(57)【要約】  本発明は、電子レンジ用のマイクロ波駆動センサアセンブリに関する。マイクロ波駆動センサアセンブリは、所定の励起周波数でのマイクロ波放射に応じてＲＦアンテナ信号を生成するためのマイクロ波アンテナを備える。マイクロ波駆動センサアセンブリの直流電源回路が、ＲＦアンテナ信号からエネルギーを抽出するためにＲＦアンテナ信号に動作可能に連結され、電源電圧を生じさせる。センサが、電源電圧に接続され、電子レンジ庫内での加熱下にある食品の物理的または化学的特性を測定するように構成される。
2018521487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の励起周波数でのマイクロ波放射に応じてＲＦアンテナ信号を生成するための、所定の同調周波数を有するマイクロ波アンテナと、
所定の信号制限特性に従って前記ＲＦアンテナ信号の振幅または電力を制限し、制限されたＲＦアンテナ信号を生じさせるための、前記ＲＦアンテナ信号に連結されたＲＦパワーリミッタと、
前記制限されたＲＦアンテナ信号に連結され、前記制限されたＲＦアンテナ信号を整流して、電源電圧を生じさせるように構成された直流電源回路と、
前記電源電圧に接続され、電子レンジ庫内での加熱下にある食品の物理的または化学的特性を測定するように構成されたセンサと、
を備える、電子レンジ用マイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項２】
前記ＲＦパワーリミッタが、前記ＲＦアンテナ信号にわたって接続された可変インピーダンス回路を備え、
前記可変インピーダンス回路が、前記所定の励起周波数で前記ＲＦアンテナ信号の振幅または電力の増加と共に減少する入力インピーダンスを示し、前記パワーリミッタの前記入力インピーダンスと前記マイクロ波アンテナのインピーダンスとの間の合致を減少させるように構成される、請求項１に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項３】
前記可変インピーダンス回路が、
閾値レベルを下回る前記ＲＦアンテナ信号の電力レベルで第１の実質的に一定の入力インピーダンスを示し、かつ、
前記閾値レベルを上回る前記ＲＦアンテナ信号の電力レベルで次第に減少する入力インピーダンスを示すように構成される、請求項１または２に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項４】
前記可変インピーダンス回路が、ＰＩＮリミッタダイオードまたは制御されたＦＥＴトランジスタを備える、請求項２または３に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項５】
前記電源回路が、前記制限されたＲＦアンテナ信号の整流のための１つ以上のＲＦショットキーダイオードを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項６】
前記マイクロ波アンテナの前記所定の同調周波数が、前記マイクロ波放射の前記所定の励起周波数（９１５ＭＨｚまたは２．４５ＧＨｚ）から＋５０％超、または−３３％超ずれる、請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項７】
前記マイクロ波アンテナの前記所定の同調周波数が、前記マイクロ波放射の前記所定の励起周波数（９１５ＭＨｚまたは２．４５ＧＨｚ）よりも少なくとも５０％高い、請求項６に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項８】
前記マイクロ波アンテナが、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項９】
前記マイクロ波アンテナの発生器インピーダンスが、前記レンジ庫内での前記マイクロ波放射の前記所定の励起周波数で、前記ＲＦパワーリミッタにおける入力インピーダンスよりも少なくとも２倍大きい、請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項１０】
少なくとも前記ＲＦパワーリミッタおよび前記電源回路を封入し、それらを前記マイクロ波電磁放射から遮蔽する、金属シートまたは金属ネットなどの導電性筐体を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項１１】
−動作電力の受信のために前記電源電圧に連結されたデジタルプロセッサをさらに備え、
−前記デジタルプロセッサが、前記食品の前記測定された物理的または化学的特性のパラメータ値の受信のために、入力ポートを介して前記センサに連結される、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項１２】
−前記食品の前記測定された物理的または化学的特性の前記パラメータ値の受信および前記レンジ庫の外部への光送信のために、前記デジタルプロセッサに連結された光データ送信機をさらに備える、請求項１１に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項１３】
前記レンジ庫の外部に前記食品の前記監視された物理的または化学的特性のパラメータ値を表示するためのパラメータインジケータを備え、
前記パラメータインジケータが、ＬＥＤ、異なる色の複数のＬＥＤ、ラウドスピーカ、英数字ディスプレイ、電子ペーパーから選択される少なくとも１つのインジケータを含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリを備える食品容器であって、
前記マイクロ波駆動センサアセンブリのセンサが、前記食品容器の食品との物理的接触または感知接触を得るように配置される、食品容器。
【請求項１５】
前記マイクロ波駆動センサアセンブリが、前記食品容器の壁部、蓋部、または底部内に部分的にまたは完全に埋め込まれる、請求項１４に記載の食品容器。
【請求項１６】
請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリを備える、食品プローブ。
【請求項１７】
電子レンジ内での加熱に関連する食品の物理的または化学的特性を監視する方法であって、前記方法が、
ａ）請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロ波駆動センサアセンブリのセンサを、前記食品と物理的または感知接触させて配置するステップと、
ｂ）前記電子レンジのレンジ庫内に前記食品を位置付けるステップと、
ｃ）前記電子レンジを作動させて、前記レンジ庫内で所定の励起周波数の電磁放射を生じさせ、それによって前記食品に照射し、前記食品を加熱するステップと、
−前記食品の測定された物理的または化学的特性のパラメータ値を前記マイクロ波駆動センサアセンブリ上に表示するステップ、
−無線データ通信リンクを介して前記食品の前記物理的または化学的特性のパラメータ値を前記レンジ庫外に配置された無線受信機に送信するステップ、のうちの少なくとも一方の追加のステップと、を含む、方法。
【請求項１８】
前記無線データ通信リンクが光データ送信チャネルを備える、請求項１７に記載の食品の物理的または化学的特性を監視する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ用マイクロ波駆動センサアセンブリに関する。マイクロ波駆動センサアセンブリは、所定の励起周波数でのマイクロ波放射に応じてＲＦアンテナ信号を生成するためのマイクロ波アンテナを備える。マイクロ波駆動センサアセンブリの直流電源回路が、ＲＦアンテナ信号からエネルギーを抽出するためにＲＦアンテナ信号に動作可能に連結され、電源電圧を生じさせる。センサが電源電圧に接続され、電子レンジ庫内での加熱下にある食品の物理的または化学的特性を測定するように構成される。
【背景技術】
【０００２】
電子レンジは、食品中の極性化された分子を回転させて熱エネルギーを増大させるマイクロ波スペクトルでの電磁放射によって食品を加熱および調理する、周知の非常に普及している台所器具である。電子レンジは、密集した食品の外側では励起が極めて均一であるため、食品を迅速かつ効率的に加熱することができる。電子レンジは、以前に調理した食品を再加熱するため、および様々な食品を調理するために普及している。しかしながら、調製中の食品の温度および他の物理的または化学的特性はわからず、これは特に、電子レンジによって典型的に達成される迅速な食品の調製または加熱の観点から、温度などの当該食品の調製の意図される状態に達するのに厄介であり得る。
【０００３】
それゆえに、アクティブセンサ装置またはアセンブリを、ユーザまたは消費者が調製中の食品の特定の物理的または化学的特性を監視することを許容する電子レンジの区画または庫内に位置付けることは有利である。レンジ区画内のＥＭＩにとってかなり不利な環境のため、バッテリ、またはレンジ庫内のアクティブセンサアセンブリを駆動するための同様の化学的エネルギー貯蔵装置を置くことは危険であり得る。さらに、随時アクティブセンサアセンブリのバッテリを交換する必要性は、バッテリ駆動アクティブセンサ装置またはアセンブリの筐体が、外部環境に対して密封されることを困難にする。
【０００４】
特許文献１は、調理用具に保持された食べ物に埋め込まれて、食品の温度を測定する遠隔測定温度プローブを備える電子レンジを開示する。温度プローブは、電源および温度応答性回路を含む電子回路を備える。電源回路は、ループアンテナと、整流ダイオードと、レンジ内のマイクロ波エネルギーからエネルギーを得ることによって動作する供給コンデンサと、を含む。温度信号は、温度プローブのインダクタアンテナからレンジ空洞外の受信誘導アンテナへ、近距離磁界連結によって無線で送信される。
【０００５】
特許文献２は、電子レンジにおいて液体を加熱するために適合されたやかんを開示している。やかんは、例えば色を変えることによって、ボイラの中身の温度を表示するための単純な温度インジケータを備える。温度計に連結された電子回路のいかなる具体的な開示もない。
【０００６】
特許文献３は、電子レンジにおける載置用の容器を示し、容器には容器の中身を冷却するための冷却装置が配置される。冷却装置は、レンジ内のマイクロ波から得られるエネルギーによって駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，２９７，５５７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／００５６０２７号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／０２０７４４２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、マイクロ波電磁放射または電子レンジ内のマイクロ波場の強さは、しばしば過剰であり、マイクロ波駆動アクティブセンサアセンブリの直流電源回路または他の電子回路の様々なアクティブまたはパッシブ部品を不可逆的に損傷し得る。部品の損傷は、直流電源回路のアクティブまたはパッシブ部品の最大電圧規格および／または最大電力規格を超える、ＲＦ電磁放射に応じてマイクロ波駆動センサアセンブリのＲＦアンテナによって伝送されるＲＦ信号電圧によって引き起こされ得る。このような損傷させるＲＦ信号電圧は、直流電源回路のアクティブまたはパッシブ部品の破壊につながり得る。これは特に、直流電源回路、および恐らくは追加の電子回路が、半導体基板に形成されるアクティブまたはパッシブ部品の過熱または崩壊を伴わずに許容され得る電圧レベルおよび／または電力レベルについて厳しい制約を課す、サブミクロンＣＭＯＳ半導体基板上に組み込まれる場合に当てはまる。
【０００９】
それゆえに、電子レンジ内の過剰なレベルのマイクロ波エネルギーに曝される場合に、ＲＦアンテナによって得られ、マイクロ波駆動アクティブセンサアセンブリの直流電源回路に供給される電力の量を制限できることは有利である。しかしながら、小型のＣＭＯＳ半導体基板の部品において大量の電力を吸収する、または放散することは、不可能であり得るか、または少なくとも大いに非実用的であり得るため、過剰なエネルギーが半導体基板に入ることを防止することがさらに有利であろう。
【００１０】
さらに、食品の望まれる物理的または化学的特性の、特定の測定されたパラメータ値を、食品の加熱中に電子レンジ庫の外部に送信することが望ましい。このようにして、ユーザまたは消費者は、調製中または調理中の食品の物理的または化学的特性を監視することができ、例えば、当該パラメータ値が目標値または望まれる値に達するとき、レンジを停止させてもよい。送信されたパラメータ値は、データ信号としてデジタル符号化されてもよく、例えば、食品の電流または瞬間温度を含むことができる。しかしながら、前述された、電子レンジ庫内のマイクロ波電磁場の過剰な強さのため、食品の調製中に電子レンジの外へ無線データ信号を確実に送信することは一般的に困難である。マイクロ波電磁場は、無線データ信号を搬送する、すべてのタイプの通常のＲＦ信号と干渉しがちである。状況をさらに悪くすることに、電子レンジのレンジ庫は、潜在的に有害なマイクロ波放射が外部に漏れて、ユーザへ達することを回避するために、ＲＦ信号のいかなる放出も遮断するように設計されたファラデーケージとして本質的に作用する。それゆえに、食品の測定された物理的または化学的特性の電流パラメータ値でデータ信号をレンジ庫の外部に送信するための、確実で、柔軟で、かつ低費用のデータ信号送信機構が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様は、電子レンジ用マイクロ波駆動、またはマイクロ波駆動可能なセンサアセンブリに関する。マイクロ波駆動センサアセンブリは、所定の励起周波数でのマイクロ波放射に応じて無線周波数（ＲＦ）アンテナ信号を生成するための、所定の同調周波数を有するマイクロ波アンテナを含む。マイクロ波駆動センサアセンブリは、所定の信号制限特性に従ってＲＦアンテナ信号の振幅または電力を制限して、制限されたＲＦアンテナ信号を生じさせるための、ＲＦアンテナ信号に連結されたＲＦパワーリミッタをさらに備える。マイクロ波駆動センサアセンブリの直流電源回路が、制限されたＲＦアンテナ信号に連結され、制限されたＲＦアンテナ信号を整流して、電源電圧を生じさせるように構成される。センサが、電源電圧に接続され、電子レンジ庫内での加熱下にある食品の物理的または化学的特性を測定するように構成される。
【００１２】
マイクロ波駆動センサアセンブリの一実施形態は、標準化された９１５ＭＨｚの周波数の放出されるマイクロ波放射を使用する、産業タイプの電子レンジ用に構成される。マイクロ波駆動センサアセンブリの代替実施形態は、標準化された２．４５ＧＨｚの周波数の放出されるマイクロ波放射を使用する、消費者用タイプの電子レンジ用に構成される。マイクロ波アンテナの同調周波数および可能性のある物理的寸法は、例えば、マイクロ波駆動センサアセンブリのこれらのタイプ間で異なってもよい。いずれの場合でも、マイクロ波アンテナは、レンジ庫内に置かれた食品の加熱中における、電子レンジの産業または消費者用の変形のレンジ庫内のマイクロ波放射によって作り出された励起に対して応答性である。マイクロ波アンテナは、ＲＦアンテナ信号を生成し、直流電源回路は、制限されたＲＦアンテナ信号から、またはマイクロ波駆動センサアセンブリがＲＦパワーリミッタを欠いている場合には、受信されたＲＦアンテナ信号から直接、のいずれかでエネルギーを整流して、抽出する。直流（ＤＣ）電源回路によって生成された電源電圧は、アクティブ電子回路およびマイクロ波駆動センサアセンブリの部品に接続され、マイクロ波駆動センサアセンブリの部品に電力を供給してもよい。アクティブ電子回路および部品は、センサ、デジタルプロセッサ、ディスプレイ、光データ送信機などを備えてもよい。それゆえに、マイクロ波駆動センサアセンブリは、代わりに、レンジ庫内のマイクロ波放射から得られたエネルギーに依存することによって、いかなるバッテリ源も伴わずに動作することができる。
【００１３】
食品は、牛乳、水、粉ミルク、コーヒー、茶、ジュースまたは他の飲むことができる物質などの液体を含んでもよく、または食品は、パン、肉、または食事などの固形の、または冷凍された食品を含んでもよい。食品は、レンジ庫内での食品の加熱中に好適な容器または用具の中に配置されてもよい。食品の容器または用具は、カップ、ボトル、または皿などを含んでもよい。センサは、食品と物理的に接触しており、レンジ庫内で加熱中または調製中に、温度、粘度、圧力、色、湿度、反射率、伝導性などの食品の物理的特性を測定してもよく、または検出してもよい。センサは、例えば当該食品の芯部の温度などの物理的または化学的特性を測定するように配置されてもよい。あるいは、センサは、例えば食品の外面への接触によって、食品の表面での物理的または化学的特性を測定するように配置されてもよい。後者の実施形態は、特定の食品の表面が衛生または消毒の目的のために目標または処理温度に達したかどうかを検出するために有用であり得る。マイクロ波駆動センサアセンブリは、電子レンジ内での調製に関連して食品内に挿入された食品プローブに収容されてもよい。センサのいくつかの実施形態は、食品との物理的接触を伴わずに動作して、代わりに、例えば赤外線（ＩＲ）温度検出器などを使用して、食品の物理的特性を遠隔で感知／測定してもよい。あるいは、または加えて、センサの感知部分は、例えば食品における水分量または特定の化学薬品、塩、砂糖などの存在および／または濃度など、加熱中の食品の化学的特性を測定または検出してもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリは、異なるタイプの複数の個別のセンサを備えてもよく、または同じタイプの複数の個別のセンサを備えてもよい。異なるタイプの複数の個別のセンサは、食品の異なる物理的および／または化学的特性を測定するように構成されてもよく、一方で、同じタイプの複数のセンサは、例えば上述された食品の芯部で、および表面で、同時に、食品の異なる位置での、例えば温度などの当該物理的または化学的特性を測定するように構成されてもよい。
【００１４】
ＲＦパワーリミッタは、ＲＦアンテナ信号にわたって接続された可変インピーダンス回路を備えてもよく、可変インピーダンス回路は、所定の励起周波数でのＲＦアンテナ信号の増加している振幅または電力と共に、減少している入力インピーダンスを示して、パワーリミッタの入力インピーダンスとマイクロ波アンテナのインピーダンスとの間の合致を減少させるように構成される。
【００１５】
可変インピーダンス回路は、閾値レベルを下回るＲＦアンテナ信号の電力または振幅レベルでの実質的に一定の入力インピーダンスを示すように、および閾値レベルを上回るＲＦアンテナ信号の電力または振幅レベルでの入力インピーダンスを徐々に、または急激に減少させることを示すように構成されてもよい。可変インピーダンス回路の入力インピーダンスは、例えば、閾値レベルを上回るＲＦアンテナ信号の増加する入力電力と共に徐々に減少してもよい。閾値レベルは、電力閾値または振幅閾値であってもよい。
【００１６】
可変インピーダンス回路は、添付の図面を参照して下記でさらに詳細に述べられるようなＰＩＮリミッタダイオードまたは制御されたＦＥＴトランジスタを備えてもよい。電源回路は、添付の図面を参照して下記でさらに詳細に述べられる理由のために制限されたＲＦアンテナ信号の整流用の１つ以上のＲＦショットキーダイオードを備えてもよい。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態では、マイクロ波アンテナは、マイクロ波駆動センサアセンブリの特定の実施形態を動作するために使用されるマイクロ波放射の２．４５ＧＨｚまたは９１５ＭＨｚのいずれかの、予想される励起周波数から所定の周波数量で離調されてもよい。マイクロ波アンテナの所定の同調周波数は、例えば、マイクロ波放射の前記所定の励起周波数（９１５ＭＨｚまたは２．４５ＧＨｚ）から、少なくとも＋１００％または少なくとも−５０％など、＋５０％超、または−３３％超ずれてもよい。離調は、マイクロ波アンテナによって検知されたマイクロ波エネルギーの量を減少させ、したがって、ＲＦパワーリミッタ（もしあれば）および直流電源回路のいずれかに印加されるＲＦアンテナ信号のレベルを減少させ、およびマイクロ波アンテナがレンジ庫内におけるホットスポットに置かれる場合、ＲＦアンテナ信号の過剰に高い電圧または電力レベルから後者の回路を保護することにおいて補助してもよい。
【００１８】
マイクロ波アンテナの、標準化された２．４５ＧＨｚ（または９１５ＭＨｚ）のマイクロ波放射周波数より高い同調周波数は、マイクロ波アンテナのより小さな物理的寸法の追加の利益につながる。より小さな物理的寸法は、添付の図面を参照して下記でさらに詳細に述べられるような様々な利益につながる。
【００１９】
マイクロ波アンテナは、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナのうちの少なくとも１つを備えてもよい。マイクロ波アンテナは、マイクロ波駆動センサアセンブリを支持する、プリント基板などのキャリアまたは基板の電線または導体パターンに一体形成されてもよい。モノポールマイクロ波アンテナは、一般的に小型で全方向性である。
【００２０】
本発明の一実施形態では、マイクロ波アンテナの発生器インピーダンスは、マイクロ波放射の所定の励起周波数でのＲＦパワーリミッタでの入力インピーダンスの少なくとも２倍である。
【００２１】
マイクロ波駆動センサアセンブリは、好ましくは筐体によって封入される。マイクロ波アンテナは、後者が導電材料を含む場合、好ましくは筐体外に配置されて、マイクロ波放射が実質的に大きな減衰をせずにマイクロ波アンテナに達することを許容し、それによってマイクロ波エネルギーを得る。導電性筐体は、少なくともＲＦパワーリミッタおよび電源回路を封入し、マイクロ波電磁放射から遮蔽する金属シートまたは金属ネットを備えてもよい。
【００２２】
筐体は密封されて、内部に封入されたこれらの回路およびセンサをレンジ庫内に存在する食品の有害な液体、気体、または他の汚染物質から保護してもよい。センサの感知部分は筐体から突出して、感知部分が食品との物理的接触を得ることを許容してもよい。
【００２３】
マイクロ波駆動センサアセンブリは、動作電力の受信のために電源電圧に連結されたデジタルプロセッサを備えてもよく、センサは、食品の物理的または化学的特性の測定されたパラメータ値の受信のためにプロセッサの入力ポートを介してデジタルプロセッサに連結される。センサは、測定されたパラメータ値をデジタル形式またはアナログ形式でデジタルプロセッサの入力ポートに伝達するように構成されてもよい。デジタルプロセッサの様々な技術的詳細および利益は、添付の図面を参照して下記にさらに詳細に述べられる。
【００２４】
マイクロ波駆動センサアセンブリの有利な実施形態は、レンジ庫の外部への食品の物理的または化学的特性の測定されたパラメータ値の受信および光送信のためにデジタルプロセッサに連結される、または直接センサに連結される、光データ送信機を備える。光データ送信機は、デジタル形式で符号化された、測定されたパラメータ値を含む光データ信号を放出するように構成されてもよい。光データ信号は、レンジ庫の外部に配置された好適な光受信機に送信される。当業者であれば、光データ信号がレンジ庫内の前述された過剰なレベルのマイクロ波放射に完全に影響されないことを理解するであろう。さらに、光データ送信機は、小型フォームファクタで、および低費用で商業的に利用可能である。光データ送信機は、可視スペクトルにおける光波または赤外線スペクトルにおける光波によって光データ信号を放出する、変調されたＬＥＤダイオードを備えてもよい。光データ送信機は、特定の用途に依存して、食品の加熱中に光データ信号を規則的な間隔で、または不規則な間隔で、継続的に送信するように構成されてもよい。
【００２５】
光受信機は、ＬＥＤなどの光検出器を含んでもよい。光受信機は、ガラス蓋を貫通する光データ信号の部分の受信のために電子レンジのガラス蓋の外面に取り付けられてもよい。ガラス蓋の内面が金属ネットまたは格子によって覆われる場合、光検出器は、金属ネットまたは格子の開口／開き口に置かれ、光データ信号を伝送する光波の、光検出器への遮るもののない伝搬を許容してもよい。光検出器は、電子レンジのマイクロプロセッサに電気的に、または無線で連結され、測定されたパラメータ値を含む受信された光データ信号を電子レンジのマイクロプロセッサまたは制御装置に送信してもよい。電子レンジのマイクロプロセッサは、受信されたパラメータ値を使用して電子レンジの動作を制御するように構成されてもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリの別の実施形態は、食品の監視された物理的または化学的特性のパラメータ値をレンジ庫の外部に表示するためのパラメータインジケータを含む。パラメータインジケータは、マイクロ波駆動センサアセンブリの外側の筐体表面上に配置されてもよい。パラメータインジケータは、ＬＥＤ、異なる色の複数のＬＥＤ、ラウドスピーカ、英数字ディスプレイ、電子ペーパーの群から選択される少なくとも１つのインジケータを含んでもよい。パラメータインジケータの機能性および技術の詳細は、添付の図面を参照して下記で詳細に述べられる。しかしながら、パラメータインジケータとしての電子ペーパーの使用は、電子ペーパーは、電子レンジがオフにされた後に長期間、測定されたパラメータ値がユーザによって検査されることを許容するため、いくつかの用途では特に魅力的である。電子ペーパーの超低電力消費は、後者が、マイクロ波駆動センサアセンブリの直流電源回路の、例えばコンデンサなどの貯蔵要素に保持された比較的制限された量のエネルギーのみを使用して機能的であり続けることを許容する。
【００２６】
上述のように、マイクロ波駆動センサアセンブリは、例えばサーミスタなどの温度センサを含んでもよい。
【００２７】
本発明の第２の態様は、上記で説明されたマイクロ波駆動センサアセンブリの実施形態のうちのいずれかによる、マイクロ波駆動センサアセンブリを備える食品容器に関する。マイクロ波駆動センサアセンブリの温度センサなどのセンサは、食品容器の食品との物理的接触または感知接触を得るように配置される。それゆえに、食品容器は、食品製造場所または工場での後の食品充填工程を待って、製造直後に空であってもよい。あるいは、食品容器は、エンドユーザーによって手動で充填されてもよい。この後続する食品充填工程に続いて、食品容器に保持された食品は、センサと感知接触させられる。
【００２８】
マイクロ波駆動センサアセンブリは、多数の方法で食品容器に取り付けられてもよく、または一体化されてもよい。特定の実施形態では、マイクロ波駆動センサアセンブリは、食品容器の壁部、蓋部、または底部内に部分的にまたは完全に埋め込まれる。マイクロ波駆動センサアセンブリは、例えば射出成形を使用して、または材料をすでに成形された容器上に外側被覆することによって、容器製造工程中に食品容器の材料に一体化されてもよい。食品容器は、プラスチック、段ボール、ガラス、および陶器のうちの１つ以上など様々な種類の材料を含んでもよい。
【００２９】
本発明の第３の態様は、電子レンジにおいて食品の加熱に関連する食品の物理的または化学的特性を監視する方法に関し、本方法は、
ａ）上記で説明されたマイクロ波駆動センサアセンブリの実施形態のうちのいずれかによるマイクロ波駆動センサアセンブリのセンサを、食品と物理的または感知接触させて配置するステップと、
ｂ）電子レンジのレンジ庫内に食品を位置付けるステップと、
ｃ）電子レンジを作動させて、レンジ庫内で所定の励起周波数のマイクロ波電磁放射を生じさせ、それによって食品に照射し、食品を加熱するステップと、を含み、
−食品の測定された物理的または化学的特性のパラメータ値をマイクロ波駆動センサアセンブリ上に表示するステップ、
−無線データ通信リンクを介して食品の物理的または化学的特性のパラメータ値をレンジ庫外に配置された無線受信機に送信するステップ、のうちの少なくとも一方のステップと、をさらに含む。
【００３０】
無線データ通信リンクは、好ましくは、例えば上記で述べたような、レンジ庫の外部に配置された、前述された光受信機へ光データ送信チャネルを確立する光データ送信機を備える。光データ送信機は、可視スペクトルまたは赤外線スペクトルで光波として光データ信号を放出していてもよい。
【００３１】
食品の物理的または化学的特性を監視する方法は、ＲＦパワーリミッタの所定の信号制限特性に従ってＲＦアンテナ信号の振幅または電力を制限することを含んでもよい。信号制限特性は、ＲＦアンテナ信号の信号波形のピーククリッピングによって、またはＲＦアンテナ信号の信号波形を歪ませない自動利得制御（ＡＧＣ）機能によって実行されてもよい。
【００３２】
本発明の第４の態様は、所定の同調周波数を有して所定の励起周波数での電磁放射に応じてＲＦアンテナ信号を生成するマイクロ波アンテナを備える、電子レンジ用マイクロ波駆動センサアセンブリに関する。アセンブリは、ＲＦアンテナ信号に連結され、およびＲＦアンテナ信号を整流し、ＲＦアンテナ信号に基づいて電源電圧を生じさせるように構成された直流電源回路をさらに備える。温度センサなどのセンサは、電源電圧によって駆動され、電子レンジ庫内での加熱下にある食品の物理的または化学的特性のパラメータ値を測定するように構成される。マイクロ波駆動センサアセンブリは、物理的または化学的特性の測定されたパラメータ値の受信、および測定されたパラメータ値のレンジ庫の外部への光送信のためにセンサに動作可能に連結された、無線データ送信機、好ましくは光データ送信機を追加で備える。
【００３３】
本発明の第４の態様によるマイクロ波駆動センサアセンブリは、ＲＦアンテナ信号と直流電源回路との間に連結されたＲＦパワーリミッタを追加で備える。ＲＦパワーリミッタは、ＲＦパワーリミッタの信号制限特性に従ってＲＦアンテナ信号の振幅または電力を制限するように構成される。ＲＦパワーリミッタは、直流電源回路の入力部に制限されたＲＦアンテナ信号を生じさせる。ＲＦパワーリミッタは、本発明の第１の態様に関連して上記で述べられたＲＦパワーリミッタの実施形態と、または添付の図面を参照して下記にさらに詳細に述べられるＲＦパワーリミッタの実施形態のうちのいずれかと同一であってもよい。
【００３４】
マイクロ波駆動センサアセンブリは、レンジ庫の外部に食品の監視された物理的または化学的特性のパラメータ値を表示するためのパラメータインジケータを備えてもよく、
パラメータインジケータは、本発明の第１の態様に関連して上記で述べられたようなＬＥＤと、異なる色の複数のＬＥＤと、ラウドスピーカと、英数字ディスプレイと、電子ペーパーとから選択される少なくとも１つのインジケータを備える。
【００３５】
本発明の第５の態様は、マイクロ波駆動センサアセンブリの上記で説明された実施形態のいずれかによるマイクロ波駆動センサアセンブリを備える食品プローブに関する。食品プローブは、添付の図面を参照して下記でさらに詳細に述べられるようなマイクロ波駆動センサアセンブリを封入および保護する細長の筐体を備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本発明の好ましい実施形態が添付の図面を参照して下記でさらに詳細に説明される。
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態による、電子レンジにおける使用のためのマイクロ波駆動センサアセンブリの単純化された概略ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による、電子レンジにおける使用のためのマイクロ波駆動センサアセンブリの単純化された概略ブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による、電子レンジにおける使用のためのマイクロ波駆動センサアセンブリの単純化された概略ブロック図である。
【図４】Ａ）は、本発明の第１、第２、または第３の実施形態による、マイクロ波駆動センサアセンブリの第１の例示のＲＦパワーリミッタおよび直流電源回路の単純化された電気回路図を示す。Ｂ）は、本発明の第１、第２、または第３の実施形態による、マイクロ波駆動センサアセンブリの第２の例示のＲＦパワーリミッタおよび直流電源回路の単純化された電気回路図を示す。
【図５】アセンブリの上記の実施形態のいずれかによる、一体化されたマイクロ波駆動センサアセンブリを備える、粉ミルクを有するボトルを示す。
【図６】食品容器の壁部に組み込まれたマイクロ波駆動センサアセンブリを有する例示の食品容器を示す。
【図７】マイクロ波駆動センサアセンブリの上記の実施形態のうちのいずれかによるマイクロ波駆動センサアセンブリを備える温度プローブを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明の第１の実施形態による電子レンジ（図示せず）の産業タイプまたは消費者用タイプの使用に好適なマイクロ波駆動センサアセンブリ１００の単純化された概略ブロック図を示す。マイクロ波駆動センサアセンブリ１００は、例えば８００ＭＨｚ〜３．０ＧＨｚの同調周波数など、マイクロ波領域において所定の同調周波数を有するマイクロ波アンテナ１０２を備える。マイクロ波アンテナ１０２は、マイクロ波放射によって作り出された励起、またはレンジ庫内に置かれた食品の加熱中に産業または消費者用タイプの当該電子レンジのレンジ庫内に生成された電磁場に応答性である。当業者であれば、マイクロ波アンテナ１０２の同調周波数が、消費者タイプの電子レンジ用に設計されたマイクロ波駆動センサアセンブリ用に約２．４５ＧＨｚに、および産業タイプの電子レンジ用に設計されたマイクロ波駆動センサアセンブリ用に９１５ＭＨｚに設計されてもよいことを理解するであろう。マイクロ波アンテナ１０２の同調周波数は、上述されたようなマイクロ波放射の２．４５ＧＨｚまたは９１５ＭＨｚのいずれかの予想される励起周波数から所定の量だけさらに離調されてもよい。
【００３９】
食品は、牛乳、水、粉ミルク、コーヒー、茶、ジュースまたは他の飲むことができる物質などの液体を含んでもよく、または食品は、固形であってもよく、または凍っていてもよく、パン、肉、または食事を含んでもよい。食品は、カップまたは皿などのレンジ庫内における加熱中に好適な容器または用具に配置されてもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリ１００のセンサ１０８の感知部分は、食品との物理的接触にあり、温度、粘度、圧力、色、湿度、導電性などの加熱／調製中の食品の物理的特性を測定してもよく、または検出してもよい。あるいは、センサ１０８は、食品との物理的接触を伴わずに動作して、代わりに、例えば赤外線（ＩＲ）温度検出器などを使用して遠隔または非接触感知によって食品の物理的特性を測定してもよい。あるいは、センサ１０８の感知部分は、例えば水分量、または食品における特定の化学薬品、塩、砂糖などの存在および／または濃度など、加熱中の食品の化学的特性を測定してもよく、または検出してもよい。
【００４０】
当業者であれば、センサが、食品のいくつかの異なる物理的特性、および／または１つ以上の化学的特性を測定または検出するように構成されてもよいことを理解するであろう。マイクロ波駆動センサアセンブリ１００は、異なるタイプの複数の個別のセンサを備えて、食品の異なる物理的および／または化学的特性を測定してもよい。
【００４１】
マイクロ波アンテナ１０２は、レンジ庫内におけるＲＦ電磁放射による励起に応じてＲＦアンテナ信号を生成する。ＲＦアンテナ信号は、任意のＲＦパワーリミッタ１０４の入力部に電気的に接続または連結される。ＲＦパワーリミッタ１０４は、ＲＦパワーリミッタ１０４の所定の信号制限特性に従って、ＲＦアンテナ信号の振幅、電力、またはエネルギーなどのレベルを制限するように構成される。ＲＦパワーリミッタ１０４は、それによって、ＲＦパワーリミッタ１０４の出力部において制限されたＲＦアンテナ信号ＶＬＩＭを生じさせる。所定の信号制限特性は、例えば、例えば特定の閾値レベルを下回るＲＦアンテナ信号の比較的小さなレベルでの線形挙動、および閾値レベルを上回る非線形挙動を含んでもよい。このように、ＲＦアンテナ信号のレベルおよび制限されたＲＦアンテナ信号のレベルは、閾値レベルを下回るＲＦアンテナ信号に対して大部分が同一であってもよく、一方で、制限されたＲＦアンテナ信号のレベルは、閾値レベルを上回るＲＦアンテナ信号のレベルよりも小さくてもよい。任意のＲＦパワーリミッタ１０４の異なるタイプの信号制限特性を生じさせるための様々な回路の詳細および機構が、追加で詳細に下記に述べられる。
【００４２】
マイクロ波駆動センサアセンブリ１００のＲＦパワーリミッタ１０４は、リミッタ１０４が、制限されたＲＦアンテナ信号に電気的に接続された、または連結されたダウンストリーム直流電源回路１０６を、レンジ庫内におけるＲＦ電磁放射に応じてＲＦアンテナ信号の過剰に大きい電力または振幅によって作り出された過電圧状態から保護するため、有利である。これらの過剰な信号入力状態は、キャリア波上に変調されたデータ信号を安全に送信する、または復号化するために十分なＲＦ電力を得ることがしばしば課題である、通常の無線ＲＦデータ通信機器の動作とは極めて逆である。逆に、マイクロ波駆動センサアセンブリ１００は、しばしば、レンジ庫内におけるＲＦ電磁放射源のかなり近くに置かれ、ＲＦアンテナ信号の過剰に大きな電圧および入力電力につながる。さらに、レンジ庫内におけるマイクロ波放射の強さはしばしば、定常波のため、庫を通して非常に可変的である。これらの定常波は、マイクロ波放射の大きく異なる場の強さでの動作中のレンジ庫内におけるいわゆる「ホットスポット」および「コールドスポット」の形成につながる。マイクロ波駆動センサアセンブリ１００は、一方で、コールドスポットに位置付けられる場合、マイクロ波アンテナから十分な電力を抽出して、適切な動作を確実にするように、および他方では、マイクロ波アンテナがホットスポットに位置付けられる場合、非常に大きな振幅のＲＦアンテナ信号に耐えることができるように構成されるべきである。後者の状況では、ＲＦパワーリミッタ１０４は、受信するＲＦ信号電力の大部分を下記でさらに詳細に述べられるような放出用のマイクロ波アンテナに反射し返すことによって、これらの大きな振幅のＲＦアンテナ信号が減衰されることを確実にする。
【００４３】
直流電源回路１０６は、制限されたＲＦアンテナ信号ＶＬＩＭを整流し、ＲＦアンテナ信号ＶＬＩＭから直流電圧ＶＤＤを抽出するように構成される。直流電源回路１０６は、整流要素の出力部に連結された１つ以上のフィルタまたは平滑コンデンサを備えてもよい。いくつかのタイプの整流要素は、半導体ダイオードまたは作動制御される半導体スイッチ／トランジスタなどとして使用されてもよい。一実施形態では、整流要素は、回路ブロック１０６上に概略的に示されるようなショットキーダイオードを備える。１つ以上のフィルタまたは平滑コンデンサは、直流電源電圧ＶＤＤ上の電圧リップルおよびノイズを抑制する役割をし、さらにエネルギー貯蔵器としての役割をしてもよい。エネルギー貯蔵器は、特定の期間の間、抽出されたエネルギーを貯蔵し、追加でさらに下記に述べられるようなＲＦアンテナ信号の短いドロップアウト中に直流電源電圧が充電されたままであるか、または駆動されたままであることを確実にする。センサ１０８の電源端子または入力部は、動作電力の受信のために直流電源電圧ＶＤＤに接続される。センサ１０８は、適切に機能するように電力を必要とする様々なタイプのアクティブデジタルおよび／またはアナログ電子回路および／またはディスプレイ部品を備えてもよい。
【００４４】
マイクロ波駆動センサアセンブリ１００は、好ましくは、少なくともＲＦパワーリミッタ１０４、直流電源回路１０６、およびセンサ１０８を包囲および封入する筐体またはケーシング１１０を備える。筐体１１０は、内部に封入されたこれらの回路およびセンサをレンジ庫内の有害な液体、気体、または他の汚染物質から保護するように密閉されてもよい。センサ１０８の前述された感知部分は、筐体１１０から突出して、感知部分が食品との物理的接触を得ることを許容してもよい。筐体１１０は、動作中に電子レンジによって生成された強いＲＦマイクロ波電磁場に対する、少なくともＲＦパワーリミッタ１０４および電源回路１０６、ならびに任意にセンサ１０８を封入する金属シートまたは金属ネットなどの導電性層または障壁を備えてもよい。ＲＦアンテナ１０２のマイクロ波は、電気的に遮蔽された筐体１１０外に置かれて、マイクロ波放射または場からマイクロ波エネルギーを得ることを許容する。
【００４５】
食品の測定された、または検出された物理的および／または化学的特性は、多数の方法で電子レンジのユーザに表示されてもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリ１００の特定の実施形態では、後者は、食品の測定された物理的および／または化学的特性のパラメータ値または各パラメータ値を、図３を参照して下記でさらに詳細に述べられるような電子レンジの外部に表示するように構成されたディスプレイを備える。マイクロ波駆動センサアセンブリ１００の代替実施形態では、後者は、食品の測定された物理的および／または化学的特性のパラメータ値または各パラメータ値を、図２を参照して下記でさらに詳細に述べられるような電子レンジの外部に送信するために構成された無線データ通信送信機を備える。
【００４６】
図２は、本発明の第２の実施形態による、産業タイプまたは消費者用タイプの電子レンジ（図示せず）における使用のためのマイクロ波駆動センサアセンブリ２００の単純化された概略ブロック図である。マイクロ波駆動センサアセンブリの第１および第２の実施形態の対応する要素および機能は、比較を容易にするように対応する参照符号が割り当てられている。マイクロ波駆動センサアセンブリ２００は、上述されたマイクロ波アンテナ１０２の特性と同一の特性を有してもよいマイクロ波アンテナ２０２を備える。ＲＦアンテナ信号は、上述された任意のＲＦパワーリミッタ１０４の特性と同一の特性を有してもよいＲＦパワーリミッタ２０４の入力部に電気的に連結される。ＲＦパワーリミッタ２０４の出力部は、直流電源回路２０６に連結され、制限されたＲＦアンテナ信号ＶＬＩＭを整流し、マイクロ波駆動センサアセンブリ１００の第１の実施形態に関して上述されたように、直流電源回路２０６から直流電源電圧ＶＤＤを抽出するように構成される。
【００４７】
直流電源電圧ＶＤＤは、センサ２０８の各電源端末または入力部、デジタルプロセッサなどの制御装置２１４、および光データ送信機２１８に連結される。それゆえに、これらの回路は、動作電力の受信のために直流電源電圧ＶＤＤに接続される。センサ２０８は、適切に機能するように電力を必要とする、様々なタイプのアクティブデジタルおよび／またはアナログ電子回路および／またはディスプレイ部品を備えてもよい。デジタルプロセッサ２１４は、マイクロ波駆動センサアセンブリ２００の様々な所定の制御機能を実行するように構成されたハードワイヤードのデジタルプロセッサを備えてもよい。あるいは、デジタルプロセッサ２１４は、ソフトウェアプログラマブルマイクロプロセッサのプログラムメモリに記憶された実行可能なプログラム命令のセットに従って、マイクロ波駆動センサアセンブリ２００の制御機能を実行するように適合されたソフトウェアプログラマブルマイクロプロセッサを備えてもよい。デジタルプロセッサ２１４は、当該食品の前述された物理的または化学的特性の測定されたパラメータ値の受信のためにセンサ２０８に接続された入力ポートを備えてもよい。センサ２０８の感知部分は、加熱／調製中に食品の物理的特性、例えば、温度、粘度、圧力、色、湿度、導電性などを測定または検出するために、食品と物理的または感知接触していてもよい。当業者であれば、測定されたパラメータ値が、センサ２０８およびセンサに一体化された任意の信号調節回路の特性に応じて、アナログ形式で、またはデジタル形式で、センサ２０８によって出力されてもよいことを理解するであろう。パラメータ値がデジタル形式で出力される場合、デジタルプロセッサ２１４の入力ポートは、通常のＩ／ＯポートまたはＩ２ＣまたはＳＰＩなどの産業標準データ通信ポートを備えてもよい。パラメータ値がアナログ形式でセンサ２０８によって出力される場合、デジタルプロセッサ２１４の入力ポートは、内部Ａ／Ｄ変換器に接続されたアナログ入力部を備えて、受信されたパラメータ値をデジタル形式に変換し、測定されたパラメータ値を含む対応するデータストリームまたはデータ信号を作ってもよい。光データ送信機２１８は、レンジ庫の外部に配置された好適な光受信機（図示せず）への光変調および送信のために、所定のデータ形式で符号化された測定されたパラメータ値を光データ送信機２１８に供給するデジタルプロセッサ２１４のデータポートに連結される。光データ送信機２１８は、可視スペクトルで、または赤外線スペクトルで、波によって光データ信号を放出する変調されたＬＥＤダイオードを備えてもよい。光受信機は、ＬＥＤなどの光検出器を備えてもよい。デジタルプロセッサ２１４および光データ送信機２１８は、特定の用途に応じて食品の加熱中に規則的な間隔で、または不規則な間隔で不定光データ信号を継続的に送信するように構成されてもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリ２００は、好ましくは、少なくともＲＦパワーリミッタ２０４、直流電源回路２０６、デジタルプロセッサ２１４、センサ２０８、および光データ送信機２１８を包囲および封入する筐体またはケーシング２１０を備える。筐体２１０は、上述された筐体１１０と同じ特性を有してもよい。
【００４８】
電子レンジは、レンジのＥＭＩ遮蔽として機能する金属ネットまたは格子で覆われた内面を備えるガラス蓋を備えて、動作中にレンジによって放出されたマイクロ波放射のレンジ庫外の外部環境への漏れを防止してもよい。光検出器は、光データ信号がガラス蓋を通して光検出器に送信されるように、電子レンジのガラス蓋の外面上に直接取り付けられてもよい。光検出器は、ＥＭＩ遮蔽の開口に置かれて、光データ信号を伝送する光波の光検出器への妨害されない伝搬を許容してもよい。光検出器は、電子レンジのマイクロプロセッサに電気的に、または無線で連結され、測定されたパラメータ値を含む、受信された光データ信号を電子レンジの制御装置に送信してもよい。電子レンジのマイクロプロセッサは、受信されたパラメータ値を使用して、電子レンジの動作を制御するように構成されてもよい。一実施形態では、食品の測定されたパラメータ値は、食品の現在の温度を含んでもよく、電子レンジのマイクロプロセッサは、食品の現在の温度が特定の目標温度に達する場合、加熱を終了するように構成されてもよい。
【００４９】
図３は、本発明の第３の実施形態による産業または消費者用タイプの電子レンジ（図示せず）における使用のための、マイクロ波駆動センサアセンブリ３００の単純化された概略ブロック図を示す。マイクロ波駆動センサアセンブリの第２および第３の実施形態の対応する要素および機能は、比較を容易にするように対応する参照符号が割り当てられている。本マイクロ波駆動センサアセンブリ３００と前述されたマイクロ波駆動センサアセンブリ２００との間の主な違いは、光データ送信機２１８がディスプレイ３１２で置き換えられたことである。ディスプレイ３１２は、レンジ庫の外部に食品の物理的または化学的特性の測定されたパラメータ値を表示するためのパラメータインジケータとして機能する。ディスプレイ３１２はまた、マイクロ波駆動センサアセンブリ３００の直流電源回路３０６によって生成される直流電源電圧ＶＤＤによって駆動される。前述されたように、直流電源回路３０６は、制限されたＲＦアンテナ信号ＶＬＩＭからエネルギーまたは電力を抽出する。しかしながら、ＲＦパワーリミッタ３０４は任意の回路であり、マイクロ波駆動センサアセンブリの他の実施形態は、あらゆる中間ＲＦ信号制限を伴わずにＲＦアンテナ信号を直流電源回路３０６に直接連結させてもよい。ディスプレイ３１２は、レンジ庫の外部に食品の監視された物理的または化学的特性のパラメータ値を表示するためのパラメータインジケータとして機能する。ディスプレイ３１２は、好ましくは、ユーザがレンジの動作中にレンジのガラスドアまたは蓋を通して現在のパラメータ値を読むことを許容するのに十分な寸法および／または明るさで測定されたパラメータ値を表示するように構成される。ディスプレイ３１２は、ＬＥＤ、異なる色の複数のＬＥＤ、ラウドスピーカ、英数字ディスプレイ、および電子ペーパーなどの様々なタイプのパラメータ値インジケータを備えてもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリ３００は、好ましくは、少なくともＲＦパワーリミッタ３０４、直流電源回路３０６、デジタルプロセッサ３１４、センサ３０８、およびディスプレイ３１２を包囲および封入する筐体またはケーシング２１０を備える。筐体２１０は、上述された筐体１１０と同じ特性を有してもよい。
【００５０】
図４のＡ）は、本マイクロ波駆動センサアセンブリの上述された第１、第２、および第３の実施形態のうちのいずれかにおける使用に好適な第１の例示のＲＦパワーリミッタ２０４、３０４および直流電源回路２０６、３０６の単純化された電気回路図を示す。ＲＦパワーリミッタは、ＰＩＮリミッタダイオードおよび並列インダクタＬ１を備える。ＰＩＮリミッタダイオードＤ１は、ＲＦアンテナ信号からＲＦパワーリミッタの接地に連結され、マイクロ波アンテナ２０２、３０２に可変シャントインピーダンスを提示し、シャントインピーダンスは、受信するＲＦアンテナ信号のレベルで変化する。したがって、ＲＦパワーリミッタは、マイクロ波アンテナ２０２、３０２の出力部で生じさせられたＲＦアンテナ信号と比較して、制限された、または減衰されたＲＦアンテナ信号ＶＬＩＭを生成する。制限されたＲＦアンテナ信号ＶＬＩＭは、直流電源回路２０６、３０６の入力部に、より詳細にはショットキーダイオードＤ２の形態で整流要素の陰極に印加される。並列インダクタは、ＰＩＮリミッタダイオードＤ１の適当な直流バイアスを確実にする。ＰＩＮリミッタダイオードのインピーダンスは、低いレベルのＲＦアンテナ信号に対して、例えば１０００オームより大きいなど、比較的大きく、ＲＦパワーリミッタの入力インピーダンスが対応する方式で挙動するように、ＲＦアンテナ信号のレベルの増加と共に徐々に減少する。１つの例示の実施形態では、マイクロ波アンテナの発生器インピーダンスは、約１０００オームであってもよく、直流電源の入力インピーダンスは約２００オームであってもよく、ＰＩＮリミッタダイオードのインピーダンスは、低いレベルのＲＦアンテナ信号に対して、１０００オームを上回ってもよい。ＲＦアンテナ信号のレベルの増加と共に、ＰＩＮリミッタダイオードのインピーダンスは徐々に減少して、高いレベルのＲＦアンテナ信号に対して、約５０オームまたはそれよりも小さい値に達する。それゆえに、マイクロ波アンテナとＲＦパワーリミッタとの間のインピーダンスの合致は、ＲＦアンテナ信号のレベルの増加と共に徐々に悪化する。結果的に、ＲＦアンテナ信号のレベルが増加すると、ＲＦアンテナ信号の増加部分がマイクロ波アンテナに反射し返され、マイクロ波アンテナから放出される。それゆえに、直流電源回路の部品を、高いレベルのＲＦアンテナ信号に対して、前述された過電圧および／または過熱の問題につながり得る過剰なＲＦ電圧レベルおよび電力レベルから遮蔽すること。
【００５１】
図４のＢ）は、本マイクロ波駆動センサアセンブリの上述された第１、第２、および第３の実施形態のうちのいずれかにおける使用に好適な第２の例示のＲＦパワーリミッタ２０４、３０４および直流電源回路２０６、３０６の単純化された電気回路図を示す。ＲＦパワーリミッタは、制御可能なＭＯＳＦＥＴトランジスタＭ１を備える。制御可能なＭＯＳＦＥＴトランジスタＭ１は、ＲＦアンテナ信号からＲＦパワーリミッタの接地に連結され、マイクロ波アンテナに可変シャントインピーダンスを提示し、インピーダンスは受信するＲＦアンテナ信号のレベルに従って変化する。しかしながら、ＰＩＮリミッタダイオードのインピーダンス特性および信号制限特性がＰＩＮダイオード自体の固有のパラメータで固定される一方、ＭＯＳＦＥＴ  Ｍ１の信号制限特性は、Ｍ１のゲート／制御端末３０５のゲート電圧を制御する、または調整することによって、デジタルプロセッサ２１４、３１４によって正確に制御されることができる。この特徴は、ＲＦパワーリミッタの本実施形態のインピーダンス特性、およびそれと共に信号制限特性を制御すること、または適応することにおいて、多大な柔軟性を提供する。デジタルプロセッサ２１４、３１４は、例えば、好適な入力ポートを介して直流電源電圧ＶＤＤのレベルを監視してもよい。デジタルプロセッサは、直流電源電圧ＶＤＤが、例えば閾値電圧に達するなど、特定の基準を満たすことに応じて、Ｍ１のゲート電圧の調整を介して、Ｍ１のインピーダンスを急速に、または徐々に減少させるように構成されてもよい。後者は、電源の公称電圧を表示してもよく、または、ＲＦアンテナ信号から受信する電力の量が、直流電源回路における前述された潜在的に有害な過電圧状態を回避するように有利に低下され得るように、直流電源回路１０６、２０６、３０６の完全に充電された状態を表示してもよい。デジタルプロセッサは、Ｍ１のインピーダンスが所定の閾値レベルを下回って実質的に一定に留まり、閾値レベルを上回るより小さなインピーダンスへと減少するように、Ｍ１のインピーダンスを制御してもよい。所定の閾値レベルを上回るＭ１のより小さなインピーダンスは、インピーダンスが、実質的に一定であるか、または直流電源電圧の増加と共に徐々に減少するように可変であってもよい。
【００５２】
図５は、哺乳瓶を含む第１の例示の食品容器５２０を示す。哺乳瓶は、粉ミルク５２８の一部分を含有する。哺乳瓶５２０は、マイクロ波駆動センサアセンブリの上記の実施形態のうちのいずれかによる、一体化されたマイクロ波駆動センサアセンブリ１００、２００、３００を備える。哺乳瓶５２０は、２．４５ＧＨｚマイクロ波放射を使用する消費者用タイプの電子レンジにおける使用のために設計される。マイクロ波駆動センサアセンブリは、好ましくは、一体化されたマイクロ波駆動センサアセンブリの前述された回路を包囲および封入する筐体またはケーシングを備える。筐体は、マイクロ波駆動センサアセンブリ１００の第１の実施形態に関連して上述された筐体１１０と同じ特性を有してもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリは、哺乳瓶５２０の瓶壁５２２の底部に配置される。瓶壁５２２は、ポリカーボネートを備えてもよく、したがって、赤外線光および／または可視光に対して極めて透明であってもよい。温度センサ５２６がマイクロ波駆動センサアセンブリの筐体から突出し、粉ミルク５２８との物理的接触を達成し、粉ミルク５２８の現在の温度を測定する。あるいは、温度センサ５２６は、筐体内に配置され、好適な材料のインターフェースを通して粉ミルク５２８との熱接触を得てもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリは、比較的短くモノポールマイクロ波アンテナ５０２を備える。モノポールマイクロ波アンテナ５０２の同調周波数は、好ましくは、電子レンジのマイクロ波放射の２．４５ＧＨｚ放射周波数よりもいくらか高い。それゆえに、モノポールマイクロ波アンテナ５０２は、いくつかの利点をもたらす、意図的な離調がされる。２．４５ＧＨｚでのマイクロ波放射周波数と比較した、モノポールマイクロ波アンテナ５０２のより高い同調周波数は、モノポールマイクロ波アンテナ５０２のより小さな物理的寸法につながる。より小さな物理的寸法は、マイクロ波駆動センサアセンブリのより小さな寸法、および本哺乳瓶５１０などの様々な種類の器具へのより単純な一体化につながる。離調はさらに、モノポールマイクロ波アンテナ５０２によって検知されたマイクロ波エネルギーの量を減少させ、したがって、ＲＦパワーリミッタ２０４、３０４（もしあれば）および直流電源回路２０６、３０６のいずれかに印加されたＲＦアンテナ信号のレベルを減少させる。２．４５ＧＨｚのマイクロ波放射周波数での同調に対するモノポールマイクロ波アンテナ５０２の同調周波数は、少なくとも５０％高く、本実施形態における３．６７５ＧＨｚ以上のモノポールマイクロ波アンテナ５０２の同調周波数につながる。マイクロ波駆動センサアセンブリは、マイクロ波駆動センサアセンブリ２００の第２の実施形態に関連して述べられたような光データ送信機をさらに備える。光データ送信機は、レンジ内での哺乳瓶の加熱中に温度センサ５２６によって生じさせられた、粉ミルク５２８の測定された温度値を含む光データ信号５３０を放出するように構成される。光データ信号５３０は赤外線であってもよく、瓶壁５２２を貫通し、レンジドアを貫通し、上述されたようなレンジ庫外に置かれた光受信機に達するのに十分な大きさのレベルまたは電力を有してもよい。当業者であれば、光データ送信機が、上述されたディスプレイ３１２などのディスプレイで置き換えられるか、または補完されてもよいことを理解するであろう。ディスプレイは、レンジ庫の外部に粉ミルク５２８の測定された温度値を示してもよく、または粉ミルクの特定の事前プログラムされた目標温度が達成されたことを単純に示してもよい。ユーザは、加熱中にディスプレイ上の温度表示を読むことによって、粉ミルクの現在の温度を監視し、望ましい温度が達成されたときにレンジを中断してもよい。あるいは、電子レンジの前述されたマイクロプロセッサは、望ましい温度が達成されたとき、電子レンジの加熱を自動的に中断するように構成されてもよい。これは、マイクロ波駆動センサアセンブリによって送信された光データ信号が、上述されたようなレンジドア上に装着された光検出器を介して電子レンジのマイクロプロセッサに連結されることを必要とする。
【００５３】
図６は、例えば哺乳瓶の形態の第２の例示の食品容器６２０を示す。食品容器６２０は、マイクロ波駆動センサアセンブリの上記で説明された実施形態１００、２００、３００のうちのいずれかによるマイクロ波駆動センサアセンブリ６００を備える。マイクロ波駆動センサアセンブリ６００は、容器の材料の壁部６２２、または可能性のある容器の他の部分内に部分的にまたは完全に埋め込まれる。マイクロ波駆動センサアセンブリ６００は、射出成形などの製造技術を使用して、または外側被覆することによって食品容器６２０の壁部６１５内に埋め込まれていてもよい。食品容器６２０は、様々なタイプの射出成形に適合する材料を備えてもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリ６００の、例えば温度センサまたは化学センサなどのセンサ６２６は、食品容器６２０内に保持された食品６２８（例えば、粉ミルク）との物理的接触を得るように配置される。マイクロ波駆動センサアセンブリ６００を囲む壁部６２２の拡大された図面の部分６５０は、センサ６２６が、どのように、食品６２８との物理的接触を得るように壁材料の内面の外部に少なくとも突出するかを例証する。
【００５４】
図７は、マイクロ波駆動センサアセンブリの前述された実施形態１００、２００、３００のうちのいずれかによるマイクロ波駆動センサアセンブリを備える例示の温度プローブ７４０を示す。温度プローブ７４０は、多数の使用法を有し、例えば、食品７２８の電子レンジの加熱に関連する、カップ、ボトルなどの食品容器７２０内に保持された食品７２８内に挿入されてもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリは、主部７００と、主部７００から物理的に分離して配置されたセンサ部７２６と、を備える。分離したセンサ部７２６は、１つ以上の導電体または電線を介して主部７００に電気的に接続されてもよい。あるいは、センサ部７２６および主部７００は、無線データ通信リンクを介して接続されてもよい。マイクロ波駆動センサアセンブリは、好ましくは、例えば細長の円筒形の筐体などの、温度プローブ７４０の筐体またはケーシング７３４内に封入または配置され、ユーザの操作および取り扱いを容易にする。温度プローブ７４０は、少なくともセンサ部７２６が食品７２８に埋め込まれて、電子レンジ庫内における食品７２８の加熱中に、食品７２８の関係する物理的および／または化学的特性を正確に測定するように、使用中、食品７２８に挿入されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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