JP2009042066A - 電位測定装置、及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速且つ高精度な電位測定を行うことができる電位測定装置を提供する。
【解決手段】電位測定装置は、電位差検出手段１０１と、制御信号生成手段１０２と、昇圧手段１０３と、電位情報取得手段１０７と、を有する。電位差検出手段は、測定対象１０６の電位と検知電極１０５の基準電位２０３との電位差を検出する。制御信号生成手段は、検出した電位差に基づいて制御信号２０２を生成する。昇圧手段は、制御信号に基づいて基準電位を調整する。電位情報取得手段は、基準電位の情報２０４を取得する。制御信号は、検出した電位差を所定の値にするように生成される。電位差の情報を基に、制御信号生成手段の制御信号を生成するときの増幅度と制御信号生成手段の制御信号を生成するときの第1の時定数と昇圧手段の基準電位を調整するときの第2の時定数と、のうちの少なくとも1つを可変とする。これにより、昇圧手段による基準電位の調整態様が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電位測定装置、及びそれを用いた画像形成装置に関する。

感光体を用いた電子写真式の画像形成装置において、高画質な画像を形成するには、測定対象に接触しないでこれの電位を測定する非接触型電位測定装置により感光体の電位を測定しながら画像形成装置を制御する必要がある。

非接触型電位測定装置における電位測定方法としては、帯電している感光体に検知電極を近接させ、適当な部位の機械的運動を利用して感光体と検知電極間の容量を変化させ、静電誘導により検知電極に誘導される微小な電荷を測定する方法がある。

図９に、非接触型電位測定装置の構成例を説明する模式図を示す。図９において、１０１は電位差検出手段、１０２は制御信号生成手段、１０３は昇圧手段である。電位差検出手段１０１は検知電極１０５を有しており、測定対象１０６である感光体の電位ＶＤと検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）間の電位差ΔＶを検出し、電位差信号２０１を制御信号生成手段１０２に出力する。制御信号生成手段１０２は、前記電位差信号２０１に基づき、昇圧手段１０３に出力するための制御信号２０２を生成する。昇圧手段１０３は、制御信号２０２に基づいて、検知電極１０５の基準電位２０３を調整する。

上記装置において、検出される電位差信号ΔＶをモニタしながら、常に電位差ΔＶの絶対値が減少するように制御信号２０２を生成することにより、測定対象１０６の電位と検知電極１０５の電位との電位差ΔＶを０近辺に保つことができる。この場合、検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）は、測定対象１０６の電位ＶＤとほぼ一致するので、検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）を検知することで、測定対象１０６の電位ＶＤを測定することができる。

上記タイプの電位測定装置では、測定対象からの検知電極の取り付け距離に対する測定電位の依存性が無くなり、検知電極の取り付け精度を緩和できる。こうした上記タイプの電位測定装置の具体的な例として、特許文献１及び特許文献２に開示された提案例がある。特許文献１の提案例は、圧電音叉及び検知電極を有するセンサ部を備えた表面電位センサにおいて、音叉駆動回路と、インピーダンス変換回路と、増幅回路と、同期検波回路と、積分回路と、高圧増幅回路とを有する。音叉駆動回路は圧電音叉を駆動する。インピーダンス変換回路は、検知電極で受けた誘導電荷の交流信号をインピーダンス変換する。増幅回路は、インピーダンス変換回路の出力を増幅する。同期検波回路は、音叉駆動回路からの信号で前記検知電極からの信号を同期検波する。積分回路は、同期検波回路の出力を平滑する。高圧増幅回路は、積分回路の出力を昇圧するトランスを用いる。そして、圧電音叉、検知電極、インピーダンス変換回路、増幅回路、同期検波回路、積分回路、高圧増幅回路の一次側及び電源供給用のトランスを用いた電源回路の２次側及びそのシールドを電源からフローティングさせるとともに、高圧増幅回路の発生電圧を少なくともセンサ部のコモングランドに帰還させる。特許文献２に開示された提案例は、被測定体の表面電位を測定するための電極と、断続手段と、導電部材、第1の変換手段と、第2の変換手段と、直流電圧を導電部材及び断続手段及び第1の変換手段へ供給する手段とを有する。断続手段は、表面電位を交流信号として電極で検出すべく、電極と被測定体の間の電界を所定の周期で断続する。導電部材は、電極に対向した開口部を有し、外部電界から電極をシールドする。第1の変換手段は、電極で検出された交流電圧を低インピーダンス信号に変換する。第2の変換手段は、第1の変換手段により低インピーダンス信号に変換された交流電圧を直流電圧に変換する。前記供給手段は、被測定体と電極との電位差をゼロにすべく、第2の変換手段からの直流電圧がゼロとなる様な直流電圧を導電部材及び断続手段及び第1の変換手段へ供給する。そして、供給された直流電圧に応じた電圧を被測定体の表面電位として出力する。
特開平６−２４２１６６号公報 特公平０３−６４６７号公報

しかしながら、背景技術で挙げた非接触型電位測定装置は、感光体と検知電極間の電位差情報に基づき比較的単純な処理で昇圧手段を制御している。そのため、昇圧手段を高速且つ高精度に動作させるという観点では、十分に満足できるものとは言い難い。

他方、一般的に、測定しようとする電位は、或るパターン（強度分布）を持って感光体上に存在しており、且つ感光体は、高速に回転を行っている。従って、感光体上の電位との電位差に起因して電位測定装置の検知電極が受ける電界は、時間と共に速い速度で変化する。よって、上記タイプの電位測定装置において、高速に回転している感光体上の或るパターンの電位を十分満足できる程度で検知するためには、昇圧手段の動作が高速且つ高精度に調整される必要がある。

上記課題に鑑み、本発明の電位測定装置は、電位差検出手段と、制御信号生成手段と、昇圧手段と、電位情報取得手段とを、有する。前記電位差検出手段は、測定対象の電位と検知電極の基準電位との電位差を検出する。前記制御信号生成手段は、前記検出した電位差に基づいて制御信号を生成する。前記昇圧手段は、前記制御信号に基づいて検知電極の基準電位を調整する。前記電位情報取得手段は、前記基準電位の情報を取得する。前記制御信号は、前記検出した電位差が所定の値になるように生成される。そして、少なくとも前記検出した電位差の情報を基に、制御信号生成手段の制御信号を生成するときの増幅度と制御信号生成手段の制御信号を生成するときの第1の時定数と昇圧手段の基準電位を調整するときの第2の時定数と、のうちの少なくとも1つを可変とする。これにより、前記基準電位の調整態様が制御される。本発明の電位差検出手段、制御信号生成手段、昇圧手段、電位情報取得手段としては、後述する具体例の他に、適用可能な範囲で、特許文献１及び特許文献２に開示された提案例で用いられる各種の回路や公知の増幅回路、昇圧回路などを用いられる。

また、上記課題に鑑み、本発明の電位測定装置は、前記電位測定装置と、前記電位測定装置による電位測定信号を用いて画像形成の制御を行う画像形成手段と、を含むことを特徴とする。

本発明によると、昇圧手段の動作調整用の上記増幅度などの制御係数を可変にしているので、例えば、測定対象の電位が高速に変動した場合でも、高速且つ高精度な電位測定を行うことができる電位測定装置を実現できる。

本発明では、たとえ測定対象の電位が高速に変動した場合でも、高速且つ高精度に電位計測を行うことができる様に次の如くしている。すなわち、本発明では、昇圧手段の動作を制御する制御信号の生成方法、或いは制御信号による昇圧手段の基準電位の調整方法に着目した。具体的には、少なくとも検出した電位差の情報を基に、制御信号生成手段の制御信号を生成する際の増幅度と制御信号生成手段の制御信号を生成する際の第1の時定数と昇圧手段の基準電位を調整する際の第2の時定数と、のうちの少なくとも1つを可変としている。これにより、昇圧手段による基準電位の調整態様を制御して、高速且つ高精度な電位計測が実行されるようにしている。

電位測定の速度と精度は、昇圧手段により検知電極の基準電位を調整する速度と精度に依存する。そして、昇圧手段の基準電位を調整する速度と精度は、昇圧手段の動作を制御する制御信号の与え方や生成態様、或いは与えられた制御信号による昇圧手段の基準電位の調整態様によって決まる。つまり、生成する制御信号を状況に最適な信号にすることや制御信号を状況に最適な態様で生成すること、或いは与えられた制御信号による昇圧手段の基準電位の調整を状況に最適な態様で行うことで、高速且つ高精度な電位計測を行うことができる。

以下、図を用いて、本発明の電位測定装置及びそれを用いた画像形成装置の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の電位測定装置を説明する模式図である。図１において、１０１は電位差検出手段、１０２は制御信号生成手段、１０３は昇圧手段、１０４は制御信号生成用の係数切替え手段、１０５は検知電極、１０６は測定対象、１０７は電位情報取得手段である。

電位差検出手段１０１は検知電極１０５を有しており、測定対象１０６である感光体の電位ＶＤと検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）間の電位差ΔＶを検出し、電位差信号２０１を制御信号生成手段１０２に出力する。電位差検出手段１０１は、例えば、次の様な構成を有する。すなわち、測定対象１０６と検知電極１０５間の静電容量を変化させる振動子と、インピーダンス変換回路と、増幅回路と、振動子駆動回路と、同期検波回路と、を含む。インピーダンス変換回路は、検知電極１０５で検知した交流信号をインピーダンス変換する。増幅回路は、このインピーダンス変換回路の出力信号を増幅する。振動子駆動回路は、検知電極１０５を持つ振動子（例えば、圧電素子）を駆動する。同期検波回路は、この駆動回路からの信号で検知電極１０５からの信号を同期検波する。

制御信号生成手段１０２は、制御信号生成用の係数切替え手段１０４を有している。制御信号生成手段１０２では、電位差信号２０１に基づいて、昇圧手段１０３に出力する制御信号２０２を生成する係数を、制御信号生成用の係数切替え手段１０４により切替える。制御信号生成手段１０２は、電位差検出手段１０１の同期検波回路の出力を平滑する積分回路と、それを増幅する増幅回路により構成することができる。ここで、増幅回路の信号増幅度や、積分回路の時定数などの係数は、切り替えることができるようになっている。例えば、電位差信号２０１の値の範囲に依って、係数である信号増幅度が切替えられて、該係数と電位差信号２０１の積が制御信号２０２とされて昇圧手段１０３に出力される。昇圧手段１０３は、入力する制御信号２０２に基づいて、検知電極１０５の基準電位２０３を変化させる。昇圧手段１０３は、例えば、後述する第４の実施形態で参照する図6で示す様な構成を持つ。ここで、可変電圧源ＶＣは、トランス或いは演算増幅器などを含む。トランスの場合、例えば、交流信号とされた制御信号２０２がトランスの一次側に印加され、トランスの二次側の出力が整流されて図6のコンデンサＣ１に供給され、基準電位２０３を発生させる。演算増幅器の場合、例えば、定電圧源に接続された演算増幅器の適当箇所の抵抗を制御信号２０２が切替えないし変化させることで増幅率を変化させることができるようになっている。その出力が図6のコンデンサＣ１に供給されて基準電位２０３を発生させてもよい。或いは、制御信号２０２が一定の増幅率を持つ演算増幅器で増幅され、その出力が図6のコンデンサＣ１に供給されてもよい。また、このコンデンサに電荷が充・放電される時定数などの係数を切り替えることができるようになっていてもよい。

測定対象１０６は、例えば感光体ドラムである。本実施形態の電位測定装置は、このドラム上に形成された電位パターンの測定を行う。但し、この測定対象１０６は、必ずしも本実施形態の電位測定装置の構成要素ではない。

電位情報取得手段１０７は、検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）に対応した基準電位の情報を取得し、基準電位情報２０４として出力する。測定対象１０６の電位が高い場合でも、電位情報取得手段１０７により、基準電位２０３の信号レベルを圧縮・レベルシフトすることで、一般的なレベルの信号（例えば、最大３.３Ｖや５Ｖ程度）の基準電位情報２０４に変換することができる。この信号レベルの圧縮は抵抗分圧回路など、レベルシフトについてはダイオードなどを用いることで、容易に実現することができる。

本実施形態における最適な制御信号生成法では、具体的には、測定対象１０６（ＶＤ）と検知電極１０５（ＶＲ）間の電位差ΔＶの情報を基に、制御信号２０２を生成する際の係数を可変としている。加えて、「後述する増幅度などの制御係数の変化情報」と「制御信号の変化情報」と「電位差の大きさの変化情報」と「基準電位の変化情報」の少なくとも1つから、測定対象１０６の電位（ＶＤ）の変化を推測し、その情報を制御信号生成の制御に用いてもよい。

この様に、本実施形態の一例では、電位差信号２０１などを基にして、測定対象１０６の電位の変化をリアルタイムに推測して、制御信号２０２を生成する際の係数を切替えることを特徴としている。

切替える係数の種類としては、制御信号２０２を生成する際の増幅度を挙げることができる。具体的には、電位差信号２０１或いは推測した測定対象の電位の変化情報から、電位差が大きい、または大きくなる（測定対象の電位が変化を続ける）ことが予測される時には、大きな増幅度を係数（例えば、×Ａ）として用いる。一方、電位差信号２０１或いは推測した測定対象の電位の変化情報から、電位差が小さい、または小さくなる（測定対象の電位が変化を緩める）ことが予測される時には、小さな増幅度を係数（例えば、×Ｂ）として用いる。

本実施形態では、測定対象１０６の電位と検知電極１０５の基準電位２０３の差ΔＶが大きい、又は差が広がることが予測される時に、基準電圧２０３を大きく変化させるように昇圧手段１０３に指示を与えることができる。そのため、昇圧手段１０３によって、検知電極１０５の基準電位２０３を高速に変化させることができる。一方、測定対象１０６の電位と検知電極１０５の基準電位２０３の差ΔＶが小さい、又は差が狭まることが予測される時に、基準電圧２０３を細かく変化させるように昇圧手段１０３に指示を与えることができる。そのため、このときは、昇圧手段１０３が検知電極１０５の基準電位２０３を高精度に変化させることができる。

測定対象の電位の変化をリアルタイムに推測する方法としては、予め制御信号に対する昇圧手段の応答を測定しておいて、テーブル或いは関数として保持しておく方法を用いることができる。この場合、環境などの条件の変化により応答特性が変化することが予想されるが、大まかな特性を予め把握できていればよいので、問題にはならない。

このテーブル或いは関数を用いれば、今までに印加してきた制御信号の経過による昇圧手段の発生する基準電位を予測して、検出される電位差信号の大きさを予測することができる。ここで、予測した電位差信号の大きさに対して、検出した電位差信号が大きい場合は、測定対象の電位自体が単位時間あたりで変化する割合（変化率）が増加していることが推測される。一方、予測した電位差信号の大きさに対して、検出した電位差信号が小さい場合は、測定対象の電位自体の変化率が減少していることが推測される。

つまり、電位差信号を予測し、検出した電位差信号と比べることで、測定電位の変化率がどのように変化しているかを推測することができる。これにより、測定電位の変化率毎に、適切な制御信号生成用の係数に切替えることができるので、測定電位の変化率が変化しても、適切な基準電位の調整を行うことができる。

以上のように、本実施形態の一例では、測定電位の変化率が変化しても、高速性と高精度を両立して検知電極１０５の基準電位２０３を変化させるように、昇圧手段１０３に制御信号２０２を与えることができる。

ここで、制御信号２０２に基づいて、昇圧手段１０３が検知電極１０５の基準電位２０３を変化させる例を考える。具体的には、電位差信号２０１が０（又は所定の値）になるように、制御信号２０２を生成し、制御信号２０２が入力する昇圧手段１０３で、検知電極１０５の基準電位２０３を調整する。

図２は、本実施形態の電位測定装置内の信号を説明するための図である。
図２において、横軸は全て時間とする。図２（ａ）の縦軸は、測定対象１０６の電位ＶＤから検知電極１０５が受ける電界の大きさの変化を表す。図２（ｂ）、（ｃ）の縦軸は、上記係数を固定する比較例の検知電極１０５の基準電位２０３の変化を表す。図２（ｄ）の縦軸は、本実施形態の検知電極１０５の基準電位２０３の変化を表す。

図２（ａ）で示すように、測定対象１０６の電位から検知電極が受ける電界の大きさが、或る電界の大きさＥ１から或る電界の大きさＥ２に或る立上り時間をもってパルス状に変化するとする。これは、感光体上に或る電位（Ｖ１、Ｖ２）のパターンが形成されており、感光体を高速に回転させた状態を想定したものである。測定対象１０６の電位から検知電極が受ける電界の大きさは、検知電極から見た見かけの測定電位の大きさに対応している。

ここでは、上述した如く、電位差信号２０１が０になるように、制御信号２０２を生成している。また、電位測定は、感光体上に形成された電位パターンの或る電位Ｖ１・Ｖ２を測定するものとする。

係数を固定した方式の図２（ｂ）で示した比較例では、検知電極１０５の基準電位２０３の変化がゆっくりであるとする。これに対し、図２（ｃ）に示す比較例では、制御信号生成用の固定の係数の増幅度を大きくした。この例では、制御信号２０２の値自体が大きくなるため、昇圧手段１０３が検知電極１０５の基準電位２０３を変化させるスピードを図２（ｃ）に示すように速くすることができる。その一方、電位差が小さい時には、基準電位２０３が大きく揺らいでしまって安定性が悪くなり、測定精度が悪化してしまう。逆に、制御信号生成用の係数の増幅度を小さくすると、図２（ｂ）に示すように、基準電位２０３の安定性が高まり精度は良くなるが、基準電位２０３の変化スピードが遅くなってしまう。

上記比較例に対して、図２（ｄ）で示した、電位差信号に基づき、或いはこれに加えて測定電位の変化率を推測し、制御信号生成用の係数を切替える本実施形態の方式では、この係数の増幅度自体を変化させる。そのため、電位差ΔＶが大きい、或いは電位の変化率が大きい時には、基準電位２０３の変化スピードを上げることができる（精度については、考慮しない）。また、電位差が小さい、或いは電位の変化率が小さい時には、基準電位２０３の安定性つまり精度を良くすることができる（スピードについては、考慮しない）。こうして、本実施形態によれば、次の高速性と安定性つまり精度を両立させた電位測定装置を実現できる。すなわち、対象電位の変化時（特に、電位の変化率が大きい時）に追従する高速性（言い換えると、電位測定開始までの時間が短い）と、対象電位が安定した後（特に、電位の変化率が小さくなった後）の電位測定時の安定性つまり精度を両立できる。

以上のように、本実施形態では、測定対象の電位が高速に変化したり電位の変化率が変化したりした場合でも、高速性と高精度を両立して、測定対象との電位差が無くなるように検知電極１０５の基準電位２０３を変化させることができる。そのため、高速且つ高精度な電位計測を行うことができる電位測定装置を提供できる。

尚、本実施形態において、測定電位の変化情報の推測と制御信号生成用の係数の切替えは、マイクロプロセッサー、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどを用いて、容易に実行することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態に係る電位測定装置は、制御信号生成用の係数切替え手段が切替える係数の種類が第１の実施形態とは異なる。その他は第１の実施形態と同じである。

本実施形態は、制御信号生成用の係数切替え手段１０４が切替える係数が、制御信号生成手段１０２の時定数であることを特徴とする。

図３に、本実施形態の電位測定装置を説明する模式図を示す。
制御信号生成手段１０２は、制御信号２０２を生成する際、制御信号生成用の係数の時定数τを有している。ここでの時定数τとは、電位差信号２０１の変化に対応して、制御信号２０２が変化する時間の或る目安のことである。この係数の時定数τは、昇圧手段１０３が制御信号２０２に対して応答する時間を考慮して、設定される。例えば、電位差信号２０１を一定の増幅率の増幅回路で増幅して制御信号２０２を生成する場合、電位差信号２０１に依って、増幅回路のＲＣ時定数のＲ（またはＣ）を切替えないし変化させて時定数τを変化させる。Ｒの変化は、例えば、抵抗線に沿ってブラシの接点をスライドさせて行うことができる。または、スイッチトキャパシタ回路を用いて、スイッチングの時間によりパラメータを変化させてもよい。

昇圧手段１０３が制御信号２０２に対して応答する時間が一定であるとすると、上記係数の時定数τの値が小さいほど、電位差信号２０１の変動に対して、制御信号２０２が敏感に反応し、昇圧手段１０３による基準電位２０３の変化が速くなる。一方、時定数τの値が大きいほど、電位差信号２０１の変動に対する制御信号２０２の反応が鈍くなり、昇圧手段１０３による基準電位２０３の変化が遅くなる。

つまり、制御信号生成用の係数の時定数τを小さくすると、制御信号２０２は高速に変化できるが、不安定になり、ノイズ等の影響を受けやすくなって、精度が低下する。逆に、時定数τを大きくすると、制御信号２０２はノイズ等への耐性が強くなり高精度に安定させることができるが、信号の変化が低速になって対象電圧変化に高速に対応できなくなってしまう。

本実施形態では、電位差信号２０１が大きい時は時定数を小さく（例えば、τＡ）し、電位差信号２０１が小さい時は時定数を大きく（例えば、τＢ）する。それにより、制御信号生成用の係数の時定数自体を変化させることで、制御信号２０２の変化の高速性と高精度を両立することができる。よって、制御信号２０２に対して応答する時間が一定である昇圧手段１０３による検知電極１０５の基準電位２０３の調整を、高速性と高精度を両立して実行することができる。

つまり、電位差ΔＶが大きい時には、基準電位２０３の変化スピードを上げることができる（精度については、スピードに比較してそれほど考慮しない）。一方、電位差ΔＶが小さい時には、基準電位２０３の安定性つまり精度を良くすることができる（スピードについては、精度に比較してそれほど考慮しない）。

以上の様に、本実施形態によれば、高速性と高精度を両立して、検知電極１０５の基準電位２０３を変化させ、測定対象との電位差が無くなる（或いは所定値となる）ように制御することができる。そのため、より高速且つ高精度な電位計測を行うことができる電位測定装置を提供できる。

（第３の実施形態）
本実施形態に係る電位測定装置は、検知電極１０５の基準電位情報２０４をも制御信号２０２の生成に用いる。その他は第１と第２の何れかの実施形態と同じである。

本実施形態の電位測定装置でも、検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）が、測定対象１０６の電位（ＶＤ）と同じ値になるように制御される。そのため、検知電極１０５の基準電位２０３を測定することで、測定対象１０６の電位を知ることができる。電位情報取得手段１０７は、この検知電極の基準電位２０３に対応した基準電位情報２０４を取得する。

本実施形態は、この電位情報取得手段１０７で取得した検知電極１０５の基準電位２０３に対応した基準電位情報２０４をも考慮して、制御信号生成手段１０２で制御信号２０２を生成することを特徴とする。

図４に、本実施形態の電位測定装置を説明する模式図を示す。前述した様に、１０１は電位差検出手段、１０２は制御信号生成手段、１０３は昇圧手段、１０４は制御信号生成用の係数切替え手段、１０５は検知電極、１０６は測定対象、１０７は電位情報取得手段である。

従来の手法では、電位差検出手段１０１で検出される電位差信号２０１は、測定対象１０６の電位（ＶＤ）と検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）の電位差ΔＶのみを表し、検知電極１０５の基準電位２０３そのものの情報を含んでいない。そのため、電位差信号２０１が変化した時、測定対象１０６の電位（ＶＤ）が変化したのか、検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）が変化したのか、識別することができない。言い換えれば、測定対象１０６の電位が変化している間は、検知電極１０５の基準信号２０３（ＶＲ）が制御信号２０２にきちんと対応して変化できているかを確認することができない。

また、検知電極１０５の基準電位２０３（ＶＲ）を変化させる昇圧手段１０３においては、環境温度等により、制御信号２０２と、生成する検知電極１０５の基準電圧２０３（ＶＲ）との関係が変化しやすい。そのため、背景技術で説明した電位測定装置は、電位差信号を検出してこれを０にするように制御することで、上記関係の変化を含めて制御する構成としている。

図４に示す本実施形態では、検知電極１０５の基準電位情報２０４を計測することで、制御信号２０２と検知電極１０５の基準電圧２０３（ＶＲ）の関係を把握することができる。そのため、制御信号２０２に対して、検知電極１０５の基準電圧２０３（ＶＲ）がどのような応答をしているかを直接確認できる。加えて、電位差信号２０１と制御信号２０２と基準電位情報２０４の情報から、測定対象１０６の電位（ＶＤ）が大きく変化しているのかどうか（測定対象１０６の電位レベルが移行している期間かどうか）を直接検知することができる。基準電位情報２０４の計測は、例えば、ＡＤコンバーターなどを用いて、制御に用いているＦＰＧＡやＤＳＰ、マイコンなどに信号を入力することで、容易に実現することができる。

検知する手順としては、まず、制御信号２０２通りに、基準電位情報２０４が変化していることを確認する。その上でも、電位差信号２０１が大きな値であった場合は、測定対象１０６の電位が大きく変化している（測定対象１０６の電位レベルが移行している期間である）と推測（検知）する。逆に、電位差信号２０１が小さな値であった場合は、測定対象１０６の電位が殆ど変化していない（測定対象１０６の電位レベルがほぼ静定している）と推測（検知）する。

制御信号生成手段１０２は、測定電位１０６の電位が大きく変動していると推測（検知）した場合は、昇圧手段１０３が高速に動作するように、制御係数を切替える。また、測定電位１０６の電位が殆ど変化していない（測定対象１０６の電位レベルがほぼ静定している）場合は、昇圧手段１０３が精度良く安定に動作するように、制御係数を切替える。この制御係数は、増幅度或いは時定数或いはその両方でもよい。

これにより、状況に対してより最適な制御信号２０３を生成し、より確実に高速性と安定性を両立して、昇圧手段１０３を動作させることができる。測定対象１０６の電位の状態（レベル移行中か、静定レベルか）をより正確に把握することができるので、特に、測定対象１０６の電位が変化しているときに、より最適な制御信号２０２を生成し、昇圧手段１０３が更に高速に動作することができる。こうして、昇圧手段１０３の動作が高速化されるため、電位測定できるまでの時間が短縮され、高速な電位測定を行うことができる。

本実施形態によれば、測定対象の電位が頻繁に変化する場合でも、高速且つ高精度な電位計測を行うことができる電位測定装置を提供できる。尚、制御信号２０２と検知電極１０５の基準電圧２０３（ＶＲ）の関係を把握する方法としては、次の方法を取ることができる。制御信号２０２を、或る時間あたり或る量変化させた時、基準電位情報２０４がどのくらい変化するかを測定する。それにより、単位制御量あたり昇圧手段１０３の動作がどのくらい変化するか（つまり、検知電極１０５の基準電圧２０３（ＶＲ）がどの位変化するか）を把握することができる。

以上の方法は、本実施形態で用いることのできる一例であり、制御信号２０２と検知電極１０５の基準電圧２０３（ＶＲ）の関係を把握することができる方法であれば、本実施形態に用いることができる。

（第４の実施形態）
本実施形態に係る電位測定装置は、制御信号２０２により昇圧手段１０３の時定数を変化させることが上記実施形態と異なる。その他は、第１から第３の何れかの実施形態と同じである。

昇圧手段１０３は、昇圧した電位を変化させる方向により、応答する時間（昇圧手段の時定数に対応した時間）が異なる場合がある。図５は、本実施形態を説明するための模式図である。本実施形態は、図５で示したように、電位差信号２０１を基にして、昇圧手段１０３の時定数を切替える（例えば、τＣとτＤ）ことを特徴としている。以下、具体例を挙げて説明する。

図６は、電位を昇圧させるためにコンデンサに電荷を蓄積するタイプの昇圧手段１０３である。電位を変化させるために、トランス、演算増幅器などの可変電圧源ＶＣの値を変化させる。この時、電位を上げる（昇圧手段の０電位から離す）ために、コンデンサに電荷を充電するのは、電流が一定であるとすると、Ｒ１とＣ１のパラメータにより決まる時間で行うことができ、これを充電するように設定することは容易である。昇圧手段１０３は高電位までの動作を行うことが多いため、できるだけ電荷の放電が少なくなるようにＲ２の値は非常に大きな値に設定されることが望ましい。一方、電位を下げる（昇圧手段の０電位に近づける）ために、コンデンサに充電された電荷を放電するのは、Ｒ２とＣ１のパラメータにより決まる時間で行うことになる。逆に、電位を高くすることに対して最適化している回路では、電荷を放電する時間が長くなってしまうので、電位を低くする際の速度を高速にすることが難しくなる。

本実施形態のこの例では、基準電位を変化させる方向によって、Ｒ２の値を切替えることを特徴とする。電位差信号を基にして、昇圧手段１０３の電位を上げる必要があると判断できるとき（例えば、電位差の符号がマイナスのとき）は、Ｒ２の値を大きな値に切替え、昇圧手段１０３の時定数を大きくする（例えば、τＣ）。一方、電位差信号を基にして、昇圧手段１０３の電位を下げる必要があると判断できるとき（例えば、電位差の符号がプラスのとき）は、Ｒ２の値を小さな値（Ｒ２’）に切替え、昇圧手段１０３の時定数を小さくする（例えば、τＤ）。ここで、多数のＲ２の値を設けて、それらの間で切替えを制御信号２０２により行えば、より細かい制御ができる。または、前述した様に、Ｒ２の変化は、例えば、抵抗線に沿ってブラシの接点をスライドさせて行うことなどにより連続的に実行することもできる。

これにより、昇圧手段１０３は、高い電位を発生することができ、且つ電位を下げる時も高速な動作を行うことができる。よって、検知電極１０５の基準電位２０３を、方向によらず高速に変化させることができる。

本実施形態によれば、測定対象の電位が変化する方向によらず、高速且つ高精度に電位測定を行うことができる電位測定装置を提供することができる。

（第５の実施形態）
本実施形態に係る電位測定装置は、電位測定結果についての出力方法に関する。その他は第１から第４の何れかの実施形態と同じである。

本実施形態では、安定で高精度な制御係数（上記実施形態の増幅度や時定数）が用いられて制御信号２０２を生成している時だけ、電位情報取得手段１０７で測定した基準電位情報２０４を測定電位として用いることを特徴とする。

図７に、本実施形態に係る電位測定装置を説明する図を示す。図７において、横軸は時間、縦軸は電位差信号２０１の大きさである。

本実施形態の電位測定装置では、測定対象１０６の電位と検知電極１０５の基準電位２０３がほぼ一致している場合に、電位測定を行うことができる。もし、これらの電位差ΔＶがある場合に検知電極１０５の基準電位２０３を計測してしまうと、測定に誤差が入ってしまい、測定精度が低下する。

このため本実施形態では、電位差が大きい時、つまり測定対象１０６の電位に追従しようとしている時は、基準電位情報２０４を測定電位としては採用しない。この時は、図７（ａ）に示す追従途中の期間である。電位差が小さい時、つまり測定対象１０６の電位へ追従できている時は、基準電位情報２０４を測定電位として採用する。この時は、図７（ａ）に示す測定期間である。この採用するかどうかの基準は、用いている制御係数により判断することができる。つまり、制御係数が高速動作を可能とするように切替えられている時は、昇圧手段１０３で測定対象１０６の電位に追従しようとしていると判断する。一方、制御係数が安定で高精度な動作を可能とするように切替えられている時は、制御手段１０３で測定対象１０６の電位へ追従できているとする。

よって、本実施形態によると、誤差の少ない測定電位情報を出力することができ、高精度な電位測定装置を実現することができる。更には、測定電位を採用している間の測定電位の信号を平均して出力してもよい（図７（ｂ）参照）。これにより、測定電位をより高精度に出力することができ、外部での電位の読み取りの回数を減らすことができる。

また、測定電位を採用している間は測定電位を平均し続けて、測定電位を採用しなくなったタイミングで、この平均値を出力させるようにしてもよい（図７（ｃ）参照）。これにより、測定対象の電位が或るレベルに静定している間の測定電位を平均して出力することができ、外部での電位の読み取りを高精度に外部処理なく一括して行うことができる。

本実施形態によると、外部での電位の読み取りが容易なため、電位測定の結果を大きく劣化させることなく外部で読み取ることができる。そのため、外部での電位読み取り時においても高精度な電位測定装置を提供することができる。

ところで、上記説明中（第１から第５の実施形態の説明中）では説明を平易に行うため、係数切替え手段において２つの制御係数を切替えるとしたが、本発明はそれに限らない。本発明では、制御係数を連続的に切替えて（変化させて）、基準電位の調整を行ってもよい。また、制御係数を切替えるために、データテーブルを用いて任意の係数に変化させてもよい。また、第１から第５の実施形態は、適当に組み合わせて構成することもできる。

（第６の実施形態）
本発明の電位測定装置を用いた画像形成装置の実施形態を、図８を用いて説明する。図８は、感光ドラム７０１の軸Ｘと垂直な平面上での配置を示した図である。

図８において、７０１は感光体である感光ドラム、７０２は紙、７０３はクリーナ部、７０４は帯電手段、７０５は露光手段、７０６は本発明の電位測定装置、７０７は現像手段である。

感光ドラム７０１は、軸Ｘを中心に方向Ｙの向きに回転する。感光ドラム７０１は、帯電手段７０４により帯電され、露光手段７０５により露光されて、帯電パターンが形成される。電位測定装置７０６は、感光ドラム７０１上の帯電パターンの電位を測定する。現像手段７０７は、帯電パターン部のみ（または、帯電パターン部以外のみ）にトナー等を吸着させて現像し、方向Ｚに走査されている紙７０２上に画像が転写される。その後、感光ドラム７０１は、クリーナ部７０３により清掃される。

上記構成において、電位測定装置７０６での電位測定信号を用いて、画像形成手段である帯電手段７０４や露光手段７０５などの制御を行い、画像の調整を行う。電位測定装置７０６として、第１から第５の何れかの実施形態で説明した非接触型電位測定装置を用いる。こうして高速且つ高精度な電位測定が可能な電位測定装置を用いるので、測定対象（感光ドラム７０１上の帯電パターン）の電位の変化を、高速且つ高精度に把握することができる。そのため、測定対象の電位の変動を正確に把握できるため、高速且つ高精度な画像の補正を実施でき、より高画質な画像形成装置を実現できる。

本発明の電位測定装置の第１の実施形態を説明する図。 本発明に係る電位測定装置内の信号及び比較例の信号を説明する図。 本発明の電位測定装置の第２の実施形態を説明する図。 本発明の電位測定装置の第３の実施形態を説明する図。 本発明の電位測定装置の第４の実施形態を説明する図。 昇圧回路の一例を説明する図。 本発明の電位測定装置の第５の実施形態の動作例を説明する図。 本発明の第６の実施形態である画像形成装置を説明する図。 背景技術の電位測定装置を説明する図。

符号の説明

１０１ 電位差検出手段
１０２ 制御信号生成手段
１０３ 昇圧手段
１０４ 制御係数切替え手段
１０５ 検知電極
１０６、７０１ 測定対象（感光ドラム）
１０７ 電位情報取得手段
２０１ 電位差検出手段１０１から出力される電位差信号
２０２ 昇圧手段１０３への制御信号
２０３（ＶＲ） 検知電極１０５の基準電位
２０４ 検知電極１０５の基準電位２０３に対応した基準電位情報
ＶＤ 測定対象１０６の電位
ΔＶ ＶＤとＶＲの電位差
７０４、７０５、７０７ 画像形成手段（帯電手段、露光手段、現像手段）
７０６ 本発明の電位測定装置

Claims (4)

1. 測定対象の電位と検知電極の基準電位との電位差を検出する電位差検出手段と、前記検出した電位差に基づいて制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記制御信号に基づいて前記基準電位を調整する昇圧手段と、前記基準電位の情報を取得する電位情報取得手段と、を有し、
   前記検出した電位差が所定の値になるように前記制御信号を生成する電位測定装置であって、
   前記基準電位の調整態様を制御するように、少なくとも前記検出した電位差の情報を基に、前記制御信号生成手段の制御信号を生成するときの増幅度と、前記制御信号生成手段の制御信号を生成するときの第1の時定数と、前記昇圧手段の基準電位を調整するときの第2の時定数と、のうちの少なくとも1つを可変とする、
   ことを特徴とする電位測定装置。
2. 前記制御係数の変化情報と、前記制御信号の変化情報と、前記電位差の大きさの変化情報と、前記基準電位の変化情報と、のうちの少なくとも1つを基にして、測定対象の電位の変化を推測し、該推測した情報と前記検出した電位差の情報とに基づいて、前記増幅度と前記第1の時定数と前記第1の時定数と、のうちの少なくとも1つを可変とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電位測定装置。
3. 前記電位情報取得手段により取得した基準電位の情報を、電位測定信号として出力する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電位測定装置。
4. 請求項３に記載の電位測定装置と、前記電位測定装置による電位測定信号を用いて画像形成の制御を行う画像形成手段と、を含む、
   ことを特徴とする画像形成装置。

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