KR102414251B1 - 조리 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

조리물을 가열하는 조리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예의 조리 장치는 빔포밍(beamforming)된 전자기파를 상기 조리물에 조사하는 송신 안테나, 조리물로부터 반사된 반사파를 수신하는 수신 안테나 및 조사된 전자기파가 조리물의 온도에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 수신된 반사파에 대응하는 조리물의 온도를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

조리 장치 및 이의 제어 방법{COOKING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 조리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 조리하는 음식의 온도를 비접촉/비침습 방식으로 측정하고, 측정된 온도의 정보를 사용자에게 제공하는 조리 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
조리 장치는 음식을 조리하는 전자 장치를 말한다. 조리 장치는 직접 연료를 태워 발생한 불을 이용하는 가스레인지, 유도 전류 또는 전기 저항에 의해 발생한 열을 이용하는 전기 쿡탑, 마이크로파를 조리물에 조사하여 분자의 충돌 및 회전에 의해 발생하는 마찰열을 이용하는 전자레인지 및 밀폐 공간에 공기를 가열하여 발생한 열풍을 이용하는 오븐 등을 포함한다.
조리를 위한 가전제품 분야의 기술의 발전은 단순히 안전하게 음식을 조리할 수 있는 열원을 제공하는 것뿐만 아니라, 사용자가 입력한 설정에 따라 기설정된 코스로 자동으로 조리하는 기능을 제공하기에까지 이르렀다.
다만, 종래, 조리 장치에 있어서, 음식의 조리 정도는 요리하는 요리사의 역량에 의해 결정되는 측면이 있었다. 즉, 요리사는 조리하는 음식이 충분히 조리되었는지를 체득한 경험에만 의존하여 판단하였다. 만약, 음식의 온도를 알고 싶으면, 요리사는 가열 중인 음식에 온도계를 꽂아서 온도를 측정하였다. 이 경우, 음식의 외형이 망가지고, 밀폐상태에서 해야 하는 오븐 등에는 사용할 수 없는 문제가 있었다.
또한, 자동 조리 기능은 음식의 성분이나 크기를 고려치 않고, 일률적인 조리를 수행하기 때문에 사용자가 원하는 조리된 음식을 얻기 어려웠다. 그리고, 발효, 쾌속해동, 보온, 건조 등 갈수록 많아지고 복잡해지는 자동 조리 기능은 오히려, 사용의 편의성이 아닌 접근성의 곤란함을 가져오는 측면이 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 조리하는 음식의 온도를 비접촉/비침습 방식으로 측정하고, 측정된 온도의 정보를 사용자에게 제공하는 조리 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 조리물을 가열하는 조리 장치는 빔포밍(beamforming)된 전자기파를 상기 조리물에 조사하는 송신 안테나, 상기 조리물로부터 반사된 반사파를 수신하는 수신 안테나 및 상기 조사된 전자기파가 상기 조리물의 온도에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단하는 제어부를 포함한다.
이 경우, 상기 제어부는, 상기 조리물의 온도에 따라 변화하는 상기 조리물의 임피던스 및 상기 조리물의 임피던스에 따라 상기 조사된 전자기파가 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는, 상기 조사된 전자기파와 상기 수신된 반사파의 진폭비를 이용하여, 상기 조리물의 임피던스를 결정하는 유전율을 산출하고, 상기 산출된 유전율에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단할 수 있다.
한편, 상기 송신 안테나는, 대역폭이 500MHz이상인 전자기파를 조사하고, 상기 제어부는, 상기 조리물을 구성하는 성분에 따라 전자기파를 흡수하는 주파수의 대역이 상이한 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파의 주파수 분석을 통해, 상기 조리물의 성분을 판단하고, 상기 전자기파가 상기 조리물의 온도 및 상기 조리물의 성분에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파 및 상기 판단된 조리물의 성분에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단할 수 있다.
한편, 상기 송신 안테나는, 복수의 안테나 엘리먼트가 정렬된 어레이 안테나이고, 상기 제어부는, 상기 복수의 안테나 엘리먼트 각각이 방출하는 전자기파의 위상을 변화시켜 상기 빔포밍된 전자기파를 조사할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 상기 빔포밍된 전자기파의 지향성을 조종하고, 상기 조종에 의해 상이한 공간에서 반사된 반사파가 수신되면, 상기 수신된 반사파에 기초하여 상기 조리물의 위치, 크기 및 형상 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.
이 경우, 상기 조리 장치는 조리 상태 정보를 포함하는 화면을 표시하는 디스플레이부;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 수신된 반사파에 기초하여 상기 조리물의 국부적인 온도를 판단하고, 상기 감지된 조리물의 형상 및 상기 판단된 국부적인 온도를 시각적으로 표시할 수 있다.
한편, 상기 송신 안테나는 복수 개이고, 상기 복수의 송신 안테나는 조리실의 내벽을 따라 상이한 위치에 나란히 배열되고, 상기 제어부는, 상기 상이한 위치에서 순차적으로 빔포밍된 전자기파가 조사되도록 상기 복수의 송신 안테나를 제어하고, 상기 조사된 전자기파에 의해 순차적으로 수신되는 반사파 각각에 기초하여 상기 조리실의 형상을 감지하고, 상기 감지된 복수의 조리실의 형상을 조합하여 상기 조리물의 위치, 크기 및 형상 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.
한편, 상기 조리 장치는 원격지의 사용자 단말과 통신하는 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 사용자 단말에 상기 조리물의 조리 상태 정보를 전송할 수 있다.
한편, 상기 조리 장치는, 상기 조리물이 자리하는 조리실에, 기설정된 마이크로파를 방출하는 마그네트론 또는 전기적 저항에 의해 열을 방출하는 열선 중 적어도 하나를 포함하는 가열부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 판단된 조리물의 온도가 기설정된 온도에 도달하면, 상기 가열부를 정지시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 조리물을 가열하는 조리 장치의 제어 방법은, 빔포밍(beamforming)된 전자기파를 상기 조리물에 조사하는 단계, 상기 조리물로부터 반사된 반사파를 수신하는 단계 및 상기 조사된 전자기파가 상기 조리물의 온도에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 판단하는 단계는, 상기 조리물의 온도에 따라 변화하는 상기 조리물의 임피던스 및 상기 조리물의 임피던스에 따라 상기 조사된 전자기파가 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단할 수 있다.
이 경우, 상기 판단하는 단계는, 상기 조사된 전자기파와 상기 수신된 반사파의 진폭비를 이용하여, 상기 조리물의 임피던스를 결정하는 유전율을 산출하고, 상기 산출된 유전율에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단할 수 있다.
한편, 상기 조사하는 단계는, 대역폭이 500MHz이상인 전자기파를 조사하고, 상기 판단하는 단계는, 상기 조리물을 구성하는 성분에 따라 전자기파를 흡수하는 주파수의 대역이 상이한 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파의 주파수 분석을 통해, 상기 조리물의 성분을 판단하고, 상기 전자기파가 상기 조리물의 온도 및 상기 조리물의 성분에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파 및 상기 판단된 조리물의 성분에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단할 수 있다.
한편, 상기 조사하는 단계는, 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 엘리먼트 각각이 방출하는 전자기파의 위상을 변화시켜 상기 빔포밍된 전자기파를 조사할 수 있다.
한편, 상기 제어 방법은 상기 빔포밍된 전자기파의 지향성을 조종하는 단계 및 상기 조종에 의해 상이한 공간에서 반사된 반사파가 수신되면, 상기 수신된 반사파에 기초하여 상기 조리물의 위치, 크기 및 형상 중 적어도 하나를 감지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 판단하는 단계는, 상기 수신된 반사파에 기초하여 상기 조리물의 국부적인 온도를 판단하고, 상기 감지된 조리물의 형상 및 상기 판단된 국부적인 온도를 시각적으로 표시할 수 있다.
한편, 상기 제어 방법은 상기 상이한 위치에서 순차적으로 빔포밍된 전자기파가 조사되도록, 조리실의 내벽을 따라 상이한 위치에 나란히 배열된 복수의 송신 안테나를 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 감지하는 단계는, 상기 조사된 전자기파에 의해 순차적으로 수신되는 반사파 각각에 기초하여 상기 조리실의 형상을 감지하고, 상기 감지된 복수의 조리실의 형상을 조합하여 상기 조리물의 위치, 크기 및 형상 중 적어도 하나를 감지할 수 있다.
한편, 상기 제어 방법은 원격지의 사용자 단말에 상기 조리물의 조리 상태 정보를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 제어 방법은 상기 판단된 조리물의 온도가 기설정된 온도에 도달하면, 상기 조리물을 조리하기 위한 마이크로파 또는 열의 방출을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상의 다양한 실시예에 따른 조리 장치 및 그 제어 방법은 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 조리 장치는 비접촉 및 비침습식 음식의 온도를 측정함으로써, 음식의 외양을 보존할 수 있다.
또한, 조리 장치는 음식의 외표면 뿐만 아니라 심부의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 조리 장치는 음식의 성분, 형태 및 크기를 파악하고, 파악된 음식이 조리되고 있는 상태 및 음식 특성에 맞는 조리 기능을 사용자에게 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조리 장치의 외형을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조리 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 도 2의 조리 장치의 상세한 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 4는 PAA를 설명하기 위한 PAA의 논리 구조를 나타내는 도면,
도 5는 두 매질의 경계면에 수직 입사하는 평면파 및 반사파의 전자기적 특성을 설명하기 위한 도면,
도 6은 상이한 음식 및 상이한 주파수별로 음식의 온도에 따른 음식의 유전 상수를 도시한 그래프,
도 7은 전자기파의 파장/주파수에 따라 변화하는 물의 유전 상수를 도시한 그래프,
도 8은 빔포밍된 전자기파로 스캔하는 방법의 두 예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 조리실의 스캔 및 형상 감지 방법을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조리 장치의 구성을 나타내는 블록도,
도 11은 도 10의 조리 장치가 조리 상태 정보가 제공하는 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조리 장치를 이용하여 음식을 조리하는 일 시나리오를 설명하기 위한 타임라인, 그리고,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조리 장치의 외형을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 조리 장치(100)는 외벽(10), 제어 패널(20), 조리실(30) 및 도어(40)를 포함한다. 조리 장치(100)의 조리실(30)은 내벽에 배치된 마이크로파 생성부(50), 발열부(60), 열풍 오븐 홀(70), 및 송수신 안테나(110, 120)를 포함한다.
외벽(10)은 조리 장치(100)의 외관을 형성하고, 내부에 기계실(미도시)과 조리실(30)을 마련한다. 외벽(10)은 내구성 있는 재질로 만들어지며, 개방된 일측에 힌지 결합된 도어(40)를 마련한다.
제어 패널(20)은 조리 장치(100)의 전면에 배치된다. 제어 패널(20)은 조리 장치(100)의 구동 및 설정하기 위한 명령을 입력하는 입력부 및 사용자에게 정보를 제공하기 위한 표시부를 포함한다. 구체적으로, 제어 패널(20)은 사용자의 터치를 감지하는 센서나, 물리적 버튼을 포함하는 입력부를 통해 사용자의 조작을 수신하고, 적어도 하나의 액티브/패시브 매트릭스 디스플레이 및 발광 다이오드를 이용하여 전원, 조리 중, 자동 조리 메뉴, 설정 시간 등의 정보를 사용자에게 제공한다.
도어(40)는 여닫이 가능하도록 본체에 힌지 결합하며, 닫힌 상태를 유지하기 위하여 본체에 맞물리는 걸쇠를 포함할 수 있다. 그리고, 도어(40)는 사용자가 파지할 수 있는 손잡이를 구비할 수 있다.
조리실(30)은 조리 장치(100) 내부에 음식이 자리하도록 마련된 공간이다. 조리실(30)은 음식을 조리하기 위하여 아래와 같은 구성이 포함될 수 있다.
마이크로파 생성부(50)는 마이크로파를 발생하는 마그네트론, 마이크로파를 음식을 향하여 진행시키는 도파관 및 마이크로파가 고루 퍼지도록 휘젓는 교반기를 포함할 수 있다.
발열부(60)는 음식이 자리하는 면과 대면하는 열선을 포함한다.
도시하진 않았으나, 조리 장치(200)는 급수 장치로부터 공급받은 물을 뿌리는 스팀 분사기를 더 포함할 수 있다.
열풍 오븐 홀(70)은 가열된 조리실(30) 순환하는 바람을 일으킨다. 즉, 이상의 구성에서, 도 1에 예시한 조리 장치(100)는 전자레인지와 스팀 가열식 오븐이 결합된 장치이다.
한편, 조리실(30)은 하나 또는 복수의 송수신 안테나(110, 120)를 포함한다. 송수신 안테나(110, 120)는 전자기파를 송신 및 수신한다. 송수신 안테나(110, 120)는 음식이 자리하는 방향으로 전자기파를 방출 및/또는 반사된 전자기파를 수신할 수 있다. 송수신 안테나(110, 120)를 이용한 기능은 이후 이어지는 도면을 참조하여 더욱 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 조리 장치(100)는 송신 안테나(110), 수신 안테나(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
송신 안테나(110)는 전자기파를 방출한다. 구체적으로, 송신 안테나(110)는 전자기파를 방출하며, 여기서, 방출하는 전자기파는 음식으로 빔포밍된 전자기파일 수 있다.
빔포밍(beamforming, BF)은 특정 공간으로 신호의 크기와 방향이 집중된 라디오 신호를 송신하는 기술로서, 무지향성의 전방위로 신호를 송출하는 안테나 기술보다 신호의 전송 거리 및 효율을 높이기 위한 기술이다.
송신 안테나(110)는 복수의 안테나 엘리먼트가 정렬된 어레이 안테나일 수 있다. 구체적으로, 송신 안테나(110)는 위상을 가변할 수 있는 안테나 엘리먼트 복수 개로 구성될 수 있다. 구체적인 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
송신 안테나(110)는 대역폭이 500MHz 이상인 전자기파를 방출할 수 있다. 구체적으로 송신 안테나(110)는 UWB(초광대역) 안테나로 구현될 수 있다. 초광대역 안테나는 넓은 주파수 대역에 걸쳐 전자기파를 음식에 조사함으로써, 주파수에 따라 상이한 음식의 반사 특성을 파악할 수 있게 한다.
다른 실시예에서, 송신 안테나(110)는 복수의 주파수 대역에서 전자기파를 방출하는 멀티 주파수 안테나(multi-frequency antenna)로 구현될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 송신 안테나(110)는 방출할 전자기파의 주파수를 가변할 수 있고, 제어부(130)의 제어에 의해, 기설정된 스윕 속도로 시작 주파수부터 종료 주파수까지 주파수를 가변하면서 상이한 주파수의 전자기파를 조사하는 주파수 스윕(frequency sweep)을 수행할 수 있다.
수신 안테나(120)는 전자기파를 수신한다. 구체적으로, 수신 안테나(110)는 음식을 지향하여 조사된 전자기파가 음식에 부딪혀 반사된 반사파를 수신한다.
도 2에서 수신 안테나(120) 및 송신 안테나(110)는 분리된 별도의 블록으로 도시되었으나, 이것이 꼭 분리된 두 안테나로 한정되지 아니한다. 송신 안테나(120) 및 수신 안테나(130)는 수신 및 송신을 모두 수행할 수 있는 하나의 안테나로 구현될 수 있다.
제어부(130)는 조리 장치(100)의 각 구성을 제어한다. 구체적으로, 제어부(130)는 음식의 온도를 추정하기 위하여 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)를 제어할 수 있다.
제어부(130)는 수신된 반사파에 대응하는 음식의 온도를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 음식으로 조사된 전자기파가 음식의 온도에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 수신된 반사파의 특성으로부터 음식의 온도를 판단할 수 있다.
물질은 온도에 따라 가변하는 전자기학적 특성을 갖는다. 구체적으로, 음식은 온도에 따라 상이한 유전율을 갖는다. 그리고, 이 유전율은 전자기파의 투과 및 반사 특성에 영향을 미친다. 또한, 물질은 그 물질을 구성하는 성분에 따라 고유한 전자기학적 특성을 갖는다. 결론적으로, 조리 장치(100)는 음식의 유전율을 알아내면, 그 음식의 성분 및 온도를 간접적으로 추정할 수 있다.
제어부(130)는 음식의 온도에 따라 변화하는 음식의 임피던스 및 음식의 임피던스에 따라 조사된 전자기파가 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 수신된 반사파에 대응하는 음식의 온도를 판단한다. 즉, 제어부(130)는 동일한 전자기파를 조사하더라도 음식의 온도에 따라 달라지는 음식의 임피던스로 인해 상이한 반사파가 수신되는 특징으로부터 음식의 온도를 추정할 수 있다. 부연 설명하면, 임피던스는 전기장과 자기장의 비로서, 물질의 유전율의 제곱근에 반비례한다.
일 실시예에서, 제어부(130)는 임피던스를 구하기 위하여, 송신 안테나(110)를 입력포트 그리고 수신 안테나(120)를 출력포트로 하는 2-port 망의 S-파라미터를 산출하는 방식을 사용할 수 있다.
여기서, 제어부(130)는 조사된 전자기파와 수신된 반사파의 진폭비를 이용하여, 음식의 유전율을 산출하고, 산출된 유전율에 대응하는 음식의 온도를 판단할 수 있다. 이에 관한 보다 상세한 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
제어부(130)는 어레이 안테나로 구현된 송신 안테나(110)의 빔포밍을 위하여, 복수의 안테나 엘리먼트 각각의 전자기파의 위상을 제어할 수 있다. 제어부(130)는 복수의 안테나 엘리먼트 각각이 방출하는 전자기파의 위상 및 크기 중 적어도 하나를 제어하여, 공간적으로 다중화된 빔을 형성할 수 있다. 이러한 빔포밍은 음식의 표면뿐만 아니라 심부의 특정 위치로 국부적인 전자기파를 조사할 수 있게 해준다.
제어부(130)는 빔 형성 및 임피던스 측정의 연산을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.
그리고 제어부(130)는 온도의 추정에 사용될 여러 정보를 저장한 저장소를 포함한다. 저장소에는 제어부(130)가 온도를 추정할 때 사용될 실험적으로 획득한 데이터가 저장된다. 구체적으로, 제어부(130)는 조리 직전 초기 상태에 음식의 성분을 파악하기 위해 음식별 및/또는 성분별(가령, 수분, 지방, 단백질 및 탄수화물)로 전자기파가 반사되는 반사 특성을 저장한 저장소를 참조할 수 있다. 반사 특성은 반사 손실, 전파 손실, 전자기파 흡수 패턴 등으로 불릴 수 있다. 또한, 제어부(130)는 수신된 반사파와 대응하는 음식의 온도를 파악하기 위해, 각 음식 종류 및 온도별 반사파의 크기를 정리한 룩업테이블(LUT)을 저장한 저장소를 참조할 수 있다.
이상과 같은 조리 장치는 비접촉 및 비침습식으로 조리물의 온도를 측정할 수 있다.
도 3은 도 2의 조리 장치의 상세한 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 도 2의 제어부(130)는 마이크로프로세서(310), 빔포밍 로직 하드웨어(320) 및 RF 칩(330)을 포함한다.
마이크로프로세서(310)는 빔포밍 로직 하드웨어(320)를 제어한다. 구체적으로, 마이크로프로세서(310)는 조리실(30) 내 전자기파를 조사하기 원하는 위치에 관한 정보를 빔포밍 로직 하드웨어(320)에 전송할 수 있다.
또한, 마이크로프로세서(310)는 RF 칩(330)을 제어한다. 구체적으로, 마이크로프로세서(310)는 어레이 안테나(110)의 전자기파 방출을 구동하기 위한 드라이버를 포함하는 RF 칩(330)으로 구동의 개시를 명령하는 신호를 전송할 수 있다. 여기서, 마이크로프로세서(310)는 전자기파의 대역폭, 주파수 스윕의 범위, 전자기파의 진폭 등의 설정된 전자기파 특성과 관련된 신호를 RF 칩에 전송할 수 있다.
빔포밍 로직 하드웨어(320)는, 어레이 안테나(110)의 배열된 안테나 엘리먼트의 주소 정보를 이용하여, 빔 형성을 위한 각 안테나 엘리먼트의 증폭 크기 및/또는 위상(또는 딜레이) 값을 어레이 안테나(110)로 전송한다.
RF 칩(330)은 전송받은 설정 정보에 따른 EM 파를 방출하기 위한 전기적 신호를 어레이 안테나(110)에 전송한다.
조리실(30)내 송신측(Tx) 어레이 안테나(110)는 빔포밍된 전자기파를 음식(90)의 국부에 조사한다.
수신측(Rx) 어레이 안테나(120)는 빔포밍된 전자기파가 음식(90)으로부터 반사된 반사파를 수신한다. 그리고, 어레이 안테나(120)는 수신된 반사파의 전기적 신호를 RF 칩(330)에 전송한다.
RF 칩(330)은 필터링 및 디지털 컨버팅 등을 거쳐 수신된 반사파의 특성에 관한 정보를 마이크로프로세서(310)에 전송한다.
마이크로프로세서(310)는 조사된 전자기파의 특성을 설정한 정보 및 수신된 반사파의 분석된 특성을 비교하여 음식에 국부적으로 조사한 위치(90)에 대한 임피던스를 산출한다. 그리고 마이크로프로세서(310)는 저장소(미도시)에 저장된 닭고기의 온도별 임피던스 정보에 기초하여 산출된 임피던스와 대응하는 온도를 빔포밍된 전자기파가 조사된 국부(90)의 온도로 추정한다.
이상과 같은 조리 장치는 비접촉 및 비침습식으로 조리물의 온도를 측정할 수 있다.
도 4는 PAA를 설명하기 위한 PAA의 논리 구조를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 위상 어레이 안테나(Phased Array Antenna: PAA)는 복수의 안테나 엘리먼트(410-1, 410-2, 410-3,..., 410-N)을 포함한다. 도 4의 PAA는 선형 어레이 안테나로서, 복수의 안테나 엘리먼트(410-1, 410-2, 410-3,..., 410-N)가 일렬로 배열되어 있다. 다른 실시예에서 PAA는 복수의 안테나 엘리먼트가 수직 및 수평으로 배열된 평면 어레이 안테나일 수 있다. 복수의 안테나 엘리먼트(410-1, 410-2, 410-3,..., 410-N) 각각에 연결된 논리 블록들은 동일하다. 이하 설명에서는 첫 번째 안테나 엘리먼트(410-1)를 대표하여 논리 구조를 설명한다.
도 4의 PAA는 전자기파를 조사하는 Tx 모드와 반사파를 수신하는 Rx 모드를 포함한다. 그리고, PAA는 Tx 모드의 제어를 위한 Tx 블록(490)과 Rx 모드의 제어를 위한 Rx 블록(470)을 포함한다. Tx 모드 및 Rx 모드가 전환되는 로직은 스위칭 블록(420)으로 표현되었다.
Rx 모드에서 안테나 소자(410-1)를 통해 수신된 신호는 저잡음증폭기(LNA: 430)를 거쳐 빔포머에 입력된다. LNA(430)는 수신된 미약한 전자기파 신호를 증폭시키고 잡음의 지수는 낮춘다.
빔포머(beamformer)는 가변 증폭기(440) 및 위상 천이기(450)를 포함한다. 가변 증폭기(440)는 수신되는 신호의 크기를 증폭하며, 제어에 의해 증폭되는 크기를 가변할 수 있다. 위상 천이기(450)는 수신되는 신호의 위상을 시프트시키는 정도를 조절할 수 있다.
각 안테나 엘리먼트(410-1, 410-2, 410-3,..., 410-N)로부터 수신된 신호는 적분기(460)에서 취합되어 Rx 블록(470)으로 입력된다.
Tx 모드에서 Tx 블록(490)은 각 안테나 소자(410-1, 410-2, 410-3,..., 410-N)를 통해 전파시킬 전자기파를 생성하기 위한 전기 신호를 생성하여 빔포머로 전송한다.
빔포머는 원하는 공간을 향하여 빔이 형성되도록, 각 안테나 소자(410-1, 410-2, 410-3,..., 410-N)로 입력될 신호를 가변 증폭기(440)로 크기를 증폭시키고 위상 천이기(450)로 위상을 천이시킨다.
도 4에서는 아날로그 빔포머를 이용한 PAA를 예시하였으나, 이에 한정되지 아니한다. 실제 구현시에 PAA는 디지털 빔포머(DBF)를 구성할 수 있다. 디지털 빔포머는 RF 트랜지스터, ADC(Analog-to-Digital Converter), DAC(Digital-to-Analog Converter), Digital I/Q Demodulator 및 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다.
이상과 같은 PAA는 도 2 및 도 3의 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)로 사용될 수 있다. 그리고 PAA는 제어부(130)의 제어에 의해 공간적인 방향성을 갖는 전자기파의 송수신을 가능케 한다.
도 5는 두 매질의 경계면에 수직 입사하는 평면파 및 반사파의 전자기적 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 매질(510)에서 진행하는 입사파(540)가 경계면(530)을 향하여 제2 매질(520)로 입사한다.
제1 매질(510)은 ε1의 유전율을 갖는다. 그리고 제2 매질(520)은 ε2의 유전율을 갖는다. 입사파(540)는 제1 매질(510)에서 ki의 방향으로 전파하고 있다. 입사파(540)는 방향 z와 시간 t을 변수로 하는 전기장 성분 Ei과 자기장 성분 Hi로 구성된다.
제2 매질(520)에 부딪힌 입사파(540)는 일부만 투과하고, 나머지 일부는 반사된다. 제2 매질(520) 내로 진행한 투과파(530)는 전기장 Et와 자기장 Ht으로 구성된 파동 벡터 kt로 표현된다. 반사파(550)는 입사파(540)와 위상이 180도 바뀌고, 전기장 Er과 자기장 Hr로 구성된 파동 벡터 kr로 표현된다.
해석의 편의를 위해 입사파(540)의 파동 벡터 ki의 방향은 제1 매질(510)과 제2 매질(520)이 맞닿은 경계면(530)에 수직인 것으로 가정한다. 따라서, kt는 ki과 나란하고, kr는 ki과 정반대 방향이다. 그리고 입사파(540)는 평면 조화파(plane harmonic wave)인 것으로 정의한다.
이상과 같은 조건에서, 입사파, 반사파, 투과파 각각의 전자기파는 다음과 같이 두 개의 파동 방정식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112015098711826-pat00001
Figure 112015098711826-pat00002
Figure 112015098711826-pat00003
Figure 112015098711826-pat00004
Figure 112015098711826-pat00005
Figure 112015098711826-pat00006
여기서, Ai는 입사파(540)의 진폭이고, Br은 반사파(550)의 진폭이다. 수직 입사하는 경우의 반사계수 Γ는 반사파에 대한 입사파의 진폭의 비로 정의된다.
Figure 112015098711826-pat00007
그리고, 투자율 μ을 1에 근사시키면(즉, μ/μ0 = 1), 굴절율 n의 제곱은 유전율 ε과 같고, 아래와 같은 식이 유도된다.
Figure 112015098711826-pat00008
여기서, n = n2/n1, ε = ε2/ε1
위 식을 유전율에 대해 다시 정리하면, 다음과 같다.
Figure 112015098711826-pat00009
여기서, 제1 매질(510)이 자유 공간(free space)인 경우, ε1 = ε0 = 1이고, ε = ε2이다. 따라서, 우리는 음식에 조사한 전자기파의 크기와 음식으로부터 반사된 반사파의 크기의 비(반사율 R = |Γ|2)로부터 음식의 유전율을 구할 수 있다.
도 6은 상이한 음식 및 상이한 주파수별로 음식의 온도에 따른 음식의 유전 상수를 도시한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 도 6(a)에는 칠면조의 육즙, 칠면조 날고기, 요리된 칠면조 고기에 대하여, 300 MHz, 915 MHz, 2450 MHz의 상이한 주파수로 전자기파를 조사하였을 때의 온도에 따른 유전 상수 K’에 대한 그래프가 도시된다.
그리고 도 6(b)에는 소고기의 육즙, 날소고기, 요리된 소고기에 대하여 300 MHz, 915 MHz, 2450 MHz의 상이한 주파수로 전자기파를 조사하였을 때의 온도에 따른 유전 상수 K’에 대한 그래프가 도시된다.
먼저, 도 6(a)의 그래프를 조리 대상별로 분석하면, 칠면조의 육즙, 칠면조 날고기, 요리된 칠면조 고기 각각은 서로 상이한 유전 상수를 갖고 있으며, 각각의 온도에 따라 유전 상수가 변화하는 추세도 상이한 기울기를 갖는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 조사한 전자기파의 주파수에 따라 유전 상수가 달라지는 것을 확인할 수 있다. 세 가지 음식 모두에서 주파수가 낮을수록 유전 상수는 높게 나타났다. 다만, 특정 온도에서 주파수가 증가한 크기에 비해 유전 상수가 감소하는 정도는 음식에 따라 상이하다.
즉, 온도에 따라 변화하는 유전 상수를 근사한 그래프는 조사한 전자기파의 주파수에 따라 상이하다. 45℃의 칠면조 육즙에 300 MHz의 전자기파로 추정된 유전 상수와 915 MHz의 전자기파로 추정된 유전 상수의 차이는 915 MHz의 전자기파로 추정된 유전 상수와 2450 MHz의 전자기파로 추정된 유전 상수의 차이보다 작다. 65℃의 요리된 칠면조 고기 및 칠면조 고기의 육즙에 300 MHz 및 915 MHz의 전자기파를 조사하여 추정된 유전 상수는 거의 동일하다.
도 6(b)의 그래프도 동일한 관점에서 살펴보면, 소고기의 육즙, 소의 날고기, 요리된 소고기 각각은 도 6(a)의 칠면조 요리의 경우보다 더 큰 편차의 유전 상수를 갖는다. 그리고 소의 날고기의 유전 상수는 온도에 따라 급격히 떨어지지만, 조리된 소고기의 유전 상수는 온도가 올라가도 변화가 크지 않다.
한편, 각 소고기의 유전 상수는 조사한 전자기파의 주파수가 낮을수록 높게 나타났다.
이상과 같은 그래프 특성에 근거하여, 조리 장치(100)가 넓은 주파수 대역에서 동일한 진폭의 전자기파를 음식에 조사하면, 주파수 대역에 걸쳐 상이한 진폭의 반사파가 수신되는 특징(즉, 몇몇 주파수의 반사파로부터 계산된 유전 상수와, 조리가 진행되면서 온도가 증가함에 따라 특정 주파수에서 계산되는 유전 상수가 상이하게 감소하는 특징)으로부터 조리하고자 하는 음식이 무엇인지 파악할 수 있다.
또한, 조리를 시작하는 초기에 초광대역의 전자기파를 조사하여 계산된 여러 유전 상수들(동일하게는, 임피던스들)은 조리하고자 하는 음식이 무엇인지 파악할 수 있게 한다. 그리고 파악된 음식의 온도의 변화에 따라 유전 상수가 변화하는 특성은 조리가 진행됨에 따라 변화하는 유전 상수에 대응하는 온도를 파악할 수 있게 해준다.
도 6을 통해 파악할 수 있는 위와 같은 주파수 및 유전 상수와 관련된 특성들은 실험을 통해 분석되고, 데이터로서 저장소에 저장될 수 있다.
도 7은 전자기파의 파장/주파수에 따라 변화하는 물의 유전 상수를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 물의 복소 유전율의 실수 부분 εR(710)과 허수분 εI(720)의 그래프가 함께 도시된다. εR(710)은 저주파수에서 고주파수로 갈수록 감소한다.
0 ℃의 물은 저주파수의 전자기파에 대하여 가장 큰 실수의 유전 상수를 갖지만, 3Ghz부터 급격히 감소하여 30GHz 이후부터 거의 0에 수렴한다. 그러나 100℃의 물은 저주파수의 전자기파에 대하여 가장 낮은 실수의 유전 상수를 갖지만, 30GHz에 이르러서야 유전 상수 값이 떨어지기 시작한다.
허수의 유전 상수 εI(720)는 물의 온도가 낮을수록 정점에 도달하는 주파수가 작고 온도가 높을수록 정점에 도달하는 주파수가 높다.
이상과 같이 음식에 많은 비율로 포함되는 물의 주파수별 유전율의 특성으로부터 음식의 온도를 추정하기 위해서는 넓은 대역의 주파수를 갖는 전자기파를 조사해야 함을 알 수 있다.
도 8은 빔포밍된 전자기파로 스캔하는 방법의 두 예를 도시한 도면이다.
도 8(a)에서 송신 안테나(110)는 지그재그 패턴 또는 래스터 스캔 패턴으로 전방의 음식이 놓인 자리를 스캔한다.
도 8(b)에서 송신 안테나(110)는 중심으로부터 반경을 증가시키면서 나선형의 패턴으로 전방의 음식이 놓인 자리를 스캔한다.
이상의 두 스캔 동작의 예시 외에 송신 안테나(110)는 음식이 놓인 자리 전체의 공간을 탐색할 수 있는 다양한 패턴으로 빔포밍된 전자기파를 조사할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 조리실의 스캔 및 형상 감지 방법을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 송신 안테나(110’)는 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)에서 빔포밍된 전자기파(920)를 조사한다. 구체적으로, 송신 안테나(110’)는 조리실(30)의 윗면의 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)에서 아래 음식물(80)을 향하여 여러 공간으로 빔포밍된 전자기파(920)를 조사하는 스캔을 수행한다. 일 실시예에서, 송신 안테나(110’)는 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)를 이동할 수 있는 수평 레일과 빔포밍된 전자기파(920)를 조사하기 위한 선형 어레이 안테나를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 송신 안테나(110’)는 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N) 각각에 배치된 복수의 선형 어레이 안테나를 포함할 수 있다.
복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)에서 조사된 전자기파(920)는 조리실(30) 바닥에 자리한 접시와 음식물(80)에 반사되어 수신 안테나(120)에 수신된다. 구체적으로, 수신 안테나(120)는 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)에서 조사한 전자기파(920)에 대응하는 접시 및 음식물(80)의 위치에서 반사된 반사파를 수신할 수 있다. 일 실시예에서 송신 안테나(120)는 수신 안테나(110’)와 결합된 하나의 구조로 구현될 수 있다.
제어부(130)는 송신 안테나(110’)가 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)에서 순차적으로 빔포밍된 전자기파(920)를 조사하도록 제어할 수 있다. 일 실시예에서 제어부(130)는 선형 어레이 안테나를 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)로 순차적으로 이동시킬 수 있다. 다른 실시예에서 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)에 나란히 배열된 안테나 어레이들(110’)을 배열된 순서대로 빔포밍된 전자기파(920)를 조사하도록 제어할 수 있다.
제어부(130)는 수신된 반사파에 기초하여 복수의 형상(930-1, 930-2,.., 930-N)을 감지한다. 구체적으로, 제어부(130)는 수신된 반사파의 반사된 위치 및 방향에 기초하여 조리실(30) 바닥에 대한 복수의 형상(930-1, 930-2,.., 930-N)을 감지할 수 있다. 여기서, 감지된 조리실(30) 바닥에 대한 복수의 형상(930-1, 930-2,.., 930-N)은 복수의 위치(910-1, 910-2, 910-3, 910-4, 910-5,…,910-N)에서 전자기파(920)를 조사하여 순차적으로 수신된 반사파에 대응한다.
제어부(130)는 조리실(30) 바닥의 형상을 감지하기 위하여, 물체의 입체 형상을 계산하는 ToF(Time of Fight) 및 DoA(Direction of Arrival) 기법 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. ToF 및 DoA 외에 레이더를 이용하여 물체의 형상을 감지하기 위한 다양한 기법이 조리 장치(100)에 적용될 수 있다.
제어부(130)는 감지된 복수의 형상(930-1, 930-2,.., 930-N)을 조합하여, 하나의 형상(940)을 생성한다. 제어부(130)는 생성된 형상(940)을 사용자에게 제공하여, 사용자가 밀폐된 조리실(30) 내부의 모습을 파악할 수 있도록 할 수 있다. 일 실시예에서, 위 조리실(30) 바닥의 접시는 조리 장치(100)를 구성하는 조리 기구(예, 턴 테이블)일 수 있고, 이 경우 제어부(130)는 생성된 형상(940)으로부터 음식물의 위치, 크기 및 형상을 판단할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10을 참조하면, 조리 장치(100’)는 송신 안테나(110), 수신 안테나(120), 제어부(130), 디스플레이부(140), 통신부(150) 및 조작부(160)를 포함한다.
송신 안테나(110)는 빔포밍된 전자기파를 조사하고, 수신 안테나(120)는 음식으로부터 반사된 반사파를 수신한다 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)의 동작 및 구성은 도 2의 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)의 그것과 동일한바 구체적인 설명은 생략한다.
디스플레이부(140)는 조리 장치(100’)의 설정을 위한 UI 또는 조리 상태 정보를 포함하는 화면을 표시한다. 구체적으로, 디스플레이부(140)는 요리 진행 상황, 음식물의 조리 정도, 조리 장치(100)의 설정 상태 등에 관한 정보를 제공하는 화면을 표시할 수 있다.
디스플레이부(140)는 액정 디스플레이 패널(Liquid Crystal Display Panel: LCD Panel), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 유기발광 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), ELD(Electro Luminescence Display) 등과 같은 다양한 디스플레이 패널로 구현될 수 있다.
통신부(150)는 외부 장치와 통신을 수행한다. 구체적으로, 통신부(150)는 외부 장치로 조리 정보를 송신하고 사용자 명령을 수신하는 통신을 수행할 수 있다. 외부 장치는 사용자가 휴대 가능한 단말 장치 또는 홈 네트워크 시스템의 다수의 기기들을 모니터링 및 관리하기 위한 홈 서버 등이 될 수 있다.
통신부(150)는 와이파이 칩, 블루투스 칩, NFC칩, 무선 통신 칩 등과 같은 다양한 통신 칩을 포함할 수 있다. 여기서 와이파이 칩, 블루투스 칩, NFC 칩은 각각 WiFi 방식, 블루투스 방식, NFC 방식으로 통신을 수행할 수 있다.
조작부(160)는 사용자의 조작을 입력 받는다. 구체적으로, 조작부(160)는 조리 장치(100)의 구동 및 설정을 위한 사용자의 조작을 입력 받을 수 있다. 조작부(160)는 하나 또는 복수의 버튼 부재, 조그 다이얼 등을 포함할 수 있다. 또한, 조작부(160)는 디스플레이부(150)의 디스플레이 패널과 함께 결합하여 사용자의 터치 조작을 감지하는 터치 센서로 구현될 수 있다.
제어부(130)는 조리 장치(100)의 각 구성을 제어한다. 구체적으로, 제어부(130)는 수신된 반사파에 기초하여, 음식의 온도를 판단할 수 있다.
제어부(130)는 수신된 반사파에 기초하여 조리 상태를 판단한다. 구체적으로, 제어부(130)는 음식의 온도뿐만 아니라, 음식의 조리와 관련된 상태를 판단할 수 있다. 가령, 제어부(130)는 조리 시간, 조리실 내부의 형상, 음식의 위치 및 크기 등을 판단할 수 있다.
제어부(130)는 감지된 조리실의 형상을 디스플레이부(150)에 표시할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 판단된 음식의 온도를 디스플레이부(150)에 표시할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 조리실의 형상과 함께, 음식의 온도를 시각적으로 표시할 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 도 11을 참조하여 후술한다.
제어부(130)는 감지한 조리 상태 정보를 통신부(150)를 통해 외부 장치로 전송한다. 가령, 제어부(130)는 조리의 개시/완료, 조리 시간, 목표 온도, 조리 진행 정도 등을 포함하는 조리 상태 정보를 기설정된 주기로 사용자 단말에 전송할 수 있다.
이상과 같은 일 실시예의 조리 장치(100’)는 원격지의 사용자에게 실시간으로 조리 정보를 알려줄 수 있으며, 조리 정보를 시각적으로 표현하여 사용자에게 제공할 수 있다.
도 11은 도 10의 조리 장치가 조리 상태 정보가 제공하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 조리 장치(100’)는 전면의 조작부(160)와 도어(40)의 디스플레이부(140)를 포함한다. 그리고, 디스플레이부(140)는 조리실 내부의 음식의 형상과 감지된 온도를 시각적으로 그린 화상(1110)을 표시한다.
구체적으로, 디스플레이부(140)가 표시한 화면에는 조리실 내부에 조리중인 음식의 형상을 그래픽적으로 표현한 화상이 포함된다. 그리고, 음식의 형상은 감지된 온도에 대응하는 색상이 입혀진다. 예를 들어, 음식 화상은 열적외선 카메라로 촬영된 열화상과 유사한 음식의 화상을 표시할 수 있다.
조리 장치(100’)는 조리 상태 정보를 사용자 단말 장치(1120)에 전송한다. 조리 상태 정보를 전송 받은 사용자 단말 장치(1120)는 실시간으로 갱신되는 조리 상태 정보를 표시한다. 사용자 단말 장치(1120)는 음식 조리 화상(1130), 조리 시간(1140) 및 감지된 온도 정보(1150)를 포함하는 화면을 표시한다. 음식 조리 화상(1130)은 디스플레이부(140)에 표시된 화상(1110)과 동일할 수 있다. 조리 시간(1140)은 조작부(160)를 통해 사용자가 조리를 시작한 후 경과된 시간일 수 있다. 온도 정보(1150)는 사용자가 조작부(160)를 통해 설정한 목표의 설정 온도와 현재 감지된 음식의 온도를 포함할 수 있다.
이상의 실시예에 따른 조리 장치는 사용자가 조리 장치 내부에 담긴 음식의 조리 상태를 시각적으로 확인할 수 있으며, 통신을 통해 원거리에서도 조리 상황 및 설정을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조리 장치를 이용하여 음식을 조리하는 일 시나리오를 설명하기 위한 타임라인이다.
도 12를 참조하면, 먼저, 사용자가 조리 장치의 도어를 열고(1205) 조리실에 음식물을 투입한다(1210).
조리 장치는 조리실에 음식물이 투입되면(1210) 음식이 놓인 위치, 음식의 크기 및 초기 온도 등 음식의 초기 조건을 감지한다(1215). 여기서, 조리 장치는 송신 안테나를 이용하여 빔포밍된 광대역의 전자기파의 지향성을 조종하면서 조리실 내부의 형상을 스캔할 수 있다. 또한, 조리 장치는 수신된 반사파를 이용하여 음식의 임피던스(또는, 유전율)를 계산하고, 계산된 임피던스에 기초하여 음식의 종류 및 대응하는 온도를 판단할 수 있다.
사용자는 조리실의 도어를 닫고(1220) 조작부를 통해 원하는 조리 설정을 입력한다(1225). 조리 장치는 사용자의 입력에 따른 자동 조리를 설정한다(1230). 예를 들어, 사용자는 조작부를 통해 해동을 입력하고, 조리 장치는 해동을 위한 온도를 목표 온도로 설정하고, 감지된 음식물의 용적과 초기 온도로부터 해동이 완료되기까지의 예상 시간과 가열량을 계산한다. 설정 정보는 디스플레이부를 통해 사용자에게 표시될 수 있다.
표시된 설정 정보를 확인한 사용자는 조작부의 시작(1235) 버튼을 누른다. 사용자 입력에 의해 시작 명령을 수신한 조리 장치는 조리를 개시한다.
조리 장치는 조리 중 주기적으로 조리 상태를 감지한다(1240). 구체적으로, 조리 장치는 주기적인 빔포밍된 전자기파를 이용한 스캔 동작을 수행하여, 음식의 온도를 판단할 수 있다. 음식의 온도는 음식의 내부와 표면의 국부적인 위치에서의 온도일 수 있다. 또한, 조리 장치는 조리가 진행되면서 변화하는 음식의 수분량 및 유분량의 변화를 판단할 수 있다.
조리 장치는 감지된 조리 상태의 정보를 디스플레이부를 통해 표시할 수 있다. 그리고 사용자는 표시된 정보를 통해 변화하는 조리 상태를 지속적으로 확인할 수 있다.
사용자는 확인된 조리 상태가 원하는 조건에 도달하면 조리 장치의 동작을 중지시킬 수 있다(1250). 또는, 조리 장치는 자동으로 설정한 완료 조건에 도달하면 자동으로 동작을 중지할 수 있다(1250). 일 예에서, 동작의 중지는 마이크로파를 방출하는 마그네트론 또는 열을 방출하는 열선으로의 전원의 공급을 차단하는 것으로 구성될 수 있다.
조리 장치는 조리를 개시한 후 사용자가 도어를 재차 열어서 음식을 꺼냈을 때 조리의 완료(1255)로 결정한다. 이 때, 조리 장치는 조리가 완료되기 까지 음식을 조리했던 경과 정보를 학습할 수 있다. 가령 조리 장치는 사용자가 자주 사용하는 설정과 사용자가 선호하는 가열 정도를 학습할 수 있다. 이후 동일한 음식의 조리 메뉴가 선택되면, 감지된 음식의 용적과 초기 온도에 따라 사용자에 적합한 조리를 수행할 수 있다.
이상의 조리 장치의 시나리오는 예시적인 것이고, 사용자측의 입력 동작과 조리 장치측의 판단 및 설정의 동작들의 순서는 상이할 수 있다. 가령, 사용자 입력(1225) 후 바로 시작 버튼의 입력(1235)에 의한 조리 개시 명령이 수신된 후에 조리 장치는 초기조건 감지(1215) 및 자동 조리 설정(1230)을 수행할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 제어 방법은 먼저 빔포밍된 전자기파를 조사한다(S1310). 구체적으로, 조리 장치는 임의의 공간으로 지향성을 갖는 빔포밍된 전자기파를 조리실 내부에 조사한다. 빔포밍된 전자기파는 어레이 안테나에 의해 생성될 수 있다. 그리고 빔포밍된 전자기파는 대역폭이 500MHz 이상인 광대역의 전자기파일 수 있다.
다음으로, 음식으로부터 반사된 반사파를 수신한다(S1320). 구체적으로, 조리 장치는 조사한 전자기파가 음식에 부딪혀 반사된 반사파를 수신 안테나를 통해 수신할 수 있다.
그리고 제어 방법은 전자기파가 음식의 온도에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여 수신된 반사파에 대응하는 음식의 온도를 판단한다(S1330). 구체적으로, 조리 장치는 조사한 전자기파가 음식의 온도에 따라 가변하는 반사율, 즉 유전율의 변화로 인해, 상이한 진폭의 수신되는 반사파에 기초하여, 수신된 반사파에 대응하는 음식의 온도를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 조리 장치는 송수신 안테나를 입출력 포트로 하는 조리실 내부의 임피던스를 계산하고, 계산된 임피던스에 대응하는 온도를 데이터베이스에 기저장된 룩업테이블을 참조하여 판단할 수 있다.
여기서, 조리 장치는 빔포밍된 전자기파를 이용하여 조리실 내부의 스캔을 수행하고, 조리실의 형상을 감지할 수 있다. 또한, 조리 장치는 광대역의 전자기파를 조사함으로써, 수신된 반사파의 주파수 분석을 통해 음식의 성분을 판단할 수 있다.
이상의 제어 방법은 추가적인 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 조리 장치는 수신된 반사파에 기초하여 음식의 크기, 위치 및 형상 중 적어도 하나를 감지할 수 있다. 이 경우, 조리 장치는 복수의 위치에서 감지된 복수의 형상을 조합하여 파악된 조리실 형상을 디스플레이부를 통해 표시할 수 있다. 또한, 조리 장치는 판단된 음식의 국부적인 온도를 시각적으로 표시할 수 있다. 그리고 조리 장치는 조리 설정 정보, 조리 상태 정보 등을 외부 장치에 전송할 수 있다.
이상과 같은 조리 장치의 제어 방법은 비접촉/비침습식으로 조리물의 온도를 측정할 수 있다. 도 13과 같은 제어 방법은 도 2 및 도 10의 조리 장치 그 밖의 구성을 더 포함하는 조리 장치들에서도 실행될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장매체(non-transitory computer readable media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시 예를 구현할 수 있다.
여기서 비일시적 판독 가능 기록매체란, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라, 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로, 상술한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리 카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독가능 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100, 100’: 조리 장치 110, 110': 송신 안테나
120: 수신 안테나 130: 제어부
140: 디스플레이부 150: 통신부
160: 조작부

Claims (20)

  1. 조리물을 가열하는 조리 장치에 있어서,
    빔포밍(beamforming)된 전자기파를 상기 조리물에 조사하는 송신 안테나;
    상기 조리물로부터 반사된 반사파를 수신하는 수신 안테나;
    조리물을 가열하기 위한 발열부; 및
    상기 조사된 전자기파가 상기 조리물의 온도에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파에 대응하는 상기 조리물의 현재 온도, 목표 온도 및 조리물의 온도가 상기 현재 온도에서 상기 목표 온도에 도달하기 위한 조리 시간을 판단하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 판단된 조리 시간 동안 상기 판단된 조리물의 현재 온도에서 상기 판단된 목표 온도까지 상기 조리물을 가열하도록 상기 발열부를 제어하는, 조리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조리물의 온도에 따라 변화하는 상기 조리물의 임피던스 및 상기 조리물의 임피던스에 따라 상기 조사된 전자기파가 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조사된 전자기파와 상기 수신된 반사파의 진폭비를 이용하여, 상기 조리물의 임피던스를 결정하는 유전율을 산출하고, 상기 산출된 유전율에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신 안테나는,
    대역폭이 500MHz이상인 전자기파를 조사하고,
    상기 제어부는,
    상기 조리물을 구성하는 성분에 따라 전자기파를 흡수하는 주파수의 대역이 상이한 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파의 주파수 분석을 통해, 상기 조리물의 성분을 판단하고,
    상기 전자기파가 상기 조리물의 온도 및 상기 조리물의 성분에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파 및 상기 판단된 조리물의 성분에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송신 안테나는,
    복수의 안테나 엘리먼트가 정렬된 어레이 안테나이고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 안테나 엘리먼트 각각이 방출하는 전자기파의 위상을 변화시켜 상기 빔포밍된 전자기파를 조사하는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 빔포밍된 전자기파의 지향성을 조종하고, 상기 조종에 의해 상이한 공간에서 반사된 반사파가 수신되면, 상기 수신된 반사파에 기초하여 상기 조리물의 위치, 크기 및 형상 중 적어도 하나를 감지하는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서,
    조리 상태 정보를 포함하는 화면을 표시하는 디스플레이부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수신된 반사파에 기초하여 상기 조리물의 국부적인 온도를 판단하고, 상기 감지된 조리물의 형상 및 상기 판단된 국부적인 온도를 시각적으로 표시하는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 송신 안테나는 복수 개이고, 상기 복수의 송신 안테나는 조리실의 내벽을 따라 상이한 위치에 나란히 배열되고,
    상기 제어부는,
    상기 상이한 위치에서 순차적으로 빔포밍된 전자기파가 조사되도록 상기 복수의 송신 안테나를 제어하고, 상기 조사된 전자기파에 의해 순차적으로 수신되는 반사파 각각에 기초하여 상기 조리실의 형상을 감지하고, 상기 감지된 복수의 조리실의 형상을 조합하여 상기 조리물의 위치, 크기 및 형상 중 적어도 하나를 감지하는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    원격지의 사용자 단말과 통신하는 통신부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 사용자 단말에 상기 조리물의 조리 상태 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 조리물이 자리하는 조리실에, 기설정된 마이크로파를 방출하는 마그네트론 또는 전기적 저항에 의해 열을 방출하는 열선 중 적어도 하나를 포함하는 가열부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 판단된 조리물의 온도가 기설정된 온도에 도달하면, 상기 가열부를 정지시키는 것을 특징으로 하는 조리 장치.
  11. 조리물을 가열하는 조리 장치의 제어 방법에 있어서,
    빔포밍(beamforming)된 전자기파를 상기 조리물에 조사하는 단계;
    상기 조리물로부터 반사된 반사파를 수신하는 단계;
    상기 조사된 전자기파가 상기 조리물의 온도에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파에 대응하는 상기 조리물의 현재 온도, 목표 온도 및 조리물의 온도가 상기 현재 온도에서 상기 목표 온도에 도달하기 위한 조리 시간을 판단하는 단계; 및
    상기 판단된 조리 시간 동안 상기 판단된 조리물의 현재 온도에서 상기 판단된 목표 온도까지 상기 조리물을 가열하는 단계;를 포함하는 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 조리물의 온도에 따라 변화하는 상기 조리물의 임피던스 및 상기 조리물의 임피던스에 따라 상기 조사된 전자기파가 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제12항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 조사된 전자기파와 상기 수신된 반사파의 진폭비를 이용하여, 상기 조리물의 임피던스를 결정하는 유전율을 산출하고, 상기 산출된 유전율에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 조사하는 단계는,
    대역폭이 500MHz이상인 전자기파를 조사하고,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 조리물을 구성하는 성분에 따라 전자기파를 흡수하는 주파수의 대역이 상이한 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파의 주파수 분석을 통해, 상기 조리물의 성분을 판단하고,
    상기 전자기파가 상기 조리물의 온도 및 상기 조리물의 성분에 따라 상이하게 반사되는 특성에 기초하여, 상기 수신된 반사파 및 상기 판단된 조리물의 성분에 대응하는 상기 조리물의 온도를 판단하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 조사하는 단계는,
    어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 엘리먼트 각각이 방출하는 전자기파의 위상을 변화시켜 상기 빔포밍된 전자기파를 조사하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 빔포밍된 전자기파의 지향성을 조종하는 단계; 및
    상기 조종에 의해 상이한 공간에서 반사된 반사파가 수신되면, 상기 수신된 반사파에 기초하여 상기 조리물의 위치, 크기 및 형상 중 적어도 하나를 감지하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 수신된 반사파에 기초하여 상기 조리물의 국부적인 온도를 판단하고, 상기 감지된 조리물의 형상 및 상기 판단된 국부적인 온도를 시각적으로 표시하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제16항에 있어서,
    상기 상이한 위치에서 순차적으로 빔포밍된 전자기파가 조사되도록, 조리실의 내벽을 따라 상이한 위치에 나란히 배열된 복수의 송신 안테나를 제어하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 조사된 전자기파에 의해 순차적으로 수신되는 반사파 각각에 기초하여 상기 조리실의 형상을 감지하고, 상기 감지된 복수의 조리실의 형상을 조합하여 상기 조리물의 위치, 크기 및 형상 중 적어도 하나를 감지하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    원격지의 사용자 단말에 상기 조리물의 조리 상태 정보를 전송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제11항에 있어서,
    상기 판단된 조리물의 온도가 기설정된 온도에 도달하면, 상기 조리물을 조리하기 위한 마이크로파 또는 열의 방출을 정지시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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