JP4886496B2 - Surface potential measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、感光体等の表面電位を測定する測定技術に関する。 The present invention relates to a measurement technique for measuring a surface potential of a photoreceptor or the like.
感光体を用いた電子写真方式による画像形成装置では、使用環境に左右されることなく安定的に高画質を得るためには、感光体表面の帯電電位を常に目標電位に制御する必要がある。従来、感光体表面の帯電電位を目標電位に制御するために、感光体表面の電位を測定する表面電位測定装置が実現されている(特許文献1参照)。 In an electrophotographic image forming apparatus using a photoconductor, it is necessary to always control the charged potential on the surface of the photoconductor to a target potential in order to stably obtain high image quality regardless of the use environment. Conventionally, in order to control the charged potential on the surface of the photoreceptor to the target potential, a surface potential measuring device for measuring the potential on the surface of the photoreceptor has been realized (see Patent Document 1).
この種の表面電位測定装置では、一般に、測定用電極を内蔵した音叉型振動子を用いている。そして、測定時には、音叉型振動子を測定対象である感光体の近傍の所定の位置で振動させる。この際、音叉型振動子の振動により、測定対象と測定用電極との間の容量が変化し、その容量変化に応じた交流信号が測定用電極から得られる。 In general, this type of surface potential measuring apparatus uses a tuning fork vibrator incorporating a measurement electrode. At the time of measurement, the tuning fork vibrator is vibrated at a predetermined position near the photoconductor to be measured. At this time, the capacitance between the measurement object and the measurement electrode changes due to the vibration of the tuning fork vibrator, and an AC signal corresponding to the capacitance change is obtained from the measurement electrode.
測定用電極から得られた交流信号は、所定の検出回路で検出・増幅される。そして、検出された交流信号は所定の基準電位でクランプされた後に直流化される。次に、直流化された交流信号は当該基準電位と比較される。そして、その差分値に応じて上記検出回路の電源電圧を変化させることにより、直流化された交流信号が基準電圧と等しくなるように、即ち、差分が0となる様にフィードバック制御が行われる。この方法は、所謂ゼロメソッドと呼ばれている。 The AC signal obtained from the measurement electrode is detected and amplified by a predetermined detection circuit. The detected AC signal is clamped at a predetermined reference potential and then converted into a DC voltage. Next, the AC signal converted to DC is compared with the reference potential. Then, by changing the power supply voltage of the detection circuit in accordance with the difference value, feedback control is performed so that the AC signal converted to DC becomes equal to the reference voltage, that is, the difference becomes zero. This method is called a so-called zero method.
図10は、上記の動作を行う場合の表面電位測定装置の応答波形例を示している。図10(a)は、測定対象の電位を示している。図10(b)は、測定対象と測定用電極の間の容量変化に伴って測定用電極から得られる交流信号を示している。なお、図10(b)の交流信号は、実際には、所定の周波数帯域のみを抽出した後に更に増幅したものである。図10(c)は、表面電位測定装置の測定結果を示している。なお、図10(c)の測定結果は、実際には、前述の検出回路の電源電圧を変化させための可変電源回路の出力値を示している。 FIG. 10 shows an example of a response waveform of the surface potential measuring apparatus when the above operation is performed. FIG. 10A shows the potential to be measured. FIG. 10B shows an AC signal obtained from the measurement electrode as the capacitance changes between the measurement object and the measurement electrode. Note that the AC signal in FIG. 10B is actually amplified after extracting only a predetermined frequency band. FIG.10 (c) has shown the measurement result of the surface potential measuring apparatus. In addition, the measurement result of FIG.10 (c) has shown the output value of the variable power supply circuit for changing the power supply voltage of the above-mentioned detection circuit in fact.
すなわち、検出交流信号に応じて上記の可変電源回路の出力電圧を可変し、当該出力電圧が測定対象の電位に近付いていくことで、検出交流信号の信号量は減少していく。検出交流信号が「0」になった時点の可変電源回路の出力電圧が測定対象の電位となる。この場合、測定対象の電位を得るには、検出交流信号が「0」になるまで、すなわち応答時間が経過するまで待つ必要がある。
ところで、近年、画像形成装置では、画像形成プロセスの高速化が図られている。そのため、表面電位測定装置においても、画像形成プロセスの高速な動作に追随すべく、測定所要時間を短縮することが要望されている。 Incidentally, in recent years, in an image forming apparatus, an image forming process has been accelerated. Therefore, also in the surface potential measuring device, it is desired to reduce the time required for measurement in order to follow the high-speed operation of the image forming process.
表面電位測定装置では、音叉型振動子の共振周期及び測定回路のゲインにより応答時間、すなわち測定所要時間が決定される。そこで、表面電位測定装置の測定所要時間を短縮するために、共振周期の短い音叉型振動子を用いることが考えられる。 In the surface potential measuring device, the response time, that is, the required measurement time is determined by the resonance period of the tuning fork vibrator and the gain of the measurement circuit. Therefore, in order to shorten the time required for measurement by the surface potential measuring device, it is conceivable to use a tuning fork vibrator having a short resonance period.
しかし、この場合には、音叉型振動子の振動振幅を大きくすることが困難になり、測定精度が低下する。この問題に対処するため、測定回路のゲインを上げすぎると、動作が不安定になり、結局、測定精度が低下したままとなる。 However, in this case, it becomes difficult to increase the vibration amplitude of the tuning fork vibrator, and the measurement accuracy is lowered. In order to deal with this problem, if the gain of the measurement circuit is increased too much, the operation becomes unstable, and eventually the measurement accuracy remains lowered.
本発明は、このような背景の下になされたもので、その目的は、測定精度を低下させることなく、測定所要時間を短縮できるようにすることにある。 The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to make it possible to shorten the time required for measurement without degrading measurement accuracy.
上記目的を達成するため、本発明に係る表面電位測定装置は、電位の測定対象に対向して設けられた測定用電極と、前記測定対象と前記測定用電極との間の容量の変動に応じて変動する当該測定用電極の電位を検出する検出回路と、前記検出回路により検出された検出電位と基準電位との差分を検出する差分検出手段と、前記検出回路の電源電圧をフィードバック制御するための可変電源手段と、前記差分検出手段により検出された差分に応じて前記可変電源手段の出力電圧を制御する第1の制御手段と、前記検出回路により検出された検出電位と前記可変電源手段の出力電圧に基づいて測定対象の電位を予測する予測手段と、前記可変電源手段の出力電圧が前記予測手段により予測された予測電位になるように前記可変電源手段の出力電圧を制御する第2の制御手段と、を有している。 In order to achieve the above object, a surface potential measuring device according to the present invention responds to fluctuations in capacitance between a measuring electrode provided opposite to a potential measuring object and the measuring object and the measuring electrode. Te a detection circuit for detecting the potential of the measuring electrodes varying, said a difference detecting means for detecting a difference between the detected potential and the reference potential, which is detected by the detection circuit, for feedback control of the power supply voltage of the detecting circuit variable and power source means, the first control means and, before Symbol detection voltage detected by the detection circuit and the variable power supply means for controlling the output voltage of the variable power supply means in response to a difference detected by said difference detecting means the prediction means for predicting the potential of the measurement object based on the output voltage, the output voltage of the variable power supply means so that the output voltage is predicted potential predicted by the predicting means of the variable power supply means Has a second control means for controlling, the.
本発明では、測定所要時間を短縮するために、予測電位に基づいてフィードバック制御量を大きくしており、回路ゲインの変更等は行っていない。従って、本発明によれば、測定精度を低下させることなく、測定所要時間を短縮することが可能となる。 In the present invention, in order to shorten the time required for measurement, the feedback control amount is increased based on the predicted potential, and the circuit gain is not changed. Therefore, according to the present invention, it is possible to shorten the time required for measurement without reducing the measurement accuracy.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1,第2の実施の形態に係る表面電位測定装置を適用した画像形成装置の概略構成を示す図である。この画像形成装置は、電子写真方式のカラー画像形成装置として構成されている。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an image forming apparatus to which a surface potential measuring apparatus according to the first and second embodiments of the present invention is applied. This image forming apparatus is configured as an electrophotographic color image forming apparatus.
図1において、感光ドラム1001a〜1001dは、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、K(ブラック)の各色の画像をそれぞれ担持するものである。これら感光ドラム1001a〜1001dは、帯電器1002a〜1002dにより、その表面が帯電される。この帯電器1002a〜1002dに対する帯電用の高電圧は、帯電用高圧基板1003a〜1003dにより供給される。
In FIG. 1,
帯電された感光ドラム1001a〜1001dに対して、露光装置1004a〜1004dにより各色の画像を反映した画像光が露光されると、その感光ドラム1001a〜1001dの表面に静電潜像が形成される。この際、露光装置1004a〜1004dの露光動作は、露光装置駆動基板1005a〜1005d上の駆動制御回路により制御される。
When image light reflecting each color image is exposed to the charged
感光ドラム1001a〜1001d上に形成された静電潜像は、現像器1006a〜1006dにより、可視のトナー画像として現像される。この現像処理は、高圧基板1007a〜1007dによって現像器1006a〜1006dに高電圧を印加することにより行われる。
The electrostatic latent images formed on the
感光ドラム1001a〜1001d上のトナー画像は、一次転写装置1008a〜1008dにより、ベルト状の中間転写体1010に一次転写される。一次転写を行う際には、一次転写装置1008a〜1008dは、高電圧基板1009a〜1009dから供給される高電圧により帯電される。また、各色のトナー画像(単色画像)は、一次転写を行う過程で、中間転写体1010上で重ね合わされてフルカラー画像となる。さらに、一次転写を行う際には、中間転写体1010は、DCコントローラ1016により、時計周り方向に回動される。
The toner images on the
中間転写体1010に一次転写されたトナー画像は、中間転写体1010がさらに図の時計周り方向に回動していく過程で、ポスト帯電器1011によりその電荷が均一化される。そして、中間転写体1010上のトナー画像は、二次転写装置1012により、記録紙上に二次転写される。この二次転写処理は、二次転写用高圧基板1013により、二次転写装置1012に対して高電圧を印加することにより行われる。
The toner image primary-transferred to the
記録紙上に二次転写されたトナー画像は、定着器1014により、記録紙に対して定着される。
The toner image secondarily transferred onto the recording paper is fixed to the recording paper by the
この定着器1014は、加圧ローラと定着ローラを有しており、定着ローラはヒータを内蔵している。定着処理を行う際には、定着ローラ内のヒータは、ヒータ駆動基板1015上の駆動回路により温調される。
The
なお、DCコントローラ1016は、中間転写体1010の回動動作の他、感光ドラム1001a〜1001の回動動作、現像装置1006a〜1006dのトナー撹拌動作等を制御している。
The
また、上記の一連の画像形成プロセスの制御は、メインコントローラ1017により行われる。
The series of image forming processes is controlled by the
次に、図2を用いて画像形成プロセスをより詳細に説明する。図1では図示省略したが、図2に示したように、画像形成装置には、一次帯電グリッド1101a〜1101d及び表面電位測定装置1102a〜1102dが設けられている。なお、a〜dという添え字は、画像形成用のステーションがC、M、Y、Kの4色用に4ステーション存在する場合を考慮したものである。
Next, the image forming process will be described in more detail with reference to FIG. Although not shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, the image forming apparatus is provided with
一次帯電器1002a〜1002dと感光ドラム1001a〜1001dとの間には、一次帯電器1002a〜1002dと平行に一次帯電グリッド1101a〜1101dが配設されている。この一次帯電グリッド1101a〜1101dは、所定の電圧に調整可能な電極である。この一次帯電グリッド1101a〜1101dの電圧制御により、一次帯電器1002a〜1002dから感光ドラム1001a〜1001dに流れ込む電流量を調整して、感光ドラム1001a〜1001dの表面の帯電量を制御することができる。
Between the
表面電位測定装置1102a〜1102dは、露光装置1004a〜1004dと現像装置1006a〜1006dとの間に、感光ドラム1001a〜1001dと対向するように配設されている。この表面電位測定装置1102a〜1102dは、感光ドラム1001a〜1001dの表面の帯電電位を測定して一次帯電グリッド1001a〜1001dを調整することで、画像濃度や画質の安定化を図るものである。
The surface
感光ドラム1001a〜1001dの表面の帯電電位の測定・調整処理は、或る画像の画像形成プロセスと次の画像の画像形成プロセスとの間(すなわち、紙間)に行うことにより、画像形成プロセスの速度を低下させないようにするのが望ましい。
The measurement / adjustment processing of the charged potential on the surfaces of the
図3は、感光ドラム1001a〜1001dの帯電特性を示した図である。図3の帯電特性は、画像品位を決定する要因である感光ドラム1001a〜1001dの表面電位と、現像装置1004a〜1004dに印加される現像バイアス電位との関係を示している。
FIG. 3 is a diagram illustrating charging characteristics of the
図3において、横軸は、一次帯電グリッド1101a〜1101dに設定された電位(グリッド電位)Vgを示し、縦軸は、感光ドラム1001a〜1001dの表面電位(電位量)Vを示している。また、図3中の符号VDは、暗部電位、すなわち、感光ドラム1001a〜1001dの表面の帯電後の非露光時の電位を示している。また、符号VLは、明部電位、すなわち最大に露光した場合の感光ドラム1001a〜1001dの表面電位を示している。また、符号Vdcは、現像バイアス電位を示している。
3, the horizontal axis represents the
図3に示したように、明部電位VLは、暗部電位VDの増大に従って上昇する傾向を有している。現像バイアス電位Vdcは、画像形成しない部分の地かぶり量の許容値で決定される。この地かぶりは、現像装置1006a〜1006d中に例外的に存在する帯電量の異なるトナー(例えば、例外的に帯電量が高いトナー)が、明部電位VDに対して現像するのに十分な電位をもってしまうことで発生する。従って、現像バイアス電位Vdcは、例外的なトナーによる地かぶりが発生しないように、暗部電位VDに対して、例外的なトナーをやや引き付けるレベルに設定される。また、例外的なトナーを引き付けないための現像バイアス電位Vdcと暗部電位VDの差の電位をかぶり取り電位Vbackと称する。このかぶり取り電位Vbackは、通常100〜200V程度に設定される。
As shown in FIG. 3, the light portion potential V L tends to increase as the dark portion potential V D increases. The developing bias potential V dc is determined by an allowable value of the ground cover amount in a portion where no image is formed. This ground fog is sufficient for the toners having different charge amounts (for example, toner having an exceptionally high charge amount) existing in the developing
以上のようにして決定された現像バイアス電位Vdcと明部電位VLとの間のコントラスト電位Vcontによって、明暗の階調(コントラスト)表現が行われることになる。画像階調を保つために、紙間において暗部電位VD及び明部電位VLの値を表面電位測定装置1102a〜1102dにより測定する。表面電位測定装置1102a〜1102dの応答時間の必要条件は、画像形成プロセスの速度、紙間距離により導き出すことができる。なお、紙間距離とは、先行する記録紙の後端と後続する記録紙の先端との距離に相当する。すなわち、画像形成プロセスの速度をvPS、紙間距離をLblankとすると、紙間距離Lblankに相当する距離を感光ドラムが回転するのに要する時間に相当する紙間時間tblankは概略として、
Bright and dark gradation (contrast) is expressed by the contrast potential V cont between the development bias potential V dc and the bright portion potential VL determined as described above. In order to maintain the image gradation, the dark potential V D and the bright potential V L are measured by the surface
例えば、画像形成プロセスの速度500[mm/s]、紙間距離25[mm]とすれば、紙間時間は50[ms]である。従って、表面電位測定装置1102a〜1102dは、この紙間時間50[ms]以内で応答せねばならない。つまり、表面電位測定装置1102a〜1102dの応答時間、すなわち測定所要時間は、最低でも50[ms]以下でなくてはならない。
For example, if the speed of the image forming process is 500 [mm / s] and the distance between papers is 25 [mm], the time between papers is 50 [ms]. Accordingly, the surface
この場合、最大露光時の明部電位VLは、理論的には紙の後端が通過した直後に変更を開始することができるので、紙間時間50[ms]以内の応答という条件を満たす。しかし、非露光時の暗部電位VDは、紙の後端部の余白部分が通過した後に、露光時の電位から非露光時の暗部電位VDに戻るまで多少の応答時間を要する。この応答時間は7.5[ms]であるものとする。この場合、紙の両端を考慮すると、表面電位測定装置1102a〜1102dの応答時間としては、35[ms]以内にする必要がある。なお、上記の応答時間は、測定電位が完全に安定するまでの所要時間を指し、半導体などの応答時間のように出力の10%−90%で規定した時間を指すものではない。
In this case, since the bright portion potential V L at the maximum exposure can theoretically start changing immediately after the trailing edge of the paper passes, the condition of response within the paper interval time of 50 [ms] is satisfied. . However, the dark potential V D at the time of non-exposure, after the margin portion of the rear end portion of the paper has passed, takes some response time from the potential at the time of exposure to return to the dark potential V D at the time of non-exposure. This response time is assumed to be 7.5 [ms]. In this case, considering both ends of the paper, the response time of the surface
[第1の実施の形態]
図4は、第1の実施の形態に係る表面電位測定装置1102a〜1102dの概略構成を示すブロック図である。なお、第2の実施の形態に係る表面電位測定装置の構成も図4と同様である。この表面電位測定装置1102a〜1102dは、上記の測定所要時間を満足するように構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the surface
図4において、駆動部101は、駆動側の圧電素子102aに駆動信号を印加することにより、音叉型振動子103を振動させる。そして、駆動部101は、検出側の圧電素子102bからの検出信号、すなわち音叉型振動子103の振動状況に応じて駆動側の圧電素子102aに印加する駆動周波数を制御することにより、音叉型振動子103をその共振周波数で振動させる。
In FIG. 4, the
タイミング回路104は、駆動部101における駆動信号の所定のタイミングでタイミング信号を生成している。タイミング回路104は、生成したタイミング信号を後述のクランプ回路112、ピーク検出部111、演算部114に供給する。
The
音叉型振動子103が振動すると、測定対象105と測定用電極106の間を音叉型振動子103が遮る位置や量が変化する。その結果、測定対象105と測定用電極106の間の容量に変化が生じ、すなわち電位差が生じ、測定対象105と測定用電極106の間の電位差に応じた交流信号が測定用電極106から得られる。また、音叉型振動子103の振動状況は検出側の圧電素子102bにより検出される。なお、ここでは、測定対象105は、感光ドラム1001a〜1001dの表面の帯電電位である。
When the
測定用電極106から得られた交流信号は、検出回路107より検出されて電圧増幅された後に、バンドパスフィルタ109に出力される。このバンドパスフィルタ109は、上記の交流信号の中から所定の周波数成分を抽出することにより、ノイズ成分を除去する。ノイズ除去がなされた交流信号は、増幅回路110により増幅されてクランプ回路112とピーク検出部111に供給される。
The AC signal obtained from the
クランプ回路112には、上記の交流信号の他に、タイミング回路104からのタイミング信号、基準電位生成部113からの基準電位が供給される。そこで、クランプ回路112は、当該交流信号を当該タイミング信号に基いて当該基準電位にクランプする。また、ピーク検出部111は、ノイズ除去がなされた交流信号のピーク値をタイミング信号に基づいて検出し、そのピーク値を演算部114に供給する。
In addition to the AC signal, the clamp circuit 112 is supplied with a timing signal from the
図5は、駆動信号、タイミング信号、増幅回路110の出力信号、基準電位、クランプ回路112の出力の関係を示している。
FIG. 5 shows the relationship between the drive signal, the timing signal, the output signal of the
図5(a)は、圧電素子102aに供給する駆動信号を示している。図5(b1)は、測定用電極106の電位よりも測定対象105の電位の方が高い場合の増幅回路110の出力信号を示している。図5(b2)は、測定用電極106の電位よりも測定対象105の電位の方が低い場合の増幅回路110の出力信号を示している。図5(a),(b1),(b2)に示したように、増幅回路110の出力信号のピークタイミングは、駆動信号の立ち上がり、立ち下がりと同期している。
FIG. 5A shows a drive signal supplied to the
図5(c)は、タイミング回路104からクランプ回路112に供給されるタイミング信号を示している。このタイミング信号は、駆動信号の立ち下がりと同期した信号となっている。図5(d)は、基準電位生成部113からクランプ回路112に供給される基準電位を示している。図5(e1)は、測定用電極106の電位よりも測定対象105の電位の方が高い場合のクランプ回路112の出力信号を示している。図5(d)は、基準電位生成部113からクランプ回路112に供給される基準電位を示している。図5(e2)は、測定用電極106の電位よりも測定対象105の電位の方が低い場合のクランプ回路112の出力信号を示している。図5(d),(e1),(e2)に示したように、クランプ回路112の出力信号は、タイミング信号に同期して基準電位にクランプされている。
FIG. 5C shows a timing signal supplied from the
積分回路115は、クランプ回路112の出力信号を積分することにより、上記のノイズ除去に係る交流信号を可及的に直流化している。この積分回路115の出力値は、測定用電極106の電位よりも測定対象105電位の方が高い場合は、基準電位よりも大きくなる。この場合、積分回路115の出力値は、測定用電極106と測定対象105の電位差が大きければ大きいほど大きくなる。また、積分回路115の出力値は、測定用電極106の電位よりも測定対象105の電位の方が低い場合は、基準電位よりも小さくなる。この場合、積分回路115の出力値は、測定用電極106と測定対象105の電位差が大きければ大きいほど小さくなる。換言すれば、積分回路115の出力値と基準電位との差分が「0」になった場合に、測定用電極106の電位が測定対象105の電位を示すこととなる。
The integrating
誤差増幅回路116は、積分回路115の出力値と基準電位との差分信号を出力する。誤差増幅回路116の出力信号は、積分回路115の出力値が基準電位よりも大きい場合に上昇する。一方、積分回路115の出力値が基準電位よりも小さい場合は、誤差増幅回路116の出力信号は下降する。
The
可変電源回路117は、誤差増幅回路116の出力値に対応したローレベルの電源電圧(VFL)を検出回路107に出力する。そして、積分回路115の出力値が常に基準電位と等しくなるように即ち、測定対象105と測定用電極106の間の電位差が0になるようなフィードバック制御が行われる。このフィードバック制御により、検出回路107の検出抵抗RSに流れる電流が「0」となり、この状態では可変電源回路117の出力値が測定対象105の電圧を示すこととなる。なお、可変電源回路117の出力値は、分圧回路118により所定の分圧比で分圧されて出力される。すなわち、分圧回路118は、測定対象の電位の分圧比に相当する電位を出力する。この分圧は、ADC等を介してデジタルで取り込めるようにするために行われる。
The variable
演算部114は、上記のタイミング信号に応じて、ピーク検出部111で検出された交流信号のピーク値と可変電源回路117の出力電圧値を分圧回路118で分圧した値を、それぞれ2度取り込む。次に、演算部114は、それら取り込んだ値に基づいて測定対象105の電位を予測する。そして、演算部114は、可変電源回路117の出力電圧が予測した電位になるように、割り込み制御により可変電源回路117を制御する。この割り込み制御は、可変電源回路117の出力電圧値が予測電位となった時点で解除される。厳密には、誤差増幅回路116の出力が予測電位に対応する値になった時点で割り込み制御が解除される。
In accordance with the timing signal, the
すなわち、可変電源回路117によるフィードバック制御には、誤差増幅回路116の出力に基づく通常制御と、演算部114にて演算された予測電位に基づく割込み制御が存在する。そして、測定開始後に2パルス分のタイミング信号が出力されるまでの間は、通常のフィードバック制御が行われる。この2パルス分のタイミング信号が出力された後は、測定対象105の電位を演算により予測し、その予測電位に基づくフィードバック制御が割込みにより行われる。この予測電位に基づくフィードバック制御では、通常のフィードバック制御に比べてフィードバック制御量が大きくなり、積分回路115の出力が基準電位に近付いてく速度が速くなる。
That is, the feedback control by the variable
そして、予測電位に基づくフィードバック制御により可変電源回路117の出力電圧が予測電位に達した後に、通常のフィードバック制御に戻る。この通常のフィードバック制御により、積分回路115の出力は、更に基準電位に近付いてく。そして、積分回路115の出力と基準電位との差分が「0」になった時点では、測定用電極106の電位と測定対象105の電位とが等しくなり、その結果、検出抵抗RSに流れる電流が「0」となる。この状態では、可変電源回路117の出力値が測定対象105の電圧を示すこととなる。
Then, after the output voltage of the variable
次に、表面電位測定装置1102a〜1102dの動作の流れを、図6に基づいて説明する。
Next, the flow of operations of the surface
なお、図6は回路の動作に係る流れを示したものであるため、図6の各ステップは、厳密な時系列に沿ったものではない(後述の図8も同様)。 Since FIG. 6 shows a flow related to the operation of the circuit, each step in FIG. 6 does not follow a strict time series (the same applies to FIG. 8 described later).
表面電位測定装置1102a〜1102dは、メインコントローラ1017(図1参照)から測定開始信号を受け取ると、駆動部101による駆動制御により音叉型駆動子103を振動させる(ステップS601)。タイミング回路104は、駆動部101による駆動制御に応じて、タイミング信号を生成し、クランプ回路112、ピーク検出部111、演算部114に供給する(ステップS602)。
Upon receiving the measurement start signal from the main controller 1017 (see FIG. 1), the surface
また、音叉型駆動子103の振動により測定対象105と測定用電極106の間の容量が変化し、その容量変化に応じた交流信号が測定用電極106から出力される。なお、ここでは、測定対象105は、図2に示したように、感光ドラム1001a〜1001dの表面電位である。測定用電極106から出力された交流信号は、検出回路107により検出される(ステップS603)。この検出された交流信号は、BPF(バンドパスフィルタ)109によりノイズ成分が除去され、さらに増幅回路110により増幅される。ピーク検出部111は、増幅回路110にて増幅された交流信号のピーク値(Vppx)を検出する。演算部114は、そのピーク値(Vppx:x=1,2)を測定対象105電位の予測演算に備えて、当該演算部114に内蔵されたメモリ(図示省略)に格納する(ステップS604)。この場合、演算部114は、測定開始から最初の2つのタイミング信号に基づいて得られたピーク値(Vpp1,Vpp2)だけを格納する。
Further, the capacitance between the
また、前述のように、増幅回路110にて増幅された交流信号は、クランプ回路112、積分回路115を介して誤差増幅回路116に出力される。そして、誤差増幅回路116は、入力された交流信号と基準電位との誤差に応じた値を可変電源回路117に出力する。可変電源回路117は、誤差増幅回路116からの値に応じた電圧を出力する。この可変電源回路117の出力電圧は、分圧回路118により分圧されて、測定対象105の現時点での検出電位に対応する電位(Vox)として出力される(ステップS605)。この際、演算部114は、測定対象105電位の予測演算に備えて、その分圧値(Vox:x=1,2)を当該演算部114に内蔵されたメモリ(図示省略)に格納する(ステップS606)。この場合、演算部114は、測定開始から最初の2つのタイミング信号に基づいて得られた分圧値(Vo1,Vo2)だけを格納する。
As described above, the AC signal amplified by the
クランプ回路112によりクランプされ、さらに積分回路115により積分された交流信号は、誤差増幅回路116により、基準電位と比較される(ステップS607)。この比較の結果、交流信号と基準電位の誤差が「0」でない場合は(ステップS608)、メインコントローラ1017は、タイミング信号の出力回数、すなわち測定対象105の電位の検出回数が2回目であるか否かを判別する(ステップS609)。その結果、2回目ではなく1回目又は3回目以上であれば、メインコントローラ1017は、通常通り、誤差増幅回路116の出力に基づいて可変電源回路117の出力電圧を変化させる。
The AC signal clamped by the clamp circuit 112 and further integrated by the
一方、測定対象105の電位の検出回数が2回目であれば、メインコントローラ1017は、演算部114により、メモリに格納した4つの値を用いて測定対象105の電位を予測させる(ステップS611)。そして、メインコントローラ1017は、割り込み制御により、可変電源回路117の出力電圧が演算部114にて予測された電位となるように制御する(ステップS610)。
On the other hand, if the number of detections of the potential of the
交流信号と基準電位の誤差が「0」である場合は(ステップS608)、メインコントローラ1017は、その時点での可変電源回路117の出力電圧(厳密には、分圧回路118の出力電圧)を測定結果として出力し(ステップS612)、測定を終了する。
When the error between the AC signal and the reference potential is “0” (step S608), the
図7は、上記の測定動作における応答波形例を示している。図7(a)は、測定対象105、すなわち感光ドラム1001a〜1001dの表面の帯電電位を示している。図7(b)は、測定開始指令信号を示している。この図では測定開始指令信号は、正論理に係るものであり、Highレベルが指令有りの状態となっているが、負論理による測定開始指令信号を用いても良い。図7(c)は、測定対象105と測定電極106の間の容量変化により検出抵抗Rsに流れる交流電流を増幅回路110で増幅した検出交流信号を示している。図7(d)は、表面電位測定装置にて測定した測定開始から2回分のタイミングパルスが出力され感光ドラム1001a〜1001dの表面電位、すなわち、可変電源回路117の出力電圧を示している。
FIG. 7 shows an example of a response waveform in the above measurement operation. FIG. 7A shows the charged potential of the surface of the
図7(c)に示したように、測定開始から最初の2つの検出交流信号のピーク値(Vpp1、Vpp2)が得られるまでの間は、通常の誤差増幅回路116の出力に基づくフィードバック制御が行われる。換言すれば、1回目と2回目のフィードバック制御では、通常通りに誤差増幅回路116の出力に基づいて可変電源回路117の出力電圧を変化させる。従って、この期間の応答時間は、従来と同様である。
As shown in FIG. 7C, feedback control based on the output of the normal
そして、上記の最初の2つの検出交流信号のピーク値に基づいて、感光ドラム1001a〜1001dの表面電位が予測される。そして、3回目以降のフィードバック制御は、この予測電位に基づいて行われる。この場合、予測電位は、後述するように、誤差増幅回路116の出力値よりも小さくなる。従って、予測電位に基づく3回目以降のフィードバック制御では、可変電源回路117の出力電圧の変化の度合(フィードバック制御量)が大きくなるので、測定結果が測定対象の実際の電位に急速に近付き、通常のフィードバック制御よりも応答時間が短縮される(図7(d)参照)。
Based on the peak values of the first two detection AC signals, the surface potentials of the
なお、前述のように、誤差増幅回路116の出力値が予測電位に対応する値になった時点で、通常のフィードバック制御に切替えられる。
As described above, when the output value of the
次に、予測電位の計算方法を説明する。検出回路107からの検出交流信号は、測定用電極106と測定対象105の距離及び音叉型振動子103の劣化や環境変化等によりその振幅が経時変化する。従って、この検出交流信号の振幅を変数αとする。また、検出回路107からの検出交流信号を増幅回路110で増幅した出力をVppとし、現在の分圧回路118の出力をVO、分圧比をβとする。また、測定対象105の電位をVxとする。この場合、次の関係式が成り立つ。
Next, a method for calculating the predicted potential will be described. The amplitude of the detection AC signal from the
測定対象105の電位Vxは、数式4で計算した検出交流信号の振幅αを用いて、
The potential Vx of the
演算部114は、このような演算により測定対象105の電位を予測する。そして、演算部114は、メインコントローラ1017の制御の下に、割り込み制御で可変電源回路117の出力電圧を予測電位VX点まで持っていく。これにより、通常のフィードバック制御の場合よりもフィードバック制御量が大きくなり、表面電位測定装置1102a〜1102dの応答速度が速くなる。
The
また、この割り込みによるフィードバック制御の後に通常のフィードバック制御に戻すことで、十分な測定精度を確保することもできる。 Moreover, sufficient measurement accuracy can be ensured by returning to the normal feedback control after the feedback control by this interruption.
例えば、音叉型振動子103の周波数を500Hzとし、可変電源回路117の応答速度が4msであるものとする。この場合、表面電位測定装置1102a〜1102dの応答速度は、(500Hzの2周期分:タイミング信号の2パルス分)+(4ms)+(500Hzの約1周期分:フィードバック制御後の装置動作の安定所要時間)で、約10msになる。これに対し、従来の応答速度は、数10ms〜100ms程度である。従って、可変電源回路117の応答速度にもよるが、本実施の形態では、従来よりも測定所要時間を短縮することができることは間違いが無い。
For example, it is assumed that the frequency of the
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、測定対象105の電位の予測を1回だけ行っていた。これに対し、第2の実施の形態では、電位の予測を複数回行っている。すなわち、第2の実施の形態は、予測電位に基づく検出回路107の電源電圧のフィードバック制御を、複数回行っている点で、第1の実施の形態と相違する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the potential of the
この第2の実施の形態では、演算部114は、増幅回路110の出力のピーク値と可変電源回路117の出力電圧値を分圧回路118で分圧した値について、それぞれ最新の2回分の値を、順次、メモリに更新記録していく。ここで、最新の2回分の値とは、最新の2回のタイミング信号に基づいて得られる値をいう。
In the second embodiment, the
そして、演算部114は、最新の2回分のピーク値と分圧値に基づいて、測定対象105の電位を予測する。さらに、演算部114は、可変電源回路117の出力電圧が予測電位になるように、割り込み制御により可変電源回路117を制御する。
Then, the
演算部114は、このような予測電位に基づく可変電源回路117の出力制御を、メインコントローラ1017の制御の下に繰り返す。そして、メインコントローラ1017は、ピーク値が所定値以下になった際の可変電源回路117の出力電圧を、測定対象105の電位として確定する。
The
次に、第2の実施の形態における表面電位測定装置1102a〜1102dの動作の流れを、図8に基づいて説明する。なお、図8では、図6と同様の処理については、同一のステップ番号を付している。
Next, the flow of operation of the surface
表面電位測定装置1102a〜1102dは、メインコントローラ1017(図1参照)から測定開始信号を受け取ると、駆動部101による駆動制御により音叉型駆動子103を振動させる(ステップS601)。タイミング回路104は、駆動部101による駆動制御に応じて、タイミング信号を生成し、クランプ回路112、ピーク検出部111、演算部114に供給する(ステップS602)。
Upon receiving the measurement start signal from the main controller 1017 (see FIG. 1), the surface
また、音叉型駆動子103の振動により測定対象105と測定用電極106の間の容量が変化し、その容量変化に応じた交流信号が測定用電極106から出力される。なお、ここでは、測定対象105は、図2に示したように、感光ドラム1001a〜1001dの表面電位である。測定用電極106から出力された交流信号は、検出回路107により検出される(ステップS603)。この検出された交流信号は、BPF(バンドパスフィルタ)109によりノイズ成分が除去され、さらに増幅回路110により増幅される。ピーク検出部111は、増幅回路110にて増幅された交流信号のピーク値(Vppx)を検出する。演算部114は、測定対象105の電位の予測演算に備えて、そのピーク値(Vppx:x=1,2,3、…)を当該演算部114に内蔵されたメモリ(図示省略)に格納する(ステップS604)。この場合、演算部114は、最新の2つのタイミング信号に基づいて得られた2つのピーク値だけを順次保存していき、他のピーク値は消去する。
Further, the capacitance between the
また、前述のように、増幅回路110にて増幅された交流信号は、クランプ回路112、積分回路115を介して誤差増幅回路116に出力される。そして、誤差増幅回路116は、入力された交流信号と基準電位との誤差に応じた値を可変電源回路117に出力する。可変電源回路117は、誤差増幅回路116からの値に応じた電圧を出力する。この可変電源回路117の出力電圧は、分圧回路118により分圧されて、測定対象105の現時点での検出電位に対応する電位(Vox)として出力される(ステップS605)。この際、演算部114は、測定対象105の電位の予測演算に備えて、その分圧値(Vox:x=1,2,3,…)を当該演算部114に内蔵されたメモリ(図示省略)に格納する(ステップS606)。この場合、演算部114は、最新の2つのタイミング信号に基づいて得られた2つの分圧値だけを順次保存していき、他の分圧値は消去する。
As described above, the AC signal amplified by the
クランプ回路112によりクランプされ、さらに積分回路115により積分された交流信号は、誤差増幅回路116により、基準電位と比較される(ステップS607)。そして、メインコントローラ1017は、測定対象105の電位の検出回数、すなわちフィードバック制御回数が測定開始から2回目以上であるか否かを判別する(ステップS801)。その結果、フィードバック制御回数が2回未満であれば、メインコントローラ1017は、ステップS607での比較の結果、交流信号と基準電位との差が「0」であるか否かを判別する(ステップS608)。
The AC signal clamped by the clamp circuit 112 and further integrated by the
その結果、交流信号と基準電位との差が「0」でなければ、メインコントローラ1017は、その差に応じた誤差増幅回路116の出力に基づいて可変電源回路117の出力を可変するように制御する(ステップS610)。一方、交流信号と基準電位との差が「0」であれば、メインコントローラ1017は、その時点での可変電源回路117の出力電圧(厳密には、分圧回路118の出力電圧)を測定結果として出力し(ステップS612)、測定を終了する。
As a result, if the difference between the AC signal and the reference potential is not “0”, the
ステップS801にて、フィードバック制御回数が2回以上であると判別された場合は、メインコントローラ1017は、最新のピーク値が所定値以下になったか否かを判別する(ステップS802)。その結果、最新のピーク値が所定値以下になっていなければ、メインコントローラ1017は、演算部114により、メモリに格納した4つの値を用いて測定対象105の電位を予測させる(ステップS611)。そして、メインコントローラ1017は、可変電源回路117の出力電圧が演算部114にて予測された電位となるように制御する(ステップS610)。
If it is determined in step S801 that the number of times of feedback control is two or more, the
一方、最新のピーク値が所定値以下になった場合は、メインコントローラ1017は、ステップS612に進み、その時点での可変電源回路117の出力電圧(厳密には、分圧回路118の出力電圧)を測定結果として出力し、測定を終了する。
On the other hand, when the latest peak value is equal to or lower than the predetermined value, the
図9は、上記の第2の実施の形態での測定動作における応答波形例を示している。図9(a)は、測定対象105、すなわち感光ドラム1001a〜1001dの表面の帯電電位を示している。図9(b)は、測定開始指定信号を示している。この図では測定開始指令信号は、正論理に係るものであり、Highレベルが指令有りの状態となっているが、負論理による測定開始指令信号を用いても良い。図9(c)は、測定対象105と測定電極106の間の容量変化により検出抵抗Rsに流れる交流電流を増幅回路110で増幅した検出交流信号を示している。なお、図9(c)の示したVPP1,VPP2,・・・VPPnは、ピーク値である。
FIG. 9 shows an example of a response waveform in the measurement operation in the second embodiment. FIG. 9A shows the charging potential of the surface of the
図9(d)は、表面電位測定装置にて測定した測定開始から2回分のタイミングパルスが出力され感光ドラム1001a〜1001dの表面電位、すなわち、可変電源回路117の出力電圧を示している。
FIG. 9D shows the surface potential of the
演算部114は、測定開始から最新の2つのピーク値と最新の2つの分圧値を保持し、次のピーク値が得られるまでに、その最新の2つのピーク値と最新の2つの分圧値に基づいて感光ドラム1001a〜1001dの表面の帯電電位を予測する。すなわち、演算部114は、最初はVPP1とVPP2を用いて電位予測を行い、次にVPP2とVPP3を用いて電位予測を行い、n回目ではVPPnとVPPn+1を用いて電位予測を行う。そして、メインコントローラ1017は、可変電源回路117の出力電圧が演算部114にて予測された電位となるように制御する。
The
このような制御を繰り返すと、測定用電極106の電位が測定対象105の電位へ近付いていき、検出交流信号のピーク値が下がっていく。そこで、メインコントローラ1017は、このピーク値が所定値以下になった際の可変電源回路117の出力電圧を、最終的な測定結果として確定する。
When such control is repeated, the potential of the
この制御によれば、音叉型振動子103の周波数をfCとすると、測定応答時間tRは次の式で表される。
According to this control, if the frequency of the
このような第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、測定所要時間を従来よりも大幅に短縮することができる。 In such a second embodiment as well, as in the first embodiment, the time required for measurement can be greatly shortened compared to the prior art.
なお、本発明は、上記の第1,第2の実施の形態に限定されることなく、例えば、検出交流信号のピーク値の代わりに、検出交流信号の実効値、すなわち増幅回路110、誤差増幅回路116の出力信号等の実効値を用いて予測電位を算出することも可能である。
The present invention is not limited to the first and second embodiments described above. For example, instead of the peak value of the detected AC signal, the effective value of the detected AC signal, that is, the
また、本発明は、第2の実施の形態のように、複数回の予測電位に基づくフィードバック制御により検出交流信号のピーク値が所定値以下になった時点で測定結果を確定するという形態に限定されることはない。すなわち、複数回の予測電位に基づくフィードバック制御を行った後に、誤差増幅回路の出力に基づく通常のフィードバック制御に戻り、誤差が「0」になった時点で測定結果を確定させることも可能である。 Further, the present invention is limited to a mode in which the measurement result is determined when the peak value of the detected AC signal becomes a predetermined value or less by feedback control based on a plurality of predicted potentials, as in the second embodiment. It will never be done. In other words, after performing feedback control based on a plurality of predicted potentials, it is possible to return to normal feedback control based on the output of the error amplification circuit, and to confirm the measurement result when the error becomes “0”. .
101…音叉型振動子の駆動部
103…音叉型振動子
104…タイミング回路
105…測定対象
106…測定用電極
107…検出回路
111…ピーク検出部
113…基準電位生成回路
114…演算部
116…誤差増幅回路
117…可変電源回路
1001a〜1001d…感光ドラム
1102a〜1102d…表面電位測定装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記測定対象と前記測定用電極との間の容量の変動に応じて変動する当該測定用電極の電位を検出する検出回路と、
前記検出回路により検出された検出電位と基準電位との差分を検出する差分検出手段と、
前記検出回路の電源電圧をフィードバック制御するための可変電源手段と、
前記差分検出手段により検出された差分に応じて前記可変電源手段の出力電圧を制御する第1の制御手段と、
前記検出回路により検出された検出電位と前記可変電源手段の出力電圧に基づいて測定対象の電位を予測する予測手段と、
前記可変電源手段の出力電圧が前記予測手段により予測された予測電位になるように前記可変電源手段の出力電圧を制御する第2の制御手段と、
を有することを特徴とする表面電位測定装置。 A measuring electrode provided opposite to a potential measurement object;
A detection circuit that detects a potential of the measurement electrode that varies in accordance with a variation in capacitance between the measurement object and the measurement electrode;
A difference detecting means for detecting a difference between the detected potential and the reference potential, which is detected by the detection circuit,
Variable power supply means for feedback control of the power supply voltage of the detection circuit;
First control means for controlling the output voltage of the variable power supply means according to the difference detected by the difference detection means;
Prediction means for predicting the potential of the measurement object based on the detection potential detected by the detection circuit and the output voltage of the variable power supply means;
And second control means for controlling the output voltage of the variable power supply means so as to predict the potential predicted by the output voltage said predicting means of the variable power supply means,
A surface potential measuring device comprising:
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