JPH09281167A - 表面電位測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳＮ比と信頼性を向上させ，安定した高感度
な測定ができる簡単な構成で小型かつ安価な表面電位測
定装置を提供する。 【解決手段】 本発明の表面電位測定装置６は、被測定
体２から所定の間隔を隔てた位置に被測定体２と電気的
に独立して設けられた振動部材７からなる測定電極と，
測定電極を振動させ，被測定体２と測定電極との間で形
成される静電容量を変化させる振動駆動部８と，被測定
体２の表面電位に対応して誘起される静電容量の変化に
伴って変化する測定電極の電位を検出する電位信号検出
部４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は，非接触に設けられ
た振動部材及び測定電極により，導電体又は絶縁体等の
被測定体の表面電位を測定する静電容量型表面電位測定
装置に関し，より詳細には，複写機，ファックス，印刷
機，プリンタ及びプロッタ等の感光体又は現像ローラ等
の帯電電位の制御に使用される表面電位測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】各種の分野において，導電体及び絶縁体
等の表面電位を検出し測定する必要性が多々ある。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。表面電位を検知
する手段として，従来より被測定体の電荷のリークが生
じないように非接触型の表面電位測定装置が用いられて
いる。非接触型の表面電位測定装置は，電気的な装置と
機械的な装置とに大別できる。

【０００３】電気的な表面電位測定装置は，特殊な機能
材料を必要とするため高価なものとなる。また，帯電吸
着によって測定電極表面が汚染されることや使用する絶
縁物の分極によって感度が低下するという問題もある。

【０００４】一方，機械的な表面電位測定装置は，測定
電極の汚れによる感度変化が少ないという点及び比較的
安価に製造できるという点に長所がある。したがって，
現在使用されている表面電位測定装置の殆どが，機械的
なものである。

【０００５】機械的な表面電位測定装置は，振動部材と
測定電極とを備え，振動部材によって被測定体と測定電
極との間の静電容量を周期的に変化させ，測定電極で被
測定体の表面電位を交流信号として検出する。機械的な
表面電位測定装置には，チョッパ型と振動容量型の２種
類がある。チョッパ型の表面電位測定装置は，測定電極
に入射する電気力線を周期的に遮断することにより，測
定電極上に誘起される電荷の量を変化させて交流信号を
得るというものである。また，振動容量型の表面電位測
定装置は，測定電極を被測定体からの電界方向に周期的
に変化させることにより，被測定体と測定電極との間の
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とうものである。

【０００６】機械的な表面電位測定装置の例を以下に示
す。

【０００７】例えば，（ａ）特公昭６３−１５４７号公
報には，被測定体の表面電位を交流信号として取り出す
ため，音叉型の振動子を振動させてチョッパ手段として
利用し，音叉振動子と固定された測定電極とによって表
面電位を測定するための表面電位計が開示されている。
この表面電位計によれば，比較的簡単な構成で安価な表
面電位計を得ることができる。

【０００８】（ｂ）特開昭６０−１２０２６７号公報に
は，上記公報に開示されたものと同様に，被測定体の表
面電位を交流信号として取り出すために音叉型の振動子
を利用した非接触型表面電位検出装置が開示されてい
る。すなわち，この装置では，音叉振動子上に測定電極
を設置し，測定電極を被測定体と測定電極間で形成され
る電界に対してほぼ平行な方向に振動させる。そして，
この測定電極の振動によって被測定体と測定電極間の静
電容量を変化させ，被測定体の表面電位を検出すること
ができる。この非接触型表面電位検出装置によれば，表
面電位検出装置のＳＮ比を向上させることができる。

【０００９】（ｃ）実公平４−３０５４５号公報には，
上記特開昭６０−１２０２６７号公報に開示された音叉
振動子上に設置される測定電極の構造を改良した表面電
位検出装置が開示されている。すなわち，この装置で
は，測定電極にフレキシブルプリント基板を利用して，
そのプリント基板上に測定電極パターンと引出電極パタ
ーンを形成するという構成を有している。この表面電位
検出装置によれば，比較的簡単な構成で安価な表面電位
検出装置を得ることができる。

【００１０】（ｄ）特開昭６０−５５２７３号公報に
は，被測定体の表面電位を交流信号として取り出すため
に音叉状の振動片上に測定電極を設置した構成の表面電
位センサが開示されている。この装置では，チョッパ型
のように音叉状振動片を振動させて測定電極を直接的に
振動させ，測定電極の被測定体に対向する面積を変化さ
せて測定体と測定電極間の静電容量を変化させる。そし
て，この静電容量の変化から被測定体の表面電位を検出
することができる。この表面電位センサによれば，比較
的簡単な構成で安価な表面電位センサを得ることができ
る。

【００１１】（ｅ）特願平６−２４４３３９号には，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
してボイスコイルを採用し，ボイスコイルを駆動して被
測定体の正確な表面電位を検出するようにした表面電位
測定装置が開示されている。この表面電位測定装置は，
非接触に設けられた振動部材及び測定電極によって被測
定体の表面電位を測定する静電容量型表面電位測定装置
に関するものである。そして，この表面電位測定装置に
よれば，小型かつ安価な簡単な構成でＳＮ比を向上さ
せ，高感度な測定ができる静電容量変化手段及びそれを
利用した表面電位測定装置を得ることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，前述し
た従来の表面電位測定装置は，以下のような問題点があ
る。

【００１３】（ａ）特公昭６３−１５４７号公報によれ
ば，被測定体の表面電位を交流信号として取り出すため
に音叉型振動子を振動させてチョッパ手段として利用
し，音叉振動子と固定された測定電極とにより比較的簡
単な構成で安価に表面電位計が得られる。

【００１４】しかしながら，特公昭６３−１５４７号公
報に開示された表面電位計は，音叉型振動子とは別体に
測定電極を設ける必要があるため，部品点数が増加する
と共にコストが高くなる。また，音叉型振動子をチョッ
パ手段として利用した場合，音叉振動子と測定電極との
間に空間スペースを取る必要があるため，測定装置のプ
ローブ形状の小型化に制限がある。更に，電位検出信号
が最大になるように，音叉型振動子と測定電極との間の
位置関係を十分配慮する必要がある。すなわち，チョッ
パ型の場合は通常，被測定体に対し音叉型振動子の後方
に測定電極を配置するため，それだけで表面電位に対す
る測定感度が悪くなる。

【００１５】（ｂ）特開昭６０−１２０２６７号公報に
よれば，被測定体の表面電位を交流信号として取り出す
ために音叉型の振動子上に測定電極を設置し，被測定体
と測定電極との間で形成される電界に対してほぼ平行な
方向に測定電極を振動させ，被測定体と測定電極間の静
電容量の変化からＳＮ比を向上させて表面電位を計測す
ることができる。

【００１６】しかしながら，特開昭６０−１２０２６７
号公報に開示された非接触型表面電位検出装置も同様
に，音叉振動子とは別体に測定電極を設ける必要がある
ため，部品点数が増加すると共にコストが高くなる。ま
た，測定電極を音叉振動子上に設置した場合，測定電極
からの信号を取り出すための信号線が音叉の振動に追従
して振動する。その結果，信号線の振動が音叉の振動特
性に悪影響を及ぼし，音叉の振動特性が不安定となる。
また，音叉の振動特性に影響しないように信号線には通
常細い線材が使用されるが，細い線材を使用した場合，
振動により最悪の場合には信号線が断線するといった問
題を生じる。したがって，信号線の接続作業のみなら
ず，信号線の接続の際に断線しないよう気をつけて取り
付ける必要がある。また，信号線には可撓性に優れかつ
疲労強度に優れた高価な材料を使用する必要があるた
め，更にコストが高くなる。更に，測定電極を音叉振動
子上に設置した場合，音叉振動子の駆動部は，音叉振動
子ばかりでなく，測定電極及びその信号線をも振動させ
る必要があるため，音叉振動子の駆動に大きな駆動電力
が必要となる。

【００１７】（ｃ）実公平４−３０５４５号公報に開示
された表面電位検出装置は，前述した問題を解決するた
めのものであって，前記特開昭６０−１２０２６７号公
報に開示された音叉振動子上に設置される測定電極の構
造を改良し，測定電極にフレキシブルプリント基板を利
用してそのプリント基板上に測定電極パターンと引出電
極（信号線）パターンを形成し，比較的簡単な構成で信
頼性に優れかつ安価に表面電位を計測することができる
というものである。

【００１８】しかしながら，実公平４−３０５４５号公
報に開示された表面電位検出装置も前記と同様に音叉振
動子とは別体に測定電極を設ける必要があるため，部品
点数が増加すると共にコストが高くなる。また，フレキ
シブルプリント基板上に測定電極及び引出電極（信号
線）パターンをエッチング処理等を施して形成するため
にコストが高くなる。更に，フレキシブルプリント基板
を音叉振動子に接着固定して使用する必要があるため，
接着作業が必要となる。これに加え，接着の仕方によっ
ては，音叉振動子の振動特性が不安定となる等の悪影響
を及ぼしたり，最悪の場合には振動によりプリント基板
が剥がれてしまうといった問題がある。このように，こ
の発明によっても前述した従来技術の問題点を根本的に
解決することは達成されていない。

【００１９】（ｄ）特開昭６０−５５２７３号公報によ
れば，被測定体の表面電位を交流信号として取り出すた
めに音叉状の振動片を利用し，その音叉状振動片上に測
定電極を設置して，チョッパ型のように音叉状振動片を
振動させ，測定電極を直接的に振動させて測定電極の被
測定体に対向する面積を変化させることにより，被測定
体と測定電極間の静電容量の変化から比較的簡単な構成
で小型かつ安価に表面電位を計測することができるとい
うものである。

【００２０】しかしながら，特開昭６０−５５２７３号
公報に開示された表面電位センサも前記と同様に，音叉
振動子とは別体に測定電極を設ける必要があるため，部
品点数が増加すると共にコストが高くなる。また，測定
電極を音叉状振動片上に設置した場合，特開昭６０−１
２０２６７号公報に開示された発明について説明したよ
うに，測定電極の信号線や音叉状振動片の駆動手段に関
する問題がある。

【００２１】また，前述したいずれの装置も，被測定体
の表面電位を交流信号として取り出すために音叉を振動
子として利用している。したがって，更に高感度にＳＮ
比を向上させて表面電位を検出しようとするためには，
音叉の振動の振幅をさらに大きくする必要がある。その
方法として音叉の機械的共振振動を利用する方法や音叉
の長手方向の長さを長くするという方法が考えられる
が，機械的共振振動を利用する場合は共振点（共振周波
数）が非常に不安定である。よって，その振動の振幅値
に応じて得られる表面電位検出信号も非常に不安定な信
号値として得られるため，正確な表面電位を検出するこ
とが比較的困難となる。また，音叉の長手方向を長くす
る場合は，センサプローブ形状が大きくなるという問題
がある。

【００２２】更に，音叉を振動させる手段として圧電材
料を採用し，それを音叉に取り付けたものが前記公報等
に開示されている。ところが，圧電材料は機械的応力に
弱いため，材料にひび（クラック）が入ったり，割れた
りすることがある。また，圧電材料へ過電圧を印加した
場合には，材料の分極が壊れ，測定電極が変動しなくな
るという問題がある。加えて，圧電材料は一般に特殊な
材料であるため，比較的高価であると共に材料の変動幅
が周囲の環境（特に温度等）に影響され易く，測定値が
不安定になり易いという問題がある。

【００２３】更に，前述したいずれの装置においても，
被測定体と測定電極との間の静電容量は，被測定体と測
定距離と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。したがっ
て，例えば複写機等の感光体ドラムのように動いている
比測定体の表面電位を測定する場合，出力値の変動が測
定距離によるものなのか，あるいは被測定体の表面電位
分布によるものなのか判断できないという問題が生じ
る。よって，被測定体の表面電位を正確に得ることは困
難である。

【００２４】以上のような問題を解決する目的で，特願
平６−２４４３３９号において，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ボイスコイルを
使用し，ボイスコイルを駆動して測定電極の電位から異
なる２つ以上の出力信号を検知し，その出力信号から正
確な表面電位を得ることができる表面電位測定装置が提
案された。

【００２５】しかしながら，特願平６−２４４３３９号
の表面電位測定装置においても，前述した発明と同様に
ボイスコイルの振動子とは別体に測定電極が必要なた
め，部品点数が増加すると共にコストが高くなる。ま
た，測定電極をボイスコイルの振動子上に設置した場
合，前記特開昭６０−１２０２６７号公報に開示された
発明について説明したように，測定電極の信号線やボイ
スコイル振動子の駆動手段に関する問題が存在する。更
に，ボイスコイルを使用した場合では，前記測定電極の
信号線と同様にソレノイドコイルを駆動するための駆動
信号線が与える振動子の振動特性への影響や断線等の問
題を抱えている。

【００２６】したがって，本発明は上記に鑑みてなされ
たものであって，ＳＮ比と信頼性を向上させ，安定した
高感度な測定ができる簡単な構成で小型かつ安価な表面
電位測定装置を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め，本発明の請求項１の表面電位測定装置は，被測定体
から所定の間隔を隔てた位置に前記被測定体と電気的に
独立して設けられた振動部材からなる測定電極と，前記
測定電極を振動させ，前記被測定体と振動部材からなる
前記測定電極との間で形成される静電容量を変化させる
容量変化手段と，前記被測定体の表面電位に対応して誘
起される前記静電容量の変化に伴って変化する前記測定
電極の電位を検出する電位検出手段と，前記電位検出手
段の検出信号から前記被測定体の表面電位を導き出す表
面電位導出手段と，を備えたものである。

【００２８】また，本発明の請求項２の表面電位測定装
置は，請求項１記載の表面電位測定装置において，前記
振動部材の節部又は固定部より前記測定電極の電位信号
を取り出すものである。

【００２９】また，本発明の請求項３の表面電位測定装
置は，請求項１記載の表面電位測定装置において，前記
測定電極を振動させ，前記被測定体と前記測定電極との
間で形成される静電容量を変化させる容量変化手段とし
て電磁コイルを用いるものである。

【００３０】また，本発明の請求項４の表面電位測定装
置は，請求項１記載の表面電位測定装置において，前記
測定電極を振動させ，前記被測定体と前記測定電極との
間で形成される静電容量を変化させる容量変化手段とし
てボイスコイルを用いるものである。

【００３１】また，本発明の請求項５の表面電位測定装
置は，請求項１記載の表面電位測定装置において，前記
電位検出手段の前記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を備えたものである。

【００３２】また，本発明の請求項６の表面電位測定装
置は，請求項１記載の表面電位測定装置において，絶縁
層を介した複数の導電層で前記振動部材を構成するもの
である。

【００３３】また，本発明の請求項７の表面電位測定装
置は，請求項１記載の表面電位測定装置において，絶縁
体の表面上に複数の導電体領域を設けて前記振動部材を
構成するものである。

【００３４】また，本発明の請求項８の表面電位測定装
置は，請求項４記載の表面電位測定装置において，絶縁
層を介した複数の導電層で前記振動部材を構成し，前記
振動部材の節又は固定部より前記ボイスコイルの駆動信
号を印加するものである。

【００３５】また，本発明の請求項９の表面電位測定装
置は，請求項４記載の表面電位測定装置において，絶縁
体の表面上に複数の導電体領域を設けて前記振動部材を
構成し，前記振動部材の節又は固定部より前記ボイスコ
イルの駆動信号を印加するものである。

【００３６】また，本発明の請求項１０の表面電位測定
装置は，請求項１記載の表面電位測定装置において，前
記振動部材の一端を固定し，前記被測定体に近接するよ
うに前記振動部材の他端を形成するものである。

【００３７】更に，本発明の請求項１１の表面電位測定
装置は，請求項４記載の表面電位測定装置において，前
記ボイスコイルに使用される永久磁石の周囲に高透磁率
部材を配置し，前記永久磁石と磁気回路を形成して前記
振動部材を駆動するものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】まず，本発明の実施の形態の説明
に先立ち，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を説明する。図３７は，従来の表面
電位測定装置の構成を示すブロック図であり，図３７
（ａ）はチョッパ型の表面電位測定装置，図３７（ｂ）
は振動容量型の表面電位測定装置を示している。

【００３９】図３７（ａ）に示すようにチョッパ型の表
面電位測定装置においては，測定電極１を被測定体２に
対向して配置し，被測定体２と測定電極１との間にチョ
ッパ電極３を設ける。そして，チョッパ電極３を図中矢
印の方向に振動させて，被測定体２から測定電極１に入
射する電気力線を周期的に遮断し，被測定体２と測定電
極１との間に生じる静電容量Ｃ₀ を変化させる。

【００４０】また，図３７（ｂ）に示すように振動容量
型の表面電位測定装置においては，測定電極１を前記チ
ョッパ型の表面電位測定装置と同様に被測定体２に対向
して配置する。そして，測定電極１を被測定体２と対向
する方向に周期的に振動させて，被測定体２と測定電極
１との間に生じる静電容量Ｃ₀ を変化させる。

【００４１】このようにいずれの装置においても，被測
定体２と測定電極１との間に生じる静電容量Ｃ₀ を機械
的に周期的に変化させる。この静電容量の変化に応じて
測定電極１上に誘起される微少な電荷の量が変化する。
この電荷の量の変化を電位信号検出部４において交流信
号として検出し，信号増幅部５においてその交流信号を
増幅して被測定体２の表面電位に応じた出力信号を得
る。

【００４２】ここで，前記静電容量Ｃ₀ は，測定電極１
の実効面積をＳ，被測定体２と測定電極１との間の測定
距離をＬ，空気の誘電率をε_air とすると，（１）式の
ように表される。

【００４３】Ｃ₀ ＝ε_air （Ｓ／Ｌ） … （１）

【００４４】機械的な表面電位測定装置は，（１）式の
Ｓ又はＬを変化させてＣ₀ の値を変化させている。Ｓを
変化させるものがチョッパ型，Ｌを変化させるものが振
動容量型の表面電位測定装置である。周期的な機械振動
により生ずるＣ₀ の変化量Ｃ_C が近似的に（２）式で与
えられたとすると，被測定体が持つ表面電位Ｖ_S により
測定電極上に誘起される電荷Ｑ_C は（３）式で与えられ
る。 Ｃ_C ＝α₀ ・Ｃ₀ ・ｓｉｎωｔ … （２） Ｑ_C ＝Ｃ_C ・Ｖ_S … （３）

【００４５】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 の変化率を示す。したがっ
て，測定電極に生じる電流Ｉ_C は，式（２）及び（３）
より， Ｉ_C ＝ｄＱ_C ／ｄｔ＝α₀ ・ω・Ｃ₀ ・Ｖ_S ・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 ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ … （５） と表される。ただし，Ａ₀ は増幅度に関する定数を表
す。

【００４６】次に，本発明に係る表面電位測定装置の実
施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００４７】〔実施の形態１〕図１は，実施の形態１に
係る表面電位測定装置の概略構成を示すブロック図であ
る。図１に示す表面電位測定装置は，図３７（ａ）に基
づいて説明したチョッパ型の表面電位測定装置に類似し
た原理を用いたものである。

【００４８】表面電位測定装置６では，図３７（ａ）の
測定電極１として片持ち梁状の振動部材７を用いる。そ
して，この表面電位測定装置６は，電界方向（矢印記号
Ｂ）からの被測定体の表面電位信号を振動部材７の電位
感受面９で受けつつ，振動駆動部８により図１中の矢印
Ａ方向に振動部材７振動させることにより，チョッパ電
極のように電位感受面９に入射する電気力線を周期的に
遮断して被測定体２と振動部材１との間に生じる静電容
量を変化させ，固定部材１０で固定された振動部材７の
固定端１１から電位信号検出部４を通じて静電容量の変
化を電位検出信号として取り出すものである。

【００４９】以下に，実施の形態１に係る表面電位測定
装置の具体的構成例を実施例として説明する。

【００５０】（実施例１）図２は，振動部材７の振動駆
動部８にボイスコイル１２を使用した表面電位測定装置
の構成例を示し，図２（ａ）は表面電位測定装置の側面
図，図２（ｂ）は上面図である。

【００５１】なお，本発明においてボイスコイルとは，
電磁コイルと弾性体とで構成されるものであって，電磁
コイルの変動を変動源として，その変動幅を弾性体で制
限するものをいう。本発明の場合，特にボイスコイルと
はムービングコイル方式を指し，振動部材がその弾性部
材となる。弾性体として金属，樹脂及びゴム材等を用い
ることができるが，本発明の場合，金属性の梁状の板バ
ネからなる弾性体を振動部材７として用いる方が最も安
価で簡単な構成で済むため好ましい。以下，本発明の実
施の形態においては，梁状の板バネの振動部材を用いた
例を中心に説明する。

【００５２】図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す表面電位
測定装置においては，電位測定窓１５を有する電界遮蔽
用のシールドケース１４内に電位感受面９を有する板バ
ネとしての振動部材７の一端を絶縁性の固定部材１０で
固定し，振動部材７を片持ち梁状に設置する。ボイスコ
イル１２のムービングコイル方式を利用し，振動部材
（板バネ）７を弾性体としてこれに空心のソレノイドコ
イル１６を取り付け，ソレノイドコイル１６に交流信号
を印加することによりソレノイドコイル１６に電流が流
れ，電流により発生する磁場と永久磁石１７の永久磁場
との相互作用によりソレノイドコイル１６が変動し，片
持ち梁状の振動部材７（板バネ）が矢印Ａ方向に振動す
る。振動部材７の振動により電位感受面９を振動させつ
つ，シールドケース１４の電位測定窓１５を介して電界
方向（矢印Ｂ）からの被測定体２の表面電位信号を電位
感受面９で受ける。その結果，電位感受面９で生じる誘
導電荷の変化を表面電位信号として振動部材７の固定端
１１に接続された電位信号検出部４で検出し，検出信号
としてシールドケース１４外部へ取り出すことができ
る。

【００５３】なお，図２（ａ）及び（ｂ）において，１
９は検出信号線であって振動部材と信号検出部１８とを
接続するために用いられ，２０は駆動信号線であってボ
イスコイルに駆動電力を供給するためのものであり，更
に２１は電位信号線であって信号検出部１８で検出され
た電位信号を伝送するために用いられるものである。

【００５４】実施例１において，測定電極として用いら
れる振動部材７の実効面積Ｓは，振動部材７の電位感受
面９の面積とシールドケース１４に設けられた電位測定
窓１５の面積との相対関係から電位感受面９が被測定体
２表面にさらされる面積で決定される。また，被測定体
２から受ける電位感受面９上の誘導電荷の量が変化する
ように振動部材７を振動させる必要がある。更に，振動
部材７からの電位信号を検出するため，図２に示すよう
に振動部材７の固定端１１より検出信号線１９を導き出
し，これを電位信号検出部４に接続することが望まし
い。

【００５５】実施例１からも明らかなように，実施の形
態１の表面電位測定装置では，図３７（ａ）に示す従来
のチョッパ型の表面電位測定装置のようにチョッパ電極
３とは別体に測定電極１を設ける必要がないため，更に
小型，低コストの表面電位測定装置を得ることができ
る。

【００５６】（実施例２）実施例１では振動部材７とし
て片持ち梁状のものを用いたが，実施例２として図３に
示すように，音叉状の振動部材２２を振動部材７として
利用することができる。すなわち，実施例２の表面電位
測定装置は，外部から振動駆動部８で音叉状振動部材２
２を矢印Ａ方向に振動させ，被測定体２（図３において
図示せず）の電界方向（Ｂ方向）からの表面電位信号を
音叉状振動部材２２の電位感受面９で受けるという構成
を有している。実施例２においても，振動駆動部８とし
て前述したボイスコイルを用いることができる。

【００５７】なお，振動部材７の形状は実施例１及び２
に示すものに限られるわけではない。ただし，振動部材
７として音叉状振動部材２２を使用した場合，振動部材
７からの電位信号を取り出すための検出信号線１９は，
図３に示すように音叉状振動部材２２の振動の節となる
節部２３より導き出すことが望ましい。

【００５８】また，実施例１及び２の表面電位検出装置
において，振動部材７を振動させる振動駆動部８として
ボイスコイル１２を使用したが，図４（ａ）又は図４
（ｂ）に示すように，プランジャー振動型の電磁コイル
２５で片持ち梁状又は音叉状の振動部材７を振動させる
こともできる。

【００５９】次に，実施例１及び２の表面電位測定装置
の特性を比較する。チョッパ型の表面電位検出装置の場
合，静電容量Ｃ₀ の変化率α₀ は， α₀ ＝ΔＳ／Ｓ … （６） と表される。ただし，ΔＳは電位感受面の実効面積の変
化分を表す。

【００６０】ここで，ＳＮ比を向上させるには，ΔＳを
増加させれば良い。ΔＳを増加させる手段として，ボイ
スコイル１２の利用は有効である。すなわち，実施例１
及び２において，振動部材７がボイスコイル１２の電磁
コイル部（ソレノイドコイル１６）に取り付けられ，電
磁コイルの変動に伴い振動部材７が変動する。

【００６１】振動部材７として，図２及び図３に示す梁
状振動部材を用いた表面電位検出装置と音叉状振動部材
２２を用いた表面電位検出装置とにおいて振動部材７の
変動の変化幅を比較した場合，梁状振動部材を用いた装
置の方が音叉状振動部材２２を用いた方に対し１０倍以
上大きな変動幅を得ることができる。したがって，変化
幅の大きさに応じて得られる表面電位検出信号について
も，梁状振動部材を用いた方が音叉状振動部材２２を用
いた方に対し１０倍以上大きなものが得られ，その検出
信号の大きさに応じてＳＮ比を向上させることができ
る。

【００６２】なお，ボイスコイル１２を駆動するための
電圧又は電流として，直流又は周期的に変化する電圧も
しくは電流を使用することができる。

【００６３】（実施例３）実施例３として，ボイスコイ
ル１２の構成例を説明する。図５（ａ）〜（ｆ）は，チ
ョッパタイプの表面電位測定装置の振動駆動部８にボイ
スコイル１２を使用した場合の例を示す表面電位測定装
置の上面図である。なお，図５（ａ）は，図２に示した
表面電位測定装置と同様の構成を示している。

【００６４】ボイスコイルの電磁コイル部２４は，ソレ
ノイドコイル１６と永久磁石１７とから構成され，その
構成方法により図５（ａ）〜（ｆ）に示すものがある。
電磁コイル部２４では，ソレノイドコイル１６に直流又
は時間的に変化する電圧若しくは電流を印加することに
より，ソレノイドコイル１６周囲で印加電圧あるいは印
加電流に応じた磁場が発生し，その磁場と永久磁石１７
から発生される永久磁場との相互作用により，ソレノイ
ドコイル１６側あるいは永久磁石１７側が変動する。そ
の変動の大きさは，電磁コイル部２４に取り付けられた
板バネである振動部材７によって制限される。

【００６５】実施例３では，電磁コイル部２４の構成と
して主として永久磁石１７を用いた場合について説明す
る。ただし，永久磁石１７に代えてソレノイドコイルを
使用し，そのソレノイドコイルに直流又は時間的に変化
する電圧若しくは電流を印加し，２つのソレノイドコイ
ルから発生される磁場の相互作用を利用してどちらか一
方のソレノイドコイルを変動させる構成とすることもで
きる。

【００６６】なお，図５（ａ）〜（ｆ）において，ボイ
スコイル１２のソレノイドコイル１６及び永久磁石１７
の形状として円筒又は円柱を想定したが，角筒又は角柱
としても問題なくソレノイドコイル１６又は永久磁石１
７のいずれか一方を変動させることができる。また，板
バネである振動部材７は，２枚であっても変動させるこ
とが可能である。振動部材７の支持については，必ずし
も一端のみで支持しなければならないわけではなく，両
端で支持する構成とすることもでき，両端で支持したと
しても十分振動部材７を変動させることが可能である。
永久磁石１７の磁極方向は，ソレノイドコイル１６の軸
方向とほぼ平行か垂直のどちらであっても振動部材７を
変動させることができる。

【００６７】また，ボイスコイルの変動方法としては，
図５（ａ）〜（ｆ）に示すように永久磁石１７を固定し
ソレノイドコイル１６を変動させて振動部材７を変動さ
せる方法（図５（ａ），（ｃ），（ｅ））とソレノイド
コイル１６を固定し永久磁石１７を変動させて振動部材
７を変動させる方法（図５（ｂ），（ｄ），（ｆ））と
がある。いずれも容易に振動部材７を変動させることが
できる。ただし，小電力で変動速度を高め，表面電位検
出の応答速度を高めるためには，永久磁石１７を固定
し，ソレノイドコイル１６を変動させて振動部材７を変
動させる方法の方が望ましい。なぜなら，一般に永久磁
石に比べてソレノイドコイルの方が比較的軽量に作製で
きるからであり，軽量であればある程，同じ変動幅を得
るのに弱い磁場を発生させれば済み，かつ変動速度を速
くすることができる。

【００６８】なお，ソレノイドコイル１６の形状を維持
するためにコイルボビンを利用したり，あるいはコイル
ボビンをなくして導電線のみの空心コイルとして変動さ
せることも可能である。図５（ｃ）及び（ｅ）に示すよ
うに永久磁石１７をソレノイドコイル１６の外側に配置
する構成とすることで，小型で軽量のボイスコイルを得
ることができ，その組立も容易に行うことができる。

【００６９】（実施例４）実施例４として，信号線が振
動部材の振動特性に影響を与えること及び断線すること
を防止するための構成について説明する。

【００７０】図６は，振動駆動部８にボイスコイルを使
用した場合のソレノイドコイル１６と駆動信号線２０と
の要部を示している。ボイスコイルでムービングコイル
方式（ソレノイドコイルを変動させる方式）を採用した
場合，装置構成が小型で安価となり，小さな駆動電力で
応答速度が高い等の利点がある。通常，ボイスコイルで
利用されるソレノイドコイル１６とボイスコイルを駆動
するための駆動信号線２０は同一で一体の線材が使用さ
れる。この場合において，駆動信号線２０のバネ定数
は，振動部材７のバネ定数よりも十分小さい値のものを
使用することが望ましい。なぜなら，ソレノイドコイル
１６の駆動信号線２０は，図６に示すように振動部材７
とは別体となっており，振動部材７の振動と同期しない
からである。例えば矢印Ａ方向に振動部材７を振動させ
る場合，駆動信号線２０は，振動部材７の振動特性に影
響を及ぼし，不安定な振動を与えると共に最悪の場合は
駆動信号線２０が断線する等の問題を生じる。

【００７１】そこで，駆動信号線２０が振動部材７の振
動特性に影響を及ぼす場合には，図７に示すように信号
部材７を絶縁層２６を介した複数の導電層２７で構成
し，それを一つの振動部材として利用することができ
る。例えば一つの導電層２７を測定電極として利用し，
残りの導電層２７を利用してソレノイドコイル１６に駆
動信号を印加するような構成とする。この場合，駆動信
号線２０が一体となっているため，矢印Ａ方向に振動部
材７を振動させる場合であっても駆動信号線２０は振動
部材７に何ら影響を与えず，安定した振動を得ることが
できる。

【００７２】なお，前述した導電層２７には金属性物質
を用いることが有効であり，絶縁層２６には樹脂材料，
ゴム材料等を用いることができる。

【００７３】（実施例５）実施例５として，信号線が振
動部材の振動特性に影響を与えること及び断線すること
を防止するための他の構成を説明する。

【００７４】図８に示すように振動部材７を絶縁体で構
成し，その表面上に複数の導電体領域２８を設け，これ
を一つの振動部材として用いる。これにより，例えば一
つの導電体領域２８を測定電極とし，残りの導電体領域
を利用してソレノイドコイル１６に駆動信号を印加する
ような構成とすれば，駆動信号線２０が振動部材７と一
体となっているため，矢印記号Ａ方向に振動部材７を振
動させる場合でも駆動信号線２０は振動部材７の振動特
性に何ら影響を与えず，安定した振動を得ることができ
る。

【００７５】なお，導電体領域２８には金属性物質を用
いることが有効であり，絶縁体には樹脂材料，ゴム材料
等を用いることができる。

【００７６】前述した図７及び図８に示す実施例４及び
５では，複数の導電層２７又は複数の導電体領域２８を
測定電極と駆動信号線として利用したが，信頼性を高め
るため，こられの複数の導電層２７又は複数の導電体領
域２８を全て測定電極として利用することができる。ま
た，駆動信号線２０についても，検出信号線１９の場合
と同様，図７及び図８に示すように振動部材７の固定端
部１１から駆動信号線２０を導き出しこれに駆動電圧を
印加する構成とすることが望ましい。

【００７７】（実施例６）実施例６として，表面電位測
定装置の検出感度を向上させるための具体的構成を説明
する。

【００７８】被測定体２の表面電位の検出感度を向上さ
せるためには，図９（ａ）又は（ｂ）に示すように被測
定体２へ近接する方向に振動部材７の自由端側の高さを
変えるように構成する。これにより，（１）式から明ら
かなように被測定体２との測定距離Ｌが減少して（Ｓ／
Ｌ）の値が増加し，静電容量Ｃ₀ の値を増加できる。更
に，（５）式から導き出されるように，Ｃ₀ に従い電位
検出信号Ｖ₀ も増加させることもできるため，被測定体
２の表面電位信号をＳＮ比を良くすると共に検出感度を
向上させて検出することができる。

【００７９】（実施例７）実施例７として，表面電位測
定装置の振動部材を効率良く振動させるための構成を説
明する。

【００８０】図１０に示すように振動部材７にボイスコ
イルのムービングコイル方式を採用し，振動部材７を矢
印Ａ方向へ振動させる場合，通常はソレノイドコイル１
６の周辺に永久磁石１７をソレノイドコイル１６の磁場
と永久磁石１７の永久磁場とが相互作用するように配置
する。この状態でソレノイドコイル１６に交流信号を印
加すれば，ソレノイドコイル１６が変動し，振動部材７
を振動させることができる。

【００８１】より少ない駆動電力で効率良く振動部材７
を振動させるためには，図１１〜図１３に示す構成とす
ることで，従来のものに対し１／１０以下の駆動電力で
振動部材７を効率良く振動させることができる。具体的
には，永久磁石１７の周囲に高透磁率部材２９を配置し
て永久磁石１７と磁気回路３１を形成し，その磁気回路
３１中の一部に空隙３０を設けて空隙３０中を通る永久
磁場の方向と鎖交する方向にソレノイドコイル１６の電
流を流すという構成にすれば良い。

【００８２】例えば図１１に示す表面電位測定装置は，
ソレノイドコイル１６中に永久磁石１７を配置し，永久
磁石１７の周囲又はその一部に高透磁率部材２９で一部
に空隙３０を有する磁気回路３１を形成し，空隙３０中
に磁気回路３１と鎖交する方向にソレノイドコイル１６
を配置したものである。図１１において，ソレノイドコ
イル１６に交流信号の駆動信号を印加することにより，
振動部材７を矢印Ａ方向に振動させることができる。空
隙３０の長さは短ければ短いほど効率が良く，また，高
透磁率部材２９の形状は永久磁石１７からの永久磁場が
丁度飽和する磁束密度となる形状が望ましい。

【００８３】なお，高透磁率部材２９には，純鉄，鉄を
含む合金，あるいはフェライト等の材料を用いることが
できる。

【００８４】図１２に示す表面電位測定装置は，ソレノ
イドコイル１６中に高透磁率部材２９を配置し，ソレノ
イドコイル１６の外周又はその一部において高透磁率部
材２９と永久磁石１７とで一部に空隙３０を有する磁気
回路３１を形成し，空隙３０中に磁気回路３１と鎖交す
る方向にソレノイドコイル１６を配置したものである。
この表面電位測定装置も図１１に示すものと同様な方法
で駆動することができ，磁気回路３１として高透磁率部
材２９の形状も図１１のものと同様な形状とすることが
望ましい。

【００８５】図１３に示す表面電位測定装置は，ソレノ
イドコイル１６中に高透磁率部材２９を配置し，ソレノ
イドコイル１６の外周又はその一部において高透磁率部
材２９と永久磁石１７とで一部に空隙３０を有する磁気
回路３１を形成し，空隙３０中に磁気回路３１と鎖交す
る方向にソレノイドコイル１６を配置したものである。
この表面電位測定装置も図１１及び図１２に示すものと
同様な方法で駆動することができ，磁気回路３１として
高透磁率部材２９の形状も図１１及び図１２のものと同
様な形状とすることが望ましい。

【００８６】〔実施の形態２〕図１４は，本発明の実施
の形態２に係る表面電位測定装置を示す図である。この
表面電位測定装置６は，従来技術に関し図３７（ｂ）で
説明した振動容量型の表面電位測定装置と同様の原理を
用いたものである。

【００８７】図１４において，表面電位測定装置６は，
片持ち梁状の振動部材７を図３７（ｂ）に示す測定電極
１のように利用し，振動駆動部８により矢印Ａ方向に振
動させることにより，被測定体２（図１４において図示
せず）の表面電位信号を電界方向（矢印Ｂ）から振動部
材７の電位感受面９にて受け，電位感受面９を被測定体
２と対向する方向に周期的に振動させることにより，被
測定体２と振動部材７との間に生じる静電容量を変化さ
せ，その変化を振動部材７の固定端１１より電位検出部
４を介して電位検出信号として取り出すというものであ
る。この表面電位測定装置６により得られる電位検出信
号は，（５）式で示した出力式と同様のものである。

【００８８】（実施例１）図１５は，図１４に示す表面
電位測定装置６の実施例１を示しており，図１５（ａ）
は側面図，図１５（ｂ）は上面図を示している。実施例
１の表面電位測定装置は，振動部材７の振動駆動部８に
ボイスコイル１２を使用して被測定体２の表面電位を測
定することができるようにしたものである。

【００８９】実施例１の表面電位測定装置においては，
電位測定窓１５を有する電界遮蔽用のシールドケース１
４内に前述した電位感受面９を有する振動部材７の一端
を絶縁性の固定部材１０で固定して振動部材７を片持ち
梁状に設置する。ボイスコイル１２のムービングコイル
方式を利用して振動部材７を弾性体として空心のソレノ
イドコイル１６を取り付け，そのソレノイドコイル１６
中に棒状の永久磁石１７を設置する。ボイスコイル１２
の駆動信号としてソレノイドコイル１６に交流信号を印
加することにより，ソレノイドコイル１６に電流が流
れ，その電流により発生する磁場と永久磁石１７の永久
磁場との相互作用により，片持ち梁状の振動部材７が矢
印Ａ（矢印記号Ａ）方向に振動する。その振動部材７の
振動により電位感受面９が振動し，シールドケース１４
の電位測定窓１５より被測定体２の表面電位信号を電界
方向（矢印Ｂ及び矢印記号Ｂ）から電位感受面９にて受
け，電位感受面９にて生じる誘導電荷の変化を表面電位
信号として振動部材７の固定端１１から電位信号検出部
４を介して検出信号としてシールドケース１４外部へ取
り出すというものである。

【００９０】実施例１の場合，振動部材７からなる測定
電極の実効面積Ｓは，振動部材７の電位感受面９の面積
とシールドケース１４に設けられた電位測定窓１５の面
積との相対関係から電位感受面９が被測定体２表面にさ
らされる面積で決定される。振動部材７については，被
測定体から受ける電位感受面９上の誘導電荷の量が変化
するよう振動させる必要がある。また，振動部材７から
の電位信号を検出するため，検出信号線１９は図１５に
示すように振動部材７の固定端１１より導き出し，電位
信号検出部４において電位信号を検出する構成とするこ
とが望ましい。

【００９１】実施例１の表面電位測定装置においては，
従来の振動容量型の表面電位測定装置にように振動部材
とは別体に測定電極を設ける必要がないため，更に小型
で低コストに表面電位測定装置を得ることができる。

【００９２】（実施例２）実施例１においては振動部材
７に片持ち梁状のものを使用したが，図１６に示すよう
な音叉状振動部材２２を振動部材７として使用すること
ができる。すなわち，外部から振動駆動部８により音叉
状振動部材２２を矢印Ａ方向に振動させ，被測定体２
（図１６において図示せず）の電界方向（矢印記号Ｂ）
からの表面電位信号を音叉状振動部材２２の電位感受面
９にて受けるという構成である。なお，この振動部材７
である音叉状振動部材２２を振動させるための振動駆動
部８として，実施例１と同様にボイスコイル１２を用い
ることができる。

【００９３】なお，実施の形態２において，図１４に示
す振動部材７の形状は前述した実施例１及び２のものに
限られるものではない。ただし，図１６に示す実施例２
のように振動部材７に音叉状振動部材２２を用いた場
合，音叉状振動部材２２からの電位信号を取り出すため
の検出信号線１９は，音叉状振動部材２２の節となる節
部２３から導き出すことが望ましい。

【００９４】また，実施例１（図１５）及び実施例２
（図１６）において，振動部材７を振動させる振動駆動
部８にボイスコイル１２を用いたが，実施の形態１で説
明した図４（ａ）及び（ｂ）に示すように，片持ち梁状
又は音叉状の振動部材７をプランジャー振動型の電磁コ
イル２５を用いて振動させることも可能である。

【００９５】次に，前述した実施例１及び２の表面電位
測定装置の特性を比較する。実施の形態２として説明し
た振動容量タイプの表面電位検出装置の場合，静電容量
Ｃ₀の変化率α₀ は， α₀ ＝ΔＬ／Ｌ … （７） と表される。ただし，ΔＬは振動部材７の電位感受面９
の変動の変動幅を表している。

【００９６】ここで，ＳＮ比を向上させるには，ΔＬを
増加させれば良い。ΔＬを増加させる方法としてボイス
コイル１２の利用は有効である。振動部材７が電磁コイ
ル部に取り付けられ，電磁コイルの変動にともなって振
動部材７が変動する。

【００９７】振動容量タイプの表面電位測定装置の場合
も実施の形態１で説明したチョッパタイプのものと同様
に，振動部材７に音叉状ものを利用したものと梁状のも
のを利用したものとの振動部材７の変動の変化幅を比較
した場合，梁状のものを利用した場合の方が音叉状のも
のを利用したものに対して１０倍以上大きな振動部材７
の変動幅を得ることができる。したがって，その変化幅
の大きさに応じて得られる表面電位検出信号も梁状のも
のを利用した装置の方が音叉状のものを利用した装置に
対して１０倍以上大きな検出信号を得ることができ，そ
の検出信号の大きさに応じてＳＮ比を向上させることが
できる。

【００９８】（実施例３）図１７（ａ）〜（ｆ）は，実
施の形態２に係る表面電位測定装置の実施例３の概略構
成を示す上面図であり，振動容量タイプの表面電位測定
装置の振動部材７を振動させる振動駆動部８にボイスコ
イル１２を使用する例を示している。なお，図１７
（ａ）は，図１５に示す実施例１の場合と同様の構成を
示している。

【００９９】図１７（ａ）〜（ｆ）において，ボイスコ
イル１２のソレノイドコイル１６及び永久磁石１７の形
状は円筒又は円柱を想定しているが，角筒又は角柱とし
ても問題なくソレノイドコイル１６又は永久磁石１７を
変動させることができる。また，板バネとして作用する
振動部材７は，２枚であっても変動させることができ
る。また，振動部材７の支持については，必ずしも各板
バネの一端側で支持しなければならないという必要はな
く，各板バネの両端側を支持する構成であっても良い。
更に，永久磁石１７の磁極方向は，ソレノイドコイル１
６の軸方向とほぼ平行か垂直のいずれであっても良い。

【０１００】また，ボイスコイル１２の変動方法とし
て，永久磁石１７を固定しソレノイドコイル１６を変動
させて振動部材７を変動させる方法（図１７（ａ），
（ｃ），（ｅ））とソレノイドコイル１６を固定し永久
磁石１７を変動させて振動部材７を変動させる方法（図
１７（ｂ），（ｄ），（ｆ））とがある。いずれも容易
に変動可能な方法であるが，小電力で変動速度を高め，
表面電位検出の応答速度を高める場合には，永久磁石１
７を固定し，ソレノイドコイル１６を変動させて振動部
材７を変動させる方法が好ましい。なぜなら，一般に永
久磁石１７に比べてソレノイドコイル１６の方が比較的
軽量なものを作製できるからである。したがって，軽量
であればある程，同じ変動幅を得るのに弱い磁場を発生
すれば良く，かつ変動速度も速くすることができる。

【０１０１】なお，ソレノイドコイル１６は，形状を維
持するためにコイルボビンを利用したり，コイルボビン
をなくして導電線のみの空心コイルとして変動させるこ
とも可能である。

【０１０２】また，図１７（ｃ）及び（ｅ）に示すよう
に永久磁石１７をソレノイドコイル１６の外側に配置す
ることで，ボイスコイル１２の大きさを小型で軽量と
し，組立を容易にすることができる。

【０１０３】なお，実施の形態２においても，駆動信号
線２０が振動部材７の振動特性に影響を及ぼす場合に
は，実施の形態１で図７及び図８に基づいて説明した構
成の振動部材を用いることにより，振動部材の振動特性
に何ら影響を与えず，安定して振動部材を振動させるこ
とができる。また，安定した信頼性を高めるため，複数
の導電層又は複数の導電体領域を設け，これら全てを測
定電極として利用することも可能である。

【０１０４】また，実施の形態２においても，駆動信号
線２０を振動部材７の固定端１１に接続して駆動信号を
印加する構成が望ましい。更に，被測定体２の表面電位
の検出感度を向上させたい場合には，図９（ａ）及び
（ｂ）に示すように振動部材７の自由端側が被測定体に
近接する位置に来るようその形状を変形させることによ
り，ＳＮ比及び検出感度を向上させて被測定体の表面電
位信号を測定することができる。更に，振動部材７を少
ない駆動電力で効率良く振動させたい場合には，実施の
形態１において説明した図１１〜図１３に示す構成とす
ることで，更に振動部材７を少ない駆動電力で効率良く
振動させることができる。

【０１０５】（実施例３）被測定体と測定電極との間の
測定距離が変動した場合において，測定距離の変動に応
じて変化する出力信号を補正するための構成を実施例３
として説明する。

【０１０６】実施の形態２においては，前述したように
（５）式から被測定体２の表面電位Ｖ_S ，静電容量Ｃ₀
及び静電容量Ｃ₀ の変化率α₀ の大きさに比例して出力
信号Ｖ₀ を得ることができる。しかしながら，（１）式
から明らかなように，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 も対
向距離Ｌに依存して大きく変化する。したがって，測定
距離が変動した場合，被測定体２の正確な表面電位が得
られにくいという問題が生じる。そこで，測定距離の変
動による出力変動を補正する手段として，図１８に示す
ように１つの測定電極（振動部材７）から測定距離Ｌに
依存して変化する複数の異なる出力信号（Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，
Ｖ₃ ，・・・）を第１出力信号検出部３２，第２出力信
号検出部３３，第３出力信号検出部３４，・・・によっ
て得て，出力補正部３５によって各々の出力信号を測定
距離に応じて補正することにより，測定距離に依存しな
い正確な表面電位を測定することが可能となる。

【０１０７】そこで，１つの測定電極（振動部材７）か
ら測定距離に依存して変化する複数の異なる出力信号を
得るための手段として，実施の形態２で説明した振動容
量タイプの表面電位測定装置を用いることは好適であ
る。なお，実施の形態１で説明したチョッパタイプの振
動部材を利用した表面電位測定装置では，１つの測定電
極（振動部材７）から測定距離に依存して変化する複数
の異なる出力信号を得ることは困難である。

【０１０８】以下に振動容量タイプの表面電位測定装置
を利用し，測定距離に依存せず正確な表面電位を検出す
る方法について説明する。

【０１０９】図１９は，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１９は，図１
８で説明した複数の出力信号を検知する装置において，
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
示している。

【０１１０】図１９において，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 ・ｓｉｎω₁ ｔ＋ΔＬ₂ ・ｓｉｎω
₂ ｔ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Ｃ_t は，

【数１】 で与えられ，更に（８）式を変形すると，

【数２】 と表される。

【０１１１】ここで（９）式の右辺の（ΔＬ₁ ・ｓｉｎ
ω₁ ｔ＋ΔＬ₂ ・ｓｉｎω₂ ｔ）／Ｌは物理的に，

【数３】 という条件であるため，（９）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。

【０１１２】そこで，（９）式の右辺のティラー展開を
行うと，

【数４】 と表され，Ｃ_t 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ｓｉｎω₁ ｔ，ｓｉｎω₂ ｔ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。

【０１１３】故に，そのＣ_t と被測定体の持つ表面電位
Ｖ_S により測定電極上に誘起される電荷Ｑ_t は，

【数５】 と表される。

【０１１４】測定電極に生じる電流Ｉ_t は（１１）式よ
り，

【数６】 となる。

【０１１５】測定電極から得られる電位検出信号Ｖ
_t は，

【数７】 と表される。ただし，Ａ₀ は増幅度に関する定数を表
す。

【０１１６】（１４）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。したがって，
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。

【０１１７】ここで，（１４）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次及び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比で効率良く
出力信号を検知することができる。したがって，十分正
確な表面電位出力を得ることができる。

【０１１８】そこで，（１４）式の電位検出信号から１
次及び２次の周波数成分のみを検出すると，近似的に

【数８】 となり，（１５）式において，ω₁ ，ω₂ ，２ω₁ ，２
ω₂ ，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。

【０１１９】実施の形態２の場合，ω₁ 《ω₂ と仮定
し，（ΔＬ₂ ／Ｌ）² 《１とみなして（１５）式を再度
考慮し，更に簡略化すると，

【数９】 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。

【０１２０】以下に，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
求める方法を説明する。

【０１２１】まず，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Ｖ_S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説明する。

【０１２２】（１６）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，

【数１０】 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
ば良い。

【０１２３】例えば，出力比を｜Ｖ₂ ｜／｜Ｖ₁ ｜とし
た場合，｜Ｖ₂ ｜／｜Ｖ₁ ｜は（１７）及び（１８）式
より，

【数１１】 となり，Ｌに関しての一時関数Ｆ（Ｌ）として表され
る。このとき，Ｌと｜Ｖ₂｜／｜Ｖ₁ ｜との関係は，図
２０（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Ｌを一
義的に求めることができる。

【０１２４】また，出力比を｜Ｖ₁ ｜／｜Ｖ₂ ｜とした
場合，｜Ｖ₁ ｜／｜Ｖ₂ ｜は，

【数１２】 となり，同様にＬに関しての一時関数Ｆ（Ｌ）で表され
る。このとき，Ｌと｜Ｖ ₁ ｜／｜Ｖ₂ ｜との関係は図２
０（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Ｖ_S に依存
せずにＬを一義的に求めることができる。

【０１２５】このようにして一義的に求められたＬを利
用して，既知である｜Ｖ₁ ｜又は｜Ｖ₂ ｜の出力値と測
定距離Ｌとの関係から｜Ｖ₁ ｜又は｜Ｖ₂ ｜の出力値を
補正し，更に既知である表面電位Ｖ_S と出力値｜Ｖ₁ ｜
又は｜Ｖ₂ ｜との関係から補正された｜Ｖ₁ ｜又は｜Ｖ
₂ ｜の出力値に対応する表面電位Ｖ_S 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できる。

【０１２６】また，得られたＬを｜Ｖ₁ ｜又は｜Ｖ₂ ｜
の出力式（（１７）又は（１８）式）に代入し，Ｖ_S 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
に求めることもできる。

【０１２７】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ため，｜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説明す
る。

【０１２８】例えば，（１６）式より検出された（１
７）式の｜Ｖ₁ ｜を３乗し，その結果を（１８）式の｜
Ｖ₂ ｜を２乗した値で割算することにより，

【数１３】 のような出力結果が得られる。（２１）式からは測定距
離Ｌに依存しない被測定体の表面電位Ｖ_S に対応した出
力値が得られるため，（２１）式の出力値と被測定体の
表面電位Ｖ_S との関係から正確な表面電位を得ることが
可能となる。

【０１２９】また，（１８）式の｜Ｖ₂ ｜を２乗し，
（１７）式の｜Ｖ₁ ｜を３乗した値で割り算することに
より，

【数１４】 のような出力結果を得られ，前記と同様に（２２）式の
出力値と被測定体の表面電位Ｖ_S との関係から正確な表
面電位を得ることができる。

【０１３０】（１９）式を利用する場合，（１７）式の
｜Ｖ₁ ｜を（１９）式の出力値を２乗した値で割算する
か又は（１９）式の出力値を２乗した値を（１７）式の
｜Ｖ₁ ｜で割算することにより，（２１）式又は（２
２）式のような出力結果が得られ，同様に正確な表面電
位を得ることができる。

【０１３１】また，（１８）式の｜Ｖ₂ ｜を（１９）式
の出力値を３乗した値で割算するか又は（１９）式の出
力値を３乗した値を（１８）式の｜Ｖ₂ ｜で割算するこ
とによっても，（２１）式又は（２２）式のような出力
結果が得られ，同様に正確な表面電位を得ることができ
る。

【０１３２】更に，（２０）式を利用する場合，（１
７）式の｜Ｖ₁ ｜に（２０）式の出力値を２乗した値を
掛け合わせるか又は（１８）式の｜Ｖ₂ ｜に（２０）式
の出力値を３乗した値を掛け合わせることにより，（２
１）式のような出力結果が得られ，同様に正確な表面電
位を得ることができる。

【０１３３】図２１は，以上のようにして周波数の異な
る複数の出力振動を利用し，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
るための装置構成図を示している。すなわち，図２１
は，各出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ から測定距離検出部３６によ
って被測定体の表面電位Ｖ_S 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している。

【０１３４】図２１に示す装置は，測定電極（振動部材
７）上に誘起された微少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 を第１及び第２出
力信号検出部３２，３３にて検出し，その各出力信号の
出力比を利用して測定距離検出部３６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３５にて補正することにより，正確な表面電位出力
信号を得るものである。

【０１３５】電位信号検出部４において測定電極に生じ
る微少な交流信号を検出する手段としては，ＦＥＴ，Ｏ
Ｐアンプ等を利用した交流信号増幅回路を使用すること
ができる。また，各出力信号検出部３２，３３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を使用することが
できる。測定距離検出部３６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，掛け算又は割算
等のアナログ演算回路，アナログ−ディジタル変換回
路，コンピュータ等を使用することができ，これらによ
って演算処理することによって測定距離を求めることが
できる。更に，出力補正部３５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，ディジタル−アナログ変換
回路等を使用することができる。

【０１３６】また，各出力信号の出力値｜Ｖ₁ ｜，｜Ｖ
₂ ｜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２２（ａ）〜（ｅ）に示す装置がある。

【０１３７】図２２（ａ）に示す表面電位測定装置は，
測定電極７上に誘起された微少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 を第１及び
第２出力信号検出部３２，３３において検出し，各出力
信号の出力値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，｜Ｖ₁ ｜を３乗して｜Ｖ₁ ｜³ を得る第
１演算部３７及び｜Ｖ₂ ｜を２乗して｜Ｖ₂ ｜² を得る
第２演算部３８と，｜Ｖ₁ ｜³ を｜Ｖ₂ ｜² で割り算す
る第３演算部３９とを設け，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を得るというもの
である。電位信号検出部，周波数の異なる各出力信号検
出部には，前記図２１に示す装置を適用することができ
る。

【０１３８】第１演算部３７，第２演算部３８及び第３
演算部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，掛け算又は割算等のアナ
ログ演算回路，アナログ−ディジタル回路，コンピュー
タ又はディジタル−アナログ変換回路等を用いることが
できる。

【０１３９】図２２（ｂ）に示す表面電位測定装置は，
測定電極７上に誘起された微少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 を第１及び
第２出力信号検出部３２，３３において検出し，その各
出力信号の出力値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，｜Ｖ₂ ｜を｜Ｖ₁ ｜で割り算し，そ
の値を２乗する第４演算部４０と，｜Ｖ₂ ｜を｜Ｖ₁ ｜
で割り算し，その値を２乗した（｜Ｖ₂ ｜／｜Ｖ₁ ｜）
² を｜Ｖ₁ ｜で割り算する第５割算部４１とを設け，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
力信号を得る装置構成を示すものである。

【０１４０】電位信号検出部４及び周波数の異なる各出
力信号検出部３２，３３には，前記図２１と同様の手段
が適用可能である。第４演算部４０と第５演算部４１と
において，各出力値を演算処理し，表面電力出力信号を
得る手段としては前記図２２（ａ）と同様のものを使用
することができる。

【０１４１】図２２（ｃ）に示す表面電位測定装置は，
測定電極７上に誘起された微少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Ｖ₁ ，Ｖ₂ を第１及び第２
出力信号検出部３２，３３において検出し，各出力信号
の出力値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，｜Ｖ₂ ｜を｜Ｖ₁ ｜で割り算し，その値を３
乗する第６演算部４２と，｜Ｖ₂ ｜を｜Ｖ₁ ｜で割り算
し，その値を３乗した（｜Ｖ₂ ｜／｜Ｖ₁ ｜）³ を｜Ｖ
₂ ｜で割り算する第７演算部４３とを設け，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を
得る装置構成を示すものである。

【０１４２】電位信号検出部４，周波数の異なる各出力
信号検出部３２，３３には，前記図２１と同様の手段が
適用可能である。第６演算部４２と第７演算部４３とに
おいて，各出力値を演算処理し，表面電力出力信号を得
る手段としては前記図２２（ａ）と同様のものを使用す
ることができる。

【０１４３】図２２（ｄ）に示す表面電位測定装置は，
測定電極上に誘起された微少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 を各出力信号
検出部３２，３３において検出し，その各出力信号の出
力値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，｜Ｖ₁ ｜を｜Ｖ₂ ｜で割り算して，その値を２乗
する第８演算部４４と｜Ｖ₁ ｜を｜Ｖ₂ ｜で割り算し
て，その値を２乗した（｜Ｖ₁ ｜／｜Ｖ₂ ｜）²と，｜
Ｖ₁ ｜とを掛け算する第９演算部４５とを設け，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
号を得る装置構成を示すものである。

【０１４４】電位信号検出部４，周波数の異なる各出力
信号検出部３２，３３には，前記図２１に示すものと同
様の手段が適用可能である。第８演算部４４と第９演算
部４５において，各出力値を演算処理し，表面電力出力
信号を得る手段としては前記図２２（ａ）と同様のもの
を使用することができる。

【０１４５】図２２（ｅ）に示す表面電位測定装置は，
測定電極７上に誘起された微少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 を各出力信
号検出部３２，３３において検出し，その各出力信号の
出力値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，｜Ｖ₁ ｜を｜Ｖ₂ ｜で割り算し，その値を３乗
する第１０演算部４６と，｜Ｖ₁ ｜を｜Ｖ₂ ｜で割り算
し，その値を３乗した（｜Ｖ₁ ｜／｜Ｖ₂ ｜）³ と，｜
Ｖ₂ ｜とを掛け算する第１１演算部４７とを設け，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
信号を得る装置構成を示すものである。

【０１４６】電位信号検出部４，周波数の異なる各出力
信号検出部３２，３３には，前記図２１に示すものと同
様の手段が適用可能である。第１０演算部４６と第１１
演算部４７とにおいて，各出力値を演算処理し，表面電
力出力信号を得る手段としては前記図２２（ａ）と同様
のものを使用することができる。

【０１４７】また，本実施の形態２において測定電極
（振動部材７）を振動させる電極振動手段を使用する場
合には，例えば，図２３（ａ）に示すような周波数ω₁
の駆動電圧（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（駆動電流）波形とを重畳させた
状態の周波数（ω₁ ＋ω₂ ）の電圧（電流）波形（同図
（ｃ））を有する電圧（電流）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である。

【０１４８】実施例３のように，周波数の異なる出力信
号として１次及び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よく得る
ことができる。更に測定精度を高めたい場合は，１次及
び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て，各
出力信号を利用して被測定体の表面電位を求めることに
しても良い。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用いて被測定体の表面電位を求め
ても良い。

【０１４９】また，他の例として，図２４は，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。これは前述した複数の出力信号を検知する方法と
して，図２４に示すように測定電極（振動部材７）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，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というものであ
る。

【０１５０】図２４において，測定電極の振動の振幅を
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Ｃ_t は，

【数１５】 で与えられ，（２３）式を変形すると，

【数１６】 と表される。

【０１５１】ここで，（２４）式の右辺の（ｄ／Ｌ）・
ｓｉｎωｔは物理的に

【数１７】 という条件であるため，（２４）式の右辺は数学的にテ
ィラー展開することができる。

【０１５２】そこで，（２４）式の右辺をティラー展開
を行うと，

【数１８】 と表され，Ｃ_t は時間的に０次（測定電極が停止状態）
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。

【０１５３】故に，そのＣ_t と被測定体の持つ表面電位
Ｖ_S により測定電極上に誘起される電荷Ｑ_t は，

【数１９】 と表され，測定電極に生じる電流Ｉ_t は（２７）式よ
り，

【数２０】 となり，測定電極から得られる電位検出信号Ｖ_t は，

【数２１】 と表される。ただし，Ａ₀ は増幅度に関する定数を表
す。

【０１５４】（２９）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。したがって，
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る。そして，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。

【０１５５】３次以降の周波数成分は信号出力レベルが
比較的小さいため３次以降の周波数成分を無視し，（２
９）式の電位検出信号から周波数の異なる出力信号とし
て１次及び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比で効率よく出力信号を検
知することができる。したがって，十分正確な表面電位
出力を得ることができる。

【０１５６】そこで，（２９）式の電位検出信号から１
次及び２次の周波数成分のみを検出すると，近似的に，

【数２２】 となり，（３０）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。

【０１５７】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
める方法について説明する。

【０１５８】まず，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Ｖ_S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説明する。

【０１５９】（３０）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，

【数２３】 と表され，表面電位Ｖ_S に依存せずに測定距離Ｌを一義
的に求めるためには，｜Ｖ₁ ｜，｜Ｖ₂ ｜の出力比を求
めれば良い。

【０１６０】例えば，出力比を｜Ｖ₂ ｜／｜Ｖ₁ ｜とし
た場合，｜Ｖ₂ ｜／｜Ｖ₁ ｜は，（３１）及び（３２）
式より，

【数２４】 となり，Ｌに関しての一次関数Ｆ（Ｌ）として表され
る。

【０１６１】このとき，Ｌと｜Ｖ₂ ｜／｜Ｖ₁ ｜との関
係は図２０（ａ）のような関係曲線で表され，出力比｜
Ｖ₂ ｜／｜Ｖ₁ ｜を求めることにより，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。

【０１６２】また，出力比を｜Ｖ₁ ｜／｜Ｖ₂ ｜とした
場合，｜Ｖ₁ ｜／｜Ｖ₂ ｜は，

【数２５】 となり，同様にＬに関しての一次関数Ｆ（Ｌ）で表さ
れ，このときＬと｜Ｖ₁ ｜／｜Ｖ₂ ｜との関係は図２０
（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Ｖ_S に依存せず
にＬを求めることが可能となる。

【０１６３】このようにして一義的に求められたＬを利
用して，既知である｜Ｖ₁ ｜又は｜Ｖ₂ ｜の出力値と測
定距離Ｌとの関係から｜Ｖ₁ ｜又は｜Ｖ₂ ｜の出力値を
補正し，更に既知である表面電位Ｖ_S と出力値｜Ｖ₁ ｜
又は｜Ｖ₂ ｜との関係から前記補正された｜Ｖ₁ ｜又は
｜Ｖ₂ ｜の出力値に対応する表面電位Ｖ_S 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，得られたＬを｜Ｖ₁ ｜又は｜Ｖ₂ ｜の出力
式（（３１）又は（３２））に代入し，Ｖ_S 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
ことができる。

【０１６４】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ため，｜Ｖ
₁ ｜，｜Ｖ₂ ｜の出力値を利用して測定距離Ｌに依存し
ないように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方法について説明す
る。

【０１６５】例えば，（３０）式より検出された（３
１）式の｜Ｖ₁ ｜を３乗し，その結果を（３２）式の｜
Ｖ₂ ｜を２乗した値で割算することにより，

【数２６】 のような出力結果が得られる。（３５）式より測定距離
Ｌに依存しない被測定体の表面電位Ｖ_S に対応した出力
値が得られるので，（３５）式の出力値と被測定体の表
面電位Ｖ_S との関係から正確な表面電位を得ることが可
能となる。

【０１６６】また，（３２）式の｜Ｖ₂ ｜を２乗し，
（３１）式の｜Ｖ₁ ｜を３乗した値で割算することによ
り，

【数２７】 のような出力結果が得られる。前記同様に（３６）式の
出力値と被測定体の表面電位Ｖ_S との関係から正確な表
面電位を得ることが可能となる。

【０１６７】（３３）式を利用する場合，（３１）式の
｜Ｖ₁ ｜を（３３）式の出力値を２乗した値で割算する
か又は（３３）式の出力値を２乗した値を（３１）式の
｜Ｖ₁ ｜で割算することにより，（３５）式又は（３
６）式のような出力結果が得られ，前述したのと同様に
正確な表面電位を得ることができる。

【０１６８】また，（３２）式の｜Ｖ₂ ｜を（３３）式
の出力値を３乗した値で割算するか又は（３３）式の出
力値を３乗した値を（３２）式の｜Ｖ₂ ｜で割算するこ
とによっても，（３５）式又は（３６）式のような出力
結果が得られ，前述したものと同様に正確な表面電位を
得ることができる。

【０１６９】更に，（３４）式を利用する場合，（３
１）式の｜Ｖ₁ ｜に（３４）式の出力値を２乗した値を
掛け合わせるか又は（３２）式の｜Ｖ₂ ｜に（３４）式
の出力値を３乗した値を掛け合わせることにより，（３
５）式のような出力結果が得られ，前述したものと同様
に正確な表面電位を得ることができる。

【０１７０】この例においても，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として，各出力信号
Ｖ₁ ，Ｖ₂ から被測定体の表面電位Ｖ_S 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，図２１で説明した装
置を適用することができる。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２２（ａ）〜（ｅ）で説明した
装置を適用することができる。

【０１７１】また，この例のように周波数の異なる出力
信号として１次及び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。更に測定精度を高めたい場合に
は，１次及び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
を得て，各出力信号を利用して被測定体の表面電位を求
めても良い。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。

【０１７２】また，他の例として図２５は，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。これは，前述した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を被測定体方
向に周期的に変動させながら測定電極の検出位置を変動
させることにより，被測定体と測定電極との間の距離を
異ならせて，各々の出力信号から被測定体の表面電位を
得るというものである。被測定体の表面電位の検出原理
は，図３７（ｂ）に示すものと同様である。なお，測定
電極の変動方法としては，図２５に示す正弦波状，ある
いは矩形波状，台形波状，三角波状，鋸波状及びパルス
波状等の周期的又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。

【０１７３】図２５において，測定電極が被測定体から
Ｌ₁ の距離にあるときの出力信号をＶ₁ ，Ｌ₁ からｄだ
け離れた距離をＬ₂ としたときの出力信号を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２６
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，測定電極の検出位置をＬ₁ とＬ₂ との間（間隔ｄ）
で周期的又は非周期的に変動させることにより，正弦波
状（図２７），矩形波状（図２８），三角波状（図２
９），鋸波状（図３０）及び台形波状（図３１）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。

【０１７４】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Ｖ_S に依存
せずに測定距離Ｌ₁ を逆に一義的に求める。まず，振動
容量型の場合，被測定体と測定電極との間の静電容量Ｃ
₀ の変化率α₀ は，測定距離Ｌ₁ ，Ｌ₂ に対し， α₁ ＝ΔＬ／（Ｌ₁ −ΔＬ） … （３７） α₂ ＝ΔＬ／（Ｌ₂ −ΔＬ） … （３８） と表される。ただし，ΔＬは測定電極の変動の変化幅を
表す。

【０１７５】ここで，測定電極が被測定体からＬ₁ の距
離にあるときの静電容量をＣ₁ ，Ｌ₂ の距離にあるとき
の静電容量をＣ₂ とすると，各出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ の出
力式は（１），（５），（３７），（３８）を用いて， Ｖ₁ ＝Ａ₀ ・α₁ ・ω・Ｃ₁ ・V _S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ₀ ・ΔＬ／（Ｌ₁ −ΔＬ）・ω・ε_air ・（Ｓ／Ｌ₁ ） ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ … （３９） Ｖ₂ ＝Ａ₀ ・α₂ ・ω・Ｃ₂ ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ₀ ・ΔＬ／（Ｌ₂ −ΔＬ）・ω・ε_air ・（Ｓ／Ｌ₂ ） ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ … （４０） と表される。

【０１７６】また，Ｌ₂ はＬ₂ ＝Ｌ₁ ＋ｄなので，（３
９），（４０）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Ｖ_S に依存せずにＬ₁ を一義的に
求めるためには，（３９），（４０）式よりＶ₁ ，Ｖ₂
の出力比を求めれば良い。

【０１７７】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 ） … （４１） となり，Ｌ１に関しての２次関数Ｆ（Ｌ₁ ²）で表され
る。このとき，Ｌ₁ とＶ₂／Ｖ₁ との関係は，図３２
（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Ｌ₁ を一義的に求
めることが可能となる。

【０１７８】また，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 ） … （４２） となり，同様にＬ₁ に関しての二次関数Ｆ（Ｌ₁ ² ）で
表され，このとき，Ｌ₁とＶ₁ ／Ｖ₂ との関係は，図３
２（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Ｖ_S に依存せずにＬ
₁ を一義的に求めることが可能となる。

【０１７９】このようにして一義的に求められたＬ₁ を
利用して，既知のＶ₁ 又はＶ₂ の出力値と測定距離Ｌと
の関係からＶ₁ 又はＶ₂ の出力値を補正し，更に既知で
ある表面電位Ｖ_S と出力値Ｖ₁ 又はＶ₂ との関係から補
正されたＶ₁ 又はＶ₂ の出力値に対応する表面電位Ｖ_S
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，得られたＬ₁ をＶ₁ 又はＶ₂
の出力式（（３９）又は（４０）式）に代入し，Ｖ_S に
ついて求めることにより，被測定体の表面電位を正確に
得ることが可能となる。

【０１８０】この例の場合も，図３３のような構成とす
ることで第１及び第２出力信号検出部３２，３３によっ
て得た２つ以上の出力信号から測定距離補正部４９によ
っ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ことが可能となる。

【０１８１】また，図２５のように表面電位を検出する
ために測定電極を被測定体方向に周期的に変動させなが
ら測定電極の検出位置を変動させて被測定体と測定電極
との間の距離を異ならせる手段としては，前述した電極
振動部に図２３（ａ）に示すような駆動電圧（駆動電
流）波形と図２３（ｂ）に示すような駆動電圧（駆動電
流）波形を重畳させた状態の電圧波形（図２３（ｃ））
を各変動手段に印加することで可能となる。なお，この
印加電圧（印加電流）波形としては，図２３（ａ）〜
（ｃ）に示す正弦波状の波形に限られず，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又は非周期的に変動する
波形）及び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２７），矩形波状（図２８），三角波状
（図２９），鋸波状（図３０），台形波状（図３１）等
の周期的又は非周期的に変動する波形）に従う印加電圧
波形を用いることができる。

【０１８２】更に，他の例として，図３４は，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。これは前述した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を被測定体方
向に周期的に変動させ，その際，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の表
面電位を得る方法を示している。被測定体の表面電位の
検出原理は，図３７（ｂ）に示すものと同様である。

【０１８３】なお，測定電極の変動方法としては，図３
４に示すような正弦波状，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又は非周
期的な変動を用いても表面電位の検出は可能である。

【０１８４】図３４において，測定電極を被測定体から
Ｌだけはなした距離に配置し，測定電極を被測定体方向
にΔＬ₁ の変化幅で変動させたときの出力信号をＶ₁ ，
ΔＬ₂ の変化幅で変動させたときの出力信号をＶ₂ とす
ると，出力信号は測定電極の変動の変化幅にほぼ比例す
るため，図２６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，測定電極の変
動の変動幅を周期的又は非周期的に変動させることによ
り，正弦波状（図２７），矩形波状（図２８），三角波
状（図２９），鋸波状（図３０），台形波状（図３１）
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。

【０１８５】次に，前述のようにして得られた異なる出
力値Ｖ₁ 及びＶ₂ を用いて，被測定体の表面電位Ｖ_S に
依存せずに測定距離Ｌを逆に一義的に求める。まず，振
動容量型の場合，被測定体と測定電極との間の静電容量
Ｃ₀ の変化率α₀ は，測定電極の変動の各変化幅Δ
Ｌ₁ ，ΔＬ₂ に対し， β₁ ＝ΔＬ₁ ／（Ｌ−ΔＬ₁ ） … （４３） β₂ ＝ΔＬ₂ ／（Ｌ−ΔＬ₂ ） … （４４） と表される。

【０１８６】したがって，各出力信号Ｖ₁ ，Ｖ₂ の出力
式は，（１），（５），（４３），（４４）式を用い
て， Ｖ₁ ＝Ａ₀ ・β₁ ・ω・Ｃ₀ ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ₀ ・ΔＬ₁ ／（Ｌ−ΔＬ₁ ）・ω・ε_air ・（Ｓ／Ｌ） ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ … （４５） Ｖ₂ ＝Ａ₀ ・β₂ ・ω・Ｃ₀ ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ ＝Ａ₀ ・ΔＬ₂ ／（Ｌ−ΔＬ₂ ）・ω・ε_air ・（Ｓ／Ｌ） ・Ｖ_S ・ｃｏｓωｔ … （４６） と表される。表面電位Ｖ_S に依存せずにＬを逆に一義的
に求めるためには，（４５），（４６）式よりＶ₁ とＶ
₂ との出力比を求めれば良い。

【０１８７】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） … （４７） となり，Ｌに関しての一次関数Ｆ（Ｌ）で表される。こ
のとき，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
である。

【０１８８】また，出力比をＶ₁ ／Ｖ₂ とした場合，Ｖ
₁ ／Ｖ₂ は， Ｖ₁ ／Ｖ₂ ＝ΔＬ₁ ・（Ｌ−ΔＬ₂ ）／〔ΔＬ₂ ・（Ｌ−ΔＬ₁ ）〕 ＝Ｆ（Ｌ） … （４８） 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。したがって，同様に出力比Ｖ₁／Ｖ
₂ を求めれば，表面電位Ｖ_S に依存せずにＬを一義的に
求めることができる。

【０１８９】このように一義的に求められたＬを利用し
て既知のＶ₁ 又はＶ₂ の出力値と測定距離Ｌとの関係か
らＶ₁ 又はＶ₂ の出力値を補正し，更に既知の表面電位
Ｖ_Sと出力値Ｖ₁ 又はＶ₂ との関係から補正されたＶ₁
又はＶ₂ の出力値に対応する表面電位Ｖ_S 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でき
る。また，得られたＬをＶ₁ 又はＶ₂ の出力式（（４
５）又は（４６）式）に代入し，Ｖ_S 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
できる。本例の場合も図３３のような構成とすることに
より，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た正確な出力信号を得ることが
できる。

【０１９０】更に，図３４のように表面電位を検出する
ために測定電極を被測定体方向に周期的に変動させると
共にその変動の変化幅を異ならせる手段としては，図３
６（ａ）に示すような駆動電圧（駆動電流）の大きさを
異ならせた状態の電圧（電流）波形の電圧（電流）を印
加することにより可能となる。

【０１９１】また，図３６（ｂ）に示すように駆動電圧
（駆動電流）の大きさは一定として，駆動電圧（駆動電
流）波形の周波数を異ならせた状態の電圧波形の電圧
（電流）を印加することでも可能である。

【０１９２】更に，図３６（ａ）及び（ｂ）に示した各
駆動電圧（駆動電流）波形において，駆動電圧（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（電流）波形の電圧（電流）を各変動手段に印加し
ても可能である。

【０１９３】なお，この印加電圧（印加電流）波形とし
ては，図３６（ａ）及び（ｂ）に示した正弦波状の波形
に限らず，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
的又は非周期的に変動する波形）及び測定電極の変動の
変化幅を異ならせるための波形（正弦波状（図２７），
矩形波状（図２８），三角波状（図２９），鋸波状（図
３０），台形波状（図３１）等の周期的又は非周期的に
変動する波形）に従う印加電圧波形を使用することがで
きる。

【０１９４】

【発明の効果】以上説明したように，本発明に係る表面
電位測定装置（請求項１）によれば，非測定体から所定
の間隔を隔てた位置に非測定体と電気的に独立した振動
部材を測定電極として利用するため，ＳＮ比と信頼性を
を向上することができると共に，安定した高感度な表面
電位の検出ができ，簡単な構成で小型かつ安価な表面電
位測定装置を得ることができる。

【０１９５】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項２）によれば，振動部材の節部又は固定部から振動
部材による測定電極の電位信号を取り出すため，安定し
て測定電極からの電位信号を取り出すことができると共
に信頼性の高い表面電位の検出ができ，簡単な構成で小
型かつ安価な表面電位測定装置を得ることができる。

【０１９６】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項３）によれば，振動部材を振動させ，被測定体と振
動部材の測定電極との間で形成される静電容量を変化さ
せる容量変化手段として電磁コイルを利用するため，Ｓ
Ｎ比と信頼性をを向上することができると共に，安定し
た高感度な表面電位の検出ができ，簡単な構成で小型か
つ安価な表面電位測定装置を得ることができる。

【０１９７】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項４）によれば，振動部材を振動させ，被測定体と振
動部材の測定電極との間で形成される静電容量を変化さ
せる容量変化手段としてボイスコイルを利用するため，
ＳＮ比と信頼性をを向上することができると共に，安定
した高感度な表面電位の検出ができ，簡単な構成で小型
かつ安価な表面電位測定装置を得ることができる。

【０１９８】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項５）によれば，振動部材を被測定体に対向する方向
に振動させ，被測定体と振動部材の測定電極との間で形
成される静電容量を変化させ，被測定体の表面電位に対
応して誘起され該静電容量の変化に伴って変化する振動
部材の測定電極の電位を検出し，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
出手段とを備えているため，電位出力信号が測定距離に
依存せずに高精度な表面電位の検出が可能でかつ簡単な
構成で安価な表面電位測定装置を得ることができる。

【０１９９】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項６）によれば，振動部材を絶縁層を介した複数の導
電層で構成して一つの振動部材として利用するため，安
定して信頼性の高い表面電位の検出が可能となると共に
簡単な構成で安価な表面電位測定装置を得ることができ
る。

【０２００】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項７）によれば，振動部材を絶縁体とし，その表面に
複数の導電体領域を設けた構成の一つの振動部材を利用
するため，安定して信頼性の高い表面電位の検出が可能
となると共に簡単な構成で安価な表面電位測定装置を得
ることができる。

【０２０１】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項８）によれば，絶縁層を介した複数の導電層で振動
部材を構成し，振動部材の節又は固定部よりボイスコイ
ルの駆動信号を印加するため，安定して信頼性の高い表
面電位の検出が可能となると共に簡単な構成で安価な表
面電位測定装置を得ることができる。

【０２０２】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項９）によれば，絶縁体の表面上に複数の導電体領域
を設けた振動部材を構成し，振動部材の節又は固定部よ
りボイスコイルの駆動信号を印加するため，安定して信
頼性の高い表面電位の検出が可能となると共に簡単な構
成で安価な表面電位測定装置を得ることができる。

【０２０３】また，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項１０）によれば，振動部材の自由端の高さを被測定
体方向に対して近接する方向に異ならせることにしたた
め，測定電極の検出感度を向上させ，安定して信頼性の
高い表面電位の検出が可能となると共に簡単な構成で安
価な表面電位測定装置を得ることができる。

【０２０４】更に，本発明に係る表面電位測定装置（請
求項１１）によれば，ボイスコイルに使用される永久磁
石の周囲に高透磁率部材を配置して，永久磁石と磁気回
路を形成して駆動部材を駆動するため，振動部材を小電
力で効率良く駆動でき，高精度な表面電位の検出が可能
な表面電位測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る表面電位測定装置
の概略構成を示す説明図である。

【図２】図１に示す表面電位測定装置の振動駆動部にボ
イスコイルを用いた場合の概略構成を示す説明図であ
り，（ａ）は側面図，（ｂ）は上面図である。

【図３】図１に示す表面電位測定装置の振動部材に音叉
状振動部材を用いた場合の概略構成を示す説明図であ
る。

【図４】図１に示す表面電位測定装置の振動駆動部にプ
ランジャー振動型の電磁コイルを用いた場合の概略構成
を示す説明図であり，（ａ）は片持ち梁状の振動部材
に，（ｂ）は音叉状振動部材に適用した状態を示してい
る。

【図５】図１に示す表面電位測定装置の振動駆動部にボ
イスコイルを用いた場合の概略構成を示す説明図であ
り，（ａ）〜（ｆ）はボイスコイルの構成例を示してい
る。

【図６】図１に示す表面電位測定装置の振動駆動部にボ
イスコイルを用いた場合の構成を示す説明図である。

【図７】図１に示す表面電位測定装置の振動部材の構成
を示す説明図である。

【図８】図１に示す表面電位測定装置の振動部材の構成
を示す説明図である。

【図９】図１に示す表面電位測定装置の振動部材の構成
を示す説明図であり，（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ異な
る形状の振動部材を示している。

【図１０】図１に示す表面電位測定装置の振動駆動部に
ボイスコイルを用いた場合の構成を示す説明図である。

【図１１】図１に示す表面電位測定装置の振動駆動部に
ボイスコイルを用いた場合において，ボイスコイルの構
成を示す説明図である。

【図１２】図１に示す表面電位測定装置の振動駆動部に
ボイスコイルを用いた場合において，ボイスコイルの構
成を示す説明図である。

【図１３】図１に示す表面電位測定装置の振動駆動部に
ボイスコイルを用いた場合において，ボイスコイルの構
成を示す説明図である。

【図１４】本発明の実施の形態２に係る表面電位測定装
置の概略構成を示す説明図である。

【図１５】図１４に示す表面電位測定装置の振動駆動部
にボイスコイルを用いた場合の概略構成を示す説明図で
あり，（ａ）は側面図，（ｂ）は上面図である。

【図１６】図１４に示す表面電位測定装置の振動部材に
音叉状振動部材を用いた場合の概略構成を示す説明図で
ある。

【図１７】図１４に示す表面電位測定装置の振動駆動部
にボイスコイルを用いた場合の概略構成を示す説明図で
あり，（ａ）〜（ｆ）はボイスコイルの構成例を示して
いる。

【図１８】本発明の実施の形態２に係る表面電位測定装
置の概略構成を示すブロック図である。

【図１９】図１８に示す表面電位測定装置において，振
動部材の振動の様子を示す波形図である。

【図２０】図１８に示す表面電位測定装置の出力信号を
示すグラフである。

【図２１】本発明の実施の形態２に係る表面電位測定装
置の概略構成を示すブロック図である。

【図２２】本発明の実施の形態２に係る表面電位測定装
置の概略構成を示すブロック図であり，（ａ）〜（ｆ）
は複数の構成例を示している。

【図２３】図１８に示す表面電位測定装置において，測
定電極（振動部材）を駆動する電圧の作成方法の一例を
説明するための図である。

【図２４】実施の形態２において，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２５】実施の形態２において，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。

【図２６】図２５に示す方法において，測定電極（振動
部材）を変位させたときの出力信号を示す図である。

【図２７】図２５に示す方法において，測定電極（振動
部材）を周期的に変化させたときの出力信号を示す図で
ある。

【図２８】図２５に示す方法において，測定電極（振動
部材）を周期的に変化させたときの出力信号を示す図で
ある。

【図２９】図２５に示す方法において，測定電極（振動
部材）を周期的に変化させたときの出力信号を示す図で
ある。

【図３０】図２５に示す方法において，測定電極（振動
部材）を周期的に変化させたときの出力信号を示す図で
ある。

【図３１】図２５に示す方法において，測定電極（振動
部材）を周期的に変化させたときの出力信号を示す図で
ある。

【図３２】（ａ）及び（ｂ）は，図２５に示す方法にお
いて，測定電極（振動部材）と被測定体との距離を変化
させたときの出力信号の比と距離との関係を示す図であ
る。

【図３３】本発明の実施の形態２に係る表面電位測定装
置の好適な信号検出回路の一例を示すブロック図であ
る。

【図３４】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。

【図３５】（ａ）及び（ｂ）は，図３４に示す方法にお
いて，測定電極（振動部材）と比測定体との距離を変化
させたときの出力信号の比と距離との関係を示す図であ
る。

【図３６】測定電極（振動部材）を周期的に変位させる
振動駆動部に印加する電圧（電流）波形を示す図であ
る。

【図３７】従来の表面電位測定装置の構成を示すブロッ
ク図であり，図３７（ａ）はチョッパ型の表面電位測定
装置，図３７（ｂ）は振動容量型の表面電位測定装置を
示している。

【符号の説明】

１ 測定電極 ２ 被測定体 ３ チョッパ電極 ４ 電位信号検出部 ５ 信号増幅部 ６ 表面電位測定装置 ７ 片持ち梁状の振動部材 ８ 振動駆動部 ９ 電位感受面 １０ 固定部 １１ 固定端 １２ ボイスコイル １３ 振動部材（板バネ） １４ シールドケース １５ 電位測定窓 １６ ソレノイドコイル １７ 永久磁石 １８ 信号検出部 １９ 検出信号線 ２０ 駆動信号線 ２１ 電位信号線 ２２ 音叉状振動部材 ２３ 節部 ２４ 電磁コイル部 ２５ プランジャー型の電磁コイル ２６ 絶縁層 ２７ 導電層 ２８ 導電体領域 ２９ 高透磁率部材 ３０ 空隙 ３１ 磁気回路 ３２ 第１出力信号検出部 ３３ 第２出力信号検出部 ３４ 第３出力信号検出部 ３５ 出力補正部 ３６ 測定距離検出部 ３７ 第１演算部 ３８ 第２演算部 ３９ 第３演算部 ４０ 第４演算部 ４１ 第５演算部 ４２ 第６演算部 ４３ 第７演算部 ４４ 第８演算部 ４５ 第９演算部 ４６ 第１０演算部 ４７ 第１１演算部 ４８ 信号増幅部 ４９ 測定距離補正部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定体から所定の間隔を隔てた位置に
   前記被測定体と電気的に独立して設けられた振動部材か
   らなる測定電極と，前記測定電極を振動させ，前記被測
   定体と振動部材からなる前記測定電極との間で形成され
   る静電容量を変化させる容量変化手段と，前記被測定体
   の表面電位に対応して誘起される前記静電容量の変化に
   伴って変化する前記測定電極の電位を検出する電位検出
   手段と，前記電位検出手段の検出信号から前記被測定体
   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。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表面電位測定装置におい
   て，前記振動部材の節部又は固定部より前記測定電極の
   電位信号を取り出すことを特徴とする表面電位測定装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の表面電位測定装置におい
   て，前記測定電極を振動させ，前記被測定体と前記測定
   電極との間で形成される静電容量を変化させる容量変化
   手段として電磁コイルを用いることを特徴とする表面電
   位測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の表面電位測定装置におい
   て，前記測定電極を振動させ，前記被測定体と前記測定
   電極との間で形成される静電容量を変化させる容量変化
   手段としてボイスコイルを用いることを特徴とする表面
   電位測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の表面電位測定装置におい
   て，前記電位検出手段の前記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を備えたこと
   を特徴とする表面電位測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の表面電位測定装置におい
   て，絶縁層を介した複数の導電層で前記振動部材を構成
   することを特徴とする表面電位測定装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の表面電位測定装置におい
   て，絶縁体の表面上に複数の導電体領域を設けて前記振
   動部材を構成することを特徴とする表面電位測定装置。
8. 【請求項８】 請求項４記載の表面電位測定装置におい
   て，絶縁層を介した複数の導電層で前記振動部材を構成
   し，前記振動部材の節又は固定部より前記ボイスコイル
   の駆動信号を印加することを特徴とする表面電位測定装
   置。
9. 【請求項９】 請求項４記載の表面電位測定装置におい
   て，絶縁体の表面上に複数の導電体領域を設けて前記振
   動部材を構成し，前記振動部材の節又は固定部より前記
   ボイスコイルの駆動信号を印加することを特徴とする表
   面電位測定装置。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の表面電位測定装置にお
    いて，前記振動部材の一端を固定し，前記被測定体に近
    接するように前記振動部材の他端を形成することを特徴
    とする表面電位測定装置。
11. 【請求項１１】 請求項４記載の表面電位測定装置にお
    いて，前記ボイスコイルに使用される永久磁石の周囲に
    高透磁率部材を配置し，前記永久磁石と磁気回路を形成
    して前記振動部材を駆動することを特徴とする表面電位
    測定装置。