JP3481720B2 - 表面電位測定装置 - Google Patents
表面電位測定装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、導電体あるいは絶縁体
等の被測定体の表面電位を非接触に設けられた測定電極
により測定する表面電位測定装置に関し、詳しくは、出
力変動を補正して被測定体の表面電位を正確に測定する
表面電位測定装置に関するものであり、複写機、ファク
シミリ、印刷機、プリンター、プロッター等の電子写真
方式の画像形成装置の感光体あるいは現像ローラ等の帯
電電位の制御及びその装置等に応用されるものである。
等の被測定体の表面電位を非接触に設けられた測定電極
により測定する表面電位測定装置に関し、詳しくは、出
力変動を補正して被測定体の表面電位を正確に測定する
表面電位測定装置に関するものであり、複写機、ファク
シミリ、印刷機、プリンター、プロッター等の電子写真
方式の画像形成装置の感光体あるいは現像ローラ等の帯
電電位の制御及びその装置等に応用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、各種の分野において、導電体や絶
縁体等の被測定体の表面電位を検出し測定する必要性が
多々あり、特に、電子写真複写機等の分野においては、
画質向上のために感光体上の表面電位を正確に検知し
て、その表面電位を制御することが重要となっている。
その表面電位を検知する手段として、従来、被測定体の
電荷のリークが生じないよう非接触型の表面電位計測手
段（表面電位センサ）が用いられている。非接触型の表
面電位計測手段としては、電気的な手段と機械的な手段
とに大別できるが、電気的な手段は特殊な機能材料を使
用するため高価となり、また、帯電吸着によるセンサ電
極表面の汚染や使用する絶縁物の分極による感度の低下
といった問題がある。一方、機械的な手段はセンサ電極
の汚れによる感度変化が少なく、比較的安価に作製でき
るという点で、現在、専ら用いられている。
縁体等の被測定体の表面電位を検出し測定する必要性が
多々あり、特に、電子写真複写機等の分野においては、
画質向上のために感光体上の表面電位を正確に検知し
て、その表面電位を制御することが重要となっている。
その表面電位を検知する手段として、従来、被測定体の
電荷のリークが生じないよう非接触型の表面電位計測手
段（表面電位センサ）が用いられている。非接触型の表
面電位計測手段としては、電気的な手段と機械的な手段
とに大別できるが、電気的な手段は特殊な機能材料を使
用するため高価となり、また、帯電吸着によるセンサ電
極表面の汚染や使用する絶縁物の分極による感度の低下
といった問題がある。一方、機械的な手段はセンサ電極
の汚れによる感度変化が少なく、比較的安価に作製でき
るという点で、現在、専ら用いられている。
【０００３】この機械的な手段による電位計測方法に
は、センサ電極に入射する電気力線を周期的に遮断する
ことにより、センサ電極上に誘起される電荷の量を変化
させて交流信号を得るチョッパ型と、センサ電極を被測
定体からの電界方向に周期的に変動させることにより、
被測定体とセンサ電極との間の静電容量を周期的に変化
させ、その変化に応じて発生する交流信号を取り出す振
動容量型とがある。どちらの方式も比較的小形に作製で
き、安定した出力値が得られるものであるが、しかしな
がら、いずれの方式も被測定体とセンサ電極との間の静
電容量がその間の測定距離の逆数に比例するため、得ら
れる出力値が測定距離に大きく依存して変化する。従っ
て、例えば複写機等の感光体ドラムのように動いている
被測定体の表面電位を測定する場合、出力値の変動が測
定距離に因るものなのか、あるいは被測定体の表面電位
分布に因るものなのか判断できないという問題が生じる
ため、被測定体の表面電位を正確に得ることが困難とな
っている。
は、センサ電極に入射する電気力線を周期的に遮断する
ことにより、センサ電極上に誘起される電荷の量を変化
させて交流信号を得るチョッパ型と、センサ電極を被測
定体からの電界方向に周期的に変動させることにより、
被測定体とセンサ電極との間の静電容量を周期的に変化
させ、その変化に応じて発生する交流信号を取り出す振
動容量型とがある。どちらの方式も比較的小形に作製で
き、安定した出力値が得られるものであるが、しかしな
がら、いずれの方式も被測定体とセンサ電極との間の静
電容量がその間の測定距離の逆数に比例するため、得ら
れる出力値が測定距離に大きく依存して変化する。従っ
て、例えば複写機等の感光体ドラムのように動いている
被測定体の表面電位を測定する場合、出力値の変動が測
定距離に因るものなのか、あるいは被測定体の表面電位
分布に因るものなのか判断できないという問題が生じる
ため、被測定体の表面電位を正確に得ることが困難とな
っている。
【０００４】このような問題に対処する目的で、現在、
測定距離が変動しても出力変動が極めて少ない測定距離
補正型の表面電位センサが種々提案されている。例え
ば、(ａ)米国Trek社製の表面電位センサ(B.T.Williams
et al.:U.S.Patent 3,852,667(1974))では、出力信号を
積分型の高圧発生器に入力して出力信号に応じた高電圧
を発生させ、それをセンサプローブのハウジングにフィ
ードバックすることにより、被測定体とハウジングとの
電位を同電位にしてその間の静電容量を打ち消して出力
値が測定距離に依存しない方法が考案され、実用化され
ている。また、(ｂ)特公平03-20709号（登録1659026
号)、特開昭62-118267号や特開昭62-113072号等の公報
では、チョッパ型あるいは振動容量型の表面電位センサ
において、被測定体方向に距離の異なる２つの測定電極
を使用して、各測定電極から得られる２つの出力信号を
利用し、測定電極と被測定体との距離の変動による出力
変動を補正して、被測定体の表面電位を正確に測定する
装置が開示されている。また、(ｃ)特公平04-45108号
(登録1759275号)、特開平06-308179号等の公報では、振
動容量型あるいはチョッパ型の表面電位センサにおい
て、１つの測定電極から位相の異なる、あるいはタイミ
ングの異なる２つの出力信号を得、その出力を利用して
測定電極と被測定体との距離の変動による出力変動を補
正して、被測定体の表面電位を正確に測定し、測定精度
の向上を行うことができる装置が開示されている。
測定距離が変動しても出力変動が極めて少ない測定距離
補正型の表面電位センサが種々提案されている。例え
ば、(ａ)米国Trek社製の表面電位センサ(B.T.Williams
et al.:U.S.Patent 3,852,667(1974))では、出力信号を
積分型の高圧発生器に入力して出力信号に応じた高電圧
を発生させ、それをセンサプローブのハウジングにフィ
ードバックすることにより、被測定体とハウジングとの
電位を同電位にしてその間の静電容量を打ち消して出力
値が測定距離に依存しない方法が考案され、実用化され
ている。また、(ｂ)特公平03-20709号（登録1659026
号)、特開昭62-118267号や特開昭62-113072号等の公報
では、チョッパ型あるいは振動容量型の表面電位センサ
において、被測定体方向に距離の異なる２つの測定電極
を使用して、各測定電極から得られる２つの出力信号を
利用し、測定電極と被測定体との距離の変動による出力
変動を補正して、被測定体の表面電位を正確に測定する
装置が開示されている。また、(ｃ)特公平04-45108号
(登録1759275号)、特開平06-308179号等の公報では、振
動容量型あるいはチョッパ型の表面電位センサにおい
て、１つの測定電極から位相の異なる、あるいはタイミ
ングの異なる２つの出力信号を得、その出力を利用して
測定電極と被測定体との距離の変動による出力変動を補
正して、被測定体の表面電位を正確に測定し、測定精度
の向上を行うことができる装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
(ａ)に関しては、測定電位に応じて測定回路内の高圧発
生器により高電圧を発生させる必要があり、高圧発生器
の電圧発生能力により高電位の測定値に限界が生じる。
また、電圧が高くなればなるほど高圧発生器は高価とな
り、高圧用の測定回路部品も高価となるため、装置が比
較的高価なものとなってしまう。また、フィードバック
回路を設けるため装置構成が複雑となる。さらに、セン
サプローブが高電圧となるため取り扱いに注意を要する
等の問題がある。
(ａ)に関しては、測定電位に応じて測定回路内の高圧発
生器により高電圧を発生させる必要があり、高圧発生器
の電圧発生能力により高電位の測定値に限界が生じる。
また、電圧が高くなればなるほど高圧発生器は高価とな
り、高圧用の測定回路部品も高価となるため、装置が比
較的高価なものとなってしまう。また、フィードバック
回路を設けるため装置構成が複雑となる。さらに、セン
サプローブが高電圧となるため取り扱いに注意を要する
等の問題がある。
【０００６】前記(ｂ)に関しては、チョッパ型の場合、
センサ電極の前に入射する電気力線を遮断するためのチ
ョッパ電極等が必要となり、それだけで構造が複雑とな
る。また、測定距離補正を行うために測定電極を２つ以
上設ける必要があるため、さらに装置構成が複雑となり
装置全体の大きさも大きくなる。また、部品点数も多く
なるためコストアップの要因ともなる。さらに、チョッ
パ型のセンサでは、測定電極が常に静止している状態に
あるため、センサを長期間使用していると帯電吸着等に
より測定電極上に塵埃が付着堆積し、センサ電極表面が
汚染されるために感度が低下して正確な測定ができなく
なるといった問題も生じてくる。これは、トナー等を使
用する粉塵の多い電子写真複写機の中で使用する場合に
特に問題となる。
センサ電極の前に入射する電気力線を遮断するためのチ
ョッパ電極等が必要となり、それだけで構造が複雑とな
る。また、測定距離補正を行うために測定電極を２つ以
上設ける必要があるため、さらに装置構成が複雑となり
装置全体の大きさも大きくなる。また、部品点数も多く
なるためコストアップの要因ともなる。さらに、チョッ
パ型のセンサでは、測定電極が常に静止している状態に
あるため、センサを長期間使用していると帯電吸着等に
より測定電極上に塵埃が付着堆積し、センサ電極表面が
汚染されるために感度が低下して正確な測定ができなく
なるといった問題も生じてくる。これは、トナー等を使
用する粉塵の多い電子写真複写機の中で使用する場合に
特に問題となる。
【０００７】前記(ｃ)に関しては、特公平04-45108号
(登録1759275号）公報に記載の振動容量型の表面電位セ
ンサを改良し、位相の異なる２つの出力信号を利用する
発明では、距離補正を行うために各位相出力の差に基づ
いて出力補正を行っているが、測定電極を圧電音叉によ
り振動させた場合、大きな振幅は得られないので位相の
出力差の信号レベルは非常に小さく、したがって、十分
なＳＮ比でもって表面電位出力の距離補正を行い、十分
正確な表面電位を得ることは比較的困難である。また、
特開平06-308179号 公報に記載のチョッパ型の表面電位
センサを改良し、タイミングの異なる２つの出力信号を
利用する発明では、上記(ｂ)と同様なチョッパ型の問題
が存在し、さらに、サンプルアンドホールド回路を利用
するために測定値がばらつき易く、安定して正確な測定
値が得られないといった問題が存在する。また、２つの
出力信号を得る間に被測定体の表面電位が変化するよう
な場合には、正確な表面電位は得られず、タイミングを
異ならせて２つの出力信号を得るために検出回路も比較
的複雑となる。
(登録1759275号）公報に記載の振動容量型の表面電位セ
ンサを改良し、位相の異なる２つの出力信号を利用する
発明では、距離補正を行うために各位相出力の差に基づ
いて出力補正を行っているが、測定電極を圧電音叉によ
り振動させた場合、大きな振幅は得られないので位相の
出力差の信号レベルは非常に小さく、したがって、十分
なＳＮ比でもって表面電位出力の距離補正を行い、十分
正確な表面電位を得ることは比較的困難である。また、
特開平06-308179号 公報に記載のチョッパ型の表面電位
センサを改良し、タイミングの異なる２つの出力信号を
利用する発明では、上記(ｂ)と同様なチョッパ型の問題
が存在し、さらに、サンプルアンドホールド回路を利用
するために測定値がばらつき易く、安定して正確な測定
値が得られないといった問題が存在する。また、２つの
出力信号を得る間に被測定体の表面電位が変化するよう
な場合には、正確な表面電位は得られず、タイミングを
異ならせて２つの出力信号を得るために検出回路も比較
的複雑となる。
【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
って、請求項１記載の発明の目的は、上記問題点を解決
するため、被測定体と測定電極との間の静電容量を変化
させ測定電極の電位検出信号から２つ以上の出力信号を
検知する手段を設けることにより、その出力信号から簡
易な構成でかつ安価に正確な表面電位を導出することが
でき、被測定体の表面電位を高精度に測定できる新規な
表面電位測定装置を提供することである。
って、請求項１記載の発明の目的は、上記問題点を解決
するため、被測定体と測定電極との間の静電容量を変化
させ測定電極の電位検出信号から２つ以上の出力信号を
検知する手段を設けることにより、その出力信号から簡
易な構成でかつ安価に正確な表面電位を導出することが
でき、被測定体の表面電位を高精度に測定できる新規な
表面電位測定装置を提供することである。
【０００９】請求項２記載の発明の目的は、前記電位検
出信号から２つ以上の出力信号を検知する手段として、
周波数の異なる２つ以上の出力信号を検知する手段を設
けることにより、その出力信号から簡易な構成でかつ安
価に正確な表面電位を導出することができ、被測定体の
表面電位を高精度に測定できる装置を提供することであ
る。
出信号から２つ以上の出力信号を検知する手段として、
周波数の異なる２つ以上の出力信号を検知する手段を設
けることにより、その出力信号から簡易な構成でかつ安
価に正確な表面電位を導出することができ、被測定体の
表面電位を高精度に測定できる装置を提供することであ
る。
【００１０】請求項３，４，５記載の発明の目的は、前
記被測定体と測定電極との間の静電容量を簡易な構成で
かつ安価に変化させ、前記周波数の異なる２つ以上の出
力信号を生じさせる手段を提供することである。
記被測定体と測定電極との間の静電容量を簡易な構成で
かつ安価に変化させ、前記周波数の異なる２つ以上の出
力信号を生じさせる手段を提供することである。
【００１１】請求項６，７記載の発明の目的は、前記電
位検出信号から周波数の異なる２つ以上の出力信号を十
分なＳＮ比でもって効率良く検知する手段を提供するこ
とである。
位検出信号から周波数の異なる２つ以上の出力信号を十
分なＳＮ比でもって効率良く検知する手段を提供するこ
とである。
【００１２】請求項８記載の発明の目的は、前記静電容
量を簡易な構成でかつ安価に変化させ、十分なＳＮ比で
もって効率良く前記周波数の異なる２つ以上の出力信号
を生じさせる手段を提供することである。
量を簡易な構成でかつ安価に変化させ、十分なＳＮ比で
もって効率良く前記周波数の異なる２つ以上の出力信号
を生じさせる手段を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、被測定体から所定間隔を隔
てた位置に該被測定体と電気的に独立した一つの測定電
極を配設し、該測定電極により被測定体の表面電位を測
定する表面電位測定装置であって、前記被測定体と測定
電極との間の静電容量を変化させる容量変化手段と、被
測定体の表面電位に対応して誘起され静電容量の変化に
伴い変化する測定電極の電位を検出する電位検出手段
と、該電位検出手段により検出された検出信号から少な
くとも２つ以上の信号を検知する出力検知手段と、該出
力検知手段から出力された信号から該検出信号の出力値
を補正することにより被測定体の表面電位を導き出す表
面電位導出手段とを備えた構成としたものである。
め、請求項１記載の発明は、被測定体から所定間隔を隔
てた位置に該被測定体と電気的に独立した一つの測定電
極を配設し、該測定電極により被測定体の表面電位を測
定する表面電位測定装置であって、前記被測定体と測定
電極との間の静電容量を変化させる容量変化手段と、被
測定体の表面電位に対応して誘起され静電容量の変化に
伴い変化する測定電極の電位を検出する電位検出手段
と、該電位検出手段により検出された検出信号から少な
くとも２つ以上の信号を検知する出力検知手段と、該出
力検知手段から出力された信号から該検出信号の出力値
を補正することにより被測定体の表面電位を導き出す表
面電位導出手段とを備えた構成としたものである。
【００１４】 請求項２記載の発明は、被測定体から所
定間隔を隔てた位置に該被測定体と電気的に独立した一
つの測定電極を配設し、該測定電極により被測定体の表
面電位を測定する表面電位測定装置であって、前記被測
定体と測定電極との間の静電容量を変化させる容量変化
手段と、被測定体の表面電位に対応して誘起され静電容
量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出する電位
検出手段と、該電位検出手段により検出された検出信号
から少なくとも周波数の異なる２つ以上の信号を検知す
る出力検知手段と、該出力検知手段から出力された信号
から該検出信号の出力値を補正することにより被測定体
の表面電位を導き出す表面電位導出手段とを備えた構成
としたものである。
定間隔を隔てた位置に該被測定体と電気的に独立した一
つの測定電極を配設し、該測定電極により被測定体の表
面電位を測定する表面電位測定装置であって、前記被測
定体と測定電極との間の静電容量を変化させる容量変化
手段と、被測定体の表面電位に対応して誘起され静電容
量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出する電位
検出手段と、該電位検出手段により検出された検出信号
から少なくとも周波数の異なる２つ以上の信号を検知す
る出力検知手段と、該出力検知手段から出力された信号
から該検出信号の出力値を補正することにより被測定体
の表面電位を導き出す表面電位導出手段とを備えた構成
としたものである。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載の表
面電位測定装置において、前記容量変化手段に、前記測
定電極の前方に配設され、測定電極に入射する被測定体
からの電気力線の一部を遮蔽することが可能な電極と、
測定電極とを異なる周波数で同時に振動させる電極振動
手段を設け、該電極振動手段により異なる周波数で被測
定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、前記出力
検知手段が、前記電位検出手段による検出信号から周波
数の異なる２つ以上の出力信号を検知する構成としたも
のである。
面電位測定装置において、前記容量変化手段に、前記測
定電極の前方に配設され、測定電極に入射する被測定体
からの電気力線の一部を遮蔽することが可能な電極と、
測定電極とを異なる周波数で同時に振動させる電極振動
手段を設け、該電極振動手段により異なる周波数で被測
定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、前記出力
検知手段が、前記電位検出手段による検出信号から周波
数の異なる２つ以上の出力信号を検知する構成としたも
のである。
【００１６】請求項４記載の発明は、請求項２記載の表
面電位測定装置において、前記容量変化手段に、前記測
定電極を異なる複数の周波数で振動させる電極振動手段
を設け、該電極振動手段により異なる周波数で被測定体
と測定電極との間の静電容量を変化させ、前記出力検知
手段が、前記電位検出手段による検出信号から周波数の
異なる２つ以上の出力信号を検知する構成としたもので
ある。
面電位測定装置において、前記容量変化手段に、前記測
定電極を異なる複数の周波数で振動させる電極振動手段
を設け、該電極振動手段により異なる周波数で被測定体
と測定電極との間の静電容量を変化させ、前記出力検知
手段が、前記電位検出手段による検出信号から周波数の
異なる２つ以上の出力信号を検知する構成としたもので
ある。
【００１７】請求項５記載の発明は、請求項２記載の表
面電位測定装置において、前記容量変化手段に、前記測
定電極を単一な周波数で大きく振動させ、前記検出信号
に複数の周波数成分を生じさせる電極振動手段を設け、
該電極振動手段により被測定体と測定電極との間の静電
容量を変化させ、前記出力検知手段が、前記電位検出手
段による検出信号から周波数の異なる２つ以上の出力信
号を検知する構成としたものである。
面電位測定装置において、前記容量変化手段に、前記測
定電極を単一な周波数で大きく振動させ、前記検出信号
に複数の周波数成分を生じさせる電極振動手段を設け、
該電極振動手段により被測定体と測定電極との間の静電
容量を変化させ、前記出力検知手段が、前記電位検出手
段による検出信号から周波数の異なる２つ以上の出力信
号を検知する構成としたものである。
【００１８】請求項６記載の発明は、請求項３記載の表
面電位測定装置において、前記測定電極の前方に配設さ
れ、測定電極に入射する被測定体からの電気力線の一部
を遮蔽することが可能な電極と、測定電極とを異なる周
波数で同時に振動させて、前記出力検知手段により、各
周波数成分を出力信号として検知する方法として、前記
測定電極の電位検出信号から２次以降の周波数成分を無
視し、１次の周波数成分のみを出力信号として検知し、
利用する構成としたものである。
面電位測定装置において、前記測定電極の前方に配設さ
れ、測定電極に入射する被測定体からの電気力線の一部
を遮蔽することが可能な電極と、測定電極とを異なる周
波数で同時に振動させて、前記出力検知手段により、各
周波数成分を出力信号として検知する方法として、前記
測定電極の電位検出信号から２次以降の周波数成分を無
視し、１次の周波数成分のみを出力信号として検知し、
利用する構成としたものである。
【００１９】 請求項７記載の発明は、請求項４または
５記載の表面電位測定装置において、前記測定電極を異
なる複数の周波数で振動させ、あるいは前記測定電極を
単一な周波数で大きく振動させ、前記検出信号に複数の
周波数成分を生じさせて、前記出力検知手段により、そ
の各周波数成分を出力信号として検知する方法として、
前記測定電極の電位検出信号から３次以降の周波数成分
を無視し、１次、２次の周波数成分を出力信号として検
知し、利用する構成としたものである。
５記載の表面電位測定装置において、前記測定電極を異
なる複数の周波数で振動させ、あるいは前記測定電極を
単一な周波数で大きく振動させ、前記検出信号に複数の
周波数成分を生じさせて、前記出力検知手段により、そ
の各周波数成分を出力信号として検知する方法として、
前記測定電極の電位検出信号から３次以降の周波数成分
を無視し、１次、２次の周波数成分を出力信号として検
知し、利用する構成としたものである。
【００２０】 請求項８記載の発明は、請求項３，４ま
たは５記載の表面電位測定装置において、前記電極振動
手段に、ボイスコイルを適用し、該ボイスコイルを駆動
して前記静電容量を変化させ、前記出力検知手段が、前
記電位検出手段による検出信号から周波数の異なる２つ
以上の出力信号を検知する構成としたものである。
たは５記載の表面電位測定装置において、前記電極振動
手段に、ボイスコイルを適用し、該ボイスコイルを駆動
して前記静電容量を変化させ、前記出力検知手段が、前
記電位検出手段による検出信号から周波数の異なる２つ
以上の出力信号を検知する構成としたものである。
【００２１】
【作用】以下、本発明について、その測定原理と構成、
動作及び作用について図面を参照して説明する。先ず、
従来の非接触型の機械的手段による表面電位測定装置の
測定原理について説明する。図２は従来の表面電位測定
装置の構成を示す図であり、（ａ）がチョッパ型、
（ｂ）が振動容量型を示す。先述のように機械的手段の
ものにはチョッパ型と振動容量型とがあり、チョッパ型
は図２（ａ）のように測定電極２を被測定体１に対向し
て配置し、被測定体１と測定電極２との間に接地された
チョッパ電極３を設け、その電極３を図のような矢印の
方向に振動させることにより、被測定体１から測定電極
２に入射する電気力線を周期的に遮断して、被測定体１
と測定電極２との間に生じる静電容量Ｃ0 を変化させて
いる。また、振動容量型は同図（ｂ）のように測定電極
２を上記（ａ）と同様に被測定体に対向して配置し、測
定電極２を被測定体対向方向に周期的に振動させること
により、被測定体１と測定電極２との間に生じる静電容
量Ｃ0 を変化させている。どちらの方式も、被測定体１
と測定電極２との間に生じる静電容量Ｃ0 を機械的な手
段により周期的に変化させて、その変化に応じて測定電
極上に誘起される微小な電荷量の変化を信号検出部４に
おいて交流信号として検出し、その検出信号を信号増幅
部５において増幅することにより、被測定体１の表面電
位に応じた出力信号を得るという測定原理は共通であ
る。
動作及び作用について図面を参照して説明する。先ず、
従来の非接触型の機械的手段による表面電位測定装置の
測定原理について説明する。図２は従来の表面電位測定
装置の構成を示す図であり、（ａ）がチョッパ型、
（ｂ）が振動容量型を示す。先述のように機械的手段の
ものにはチョッパ型と振動容量型とがあり、チョッパ型
は図２（ａ）のように測定電極２を被測定体１に対向し
て配置し、被測定体１と測定電極２との間に接地された
チョッパ電極３を設け、その電極３を図のような矢印の
方向に振動させることにより、被測定体１から測定電極
２に入射する電気力線を周期的に遮断して、被測定体１
と測定電極２との間に生じる静電容量Ｃ0 を変化させて
いる。また、振動容量型は同図（ｂ）のように測定電極
２を上記（ａ）と同様に被測定体に対向して配置し、測
定電極２を被測定体対向方向に周期的に振動させること
により、被測定体１と測定電極２との間に生じる静電容
量Ｃ0 を変化させている。どちらの方式も、被測定体１
と測定電極２との間に生じる静電容量Ｃ0 を機械的な手
段により周期的に変化させて、その変化に応じて測定電
極上に誘起される微小な電荷量の変化を信号検出部４に
おいて交流信号として検出し、その検出信号を信号増幅
部５において増幅することにより、被測定体１の表面電
位に応じた出力信号を得るという測定原理は共通であ
る。
【００２２】ここで、前記静電容量Ｃ0 は測定電極２の
実効面積をＳ、被測定体１と測定電極２との間の対向距
離をＬ、空気の誘電率をεairとすると、（１）式のよ
うに表される。 Ｃ0＝εair・(Ｓ／Ｌ) （１） 前記機械的手段のものは（１）式のＳまたはＬを変化さ
せてＣ0 の値を変化させており、前者がチョッパ型、後
者が振動容量型に対応する。前記周期的な機械振動によ
り生じるＣ0 の変化量ＣC が、近似的に（２）式で与え
られたとすると、被測定体の持つ表面電位ＶS により測
定電極上に誘起される電荷ＱC は（３）式で表される。 ＣC＝α0・Ｃ0・sinωt （２） ＱC＝ＣC・ＶS （３） ただし、ｔは変化時間、ωは振動の角周波数、α0 は前
記静電容量Ｃ0 の変化率を表す。従って、測定電極に生
じる電流ＩC は（２），（３）式より、 ＩC＝dＱC／dt＝α0・ω・Ｃ0・ＶS・cosωt （４） と表され、よって測定電極から得られる出力信号Ｖ0
は、近似的に、 Ｖ0＝Ａ0・α0・ω・Ｃ0・ＶS・cosωt （５） と表される。ただし、Ａ0 は増幅度に関する定数を表
す。
実効面積をＳ、被測定体１と測定電極２との間の対向距
離をＬ、空気の誘電率をεairとすると、（１）式のよ
うに表される。 Ｃ0＝εair・(Ｓ／Ｌ) （１） 前記機械的手段のものは（１）式のＳまたはＬを変化さ
せてＣ0 の値を変化させており、前者がチョッパ型、後
者が振動容量型に対応する。前記周期的な機械振動によ
り生じるＣ0 の変化量ＣC が、近似的に（２）式で与え
られたとすると、被測定体の持つ表面電位ＶS により測
定電極上に誘起される電荷ＱC は（３）式で表される。 ＣC＝α0・Ｃ0・sinωt （２） ＱC＝ＣC・ＶS （３） ただし、ｔは変化時間、ωは振動の角周波数、α0 は前
記静電容量Ｃ0 の変化率を表す。従って、測定電極に生
じる電流ＩC は（２），（３）式より、 ＩC＝dＱC／dt＝α0・ω・Ｃ0・ＶS・cosωt （４） と表され、よって測定電極から得られる出力信号Ｖ0
は、近似的に、 Ｖ0＝Ａ0・α0・ω・Ｃ0・ＶS・cosωt （５） と表される。ただし、Ａ0 は増幅度に関する定数を表
す。
【００２３】上記（５）式からもわかるように、出力信
号Ｖ0 は被測定体の表面電位ＶS 、静電容量Ｃ0 、及び
その静電容量Ｃ0 の変化率α0 の大きさに比例した信号
が得られる。しかしながら、（１）式からわかるよう
に、静電容量Ｃ0 が被測定体と測定電極との間の対向距
離（測定距離）Ｌの逆数に比例するため、静電容量Ｃ0
に比例して得られる出力信号Ｖ0 もそれに依存して大き
く変動する。従って、測定距離が変動した場合、被測定
体の正確な表面電位が得られにくいといった問題が生じ
る。
号Ｖ0 は被測定体の表面電位ＶS 、静電容量Ｃ0 、及び
その静電容量Ｃ0 の変化率α0 の大きさに比例した信号
が得られる。しかしながら、（１）式からわかるよう
に、静電容量Ｃ0 が被測定体と測定電極との間の対向距
離（測定距離）Ｌの逆数に比例するため、静電容量Ｃ0
に比例して得られる出力信号Ｖ0 もそれに依存して大き
く変動する。従って、測定距離が変動した場合、被測定
体の正確な表面電位が得られにくいといった問題が生じ
る。
【００２４】そこで本発明では、表面電位測定装置を、
被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させる容量
変化手段と、被測定体の表面電位に対応して誘起され静
電容量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出する
電位検出手段と、該検出信号から少なくとも２つ以上の
出力信号を検知する出力検知手段と、該出力信号から被
測定体の表面電位を導き出す表面電位導出手段とを備え
た構成としたものであり、より具体的には、例えば図１
に示すように、被測定体１と測定電極２との間の静電容
量Ｃ0 を変化させ、測定電極２の電位を検出する電位信
号検出部４からの電位検出信号から２つ以上の出力信号
を検知する出力検知手段６（例えば複数の出力信号検出
部６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・ ）により、１つの測定電極２
から測定距離Ｌに依存して変化する複数の出力信号（Ｖ
1，Ｖ2，Ｖ3，・・・）を得、各々の出力信号を利用して、
表面電位導出手段としての出力補正部７により測定距離
変動による出力変動を補正することにより、その出力信
号から正確な表面電位を導出することができ、被測定体
の表面電位を高精度に測定することができる。
被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させる容量
変化手段と、被測定体の表面電位に対応して誘起され静
電容量の変化に伴い変化する測定電極の電位を検出する
電位検出手段と、該検出信号から少なくとも２つ以上の
出力信号を検知する出力検知手段と、該出力信号から被
測定体の表面電位を導き出す表面電位導出手段とを備え
た構成としたものであり、より具体的には、例えば図１
に示すように、被測定体１と測定電極２との間の静電容
量Ｃ0 を変化させ、測定電極２の電位を検出する電位信
号検出部４からの電位検出信号から２つ以上の出力信号
を検知する出力検知手段６（例えば複数の出力信号検出
部６ａ，６ｂ，６ｃ，・・・ ）により、１つの測定電極２
から測定距離Ｌに依存して変化する複数の出力信号（Ｖ
1，Ｖ2，Ｖ3，・・・）を得、各々の出力信号を利用して、
表面電位導出手段としての出力補正部７により測定距離
変動による出力変動を補正することにより、その出力信
号から正確な表面電位を導出することができ、被測定体
の表面電位を高精度に測定することができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 ［実施例１］図３は本発明の第１の実施例を示す１つの
測定電極から周波数の異なる複数の出力信号を検出し、
電位検出信号の出力変動を補正する方法に関する説明図
である。図はチョッパ電極３を利用する場合の補正方法
に関するものである。これは前記の複数の出力信号を検
知する方法として、矢印方向にチョッパ電極をω1 、測
定電極をω2 の異なる周波数で正弦波状に周期的に同時
に振動させることにより、測定電極２の電位検出信号か
ら各周波数成分を異なる出力信号として検出し、電位検
出信号の出力補正を行う方法を示すものである。
に説明する。 ［実施例１］図３は本発明の第１の実施例を示す１つの
測定電極から周波数の異なる複数の出力信号を検出し、
電位検出信号の出力変動を補正する方法に関する説明図
である。図はチョッパ電極３を利用する場合の補正方法
に関するものである。これは前記の複数の出力信号を検
知する方法として、矢印方向にチョッパ電極をω1 、測
定電極をω2 の異なる周波数で正弦波状に周期的に同時
に振動させることにより、測定電極２の電位検出信号か
ら各周波数成分を異なる出力信号として検出し、電位検
出信号の出力補正を行う方法を示すものである。
【００２６】図３において、今、チョッパ電極３の振動
の振幅をΔＳ、測定電極２の振動の振幅をΔＬとし、各
電極３，２が時間的にΔＳ・sinω1t，ΔＬ・sinω2tで振
動している場合を考えると、その周期的な機械振動によ
り時間的に変化する静電容量Ｃt は、 Ｃt＝εair・(Ｓ-ΔＳ・sinω1t)／(Ｌ-ΔＬ・sinω2t) (６) で与えられ、さらに（６）式を変形すると、 Ｃt＝(εair・Ｓ/Ｌ)・(１-(ΔＳ/Ｓ)・sinω1t)・(１/(１-(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t) (７) と表される。ここで、(７)式の右辺の(ΔＬ/Ｌ)・sinω2
tは物理的に、 ｜(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t｜＜１ (７') という条件であるため、(７)式の右辺は数学的にティラ
ー展開可能である。そこで、(７)式の右辺のティラー展
開を行うと、 Ｃt＝(εair・Ｓ/Ｌ)・(１−(ΔＳ/Ｓ)・sinω1t)・(１＋(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t ＋(ΔＬ/Ｌ)2・sin2ω2t＋・・・) ＝Ｃ0・{１＋(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t−(ΔＳ/Ｓ)・sinω1t +(ΔＬ/Ｌ)2・sin2ω2t−(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)・sinω1t・sinω2t −(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)2・sinω1t・sin2ω2t＋・・・} (８) と表され、Ｃt は、時間的に０次（各電極が静止状態）
の項、１次（各電極が、sinω1t・sinω2t の時間変化）
の項の他に、高次の項を含む複数の周波数成分が現れる
ものとして表すことができる。
の振幅をΔＳ、測定電極２の振動の振幅をΔＬとし、各
電極３，２が時間的にΔＳ・sinω1t，ΔＬ・sinω2tで振
動している場合を考えると、その周期的な機械振動によ
り時間的に変化する静電容量Ｃt は、 Ｃt＝εair・(Ｓ-ΔＳ・sinω1t)／(Ｌ-ΔＬ・sinω2t) (６) で与えられ、さらに（６）式を変形すると、 Ｃt＝(εair・Ｓ/Ｌ)・(１-(ΔＳ/Ｓ)・sinω1t)・(１/(１-(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t) (７) と表される。ここで、(７)式の右辺の(ΔＬ/Ｌ)・sinω2
tは物理的に、 ｜(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t｜＜１ (７') という条件であるため、(７)式の右辺は数学的にティラ
ー展開可能である。そこで、(７)式の右辺のティラー展
開を行うと、 Ｃt＝(εair・Ｓ/Ｌ)・(１−(ΔＳ/Ｓ)・sinω1t)・(１＋(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t ＋(ΔＬ/Ｌ)2・sin2ω2t＋・・・) ＝Ｃ0・{１＋(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t−(ΔＳ/Ｓ)・sinω1t +(ΔＬ/Ｌ)2・sin2ω2t−(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)・sinω1t・sinω2t −(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)2・sinω1t・sin2ω2t＋・・・} (８) と表され、Ｃt は、時間的に０次（各電極が静止状態）
の項、１次（各電極が、sinω1t・sinω2t の時間変化）
の項の他に、高次の項を含む複数の周波数成分が現れる
ものとして表すことができる。
【００２７】故に、そのＣt と被測定体１のもつ表面電
位ＶS により測定電極２上に誘起される電荷Ｑt は、 Ｑt＝Ｃt・ＶS ＝Ｃ0・{１＋(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t−(ΔＳ/Ｓ)・sinω1t ＋(ΔＬ/Ｌ)2・sin2ω2t−(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)・sinω1t・sinω2t −(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)2・sinω1t・sin2ω2t＋・・・}・ＶS (９) と表され、測定電極２に生じる電流Ｉt は(９)式より、 Ｉt＝ｄＱt／ｄｔ ＝Ｃ0・{ω2・(ΔＬ/Ｌ)・cosω2t−ω1・(ΔＳ/Ｓ)・cosω1t ＋ω2・(ΔＬ/Ｌ)2・sin２ω2t −(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)・ω1・ω2・sinω1t・cosω2t＋・・・}・ＶS (10) となり、測定電極から得られる電位検出信号Ｖt は、 Ｖt＝Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω2・(ΔＬ/Ｌ)・cosω2t−ω1・(ΔＳ/Ｓ)・cosω1t ＋ω2・(ΔＬ/Ｌ)2・sin２ω2t −(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)・ω1・ω2・sinω1t・cosω2t＋・・・} (11) と表される。ただし、Ａ0 は増幅度に関する定数を表
す。
位ＶS により測定電極２上に誘起される電荷Ｑt は、 Ｑt＝Ｃt・ＶS ＝Ｃ0・{１＋(ΔＬ/Ｌ)・sinω2t−(ΔＳ/Ｓ)・sinω1t ＋(ΔＬ/Ｌ)2・sin2ω2t−(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)・sinω1t・sinω2t −(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)2・sinω1t・sin2ω2t＋・・・}・ＶS (９) と表され、測定電極２に生じる電流Ｉt は(９)式より、 Ｉt＝ｄＱt／ｄｔ ＝Ｃ0・{ω2・(ΔＬ/Ｌ)・cosω2t−ω1・(ΔＳ/Ｓ)・cosω1t ＋ω2・(ΔＬ/Ｌ)2・sin２ω2t −(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)・ω1・ω2・sinω1t・cosω2t＋・・・}・ＶS (10) となり、測定電極から得られる電位検出信号Ｖt は、 Ｖt＝Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω2・(ΔＬ/Ｌ)・cosω2t−ω1・(ΔＳ/Ｓ)・cosω1t ＋ω2・(ΔＬ/Ｌ)2・sin２ω2t −(ΔＳ/Ｓ)・(ΔＬ/Ｌ)・ω1・ω2・sinω1t・cosω2t＋・・・} (11) と表される。ただし、Ａ0 は増幅度に関する定数を表
す。
【００２８】(11)式からわかるように、測定電極から得
られる電位検出信号には、測定距離Ｌに依存して変化す
る複数の異なる周波数成分が現れる。従って、その複数
の異なる周波数成分を異なる出力信号として検出するこ
とにより、１つの測定電極から測定距離Ｌに依存して変
化する複数の出力信号が得られ、その各出力信号を利用
して、測定距離変動による電位検出信号の出力変動を補
正することが可能となる。
られる電位検出信号には、測定距離Ｌに依存して変化す
る複数の異なる周波数成分が現れる。従って、その複数
の異なる周波数成分を異なる出力信号として検出するこ
とにより、１つの測定電極から測定距離Ｌに依存して変
化する複数の出力信号が得られ、その各出力信号を利用
して、測定距離変動による電位検出信号の出力変動を補
正することが可能となる。
【００２９】ここで、(11)式の電位検出信号から周波数
の異なる出力信号として、２次以降の周波数成分は信号
出力レベルが比較的小さいので、２次以降の周波数成分
を無視し、１次の周波数成分のみを出力信号として利用
することにより、十分なＳＮ比でもって効率良く出力信
号を検知することができ、十分正確な表面電位出力を得
ることが可能となる。そこで、(11)式の電位検出信号か
ら１次の周波数成分のみを検出すると、近似的に、 Ｖt≒Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω2・(ΔＬ/Ｌ)・cosω2t−ω1・(ΔＳ/Ｓ)・cosω1t} (12) となり、(12)式においてω1，ω2の各周波数成分を選択
的に検出することにより、周波数の異なる２つの出力信
号Ｖ1，Ｖ2を得ることができる。
の異なる出力信号として、２次以降の周波数成分は信号
出力レベルが比較的小さいので、２次以降の周波数成分
を無視し、１次の周波数成分のみを出力信号として利用
することにより、十分なＳＮ比でもって効率良く出力信
号を検知することができ、十分正確な表面電位出力を得
ることが可能となる。そこで、(11)式の電位検出信号か
ら１次の周波数成分のみを検出すると、近似的に、 Ｖt≒Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω2・(ΔＬ/Ｌ)・cosω2t−ω1・(ΔＳ/Ｓ)・cosω1t} (12) となり、(12)式においてω1，ω2の各周波数成分を選択
的に検出することにより、周波数の異なる２つの出力信
号Ｖ1，Ｖ2を得ることができる。
【００３０】以下、このようにして得られた周波数の異
なる出力信号Ｖ1，Ｖ2を利用し、測定距離変動による電
位検出信号の出力変動を補正して正確な表面電位を求め
る方法について述べる。先ず、第１の方法として、各出
力信号Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せず
に測定距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離か
ら正確な表面電位を得る方法について述べる。(12)式よ
り検出された各出力信号Ｖ1，Ｖ2の大きさ（出力値）|
Ｖ1|，|Ｖ2|は、 |Ｖ1|＝Ａ0・Ｃ0・ω1・(ΔＳ/Ｓ)・ＶS (13) |Ｖ2|＝Ａ0・Ｃ0・ω2・(ΔＬ/Ｌ)・ＶS (14) と表され、表面電位ＶS に依存せずに測定距離Ｌを一義
的に求めるには、|Ｖ1|，|Ｖ2|の出力比を求めればよ
い。例えば、出力比を|Ｖ2|／|Ｖ1|とした場合、出力比
|Ｖ2|／|Ｖ1|は(13)，(14)式より、 |Ｖ2|／|Ｖ1|＝(ω2／ω1)・(ΔＬ／ΔＳ)・(Ｓ／Ｌ) (15) となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表される。
この時、Ｌと出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|との関係は図４（ａ）
のような関係曲線で表され、出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|を求め
れば、表面電位ＶS に依存せずにＬを一義的に求めるこ
とが可能となる。あるいは、出力比を|Ｖ1|／|Ｖ2|とす
れば、出力比|Ｖ1|／|Ｖ2|は、 |Ｖ1|／|Ｖ2|＝(ω1／ω2)・(ΔＳ／ΔＬ)・(Ｌ／Ｓ) (16) となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表さ
れ、この時、Ｌと出力比|Ｖ1|／|Ｖ2|との関係は図４
（ｂ）のような関係曲線で表され、これも同様に出力比
|Ｖ1|／|Ｖ2|を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬ
を一義的に求めることが可能となる。
なる出力信号Ｖ1，Ｖ2を利用し、測定距離変動による電
位検出信号の出力変動を補正して正確な表面電位を求め
る方法について述べる。先ず、第１の方法として、各出
力信号Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せず
に測定距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離か
ら正確な表面電位を得る方法について述べる。(12)式よ
り検出された各出力信号Ｖ1，Ｖ2の大きさ（出力値）|
Ｖ1|，|Ｖ2|は、 |Ｖ1|＝Ａ0・Ｃ0・ω1・(ΔＳ/Ｓ)・ＶS (13) |Ｖ2|＝Ａ0・Ｃ0・ω2・(ΔＬ/Ｌ)・ＶS (14) と表され、表面電位ＶS に依存せずに測定距離Ｌを一義
的に求めるには、|Ｖ1|，|Ｖ2|の出力比を求めればよ
い。例えば、出力比を|Ｖ2|／|Ｖ1|とした場合、出力比
|Ｖ2|／|Ｖ1|は(13)，(14)式より、 |Ｖ2|／|Ｖ1|＝(ω2／ω1)・(ΔＬ／ΔＳ)・(Ｓ／Ｌ) (15) となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表される。
この時、Ｌと出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|との関係は図４（ａ）
のような関係曲線で表され、出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|を求め
れば、表面電位ＶS に依存せずにＬを一義的に求めるこ
とが可能となる。あるいは、出力比を|Ｖ1|／|Ｖ2|とす
れば、出力比|Ｖ1|／|Ｖ2|は、 |Ｖ1|／|Ｖ2|＝(ω1／ω2)・(ΔＳ／ΔＬ)・(Ｌ／Ｓ) (16) となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表さ
れ、この時、Ｌと出力比|Ｖ1|／|Ｖ2|との関係は図４
（ｂ）のような関係曲線で表され、これも同様に出力比
|Ｖ1|／|Ｖ2|を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬ
を一義的に求めることが可能となる。
【００３１】このようにして一義的に求められたＬを利
用して、予め既知である|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値と
測定距離Ｌとの関係から|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値を
補正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値|
Ｖ1|あるいは|Ｖ2|との関係から前記補正された|Ｖ1|あ
るいは|Ｖ2|の出力値に対応する表面電位ＶS を求める
ことにより、被測定体の正確な表面電位を得ることが可
能となる。また、あるいは得られたＬを|Ｖ1|あるいは|
Ｖ2|の出力式（(13)あるいは(14)式）に代入し、ＶS に
ついて求めることにより、被測定体の表面電位を一義的
に求めることも可能である。
用して、予め既知である|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値と
測定距離Ｌとの関係から|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値を
補正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値|
Ｖ1|あるいは|Ｖ2|との関係から前記補正された|Ｖ1|あ
るいは|Ｖ2|の出力値に対応する表面電位ＶS を求める
ことにより、被測定体の正確な表面電位を得ることが可
能となる。また、あるいは得られたＬを|Ｖ1|あるいは|
Ｖ2|の出力式（(13)あるいは(14)式）に代入し、ＶS に
ついて求めることにより、被測定体の表面電位を一義的
に求めることも可能である。
【００３２】次に、第２の方法として、各出力信号
Ｖ1，Ｖ2は測定距離Ｌに依存して変化するので、|Ｖ
1|，|Ｖ2|の出力値を利用して測定距離Ｌに依存しない
ようＬの変数を打ち消す演算処理を行い、その演算結果
から正確な表面電位を得る補正方法について述べる。例
えば、(12)式より検出された(13)式の|Ｖ1| を２乗し、
その結果を(14)式の|Ｖ2|で割り算することにより、 |Ｖ1|2／|Ｖ2|＝(Ａ0・εair/Ｓ)・(ω1 2/ω2)・(ΔＳ2/ΔＬ)・ＶS (17) のような出力結果が得られ、(17)式は測定距離Ｌに依存
しない被測定体の表面電位ＶS に対応した出力値が得ら
れるので、(17)式の出力値と被測定体の表面電位ＶS と
の関係から正確な表面電位を得ることが可能となる。あ
るいは、(14)式の|Ｖ2| を(13)式の|Ｖ1| を２乗した値
で割り算することにより、 |Ｖ2|／|Ｖ1|2＝(Ｓ/Ａ0・εair)・(ω2/ω1 2)・(ΔＬ/ΔＳ2)・(１/ＶS) (18) のような出力結果が得られ、前記と同様に(18)式の出力
値と被測定体の表面電位ＶS との関係から正確な表面電
位を得ることが可能である。
Ｖ1，Ｖ2は測定距離Ｌに依存して変化するので、|Ｖ
1|，|Ｖ2|の出力値を利用して測定距離Ｌに依存しない
ようＬの変数を打ち消す演算処理を行い、その演算結果
から正確な表面電位を得る補正方法について述べる。例
えば、(12)式より検出された(13)式の|Ｖ1| を２乗し、
その結果を(14)式の|Ｖ2|で割り算することにより、 |Ｖ1|2／|Ｖ2|＝(Ａ0・εair/Ｓ)・(ω1 2/ω2)・(ΔＳ2/ΔＬ)・ＶS (17) のような出力結果が得られ、(17)式は測定距離Ｌに依存
しない被測定体の表面電位ＶS に対応した出力値が得ら
れるので、(17)式の出力値と被測定体の表面電位ＶS と
の関係から正確な表面電位を得ることが可能となる。あ
るいは、(14)式の|Ｖ2| を(13)式の|Ｖ1| を２乗した値
で割り算することにより、 |Ｖ2|／|Ｖ1|2＝(Ｓ/Ａ0・εair)・(ω2/ω1 2)・(ΔＬ/ΔＳ2)・(１/ＶS) (18) のような出力結果が得られ、前記と同様に(18)式の出力
値と被測定体の表面電位ＶS との関係から正確な表面電
位を得ることが可能である。
【００３３】また、(15)式を利用する場合、(13)式の|
Ｖ1| を(15)式の出力値で割り算するか、あるいは、(1
5)式の出力値を(13)式の|Ｖ1| で割り算することによ
り、(17)式あるいは(18)式のような出力結果が得られ、
前記と同様に正確な表面電位を得ることが可能となる。
また、あるいは(14)式の|Ｖ2| を(15)式の出力値を２乗
した値で割り算するか、あるいは、(15)式の出力値を２
乗した値を(14)式の|Ｖ2|で割り算することによって
も、(17)式あるいは(18)式のような出力結果が得られ、
前記と同様に正確な表面電位を得ることが可能である。
さらに、(16)式を利用する場合、(13)式の|Ｖ1| に(16)
式の出力値を掛け合わせるか、あるいは(14)式の|Ｖ2|
に(16)式の出力値を２乗した値を掛け合わせることによ
り、(17)式のような出力結果が得られ、前記と同様に正
確な表面電位を得ることが可能となる。
Ｖ1| を(15)式の出力値で割り算するか、あるいは、(1
5)式の出力値を(13)式の|Ｖ1| で割り算することによ
り、(17)式あるいは(18)式のような出力結果が得られ、
前記と同様に正確な表面電位を得ることが可能となる。
また、あるいは(14)式の|Ｖ2| を(15)式の出力値を２乗
した値で割り算するか、あるいは、(15)式の出力値を２
乗した値を(14)式の|Ｖ2|で割り算することによって
も、(17)式あるいは(18)式のような出力結果が得られ、
前記と同様に正確な表面電位を得ることが可能である。
さらに、(16)式を利用する場合、(13)式の|Ｖ1| に(16)
式の出力値を掛け合わせるか、あるいは(14)式の|Ｖ2|
に(16)式の出力値を２乗した値を掛け合わせることによ
り、(17)式のような出力結果が得られ、前記と同様に正
確な表面電位を得ることが可能となる。
【００３４】図５〜１０は、以上のようにして周波数の
異なる複数の出力信号を利用し、測定距離変動による電
位検出信号の出力変動を補正し、被測定体の表面電位に
対応した正確な出力信号を得る具体的な手段について説
明するための表面電位測定装置の装置構成図を示してお
り、図５は各出力信号Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位
ＶS に依存せずに測定距離Ｌを逆に一義的に求め、得ら
れた測定距離から正確な表面電位を得る手段について示
すものである。また、図６〜１０は各出力信号の出力値
|Ｖ1|，|Ｖ2|を利用して測定距離Ｌに依存しないよう演
算処理を行い、その演算結果から正確な表面電位を得る
手段について示すものである。
異なる複数の出力信号を利用し、測定距離変動による電
位検出信号の出力変動を補正し、被測定体の表面電位に
対応した正確な出力信号を得る具体的な手段について説
明するための表面電位測定装置の装置構成図を示してお
り、図５は各出力信号Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位
ＶS に依存せずに測定距離Ｌを逆に一義的に求め、得ら
れた測定距離から正確な表面電位を得る手段について示
すものである。また、図６〜１０は各出力信号の出力値
|Ｖ1|，|Ｖ2|を利用して測定距離Ｌに依存しないよう演
算処理を行い、その演算結果から正確な表面電位を得る
手段について示すものである。
【００３５】より具体的に説明すると、図５は、測定電
極上に誘起された微小な電荷量の変化を電位信号検出部
４にて交流信号として検出し、その検出信号から周波数
の異なる２つの出力信号Ｖ1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の
各出力信号検出部６ａ，６ｂにて検出し、検出された出
力信号を測定距離検出部８と出力補正部９からなる表面
電位導出手段に入力し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力
比を利用して測定距離検出部８にて測定距離を求め、得
られた測定距離から各出力信号の出力値を出力補正部９
にて補正することにより、正確な表面電位出力信号Ｖ0
を得る装置構成を示すものである。電位信号検出部４に
おいて測定電極２に生じる微小な交流信号を検出する手
段としては、ＦＥＴ，ＯＰアンプ等を利用した交流信号
増幅回路が適用可能である。また、各出力信号検出部６
ａ，６ｂにおいて周波数の異なる出力信号を検出する手
段としては、同期検波回路、復調回路、必要な周波数成
分のみを通過させる狭帯域なバンドパスフィルタ回路等
が適用可能である。また、測定距離検出部８において各
出力信号の出力比から測定距離を求める手段としては、
掛け算、あるいは割り算等のアナログ演算回路、アナロ
グ−デジタル変換回路、コンピュータ等を適用し、演算
処理することによって可能である。さらに、出力補正部
９において測定距離から各出力信号の出力値を補正し、
表面電位出力信号を得る手段としては、コンピュータ、
デジタル−アナログ変換回路等が適用可能である。
極上に誘起された微小な電荷量の変化を電位信号検出部
４にて交流信号として検出し、その検出信号から周波数
の異なる２つの出力信号Ｖ1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の
各出力信号検出部６ａ，６ｂにて検出し、検出された出
力信号を測定距離検出部８と出力補正部９からなる表面
電位導出手段に入力し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力
比を利用して測定距離検出部８にて測定距離を求め、得
られた測定距離から各出力信号の出力値を出力補正部９
にて補正することにより、正確な表面電位出力信号Ｖ0
を得る装置構成を示すものである。電位信号検出部４に
おいて測定電極２に生じる微小な交流信号を検出する手
段としては、ＦＥＴ，ＯＰアンプ等を利用した交流信号
増幅回路が適用可能である。また、各出力信号検出部６
ａ，６ｂにおいて周波数の異なる出力信号を検出する手
段としては、同期検波回路、復調回路、必要な周波数成
分のみを通過させる狭帯域なバンドパスフィルタ回路等
が適用可能である。また、測定距離検出部８において各
出力信号の出力比から測定距離を求める手段としては、
掛け算、あるいは割り算等のアナログ演算回路、アナロ
グ−デジタル変換回路、コンピュータ等を適用し、演算
処理することによって可能である。さらに、出力補正部
９において測定距離から各出力信号の出力値を補正し、
表面電位出力信号を得る手段としては、コンピュータ、
デジタル−アナログ変換回路等が適用可能である。
【００３６】図６は、測定電極上に誘起された微小な電
荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検出
し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、|Ｖ1|2 演算部
１０と|Ｖ1|2と|Ｖ2|との割り算部１１を設け、その演
算結果から測定距離に依存しない正確な表面電位出力信
号Ｖ0 を得る装置構成を示すものである。電位信号検出
部４、周波数の異なる各出力信号検出部６ａ，６ｂにお
いては、前記の図５と同様の手段が適用可能である。ま
た、|Ｖ1|2演算部１０と|Ｖ1|2と|Ｖ2|との割り算部１
１において、各出力値を演算処理し、表面電位出力信号
を得る手段としては、掛け算、あるいは割り算等のアナ
ログ演算回路、アナログ−デジタル変換回路、コンピュ
ータ、デジタル−アナログ変換回路等が適用可能であ
る。
荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検出
し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、|Ｖ1|2 演算部
１０と|Ｖ1|2と|Ｖ2|との割り算部１１を設け、その演
算結果から測定距離に依存しない正確な表面電位出力信
号Ｖ0 を得る装置構成を示すものである。電位信号検出
部４、周波数の異なる各出力信号検出部６ａ，６ｂにお
いては、前記の図５と同様の手段が適用可能である。ま
た、|Ｖ1|2演算部１０と|Ｖ1|2と|Ｖ2|との割り算部１
１において、各出力値を演算処理し、表面電位出力信号
を得る手段としては、掛け算、あるいは割り算等のアナ
ログ演算回路、アナログ−デジタル変換回路、コンピュ
ータ、デジタル−アナログ変換回路等が適用可能であ
る。
【００３７】図７は、測定電極上に誘起された微小な電
荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検出
し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、|Ｖ2|／|Ｖ1|演
算部１２と|Ｖ2|／|Ｖ1|と|Ｖ1| との割り算部１３を設
け、その演算結果から測定距離に依存しない正確な表面
電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すものである。電
位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検出部６
ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可能であ
る。また、|Ｖ2|／|Ｖ1|演算部１２と|Ｖ2|／|Ｖ1|と|
Ｖ1| との割り算部１３において、各出力値を演算処理
し、表面電位出力信号を得る手段としては、前記の図６
と同様の手段が適用可能である。
荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検出
し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、|Ｖ2|／|Ｖ1|演
算部１２と|Ｖ2|／|Ｖ1|と|Ｖ1| との割り算部１３を設
け、その演算結果から測定距離に依存しない正確な表面
電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すものである。電
位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検出部６
ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可能であ
る。また、|Ｖ2|／|Ｖ1|演算部１２と|Ｖ2|／|Ｖ1|と|
Ｖ1| との割り算部１３において、各出力値を演算処理
し、表面電位出力信号を得る手段としては、前記の図６
と同様の手段が適用可能である。
【００３８】図８は、測定電極上に誘起された微小な電
荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検出
し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、（|Ｖ2|／|Ｖ
1|)2演算部１４と、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)2 と|Ｖ2| との割り
算部１５を設け、その演算結果から測定距離に依存しな
い正確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すも
のである。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信
号検出部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適
用可能である。また、（|Ｖ2|／|Ｖ1|)2演算部１４と(|
Ｖ2|／|Ｖ1|)2と|Ｖ2| との割り算部１５において、各
出力値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段とし
ては、前記の図６と同様の手段が適用可能である。
荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検出
し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、（|Ｖ2|／|Ｖ
1|)2演算部１４と、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)2 と|Ｖ2| との割り
算部１５を設け、その演算結果から測定距離に依存しな
い正確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すも
のである。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信
号検出部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適
用可能である。また、（|Ｖ2|／|Ｖ1|)2演算部１４と(|
Ｖ2|／|Ｖ1|)2と|Ｖ2| との割り算部１５において、各
出力値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段とし
ては、前記の図６と同様の手段が適用可能である。
【００３９】図９は、測定電極上に誘起された微小な電
荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検出
し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、|Ｖ1|／|Ｖ2|演
算部１６と|Ｖ1|／|Ｖ2|と|Ｖ1| との掛け算部１７を設
け、その演算結果から測定距離に依存しない正確な表面
電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すものである。電
位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検出部６
ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可能であ
る。また、|Ｖ1|／|Ｖ2|演算部１６と|Ｖ1|／|Ｖ2|と|
Ｖ1| との掛け算部１７において、各出力値を演算処理
し、表面電位出力信号を得る手段としては、前記の図６
と同様の手段が適用可能である。
荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検出
し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号Ｖ
1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、|Ｖ1|／|Ｖ2|演
算部１６と|Ｖ1|／|Ｖ2|と|Ｖ1| との掛け算部１７を設
け、その演算結果から測定距離に依存しない正確な表面
電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すものである。電
位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検出部６
ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可能であ
る。また、|Ｖ1|／|Ｖ2|演算部１６と|Ｖ1|／|Ｖ2|と|
Ｖ1| との掛け算部１７において、各出力値を演算処理
し、表面電位出力信号を得る手段としては、前記の図６
と同様の手段が適用可能である。
【００４０】図１０は、測定電極上に誘起された微小な
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，
６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ1
|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処理
するため、表面電位導出手段として、（|Ｖ1|／|Ｖ2|)2
演算部１８と、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)2と|Ｖ2|との掛け算部１
９を設け、その演算結果から測定距離に依存しない正確
な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すものであ
る。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検出
部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可能
である。また、（|Ｖ1|／|Ｖ2|)2演算部１８と(|Ｖ1|／
|Ｖ2|)2と|Ｖ2|との掛け算部１９において、各出力値を
演算処理し、表面電位出力信号を得る手段としては、前
記の図６と同様の手段が適用可能である。
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，
６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ1
|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処理
するため、表面電位導出手段として、（|Ｖ1|／|Ｖ2|)2
演算部１８と、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)2と|Ｖ2|との掛け算部１
９を設け、その演算結果から測定距離に依存しない正確
な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すものであ
る。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検出
部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可能
である。また、（|Ｖ1|／|Ｖ2|)2演算部１８と(|Ｖ1|／
|Ｖ2|)2と|Ｖ2|との掛け算部１９において、各出力値を
演算処理し、表面電位出力信号を得る手段としては、前
記の図６と同様の手段が適用可能である。
【００４１】次に、図１１（ａ）〜（ｄ）は、異なる周
波数で被測定体１と測定電極２との間の静電容量を変化
させる手段として、チョッパ電極、あるいは測定電極を
異なる周波数で振動させる電極振動手段について示した
ものである。尚、図１１は測定電極２を振動させた場合
を示しており、同図（ａ）はＰＺＴ等の圧電材料を使用
したユニモルフ型（図１２（ａ））あるいはバイモルフ
型（図１２（ｂ））の圧電アクチュエータ２０を利用
し、構造を両持ち梁状としたものであり、圧電材料に電
圧を印加することにより圧電材料が変動し、その変動に
伴い、アクチュエータに取り付けられた測定電極２が振
動する仕組みである。また、同図（ｂ）も前記（ａ）と
同様にＰＺＴ等の圧電材料を使用したアクチュエータ２
０を利用したものであり、構造を片持ち梁状として圧電
材料に電圧を印加することにより、圧電材料が変動し、
その変動に伴い測定電極２が振動するものである。ま
た、同図（ｃ）は測定電極２を電磁コイル２１中の磁石
２２部分に取り付け、電磁コイル２１に時間的に変化す
る電流を流すことによりコイル中の磁石２２が変動し、
その変動に伴い測定電極２が振動するものである。さら
に、同図（ｄ）は測定電極２をボイスコイル２３に取り
付けた場合を示すものであり、本発明で言うボイスコイ
ルとは、電磁コイル２４と弾性体２５とで構成されるも
のを言い、測定電極２を電磁コイル２４に取り付け、電
磁コイル２４に電流を印加することにより電磁コイル２
４が変動し、その変動を変動源とし測定電極２が振動
し、その振動幅が、例えば図のように、梁状のバネ２５
等の弾性体により制限されて振動する仕組みを示すもの
である。
波数で被測定体１と測定電極２との間の静電容量を変化
させる手段として、チョッパ電極、あるいは測定電極を
異なる周波数で振動させる電極振動手段について示した
ものである。尚、図１１は測定電極２を振動させた場合
を示しており、同図（ａ）はＰＺＴ等の圧電材料を使用
したユニモルフ型（図１２（ａ））あるいはバイモルフ
型（図１２（ｂ））の圧電アクチュエータ２０を利用
し、構造を両持ち梁状としたものであり、圧電材料に電
圧を印加することにより圧電材料が変動し、その変動に
伴い、アクチュエータに取り付けられた測定電極２が振
動する仕組みである。また、同図（ｂ）も前記（ａ）と
同様にＰＺＴ等の圧電材料を使用したアクチュエータ２
０を利用したものであり、構造を片持ち梁状として圧電
材料に電圧を印加することにより、圧電材料が変動し、
その変動に伴い測定電極２が振動するものである。ま
た、同図（ｃ）は測定電極２を電磁コイル２１中の磁石
２２部分に取り付け、電磁コイル２１に時間的に変化す
る電流を流すことによりコイル中の磁石２２が変動し、
その変動に伴い測定電極２が振動するものである。さら
に、同図（ｄ）は測定電極２をボイスコイル２３に取り
付けた場合を示すものであり、本発明で言うボイスコイ
ルとは、電磁コイル２４と弾性体２５とで構成されるも
のを言い、測定電極２を電磁コイル２４に取り付け、電
磁コイル２４に電流を印加することにより電磁コイル２
４が変動し、その変動を変動源とし測定電極２が振動
し、その振動幅が、例えば図のように、梁状のバネ２５
等の弾性体により制限されて振動する仕組みを示すもの
である。
【００４２】その他、音叉または振動片等の先端部分に
測定電極を取り付けたり、あるいは音叉または振動片等
をチョッパ電極として利用し、それらに板状の前記圧電
材料や前記電磁コイルを貼り付けて圧電材料や電磁コイ
ルに電圧や電流を印加することにより、圧電材料あるい
は電磁コイル中の磁石を変動させ、その変動に伴い音叉
または振動片等を振動させて測定電極あるいはチョッパ
電極を振動させることも可能である。
測定電極を取り付けたり、あるいは音叉または振動片等
をチョッパ電極として利用し、それらに板状の前記圧電
材料や前記電磁コイルを貼り付けて圧電材料や電磁コイ
ルに電圧や電流を印加することにより、圧電材料あるい
は電磁コイル中の磁石を変動させ、その変動に伴い音叉
または振動片等を振動させて測定電極あるいはチョッパ
電極を振動させることも可能である。
【００４３】以上、それらの電極振動手段のうち、好ま
しくは図１１（ｄ）のボイスコイル２３を適用すること
により、電極振動手段が比較的簡易な構成でかつ安価に
電極を大きく振動させることができ、そのため十分なＳ
Ｎ比が得られ、正確な表面電位を効率良く、簡易に得る
ことが可能となる。そのボイスコイル２３について、板
バネ２９を弾性体としてチョッパ電極３を振動させる場
合の適用例を図１３に、また、測定電極２を振動させる
場合の適用例を図１４にそれぞれ示す。どちらの電極
も、固定台３０に板バネ２９を介して支持されたボイス
コイル２３のソレノイドコイル２７側あるいは永久磁石
２８側に電極（チョッパ電極３，測定電極２）を取り付
けて振動させることが可能であり、ボイスコイル２３を
軽量に、かつ簡易に作製するために、コイルボビン２６
をなくしてソレノイドコイル２７及び電極を振動させる
ことも可能である。従って、本実施例ではボイスコイル
２３を適用した場合、図１３のチョッパ電極３の振動手
段と図１４の測定電極２の振動手段とを組み合わせた形
で各々の電極を異なる周波数で振動させることにより、
測定電極から周波数の異なる２つの出力信号を得ること
が実現可能となる。
しくは図１１（ｄ）のボイスコイル２３を適用すること
により、電極振動手段が比較的簡易な構成でかつ安価に
電極を大きく振動させることができ、そのため十分なＳ
Ｎ比が得られ、正確な表面電位を効率良く、簡易に得る
ことが可能となる。そのボイスコイル２３について、板
バネ２９を弾性体としてチョッパ電極３を振動させる場
合の適用例を図１３に、また、測定電極２を振動させる
場合の適用例を図１４にそれぞれ示す。どちらの電極
も、固定台３０に板バネ２９を介して支持されたボイス
コイル２３のソレノイドコイル２７側あるいは永久磁石
２８側に電極（チョッパ電極３，測定電極２）を取り付
けて振動させることが可能であり、ボイスコイル２３を
軽量に、かつ簡易に作製するために、コイルボビン２６
をなくしてソレノイドコイル２７及び電極を振動させる
ことも可能である。従って、本実施例ではボイスコイル
２３を適用した場合、図１３のチョッパ電極３の振動手
段と図１４の測定電極２の振動手段とを組み合わせた形
で各々の電極を異なる周波数で振動させることにより、
測定電極から周波数の異なる２つの出力信号を得ること
が実現可能となる。
【００４４】尚、本実施例のように周波数の異なる出力
信号として、１次の周波数成分のみを出力信号として利
用することで、十分正確な表面電位を効率良く得ること
が可能であるが、さらに測定精度を高めたい場合には、
１次の周波数成分の他に高次の周波数成分を利用し、１
つの測定電極２から２つ以上の出力信号を得、各出力信
号を利用して被測定体１の表面電位を求めてもよい。ま
た、信頼性を高めたい場合には、測定電極を２つ以上設
け、各測定電極について上記と同様な測定方法及び測定
手段を利用して被測定体の表面電位を求めても良い。
信号として、１次の周波数成分のみを出力信号として利
用することで、十分正確な表面電位を効率良く得ること
が可能であるが、さらに測定精度を高めたい場合には、
１次の周波数成分の他に高次の周波数成分を利用し、１
つの測定電極２から２つ以上の出力信号を得、各出力信
号を利用して被測定体１の表面電位を求めてもよい。ま
た、信頼性を高めたい場合には、測定電極を２つ以上設
け、各測定電極について上記と同様な測定方法及び測定
手段を利用して被測定体の表面電位を求めても良い。
【００４５】［実施例２］図１５は、本発明の第２の実
施例を示す１つの測定電極から周波数の異なる複数の出
力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する方
法に関する説明図である。図は測定電極のみを利用する
振動容量型の場合の補正方法に関するものである。これ
は前記の複数の出力信号を検知する方法として、図のよ
うに測定電極をω1，ω2の異なる周波数成分で足し合わ
せた状態で正弦波状に周期的に振動させることにより、
測定電極の電位検出信号から各周波数成分を異なる出力
信号として検出し、電位検出信号の出力補正を行う方法
を示すものである。
施例を示す１つの測定電極から周波数の異なる複数の出
力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する方
法に関する説明図である。図は測定電極のみを利用する
振動容量型の場合の補正方法に関するものである。これ
は前記の複数の出力信号を検知する方法として、図のよ
うに測定電極をω1，ω2の異なる周波数成分で足し合わ
せた状態で正弦波状に周期的に振動させることにより、
測定電極の電位検出信号から各周波数成分を異なる出力
信号として検出し、電位検出信号の出力補正を行う方法
を示すものである。
【００４６】図１５において、今、測定電極のω1の振
動の振幅をΔＬ1、ω2の振動の振幅をΔＬ2とし、測定
電極が時間的にΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2tで振動し
ている場合を考えると、その周期的な機械振動により時
間的に変化する静電容量Ｃtは、 Ｃt＝εair・Ｓ/(Ｌ−(ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)) (19) で与えられ、さらに(19)式を変形すると、 Ｃt＝(εair・Ｓ/Ｌ)・{１/(１−(ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌ)} (20) と表わされる。ここで、(20)式の右辺の(ΔＬ1・sinω1t
＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌは物理的に、 |(ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌ|＜１ (21) という条件であるため、(21)式の右辺は数学的にティラ
ー展開することが可能である。そこで、(20)式の右辺の
ティラー展開を行うと、 Ｃt＝(εair・Ｓ/Ｌ)・{１＋(ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌ ＋((ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌ)2＋・・・} ＝Ｃ0・{１＋(ΔＬ1/Ｌ)・sinω1t＋(ΔＬ2/Ｌ)・sinω2t ＋(ΔＬ1/Ｌ)2・sin2ω1t＋(ΔＬ2/Ｌ)2・sin2ω2t ＋２・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・sinω1t・sinω2t＋・・・} (22) と表わされ、Ｃt は時間的に０次（測定電極が静止状
態）の項、１次（測定電極がsinω1t，sinω2tの時間変
化）の項の他に高次の項を含む複数の周波数成分が現れ
るものとして表わすことができる。
動の振幅をΔＬ1、ω2の振動の振幅をΔＬ2とし、測定
電極が時間的にΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2tで振動し
ている場合を考えると、その周期的な機械振動により時
間的に変化する静電容量Ｃtは、 Ｃt＝εair・Ｓ/(Ｌ−(ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)) (19) で与えられ、さらに(19)式を変形すると、 Ｃt＝(εair・Ｓ/Ｌ)・{１/(１−(ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌ)} (20) と表わされる。ここで、(20)式の右辺の(ΔＬ1・sinω1t
＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌは物理的に、 |(ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌ|＜１ (21) という条件であるため、(21)式の右辺は数学的にティラ
ー展開することが可能である。そこで、(20)式の右辺の
ティラー展開を行うと、 Ｃt＝(εair・Ｓ/Ｌ)・{１＋(ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌ ＋((ΔＬ1・sinω1t＋ΔＬ2・sinω2t)/Ｌ)2＋・・・} ＝Ｃ0・{１＋(ΔＬ1/Ｌ)・sinω1t＋(ΔＬ2/Ｌ)・sinω2t ＋(ΔＬ1/Ｌ)2・sin2ω1t＋(ΔＬ2/Ｌ)2・sin2ω2t ＋２・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・sinω1t・sinω2t＋・・・} (22) と表わされ、Ｃt は時間的に０次（測定電極が静止状
態）の項、１次（測定電極がsinω1t，sinω2tの時間変
化）の項の他に高次の項を含む複数の周波数成分が現れ
るものとして表わすことができる。
【００４７】故に、そのＣt と被測定体のもつ表面電位
ＶS により測定電極上に誘起される電荷Ｑt は、 Ｑt＝Ｃt・ＶS ＝Ｃ0・{１＋(ΔＬ1/Ｌ)・sinω1t＋(ΔＬ2/Ｌ)・sinω2t ＋(ΔＬ1/Ｌ)2・sin2ω1t＋２・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・sinω1t・sinω2t ＋(ΔＬ2/Ｌ)2・sin2ω2t＋・・・}・ＶS (23) と表わされ、測定電極に生じる電流Ｉt は(23)式より、 Ｉt＝ｄＱt／ｄｔ ＝Ｃ0・{ω1・(ΔＬ1/Ｌ)・cosω1t＋ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・cosω2t ＋２ω1・(ΔＬ1/Ｌ)2・cosω1t・sinω1t ＋２ω2・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・cosω2t・sinω1t ＋２ω1・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・cosω1t・sinω2t ＋２ω2・(ΔＬ2/Ｌ)2・cosω2t・sinω2t＋・・・}・ＶS (24) となり、測定電極から得られる電位検出信号Ｖt は、 Ｖt＝Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω1・(ΔＬ1/Ｌ)・cosω1t＋ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・cosω2t ＋２ω1・(ΔＬ1/Ｌ)2・cosω1t・sinω1t ＋２ω2・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・cosω2t・sinω1t ＋２ω1・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・cosω1t・sinω2t ＋２ω2・(ΔＬ2/Ｌ)2・cosω2t・sinω2t＋・・・} （２
５） と表わされる。ただし、Ａ０ は増幅度に関する定数を
表わす。
ＶS により測定電極上に誘起される電荷Ｑt は、 Ｑt＝Ｃt・ＶS ＝Ｃ0・{１＋(ΔＬ1/Ｌ)・sinω1t＋(ΔＬ2/Ｌ)・sinω2t ＋(ΔＬ1/Ｌ)2・sin2ω1t＋２・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・sinω1t・sinω2t ＋(ΔＬ2/Ｌ)2・sin2ω2t＋・・・}・ＶS (23) と表わされ、測定電極に生じる電流Ｉt は(23)式より、 Ｉt＝ｄＱt／ｄｔ ＝Ｃ0・{ω1・(ΔＬ1/Ｌ)・cosω1t＋ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・cosω2t ＋２ω1・(ΔＬ1/Ｌ)2・cosω1t・sinω1t ＋２ω2・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・cosω2t・sinω1t ＋２ω1・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・cosω1t・sinω2t ＋２ω2・(ΔＬ2/Ｌ)2・cosω2t・sinω2t＋・・・}・ＶS (24) となり、測定電極から得られる電位検出信号Ｖt は、 Ｖt＝Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω1・(ΔＬ1/Ｌ)・cosω1t＋ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・cosω2t ＋２ω1・(ΔＬ1/Ｌ)2・cosω1t・sinω1t ＋２ω2・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・cosω2t・sinω1t ＋２ω1・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・cosω1t・sinω2t ＋２ω2・(ΔＬ2/Ｌ)2・cosω2t・sinω2t＋・・・} （２
５） と表わされる。ただし、Ａ０ は増幅度に関する定数を
表わす。
【００４８】本実施例においても(25)式からわかるよう
に、測定電極から得られる電位検出信号からは測定距離
Ｌに依存して変化する複数の異なる周波数成分が現れ
る。従って、その複数の異なる周波数成分を異なる出力
信号として検出することにより、１つの測定電極から測
定距離Ｌに依存して変化する複数の出力信号が得られ、
その各出力信号を利用して、測定距離変動による電位検
出信号の出力変動を補正することが可能となる。
に、測定電極から得られる電位検出信号からは測定距離
Ｌに依存して変化する複数の異なる周波数成分が現れ
る。従って、その複数の異なる周波数成分を異なる出力
信号として検出することにより、１つの測定電極から測
定距離Ｌに依存して変化する複数の出力信号が得られ、
その各出力信号を利用して、測定距離変動による電位検
出信号の出力変動を補正することが可能となる。
【００４９】ここで、(25)式の電位検出信号から周波数
の異なる出力信号として、３次以降の周波数成分は信号
出力レベルが比較的小さいので、３次以降の周波数成分
を無視し、１次、２次の周波数成分のみを出力信号とし
て利用することにより、十分なＳＮ比でもって効率良く
出力信号を検知することができ、十分正確な表面電位出
力を得ることが可能となる。そこで、(25)式の電位検出
信号から１次、２次の周波数成分のみを検出すると、近
似的に、 Ｖt≒Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω1・(ΔＬ1/Ｌ)・cosω1t＋ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・cosω2t ＋ω1・(ΔＬ1/Ｌ)2・sin２ω1t ＋ω2・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・(sin(ω2+ω1)t-sin(ω2-ω1)t) ＋ω1・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・(sin(ω2+ω1)t+sin(ω2-ω1)t) ＋ω2・(ΔＬ2/Ｌ)2・sin２ω2t} (26) となり、(26)式においてω1，ω2，２ω1，２ω2，ω2
＋ω1，ω2−ω1の各周波数成分を検出することによ
り、周波数の異なる６つの出力信号を得ることができ
る。
の異なる出力信号として、３次以降の周波数成分は信号
出力レベルが比較的小さいので、３次以降の周波数成分
を無視し、１次、２次の周波数成分のみを出力信号とし
て利用することにより、十分なＳＮ比でもって効率良く
出力信号を検知することができ、十分正確な表面電位出
力を得ることが可能となる。そこで、(25)式の電位検出
信号から１次、２次の周波数成分のみを検出すると、近
似的に、 Ｖt≒Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω1・(ΔＬ1/Ｌ)・cosω1t＋ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・cosω2t ＋ω1・(ΔＬ1/Ｌ)2・sin２ω1t ＋ω2・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・(sin(ω2+ω1)t-sin(ω2-ω1)t) ＋ω1・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・(sin(ω2+ω1)t+sin(ω2-ω1)t) ＋ω2・(ΔＬ2/Ｌ)2・sin２ω2t} (26) となり、(26)式においてω1，ω2，２ω1，２ω2，ω2
＋ω1，ω2−ω1の各周波数成分を検出することによ
り、周波数の異なる６つの出力信号を得ることができ
る。
【００５０】ここで本実施例の場合、ω1<<ω2と仮定
し、(ΔＬ2/Ｌ)2<<１とみなして(26)式を再度考慮し、
さらに簡略化すると、 Ｖt≒Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・cosω2t +ω2・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・(sin(ω2+ω1)t-sin(ω2-ω1)t) +ω1・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・(sin(ω2+ω1)t-sin(ω2-ω1)t)} (27) と近似的に表され、ω2，ω2+ω1（あるいはω2-ω1)の
各周波数成分のみを選択的に検出すれば、十分なＳＮ比
でもって効率良く周波数の異なる２つの出力信号Ｖ1，
Ｖ2を得ることができる。
し、(ΔＬ2/Ｌ)2<<１とみなして(26)式を再度考慮し、
さらに簡略化すると、 Ｖt≒Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・cosω2t +ω2・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・(sin(ω2+ω1)t-sin(ω2-ω1)t) +ω1・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・(sin(ω2+ω1)t-sin(ω2-ω1)t)} (27) と近似的に表され、ω2，ω2+ω1（あるいはω2-ω1)の
各周波数成分のみを選択的に検出すれば、十分なＳＮ比
でもって効率良く周波数の異なる２つの出力信号Ｖ1，
Ｖ2を得ることができる。
【００５１】以下、このようにして得られた周波数の異
なる出力信号Ｖ1，Ｖ2を利用し、測定距離変動による電
位検出信号の出力変動を補正して正確な表面電位を求め
る方法について述べる。先ず、第１の方法として、各出
力信号Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せず
に測定距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離か
ら正確な表面電位を得る方法について述べる。(27)式よ
り検出された各出力信号Ｖ1，Ｖ2の大きさ（出力値）|
Ｖ1|，|Ｖ2|は、 |Ｖ1|＝Ａ0・Ｃ0・ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・ＶS (28) |Ｖ2|＝Ａ0・Ｃ0・(ω2+ω1)・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・ＶS (29) と表され、表面電位ＶS に依存せずに測定距離Ｌを一義
的に求めるには、|Ｖ1|，|Ｖ2|の出力比を求めればよ
い。例えば出力比を|Ｖ2|／|Ｖ1|とした場合、|Ｖ2|／|
Ｖ1|は(28)，(29)式より、 |Ｖ2|／|Ｖ1|＝((ω2+ω1)／ω2)・(ΔＬ1／Ｌ) (30) となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表される。
この時、Ｌと|Ｖ2|／|Ｖ1|との関係は図４（ａ）のよう
な関係曲線で表され、出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|を求めれば、
表面電位ＶS に依存せずにＬを一義的に求めることが可
能となる。あるいは、出力比を|Ｖ1|／|Ｖ2|とすれば|
Ｖ1|／|Ｖ2|は、 |Ｖ1|／|Ｖ2|＝(ω2／(ω2+ω1))・(Ｌ／ΔＬ1) (31) となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表さ
れ、この時、Ｌと|Ｖ1|／|Ｖ2|との関係は、図４（ｂ）
のような関係曲線で表され、これも同様に出力比|Ｖ1|
／|Ｖ2|を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬを一
義的に求めることが可能となる。
なる出力信号Ｖ1，Ｖ2を利用し、測定距離変動による電
位検出信号の出力変動を補正して正確な表面電位を求め
る方法について述べる。先ず、第１の方法として、各出
力信号Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せず
に測定距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離か
ら正確な表面電位を得る方法について述べる。(27)式よ
り検出された各出力信号Ｖ1，Ｖ2の大きさ（出力値）|
Ｖ1|，|Ｖ2|は、 |Ｖ1|＝Ａ0・Ｃ0・ω2・(ΔＬ2/Ｌ)・ＶS (28) |Ｖ2|＝Ａ0・Ｃ0・(ω2+ω1)・(ΔＬ1・ΔＬ2/Ｌ2)・ＶS (29) と表され、表面電位ＶS に依存せずに測定距離Ｌを一義
的に求めるには、|Ｖ1|，|Ｖ2|の出力比を求めればよ
い。例えば出力比を|Ｖ2|／|Ｖ1|とした場合、|Ｖ2|／|
Ｖ1|は(28)，(29)式より、 |Ｖ2|／|Ｖ1|＝((ω2+ω1)／ω2)・(ΔＬ1／Ｌ) (30) となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表される。
この時、Ｌと|Ｖ2|／|Ｖ1|との関係は図４（ａ）のよう
な関係曲線で表され、出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|を求めれば、
表面電位ＶS に依存せずにＬを一義的に求めることが可
能となる。あるいは、出力比を|Ｖ1|／|Ｖ2|とすれば|
Ｖ1|／|Ｖ2|は、 |Ｖ1|／|Ｖ2|＝(ω2／(ω2+ω1))・(Ｌ／ΔＬ1) (31) となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表さ
れ、この時、Ｌと|Ｖ1|／|Ｖ2|との関係は、図４（ｂ）
のような関係曲線で表され、これも同様に出力比|Ｖ1|
／|Ｖ2|を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬを一
義的に求めることが可能となる。
【００５２】このようにして一義的に求められたＬを利
用して、予め既知である|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値と
測定距離Ｌとの関係から|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値を
補正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値|
Ｖ1|あるいは|Ｖ2|との関係から前記補正された|Ｖ1|あ
るいは|Ｖ2|の出力値に対応する表面電位ＶS を求める
ことにより、被測定体の正確な表面電位を得ることが可
能となる。また、あるいは得られたＬを|Ｖ1|あるいは|
Ｖ2|の出力式（(28)あるいは(29)式）に代入し、ＶS に
ついて求めることにより、被測定体の表面電位を一義的
に求めることも可能である。
用して、予め既知である|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値と
測定距離Ｌとの関係から|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値を
補正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値|
Ｖ1|あるいは|Ｖ2|との関係から前記補正された|Ｖ1|あ
るいは|Ｖ2|の出力値に対応する表面電位ＶS を求める
ことにより、被測定体の正確な表面電位を得ることが可
能となる。また、あるいは得られたＬを|Ｖ1|あるいは|
Ｖ2|の出力式（(28)あるいは(29)式）に代入し、ＶS に
ついて求めることにより、被測定体の表面電位を一義的
に求めることも可能である。
【００５３】次に、第２の方法として、各出力信号
Ｖ1，Ｖ2は測定距離Ｌに依存して変化するので、|Ｖ
1|，|Ｖ2|の出力値を利用して測定距離Ｌに依存しない
ようＬの変数を打ち消す演算処理を行い、その演算結果
から正確な表面電位を得る補正方法について述べる。例
えば、(27)式より検出された(28)式の|Ｖ1| を３乗し、
その結果を(29)式の|Ｖ2|を２乗した値で割り算するこ
とにより、 |Ｖ1|3/|Ｖ2|2＝Ａ0・εair・Ｓ・(ω2 3/(ω2+ω1)2)・(ΔＬ2/ΔＬ1 2)・ＶS (32) のような出力結果が得られ、(32)式は測定距離Ｌに依存
しない被測定体の表面電位ＶS に対応した出力値が得ら
れるので、(32)式の出力値と被測定体の表面電位ＶS と
の関係から正確な表面電位を得ることが可能となる。あ
るいは、(29)式の|Ｖ2| を２乗し、(28)式の|Ｖ1| を３
乗した値で割り算することにより、 |Ｖ2|2/|Ｖ1|3＝((ω2+ω1)2/(Ａ0・εair・Ｓ・ω2 3))・(ΔＬ1 2/ΔＬ2)・(１/ＶS) (33) のような出力結果が得られ、前記と同様に(33)式の出力
値と被測定体の表面電位ＶS との関係から正確な表面電
位を得ることが可能である。
Ｖ1，Ｖ2は測定距離Ｌに依存して変化するので、|Ｖ
1|，|Ｖ2|の出力値を利用して測定距離Ｌに依存しない
ようＬの変数を打ち消す演算処理を行い、その演算結果
から正確な表面電位を得る補正方法について述べる。例
えば、(27)式より検出された(28)式の|Ｖ1| を３乗し、
その結果を(29)式の|Ｖ2|を２乗した値で割り算するこ
とにより、 |Ｖ1|3/|Ｖ2|2＝Ａ0・εair・Ｓ・(ω2 3/(ω2+ω1)2)・(ΔＬ2/ΔＬ1 2)・ＶS (32) のような出力結果が得られ、(32)式は測定距離Ｌに依存
しない被測定体の表面電位ＶS に対応した出力値が得ら
れるので、(32)式の出力値と被測定体の表面電位ＶS と
の関係から正確な表面電位を得ることが可能となる。あ
るいは、(29)式の|Ｖ2| を２乗し、(28)式の|Ｖ1| を３
乗した値で割り算することにより、 |Ｖ2|2/|Ｖ1|3＝((ω2+ω1)2/(Ａ0・εair・Ｓ・ω2 3))・(ΔＬ1 2/ΔＬ2)・(１/ＶS) (33) のような出力結果が得られ、前記と同様に(33)式の出力
値と被測定体の表面電位ＶS との関係から正確な表面電
位を得ることが可能である。
【００５４】また、(30)式を利用する場合、(28)式の|
Ｖ1| を(30)式の出力値を２乗した値で割り算するか、
あるいは、(30)式の出力値を２乗した値を(28)式の|Ｖ1
| で割り算することにより、(32)式あるいは(33)式のよ
うな出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位を
得ることが可能となる。また、あるいは(29)式の|Ｖ２
｜を（３０）式の出力値を３乗した値で割り算するか、
あるいは、(30)式の出力値を３乗した値を(29)式の|Ｖ2
| で割り算することによっても、(32)式あるいは(33)式
のような出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電
位を得ることが可能である。さらに、(31)式を利用する
場合、(28)式の|Ｖ1| に(31)式の出力値を２乗した値を
掛け合わせるか、あるいは(29)式の|Ｖ2| に(31)式の出
力値を３乗した値を掛け合わせることにより、(32)式の
ような出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位
を得ることが可能である。
Ｖ1| を(30)式の出力値を２乗した値で割り算するか、
あるいは、(30)式の出力値を２乗した値を(28)式の|Ｖ1
| で割り算することにより、(32)式あるいは(33)式のよ
うな出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位を
得ることが可能となる。また、あるいは(29)式の|Ｖ２
｜を（３０）式の出力値を３乗した値で割り算するか、
あるいは、(30)式の出力値を３乗した値を(29)式の|Ｖ2
| で割り算することによっても、(32)式あるいは(33)式
のような出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電
位を得ることが可能である。さらに、(31)式を利用する
場合、(28)式の|Ｖ1| に(31)式の出力値を２乗した値を
掛け合わせるか、あるいは(29)式の|Ｖ2| に(31)式の出
力値を３乗した値を掛け合わせることにより、(32)式の
ような出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位
を得ることが可能である。
【００５５】本実施例において、周波数の異なる複数の
出力信号を利用し、測定距離変動による電位検出信号の
出力変動を補正し、被測定体の表面電位に対応した正確
な出力信号を得る得る具体的な手段として、各出力信号
Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せずに測定
距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離から正確
な表面電位を得る手段としては、前記図５で説明した装
置構成及び手段が適用可能である。また、各出力信号の
出力値|Ｖ1|，|Ｖ2|を利用して測定距離Ｌに依存しない
よう演算処理を行い、その演算結果から正確な表面電位
を得る手段としては、図１６〜２０に示す装置構成図で
説明される。
出力信号を利用し、測定距離変動による電位検出信号の
出力変動を補正し、被測定体の表面電位に対応した正確
な出力信号を得る得る具体的な手段として、各出力信号
Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せずに測定
距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離から正確
な表面電位を得る手段としては、前記図５で説明した装
置構成及び手段が適用可能である。また、各出力信号の
出力値|Ｖ1|，|Ｖ2|を利用して測定距離Ｌに依存しない
よう演算処理を行い、その演算結果から正確な表面電位
を得る手段としては、図１６〜２０に示す装置構成図で
説明される。
【００５６】ここで、図１６は、測定電極上に誘起され
た微小な電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号
として検出し、その検出信号から周波数の異なる２つの
出力信号Ｖ1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出
部６ａ，６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1 ，Ｖ2 の
出力値|Ｖ1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよ
う演算処理するため、表面電位導出手段として、|Ｖ1|3
演算部３１、|Ｖ2|2演算部３２と、|Ｖ1|3と|Ｖ2|2との
割り算部３３を設け、その演算結果から測定距離に依存
しない正確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示
すものである。電位信号検出部４、周波数の異なる各出
力信号検出部６ａ，６ｂには、前記図５と同様の手段が
適用可能である。また、|Ｖ1|3演算部３１、|Ｖ2|2演算
部３２、|Ｖ1|3と|Ｖ2|2との割り算部３３において、各
出力値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段とし
ては、掛け算、あるいは割り算等のアナログ演算回路、
アナログ−デジタル変換回路、コンピュータ、デジタル
−アナログ変換回路等が適用可能である。
た微小な電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号
として検出し、その検出信号から周波数の異なる２つの
出力信号Ｖ1 ，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出
部６ａ，６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1 ，Ｖ2 の
出力値|Ｖ1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよ
う演算処理するため、表面電位導出手段として、|Ｖ1|3
演算部３１、|Ｖ2|2演算部３２と、|Ｖ1|3と|Ｖ2|2との
割り算部３３を設け、その演算結果から測定距離に依存
しない正確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示
すものである。電位信号検出部４、周波数の異なる各出
力信号検出部６ａ，６ｂには、前記図５と同様の手段が
適用可能である。また、|Ｖ1|3演算部３１、|Ｖ2|2演算
部３２、|Ｖ1|3と|Ｖ2|2との割り算部３３において、各
出力値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段とし
ては、掛け算、あるいは割り算等のアナログ演算回路、
アナログ−デジタル変換回路、コンピュータ、デジタル
−アナログ変換回路等が適用可能である。
【００５７】図１７は、測定電極上に誘起された微小な
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，
６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ1
|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処理
するため、表面電位導出手段として、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)2
演算部３４と、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)2 と|Ｖ1| との割り算部
３５を設け、その演算結果から測定距離に依存しない正
確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すもので
ある。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検
出部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可
能である。また、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)2演算部３４と(|Ｖ2|
／|Ｖ1|)2と|Ｖ1| との割り算部３５において、各出力
値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段として
は、前記図１６と同様の手段が適用可能である。
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，
６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ1
|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処理
するため、表面電位導出手段として、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)2
演算部３４と、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)2 と|Ｖ1| との割り算部
３５を設け、その演算結果から測定距離に依存しない正
確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すもので
ある。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検
出部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可
能である。また、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)2演算部３４と(|Ｖ2|
／|Ｖ1|)2と|Ｖ1| との割り算部３５において、各出力
値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段として
は、前記図１６と同様の手段が適用可能である。
【００５８】図１８は、測定電極上に誘起された微小な
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，
６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ1
|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処理
するため、表面電位導出手段として、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)3
演算部３６と、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)3 と|Ｖ2| との割り算部
３７を設け、その演算結果から測定距離に依存しない正
確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すもので
ある。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検
出部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可
能である。また、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)3演算部３６と(|Ｖ2|
／|Ｖ1|)3と|Ｖ2| との割り算部３７において、各出力
値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段として
は、前記図１６と同様の手段が適用可能である。
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，
６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ1
|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処理
するため、表面電位導出手段として、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)3
演算部３６と、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)3 と|Ｖ2| との割り算部
３７を設け、その演算結果から測定距離に依存しない正
確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すもので
ある。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検
出部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可
能である。また、(|Ｖ2|／|Ｖ1|)3演算部３６と(|Ｖ2|
／|Ｖ1|)3と|Ｖ2| との割り算部３７において、各出力
値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段として
は、前記図１６と同様の手段が適用可能である。
【００５９】図１９は、測定電極上に誘起された微小な
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1,V2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)
2 演算部３８と、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)2 と|Ｖ1| との掛け算
部３９を設け、その演算結果から測定距離に依存しない
正確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すもの
である。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号
検出部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用
可能である。また、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)2演算部３８と(|Ｖ1
|／|Ｖ2|)2と|Ｖ1| との掛け算部３９において、各出力
値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段として
は、前記図１６と同様の手段が適用可能である。
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1,V2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，６
ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ
1|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処
理するため、表面電位導出手段として、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)
2 演算部３８と、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)2 と|Ｖ1| との掛け算
部３９を設け、その演算結果から測定距離に依存しない
正確な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すもの
である。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号
検出部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用
可能である。また、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)2演算部３８と(|Ｖ1
|／|Ｖ2|)2と|Ｖ1| との掛け算部３９において、各出力
値を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段として
は、前記図１６と同様の手段が適用可能である。
【００６０】図２０は、測定電極上に誘起された微小な
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，
６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ1
|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処理
するため、表面電位導出手段として、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)3
演算部４０と、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)3と|Ｖ2|との掛け算部４
１を設け、その演算結果から測定距離に依存しない正確
な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すものであ
る。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検出
部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可能
である。また、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)3 演算部４０と(|Ｖ1|／
|Ｖ2|)3と|Ｖ2| との掛け算部４１において、各出力値
を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段としては、
前記図１６と同様の手段が適用可能である。
電荷量の変化を電位信号検出部４にて交流信号として検
出し、その検出信号から周波数の異なる２つの出力信号
Ｖ1，Ｖ2 を出力検知手段６の各出力信号検出部６ａ，
６ｂにて検出し、その各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力値|Ｖ1
|，|Ｖ2|を利用して測定距離に依存しないよう演算処理
するため、表面電位導出手段として、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)3
演算部４０と、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)3と|Ｖ2|との掛け算部４
１を設け、その演算結果から測定距離に依存しない正確
な表面電位出力信号Ｖ0 を得る装置構成を示すものであ
る。電位信号検出部４、周波数の異なる各出力信号検出
部６ａ，６ｂには、前記の図５と同様の手段が適用可能
である。また、(|Ｖ1|／|Ｖ2|)3 演算部４０と(|Ｖ1|／
|Ｖ2|)3と|Ｖ2| との掛け算部４１において、各出力値
を演算処理し、表面電位出力信号を得る手段としては、
前記図１６と同様の手段が適用可能である。
【００６１】また、本実施例においても、異なる周波数
で被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させるた
め、測定電極を異なる周波数で振動させる手段として、
前記の図１１（ａ）〜（ｄ）で説明したように、圧電ア
クチュエータ、電磁コイル、ボイスコイル等や、音叉ま
たは振動片等の先端部分に測定電極２を取り付け、それ
らに板状の圧電材料や電磁コイルを貼り付けて測定電極
を振動させる電極振動手段が適用可能である。ただし、
本実施例の場合、それらの電極振動手段を利用する場合
には、例えば、図２１（ａ）に示すような周波数ω1 の
駆動電圧（あるいは駆動電流）波形と同図（ｂ）に示す
ような周波数ω2 の駆動電圧（あるいは駆動電流）波形
とを重畳させた状態の周波数(ω1＋ω2)の電圧（あるい
は電流）波形（同図（ｃ））を各電極振動手段に印加す
ることにより、１つの電極振動手段により複数の異なる
周波数で測定電極を振動させることが可能となる。
で被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させるた
め、測定電極を異なる周波数で振動させる手段として、
前記の図１１（ａ）〜（ｄ）で説明したように、圧電ア
クチュエータ、電磁コイル、ボイスコイル等や、音叉ま
たは振動片等の先端部分に測定電極２を取り付け、それ
らに板状の圧電材料や電磁コイルを貼り付けて測定電極
を振動させる電極振動手段が適用可能である。ただし、
本実施例の場合、それらの電極振動手段を利用する場合
には、例えば、図２１（ａ）に示すような周波数ω1 の
駆動電圧（あるいは駆動電流）波形と同図（ｂ）に示す
ような周波数ω2 の駆動電圧（あるいは駆動電流）波形
とを重畳させた状態の周波数(ω1＋ω2)の電圧（あるい
は電流）波形（同図（ｃ））を各電極振動手段に印加す
ることにより、１つの電極振動手段により複数の異なる
周波数で測定電極を振動させることが可能となる。
【００６２】また、あるいは、図２２（ａ）〜（ｉ）に
示すように前記図１１（ａ）〜（ｃ）の２つの電極振動
手段（圧電アクチュエータ２０、電磁コイル２１等）を
組み合わせて利用し、いずれか一方の電極振動手段に前
記図２１（ａ）で示したような周波数ω1 の駆動電圧
（あるいは駆動電流）波形を印加し、他方に前記図２１
（ｂ）で示したような周波数ω2 の駆動電圧（あるいは
駆動電流）波形を同時に印加することにより、測定電極
上で前記図１５のような振動波形で測定電極２を振動さ
せることが可能である。さらに、この場合、図２２
（ａ）〜（ｈ）で使用している圧電アクチュエータ２０
の代わりに前記板状の圧電材料や前記電磁コイルを貼り
付けた音叉または振動片等を利用し、それらを組み合わ
せた電極振動手段のいずれか一方に図２１（ａ）で示し
たような周波数ω1 の駆動電圧（あるいは駆動電流）波
形を印加し、他方に前記図２１（ｂ）で示したような周
波数ω2の駆動電圧（あるいは駆動電流）波形を同時に
印加することにより、測定電極上で前記図１５のような
振動波形で測定電極２を振動させることが可能である。
示すように前記図１１（ａ）〜（ｃ）の２つの電極振動
手段（圧電アクチュエータ２０、電磁コイル２１等）を
組み合わせて利用し、いずれか一方の電極振動手段に前
記図２１（ａ）で示したような周波数ω1 の駆動電圧
（あるいは駆動電流）波形を印加し、他方に前記図２１
（ｂ）で示したような周波数ω2 の駆動電圧（あるいは
駆動電流）波形を同時に印加することにより、測定電極
上で前記図１５のような振動波形で測定電極２を振動さ
せることが可能である。さらに、この場合、図２２
（ａ）〜（ｈ）で使用している圧電アクチュエータ２０
の代わりに前記板状の圧電材料や前記電磁コイルを貼り
付けた音叉または振動片等を利用し、それらを組み合わ
せた電極振動手段のいずれか一方に図２１（ａ）で示し
たような周波数ω1 の駆動電圧（あるいは駆動電流）波
形を印加し、他方に前記図２１（ｂ）で示したような周
波数ω2の駆動電圧（あるいは駆動電流）波形を同時に
印加することにより、測定電極上で前記図１５のような
振動波形で測定電極２を振動させることが可能である。
【００６３】本実施例においても、それらの電極振動手
段のうち、好ましくは図１１（ｄ）のボイスコイル２３
を適用することにより、電極振動手段が比較的簡易な構
成でかつ安価に電極を大きく振動させることができ、そ
のため十分なＳＮ比が得られ、正確な表面電位を効率良
く、簡易に得ることが可能となる。そのボイスコイルを
利用し、測定電極２を振動させる場合の適用例は図１４
と同様であり、前記と同様に測定電極２をボイスコイル
２３のソレノイドコイル２７側、あるいは永久磁石２８
側に取り付けて振動させることが可能であり、ボイスコ
イル２３を軽量に、かつ簡易に作製するために、コイル
ボビン２６をなくしてボイスコイル及び測定電極を振動
させることも可能である。
段のうち、好ましくは図１１（ｄ）のボイスコイル２３
を適用することにより、電極振動手段が比較的簡易な構
成でかつ安価に電極を大きく振動させることができ、そ
のため十分なＳＮ比が得られ、正確な表面電位を効率良
く、簡易に得ることが可能となる。そのボイスコイルを
利用し、測定電極２を振動させる場合の適用例は図１４
と同様であり、前記と同様に測定電極２をボイスコイル
２３のソレノイドコイル２７側、あるいは永久磁石２８
側に取り付けて振動させることが可能であり、ボイスコ
イル２３を軽量に、かつ簡易に作製するために、コイル
ボビン２６をなくしてボイスコイル及び測定電極を振動
させることも可能である。
【００６４】また、本実施例のように周波数の異なる出
力信号として、１次、２次の周波数成分のみを出力信号
として利用することで、十分正確な表面電位を効率良く
得ることが可能であるが、さらに測定精度を高めたい場
合には、１次、２次の周波数成分の他に３次以降の周波
数成分を利用し、１つの測定電極から２つ以上の出力信
号を得、各出力信号を利用して被測定体の表面電位を求
めてもよい。また、信頼性を高めたい場合には、測定電
極を２つ以上設け、各測定電極について上記と同様な測
定方法及び測定手段を利用して被測定体の表面電位を求
めても良い。
力信号として、１次、２次の周波数成分のみを出力信号
として利用することで、十分正確な表面電位を効率良く
得ることが可能であるが、さらに測定精度を高めたい場
合には、１次、２次の周波数成分の他に３次以降の周波
数成分を利用し、１つの測定電極から２つ以上の出力信
号を得、各出力信号を利用して被測定体の表面電位を求
めてもよい。また、信頼性を高めたい場合には、測定電
極を２つ以上設け、各測定電極について上記と同様な測
定方法及び測定手段を利用して被測定体の表面電位を求
めても良い。
【００６５】［実施例３］図２３は、本発明の第３の実
施例を示す１つの測定電極から周波数の異なる複数の出
力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する方
法に関する説明図である。図は測定電極２のみを利用す
る振動容量型の場合の補正方法に関するものである。こ
れは前記の複数の出力信号を検知する方法として、図の
ように測定電極２を単一な周波数ωで正弦波状に周期的
に大きく振動させることにより、測定電極の電位検出信
号から複数の周波数成分を生じさせて、その各周波数成
分を異なる出力信号として検出し、電位検出信号の出力
補正を行う方法を示すものである。
施例を示す１つの測定電極から周波数の異なる複数の出
力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する方
法に関する説明図である。図は測定電極２のみを利用す
る振動容量型の場合の補正方法に関するものである。こ
れは前記の複数の出力信号を検知する方法として、図の
ように測定電極２を単一な周波数ωで正弦波状に周期的
に大きく振動させることにより、測定電極の電位検出信
号から複数の周波数成分を生じさせて、その各周波数成
分を異なる出力信号として検出し、電位検出信号の出力
補正を行う方法を示すものである。
【００６６】図２３において、今、測定電極２の振動の
振幅をｄとし、測定電極が時間的にｄ・sinωtで振動し
ている場合を考えると、その周期的な機械振動により時
間的に変化する静電容量Ｃt は、 Ｃt＝εair・Ｓ／(Ｌ−ｄ・sinωt) (34) で与えられ、さらに(34)式を変形すると、 Ｃt＝(εair・Ｓ／Ｌ)・{１／(１−(ｄ／Ｌ)・sinωt)} (35) と表される。ここで、(35)式の右辺の(ｄ／Ｌ)・sinωt
は物理的に、 |(ｄ／Ｌ)・sinωt|＜１ (36) という条件であるため、(35)式の右辺は数学的にティラ
ー展開することが可能である。そこで、(35)式の右辺の
ティラー展開を行うと、 Ｃt＝(εair・Ｓ／Ｌ)・{１＋(ｄ／Ｌ)・sinωt＋((ｄ／Ｌ)・sinωt)2＋・・・} ＝Ｃ0・{１＋(ｄ／Ｌ)・sinωt＋(ｄ／Ｌ)2・sin2ωt＋・・・} (37) と表され、Ｃt は時間的に０次（測定電極が静止状態）
の項、１次（測定電極がsinωtの時間変化）の項の他に
高次の項を含む複数の周波数成分が現れるものとして表
すことができる。
振幅をｄとし、測定電極が時間的にｄ・sinωtで振動し
ている場合を考えると、その周期的な機械振動により時
間的に変化する静電容量Ｃt は、 Ｃt＝εair・Ｓ／(Ｌ−ｄ・sinωt) (34) で与えられ、さらに(34)式を変形すると、 Ｃt＝(εair・Ｓ／Ｌ)・{１／(１−(ｄ／Ｌ)・sinωt)} (35) と表される。ここで、(35)式の右辺の(ｄ／Ｌ)・sinωt
は物理的に、 |(ｄ／Ｌ)・sinωt|＜１ (36) という条件であるため、(35)式の右辺は数学的にティラ
ー展開することが可能である。そこで、(35)式の右辺の
ティラー展開を行うと、 Ｃt＝(εair・Ｓ／Ｌ)・{１＋(ｄ／Ｌ)・sinωt＋((ｄ／Ｌ)・sinωt)2＋・・・} ＝Ｃ0・{１＋(ｄ／Ｌ)・sinωt＋(ｄ／Ｌ)2・sin2ωt＋・・・} (37) と表され、Ｃt は時間的に０次（測定電極が静止状態）
の項、１次（測定電極がsinωtの時間変化）の項の他に
高次の項を含む複数の周波数成分が現れるものとして表
すことができる。
【００６７】故に、そのＣt と被測定体１の持つ表面電
位ＶS により測定電極上に誘起される電荷Ｑt は、 Ｑt ＝Ｃt・ＶS ＝Ｃ0・{１＋(ｄ／Ｌ)・sinωt＋(ｄ／Ｌ)2・sin2ωt＋・・・}・ＶS (38) と表され、測定電極に生じる電流Ｉt は(38)式より、 Ｉt＝ｄＱt／ｄｔ ＝Ｃ0・{ω・(ｄ／Ｌ)・cosωt＋ω・(ｄ／Ｌ)2・sin２ωt＋・・・}・ＶS (39) となり、測定電極から得られる電位検出信号Ｖt は、 Ｖt＝Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω・(ｄ／Ｌ)・cosωt＋ω・(ｄ／Ｌ)2・sin２ωt＋・・・} (40) と表される。ただし、Ａ0は増幅度に関する定数を表
す。
位ＶS により測定電極上に誘起される電荷Ｑt は、 Ｑt ＝Ｃt・ＶS ＝Ｃ0・{１＋(ｄ／Ｌ)・sinωt＋(ｄ／Ｌ)2・sin2ωt＋・・・}・ＶS (38) と表され、測定電極に生じる電流Ｉt は(38)式より、 Ｉt＝ｄＱt／ｄｔ ＝Ｃ0・{ω・(ｄ／Ｌ)・cosωt＋ω・(ｄ／Ｌ)2・sin２ωt＋・・・}・ＶS (39) となり、測定電極から得られる電位検出信号Ｖt は、 Ｖt＝Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω・(ｄ／Ｌ)・cosωt＋ω・(ｄ／Ｌ)2・sin２ωt＋・・・} (40) と表される。ただし、Ａ0は増幅度に関する定数を表
す。
【００６８】(40)式からわかるように、測定電極から得
られる電位検出信号からは測定距離Ｌに依存して変化す
る複数の異なる周波数成分が現れる。従って、その複数
の異なる周波数成分を異なる出力信号として検出するこ
とにより、１つの測定電極から測定距離Ｌに依存して変
化する複数の出力信号が得られ、その各出力信号を利用
して、測定距離変動による電位検出信号の出力変動を補
正することが可能となる。
られる電位検出信号からは測定距離Ｌに依存して変化す
る複数の異なる周波数成分が現れる。従って、その複数
の異なる周波数成分を異なる出力信号として検出するこ
とにより、１つの測定電極から測定距離Ｌに依存して変
化する複数の出力信号が得られ、その各出力信号を利用
して、測定距離変動による電位検出信号の出力変動を補
正することが可能となる。
【００６９】ここで、(40)式の電位検出信号から周波数
の異なる出力信号として、３次以降の周波数成分は信号
出力レベルが比較的小さいので、３次以降の周波数成分
を無視し、１次、２次の周波数成分のみを出力信号とし
て利用することにより、十分なＳＮ比でもって効率良く
出力信号を検知することができ、十分正確な表面電位出
力を得ることが可能となる。そこで、(40)式の電位検出
信号から１次、２次の周波数成分のみを検出すると、近
似的に、 Ｖt≒Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω・(ｄ／Ｌ)・cosωt＋ω・(ｄ／Ｌ)2・sin２ωt} (41) となり、(41)式においてω，２ωの各周波数成分を選択
的に検出することにより、周波数の異なる２つの出力信
号Ｖ1，Ｖ2を得ることができる。
の異なる出力信号として、３次以降の周波数成分は信号
出力レベルが比較的小さいので、３次以降の周波数成分
を無視し、１次、２次の周波数成分のみを出力信号とし
て利用することにより、十分なＳＮ比でもって効率良く
出力信号を検知することができ、十分正確な表面電位出
力を得ることが可能となる。そこで、(40)式の電位検出
信号から１次、２次の周波数成分のみを検出すると、近
似的に、 Ｖt≒Ａ0・Ｃ0・ＶS・{ω・(ｄ／Ｌ)・cosωt＋ω・(ｄ／Ｌ)2・sin２ωt} (41) となり、(41)式においてω，２ωの各周波数成分を選択
的に検出することにより、周波数の異なる２つの出力信
号Ｖ1，Ｖ2を得ることができる。
【００７０】以下、このようにして得られた周波数の異
なる出力信号Ｖ1，Ｖ2を利用し、測定距離変動による電
位検出信号の出力変動を補正して正確な表面電位を求め
る方法について述べる。先ず、第１の方法として、各出
力信号Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せず
に測定距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離か
ら正確な表面電位を得る方法について述べる。(41)式よ
り検出された各出力信号Ｖ1，Ｖ2の大きさ（出力値）|
Ｖ1|，|Ｖ2|は、 |Ｖ1|＝Ａ0・Ｃ0・ω・(ｄ／Ｌ)・ＶS (42) |Ｖ2|＝Ａ0・Ｃ0・ω・(ｄ／Ｌ)2・ＶS (43) と表され、表面電位ＶS に依存せずに測定距離Ｌを一義
的に求めるには |Ｖ1|，|Ｖ2| の出力比を求めればよ
い。例えば出力比を|Ｖ2|／|Ｖ1|とした場合、|Ｖ2|／|
Ｖ1|は(42)，(43)式より、 |Ｖ2|／|Ｖ1|＝ｄ／Ｌ (44) となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表される。
この時、Ｌと|Ｖ2|／|Ｖ1|との関係は図４（ａ）のよう
な関係曲線で表され、出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|を求めれば、
表面電位ＶS に依存せずにＬを一義的に求めることが可
能となる。あるいは、出力比を|Ｖ1|／|Ｖ2|とすれば、
|Ｖ1|／|Ｖ2|は、 |Ｖ1|／|Ｖ2|＝Ｌ／ｄ (45) となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表さ
れ、この時、Ｌと|Ｖ1|／|Ｖ2| との関係は図４（ｂ）
のような関係曲線で表され、これも同様に出力比|Ｖ1|
／|Ｖ2|を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬを一
義的に求めることが可能となる。
なる出力信号Ｖ1，Ｖ2を利用し、測定距離変動による電
位検出信号の出力変動を補正して正確な表面電位を求め
る方法について述べる。先ず、第１の方法として、各出
力信号Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せず
に測定距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離か
ら正確な表面電位を得る方法について述べる。(41)式よ
り検出された各出力信号Ｖ1，Ｖ2の大きさ（出力値）|
Ｖ1|，|Ｖ2|は、 |Ｖ1|＝Ａ0・Ｃ0・ω・(ｄ／Ｌ)・ＶS (42) |Ｖ2|＝Ａ0・Ｃ0・ω・(ｄ／Ｌ)2・ＶS (43) と表され、表面電位ＶS に依存せずに測定距離Ｌを一義
的に求めるには |Ｖ1|，|Ｖ2| の出力比を求めればよ
い。例えば出力比を|Ｖ2|／|Ｖ1|とした場合、|Ｖ2|／|
Ｖ1|は(42)，(43)式より、 |Ｖ2|／|Ｖ1|＝ｄ／Ｌ (44) となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表される。
この時、Ｌと|Ｖ2|／|Ｖ1|との関係は図４（ａ）のよう
な関係曲線で表され、出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|を求めれば、
表面電位ＶS に依存せずにＬを一義的に求めることが可
能となる。あるいは、出力比を|Ｖ1|／|Ｖ2|とすれば、
|Ｖ1|／|Ｖ2|は、 |Ｖ1|／|Ｖ2|＝Ｌ／ｄ (45) となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)として表さ
れ、この時、Ｌと|Ｖ1|／|Ｖ2| との関係は図４（ｂ）
のような関係曲線で表され、これも同様に出力比|Ｖ1|
／|Ｖ2|を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬを一
義的に求めることが可能となる。
【００７１】このようにして一義的に求められたＬを利
用して、予め既知である|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値と
測定距離Ｌとの関係から|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値を
補正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値|
Ｖ1|あるいは|Ｖ2|との関係から前記補正された|Ｖ1|あ
るいは|Ｖ2|の出力値に対応する表面電位ＶS を求める
ことにより、被測定体の正確な表面電位を得ることが可
能となる。また、あるいは得られたＬを|Ｖ1|あるいは|
Ｖ2|の出力式（(42)あるいは(43)式）に代入し、ＶS に
ついて求めることにより、被測定体の表面電位を一義的
に求めることも可能である。
用して、予め既知である|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値と
測定距離Ｌとの関係から|Ｖ1|あるいは|Ｖ2|の出力値を
補正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値|
Ｖ1|あるいは|Ｖ2|との関係から前記補正された|Ｖ1|あ
るいは|Ｖ2|の出力値に対応する表面電位ＶS を求める
ことにより、被測定体の正確な表面電位を得ることが可
能となる。また、あるいは得られたＬを|Ｖ1|あるいは|
Ｖ2|の出力式（(42)あるいは(43)式）に代入し、ＶS に
ついて求めることにより、被測定体の表面電位を一義的
に求めることも可能である。
【００７２】次に、第２の方法として、各出力信号
Ｖ1，Ｖ2は測定距離Ｌに依存して変化するので、|Ｖ
1|，|Ｖ2|の出力値を利用して測定距離Ｌに依存しない
ようＬの変数を打ち消す演算処理を行い、その演算結果
から正確な表面電位を得る補正方法について述べる。例
えば、(41)式より検出された(42)式の|Ｖ1| を３乗し、
その結果を(43)式の|Ｖ2|を２乗した値で割り算するこ
とにより、 |Ｖ1|3／|Ｖ2|2＝Ａ0・εair・Ｓ・ω・(ＶS／ｄ) (46) のような出力結果が得られ、(46)式は測定距離Ｌに依存
しない被測定体の表面電位ＶS に対応した出力値が得ら
れるので、(46)式の出力値と被測定体の表面電位ＶS と
の関係から正確な表面電位を得ることが可能となる。あ
るいは、(43)式の|Ｖ2| を２乗し、(42)式の|Ｖ1| を３
乗した値で割り算することにより、 |Ｖ2|2／|Ｖ1|3＝(１／(Ａ0・εair・Ｓ・ω))・(ｄ／ＶS) (47) のような出力結果が得られ、前記と同様に(47)式の出力
値と被測定体の表面電位ＶS との関係から正確な表面電
位を得ることが可能となる。
Ｖ1，Ｖ2は測定距離Ｌに依存して変化するので、|Ｖ
1|，|Ｖ2|の出力値を利用して測定距離Ｌに依存しない
ようＬの変数を打ち消す演算処理を行い、その演算結果
から正確な表面電位を得る補正方法について述べる。例
えば、(41)式より検出された(42)式の|Ｖ1| を３乗し、
その結果を(43)式の|Ｖ2|を２乗した値で割り算するこ
とにより、 |Ｖ1|3／|Ｖ2|2＝Ａ0・εair・Ｓ・ω・(ＶS／ｄ) (46) のような出力結果が得られ、(46)式は測定距離Ｌに依存
しない被測定体の表面電位ＶS に対応した出力値が得ら
れるので、(46)式の出力値と被測定体の表面電位ＶS と
の関係から正確な表面電位を得ることが可能となる。あ
るいは、(43)式の|Ｖ2| を２乗し、(42)式の|Ｖ1| を３
乗した値で割り算することにより、 |Ｖ2|2／|Ｖ1|3＝(１／(Ａ0・εair・Ｓ・ω))・(ｄ／ＶS) (47) のような出力結果が得られ、前記と同様に(47)式の出力
値と被測定体の表面電位ＶS との関係から正確な表面電
位を得ることが可能となる。
【００７３】また、(44)式を利用する場合、(42)式の|
Ｖ1| を(44)式の出力値を２乗した値で割り算するか、
あるいは、(44)式の出力値を２乗した値を(42)式の|Ｖ1
| で割り算することにより、(46)式あるいは(47)式のよ
うな出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位を
得ることが可能となる。また、あるいは(43)式の|Ｖ2|
を(44)式の出力値を３乗した値で割り算するか、あるい
は、(44)式の出力値を３乗した値を(43)式の|Ｖ2| で割
り算することによっても、(46)式あるいは(47)式のよう
な出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位を得
ることが可能である。さらに、(45)式を利用する場合、
(42)式の|Ｖ1| に(45)式の出力値を２乗した値を掛け合
わせるか、あるいは(43)式の|Ｖ2| に(45)式の出力値を
３乗した値を掛け合わせることにより、(46)式のような
出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位を得る
ことが可能となる。
Ｖ1| を(44)式の出力値を２乗した値で割り算するか、
あるいは、(44)式の出力値を２乗した値を(42)式の|Ｖ1
| で割り算することにより、(46)式あるいは(47)式のよ
うな出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位を
得ることが可能となる。また、あるいは(43)式の|Ｖ2|
を(44)式の出力値を３乗した値で割り算するか、あるい
は、(44)式の出力値を３乗した値を(43)式の|Ｖ2| で割
り算することによっても、(46)式あるいは(47)式のよう
な出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位を得
ることが可能である。さらに、(45)式を利用する場合、
(42)式の|Ｖ1| に(45)式の出力値を２乗した値を掛け合
わせるか、あるいは(43)式の|Ｖ2| に(45)式の出力値を
３乗した値を掛け合わせることにより、(46)式のような
出力結果が得られ、前記と同様に正確な表面電位を得る
ことが可能となる。
【００７４】本実施例において、周波数の異なる複数の
出力信号を利用し、測定距離変動による電位検出信号の
出力変動を補正し、被測定体の表面電位に対応した正確
な出力信号を得る得る具体的な手段として、各出力信号
Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せずに測定
距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離から正確
な表面電位を得る手段としては、前記図５で説明した装
置構成及び手段が適用可能である。また、各出力信号の
出力値|Ｖ1|，|Ｖ2|を利用して測定距離Ｌに依存しない
よう演算処理を行い、その演算結果から正確な表面電位
を得る手段としては、前記図１６〜２０で説明した装置
構成及び手段が適用可能である。
出力信号を利用し、測定距離変動による電位検出信号の
出力変動を補正し、被測定体の表面電位に対応した正確
な出力信号を得る得る具体的な手段として、各出力信号
Ｖ1，Ｖ2から被測定体の表面電位ＶS に依存せずに測定
距離Ｌを逆に一義的に求め、得られた測定距離から正確
な表面電位を得る手段としては、前記図５で説明した装
置構成及び手段が適用可能である。また、各出力信号の
出力値|Ｖ1|，|Ｖ2|を利用して測定距離Ｌに依存しない
よう演算処理を行い、その演算結果から正確な表面電位
を得る手段としては、前記図１６〜２０で説明した装置
構成及び手段が適用可能である。
【００７５】また、本実施例においても、被測定体と測
定電極との間の静電容量を変化させるため、測定電極を
単一な周波数で大きく振動させる手段として、前記図１
１（ａ）〜（ｄ）で説明した圧電アクチュエータ、電磁
コイル、ボイスコイル等の電極振動手段や、音叉または
振動片等の先端部分に測定電極を取り付け、それらに板
状の圧電材料や電磁コイルを貼り付けて測定電極を振動
させる電極振動手段が適用可能である。
定電極との間の静電容量を変化させるため、測定電極を
単一な周波数で大きく振動させる手段として、前記図１
１（ａ）〜（ｄ）で説明した圧電アクチュエータ、電磁
コイル、ボイスコイル等の電極振動手段や、音叉または
振動片等の先端部分に測定電極を取り付け、それらに板
状の圧電材料や電磁コイルを貼り付けて測定電極を振動
させる電極振動手段が適用可能である。
【００７６】さらに、本実施例でも、それらの電極振動
手段のうち、好ましくは図１１（ｄ）のボイスコイル２
３を適用することにより、電極振動手段が比較的簡易な
構成でかつ安価に電極を大きく振動させることができ、
そのため十分なＳＮ比が得られ、正確な表面電位を効率
良く、簡易に得ることが可能となる。そのボイスコイル
を利用し、測定電極２を振動させる場合の適用例は図１
４と同様であり、前記と同様に測定電極２をボイスコイ
ル２３のソレノイドコイル２７側あるいは永久磁石２８
側に取り付けて振動させることが可能であり、ボイスコ
イル２３を軽量に、かつ簡易に作製するために、コイル
ボビン２６をなくしてボイスコイル及び測定電極を振動
させることも可能である。
手段のうち、好ましくは図１１（ｄ）のボイスコイル２
３を適用することにより、電極振動手段が比較的簡易な
構成でかつ安価に電極を大きく振動させることができ、
そのため十分なＳＮ比が得られ、正確な表面電位を効率
良く、簡易に得ることが可能となる。そのボイスコイル
を利用し、測定電極２を振動させる場合の適用例は図１
４と同様であり、前記と同様に測定電極２をボイスコイ
ル２３のソレノイドコイル２７側あるいは永久磁石２８
側に取り付けて振動させることが可能であり、ボイスコ
イル２３を軽量に、かつ簡易に作製するために、コイル
ボビン２６をなくしてボイスコイル及び測定電極を振動
させることも可能である。
【００７７】また、本実施例のように周波数の異なる出
力信号として、１次、２次の周波数成分のみを出力信号
として利用することで、十分正確な表面電位を効率良く
得ることが可能であるが、さらに測定精度を高めたい場
合には、１次、２次の周波数成分の他に３次以降の周波
数成分を利用し、１つの測定電極から２つ以上の出力信
号を得、各出力信号を利用して被測定体の表面電位を求
めてもよい。また、信頼性を高めたい場合には、測定電
極を２つ以上設け、各測定電極について上記と同様な測
定方法及び測定手段を利用して被測定体の表面電位を求
めても良い。
力信号として、１次、２次の周波数成分のみを出力信号
として利用することで、十分正確な表面電位を効率良く
得ることが可能であるが、さらに測定精度を高めたい場
合には、１次、２次の周波数成分の他に３次以降の周波
数成分を利用し、１つの測定電極から２つ以上の出力信
号を得、各出力信号を利用して被測定体の表面電位を求
めてもよい。また、信頼性を高めたい場合には、測定電
極を２つ以上設け、各測定電極について上記と同様な測
定方法及び測定手段を利用して被測定体の表面電位を求
めても良い。
【００７８】［実施例４］図２４は、本発明の第４の実
施例を示す１つの測定電極２から出力値の異なる複数の
出力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する
方法に関する説明図であり、図はチョッパ電極３を利用
する場合の補正方法に関するものである。これは前記の
２つ以上の出力信号を得る方法として、測定電極２の検
出位置を変動させることにより被測定体１と測定電極２
との間の距離を異ならせて、各々の出力信号から被測定
体の表面電位を得る方法を示すものである。被測定体１
の表面電位の検出原理は前記図２（ａ）の場合と同様で
ある。尚、チョッパ電極３の変動方法として前記のよう
な正弦波状、あるいは矩形波状、台形波状、三角波状、
鋸波状、パルス波状等の周期的、あるいは非周期的な変
動を用いても表面電位の検出は可能である。図２４にお
いて、今、測定電極２が被測定体１からＬ1 の距離にあ
る時の出力信号をＶ1 、Ｌ1 からｄだけ離れた距離をＬ
2 とした時の出力信号をＶ2 とすると、出力値は測定距
離に依存して変動するため図２５のような出力値の異な
る各々の信号が得られる。この場合、測定電極２をＬ1
とＬ2 との間（間隔ｄ）で周期的あるいは非周期的に変
動させることにより、正弦波状（図２６）、矩形波状
（図２７）、三角波状（図２８）、鋸波状（図２９）、
台形波状（図３０）等に変動した異なる出力値を有する
信号を得ることができる。
施例を示す１つの測定電極２から出力値の異なる複数の
出力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する
方法に関する説明図であり、図はチョッパ電極３を利用
する場合の補正方法に関するものである。これは前記の
２つ以上の出力信号を得る方法として、測定電極２の検
出位置を変動させることにより被測定体１と測定電極２
との間の距離を異ならせて、各々の出力信号から被測定
体の表面電位を得る方法を示すものである。被測定体１
の表面電位の検出原理は前記図２（ａ）の場合と同様で
ある。尚、チョッパ電極３の変動方法として前記のよう
な正弦波状、あるいは矩形波状、台形波状、三角波状、
鋸波状、パルス波状等の周期的、あるいは非周期的な変
動を用いても表面電位の検出は可能である。図２４にお
いて、今、測定電極２が被測定体１からＬ1 の距離にあ
る時の出力信号をＶ1 、Ｌ1 からｄだけ離れた距離をＬ
2 とした時の出力信号をＶ2 とすると、出力値は測定距
離に依存して変動するため図２５のような出力値の異な
る各々の信号が得られる。この場合、測定電極２をＬ1
とＬ2 との間（間隔ｄ）で周期的あるいは非周期的に変
動させることにより、正弦波状（図２６）、矩形波状
（図２７）、三角波状（図２８）、鋸波状（図２９）、
台形波状（図３０）等に変動した異なる出力値を有する
信号を得ることができる。
【００７９】次に、以上のようにして得られた異なる出
力値Ｖ1，Ｖ2を用いて被測定体の表面電位ＶS に依存せ
ずに測定距離Ｌ1 を逆に一義的に求めることを行う。先
ず、チョッパ型の場合、静電容量Ｃ0 の変化率α0 は、 α0＝ΔＳ／Ｓ (48) と表される。ただし、ΔＳは測定電極の実効面積の変化
分を表す。ここで、測定電極が被測定体からＬ1 の距離
にある時の静電容量をＣ1 、Ｌ2 の距離にある時の静電
容量をＣ2 とすると、各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力式は、
前記の(１)，(５)式及び(48)式を用いて、 Ｖ1＝Ａ0・α0・ω・Ｃ1・ＶS・cosωt ＝Ａ0・ω・εair・(ΔＳ／Ｌ1)・ＶS・cosωt (49) Ｖ2＝Ａ0・α0・ω・Ｃ2・ＶS・cosωt ＝Ａ0・ω・εair・(ΔＳ／Ｌ2)・ＶS・cosωt (50) と表される。また、Ｌ2はＬ2＝Ｌ1＋ｄなので(49)，(5
0)式より、測定距離Ｌ1について逆に求めることがで
き、表面電位ＶS に依存せずにＬ1 を一義的に求めるた
めには、(49)，(50)式よりＶ1，Ｖ2の出力比を求めれば
よい。例えば、出力比をＶ2／Ｖ1とした場合、Ｖ2／Ｖ1
は、 Ｖ2／Ｖ1＝Ｌ1／Ｌ2＝Ｌ1／(Ｌ1＋ｄ)＝Ｆ(Ｌ1) (51) となり、Ｌ1 に関しての一次関数Ｆ(Ｌ1)で表される。
この時、Ｌ1 とＶ2／Ｖ1との関係は図３１（ａ）のよう
な関係曲線で表され、出力比Ｖ2／Ｖ1を求めれば、表面
電位ＶS に依存せずにＬ1 を一義的に求めることが可能
となる。あるいは、出力比をＶ1／Ｖ2とすれば、Ｖ1／
Ｖ2は、 Ｖ1／Ｖ2＝Ｌ2／Ｌ1＝(Ｌ1＋ｄ)／Ｌ1＝Ｆ(Ｌ1) (52) となり、同様にＬ1 に関しての一次関数Ｆ(Ｌ1)で表さ
れ、この時、Ｌ1 とＶ1／Ｖ2 との関係は、図３１
（ｂ）のような関係曲線で表され、これも同様に出力比
Ｖ1／Ｖ2を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬ1 を
一義的に求めることが可能となる。
力値Ｖ1，Ｖ2を用いて被測定体の表面電位ＶS に依存せ
ずに測定距離Ｌ1 を逆に一義的に求めることを行う。先
ず、チョッパ型の場合、静電容量Ｃ0 の変化率α0 は、 α0＝ΔＳ／Ｓ (48) と表される。ただし、ΔＳは測定電極の実効面積の変化
分を表す。ここで、測定電極が被測定体からＬ1 の距離
にある時の静電容量をＣ1 、Ｌ2 の距離にある時の静電
容量をＣ2 とすると、各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力式は、
前記の(１)，(５)式及び(48)式を用いて、 Ｖ1＝Ａ0・α0・ω・Ｃ1・ＶS・cosωt ＝Ａ0・ω・εair・(ΔＳ／Ｌ1)・ＶS・cosωt (49) Ｖ2＝Ａ0・α0・ω・Ｃ2・ＶS・cosωt ＝Ａ0・ω・εair・(ΔＳ／Ｌ2)・ＶS・cosωt (50) と表される。また、Ｌ2はＬ2＝Ｌ1＋ｄなので(49)，(5
0)式より、測定距離Ｌ1について逆に求めることがで
き、表面電位ＶS に依存せずにＬ1 を一義的に求めるた
めには、(49)，(50)式よりＶ1，Ｖ2の出力比を求めれば
よい。例えば、出力比をＶ2／Ｖ1とした場合、Ｖ2／Ｖ1
は、 Ｖ2／Ｖ1＝Ｌ1／Ｌ2＝Ｌ1／(Ｌ1＋ｄ)＝Ｆ(Ｌ1) (51) となり、Ｌ1 に関しての一次関数Ｆ(Ｌ1)で表される。
この時、Ｌ1 とＶ2／Ｖ1との関係は図３１（ａ）のよう
な関係曲線で表され、出力比Ｖ2／Ｖ1を求めれば、表面
電位ＶS に依存せずにＬ1 を一義的に求めることが可能
となる。あるいは、出力比をＶ1／Ｖ2とすれば、Ｖ1／
Ｖ2は、 Ｖ1／Ｖ2＝Ｌ2／Ｌ1＝(Ｌ1＋ｄ)／Ｌ1＝Ｆ(Ｌ1) (52) となり、同様にＬ1 に関しての一次関数Ｆ(Ｌ1)で表さ
れ、この時、Ｌ1 とＶ1／Ｖ2 との関係は、図３１
（ｂ）のような関係曲線で表され、これも同様に出力比
Ｖ1／Ｖ2を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬ1 を
一義的に求めることが可能となる。
【００８０】このようにして一義的に求められたＬ1 を
利用して、予め既知であるＶ1 あるいはＶ2 の出力値と
測定距離Ｌとの関係からＶ1 あるいはＶ2 の出力値を補
正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値Ｖ1
あるいはＶ2 との関係から、前記補正されたＶ1 あるい
はＶ2 の出力値に対応する表面電位ＶS を求めることに
より、被測定体の表面電位を正確に得ることが可能とな
る。また、あるいは得られたＬ1 をＶ1 あるいはＶ2 の
出力式（(49)あるいは(50)式）に代入し、ＶSについて
求めることにより、被測定体の表面電位を一義的に求め
ることも可能である。
利用して、予め既知であるＶ1 あるいはＶ2 の出力値と
測定距離Ｌとの関係からＶ1 あるいはＶ2 の出力値を補
正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値Ｖ1
あるいはＶ2 との関係から、前記補正されたＶ1 あるい
はＶ2 の出力値に対応する表面電位ＶS を求めることに
より、被測定体の表面電位を正確に得ることが可能とな
る。また、あるいは得られたＬ1 をＶ1 あるいはＶ2 の
出力式（(49)あるいは(50)式）に代入し、ＶSについて
求めることにより、被測定体の表面電位を一義的に求め
ることも可能である。
【００８１】図３２は、このようにして測定距離補正を
行い被測定体の表面電位に対応して正確な出力信号を得
る場合の表面電位測定装置の構成を示しており、この表
面電位測定装置は、電位信号検出部４と、信号増幅部５
と、少なくとも２つの信号検出部６ａ，６ｂを有する出
力検知手段６、及び表面電位導出手段としての測定距離
補正部４２とを備えている。尚、測定に必要な出力信号
の数は１つの測定電極２から２つの出力信号とは限ら
ず、測定精度を高める必要がある場合には、１つの測定
電極から２つ以上の出力信号を得て、被測定体の表面電
位を求めてもよい。また、信頼性を高めるためには、測
定電極を２つ以上設けてもよい。また、本実施例でも、
実施例１の図１１〜１４で説明した電極振動手段が適用
可能である。
行い被測定体の表面電位に対応して正確な出力信号を得
る場合の表面電位測定装置の構成を示しており、この表
面電位測定装置は、電位信号検出部４と、信号増幅部５
と、少なくとも２つの信号検出部６ａ，６ｂを有する出
力検知手段６、及び表面電位導出手段としての測定距離
補正部４２とを備えている。尚、測定に必要な出力信号
の数は１つの測定電極２から２つの出力信号とは限ら
ず、測定精度を高める必要がある場合には、１つの測定
電極から２つ以上の出力信号を得て、被測定体の表面電
位を求めてもよい。また、信頼性を高めるためには、測
定電極を２つ以上設けてもよい。また、本実施例でも、
実施例１の図１１〜１４で説明した電極振動手段が適用
可能である。
【００８２】［実施例５］図３３は、本発明の第５の実
施例を示す、１つの測定電極から出力値の異なる複数の
出力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する
方法に関する説明図であり、図は振動電極のみを利用す
る振動容量型の場合の補正方法に関するものである。こ
れは前記の２つ以上の出力信号を得る方法として、表面
電位を検出するために測定電極２を被測定体方向に周期
的に変動させながら測定電極２の検出位置を変動させる
ことにより、被測定体１と測定電極２との間の距離を異
ならせて、各々の出力信号から被測定体の表面電位を得
る方法を示すものである。被測定体１の表面電位の検出
原理は前記図２（ｂ）の場合と同様である。尚、測定電
極２の変動方法としては、図のような正弦波状、あるい
は矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波状、パルス波状
等の周期的、あるいは非周期的な変動を用いても表面電
位の検出は可能である。図３３において、今、測定電極
２が被測定体１からＬ1 の距離にある時の出力信号をＶ
1 、Ｌ1 からｄだけ離れた距離をＬ2 とした時の出力信
号をＶ2 とすると、出力値は測定距離に依存して変動す
るため図２５のような出力値の異なる各々の信号が得ら
れる。この場合、測定電極２の検出位置をＬ1 とＬ2 と
の間（間隔ｄ）で周期的あるいは非周期的に変動させる
ことにより、正弦波状（図２６）、矩形波状（図２
７）、三角波状（図２８）、鋸波状（図２９）、台形波
状（図３０）等に変動した異なる出力値を有する信号を
得ることができる。
施例を示す、１つの測定電極から出力値の異なる複数の
出力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する
方法に関する説明図であり、図は振動電極のみを利用す
る振動容量型の場合の補正方法に関するものである。こ
れは前記の２つ以上の出力信号を得る方法として、表面
電位を検出するために測定電極２を被測定体方向に周期
的に変動させながら測定電極２の検出位置を変動させる
ことにより、被測定体１と測定電極２との間の距離を異
ならせて、各々の出力信号から被測定体の表面電位を得
る方法を示すものである。被測定体１の表面電位の検出
原理は前記図２（ｂ）の場合と同様である。尚、測定電
極２の変動方法としては、図のような正弦波状、あるい
は矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波状、パルス波状
等の周期的、あるいは非周期的な変動を用いても表面電
位の検出は可能である。図３３において、今、測定電極
２が被測定体１からＬ1 の距離にある時の出力信号をＶ
1 、Ｌ1 からｄだけ離れた距離をＬ2 とした時の出力信
号をＶ2 とすると、出力値は測定距離に依存して変動す
るため図２５のような出力値の異なる各々の信号が得ら
れる。この場合、測定電極２の検出位置をＬ1 とＬ2 と
の間（間隔ｄ）で周期的あるいは非周期的に変動させる
ことにより、正弦波状（図２６）、矩形波状（図２
７）、三角波状（図２８）、鋸波状（図２９）、台形波
状（図３０）等に変動した異なる出力値を有する信号を
得ることができる。
【００８３】次に、以上のようにして得られた異なる出
力値Ｖ1，Ｖ2を用いて被測定体１の表面電位ＶS に依存
せずに測定距離Ｌ1 を逆に一義的に求めることを行う。
先ず、振動容量型の場合、被測定体１と測定電極２との
間の静電容量Ｃ0 の変化率α0 は、測定距離Ｌ1，Ｌ2に
対して、 α1＝ΔＬ／(Ｌ1−ΔＬ) (53) α2＝ΔＬ／(Ｌ2−ΔＬ) (54) と表される。ただし、ΔＬは測定電極の変動の変化幅を
表す。ここで、測定電極が被測定体からＬ1 の距離にあ
る時の静電容量をＣ1 、Ｌ2 の距離にある時の静電容量
をＣ2 とすると、各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力式は、前記
の(１)，(５)式及び(53)，(54)式を用いて、 Ｖ1＝Ａ0・α1・ω・Ｃ1・ＶS・cosωt ＝Ａ0・(ΔＬ／(Ｌ1−ΔＬ))・ω・εair・(Ｓ／Ｌ1)・ＶS・cosωt (55) Ｖ2＝Ａ0・α2・ω・Ｃ2・ＶS・cosωt ＝Ａ0・(ΔＬ／(Ｌ2−ΔＬ))・ω・εair・(Ｓ／Ｌ2)・ＶS・cosωt (56) と表される。また、Ｌ2はＬ2＝Ｌ1＋ｄなので(55)，(5
6)式より、測定距離Ｌ1について逆に求めることがで
き、表面電位ＶS に依存せずにＬ1 を一義的に求めるた
めには、(55)，(56)式よりＶ1，Ｖ2の出力比を求めれば
よい。例えば、出力比をＶ2／Ｖ1とした場合、Ｖ2／Ｖ1
は、 Ｖ2／Ｖ1＝Ｌ1・(Ｌ1−ΔＬ)／[Ｌ2・(Ｌ2−ΔＬ)] ＝Ｌ1・(Ｌ1−ΔＬ)／[(Ｌ1＋ｄ)・(Ｌ1＋ｄ−ΔＬ)]＝Ｆ(Ｌ1 2) (57) となり、Ｌ1 に関しての二次関数Ｆ(Ｌ1 2)で表される。
この時、Ｌ1 とＶ2／Ｖ1との関係は図３１（ａ）のよう
な関係曲線で表され、出力比Ｖ2／Ｖ1を求めれば、表面
電位ＶS に依存せずにＬ1 を一義的に求めることが可能
となる。あるいは、出力比をＶ1／Ｖ2とすれば、Ｖ1／
Ｖ2は、 Ｖ1／Ｖ2＝Ｌ2・(Ｌ2−ΔＬ)／[Ｌ1・(Ｌ1−ΔＬ)] ＝(Ｌ1＋ｄ)・(Ｌ1＋ｄ−ΔＬ)／[Ｌ1・(Ｌ1−ΔＬ)]＝Ｆ(Ｌ1 2) (58) となり、同様にＬ1 に関しての二次関数Ｆ(Ｌ1 2)で表さ
れ、この時、Ｌ1 とＶ1／Ｖ2 との関係は、図３１
（ｂ）のような関係曲線で表され、これも同様に出力比
Ｖ1／Ｖ2を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬ1 を
一義的に求めることが可能となる。
力値Ｖ1，Ｖ2を用いて被測定体１の表面電位ＶS に依存
せずに測定距離Ｌ1 を逆に一義的に求めることを行う。
先ず、振動容量型の場合、被測定体１と測定電極２との
間の静電容量Ｃ0 の変化率α0 は、測定距離Ｌ1，Ｌ2に
対して、 α1＝ΔＬ／(Ｌ1−ΔＬ) (53) α2＝ΔＬ／(Ｌ2−ΔＬ) (54) と表される。ただし、ΔＬは測定電極の変動の変化幅を
表す。ここで、測定電極が被測定体からＬ1 の距離にあ
る時の静電容量をＣ1 、Ｌ2 の距離にある時の静電容量
をＣ2 とすると、各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力式は、前記
の(１)，(５)式及び(53)，(54)式を用いて、 Ｖ1＝Ａ0・α1・ω・Ｃ1・ＶS・cosωt ＝Ａ0・(ΔＬ／(Ｌ1−ΔＬ))・ω・εair・(Ｓ／Ｌ1)・ＶS・cosωt (55) Ｖ2＝Ａ0・α2・ω・Ｃ2・ＶS・cosωt ＝Ａ0・(ΔＬ／(Ｌ2−ΔＬ))・ω・εair・(Ｓ／Ｌ2)・ＶS・cosωt (56) と表される。また、Ｌ2はＬ2＝Ｌ1＋ｄなので(55)，(5
6)式より、測定距離Ｌ1について逆に求めることがで
き、表面電位ＶS に依存せずにＬ1 を一義的に求めるた
めには、(55)，(56)式よりＶ1，Ｖ2の出力比を求めれば
よい。例えば、出力比をＶ2／Ｖ1とした場合、Ｖ2／Ｖ1
は、 Ｖ2／Ｖ1＝Ｌ1・(Ｌ1−ΔＬ)／[Ｌ2・(Ｌ2−ΔＬ)] ＝Ｌ1・(Ｌ1−ΔＬ)／[(Ｌ1＋ｄ)・(Ｌ1＋ｄ−ΔＬ)]＝Ｆ(Ｌ1 2) (57) となり、Ｌ1 に関しての二次関数Ｆ(Ｌ1 2)で表される。
この時、Ｌ1 とＶ2／Ｖ1との関係は図３１（ａ）のよう
な関係曲線で表され、出力比Ｖ2／Ｖ1を求めれば、表面
電位ＶS に依存せずにＬ1 を一義的に求めることが可能
となる。あるいは、出力比をＶ1／Ｖ2とすれば、Ｖ1／
Ｖ2は、 Ｖ1／Ｖ2＝Ｌ2・(Ｌ2−ΔＬ)／[Ｌ1・(Ｌ1−ΔＬ)] ＝(Ｌ1＋ｄ)・(Ｌ1＋ｄ−ΔＬ)／[Ｌ1・(Ｌ1−ΔＬ)]＝Ｆ(Ｌ1 2) (58) となり、同様にＬ1 に関しての二次関数Ｆ(Ｌ1 2)で表さ
れ、この時、Ｌ1 とＶ1／Ｖ2 との関係は、図３１
（ｂ）のような関係曲線で表され、これも同様に出力比
Ｖ1／Ｖ2を求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬ1 を
一義的に求めることが可能となる。
【００８４】このようにして一義的に求められたＬ1 を
利用して、予め既知であるＶ1 あるいはＶ2 の出力値と
測定距離Ｌとの関係からＶ1 あるいはＶ2 の出力値を補
正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値Ｖ1
あるいはＶ2 との関係から、前記補正されたＶ1 あるい
はＶ2 の出力値に対応する表面電位ＶS を求めることに
より、被測定体の表面電位を正確に得ることが可能とな
る。また、あるいは得られたＬ1 をＶ1 あるいはＶ2 の
出力式（(55)あるいは(56)式）に代入し、ＶSについて
求めることにより、被測定体の表面電位を一義的に求め
ることも可能である。この実施例の場合も表面電位測定
装置を図３２のような構成とすることで、２つ以上の出
力信号から測定距離補正を行い、被測定体の表面電位に
対応して正確な出力信号を得ることが可能となる。
利用して、予め既知であるＶ1 あるいはＶ2 の出力値と
測定距離Ｌとの関係からＶ1 あるいはＶ2 の出力値を補
正し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値Ｖ1
あるいはＶ2 との関係から、前記補正されたＶ1 あるい
はＶ2 の出力値に対応する表面電位ＶS を求めることに
より、被測定体の表面電位を正確に得ることが可能とな
る。また、あるいは得られたＬ1 をＶ1 あるいはＶ2 の
出力式（(55)あるいは(56)式）に代入し、ＶSについて
求めることにより、被測定体の表面電位を一義的に求め
ることも可能である。この実施例の場合も表面電位測定
装置を図３２のような構成とすることで、２つ以上の出
力信号から測定距離補正を行い、被測定体の表面電位に
対応して正確な出力信号を得ることが可能となる。
【００８５】また、図３３のように表面電位を検出する
ために測定電極２を被測定体方向に周期的に変動させな
がら測定電極２の検出位置を変動させて、被測定体１と
測定電極２との間の距離を異ならせる手段としては、前
記図１１（ａ）〜（ｄ）で説明した電極振動手段に図２
１（ａ）に示したような駆動電圧（あるいは駆動電流）
波形と同図（ｂ）に示したような駆動電圧（あるいは駆
動電流）波形を重畳させた状態の電圧（あるいは電流）
波形（同図（ｃ））を各変動手段に印加することで可能
となる。尚、この印加電圧（あるいは駆動電流）波形と
しては、図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したような
正弦波状の波形だけに限らず、前記測定電極を変動させ
るための波形（矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波
状、パルス波状等の周期的、あるいは非周期的に変動す
る波形）および前記測定電極の検出位置を異ならせるた
めの波形（正弦波状（図２６）、矩形波状（図２７）、
三角波状（図２８）、鋸波状（図２９）、台形波状（図
３０）等の周期的あるいは非周期的に変動する波形）に
従う印加電圧（あるいは印加電流）波形が適用可能であ
る。あるいは図２２（ａ）〜（ｉ）に示すように前記図
１１（ａ）〜（ｄ）の電極振動手段の組み合わせで、い
ずれか一方に前記図２１（ａ）に示したような駆動電圧
（あるいは駆動電流）波形を印加し、他方に前記図２１
（ｂ）に示したような駆動電圧（あるいは駆動電流）波
形を印加することにより、測定電極上で前記図３３のよ
うな変動波形を得ることも可能である。この場合、図２
２（ａ）〜（ｉ）で使用されている圧電材料の代わり
に、前記板状の圧電材料を貼り付けた音叉または振動片
を使用してもよい。
ために測定電極２を被測定体方向に周期的に変動させな
がら測定電極２の検出位置を変動させて、被測定体１と
測定電極２との間の距離を異ならせる手段としては、前
記図１１（ａ）〜（ｄ）で説明した電極振動手段に図２
１（ａ）に示したような駆動電圧（あるいは駆動電流）
波形と同図（ｂ）に示したような駆動電圧（あるいは駆
動電流）波形を重畳させた状態の電圧（あるいは電流）
波形（同図（ｃ））を各変動手段に印加することで可能
となる。尚、この印加電圧（あるいは駆動電流）波形と
しては、図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したような
正弦波状の波形だけに限らず、前記測定電極を変動させ
るための波形（矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波
状、パルス波状等の周期的、あるいは非周期的に変動す
る波形）および前記測定電極の検出位置を異ならせるた
めの波形（正弦波状（図２６）、矩形波状（図２７）、
三角波状（図２８）、鋸波状（図２９）、台形波状（図
３０）等の周期的あるいは非周期的に変動する波形）に
従う印加電圧（あるいは印加電流）波形が適用可能であ
る。あるいは図２２（ａ）〜（ｉ）に示すように前記図
１１（ａ）〜（ｄ）の電極振動手段の組み合わせで、い
ずれか一方に前記図２１（ａ）に示したような駆動電圧
（あるいは駆動電流）波形を印加し、他方に前記図２１
（ｂ）に示したような駆動電圧（あるいは駆動電流）波
形を印加することにより、測定電極上で前記図３３のよ
うな変動波形を得ることも可能である。この場合、図２
２（ａ）〜（ｉ）で使用されている圧電材料の代わり
に、前記板状の圧電材料を貼り付けた音叉または振動片
を使用してもよい。
【００８６】［実施例６］図３４は、本発明の第６の実
施例を示す１つの測定電極から出力値の異なる複数の出
力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する方
法に関する説明図であり、図は振動電極のみを利用する
振動容量型の場合の補正方法に関するものである。これ
は前記の２つ以上の出力信号を得る方法として、表面電
位を検出するために測定電極２を被測定体方向に周期的
に変動させ、その際、その変動の変化幅を異ならせて、
各々の変化幅に対応する出力信号から被測定体１の表面
電位を得る方法を示すものである。被測定体１の表面電
位の検出原理は前記図２（ａ）の場合と同様である。
尚、測定電極２の変動方法としては、図のような正弦波
状、あるいは矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波状、
パルス波状等の周期的、あるいは非周期的な変動を用い
ても表面電位の検出は可能である。図３４において、
今、測定電極２を被測定体１からＬだけ離した距離に配
置し、測定電極２を被測定体方向にΔＬ1 の変化幅で変
動させた時の出力信号をＶ1 ，ΔＬ2 の変化幅で変動さ
せた時の出力信号をＶ2 とすると、出力信号は測定電極
２の変動の変化幅にほぼ比例するため図２５のＶ1，Ｖ2
に対応するような出力値の異なる各々の信号が得られ
る。この場合、測定電極２の変動の変化幅を周期的ある
いは非周期的に変動させることにより、正弦波状（図２
６）、矩形波状（図２７）、三角波状（図２８）、鋸波
状（図２９）、台形波状（図３０）等に変動した異なる
出力値を有する信号を得ることができる。
施例を示す１つの測定電極から出力値の異なる複数の出
力信号を検出し、電位検出信号の出力変動を補正する方
法に関する説明図であり、図は振動電極のみを利用する
振動容量型の場合の補正方法に関するものである。これ
は前記の２つ以上の出力信号を得る方法として、表面電
位を検出するために測定電極２を被測定体方向に周期的
に変動させ、その際、その変動の変化幅を異ならせて、
各々の変化幅に対応する出力信号から被測定体１の表面
電位を得る方法を示すものである。被測定体１の表面電
位の検出原理は前記図２（ａ）の場合と同様である。
尚、測定電極２の変動方法としては、図のような正弦波
状、あるいは矩形波状、台形波状、三角波状、鋸波状、
パルス波状等の周期的、あるいは非周期的な変動を用い
ても表面電位の検出は可能である。図３４において、
今、測定電極２を被測定体１からＬだけ離した距離に配
置し、測定電極２を被測定体方向にΔＬ1 の変化幅で変
動させた時の出力信号をＶ1 ，ΔＬ2 の変化幅で変動さ
せた時の出力信号をＶ2 とすると、出力信号は測定電極
２の変動の変化幅にほぼ比例するため図２５のＶ1，Ｖ2
に対応するような出力値の異なる各々の信号が得られ
る。この場合、測定電極２の変動の変化幅を周期的ある
いは非周期的に変動させることにより、正弦波状（図２
６）、矩形波状（図２７）、三角波状（図２８）、鋸波
状（図２９）、台形波状（図３０）等に変動した異なる
出力値を有する信号を得ることができる。
【００８７】次に、以上のようにして得られた異なる出
力値Ｖ1，Ｖ2を用いて被測定体１の表面電位ＶS に依存
せずに測定距離Ｌを逆に一義的に求めることを行う。先
ず、振動容量型の場合、被測定体１と測定電極２との間
の静電容量Ｃ0 の変化率α0は、測定電極の変動の各変
化幅ΔＬ1，ΔＬ2に対して、 β1＝ΔＬ1／(Ｌ−ΔＬ1) (59) β2＝ΔＬ2／(Ｌ−ΔＬ2) (60) と表される。従って、各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力式は、
前記の(１)，(５)式及び(59)，(60)式を用いて、 Ｖ1＝Ａ0・β1・ω・Ｃ0・ＶS・cosωt ＝Ａ0・(ΔＬ1／(Ｌ−ΔＬ1))・ω・εair・(Ｓ／Ｌ)・ＶS・cosωt (61) Ｖ2＝Ａ0・β2・ω・Ｃ0・ＶS・cosωt ＝Ａ0・(ΔＬ2／(Ｌ−ΔＬ2))・ω・εair・(Ｓ／Ｌ)・ＶS・cosωt (62) と表される。表面電位ＶS に依存せずにＬを逆に一義的
に求めるためには、(61)，(62)式よりＶ1，Ｖ2の出力比
を求めればよい。例えば、出力比をＶ2／Ｖ1とした場
合、Ｖ2／Ｖ1は、 Ｖ2／Ｖ1＝ΔＬ2・(Ｌ−ΔＬ1)／[ΔＬ1・(Ｌ−ΔＬ2)]＝Ｆ(Ｌ) (63) となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)で表される。この
時、ＬとＶ2／Ｖ1との関係は図３５（ａ）のような関係
曲線で表され、出力比Ｖ2／Ｖ1を求めれば、表面電位Ｖ
S に依存せずにＬを一義的に求めることが可能となる。
あるいは、出力比をＶ1／Ｖ2とすれば、Ｖ1／Ｖ2は、 Ｖ1／Ｖ2＝ΔＬ1・(Ｌ−ΔＬ2)／[ΔＬ2・(Ｌ−ΔＬ1)]＝Ｆ(Ｌ) (64) となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)で表され、
ＬとＶ1／Ｖ2との関係は図３５（ｂ）のような関係曲線
で表される。従って、これも同様に出力比Ｖ1／Ｖ2 を
求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬを一義的に求め
ることが可能となる。
力値Ｖ1，Ｖ2を用いて被測定体１の表面電位ＶS に依存
せずに測定距離Ｌを逆に一義的に求めることを行う。先
ず、振動容量型の場合、被測定体１と測定電極２との間
の静電容量Ｃ0 の変化率α0は、測定電極の変動の各変
化幅ΔＬ1，ΔＬ2に対して、 β1＝ΔＬ1／(Ｌ−ΔＬ1) (59) β2＝ΔＬ2／(Ｌ−ΔＬ2) (60) と表される。従って、各出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力式は、
前記の(１)，(５)式及び(59)，(60)式を用いて、 Ｖ1＝Ａ0・β1・ω・Ｃ0・ＶS・cosωt ＝Ａ0・(ΔＬ1／(Ｌ−ΔＬ1))・ω・εair・(Ｓ／Ｌ)・ＶS・cosωt (61) Ｖ2＝Ａ0・β2・ω・Ｃ0・ＶS・cosωt ＝Ａ0・(ΔＬ2／(Ｌ−ΔＬ2))・ω・εair・(Ｓ／Ｌ)・ＶS・cosωt (62) と表される。表面電位ＶS に依存せずにＬを逆に一義的
に求めるためには、(61)，(62)式よりＶ1，Ｖ2の出力比
を求めればよい。例えば、出力比をＶ2／Ｖ1とした場
合、Ｖ2／Ｖ1は、 Ｖ2／Ｖ1＝ΔＬ2・(Ｌ−ΔＬ1)／[ΔＬ1・(Ｌ−ΔＬ2)]＝Ｆ(Ｌ) (63) となり、Ｌに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)で表される。この
時、ＬとＶ2／Ｖ1との関係は図３５（ａ）のような関係
曲線で表され、出力比Ｖ2／Ｖ1を求めれば、表面電位Ｖ
S に依存せずにＬを一義的に求めることが可能となる。
あるいは、出力比をＶ1／Ｖ2とすれば、Ｖ1／Ｖ2は、 Ｖ1／Ｖ2＝ΔＬ1・(Ｌ−ΔＬ2)／[ΔＬ2・(Ｌ−ΔＬ1)]＝Ｆ(Ｌ) (64) となり、同様にＬに関しての一次関数Ｆ(Ｌ)で表され、
ＬとＶ1／Ｖ2との関係は図３５（ｂ）のような関係曲線
で表される。従って、これも同様に出力比Ｖ1／Ｖ2 を
求めれば、表面電位ＶS に依存せずにＬを一義的に求め
ることが可能となる。
【００８８】このようにして一義的に求められたＬを利
用して、予め既知であるＶ1 あるいはＶ2 の出力値と測
定距離Ｌとの関係からＶ1 あるいはＶ2 の出力値を補正
し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値Ｖ1 あ
るいはＶ2 との関係から、前記補正されたＶ1 あるいは
Ｖ2 の出力値に対応する表面電位ＶS を求めることによ
り、被測定体の表面電位を正確に得ることが可能とな
る。また、あるいは得られたＬをＶ1 あるいはＶ2 の出
力式（(61)あるいは(62)式）に代入し、ＶS について求
めることにより、被測定体の表面電位を一義的に求める
ことも可能である。この実施例の場合も表面電位測定装
置を図３２のような構成とすることで、２つ以上の出力
信号から測定距離補正を行い、被測定体の表面電位に対
応して正確な出力信号を得ることが可能となる。
用して、予め既知であるＶ1 あるいはＶ2 の出力値と測
定距離Ｌとの関係からＶ1 あるいはＶ2 の出力値を補正
し、さらに予め既知である表面電位ＶS と出力値Ｖ1 あ
るいはＶ2 との関係から、前記補正されたＶ1 あるいは
Ｖ2 の出力値に対応する表面電位ＶS を求めることによ
り、被測定体の表面電位を正確に得ることが可能とな
る。また、あるいは得られたＬをＶ1 あるいはＶ2 の出
力式（(61)あるいは(62)式）に代入し、ＶS について求
めることにより、被測定体の表面電位を一義的に求める
ことも可能である。この実施例の場合も表面電位測定装
置を図３２のような構成とすることで、２つ以上の出力
信号から測定距離補正を行い、被測定体の表面電位に対
応して正確な出力信号を得ることが可能となる。
【００８９】また、図３４のように表面電位を検出する
ために測定電極２を被測定体方向に周期的に変動させ、
かつ、その変動の変化幅を異ならせる手段としては、前
記図１１（ａ）〜（ｄ）で説明した電極振動手段に図３
６（ａ）に示すような駆動電圧（あるいは駆動電流）の
大きさを異ならせた状態の電圧（あるいは電流）波形を
印加することにより可能となる。あるいは、図３６
（ｂ）に示すように駆動電圧（あるいは駆動電流）の大
きさは一定として、駆動電圧（あるいは駆動電流）波形
の周波数を異ならせた状態の電圧波形を印加することで
も可能である。あるいは、前記図３６（ａ），（ｂ）に
示した各駆動電圧（あるいは駆動電流）波形において、
駆動電圧（あるいは駆動電流）の大きさとその周波数と
を同時に異ならせた状態の電圧（あるいは電流）波形を
各変動手段に印加しても可能である。尚、この印加電圧
（あるいは印加電流）波形としては、図３６（ａ），
（ｂ）に示したような正弦波状の波形だけに限らず、前
記測定電極を変動させるための波形（矩形波状、台形波
状、三角波状、鋸波状、パルス波状等の周期的、あるい
は非周期的に変動する波形）及び前記測定電極の変動の
変化幅を異ならせるための波形（正弦波状（図２６）、
矩形波状（図２７）、三角波状（図２８）、鋸波状（図
２９）、台形波状（図３０）等の周期的あるいは非周期
的に変動する波形）に従う印加電圧（あるいは印加電
流）波形が適用可能である。
ために測定電極２を被測定体方向に周期的に変動させ、
かつ、その変動の変化幅を異ならせる手段としては、前
記図１１（ａ）〜（ｄ）で説明した電極振動手段に図３
６（ａ）に示すような駆動電圧（あるいは駆動電流）の
大きさを異ならせた状態の電圧（あるいは電流）波形を
印加することにより可能となる。あるいは、図３６
（ｂ）に示すように駆動電圧（あるいは駆動電流）の大
きさは一定として、駆動電圧（あるいは駆動電流）波形
の周波数を異ならせた状態の電圧波形を印加することで
も可能である。あるいは、前記図３６（ａ），（ｂ）に
示した各駆動電圧（あるいは駆動電流）波形において、
駆動電圧（あるいは駆動電流）の大きさとその周波数と
を同時に異ならせた状態の電圧（あるいは電流）波形を
各変動手段に印加しても可能である。尚、この印加電圧
（あるいは印加電流）波形としては、図３６（ａ），
（ｂ）に示したような正弦波状の波形だけに限らず、前
記測定電極を変動させるための波形（矩形波状、台形波
状、三角波状、鋸波状、パルス波状等の周期的、あるい
は非周期的に変動する波形）及び前記測定電極の変動の
変化幅を異ならせるための波形（正弦波状（図２６）、
矩形波状（図２７）、三角波状（図２８）、鋸波状（図
２９）、台形波状（図３０）等の周期的あるいは非周期
的に変動する波形）に従う印加電圧（あるいは印加電
流）波形が適用可能である。
【００９０】［実施例７］ここで、実施例２，３及び
５，６で記述した振動容量型の表面電位測定手段を採用
し、測定電極を振動させる電極振動手段としてボイスコ
イルを適用した場合の測定プローブ部の装置構成例を図
３７〜３９に示す。図３７は、ボイスコイル２３の電磁
コイル部にコイルボビン２６を利用して電磁コイル２４
を構成した場合を示し、図３８は、ボイスコイル２３の
電磁コイル部からコイルボビンをなくし、ソレノイドコ
イル２７の外側周辺に角柱状の永久磁石２８を配置した
場合を示し、さらに、図３９は、ボイスコイル２３の電
磁コイル部からコイルボビンをなくし、ソレノイドコイ
ル２７の外側周辺に板状あるいは円筒状の永久磁石２８
を配置した場合を示している。
５，６で記述した振動容量型の表面電位測定手段を採用
し、測定電極を振動させる電極振動手段としてボイスコ
イルを適用した場合の測定プローブ部の装置構成例を図
３７〜３９に示す。図３７は、ボイスコイル２３の電磁
コイル部にコイルボビン２６を利用して電磁コイル２４
を構成した場合を示し、図３８は、ボイスコイル２３の
電磁コイル部からコイルボビンをなくし、ソレノイドコ
イル２７の外側周辺に角柱状の永久磁石２８を配置した
場合を示し、さらに、図３９は、ボイスコイル２３の電
磁コイル部からコイルボビンをなくし、ソレノイドコイ
ル２７の外側周辺に板状あるいは円筒状の永久磁石２８
を配置した場合を示している。
【００９１】図３７，３８，３９の各構成例に示すよう
に、測定電極２は被測定体１から所定の間隔で配置さ
れ、測定電極２と被測定体１との間の静電容量を変化さ
せるために前記ボイスコイル２３を適用する。２枚の板
バネ２９の先端部分にボイスコイル２３の電磁コイル２
４又はソレノイドコイル２７を構成・配置し、その電磁
コイル２４又はソレノイドコイル２７側に測定電極２を
設置して電磁コイル２４又はソレノイドコイル２７を振
動させることにより測定電極２が振動される。その振動
に伴い測定電極２に誘起される電位の変化は測定電極２
と電気的に接続された電位信号検出部４で検出される。
前記測定電極２が設置されたボイスコイル２３と前記電
位信号検出部４とは開口部を有する電気的に遮蔽された
ケース（シールドケース）４３内に設置される。尚、前
記測定電極２は、前記シールドケース４３の開口部を通
して前記被測定体１に曝されるように配置される。
に、測定電極２は被測定体１から所定の間隔で配置さ
れ、測定電極２と被測定体１との間の静電容量を変化さ
せるために前記ボイスコイル２３を適用する。２枚の板
バネ２９の先端部分にボイスコイル２３の電磁コイル２
４又はソレノイドコイル２７を構成・配置し、その電磁
コイル２４又はソレノイドコイル２７側に測定電極２を
設置して電磁コイル２４又はソレノイドコイル２７を振
動させることにより測定電極２が振動される。その振動
に伴い測定電極２に誘起される電位の変化は測定電極２
と電気的に接続された電位信号検出部４で検出される。
前記測定電極２が設置されたボイスコイル２３と前記電
位信号検出部４とは開口部を有する電気的に遮蔽された
ケース（シールドケース）４３内に設置される。尚、前
記測定電極２は、前記シールドケース４３の開口部を通
して前記被測定体１に曝されるように配置される。
【００９２】本実施例の表面電位測定装置では、上記の
ような測定プローブ部の構成で、前記シールドケース４
３外部より駆動電圧（あるいは駆動電流）信号を前記ボ
イスコイル２３に印加して測定電極２を振動させ、前記
静電容量を変化させる。そして、その静電容量の変化に
伴い測定電極２に誘起される電位の変化を電位信号検出
部４で検出し、得られた電位検出信号を前記シールドケ
ース４３外部に取り出し、その信号を前記図５〜１０、
あるいは図１６〜２０、図３２に示したような構成の出
力検知手段と表面電位導出手段で信号処理を行うことに
より、電位検出信号の出力補正を行い、被測定体１の表
面電位に対応した正確な出力信号を得ることができる。
ような測定プローブ部の構成で、前記シールドケース４
３外部より駆動電圧（あるいは駆動電流）信号を前記ボ
イスコイル２３に印加して測定電極２を振動させ、前記
静電容量を変化させる。そして、その静電容量の変化に
伴い測定電極２に誘起される電位の変化を電位信号検出
部４で検出し、得られた電位検出信号を前記シールドケ
ース４３外部に取り出し、その信号を前記図５〜１０、
あるいは図１６〜２０、図３２に示したような構成の出
力検知手段と表面電位導出手段で信号処理を行うことに
より、電位検出信号の出力補正を行い、被測定体１の表
面電位に対応した正確な出力信号を得ることができる。
【００９３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、被測定体と測定電極との間の静電容量を変
化させる容量変化手段と、被測定体の表面電位に対応し
て誘起され静電容量の変化に伴い変化する測定電極の電
位を検出する電位検出手段と、該電位検出手段により検
出された検出信号から少なくとも２つ以上の信号を検知
する出力検知手段と、該出力検知手段から出力された信
号から該検出信号の出力値を補正することにより被測定
体の表面電位を導き出す表面電位導出手段とを備えてい
るので、簡易な構成でかつ安価に正確な表面電位が導出
され、被測定体の表面電位を高精度に測定できる表面電
位測定装置が提供される。
明によれば、被測定体と測定電極との間の静電容量を変
化させる容量変化手段と、被測定体の表面電位に対応し
て誘起され静電容量の変化に伴い変化する測定電極の電
位を検出する電位検出手段と、該電位検出手段により検
出された検出信号から少なくとも２つ以上の信号を検知
する出力検知手段と、該出力検知手段から出力された信
号から該検出信号の出力値を補正することにより被測定
体の表面電位を導き出す表面電位導出手段とを備えてい
るので、簡易な構成でかつ安価に正確な表面電位が導出
され、被測定体の表面電位を高精度に測定できる表面電
位測定装置が提供される。
【００９４】 請求項２記載の発明によれば、被測定体
と測定電極との間の静電容量を変化させる容量変化手段
と、被測定体の表面電位に対応して誘起され静電容量の
変化に伴い変化する測定電極の電位を検出する電位検出
手段と、該電位検出手段により検出された検出信号から
少なくとも周波数の異なる２つ以上の信号を検知する出
力検知手段と、該出力検知手段から出力された信号から
該検出信号の出力値を補正することにより被測定体の表
面電位を導き出す表面電位導出手段とを備えているの
で、簡易な構成でかつ安価に正確な表面電位が導出さ
れ、被測定体の表面電位を高精度に測定できる表面電位
測定装置が提供される。
と測定電極との間の静電容量を変化させる容量変化手段
と、被測定体の表面電位に対応して誘起され静電容量の
変化に伴い変化する測定電極の電位を検出する電位検出
手段と、該電位検出手段により検出された検出信号から
少なくとも周波数の異なる２つ以上の信号を検知する出
力検知手段と、該出力検知手段から出力された信号から
該検出信号の出力値を補正することにより被測定体の表
面電位を導き出す表面電位導出手段とを備えているの
で、簡易な構成でかつ安価に正確な表面電位が導出さ
れ、被測定体の表面電位を高精度に測定できる表面電位
測定装置が提供される。
【００９５】請求項３記載の発明によれば、容量変化手
段に、測定電極の前方に配設され、測定電極に入射する
被測定体からの電気力線の一部を遮蔽することが可能な
電極と、測定電極とを異なる周波数で同時に振動させる
電極振動手段を設け、該電極振動手段により異なる周波
数で被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、
前記出力検知手段が、前記電位検出手段による検出信号
から周波数の異なる２つ以上の出力信号を検知するよう
に構成しているので、被測定体と測定電極との間の静電
容量を簡易な構成でかつ安価に変化させ、測定電極の電
位検出信号から容易に周波数の異なる２つ以上の出力信
号を検知することができ、簡易な手段でかつ正確な表面
電位が導出され、被測定体の表面電位を高精度に測定で
きる表面電位測定装置が提供される。
段に、測定電極の前方に配設され、測定電極に入射する
被測定体からの電気力線の一部を遮蔽することが可能な
電極と、測定電極とを異なる周波数で同時に振動させる
電極振動手段を設け、該電極振動手段により異なる周波
数で被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、
前記出力検知手段が、前記電位検出手段による検出信号
から周波数の異なる２つ以上の出力信号を検知するよう
に構成しているので、被測定体と測定電極との間の静電
容量を簡易な構成でかつ安価に変化させ、測定電極の電
位検出信号から容易に周波数の異なる２つ以上の出力信
号を検知することができ、簡易な手段でかつ正確な表面
電位が導出され、被測定体の表面電位を高精度に測定で
きる表面電位測定装置が提供される。
【００９６】請求項４記載の発明によれば、容量変化手
段に、測定電極を異なる複数の周波数で振動させる電極
振動手段を設け、該電極振動手段により異なる周波数で
被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、出力
検知手段が、電位検出手段による電位検出信号から周波
数の異なる２つ以上の出力信号を検知するように構成し
ているので、被測定体と測定電極との間の静電容量を簡
易な構成でかつ安価に変化させ、測定電極の電位検出信
号から測定電極のみで容易に周波数の異なる２つ以上の
出力信号を検知することができ、簡易な手段でかつ正確
な表面電位が導出され、被測定体の表面電位を高精度に
測定できる表面電位測定装置が提供される。
段に、測定電極を異なる複数の周波数で振動させる電極
振動手段を設け、該電極振動手段により異なる周波数で
被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、出力
検知手段が、電位検出手段による電位検出信号から周波
数の異なる２つ以上の出力信号を検知するように構成し
ているので、被測定体と測定電極との間の静電容量を簡
易な構成でかつ安価に変化させ、測定電極の電位検出信
号から測定電極のみで容易に周波数の異なる２つ以上の
出力信号を検知することができ、簡易な手段でかつ正確
な表面電位が導出され、被測定体の表面電位を高精度に
測定できる表面電位測定装置が提供される。
【００９７】請求項５記載の発明によれば、容量変化手
段に、測定電極を単一な周波数で大きく振動させ、測定
電極の電位検出信号に複数の周波数成分を生じさせる電
極振動手段を設け、該電極振動手段により被測定体と測
定電極との間の静電容量を変化させ、出力検知手段が、
電位検出手段による電位検出信号から周波数の異なる２
つ以上の出力信号を検知するように構成しているので、
被測定体と測定電極との間の静電容量を簡易な構成でか
つ安価に変化させ、測定電極の電位検出信号から測定電
極を異なる複数の周波数で振動させずに測定電極のみで
容易に周波数の異なる２つ以上の出力信号を検知するこ
とができ、簡易な手段でかつ正確な表面電位が導出さ
れ、被測定体の表面電位を高精度に測定できる表面電位
測定装置が提供される。
段に、測定電極を単一な周波数で大きく振動させ、測定
電極の電位検出信号に複数の周波数成分を生じさせる電
極振動手段を設け、該電極振動手段により被測定体と測
定電極との間の静電容量を変化させ、出力検知手段が、
電位検出手段による電位検出信号から周波数の異なる２
つ以上の出力信号を検知するように構成しているので、
被測定体と測定電極との間の静電容量を簡易な構成でか
つ安価に変化させ、測定電極の電位検出信号から測定電
極を異なる複数の周波数で振動させずに測定電極のみで
容易に周波数の異なる２つ以上の出力信号を検知するこ
とができ、簡易な手段でかつ正確な表面電位が導出さ
れ、被測定体の表面電位を高精度に測定できる表面電位
測定装置が提供される。
【００９８】請求項６記載の発明によれば、測定電極の
前方に配設され、測定電極に入射する被測定体からの電
気力線の一部を遮蔽することが可能な電極と、測定電極
とを異なる周波数で同時に振動させて、出力検知手段に
より、各周波数成分を出力信号として検知する方法とし
て、測定電極の電位検出信号から２次以降の周波数成分
を無視し、１次の周波数成分のみを出力信号として検知
し、利用する構成としたので、測定電極の電位検出信号
から周波数の異なる２つ以上の出力信号を十分なＳＮ比
でもって効率良く検知することができ、被測定体の表面
電位を高精度に測定できる表面電位測定装置が提供され
る。
前方に配設され、測定電極に入射する被測定体からの電
気力線の一部を遮蔽することが可能な電極と、測定電極
とを異なる周波数で同時に振動させて、出力検知手段に
より、各周波数成分を出力信号として検知する方法とし
て、測定電極の電位検出信号から２次以降の周波数成分
を無視し、１次の周波数成分のみを出力信号として検知
し、利用する構成としたので、測定電極の電位検出信号
から周波数の異なる２つ以上の出力信号を十分なＳＮ比
でもって効率良く検知することができ、被測定体の表面
電位を高精度に測定できる表面電位測定装置が提供され
る。
【００９９】請求項７記載の発明によれば、測定電極を
異なる複数の周波数で振動させ、あるいは前記測定電極
を単一な周波数で大きく振動させ、測定電極の電位検出
信号に複数の周波数成分を生じさせて、出力検知手段に
より、その各周波数成分を出力信号として検知する方法
として、測定電極の電位検出信号から３次以降の周波数
成分を無視し、１次、２次の周波数成分を出力信号とし
て検知し、利用する構成としたので、測定電極の電位検
出信号から周波数の異なる２つ以上の出力信号を十分な
ＳＮ比でもって効率良く検知することができ、被測定体
の表面電位を高精度に測定できる表面電位測定装置が提
供される。
異なる複数の周波数で振動させ、あるいは前記測定電極
を単一な周波数で大きく振動させ、測定電極の電位検出
信号に複数の周波数成分を生じさせて、出力検知手段に
より、その各周波数成分を出力信号として検知する方法
として、測定電極の電位検出信号から３次以降の周波数
成分を無視し、１次、２次の周波数成分を出力信号とし
て検知し、利用する構成としたので、測定電極の電位検
出信号から周波数の異なる２つ以上の出力信号を十分な
ＳＮ比でもって効率良く検知することができ、被測定体
の表面電位を高精度に測定できる表面電位測定装置が提
供される。
【０１００】請求項８記載の発明によれば、電極振動手
段に、ボイスコイルを適用し、該ボイスコイルを駆動し
て被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、出
力検知手段が、電位検出手段による電位検出信号から周
波数の異なる２つ以上の出力信号を検知するように構成
しているので、被測定体と測定電極との間の静電容量を
簡易な構成でかつ安価に変化させ、測定電極の電位検出
信号から十分なＳＮ比でもって効率良く周波数の異なる
２つ以上の出力信号を検知することができ、簡易な手段
でかつ正確な表面電位が導出され、被測定体の表面電位
を高精度に測定できる表面電位測定装置が提供される。
段に、ボイスコイルを適用し、該ボイスコイルを駆動し
て被測定体と測定電極との間の静電容量を変化させ、出
力検知手段が、電位検出手段による電位検出信号から周
波数の異なる２つ以上の出力信号を検知するように構成
しているので、被測定体と測定電極との間の静電容量を
簡易な構成でかつ安価に変化させ、測定電極の電位検出
信号から十分なＳＮ比でもって効率良く周波数の異なる
２つ以上の出力信号を検知することができ、簡易な手段
でかつ正確な表面電位が導出され、被測定体の表面電位
を高精度に測定できる表面電位測定装置が提供される。
【図１】本発明による表面電位測定装置の構成例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】従来の表面電位測定装置の構成例を示す図であ
り、（ａ）がチョッパ型、（ｂ）が振動容量型の表面電
位測定装置の構成例を示すブロック図である。
り、（ａ）がチョッパ型、（ｂ）が振動容量型の表面電
位測定装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す１つの測定電極か
ら周波数の異なる複数の出力信号を検出し、電位出力信
号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
ら周波数の異なる複数の出力信号を検出し、電位出力信
号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
【図４】被測定体と測定電極との間の測定距離Ｌと周波
数の異なる出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力比との関係を示す図
であって、（ａ）は測定距離Ｌと出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|と
の関係を示す図、（ｂ）は測定距離Ｌと出力比|Ｖ1|／|
Ｖ2|との関係を示す図である。
数の異なる出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力比との関係を示す図
であって、（ａ）は測定距離Ｌと出力比|Ｖ2|／|Ｖ1|と
の関係を示す図、（ｂ）は測定距離Ｌと出力比|Ｖ1|／|
Ｖ2|との関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例における表面電位測定装
置の構成例を示すブロック図である。
置の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施例における表面電位測定装
置の別の構成例を示すブロック図である。
置の別の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施例における表面電位測定装
置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施例における表面電位測定装
置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施例における表面電位測定装
置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第１の実施例における表面電位測定
装置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
装置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、異なる周波数で被測定体
と測定電極との間の静電容量を変化させる手段として、
測定電極（あるいはチョッパ電極）を異なる周波数で振
動させる電極振動手段の構成例を示す図である。
と測定電極との間の静電容量を変化させる手段として、
測定電極（あるいはチョッパ電極）を異なる周波数で振
動させる電極振動手段の構成例を示す図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、図１１に示す電極振動手
段に用いられる圧電アクチュエータの構成例を示す図で
ある。
段に用いられる圧電アクチュエータの構成例を示す図で
ある。
【図１３】（ａ）〜（ｆ）は、電極振動手段の別の例を
それぞれ示す図であって、ボイスコイルを用いてチョッ
パ電極を振動させる場合の電極振動手段の構成例を示す
図である。
それぞれ示す図であって、ボイスコイルを用いてチョッ
パ電極を振動させる場合の電極振動手段の構成例を示す
図である。
【図１４】（ａ）〜（ｆ）は、電極振動手段のさらに別
の例をそれぞれ示す図であって、ボイスコイルを用いて
測定電極を振動させる場合の電極振動手段の構成例を示
す図である。
の例をそれぞれ示す図であって、ボイスコイルを用いて
測定電極を振動させる場合の電極振動手段の構成例を示
す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例を示す１つの測定電極
から周波数の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
から周波数の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
【図１６】本発明の第２の実施例における表面電位測定
装置の構成例を示すブロック図である。
装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第２の実施例における表面電位測定
装置の別の構成例を示すブロック図である。
装置の別の構成例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第２の実施例における表面電位測定
装置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
装置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第２の実施例における表面電位測定
装置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
装置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第２の実施例における表面電位測定
装置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
装置のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図２１】測定電極を異なる周波数で振動させる手段と
して単体の電極振動手段あるいは複数の電極振動手段を
組み合わせて利用する場合に、電極振動手段の駆動源
（圧電アクチュエータ、電磁コイル、ボイスコイル等）
に印加される駆動電圧（あるいは駆動電流）波形の説明
図である。
して単体の電極振動手段あるいは複数の電極振動手段を
組み合わせて利用する場合に、電極振動手段の駆動源
（圧電アクチュエータ、電磁コイル、ボイスコイル等）
に印加される駆動電圧（あるいは駆動電流）波形の説明
図である。
【図２２】（ａ）〜（ｉ）はそれぞれ図１１（ａ）〜
（ｃ）に示した電極振動手段を組み合わせて構成した電
極振動手段の構成例を示す図である。
（ｃ）に示した電極振動手段を組み合わせて構成した電
極振動手段の構成例を示す図である。
【図２３】本発明の第３の実施例を示す１つの測定電極
から周波数の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
から周波数の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
【図２４】本発明の第４の実施例を示す１つの測定電極
から出力値の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
から出力値の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
【図２５】被測定体と測定電極との間の距離（測定距
離）が変動した場合の出力値の異なる各出力信号の例を
示す図である。
離）が変動した場合の出力値の異なる各出力信号の例を
示す図である。
【図２６】被測定体と測定電極との間の距離（測定距
離）が正弦波状に変動した場合に得られる異なる出力値
を有する信号の例を示す図である。
離）が正弦波状に変動した場合に得られる異なる出力値
を有する信号の例を示す図である。
【図２７】被測定体と測定電極との間の距離（測定距
離）が矩形波状に変動した場合に得られる異なる出力値
を有する信号の例を示す図である。
離）が矩形波状に変動した場合に得られる異なる出力値
を有する信号の例を示す図である。
【図２８】被測定体と測定電極との間の距離（測定距
離）が三角波状に変動した場合に得られる異なる出力値
を有する信号の例を示す図である。
離）が三角波状に変動した場合に得られる異なる出力値
を有する信号の例を示す図である。
【図２９】被測定体と測定電極との間の距離（測定距
離）が鋸波状に変動した場合に得られる異なる出力値を
有する信号の例を示す図である。
離）が鋸波状に変動した場合に得られる異なる出力値を
有する信号の例を示す図である。
【図３０】被測定体と測定電極との間の距離（測定距
離）が台形波状に変動した場合に得られる異なる出力値
を有する信号の例を示す図である。
離）が台形波状に変動した場合に得られる異なる出力値
を有する信号の例を示す図である。
【図３１】被測定体と測定電極との間の距離を変動させ
た場合の、被測定体と測定電極との間の測定距離Ｌ1 と
出力値の異なる出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力比との関係を示
す図であって、（ａ）は測定距離Ｌ1 と出力比Ｖ2／Ｖ1
との関係を示す図、（ｂ）は測定距離Ｌ1 と出力比Ｖ1
／Ｖ2との関係を示す図である。
た場合の、被測定体と測定電極との間の測定距離Ｌ1 と
出力値の異なる出力信号Ｖ1，Ｖ2の出力比との関係を示
す図であって、（ａ）は測定距離Ｌ1 と出力比Ｖ2／Ｖ1
との関係を示す図、（ｂ）は測定距離Ｌ1 と出力比Ｖ1
／Ｖ2との関係を示す図である。
【図３２】本発明の第４の実施例における表面電位測定
装置の構成例を示すブロック図である。
装置の構成例を示すブロック図である。
【図３３】本発明の第５の実施例を示す１つの測定電極
から出力値の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
から出力値の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
【図３４】本発明の第６の実施例を示す１つの測定電極
から出力値の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
から出力値の異なる複数の出力信号を検出し、電位検出
信号の出力変動を補正する方法に関する説明図である。
【図３５】被測定体と測定電極との間の距離を変動させ
その変動の変化幅を異ならせた場合の、被測定体と測定
電極との間の測定距離Ｌと出力値の異なる出力信号
Ｖ1，Ｖ2の出力比との関係を示す図であって、（ａ）は
測定距離Ｌと出力比Ｖ2／Ｖ1との関係を示す図、（ｂ）
は測定距離Ｌと出力比Ｖ1／Ｖ2との関係を示す図であ
る。
その変動の変化幅を異ならせた場合の、被測定体と測定
電極との間の測定距離Ｌと出力値の異なる出力信号
Ｖ1，Ｖ2の出力比との関係を示す図であって、（ａ）は
測定距離Ｌと出力比Ｖ2／Ｖ1との関係を示す図、（ｂ）
は測定距離Ｌと出力比Ｖ1／Ｖ2との関係を示す図であ
る。
【図３６】（ａ），（ｂ）は、測定電極を被測定体方向
に周期的に変動させ、その変動の変化幅を異ならせる手
段として電極振動手段の駆動源に印加される駆動電圧
（あるいは駆動電流）波形の例をそれぞれ示す図であ
る。
に周期的に変動させ、その変動の変化幅を異ならせる手
段として電極振動手段の駆動源に印加される駆動電圧
（あるいは駆動電流）波形の例をそれぞれ示す図であ
る。
【図３７】本発明の第７の実施例を示す図であって、振
動容量型の表面電位測定手段を採用し、測定電極を振動
させる電極振動手段としてボイスコイルを適用した場合
の表面電位測定装置の測定プローブ部の構成例を示す図
である。
動容量型の表面電位測定手段を採用し、測定電極を振動
させる電極振動手段としてボイスコイルを適用した場合
の表面電位測定装置の測定プローブ部の構成例を示す図
である。
【図３８】本発明の第７の実施例を示す図であって、振
動容量型の表面電位測定手段を採用し、測定電極を振動
させる電極振動手段としてボイスコイルを適用した場合
の表面電位測定装置の測定プローブ部の別の構成例を示
す図であって、（ａ）は測定プローブ部の側面図、
（ｂ）は上面図である。
動容量型の表面電位測定手段を採用し、測定電極を振動
させる電極振動手段としてボイスコイルを適用した場合
の表面電位測定装置の測定プローブ部の別の構成例を示
す図であって、（ａ）は測定プローブ部の側面図、
（ｂ）は上面図である。
【図３９】本発明の第７の実施例を示す図であって、振
動容量型の表面電位測定手段を採用し、測定電極を振動
させる電極振動手段としてボイスコイルを適用した場合
の表面電位測定装置の測定プローブ部のさらに別の構成
例を示す図であって、（ａ）は測定プローブ部の側面
図、（ｂ）は上面図である。
動容量型の表面電位測定手段を採用し、測定電極を振動
させる電極振動手段としてボイスコイルを適用した場合
の表面電位測定装置の測定プローブ部のさらに別の構成
例を示す図であって、（ａ）は測定プローブ部の側面
図、（ｂ）は上面図である。
１：被測定体
２：測定電極
３：チョッパ電極３
４：電位信号検出部
５：信号増幅部
６：出力検知手段
６ａ，６ｂ，６ｃ：出力信号検出部
７〜１９，３１〜４１，４２：表面電位導出手段
２０：圧電アクチュエータ
２１，２４：電磁コイル
２２：磁石
２６：コイルボビン
２３：ボイスコイル
２５：梁状バネ
２７：ソレノイドコイル
２８：永久磁石
２９：板バネ
４３：シールドケース
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 29/12
G01R 29/24
Claims (8)
- 【請求項１】被測定体から所定間隔を隔てた位置に該被
測定体と電気的に独立した一つの測定電極を配設し、該
測定電極により被測定体の表面電位を測定する表面電位
測定装置であって、前記被測定体と測定電極との間の静
電容量を変化させる容量変化手段と、被測定体の表面電
位に対応して誘起され静電容量の変化に伴い変化する測
定電極の電位を検出する電位検出手段と、該電位検出手
段により検出された検出信号から少なくとも２つ以上の
信号を検知する出力検知手段と、該出力検知手段から出
力された信号から該検出信号の出力値を補正することに
より被測定体の表面電位を導き出す表面電位導出手段と
を備えたことを特徴とする表面電位測定装置。 - 【請求項２】被測定体から所定間隔を隔てた位置に該被
測定体と電気的に独立した一つの測定電極を配設し、該
測定電極により被測定体の表面電位を測定する表面電位
測定装置であって、前記被測定体と測定電極との間の静
電容量を変化させる容量変化手段と、被測定体の表面電
位に対応して誘起され静電容量の変化に伴い変化する測
定電極の電位を検出する電位検出手段と、該電位検出手
段により検出された検出信号から少なくとも周波数の異
なる２つ以上の信号を検知する出力検知手段と、該出力
検知手段から出力された信号から該検出信号の出力値を
補正することにより被測定体の表面電位を導き出す表面
電位導出手段とを備えたことを特徴とする表面電位測定
装置。 - 【請求項３】前記容量変化手段に、前記測定電極の前方
に配設され、測定電極に入射する被測定体からの電気力
線の一部を遮蔽することが可能な電極と、測定電極とを
異なる周波数で同時に振動させる電極振動手段を設け、
該電極振動手段により異なる周波数で被測定体と測定電
極との間の静電容量を変化させ、前記出力検知手段が、
前記電位検出手段による検出信号から周波数の異なる２
つ以上の出力信号を検知することを特徴とする請求項２
記載の表面電位測定装置。 - 【請求項４】前記容量変化手段に、前記測定電極を異な
る複数の周波数で振動させる電極振動手段を設け、該電
極振動手段により異なる周波数で被測定体と測定電極と
の間の静電容量を変化させ、前記出力検知手段が、前記
電位検出手段による検出信号から周波数の異なる２つ以
上の出力信号を検知することを特徴とする請求項２記載
の表面電位測定装置。 - 【請求項５】前記容量変化手段に、前記測定電極を単一
な周波数で大きく振動させ、前記検出信号に複数の周波
数成分を生じさせる電極振動手段を設け、該電極振動手
段により被測定体と測定電極との間の静電容量を変化さ
せ、前記出力検知手段が、前記電位検出手段による検出
信号から周波数の異なる２つ以上の出力信号を検知する
ことを特徴とする請求項２記載の表面電位測定装置。 - 【請求項６】前記測定電極の前方に配設され、測定電極
に入射する被測定体からの電気力線の一部を遮蔽するこ
とが可能な電極と、測定電極とを異なる周波数で同時に
振動させて、前記出力検知手段により、各周波数成分を
出力信号として検知する方法として、前記測定電極の電
位検出信号から２次以降の周波数成分を無視し、１次の
周波数成分のみを出力信号として検知し、利用すること
を特徴とする請求項３記載の表面電位測定装置。 - 【請求項７】前記測定電極を異なる複数の周波数で振動
させ、あるいは前記測定電極を単一な周波数で大きく振
動させ、前記検出信号に複数の周波数成分を生じさせ
て、前記出力検知手段により、その各周波数成分を出力
信号として検知する方法として、前記測定電極の電位検
出信号から３次以降の周波数成分を無視し、１次、２次
の周波数成分を出力信号として検知し、利用することを
特徴とする請求項４または５記載の表面電位測定装置。 - 【請求項８】前記電極振動手段に、ボイスコイルを適用
し、該ボイスコイルを駆動して前記静電容量を変化さ
せ、前記出力検知手段が、前記電位検出手段による検出
信号から周波数の異なる２つ以上の出力信号を検知する
ことを特徴とする請求項３，４または５に記載の表面電
位測定装置。
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