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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5963632
(24)【登録日】2016年7月8日
(45)【発行日】2016年8月3日
(54)【発明の名称】高周波電源装置及びその制御方法
(51)【国際特許分類】
H03K 4/02 20060101AFI20160721BHJP
H03K 5/003 20060101ALI20160721BHJP
【ＦＩ】
H03K4/02 Z
H03K5/00 A
【請求項の数】6
【全頁数】30
(21)【出願番号】特願2012-216653(P2012-216653)
(22)【出願日】2012年9月28日
(65)【公開番号】特開2014-72659(P2014-72659A)
(43)【公開日】2014年4月21日
【審査請求日】2015年8月19日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(74)【代理人】
【識別番号】100064469
【弁理士】
【氏名又は名称】菊池 新一
(74)【代理人】
【識別番号】100099612
【弁理士】
【氏名又は名称】菊池 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100073450
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 英俊
(72)【発明者】
【氏名】福本 佳樹
(72)【発明者】
【氏名】鶴田 義範
(72)【発明者】
【氏名】森井 龍哉
(72)【発明者】
【氏名】深野 勝之
【審査官】
小林 正明
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００２−３２４６９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−０８０４４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２６３４５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−００５５３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００３／００９４８１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０３Ｋ ４／０２
Ｈ０３Ｋ ５／００３
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０３Ｇ ３／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電圧波形の包絡線の波形（以下包絡線波形という。）が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有し、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を出力する高周波電源装置を制御する方法であって、
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部を設けておき、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部に記憶させておき、
前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分け、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期として、前記包絡線波形の前記第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部に記憶しておき、
前記包絡線波形の前記第１番目の周期の各インターバル期間では、前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、
前記包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間では、前記過渡期間が経過するまでの間前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうこと、
を特徴とする高周波電源装置の制御方法。
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部を設けておき、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部に記憶させておき、
前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分け、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期として、前記包絡線波形の前記第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部に記憶しておき、
前記包絡線波形の前記第１番目の周期の各インターバル期間では、前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、
前記包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間では、前記過渡期間が経過するまでの間前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうこと、
を特徴とする高周波電源装置の制御方法。
【請求項2】
電圧波形の包絡線の波形（以下包絡線波形という。）が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定レベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力する高周波電源装置であって、
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、前記包絡線波形の前記第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、
前記包絡線波形の各周期で前記平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、
前記レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように前記高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部と、
を具備し、
前記高周波電力制御部は、前記包絡線波形の前記第１番目の周期の各インターバル期間において前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、前記第１番目の周期に続く第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、前記過渡期間が経過するまでの間前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成されていることを特徴とする高周波電源装置。
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、前記包絡線波形の前記第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、
前記包絡線波形の各周期で前記平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、
前記レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように前記高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部と、
を具備し、
前記高周波電力制御部は、前記包絡線波形の前記第１番目の周期の各インターバル期間において前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、前記第１番目の周期に続く第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、前記過渡期間が経過するまでの間前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成されていることを特徴とする高周波電源装置。
【請求項3】
電圧波形の包絡線の波形（以下包絡線波形という。）が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定レベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力する高周波電源装置であって、
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、前記包絡線波形の前記第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、
前記包絡線波形の各周期で前記平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを該平均検出レベルの演算を行った周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、
前記レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように前記高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部と、
を具備し、
前記高周波信号発生・増幅部は、前記増幅器から出力する高周波電力の電圧レベルを与えられたレベルデータに応じて調整する機能を有するように構成され、
前記高周波電力制御部は、前記包絡線波形の前記第１番目の周期の各インターバル期間において前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくした高周波電力を前記高周波信号発生・増幅部から出力させるために必要なレベルデータを前記高周波信号発生・増幅部に与えることにより、前記包絡線波形のレベルを前記設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて前記包絡線波形のレベルを設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、前記第１番目の周期に続く第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、前記過渡期間が経過するまでの間、前記包絡線波形のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに等しくするために必要なレベルデータを前記高周波信号発生・増幅部に与えることにより、前記包絡線波形のレベルを目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルとの偏差を零にするように前記高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて前記包絡線波形のレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成されていること、
を特徴とする高周波電源装置。
前記包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、
前記高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、
電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の前記包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、前記包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、前記包絡線波形の前記第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間で前記レベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、前記包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、
前記包絡線波形の各周期で前記平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを該平均検出レベルの演算を行った周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、
前記レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように前記高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部と、
を具備し、
前記高周波信号発生・増幅部は、前記増幅器から出力する高周波電力の電圧レベルを与えられたレベルデータに応じて調整する機能を有するように構成され、
前記高周波電力制御部は、前記包絡線波形の前記第１番目の周期の各インターバル期間において前記過渡期間が経過するまでの間、前記レベル検出部が検出するレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくした高周波電力を前記高周波信号発生・増幅部から出力させるために必要なレベルデータを前記高周波信号発生・増幅部に与えることにより、前記包絡線波形のレベルを前記設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて前記包絡線波形のレベルを設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、前記第１番目の周期に続く第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、前記過渡期間が経過するまでの間、前記包絡線波形のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに等しくするために必要なレベルデータを前記高周波信号発生・増幅部に与えることにより、前記包絡線波形のレベルを目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、前記安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルとの偏差を零にするように前記高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて前記包絡線波形のレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成されていること、
を特徴とする高周波電源装置。
【請求項4】
前記高周波信号発生・増幅部は、前記高周波信号発生器から前記増幅器に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部を備え、
前記高周波信号発生器は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）により構成され、
前記高周波電力制御部は、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期におけるオープンループ制御を行い、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部により検出されるレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期の各インターバル期間でのフィードバック制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間でのオープンループ制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
前記高周波信号発生器は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）により構成され、
前記高周波電力制御部は、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期におけるオープンループ制御を行い、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部により検出されるレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期の各インターバル期間でのフィードバック制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間でのオープンループ制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
【請求項5】
前記高周波信号発生・増幅部は、前記高周波信号発生器から前記増幅器に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部を備え、
前記高周波電力制御部は、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
前記高周波電力制御部は、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間前記レベル検出部が検出するレベルと前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
【請求項6】
前記高周波信号発生器は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）により構成され、
前記高周波電力制御部は、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期における各インターバル期間のオープンループ制御を行い、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
前記高周波電力制御部は、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期における各インターバル期間のオープンループ制御を行い、
前記第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第１番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御を行い、
前記第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間、前記レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより前記第２番目の周期以降の各周期におけるフィードバック制御を行なう、
ように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステップ状のレベル変化を示す信号により変調された電圧波形を有する高周波電力を出力する高周波電源装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
種々の被処理物を処理する際に、高周波電力の輻射によりガスをプラズマ化する技術が用いられている。例えば、半導体製造工程において行なわれるエッチング工程では、プロセスチャンバ内に配置した電極に高周波電力を供給してチャンバ内に高周波電力を輻射することにより、チャンバ内のガスをプラズマ化し、このプラズマ化したガスを被処理物に供給することによりエッチング処理を行なっている。この種の用途に用いる高周波電源装置は、高周波信号を発生する高周波信号発生器と、高周波信号を増幅して高周波電力を出力する増幅器とを有する高周波信号発生・増幅部と、高周波信号発生・増幅部の出力端で検出される高周波電圧のレベルを目標レベルに保つように制御する制御部とにより構成される。
【0003】
近年、半導体の製造工程では、微細なエッチング加工を可能にするために、パルス波形で変調された高周波電力をプロセスチャンバ内に輻射することが行なわれるようになっている。パルス波形により変調された高周波電力は、増幅器に入力する高周波信号のレベルをオンオフ制御することにより得ることができる。
【0004】
パルス波形により変調された高周波電力をプラズマ処理に用いる場合、その電圧波形の包絡線の波形(パルス波形）の周波数、レベル（振幅値）、デューティ及び繰り返し周期が厳密に管理されることが必要であり、加工の微細化に伴って、電圧波形の包絡線の波形が、より精密に管理された安定な波形を呈する高周波電力をプロセスチャンバ内の電極に供給することが求められるようになっている。
【0005】
また最近では、ステップ状のレベル変化を生じるレベル変化タイミングを１周期の間に複数有し、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間がレベルを保持すべきインターバル期間となっていて、１周期の間にレベルが複数の異なる値をとるステップ波形により変調された高周波電力をプロセスチャンバ内に輻射することも検討されている。
【0006】
パルス波形により変調された高周波電力を得る高周波電源装置としては、例えば特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１に示された高周波電源装置においては、高周波信号をその周波数よりも低い周波数を有するパルス信号で変調してパルス変調された高周波信号を生成するパルス変調部と、パルス変調された高周波信号を増幅してパルス変調された高周波電力に変換する高周波電力変換部(増幅器）と、高周波電力変換部が出力する高周波電圧を検出する出力検出器と、この出力検出器により検出された出力電圧を検波してその包絡線を示す検波電圧を生成する検波部と、サンプルホールド信号に応じて検波電圧をサンプリングしてサンプリング電圧を出力するサンプルホールド部と、上記パルス信号とサンプルホールド信号とを生成する制御部と、サンプリング電圧と基準電圧とを比較して誤差電圧を出力する誤差増幅部とを設けて、誤差電圧の大きさを最小にするように高周波電力変換部をフィードバック制御することにより、高周波電圧のレベルを制御している。
【0007】
特許文献１に示された高周波電源装置においては、高周波電力を変調するパルス信号の波形の各立ち上がりよりも一定時間遅れたタイミングから、各立ち下がりよりも一定時間だけ早いタイミングまでの期間をサンプルホールド信号のオン期間とするように、パルス信号のデューティ比に応じてサンプルホールド信号のサンプリング期間を設定している。そして、サンプルホールド部は、サンプルホールド信号のオン期間の間、検波部から得られる検波電圧をそのままサンプリング電圧として誤差増幅部に与えて、高周波電圧のレベル変動をフィードバックすることにより、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを所定のレベルに保つ制御を行なわせる。サンプルホールド信号のオフ期間中は、サンプルホールド信号がオン期間からオフ期間に切り替わるタイミング（パルス信号が立ち下がる直前のタイミング）の検波電圧をホールドする。パルス信号のオン期間の開始時には、ホールドしているサンプリング電圧を誤差増幅部に与えることにより、誤差電圧を出力させてフィードバック制御を行なわせ、パルス信号の波形が立ち上がった後、一定の遅れ時間が経過した時点でホールド信号をオンにして、検波電圧に等しいサンプリング電圧を誤差増幅部に与えることにより、パルス信号のオン期間における高周波電圧のレベル変動をフィードバックして、パルス信号のオン期間における高周波電圧のレベルを所定のレベルに保つ制御を行なわせている。
【0008】
特許文献１に示された高周波電源装置によれば、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形(パルス波形）が立ち上がった後にそのレベルが変動した場合に、そのレベル変動をフィードバックして、高周波電圧のレベルを所定のレベルに保持する制御を行なわせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開２０１０−２６３４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
特許文献１に示された高周波電源装置においては、高周波電力を変調するパルス信号の立ち上がり時及び立ち下がり時に、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを示す検波電圧のサンプリング値を基準値に保つようにフィードバック制御が行なわれる。パルス信号の各立ち上がり及び立ち下がりの過渡時には高周波電圧のレベルが急峻に変動するため、制御の追従性を良くしておかないと、パルス信号の各立ち上がり及び立ち下がりでリンギングや波形鈍りが生じることになる。高周波電力を変調するパルス信号の時間軸が長い場合(パルス幅が広い場合)には、パルス信号の立ち上がり時及び立ち下がり時にリンギングや波形鈍りが生じても目立たないため、負荷に大きな影響は与えないが、パルス信号の繰り返し周期が短くなり、パルス信号のオン期間が短くなった場合や、パルス信号の振幅が大きい場合には、パルス信号の立ち上がり及び立ち下がりで高周波電圧に生じるリンギングや波形鈍りが目立つ存在になり、これらの過渡波形が負荷に与える影響が問題になる。
【0011】
特に、高周波電力を変調する波形が単純なパルス波形ではなく、各周期の間に短い時間間隔で上下にステップ状のレベル変化を示すステップ波形であるような場合には、ステップ波形の各立ち上がりで高周波電圧に生じるリンギングまたは波形鈍りと、各立ち下がりで高周波電圧に生じるリンギングまたは波形鈍りとが短い時間間隔で現れるため、リンギングまたは波形鈍りを無視することができなくなる。従って、高周波電力を変調する波形が、高い周波数を有するパルス波形やステップ波形である場合には、変調波形の各立ち上がり及び立ち下がりでの制御の追従性を良くすることが課題になる。
【0012】
従来技術のように、高周波信号を増幅する増幅器から出力される高周波電圧を検出する検出器から得た検出データを基にして高周波電圧のレベルをフィードバック制御する制御ループを構成した場合には、変調波形のレベル変化が高速である場合に、追従性が悪くなるのを避けられず、無理矢理制御を行なおうとすると、変調波形のレベルの立ち上がり時及び立ち下がり時にリンギングや波形鈍りが生じて、これらが負荷に悪影響を及ぼすことになる。
【0013】
例えば、図９（Ａ）に示したように、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数（図示の例では３個のレベル変化タイミングｔa，ｔb，ｔc）有して、１周期の間にレベルが複数（図示の例では３個）の値をとる多値ステップ波形（図示の例では３値ステップ波形）により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る場合に、ステップ波形の各立ち上がり及び立ち下がりで高周波電圧のレベルの検出値を基にしてフィードバック制御を行なうと、制御ゲインが大きすぎる場合等に、同図（Ｂ）に示すようにステップ波形の各レベル変化タイミングで、オーバシュートとダウンシュートとが繰り返されてリンギングＬが発生する。また制御ゲインが不足する場合等には、同図（Ｃ）に示すように、ステップ波形の各レベル変化タイミングで制御が間に合わなくなって波形鈍りＤが生じる。
【0014】
図９（Ｂ）の状態と、図９（Ｃ）の状態との間に、リンギングも波形鈍りも生じない状態が存在することになるが、変調波形がレベル変化を示すタイミングの時間間隔が短い場合には、リンギングも波形鈍りも生じないように制御系を構成することは困難である。
【0015】
図１０（Ａ）に示されているように、図９（Ａ）に示した場合よりも、レベル変化の繰り返し周期を短くした高速のステップ波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る場合、フィードバック制御系がリンギングを生じる特性を有していると、図１０（Ｂ）に示すように、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各立ち上がり及び立ち下がりで発生するリンギングＬが、レベル変化タイミング相互間のレベル保持期間の長さに対して無視し得ない波形になる。また図１０（Ａ）に示したように、レベル変化の繰り返し周期が短い高速のステップ波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る場合に、フィードバック制御系が波形鈍りを生じる特性を有していると、図１０（Ｃ）のように、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各立ち上がり及び立ち下がりで発生する波形鈍りＤが、レベル変化タイミング相互間のレベル保持期間の長さに対して無視し得ない波形になる。
【0016】
上記のように、パルス波形またはステップ波形により変調された高周波電力を負荷に供給することが必要とされる場合に、高周波電圧の包絡線がレベル変化を示すタイミングでも、包絡線のレベルの検出値と目標値との偏差（誤差）に基づいて出力レベルのフィードバック制御を行なう従来の高周波電源装置を用いた場合には、得られる高周波電力の電圧波形が、リンギングまたは波形鈍りが目立つ波形となり、希望する波形と似ても似つかない波形になるため、要求にかなった電圧波形を有する高周波電力を負荷に供給することができないという問題があった。レベルがステップ状に変化した際にリンギングや波形鈍りが生じて負荷に悪影響が及ぶという問題が生じるのは、高周波電力を変調する波形がパルス波形や、ステップ波形である場合に限られるものではなく、高周波電力を変調する波形がステップ状のレベル変化を伴う他の波形である場合にも同様の問題が生じる。
【0017】
本発明の目的は、電圧波形の包絡線が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっている波形を呈するように変調された高周波電力を得る際に、変調する波形のレベル変化の速度が如何なる場合であっても、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形がステップ状のレベル変化を示す過渡時にリンギングや波形鈍りが生じるのを防いで、安定な電圧波形を有する高周波電力を得ることを可能にした高周波電源装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本願に開示された第１の発明は、電圧波形の包絡線の波形（以下包絡線波形という。）が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有し、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を出力する高周波電源装置を制御する方法を対象とする。
【0019】
本発明においては、包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部を設けて、このレベル検出部が検出するレベルを目標レベルに保つ制御を行う。この制御においては、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、各インターバル期間の過渡期間では包絡線波形のレベルを目標レベルに一致させる制御をオープンループ制御により行い、安定期間では、包絡線波形のレベルを目標レベルに一致させる制御をフィードバック制御により行う。
【0020】
本発明では、上記の制御を行わせるため、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部に記憶させておく。
【0021】
また電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期として、包絡線波形の第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部に記憶しておく。
【0022】
そして、包絡線波形の第１番目の周期の各インターバル期間では、過渡期間が経過するまでの間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間では、過渡期間が経過するまでの間レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なう。
【0023】
上記の過渡期間は、各レベル変化タイミングで高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行った後、フィードバック制御系がフィードバック制御を安定に行なうことができる状態になるまでに要する時間（レベル検出部により検出される電圧レベルの検出値が安定になるまでに要する時間）に等しく設定する。
【0024】
上記のように、ステップ状のレベル変化を示す波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る際に、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始直後の過渡期間の間のレベル制御を、フィードバック制御によるのではなく、オープンループ制御により行ない、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過した後の安定期間の間、レベル検出部が検出したレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御で行なうようにすると、各レベル変化タイミングにおけるレベル変化の速度が如何なる場合でも、またレベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じることがなく、かつ各インターバル期間の安定期間において包絡線のレベルが正確に目標レベルに保たれた電圧波形を有する高周波電力を得ることができる。
【0025】
また上記のように、電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間で包絡線の波形がとるべき目標レベルを、直近の複数の周期の対応するインターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルとすると、各インターバル期間における目標レベルを、直近の１以上の周期の対応するインターバル期間において実際にフィードバック制御された安定なレベルの平均値に等しくすることができるため、各インターバル期間において過渡期間の間オープンループ制御を行って増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと、フィードバック制御に切替えた瞬間に出力される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの間に殆ど差が生じないようにすることができる。従って、本発明によれば、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じるのを防ぐことができるだけでなく、制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替る際に電圧変動が生じるのを防いで、きれいな波形の高周波電力を得ることができる。
【0026】
また上記の方法によると、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各レベル変化タイミングで、リンギングや波形鈍りが発生しないので、過度期間を短くすることができ、高周波電圧の包絡線の検出速度を高めることができる。そのため、高周波電力を変調する波形のレベル変化が高速である場合にも、各レベル変化タイミングから過渡期間の間のレベル制御と、各インターバル期間におけるレベル制御とを正確に行なわせることができ、高速のパルス波形またはステップ波形により高周波電力を変調する場合にも対応することができる。
【0027】
本願に開示された第２の発明は、第１の発明に係わる制御方法を実施する高周波電源装置に係るもので、電圧波形の包絡線波形が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定レベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力する高周波電源装置を対象とする。
【0028】
本発明においては、包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、包絡線波形の各周期で平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部とが設けられる。
【0029】
そして、上記高周波信号発生・増幅部は、包絡線波形の第１番目の周期の各インターバル期間において過渡期間が経過するまでの間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、第１番目の周期に続く第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、過渡期間が経過するまでの間レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成される。
【0030】
本願に開示された第３の発明も、電圧波形の包絡線の波形（以下包絡線波形という。）が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定レベルを保持するインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力する高周波電源装置を対象とする。
【0031】
本発明に係る高周波電源装置においては、包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部と、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルを各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶した設定目標レベル記憶部と、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を前記高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する平均検出レベル演算部と、包絡線波形の各周期で前記平均検出レベル演算部により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを該平均検出レベルの演算を行った周期の次の周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして記憶する次周期目標レベル記憶部と、レベル検出部が検出するレベルを目標レベルとするように高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部とが設けられる。
【0032】
上記高周波信号発生・増幅部は、増幅器から出力する高周波電力の電圧レベルを与えられたレベルデータに応じて調整する機能を有するように構成される。
【0033】
また高周波電力制御部は、包絡線波形の第１番目の周期の各インターバル期間において過渡期間が経過するまでの間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくした高周波電力を高周波信号発生・増幅部から出力させるために必要なレベルデータを高周波信号発生・増幅部に与えることにより、包絡線波形のレベルを設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするように高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて包絡線波形のレベルを設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、第１番目の周期に続く第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、過渡期間が経過するまでの間、包絡線波形のレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルに等しくするために必要なレベルデータを高周波信号発生・増幅部に与えることにより、包絡線波形のレベルを目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応する目標レベルとの偏差を零にするように高周波信号発生・増幅部にレベルデータを与えて包絡線波形のレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なうように構成される。
【0034】
本願に開示された第４の発明は、第３の発明に適用されるもので、本発明においては、高周波信号発生・増幅部が、高周波信号発生器から増幅器に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部を備え、高周波信号発生器は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）により構成される。
【0035】
そして、高周波電力制御部は、第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするようにＤＤＳにレベルデータを与えることにより第１番目の周期におけるオープンループ制御を行い、第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部により検出されるレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第１番目の周期の各インターバル期間でのフィードバック制御を行い、第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするようにＤＤＳにレベルデータを与えることにより第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間でのオープンループ制御を行い、第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なうように構成される。
【0036】
本願に開示された第５の発明も、第３の発明に適用される。本発明においては、高周波信号発生・増幅部が、高周波信号発生器から増幅器に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部を備えている。この場合、高周波電力制御部は、第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第１番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第１番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、前記増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記レベル調節部にレベルデータを与えることにより第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御を行い、第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行なうように構成される。
【0037】
本願に開示された第６の発明も第３の発明に適用される。本発明においては、高周波信号発生・増幅部に設けられた高周波信号発生器が、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）により構成される。
【0038】
この場合高周波電力制御部は、第１番目の周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするようにＤＤＳにレベルデータを与えることにより第１番目の周期における各インターバル期間のオープンループ制御を行い、第１番目の周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと対応するインターバル期間の設定目標レベルとの偏差を零にするようにＤＤＳにレベルデータを与えることにより第１番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御を行い、第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを前記次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするように前記ＤＤＳにレベルデータを与えることにより第２番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御を行い、第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルと次周期目標レベル記憶部に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにＤＤＳにレベルデータを与えることにより第２番目の周期以降の各周期におけるフィードバック制御を行なうように構成される。
【発明の効果】
【0039】
本発明によれば、ステップ状のレベル変化を示す波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る際に、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始直後の過渡期間の間のレベル制御を、フィードバック制御によるのではなく、オープンループ制御により行ない、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過した後の安定期間の間レベル検出部が検出したレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御で行なうようにしたので、レベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じることがなく、かつ各インターバル期間の安定期間における包絡線のレベルが正確に目標レベルに保たれた電圧波形を有する高周波電力を得ることができる。
【0040】
また本発明によれば、包絡線波形の各周期の各インターバル期間における目標レベルを、直近の１以上の周期の対応するインターバル期間において実際にフィードバック制御された安定なレベルの平均値に等しくしたことにより、各インターバル期間の過渡期間で増幅器から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線波形のレベルと、安定期間で増幅器から出力される高周波電力の包絡線波形のレベルとの間に殆ど差が生じないようにすることができるので、レベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じるのを防ぐことができるだけでなく、制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替る際に電圧変動が生じるのを防いで、きれいな波形の高周波電力を得ることができる。
【0041】
また本発明によれば、高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各レベル変化タイミングで、リンギングや波形鈍りが発生するのを防ぐことができるため、過度期間を短くして、包絡線波形のレベルの検出速度を高めることができる。そのため、高周波電力を変調するステップ波形のレベル変化が高速である場合にも、各インターバル期間の過渡期間におけるレベル制御と、安定期間におけるレベル制御とを正確に行なわせることができ、高速のパルス波形またはステップ波形により高周波電力を変調する場合にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明に係わる高周波電源装置の第１の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図2】本発明に係わる高周波電源装置の第２の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図3】本発明に係わる高周波電源装置の第３の実施形態の構成を示したブロック図である。
【図4】高周波電力を変調する波形の一例を模式的に示した波形図である。
【図5】（Ａ）は本発明に係わる高周波電源装置が出力する高周波電力の電圧波形を模式的に示した波形図である。（Ｂ）は本発明における高周波電圧のレベル制御の方法を説明する波形図である。
【図8】高周波電力を変調する波形の他の例を模式的に示した波形図である。
【図9】（Ａ）は高周波電源装置から出力させるべき高周波電力の電圧波形の一例を模式的に示した波形図、（Ｂ）は従来の高周波電源装置により（Ａ）の電圧波形を有する高周波電力を発生させた場合に得られる電圧波形の包絡線の実波形の一例を模式的に示した波形図、（Ｃ）は従来の高周波電源装置により（Ａ）の電圧波形を有する高周波電力を発生させた場合に得られる電圧波形の包絡線の実波形の他の例を模式的に示した波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0043】
以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。［第１の実施形態］
本発明が対象とする高周波電源装置は、電圧波形の包絡線の波形（包絡線波形）が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、隣り合うレベル変化タイミングの間の期間が一定のレベルを保持し続けるインターバル期間となっている波形を周期的に繰り返すステップ波形で変調された高周波電力を出力する。
【0044】
本実施形態では、図４に示すように、１周期の間に３つのレベル変化タイミングを有する３値の（１周期の間に３つのレベルをとる）ステップ波形により高周波電力を変調するものとする。従って、本実施形態の高周波電源装置から出力される高周波電力は、その電圧波形の包絡線の波形（包絡線波形という。）が、図４に示すように、１周期が３つのインターバル期間により構成されたステップ波形（階段状波形）を呈する。
【0045】
図４において、Ｔn （ｎ＝１，２，３，…）はｎ番目の周期、ｔan，ｔbn，ｔcnは、ｎ番目の周期に存在するレベル変化タイミング、ｔ1n，ｔ2n，ｔ3nはｎ番目の周期に存在する第１ないし第３インターバル期間である。またＰ1n，Ｐ2n，Ｐ3n（図示の例ではＰ1n＞Ｐ2n＞Ｐ3n)はそれぞれ、ｎ番目の周期の第１ないし第３インターバル期間ｔ1n，ｔ2n，ｔ3nにおける高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルである。ｎ番目の周期におけるインターバル期間ｔ1n，ｔ2n，ｔ3nの長さは等しくなくてもよいが、図４に示した例では、これらのインターバル期間がすべて等しく設定されている。即ちｔ1n＝ｔ2n＝ｔ3nとなっている。本実施形態では、ｎ番目の周期のインターバル期間ｔ1n，ｔ2n，ｔ3nにおける高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルＰ1n，Ｐ2n，Ｐ3nがそれぞれ、他の周期のインターバル期間における対応するレベルに等しく設定されている。
【0046】
本実施形態の制御方法では、上記のように、電圧波形の包絡線の波形（包絡線波形）が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有し、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持し続けるインターバル期間となっているステップ波形を呈するように変調された（ステップ波形で変調された）高周波電力を、高周波信号発生器と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器とを備えた高周波信号発生・増幅部から出力させるに当たり、包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを目標レベルに保つように制御する。
【0047】
そのため、本実施形態では、高周波電源装置が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線波形のレベルを検出するレベル検出部を設けておき、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部に記憶させておく。この設定目標レベルは負荷に高周波電力を供給する際に１回だけ設定されてもよく、負荷に高周波電力を供給している途中で適宜更新されてもよい。
【0048】
本実施形態では、包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを目標レベルに保つ制御を行うに当たり、包絡線波形の各周期の各インターバル期間を、その開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分け、過渡期間と安定期間とで異なる制御を行う。
【0049】
本実施形態ではまた、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期として、包絡線波形の第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部に記憶しておく。
【0050】
上記「第１番目の周期」は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを所定の設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期であり、設定目標レベルを更新した場合には、包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルが更新された設定目標レベルに等しい高周波電力を初めて出力させる際の最初の周期である。
【0051】
そして、本実施形態の制御方法では、包絡線波形の第１番目の周期の各インターバル期間では、設定された過渡期間が経過するまでの間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを設定目標レベル記憶部に記憶された対応する設定目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行ない、包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間では、過渡期間が経過するまでの間レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに等しくする制御をオープンループ制御により行なった後、安定期間の間、レベル検出部が検出するレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶された対応する目標レベルに保つ制御をフィードバック制御により行なう。
【0052】
図１は上記の制御方法を実施する本発明に係わる高周波電源装置の第１の実施形態の構成を示したものである。図１において、１は高周波信号を増幅して高周波電力を出力する高周波信号発生・増幅部、２は高周波信号発生・増幅部１が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルをレベルとして検出するレベル検出部、３は設定目標レベル記憶部、４は平均検出レベル演算部、５は次周期目標レベル記憶部、６はレベル検出部２により検出される包絡線波形のレベルを目標レベルとするように高周波信号発生・増幅部を制御する高周波電力制御部である。
【0053】
各部を更に詳細に説明すると、高周波信号発生・増幅部１は、外部から与えられた周波数データ(デジタル値)が示す周波数と、外部から与えられたレベルデータ(デジタル値)が示す電圧レベルとを有する高周波信号を発生する高周波信号発生器１０１と、高周波信号発生器１０１が発生する高周波信号を増幅する増幅器１０２と、高周波信号発生器１０１と増幅器１０２との間に挿入されて、外部から与えられるレベルデータ(アナログ信号）に応じて、高周波信号発生器１０１から増幅器１０２に入力される高周波信号の電圧レベルを調整するレベル調節部１０３と、外部から与えられるレベルデータ(デジタル値）をアナログ信号に変換してレベル調節部１０３に与えるＤ／Ａ変換器１０４とからなっている。
【0054】
本実施形態では、高周波信号発生器１０１として、周波数データ(デジタル値)が示す通りの周波数と、外部から与えられたレベルデータ(デジタル値)が示す通りの電圧レベルとを有する高周波信号を発生するダイレクト・デジタル・シンセサイザー（ＤＤＳ）が用いられている。
【0055】
レベル調節部１０３は例えば電子ボリュームからなっていて、Ａ／Ｄ変換器１０４から与えられた制御信号（電圧信号）に応じて増幅器１０２に入力する高周波信号のレベルを調節する。本実施形態では、レベル調節部１０３によるレベル調節と、ＤＤＳ用レベルデータによるＤＤＳ１０１の出力レベルの調節との双方により、高周波信号発生・増幅部１の出力を調節することができるようにしている。
【0056】
レベル調節部１０３によるレベル調節及びＤＤＳ用レベルデータによるＤＤＳ１０１の出力レベルの調節のいずれによっても、増幅器１０２から出力させる高周波電力の出力を調整できるが、本実施形態では、高周波電力を変調する波形がステップ状のレベル変化を示す各レベル変化タイミングから設定された過渡期間が経過するまでの期間においては、ＤＤＳ１０１に与えるレベルデータの大きさにより増幅器１０２から出力させる高周波電力の出力を調整し、各レベル変化タイミングから過渡期間が経過した後のインターバル期間においては、レベル調節部１０３に与えるレベルデータの大きさにより増幅器１０２から出力させる高周波電力の出力を調整する。
【0057】
本実施形態では、Ｄ／Ａ変換器１０４として、デジタルデータがパラレル入力されるように構成されていて、高速でＤ／Ａ変換を行なうことができるものを用いている。これに対し、ＤＤＳ１０１としては、デジタル値からなるレベルデータがシリアル入力されるものを用いている。
【0058】
レベル検出部２は、増幅器１０２の出力端と負荷につながるケーブルとの間に挿入されて増幅器１０２が出力する高周波電圧の一部を分岐する分波器２０１と、分波器２０１の出力から高調波成分などの不要成分を除去して高周波電圧の基本周波数成分を取り出すフィルタ２０２と、フィルタ２０２から出力される高周波電圧を包絡線検波してその包絡線を検出する検波器２０３と、検波器２０３の出力のレベルを検出するレベル検出器２０４と、レベル検出器２０４の出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２０５とからなっていて、高周波信号発生・増幅部１が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを検出する。
【0059】
設定目標レベル記憶部３は、高周波電源装置から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形がその１周期の間に有する各インターバル期間でとるべきレベルの設定値を各インターバル期間の設定目標レベルとして記憶する。本実施形態では、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期として、この第１番目の周期の各インターバル期間で包絡線波形のレベルを制御する際に、設定目標レベル記憶部３に記憶された各インターバル期間の設定目標レベルを、包絡線波形が各インターバル期間でとるべき目標レベルとする。図５に示した例ではインターバル期間ｔ11，ｔ21，ｔ31において高周波電力の電圧波形の包絡線波形がとるべき目標レベル(図５に示した例ではＰ11，Ｐ21，Ｐ31）を設定目標レベルとして設定目標レベル記憶部３に記憶しておく。設定目標レベル記憶部３は、高周波電力制御部６の主要部を構成するマイクロプロセッサに設けられたメモリと、該メモリへのデータの書き込みと該メモリからのデータの読み出しとを行うプログラムとにより構成される。
【0060】
本実施形態では、変調された高周波電力を最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を「第１番目の周期」としているが、包絡線波形の各周期のインターバル期間で包絡線波形がとるべき設定目標レベルを負荷に高周波電力を供給している途中で変更する場合には、各周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき設定目標レベルが変更された（更新された）高周波電力を最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期が「第１番目の周期」となる。
【0061】
設定目標レベル記憶部３に記憶させる設定目標レベルは、キーボードやデジタルスイッチなどにより外部から書き込むことができるようになっている。
【0062】
平均検出レベル演算部４は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルが設定目標レベルである高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。
【0063】
即ち、平均検出レベル演算部４は、第１番目の周期から現在の周期までに設定数ｍ個の周期が存在しないときには、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応するインターバル期間の安定期間でレベル検出部２が検出したレベルを平均して平均検出レベルを演算し、第１番目の周期から現在の周期までに設定数ｍ個以上の周期が存在するようになった後は、直近のｍ個の周期の対応するインターバル期間の安定期間でレベル検出部により検出されたレベルの単純移動平均値を平均検出レベルとして演算する。
【0064】
次周期目標レベル記憶部５は、平均検出レベル演算部４により演算された各インターバル期間の平均検出レベルを、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間において該包絡線がとるべき目標レベルとして記憶する。
【0065】
図５に示した例で具体的に説明すると、第１番目の周期Ｔ１においては、第１ないし第３インターバル期間ｔ11ないしｔ31の開始直後にそれぞれ一定の過渡期間Δｔ11ないしΔｔ31が設定され、ｔ11−Δｔ11、ｔ21−Δｔ21及びｔ31−Δｔ31がそれぞれ第１ないし第３インターバル期間ｔ11ないしｔ31の安定期間となっている。同様に、第２番目の周期Ｔ２においては、第１ないし第３インターバル期間ｔ12ないしｔ32（ｔ32は図示せず。）の開始直後に過渡期間Δｔ12ないしΔｔ32が設定され、ｔ12−Δｔ12、ｔ22−Δｔ22及びｔ32−Δｔ32がそれぞれ第１ないし第３インターバル期間ｔ12ないしｔ32の安定期間となっている。
【0066】
ここで例えばｍ＝２とすると、第１番目の周期Ｔ１においては、平均検出レベル演算部４が、第１インターバル期間ｔ11の安定期間ｔ11−Δｔ11、第２インターバル期間ｔ21の安定期間ｔ21−Δｔ21及び第３インターバル期間ｔ31の安定期間ｔ31−Δｔ31でそれぞれレベル検出部２が検出したレベルを第１インターバル期間ないし第３インターバル期間の平均検出レベルとする。これらの平均検出レベルは、平均検出レベルを演算した周期Ｔ１の次の周期Ｔ２の第１ないし第３インターバル期間ｔ12ないしｔ32で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部５に記憶される。
【0067】
平均検出レベル演算部４はまた、第２番目の周期Ｔ２において、第１番目の周期Ｔ１の第１インターバル期間ｔ11の安定期間ｔ11−Δｔ11でレベル検出部２が検出したレベルと第２番目の周期Ｔ２の第１インターバル期間ｔ12の安定期間ｔ12−Δｔ12でレベル検出部２が検出したレベルとの平均値、第１番目の周期Ｔ１の第２インターバル期間ｔ21の安定期間ｔ21−Δｔ21でレベル検出部２が検出したレベルと第２番目の周期Ｔ２の第２インターバル期間ｔ22の安定期間ｔ22−Δｔ22でレベル検出部２が検出したレベルとの平均値、及び第１番目の周期Ｔ１の第３インターバル期間ｔ31の安定期間ｔ31−Δｔ31でレベル検出部２が検出したレベルと第２番目の周期Ｔ２の第３インターバル期間ｔ32の安定期間ｔ32−Δｔ32でレベル検出部２が検出したレベルとの平均値をそれぞれ第１インターバル期間ないし第３インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。これらの平均検出レベルは、平均検出レベルを演算した周期Ｔ２の次の周期Ｔ３の第１ないし第３インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部５に記憶される。
【0068】
以下同様にして、第３番目の周期以降の各周期においても、１個前の周期から現在の周期までの各インターバル期間の安定期間で検出されたレベルの平均値を求める演算を行って、演算された平均検出レベルを、次周期の各インターバル期間で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部５に記憶する。
【0069】
高周波電力制御部６は、レベル検出部２が検出する包絡線波形のレベルを目標レベルとするように高周波信号発生・増幅部を制御する部分で、各部を制御するコントローラ６０１と、出力設定データ入力部６０２と、誤差レベル検出部６０４と、選択処理部６０５と、制御演算部６０６とを備えている。
【0070】
出力設定データ入力部６０２は、高周波信号発生・増幅部１から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線の波形を規定するために必要なデータ（出力設定データ）をコントローラ６０１に入力する部分であり、出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各インターバル期間の長さ、各インターバル期間における電圧レベル、変調波形の繰り返し周波数などをコントローラ６０１に入力する。
【0071】
誤差レベル検出部６０４は、包絡線波形の各周期の各インターバル期間でレベル検出部２が検出するレベルと対応するインターバル期間で包絡線波形がとるべき設定目標レベルとの偏差（誤差）を検出する部分である。図示の誤差レベル検出部６０４は、レベル検出部２が検出した各インターバル期間における包絡線波形のレベルと、設定目標レベル記憶部３又は次周期目標レベル記憶部５から読み出した対応するインターバル期間における目標レベルとを比較して、比較した両レベルの間の偏差を示す誤差信号を出力する。
【0072】
選択処理部６０５は、誤差レベル検出部６０４が出力する誤差信号及び目標レベル記憶部３から読み出した目標レベルを示す信号のいずれを制御に用いるかを選択する動作を行う部分で、制御演算部６０６に制御信号を与える。
【0073】
制御演算部６０６は、高周波信号発生・増幅部１の高周波信号発生部１０１及びＤ／Ａ変換器１０４にそれぞれ与えるＤＤＳ用レベルデータ及びレベル調節用レベルデータの大きさを演算する部分で、選択処理部６０５から与えられた制御信号に基づいて、ＤＤＳ用レベルデータ及びレベル調節用レベルデータの大きさを演算して、演算した大きさを有するＤＤＳ用レベルデータ及びレベル調節用レベルデータをそれぞれ高周波信号発生部１０１及びＤ／Ａ変換器１０４に与える。
【0074】
図１に示した実施形態においては、コントローラ６０１、誤差レベル検出部６０４、選択処理部６０５及び制御演算部６０６がマイクロプロセッサにより構成され、出力設定データ入力部６０２は、キーボードなどにより構成されている。
【0075】
コントローラ６０１は、設定目標レベル記憶部３及び次周期目標レベル記憶部５へのデータの書き込み及び両記憶部からのデータの読み出しを制御するとともに、平均検出レベル演算部４、誤差レベル検出部６０４及び制御演算部６０６の演算動作と、選択処理部６０５の選択動作とを制御する。
【0076】
なお設定目標レベル記憶部３には、設定目標レベルそのものを記憶させておいてもよく、出力設定データ入力部６０２から入力された出力データに対して設定目標レベルを補間演算するためのマップデータ等を記憶させておいてもよい。例えば、出力設定データ入力部６０２から入力された高周波電力の所望の出力（Ｗ）に対して、増幅器１０２から出力させる高周波電圧のレベルの設定目標レベルを求めるようにするために、所望の出力と設定目標レベルとの間の関係を与えるマップデータを、設定目標レベル記憶部３に記憶させておくようにしてもよい。本実施形態では、設定目標レベル記憶部３に、設定目標レベルそのものが記憶されているものとする。
【0077】
装置が起動すると、コントローラ６０１が設定目標レベル記憶部３に記憶されている設定目標レベルを読み出すことにより、起動後第１番目の周期Ｔ１の各インターバル期間で包絡線波形がとるべきレベルである設定目標レベルを取得し、取得した設定目標レベルを選択処理部６０５に与える。
【0078】
高周波電力制御部６が起動すると、コントローラ６０１は、出力設定データ入力部６０２から与えられた周波数データに基づいて、ＤＤＳ１０１に周波数データを与える。コントローラ６０１は又、内蔵したタイマの動作により、出力設定データ入力部６０２から入力されたデータに基づいて、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形のレベルをステップ状に変化させる各レベル変化タイミングや、各レベル変化タイミングから設定された過渡期間が経過した時の時刻を示すタイミングを検出して、検出したタイミングを示す一連のタイミング信号を時系列的に発生させ、これらのタイミング信号に同期して各部を制御する。
【0079】
上記過渡期間は、各レベル変化タイミングでオープンループ制御により、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを目標レベルに等しくした後、フィードバック制御系が、フィードバック制御を安定に行なうことができる状態になるまでに要する時間に等しく設定する。この過渡期間は、実際には、レベル検出部により検出される電圧レベルの検出値が安定になるまでに要する時間であり、各レベル変化タイミングでフィードバック制御を行なわせた場合にリンギングや波形鈍りが消滅するのに要する過渡期間に比べると非常に短い時間である。この過渡期間は、制御に用いるプログラマブルロジックデバイスや、マイクロコンピュータのマシンサイクル、制御回路の追従特性、装置全体の実際の振る舞いなどを考慮して適当な値に設定する。
【0080】
ここで、高周波電力制御部６の動作の一例を図５に示した例を用いて具体的に説明すると次の通りである。高周波電力を図５（Ａ）に示したステップ波形で変調する場合、コントローラ６０１は、第１番目の周期Ｔ１の最初のレベル変化タイミングｔa1を検出した時に、当該レベル変化タイミングta1に続く第１インターバル期間ｔ11における高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルの設定目標レベルＰ11を、設定目標レベル記憶部３から読み出し、読み出した設定目標レベルＰ11を選択処理部６０５に与える。コントローラ６０１はまた、選択処理部６０５に指令を与えて、読み出した設定目標レベルＰ11を制御演算部６０６に入力させる。このときコントローラ６０１は、予め設定した一定の大きさを有するレベル調節用レベルデータをＤ／Ａ変換器１０４に与えることを制御演算部６０６に指令すると共に、増幅器１０２から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベルＰ11とするために、ＤＤＳ１０１に与える必要があるレベルデータの大きさの演算を制御演算部６０６に行なわせる。
【0081】
制御演算部６０６は、設定目標レベルに相応する一定の大きさを有するレベル調節用レベルデータをＤ／Ａ変換器１０４に与えるとともに、演算した大きさを有するＤＤＳ用レベルデータをＤＤＳ１０１に与える。これにより、増幅器１０２から電圧波形の包絡線のレベルが設定目標レベルＰ11に等しい高周波電力を瞬時に出力させる。この制御はフィードバック制御によらず、ＤＤＳ１０１及びＤ／Ａ変換器１０４にそれぞれレベルデータを与えるだけのオープンループ制御により行なうため、レベル変化タイミングｔa1においてリンギングが発生したり波形鈍りが発生したりするのを防ぐことができる。レベル変化タイミングｔ11から、設定された過渡期間Δt11が経過するまでの間は、上記のオープンループ制御を継続させる。オープンループ制御時にレベル調節部に与えるレベルデータの大きさは、例えば、レベル調節部１０３によるレベルの減衰量を０ｄＢとする大きさに設定する。
【0082】
コントローラ６０１は、第１インターバル期間ｔ11 が開始されたレベル変化タイミングｔa1から、設定された過渡期間Δt11が経過したことを検出した時に、設定目標レベル記憶部３から読み出した設定目標レベルＰ11を誤差レベル検出部６０４に与えて、設定目標レベルＰ11とレベル検出部２により検出された高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの偏差を演算させる。
【0083】
誤差レベル検出部６０４は、演算した偏差を示す誤差信号を選択処理部６０５に入力する。この時コントローラ６０１は、選択処理部６０５に選択切替え指令を与えて、選択処理部６０５から制御演算部６０６に入力する信号を、設定目標レベルＰ11を与える信号から偏差を示す誤差信号に切り替えるとともに、制御演算部６０６に演算指令を与えて、設定目標レベルＰ11とレベル検出部２により検出された高周波電力の電圧波形の包絡線波形のレベルとの偏差を零にするためにレベル調節部１０３に与える必要があるレベルデータの大きさを演算させる。このレベルデータの演算値は、制御演算部６０６から高周波信号ＤＤＳ１０１に与えられるレベルデータ（ＤＤＳ１０１から出力される高周波信号のレベル）の大きさにより相違する。
【0084】
制御演算部６０６は、予め設定した大きさを有するＤＤＳ用レベルデータをＤＤＳ１０１に与えるとともに、演算した大きさを有するレベル調節用レベルデータをＤ／Ａ変換器１０４に与える。制御演算部６０６からＤ／Ａ変換器１０４を通してレベル調節部１０３に与えられるレベルデータは、ＤＤＳ１０１から出力される高周波信号のレベル（ＤＤＳ用レベルデータにより決まる）を、偏差を零にするために増幅器１０２に入力する必要があるレベルに調節するように、レベル調節部１０３の減衰量を設定するためのデータである。上記のように、ＤＤＳ１０１及びレベル調節部１０３にレベルデータを与えることにより、電圧波形の包絡線波形のレベルが設定目標レベルＰ11に等しい高周波電力を増幅器１０２から出力させる。
【0085】
上記のように、第１番目の周期の第１インターバル期間ｔ11のレベル変化タイミングｔa1から過渡期間Δｔ11が経過した後の安定期間（ｔ11−Δｔ11の期間）においては、目標レベルＰ11と、レベル検出部２により検出された高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの偏差に基づいて、高周波信号発生・増幅部１から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベルに保つ制御がフィードバック制御により行なわれる。従って、過渡期間に相当する一定期間Δｔ11が経過した後の安定期間（ｔ11−Δｔ11の期間）における電圧波形の包絡線のレベルは正確に目標レベルＰ11に保たれる。このフィードバック制御は、シリアルデータが入力されるように構成されたＤＤＳ１０１に与えるレベルデータを固定値とし、パラレルデータが入力されるように構成された高速のＤ／Ａ変換器１０４を通してレベル調節部１０３に与える入力レベル調節用レベルデータを可変値として偏差に応じて変化させることにより行なうので、高い応答性をもたせて行なわせることができる。
【0086】
第１番目の周期Ｔ１ではまた、第１インターバル期間ｔ11ないし第３インターバル期間ｔ31のそれぞれの安定期間でレベル検出部２が検出したレベルを次の周期（第２番目の周期Ｔ２）の第１インターバル期間ｔ12ないし第３インターバル期間ｔ32で包絡線波形がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部５に記憶させる。
【0087】
同様にして、第２インターバル期間ｔ21の開始時ｔb1から過渡期間Δt21が経過するまでの間オープンループ制御により高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを第２インターバル期間の設定目標レベルＰ21とする制御が行なわれ、安定期間ｔ21−Δｔ21の間フィードバック制御により高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベルＰ21に保つ制御が行なわれる。また第３インターバル期間ｔ21の開始時ｔc1から過渡期間Δt31が経過するまでの間オープンループ制御により高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを第３インターバル期間の設定目標レベルＰ31とする制御が行なわれ、安定期間ｔ31−Δｔ31の間フィードバック制御により高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベルＰ31に保つ制御が行なわれる。
【0088】
第２番目の周期では、第１インターバル期間ｔ12のレベル変化タイミングｔa2から過渡期間Δｔ12が経過するまでの間、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部５に記憶されている目標レベルＰ12に一致させる制御がオープンループ制御で行われ、第１インターバル期間ｔ12の安定期間ｔ12−Δｔ12の間高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部５に記憶されている目標レベルＰ12に保つ制御がフィードバック制御により行われる。また第２インターバル期間ｔ22のレベル変化タイミングｔb2から過渡期間Δｔ22が経過するまでの間、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部５に記憶されている目標レベルＰ22に一致させる制御がオープンループ制御で行われ、第２インターバル期間ｔ22の安定期間ｔ22−Δｔ22の間、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部５に記憶されている目標レベルＰ22に保つ制御がフィードバック制御により行われる。更に図示しない第３インターバル期間ｔ32のレベル変化タイミングｔc2から過渡期間Δｔ32が経過するまでの間、高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部５に記憶されている目標レベルＰ32に一致させる制御がオープンループ制御で行われ、第３インターバル期間ｔ32の安定期間ｔ32−Δｔ32の間高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部５に記憶されている目標レベルＰ32に保つ制御がフィードバック制御により行われる。
【0089】
第２番目の周期ではまた、第１番目の周期の第１インターバル期間ｔ11 ないし第３インターバル期間ｔ31の安定期間でそれぞれレベル検出部２が検出したレベルと、第２番目の周期の第１インターバル期間ｔ12 ないし第３インターバル期間ｔ32の安定期間でそれぞれレベル検出部２が検出したレベルとの平均値を第１ないし第３インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、これらの平均検出レベルを次周期（第３番目の周期）の第１インターバル期間ないし第３インターバル期間でそれぞれ高周波電力の電圧波形の包絡線がとるべき目標レベルＰ31ないしＰ33として次周期目標レベル記憶部５に記憶させる。
【0090】
以下同様にして、第３番目の周期以降の各周期において、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各インターバル期間の過渡期間で包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている目標レベルに一致させるオープンループ制御が行われ、各インターバル期間の安定期間で、包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部に記憶されている目標レベルに保つフィードバック制御が行われる。またｍ＝２である場合には、各インターバル期間で一つ前の周期の対応するインターバル期間の安定期間で検出されたレベルと現在の周期の各インターバル期間の安定期間で検出されたレベルとの平均値を平均検出レベルとして演算して、演算した各インターバル期間の平均検出レベルを次周期の各インターバル期間で包絡線がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部５に記憶させる。
【0091】
平均値を演算するインターバル期間の数（各インターバル期間のレベルの平均値の演算を行う周期数）ｍは２以上の適宜の整数に設定する。ｍの最適値は、実験データにより決める。
【0092】
上記のように、本実施形態では、ステップ状のレベル変化を示す波形により変調された電圧波形を有する高周波電力を得る際に、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始直後の過渡期間の間のレベル制御を、フィードバック制御によるのではなく、オープンループ制御により行ない、高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過した後の安定期間の間、レベル検出部が検出したレベルを目標レベルに保つ制御をフィードバック制御で行なうので、レベル変化の速度が如何なる場合でも、またレベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じることがなく、かつ各インターバル期間の安定期間における包絡線のレベルが正確に目標レベルに保たれた電圧波形を有する高周波電力を得ることができる。
【0093】
また本実施形態では、電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間で包絡線の波形がとるべき目標レベルを、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのｍ個の周期の対応するインターバル期間の安定期間でレベル検出部が検出したレベルを平均したレベルとするので、各インターバル期間における目標レベルを、直近のｍ周期の対応するインターバル期間において実際にフィードバック制御された安定なレベルの平均値に等しくすることができ、各インターバル期間において過渡期間に相当する時間が経過するまでの間オープンループ制御を行って増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと、フィードバック制御に切替えた瞬間に増幅器から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの間に殆ど差が生じないようにすることができる。従って、本実施形態によれば、レベル変化の周期が如何なる場合でも、各レベル変化タイミングでリンギングや波形鈍りが生じるのを防ぐことができるだけでなく、制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替る際に電圧変動が生じるのを防いで、きれいな波形の高周波電力を得ることができる。
【0094】
更に本実施形態によれば、増幅器１０２から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各レベル変化タイミングで、リンギングや波形鈍りが発生することがないので、過度期間を短くすることができ、高周波電圧の包絡線の検出速度を高めることができる。そのため、高周波電力を変調する波形のレベル変化が高速である場合にも、各レベル変化タイミングから過渡期間の間のレベル制御と、各インターバル期間におけるレベル制御とを正確に行なわせることができ、高速のパルス波形やステップ波形等により高周波電力を変調する場合にも問題なく対応することができる。
【0095】
上記のような制御を行なわせた場合に高周波信号発生・増幅部１から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の一例を、図６及び図７に拡大して示した。図６は、図５のインターバル期間ｔ11及びインターバル期間ｔ21の前半部分付近の波形を拡大して示したものであり、図７は、図５のインターバル期間ｔ12及びインターバル期間ｔ22の前半部分の波形を拡大して示したものである。
【0096】
第１番目の周期Ｔ1においては、各レベル変化タイミングで先ずオープンループ制御で電圧波形の包絡線の波形のレベルを予め設定された設定目標レベルとする制御が行なわれ、次いで過渡期間が経過した時点で、制御演算部６０６に与えられる制御信号が誤差信号に切り替えられて、電圧レベルの制御がフィードバック制御に切替えられるが、この切換の際には、図６のΔｔ11，Δｔ21の期間の波形に見られるように、僅かではあるがレベル変動Ｖが生じることがある。
【0097】
これに対し、第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間においては、直近の最大ｍ個の周期のそれぞれの対応するインターバル期間の安定期間で検出された安定なレベルの平均値を目標レベルとして包絡線のレベルを制御するので、第２番目の周期以降の各周期においては、各インターバル期間で電圧波形の包絡線がとるべき目標レベルを、直近の最大ｍ個の周期のそれぞれの対応するインターバル期間の安定期間で検出された安定なレベルの平均値に等しくすることができる。そのため、第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間の過渡期間でオープンループ制御により増幅器から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと、各インターバル期間の安定期間で包絡線のレベルの制御をオープンループ制御からフィードバック制御に切替えた瞬間に増幅器から出力される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルとの間に殆ど差が生じないようにすることができ、図７のΔｔ12の期間の波形及びΔｔ22の期間の波形に見られるように、第２番目の周期以降の各周期における電圧波形を、制御がオープンループ制御からフィードバック制御に切り替えられる際に電圧変動が生じることがないきれいな波形とすることができる。
【0098】
上記の動作説明では、高周波信号発生・増幅部１から出力させる高周波電力を零から立ち上げる際の最初の周期を第１番目の周期として、この第１番目の周期の各インターバル期間における電圧レベルの目標レベルを予め設定した初期レベルとするとしたが、上記のように、第２番目の周期以降の各インターバル期間における目標レベルを、各周期より前の複数の周期の各インターバル期間の安定期間で検出されたレベルの平均値とする構成をとる場合に、高周波信号発生・増幅部１から一旦高周波電力を出力させた後、高周波電力の出力を中断することなく、途中で各インターバル期間における目標レベルを変更する場合には、各インターバル期間における目標レベルが変更された（更新された）高周波電力を発生させる際の最初の周期を第１番目の周期として、その周期の各インターバル期間における目標レベルを更新された設定目標レベルとする必要がある。
【0099】
図１に示したように、高周波信号発生・増幅部１に高周波信号発生器１０１とレベル調節部１０３とを設けて、高周波信号発生器１０１に与えるレベルデータを可変値とし、レベル調節部１０３に与えるレベルデータを固定値としてオープンループ制御を行い、高周波信号発生器１０１に与えるレベルデータを可変値とし、レベル調節部１０３に与えるレベルデータを固定値としてフィードバック制御を行う構成は、高周波信号発生器を構成するＤＤＳ１０１として、レベルデータをシリアルデータとして入力する形式のものしか入手することができない場合、及びレベル調整部１０３として、その出力レベルを０ｄＢまで絞り込むことが難しいものしか入手することができない場合に有利な構成である。
【0100】
図１に示したように構成しておくと、レベル変化タイミングで高周波電力の電圧レベルを零から立ち上げる動作及び当該電圧レベルを零まで立ち下げる動作を、ＤＤＳの性能により問題なく実現することができる。またレベルデータがパラレルデータとして入力される高速のＤ／Ａ変換器１０４を通してレベル調節部１０３にレベルデータを与えることにより、各インターバル期間の安定期間におけるフィードバック制御を高速で行なわせて、各インターバル期間において電圧レベルを目標レベルに保つ制御を正確に行なわせることができる。即ち、ＤＤＳとレベル調整器がそれぞれ有するメリットを活かして、各レベル変化タイミングから過渡期間の間に行なうオープンループ制御と、各インターバル期間の過渡期間が経過した後の残りの期間に行なうフィードバック制御との双方を適確に行なわせることができる。
【0101】
図１に示した実施形態に係わる高周波電源装置の構成の特徴をまとめて示すと、下記の通りである。（ａ）高周波信号発生・増幅部１は、高周波信号発生器１０１と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器１０２と、高周波信号発生器１０１から増幅器１０２に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部１０３を備えて、電圧波形の包絡線が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっている波形を呈するように変調された高周波電力を出力する。
（ｂ）高周波信号発生・増幅部１が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始時から設定された時間が経過するまでの期間及び該設定された時間が経過した後の残りの期間をそれぞれ各インターバル期間の過渡期間及び安定期間とする。
（ｃ）高周波信号発生器１０１は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）により構成されている。
（ｄ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第１番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間、増幅器１０２から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部３に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするようにＤＤＳ１０１にレベルデータ(可変値）を与えることにより行う。このときレベル調整器１０３には一定のレベルデータを与えておく。
（ｅ）上記第１番目の周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部２により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部１０３にレベルデータを与えることにより行う。
（ｆ）平均検出レベル演算部４は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部２が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部２が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。
（ｇ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各周期の各インターバル期間において平均検出レベル演算部４により演算された平均検出レベルは、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間において該包絡線がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部５に記憶される。
（ｈ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間、増幅器１０２から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを、次周期目標レベル記憶部５に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするようにＤＤＳ１０１にレベルデータを与えることにより行う。
（ｉ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期における各インターバル期間で行うフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間でレベル検出部２により検出されるレベルと次周期目標レベル記憶部５に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部１０３にレベルデータ(可変値）を与えることにより行なう。このときＤＤＳ１０１には一定値に固定されたレベルデータを与えておく。
【0102】
［第２の実施形態］図２は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波電源装置の構成を示したブロック図である。本実施形態では、コントローラ６０１から高周波信号発生器（ＤＤＳ）１０１にレベルデータ(固定値）が与えられ、制御演算部６０６からはレベル調節部１０３へのみレベルデータ(可変値）が供給される。
【0103】
図２に示した実施形態では、各周期の各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間に行なうオープンループ制御及び各周期の各インターバル期間の安定期間で行なうフィードバック制御の双方を、レベル調節部１０３に与えるレベルデータを可変値とすることにより行なう。その他の点は図１に示した実施形態と同様である。図２に示した実施形態の構成は、レベル調節部１０３として、その出力レベルを零レベルまで問題なく絞ることができる特性を有するものを用いることができる場合に有利な構成である。本実施形態のように構成すると、各レベル変化タイミングから設定された過渡期間が経過するまでの間に行なうオープンループ制御及び各レベル変化タイミングから過渡期間が経過した後の残りの安定期間の間に行なうフィードバック制御の双方を高い応答性を持たせて行なうことができる。
【0104】
図２に示した実施形態に係わる高周波電源装置の構成の特徴をまとめて示すと、下記の通りである。（ａ）高周波信号発生・増幅部１は、高周波信号発生器１０１と該高周波信号発生器が発生する高周波信号を増幅する増幅器１０２と、高周波信号発生器１０１から増幅器１０２に与えられる高周波信号のレベルをレベルデータに応じて調節するレベル調節部１０３を備えて、電圧波形の包絡線が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっている波形を呈するように変調された高周波電力を出力する。
（ｂ）高周波信号発生・増幅部１が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始時から設定された時間が経過するまでの期間及び該設定された時間が経過した後の残りの期間をそれぞれ各インターバル期間の過渡期間及び安定期間とする。
（ｃ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第１番目の周期の各インターバル期間で行うオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間、増幅器１０２から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部３に記憶された対応するインターバル期間の設定目標レベルに等しくするようにレベル調節部１０３にレベルデータを与えることにより行う。
（ｄ）上記第１番目の周期の各インターバル期間で行うフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部２により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部１０３にレベルデータを与えることにより行う。
（ｅ）平均検出レベル演算部４は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部２が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部２が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。
（ｆ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各周期の各インターバル期間において平均検出レベル演算部４により演算された平均検出レベルは、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間において該包絡線がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部５に記憶される。
（ｇ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間、増幅器１０２から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部５に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするようにレベル調節部にレベルデータを与えることにより行う。
（ｈ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間レベル検出部２により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと次周期目標レベル記憶部５に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにレベル調節部１０３にレベルデータを与えることにより行なう。
【0105】
［第３の実施形態］図３は、本発明の第３の実施形態に係わる高周波電源装置の構成を示したブロック図である。本実施形態では、図１及び図２の実施形態で設けられていたレベル調節部１０３が省略されて、高周波信号発生器（ＤＤＳ）１０１の出力が直接増幅器１０２に入力されている。
【0106】
この例では、各周期の各インターバル期間の過渡期間が経過するまでの間に行なうオープンループ制御及び各インターバル期間の安定期間の間に行なうフィードバック制御の双方を、高周波信号発生部１０１に与えるレベルデータを可変値として行なう。その他の点は図２に示した実施形態と同様である。
【0107】
図３に示したように構成すると、図１及び図２の実施形態で用いられていたレベル調節部１０３を省略することができるため、装置の構成を簡素化することができる。図３に示した実施形態の構成は、ＤＤＳ１０１として、レベルデータをシリアルデータで入力し得る高速のもの(出力レベルの調整を高速度で行なうことができるもの）を入手することができる場合に有利な構成である。
【0108】
図３に示した実施形態に係わる高周波電源装置の構成の特徴をまとめて示すと、下記の通りである。（ａ）高周波信号発生・増幅部１は、外部から与えられたレベルデータが示すレベルを有する高周波信号を出力するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）により構成された高周波信号発生器１０１と、高周波信号発生器１０１の出力を増幅する増幅器１０２とからなっていて、電圧波形の包絡線が、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間の期間が一定のレベルを保持するインターバル期間となっている波形を呈するように変調された高周波電力を出力する。
（ｂ）高周波信号発生・増幅部１が出力する高周波電力の電圧波形の包絡線の波形の各周期の各インターバル期間の開始時から設定された時間が経過するまでの期間及び該設定された時間が経過した後の残りの期間をそれぞれ各インターバル期間の過渡期間及び安定期間とする。
（ｃ）第１番目の周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間増幅器１０２から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを設定目標レベル記憶部３に記憶された対応する設定目標レベルに等しくするようにＤＤＳにレベルデータを与えることにより行う。
（ｄ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第１番目の周期における各インターバル期間で行うフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間、レベル検出部２により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと対応する設定目標レベルとの偏差を零にするようにＤＤＳ１０１にレベルデータを与えることにより行う。
（ｅ）平均検出レベル演算部４は、電圧波形の包絡線波形が各周期の各インターバル期間でとるべきレベルを前記設定目標レベルとした高周波電力を高周波電源装置から最初に出力させる際の包絡線波形の最初の周期を第１番目の周期とし、包絡線波形の各周期の各インターバル期間をその開始直後に設定された過渡期間と該過渡期間が経過した後の安定期間とに分けて、包絡線波形の第１番目の周期から第ｍ−１番目の周期（ｍは２以上の整数からなる設定値）までの各周期においては、第１番目の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部２が検出したレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算し、包絡線波形の第ｍ番目の周期以降の各周期においては、ｍ−１個前の周期から現在の周期までのそれぞれの周期の対応する各インターバル期間の安定期間でレベル検出部２が検出したｍ個のレベルを平均したレベルを各インターバル期間の平均検出レベルとして演算する。
（ｆ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の各周期の各インターバル期間において平均検出レベル演算部４により演算された平均検出レベルは、該平均検出レベルを演算した周期の次の周期の対応するインターバル期間において該包絡線がとるべき目標レベルとして次周期目標レベル記憶部５に記憶される。
（ｇ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるオープンループ制御は、各インターバル期間の開始時から設定された過渡期間が経過するまでの間、増幅器１０２から出力させる高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルを次周期目標レベル記憶部５に記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルに等しくするようにＤＤＳ１０１にレベルデータを与えることにより行う。
（ｈ）高周波電力の電圧波形の包絡線波形の第２番目の周期以降の各周期の各インターバル期間におけるフィードバック制御は、各インターバル期間の安定期間の間レベル検出部２により検出される高周波電力の電圧波形の包絡線のレベルと次周期目標レベル記憶部３Ｂに記憶されている対応するインターバル期間の目標レベルとの偏差を零にするようにＤＤＳ１０１にレベルデータを与えることにより行なう。
【0109】
上記の各実施形態では、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有して、各レベル変化タイミングから次のレベル変化タイミングまでのインターバル期間がレベルを保持する期間となっているステップ波形を変調波形として、この変調波形で変調された高周波電力を得るように、高周波信号発生・増幅部１を制御するようにしたが、本発明はステップ波形を変調波形とする場合に限られるものではなく、ステップ状のレベル変化を示すレベル変化タイミングを１周期の間に複数有し、各レベル変化タイミングと次のレベル変化タイミングとの間のインターバル期間がレベルを保持し続ける期間となっている波形を呈する変調波形で高周波電力を変調する場合に広く適用することができる。
【0110】
例えば、図８に示すようにパルス波形により高周波電力を変調する場合にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【0111】
１ 高周波信号発生・増幅部１０１ 高周波信号発生部（ＤＤＳ）
１０２ 増幅器
１０３ レベル調節部
１０４ Ｄ／Ａ変換器
２ レベル検出部
２０１ 分波器
２０２ フィルタ
２０３ 検波器
２０４ レベル検出器
２０５ Ａ／Ｄ変換器
３ 設定目標レベル記憶部
４ 平均検出レベル演算部
５ 次周期目標レベル記憶部
６ 高周波電力制御部
６０１ コントローラ
６０２ 出力設定データ入力部
６０４ 誤差レベル検出部
６０５ 選択処理部
６０６ 制御演算部