KR20070030265A - 전위 측정 장치 및 화상 형성 장치 - Google Patents

전위 측정 장치 및 화상 형성 장치 Download PDF

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Abstract

전위 측정 장치는 측정 대상물(106)의 반대 위치에서 반도체 기판(100) 상에 배열되는 전극, 및 측정 대상물(106)과 전극(101)간의 결합 용량을 변조하기 위한 변조 수단(104)을 포함한다. 전극(101)은 전계 효과형 트랜지스터의 게이트 전극이다. 전계 효과형 트랜지스터의 소스 확산 영역(102) 및 드레인 확산 영역(103) 사이에 흐르는 변조된 전류는 검출 회로에 의해 변조 수단의 변조 주파수로 동기 검파된다. 전계 효과형 트랜지스터의 게이트 전극(101)에 나타나는 출력 신호는 전위 측정 장치의 전극(101)과 측정 대상물(106)간의 결합 용량을 변경함으로써 용이하게 측정될 수 있다.
화상 형성 장치, 전위 측정, 전위 센서, 반도체 기판, 프린터

Description

전위 측정 장치 및 화상 형성 장치{ELECTRIC POTENTIAL MEASURING INSTRUMENT AND IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 비접촉 측정 방식으로 전위를 측정하는 전위 측정 장치(전위 센서), 및 그러한 전위 측정 장치를 포함하는 복사기 또는 프린터로서 이용가능한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
감광 드럼을 포함하며 전자 사진 방식에 의해 화상을 형성하도록 구성되는 종래의 화상 형성 장치는 감광 드럼의 전위를 균일하게 대전시켜 둘 필요가 있다. 이를 위해, 감광 드럼의 대전 전위를 전위 측정 장치를 이용하여 측정하고, 측정 장치의 판독 결과를 이용하여, 감광 드럼의 전위를 균일하게 유지하도록 피드백 제어가 행해지고 있다.
이하, 종래의 전위 측정 장치의 동작을 설명한다. 비접촉형 전위 측정 장치(기계식 AC 전계 유도형)에 대해서는, 전계를 기계적으로 변조하고 교류를 전극에 유도하는 기술이 주로 이용된다. 본 기술에 있어서, 측정 대상의 표면의 전위는 하기 수학식 1에 나타낸 바와 같이 전위 측정 장치에 포함되는 검지 전극으로부터 도출되는 전류 i의 크기의 함수이다.
i = dQ/dt = d(C · V)/dt
여기서, Q는 검지 전극 상에 나타나는 전하량이고, C는 검지 전극과 측정 대상물 간의 결합 용량이며, V는 측정 대상의 표면 전압이다.
커패시턴스 C는 이하의 수학식 2로 표현된다.
C = A · S/ x
여기서, A는 비례 상수이고, S는 검지 전극의 표면적이며, x는 검지 전극과 측정 대상물 간의 거리이다.
검지 전극 상에 나타나는 전하량은 매우 작고 그 주변에서 발견되는 노이즈의 영향을 쉽게 받을 수 있다. 이 때문에, 미량의 Q를 측정하기 위해 동기형 검파 방식(synchronous detection method)이 주로 이용된다. 즉, 적절한 수단에 의해 검지 전극과 측정 대상물 간의 커패시턴스 C의 크기를 주기적으로 변조하고 관찰된 신호로부터 동일한 주파수 성분을 검파함으로써, 필요한 신호가 얻어진다.
전술한 통상의 방식의 경우, 측정 대상과 검지 전극 사이에 포크형 셔터(fork-shaped shutter)를 삽입하고, 이 셔터를 측정 대상의 표면과 평행하게 진행되는 방향으로 주기적으로 이동시켜, 검지 전극 상에 도달하는 측정 대상으로부터의 전기력선을 주기적으로 변조하는 방식으로 차단함으로써, 검지 전극의 면적 S를 효율적으로 변경시켜, 결과적으로 측정 대상과 검지 전극 간의 정전 용량 C의 변조를 실현하고 있다(미국특허 제4,720,682호).
한편, 전자 사진 방식 화상 형성 장치에 이용되는 감광 드럼에 대하여 소형 화의 요구가 증가하고 있으며, 감광 드럼 주변에는 관련 구성요소들이 고밀도로 배치될 것이 요구된다. 이와 동시에, 전위 측정 장치의 소형화 및 박형화가 요구된다. 그러나, 전술한 현재 이용가능한 기계식 AC 전계 유도형 센서의 경우에, 센서 구조의 내부 공간은 포크형 셔터, 또는 진동하는 포크형 진동 소자(oscillator)를 구동하기 위한 구동 기구(mechanism)에 의해 대부분 차지된다. 따라서, 전위 측정 장치의 소형화를 위해서는 구동 기구의 소형화가 필수적이다.
전술한 바와 같은 기술 상황에 있어서, 기계식 AC 전계 유도형 전위 센서로부터 얻어지는 전류의 크기는, 상기 수학식 1 및 2에 기초하여 하기 수학식 3으로 주어진다.
i = d (A · V · S/x)/dt
따라서, 전위 센서의 소형화에 따라, 전극의 표면적 S가 줄어들어, 센서의 출력 전류 i를 감소시킨다. 이러한 센서는 외부 노이즈에 의해 크게 영향을 받기 쉽기 때문에, 측정 정밀도의 측면에서 불리하다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 목적은, 측정 대상물과 대향하는 위치에설치되는 반도체 기판 상의 전극, 및 측정 대상물과 해당 전극 간의 결합 용량을 변조하는 변조 수단을 포함하며, 해당 전극은 전계 효과형 트랜지스터의 게이트 전극인 것을 특징으로 하는 전위 측정 장치를 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 본 발명에 따른 전위 측정 장치 및 화상 형성 수단을 포함하는 화상 형성 장치가 제공되며, 게이트 전극을 구비한 전위 측정 장치의 표면이 화상 형성 수단의 전위 측정의 대상으로 되는 표면과 대향하여 배치되며, 화상 형성 수단은 전위 측정 장치의 신호 검출 결과를 이용하여 화상 형성 동작을 제어한다. 이러한 화상 형성 장치에서도, 상기 전위 측정 장치의 특성이 효율적으로 이용된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 전극과 측정 대상물 간의 결합 용량을 변화시킴으로써, 게이트 전극 상에 나타나는 출력 신호의 측정이 용이하게 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전위 센서와 측정 대상과의 위치 관계를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 기판의 내부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 있어서 쵸퍼(chopper)(셔터)가 개폐되도록 구동되는 경우에 관련 부품과 측정 대상물 간의 위치 관계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4A 및 4B는 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 쵸퍼(셔터)가 완전히 열려 있는 상태 및 완전히 닫혀 있는 상태를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전위 센서와 측정 대상물 간의 위치 관계를 개략적으로 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 반도체 기판의 내부를 개략적으로 도 시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 있어서 전위 센서와 측정 대상물 간의 위치 관계를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 화상 형성 장치를 개략적으로 도시한 도면.
측정 대상물과 대향하는 위치에 설치되는 반도체 기판 상의 전계 효과형 트랜지스터의 게이트 전극인 전극, 및 측정 대상물과 해당 전극 간의 결합 용량을 변조하는 변조 수단을 포함하는 전위 측정 장치에 있어서, 변조 수단은, 반도체 기판 상에 설치되고 해당 전극에 조사되는 전기력선을 일정한 주기로 부분적으로 차단하는 쵸퍼부 및 그 구동 기구이거나, 측정 대상물과 해당 전극 간의 거리를 일정 주기로 변조시키는 요동 기구(swinging mechanism)일 수 있다. 상기 전극은, 반도체 기판 상에 형성된 전계 효과형 트랜지스터의 게이트 전극이기 때문에, 해당 전극과 측정 대상물 간의 결합 용량을 변화시킴으로써 게이트 전극에 나타나는 출력 신호를 해당 전계 효과형 트랜지스터 구조에 의하여 증폭 및 검출할 수 있다. 이에 따라, 고성능 전위 측정 장치를 마련할 수 있다. 이 신호는, 검출 회로에 의한 상기 변조 수단의 변조 주파수에 의해 동기 검파된다.
본 발명에 따르면, 전계 효과형 트랜지스터와 쵸퍼의 조합을 해당 트랜지스터가 형성된 반도체 기판 상에 복수개 설치함으로써, 고감도 전위 측정 장치 및 이를 이용한 화상 형성 장치를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 화상 형성 장치에 있어서, 화상 형성 수단은, 복사 기능, 인쇄 기능, 또는 팩시밀리 기능을 가질 수 있다. 또한, 화상 형성 수단은, 소정 축 주위로 회전하는 감광 드럼을 구비하고, 해당 감광 드럼 면상의 대전 전위를 전위 측정 장치를 이용하여 측정하는 형태로 구성할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
(제1 실시예)
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 전위 센서의 전체 구성을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 전형적으로 실리콘(Si)으로 이루어지는 평판형 반도체 기판(100)의 표면 상에 게이트 전극인 신호 검지 전극(101), 소스 전극(102), 및 드레인 전극(103)이 형성되어 있다. 신호 검지 전극(101)의 상부에는, 이와 대향하여 측정 대상물(106)이 설치되어 있지만, 검지 전극(101)과 측정 대상물(106)의 사이에는 주기적으로 진동하도록 구동되는 쵸퍼(104) 및 쵸퍼가 진동하도록 구동하기 위한 구동 기구(105)가 기판(100) 상에 설치되어 있다.
도 2는 제1 실시예의 전위 센서의 개략적인 단면도로서, 전위 센서의 쵸퍼(104)가 중립 상태(쵸퍼의 2개의 가동편(可動片)들이 변위되지 않고 그 선단부가 적절한 간극에 의해 서로 분리됨)에 있을 때의 기판(100) 및 그 주변의 구조를 상세하게 도시하고 있다. 기판(100) 상에 형성되는 소스 확산 영역(202) 및 드레인 확산 영역(203)에는 기판(100)과 반대인 도전형을 갖는 불순물이 주입된다. 검지 전극(101)은, 반도체 기판(100) 상의 소스 전극(102)과 드레인 전극(103) 사이에 형성된 절연막(201) 상에 형성되어 있다. 소스 전극(102) 및 드레인 전극(103)에 는 각각 전력 공급 회로(204) 및 신호 검출 회로(205)가 각각 접속되어 있다.
도 2의 상태에서 측정 대상물(106)에 전압이 인가되면, 전기력선(206)이 측정 대상물(106)로부터 검지 전극(101)을 향하여 방출된다. 도시되지는 않았지만, 소스 전극(102) 및 드레인 전극(103)의 상부에는 이들을 피복하여 측정 대상물(106)로부터 방출된 전기력선의 영향을 받지 않도록 하는 적절한 커버가 마련되어 있다.
이 상태에서, 전기력선(106)의 일부가, 쵸퍼(104)(접지됨)에 의해 형성된 간극을 통해 검지 전극(101)에 도달한다. 이 전기력선은 검지 전극(101) 상에 전하를 유도한다. 이 때, 검지 전극(101) 상에 생성되는 전하는 측정 대상물(106)의 전위의 함수로서 변한다. 검지 전극(101) 상의 전하에 의해, 절연막(201)의 바로 아래에서 소스 확산 영역(202)과 드레인 확산 영역(203) 사이에 위치하는 반도체 기판(100)의 표면 영역에 형성되는 반전층의 두께가 변한다. 이 반전층의 두께의 변화량은 검지 전극(101) 상의 전하량에 의존한다.
소스 전극(102)과 드레인 전극(103) 사이에 전압이 인가되면, 반전층을 통해 소스와 드레인 사이에 전류가 흐른다. 이 전류의 세기는 반전층의 두께 함수로 표현된다. 따라서, 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류는 전위 측정 대상물(106)에 인가되는 전위의 함수로 표현되므로, 검출 회로(205)로 전류를 검지함으로써 대상물(106)에 인가된 전위를 검출할 수 있다.
도 3, 도 4A 및 도 4B는 본 실시예에 따른 전위 센서의 개략적인 단면도로 서, 쵸퍼(104)의 2개의 가동편이 서로 반대의 역상으로 도면에서 좌우방향으로 진동할 때의 센서의 동작 원리를 설명하고 있다. 도 3은 쵸퍼(104)가 진동 중에, 정지 중립 상태, 즉 도 2에 도시된 위치와 동일한 위치를 통과하고 있는 상태를 나타내고 있다. 도 4A는 쵸퍼(104)가 최대로 열린 경우, 도 4B는 쵸퍼(104)가 최대로 닫힌 경우를 나타내고 있다. 도 3, 도 4A 및 도 4B에는 쉽게 보기 위해 절연막(201) 및 몇몇 구성요소를 도시하지 않았다는 것에 유념하자.
쵸퍼(104)는 AC 전원(301)에 의해 쵸퍼 구동 기구(105)에 공급된 구동 신호와 동일한 주파수로 쵸퍼 구동 기구(105)을 통해 진동하도록 구동된다. AC 전원(301)은 쵸퍼 구동 신호와 동일한 주파수의 신호를 참조 신호로서 동기 검파 회로(302)에 공급한다. 쵸퍼(104)의 2개의 가동편의 선단부가 주기적으로 개폐됨에 따라, 측정 대상물(106)로부터 검지 전극(101)에 도달할 수 있는 전기력선의 양은 주기적으로 변조된다. 그 결과, 검지 전극(101) 상에 유도되는 전하, 및 소스 전극(102)과 드레인 전극(103) 사이에 흐르는 전류도 변조된다. 따라서, 이 전류를 검출 회로(205)를 통해 동기 검파 회로(302)에서 동기 검파함으로써, AC 전원(301)과 동일한 주파수를 가진, 그리고 그 세기가 측정 대상물(106)의 전위에 대응하는 전류 성분을 검출할 수 있다. 동기 검파이기 때문에, 전류 성분은 비교적 고감도이며, 고정밀도로 검출할 수 있다.
한편, 소스 확산 영역(202), 드레인 확산 영역(203), 및 이들 2가지 영역에 협지된 검지 전극(101)의 바로 아래에 위치하는 영역이, 디프레션(depression)형 전계 효과 트랜지스터의 구조를 나타내는 경우에는, 소스 전극과 드레인 전극 사이 에 흐르는 전류는 검지 전극(101)에 유도되는 전하에 비례한다. 즉, 전위 센서는 측정 대상물(106)의 전위에 비례하는 전류를 검지하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 검출 회로의 구성을 비교적 간단히 할 수 있다.
따라서, 검지 전극 및 기계적인 쵸퍼 부분을 반도체 기판 상에 일체화하여 제작하고, 종래에는 개별 부품이었던 전계 효과형 트랜지스터의 업스트림 증폭 회로부를 반도체 기판 상에 일체화하는 경우, 비교적 소형이며 저가인 기계식 교류 전계 유도형 전위 측정 장치를 실현할 수 있다.
(제2 실시예)
이제, 도 5 및 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 본 제2 실시예는, 제1 실시예에서 설명한, 전계 효과형 트랜지스터와 전기력선을 변조하기 위한 초크가, 동일 기판 상에 복수개 설치된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
전위 센서의 검출 감도를 향상시키기 위한 기술은 검지 전극의 표면적을 증가시키는 것이다. 그러나, 검지 전극의 표면적이 증가됨에 따라, 전기력선을 변조하기 위한 쵸퍼도 커질 필요가 있다. 그렇게 되면, 소비 전력이 증대되고 구동 주파수가 저하되는 등의 문제들이 발생한다. 대면적의 검지 전극을 이용하지 않고서, 다수의 작은 검지 전극을 배열하여 검지 전극의 총 면적을 크게 하는 방법을 이용함으로써, 전위 센서의 검출 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 분할된 작은 검지 전극 각각에 소형의 쵸퍼를 제공함으로써, 쵸퍼의 크기는 소형화 되어, 소비 전력의 증대 및 구동 주파수의 저하 등을 방지할 수 있다.
그러나, 각각이 제1 실시예의 쵸퍼와 동일한 복수개의 쵸퍼와, 각각이 제1 실시예의 구동 기구와 동일한 복수의 구동 기구를 설치하는 경우, 모든 쵸퍼가 동시에 동일한 동작을 행하도록 제어하기 위해서는, 복잡한 제어 기구가 필요해진다. 따라서, 본 실시예에서는, 복수의 쵸퍼를 배열하는 대신에, 다수의 개방 윈도우를 갖는 단일 셔터를 사용한다.
도 5는 제2 실시예에 따른 전위 센서의 전체 구성을 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, 평판형 반도체 기판(400)의 표면 상에는, 주기적으로 배치된 복수의 윈도우(405)를 갖는 셔터 구조체(404)가 측정 대상물(408)과 대향하여 배치되어 있다. 셔터 구조체(404)는 셔터 구동 기구(406)와 지지체(407)에 고정되고, 셔터 구조체(404)와 기판(400)의 사이에는 공극이 제공되어 있다. 셔터 구조체(404)는 셔터 구동 기구(406) 및 지지체(407)를 연결하는 직선 A를 따른 방향으로 왕복 진동할 수 있도록 형성 및 배치되어 있다.
셔터 구조체(404)의 각 윈도우(405) 바로 아래에 위치하는 기판(400)의 표면 영역에는, 검지 전극, 소스 전극 및 드레인 전극의 복수의 조합, 즉 복수의 전계 효과형 트랜지스터가 배치되어 있다. 각 트랜지스터의 소스 전극은 소스 전극용 배선(403)을 통해 전력 공급 회로(409)에 접속되며, 각 트랜지스터의 드레인 전극은 드레인 전극용 배선을 통해 신호 검출 회로(410)에 접속되어 있다.
도 6은 제2 실시예에 있어서 셔터 구조체(404)의 일부 윈도우(405) 및 관련된 검지 전극 근방의 개략적인 상세 단면도이다. 도 6에 있어서, 셔터 구조체(404)의 윈도우들(405) 중 대응 윈도우 바로 아래에는, 검지 전극들(501) 중 하나가 절연층(504)을 통해 반도체 기판(400) 상에 배치되어 있다. 소스 전극(502), 소스 확산 영역(505), 드레인 전극(503), 드레인 확산 영역(506), 검지 전극(501) 및 절연층(504)의 위치 관계는, 도 2를 참조하여 전술한 제1 실시예의 구조와 동일하다. 제2 실시예의 동일한 구조는 셔터 구조체(404)에 형성된 윈도우(405)와 동일한 피치(pitch)로 기판(400) 상에 나란히 배열된다. 도 6에 있어서, 소스 확산 영역(515)과 드레인 확산 영역(506) 사이에는 고저항 영역(517)이 배치되고, 소스 확산 영역(505)과 대응 드레인 확산 영역의 사이에는 다른 고저항 영역(507)이 배치된다.
셔터 구조체(404)를 도 6의 A의 방향으로 진동하도록 주기적으로 구동시켜, 셔터 구조체(404)의 윈도우(405)를 검지 전극(501)의 상부에서 주기적으로 이동시킴으로써, 측정 대상물(408)로부터 방출되어 검지 전극(501)에 도달하는 전기력선의 수를 변조할 수 있다.
소스 전극(502)에는, 전력 공급 회로(409)로부터 소스 전극용 배선(403)을 통해 전압이 인가된다. 따라서, 셔터 구조체(404)의 이동에 의해 검지 전극(501)상에 유도되는 전하가 변조되면, 결과적으로 절연층(504)의 바로 아래에 위치한 반도체 기판(400) 중의 반전 영역의 크기가 변조된다. 이에 따라, 소스 확산 영역(505)과 드레인 확산 영역(506) 사이에 흐르는 전류도 변조된다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예와 같이 제2 실시예에서도, 이 전류를 드레인 전극(503) 및 드레인 전극용 배선(402)를 통해 검출 회로(410)에 의해 셔터 구조체(404)의 진동 주파수로 동기 검파함으로써, 측정 대상물(408)의 전위를 고감도로 검출할 수 있다.
제2 실시예에서는, 반도체 기판의 표면 상에 복수의 전계 효과형 트랜지스터 가 나란히 배치되어 있기 때문에, 다른 트랜지스터들의 소스 확산 영역과 드레인 확산 영역 사이에서 상호 간섭이 발생할 수 있다. 예를 들어, 인접하여 위치한 트랜지스터 구조의 소스 확산 영역(515)으로부터 드레인 확산 영역(506)으로 전류가 흐를 수 있다. 그러나, 이러한 현상은 인접하여 배치된 트랜지스터를 분리하도록 고저항 영역(507, 517, ...)을 배치함으로써 방지될 수 있고, 본 실시예에서는 어떠한 문제도 일으키지 않는다.
제1 및 제2 실시예에서는, 검지 전극과 반도체 기판 간에 절연체를 삽입함으로써 실현되는 소위 MIS-전계 효과형 트랜지스터(FET) 구조의 경우를 예시하였다. 그러나, 본 발명의 목적을 위해, 검지 전극과 반도체 기판의 관계는 이 MIS 구조에 국한되지 않는다. 예를 들면, 절연층이 산화물로 이루어지는 MOS-FET 구조 또는 절연층이 없는 MES-FET 구조도, 원리적으로 문제없이 대안적으로 이용될 수 있다.
(제3 실시예)
전술한 실시예들 각각에서는, 트랜지스터의 게이트 전극인 검지 전극에 도달하는 전기력선의 수를 변조하였다(상기 수학식 2에서 S를 변화시키도록). 그러나, 상기 수학식 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 측정 대상물과 검지 전극 간의 거리 x를 변조함으로써 결합 용량을 변화시킬 수 있다. 본 발명의 제3 실시예는 이러한 기술이 이용된다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예의 전위 센서의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.
도 7은 전위 센서를 측정 대상 표면(1201)에 대하여 배치하는 방법을 도시하고 있다. 도 7에 있어서, 참조번호 1202는 검지 전극의 부분을 제외하고 요동 체(1104)의 상부를 피복하는 전위 센서를 보유한 케이스를 나타낸다. 이 케이스는 전기적으로 도전성 재료로 이루어지고, 접지된다. 요동체(1104)를 지지하는 지지 기판(1100)은 적절한 지그(jig)(1203, 1204)에 의해 케이스(1202)에 굳게 고정된다. 케이스(1202)의 제공으로 인해, 요동체(1104)와 거의 정면으로 대향하는 측정 대상의 표면(1201)의 일부로부터만 전기력선이 검지 전극(1111, 1112)에 도달하므로, 노이즈 성분을 억제하고 전위를 정확하게 측정할 수 있다. 지지 기판(1100)의 중앙부에는 개구부가 형성되고, 개구부의 중앙 빈 부분에는 요동체(1104)가 평판형 요동체(1104)의 도 7에 대해 수직인 방향으로 전방 및 후방에 있는 한 쌍의 토션 스프링에 의해 지지되어, 도 7에 도시된 중심축선 C의 주위로 요동체(1104)가 요동할 수 있도록 지지되고 있다.
또한, 요동체(1104)의 상면에는, 절연막(도시되지 않음)을 통해 2개의 동일한 프로파일의 평판형 검지 전극(게이트 전극)(1111, 1112)이 중심축선 C에 대해 축 대칭으로 배열되어 있다. 도 7의 각 검지 전극의 전방 및 후방에는 소스 전극, 소스 확산 영역, 및 소스 전극용 배선의 세트(도시되지 않음), 및 드레인 전극, 드레인 확산 영역, 및 드레인 전극용 배선의 세트(도시되지 않음)가 각각 배치되어 있다. 이러한 전계 효과형 트랜지스터의 구성은 상기 실시예에서 이미 설명하였다. 요동체(1104)가 중심축선 C의 주변에서 요동하도록 구동되므로, 그 위에 배치된 검지 전극(게이트 전극)(1111, 1112)은 역상으로 측정 대상 표면(1201)을 향하도록 그리고 멀어지도록 구동되고, 이에 의해 이하 후술하는 바와 같이 드레인 전류를 차동 증폭한다. 각 드레인 전극은, 지지 기판(1100) 상에 형성된 취출(take- out) 전극에 접속되어 있고, 예컨대 지지 기판(1100)의 외부에 설치된 차동 증폭기의 반전 입력 접점 및 비반전 입력 접점 각각에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 드레인 전류가 차동 증폭되고, 검출 회로에 의해 상기 실시예와 같이 동기 검파된다. 물론, 하나의 검지 전극만을 요동체(1104)의 상면 상에 배치하고(즉, 도 7의 검지 전극들 중 하나를 제거하고), 드레인 전류를 차동 증폭없이 상기 실시예의 경우와 마찬가지로 검지할 수도 있다.
전위 센서에 적절한 요동체 구동 기구를 부가하고 요동체(1104) 및 토션 스프링의 프로파일과 재료를 적절하게 선택한 후, 회전 중심으로 동작하는 토션 스프링의 중심축선 C를 주변으로 요동체(1104)를 주기적으로 요동시켜 요동체(1104) 상의 검지 전극과 측정 대상의 표면(1201) 간의 거리를 주기적으로 변화시키도록 구동된다. 이렇게 하여, 각 트랜지스터의 소스 확산 영역과 드레인 확산 영역 사이에 흐르는 전류를 변조하고, 이 전류를 검출 회로에서 요동체(1104)의 요동 주파수에 의해 동기 검파함으로써, 상기 실시예의 경우에서와 같이 측정 대상물(1201)의 전위를 검출할 수 있다. 요동체(1104)가 요동하도록 구동하기 위한 요동체 구동 기구는, 요동체의 배면 상에 제공되는 자석과 교류 전류를 흐르게 하여 자계를 생성하는 외부 코일에 의해 통상적으로 형성된다. 그 외에는, 본 실시예는 제1 실시예와 동일하다.
(제4 실시예)
도 8은 본 발명의 제4 실시예의 화상 형성 장치를 개략적으로 설명하는 도면이다. 구체적으로, 도 8은 본 발명에 따른 전위 센서를 포함하는 전자 사진 현상 장치의 감광 드럼 및 그 주변을 개략적으로 나타내고 있다. 감광 드럼(2108)의 주변에는 대전 유닛(2102), 전위 센서(2101), 노광 유닛(2105) 및 토너 공급 유닛(2106)이 배치되어 있다. 대전 유닛(2102)에 의해 감광 드럼(2108)의 표면을 대전하고, 노광 유닛(2105)에 의해 감광 드럼(2108)의 표면을 노광시킴으로써 잠상이 얻어진다. 그 후, 잠상에는 토너 공급 유닛(2106)에 의해 토너를 부착시켜 토너상이 얻어진다. 그 후, 토너상이 전사물 공급 롤러(2107) 및 감광 드럼(2108)에 협지된 전사물(2109) 상에 전사된 후, 전사물 상의 토너상이 전사물에 고착되게 된다. 전술한 단계를 통해 화상이 형성된다.
전술한 구성에 있어서, 드럼(2108)의 대전 상태를 본 발명에 따른 고감도의 전위 센서(2101)로 측정하고, 전위 센서(2101)로부터의 신호를 신호 처리 유닛(2103)에서 처리하고, 고전압 생성기(2104)에 피드백을 걸어 대전 유닛(2102)을 제어한다. 그 결과, 감광 드럼(2108)이 안정적으로 대전되고, 또한 안정적으로 화상 형성 동작이 행해져 고품질의 화상이 형성된다.
본 출원은 2004년 6월 8일에 출원한 일본특허출원 제2004-169274호로부터 우선권을 주장하며, 본 명세서에 참조로 포함된다.

Claims (8)

  1. 측정 대상물과 대향하는 위치에 배치되는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 상에 배치되는 전극; 및
    상기 측정 대상물과 상기 전극 간의 결합 용량을 변조하기 위한 변조 수단
    을 포함하고,
    상기 전극은 전계 효과형 트랜지스터의 게이트 전극인 전위 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조 수단은, 상기 측정 대상물로부터 상기 전극에 방출되는 전기력선을 일정 주기로 부분 차단하도록 구성되는 쵸퍼(chopper) 및 그 구동 기구를 포함하는 전위 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 쵸퍼 및 그 구동 기구는 상기 반도체 기판 상에 배치되어 있는 전위 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 전계 효과형 트랜지스터 및 복수의 변조 수단이 상기 반도체 기판 상에 배치되어 있는 전위 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 변조 수단은, 상기 측정 대상물과 상기 전극 간의 거리를 주기적으로 변조하도록 구성되는 요동 기구인 전위 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판 상에는 복수의 전극이 배치되어 있는 전위 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전계 효과형 트랜지스터의 소스 확산 영역과 드레인 확산 영역 사이에 흐르는 변조된 전류는, 검출 회로에 의해 상기 변조 수단의 변조 주파수로 동기 검파(synchronously detected)되는 전위 측정 장치.
  8. 제1항의 전위 측정 장치 및 화상 형성 수단을 포함하는 화상 형성 장치로서,
    게이트 전극을 구비하는 상기 전위 측정 장치의 표면은 측정 대상물인 상기 화상 형성 수단의 표면과 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 화상 형성 수단은 상기 전위 측정 장치의 신호 검출 결과를 이용하여 상기 장치의 화상 형성 동작을 제어하는 화상 형성 장치.
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