JPH09211046A - 非接触電位検出方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定物、センサ電極間距離に影響されるこ
となく、被測定物上の未知電位をセンサ電極を以て検出
すること。 【解決手段】 被測定物１０１に対しセンサ電極１をそ
の平面と直交する方向に振動させつつ、被測定物１０
１、電極１間電位差を変化せしめる度に、電極１から流
変調信号を検出し、検出交流変調信号の大きさの変化か
ら被測定物１０１、電極１間距離を推定するとともに、
交流変調信号の大きさが０となる際での被測定物１０１
上の見掛け電位を検出し、その推定距離にもとづき見掛
け電位を補正すれば、被測定物１０１上の実電位が検出
され得るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＩＣ等の電
子部品がプリント基板上に実装されている状態で、その
プリント基板上に形成されている導体パターン、あるい
は電子部品リード上での電圧、あるいは電位を非接触状
態で検出するための非接触電位検出方法とその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知なように、従来より、ＩＣ等の電子
部品が実装されているプリント基板等では、電子回路の
入出力ピンやその近傍に設けられているテストポイント
等での電圧や信号波形等を測定／観察するには、テスタ
やオシロスコープ等の計測器が専ら用いられているのが
実情である。その測定／観察に際しては、テストリード
やプローブが被測定点（テストポイント等）に機械的
に、しかも電気的に接続された状態で、被測定点での電
圧や信号波形等が外部に取り出された上、測定／観察さ
れていたものである。そのような測定／観察を可能なら
しめるためには、被測定点自体はその外表面に導体部分
が露出されている必要があったものである。一方、ま
た、以上のような事情とは別に、最近では、部品実装上
での高密度化を図るべく、ＩＣ等の電子回路部品のリー
ドピッチは徐々に狭くなる傾向にあり、もはや、上記の
ような接触式信号検出方式では、被測定点へのテストリ
ードやプローブの正確な機械的位置決め接触は難しくな
っているばかりか、その機械的接触により被測定点に傷
が生じてしまい、プリント基板全体の信頼性が低下する
ことは否めないものとなっている。

【０００３】ところで、以上の不具合を解決すべく、例
えば特開平５−２６４６７２号公報には、被測定点と検
出プローブを容量で結合した上、非接触状態で信号を検
出する方法が示されているが、これによる場合、被検出
信号の時間的変化成分のみ、即ち、交流成分のみが検出
されており、直流成分の検出は不可とされたものとなっ
ている。因みに、その検出方法について簡単ながら説明
すれば、検出信号の強度は、被測定点、検出プローブ間
に介在している結合容量Ｃに比例するが、それらが平行
平板であると近似すれば、その結合容量Ｃは以下の数式
１として求められるものとなっている。

【０００４】

【数１】

【０００５】但し、εは誘電率、Ｓは電極面積、ｄは電
極間距離である。

【０００６】また、以上の公報とは別に、非接触状態で
時間的に変化しない信号成分、即ち、直流信号を検出す
る方法としては、トレック・ジャパン株式会社から発行
されているトレックジャパン総合カタログ（PRODUCTS A
ND SYSTEMS CATALOGUE）に記載された「静電気測定表面
電位計」が知られている。同カタログに示された測定原
理を図９（ａ）により説明すれば以下のようである。

【０００７】即ち、図９（ａ）に示すように、測定に際
し、センサ電極（Ｓｅ）９０１、被測定面９０２間が静
電容量（Ｃ）９０３で結合させるべく、プローブユニッ
ト内のセンサ電極９０１は被測定面９０２に近接された
状態で、センサ電極９０１自体が振動状態におかれるも
のとなっている。センサ電極９０１は音叉９０４に取付
けされていることから、発振器９１１からの信号により
音叉９０４が振動すれば、それに伴いセンサ電極９０１
自体も振動状態におかれるものである。さて、センサ電
極９０１が振動状態におかれれば、それに伴い静電容量
９０３も微小変化される結果として、センサ電極９０
１、被測定面９０２間の電位差の存在にもとづき、セン
サ電極９０１からは交流変調信号が得られるものとなっ
ている。この交流変調信号は、その後、プリアンプ（前
置増幅器）９０５、増幅器９０６を介し同期検波器９０
７で同期検波されることによって、同期検波器９０７か
らは、その交流変調信号の大きさ信号９０８が精度良好
な状態として得られるものとなっている。その大きさ信
号９０８は積分器９０９により積分されるが、その積分
出力に応じた出力電圧が高圧発生器９１０から発生され
た上、センサ電極９０１に電位として与えられているも
のである。以上のフィードバック制御の結果として、セ
ンサ電極９０１、被測定面９０２間の電位差が０となる
べく、高圧発生器９１０からの出力電圧が制御されてい
るものである。換言すれば、高圧発生器９１０からの出
力電圧が何等変化しなくなった時点でのその出力電圧
は、被測定面９０２上の電位として得られているもので
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報による場合には、結合容量Ｃは電極間距離ｄと反比例
関係にあることから、被検出信号の強度を正確に検出す
るためには、結合容量Ｃ、したがって、信号検出に際し
ては、電極間距離ｄは事前に正確に測定されている必要
があるか、または電極間距離ｄは一定に保つように制御
される必要があるものとなっている。また、上記カタロ
グによる場合は、図９（ｂ）に示すように、電位測定に
先立っては、ゼロ電位校正が行われる必要があるものと
なっている。電位計１０００のグランドに接続された金
属板１００２に対し、プローブ１００１は距離ｌだけ離
された位置に配置された状態でゼロ電位校正が行われる
が、被測定物１００３上の電位を測定するに際しては、
被測定物１００３に対し、プローブ１００１は同一距離
ｌだけ離された位置に配置された状態で、被測定物１０
０３に対する電位測定が行われる必要があったものであ
る。即ち、上記従来技術の何れにおいても、非接触状態
で信号／電位が測定される際に、被測定物、センサ電極
間距離による影響を排除することは何等考慮されていな
いものとなっている。

【０００９】本発明の第１の目的は、被測定物、センサ
電極間距離に影響されることなく、被測定物上の未知電
位をセンサ電極を以て検出し得る非接触電位検出方法と
その装置を供するにある。本発明の第２の目的は、それ
自体が小型化されたものとして、被測定物、センサ電極
間距離に影響されることなく、被測定物上の未知電位を
検出し得る非接触電位検出装置を供するにある。本発明
の第３の目的は、被測定物、センサ電極間距離に影響さ
れることなく、被測定物上の未知電位をセンサ電極を以
てより確実に検出し得る非接触電位検出方法とその装置
を供するにある。本発明の第４の目的は、それ自体が小
型化されたものとして、被測定物、センサ電極間距離に
影響されることなく、被測定物上の未知電位をより確実
に検出し得る非接触電位検出装置を供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、基本
的には、被測定物とセンサ電極との間に電位差を可変と
してもたせた状態で、被測定物と相対向する任意位置に
配置されたセンサ電極を、該センサ電極の平面と直交す
る方向に一定周期で振動させつつ、被測定物とセンサ電
極との間の電位差を変化せしめる度に、センサ電極自体
の振動によって生じる交流変調信号を該センサ電極から
検出するようにし、電位差対応に検出された交流変調信
号の大きさの変化から、理論式、あるいは予め実測され
ている誤差データにもとづき、被測定物とセンサ電極と
の間の距離が推定されるとともに、交流変調信号の大き
さが０となる際での被測定物上の見掛け電位が検出され
た上、推定された被測定物、センサ電極間距離にもとづ
き上記見掛け電位が補正されることによって、被測定物
上の実電位が非接触状態で検出されることで達成され、
また、装置構成としては、その構成要素として、被測定
物と相対向する任意位置に配置されるセンサ電極と、該
センサ電極を該センサ電極の平面と直交する方向に一定
周期で振動させる振動発生手段と、上記センサ電極に直
接間接に直流電圧を変化せしめた状態として印加する直
流電圧印加手段と、該直流電圧印加手段により上記セン
サ電極への印加直流電圧が変化せしめられる度に、該セ
ンサ電極からの交流変調信号を検出する交流変調信号検
出手段と、上記直流電圧印加手段から上記センサ電極へ
の直流電圧の印加を制御する一方、上記交流変調信号検
出手段からの、直流電圧対応に検出された交流変調信号
の大きさの変化から、理論式、あるいは予め実測されて
いる誤差データにもとづき、被測定物とセンサ電極との
間の距離を推定するとともに、交流変調信号の大きさが
０となる際での被測定物上の見掛け電位を検出した上、
推定された被測定物、センサ電極間距離にもとづき上記
見掛け電位を補正することによって、被測定物上の実電
位を非接触状態で検出する制御・処理手段とを少なくと
も具備せしめることで達成される。上記第２の目的はま
た、非接触電位検出装置が以上のように構成されている
際に、少なくともセンサ電極および振動発生手段は、一
端としての先端が被測定物に接触可とされた、絶縁材質
からなる筒の他端内部に収容配置された状態の非接触電
位検出用プローブとして構成されることで達成される。

【００１１】上記第３の目的は、被測定物とセンサ電極
との間に電位差を可変としてもたせ、かつ該センサ電極
の近傍周囲に該センサ電極と同一電位の補助電極が配置
された状態で、被測定物と相対向する任意位置に配置さ
れたセンサ電極を単独に、あるいは補助電極とともに該
センサ電極の平面と直交する方向に一定周期で振動させ
つつ、被測定物とセンサ電極との間の電位差を変化せし
める度に、センサ電極自体の振動によって生じる交流変
調信号を該センサ電極から検出するようにし、電位差対
応に検出された交流変調信号の大きさの変化から、理論
式、あるいは予め実測されている誤差データにもとづ
き、被測定物とセンサ電極との間の距離が推定されると
ともに、交流変調信号の大きさが０となる際での被測定
物上の見掛け電位が検出された上、推定された被測定
物、センサ電極間距離にもとづき上記見掛け電位が補正
されることによって、被測定物上の実電位が非接触状態
で検出されることで達成され、また、装置構成として
は、その構成要素として、被測定物と相対向する任意位
置に配置され、かつ近傍周囲に同一電位の補助電極が配
置されてなるセンサ電極と、該センサ電極を単独に、あ
るいは補助電極とともに該センサ電極の平面と直交する
方向に一定周期で振動させる振動発生手段と、上記セン
サ電極に直接間接に直流電圧を変化せしめた状態として
印加する直流電圧印加手段と、該直流電圧印加手段によ
り上記センサ電極への印加直流電圧が変化せしめられる
度に、該センサ電極からの交流変調信号を検出する交流
変調信号検出手段と、上記直流電圧印加手段から上記セ
ンサ電極への直流電圧の印加を制御する一方、上記交流
変調信号検出手段からの、直流電圧対応に検出された交
流変調信号の大きさの変化から、理論式、あるいは予め
実測されている誤差データにもとづき、被測定物とセン
サ電極との間の距離を推定するとともに、交流変調信号
の大きさが０となる際での被測定物上の見掛け電位を検
出した上、推定された被測定物、センサ電極間距離にも
とづき上記見掛け電位を補正することによって、被測定
物上の実電位を非接触状態で検出する制御・処理手段と
を少なくとも具備せしめることで達成される。上記第４
の目的はまた、非接触電位検出装置が以上のように構成
されている際に、少なくともセンサ電極および振動発生
手段は、一端としての先端が被測定物に接触可とされ
た、絶縁材質からなる筒の他端内部に収容配置された状
態の非接触電位検出用プローブとして構成されることで
達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明する
が、その前にその理論的な背景について説明すれば以下
のようである。即ち、図２に本発明による非接触電位検
出方法が実施される上での原理構成を示すが、本例での
測定対象は、被測定電圧（＝Ｖx ）１０２が印加された
被測定電極１０１上の電位とされる。ここで、センサ電
極１に可変電圧Ｖr が印加されるものとして、その被測
定電極１０１とセンサ電極１との間の距離をｄ、それら
両電極の面積をＳ、また、それら両電極間の誘電率をε
とすれば、両電極間の結合容量Ｃは既述の数式１として
得られるものとなっている。さて、発振器４からの信号
により振動体２が振動され、したがって、その振動体２
上に載置されているセンサ電極１も角周波数ωで振動さ
れ、両電極間の距離がΔｄ（＝±Δｄ）だけ変化される
とすれば、その結合容量ＣはΔＣだけ変化し、その結果
として、センサ電極１上には、以下の数式２として示す
電流（ｉ）１０が流れるものとなっている。

【００１３】

【数２】

【００１４】この場合、その電流ｉは両電極間の電位差
（＝Ｖx −Ｖr ）に比例することから、可変電圧Ｖr を
変化せしめつつ、電流ｉが０となる際での可変電圧Ｖr
を求めることによって、被測定電極１０１上での被測定
電圧（＝Ｖx ）１０２が、Ｖx ＝Ｖr として求められる
というものである。因みに、距離変化分Δｄに伴う結合
容量Ｃの変化分ΔＣは、以下の数式３として示す通りで
ある。

【００１５】

【数３】

【００１６】結局、両電極間の電位差（＝Ｖx −Ｖr ）
に対する電流ｉは、図３（ａ）に示すように、その大き
さは両電極間の距離ｄに依存するも、電流ｉが０になる
際での可変電圧Ｖr の値を求めるに当っては、両電極間
の距離ｄに非依存とされているものである。即ち、両電
極間の距離ｄとは無関係に、電流ｉが０になる際での可
変電圧Ｖr の値からは、被測定電圧（＝Ｖx ）１０２が
Ｖx ＝Ｖr として検出され得るものである。

【００１７】しかしながら、実際には、電極各々の形状
やそれら電極周囲の電界分布、検出系電子回路での誤差
等、様々な誤差要因によって、図３（ｂ）に示すよう
に、両電極間の距離ｄ如何によって０点位置がずれるこ
とから、ただ単に、電流ｉが０になる際での可変電圧Ｖ
r の値を求めるだけでは、被測定電圧（Ｖx ）１０２は
正確に検出され得ず、距離ｄを予め測定しておくか、ま
たは距離ｄを一定の値に保つ必要があるものとなってい
る。そこで、本発明では、両電極間の電位差（＝Ｖx −
Ｖr ）に対する電流ｉの変化の度合いが両電極間の距離
ｄにほぼ反比例することに着目し、理論式、あるいは予
め実測されている誤差データにもとづき、被測定物とセ
ンサ電極との間の距離が推定されるとともに、交流変調
信号の大きさが０となる際での被測定物上の見掛け電位
が検出された上、推定された被測定物、センサ電極間距
離にもとづきその見掛け電位が補正されることによっ
て、被測定物上の実電位が非接触状態で検出されるよう
にしたものである。

【００１８】さて、本発明を具体的に説明すれば、図１
は本発明による非接触電位検出装置の一例での構成を示
したものである。図示のように、本例での被測定物は、
プリント基板２０上に形成されている導体パターン１０
１とされた上、その導体パターン１０１上での電位Ｖx
が非接触電位検出装置によって検出される場合が想定さ
れたものとなっている。また、その導体パターン１０１
と相対向する任意位置にはセンサ電極１が装置本体３０
外のものとして配置されているが、そのセンサ電極１は
振動体２上に絶縁物を介し載置されたものとなってい
る。基準信号発生器４からの基準信号（基本的には正弦
波）１６がドライバ３を介し、振動体２に駆動信号１９
として与えられることによって、そのセンサ電極１はそ
の電極平面と直交する方向に、振動体２によって振動状
態におかれているものである。装置本体３０内にはま
た、Ｉ−Ｖ変換アンプ５が設けられているが、制御装置
９からの電圧制御信号１５により指定された電圧がＤ／
Ａ変換器６で発生された上、そのＩ−Ｖ変換アンプ５の
非反転入力端子（＋）に基準電圧（Ｖr ）１１として印
加されたものとなっている（基準電圧Ｖr とセンサ電極
１上の電圧との関係については後述）。この結果、セン
サ電極１が振動状態におかれた場合に、そのセンサ電極
１と導体パターン１０１間の静電容量の変化に起因して
発生される交流変調信号１０は、そのＩ−Ｖ変換アンプ
５、直流阻止コンデンサ２１を介し電圧信号１２として
検出されているものである。その電圧信号１２は、その
後、ロックインアンプ（同期検波器）７で同期検波され
るが、このロックインアンプ７については、例えば「イ
ンターフェース」（ＣＱ出版株式会社発行、１９９４年
１月号、ｐｐ．７９〜８５）に記載されているように、
検出対象としての信号を予め基準信号で変調して検出す
ることによって、雑音中に埋もれている検出対象信号は
状態良好に検出され得るものとなっている。本例では、
交流変調信号１０は基準信号発生器４からの基準信号１
６にもとづき発生されていることから、その基準信号１
６がそのままロックインアンプ７への基準信号として用
いられているものである。さて、ロックインアンプ７か
らの同期検波信号１３はＡ／Ｄ変換器８を介しディジタ
ル信号１４として、マイクロプロセッサを主構成要素と
して含む制御装置９に取込みされた上、所定に処理され
ているものである。

【００１９】以上、本発明による非接触電位検出装置に
よる構成について説明したが、その検出動作は以下のよ
うである。即ち、先ずセンサ電極１は導体パターン１０
１と相対向すべく配置されることによって、センサ電極
１、導体パターン１０１間は静電容量で結合されるが、
この状態で、センサ電極１は振動状態におかれるものと
なっている。この振動により、センサ電極１、導体パタ
ーン１０１間の結合容量はΔＣ分変化される結果とし
て、既述の数式２で示す電流ｉが交流変調信号１０とし
て検出されているわけであるが、その際に、センサ電極
１上の電圧はＩ−Ｖ変換アンプ５から与えられるものと
なっている。より詳細に説明すれば、Ｉ−Ｖ変換アンプ
５への交流変調信号１０は、そのＯＰアンプ（演算増幅
器）２２での入力インピーダンスが高いため、殆ど帰還
抵抗Ｒｆに流入し、帰還抵抗Ｒｆと流入電流ｉの積で表
される電圧がそのＯＰアンプ２２の出力電圧Ｖo として
得られるものとなっている。

【００２０】

【数４】

【００２１】ところで、その際に、ＯＰアンプ２２自体
はその反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）間の
電位差が０になるように働くため、反転入力端子（−）
の電位は非反転入力端子（＋）のそれと等しくなるもの
である。即ち、反転入力端子（−）の電位はＤ／Ａコン
バータ６から基準電圧（Ｖr ）と同一とされるものであ
る。よって、制御装置９からの電圧制御信号１５如何に
よって、センサ電極１、導体パターン１０１間の電位差
（＝Ｖx −Ｖr ）は様々に変化せしめられ得るものであ
る。よって、電圧制御信号１５により基準電圧（Ｖr ）
を、例えばステップ状に変化せしめる度に、同期検波信
号１３をＡ／Ｄ変換器８を介し制御装置９に取込むよう
にすればよいものである。尤も、その取込に際しては、
ロックインアンプ７での時定数により定まる応答時間を
待って、同期検波信号１３が制御装置９に取込される必
要があるが、何れにしても、相異なる基準電圧（Ｖr ）
各々について、同期検波信号１３がＡ／Ｄ変換器８を介
し制御装置９に取込まれるようにすればよいものであ
る。

【００２２】以上のように、基準電圧（Ｖr ）は予め想
定されたある電圧範囲内で複数段階に亘ってステップ状
に変化せしめられる必要があるが、その電圧範囲内で、
例えば同一電圧変化分を以て基準電圧（Ｖr ）がステッ
プ状に変化せしめられればよいものである。その際に、
電圧変化分が小さい程に、測定精度は向上されると予想
されるが、その反面、同期検波信号１３の取込には多く
の時間が要されるものとなっている。何れにしても、制
御装置９では、センサ電極１、導体パターン１０１間の
電位差（＝Ｖx −Ｖr ）対応に同期検波信号１３が順次
得られるが、これら同期検波信号１３の大きさの変化か
らは、センサ電極１、導体パターン１０１間の距離が推
定され得るものである。即ち、基準電圧Ｖｒを、例えば
Ｖｒ₁ からＶｒ₂ に変化させた際でのＩ−Ｖ変換アンプ
５の出力電圧Ｖo の変化率ａは、数式４から以下のよう
に求められるものとなっている。

【００２３】

【数５】

【００２４】但し、式中でのβは、β＝−ω・ε・Ｓ・
Ｒｆである。また、ｄ>>Δｄであるとして、β＝β′×
Δｄとすれば、変化率ａは、ａ＝β′／（ｄ²）として
表されることになる。よって、予め測定しておいた、セ
ンサ電極１、導体パターン１０１間距離ｄに対する誤差
分を補正することによって、導体パターン１０１上での
電位Ｖx が検出され得るものである。たとえ、表面に導
体部分が露出されていない場合であっても、例えばソル
ダーレジスト等の保護膜が被覆されている導体（パター
ン）からも、その電位が検出され得るものである。

【００２５】ここで、プリント基板２０上に実装されて
いる電子部品が、いわゆるＴＴＬＩＣであるとして、Ｔ
ＴＬ ＩＣの信号電圧を測定する場合に例を採って、よ
り具体的に数値例を挙げて説明すれば以下のようであ
る。即ち、センサ電極１、導体パターン１０１各々の直
径が１．６ｍｍ、センサ電極１、導体パターン１０１間
の距離が約２ｍｍであるとすれば、その間の静電容量は
数式１より９ｆＦ（ｆ：フェムト(＝１０^-15)）とな
る。振動体２にピエゾ等の圧電素子を用いれば、振動周
波数を４ｋＨz 、振動振幅Δｄを３μm程度としてセン
サ電極１を振動させ得ることから、ΔＣは数式３より
０．０１３３ｆＦとなる。ところで、ＴＴＬ ＩＣ一般
の電源電圧は５Ｖとされていることから、その入出力電
圧の最大値は５Ｖ以下と考えられるため、センサ電極１
に印加される基準電圧（Ｖr ）は、０〜５Ｖの電圧範囲
内であるとして、基準電圧（Ｖr ）の値は、例えば０
Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ、５Ｖといった順に順次変
化せしめられるものとなっている。ここで、導体パター
ン１０１上での電圧が３Ｖ、センサ電極１上での電圧を
０Ｖであるとすれば、センサ電極１が振動状態におかれ
た場合での交流変調信号１０の大きさは、数式２より１
ｐＡと求められ、したがって、Ｉ−Ｖ変換アンプ５での
帰還抵抗Ｒｆを１０ＭΩとすれば、図４に示すように、
Ｉ−Ｖ変換アンプ５の出力として１０μＶの電圧が得ら
れることになる。これと同様に、センサ電極１上での電
圧を５Ｖとすれば、同様にしてＩ−Ｖ変換アンプ５の出
力として−６．６８μＶの電圧が得られることになる。
図４に点線表示として示すように、理論的には、センサ
電極１上での電圧が３Ｖである場合に、Ｉ−Ｖ変換アン
プ５の出力電圧は０Ｖになる筈であるが、実際には、セ
ンサ電極１上での電圧を０Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４
Ｖ、５Ｖといった順に順次変化せしめた場合、各種誤差
要因によって、図４に実線表示として示すように、理想
状態からはずれたものとなる。これら６点各々について
の実測値から、例えば最小二乗法等によって、センサ電
極１での電圧（あるいはセンサ電極１、導体パターン１
０１間電圧）とＩ−Ｖ変換アンプ５の出力電圧との関係
を求めれば、図４に示す実線表示直線の傾きとして３．
３６×１０^-6が得られ、既述の数式５を用い説明したよ
うに、この場合でのセンサ電極１、導体パターン１０１
間の距離ｄが２ｍｍであることが知れるものである。し
たがって、予め測定しておいた距離ｄが２ｍｍである場
合での誤差データ、即ち、センサ電極１、導体パターン
１０１間の電位差が０である場合での検出電圧の誤差値
が知れ、この誤差値で検出電圧データを補正（例えば、
引き算）することによって、本来検出電圧が０となる場
合での基準電圧Ｖr が判り、これより、導体パターン１
０１上での電圧Ｖx が求められるものである。

【００２６】なお、以上の説明では、電極間電圧と検出
電圧間の関係から電極間距離を求める過程は、数式５に
示した理論式より推定するよう説明したが、予め測定し
て求めておいてもよいものである。距離ｄをパラメータ
として電極間電圧を変化させた場合での検出電圧の変化
率を実測により求めておく場合には、計測精度の向上が
期待されるものである。

【００２７】更に、センサ電極の近傍周囲に補助電極が
配置されてなる非接触電位検出装置について説明すれ
ば、図５はその一例での構成を示したものである。図示
のように、プローブ本体３２は被測定点に対して、例え
ばオシロスコープのプローブのように、人手、あるいは
何等かの機械的手段で位置決めされものであり、本例で
は、断面状態として示されたものとなっている。そのプ
ローブ本体３２内の構成要素としては、センサ電極１お
よび振動体２が含まれるべきは当然であるとして、本例
では、それら構成要素に加え、更に、補助電極３１がプ
ローブ本体３２内に設けられたものとなっている。この
補助電極３１はセンサ電極１の近傍周囲に所定に設けら
れるものであり、図６にその一例での配置態様を平面と
して示す。図示のように、本例では、センサ電極１の形
状を円形として、また、補助電極３１はその形状がドー
ナツ状としてセンサ電極１に対し同芯状に配置されてい
るが、補助電極３１がセンサ電極１に最も近接された状
態で、センサ電極１を囲むような形状であれば、補助電
極３１の形状としては、例えば矩形状であってもよいも
のである。さて、その補助電極３１であるが、これに
は、センサ電極１と同一電圧が印加される。本例では、
Ｄ／Ａ変換器６からＩ−Ｖ変換アンプ５への指定電圧が
バッファ３５を介し印加されたものとなっている。因み
に、バッファ３５，３６はＩ−Ｖ変換アンプ５と補助電
極３１を電気的にアイソレーションするために設けられ
たものであり、その特性は同一とされているが、装置構
成上での必須構成要素とはいえないものとなっている。

【００２８】さて、補助電極３１が設けられたことによ
る効果であるが、その効果は以下のようである。即ち、
センサ電極１、被測定物間は静電的に結合されている
が、補助電極３１が存在しない場合でのその結合状態、
即ち、電気力線分布状態は、図７（ａ）に示すようであ
る。これからも判るように、電極の周縁部では、電極中
央部のように電気力線が平行とはならず、既述の測定誤
差要因の１要因として挙げられるものとなっている。し
かしながら、センサ電極１の近傍周囲に補助電極３１が
設けられる場合での電気力線分布状態は、図７（ｂ）に
示すようになり、少なくとも、電極の周縁部では、電気
力線の乱れは生じなくなる結果として、測定誤差が抑制
され得るものである。なお、図５に示す構成では、補助
電極３１は振動不可として配置されているが、センサ電
極１とともに振動状態におかれるべく、配置されてもよ
いものである。また、本例では、装置本体３０としての
信号処理回路や制御装置９はプローブ本体３２外のもの
とされているが、信号処理回路のみ、またはおよび信号
処理回路および制御装置９をもプローブ本体３２に内蔵
し、一体化として構成することも可能となっている。一
体化として構成される場合には、装置自体の小型化が図
れるばかりか、扱い易くなるものである。

【００２９】最後に、プローブ本体３２のその望ましい
先端構成について説明すれば、図８に示すように、その
先端に先端ガード３３を設けるようにしたものである。
先端ガード３３自体はゴムやプラスチック等、半田や導
体パターン、プリント基板に傷を付けることがないよ
う、適当に弾力性に富む絶縁物で構成されたものとなっ
ている。この先端ガード３３が設けられたことによっ
て、測定の際に、被測定点へのプローブ本体３２の位置
決めが容易に行えるものである。即ち、先端ガード３３
が被測定部位に押し付けられた状態では、プローブ先端
位置がその押し付け位置からずれることはないものであ
る。なお、先端ガード３３がゴム等の軟らかいものから
構成される場合には、センサ電極、被測定物間の距離が
変化する虞があるが、既述のように、電極間距離の補正
によって、その変化は誤差要因とはならないものとなっ
ている。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１〜６に
よれば、以下の効果が得られるものとなっている。 請求項１，２：被測定物、センサ電極間距離に影響され
ることなく、被測定物上の未知電位をセンサ電極を以て
検出し得る非接触電位検出方法とその装置が得られる。 請求項３：それ自体が小型化されたものとして、被測定
物、センサ電極間距離に影響されることなく、被測定物
上の未知電位を検出し得る非接触電位検出装置が得られ
る。 請求項４，５：被測定物上の未知電位をセンサ電極を以
て非接触状態で検出するに際し、被測定物、センサ電極
間距離に影響されることなく、被測定物上の未知電位を
より確実に検出し得る非接触電位検出方法とその装置が
得られる。 請求項６：それ自体が小型化されたものとして、被測定
物、センサ電極間距離に影響されることなく、被測定物
上の未知電位をより確実に検出し得る非接触電位検出装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による非接触電位検出装置の一
例での構成を示す図

【図２】図２は、本発明による非接触電位検出方法が実
施される上での原理構成を示す図

【図３】図３（ａ），（ｂ）は、その非接触電位検出原
理を説明するための図

【図４】図４は、具体例での動作を説明するための図

【図５】図５は、センサ電極の近傍周囲に補助電極が配
置されてなる、本発明に係る非接触電位検出装置の一例
での構成を示す図

【図６】図６は、センサ電極の近傍周囲に設けられる補
助電極の配置態様を説明するための図

【図７】図７（ａ），（ｂ）は、その補助電極による効
果を説明するための図

【図８】図８は、プローブ本体のその望ましい先端構成
を示す図

【図９】図９（ａ），（ｂ）、従来技術に係る非接触電
位検出方法を説明するための図

【符号の説明】

１…センサ電極、２…振動体、３…ドライバ、４…基準
信号発生器、５…Ｉ−Ｖ変換アンプ、６… Ｄ／Ａ変換
器、７…ロックインアンプ、８… Ａ／Ｄ変換器、９…
制御装置、３１…補助電極、３２…プローブ本体、３３
…先端ガード、１０１…導体パターン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物上の未知電位を非接触状態で検
   出するための非接触電位検出方法であって、被測定物と
   センサ電極との間に電位差を可変としてもたせた状態
   で、被測定物と相対向する任意位置に配置されたセンサ
   電極を、該センサ電極の平面と直交する方向に一定周期
   で振動させつつ、被測定物とセンサ電極との間の電位差
   を変化せしめる度に、センサ電極自体の振動によって生
   じる交流変調信号を該センサ電極から検出するように
   し、電位差対応に検出された交流変調信号の大きさの変
   化から、理論式、あるいは予め実測されている誤差デー
   タにもとづき、被測定物とセンサ電極との間の距離が推
   定されるとともに、交流変調信号の大きさが０となる際
   での被測定物上の見掛け電位が検出された上、推定され
   た被測定物、センサ電極間距離にもとづき上記見掛け電
   位が補正されることによって、被測定物上の実電位が非
   接触状態で検出されるようにした非接触電位検出方法。
2. 【請求項２】 被測定物上の未知電位を非接触状態で検
   出するための非接触電位検出装置であって、被測定物と
   相対向する任意位置に配置されるセンサ電極と、該セン
   サ電極を該センサ電極の平面と直交する方向に一定周期
   で振動させる振動発生手段と、上記センサ電極に直接間
   接に直流電圧を変化せしめた状態として印加する直流電
   圧印加手段と、該直流電圧印加手段により上記センサ電
   極への印加直流電圧が変化せしめられる度に、該センサ
   電極からの交流変調信号を検出する交流変調信号検出手
   段と、上記直流電圧印加手段から上記センサ電極への直
   流電圧の印加を制御する一方、上記交流変調信号検出手
   段からの、直流電圧対応に検出された交流変調信号の大
   きさの変化から、理論式、あるいは予め実測されている
   誤差データにもとづき、被測定物とセンサ電極との間の
   距離を推定するとともに、交流変調信号の大きさが０と
   なる際での被測定物上の見掛け電位を検出した上、推定
   された被測定物、センサ電極間距離にもとづき上記見掛
   け電位を補正することによって、被測定物上の実電位を
   非接触状態で検出する制御・処理手段と、を少なくとも
   含む非接触電位検出装置。
3. 【請求項３】 被測定物上の未知電位を非接触状態で検
   出するための非接触電位検出装置であって、非接触電位
   検出装置が、被測定物と相対向する位置に配置されるセ
   ンサ電極と、該センサ電極を該センサ電極の平面と直交
   する方向に一定周期で振動させる振動発生手段と、上記
   センサ電極に直接間接に直流電圧を変化せしめた状態と
   して印加する直流電圧印加手段と、該直流電圧印加手段
   により上記センサ電極への印加直流電圧が変化せしめら
   れる度に、該センサ電極からの交流変調信号を検出する
   交流変調信号検出手段と、上記直流電圧印加手段から上
   記センサ電極への直流電圧の印加を制御する一方、上記
   交流変調信号検出手段からの、直流電圧対応に検出され
   た交流変調信号の大きさの変化から、理論式、あるいは
   予め実測されている誤差データにもとづき、被測定物と
   センサ電極との間の距離を推定するとともに、交流変調
   信号の大きさが０となる際での被測定物上の見掛け電位
   を検出した上、推定された被測定物、センサ電極間距離
   にもとづき上記見掛け電位を補正することによって、被
   測定物上の実電位を非接触状態で検出する制御・処理手
   段とを少なくとも含むようにして構成される際に、少な
   くともセンサ電極および振動発生手段は、一端としての
   先端が被測定物に接触可とされた、絶縁材質からなる筒
   の他端内部に収容配置された状態の非接触電位検出用プ
   ローブとして構成されてなる非接触電位検出装置。
4. 【請求項４】 被測定物上の未知電位を非接触状態で検
   出するための非接触電位検出方法であって、被測定物と
   センサ電極との間に電位差を可変としてもたせ、かつ該
   センサ電極の近傍周囲に該センサ電極と同一電位の補助
   電極が配置された状態で、被測定物と相対向する任意位
   置に配置されたセンサ電極を単独に、あるいは補助電極
   とともに該センサ電極の平面と直交する方向に一定周期
   で振動させつつ、被測定物とセンサ電極との間の電位差
   を変化せしめる度に、センサ電極自体の振動によって生
   じる交流変調信号を該センサ電極から検出するように
   し、電位差対応に検出された交流変調信号の大きさの変
   化から、理論式、あるいは予め実測されている誤差デー
   タにもとづき、被測定物とセンサ電極との間の距離が推
   定されるとともに、交流変調信号の大きさが０となる際
   での被測定物上の見掛け電位が検出された上、推定され
   た被測定物、センサ電極間距離にもとづき上記見掛け電
   位が補正されることによって、被測定物上の実電位が非
   接触状態で検出されるようにした非接触電位検出方法。
5. 【請求項５】 被測定物上の未知電位を非接触状態で検
   出するための非接触電位検出装置であって、被測定物と
   相対向する任意位置に配置され、かつ近傍周囲に同一電
   位の補助電極が配置されてなるセンサ電極と、該センサ
   電極を単独に、あるいは補助電極とともに該センサ電極
   の平面と直交する方向に一定周期で振動させる振動発生
   手段と、上記センサ電極に直接間接に直流電圧を変化せ
   しめた状態として印加する直流電圧印加手段と、該直流
   電圧印加手段により上記センサ電極への印加直流電圧が
   変化せしめられる度に、該センサ電極からの交流変調信
   号を検出する交流変調信号検出手段と、上記直流電圧印
   加手段から上記センサ電極への直流電圧の印加を制御す
   る一方、上記交流変調信号検出手段からの、直流電圧対
   応に検出された交流変調信号の大きさの変化から、理論
   式、あるいは予め実測されている誤差データにもとづ
   き、被測定物とセンサ電極との間の距離を推定するとと
   もに、交流変調信号の大きさが０となる際での被測定物
   上の見掛け電位を検出した上、推定された被測定物、セ
   ンサ電極間距離にもとづき上記見掛け電位を補正するこ
   とによって、被測定物上の実電位を非接触状態で検出す
   る制御・処理手段と、を少なくとも含む非接触電位検出
   装置。
6. 【請求項６】 被測定物上の未知電位を非接触状態で検
   出するための非接触電位検出装置であって、非接触電位
   検出装置が、被測定物と相対向する任意位置に配置さ
   れ、かつ近傍周囲に同一電位の補助電極が配置されてな
   るセンサ電極と、該センサ電極を単独に、あるいは補助
   電極とともに該センサ電極の平面と直交する方向に一定
   周期で振動させる振動発生手段と、上記センサ電極に直
   接間接に直流電圧を変化せしめた状態として印加する直
   流電圧印加手段と、該直流電圧印加手段により上記セン
   サ電極への印加直流電圧が変化せしめられる度に、該セ
   ンサ電極からの交流変調信号を検出する交流変調信号検
   出手段と、上記直流電圧印加手段から上記センサ電極へ
   の直流電圧の印加を制御する一方、上記交流変調信号検
   出手段からの、直流電圧対応に検出された交流変調信号
   の大きさの変化から、理論式、あるいは予め実測されて
   いる誤差データにもとづき、被測定物とセンサ電極との
   間の距離を推定するとともに、交流変調信号の大きさが
   ０となる際での被測定物上の見掛け電位を検出した上、
   推定された被測定物、センサ電極間距離にもとづき上記
   見掛け電位を補正することによって、被測定物上の実電
   位を非接触状態で検出する制御・処理手段とを少なくと
   も含むようにして構成される際に、少なくともセンサ電
   極および振動発生手段は、一端としての先端が被測定物
   に接触可とされた、絶縁材質からなる筒の他端内部に収
   容配置された状態の非接触電位検出用プローブとして構
   成されてなる非接触電位検出装置。