JPH0394175A

JPH0394175A - 表面電位測定装置

Info

Publication number: JPH0394175A
Application number: JP10651690A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Tanaka; 田中　国義; Shunji Shiromizu; 白水　俊次; Minoru Ota; 実太田; Hideo Miyagawa; 宮川　秀雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1991-04-18
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JP3169950B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、表面電位測定試料とその表面電位を非接触で
測定する表面電位測定装置に関する。

（従来の技術）測定試料の表面に帯電している電荷を非接触で測定する
装置として、従来は第１８図に示すような非接触型の表
面電位測定装置が知られている。

この第１８図に示す従来の装置においては、シールドケ
ース１００の下部には、測定孔１００ａが形成され、こ
の測定孔１００ａの下方には、表面電位Ｅを有する平板
状の測定試料１０２が配置されている。また、このシー
ルドケース１００内には、平板状のプローブ電極１０１
がこの平板状の測定試料１０２と一定距離をおいて対向
配置されている。更に、測定孔１００ａとプローブ電極
１０１間には、シャッタとしてのセクター１０３が配設
されている。セクター１０３には、セクター１０３を駆
動するソレノイド１０４，ソレノイド１０４を付勢する
ソレノイド・ドライバ１０５，発振信号を発生する発振
器１０６が接続され、この発振器１０６で発振される信
号がソレノイド・ドライバー１０５で増幅されてソレノ
イド１０４に与えられ、ソレノイド１０４によってセク
ター１０３が駆動されることにより、セクター１０３が
測定孔］００ａに対して平行に移動されて測定孔１００
ａが開閉される。また、プローブ電極１０１には、抵抗
Ｒｌ，Ｒ２、キャパシタＣを介してアンプ１０７と同期
検波回路１０８が接続されている。

この従来の表面電位測定装置では、測定試料１０２の表
面から出る電気力線の一部は、測定孔１００ａを通して
プローブ電極１０１の表面に到達するが、その量φは、
セクター１０３の開閉動作に伴って一定周期で変化する
。よって、プローブ電極１０１の負荷には、ｄφ／ｄｔ
に比例した電流が流れ、抵抗Ｒ１の両端には、セクター
１０３の開閉による一定周期の交流電圧ｅが発生する。

この交流電圧ｅは、セクター１０３の振幅、周波数、プ
ローブ電極１０１と測定試料１０２間の距離が一定であ
れば測定試料１０２の表面電位Ｅに比例する。

プローブ電極１０１によって検出される交流電圧ｅは、
測定試料１０２の表面電位Ｅに比べて極めて小さいレベ
ルなので、アンプ１０７により一定レベルに増幅し、同
期検波回路１０８によって発振器１０６の発振周波数、
即ちセクター１０３の開閉周期に同期して直流に変換し
、測定信号として出力される。

ところで、この従来の表面電位測定装置では、測定試料
１０２の表面電位Ｅに比例した測定出力を得るには、プ
ローブ電極１０１で検出される信号を外部ノイズの少な
い一定レベル以上の値にする必要がある。

このため、プローブ電極１０１の表面積を大きくし、且
つ測定孔１００ａも一定以上（一般に３１ＩＩＩＩ角程
度以上）の大きさに形戊する必要がある。

従って、従来の表面電位測定装置では、１０１ｌｍ２程
度以上の範囲でないと測定試料１０２の表面電位Ｅを測
定できず、１０Ｉｕ一程度よりも小さい微小範囲の表面
電位を測定することはできない問題がある。また、プロ
ーブ電極１０１と測定試料１０２間には、シャッタとし
てのセクター１０３が配　設されるので、プローブ電極
１０１と測定試料　１０２間の距離が長くなり、検出感
度が良くない問題がある。

また、従来の非接触型の表面電位測定装置では、測定時
に検出電流値が温度ドリフト等によって誤差が生じる。

例えば、温度が変化した場合には、検出アンプのバイア
ス電流が変化し、湿度が変化した場合には、測定試料と
プローブとの容量の誘電率が変化してしまう。従って、
この誤差を補正する必要がある。

このため、従来の装置では、測定前に、測定試料１０２
の代わりに設置した導体板に基準電圧を印加してその電
圧を変化させ、その時に表面電位測定装置で測定される
値を較正した後に、測定試料１０２を設置してその表面
電位の測定を行っている。

しかしながら、このような方法では、温度ドリフトなど
のドリフトにより、較正時の条件下においてもその測定
値は、時間の経過と共に変化される。よって、精度の良
い測定を行うには、温度ドリフト等の影響が生じないよ
うに較正後は、速やかに測定を開始して終了する必要が
ある。しかし、測定試料が例えば複写機等に用いられる
転写ドラムやディスクの表面電位測定装置に用いられる
転写ディスクの場合、その測定面積が広いので、測定時
間が長くなって温度ドリフト等による測定誤差が無視で
きなくなり、安定して高精度な測定ができなくなる問題
点がある。

（発明が解決しようとする課題）以上のごと《、前記した表面電位測定装置では、測定試
料１０２の表面電位Ｅに比例した測定出力を得るには、
プローブ電極］０１で検出される信号を外部ノイズの少
ない一定レベル以上の値にする必要がある。

このため、プローブ電極１０１の表面積大きくし、且つ
測定孔１００ａも一定以上（一般に３　ｍｍ角程度以上
）の大きさに形成する必要がある。

従って、前記した従来の表面電位測定装置では、１１１　２１０ｍｒｎ程度以上の範囲でないと測定試料１０２の表
面電位Ｅを測定できず、１０ｍｍ２程度よりも小さい微
小範囲の表面電位を測定することはできなかった。また
、プローブ電極１０１と測定試料１０２間には、シャッ
タ機能行うセクター１０３が配設されるので、プローブ
電極１０１と測定試料１０２間の距離が長くなり、検出
感度が良くなかった。

また、温度ドリフト等のドリフトにより、較正時の条件
下においてもその測定値は、時間の経過と共に変化する
。よって、精度の良い測定を行うには、温度ドリフト等
の影響が生じないように較正後は、速やかに測定を開始
して終了する必要がある。しかし、測定試料が例えば複
写機等に用いられる転写ドラムやディスク表面電位測定
装置に用いられる転写ディスクの場合、その測定面積が
広いので、測定時間が長くなって温度ドリフト等による
測定誤差が無視できなくなり、安定して高精度な測定が
できなくなる問題点があった。

本発明は、上記した課題を解決する目的でなされ、安定
した精度の良い測定値を得ることができる表面電位測定
試料と、検出感度に優れ、かつ微小範囲の表面電位を高
精度に測定できる表面電位測定装置を提供しようとする
ものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明による第１の表面電位測定装置においては、試料の測定面との間にギャップを有して配置された先端
を有するプローブ手段と、このプローブ手段を振動させ
て前記プローブ手段の先端と前記測定面との間のギャッ
プを変化させる振動手段と、前記プローブ手段の先端の
電位の変化を検出し、前記試料測定面の電位に対応する
測定信号に変換する検出手段と、を備え゛たことを特徴
としている。

また、本発明第２の表面電位測定装置においては、試料の測定面との間にギャップを有して配置された先端
を有し、前記試料面の領域を検索するプローブ手段と、
このプローブ手段を振動させて前記プローブ手段の先端
と前記測定面との間のギャップを変化させる振動手段と
、この振動手段によって振動される前記プローブ手段を
振動可能に支持するプローブ支持手段と、前記プローブ
支持手段と前記プローブ手段で検索される領域との間の
ギャップを略一定に制御するギャップ制御手段と、振動
される前記プローブ手段の先端の電位の変化を検出し、
前記試料測定面の電位に対応する測定信号に変換する変
換手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明の表面電位測定試料においては、表面電位
か測定されるべき面と、この面に設けられ参照電位が与
えられる参照手段とを備えたことを特徴としている。

（作用）本発明の測定試料の表面電位の測定原理は第２図に示す
ように、プローブ電極１の先端部の表面積を８１プロー
ブ電極１の先端部と測定試料４間の距離をｄ１比誘電率
をεＳとした場合、プローブ電極１の先端部のみに測定
試料４からの電１５気力線の影響を受けるとすると、プローブ電極１の先端
部と測定試料４間の静電容量ｃ１は、ｃ１ヨ　εＳ　Ｉ
ＩＳ６　　　　　　　　　・・・（１〉となる。また、プローブ電極１に接続される検出回路系
（アンプ７）の等価人力容量をＣＯとすると、測定試料
４の表面電位Ｅはｃ１とＣｏに分割される。よって、Ｃ
Ｏの両端の電圧、即ち、プローブ電極１によって検出さ
れる検出電圧Ｅｄは、Ｃ１Ｅｄ−　　ｃｌ＋ｃＱ　　”　Ｅ　　＝・（２）となる
。

ここで、プローブ電極１をピエゾ素子等の振動素子（不
図示）によって、測定試料４に対して直交方向に任意の
一定周期で振動させると、プローブ電極１と測定試料４
間の距離ｄが周期的に変化するので、（ｌ）式に示した
ｃ１の値がそれに応じて変化する。そして、ｃ１の変化
によってプローブ電極１によって検出される検出電圧Ｅ
ｄは、（２）式により測定試料４の表面電位Ｅがプロー
ブ電極の振動で変調された交流信号として出カされる。

１　６また、（１．）　、（２）式より、プローブ電極１によ
って検出される検出電圧Ｅｄの検出感度を高めるにはＣ
１の値を大きくすれば実現できる。それには、プローブ
電極１を測定試料４に接近させてプローブ電極１と測定
試料４間の距離ｄを小さくする。更に、高精度で安定し
た測定結果を得るには、プローブ電極１を振動可能に支
持する支持部材と測定試料４間の距離を一定に保つこと
が有利である。

一方、参照手段を設けた測定試料あるいは装置を設けた
場合には測定される参照電位に基づいて測定信号をドリ
フト補正して表面電位を求めるため精度が良好となる。

（実施例）第１図は、この発明に係る振動型プローブとそれを用い
た測定試料の表面電位の分布を測定する装置を示してい
る。この第１図に示すように、振動型プローブは、針状
のプローブ電極１とその上部に結合されるピエゾ素子２
で構成されている。

プローブ電極１は、下部に測定孔３ａを形成したシール
ドケース３内に配置され、その先端部が測定孔３ａの下
方に配置した表面電位Ｅを有する平板状の測定試料４と
一定距離をおいて対向配置されている。プローブ電極１
を測定試料４の測定面に対して矢印で示すように直交方
向に振動させるピエゾ素子２には、ピエゾ素子ドライバ
５と発振器６が接続されている。発振器６で発振される
信号がピエゾ素子ドライバ５で増幅されてピエゾ素子２
に供給され、このピエゾ素子２が駆動され、その結果、
プローブ電極１が上下方向に振動される。また、プロー
ブ電極１には、抵抗Ｒ３、Ｒ４を介してアンプ７、同期
検波回路８、及び抵抗Ｒ５とキャピシタＣ１から成る積
分回路９が接続されている。測定試料４は、その位置が
固定され、且つプローブ電極１と対向する被測定面４ａ
が十分な面精度で平坦に形威されている。

この発明に係る振動型プローブを有する表面電位測定装
置では、発振器６を発振させることによって、その発振
信号がピエゾ素子ドライバー５で増幅されてピエゾ素子
２が上下方向に振動されると、ピエゾ素子２に結合され
ているプローブ電極１も発振器６の発振周波数で上下方
向に振動される。プローブ電極１が上下方向に一定周期
で振動されると、その下方に配置した測定試料４の被測
定面４ａとの距離が周期的に変化されるので、その周期
に応じて被測定面４ａから発生される電気力線の一部が
プローブ電極］に到達する。よって、前記したようにプ
ローブ電極１で検出される信号は、ビエゾ素子２の振動
周期で、且つ被測定面４ａの表面電位Ｅに比例した交流
信号として発生される。そして、この交流信号は、アン
プ７で増幅され、同期検波回路８でプローブ電極１の振
動周期と同一周期で同期検波して、積分回路９で平均化
することにより、被測定面４ａの表面電位Ｅに相当する
測定値として出力される。

第１図に示される振動型プローブを用いた測定試料の表
面電位を測定する原理について、第２図を参照して説明
する。第２図に示すように、プローブ電極１の先端部の
表面積をＳ、プローブ電極１の先端部と測定試料４間の
距離をｄ１比誘電率をεＳとした場合、プローブ電極１
の先端部のみに測定試料４からの電気力線の影響を受け
るとすると、プローブ電極１の先端部と測定試料４間の
静電容量Ｃ１は、先に述べたようにＣ１　−εＳ−Ｓ／ｄ　　　　　　・・・０）で表わさ
れる。

また、プローブ電極１に接続されるアンプ等の検出回路
系７の等価入力容量をＣＯとすると、測定試料４の表面
電位Ｅは、キャパシタＣ１とキャパシタＣＯによって分
割される。よって、キャパシタＣＯの両端の電圧、即ち
プローブ電極１によって検出される検出電位Ｅｄは、Ｅｄ−ＣＩ・Ｅ／　（ＣＩ十ＣＯ）　　・・・（２）で
表わされる。

ここで、プローブ電極１をビエゾ素子等の振動素子２に
よって、測定試料４に対して直交方向に任意の一定周期
で振動させると、プローブ電極１と測定試料４間の距離
ｄが周期的に変化するので、（１）式に示したＣｌ値が
それに応じて変化される。

そして、Ｃ１の変化によってプローブ電極１に１９２　０よって検出される検出電圧ｄは、（２）式により測定試
料４の表面電位Ｅがプローブ電極１の振動で変調された
交流信号として出力される。

また、（１）　、（２）式より、プローブ電極１によっ
て検出される検出電圧Ｅｄの検出感度を高めるにはＣ１
の値を大きくすれば実現できる。それには、プローブ電
極１を測定試料４に接近させてプローブ電極１と測定試
料４間の距離ｄを小さくする。更に、高精度で安定した
測定結果を得るには、プローブ電極１を振動可能に支持
する支持部材と測定試料４間の距離を一定範囲内に保つ
ことが好ましい。

このようにして、プローブ電極１の先端部を被測定面４
ａに近接して対向配置する振動型プローブにより、被測
定面４ａが十分な面精度で平坦に形威され、且つ、その
位置が固定されている測定試料４に対して、その表面電
位を安定に、且つ高精度に測定することができる。

また、プローブ電極１の先端部を被測定面４ａに近接し
て配置することができるので、検出感度が良好になり、
且つ測定分解能も高くなって微小範囲の表面電位を高精
度に測定できる。

第３図は、この発明の他の実施例に係る振動型プローブ
を示している。この第３図に示すように、外周にヒンジ
部１０ａを形成した円筒状の容器１０内に、先端部が突
出するようにして針状のプローブ電極１１が挿通され、
プローブ電極１１が容器１０内に充填されるテフロン等
の絶縁物１２により固定されている。プローブ電極１１
は、その先端部が近接して配置した測定試料１３と対向
配置されている。容器１０の外周面の外側には、円筒状
のピエゾ素子１４が配設され、ビエゾ素子１４の下部は
、容器１０のヒンジ部１０ａに固着されている。また、
ピエゾ素子１４の上部は、プローブ電極１１に接続され
るアンプ１５を収納したケース１６の下部に固着されて
いる。ピエゾ素子１４とケース１６の外側には、ケース
１６に固定されたプローブ電極１１を中心にして対称位
置にそれぞれ鏡筒１７，１８が配置され、鏡筒１７，１
８の上部には、それぞれビーム光を放射するレーザダイ
オード（ＬＤ）等の光源１つと、光ビームの位置を検出
する位置センサとしてＰＳＤ（半導体位置検出素子）２
０が配設され、その下方には、それぞれミラー２１．２
２が配設されている。ミラー２１は、光源１つから放射
されたレーザビームａ１をプローブ電極１１の先端部の
真下に位置する測定試料１３の被測定面１３ａに入射さ
せるように配置され、ミラー２２は、その面から反射さ
れた光ビームａ２をＰＳＤ２０に案内するように配置さ
れている。また、ミラ２１，２２は、プローブ電極１１
の真下の被測定面１３ａに入射する光ビーム及びその反
射光ビームの入射角及び反射角の夫々が大きくなるよう
に、測定試料１３に近接して配置されている。また、鏡
筒１７，１８の光源１つとミラー２１間、及びＰＳＤ２
０とミラー２２間には、光ビームを伝達するレンズ系（
図示せず）が配設され、ピエゾ素子１４には、発振器と
ピエゾ素子ドライバーが接続されている。

第３図に示される振動型プローブは、発振器を発振させ
ることによって、その発振信号がビエゾ素子ドライバで
増幅されてピエゾ素子１４が上下方向に振動される。こ
れにより、ピエゾ素子１４の下部をヒンジ部１０ａに固
着した容器１０，及びその内側に絶縁物１２で固定した
プローブ電極１１も、発振器の発振周波数で上下方向に
振動される。プローブ電極１１が上下方向に一定周期で
振動されると、プローブ電極１１とその下方に配置した
測定試料１３の被測定面１３ａとの距離が周期的に変化
されるので、その周期に応じて被測定面１３ａから出て
いる電気力線の一部がプローブ電極１１に到達する。そ
して、プローブ電極１］で検出される信号は、ピエゾ素
子１４の振動周期で、且つ被測定面１３ａの表面電位に
比例した交流信号として発生される。この交流信号がア
ンプ１５で増幅されて同期検波回路、積分回路等の検出
回路系によって被測定面１３ａの表面電位に相当する測
定信号として出力される。

この測定時に、光源１つから放射されるレーザビームａ
１をミラー２１で反射させて、プローブ２　３２　４電極１１の先端部の真下に位置する測定試料１３の被測
定面１３ａに入射させ、その反射光ビームａ２をミラー
２２を介してＰＳＤ２０に導く。この時、測定試料１３
が上下方向、即ち、高さ方向に変位すると、反射光ビー
ムａ２は、その変位量に応じて偏向され、ＰＳＤ２０の
入Ω・１位置が水平方向に移動される。よって、この移
動量に比例した電気信号をＰＳＤ２０から取出すことに
より、基準面、即ち、鏡筒１８，１９の底面を基準にし
た被測定面１３ａの上下方向の変位量を測定できるので
、測定試料１３が上下方向に変位した場合でも、プロー
ブ電極１１の先端部と測定試料１３間の距離を正確に測
定することができる。従って、測定試料１３の面精度が
悪かったり、測定試料１３が回転又は移動する場合であ
っても、測定試料１３の変位量に応じてプローブ電極１
１で検出される検出電圧（交流信号）の値を補正して正
確な測定量を得ることができる。

また、プローブ電極１１を振動させるピエゾ素子１２を
円筒状に形或して、プローブ電極１１をその内側に絶縁
物１２で固定した容器１０のヒンジ部１０ａに固着した
ことにより、プローブ電極１１の上方に空間が形或され
るので、プローブ電極１１によって検出される検出電圧
（交流信号）を増幅するアンプ１５を、プローブ電極１
１の上部に近接して接続することができる。よって、周
囲から雑音等の影響を受けることが少なくなり、高精度
な測定値を得ることができる。

また、プローブ電極１１の先端部を測定試料１３に近接
して配置することができるので、検出感度が良好になり
、且つ測定分解能も高くなり、微小範囲の表面電位を高
精度に測定できる。

第４図は、第３図に示した振動型プローブを具備した試
料表面の電位分布を測定する装置を示している。この第
４図に示すように、防振台３０上には、ディスク状の測
定試料３１を回転させるスピンドル３２と駆動モータ３
３、及び測定試料３１の被測定面３１ａの表面電位を測
定する振動型プローブ３４を取付けたギャップ制御装置
３５が配設されている。また、この装置は、振動型プロ
ーブ３４で検出される信号を人力して被測定面３１ａ上
の表面電位に相当する測定値を出力する表面電位検出回
路３６とを具備し、更に測定値を補正する測定値補正装
置６０を具備している。

測定試料３１上の被測定面３１ａには、第５図に示され
るようにその外周の一部分に補正電極７０が形成されて
いる。補正電極７０は、厚さが数百Ａで幅が数一（最外
周）のクロムパターンを蒸着して形成されており、ロー
タリ・コネクタ６５を介して基準電源６１から基準電圧
が印加される。測定試料３１上に補正電極７０が形或さ
れるに代えてこの測定試料を支持するテーブル上等にこ
の補正電極７０が形成されても良い。

振動型プローブ３４の上部に配設される表面電位検出回
路３６は、ビエゾ素子ドライバ３７、発振器３８、同期
検波回路３９、抵抗Ｒ６とキャパシタＣ２から成る積分
回路４０及び前記したアンプ１５とで構成され、発振器
３８で発振される信号をピエゾ素子ドライバ３７で増幅
してピエゾ素子１４を駆動することにより、プローブ電
極１１が上下方向に振動される。

ギャップ制御装置３５は、防振台３０上に移動自在に載
置されたテーブル４１と、その上に固着された本体４２
と、測定試料３１と略平行に配置され本体４２に弾性ヒ
ンジ部４２ａを介して一体に結合されたアーム４３と、
本体４２の上部の突片部４２ｂとアーム４３間にギャッ
プ調整ねじ４４を介して連結したギャップ制御用のビエ
ゾ素子４５を、本体４２の下部の突片部４２ｃとアーム
４３間に連結したばね４６と、振動型プローブ３４とピ
エゾ素子４５間に接続されるギヤ・ソプ検出回路４７、
ギャップ制御回路４８とて構成されている。

アーム４３の先端に固着した支持部材４９には、振動型
プローブ３４が取付けられている。プローブ電極１１の
先端部は、測定試料３１の被測定面３１ａと近接（数＋
μｍ程度）してその半径方向に沿って対向位置されてお
り、プローブ電極１１を振動可能に支持する支持部材と
しての振動型プローブ本体３４と被測定面３１ａとの間
のギヤ・ノ２　７２　８プの距離は、ギャップ制御装置３５によって制御される
。

ギャップ制御回路４８は、誤差増幅器５０とギャップ設
定電圧即ち、基準電圧を発生する可変電圧電源５１とで
構成されている。ピエゾ素子４５は、弾性ヒンジ部４２
ａ側にアーム４３を例えば１対１０、に分割する位置に
配設されている。

また、テーブル４１には、送りねじ棒５２を介して駆動
モータ５３が連結され、駆動モータ５３の駆動により送
りねじ棒５２が回転するとテーブル４１が左右方向に移
動し、これに伴ってアーム４３の先端部に取付けられた
振動型プローブ３４のプローブ電極１１が、測定試料３
１の被測定面３１ａの半径方向に沿って移動される。

次に、このように構成された表面電位の分布を測定する
装置の動作について説明する。

スピンドル３２上に取付けられた測定試料３１を駆動モ
ータ３３の駆動によって一定速度で回転させ、プローブ
電極１１を駆動モータ５３の駆動によって被測定面３１
ａの外周側から中心方向に向かって移動（逆方向の移動
も可）させる。そして、上述したように被測定面３１ａ
の表面電位を測定する。即ち、発振器３８を発振させそ
の発振信号をピエゾ素子ドライバー３７で増幅して、円
筒状のピエゾ素子１４を上下方向に移動させる。

ピエゾ素子１４は、容器１０のヒンジ部１０ａに固着さ
れているので容器１０も一体に振動し、これに伴って容
器１０内に絶縁物１２て固定されているプローブ電極１
１も、発振器３８の発振周波数で上下方向に振動される
。プローブ電極１１が上下方向に一定周期で振動される
と、その下方に配置した測定試料３１の被測定面３１ａ
との距離（ギャップ）が周期的に変化されるので、その
周期に応じて被測定面３１ａから出ている電気力線の一
部がプローブ電極１１に到達する。よって、プローブ電
極１１で検出される信号は、ピエゾ素子１４の振動周期
で、且つ被測定面３１ａの表面電位に比例した交流信号
となる。そして、この交流信号は、アンプ１７で増幅さ
れ、同期検波回路３９でプローブ電極１１の振動周期，
即ち、発振器３８の発振周期と同一周期で同期検波して
、積分回路４０で平均化することにより、被測定面３１
ａの表面電位に相当する測定値として出力される。

このようにして、測定試料３１の被測定面３１ａの表面
電位が測定されるが、温度ドリフト等のドリフトによっ
てその測定値に誤差が生じるが、この誤差は、測定値補
正装置６０によって補正される。即ち、予め被測定面３
１ａの或は、測定試料を支持するテーブル等の一部分に
形成した補正電極７０に、ロータリ・コネクタ６５を介
して基準電源６１から基準電圧が印加され、上述したと
同様にしてこの補正電極７０上の表面電位が測定装置に
よって測定される。この補正電極７０上の表面電位に対
応する検出電圧即ち、検出信号Ｅ１が記憶装置６３に記
憶される。その後、測定試料３１が回転されて前記した
ように被ｆｆｌｌｌ定面３１ａの表面電位が測定されて
記憶装置６３に記憶される。次に、測定試料３１が回転
されて再度補正電極７０上の表面電位が測定され、この
時の検出電圧Ｅ２が記憶装置６３に記憶される。

そして、記憶装置６３に記憶した検出信号Ｅｌ，Ｅ２を
演算装置６２に人力し、検出電圧Ｅ１と検出電圧Ｅ２の
ずれ、即ち、差が演算されてドリフト電圧Ｅ３（一検出
電圧Ｅ１一検出電圧Ｅ２）が求められ、記憶装置６３に
記憶されている被測定面３１ａ上の表面電位の測定デー
タからドリフト電圧Ｅ３を差し引いてドリフト補正され
た測定値が表示装置６４に表示される。

同様にプローブ電極１１を被測定面３１ａの外周側から
中心方向（或るいは逆方向）に移動させて、前記同様一
回転又は所定回転後の位置で、被測定面３１ａ上の表面
電位の測定前後に補正電極７０上の表面電位を測定して
そのずれ、即ち、ドリフト電圧を求め、被測定面３１ａ
の表面電位の測定データからドリフト電圧を差し引いて
測定値を補正する。

また、他の実施例としては、プローブ電極１１が回転し
ている測定試料３１上の被測定面３１ａの外周側から中
心方向（或るいは逆方向）に移動３１３　２中に、プローブ電極１１が被測定面３１ａ上に形成した
補正電極７０の真下に位置する毎に、補正電極７０に基
準電源６１からロータリ・コネクタ６５を介して印加さ
れる基準電圧（　Ｅ　］．１，　　Ｅ　１２，Ｅｌ３・
・・ＥＩＮ）を直線的に変化させ、記憶装置６３にこの
時、の印加電圧（Ｅｌｌ，　　Ｅ１２，　　Ｅ１３・・
・ＥＩＮ）を記憶する。この時、表面電位測定装置の表
面電位検出回路３６から出力される検出電圧（Ｅ２１Ｅ
　２２，　　Ｅ　２３・・・Ｅ　２Ｎ）を記憶装置６３
に記憶する。

そして、記憶装置６３に記憶した印加電圧（　Ｅ　１１
，Ｅ　１２，　　Ｅ　１３・・・ＥＩＮ）と検出電圧（
Ｅ２１，　　Ｅ２２，　　Ｅ２３・・・Ｅ　２Ｎ）を演
算装置６２に入力し、印加電圧（Ｅｌｆ，　Ｅ１２，　
Ｅ１３・・・ＥＩＮ）と検出電圧（　Ｅ　２１，Ｅ２２
，Ｅ２３・・・Ｅ　２Ｎ）とを対比して表面電位測定装
置の利得の直線性を算出し、この結果に基づいて被測定
面３１ａの表面電位測定データを補正して表面装置６４
で表示する。

尚、前記した各実施例ではドリフト補正された被測定面
３１ａの表面電位の測定値を表示装置６４に示す構成で
あったが、記憶装置６３に記憶して必要な時に取出す構
成でも良い。

また、前記した各実施例ではディスク状に形威された測
定試料３１上の一部分に補正電極７０を形成したが、第
６（ａ）図，第６（ｂ）図，第６（ｃ）図にそれぞれ示
すように、ドラム状，カード状，テープ状の測定試料８
０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ上の一部分にそれぞれ補正電極７
０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃを形成して前記同様測定値を補正
することも可能である。すなわち測定試料の形状はディ
スク状に限定されることはない。

次に、前記した被測定面３１ａの表面電位の測定時に、
被測定面３１ａの面精度不良や測定試料３１の回転精度
不良等によって、プローブ電極１１を振動可能に支持し
ている振動型プローブ本体３４の先端部と被測定面３１
ａのギャップ長が変位した場合に、その変位量を調整し
てギャップを一定に制御する動作について説明する。

先ず、光源１９からレーザ光ビームａ１が発生され、レ
ンズ系（図示せず）、ミラー２１を介して、プローブ電
極１１の先端部の真下に位置する測定試料３１の被測定
面３１ａに入射され、その反射光ビームａ２がミラー２
２を介してＰＳＤ２０に導かれる。この時、被測定面３
１ａの面精度や測定試料３１の回転精度等が悪いと、測
定試料３１が上下方向、即ち、高さ方向に変位する。

即ち、第８図に示すように、測定試料３１が上下方向、
即ち、高さ方向に変位すると、被測定面３１ａに入射す
るレーザ光ビームａ１の反射光ａ２は、測定試料３１の
変位した星に比例して水平方向にずれ（ａ’　２）てＰ
ＳＤ２０に入射する。

そして、ＰＳＤ２０からの出力信号は、ギャップ位置検
出回路４７に入力され、測定試料３１の変位量に相当し
た一定レベルの電圧値に変換されるー。ギャップ位置検
出回路４７からの出力信号はギャップ制御回路４８の可
変電圧電源５１で設定されているギャップ設定電圧、即
ち、基準電圧と比較演算され、その差、即ち、誤差電圧
を誤差増幅器５０に出力する。誤差増幅器５０は、入力
される誤差電圧を増幅してギャップ制御用のピエゾ素子
４５を印加する。ピエゾ素子４５は、印加される誤差電
圧に比例して伸縮する。すると、アーム４３は、ピエゾ
素子４５の伸縮とばね４６のばね力により弾性ヒンジ部
４２ａを支点にして上下動し、アーム４３の先端に取付
けた振動型プロブ本体３４と被測定面３１ａ間のギャッ
プが一定に制御される。そしてプローブ電極１１は被測
定面３１ａとのギャップ長が一定に保持されている振動
型プローブ本体３４に対して所定の振動周期でかつ所定
の微小変位（例えばミクロンオーダの振動幅）で振動さ
れる。即ち、プローブ電極１１と被測定面３１ａ間の平
均ギャップが一定に制御される。

この時、弾性ヒンジ部４２ａとピエゾ素子４５間の距離
と、ピエゾ素子４５とアーム４３の先端間の距離は］対
１０に設定されているので、アーム４３の先端に取付け
た振動型プローブ３４のプローブ電極１１の変位量は、
ピエゾ素子４５の伸縮量に対して１０倍に拡大され、変
位量の幅が広くなる。よって、例えばピエゾ素子４５の
伸縮量が２０μｍの時には、プローブ電極１１の変位量
３　５３　６は２００μｍのダイナミックレンジがある。

駆動モータ５３を駆動し送りねじ棒５２を回転させてテ
ーブル４１を測定試料３１方向に移動させることにより
、振動型プローブ本体３４と被測定面３１ａ間のギャッ
プを一定に制御して、被測定面３１ａ全体の表面電位を
容易に、且つ高精度に安定して測定することができる。

また、第３図に示した表面電位の分布を測定する装置を
電波シールドすることにより、外部から侵入する電波を
遮断してより高精度な測定を行うことができる。

また、前記した実施例では、ディスク状に形成された測
定試料の表面電位を測定したが、平板状、即ち、カード
状、やドラム状あるいはテープ状等の測定試料に対して
同様にその表面電位を測定することができる。

第８図乃至第１１図は、第２図に示した表面電位分布測
定装置で測定実験を行う測定試料とその測定実験結果を
示している。第８図に示すように、ディスク状の測定試
料３１には、その被測定面３１ａに放射状のクロームパ
ターン３ｌｂが蒸着されている。クロームパターン３１
ｂの間隔は外周部と内周部で異なるが、例えば９０°間
隔で４現象Ａｌ，Ａ２，Ａ３，Ａ４に分けられており、
領域Ａ１は、０．３Ｑ　ｉｎｅｓ／　ｍｍ　（．１１１
　ｐ　／　＋＋＋＋ｎ）ゾーン、領域Ａ２は、２．１２
ｐ／＋ｎｍゾーン、領域Ａ３　は、４４！ｐ／＋＋＋ｍ
ゾーン、領域Ａ４は、６βｐ　／　ｍｍゾンにそれぞれ
形成されている。尚、前記した各値は、いずれも最外周
に於ける値である。

そして、第９図に示すように、この測定試料３１をディ
スクベース３１ｃ上に固定して、クロームパターン３１
ｄ面とディスクベース３１ｃ間に電源５４を接続し、ク
ロームパターン３ｌｂに所定の電圧を印加して測定試料
３１、ディスクベース３１ｃを回転させる。そして、プ
ローブ電極をクロームパターン３１ｂ上に近接して対向
配置し、クロームパターン３１ｂ上の表面電位を前記実
施例と同様にして測定した。

第１０図は、第４図に示される装置においてギャップ制
御回路４８を作動させず、ギャップを制御しないで測定
試料の表面電位を測定した実験結定結果を示している。

この測定実験においては、プローブ電極１１は、周波数
７ＫＨｚで振動される。尚、この第１０図で横軸は、時
間、縦重山は測定出力、即ち、出力電圧を示している。

第１０図に示すようにこの装置では、プローブ電極と測
定試料間のギャップの変位の影響がそのまま出力されて
パターンが細い領域Ａ３，Ａ４のクロームパターンは分
解されず、この領域の検出感度が悪いことが判るが、他
の領域Ａｌ，Ａ２で比較的正確に表面電位が測定されて
いることが判る。後に説明する実験結果から判明するよ
うにプローブ電極１１の振動周波数を上げることによっ
てギャップを制御しなくとも十分高い精度で測定試料の
表面電位を測定することができる。

第１１図は、第４図に示される装置においてギャップ制
御回路４８を作動させ、ギャップを制御して測定試料の
表面電位を測定した実験結定結果を示している。この測
定実験においては、プローブ電極１１は、周波数７ＫＨ
ｚで振動され、測定試料３１を１回転させてクロームパ
ターン３１ｂ上に５０Ｖの電圧を印加し、プローブ電極
とクロームパターン３ｌｂ間の間隔を５０±　０．８μ
問に保持して、クロームパターン３ｌｂの外周部の表面
電位を測定した。尚、この第１１図で横軸は、時間、縦
軸は測定出力、即ち、出力電圧を示している。この第１
１図に示すように本発明の表面電位測定装置によれば、
ＡＩ，Ａ２，Ａ３，Ａ４の各クロームパターンのいずれ
も安定した出力で分解しているのがわかる。

第１　２　（ａ）図、第１　２　（ｂ）図及び第１　２
　（ｃ）図は、第４図に示される装置において夫々プロ
ーブ電極１１が周波数１０ＫＨｚ，周波数ＩＫＨｚ，周
波数ＯＫＨｚで振動された場合におけるギャップ制御回
路４８を作動させ、ギャップを制御して測定試料の表面
電位を測定した実験結定結果を示している。この実験に
おいては、第８図に示すディスク状の測定試料３１と同
様に測定試料（図示せず）には、その被測定面３１ａに
放射状のクロームパターン３ｌｂが蒸着され、クローム
パ３　９４　０夕一ン３ｌｂの間隔は外周部と内周部で異なるが、例え
ば９０°間隔で４現象Ｂｌ，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４に分けら
れ、領域Ｂ１は、２　Ｄ　ｉｎｅｓ／　ｍｍ　（．Ｑｐ
　／　ｍｍ　）ゾーン、領域Ｂ２は、　０．３ρｐ　／
　ｍｍゾーン、領域Ｂ３　は、５Ｎｐ／ｍｍゾーン、領
域Ｂ４は、３．ｌｌｌｐ／ｍ！ａゾーン、にそれぞれ形
成されている。尚、前記した各値は、いずれも最外周に
於ける値である。第１　２　（ａ）図、第１　２　（ｂ
）図及び第１　２　（ｃ）図から明らかなようにプロー
ブ電極１１の振動周波数を上げれば上げるほど高い精度
で試料表面の電位を測定でき、しかも、振動周波数がＩ
ＫＨｚでも十分に試料表面電位を測定できることが実験
で判明している。なお、振動周波数の下限は検出精度を
向上させる工夫をすることで１０Ｈｚ程度まで可能と考
えられる。

上述の実験結果及び回路系の種々の考察から、プローブ
電極１１の振動周波数の上限は、１００ＫＨｚ以下、好
ましくは、５０ＫＨｚから１００ＫＨｚ以下で振動され
ることが良いことが確認されている。

この発明の試料表面の表面電位を測定する装置は、具体
的には、イメージプレート（ｉｍａｇｅ　ｐｌａｔｅ）
を用いて実物大で放射線透視像を撮像し、観察するため
の放射線撮像装置に適用される。

第１３図は、Ｘ線撮像装置を示している。こΦＸ線撮像
装置においては、筐体５５内にＸ線像を撮像するイメー
ジプレート５２が収納されている。

筐体５５の底面には窓（図示せず）が設けられ、この窓
を通してイメージプレート５２にＸ線透過像が照射され
る。

イメージプレート５２は、第１４図に示すように、アル
ミニウム製の基板６５に螢光体層６６，ＩＴＯ層６７お
よび感光体層６８が積層形成されて作られている。螢光
体層６６は、ガドリニウム，ヨウ素，セシウム等の元素
を含むもの、例えば２００μｍ厚程度のＧｄ２０２Ｓｉ
Ｔｂ層であり、感光体層６８は無機或いは有機の感光体
例えば、２０μｍ程度のアモルファスＳｉ層である。ガ
ドリニウム螢光体層はＸ線の照射を受けて波長５５０ｎ
ｍのピーク発光を示し、発光効率が非常に高い。またア
モルファスＳｉ感光体層は、可視域に高い感度を持ち、
５　０　０　ｎｍ近傍の光に対してほぼ１．　０　０％
の量子効率を示す。

筐体５５内には、イメージプレート５２に一様な帯電を
させるための高圧帯電器５３が設けられている。帯電器
５３は、撮像に先立って、ガイド（図示せず）に沿って
イメージプレート５２上をイメージプレート５２に対し
て５　＋＋＋ｍ程度の微小間隔を保って走査駆動され、
これによりイメージプレート５２は、全面例えば５００
ｖ程度に帯電される。

筐体５５とは別に、イメージプレート５２に形成された
潜像を転写記録するための誘電体記録シ一ト７３が用意
される。誘電体記録シ一ト７３は、誘電体シ一ト７１を
枠体７２に張り付けて構成されている。この誘電体記録
シ一ト７３は、筐体５１の側部に設けられた挿入口に挿
入すると、一対の搬出入ロ−ラ５３Ａ，５３Ｂにより挟
まれてイメージプレート５２上まで搬送される。筐体５
１内には転写用ローラ５４が設けられ、誘電体記録シ一
ト７３がイメージプレート５２上に搬送されると、転写
用ローラ５４がガイド（図示せず）に沿って誘電体記録
シ一ト７３をイメージプレト５２上に圧接しながら走査
駆動される。

具体的な撮像の動作を、第１４図に示された撮像装置の
主要部の動きを時間を追って示す第１６（ａ）図乃至第
１　６　（ｅ）図を参照して説明する。

第１　６　（ａ）図は、撮像開始前の各部の位置関係を
示している。撮像動作は第１　６　（ｂ）図に示すよう
に、図示しない始動スイッチによって帯電器５３がイメ
ージプレート５２上を走査駆動されることにより開始す
る。帯電器５３により４〜７ｋＶの高電圧が印加され、
イメージプレート５２はこれにより前述のように５００
ｖ程度に一様に帯電する。これがイメージプレート５２
のイニシャライズに相当する。次に第１　６　（ｃ）図
に示すように、誘電体記録シ一ト７３が押入される。誘
電体記録シ一ト７３はイメージプレート５２上にまで搬
送され、イメージプレート５２に対して１關〜２　＋ｎ
ｍ程度の間隔を保って対向させられる。

４　３４　４その後、イメージプレート５２の基板側から、Ｘ線透過
像が照射される。Ｘ線の照射は例えば人体の透視の場合
であれば、７０ｋｅＶで約１ｒｎＲ程度とする。このＸ
線照射によって、イメージプレート５２には潜像が形成
される。すなわちＸ線照射によってガドリニウム螢光体
層が可視光を発光し、これによりアモルファスＳｔ層上
の各部の電荷はその部分の発光量に応じて接地された基
板に放電され、透過像に応じて５００Ｖ〜５０Ｖの電位
パターンが形戊される。

その後、第１　６　（ｄ）図に示すように転写用ローラ
５４がガイドに沿って走査駆動され、誘電体記録シ一ト
７３の誘電体シ一ト７１がイメージプレート５２の表面
に圧接される。これによりイメージプレート５２上の潜
像が誘電体記録シ一ト７１に転写される。この転写の際
に誘電体シ一ト７１には、図示しない電極から基準電位
が参照電位とし−Ｃ与えられる。この参照電位は、既に
説明したように補正電極７０に与えられた電位と同様に
第３図に示され表面電位測定回路４０からの補正に用い
られる。そして潜像が転写記録された誘電体記録シ一ト
７３は、第１　６　（ｅ）図に示すように搬出人口−ラ
５３Ａ，５３Ｂによって外部に取り出され、新しい誘電
体記録シートがセットされて第１　６　（ａ）図の工程
にもどる。

この様にして記録シ一ト７３に形成された潜像は、第３
図に示す表面電位測定装置と略同様の構成を有する第１
６図に示される表面電位測定装置で読み出される。

第１６図に示される表面電位測定装置では、第３図に示
される装置とは異なりステージ１０上にＸ軸テーブル８
１およひＹ軸テーブル８２がそれぞれ、Ｘ軸駆動モータ
８３，Ｙ軸駆動モータ８４により駆動される状態で設置
されている。潜像が形成された誘電体記録シ一ト７３は
Ｙ軸テーブル８２上に設置され、振動ピエゾ素子により
微小振動が与えられたプローブ電極１１によって、電位
像が順次ピックアップされ、表面電位検出回路４０によ
り画像信号として取り出される。

振動ピエゾ素子は、Ｘ軸テーブル８１上に設けられたギ
ャップ制御機構のアーム４３の先端に取り付けられてい
る。ギャップ制御機構４８は、ギャップ調整ネジ４４，
バランス用バネ４６，ギャップ制御機構駆動用ピエゾ素
子４５を有する。このビエゾ素子がギャップ制御回路４
８によって制御されて、アーム４３の先端に取り付けら
れたプローブ電極１１の記録シ一ト７３に対するギャッ
プが自動的に最適制御される。

このギャップ制御のために、プローブ電極１１が取り付
けられた位置には同軸的にギャップ位置検出用光学系お
よびギャップ位置検出回路４８が設けられている。すな
わち光学系によって光ビームが記録シーム７３に照射さ
れ、その反射ビームを検出することで位置検出回路４７
によりギャップが検出され、これがギャップ制御回路４
８によってピエゾ素子２０にフィードバックされる。

この様な表面電位測定装置によって、プローブ電極１１
は微小振動が与えられた状態で記録シ一ト７３との間の
平均ギャップは精密に自動制御され、Ｘ−Ｙ走査によっ
て記録シ一ト７３上の潜像が読み取られる。

こうしてこの実施例によれば、実物大のＸ線透過像を感
光体層に潜像として撮像しこれを読み取る際に、一旦そ
の潜像を誘電体記録シートに圧接転写して記録すること
により、像電位の減衰がない状態で読み取りが可能とな
り、したがって均質な再生画像を得ることができる。

誘電体記録シ一ト６３の潜像の読み取りは、上述したＸ
−Ｙ走査のほか、第３図に示される回転ディスク方式の
装置によっても可能である。この場合、角型の枠体を持
つ誘電体記録シートをディスクに移し換えることが必要
である。

第１７図はその方法の一例である。これは、誘電体記録
シ一ト７３の誘電体シ一ト７１を、切断治具９１と押圧
ピストン９２によって切り取ると同時にディスク９３に
貼り換えるという操作を行う。すなわち、切断治具９１
は円筒状をなしてその先端に刃が形成されており、これ
に同軸的に押圧ピストン９２がはめ込まれている。ディ
スク９３は、丁度切断治具９１にはめ込まれる外径を４
７４　８有し、その底面には予め接着剤が塗布される。そして切
断治具９１をその先端部にディスク９３がはめ込まれた
状態で潜像が形戊された誘電体記録シ一ト７１にあてが
い、押圧ピストン９２と切断治具９１の操作により、デ
ィスク９３を記録シ一ト７１に接着すると同時に誘電体
シ一ト７１を切り落とす。これによって、誘電体シ一ト
７１が貼りつけられた状態の回転ディスクが得られる。

この回転ディスクは、第３図の装置によって読みとられ
る。

本発明は上記実施例に限られるものではなくその要旨を
逸脱しない範囲で種変形して適用できる。

例えば実施例では、Ｘ線透過像をイメージプレトの基板
側から照射したが、Ｘ線は螢光体層以外は透過するから
、イメージプレートの表面側から照射するようにしても
よい。

第１６図に示された装置によれば、イメージプレートを
用いた実物大のＸ線透過像の撮像に当たって、感光体層
の像電位の減衰の影響を除いて優れた再生画像を得るこ
とができる。

以上のように、本発明に係る振動型プローブは、プロー
ブ電極の先端部を被測定面に近接して対向配置し、プロ
ーブ電極を被測定面に対して直交方向に振動させて被測
定面の表面電位を測定する構成により、検出感度が良好
になり、且つ測定分解能も高くなって微小範囲の表面電
位を高精度に測定することができる。

また、この発明によれば、被測定面の一部分に形威した
補正電極に基準電圧を印加して、この時に表面電位測定
装置から出力される検出信号を演算手段に人力し、入力
される検出信号に基づいて温度ドリフト等のドソフトに
よる被測定面上の表面電位の測定誤差を補正することが
できるので、安定して精度の良い測定値を得ることがで
きる。

［発明の効果］以上のように、本発明に係る振動型プローブは、プロー
ブ電極の先端部を被測定面に近接して対向配置し、プロ
ーブ電極を被測定面に対して直交方向に振動させて被測
定面の表面電位を測定する構戊により、検出感度が良好
になり、且つ測定分解能も高くなって微小範囲の表面電
位を高精度に測定することができる。

また、この発明によれば、被測定面の一部分に形成した
補正電極に基準電圧を印加して、この時に表面電位測定
装置から出力される検出信号を演算手段に入力し、入力
される検出信号に基づいて温度ドリフト等のドリフトに
よる被測定面上の表面電位の測定誤差を補正することが
できるので、安定して精度の良い測定値を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る振動型プローブを
組み込んだ測定試料の表面電位を測定する装置を示すブ
ロック図，第２図は、第１図に示された振動型プローブ
の測定原理を説明するための概略図，第３図は、この発
明の他の実施例に係る振動型プローブを示す断面図，第
４図は、第３図に示された振動型プローブを組み込んだ
測定試料の表面電位を測定する装置を示すブロック図，
第５図は、第４図に示される表面電位測定装置により表
面電位が測定される測定試料の一例を示す斜視図，第６
図は、第４図に示される表面電位測定装置により表面電
位が測定される測定試料の他の例を示す斜視図，第７図
は第３図に示されたプローブ電極と測定試料表面との間
のギャップ長を測定する原理を説明する為の概略図，第
８図は、第３図に示された測定装置により表面電位の測
定実験を行った測定試料を示す平面図，第９図は、第８
図に示された測定試料の断面図，第１０図及び第１１図
は、測定実験の測定結果を示すグラフ第１２図は、第３
図に示された測定装置により表面電位の測定実験行った
際の他の実験結果を示すグラフ，第１３図は、この発明
の測定装置によってその表面電位を測定されるイメージ
プレートに潜像を転写するＸ線撮像装置を概略的に示す
斜視図，第１４図は、第１３図に示されたイメージプレ
ートを示す断面図，第１５図は、第１３図に示されたＸ
線撮像装置の撮像動作を説明するための図，第１６図は
、この発明の更に他の実施例に係る潜像が転写された記
録シートを読み取るための静電電位を測定する装置を示
すブロック図，第５１５　２ ■７図は、第３図に示された装置で読み取り可能な回転
型記録ディスクを形成する装置を概略手的に示す斜視図
，第１８図は、従来の測定試料の表面電位を測定する装
置を示すブロック図である。１，１１・・・プローブ電極２，１４・・・ピエゾ素子３・・・シールドケース４．１Ｂ，３１．８０・・・測定試料４ａ・　１３ａ，３１ａ・・・測定試料５，１４．３７
・・・ピエゾ素子ドライバ６，３８・・・発振器７，１５・・・アンプ８，３つ・・・同期検波回路９．４０・・・積分回路１０・・・容器１０ａ・・・ヒンジ部（弾性部）１２・・・絶縁物１６・・・ケース１７．１８・・・鏡筒１９・・・光源２　０・・・ＰＳＤ３０・・・防振台３３・・・駆動モーター３４・・・振動型プローブ３５・・・ギャップ制御装置３６・・・表面電位検出回路４２・・・本体４２ａ・・・弾性ヒンジ部４３・・・アーム４５・・・ギャップ制御用のピエゾ素子４７・・・ギャ
ップ位置検出回路４８・・・ギャップ制御回路５０・・・誤差増幅器５１・・・可変電圧電源５３・・・駆動モータ６０・・・測定値補正装置６１・・・基準電源６２・・・演算装置６３・・・記憶装置６４・・・表示装置７Ｏ・・・補正電極９０・・・表面電位測定装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料の測定面との間にギャップを有して配置され
た先端を有するプローブ手段と、このプローブ手段を振動させて前記プローブ手段の先端
と前記測定面との間のギャップを変化させる振動手段と
、前記プローブ手段の先端の電位の変化を検出し、前記試
料測定面の電位に対応する測定信号に変換する検出手段
と、を備えたことを特徴とする表面電位測定装置。
（２）試料の測定面との間にギャップを有して配置され
た先端を有し、前記試料面の領域を検索するプローブ手
段と、このプローブ手段を振動させて前記プローブ手段の先端
と前記測定面との間のギャップを変化させる振動手段と
、この振動手段によって振動される前記プローブ手段を振
動可能に支持するプローブ支持手段と、前記プローブ支
持手段と前記プローブ手段で検索される領域と間のギャ
ップを略一定に制御するギャップ制御手段と、振動される前記プローブ手段の先端の電位の変化を検出
し、前記試料測定面の電位に対応する測定信号に変換す
る変換手段と、を備えたことを特徴とする表面電位測定装置。
（３）前記振動手段は前記プローブ手段をほぼ一定周期
で振動させることを特徴とする請求項１あるいは請求項
２記載の表面電位測定装置。
（４）前記振動手段は、一定周波数を有する発振信号を発生する発振手段と、前記発振信号に応じて伸縮し、前記プローブ手段を振動
させる伸縮手段と、を備えたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記
載の表面電位測定装置。
（５）前記検出手段は、前記プローブ手段の先端電位を電位信号に変換する変換
手段と、この電位信号を発振信号で同期検波して測定信号を発生
する検波手段と、を備えたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記
載の表面電位測定装置。
（６）前記検出手段は、前記測定信号を積分して平均化
された測定信号を発生する積分手段をさらに備えたこと
を特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の表面電位
測定装置。
（７）前記測定信号を表示する表示手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の表面
電位測定装置。
（８）前記プローブ手段の先端は、針状であることを特
徴とする請求項１あるいは請求項２記載の表面電位測定
装置。
（９）前記プローブ手段は、プローブ電極と、このプローブ電極を支持するプローブ支持手段と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の表面電位測定
装置。
（１０）前記振動手段は、入力電圧に応じて伸縮するピ
エゾ素子を含むことを特徴とする請求項１あるいは請求
項２記載の表面電位測定装置。
（１１）前記プローブ電極を支持するプローブ支持手段
は、外周に弾性部を形成した筒状の容器内に前記プローブ手
段の先端部を突出させて固定し、前記振動手段の一端側
を前記容器の弾性部に固着し、他端側を固定部に固着し
ていることを特徴とする請求項２あるいは請求項９記載
の表面電位測定装置。
（１２）前記プローブ電極は、前記容器内に絶縁体を介
して支持されていることを特徴とする請求項１１記載の
表面電位測定装置。
（１３）前記プローブ手段を振動可能に支持するプロー
ブ支持手段の先端と前記試料測定面との間のギャップ長
を所定範囲内に制御するギャップ制御手段をさらに備え
ていることを特徴とする請求項１記載の表面電位測定装
置。
（１４）前記ギャップ制御手段は、任意の基準面に対す
る前記試料測定面の変化を検出して高さ信号を発生する
ギャップ測定手段を備えていることを特徴とする請求項
２あるいは請求項１３記載の表面電位測定装置。
（１５）前記ギャップ制御手段は、高さ信号に応答して
振動するプローブ支持手段を移動させるプローブ移動手
段を備えていることを特徴とする請求項２あるいは請求
項１３記載の表面電位測定装置。
（１６）前記ギャップ測定手段は、光ビームを発し、前記試料測定面に向ける光源手段と、前記試料測定面から反射された前記光ビームを検出し、
基準面に対する前記試料測定面の変化に依存した反射光
ビームの偏倚を検出して高さ信号を発生する検出手段と
、を備えていることを特徴とする請求項１４記載の表面電
位測定装置。
（１７）前記試料をその試料面に沿って移動させる試料
移動手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ある
いは請求項２記載の表面電位測定装置。
（１８）前記試料を回転させる試料回転手段をさらに備
えたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の
表面電位測定装置。
（１９）前記検出手段で検出されるべき参照電位を有す
る参照手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１あ
るいは請求項２記載の表面電位測定装置。
（２０）前記検出手段によって変換された前記参照手段
の参照電位に対応する測定信号で前記試料測定面の前記
参照電位に対応する測定信号を補正する補正手段をさら
に備えたことを特徴とする請求項１９記載の表面電位測
定装置。
（２１）前記補正手段は、前記参照電位に対応する測定信号を処理して補正信号を
発生する手段と、この補正信号を記憶する手段と、を備えていることを特徴とする請求項２０記載の表面電
位測定装置。
（２２）外部から侵入する電波を遮断する電波シールド
手段をさらに含むことを特徴とする請求項１あるいは請
求項２記載の表面電位測定装置。
（２３）前記振動手段の振動周期が１０Ｈｚ乃至１００
ＫＨｚの範囲に設定されてなることを特徴とする請求項
３記載の表面電位測定装置。
（２４）前記参照手段は、前記試料を載置するテーブル
上の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする
請求項１９記載の表面電位測定装置。
（２５）前記参照手段は、前記試料表面の少なくとも一
部に形成されていることを特徴とする請求項１９記載の
表面電位測定装置。
（２６）表面電位が測定されるべき面と、この面に設けられ参照電位が与えられる参照手段と、を備えたことを特徴とする表面電位測定試料。
（２７）前記試料は、ディスク状、ドラム状、テープ状
、あるいはカード状のいずれかであることを特徴とする
請求項１、請求項２あるいは請求項２６のいずれかに記
載の表面電位測定装置。