(57)【要約】【課題】、ＣＰＵの負荷が大きい状況下においても、複数の制御対象に対して最適な温度制御を行ない得る温度制御システムを提供することにある。【解決手段】複数の制御対象６毎の目標温度を設定するＣＰＵ１と、制御対象６に対して加熱及び冷却のうち少なくとも一方を行なう温度可変手段２と、制御対象６の温度を検知して信号を出力する温度センサ３と、制御回路４と、目標温度を制御回路４に出力する目標温度出力手段５とで温度制御システムを構成する。このうち、温度可変手段２、温度センサ３、制御回路４及び目標温度出力手段５は、制御対象６毎に備えておく。各制御回路４に、ＣＰＵ１で設定された目標温度を目標値として、温度センサ３からの信号に基づいて温度可変手段２を操作させ、制御対象６の温度制御を行う。【選択図】　図１
2004102540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の目標温度を設定するＣＰＵと、前記制御対象に対して加熱及び冷却のうち少なくとも一方を行なう温度可変手段と、前記制御対象の温度を検知して信号を出力する温度センサと、制御回路と、前記ＣＰＵで設定された目標温度を前記制御回路に出力する目標温度出力手段とを有し、
前記制御回路は、前記ＣＰＵで設定された前記目標温度を目標値とし、前記温度センサからの信号に基づいて前記温度可変手段を操作して、前記制御対象の温度を制御する温度制御システム。
【請求項２】
前記制御対象が複数であり、前記ＣＰＵが制御対象毎に目標温度の設定を行ない、少なくとも前記温度可変手段、前記温度センサ及び前記制御回路が、前記制御対象毎に備えられている請求項１記載の温度制御システム。
【請求項３】
前記目標温度出力手段が、前記ＣＰＵで設定された目標温度をアナログ信号に変換して前記制御回路に対して出力するＤＡコンバータであり、
前記制御回路が、前記目標温度出力手段で変換された前記アナログ信号と前記温度センサからの信号とから求められる偏差信号に基づいて前記温度可変手段を操作して、前記制御対象の温度を制御する請求項１記載の温度制御システム。
【請求項４】
前記制御対象が、分析装置の反応セルである請求項１または２に記載の温度制御システム。
【請求項５】
複数の反応セルを有する分析装置であって、前記反応セルの温度が上記請求項１〜３のいずれかに記載の温度制御システムを用いて制御されている分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象に対して温度制御を行なうための温度制御システム、及びそれを用いた分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に温度制御は、種々の分野で行なわれている。例えば、ビルや工場といった建物では、部屋毎に温度の制御が行なわれている。また、射出成形機や押し出し成形機等の各種の成型加工機、化学プラント、半導体製造装置等においては、使用する材料や工程に合わせて温度が制御されている。
【０００３】
更に、医療の分野では、免疫分析装置や生化学分析装置といった種々の分析装置が用いられており、このような分析装置においては、分析精度の向上を図るため厳密な温度制御が行なわれている。また、近年の遺伝子研究においては遺伝子検出装置に代表される分析装置が利用されている。遺伝子検出装置は、遺伝子を増幅させてこれを検出するものであり、この遺伝子検出装置においては、遺伝子の増幅が行なわれる反応セルで厳密な温度制御が行なわれている（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
上述した温度制御は、通常、制御が容易な点からＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ）と温度センサとを用いて行なわれている。図５は従来の温度制御システムの一例を概略的に示すブロック図である。図５に示す温度制御システムは、成形加工機、化学プラント、医療用の分析装置といった、複数の制御対象に対して温度制御を行なう必要がある装置や設備に用いられるシステムである。
【０００５】
図５に示すように、この温度制御システムでは、制御対象２３毎に、加熱器２２と温度センサ２４が設置される。また、加熱器２２はＣＰＵ２１から出力された動作信号によって動作を行い、温度センサ２４からの検知信号はＣＰＵ２１へと出力される。このため、複数の制御対象２３毎に、ＣＰＵ２１によるフィードバック制御が行なわれる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−９２５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す温度制御システムを、例えば上述した医療用の分析装置に用いる場合では、ＣＰＵ２１は、加熱器２２以外のモーターや測定機器等の操作（図５中で示す「操作１〜操作３」）２５を行なう必要があり、温度制御以外の制御にも利用される。また、成形加工機に用いる場合では、ＣＰＵ２１はスクリューや駆動装置等の操作２５を行なう必要があり、この場合も温度制御以外の制御に利用される。
【０００８】
このため、図５に示す温度制御システムでは、ＣＰＵ２１には大きな負荷がかかると言え、演算が間に合わずに設定温度を維持できない場合がある。また、このような大きな負荷がかかった状態においては、外乱の重なりによってバグが生じるおそれがあり、これによって設定温度が維持できない場合もある。
【０００９】
また、図５では、温度制御の対象が複数である場合について説明しているが、温度制御の対象が一つである温度制御システムであっても、ＣＰＵが温度制御以外の多数の処理を行なう態様であれば、上記した設定温度を維持できないという問題が生じる場合がある。
【００１０】
一方、上記の問題は、演算速度が速いＣＰＵを用いることや、ＣＰＵを複数個用いてシステムを分散型とすることによって解決できるとも考えられる。しかしながら、この場合においては、システムのコストが上昇するという新たな問題が生じてしまう。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題を解決し、ＣＰＵの負荷が大きい状況下においても、複数の制御対象に対して最適な温度制御を行ない得る温度制御システム、及びそれを用いた分析装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の温度制御システムは、制御対象の目標温度を設定するＣＰＵと、制御対象に対して加熱及び冷却のうち少なくとも一方を行なう温度可変手段と、制御対象の温度を検知して信号を出力する温度センサと、制御回路と、ＣＰＵで設定された目標温度を制御回路に出力する目標温度出力手段とを有し、制御回路は、ＣＰＵで設定された目標温度を目標値とし、温度センサからの信号に基づいて温度可変手段を操作して、制御対象の温度を制御することに特徴がある。
【００１３】
このため、本発明の温度制御システムによれば、ＣＰＵは目標温度の設定のみを行なえば良く、温度制御のためのフィードバック制御は制御回路によって行なわれるため、ＣＰＵにかかる負荷を軽減することができる。
【００１４】
上記の本発明の温度制御システムは、特に制御対象が複数ある場合に有効である。この場合、ＣＰＵは制御対象毎に目標温度の設定を行ない、少なくとも温度可変手段、温度センサ及び制御回路は、制御対象毎に備えられる。
【００１５】
また、上記の本発明の温度制御システムにおいては、目標温度出力手段は、ＣＰＵで設定された目標温度をアナログ信号に変換して制御回路に対して出力するＤＡコンバータであるのが好ましい。この場合、制御回路は、目標温度出力手段で変換されたアナログ信号と温度センサからの信号とから求められる偏差信号に基づいて温度可変手段を操作して、制御対象の温度を制御する態様であるのが好ましい。
【００１６】
更に、上記の本発明の温度制御システムは、制御対象が、分析装置の反応セルである場合に好ましく用いることができる。なお、分析装置としては、ＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ　ｃｈａｉｎ　ｒｅａｃｔｉｏｎ）法に代表される様々な遺伝子増幅法を適用した遺伝子検出装置があり、通常、これらの装置においては反応セルの温度制御が必要となる。また、遺伝子の検出は、反応セル中に光を照射し、反応セル中の濁度や蛍光プローブの蛍光を検出することにより行なうことが一般的である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の温度制御システムの一例について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の温度制御システムの一例を概略的に示すブロック図である。図１に示すように、本発明の温度制御システムは、複数の制御対象６に対してそれぞれ別個に温度制御を行なうためのシステムである。本例では、本発明の温度制御システムは、遺伝子検出装置の反応セルの温度制御に用いられており、制御対象６は反応セルである。また、制御対象６となる反応セルの数は１６個である。なお、本例では制御対象６は複数あるが、本発明の温度制御システムは制御対象６が一つである場合にも有効である。
【００１９】
また、図１に示すように、本発明の温度制御システムは、制御対象６毎に目標温度の設定を行なうＣＰＵ１と、制御対象６に対して加熱を行なう温度可変手段２と、制御対象６の温度を検知して信号を出力する温度センサ３と、制御回路４と、ＣＰＵ１で設定された目標温度を制御回路４に出力する目標温度出力手段５とで構成されている。本例では、各構成要素のうち、ＣＰＵ１は単一であるのに対し、温度可変手段２、温度センサ３、制御回路４及び目標温度出力手段５は、制御対象６毎に備えられている。
【００２０】
各制御回路４は、各目標温度出力手段５によって出力された制御対象６毎の目標温度を目標値として、温度センサ６からの信号に基づいて、温度可変手段２を操作する。これにより、各制御対象６の温度が制御される。
【００２１】
このように、本発明の温度制御システムにおいては、ＣＰＵ１は制御対象６毎の目標温度を設定するだけであり、制御対象６に対するフィードバック制御は制御回路４によって行なわれる。このため、本発明の温度制御システムによれば、従来に比べて、温度制御によってＣＰＵ１にかかる負荷を軽減することができる。また、ＣＰＵ１の演算が間に合わずに設定温度が維持できないという問題や、外乱によって設定温度が維持できないという問題の発生も抑制できる。更に、一旦制御回路４に目標温度が出力されれば、ＣＰＵ１にバグが発生しても最適な温度制御を行なうことができる。
【００２２】
なお、遺伝子検出装置では、反応セルに光源から光を照射し、反応セルの透過光や反射光、蛍光プローブの蛍光を受光することによって、目的の遺伝子の検出が行なわれる。このため、本例では、ＣＰＵ１には、光源点灯回路７、受光回路８、モーター駆動回路９及び各種センサ１０を操作すること、更にキーボード等の入力手段１１から入力された情報の処理や、検出結果の表示手段１２への表示を行なうこと等が要求されている。つまり、本例において、温度制御のためのフィードバック制御をＣＰＵ１で行なうとすると、ＣＰＵ１にかかる負荷は極めて大きいと言える。図１において示す「ｋ」、「ｌ」、「ｍ」及び「ｎ」は、任意の自然数である。
【００２３】
また、本例において、ＣＰＵ１による目標温度の設定は、ＣＰＵ１に接続されたメモリや記録装置（共に図示せず）に予め格納されている目標温度を読み出すことによって行なわれる。なお、目標温度の設定は、本発明の温度制御システムの用途に応じて行なえば良い。本例では、本発明の温度制御システムが遺伝子検出装置に用いられており、制御対象６が遺伝子検出装置の反応セルであるため、遺伝子検出装置で採用されている遺伝子の増幅方法に最適となるように、目標温度が設定される。
【００２４】
具体的には、遺伝子増幅がＰＣＲ法によって行なわれる場合は、ＣＰＵ１は目標温度を９４℃に設定する信号を出力し、その数１０秒後に目標温度を６０℃に設定する信号を出力する。更にＣＰＵ１は、その数１０秒後に目標温度を７２℃に設定する信号を出力し、このサイクルを複数回繰り返し行う。この後、ＣＰＵ１は、光源点灯回路７、受光回路８、モーター駆動回路９及び各種センサ１０を操作して、遺伝子の検出を行う。
【００２５】
本例では、温度可変手段２としては、制御対象６に対して加熱のみを行なう加熱手段が用いられている。具体的には加熱手段はヒータである。なお、本発明において、加熱手段はこれに限定されず、例えば、ペルチェ素子等であっても良い。
【００２６】
更に、本発明においては、必要に応じて、温度可変手段２として、制御対象６に対して冷却を行なう冷却手段を用いることもできる。また、温度可変手段２は、加熱手段と冷却手段との両方であっても良い。冷却手段としては、冷却ファン、ペルチェ素子等が挙げられる。
【００２７】
ここで、目標温度出力手段及び制御回路について具体的に説明する。図２は、図１に示す目標温度出力手段及び制御回路を具体的に示すブロック図である。図３は、図２に示す制御回路の回路図である。
【００２８】
図２に示すように、本例では、目標温度出力手段５は、ＣＰＵ１で設定された目標温度をアナログ信号に変換して制御回路４に入力するＤＡ（ｄｉｇｉｔａｌ　ａｎａｌｏｇ）　コンバータである。なお、本例では、目標温度出力手段５も制御回路４と同様に制御対象６毎に備えられているが、目標温度出力手段５の数は、単一であっても良いし、幾つかの制御回路４に対して一つであっても良い。また、目標温度出力手段５がＤＡコンバータである場合は、ＣＰＵに内蔵されていても良い。更に、本発明において、目標温度出力手段５は、ＤＡコンバータに限定されるものではなく、例えば電子ボリューム等を用いることもできる。
【００２９】
また、図２及び図３に示すように、制御回路４は、偏差検出回路１３と、加算回路１４と、積分・微分回路１５と、比例制御信号出力回路１６と、発信回路１７とで構成されている。このため、制御回路４においては、目標温度出力手段（ＤＡコンバータ）５で変換されたアナログ信号と温度センサ３からの信号とから求められる偏差信号に基づいてＰＩＤ制御が行なわれる。なお、本発明において、制御回路４の構成は、図２及び図３に示すものに限定されるものではない。
【００３０】
具体的には、温度センサ３と目標温度出力手段５とから信号（Ｓ５及びＳ６）が出力されると、偏差検出回路１３は、これら二つの信号に基づいて偏差信号Ｓ１を作成し、これを加算回路１４と積分・微分回路１５とに出力する。積分・微分回路１５は、偏差信号Ｓ１に基づいて積分制御及び微分制御を行なう。これにより作成された信号Ｓ２は加算回路１４へと出力される。
【００３１】
加算回路１４は、偏差信号Ｓ１と信号Ｓ２とを加算して信号Ｓ３を作成し、これを比例制御信号出力回路１６へと出力する。信号Ｓ３は、比例制御信号出力回路１６において、発信回路１７によってパルス信号Ｓ４に変換される。パルス信号Ｓ４は、図３に示すようにフォトカプラを介して、温度可変手段（ヒータ）２へと出力される。この結果、温度可変手段（ヒータ）が駆動される。
【００３２】
このように、本発明の温度制御システムにおいて、制御回路４は電気回路によって構成される。このため、本発明の温度制御システムを用いれば、ＣＰＵの数を増加させる場合や処理速度の高いＣＰＵを用いる場合に比べて、コストの低減を図ることができる。
【００３３】
図４は、図１〜図３に示す本発明の温度制御システムの動作を示す流れ図である。なお、以下の図４の説明においては、図１〜図３を適宜参酌する。図４に示すように、最初に、ＣＰＵ１により目標温度の設定が行なわれる（ステップＳ１１）。次に、目標温度出力手段（ＤＡコンバータ）５により、目標温度をアナログ信号に変換して作成された制御信号が出力される（ステップＳ１２）。次いで、制御回路４を構成する偏差検出回路１３によって、偏差が検出される（ステップＳ１３）。
【００３４】
次に、制御回路４を構成する積分・微分回路１５及び加算回路１４によって、ＰＩＤ制御が行なわれ（ステップＳ１４）、更に、比例制御信号出力回路１６から出力されたパルス信号Ｓ４によって、ヒータ２が駆動される（ステップＳ１５）。その後、温度センサ３によって制御対象６の温度が検知され、温度センサ３から偏差検出回路１３へと信号Ｓ５が出力される（ステップＳ１６）。ステップＳ１３〜ステップＳ１６は、ＣＰＵ１から新たな指令があるまで繰り返し行なわれる。
【００３５】
このように、本発明においては、ＣＰＵ１は最初に目標温度の設定を行なうだけであり、制御対象６の温度制御ためのフィードバック制御は、電気回路で構成された制御回路４のみによって行なわれる。ＣＰＵ１は、従来のように、温度センサからの出力信号を処理する必要がないため、ＣＰＵ１における負荷は軽減されると言える。
【００３６】
図１〜図４では、遺伝子検出装置に代表される分析装置に、本発明の温度制御システムを用いた例が示されている。但し、本発明の温度制御システムは、このような分析装置だけではなく、ビルや工場といった建物、成形加工機や半導体製造装置といった工業用機械、化学プラント、測定装置等の温度制御が求められる装置や設備であれば限定なく適用できる。特に、本発明の温度制御システムは、ＣＰＵが温度制御以外に多数の処理を行なう必要がある装置や設備に好ましく適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の温度制御システムによれば、ＣＰＵに大きな負荷をかけることなく、制御対象に対して温度制御を行なうことができる。このため、ＣＰＵの演算の遅延や外乱によって設定温度が維持できなくなるのを回避することができる。また、ＣＰＵに高度の処理能力が要求されず、電気回路が多用されるため、システム全体のコストの低減を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度制御システムの一例を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す目標温度出力手段及び制御回路を具体的に示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御回路の回路図である。
【図４】図１〜図３に示す本発明の温度制御システムの動作を示す流れ図である。
【図５】従来の温度制御システムの一例を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１　ＣＰＵ
２　温度可変手段
３　温度センサ
４　制御回路
５　目標温度出力手段
６　制御対象
７　光源点灯回路
８　受光回路
９　モーター駆動回路
１０　各種センサ
１１　入力手段
１２　表示手段
【図１】
2004102540.tif 000003
【図２】
2004102540.tif 000004
【図３】
2004102540.tif 000005
【図４】
2004102540.tif 000006
【図５】
2004102540.tif 000007