JP2003004408A

JP2003004408A - 距離センサ

Info

Publication number: JP2003004408A
Application number: JP2001186747A
Authority: JP
Inventors: Takashi Urano; 高志浦野; Tsutomu Kotani; 勉小谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定体との距離を正確に検出できる距離セン
サを提供する。【解決手段】距離センサは、距離検知電極１２と、シー
ルドケース１４と、誘電体５１０とを含む。シールドケ
ース１４は、検知窓１６を含む。誘電体５１０は、検知
窓１６に対応して配置されている。距離検知電極１２
は、誘電体５１０と一体に備えられ、シールドケース１
４の内部に収納されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、距離センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】非接触で距離を測定するセンサとして
は、静電容量型の距離センサが知られている。この静電
容量型の距離センサ（以下距離センサと称する）は、被
測定体と対向する距離検知電極を含み、距離検知電極か
ら出力された信号を処理して、被測定体との距離を検出
する。

【０００３】距離センサは、被測定体と距離検知電極と
の重なり有効面積をＳ、間隔をｄ、真空の誘電率を
ε₀、被測定体と距離検知電極との間に介在する物質の
比誘電率をε_sとすると、静電容量Ｃが、Ｃ＝ε₀＊ε_s＊Ｓ／ｄと表される。

【０００４】距離センサの感度は、 ΔＣ／Δｄ＝−ε₀＊ε_s＊Ｓ／ｄ２と表され、、有効面積Ｓ、比誘電率ε_sに比例し、間隔
ｄの２乗に反比例する。

【０００５】近年、距離センサには、小型化が要求され
ている。しかし、距離センサを小型化した場合には、有
効面積Ｓが小さくなり、十分に大きな感度が得られない
ので、距離検知電極から出力される信号が小さくなり、
被測定体との距離を正確に検出することが困難になると
いう問題があった。

【０００６】また、従来の距離センサにおいては、被測
定体と距離検知電極との間に介在する物質は、空気であ
った。この空気の比誘電率ε_sはおよそ１であり、非常
に小さい。このため、十分に大きな感度が得られないの
で、距離検知電極と被測定体との間の距離を正確に検出
することが困難になるという問題があった。

【０００７】また、従来の距離センサにおいては、間隔
ｄが大きくなると、十分に大きな感度が得られないの
で、距離検知電極と被測定体との間の距離を正確に検出
することが困難になるという問題があった。

【０００８】更に、空気の誘電率ε_sは、温度や湿度に
より大きく変化する。このため、環境変化により、温度
や湿度が変動すると、距離検知電極から出力される信号
が変化し、被測定体との距離を正確に検出することが困
難になるという問題があった。

【０００９】特に、被測定面と距離検知電極との間に介
在する空気層、即ち空間距離が大きくなると、距離検知
電極から出力される信号が空気の誘電率ε_sの変化の影
響を大きく受けて著しく変化し、被測定体との距離を正
確に検出することが非常に困難になるという問題があっ
た。

【００１０】また、従来の距離センサにおいて、間隔ｄ
を微小な範囲に設定することにより感度を高くした場合
には、距離検知電極の取付け精度が距離センサの特性に
大きな影響を与えることになる。このため、距離検知電
極を高い精度で取付ける必要があり、組立の困難性を招
くという問題があった。例えば、間隔ｄが３ミリ以下で
ある場合には、距離検知電極を精度良く取付けること
は、非常に困難である。

【００１１】また、距離センサに与えられる振動や衝撃
を考慮すると、距離検知電極のずれを、長期にわたって
ゼロに維持することは、実際的に不可能であり、事実
上、距離センサの特性のばらつきを回避することができ
ないという問題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、被測
定体との距離を正確に検出できる距離センサを提供する
ことである。

【００１３】本発明のもう一つの課題は、特性にばらつ
きが生じない距離センサを提供することである。

【００１４】本発明の更にもう一つの課題は、小型化の
可能な距離センサを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る距離センサは、距離検知電極と、シ
ールドケースと、誘電体とを含む。シールドケースは、
検知窓を含む。誘電体は、検知窓に対応して配置されて
いる。距離検知電極は、誘電体と一体に備えられ、シー
ルドケースの内部に収納されている。

【００１６】本発明に係る距離センサにおいて、シール
ドケースが検知窓を含み、距離検知電極を一体に備えた
誘電体が検知窓に対応して配置されているから、検知窓
を被測定体に対向させることにより、距離検知電極と被
測定体との間の距離を、誘電体の高い誘電率を利用し
て、検出できる。

【００１７】また、距離検知電極は、誘電体と一体に備
えられているから、被測定体と距離検知電極との間に配
置された誘電体の比誘電率ε_sを大きくすることによ
り、十分に大きな感度を得ることができる。このため、
距離検知電極から出力される信号が大きくなり、距離検
知電極と被測定体との間の距離を正確に検出できる。

【００１８】また、距離検知電極は、シールドケースの
内部に収納されているから、ノイズの影響を受けにくく
なり、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。

【００１９】更に、シールドケースは、距離の検出に必
要な検知窓を有するのみでよいから、より完全なシール
ドが達成でき、Ｓ／Ｎ比が極めて大きくなる。

【００２０】また、本発明に係る距離センサは、被測定
体と距離検知電極との間に誘電体が配置されているの
で、被測定体と距離検知電極との間に占める空気層の層
厚（空間距離）が小さくなる。このため、距離検知電極
から出力される信号が変化しにくくなり、距離検知電極
と被測定体との間の距離を正確に検出できる。

【００２１】また、本発明に係る距離センサは、距離検
知電極と誘電体とが一体に形成されている。このため、
誘電体を検知窓に対応して配置することにより、距離検
知電極も自動的に位置決めされるので、距離検知電極の
配置及び位置決めが容易になる。

【００２２】また、本発明に係る距離センサは、距離検
知電極が誘電体と一体に形成され、誘電体が検知窓に対
応して配置されている。このため、誘電体の取付け精度
と同じ高い精度で距離検知電極を取付けることが可能に
なるので、特性にばらつきが生じない。

【００２３】また、本発明に係る距離センサは、距離検
知電極が誘電体と一体に形成されている。このため、振
動や衝撃が加えられた場合であっても、距離検知電極に
ずれが生じないので、距離センサの特性にばらつきが生
じない。

【００２４】また、本発明に係る距離センサは、誘電体
が検知窓を塞いでいるので、防塵性を有する。さらに、
本発明に係る距離センサは、誘電体が検知窓を塞いでい
るので、防湿性を有する。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る距離センサの
構成を示す分解斜視図、図２は図１に示した距離センサ
の断面図である。

【００２６】図１において、本実施例に係る距離センサ
は、距離検知電極１２と、シールドケース１４と、誘電
体５１０と、回路基板１９とを含む。

【００２７】シールドケース１４は、金属平板で構成さ
れた上蓋１４１と下蓋１４２とからなり、検知窓１６を
含む。シールドケース１４は、金属平板で構成してもよ
いし、高周波の電波が進入しない程度に細かい金属メッ
シュで構成してもよい。

【００２８】検知窓１６は、シールドケース１４の側面
１４４に形成されている。図示の検知窓１６は、シール
ドケース１４の側面１４４の上縁で開口する切欠状であ
るが、貫通孔状に形成することもできる。またその形状
は、図示の矩形状に限らず、他の多角形状、円弧状また
は円形状等、任意の形状を取ることができる。

【００２９】誘電体５１０は、第１の平板部５１１と、
第２の平板部５１３と、中間部５１２とを含み、第１の
平板部５１１、第２の平板部５１３及び中間部５１２が
一体に形成されている。第１の平板部５１１は、板厚が
ｄ１に設定され、一面が第２の平板部５１３の他面に対
向している。中間部５１２は、第１の平板部５１１の一
面と、第２の平板部５１３の他面との間に備えられ、第
１の平板部５１１及び第２の平板部５１３を連結してい
る。誘電体５１０は、有機系、無機系、複合系のいずれ
であってもよい。

【００３０】距離検知電極１２は、箔状の金属でなり、
電極部１２１と、リード部１２２とを含む。電極部１２
１は、第１の平板部５１１の他面に形成され、誘電体５
１０と一体に備えられている。リード部１２２は、ばね
性を有し、電極部１２１の主面から弧を描いて延びてい
る。距離検知電極１２の形状は任意であり、板状、線
状、円形状、矩形状など、多様な態様を採用し得る。

【００３１】回路基板１９には、リード部１２２をはん
だ付けするためのランド１２３が形成されている。回路
基板１９には、距離センサとして必要な信号処理回路の
一部または全部を構成する電子部品及び導体パターン等
が搭載される。図では、これらの電子部品及び導体パタ
ーンは、省略してある。

【００３２】回路基板１９は、下蓋１４２に搭載され
る。中間部５１２は、検知窓１６に凹凸嵌合し、検知窓
１６を塞いでいる。第１の平板部５１１の一面は、シー
ルドケース１４の内側面に備えられ、第２の平板部５１
３の他面はシールドケース１４の外側面に備えられる。
リード部１２２は、ランド１２３に圧接された状態では
んだ付けされる。シールドケース１４は、上蓋１４１の
開口面と下蓋１４２の開口面とが向合うように重合わさ
れている。

【００３３】本実施例に係る距離センサでは、シールド
ケース１４が検知窓１６を含み、距離検知電極１２を一
体に備えた誘電体５１０が検知窓１６に対応して配置さ
れているから、検知窓１６を被測定体に対向させること
により、距離検知電極１２と被測定体との間の距離を、
誘電体５１０の高い誘電率を利用して検出できる。

【００３４】また、距離検知電極１２は、誘電体５１０
と一体に備えられているから、被測定体と距離検知電極
１２との間に配置された誘電体５１０の比誘電率ε_sを
大きくすることにより、十分に大きな感度を得ることが
できるので、距離検知電極１２から出力される信号が大
きくなり、距離検知電極１２と被測定体との距離を正確
に検出できる。

【００３５】また、距離検知電極１２は、シールドケー
ス１４の内部に収納されているから、ノイズの影響を受
けにくくなり、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。

【００３６】更に、シールドケース１４は、距離の検出
に必要な検知窓１６を有するのみでよいから、より完全
なシールドが達成でき、Ｓ／Ｎ比が極めて大きくなる。

【００３７】また、本実施例に係る距離センサは、被測
定体と距離検知電極１２との間に誘電体５１０が配置さ
れているので、被測定体と距離検知電極１２との間に占
める空気の体積が小さくなる。このため、距離検知電極
１２から出力される信号が変化しにくくなり、距離検知
電極１２と被測定体との距離を正確に検出できる。

【００３８】また、本実施例に係る距離センサは、距離
検知電極１２と誘電体５１０とが一体に形成されてい
る。このため、誘電体５１０を検知窓１６に対応して配
置することにより、距離検知電極１２が位置決めされる
ので、距離検知電極１２の配置が容易になる。

【００３９】また、本実施例に係る距離センサは、距離
検知電極１２が誘電体５１０と一体に形成され、誘電体
５１０が検知窓１６に対応して配置されている。このた
め、誘電体５１０の取付け精度と同じ高い精度で距離検
知電極１２を取付けることが可能になるので、特性にば
らつきが生じない。

【００４０】また、本実施例に係る距離センサは、距離
検知電極１２が誘電体５１０と一体に形成されている。
このため、振動や衝撃が加えられた場合であっても、距
離検知電極１２にずれが生じないので、距離センサの特
性にばらつきが生ない。

【００４１】また、本実施例に係る距離センサは、誘電
体５１０が検知窓１６を塞いでいるので、防塵性を有す
る。

【００４２】また、本実施例に係る距離センサは、誘電
体５１０が検知窓１６を塞いでいるので、防湿性を有す
る。

【００４３】また、本実施例に係る距離センサは、第１
の平板部５１１の板厚ｄ１を所望の値に設定することに
より、距離検知電極１２と検知窓１６との距離を定める
ことができる。このため、距離検知電極１２を配置する
ことが容易になると同時に、特性のばらつきが生じな
い。

【００４４】また、本実施例に係る距離センサは、第１
の平板部５１１、第２の平板部５１３及び中間部５１２
を用いて、誘電体５１０及び距離検知電極１２を位置決
めする。このため、距離検知電極１２を取付けるための
冶具が不要になるので、製造コストを抑えることができ
る。

【００４５】また、本実施例に係る距離センサは、第１
の平板部５１１と、第２の平板部５１３との間にシール
ドケース１４の側面１４４が挟み込まれている。このた
め、はんだや接着剤を用いなくても、誘電体５１０及び
距離検知電極１２を取付けることができるので、製造が
容易になる。

【００４６】図３は本発明に係る距離センサの別の実施
例を示す断面図である。図３においては、図１、図２に
現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の参
照符号を付してある。

【００４７】本実施例に係る距離センサにおいて、誘電
体５２０は、第１の平板部５１１の一面上に突設された
突起部５２１を含む。突起部５２１は、検知窓１６に嵌
合している。上記構造によれば、第１の平板部５１１及
び突起部５２１を用いて、誘電体５２０及び距離検知電
極１２を位置決めすることができる。このため、距離検
知電極１２を取付けるための冶具が不要になるので、製
造コストを抑えることができる。

【００４８】図４は本発明に係る距離センサの更に別の
実施例を示す断面図である。図４においては、図１、図
２に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一
の参照符号を付してある。

【００４９】本実施例に係る距離センサにおいて、誘電
体５３０は、嵌合部５３１を含み、嵌合部５３１が、検
知窓１６に嵌合している。この構造によれば、嵌合部５
３１を用いて、誘電体５３０及び距離検知電極１２を位
置決めすることができる。このため、距離検知電極１２
を取付けるための冶具が不要になるので、製造コストを
抑えることができる。

【００５０】また、嵌合部５３１にシールドケース１４
の側面１４４が挟み込まれている。このため、はんだや
接着剤を用いなくても、誘電体５３０及び距離検知電極
１２を取付けることができるので、製造が容易になる。

【００５１】図５は、図１に示した距離センサ５０の使
用状態における構成を具体的に示す図である。図５にお
いて、被測定体４０は、感光体ドラム、帯電した絶縁フ
ィルム等である。被測定体４０の被測定面Ｓは直流高圧
電源Ｖ_DCの一端に接続され、直流高圧電源Ｖ_DCの他端
は、接地電位である第１基準電位ＧＮＤ１に接続されて
いる。この直流高圧電源Ｖ_DCの内部インピーダンスは十
分に小さいので、無視できる。被測定面Ｓの表面電位Ｖ
ｓは、第１基準電位ＧＮＤ１に対して、例えば、０Ｖか
ら−１０００Ｖまで変化する。

【００５２】距離センサ５０の距離検知電極１２は、被
測定面Ｓとの距離を、非接触状態で測定すべく、被測定
面Ｓと対向するように配置され、被測定面Ｓに容量結合
されている。距離検知電極１２と被測定面Ｓとの距離は
Ｌ２であり、その静電容量がＣ２となる。

【００５３】回路基板１９には、変位検出回路２２が形
成されている。変位検出回路２２は、信号発生器２２１
と、非反転増幅回路２２２とを含む。

【００５４】信号発生器２２１は、第１基準電位ＧＮＤ
１に接地されている。非反転増幅回路２２２は、オペア
ンプＡ２と、抵抗Ｒ３とを含む。オペアンプＡ２の反転
入力端子は、距離検知電極１２に接続されるとともに、
抵抗Ｒ３を介して出力端子に接続されている。オペアン
プＡ２の非反転入力端子は信号発生器２２１の出力端子
に接続されている。オペアンプＡ２の出力端子は、非反
転増幅回路２２２の出力端子となる。

【００５５】距離センサの静電容量Ｃ２は、誘電率をε
₀＊ε_sとし、実効面積をＳ２とすると、Ｃ２＝ε₀＊ε_s＊Ｓ２／Ｌ２となる。ここで、距離検知電極１２と被測定面Ｓとの間
には空気及び誘電体５１０のみが存在するので、誘電率
ε₀＊ε_sは一定であり、実効面積Ｓ２も一定である。そ
のため、静電容量Ｃ２は、距離Ｌ２の変化のみに依存
し、静電容量Ｃ２は、距離Ｌ２の逆数に比例する。静電
容量Ｃ２が距離Ｌ２の変化に依存して変化するので、距
離検知電極１２から出力される信号は、被測定面Ｓとの
距離Ｌ２に対応する距離信号ｓ２となる。

【００５６】信号発生器２２１は、信号ｓ２１を出力す
る。信号ｓ２１は、周期と振幅が一定のＡＣ信号であ
り、例えば、周波数が１０ｋＨｚの正弦波とすることが
できる。

【００５７】非反転増幅回路２２２は、信号発生器２２
１から入力された信号ｓ２１を増幅して出力する。信号
ｓ２１の周波数をｆとすると、距離検知電極１２と被測
定面Ｓとの間のインピーダンスＸｃは、Ｘｃ＝１／（２πｆ＊Ｃ２）（１）となり、非反転増幅回路２２２の増幅率は（Ｘｃ＋Ｒ
３）／Ｘｃとなる。この非反転増幅回路２２２の出力端
子から出力される電圧Ｖｏｕｔは、信号ｓ２１の振幅を
Ｖｍとすると、Ｖｏｕｔ＝｛（Ｘｃ＋Ｒ３）／Ｘｃ｝＊Ｖｍ（２）と表せる。

【００５８】信号ｓ２１の振幅Ｖｍ、周波数ｆは一定で
あるから、Ｖｏｕｔ＝｛（Ｘｃ＋Ｒ３）／Ｘｃ｝＊Ｖｍ＝（１＋Ｒ３／Ｘｃ）＊Ｖｍ＝（１＋Ｒ３＊２πｆ＊Ｃ２）＊Ｖｍ＝（１＋Ｒ３＊２πｆ＊ε₀＊ε_s＊Ｓ２／Ｌ２）＊Ｖｍ（３）となり、電圧Ｖｏｕｔは、距離Ｌ２の変化のみに依存し
て変化するＡＣ信号となる。従って、距離Ｌ２を検出す
ることができる。

【００５９】図６は、図１に示した距離センサ５０の使
用状態における構成を、更に具体的に示すブロック図で
ある。図６において、図５に現れた構成部分と同一の構
成部分については、同一の参照符号を付し、重複説明は
省略する。

【００６０】図６に図示された変位検出回路２２は、信
号発生器２２１及び非反転増幅回路２２２の他、第２の
増幅器２２３と、第２の整流平滑回路２２４と、減算回
路２２５と、第２のレベルシフト回路２２６と、第１の
除算回路２２７とを含む。

【００６１】図７は図６に示した距離センサに用い得る
信号発生器２２１の構成を具体的に示す回路図である。
図７に示す信号発生器２２１は、オペアンプＡ１と、抵
抗Ｒ１、Ｒ２と、信号源ＶＧとを含む。信号源ＶＧの一
端は第１基準電位ＧＮＤ１に接地されている。オペアン
プＡ１は、非反転入力端子が接地されている。オペアン
プＡ１の反転入力端子は、抵抗Ｒ１を介して信号源ＶＧ
の他端に接続されるとともに、抵抗Ｒ２を介して出力端
子に接続されている。オペアンプＡ１の出力端子は、信
号発生器２２１の出力端子となる。

【００６２】図８は、図６に示した距離センサの動作波
形図である。以下、図６、図８を用いて、距離センサの
動作を説明する。まず、図７に示す信号発生器２２１で
は、信号源ＶＧから入力された信号を、オペアンプＡ１
で反転増幅し、信号ｓ２１を出力する。信号ｓ２１を図
８（ａ）に示す。信号ｓ２１は、周期と振幅が一定のＡ
Ｃ信号であり、例えば、周波数が１０ｋＨｚの正弦波と
することができる。

【００６３】非反転増幅回路２２２は、信号発生器２２
１から入力された信号ｓ２１を増幅して出力する。信号
ｓ２１の周波数をｆとすると、距離検知電極１２と被測
定面Ｓとの間のインピーダンスＸｃは、上掲式（１）で
表現され、非反転増幅回路２２２の増幅率は（Ｘｃ＋Ｒ
３）／Ｘｃとなる。この非反転増幅回路２２２の出力端
子から出力される電圧Ｖｏｕｔは、上掲式（２）であら
わされ、上掲式（３）で表される電圧Ｖｏｕｔが出力さ
れる。電圧Ｖｏｕｔは、距離Ｌ２の変化のみに依存して
変化するＡＣ信号となる。

【００６４】第２の増幅器２２３、第２の整流平滑回路
２２４、減算回路２２５、シールドケース１４は、信号
ｓ２１と同じ電位の第２基準電位ＧＮＤ２に接地されて
いる。第２の増幅器２２３は、非反転増幅回路２２２か
ら入力されたＡＣ信号を交流増幅して信号ｓ２２を出力
する。信号ｓ２２を図８（ｂ）に示す。

【００６５】第２の整流平滑回路２２４は、信号ｓ２２
を整流平滑して信号ｓ２３を出力する。信号ｓ２３を図
８（ｃ）に示す。この第２の整流平滑回路２２４は、第
２基準電位ＧＮＤ２に接地されているため、第２基準電
位ＧＮＤ２を基準にして、信号ｓ２２を整流し、平滑す
る。

【００６６】減算回路２２５は、信号ｓ２３から信号ｓ
２１を減算して出力する。この減算回路２２５から出力
される信号は、直流の信号となる。

【００６７】第２のレベルシフト回路２２６は、減算回
路２２５から入力された信号のレベルを調整して信号Ｖ
ｂを出力する。信号Ｖｂを図８（ｄ）に示す。

【００６８】第２のレベルシフト回路２２６は、可変抵
抗を用いてゲインを調整可能にした非反転増幅回路等を
用いて構成してもよい。場合によっては、省略すること
も可能である。

【００６９】第１の除算回路２２７は、信号Ｖｂを基準
電圧Ｖｒｅｆで除算して、変位信号Ｖｃを出力する。基
準電圧Ｖｒｅｆは、距離検知電極１２が基準位置にある
とき、レベルシフト回路２２６から出力される信号と同
じ値に設定されている。したがって、変位信号Ｖｃは、
基準位置からの変位に対応する信号となる。変位信号Ｖ
ｃを図８（ｅ）に示す。

【００７０】本実施例に係る距離センサは、高周波信号
を用いて距離検知電極１２と被測定体４０との距離を検
出している。このため、被測定体４０の浮遊容量の影響
を受けないので、距離検知電極１２と被測定体４０との
距離を正確に検出できる。

【００７１】また、本実施例に係る距離センサは、直流
高圧電源Ｖ_DCの内部インピーダンスが静電容量Ｃ２のイ
ンピーダンスよりも十分に小さい。このため、距離検知
電極１２から出力される信号が十分に大きくなるので、
距離検知電極１２と被測定体４０との距離を正確に検出
できる。

【００７２】図９は本発明に係る距離センサを用いた表
面電位検出装置の使用状態における構成を概略的に示す
図である。図９において、表面電位検出装置は、図１、
図２に示した距離センサ５０と、電位センサ６０と、絶
縁体４００と、信号処理回路２０とを含む。電位センサ
６０は、電位検知電極１１と、第１のシールドケース１
３とを含む。第１のシールドケース１３は、第１の検知
窓１５を含む。

【００７３】第１のシールドケース１３及びシールドケ
ース１４（以下、第２のシールドケースと称す）は、絶
縁体４００により、互いに電気的に絶縁され、かつ、機
械的に結合されている。

【００７４】電位検知電極１１は、被測定面Ｓの表面電
位Ｖｓを、非接触状態で測定すべく、被測定面Ｓと対向
するように配置され、被測定面Ｓに容量結合されてい
る。電位検知電極１１は、第１のシールドケース１３の
内部に収納され、第１の検知窓１５に対応して設けられ
ている。

【００７５】電位検知電極１１からは、電位検知電極１
１と被測定面Ｓとの距離に対応する距離成分と、被測定
面Ｓの電位に対応する電位成分とを含む電位距離信号ｓ
１が出力される。距離検知電極１２からは、距離検知電
極１２と被測定面Ｓとの距離に対応する距離信号ｓ２が
出力される。

【００７６】信号処理回路２０は、電位距離信号ｓ１及
び距離信号ｓ２が入力され、距離信号ｓ２を用いて、電
位距離信号ｓ１から距離成分を除去し、被測定面Ｓの電
位に対応する信号ｓ３を生成する。

【００７７】したがって、本実施例に係る表面電位検出
装置は、電位検知電極１１と被測定面Ｓとの距離が変動
した場合であっても、距離信号ｓ２を用いて、電位距離
信号ｓ１から距離成分を除去し、被測定面Ｓの電位に対
応する信号ｓ３を生成できるので、被測定面Ｓの電位Ｖ
ｓを距離依存性を有することなく正確に検出することが
できる。

【００７８】特に、本実施例に係る表面電位検出装置
は、電位検知電極１１が収納された第１のシールドケー
ス１３と、距離検知電極１２が収納された第２のシール
ドケース１４とを機械的に結合してあるので、距離検知
電極１２と被測定面Ｓとの相対距離が電位検知電極１１
と被測定面Ｓとの相対距離と同時に変化する。したがっ
て、距離検知電極１２で得られた距離信号ｓ２と、電位
検知電極１１で得られた電位距離信号ｓ１の距離成分と
は同じ距離を示すことになる。このため、電位距離信号
ｓ１の距離成分を距離信号ｓ２によって除去し、被測定
体の電位を距離依存性を有することなく正確に検出する
ことができる。

【００７９】また、本実施例に係る表面電位検出装置
は、第１のシールドケース１３と第２のシールドケース
１４とが電気的に絶縁されているので、第１のシールド
ケース１３と第２のシールドケース１４とを別々の電位
に接地することができる。このため、第１のシールドケ
ース１３に収納された電位検知電極１１と、第２のシー
ルドケース１４に収納された距離検知電極１２との相互
干渉を回避し、被測定体の電位を正確に検出することが
できる。

【００８０】また、本実施例に係る表面電位検出装置
は、電位検知電極１１が第１のシールドケース１３に収
納され、距離検知電極１２が第２のシールドケース１４
に収納されているので、電位検知電極１１及び距離検知
電極１２がノイズの影響を受けにくくなり、Ｓ／Ｎ比が
大きくなる。

【００８１】しかも、上記構成によれば、高電圧をフィ
ードバックする必要がなくなるので、回路構成が簡単に
なるとともに、大型で高価な高耐電圧部品、例えば，高
圧発生用トランス、整流用の高耐圧ダイオード、整流用
の高耐圧コンデンサ、ＤＣ／ＤＣコンバータ用高耐圧ト
ランスが不要になる。このため、本実施例に係る表面電
位検出装置を用いた表面電位検出装置は、小型で安価な
低耐圧部品、例えば、耐圧が数十Ｖ程度の表面実装型部
品を用いた簡単な回路で構成することができ、表面電位
検出装置を用いた表面電位検出装置が小型、軽量にな
り、安価になる。

【００８２】また、本実施例に係る表面電位検出装置を
用いた表面電位検出装置は、電位検知電極１１と被測定
面Ｓとの間の容量を大きな振幅で振動させることができ
るので、検出感度が高くなり、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。

【００８３】本実施例に係る表面電位検出装置におい
て、信号処理回路２０は、受動回路素子、能動回路素子
を用いて構成した専用回路として構成してもよいし、そ
の一部または全部をコンピュータによって構成してもよ
い。また、電位検知電極１１及び距離検知電極１２の構
造についても、それが、所定の要求特性を満たすもので
ある限り、特に限定はない。例えば、電位検知電極１１
は、チョッパ型のものであってもよいし、電子回路的手
法により結合容量を変化させるものであってもよい。

【００８４】図１０は図９に示した表面電位検出装置の
更に具体的な実施例を示す分解斜視図、図１１は図１０
に示した表面電位検出装置の断面図、図１２は図１０に
示した表面電位検出装置の一部の構成を更に具体的に示
す斜視図である。

【００８５】図１０、図１１において、第１のシールド
ケース１３は、金属平板で構成された第１の上蓋１３１
と、第１の下蓋１３２とからなり、第１の検知窓１５
と、第１の切欠き１７とを含む。第２のシールドケース
１４は、上蓋１４１（以下、第２の上蓋と称す）と下蓋
１４２（以下、第２の下蓋と称す）とからなり、検知窓
１６（以下、第２の検知窓と称す）と、第２の切欠き１
８とを含む。

【００８６】第１のシールドケース１３及び第２のシー
ルドケース１４は、絶縁体４００を介して、第１のシー
ルドケース１３の側面１３３と、第２のシールドケース
１４の側面１４３とが対向するように配置されている。

【００８７】第１の検知窓１５は、第１のシールドケー
ス１３の側面１３４に形成され、第１の検知窓１５及び
第２の検知窓１６は、同一面側に形成されている。第１
の切欠き１７は、側面１３３における側面１３４から遠
い側に設けられている。第２の切欠き１８は側面１４３
における側面１４４から遠い側に設けられている。電位
検知電極１１は、第１の検知窓１５に対応して設けられ
ている。

【００８８】信号処理回路２０は、回路を構成する電子
部品（図示せず）と、図１２に示すメカニカルチョッパ
２１６とを含む。メカニカルチョッパ２１６は、音叉を
構成すべく対向して配置された２つの脚に、圧電素子２
１７、２１８が貼付けられている。

【００８９】回路基板１９は、１枚の基板でなる。この
回路基板１９は、第１の基板部１９１と、第２の基板部
１９２と、連結部１９３とを含み、連結部１９３が第１
の基板部１９１と第２の基板部１９２とを連結してい
る。回路基板１９は、一面にのみ、回路を構成する電子
部品が搭載され、回路パターンが形成されている。

【００９０】回路基板１９は、第１の切欠き１７と第２
の切欠き１８とをまたいで設けられ、第１の基板部１９
１が第１の下蓋１３２の開口面に配置され、第２の基板
部１９２が第２の下蓋１４２の開口面に配置され、連結
部１９３が第１の切欠き１７及び第２の切欠き１８に対
応して配置されている。メカニカルチョッパ２１６は、
電位検知電極１１と第１の検知窓１５との間に設けられ
ている。

【００９１】第１のシールドケース１３は、第１の上蓋
１３１の開口面と第１の下蓋１３２の開口面とが向合う
ように重合わされている。第２のシールドケース１４
は、第２の上蓋１４１の開口面と第２の下蓋１４２の開
口面とが向合うように重合わされている。電位検知電極
１１、メカニカルチョッパ２１６及び第１の基板部１９
１は、第１のシールドケース１３の内部に収納され、距
離検知電極１２及び第２の基板部１９２は、第２のシー
ルドケース１４の内部に収納されている。

【００９２】本実施例に係る表面電位検出装置は、回路
基板１９が第１のシールドケース１３と第２のシールド
ケース１４との間隔を保持しているので、両者を電気的
に絶縁しつつ、機械的に結合することができる。

【００９３】また、本実施例に係る表面電位検出装置
は、側面１３３と側面１４３との間に絶縁体４００が設
けられているので、外部から与えられた応力により回路
基板１９が撓んだ場合でも、第１のシールドケース１３
と第２のシールドケース１４とが接触することがなく、
両者の絶縁を確実に保つことができる。

【００９４】また、本実施例に係る表面電位検出装置を
用いた表面電位検出装置は、切欠き１７、１８が設けら
れているので、第１のシールドケース１３及び第２のシ
ールドケース１４を回路基板１９に、容易に位置決めす
ることができる。

【００９５】また、本実施例に係る表面電位検出装置を
用いた表面電位検出装置は、切欠き１７、１８が検知窓
１５、１６から遠い部分に設けられているので、ノイズ
の影響を受けにくくなり、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。

【００９６】また、本実施例に係る表面電位検出装置を
用いた表面電位検出装置は、回路基板１９の連結部１９
３を小さくすることにより、切欠き１７、１８を小さく
することができる。このため、切欠き１７、１８から電
波が進入しにくくなるので、ノイズの影響を受けにくく
なり、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。

【００９７】また、本実施例に係る表面電位検出装置を
用いた表面電位検出装置は、回路を構成する電子部品が
同一の回路基板に搭載されているので、回路基板に電子
部品を搭載する作業が容易になる。

【００９８】また、本実施例に係る表面電位検出装置を
用いた表面電位検出装置は、回路を構成する電子部品が
同一の回路基板に搭載されているので、回路パターンに
よる配線が可能となり、コネクタや、ワイヤを用いる必
要がなくなる。このため、部品点数を減らすことがで
き、低コスト化を図ることができる。また、コネクタ
や、ワイヤを用いる必要がなくなるので、線路から生じ
るノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎ比が大きくな
る。

【００９９】また、実施例に示すように、電位検知電極
１１と距離検知電極１２との距離は、小さくすることが
好ましい。電位検知電極１１と距離検知電極１２との距
離が小さい場合には、電位検知電極１１と被測定面Ｓと
の間の相対距離と、距離検知電極１２と被測定面Ｓとの
間の相対距離との差が小さくなるので、検出精度が高く
なる。

【０１００】図１３は本発明に係る距離センサを用いた
表面電位検出装置の別の実施例を示す分解斜視図であ
る。図１４は、図１３に示した表面電位検出装置の断面
図である。

【０１０１】図１３、図１４においては、図９〜図１２
に現れた構成部分と同一の構成部分については、同一の
参照符号を付してある。図１３、図１４に示す表面電位
検出装置は、図９〜図１２に示した構成に加えて、絶縁
基板６１とねじ７０と金属部材８０とを含む。

【０１０２】絶縁基板６１は、剛性の高い基板であり、
一方面にエンボス６２が形成されている。第１の下蓋１
３２、第２の下蓋１４２には、エンボス６２に対応する
穴が形成されている。回路基板１９には、ねじ７０に対
応する穴が形成されている。

【０１０３】そして、本実施例に係る表面電位検出装置
は、第１の下蓋１３２、第２の下蓋１４２に形成された
穴とエンボス６２とが対応するように、第１の下蓋１３
２及び第２の下蓋１４２が絶縁基板６１に搭載され、接
着剤等で固定されている。回路基板１９は、エンボス６
２の上に搭載され、エンボス６２にはめ込まれたねじ７
０で固定される。

【０１０４】メカニカルチョッパ２１６は、金属部材８
０を介して第１の下蓋１３２に固定され、第１の下蓋１
３２と電気的に接続される。そして、第１の下蓋１３２
及び第２の下蓋１４２に、第１の上蓋１３１及び第２の
上蓋１４１が重合わされる。

【０１０５】本実施例に係る表面電位検出装置は、回路
基板１９がエンボス６２を介して第１の下蓋１３２及び
第２の下蓋１４２に搭載されているので、回路基板１９
の両面に回路を構成する電子部品を搭載し、回路パター
ンを形成することができる。

【０１０６】また、本実施例に係る表面電位検出装置
は、絶縁基板６１が剛性を有するため、外部から応力が
加えられた場合であっても、表面電位検出装置が撓むこ
とがない。

【０１０７】図１５は、図９に示した表面電位検出装置
の構成を更に具体的に示すブロック図である。

【０１０８】図１５において、信号処理回路２０は、電
位検出回路２１と、変位検出回路２２と、演算回路２３
とを含む。電位検出回路２１は、インピーダンス変換回
路２１１と、第１の増幅器２１２と、第１の整流平滑回
路２１３と、第１のレベルシフト回路２１４と、変調信
号発生回路２１５と、メカニカルチョッパ２１６とを含
む。

【０１０９】回路を構成する電子部品であるインピーダ
ンス変換回路２１１、第１の増幅器２１２、第１の整流
平滑回路２１３、第１のレベルシフト回路２１４、変調
信号発生回路２１５、信号発生器２２１、非反転増幅回
路２２２、第２の増幅器２２３、第２の整流平滑回路２
２４、減算回路２２５、第２のレベルシフト回路２２
６、第１の除算回路２２７、演算回路２３は、回路基板
１９の一面に搭載されている。

【０１１０】そして、インピーダンス変換回路２１１、
第１の増幅器２１２、第１の整流平滑回路２１３、第１
のレベルシフト回路２１４、変調信号発生回路２１５、
信号発生器２２１、第２の整流平滑回路２２４、減算回
路２２５、第２のレベルシフト回路２２６、第１の除算
回路２２７、演算回路２３は、第１のシールドケース１
３に収納され、非反転増幅回路２２２、第２の増幅器２
２３は、第２のシールドケース１４に収納されている。

【０１１１】電位検知電極１１と被測定面Ｓとの距離Ｌ
１は、距離Ｌ２と同じ値に設定されており、その静電容
量がＣ１となる。

【０１１２】図１６は、図１５に示した表面電位検出装
置の電位検出回路２１及び演算回路２３の動作波形図で
ある。以下、図１５、図１６を用いて、表面電位検出装
置の動作を説明する。

【０１１３】第１のシールドケース１３は、接地電位で
ある第１基準電位ＧＮＤ１に接地されている。電位検出
回路２１の変調信号発生回路２１５は、一定の周波数の
信号、例えば、７００Ｈｚの信号を出力する。メカニカ
ルチョッパ２１６は、変調信号発生回路２１５から入力
された信号の周波数で、被測定面Ｓと電位検知電極１１
との間に挿入される。メカニカルチョッパ２１６が挿入
されると、被測定面Ｓと電位検知電極１１との間の誘電
率がΔε₀だけ変化し、静電容量Ｃ１がΔＣ１だけ変化
する。

【０１１４】電位検知電極１１に発生する電荷ΔＱは、
実効面積をＳ１とし、被測定面Ｓと電位検知電極１１と
の間の電位差をＶ１とすると、 ΔＱ＝（Δε₀Ｓ１／Ｌ１）＊Ｖ１＝ΔＣ１＊Ｖ１と表せる。したがって、電位検知電極１１に誘起される
変調電流ｉは、ｉ＝ΔＱ／Δｔ＝（Δε₀Ｓ１／Ｌ１）＊Ｖ１／Δｔ＝ΔＣ１＊Ｖ１／Δｔと表せる。変調電流ｉは、電位検知電極１１と被測定面
Ｓとの距離に対応する距離成分Ｌ１と、被測定面の電位
に対応する電位成分Ｖ１とを含む。そして、電位検知電
極１１は、変調電流ｉを電位距離信号ｓ１として出力す
る。

【０１１５】インピーダンス変換回路２１１は、電位検
知電極１１から入力された電位距離信号ｓ１を電圧信号
に変換すると同時に、ハイ・インピーダンスをロー・イ
ンピーダンスに変換し、扱い易い信号にして出力する。

【０１１６】第１の増幅器２１２は、インピーダンス変
換回路２１１から入力された信号をＡＣ増幅して信号ｓ
１１を出力する。信号ｓ１１を図１６（ａ）に示す。信
号ｓ１１は、変調信号発生回路２１５から出力される信
号と同一の周波数、例えば、７００Ｈｚの略正弦波信号
となる。

【０１１７】第１の整流平滑回路２１３は、信号ｓ１１
をＤＣ信号に変換して、被測定面Ｓの電位Ｖｓに対応す
る成分と変位信号に比例する成分とが乗算された信号を
出力する。

【０１１８】第１のレベルシフト回路２１４は、第１の
整流平滑回路２１３から入力された信号のＤＣレベルを
調整して、電位変位信号Ｖａを出力する。電位変位信号
Ｖａを図１６（ｂ）に示す。

【０１１９】第１のレベルシフト回路２１４は、第２の
レベルシフト回路２２６と同様の非反転増幅回路を用い
て構成することができる。場合によっては、省略するこ
とも可能である。

【０１２０】演算回路２３は、電位変位信号Ｖａと変位
信号Ｖｃとが入力され、電位変位信号Ｖａから変位信号
Ｖｃを除算して、信号ｓ３を生成する。信号ｓ３を図１
６（ｃ）に示す。この信号ｓ３は、被測定面Ｓの表面電
位Ｖｓに対応する信号となる。

【０１２１】次に、表面電位検出装置と被測定面Ｓとの
距離が変動した場合に、電位検知電極１１と被測定面Ｓ
との距離Ｌ１に対応する距離成分を除去して出力する方
法について説明する。図１７に、被測定面Ｓの表面電位
Ｖｓと信号Ｖｂとの関係を示し、図１８に、被測定面Ｓ
の表面電位Ｖｓと電位変位信号Ｖａとの関係を示す。

【０１２２】図１７、図１８に示すように、信号Ｖｂは
表面電位Ｖｓには依存せず、距離Ｌ２に依存する。電位
変位信号Ｖａは、表面電位Ｖｓに比例し、かつ、距離Ｌ
１に依存する。

【０１２３】本実施例においては、被測定面Ｓと電位検
知電極１１との距離Ｌ１が、被測定面Ｓと距離検知電極
１２との距離Ｌ２と同一であるため、距離Ｌ１（＝Ｌ
２）が変化したとき静電容量Ｃ１、Ｃ２は同じ割合だけ
変化する。そのため、距離Ｌ１が変動したときの信号Ｖ
ｂの変化量は、電位変位信号Ｖａの変化量に比例する。

【０１２４】したがって、距離Ｌ１＝ｘ１、ｘ２である
とき、電位変位信号Ｖａ＝Ｖａ（ｘ１）、Ｖａ（ｘ
２）、信号Ｖｂ＝Ｖｂ（ｘ１）、Ｖｂ（ｘ２）とする
と、Ｖａ（ｘ１）／Ｖａ（ｘ２）＝Ｖｂ（ｘ１）／Ｖｂ（ｘ
２）と表せる。ここで、ｘ１を基準位置、Ｖｂ（ｘ１）を基
準電圧（Ｖｒｅｆ）と定めれば、Ｖａ（ｘ１）＝Ｖａ（ｘ２）／（Ｖｂ（ｘ２）／Ｖｒｅｆ）＝Ｖａ（ｘ２）／Ｖｃとなる。

【０１２５】表面電位検出装置においては、距離Ｌ１が
基準位置（ｘ１）から変動したｘ２にあるとき、Ｖａ
（ｘ２）、Ｖｂ（ｘ２）が検出される。したがって、Ｖ
ａ（ｘ２）、Ｖｂ（ｘ２）を上式に代入すれば、被測定
面Ｓの電位Ｖｓを距離依存性を有することなく正確に検
出することができる。

【０１２６】このように表面電位検出装置の信号処理回
路２０は、変位検出回路２２が変位信号Ｖｃ＝Ｖｂ／Ｖ
ｒｅｆを出力し、電位検出回路２１が電位変位信号Ｖａ
を出力する。そして、信号処理回路２０の演算回路２３
は、電位変位信号Ｖａから変位信号Ｖｃを除算すること
により、電位検知電極１１と被測定面Ｓとの距離Ｌ１に
対応する成分を除去することができ、被測定面Ｓの表面
電位Ｖｓに対応する信号ｓ３を出力することができる。

【０１２７】図１９に、表面電位Ｖｓの検出結果を示
す。図１９は、基準位置（ｘ１）を３ｍｍとし、距離Ｌ
１が基準位置から変動した場合の表面電位Ｖｓの検出結
果を示す図である。図１９において、本発明に係る表面
電位検出装置により検出した信号ｓ３を実線で示し、従
来の高圧フィードバック型の電位検出装置により検出し
た結果を一点鎖線で示す。

【０１２８】図１９に示すように、本発明に係る表面電
位検出装置は、被測定面Ｓと電位検知電極１１との距離
Ｌ１が変動した場合であっても、被測定面Ｓの電位Ｖｓ
を距離依存性を有することなく正確に検出することがで
きる。

【０１２９】また、本実施例に係る表面電位検出装置
は、インピーダンスが高い部分である電位検知電極１
１、インピーダンス変換回路２１１、第１の増幅器２１
２が第１のシールドケース１３に収納され、インピーダ
ンスが高い部分である距離検知電極１２、非反転増幅回
路２２２、第２の増幅器２２３が第２のシールドケース
１４に収納され、第１のシールドケース１３が第１基準
電位ＧＮＤ１に接地され、第２のシールドケース１４が
第２基準電位ＧＮＤ２に接地されている。このため、イ
ンピーダンスが高い部分がノイズの影響を受けにくくな
るので、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。

【０１３０】また、本実施例に係る表面電位検出装置
は、回路基板１９の一面にのみ電子部品が搭載され、回
路パターンが形成されている。このため、回路基板１９
を第１のシールドケース１３及び第２のシールドケース
１４に配置する際に、第１のシールドケース１３及び第
２のシールドケース１４と、回路基板１９の他面との間
を絶縁する必要がなくなるので、製造が容易になる。

【０１３１】また、本発明に係る表面電位検出装置にお
いて、インピーダンスが低い部分である第１の整流平滑
回路２１３、第１のレベルシフト回路２１４、変調信号
発生回路２１５、信号発生器２２１、第２の整流平滑回
路２２４、減算回路２２５、第２のレベルシフト回路２
２６、第１の除算回路２２７、演算回路２３は、第１の
シールドケース１３に収納されていなくてもよく、第１
のシールドケース１３及び第２のシールドケース１４の
外部に設けてもよい。

【０１３２】また、本発明に係る表面電位検出装置にお
いて、距離検知電極１２と被測定面Ｓとの距離Ｌ２は、
電位検知電極１１と被測定面Ｓとの距離Ｌ１と異なった
値でもよい。但し、実施例に示したように、これらの距
離が同じ値である場合には、信号処理が容易になる。

【０１３３】図２０は、本発明に係る距離センサを用い
た表面電位検出装置の更に別の実施例を示すブロック図
である。図２０においては、図１５に現れた構成部分と
同一の構成部分については、同一の参照符号を付してあ
る。

【０１３４】図２０に示す表面電位検出装置は、電位検
知電極１１と、距離検知電極１２と、第１のシールドケ
ース１３と、第２のシールドケース１４と、電位検出回
路３１と、変位検出回路２２と、演算回路２３とを含
む。

【０１３５】電位検出回路３１は、インピーダンス変換
回路２１１と、第１の増幅器２１２と、第１の整流平滑
回路２１３と、第１のレベルシフト回路２１４と、変調
信号発生回路２１５と、静止電極３１７と、インピーダ
ンス発生器３１８とを含む。

【０１３６】被測定面Ｓと電位検知電極１１とは、静止
電極３１７を介して対向し、静電容量Ｃ１を構成してい
る静止電極３１７は、導電性材料、例えば、金属材料に
より構成することができる。インピーダンス発生器３１
８の一端は静止電極３１７に電気的に接続されており、
他端は第１のシールドケース１３に電気的に接続されて
いる。インピーダンス発生器３１８と静止電極３１７と
は、第１のシールドケース１３に収納されている。

【０１３７】本実施例に係る表面電位検出装置は、変調
信号発生回路２１５が一定の周波数の信号、例えば、７
００Ｈｚの信号を出力する。インピーダンス発生器３１
８は、変調信号発生回路２１５から入力された信号の周
波数で、静止電極３１７のインピーダンスを周期的に変
化させる。この静止電極３１７のインピーダンスは、例
えば、周波数７００Ｈｚの正弦波状に変化する。

【０１３８】静止電極３１７のインピーダンスが変化す
ると、静電容量Ｃ１が変化し、電位検知電極１１から電
位距離信号ｓ１が出力される。この動作は、基本的に
は、図１４〜図１９を参照して説明した表面電位検出装
置の動作と異なることはない。

【０１３９】図２１は本発明に係る距離センサを用いた
トナー濃度検出装置を示す図である。トナー濃度検出装
置は、距離センサ５０と、トナー濃度センサ７１とを含
む。距離センサ５０は図１〜図８に示した本発明に係る
距離センサである。

【０１４０】図２１に図示されたトナー濃度検出装置
は、カラー複写機、カラープリンタ等のカラー画像形成
装置において、カラートナー及びブラックトナーの濃度
を、感光体ドラム上で検出するのに用いることができ
る。

【０１４１】カラー画像形成装置では、イエロー（Ｙ
ｅ）、マゼンタ（Ｍｇ）、シアン（Ｓｙ）の３色のカラ
ートナーと共に、ブラックトナーを用い、ブラックを含
む全てのカラーを再現できるようにしてある。トナー濃
度センサ７１は、カラー画像形成装置において、良好な
色再現性を確保するため、感光体ドラム４０に付着した
トナー層４１を構成するカラートナー及びブラックトナ
ーの濃度を検出するのに用いられる。

【０１４２】トナー濃度センサ７１は、ケース７１１の
内部に発光素子７１２及び受光素子７１３を配置した構
造になっている。ケース７１１はシールド機能を持つ必
要はない。ケース７１１の一側面は、距離センサ５０の
一側面に、接着剤等の接合部材４０１によって結合され
ている。

【０１４３】発光素子７１２から出射された赤外線等の
光は、感光体ドラム４０の表面に付着されたトナー層４
１の表面で反射し、受光素子７１３に入射される。トナ
ー層４１の表面で反射される反射光は、トナー層４１の
種類、即ち、トナー層４１がイエロー（Ｙｅ）である
か、マゼンタ（Ｍｇ）であるか、シアン（Ｓｙ）である
か、または、ブラックであるかによって、異なった分光
反射率を示す。従って、発光素子７１２及び受光素子７
１３により、各色の分光波長に従った光学系を構成する
ことにより、トナー層４１の色ごとのトナー濃度検出信
号を得ることができる。受光素子７１３で得られたトナ
ー濃度検出信号は、信号処理装置２００に供給される。

【０１４４】図示されたトナー濃度センサ７１は、発光
素子７１２から出射された光を、トナー層４１の表面で
反射させ、受光素子７１３に導く光学経路を含んでいる
ので、この経路の光学的距離の変動が、トナー濃度検出
精度に直接に影響する。光学的距離は、トナー濃度セン
サ７１から感光体ドラム４０上のトナー層４１の表面ま
での距離Ｌ３に依存して変化する。

【０１４５】そこで、図２１のトナー濃度検出装置で
は、トナー濃度センサ７１に距離センサ５０を一体的に
組み合わせ、トナー濃度センサ７１からトナー層４１の
表面までの距離を、距離センサ５０によって検出し、そ
の検出信号に基づいて、トナー濃度センサ７１から信号
処理装置２００に供給されるトナー濃度検出信号に、距
離補正を加える。これにより、トナー濃度を、距離によ
る影響を受けることなく、高精度で検出できる。

【０１４６】図２２は、本発明に係る距離センサ５０
を、カラー画像形成装置に含まれる現像ゾーンにおい
て、磁気ロール７２３と現像剤調整バー７２４との間の
距離Ｌ４を検出するのに用いた例を示している。磁気ロ
ール７２３は、混合ホイール７２１と感光体ドラム４０
との間に配置され、混合コイール７２１で混合された現
像剤を、その表面に磁気的に吸着して、磁気ブラシＭＢ
を立てる。現像剤は、カラートナーまたはブラックトナ
ーと、磁性粉とを混合したものである。

【０１４７】磁気ブラシＭＢの高さは現像剤の量に相当
し、現像剤の寡多はプリント品質に直接的影響を及ぼ
す。そこで、図２２の例では、磁気ロール７２３から距
離Ｌ４を隔てて現像剤調整バー７２４を配置し、現像剤
調整バー７２４を移動させて距離Ｌ４を調整し、それに
よって磁気ブラシＭＢの高さ、即ち、現像剤量を調整す
るようになっている。

【０１４８】距離Ｌ４の調整に当っては、距離Ｌ４を検
出しなければならない。その手段として、現像剤調整バ
ー７２４に本発明に係る距離センサ５０を搭載してあ
る。

【０１４９】図２２において、磁気ロール７２３、混合
ホイール７２１、現像剤調整バー７２４、トナー小出し
ブラシ７２５等は、外箱７２０の内部に収納されてい
る。

【０１５０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。（ａ）被測定体との距離を正確に検出できる距離センサ
を提供することができる。（ｂ）特性にばらつきが生じない距離センサを提供する
ことができる。（ｃ）小型化の可能な距離センサを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る距離センサの構成を示す分解斜視
図である。

【図２】図１に示した距離センサの断面図である。

【図３】本発明に係る距離センサの別の実施例を示す断
面図である。

【図４】本発明に係る距離センサの更に別の実施例を示
す断面図である。

【図５】図１に示した距離センサの使用状態における構
成を具体的に示す図である。

【図６】図１に示した距離センサの使用状態における別
の構成を具体的に示すブロック図である。

【図７】図６に示した距離センサの一部の構成を更に具
体的に示す回路図である。

【図８】図６に示した距離センサの動作波形図である。

【図９】本発明に係る距離センサを用いた表面電位検出
装置の使用状態における構成を概略的に示す図である。

【図１０】図９に示した表面電位検出装置の更に具体的
な実施例を示す分解斜視図である。

【図１１】図１０に示した表面電位検出装置の断面図で
ある。

【図１２】図１０に示した表面電位検出装置の一部の構
成を更に具体的に示す斜視図である。

【図１３】本発明に係る距離センサを用いた表面電位検
出装置の別の実施例を示す分解斜視図である。

【図１４】図１３に示した表面電位検出装置の断面図で
ある。

【図１５】図９に示した表面電位検出装置の構成を更に
具体的に示すブロック図である。

【図１６】図１５に示した表面電位検出装置の電位検出
回路及び演算回路の動作波形図である。

【図１７】被測定面Ｓの表面電位Ｖｓと信号Ｖｂとの関
係を示す図である。

【図１８】被測定面Ｓの表面電位Ｖｓと電位変位信号Ｖ
ａとの関係を示す図である。

【図１９】表面電位Ｖｓの検出結果を示す図である。

【図２０】本発明に係る距離センサを用いた表面電位検
出装置の更に別の実施例を示すブロック図である。

【図２１】図２１は本発明に係る距離センサを用いたト
ナー濃度検出装置を示す図である。

【図２２】本発明に係る距離センサを、カラー画像形成
装置に含まれる現像ゾーンにおいて、磁気ロールと現像
剤調整バーとの間の距離を検出するのに用いた例を示す
図である。

【符号の説明】

１２距離検知電極１４シールドケース１６検知窓１４１上蓋１４２下蓋５１０誘電体１９回路基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】距離検知電極と、シールドケースと、誘
電体とを含む距離センサであって、前記シールドケースは、検知窓を含み、前記誘電体は、前記検知窓に対応して配置され、前記距離検知電極は、前記誘電体と一体に備えられ、前
記シールドケースの内部に収納されている距離センサ。
【請求項２】請求項１に記載された距離センサであっ
て、前記誘電体は、前記検知窓を塞いでいる距離センサ。
【請求項３】請求項１又は２に記載された距離センサ
であって、前記誘電体は、前記検知窓に、凹凸嵌合により取付けら
れている距離センサ。
【請求項４】請求項１ないし３の何れかに記載された
距離センサであって、前記誘電体は、第１の平板部と、突起部とを含み、前記突起部は、前記第１の平板部の一面上に突設され、
前記検知窓に嵌合されている距離センサ。
【請求項５】請求項１ないし３の何れかに記載された
距離センサであって、前記誘電体は、第１の平板部と、第２の平板部と、中間
部とを含み、前記第１の平板部は、一面が前記第２の平板部の他面に
対向し、前記中間部は、前記第１の平板部の前記一面と、前記第
２の平板部の前記他面との間に備えられ、前記検知窓に
嵌合されている距離センサ。
【請求項６】請求項４又は５に記載された距離センサ
であって、前記距離検知電極は、前記第１の平板部の他面に形成さ
れている距離センサ。