TWI780718B - 超音波烹調裝置及超音波烹調方法 - Google Patents

Abstract

一種超音波烹調裝置及其超音波烹調方法，超音波烹調裝置包含有一承載台、一超音波偵測器、一超音波加熱器以及一運算處理器。該承載台用來容置食材。該超音波偵測器位於該承載台上方，用來掃描該承載台以取得關聯於該食材之複數張偵測影像。該超音波加熱器位於該承載台上方，提供定點聚熱功能。該運算處理器電連接該超音波偵測器與該超音波加熱器。該運算處理器係依據該複數張偵測影像驅動該超音波加熱器對該食材執行該定點聚熱功能。

Description

超音波烹調裝置及超音波烹調方法

本發明係提供一種超音波烹調裝置及超音波烹調方法，尤指一種利用定點聚熱功能對食材加熱的超音波烹調裝置及超音波烹調方法。

舒肥料理為近年興起之烹飪技術，其係利用低溫真空加熱方式保留食材原味，避免過度高溫烹調而導致營養流失。傳統舒肥技術以加熱棒作為烹調熱源，食材密封在塑料袋內並抽氣形成真空狀態，再以水作為介質持續加熱使食材熟成。受限於介質傳遞速度與食材厚度尺寸，傳統舒肥技術需耗費較長時間才能受熱完畢，故普及率低且費用昂貴。因此，如何設計一種可有效提高加熱速率的舒肥設備，即為相關產業的發展目標之一。

本發明係提供一種利用定點聚熱功能對食材加熱的超音波烹調裝置及超音波烹調方法，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種超音波烹調裝置，其包含有一承載台、一超音波偵測器、一超音波加熱器以及一運算處理器。該承載台用來容置食材。該超音波偵測器位於該承載台上方，用來掃描該承載台以取得關聯於 該食材之複數張偵測影像。該超音波加熱器位於該承載台上方，提供定點聚熱功能。該運算處理器電連接該超音波偵測器與該超音波加熱器。該運算處理器係依據該複數張偵測影像驅動該超音波加熱器對該食材執行該定點聚熱功能。

本發明之申請專利範圍另揭露該運算處理器分析該複數張偵測影像以取得該食材在不同斷面之聲阻抗差異，並根據該聲阻抗差異計算出該食材在各斷面之組織密度。該運算處理器係以影像解析技術取得該複數張偵測影像內各區域之一灰階值與一輪廓，從而判斷該食材在各斷面之組成物質。該運算處理器堆疊該複數張偵測影像以形成對應於該食材之一立體模型，並在該立體模型之一座標位置設定對應的一聚焦能量參數。

本發明之申請專利範圍另揭露該運算處理器具有儲存功能，用來儲存多種食材類別在不同組成物質所需的一聚焦能量表。該超音波烹調裝置另包含一操作界面，電連接該運算處理器，用來輸入一操作指令，該運算處理器係根據該操作指令所提供之一預選食材類別，驅動該超音波加熱器以對應到該預選食材類別的該聚焦能量表執行該定點聚熱功能。

本發明之申請專利範圍另揭露一種超音波烹調方法，其包含利用一超音波偵測器掃描並建立食材的一立體模型，分析該立體模型以取得該食材之一相應聚焦能量表，以該聚焦能量表計算出一超音波加熱器執行定點聚熱功能所需的輸出功率，以及啟動該定點聚熱功能以針對該食材進行加熱。

本發明之超音波烹調裝置可依據食材的外觀及厚度精準定點聚熱，透過導熱介質傳遞超音波不僅能有效減少加熱時間、還可使食材內外部位都能快速均勻受熱以保留原始風味。再者，超音波烹調裝置係聚焦在食材內部的指 定部位定點加熱，無論食材是否以塑料袋密封包裝，超音波烹調裝置皆不會對塑料袋進行加熱，可有效避免塑化劑釋出而導致使用者發生病變。

10,10’:超音波烹調裝置

12:承載台

14:超音波偵測器

16:超音波加熱器

18:運算處理器

20:記憶模組

22:操作界面

24:熱成像器

26:固定件

28:移動機構

F:食材

I:偵測影像

D:特定方向

S100、S102、S104、S106、S108:步驟

第1圖為本發明第一實施例之超音波烹調裝置之外觀示意圖。

第2圖為本發明第二實施例之超音波烹調裝置之外觀示意圖。

第3圖為本發明實施例之超音波烹調裝置之功能方塊圖。

第4圖為本發明實施例之超音波烹調裝置所取得偵測影像之示意圖。

第5圖為本發明實施例之超音波烹調裝置之操作流程示意圖。

請參閱第1圖至第4圖，第1圖為本發明第一實施例之超音波烹調裝置10之外觀示意圖，第2圖為本發明第二實施例之超音波烹調裝置10’之外觀示意圖，第3圖為本發明實施例之超音波烹調裝置10之功能方塊圖，第4圖為本發明實施例之超音波烹調裝置10所取得偵測影像I之示意圖。超音波烹調裝置10可包含承載台12、超音波偵測器14、超音波加熱器16、運算處理器18、記憶模組20、操作界面22以及熱成像器24；然亦可視設計需求增設其它偵測或加熱配件，故實際態樣不限於此。第一實施例中，與第二實施例具有相同編號之元件具有相同的結構與功能，故此不再重複說明。

第一實施例中，超音波烹調裝置10可在承載台12設置固定件26，超音波偵測器14和超音波加熱器16分別以可替換方式設置在固定件26上，例如使用螺釘、卡榫、夾扣等零組件進行固定；使用者可視應用需求，在固定件26上 手動拆裝超音波偵測器14與超音波加熱器16。第二實施例中，超音波烹調裝置10’在承載台12設置承載台12設置移動機構28，超音波偵測器14和超音波加熱器16同時設置在移動機構28上；超音波烹調裝置10’可分析使用者輸入之控制指令、或是分析超音波偵測器14之偵測結果，決定是否驅動移動機構28調整超音波偵測器14與超音波加熱器16面向承載台12的角度。

承載台12可具有容置槽體、或外突凸台、或承載平面等結構，用來擺放食材F。超音波偵測器14可通過固定件26或移動機構28置於承載台12上方，用來掃描承載台12以取得關聯於食材F之複數張偵測影像I。超音波加熱器16可通過固定件26或移動機構28置於承載台12上方，用以提供定點聚熱功能。記憶模組20可儲存多種食材類別之不同組成物質所需的聚焦能量表，例如牛肉或豬肉的瘦肉區與肥肉區、以及魚肉或蝦蟹的肉質區與甲殼/皮質區各有不同的聚焦能量參數。記憶模組20可為運算處理器18的內建單元、或是獨立於運算處理器18的記憶體。

操作界面22可能是鍵盤、滑鼠或觸控螢幕。使用者可利用操作界面22輸入操作指令，例如執行超音波偵測功能、超音波加熱功能、或選擇食材類別等。熱成像器24係用來取得食材F之熱成像資訊，以此判斷是否需停止或繼續加熱。運算處理器18可電連接超音波偵測器14、超音波加熱器16、記憶模組20、操作界面22與熱成像器24。運算處理器18可分析操作界面22收到的操作指令，取得預選食材類別並從記憶模組20找出對應的聚焦能量表，再驅動超音波加熱器16依據複數張偵測影像I對食材F執行定點聚熱功能；此外，還能分析熱成像資訊以相應調整超音波加熱器16施加在食材F的加熱方向和/或加熱強度。

請參閱第4圖與第5圖，第5圖為本發明實施例之超音波烹調裝置10之操作流程示意圖。首先，執行步驟S100與步驟S102，利用超音波偵測器14進行掃描以建立食材F的立體模型，再分析立體模型之細部結構以取得其組織構造及各部位密度。接著，執行步驟S104，確認食材F的類別與組成物質，並從記憶模組20內挑選出相應搭配的聚焦能量表。再接下來，執行步驟S106，分析食材F的可能熱擴散效應與超音波加熱器16的聚焦特性計算出定點聚熱功能之輸出功率。最後，執行步驟S108，啟動定點聚熱功能並配合食材F的立體模型進行加熱。

關於步驟S100至步驟S104，運算處理器18可先驅動超音波偵測器14沿著Z軸方向移動以掃描食材F在X-Y平面的複數張偵測影像I，然後堆疊複數張偵測影像I形成對應於食材F的立體模型；食材F之複數張偵測影像I即視為立體模型的不同斷面。運算處理器18可將每一張偵測影像I劃分成多個區域，並利用影像解析技術取得複數張偵測影像I在各區域之灰階值與輪廓，分析不同斷面之各區域的聲阻抗差異，從而判斷立體模型在各斷面之各區域的組成物質、組織密度和形狀；不同組織密度需通過相應的聚焦能量參數才能熟成食材，因此食材F之立體模型的不同座標位置會分別設有對應的聚焦能量參數。

關於步驟S106與步驟S108，運算處理器18係可依照所有斷面之各區域的聚焦能量參數調整超音波加熱器166在食材F之立體模型的每一個座標位置的輸出功率，從而驅動超音波加熱器16以適合的聚焦能量參數對食材F執行定點聚熱功能。特別一提的是，由於食材F係在其立體模型劃分出多個斷面，故運算處理器18會驅動超音波加熱器16依序沿著食材F之各斷面執行定點聚熱功能；或者，可藉由調整超音波加熱器16的聚焦位置來產生距離更深之向下熱擴散，意即超音波加熱器16可停留在某個角度，僅調整聚焦位置就能輪流對幾個斷面的 上下相鄰區域執行定點聚熱功能，故可有效加快加熱速度。除此之外，運算處理器18較佳沿著特定方向D分別對多個斷面的各行或各排區域執行定點聚熱功能，例如由左至右分別加熱第一層斷面的第一行區域到最後一行區域，再接著加熱第二層斷面的第一行區域到最後一行區域；然實際加熱方向應視系統需求而定。

在其它的可能實施變化中，食材F係放在承載台12的槽體，且槽體內可不放置導熱介質；超音波加熱器16可以直接對食材F的不同斷面執行定點聚熱功能。或者，承載台12亦可進一步在槽體內容置導熱介質，例如水，超音波加熱器16完成對食材F的加熱後，可選擇性加熱導熱介質以使食材F保持於恆溫狀態。

本發明中，超音波烹調裝置10與10’係利用診斷型超音波探頭作為超音波偵測器14，例如弧形超音波探頭、線性超音波探頭或扇形超音波探頭，沿著Z軸的深度變化掃描複數張X-Y平面偵測影像I。由於超音波偵測訊號通過食材F的各種組成物質會分別具有多種聲阻抗差異，不同組成物質在偵測影像I會呈現不同的灰階影像，故能取得食材F之各斷面的任一部位的組織密度。因此，食材F的不同斷面的多個部位可視為立體模型的不同座標位置，每一個部位的組織密度具有對應的聚焦能量參數，故可堆疊複數張平面偵測影像I形成食材F的立體模型，並且相應集合所有座標位置的聚焦能量參數來形成食材的F聚焦能量表，意即產生符合食材F特性的聚焦能量點狀矩陣。

仍須一提的是，不同組織密度及組成比例會提供不同的熱傳導係數，例如肌肉組成比例高於脂肪組成比例的部位較容易聚焦傳導能量，脂肪組 成比例高於肌肉組成比例的部位則難以聚焦傳導能量；肌紅蛋白多寡與肉品脂肪含量亦會影響加熱難易度，例如食材的肌紅蛋白多表示其含氧量較高故較難加熱，而脂肪含量較高的食材亦需較高的受熱熔點。因此多種食材類別所需要的聚焦能量表及其點狀矩陣可預先儲存在記憶模組。

超音波烹調裝置10與10’可根據食材類別及其組成物質判斷所需的熱傳導能量，並計算食材F之各部位能達到均勻受熱之相對能量來決定輸出功率。超音波烹調裝置10與10’接著會利用環狀排列之聚焦型探頭作為超音波加熱器16，聚焦型探頭可在特定深度聚集能量，故超音波加熱器16能依食材F的立體模型在不同座標位置的聚焦能量參數為基準相應調整其輸出功率與焦斑範圍。舉例來說，超音波烹調裝置10與10’可以3x3平面矩陣為每次的加熱單位，超音波加熱器完成首個加熱單位之定點聚熱後，再沿著特定方向移動到下一個加熱單位進行定點聚熱。

加熱單位之矩陣大小和疏密程度會依據食材類別及其組成物質的熱傳導難易度而相應變化。若是食材F的熱傳導較為困難，超音波加熱器16可提供較高的加熱功率與較廣的焦斑範圍，達到拉長熱擴散效應之慧尾效果。焦斑範圍係指超音波加熱器16施加在食材F之聚熱斑點尺寸；一般而言，聚熱斑點尺寸與加熱功率為正比。除此之外，相鄰加熱單位之間的最大距離係可設計成焦斑範圍的圓心直徑，最小距離則會設計為焦斑範圍的圓心半徑；然實際應用不限於此。

綜上所述，本發明之超音波烹調方法利用超音波偵測器掃描並建立食材的立體模型，分析立體模型以取得食材之相應聚焦能量表，再以聚焦能量 表計算出超音波加熱器執行定點聚熱功能所需的輸出功率，從而啟動定點聚熱功能以針對食材進行加熱。超音波烹調裝置可依據食材的外觀及厚度精準定點聚熱，透過導熱介質傳遞超音波不僅能有效減少加熱時間、還可使食材內外部位都能快速均勻受熱以保留原始風味。再者，超音波烹調裝置係聚焦在食材內部的指定部位定點加熱，無論食材是否以塑料袋密封包裝，超音波烹調裝置皆不會對塑料袋進行加熱，可有效避免塑化劑釋出而導致使用者發生病變。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10:超音波烹調裝置

14:超音波偵測器

16:超音波加熱器

18:運算處理器

20:記憶模組

22:操作界面

24:熱成像器

Claims (17)

1. 一種超音波烹調裝置，其包含有：一承載台，用來容置食材，該承載台具有一平面法向量；一超音波偵測器，位於該承載台上方，用來沿著該平面法向量掃描該承載台上的該食材以取得關聯於該食材且沿著該平面法向量依序分佈之複數張偵測影像；一超音波加熱器，位於該承載台上方，提供定點聚熱功能：以及一運算處理器，電連接該超音波偵測器與該超音波加熱器，該運算處理器係依據該複數張偵測影像之每一張偵測影像的各分區驅動該超音波加熱器對該食材執行該定點聚熱功能。
2. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，其中該運算處理器分析該複數張偵測影像以取得該食材在不同斷面之聲阻抗差異，並根據該聲阻抗差異計算出該食材在各斷面之組織密度。
3. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，其中該運算處理器係以影像解析技術取得該複數張偵測影像內各區域之一灰階值與一輪廓，從而判斷該食材在各斷面之組成物質。
4. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，其中該運算處理器堆疊該複數張偵測影像以形成對應於該食材之一立體模型，並在該立體模型之一座標位置設定對應的一聚焦能量參數。
5. 如請求項4所述之超音波烹調裝置，其中該運算處理器驅動該超音波加熱器在該食材之該座標位置以對應的該聚焦能量參數執行該定點聚熱功能。
6. 如請求項4所述之超音波烹調裝置，其中該運算處理器依照該立體模型之該聚焦能量參數調整該超音波加熱器施加於該食材之該座標位置的輸出功率。
7. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，其中該運算處理器具有儲存功能，用來儲存多種食材類別在不同組成物質所需的一聚焦能量表。
8. 如請求項7所述之超音波烹調裝置，其中該超音波烹調裝置另包含一操作界面，電連接該運算處理器，用來輸入一操作指令，該運算處理器係根據該操作指令所提供之一預選食材類別，驅動該超音波加熱器以對應到該預選食材類別的該聚焦能量表執行該定點聚熱功能。
9. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，其中該運算處理器將該食材劃分為多個斷面，並驅動該超音波加熱器沿著一特定方向分別對該多個斷面執行該定點聚熱功能。
10. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，另包含有：一熱成像器，電連接於該運算處理器，用來取得該食材之一熱成像資訊。
11. 如請求項10所述之超音波烹調裝置，其中該運算處理器進一步利 用該熱成像資訊調整該超音波加熱器施加在該食材的一加熱方向和/或一加熱強度。
12. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，其中該超音波偵測器和該超音波加熱器分別以可替換方式設置在該承載台之一固定件上。
13. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，其中該超音波偵測器和該超音波加熱器同時設置在該承載台之一移動機構，該運算處理器另驅動該移動機構以使該超音波偵測器和該超音波加熱器的其中之一朝向該承載台上的該食材。
14. 如請求項1所述之超音波烹調裝置，其中該承載台進一步用來容置一導熱介質，該超音波加熱器進一步加熱該導熱介質以使該食材保持於一恆溫狀態。
15. 一種超音波烹調方法，用來加熱一承載台上的食材，該超音波烹調方法包含：利用一超音波偵測器沿著該承載台的一平面法向量掃描並建立食材的一立體模型；分析該立體模型以取得該食材之一相應聚焦能量表；以該聚焦能量表計算出一超音波加熱器執行定點聚熱功能所需的輸出功率；以及啟動該超音波加熱器的該定點聚熱功能以針對該食材進行加熱。
16. 如請求項15所述之超音波烹調方法，另包含有：驅動該超音波探測器掃描該食材得到複數張偵測影像；堆疊該複數張偵測影像以形成對應於該食材的該立體模型，其中該食材的該複數張偵測影像為該立體模型的不同斷面；將該複數張偵測影像之每一張偵測影像劃分成多個區域；利用影像解析技術取得該複數張偵測影像在各個區域的一灰階值與一輪廓；根據該不同斷面的該各區域的該灰階值與該輪廓設定一對應聚焦能量參數。
17. 如請求項16所述之超音波烹調方法，另包含有：依照該不同斷面的該各區域的該對應聚焦能量參數調整該超音波加熱器在該食材的該立體模型的每一個坐標位置的該輸出功率；以及沿著一特定方向分別對該不同斷面的該各區域執行該定點聚熱功能。

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