JPS62113072A - 表面電位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、被測定表面と検知電極間の距離の変動に基
づく出力変動を低減し得る手段を備えた表面電位検出装
置に関り′る。

［従来の技術］ 非接触に被測定表面の電位を検出する装置としては、チ
ョッパ式のものあるいＧ、を振動室吊型のものなどが周
知である。しかしながら、いずれの形式の検出装置にお
いても、被測定表面と検知電極との間の距離の変動によ
り、出力が変化することを避けることはできなかった。

これは、いずれも被測定表面と検知電極との間の容量結
合により検知電極上に誘起される電荷の変動に基づき、
その表面電位を検出するものだからである。

そこで、従来より、検知電極の近傍に補正用の電極を設
け、補止用電極から得られる出力をフィードバックし距
離依存性を減少させ８試みや、あるいは特開［１５６−
４０６２号に開示されているようにチ日ツバ型の表面電
位検出装ｄのチ」ツバに検知電極の出力をフィードバッ
クし、距離依存性を減少させるものが提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述の距離依存性を減少させる構成′Ｃ
″【よ、補１「回路の構成が複雑となっており、また高
電圧の信号を帰還させるため絶縁が回動であるとい゛う
問題があった。のみならず、表面電位検出装置自体も大
型となり、したがって組み込む１ｊ３１　：’ＡｊにＩ
Ｒ付ススペースさほどない場合、たとえば複写機の感光
ドラム周辺に実装する場合などで（ま、現実に（５Ｌ取
付けが困難であるという問題もあった。

Ｊ、−）で、この発明の目的は、比較的簡単な構成で、
検知電極と被測定表面との間の距離の変動に基づく出力
変動を効果的に低減し得る４Ｍ造を備えｔｓ表面電位検
出装置を提供することにある。

Ｅ問題点を解決するだめの手段」 この発明の表面電位検出波ｄでは、検知電極として第１
および第２の検知電極を備え、この第１および第２の検
知電極は、測定表面との間の距離がｙＩｉなるようにず
らされて設けられている。そして、この第１および第２
の検知電極上に誘起された電荷に基づく出力の比をとり
、該比に基づきいずれかの検知電極に基づく出力を補正
することにより、検知電極と被測定表面との間の距離の
変ＩＪ＋に基づく出力変動分を補正するものＣ゛ある。

このように、第１および第２の検知電極に基づく出力の
比を利用することにより被測定表面と検知電極との間の
距離依存性を低減し冑るの１よ、侵）ホづる式（７）お
よび（８）で示すように、該出力比が被測定表面と検知
電極との間の距離のみの関数となるからである。

一１二述の補正を行なうために、この発明の表面電位検
出装置は、第１および第２の検知＠極トに誘起された電
荷を電圧信号として取出す第１および第２の検出手段と
、この第１および第２の検出手段の出力の比をとり、該
比に基づき第１または第２の検出手段の出力を補ｉＥ？
ｌる補１１冊手段とを備える。

［この発明の表面電位検出装置におｔ−ｊる補正原理］
今、第２図に示す撮動容量型の表面電位検出装置を例に
とり、その出力を考えてみることにすると、被測定表面
１と検知電極２との間の距離がｄＯ１検知電極２の振幅
が２Δｄ１被測定表面１ど検知電極２どの間の距離がｄ
ｏの場合の両者間の古川がＣｏであり、被測定表面１の
電位がぬい、Δｄｓｔｎω１により抵抗３の両端に発生
する電圧ＶＯＵＴ１式（１）で表わされる。

ＶＯＵＴ＝ＣＯ会Ｖｚｙ−Ｒ”α−ω−ｃｏｓωｔ／（
１＋αｓｉｎωｔ）２　・−１１）他ｈ１この発明の表
面電位検出装置では、第３図に示１゛ように、第１およ
び第２の検知電極１１゜１２が、距ＩＮｆｏだけずらさ
れて配置されており、したがつ゛Ｃ被測定表面１３と、
それぞれ、ｄ、。

ｄ２ど異なる距離を隔てるように配置されることになる
。よって、第１の検知電極１１と第２の検　・短電極１
２とが、同位相で駆動される場合、各検知電ＶｉＡ１１
．１２に基づく出力は、式（２）および（３）　Ｆ表わ
される。

Ｖｏ　　　ｕｔ　　　Ｉ　　−Ｃ＋　　　ｏ　　　−Ｖ
ｚｙ　　・　　Ｒ、・　　α　１　　・　ω　・ｃｏｓ
　ｕｔ　／　（１＋ａ、　ｓｉｎ　（Ｉ）ｔ　）　２・
・・（２） ＶＯＵＴ２＝　　　（Ｃｚｏ　　Ｖ＆ｖ　　−Ｒ２・　
α２　・　ω　・ｃｏｓ　　ｕｔ　　／　　（１＋ｃｘ
２ｓｉｎ　　ｕｔ　　）　　２・・・　（３） 上記ＶＱＵＴＩおよびＶ。ｌＪ丁２を整流すると、交流
から直流への変換率をβとすれば、整流出力ＩｖｏＵＴ
１は、式（４）および（５）で表わされる。

ｌ　Ｖｏ　Ｕ　Ｔ　＋　　ｌ　＝ＣＩ　ｏ　ＶＬｃｖＲ
＋　α、ωβ。

・・・（４） ｌ　Ｖｏ　ｕ　Ｔ　２　１　＝Ｇ２ｏ　ＶにｙＲ２α２
ωβ２・・・（５） ＩＶＯＵＴｌ　１および１ＶＯＵ丁２１の比γをとると
、該γは式（６）で表わされる。

＝　Ｃ，ｐ、Ｒ，ｂｔｌ、（ｄ−／〆ｔ　）　　　　−
（６）但し、Ｃｙ　−Ｃ＋　ｏ　／Ｃ２ｏ　、　Ｒｙ　
−Ｒ＋　／Ｒ２Ｂｙ　−Ｂ　＋　　／　Ｂ　２　、Δｄ
１−Δｄ＋／Δｄ２静電容吊と検知電極の表面積との間
には、Ｃ＝εＳ／〆の関係があるので、式（６）におＩ
ｊるＣ１はＳ、・−８＋　／　Ｓ　２に変換覆ることが
できる。

また、（１，−・（１、十ｇであるから、式（６）は、
次の式（７）で表わすことができる。

・・・（７） 式（７）から明らかなように、γずなわら第１の検知電
極１１および第２の検知電極１２の出力の１１；（よ、
検知電極１１と検知電極１２が同一振動手段−１に形成
され−Ｃいる場合は、Δｄ、が常に一定どなるので、’
ｌのみの関数となり、したがってｄ、の弯ｖ）によるγ
の変化は次の式（８）で表わすことがｅきる。

・・・（８） １＝３ホの式（７）および〈８）から明らかなように、
比γは、各検知電極１１．１２の振幅や被測定表面３の
電位の変化に影響されずに求めることができ、かつ被測
定表面３と検知電極１１．１２間の距離（上述の式（７
）で番よ第１の検知電極１１どの間の距１）の関数とな
ることがわかる。したがって、被測定表面との距離にの
み依存するγを用いれば、検知電極と被測定表面との間
の距離に依存しない検出出力の得られることがわかる。

［実施例の説明］ 第１図は、上述した補正原理に基づいて構成したこの発
明の一実施例の表面電位検出装置を示す概略ブロック図
である。

第１の検知電極１１および第２の検知電極１２は、第１
図では同列に図示されているが、実際には、第２図に示
したように、距１１１（＋ずらされて配置されている。

各検知電極１１．１２には、それぞれ、Ｍ準電位（この
実施例ではグラウンド電位）との間に電流−電圧変換用
抵抗２１．２２が接続されている。この抵抗２１．２２
は、　検知電極１１．１２の表面上に誘起される電荷を
電圧として取出すための第１および第２の検出手段の一
部を構成している。この検出手段は、第１検知電極１１
側においては、抵抗２１のほか、その後段に接続される
インピーダンス変換回路２３．バンドパスフィルタ／増
幅回路２５および整流・平滑・増幅回＋Ｍ２７を含む。

同様に、第２の検知電極１２側においても、抵抗２２の
後段に、順次、インピーダンス変換回路２４．バンドパ
スフィルタ／増幅回路２６および整流・平滑・増幅回路
２８が接続されている。

ここまでの構成は、各検知電極１１．１２の個々につい
てみれば、従来の振動容ｗ型の表面電位検出装置と同様
のものである。

この実施例の表面電位検出装置では、第１の検知Ｎ極１
１に基づく出力を測定出力とするために、一方の整流・
平滑・増幅回路２７の出力側に増幅回路２く）が接続さ
れている。また、上述した補正原理に基づき補正を行な
うための補正手段として、割算／　Ｉｎ　ｎ回路３１お
よび減算・増幅回路３２が各整流・平滑・増幅回路２７
．２８の後段に接続されている。すなわち、一方の整流
・平滑・増幅回路２７０出力Ｖ１は、分割され、増幅回
路２９のほか割算／掛粋回路３１にも与えられる。また
。

割算／掛算回路３１には他方の整流・平滑・増幅回路２
８の出力Ｖ２すなわち第２の検知電極１２に由来する出
力が与えられる。υ１粋／掛紳回路３３１は、この両整
流・平滑・増幅回路２７．２８より与えられた出力Ｖｌ
、Ｖ２の比をとり、かつ増幅回路２９より与えられた出
力Ｖ、を掛は合わせ、Ｖ４””Ｖ＋　／Ｖ２　ｘＶａを
出力する。そして、この補正出力ｖ４が減算・増幅回路
３２に与えられる。減算・増幅回路３２には、増幅回路
２９の出力Ｖ、も与えられる。減算・増幅回路３２は、
測定出力Ｖ、から、補正出力ｖ４を減算し、かつ増幅し
、出力端子３３に距離変動分に依存しない測定出力を与
える。

なお、第１の検知電極１１および第２の検知電極１２は
、たとえば圧電音叉等の振動体に固定的に設けられるも
のであり、第１図の圧電音叉発振回路４１は、この圧電
音叉を励振するための回路である。

また、各検知電極１１．１２は、同一の圧電振動体に固
定的に設けられていてもよく、あるいは別体の振動体上
に固定されていてもよい。この場合、前）ホの式（８）
に表われるΔｄ１を一定とイ【るために２つの振動体の
振幅の安定化を図る必要がある。

第１図に示した実施例の表面電位検出装置では、第１の
検知電極１１に由来する検出出力ｖ１は、一方では増幅
回路２９に測定出力として与えられ、また分割されて割
算／ｌｉ′）算回路３１に与えられる。

同様に、他方の検知電極１２に由来する検出出力Ｖｚｌ
；ｉ補正川力を調用するために割算／掛算回路３１にり
えられる。よって、割算７ｍ８回路では、まずＶ、／Ｖ
２すなわら航速した式（７）のγが求められる。そして
、増幅回路２９により与えられる出力ｖ３とｌ卦は合わ
せ、補正出力ｖ４−γ×Ｖ、が演算される。この補正出
力Ｖ４と、検知電極−被測定表面間の距離の関係を第４
図に示す。

また、滅粋・増幅回路３２に増幅回路２９より与えられ
る測定出力ｖ１１と検知Ｎ極−被測定表面間の距−１と
の関係も第４図に併せで示す。

第４図のＶ、およびｖ４の距＠ｄとの関係から明らか＜
’にように、減算・増幅回路３２においで、Ｖ＝　　Ｖ
４の演算を行なえば、検知電極と比測定表面との間の距
離の変動にかかわらず一定の出力ＶＯＵＴを得られるこ
とがわかる。

なお、Ｉ−記実施例では、振勅容吊型の表面電位検出装
置についての例を示したが、この発明（ま、検知電極が
固定的に設けられているヂョツパを利用した表面電位検
出装置にも同様に適用し得るものであることを指摘して
おく。

［発明の効果］ この発明では、被測定表面との間の距離が異なるように
配置される第１および第２の検知電極が設けられでおり
、かつ被測定表面と検知′ｃｉ極との間の距離に逆比例
する各検知電極の出力化を求め、それによって測定出力
を補正する補正手段が設けられているので、検知電極と
比測定表面との間の距離の変動に影響されない表面電位
検出装置を得ることができる。したがって、表面電位検
出装置使用時に、検知電極部分の比測定表面に対する煩
雑な位置決めを解消することができる。のみならず、こ
の発明の表面電位検出装置ｒは、検知電極に接続される
複雑な補正回路を要しないので、表面電位検出装置の大
きさ、特に検知電極部分の大きざを人ぎくすることもな
い。それゆえに、たとえば複写機の感光ドラム近傍等の
狭いスペースにも筒中に取付Ｉフることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の表面電位検出装置の概
略ブロック図である。第２図は、振動容憤型表向電位検
出装置における検出原理を説明するための図である。第
３図は、この発明の補正原理を説明するための図であり
、第１および第２の検知電極と被測定表面との位置関係
を示す図である。第４図は、測定出力と補正出力の距離
依存性を説明づるための図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定表面と所定距離を隔てて配置され、被測定表面の
   電位に応じて電荷が表面に誘起されるように構成された
   第１および第２の検知電極を備え、第１および第２の検
   知電極と被測定表面との間の距離が異なるように、該第
   １および第２の検知電極はずらされて配置されており、 第１および第２の検知電極上に誘起された電荷を電圧信
   号として取出す第１および第２の検出手段と、 前記第１および第２の検出手段の出力の比をとり、該比
   に基づき第１または第２の検出手段の出力を補正する補
   正手段とを備える、表面電位検出装置。