(57)【要約】【課題】光スポット領域内での潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えた状態で露光させることにより、光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させ、光スポットサイズよりも小さい潜像を形成させる。【解決手段】発光素子から出射された光束を、光学系を介して潜像担持体２００上に光スポットとして導く際に、光スポット領域内での潜像担持体２００上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えた状態で露光させることにより、光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させ、光スポットサイズより小さい潜像を形成させる。【選択図】図４
2010276802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体を帯電させて露光することにより上記潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成方法であって、
発光素子から出射された光束を、光学系を介して上記潜像担持体上に光スポットとして導く際に、光スポット領域内での上記潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えた状態で露光させることにより、光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させ、光スポットサイズより小さい潜像を形成させることを特徴とする潜像形成方法。
【請求項２】
潜像担持体の支持体は、光スポットの走査方向にライン状に導電部と絶縁部が連なる微細構造であり、露光時にそれぞれの導電部に独立した電圧を印加することで、電荷発生層にかかる電界強度分布を持たせ、露光時の光スポット領域内での量子効率を異ならせることを特徴とする請求項１記載の潜像形成方法。
【請求項３】
光源からの光束を等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面である潜像担持体上に光スポットとして集光しかつ等速度的な光走査を行なう光走査光学系を用いて上記潜像担持体を露光することを特徴とする請求項１記載の潜像形成方法。
【請求項４】
潜像担持体を帯電させて露光することにより上記潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成装置であって、
発光素子から出射された光束を上記潜像担持体上に光スポットとして導く光学系を備えた露光装置を有し、
光スポット領域内での上記潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変え、露光時に光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させ、光スポットサイズより小さい潜像を形成させる構造を備えていることを特徴とする潜像形成装置。
【請求項５】
露光装置は、光源からの光束を等角速度的に偏向させる偏向反射面を持つ光偏向器と、偏向光束を被走査面である潜像担持体上に光スポットとして集光しかつ等速度的な光走査を行なう走査結像光学系を備えた光走査装置からなることを特徴とする請求項４記載の潜像形成装置。
【請求項６】
電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えるための構造は、潜像担持体の支持体が導電部と絶縁部からなる微細構造であることを特徴とする請求項４記載の潜像形成装置。
【請求項７】
潜像担持体の支持体の微細構造は、光スポットの走査方向にライン状に導電部と絶縁部が交互に配置された構造であることを特徴とする請求項６記載の潜像形成装置。
【請求項８】
光スポット領域内で量子効率を局在化させるために、潜像担持体の支持体の複数の導電部に独立して電圧を印加する手段を有することを特徴とする請求項６記載の潜像形成装置。
【請求項９】
副走査方向の書き込み密度のピッチが微細構造ピッチの１以上の整数倍であることを特徴とする請求項７記載の潜像形成装置。
【請求項１０】
電子写真プロセスを実行する画像形成装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する装置として請求項４〜９のいずれかに記載の潜像形成装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項４〜９のいずれかに記載の潜像形成装置を用いて形成された潜像担持体の支持体の微細構造に独立な電圧を印加する電圧印加手段、上記潜像担持体に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射装置、荷電粒子ビームの照射によって上記潜像担持体から放出される電子を検出する検出器を備え、上記検出器の検出信号によって感光体試料の静電潜像を計測する静電潜像計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜像形成方法、潜像形成装置、画像形成装置および静電潜像計測装置に関するもので、特に、潜像担持体の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えた状態で露光することにより、光スポットサイズより小さい潜像を形成することを可能にしたものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスによる画像形成装置は、感光体からなる潜像担持体と、この潜像担持体に対して、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、各プロセスを実行し、さらに、定着のプロセスを実行するユニットを有している。帯電プロセスでは潜像担持体の表面に一様に帯電させ、露光プロセスでは光走査装置などによって任意の画像パターンに露光し、静電潜像を形成する。現像プロセスにおいてトナーを供給して画像をトナーによって顕在化し、転写装置でトナー像を転写紙に転写する。転写されたトナー像を定着装置で転写紙上に定着し、定着後の潜像担持体面の残留トナーはクリーニング装置によって除去され、再び上記一連のプロセスが実行される。
【０００３】
図２２は、従来の潜像形成方法で用いる潜像担持体の一般的な構成を示す。潜像担持体としては、有機感光体（「ＯＰＣ」と称されることもある）などが使われる。有機感光体は、図２２に示すように、導電性支持体２０１の上に下引き層（「ＵＬ」と称されることもある）２０２、その上に電荷発生層（「ＣＧＬ」と称されることもある）２０３、さらにその上に電荷輸送層（「ＣＴＬ」と称されることもある）２０４が形成されている。有機感光体は、表面電荷が帯電している状態で露光されると、電荷発生層の電荷発生材料（「ＣＧＭ」という）によって光が吸収され、正負両極性のチャージキャリアが発生する。一方の極性のキャリアは、電界によって電荷輸送層２０４に、他方の極性のキャリアは、導電性支持体２０１に注入される。電荷輸送層２０４に注入されたキャリアは電荷輸送層２０４中を、電界によって電荷輸送層２０４の表面にまで移動し、感光体表面の電荷と結合して消滅する。これにより、感光体表面に電荷分布を形成する。すなわち、静電潜像を形成する。電荷輸送層２０４にはキャリアを表面に移動させるための電荷輸送材料（「ＣＴＭ」という）があり、その輸送能力は、ＣＴＭ材料に依存して異なる。
【０００４】
下引き層２０２は、導電性支持体２０１からの電荷注入を阻止する働きなどがある。電荷発生層２０３に光源から導かれた光スポットが照射されると、光スポット領域全体から電荷が発生し、潜像を形成する。発生キャリアは、電荷輸送層２０４を通過中に水平方向に広がりながら表面に移動するため、潜像サイズｗｌは、光スポットサイズｗｂと同等もしくは大きく形成されるのが一般的である。このため、微小な潜像を形成するためには、光スポットサイズを小さくする必要がある。しかしながら、光スポットサイズを小さくすることは非常に難しく、最終的な画像形成装置の解像度を決めるクリティカルな要因となっている。
【０００５】
特許文献１には、従来の潜像形成方法の例が記載されている。この従来例における像担持体は、導電性基体上に光導電性および強誘電性を有する光導電性強誘電体層を備えていて、この像担持体に電圧を印加して、光導電性強誘電体層に電荷を発生させ、この電荷が分極を低減する方向に移動することにより電荷潜像を形成するものである。しかし、特許文献１記載の発明における像担持体の導電性基体は、均質な導電性の支持体であり、図２２に示す従来例と軌を一にするものであるから、後で詳細に説明する本発明に用いる潜像担持体とは、構成および根本的な技術思想が異なる。
【０００６】
また、特許文献２には、導電層と誘電層からなる電荷受容体の上記誘電層に均一な電荷を付与し、主としてベース層、導電層および感光層からなる感光体の上記感光層に上記誘電層を対向させて上記電荷受容体を密着させ、上記付与電荷と逆極性の直流電圧を両導電層間に印加すると同時に感光体または電荷受容体の一方側から光像を露光して、電荷受容体の誘電層上に光像に応じた電荷像を形成する静電潜像形成方法の例が記載されている。そして、電極層として、導電性材料または導電性の布を用いることにより微細な網点状とした例が記載されている。しかし、この網点状にした構成は、導電性材料と誘電性材料からなる電極体の構成であり、後で詳細に説明する本発明に用いる潜像担持体とは、構成および根本的な技術思想が異なる。
【０００７】
また、特許文献３には、その図１０に、画像形成装置などに用いる感光体ドラムの周辺部の内側に、対向電極をなす複数の導体部を、その間に絶縁部をおいて固定し、各プロセスに独立した所望の電圧を印加することを可能とした事例が記載されている。しかし、特許文献３に記載されている上記構成は、感光体ドラムの対向電極の構成に関するものであって、各対向電極に異なった電圧を印加することができるものの、その目的は、所望の帯電電位を設定するためであり、本発明に用いる潜像担持体とは、構成および根本的な技術思想が異なる。
【０００８】
特許文献４には、真空チャンバ内に荷電粒子ビームによる走査装置と感光体試料から放射される２次電子検出手段および上記感光体試料を配置し、上記走査装置で荷電粒子ビームを走査することにより感光体試料を帯電させ、露光によって試料上に電荷分布を生成させ、試料面から放射される２次電子を上記検出手段で検出することにより静電潜像を測定する方法および装置が記載されている。特許文献４記載の発明は、暗減衰によって時間とともに表面電位が低下する静電潜像担持体の性能を効率よく正確に評価するために、真空チャンバ内において静電潜像担持体を帯電させ、電荷分布を生成し、２次電子を測定するものである。したがって、後で詳細に説明する本発明に用いる潜像担持体とは、構成および根本的な技術思想が異なる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここでは、各請求項記載の発明に対応した目的ないしは解決課題を記す。
本発明の一つの目的は、帯電および露光により潜像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成方法および潜像形成装置であって、光スポット領域内での潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えた状態で露光させることにより、光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させ、光スポットサイズよりも小さい潜像を形成させることにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、上記潜像形成方法および潜像形成装置において、潜像担持体の支持体を、光スポットの走査方向に導電部と絶縁部が連なる微細構造とし、露光時にそれぞれの導電部に独立した電圧を印加することで、電荷発生層にかかる電界強度分布を持たせ、露光時の光スポット領域内での量子効率を異ならせることにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、上記潜像形成方法および潜像形成装置において、露光装置として、光源からの光束を等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面である潜像担持体上に光スポットとして集光し、等速度的な光走査を行なう光走査光学系を用いることにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、上記潜像形成方法および潜像形成装置において、電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えるのに有効な構造を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、光スポットサイズよりも小さい潜像を形成することにより、精細度の高い画像を得ることができる画像形成装置を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、上記潜像形成方法および潜像形成装置を用いて潜像が形成された潜像担持体試料に対して、微細構造の支持体にそれぞれ独立した電圧を印加した状態で荷電粒子ビームを照射し、この荷電粒子ビーム照射によって得られる検出信号により、潜像担持体試料の静電潜像を計測する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る潜像形成方法は、発光素子から出射された光束を、光学系を介して上記潜像担持体上に光スポットとして導く際に、光スポット領域内での上記潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えた状態で露光させることにより、光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させ、光スポットサイズより小さい潜像を形成させることを最も主要な特徴とする。
【００１６】
上記潜像担持体の支持体は、光スポットの走査方向にライン状に導電部と絶縁部が連なる微細構造とし、露光時にそれぞれの導電部に独立した電圧を印加することで、電荷発生層にかかる電界強度分布を持たせ、露光時の光スポット領域内での量子効率を異ならせてもよい。
光源からの光束を等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面である潜像担持体上に光スポットとして集光しかつ等速度的な光走査を行なう光走査光学系を用いて上記潜像担持体を露光するようにしてもよい。
【００１７】
本発明に係る潜像形成装置は、発光素子から出射された光束を上記潜像担持体上に光スポットとして導く光学系を備えた露光装置を有し、光スポット領域内での上記潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変え、露光時に光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させ、光スポットサイズより小さい潜像を形成させる構造を備えていることを主要な特徴とする。
【００１８】
上記露光装置は、光源からの光束を等角速度的に偏向させる偏向反射面を持つ光偏向器と、偏向光束を被走査面である潜像担持体上に光スポットとして集光しかつ等速度的な光走査を行なう走査結像光学系を備えた光走査装置で構成するとよい。
上記電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えるための構造は、潜像担持体の支持体が導電部と絶縁部からなる微細構造にするとよい。
上記潜像担持体の支持体の微細構造は、光スポットの走査方向にライン状に導電部と絶縁部が交互に配置された構造にするとよい。
光スポット領域内で量子効率を局在化させるために、潜像担持体の支持体の複数の導電部に独立して電圧を印加する手段を備えるとよい。
副走査方向の書き込み密度のピッチが上記微細構造ピッチの１以上の整数倍になっているとなおよい。
【００１９】
本発明に係る画像形成装置は、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する装置として前記本発明に係る潜像形成装置を備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る静電潜像計測装置は、前記本発明に係る潜像形成装置を用いて形成された潜像担持体の支持体の微細構造に独立な電圧を印加する電圧印加手段、上記潜像担持体に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射装置、荷電粒子ビームの照射によって上記潜像担持体から放出される電子を検出する検出器を備え、上記検出器の検出信号によって感光体試料の静電潜像を計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
（１）本発明に係る潜像形成方法によれば、光学系を介して、光束を潜像担持体上に光スポットとして導く際に、光スポット領域内での潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えた状態で露光させることにより、光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させることで、従来不可能であった光スポットサイズより小さい潜像の形成が可能となる。
【００２２】
（２）潜像担持体の支持体を、光スポットの走査方向にライン状に導電部と絶縁部が連なる微細構造にし、露光時にそれぞれの導電部に独立した電圧を印加して電荷発生層にかかる電界強度分布を持たせ、露光時の光スポット領域内での量子効率を異ならせることで、光スポットサイズより小さい潜像を形成させることが可能となる。
（３）光源からの光束を等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面である潜像担持体上に光スポットとして集光しかつ等速度的な光走査を行なう光走査光学系を用いることで、光スポットサイズより小さい潜像を形成させることが可能となる。
【００２３】
（４）本発明に係る潜像形成装置によれば、発光素子から出射された光束を上記潜像担持体上に光スポットとして導く光学系を備えた露光装置を有し、光スポット領域内での上記潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変え、露光時に光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させ、光スポットサイズより小さい潜像を形成させる構造を備えているため、光スポットサイズより小さい潜像を形成することが可能となる。
【００２４】
（５）上記潜像形成装置において、露光装置が、光源からの光束を等角速度的に偏向させる偏向反射面を持つ光偏向器と、偏向光束を被走査面である潜像担持体上に光スポットとして集光しかつ等速度的な光走査を行なう走査結像光学系を備えた光走査装置からなることにより、光スポットサイズより小さい潜像を形成させることができる。
（６）上記潜像形成装置において、電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変える手段として、潜像担持体の支持体が導電部と絶縁部からなる微細構造を有することにより、光スポットサイズより小さい潜像を形成させることができる。
【００２５】
（７）上記潜像形成装置において、潜像担持体の支持体の微細構造を、光スポットの走査方向にライン状に導電部と絶縁部が交互に配置された構造とすることにより、潜像担持体の製作が容易であり、光スポットサイズより小さい潜像を形成させる潜像形成装置を非常に低コストで提供することができる。
（８）上記潜像形成装置において、潜像担持体の支持体の複数の導電部に独立して電圧を印加する手段を用い、量子効率を光スポット領域内で局在化させる手段を有することにより、光スポットサイズより小さい潜像を形成させる潜像形成装置を非常に低コストで提供することができる。
（９）上記潜像形成装置において、副走査方向の書き込み密度が微細構造周期の１以上の整数倍の構成とすることにより、露光時の光スポットと微細構造の位置関係を同じ状態に保つことができ、むらの少ない、解像度の高い潜像形成装置を提供することができる。
【００２６】
（１０）本発明に係る画像形成装置によれば、電子写真プロセスを実行する画像形成装置であって、電子写真プロセスの露光プロセスを実行する装置として上記潜像形成装置を備えることにより、高密度で高画質の画像を形成することができ、耐久性に優れた画像形成装置を低コストで提供することができる。
また、帯電工程や現像工程でも、導電部と絶縁部が連なる微細構造にそれぞれ独立して電圧を印加することが可能であるため、プロセス全体として高画質の画像が得られ、動作が安定な画像形成装置を提供することができる。
【００２７】
（１１）本発明に係る静電潜像計測装置によれば、本発明に係る潜像形成装置を用いて形成された潜像担持体の支持体の微細構造に独立な電圧を印加する電圧印加手段、上記潜像担持体に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射装置、荷電粒子ビームの照射によって上記潜像担持体から放出される電子を検出する検出器を備え、上記検出器の検出信号によって感光体試料の静電潜像を計測するため、計測結果に基づき静電潜像を評価することができる。これにより、高画質を得るのに最適な潜像形成装置を提供することが可能になる。また、上記計測結果を設計部門にフィードバックすることができ、各工程のプロセスクォリティを向上させることができるため、高画質の画像が得られ、耐久性および安定性が高く、省エネルギー化が可能な潜像担持体および画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に適用可能な潜像担持体の例を示す断面図である。
【図２】本発明に適用可能な潜像担持体の別の例を示す断面図である。
【図３】本発明に適用可能な潜像担持体の支持体部分の例を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る潜像形成装置の実施例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明に適用可能な帯電装置の例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る潜像形成方法の実施例を示す断面図である。
【図７】潜像担持体を均一に帯電させ、支持体の導電部に電圧を印加したときの潜像担持体表面の電界強度分布を示すグラフである。
【図８】潜像担持体に光束が照射されてフォトンがホールキャリアに変換される量子効率と電界強度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明に適用される潜像担持体においてキャリア生成量の局在化の様子を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る潜像形成方法の別の実施例を示す断面図である。
【図１１】本発明に露光装置として適用可能な光走査装置の例を示すもので、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は光源部の斜視図、（ｃ）は光源部の別の例を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る潜像形成方法のさらに別の実施例を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る静電潜像計測装置の実施例を模式的に示す断面図である。
【図１４】上記静電潜像計測装置の真空チャンバおよび露光装置の具体的な構造を示す断面図である。
【図１５】所定の帯電電位を設定するために必要な、（ａ）は加速電圧と２次電子放出の比を示すグラフ、（ｂ）は電子ビームの加速電圧と感光体試料の帯電電位の関係を示すグラフである。
【図１６】本発明に係る静電潜像計測装置の変形実施例を模式的に示す断面図である。
【図１７】潜像担持体試料おいて生じる入射電子と電位ポテンシャルの関係を示す模式図である。
【図１８】潜像担持体における潜像の深さを計測した結果の一例を示すグラフおよびイメージ図である。
【図１９】本発明において露光装置として用いられる光走査光学系における潜像画像パターンの例を示す模式図である。
【図２０】２次電子による電荷分布・電位分布検出の原理を示す模式図である。
【図２１】本発明に係る画像形成装置の実施例を示す模式図である。
【図２２】従来の潜像担持体の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る潜像形成方法、潜像形成装置、画像形成装置および静電潜像計測装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００３０】
複写機やレーザプリンタといった画像形成装置では、電子写真方式によって出力画像を得るために、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各プロセスを実行するようになっている。これらのプロセスを実行するために、潜像担持体の一例である電子写真感光体を中心にして、これに帯電工程にて均一に帯電させ、次に、露光工程にて感光体に光を照射して部分的に電荷を逃がし、静電潜像を形成する。露光光源は、半導体レーザ（ＬＤ）や、発光ダイオード（ＬＥＤ）などがある。現像工程ではトナーを供給して静電潜像をトナー像で現像し、このトナー像を転写工程で転写紙に転写し、さらに定着工程でトナー像を転写紙に定着させて排紙する。潜像担持体に残留しているトナーをクリーニング工程で除去し、再び上記一連の画像形成プロセスに供する。
【００３１】
本発明で用いる電子写真感光体の構成例を図１、図２に示す。感光体は、ドラム状であってもシート状であってもよい。従来の感光体に用いられている導電性支持体は、通常アルミ（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）などの金属等であるが、本発明で用いる電子写真感光体は、最下部の支持体が、導体部と絶縁部が交互に並ぶ微細構造になっている。
【００３２】
図１において、感光体の支持体すなわち基板は、導電部２１５と絶縁部２１１が交互に並ぶ微細構造になっている。この基板の上に下引き層（ＵＬ）２１２、その上に電荷発生層（ＣＧＬ）２１３、さらにその上に電荷輸送層（ＣＴＬ）２１４が形成されている。表面電荷が帯電している状態で露光されることにより、表面に電荷分布が形成される原理は前述のとおりである。導電部２１５と絶縁部２１１が交互に並んで形成されている微細構造の大きさ、より具体的には、導電部２１５と絶縁部２１１の配列ピッチは、感光体表面に照射される光スポットサイズと同等か、あるいはそれより小さいことが望ましい。例えば、１０〜５０μｍ程度であることが望ましい。微細構造をより微細化すれば、製作は複雑になるが、高い解像度の潜像を形成することができる。
【００３３】
図２は、感光体の別の例を示す。この感光体は基板の構成が図１に示す基板の構成と異なっていて、基板全域に絶縁部２１１が形成され、絶縁部２１１に一定間隔で導電部２１５が埋め込まれた構造になっている。すなわち、絶縁基板に導電部２１５が一定の間隔で配置されている。そして、基板の表面には、絶縁部２１１と導電部２１５が交互に表れている。
【００３４】
図３は、ドラム型感光体２００の基板の微細構造の外観例を示す。この例では、導電部２１５と絶縁部２１１がそれぞれ光スポットの走査方向すなわち主走査方向にライン状に連なり、ドラム型感光体２００の回転方向すなわち副走査方向に導電部２１５と絶縁部２１１が交互に配置されている。このように、導電部２１５をライン状に形成することにより、感光体の製作が容易で、低コスト化を実現しやすい。図３では、絶縁性のドラム支持体をベースにして、これに導電性部材がドラムの母線方向にストライプ状に連なっている。すなわち、図３は、図２に示す感光体の基板構造を想定した例になっている。図３では、ドラム型感光体の周方向の一部だけに導電部２１５が形成されているように描かれているが、導電部２１５は、ドラム型感光体の全周に配置されている。
【００３５】
図４に、感光体２００に対する潜像形成工程および現像工程を実行するための各ユニット配置例を示す。感光体２００の外周面に沿って、矢印で示す感光体２００の回転方向に、帯電装置１１２、露光装置としての光走査装置１１７、現像装置１１３が順に配置されている。帯電装置１１２は、図５（ａ）に示すようなコロトロン帯電方式や、図５（ｂ）に示すようなスコロトロン帯電方式、あるいは、図示されないローラによる帯電方式などから、適宜の方式を選択して採用することができる。要は、所望の電位で帯電することができればよい。したがって、電子ビームの照射によって帯電する方式であってもよい。感光体２００の表面の帯電電位は、負帯電の場合−３００Ｖ〜−１０００Ｖ程度が一般的である。図４に示す例では、感光体２００の基板は前述のように絶縁部２１１からなり、この基板に導電部２１５が一定間隔で配置された構造になっている。上記帯電工程では、帯電直下の各導電部２１５は、図４の例のように、ＧＮＤと導通している状態すなわち接地されていることが望ましい。これにより、感光体は、帯電電位ＶＤで帯電される。
【００３６】
帯電工程では、帯電領域近傍の各導電部２１５がＧＮＤと導通して、各導電部２１５の電位がＧＮＤの電位になっているが、露光工程では、各導電部２１５の電位の状態が変わってくる。図６に、露光工程において各導電部２１５に印加する電位の例を示す。図６に示すように、光スポットが照射される直下の導電部２１５には、電圧値Ｖ０が印加されており、その近傍の導電部２１５には、電圧値Ｖ１が印加されるようになっている。これらの印加電圧は、Ｖ０＝０Ｖ（ＧＮＤ）、Ｖ１＝ＶＤ（表面電位）と等しい電位であることが望ましい。感光体試料支持体である基板の導電部２１５に、感光体の表面２１８の電位と同じ電位を印加すると、その導電部２１５の直上付近にかかる電界強度が大幅に小さくなり、実質的にほとんど０になる（図７参照)。
【００３７】
図８は、感光体が感度を有する波長（約４００−１０００ｎｍ）の光源によって照射されたフォトンがホールキャリアに変換される量子効率と電界強度との関係を示す。電荷発生材料は、フタロシアニン系であるが、アゾ系などその他の電荷発生材料でも同等の傾向を示す。従来の電荷発生材料の使い方では、電界強度Ｅは、帯電電位ＶＤ、膜厚ｄとしたとき、
Ｅ＝ＶＤ／ｄ
で表される。実機条件での帯電電位は−３００〜−１０００Ｖ、膜厚は１５〜５０μｍであるため、Ｅ＝１〜５ｘ１０＾５／ｃｍ前後であり、量子効率はおおよそ５０〜１００％であって、量子効率が高い。これに対して、電界強度が小さくなると量子効率は急激に低下し、３ｘ１０＾４／ｃｍ以下になると、量子効率は０．１以下となり、キャリアがほとんど発生しなくなる。これにより、ＧＮＤと導通した導電部２１５直上のごく近傍からのみキャリアが発生することになる。
【００３８】
図９に、照射された光スポットの光量分布とキャリア生成量分布の関係を示す。キャリア発生量は、光スポットの光量分布と量子効率との積で表される。したがって、電界強度が小さいと、光が照射されてもキャリアは中心付近でしか発生しない。換言すれば、露光プロファイルが小さくても、非常に微小サイズの潜像を形成することが可能である。これは、感光体の支持体（基板）側に局所的な電圧をかけることにより、量子効率を光スポット領域内で、局在化させることができることを意味する。
【００３９】
従って、光スポット領域内での潜像担持体上の電荷発生層にかかる電界強度を局所的に変えた状態で露光させることにより、光スポット領域内の限定された領域で電荷を発生させると、光スポットサイズより小さい潜像を形成することができることになる。これは、解像度は、照射する光のスポットサイズに依存することなく、導電性基板のサイズに依存することを意味する。
【００４０】
図１１は、露光手段である光走査装置の例を詳細に示す。図１１（ａ）に示すように、半導体レーザを含む光源ユニット６１から射出した光ビームは、カップリングレンズ６２を経て線像結像光学系としてのシリンダレンズ６４に入射する。この例における光源ユニット６１は、複数の光ビームが射出されるマルチビーム光源ユニットである。シリンダレンズ６４は副走査方向にのみパワーを有し、入射してくる複数の光ビームを副走査方向にのみ集束させ、光偏向器としてのポリゴンミラー６５の反射面近傍に、主走査方向に長い線像として結像させる。ポリゴンミラー６５は、このポリゴンミラーを回転駆動する図示されないモータと駆動用ＩＣを備えている。駆動用ＩＣに適切なクロックを与えることでモータとポリゴンミラー６５を所望の速度で回転させることができる。
【００４１】
ポリゴンミラー６５が等速回転すると、その反射面で反射された各光ビームは、それぞれ偏向ビームとなって等角速度的に偏向される。各偏向ビームは、偏向しつつ、２つの走査レンズからなる走査結像光学系６６を透過すると、長尺平面鏡６７で反射されて光路を屈曲され、被走査面の実体をなす感光体（潜像担持体）２００の表面に、走査結像光学系６６の作用により光スポットとして集光する。図１１（ａ）に示すように、ポリゴンミラー６５の一つの反射面によって被走査面を複数の光ビームで同時に走査する。走査結像光学系６６はｆθ機能を有していて、上記等角速度的に偏向される光ビームを、感光体２００の表面において等速度的に走査させる。
【００４２】
光源ユニット６１の各発光点の発光信号を制御するバッファメモリを画像処理装置内に備えていて、このバッファメモリには、上記各発光点に対応する１ライン分の印字データが蓄えられている。ポリゴンミラー６５の偏向反射面１面毎に上記印字データが読み出され、感光体２００の表面の走査線上で印字データに対応して光ビームが点滅し、感光体２００の表面に走査線に従って静電潜像が形成される。
【００４３】
図１１（ｂ）、（ｃ）は、マルチビーム光源ユニットの例を示す。図１１（ｂ）に示す例では、マルチビーム光源として、４個の光源が１列に配列された半導体レーザレイ８０１が、カップリングレンズ６２の光軸に対し垂直をなす方向に向けて配置されている。
【００４４】
図１１（ｃ）に示す例は、発光点をｘ軸方向と，ｙ軸方向に平面的に配置した、例えば波長７８０ｎｍの垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）８０２からなる光走査装置の光源部の例である。図１１（ｃ）に示す光源部は、水平方向（主走査方向）に３個、垂直方向（副走査方向）に４個、計１２個の発光点を有する面発光レーザを用いている。このように構成された光源部を、図１１（ａ）に示す光走査装置１１７に適用することにより、一つの走査線上を水平方向に配置した３つの光源により走査し、垂直方向４本の走査線を同時に走査するように構成することができる。
【００４５】
ＶＣＳＥＬは光源数の増減が容易であるので、水平方向・垂直方向の数は上記の例に限定されるものではない。例えば、発光点が４０個あってもよく、その配列も例えば４×１０，８×５のようにしてもよい。発光点が等間隔になるように配置にする必要もない。また、光源から放射される波長は、７８０ｎｍ帯に限るものではない。
【００４６】
ＶＣＳＥＬを用いると、端面発光型の半導体レーザを複数用いる半導体レーザ（ＬＤ）アレイに比較して、発生させる光束の数が増加するほど、レーザ光束１本当たりのコストを低コスト化できる。またＶＣＳＥＬは共振器長が非常に短いことから、モードホッピングもＬＤアレイより起こりにくく、原理的にモードホッピングが発生しないように構成することもできる。従って、波長変化に起因する光走査の品質劣化を低減できる。特に、波長の変化による光学特性の変化が大きい回折光学素子を用いた光学系に垂直共振器型面発光レーザを適用した場合には、モードホッピングがないことによって、非常に良好な光走査を行うことができる。
【００４７】
近年の画像形成装置においては、書き込み密度が６００ｄｐｉ（４２．３μｍ）以上，１２００ｄｐｉ（２１．２μｍ）、２４００ｄｐｉ（１０．６μｍ）、４８００ｄｐｉ（５．３μｍ）というように、高密度化が進み、これに対応するために、複数の光源を用いることが増えている。光源数を増やすことによって、高速化が可能となり、感光体に形成される潜像位置精度あるいは紙出力画像でのドット位置精度が向上する。しかし、光スポットサイズは限界まで小さく絞られていてその大きさは従来と変わりがないので、光スポットサイズの微小化による解像度の向上は限界まで達していて、それ以上は向上しない。
【００４８】
その点、本発明における感光体の基板構造を採用すると、光スポットサイズは従来と変わりがなくても、感光体の表面に小径のドットを多数形成することが可能となり、極めて解像度の高い画像を得ることが可能である。
【００４９】
従来一般の走査光学系は、走査領域全体を均一サイズの光スポットで走査する必要がある。光スポットサイズは６０〜８０μｍであり、非常に小さいサイズの場合でも３０〜４０μｍ程度にしか絞ることができない。そかし、図１、図２に示すような本発明の実施例における基板の導電部２１５は、数十μｍ程度あるいはそれ以下のサイズに加工をすることは容易である。
【００５０】
また、走査光学系では、走査領域の中心部と周辺部でスポットサイズが異なると、中心部と周辺部で画像が異なることになるから、スポットサイズは走査領域全域で均一サイズにする必要がある。その実現のため、高精度な非球面あるいは、自由曲面形状のレンズを製作する必要がある。しかし、本発明の実施例によれば、上記のごとく、基板の導電部２１５の幅で潜像の精細度が決まるので、走査光学系の走査範囲におけるビームスポットサイズは、必ずしも均一である必要がなく、低コストかつ解像度の高い潜像を形成することが可能となる。
【００５１】
なお、露光装置の例として光偏向器を用いた走査光学系について記載したが、光偏向器を持たず、多数の発光素子が配列された発光素子アレイと、発光素子から出射される光束を光スポットとして導くための光学系と、を有してなる光書き込みユニットを用いてもよい。この場合、光源としては、ＬＥＤアレイ（ＬＥＤＡ）が好適である。この場合、前記導体部２１５と絶縁部２１１が光スポットの副走査方向にライン状に連なり、ドラム型感光体２００の主走査方向に導電部２１５と絶縁部２１１が交互に配置されていてもよい。すなわち、図３に示す導体部２１５と絶縁部２１１の配置が９０度回転した状態になっていてもよい。
【００５２】
なお、図４に示す例では、感光体（潜像担持体）の基板を構成する導電部２１５は、ＧＮＤに導通させていたが、必ずしもこれに限定されるものではない。導電部２１５にプラス電圧を印加して強電界をかけ、量子効率を上げてもよい。
また、隣接する近傍導電部２１５の印加電圧は必ずしもＶＤでなくてもよく、潜像の広がりを考慮して、電圧値を適切に選択してもよい。
また、導電部２１５の幅Ｗｃと、この導電部２１５間に存在する絶縁部２１１の幅Ｗｉの比は、図１、図２に示す例では１：１となっているが、これに限られるものではない。例えば、隣接する導電部２１５相互間で放電しない範囲で、絶縁部２１１の幅を狭めてもよい。
【００５３】
さらに、隣接する近傍導電部をＧＮＤに対して絶縁させるフローティング方式であってもよい。図１０はこのフローティング方式の例を示す。この例では、一つの導電部２１５をＧＮＤに接続し、これに隣接する両側の導電部２１５はＧＮＤに接続されることなくＧＮＤから浮いている。その他の構成は図１、図２に示す例と同じである。
【００５４】
図１０に示す例によれば、各導電部２１５を正確に制御することはできなくても、電界強度を中心の導電部２１５のみに局所化することが可能であるから、画像の解像度を高めることができる。図１０に示す例によれば、構成が簡単であり、また、放電の可能性も少なくて済むので、導電部２１５の幅選択の自由度が増す。感光体の基板に占める導電面積率を上げることもできる。また、絶縁体２１１の代わりに高抵抗体を使用してもよい。高抵抗体を用いた場合、感光体に流れるエレクトロンの整流に適する。
【００５５】
副走査方向の書き込み密度のピッチは、微細構造ピッチＰの整数倍の構成であることが望ましい。これにより、感光体の駆動と同期を取ることで、光スポットが照射される位置と、基板のパターン関係が常に同じ状態を保つことができる。この結果、濃度むらが起き難い。
【００５６】
書き込み密度ピッチと微細構造ピッチＰが揃っている場合、導体部２１５の幅Ｗｃは、
書き込み密度／２≦Ｗｃ＜書き込み密度
であることが望ましい。すなわち、
６００ｄｐｉ＝４２．３μｍである場合、
２１．２≦Ｗｃ＜４２．３（μｍ）
１２００ｄｐｉ＝２１．２μｍである場合、
１０．６≦Ｗｃ＜２１．２（μｍ）
２４００ｄｐｉ＝１０．６μｍである場合、
５．３≦Ｗｃ＜１０．６（μｍ）
４８００ｄｐｉ＝５．３μｍである場合、
２．６５≦Ｗｃ＜５．３（μｍ）
が好適である。
【００５７】
図１２は、導電部２１５の幅Ｗｃ＋絶縁部２１１の幅Ｗｉのパターンピッチｐが副走査ピッチＰｓの１／２である場合の例を示す。光スポットが照射される中心の２つの導電部２１５の電位がＶ０に設定されている。このように電位を設定すると、微小潜像を全画像領域に均一に形成するのに有利であり、濃度むらの影響をほとんど排除することが可能となる。
【００５８】
潜像担持体としては、光導電性材料などが良く使われる。中でも有機感光体（ＯＰＣ）は、製作性に優れている。
電荷発生材料としては、チタニルフタロシアニンなどのフタロシアニン系化合物やアゾ顔料などがある。
電荷輸送材料としては、ホール輸送の場合は、ヒドラゾン系、スチルベン系、ジスチルベン系、ブタジエン系、トリフェニルアミン系、トリフェニルジアミン系、アミノビフェニル系化合物等があり、電子輸送材としては、ＰＶＫ、ＴＮＦ、ジフェノキノンなどがあるが、これらに限られるものではない。
下引き層は、樹脂、金属酸化物粒子、導電性添加物などにより構成される。
【００５９】
感光体（潜像担持体）の支持体すなわち基板の製造方法としては、ポリカーボネート（ＰＣ）やＰＭＭＡなどの樹脂に溝を掘り、この溝にアルミ（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、銅、金などの導体を埋め込む方法、あるいは、ＳｉＯ２などの基板に導電性材料を蒸着する方法や、フィルムにパターニングする方法などがある。
その他、感光体の構成として、ＣＴＬとＣＧＬが逆層構成となっているものであってもよいし、電荷発生材と電荷輸送材を混合した、単層感光体であってもよい。また、ＣＴＬよりも上面側に保護膜が形成されている場合もあるが、保護膜が電荷を輸送する能力のあるものであれば本発明に適用可能である。
【００６０】
次に、ここまで説明してきた潜像形成装置あるいは潜像形成方法を適用した画像形成装置の実施例を説明する。図２１は、画像形成装置の１形態であるレーザプリンタの例を略示している。レーザプリンタ１００は、像担持体１１１として円筒状に形成された光導電性の感光体を有している。像担持体１１１の周囲には、帯電装置としての帯電ローラ１１２、現像装置１１３、転写ローラ１１４、クリーニング装置１１５が配備されている。この実施の形態では、帯電装置として、オゾン発生の少ない接触式の帯電ローラ１１２を用いているが、コロナ放電を利用するコロナチャージャを帯電装置として用いることもできる。また、光走査装置１１７が設けられ、帯電ローラ１１２と現像装置１１３との間で、レーザビームＬＢの光走査による露光を行うようになっている。
【００６１】
図２１において、符号１１６は定着装置、符号１１８はカセット、符号１１９はレジストローラ対、符号１２０は給紙コロ、符号１２１は搬送路、符号１２２は排紙ローラ対、符号１２３はトレイを示している。画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体１１１が図２１において時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１２により均一に帯電され、光走査装置１１７から出射されるレーザビームが、上記帯電面を走査して光書き込みを行うことにより露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は現像装置１１３により反転現像され、像担持体１１１上にトナー画像が形成される。
【００６２】
転写紙を収納したカセット１１８は画像形成装置１００本体に着脱可能で、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙の最上位の１枚が給紙コロ１２０により給紙される。給紙された転写紙は、その先端部をレジストローラ対１１９に銜えられる。レジストローラ対１１９は、像担持体１１１上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングをあわせて転写紙を転写部へ送りこむ。送り込まれた転写紙は、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ１１４の作用によりトナー画像が転写紙に静電転写される。トナー画像を転写された転写紙は定着装置１１６でトナー画像を定着されたのち、搬送路２１を通り、排紙ローラ対１２２によりトレイ１２３上に排出される。トナー画像が転写されたのち、像担持体１１１の表面はクリーニング装置１１５によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
【００６３】
本発明に係る潜像形成方法あるいは潜像形成装置を適用した画像形成装置によれば、前述のとおり、感光体の基板が独特の構成を備えていることにより、高解像度で、かつ、高精彩の画像を得ることができ、また、信頼性の高い画像形成装置を提供することができる。
特に、ＶＣＳＥＬなどのマルチビーム走査光学系を搭載した画像形成装置に適する。
【００６４】
本発明はまた、前述のような独特の基板構造を備える感光体に、帯電および露光によって形成された静電潜像が、狙い通りの静電潜像であるか否かを判定するための静電潜像計測装置を提供する。
図１３に、静電潜像計測装置の実施例を示す。この静電潜像計測装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部４と、露光装置６、感光体試料設置部２０、感光体試料に適切な電圧を印加するための複数の電圧電源８０、１次反転荷電粒子や２次電子などの検出部８を備えている。ここでいう、荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。
【００６５】
図１３に示す実施例は、電子ビームを照射する構成になっている。図１３において、荷電粒子ビーム照射装置４は、真空チャンバ―４０内に以下のように構成部分が組み込まれることによって構成されている。真空チャンバ―４０の上端近くに荷電粒子ビームを照射する電子銃４１が取り付けられ、その下方に、サプレッサ電極４２、エキストラクタすなわち引き出し電極４３、加速電極４４、コンデンサレンズ４５、ビームブランキング電極４６、仕切り弁４７、可動絞り４８、スティグメータすなわち補正用電極４９、偏向電極（走査レンズに相当する）５０、静電対物レンズ５１、ビーム射出開口部５２がこの順に配置されている。上記サプレッサ電極４２および引き出し電極４３は電子ビームを制御し、加速電極４４は電子ビームのエネルギーを制御し、コンデンサレンズ４５は電子銃から発生された電子ビームを集束させる。ビームブランキング電極４６は電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせ、仕切り弁４７および可動絞り４８は電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャとして機能する。偏向電極５０はビームブランカを通過した電子ビームを走査させるための走査レンズとして機能し、偏向電極５０を通過した電子ビームは対物レンズ５１で再び感光体試料２０の面に収束させられる。各レンズ等には図示しない駆動用電源が接続されている。
なお、荷電粒子としてイオンビームを用いる場合には、電子銃４１の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。
【００６６】
上記露光装置６は、いわゆる周知のレーザスキャナであって、図４、図２１に示す光走査装置１１７と実質的に同じ構成になっている。図１３において、露光装置６は、感光体試料２０に関して感度を持つ波長の光を放射するＬＤ（レーザダイオード）などの光源６１、コリメートレンズ６２、アパーチャ６３、集光レンズ６４、ガルバノミラーやポリゴンミラーなどからなる光偏向器６５、走査結像レンズ６６、ミラー６７などを備えている。上記露光装置６は、感光体試料２０上に所望のビーム径、ビームプロファイルを生成することが可能であり、感光体試料２０の表面を上記ビームで走査することができる。ＬＤ制御手段により適切な露光時間、露光エネルギーで感光体試料２０に光ビームを照射できるようになっている。
【００６７】
露光装置６は、ライン状のパターンを形成するために、光学系にガルバノミラーやポリゴンミラーを用いたスキャニング機構を付けてもよい。また図１１（ｂ）、（ｃ）のように、光源６１にＶＣＳＥＬ等を用いたマルチビーム走査光学系であってもよい。また、光偏向器６５による主走査方向に加えて、副走査方向にもスキャンさせる機構を設けることにより、２次元の露光パターンを形成可能な方式にしてもよい。
【００６８】
露光装置６は、ポリゴンモータなど偏向器の振動や電磁場の影響が電子ビームの軌道に影響を与えないように、図１３に示す実施例では真空チャンバ４０の外に配置されている。露光装置６を電子ビーム軌道位置から遠ざけることにより、電子ビームが外乱の影響を受けることを抑制することができる。露光装置６から出射される光ビームは、光学的に透明な入射窓６８から感光体試料２０に向かって入射するようになっていて、露光装置６は真空チャンバ４０の空間から隔離されている。
【００６９】
図１４は、上記実施例の真空チャンバ４０および露光装置６の具体的な構造を示す断面図である。図１４に示すように、真空チャンバ４０の鉛直軸に対して４５°の角度で、真空チャンバ４０の内部に外部から光を入射させることができる入射窓６８が配置され、この入射窓６８から真空チャンバ４０内に走査ビーム７７を入射させる露光装置６が真空チャンバ４０の外側に配置されている。露光装置６は前述のとおり走査光学系からなり、光源部、走査レンズ、同期検知手段、ポリゴンミラーからなる光偏向器６５、光路を曲げるミラー７２等を有してなる。露光装置６の主要部は光学ハウジング６９の上に配置され、上部はカバー７１で覆われて遮光されている。光学ハウジング６９は水平方向の平行移動台８３の上に取り付けられ、平行移動台８３は柱状の複数本の構造体８２を介して除振台８１の上に取り付けられている。上記ミラー７２でほぼ４５°の角度で斜め下方に折り曲げられる走査ビーム７７の進路の周りは、外部遮光筒７３、内部遮光筒７５、これら内外の遮光筒の接続部に介在するラビリンス部７４によって遮光されている。
【００７０】
上記除振台８１の上に真空チャンバ４０が固定されている。真空チャンバ４０内に前記試料載置台としての試料ステージ７８が水平面内において直交２軸方向に移動可能に取り付けられている。試料ステージ７８には感光体試料２０を載置することができ、この感光体試料２０に対し真上から荷電粒子ビームを照射する前記荷電粒子ビーム照射装置４が真空チャンバ４０に取り付けられている。荷電粒子ビーム照射装置４の内部も真空チャンバ４０と連通していて真空に保たれている。真空チャンバ４０内には、感光体試料２０に静電潜像を形成した後、感光体試料２０に荷電粒子ビームを照射することによって放出される電子ビームを検出する検出器８の検出端が感光体試料２０に向かって伸びている。
【００７１】
走査レンズ６６はｆθ特性を有しており、光偏光器６５が一定の角速度で回転しているとき、光ビームは像面すなわち感光体試料２０の面を略等速度で移動する構成となっている。また、感光体試料２０の面上のビームスポット径も略一定の径に保たれて走査可能な構成となっている。
【００７２】
走査光学系からなる露光装置６は、真空チャンバ４０に対し離れて配置されているので、ポリゴンスキャナ等の光偏向器６５を駆動することによって発生する振動は、直接真空チャンバ４０に伝播されることがなく、上記振動の影響は少ない。図１４には示していないが、構造体８２と除振台８１との間にダンパを挿入すれば、防振効果をさらに高めることができる。
【００７３】
このように、感光体試料２０を露光する装置を、スキャニング機構による露光装置とすることにより、感光体資料２０の母線方向に対して、ラインパターンを含めた任意の潜像パターンを形成することができる。
また、感光体資料２０の所定の位置に潜像パターンを形成するために、光偏向器６５からの走査ビームを検知する同期検知手段を有しているとなおよい。
感光体試料２０の形状は、平面であっても曲面であってもよい。
【００７４】
次に、ここまで説明してきた静電潜像計測装置を用いた静電潜像の測定方法ないしは評価方法の原理について説明する。まず、感光体試料２０に電子ビームを照射させる。図１５（ａ）に示すように、加速電圧｜Ｖａｃｃ｜を、２次電子放出比が１となる加速電圧より高い電圧に設定すると、入射電子量が放出電子量より上回るため、電子が感光体試料２０に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、感光体試料２０を、一様にマイナスに帯電させることができる。電子ビームの加速電圧と感光体試料２０の帯電電位には、図１５（ｂ）のような関係があり、電子ビームの加速電圧と照射時間を適切に行うことにより、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の実機と同じ帯電電位を形成することができる。照射電流は大きい方が、短時間で目的の帯電電位に到達することができるため、数ｎＡで照射している。この後、後述の静電潜像の観察を可能にするために、入射電子量を１／１００〜１／１０００に下げる。
【００７５】
次に、露光装置６により感光体試料２０を露光して静電潜像を形成する。露光装置６の光学系は、所望のビーム径及びビームプロファイルを形成するように調整されている。必要露光エネルギーは、感光体試料２０の特性によって決まるファクタであるが、通常、２〜１０ｍＪ／ｍ２程度である。感度が低い感光体では、十数ｍＪ／ｍ２必要なこともある。帯電電位や必要露光エネルギーは、感光体特性やプロセス条件に合わせて設定するとよい。
【００７６】
このようにして、電子写真装置の実機に合わせた露光条件、例えば露光エネルギー密度０．５〜１０ｍＪ／ｍ２、ビームスポット径３０−１００μｍに設定し、さらに、デューティ、画周波数、書込密度、画像パターン等の条件を設定するとよい。画像パターンとしては、１ドット孤立の他、図１９（ａ）に示すような１ドット格子，図１９（ｂ）に示すような２ｂｙ２，図１９（ｃ）に示すような２ドット孤立、図１９（ｄ）に示すような２ドットによるラインなど様々なパターンを形成することができる。このようにして、感光体試料２０に任意の静電潜像を形成することができる。
【００７７】
次に、真空チャンバ４０内において感光体試料２０を電子ビームで走査し、放出される２次電子を検出器（シンチレータ）８で検出し、電気信号に変換してコントラスト像を観察する。このようにすると、露光されることなく残っている帯電部は２次電子検出量が多く、露光部は２次電子検出量が少ない明暗のコントラスト像が生じる。暗の部分を露光による潜像部とみなすことができる。
【００７８】
感光体試料２０の表面に潜像が形成されて電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。このため、感光体試料２０の表面に電子が入射することによって発生した２次電子は上記電界によって押し戻され、検出器８に到達する量が減少する。従って、露光部では電荷がリークして黒、非露光部では電荷がリークすることなく白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を得ることができ、これを測定することができる。
【００７９】
図２０（ａ）は、荷電粒子捕獲器２４と感光体試料との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明的に示したものである。試料の表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態にある。荷電粒子捕獲器２４には正極性の電位が与えられているから、実線の電位等高線群で示すように、試料の表面から荷電粒子捕獲器２４に近づくに従い電位が高くなる。
従って、試料の負極性に均一帯電している部分である図のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、荷電粒子捕獲器２４の正電位に引かれ、矢印Ｇ１や矢印Ｇ２で示すように変位し、荷電粒子捕獲器２４に捕獲される。
【００８０】
一方、図２０（ａ）において、光照射されて負電位が減衰した部分の中央部にあるＱ３点近傍では、電位等高線の配列は破線で示すように、Ｑ３点を中心とした半楕円形になり、この部分電位分布では、Ｑ３点に近いほど電位が高くなっている。したがって、Ｑ３点の近傍で発生した２次電子ｅｌ３には、矢印Ｇ３で示すように、試料側に拘束する電気力が作用する。このため２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線で示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器２４に向って移動することはない。図２０（ｂ）は、上記ポテンシャルの穴を模式的に示している。
【００８１】
換言すれば、荷電粒子捕獲器２４により検出される２次電子は、その強度（２次電子数）の大きい部分が、「静電潜像の地の部分」すなわち均一に負帯電している部分（図２０（ａ）の点Ｑ１やＱ２に代表される部分）に対応し、強度の小さい部分が、「静電潜像の画像部」すなわち光照射された部分（図２０（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）に対応することになる。
【００８２】
従って、図１３に示す２次電子検出器８で得られる電気信号を、信号検出部９で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、サンプリング時刻：Ｔをパラメータとして、表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理手段１０により上記表面電位分布（電位コントラスト像）：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を２次元的な画像データとして構成することができる。これを測定結果出力装置１１で出力すれば、静電潜像のパターンを可視的な画像として得ることができる。
【００８３】
例えば、捕獲される２次電子の強度を、明るさの強弱で表現すれば、静電潜像の画像部分は暗く、地の部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じた明暗像として表現（出力）することができる。もちろん、表面電位分布を知ることができれば、表面電荷分布も知ることができる。
感光体の表面電荷分布や表面電位分布のプロファイルを測定することにより、さらに高精度に測定することが可能である。
【００８４】
図１６は、表面電位分布測定装置の他の例を示している。図１６において、感光体試料２０の下部の試料設置部には、電圧±Ｖｓｕｂを印加できる電圧印加部が接続されている。また、感光体試料２０の上部は、入射電子ビームが感光体試料２０の電荷の影響を受けることを抑制するために、グリッドメッシュ９０を配置した構成となっている。その他の構成は図１３に示す測定装置の構成と同じであるから、説明を省略する。
【００８５】
図１７は、感光体試料おいて生じる入射電子と電位ポテンシャルの関係を示している。図１７（ａ）は加速電圧が表面電位ポテンシャルより大きい場合、図１７（ｂ）は加速電圧が表面電位ポテンシャルより小さい場合をそれぞれ示す。入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、感光体試料２０に到達する前に反転するような領域が存在し、その１次入射荷電粒子を検出する構成となっている。
なお、加速電圧は、正で表現することが一般的であるが、加速電圧の印加電圧Ｖａｃｃは負であり、電位ポテンシャルとして物理的意味を持たせるためには、負で表現する方が説明しやすいため、ここでは加速電圧は負（Ｖａｃｃ＜０）と表現している。
【００８６】
電子ビームの加速電位ポテンシャルをＶａｃｃ（＜０）、感光体試料２０の電位ポテンシャルをＶｐ（＜０）とする。電位とは、単位電荷が持つ電気的な位置エネルギーである。したがって、入射電子は、電位０（Ｖ）では加速電圧Ｖａｃｃに相当する速度で移動する。すなわち、電子の電荷量をｅ、電子の質量をｍ、電子の初速度をｖ０とすると、これらの関係は、
ｍ・ｖ０２／２＝ｅ×｜Ｖａｃｃ｜
で表される。真空中ではエネルギー保存の法則により、加速電圧の働かない領域では等速で運動し、感光体試料面に接近するに従い、電位が高くなり、感光体試料２０の電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が遅くなる。
【００８７】
したがって、一般的に以下のような現象が起こる。図１７（ａ）において、｜Ｖａｃｃ｜≧｜Ｖｐ｜であるから、電子は、速度は減速されるものの、感光体試料２０に到達する。図１７（ｂ）において、｜Ｖａｃｃ｜＜｜Ｖｐ｜の場合には、入射電子の速度は試料の電位ポテンシャルの影響を受けて、徐々に減速し、感光体試料２０に到達する前に速度が０となって、反対方向に進む。空気抵抗の無い真空中では、エネルギー保存則がほぼ完全に成立する。
【００８８】
したがって、入射電子のエネルギー変えたときの、感光体試料面上でのエネルギーすなわちランディングエネルギがほぼ０となる条件を計測することで、感光体試料の表面電位を計測することができる。ここでは１次反転荷電粒子、特に電子の場合を１次反転電子と呼ぶことにする。試料に到達したとき発生する２次電子と１次反転荷電粒子では、検出器に到達する量が大きく異なるので、明暗のコントラストの境界より、識別することができる。
【００８９】
なお、走査電子顕微鏡などは、反射電子検出器を備えている。この場合の反射電子とは、一般的に試料の物質との相互作用により、入射電子が後方背面に反射（散乱）され、試料の表面から飛び出す電子のことを指す。反射電子のエネルギーは入射電子のエネルギーに匹敵する。反射電子の強度は試料の原子番号が大きいほど大きいといわれ、反射電子の強度によって試料の組成の違い、凹凸がわかるため、これを利用した検出方法である。
これに対して、１次反転電子は、試料表面の電位分布の影響を受けて、試料表面に到達する前に反転する電子のことであり、反射電子とは全く異なる現象によって生じるものである。
【００９０】
図１８は潜像の深さを計測した結果の一例を示す。各走査位置（ｘ，ｙ）で、加速電圧Ｖａｃｃと、感光体試料の下部への印加電圧Ｖｓｕｂとの差をＶｔｈ（＝Ｖａｃｃ−Ｖｓｕｂ）とすれば、ランディングエネルギがほぼ０となるときのＶｔｈ（ｘ，ｙ）を測定することで電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）を測定することができる。Ｖｔｈ（ｘ，ｙ）は、電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）とは一意的な対応関係があり、Ｖｔｈ（ｘ，ｙ）はなだらかな電荷分布などであれば、近似的に電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）と等価となる。
【００９１】
図１８上段の曲線は感光体試料表面の電荷分布によって生じた表面電位分布の一例を示している。２次元的に走査する電子銃の加速電圧は−１８００Ｖとした。中心（横軸座標＝０）の電位が約−６００Ｖであり、中心から外側に向かうにしたがって、電位がマイナス方向に大きくなり、中心から半径が７５μｍを超える周辺領域の電位は約−８５０Ｖ程度になっている。図１８中段の楕円形は、試料の裏面をＶｓｕｂ＝−１１５０Ｖに設定したときの検出器出力を画像化したものである。このとき、Ｖｔｈ＝Ｖａｃｃ−Ｖｓｕｂ＝−６５０Ｖとなっている。図１８下段の楕円形は、Ｖｓｕｂ＝−１１００Ｖとしたほかは上記条件と同じ条件で得られた検出器出力を画像化した図である。このときのＶｔｈは−７００Ｖになっている。
【００９２】
以上のように、加速電圧Ｖａｃｃまたは印加電圧Ｖｓｕｂを変えながら、感光体試料表面を電子ビームで走査させ、上記Ｖｔｈ分布を計測することにより、試料の表面電位情報を計測することが可能となる。
この方法を用いることにより、従来困難であった、潜像プロファイルをミクロンオーダーで可視化することが可能となる。
【００９３】
１次反転電子で潜像プロファイルを計測する方式では、入射電子のエネルギーが極端に変わるため、入射電子の軌道がずれてくることが生じ、その結果として、走査倍率が変わり、あるいは、歪曲収差を生じるというような不具合を生じる。
その場合には、静電場環境や電子軌道をあらかじめ計算しておき、それをもとに補正することにより、さらに高精度に計測することが可能となる。
【符号の説明】
【００９４】
１１２    帯電装置
１１３    現像装置
１１７    光走査装置
２００    潜像担持体
２１１    絶縁体
２１５    導電部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９５】
【特許文献１】特開２０００−２８４５７３号公報
【特許文献２】特開昭６２−０４９３６４号公報
【特許文献３】特開２００５−２８３７１２号公報
【特許文献４】特開２００３−２９５６９６号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010276802.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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