(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面電荷分布の測定方法であって、
前記試料に荷電粒子ビームを照射し、前記試料表面をスポット状に帯電する帯電工程と、
前記試料の一面に第１電極を接触させる第１接触工程と、
前記試料の他面に前記第１電極と抵抗を介して接続されている第２電極を接触させる第２接触工程と、
前記第１電極および前記第２電極の電位が連動するように前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加する印加工程と、
前記第１電極および前記第２電極に電圧が印加された状態で前記試料表面の表面電荷分布を測定する測定工程と、
を備え、
前記印加工程において、前記第１電極および前記第２電極が同電位となるように電圧が印加されることを特徴とする表面電荷分布の測定方法。
【請求項２】
試料の表面電荷分布の測定装置であって、
荷電粒子ビームを照射し前記試料を帯電する照射手段と、
照射された前記荷電粒子ビームを、表面電荷分布を有する試料に走査する走査手段と、
帯電された前記試料に露光パターンを形成するパターン形成手段と、
前記試料の一面に接触する第１電極と、
前記第１電極と抵抗部材を介して接続され、前記試料の他面に接触する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の電位が連動するよう前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記試料から放出される２次電子を検出する検出手段と、
前記第１および前記第２電極よりも前記照射手段側に配置された網目状電極と、
前記試料の観察領域の周辺を覆うように配置された側面電極を有する等速電界形成手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記照射手段の射出口と比較し前記試料に近い側であって、前記射出口から照射され前記試料へと至る前記荷電粒子ビームの経路に重ならない位置に配置され、
前記等速電界形成手段は、前記検出手段と比較し前記試料に近い側に配置されていることを特徴とする表面電荷分布の測定装置。
【請求項３】
前記等速電界形成手段は、前記第１電極または前記第２電極に固定されている請求項２記載の表面電荷分布の測定装置。
【請求項４】
前記試料に予め所定の間隔を空けるように設定されている潜像パターンを１列に２個以上形成し、形成された前記潜像パターンからの２次電子を前記検出手段で検出することで静電潜像画像を取得し、前記静電潜像画像から倍率変動を計測する請求項２または３記載の表面電荷分布の測定装置。
【請求項５】
前記第１電極および前記第２電極が同電位となるように前記第１電極および前記第２電極へ電圧が印加される請求項２乃至４のいずれかに記載の表面電荷分布の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面電荷分布測定方法、表面電荷分布測定装置および画像形成装置に関するもので、特に、誘電体の周辺の電界を適切に制御しつつ、誘電体表面の電荷分布をミクロンオーダーで測定する表面電荷分布測定方法および表面電荷分布測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やレーザプリンタといった電子写真方式画像形成装置において用いられる感光体の表面電位を計測する方法としては、電位分布を有する試料にセンサヘッドを近づけ、そのときの相互作用として起こる静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に換算する方式がある。この方式による表面電位計測方法では、分解能が原理的に数ミリ程度と悪く、１μｍというような高い分解能を得ることはできない。
【０００３】
また、ＬＳＩチップの評価として、電子ビームを用い、１μｍオーダーの電位を計測する方法が知られている。しかし、この評価は、ＬＳＩの導電部に対する評価であり、電位は高々＋５Ｖ程度の低電位であって電位が限定され、本発明が対象としている感光体試料における数百〜数千Ｖの負電荷に対応することはできない。
【０００４】
電子ビームによる静電潜像の観察方法としては、特許文献１記載の発明などがある。評価対象となる試料としては、ＬＳＩチップや静電潜像を記憶・保持できる試料に限定されていて、暗減衰を生じる通常の感光体は、測定することができない。通常の誘電体は電荷を半永久的に保持することができるので、電荷分布を形成後、時間をかけて測定を行っても、測定結果に影響を与えることはない。
【０００５】
しかしながら、電子写真方式画像形成装置において用いられる感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持できず、暗減衰によって時間とともに表面電位が低下してしまう。感光体が電荷を保持できる時間は、暗室であってもせいぜい１０〜６０秒である。従って、帯電・露光後に電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で観察しようとしても、その準備段階で静電潜像は消失してしまう。潜像形成後、遅くても３秒以下で計測しなければならない。
【０００６】
また、特許文献２に記載されているＸ線顕微鏡においては、使用波長が全く異なる上に、任意のラインパターンや、所望のビーム径およびビームプロファイルの潜像を形成することができない。
【０００７】
そこで、本発明者は、暗減衰を有する感光体試料であっても静電潜像を測定することができる方式を発明して特許出願した(例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、電荷分布を有する試料を計測する場合、導体である試料の観察や、電荷を有していない絶縁体試料を観察する場合とは異なり、試料自身の電荷によって周辺の電場環境に変化を及ぼす。このため、荷電粒子ビームの入射軌道や検出器に導かれる２次電子の軌道が大きく影響を受ける。そのため、静電潜像を高精度に計測するためには、試料周辺の電界をコントロールすることが非常に重要となる。
【０００９】
特許文献６に記載されている表面電位分布測定装置では、試料の電位は未知であるため、試料の電位と等電位面との電位にずれが生じることがある。また、等電位面を実現するための新たな電源も必要となるだけでなく、等電位面に電源側から電子が過剰に供給されると、２次電子に起因する新たな電子放出（２次電子再配分）の影響を受けやすく、画像劣化の要因となる。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、誘電体である試料周辺の電界を適切に制御しつつ、誘電体表面の電荷分布をミクロンオーダーで測定することで、良好な検出画像を取得することのできる表面電荷分布の測定方法および表面電荷分布の測定装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る試料の表面電荷分布測定方法は、試料に荷電粒子ビームを照射し、試料表面をスポット状に帯電する帯電工程と、試料の一面に第１電極を接触させる第１接触工程と、試料の他面に第１電極と抵抗を介して接続されている第２電極を接触させる第２接触工程と、第１電極および第２電極の電位が連動するように第１電極および第２電極に電圧を印加する印加工程と、第１電極および第２電極に電圧が印加された状態で試料表面の表面電荷分布を測定する測定工程と、を備え、印加工程において、第１電極および第２電極が同電位となるように電圧が印加されることを最も主要な特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る試料の表面電荷分布測定装置は、荷電粒子ビームを照射し試料を帯電する照射手段と、照射された荷電粒子ビームを、表面電荷分布を有する試料に走査する走査手段と、帯電された試料に露光パターンを形成するパターン形成手段と、試料の一面に接触する第１電極と、第１電極と抵抗部材を介して接続され、試料の他面に接触する第２電極と、第１電極と第２電極の電位が連動するよう第１電極と第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と、試料から放出される２次電子を検出する検出手段と、第１および前記第２電極よりも照射手段側に配置された網目状電極と、試料の観察領域の周辺を覆うように配置された側面電極を有する等速電界形成手段と、を備え、検出手段は、照射手段の射出口と比較し試料に近い側であって、射出口から照射され試料へと至る荷電粒子ビームの経路に重ならない位置に配置され、等速電界形成手段は、検出手段と比較し試料に近い側に配置されていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る静電潜像評価方法および静電潜像評価装置を用いることで、誘電体の周辺の電界を適切に制御しつつ、誘電体表面の電荷分布をミクロンオーダーで測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る表面電荷分布測定装置の例を示すモデル図である。
【図２】図１の表面電荷分布測定装置に設けられている等速電界形成手段と試料ホルダ手段の配置を示すモデル図である。
【図３】図２の試料ホルダ手段を詳細に示すモデル図である。
【図４】試料ホルダ手段の他の構成を示すモデル図である。
【図５】接触電極が設けられていない表面電荷分布測定装置の例を示すモデル図である。
【図６】本発明に係る、接触電極が設けられている表面電荷分布測定装置を示すモデル図である。
【図７】等速電界形成手段を示すモデル図である。
【図８】放出電子発生部材を示すモデル図である。
【図９】等速電界形成手段と試料ホルダ手段の配置の別の例を示すモデル図である。
【図１０】図９の等速電界形成手段と試料ホルダ手段が設けられている表面電荷分布測定装置を示すモデル図である。
【図１１】試料ホルダ手段の更に別の例を示すモデル図である。
【図１２】感光体試料の構成を示す断面図である。
【図１３】加速電位と帯電電位の関係を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る表面電荷分布測定装置の全体構成の例を示す概略図である。
【図１５】図１４の表面電荷分布測定装置において用いられる走査光学系および光源の例を示す斜視図である。
【図１６】図１４の表面電荷分布測定装置において用いられる走査光学系の例を示す概略図である。
【図１７】図１６の走査光学系において用いられる音響光学偏向素子の例を示す概略図とその性質を示すグラフである。
【図１８】形成される潜像画像パターンの例を示す平面図である。
【図１９】２次電子による電荷分布検出の原理を示すモデル図である。
【図２０】２次元露光の方法を示すフローチャートである。
【図２１】本発明に係る表面電荷分布測定装置の制御系を示すブロック図である。
【図２２】寸法計測用露光パターンを示す平面図である。
【図２３】倍率変動補正の原理を示すモデル図およびグラフである。
【図２４】寸法計測の方法を示すフローチャートである。
【図２５】グリッドピッチとＧａｐの関係を示すモデル図である。
【図２６】本発明が利用している入射電子と試料との関係を示すモデル図である。
【図２７】試料を２次元的に走査したときの検出信号強度とスレッショルド電位Ｖｔｈとの関係を示すグラフおよびモデル図である。
【図２８】潜像の深さの計測方法を示すフローチャートである。
【図２９】ビームスポット径と潜像径の関係を示すグラフおよびモデル図である。
【図３０】画像形成装置の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る表面電荷分布測定装置および表面電荷分布測定方法の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、図１を用いて試料の表面電荷分布を計測する表面電荷分布測定装置の構成について説明する。表面電荷分布計測装置１は、荷電粒子照射部５０、試料載置部６０、２次電子検出器２４、等速電界形成手段７１および情報処理部８０を有する。これら各構成は、図示しない電源に接続されるとともに、図示せぬホストコンピュータからなる制御手段により動作が制御される。
【００１７】
荷電粒子照射部５０は、荷電粒子ビームとしての電子ビームを発生させるための電子銃１１と、電子ビームを制御する引き出し電極（エキストラクタ）１２と、電子ビームのエネルギを制御する加速電極１３と、電子銃から発生された電子ビームを集束させるための静電レンズ（コンデンサレンズ）１４と、電子ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うビームブランキング電極（ビームブランカ）１５と、仕切り板１６と、電子ビームの照射電流の電流密度（単位時間あたりの照射電位数）を制御するための可動絞り１７と、ビームブランキング電極１５を通過した電子ビームの非点補正を行うスティングメータ１８と、スティングメータ１８を通過した電子ビームを走査させる偏向コイルである走査レンズ（偏向電極）１９と、走査レンズ１９を通過した電子ビームを再び集光する静電対物レンズ２０と、ビーム射出開口部２１と、を備えている。それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。なお、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のことを指す。イオンビームを用いて帯電を行う場合には、電子銃１１の代わりに液体金属イオン銃等を用いる。
【００１８】
図２は、試料載置部６０を示す概略図である。試料載置部６０は、試料としての感光体２３を載置するための台である。試料載置部６０に感光体２３が載置された後、静電潜像計測装置１の筐体内部が図示せぬ真空ポンプを用いて真空状態にされ、帯電特性の評価が行われる。試料載置部６０は、試料ホルダ手段６２および試料アライメント手段６３を備えている。
【００１９】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、試料ホルダ手段６２の構成を示す概略図である。本実施例においては、試料２３は、円筒形状を有する感光体ドラムの一部を切り出したものである。この試料２３の背面（図２における下側）には、様々な曲率に対応できるように中心付近が盛り上がって形成されている、いわゆる蒲鉾型の形状をした第１電極（背面電極）６４が当接している。背面電極６４がこの形状をしていることで、様々な曲率を有する試料２３でも、その背面に接触できるようになっている。背面電極６４は、外部電源と導通しているため、背面電極６４に電圧を印加できる構成となっている。
【００２０】
試料２３の上面には、図３（Ａ）に示すように、試料２３のうち静電潜像が形成される観察領域に相当する部分が開口部６５１となっている第２電極（試料接触電極）６５があり、観察領域外で試料２３と接触する構成となっている。試料接触電極６５は、保持部材６６を介して背面電極６４と離間した位置で固定されることにより、試料２３の測定面と試料接触電極６５との位置関係が保たれている。
【００２１】
背面電極６４と試料接触電極６５とは、抵抗部材６７を介して接続されている。これにより、背面電極６４の電位を設定することで同時に試料接触電極６５の電位を設定できる構成になっている。
【００２２】
また、試料２３が平板の場合には、図４のように、背面電極６４と試料接触電極６５とを平板状にしてもよい。
【００２３】
上述したように、背面電極６４と試料接触電極６５とが抵抗部材６７で連結した構成とすることで、背面電極６４と接触電極６５との電位を等しくすることができる。計測中に試料背面電極６４の電圧を変化させた場合の、帯電部の平均電位をＶＤ、背面電極６４の電位をＶｓｕｂとすると、Ｖｓｕｂ＝０（ＧＮＤ）のとき、帯電電位はＶＤ、接触電極６５の電位は０Ｖ（ＧＮＤ）、電位差はＶＤとなる。また、Ｖｓｕｂ＝Ｖ１のとき、帯電電位はオフセットされるため、帯電電位はＶＤ＋Ｖ１、接触電極６５の電位はＶ１となり、電位差ＶＤが維持される。すなわち、計測中に電極電圧６４を変化させても、（電位差はあるものの）観察領域と周辺電場の環境は維持されているため、２次電子が検出器に到達しやすい電界を維持することができ、良好な計測を行うことができる。
【００２４】
このように、背面電極６４と接触電極６５とを抵抗部材６７を介して連結させることで、接触電極に電圧を与えることが可能であるが、このときの抵抗部材６７の抵抗値が非常に重要である。抵抗値が小さい場合には、電源から多くの電流を供給可能な状態であるため、１次荷電粒子あるいは２次電子が接触電極に衝突し、２次電子が過剰に放出され、取得画像のＳＮ比が低下する恐れがある。従って、抵抗値の高い抵抗部材６７で連結することが望ましい。
【００２５】
しかしながら、抵抗部材６７の抵抗値が大きすぎると、入射荷電粒子に応じて電位差が生じてしまう。そのため、抵抗値は、
抵抗値＜０．０１×試料の平均電位／試料電流Ａ
の範囲であることが望ましい。具体的には、試料電位が−１０００Ｖ、試料電流が２ｎＡの場合、
抵抗値＜５ＭΩ
となる。
【００２６】
一方、抵抗体を介さずに直接背面電極６４と連結させる場合、すなわち抵抗が０の場合は、接触電極６５がＧＮＤ電極に接触すると、ショートしてシステムが完全にダウンする恐れがある。そこで、システムが許容できる最大電流が１０Ａ、背面電極６４への最大印加電圧が−３０００Ｖの場合、抵抗値は３００Ω以上が望ましい。
【００２７】
従って、抵抗部材６７の抵抗値は３００Ω以上５ＭΩ以下が好適であるといえる。
【００２８】
抵抗部材６７の抵抗値が上述した範囲である場合には、接触電極６５がＧＮＤ電極に接触する不具合が発生したときにも、ショートを防止し、システムの破損を効果的に防止することができる。また、電源からの電流供給が過剰な状態とならず、２次電子再配分による影響を抑えることができ、ＳＮ比の高い画像を取得することが可能となる。
【００２９】
抵抗部材６７の種類としては、セラミック抵抗、カーボン被膜抵抗、金属被膜抵抗、セメント抵抗等を用いることができる。また、抵抗部材６７は、荷電粒子ビーム射出口から死角の位置に設けられることが望ましい。
【００３０】
試料接触電極６５を備えることによって別の効果がある。図５は、従来方式として、接触電極６５が無い場合の試料ホルダ手段６２の構成と空間電位等高線を示す。接触電極６５が無いと、試料自身の電荷に伴い、空間電位等高線が試料側面に伸びるため、１次荷電粒子あるいは２次電子は試料に対して水平方向に進みやすくなり、検出手段２４へ到達しにくくなる。この結果、検出信号に輝度むらを生じる。この輝度むらの発生は、観察中心から離れるに従って顕著となる。また、２次電子の再配分に伴い、表面電荷分布の測定に用いられない余分な場所が不規則に帯電され、これも誤差要因となる。
【００３１】
これに対して、図６に示す本発明に係る静電潜像測定装置の実施例では、接触電極６５があるため、１次荷電粒子あるいは２次電子は観察領域の周辺から放出される検出器に到達しやすくなる。また、2次電子再配分の影響も抑えることができる。
【００３２】
図７（ａ）〜（ｃ）を用いて等速電界形成手段７１を備えた実施例について説明する。等速電界形成手段７１は、主に網目状電極７２、側面電極７５、およびこれらが載置される網目状電極受け７６から構成されている。
【００３３】
図７（ｂ）に示すように、網目状電極７２は、導電部７３と開口部７４からなり、試料２３の上面に配置されている。
【００３４】
図７（ｃ）に示すように、側面電極７５は、観察領域の外側の側面に、入射荷電粒子照射ビームが通過する領域を覆うように配置されている。なお、本実施例では側面電極７５は直方体形状であるが、本発明においてはこれに限らず、円筒形状であっても良い。
【００３５】
網目状電極７２と側面電極７５は、ＧＮＤに導通している。従って、網目状電極７２と側面電極７５に囲まれた空間は、等速電界状態を維持することができる。これにより、入射荷電粒子ビームは、試料直前の網目状電極７２まで試料２３の帯電状態の影響を受けずに試料２３に到達することが可能となる。
【００３６】
図２を用いて、真空チャンバ内での等速電界形成手段と試料ホルダの配置関係を説明する。検出器２４は、電子銃１１の荷電粒子ビーム射出口１１１よりも試料２３側で、荷電粒子ビームの中心軸から横方向に外れた位置に配置されている。すなわち、試料２３の電荷による電場の影響を排除するための等速電界形成手段６１を、検出器２４の中心の高さと試料２３表面との間に配置した構成となっている。そして、側面電極の高さを、試料２３を基準に検出器２４の中心高さよりも低く設定することで、入射荷電粒子ビームあるいは2次電子の軌道を確保することができる。
【００３７】
図２に示すように、試料ホルダ６２と等速電界形成手段６１とは、別体として配置されている。等速電界形成手段６１は、真空チャンバ内部と連結され、荷電粒子ビームあるいは試料アライメント手段に対して固定され、試料ホルダ６２の間には、所定の隙間が確保されている。
【００３８】
また、荷電粒子ビーム射出口１１１には、２次電子を検出器２４に導くための放出電子発生部材１１２が配置されている。図８に示すように、放出電子発生部材１１２は、中心部分に荷電粒子射出口１１２ａが形成された、薄い略円盤形状をしている。
【００３９】
試料２３からの２次電子放出や入射電子のエネルギが高く、検出器２４の引き込み電圧だけでは検出器２４に２次電子を引き込めない場合でも、一旦放出電子発生部材１１２に衝突させることによってエネルギを低下させ、検出可能な状態にすることができる。また、放出電子発生部材１１２が薄い円盤形状をしていることにより、真空チャンバ内の空間スペースを確保できる。さらに、角部が少ない円盤形状とすることで、ＳＥＤの引き込み電圧と発生部材間の放電を抑制することができる。
【００４０】
放出電子発生部材１１２の、荷電粒子が衝突する側の平面は、平滑性の高い形状であると良い。放出電子発生部材１１２の表面に凹凸があると、反射される２次電子量にばらつきが生じ、コントラスト像に影響を及ぼす。そのため、放出電子発生部材１１２の、荷電粒子が衝突する側の平面を研磨して平滑度を上げることが好ましい。表面精度としては、表面粗さＲａ＝０．８μｍ以下であることが好ましい。放出電子発生部材１１２の材質としては、銅やアルミなどが良い。金や銀などのメッキ処理を行うことで、２次電子放出比が高くなり、ＳＮ比を向上させることができる。
【００４１】
図９に示すように、試料載置部６０と等速電界形成手段６１とを一体的に形成しても良い。この場合、試料載置部６０と等速電界形成手段７１とは、所定の厚さを有する絶縁体６９を介して密着固定されている。絶縁体６９は、入射荷電粒子の射出点から見て死角となる位置に配置されているため、絶縁体６９が帯電せず、電磁場環境を乱さないようになっている。これにより、等速電界形成手段７１と試料２３とは常に一定のギャップを確保することができ、試料を交換した場合でも、再現性の高い高精度な測定が可能となる。
【００４２】
潜像形成用の露光光源２を使用する場合は、図１０に示すように、光路を確保するため、側面電極７５に開口部を用いた構成でも良い。
【００４３】
また、図１１に示すように、背面電極６４と試料接触電極６５とが抵抗部材６７を介して接続されるとともに、試料接触電極６５とＧＮＤとを第２抵抗部材６７１を介して接続するようにしてもよい。この場合、第２抵抗部材６７１は、可変抵抗であってもよい。背面電極６４と接触電極６５とを連結する抵抗部材６７の抵抗をＲ１、接触電極６５とＧＮＤとを連結する第２抵抗部材６７１の抵抗をＲ２とすると、試料２３の上面の電圧Ｖは
Ｖ＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）Ｖｓｕｂ
と表すことができる。ここで、第２抵抗部材６７１を可変抵抗とすると、Ｒ２＝０のときＶ＝０となる。また、Ｒ２が絶縁またはＲ１に比べて充分に大きいときはＶ＝Ｖｓｕｂとなる。そのため、試料２３の種類や評価項目により抵抗値を変化させることができる。
【００４４】
上述した表面電荷分布測定装置１を用いて試料２３の表面電荷分布を測定する方法について説明する。
【００４５】
試料２３が絶縁体である場合には、電荷を半永久的に保持できるため、測定や測定準備に要する時間に制約を受けることがない。絶縁体２３の測定は、試料を試料ホルダにセットして、荷電粒子ビームで走査し、放出される２次電子をシンチレータで検出し、電気信号に変換してコントラスト像を観察することで行われる。試料２３の表面に電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。そして、入射電子によって発生した２次電子は、この電界によって押し戻され、検出器に到達する量が減少する。
【００４６】
そのため、試料２３表面のうち、電荷密度が高い領域では、２次電子が反発する加速電界領域となり、２次電子の検出量が多くなる。また、電荷密度が低い領域では、２次電子が引き込まれる減速電界領域となり、２次電子の検出量が少なくなる。こうして試料２３の表面電荷分布に明暗のコントラスト像が生じる。
【００４７】
一方、試料２３が感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持できず、暗減衰が生じ時間とともに表面電荷が低下してしまう。このため、内部が真空となっている表面電荷分布測定装置内で試料２３を帯電、露光させることで、画像形成装置等の実機の環境と同等の条件下で静電潜像を形成し、潜像形成直後に短時間で計測を完了しなければならない。
【００４８】
そこで、試料２３が感光体であり、その感光体試料２３に静電潜像を形成し、表面電荷分布を測定する方法の一例を示す。
【００４９】
図１２に、一般的な感光体２３の構成を示す。感光体２３は、導電性支持体２３４の上に下引き層（ＵＬ）２３３、電荷発生層（ＣＧＬ）２３２、電荷輸送層（ＣＴＬ）２３１がこの順に形成されることによって構成されている。感光体２３の表面が帯電している状態で露光されると、ＣＧＬ２３２の電荷発生材料（ＣＧＭ）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。このキャリアは、電界によって、一方はＣＴＬ２３１に、他方は導電性支持体２３４に注入される。ＣＴＬ２３１に注入されたキャリアは、電界によりＣＴＬ２３１中からその表面まで移動し、感光体２３１表面の電荷と結合して消去する。ＵＬ２３３は、導電性支持体２３４からの電荷注入を阻止する働きがある。これにより、感光体２３表面に電荷分布すなわち静電潜像が形成される。
【００５０】
次に帯電手段について説明する。電子写真用感光体は、実機では絶対値にして、４００〜１０００Ｖ程度の電位で帯電させる必要がある。従って、真空チャンバ内で、真空環境においても使用可能な荷電粒子ビームを用いて、所望の電位に帯電させる必要がある。
【００５１】
まず、感光体試料に電子ビームを照射させる。図１３（ａ）に示すように、加速電圧Ｅ１は、これを２次電子放出比δが１となる加速電圧Ｅ０より高い加速電圧に設定することにより、入射電子量が放出電子量を上回り、電子が試料に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、試料はマイナスの一様帯電を生じることができる。加速電圧と照射時間を適切に行うことにより、所望の帯電電位を形成することができる。
【００５２】
加速電圧と帯電電位には、図１３（ｂ）に示すような比例関係がある。そのため、加速電圧と照射時間を適切に行うことにより、電子写真における実機と同じ帯電電位を形成することができる。具体的には、
｜Ｅ１−Ｅ０｜≧｜Ｖｓ|
の条件を満たす電子の加速電圧Ｅ１で照射することにより、試料を電位Ｖｓに帯電させることができる。電子ビーム照射電流を大きくすれば、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の電子ビーム照射電流とすることが好ましい。
【００５３】
また、別の帯電方法として、背面電極に電圧を印加しても良い。試料を電位Ｖｓに帯電させるために、一定時間照射する電子の加速電圧と試料の飽和帯電電位の関係が直線近似できる範囲において、背面電極電圧をＶｓｕｂとしたときに、
｜Ｅ１−Ｅ０＋Ｖsub｜≧｜Ｖｓ｜
の式を満たす条件で、試料に対して電子を照射する帯電方法を用いてもよい。
【００５４】
表面電荷分布測定装置１に搭載されている露光光源２の詳細について図１４および図１５を用いて説明する。
【００５５】
露光光源２は、試料としての感光体２３を露光するための構成要素であり、試料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となっている。また、ＬＤ（レーザダイオード）制御手段により、後述する光源としてのＬＤを用いて、適切な露光時間、露光エネルギとなるよう光束を照射できるようになっている。
【００５６】
露光光源２は、レーザスキャナと同様に構成されていて、光源としてのＬＤ（不図示）、走査レンズ１０６、同期検知手段（不図示）、偏向手段としてのポリゴンミラー１０５などを有している。露光光源２を保持するハウジング３２は、露光光源２全体を覆い、真空チャンバ３０内部へ入射する外光（有害光）を遮光する構成となっている。
【００５７】
露光光源２やポリゴンミラー１０５などを駆動する際に発生する振動や電磁波が電子ビームの軌道に影響を与えないように、露光光源２を真空チャンバの外に配置すると良い。露光光源２を電子ビーム軌道位置から遠ざけることにより、外乱の影響を抑制することが可能となる。露光光源２からの光束は、透明な入射窓より真空チャンバ内に入射させることが望ましい。
【００５８】
本実施例では、図１４に示すように、真空チャンバ３０の鉛直軸に対して４５°の位置に、真空チャンバ３０内部に対して外部の光源から射出された光束が入射可能なシャッタ（不図示）を有する入射窓３１を配置し、真空チャンバ３０外部に露光光源２を配置した構成となっている。
【００５９】
露光光源２は、真空チャンバ３０に対して離れて配置するので、ポリゴンミラー１０５等の光偏向器を駆動する際に生じる振動が直接真空チャンバ３０に伝播されず、その影響を抑えることができる。さらに、図１４では図示していないが、構造体３３と除振台３４との間にダンパを挿入すれば、更に高い防振効果を得ることができる。
【００６０】
露光光源２は、所望のビーム径及びビームプロファイルを形成できるように調整されている。ビーム径は、入射窓３１の開口径を変更することで、３０〜１００μｍの範囲で設定することが可能である。点灯時間は実機と同様、５ｎｓ以上の時間で任意に設定することが可能であり、予め決められた出力情報により光源の点灯消灯が制御される。
【００６１】
必要露光エネルギは、感光体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は、感光体特性やプロセス条件に合わせて設定すると良い。
【００６２】
なお、光源は、図１５（ｂ）および（ｃ）のように、ＶＣＳＥＬ等のマルチビーム光源であってもよい。
【００６３】
本発明に係る表面電荷分布測定装置１の本実施例では、ラインのパターンを形成するために、光学系にガルバノスキャナやポリゴンスキャナなど反射手段による偏向手段を用いて、主走査方向にスキャニングが行われる。
【００６４】
図１６は、露光光源に、副走査方向にスキャンするための、回折光学偏向素子１０３が配置されている様子を示す。図１６の露光光源は、感光体に関して感度を持つ波長のＬＤ（レーザダイオード）１００、コリメートレンズ１０１、アパーチャ１０２、回折光学偏向素子１０３、シリンダレンズ１０４、ポリゴンミラー１０５、走査レンズ１０６、同期検知用ミラー１０７、同期検知手段１０８などを備えており、感光体試料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となっている。
【００６５】
回折光学偏向素子１０３は、変調信号を与えることで、屈折率の粗密を変えることができる光学素子である。回折光学偏向素子１０３として、液晶変調素子や電気光学素子を用いることができるが、音響光学偏向素子が最も適している。
【００６６】
音響光学素子の一実施例を図１７（ａ）に示す。音響光学偏向素子１０３は、その駆動周波数を変調することによりレーザ光を角度変調させることができる。音響光学偏向素子は、機械的可動部がないので高速な走査を実現できる回折光学偏向素子である。
【００６７】
電気音響偏向素子１０３は、二酸化テルル（ＴｅＯ２）やモリブデン酸鉛（ＰｂＭｏ０４）などの単結晶またはガラスからなる音響光学媒体に、圧電素子などの超音波トランスデューサを接着して形成されている。この圧電素子に外部から電気信号を与えて超音波を発生させ、音響光学媒体中に超音波を伝播させると、媒体内に周期的な屈折率の粗密を形成することができる。
【００６８】
媒体中を通るレーザ光はブラッグ回折により回折し、入射光は、０次光の他に±１、２、…の回折光を生じる。０次回折光と１次回折光との角度θは、空気中の光波長をλ、音響波基本周波数をｆａ、音響波速度をＶａとすると、以下の式で表される。
θ＝λ・ｆａ／Ｖａ
【００６９】
偏向角をΔθだけ変化させるためには、基本周波数ｆａをΔｆａ分だけシフトさせる。すなわち、音響波周波数変調をΔｆａとすると、Δθは以下の式で表される。
Δθ＝λ・Δｆａ／Ｖａ
【００７０】
この素子を電圧制御発振機（ＶＣＯ）とＲＦアンプで駆動することで、副走査方向に光束を走査することができる。図１７（ｂ）は、ＶＣＯに入力する電圧と出力周波数の関係を示す。図１７（ｂ）からも分かるように、ＶＣＯに適切な電圧を入力して周波数を変化させることにより、所望の方向に光束を偏向させることができる。
【００７１】
これらを用いることにより、電子写真の実機にあわせた露光条件、例えば光源波長を４００〜８００ｎｍ、露光エネルギ密度を０．５〜１０ｍＪ／ｍ2、ビームスポット径を３０〜１００μｍとする他、デューティ、画周波数、書込密度、画像パターン等の条件設定を任意に行うことで、様々な条件での潜像形成を行うことが可能となる。図１８に示すように、画像パターンとして、（ａ）１ドット孤立の他、（ｂ）２ドット孤立、（ｃ）１ｂｙ１、（ｄ）２ｂｙ２など、様々なパターンを感光体試料２３に形成することができる。
【００７２】
次に、形成された静電潜像の計測を行う。感光体試料２３を電子ビームで走査し、放出される２次電子をシンチレータで検出し、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、帯電部の２次電子検出量が多く、露光部の２次電子検出量が少なくなるため、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ので、ビームを走査させずにスポット露光した場合の明暗の境界が潜像径となる。
【００７３】
試料２３表面に電荷分布があると、表面電荷分布に応じた電界分布が試料２３の上方の空間に形成される。このため、入射電子によって発生した２次電子がこの電界によって押し戻され、検出器２４に到達する量が減少する。従って、電荷リーク箇所は、露光部が黒、非露光部が白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を測定することができる。
【００７４】
図１９（ａ）は、２次電子検出器２４と、試料２３との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものである。試料２３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である。２次電子検出器２４には正極性の電位が与えられているから、実線で示す電位等高線群においては、試料２３の表面から２次電子検出器２４に近づくに従い電位が高くなる。
【００７５】
従って、試料２３における負極性に均一帯電している部分である、図１９（ａ）のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、２次電子検出器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、２次電子検出器２４に捕獲される。
【００７６】
一方、図１９（ａ）において、Ｑ３点は光照射されて負電位が減衰した部分であり、Ｑ３点近傍では電位等高線の配列は破線で示すようになる。この部分の電位分布では、Ｑ３点に近いほど電位が高くなっている。換言すると、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２３側に拘束する電気力が作用する。このため２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線により示す、いわゆるポテンシャルの穴に捕獲され、２次電子検出器２４に向かって移動することができない。
【００７７】
図１９（ｂ）は、上記ポテンシャルの穴を模式的に示している。即ち、２次電子検出器２４により検出される２次電子の強度（２次電子数）は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分（均一に負帯電している部分、図１９（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「静電潜像の画像部分（光照射された部分、図１９（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。
【００７８】
従って、２次電子検出部２４で得られる電気信号を、信号処理部で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述の如く、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、信号処理部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し、これを情報処理部８０（図１参照）から出力してディスプレイに表示すれば、静電潜像が可視的な画像として得られる。
【００７９】
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、地の部分は明るい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。勿論、表面電位分布が分かれば、表面電荷分布も知ることができる。
【００８０】
上述の構成によれば、表面電荷分布あるいは表面電位分布を有する試料に対して、荷電粒子ビームを照射し、該照射によって得られる検出信号により、試料の電荷分布あるいは電位分布の状態を測定する方法において、露光条件を変えたときの潜像状態を計測することにより、感光体の静電特性を把握することが可能となる。
【００８１】
最後に、露光光源２を用いて感光体試料２３の除電を行い、次の測定に備える。感光体試料上に生成された帯電電荷は光を照射することで消失させることができる。なお、除電には、ＬＥＤの他、ハロゲンランプを用いてもよい。
【００８２】
以上のプロセスを行うことで、所望の条件で形成された静電潜像を計測することができる。
【００８３】
なお、上記説明では２次電子と記載したが、２次電子が装置内の部材に当たって発生する３次電子あるいはそれ以上の電子の検出も含む。また、ＶＣＳＥＬなどのマルチビーム走査光学系では、４以上の複数光源を用い、多くのビームが重なり合いながら、複雑な露光条件のもとで、ひとつの潜像パターンを形成することになる。このような場合には、それぞれのパラメータの影響度合いがわかりにくい。このような潜像形成条件において、本発明の計測方法は特に有効となる。
【００８４】
また、光源がＬＤの場合、光源と試料の間にシャッタを用いても良い。すなわち、露光前はシャッタを閉じて光束が通過しないような構成とし、露光時はシャッタを開けて光束が通過するように構成にすることで、オフセット発光を遮光させることができる。このシャッタを用いた２次元潜像形成のフローを図２０に示す。また、静電潜像測定装置１の制御ブロックの構成を図２１に示す。
【００８５】
まず、ステップＳ１において、図２１に示す制御ブロックによる制御コマンドが実行される。
【００８６】
次に、ステップＳ２において、走査光学系の同期信号が検知される。
【００８７】
次に、ステップＳ３において、制御ボードからシャッタ制御コントローラへ、トリガ信号出力が発信される。
【００８８】
次に、ステップＳ４において、シャッタ制御コントローラがシャッタを開く。
【００８９】
次に、ステップＳ５において、試料への光束の走査が開始される。
【００９０】
次に、ステップＳ６において、ラスタースキャンによる露光が行われ、静電潜像が形成される。
【００９１】
次に、ステップＳ７において、静電潜像の形成が終了したか否かが判断される。静電潜像の形成が終了していると判断された場合は、次のステップＳ８で静電潜像の表面電荷分布の計測が行われ、ステップＳ９でシャッタが閉じられ潜像形成が終了する。また、ステップＳ７において、静電潜像の形成が終了していないと判断された場合は、ステップＳ１０で副走査位置の変更が行われ、再びステップＳ６からの工程が繰り返される。
【００９２】
ところで、試料が帯電しており、その電位が接触電極との間に電位差があると、倍率変動を生じることがある。そのような場合には、試料面上に間隔が既知である潜像パターンを形成することで、平均倍率を計測することができる。
【００９３】
このような平均倍率を用いた倍率の補正方法として、一列に２個以上で、なおかつ試料面上のピッチが既知である潜像パターンを形成すると良い。具体的には、図２２に示すように、走査光学系による寸法計測用の等間隔の露光パターンを与えて、潜像パターンの不等間隔度合いから、リニアリティを計測すると良い。
【００９４】
図２２に示すように、取り込み画像データ上で潜像パターンの中心位置をＰｉ（ｘｉ，ｙ０）、Ｐｊ（ｘｊ，ｙ０）とすると、Ｐｉ−Ｐｊ間の画像１画素当たりの間隔は、
（ｊ−ｉ）×ｄ／｛Ｐｊ（ｘｉ＋１、ｙ０）−Ｐｉ（ｘｉ，ｙ０）｝
で表すことができ、平均倍率を計測することができる。
【００９５】
局所倍率を計測する実施例を図２３に示す。試料面上では、等間隔ｄで最低でも２個以上（図では７個）の露光パターンが形成されているとする。非帯電時には、試料面上に潜像パターンが等間隔に形成されているはずである。しかしながら、図２３（ａ）に示すように、帯電により、潜像取り込み画像は不等間隔となっている。
【００９６】
また、取り込み画像データ上で隣り合う潜像パターンの中心位置をＰｉ（ｘｉ，ｙ０）、Ｐｉ＋１（ｘｉ＋１，ｙ０）とすると、Ｐｉ−Ｐｉ＋１間の画像１画素当たりの間隔は、
ｄ／｛Ｐｉ＋１（ｘｉ＋１，ｙ０）−Ｐｉ（ｘｉ，ｙ０）｝
で表すことができる。そのため、各々の潜像パターンで同様の計算を行うことにより、局所的な倍率変動を計測することができる。
【００９７】
このようにして得られた結果をスプライン補間や近似曲線を使って補正することにより、図２３（ｂ）に示すように補正関数を作ることができ、より正確に寸法を計測することができる。寸法計測のフローを図２４に示す。
【００９８】
まず、ステップＳ１１において、寸法位置計測用の静電潜像パターンが形成される。
【００９９】
次に、ステップＳ１２において、静電潜像のデータが２次電子検出器２４により取り込まれる。
【０１００】
次に、ステップＳ１３において、取り込まれた静電潜像のデータの画像処理が行われる。
【０１０１】
次に、ステップＳ１４において、画像処理が行われたデータから潜像パターンが抽出される。
【０１０２】
次に、ステップＳ１５において、抽出された潜像パターンの中心位置がそれぞれ算出される。
【０１０３】
次に、ステップＳ１６において、画像１画素当たりの寸法（倍率比）が計測され、画像１画素当たりの間隔の測定が終了する。
【０１０４】
上述した静電潜像測定装置１において、背面電極にＶｓｕｂを印加する場合には、試料２３の上部は等速電界を維持することが望ましい。そのため、図２５に示すように、試料２３の上方にグリッド９０を配置するとよい。グリッド９０と試料２３との間隔は小さい方が望ましいが、あまり小さすぎると試料の表面電位がグリッド９０による影響を受けてしまう。従って、グリッド９０と試料２３との間隔は０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度が好適といえる。
【０１０５】
図２５は、グリッドピッチと露光光源２とギャップの関係を示したものである。なお、以下に示すＧａｐとは、グリッド９０から試料２３の上面までの距離を示している。
【０１０６】
露光光源２からの光束が試料２３に対して斜めに入射する場合、電子ビーム照射の開口径と、レーザビームの試料表面に平行な面におけるビーム径が異なってくる。等間隔のグリッドを用いる場合、光束が通過するグリッド位置と観察中心とは、
Ｇａｐ×ｔａｎθ
の距離だけずれている。Ｇａｐと入射位置θが決まっているときに用いられるグリッドの間隔（グリッドピッチ）は、
グリッドピッチ＝Ｇａｐ×ｔａｎθ／ｎ（ｎは整数）
であることが好ましい。
【０１０７】
具体的には、θ＝４５ｄｅｇ、Ｇａｐ＝１ｍｍの場合、
グリッドピッチ＝１／ｎ（ｎは整数）
となる。この場合、グリッドピッチはｎが１、２、３…と変化するのに応じて、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．３３ｍｍ…と変化する。
【０１０８】
また、θ＝３０ｄｅｇ、Ｇａｐ＝２ｍｍの場合、
グリッドピッチ＝１．１５４／ｎ（ｎは整数）
となる。この場合、グリッドピッチはｎが１、２、３…と変化するのに応じて、１．１５４ｍｍ、０．５７７ｍｍ、０．３８４ｍｍ…と変化する。
【０１０９】
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、さらに高精度に表面電荷分布を測定することが可能となる。
【０１１０】
図２６は入射電子と試料の関係を示す図であり、図２６（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２６（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示している。
【０１１１】
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、試料到達前に反転するような状態
が存在する領域が試料上面に存在し、そこで反転した１次入射荷電粒子を検出する。
【０１１２】
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で表現し、電子ビームの加速電位ポテンシャルをＶａｃｃ（＜０）、試料の電位ポテンシャルをＶｐ（＜０）とする。
【０１１３】
ここで、電位とは、単位電荷が持つ電気的な位置エネルギである。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とし電子の質量をｍとすると、電子の初速度ｖ０は、
ｍｖ０２／２＝ｅ×｜Ｖａｃｃ｜
で表される。
【０１１４】
荷電粒子は、真空中ではエネルギ保存の法則により、加速電圧の働かない領域では等速で運動するとともに、試料面に接近すると電位が高くなるため、試料電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が遅くなる。したがって、図２６（ａ）において、
｜Ｖａｃｃ｜≧｜Ｖｐ｜
なので、電子は、速度は減速されるものの、試料に到達する。また、図２６（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、試料に到達する前に速度が０となって、反対方向に進む。
【０１１５】
空気抵抗の無い真空中では、エネルギ保存則がほぼ完全に成立する。したがって、入射電子のエネルギを変えたときの、試料面上でのエネルギ、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、表面の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、２次電子と１次反転荷電粒子とを識別することができる。
【０１１６】
なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子検出器が設けられているが、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は入射電子のエネルギに匹敵する。反射電子のエネルギは試料の原子番号が大きいほど大きい。この反射電子を用いて、試料の組成の違いや凹凸を検出することができる。
【０１１７】
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有り、全く異なる現象である。
【０１１８】
図２７は潜像深さ計測結果の一例を示す図である。各走査位置（ｘ，ｙ）で、加速電圧Ｖａｃｃと、試料下部印加電圧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）がなだらかな電荷分布となれば、近似的に電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）と等価となる。
【０１１９】
図２７（ａ）の曲線は、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従って、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２７（ｂ）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図である。このとき、Ｖｔｈ＝Ｖａｃｃ−Ｖｓｕｂ＝−６５０Ｖとなっている。図２７（ｃ）の楕円形は、Ｖｓｕｂ＝−１１００Ｖである以外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。
【０１２０】
したがって、加速電圧Ｖａｃｃまたは印加電圧Ｖｓｕｂを変えながら、試料表面を電子ビームで走査し、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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
信号検出によるＶｔｈ（ｘ，ｙ）計測のフローを図２８に示す。すなわち、スレッショルド電位Ｖｔｈの設定（Ｓ３１）、コントラスト像取り込み（Ｓ３２）、２値化処理（Ｓ３３）、潜像径算出（Ｓ３４）と進み、ここまでの処理を所定回数になるまで行い（Ｓ３５、Ｓ３７）、Ｖｔｈ（ｘ，ｙ）を算出する（Ｓ３６）。
【０１２３】
なお、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、走査倍率が変わったり、歪曲収差を生じたりすることがある。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、それをもとに潜像プロファイルの補正を行うことにより、さらに高精度に計測することが可能となる。
【０１２４】
ところで、表面電荷分布測定装置においては、出力画像の高画質化の為に、光学系の最適化及び光源波長を７８０nm以下に短波長化することにより、副走査方向のビームスポット径を６０μｍ以下に小径化する試みが行われている。しかし、現在一般的に用いられている感光体の感度が短波長の光に対して低いことや、小径化ビームでは感光体内での光の散乱及び電荷の拡散の影響を強く受けるため、潜像径の広がりや潜像の深さが浅くなる等の問題が生じ、最終出力画像では階調性、鮮鋭性の安定性が得られないという不具合が発生している。
【０１２５】
図２９にビームスポット径及び潜像径の概念図を示す。ここでのビームスポット径は、ビームスポット光量分布が最大光量のｅ−２以上である範囲の径で定義している。潜像径はコントラスト像の明暗の境界を潜像の潜像径とする。
【０１２６】
電荷輸送層の組成及び膜厚が光の散乱及び電荷の拡散度合いに、電荷発生層の組成が感度に影響を与えることは知られているが、明確な相関関係が分かっていない。そこで、電荷輸送層の組成及び膜厚、電荷発生層の組成を変えて感光体を作り、本実施形態の静電潜像測定装置で行われる静電潜像測定方法において、画像形成装置で使用する条件と同じ、例えば帯電電位８００Ｖ、露光エネルギ４ｍＪ／ｍ２、光源波長が７８０ｎｍ以下、副走査方向のビームスポット径が６０μｍ以下の条件で露光し潜像測定を行う。そして、図２９（ａ）及び（ｂ）に示すように、感光体面での副走査方向のビームスポット径をＡとし、形成される副走査方向の潜像径をＢとしたときに、
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
を満足する感光体を選定すれば、最終出力画像で階調性、鮮鋭性の安定性を実現することができる。
【０１２７】
なお、下限の１．０は、光の散乱及び電荷の拡散はどんな感光体でも必ず起こるのでこれ以下にはならないという原理的な限界であり、上限の２．０は、最終出力画像で階調性、鮮鋭性の安定性を確保する為に必要な限界である。
【０１２８】
図３０を用いて、この発明に係る画像形成装置の実施の１形態を説明する。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、帯電手段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。
【０１２９】
この実施の形態では「帯電手段」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手段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。
【０１３０】
図３０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。
【０１３１】
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のレーザビームによる光書込による露光により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。
【０１３２】
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。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。
【０１３３】
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。送りこまれた転写紙は、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を静電転写される。
【０１３４】
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１２１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。
【０１３５】
本発明に係る静電潜像測定装置を用いて本発明に係る静電潜像測定方法を実行し、上記像担持体１１１として適したものを選択してこれを上記画像形成装置に適用することにより、解像力に優れて高精彩、かつ高耐久で信頼性の高い画像形成装置を製作することができる。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を本発明に係る画像形成装置とすることが好ましい。
【符号の説明】
【０１３６】
１  静電潜像測定装置
１１  電子銃
１２  引き出し電極（エキストラクタ）
１３  加速電極
１４  静電レンズ（コンデンサレンズ）
１５  ビームブランキング電極（ビームブランカ）
１６  仕切り板
１７  可動絞り
１８  スティングメータ
１９  走査レンズ（偏向電極）
２０  静電対物レンズ
２１  ビーム射出開口部
２  露光光源
２２  露光光学系
２３  試料（感光体）
２４  ２次電子検出器
５０  荷電粒子照射部
６０  試料載置部
６２  試料ホルダ手段
６３  試料アライメント手段
６４  第１電極（背面電極）
６５  第２電極（試料接触電極）
６５１  開口部
６６  保持部材
６７  抵抗部材
６７１  第２抵抗部材
６８  絶縁体
６９  絶縁体
７１  等速電界形成手段
７２  網目状電極
７５  側面電極
７６  網目状電極受け
８０  情報処理部
１００  ＬＤ（レーザダイオード）
１０１  コリメートレンズ
１０２  アパーチャ
１０３  音響光学偏向素子
１０４  シリンダレンズ
１０５  ポリゴンミラー
１０６  走査レンズ
１０７  同期検知用ミラー
１０８  同期検知手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３７】
【特許文献１】特開平０３−０４９１４３号公報
【特許文献２】特開平０３−２００１００号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５６９６号公報
【特許文献４】特開２００３−３０５８８１号公報
【特許文献５】特開２００５−１６６５４２号公報
【特許文献６】特開２００８−０５８２４７号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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