JPWO2018158837A1 - 温度制御装置、温度制御方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

温度制御装置は、温度制御対象（１１０）を加熱又は冷却する吸放熱部（１３０）と、温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出部（２１０）と、可変目標温度に基づいて、吸放熱部を制御する制御部（２６０）と、第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変目標温度設定器（２４０）と、を備える。このような温度制御装置によれば、目標温度が随時適切な値へと変更されるため、温度制御対象が目標温度になるまでの時間を短くすることができる。

Description

本発明は、温度制御対象の吸熱又は放熱を制御する温度制御装置、温度制御方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体の技術分野に関する。

この種の装置として、例えばペルチェ素子等の熱量移動素子を利用して、温度制御対象の温度を制御するものが知られている。例えば特許文献１では、半導体レーザの温度をフィードバックして所定の目標温度に近づけようとする装置が開示されている。

特開昭６３−１９１９８９号公報

目標温度を設定して温度制御を行う場合、現在の温度と目標温度との間に大きな温度差がある状態では、オーバーシュートやハンチングが発生するおそれがある。このため、仮に急速な加熱や冷却を行ったとしても、温度制御対象の温度が目標温度で安定するためには、比較的長い期間を要してしまうという技術的問題点が生ずる。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、温度制御対象の吸熱又は放熱を制御して好適に温度制御を行うことが可能な温度制御装置、温度制御方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための温度制御装置は、温度制御対象を加熱又は冷却する吸放熱部と、前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出部と、可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御部と、前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定部と、を備える。

上記課題を解決するための温度制御方法は、前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出工程と、可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御工程と、前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定工程と、を含む。

上記課題を解決するためのコンピュータプログラムは、温度制御対象を加熱又は冷却する吸放熱部を備える温度制御装置に用いるコンピュータプログラムであって、前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出工程と、可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御工程と、前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定工程と、を前記温度制御装置に実行させる。

上記課題を解決するための記憶媒体は、上述したコンピュータプログラムを記憶している。

実施例に係る温度制御装置の構成を示すブロック図である。 実施例に係る温度制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。 目標温度初期設定処理の流れを示すフローチャートである。 一時目標温度の算出方法の一例を示す概念図である。 目標温度更新タイミング設定処理の流れを示すフローチャートである。 目標温度更新処理の流れを示すフローチャートである。 目標温度算出処理の流れを示すフローチャートである。 実施例に係る温度制御装置の動作の一例を示す図（その１）である。 ピーク判定時に発生し得る誤判定を示す図である。 ピーク判定時のフィルタリング処理を示す図である。 実施例に係る温度制御装置の動作の一例を示す図（その２）である。 引き込み範囲外で一時目標温度が漸近する例を示す図である。 最低引き込み単位を設定した場合の一時目標温度の変動を示す図である。 実施例に係る温度制御装置の冷却時の動作の一例を示す図である。 第１比較例に係る温度制御装置の動作の一例を示す図である。 第２比較例に係る温度制御装置の動作の一例を示す図である。 本実施例と第１及び第２比較例との違いを示す図である。 変形例に係る温度制御装置の構成を示すブロック図である。

＜１＞
本実施形態に係る温度制御装置は、温度制御対象を加熱又は冷却する吸放熱部と、前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出部と、可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御部と、前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定部と、を備える。

本実施形態に係る温度制御装置の動作時には、吸放熱部による加熱又は冷却によって、温度制御対象の温度が制御される。具体的には、吸放熱部による加熱又は冷却が、温度制御対象の周囲の第１温度と目標温度情報とに基づいて制御されることによって、温度制御対象の温度が目標温度に近づくような制御が実行される。

ここで本実施形態では特に、温度制御の目標温度が、可変目標温度（即ち、変動する値）として設定される。可変目標温度は、温度制御対象の周囲の第１温度と目標温度情報とに基づいて、第１可変目標温度として設定される。

このように可変目標温度を利用すれば、例えば固定値である目標温度を用いて温度制御を行う場合と比較して、より好適に温度制御を行うことが可能となる。例えば、温度制御対象を加熱又は冷却する場合には、熱遅延等によってオーバーシュート又はアンダーシュートが発生することになるが、このような挙動を考慮した上で適切な温度制御を行うことが可能となる。より具体的には、オーバーシュートやアンダーシュートが発生することを前提として、初期の目標温度を実際の目標温度より低い値又は高い値設定しておくことで、目標温度への到達時間（目標温度で安定するまでの時間）を短くすることができる。

＜２＞
本実施形態に係る温度制御装置の一態様では、前記可変温度設定部は、前記第１温度の前記第１可変目標温度に対するオーバーシュートのピーク又はアンダーシュートのボトムを形成する温度が、前記目標温度となるように、前記第１可変目標温度を設定する。

この態様によれば、仮にオーバーシュート又はアンダーシュートが発生したとしても、温度制御対象は目標温度よりも高い値に加熱される、或いは目標温度よりも低い値に冷却されることがない。従って、温度制御対象の温度を短期間で目標温度に到達させることが可能である。

＜３＞
本実施形態に係る温度制御装置の他の態様では、前記可変温度設定部は、前記第１温度が前記第１可変目標温度に設定された後、前記第１温度が前記ピーク又は前記ボトムとなる変化を検出した場合に、前記可変目標温度を、前記第１可変目標温度より前記目標温度に近い第２可変目標温度に設定する。

吸放熱部によって加熱又は冷却を行って、温度制御対象の温度が第１可変目標温度に到達した後は、加熱又は冷却が中止される、或いはオーバーシュートやアンダーシュートによる温度超過を解消するために逆の制御が実行される。このため、第１温度の温度変化量は、第１可変目標温度に到達した後は、徐々に小さい値へと変化していく。

本態様では、第１温度が第１可変目標温度に設定された後、第１温度の温度変化がピーク又はボトムとなった場合、可変目標温度が第１可変目標温度より目標温度に近い第２目標温度に設定される。このように可変目標温度を変更すれば、第１温度が適切な温度にまで加熱又は冷却された時点（例えば、オーバーシュートのピーク又はアンダーシュートのボトムに近い箇所）で新たな可変目標温度が設定されるため、極めて効率的に温度制御を行うことができる。


前記第１温度の温度変化がピークまたはボトムとなった場合、前記可変目標温度を、前記第１可変目標温度より前記目標温度に近い第２可変目標温度に設定する。前期第１可変目標温度設定時の前記第１温度より前期第１可変目標温度が高い場合は前記第１温度の温度変化量が第１所定値以下となることで前記第１温度の温度変化のオーバーシュートのピークを検出できる。また、前期第１可変目標温度設定時の前記第１温度より前記第１可変目標温度が低い場合は前記第１温度の温度変化量が第１所定値以上となることで前記第１温度の温度変化のアンダーシュートのボトムを検出することができる。

＜４＞
上述した可変目標温度を第２可変目標温度に設定する態様では、前記可変温度設定部は、（ｉ）前記第１可変目標温度の設定時の前記第１温度が前記可変目標温度より低い場合は、前記第１温度の変化が第１所定値以下になったことで前記ピークとなる変化を検出し、（ｉｉ）前記第１可変目標温度の設定時の前記第１温度が前記可変目標温度より高い場合は、前記第１温度の変化が第１所定値以上になったことで前記ボトムとなる変化を検出してもよい。

この場合、第１温度より第１可変目標温度が高い場合（言い換えれば、加熱時）は、第１温度の温度変化量が第１所定値以下となった際に、第１温度の温度変化がオーバーシュートのピークであることが検出される。また、第１温度より第１可変目標温度が低い場合（言い換えれば、冷却時）は、第１温度の温度変化量が第１所定値以上となった際に、第１温度の温度変化がアンダーシュートのボトムであることが検出される。

なお、「第１所定値」は、第１温度の変化量が十分に小さくなったことを判定するために予め設定される値であり、例えば０あるいは０に極めて近い値として設定されている。第１可変目標温度設定時の第１温度より、第１可変目標温度が高い場合は、例えば０．０００１等の値が第１所定値として設定され、第１可変目標温度設定時の第１温度より、第１可変目標温度が低い場合は、例えば−０．０００１等の値が第１所定値として設定される。第１所定値として、０より僅かに大きな或いは小さな値を設定すれば、温度変化のピーク又はボトムがそのまま安定温度となった場合、すなわち温度変化量が０のまま動かなくなっても変化として検知できるため、第１所定値として、より好適である。

＜５＞
本実施形態に係る温度制御装置の他の態様では、前記可変温度設定部は、前記第１温度の前記目標温度に対する前記ピーク又は前記ボトムを形成する温度と前記吸放熱部を制御する前の前記第１温度である初期温度との差分と、前記目標温度と前記初期温度との差分との比率に基づいて、前記可変目標温度を設定する。

この態様によれば、オーバーシュート又はアンダーシュートの発生を想定して、余計な加熱又は冷却が実行されないような可変目標温度が設定できるため、温度制御対象の温度をより好適に制御することが可能である。

＜６＞
本実施形態に係る温度制御装置の他の態様では、前記可変温度設定部は、前記可変目標温度が徐々に前記目標温度に近づくように、前記可変目標温度を繰り返し設定する。

この態様によれば、第１目標温度を第２目標温度に設定する場合と同様のアルゴリズムが繰り返し実行され、可変目標温度が目標温度に徐々に近づけられる。よって、可変目標温度を複数回変更する場合であっても、極めてシンプルに温度制御を行うことができる。

＜７＞
本実施形態に係る温度制御装置の他の態様では、前記可変温度設定部は、前記目標温度と前記可変目標温度との差が第２所定値以下となった場合に、前記可変目標温度を前記目標温度に設定する。

可変目標温度を利用して温度制御を行う場合、可変目標温度は徐々に目標温度に近い値へと変更されていくことになるが、ある程度目標温度に近づいて温度変化が小さくなってくると、可変目標温度が目標温度から少しだけ外れた温度に漸近し、温度制御対象の温度が目標温度に収束するまで時間を要するおそれがある。

しかるに本態様では特に、目標温度と可変目標温度との差が第２所定値以下となった場合には、可変目標温度が目標温度に設定される。なお、「第２所定値」は、可変目標温度の引き込み範囲として設定される値であり、目標温度と可変目標温度との差が第２所定値以下となった時点で、強制的に（言い換えれば、それまでの変更アルゴリズムによらずに）可変目標温度が最終的な目標温度に設定される。よって、上述したような不都合の発生が回避され、温度制御対象の温度を短期間で目標温度に到達させることが可能となる。

＜８＞
本実施形態に係る温度制御装置の他の態様では、前記可変温度設定部は、前記可変目標温度を第３所定値以上の粒度で前記目標温度に近づける。

この態様によれば、可変目標温度が、ある程度の大きさを持った第３所定値以上の粒度で目標温度に近づけられるため、可変目標温度が極めてわずかに変化することが防止される。この結果、可変目標温度が目標温度に達しない温度に漸近する状況を回避することができ、最終的に第１温度を確実に目標温度に到達させることが可能となる。

＜９＞
本実施形態に係る温度制御方法は、温度制御対象を加熱又は冷却する吸放熱部を備える温度制御装置を用いた温度制御方法であって、前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出工程と、可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御工程と、前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定工程と、を含む。

本実施形態に係る温度制御方法によれば、上述した本実施形態に係る温度制御装置と同様に、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生する場合であっても、温度制御対象の温度を好適に制御することが可能である。

なお、本実施形態に係る温度制御方法においても、上述した本実施形態に係る温度制御装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

＜１０＞
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、温度制御対象を加熱又は冷却する吸放熱部を備える温度制御装置に用いるコンピュータプログラムであって、前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出工程と、可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御工程と、前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定工程と、を前記温度制御装置に実行させる。

本実施形態に係るコンピュータプログラムによれば、上述した本実施形態に係る温度制御方法と同様の工程を実行させることで、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生する場合であっても、温度制御対象の温度を好適に制御することが可能である。

なお、本実施形態に係るコンピュータプログラムにおいても、上述した本実施形態に係る温度制御装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

＜１１＞
本実施形態に係る記憶媒体は、上述したコンピュータプログラムを記憶している。

本実施形態に係る記憶媒体によれば、上述した本実施形態に係るコンピュータプログラムを実行させることで、オーバーシュート又はアンダーシュートが発生する場合であっても、温度制御対象の温度を好適に制御することが可能である。

本実施形態に係る温度制御装置、温度制御方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。

以下では、図面を参照して温度制御装置、温度制御方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体の実施例について詳細に説明する。

＜装置構成＞
まず、本実施例に係る温度制御装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施例に係る温度制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、実施例に係る温度制御装置は、温度制御対象である光源１１０を含む光学部１００と、温度制御装置の主要な部分を構成する温度制御部２００とを備えて構成されている。

光学部１００は、光源１１０、サーミスタ１２０、ペルチェ素子１３０及び吸放熱板１４０を備えている。光源１１０は、例えば流体の流量や濃度等を測定するための光を照射する半導体レーザ等として構成されている。光源１２０の温度は、サーミスタ１２０によって検出可能に構成されている。光源１１０は、ペルチェ素子１３０を介して、吸放熱板１４０と熱量を授受可能に構成されている。

温度制御部２００は、温度検出部２１０、ＣＰＵ２２０、最終目標温度設定部２３０、可変目標温度生成器２４０、差分検出器２５０及び駆動制御部２６０を備えている。温度検出部２１０は、サーミスタ１２０が検出した光源１１０の温度をＣＰＵ２２０及び差分検出器２５０に出力可能に構成されている。ＣＰＵ２２０は、温度検出部２１０で検出された光源１１０の温度、及び最終目標温度設定部２３０から取得した目標温度に基づいて、目標温度を制御可能に構成されている。なお、最終目標温度設定部２３０は、例えばＲＯＭ等として構成されており、光源１１０の目標温度を記憶している。ＣＰＵ２２０は更に、駆動制御部２６０のオンオフを切替可能に構成されている。可変目標温度生成器２４０は、ＣＰＵ２２０からの指令に従い目標温度を変更可能に構成されている。また、可変目標温度生成器２４０は、現時点での目標温度を差分検出器２５０に出力可能に構成されている。差分検出器２５０は、温度検出器２１０から入力された光源１１０の温度と、可変目標温度生成器２４０から入力された目標温度との差分を、駆動制御部２６０に出力可能に構成されている。駆動制御部２６０は、差分検出器２５０から入力される温度差分に基づいて、ペルチェ素子１３０の駆動を制御可能に構成されている。

以上説明した本実施例に係る温度制御装置によれば、光源１１０の温度及び目標温度に基づいて、ペルチェ素子１３０の駆動（即ち、光源１１０と吸放熱板１４０間の熱量の移動）が制御されるため、光源１１０の温度を適切に吸放熱することが可能である。

＜動作説明＞
次に、本実施例に係る温度制御装置の動作について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、実施例に係る温度制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。なお、図２に示す各処理は、ＣＰＵ２２０によって実行されるものである。

図２に示すように、本実施例に係る温度制御装置の動作時には、まず最終目標温度設定部２３０から、光源１１０の最終目標温度が取得され（ステップＳ１０１）、目標温度初期設定処理が実行される（ステップＳ１０２）。

ここで、目標温度初期設定処理について、図３及び図４を参照して詳細に説明する。図３は、目標温度初期設定処理の流れを示すフローチャートである。図４は、一時目標温度の算出方法の一例を示す概念図である。

図３に示すように、目標温度初期設定処理が開始されると、まずサーミスタ１２０によって検出された光源１１０の現在の温度が、温度検出部２１０を介して取得される（ステップＳ２０１）。そして、取得した光源１１０の現在の温度と、すでに取得されている最終目標温度とに基づいて、一時目標温度が設定される（ステップＳ２０２）。具体的には、一時目標温度は、下記の式（１）を用いて算出される。

一時目標温度＝（最終目標温度−現在の温度）×漸近比率＋現在の温度 ・・・（１）
図４に示すように、例えば現在の温度が３０℃、最終目標温度が５０℃に設定すると、オーバーシュートによる温度上昇のピークが６０℃となる例を考える。

このような場合、ピーク比率は、下記の式（２）によって求めることができる。

ピーク比率＝（ピーク温度−開始温度）／（目標温度−開始温度） ・・・（２）
上記例の数値を式（２）に代入すると、ピーク比率＝３／２となる。漸近比率は、このピーク比率の逆数として求められるため、１／（３／２）＝２／３となる。つまり、式（１）の漸近比率として２／３を用いれば、好適に一時目標温度が算出できる。具体的には、一時目標温度は、（５０℃−３０℃）×２／３＋３０℃＝４３．３℃となる。

図３に戻り、一時目標温度が設定された後には、目標温度更新タイミング設定処理が実行される（ステップＳ２０３）。目標温度更新タイミング設定処理では、可変である目標温度の更新タイミングが設定される。

ここで、目標温度更新タイミング設定処理について、図５を参照して詳細に説明する。図５は、目標温度更新タイミング設定処理の流れを示すフローチャートである。

図５に示すように、目標温度更新タイミング設定処理が開始されると、まず光源１１０の現在の温度が、一時目標温度より小さいか否かが判定される（ステップＳ３０１）。そして、現在の温度が一時目標温度より小さい場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、更新タイミングが温度ピークに設定され（ステップＳ３０２）、傾き閾値が０に極めて近い正の数値、例えば０．０００１に設定される（ステップＳ３０３）。一方で、現在の温度が一時目標温度より大きい場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、更新タイミングが温度ボトムに設定され（ステップＳ３０４）、傾き閾値は０に極めて近い負の数値、例えば−０．０００１に設定される（ステップＳ３０５）。

このように、光源１１０の温度が一時目標温度よりも低く、加熱方向に温度制御が行われる場合には、目標温度の更新タイミングは温度ピークに設定され、ピークを判定するための傾き閾値として０に極めて近い正の数値が設定される。一方で、光源１１０の温度が一時目標温度よりも高く、冷却方向に温度制御が行われる場合には、目標温度の更新タイミングは温度ボトムに設定され、ボトムを判定するための傾き閾値として０に極めて近い負の数値が設定される。

図２に戻り、上述した目標温度初期設定処理が終了すると、駆動制御部２６０がオンとされ、自律制御（即ち、光源１１０の温度を目標温度に近づけるためのペルチェ素子１３０の制御）が開始される（ステップＳ１０３）。駆動制御部２６０による自律制御の実行中には、目標温度更新処理が実行される（ステップＳ１０４）。

ここで、目標温度更新処理について、図６を参照して詳細に説明する。図６は、目標温度更新処理の流れを示すフローチャートである。

図６に示すように、目標温度更新処理が開始されると、まず光源１１０の現在の温度が取得される（ステップＳ４０１）。次に、今回取得した光源１１０の現在の温度と、前回取得した光源１１０の温度との差分（即ち、光源１１０の温度の変化量）が算出される（ステップＳ４０２）。

続いて、目標温度更新タイミング設定処理で更新タイミングが温度ピークに設定されている場合には、温度差分が傾き閾値より小さいか否かが判定される（ステップＳ４０３）。一方、目標温度更新タイミング設定処理で更新タイミングが温度ボトムに設定されている場合には、温度差分が傾き閾値より大きいか否かが判定される（ステップＳ４０３）。即ち、ここでは、目標温度を更新すべきタイミングであるか否かが判定される。

目標温度を更新すべきタイミングであると判定された場合には（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、目標温度算出処理が実行される（ステップＳ４０４）。なお、目標温度を更新すべきタイミングでないと判定された場合には（ステップＳ４０３：ＮＯ）、目標温度算出処理は実行されない。

ここで、目標温度算出処理について、図７を参照して詳細に説明する。図７は、目標温度算出処理の流れを示すフローチャートである。

図７に示すように、目標温度算出処理が開始されると、まず暫定目標温度が設定される（ステップＳ５０１）。具体的には、暫定目標温度は、下記の式（３）を用いて算出される。

暫定目標温度＝（最終目標温度−現在の一時目標温度）×漸近比率＋現在の温度 ・・・（３）
暫定目標温度が設定された後には、暫定目標温度が現在の一時目標温度よりも最終目標温度に近いか否かが判定される（ステップＳ５０２）。なお、暫定目標温度が現在の一時目標温度よりも最終目標温度に近くないと判定された場合（ステップＳ５０２：ＮＯ）、一時目標温度を変更すべきでないとして、以降の処理は実行されない。一方で、暫定目標温度が現在の一時目標温度よりも最終目標温度に近いと判定された場合（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、目標温度更新タイミング設定処理が実行される（ステップＳ２０３）。即ち、すでに図５で説明した処理と同様の処理が実行される。

目標温度の更新タイミング設定された後には、暫定目標温度が新たな一時目標温度として設定される（ステップＳ５０３）。即ち、一時目標温度が変更される。

再び図２に戻り、目標温度更新処理が終了した後には、一時目標温度が最終目標温度に極めて近い状態になっているか否かが判定される（ステップＳ１０５）。具体的には、一時目標温度と最終目標温度の差が、所定の第１閾値以下となっているか否かが判定される。なお、一時目標温度が最終目標温度に極めて近い状態になっていないと判定された場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、再び目標温度更新処理が実行される。

一方、一時目標温度が最終目標温度に極めて近い状態になっていると判定された場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、目標温度が最終目標温度に固定される（ステップＳ１０６）。即ち、一時目標温度の値によらず、目標温度は強制的に最終目標温度とされる。このような処理によれば、光源１１０の温度が目標温度に近づいて温度変化量が小さくなることで、一時目標温度が最終目標温度に到達しないという問題を回避できる。

目標温度が最終目標温度に固定された後は、駆動制御部２６０による自律制御のみに移行され（ステップＳ１０７）、一連の処理は終了する。

＜具体的な動作例＞
次に、本実施例に係る温度制御装置の具体的な動作例について、図８及び図１１を参照して説明する。図８は、実施例に係る温度制御装置の動作の一例を示す図（その１）である。図１１は、実施例に係る温度制御装置の動作の一例を示す図（その２）である。なお、図８及び図１１で示す動作例は、光源１１０の温度が目標温度よりも低い（即ち、加熱して温度制御を行う）場合の一例である。

図８に示すように、本実施例に係る温度制御装置の動作が開始されると、まず光源１１０の現在の温度に基づいて一時目標温度Ａが設定される。続いて、光源１１０の温度が一時目標温度Ａに近づくようにペルチェ素子１３０が制御される。このため、光源１１０の温度は一時目標温度Ａに向けて徐々に上昇する。

光源１１０の温度は、一時目標温度Ａに到達した後もオーバーシュートによって上昇し続ける。その後、温度変化量が正から負方向に傾きが変わるタイミングでピークに達したと判定され、新たな一時目標温度Ｂが設定される。

ここで、温度ピークの判定方法について、図９及び図１０を参照して具体的に説明する。図９は、ピーク判定時に発生し得る誤判定を示す図である。図１０は、ピーク判定時のフィルタリング処理を示す図である。

図９に示すように、温度波形のベクトルは前回検出された温度との差分によって確認される。具体的には温度差分が温度差分基準を跨ぐタイミングがピーク又はボトムである。

この温度差分は、ピークのタイミングを正確に判定するために比較的高い周波数でサンプリングされている。しかしながら、サンプリング周波数が高いと、温度差は非常に微小となり、ノイズに埋もれてトレンドが見えにくくなってしまう。この結果、仮にサンプリングした温度差分をそのまま利用すると、図中の破線で囲んだ領域では、一時的に温度差分が負となり、実際にはピークでないにもかかわらず、ピークであると誤判定されてしまう可能性がある。

図１０に示すように、本実施例では上述した不都合を回避するために、温度差分をフィルタリングして用いている。このようにすれば、温度差分からノイズ成分が除去され、上述したピーク、ボトムの誤判定を好適に防止することが可能である。

続いて図１１に示すように、光源１１０の温度は、新たな一時目標温度Ｂに向けて上昇するように制御される。その後は、光源１１０の温度が再びピークになったか否かが判定されることになる。なお、目標温度が一時目標温度Ｂに変更された後、光源１１０の温度が下降から上昇に切り替わる部分で、温度差分の正負が逆転する（即ち、ボトムが検出される）が、加熱制御時にはボトムのタイミングでは一時目標温度は変更されない。一時目標温度Ｂは、温度差分が正から負方向に傾きが変わるタイミングで、新たな一時目標温度Ｃに変更される。

以上のように、一時目標温度は、徐々に最終目標温度に近づくように変更されていく。そして、一時目標温度と最終目標温度との差が第１閾値以下となった時点で（言い換えれば、一時目標温度が所定の引き込み範囲となったタイミングで）、目標温度が最終目標温度に引き込まれて固定される。

ここで、一時目標温度の最低引き込み範囲について、図１２及び１３を参照して詳細に説明する。図１２は、引き込み範囲外で一時目標温度が漸近する例を示す図である。図１３は、最低引き込み単位を設定した場合の一時目標温度の変動を示す図である。

図１２に示すように、引き込み範囲を設定している場合であっても、条件次第では、一時目標温度が引き込み範囲外で漸近してしまい、最終目標温度への引き込みが実行されない場合もある。この場合、一時目標温度が最終目標温度へと切り替わらないため、光源１１０の温度は最終目標温度になかなか到達しない。

図１３に示すように、本実施例では上述した不都合を回避するために、一時目標温度の最低引き込み単位が設定されている。これにより、一時目標温度が更新される場合には、少なくとも最低引き込み単位分だけ一時目標温度の値が変化する。言い換えれば、当該最低引き込み単位分以上の粒度をもって、一次目標温度の値が変化する。この結果、一時目標温度がわずかに変化することが抑制され、図１２に示すような引き込み範囲外で漸近する状況が回避される。従って、光源１１０の温度を好適に最終目標温度に到達させることが可能となる。

ちなみに、上述した実施例では光源１１０が加熱される場合の動作について説明したが、冷却時についても同様の動作が実行される。以下では、実施例に係る温度制御装置の冷却時の動作について、図１４を参照して説明する。図１４は、実施例に係る温度制御装置の冷却時の動作の一例を示す図である。

図１４に示すように、光源１１０を冷却する場合には、まず光源１１０の現在の温度に基づいて一時目標温度Ａ’が設定される。続いて、光源１１０の温度が一時目標温度Ａ’に近づくようにペルチェ素子１３０が制御される。このため、光源１１０の温度は一時目標温度Ａ’に向けて徐々に下降する。

光源１１０の温度は、一時目標温度Ａ’に到達した後もアンダーシュートによって下降し続ける。その後、温度変化量が負から正になるタイミングでボトムに達したと判定され、新たな一時目標温度Ｂ’が設定される。その後は再びボトムの判定が開始され、一時目標温度が徐々に最終目標温度に近い値に更新されていく。

＜実施形態の効果＞
次に、本実施例に係る温度制御装置によって得られる技術的効果について、図１５から図１７を参照して説明する。図１５は、第１比較例に係る温度制御装置の動作の一例を示す図である。図１６は、第２比較例に係る温度制御装置の動作の一例を示す図である。図１７は、本実施例と第１及び第２比較例との違いを示す図である。

図１５に示すように、第１比較例に係る温度制御装置では、目標温度が可変とされていない（即ち、最初から最終目標温度に固定されている）。このため、オーバーシュートが激しくなり、光源１１０の温度は目標温度の周辺で大きく増減を繰り返す。この結果、目標温度への収束には比較的長い時間がかかってしまうことになる。

図１６に示すように、第２比較例では、第１比較例と比べて加熱冷却速度が小さくなるように設定されている。この場合、オーバーシュートを抑制することができるが、光源１１０の温度変化も遅くなってしまうため、結果的に目標温度への収束には比較的長い時間を要する。

図１７に示すように、本実施例に係る温度制御装置では、既に説明したように、目標温度が可変に設定され、適切なタイミングで目標温度が更新されていく。このため、一時目標温度に対するオーバーシュートが発生しても、最終目標温度に対するオーバーシュートは発生しない。よって、オーバーシュートの影響を受けずに（言い換えれば、一時目標温度に対するオーバーシュートを上手く利用しつつ）、光源１１０の温度が制御される。従って、図を見ても分かるように、第１比較例や第２実施例と比べると、極めて早い段階で、光源１１０の温度を目標温度で安定させることができる。

＜変形例＞
次に、変形例に係る温度制御装置について、図１８を参照して説明する。図１８は、変形例に係る温度制御装置の構成を示すブロック図である。

なお、以下で説明する変形例は、上述した本実施例に係る温度制御装置と比較して一部の構成が異なるのみであり、その他の構成や動作については概ね同様である。このため、以下では、上述した実施例とは異なる部分について詳細に説明し、他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

図１８に示すように、変形例に係る光学部１００ｂは、光源１１０を複数備えている。具体的には、光学部１１０ｂは、第１光源１１１、第２光源１１２、及び第３光源１１３を備えており、各光源は熱伝導板１５０を介して、ペルチェ素子１３０に熱結合されている。なお、ペルチェ素子１３０の周囲の温度を検出するサーミスタ１２０に加えて、温度制御対象である第１光源１１１周囲の温度を検出するために第２サーミスタ１２５が配置されている。

なお、上述したように光学部１００ｂが構成されているのは、第１光源１１１の近くにペルチェ素子１３０を配置できないというレイアウト上の制約が存在するからである。第１光源１１１は熱伝導板１５０を介してペルチェ素子１３０との熱量の授受が可能であるが、その場合には熱伝導板１５０における熱遅延が発生する。このため、変形例に係る温度制御部２００ｂは以下に詳述するように、２つの負帰還ループを利用して第１光源１１１の温度を制御する。

温度制御部２００ｂは、上述した実施例の構成（図１参照）に加えて、第２温度検出部２１５を備えて構成されている。これにより、ペルチェ素子１３０、温度検出部２１０、差分検出器２５０、駆動制御部２６０によって形成される第１ループに加えて、第２温度検出部２１５、ＣＰＵ２２０及び可変目標温度生成器２４０による第２ループが形成されている。

第１ループ及び第２ループを利用した重ループ温度制御においては、各ループでそれぞれ自律的に温度の収束制御が行われるため、レイアウト制約のある光学部１００ｂであっても、光源１１１の温度を好適に目標温度に収束させることができる。なお、重ループ温度制御については、変形例に係る技術的な効果と直接的な関連が薄いため、より詳細な説明を省略する。

上述した変形例の構成では、熱伝導板１５０を配置せざるをえないために、サーミスタ１２０と第２サーミスタ１２５との間の熱遅延が大きくなる。この場合、温度制御時における装置全体で見た場合の温度収束に時間がかかることになり、過大なオーバーシュートが発生し易いという課題が発生する。

しかしながら、このような変形例においても、目標温度を可変に設定することにより、オーバーシュートの影響を受けずに温度制御を行うことが可能となる。目標温度を可変とする温度制御の技術的効果は、この変形例のように熱遅延が大きく、オーバーシュートが発生し易い状況において顕著に発揮される。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う温度制御装置、温度制御方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１００ 光学部
１１０ 光源
１２０ サーミスタ
１３０ ペルチェ素子
１４０ 吸放熱版
２００ 温度制御部
２１０ 温度検出部
２２０ ＣＰＵ
２３０ 最終目標温度設定部
２４０ 可変目標温度生成器
２５０ 差分検出器
２６０ 駆動制御部

Claims (11)

1. 温度制御対象を加熱又は冷却する吸放熱部と、
   前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出部と、
   可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御部と、
   前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定部と、
   を備えることを特徴とする温度制御装置。
2. 前記可変温度設定部は、前記第１温度の前記第１可変目標温度に対するオーバーシュートのピーク又はアンダーシュートのボトムを形成する温度が、前記目標温度となるように、前記第１可変目標温度を設定することを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
3. 前記可変温度設定部は、前記第１温度が前記第１可変目標温度に設定された後、前記第１温度が前記ピーク又は前記ボトムとなる変化を検出した場合に、前記可変目標温度を、前記第１可変目標温度より前記目標温度に近い第２可変目標温度に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度制御装置。
4. 前記可変温度設定部は、（ｉ）前記第１可変目標温度の設定時の前記第１温度が前記可変目標温度より低い場合は、前記第１温度の変化が第１所定値以下になったことで前記ピークとなる変化を検出し、（ｉｉ）前記第１可変目標温度の設定時の前記第１温度が前記可変目標温度より高い場合は、前記第１温度の変化が第１所定値以上になったことで前記ボトムとなる変化を検出することを特徴とする請求項３に記載の温度制御装置。
5. 前記可変温度設定部は、前記第１温度の前記目標温度に対する前記ピーク又は前記ボトムを形成する温度と前記吸放熱部を制御する前の前記第１温度である初期温度との差分と、前記目標温度と前記初期温度との差分との比率に基づいて、前記可変目標温度を設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の温度制御装置。
6. 前記可変温度設定部は、前記可変目標温度が徐々に前記目標温度に近づくように、前記可変目標温度を繰り返し設定することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の温度制御装置。
7. 前記可変温度設定部は、前記目標温度と前記可変目標温度との差が第２所定値以下となった場合に、前記可変目標温度を前記目標温度に設定することを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の温度制御装置。
8. 前記可変温度設定部は、前記可変目標温度を第３所定値以上の粒度で前記目標温度に近づけることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の温度制御装置。
9. 温度制御対象を加熱又は冷却する吸放熱部を備える温度制御装置を用いた温度制御方法であって、
   前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出工程と、
   可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御工程と、
   前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定工程と、
   を含むことを特徴とする温度制御方法。
10. 温度制御対象を加熱又は冷却する吸放熱部を備える温度制御装置に用いるコンピュータプログラムであって、
    前記温度制御対象の周囲の第１温度を検出する温度検出工程と、
    可変目標温度に基づいて、前記吸放熱部を制御する制御工程と、
    前記第１温度及び目標温度を示す目標温度情報に基づいて、前記可変目標温度を第１可変目標温度に設定する可変温度設定工程と、
    を前記温度制御装置に実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
11. 請求項１０に記載のコンピュータプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。

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