(57)【要約】【課題】トッププレートに載せられた鍋の温度を精度良く測定するため、鍋の反射率を正確に測定することが課題である。【解決手段】トッププレート１下面に配し鍋２へ赤外線を照射する発光手段３３と、鍋２で反射される光を測定する反射光測定手段３４と、この反射光測定手段３４の出力から鍋２の反射率を算出する反射率算出手段３６と、発光手段３３のＶｆとＩｆの積を一定に保つＶｆＩｆ積一定化手段３７を備え、鍋２の正確な反射率を測定する。【選択図】  図１
2004227838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍋を加熱する加熱コイルと、前期加熱コイルに電力を供給する加熱手段と、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルターと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記トッププレート下面に配し前記鍋へ赤外線を照射する照射する発光手段と、前記鍋からの反射光を測定する反射光測定手段と、前記反射光測定手段の出力から前記鍋の反射率を算出する反射率算出手段と、前記発光手段の順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆの関係を一定に保つＶｆＩｆ一定化手段と、前記温度算出手段と反射率算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記トッププレートを透過して鍋底の赤外線反射率を算出し前記アンプもしくは前記温度算出手段の出力を補正するべく、前記ＶｆＩｆ一定化手段は、前記順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆを検出し、前記順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆの関係が一定となるように前記順方向電圧Ｖｆあるいは／および順方向電流Ｉｆを制御する加熱調理器。
【請求項２】
ＶｆＩｆ一定化手段は、ＶｆとＩｆの積を一定に保つようにした請求項１に記載の加熱調理器。
【請求項３】
ＶｆＩｆ一定化手段は、ＶｆとＩｆの和を一定に保つようにした請求項１に記載の加熱調理器。
【請求項４】
ＶｆＩｆ一定化手段は、ＶｆとＩｆの差を一定に保つようにした請求項１に記載の加熱調理器。
【請求項５】
ＶｆＩｆ一定化手段は、ＶｆとＩｆの比を一定に保つようにした請求項１に記載の加熱調理器。
【請求項６】
ＶｆＩｆ一定化手段は、ＯＰアンプとバイポーラトランジスタあるいはＭＯＳ−ＦＥＴあるいはダーリントントランジスタのいずれかをスイッチング素子とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱調理器。
【請求項７】
ＶｆＩｆ一定化手段は、シャントレギュレータとした請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱調理器。
【請求項８】
ＶｆＩｆ一定化手段は、ＯＰアンプもしくはシャントレギュレータと、フォトカプラとした請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱調理器。
【請求項９】
反射光測定手段は、Ｉ−Ｖ変換回路で反射光を検知するようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の加熱調理器。
【請求項１０】
反射光測定手段は、フォトトランジスタあるいはフォトダイオードいずれかを検知素子とした請求項１〜９のいずれか１項に記載の加熱調理器。
【請求項１１】
フォトダイオードの光検知回路部は、逆バイアス型あるいは電荷増幅型あるいはゼロ・バランス型のいずれかとした請求項１０に記載の加熱調理器。
【請求項１２】
オフセット及びゼロ・ドリフトを補正する回路を備えた請求項１〜１１のいずれか１項に記載の加熱調理器。
【請求項１３】
サーミスタで受・発光素子および周辺温度を測定し補正するようにした請求項１〜１２のいずれか１項に記載の加熱調理器。
【請求項１４】
バイアスレベル追従回路を追加し、暗電流や外乱光や受・発光素子及び回路の温度ドリフトをキャンセルするようにした請求項１〜１３のいずれか１項に記載の加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トッププレートに載置した鍋の反射率及び温度を精度良く検出することができる加熱調理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鍋内の被加熱物を加熱する加熱調理器においては、被加熱物の温度とほぼ等価である鍋底面の温度を検出する方式として、鍋を載置するトッププレートを介して接触型温度センサのサーミスタで鍋底温度を間接的に検出する方式が一般的である。また、より応答性の良い検知方法として、鍋底面から放射される赤外線を検出して鍋底面の温度を直接検知する方法も知られている。この従来例を図１８で説明する。
【０００３】
本体上面にトッププレート１を設け、鍋２を載置する。この鍋２を電磁誘導加熱する加熱コイル３と、この加熱コイル３に高周波電流供給する高周波電流供給手段４と、温度を検出する赤外線センサ５と、この赤外線センサ５の出力から鍋２の底面温度を算出し、加熱コイル３に供給する電力を制御する制御手段６を設けている。２１は制御手段６へ電力を供給する直流電源、２２は商用電源、２３は全波整流手段、２４は、電源コンデンサ２５、共振コンデンサ２６、スイッチング素子２７から成るインバータである。このような加熱調理器では、トッププレート１は、強度を高めるため特殊組成のガラスを再加熱してガラス中に微細結晶を析出させた結晶化ガラス（例えば、「リシア系セラミックス」Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）が用いられており（図２に、その透過特性例のグラフ図を、代表的な赤外線窓材の透過特性とともに示す）、２．６μｍ以下の波長の赤外線は８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の赤外線は３０％程度透過し、４μｍよりも長い波長の赤外線は殆ど通さない。
【０００４】
従って、４μｍ以下の波長成分でのみ、鍋２の底面温度を測定する必要があるが、一般的に調理時の鍋２の底面温度は、約３０℃〜２３０℃であり、この温度のピーク波長はステファン・ボルツマンの法則より６ミクロン〜１０ミクロンの波長である。（温度が高くなればなるほど加速度的に大きなエネルギを赤外線として放射する。図２のグラフ図下側に、その様子を３０℃、１００℃、２００℃について示す）。
【０００５】
絶対温度がＴ（Ｋ）である物体の表面からは赤外線を含めた電磁波が放射されているが、その単位時間当たりの総放射エネルギ量Ｅ（Ｗ／ｍ２）は、式（１）で表わされる。
【０００６】
式（１）…Ｅ＝εσＴ４
ここでεは放射率、σはステファン・ボルツマン常数（５．６７×１０−３Ｗ／ｍ２・Ｋ４）である。すなわち、あらゆる物質はその絶対温度の４乗に比例する強度の電磁波を放射している。
【０００７】
式（１）より約３００°Ｋ（３０℃）の常温の物体が放射するエネルギのピークは約１０μｍ付近（熱赤外域と呼ぶ）にある。一方、上記のようにトッププレート１が透過できる波長は４ミクロン以下の波長の赤外線であり、この４ミクロン以下の波長成分だけでは、約５７０°Ｋ（３００℃）の鍋２の底面からの赤外線放射エネルギでも３０％以下しか透過せず、赤外線センサ５に届く赤外線エネルギは微弱であり、従って、赤外線センサ５内の検出器で電気信号に変換するだけではＳ／Ｎ比が悪く、調理時の温度を測定するには、精度が良くなく、別の工夫が必要となる。その解決策として、赤外線センサ５とアンプと一体化する方法や、トッププレート１に窓材を埋め込んで上記問題を解決する方法（例えば、特許文献１参照）が提案されているが、多様な放射率を有する鍋種や多様な調理方法・調理シーンへの対応には言及されていない。物体表面に於ける赤外線の吸収、放射の最もよい理想的な物体は、黒体（Ｂｌａｃｋ  ｂｏｄｙ）と呼ばれ、放射率は１である。
【０００８】
これに比べて一般の物体は、灰色体（ｇｒａｙ  ｂｏｄｙ）と呼ばれ、放射率は１未満と０を超える値との間の値となる。この放射率を測定する主な方法には、放射率をキー入力する方法、既知の放射率の部位と比較して求める測定法、接触式温度計と併用する測定法、多色赤外線による測定法、環境温度切り換え法による測定法、ＦＴＩＲを用いた間接測定法、対象物に参照光（赤外線）を照射し、反射光から反射率を測定する方法などがある。
【０００９】
放射率をキー入力する方法は、鍋底の放射率を使用者が知っていないとキー入力することが出来ないし、操作が煩雑となる。既知の放射率の部位と比較して求める測定法は、あらかじめ「放射率」のわかっている「黒体スプレー」や「黒体テープ」等を鍋に塗布（あるいは貼り付けて）しておき、両方の部位を別々の赤外線センサあるいは赤外カメラ等で測定し、塗布していない部分との温度が等しくなるように「放射率」を設定する方法（例えば、特許文献２あるいは３参照）であり、実用的だが、鍋底に放射率が既知の黒色のモノを塗布する点が、汚れとして感じられ使用者に抵抗感を与える。接触式温度計と併用する測定法は、鍋底あるいはトッププレート１下に配したサーミスタ等の他の接触式温度測定手段により測定した測定値で、赤外線センサ５の出力を補正する方法であるが、鍋底に配置する方法は耐久性に乏しく、トッププレート１下に配する方法は鍋底とサーミスタとの温度差が大きく正確な補正を行うことは困難である。
【００１０】
多色赤外線による方法は、２波長の赤外線を用いて観測し、その出力比を演算する方法であり、放射率変動や外乱などの影響を受けにくい良い測定法である（例えば、特許文献４）が、原理的（複数の波長を使用し、波長間にある程度の帯域幅が必要である）に高温域（〜約８００℃）でないと測定が困難であると、共に、本発明のように使用できる波長帯域が限定される用途に用いるのは困難である。
【００１１】
環境温度切り換え法による測定法は、対象を赤外線で測定しようとする場合、対象が黒体ではないことから、赤外線センサに入射する赤外線には、対象からの放射だけでなく環境の放射を反射した成分も含まれていることを利用する。ここで、環境放射温度をＴａ［Ｋ］、対象の温度をＴｓ［Ｋ］、温度Ｔ［Ｋ］の黒体の放射エネルギをＴ（Ｔ）とすると、赤外線センサに入射する全放射エネルギＷ（Ｔｒ）は、式（２）のように表せる。
【００１２】
式（２）…Ｗ（Ｔｒ）＝εＷ（Ｔｓ）＋（１−ε）Ｗ（Ｔａ）
式（２）からも明らかなように、赤外線センサが測定しているのは対象の真の温度ではなく、実際には環境からの反射成分を誤差として含んだ温度である。ここで対象物をチャンバーや炉内に入れ、環境放射温度をステップ上に変化させた場合を考える。この際温度切り換えが十分高速であれば、対象の真の温度は変化しないが、環境からの反射成分は変化するため、赤外線センサで測定される温度は見かけ上変化することになる。この現象を利用することで、対象の放射率及び放射率による補正温度を算出できる。
【００１３】
具体的には、切り換え前後の環境放射温度をＴａ１、Ｔａ２、測定される見かけ上の温度をＴｒ１、Ｔｒ２として、それぞれ式（２）に代入することで得られる式（３）および式（４）を解くことにより、対象の放射率及び対象の真の温度を算出する。
【００１４】
式（３）…対象の放射率
ε＝１−｛Ｗ（Ｔｒ２）−Ｗ（Ｔｒ１）｝／｛Ｗ（Ｔａ２）−Ｗ（Ｔａ１）｝
式（４）…対象の真の温度
Ｗ（Ｔｓ）＝｛Ｗ（Ｔｒ１）−（１−ε）Ｗ（Ｔａ１）｝／ε
しかし、上記のように素早く環境温度を切り換える実用的な手段が加熱調理器では存在しないため、加熱調理器には適用できない。ＦＴＩＲを用いた間接測定法は、積分球をＦＴＩＲ装置に取り付け、室温でミラーを切り替えて試料に光を照射した場合、しない場合（リファレンス）の反射スペクトルを測定し、得られた分光反射率を、キルヒホッフの法則に基づいた関係式：放射率＝１−反射率に代入して、分光放射率および高温での全放射率を算出する方法であるが、装置が大がかりとなると共に、測定に時間を有するため、加熱調理器に用いることは困難である。
【００１５】
最後に反射光から反射率を測定する方法は、赤外線ＬＥＤなどの安価な光源から参照光を鍋２の底面に照射し、鍋２の底面から反射される赤外線の強度から鍋２の底面の反射率を測定する方法である（例えば、特許文献５あるいは６参照）。この測定法では非接触で測定が可能であると共に、大がかりな装置や、鍋底への黒体塗布等の前処理も必要がなく、加熱調理器における放射率（≒１−反射率）測定用として最適である。
【００１６】
【特許文献１】
特許第２８９７３０６号公報
【特許文献２】
特許第２８９５５８７号公報
【特許文献３】
特公平０６−０９１１４４号公報
【特許文献４】
特許第１６１４６７６号公報
【特許文献５】
特開平１１−２２５８８１号公報
【特許文献６】
特開２００２−７５６２４号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示した従来構成の誘導加熱調理器は、トッププレート１を介して赤外線センサ５により鍋２の底面の温度を直接検知しているが、鍋２の底面からの赤外線放射エネルギの大部分はトッププレート１で吸収されてしまうため、Ｓ／Ｎ比が悪い計測になると共に、多様な反射率を持つ鍋の種類や、多様な調理シーンには対応できていない。
【００１８】
また、赤外線センサ５は一般的に周囲温度の影響を受けやすく、加熱コイル３やトッププレート１を介して伝わる鍋２からの伝導熱、スイッチング素子２７の発熱の輻射・対流熱の影響などにより周囲温度が大きく変化するような加熱調理器本体内で、精度の良い放射温度をすることは難しかった。
【００１９】
本発明の目的は、周囲温度の変化による影響を最小限にすることにより、鍋２の底面の温度を高精度に測定することができる加熱調理器を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前期加熱コイルに電力を供給する加熱手段と、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルターと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記トッププレート下面に配し前記鍋へ赤外線を照射する照射する発光手段と、前記鍋からの反射光を測定する反射光測定手段と、前記反射光測定手段の出力から前記鍋の反射率を算出する反射率算出手段と、前記発光手段の順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆの関係を一定に保つＶｆＩｆ一定化手段と、前記温度算出手段と反射率算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記トッププレートを透過して鍋底の赤外線反射率を算出し前記アンプもしくは前記温度算出手段の出力を補正するべく、前記ＶｆＩｆ一定化手段は、前記順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆを検出し、前記順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆの関係が一定となるように前記順方向電圧Ｖｆあるいは／および順方向電流Ｉｆを制御する構成にし、非接触で精度良く鍋底の温度が測定できる加熱調理器としているものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
請求項１から７に記載の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前期加熱コイルに電力を供給する加熱手段と、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルターと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記トッププレート下面に配し前記鍋へ赤外線を照射する照射する発光手段と、前記鍋からの反射光を測定する反射光測定手段と、前記反射光測定手段の出力から前記鍋の反射率を算出する反射率算出手段と、前記発光手段の順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆの関係を一定に保つＶｆＩｆ一定化手段と、前記温度算出手段と反射率算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記トッププレートを透過して鍋底の赤外線反射率を算出し前記アンプもしくは前記温度算出手段の出力を補正するべく、前記ＶｆＩｆ一定化手段は、前記順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆを検出し、前記順方向電圧Ｖｆと順方向電流Ｉｆの関係ＶｆとＩｆの積あるいは和あるいは差あるいは比が一定となるように前記順方向電圧Ｖｆあるいは／および順方向電流Ｉｆを制御することによって、周囲温度に影響されずに、高精度に鍋の温度測定が出来る加熱調理器としているものである。また、ＶｆＩｆ一定化手段は、ＯＰアンプとバイポーラトランジスタあるいはＭＯＳ−ＦＥＴあるいはダーリントントランジスタのいずれかをスイッチング素子としたものである。
【００２２】
また、ＶｆＩｆ一定化手段は、シャントレギュレータとしたものである。特に、ＶｆとＩｆの和を一定とする場合はマイクロコンピュータなどで容易に加算機が構成できる。また差を一定とする場合はマイクロコンピュータなどで容易に減算機が構成でき、かつ、オペアンプなどの差動増幅器を用い容易に減算機が構成できる。またＶｆとＩｆの積を一定とする場合は、フラットな特性で温度依存性が改善される。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、ＶｆＩｆ一定化手段は、ＯＰアンプとフォトカプラを用いることによって、発光部と受光部を別の電位に出来るため、応用範囲の広い加熱調理器としているものである。
【００２４】
請求項９〜１１に記載の発明は、反射光測定手段は、Ｉ−Ｖ変換回路で反射光を検知することによって、より精度良く反射光を検出することが可能となるものである。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、オフセット及びゼロ・ドリフトを補正する回路を備えたことによって、より周囲温度の変化の影響を低減できる加熱調理器としているものである。
【００２６】
請求項１３に記載の発明は、サーミスタで受・発光素子および周辺温度を測定し補正することによって、より周囲温度の変化の影響を低減できる加熱調理器としているものである。
【００２７】
請求項１４に記載の発明は、バイアスレベル追従回路を追加し、暗電流や外乱光や受・発光素子及び回路の温度ドリフトをキャンセルすることによって、より周囲温度の変化の影響を低減できる加熱調理器としているものである。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施例１）
図１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例の加熱調理器は、トッププレート１に載置し調理物を加熱調理する鍋２と、鍋２を加熱する加熱コイル３と、加熱コイル３に高周波電流を供給し、鍋２を加熱する加熱手段４と、トッププレート１下面に配し鍋２の底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサ５と、赤外線センサ５の受光面に装着した所定帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルター２８と、赤外線センサ５に一体化されその出力を増幅するアンプ２９と、このアンプ２９の出力から鍋２の底面温度を算出する温度算出手段３０と、同じくトッププレート１下面に配し鍋２へ参照用の赤外線を照射する発光手段３１と、鍋２の底面からの反射光を測定する反射光測定手段３２と、反射光測定手段３２の受光面に装着した所定帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルター３３と、反射光測定手段３２の出力から鍋２の底面の反射率を算出する反射率算出手段３４と、発光手段３１内の発光素子のＶｆとＩｆの積あるいは和あるいは差あるいは比を一定に保つＶｆＩｆ一定化手段３５と、温度算出手段３０と反射率算出手段３４の出力に応じて加熱コイル３に供給する電力を制御する制御手段３６を備え、トッププレート１を透して鍋２底面の赤外線反射率を算出することで、温度算出手段３０の出力を補正するようにしたものである。３７は冷却手段、３８は同温度制御手段、３９はトッププレート１中央の貫通穴に嵌め込んだ窓材である。
【００３０】
次に実施例１の動作を説明する。図示していない電源スイッチを投入し、操作スイッチで所定の温度を設定すると、制御手段３６が加熱手段４を制御して加熱コイル３に所定の電力を供給する。加熱コイル３に高周波電流が供給されると、加熱コイル３から誘導磁界が発せられ、トッププレート１上の鍋２が誘導加熱される。この熱によって鍋２の温度が上昇し、鍋２内の調理物が調理される。赤外線センサ５は受光した赤外線のエネルギに比例した電圧を出力するもので、熱応答型検出器であるボロメータ、熱電対を一点に集めたサーモパイル、焦電素子あるいは、量子型のＨｇＴｄＴｅやＩｇＡＳ等シリコン素子の検出器を用いている。従って、鍋２の温度が上昇すると鍋２の底面からの赤外線放射強度も強くなり、赤外線センサ５が受光する赤外線エネルギ量が増え、赤外線センサ５の出力信号電圧が高くなる。
【００３１】
上述したように、トッププレート１は４μｍ以下の波長の赤外線しか透過せず、赤外線センサ５に届く赤外線エネルギは微弱であるが、モジュールとして赤外線センサ５と一体化されたアンプ２９で５００〜５０００倍程度に増幅した後に出力すると共に、窓材３９をトッププレート１の貫通穴に埋め込むことで、Ｓ／Ｎ比を確保し、実用的な温度測定を可能としている。
【００３２】
また、測定誤差となるトッププレート１及び窓材３９自身から放射される赤外線をカットするため所定帯域の波長の光を透過させる（例えば、０．８〜６．５μｍ、上限波長は窓材３９もしくはトッププレート１の透過波長域とする）のバンドパスフィルター２８を赤外線センサ５の受光面に装着している。温度算出手段３０はアンプ２９の出力信号電圧から上記のステファン・ボルツマンの式を基にした不定積分式あるいは累乗形の近似式を用いて鍋２の底面温度を算出し、制御手段３６に送る。
【００３３】
次に、トッププレート１下面に配した発光手段３１が鍋２へ参照用の波長０．５〜１．５μｍの赤外線を照射し、鍋２の底面からの反射光を反射光測定手段３２が測定する。（図３に対象物（鍋２）の反射率と、その反射光による反射光測定手段の検知出力との関係をグラフ図で示す。対象物の反射率と検知出力は良好な比例関係にある。）そして、反射率算出手段３４が反射光測定手段３２の出力から鍋２の底面の反射率を算出する。この算出した反射率（≒１−放射率）を入力して、制御手段３６が温度算出手段３０出力を補正することで、鍋底の非接触で高度な温度測定が可能となり、微妙な火加減が出来る加熱調理器としている。
なお、測定誤差となる上記波長域以外の光は、反射光測定手段３２の受光面に装着したバンドパスフィルター３３がカットする。
【００３４】
また、以上の構成でも基本的な温度測定は可能であるが、前述のように、赤外線センサ５は一般的に周囲温度の影響を受けやすいので、冷却手段３７でセンサの周囲から冷却し、温度制御手段３８が、この冷却温度を制御して、より精度が良く、安定した温度測定が出来るようにしている。
【００３５】
しかし、発光手段３１内の発光素子、例えば赤外ＬＥＤは、図４のグラフ図（ａ）に示すように、周囲温度により、そのＶｆ及びＩｆが大きく影響されるため、その積に依る放射束（単位時間あたりに電搬される放射エネルギ［Ｗ］）は図４（ｂ）に示すように、周囲温度により、大きく変化してしまう。
【００３６】
従って、加熱コイル３やトッププレート１を介して伝わる鍋２からの伝導・輻射・対流熱により周囲温度が大きく変化する加熱調理器本体内では、冷却だけでは測定誤差を完全に抑制することは困難である。（ただ、参照光の波長０．５〜１．５μｍでは、トッププレート１の反射率：ρは略々０に近く、低い値を示すので、トッププレート１からの反射による散乱光や、加熱コイル３や反影の影響は少ない。また、波長０．５〜１．５μｍの赤外線はトッププレート１で殆ど減衰することがなく、８０％を越える量が透過する。）ＶｆＩｆ一定化手段３５は、このような問題を解決するため、発光手段３１内の発光素子のＶｆとＩｆの積あるいは和あるいは差あるいは比を常に一定に保つことで、放射束を一定に保ち、正確な反射率測定を行えるようにしている。
【００３７】
また、発光手段３１内の発光素子と反射光測定手段３２内の受光素子の取り付け角度は、図５に示す、反射の法則θ１＝θ１‘及び屈折の法則ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２（前述のように、θ２による影響は慨零なので、θ１＝θ１‘が支配的となる）と鍋までの距離の変化ｌ（ｍｍ）を考慮して、最大反射光が得られるように決定する。
【００３８】
図６はＶｆＩｆ一定化手段３５の構成の一例を示したブロック図である。図６で４１は直流電源、４２は発光手段３１のＶｆを測定するＶｆ測定手段、４３は電流検知抵抗、４４はこの抵抗４３の両端の電圧を測定することで発光手段３１のＩｆを測定するＩｆ測定手段、４５はＶｆ測定手段の出力とＩｆ測定手段の出力と積のあるいは和あるいは差あるいは比の演算を行う演算器、４６は基準電源、４７はこの基準電源の基準電圧値と演算器４５の出力を比較する比較器、４８はアンプである。比較器４７が基準電圧値と比較して、ＶｆとＩｆの積あるいは和あるいは差あるいは比が一定となるようにアンプ４８の出力を制御する。
【００３９】
従って、ＶｆとＩｆの積あるいは和あるいは差あるいは比を常に一定に保つことことができ、発光手段３１から照射される放射束も常に一定となり、正確な反射率測定が可能となる。図７のグラフ図にＶｆとＩｆの積を一定に保った場合の放射束の測定例を示す。放射束は原理的に発光素子の電力に比例するので、ＶｆとＩｆの積を一定に保つと非常にフラットな特性となり、周囲温度への依存性がなくなり、良好な反射光測定が可能となる。
【００４０】
以上に述べたように、特に本実施例１によれば、制御手段３６は、温度算出手段３０の出力する温度信号を、反射率算出手段３４の出力する反射率信号によって補正した正確で応答性の良い検知温度によって、加熱コイル３に供給する電力を制御して、鍋２の底面温度が設定された温度になり、調理時に必要な微妙な火加減を実現できるものである。
【００４１】
なお、窓材３９を埋め込むために空けた貫通穴による、トッププレート１の強度低下は、既出願の特許にも述べられているが、貫通穴周辺を下から支持する支持台（図示せず）で補強改善してある。
【００４２】
また、本実施例では窓材３９を用いたが、既出願の特許にも述べられているように、窓材を用いずトッププレートの透過光だけでも鍋２の底面温度及び反射率の測定は可能である。
【００４３】
なお、赤外線センサ５とアンプ２９を一体化しない方法も考えられるが、一体化して赤外線センサ５の検知出力を直ちに増幅してから、配線出力した方がＳ／Ｎ比及び耐ノイズ性の向上が図れるのは自明の理である。
【００４４】
また、ＶｆＩｆ一定化手段３５を用いれば、冷却手段３７と、同温度制御手段３８は加熱コイル３を冷却する冷却ファンで代用できる。
【００４５】
なお、鍋側面の反射率を測定し、赤外線センサによる温度測定値を補正する製品も実用化されているが、側面の測定には様々な障害物、例えば、鍋から生じる水蒸気や、調理用材料、ボール等の調理器具があり、測定不可能となる場合が存在するため、鍋底面の反射率を測定する本発明の方式の方が優れており、構成上からも別の技術であるのは、明らかである。
【００４６】
（実施例２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例２は、ＶｆＩｆ一定化手段３５に、ＯＰアンプとバイポーラトランジスタあるいはＭＯＳ−ＦＥＴあるいはダーリントントランジスタのいずれかをスイッチング素子として用いた点が上記の実施例１とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００４７】
図８は、ＶｆＩｆ一定化手段３５にＭＯＳ−ＦＥＴを用いた１例を示した回路図である。図８で５１、５２、５３、５４は電流制限抵抗、５５は発光手段３１の電流Ｉｆを検知する抵抗、５６はＶｆを測定するＶｆ測定手段、５７はＶｆ測定手段の出力とＩｆ検知抵抗５５の両端の電圧との積の演算を行う掛算器、５８は基準電源、５８はこの基準電源５８の基準電圧値と掛算器５７の出力を比較する比較器、６０はＭＯＳ−ＦＥＴである。比較器５９が基準電圧値と比較して、ＶｆとＩｆの積が一定となるようにＭＯＳ−ＦＥＴ６０の出力を制御する。従って、ＶｆとＩｆの積を常に一定に保つことことができ、発光手段３１から照射される放射束も常に一定となり、正確な反射率測定が可能となる。
【００４８】
なお、上記の回路ではスイッチング素子を駆動する電流もＩｆ検知用の抵抗５５に流れるため、駆動電力が一番低いＭＯＳ−ＦＥＴを用いた時が、ＶｆとＩｆとの積のあるいは和あるいは差あるいは比を一定化する精度が一番良くなる。
【００４９】
また、検出抵抗５５の値には、基準電源５８の基準電圧Ｖｓ毎に、Ｖｆ×Ｉｆ＝Ｗｒを周囲温度に対してフラットな特性に出来る最適値が存在する。例えば、Ｖｓ＝２．４１９［Ｖ］では、図９のグラフ図に示すように、Ｒ５５＝５０Ωの時がもっともフラットで最適な温度特性を得られる。
【００５０】
（実施例３）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。図１０は、ＶｆＩｆ一定化手段３５の構成の一例を示した回路図である。図１０で６１、６２は電圧分割抵抗、６３はシャントレギュレータで、ＶｆとＩｆ検知抵抗５５の両端電圧との和が、内部の基準電圧値Ｖｓｓ×Ｒ６２／（Ｒ６１＋Ｒ６２）の値と等しくなるように動作する。６４は発振防止用のバイパスコンデンサで１００ｐＦ以上の値である。図４（ａ）のグラフ図に示すように、ＩｆとＶｆは正負逆の温度特性を持っている。−２０℃〜＋７５℃の温度範囲で、Ｖｆは約−２．９ｍＶ／℃、Ｉｆは約＋０．４ｍＡ／℃である。
【００５１】
従って、上記回路構成に於いて、ＶｆとＩｆとの和を常に一定に保つことで、発光手段３３から照射される放射束も慨一定となり、正確な反射率測定が可能となる。
【００５２】
本実施例では特に、シャントレギュレータ１石と数本の抵抗というシンプルな回路構成で、ＶｆＩｆ一定化手段３５を構成できるので、安価な加熱調理器を実現できるものである。
【００５３】
（実施例４）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例４は、シャントレギュレータとフォトカプラを用いた点が上記の実施例１及び実施例３とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００５４】
図１１は、ＶｆＩｆ一定化手段３５の構成の一例を示した回路図である。図１１で、７０はフォトカプラで、ＶｆとＩｆ検知抵抗５５の両端の電圧との和が、シャントレギュレータ６３内部の基準電圧値Ｖｓｓ×Ｒ６２／（Ｒ６１＋Ｒ６２）の値と等しくなるようにフォトトランジスタ７０は駆動される。７１は５００ｋＨｚ対応パルス幅制御型スイッチング電源コントローラＩＣで、出力段がトーテムポール構造になっていることで、ピーク出力電流が１．２Ａ（ＭＡＸ）あり、スイッチング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴ７２を５００ｋＨｚまでダイレクトに駆動することができる。７３はトランス、７４、７５は整流ダイオード、７６はチョークコイル、７７は電解コンデンサ、７８、７９は負荷抵抗である。スイッチング電源コントローラＩＣ７１とＭＯＳ−ＦＥＴ７２とシャントレギュレータ６３等が、いわゆるフォワード型スイッチングレギュレータとして動作し、所定の値の安定した直流電圧を出力する。従って、ＶｆとＩｆとの和を常に一定に保たれ、発光手段３１から照射される放射束も慨一定となり、正確な反射率測定が可能となる。
【００５５】
本実施例では特に、フォトカプラ７０で直流電源４１から電源を供給する回路群と、ＶｆＩｆ一定化手段３５のＶｆとＩｆとの和を比較する回路群へ供給する電源を分離した構成となるの、加熱手段４等から回り込むノイズを遮断でき、より安定した正確な反射率測定が可能となる。
【００５６】
なお、電解コンデンサ７７と負荷抵抗７８の間に、フィルタ回路を挿入した方が、より耐ノイズ性が向上する。
【００５７】
（実施例５）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例５は、Ｉ−Ｖ変換回路で反射光を検知する点が上記の実施例１とは異なるものであり、この点を中心に説明する。図１２は本実施例の構成を示す要部のブロック図である。図１２で３２は受光手段、３４は反射光測定手段、８０はＩ−Ｖ変換回路である。受光手段３２の電流出力を、Ｉ−Ｖ変換回路８０で大きな電圧出力に変換して出力することで、Ｓ／Ｎ比を高め、精度の良い反射率測定が行える。
【００５８】
（実施例６）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例６は、Ｉ−Ｖ変換回路に、フォトトランジスタあるいはフォトダイオードいずれかを検知素子に用いた点が上記の実施例５とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００５９】
図１３は本実施例の構成を示すＩ−Ｖ変換回路部の回路図である。図１３で３２は受光手段でフォトトランジスタ、８１は電流制限抵抗、８２は増幅度すなわちＩ−Ｖ変換係数を決定する抵抗、８３はバイアス電源、８４はＯＰアンプである。ＯＰアンプ８４の出力には、抵抗８５と電解コンデンサ８６からなるローパスフィルタと、負荷抵抗８８を接続している。受光手段であるフォトトランジスタ３２から流れ出した反射光に比例する電流Ｉｒｄは、抵抗８１を経て、ほぼ全て抵抗８２に流れ、抵抗８２の両端にＩｒｄ×Ｒ８５の電位差を発生させる、ＯＰアンプ８４のマイナス端子は、バイアス電源電圧Ｖｂｂと同電位に保たれるので、バイアス電圧Ｖｂｂ−Ｉｒｄ×Ｒ８５が出力端Ｖｏより出力される。受光手段３２の電流出力を、ＯＰアンプ８４と抵抗８２で大きな電圧出力に変換して出力することで、Ｓ／Ｎ比を高め、より精度の良い反射率測定が行える。
【００６０】
なお、フォトトランジスタ３２を、フォトダイオードに置き換えても同様に動作する。
【００６１】
また、一般的には、所定帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルター３５は受光手段内３２の受光素子の受光面に装着済みで供給販売される。
【００６２】
（実施例７）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例７は、フォトダイオードの反射光検知回路部を、ゼロ・バランス型あるいは逆バイアス型あるいは電荷増幅型のいずれかとした点が上記の実施例６とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００６３】
図１４は本実施例における光検知回路部の構成を示す回路図である。図１４（ａ）はゼロ・バランス型の基本回路で、ＯＰアンプ９１の仮想接地点にフォトダイオード３２を電流源として接続する。抵抗９１はＩ−Ｖ変換及び負帰還用の抵抗で、出力Ｖｏには、Ｖｏ＝−Ｉｓｄ×Ｒ９１の電圧が発生する。フォトダイオード３２の逆電流の影響が無くなるので、入力反射光量と出力Ｖｏとの直線性が良い。
【００６４】
一方、図１４（ｂ）は逆バイアス型の基本回路で、フォトダイオード３２に、抵抗９３とコンデンサ９４及びバイアス電圧Ｖｂｂで逆バイアスをかけているのを除けば、図１４（ａ）の回路と同じ動作を行う。逆バイアス電圧Ｖｂｂをかけることにより、フォトダイオード３２の接合容量Ｃｊが小さくなるので、高速動作が行え、反射光量の変化への応答性が良くなる。
【００６５】
最後に、図１４（ｃ）は電荷増幅型の基本回路で、負帰還抵抗９１に代わりコンデンサ９５を使用し、光電流を積分する。フォトダイオード３２に流れた光電流Ｉｓｄは、帰還コンデンサ９５に蓄えられ、Ｖｏ＝−１／Ｃ∫０ｔＩ（ｔ）ｄｔ＝−Ｑ（ｔ）／ｄｔの出力電圧を期間ｔの間に発生する。スイッチ９６はこの電圧を０にリセットし、積分動作を開始する時にＯＮし、積分動作中はＯＦＦしている。
【００６６】
本実施例では特に、フォトダイオードの反射光検知回路部を、ゼロ・バランス型あるいは逆バイアス型あるいは電荷増幅型のいずれかとすることで、発射光量に応じた電圧Ｖｏが出力端より出力される。受光手段であるフォトダイオードの３２の光電流出力を、ＯＰアンプ９２と帰還素子である抵抗９１あるいはコンデンサ９５で大きな電圧出力に変換して出力することで、Ｓ／Ｎ比を高め、より精度の良い反射率測定が行えるものである。
【００６７】
（実施例８）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例８は、オフセット及びゼロ・ドリフトを補正する回路を加えた点が上記の実施例７とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００６８】
図１５は本実施例における光検知回路部の構成を示す回路図である。図１５で９７はゼロ校正用スイッチで、数ｍＳに１回程度、ａ接点側すなわちアース電位に閉じ、オフセット電圧Ｒ９１×Ｖｏｓのみを測定する。光電流の測定時はｂ接点側に閉じていて、Ｖｏ＝Ｒ９１×（Ｖｏｓ＋Ｉｓｄ）の出力電圧を発生する。
従って、ａ接点側に閉じている期間の電圧をオフセット・及びゼロドリフト校正値としてメモリー記憶させておき、測定時にＶｏより除算して影響を相殺させる。以上の動作により、理想的なＩ−Ｖ変換特性が得られ、正確な反射光測定が行える。
【００６９】
（実施例９）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例９は、サーミスタで受・発光素子および周辺温度を測定し補正する点が上記の実施例とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００７０】
図１６は本実施例における構成を示すブロック図である。図１６で１００はサーミスタ、１０１は周囲温度算出手段である。制御手段１０２は温度算出手段３０出力する温度信号を、反射率測定手段３５の出力する反射率信号と、この周囲温度算出手段１０１の出力する周囲温度信号で補正することで、正確で応答性の良い検知温度が得られると共に、この検知温度で加熱コイル３に供給する電力を制御して、鍋２の底面温度が設定された温度になり、調理時に必要な微妙な火加減を実現できるものである。
【００７１】
（実施例１０）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１０は、バイアスレベル追従回路を追加し、暗電流や外乱光や受・発光素子及び回路の温度ドリフトをキャンセルする点が上記の実施例とは異なるものであり、この点を中心に説明する。
【００７２】
図１７は本実施例におけるバイアスレベル追従回路を追加したＩ−Ｖ変換回路部の回路図である。図１７で１０３〜１０９は抵抗、１１０はＯＰアンプ、１１１は電解コンデンサである。以上の構成により、ＯＰアンプ９２のプラス端子へ加えるバイアス電圧Ｖｂｂを入力光の変化より、抵抗１０８と電解コンデンサ１１１の時定数分だけ遅らせて追従させることにより、Ｖｏの変化分で光量を検出する。
【００７３】
従って、外乱光、暗電流、漏れ電流、温度特性等の影響を相殺することが可能となり、鍋種によっては調理中に鍋が動き、高反射率部と低反射率部との比で出力が大きく変わったり、距離が変わって、算出した反射率のばらつきが大きくなるような場合でも、Ｖｏの変化分で光量を検出することで影響をキャンセルし、安定して、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明の発明は、本発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前期加熱コイルに電力を供給する加熱手段と、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルターと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記トッププレート下面に配し前記鍋へ赤外線を照射する照射する発光手段と、前記鍋からの反射光を測定する反射光測定手段と、前記反射光測定手段の出力から前記鍋の反射率を算出する反射率算出手段と、前記発光手段のＶｆとＩｆの積あるいは和あるいは差あるいは比を一定に保つＶｆＩｆ一定化手段とを備えたことによって非接触で高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器が実現できるものである。
【００７５】
また、ＶｆＩｆ一定化手段に、ＯＰアンプとフォトカプラを用いることによって、発光部と受光部を別の電位に出来るため、応用範囲の広い加熱調理器としているものである。
【００７６】
また、反射光測定手段は、Ｉ−Ｖ変換回路で反射光を検知することによって、より精度良く反射光を検出することが可能となるものである。
【００７７】
また、オフセット及びゼロ・ドリフトを補正する回路や、受・発光素子および周辺温度を測定しサーミスタや、バイアスレベル追従回路を追加することにより、暗電流や外乱光や受・発光素子及び回路の温度ドリフトをキャンセルすることによって、より周囲温度の変化の影響を低減できる加熱調理器としているものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例２におけるトッププレート及び窓材の赤外線透過特性グラフ
【図３】本発明の実施例における鍋の反射率と、その反射光による反射光測定手段の検知出力との関係を示すグラフ
【図４】（ａ）本発明の実施例における発光素子のＶｆとＩｆの周囲温度による変化量を示すグラフ
（ｂ）本発明の実施例における発光素子の放射束の周囲温度による変化量を示すグラフ
【図５】本発明の実施例における発光素子と受光素子の取付角度を示す要部断面図
【図６】本発明の実施例におけるＶｆＩｆ測定手段の構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施例における発光素子の放射束の周囲温度に対する安定度を示すグラフ
【図８】本発明の実施例におけるＶｆＩｆ測定手段にＭＯＳ−ＦＥＴを用いた場合の回路図
【図９】本発明の実施例における発光素子の電力の周囲温度に対する安定度を示すグラフ
【図１０】本発明の実施例におけるＶｆＩｆ測定手段にシャントレギュレータを用いた場合の回路図
【図１１】本発明の実施例におけるＶｆＩｆ測定手段にフォトカプラとシャントレギュレータを用いた場合の回路図
【図１２】本発明の実施例におけるＩ−Ｖ変換回路を用いた反射光測定手段の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の実施例におけるＩ−Ｖ変換回路図
【図１４】（ａ）本発明の実施例における反射光検知部のゼロ・バランス型回路図
（ｂ）本発明の実施例における反射光検知部の逆バイアス型回路図
（ｃ）本発明の実施例における反射光検知部の電荷増幅型回路図
【図１５】本発明の実施例における反射光検知部のオフセット及びゼロ・ドリフトを補正回路を追加した回路図
【図１６】本発明の実施例９における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図１７】本実施例におけるバイアスレベル追従回路を追加したＩ−Ｖ変換回路部の回路図
【図１８】従来における誘導加熱調理器を示すブロック図
【符号の説明】
１  トッププレート
２  鍋
３  加熱コイル
５  赤外線センサ
２８  バンドパスフィルタ
２９  アンプ
３０  温度算出手段
３１  温度算出手段
３２  発光手段
３３  反射光測定手段
３４  反射率算出手段
３５  ＶｆＩＦ一定化手段
３６  制御手段
３７  冷却手段
３９  窓材
５７  掛算器
６０  ＭＯＳ−ＦＥＴ
６３  シャントレギュレータ
７０  フォトカプラ
８０  Ｉ−Ｖ変換回路
８４  ＯＰアンプ
【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】
2004227838.tif 000017
【図１６】
2004227838.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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