(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの放射素子を通じて、ＲＦエネルギをエネルギ印加区域内の物体に印加するための装置であって、当該装置が：
前記エネルギ印加区域内の前記物体に対して複数の電磁場パタンでＲＦエネルギを印加させ；
前記複数の電磁場パタンのそれぞれについて、前記エネルギ印加区域内において散逸したパワー量を測定する；
ように構成された少なくとも一つのプロセッサを具え；
当該プロセッサがさらに、前記複数の電磁場パタンを前記エネルギ印加区域に印加するときに、前記パワー散逸量に基づいて、前記エネルギ印加区域の少なくとも一部にわたってエネルギ吸収特性の空間分布を測定するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記少なくとも一つのプロセッサが、
前記複数の電磁場パタンのそれぞれに関連付けられた電磁場強度と、
前記複数の電磁場パタンのそれぞれにおける前記エネルギ印加区域内で散逸したパワーと
に基づいて、前記エネルギ吸収特性の空間分布を計算するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置において、前記少なくとも一つのプロセッサが、前記エネルギ吸収特性の空間分布に基づいて前記物体の位置を測定するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の装置において、前記少なくとも一つのプロセッサが、前記エネルギ吸収特性の空間分布を繰り返して測定するよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の装置において、前記少なくとも一つのプロセッサがさらに、前記エネルギ吸収特性の空間分布に基づいて、異なった量のエネルギを前記エネルギ印加区域の異なった部分へ印加させるよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の装置において、前記少なくとも一つのプロセッサがさらに、異なった量のエネルギを前記エネルギ印加区域の異なった部分へ印加させて、類似した量のエネルギが異なったエネルギ吸収特性の領域で吸収されるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の装置において、前記少なくとも一つのプロセッサがさらに、異なった量のエネルギを前記エネルギ印加区域の異なった部分へ印加させて、前記エネルギ印加区域で予め決められたエネルギ吸収の空間分布が得られるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の装置において、前記エネルギ印加区域がモーダル空洞であることを特徴とする装置。
【請求項９】
物体にＲＦエネルギを送達するための方法であって、当該方法が：
ＲＦエネルギ供給源に、エネルギ印加区域内の前記物体に対して複数の電磁場パタンを印加させるステップと；
前記複数の電磁場パタンのそれぞれについて、前記エネルギ印加区域で散逸したパワー量を測定するステップとを具え；
前記方法がさらに、前記複数の電磁場パタンで散逸した前記パワー量に基づいて前記物体の少なくとも一部にわたってエネルギ吸収特性の空間分布を測定するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記エネルギ吸収特性の空間分布が、前記複数の電磁場パタンのそれぞれに関連付けられる電磁場強度分布、および前記複数の電磁場パタンのそれぞれにおける前記エネルギ印加区域内で散逸したパワーに基づいて測定されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の方法が、さらに、前記エネルギ吸収特性の空間分布に基づいた前記物体の位置を測定するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項９乃至１１の何れか１項に記載の方法が、さらに、前記エネルギ吸収特性の空間分布を繰り返し測定するステップを含む方法。
【請求項１３】
請求項９乃至１１の何れか１項に記載の方法が、さらに、前記エネルギ吸収特性の空間分布に基づいて、異なった量のエネルギを前記エネルギ印加区域の異なった部分に印加させるステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／２８２，９８０号明細書、２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／２８２，９８１号明細書、２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／２８２，９８３号明細書、２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／２８２，９８４号明細書、２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／２８２，９８５号明細書、および２０１０年５月３日に出願された米国仮特許出願第６１／２８２，９８６号明細書の優先権の利益を主張する。これらの出願のそれぞれは、その全体が本明細書に完全に援用される。
【０００２】
本願は、対象物に電磁エネルギを加えるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
対象物にエネルギを加えるために、電磁波が一般に使用される。概してそのような対象物は、電磁エネルギを受けるように構成される空洞の中に配置される。しかし、電磁場の分布は、対象物の特性（例えば対象物の大きさ）、位置、および向き、ならびにエネルギを加える供給源の特徴に依存することがあるので、電磁エネルギを制御可能な方法で加えることは多くの場合困難である。電磁エネルギ印加装置の一例は、電子レンジである。電子レンジでは、エネルギ源から空気を介して対象物に電磁エネルギを加えるためにマイクロ波が使われる。電磁エネルギは対象物によって吸収され、熱エネルギに変換され、対象物の温度を上昇させる。電子レンジは、加熱空間内のある領域を別の領域と区別し、それらの領域に制御されたエネルギ量を送出することはできない。つまり、典型的な電子レンジは、加熱する対象物を「把握せず」、対象物の位置もエネルギ吸収特性も知ることができない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の一部の例示的態様は、エネルギ印加区域内の対象物に電磁エネルギを加えるための装置および方法を対象とすることができる。この装置は、エネルギ印加区域内の対象物に複数の電磁場パターンで電磁エネルギを加えさせるように構成される、少なくとも１個のプロセッサを含むことができる。プロセッサは、複数のフィールドパターンのそれぞれについて、エネルギ印加区域内で散逸される出力量を求めるようにさらに構成することができる。プロセッサは、エネルギ印加区域に複数のフィールドパターンを加える場合に散逸される出力量に基づいて、エネルギ印加区域の少なくとも一部にわたるエネルギ吸収特性の空間的分布を求めるようにも構成することができる。
【０００５】
プロセッサは、複数のフィールドパターンのそれぞれに関連する電磁場強度、および複数のフィールドパターンのそれぞれにおいてエネルギ印加区域内で散逸される出力の少なくとも１つに基づき、エネルギ吸収特性の分布を計算するようにさらに構成することができる。
【０００６】
本明細書で使用するとき、少なくとも一部の実施形態において、オブジェクト（例えばプロセッサ）が動作中にタスクを実行する（例えば分布を計算する）場合、そのオブジェクトは、そのタスクを実行するように構成されると記載する。同様に、タスク（例えば電磁エネルギの分布を制御すること）が、目標とする結果を確立するためのものである（例えば対象物に複数の電磁場パターンを適用するためのものである）と記載される場合、これは、少なくとも一部の実施形態において、その目標とする結果を達成するようにタスクが実行されることを意味する。
【０００７】
一部の実施形態では、プロセッサは、エネルギ吸収特性の分布を繰り返し求めるように構成することができる。エネルギ吸収特性の分布を２回求める間の時間差、例えば連続して２回特定する間の時間差は、前の２回の特定で測定した分布間の差の大きさの関数とすることができる。例えば、２回目と３回目の特定間の時間差は、１回目と２回目の特定で測定した分布間の差の大きさの関数とすることができる。一部の実施形態では、２つの分布間の差の大きさは、２つの分布の関数として求めることができる。そのような関数の例には、２つの分布内の所与の位置に加えられるエネルギ量の差、およびある領域にわたるそれらの分布間のエネルギ差の平均が含まれ得る。あるいは、または加えて、エネルギ吸収特性の分布を連続して２回特定する間の時間差は、対象物の特性の関数とすることができる。
【０００８】
さらに、プロセッサは、エネルギ吸収特性の分布に基づいて、エネルギ印加区域の異なる部分に異なるエネルギ量を加えさせるように構成することができる。プロセッサは、対象物内の異なる位置において、制御されたエネルギ量を吸収させるようにも構成することができる。
【０００９】
本開示の一部の例示的態様は、対象物に電磁エネルギを加えるための装置および方法を対象とすることができる。この装置は、電磁エネルギ源を含むことができる。加えて、この装置は、エネルギ印加区域を含むことができる。さらに、この装置は、少なくとも１個のプロセッサを含むことができる。プロセッサは、エネルギ印加区域内の対象物に複数の電磁場パターンで電磁エネルギを加えさせるように構成することができる。プロセッサは、複数のフィールドパターンのそれぞれについて、エネルギ印加区域内で散逸される出力量を求めるように構成することもできる。加えて、エネルギ印加区域に複数のフィールドパターンが加えられる場合、プロセッサは、散逸される出力量に基づいて、対象物の少なくとも一部にわたるエネルギ吸収特性の空間的分布を求めるようにも構成することができる。
【００１０】
本開示の一部の例示的態様は、少なくとも１つの放射素子により、無線周波数範囲内の電磁エネルギ（ＲＦエネルギ）をエネルギ印加区域に加えるための装置および方法を対象とすることができる。装置は、少なくとも１つのプロセッサを備えてもよい。プロセッサは、互いに異なる少なくとも２つの電磁場パターンがエネルギ印加区域に加えられるよう、ＲＦエネルギの分布を制御するように構成することができる。加えて、プロセッサは、電磁場パターンのそれぞれについて、エネルギ印加区域内で散逸される出力量を求めるように構成することができる。さらに、プロセッサは、フィールドパターンのそれぞれについて求めた出力量に基づいて、エネルギ印加区域の少なくとも一部にわたるエネルギ吸収特性の空間的分布を求めるように構成することができる。
【００１１】
先の概要は、読者に本発明のいくつかの態様についての非常に簡潔な概要を提供することを単に意図するもので、決して特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を制限するためのものではない。加えて、上記の全体的な説明および以下の詳細な説明はいずれも専ら例示的かつ説明的であり、特許請求の範囲に記載の本発明を制限しないことを理解すべきである。本明細書では、例示的という用語は、例、事例、または例証としての役割を果たす意味で用いることを指摘しておく。
【００１２】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本開示の様々な実施形態および例示的態様を示し、解説とともに本発明の諸原理を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一部の例示的実施形態による、電磁エネルギを対象物に加えるための装置の概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の一部の例示的実施形態による、モーダル条件を満たすモーダル空洞を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一部の実施形態に合致する、モーダル空洞内の例示的フィールドパターンを示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一部の実施形態に合致する、モーダル空洞内の例示的フィールドパターンを示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の一部の実施形態に合致する、モーダル空洞内の例示的フィールドパターンを示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の一部の実施形態に合致する、モーダル空洞内の例示的フィールドパターンを示す。
【図４】図４は、本発明の一部の実施形態に合致する例示的変調空間を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一部の実施形態による、エネルギ印加区域に供給される電磁波に対して周波数変調を実行するように構成される装置の概略図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の一部の実施形態による、エネルギ印加区域に供給される電磁波に対して周波数変調を実行するように構成される装置の別の概略図を示す。
【図６】図６は、本発明の一部の実施形態による、エネルギ印加区域に供給される電磁波に対して位相変調を実行するように構成される装置の概略図を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の一部の実施形態による、エネルギ印加区域に供給される電磁波に対して振幅変調を実行するように構成される装置の概略図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の一部の実施形態による、エネルギ印加区域に供給される電磁波に対して振幅変調を実行するように構成される装置の別の概略図を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の一部の実施形態による、例示的なエネルギ印加区域の離散化方式を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の一部の実施形態による、例示的なエネルギ印加区域の離散化方式を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の一部の実施形態による、例示的なエネルギ印加区域の離散化方式を示す。
【図９】図９は、本発明の一部の実施形態に合致する、イメージ形式の例示的損失プロファイルを示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の一部の実施形態に合致する、ルックアップテーブル形式の例示的損失プロファイルを示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の一部の実施形態に合致する、ルックアップテーブル形式の例示的損失プロファイルを示す。
【図１１】図１１は、本発明の一部の実施形態に合致する、エネルギ印加区域に電磁エネルギを加える例示的ステップのフローチャートを示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、エネルギ印加区域内で励起することができるモードのフィールド強度分布を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、エネルギ印加区域内で励起することができるモードのフィールド強度分布を示す。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、エネルギ印加区域内で励起することができるモードのフィールド強度分布を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、空洞内で同じ周波数において励起可能なモードの正規化した電場振幅の計算値を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、空洞内で同じ周波数において励起可能なモードの正規化した電場振幅の計算値を示す。
【図１４】図１４は、一部の実施形態による、エネルギ印加区域からのフィードバックに基づいて損失プロファイルを構築するように構成される、プロセッサの簡略化したブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一部の実施形態の例示的側面は、エネルギ印加区域の損失プロファイルを求めることを含む。損失プロファイルは、エネルギ印加区域内の場所によって誘電特性が変わる様式についての任意の表現とすることができる。エネルギ印加区域は、電磁エネルギを加えることができる任意の空間体積とすることができる。エネルギ印加区域は、空でも、対象物または対象物の一部を含んでもよい。エネルギ印加区域内の対象物は、区域を全てまたは部分的に占有することができる。
【００１５】
損失プロファイルの例は、例えば所与の点からの距離の関数として、エネルギ印加区域内の所与の位置に関連する誘電率または他の任意の吸収特性および／もしくは関連パラメータを示す、グラフまたはテーブルであり得る。損失プロファイルの別の例は、三次元マップであり、このマップ内では、異なるエネルギ吸収特性を有するエネルギ印加区域の体積部分が異なる色で現れる。損失プロファイルとして、エネルギ印加区域内の位置に応じた、これらのまたは他の誘電特性／吸収特性の１つまたは複数についての他のどんな表現を用いてもよい。加えて、損失プロファイルという用語は、１つまたは複数の誘電特性の空間的分布の概算を指すことができる。例えば、損失プロファイルを得るために、ときには極めて低い場合がある、いくらか限られた精度で実際の空間的分布を計算し、シミュレートし、または測定することができる。
【００１６】
一部の実施形態では、損失プロファイルを、電子デジタルプロセッサによって求めることができる。プロセッサは、エネルギ印加区域の内部に、周辺に、および／または外部に配置することができる検出器が集めたデータ（またはデータを示す信号）に対して、一定の規則（例えば計算）を適用することにより損失プロファイルを求めることができる。損失プロファイルは、そのようなデータを入力として使用し、損失プロファイルを出力として与えるコンピュータプログラムを実行することで求めることができる。このデータは、所与の位置における電磁エネルギの吸収を示す任意の値を含むことができる。一部の実施形態では、エネルギ印加区域内で様々な電磁場パターンを励起することにより、電磁エネルギをその区域に供給することができ、データは、様々なフィールドパターンが励起されるときに検出されるエネルギ吸収性の様々な値を含むことができる。エネルギ印加区域内でフィールドパターンを励起することは、フィールドパターンに対応する特定の周波数、位相、および／または他の特性を有する電磁波をエネルギ印加区域に加えることによって達成することができる。本明細書で使用するとき、「励起する」という用語は、「発生させる」、「作り出す」、および「加える」と置き替えることができる。
【００１７】
例えば、エネルギ印加区域が、エネルギを吸収する領域と、エネルギをほぼ吸収しない領域との２つの領域からなる場合、第１の領域だけに一致するフィールドパターンは吸収されるのに対し、第２の領域だけに一致するフィールドパターンは吸収されない。したがって、どのフィールドパターンがエネルギの吸収をもたらし、どのフィールドパターンがエネルギの吸収をもたらさないのかについての知識から、２つの領域の位置を推論することができる。より複雑な事例では、例えば以下で論じる方程式（１）を解くことにより、同様の考察を当てはめることができる。
【００１８】
次に、その例を添付図面に示す、本発明の例示的実施形態を詳しく参照する。適切な場合、図面の全体を通して同じ参照番号を使用して同じまたは同様の部分を指す。
【００１９】
図１、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、本発明の諸実施形態は、（例えば電源１２および／または発振器２２、２６などの構造体を含む）電磁エネルギ源を含むことができる。エネルギ印加区域にエネルギを加えることができるよう、この供給源はプロセッサ３０によって調整することができる。電源１２や発振器２２、２６などの構造体を使用して、１つまたは複数の放射素子１８により、図中では空洞２０として示すエネルギ印加区域内に位置する対象物５０などの装填物に電磁エネルギを加えることができる。プロセッサ３０は、電磁エネルギの分布を制御するように構成することができる。例えばプロセッサは、供給源を直接制御することができる。あるいは、または加えて、プロセッサ３０は、供給源または供給源の下流から生じる信号を制御することができる。
【００２０】
プロセッサ３０は、エネルギ印加区域内の対象物に複数の電磁場パターンを加えるよう、電磁エネルギの空間的分布を制御するように構成することができる。後でより詳しく解説するように、エネルギ印加区域内のフィールドパターンに影響を及ぼすことができる１つまたは複数の変数パラメータ（例えば本明細書では「変調空間要素」（ＭＳＥ）と呼ぶ、周波数、振幅など）を変えることにより、エネルギ印加区域、例えば空洞２０内のフィールドパターンを変えることができる。したがって、そのような変数を逐次的に調節することで、エネルギ印加区域２０に加えるフィールドパターンにおいて関連する連続変化をもたらすことができる。
【００２１】
例えば、異なるフィールドパターンは対象物の中で異なるように吸収され得るので、そのようなフィールドパターンの変化は、対象物による吸収にしばしば影響を及ぼす。例えば、対象物に一致するエリアにおいて高いエネルギ強度を有するフィールドパターンを、対象物に一致するエリアにおいてより低いエネルギ強度を有するパターンに変えることは、対象物によって吸収されるエネルギ量を減らす可能性がある。それぞれが異なるフィールドパターンを概念的に示す、図３Ａおよび図３Ｂは例示的である。図３Ａでは、フィールドパターンの高強度エリア６２（別称「ホットスポット」）が、対象物６６に一致している。対照的に、図３Ｂのフィールドパターンでは、対象物６６とのそのような一致はない。したがって、対象物６６は、図３Ｂのフィールドパターンを適用する場合よりも、図３Ａのフィールドパターンを適用する場合により多くのエネルギを吸収する可能性が高い。
【００２２】
後でより詳しく解説するように、吸収されないエネルギは、放射素子１８に反射されまたはさもなければ伝達され、検出器４０を使って検出され得る。検出器４０から信号を受け取ることにより、プロセッサは、適用する各フィールドパターンについて、エネルギ印加区域２０内で散逸される出力量を計算できることがある。様々なフィールドパターンにおいてエネルギ印加区域によって散逸される出力量を集約することにより、プロセッサ３０は、対象物の少なくとも一部にわたるエネルギ吸収特性の空間的分布を求めることができる。
【００２３】
求めたエネルギ吸収特性の空間的分布（求めた損失プロファイルと呼ぶこともできる）は、エネルギの印加が続くとき、対象物がどのようにエネルギを吸収し得るのかについてのインジケータとして働くことができる。したがって、エネルギ吸収特性プロファイルが分かり、または推定されると、プロセッサは、対象物内の所望のエネルギ吸収プロファイルを達成するようにエネルギの印加を制御でき得る。
【００２４】
対象物５０によるエネルギ吸収に関するフィードバック情報が、フィードバックをもたらす複数の既知のフィールドパターンに関する情報と組み合わせられると、プロセッサ３０は、エネルギ印加区域２０内の対象物５０の位置を推定できる場合がある。したがって、反復的に加えられる一連のフィールドパターンにわたり、プロセッサ３０は、装填物があるエリアと装填物がないエリアとを識別できる場合がある。この情報を集約することにより、装填物の大まかな位置を突き止めることができる。適用するフィールドパターンおよび関連するフィードバックの量が増えるにつれ、分解能が高まり得る。一部の実施形態では、装填物（例えばその等高線を含む）の物理的プロファイルを構築できるところまで分解能を高めることができる。
【００２５】
ある点では、本発明は、エネルギ印加区域内の対象物に電磁エネルギを加えるための装置および方法を用いることができる。本明細書で使用するとき、「装置」という用語は、本明細書に記載の任意のコンポーネントまたはコンポーネント群をその最も広い意味で含むことができる。例えば本明細書で広く使用するとき、「装置」は、例えば図１、ならびに図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａおよび図７Ｂに示すプロセッサ３０などのプロセッサだけを指すことができる。あるいは、または加えて、「装置」は、プロセッサと１つまたは複数の放射素子との組合せ、空洞および１つまたは複数の放射素子、電磁エネルギ源、プロセッサ、空洞、１つまたは複数の放射素子および電磁エネルギ源、または本明細書に記載のコンポーネントの他の任意の組合せを含むことができる。
【００２６】
本明細書で使用するとき、電磁エネルギという用語は、これだけに限定されないが無線周波（ＲＦ）、赤外線（ＩＲ）、近赤外線、可視光、紫外線などが含まれる電磁スペクトルの任意のまたは全ての部分を含む。場合によっては、加えられる電磁エネルギには、それぞれ３ＫＨｚから３００ＧＨｚの周波数である、１００ｋｍから１ｍｍの波長を有するＲＦエネルギが含まれ得る。場合によっては、より狭い周波数範囲、例えば１ＭＨｚ−１００ＧＨｚ内のＲＦエネルギを加えることができる。例えば、マイクロ波および極超短波（ＵＨＦ）エネルギは、いずれもＲＦ範囲内にある。本明細書では本発明の例をＲＦエネルギを加えることに関連して説明するが、これらの説明は本発明のいくつかの例示的原理を示すために行うもので、本発明を電磁スペクトルのどの特定の部分にも限定するつもりはない。ただし、記載する方法および装置は、加えられる電磁エネルギの波長よりも小さい対象物を扱うのにとりわけ有用であり得る。さらに、記載する方法および装置は、エネルギ印加区域が、以下に定義するモーダル空洞を含む場合にとりわけ有用であり得る。
【００２７】
同様に、本開示は加熱に使用される電磁エネルギのいくつかの例を含む。この場合もやはり、これらの説明は本発明の例示的原理を示すために行う。説明し、特許請求の範囲に記載する本発明は、エネルギを加えることが温度上昇を招くかどうかに関係なく、エネルギを加えることを伴う様々な製品、ならびに工業プロセス、商業プロセス、および消費者プロセスに利益をもたらすことができる。例えば、電磁エネルギは、加熱、燃焼、解凍、除霜、調理、乾燥、反応の加速、膨張、蒸発、融合、生物学的プロセスの誘発もしくは変更、治療、凍結もしくは冷却防止、対象物を所望の温度範囲内に保つこと、またはエネルギを加えることが望ましい他の任意の用途のために対象物に加えることができる。
【００２８】
さらに、電磁エネルギが加えられる「対象物」（「装填物」としても知られる）への言及は、特定の形態に限定されない。「対象物」には、本発明を利用する特定のプロセスにもよるが、液体、固体、またはガスが含まれてもよく、１つまたは複数の異なる段階において、物質の合成物または混合物が含まれてもよい。さらに、「対象物」という用語は単数形で示すが、複数のアイテムまたは分離したパーツもしくはコンポーネントを指す場合もある。したがって、非限定的な例として、「対象物」という用語は、解凍もしくは調理しようとする食料、乾燥させようとする衣類もしくは他の物質、解凍しようとする凍結物質（例えば臓器）、反応させようとする化学物質、燃焼させようとする燃料もしくは他の可燃性物質、脱水しようとする水和物、膨張させようとするガス、解凍、加熱、沸騰、もしくは蒸発させようとする液体、解凍および／もしくは温めようとする血液もしくは血液成分（例えば血漿や赤血球）、製造しようとする物質、連結しようとする成分、または電磁エネルギをたとえ僅かでも加えることが望まれる他の任意の物質などの物質を包含することができる。
【００２９】
本発明の一部の実施形態によれば、装置または方法は、「エネルギ印加区域」を使用するものであり得る。エネルギ印加区域は、電磁エネルギを加えることができる任意の空所、位置、領域、またはエリアとすることができる。エネルギ印加区域は、ホローを含むことができ、かつ／または液体、固体、ガス、もしくはそれらの組合せで満たす、または部分的に満たすことができる。専ら例として、エネルギ印加区域には、電磁波の存在、伝搬および／または共振を可能にする、エンクロージャの内部、部分的エンクロージャ（例えばベルトコンベヤオーブン）の内部、コンジットの内部、オープン空間、固体または部分的固体が含まれ得る。この区域は永続的なものとすることができ、またはエネルギを加えるために一時的に構成してもよい。解説を簡単にするために、そのような全ての代替的エネルギ印加区域を代わりに空洞と呼ぶことができ、「空洞」という用語は、電磁エネルギを加えることができるエリア以外の特定の物理的構造は含意しないと理解される。
【００３０】
エネルギ印加区域は、オーブン、チャンバ、槽、乾燥機、解凍装置、脱水機、反応器、炉、キャビネット、エンジン、化学処理装置や生物学的処理装置、焼却炉、物質造形装置や物質成形装置、コンベヤ、燃焼域、またはエネルギを加えることが望ましい場合がある任意のエリア内に位置することができる。したがって、一部の実施形態に合致して、電磁エネルギ印加区域は（空洞共振器、共振空洞、または単純に「空洞」としても知られる）電磁共振器とすることができる。対象物またはその一部がエネルギ印加区域内に位置する場合、電磁エネルギをその対象物に送出することができる。
【００３１】
エネルギ印加区域は、所定の形状、またはその空間形態もしくは輪郭の物理的側面がエネルギ印加時に分かっている限り、さもなければ決定可能な形状を有することができる。エネルギ印加区域は、エネルギ印加区域内での電磁波の伝搬を可能にするいかなる形状を呈してもよい。例えば、エネルギ印加区域の全てまたは一部は、球形、半球形、矩形、ドーナツ形、円形、三角形、長円形、五角形、六角形、八角形、楕円形、または他の任意の形状もしくは形状の組合せである断面を有することができる。エネルギ印加区域は、閉ざされている、例えば導体材料によって完全に密閉されている、少なくとも部分的に閉ざされている、または開いている、例えば閉ざされていない開口部を有し得ることも考えられる。本発明の一般手法は、エネルギ印加区域のある特定の空洞形状、構成、または閉鎖度に限定されないが、一部の応用例では高度の閉鎖または特定の形状が好ましい場合もある。
【００３２】
例として、空洞２０などのエネルギ印加区域を図１に概略的に示し、図１では対象物５０が空洞２０の中に位置する。対象物５０は、エネルギ印加区域の中に完全に位置しなくてもよいことを理解すべきである。つまり、対象物５０の少なくとも一部がエネルギ印加区域の中に位置する場合、対象物５０はエネルギ印加区域の「中にある」とみなすことができる。
【００３３】
現在開示している諸実施形態の一部に合致して、少なくとも１つの波長の電磁波が、エネルギ印加区域内で共振することができる。すなわち、エネルギ印加区域は少なくとも１つの共振波長をサポートすることができる。例えば、空洞２０は、所定の周波数範囲（例えばＵＨＦまたはマイクロ波の周波数範囲、例えば３００ＭＨｚから３ＧＨｚ、または４００ＭＨｚから１ＧＨＺ）内で空洞２０を共振可能にする寸法を用いて設計することができる。対象とする用途に応じて、空洞２０の寸法は、電磁スペクトル内の他の周波数範囲内の共振を可能にするように設計することもできる。「共振する」または「共振」という用語は、電磁波がエネルギ印加区域内で、ある周波数（「共振周波数」として知られる）において他の周波数よりも大きい振幅で振動する傾向を指す。特定の共振周波数において共振する電磁波は、共振周波数に反比例する、λ＝ｃ／ｆによって求められる対応する「共振波長」を有することができ、ただしλは共振波長であり、ｆは共振周波数であり、ｃはエネルギ印加区域内での電磁波の伝搬速度である。伝搬速度は、波が伝搬する媒体に応じて変わり得る。したがって、エネルギ印加区域が複数の物質（例えば装填物と空所）を含む場合、ｃを一意に定めることはできない。それでもなお、共振波長は、例えば主成分のｃに基づく推定、種々の成分のｃの平均に基づく推定を使用することや、当技術分野で知られている他の任意の技法を使用することが含まれる、僅かに異なる関係を使用して一意に求めることができる。
【００３４】
エネルギ印加区域がサポートする共振波長の中に、最大共振波長があり得る。最大共振波長は、区域の形状寸法により一意に求めることができる。一部の実施形態では、所与の任意のエネルギ印加区域の最大共振波長を、当技術分野で知られているように、例えば実験的に、数学的に、および／またはシミュレーションにより求め、もしくは推定することができる。一部の実施形態では、最大共振波長が前もって分かっている（例えばメモリから取得され、またはプロセッサ内にプログラムされている）場合がある。例として図２は、長さａ、幅ｂ、および高さｃの寸法を有する矩形空洞２０を示す。空洞２０は複数の共振波長をサポートすることができ、そのうちの最大共振波長はλ０である。ａ＞ｂ＞ｃが成立する場合、最大共振波長λ０は、
0005885265.tif 000002
によって与えられる。別の例として、エネルギ印加区域がａ×ａ×ａの寸法を有する立方体の場合、最大共振波長は、√２ａによって与えられる。さらに別の例では、エネルギ印加区域が（例えば図２に示すように）半径ａ、長さｄの円筒の場合、最大共振波長は、２ａ＞ｄが成立する場合
0005885265.tif 000003
によって与えられ、２ａ＜ｄが成立する場合は
0005885265.tif 000004
によって与えられる。別の例では、エネルギ印加区域が半径ａの球体の場合、最大共振波長は、
0005885265.tif 000005
によって与えられる。上記の例は、形状にかかわらず、各エネルギ印加区域が少なくとも１つの共振寸法を有し得ることを単に例示することを意図する。
【００３５】
現在開示している諸実施形態に合致して、装置または方法は、エネルギ印加区域に電磁エネルギを送出するように構成される供給源を使用するものであり得る。「供給源」には、電磁エネルギを発生させ、供給するのに適した１つまたは複数の任意のコンポーネントが含まれ得る。現在開示している諸実施形態に合致して、電磁エネルギは、所定の波長または周波数における伝搬電磁波（電磁放射としても知られる）の形でエネルギ印加区域に供給することができる。本明細書で使用するとき、「伝搬電磁波」には、共振波、定在波、エバネセント波、および他の任意の方法で媒体中を伝わる波が含まれ得る。電磁放射は、相互作用の対象となる物体に伝えられ（またはそうした物体内に散逸され）得るエネルギを運ぶ。
【００３６】
例として、および図１に示すように、供給源は、電磁エネルギを運ぶ電磁波を発生させるように構成される、電源１２の１つまたは複数を含むことができる。例えば、電源１２は、少なくとも１つの所定の波長または周波数でマイクロウェーブ波を発生させるように構成される磁電管とすることができる。一部の実施形態では、磁電管は、高出力マイクロ波を発生させるように構成することができる。あるいは、または加えて、電源１２は、制御可能な周波数を有する交流波形（例えば交流電圧または交流電流）を発生させるように構成される、電圧制御発振器などの半導体発振器を含むことができる。交流波形には、正弦波、矩形波、パルス波、三角波、および／または交番極性を有する他の種類の波形が含まれ得る。加えて、またはあるいは、電磁エネルギ源は、電磁場発生器、電磁束発生器、電子を振動させるための任意の機構など、他の任意の電源を含むことができる。
【００３７】
一部の実施形態では、この装置は、電源１２によってもたらされる電磁波の１つまたは複数の特性パラメータを制御された方法で修正するように構成される、少なくとも１つの変調器１４を含むことができる。この変調器は、供給源の一部でも一部でなくてもよい。例えば、変調器１４は、振幅（例えば異なる放射素子間の振幅差）、位相、および周波数を含む、周期波形の１つまたは複数のパラメータを修正するように構成することができる。
【００３８】
一部の実施形態では、変調器１４が、交流波形の位相、周波数、および振幅を修正するようにそれぞれ構成される、位相変調器、周波数変調器、および振幅変調器のうちの少なくとも１つを含むことができる。これらの変調器については、図５Ａ、図５Ｂ、図６、および図７Ｂに関して後でより詳しく解説する。一部の実施形態では、電源１２によってもたらされる交流波形が、時間とともに変化する周波数、変化する位相、および変化する振幅のうちの少なくとも１つを有し得るように、変調器１４を電源１２または供給源の一部として統合することができる。
【００３９】
この装置は、例えば変調器１４が交流波形を修正する前後に、その交流波形を増幅するための増幅器１６も含むことができる。この増幅器は、供給源の一部でも一部でなくてもよい。増幅器１６は、例えば１つまたは複数のパワートランジスタを含む出力増幅器とすることができる。別の例として、増幅器１６は、一次巻線よりも二次巻線において多くの巻数を有する昇圧変圧器とすることができる。他の実施形態では、増幅器１６は、交流／直流／交流変換器などのパワーエレクトロニクス装置とすることもできる。あるいは、または加えて、増幅器１６は、入力信号を所望の水準まで増大するように構成される他の任意の装置または回路を含むことができる。
【００４０】
この装置は、対象物５０に電磁エネルギを伝達するように構成される少なくとも１つの放射素子１８も含むことができる。放射素子１８は、対象物５０に電磁エネルギを供給するための、１つもしくは複数の導波管および／または１つもしくは複数のアンテナ（パワーフィードとしても知られる）を含むことができる。例えば、放射素子１８はスロットアンテナを含むことができる。加えて、またはあるいは、放射素子１８は、他の任意の種類または形態の導波管もしくはアンテナ、または電磁エネルギを発することができる他の任意の適切な構造を含むことができる。
【００４１】
電源１２、変調器１４、増幅器１６、および放射素子１８（またはそれらの一部）は別個のコンポーネントとすることができ、またはそれらの任意の組合せを単一のコンポーネントとして統合することができる。電源１２、変調器１４、増幅器１６、および放射素子１８（またはそれらの一部）は供給源の一部とすることができる。例えば、電磁エネルギを発生させるために磁電管を電源１２として使用することができ、対象物５０にエネルギを伝達するために、その磁電管に導波管を物理的に取り付けることができる。あるいは、または加えて、この放射素子は磁電管から独立していてもよい。同様に、放射素子が例えば発生器から物理的に離れており、または発生器の一部であり、もしくは他の方法で発生器に接続され得る、他の種類の電磁発生器を使用してもよい。
【００４２】
一部の実施形態では、複数の放射素子を設けることができる。それらの放射素子は、エネルギ印加区域を画定する１つまたは複数の表面上に配置することができる。あるいは、放射素子は、エネルギ印加区域の内部および／または外部に配置することができる。放射素子を区域の外部に配置する場合、放射エネルギがエネルギ印加区域に到達することを可能にする要素に放射素子を結合することができる。放射エネルギがエネルギ印加区域に到達することを可能にする要素には、例えば導波管および／またはアンテナが含まれ得る。各放射素子の向きおよび構成は、狙いとする目標、例えばエネルギ印加区域内での所望のエネルギ分布の印加を得るのに必要であり得るように、異なっても同じでもよい。さらに、各放射素子の位置、向き、および／または構成は、対象物５０にエネルギを加える前にあらかじめ決定することができ、またはエネルギの印加中にプロセッサを使用して動的に調節することができる。本発明は、特定の構造を有する放射素子にも、必ず特定のエリアまたは領域に位置する放射素子にも限定されない。一部の実施形態では、放射素子を特定の場所に配置することができ、または異なる放射素子から発せられる波の振幅を放射素子の位置、向き、および／または構成に応じて選択することができる。
【００４３】
電磁エネルギを放射することに加え、放射素子１８の１つまたは複数を、任意選択的に電磁エネルギを受け取るように構成することができる。すなわち、本明細書で使用するとき、「放射素子」という用語は、任意の構造であって、その構造がエネルギを放射しまたは受け取る目的で初めから設計されたかどうかに関係なく、その構造が何らかの追加機能を果たすかどうかにも関係なく、電磁エネルギを放射することができかつ／または電磁エネルギを受け取ることができる、任意の構造を広く指す。したがって、現在開示している諸実施形態に合致する装置または方法は、１つまたは複数の放射素子が受ける電磁波に関連する信号を検出するように構成される、１つまたは複数の検出器を使用するものであり得る。例えば図１に示すように、検出器４０は、受信機として機能している場合に空洞２０から電磁波を受ける放射素子１８に結合することができる。
【００４４】
本明細書で使用するとき、「検出器」という用語は、電磁波に関連する１つまたは複数のパラメータを測定する電気回路を含むことができる。例えば、そのような検出器には、入射電磁波、反射電磁波、および／または伝達電磁波（「入射出力」、「反射出力」、および「伝達出力」としてもそれぞれ知られる）に関連する出力レベルを検出するように構成される出力計、波の振幅を検出するように構成される振幅検出器、定義済みの基準点、２つの放射素子によって同時に発せられる波間の位相差、もしくは他の位相差に関して波の位相を検出するように構成される位相検出器、波の周波数を検出するように構成される周波数検出器、および／または電磁波の特性を検出するのに適した他の任意の回路が含まれ得る。
【００４５】
入射出力は、供給源から、エネルギ印加区域２０内に出力を発するための放射素子に供給することができる。入射出力の一部は、対象物によって散逸され得る（本明細書では「散逸出力」と呼ぶ）。別の部分は、放射素子に反射し得る（本明細書では「反射出力」と呼ぶ）。反射出力には、例えば対象物および／またはエネルギ印加区域により放射素子に跳ね返される出力が含まれ得る。反射出力には、放射素子のポートによって保たれる出力（例えばアンテナによって発せられるが、区域に流れ込まない出力）も含まれ得る。反射出力および散逸出力以外の残りの入射出力は、受信機として機能している１つまたは複数の放射素子に伝達され得る（本明細書では「伝達出力」と呼ぶ）。エネルギは、空洞壁の中、ドアを通ってなど、他の場所にも漏れることがある。簡単にするために、エネルギのこれらの部分については本明細書では論じない。一部の実施形態では、エネルギのこれらの部分はかなり小さく、無視できる場合があると推定され得る。
【００４６】
一部の実施形態では、検出器は、放射素子が送信機として機能する場合（例えば放射素子がエネルギを放射する場合）に信号が増幅器から放射素子に流れることを可能にし、放射素子が受信機として機能する場合（例えば放射素子がエネルギを受け取る場合）に信号が放射素子から増幅器に流れることを可能にするように構成される、方向性結合器とすることができる。加えて、またはあるいは、この方向性結合器は、流れる信号の出力を測定するようにさらに構成することができる。一部の実施形態では、検出器は、ポートにおいて電圧および／または電流を測定する他の種類の回路も含むことができる。
【００４７】
現在開示している一部の実施形態に合致して、供給源は、λ１で示す所定の波長で電磁エネルギをエネルギ印加区域内の対象物に送るように構成することができ、所定の波長は、エネルギ印加区域がサポートするλ０で示す最大共振波長の約４分の１よりも大きい。λ１≧λ０／４として表す、この最大共振波長と送られる電磁エネルギの波長との間の関係を「モーダル条件」と呼ぶことができる。他の実施形態では、モーダル条件を満たすために、供給源によって供給される印加電磁エネルギの波長と、エネルギ印加区域がサポートする最大共振波長との間の異なる関係を適用することができる。一部の実施形態では、低次モードが励起されるときモーダル条件が満たされ、例えばｍ＊ｎは３０、４０、または５０未満である（ｍおよびｎは、異なる軸、例えばｘやｙにおけるモード数を表す整数である）。供給源は、単一の所定の波長で電磁エネルギを供給する構成に必ずしも限定されない。任意選択的に、供給源は、電磁エネルギを１組の波長で空洞２０に供給するように構成することができ、それらの波長は、エネルギの印加を始める前に決めておくことができる。供給源が様々な周波数でエネルギを空洞に供給するとき、それらの様々な周波数のうちの最大波長をλ１で示すことができ、モーダル条件は、λ１≧λ０／４と特徴付けることができる。一部の実施形態では、λ１が上限を有することもでき、例えばλ１はλ０以下とすることができる。
【００４８】
あるいは、モーダル条件を周波数の観点から表すことができる。波長λ１およびλ０と、それらの対応する周波数ｆ１およびｆ０との間には、ｆ１＝ｃ／λ１およびｆ０＝ｃ／λ０が成立する関係があるので、モーダル条件λ１≧λ０／４は、ｆ１≦４ｆ０として表すことができ、つまりモーダル条件の範囲内で動作するために、エネルギ印加区域内の最低共振周波数の約４倍よりも低い周波数で電磁エネルギを加えることができる。
【００４９】
さらに、最大共振波長λ０はエネルギ印加区域の寸法と固有の関係を有するので、モーダル条件は、エネルギ印加区域の寸法と加えられる波長λ１との間の関係として表すこともできる。例えば、長さａ、幅ｂ、および高さｃのそれぞれを有し、ａ＞ｂ＞ｃが成立する矩形空洞２０では、モーダル条件は、
0005885265.tif 000006
として表すことができる。別の例として、ａ×ａ×ａの寸法を有する立方体空洞では、モーダル条件は、
0005885265.tif 000007
として表すことができる。別の例として、半径ａの球体空洞では、モーダル条件は、
0005885265.tif 000008
として表すことができる。本明細書では、空洞に供給される電磁エネルギに関して、その寸法が「モーダル条件」を満たす空洞を「モーダル空洞」と呼ぶ。
【００５０】
その性質上、電磁場は、エネルギ印加区域内で不均等なフィールドパターンで分布する傾向がある。つまり、エネルギ印加区域内の電場強度の空間的分布は不均等であり得る。フィールドパターンは、経時的に空間内でほぼ安定していても、時とともに空間的に変化してもよい。フィールドパターンが経時的に変化する方法は、分かっている場合もある。フィールドパターンは、本明細書では「ホットスポット」と呼ぶ、（フィールドの振幅における最大または最小に対応する）比較的高振幅の電場強度を有するエリアをもたらすことができる。ホットスポットの例を図３Ａ−図３Ｄの斜線部分によって示す。フィールドパターンは、本明細書では「コールドスポット」と呼ぶ、比較的低振幅の電場強度（例えばゼロ、またはほぼゼロのフィールド値）を有するエリアももたらすことができる。コールドスポットの例を図３Ａ−図３Ｄの非斜線部分によって示す。図面では、はっきりした明確な境界を有するものとしてホットスポットを図式的に示すが、実際には強度はホットスポットとコールドスポットとの間でより段階的な方法で変わることを指摘しておく。事実、対象物へのエネルギ伝達は、ゼロでないフィールド強度を有するフィールドパターンの領域に一致する対象物の全域において生じることができ、必ずしもホットスポットに一致するエリアに限定されない。対象物を加熱する程度は、とりわけその対象物が暴露されるフィールドの強度および暴露時間に依存し得る。
【００５１】
フィールドパターン自体は、（後で論じるように）エネルギ印加区域の物理的特性および寸法を含む多くの要素の関数であり得る。ホットスポット内の比較的高振幅の電場強度は、第１の閾値よりも高いものとすることができ、コールドスポット内の比較的低振幅の電場強度は、第２の閾値よりも低いものとすることができる。第１の閾値は、第２の閾値と同じでも異なってもよい。図３Ａ−図３Ｂでは、第１の閾値と第２の閾値が同じである。一部の実施形態では、閾値のうちの１つよりも低いフィールド強度がエネルギを対象物に事実上加えることができないように、閾値をあらかじめ設定することができる。例えば、第２の閾値は、フィールド強度の最小値に近いように選択することができる。本明細書で使用するとき、「振幅」という用語は、「大きさ」と置き替えることができる。
【００５２】
エネルギ印加区域内では、特定の領域が、何らかのフィールドパターンの比較的高振幅の電場強度（ホットスポット）、および他の何らかのフィールドパターンの比較的低振幅の電場強度（コールドスポット）によって覆われ得る。フィールドパターンは、エネルギ印加区域の被選択領域にエネルギの送出を向けるために選択的に選ぶことができる。例えば、エネルギをエネルギ印加区域内の第１の領域に印加しなければならないが、第２の領域には印加しない場合、ホットスポットが第１の領域にほぼ一致し、コールドスポットが第２の領域にほぼ一致する１つまたは複数のフィールドパターンを選択することができる。したがって、現在開示している一部の実施形態に合致して、供給源は、エネルギ印加区域の所定エリア内にホットスポットおよびコールドスポットを有する１つまたは複数のフィールドパターンにおいて、電磁エネルギを送出するように構成することができる。一部の実施形態では、そのようなフィールドパターンを使用してエネルギを加えてターゲットエネルギ分布を達成するために、コントローラが供給源を調整することができる。図３Ａおよび図３Ｂに示すモーダル空洞６０では、それぞれが複数の高振幅の強度を有するエリア（ホットスポット）６２および６４（斜線部分）、ならびに低振幅の強度を有するエリア（コールドスポット、非斜線部分）を有するようにフィールドパターンを励起することができる。
【００５３】
エネルギ印加区域内で励起可能なフィールドパターンの一部を「モード」と名付ける。モードは、互いに一次独立であり、互いに直交する１組の専用のフィールドパターンを形成する。本明細書で述べるとき、エネルギ印加区域上の２つのモードに関連する２つのフィールドの内積の積分がゼロの場合、２つのフィールドパターンは互いに直交する。モードまたはモードの組合せ（例えば一般的なフィールドパターン）は、伝搬、エバネセント、および共振が含まれる任意の知られている種類のものとすることができる。一部の実施形態では、励起されるフィールドパターンがモードの組合せを含む。
【００５４】
図３Ａおよび図３Ｂでは、対象物６６および６８がエネルギ印加区域６０の中に位置する。エネルギを対象物６６だけに印加し、対象物６８へのエネルギ印加は避けたい場合、図３Ａのフィールドパターンを選択することができる。あるいは、エネルギを対象物６８に印加し、対象物６６へのエネルギ印加は避けたい場合、図３Ｂのフィールドパターンを選択することができる。
【００５５】
エネルギ印加区域内で励起することができ、モードの一次結合として数学的に表すことができる任意のフィールドパターン。そのモードは、無限数のエバネセントモードと、有限数の伝搬モード（その一部は共振モードとすることができる）とを含むことができる。概して、モーダル空洞では非モーダル空洞よりも少ない伝搬モードが励起され得る。すなわち、モーダル空洞は概して非モーダル空洞よりも少ない伝搬モードをサポートすることができる。この場合もやはり、サポートされる伝搬モードの一部は共振モードであり得る。本質的に、エバネセントモードは、フィールドパターンを励起するのに使用される総出力（またはエネルギ）のうちのごく小さな割合の出力（またはエネルギ）しか有さず、総出力（およびエネルギ）の大部分は伝搬モードによって運ばれる。
【００５６】
以下でより詳しく説明するように、一部の実施形態では、一部の不所望のモードを排除できるように１つまたは複数の放射素子を配置することができる。例えば、２つ以上の伝搬モードを単一の周波数によりエネルギ印加区域内で効果的に励起することができる。その周波数で電磁波を発する放射素子を、モードのうちの１つのヌルに（すなわちモードのうちの１つがゼロのフィールドを有する位置に）配置する場合、そのモードは除去する（すなわち排除する）ことができる。
【００５７】
モーダル条件および対応するモーダル空洞（すなわちモーダル条件を満たす空洞）は、エネルギ印加区域内のフィールドパターン、より具体的にはモードを制御する際に利点を示し得る。上記で論じたように、モーダル空洞内では、伝搬モードの数は非モーダル空洞内での数よりも少ない場合がある。したがって、モーダル条件が満たされる場合、不所望のモードを除去するのに使用するアンテナの数および密度が少ないことがあるので、これらの伝搬モードを制御することは比較的容易であり得る。さらに、制御面での軽微な不正確さは、ホットスポットの選択について、ある伝搬モードを励起し他の伝搬モードを励起しない条件を達成するために比較的多数のモードがより優れた制御を必要とし得る非モーダル空洞内よりも、モーダル空洞内で全体的に顕著でない影響を有し得る。
【００５８】
ある点では、本発明の一態様は、エネルギ印加区域内の指定エリア内でコールドスポット（例えば比較的低振幅の電場強度を有するエリア）を意図的に達成するために、エネルギ印加区域内で励起されるフィールドパターンに影響を及ぼし得る（本明細書ではＭＳＥと呼ぶ）一定の変数パラメータの組合せを用いるものであり得る。これらのエリアは制御されたエネルギ印加を可能にし、それは、対象物の一部へのエネルギ印加を避けたい場合、その部分をコールドスポットと位置合わせすることができるからである。あるいは、この装置は、エネルギを加えたい対象物の一部にホットスポット（例えば比較的高振幅の電場強度）が位置合わせされた電磁場を励起するように動作させることができる。例えば、図３Ａに示すフィールドパターンを励起すると決めることにより、対象物６６を加熱して対象物６８の加熱を避けることができるのに対し、図３Ｂに示すフィールドパターンを励起すると決めることにより、対象物６８を加熱し、対象物６６の加熱を避けることができる。したがって、エネルギ印加区域内の対象物の一部にエネルギを加えたい場合、フィールドパターンのより高強度のエリアを対象物のその部分に位置合わせすることができる。モーダル条件をＭＳＥの制御と組み合わせて使用することができるが、モーダル条件は、たとえＭＳＥの制御とともに使用しなくても利益をもたらすことができ、逆に、たとえモーダル条件が満たされていなくてもＭＳＥの制御は適用することができる。
【００５９】
利用者が対象物６６に対象物６８の２倍の量のエネルギを加えたい場合、図３Ａのフィールドパターンを、同じ出力レベルで２倍の時間にわたり適用し、同じ時間にわたり２倍の出力レベルで適用し、または図３Ｂのフィールドパターンを介してよりも、図３Ａのフィールドパターンを介して２倍のエネルギを供給することに符合する他の任意の時間／出力の対にわたり適用した状態で、図３Ａおよび図３Ｂの両方のフィールドパターンを使用することができる（斜線部分において場が同様の強度を有すると仮定する）。フィールド強度が斜線部分内で異なる場合、エネルギ印加区域または対象物内の所望のエネルギ印加プロファイル、例えばエネルギ印加区域または対象物内の所望のエネルギ吸収分布を達成するために、その差を考慮に入れてもよい。
【００６０】
２つのフィールドパターンを逐次的に励起する場合、エネルギ印加区域内で形成されるフィールドパターンの時間平均は、励起される２つのフィールドパターンの和として表すことができる。それらのフィールドパターンを同時に励起する場合、干渉が発生することがあり、時間平均はその和とは異なる可能性がある。ただし、２つのフィールドパターンが互いに直交する場合（例えばモード）、逐次的な印加および同時の印加はそれぞれ同じ結果を有し得る。
【００６１】
２つの異なる領域に加えるエネルギ量を制御するために、２つの領域のエネルギ吸収特性を最初に求めることが望ましい場合がある。エネルギ印加区域内の異なる領域は、異なるエネルギ吸収特性を有し得る。例えば、パンと野菜をＲＦエネルギで加熱する場合、主にパンからなる領域は、主に野菜からなる別の領域よりも吸収性が低い可能性がある。別の例では、第１の周波数によって特徴付けられるフィールドパターンにしか一致しないパンの部分は、第１の周波数とは異なる、第２の周波数によって特徴付けられるフィールドパターンにしか一致しない第２のパンの部分とは異なるエネルギ吸収特性を有し得る。
【００６２】
一部の実施形態では、本発明の装置または方法は、エネルギ印加区域内に少なくとも部分的に配置される所与の任意の対象物のエネルギ吸収特性を求めるように構成される、１個または複数個のプロセッサを含むことができる。エネルギ吸収特性を求めることは、フィードバックによって（例えば後でより詳しく解説するように、反射によって）達成することができる。あるいは、エネルギ印加区域内の１つまたは複数の対象物の吸収特性が既に分かっている状況では、現在開示している諸実施形態に合致する装置はエネルギ吸収特性を求める必要がない。それどころか、関連情報を、例えば機械可読タグを使ってプロセッサにあらかじめプログラムし、または他の方法で与えることができる。
【００６３】
本明細書で使用するとき、「プロセッサ」という用語は、１つまたは複数の命令を実行する電気回路を含むことができる。例えば、そのようなプロセッサには、１つもしくは複数の集積回路、マイクロチップ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の全てもしくは一部、または命令を実行し、もしくは論理演算を行うのに適した他の回路が含まれ得る。
【００６４】
プロセッサが実行する命令は、例えばプロセッサ内にあらかじめロードすることができ、またはＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、磁気媒体、フラッシュメモリ、他の永久、固定、もしくは揮発性メモリ、プロセッサに命令を提供できる他の任意の機構など、別個のメモリユニット内に記憶してもよい。プロセッサは、特定用途向けにカスタマイズすることができ、または一般用途向けに構成し、様々なソフトウェアを実行することにより、様々な機能を実行することができる。
【００６５】
複数のプロセッサを使用する場合、その全てを同様の構造のものとすることができ、またはそれらのプロセッサは、互いに電気的に接続されもしくは分離された異なる構造のものとすることができる。それらのプロセッサは、別個の回路でも、単一の回路に組み込んでもよい。複数のプロセッサを使用する場合、それらのプロセッサは、独立にまたは共同して動作するように構成することができる。それらのプロセッサは、電気的に、磁気的に、光学的に、音響的に、機械的に、またはそれらのプロセッサが相互作用できるようにする他の手段によって結合することができる。
【００６６】
エネルギ印加区域にわたるエネルギ吸収特性の分布を求めることを唯一の目的として、単一のまたは複数のプロセッサを設けることができる。あるいは、単一のまたは複数のプロセッサは、他の機能を提供することに加えてエネルギ吸収特性を求める機能を備えることができる。例えば、同じプロセッサを、供給源を調整するために使用しても、または供給源以外のコンポーネントに追加の制御機能を与える制御回路に組み込んでもよい。
【００６７】
現在開示している諸実施形態に合致して、少なくとも１個のプロセッサは、エネルギ印加区域内の対象物に複数の電磁場パターンを適用するように構成することができる。「フィールドパターン」という用語は、エネルギ印加区域内の電場強度の空間的分布を指すことができる。フィールドパターンは、経時的に空間内でほぼ安定していても、時とともに空間的に変化してもよい。フィールドパターンが経時的に変化する方法は、分かっている場合もある。エネルギが分布するパターンは、エネルギ印加区域の物理的特性、エネルギ源の制御可能な側面、放射素子の種類、構成、向き、および／または配置、フィールド変更構造（例えばフィールド調節要素および／または誘電体レンズ）の存在、およびフィールドパターンに影響を及ぼすことができる他の任意の変数の関数であり得る。フィールド調節要素は、エネルギ印加区域内で励起されるフィールドに影響を及ぼすように（例えば放射素子の１つまたは複数から対象物内に電磁エネルギを選択的に方向付けるように）制御できる任意の要素とすることができる。
【００６８】
周波数、位相、相対振幅、アンテナの選択、および／またはアンテナの向きのうちの１つまたは複数が含まれる、供給源に関連する変数を調整することにより、プロセッサは、エネルギ印加区域および／または区域内の対象物に複数の異なるフィールドパターンを加えさせることができる場合がある。同様に、プロセッサは、ＦＡＥ（フィールド調節要素）を調節すること、誘電体レンズを調節すること、または他の手段によってなど、他の変数により複数の異なるフィールドパターンをもたらすことができる場合がある。エネルギ印加区域内で１組の所定のフィールドパターンを達成することができる、そのようなあらゆる制御可能な変数／パラメータ／方法、および／またはそれらの組合せを本明細書では「変調空間」または「ＭＳ」と呼ぶ。
【００６９】
「変調空間」または「ＭＳ」という用語は、エネルギ印加区域内のフィールドパターンに影響を及ぼす可能性があるあらゆるパラメータ、およびその全ての組合せを集合的に指すために使用する。一部の実施形態では、「ＭＳ」は、使用できる可能な全てのコンポーネントおよび（他のコンポーネントに対して絶対的または相対的な）それらのあり得る設定、ならびにそれらのコンポーネントに関連する調節可能なパラメータを含むことができる。例えば、「ＭＳ」には、複数の変数パラメータ、アンテナの数、アンテナの配置および／または向き（修正可能な場合）、使用可能な帯域幅、１組の使用可能な全ての周波数およびその任意の組合せ、出力設定、位相等が含まれ得る。ＭＳは、たった１つのパラメータ（例えば周波数だけもしくは位相だけ、または他の単一パラメータに限定される一次元ＭＳ）から２つ以上の次元（例えばともに同じＭＳ内の変動周波数および振幅）またはさらに多くに及ぶ、任意の数の可能な変数パラメータを有することができる。
【００７０】
変調空間に影響を及ぼす可能性がある、エネルギ印加区域に関連する要素の例には、エネルギ印加区域の寸法および形状、ならびにエネルギ印加区域を構成する物質が含まれる。変調空間に影響を及ぼす可能性がある、エネルギ源に関連する要素の例には、エネルギを送出する振幅、周波数、および位相が含まれる。変調空間に影響を及ぼす可能性がある、放射素子に関連する要素の例には、放射素子の種類、数、大きさ、形状、構成、向き、および配置が含まれる。
【００７１】
ＭＳに関連する各変数パラメータは、ＭＳの次元として考えることができる。例として、図４は、周波数（Ｆ）、位相（φ）、および振幅（Ａ）として示す３つの次元を有する三次元変調空間４００を示す。つまり、ＭＳ４００内では、エネルギ印加中に電磁波の周波数、位相、および振幅を変調することができる一方で、エネルギ印加中、他の全てのパラメータはあらかじめ定め、固定しておくことができる。ＭＳは、エネルギ印加中に１つのパラメータだけが変更される一次元とすることもでき、または変更される多くの次元を含んでもよい。図４では、専ら解説を簡単にするために変調空間を三次元で示す。ＭＳは、さらに多くの次元を有してもよい。
【００７２】
「変調空間要素」または「ＭＳＥ」という用語は、ＭＳにおける変数パラメータの１組の特定の値を指すことができる。例えば、図４は、三次元ＭＳ４００内のＭＳＥ４０１を示す。ＭＳＥ４０１は、特定の周波数Ｆ（ｉ）、特定の位相φ（ｉ）、および特定の振幅Ａ（ｉ）を有する。これらのＭＳＥ変数の１つが変わるなら、その新たな組が別のＭＳＥを定める。例えば、（３ＧＨｚ、３０°、１２Ｖ）および（３ＧＨｚ、６０°、１２Ｖ）とは、位相成分が変化しているので２つの異なるＭＳＥを表す。したがって、ＭＳＥを変調空間内の点として視覚化できる場合、全ＭＳＥの集合が変調空間を画定する。これらのＭＳ要素の異なる組合せは、エネルギ印加区域にわたる異なるフィールドパターン、および対象物内の異なるエネルギ分布パターンをもたらすことができる。例えば、複数の放射素子に供給されるエネルギの相対振幅の点で２つのＭＳＥが互いに異なる場合があり、これらの差は、異なるフィールドパターンをもたらし得る。エネルギ印加区域内で特定のフィールドパターンを励起するために、複数のＭＳＥを逐次的に、または同時に実行することができる。
【００７３】
ＭＳＥの逐次的な（および／または同時の）選択を、「エネルギ送出方式」と呼ぶことができる。例えば、エネルギ送出方式は、３つのＭＳＥ（Ｆ（１）、φ（１）、Ａ（１））、（Ｆ（２）、φ（２）、Ａ（２））、（Ｆ（３）、φ（３）、Ａ（３））からなる場合がある。実質的に無数のＭＳＥがあるので、実質的に無数の異なるエネルギ送出方式があり、結果として実質的に無数の異なるフィールドパターンが任意の所与のエネルギ印加区域内でもたらされる（とはいえ、異なるＭＳＥは時として極めて類似の、それどころか同一のフィールドパターンをもたらすことがある）。当然ながら、異なるエネルギ送出方式の数は、部分的に、利用可能なＭＳＥの数の関数であり得る。本発明は、いかなる特定の数のＭＳＥまたはＭＳＥの組合せにも限定されない。むしろ、使用できる選択肢の数は、意図する用途、所望の制御レベル、ハードウェアまたはソフトウェアの分解能やコストなどの要因に応じて、僅か２つ、または設計者が望むだけの数とすることができる。例えば、エネルギ印加区域内のフィールドパターンのより繊細な設計を可能にし得る、より多数の異なるフィールドパターンを励起することは、より多数のＭＳＥを必要とする場合がある。そのような場合、少なくとも３つのＭＳＥ、例えば３つ、４つ、または５つのＭＳＥが必要であり得る。一部の実施形態では、ＭＳＥの数が非常に多いが、励起するためにそれらのうちのごく少数しか使用しない。例えば、４００個の異なる周波数を利用できる場合があり、所与のエネルギ印加サイクルではそのうちの５つしか使用できない。これらの５つの周波数は、例えばエネルギ印加区域内で異なる共振モードの励起をもたらすＭＳＥであり得る。
【００７４】
可能なＭＳＥの選択により、プロセッサは、特定の応用例に応じて１組の適切なＭＳＥを決定することができる。例えば、特定の領域をあるフィールドパターンの高フィールド強度エリアが、別のフィールドパターンの低フィールド強度エリアなしに覆うことができるように、１組の所定のフィールドパターンを選択的に選び、被選択ＭＳＥを使ってエネルギ印加区域に加えることができる。例えば、対象物６６は、図３Ａのフィールドパターンの高フィールド強度エリアによって覆われるが、図３Ｂのフィールドパターンの低フィールド強度エリアによっては覆われない。したがって、図３Ａのフィールドパターンに関して吸収されるエネルギを測定する場合、その測定は、対象物６６のエネルギ吸収特性を示し得る。同様に、図３Ｂのフィールドパターンに関して吸収されるエネルギの測定は、対象物６８のエネルギ吸収特性を示し得る。
【００７５】
図１の装置は、供給源を調整して、１組の異なるＭＳＥを形成し、その対応するフィールドパターンをエネルギ印加区域に加えるように構成することができる。一部の実施形態に合致して、そのような調整は「ＭＳＥ」を選択し、制御することによって行うことができる。特定のフィールドパターンは、１つまたは複数の制御可能な変数（例えばＭＳＥ）に対応するので、プロセッサは、エネルギ印加区域内で異なるフィールドパターンを達成するためにＭＳＥを変えるように構成することができる。
【００７６】
例えば、図１に示すように、例示的プロセッサ３０は、電源１２、変調器１４、増幅器１６、放射素子１８など、供給源の様々なコンポーネントに電気的に結合することができる。プロセッサ３０は、これらのコンポーネントの１つまたは複数を調整する命令を実行するように構成することができる。例えば、プロセッサ３０は、電源１２が供給する出力レベルを調整することができる。あるいは、または加えて、プロセッサ３０は、増幅器の中のトランジスタを切り替えることにより、増幅器１６の増幅度を調整することができる。あるいは、または加えて、プロセッサ３０は、増幅器が所望の波形を出力するように、増幅器１６のパルス幅変調制御を行うことができる。プロセッサ３０は、変調器１４によって実行される変調を調整することができる。別の例では、プロセッサ３０は、各放射素子１８の位置、向き、および構成の少なくとも１つを電気機械装置などにより代わりに、または追加で調整することができる。そのような電気機械装置は、１つまたは複数の放射素子１８の向きまたは位置を回転させ、旋回させ、移動し、スライドし、もしくは他の方法で変えるための、モーターまたは他の可動構造を含むことができる。プロセッサ３０は、エネルギ印加区域内のフィールドパターンを変えるために、区域内に位置する任意のフィールド調節要素を調整するようにさらに構成することができる。例えば、フィールド調節要素は、放射素子からの電磁エネルギを選択的に方向付けるように構成することができ、または送信機として働く放射素子を、受信機として働く他の放射素子に、結合を減らすために同時に適合させるように構成することができる。あるいは、または加えて、プロセッサ３０は、放射素子の間でエネルギを選択的に分散させることができ、かつ／または利用可能な放射素子のサブセットだけを選択的に使用してもよい。
【００７７】
プロセッサは、所定の方式に従い、供給源の１つまたは複数のコンポーネントおよびコンポーネントに関連するパラメータを調整することができる。例えば、位相変調器を使用する場合、一連の期間のそれぞれについて交流波形の位相が数度（例えば１０度）増加するように、放射素子が発する交流波形に対して所定の時間遅延シーケンスを実行するよう位相変調器を制御することができる。あるいは、または加えて、プロセッサは、エネルギ印加区域からのフィードバックに基づいて、変調を動的におよび／または適応的に調整することができる。例えば、プロセッサ３０は、空洞２０から受けた電磁エネルギ量を示すアナログまたはデジタルフィードバック信号を検出器４０から受け取るように構成することができ、プロセッサ３０は、受け取ったフィードバック信号に基づいて次の期間のための位相変調器における時間遅延を動的に決定することができる。
【００７８】
プロセッサは、エネルギ印加区域に供給される少なくとも１つの電磁波の周波数を変えるために、周波数変調器を調整するように構成することもできる。そのような周波数変調器は、交流波形の周波数を調節するように構成することができる。例として、この周波数変調器は、図５Ａに概略的に示す発振器２２などの半導体発振器とすることができ、所定の周波数で振動する交流波形を発生させるように構成することができる。所定の周波数は、入力される電圧、電流、または他のアナログもしくはデジタル信号に関連することができる。例えば、電圧制御発振器は、入力電圧に比例する周波数で波形を発生させるように構成することができる。
【００７９】
一部の実施形態に合致して、プロセッサ３０は、経時変化する周波数の交流波形を発生させるために、発振器２２を調整するように構成することができる。交流信号は増幅器２４によって増幅することができ、アンテナ３２および３４に空洞２０内で周波数変調電磁波を励起させることができる。
【００８０】
プロセッサ３０は、所定の周波数帯域内の様々な周波数で振動する交流波形を逐次的に発生させるために、発振器２２を調整するように構成することができる。この逐次プロセスは、「周波数掃引」と呼ぶことができる。より一般的には、プロセッサ３０は、様々なＭＳＥで、例えば様々な周波数、位相、振幅、および／または放射素子の選択で波形を逐次的に発生させるために、供給源を調整するように構成することができる。そのような逐次プロセスは「ＭＳＥ掃引」と呼ぶことができる。逐次的に掃引されるＭＳＥは、必ずしも互いに関係しなくてもよい。むしろ、それらのＭＳＥ変数はＭＳＥごとに著しく異なることができる（または論理的に関連していてもよい）。一部の実施形態では、ＭＳＥ変数が、ことによるとそれらの間に論理関係がほとんどまたは全くない状態で、ＭＳＥごとに著しく異なり得るが、全体として、作業ＭＳＥのグループは所望のエネルギ印加目標を達成することができる。
【００８１】
周波数掃引では、各周波数が供給方式（例えば諸要素およびそれらの設定の特定の組合せである、特定のＭＳＥ）に関連し得る。一部の実施形態では、プロセッサ３０は、検出器４０によって与えられるフィードバック信号に基づいて、周波数帯域から１つまたは複数の周波数を選択し、選択したそれらの周波数において交流波形を逐次的に発生させるように発振器２２を調整するよう構成することができる。
【００８２】
あるいは、または加えて、プロセッサ３０は、アンテナ３２および３４によって送出されるエネルギ量をフィードバック信号に基づいて調節するために、増幅器２４を調整するように構成することができる。一部の実施形態に合致して、検出器４０は、特定の周波数でエネルギ印加区域から反射されるエネルギ量を検出することができ、反射されるエネルギが大きい場合、その周波数において加えるエネルギ量を大きくするようにプロセッサ３０を構成することができる。つまり、プロセッサ３０は、反射されるエネルギが特定の周波数で大きい場合、その周波数のエネルギをより長期にわたり１つまたは複数のアンテナに印加させるように構成することができる。あるいは、プロセッサ３０は、反射されるエネルギが特定の周波数で小さい場合、その周波数のエネルギをより長期にわたり１つまたは複数のアンテナに印加させるように構成することができる。例えば、比較的低い吸収特性を有する対象物（例えば氷）があることを、測定した反射エネルギが示す場合、その周波数でより多くのエネルギを加えることが望ましい場合がある。反射エネルギ量と印加エネルギ量との間の他の関係も使用することができる。
【００８３】
図５Ｂに示すように、本発明の一部の実施形態は、異なる周波数の交流波形を発生させるために、発振器２２や２６など、複数の発振器を含むことができる。別々にもたらされるこれらの交流波形は、増幅器２４および２８のそれぞれによって増幅することができる。その結果、空洞２０に２つの異なる周波数の電磁波をいつでもアンテナ３２および３４に同時に加えさせることができる。これらの２つの周波数のそれぞれは経時変化してもよい。図５Ｂには専ら例示目的で２つの発振器を示すが、３つ以上の発振器（および／または３つ以上の増幅器、および／または３つ以上のアンテナ）を使用できると考えられる。
【００８４】
プロセッサは、エネルギ印加区域に供給される２つの電磁波間の位相差を変えるために、位相変調器を調整するように構成することができる。例として、位相変調器は、図６に示す移相器５４などの移相器を含むことができる。移相器５４は、空洞２０内で交流波形の時間遅延を制御可能な方法で引き起こし、交流波形の位相を０−３６０度の間で遅らせるように構成することができる。移相器５４は、連続可変の移相または時間遅延をもたらすように構成されるアナログ移相器を含むことができ、または１組の離散的な移相もしくは時間遅延をもたらすように構成されるデジタル移相器を含むことができる。
【００８５】
図６に示すような一部の実施形態に合致して、発振器２２が発生させた交流信号を２つの交流信号（例えば分割信号）に分けるために、分配器５２を設けることができる。プロセッサ３０は、２つの分割信号間の位相差が時間とともに変化し得るよう、様々な時間遅延を逐次的に引き起こすために、移相器５４を調整するように構成することができる。この逐次プロセスは、「位相掃引」と呼ぶことができる。
【００８６】
プロセッサは、エネルギ印加区域に供給される少なくとも１つの電磁波の振幅を変えるために、振幅変調器を調整するように構成することができる。例として、振幅変調器は、別の変調信号を使って搬送波の振幅を調整するように構成される、図７Ａに示すミキサ４２などのミキサ回路を含むことができる。変調信号（例えばミキサ４２の出力）は、増幅器４４によって増幅することができる。
【００８７】
一部の実施形態に合致して、振幅変調器は、図７Ｂに示す移相器５４および５６など、１つまたは複数の移相器を含むことができる。振幅変調は、２つ以上の移相電磁波を組み合わせることによって実施することができる。例えば、分配器５２は、発振器２２が発生させた交流信号を、正弦波ｃｏｓ［φｔ］などの２つの交流信号に分けることができる。それらの信号は単一の信号から分割されるので、分割された２つの交流信号は、ほぼ同じ周波数を共有することができる。分割された一方の交流信号は、移相器５４により位相αにわたってシフトすることができ、これによりこの交流信号はｃｏｓ［φｔ＋α］となる。分割された他方の交流信号は、移相器５６により位相−α（すなわち３６０°−α）にわたってシフトすることができ、これによりこの交流信号はｃｏｓ［φｔ−α］となる。
【００８８】
図７Ｂに示すように、移相交流信号は増幅器２４および２８のそれぞれによって増幅することができ、このようにして、共有の交流波形を有する電磁波をアンテナ３２および３４に励起させることができる。アンテナによって励起される２つの電磁波を組み合わせて、三角関数の公式ｃｏｓ［φｔ−α］＋ｃｏｓ［φｔ＋α］＝２ｃｏｓ（α）ｃｏｓ（φｔ）による振幅変調波を形成するように、アンテナ３２および３４を所定の位置に配置することができる。
【００８９】
解説を簡単にするために、図５Ａ−図５Ｂ、図６、および図７Ａ−図７Ｂは、周波数変調、位相変調、および振幅変調を変えるための回路を個別に示すが、複数の組合せを使用可能にすることにより、より大きい変調空間を提供するために、これらの回路のコンポーネントを組み合わせてもよいと考えられる。さらに、多くの放射素子を使用することができ、放射素子を選択的に使用することにより、異なる波形を達成することができる。専ら例として、３つの放射素子Ａ、Ｂ、およびＣを有する装置では、振幅変調を放射素子ＡおよびＢを使って行うことができ、位相変調を放射素子ＢおよびＣを使って行うことができ、周波数変調を放射素子ＡおよびＣを使って行うことができる。任意選択的に、どんな変調も（例えばそれぞれが異なる位相、および／または異なる振幅、および／または異なる周波数を有する）放射素子の任意の組合せを使って行うことができる。あるいは、振幅を一定に保つことができ、放射素子を切り替えることによって場の変化を引き起こすことができる。さらに、放射素子３２および３４は、これらの放射素子の位置または向きを変えさせ、それによりフィールドパターンの変化をもたらす装置を含むことができる。組合せは事実上無限にあり、本発明は、ある特定の組合せに限定されず、むしろ変調空間（ＭＳ）内のパラメータの１つまたは複数を変えることによりＭＳＥを変えることで、フィールドパターンを変えることができるという考えを反映する。
【００９０】
先に論じたように、プロセッサは、ＭＳＥを変え、したがって加えられるフィールドパターンを変える変数を調整することにより、対象物に加える複数の電磁場パターンをもたらす役割を果たすことができる。例えば、フィールドパターンは、選択されたＭＳＥに基づいて予測することができる。この予測は、試験、シミュレーション、および／または解析計算の結果として可能であり得る。結果として生じる予測可能性は、所望のエネルギ印加プロファイルを達成するために１組のＭＳＥを選択できるようにする。
【００９１】
試験による手法を使用し、センサ（例えば小さなアンテナ）をエネルギ印加区域内に配置して、所与のＭＳＥに由来するフィールド分布を測定することができる。次いで、その分布を、例えばルックアップテーブル内に記憶することができる。
【００９２】
シミュレート手法では、ＭＳＥを仮想的な方法で検査できるように、仮想モデルを構築することができる。例えば、エネルギ印加区域のシミュレーションモデルは、コンピュータに入力される１組のＭＳＥに基づいてコンピュータ内で実行することができる。エネルギ印加区域内のフィールド分布を数値的に計算するために、ＣＳＴやＨＦＳＳなどのシミュレーションエンジンを使用することができる。このようにして、ＭＳＥと結果として生じるフィールドパターンとの間の相関関係を確立することができる。このシミュレート手法は、前もって十分に行い、分かった組合せをルックアップテーブル内に記憶することができ、またはこのシミュレーションは、エネルギ印加操作中にまたはエネルギ印加操作に関連して必要に応じて行うことができる。
【００９３】
同様に、試験およびシミュレーションの代替策として、選択されたＭＳＥの組合せに基づくフィールドパターンを予測するために、解析モデルに基づいて計算を行ってもよい。例えば、既知の寸法を有するエネルギ印加区域の形状を所与として、所与のＭＳＥに対応する何らかの基本フィールドパターンを解析的方程式から計算するように、少なくとも１個のプロセッサを構成することができる。次いで、これらの基本フィールドパターン（例えば「モード」またはモードの組合せ）を使用して、先に定義したエネルギ送出方式を構築することができる。シミュレート手法と同様に、この解析的手法は、前もって十分に行い、分かった組合せをルックアップテーブル内に記憶することができ、またはエネルギ印加操作中に、もしくはその直前に必要に応じて行うことができる。
【００９４】
一部の実施形態に合致して、フィールドパターンの計算は、対象物の存在を考慮することなしに行うことができる。これは、エネルギ印加区域内の対象物の存在が区域内のフィールドパターンの強度分布を実質的に変えないという想定に基づき得る（「ボルン近似」として知られる）。ボルン近似は、エネルギを加える前に対象物の位置、大きさ、および電磁特性が未知の場合にとりわけ有用であり得る。対象物の特性があらかじめ分かっている場合、対象物を考慮してフィールドパターンの計算を行ってもよい。装填物が全エネルギ印加区域を満たし、誘電的に均質である場合、フィールドの計算またはシミュレーションは比較的簡単であり得る。
【００９５】
装填物がエネルギ印加区域の少なくとも９０％を満たす場合、装填物がほぼ全エネルギ印加区域を満たしているとみなすことができる。一部の実施形態では、いくらかの除外空間を除き、例えば放射素子（例えばＲＦ供給部）、検出器、温度計、または装置の動作に有用であり得る他の機器を含む空間を除き、装填物が全区域を満たすことができる。ほぼ満たされたエネルギ印加区域内には、例えば空洞の角において、対象物で満たされていない多少の周縁部の空間があってもよい。
【００９６】
均質の装填物の一例は、誘電体境界がないものである。誘電体境界とは、それぞれが著しく異なる誘電率（εｒ）を有する２つの領域を分ける線または面である。それらの領域それぞれの特有の大きさは、真空内の少なくとも約一波長程度であり得る。損失係数の差は、例えば差が約１０％のものである場合に有意とみなすことができる。均質の装填物の一例は水塊である。水塊の異なる部分が、例えば不均一の加熱が原因で異なる温度にある場合、それらの異なる部分の誘電率は異なり得ることを指摘しておく。ただし、この差が１０％を超える場合、その水塊は不均質とみなすことができる。
【００９７】
水中油の（または他の任意の２つの物質の）懸濁液は、油滴（または他の懸濁媒体の粒子）が、真空内の適用ＭＳＥの波長より小さいことを条件に均質とみなすことができる。これは、油と水の誘電率における大きな差にもかかわらず当てはまり得る。
【００９８】
モードの計算またはシミュレーションが簡単であり得る別の事例は、可分装填物の場合である。可分装填物とは、均質物質の少なくとも１つの完全な層を含む装填物である。均質性およびほぼ満たすことの概念は、上記で説明したように理解することができる。各層は、空洞壁および可分空洞内の２つの平行な断面によって境界をつけることができる。可分空洞とは、その中で励起される電場Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）を、ｘ、ｙ平面におけるフィールドとｚ方向におけるフィールドとの積、すなわちＥ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｅ（ｘ，ｙ）＊Ｅ（ｚ）として表すことができる空洞である。可分空洞には、例えば長方形の箱、円筒、直角三角形の底を有する角柱、または分割された円筒の形を有する空洞が含まれる。可分装填物の一例は、例えば層状のケーキとすることができ、各層は均質であり、ケーキの周縁部において空洞壁に接触する。
【００９９】
それらのパターンをもたらすＭＳＥに対応するフィールドパターンを記録することに加え、プロセッサは、エネルギ印加区域内の空間的位置に対応する、各フィールドパターンのフィールド分布を記録するようにさらに構成することができる。フィールドパターンは、イメージング技法を使用して視覚化しても、デジタルデータとしてコンピュータ内に記憶してもよい。これらの記録は、プロセッサが損失プロファイルを求める基盤としての入力として有用であり得る。以下で論じるように、損失プロファイルの決定は、ときには離散化によって容易にされる場合がある。
【０１００】
特定のアドレスにフィールドパターンを空間的にマップ可能にする一意のアドレスを、離散化される各小領域に関連付けるようにエネルギ印加区域は離散化することができる。図８Ａ−図８Ｃおよび図９は、離散化されたエネルギ印加区域の例を示す。離散化という用語は、例えば分割、分離、または区分化と呼ぶこともできる。
【０１０１】
エネルギ印加区域の小領域への離散化は、あらかじめ定めることができる。ある事例では、プロセッサは、例えばルックアップテーブル、メモリ内に記憶された情報、またはプロセッサ内で符号化された情報により、所定の離散化情報を取得することができる。あるいは離散化は、例えば図１に示す少なくとも１個のプロセッサ３０を使用して動的に行うことができる。例えば、区域の既知の寸法をプロセッサに与えると、プロセッサは、規則的または不ぞろいの分割パターンを体積上にオーバーレイし、区域を小領域に分割し、アドレスを各小領域に割り当てることができる。
【０１０２】
離散化方式は、これだけに限定されないが、所望の分解能、損失プロファイルの特性、および使用可能なフィールドパターンが含まれる多くの要素によって決まり得る。各領域は、規則的な形または不ぞろいの形のものとすることができる。例えば３Ｄの場合、領域は、図８Ａに示すように規則的な立方体または長方形であり得る。この事例では、区域の大きさ（例えば体積）がＳＬであり、所望の分解能が、少なくとも１００個の領域を対象物が含むことを要求し得る場合、各領域の平均的大きさは、例えばＳＬ／１００とすることができる。あるいはこの領域は、特定のニーズに応じてどんな不ぞろいの形でもよい。例えば、図８Ｂに示すように、エネルギ印加区域をある程度無作為な領域に分割することができる。一部の実施形態では、この分割は、区域内の対象物の位置および／または区域に加える特定のフィールドパターンの特性を考慮に入れることで行ってもよい。
【０１０３】
対象物またはエネルギ印加区域の特定の位置では、分割領域の大きさが他の位置よりも小さい場合がある。すなわち、領域の密度は、対象物またはエネルギ印加区域の全体にわたって異なることができる。例えば、分割方式は、エネルギを印加する対象である、エネルギ印加区域内の対象物の一部に領域が一致するかどうかに応じて、その領域が、対象物のどの部分も位置しない区域の領域に一致するかどうか、またはエネルギを印加する対象ではない対象物の一部を含む領域に一致するかどうかに応じて変わり得る（後者の２つの領域のそれぞれは「空所区域」と名付けることができる）。場合によっては、対象物のターゲット部分は、対象物全体を含み得る。場合によっては、区域の非占有部分を空所区域の一部として扱うことができる。例示的方式によれば、空所区域全体を単一の領域として扱うことができる。別の例示的方式では、空所区域を、対象物内部のターゲット部分と同様の方法で複数の領域に分割することができる。この場合、対象物の空間占有または対象物のターゲット部分の空間的位置にかかわらず、分割はエネルギ印加区域全体の中で行うことができる。あるいは、対象物のターゲット部分が占有する区域および空所区域について分割を別々に行ってもよい。さらに別の例では、空所区域を対象物のターゲット部分と異なる方法で複数の領域に分割することができる。例えば、図８Ｃに示すように、空所区域内の領域の平均的大きさは、対象物のターゲット部分内の領域の平均的大きさよりも大きい場合がある。すなわち、空所区域内の領域の密度は、対象物（例えば対象物５０）のターゲット部分内の領域の密度よりも低い場合がある。図８Ａ−図８Ｃの図は、専ら例示的である。本発明の範囲内で無数の離散化方式が考えられる。
【０１０４】
離散化は、対象物が占有するエリア内だけで行うことができ、またはエネルギ印加区域全体を離散化してもよい。離散化されたエネルギ印加区域８１０の一例について、図９に関して以下で解説する。図９では、エネルギ印加区域８１０は、それぞれがほぼ同じ真四角の形を有する複数の領域に分割することができる。ただし、以下に記載する方法は、区域８１０を不ぞろいの形および／または不ぞろいの大きさの領域に分割する離散化に応用してもよいと考えられる。これらの領域は、左上角から右下角に１，２，３，．．．，Ｎｄとラベル付けすることができる。対象物８３０は、複数の領域、例えば領域ＲａおよびＲｂを含むことができる。この例では、１組の被選択ＭＳＥを［θ１，θ２，．．．θＮｍ］で表せると仮定することができる。先に論じたように、各ＭＳＥは、エネルギ印加区域（例えば区域８１０）内の既知のフィールドパターンに対応することができる。エネルギ印加区域はＮｄ個の領域に離散化されているので、各ＭＳＥθｊについて、対応する既知のフィールドパターンを、一連の局所的電場強度［Ｉ１ｊ，Ｉ２ｊ，Ｉ３ｊ，．．．，ＩＮｄｊ］によって表すことができる。区域の特定の領域における電場強度は、その領域における電場振幅の２乗に比例する。適用する全てのＭＳＥについて、フィールドパターンを以下のように行列形式で集合的に書くことができる。
［Ｉ１１，Ｉ２１，Ｉ３１，．．．，ＩＮｄ１；
Ｉ１２，Ｉ２２，Ｉ３２，．．．，ＩＮｄ２；
．．．
Ｉ１Ｎｍ，Ｉ２Ｎｍ，Ｉ３Ｎｍ，．．．，ＩＮｄＮｍ］
【０１０５】
Ｉ行列と呼ぶこの行列は、ＭＳＥおよび離散化を決定した後で求めてもよい。
【０１０６】
一部の実施形態では、（例えば異なるエネルギ量を加える）様々な領域の分解能、および／または区域を離散化する分解能（例えば区域を複数の領域に分割することによる）は、加えるＥＭエネルギの波長のほんの一部、例えばλ／１０、λ／５、λ／２程度であり得る。例えば、９００ＭＨｚでは、空中（ε＝１）の対応する波長（λ）は３３．３ｃｍであり、分解能は３ｃｍ程度、例えば（３ｃｍ）３または１（ｍｍ）３の分解能であり得る。例えば水中では、波長は同じ周波数（９００ＭＨｚ）において約９分の１の長さであり、したがって分解能は０．３３ｃｍ程度、例えば（０．３３ｃｍ）３であり得る。例えば肉では、９００ＭＨｚの周波数に対応する波長は、空中の約７分の１であり、分解能は０．４ｃｍ程度、例えば（０．４ｃｍ）３であり得る。より高い周波数を使用することで、より高い分解能を可能にすることができる。例えば他の周波数では、分解能は、０．１ｃｍ、０．０５ｃｍ、０．０１ｃｍ、５ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ程度またはそれ未満であり得る。
【０１０７】
複数のフィールドパターンのそれぞれについて、プロセッサは、エネルギ印加区域内で散逸される出力量を求めるように構成することができる。エネルギ印加区域内で散逸される出力量は、区域内の任意のエネルギ吸収媒体によって吸収される出力量とすることができ、直接または間接的に測定することができる。直接測定の一例として、区域内の様々な位置に温度センサを配置することができ、温度上昇に基づいて出力量を推定することができる。間接的測定の一例として、エネルギ印加区域内で散逸される出力量は、放射素子（例えば放射素子１８）からの入射出力を考慮に入れ、放射素子の少なくとも１つの中に跳ね返される出力および／または伝達される出力を求めることによって測定することができる。この反射／伝達出力は、受信機として機能する放射素子１８が受け取り、検出器４０が検出することができる（例えば図１、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａおよび図７Ｂを参照されたい）。散逸される出力量は、入射出力と反射出力（および任意選択的にで伝達出力）との差として求めることができる。
【０１０８】
エネルギ印加区域内で散逸される求めた出力量は、エネルギ印加区域内で散逸される総出力であり得る。例えば、この出力量は、区域内の対象物、区域の壁、および／または区域内の他の任意のエネルギ吸収媒体によって吸収される総出力を含み得る。この出力量は、例えばＰＤｌ−ＰＲｆとして求めることができ、ただしＰＤｌは、エネルギ印加区域内に加えられる総出力（入射出力）であり、ＰＲｆは、エネルギ印加区域から反射される総出力および／または放射していない放射素子内に伝達される総出力である。
【０１０９】
一部の実施形態では、プロセッサは、エネルギ印加区域の所定の部分内で散逸される出力量だけを求めるように構成することができる。例えば、プロセッサは、エネルギ印加区域の所定の部分だけを覆う、高強度フィールドエリア（ホットスポット）を有する選択フィールドパターンを適用する場合がある。その場合、エネルギ印加区域の他の部分は低強度フィールドエリア（コールドスポット）で覆われ、ほんの僅かな出力量しか吸収できないので、エネルギ印加区域内で散逸される求めた出力は概ね所定の部分内で散逸され得る。
【０１１０】
所定の部分は、エネルギ印加区域内の対象物の１つまたは複数の部分を含むことができる。一部の実施形態では、対象物の位置が分かっている場合、プロセッサは、エネルギを加えることが望まれる対象物または対象物の一部の位置と位置合わせされた高強度フィールドエリアを有するフィールドパターンを選択するように構成することができる。その結果、求めた出力量は概ね対象物の所望のエリア内で散逸され得る。
【０１１１】
一部の実施形態では、プロセッサは、対象物内で散逸される出力と他の場所で散逸される出力とを区別し、その情報を複数のフィールドパターンのそれぞれに関連させるように構成することができる。一部の事例では、プロセッサは、先に記載したように区域内で散逸される総出力を最初に求め、その求めた量を、対象物内で散逸される出力量と他の場所で散逸される出力量とに区別することができる。
【０１１２】
プロセッサは、エネルギ印加区域の構造（例えば空洞壁）に関連する損失値を使用して区別を行うことができる。一部の実施形態では、プロセッサは、フィールドパターンの強度分布および壁に関連する損失値に基づき、区域の壁の中で散逸される出力量を計算することができる。この計算は、ボルン近似に基づくことができる。他の一部の実施形態では、プロセッサは、他の場所で散逸される出力量を測定することにより区別を行ってもよい。この場合もやはり、この手法もボルン近似を使用するものであり得る。
【０１１３】
一部の実施形態では、印加したフィールドパターンの全体について求めた出力量を、ベクトルとして記憶することができる。例えば、適用する１組のＭＳＥを［θ１，θ２，．．．θＮｍ］で表すことができ、適用する各ＭＳＥ（θｊ）について散逸される出力量をＰｊで表すことができると仮定し、１組のＭＳＥについて散逸される出力量は、ベクトル［Ｐ１，Ｐ２，．．．ＰＮｍ］を形成することができる。一部の実施形態に合致して、散逸出力のベクトルは、あらかじめ求め、エネルギを加える前に少なくとも１個のプロセッサのメモリ内にプログラムすることができる。散逸出力のベクトルは、例えば同様の対象物（例えば同様の大きさ、形、および組成のピザ）をオーブン内で何度も繰り返し加熱する場合、あらかじめ求めることができる。一部の実施形態では、散逸出力のベクトルがあらかじめ求められている場合、その所定のベクトルに基づいて損失プロファイルを計算し、エネルギを加える前に少なくとも１個のプロセッサのメモリ内にプログラムすることができる。あるいは、散逸出力のベクトルは、エネルギ印加中に動的に求め、記憶することができる。一部の実施形態では、散逸出力のベクトルをデフォルト値としてあらかじめプログラムすることができ、そのベクトルをエネルギ印加中に、例えば利用者の要求に応じて動的に更新することができる。
【０１１４】
一部の実施形態では、プロセッサは、複数のフィールドパターンをエネルギ印加区域に適用する場合に散逸される出力量に基づき、対象物の少なくとも一部にわたるエネルギ吸収特性の空間的分布を求めるように構成することができる。例えば、少なくとも１個のプロセッサは、対象物内の吸収性（ａｂｓｏｒｂａｂｌｅ）電磁エネルギのインジケータの分布を計算することにより、エネルギ吸収特性の分布を求めるように構成することができる。対象物の体積全体にわたるエネルギ吸収能力を、「損失プロファイル」として表すことができる。「損失」という用語には、電磁エネルギを発した放射素子に跳ね返されない、または別の放射素子に伝達されない任意の電磁エネルギが含まれ得る。「損失」という用語は、対象物の中で熱に変換される電気エネルギを指すことができる、誘電損失も指すことができる。後でより詳しく解説するように、パターン、イメージ、分布等と呼ぶこともできるプロファイルという用語には、例えばエネルギ印加区域内の損失の任意の空間的分布が含まれ得る。
【０１１５】
吸収性電磁エネルギのインジケータは、吸収率、損失値、またはエネルギ吸収特性と呼ぶこともでき、対象物内で吸収できるエネルギを示すどんな値（例えば加える電磁エネルギに対する、エネルギ印加区域内の媒体の誘電反応を示す任意の値）を含んでもよい。吸収率の例には、（εσ’’と称することができる）イオン伝導による電磁損失、（εｄ’’と称することができる）双極子回転による電磁損失、および／またはこれらのもしくは他の損失成分の組合せが含まれる。一部の実施形態では、吸収率は例えば
ε’’＝εｄ’’＋εσ’’＝εｄ’’＋σ’／（ωε０）
によって特徴付けることができる総損失ε’’の場合があり、ただしσ’は導電率であり、ωは印加ＥＭ波の角周波数であり、ε０は自由空間または真空の誘電率である。以下、総損失ε’’（本明細書では「損失パラメータ」とも呼ぶ）を「σ」によって示す場合がある。ただし本明細書で使用するとき、「損失」という用語は、あらゆる種類の吸収率を包含するよう広く使用する。例として、電磁エネルギを吸収する対象物がエネルギ印加区域内に位置する場合、損失は、その対象物の電磁エネルギ吸収能力に相当することができる。
【０１１６】
一部の実施形態では、吸収率は、電場に対する損失のある反応と損失のない反応との比率として、
ｔａｎ（δ）＝ε’’／ε’＝［εｄ’’＋σ’／（ωε０）］／ε’
のように定めることができる「損失係数」とすることができ、ただしεは誘電率である。損失が小さい誘電体では、ｔａｎ（δ）＜＜１であり、よってｔａｎ（δ）をδで近似することができる。これにより、１つまたは複数の方程式を解くのを容易にすることができる。
【０１１７】
先に簡潔に述べたように、損失は、そのプロファイル（例えば損失プロファイル）の観点から特徴付けることができる。損失プロファイルは、空間内の位置に応じた任意の吸収率の表現とすることができる。例えば、損失プロファイルは、異なるｔａｎδ（またはε’’、もしくは他の任意の吸収率）のエリアを異なる色で示すマップとすることができる。別の例では、損失プロファイルは行列とすることができ、各セルはエネルギ印加区域内のボクセル（ｖｏｌｕｍｅ  ｃｅｌｌ）を表し、行列セル内の値は、ボクセル内における媒体を特徴付ける吸収率の値である。損失プロファイルは、エネルギ印加区域内のエネルギ損失の分布に関する情報を伝えるために様々な方法で表すことができる。損失プロファイルは、イメージング、解析学、値計算法、タブラチュア、またはエネルギ損失の分布もしくは部分的分布を反映可能な他の任意のメカニズムを使って表すことができる。一部の実施形態では、部分的分布は、必ずしも区域全体ではないが、エネルギ印加区域または対象物の１つまたは複数の部分（領域）についてのみ提示される損失プロファイルを指すことができる。
【０１１８】
解析的に表される場合、損失プロファイルは、例えば１つまたは複数の方程式によって書くことができる。例えば、そのような方程式は、時間、空間、出力、位相、周波数、またはＭＳの任意の変数が含まれるエネルギ損失と相関があり得る他の任意の変数のうちの１つまたは複数の関数として書くことができる。数値的に表される場合、損失プロファイルは、数または一連の数として表すことができる。表現方法にかかわらず、損失プロファイルは、デジタル形式および／またはアナログ形式で表すことができる。例えば損失プロファイルは、メモリ内に記憶され、プロセッサ内にロード可能なデジタルファイルとすることができる。
【０１１９】
少なくとも１個のプロセッサは、複数のフィールドパターンのそれぞれに関連する電磁場強度、および複数のフィールドパターンのそれぞれにおいてエネルギ印加区域内で散逸される出力に基づき、エネルギ吸収特性の分布を計算するように構成することができる。エネルギ吸収特性の分布の提示は、エネルギ印加区域に対して用いる離散化に依存し得る。
【０１２０】
エネルギ印加区域を離散化できるように、損失プロファイルも同様の方法で離散化し、離散化済みのエネルギ印加区域の小領域にマップすることができる。例えば、エネルギ印加区域８１０を、１，２，３，．．．，Ｎｄとラベル付けする複数の領域に分割する図９では、対象物８３０が、異なる損失パラメータσａおよびσｂを有する、領域ＲａおよびＲｂ内に２種類の物質を含み得る。対象物の外側だがエネルギ印加区域８１０の内側にある空所領域（例えば領域ＲＣ）は損失パラメータσＣを有し得る。一部の実施形態では、損失プロファイル８２０がプロセッサによって作成され得る。損失プロファイル８２０は、エネルギ印加区域８１０内の様々な領域を特徴付ける損失値を列挙することができる。例えば、領域ＲａおよびＲｂは、σａおよびσｂによって特徴付けられる実損失プロファイルに近い、吸収率σ’ａおよびσ’ｂのそれぞれによって特徴付けられる。この損失プロファイルを作成するために、プロセッサは、各領域（１からＮｄ）に未知の損失パラメータσｉ（ｉ＝１，２，３，．．．，Ｎｄ）を割り当てることができる。そのような離散化された損失プロファイル８２０は、分解能がＮｄによって特徴付けられる、実損失プロファイルの数値表現であり得る。例えば、Ｎｄがある所与の値よりも大きい場合、それに応じてエネルギ印加区域内には多数の領域がある可能性があり、各領域の大きさは、Ｎｄが前述の所与の値に等しい場合よりも小さい可能性がある。
【０１２１】
各ＭＳＥ（θｊ）について、出力損失Ｐｊ（時間単位当たりのエネルギ損失として定義することができる）は、１／２（σ１Ｉ１ｊ＋σ２Ｉ２ｊ＋．．．＋σＮｄＩＮｄｊ）＝Ｐｊのように局所的なフィールドパターンの強度Ｉｉｊに関係することができる。したがって、一部の実施形態では、少なくとも１個のプロセッサは、全てのＭＳＥについて以下の方程式
１／２σＩ＝Ｐ  方程式（１）
を構築するように構成することができ、ただしＰは散逸される出力量のベクトルであり、Ｉはフィールドパターン強度の行列であり、σは、未知の損失値のベクトルとして表す損失プロファイルである。
【０１２２】
一部の実施形態に合致して、少なくとも１個のプロセッサは、σを数学的に解くことができるよう、未知の損失プロファイルを解くようにさらに構成することができる。例えばσは、以下のように行列Ｉを反転させ、ベクトルＰを掛けることによって解くことができる。
σ＝２ＰＩ−１
【０１２３】
Ｉを反転させることは、方程式を解くための効率的な方法を構成し得るが、本発明に合致して他の数学的方法を使用してもよい。これらの他の方法には、例えば、ヤコビ法、ガウス・ザイデル法、逐次過緩和法などの様々な定常反復法や、共役勾配法（ＣＧ）、一般化最小残差法（ＧＭＲＥＳ）、双対共役勾配法（ＢｉＣＧ）などの様々なクリロフ部分空間法が含まれ得る。あるいは、例えば線形計画法や二次計画法を使い、例えば残差｜１／２σＩ−Ｐ｜を最小化する最適化法を用いて方程式を解いてもよい。反復法および最適化法は、直接Ｉを反転させることが困難な場合、またはＩを反転させることが解の大きな不正確さをもたらす可能性がある場合（例えば方程式系が数学的に不良条件、不良設定、および／または特異な場合）にとりわけ有用であり得る。
【０１２４】
先に記載したように、「損失」は、σ以外の吸収率によって表すこともできる。一部の実施形態では、これらの吸収率をσ’に基づいて計算することができる。例えば、損失係数をｔａｎ（δ）＝σ’／ωε’として求めることができる。
【０１２５】
一部の実施形態では、少なくとも１個のプロセッサは、エネルギ吸収特性の分布をルックアップテーブルとして記憶させるようにさらに構成することができる。タブラチュアで表される場合、損失プロファイルは、物理的空間とその空間内の特定の位置で吸収されるエネルギとの間の相関関係を含むテーブルの形態を呈することができる。例えば、ルックアップテーブルは、エネルギ印加区域の複数の領域とその対応する吸収率との間の関係を指示することができる。図１０Ａおよび図１０Ｂに、記憶された吸収率σおよびｔａｎ（δ）の例示的ルックアップテーブルを示す。各ルックアップテーブルの左欄に、エネルギ印加区域の離散化に応じた、区域内の領域（例えば体積）のラベルを列挙する。右欄には、各領域の対応するσまたはｔａｎ（δ）を列挙する。
【０１２６】
一部の実施形態では、少なくとも１個のプロセッサは、エネルギ印加区域の少なくとも一部におけるエネルギ吸収特性の分布の表示を、例えばイメージとしてもたらすようにさらに構成することができる。専ら例として、図９の右側に示すように、損失プロファイルを２Ｄ画像として表示することができる。任意のイメージング技法を使用することでイメージとして表す場合、損失プロファイルは、白黒画像、グレースケール画像、カラー画像、表面状態画像、体積画像、または他の任意のグラフィカル表現の形態を呈することができる。図９に示す２Ｄ画像は、解説を簡単にするために簡略化した例であることを理解すべきである。グラフィックの観点から言えば、損失プロファイルは、例えば一次元、二次元、三次元、および／または四次元のイメージとして表すことができ、４番目の次元は時間を指すことができる（例えば経時的な３Ｄ空間の損失プロファイルを表示することができる）。
【０１２７】
一部の実施形態では、少なくとも１個のプロセッサは、エネルギ吸収特性の分布に基づいて対象物の位置を求めるように構成することができる。例えば、求めた損失プロファイルσをエネルギ印加区域にマップすることができる。
【０１２８】
図９では、損失プロファイル８２０をエネルギ印加区域８１０にマップする。損失プロファイル８２０は、エネルギ印加区域８１０内の損失（σ）の空間的分布を反映することができる。例えば、損失プロファイルは、エネルギ印加区域８１０内に位置する対象物８３０のエネルギ吸収特性を反映することができる。対象物の領域は、通常、空所領域のエネルギ吸収特性とは異なるエネルギ吸収特性に関連するので、プロセッサは、損失プロファイル８２０に基づいて対象物８３０の位置を求めることができる。例えば、プロセッサは、エネルギ印加区域８１０に対する対象物８３０の座標を求めることができる。
【０１２９】
一部の実施形態では、少なくとも１個のプロセッサは、複数のフィールドパターンのそれぞれに由来する、既知の高強度フィールド（ホットスポット）の位置に基づいて対象物の位置を求めるように構成することができる。先に記載したように、フィールドパターンは、試験、シミュレーション、または解析計算により、適用するＭＳＥに基づいて求め、または予測することができる。予測は、例えばエネルギ印加中にオンラインで行うことができ、または例えばエネルギ印加サイクルが始まる前に事前に行うことができる。予測は、例えばルックアップテーブル内に保存し、本発明の諸実施形態による運転中にプロセッサがそれらの予測を使用できるようにすることができる。フィールドパターンは、エネルギ印加区域内に１つまたは複数の高強度フィールドエリアをもたらすことができ、それらのエリアではフィールド強度および／または損失が高い。本明細書で使用するとき、「高強度フィールドエリア」および「ホットスポット」という用語は、電磁場強度が周囲の領域よりも大幅に高い領域を指す。すなわちこれらの用語は、電磁出力が集中し、その結果、電磁波から対象物への電磁エネルギ伝達が、同様の吸収率の周囲のエリアよりも効果的である領域を指す。同様に、「コールドスポット」または低強度フィールドエリアは、電磁場強度が周囲の領域よりも大幅に低い領域を指す。したがって、吸収率が同様であることを条件に、電磁エネルギ伝達は、高強度フィールドエリアよりも低強度フィールドエリアにおいて有効性が低い。
【０１３０】
一部の実施形態に合致して、プロセッサは、各フィールドパターン内の各ホットスポットの座標を知ることができ、またはそうした座標であらかじめプログラムすることができる。これは、先に論じたように、ＭＳＥが予測可能な高強度フィールドエリアを有する予測可能なパターンをもたらすので達成可能である。ホットスポットの座標は、ホットスポットの位置および大きさを示すことができる。
【０１３１】
先に記載したように、プロセッサは、特定のフィールドパターンにおけるエネルギ吸収に関連するフィードバックを検出器が受け取ったという指示を受け取るように構成することができる。プロセッサは、対象物がその特定のフィールドパターンに対応する高強度フィールドエリアのうちの１つの中に位置していることを突き止めるようにさらに構成することができる。エネルギ印加区域に適用するフィールドパターンが多ければ多いほど、プロセッサは、エネルギ印加区域内の対象物の位置および吸収特性に関するますます多くの情報を得ることができる。様々なＭＳＥを使った一連のそのような測定にわたり、プロセッサは、空間内の対象物の位置および／またはエネルギ印加区域内の吸収特性の空間的分布を絞り込むことができる。
【０１３２】
一例として、図３Ｃは、エネルギ印加区域２０内に２つの高強度フィールドエリア８４を有するフィールドパターンを示す。エネルギ印加区域２０内の高強度フィールドエリア８４以外のエリアは、低強度フィールドエリアまたはコールドスポットと呼ぶことができる。図３Ｃに示すフィールドパターンはあらかじめ決めることができ、その結果、２つのホットスポット８４の位置を事前に知ることができる。対象物８２は、エネルギ印加区域２０内に位置することができ、電磁エネルギを吸収する能力があり得る。先に記載したように、プロセッサは、エネルギ印加区域２０内で散逸される出力量など、エネルギ吸収を示すフィードバック情報を検出器から受け取るように構成することができる。少なくとも１つのホットスポットが対象物の位置に一致する場合、エネルギ印加区域内で吸収されるエネルギ量は、ホットスポットが対象物の位置に一致しない場合よりもかなり大きい可能性がある。したがって、プロセッサは、対象物８２がホットスポット８４の少なくとも１つに一致し、そのためホットスポットの少なくとも１つのエリア内に位置していることを突き止めることができる。
【０１３３】
図３Ｄは、２つのホットスポット８６を有するフィールドパターンを示し、そのうちの１つは、対象物８２が位置するエネルギ印加区域２０内のエリアに一致する。したがって、プロセッサは、図３Ｄのフィールドパターンに関連するエネルギ吸収を示すフィードバック情報を受け取り、対象物８２の位置が、２つの水平な高強度フィールドエリア８６によって覆われるエリアの少なくとも１つの内側にあると判定するように構成することができる。したがって、図３Ｃおよび図３Ｄの両方に関連して得た位置情報を使用して、プロセッサは、対象物が図３Ｄに示す高強度フィールドエリア８４および８６の交差部分によって覆われるエリアとともにあることを求めることができ、図３Ｄでは破線が図３Ｃのフィールドパターン内の高強度フィールドエリア８４に対応する。さらなるフィールドパターンからフィードバックを同様の方法で受け取ることにより、プロセッサは、対象物８２の位置をより正確に絞り込むことができる。さらに多くのフィールドパターンを適用することにより、プロセッサは、対象物８２の大まかな形または正確な形でさえ求めることができる場合がある。とりわけ対象物の損失プロファイルが分かっている場合、フィードバック情報は対象物の識別情報のインジケータも提供することができ、プロセッサは、エネルギ印加区域から受け取ったフィードバック情報に基づいて対象物の位置および向きを識別するだけでよい。
【０１３４】
一部の実施形態では、プロセッサは、エネルギ吸収特性の分布に基づき、エネルギ印加区域の異なる部分に異なるエネルギ量を加えさせるようにさらに構成することができる。例えば、異なるエネルギ量は、（図９に示す）対象物８３０内の領域ＲａおよびＲｂに送出することができる。
【０１３５】
一部の実施形態では、エネルギ印加区域内のエネルギ吸収特性の分布に基づいて、異なるエネルギ量を決定することができる。つまり、対象物の体積全体にわたるエネルギ吸収能力が求められると、所望の目標を達成するために、エネルギを制御された方法でその対象物に加えることができる。例えば、目標が対象物の体積にわたりエネルギを均一に加えることである場合、プロセッサは、均一のエネルギ印加をもたらすＭＳＥの組合せを選ぶことができる。例えば、２つの領域によって吸収されるエネルギ量がほぼ同じであるように、より高い吸収率に関連する対象物の一部により少ないエネルギ量を加えることができ、より低い吸収率に関連する対象物の別の部分により多いエネルギ量を加えることができる。その一方で、不均一のエネルギ印加が望まれる場合、プロセッサは、フィールドパターンのそれぞれを使い、全体的なエネルギ吸収が、エネルギ吸収の所望の不均一性に対応するが達成されるようにエネルギ量を加えることができる。例えば、対象物の中の他の成分を加熱することなしに対象物の中の水を取り除くように、水からなる領域により多くのエネルギ量を加えることができる。より広くは、特定の物質を他の物質よりも強く処理するために、特定の物質からなる領域により多くのエネルギ量を加えることができる。
【０１３６】
プロセッサは、エネルギ印加区域に異なる所定量のエネルギを送出するために、供給源を調整するように構成することができる。例えば、先に論じたように、エネルギを分布させる方法は、制御可能な変数の数およびそれらの可能な設定（例えばＭＳＥ）の量の関数なので、プロセッサは、エネルギ印加区域内で異なるエネルギ分布を達成するためにＭＳＥを変えるように構成することができる。ＭＳＥを変え、所望のフィールドパターンを適用するために、図１、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａおよび図７Ｂに示す例示的装置を利用することができる。
【０１３７】
一部の実施形態では、エネルギ印加区域内の放射素子の配置に従って特定のモードを励起するために、放射素子を選択することができる。放射素子の位置は、所望のモードを効果的に励起するように、および／または不所望のモードを排除するように選択することができる。一部の実施形態のこの特徴および他の任意選択的な特徴を、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１３Ａおよび図１３Ｂに関して以下に説明する。
【０１３８】
モードを排除する概念を図１２Ａおよび図１２Ｂによって示すことができ、これらの図面は、空洞１８００内で励起可能な２つのモード１８０２および１８０６のＸ−Ｙ断面を示す。モード１８０２は、ＴＭ１１モードであり、モード１８０６は、ＴＭ２１モードである。モードＴＭ１１は、より低い遮断周波数ｆ１１以上のあらゆる周波数において励起可能とすることができ、ＴＭ２１は、より高い遮断周波数ｆ２１以上のあらゆる周波数において励起可能とすることができる。したがって、ｆ１１とｆ２１との間の中間周波数において、ＴＭ２１を励起することなしにＴＭ１１を励起することができるが、ＴＭ２１を励起できてＴＭ１１は励起できない周波数はない。したがって、ＴＭ２１を励起することなしにｆ２１よりも高い周波数でＴＭ１１を励起したい場合、ＴＭ２１を排除しなければならない可能性がある。本解説では、モードを排除することを、モードの励起を阻止する、または実質上減少させると言うことができる。
【０１３９】
一部の実施形態では、不所望のモードのヌルにまたはその近くに位置し、所望のモードの最大にまたはその近くに位置する放射素子を励起用に選択することにより、所望のモードを励起することができ、不所望のモードを同時に排除することができる。モードのヌルとは、モードのフィールド強度が永続的に（またはあらゆる位相において）ゼロであるエネルギ印加区域内の任意の位置であり、モードの最大とは、モードのフィールド強度があらゆる位相において（またはあらゆる時点において）全体的な最大値に達する任意の位置である。あるモードのヌルに配置される放射素子は（適用される周波数にかかわらず）そのモードを励起せず、ヌルの近くに配置される放射素子はそのモードを僅かにしか励起できない。例えば図１２Ｂでは、平面１８０３は、モードＴＭ２１のヌルポイントの集まりであり、したがって、この線に沿ったいかなる箇所に配置される放射素子も、ｆ２１よりも高い周波数においてでさえ、モードＴＭ２１を励起することはできない。ただし、（平面１８０３に沿う）線１８０９はモードＴＭ１１（１８０２）のヌルではないので、モード１８０２は線１８０９に位置する放射素子によって励起することができる。実際、放射素子は、モード１８０６を励起することなしに、平面１８０３上のどこにでも位置することができる。しかし、一部の実施形態では、放射素子をＸＹ平面内の位置において空洞の上底（および／または下底）に配置することができる。
【０１４０】
モードを排除するための別の方法は、排除しようとするモードの電場の振幅が逆符号のものである２つ以上の位置に配置される、２つ以上の放射素子を使用することを含むことができる。例えば、図１３Ａは、線１８０５に沿ったモード１８０６の電場の（正規化した）振幅を示す。図示のように、（平面１８０３上の点である）ｘ＝０．５のとき、フィールドはゼロであり、ｘ＝０．２５のときフィールドは＋１であり、ｘ＝０．７５のときフィールドは−１である。したがって一部の実施形態では、一方がｘ＝０．２５にあり、他方がｘ＝０．７５（またはフィールドが逆符号および等しい振幅を有する他の任意の２点）にある２つの放射素子を選択して、互いを打ち消し合うために同じ振幅および位相でＲＦ波を放射させ、それにより不所望のモードを排除することができる。２つの放射素子の位置におけるフィールドが逆符号および異なる絶対値を有する場合、例えば各放射素子の位置におけるフィールドと振幅との積の和がゼロであるようにそれらのフィールドの振幅が調整される場合、不所望のモードを排除するためにそれらは依然として使用することができる。上記の解説は、Ｘ軸に沿った様々な点に焦点を当てたが、様々なｙ値および／またはｚ値を有する点についても同様の考察が当てはまり得ることを指摘しておく。
【０１４１】
一部の実施形態では、２つのアンテナを介してエネルギを発することによって所望のモードを励起することができ、それらのアンテナは、互いに逆平行に方向付けられ、または互いに平行に方向付けられるが互いに１８０°位相がずれた波を発し、フィールドパターンが逆符号を有する箇所に位置する。同様に、一部の実施形態では、２つのアンテナを介してエネルギを発することによってモードを排除することができ、それらのアンテナは、互いに逆平行に方向付けられ、または互いに平行に方向付けられるが互いに１８０°位相がずれた波を発し、フィールドパターンが同じ符号を有する箇所に位置する。
【０１４２】
図１３Ｂは、線１８０５に沿ったモード１８０２の電場の（正規化した）振幅を示す。図示のように、ｘ＝０．５のときこのフィールドは最大であり、ｘ＝０．２５のときのフィールドは、ｘ＝０．７５のときのフィールドに（振幅および符号のいずれにおいても）等しい。したがって、同じ振幅および位相において発する、一方がｘ＝０．２５にあり、他方がｘ＝０．７５にある２つのアンテナがモード１８０２を励起する傾向にあり得る。しかし、互いに逆平行に方向付けられ、または互いに平行に方向付けられるが互いに１８０°位相がずれている２つのアンテナは、モード１８０２を排除することができる。その結果、アンテナおよび位相の後者の組合せは、モードＴＭ２１を励起することができ、モードＴＭ１１を排除する。
【０１４３】
一部の実施形態では、所望のおよび／または不所望のモードが共振モードである。共振モードは、電磁波の周波数ｆが、エネルギ印加区域の寸法に当技術分野で知られている方法で一致する場合に励起することができる。例えば、矩形空洞であるエネルギ印加区域では、本明細書ではｈｚと呼ぶ、電磁波が伝搬する寸法が、Ｎ＊（λ／２）に等しい場合に共振モードを励起することができ、Ｎは整数（例えば０、１、２、３）であり、λは、方程式λ＝ｃ／ｆによって与えられる波長であり、ｃは空洞内の光速度である。共振モードは、通常３つの指数で印付けされ、３番目の指数はＮである。
【０１４４】
単一共振モードが所与の周波数で励起される場合、励起によって運ばれる出力の大部分は共振モードによって運ばれる可能性があり、伝搬またはエバネセントとすることができる他のモードは、無視してもよい場合がある出力のほんの一部を運び得る。したがって、単一共振モードが励起される場合、非共振モードを排除する必要はほとんど、または全くない可能性がある。例えば、ｈｚ＝ｃ／ｆ２１が成立する場合（すなわちＮ＝２である場合）、アンテナおよび周波数はモードＴＭ２１を励起するように選択することができ、モードＴＭ１１は印加周波数において励起可能であり得るが、共振モードＴＥ２１２によって運ばれる出力量に比べてモードＴＭ１１は僅かな出力量しか運べないので、例えばモードＴＭ１１を排除する必要はほとんどない可能性がある。したがって一部の実施形態では、ターゲットフィールド強度分布を達成するために共振モードを使用することができる。これにより、十分な帯域幅および周波数制御を条件として、励起されるモードの制御が容易になり得る。
【０１４５】
一部の実施形態では、縮退空洞を使用することにより、モードの励起を（例えば帯域幅および周波数制御の要件を緩和することで）さらに容易にすることができる。縮退空洞とは、少なくとも１つの遮断周波数が、同じ一群の２つ以上のモード（例えば２つのＴＥモード）の遮断周波数である空洞である。同様に、各共振周波数（最も低いものを除くこともある）は、同じ一群の２つ以上の共振モードを励起することができる。縮退空洞の一部の形状には、例えば円筒や球体が含まれ得る。
【０１４６】
一部の実施形態では、１つの所望の共振モードおよび１つまたは複数の不所望の共振モードが同じ周波数で励起される場合があり、不所望のモードは上述のように排除することができる。例えば、図１２Ｂ内の１８０６としてその断面を示すモードＴＭ２１２を励起するのと同じ周波数が、図１２Ｃ内の１８０８としてその断面を示すモードＴＭ２１２も励起することができる。しかし、この励起が、モード１８０６のヌルではない、モード１８０８のヌルに位置する放射素子による場合、モード１８０８しか励起することができない。例えば、放射素子が図１２Ｂおよび図１２Ｃに示す線１８０９において、周波数ｆ１２＝ｆ２１で放射する場合、モード１８０８しか励起することができない。
【０１４７】
したがって、本発明の一部の実施形態によれば、エネルギ印加区域に複数の所定のモードを加える場合に散逸される出力量に基づいて、エネルギ印加区域の少なくとも一部にわたるエネルギ吸収特性の空間的分布を求めるための装置が提供される。所定のモード以外のモードを、例えば上述のように排除してもよい。
【０１４８】
一部の実施形態では、エネルギ吸収特性プロファイル（エネルギ吸収特性の空間的分布とも呼ぶ）を得るために使用するのと同じフィールドパターンを使用して、対象物に異なるエネルギ量を加えることができる。例えば、エネルギ吸収特性の分布を測定するために、ならびに区域内の対象物にエネルギを送出するために、図１、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａまたは図７Ｂの装置を利用して区域に周波数変調電磁波を加えることができる。一部の実施形態では、対象物に異なるエネルギ量を送出するために適用するフィールドパターンが、エネルギ吸収特性プロファイルを得るために選択されるフィールドパターンと異なる場合がある。例えば、エネルギ吸収特性の分布を測定するために（例えば図５Ａの装置で得られる）周波数変調を利用することができ、区域内の対象物にエネルギを送出するために（例えば図６の装置による）位相変調を利用することができる。加えて、どんな組合せを使用してもよい。例えば、エネルギ吸収特性の分布を測定するために（例えば図６の装置を用いた）位相変調を利用することができ、区域内の対象物にエネルギを送出するために位相変調と周波数変調との組合せを利用することができる。
【０１４９】
一部の実施形態では、少なくとも１個のプロセッサは、エネルギ吸収特性の分布を繰り返し（例えばエネルギ印加プロセス、例えば加熱プロセス中に数回）求めるようにさらに構成することができる。エネルギ吸収特性の分布を繰り返し求めることは、例えば物質の温度が上昇するとき、位相変化が生じる（例えば氷が溶けて水になる）とき、水分が蒸発するとき、または対象物の他の特性が変化するときに起こり得る、例えばエネルギ吸収特性の分布が経時変化する場合に望ましいことがある。これらの例および他の例では、プロセッサを使用して、エネルギ印加プロセス中にエネルギ吸収特性の分布を繰り返し求めることができる。
【０１５０】
繰り返し求められる２つのエネルギ吸収特性の分布間の時間差は、あらかじめ定めることができる。専ら例として、プロセッサは、分布を５秒おきに、１秒おきに、コンマ１秒おきに、またはそれよりも多少短いもしくは長い間隔で求めるようにあらかじめプログラムすることができる。あるいは、または加えて、繰り返し求められる２つのエネルギ吸収特性の分布間の時間差は、エネルギ印加プロセスの特定の特性に基づいて動的に変えることができる。
【０１５１】
繰り返し求められる２つのエネルギ吸収特性の分布間の時間差は、前に求めた２つ以上のエネルギ吸収特性の分布間の差の大きさの関数であり得る。例えば、第２の損失プロファイルの割出しから第３の損失プロファイルの割出しまでの時間差についての決定は、割り出した第１のプロファイルの結果と第２のプロファイルの結果との差によって決まり得る。一部の実施形態では、この「差」は数値測度、例えば区域の全領域における吸収率の差の和であり得る。一部の実施形態では、この「差」はグラフィカルな測度、例えばイメージとして表示される２つの分布間の距離であり得る。差の大きさは、エネルギ吸収特性の変化が区域内でどの程度劇的か示唆することができる。したがってこの分布は、より劇的に変化する場合、より速いペースで更新することができる。
【０１５２】
一部の実施形態では、時間差は、差の大きさに反比例する場合がある。例えば、差が１ｘ１０−６の場合、時間差は１秒とすることができ、差が２ｘ１０−６の場合、時間差は０．５秒とすることができる。時間差は、他の数学的関係を用いて差と反比例して関連してもよく、上記の内容は例に過ぎないことを理解すべきである。
【０１５３】
一部の実施形態では、繰り返し求められる２つのエネルギ吸収特性の分布間の時間差は、対象物の物理的特性の関数であり得る。例えば、時間差は、対象物がかなりの量のタンパク質と脂肪を含む場合（例えば肉）はより長くし、対象物が主に水または氷を含む場合はより短くすることができ、逆の場合も同様である。
【０１５４】
図１４は、一部の実施形態による、エネルギ印加区域、例えば図１の空洞２０の少なくとも一部の損失プロファイルを構築するように構成される、プロセッサ６３０の簡略化したブロック図である。プロセッサ６３０は、プロセッサ３０と同じとすることができ、プロセッサ３０を含むことができ、またはプロセッサ３０の一部とすることができる。さらに、またはあるいは、プロセッサ６３０は、プロセッサ３０に追加することができる。
【０１５５】
プロセッサ６３０は、データを記憶するための記憶域６３２（メモリと呼ぶこともできる）、およびデータ、例えば記憶域６３２内に記憶されたデータを処理するためのいくつかの処理モジュールを含むように図示する。記憶空間６３２は、連続的でもセグメント化されていてもよく、またはデータを電子的に記憶する技術分野で知られている他の任意の構成を有してもよい。これらのモジュールは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアを使用して実装することができ、例えばソフトウェアルーチンを含むことができる。一部の実施形態では、図１４に示すモジュールの２つ以上を、２つのモジュールのタスクを実行する単一モジュールに一体化することができ、またはいくつかのモジュール間に分散させることができる。
【０１５６】
プロセッサ６３０は、インターフェイスを介してデータを受け取るために、インターフェイス６１０に接続することができる。例えば、異なるＭＳＥによって得ることができるフィールドパターンをインターフェイスから受け取り、記憶域６３２内に、例えば専用記憶空間６３４内に記憶することができる。記憶空間６３４はＭＳＥも記憶することができ、それにより、エネルギ印加区域にそのＭＳＥでエネルギを加えるときに区域内で励起されることが予測される記憶済みフィールドパターンに、記憶した各ＭＳＥを関連させることができる。ＭＳＥに関連するフィールドパターンは、エネルギ印加区域が空の状態で得ることができ、かつ／またはエネルギ印加区域の中に標準的な装填物が入った状態で得ることができる。この標準的な装填物は、エネルギ印加区域内で用いられることを目的とする典型的な装填物と同様のもの（例えばオーブンの中で通常調理され、またはオーブンがよく調理すると予期される１つまたは複数の食料）であるように選ぶことができる。
【０１５７】
一部の実施形態では、記憶域６３２は、エネルギ印加区域またはエネルギ印加区域の一部の損失プロファイルを記憶するための、記憶空間６３６も有することができる。例えば、記憶空間６３６は、前の損失プロファイル再構築サイクルで得たエネルギ印加区域の損失プロファイルを記憶することができる。加えて、またはあるいは、記憶空間６３６は、予測損失プロファイルを記憶することができる。予測は、エネルギ印加区域内の対象物についての知識、その組成、位置、向き、温度、および／または損失プロファイルに影響を及ぼす可能性がある他の任意のパラメータに基づいて得ることができる。記憶される損失プロファイルは、例えばインターフェイス６１０から、別のインターフェイス（図示せず）から、または以下に記載する方程式求解モジュール６４８から、記憶空間６３６に送ることができる。例えば、記憶される損失プロファイルは、別の装置によりおよび／または以前の日にちに、計算しもしくは他の方法で予測し、インターフェイス６１０を介して記憶空間６３６に送ることができる。記憶域６３２は、エネルギの印加中にエネルギ印加区域内で得た、エネルギ分布および／またはフィールド強度分布を記憶するための記憶空間６３８も有することができる。
【０１５８】
プロセッサ６３０は、ＭＳＥ決定モジュール６４２を含むことができる。このモジュールは、（例えば適当なソフトウェアを実行することにより）任意の動作段階、例えばエネルギ印加プロセス中に、利用可能なＭＳＥのどれを使用すべきか決定するように構成することができる。一部の実施形態では、利用可能なＭＳＥの全てをデフォルトで使用することができ、ＭＳＥ決定モジュール６４２を省略することができる。他の実施形態では、モジュール６４２は、例えば予測損失プロファイルに基づいて、使用するＭＳＥを決定することができる。モジュール６４２は、記憶空間６３６上に記憶された予測損失プロファイルデータを取り出すことができる。あるいは、または加えて、モジュール６４２は、励起および／または制御が比較的容易なＭＳＥを選択することができ、例えば容易に励起されるＭＳＥが満足のいく結果をもたらさない場合にのみ、他のＭＳＥを選択することができる。
【０１５９】
モジュール６４２は制御モジュール６６０に接続することができ、制御モジュール６６０は、電磁エネルギ源６５０を制御して選択されたＭＳＥを励起することができる。供給源６５０は、電源、変調器、増幅器、および／もしくは放射素子またはそれらの一部（例えば図１に示す電源１２、変調器１４、増幅器１６、および放射素子１８）を含むことができる。一部の実施形態では、励起の結果としてエネルギ印加区域内で得られるエネルギ分布を測定することができる。測定は、集合的に６４０として示す、１つまたは複数の検出器によって行うことができる。検出器６４０の１つまたは複数は、供給源６５０の一部とすることができ、もしあれば残りの検出器は、供給源６５０から切り離し、かつ／または供給源６５０から独立していてもよい。供給源６５０および検出器６４０は、実際は同じパーツ内に具体化することができ、例えば必ずしも同時でなくてもエネルギ印加区域にエネルギを供給し、励起されたフィールドパターンを測定するために、同じアンテナを使用できることを指摘しておく。測定結果は、記憶空間６３８上に記憶することができる。
【０１６０】
プロセッサ６３０は、エネルギ印加区域を、例えば図８Ａ、図８Ｂ、または図８Ｃに示すような領域に分割するように構成される離散化モジュール６４４も含むことができる。離散化モジュール６４４は、記憶空間６３６内に記憶された損失プロファイルに従ってエネルギ印加区域を分割することができる。例えば、モジュール６４４は、予測損失プロファイル内のより急な損失の変化がある場所で、より密に区域を分割することができる。一部の実施形態では、予測損失プロファイルは、所与の離散化に従って、例えばそれぞれがエネルギ印加区域の一部に関連する値の行列として提供することができる。次いでモジュール６４４は、予測プロファイルが提供される離散化に従ってエネルギ印加区域を離散化することができる。モジュール６４４は、予測プロファイルを保存する記憶空間６３６からデータを取得することができる。例えば、モジュール６４４は、同様の損失によって特徴付けられる体積が単一領域内に含まれるようにエネルギ印加区域を分割することができる。離散化モジュール６４４は、所定の離散化方式、例えばデフォルトの離散化方式に従ってエネルギ印加区域を分割することもできる。図８Ａに、あり得る１つのデフォルトの離散化方式を示す。
【０１６１】
プロセッサ６３０は、例えば損失プロファイルを得るために解かれる（以下の）方程式２に応じて方程式を構築するように構成される、方程式構築モジュール６４６も含むことができる。モジュール６４６は、モジュール６４４がエネルギ印加区域を分割した各領域内で、モジュール６４２によって選択され得るＭＳＥそれぞれのフィールド強度を定めることができ、記憶空間６３８に記憶された測定結果を考慮に入れることができる。
【０１６２】
モジュール６４６が方程式を構築すると、方程式求解モジュール６４８は、例えば線形計画法または一次方程式を解くための当技術分野で知られている他の任意の手段により、その方程式を解くことができる。方程式求解モジュール６４８が、方程式を解くことができないと判定し、または解が満足のいくものでない、例えば十分に安定していないと判定する場合、モジュール６４８は、モジュール６４２および／またはモジュール６４４をトリガして、選択されたＭＳＥおよび／または離散化を修正することができる。
【０１６３】
方程式が解かれる場合、得た損失プロファイルを、例えばさらに使用するために記憶域６３６に保存することができる。さらなる用途の１つは、例えば対象物の温度が変化した後の、将来の損失プロファイルについての予測としてであり得る。別の将来の用途は、エネルギ印加をエネルギ印加区域に導くためであり得る。
【０１６４】
本発明は、対象物に電磁エネルギを加えるための方法を含むことができる。そのようなエネルギの印加は、例えば図１１のフローチャートに示すプロセス１０００に記載するような一連のステップを実施する、少なくとも１個のプロセッサ（例えばプロセッサ３０または６３０）によって達成することができる。プロセス１０００は、対象物、例えば対象物８３０（図９）を含む場合がある所与のエネルギ印加区域について、損失プロファイル８２０を動的に求めるために使用することができる。
【０１６５】
プロセス１０００は、対象物を含む場合があるエネルギ印加区域に対して複数の電磁場パターンを、電磁エネルギ源に加えさせるステップを含むことができる。図１１に示すように、ステップ１０１０で、プロセッサは、使用する１組のＭＳＥを決定することができる。先に論じたように、ＭＳＥは既知のフィールドパターンに相関することができる。したがって、１組のＭＳＥを決定することにより、プロセッサはエネルギ印加区域への電磁エネルギの印加を制御し、１組の既知のフィールドパターンを区域内で発生させることができる。一部の実施形態では、利用できる全てのＭＳＥが使用されることがあり、ステップ１０１０を省くことができる。
【０１６６】
１組の所定のフィールドパターンから、制御されたＥＭフィールドパターンをエネルギ印加区域内に構築する方法を「ＥＭ空間フィルタリング」と呼ぶことができる。「フィルタリング」という用語は、空間的位置およびそのフィールド強度を、１組の既知のＥＭフィールドパターンの観点から区別する能力を指す。そして、１組の所定のフィールドパターンのそれぞれは、１つまたは複数の制御可能なＭＳＥに相関することができるので、１つまたは複数のＭＳＥにより、制御されたＥＭフィールドパターンを表すことができる。所与のフィールドパターンを達成するために、複数のＭＳＥまたはＭＳＥの組合せを使用できる場合があることを理解すべきである。特定のフィールドパターンを達成するためのＭＳＥの選択は、応用例、例えばＥＭエネルギを加えたい位置によって決めることができる。
【０１６７】
ステップ１０１０で、プロセスに適した１組のＭＳＥを決定することができる。例えば、プロセッサは、エネルギ源を制御して、複数の周波数でＥＭエネルギを供給することができる。この場合、複数の周波数が、このプロセスにおける制御可能なＭＳＥ変数の役割を果たすことができる。あるいは、または加えて、プロセッサはエネルギ源を制御して、複数の振幅でＥＭエネルギを供給することができる。この場合は振幅が、このプロセスにおける制御可能なＭＳＥ変数の役割を果たすことができる。先に説明したように、被選択ＭＳＥは、ＭＳＥ行列として記憶することができる。
【０１６８】
プロセッサは、選択したＭＳＥを実行する（ステップ１０３０：ＭＳＥを適用する）ことにより、エネルギ印加区域（例えば図８の８１０）に対して所望のフィールドパターンを供給源に加えさせることができる。一部の実施形態に合致して、フィールドパターンを適用するために、図１、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａおよび／または図７Ｂに示す例示的装置を使用することができる。
【０１６９】
ステップ１０２０で、離散化方式を適用して、エネルギ印加区域（例えば図９の８１０）を複数の領域に分割することができる。一部の実施形態では、このプロセスは以下の論理を使って空間を離散化することができる。最初に、デフォルトの離散化方式（例えば手法）を適用することができる。例えば、エネルギ印加区域は、等しい大きさおよび形を有する所定数の領域に分割することができる。そうした各領域の典型的な大きさは、エネルギ印加中に適用されることが予期されるＭＳＥ（例えば周波数）に従って決定することができる。例えば、領域は矩形とすることができ、それぞれの縁はエネルギ印加中に加えられることが予期される最も長い波長の半分、４分の１、または他の一部の大きさを有する。最初の領域の大きさを設定するのに使用する波長は、例えばエネルギ印加区域内の光速度が分かっていない場合、空中の波長とすることができる。次いで、エネルギ印加区域から得たフィードバックを使用して、領域それぞれの吸収率特性を求めることができる。その後、他の領域よりも優れてエネルギを吸収すると識別した領域をより小さな領域に離散化して、分解能を改善することができる。非常に低いエネルギ吸収度を示す領域は併合することができる。このプロセスは、所要の分解能が得られるまで、最も小さい領域がある所定の大きさになるまで、または他の任意の停止基準が満たされるときまで続けることができる。
【０１７０】
一部の実施形態では、他の離散化方式を使用することができる。例えば、対象物の位置および向きに関する何らかの最初の情報を、例えば利用者および／または例えば可視光を使ってエネルギ印加区域を撮像するカメラから得ることができ、次いで、対象物によって占有されるエリアが他のエリアよりも小さい領域に離散化されるように離散化が行われる。一部の実施形態では、損失プロファイルの割出しを繰り返す場合、その後の損失プロファイルの割出しにおける離散化を決定するための入力として、前の割出しで得た損失プロファイルを使用することができる。
【０１７１】
上記は一部の離散化方式に過ぎず、本発明はある特定の離散化方式に限定されない。むしろ、ここに開示する諸実施形態による離散化方式には、エネルギ印加区域またはその中の対象物を複数の領域としてプロセッサに表現させるためのどんな適切な方法も含まれ得る。図９は、対象物８３０が複数の領域を占有する、離散化されたエネルギ印加区域８１０の一例に過ぎない。
【０１７２】
離散化を所与として、エネルギ印加区域の対象物の位置および／または損失プロファイルを、以下のように求めることができる。
【０１７３】
最初に、プロセッサは、各ＭＳＥに対応する各フィールドパターン内の各ホットスポットの座標を知ることができ、またはそうした座標であらかじめプログラムすることができる。これは、先に論じたように、ＭＳＥが予測可能なホットスポットを有する予測可能なパターンをもたらすので達成可能である。したがって、特定のＭＳＥ条件の間の吸収を示すフィードバックを検出器が受け取ったという指示をプロセッサが受け取ると、プロセッサは、そのＭＳＥ条件に対応するホットスポットの１つに対象物の一部が一致している可能性があると判断することができる。フィードバックを得るために検査するＭＳＥが多ければ多いほど、プロセッサは、エネルギ印加区域内の対象物の位置および吸収特性に関するますます多くの情報を知る。様々なＭＳＥを使った一連のそのような測定にわたり、プロセッサは、空間内の対象物の位置および／または各離散的領域内の吸収特性を絞り込むことができる。
【０１７４】
ステップ１０３０で、プロセッサはＭＳＥを適用するように構成され、エネルギ印加区域内に供給されるＥＭエネルギを制御する。適用するＭＳＥごとに、エネルギ印加区域内のエネルギ損失を測定することができる。例えば、そのようなエネルギ損失は、エネルギ印加区域に加える入射エネルギ量を、エネルギ印加区域から出たと検出されるエネルギ量と比較することで測定することができ、エネルギ印加区域から出たと検出されるエネルギには、入射エネルギを発したのと同じ放射素子によって検出される反射エネルギ、および他の検出器によって検出される伝達エネルギが含まれ得る。入射エネルギと、反射エネルギおよび／または伝達エネルギの和との差が、エネルギ印加区域内のエネルギ損失に一致し得る。
【０１７５】
一部の実施形態では、エネルギ損失を、印加の持続時間および出力損失Ｐによって表すことができる。出力損失は、入射出力、反射出力、および伝達出力から求めることができる。各ＭＳＥ（θｊ）について、出力損失Ｐｊは、
１／２（σ１Ｉ１ｊ＋σ２Ｉ２ｊ＋．．．＋σＮｄＩＮｄｊ）＝Ｐｊ
のように局所的強度Ｉｉｊに関係することができるので、測定される出力損失Ｐ、行列Ｉ、および未知の損失プロファイルσは、測定される出力損失Ｐおよび既知の強度Ｉｉｊから構築される、以下の方程式を満たすことができる。
１／２σＩ＝Ｐ  方程式（２）
【０１７６】
ステップ１０４０で、プロセッサは、方程式を構築するように構成され、例えばプロセッサは、方程式２に応じて未知の損失プロファイルσを解くための方程式を構築することができる。未知の損失プロファイルσは、上記の方程式により数学的に解くことができるが、方程式は、解けることが保証されてはおらず、例えばＩ行列は特異な場合がある。他の一部の事例では、例えばＩ行列が数学的に不良条件および／または不良設定な場合があるので、方程式が解けても解が正確でないことがある。したがって、ステップ１０５０で、方程式を所望の精度で解ける（本明細書では「可解」と呼ぶ）かどうかを判定するための検査を実行することができる。例えば、プロセッサはＩ行列の行列式を計算し、その行列が特異かどうか判定することができる。別の例として、プロセッサはＩ行列の条件数を計算して、その行列が不良条件かどうか判定することができる。
【０１７７】
上記の方程式が解ける場合（ステップ１０５０：はい）、ステップ１０７０で、先に論じたように、直接反転や様々な反復法などの方法を使い、その方程式により損失プロファイルσを解くことができる。方程式が解けない場合（ステップ１０５０：いいえ）、ＭＳＥおよび／または離散化方式を修正するステップ１０６０を実行することができ、プロセス１０００はステップ１０３０に戻る。例えば、１組の新たなＭＳＥを選択して区域に適用することができ、区域内で散逸される出力を新たなＭＳＥごとにしかるべく測定することができる。
【０１７８】
上記に記載したプロセスは、取得した損失プロファイルに従ってエネルギを加えるエネルギ印加プロセスの基礎とすることもできる。そのようなエネルギ印加プロセスは、例えば任意選択的なステップ１０８０および１０９０を含むことができる。
【０１７９】
ステップ１０８０で、損失プロファイルに基づいてエネルギ印加区域に電磁エネルギを加えることができる。一部の実施形態では、エネルギ印加区域の異なる領域に、複数の異なる電磁エネルギ量を選択的に加えることができる。例えば、プロセッサは、適用する複数のＭＳＥを最初に選択することができ、その複数のＭＳＥのそれぞれはエネルギ印加区域内で異なるフィールドパターンを発生させることができる。次いでプロセッサは、各領域に加えようとする所望の電磁エネルギ量およびステップ１０７０で作成した損失プロファイルに基づいて、各ＭＳＥを適用するために使用すべき出力量および／または各ＭＳＥについて出力を供給する時間を決定することができる。
【０１８０】
ステップ１０９０で、新たな損失プロファイルが必要かどうかについての判定を行うことができる。一部の実施形態では、５秒おきや他の間隔など、所定の時間間隔で新たな損失プロファイルが必要な場合がある。他の一部の実施形態では、この判定は、繰り返し求められる２つの損失プロファイル間の差の大きさに基づくことができる。さらに他の一部の実施形態では、この判定は、対象物の大きさ、位置、形、および／または対象物の中に含まれる物質など、対象物の特徴に基づくことができる。一部の実施形態では、この判定は損失プロファイルの品質に基づくことができ、例えば損失プロファイルの分解能が十分でない場合、任意選択的に、既に手元にある低分解能の損失プロファイルに基づいてＭＳＥを決定するステップ１０１０から開始して、プロセス１０００を繰り返すことができる。一部の実施形態では、新たな損失プロファイルが必要な場合（ステップ１０９０：はい）、新たな損失プロファイルを求めるために、プロセス１０００はステップ１０３０に戻ることができる。新たな損失プロファイルが不要な場合（ステップ１０９０：いいえ）、プロセス１０００を終えることができる。
【０１８１】
一部の例示的実施形態では、プロセッサは、エネルギ印加区域にエネルギを繰返し加えるように供給源を調整することができる。例えば、プロセッサは、あるＭＳＥを適用し、その対応するフィールドパターンを所定の期間にわたりエネルギ印加区域内で引き起こし、次いで別のＭＳＥを適用し、別のフィールドパターンを別の所定の期間にわたりエネルギ印加区域内で引き起こすことができる。そうしたエネルギを印加する持続時間および／またはエネルギを印加するペースは異なり得る。例えば一部の実施形態では、エネルギを１秒当たり１２０回エネルギ印加区域に加えることができる。より速いペース（例えば２００／秒、３００／秒）またはより遅いペース（例えば１００／秒、２０／秒、２／秒、１／秒、３０／分）、ならびに一様でないエネルギ印加ペースを使用してもよい。
【０１８２】
一部の実施形態では、ある期間の間、１組のＭＳＥを逐次的に適用することができる（本明細書では「ＭＳＥスキャニング」と呼ぶ）。本明細書で使用するとき、「ＭＳＥスキャニング」は、「ＭＳＥ掃引」と置き替えることができる。「スキャニング」および「掃引」はどちらも、一次元または多次元においてＭＳＥを変えることを含み得る。例えば、一次元スキャニングは、周波数、位相、または振幅だけを変えることによりＭＳＥを変えることを指すことができる。多次元スキャニングは、周波数、位相、および振幅、またはＭＳＥに含まれ得る他の任意の変数のうちの２つ以上を変えることにより、ＭＳＥを変えることを指すことができる。ＭＳＥスキャニングは、所定のペースで、または所定間隔の後で繰り返してもよい。ときには、一連の１回または複数回のスキャンを、例えば０．５秒おきもしくは５秒おきに、または他の任意のペースで実行することができる。異なるスキャンにおけるＭＳＥの選択は、同じでも同じでなくてもよい。
【０１８３】
所与のエネルギ量（例えば所定のジュール数またはキロジュール数、例えば１０ｋＪ以下や１ｋＪ以下、または数百ジュールさらには１００Ｊ以下）が、装填物内にまたは（例えば１００ｇなどの重量や、装填物の５０％などのパーセンテージにより）装填物の所与の部分内に伝達され、もしくは散逸された後、新たなスキャンを実行することができる。
【０１８４】
本発明の一部の例示的実施形態では、エネルギを印加するペースまたはスキャンのペース（例えば各ＭＳＥにおいてスキャン内でエネルギを印加する持続時間、各スキャンの全持続時間、スキャン間のエネルギ印加介入等）は、エネルギ印加区域からのフィードバックがスキャン間で変化する率に依存し得る。例えば、エネルギの印加を試行スキャンレートで始めることができ、連続したスキャン間のフィードバックの差が所定の上限閾値を超える場合、スキャンのペースを速めることができる。変化が下限閾値（上限閾値と同じでも、上限閾値より低くてもよい）を下回る場合、スキャンのペースを遅くすることができる。例えば、散逸の変化の閾値（例えば和積分（ｓｕｍ  ｉｎｔｅｇｒａｌ）における１０％の変化）を規定することができ、または例えばテーブルを使用して、様々な変化率を様々なエネルギ印加／スキャンのペースに関連付けることができる。別の例では、決定されるのは、エネルギ印加／スキャン間の変化率である（例えばエネルギ印加／スキャン間の平均変化が最後の２回のエネルギ印加／スキャン間の変化よりも小さいかどうか）。そのような変化を使用して、エネルギ印加／スキャン間の期間をエネルギ印加プロセス中に１回または複数回調節することができる。任意選択的に、またはあるいは、システムの変化（例えば対象物または対象物を保持するための構造の移動）がエネルギ印加／スキャンのペースに影響を及ぼす場合がある（典型的には大きな変化はペースを速め、小さな変化または変化がない場合ペースは落ちる）。
【０１８５】
上記の例示的実施形態の説明では、本開示を簡素化するために様々な特徴を単一の実施形態にまとめた。この開示方法は、特許請求の範囲に記載の本発明が、各請求項の中で明確に列挙するよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈すべきでない。むしろ、添付の特許請求の範囲が反映するように、本発明の諸態様は上記に開示した単一の実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴にある。このため、各請求項が本発明の別個の実施形態として独立した状態で、添付の特許請求の範囲をこの例示的実施形態の説明に組み込む。
【０１８６】
さらに、本明細書を検討し、本開示を実践することにより、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、開示したシステムおよび方法に様々な修正および変更を加えられることが当業者に明らかになる。したがって、本明細書および各例は専ら例示的とみなされることを意図し、本開示の真の範囲は添付の特許請求の範囲およびその均等物によって示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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