生物品に含まれるエアロゾル形成基体に極めて近接して配設されている加熱ブレード、加熱ストリップ、加熱ロッド、加熱テープまたは加熱スリーブを備えうる。発熱体は、エアロゾル発生装置の一部として、またはエアロゾル発生物品の一部としての、加熱メッシュまたは加熱芯であってもよい。メッシュまたは芯の構成は、液体エアロゾル形成基体との使用に特に適している。
【００６５】
本発明によると、本発明による、および上述の通りのエアロゾル発生装置を備えるエアロゾル発生システムも提供されている。システムはさらに、加熱されるエアロゾル形成基体を備える装置で使用するためのエアロゾル発生物品を備える。特に、装置ハウジングは、物品を少なくとも部分的に受容するように構成されている。
【００６６】
本発明の特定の態様によると、装置は、発熱体で熱を発生するために構成されたヒーターを備える。発熱体は、物品のエアロゾル形成基体内に配設されているかまたは配設可能であり、装置の高温計によって温度が監視される加熱された標的表面を備える。エアロゾル発生装置に関して上述した通り、発熱体、それ故に加熱された標的表面は、装置または物品の一部であってもよい。
【００６７】
本発明によるエアロゾル発生システムのさらなる特徴および利点については、エアロゾル発生装置および物品に関して説明してきたため、繰り返さない。
本発明を、添付図面を参照しながら、例証としてのみであるがさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本発明の第一の実施形態によるエアロゾル発生装置の概略図である。
【図２】図２は、エアロゾル発生物品と組み合わせた、本発明の第二の実施形態によるエアロゾル発生装置の概略図を示す。
【図３】図３は、図２によるエアロゾル発生装置で使用されるエアロゾル発生物品の詳細図を示す。
【図４】図４は、本発明の第一の実施形態による高温計の概略図を示す。
【図５】図５は、本発明の第二の実施形態による高温計の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１は、本発明によるエアロゾル発生装置１の第一の実施形態を概略的に図示する。装置１は、固体エアロゾル形成基体を誘導的に加熱することによって吸入可能なエアロゾルを発生するために構成されている。このために、基体は、装置１の細長いハウジング２の近位端３で形成された受容くぼみ４の中に交換可能なように配設されうる。基体は、受容くぼみ４の中に少なくとも部分的に受容されるように構成されているエアロゾル発生物品（図示せず）の一部としうる。本実施形態において、装置１は、基体を加熱するための誘導ヒーター３０を備える。誘導ヒーター３０は、受容くぼみ４内に交流電磁場を発生するために受容くぼみ４を囲むらせん誘導コイル３１を備える。ヒーター３０は感受性発熱体３２をさらに備える。本実施形態において、発熱体３２は、受容くぼみ４内に配設されている、かつエアロゾル発生物品を受容くぼみ４の中に挿入する際にエアロゾル形成基体を貫通するように構成されているステンレス鋼製の先細りしたサセプタブレード３２である。誘導コイル３１を通して交流駆動電流を通過させる時、交流電磁場はサセプタブレード３２中にその電気的および磁気的材料特性に応じて、ヒステリシス損失および／または渦電流を誘発する。結果として、発熱体３２が加熱し、それがサセプタブレード３２と熱接触している時にエアロゾル形成基体を加熱する。交換および洗浄の目的で、サセプタブレード３２は、受容くぼみ４の遠位端に取り外し可能なように配設されてもよい。別の方法として、サセプタブレードは、装置１の受容くぼみ４の中に挿入されるエアロゾル発生物品の一部であってもよい。
【００７０】
もちろん、図１による装置はまた、抵抗加熱用に構成されうる。例えば、サセプタブレードの代わりに、装置１は抵抗ヒーターブレードまたは抵抗加熱ヒーターブレードを備えてもよい。
【００７１】
装置１は、とりわけ交流駆動電流を発生するように構成されている（電池１０で動く）電気回路２０をさらに備える。電気回路２０は、加熱プロセスを制御するためのコントローラ（図示せず）を備える。
【００７２】
加熱温度を制御するには、発熱体３２の温度監視が必要となる。このために、図１による装置１は、発熱体３２上の標的表面３３の絶対温度を測定するための二重波長高温計１００を備える。本実施形態において、標的表面３３は、高温計１００の直接の見通し内にあるサセプタブレード３２の後面の一部分である。
【００７３】
図１からさらに分かる通り、高温計１００は、装置の電気回路２０と動作可能なように接続されている。本実施形態において、電気回路２０はまた、標的表面３３の絶対温度を決定するために、高温計１００の出力信号を評価するように構成されている。電気回路は、電流電圧変換のためのトランスインピーダンスアンプ、反転信号アンプ、シングルエンドから差動信号への変換器、アナログデジタルコンバータ、およびマイクロコントローラのうちの少なくとも一つを備えうる。
【００７４】
二重波長高温計１００のさらなる詳細は、図４および５に示す実施形態に関して以下に記述されている。
【００７５】
図２は、本発明によるエアロゾル発生装置１の第二の実施形態を概略的に図示する。図１による装置と同様に、図２による装置は誘導加熱用に構成されている。従って、類似または同一の特徴は同一の参照番号で示されている。図１に示す実施形態とは対照的に、感受性発熱体２３２は、装置１の一部ではなく、加熱される液体エアロゾル形成基体２１０を含むエアロゾル発生物品２００の一部である。本実施形態において、感受性発熱体２３２は、カートリッジ様の物品２００の遠位端に配設されているステンレス鋼製のメッシュサセプタ２３２である。装置ハウジング２内に形成された受容くぼみ４の中に物品２００が定置されている時、メッシュサセプタ２３２は、メッシュの感受性材料を加熱させる装置（図示せず）の誘導源によって発生された交流電磁場を経験しうる。メッシュサセプタ２３２は、液体エアロゾル形成基体がメッシュサセプタ２３２の隙間にメニスカスを形成するように構成されている。メッシュサセプタ２３２が加熱されている時、液体エアロゾル形成基体は、メッシュサセプタ２３から受容くぼみ４の中に連続的に気化される。そこで、気化された基体によってエアロゾルが形成され、装置１の近位端３でマウスピース５の方へとくぼみ４を通って延びる気流通路の中に引き出される。
【００７６】
もちろん、図２による装置は別の方法として、例えば装置１または物品２００のいずれかの一部でありうる抵抗加熱メッシュまたは抵抗メッシュを使用することによって、抵抗加熱用に構成されうる。
【００７７】
メッシュサセプタ２３２の絶対温度を測定するために、図２による装置１はまた、二重波長高温計１００を備える。高温計は、エアロゾル発生物品２００が装置ハウジング２の中に定置されている時、メッシュサセプタ２３２に直接面するように、受容くぼみ４の遠位端に配設されている。図３で分かる通り、高温計は、高温計１００の直接の見通し内にあるメッシュサセプタ２３２の前面の一部分２３３のみを監視する。標的表面２３３は、約１ミリメートル×１ミリメートルである。
【００７８】
図１および２による両方の実施形態において、高温計は、電気回路２０および電池１０が配設されている装置ハウジング２内の後部くぼみから受容くぼみ４を完全に分離するために使用されるプラスチック部品でオーバーモールドされている。この配設では、高温計１００は、温度が測定される標的表面３３、２３３と反対側の固定された見通し内に保持されうる。図２による実施形態に関して、この解決策はまた、高価な高温計１００を耐久性のある装置１とともにホストすることを可能にし、一方で衛生状態の改善のために安価なメッシュサセプタ２３２を物品と一緒にしたままにできる。図２に関してさらに重要なことに、高温計１００は非接触温度測定を可能にし、それ故に発熱体への熱接触の必要性を回避する。発熱体が物品の一部であり、それ故に装置から取り外し可能であるので、熱接触の必要性は技術的に非実用的であろう。
【００７９】
図４は、それぞれの標的表面３３、２３３の温度を決定するために、図１および図２によるエアロゾル形成装置１で使用しうる二重波長高温計１００の第一の実施形態を概略的に示す。本実施形態において、二重波長高温計１００は、横並びに配設された第一および第二のＩｎＧａＡｓフォトダイオード１２１、１２２を含む光検出器１２０を備える。ＩｎＧａＡｓフォトダイオードは、Ｇｅなどの他の材料と比較して、同じセンサー領域に対してより速い応答時間、より高い量子効率およびより低い暗電流を有するので好ましい。
【００８０】
二重波長高温測定では、標的表面によって放射された熱放射を二つの波長または波長帯で測定する必要がある。本実施形態において、これは、第一のセンサー１２１のみの前に配設されたロングパスフィルター１３１を使用することによって達成される。ロングパスフィルター１３１は、１．６マイクロメートルのカットオフ波長を有する。ＩｎＧａＡｓは、０．９マイクロメートル〜１．７マイクロメートルの波長に対して感受性がある。それ故に、ロングパスフィルター１３１のカットオフ波長およびＩｎＧａＡｓセンサー１２１のスペクトル感度範囲の長波長端は、第一のセンサー１２１によって感知された熱放射の有効なバンドパスフィルターリングを１．６マイクロメートル〜１．７マイクロメートルの範囲に提供する。対照的に、第二のセンサー１２２は前にフィルターを有さず、それ故に０．９マイクロメートル〜１．７マイクロメートルの範囲のＩｎＧａＡｓの感度によるフルスペクトル帯を監視する。よって、ロングパスフィルター１３１のカットオフ波長のため、第一および第二のセンサー１２１、１２２の出力信号の間の差異が達成され、これは合理的に測定可能であり、それ故に上述の通りの加熱された標的表面３３、２３３の温度を決定するのによく適している。
【００８１】
さらに上述の通り、少なくとも第二のセンサー１２２は、全波長スペクトルにわたって手動で較正される必要がある。これは、例えば黒体放射体を使用することによって、黒体の異なる既知の温度で行われることができる。第一のセンサー１２１もまた同様に較正されてもよい。原則として、初期較正が行われると、標的表面３３、２３３の放射率は既知である必要はもうない（標的表面３３、２３３が灰色体である場合）。標的表面が非灰色体である場合、放射率の変化を考慮して第二の較正を行うべきである。この較正は、特定のタイプの一つの装置に対してのみ行う必要がある。
【００８２】
有利なことに、二重波長高温計１００は、標的表面と高温計の検出器との間の放射率の変動だけでなく、部分的に充填された視野および光学的障害を補うことを可能にするので、本質的に正確である。
【００８３】
加熱された標的表面３３、２３３から放射された熱放射を収集するために、および熱放射を検出器１２０に向けて方向付けるために、二重波長高温計１００は光学システム１１０を備える。本実施形態において、光学システム１００は、収束レンズ１１４および半凸状レンズ１１１の二つのレンズを備える。光学システム１００は、少なくとも１ミリメートルの直径を有する標的表面３３、２３３上の視野を提供する。
【００８４】
エアロゾル発生装置１の使用において、エアロゾル粒子および液滴３００は、受容くぼみ４内のエアロゾルに曝されている光学システム１２０の前面上に蓄積しうる。結果として、第一および第二のセンサー１２１、１２２に達する各波長での光子の数は変化する可能性があり、これは次に測定精度を低下させる可能性がある。この問題を克服するために、レンズ１１１は、散乱後部レンズ表面１１２を有する散乱レンズとして構成されている。散乱表面１１２は、滑らかなレンズ表面からのランダムな不規則性を有する滑らかでないレンズ表面である。散乱表面１１２のため、散乱レンズ１１１は、標的表面３３、２３３によって放射された熱放射をすべての方向に散乱する。結果として、第一および第二のセンサー１２１、１２２は、光学システムの表面の一部が粒子または液滴の堆積物３００によって遮断されていても、すべての波長で実質的に等しい数の光子を受容する。
【００８５】
図５は、光学システム１２０の代替的な実施形態を概略的に図示する。同じ目的で、光学システム１２０は、相互に面する段付き表面１１６、１１８を有する二つのフレネルレンズ１１５、１１７を含むフレネルレンズシステムを備える。フレネルレンズは、その薄く軽いレンズ設計のため有利である。フレネルレンズ１１５、１１７の両方は、球面フレネルレンズである。
【００８６】
図４および図５による両方の実施形態において、光学システム１２０は、標的表面３３、２３３からセンサー１２１および１２２への放射伝達のために最適化された非撮像光学システムである。
【００８７】
光放射伝達をさらに最適化するために、レンズ１１１、１１４、１１５、１１７の光学材料は、赤外線スペクトルの波長に対して透過性である。両方の実施形態において、ＣＯＣなどの射出成形プラスチックが、大量生産を可能にするレンズ材料として使用されている。
【００８８】
図４および図５からさらに分かる通り、高温計１００は、センサー１２１、１２２および光学システム１２０を封入するためのケーシング１０１を備える。ケーシングはまた、高温計１００の電気回路１５０を封入しうる。ケーシング１０１は非透明であり、それ故に周辺光からの光の遮蔽を提供し、これは有利なことに高温計１００の感度を増大させ、それ故に精度を増大させる。さらに、ケーシング１０１は有利なことに、エアロゾルの堆積物から高温計１００の要素を保護する。図４および図５による両方の実施形態において、前方レンズ１１、１１５は、ケーシング１０１の入口開口部を密封する。
【００８９】
前方レンズ１１１、１１５上の粉塵およびエアロゾルの堆積物を妨げるまたは防止するために、これらのレンズの前面は疎水性被覆１１３を備える。疎水性被覆１１３はまた、前方レンズ１１１、１１５の簡単な洗浄を容易にする。
【図１】
2020536243.tif 000003
【図２−３】
2020536243.tif 000004
【図４】
2020536243.tif 000005
【図５】
2020536243.tif 000006
【国際調査報告】
2020536243.tif 000007
2020536243.tif 000008