JP3613251B2

JP3613251B2 - 多段型電子冷却ユニットおよび温度制御ステージ

Info

Publication number: JP3613251B2
Application number: JP2002057273A
Authority: JP
Inventors: 英志嶋田; 和伸梅本; 明生浮田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: JP2003258324A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品などの試料の温度試験を行う際、試料を低温に設定するための多段型電子冷却ユニットおよび温度制御ステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信用の電子部品などは、温度環境下での動作保証が求められており、製品を試験温度に設定して、動作確認試験や特性検査が行われている。製品を室温よりも低温に設定する必要があるときは、ペルチェ素子を用いた電子冷却がしばしば行われている。
【０００３】
その事例としては、例えば特開平６−８９９５５号公報に記載が有る。これらの電子冷却を用いる装置では、一般的には図２に示すような、複数のペルチェ素子エレメントをユニット化したペルチェモジュールを使用しており、ペルチェモジュールは広く市販されている。市販のペルチェモジュールは、ｐ型、ｎ型の熱電交換素子（ペルチェ素子）エレメント（図中記号１３）が交互に配列され、各端子が電極１１を介して電気的に直列に接続されている。
【０００４】
図２では簡略化のため、エレメント１３は１列に配置されているが、実際は２次元的にマトリクス状に配列されており、エレメントの個数も図示より多いものも有る。機械的な強度を確保するため、上下をセラミクスの板１２ａ，１２ｂで挟んだものが市販されている。
【０００５】
これらペルチェモジュールで試料を低温に設定するときは、直流電流を流して駆動するが、駆動電流による熱の移動によって、端面間の温度差が大きくなると、熱の逆流が大きくなり、つりあいが取れるとそれ以上には温度差が出ない。また、駆動電流の絶対値が少ない場合は電流の大きさに従って、おおむね上記したつりあい状態の温度差が大きくなるが、それより大きくなると、ペルチェ素子内部でのジュール熱の影響が強くなり、１枚のモジュールで得られる温度差は頭打ちになる。従って１枚のペルチェモジュールで得られる温度差以上に温度差を得たい場合は、ペルチェモジュールを２段以上積み重ねて使用することが行われる。
【０００６】
多段型の従来技術としては、特開平２−１０７８１号公報に記載されているようなものが知られている。この事例は下段から上段にかけて、ペルチェモジュールの大きさを小さくしたものを積み重ねることが、開示されている。
【０００７】
一方、特開平２−１０７８１号公報の構造のようにモジュールの面積を順次小さくなると熱伝達が悪くなり、効率が阻害される。これを防ぐため、たとえば特開平８−２３６８２０号公報のように、同一面積のモジュールを積み重ねる例が開示されている。多段型ペルチェモジュールでは、試料に近い上段のモジュールほど、駆動電流を少なくする必要があるが、前記事例では、それぞれのモジュール内のペルチェエレメントの接続順序を変えることによって、それを実現している。
【０００８】
一方、特開平１１−３２６０６３号公報では、ペルチェモジュールを多段に積み重ねて温度制御する際に、上段のペルチェモジュールの電流を小さくするために、バイパス回路を設け、大電流が流れるのを回避し、全体の特性を確保している技術を開示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術である特開平８−２３６８２０公報に記載された方法では、使用されるペルチェモジュールの形状、エレメントの配置は同一であるもの、各段において、電気的な接続方法が異なっている。従って各段毎に、接続を違えたモジュールを用意する必要が有る。一般に市販されている１段のペルチェモジュールは、エレメントが電気的には一筆書きで全て直列に接続されたものであり、さまざまな品種はない。
【００１０】
従って、一般的に入手可能な一筆書きペルチェモジュールを積み重ねることによっては、この従来技術では構成できないという課題が有る。
【００１１】
また、この従来技術では接続を違えたモジュールを使用するため、故障時対策として、その品種分だけモジュールを備蓄する要があり、メンテナンス性が悪いという課題が有る。
【００１２】
一方、特開平１１−３２６０６３公報に記載の方法では、放熱側のペルチェモジュールに流れた電流のうち一部をバイパス回路に流して、試料側ペルチェモジュールの電流を少なくしている。バイパス回路を流れる電流は冷却するという本来の目的には貢献することなく、電子回路で消費され、エネルギーを無駄に消費しているという課題が有る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、熱電変換素子をマトリクス状に配列し、絶縁物で挟みこんで構成したペルチェモジュールを複数積み重ねた構造の多段型電子冷却ユニットおよびこれを用いた温度制御ステージにおいて、前記ペルチェモジュールは、好ましくは全て同一品種の部品であることと、全てのペルチェモジュールに対して駆動電流を供給する電源とを含むことを特徴とし、それぞれのペルチェモジュールの接続関係によって、試料に近いペルチェモジュールほど駆動電流が少なくなるようにしている。
【００１４】
すなわち本発明の特徴は、熱電変換素子をマトリクス状に配列し、絶縁物で挟みこんで構成した複数のペルチェモジュールを複数段に積み重ねた構造の多段型電子冷却ユニットにおいて、前記ペルチェモジュール間の結線関係によって冷却される試料に近い位置のペルチェモジュールほど駆動電流が少なくなるようにした多段型電子冷却ユニットにある。ここで、前記複数のペルチェモジュールはたがいに同一品種のものであることが好ましい。なお本明細書において同一品種とは、同じ形状、内部の熱電交換素子（ペルチェ素子）エレメントの種類、数、それら間の内部接続形態が同じで同じ特性を有した同じ製品名（型名）のものを意味する。
【００１５】
さらに、前記試料側の結線は電気的に並列接続であり、放熱側の結線は電気的に直列接続であることができる。また、前記結線はバイパス回路を有して行われていることができる。
【００１６】
また、前記試料側と放熱側間に前記積み重ねた構造を２組設け、それぞれの組において冷却される試料に近い位置のペルチェモジュールほど駆動電流が少なくなるようにすることが好ましい。この場合、前記２組の積み重ねた構造は前記試料に対して同じ方向に配置していることができる。あるいは逆に、前記２組の積み重ねた構造は前記試料側に対してたがいに反対方向に配置していることができる。
【００１７】
本発明の他の特徴は、上記したいずれかに記載の多段型電子冷却ユニットの冷却側に試料ステージを固着し、放熱側に放熱手段を固着した温度制御ステージにある。この場合、多段型電子冷却ユニットの冷却側に試料ステージを固着し、放熱側に放熱手段を固着した温度制御ステージであって、前記試料ステージが箱型または、トンネル型の前記試料を包み込む形状の構造物である温度制御ステージにある。
【００１８】
あるいは本発明の他の特徴は、熱電変換素子をマトリクス状に配列し、絶縁物で挟みこんで構成した複数のペルチェモジュールによる多段型電子冷却ユニットを用いた温度制御ステージにおいて、第１および第３のペルチェモジュールを電気的に並列接続し、これに第２のペルチェモジュールを電気的に直列接続し、前記第１のペルチェモジュールを試料ステージに固着し、前記第１のペルチェモジュールに積み重ねた前記第２のペルチェモジュールを放熱手段に直結し、かつ、前記放熱手段を前記第３のペルチェモジュールで冷却するようにした温度制御ステージにある。この場合、前記第３のペルチェモジュールによる前記放熱手段の冷却は中間板を介して行うようにすることができる。
【００１９】
もしくは本発明の他の特徴は、熱電変換素子をマトリクス状に配列し、絶縁物で挟みこんで構成した複数のペルチェモジュールによる多段型電子冷却ユニットを用いた温度制御ステージにおいて、第１および第３のペルチェモジュールを電気的に並列接続し、これに第２のペルチェモジュールを電気的に直列接続し、前記第１のペルチェモジュールを試料ステージに固着し、前記第１のペルチェモジュールに積み重ねた前記第２のペルチェモジュールを放熱手段に直結し、前記試料ステージには試料を内包するカバーが接続されており、前記カバーを前記第３のペルチェモジュールで冷却するようにした温度制御ステージにある。この場合、前記カバー内に設置した乾燥剤を温度制御して、カバー内部の水蒸気を除去し、低温時に前記試料に結露するのを防ぐことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に関する図であり、図１（Ａ）その構造的な配置を示す構成図、図１（Ｂ）はそのペルチェモジュール間の電気的な接続を示す接続図である。
【００２１】
本構成図では、２段積み重ね型の構成を示している。１ａ，１ｂ、１ｃ、１ｄはそれぞれたがいに同一品種のペルチェモジュール、２は冷却の対象となる試料ステージ、３は放熱手段であり、ここでは放熱フィンを示している。本実施の形態では、２段の積み重ねモジュールを２セット用いて構成する。
【００２２】
ペルチェモジュール１ａ，１ｂ、１ｃ、１ｄの構成は、たとえば図２で示されたものに該当する。図２のペルチェモジュールは、一般に市販されている構造を示しており、それはペルチェエレメント１３が縦横マトリクス状に並べられて、電極１１が一筆書きになるように各エレメント上下面に設置され、上下をセラミクス板１２ａ，１２ｂで挟んだ構造を成している。
【００２３】
図１（Ａ）に戻って、６は温度センサであり、電流コントローラ４に接続されている。温度センサは、白金抵抗体やサーミスタなどの感温素子を用いる。電流コントローラ４は、例えばＰＩＤコントローラと電流アンプにより構成され、フードバック制御により、センサ６の温度が目標に合致するように、ペルチェモジュールに電流を供給する。ＰＩＤコントローラや電流アンプは市販品があるため、ここでは詳細には述べない。
【００２４】
図１（Ｂ）は第１の実施の形態におけるペルチェモジュール１ａ，１ｂ、１ｃ、１ｄの電気的な接続状態を示している。すなわち１ａ，１ｂは並列に接続され、１ｃ、１ｄは直列に接続される。１台の電流コントローラ４の出力は一対の＋−端子から、４個のペルチェモジュールに供給される。
【００２５】
図１（Ａ）のペルチェモジュール１ｃ，１ｄに固着された放熱部３は例えば放熱フィンとそれに風を吹き付けるファンで構成され、ペルチェモジュールを経由して、ペルチェモジュール１ａ，１ｂに固着された被温度制御物であるステージ２から伝達された熱を排熱する。
【００２６】
なお、この実施の形態や後で説明する他の実施の形態において、ペルチェモジュールの構造上の積み重ねは、例えば図２に示すペルチェモジュールの外壁のセラミック１２ａ、１２ｂどうしを熱伝導の良い接着剤でたがいに固着して行われ、ペルチェモジュールと放熱手段、試料ステージあるいは中間板との構造上の接続も、例えば図２に示すペルチェモジュールの外壁のセラミック１２ａ、１２ｂとこれらの放熱手段、試料ステージあるいは中間板とを熱伝導の良い接着剤で固着することでなされる。
【００２７】
ステージ２は、試料５への伝熱特性を高めるため、熱伝達率の高い金属の板に温度センサ６を埋めこんで用いる。なお図示していないが、低温時の結露防止のため、カバーなどがステージ２上に設置される場合がある。カバー内には必要に応じて乾燥空気や窒素など水蒸気の少ない気体を吹き込む。
【００２８】
上記の構成で、制御部４より電流を供給すると、ペルチェモジュール１ａと１ｂに流れる電流は、ペルチェモジュール１ｃと、１ｄに流れる電流の半分になる。従って１ａ、１ｂの電流は必ず１ｃ、１ｄの電流より小さくなる。また、１ａから１ｄは同一モジュール、すなわち同じ構成のモジュールであるので、面積が同一であり、モジュール積み重ねにおいて段差が発生しないので、熱伝達が効率的に行われる。
【００２９】
図３は本発明の第２の実施の形態のおけるペルチェモジュール間の電気的な接続状況を示す接続図である。
【００３０】
この第２の実施の形態は３段のペルチェモジュール積み重ねを行った場合である。この３段の場合でも、図１の２段の場合と同様に、積み重ねモジュールを２セット使用する。図３に示すそれぞれのペルチェモジュール１は、図１のそれぞれのペルチェモジュールと同様に、たがいに同一品種である。
【００３１】
図３の構造的構成は、放熱手段側に１段目（１）のペルチェモジュール１および１段目（２）のペルチェモジュール１がそれぞれ設けられている。そして、１段目（１）のペルチェモジュール１上に２段目（１）のペルチェモジュール１が設けられ、２段目（１）のペルチェモジュール１上に試料側の３段目（１）のペルチェモジュール１が設けられている。同様に、１段目（２）のペルチェモジュール１上に２段目（２）のペルチェモジュール１が設けられ、２段目（２）のペルチェモジュール１上に試料側の３段目（２）のペルチェモジュール１が設けられている。
【００３２】
これらの６個のペルチェモジュール１はたがいに同一品種であるから電気的特性も同じである。したがって、各ペルチェモジュールの電気抵抗が同一で１段目ペルチェモジュールの電流を１．０Ａと仮定すると、２段目の電流は０．４Ａ、３段目は０．２Ａとなって、上段に行くほど電流が少なくなる。４段以上積み重ねる場合も同様に、直列／並列接続を繰り返し、２セットの多段積み重ねモジュールを用いて構成する。
【００３３】
図４は本発明の第３の実施の形態に関する図であり、図４（Ａ）その構造的な配置を示す構成図、図４（Ｂ）はそのペルチェモジュール間の電気的な接続を示す接続図である。尚、この第３の実施の形態の接続図の図４（Ｂ）は第１の実施の形態の接続図の図１（Ｂ）と同じである。
【００３４】
すなわち、図１（Ａ）では、積み重ねたモジュールの２セットは、同一平面状のステージを冷却する配置になっており、放熱部も共用されている。しかし、電気的接続関係が同じであれば必ずしも機構的な構成はこれに限るものではなく、例えば、この第３の実施の形態の図４（Ａ）に示すように、中空の金属状の箱を試料ステージ２とし、その上下面に、多段ペルチェモジュールを１セットづつ配置することも可能である。この場合は、試料を取り囲む形なので、試料の温度設定精度が向上する。この場合は、物理的には放熱部３は、個別に設置する。尚、図４（Ａ）において図１（Ａ）と同一もしくは類似の箇所は同じ符号を付してあるから重複する説明は省略する。
【００３５】
次に図５は本発明の第４の実施の形態に関する図であり、図５（Ａ）その構造的な配置を示す構成図、図５（Ｂ）はそのペルチェモジュール間の電気的な接続を示す接続図である。この第４の実施の形態は、特に本発明の温度制御ステージの実施の形態である。
【００３６】
図５において、１ａ，１ｂ、１ｃはそれぞれペルチェモジュール、２は試料をセットするステージ、３ａ，３ｂはそれぞれ放熱手段であり、ここでは放熱フィンを示している。ペルチェモジュール１ａ，１ｂ、１ｃの構成は、例えば先に説明した図２で示されたものに該当する。図５におけるペルチェモジュール１ａ，１ｂ、１ｃ、温度センサ６、電流コントローラ４は図１と同様のものを示している。
【００３７】
図５（Ｂ）に示すように、ペルチェモジュール１ａ，１ｃが並列に接続され、それにペルチェモジュール１ｂが直列に接続されている。すなわち、第１のペルチェモジュール１ａと第３のペルチェモジュール１ｃとが電気的に並列接続し、これに第２のペルチェモジュール１ｂが電気的に直列接続している。１台の電流コントローラ４の出力が一対の＋−端子から３個のペルチェモジュールに供給される。
【００３８】
ペルチェモジュールはステージ２，放熱部３ａを含む中間板７、放熱部３ｂに、図５（Ａ）に示すように、固着されている。放熱部３ａ、３ｂは例えば放熱フィンとそれに風を吹き付けるファンで構成され、ペルチェモジュールを経由して、被温度制御物から伝達された熱を排熱する。
【００３９】
中間板７は、アルミニウムなど、熱伝導率の良い材質で構成された板で、放熱部３ａと、ペルチェモジュール１ｃが取りつけられる。ステージ２は、試料５への伝熱特性を高めるため、熱伝達率の高い金属の板に温度センサ６を埋めこんで用いる。
【００４０】
また、８は試料ステージのカバーであり、外気の進入によって、試料および、試料ステージの温度が大きく乱されることを防止する。カバーは、たとえば熱伝達率の低い樹脂で構成される。尚、図示していないが、試料への結露防止のために、必要に応じて乾燥空気や窒素など水蒸気の少ない気体をカバー内部に吹き込む。
【００４１】
上記の構成で、制御部４より電流を供給すると、ペルチェモジュール１ｂに流れる駆動電流は、ペルチェモジュール１ａと、１ｃに分割して流れるので、１ａの駆動電流は必ず１ｂの駆動電流より小さくなる。また、ペルチェ１ｃは、中間板７を冷却する働きもするので、２段ペルチェの放熱部の放熱を助長する働きをする。
【００４２】
なおこれらの実施の形態の構成部品であるペルチェモジュールは、同一品種を想定しているが、段ずみの部分さえ外形形状が同じであれば違う電流容量のものを使用しても差し支えない。その際は並列部分に流れる電流が適正であるか検討する必要がある。
【００４３】
図６は本発明の第５の実施の形態に関する図であり、図６（Ａ）その構造的な配置を示す構成図、図６（Ｂ）はそのペルチェモジュール間の電気的な接続を示す接続図である。尚、図６（Ｂ）に示す第５の実施の形態の接続は、図５（Ｂ）に示す第４の実施の形態の接続と同じである。この第５の実施の形態も第４の実施の形態と同様に、特に本発明の温度制御ステージの実施の形態である。
【００４４】
図６において、基本的に構成部品およびペルチェモジュール間の接続関係は図５と同一であり、相違点は、ペルチェモジュール１ｃがステージ２上のカバー８に接続している点および、ペルチェモジュール１ｃの冷却側の面に乾燥剤９を接続しているところである。乾燥剤９はたとえばシリカゲルで構成される。シリカゲルは、低温になるとより多くの水分子を吸着するため、カバー内の露点を低下させることができる。
【００４５】
従って、冷却動作時に、カバー内に乾燥空気等を吹きこむことなしに、結露を防止することができる。試料を取り出すときは、一旦温度を室温に戻してから、カバーを開放する。乾燥剤を復活させるためには、高温にして水分子を放出させればよいが、その目的のためには、ペルチェモジュールに流す電流を逆転して、ステージ及び、乾燥剤を冷却から加熱に切りかえて動作させることができる。なお、電子部品の検査では、低温のみならず、高温での検査も行う場合も多いので、高温検査時に、乾燥剤の復活を兼ねることができる。
【００４６】
上記の構成で、制御部４より電流を供給すると、ペルチェモジュール１ｂに流れる駆動電流は、ペルチェモジュール１ａと、１ｃに分割して流れるので、１ａの駆動電流は必ず１ｂの駆動電流より小さくなる。また、ペルチェ１ｃは、カバー８を冷却する働きをする。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、並列接続するペルチェモジュールを、放熱部または、カバーに接続させて、少しでもエネルギーを効率的に使用するようにしているが、装置の設置や、スペースの問題で、前記箇所に配置できない場合は、放熱部分と共に、他の第３の場所に設置したとしても、実用可能であることは明かである。
【００４８】
図７は本発明の第６の実施の形態の電気的接続を示す接続図であり、図８は本発明の第７の実施の形態の電気的接続を示す接続図である。
【００４９】
図７は、放熱体側の１段目のペルチェモジュール１上に２段目のペルチェモジュール１を設け、２段目のペルチェモジュール１上に試料側の３段目のペルチェモジュール１を設けたことによる積み重ねたペルチェモジュールの段数が３段の場合であり、電気的な接続関係は図７に示すように３段目のペルチェモジュール１とバイパス回路１０とを電気的に直列接続し、その直列接続に２段目のペルチェモジュール１を電気的に並列接続している。
【００５０】
図８は、放熱体側の１段目のペルチェモジュール１上に２段目のペルチェモジュール１を設け、２段目のペルチェモジュール１上に３段目のペルチェモジュール１を設け、３段目のペルチェモジュール１上に試料側の４段目のペルチェモジュール１を設けたことによる積み重ねたペルチェモジュールの段数が４段の場合であり、電気的な接続関係は図８に示すように、４段目のペルチェモジュール１とバイパス回路１０とを電気的に並列接続し、その並列接続に３段目のペルチェモジュール１を電気的に直列接続し、その直列接続に２段目のペルチェモジュール１を電気的に並列接続し、その並列接続に１段目のペルチェモジュール１を電気的に直列接続している。
【００５１】
以上は、３段および４段構成における電気的接続関係を示したが、５段以上の構成でも、同様の方法で、直列接続／並列接続を組み合わせることにより、試料側に近い段ほど、駆動電流を少なくすることができる。なお、多段化した際、結果的にバイパス電流は小さくなるが、その電流が小さく発熱量があまり損失として問題で無くなれば、バイパス回路として、ペルチェモジュールでなく、抵抗素子等を用いることもできる。その際は発熱を考慮して、抵抗素子等は、多段ペルチェモジュール部分に熱的に影響を及ぼさないような場所に配置する
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、好ましくは同一品種のペルチェモジュールを複数段重ね合わせる構成にして、ペルチェモジュール間の結線関係によって試料に近い位置のペルチェモジュールほど駆動電流が少なくなるようにしたので、構成部品の品種を少なくでき、システムの簡素化、故障時のメンテナンス性向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は構造配置の構成図、（Ｂ）はペルチェモジュール間の電気的接続の接続図である。
【図２】ペルチェモジュールを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のおけるペルチェモジュール間の電気的な接続を示す接続図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は構造配置の構成図、（Ｂ）はペルチェモジュール間の電気的接続の接続図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は構造配置の構成図、（Ｂ）はペルチェモジュール間の電気的接続の接続図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は構造配置の構成図、（Ｂ）はペルチェモジュール間の電気的接続の接続図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態のおけるペルチェモジュール間の電気的な接続を示す接続図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態のおけるペルチェモジュール間の電気的な接続を示す接続図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ、１ｃ，１ｄペルチェモジュール
２試料ステージ
３放熱手段
４電流コントローラ
５試料
６温度センサ
７中間板
８カバー
９乾燥剤
１０バイパス回路
１１電極
１２ａ，１２ｂセラミック板
１３熱電交換素子（ペルチェ素子）エレメント

Claims

熱電変換素子をマトリクス状に配列し、絶縁物で挟みこんで構成した複数のペルチェモジュールを複数段に積み重ねた構造の多段型電子冷却ユニットにおいて、
前記ペルチェモジュールは１台の電流コントローラで駆動され、冷却される試料側の前記ペルチェモジュールの結線は電気的に並列接続であり、放熱側の前記ペルチェモジュールの結線は電気的に直列接続であって、前記ペルチェモジュール間の結線関係によって冷却される試料に近い位置のペルチェモジュールほど駆動電流が少なくなるようにしたことを特徴とする多段型電子冷却ユニット。
前記複数のペルチェモジュールはたがいに同一品種のものであることを特徴とする請求項１記載の多段型電子冷却ユニット。
前記結線はバイパス回路を有して行われていることを特徴とする請求項１記載の多段型電子冷却ユニット。
前記試料側と放熱側間に前記積み重ねた構造を２組設け、それぞれの組において冷却される試料に近い位置のペルチェモジュールほど駆動電流が少なくなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の多段型電子冷却ユニット。
前記２組の積み重ねた構造は前記試料に対して同じ方向に配置していることを特徴とする請求項４記載の多段型電子冷却ユニット。
前記２組の積み重ねた構造は前記試料側に対してたがいに反対方向に配置していることを特徴とする請求項４記載の多段型電子冷却ユニット。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の多段型電子冷却ユニットの冷却側に試料ステージを固着し、放熱側に放熱手段を固着したことを特徴とする温度制御ステージ。
請求項６に記載の多段型電子冷却ユニットの冷却側に試料ステージをを固着し、放熱側に放熱手段を固着した温度制御ステージであって、前記試料ステージが箱型またはトンネル型の前記試料を包み込む形状の構造物であることを特徴とする温度制御ステージ。
熱電変換素子をマトリクス状に配列し、絶縁物で挟みこんで構成した複数のペルチェモジュールによる多段型電子冷却ユニットを用いた温度制御ステージにおいて、第１および第３のペルチェモジュールを電気的に並列接続し、これに第２のペルチェモジュールを電気的に直列接続し、前記第１のペルチェモジュールを試料ステージに固着し、前記第１のペルチェモジュールに積み重ねた前記第２のペルチェモジュールを放熱手段に直結し、かつ、前記放熱手段を前記第３のペルチェモジュールで冷却するようにしたことを特徴とする温度制御ステージ。
前記第３のペルチェモジュールによる前記放熱手段の冷却は中間板を介して行うようにしたことを特徴とする請求項９記載の温度制御ステージ。
熱電変換素子をマトリクス状に配列し、絶縁物で挟みこんで構成した複数のペルチェモジュールによる多段型電子冷却ユニットを用いた温度制御ステージにおいて、第１および第３のペルチェモジュールを電気的に並列接続し、これに第２のペルチェモジュールを電気的に直列接続し、前記第１のペルチェモジュールを試料ステージに固着し、前記第１のペルチェモジュールに積み重ねた前記第２のペルチェモジュールを放熱手段に直結し、前記試料ステージには試料を内包するカバーが接続されており、前記カバーを前記第３のペルチェモジュールで冷却するようにしたことを特徴とする温度制御ステージ。
前記カバー内に設置した乾燥剤を温度制御して、カバー内部の水蒸気を除去し、低温時に前記試料に結露するのを防ぐことを特徴とする請求項１１記載の温度制御ステージ。