JP4929920B2 - 加熱調理器およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、鍋底温度を精度よく検出することができる加熱調理器およびプログラムに関するものである。

従来、鍋底から放射される赤外線を赤外線検知手段により検出して鍋底の温度を検知する加熱調理器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２２７９７６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、サーミスタなどで鍋底温度を検知するものに比べて精度よく検知することができるが、機器本体内部の温度変化の影響を受けると赤外線検知手段の出力電圧が異なるため、鍋底温度の検知の妨げになるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、機器本体内部の温度変化の影響を受けず正確に鍋底温度を検知することができる加熱調理器およびプログラムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の加熱調理器は、赤外線検知手段が、赤外線を検知するフォトダイオードと、このフォトダイオードから出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換手段と、この電流電圧変換手段とフォトダイオードとの接続極性を反転する接続制御手段とを有するものである。

これによって、フォトダイオードは接続を制御する接続制御手段を介して電流電圧変換手段に接続され、電流電圧変換手段の出力ドリフトとは容易に区別できる赤外線検知出力が得られるようフォトダイオードの光電流の電流電圧変換手段への伝わり方を制御できる。その結果、機器本体内部の温度変化の影響を受けず正確に鍋底温度を検知することができる。

また、本発明の加熱調理器のプログラムは、プログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させて加熱調理器の少なくとも一部を容易に実現することができる。また、記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることで、プログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

本発明の加熱調理器およびプログラムは、機器本体内部の温度変化の影響を受けず正確に鍋底温度を検知することができる。

第１の発明は、鍋を加熱する加熱源と、加熱された鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線検知手段と、前記赤外線検知手段の出力から鍋底温度または温度変化を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記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、前記赤外線検知手段は、赤外線を検知するフォトダイオードと、このフォトダイオードから出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換手段と、この電流電圧変換手段とフォトダイオードとの接続極性を反転する接続制御手段とを有する加熱調理器としたものである。これにより、フォトダイオードは接続を制御する接続制御手段を介して電流電圧変換手段に接続され、電流電圧変換手段の出力ドリフトとは容易に区別できる赤外線検知出力が得られるようフォトダイオードの光電流の電流電圧変換手段への伝わり方を制御できる。その結果、機器本体内部の温度変化の影響を受けず正確に鍋底温度を検知することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、接続制御手段はフォトダイオードが電流電圧変換手段に接続される極性を一定周期で反転し、電流電圧変換手段の出力を交流増幅することにより、一定周期の信号を計測することで他からのノイズを除去しやすく、さらに正確に赤外線光量を計測でき鍋底温度を算出できる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、フォトダイオードが電流電圧変換手段に接続される極性の切り替え周期をノイズの影響が少なくなるように適時変化させることにより、さらに、他からのノイズを除去しやすく、正確に赤外線光量を計測でき鍋底温度を算出できる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅により鍋底温度を算出することにより、フォトダイオードの温度上昇によりオフセット電圧の増幅率が上がり電流電圧変換手段の出力がドリフトしても、正確に赤外線光量を計測でき鍋底温度を算出できる。

第５の発明は、特に、第４の発明において、電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅を接続制御手段に入力する極性反転信号により同期検波して検知することにより、さらにノイズを除去でき精度よく赤外線光量を計測でき鍋底温度を算出できる。

第６の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、フォトダイオードが電流電圧変換手段に接続される極性の切り替えを擬似乱数信号により制御することにより、周期的な外来ノイズを除去でき精度よく赤外線光量を計測でき鍋底温度を算出できる。

第７の発明は、特に、第６の発明において、電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅を接続制御手段に入力する擬似乱数信号により同期検波して検知することにより、周期的な外来ノイズをさらによく除去でき、精度よく赤外線光量を計測でき鍋底温度を算出できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図は、本発明の実施の形態における加熱調理器として、誘導加熱調理器を例示したものである。

図１に示すように、本実施の形態における誘導加熱調理器は、機器本体１と、調理物５を収容した鍋２と、機器本体１内の上部に配置され、鍋２を加熱する加熱源である加熱コイル３と、加熱コイル３の上部で鍋２を載置するトッププレート６と、トッププレート６下面に置かれ鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線検知手段１４と、赤外線検知手段１４の出力から鍋底温度または温度変化を算出する温度算出手段１０と、温度算出手段１０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１１とを備えている。

そして、前記赤外線検知手段１４は、鍋底面から放射される赤外線を検知するフォトダイオード４と、このフォトダイオード４から出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換手段９と、この電流電圧変換手段９とフォトダイオード４との接続極性を反転する接続制御手段８と、フォトダイオード４近傍の温度を検知し温度算出手段１０へ出力する温度検知素子１２とを有している。フォトダイオード４は赤外線を受光すると、そのカソード端子４ａが正極、アノード端子４ｂが負極となる極性で光電流が出力される。

トッププレート６が赤外線をよく透過する良透過波長領域は０．５ミクロン〜２．５ミクロンである。また、長波長側で全く透過しない遮断波長領域は４．５ミクロンよりも長い波長領域である。そして、２．５ミクロン〜４．５ミクロンの波長領域に対しては全く透過しないわけではないし、よく透過するわけでもない、半透過波長領域である。一般的に調理時の鍋２の温度は、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。しかし、鍋２から放射される赤外線のうち放射エネルギーがあまり強くない４ミクロン以下の波長成分だけがトッププレート６を透過して、フォトダイオード４に届く。

また、接続制御手段８は、フォトダイオード４から出力される光電流の極性を反転させるもので、非反転時はフォトダイオード４のカソード端子４ａを接続制御手段８の第１の出力端子８ａに接続し、アノード端子４ｂを接続制御手段８の第２の出力端子８ｂに接続する。そして、反転時はフォトダイオード４のカソード端子４ａを接続制御手段８の第２の出力端子８ｂに接続し、アノード端子４ｂを接続制御手段８の第１の出力端子８ａに接続する。

また、電流電圧変換手段９は、接続制御手段８の第１の出力端子８ａから流れ込む電流値、あるいは流れ出す電流値を電圧値に変換するものであり、電流電圧変換手段９の出力は温度算出手段１０に接続されている。温度算出手段１０は、赤外線検知手段１４からの電圧信号の値を受け取り、この値を鍋２の底面から放射されている赤外線強度とし、これと温度検知素子１２からのフォトダイオード４近傍の温度値とから鍋底温度を算出するものである。

次に、図２により赤外線検知手段１４の回路構成を説明する。

フォトダイオード４は電流源３０とシャント抵抗３１の並列接続で表現でき、フォトダイオード４は赤外線を受光すると電流源３０から光電流を出す。接続制御手段８はフォトダイオード４から出力される光電流の極性を適時反転させるためのものであるが、非反転時はフォトダイオード４のカソード端子４ａを接続制御手段８の第１の出力端子８ａに接続し、アノード端子４ｂを接続制御手段８の第２の出力端子８ｂに接続することで、フォトダイオード４から発生する光電流が電流電圧変換手段９に伝わる。そして反転時はフォトダイオード４のカソード端子４ａを接続制御手段８の第２の出力端子８ｂに接続し、アノード端子４ｂを接続制御手段８の第１の出力端子８ａに接続することで、フォトダイオード４から発生する光電流が逆の極性で電流電圧変換手段９に伝わる。

また、電流電圧変換手段９は、オペアンプ３２とこのオペアンプ３２の反転入力端子３２ａと正転入力端子３２ａと出力端子３２ｃに接続されたフィードバック抵抗３３で構成され、フォトダイオード４から発生する微小な光電流値を電圧に変換する。この電流電圧変換手段９から出力される電圧は、フォトダイオード４からでる光電流値とフィードバック抵抗３３の抵抗値Ｒｆとの積となり、かつ符号が反転する。フォトダイオード４から出る光電流の大きさは受光した赤外線の強度に比例するため、オペアンプ３２から出される電圧出力も受光した赤外線の強度に比例した値となる。

図３は、赤外線検知手段１４の動作を説明するもので、鍋２に水を入れ誘導加熱調理器で湯を沸かした場合の各部の温度および出力電圧をプロットしたものである。

図３（ａ）は、鍋２に水を入れ誘導加熱調理器で湯を沸かした場合の鍋底温度とフォトダイオード４の温度および赤外線検知手段１４の出力信号電圧をプロットしたものである。

図３（ｂ）は、接続制御手段８でフォトダイオード４の極性を周期的に反転させたときのオペアンプ３２の出力、すなわち赤外線検知手段１４の出力電圧を示すグラフである。波形中央の一点鎖線３４で示しているのは、フォトダイオード４に赤外線が入射しないようにした場合のオペアンプ出力電圧の推定値であり、シャント抵抗３１の抵抗値Ｒｓｈの低下により−４ｍＶまでドリフトしている。

下側の破線３５はフォトダイオード４が順方向で接続された場合、すなわち、フォトダイオード４のカソード４ａがオペアンプ３２の反転入力端子３２ａに、フォトダイオード４のアノード４ｂがオペアンプ３２の正転入力端子３２ｂにつながるように接続制御手段８が動作した場合のオペアンプ３２の出力電圧を示す。また、上側の破線３６はフォトダイオード４が逆方向で接続された場合、すなわち、フォトダイオード４のカソード４ａがオペアンプ３２の正転入力端子３２ｂに、フォトダイオード４のアノード４ｂがオペアンプ３２の反転入力端子３２ａにつながるように接続制御手段８が動作した場合のオペアンプ３２の出力電圧を示す。

このように接続制御手段８がフォトダイオード４の接続を切り替えると、オペアンプ３２の出力電圧は順方向接続時の波形３５と逆方向接続時の波形３６とが交互に入れ替わった交流信号になる。そしてこの交流信号の振幅値は、オペアンプ３２の出力電圧の順方向接続時における波形３５と逆方向接続時における波形３６との差となるため、オペアンプ３２の入力オフセット電圧の影響は相殺され出力には現われない。

図３（ｃ）は、オペアンプ３２出力の交流信号の振幅値を示す。この振幅値と温度検知素子１２で測定したフォトダイオード４の温度から温度測定対象物である鍋２の鍋底温度を算出できる。この鍋底温度の算出にあたっては、オペアンプ３２の入力オフセット電圧の大きさやフォトダイオード４のシャント抵抗３１の温度による抵抗値変化を考慮する必要は全くない。

次に、本実施の形態における誘導加熱調理器の作用効果をより明確にするために、接続制御手段８が備わっていない場合について、図４に基づいて説明する。

まず、一般的に電流電圧変換手段９に使われるオペアンプ３２には入力オフセット電圧があり、安価な汎用のオペアンプでは１ｍＶ程度、高精度オペアンプでも１０μＶ程度あり、オフセット電圧の符号は正負どちらになるかその素子のばらつきで異なる。また、フォトダイオード４には内部に赤外線等の光を受けたときに発生する光電流の電流源３０と並列につながるシャント抵抗３１が存在し、この抵抗値Ｒｓｈは温度によって変化する。一般的に温度が高くなるほど抵抗値Ｒｓｈは小さくなる。

また、電流電圧変換手段９はオペアンプ３２の出力から反転入力端子３２ａへ抵抗値がＲｆのフィードバック抵抗３３が接続されており、前述したようにフォトダイオード４から光電流が発生した場合、オペアンプ３２の出力には符号が反転した−Ｉｓ×Ｒｆの電圧が出力される。例えばＲｆ＝１００ｋΩ、Ｉｓ＝１μＡの場合は、−０．１Ｖの出力電圧が得られる。

ここで、オペアンプ３２の反転入力端子３２ａと正転入力端子３２ｂとの間のオフセット電圧（反転入力端子３２ａの電圧が正転入力端子３２ｂの電圧よりも高い状態）があると、このオフセット電圧は（１＋Ｒｆ／Ｒｓｈ）倍されてオペアンプ３２の出力に出てくる。例えば、Ｒｆ＝１００ｋΩ、Ｖｏｆ＝１ｍＶとし、運転を始めた直後の機器本体１内部の温度が２０℃で、フォトダイオード４のシャント抵抗３１の抵抗値がＲｓｈ＝１ＭΩだったとする。このときはオペアンプ３２の出力は約−１ｍＶとなる。その後、機器本体１内部の温度が上昇しフォトダイオード４の温度が約８０℃になると、シャント抵抗３１の抵抗値は約３０分の１になり、Ｒｓｈ＝３３ｋΩとなる。このときも同様に、オフセット電圧は（１＋Ｒｆ／Ｒｓｈ）倍されてオペアンプ３２の出力に出てくるので、オフセット電圧は約４倍される。このためフォトダイオード４に赤外線が入射しなくてもオペアンプ３２の出力は−４ｍＶとなる。

そこで、図４に示すように、赤外線検知手段１４の出力信号において、フォトダイオード４の温度上昇の影響が生じる。実際に鍋２に水を入れ誘導加熱調理器で湯を沸かした場合の鍋底温度とフォトダイオード４の温度および赤外線検知手段１４の出力信号電圧をプロットしたものである。

鍋底温度とフォトダイオード４の温度変化は、図３（ａ）と同じであり、鍋底温度は時間ｔ１秒以降、１００℃で安定しているが、フォトダイオード４の温度は加熱コイル３などからの輻射熱の影響で上昇していき、当初２０℃であったが、時間ｔ２秒には８０℃になっている。

図４（ａ）はフォトダイオード４に赤外線が入射しないようにした場合のオペアンプ出力電圧の推定値であり、オペアンプ３２の入力オフセット電圧の影響により、温度が２０℃の時は−１ｍＶであったものが、温度が８０℃に上昇する時間ｔ２秒では、前述のシャント抵抗３１の抵抗値Ｒｓｈが約３０分の１に小さくなりオペアンプの入力オフセット電圧が４倍に増幅されるため−４ｍＶドリフトしている。

図４（ｂ）はフォトダイオード４に赤外線が入射する状態でのオペアンプ３２、すなわち赤外線検知手段１４の出力信号の時間変化を示している。一般的にフォトダイオードから出る光電流はフォトダイオード自身の温度と対象物の温度との差が大きいほど大きな電流値が出力され、フォトダイオード自身の温度と対象物の温度との差が小さいときは電流値が低下する。このため、図４（ｂ）の破線で示すように、本来、フォトダイオード４から出る光電流は減少していく。このため、赤外線検知手段１４の出力信号電圧も時間ｔ１秒時点よりも絶対値は低下するはずであるが、赤外線検知手段１４の出力信号の絶対値は上昇している。これは先ほど説明したようにフォトダイオード４の温度上昇で、入力オフセット電圧が４倍に増幅され、−４ｍＶドリフトしたためである。

このように、接続制御手段８が備わっていない場合は、聞き本体１内部の温度変化により赤外線検知手段１４の出力電圧が異なるため、測定対象物である鍋底温度を正確に測定する妨げになる。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態においては、接続制御手段を備えたことにより、フォトダイオードは接続を制御する接続制御手段を介して電流電圧変換手段に接続され、電流電圧変換手段の出力ドリフトとは容易に区別できる赤外線検知出力が得られるようフォトダイオードの光電流の電流電圧変換手段への伝わり方を制御できる。その結果、機器本体内部の温度変化の影響を受けず正確に鍋底温度を検知することができる。

また、本実施の形態では、フォトダイオードの出力電流を電圧に変換するオペアンプとの接続を一定周期で反転することにより、オペアンプ出力信号から一定周波数の信号を計測することで他からのノイズを除去しやすく、さらに正確に赤外線光量を計測でき鍋底温度を算出できる。

また、本実施の形態では、フォトダイオードの出力電流を電圧に変換するオペアンプとの接続を反転する周期を周囲のノイズの影響を受けにくい周期に適時変更することにより、さらに正確に赤外線光量を計測でき精度の高い鍋底温度を算出できる。

また、本実施の形態では、電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅値から簡単に鍋底の温度を算出することができる。

また、本実施の形態では、電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅を接続制御手段に入力する極性反転信号に同期した信号で同期検波することで、さらに周囲のノイズの影響を抑えることができる。

また、本実施の形態では、フォトダイオードが電流電圧変換手段に接続される極性の切り替えを擬似乱数信号により制御することで、たまたま周囲に極性の切り替え信号と同じ周波数を含んだ強いノイズがあるという事態を避けることができる。

また、本実施の形態では、電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅を接続制御手段に入力する擬似乱数信号により同期検波して検知することで、たまたま周囲に極性の切り替え信号と同じ周波数を含んだ強いノイズがあるという事態を避けるとともにさらにノイズの影響を抑えることができる。

また、本実施の形態では、加熱調理器の機能の少なくとも一部をコンピュータに実行させるためのプログラムとしたものであり、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させる形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回路を用いて配信したりすることで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

なお、本実施の形態においては、加熱調理器として、誘導加熱調理器を例示したが、これに限られるものではなく、ガスコンロや電子レンジなどであってもよいものである。

以上のように、本発明にかかる加熱調理器およびプログラムは、機器本体内部の温度変化の影響を受けず正確に鍋底温度を検知することができるので、誘導加熱調理器はもちろんのことガスコンロや電子レンジなど赤外線検知手段を備えた他の加熱調理器にも適用できる。

本発明の実施の形態における加熱調理器を示すブロック図 同加熱調理器の赤外線検知手段の構成を示す回路図 同加熱調理器の赤外線検知手段の動作説明図 同加熱調理器の作用効果を説明するための動作説明図

符号の説明

１ 機器本体
２ 鍋
３ 加熱源（加熱コイル）
４ フォトダイオード
５ 調理物
８ 接続制御手段
９ 電流電圧変換手段
１０ 温度算出手段
１１ 制御手段
１２ 温度検知素子
１４ 赤外線検知手段

Claims (7)

1. 鍋を加熱する加熱源と、加熱された鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線検知手段と、前記赤外線検知手段の出力から鍋底温度または温度変化を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱源に供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記赤外線検知手段は、赤外線を検知するフォトダイオードと、このフォトダイオードから出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換手段と、この電流電圧変換手段とフォトダイオードとの接続極性を反転する接続制御手段とを有し、接続制御手段はフォトダイオードが電流電圧変換手段に接続される極性を周期的に反転し、電流電圧変換手段の出力を交流増幅する加熱調理器。
2. 接続制御手段はフォトダイオードが電流電圧変換手段に接続される極性を一定周期で反転する請求項１に記載の加熱調理器。
3. フォトダイオードが電流電圧変換手段に接続される極性の切り替え周期をノイズの影響が少なくなるように適時変化させる請求項２に記載の加熱調理器。
4. 電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅により鍋底温度を算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱調理器。
5. 電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅を接続制御手段に入力する極性反転信号により同期検波して検知する請求項４に記載の加熱調理器。
6. フォトダイオードが電流電圧変換手段に接続される極性の切り替えを擬似乱数信号により制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱調理器。
7. 電流電圧変換手段から出力される交流信号の振幅を接続制御手段に入力する擬似乱数信号により同期検波して検知する請求項６に記載の加熱調理器。

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