(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出面に対向して配置された検出電極と、
前記検出電極を機械的に振動させ、前記被検出面と前記検出電極との間の距離を変化させる圧電音叉と、
前記被検出面と前記検出電極との間の距離の変化による、前記被検出面と前記検出電極との間の静電容量の変化に基づく交流の電気信号を整流するための信号処理回路とを備え、
前記信号処理回路が、前記電気信号を半波整流する半波整流回路と、この半波整流回路の出力信号と前記電気信号とを加算する加算回路とで構成される絶対値回路を備え、
前記半波整流回路の入力抵抗と前記信号処理回路の入力端子との間に第１コンデンサが接続されると共に、前記加算回路の入力抵抗と前記信号処理回路の入力端子との間に第２コンデンサが接続され、
前記第１コンデンサと前記半波整流回路の入力抵抗とで形成される時定数と、前記第２コンデンサと前記加算回路の入力抵抗とで形成される時定数とが略等しいこと、
を特徴とする表面電位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面電位検出装置に関し、特に、電子写真複写機の感光体ドラムなどの被検出表面の表面電位を非接触で測定するための表面電位検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の表面電位検出装置の構成を図３に示す。表面電位検出装置１は、概略、検出電極３と、圧電音叉４と、発振回路９と、検出回路２１と、バンドパスフィルタ２２と、信号処理回路２３と、ＤＣ増幅器２４とで構成されている。
【０００３】
圧電音叉４は、その両脚部４ａ，４ｂに、それぞれ圧電振動子１２ａ，１２ｂが貼着されている。この圧電音叉４の一方の脚部４ａの先端部には、絶縁体５を介して検出電極３が固定されている。この検出電極３は、被検出面である感光体ドラム２の表面に対向して配置されており、感光体ドラム２と共に可変コンデンサＣを形成している。圧電音叉４が振動すると、検出電極３は機械的に振動し、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の距離が変化して、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の静電容量、すなわち可変コンデンサＣの静電容量が変化する。検出電極３は検出回路２１に接続されている。
【０００４】
発振回路９は、増幅器７と圧電音叉４とからなる。発振回路９は、増幅器７の出力を圧電音叉４の一方の圧電振動子１２ｂに印加して電歪振動を発生させ、この電歪振動によって圧電音叉４をその固有振動数で振動させる。そして、圧電音叉４の振動により他方の圧電振動子１２ａに前記固有振動数に等しい周波数の圧電信号を発生させ、この圧電信号を増幅器７の入力側に帰還させる。これにより、発振回路９は所定の発振周波数で自励発振する。
【０００５】
検出回路２１は、検出電極３から出力された電気信号を増幅する。バンドパスフィルタ２２は、検出回路２１から出力された電気信号の中から発振回路９の発振周波数以外の周波数成分を除去する。信号処理回路２３はバンドパスフィルタ２２から出力された電気信号を整流する。ＤＣ増幅器２４は、信号処理回路２３から出力された電気信号を直流増幅する。図３において、６は抵抗素子である。
【０００６】
以上の構成からなる表面電位検出装置１において、感光体ドラム２の表面に高電圧が印加されると、感光体ドラム２の表面からの電気力線が検出電極３に達し、静電誘導により、検出電極３にも感光体ドラム２の表面に発生している電荷と等しい電荷が誘起される。この状態で、発振回路９の発振により圧電音叉４が振動すると、感光体ドラム２の表面と検出電極３との間の距離が変化して可変コンデンサＣの静電容量が変化する。これにより可変コンデンサＣから電荷が充放電され、それに基づく電気信号が検出回路２１に入力される。
【０００７】
電気信号は、検出回路２１にて以後の処理に適したレベルまで増幅された後、バンドパスフィルタ２２にて発振回路９の発振周波数に等しい周波数成分以外の雑音成分が除去され、信号処理回路２３にて直流信号に変換される。信号処理回路２３から出力された直流信号は、ＤＣ増幅器２４で増幅されて感光体ドラム２の表面電位信号として出力される。ＤＣ増幅器２４から出力された表面電位信号は、感光体ドラム２の表面電位を制御するためのフィードバック信号として、電子写真複写機本体の高電圧制御系へ供給される。
【０００８】
ところで、信号処理回路２３は、従来より、図４に示すような構成を有する、いわゆる絶対値回路と称されるものが使用されていた。即ち、信号処理回路２３は、演算増幅器３１，ダイオードＤ1，Ｄ2，抵抗Ｒ1，Ｒ2及びＲ7からなる半波整流回路３３と、演算増幅器３２，抵抗Ｒ3，Ｒ4，Ｒ8，Ｒfからなる加算回路３４とから構成されている。
【０００９】
半波整流回路３３の入力抵抗Ｒ1の一端は、演算増幅器３１の反転入力端子およびダイオードＤ1のアノードに接続されている。ダイオードＤ1のカソードはダイオードＤ2のアノード及び演算増幅器３１の出力端子に接続されている。ダイオードＤ2のカソードと演算増幅器３１の反転入力端子との間には、抵抗Ｒ2が接続されている。演算増幅器３１の非反転入力端子とアースとの間には、抵抗Ｒ7が接続されている。
【００１０】
加算回路３４の二つの入力抵抗Ｒ3及びＲ4の各一端は、演算増幅器３２の反転入力端子に接続されており、演算増幅器３２の反転入力端子と出力端子との間には、帰還抵抗Ｒfと、加算回路３４をミラー積分回路としても機能させるためのコンデンサＣfとが接続されている。抵抗Ｒ3の他端はダイオードＤ2のカソードに接続されており、演算増幅器３２の非反転入力端子とアースとの間には、抵抗Ｒ8が接続されている。演算増幅器３２の出力端子は信号処理回路２３の出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００１１】
半波整流回路３３の入力抵抗Ｒ1と加算回路３４の入力抵抗Ｒ4の各他端は互いに接続され、その接続点Ｊ１と信号処理回路２３の入力端子ＩＮとの間にはコンデンサＣ10が接続されている。そして、入力端子ＩＮに入力されたバンドパスフィルタ２２の出力の絶対値に等しい電圧の全波整流信号を出力端子ＯＵＴから出力するため、抵抗Ｒ1〜Ｒ4は、（Ｒ2／Ｒ1）＝（Ｒ4／２Ｒ3）を満足するように抵抗値が設定されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の表面電位検出装置１にあっては、半波整流回路３３の入力抵抗Ｒ1と加算回路３４の入力抵抗Ｒ4が直接、直流的に互いに接続されている。従って、例えば加算回路３４にドリフトが発生すると、その影響が加算回路３４の出力から抵抗Ｒf，Ｒ4，Ｒ1を介して、半波整流回路３３に及び、信号処理回路２３が正確な絶対値回路として機能せず、その出力にリップルが生じる。この現象は半波整流回路３３にドリフトが発生しても同様に生じる。従って、感光体ドラム２の表面電位検出の精度が低いという問題があった。
【００１３】
例えば（Ｒ2／Ｒ1）＝２とし、接続点Ｊ１に、図５（Ａ）に示すように、振幅が２Ｖｉの交流信号が入力されても、該交流信号の負の半周期に半波整流回路３３の出力端子Ｊ２（ダイオードＤ2のカソードと抵抗Ｒ2との接続点）から出力される信号のピーク値は、図５（Ｂ）に示すように、２Ｖｉよりも小さくなる。その結果、加算回路３４から出力される信号は、交流信号の正の半周期と負の半周期によってピーク値が異なり（図５（Ｃ）の点線参照）、それを積分した信号には、図５（Ｃ）に実線で示すように、リップルが生じる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成により、リップルの少ない精度の高い表面電位検出信号を得ることができる表面電位検出装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明に係る表面電位検出装置は、
（ａ）被検出面に対向して配置された検出電極と、
（ｂ）前記検出電極を機械的に振動させ、前記被検出面と前記検出電極との間の距離を変化させる圧電音叉と、
（ｃ）前記被検出面と前記検出電極との間の距離の変化による、前記被検出面と前記検出電極との間の静電容量の変化に基づく交流の電気信号を整流するための信号処理回路とを備え、
（ｄ）前記信号処理回路が、前記電気信号を半波整流する半波整流回路と、この半波整流回路の出力信号と前記電気信号とを加算する加算回路とで構成される絶対値回路を備え、
（ｅ）前記半波整流回路の入力抵抗と前記信号処理回路の入力端子との間に第１コンデンサが接続されると共に、前記加算回路の入力抵抗と前記信号処理回路の入力端子との間に第２コンデンサが接続され、
（ｆ）前記第１コンデンサと前記半波整流回路の入力抵抗とで形成される時定数と、前記第２コンデンサと前記加算回路の入力抵抗とで形成される時定数とが略等しいこと、
を特徴とする。
【００１６】
【作用】
以上の構成により、半波整流回路の入力抵抗と加算回路の入力抵抗とは、第１コンデンサ及び第２コンデンサにより直流的に遮断され、半波整流回路及び加算回路は各々のドリフトによる相互の影響が回避される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る表面電位検出装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態の表面電位検出装置は、図３に示されているブロック構成を有する表面電位検出装置において、図５の信号処理回路２３に代えて、図１に示すような構成を有する信号処理回路２３ａを採用したものである。この信号処理回路２３ａは、図５において説明した信号処理回路２３の入力端子ＩＮと半波整流回路３３の入力抵抗Ｒ１との間にコンデンサＣ11を接続するとともに、入力端子ＩＮと加算回路３４の入力抵抗Ｒ4との間にコンデンサＣ12を接続するようにしたものである。そして、入力端子ＩＮに入力されたバンドパスフィルタ２２の出力の絶対値に等しい電圧の全波整流信号を出力端子ＯＵＴから出力するため、抵抗Ｒ1〜Ｒ4は、（Ｒ2／Ｒ1）＝（Ｒ4／２Ｒ3）を満足するように抵抗値が設定されている。
【００１９】
さらに、コンデンサＣ11及びコンデンサＣ12は、その各静電容量がＣ11×Ｒ1＝Ｃ12×Ｒ4を満足するように選択され、半波整流回路３３の演算増幅器３１の反転入力端子における時定数と、加算回路３４の演算増幅器３２の反転入力端子における時定数とが等しくなるようにしている。なお、図１において図５と対応する部分には対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００２０】
このようにすれば、半波整流回路３３の入力抵抗Ｒ1と加算回路３４の入力抵抗Ｒ4とは、コンデンサＣ11及びコンデンサＣ12により直流的に遮断される。これにより、仮に加算回路３４にドリフトが発生しても、その影響が加算回路３４の出力から抵抗Ｒf，Ｒ4，Ｒ1を介して、半波整流回路３３側に及ぶことがない。従って、図２（Ａ）に示すように、振幅が２Ｖｉの交流信号が入力されると、該交流信号の負の半周期に半波整流回路３３の出力端子Ｊ２から出力される信号のピーク値は、図２（Ｂ）に示すように、２Ｖｉに等しくなる（Ｒ2／Ｒ1＝２とする）。
【００２１】
その結果、加算回路３４から出力される信号は、交流信号の正の半周期と負の半周期によってピーク値が等しくなり（図２（Ｃ）の点線参照）、それを積分した信号は、図２（Ｃ）に実線で示すように、リップルが略零となる。従って、図１のような構成を有する整流回路２３ａを採用することにより、リップルの低減された精度の高い表面電位検出信号を得ることができる。
【００２２】
なお、本発明に係る表面電位検出装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、信号処理回路の入力端子と半波整流回路及び加算回路の各入力抵抗との間に第１コンデンサ及び第２コンデンサをそれぞれ接続するとともに、第１コンデンサと半波整流回路の入力抵抗とにより形成される時定数と第２コンデンサと加算回路の入力抵抗とにより形成される時定数とが互いに等しくするようにしたので、半波整流回路の入力抵抗と加算回路の入力抵抗とが第１コンデンサ及び第２コンデンサにより直流的に遮断され、これら半波整流回路及び加算回路は各々のドリフト等による相互の影響が回避され、簡単な構成で、リップルノイズが低減された表面電位検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表面電位検出装置に採用された信号処理回路の一実施形態の構成を示す回路図。
【図２】図１に示されている信号処理回路の動作を説明するための波形図であり、（Ａ）は入力波形図であり、（Ｂ）は半波整流波形図であり、（Ｃ）は出力波形図。
【図３】表面電位検出装置の全体構成を示すブロック図。
【図４】従来の表面電位検出装置の信号処理回路の回路図。
【図５】図４に示されている信号処理回路の動作を説明するための波形図であり、（Ａ）は入力波形図であり、（Ｂ）は半波整流波形図であり、（Ｃ）は出力波形図。
【符号の説明】
３…検出電極
４…圧電音叉
９…発振回路
１２ａ，１２ｂ…圧電振動子
２１…検出回路
２２…バンドパスフィルタ
２３ａ…信号処理回路
２４…ＤＣ増幅器
３１，３２…演算増幅器
３３…半波整流回路
３４…加算回路
Ｃ11…第１コンデンサ
Ｃ12…第２コンデンサ
Ｒ1，Ｒ4…入力抵抗
Ｄ1，Ｄ2…ダイオード
ＩＮ…信号処理回路の入力端子
ＯＵＴ…信号処理回路の出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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