(57)【要約】  高周波加熱装置（１００）は、加熱室（１２０）と、加熱室に高周波を放射する第１高周波発生ユニット（１０１ａ）及び第２高周波発生ユニット（１０１ｂ）と、第１及び第２高周波発生ユニット（１０１ａ、１０１ｂ）を制御する制御部（１０２）とを備える。第１及び第２高周波発生ユニット（１０１ａ、１０１ｂ）はそれぞれ、加熱室に高周波を放射する放射部（１０８ａ、１０８ｂ）と、加熱室から入射してくる逆流波を復調する逆流波復調部（１０９ａ、１０９ｂ）とを備える。第１高周波発生ユニットの逆流波復調部（１０９ａ）は、放射部（１０８ａ）から放射された高周波が反射により当該放射部（１０８ａ）へ戻ってくる反射波と、他の放射部（１０８ｂ）が放射した高周波が放射部（１０８ａ）に入ってくるスルー波とを検出する。制御部（１０２）は、検出された反射波とスルー波とに基づいて、第１及び第２高周波発生ユニット（１０１ａ、１０１ｂ）を制御する。
2011007542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物が収納される加熱室と、
前記加熱室に高周波を放射する複数の高周波発生ユニットと、
前記複数の高周波発生ユニットを制御する制御部とを備え、
前記複数の高周波発生ユニットの各々は、
高周波を発生する高周波発生部と、前記高周波発生部により発生される高周波を変調するための信号波を発生する信号波発生部と、前記高周波発生部により発生される高周波が前記信号波によって変調されてできる変調波を前記加熱室に放射する放射部と、前記変調波の一部であって前記加熱室から前記放射部へ入射する逆流波を検出する逆流波復調部とを備え、
前記逆流波復調部は、
前記変調波に基づいて前記逆流波を復調することにより、一の前記高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が反射して当該一の前記高周波発生ユニットの放射部へ入力される反射による逆流波と、他の前記高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が前記一の前記高周波発生ユニットの放射部へ入力される通り抜けによる逆流波とを検出し、
前記制御部は、
前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記複数の高周波発生ユニットの少なくともいずれか１つを制御する、
高周波加熱装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記高周波発生部に発生させる高周波の周波数を決定する、
請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記制御部は、
各々の前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記高周波発生部の周波数を変化させる前記高周波発生ユニットを決定し、
決定した当該高周波発生ユニットにおける前記高周波発生部の周波数を変化させたときの前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記高周波発生部に発生させる周波数を決定する、
請求項２に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記増幅器の増幅利得を決定する、
請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記制御部は、
各々の前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記増幅器の増幅利得を変化させる前記高周波発生ユニットを決定し、
決定した当該高周波発生ユニットにおける前記増幅器の増幅利得を変化させたときの前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号に基づいて、前記増幅器の増幅利得を決定する、
請求項４に記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
前記逆流波復調部は、第１復調器と第２復調器とを有し、
前記第１復調器は、前記放射部からの逆流波の入力信号を、前記一の前記高周波発生ユニットからの変調波の入力信号を用いて復調し、
前記第２復調器は、前記放射部からの逆流波の入力信号を、前記他の前記高周波発生ユニットからの変調波の入力信号を用いて復調し、
前記第１復調器および前記第２復調器によって復調された復調波の信号が、前記制御部に出力される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波加熱装置に関し、特に、半導体素子を使った増幅器を有する高周波発生ユニットを複数備える高周波加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波加熱装置は、マグネトロンという真空管を用いた発振デバイスで構成されているものが一般的である。【０００３】
近年、このマグネトロンに代えて、発振器と半導体素子を使った増幅器とを用いた高周波加熱装置が検討されている。このような高周波加熱装置の場合、小型で安価な構成で、かつ、容易に周波数を制御することができる。特許文献１では、複数の高周波発生ユニットにおける各放射部から放射する高周波の位相差および周波数を変化させたときの各条件における逆流波を検出し、逆流波電力が最小となるような条件を見つけて制御することにより、好ましい状態で被加熱物を加熱する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６９７９３号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された従来の高周波加熱装置の構成では、加熱室からある放射部に入力されるいわゆる逆流波のうち、一の高周波発生ユニットの放射部から放射された高周波が反射により当該放射部に戻ってくる反射波と、他の高周波発生ユニットの放射部が放射した高周波が一の高周波発生ユニットの放射部に入力されるスルー波とを個別に検出できない。そのため、ある放射部自らが放射した高周波のうち、反射により当該放射部に戻ってくる反射波と他の放射部に入力してしまうスルー波との合計で算出される、高周波発生ユニットそれぞれにおける高周波の照射ロスがわからないという問題がある。つまり、高周波加熱装置全体の照射ロスのうち、どの高周波発生ユニットの照射ロスが高い割合を占めているのかがわからないので、照射ロスを抑える際に、制御すべき高周波発生ユニットの見当がつかず、高周波加熱の最適化処理に多大な時間を要するという問題がある。【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ある放射部において、当該放射部が放射した高周波が反射により戻ってくる反射波と、他の放射部が放射した高周波が入ってくるスルー波とを個別に検出することができる高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る高周波加熱装置の一態様は、被加熱物が収納される加熱室と、前記加熱室に高周波を放射する複数の高周波発生ユニットと、前記複数の高周波発生ユニットを制御する制御部とを備え、前記複数の高周波発生ユニットの各々は、高周波を発生する高周波発生部と、前記高周波発生部により発生される高周波を変調するための信号波を発生する信号波発生部と、前記高周波発生部により発生される高周波が前記信号波によって変調されてできる変調波を前記加熱室に放射する放射部と、前記変調波の一部であって前記加熱室から前記放射部へ入射する逆流波を検出する逆流波復調部とを備え、前記逆流波復調部は、前記変調波に基づいて前記逆流波を復調することにより、一の前記高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が反射して当該一の前記高周波発生ユニットの放射部へ入力される反射による逆流波と、他の前記高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が前記一の前記高周波発生ユニットの放射部へ入力される通り抜けによる逆流波とを検出し、前記制御部は、前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記複数の高周波発生ユニットの少なくともいずれか１つを制御するものである。【０００８】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記制御部は、前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記高周波発生部に発生させる高周波の周波数を決定することが好ましい。【０００９】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記制御部は、各々の前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記高周波発生部の周波数を変化させる前記高周波発生ユニットを決定し、決定した当該高周波発生ユニットにおける前記高周波発生部の周波数を変化させたときの前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記高周波発生部に発生させる周波数を決定することが好ましい。【００１０】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記制御部は、前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記増幅器の増幅利得を決定することが好ましい。【００１１】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記制御部は、各々の前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記増幅器の増幅利得を変化させる前記高周波発生ユニットを決定し、決定した当該高周波発生ユニットにおける前記増幅器の増幅利得を変化させたときの前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号に基づいて、前記増幅器の増幅利得を決定することが好ましい。【００１２】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記逆流波復調部は、第１復調器と第２復調器とを有し、前記第１復調器は、前記放射部からの逆流波の入力信号を、前記一の前記高周波発生ユニットからの変調波の入力信号を用いて復調し、前記第２復調器は、前記放射部からの逆流波の入力信号を、前記他の前記高周波発生ユニットからの変調波の入力信号を用いて復調し、前記第１復調器および前記第２復調器によって復調された復調波の信号が前記制御部に出力されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ある放射部において、当該放射部が照射した高周波が反射により戻ってくる反射波と、他の放射部が照射した高周波が入ってくるスルー波とを個別に検出することができる。このため、照射ロスを抑える際に、照射ロスの大きい高周波発生ユニットを特定し、制御できるため、効率よく加熱条件の最適化を行える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置における逆流波復調部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の複数の高周波発生ユニットにおける反射波とスルー波を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の一例である電子レンジの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置１００について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置１００は、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂと、制御部１０２と、被加熱物が収納される加熱室１２０とを備えている。
【００１８】
まず、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂについて説明する。
【００１９】
第１高周波発生ユニット１０１ａは、加熱室１２０に所定の高周波を放射する高周波発生ユニットであり、高周波発生部１０３ａと、信号波発生部１０４ａと、変調器１０５ａと、増幅器１０７ａと、放射部１０８ａと、逆流波復調部１０９ａとを備えている。
【００２０】
同様に、第２高周波発生ユニット１０１ｂも、加熱室１２０に所定の高周波を放射する高周波発生ユニットであり、高周波発生部１０３ｂと、信号波発生部１０４ｂと、変調器１０５ｂと、増幅器１０７ｂと、放射部１０８ｂと、逆流波復調部１０９ｂとを備えている。
【００２１】
第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂにおいて、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂのそれぞれは、高周波を発生し、当該高周波を対応する変調器１０５ａ、１０５ｂへ出力する。
【００２２】
信号波発生部１０４ａ，１０４ｂのそれぞれは、信号波を発生し、当該信号波を対応する変調器１０５ａ、１０５ｂへ出力する。
【００２３】
変調器１０５ａ，１０５ｂのそれぞれは、対応する信号波発生部１０４ａ，１０４ｂから入力される信号波によって、対応する高周波発生部１０３ａ，１０３ｂから入力される高周波を変調し、当該変調された高周波（変調波）を対応する分配器１０６ａ，１０６ｂへ出力する。
【００２４】
分配器１０６ａ，１０６ｂのそれぞれは、対応する変調器１０５ａ，１０５ｂから入力される変調波である高周波を、対応する増幅器１０７ａ，１０７ｂと対応する逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂとに分配し、一部の高周波を増幅器１０７ａ，１０７ｂに出力し、別の一部の高周波を逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂに出力する。
【００２５】
増幅器１０７ａ，１０７ｂのそれぞれは、対応する分配器１０６ａ，１０６ｂから入力される高周波（変調波）を増幅して、増幅した高周波を逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂに出力する。また、本実施形態において、増幅器１０７ａ，１０７ｂは、増幅利得を可変できる可変利得型増幅器であり、この増幅利得は、外部から入力された増幅利得を示す制御信号に基づいて決定される。本実施形態では、制御部１０２からの増幅利得信号によって、増幅利得が決定される。
【００２６】
放射部１０８ａ，１０８ｂは、対応する増幅器１０７ａ，１０７ｂから入力される変調波である高周波を加熱室１２０に放射する。
【００２７】
第１高周波発生ユニット１０１ａにおける逆流波復調部１０９ａは、放射部１０８ａまたは放射部１０８ｂから放射された高周波の一部であって、加熱室１２０から放射部１０８ａへ入力される逆流波を、分配器１０６ａから出力される高周波を用いて復調し、得られた復調波を制御部１０２に出力する。
【００２８】
第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける逆流波復調部１０９ｂは、放射部１０８ａまたは放射部１０８ｂから放射された高周波の一部であって、加熱室１２０から放射部１０８ｂへ入力される逆流波を、分配器１０６ｂから出力される高周波を用いて復調し、得られた復調波を制御部１０２に出力する。
【００２９】
次に、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂが備える構成について、さらに詳細に説明する。
【００３０】
高周波発生部１０３ａ，１０３ｂは、それぞれ発振器を含む。この発振器には、例えば、フェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ）を用いた周波数シンセサイザなどを用いることができる。ＰＰＬを使用した場合は、与えられた周波数のデジタル・データに基づいて発振周波数が決定される。
【００３１】
信号波発生部１０４ａ，１０４ｂは、対応する高周波発生部１０３ａ，１０３ｂからの高周波を変調するためのベースバンド信号を発生する。発生させる信号系は様々な種類があるが、直交ＧＯＬＤ符号やＷａｌｓｈ関数に基づく直交符号系であることが望ましい。ここで言う直交とは、各信号波同士を互いに掛け算して時間積分して得られる相互相関係数がほぼ零と見なせることである。このような符号系は、無線通信の分野において良く知られた技術である。例えば、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式などにおいて疑似ランダムノイズで変調をかけることに対応する。本発明においても、この技術を採用することにより、反射波とスルー波を分離して検出することができる。
【００３２】
変調器１０５ａ，１０５ｂとしては、直交変調器などが用いられる。変調器１０５ａ，１０５ｂは、信号波発生部１０４ａ，１０４ｂからの信号波を用いて、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂにより発生された高周波の振幅成分および位相成分に対してそれぞれ変調をかける。
【００３３】
分配器１０６ａ，１０６ｂは、例えば、抵抗分配器が用いられる。分配器１０６ａ，１０６としては、その他に、方向性結合器またはハイブリッドカプラーなどを用いてもよい。
【００３４】
増幅器１０７ａ，１０７ｂに用いる半導体素子には、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）で形成されるＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：異種接合２次元電子ガス電界効果トランジスタ）を最終段に用いた多段増幅器などを用いることができる。半導体素子を用いた電力増幅器は、近年の半導体デバイス技術の進化により、電子レンジで使用される２．４ＧＨｚ帯でも数百Ｗクラスの出力に増幅できる。
【００３５】
放射部１０８ａ、１０８ｂは、加熱室１２０に高周波を放射するためのアンテナであり、高出力に対応できる構造が必要である。
【００３６】
次に、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂについて、図２を用いて説明する。
【００３７】
図２は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置における逆流波復調部の構成を示すブロック図である。なお、図２では、第１高周波発生ユニット１０１ａにおける逆流波復調部１０９ａを図示しているが、第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける逆流波復調部１０９ｂも同様の構成であり、その説明は省略する。
【００３８】
本実施形態において、逆流波復調部１０９ａは、方向性結合部１１０ａと、分配器１１１ａと、第１復調器１１２ａと、第２復調器１１３ａとからなる。
【００３９】
方向性結合部１１０ａは、加熱室１２０（図１参照）から放射部１０８ａに入射した逆流波ＢＷを分波し、逆流波ＢＷを分配器１１１ａへ出力する。
【００４０】
分配器１１１ａは、方向性結合部１１０ａから入力された放射部１０８ａからの逆流波ＢＷを、第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａにそれぞれ等分に分配し、それぞれ逆流波ＢＷ１および逆流波ＢＷ２として第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａに入力する。
【００４１】
一方、変調器１０５ａ（図１参照）によって変調された高周波は、分配器１０６ａ（図１参照）により分配され、その一部は第１復調器１１２ａへ入力される。第１復調器１１２ａは、変調器１０５ａによって変調された高周波を用いて、放射部１０８ａからの逆流波ＢＷのうち分配器１１１ａによって分配された一方の逆流波ＢＷ１を復調して第１復調波を生成し、得られた第１復調波を反射波信号として制御部１０２へ出力する。
【００４２】
また、変調器１０５ｂ（図１参照）によって変調された高周波は、分配器１０６ｂ（図１参照）により分配され、その一部は第２復調器１１３ａへ入力される。第２復調器１１３ａは、変調器１０５ｂによって変調された高周波を用いて、放射部１０８ａからの逆流波ＢＷのうち分配器１１１ａによって分配された他方の逆流波ＢＷ２を復調して第２復調波を生成し、得られた第２復調波をスルー波信号として制御部１０２へ出力する。
【００４３】
以下、逆流波復調部１０９ａが有する構成について、さらに詳細に説明する。なお、逆流波復調部１０９ｂについても同様である。
【００４４】
方向性結合部１１０ａは、周知であり、方向性結合器、サーキュレーターまたはハイブリッドカプラーのいずれを用いてもよい。
【００４５】
分配器１１１ａは、分配器１０６ａと同様のものを用いることができ、抵抗分配器、方向性結合器またはハイブリッドカプラーなどを用いることができる。
【００４６】
第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａは、例えばＩＱ直交復調器を用いることができる。
【００４７】
ここで、第１復調器１１２ａは、高周波発生部１０３ａにより発生されて変調器１０５ａによって変調された高周波を用いて、上記の逆流波ＢＷ１を復調して第１復調波を生成する。つまり、放射部１０８ａに入力される逆流波ＢＷのうち、当該放射部１０８ａから放射された高周波の一部が反射により再び同じ放射部１０８ａに戻って入力される高周波である反射波を検出することができる。
【００４８】
また、第２復調器１１３ａは、他の高周波発生ユニットである第２高周波発生ユニット１０１ｂの高周波発生部１０３ｂにより発生されて変調器１０５ｂによって変調された高周波を用いて、上記の逆流波ＢＷ２を復調して第２復調波を生成する。つまり、放射部１０８ａに入力される逆流波ＢＷのうち、放射部１０８ａとは異なる他の放射部１０８ｂから放射された高周波の一部が放射部１０８ａに入力される高周波であるスルー波を検出することができる。
【００４９】
なお、前述のとおり、信号波発生部１０４ａで発生される信号波と、信号波発生部１０４ｂで発生される信号波とは、直交している。すなわち、信号波発生部１０４ａで発生される信号波と信号波発生部１０４ｂで発生される信号波との相互相関係数が零であることが望ましい。相互相関係数とは、各信号波同士を互いに掛け算して時間積分したものであり、直流電圧として復調器から出力される。したがって、直交する信号波同士で直交復調をすれば、復調器の出力は零である。他方、同じ信号波で変調された波同士で直交復調する場合には、復調器に出力電圧が発生する。すなわち、信号波発生部１０４ａで発生される信号波と、信号波発生部１０４ｂで発生される信号波とが直交していることにより、第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａにおける復調によって、放射部に混在して入力されてくる反射波とスルー波とを、反射波信号とスルー波信号として完全に分離できる。
【００５０】
また、第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａにおいて得られた相互相関係数としての出力電圧の合計が１となるように規格化してもよい。規格化することによって、制御部１０２において、放射部１０８ａから入射する波（反射波とスルー波との足し算）の電力値に、規格化された相互相関係数を掛け合わせることで、反射波とスルー波との電力を求めることもできる。
【００５１】
なお、本実施形態において、「反射波」とは、複数の高周波発生ユニットにおいて、一の高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が反射して、当該一の高周波発生ユニット（自らの高周波発生ユニット）の放射部へ入力される反射による逆流波のことをいう。また、「スルー波」とは、複数の高周波発生ユニットにおいて、他の高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が、当該他の高周波発生ユニットとは異なる高周波発生ユニットである一の高周波発生ユニットの放射部へ入力される通り抜けによる逆流波のことをいう。また、「反射波」と「反射による逆流波」、「スルー波」と「通り抜けによる逆流波」は同じものとして説明する。
【００５２】
次に、図１に戻り、本実施形態に係る高周波加熱装置１００における制御部１０２について、説明する。
【００５３】
制御部１０２は、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂを制御するものであり、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける高周波発生部１０３ａ，１０３ｂが発生する高周波の周波数を決定する。
【００５４】
具体的には、制御部１０２は、加熱室１２０の被加熱物を加熱する際、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂのそれぞれから入力された信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂの高周波発生部１０３ａ，１０３ｂに発生させる高周波の周波数を決定し、決定した周波数に対応する周波数信号を高周波発生部１０３ａ，１０３ｂに出力する。周波数を決定する際、制御部１０２は、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂからの信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて反射波およびスルー波の大きさを検出し、それぞれに対して最小化するように周波数信号を制御する。
【００５５】
さらに、制御部１０２は、加熱室１２０の被加熱物を加熱する際、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂのそれぞれから入力された信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける増幅器１０７ａ，１０７ｂの増幅利得を決定し、決定した増幅利得に対応する増幅利得信号を増幅器１０７ａ，１０７ｂに出力する。増幅利得を決定する際、制御部１０２は、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂからの信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて反射波およびスルー波の大きさを検出し、それぞれに対して最小化するように増幅利得信号を制御する。
【００５６】
具体的に、制御部１０２は、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂおよび増幅器１０７ａ，１０７ｂに接続されている。制御部１０２は、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂに対して個別の周波数制御信号を出力し、増幅器１０７ａ，１０７ｂに対して個別の増幅利得信号を出力する。高周波発生部１０３ａ，１０３ｂは、制御部１０２から入力された個別の周波数制御信号に応じて、発生する高周波の周波数を変化させる。増幅器１０７ａ，１０７ｂは、制御部１０２から入力された増幅利得信号に応じて出力電力を変化させる。
【００５７】
このように、制御部１０２は、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂから入力された信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂと増幅器１０７ａ，１０７ｂとを制御することによって、最適な高周波加熱処理を行うことができる。
【００５８】
次に、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の制御方法について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の基本的な制御手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る高周波加熱装置の制御は、図１に示す高周波加熱装置１００の制御部１０２において、以下の処理が実行される。
【００５９】
図３に示すように、まず、制御部１０２によって、各高周波発生ユニット（第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂ）に対して周波数および出力電力を制御し、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂより取り込んだ反射波およびスルー波の信号に基づいて、反射波およびスルー波の大きさを検出する（Ｓ２０１）。なお、このとき入力される反射波およびスルー波の信号は出力電力により規格化されていてもよい。
【００６０】
次に、検出した反射波およびスルー波の大きさに基づいて、各高周波発生ユニット（第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂ）における照射ロスを算出する（Ｓ２０２）。なお、ここでいう照射ロスとは、それぞれの高周波発生ユニットの放射部から放射された高周波のうち、反射により当該放射部へ戻って吸収される反射波の電力、および他の放射部に入力して吸収されてしまうスルー波の電力を示す。すなわち、加熱室１２０の被加熱物に吸収されずに何れかの放射部に吸収されてしまう電力のことを示している。
【００６１】
次に、各高周波発生ユニット（第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂ）における照射ロスがわかれば、照射ロスがより大きい方の高周波発生ユニット（第１高周波発生ユニット１０１ａまたは第２高周波発生ユニット１０１ｂ）に対して、照射ロスが小さくなるように高周波発生部（１０３ａまたは１０３ｂ）の周波数および増幅器（１０７ａまたは１０７ｂ）の出力電力を決定する（Ｓ２０３）。
【００６２】
続いて、決定されたそれぞれの周波数および出力電力となるように、高周波発生部（１０３ａまたは１０３ｂ）の周波数および増幅器（１０７ａまたは１０７ｂ）の出力電力を制御する（Ｓ２０４）。具体的には、上述のとおり、高周波発生部（１０３ａまたは１０３ｂ）に対しては個別の周波数制御信号を出力し、増幅器（１０７ａまたは１０７ｂ）に対して個別の増幅利得信号を出力する。
【００６３】
以上、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置１００の構成によれば、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂのそれぞれにおいて、反射波およびスルー波を個別に検出することができるため、各高周波発生ユニットにおいて照射ロスを算出することができる。これにより、照射ロスの大きい方の高周波発生ユニットに対して、照射ロスが小さくなるような制御を行うことにより、効率よく高周波加熱の最適化を行うことができる。
【００６４】
次に、複数の高周波発生ユニットにおける放射部に対して反射波とスルー波とが入力する様子について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の複数の高周波発生ユニットにおける反射波とスルー波を示す図である。
【００６５】
例えば、図４に示すように、第１高周波発生ユニット１０１ａの放射部１０８ａにおいて、放射部１０８ａ自らの反射波をｒａ、放射部１０８ｂからのスルー波をｔｂとし、第２高周波発生ユニット１０１ｂの放射部１０８ｂにおいて、放射部１０８ｂ自らの反射波をｒｂ、放射部１０８ａからのスルー波をｔａとする。仮に、第１高周波発生ユニット１０１ａの増幅器１０７ａにおける出力電力を２００Ｗ、第２高周波発生ユニットの増幅器１０７ｂにおける出力電力を１５０Ｗとする。このとき、第１高周波発生ユニット１０１ａと第２高周波発生ユニット１０１ｂとの放射部１０８ａ，１０８ｂへ入射する波の電力が、それぞれ１００Ｗと５０Ｗとする。
【００６６】
ここで、第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａにおいて得られた相互相関係数としての出力電圧の合計が１となるように規格化された場合を考える。このとき、逆流波復調部１０９ａから制御部１０２に入力される反射波信号とスルー波信号の大きさがそれぞれ０．７５と０．２５であり、逆流波復調部１０９ｂから制御部１０２に入力される反射波信号とスルー波信号との大きさがそれぞれ０．１０と０．９０であったとする。
【００６７】
制御部１０２は、これらの信号と、第１高周波発生ユニット１０１ａと第２高周波発生ユニット１０１ｂとの放射部１０８ａ，１０８ｂへ入射する波の電力とを掛け合わせることによって、反射波およびスルー波の大きさを検出する。この場合、ｒａは７５Ｗ（＝１００Ｗ×０．７５）、ｔｂは２５Ｗ（＝１００Ｗ×０．２５）、ｒｂは５Ｗ（＝５０Ｗ×０．１０）、ｔａは４５Ｗ（＝５０Ｗ×０．９０）となる。この結果、制御部１０２において、第１高周波発生ユニット１０１ａの照射ロス（ｒａ＋ｔａ）は１２０Ｗになり、第２高周波発生ユニット１０１ｂの照射ロス（ｒｂ＋ｔｂ）は３０Ｗとなることがわかる。これにより、照射ロスのより大きい第１高周波発生ユニット１０１ａを制御して照射ロスを抑えればよいことがわかる。照射ロスを抑制する具体的な制御方法としては、例えば、第１高周波発生ユニット１０１ａが備える高周波発生部１０３ａの発振周波数を、所定の範囲およびステップでスイープさせ、照射ロスの最も小さくなる周波数を決定すればよい。
【００６８】
また、本発明の構成によると、反射波とスルー波とを個別に検出する際、加熱処理を中断する必要がないので、リアルタイムに各放射部における反射波とスルー波とを検出できる。
【００６９】
なお、出力電力の制御方法は、制御部１０２によって、例えば以下のように行う。
（１）上述の方法で周波数が決定されると、予め測定・記憶させた増幅器の耐電圧の周波数特性から、その周波数に対する増幅器の耐電圧を読み出す。増幅器を構成するソース・ドレイン間電圧のピークレベルが逆流電力によって上昇した場合でも、読み出した耐電圧を超えないように、出力電力を制御し決定する。
（２）各高周波発生ユニットに対して、予め記憶させた増幅器の耐電圧に基づき、逆流波電力の閾値を決める。各高周波発生ユニットにおいて、この閾値を逆流波電力が越えた場合に、この逆流波のうち寄与の大きい波の発生源である高周波発生ユニットの出力電力を、逆流波電力が閾値以下におさまるように制御する。つまり、制御すべき高周波発生ユニットがわかるので、効率よく最適化を行える。
【００７０】
以上、本発明に係る高周波加熱装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
【００７１】
例えば、本実施形態では、各高周波発生ユニットが増幅器１０７ａ，１０７ｂを有するように構成したが、高周波発生ユニットが増幅器１０７ａ，１０７ｂを有しないように構成しても構わない。増幅器１０７ａ，１０７ｂがない構成であっても、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂは反射波とスルー波とを個別に検出することができ、検出した反射波とスルー波とによって高周波発生ユニットを制御することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、高周波発生ユニット数が２つの場合について説明したが、本発明は、高周波発生ユニットの数に限定されるものではない。例えば、高周波加熱装置が高周波発生ユニットを３つ以上の複数個備えるように構成しても構わない。この場合、逆流波復調部におけるスルー波の検出の際、復調器への入力信号を切り替える構成により、全ての放射部からの逆流波を検出することができる。また、この場合、高周波発生ユニットと同じ数の復調器を有する逆流波復調部を備えることにより、全ての放射部からの逆流波を検出してもよい。
【００７３】
また、本実施形態では、逆流波復調部が有する復調器の数が２つの場合について説明したが、本発明は、逆流波復調部が有する復調器の数に限定されるものではない。例えば、逆流波復調部が復調器を１つのみ備えるように構成しても構わない。この場合、復調器への入力信号を切り替える構成により、全ての放射部からの逆流波を検出することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、複数の高周波発生ユニットの各々の逆流波復調部において反射波とスルー波とを検出したが、複数の高周波発生ユニットのうちの少なくともいずれか１つの逆流波復調部において反射波とスルー波とを検出するように構成しても構わない。
【００７５】
さらに、本実施形態では、反射波とスルー波とに基づいて、複数の高周波発生ユニットの各々の高周波発生部の周波数を変化させたが、複数の高周波発生ユニットのうちの少なくともいずれか１つの高周波発生部の周波数を変化させるように構成しても構わない。
【００７６】
さらに、本実施形態では、反射波とスルー波とに基づいて、複数の高周波発生ユニットの各々の増幅器の増幅利得を決定したが、複数の高周波発生ユニットのうちの少なくともいずれか１つの増幅器の増幅利得を決定するように構成しても構わない。
【００７７】
また、本発明に係る高周波加熱装置は、例えば、図５に示すような電子レンジとして適用可能であり、本発明によって、短時間で最適な加熱条件を決定し、被加熱物を加熱することができる。
【００７８】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、複数の高周波発生ユニットを有する高周波加熱装置において、最適な加熱条件を効率よく決定できるため、電子レンジ等に有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１００    高周波加熱装置
１０１ａ    第１高周波発生ユニット
１０１ｂ    第２高周波発生ユニット
１０２    制御部
１０３ａ，１０３ｂ    高周波発生部
１０４ａ，１０４ｂ    信号波発生部
１０５ａ，１０５ｂ    変調器
１０６ａ，１０６ｂ，１１１ａ    分配器
１０７ａ，１０７ｂ    増幅器
１０８ａ，１０８ｂ    放射部
１０９ａ，１０９ｂ    逆流波復調部
１１０ａ    方向性結合部
１１２ａ    第１復調器
１１３ａ    第２復調器
１２０    加熱室
【図１】
2011007542.tif 000003
【図２】
2011007542.tif 000004
【図３】
2011007542.tif 000005
【図４】
2011007542.tif 000006
【図５】
2011007542.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月21日(2011.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波加熱装置に関し、特に、半導体素子を使った増幅器を有する高周波発生ユニットを複数備える高周波加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波加熱装置は、マグネトロンという真空管を用いた発振デバイスで構成されているものが一般的である。
【０００３】
近年、このマグネトロンに代えて、発振器と半導体素子を使った増幅器とを用いた高周波加熱装置が検討されている。このような高周波加熱装置の場合、小型で安価な構成で、かつ、容易に周波数を制御することができる。特許文献１では、複数の高周波発生ユニットにおける各放射部から放射する高周波の位相差および周波数を変化させたときの各条件における逆流波を検出し、逆流波電力が最小となるような条件を見つけて制御することにより、好ましい状態で被加熱物を加熱する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６９７９３号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された従来の高周波加熱装置の構成では、加熱室からある放射部に入力されるいわゆる逆流波のうち、一の高周波発生ユニットの放射部から放射された高周波が反射により当該放射部に戻ってくる反射波と、他の高周波発生ユニットの放射部が放射した高周波が一の高周波発生ユニットの放射部に入力されるスルー波とを個別に検出できない。そのため、ある放射部自らが放射した高周波のうち、反射により当該放射部に戻ってくる反射波と他の放射部に入力してしまうスルー波との合計で算出される、高周波発生ユニットそれぞれにおける高周波の照射ロスがわからないという問題がある。つまり、高周波加熱装置全体の照射ロスのうち、どの高周波発生ユニットの照射ロスが高い割合を占めているのかがわからないので、照射ロスを抑える際に、制御すべき高周波発生ユニットの見当がつかず、高周波加熱の最適化処理に多大な時間を要するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ある放射部において、当該放射部が放射した高周波が反射により戻ってくる反射波と、他の放射部が放射した高周波が入ってくるスルー波とを個別に検出することができる高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る高周波加熱装置の一態様は、被加熱物が収納される加熱室と、前記加熱室に高周波を放射する複数の高周波発生ユニットと、前記複数の高周波発生ユニットを制御する制御部とを備え、前記複数の高周波発生ユニットの各々は、高周波を発生する高周波発生部と、前記高周波発生部により発生される高周波を変調するための信号波を発生する信号波発生部と、前記高周波発生部により発生される高周波が前記信号波によって変調されてできる変調波を前記加熱室に放射する放射部と、前記変調波の一部であって前記加熱室から前記放射部へ入射する逆流波を検出する逆流波復調部とを備え、前記逆流波復調部は、前記変調波に基づいて前記逆流波を復調することにより、一の前記高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が反射して当該一の前記高周波発生ユニットの放射部へ入力される反射による逆流波と、他の前記高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が前記一の前記高周波発生ユニットの放射部へ入力される通り抜けによる逆流波とを検出し、前記制御部は、前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記複数の高周波発生ユニットのうち、前記反射による逆流波の電力と前記通り抜けによる逆流波の電力とからなる照射ロスがより大きい高周波発生ユニットを特定し、特定した前記高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットを制御するものである。
【０００８】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記制御部は、前記特定した高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記高周波発生部に発生させる高周波の周波数を決定することが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記制御部は、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記高周波発生部の周波数を変化させたときの前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記特定した高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記高周波発生部に発生させる周波数を決定することが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記制御部は、前記特定した高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記増幅器の増幅利得を決定することが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記制御部は、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記増幅器の増幅利得を変化させたときの前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号に基づいて、前記特定した高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記増幅器の増幅利得を決定することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る高周波加熱装置の一態様において、前記逆流波復調部は、第１復調器と第２復調器とを有し、前記第１復調器は、前記放射部からの逆流波の入力信号を、前記一の前記高周波発生ユニットからの変調波の入力信号を用いて復調し、前記第２復調器は、前記放射部からの逆流波の入力信号を、前記他の前記高周波発生ユニットからの変調波の入力信号を用いて復調し、前記第１復調器および前記第２復調器によって復調された復調波の信号が前記制御部に出力されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ある放射部において、当該放射部が照射した高周波が反射により戻ってくる反射波と、他の放射部が照射した高周波が入ってくるスルー波とを個別に検出することができる。このため、照射ロスを抑える際に、照射ロスの大きい高周波発生ユニットを特定し、制御できるため、効率よく加熱条件の最適化を行える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置における逆流波復調部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の複数の高周波発生ユニットにおける反射波とスルー波を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の一例である電子レンジの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置１００について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置１００は、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂと、制御部１０２と、被加熱物が収納される加熱室１２０とを備えている。
【００１８】
まず、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂについて説明する。
【００１９】
第１高周波発生ユニット１０１ａは、加熱室１２０に所定の高周波を放射する高周波発生ユニットであり、高周波発生部１０３ａと、信号波発生部１０４ａと、変調器１０５ａと、増幅器１０７ａと、放射部１０８ａと、逆流波復調部１０９ａとを備えている。
【００２０】
同様に、第２高周波発生ユニット１０１ｂも、加熱室１２０に所定の高周波を放射する高周波発生ユニットであり、高周波発生部１０３ｂと、信号波発生部１０４ｂと、変調器１０５ｂと、増幅器１０７ｂと、放射部１０８ｂと、逆流波復調部１０９ｂとを備えている。
【００２１】
第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂにおいて、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂのそれぞれは、高周波を発生し、当該高周波を対応する変調器１０５ａ、１０５ｂへ出力する。
【００２２】
信号波発生部１０４ａ，１０４ｂのそれぞれは、信号波を発生し、当該信号波を対応する変調器１０５ａ、１０５ｂへ出力する。
【００２３】
変調器１０５ａ，１０５ｂのそれぞれは、対応する信号波発生部１０４ａ，１０４ｂから入力される信号波によって、対応する高周波発生部１０３ａ，１０３ｂから入力される高周波を変調し、当該変調された高周波（変調波）を対応する分配器１０６ａ，１０６ｂへ出力する。
【００２４】
分配器１０６ａ，１０６ｂのそれぞれは、対応する変調器１０５ａ，１０５ｂから入力される変調波である高周波を、対応する増幅器１０７ａ，１０７ｂと対応する逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂとに分配し、一部の高周波を増幅器１０７ａ，１０７ｂに出力し、別の一部の高周波を逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂに出力する。
【００２５】
増幅器１０７ａ，１０７ｂのそれぞれは、対応する分配器１０６ａ，１０６ｂから入力される高周波（変調波）を増幅して、増幅した高周波を逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂに出力する。また、本実施形態において、増幅器１０７ａ，１０７ｂは、増幅利得を可変できる可変利得型増幅器であり、この増幅利得は、外部から入力された増幅利得を示す制御信号に基づいて決定される。本実施形態では、制御部１０２からの増幅利得信号によって、増幅利得が決定される。
【００２６】
放射部１０８ａ，１０８ｂは、対応する増幅器１０７ａ，１０７ｂから入力される変調波である高周波を加熱室１２０に放射する。
【００２７】
第１高周波発生ユニット１０１ａにおける逆流波復調部１０９ａは、放射部１０８ａまたは放射部１０８ｂから放射された高周波の一部であって、加熱室１２０から放射部１０８ａへ入力される逆流波を、分配器１０６ａから出力される高周波を用いて復調し、得られた復調波を制御部１０２に出力する。
【００２８】
第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける逆流波復調部１０９ｂは、放射部１０８ａまたは放射部１０８ｂから放射された高周波の一部であって、加熱室１２０から放射部１０８ｂへ入力される逆流波を、分配器１０６ｂから出力される高周波を用いて復調し、得られた復調波を制御部１０２に出力する。
【００２９】
次に、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂが備える構成について、さらに詳細に説明する。
【００３０】
高周波発生部１０３ａ，１０３ｂは、それぞれ発振器を含む。この発振器には、例えば、フェーズ・ロックド・ループ（ＰＬＬ）を用いた周波数シンセサイザなどを用いることができる。ＰＰＬを使用した場合は、与えられた周波数のデジタル・データに基づいて発振周波数が決定される。
【００３１】
信号波発生部１０４ａ，１０４ｂは、対応する高周波発生部１０３ａ，１０３ｂからの高周波を変調するためのベースバンド信号を発生する。発生させる信号系は様々な種類があるが、直交ＧＯＬＤ符号やＷａｌｓｈ関数に基づく直交符号系であることが望ましい。ここで言う直交とは、各信号波同士を互いに掛け算して時間積分して得られる相互相関係数がほぼ零と見なせることである。このような符号系は、無線通信の分野において良く知られた技術である。例えば、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）方式などにおいて疑似ランダムノイズで変調をかけることに対応する。本発明においても、この技術を採用することにより、反射波とスルー波を分離して検出することができる。
【００３２】
変調器１０５ａ，１０５ｂとしては、直交変調器などが用いられる。変調器１０５ａ，１０５ｂは、信号波発生部１０４ａ，１０４ｂからの信号波を用いて、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂにより発生された高周波の振幅成分および位相成分に対してそれぞれ変調をかける。
【００３３】
分配器１０６ａ，１０６ｂは、例えば、抵抗分配器が用いられる。分配器１０６ａ，１０６としては、その他に、方向性結合器またはハイブリッドカプラーなどを用いてもよい。
【００３４】
増幅器１０７ａ，１０７ｂに用いる半導体素子には、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）で形成されるＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：異種接合２次元電子ガス電界効果トランジスタ）を最終段に用いた多段増幅器などを用いることができる。半導体素子を用いた電力増幅器は、近年の半導体デバイス技術の進化により、電子レンジで使用される２．４ＧＨｚ帯でも数百Ｗクラスの出力に増幅できる。
【００３５】
放射部１０８ａ、１０８ｂは、加熱室１２０に高周波を放射するためのアンテナであり、高出力に対応できる構造が必要である。
【００３６】
次に、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂについて、図２を用いて説明する。
【００３７】
図２は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置における逆流波復調部の構成を示すブロック図である。なお、図２では、第１高周波発生ユニット１０１ａにおける逆流波復調部１０９ａを図示しているが、第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける逆流波復調部１０９ｂも同様の構成であり、その説明は省略する。
【００３８】
本実施形態において、逆流波復調部１０９ａは、方向性結合部１１０ａと、分配器１１１ａと、第１復調器１１２ａと、第２復調器１１３ａとからなる。
【００３９】
方向性結合部１１０ａは、加熱室１２０（図１参照）から放射部１０８ａに入射した逆流波ＢＷを分波し、逆流波ＢＷを分配器１１１ａへ出力する。
【００４０】
分配器１１１ａは、方向性結合部１１０ａから入力された放射部１０８ａからの逆流波ＢＷを、第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａにそれぞれ等分に分配し、それぞれ逆流波ＢＷ１および逆流波ＢＷ２として第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａに入力する。
【００４１】
一方、変調器１０５ａ（図１参照）によって変調された高周波は、分配器１０６ａ（図１参照）により分配され、その一部は第１復調器１１２ａへ入力される。第１復調器１１２ａは、変調器１０５ａによって変調された高周波を用いて、放射部１０８ａからの逆流波ＢＷのうち分配器１１１ａによって分配された一方の逆流波ＢＷ１を復調して第１復調波を生成し、得られた第１復調波を反射波信号として制御部１０２へ出力する。
【００４２】
また、変調器１０５ｂ（図１参照）によって変調された高周波は、分配器１０６ｂ（図１参照）により分配され、その一部は第２復調器１１３ａへ入力される。第２復調器１１３ａは、変調器１０５ｂによって変調された高周波を用いて、放射部１０８ａからの逆流波ＢＷのうち分配器１１１ａによって分配された他方の逆流波ＢＷ２を復調して第２復調波を生成し、得られた第２復調波をスルー波信号として制御部１０２へ出力する。
【００４３】
以下、逆流波復調部１０９ａが有する構成について、さらに詳細に説明する。なお、逆流波復調部１０９ｂについても同様である。
【００４４】
方向性結合部１１０ａは、周知であり、方向性結合器、サーキュレーターまたはハイブリッドカプラーのいずれを用いてもよい。
【００４５】
分配器１１１ａは、分配器１０６ａと同様のものを用いることができ、抵抗分配器、方向性結合器またはハイブリッドカプラーなどを用いることができる。
【００４６】
第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａは、例えばＩＱ直交復調器を用いることができる。
【００４７】
ここで、第１復調器１１２ａは、高周波発生部１０３ａにより発生されて変調器１０５ａによって変調された高周波を用いて、上記の逆流波ＢＷ１を復調して第１復調波を生成する。つまり、放射部１０８ａに入力される逆流波ＢＷのうち、当該放射部１０８ａから放射された高周波の一部が反射により再び同じ放射部１０８ａに戻って入力される高周波である反射波を検出することができる。
【００４８】
また、第２復調器１１３ａは、他の高周波発生ユニットである第２高周波発生ユニット１０１ｂの高周波発生部１０３ｂにより発生されて変調器１０５ｂによって変調された高周波を用いて、上記の逆流波ＢＷ２を復調して第２復調波を生成する。つまり、放射部１０８ａに入力される逆流波ＢＷのうち、放射部１０８ａとは異なる他の放射部１０８ｂから放射された高周波の一部が放射部１０８ａに入力される高周波であるスルー波を検出することができる。
【００４９】
なお、前述のとおり、信号波発生部１０４ａで発生される信号波と、信号波発生部１０４ｂで発生される信号波とは、直交している。すなわち、信号波発生部１０４ａで発生される信号波と信号波発生部１０４ｂで発生される信号波との相互相関係数が零であることが望ましい。相互相関係数とは、各信号波同士を互いに掛け算して時間積分したものであり、直流電圧として復調器から出力される。したがって、直交する信号波同士で直交復調をすれば、復調器の出力は零である。他方、同じ信号波で変調された波同士で直交復調する場合には、復調器に出力電圧が発生する。すなわち、信号波発生部１０４ａで発生される信号波と、信号波発生部１０４ｂで発生される信号波とが直交していることにより、第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａにおける復調によって、放射部に混在して入力されてくる反射波とスルー波とを、反射波信号とスルー波信号として完全に分離できる。
【００５０】
また、第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａにおいて得られた相互相関係数としての出力電圧の合計が１となるように規格化してもよい。規格化することによって、制御部１０２において、放射部１０８ａから入射する波（反射波とスルー波との足し算）の電力値に、規格化された相互相関係数を掛け合わせることで、反射波とスルー波との電力を求めることもできる。
【００５１】
なお、本実施形態において、「反射波」とは、複数の高周波発生ユニットにおいて、一の高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が反射して、当該一の高周波発生ユニット（自らの高周波発生ユニット）の放射部へ入力される反射による逆流波のことをいう。また、「スルー波」とは、複数の高周波発生ユニットにおいて、他の高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が、当該他の高周波発生ユニットとは異なる高周波発生ユニットである一の高周波発生ユニットの放射部へ入力される通り抜けによる逆流波のことをいう。また、「反射波」と「反射による逆流波」、「スルー波」と「通り抜けによる逆流波」は同じものとして説明する。
【００５２】
次に、図１に戻り、本実施形態に係る高周波加熱装置１００における制御部１０２について、説明する。
【００５３】
制御部１０２は、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂを制御するものであり、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける高周波発生部１０３ａ，１０３ｂが発生する高周波の周波数を決定する。
【００５４】
具体的には、制御部１０２は、加熱室１２０の被加熱物を加熱する際、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂのそれぞれから入力された信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂの高周波発生部１０３ａ，１０３ｂに発生させる高周波の周波数を決定し、決定した周波数に対応する周波数信号を高周波発生部１０３ａ，１０３ｂに出力する。周波数を決定する際、制御部１０２は、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂからの信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて反射波およびスルー波の大きさを検出し、それぞれに対して最小化するように周波数信号を制御する。
【００５５】
さらに、制御部１０２は、加熱室１２０の被加熱物を加熱する際、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂのそれぞれから入力された信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて、第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂにおける増幅器１０７ａ，１０７ｂの増幅利得を決定し、決定した増幅利得に対応する増幅利得信号を増幅器１０７ａ，１０７ｂに出力する。増幅利得を決定する際、制御部１０２は、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂからの信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて反射波およびスルー波の大きさを検出し、それぞれに対して最小化するように増幅利得信号を制御する。
【００５６】
具体的に、制御部１０２は、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂおよび増幅器１０７ａ，１０７ｂに接続されている。制御部１０２は、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂに対して個別の周波数制御信号を出力し、増幅器１０７ａ，１０７ｂに対して個別の増幅利得信号を出力する。高周波発生部１０３ａ，１０３ｂは、制御部１０２から入力された個別の周波数制御信号に応じて、発生する高周波の周波数を変化させる。増幅器１０７ａ，１０７ｂは、制御部１０２から入力された増幅利得信号に応じて出力電力を変化させる。
【００５７】
このように、制御部１０２は、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂから入力された信号（反射波信号およびスルー波信号）に基づいて、高周波発生部１０３ａ，１０３ｂと増幅器１０７ａ，１０７ｂとを制御することによって、最適な高周波加熱処理を行うことができる。
【００５８】
次に、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の制御方法について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の基本的な制御手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る高周波加熱装置の制御は、図１に示す高周波加熱装置１００の制御部１０２において、以下の処理が実行される。
【００５９】
図３に示すように、まず、制御部１０２によって、各高周波発生ユニット（第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂ）に対して周波数および出力電力を制御し、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂより取り込んだ反射波およびスルー波の信号に基づいて、反射波およびスルー波の大きさを検出する（Ｓ２０１）。なお、このとき入力される反射波およびスルー波の信号は出力電力により規格化されていてもよい。
【００６０】
次に、検出した反射波およびスルー波の大きさに基づいて、各高周波発生ユニット（第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂ）における照射ロスを算出する（Ｓ２０２）。なお、ここでいう照射ロスとは、それぞれの高周波発生ユニットの放射部から放射された高周波のうち、反射により当該放射部へ戻って吸収される反射波の電力、および他の放射部に入力して吸収されてしまうスルー波の電力を示す。すなわち、加熱室１２０の被加熱物に吸収されずに何れかの放射部に吸収されてしまう電力のことを示している。
【００６１】
次に、各高周波発生ユニット（第１高周波発生ユニット１０１ａおよび第２高周波発生ユニット１０１ｂ）における照射ロスがわかれば、照射ロスがより大きい方の高周波発生ユニット（第１高周波発生ユニット１０１ａまたは第２高周波発生ユニット１０１ｂ）に対して、照射ロスが小さくなるように高周波発生部（１０３ａまたは１０３ｂ）の周波数および増幅器（１０７ａまたは１０７ｂ）の出力電力を決定する（Ｓ２０３）。
【００６２】
続いて、決定されたそれぞれの周波数および出力電力となるように、高周波発生部（１０３ａまたは１０３ｂ）の周波数および増幅器（１０７ａまたは１０７ｂ）の出力電力を制御する（Ｓ２０４）。具体的には、上述のとおり、高周波発生部（１０３ａまたは１０３ｂ）に対しては個別の周波数制御信号を出力し、増幅器（１０７ａまたは１０７ｂ）に対して個別の増幅利得信号を出力する。
【００６３】
以上、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置１００の構成によれば、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂのそれぞれにおいて、反射波およびスルー波を個別に検出することができるため、各高周波発生ユニットにおいて照射ロスを算出することができる。これにより、照射ロスの大きい方の高周波発生ユニットに対して、照射ロスが小さくなるような制御を行うことにより、効率よく高周波加熱の最適化を行うことができる。
【００６４】
次に、複数の高周波発生ユニットにおける放射部に対して反射波とスルー波とが入力する様子について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態に係る高周波加熱装置の複数の高周波発生ユニットにおける反射波とスルー波を示す図である。
【００６５】
例えば、図４に示すように、第１高周波発生ユニット１０１ａの放射部１０８ａにおいて、放射部１０８ａ自らの反射波をｒａ、放射部１０８ｂからのスルー波をｔｂとし、第２高周波発生ユニット１０１ｂの放射部１０８ｂにおいて、放射部１０８ｂ自らの反射波をｒｂ、放射部１０８ａからのスルー波をｔａとする。仮に、第１高周波発生ユニット１０１ａの増幅器１０７ａにおける出力電力を２００Ｗ、第２高周波発生ユニットの増幅器１０７ｂにおける出力電力を１５０Ｗとする。このとき、第１高周波発生ユニット１０１ａと第２高周波発生ユニット１０１ｂとの放射部１０８ａ，１０８ｂへ入射する波の電力が、それぞれ１００Ｗと５０Ｗとする。
【００６６】
ここで、第１復調器１１２ａおよび第２復調器１１３ａにおいて得られた相互相関係数としての出力電圧の合計が１となるように規格化された場合を考える。このとき、逆流波復調部１０９ａから制御部１０２に入力される反射波信号とスルー波信号の大きさがそれぞれ０．７５と０．２５であり、逆流波復調部１０９ｂから制御部１０２に入力される反射波信号とスルー波信号との大きさがそれぞれ０．１０と０．９０であったとする。
【００６７】
制御部１０２は、これらの信号と、第１高周波発生ユニット１０１ａと第２高周波発生ユニット１０１ｂとの放射部１０８ａ，１０８ｂへ入射する波の電力とを掛け合わせることによって、反射波およびスルー波の大きさを検出する。この場合、ｒａは７５Ｗ（＝１００Ｗ×０．７５）、ｔｂは２５Ｗ（＝１００Ｗ×０．２５）、ｒｂは５Ｗ（＝５０Ｗ×０．１０）、ｔａは４５Ｗ（＝５０Ｗ×０．９０）となる。この結果、制御部１０２において、第１高周波発生ユニット１０１ａの照射ロス（ｒａ＋ｔａ）は１２０Ｗになり、第２高周波発生ユニット１０１ｂの照射ロス（ｒｂ＋ｔｂ）は３０Ｗとなることがわかる。これにより、照射ロスのより大きい第１高周波発生ユニット１０１ａを制御して照射ロスを抑えればよいことがわかる。照射ロスを抑制する具体的な制御方法としては、例えば、第１高周波発生ユニット１０１ａが備える高周波発生部１０３ａの発振周波数を、所定の範囲およびステップでスイープさせ、照射ロスの最も小さくなる周波数を決定すればよい。
【００６８】
また、本発明の構成によると、反射波とスルー波とを個別に検出する際、加熱処理を中断する必要がないので、リアルタイムに各放射部における反射波とスルー波とを検出できる。
【００６９】
なお、出力電力の制御方法は、制御部１０２によって、例えば以下のように行う。
（１）上述の方法で周波数が決定されると、予め測定・記憶させた増幅器の耐電圧の周波数特性から、その周波数に対する増幅器の耐電圧を読み出す。増幅器を構成するソース・ドレイン間電圧のピークレベルが逆流電力によって上昇した場合でも、読み出した耐電圧を超えないように、出力電力を制御し決定する。
（２）各高周波発生ユニットに対して、予め記憶させた増幅器の耐電圧に基づき、逆流波電力の閾値を決める。各高周波発生ユニットにおいて、この閾値を逆流波電力が越えた場合に、この逆流波のうち寄与の大きい波の発生源である高周波発生ユニットの出力電力を、逆流波電力が閾値以下におさまるように制御する。つまり、制御すべき高周波発生ユニットがわかるので、効率よく最適化を行える。
【００７０】
以上、本発明に係る高周波加熱装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
【００７１】
例えば、本実施形態では、各高周波発生ユニットが増幅器１０７ａ，１０７ｂを有するように構成したが、高周波発生ユニットが増幅器１０７ａ，１０７ｂを有しないように構成しても構わない。増幅器１０７ａ，１０７ｂがない構成であっても、逆流波復調部１０９ａ，１０９ｂは反射波とスルー波とを個別に検出することができ、検出した反射波とスルー波とによって高周波発生ユニットを制御することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、高周波発生ユニット数が２つの場合について説明したが、本発明は、高周波発生ユニットの数に限定されるものではない。例えば、高周波加熱装置が高周波発生ユニットを３つ以上の複数個備えるように構成しても構わない。この場合、逆流波復調部におけるスルー波の検出の際、復調器への入力信号を切り替える構成により、全ての放射部からの逆流波を検出することができる。また、この場合、高周波発生ユニットと同じ数の復調器を有する逆流波復調部を備えることにより、全ての放射部からの逆流波を検出してもよい。
【００７３】
また、本実施形態では、逆流波復調部が有する復調器の数が２つの場合について説明したが、本発明は、逆流波復調部が有する復調器の数に限定されるものではない。例えば、逆流波復調部が復調器を１つのみ備えるように構成しても構わない。この場合、復調器への入力信号を切り替える構成により、全ての放射部からの逆流波を検出することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、複数の高周波発生ユニットの各々の逆流波復調部において反射波とスルー波とを検出したが、複数の高周波発生ユニットのうちの少なくともいずれか１つの逆流波復調部において反射波とスルー波とを検出するように構成しても構わない。
【００７５】
さらに、本実施形態では、反射波とスルー波とに基づいて、複数の高周波発生ユニットの各々の高周波発生部の周波数を変化させたが、複数の高周波発生ユニットのうちの少なくともいずれか１つの高周波発生部の周波数を変化させるように構成しても構わない。
【００７６】
さらに、本実施形態では、反射波とスルー波とに基づいて、複数の高周波発生ユニットの各々の増幅器の増幅利得を決定したが、複数の高周波発生ユニットのうちの少なくともいずれか１つの増幅器の増幅利得を決定するように構成しても構わない。
【００７７】
また、本発明に係る高周波加熱装置は、例えば、図５に示すような電子レンジとして適用可能であり、本発明によって、短時間で最適な加熱条件を決定し、被加熱物を加熱することができる。
【００７８】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、複数の高周波発生ユニットを有する高周波加熱装置において、最適な加熱条件を効率よく決定できるため、電子レンジ等に有用である。
【符号の説明】
【００８０】
１００    高周波加熱装置
１０１ａ    第１高周波発生ユニット
１０１ｂ    第２高周波発生ユニット
１０２    制御部
１０３ａ，１０３ｂ    高周波発生部
１０４ａ，１０４ｂ    信号波発生部
１０５ａ，１０５ｂ    変調器
１０６ａ，１０６ｂ，１１１ａ    分配器
１０７ａ，１０７ｂ    増幅器
１０８ａ，１０８ｂ    放射部
１０９ａ，１０９ｂ    逆流波復調部
１１０ａ    方向性結合部
１１２ａ    第１復調器
１１３ａ    第２復調器
１２０    加熱室
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物が収納される加熱室と、
前記加熱室に高周波を放射する複数の高周波発生ユニットと、
前記複数の高周波発生ユニットを制御する制御部とを備え、
前記複数の高周波発生ユニットの各々は、
高周波を発生する高周波発生部と、前記高周波発生部により発生される高周波を変調するための信号波を発生する信号波発生部と、前記高周波発生部により発生される高周波が前記信号波によって変調されてできる変調波を前記加熱室に放射する放射部と、前記変調波の一部であって前記加熱室から前記放射部へ入射する逆流波を検出する逆流波復調部とを備え、
前記逆流波復調部は、
前記変調波に基づいて前記逆流波を復調することにより、一の前記高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が反射して当該一の前記高周波発生ユニットの放射部へ入力される反射による逆流波と、他の前記高周波発生ユニットの放射部から放射される高周波の一部が前記一の前記高周波発生ユニットの放射部へ入力される通り抜けによる逆流波とを検出し、
前記制御部は、
前記逆流波復調部により検出された、前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記複数の高周波発生ユニットのうち、前記反射による逆流波の電力と前記通り抜けによる逆流波の電力とからなる照射ロスがより大きい高周波発生ユニットを特定し、
特定した前記高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットを制御する、
高周波加熱装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記特定した高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記高周波発生部に発生させる高周波の周波数を決定する、
請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記特定した高周波発生ユニットにおける前記高周波発生部の周波数を変化させたときの前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号とに基づいて、前記特定した高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記高周波発生部に発生させる周波数を決定する、
請求項２に記載の高周波加熱装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記特定した高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記増幅器の増幅利得を決定する、
請求項１に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記特定した高周波発生ユニットにおける前記増幅器の増幅利得を変化させたときの前記反射による逆流波の信号と前記通り抜けによる逆流波の信号に基づいて、前記特定した高周波発生ユニットの前記照射ロスが小さくなるように、前記特定した高周波発生ユニットにおける前記増幅器の増幅利得を決定する、
請求項４に記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
前記逆流波復調部は、第１復調器と第２復調器とを有し、
前記第１復調器は、前記放射部からの逆流波の入力信号を、前記一の前記高周波発生ユニットからの変調波の入力信号を用いて復調し、
前記第２復調器は、前記放射部からの逆流波の入力信号を、前記他の前記高周波発生ユニットからの変調波の入力信号を用いて復調し、
前記第１復調器および前記第２復調器によって復調された復調波の信号が、前記制御部に出力される、
請求項１から５のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011007542.tif 000008
【図２】
2011007542.tif 000009
【図３】
2011007542.tif 000010
【図４】
2011007542.tif 000011
【図５】
2011007542.tif 000012
【国際調査報告】
2011007542.tif 000013
2011007542.tif 000014
2011007542.tif 000015
2011007542.tif 000016