JP6522257B1 - 反射エネルギーステアリングを用いる電子レンジ - Google Patents

Abstract

電子レンジでの熱の分布を制御するための可変反射素子のセットを有する電子レンジ、及び関連する方法が本明細書に開示される。電子レンジは、チャンバ、チャンバ内の注入ポートに結合されたエネルギー源、及びチャンバ内に位置する可変反射素子のセットを含む。開示されている手法の内のいくつかでは、可変反射素子は無放射である。電子レンジの制御システムは、可変反射素子の状態を改変して、それによってチャンバの中のエネルギーの分布を改変し、制御するように構成できる。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１６年１２月１４日に出願された米国仮出願第６２／４３４，１７９号の利益を主張する２０１７年６月９日に出願された米国出願第１５／６１９，３９０号、及び２０１６年６月１３日に出願された米国仮出願第６２／３４９，３６７号の優先権を主張し、そのすべてはすべての目的のために全体として参照により援用される。

電子レンジは、強力な電磁場に品物をさらすことによってチャンバの中の品物を加熱する。典型的な電子レンジオーブンの場合、電磁場はマグネトロンからのマイクロ波放射の結果であり、ほとんどの場合、２．４５ＧＨｚまたは９１５ＭＨｚのどちらの周波数を有する波の形をとる。これらの形の放射線の波長はそれぞれ１２ｃｍ及び３２．８ｃｍである。加熱中、マグネトロン動力式の電子レンジオーブンのチャンバ内の電磁波の周波数は、概して＋／−５％の範囲内で短期間ドリフトまたはホッピングする場合がある。本開示の目的のため、電磁波の平均時間波長は、関連した電磁波の「主波長」と呼ばれ、電磁波の周波数または波長に関して示される電子レンジの寸法は、その電磁波の主波長の周波数または波長を指す。

加熱された品物によって吸収されない電子レンジオーブンの中の波は、チャンバの中で反射し、定常波を引き起こす。定常波は、コヒーレントであるが、異なる方向で移動する波の建設的干渉及び相殺的干渉によって引き起こされる。反射波の複合的な影響は、高いマイクロ波場強度及び低いマイクロ波場強度の局所的な領域、つまり波腹及び波節が生じることである。波は波節で破壊的に干渉して、加熱のためにエネルギーをほとんど利用できないまたは利用できないスポットを生じさせる場合がある。波は波腹で建設的に干渉して、ピークエネルギーを利用できるスポットを生じさせる。放射線の波長は、品物が加熱されている時間の間、品物の中で熱が拡散する長さスケールに比較してかなりである。その結果、電子レンジは、従来の方法に比べて不均一に食品を加熱する傾向がある。

また、電子レンジが加熱されている品物の比体積に熱をもたらす仕組みのため、電子レンジは食品を不均一に加熱しがちである。電子レンジオーブンの電磁波は、前後に回転するために水等の分極分子を生じさせ、それによって品物に運動エネルギーの形でエネルギーを送達する。したがって、水はマイクロ波できわめて効果的に加熱されるが、分極分子を含まない品物は効率的に加熱されない。単一の品物の異なる部分は高温まで加熱される場合があり、一方他の部分は高温まで加熱されないため、これは不均一な加熱の問題を悪化させる。例えば、そのスクロース及び水の含有量が高いゼリードーナッツの内部はきわめて高温になる。一方、外部の生地は高温にならない。

電子レンジでの不均一な調理に対処するための従来の方法は、回転トレイで加熱されている品物を移動すること、及び回転式スターラで電磁エネルギーの分布を均質にすることを含む。これらの手法は、電磁波の波腹が品物の特定のスポットに印加されるのを防ぎ、それによって不均一な加熱を防ぐだろう。しかしながら、両方の手法とも波腹及び品物自体の相対的な位置のその取扱いについて基本的に行き当たりばったりである。また、両方の手法とも、特定の品物がマイクロ波で不均一に加熱される問題に対応していない。これらの手法では、チャンバに加えられた熱は、加熱されている品物の場所、つまり特定の内部特性に基づいて調整されない。

概要
電子レンジ内での熱の分布を制御するために可変反射素子のセットを有する電子レンジ、及び関連方法が本明細書に説明される。電子レンジは、チャンバ、チャンバ内の注入口に結合されたエネルギー源、及びチャンバ内に位置する可変反射素子のセットを含む。開示されている手法のいくつかでは、可変反射素子は無放射である。電子レンジの制御システムは、可変反射素子の状態を改変し、それによってチャンバの中のエネルギーの分布を改変し、制御するように構成できる。

１つの手法では、電子レンジ内での熱の分布を制御するための反射素子のセットを有する電子レンジは、チャンバ、チャンバ内の注入口に結合されたマイクロ波エネルギー源、チャンバのパーフォレーションのセットを通って伸長する誘電スピンドルのセット、及び誘電スピンドルのセットに接続されたモータのセットを含む。反射素子のセットは、誘電スピンドルのセットによってチャンバの表面の上方に保持される。モータのセットは、誘電スピンドルのセットを介して反射素子のセットを回転させる。モータのセット、反射素子のセット、及び誘電スピンドルのセットは、少なくとも３つのユニットの各セットである。

別の手法では、電子レンジは、加熱チャンバ、加熱チャンバ内の反射素子のセット、偏波電磁波を加熱チャンバに印加するように構成されたマイクロ波エネルギー源、加熱チャンバの外壁を通って伸長する誘電スピンドルのセット、及び第１の向きを有する第１の位置と第２の向きを有する第２の位置との間で誘電スピンドルのセットを介して反射素子のセットを個別に回転させるモータのセットを含む。偏波電磁波の主要な偏波は、第１の向きに垂直である。偏波された電磁波の主要な偏波は、第２の向きに平行である。

別の手法では、電子レンジのチャンバ内で品物を加熱するための方法は、チャンバに対する第１の偏波電磁波をエネルギー源からチャンバ内の反射素子のセットに印加することを含む。反射素子のセットは、誘電スピンドルのセットによってチャンバの表面の上方に保持される。また、方法は、モータのセット及び誘電スピンドルのセットを使用し、反射素子のセット内で反射素子のそれぞれを独立して回転させることも含む。反射素子のそれぞれを独立して回転させることは、第１の位置から第２の位置に反射素子のセット内の第１の反射素子を回転させることを含む。また、方法は、第１の反射素子が第１の位置にあるときに、反射素子のセットから品物に第１の偏波電磁波を反射することも含む。該反射は、エネルギーの極大値を品物上の第１の位置に置く。また、方法は、反射素子のセットの第１の反射素子を第２の位置に回転させた後に、チャンバにエネルギー源から第２の偏波電磁波を印加すること、及び第１の反射素子が第２の位置にあるときに、反射素子のセットから品物に第２の偏波電磁波を反射することも含む。該反射は、エネルギーの極大値を品物上の第２の位置に置く。第１の位置及び第２の位置は異なる。第１の反射素子は、第１の位置で第１の向きを有し、第２の位置で第２の向きを有する。第１の偏波電磁波の主要な偏波は、第１の向きに垂直である。第２の偏波電磁波の主要な偏波は第２の向きに平行である。第１の偏波電磁波の主要な偏波は、第２の偏波電磁波の主要な偏波に等しい。

エネルギーが可変反射素子に反射されるときのチャンバ内でのそのエネルギーの分布の極大値の空間関係を、素子の２つの異なる位相設定でのその素子の近傍でのエネルギーの定常波包絡線とともに示す。 エネルギーが可変反射素子に反射されるときのチャンバ内でのそのエネルギーの分布の極大値の空間関係を、到来波の偏波に対する素子の２つの異なる向きでのその素子の近傍でのエネルギーの定常波包絡線とともに示す。 分解された状態で、駆動モータに取り付けられた可変反射素子を示す。 ２つの可変反射素子の状態に基づいて反射された電磁波に異なる位相シフトをもたらす電子レンジの壁を示す。 ２つの異なる構成の可変反射素子のセットの影響を受けてマイクロ波エネルギー源からエネルギーを受け取る２つの状態にある電子レンジのチャンバ内でのＬＥＤのＲＦ反応アレイを示す。 電子レンジ内でのエネルギー源及び可変反射素子の相対位置の４つの構成を示す。 電子レンジ内でのエネルギー源及び可変反射素子の相対位置の４つの構成を示す。 可変反射素子のセットの向きを改変するための駆動モータのセットを有するプリント回路基板を示す。図は、プリント回路基板の正面側の上からの図、及びプリント回路基板の裏面の等角図を含む。 可変反射素子をプリント回路基板に取り付けることの詳細、及び電子レンジのチャンバの壁に対する可変反射素子を示す。 可変反射素子のセット及び電子レンジのチャンバのその表面に位置する従来のモードスターラを有する電磁レンジの天井を示す。 可変反射素子を隠し、保護するためのＲＦ透明プラスチックカバーの追加を有する図９と同じ図を示す。 チャンバ内で品物を加熱するための方法のセットのフローチャート、及び２つの可変反射素子がその状態に基づいて極大値の位置をどのようにして改変するのかの図を示す。 図１１のステップの内の１つを実行するための方法のセットのフローチャートを示す。 図１１のステップの内の１つを実行するための方法のセットのフローチャート及びブロック図を示す。 側面図及び平面図から可変反射素子を示す。 側面図及び平面図から２つの導電性構造を有する可変反射素子を示す。 側面図及び平面図から２つの可変反射素子を示す。 平面図から可変インピーダンス素子のネットワークを介して接続された可変反射素子のセットを示す。 側面図及び平面図から長穴構成を有する可変反射素子を示す。 側面図及び平面図からチャンバの壁のパーフォレーションによって形成された長穴構成を有する可変反射素子を示す。 変化する相対向きを有する可変反射素子のアレイを示す。 第１の位置から第２の位置に物理的に移動する反射素子を有する可変反射素子の側面図及び平面図を示す。 変化する高さを有する可変反射素子のセットを示す。 同じ量の時間及びエネルギーを使用し、加熱された２セットの卵を示すが、１セットは、チャンバ内で熱をより均一に分布するために適用された可変反射素子を使用し、加熱されている。

詳細な説明
ここで、１つ以上の例が添付図面に示されている、開示された発明の実施形態を詳しく参照する。各例は、本技術の制限としてではなく、本技術の説明として提供される。実際に、本技術の範囲から逸脱することなく、本技術で変更及び変形を行うことができることが当業者に明らかになる。例えば、一実施形態の一部として示されるまたは説明される特徴は、追加の実施形態を生じさせるために別の実施形態と使用されてよい。したがって、本主題は、添付の特許請求の範囲及びその同等物の範囲内ですべての係る変更形態及び変形形態をカバーすることが意図される。

本明細書に開示される方法及びシステムは、電子レンジ内での電磁エネルギーのステアリングを可能にする。これらの方法及びシステムは、品物がチャンバ内で加熱されている間にチャンバ内で波節及び波腹のパターンにより生じる電磁エネルギーの分布を改変するために使用できる。いくつかの手法では、分布は加熱プロセスを通して品物をより均一に加熱するために改変される。開示されたシステムは、チャンバの中のエネルギーの強度及び分布の制御を可能にする、チャンバ内部の可変反射素子の反射アレイを含む場合がある。

制御システムは、可変反射素子の状態を改変し、それによって分布を改変するように構成できる。可変反射素子のアレイは、制御システムによって制御される可変インピーダンス素子の関連したアレイを含む場合がある。可変インピーダンス素子のインピーダンスは、異なるインピーダンス値に設定できる。インピーダンス値を改変することは、可変反射素子の反射率を改変する場合がある。特に、反射率は、特定の波長の反射電磁エネルギーにもたらされた位相シフトを調整するために改変できる。また、可変反射素子のアレイは、ある位置から別の位置に移動できる電気的反射素子のセットを含む場合がある。電気的反射素子のセットの素子の位置は、チャンバ内でのエネルギーの分布を変更するために改変できる。特に、反射素子の位置は、チャンバ内の電磁波の主要な偏波に対する反射素子の向きを調整するために改変できる。

以下に説明するように、可変反射素子の反射率を改変することは、チャンバ内のエネルギーの分布及び強度を改変する場合がある。この目的を達成するために、制御システムは、別々に、またはアレイの素子の特定のサブセットとともにアレイの各可変インピーダンス素子を制御するように構成できる。特定の手法では、制御システムは可変インピーダンス素子の内の少なくとも２つを独立して制御できる。同様に、チャンバが、異なる位置の間で移動できる少なくとも２つの反射素子のセットを含む手法では、制御システムは、少なくとも２つの反射素子の位置を独立して制御できる。

図１は、可変反射素子の反射率を改変することが、どのようにしてチャンバ内のエネルギーの分布及び強度を改変できるのかの例を提供する。図１は、チャンバ１０１の壁に埋め込まれた可変反射素子１００を含む。可変反射素子１００は、エネルギー源から入射する電磁波１０２及び１０３と衝突する。電磁エネルギーの量はさまざまなときに印加される。エネルギーは、素子１００から品物１０４に反射する。品物１０４は、電子レンジ内の電磁エネルギーによって加熱されている品物である。波形１１４及び１１５は、可変反射素子１００の異なる位相設定値での可変反射素子１００の近傍での定常波包絡線を表す。図１の左の画像は、チャンバでのエネルギーの分布の極大値の位置の可変反射素子１００の状態に対する空間関係を示す。電磁エネルギー１０２の波が印加されるとき、可変反射素子１００は第１の状態にあり、極大値は品物１０４上の位置１０５にある。電磁エネルギー１０３の波が印加されるとき、可変反射素子１００は第２の状態にあり、極大値は品物１０４上の位置１０６にある。結果として、極大値の位置は、エネルギー源が、それが生じさせるエネルギーの特徴を改変する必要なく、品物１０４上のある位置から別の位置に移動する。実際には、電磁エネルギー１０２及び１０３の波は、単に２つの異なる時間セグメントを横切るエネルギーの単一の不変の流れによって印加されるエネルギーである場合がある。

可変反射素子１００は、可変インピーダンス素子１０７を含む場合がある。この手法では、可変反射素子は、第１のインピーダンス値から第２のインピーダンス値に可変インピーダンス素子のインピーダンスを改変することによって変更できる。示すように、可変インピーダンス素子１０７は、可変反射素子１００の本体を空洞壁に結合する。しかしながら、可変インピーダンス素子は、代わりに可変反射素子１００の本体を異なる可変反射素子に結合し得る。例示を目的として、可変反射素子１００はほぼ完全な反射率を示す理想的な導体である。したがって、波形１１４の到来波１０８は、可変反射素子１００の表面で発信波１０９とゼロになる。

図１を参照すると、可変インピーダンス素子のインピーダンスの変化がどのようにしてチャンバの中のエネルギーの分布をシフトできるのかが説明できる。到来波１０８及び発信波１０９の組み合わせは位置１１０で波腹を有する定常波を生じさせ、その点でエネルギーの極大値を生じさせる。しかしながら、可変インピーダンス素子１０７のインピーダンスが第２の値に変更される場合、定常波の位相を改変できる。示すように、到来波１１１及び発信波１１２は、まだ可変反射素子１００の表面でゼロになるが、波腹の位置は位置１１３にシフトされている。したがって、可変インピーダンス素子のインピーダンスを調整することによって、チャンバでの極大値の分布を修正できる。

図２は、可変反射素子の反射率を改変することが、チャンバ内のエネルギーの分布及び強度をどのようにして改変できるのかの別の例を示す。図２は、チャンバ１０１の壁に可変反射素子２００を含む。図１の同様の素子は図２で相応して名前を付けられ、上記開示に従っている。図１と同様に、図２の左の画像は、チャンバ内のエネルギーの分布の極大値の位置の、可変反射素子２００の状態に対する空間関係を示す。電磁エネルギー１０２の波が印加されるとき、可変反射素子２００は第１の状態にあり、極大値は品物１０４上の位置１０５にある。電磁エネルギー１０３の波が印加されるとき、可変反射素子２００は第２の状態にあり、極大値は品物１０４上の位置１０６にある。結果として、極大値の位置は、エネルギー源が、それが生じさせるエネルギーの特徴を改変する必要なく、品物１０４上のある位置から別の位置に移動する。実際には、電磁エネルギー１０２及び１０３の波は、単に２つの異なる時間セグメントを横切るエネルギーの単一の不変の流れによって印加されるエネルギーである場合がある。

可変反射素子２００の特徴は、図１の特徴とは異なる。示すように、電磁波１０３と比較して、電磁波１０２の受け取り時の状態の変化は、可変反射素子２００の物理的な移動によって特徴付けられる。反射率の位相は、入射偏波の相対向き、及び可変反射素子の軸に依存する。チャンバに印加される電磁波は、偏波電磁波または部分的に偏波した電磁波である場合がある。したがって、可変反射素子の向きを改変することによって、チャンバ内でのエネルギーの分布を改変できる。分布２１４は、可変反射素子２００が第１の向きを有する第１の位置にあるときに引き起こされる。分布２１５は、可変反射素子２００が、第２の向きを有する第２の位置にあるときに引き起こされる。この例では、入射電磁波１０２及び１０３の偏波は同じである。分布２１４は、可変反射素子２００の向きが偏波に平行であるときに引き起こされる。分布２１５は、可変反射素子２００の向きが偏波に垂直であるときに引き起こされる。

可変反射素子２００は、導電性バーまたは金属の板等の電気的反射素子を含む場合がある。反射率素子は、誘電スピンドル２０１に取り付けることができる。誘電スピンドル２０１は、チャンバ１０１の壁のパーフォレーション２０２を通って伸長できる。モータ２０３は、誘電スピンドル２０１に力をかけるように構成できる。例えば、モータは、誘電スピンドル２０１を回転させ、それによって電気的反射素子を回転させるように構成し得る。代替の手法では、可変反射素子は、例えば任意の形の回転または並進等の、他の箇所で言及される種々の方法で物理的に再配置できる。また、可変反射素子は、任意の形の線形アクチュエータまたは回転型アクチュエータを使用し、物理的に再配置することもできる。

図２に関して、可変反射素子の向きの変化がどのようにしてチャンバの中のエネルギーの分布をシフトできるのかを示すことができる。到来波１０８及び発信波１０９の組み合わせは位置１１０で波腹を有する定常波を生じさせ、その点でエネルギーの極大値を生じさせる。これは、可変反射素子の向きが到来波１０８の偏波に垂直であるためであり、したがって波は本質的に反射素子を無視し、代わりにチャンバ１０１の壁によって反射される。示すように、電磁波１０８及び１０９は、チャンバの表面でゼロになる。しかしながら、可変反射素子２００の向きが第２の値に変更される場合、定常波の位相を改変することができる。示すように、到来波１１１及び発信波１１２は、代わりに反射素子２００の表面でゼロになり、波腹の位置は位置１１３にシフトされている。これは、可変反射素子の向きが到来波１１１の偏波に平行であるためであり、したがって波は反射素子に完全に反射する。したがって、可変反射素子の向きを改変することによって、チャンバ内の極大値の分布を修正できる。

図１及び図２によって示す動作は、特定の入射偏光のためにチャンバのサイズを実質的に変更することとして概念化できる。図１及び図２の慎重な検討、ならびに図のそれぞれでの位置１１０及び１１３の比較は、可変インピーダンス素子１０７のインピーダンス、つまり可変反射素子２００の位置を変更することがどのようにしてチャンバの壁の位置を物理的に移動することと同じ効果を有することができるのかを示す。電磁波は、可変反射素子の存在に関係なく、電子レンジのチャンバの壁に反射する。反射のパターンは、可変反射素子がない場合、チャンバの中で固有分布と呼ぶことのできることを引き起こす。チャンバのサイズを変更するならば、固有分布が改変されるだろう。電磁エネルギーの波は、その波長及び偏波によって特徴付けられる。波は概して、導電面からの逆位相反射のため、チャンバの壁に波節を有する。したがって、極大値はチャンバ壁の移動とともに移動するだろう。しかしながら、図１でのような反射波の位相を変更することは、あらゆる可動部品なしで極大値の同じ移動を達成する。図１に見られるように、電磁波１０２及び１０３を反射するために使用された反射素子間で位相を改変することは、印加されたエネルギーの波長の４分の１に等しい距離、チャンバ壁を物理的に移動することと同じ結果を達成する。言い換えると、チャンバは１／４波長分、実質的にサイズを変更されている。さらに、反射素子の向きを変更することは、同様にチャンバのサイズを実質的に変更するために役立つ。図２に見られるように、電磁波１０２及び１０３を反射するために使用される反射素子の向きを改変することは、チャンバ壁を物理的に移動することと同じ結果を達成する。この場合、変更は、潜在的に１／４の波長に設定し得る、反射素子が壁から離れて設定される距離に等しい。

可変反射素子の具体的な実施態様が、分解された状態３００及び組み立てられた状態３１０の素子を示す図３に示される。可変反射素子は、接続突起３０２のセット及び駆動軸接続シリンダ３０３を有する誘電スピンドル３０１を含む。誘電スピンドルは、プラスチックから形成できる。誘電スピンドルは射出成形できる。可変反射素子は、反射素子３０４を含む。この例では、反射素子は、穿孔アルミニウムシートメタルのパドルであるが、例えば鋼または銅等の他の導電材料を使用できる。反射素子３０４は、第１の表面３０６及び第２の表面３０７を含む。組み立てられ、電子レンジに設置されるとき、第１の表面３０６及び第２の表面３０７は誘電スピンドルから離れて広がり、チャンバの表面に実質的に平行する。第１の表面及び第２の表面の両方とも、１：２よりも大きい縦横比を有する。この例では、パドルは６ｃｍの長さ及び１ｃｍの幅を有する。反射素子の材料は、十分な構造上の剛性及び長期耐久性を維持しつつも、穿孔するのが容易である。示している例では、パドルは厚さ０．６ｍｍであり、したがって穿孔するのが容易である。また、パドルは、０．５ｃｍの半径を有する隅丸も有する。両方の表面とも、誘電スピンドルが配置される角度に応じて大幅に異なる方法でチャンバ内の電磁波と相互作用する。

図３では、反射素子３０４は３つのスピンドルコネクタ３０８を含む。スピンドルコネクタは、素子の全体的な形状が形成されるのと同時に形成できる。スピンドルコネクタ３０８は、誘電スピンドル３０１から接続突起３０２を受け入れる。接続突起がプラスチックであり、反射性素子が金属である状況では、素子は、スピンドルと反射素子との間に恒久的な結合を形成するために、熱を手短に加えることによりプラスチックを融解することによって容易に組み立てることができる。組み立てられた状態３１０で示されるように、プラスチックは、パドルの第１の表面及び第２の表面が１：６の縦横比で１つの実質的に連続する平面を形成するように、パドルの平面に融解している。

組み立てられた状態３１０で示される可変反射素子は、駆動モータ３１２とともに示されている。駆動モータ３１２は、標準的な自動車のダッシュボードディスプレイにインジケータ針を配置するために使用されるゲージモータである場合がある。ゲージモータを利用する手法は、モータが幅広く利用可能であり、ＰＣＢに取り付け可能であり、ゲージモータのコントローラにとって既知である特定の角度で配置されるように設計される点で特定の利点を示す。この特徴は、それが本質的に所与の制御状態のための反射素子の位置に関する情報をコントローラに提供する点で役に立つ。本明細書に説明される特定の制御システムは、各可変反射素子の特定の向きを追跡することに依存するので、この情報をゲージモータから得る容易さが役に立つ。駆動モータ３１１は、基準線３１１によって示されるように、駆動軸接続シリンダ３０３に結合されるモータ駆動軸を含む場合がある。駆動軸接続シリンダ３０３の半径は、モータ駆動軸が接続シリンダの中に滑り込み、摩擦接合を形成することを可能にするために選択できる。

図４は、単一の可変反射素子によって提供される一次元の場合と比較してより大きな自由度で、２つの可変反射素子の簡略なアレイがどのようにしてエネルギーの分布の極大値を誘導できるのかを示す。図４は、第１の状態４００の電子レンジの壁を示す。壁は２つの位相シフト素子４０１及び４０２を含む。第１の状態４００で、位相シフト素子は、電磁エネルギー４０３の入射波に応えて電子レンジのチャンバ内でエネルギーの固有の、つまり基本的な分布を生じさせる中立状態にある。

また、図４は、チャンバのサイズが、位相シフト素子４０２の状態の変化によって実質的に変更されている第２の状態４０４にある電子レンジの壁も示す。示すように、位相シフト素子４０２の状態は、位相シフト素子４０２の反射があたかも幻像線４０５で記された位置で発生しているかのように、チャンバのサイズが実質的に変更されるように変更されている。同時に、位相シフト素子４０１の状態は一定に保持されている。係る状況は、位相シフト素子４０１及び４０２のための制御システムが、位相シフト素子の状態を独立して修正できるという事実により助長される。例えば、位相シフト素子４０１及び４０２と関連した可変反射素子を回転させるために使用されるモータは、素子４０１を静止したままにしながら素子４０２を回転できる。４０３に同一の電磁エネルギーの入射波に応えて、第２の状態４０４の壁は、極大値４０７を壁から距離４０８に置く曲線状の反射パターン４０６を生じさせる。極大値４０７が状態４００に関して示されるのではなく、第１の状態４００のための極大値がおそらく位相シフト素子４０２により近くなることに留意されたい。また、極大値４０７は、チャンバの壁から離れた電磁エネルギー４０３の波の反射により生じる唯一の極大値ではない。

また、図４は、チャンバのサイズが位相シフト素子４０１の状態の変化によって、及び位相シフト素子４０２の状態の別の変化によって再び実質的に変更されている第３の状態４０９にある電子レンジの壁も示す。状態４０４から４０９への遷移で、位相シフト素子４０１及び４０２は等しい程度変更されている。一例に、位相シフト素子がそれぞれ可変インピーダンス素子と関連付けられているならば、それらの可変インピーダンス素子の両方のインピーダンス値は状態４０４から４０９への遷移で等しい程度変更されるだろう。この修正の結果として、極大値４０７は両方の位相シフト素子からほぼ同じ側面方向距離に留まるだろうが、距離４０８よりも大きい新しい距離４１３まで、壁から離れて移動するだろう。これらの３つの状態によって示すように、アレイでの複数の位相シフト素子の使用は、チャンバ内でのエネルギーの分布の極大値の位置を変更する能力に関して増加する自由度を示す。

可変反射素子の数が増加するにつれ、電子レンジの制御システムが利用可能な自由度は高まり続ける。素子の数が３を超えるとき、及びさらに素子の数が５を超えるとき、コントローラは、チャンバ内の品物をより均一に加熱するために、または品物の異なる部分を異なるように処理するために調整された熱の分布によりチャンバ内で不均質な品物を加熱するためにチャンバ内でのエネルギーの複雑な分布を生じさせることができる。図５は、１９の反射素子を有する電子レンジの内部の２枚の写真５００及び５１０を含む。写真では、レンジは、ＲＦ反応ＬＥＤが電磁エネルギーと衝突するときに光を発するＲＦ反応ＬＥＤのアレイで増強されている。したがって、ＬＥＤの輝度はチャンバ内の電磁エネルギーの分布を評価するためのプロキシを提供する。分かるように、エネルギーの分布は２枚の写真できわめて異なり、２つのパターン間のホットスポット５２０の分布の相違は複雑である。マイクロ波エネルギー源が不変であり、１９の反射素子をそれぞれ２つの位置の内の１つだけに割り当てることができる基本的な実施態様では、エネルギーの潜在的な分布の数は依然として１００万の半分の一意の分布を超えるだろう。

変化する分布及び多数の素子のアレイは、制御システムの柔軟性を最大限にするために適用できる。例えば、アレイの素子は電子レンジの壁の平方インチ毎の中心に設置し得る。分布、及び素子のエネルギー源に対する相対的な位置の多数の他の例が適用できる。アレイは、まっすぐなアレイまたは六角形のアレイであり得る。アレイは、規則正しくある必要はない。アレイは二次元であり得る。アレイは、二次元及び不規則の両方であり得る。また、アレイは、電子レンジの他の特徴に対応するために遮断できる。例えば、アレイは均一な５ｘ５アレイとなり得るが、アレイの特定のユニットはチャンバ表面での導波管の印加のための空間を形成するために省略することができ、モードスターラは、アレイ、カメラの素子または任意の他の素子と同じチャンバ表面に接続し得る。

可変反射素子のアレイは、チャンバ内での電磁エネルギーの分布を改変するために役立つ回折効果を生じさせるために設定される期間「Ｐ」で間隔を置いて配置できる。回折格子からの反射は、格子方程式Ｐ（ｓｉｎθ_ｍ−ｓｉｎθ_ｉ）＝ｍλによって記述できる。この方程式では、θ_ｍは反射ビームの角度であり、θ_ｉは今にも起こりそうなビームの入射角であり、Ｐは格子期間であり、ｍは回折次数であり、ラムダは波長である。例えば、最も短い波長でチャンバに印加されるエネルギーの波長。利点は、Ｐがλ／２以上である手法にもたらされる。とりわけ、アレイの異なる部分は、チャンバに提供されるエネルギーの波長が改変される場合に格子期間を改変するために、以下に説明するように、活性化または非活性化できる。

電子オーブンで電磁エネルギーの極大値の固有分布を反射し、分布し直す能力の強化は、加熱プロセスを通じて品物に均一に熱を加えるコントローラの能力に関して多数の利点を提供する。さらに、同じ態様は、コントローラが、品物の異なる部分を異なる程度に加熱することを必要とする不均質な品物に意図的に不均一に熱を加えることができるようにする。本明細書に開示される手法によれば、これらの利点は可動部品がなくても達成できる。実際に、本明細書に説明する特定の手法は、主供給電圧から加熱されている品物までずっとエネルギー供給経路全体に沿った、いずれの可動部品もない電子レンジ内の品物に対する熱の可変空間印加を可能にする。さらに、本明細書に開示される特定の手法では、エネルギーは１つの点でチャンバに印加しさえすればいいので、チャンバは注入ポートの最小セットを有することができる。特定の手法では、可変反射素子は純粋に反射性であり、チャンバを介した自由な空間を通してを除き、いかなるエネルギーも受け取らない。言い換えると、素子はエネルギーを反射するにすぎず、素子はチャンバの中に追加のエネルギーをもたらさない。

以下の開示は３つの部分に分けられる。第１の部分は、チャンバ、エネルギー源、及び可変反射素子の一般的な構造及び相対的な位置の異なるオプションを説明する。第２の部分は、可変反射素子のアレイの機能性の説明を提供する。第３の部分は、可変反射素子の構造の種々のオプションの説明を提供する。

電子レンジの構造及びアレイの位置
電子レンジ及びアレイの異なる潜在的な構成を以下に説明する。図６ａ及び図６ｂは、電子レンジのエネルギー源及び可変反射素子の相対的な位置のための複数の構成を示すが、多数の他の構成も考えられる。示している構成に共通である電子レンジの多くの特徴があるので、図のそれぞれの類似した特徴は同じ参照番号で名前を付けられている。アレイを電子レンジに取り付けるための実施態様は、異なる物理的な位置に設置できる反射素子の場合、図７〜図１０に示される。

各電子レンジは、エネルギーをチャンバ６０２に供給するためのエネルギー源６０１を含む。エネルギー源は、マグネトロン、及びエネルギーをＡＣ主電圧からマイクロ波エネルギーに変換する支持電力変換回路網であり得る。また、エネルギー源は、ソリッドステートＲＦ発電機でもあり得る。チャンバ壁は、電磁エネルギーをチャンバ内に保つ目的で導電材料または非常に高い誘電率の材料から形成し得る。チャンバ内のエネルギー源からのエネルギーの分布は、チャンバの中の極大値及び極小値の電磁エネルギー６０５の分布を生じさせ得る。これらの極大値及び極小値は、チャンバ内の電磁エネルギーの定常波によって形成される波腹及び波節に対応し得る。

マイクロ波エネルギーは、チャンバに提供される電磁エネルギーの波を含み得る。波は、波長及び偏波を有する偏波電磁波であり得る。マイクロ波エネルギーは、９１５ＭＨｚまたは２．４５ＧＨｚの周波数を有し得る。しかしながら、マイクロ波エネルギーの周波数は可変であり得る。同じ位相シフトが、チャンバに印加されるエネルギーの周波数に基づいてエネルギーの分布に対して異なる空間変更を生じさせるだろうため、周波数変動は電子レンジのビームステアリング能力を強化し得る。周波数は波長に比例しているので、ラジアン単位の同じ位相シフトが、メートル単位の異なる空間シフトを生じさせるだろう。

エネルギーは、エネルギー源６０１から品物６０６へのエネルギー経路に沿って提供される。各電子レンジは、チャンバ６０２の第１の表面に位置する注入ポート６０３を含む。エネルギー源６０１は、注入ポート６０３を介してチャンバ６０２にエネルギーを印加する。言い換えると、注入ポート６０３は、エネルギー源６０１から品物６０６へのエネルギー経路上に位置する。また、エネルギー経路は、エネルギー源６０１の出力を注入ポート６０３に接続する導波管６０４も含み得る。導波管は、電子レンジ用の従来の導波管または同軸ケーブルであり得る。注入ポートは、チャンバの中に収容されたアンテナに接続し得る。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、または二重パッチアンテナであり得る。注入ポートは、電子レンジの天井、床、または側壁の上にあり得る。また、エネルギー経路は、チャンバ６０２内に位置する可変反射素子６０８のセットへのチャンバを通るエネルギーの伝達も含む。また、エネルギー経路は、可変反射素子のセットから品物６０６へのそのエネルギーの反射も含む。しかしながら、アレイ、エネルギー源、及び品物の相対位置は、選択された特定の構成に基づいて可変である。

特定の手法では、エネルギー経路は可動部品を含まない。エネルギー源６０１及びセット６０８は、それらがその形状または電子レンジに対する位置のどちらかをつねに変更しないように、電子レンジに対する固定した物理構成を有し得る。セット６０８は、以下に説明するように可変インピーダンスを有するソリッドステート素子のアレイに結合された可変反射素子のアレイであり得る。エネルギー経路は可動部品を必要としないが、電子レンジは全体的に熱を再分布するのに役立つために可動部品を含み得る。例えば、電子レンジは、品物６０６を保持するためにトレイ６０７を含み得る。トレイは、印加エネルギー及び品物の両方とも時間とともにその空間位置を改変するように、循環するように、または上下に及び側面方向に移動するように構成し得る。代わりに、トレイ６０７は、電子レンジに対して固定された物理構成を有し得る。トレイは、この手法でエネルギーの極大値の位置を調整するために使用されるのではなく、代わりに品物をレンジから取り外しやすくするために、または品物からのこぼれまたは品物の融解の場合にチャンバを掃除しやすくするために単に使用されるだろう。

他の手法では、セット６０８の素子のそれぞれは可動部品を含む。セットの各素子は入射電磁波の偏波に対する素子の向きを改変するために種々の位置で設定できる可変反射素子であり得る。例えば、各可変反射素子は、向きが入射波の偏波に平行であった位置及び向きが入射波の偏波に垂直であった位置等の固定位置のセットの間で回転するように構成し得る。この手法の具体的な例は、以下により詳細に説明される。

図６ａ及び図６ｂの示されている手法のそれぞれで、エネルギーは、単一の注入ポートを介してチャンバに印加されるにすぎない。したがって、チャンバ６０２は、注入ポート６０３からのマイクロ波エネルギーに加えていかなるマイクロ波エネルギーも受け取らない。示すように、チャンバ６０２は可変反射素子６０８のセットを含むが、素子は無放射である。すなわち、素子は、チャンバの中に追加エネルギーを放射し、累積エネルギー源として働く独立したアンテナではない。代わりに、セット６０８の素子は、単にエネルギー源６０１からエネルギーを反射するにすぎない。この手法の利点として、チャンバは、アレイの素子が放射素子の機能を果たし、独自の電力を外部源からチャンバの中に一斉送信するために追加の注入ポートを有する必要はない。以下に言及する他の手法では、チャンバは複数の注入ポートを含む。しかしながら、これらの手法においてさえ、各個別可変反射素子は、マイクロ波エネルギーをチャンバの中に注入するために使用される注入ポートと関連付けられる必要はない。

電子レンジは、オペレータに便宜を提供する多数の特徴を含むことがあるだろう。例えば、電子レンジは、チャンバ６０２の中に品物６０６を挿入するための遮蔽されたドアまたは長穴を含むことがあるだろう。また、電子レンジは、外部チャンバ６０２を除いて電子レンジの表面の中または上に位置する、制御システム、制御パネル、及び他の構成部品も含み得る。

電子レンジの第１の潜在的な構成は、図６の電子レンジ６００によって示されている。電子レンジ６００は、チャンバ６０２内に品物６０６を含んでいる。また、レンジは、チャンバの第１の壁に注入ポート６０３も含む。この手法では、注入ポートはチャンバの屋根の上にある。また、電子レンジ６００は、チャンバ６０２の壁に可変反射素子６０８のセットを含む。電子レンジ６００の場合、セット６０８はチャンバのただ１つの側壁に設置される。しかしながら、セットは、チャンバの角を越えて広がり、複数の側壁に及ぶことがあるだろう。また、チャンバ６０２は、単一の側壁または複数の側壁で間隔を空けて置かれた別々のセットを含み得る。特定の利点は、セットが、固有分布が最大値または少なくとも１つの極大値を有するチャンバの壁に設置される手法にもたらされる。これらの構成では、チャンバ内のより大きな割合のエネルギーがアレイの素子の状態によって制御されるため、ステアリング機構の有効性は最大限にされる。関係する構成は、注入ポート６０３が、セット６０８が位置する側壁の反対側のチャンバ６０２の側壁に位置する電子レンジ６１０によって示される。この手法は、注入ポート６０３からのエネルギーがおもに品物６０６及びセット６０８の両方に向けられるという点で特定の利点を示し得る。

電子レンジの別の潜在的な構成は、図６ｂの電子レンジ６２０によって示される。電子レンジ６２０で、エネルギーは、チャンバ６０２の天井の電子レンジ６２０の上部から品物６０６で下方に再び印加される。しかしながら、この構成では、セット６０８はチャンバの偽の床６２１の後方に位置する。偽の床６２１は、チャンバの他の壁の出現を有し、構造上の支持を提供し得るが、チャンバにもたらされる電磁エネルギーに対して透明であるだろう。トレイ６０７がこの構成に含まれる場合、トレイは同様にエネルギー源６０１からの電磁エネルギーに透明な材料から形成し得る。

具体的な手法では、偽の床は、品物６０６が、セット６０８及び／またはチャンバの底面から反射される波の近接場の中にあることを保証するためにチャンバの実際の底面から間隔を空けて置かれる。例えば、偽の床は、チャンバの底面からチャンバに印加された最短の電磁波の波長の０．１５９未満となるように配置し得る。他の手法では、セット６０８は、チャンバの底面から間隔を空けて置かれた可変反射素子である場合があり、偽の床は代わりに、可変反射素子からチャンバに印加された最短の電磁波の波長の０．１５９未満になるように配置し得る。どちらの場合も、記載された距離は、偽の床に垂直に測定された垂直距離である。これらの手法は、波の近接場をセット６０８によってより容易に制御できるという点で特定の有利な態様を示すことができる。これは、反射素子によってもたらされる外乱が、素子からより遠い場に比べて、近接場でのエネルギーの分布により大きな影響を与えるためである。偽の床６２１等の偽の床を利用する追加の利点は、品物６０６が、チャンバ内の電磁分布がゼロになる傾向があるチャンバの実際の底から持ち上げられる点である。

電子レンジの別の潜在的な構成は、図６ｂの電子レンジ６３０によって示される。電子レンジ６３０で、エネルギーは、チャンバ６０２の天井の注入ポート６０３を介してレンジの上部から再び印加される。しかしながら、この手法では、チャンバ６０２にもたらされるエネルギーは、チャンバの天井から品物６０６の方向で垂直に間隔を置いて配置される可変反射素子６０８のセットによってすぐに直面する。したがって、セット６０８は、セット６０８のための基板としても機能し得るチャンバの偽の天井６３１の後方に設置できる。代替の潜在的な構成は、チャンバ６０２の天井に埋め込まれたアレイを有することである。しかしながら、示している手法は、エネルギーが第１の例でチャンバに到達する以前にエネルギーがアレイを通過するという点で異なって動作する。結果として、アレイは、フレネル集束またはゾーンプレート集束の形でエネルギーを集束させるために役立つ場合がある。この手法は、整列され、最も近い注入ポート及び注入ポートの巣部近傍にある可変反射素子とともに、天井の代わりにチャンバの床または任意の側壁に組み込み得る。言い換えると、注入ポートは、チャンバの底部に位置することがあり、素子のセットは電子レンジ６２０でのように配置できるだろう。さらに、この手法は、フレネル集束のためのそれらの複数の側面上の可変反射素子の付随するアレイとともに、チャンバの複数の側壁上の複数の注入ポートとともに利用できるだろう。

図７は、プリント回路基板７０１の裏面の等角図７１０とともに、プリント回路基板７０１の正面の平面図７００を示す。プリント回路基板７０１は、可変反射素子７０２のアレイが図６ａ〜図６ｂの可変反射素子のセット６０８としての機能を果たすことができるように電子レンジに取り付けられるように構成される。示している場合のプリント回路基板はＵ形をしている。しかしながら、プリント回路基板は、使用される可変反射素子のパターンに応じて任意の他の形状をとることができる。プリント回路基板７０１の正面は電力調整回路７０３及び制御論理回路７０４を含む。制御論理回路７０４はＡＲＭプロセッサまたは同等物である場合がある。また、プリント回路基板の正面は、図３から駆動モータ３１１と同じ特徴を示す場合がある複数の駆動モータ７０５も含む。駆動モータは、制御論理回路７０４から提供され、それらの論理回路に記憶される命令に基づいて、アレイ７０２の対応する可変反射素子をそれぞれ個別に回転させることができる。

図８は、アレイ７０２の個別の可変反射素子８０１の２つの詳細な図を示す。表示図８００で、反射率素子は、誘電スピンドル２０１の駆動軸接続シリンダ３０３に結合されたモータ駆動軸８０２とともに、ＰＣＢ７０１上に示されている。駆動軸８０２は駆動モータの一部である場合があり、金属製であってよい。ＰＣＢは次いで、駆動軸８０２が電子レンジのチャンバの中に伸長せず、誘電スピンドルのより厚い部分８０３だけがチャンバの中に伸長するように取り付けられる。

表示図８１０は、誘電スピンドルが電子レンジのチャンバに関してどのようにして配置できるのかの例を示す。スピンドルは、チャンバ８１２の表面のパーフォレーション８１１を通して伸長し得る。パーフォレーションは、チャンバの表面で穿孔し得る、またはレーザ切断によって形成し得る。パーフォレーションは、密封が、いずれのエネルギーもチャンバの中から漏れるのを回避するために誘電スピンドル８０３で形成されるほど十分に小さくし得る。誘電スピンドルが、それがチャンバの中に広がる点の上方でより厚いという事実は、エネルギーがチャンバから漏れないことを保証するのにさらに役立つ。誘電スピンドルの厚い部分の長さは、次いで可変反射素子の反射素子がチャンバの表面から離れて保持される距離を設定するだろう。

図９は、ＰＣＢ７０１が電子レンジに取り付けられるときの反射素子７０２のセットの図を示す。図は、電子レンジのチャンバの底部から、チャンバの天井を見上げている。各誘電スピンドルの厚い部分及び反射素子は、表面９００のパーフォレーションを通って広がっているのが見られる。ＰＣＢ７０１は、各誘電スピンドルの厚い部分が表面９００にほぼあるようにチャンバから離れて設定される。アンテナ９０１は、二重パッチアンテナであり、チャンバ内の注入ポートに結合される。図１０は、偽の天井１０００を有するチャンバの同じ図である。偽の天井は、ポリプロピレン等のプラスチックまたはマイクロ波エネルギーに対して透明であるなんらかの他の材料から作られるだろう。アンテナ及び反射素子のセットは、それらがスプラッタまたは他の干渉からシールドされるように、アンテナ及び反射素子のセットは偽の天井１０００の後方に配置されているため可視ではない。

反射率素子は、電磁エネルギーの波長に依存し、反射素子によってもたらされる干渉を最大限にするために選択される特定の距離でチャンバの表面上方に保持できる。示すように、反射素子の表面は、チャンバの表面から偏位される平面を画定する。チャンバの表面及び偽の天井に垂直に測定される垂直間隔は、チャンバにもたらされる最も短い電磁波の波長の０．６未満である。図９によって示す手法では、反射素子の表面によって画定される平面は、図９の電子レンジが受け取るように設計される電磁エネルギーのほぼ１／４波長の距離と同じであるチャンバの表面から約２５ｍｍである。間隔は、チャンバにもたらされる電磁エネルギーで可変反射素子によって引き起こされる干渉、したがって電子レンジ用の制御システムが利用可能なチャンバ内の電磁分布のパターンの可変性を最大限にするために選択される。反射素子がチャンバの壁から離れて保持される特定の距離は、電子レンジが異なる周波数の電磁波をチャンバの中にもたらすように設計される場合、可変である場合がある。駆動軸は、この効果を可能にするために機械的に伸長可能である場合がある。

示すように、アンテナは同様にチャンバの表面から離れて間隔を置いて配置される。図９に示す手法では、アンテナはチャンバの表面から約１３ｍｍである。しかしながら、この間隔はアンテナの幾何学形状により設定され、反射素子にとって最適な間隔とは概して無関係である。したがって、アンテナ及び反射素子が、それ以外の場合対立するだろう垂直間隔の２つの領域で最もよく機能することになる場合、アレイは、アンテナに余裕を与えるために遮断できるので、アレイの間隔が不規則である場合があるという事実は、設計の観点から重要な利点を提供する。

上述したように、反射素子のセットは、電子レンジの任意の１つまたは複数の表面に設置できる。しかしながら、特定の利益は、反射素子が注入ポートと同じ側のチャンバ内に、かつ電子レンジ４３０内で加熱される品物の反対側に位置する手法にもたらされる。利点は、加熱用の電子レンジ内に置かれる大部分の品物が、電磁波の最初の通過で相対的に少量のエネルギーだけしか吸収しない事実に関係する。例えば、エネルギーが天井注入ポートから送達される電子レンジ内に置かれる１杯のお茶は、最初の通過で電磁エネルギーの１０〜１５％しか吸収せず、エネルギーのほぼ８０％は天井まで反射される。したがって、天井に反射素子のセットを設置することは、セットが、発信波がチャンバに送達されるとすぐに発信波と干渉し、それが品物に反射すると、大量のエネルギーと直接的に一致する点で役に立つ。影響は以後の各反射について続行し、エネルギーの大部分が反射素子によって設定される平面に垂直に送達されるという事実によって悪化する。

上記手法では、単一の注入ポートがエネルギーをチャンバにもたらすために利用された。しかしながら、エネルギーをチャンバにもたらすために、複数の注入ポート及びエネルギー源が利用し得る。これらの代替の手法は、セットの素子が無放射であり、追加のエネルギーをチャンバにもたらさない限り、図６ａ及び図６ｂの手法とまだ一致しているだろう。特に、チャンバは、複数の方向から熱を品物に向けることができるように、品物６０６の上方に２つの注入ポート、または品物６０６の上方と下方の両方に注入ポートを含み得る。各注入ポートは、単一のマグネトロン等の同じマイクロ波エネルギー源に接続され得る、または独自の関連したマイクロ波電源を有し得る。上記のように、チャンバは、依然として注入ポート及び第２の注入ポートからのマイクロ波に加えていずれのマイクロ波エネルギーも受け取らないだろう。

セット６０８の素子の示されている間隔は包括的ではない。言及されたように、素子は多数の方法で間隔を置いて配置できる。特に、セットは、アレイの特定の素子を非活性化することによって可変反射角で回折格子を作成するために間隔を置いて配置できる。さらに、セットは、異なるサブセットまたはパターンを、異なる波長の電磁エネルギーを誘導する目的で非活性化できるように間隔を置いて配置できる。上記の間隔の説明に関して、素子は、素子がエネルギー源からチャンバに供給されるエネルギーの最短波長の波長の少なくとも２分の１、間隔を空けて置かれるように間隔を置いて配置できる。再び、セットはアレイで構成できるが、アレイは、チャンバ表面、カメラ、またはモードスターラでの波長印加等の電子レンジの特徴のための遮断を有する場合がある。例えば、電子レンジが２つの注入ポートを含んでいた状況では、アレイは、電子レンジの天井の２つの偏位されたアンテナに空間を提供するために調整できるだろう。

可変反射素子のセットは、不規則に間隔を置いて配置されているのにも関わらず、チャンバ内でのエネルギーのかなりの数の有用な分布を提供し続けることができる。図９は、反射素子の示されているセットが５ｘ５のアレイに１９個の素子を含み、素子がアンテナ９０１及びカメラ９０２のための空間を作るために取り除かれているという点でこの柔軟性の例である。密度を高めることは制御システムの柔軟性を増す傾向があるが、間隔がチャンバにもたらされた最小電磁波の波長の２分の１未満になるとき、帰線（ｒｅｔｕｒｎｓ）は減少し、最終的にはほぼゼロに低下する。図９に示す場合では、アレイピッチは、５９ｍｍの１／２波長に対応する、２．４５ＧＨｚの周波数の電磁波をチャンバにもたらすマイクロ波エネルギー源を鑑みて選択された、６３ｍｍである。

アレイ機能性
チャンバ内で品物を加熱するための方法のセットは、図１１のフローチャート１１００、略図１１１０、及び略図１１２０を参照して説明できる。フローチャート１１００は、チャンバに対する第１の電磁波をエネルギー源から可変反射素子のセットに印加するステップ１１０１を含む。フローチャート１１００の方法は、上述した構成に適用できる。可変反射素子のセットは、可変インピーダンス素子のセットまたは可動反射素子のセットを含む場合がある。可変インピーダンス素子は、ソリッドステート素子であり得る。ステップ１１０２は、可変反射素子のセットから品物に第１の電磁波を反射することを含む。ステップ１１０１及び１１０２は連続ステップとして示されているが、ステップ１１０１及び１１０２はともにループするように及び／または同時に発生し得る。この意味で、電磁波は、任意の期間にエネルギー源によって生じるエネルギー量であるだろう。

略図１１１０は、第１の可変反射素子１１０４及び第２の可変反射素子１１０５に送達される第１の電磁波１１０３を示す。第１の電磁波はチャンバの注入ポートから素子に直接的に入射する、またはチャンバ内の他の場所からの反射であり得る。素子１１０４及び１１０５から放射する同心円は、ステップ１１０２で生じる反射電磁エネルギーを表す。具体的には、各円は、反射エネルギーの極大値の大きさを表す。略図１１１０では、２つの素子は、セットの最も内側の円が同じ半径を有するように同一相を有するパターンを生じさせる。結果として、２つの反射された信号が結合して、位置１１０７で波腹を有するエネルギーの分布パターンを生じさせる。エネルギーの分布は多くの係る極大値を含む。特に、エネルギーの分布パターンは、チャンバ内で加熱されている品物の第１の位置にエネルギーの極大値を置いてよい。

ステップ１１１５で、可変反射素子の内の１つの反射率が改変される。本明細書で使用されるように、用語「反射率」は、それが電気通信の分野で定義されるときは反射係数に関して使用される。係数は、反射の点での負荷及び光源のインピーダンスを使用し、計算される。係数は、大きさと位相の両方を有する複素数である。可変反射素子の反射率は、以下に説明するように多数の方法で修正できる。特に１つの方法は、可変反射素子と関連した任意選択のソリッドステート素子のインピーダンスを改変することである。言い換えると、ステップ１１０２は、ソリッドステート素子のアレイの中の第１のソリッドステート素子が第１のインピーダンス値を有するときに実施されてよく、ステップ１１１５は第１のソリッドステート素子のインピーダンスを第２のインピーダンス値に改変することを含む場合がある。別の例では、可変反射素子の向きは、可変反射素子を物理的に再配置することによって改変できる。特定の手法では、可変反射素子の９０°の回転は、可変反射素子から反射された波の位相を変更する。言い換えると、ステップ１１０２は、電気的反射素子が第１の位置で配向されるときに実施されてよく、ステップ１１１５は、第１の位置から第２の位置に反射素子を回転させることを含む場合がある。

フローチャート１１００は、次いで第２の電磁波がエネルギー源からチャンバに印加されるステップ１１２１に続く。第２の電磁波及び第１の電磁波は、２つの異なるときのエネルギーの同じ継続的な供給の２つの異なる部分である場合がある。言い換えると、エネルギー源は、出力及び印加の方向に関して変化する必要はない。したがって、略図１１２０に関して、第２の電磁波１１１３は、略図１１１０からの第１の電磁波１１０３と同じ一般的な特徴を有する場合がある。

ステップ１１２２は、可変反射素子のセットから品物に第２の電磁波を反射することを含む。このステップを示すために、略図１１２０は、再び可変反射素子１１０４及び１１０５を含む。上述したように、第２の電磁波１１１３は、第１の電磁波１１０３と同じ一般的な特徴を有する場合がある。しかしながら、素子１１０４及び１１０５の内の１つの反射率が変化したので、極大値の位置は場所１１０７から場所１１１４に移動した。示すように、可変反射素子１１０５の反射率の変化は、反射率の位相シフトを生じさせた。これは、素子１１０５によって反射されたエネルギーの第１の極大値が素子の中心に物理的により近い事実によって示される。この手法を使用し、ステップ１１２２は、チャンバ内での分布されたエネルギーパターンの極大値の位置にその位置を改変させる場合がある。特に、加熱されている品物での極大値の位置は、第１の位置から第２の位置に改変することができ、第１の位置及び第２の位置は異なる。

略図１１２０で、反射器が理想的な点反射体であり、可動部品を含まない場合、極大値の位置は最大限でも１波長分以下で修正できるだろう。しかしながら、アレイ内の複数の可変反射素子の反射率を修正できる場合、次いで極大値ははるかに大きい柔軟度で移動できる。基本的な例では、フローチャート１１００は、第２の可変反射素子の反射率が修正されるステップ１１３０を含むことができるだろう。ステップは、ステップ１１１５の前、ステップ１１１５の後、またはステップ１１１５と同時に実施できるだろうため、幻像線で示される。可変反射素子と干渉するように構成される制御システムに応じて、アレイの可変反射素子は、それぞれ独立して修正され得、該可変反射素子はグループで修正され得、または該可変反射素子は相互関連して修正され得る。例えば、素子１１０４は、素子１１０５と同時であるが、修正の効果を二倍にするために反対方向での位相変化でその反射率を改変させ得る。

各可変反射素子の反射率は、用途に応じて異なる方法で変更できる。例えば、反射率は、反射率の位相が、例えば１度の目盛り等の目盛りによって０°と１８０°との間で連続して調整されるように調整され得、または０°、９０°、及び１８０°等の特定の値にハードスイッチ（ｈａｒｄ ｓｗｉｔｃｈｅｄ）され得る。さらに、反射率の位相及び大きさの両方とも改変されるだろう。各可変反射素子は、反射率の関連した変動を提供するために可変インピーダンス素子と関連付けることができるだろう。特に、各可変反射素子は、反射率の関連した変動を提供するためにＰＩＮダイオードまたはＦＥＴ等のソリッドステート素子と関連付け得る。ＦＥＴの例を使用し、制御ゲートに対する電圧は、反射率係数を設定する負荷のインピーダンスを改変するために２つの電圧の間で連続的に掃引できるだろう。再び、ＦＥＴの例を参照すると、電圧はＦＥＴをずっとオンまたはオフにして可変反射素子の本体を別の回路ノードに代わりに接続する、またはそれを流動に保つために下部基準電圧と上部基準電圧との間で切り替え得る。種々の位置に移動できる電気的反射素子の例を使用し、反射率の位相及び大きさは、入射波の偏波に関して素子の向きを改変することによって改変できる。素子は、反射率の位相の所望される変化に対応する可変目盛りサイズで分離される物理的な位置の間で切り替わるように構成され得る。代わりに、電気的反射素子は、例えば１０°、４５°、または９０°の間隔で円の中で回転することによって規則正しいパターンに従って種々の固定された位置に移動できるだろう。コントローラは、素子を回転させ、とられる固定回転目盛り数を合計することによってその現在位置値を追跡するように構成できるだろう。代わりに、コントローラは、素子を特定の固定位置に回転させ、素子が移動された固定値を記憶することによって直接的にその現在位置を追跡するように構成し得る。

図１２は、フローチャート１１００の方法ステップ１１０１及び１１２１を実行するために利用できる方法のセットのためのフローチャート１２００を示す。フローチャート１２００は、ＡＣ電力がＡＣ主電源から受け取られるステップ１２０１で始まる。このステップは、任意選択の電力調整及び変換回路網と結合して動作するエネルギー源１１０１によって実施できる。用語ＡＣ主電源は、すべての世界中の標準ＡＣ電圧、及び米国で利用されている６０Ｈｚ ＡＣ主電源での標準１２０Ｖを含む周波数を含むように意図されている。

フローチャート１２００は、ＡＣ電力がマイクロ波エネルギーに変換されるステップ１２０２で続行する。このステップは、エネルギー源６０１のマグネトロンを使用し、実施できる。ステップは、例えばインバータ技術の使用及びソリッドステート素子の使用により多数の他の電力変換オプションによって実施できる。したがって、マイクロ波電力の周波数、振幅、及び偏波は、単一の加熱セッションを通して変えることができる。また、ステップ１２０２は、単一の電子レンジでの複数のマイクロ波エネルギー変換器の使用を含む場合もある。

フローチャート１２００は、マイクロ波エネルギーがチャンバ内の注入ポートを介してチャンバに送達されるステップ１２０３で続行する。ステップ１２０２で生成されるマイクロ波エネルギーは、マイクロ波変換器から注入ポートまでの導波管を使用し、注入ポートに送達できる。注入ポート及び導波管は、素子６０３及び６０４であり得る。また、エネルギーは複数の導波管を使用し、チャンバ内の複数の注入ポートに向けることもできるだろう。これらの手法は、複数のマイクロ波変換器がステップ１２０２で利用されたステップと組み合わせることができるだろう。

フローチャート１２００は次いで、印加エネルギーが可変反射素子のセットから反射されるフローチャート１１００のステップ１１０２または１１２２に戻る。可変反射素子のセットは、エネルギー源によって生成されるエネルギーからチャンバを介してマイクロ波エネルギーを受け取るにすぎない。例えば、エネルギー源がマグネトロンである状況では、マグネトロンはチャンバに送達されるマイクロ波エネルギーのすべてを生成し、チャンバ内の注入ポートまたはポートを介してそのすべてを送達する。言い換えると、追加の導波管は可変反射素子のアレイの素子に電力を提供しない。これらの手法では、チャンバは、入ポートからのマイクロ波エネルギーに加えていずれのマイクロ波エネルギーも受け取らない。したがって、可変反射素子のアレイの素子は無放射素子である。素子がチャンバの中にエネルギーを放射する方法はなく、素子は提供されたエネルギーをチャンバに反射するだけである。

セットの構成
チャンバ内の可変反射素子のセットは、それらが反射するエネルギーの位相を変える際にその目的を果たし、それによってチャンバのサイズを実質的に変更するために種々の特徴により１つまたは複数のアレイとして配置できる。可変反射素子のセットの各可変反射素子は、可変インピーダンス素子と対応し得る。可変反射素子のセットでの各可変反射素子は、電気的反射素子と対応し得る。特定の手法では、可変反射素子のアレイの各可変反射素子は可変インピーダンス素子と独自に対応し得る。可変インピーダンス素子はソリッドステート素子であり得る。可変反射素子は、導電性支持体または絶縁支持体を使用し、チャンバの壁に取り付けられる反射素子を含んでよい。反射素子はシートメタルから形成できる。反射素子は、可変インピーダンス素子を介して接地板または別の可変反射素子のどちらかに接続し得る。可変インピーダンス素子はチャンバの壁に位置し得る。例えば、可変インピーダンス素子は、チャンバの壁上のＰＣＢに位置し得る、または可変反射素子の本体を壁に接続する構造内に収容され得る。接地板は、チャンバの壁またはプリント回路基板上の金属層であり得る。金属層は銅であり得る。

上述したように、可変反射素子の反射率は、反射エネルギーの位相を調整するために改変できる。反射率は、電子レンジ内または上に位置する制御システムに応えて調整し得る。この目的を達成するために、可変反射素子は、第１の状態から第２の状態に改変できる。可変反射素子は、バイナリ状態によって定義し、反射エネルギーのデジタルチューナーとしての機能を果たすことができる、または多数の状態の間で連続的に遷移し、反射エネルギー用のアナログチューナーとしての機能を果たし得る。例えば、各可変反射素子によってもたらされる位相シフトは、０°〜９０°及び逆となり得る、またはスペクトル上の各階調間に円滑な遷移がある０°〜１８０°のどこかであり得る。別の例として、入射電磁波の主要な偏波に対する各可変反射素子の向きは、０°〜９０°及び逆に変更し得る、またはスペクトルの各階調間に円滑な遷移がある０°〜１８０°のどこかであり得る。とりわけ、バイナリの場合も、可変反射素子はセット内のただ１つの素子であるため、素子の数は、各個別の素子が２つの状態しか有さないという事実にも関わらず、反射エネルギーの制御に柔軟性を与えるために増加できる。

コントローラは、所与のときに電子レンジ内でのエネルギーの最適な分布を決定するタスクを課されたより高いレベルの制御システムがそのデータを利用できるようにするために、各可変反射素子の状態を記憶するように設計し得る。値は、現在の状態の値が、素子の状態を変更した各アクションの後に更新されるように、各調整後に記憶し得る。その物理的な位置を変更した電気的反射素子を有する可変反射素子の特定の例では、コントローラは、チャンバ内で使用された反射素子のセットに反射率素子ごとに独立して対応する現在位置値を記憶し得る。コントローラは、次いで反射素子のセットの回転等の、移動に対応して対応する現在位置値を改変する命令を記憶することもし得る。例えば、可変反射素子が第１の位置から第２の位置への位置の変化を経験した場合、現在位置値は、第１の位置に対応する値から第２の位置に対応する値に変更し得る。この情報を正確に追跡するために、コントローラによってとられる各アクションは、可変反射素子の状態のための記憶された値がその素子の現実世界の状態を正確に反映することを保証するために注意深く取り掛かる必要があるだろう。代わりに、可変反射素子の状態を設定するための機構は、単一の記憶されている変数がその現在の状態を反映できるように容易に追跡されるように設計し得る。駆動モータ３１１等のアクチュエータによって配置された素子の具体的な例では、各アクチュエータの位置は、ＲＡＭのメモリ位置での変数であり得る。メモリ位置は、アクチュエータによってアクセスしやすいまたは読み取り可能であり得る。素子の位置を調整することは、次いで新しい値をそのメモリ位置に書き込むこと、及びアクチュエータがメモリ位置にアクセスし、素子を新しい位置に移動させることを可能にすることを含むだろう。

上述したように、コントローラは、電子レンジ内の回路基板に位置するＡＲＭプロセッサ等の制御論理であり、反射素子の位置は回路基板を介して制御素子から命令を受け取るゲージモータによって設定できるだろう。反射素子が薄いシートメタルアルミニウムによって形成される手法では、ゲージモータによって提供される低トルクは、反射素子の軽重量のため、問題ではないだろう。さらに、ゲージモータは、コントローラが各反射素子がどの位置に回転されるのかを容易に追跡できるように特定の位置に確実に回転するための命令を受け取るように設計される。この特徴は、電子レンジの全体的な制御ループの動作を容易にするだろう。

電気的反射素子のための潜在的な状態は、コントローラによって事前に記憶し得、コントローラが操作可能であるときにリコールし得る。例えば、固定位置のセットは、例えば「９０°で」または「ベースラインで」等のその位置を改変するように構成された電気的反射素子のために記憶し得る。コントローラは、次いでこれらの値をリコールし、可変反射素子を所与の状態にするときになったらモータを使用してそれらを実装し得る。

特定の手法では、可変反射素子でのマイクロ波の不要な吸収または消散を回避するために、可変反射素子は、周波数で、つまりエネルギー源によって印加されるエネルギーの周波数で実質的に反応性のインピーダンスを有するように設計される。これは、入射するエネルギーが、可変反射率自体で不要な損失または加熱を引き起こすよりむしろ、効果的に反射され、品物を加熱するために使用されることを保証する。特定の手法では、これは、１Ω未満のインピーダンスでその関連した可変反射素子の状態を改変するために必要とされる任意の可変インピーダンス素子で低インピーダンス状態を維持することを含む。

さらに、可変反射素子が反射エネルギーの振幅に影響を及ぼすことを保証するために、特定のステップを講じることができる。特定の手法では、可変反射素子が、チャンバ内でのバランスを達成するためにエネルギーを吸収し、可変反射素子の内の１つ以上を介してチャンバを引き出すことができるようにすることは役に立つ場合がある。例えば、可変反射素子のサブセットは、可変反射素子をチャンバ壁の注入ポートに配線する可変インピーダンス素子を含んでよい。可変インピーダンス素子は、中立状態にあるチャンバに印加されるエネルギーの周波数でエネルギーに高いインピーダンスを示し得るが、関連した素子がチャンバからエネルギーを取り除くときになるとその同じ周波数で低インピーダンスを示し得る。

可変反射素子の反射率は、チャンバに印加されるエネルギーのための異なる周波数に対応するためにチャンバの特徴を修正するために改変できる。一部の手法では、チャンバに印加されるエネルギーの周波数は、そのエネルギーが可変反射素子にどのようにして対応するのかにかなりの影響を与える。例えば、エネルギーの分布パターンの極大値を任意の方向で１０ｃｍ移動させるために第１の周波数で送達されるエネルギーを調整するように構成されるアレイは、第２の周波数でたった１ｃｍを超えて極大値を移動させることもできない。結果として、アレイは電子レンジ内での均一な加熱を達成するために極大値の位置を認め得るほどに改変することはできない。この問題を緩和するために、異なるアレイが、印加エネルギーの異なる周波数に対処するためにチャンバ内で形成できる。異なるアレイは、１つのアレイの未使用の素子が、第２のアレイが動作しているときに中立状態でロックされる場合、互いのサブセットである場合がある。中立状態は、印加エネルギーの現在の周波数でチャンバのむき出しの壁の反射率を模倣するために設定し得る、または位相もしくは大きさでの変化がゼロのすべてのエネルギーを完全に反射するために設定し得る。

特定の手法では、可変反射素子のセットは、その位置を物理的に改変する電気的反射素子のセットを含む場合がある。例えば、可変反射素子は、誘電支持体によってチャンバの表面上方に保持される反射素子を含み得る。反射素子は、シートメタルによって形成し得る。誘電支持体は、反射素子を回転させるために使用される誘電スピンドルであり得る。回転は、チャンバの壁に垂直またはチャンバの壁に平行な中心軸の回りで実施し得る。また、軸は、異なる角度でチャンバ壁から偏位し得る。

図１３は、ステップ１１１５が、可変反射素子に関してすぐ上に示した説明に従ってどのようにして実施できるのかの説明を示すブロック図を示す。ステップ１３００で、可変反射素子は、第１の状態から第２の状態に改変される。これらの２つの状態は、可変反射素子が示すだろう状態のすべてを説明し得る、またはこれらの２つの状態は、複数の状態の中からの２つであり得る。ステップ１３０１で、可変反射素子のインピーダンスは改変される。可変インピーダンス素子は、可変反射素子と対応し、可変反射素子と独自に対応し得る。ステップ１３０２で、可変反射素子の物理的な位置は、第１の位置から第２の位置に改変される。

図１３は、ステップ１３０１を実行し得る具体的な方法のブロック図を含む。略図１３０３では、可変反射素子本体は、第１の状態で流動のままにされ、第２の状態でアース端子に接続される。結果として、電荷が素子の一端から他方に流れるのに要する時間は改変され、反射率の位相は変化する。参照番号１３０４によって示される別の手法では、可変インピーダンス素子はバラクタであり、容量の変化が反射エネルギーの位相を改変する。参照番号１３０５によって示される手法はこの概念を拡大して、任意の複素インピーダンスを、可変反射素子の反射率を改変するために可変にすることができることを示す。より具体的な例は、図１４〜図２０に関して以下に示される。図１３の略図１３０６では、可変反射素子は、電磁エネルギーの入射波の偏波に対してその向きを変更するために９０°回転される電気的反射素子を含む。このケースでの回転の軸は、略図１３０６がその壁の平面図であるようにチャンバの壁に垂直である。略図１３０７では、可変反射素子は、一端で固定され、反対の端部に接続された支持体を伸長することによって回転される電気的反射素子を含む。より具体的な例は、図２１〜図２２に関して以下に示される。

可変反射素子の本体は、種々のタイプのアンテナのために利用される構造に従って構成できる。例えば、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、スロットアンテナ、または分割リング共振器アンテナの構造が、可変反射素子の本体を形成するために利用し得る。しかしながら、放射素子と関連した追加の物理構造の使用は、概して必要とされないだろう。具体的な例では、可変反射素子は、可変インピーダンス素子を介したアース端子に対する任意選択の接続を有する単極反射器であり得る。別の例では、可変反射素子は、２つの半分の間に可変インピーダンス接続を有するボウタイ型構成で２つの隣接する単極の単一の部分として構成され得る。この手法では、単一の可変インピーダンス素子は、２つの可変反射素子の反射率を、ある状態でそれらを分離し、別の状態でそれらを互いに配線することによって調整するだろう。アレイは、反復するパターンの単極と双極の融合体等のその複合的な素子のために異なる構造の融合体を含んでよい。

可変反射素子は、２つ以上の状態で動作するように構成できるだろう。それらの状態の内の１つは、流動している素子の本体を含み、別の状態はアース端子に配線されている本体を含み得る。代わりに、それらの状態の内の１つは、流動している素子の本体を含み、別の状態は別の可変反射素子に配線されている本体を含み得る。さらに追加の手法では、素子は２つ以上の状態を示し、それらの状態は流動したままにされること、接地板に配線されること、及び１つ以上の他の可変反射素子に配線されることを含み得る。状態の数を増やすために、各素子はそれ自体２つ以上の状態を示し得るこれらの種々の状態の間で、素子を移行させるために使用される関連した可変インピーダンスを示し得る。言い換えると、可変インピーダンス素子は、可変反射素子の本体を分離し得る、それを別のノードに配線する、または中間インピーダンスを介してそれをノードに接続し得る。

図１４は、側面図（図１４の上部画像）及び平面図（図１４の下部画像）の両方から例の可変反射素子１４００を示す。素子１４００は、代わりに流動するまたは接地板に配線されることによって素子によって提供される位相シフトを改変する。素子１４００は、モノポールアンテナの形の本体１４０１、及び支持構造物１４０３に埋め込まれた可変インピーダンス素子１４０２を含む。支持構造物は接地板１４０４に接続される。接地板は、チャンバの壁または壁に設置されるプリント回路基板上の導電層であり得る。可変インピーダンス素子１４０２は、ＰＩＮダイオードまたはＦＥＴ等のスイッチであり得る。スイッチは、同様に可変反射素子１４００に異なる反射率を有する２つの状態の間で改変させ得る２つの状態の間で改変できるだろう。第１の状態で、スイッチは開いており、高インピーダンスを有し、本体１４０１は流動しているだろう。第２の状態で、スイッチは閉じられ、低インピーダンスを有し、本体１４０１は接地板１４０４に配線されるだろう。接地板１４０４は素子１４００に対して特定であり得る、または接地板１４０４は複数の可変反射素子によって共用され得る。また、同じ構成を有する素子は、可変インピーダンス素子１４０２のインピーダンスが徐々に修正できる場合複数の位相シフトも示し得る。また、素子は素子の本体を設置板に異なる場所で接続し得る複数の関連した可変インピーダンス素子を有するために修正し得る。

図１５は、側面図及び平面図の両方から別の例の可変反射素子１５００を示す。素子１５００は、本体１５０１の長さに沿ったどの点で本体１５０１が接地板１５０２に配線されるのかを交互にすることによって素子によって提供される位相シフトを改変する。素子１５００は、再び構造１５０４に埋め込まれる可変インピーダンス素子１５０３を含む。しかしながら、素子１５００は、絶えず本体１５０１をアース端子に配線する追加の導電性構造１５０５を含む。可変インピーダンス素子１５０３は、上記の素子１５０２と同じ特徴を示す場合があり、類似した制御信号に応える場合がある。しかしながら、可変反射素子１５００の反射率に対する影響は、本体１５０１が連続的にアース端子に配線されている事実のために異なる。

１つの手法では、素子１５００は、それが１５０５でアース端子に恒久的に成端される点から点１５０６での代替端部まで約λ／４の長さである。（一端だけで接地される）この場合、素子１５００は共振素子の機能を果たし、反射波は入射波と同相である。可変インピーダンス素子１５０３は切り替えられるとき、可変インピーダンス素子１５０３は、本体１５０１の電気的長さにさらに沿って接地板に対する追加の成端を生じさせる。素子１５００は、それによってある状態から別の状態に切り替えられる。この状況で、素子１５００は非共振になり、主要な反射は導電性の接地板からである。反射波はここで入射波と位相がずれ、反射エネルギーでかなりの位相シフトを生じさせる。ある手法では、位相シフトはほぼ１８０°度（πラジアン）である。

構造１５０４及び１５０５は、ともに支持構造物である場合がある、または一方だけが支持構造物で、他方は単に導電接続を提供するにすぎない。特に、構造１５０５は、本体１５０１を接地板１５０２に溶接する溶接点であるだろう。

図１６は、側面図及び平面図から例の可変反射素子の対１６００を示す。素子１６００は、接続状態と未接続状態との間で交互にすることによって可変反射素子の対によって提供される位相シフトを改変する。示すように、可変反射素子の対１６００は、本体１６０１及び本体１６０２を含む。２つの本体は支持体１６０３にある。支持体１６０３は絶縁であり、ＲＦエネルギーを伝導しない。したがって、構造１６０４は接地板である必要はない。しかしながら、構造１６０４は、チャンバの壁またはその上に形成された特殊化された表面であることもあるだろう。素子１６０１及び１６０２の対は、埋め込まれた可変インピーダンス素子と別の構造１６０５を共用する。可変インピーダンス素子が開放状態と閉鎖状態の間で改変するにつれ、素子１６００の可変反射素子の対は、可変反射素子が、それらが流動である状態から、それらが隣接する可変反射素子に配線されている状態に移行している点で、それぞれその反射率を変更する。示している実施形態では、全体的な構造は流動のままであるが、それぞれの個別の素子は、それがそのバイアス点に影響を及ぼす外部構造に接続されるため、もはや流動していないとして概念化できる。また、素子は、それぞれ、素子の本体を異なる場所で他の素子に接続する複数の関連した可変インピーダンス素子を有するために修正し得る。

図１７は、平面図から例の可変反射素子１７００のセットを示す。素子のセットは、すべて単一の絶縁支持構造物１７０５にある４つのモノポールアンテナ素子１７０１、１７０２、１７０３、及び１７０４を含む。図１６と同様に、基底構造１７０６は接地板である必要はないが、基底構造１７０６はチャンバの壁またはその上に形成された特殊化された表面である場合もある。素子は、可変インピーダンス素子１７０７のネットワークを介して互いに接続される。ネットワーク１７０７のスイッチの状態を改変する制御システムはスイッチを独立して調整し得る。各素子の反射率は、それがどの素子に接続されるのかによってだけではなく、それらの素子が同様にどの素子に接続されるのかによって影響を及ぼされるので、素子のセットが示すことができる潜在的な反射率の値の数は６４の異なる状態によって記述できる。

図１８は、側面図及び平面図から例の可変反射素子１８００を示す。示すように、素子は長穴１８０２を有するスロットアンテナの形状の本体１８０１を含む。長穴１８０２の幅（図１８の長穴１８０２の垂直の寸法）は、電子レンジによってチャンバに印加されるエネルギーの波長よりはるかに少ない場合がある。長穴１８０２の長さ（水平寸法）は、その波長に比較してかなりである場合がある。特に、長穴１８０２の長さはその波長の半分であろう。本体１８０１は、シートメタルまたは接地板としての機能を果たすことができるなんらかの他の導電材料であるだろう。また、素子１８００は、本体１８０１を層１８０４から分ける支持構造物１８０３も含む。支持構造物１８０３は別々の構造であり得、または支持構造物１８０３は材料の１つの連続した一部の２つの部分であり得る。支持構造物は絶縁体であり得る。層１８０４はチャンバの壁または壁の上に設置された層である場合がある。代替の手法では、本体１８０１自体がチャンバ自体の壁または壁の上に直接的に設置された層であり得る。後者の場合、長穴１８０２は、その層の取外しによって露呈された壁の一部分であり得る。前者の場合、長穴１８０２は、壁構造のくぼみまたは壁の外部の谷の形をした曲げ等の壁の穴を掘られた（ｅｘｃａｖａｔｅｄ）部分であり得る。また、素子１８００は、差し迫ったエネルギーに与えられる位相シフトを改変するために役立つ場合がある可変インピーダンス素子１８０５も含む。

可変インピーダンス素子１８０５は、ＰＩＮダイオードまたはＦＥＴ等のスイッチであり得る。スイッチは、同様に可変反射素子１８００に異なる反射率を有する２つの状態の間で改変し得る２つの状態の間で改変し得る。可変インピーダンス素子が開放状態と閉鎖状態の間で改変するにつれ、可変反射素子１８００は、波長に比較して長穴１８０２の有効長が改変されたため、差し迫ったエネルギーに印加される位相シフトを改変する。本体１８０１を通る長穴の回りの流れがここで、流れが長穴の回りでとる場合がある２つのループ経路を有するという事実は、素子１８００の反射率も改変する。

図１９は、側面図及び平面図からの例の可変反射素子１９００を示す。側面図は断面であり、平面図上の基準線Ａからとられる。示している可変反射素子１９００は、上述した実施形態の内の１つの例であり、長穴１９０１はパーフォレーションの形の壁１９０２の穴を掘られた部分によって形成される。壁１９０２は、長穴１９０１等の長穴で穿孔されたシートメタルの連続層であるだろう。層１９０４は、シートメタル等の材料の頑丈な壁である場合がある。代わりに、層１９０４は、チャンバからのマイクロ波エネルギーの漏れを防ぐためにパーフォレーションの近傍で壁１９０２の後部に設置された多数の窪みの内の１つを含む場合がある。長穴１９０１の寸法は、長穴１８０２の寸法に類似する場合がある。長穴１９０１の深さはλ／４であり、λはチャンバに印加されるエネルギーの波長である。例えば、エネルギーの波の波長は、最短の波長を有するチャンバに印加される。可変インピーダンス素子１９０５は、可変インピーダンス素子１８０５と同じ物理特性及び操作特性を示し得る。

アレイの個々の素子は、種々の方法でチャンバの壁を越えて間隔を置いて配置され、分布され、配向され得る。上述したように、アレイは、チャンバのあらゆる壁を覆う、単一の壁に制限される、または複数の壁に及ぶ可能性がある。また、独自の変化する間隔、分布、及び向きを有するチャンバ内に複数のアレイがある場合もある。また、上述したように、アレイの素子は、電子レンジの壁で平方インチ毎の中心に設置され得る。しかしながら、密度は、例えば６平方インチあたり１素子未満等、平方インチあたり１素子未満となることもあり得る。個々の素子が中心点の回りで対称ではない程度まで、個々の素子の互いに対する向きは一定であり得る、またはチャンバの内部で素子ごとに変わり得る。個々の素子の向きが一定であった実施態様では、向きは異なる実施態様でチャンバ自体に対して変わり得る。例えば、素子のすべてはチャンバのｘ軸、ｙ軸、またはｚ軸に沿って配向され得る。

個々の素子の向きは、特定の偏波が好まれないようにアレイを通して改変できる。例えば、図２０は、アレイを越えて繰り返すパターンの２つの異なる向きで分布される図１８の様式の可変反射素子のアレイ２０００の図を示す。示すように、アレイの素子の１つのセットは第１の向き２００１を有し、アレイの素子の第２のセットは第２の向き２００２を有する。また、各素子は、素子の長穴に及ぶ可変インピーダンス素子２００３も含む。アレイの各素子は、損近傍の半分と同じ向き、及びその近傍の他方の半分と異なる向きを有する。第１の向き及び第２の向きは９０°異なる。他の手法では、アレイの素子は、２つ以上の向きを有し得る。また、向きの相違は、アレイ全体で無作為に分布される、または図２０によって示されるパターンよりもより複雑なパターンをたどるだろう。例えば、向きは、ある近傍から次の近傍へアレイを横切って連続段階的に９０°未満の設定された度数分、変化するだろう。

可変インピーダンス素子は、所与の周波数で異なるインピーダンス値を示すことができる任意の素子であり得る。可変インピーダンス素子は、機械装置または電気機械装置であり得る。可変インピーダンス素子は、受動電子回路または能動電子回路も含み得る。また、可変インピーダンス素子は、関連した可変反射素子の本体に対する可変物理接続を行うソレノイドまたはリレーであり得る。可変インピーダンス素子は、可変インピーダンス容量接続を有する電気機械スイッチであり得る。

特定の利点は、可変インピーダンス素子が、電子レンジの中または上で動作するために必要とされる可動部品の減少があるだろうソリッドステート素子である手法にもたらされる。一例では、可変インピーダンス素子は、バラクタまたは電位差計もしくは可変インダクタ等の可変インピーダンスを有する受動素子のネットワークであり得る。バラクタは、コンデンサのその容量を調整するためのコンデンサプレート間の可変距離をもって設計されたコンデンサであり得る。別の例では、可変インピーダンス素子は、代わりに電界効果トランジスタ等のスイッチを含み得る。切り替え素子は、ＦＥＴ、ＢＪＴ、またはＰＩＮダイオード等の任意の電力スイッチング素子であり得る。特に、スイッチは特に高性能の用途に適用可能であった側方拡散金属酸化物半導体素子（ＬＤＭＯＳ）ＦＥＴであり得る。別の例では、可変インピーダンス素子は、無線周波数または高性能の用途に使用されるＰＩＮダイオードまたは他の素子であり得る。電源デバイスは、５００Ｖ以上のオフ状態のオフ電圧を保持し、２５０ｍΩ未満のオン状態抵抗を示すように設計し得る。

本明細書に開示される手法のいくつかでは、電子レンジが加熱されている品物に可変でエネルギーを送達するために必要とされる可動部品の不足がある。特定の手法では、電子レンジは、第１の電磁波がステップ１１０１で印加されるときと、第２の電磁波がステップ１１２０で印加されるときの間に機械的に動くいずれの構成部品も含まない。特に、可変隠避ダンス素子がソリッドステート素子である場合、可変インピーダンス素子は、制御システムから受け取られる純粋に電気的なコマンドに応えて可変反射素子の位相を改変することができ、依然として可変反射素子の反射率を修正することができるが、応えていかなる機械的な動きも行う必要はない。また、エネルギーの分布は、可変反射素子のアレイを使用し、誘導できるので、より均一な加熱が、モードスターラまたは品物が上にある可動トレイを使用しなくても達成できる。さらに、標準的なマグネトロンが、ソリッドステート素子だけを利用するマイクロ波エネルギー変換器で置換される場合、可動部品がＡＣ主電圧から加熱されている品物までのエネルギー経路全体にない可能性がある。

図２１は、側面図（図２１の上部画像）及び平面図（図２１の底部画像）の両方からの例の可変反射素子２１００を示す。素子２１００は、その物理的な位置を第１の位置から第２の位置に改変することによってエネルギーの分布を改変する。素子２１００は反射素子２１０１を含み、この場合、例えばアルミニウム、鋼、または銅等のシートメタルから形成し得る相対的に平らな導電材料の一部である。反射素子２１０１は、チャンバ壁の中の切れ目２１０４を通って伸長する誘電スピンドル２１０３によって、チャンバ壁２１０２により画定されるチャンバの表面の上方に保持される。スピンドルは誘電性であり、小さいパーフォレーションを通過し、マイクロ波エネルギーがチャンバの中から漏れるためのアンテナを作成するのを回避するように概して構成される。チャンバの外部のモータは、矢印２１０５によって示すようにスピンドルに力を与えることによって誘電スピンドル２１０３を介して反射素子２１０１を回転させることができる。力は、スピンドル２１０３に取り付けられるロータによって印加し得る。モータは、位置の固定されたセットから選択された位置のセットの間でスピンドルを回転させることができる。例えば、モータは、反射素子２１０１が９０°の弧を通して前後に回転されるようにスピンドルを調整し得る。

図２２は、図２１からの可変反射素子２１００、及び追加の可変反射素子２２００を含む可変反射素子のセットを示す。２つの素子は、特定の実施態様の可変反射素子のセットが、コントローラによって独立して処理することができ、さらに均一な素子である必要はないという事実を示すために図示されている。チャンバの表面の上方に保持される反射素子の特定の例では、誘電スピンドルは異なる高さで素子を保持できる。素子のセットの各素子は、独自の固有の高さを有し得る。示している場合では、セットは、説明のために２つの素子を含んでいる。しかしながら、チャンバ内の素子のセットは、少なくとも３つのユニットのセットである場合があり、特定の実施態様では３つのユニットよりも多くを含む。素子２１００及び素子２２００は、各反射素子が、すべてその素子にとって固有である切れ目、誘電スピンドル、及びモータと関連付けることができることを示すために提供される。示すように、素子２２００は、同時に回転される素子２１００の方向と反対の方向２２０２で回転し得る。

図２３は、上述した具体的な手法に従って動作する電子レンジの性能の例を示す。図２３は、２つの画像２３００及び２３１０を含む。画像２３００は、上記開示によれば、概して電子レンジに従って均一に調理された２個の卵を示す。レンジは、図９に示す構成に類似した１９の反射素子のセットを含み、赤外線カメラを使用し、加熱されている品物を評価し、卵に熱を均一に加えるために反射素子を調整するようにプログラムされていた。画像２３１０は、チャンバの中に設置され、画像２３００の卵と同量の時間、同じ全体的なレベルのエネルギーにさらされた同じトレイ内の２個の卵を示す。しかしながら、画像２３１０の卵を調理するために使用される電子レンジは、従来の回転式トレイでの加熱プロセスを通して卵を移動させることによって熱を均一に分布させようと試みた。画像はかなり自明である。画像は、従来の回転式トレイに置かれた２個の卵が均一に調理されなかったことを示す。卵の内の１個の卵黄は破裂していた。両方の卵黄の濃度は均一ではなく、卵白はいくつかの位置で焼けていた。対照的に、画像２３１０の卵は、均一に調理され、卵黄は全体で同じ濃度を示していた。

本明細書は本発明の特定の実施形態に関して詳細に説明されているが、当業者が上記の理解を達成すると、これらの実施形態に対する改変形態、変形形態、及び同等物を容易に思い付き得ることが理解される。可変反射素子の特定の断面はチャンバの中の関連した可変インピーダンス素子を示していたが、可変インピーダンス素子はチャンバの外部にあり、チャンバ内のポートを介して素子の本体に電気的に接続できるだろう。上述した方法ステップのいずれも、それらの方法ステップのための命令を記憶するコンピュータ可読非一過性媒体を用いて動作するプロセッサによって実施できる。コンピュータ可読媒体は、電子レンジの中のメモリまたはネットワークによりアクセスしやすいメモリであってよい。本開示の例は電磁エネルギーの印加により品物を加熱することを含んでいたが、任意の他の形の加熱が組み合わせてまたは代替策で使用できるだろう。用語「品物」は単一の同種の要素に限定されるべきではなく、加熱される物質の任意の集合体を含むと解釈されるべきである。本発明に対するこれらの及び他の変更形態及び変形形態は、添付の特許請求の範囲により詳細に説明される、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって実施され得る。

Claims (22)

1. 電子レンジ内での熱の分布を制御する反射素子のセットを有する電子レンジであって、
   チャンバと、
   前記チャンバ内の注入ポートに結合されたマイクロ波エネルギー源と、
   前記チャンバ内のパーフォレーションのセットを通して伸長する誘電スピンドルのセットと、
   誘電スピンドルの前記セットに接続されたモータのセットと、
   モータの前記セットを制御するコントローラとを備え、
   反射素子の前記セットが、誘電スピンドルの前記セットによって前記チャンバの表面の上方に保持され、
   モータの前記セットが、誘電スピンドルの前記セットを介して反射素子の前記セットを回転させ、
   前記コントローラが、モータの前記セットを使用し、反射素子の前記セット内の各反射素子の回転を独立して引き起こす命令を記憶し、
   モータの前記セット、反射素子の前記セット、及び誘電スピンドルの前記セットが、少なくとも３つのユニットの各セットである、電子レンジ。
2. 前記マイクロ波エネルギー源を形成し、主電源からＡＣ電力を受け取り、前記ＡＣ電力をマイクロ波エネルギーに変換するマグネトロンと、
   前記マグネトロンを前記注入ポートに結合する導波管とをさらに備え、
   前記チャンバが、前記注入ポートからのマイクロ波エネルギーに加えていずれのマイクロ波エネルギーも受け取らず、
   反射素子の前記セットが無放射素子である、請求項１に記載の電子レンジ。
3. 前記マイクロ波エネルギー源が電磁波を前記チャンバに印加し、
   前記電磁波が主波長を有し、
   反射素子の前記セットのあらゆる反射素子が、前記主波長の２分の１を超えて反射素子の前記セット内の他のすべての反射素子から間隔を空けて置かれる、請求項１に記載の電子レンジ。
4. 前記コントローラが、反射素子の前記セットの各反射素子のために独立して対応する現在位置値を記憶し、
   前記コントローラが、反射素子の前記セットの各反射素子の前記回転に応えて前記対応する現在位置値を改変する命令を記憶する、請求項１に記載の電子レンジ。
5. 前記マイクロ波エネルギー源を形成し、主電源からＡＣ電力を受け取り、前記ＡＣ電力をマイクロ波エネルギーに変換するマグネトロンと、
   前記マグネトロンから前記注入ポートへの導波管とをさらに備え、
   前記マイクロ波エネルギー源が、電磁波を前記チャンバに印加し、
   前記電磁波が主要な偏波を有し、
   前記命令が、前記主要な偏波に対する第１の向きを有する第１の位置と、前記主要な偏波に対する第２の向きを有する第２の位置との間で反射素子の前記セットの反射素子を調整し、
   前記主要な偏波が前記第１の向きに垂直であり、
   前記主要な偏波が前記第２の向きに平行である、請求項１に記載の電子レンジ。
6. 前記コントローラが、モータの前記セットを使用し、固定位置のセットの間で反射素子の前記セットを独立して回転させる命令を記憶し、
   前記コントローラが、反射素子の前記セットの各反射素子のために独立して固定位置の前記セットから対応する現在位置値を記憶する、請求項１に記載の電子レンジ。
7. 前記チャンバの偽の床をさらに備え、
   前記マイクロ波エネルギー源が電磁波を前記チャンバに印加し、
   前記電磁波が主波長を有し、
   反射素子の前記セットが前記偽の床の後方に位置し、
   前記偽の床と反射素子の前記セットとの間の、前記偽の床に垂直に測定された垂直距離が、前記主波長の０．１５９未満である、請求項１に記載の電子レンジ。
8. 前記注入ポートが、反射素子の前記セットから前記チャンバの中心を横切って配置される、請求項１に記載の電子レンジ。
9. 前記チャンバの偽の天井をさらに備え、
   前記注入ポートが前記チャンバの表面に配置され、
   反射素子の前記セットが前記偽の天井の後方に位置する、請求項１に記載の電子レンジ。
10. 前記マイクロ波エネルギー源が前記チャンバに電磁波を印加し、
    前記電磁波が主波長を有し、
    前記チャンバの前記表面と反射素子の前記セットとの間の、前記偽の天井に垂直に測定された垂直距離が、前記主波長の０．６未満である、請求項９に記載の電子レンジ。
11. 前記チャンバ内の第２の注入ポートをさらに備え、
    前記チャンバが、前記注入ポート及び前記第２の注入ポートからの前記マイクロ波エネルギーに加えていずれのマイクロ波エネルギーも受け取らない、請求項１に記載の電子レンジ。
12. 反射素子の前記セットの前記反射素子がそれぞれ、
    前記チャンバの前記表面に平行で、第１の方向で誘電スピンドルの前記セットの誘電スピンドルから離れて広がる第１の表面と、
    前記チャンバの前記表面に平行で、第２の方向で前記誘電スピンドルから離れて広がる第２の表面とを備える、請求項１に記載の電子レンジ。
13. 電子レンジであって、
    加熱チャンバと、
    前記加熱チャンバ内の反射素子のセットと、
    偏波電磁波を前記加熱チャンバに印加するように構成されたマイクロ波エネルギー源と、
    前記加熱チャンバの外壁を通して伸長する誘電スピンドルのセットと、
    第１の向きを有する第１の位置と、第２の向きを有する第２の位置との間で誘電スピンドルの前記セットを介して反射素子の前記セットを個別に回転させるモータのセットとを備え、
    前記偏波電磁波の主要な偏波が前記第１の向きに垂直であり、
    前記偏波電磁波の前記主要な偏波が前記第２の向きに平行である、電子レンジ。
14. 前記偏波電磁波が主波長を有し、
    反射素子の前記セットのあらゆる反射素子が、前記主波長の２分の１を超えて反射素子の前記セットの他のすべての反射素子から間隔を空けて置かれる、請求項１３に記載の電子レンジ。
15. 前記マイクロ波エネルギー源を形成し、主電源からＡＣ電力を受け取り、前記ＡＣ電力をマイクロ波エネルギーに変換するマグネトロンと、
    前記加熱チャンバ内の注入ポートと、
    前記マグネトロンから前記注入ポートへの導波管とをさらに備え、
    前記加熱チャンバが、前記注入ポートからの前記マイクロ波エネルギーに加えていずれのマイクロ波エネルギーも受け取らず、
    反射素子の前記セットが無放射素子である、請求項１３に記載の電子レンジ。
16. モータの前記セットを制御するコントローラをさらに備え、
    前記コントローラが、モータの前記セットを使用し、反射素子の前記セットの回転を独立して引き起こす命令を記憶する、請求項１３に記載の電子レンジ。
17. 前記コントローラが、反射素子の前記セットに、各反射素子のために独立して対応する現在位置値を記憶し、
    前記コントローラが、反射素子の前記セットの前記回転に応えて、前記対応する現在位置値を改変する命令を記憶する、請求項１６に記載の電子レンジ。
18. 反射素子の前記セットが、誘電スピンドルの前記セットによって前記加熱チャンバの表面の上方に保持され、
    反射素子の前記セットが少なくとも３つの反射素子を含む、請求項１７に記載の電子レンジ。
19. モータのセットを制御するコントローラをさらに備え、
    前記コントローラが、モータの前記セットを使用し、固定位置のセット間で反射素子の前記素子を独立して回転させる命令を記憶し、
    前記コントローラが、反射素子の前記セットの各反射素子のために独立して固定位置の前記セットから対応する現在位置値を記憶する、請求項１３に記載の電子レンジ。
20. 前記加熱チャンバの偽の天井をさらに備え、
    前記注入ポートが前記加熱チャンバの表面に配置され、
    反射素子の前記セットが前記偽の天井の後方に位置する、請求項１５に記載の電子レンジ。
21. 前記マイクロ波エネルギー源が前記加熱チャンバに電磁波を印加し、
    前記電磁波が主波長を有し、
    前記加熱チャンバの前記表面と反射素子の前記セットとの間の、前記偽の天井に垂直に測定される垂直距離が、前記主波長の０．６未満である、請求項２０に記載の電子レンジ。
22. 反射素子の前記セットの前記反射素子がそれぞれ、
    前記加熱チャンバの前記外壁に平行で、第１の方向で誘電スピンドルの前記セットの誘電スピンドルから離れて広がる第１の表面と、
    前記加熱チャンバの前記外壁に平行で、第２の方向で前記誘電スピンドルから離れて広がる第２の表面とを備える、請求項１３に記載の電子レンジ。