JPH045148B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業状の利用分野〕 この発明は表面電位計に関し、特に中央制御回
路で発生させるデイジタル信号で直接測定するこ
とのできる交流変換型非接触表面電位計に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、表面電位を測定してそれを記憶、演算処
理し、その値に基づいてたとえば各複写プロセス
を制御する場合にはアナログ値で測定した各プロ
セスの状態をＡ／Ｄ変換器でデイジタル値に変換
して中央制御回路で処理した後、再びＤ／Ａ変換
器でアナログ値に変換して各プロセス条件を処理
しているがこのような方法ではＡ／Ｄ変換器等が
必要不可欠であるために回路構成が複雑になると
共に、全体が高価になるという欠点を有してい
た。

〔発明の目的〕

この発明は前記のような従来のもののもつ欠点
を排除して、中央制御回路で発生するデイジタル
値により表面電位を直接測定することによりＡ／
Ｄ変換器を用いることなく表面電位を記憶、演算
処理するようにして回路構成を簡単にすると共
に、全体を安価にして表面電位に基づいて例えば
各複写プロセス条件の制御を行うことのできる表
面電位計を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

この発明は、交流変換型非接触表面電位計であ
つて、デイジタル信号によつて段階的に変化する
電圧を発生すると共に、該電圧をチヨツパーに印
加する電圧印加手段と、チヨツパー駆動信号と測
定電極に誘起される検出信号との位相差を検出す
る検出手段とを具え、前記検出手段が位相差を検
出して出力した際、この出力した時の前記電圧印
加手段のデイジタル信号を表面電位検出信号とし
て取出す構成を有している。

〔発明の実施例〕

以下、図面に示すこの発明の実施例について説
明する。

まず、この発明の原理について説明する。第３
図Ａ，Ｂ，Ｃはチヨツパーの位置と電位計出力の
位相関係を示す概念図である。

第３図Ａは被測定物表面電位Vs、およびプロ
ープアパーチヤ板、チヨツパー電位Vgが、Vs＞
Vgなる場合に被測定物にプローブを対置したと
きの状態を示す。

プローブを対置した瞬間に測定電極には被測定
物と逆極性の電荷が結城されるが、電位計アンプ
の入力インピーダンスが小さいため誘起された電
荷は瞬時に消失してしまう。

ところが、チヨツパーにより被測定物と測定電
極間の電界が連続的に遮られているため、測定電
極に到達する電気力線の変化に応じて測定電極に
は連続的に電荷が誘起される。

つまり、前記した電位関係においては、チヨツ
パーが閉じる方向に動いている時（図中矢印ａ方
向）には外部回路を図中矢印ａ方向に抵抗Ｒを介
して誘起電流ｉが流れ、チヨツパーが開く方向
（図中矢印ｂ方向）に動いている時には図中矢印
ｂ方向に誘起電流ｉが流れる。

以上が交流変換型表面電位計の原理であるが、
第３図Ｂには電位関係が逆、つまり、Vs＜Vg′の
場合の様子を示してある。

この場合はチヨツパーの同く方向と誘起される
電流の方向の関係はVs＞Vgの場合とまつたく逆
になる。

今、仮に電極と被測定物の対向面積が時間とと
もに第３図Ｃに示すように変化するとすれば、第
３図Ａ，Ｂに示す出力１、２の電圧波形は第３図
Ｃのようになる。つまり、Vs＞Vgの場合とVs＜
Vgの場合とでは出力電圧の位相は180゜ずれるこ
とになる。

ここで、たとえば、Vgを第４図Ａに示すよう
に時間とともに変化させれば、一定の表面電位
Vsに対し、t₁なる時間領域と、T₂なる時間領域
とでは出力の位相は180゜ずれることになる。

これば逆に出力の位相がずれる瞬間t₀における
Vg（t₀）を検出すれば表面電位を測定することが
可能であることを示している。

この発明の原理は以上のようになるわけである
が、位相のずれを検出するためには、少なくとも
測定時間内において位相が固定されている基準信
号が必要となる。

ここで基準信号として最も容易に利用し得るも
のとしてチヨツパーの位置を検知してそれを電気
信号に変換することが考えられる。

たとえば、チヨツパーの振動を圧電素子のよう
なもので行えば、その振動信号によりチヨツパー
の位置を正確に検知し得ることは既に公知の技術
であり、広く用いられている。

以上のような技術手段を用いれば、第４図Ｂに
示すような位相関係を有する同期信号（チヨツパ
ーの駆動信号を整形した基準信号をこのように呼
ぶ）を極めて簡単な回路構成により得ることがで
きる。

そして、この発明においては中央制御回路１か
らデイジタル値にて階段波を発生させ、その値を
Ｄ／Ａ変換器２にてアナログ値に変換して昇圧す
る点にある。

中央制御回路１から階級波をつくり出すための
出力がＤ／Ａ変換器２に入力されると共に、この
Ｄ／Ａ変換器２の出力は昇圧器３と差動増幅器４
の一方の入力端子に入力され、そして昇圧器３の
出力はプローブのアパーチヤ板５およびチヨツパ
ー６に入力されると共に、分圧器７にも入力さ
れ、また分圧器７の出力は作動増幅器４の他方の
入力端に入力されている。この差動増幅器４の出
力は比較器８の一方の入力端に入力され、また比
較器８の他方の入力端には許容される誤差の基準
値９が入力されると共に、比較器３の出力は中央
制御回路１に入力されている。

一方、測定のプローブ１０の測定電極１１は測
定プローブ１０内に設けられたプリアンプ１２に
接続されると共に、プリアンプ１２の出力はバン
ドパスフイルター１３に入力され、このバンドパ
スフイルター１３の出力は移相器１４に入力さ
れ、移相器１４の出力は信号波形整回路１５に入
力されると共に、信号波形整形回路１５の出力は
位相差検出回路１６の一方の入力端に入力されて
いる。

また測定プローブ１０のチヨツパー６に設けら
れた一方の圧電素子１７の出力はセンサー駆動発
振回路１８に入力されると共に、センサー駆動発
振回路１８の出力は同期信号波形整形回路１９に
入力され、そしてチヨツパー６に設けられた他方
の圧電素子２０の出力は同期信号波形整形回路１
９に入力されていて、同期信号波形整形回路１９
の出力は位相差検出回路１６の他方の入力端に入
力されると共に、この位相差検出回路１９の出力
は中央制御回路１に入力されている。

次に前記のものの動作について説明する。

前記中央制御回路１はデイジタル値で段階波を
発生するように構成されており、この中央制御回
路１が発生するデイジタル値の段階波はＤ／Ａ変
換器２に入力されるとデイジタル値の段階波はア
ナログ値に変かされたのちに昇圧器３に入力され
るので昇圧器３からは高圧お階段波が出力され
て、これが測定プローブ１０のアパーチヤ板５お
よびチヨツパー６に印加されている。

一方側定プローブ１０の測定電極１１に誘起さ
れた電流は測定プローブ１０内のプリアンプ１２
によつて電圧に変換されたのちにバンドパスフイ
ルター１３に入力されて基準周波数（チヨツパー
６の固有振動数に対応する周波数）以外の周波数
成分がカツトされた信号波形（正弦波）となつて
出力されて移相器１４に入力される。そして位相
器１４で位相が後述する同期信号との位相差を検
出できるよう（基準となる状態での位相差を０と
設定する。）に調整されたのちに信号波形整形回
路１５に入力され、この信号波形整形回路１５で
矩形波に変換されて位相差検出回路１６に入力さ
れている。

また、前記測定電極１１の出力信号との位相の
ずれを検出するための基準信号である同期信号は
チヨツパー６の位置を検知してそれを電気信号に
変換することによつて得ることができるので、た
とえばチヨツパー６の振動を厚電素子で検知して
その信号でチヨツパー６の位置を正確に検知でき
る。従つて同期信号は測定プローブ１０内の一方
の圧電素子１７の出力がセンサー駆動発振回路１
８に入力されると共に、このセンサー駆動発振回
路１８の出力と、他方の圧電素子２０の出力とが
同期信号波形整形回路１９に入力され、これによ
つてセンサー駆動発振回路１８からの駆動信号が
同期信号波形整形回路１９で整形されて作られる
ものであり、同期信号波形整形回路１９の出力で
ある同期信号は前記位相差検出回路１６の他方の
入力端に入力されている。

前記位相差検出回路１６はたとえばExclusive
−OR回路で構成され、センサー駆動発振回路の
出力に基づく同期信号と測定電極１１の出力信号
とが位相が一致しているときは位相差検出回路１
６の出力はＬであるが位相が反転するとＨの出力
に変化するのでその時点での階段波のデイジタル
値はその点でのＤ／Ａ変換器２への出力を中央制
御回路１内で判断され中央制御回路１のメモリー
に第２図ｂの如く記憶される。そして各サンプリ
ングの状態は第２図ａ，ｂに示されており位相検
出回路１６の出力の立上り時での段階波の電位を
サンプリングすれば中央制御回路１からの階段波
の電位２１が表面電位２２を越した時点の階段波
の電位がサンプリングされ、その電位が電位計の
出力２３となるものでメモリに表面電位として記
憶される。勿論段階波をもつと細かく、より三角
波に近づけることもできる。

また、測定プローブ１０のアパーチヤ板５およ
びチヨツパー６に印加する電圧は直読できないが
監視回路によつて周囲環境の変化による精度の低
下を防止している。すなわち測定プローブ１０に
印加される昇圧器３の出力である高圧の段階波は
分圧器７により昇圧器３で昇圧される以前の電圧
と等しいレベルに分圧され差動増幅器４の一方の
入力端に入力され、差動増幅器４の他の入力端に
はＤ／Ａ変換器２の出力が入力されているので中
央制御回路１からの出力値と実際に印加されてい
る電圧との差分が差動増幅器４によつて増幅され
て比較器８の一方の入力端に入力される。従つて
本発明では比較器８の他方の入力端には許容され
る誤差の基準値が入力されているので誤差が基準
値以上になると比較器８から中央制御回路１へ異
常信号が入力されるので中央制御回路１は表面電
位測定に異常が生じたのを感知し得るものであ
る。

なお前記実施例においては中央制御回路１から
のデイジタル値をアナログ値に変換するための
Ｄ／Ａ変換器を設けたが、中央制御回路でプロセ
ス制御を行う際に用いるＤ／Ａ変換器を転用する
ことが可能である。

〔発明の効果〕

この発明は前記のように構成したことにより、
表面電位をデイジタル処理することができると共
に、Ａ／Ｄ変換器のような高価な部材を用いない
ので全体を簡単な回路構成で安価にすることがで
き、さらに高温高湿のような悪条件下でも表面電
位の誤検知によつてプロセス制御の暴走を防いで
確実な制御ができるなどのすぐれた効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は回路図、第２図ａは表面電位とあ階段
波の電位との関係を示す図、第２図ｂは電位計出
力を示す図、第図Ａ，Ｂ，Ｃ、および第４図Ａ，
Ｂはこの発明の原理を説明するための図である。 １……中央制御回路、２……Ｄ／Ａ変換器、３
……昇圧器、４……差動増幅器、５……アパーチ
ヤ板、６……チヨツパー、７……分圧器、８……
比較器、９……基準値、１０……測定プローブ、
１１……測定電極、１２……プリアンプ、１３…
…バンドパスフイルタ、１４……移相器、１５…
…信号波形整形回路、１６……位相差検出回路、
１７，２０……圧電素子、１８……センサー駆動
発振回路、１９……同期信号波形整形回路、２１
……階段波、２２……表面電位、２３……電位計
出力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ デイジタル信号によつて階段的に変化する電
   圧を発生させると共に、該電圧をチヨツパーに印
   加する電圧印加手段と、チヨツパー駆動信号と測
   定電極に誘起される検出信号との位相差を検出す
   る検出手段とを具え、前記検出手段が位相差を検
   出して出力した時の前記電圧印加手段のデイジタ
   ル信号を表面電位検出信号とすることを特徴とす
   る交流変換型非接触表面電位計。