(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
調理容器を上面に置く結晶化ガラスからなるトッププレートと、
該トッププレートの下に設けられ、前記調理容器を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、
該加熱コイルの下に設けられ、前記トッププレートに概垂直な赤外線平行光線束を投光する赤外線投光手段と、
該加熱コイルの下に設けられ、前記赤外線投光手段が投光し、前記調理容器で反射される赤外線光線を受光する受光手段を備え、
該受光手段を、前記赤外線投光手段から前記調理容器に至る前記赤外線平行光線束内に備えることを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項２】
請求項１に記載の誘導加熱調理器において、
前記赤外線投光手段が放物面鏡とその焦点に配置される赤外線発光手段から構成される誘導加熱調理器。
【請求項３】
請求項１に記載の誘導加熱調理器において、前記投光手段の横に前記調理容器から放射される赤外線を検出する赤外線検出手段を備える誘導加熱調理器。
【請求項４】
請求項１に記載の誘導加熱調理器において、前記調理容器から放射される赤外線及び前記赤外線平行光線束を導光する導光筒を前記加熱コイル内に備える誘導加熱調理器。
【請求項５】
請求項３に記載の誘導加熱調理器において、前記赤外線検出手段の出力を前記受光手段の出力により補正する赤外線出力補正手段を備える誘導加熱調理器。
【請求項６】
調理容器を上面に置く結晶化ガラスからなるトッププレートと、
該トッププレートの下に設けられ、前記調理容器を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、
前記加熱コイルの支持部に設けられ、前記加熱コイルから放射される赤外線を遮断し、前記調理容器から放射される赤外線を前記赤外線検出手段に導く導光筒と、
該加熱コイルの下に設けられ、前記調理容器から放射される赤外線を検出する赤外線検出手段と、
該赤外線検出手段の横に設けられ、前記導光筒を通して前記トッププレートに概垂直な赤外線平行光線束を投光する赤外線投光手段と、
該赤外線投光手段が投光し、前記調理容器で反射される赤外線光線を受光する受光手段を備え、
該受光手段を、前記赤外線投光手段から前記調理容器に至る前記赤外線平行光線束内に備えることを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項７】
請求項６に記載の誘導加熱調理器において、
前記加熱コイルへ高周波電力を供給する高周波電力供給手段と、
該高周波電力供給手段の出力電力を制御する電力制御手段と、
前記赤外線検出手段の出力を前記受光手段の出力により補正する赤外線出力補正手段と、
該赤外線出力補正手段の出力により前記調理容器の底面の温度を検出する調理容器温度検出手段を備え、
該調理容器温度検出手段の出力に基づいて前記加熱コイルへの供給電力を制御することを特徴とする誘導加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサを用いて鍋の温度を検出する誘導加熱調理器に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱調理器は、結晶化ガラス等で構成されるトッププレート下に同心円状の誘導加熱コイル（以下「加熱コイル」と略称）を設置し、これに高周波電流を流し、発生する磁界でトッププレート上に戴置された調理容器である鍋底にうず電流を誘起し、このジュール熱で調理容器である鍋を直接加熱するものである。
【０００３】
誘導加熱調理器の鍋温度検出手段として、応答速度が良好な点で加熱された鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで観測し温度を検出するものが多く使われている。この赤外線センサは加熱コイル中心空隙付近の下に配置されて、鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで検出し、その出力に応じて加熱コイルを駆動するインバータ回路の出力を制御して調理温度を調整するものである。
【０００４】
赤外線センサで温度検出する場合の課題は、被測定物（調理鍋）の放射率の影響を受けることである。鍋底の赤外線放射率は、鍋底の材質，色，加工状態（鍋底の塗装や刻印，ヘアライン加工，リング加工，打ち込み加工，凹凸等）に大きく依存する。また、同じ鍋であっても鍋底に付着した調理油等の汚れによって放射率が異なってくる。すなわち、同じ温度，同じ材質の鍋底であっても、色，加工あるいは汚れ状態や凹凸が異なると放射する赤外線エネルギーが異なるため赤外線センサで受光する赤外線エネルギーも異なり、異なる温度が検出されることになる。このため、鍋底の相違により赤外線センサによる温度検出が異なるのを補正する手段が必要になる。
【０００５】
この課題を解決する公知例として特許文献１，２，３，４に挙げるものがある。
【０００６】
特許文献１の技術は、トッププレート上に置かれる被加熱物（鍋）に対して投光する発光手段と被加熱物からの反射光を受光する受光手段を備え、受光手段の出力から換算された被加熱物の放射率で赤外線センサの出力を補正して温度検出するものである。これにより被加熱物（鍋）の放射率に影響されない正確な鍋温度検出技術になっている。
【０００７】
特許文献２の技術は、特許文献１の技術に加え、相対する発光手段と受光手段を、鍋を戴置するトッププレートと角度ａを持たせて配置したものである。この角度ａはトッププレートと鍋が密着するときの鍋底面で光が反射する角度である。これにより鍋が反っている場合でも放射率を正確に検出でき、より正確な鍋温度検出技術になっている。
【０００８】
特許文献３の技術は、特許文献１の技術に加え、受光手段の周囲に配置した発光手段を複数備えるものである。複数の発光手段が順次発光する光線の鍋での反射光を、発光に同期して受光手段で受け、この出力で鍋底面の複数個所の反射率を得て放射率に換算するもので、この放射率で赤外線センサの出力を補正して温度検出するものである。これにより鍋の刻印による凹凸や文字印刷等の局所的な放射率変化を回避してより正確な放射率を検出でき、より正確な鍋温度検出技術になっている。また、同様な効果を有する、発光手段の周囲に複数の受光手段を配置して、より正確な放射率を検出する技術も開示されている。
【０００９】
特許文献４の技術は、特許文献１の技術に加え、トッププレートの端面から近赤外線を入射する発光手段と、前記発光手段と対面する端面に設けられ鍋の底面からの反射光の強度を検知する反射センサを備え、反射センサの出力から鍋底面の放射率を得て、この放射率で赤外線センサの出力を補正して温度検出するものである。これによりトッププレート内部を導光路として用い鍋底面の広い範囲での放射率を検出し、鍋の戴置位置のずれ、鍋底の刻印，加工状態に関係なく正確に放射率を得て、より正確な鍋温度検出技術になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２２５８８１号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１２２０号公報
【特許文献３】特開２００６−２２１９５０号公報
【特許文献４】特開２００６−２６０９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１では、具体的な発光手段として単一の赤外線ＬＥＤまたはレーザなどの光源、受光手段として単一の赤外線フォトトランジスタ、そしてこれら手段の使用波長、光学的なバンドパスフィルタによる分光手段が提示されている。しかし、後述するように単一の赤外線ＬＥＤと単一の赤外線フォトトランジスタを使用する場合には鍋の反射率つまり放射率を正確に検出することは困難である。得られる反射率は鍋の極狭い面積でのそれであり、温度検出赤外線センサが受光する広い鍋底面での反射率とは異なる。このため、検出した反射率（放射率＝１−反射率）で温度検出赤外線センサ出力を補正して鍋温度を検出しても正確なものとはならない。
【００１２】
特許文献２は、特許文献１技術に加え、一対の発光手段と受光手段をトッププレートと角度ａを持たせて配置し、鍋の反り，凹凸などでトッププレートと鍋底面が角度を持つときでも正確な反射率が得られるようにする技術である。また、この対の発光手段と受光手段に加え、角度ａと異なる角度で複数対持たせる技術も提示されている。しかし、特許文献１と同様単一の赤外線ＬＥＤと単一の赤外線フォトトランジスタを使用する場合には鍋の反射率つまり放射率を正確に検出することは困難である。得られる反射率は鍋の極狭い面積での特定角度の反りに対応しただけのものであり、温度検出赤外線センサが受光する広い鍋底面での反射率とは異なる。このため、検出した反射率（放射率＝１−反射率）で温度検出赤外線センサ出力を補正して鍋温度を検出しても正確なものとはならない。
【００１３】
特許文献３は、特許文献１技術に加え、複数の発光手段と複数の受光手段を温度検出赤外線センサの周囲に配置して、一対の発光手段と受光手段で検出する鍋の狭い面積での反射率を複数求め、この複数個所の反射率情報から温度検出赤外線センサの視野部分での放射率に換算し、この放射率で温度検出赤外線センサ出力を補正して正確な鍋温度を検出する技術である。発光手段あるいは受光手段の個数を多くすれば、より広い面積の放射率を正確に検出することができるが、実際に加熱コイル下に数多くの例えば１０個以上の発光手段あるいは受光手段を設けることは困難であり、設けることができた場合でも高価となると言う課題がある。
【００１４】
特許文献４は、特許文献１技術に加え、トッププレートの端面に一つの発光手段と他面に一つの受光手段を設置し、発光手段が投光する赤外線を、トッププレートを導光路として所定面積の鍋底面に導き、この鍋底面で反射する反射光を同じくトッププレートを導光路として受光手段で受光し鍋の反射率を検出するものである。しかし、トッププレートを導光路とするためにトッププレート上下面に反射材をコーティングする必要がある。特に、鍋底が接する上面は耐熱反射材が必要となる。反射材の代わりに光反射層を機械的あるいは化学的手段で微細な凹凸として構成する必要がある。また、発光手段の投光する光をトッププレート内に効率良く導くための光カプラ、反射光を投光光と分離し反射光のみを効率良く受光手段に導くための光カプラも必要となる。これらの光学的な部品，材料，トッププレート表面処理は複雑で高価となると言う課題がある。
【００１５】
本発明は、赤外線センサとしてサーモパイルを用いた鍋温度検出手段において、トッププレート上に置かれる鍋底の状態つまり凹凸，反りや汚れ更に材質，色，加工状態に拘らず、安定して精度良く検出することを可能にし、安全性，使い勝手の向上した誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題は、調理容器を上面に置く結晶化ガラスからなるトッププレートと、該トッププレートの下に設けられ、前記調理容器を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、該加熱コイルの下に設けられ、前記トッププレートに概垂直な赤外線平行光線束を投光する赤外線投光手段と、該加熱コイルの下に設けられ、前記赤外線投光手段が投光し、前記調理容器で反射される赤外線光線を受光する受光手段を備え、該受光手段を、前記赤外線投光手段から前記調理容器に至る前記赤外線平行光線束内に備えた誘導加熱調理器によって解決できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、赤外線投光手段で鍋底の広い面積部分に赤外平行光線を投光し、その反射光の大部分を赤外線反射受光手段で受光するため鍋底の広い範囲の平均的な反射率（＝１−放射率）を検出できる。このため、検出した反射率は鍋底の局所的な汚れ，凹凸，刻印，印刷塗装などの影響を受けにくい。また、赤外線投光手段および赤外線反射受光手段と赤外線検出手段とは横に並べて配置されるため、鍋の放射する赤外線検出範囲（赤外線検出手段の視野）と赤外線投光手段および赤外線反射受光手段で検出する鍋の反射率検出範囲（投光面と反射受光手段の視野）を重複することができる。このため、ほぼ鍋底の同一面で、反射率検出で検出した反射率すなわち放射率に比例する赤外線検出出力を得る事ができ、反射率補正すれば正確な放射温度を検出できる。
【００１８】
この補正を行うことで鍋底の材質，色，加工状態あるいは汚れの状態に拘らず正確に鍋底温度を検出することが可能になり、正確に検出した鍋底温度を用いて加熱の制御を行うことができるので、上手に調理をすることが可能となる。つまりどんな鍋でも安定して加熱鍋底の温度を正確に検出する鍋温度検出手段を提供することができる。そして、正確に検出した鍋温度により適切に加熱コイルへの高周波電力を制御することで安全かつ最適な調理を可能にする誘導加熱調理器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１の誘導加熱調理器の構成を示す斜視図。
【図２】実施例１の誘導加熱調理器の構成を示す断面図。
【図３】実施例１の加熱コイル周辺の詳細を示す断面図。
【図４】実施例１の加熱コイルおよび鍋温度検出装置の配置を示す平面図。
【図５】実施例１の加熱コイルの裏面を示す平面図。
【図６】実施例１の鍋温度検出装置の平面および断面図。
【図７】実施例１の赤外線投光手段および赤外線反射受光手段の詳細を示す図。
【図８】実施例１で使用するトッププレートなどガラスの光学特性を示す図。
【図９】実施例１の赤外線ＬＥＤ，フォトトランジスタの光学特性を示す図。
【図１０】実施例１のサーモパイルの詳細を示す平面および断面図。
【図１１】実施例１のサーモパイルの視野特性を示す図。
【図１２】実施例１の反射率検出範囲とサーモパイル検出範囲との関係を示す図。
【図１３】実施例１の誘導加熱調理器の制御ブロック図。
【図１４】実施例１のサーモパイル温度検出回路の詳細を示す図。
【図１５】実施例１の反射率検出回路の詳細を示す図。
【図１６】実施例１の反射率検出回路の動作タイミングチャート。
【図１７】実施例１の反射率検出回路の鍋有無による出力を示す図。
【図１８】黒体温度の分光放射エネルギー分布を示す図。
【図１９】実施例１の黒体（鍋底）温度とサーモパイル温度検出回路出力の関係を示す図。
【図２０】実施例１のトッププレート温度とサーモパイル温度検出回路出力の関係を示す図。
【図２１】実施例１の反射率検出回路の反射電圧と反射率の関係を示す図。
【図２２】実施例１の各種鍋の鍋底温度と鍋温度検出回路出力の関係を示す図。
【図２３】実施例１の各種鍋の放射率と反射率の関係を示す図。
【図２４】実施例１の各種鍋の反射補正係数Ｋと反射電圧Ｖｒの関係を示す図。
【図２５】単一素子による反射検出と実施例１の反射検出の相違を模式的に示す図。
【図２６】単一素子による反射検出と実施例１の反射検出の検出バラツキを示す図。
【図２７】実施例１の誘導加熱調理のフローチャート。
【図２８】実施例１の反射率検出のフローチャート。
【図２９】実施例１の鍋温度検出のフローチャート。
【図３０】実施例１の鍋温度検出のフローチャート。
【図３１】実施例２の赤外線投光手段および赤外線反射受光手段を示す図。
【図３２】実施例２の反射型赤外線ＬＥＤの概略構成を示す図。
【図３３】実施例３の赤外線投光手段および赤外線反射受光手段を示す図。
【図３４】実施例４の赤外線投光手段および赤外線反射受光手段を示す図。
【図３５】実施例５の赤外線投光手段および赤外線反射受光手段を示す図。
【図３６】実施例６の誘導加熱調理器の制御ブロック図。
【図３７】実施例６の照度検出回路の詳細を示す図。
【図３８】実施例６の照度検出回路の出力電圧と照度の関係を示す図。
【図３９】実施例６の誘導加熱調理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は実施例１の誘導加熱調理器の本体１の斜視図であり、図２は図１中に一点鎖線ＡＡ′で示される部分に調理鍋６を載せたときの概略縦断面図である。以下では、誘導加熱が可能な鍋置き場所が２口、ラジエントヒータやハロゲンヒータ等のヒーター（加熱源）の放射熱で加熱可能な鍋置き場所が１口ある３口の誘導加熱調理器を例に挙げ説明を行うが、本発明の適用対象はこれに限られず、例えば、誘導加熱が可能な鍋置き場所を３口設けた誘導加熱調理器であっても良い。なお、調理鍋６は、誘導加熱に適した磁性体の鉄鍋であっても良いし、非磁性体のアルミ鍋，銅鍋であっても良い。
【００２２】
図１および図２に示すように、本体１の上面には、結晶化ガラス等の非磁性体によって形成されたトッププレート２が装着されている。また、トッププレート２の手前には、各口の加熱開始あるいは加熱コースを指示するスイッチ、各口の加熱状態（温度等）を表示する表示器が配置される操作表示部３が装着されている。
【００２３】
トッププレート２の上面には、その下に配置される加熱コイル７あるいはラジエントヒータの最外半径におよそ一致する半径の円４が加熱可能な鍋置き場所を示すために印刷されている。また、トッププレート２は普通可視光に対して透明であるため、上面にはフリットガラスに耐熱塗料を混入した耐熱耐久性の衣装印刷、下面には耐熱面塗装を施し、機器内部が見えないようにしてある。誘導加熱が可能な鍋置き場所２口の円４の中央から約５０mmずれた位置に後述する鍋温度検出のために前記印刷，塗装を行っていない赤外線透過窓５が設けられている。この赤外線透過窓５は赤外光を透過させるためであり、この部分だけ赤外光に対しては透明な可視光カット部材（耐熱フィルムまたはガラス）を下面に装着しても良い。
【００２４】
トッププレート２の上面の各口（円４）に、調理鍋６を置き加熱調理を行う。図２に示すように、加熱コイル７にインバータ回路８（高周波電流供給手段）からの高周波電流を供給すると、外周側の第１のコイル７ａと内周側の第２のコイル７ｂに分割された加熱コイル７が高周波磁界９（図中破線で示す）を発生し、この高周波磁界が調理鍋６と鎖交して、渦電流を発生し、そのジュール熱により調理鍋６自身が誘導加熱され発熱する。従って、調理鍋６内の調理物は、調理鍋６自身の発熱によって加熱調理される。このとき、調理鍋６の下にあるトッププレート２も、発熱した調理鍋６からの伝熱あるいは放射熱により高温になる。
【００２５】
図３に加熱コイル７周辺の断面を詳しく示す。図３に示すようにトッププレート２下面には第１のコイル７ａと第２のコイル７ｂの間にコイル間隙７ｃを備えて分割された加熱コイル７が耐熱プラスチックで構成されるコイルベース１０内に同心円状（渦巻き状）に巻かれて配置される。加熱コイル７の下側にはコイルベース部材内部にコ字状のフェライト１１が凸部を上にして放射状に配置されている。このフェライト１１は加熱コイル７が発生する磁束をトッププレート２上の調理容器である調理鍋６に効率良く導くために配置される。また、磁束がコイルベース１０下部に漏洩するのを防止する。フェライト１１は透磁率が高く磁束はほとんどフェライト１１内を通過するからである。
【００２６】
コイルベース１０の下には加熱コイル７を冷却するためのコイル冷却風路１５が設置される。コイル冷却風路１５は二つに分けられ、一つは第１のコイル７ａの内周側に接続され、第２のコイル７ｂおよび第１のコイル７ａ上面を冷却するコイル上面冷却風路１５ａ、他の一つは第１のコイル７ａの下面を冷却するコイル下面冷却風路１５ｂである。コイルベース１０の中心部分下に位置するコイル冷却風路１５ａの上面には円形上のコイル上面冷却風送出孔１５ｃが開口している。
【００２７】
コイルベース１０の中心部は円筒状の内空洞１４ａになっており、第１のコイル７ａの内周側にはフェライト１１を内蔵する放射上梁に繋がる円筒状の外空洞壁１４ｂになっている。この外空洞壁１４ｂの下部に、コイル冷却風路１５ａのコイル上面冷却風送出孔１５ｃが接続される。コイル上面冷却風送出孔１５ｃの周囲にはグラスウール等のシール材１６が設けられ先の外空洞壁１４ｂに接続されている。
【００２８】
コイル冷却風路１５の下にはインバータ回路８等の回路基板を内蔵する回路冷却風路１７ａ，１７ｂが２段重ねて設けられ、夫々には左右の加熱コイル７Ｌ，７Ｒのインバータ回路等が内蔵されている。これらの冷却風路は本体１に固定される。
【００２９】
コイルベース１０はコイル下面冷却風路１５ｂまたは回路冷却風路１７ａに固定される３個のコイルベース受け１２からバネ１３で押され、トッププレート２の下面に押し付けられる。
【００３０】
コイル冷却風送出孔１５ｃ下のコイル上面冷却風路１５ａ中には鍋温度検出装置１８が配置される。鍋温度検出装置１８は誘導加熱された調理鍋６の底面温度をトッププレート２の赤外線透過窓５を透過する赤外線から検出する。また、赤外線投光器３５および赤外線反射受光器３６も内蔵され加熱される調理鍋６底面の反射率を検出する。
【００３１】
加熱調理中にはコイル上面冷却風路１５ａ，コイル下面冷却風路１５ｂ，回路冷却風路１７ａ，１７ｂには本体１に内蔵されるファン（図示せず）から外気が導入される。コイル上面冷却風路１５ａ内を流れる冷却風は鍋温度検出装置１８を冷却しながらコイル上面冷却風送出孔１５ｃから円筒状の外空洞壁１４ｂ内のコイル間隙７ｃおよび内空洞１４ａを上昇し、コイル間隙７ｃおよび内空洞１４ａ上部から、トッププレート２に遮られトッププレート２と加熱コイル７の間をコイル径方向外側に流れ、加熱コイル７の上面およびトッププレート２下面を冷却する。コイル下面冷却風路１５ｂのコイル７ａの下面にあたる部分には小さな孔が複数開けられ、コイル下面冷却風路１５ｂ内を流れる冷却風は、ここからコイル７ａ下面に向かって噴流してこれを冷却する。
【００３２】
図４に、図３からトッププレート２を取り除き、上方から加熱コイル７，コイルベース１０、および、コイル冷却風路１５ａを見た詳細構成図を示す。ここでは特に、加熱コイル７および内空洞１４ａと鍋温度検出装置１８の水平面での位置関係を示している。
【００３３】
加熱コイル７は、テフロン（登録商標）等で絶縁被膜されるリッツ線で同心円状に同一方向に巻回され、外周側の第１のコイル７ａと内周側の第２のコイル７ｂに分割される。その間隙７ｃは幅およそ１５mmの同心帯状をなし、第１のコイル７ａの巻き終わりは間隙７ｃを架橋し第２のコイル７ｂの巻き始めとなり、第１のコイル７ａと架橋線７ｄと第２のコイル７ｂで加熱コイル７を構成する。コイルベース１０には第１のコイル７ａの内周側に円筒状の外空洞壁１４ｂが設けられ、その内側がコイル間隙部７ｃとなっている。また、第２のコイル７ｂの内周側に内空洞１４ａが設けられる。さらに、コイル間隙部７ｃの一部、放射状に配置される二つのフェライト１１間に楕円筒状のセンサ視野筒１９（およそ縦１２mm，横２４mmの楕円）が設けられ、このセンサ視野筒１９の下に鍋温度検出装置１８が設置される。
【００３４】
センサ視野筒１９の上部横にはトッププレート２の赤外線透過窓５の横下面に接触するようにサーミスタ２０が設置される。
【００３５】
誘導加熱された鍋底面からの赤外線はトッププレート２の赤外線透過窓５を透過し、センサ視野筒１９から後で詳細に説明する鍋温度検出装置１８に内蔵されるサーモパイル２５に入射する。また、赤外線投光器３５の投光する赤外線はセンサ視野筒１９，赤外線透過窓５を通過して調理鍋６の底で反射され、この反射光は赤外線反射受光器３６で受光される。
【００３６】
図５は図４を裏から見た図を示す。コイルベース１０には２個のコイル端子２１ａ，２１ｂが設けられ、低電圧端子２１ａには第１のコイル７ａの巻き始めが接続され、高電圧端子２１ｂには第２のコイルの巻き終わりが接続される。この端子にはインバータ回路８の出力線２２ａ，２２ｂがねじで固定される。銅やアルミニウム等の非磁性体の鍋では４〜５ｋＶの高電圧が出力される高電圧出力線２２ｂは高電圧端子２１ｂに接続される。
【００３７】
図４，図５で説明したように鍋温度検出装置１８は、架橋線７ｄの近傍をさけ、かつ高電圧出力線２２ｂが接続される高電圧端子２１ｂから離れた位置にあるコイル間隙部７ｃに設けられたセンサ視野筒１９の下にそのケース窓３０が位置するように設置される。
【００３８】
加熱コイル７を二つの部分に分割し、その間隙７ｃにセンサ視野筒１９を設け、その下に鍋温度検出装置１８を設ける理由は、加熱コイル７の径方向幅中間部の磁束が一番強く、この上の鍋底が一番高温に加熱され、その部分の温度を正確に検出するのが異常過熱の防止に役立つためである。
【００３９】
図６に鍋温度検出装置１８の詳細を示す。
【００４０】
図６（ａ）は、鍋温度検出装置１８の平面図を示す。鍋温度検出装置１８は、ヒートシンク５９を被せた赤外線検出センサ（サーモパイル２５），放物面反射鏡５１と赤外線ＬＥＤ５０等で構成される赤外線投光器３５（赤外線投光手段），赤外線フォトトランジスタ５４等で構成される赤外線反射受光器３６（赤外線反射受光手段）を中心に構成される。サーモパイル２５と赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６はサーモパイル２５の出力信号を増幅するサーモパイル温度検出回路７２（後で詳細を説明する）と反射率検出回路７３（後で詳細を説明する）が実装される電子回路基板２７に配置され、このサーモパイル２５と赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６および電子回路基板２７は、全体をプラスチック部材の赤外線センサケース２９（一点鎖線で示す）内に密封される。この赤外線センサケース２９には赤外線を透過させるためにケース窓３０が開けられ、このケース窓３０にはトッププレート２を構成する結晶化ガラスとほぼ同じ光学特性（但し図８薄線で示すように１μｍ以上の長波長側の光学特性はほぼ同じだが、短波長側でトッププレートに比べて透過率小の領域が４００ｎｍほどあり、この部分の可視光がカットされるため目には赤黒く見える）を持つ結晶化ガラスを薄く正方形に切り出したものを結晶化ガラス光学フィルタ３１として嵌め込んである。
【００４１】
そして、結晶化ガラス光学フィルタ３１の下にヒートシンク２６を被せたサーモパイル２５と赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６が電子回路基板２７上に実装されている。この赤外線センサケース２９は、周りをアルミニウム等の透磁率がほぼ１の金属ケース３２（２点鎖線で示す）で覆っている。当然、先のケース窓３０の所は開口されている。そして、更にアルミニウム金属ケース３２は、周りをプラスチック部材の外側赤外線センサケース３３で覆っている。当然先のケース窓３０の所は開口されている。つまり、サーモパイル２５は３重のケースで覆われた形になっている。そして、鍋温度検出装置１８はそのケース窓３０がコイルベース１０のセンサ視野筒１９内を望むようにコイル上面冷却風路１５ａ内に設置される。
【００４２】
図６（ａ）中のＡ−Ａ′線に沿った断面図を図６（ｂ）に示す。これは、赤外線センサケース２９内に設置される電子回路基板２７に装着されるサーモパイル２５および赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６と赤外線センサケース２９のケース窓３０，結晶化ガラス光学フィルタ３１との位置関係を示す断面図である。
【００４３】
図７（ａ）に赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６の詳細構成を示す。赤外線投光器３５は赤外線発光素子としての面実装タイプの赤外線ＬＥＤ５０と放物面にアルミあるいはクロム等の高反射率金属をメッキあるいは蒸着した放物面反射鏡５１，投光器遮光壁５２から構成される。放物面は、放物線Ｙ＝Ｘ2／４Ｆ（（０，Ｆ）：焦点位置）を回転してできる面であり、プラスチック部材上面にこの面を凹に構成し、この表面にアルミあるいはクロムをメッキあるいは蒸着して放物面反射鏡５１を作成する。放物面反射鏡５１は高輝アルミを成型して作成しても良い。赤外線ＬＥＤ５０は放物面反射鏡のほぼ焦点に、その発光が放物面反射鏡に照射されるように配置される。
【００４４】
赤外線反射受光器３６は砲弾型のプラスチックレンズを持つ赤外線フォトトランジスタ５４で構成され、放物面反射鏡の焦点同軸上に赤外線ＬＥＤ５０の反対側に受光面を上向けて装着される。
【００４５】
図に示すように、放物面反射鏡５１はその周囲を投光器遮光壁５２で囲われる。放物面反射鏡５１を投光器遮光壁５２で囲うのは、投光赤外線が電子回路基板２７に装着される他電子部品に影響しないようにするためである。赤外線ＬＥＤ５０の発光は点発光（点光源）ではないため放物面反射鏡焦点にその発光点を配置しても、放物面反射鏡５１で反射する光線が完全な平行光線にはならない。投光器遮光壁５２がなければ平行でない光線が結晶化ガラス光学フィルタ３１で反射され他電子部品に到達するからである。また、赤外線フォトトランジスタ５４は投光赤外線が直接赤外線フォトトランジスタ５４に入射しないように、上面を除き周囲及び下面を受光器遮光壁５５で囲う。
【００４６】
図７（ｂ）に赤外線ＬＥＤ５０と赤外線フォトトランジスタ５４を実装する小基板５３の下面を示す。小基板５３下面に面実装タイプの赤外線ＬＥＤ５０を半田付けする。上面には砲弾型の赤外線フォトトランジスタ５４のピンを半田付けする。赤外線フォトトランジスタ５４には受光器遮光壁５５としてプラスチックの円筒筒を被せる。そしてこの小基板は赤外線ＬＥＤ５０の発光位置が放物面反射鏡５１の焦点に位置するように投光器遮光壁５２に嵌め込まれる。赤外線ＬＥＤ５０および赤外線フォトトランジスタ５４の端子は小基板５３の投光器遮光壁５２外のパターンから電子回路基板２７にある反射率検出回路７３に接続される。
【００４７】
図８にトッププレート２および結晶化ガラス光学フィルタ３１の光学特性（各波長での透過率）を示す。また、図９（ａ）に赤外線ＬＥＤ５０の分光強度特性および赤外線フォトトランジスタ５４の分光感度特性を示す。図９（ｂ）に赤外線ＬＥＤ５０の発光強度指向特性，赤外線フォトトランジスタ５４の受光感度指向特性を示す。
【００４８】
赤外線ＬＥＤ５０は９３０ｎｍ付近の近赤外光を発光し、広視野角（半値角度１２０゜程度）のもので、光線は放物面反射鏡５１で反射され、ほぼ平行光線となり上方に投光される。広視野角のものとしたのは放物面で反射する平行光線の強度分布が均一となるようにするためである。赤外線フォトトランジスタ５４の受光面上には可視光プラスチックで砲弾型レンズが構成され、先の投光赤外光の物体（鍋底面）での反射赤外光を比較的狭い視野角（半値角度２０゜から４０゜程度）で受光し、その受光量に比例した光電流を出力する。しかし、受光はこの視野角よりは受光器遮光壁５５の開口で規定される。また、砲弾型レンズを持たないフォトトランジスタでも良いが、レンズを有する方が集光効率が高く受光感度の点で望ましい。なお、赤外線ＬＥＤ５０の発光波長は９３０ｎｍに限らず７００ｎｍから９００ｎｍの近赤外領域のものであればよい。また、赤外線フォトトランジスタ５４は波長７００ｎｍから９００ｎｍの近赤外領域に分光感度特性をもつものであればよい。これらの波長は図８に示したトッププレート２及び結晶化ガラス光学フィルタ３１の光学特性と調理鍋の放射する赤外線波長領域から規定される。つまり使用する赤外線の波長は、トッププレート２及び結晶化ガラス光学フィルタ３１を透過するものであればよく、かつ安価な素子であることが条件となる。また、温度検出の赤外線センサであるサーモパイル２５が受光する赤外線領域（鍋の調理温度から１μｍ以上の波長域、後述する図１８を参照）をはずしたものが望ましい。このため、本実施例では図９に示す光学特性の赤外線ＬＥＤ５０，赤外線フォトトランジスタ５４を使用している。
【００４９】
この赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６は説明のように赤外線ＬＥＤ５０と赤外線フォトトランジスタ５４の対で構成されトッププレート２上に置かれた調理鍋６底面の反射率を検出するものである。
【００５０】
赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６の投光器遮光壁５２，受光器遮光壁５５の上面は結晶化ガラス光学フィルタ３１の下面直下に位置する。これは投光赤外線発光が直上の結晶化ガラス光学フィルタ３１で反射され、直接赤外線反射受光器３６の赤外線フォトトランジスタ５４で受光されるのを防止するためである。
【００５１】
図８に示したように、赤外線ＬＥＤ５０の赤外線発光は結晶化ガラス光学フィルタ３１を８５％以上透過するが、残り１５％は反射され、この反射光はすぐ同軸上に配置される赤外線フォトトランジスタ５４で受光される恐れがある。この受光レベルは反射面である結晶化ガラス光学フィルタ３１下面との距離が短いと大きく、本来目的であるトッププレート２上にある鍋底面での反射光の受光に影響する。このため、本実施例では、図示するように結晶化ガラス光学フィルタ３１と投光器遮光壁５２，受光器遮光壁５５の上端との距離を５００μｍ以内程度にまで接近させ、赤外線ＬＥＤ５０の発光赤外線の結晶化ガラス光学フィルタ３１で反射する反射分が赤外線フォトトランジスタ５４で受光されないようにしている。理想的には結晶化ガラス光学フィルタ３１下面と投光器遮光壁５２および受光器遮光壁５５の上面を接触させたほうが望ましい。
【００５２】
図１０にサーモパイル２５の詳細を示す。図１０（ａ）はヒートシンク２６とサーモパイル２５の斜視図を示す。図１０（ｂ）はヒートシンク２６を除いた図１０（ａ）中Ｂ−Ｂ′で示す線でのサーモパイル２５の断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）中Ｃ−Ｃ′で示す線での断面の平面図である。なお、熱電対が見えるように、赤外線吸収膜２５−９を省略して示してある。
【００５３】
サーモパイル２５は熱電対（サーモカップル）を多数縦列接続した（パイリング）したもので、ニッケルめっき鋼板等の金属キャン２５−１と金属ステム２５−２からなる金属ケース２５−３内にこれが内蔵されている。およそ３００μｍ厚のシリコン基材２５−４表面に電気的および熱的に絶縁するためシリコン酸化膜２５−５を形成し、この上にポリシリコン，アルミを順次パターン蒸着しポリシリコン蒸着膜２５−６，アルミ蒸着膜２５−７で熱電対を多数作成し、これを縦列接続する。ポリシリコン，アルミ接合点（測温接点）のあるシリコン基材２５−４中央部には、黒体に近い酸化ルビジウム膜等の赤外線吸収膜２５−９を形成する。ポリシリコンおよびアルミ蒸着膜の一端は冷接点２５−１０であり、これはシリコン基材２５−４周囲のシリコン酸化膜２５−５上に配置する。シリコン基材２５−４の裏面を周囲（冷接点部）を残して２９０μｍまでエッチングし、測温接点部分のあるシリコン基材の厚みを１０μｍに形成する。これは熱電導の良好なシリコンを薄くすることで、測温接点部２６−８と冷接点部２５−１０の熱伝導を少なくし測温接点部と冷接点部を熱的に絶縁するためである。
【００５４】
このシリコン基材２５−４を金属ケース２５−３の金属ステム２５−２にボンド等の接着材で固定する。同時に金属ステム２５−２にはセラミック上に膜形成したＮＴＣサーミスタ２５−１１を同様に配置する。これは金属ケース２５−３内にある熱電対の雰囲気温度を検出し、熱電対の熱起電力を補正するためである。詳細は後述する。金属ステム２５−２には絶縁シールされた４本の金属ピン２５−１２が貫通配置されており、この金属ピンに先の熱電対の出力とＮＴＣサーミスタ２５−１１がワイヤ接続される。金属ステム２５−２には、筒状の金属キャン２５−１が窒素等の不活性ガス中で被せられ溶着される。この金属キャン２５−１の上面には小穴の窓２５−１３が開けられ、ここに内側からガラス凸レンズ２５−１４が装着されている。この小穴の垂直下に先の測温接点部２５−８（赤外線吸収膜２５−９の下にある）が位置するようにシリコン基材２５−４が固定される。このガラス凸レンズ２５−１４は赤外線透過窓５の視野範囲が赤外線吸収膜２５−９に結像するように設計される。
【００５５】
サーモパイル２５内の熱電対測温接点部２５−８（赤外線吸収膜２５−９の下にある）にはこの小穴の窓２５−１３を通過しガラス凸レンズ２５−１４で集光された赤外線で加熱され、この加熱温度上昇は通過した赤外線エネルギーに比例し、熱電対の冷接点部２５−１０と測温接点部２５−８の温度差に比例した電圧が熱電対出力の金属ピン２５−１２に出力される。図１１にこのサーモパイルの視野特性を示す。ガラス凸レンズ２５−１４のため、視野角は狭く、本実施例ではセンサ導光筒１９の上端で約直径１０mmの円が半値角内となっている。
【００５６】
前述したようにサーモパイル２５は金属ケース２５−３が熱的には熱電対の冷接点と同じであり、この温度変動がそのままサーモパイル２５の出力変動となってしまう。そのため、ヒートシンク２６を熱バッファ（熱容量を大きくする）として装着して周囲温度変化に対する出力変動を減少させる。
【００５７】
図１２に反射率検出のために赤外線投光器３５が鍋底に向けて赤外線を投光し鍋での反射光を赤外線反射受光器３６が受光する様子を示す。また、赤外線投光器３５の投光範囲すなわち赤外線投光器３５が鍋底に投光する赤外線範囲とサーモパイル２５の受光範囲の概略関係を示す。赤外線ＬＥＤ５０の発光する赤外線は放物面反射鏡５１で反射し平行光線となりトッププレート２すなわち鍋底に概垂直に投光される。ここで反射された赤外光線は赤外線反射受光器３６で受光される。図では反射光の散乱成分を示している。また、本実施例では、サーモパイル受光視野の左半分が反射率検出の投光範囲と重複させるように、サーモパイルのすぐ横に赤外線投光器３５を配置している。半値角より広い部分の左側が反射率検出のための投光範囲と重なっている。なお、赤外線フォトトランジスタ５４は放物面反射鏡５１の焦点と同軸上に配置しているが、同軸上から多少ずれても良いのはあきらかである。
【００５８】
図１３に本実施例の誘導加熱調理器の制御ブロック図を示す。マイクロコンピュータ６０が誘導加熱調理器の動作を制御する。以下記号Ｒは図１の手前右にあるに誘導加熱口に関するブロックを表し、記号Ｌは図１の手前左にある誘導加熱口に関するブロックを表す。２つのインバータ回路８Ｒおよび８Ｌは加熱コイル７Ｒ及び７Ｌに高周波電流を供給する。このインバータ回路８Ｒ，８Ｌの動作周波数及びコイルへの供給電力を調整するのが周波数制御回路６１Ｒ，６１Ｌ及び電力制御回路６２Ｒ，６２Ｌである。動作周波数を変化させるのは、鍋の金属種類によって高周波電流の周波数で誘導加熱効率が変化するためである。一般に鉄では２０ｋＨｚ、これより抵抗率の低い銅，アルミでは７０ｋＨｚ以上の周波数が用いられる。この周波数切り替えは図示しない鍋種類判別手段の判断に基づいてマイクロコンピュータ６０が周波数制御回路を制御して行う。
【００５９】
各インバータ回路８Ｒ，８Ｌには整流回路６３から直流電圧が供給される。この整流回路６３には電源スイッチ６４を介して３端子２００Ｖの商用電源６５が接続されている。商用電源の接地端子は本体１の金属部に接地線で接続される。ラジエントヒータ６６にはラジエントヒータ回路６７を介して商用電源６５が接続され、ラジエントヒータ回路６７がラジエントヒータ６６に供給する電力を制御する。
【００６０】
マイクロコンピュータ６０には、表示操作部の操作スイッチ６８，表示回路６９が接続され使用者の操作指示を受け付け、機器の動作状態表示を行う。また、ブザー７０が接続され使用者の操作ボタン押しあるいはエラー等の警告などを報知する。マイクロコンピュータ６０は使用者の指示に従い、周波数制御回路６１Ｒ，６１Ｌと電力制御回路６２Ｒ，６２Ｌ及びラジエントヒータ回路６７を制御して、トッププレート２上の調理鍋６を加熱する。
【００６１】
サーモパイル２５はサーモパイル温度検出回路７２に接続され出力が増幅され、マイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。赤外線投光器の赤外線ＬＥＤ５０，赤外線反射受光器の赤外線フォトトランジスタ５４は反射率検出回路７３に接続され、マイクロコンピュータ６０のポート出力で赤外線ＬＥＤ５０の発光を制御され、調理鍋６で反射された赤外光は赤外線フォトトランジスタ５４で受光され、その出力信号は増幅されマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。サーモパイル温度検出回路７２および反射率検出回路７３の動作の詳細は後述する。
【００６２】
反射率補正手段はマイクロコンピュータ６０のソフトウエアで行われる。後で詳細は述べる。
【００６３】
また、マイクロコンピュータ６０は反射率検出回路７３の出力から調理鍋の赤外線反射率を知り、反射率で補正して調理鍋の温度を検出する。この処理もマイクロコンピュータ６０のソフトウエアで行われる。（反射率補正手段の動作）そして、電力制御回路６２を介して、調理鍋６の加熱を制御する。この処理法の詳細は後述する。
【００６４】
図１４にサーモパイル温度検出回路７２の詳細を示す。サーモパイル２５の熱電対出力（熱起電力）（図中（＋），（−）記号間の電圧）はオペアンプ７２−１で約２０００倍に増幅され出力端子７２−２に出力される。この出力電圧はマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。オペアンプ７２−１の増幅度は抵抗７２−３（＝Ｒ１）と抵抗７２−４（＝Ｒ２）の比（Ｒ２／Ｒ１）で決まる。また、サーモパイル内のＮＴＣサーミスタ２５−１１は、回路電源電圧を抵抗７２−５，７２−６，７２−７で分圧された電圧源（抵抗７２−６の両端）に抵抗７２−８と直列接続された状態で接続され、この抵抗７２−８との接続点ａは熱電対出力端子（−）に接続されている。ＮＴＣサーミスタ２５−１１は負の温度特性を持った抵抗素子であり温度上昇で抵抗値が低下する。このため、サーモパイル２５内の温度が上昇すると先の接続点ａの電圧は上昇する。熱電対出力（図中（＋），（−）記号間の電圧）は測温接点２５−８（赤外線エネルギーで加熱される点）と冷接点（熱電対出力端子）２５−１０の温度差に比例する。このため、サーモパイル２５の設置される雰囲気温度で金属ケース２５−３内雰囲気（ＮＴＣサーミスタ２５−１１が内蔵される）温度が上昇すると熱電対出力は減少する。この減少を接続点ａの電圧上昇で補償する。すなわちＮＴＣサーミスタ２５−１１はサーモパイル（熱電対）２５の出力すなわち測定対象の放射赤外線エネルギーによる出力が周囲温度で変化するのを防ぐために使用される。つまり、サーモパイル２５の周囲温度が変化しても、測定対象の温度すなわち入射する赤外線エネルギーが変化しなければ出力変化を起こさないという冷接点温度補償を行っている。
【００６５】
図１５に反射率検出回路７３の詳細を示す。図１５において、５０は発光素子である赤外線ＬＥＤであり、その発光波長は９３０ｎｍである。５４は赤外線フォトトランジスタであり、例えば、ピーク感度波長が８８０ｎｍで赤外線ＬＥＤ５０の発光波長９３０ｎｍでもピーク感度の９５％の感度をもつものである。図１６に反射率検出回路７３の動作タイミングチャートを示す。赤外線ＬＥＤ５０はトランジスタ７３−１で駆動される。この駆動はマイクロコンピュータ６０の出力ポートから駆動信号端子７３−８に入力される信号で制御される。図１６（ａ）にこの信号を示す。デューティ５０％の矩形波信号（周波数約２ｋＨｚ）を駆動信号端子７３−８に入力すると、赤外線ＬＥＤ５０は信号が５Ｖのとき発光し、０Ｖのときは消灯する。この発光強度は赤外線ＬＥＤ５０に流す電流に比例し、この電流は抵抗７３−２の値で決められる。本実施例では抵抗値を固定して発光強度は一定である。この赤外発光が放物面反射鏡５１で反射され平行光となり、結晶化ガラス光学フィルタ３１を透過して、トッププレート２及び調理鍋６の底面で反射され、受光素子である赤外線フォトトランジスタ５４で受光されると光電流により抵抗７３−３に電圧が発生する。この電圧を図１６（ｂ）に示す。反射が大きく（受光量が多く）なれば電圧は比例して大きくなる。この信号電圧はコンデンサ７３−５で直流分がカットされ、ダイオード７３−５，７３−６で倍電圧整流され、直流信号としてオペアンプ７３−７で構成される直流増幅器に入力され、ここで増幅される。図１６（ｃ）（ｄ）にこれを示す。この増幅された直流電圧は出力端子７３−９から出力される。この出力はマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。
【００６６】
このように反射率検出回路７３は発光強度が一定のキャリア変調された近赤外光を鍋底面に平行光として投光し、鍋で反射される赤外光を受光してその直流電圧を反射電圧として得ることで反射率に相当する値を検出する。図１７に調理鍋６がトッププレートに置かれている場合といない場合の反射率検出回路の出力を示す。調理鍋６が置かれていない場合にはトッププレート２のみでの反射でありこれは一定の値を示す。トッププレートの赤外波長９３０ｎｍでの透過率は９０％であり残りは反射される。これからの増加分が鍋からの反射分であり、この量が鍋の反射率に相当するものである。
【００６７】
赤外発光を約２ｋＨｚでキャリア変調し、受光回路で直流成分をコンデンサ７３−４でカットしているのは、自然光の直流成分あるいは白熱電灯，蛍光灯などの照明機器に含まれる低周波成分（商用電源周波数）が鍋の反射率検出に影響するのを防止するためである。なお、可視光は結晶化ガラス光学フィルタ３１である程度カットされる。また、赤外線フォトトランジスタ５４の暗電流の影響も防止している。
【００６８】
以下、本実施例１の動作、特に、反射率検出と鍋温度検出および調理動作を説明する。
【００６９】
トッププレート２上に置かれた調理鍋６は誘導加熱により発熱する。この加熱により鍋６底面からは赤外線が放射される。この全放射エネルギーＥは鍋温度Ｔの４乗に比例したものであり（Ｅ＝σＴ4）、ステファン・ボルツマンの法則として知られている。図１８にプランクの分布則から算出される黒体温度の分光放射エネルギーを示す。この分光放射エネルギーを全波長域で積分すれば、全放射エネルギーＥが求まり、これは温度（絶対温度）の４乗に比例する。これが前述のステファン・ボルツマンの法則であり、この係数σがステファン・ボルツマン係数である。分光放射エネルギーのピーク波長はウィーンの変移則から、調理温度１００〜３００℃で５μｍ〜８μｍである。
【００７０】
誘導加熱された鍋底は、黒体温度の全放射エネルギーＥに鍋底の放射率εを乗じた全放射エネルギーを温度に応じて放出する。すなわち黒体温度の全放射エネルギーＥと鍋底温度のそれ（Ｅ′＝εσＴ4）との比が放射率εである。
【００７１】
一方、非磁性体である結晶化ガラス（トッププレート２）の光学特性は図８に実線で示したように、０.２μｍ〜２.９μｍの波長の光を８０％以上透過し、３〜４.５μｍの波長の光を３０％程度透過し、４.５μｍよりも長い波長、及び、０.２μｍよりも短い波長の光をほとんど透過しない。この光学特性のため鍋から放射される赤外線放射エネルギー（図１８参照）の大部分（波長５μｍ以上の大部分）はトッププレート２を通過できない。通過できるのは鍋から放射される全赤外線放射エネルギーの１％程度である。
【００７２】
赤外線センサとしては周知のように、赤外線フォトダイオード，赤外線フォトトランジスタのような量子型とサーモパイル，焦電素子のような熱型とがある。量子型センサは量子効果で赤外線を検出するため狭い波長帯域で高い感度を持ち、熱型は広い波長帯域で低い感度を持つのが特徴である。量子型は半導体の種類で感度波長が決められ、シリコンのように安価に購入できるものは実用感度波長が可視光外（０.８μｍ）から１μｍ以下のため、検出温度の範囲が３００℃以上となる。一方熱型は量子型に比べ、可視光から２０μｍ以下の広い波長帯域で均一の低い感度を持つ（原理的には波長依存性を持たない）。このため、センサへの赤外線受光面の前に光学フィルタを設け、検出温度範囲波長を狭めて外乱を防ぐ。
【００７３】
本実施例では、調理温度範囲が１００から３００℃であるため、赤外線センサとして熱型であるサーモパイルを用いる。同じ熱型の焦電素子は微分型のセンサであるため、赤外線入射を断続する必要があり、普通機械的なチョッパ機構が使われる。このため、信頼性の点で誘導加熱調理器のような家電品に用いるのは不向きである。一方サーモパイルはこのような機構を必要とせず、また、近年ＭＥＭＳ等の技術により半導体プロセスを用い構成する熱電対を微小化し多数堆積（パイリング）して感度を向上させたものが安価に供給されている。
【００７４】
近年多くの体温計に用いられるサーモパイルの光学フィルタとしては、透過波長が１〜１５μｍのものが使われる。これはウィーンの変移則から人体の赤外線放射エネルギーのピーク波長が約１０μｍ（体温３６℃）であり、上記光学フィルタを用いるのが最適なためである。
【００７５】
この光学フィルタを有するサーモパイルを用いて、トッププレート２を通して調理鍋の温度（２５〜３００℃）を非接触で計測しようとすると、前述したようにサーモパイルに到達する赤外線エネルギーは約１／１００に減衰するためとほとんど計測できない。
【００７６】
そのため、本実施例の鍋温度検出装置１８では、サーモカップル（熱電対）を半導体プロセスで比較的容易に作成できるポリシリコン・アルミニウム金属対とし、これを５０ほど堆積したサーモパイル２５を用い、その出力を増幅回路で２０００倍に増幅し微小な赤外線エネルギーを検出できるようにしている。
【００７７】
サーモカップルで物体の温度を計測する場合には、冷接点を氷点（０℃）に固定して測温接点を物体に接触させて計測する。サーモパイル２５は図１０で説明したように、サーモカップルが多数堆積されたものであり、入射赤外線で加熱される多数の測温接点とシリコン基材３８上にある多数の冷接点で構成される。そして、冷接点は金属ケース２５−３の金属ステム２５−２にボンドで固定されるため、熱的にはサーモパイル２５の金属ケース２５−３（金属キャン２５−１と金属ステム２５−２）が冷接点となっている。そして、この金属ケース２５−３は通常のサーモカップルのように氷点に固定することができない。
【００７８】
仮に、一つのサーモカップルの熱起電力が５μＶ／℃、パイル数５０，直流増幅器の増幅度を２０００とすると、金属ケース３７の温度が１℃変化すると、直流増幅器の出力では５００ｍＶの電圧変動になる。つまり、サーモパイル２５周囲の温度変動を押さえることが必要になる。
【００７９】
本実施例の鍋温度検出装置１８は、加熱調理中の鍋底高温部を検出可能にするために、分割された加熱コイル７が発生する高周波磁界の磁束密度が最も強いコイル間隙７ｃ直下に配置される。この位置は、加熱コイル７の下に放射状に配置される棒状フェライト１１の間であり、磁束はほとんどフェライト中を通過するため漏れ磁束の少ない場所ではある。しかし、加熱コイル７下面からの距離は２０mm程度であるため漏れ磁束は大きく、ここに位置する金属を誘導加熱しその温度を上昇させる。例えば、３ｋＷの高周波電力を加熱コイルに入力してトッププレート２上に載置される調理容器である鍋を誘導加熱する場合には、この場所にある磁性体の鋼板では約３０℃も温度上昇する。非磁性体のアルミニウムでも約５℃も温度上昇する。
【００８０】
調理中、誘導加熱される鍋底は１００〜３００℃の高温になる。そして、トッププレート２および下面の加熱コイル７も鍋底からの熱伝導，熱輻射で高温となる。
【００８１】
さらに、加熱コイル７には十数アンペアの高周波電流を流すためコイル自身もジュール発熱する。これらトッププレート２，加熱コイル７を冷却するため、コイル冷却風路１５ａ，１５ｂには外気が導入され、前述のように加熱コイル７に風を当てて冷却する。
【００８２】
また、鍋温度検出装置１８の配置される下には加熱コイルに高周波電力を供給するインバータ回路８が冷却風路１７ａ，１７ｂ中に配置される。このインバータ回路は２０〜９０ｋＨｚ，十数アンペアの電流をスイッチングする回路から構成される。このため、大きな電磁波を輻射することになる。
【００８３】
このように、鍋温度検出装置１８、特に、内蔵されるサーモパイル２５は、（１）加熱コイル７からの漏れ磁束、（２）コイル冷却のための冷却風による温度変化、（３）インバータ回路から輻射される電磁波ノイズ、に晒されることになる。これら外乱に対応して、鍋温度検出装置１８は加熱調理中の鍋底高温部を検出しなければならない。
【００８４】
前述したサーモパイル温度検出回路７２の動作説明のごとく、サーモパイル２５の出力が雰囲気温度で変化しないように、内蔵のＮＴＣサーミスタ２５−１１を用いて回路的に温度補償をしている。しかし、ＮＴＣサーミスタ２５−１１はセラミックチップの上に薄膜で形成され、これを金属ステム２５−２にボンド等で固定されているため、熱的には冷接点と等価である金属ステム２５−２すなわち金属ケース２５−３の温度変化に追従しにくく、時間遅れが生じる。また、温度抵抗特性の非線形性のため広い温度範囲で正確に温度補償するのが難しい。これらの点でサーモパイル２５の周囲温度変化に即応して前述回路で十分な温度補償を行うのは難しい。具体的には１℃／数１０分程度の温度変化には対応できるが、１℃／１分程度の温度変化に追従させるのは困難である。前述したように、誘導加熱調理開始と同時に加熱コイル７を冷却するため外気が導入される。前の調理である程度、鍋温度検出装置１８と周囲の雰囲気温度が上昇していた場合には、このとき鍋温度検出装置１８は急速に（１℃／１分以上で）冷却されることになる。
【００８５】
サーモパイル２５が内蔵される鍋温度検出装置１８はなるべく一定温度雰囲気におくのが望ましい。このため、本実施例では、外気が導入されるコイル冷却風路１５ａ内に鍋温度検出装置１８を設置し調理中には外気でサーモパイル２５とサーモパイル温度検出回路７２を冷却しこれらの温度上昇を防止している。また、コイル冷却風路１５ａ内の気流がサーモパイル２５の金属ケース２５−２およびサーモパイル温度検出回路７２の半導体，抵抗等に直接当たり熱ゆらぎを起こすのを防ぐため、防風ケースである赤外線センサケース２９でこれを覆っている。また、サーモパイル２５とサーモパイル温度検出回路７２は赤外線センサケース２９内の空気で空気断熱されることにもなる。温度変化に対して安定にサーモパイル２５の出力を直流増幅した後低い出力インピーダンスの信号電圧として、後述するマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に出力している。
【００８６】
さらに、この赤外線センサケース２９をアルミニウム等の透磁率がほぼ１である金属ケース３２で覆い、加熱コイルが発生する交流磁場を遮蔽することでサーモパイル２５の金属ケース３７が加熱コイル７の発生する高周波交流磁界で誘導加熱され温度上昇しないようにしている。また、この金属ケース３２は、鍋温度検出装置１８の下部に配置されるインバータ回路からのパルス雑音（放射電磁波）に対しての電磁シールドにもなっている。
【００８７】
この金属ケース３２は、加熱調理中には周囲雰囲気温度および加熱コイル７からの漏れ磁束で誘導加熱され、アルミニウムの場合５〜１０℃温度上昇する。この温度上昇がおさまる前に続けて調理を行う場合、外気を急速に導入して金属ケース３２に当てると金属ケース３２が急速に冷え、結果赤外線センサケース２９内のサーモパイル２５の周囲温度が急に低下することになる。この逆の場合、例えば、冬朝一番に調理を行う場合、機体内の金属ケース３２は夜十分に冷却され５℃程度にあり、使用者が２０℃に暖房された調理室で調理を開始した場合には、この暖気が冷却風路１５ａに導入され、２０℃の暖気が５℃の金属ケース３２に当てられることになる。本実施例では、このような外気による金属ケース３２の急激な温度変化を防止するために、この金属ケース３２を更にプラスチックの外側赤外線センサケース３３で覆っている。これで金属ケース３２に直接冷却風をあてずに風による温度急変を防止している。
【００８８】
さて、トッププレート２は誘導加熱された調理鍋６から赤外線放射を吸収することおよび接触熱伝導とで加熱される。図８で実線に示すように、トッププレート２は０.２μｍ〜２.９μｍの波長の光を８０％以上透過し、３〜４.５μｍの波長の光を３０％程度透過し、４.５μｍよりも長い波長、及び、０.２μｍよりも短い波長の光をほとんど透過しない。
【００８９】
放射エネルギーが物質表面に入射すると、その一部ρは反射され、一部αは吸収され、残りτは透過する。これらの量の間には、エネルギー保存則からρ＋α＋τ＝１が成立する。トッププレート２上に調理鍋６が置かれた状態では、調理鍋６の赤外線放射エネルギーのトッププレート２での反射はほとんどゼロとみなせるため、トッププレート２では吸収率α＋透過率τ＝１が成立していると見てよい。キルヒホフの法則より吸収率α＝放射率εであるため、トッププレート２は調理鍋６からの赤外線放射エネルギーのうち、０.２μｍ〜２.９μｍの波長では８０％以上透過し、残り２０％を吸収しこれを放射する。また、３〜４.５μｍの波長では３０％程度透過し、残り７０％を吸収しこれを放射する。４.５μｍよりも長い波長、及び、０.２μｍよりも短い波長ではほとんど透過せず、すべてを吸収してこれを放射する。熱伝導で加熱された分も同様である。波長４.５μｍ以上では熱伝導加温の赤外線エネルギーはほとんどトッププレート２表面から放射される。
【００９０】
このため、サーモパイル２５を使用して、トッププレート２上の調理鍋６の温度を検出する場合にはトッププレート２自身の加熱が放射する赤外線が問題となる。例えば、サーモパイル２５に付属するガラス凸レンズ２５−１４の透過波長が１〜１５μｍであれば、トッププレート２が放射する４.５μｍよりも長い波長の赤外線によってサーモパイル２５の出力が大きく影響を受け、トッププレート２上の調理鍋底の温度を正確に検出できないことになる。トッププレート２を透過する鍋の放射赤外線エネルギーは１μｍ〜２.９μｍの約２μｍの帯域、これに対しトッププレート２自身が放射する赤外線エネルギーは４.５μｍ〜１５μｍの約１０μｍの帯域であり、同じ温度であればサーモパイル出力のうち、調理鍋６の温度による分の５倍がトッププレート２の温度によることになる。
【００９１】
本実施例では、上記を防止するためサーモパイル２５で構成される鍋温度検出装置１８の赤外線センサケース２９に、赤外線を透過させるためのケース窓３０を開け、このケース窓３０にトッププレート２を構成する結晶化ガラスを薄く正方形に切り出したものを結晶化ガラス光学フィルタ３１として嵌め込んである。そして、サーモパイル２５に入射する赤外線の内トッププレート２が放射する分を除去する。トッププレートが放射する波長２.９μｍ以上の部分はトッププレート２と同じ透過特性を持つ結晶化ガラス光学フィルタ３１の光学特性によってサーモパイル２５への入射が阻止される。
【００９２】
結晶化ガラス光学フィルタ３１をトッププレート以外の材料で作成しても良いが、図８で実線に示すような急峻な特性を示す光学フィルタを作成するのは非常に困難で高価なものになる。
【００９３】
また、結晶化ガラス光学フィルタ３１は、その下に配置されるサーモパイル２５や赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６等がトッププレート２の赤外線透過窓５から見えなくする効果をもたせている。前述したように（図８の破線で示すように）１μｍ以上の長波長側の光学特性はトッププレート２とほぼ同じだが、短波長側でトッププレートに比べて透過率小の領域が４００ｎｍほどあり、この部分の可視光がカットされるため目には赤黒く見え、下に配置される部品を見えなくしている。
【００９４】
前述したように赤外線投光器３５を構成する赤外線ＬＥＤ５０の発光波長及び赤外線反射受光器３６を構成する赤外線フォトトランジスタ５４の分光感度波長を７００ｎｍから１μｍの近赤外領域にしているのは、上記鍋の放射赤外線エネルギーは１μｍ〜２.９μｍの約２μｍの帯域をはずし、且つトッププレート及び結晶化ガラス光学フィルタ３１の透過する波長領域から決めている。
【００９５】
更に、サーモパイル２５のガラス凸レンズ２５−１４として波長５μｍ以上を透過させない５μｍショートパスフィルタを有するガラス（図８に薄線で示す）を用いている。これは周囲温度で暖められる結晶化ガラス光学フィルタ３１自身および赤外線センサケース２９が放射する赤外線をも波長５μｍ以上は透過させないようにするためである。というのは先に述べたように鍋から放射される１〜２.９μｍの赤外線エネルギーはトッププレートで通過を制限されているため非常に微小であり、サーモパイル２５の出力増幅を大きくせざるを得ないため周囲温度での５μｍ以上の赤外線放射に敏感であり、徹底的に鍋底以外からの４.５μｍ以上の赤外線がサーモパイルの赤外線吸収膜２５−９に入射するのを防止する必要があるためである。
【００９６】
なお、このガラス凸レンズ２５−１４をトッププレート２や結晶化ガラス光学フィルタ３１と同じ結晶化ガラスで作成してもよい。こうすれば前述した理由で結晶化ガラス光学フィルタ３１の温度による赤外線放射をよりよく遮断することができるので好適である。
【００９７】
図１９に鍋底として黒体を図３の実施例の赤外線透過窓５に置いた場合の、黒体温度Ｔｎとサーモパイル温度検出回路７２出力端子７２−２の出力電圧Ｖの関係を示す。黒体はトッププレートが加熱されない程度の短時間戴置した場合であり、センサ視野筒１９，結晶化ガラス光学フィルタ３１の温度上昇もない。
【００９８】
常温から１００℃まではほぼ０.５Ｖであり、１００℃を越えると温度に比例した電圧が出力される。０.５Ｖはサーモパイル温度検出回路７２の電源電圧（５Ｖ）を抵抗７２−５，７２−６，７２−７で分圧した電圧（図１３中ａ点で示す）０.５Ｖがオペアンプ７２−１のバイアス電圧として与えてあるためである。１００℃を越えるとサーモパイル２５の出力電圧が大きくなり、オペアンプ７２−１で約２０００倍に増幅されて０.５Ｖ以上の電圧として観測される。このバイアス電圧はサーモパイル温度検出回路７２の故障検出用に与えてある。出力端子７２−２の出力電圧値からこの０.５Ｖを引いた値（０.５Ｖからの電圧上昇値）が検出した鍋底面温度に比例したものである。マイクロコンピュータ６０はサーモパイル温度検出回路７２出力端子７２−２の出力電圧をＡＤ変換して読み込むが、この電圧から０.５Ｖを引いた値である鍋温度検出電圧Ｖｔ（＝Ｖ−０.５）をもとに後述処理を行い鍋温度を得る。図１９の関係は予めマイクロコンピュータ６０のＲＯＭにテーブルデータ（鍋温度変換ＴＢＬ）として記憶しておく。
【００９９】
図２０にトッププレート２のみを加熱したときのトッププレート温度Ｔｔとサーモパイル温度検出回路７２出力端子７２−２の出力電圧Ｖの関係を示す。但し前述の０.５Ｖを引いた値で示してある。鍋が置かれていないトッププレート２のセンサ窓５近傍を熱風で加熱した時のトッププレート温度Ｔｔとサーモパイル温度検出回路７２出力端子７２−２の出力電圧の関係を示す。このとき、センサ視野筒１９，結晶化ガラス光学フィルタ３１が加熱されないようにする。図２０の関係は予めマイクロコンピュータ６０のＲＯＭにテーブルデータ（トッププレートＴＢＬ）として記憶しておく。
【０１００】
実際の調理で鍋を誘導加熱した場合には、サーモパイルには誘導加熱された鍋からの放射赤外線のほかに、トッププレート２自体からの放射赤外線も入射される。これはトッププレート自体も鍋からの熱放射，熱伝導のため加熱されこの温度での赤外線を放射するためである。このため、図２０のデータテーブルをもたせ、サーミスタ２０でトッププレート２の温度を検出して、この放射分を差し引くことが必要となる。前述したように鍋温度検出でこのトッププレート２温度による赤外線放射の影響を結晶化ガラス光学フィルタ３１で除去低減することを述べたが、２.９から４.９μｍの波長範囲ではトッププレート温度の放射分を結晶化ガラス光学フィルタ３１で除去できないためである。
【０１０１】
鍋温度検出装置１８に内蔵される赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６を図１２に示すように配置するとトッププレート２上に調理鍋がない場合、赤外線ＬＥＤ５０の放射した赤外光（波長９３０ｎｍ）は大部分が結晶化ガラス光学フィルタ３１およびトッププレート２を透過し赤外線フォトトランジスタ５４には戻ってこない。しかし、一部は結晶化ガラス光学フィルタ３１およびトッププレート２で反射される。これは結晶化ガラス光学フィルタ３１およびトッププレート２の透過率が波長９３０ｎｍで８５％および９０％であり、残り１５％および１０％の赤外光は反射されるためである。特に、結晶化ガラス光学フィルタ３１で反射される分は赤外線ＬＥＤ５０の同軸上にある赤外線フォトトランジスタ５４に直接戻るため、本実施例では図１２に示すように、投光器遮光壁５２，受光器遮光壁５５上面を結晶化ガラス光学フィルタ３１下面に接するように配置してこの反射光が赤外線フォトトランジスタ５４に入射するのを防止している。
【０１０２】
このため、図１９に示すように反射率検出回路７３の出力は、トッププレート上に鍋がある場合（ａ）Ｖ１となり、鍋がない場合（ｂ）Ｖ２となる。正味の鍋での反射電圧ＶｒはＶｒ＝Ｖ２−Ｖ１となる。
【０１０３】
鍋温度検出装置１８を図３に示すように配置し、内蔵する反射率検出回路７３を用いて、トッププレート２上に反射率が既知の金属板を配置したときの反射率検出回路７３の出力から得られる先の反射電圧Ｖｒと反射率の関係を図２１に示す。図中に近似線も示す。この関係を用いれば、反射率検出回路７３の出力電圧から反射率が得られる。そして、この関係をテーブルデータにあるいは近似式の係数値をあらかじめマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに記憶しておく。
【０１０４】
調理鍋のような金属物質ではキルヒホフの法則により温度Ｔの物質表面から放射される赤外線エネルギー（Ｅ＝εσＴ4）の放射率εと表面の反射率ρの間にはε＋ρ＝１の関係が成立する。（透過率α＝０とする）調理鍋では放射率の違いにより同じ鍋底温度でありながら、放射される赤外線エネルギーが異なる。このため、サーモパイル出力すなわち鍋温度検出装置１８の出力が異なるという問題が生じる。そこで調理鍋底の反射率を検出して放射率を求め鍋温度検出装置１８の出力を補正してから温度に換算する必要がある。これを行うために先に説明した反射率に相当する量である反射電圧Ｖｒを求め、これから反射率を得るのが反射率検出回路７３である。この反射率を１から引いて放射率を得る。
【０１０５】
図２２にトッププレート２に置かれた数種の鍋について、鍋温度検出装置１８の出力（サーモパイル温度検出回路７２の出力Ｖ）から前述した０.５Ｖのオフセット電圧Ｖｏを引いた値Ｖｔ（鍋温度検出電圧）と鍋底面温度Ｔとの関係の一例を示す。図中に各鍋底面の放射率も示す。図２２に示すように放射率によって鍋温度検出装置１８の出力と鍋底温度の関係が異なることがわかる。図２２の（ａ）で示す鍋は放射率が０.９と黒体に近い。（ｂ）は放射率が０.５７、（ｃ）は０.４３、（ｄ）は０.２４である。（ｂ），（ｃ），（ｄ）の電圧値を放射率で除算すると、図中に破線で示すものとなり、ほぼ１本の曲線に集約することが分かる。各出力Ｖｔは各鍋の全放射エネルギー（Ｅ′＝εσＴ4）に比例し、これを放射率で除算するのは、前述したように黒体の全放射エネルギー（Ｅ＝σＴ4）に換算することを意味する。そして、各鍋の放射率が分かれば、各鍋の鍋温度を黒体の放射温度に還元できることを意味している。
【０１０６】
図２３に、各種鍋において放射温度計を用いて計測した放射率と図１２（図３）で先の各種鍋をトッププレート２上に置き反射率検出回路７３を用いて得た反射率（図２１の反射電圧と反射率の関係を適用）の関係を示す。鍋によってキルヒホフの法則（放射率＋反射率＝１）からはずれるものもあるが、放射率と反射率の間には強い相関がある。キルヒホフの法則から外れるのは反射率の検出において、投光した赤外線の反射赤外線全てを受光していないためである。物理的な正確さを求める場合には被測定対象物に直接レーザービーム等のスポット光を照射し、全反射光を積分球で受光し、照射赤外線エネルギーと全反射赤外線エネルギーの比から反射率を求める必要がある。しかし、本実施例のように赤外線ＬＥＤ５０と赤外線フォトトランジスタ５４を用い、しかもトッププレート２を通して行う場合にはまず反射する赤外光をすべて受光することはできない。このため、図示するように直線関係（キルヒホフの法則）からずれ、ばらついたものになる。
【０１０７】
図１２（図３）の実施例で、各種鍋の反射電圧Ｖｒと、誘導加熱し鍋温度が２００℃に到達した時点のサーモパイル温度検出回路７２の出力電圧Ｖｔを観測した。そしてこのデータを、鍋の中で黒体に近い鍋（放射率＝０.９５）を基準とし、各鍋の出力電圧を何倍すれば基準の鍋の出力に合わせられるかという観点で再構築した。この倍率は図２２で説明した放射率分の１（１／ε）に相当する。この倍率を反射補正係数Ｋとして、反射電圧Ｖｒの関係で示したのが図２４である。反射補正係数Ｋと反射電圧Ｖｒは強い相関があり、図示したようにほぼ直線で近似できる（本来、図２３の説明で述べたように直線となるはずである。）。この近似直線を反射補正係数テーブル（ＴＢＬ）としてマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに記憶しておく。
【０１０８】
ここで従来の単一素子による反射率検出と本実施例の平行光線投光と反射受光による反射率検出の相違を説明する。図２５にこの概略を模式的に示す。単一発光素子および受光素子は直径３mmの砲弾型レンズ付で開口面も直径３mm、放物面反射鏡は１０mm正方形、単一受発光素子間隔は１mmとしている。図ではトッププレート２および結晶化ガラス光学フィルタ３１は単に赤外光を透過させるものとして省略している。正確にはこれらによる光線の屈折（屈折率＝１.４５）も考慮する必要があるが、トッププレートの厚さは４mmであり、発光および受光素子までの距離約３５mmを考えると、入射角は数度のためガラス内を光線は直進し鍋面で反射すると考えてよい。結晶化ガラス光学フィルタ３１は受光素子に近接させ、発光光線が受光素子に入射しないように投光器遮光壁５２，受光器遮光壁５５を設けているため単に光線は通過するだけと考えてよい。
【０１０９】
図２５に示すように発光光線（太線）は鍋底で反射し反射光線（細線）は受光素子で受光される。鍋での反射光線には入射角＝反射角で鏡面反射する直反射光と入射角≠反射角の散乱光がある。実際の鍋では散乱光が支配的となる。図において鍋面上に斜線で示す面積は鍋面で反射し受光される光線の分布を示す。従来、単一素子の場合、受光できるのは受光左側の狭い範囲に限定される。本実施例の場合、単一素子での１本の鍋底に垂直な発光光線が、放物面反射鏡全面の複数発光光線となって鍋に垂直に投光され、この散乱反射の多くが受光される。完全に平行光線であれば直反射光は受光されないが、前述したように発光が点光源でないため平行光線でないものも多く存在する。このため、受光周辺では直反射光も受光される。実験によれば同一発光強度のＬＥＤ、同一感度の受光素子を用いたとき、従来、単一素子の場合には１mm2以下の面積の反射光しか受光されないのに対し、本実施例では１６mm2もの面積の反射光を受光できた。
【０１１０】
このように反射率を求める際には、赤外線ＬＥＤ５０の投光光線をトッププレート２になるべく垂直に入射させ、ここに置かれる鍋での反射光のすべて（主に散乱光を）を赤外線フォトトランジスタ５４に導くのが望ましい。つまり本実施例のように、放物面反射鏡５１の焦点に赤外線ＬＥＤ５０を配置し、平行光（トッププレート２に対しては垂直光）を投光すれば良い。こうすればより広い面積での平均的な反射率を検出することができる。
【０１１１】
図２６に、図２４と同様に反射電圧Ｖｒと反射補正係数Ｋ（１／放射率）の関係を２種類の鍋について鍋底の位置を８か所かえて観測した例を単一素子と本実施例の反射率検出回路について示す。単一素子の場合、同一鍋でも場所により反射電圧Ｖｒは大きくばらつく。一方本実施例の場合、検出場所が変わってもほぼ同一の反射電圧である。単一素子の場合狭い範囲の反射であり、その範囲での鍋底の状態に大きく影響される。たまたまそこに汚れがあれば反射電圧が大きく他の場所と異なる。本実施例では広い範囲で平均的な反射率を検出することになるので部分的な汚れ，傷，模様などに検出反射率が影響されることが少ない。
【０１１２】
また、本実施例では鍋温度検出装置１８内のサーモパイル２５のトッププレート２上位置での視野面とこの反射率検出発光のトッププレート２上での反射面はほぼ同一面である。このため、図１２に示すように鍋温度検出装置１８内にサーモパイル２５と赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６を並べて配置している。このため、反射補正係数と反射率の乖離（バラツキ）も少ない。
【０１１３】
解析では反射補正係数Ｋが０.１異なると温度検出では４℃の誤差になる。単一素子の場合図２６のＢ鍋では反射補正係数が１異なる場合があるため温度検出では４０℃の誤差となる。
【０１１４】
以上、本実施例では鍋の材質，鍋底の形状，汚れの強弱によらず平均的で正確な反射率の検出が可能となり、これでサーモパイル出力を補正することでどんな鍋でも正確な鍋温度検出が可能となる。
【０１１５】
以下では、本実施例の動作について、手前右側の円表示４に調理鍋６を置き、所定温度で所定時間調理鍋を加熱して調理を行う場合として説明する。図２７にこの動作のフローチャートを示す。図示していない電源を投入し、調理鍋６を置いた誘導加熱口の操作スイッチで所定の温度および調理時間を設定し（ステップＳ１）調理開始を指示すると（ステップＳ２）、マイクロコンピュータ６０はまず反射率検出回路７３を制御して載置された鍋の反射データ（反射率に相当）を取り込み反射率を検出する（ステップＳ３）。同時に加熱コイル７およびインバータ回路８等を冷却するため、図示しないファンを駆動して冷却風路１５ａ，１５ｂおよび１６ａ，１６ｂに外気を導入する。
【０１１６】
反射率を検出するステップＳ３を図２８に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。マイクロコンピュータ６０は反射率検出回路７３の端子７３−２にポートから図１２（ａ）の赤外線ＬＥＤ駆動信号を出力する（ステップＳ３−１）。所定時間（例えば２００ｍｓ）出力した後（ステップＳ３−２）、端子７３−８に出力される電圧Ｖ２をＡＤ端子より読み込む（ステップＳ３−３）。そして、赤外線ＬＥＤ駆動信号を停止する（ステップＳ３−４）。次に予め記憶されている鍋が置かれていない時の電圧Ｖ１を先に読み込んだ電圧Ｖ２から引き反射電圧Ｖｒを算出する（ステップＳ３−５）。そして、予め記憶されている反射電圧と反射率の関係から反射率ρを得る（ステップＳ３−６）。
【０１１７】
ステップＳ３に続いて、電力制御回路６２，周波数制御回路６１，インバータ回路８を制御して加熱コイル７に電力を供給し誘導加熱を開始する（ステップＳ４）。加熱コイル７に電力が供給されると、加熱コイル７から誘導磁界が発せられ、トッププレート２上の調理鍋６が誘導加熱される。この誘導加熱によって調理鍋６の温度が上昇し、調理鍋６内の被加熱物の調理が開始される。マイクロコンピュータ６０は誘導加熱を開始すると、一定時毎に鍋温度検出装置１８の出力を読み込み、鍋温度を検出する（ステップＳ５）。
【０１１８】
ここで、鍋温度検出動作（ステップＳ５）を詳細に説明する。図２９に鍋温度検出のフローチャートを示す。マイクロコンピュータ６０は鍋温度検出装置１８（サーモパイル温度検出回路７２）の出力電圧Ｖを読み込み（ステップＳ５−１）、この値から０.５Ｖを引きこれを鍋温度検出電圧Ｖｔとする（ステップＳ５−２）。
【０１１９】
同時にサーミスタ２０とサーミスタ温度検出回路７５からトッププレート２の温度を読み込む（ステップＳ５−３）。そして、予めトッププレートテーブル（テーブルをＴＢＬと略記する）として記憶してあるトッププレート温度Ｔｔとサーモパイル温度検出回路７２の出力の関係から、トッププレート２の温度Ｔ１ａでの赤外線量電圧Ｖａを得る。（ステップＳ５−４）。続いて、先の鍋温度検出電圧Ｖｔから前記Ｖａを減算する（ステップＳ５−５）。この処理により前述した外乱としてのトッププレート２からの赤外線量を除去する。この減算後の電圧をＶｔとする。
【０１２０】
そして、誘導加熱直前に検出した反射率から、放射率（＝１−反射率）を得て（ステップＳ５−６）、この減算後の鍋温度検出電圧Ｖｔを除算する（ステップＳ５−７）（反射率補正の動作）。除算後のＶｔに前述Ｖ０＝０.５Ｖを加算し、予め温度変換ＴＢＬとして記憶してあるＶｎとＴｎの関係であるデータテーブルを引いて（ステップＳ５−８）、鍋温度に変換し鍋温度Ｔｎを出力する（ステップＳ５−９）。
【０１２１】
なお、放射率を算出する過程（ステップＳ５−６）と鍋温度検出電圧Ｖｔを放射率で除算する過程（ステップＳ５−７）の代わりに、予め倍率ａ＝１／放射率（ａ＝１／ε）の値（１以上の値になる）を反射補正係数Ｋとして、この反射補正係数Ｋと反射電圧Ｖｒの関係（図２４に直線で示す関係）をテーブルとして記憶し、反射電圧Ｖｒから前記反射補正テーブルで反射補正係数値Ｋを得て（ステップＳ−１０）、ＶｔにＫを乗算したのち（ステップＳ−１１）、ＶｎとＴｎの関係であるデータテーブル（鍋温度変換ＴＢＬ）を引いて鍋温度を出力してもよい。こうすれば、マイクロコンピュータの処理時間を要する除算を使用しなくてすみ処理の高速化が図れる。図３０にこの場合のフローチャートを示す。
【０１２２】
続いて、ステップＳ５で検出した鍋温度Ｔｎが所定の温度に到達したら（ステップＳ６）、電力制御回路６２を制御して加熱コイル７に供給する電流を所定量減少させる（ステップＳ７）。そして、調理時間タイマーをスタートさせる（ステップＳ８）。一定時毎の鍋温度検出（ステップＳ９）を続けながら（ステップＳ１０）、加熱コイル７に供給する電流を所定量減増減させて（ステップＳ１１，Ｓ１２）、鍋温度を一定（Ｔｃ）に保つ。そして、所定の調理時間が経過したら（ステップＳ１３）、調理終了をブザーで使用者に報知して、加熱コイル７への電力投入を停止する（ステップＳ１４）。こうして、調理鍋６の被調理物は設定された温度および時間で調理される。
【０１２３】
以上の説明では反射率検出を誘導加熱直前に１度だけ行う例を示したがこれに限ることはない。通常の鍋では誘導加熱中（温度が高温になっても）反射率は変化しない。また、赤外線発光ＬＥＤでは長時間連続発光において寿命の問題がある。本説明ではこれらの点を考慮して１調理につき誘導加熱直前の１回の反射率検出に限定した。当然、発光電流を低減して調理中に一定周期で反射率検出を行っても良い。特に、薄手の鍋では高温による鍋底変形で反射率が変化することもある。さらに、色塗装を底面に施した鍋では、高温で塗装が変性し反射率が変化することもある。この場合には加熱中でも定期的に反射率検出を行うのが望ましい。この場合当然磁場の影響を避けるために、実施例のように非磁性金属体で赤外線投光器３５，赤外線反射受光器３６および反射率検出回路７３を囲うのが望ましい。
【０１２４】
また、調理中に鍋を動かす（浮かす）場合もある。この時赤外線透過窓５上にある鍋底の位置が変化するため反射率（放射率）も変化する。この場合には鍋を動かした（浮かした）時点でサーモパイル温度検出回路７２の検出する電圧が急激に変化する。そして、鍋を再び置いた時点でサーモパイル温度検出回路７２の検出する電圧はこの時点での鍋底面温度に対応する値に復帰する。この変化を捉え再度反射率の検出するのが望ましい。
【０１２５】
また、調理中に別の鍋に交換する場合もある。この時反射率は当然変化する。この場合には今ある鍋を退かした時点でサーモパイル温度検出回路７２の検出する電圧が急激に低下する。そして、別温度の鍋を置いた時点でサーモパイル温度検出回路７２の検出する電圧はこの鍋底面温度に対応する値に復帰する。この変化を捉え再度反射率の検出するのが望ましい。
【実施例２】
【０１２６】
図３１に実施例２の赤外線投光器３５と赤外線反射受光器３６を示す。実施例１と同等の構成・動作については同一符号を付し、説明を省略する。本実施例は、赤外線ＬＥＤ５０と放物面反射鏡５１で構成される赤外線投光器３５を市販の反射型赤外線ＬＥＤ５７に変えたものである。反射型赤外線ＬＥＤとしては、例えば、赤外線カメラ用長距離投光器に使われるものがある。図３２にこの概略構成を示す。リードフレーム５７−１に搭載した赤外線発光ＬＥＤチップ５７−４を、これが焦点に位置する下面に放物面反射鏡５７−５を持つエポキシ樹脂５７−２内に封止し、赤外線発光ＬＥＤチップ５７−４の発光を放物面反射鏡５７−５で反射させ、ほぼ平行光線の赤外線を放射面５７−３から投光するものである。赤外線反射受光器３６は実施例１と同様に小基板５３上に受光器遮光壁５５を持つ赤外線フォトトランジスタ５４を設け投光器遮光壁５２にはめ込んでいる。
【０１２７】
本実施例では、市販の反射型赤外線ＬＥＤを使用できるので、実施例１の構成に比べ、低コストを実現することができる。
【実施例３】
【０１２８】
図３３に実施例３の赤外線投光器３５と赤外線反射受光器３６を示す。実施例１と同等の構成・動作については同一符号を付し、説明を省略する。実施例１の図７では、放物面反射鏡５１上に配置される小基板５３のパターン部が投光赤外線を遮光する。例えば、放物面反射鏡５１が１辺１０mmの正方形であり、小基板５３が直径３mmの砲弾型レンズを持つ赤外線フォトトランジスタ５４を搭載するため４mm×１０mmの長方形基板とすると、１００mm2の投光面積の内実に４０％（４０mm2）を遮光することになる。この遮光部を削減するため、本実施例では、小基板５３を赤外線フォトトランジスタ５４と赤外線ＬＥＤ５０を固定する大きさのみに縮減（４mm×４mmの正方形として１６％の遮光となる）し、小基板５３から赤外線ＬＥＤ５０用に断面０.５mm×０.５mm正方形の２本の赤外線ＬＥＤリードフレーム５０−１と赤外線フォトトランジスタ５４用に同様のリードフレーム２本５４−１の計４本を立て、これを放物面反射鏡５１の貫通穴５１−１に通して電子回路基板２７に接続するようにしている。
【０１２９】
本実施例では、遮光を少なくできるので、実施例１の構成に比べ、より多くの受光量を得ることができ、より正確に鍋温度を検出することができる。
【実施例４】
【０１３０】
図３４に実施例４の赤外線投光器３５と赤外線反射受光器３６を示す。実施例１と同等の構成・動作については同一符号を付し、説明を省略する。実施例１では赤外線ＬＥＤ５０と赤外線フォトトランジスタ５４を小基板５３に実装しているが、本実施例ではこれらを電子回路基板２７の両面に実装している。また、放物面反射鏡５１も放物面反射鏡の片側半分を電子回路基板２７にその焦点が赤外線ＬＥＤ５０となるように固定している。この赤外線ＬＥＤ５０はいわゆるサイドビュータイプと呼ばれるもので図に示すように横に赤外線を放射するタイプである。
【０１３１】
本実施例の構成では、小基板５３をなくすことができ赤外線投光器３５と赤外線反射受光器３６をより安価に提供できる。
【０１３２】
なお、実施例１においてもこのように赤外線ＬＥＤ５０と赤外線フォトトランジスタ５４を電子回路基板２７に実装し、放物面反射鏡５１を電子回路基板２７の下にはめ込んでもよいのは明らかである。
【実施例５】
【０１３３】
図３５に実施例５の赤外線投光器３５と赤外線反射受光器３６を示す。実施例１と同等の構成・動作については同一符号を付し、説明を省略する。赤外線平行光を投光器遮光壁５２にはめ込んだ投光器凸レンズ５６とその焦点に配置した赤外線ＬＥＤ５０で作成する。周知のように凸レンズの焦点に点光源を配置すればレンズを透過した光は平行光となる。これを応用して赤外線平行光を作成する。
【０１３４】
本実施例では、赤外線ＬＥＤ５０と赤外線フォトトランジスタ５４を同一の基板の両面に実装する必要はなく、別個の基板に実装するので、作業効率を高めることができる。
【実施例６】
【０１３５】
図３６に実施例６の制御ブロックズを示す。実施例６は、赤外線反射受光器３６の赤外線フォトトランジスタ５４を照度検出にも流用し、トッププレート２上に鍋が置かれているか否かの検出を行う機能を持たせた誘導加熱調理器である。また、図３７に実施例６の反射率検出回路７３と照度検出回路７４の詳細を示す。これらの機能はトッププレート２上の赤外線透過窓５を通過してくる照明あるいは太陽光などの可視光を検出することで（１）調理鍋６が正しく円４上に置かれ、（２）誘導加熱でき、かつ（３）鍋温度検出装置１８のサーモパイル２５で鍋底温度を検出ができ、安全正確に調理温度制御できることを確認し、使用者の利便性，安全性を確保するものである。
【０１３６】
図８の光学特性から可視光（波長５００〜７００ｎｍの光）はトッププレート２および結晶化ガラス光学フィルタ３１を透過して赤外線フォトトランジスタ５４に受光される。図９の赤外線フォトトランジスタ５４の感度特性から、この可視光に対して赤外線フォトトランジスタ５４は感度をもつため光電流が流れ、反射率検出回路７３内の抵抗７３−３に直流電圧が発生する。この電圧を取り出して増幅し出力するのが照度検出回路７４である。この電圧はＯＰアンプ７４−１に入力され、高利得（抵抗７４−２と７４−３の比）で増幅され、端子７４−６に出力される。そしてマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子で読み込まれる。出力電圧が２個のダイオード７４−５の順方向電圧を越えると前記利得は抵抗７４−２と抵抗７４−３，７４−４の並列抵抗値の比に低減される。これは、高照度の場合に出力が５Ｖに飽和するのを防止するためである。図３８にこの照度検出回路７４の出力特性を示す。横軸照度は赤外線透過窓５横での照度である。同図に赤外線透過窓５を鍋で塞いだ場合の出力も示している。この鍋が赤外線透過窓５を塞いでいるかいないかの差を用いて、（１）調理鍋６が正しく円４上に置かれ（赤外線透過窓５の上に鍋が在るか否か）、（２）誘導加熱でき、かつ（３）鍋温度検出装置１８のサーモパイル２５で鍋底温度の検出が可能かどうかの判断が行える。但し、反射率検出のタイミングでは、つまり赤外線ＬＥＤ５０を発光させているタイミングでは、このＬＥＤの発光強度が照明，太陽光より強いため照度検出は妨害を受ける。このため、反射率検出と照度検出は排他的利用となる。
【０１３７】
図３９に、照度検出回路７４を用いて赤外線透過窓５の上に鍋が在るか否かの判断を行い、調理鍋を誘導加熱する場合の制御フローを示す。これは、実施例１の図２７のフローに鍋有無判断を入れたものである。
【０１３８】
調理開始に照度検出回路７４の出力を読み込み（ステップＳＳ−１）、この値が予め決めたしきい値より大かどうで鍋有無を判断し（ステップＳＳ−２）、鍋がなければブザーあるいは音声で「鍋が正しく置かれていないため、加熱を停止します。」などの警告を行い（ステップＳＳ−３）、スタートキー押し（ステップＳ−２）検出に戻る。鍋が正しく置かれていれば、つぎのステップである反射率検出に移行する。以降の動作処理は第１実施例と同様なため説明を省略する。なお、照度検出は反射率検出時以外で可能なため、調理中常に赤外線透過窓５上での鍋有無検出を行っても良いのは明らかである。
【０１３９】
以上説明した誘導加熱調理器によれば、調理温度１５０から３００℃の広い温度範囲において、鍋の材質，鍋底の形状，汚れの強弱によらず調理鍋６の加熱最高温度を正確に安定して検出でき、適切に加熱コイルへの高周波電力を制御することで最適な調理が可能となる。
【符号の説明】
【０１４０】
１  誘導加熱調理器の本体
２  トッププレート
５  赤外線透過窓
６  調理鍋
７  加熱コイル
８  インバータ回路
１０  コイルベース
１５  コイル冷却風路
１８  鍋温度検出装置
１９  センサ視野筒
２０  サーミスタ
２５  サーモパイル
２５−１４  ガラス凸レンズ
２６  ヒートシンク
２７  電子回路基板
２９  赤外線センサケース
３０  ケース窓
３１  結晶化ガラス光学フィルタ
３２  金属ケース
３３  外側赤外線センサケース
３５  赤外線投光器
３６  赤外線反射受光器
５０  赤外線ＬＥＤ
５０−１  赤外線ＬＥＤリードフレーム
５１  放物面反射鏡
５１−１  放物面反射鏡貫通穴
５２  投光器遮光壁
５３  小基板
５４  赤外線フォトトランジスタ
５４−１  赤外線フォトトランジスタリードフレーム
５５  受光器遮光壁
５６  投光器凸レンズ
５７  反射型赤外線ＬＥＤ
６０  マイクロコンピュータ
６１  周波数制御回路
６２  電力制御回路
７０  ブザー
７２  サーモパイル温度検出回路
７３  反射率検出回路
７４  照度検出回路
７５  サーミスタ温度検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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