(57)【要約】【課題】  高価な部品を使用することなく、広い温度範囲にて、耐ノイズ性を確保しつつ、温度精度を向上させることができる電子加熱冷却装置を提供する。【解決手段】  電子加熱冷却装置１において、ペルチェモジュール１１および温度センサ１３が近接して加熱冷却対象物１２に取り付けられ、温度センサ１３は測定温度に対応する温度信号を、温度センサアンプ１４およびＡ／Ｄ（Analog／Digital）コンバータ１６を介して、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１７に出力し、ＣＰＵ１７は該温度信号に基づいて、ＰＩＤ（Proportional  Integral  Derivative）制御を行い、制御信号をドライバ回路１９に出力し、ドライバ回路１９は該制御信号に基づいてペルチェモジュール１１が加熱、冷却する熱量を制御する。一方、ＣＰＵ１７は温度センサアンプ１４にオフセット調整およびゲイン調整用の信号を出力し、オフセットおよびゲインを調整する。【選択図】        図１
2006177611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の接合対によって構成され、電流を流す向きにより、一端にて熱を発生し他端にて熱の吸収を行うことにより、加熱冷却対象物の加熱冷却を行う熱電素子と、前記熱電素子の電流の大きさおよび流す向きを変化させることにより、前記加熱冷却対象物の温度制御を行う制御手段と、前記熱電素子の近傍に設けられて前記加熱冷却対象物の温度を検出する感温手段と、前記感温手段の検出信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段と前記制御手段との間に介挿されるＡ／Ｄコンバータとを有する電子加熱冷却装置であって、
前記制御手段が、
前記温度制御を、前記熱電素子に許容最大電流を供給し、前記加熱冷却対象物が急速に所望の温度付近の温度になるようにする温度変化状態か、前記加熱冷却対象物が所望の温度になるような電流を前記熱電素子に供給する温度保持状態かのうちのいずれかの状態に変更する制御状態変更手段と、
前記制御状態変更手段に基づいて、前記増幅手段のゲインおよびオフセットを変更する増幅条件変更手段と、
を備えたことを特徴とする電子加熱冷却装置。
【請求項２】
前記制御状態変更手段が前記温度制御を前記温度変化状態から前記温度保持状態に変更したときに、
前記増幅条件変更手段が前記ゲインを前記温度変化状態におけるゲインよりも大きい値に変更し、前記オフセットを前記設定温度に対応した値に変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子加熱冷却装置。
【請求項３】
前記制御手段が、前記加熱冷却対象物の温度と前記所望の温度との偏差と、前記偏差の微分値と、前記偏差の積分値とに基づいて制御出力の演算を行うＰＩＤ制御を行い、
前記感温手段によって、前記加熱冷却対象物の温度が所定の比例帯に入ったことが検知されたときに、前記制御状態変更手段が、前記温度制御を、前記温度変化状態から前記温度保持動作状態に変更する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかの項に記載の電子加熱冷却装置。
【請求項４】
前記制御状態変更手段が前記温度制御を前記温度変化状態から前記温度保持状態に変更したときに、
前記増幅条件変更手段が、前記ゲインおよびオフセットを、前記比例帯に所定値を加算した温度範囲に前記Ａ／Ｄコンバータの入力電圧範囲が対応するような値に変更する、
ことを特徴とする請求項３に記載の電子加熱冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ペルチェモジュールといった半導体素子を使用して、加熱、冷却を行う電子加熱冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４に示すような電子加熱冷却装置２が用いられている。この図において、電子加熱冷却装置２は、ペルチェモジュール１１と、加熱冷却対象物１２と、温度センサ１３と、温度センサアンプ１５と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）コンバータ１６と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１８と、ドライバ回路１９とから構成される。加熱冷却対象物１２はペルチェモジュール１１および温度センサ１３が取り付けられる。
【０００３】
ペルチェモジュール１１は複数のＰ型半導体およびＮ型半導体の接合対（熱電冷却素子）を電気的に直列に接続したユニットであり、直流電流を流すことによって、該ペルチェモジュール１１の二表面において、それぞれ、熱の発生および吸収が行われ、該表面に接する加熱冷却対象物１２を加熱、冷却する。ペルチェモジュール１１は、流す電流の向きを変えることにより、加熱していた面を冷却したり、冷却していた面を加熱したりすることができる。また、流す電流の大きさを変えることにより、加熱、冷却の能力を変えることができる。換言すると、ペルチェモジュール１１は直流電流により、冷却、加熱、温度制御を自由に行うことができる。
【０００４】
温度センサ１３は例えば、熱電対、サーミスタ、白金抵抗体等により構成され、ペルチェモジュール１１の近傍に設置され、加熱冷却対象物１２の温度を観測する。加熱冷却対象物１２は、例えば、熱伝導率が大きい物質（アルミナや銅等）によって構成されたヒートシンクに載置されていてもよく、このヒートシンクはペルチェモジュール１１の基板表面の温度と同一視することができる温度となるため、加熱冷却対象物１２の温度を観測するには、このヒートシンクの温度を測定すればよい。そして、温度センサ１３の温度信号の電圧が小さいため、該出力電圧を温度センサアンプ１５によって増幅し、Ａ／Ｄコンバータ１６に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１６は温度センサアンプ１５から入力した温度信号をＡ／Ｄ（Analog／Digital）変換し、ＣＰＵ１８に出力する。
【０００５】
ＣＰＵ１８はＡ／Ｄコンバータ１６から入力したＡ／Ｄ変換後の温度信号を、設定温度との偏差と、該偏差の微分値と、該偏差の積分値とに基づいて制御出力の演算をするＰＩＤ（Proportional  Integral  Derivative）制御を行い、制御信号をドライバ回路１９に出力する。ドライバ回路１９はＣＰＵ１８から入力した制御信号に基づいて、ペルチェモジュール１１に流す電流を変化させたり、ペルチェモジュール１１に印加する電圧をＰＷＭ制御によって電圧のパルス幅を変化させることにより、加熱冷却対象物１２を加熱、冷却する熱量を制御する。尚、温度センサ１３がペルチェモジュール１１の近傍に設置されており、温度センサ１３が温度センサアンプ１５を介して、Ａ／Ｄコンバータ１６に温度信号を出力するので、上述した手順によって、加熱冷却対象物１２の温度を制御する。以上のように、電子加熱冷却装置２は温度についてフィードバック制御を行うことにより、加熱冷却対象物１２の温度を一定に保持させる。
【０００６】
例えば、Ａ／Ｄコンバータ１６のｂｉｔ数（分解能）を１０ｂｉｔ、入力電圧範囲を０〜４０９６ｍＶ、温度センサ１３によって検知される温度範囲を−１０〜１５０℃とした場合、通常、該温度における温度センサ１３の温度信号を温度センサアンプ１５によって増幅した温度増幅信号の電圧範囲を上述した入力電圧範囲と等しくするので、１ｂｉｔ当りの温度精度、１℃当りの入力電圧は以下のようになる。
１ｂｉｔ当りの温度精度：
（１５０−（−１０））／１０２４＝０．１５６℃／ｂｉｔ・・・（式1）
１℃当りの入力電圧：
４０９６／（１５０−（−１０））＝２５．６ｍＶ／℃・・・（式2）
尚、１０ｂｉｔは、一般的な１チップマイコンに内蔵されるＡ／Ｄコンバータが有する分解能である。
【０００７】
ここで、上述した電子加熱冷却装置２をバイオ関連、半導体製造装置等に使用する場合、１ｂｉｔ当りの温度精度を±０．１℃以内に向上させる必要があり、このために、温度センサ１３によって検知する温度範囲を狭くし、且つ、温度センサアンプ１５のゲインを大きくして、有限のＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲において、上述した温度範囲内の温度を細かく取り扱えるようにしたり、Ａ／Ｄコンバータ１６の分解能を増やすことにより、温度範囲を狭めないようにして温度精度を向上させるかのいずれかの対応がとられる。
【０００８】
しかしながら、上述したように、Ａ／Ｄコンバータ１６の分解能を増やすことにより、温度範囲を狭めないようにして温度精度を向上させる場合、次のような問題があった。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１６の分解能を増やすことにより、１ｂｉｔ当たりの入力電圧が小さくなるため、耐ノイズ性が悪くなり、ノイズ対策部品等の追加が必要となり、コストアップおよび装置の大型化を招いてしまうという問題があった。また、入力電圧範囲を０〜４０９６ｍＶと広くして使用する場合、温度センサアンプ１５に、入出力信号とも電源電圧まで信号を扱うことが可能なレールｔｏレール方式のオペアンプといったコストが高い部品を使わざるを得ないという問題もあった。
尚、従来のペルチェモジュールを使用した電子冷却装置として、特許文献１に記載されるものが知られている。
【特許文献１】特開２００１−３４５４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、高価な部品を使用することなく、広い温度範囲にて、耐ノイズ性を確保しつつ、温度精度を向上させることができる電子加熱冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、この発明では、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、半導体の接合対によって構成され、電流を流す向きにより、一端にて熱を発生し他端にて熱の吸収を行うことにより、加熱冷却対象物の加熱冷却を行う熱電素子と、前記熱電素子の電流の大きさおよび流す向きを変化させることにより、前記加熱冷却対象物の温度制御を行う制御手段と、前記熱電素子の近傍に設けられて前記加熱冷却対象物の温度を検出する感温手段と、前記感温手段の検出信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段と前記制御手段との間に介挿されるＡ／Ｄコンバータとを有する電子加熱冷却装置であって、前記制御手段が、前記温度制御を、前記熱電素子に許容最大電流を供給し、前記加熱冷却対象物が急速に所望の温度付近の温度になるようにする温度変化状態か、前記加熱冷却対象物が所望の温度になるような電流を前記熱電素子に供給する温度保持状態かのうちのいずれかの状態に変更する制御状態変更手段と、前記制御状態変更手段に基づいて、前記増幅手段のゲインおよびオフセットを変更する増幅条件変更手段とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、制御手段が、温度変化状態において、熱電素子に許容最大電流を供給し続けることにより、加熱冷却対象物の温度が急速に所望の温度付近に移行し、温度保持状態において、該熱電素子に、加熱冷却対象物が所望の温度になるような電流が供給され、且つ、増幅手段のゲインおよびオフセットが増幅条件変更手段によって変更されて、加熱冷却対象物を所望の温度に移行させるのに適した温度制御が行われる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電子加熱冷却装置であって、前記制御状態変更手段が前記温度制御を前記温度変化状態から前記温度保持状態に変更したときに、前記増幅条件変更手段が前記ゲインを前記温度変化状態におけるゲインよりも大きい値に変更し、前記オフセットを前記設定温度に対応した値に変更することを特徴とする。
この発明によれば、温度制御が温度変化状態から温度保持状態に移行すると、増幅条件変更手段が、増幅手段のゲインを大きくし、およびオフセットを前記設定温度に対応した値に変更して、所望の温度の近傍にて、加熱冷却対象物の温度を精度よく得る。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２のいずれかの項に記載の電子加熱冷却装置であって、前記制御手段が、前記加熱冷却対象物の温度と前記所望の温度との偏差と、前記偏差の微分値と、前記偏差の積分値とに基づいて制御出力の演算を行うＰＩＤ制御を行い、前記感温手段によって、前記加熱冷却対象物の温度が所定の比例帯に入ったことが検知されたときに、前記制御状態変更手段が、前記温度制御を、前記温度変化状態から前記温度保持動作状態に変更することを特徴とする。
この発明によれば、ＰＩＤ制御における比例帯に入る前において、熱電素子に許容最大電流を供給する温度変化状態にて温度制御が行われ、ＰＩＤ制御における比例帯に入った後において、加熱冷却対象物が所望の温度になるような電流を供給する温度保持状態にて温度制御が行われる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の電子加熱冷却装置であって、前記制御状態変更手段が前記温度制御を前記温度変化状態から前記温度保持状態に変更したときに、前記増幅条件変更手段が、前記ゲインおよびオフセットを、前記比例帯に所定値を加算した温度範囲に前記Ａ／Ｄコンバータの入力電圧範囲が対応するような値に変更することを特徴とする。
この発明によれば、温度制御が温度変化状態から温度保持状態に移行すると、増幅条件変更手段が、ゲインおよびオフセットを、比例帯に所定値を加算した温度範囲にＡ／Ｄコンバータの入力電圧範囲が対応するような値に変更し、ＰＩＤ制御において、所望の温度の近傍にて、加熱冷却対象物の温度を精度よく得る。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、温度変化状態において、加熱冷却対象物を素早く所望の温度付近に移行させることができ、且つ、温度保持状態にて、加熱冷却対象物を所望の温度に移行させるのに適した温度制御を行うことができる効果がある。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、温度制御が温度変化状態から温度保持状態に移行したときに、所望の温度の近傍にて、加熱冷却対象物の温度を精度よく得ることができる効果がある。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、温度変化状態および温度保持状態において、ＰＩＤ制御によって、加熱冷却対象物の温度制御をより精度よく行うことができる効果がある。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、ＰＩＤ制御において、温度制御が温度変化状態から温度保持状態に移行したときに、所望の温度の近傍にて、加熱冷却対象物の温度を精度よく得ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態における電子加熱冷却装置１は、ペルチェモジュール１１（熱電素子）と、加熱冷却対象物１２と、温度センサ１３（感温手段）と、温度センサアンプ１４（増幅手段）と、Ａ／Ｄコンバータ１６と、ＣＰＵ１７（制御手段）（制御状態変更手段）（増幅条件変更手段）と、ドライバ回路１９とから構成される。加熱冷却対象物１２はペルチェモジュール１１および温度センサ１３が取り付けられる。尚、ペルチェモジュール１１と、加熱冷却対象物１２と、温度センサ１３と、Ａ／Ｄコンバータ１６と、ドライバ回路１９とは従来によるものと同様のものである。
【００１９】
温度センサ１３は、ペルチェモジュール１１の近傍に設置され、加熱冷却対象物１２の温度を観測する。ペルチェモジュール１１の出力電圧は温度センサアンプ１４によって増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１６に出力される。Ａ／Ｄコンバータ１６は温度センサアンプ１５から入力した温度信号をＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ１７に出力する。
【００２０】
ＣＰＵ１７はＡ／Ｄコンバータ１６から入力したＡ／Ｄ変換後の温度信号をＰＩＤ制御し、制御信号をドライバ回路１９に出力する。ドライバ回路１９はＣＰＵ１７から入力した制御信号に基づいて、ペルチェモジュール１１が加熱、冷却する熱量を制御する。尚、温度センサ１３がペルチェモジュール１１の近傍に設置されており、温度センサ１３が温度センサアンプ１４を介して、Ａ／Ｄコンバータ１６に温度信号を出力するので、上述した手順によって、加熱冷却対象物１２の温度を制御する。以上のように、電子加熱冷却装置１は温度についてフィードバック制御を行うことにより、加熱冷却対象物１２の温度を一定に保持させる。
【００２１】
また、本実施形態においては、ＣＰＵ１７が、予め定められた設定温度および該温度を保持する保持時間といったパラメータに基づいてＰＩＤ制御によって温度制御を行う際に、温度センサ１３によって測定された温度信号が示す測定温度および上述した設定温度に基づいて、温度センサアンプ１４のゲイン調整およびオフセット調整用の信号を生成し、温度センサアンプ１４に出力する。温度センサアンプ１４は該ゲイン調整およびオフセット調整用の信号に基づいて、ゲインおよびオフセットを調整する。つまり、該ゲイン調整およびオフセット調整用の信号が温度センサアンプ１４にフィードバックされることになる。
【００２２】
ここで、温度センサアンプ１４のオフセットは、温度センサアンプ１４に入力される電圧を適正化するために、該入力される電圧に加えられる直流電圧成分を指す。
【００２３】
例えば、入力電圧範囲が０〜４０９６ｍＶであり、温度センサアンプ１４の出力を受けるＡ／Ｄコンバータ１６を、０〜１２０℃という温度範囲にて、温度センサ１３からの入力電圧範囲をフルスパンで使用し、温度センサアンプ１４のゲインを変更する場合について考察を行う。
【００２４】
仮に、温度センサアンプ１４のゲインを１０倍大きくすると、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧が１０倍大きくなるが、Ａ／Ｄコンバータ１６の出力電圧範囲は予め定められた範囲以上とることはできないので、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧に対応する温度の幅が１０分の１になり、Ａ／Ｄコンバータ１６における入力電圧４０９６ｍＶに対応する温度が１２℃になってしまう。この状態において、Ａ／Ｄコンバータ１６を２５〜３７℃という温度範囲にて使用することを検討すると、２５℃に対応するＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧が８５３３ｍＶになり、３７℃に対応するＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧が１２６２９ｍＶになり、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲を外れてしまう。
【００２５】
そこで、入力電圧がＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲（０〜４０９６ｍＶ）に入るように、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧を８５３３ｍＶ下げるように調整を行う。これにより、Ａ／Ｄコンバータ１６に入力される電圧が、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲に入るようなる。このとき、温度センサアンプ１４の出力電圧を、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲内になるように、直流成分を調整する値（−８５３３ｍＶ）を「温度センサアンプ１４のオフセット」という。
【００２６】
尚、本明細書、本願の願書に添付した特許請求の範囲および要約書における「オフセット」は、ＰＩＤ制御における誤差を指すものではないものとする。
【００２７】
次に、図２を参照して、電子加熱冷却装置１において、ゲインおよびオフセットを変更して行われる温度制御の動作の概要を説明する。
先ず、ＣＰＵ１７において、ＰＩＤ制御による温度制御を行うために、前述した設定温度および保持時間といったパラメータが設定され、該温度制御が開始される。次に、温度センサアンプ１４のゲインおよびオフセット（以下、ゲイン、オフセットという）に、以下のような初期値が設定され、温度センサ１３によって、加熱冷却対象物１２の温度が測定される。
【００２８】
すなわち、ゲインの初期値として、図２（ａ）に示すように、温度センサ１３の使用温度範囲における温度増幅信号の電圧範囲とＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲とを等しくするような値が温度センサアンプ１４に設定される。また、オフセットの初期値として、０Ｖが設定される。
以下、「ある温度範囲における温度増幅信号の電圧範囲とＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲とを等しくする」ことを、「ある温度範囲をＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲に対応させる」という。ここで、図２（ａ）においては、「温度範囲（（−１０）〜１５０℃）をＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲（０〜４０９６ｍＶ）に対応させる」ことになる。
【００２９】
以上の動作により、ペルチェモジュール１１に許容最大電流が流れ、加熱冷却対象物１２の温度が設定温度付近の予め定められたＰＩＤ制御の比例帯に入るように制御される。このように、温度が比例帯に入るように制御されている状態を温度変化状態という。
【００３０】
次に、温度センサアンプ１４のゲインおよびオフセットが上記のように設定され、温度センサアンプ１４が温度センサ１３からの温度信号を増幅し、温度増幅信号がＡ／Ｄコンバータ１６に入力され、Ａ／Ｄ変換されてＣＰＵ１７に入力される。ＣＰＵ１７は、前述した測定温度と設定温度との差の絶対値が、ＰＩＤ制御における比例帯以下となり測定温度が比例帯に入ったかを判定し、それに該当する場合は、温度を設定温度付近にするように、ゲインおよびオフセットを変更する。このように、ゲインおよびオフセットが変更され、温度が比例帯内において設定値付近になるように制御されている状態を温度保持状態という。
【００３１】
次に、上記のように温度保持状態に移行した場合について説明する。
ここで、ゲインが、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲（０〜４０９６ｍＶ）に（比例帯±１℃）という温度範囲が対応するようにする値に変更され、オフセットが、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲の中心（２０４８ｍＶ）に設定温度が対応するようにする値に変更される。尚、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲に対応する温度範囲が、ペルチェモジュール１１の使用温度範囲から、（比例帯±１℃）という温度範囲に縮小されるので、Ａ／Ｄコンバータ１６に信号を入力する温度センサアンプ１４のゲインは、大きい値に変更されることになる。
【００３２】
上記の例においては、温度範囲を（比例帯±１℃）としたが、温度範囲を比例帯からどのくらい大きくするかは、電子加熱冷却装置１の温度変化速度およびＣＰＵ１７の温度測定のサンプリング周期によって決定する。例えば、電子加熱冷却装置１の温度変化速度が５℃／ｓｅｃであり、ＣＰＵ１７の温度測定のサンプリング周期が１００ｍｓｅｃであるとすると、１サンプリングによって最大０．５℃しか温度が変化しないので、温度範囲は（比例帯±１℃）としても余裕があることになる。
尚、電子加熱冷却装置１の温度変化速度が比較的速いか、ＣＰＵ１７の温度測定のサンプリング周期が長い場合、温度範囲を比例帯から大きくする度合いを高める必要がある。
【００３３】
例えば、設定温度を５０℃、比例帯を±５℃とすると、温度センサ１３における温度範囲とＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲との関係は、ゲインおよびオフセットが初期値であったときにおける、図２（ａ）に示すような関係から、図２（ｂ）に示すような関係に移行する。また、図２（ｂ）に示す状態における、１ｂｉｔ当りの温度精度、入力電圧は以下のようになる。
１ｂｉｔ当りの温度精度：
（５６−（４４））／１０２４＝０．０１２℃／１ＬＳＢ・・・（式3）
１ｂｉｔ当りの入力電圧：
４０９６／（５６−（４４））＝３４１ｍＶ／１ＬＳＢ・・・（式4）
（式3）と（式1）、（式4）と（式2）を比較すると、１ｂｉｔ当りの温度精度が向上し、且つ、および１ｂｉｔ当りの入力電圧も小さくなり、共に改善される。
【００３４】
また、一般的なオペアンプは、出力電圧を０Ｖまで下げることが困難であるので、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲から０Ｖを除外することが望ましく、入力電圧範囲を２Ｖ（＝２０００ｍＶ）〜３．５Ｖ（＝３５００ｍＶ）に設定することを考える。図２（ｃ）は、図２（ａ）における入力電圧範囲を２Ｖ〜３．５Ｖに変更したものであり、図２（ｄ）は、図２（ｂ）における入力電圧範囲を２Ｖ〜３．５Ｖに変更したものである。
ここで、図２（ｃ）に示す状態、つまり、温度変化状態における、１ｂｉｔ当りの温度精度、入力電圧は以下のようになる。
１ｂｉｔ当りの温度精度：
（１５０−（−１０））／１０２４／（１５００／４０９６）
＝０．４３℃／１ＬＳＢ・・・（式5）
１ｂｉｔ当りの入力電圧：
１５００／（１５０−（−１０））＝９．４ｍＶ／１ＬＳＢ・・・（式6）
【００３５】
また、図２（ｄ）に示す状態、つまり、温度保持状態における、１ｂｉｔ当りの温度精度、入力電圧は以下のようになる。
１ｂｉｔ当りの温度精度：
（５６−（４４））／１０２４／（１５００／４０９６）
＝０．０３２℃／１ＬＳＢ・・・（式7）
１ｂｉｔ当りの入力電圧：
１５００／（５６−（４４））＝１２５ｍＶ／１ＬＳＢ・・・（式8）
（式5）および（式6）に示すように、温度変化状態においては精度がよくないが、（式7）および（式8）に示すように、温度保持状態においては、は十分な精度が得られる。
尚、温度変化状態においては、ペルチェモジュール１１に一定の出力を供給して、加熱冷却対象物１２の温度を設定温度付近の温度まで移動させるために、温度精度がよくなくても問題ない。
【００３６】
上記のように、温度センサアンプ１４において、ゲインが変更されると、ＣＰＵ１７における入力電圧から現在の温度を定義する変換パラメータが変更される。そして、該温度に基づいて、ＰＩＤ制御によってペルチェモジュール１１を制御するための信号が算出され、ドライバ回路１９へ出力される。
【００３７】
次に、本実施形態による電子加熱冷却装置１の温度制御の動作を、図３に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、電子加熱冷却装置１の電源が投入され、各部の動作が開始する。尚、ＣＰＵ１７において、ＰＩＤ制御による温度制御を行うために、前述した設定温度および保持時間といったパラメータが設定され、温度センサアンプ１４において、ゲインおよびオフセットに初期値が設定されているものとする。
【００３８】
先ず、温度センサ１３が加熱冷却対象物１２の温度を測定し（ステップＳ１）、温度信号が温度センサアンプ１４によって増幅され、温度増幅信号となってＡ／Ｄコンバータ１６に入力され、Ａ／Ｄ変換されてＣＰＵ１７に入力される。次に、ＣＰＵ１７において、前述した測定温度と設定温度との差の絶対値が、ＰＩＤ制御における比例帯以下であるかが判定される（ステップＳ２）。電子加熱冷却装置１の動作当初においては、測定温度と設定温度との差の絶対値が、ＰＩＤ制御における比例帯を越えていると考えられる。このときには、ステップＳ２における判断は「ＮＯ」となる。そしてステップＳ３へ移行し、前述した温度変更状態になる。
【００３９】
次に、オフセットが初期値に戻され（ステップＳ３）、ゲインが初期値に戻される（ステップＳ４）。
尚、ステップＳ２における判断が「ＹＥＳ」となるまでの間は、動作当初からオフセットおよびゲインが初期値から変更されないため、ステップＳ３およびステップＳ４を経ても、結果的に、オフセットおよびゲインは変更されない。
【００４０】
次に、温度センサアンプ１４において、オフセットおよびゲインが変更され、温度センサ１３から出力される温度信号が増幅され、前述した温度増幅信号がＡ／Ｄコンバータ１６を介してＣＰＵ１７に入力され、ＣＰＵ１７における入力電圧から現在の温度を定義する変換パラメータが変更される（ステップＳ５）。そして、該温度に基づいて、ＰＩＤ制御によってペルチェモジュール１１を制御するための信号が算出され、ドライバ回路１９へ出力される。
尚、ステップＳ２における判断が「ＹＥＳ」となるまでの間は、動作当初からオフセットおよびゲインが初期値から変更されないため、ステップＳ５を経ても、結果的に、変換パラメータおよびドライバ回路１９に出力される信号は変更されない。
【００４１】
次に、ＣＰＵ１７がドライバ回路１９に、ペルチェモジュール１１へ許容最大電流を流すような値を出力し（ステップＳ６）、ペルチェモジュール１１の加熱・冷却機能を動作させる。一方、ＣＰＵ１７は、加熱冷却対象物１２の温度測定が一定の時間（保持時間）間隔にて行われているため、保持該時間以上の時間だけ待った（ステップＳ７）後に、ステップＳ１へ戻る処理を行う。そして、ステップＳ１〜Ｓ２の動作が行われ、ステップＳ２において、加熱冷却対象物１２の温度（測定温度）と設定温度との差の絶対値が、ＰＩＤ制御における比例帯以下になるまで、ステップＳ３〜Ｓ７における動作が繰り返され、温度変化状態が継続する。そして、ＣＰＵ１７からの一定値の出力によって、温度が設定温度に接近してゆく。
【００４２】
そして、ステップＳ２において、加熱冷却対象物１２について、測定温度と設定温度との差の絶対値が、ＰＩＤ制御における比例帯以下になり、ステップＳ２における判断が「ＹＥＳ」となり、ステップＳ８へ移行し、前述した温度保持状態になる。ここで、オフセットが変更され（ステップＳ８）、ゲインが変更される（ステップＳ９）。
【００４３】
次に、温度センサアンプ１４において、オフセットおよびゲインが変更され、温度センサ１３から出力される温度信号が増幅され、前述した温度増幅信号がＡ／Ｄコンバータ１６を介してＣＰＵ１７に入力され、ＣＰＵ１７における入力電圧から現在の温度を定義する変換パラメータが変更される（ステップＳ１０）。次に、ＰＩＤ制御を行うための演算が行われ（ステップＳ１１）、演算された値がドライバ回路１９に出力され（ステップＳ１２）、ペルチェモジュール１１の加熱・冷却機能を動作させる。一方、ＣＰＵ１７は、加熱冷却対象物１２の温度測定が保持時間による間隔にて行われているため、保持時間以上の時間だけ待った（ステップＳ１３）後に、ステップＳ１へ戻る処理を行う。そして、ステップＳ１〜Ｓ２の動作が行われ、ステップＳ２において、加熱冷却対象物１２の温度（測定温度）と設定温度との差の絶対値が、ＰＩＤ制御における比例帯以下である間は、ステップＳ８〜Ｓ１３における動作が繰り返繰り返され、温度保持状態が継続する。そして、ＣＰＵ１７からのＰＩＤ制御された値の出力によって、温度が比例帯以内に維持される。
【００４４】
また、ＣＰＵ１７によって、設定温度が変更された場合、加熱冷却対象物１２の測定温度が比例帯から外れることになるので、その状態になった段階にて、ステップＳ２における判断が「ＮＯ」となり、温度変化状態となって、ステップＳ３〜Ｓ８の動作が繰り返された後、ステップＳ２において、加熱冷却対象物１２の温度（測定温度）と設定温度との差の絶対値が、ＰＩＤ制御における比例帯以下となり、温度保持状態となって、ステップＳ８〜ステップＳ１３の動作が行われ、温度が変更された設定値に接近してゆく。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、温度センサアンプ１４のゲインおよびオフセットを温度変化保持状態と温度保持状態とに応じて変化させることによって、広い温度範囲にて、耐ノイズ性を確保しつつ、温度精度を向上させることができる。
【００４６】
例えば、温度範囲（−１０〜１５０℃）に対して、Ａ／Ｄコンバータ１６において、１ｂｉｔ当たりの入力電圧を２０から３０ｍＶに維持しながら、温度精度を±０．０５℃以内にすることができる。また、Ａ／Ｄコンバータ１６の入力電圧を０〜４０９６ｍＶとはせず、２０００〜３５００ｍＶ（２〜３．５Ｖ）とすることによって、温度センサアンプ１４において、ローコストな一般的なオペアンプを使用することができ、電子加熱冷却装置１のコストダウンを図ることができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態における電子加熱冷却装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態において、温度センサアンプ１４のゲインおよびオフセットを変更した際の、温度センサ１３における温度範囲とＡ／Ｄコンバータ１６の入力電圧範囲との関係を示す図である。
【図３】同実施形態における電子加熱冷却装置１の温度制御の動作を示すフローチャートである。
【図４】従来における電子加熱冷却装置２の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、２・・・電子加熱冷却装置、１１・・・ペルチェモジュール（熱電素子）、１２・・・加熱冷却対象物、１３・・・温度センサ（感温手段）、１４・・・温度センサアンプ（増幅手段）、１５・・・温度センサアンプ、１６・・・Ａ／Ｄ（Analog／Digital）コンバータ、１７・・・ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）（制御手段）（制御状態変更手段）（増幅条件変更手段）、１８・・・ＣＰＵ、１９・・・ドライバ回路
【図１】
2006177611.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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