JP2010156682A

JP2010156682A - 帯電物の電位測定装置及び当該測定装置を使用した場合の測定方法

Info

Publication number: JP2010156682A
Application number: JP2009274212A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Kuriyama; 敏秀栗山; Yuji Maeda; 裕司前田; Takayoshi Ito; 隆喜伊東; Yoshifumi Ueno; 吉史上野; Toshiie Nakaie; 利家中家; Nobuchika Matsui; 信近松井; Hiroyuki Okumura; 浩行奥村
Original assignee: Wakayama Prefecture; Kinki University; Hanwa Electronic Ind Co Ltd
Current assignee: Wakayama Prefecture; Kinki University; Hanwa Electronic Ind Co Ltd
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2010-07-15

Abstract

【課題】帯電物の電位分布状態を速やかに把握し得るような測定装置の構成、更には当該測定装置に基づいて極めて有用な測定方法の構成を提供すること。
【解決手段】平面方向に配列された各可動片において、帯電物１の配置に基づく吸引力を原因として生ずる回動又は平行移動による偏差に対する測定部３１及び当該測定部３１を、帯電物１の各表面における電位分布に関する算定部を設けることによる測定装置及び当該測定値を使用したうえで、一定の基準電位を有する基準帯電物１を使用することによって、電位分布の測定を迅速かつ正確な状態とし得る測定方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、帯電物の各部位における電位の測定を行い、かつ当該測定に基づく電位分布を一挙に表示できるような電位測定装置及び当該装置を使用した場合の測定方法に関するものである。

パワートランジスタ、サイリスタ等を要素としている高電圧発生回路、及び色々な回路素子を組み込んだプリント基板回路、更にはこれらの回路を備えた装置又はその部品は、静電気による帯電が生じ易い。

このような帯電が生じた場合には、必然的に各部位においては帯電状況に応じてそれぞれ電位を有することになるが、前記帯電物に対する新たな製造工程又は更なる操作を行う場合には、帯電に基づくアクシデントを防止するため、各表面の部位における電位の分布状況を把握することが必要であるか、又は極めて有用となる場合が多い。

しかるに、これまで帯電物の各部位による電位の分布状態を速やかに把握し得るような測定装置は、提唱されている訳ではない。
但し、極めて高いインピーダンスを有する回路素子の電位分布状況を測定する電位計が既に開発されているが、当該電位計の場合には、検出する部位における漏洩電流をキャンセルする機構を必要としており、通常の回路における電位分布の測定に適用することは、極めて不適切である。

尤も、非特許文献１は、帯電物の区分における静電気分布状況を把握するために、当該帯電物の表面近傍に電位計を走査（スキャニング）することによって表面近傍の各部位における電位を測定したうえで、前記表面近傍の各部位における静電荷の帯電状況を可視化するシステムの構成を開示している。

上記システムにおいては、当然帯電物の各部位における電位分布の可視化も可能である。

しかしながら、帯電物の表面近傍において電位計を走査する装置と構成は煩雑であり、しかも当該走査には所定の時間を要するため、前記システムを電位測定に援用したとしても、電位の分布状況を速やかに把握することは不可能である。

他方特許文献１においては、可動片を弾性力を以って回動可能な状態にて支持し、測定対象物との物理的な作用に基づく当該可動片の回動状況を反射光の角度変化によって検出する構成を開示している。

しかしながら、前記構成の場合には、単一の可動片の偏位を検出しているだけであって、このような構成では、帯電物の表面における電位分布を測定することは客観的に不可能である。

特許第３０１１１４４号公報

鹿児島県工業技術センター研究成果発表会予稿集（２００７）

本発明は、帯電物の電位分布状態を速やかに把握し得るような測定装置の構成、更には当該測定装置に基づいて極めて有用な測定方法の構成を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の測定装置の基本構成は、
（１）複数個の同一形状の導電性を有する板状体の可動片を、支持枠内に張設され、かつアースと接続されている導電性を有する接続線によって支持された状態にて、略同一平面方向に配列し、各可動片が、帯電物の配置を原因とする吸引力によって、当該帯電物に向かって傾斜するような回動が行われた場合に、当該回動を制約するような弾性力が作用する支持部、又は回動の中心軸から先端部位に至るまでの中途部位において、回動を制約するような吸引力に逆らう抗力が作用する支持部を設け、前記吸引力と前記弾性力又は前記抗力とが均衡している回動位置における傾斜角度に基づく偏位量を検出する検出器及び当該検出に係る偏位量を電位の数値とするような算出部及び当該算出部に基づく各可動片を示す電位の大きさを画像表示し得る画像の表示部を備えたことに基づく帯電物の電位分布を測定する装置、
（２）複数個の同一形状の導電性を有する板状体の可動片を、支持枠内に張設され、かつアースと接続されている導電性を有する接続線によって支持された状態にて、略同一平面方向に配列し、各可動片が、帯電物の配置を原因とする吸引力によって、当該帯電物に向かって平行移動が行われた場合に、当該平行移動を制約するような弾性力が作用する支持部を設け、前記吸引力と前記弾性力とが均衡している平行移動した位置における移動距離に基づく偏位量を検出する検出器及び当該検出に係る偏位量を電位の数値とするような算出部及び当該算出部に基づく各可動片を示す電位を画像表示し得る画像表示部を備えたことに基づく帯電物の電位分布を測定する装置、
からなる。

前記基本構成（１）、（２）に係る本発明の装置は、検出する部位において、従来技術のように漏洩電流をキャンセルする機構を必要としておらず、帯電物の表面における広範囲の電位分布状況を速やかに測定し、しかも表示することが可能であり、かつ実施例において後述するように、前記装置を使用した測定方法は、前記帯電物の電位分布の絶対値を格別の変換を伴わずに表示することが可能である。

実施例１の測定方法を示すフローチャートである。実施例２の測定方法を示すフローチャートである。本発明に係る装置の概略の基本構成を示すブロック図であって、（ａ）は全体の側面図であり、（ｂ）は全体の平面図である。弾性力の作用に基づいて、可動片を回動可能とする支持部によって支持する場合の基本構成を示しており、（ａ）は回動軸によって軸支する場合を示しており（尚、点線は回動中心を示す。）、（ｂ）は可動片の一部の板状面を挟持する場合を示している。可動片に対し、弾性力の作用に基づいて、平行移動可能とする支持部である弾性バネによって支持する基本構成を示しており、（ａ）は帯電物の反対側の位置に弾性バネが引っ張り弾性によって作用している場合を示しており、（ｂ）は帯電物と同一側に弾性バネが圧縮弾性によって作用している場合を示している。可動片と帯電物との間に、保護板又は保護壁を介在させ、各可動片に対応して各誘導電極を絶縁体を介して保護板又は保護壁によって支持したうえで、各可動片側及び帯電物側にそれぞれ突出している誘導電極を設置した実施形態を示しており、（ａ）は基本構成（１）の場合を示しており、（ｂ）は前記基本構成（２）の場合を示している。可動片に対し、帯電物の存在する側から吸引力に逆らう抗力が作用する支持が行われる場合の基本構成を示しており、（ａ）は基本的原理を示すグラフであり、（ｂ）は支持部が連続面を形成している場合を示しており、（ｃ）は支持部が不連続の支持線である場合を示している。可動片の回動軸を共有しており、かつ曲げ弾性を有している平板形状のレバー、及び当該レバーの平板面と接触し、かつ当該レバーの回動を制約するストッパーを設けた実施形態を示しており、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は側面図を示し、（ｃ）は回転モーメントに基づく計算を行う便宜のための各長さ及び角度の大きさを示した側面図であり、（ｄ）及び（ｅ）は当該計算に基づくレバーの平板面における具体的な形状を示す平面図である。直線状の光線を発する光源に基づく光学的測定を採用している本発明の装置の基本原理図であって、（ａ）は回転鏡面及びレンズ又はフレネルレンズを採用する実施形態を示しており（右側の矩形によって囲んだ図面は、特にフレネルレンズを使用した場合を示す。）、（ｂ）は回転鏡面及び各可動片の回動中心を同一径を有する複数個の円弧軌跡上に配列することによって、レンズ又はフレネルレンズを採用しない実施形態を示している。図９（ａ）に示すに実施形態に対する改良型の実施形態を示しており、（ａ）は各可動片からの反射光が第２レンズ又は第２フレネルレンズを透過して拡大した映像が第１検出板に検出される場合の光線の経路を示しており、（ｂ）は各可動片からの反射光が前記第２レンズ又は第２フレネルレンズを通過し得ないために、拡大されていない映像が第２検出板によって検出される場合の光線の経路を示している。図９（ｂ）に示す実施形態に対する改良型の実施形態を示しており、（ａ）は各可動片からの反射光が第２レンズ又は第２フレネルレンズを透過して拡大した映像が第１検出板に検出される場合の光線の経路を示しており、（ｂ）は各可動片からの反射光が前記第２レンズ又は第２フレネルレンズを通過し得ないために、拡大されていない映像が第２検出板によって検出される場合の光線の経路を示している。光学的測定に基づく他の実施形態を示しており、（ａ）は光ファイバーを使用して光束を入射する実施形態を示しており、（ｂ）は光ファイバーを使用せずに光束を入射し、かつ受光光電素子が入射光を受光する実施形態を示している。キャパシタンスの変化を測定する実施形態を示しており、（ａ）は可動片が回動する実施形態を示しており、（ｂ）は（ａ）の実施形態における容量の計算を行うための模式図を示しており、（ｃ）は可動片が平行移動する実施形態を示している。可動片に対する支持部の歪み変化に基づいて可動片の移動量を測定する実施形態を示しており、（ａ）は可動片が回動する実施形態を示しており、（ｂ）は可動片が平行移動する実施形態を示している。可動片を回動可能に軸支している中心ラインが可動片の重心を貫通しており、かつ軸支している片側の反面をシールドしている実施形態を示しており、（ａ）は各可動片ごとにシールド板を設けた実施形態を示しており、（ｂ）は隣接する可動片に共通するシールド板を設けた実施形態を示している。各可動片に対し、接続線を介してアースに接続する場合とバイアス電圧を加える場合との選択回路を設ける実施形態を示しており、（ａ）は当該実施形態の基本原理図を示しており、（ｂ）はバイアス電圧が加えられている場合の可動片の移動状況を示しており、（ｃ）はバイアス電圧が加えられていない場合の可動片の移動状況を示している。可動片の帯電物側の側面にアースを接続したメッシュ状の導電体を配置した実施形態を示している。

最初に、前記基本構成（１）、（２）に係る測定装置の作動原理を明らかにする。

可動片２０の近傍に帯電物１を配置し、かつ当該帯電物１の各表面から発生している電界によって可動片２０が帯電した場合（尚、本発明の装置の通常の実施形態においては、各可動片２０が帯電物１に対し数ｍｍ〜数ｃｍの距離に位置している。）には、各可動片２０に対し、帯電物１における帯電状態の影響を受けて、各可動片２０のうち帯電物１側の面には前記対応する位置と反対の極性による帯電状態に至り、帯電物１と反対側の面は、前記対応する位置と同一の極性の帯電状態に至ると共に、帯電の程度は前記対応する位置の帯電量に比例している。

即ち、帯電物１において特定の可動片２０に対応する位置における帯電物１の表面電荷密度をσとした場合には、当該可動片２０の帯電物１側の面の電荷密度は−σに比例しており、帯電物１と反対側の面の荷電密度はσに比例している。
但し、各可動片２０は何れも接続線２２を介してアースに接続されていることから、前記のような反対側の面における同一の極性による電荷は、全てアース側に移動し、各可動片２０には反対の極性による電荷（−σの電荷密度に比例する電荷）が残存されることになる。

したがって、各可動片２０は、対応する帯電物１の各表面との間にて吸引力を受け、しかも当該吸引力は、前記各表面による電荷密度の二乗（σ^２）に比例することになる。

後述するように、前記基本構成（１）、（２）においては、前記吸引力に対抗する弾性力又は抗力を伴う支持部２１’による支持によって、帯電物１の各表面における電荷密度の二乗（σ^２）に比例する吸引力を測定すると共に、電荷密度の二乗（σ^２）に比例するような測定の状態については、その平方根に比例する量（σに比例する量）に変換し得るような算出上又は測定上の措置が講ぜられており、結局前記（１）、（２）においては、対応する各表面における電荷密度（σ）を明らかにしている。

そして、帯電物１の各表面電位は、当該表面における電荷密度と比例関係にあることから、各可動片２０において、帯電物１における対応する表面における電荷密度（σ）を特定し得るような測定を行うことは、帯電物１の各表面における電位を特定し得るような測定を行うことに他ならない。

この点について立ち入って説明するに、例えば一辺の長さがａである正方形における電荷密度がσである場合、当該正方形の中心位置における電位は、

である

前記ａを極めて小さな値に設定し、かつ帯電物１の表面について、そのような微笑な一辺の長さａの正方形の集合と解した場合には、帯電物１の表面における電位が、電荷密度σに比例することは、十分理解し得るところである。

更には、前記区分単位である正方形の面積ａ^２を可動片２０の面積（Ｓ）と概略等しく設定した場合には、各可動片２０に対応している帯電物１の各表面における平均電荷密度σを特定することによって、当該表面における前記一般式による電位を特定し得ることもまた自明の帰結である。

このように、帯電物１の表面電位を反映する前記吸引力に基づいて各可動片２０の回動又は平行移動に基づく偏位の程度を測定することによって、帯電物１の各表面において、荷電密度（σ）と比例関係にある電位の分布状態を明らかにすることが本発明の基本的作動原理である。

前記測定を目的として、図３に示すように、可動片２０を所定の支持枠内に張設された接続線２２を介して複数個配列したことによる検出部２を設け、帯電物１の各表面に対応している各可動片２０の回動に基づく偏位（前記基本構成（１）の場合）、又は平行移動に基づく偏位（前記基本構成（２）の場合）の量を測定部３１において測定し、コンピュータによる算出部３２において算出することによって処理し、その結果を画像処理部によって画像表示を行っている。
尚、前記接続線２２は図３に示すように、アースに接続されているが、その根拠は既に説明したように、可動片２０のうち、帯電物１と反対側に位置する面における帯電物１と同一の極性を有する電荷（σに比例している電荷密度の電荷）をアース側に移動させ、帯電物１と反対の極性を有する電荷（−σに比例している電荷密度の電荷）のみを残存させることにある。

前記基本構成（１）においては、可動片２０を回動状態としたうえで、弾性力を以って当該回動を制約するような支持部２１’の設置を選択することができ、前記基本構成（２）においては、可動片２０を平行移動状態としたうえで、弾性力を以って当該回動を制約するような支持部２１’の設置が行われている。

前記基本構成（１）のように、弾性力によって回動を制約するためには、図４（ａ）に示すように、回動軸２１自体が捻れ弾性を有するか、又は図４（ｂ）に示すように、可動片２０の板状体面の一部を挟持体２４によって挟持し、かつ帯電物１側に曲げ弾性を有する支持部２１によって支持する実施形態を好適に採用することができる。

前記曲げ弾性を有する支持部２１としては、板状又は線状の双方を想定することができるが（図４（ｂ）は線状体の場合を示している）、当該支持部２１もまた導電性を有し、かつアースと接続されていることが好ましく、しかも可動片２０の帯電物１側の板状の面の全てを支持せずに、部分的な領域（好ましくは回動時の近傍の領域）の支持であることが好ましい（全ての面を支持した場合には、各可動片２０が帯電物１の各表面における電荷密度に比例するような帯電状態に至るために支障が生じ得るから。）。

前記基本構成（２）のように、弾性力によって平行移動をするためには、図５に示すように、可動片２０の周辺部に対し、少なくとも４本の伸縮自在の弾性バネ２１によって、吸引力に対し、略均等の弾性力を発揮し得るような構成を好適に採用することができる（尚、図５（ａ）は、弾性バネ２１が帯電物１と反対側に位置し、引っ張り弾性力が発揮される場合を示しており、図５（ｂ）は、弾性バネ２１が帯電物１側に位置しており、圧縮弾性が発揮される場合を示している。）。

各可動片２０が帯電物１に対し直接触れ合う場合には、帯電物１と同様に、風等の環境上の外乱を受ける危険性を免れることができない。

このような場合、図６（ａ）に示すように、前記基本構成（１）において、各可動片２０と帯電物１との間に、導電体による保護板又は保護壁１２を設け、当該保護板又は保護壁１２は各可動片２０に対応する各誘導電極１１を絶縁体１３を介して支持しており、各誘導電極１１は、各可動片２０側及び帯電物１側にそれぞれ突設した状態を呈しており、しかも各誘導電極１１の各可動片２０側に突出した位置は、各可動片２０の回動中心に対し同一の配置関係にあることを特徴とする実施形態においては、保護板又は保護壁１２として前記環境上の外乱を防止する一方、保護板又は保護壁１２にて絶縁体１３を介して支持されている各誘導電極１１が、帯電物１の各表面における静電気を可動片２０にそれぞれ伝達し、帯電物１の電位分布を測定することが可能となる。

同様に、前記基本構成（２）においても、図６（ｂ）に示すように、各可動片２０と帯電物１との間に、導電体による保護板又は保護壁１２を設け、当該保護板又は保護壁１２は各可動片２０に対応する各誘導電極１１を絶縁体１３を介して支持しており、各誘導電極１１は、各可動片２０側及び帯電物１側にそれぞれ突設した状態を呈しており、しかも各誘導電極１１の各可動片２０側に突出した位置は、各可動片２０の重心に対し同一の配置関係にあることを特徴とする実施形態を採用した場合には、前記基本構成（１）の場合と同様に、帯電物１における環境上の外乱を受けずに、安定した状態にて帯電物１の電位分布を測定することが可能となる。

前記基本構成（１）において、可動片２０が回動可能であって、回動軸２１から先端に至るまでの中途部位において、吸引力に逆らうような抗力が作用する支持部２１’による支持の状況について説明するに、可動片２０の帯電物１側の板状面を回動の制約が生ずるように支持した場合には、必然的に吸引力に対する反作用としての抗力が生ずることになる。

このような抗力を伴う支持が行われた場合には、図７（ａ）に示すように、前記抗力によって生ずる回転モーメントと吸引力に基づく回転モーメントが均衡することによって、可動片２０の板状面のうち、前記支持から離脱する位置における傾斜角度αが特定されることになる。

支持部２１’が可動片２０と接触することによって生ずる抗力、具体的には可動片２０を吸引力に逆らって押圧する単位面積当りの力をｆとし、可動片２０の回動軸２１方向の幅をＬとし、図７（ａ）に示すように、回動中心の位置を原点（ｏ）とし、傾斜角度が零である方向をｘ軸とし、当該ｘ軸と直交し、かつ帯電物１に向かう方向をｙとした場合には、前記抗力に基づいて微小幅ｄｘの領域における可動片２０において生ずる回転モーメントは、Ｌｆｄｘである。

したがって、各座標位置（ｘ、ｙ）における傾斜角度をαとした場合の原点の力（ｘ、ｙ）の座標位置に至るまでの回転モーメントは、ｘ、ｙに至るまでの長さに比例することから、

と表現することができる（尚、ｓｅｃα＝１／ｃｏｓαである。）。

これに対し、可動片２０において吸引力が作用する中心の位置から回動の中心位置までの距離をｓとし、全体の吸引力をＦとした場合の吸引力に基づいて可動片２０に作用する回転モーメントは、Ｆｓである。

したがって、前記のように吸引力と反対側の抗力によって回動を制約するような支持部２１’による支持が行われる場合の支持部２１’の可動片２０の帯電物１側の面と接触する表面については、

が成立するような（ｘ、α）、ひいては（ｘ、ｙ）によって表現されることになる。

前記のように、吸引力Ｆは帯電物１における単位面積当りの帯電量の二乗（σ^２）に比例していることから、Ｆ＝Ｃ・σ^２と表現することができる（Ｃは比例定数である）。

仮に、帯電物１との吸引力に基づく回転モーメントの大きさ、即ち前記（ａ）式による回転モーメントの大きさが、前記（ａ）式において支持部２１’から離脱した可動片２０の領域における傾斜角度αと比例関係にある場合には、

と表現することができる（但し、ｋは比例定数）。

前記微分方程式から、

という一般解を得ることができる。

図７（ａ）からも明らかなように、
ｔａｎα＝ｄｙ／ｄｘ
である。

したがって、前記一般解（ｃ）から

が成立し、結局

を得ることができる。

上記関係から、結局、支持部２１の形状が
ｘ^２＋（ｙ−ｋ）^２＝ｋ^２・・・・・・（ｄ）
という半径がｋであって、原点０を通過するような円曲線であることが判明する。

このように、吸引力に逆らうような抗力を伴う支持が行われた場合には、当該支持状態から離脱した可動片２０の傾斜角度αは、図７（ａ）に示すように、支持が行われている範囲（前記（ａ）式による積分の上限）が大きい程大きくなり、可動片２０は順次帯電物１側に曲がった状態を呈したうえで傾斜角度αを以って、支持部２１’から離脱することになる。

前記基本構成（１）においては、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、可動片２０の回動軸を共有し、かつ曲げ弾性を有する平板形状のレバー２５を設け、当該レバー２５の平板面の接触によって、当該レバー２５の回動を制約するストッパー２６を設けた実施形態を採用することができる。
但し、可動片２０の回動によって生ずる傾斜角度をストッパー２６に接触する平板形状の先端からの距離との間にて所定の関係とするためには、必然的にレバー２５のストッパー２６と接触する領域における平板形状の幅もまた、先端からの距離に応じて変化するような設計を不可欠とする。

具体的に説明するに、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、可動片２０の全長さをＬとし、先端からの距離をｘとし、当該ｘの位置における平板形状の幅をｙとし、可動片２０の回動に基づく傾斜角度をαとし、かつ先端から距離ｘだけレバー２５がストッパー２６に接触している場合を想定する（実際には、レバー２５がストッパー２６に接している場合の先端の反対方向は多少湾曲しており、図８（ｃ）に示すような２本の直線が折れ曲がって接続するような形状を呈する訳ではないが、レバー２５自体は可動片２０と同様、極めて曲がり易い素材であることから、実際には前記のような折り曲げ状態による近似が可能である。）。

可動片２０と一体をなして回動するレバー２５の回動しようとする力に逆らってストッパー２６の単位面積当たりの抗力をｆとし、レバー２５の回動軸から先端に至る長さをＬとした場合、レバー２５の微小幅ｄｘの領域において、回動を原因として生ずる回転モーメントは、ｆ・ｙ・（Ｌ−ｘ）（ｄｘ）である。

図８（ｃ）に示すように、上記微小幅における回転モーメントの角度αにて形成した可動片２０の回動方向における成分の大きさは、ｆ・ｙ・（Ｌ−ｘ）ｃｏｓα（ｄｘ）であるが、αが微小角であることから、結局ｃｏｓα≒１と近似することができる。

したがって、先端からｘの距離だけレバー２５がストッパー２６に接触している場合による回転モーメントは、

このような場合、図８（ｃ）において、前記（ａ’）に基づく回転モーメントは、傾斜角度αと比例関係にあるならば、

∴ｙ（Ｌ−ｘ）＝ｋ・ｄα／ｄｘ・・・・・・（ｂ’）
と表現することができる（但し、ｋは比例係数）。

他方、図８（ｃ）に示すように、回動軸とストッパー２６との距離をｄとし、レバー２５及び可動片２０が回動していない場合において、レバー２５の先端がストッパー２６と傾斜する角度をγとした場合には、
（Ｌ−ｘ）ｓｉｎ（α＋ｒ）＝ｄ
が成立する。

レバー２５における回動軸から先端に至るまでの長さＬに比し、前記回動軸とストッパー２６との距離ｄは、極めて小さい値であり、しかも回動の範囲を示す傾斜角度αもまた、極めて微小角であることを考慮するならば、前記数式は、
（Ｌ−ｘ）（α＋ｄ／Ｌ）＝ｄ
と表現でき、結局、
α＝ｄ／（Ｌ−ｘ）−ｄ／Ｌ・・・・・・（ｃ’）
∴ｄα／ｄｘ＝ｄ／（Ｌ−ｘ）^２・・・・・・（ｃ’’）
を得ることができる。

前記（ｂ’）に前記（ｃ’）、及び（ｃ’’）を代入することによって、
ｙ＝ｋｄ／（Ｌ−ｘ）^３
を得ることができる。

即ち、レバー２５のうちストッパー２６と接触する領域においては、ストッパー２６の長さ方向と直交する幅ｙは、前記（ａ’）式に基づく回転モーメントが傾斜角度αと比例する場合には、上記の関係式が成立することを不可欠とし、図８（ｄ）に示すように、前記幅ｙは、先端からの距離ｘが大きくなる程大きな値を呈することになる（尚、前記関係式は、ｘがＬの値に接近するに従って極めて大きな値となるが如くであるが、実際には回動軸は常にストッパー２６から距離ｄを以って離れている以上、ｘがＬの値に接近することはあり得ない。）。

以下、個別の実施形態に即して説明する。

前記基本構成（１）において、可動片２０の偏位の程度を光学的に測定する手法は、典型的な実施形態に該当する。

即ち、可動片２０が回動によって傾斜した場合には、当該傾斜に基づく反射角度の変化によって可動片２０の移動状況を検出することができる。
尚、前記基本構成（２）のように、可動片２０を平行移動に基づく光学的移動の場合においても、可動片２０の面方向に直交するような入射光波と反射光波の光の位相差に基づく干渉状態を検出することによって、移動量を測定することも可能である。

そのような構成もまた、前記基本構成（２）の技術概念に包摂される。

しかしながら、前記干渉状態を検出する資料は比較的ミクロな検出を不可欠としており、前記反射角による検出の手法よりも相当複雑な装置を必要とすることから、通常前記基本構成（１）のような反射角度の変化を測定する構成が選択されている。

反射角を検出する実施形態は、可動片２０の両面のうち、帯電物１を配置する側と反対側の面を鏡面反射を可能な状態とし、当該鏡面反射可能な面に対し、光源５１から入射させた光に対する反射光の角度変化に対する検出装置を備えていることを特徴としている。

上記実施形態のうち、直線状の光源５１を使用する構成は、
図９（ａ）に示すように、各可動片２０を平面方向に配列し、光源５１からの直線状の入射光に対する反射方向を順次変化させ得る回転鏡面５２、前記回転鏡面５２からの直線状反射光を可動片２０に対し順次平行に照射することができるレンズ又はフレネルレンズ５３を設けると共に、前記光源５１及び回転鏡面５２との間に、光源５１からの光線を透過させ、回転鏡面５２からの反射光線を反射可能とするハーフミラー５４、更には当該ハーフミラー５４からの反射光の照射位置を検出し得る検出板５７を設けたうえで、前記レンズ又はフレネルレンズ５３からの照射に対する可動片２０からの反射光が、レンズ又はフレネルレンズ５３を透過し、前記回転鏡面５２から反射され、更には前記ハーフミラー５４から反射された後に前記検出板５７における各可動片２０からの反射光の照射位置を検出し得ることを特徴とするか、
又は図９（ｂ）に示すように、各可動片２０の回動中心位置を同一の径を有する複数個の円弧軌跡上に配列すると共に、鏡面反射可能な面を当該円弧の中心側に面するように配置し、光源５１からの直線状の入射光に対する反射方向を順次変化させ得る一方、当該反射光を各可動片２０に照射することができる回転鏡面５２を設けると共に、前記光源５１及び回転鏡面５２との間に、光源５１からの光線を透過させ、回転鏡面５２からの反射光線を反射可能とするハーフミラー５４、更には当該ハーフミラー５４からの反射光の照射位置を検出し得る検出板５７を設けたうえで、前記回転鏡面５２からの照射に対する可動片２０からの反射光が前記回転鏡面５２から反射され、更には前記ハーフミラー５４から反射された後に前記検出板５７における各可動片２０からの反射光の照射位置を検出し得ることを特徴としている。

前記各実施形態においては、検出板５７において、可動片２０の回転に基づく傾斜を反映した反射角度に対応する反射光のスポットの位置によって各可動片２０における回動の程度を容易に測定することが可能である。

上記測定においては、図９（ａ）に示すように、回転鏡面５２の回転に伴ってレンズ又はフレネルレンズ５３からの入射光が順次各可動片２０を走査し、当該走査の後の各可動片２０からの反射光がレンズ又はフレネルレンズ５３、回転鏡面５２、ハーフミラー５４を介して前記検査板上のスポットと化すか、
又は図９（ｂ）に示すように、回転鏡面５２の回転に伴って、直接入射光が各可動片２０の回動中心が円弧状に配列されている各可動片２０を照射した後に各可動片２０からの反射光が、直接回転鏡面５２、ハーフミラー５４を介して前記検出板５７上のスポットと化すことになる。

これらの各スポットの位置に基づいて、帯電物１の各表面における電位を測定することから、光源５１の移動位置及び回転鏡面５２の回転段階と各可動片２０に対応する帯電物１の位置との対応関係をコンピュータによって処理することを不可欠としている。
尚、図９（ｂ）に示す凹面を形成する実施形態の場合には、レンズ又はフレネルレンズ５３を不要としていることから、設計上簡便であり、しかも色収差等による誤差を避けることができる点において優れている。

図９（ａ）の改良技術である図１０（ａ）、（ｂ）の実施形態は、各可動片２０を同一平面方向に配列し、光源５１からの直線状の入射光に対する反射方向を順次変化させ得る回転鏡面５２、前記回転鏡面５２からの直線状反射光を可動片２０に対し順次平行に照射することができる第１レンズ又は第１フレネルレンズ５３１を設けると共に、可動片２０と回転鏡面５２との間に回転鏡面５２からの反射光を透過させ、各可動片２０からの更なる反射光を反射可能とする第１ハーフミラー５４１、第１ハーフミラー５４１からの反射光を透過する第２レンズ又は第２フレネルレンズ５３２、前記第２レンズ又は第２フレネルレンズ５３２の前記反射光を透過した後の焦点位置に第１ハーフミラー５４１からの反射光の照射位置を検出し得る第１検出板５７１、前記第１ハーフミラー５４１と第２レンズ又は第２フレネルレンズ５３２との間に、第１ハーフミラー５４１からの反射光の一部を透過させて、第２レンズ又は第２フレネルレンズ５３２を透過させることを可能とする一方、上記反射光の残部を反射可能とする第２ハーフミラー５４２、前記第１フレネルレンズを透過した後、第１ハーフミラー５４１によって反射され、更には第２ハーフミラー５４２を反射したことによる光線における前記第１レンズ又は第１フレネルレンズ５３１の焦点位置に、第１ハーフミラー５４１からの反射光の照射位置を検出し得る第２検出板５７２を設けたうえで、前記第１レンズ又は第１フレネルレンズ５３１からの照射に対する各可動片２０の反射光が第１レンズ又は第１フレネルレンズ５３１を透過し、更には第１ハーフミラー５４１から反射され、第２ハーフミラー５４２を透過し、第２レンズ又は第２フレネルレンズ５３２を透過することによって第１検出板５７１において、第２レンズ又は第２フレネルレンズ５３２によって拡大された映像に基づく第１検出板５７１における各可動片２０からの反射光の照射位置を検出し得ると共に、第１ハーフミラー５４１からの反射光を第２ハーフミラー５４２によって更に反射させた後に、上記拡大を伴っていない映像に基づく第２検出板５７２における各可動片２０からの反射光の照射位置をも検出し得ることを特徴としている。

同様に、図９（ｂ）の改良技術である図１１（ａ）、（ｂ）に示す実施形態は、各可動片２０の回動中心位置を相互に等しい径を有する複数個の円弧軌跡上に配列すると共に、鏡面反射可能な側を当該円弧の中心側に面するように配置し、光源５１からの直線状の入射光に対する反射方向を順次変化させ得る一方、当該反射光を可動片２０に照射することができる回転鏡面５２を設けると共に、可動片２０と回転鏡面５２との間に回転鏡面５２からの反射光を透過させ、各可動片２０からの更なる反射光を反射可能とする第１ハーフミラー５４１、第１ハーフミラー５４１からの反射光を透過するレンズ又はフレネルレンズ５３、前記レンズ又はフレネルレンズ５３の前記反射光を透過した後の焦点位置に第１ハーフミラー５４１からの反射光の照射位置を検出し得る第１検出板５７１、前記第１ハーフミラー５４１とレンズ又はフレネルレンズ５３との間に、第１ハーフミラー５４１からの反射光の一部を透過させて、レンズ又はフレネルレンズ５３を透過させることを可能とする一方、上記反射光の残部を反射可能とする第２ハーフミラー５４２、回動中心が円弧状に配列されている各可動片２０から反射され、第１ハーフミラー５４１によって反射され、更には第２ハーフミラー５４２を反射したことによる光線における前記各可動片２０の前記円弧状配列に基づく焦点位置に、第１ハーフミラー５４１からの反射光の照射位置を検出し得る第２検出板５７２を設けたうえで、前記レンズ又はフレネルレンズ５３からの照射に対する各可動片２０の反射光が、第１ハーフミラー５４１から反射され、第２ハーフミラー５４２を透過し、レンズ又はフレネルレンズ５３を透過することによって第１検出板５７１において、レンズ又はフレネルレンズ５３によって拡大された映像に基づく第１検出板５７１における各可動片２０からの反射光の照射位置を検出し得ると共に、第１ハーフミラー５４１からの反射光を第２ハーフミラー５４２によって更に反射させた後に、上記拡大を伴っていない映像に基づく第２検出板５７２における各可動片２０からの反射光の照射位置をも検出し得ることを特徴としている。

上記各実施形態においては、第１ハーフミラー５４１、第２ハーフミラー５４２という２個のハーフミラー５４１、５４２の何れもが光源５１から直接直線光を透過させていないこと、更には第１検出板５７１、第２検出板５７２という２個の検出板５７を設けている点において、図９（ａ）、（ｂ）の構成と相違している。

第１検出板５７１は、第２レンズ又は第２フレネルレンズ５３２（図１０（ａ）、（ｂ）の構成の場合）又はレンズ又はフレネルレンズ５３（図１１（ａ）、（ｂ）の場合）によって拡大された各可動片２０からの反射光に基づくスポットの映像を検出しており、帯電量が少なく、可動片２０に伝達する静電気による電圧が低い場合に適切な測定を行うことができる。

これに対し、第２検出板５７２は、第２レンズ又は第２フレネルレンズ５３２（図１０（ａ）、（ｂ）の構成の場合）又はレンズ又はフレネルレンズ５３（図１１（ａ）、（ｂ）の構成の場合）を透過していないために、当該レンズによって拡大されていない各可動片２０からの反射光に基づくスポットの映像を検出しており、帯電物１の帯電の程度が大きく、静電気による電圧が高い場合の測定に適合している。
尚、第２検出板５７２の検出機能は、図９（ａ）、（ｂ）の検出板５７と同程度の検出機能を発揮していることに帰する。

図９（ａ）、（ｂ）、図１０（ａ）、（ｂ）、図１１（ａ）、（ｂ）のような直線光を入射し得る光源５１を使用する実施形態とは別に、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、各可動片２０に対し、所定量の光束を入射する光源５１を設けると共に、各可動片２０からの反射光に対し、所定の角度方向にて受光することによる受光量検査装置を設けていることを特徴とする実施形態も採用可能である。

具体的には、図１２（ａ）に示すように、各可動片２０に対し、光ファイバー５５を介して個別に光束を入射させたうえで、反射光を収光する光ファイバー５５の入口における角度を各可動片２０につき、共通角度としたうえで、反射角度によって収光の程度が相違することを利用して、傾斜角度を測定するような構成（図１２（ａ）の右側の図面は回動が大きく、反射角度が大きい程、収光の程度が小さくなるような構成を示す。）、又は図１２（ｂ）に示すように、光ファイバー５５を使用せずに、各可動片２０に対し、帯電物１の反対側から所定の光束量を同一の角度方向から直接入射する入射光源５１を設ける一方、反射光を受光する受光光電素子５６の受光角度を各可動片２０につき共通角度としたうえで、反射角度によって受光の程度が相違することに基づき、受光電量の程度によって傾斜角度を測定する構成（図１２（ｂ）の右側の図面は、反射角度が大きい程、受光電量が小さくなるような構成を示す。）を好適に採用することができる。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、所定量の光束を入射する構成には、各可動片２０の傾斜状況を一挙に測定し、かつ傾斜角度を算定することが可能となり、この点において前記のすような直線光による光源５１を使用する場合よりも速やかな測定を実現することができる。

可動片２０は、通常アルミ箔、又はステンレス箔等の導電可能な板状態であることから、他に導電可能な板状態を略平行状態に設置することによって、所謂平板コンデンサーを形成することができる。

このような状況に着目し、前記基本構成（１）及び（２）において、図１３（ａ）、（ｃ）に示すように、可動片２０が回動する場合又は平行移動する場合において、各可動片２０に対し、同一形状の導電性を有する板状態を測定の対象となる帯電素子の反対側の位置に共通の距離を以って設けることによって、平板状のコンデンサーを形成し、各可動片２０の偏位に基づく容量変化を検出し得る静電容量測定素子を設けていることを特徴とする実施形態も採用することができる。

前記（１）の基本構成に基づき図１３（ａ）に示すように、回動可能な場合の容量変化は、可動片２０及び導電板６１の面積をＳとし、可動片２０の傾斜する方向の長さをａとし、可動片２０の上側に位置している他の導電板６１と可動片２０との回動していない場合の距離をＤとし、傾斜角度をαとした場合には、以下の計算によって、可動片２０と他の導電板６１とによって検出される容量（キャパシタンス）は、
（ε_０Ｓ／Ｄ）（１−αａ／２Ｄ）
という近似式を得ることができる（但し、ε_０は誘電係数である。）。

具体的に説明するに、図１３（ｂ）に示すように、可動片２０と帯電板とが平行ではなく、相互に傾斜した状態にて相対している場合には、一方から他方に向かう電界Ｅは略円弧状を呈している（矢印を付した湾曲した点線によって示す。）。

可動片２０と帯電板との各延長線が角度αを以って交差しており、当該角度αを二等分する方向（ｘ軸方向）を基準とした場合、可動片２０と相向かい合う導電板６１とが相対する位置、即ち円弧状をなす電界曲線の始点及び終点の位置をそれぞれＰ、Ｑとし、前記交差する位置と反対側の端部において、可動片２０の傾斜によって双方にて増加した距離をΔＤとした場合には、前記端部における可動片２０と帯電板との距離はＤ＋ΔＤとなる。

前記角度αの二等分線による基準方向（ｘ軸方向）の基準点（原点）を前記交差する位置側の可動片２０及び導電板６１の端部の位置とした場合、右の位置ｘにおける前記対応し合うＰ点及びＱ点の距離は、Ｄ{１＋ΔＤｘ／ａＤ}であり、前記対応し合う位置において電界を形成する距離は、
Ｄ{１＋（ΔＤｘ）／（ａＤ）}・{α／２ｓｉｎ（α／２）}
である。

上記一般式において、傾斜角度は比較的小さく、ｓｉｎ（α／２）≒α／２であることから、前記一般式は、結局ＰＱの距離によるＤ{１＋ΔＤｘ／ａＤ}と近似的に等しいことになる。

したがって、可動片２０及び帯電板の傾斜しない方向の幅をｂとした場合には、前記のような傾斜している場合の容量Ｃは、

であることから、結局

を得ることができる。

前記基本構成（２）に基づき、図１３（ｃ）に示すように、可動片２０が平行移動を行い、当該移動量をΔＤとした場合の容量Ｃは、
Ｃ＝ε_０Ｓ／（Ｄ＋ΔＤ）≒（ε_０Ｓ／Ｄ）（１−ΔＤ／Ｄ）
が成立することは、容易に判明するところである。

前記基本構成（１）及び（２）において、前記のような光学的測定又は容量変化による電気的測定以外に、機械的に可動片２０の偏位状態を測定する方法としては、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、各可動片２０に対する支持部２１において、吸引力と均衡する弾性力を測定し得るような歪みセンサ７１を配置していることを特徴としている。

即ち、前記基本構成（１）の場合には、図１４（ａ）に示すように、弾性力を以って軸支している支持軸の捻れ変形に基づく歪みを測定し得る歪みセンサ７１を設置しており、前記（２）の基本構成の場合には、図１４（ｂ）に示すように、平行移動に対し、弾性的に支持しているスプリングによる引張り弾性又は圧縮弾性を測定し得る歪みセンサ７１を設置している（図１４（ｂ）は、圧縮弾性を測定している場合を示す。）。

このように、歪みセンサ７１の設置によって、帯電物１の各表面における電位を測定することが可能であるが、このような歪みセンサ７１の設置の場合には、光学的測定及び容量変化による電気的測定の場合に比し、測定方法が比較的簡便であって、しかも測定空間が少ないという長所を有している。

各可動片２０に対する帯電物１が作用する吸引力は、帯電物１の各部位における帯電量の二乗（単位面積当りの電荷量をσとした場合のσ^２）に比例することは、前記吸引力は、帯電物１の各部位における電位の二乗と比例関係にあることを意味している。

このような場合、前記基本構成（１）及び（２）において、弾性力が作用する支持部２１による支持によって、吸引力との均衡に基づく偏位を測定している場合には、必然的に帯電物１の各表面における電位の二乗を反映している測定を行っていることにならざるを得ない。

このような測定状況に基づき、前記（１）、（２）の基本構成の何れにおいても、弾性力を伴う支持部２１による支持の場合には、可動片２０の偏位の程度（前記基本構成（１）の場合には、傾斜角度の大きさ、前記基本構成（２）の場合には、平行移動の移動量）に対し、平方根による変換を行っていることを特徴とする実施形態が通常採用されている。

しかしながら、可動片２０に対し、回動軸２１から先端に至る中途部位において、回動を制約するような吸引力に逆らう抗力が作用する支持部２１’による支持が行われる場合においては、帯電物１との間に生ずる吸引力と支持部２１’による支持から離脱した位置にある可動片２０の傾斜角度の二乗とが概略比例関係となるように支持部２１’の支持形状を選択していることを特徴とする実施形態を採用することによって、前記傾斜角度（α）、各可動片２０に対応する帯電物１の各表面における電荷密度（σ）の絶対値、ひいては各電位を反映しており、弾性力が作用する支持部２１の場合のように、平方根の算定を行うことは不要である。

即ち、前記測定に係る傾斜角度の二乗（α^２）が、帯電物１の各表面における電位の二乗を反映している吸引力と比例関係にある以上、前記傾斜角度は必然的に前記電位と比例関係にあり、結局前記傾斜角度（α）の測定を行うことは、前記電位に比例する量を測定することに他ならない。

このような実施形態が実現可能であることにつき、数式に即して具体的に説明するに、前記（ａ）式に示すように、前記支持から離脱する位置、換言するならば、支持部２１’が接触する領域のうち、支持軸から最も遠い位置における傾斜角度をαとした場合、前記（ａ）式に示す回転モーメント、更には前記（ｂ）式に示す吸引力に基づく回転モーメント（Ｆｓ）がα^２に比例することから、（ｂ）式に代えて

が成立することになる。

前記積分方程式から、ｄｘ／ｄα＝２ｋαｃｏｓα、
即ち、

を得ることができる。

前記実施形態の場合には、前記（ｂ）の積分方程式に対比し、回動の程度を更に制約しており、傾斜角度αが小さな値を呈することから、通常
ｓｉｎα≒α、ｃｏｓα≒１−α^２／２
が成立し、
ｘ≒ｋα^２・・・・・・（ｆ）
という近似式を得ることができる。

α≒ｄｙ／ｄｘ
であることを考慮した場合には、前記近似式から

を得ることができる。

即ち、図７（ａ）のグラフにおいて、支持部２１’によって可動片２０の帯電物１側の面と接する表面は、ｘ^３／２に比例した状態にて帯電物１側に近づくような曲線を呈しており、このような形状の支持部２１’によって、支持部２１’から離脱した位置にある可動片２０の傾斜角度の二乗（α^２）が吸引力と比例する関係を得ることが可能となる。
尚、前記実施形態においても、支持部２１’は導電性の素材を使用し、かつ電位を零とすることによって帯電物１と可動片２０との間をシールドしない状態とすることが好ましい。

同様に、図８に示すレバー２５及びストッパー２６を使用する実施形態においては、（ｄ’）に代えて、

が成立することになる。

前記方程式から、
ｙ（Ｌ−ｘ）＝２ｋα・ｄα／ｄｘ・・・・・・（ｅ’）
が成立することになる。

前記（ｅ’）に前記（ｃ’）、（ｃ’’）を代入することによって、
ｙ＝２ｋｄ^２ｘ／Ｌ・（Ｌ−ｘ）^４
が成立することになる。

即ち、図８（ｅ）に示すように、先端においては先鋭な形状を呈しており、回動中心に近づくに従って急激に広幅となるような形状を呈することになる。

前記基本構成に係る可動片２０は、通常１０ｍｍ^２〜１００ｍｍ^２の面積であって、厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲のアルミ箔等の比重の低い導電板６１を採用する場合が多い。

このため、可動片２０は周囲の機械的振動の影響を受け易い。

しかも、弾性力を以って回動可能な状態にて支持している場合において、可動片２０の一方端側を軸支している場合には、可動片２０の自重によって帯電物１からの吸引力を伴わずとも、重力の影響及び回動軸２１の疲労を原因として、帯電物１の吸引を伴わずとも可動片２０が軸支している部分より下側方向に傾斜する場合がある。

このような状況を考慮し、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、弾性力の作用によって可動片２０の回動を制約する支持部２１’を設けている場合において、各可動片２０の回動の中心線が当該各可動片２０の重心位置を貫いており、前記回動の中心線を基準として、各可動片２０の片側面につき測定の対象となる帯電物１の側の位置に、各可動片２０と略同一の電位にてシールドを行うシールド板８を配置していることを特徴とするための実施形態が好適に採用されている。

前記実施形態においては、可動片２０の重心位置を回動の中心線が貫通しているため、軸支の両側に均等に重力が作用することになり、前記のような重力の影響及び軸部分の疲労に基づく下方向への傾斜の被害を免れることができる。

前記実施形態において、片側を導電板６１によってシールドするのは、他方側のみに帯電物１による吸引力を作用させることを目的としているが、前記シールドを行っている導電板６１は、可動片２０の機械的な振動を防止するという効果をも兼用することができる。
尚、前記シールドを行う導電板６１は、図１５（ａ）に示すように、各可動片２０ごとに設ける場合、更には図１５（ｂ）に示すように、隣接し合う可動片２０に共通する状態にて設ける場合の双方が採用可能である。

帯電物１が保持している荷電量が極めて大きい場合には、空中放電が行われ、これによって可動片２０が破壊される場合がある。

のみならず、帯電物１の形状如何によっては、帯電物１自体が取扱上のミスによって可動片２０に衝突するというアクシデントが発生する危険性も否定できない。

このような状態を考慮し、図１６に示すように、各可動片２０に対し、測定の対象となる帯電物１の側にそれぞれアースに接続されており、各メッシュ９単位の面積が、各可動片２０の面積以下である導電性メッシュ９を設置していることを特徴とする実施形態を好適に採用することができる。

このように、アースに接続され、しかも可動片２０の面積より以下の網目幅を有しているメッシュ９を設置することによって、前記放電による被害を減少させると共に、帯電物１自体又はその部品との衝突を防止することが可能となる。

可動片２０がアースに接続されている場合には、帯電物１の特定の表面における荷電密度が＋σの場合と−σの場合であっても、帯電物１と可動片２０との間において生ずる吸引力は、（＋σ）^２及び（−σ）^２に比例しており、同一の値とならざるを得ない。

即ち、前記アース接地を前提としている限り、帯電物１の各部位における帯電の程度を伴う電位の大きさの絶対値を明らかにすることは可能であっても、その極性、即ち正の電位であるか又は負の電位であるかを特定することができない。

しかしながら、上記のような極性を特定については、図１７（ａ）に示すように、各可動片２０を順次接続している接続線２２と設置位置との間に、各可動片２０を一定電位に保持し得るようなバイアス電圧印加部分１０を選択可能な状態にて設け、測定の対象となる帯電物１の極性の検出を可能とすることを特徴とする実施形態を好適に対処することができる。

即ち、図１７（ｂ）に示すように、各可動片２０に対し、アースとの間でバイアス電圧を設定した場合には、各可動片２０は、アースとの間で所定の電位を有しているため、当該バイアス電圧に対応した荷電量を有することになる（この点は、可動片２０とアースとが一定のキャパシタンスを形成していることによって、容易に理解し得るところである。）。

前記バイアス電圧の印加を選択可能としたうえで測定を行った場合には、図１７（ｂ）に示すように、配電物が正の帯電の場合と負の帯電の場合とでは吸引力が相違しており（図１７（ｂ）では正の帯電の方が吸引力が小さくなるような設定の場合を示している。）、図１７（ｃ）に示すように、正の帯電の場合と負の帯電の場合とで吸引力が同一であるが故に、帯電物１における電荷の極性が不明であるが如き状態を避けることができる。

前記実施形態の基本原理について説明するに、各可動に対し、バイアス電圧を引加することによって、可動片２０に単位面積当りの荷電量をσ’とする一方（但し、この場合には帯電物１の影響による帯電は行われていない。）、帯電物１からの影響によって特定の可動片２０の単位面積当りの帯電量がσの場合と−σの場合である場合には、前記バイアス電圧の影響によって、可動片２０の帯電状態は当然相違する。

即ち、可動片２０の帯電物１側の電荷密度は、所謂重畳の理によって、σ’−σ及びσ’＋σであり、帯電物１との間にて生ずる吸引力はそれぞれσ（σ−σ’）及びσ（σ’＋σ）に比例することになる。

したがって、前記バイアス電圧の設定によって、図１４（ｂ）に示すように、バイアス電圧が正の値であって、σ’が正の数値を有する場合には、帯電物１の特定部位における単位面積当りの帯電量が−σの場合の方が、＋σの場合よりも大きな吸引力を示すことになり（但し、図１４（ｂ）においてはσ＞０を前提としている。）、バイアス電圧が負の値の場合には、その逆の結果を示すことになる。

何れにせよ、アースとの接続が行われている場合（バイアス電圧が零の場合）の吸引力、即ちσ^２に比例する吸引力との大小関係によって、帯電物１の各表面における帯電状態の極性を判別することができる。

可動片２０の帯電量如何によっては、逆に帯電物１の帯電状態に影響を及ぼすことがある。

したがって、前記実施形態においてバイアス電圧の設定によって各可動片２０の帯電状態（単位面積当りσ’の帯電量による帯電状態）が帯電物１の帯電状態に殆ど影響を及ぼさないようなバイアス電圧を選択することを不可欠としている。
尚、前記のようなバイアス電圧を設定する実施形態は、あくまで帯電物１の各表面における極性を判別することを目的としており、吸引力の大きさを測定し、更には各表面における電位分布を算定する場合には、改めて各可動片２０につき、アースとの接続状態とすることが必要であり、前記バイアス電圧を印加した状態では、前記測定更には前記算定は不可能である。

以上のとおり、帯電物１の各表面における帯電状態を各可動片２０の偏位に基づいて画像表示し得る当該実施形態について説明したが、元の帯電物１と画像表示部４とを重畳させたことによる画像を得られるならば、当該帯電物１における帯電状態を具体的に想定し、かつ察知することができる。

しかしながら、画像表示が行われている部位と帯電物１との間には、各可動片２０が存在しており、画像表示が行われている位置の側から、帯電物１を撮影しようとしても、画像表示部４及び可動片２０の存在によって帯電物１を撮影することはできない。

このような場合には、予め帯電物１自体を直接撮影し、当該帯電物１の映像と画像表示部４映像とを重畳させることによって、帯電物１の帯電に基づく電位の分布状態を、実感を帯電物１の形状に即して観察することが可能となる。

以下、本発明の測定装置を使用した測定方法につき、実施例に即して説明する。

実施例１は、前記基本構成（１）及び（２）に係る測定装置を使用し、かつ弾性力が作用する支持部２１’の場合に、可動片２０の偏位の程度を示す量につき、平方根による変換を行っている実施形態、又は図７（ａ）に示すように、吸引力に逆らう抗力が作用する支持部２１’による支持を行い、かつ当該支持から離脱する可動片２０の領域の傾斜角度の二乗（α^２）が前記吸引力に比例するように設定した実施形態に立脚したうえで、図１のフローチャートに示すように、一定の基準電位分布を有し、かつ測定の対象となる帯電物１と同一形状の基準帯電物１に対する各可動片２０における偏位量の測定値につき、前記一定の基準電位を表す基準測定値としたうえで、測定の対象となる帯電物１における偏位量の測定値と前記基準測定値との比率の平方根（前記弾性力が作用する支持部２１の場合）又は当該比率（前記抗力が作用する支持部２１’の場合）に基づいて、各可動片２０に対応する帯電物１の各表面における電位の絶対値を算定することを特徴としている。

仮に、帯電物１が無限大の平板であり、しかも単位面積当りの荷電量σが一定である場合には、電界は平板に直交する方向に形成されている。

しかしながら、実際には帯電物１の面積は有限であり、しかも各部位によって荷電量が相違しているが故に、帯電物１から発生する電界は、必ずしも表面方向に直交している訳ではない。

したがって、実際には各可動片２０における帯電量が帯電物１の対応する部位のみの影響を受けるだけではなく、他の部位の帯電状態の影響を受けることを否定することができない。

即ち、帯電物１の特定の表面における荷電密度（荷電密度σ）が対応する可動片２０の帯電物１側の表面における荷電密度（荷電密度σ）に比例するという関係は、近似的に成立するも、厳密に成立している訳ではない。

実施例１においては、このような状況をも考慮したうえで、所定の帯電物１を測定する場合に際して同一形状の帯電物１につき、予め均一な基準となる電荷の分布状態であって、所定の基準電位を有している基準帯電物１に基づいて、各可動片２０の電位分布を設定している。

このような場合、各可動片２０は、対応する部位だけでなく、その余の部位の影響を受けるため、各荷電密度ひいては帯電量は必ずしも均一ではない。

しかしながら、前記のように弾性力が作用するような支持が行われ、平方根による変換をしているような実施形態は、基準帯電物１に対応する偏位の測定値をｘ_０とし、基準電位をＶ_０とし、実際の測定における偏位の測定値をｘとし、各可動片２０に対応する表面における電位をｖとした場合には、
ｘ／ｘ_０≒Ｖ^２／Ｖ_０ ^２
という近似式を設定することによって、

という換算を行っている。

同様に、前記のように、吸引力に逆らうような抗力が作用し、かつ傾斜角度の二乗（α^２）が帯電物１との吸引力に比例するような前記実施形態の場合には、基準帯電物１に対する傾斜角度の測定値をα_０とし、基準電位をＶ_０とし、実際の測定における傾斜角度の測定値をαとし、各可動片２０に対応する表面における電位をＶとした場合には、
α／α_０≒Ｖ／Ｖ_０
という近似値を設定することによって、
Ｖ＝Ｖ_０α／α_０
という換算を行っている。

基準帯電物１と測定の対象となる帯電物１とが同一形状である以上、可動片２０が帯電物１における対応する各表面及びその余の各表面によって影響を受ける要因は、基準帯電物１の場合と測定の対象となっている帯電物１の場合とでは、概略同じような状態と考えられる。

他方、各可動片２０の偏位の程度を作用する最も大きな要因は帯電物１における対応する各表面の帯電量、ひいては電位である。

このような点を考慮するならば、前記各比例式は十分均一的に成立し得る状況にある。

このような状況を根拠として、実施例１においては、前記比例式に基づいて各可動片２０に対応する帯電物１の各表面における電位につき、近似値を得ることが可能となる。

実施例２は、実施例１に立脚したうえで、図２のフローチャートに示すように、基準帯電物１に対する各可動片２０において基準測定値を設定する際、測定された偏位量の平方根の値の平均値と基準帯電物１による電位とが一致するか（前記弾性力が作用する支持部２１の場合）又は測定された偏位量自体の平均値と基準帯電物１による電位とが一致する（前記抗力が作用する支持部２１’の場合）ように、測定装置と測定の対象となる帯電物１との距離を調整することを特徴としている。

各可動片２０における移動量は、当然帯電物１との距離の影響を受けている（実際には距離の二乗に反比例している。）。

したがって、実施例１において、基準帯電物１に対応している各可動片２０における偏位の程度が、基準電位（Ｖ_０）自体を表示するためには、測定装置と帯電物１との距離を考慮したうえで、各移動量に基づく検出値が基準電位（Ｖ_０）となるような補正又は換算を必要としている。

しかしながら、実施例２においては、基準電位に対応する偏位の程度の平方根の数値の平均値

又は前記傾斜角度の平均値（α／α_０）が前記基準電位（Ｖ_０）と一致するように、双方の距離の調整を行っており、このような調整によって、基準電位の測定を速やかに実現することが可能となる。

本発明は、高圧処理装置、半導体デバイス等の帯電が生じ易い様々な電気及び電子機器及びその部品につき、製造段階及び使用段階において電位分布の測定を行い、その後の工程を効率化するという利用が可能である。

１帯電物
１’帯電物のうちの一部の帯電部分
１１誘導電極
１２保護板又は保護壁
１３絶縁体
２検出部
２０可動片
２１回動軸又は弾性バネ、及びこれらによって弾性力が作用している支持部
２１’ 抗力が作用する支持部
２２接続線
２３脚部
２４挟持体
２５レバー
２６ストッパー
３検出結果処理部
３１測定部
３２コンピュータによる算出部
４画像表示部
５１光源
５２回転鏡面
５３レンズ又はフレネルレンズ
５３１第１レンズ又は第１フレネルレンズ
５３２第２レンズ又は第２フレネルレンズ
５４ハーフミラー
５４１第１ハーフミラー
５４２第２ハーフミラー
５５光ファイバー
５６受光板又は受光光電素子
５７検出板
５７１第１検出板
５７２第２検出板
６１導電板
６２容量測定部
７１歪み測定装置
８シールド板
９メッシュ
１０バイアス電圧印加部分

Claims

複数個の同一形状の導電性を有する板状体の可動片を、支持枠内に張設され、かつアースと接続されている導電性を有する接続線によって支持された状態にて、規則的に整列し、各可動片が、帯電物の配置を原因とする吸引力によって、当該帯電物に向かって傾斜するような回動が行われた場合に、当該回動を制約するような弾性力が作用する支持部、又は回動の中心軸から先端部位に至るまでの中途部位において、回動を制約するような吸引力に逆らう抗力が作用する支持部を設け、前記吸引力と前記弾性力又は前記抗力とが均衡している回動位置における傾斜角度に基づく偏位量を検出する検出器及び当該検出に係る偏位量を電位の数値とするような算出部及び当該算出部に基づく各可動片を示す電位の大きさを画像表示し得る画像の表示部を備えたことに基づく帯電物の電位分布を測定する装置。
各可動片と帯電物との間に、導電体による保護板又は保護壁を設け、当該保護板又は保護壁は各可動片に対応する各誘導電極を絶縁体を介して支持しており、各誘導電極は、各可動片側及び帯電物側にそれぞれ突設した状態を呈しており、しかも各誘導電極の各可動片側に突出した位置は、各可動片の回動中心に対し同一の配置関係にあることを特徴とする請求項１記載の帯電物の電位分布を測定する装置。
複数個の同一形状の導電性を有する板状体の可動片を、支持枠内に張設され、かつアースと接続されている導電性を有する接続線によって支持された状態にて、略同一平面方向に配列し、各可動片が、帯電物の配置を原因とする吸引力によって、当該帯電物に向かって平行移動が行われた場合に、当該平行移動を制約するような弾性力が作用する支持部を設け、前記吸引力と前記弾性力とが均衡している平行移動した位置における移動距離に基づく偏位量を検出する検出器及び当該検出に係る偏位量を電位の数値とするような算出部及び当該算出部に基づく各可動片を示す電位を画像表示し得る画像表示部を備えたことに基づく帯電物の電位分布を測定する装置。
各可動片と帯電物との間に、導電体による保護板又は保護壁を設け、当該保護板又は保護壁は各可動片に対応する各誘導電極を絶縁体を介して支持しており、各誘導電極は、各可動片側及び帯電物側にそれぞれ突設した状態を呈しており、しかも各誘導電極の各可動片側に突出した位置は、各可動片の重心に対し同一の配置関係にあることを特徴とする請求項１記載の帯電物の電位分布を測定する装置。
可動片の両面のうち、帯電物を配置する側と反対側の面を鏡面反射を可能な状態とし、当該鏡面反射可能な面に対し、光源から入射させた光に対する反射光の角度変化に対する検出装置を備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４記載の測定装置。
各可動片を平面方向に配列し、光源からの直線状の入射光に対する反射方向を順次変化させ得る回転鏡面、前記回転鏡面からの直線状反射光を可動片に対し順次平行に照射することができるレンズ又はフレネルレンズを設けると共に、前記光源及び回転鏡面との間に、光源からの光線を透過させ、回転鏡面からの反射光線を反射可能とするハーフミラー、更には当該ハーフミラーからの反射光の照射位置を検出し得る検出板を設けたうえで、前記レンズ又はフレネルレンズからの照射に対する可動片からの反射光が、レンズ又はフレネルレンズを透過し、前記回転鏡面から反射され、更には前記ハーフミラーから反射された後に前記検出板における各可動片からの反射光の照射位置を検出し得ることを特徴とする請求項３記載の測定装置。
各可動片の回動中心位置を同一の径を有する複数個の円弧軌跡上に配列すると共に、鏡面反射可能な側を当該円弧の中心側に面するように配置し、光源からの直線状の入射光に対する反射方向を順次変化させ得る一方、当該反射光を各可動片に照射することができる回転鏡面を設けると共に、前記光源及び回転鏡面との間に、光源からの光線を透過させ、回転鏡面からの反射光線を反射可能とするハーフミラー、更には当該ハーフミラーからの反射光の照射位置を検出し得る検出板を設けたうえで、前記回転鏡面からの照射に対する可動片からの反射光が前記回転鏡面から反射され、更には前記ハーフミラーから反射された後に前記検出板における各可動片からの反射光の照射位置を検出し得ることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
各可動片を同一平面方向に配列し、光源からの直線状の入射光に対する反射方向を順次変化させ得る回転鏡面、前記回転鏡面からの直線状反射光を可動片に対し順次平行に照射することができる第１レンズ又は第１フレネルレンズを設けると共に、可動片と回転鏡面との間に回転鏡面からの反射光を透過させ、各可動片からの更なる反射光を反射可能とする第１ハーフミラー、第１ハーフミラーからの反射光を透過する第２レンズ又は第２フレネルレンズ、前記第２レンズ又は第２フレネルレンズの前記反射光を透過した後の焦点位置に第１ハーフミラーからの反射光の照射位置を検出し得る第１検出板、前記第１ハーフミラーと第２レンズ又は第２フレネルレンズとの間に、第１ハーフミラーからの反射光の一部を透過させて、第２レンズ又は第２フレネルレンズを透過させることを可能とする一方、上記反射光の残部を反射可能とする第２ハーフミラー、前記第１フレネルレンズを透過した後、第１ハーフミラーによって反射され、更には第２ハーフミラーを反射したことによる光線における前記第１レンズ又は第１フレネルレンズの焦点位置に、第１ハーフミラーからの反射光の照射位置を検出し得る第２検出板を設けたうえで、前記第１レンズ又は第１フレネルレンズからの照射に対する各可動片の反射光が第１レンズ又は第１フレネルレンズを透過し、更には第１ハーフミラーから反射され、第２ハーフミラーを透過し、第２レンズ又は第２フレネルレンズを透過することによって第２レンズ又は第２フレネルレンズによって拡大された映像に基づく第１検出板における各可動片からの反射光の照射位置を検出し得ると共に、第１ハーフミラーからの反射光を第２ハーフミラーによって更に反射させた後に、上記拡大を伴っていない映像に基づく第２検出板における各可動片からの反射光の照射位置をも検出し得ることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
各可動片の回動中心位置を相互に等しい径を有する複数個の円弧軌跡上に配列すると共に、鏡面反射可能な側を当該円弧の中心側に面するように配置し、光源からの直線状の入射光に対する反射方向を順次変化させ得る一方、当該反射光を可動片に照射することができる回転鏡面を設けると共に、可動片と回転鏡面との間に回転鏡面からの反射光を透過させ、各可動片からの更なる反射光を反射可能とする第１ハーフミラー、第１ハーフミラーからの反射光を透過するレンズ又はフレネルレンズ、前記レンズ又はフレネルレンズの前記反射光を透過した後の焦点位置に第１ハーフミラーからの反射光の照射位置を検出し得る第１検出板、前記第１ハーフミラーとレンズ又はフレネルレンズとの間に、第１ハーフミラーからの反射光の一部を透過させて、レンズ又はフレネルレンズを透過させることを可能とする一方、上記反射光の残部を反射可能とする第２ハーフミラー、回動中心が円弧状に配列されている各可動片から反射され、第１ハーフミラーによって反射され、更には第２ハーフミラーを反射したことによる光線における前記各可動片の前記円弧状配列に基づく焦点位置に、第１ハーフミラーからの反射光の照射位置を検出し得る第２検出板を設けたうえで、各可動片の反射光が、第１ハーフミラーから反射され、第２ハーフミラーを透過し、レンズ又はフレネルレンズを透過することによって第１検出板において、レンズ又はフレネルレンズによって拡大された映像に基づく第１検出板における各可動片からの反射光の照射位置を検出し得ると共に、第１ハーフミラーからの反射光を第２ハーフミラーによって更に反射させた後に、上記拡大を伴っていない映像に基づく第２検出板における各可動片からの反射光の照射位置をも検出し得ることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
各可動片に対し、所定量の光束を照射する光源を設けると共に、各可動片からの反射光に対し、所定の角度方向にて受光することによる受光量検査装置を設けていることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
各可動片に対し、同一形状の導電性を有する板状態を測定の対象となる帯電素子の反対側の位置に共通の距離を設定していることによる平板状のコンデンサーを形成し、各可動片の偏位に基づく容量変化を検出し得る静電容量測定素子を設けていることを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか一項に記載の測定装置。
各可動片に対する支持部において、吸引力と均衡している弾性力を測定し得るような歪みセンサを配置していることを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか一項に記載の測定装置。
弾性力が作用する支持部を採用したうえで算出部において、測定された可動片の偏位量につき、平方根による変換を行っていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２の何れか一項に記載の測定装置。
回動を制約するような吸引力に逆らう抗力が生ずるような支持部による支持が行われる場合において、帯電物との間に生ずる吸引力と支持部による支持から離脱した位置にある可動片の傾斜角度の二乗とが概略比例関係となるように支持部の支持形状を選択していることを特徴とする請求項１、２記載の測定装置。
支持部のうち、可動片の回動しない部位の回動位置を原点（０、０）とし、回動しない場合の可動片の方向をｘ軸とし、当該ｘ軸と直交しかつ回動する側に位置している軸をｙ軸とした場合、支持部から離脱する位置にある座標（ｘ、ｙ）において、ｙがｘの３／２乗に比例するような状態にあることを特徴とする請求項１４記載の測定装置。
可動片の回動軸を共有し、かつ曲げ弾性を有する平板形状のレバーを設け、当該レバーの平板面の接触によって、当該レバーの回動を制約するストッパーを設け、前記レバーのストッパーに対して作用する効力の回転モーメントの大きさが、可動片の傾斜角度の二乗と比例関係となるように、レバーのストッパーと接触する領域における平板形状を選択していることを特徴とする請求項１、２記載の測定装置。
レバーの回動中心からストッパーに接触し得る先端までの距離をＬとし、当該先端から移動中心方向に至る距離をｘとし、当該距離ｘにおけるレバーのストッパーと接触する領域における平板形状の幅の大きさをｙとした場合、ｙがｘに比例し、かつ（Ｌ−ｘ）⁴に反比例するような状態にあることを特徴とする請求項１６記載の測定装置。
弾性力の作用によって可動片の回動を制約する支持部を設けている場合において、各可動片の回動の中心線が当該各可動片の重心位置を貫いており、前記回動の中心線を基準として、各可動片の片側面につき測定の対象となる帯電物の側の位置に、各可動片と略同一の電位にてシールドを行うシールド板を配置していることを特徴とする請求項１、２、３、４、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７の何れか一項に記載の測定装置。
各可動片に対し、測定の対象となる帯電物の側にそれぞれアースに接続されており、各メッシュ単位の面積が、各可動片の面積以下である導電性メッシュを設置していることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８の何れか一項に記載の測定装置。
各可動片を順次接続している接続線とアースとの間に、各可動片を一定電位に保持し得るようなバイアス電圧印加部を選択可能な状態にて設け、測定の対象となる帯電物の極性の検出を可能とすることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９の何れか一項に記載の測定装置。
請求項１又は請求項３記載の測定装置によって測定する際、一定の基準電位分布を有し、かつ測定の対象となる帯電物と同一形状の基準帯電物に対する各可動片における偏位量の測定値につき、前記一定の基準電位を表す基準測定値としたうえで、測定の対象となる帯電物における偏位量の測定値と前記基準測定値との比率の平方根（請求項１３記載の測定装置の場合）、又は当該比率（請求項１４及び同１６記載の測定装置の場合）に基づいて、各可動片に対応する帯電物の各表面における電位の絶対値を算定することを特徴とする電位分布測定方法。
基準帯電物に対する各可動片において基準測定値を設定する際、測定された偏位量の平方根の値の平均値と基準帯電物による電位とが一致するか（請求項１３記載の測定装置の場合）、又は測定された偏位量自体の平均値と基準帯電物による電位とが一致する（請求項１４及び同１６記載の測定装置の場合）ように、測定装置と測定の対象となる帯電物との距離を調整することを特徴とする請求項２１記載の測定方法。