(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させる電子ビーム照射装置と、帯電した上記感光体試料面に静電潜像を形成するための露光部と、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出する検出器と、を備え、上記検出器によって得られる検出信号により上記感光体試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定装置において、
上記露光部は、半導体レーザーからなる光源と、上記感光体試料面を上記光源からのレーザー光で走査させる光偏向器と、上記レーザー光の走査範囲の端部で上記レーザー光を検出して同期信号を生成する同期信号生成手段と、上記同期信号に基づき上記レーザー光が上記感光体試料面を走査するときの発光タイミングを制御するための書込みタイミング信号を生成する書込みタイミング信号生成手段と、上記感光体試料面への光の入射を遮蔽するシャッタと、を備え、
上記同期信号を生成してから上記シャッタが開くまでの時間遅れたタイミングで書込を開始させ、
上記静電潜像の分布を測定することを特徴とする静電潜像の測定装置。
【請求項２】
上記露光部の光源として複数の発光部を持つ半導体レーザーを用い、
上記同期信号生成手段に同期信号を生成させるために発光させる発光部と、
書込みタイミング信号生成手段からの書込みタイミング信号で発光する発光部とが異なっていることを特徴とする請求項１記載の静電潜像の測定装置。
【請求項３】
上記同期信号生成手段に同期信号を生成させるために発光させる発光部は、複数の発光部であることを特徴とする請求項２記載の静電潜像の測定装置。
【請求項４】
上記露光部の光源は半導体レーザーであり、基準クロックと同期信号から画素クロックを生成する画素クロック生成手段と、画素情報から画素パターンを生成する画素パターン生成手段とを有することを特徴とする請求項１、２または３記載の静電潜像の測定装置。
【請求項５】
上記シャッタの開閉を制御するシャッタ制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至項４のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。
【請求項６】
上記シャッタ制御手段は、走査光学系の同期信号をトリガ信号としてシャッタを開放し、静電潜像形成後にデータ有効期間信号に連動して上記シャッタを閉じる手段を有することを特徴とする請求項５記載の静電潜像の測定装置。
【請求項７】
上記シャッタはメカニカルシャッタであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。
【請求項８】
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転する領域が存在する条件下で測定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の感光体静電潜像の測定装置。
【請求項９】
感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させ、帯電した上記感光体試料面を露光することにより静電潜像を形成し、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出し、この検出信号により上記感光体試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定方法において、
上記露光は、露光部において半導体レーザーからなる光源のレーザー光を上記感光体試料面で走査させることによって行い、
上記レーザー光の走査範囲の端部で同期信号生成手段により上記レーザー光を検出して同期信号を生成し、
上記同期信号に基づき上記レーザー光が上記感光体試料面を走査するときの発光タイミングを制御するための書込みタイミング信号を生成し、
上記感光体試料面への光の入射を遮蔽し、
上記同期信号を生成してから上記感光体試料面への光の入射の遮蔽が終了するまでの時間遅れたタイミングで書込を開始させ、
上記静電潜像の分布を測定することを特徴とする静電潜像の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電潜像の測定装置、静電潜像の測定方法および画像形成装置に関するもので、特に、光源として半導体レーザーを用いたものにおいて、消灯時のバイアス電流による発光の悪影響を回避することにより、高精度・高品質の静電潜像を形成することができるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを実行することにより画像を形成する画像形成装置は感光体を備えていて、この感光体に対し、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ためのユニットを有してなる。上記感光体には、帯電プロセスと露光プロセスが実行されることにより静電潜像が形成されるが、この静電潜像の精度ないしは品質が、形成される画像の精度ないしは品質を決める。感光体に形成される静電潜像の精度ないしは品質の決め手は、静電潜像が形成されている状態での表面電位であり、この表面電位を計測することによって感光体の性能ないしは品質が評価される。
【０００３】
従来、試料の表面電位を計測する方法として、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て、電位分布に換算する方式がある。この方式では、分解能が原理的に数ミリ程度と悪く、１ミクロンの分解能を得ることができない。
【０００４】
電子ビームによる静電潜像の観察方法として、特許文献１記載の発明などがあるが、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る。すなわち、画像形成装置などに通常使用されている暗減衰を生じる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。しかしながら、画像形成装置に用いられている像担持体としての感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持できず、暗減衰が生じて時間とともに表面電位が低下する。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数十秒である。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。
【０００５】
また、特許文献２に記載されている装置においては、本発明が対象とする感光体試料と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は不可能であり、本発明の目的を達成することができない。
【０００６】
そこで、我々は、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考案した(特許文献３、特許文献４、特許文献５参照)。
【０００７】
感光体試料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。このため、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。従って、電界強度が強い部分は暗く、弱い部分は明るくなってコントラストがつき、表面電荷分布に応じたコントラスト像を検出することができる。従って、感光体を露光した場合には、露光部が黒、非露光部が白となり、これより形成された静電潜像を測定することができる。
【０００８】
ところで、静電潜像を形成するための露光光源として、波長が可視光領域から赤外光領域の半導体レーザーを用い、レーザー光の点灯及び消灯で、静電潜像を形成する方法がある。
【０００９】
実際の書込みプロセスを再現するために、光束が感光体試料面上を走査しているタイミングで点灯および消灯して所望パターンの静電潜像を形成する。そのためには、走査の開始位置を検知する必要がある。そして、感光体試料の所望の位置に潜像を形成するために、決められた位置で光を点灯する必要がある。また、光源として用いられる半導体レーザーは、基準以上の駆動電流を与えることでレーザー発振をするが、光応答性を高めるため、光の消灯のタイミングでも基準以下の一定の駆動電流（バイアス電流）を常に供給している。バイアス電流があるとＬＥＤ発光を起こす。すなわち、半導体レーザーを用いる場合は、消灯の状態であっても発光していることを意味する。
【００１０】
このときすなわちバイアス電流が流れているときの光量は微弱であるため、照射時間が短い場合には静電潜像に影響はない。しかしながら、光量が微弱でも、長時間照射されると積分光量が増加し、感光体の必要露光量に達すると、静電潜像が形成されてしまう。この結果、所望の静電潜像を形成することができなくなる。
従って、半導体レーザーを用いて、所望の静電潜像を形成するためには、消灯時のバイアス電流による発光が試料に照射される時間を極力抑える必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、従来技術ではきわめて困難であった、誘電体からなる感光体の表面に生じている電荷分布あるいは電位分布を、ミクロンオーダーの高分解能で計測することが可能な静電潜像の測定装置および測定方法を提供することを目的とし、特に、走査光学系からなる露光部にて露光された感光体上の静電潜像を測定する装置および測定方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、上記装置を用いて上記測定方法で測定された感光体を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
なお、ここで述べる表面電荷について定義しておく。電荷は、厳密には、試料内に空間的に散らばっていることは周知の通りである。このため、表面電荷とは、電荷分布状態が、厚さ方向に比べて面内方向に大きく分布している状態を指すものとする。また、電荷は、電子だけでなく、イオンも含める。
また、表面に導電部があり、導電部分に電圧が印加されて、それにより、試料表面あるいはその近傍が電位分布を生じている状態であってもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させる電子ビーム照射装置と、帯電した上記感光体試料面に静電潜像を形成するための露光部と、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出する検出器と、を備え、上記検出器によって得られる検出信号により上記感光体試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定装置において、上記露光部は、半導体レーザーからなる光源と、上記感光体試料面を上記光源からのレーザー光で走査させる光偏向器と、上記レーザー光の走査範囲の端部で上記レーザー光を検出して同期信号を生成する同期信号生成手段と、上記同期信号に基づき上記レーザー光が上記感光体試料面を走査するときの発光タイミングを制御するための書込みタイミング信号を生成する書込みタイミング信号生成手段と上記感光体試料面への光の入射を遮蔽するシャッタと、を備え、上記同期信号を生成してから上記シャッタが開くまでの時間遅れたタイミングで書込を開始させ、上記静電潜像の分布を測定することを最も主要な特徴とする。
【００１４】
本発明はまた、上記露光部の光源として複数の発光部を持つ半導体レーザーを用い、上記同期信号生成手段に同期信号を生成させるために発光させる発光部と、書込みタイミング信号生成手段からの書込みタイミング信号で発光する発光部とが異なっている構成としてもよい。
本発明はまた、上記同期信号生成手段に同期信号を生成させるために発光させる発光部は、複数の発光部である構成としてもよい。
本発明はまた、上記露光部の光源は半導体レーザーであり、基準クロックと同期信号から画素クロックを生成する画素クロック生成手段と、画素情報から画素パターンを生成する画素パターン生成手段とを有する構成としてもよい。
【００１５】
本発明はまた、上記シャッタの開閉を制御するシャッタ制御手段を有する構成としてもよい。
上記シャッタ制御手段は、走査光学系の同期信号をトリガ信号としてシャッタを開放し、静電潜像形成後にデータ有効期間信号に連動してシャッタを閉じる手段を有する構成としてもよい。
シャッタ手段はメカニカルシャッタであってもよい。
本発明はまた、入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転する領域が存在する条件下で測定するように構成してもよい。
【００１６】
本発明はまた、感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させ、帯電した上記感光体試料面を露光することにより静電潜像を形成し、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出し、この検出信号により上記感光体試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定方法において、上記露光は、露光部において半導体レーザーからなる光源のレーザー光を上記感光体試料面で走査させることによって行い、上記レーザー光の走査範囲の端部で同期信号生成手段により上記レーザー光を検出して同期信号を生成し、上記同期信号に基づき上記レーザー光が上記感光体試料面を走査するときの発光タイミングを制御するための書込みタイミング信号を生成し、上記感光体試料面への光の入射を遮蔽し、上記同期信号を生成してから上記感光体試料面への光の入射の遮蔽が終了するまでの時間遅れたタイミングで書込を開始させ、上記静電潜像の分布を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る静電潜像の測定装置によれば、露光部の光源として半導体レーザーを用い、同期信号生成手段と、光束が試料面を走査するときの発光タイミングを制御する書込みタイミング信号生成手段とを有することにより、同期発光による発熱が書込み発光に与える影響を小さくできるので、光パワーの揃った書込みを行うことができ、精度の高い測定を行うことができる。
【００２１】
露光部の光源として複数の発光部を持つ半導体レーザーを用い、同期信号生成手段に同期信号を生成させるために発光させる発光部と、書込みタイミング信号生成手段で発光させる発光部とを、互いに異なる発光部としたものによれば、同期用発光の書込み用発光による影響を低減して、精度の高い測定を行うことができる。
【００２２】
複数の発光部を発光させて同期信号を得るものによれば、発光パワーの小さい発光部を持つ光源においても、位置精度の良い静電潜像を形成させることができ、高分解能で測定することが可能となる。
【００２３】
露光部の光源として半導体レーザーを用い、基準クロックと同期信号から画素クロックを生成する画素クロック生成手段と、画素情報から画素パターンを生成する画素パターン生成手段とを有するものによれば、鮮明な静電潜像を形成することができ、その結果、静電潜像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。
【００２４】
走査光学系の同期検知信号をトリガ信号としてシャッタを開放し、静電潜像形成後にシャッタを閉じる手段を有するものによれば、シャッタの開放時間を必要最低限に抑えることができるため、ノイズの少ない鮮明な静電潜像を形成することができ、その結果、静電線像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。
【００２５】
前記シャッタ制御手段が走査光学系の同期検知信号をトリガ信号としてシャッタを開放し、静電潜像形成後にシャッタを閉じる手段を有するものによれば、シャッタの開放時間を必要最低限に抑えることができるため、ノイズの少ない鮮明な静電潜像を形成することができ、その結果、静電線像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。
【００２６】
シャッタ手段として、メカニカルシャッタを用いたものによれば、レーザー光の透過波面を劣化させることなく、高速にオフセット発光を遮光することができ、精度の高い静電潜像を形成することができ、その結果、静電線像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。
【００２７】
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転するような領域が存在する条件下で測定する手段を有するものによれば、電位深さを定量的に計測することができ、電位分布を高精度に測定することが可能となる。
【００２８】
露光部の光源として半導体レーザーを用い、そのバイアス電流によるオフセット発光等を遮蔽するためのシャッタ手段を有するものによれば、所望の静電潜像を形成することが可能となり、その結果、静電線像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。
【００２９】
本発明に係る画像形成装置によれば、前記測定装置を用いて感光体に形成される静電潜像を評価し、これを設計にフィードバックすることができる。したがって、画像を形成するための各プロセスの質が向上し、高品質の画画像を得ることができるとともに、耐久が高く、安定性が高く、省エネルギー化に優れた潜像担持体及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
特に、画像濃度むらが生じやすい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おいても、上記の効果を得ることができるため、マルチビーム走査光学系を搭載した画像形成装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る静電潜像の測定装置の実施例を模式的に示す正面図である。
【図２】上記実施例の真空チャンバおよび露光部の構造を示す断面図である。
【図３】荷電粒子捕獲器と試料との間の空間における電位分布を示すもので、（ａ）は等高線表示による説明図、（ｂ）は上記等高線中のポテンシャルの穴を示す模式図である。
【図４】本発明に露光部として適用可能な光走査装置の例を示す斜視図である。
【図５】上記露光部の光源として適用可能な垂直共振器型面発光半導体レーザーの２次元アレイの例を示す配列図である。
【図６】上記半導体レーザーの２次元アレイをなす各発光点の特定例を示す配列図である。
【図７】光源の発光部が同期ビームを発光させるための発光部と書込み用ビームを発光させるための発光部に分けられている例を示す配列図である。
【図８】上記露光部の光源駆動回路の例を示すブロック図である。
【図９】上記光源駆動回路の制御装置の例を示すブロック図である。
【図１０】上記制御装置の各回路部分の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】半導体レーザーの駆動電流と光出力の関係を示すグラフである。
【図１２】レーザー光の遮蔽手段の有無による露光の違いを比較して示すもので、（ａ）は遮蔽手段を備えていない場合、（ｂ）は遮蔽手段を備えている場合を示すグラフである。
【図１３】前記本発明の実施例における各信号相互のタイミングチャートである。
【図１４】上記本発明の実施例における制御系の構成を示すブロック図である。
【図１５】上記制御系の動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施例に用いられているメカニカルシャッタの機能を示す模式図である。
【図１７】潜像画像パターンの各種例を示す模式図である。
【図１８】本発明に係る静電潜像の測定装置の別の実施例の要部を模式的に示す正面図である。
【図１９】入射電子と感光体試料の関係を示すもので、（ａ）は加速電圧が表面電位ポテンシャルより大きい場合、（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す模式図である。
【図２０】潜像の深さ計測結果の一例を示すグラフである。
【図２１】ビームスポット径及び潜像径を示す概念図である。
【図２２】本発明に係る画像形成装置の実施例を模式的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る静電潜像の測定装置、静電潜像の測定方法および画像形成装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１に本発明に係る静電潜像の測定装置の実施例を示す。図１において、静電潜像の測定装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部（電子ビーム照射装置）、露光部、試料設置部、１次反転荷電粒子や２次電子などの検出部を有してなる。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。この実施例では、荷電粒子照射部は電子ビーム照射装置からなっていて電子ビームを照射するようになっている。以下、静電潜像の測定装置の実施例を詳細に説明する。
【００３３】
図１において、荷電粒子ビーム照射装置である電子ビーム照射装置４は、各構成部分が真空チャンバ４０内に以下のように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。
【００３４】
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。
【００３５】
上記各レンズなどからなる電子ビーム照射部によって、試料載置部１５に載置されている感光体試料２０に電子ビームが照射される。感光体試料２０からは２次電子や１次反転電子などが放出され、この放出電子を検出する検出器８を備えている。検出器８として、シンチレータや光電子増倍管などを用いる。通常、シンチレータには引き込み電圧８〜１０ｋＶ程度の高電圧を印加することで、荷電粒子を捕獲する構成となっている。検出荷電粒子を検出器８に導くために、荷電粒子衝突時に放出粒子が発生する放出粒子発生部材を配置している。
【００３６】
感光体試料２０の背面側すなわち試料載置台１５は、通常グランド（ＧＮＤ）に接続して０Ｖで使用するが、必要に応じて適宜の電圧を印加することが可能な構成となっている。
放出粒子としては電子やイオンがあり、電子を検出して計測することが一般的であるが、検出器８にマイナスの引き込み電圧を与えてプラスイオンを検出し、コントラスト像を観察することも可能である。
【００３７】
図１において符号６は露光部を示している。露光部６は、いわゆる周知のレーザスキャナであって、感光体試料２０に関して感度を持つ波長の光を放射する半導体レーザー（ＬＤ）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。上記露光部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。光源６１は、ＬＤ制御手段により制御されて、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。
【００３８】
露光部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備えている。また、光源６１にＶＣＳＥＬ等を用いたマルチビーム走査光学系を構成してもよい。また、光偏向器６５による主走査方向のスキャンに加えて、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。
【００３９】
露光部６は、ポリゴンモータなどからなる光偏向器６５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、真空チャンバ４０の外に配置されている。露光部６を、電子ビーム照射装置による電子ビームの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。露光部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、露光部６は真空チャンバ４０の空間から隔離されている。
【００４０】
図４は、上記露光部６として代替可能な光走査装置の例を示す。なお、本明細書では、主走査方向をＹ軸方向、副走査方向をＺ軸方向、これらに直交する方向をＸ軸方向として説明する。図４において、光走査装置は、光源ユニット１０１１、シリンドリカルレンズ１０１２、光偏向器であるポリゴンミラー１０１３、ｆθレンズ１０１４、トロイダルレンズ１０１５、折り返しミラー１０１６、同期センサ１０１７、エリアセンサ１０１８及び上記各部を統括的に制御する制御装置１０１９を備えている。
【００４１】
光源ユニット１０１１は、複数の発光部を有する光源（以下「光源ＬＡ」という）、この光源ＬＡを駆動する光源駆動回路４００（図８参照）、及びカップリングレンズ（以下「ＣＬ」という）を有している。ここでは、光源ＬＡは、例えば、図５に示されているように、３２個の発光部が１つの基板上に形成された垂直共振器型面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）の２次元アレイを構成している。この２次元アレイは、主走査方向に対応する方向（以下、便宜上「Ｍ方向」ともいう）から副走査方向に対応する方向（ここでは、Ｚ軸方向）に向けて角度θだけ傾斜した方向（以下、便宜上「Ｔ方向」という）に沿って８個の発光部が等間隔に配置された発光部列を４列有している。そして、これら４列の発光部列は、Ｚ軸方向に等間隔に配置されている。すなわち、３２個の発光部は、Ｔ方向とＺ軸方向にそれぞれ沿って２次元的に配列されている。ここでは、便宜上、図５における紙面の上から下に向かって、第１発光部列、第２発光部列、第３発光部列、第４発光部列という。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは２つの発光部の中心間距離をいうものとする。
【００４２】
また、便宜上、各発光部を図６に示すように特定する。すなわち、図５における紙面左上から右下に向かって第１発光部列を構成する８個の発光部をｖ１〜ｖ８、第２発光部列を構成する８個の発光部をｖ９〜ｖ１６、第３発光部列を構成する８個の発光部をｖ１７〜ｖ２４、第４発光部列を構成する８個の発光部をｖ２５〜ｖ３２とする。
光源駆動回路４００は、図８に示されるように、制御装置１０１９からの各種駆動情報に基づいて、３２個の発光部を個別に駆動する。
カップリングレンズＣＬは、光源ＬＡからの光を略平行光とする。従って、図４に示す光源ユニット１０１１からは、略平行光が出力される。
【００４３】
図４において、シリンドリカルレンズ１０１２は、光源ユニット１０１１からの光を副走査方向に関してポリゴンミラー１０１３の偏向面近傍に集光し、主走査方向に長い線像を形成する。ポリゴンミラー１０１３は、高さの低い（扁平な）正六角柱状部材からなり、側面には６面の偏向反射面が形成されている。そして、図示されないモータを主体とする回転機構により、図４に示される矢印の方向に一定の角速度で回転駆動される。従って、光源ユニット１０１１から射出され、シリンドリカルレンズ１０１２によってポリゴンミラー１０１３の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー１０１３の回転により一定の角速度で偏向される。
【００４４】
ｆθレンズ１０１４は、ポリゴンミラー１０１３からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー１０１３により一定の角速度で偏向される光（以下、この偏向光を「走査光」ともいう）を、被走査面において主走査方向に等速移動させる。ｆθレンズ１０１４を透過した光は、トロイダルレンズ１０１５及び折り返しミラー１０１６を介して上記被走査面である感光体ドラム１０３０の表面に結像する。
【００４５】
ところで、上記被走査面における走査光の像面は、ポリゴンミラー１０１３の回転に伴って、走査開始端から走査終端に向かって移動する。なお、有効走査領域は、画像データに応じて書込みが行われる領域である。そして、走査光の像面は、走査終端に達すると、次の走査のために走査開始端に戻る。
【００４６】
上記有効走査領域の外側に、上記像面と等価な位置に同期センサ１０１７が配置されている。同期センサ１０１７は、折り返しミラー１０１６で反射された走査開始前の光が入射する位置に配置され、受光量に応じた信号（光電変換信号）を出力する。したがって、同期センサ１０１７の出力信号から、感光体ドラム１０３０における走査開始を検知することができる。
【００４７】
図９に示すように、制御装置１０１９は、基準クロック生成回路４０２、画素クロック生成回路４０５、画像処理回路４０７、光源選択回路４１４、書込みタイミング信号生成回路４１５、及び同期タイミング信号発生回路４１７を備えている。なお、図９において使用している矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。
【００４８】
図１０は、上記各回路の動作を示すタイミングチャートである。図１０において、ｓ１９は同期センサ１０１７からの出力信号（同期信号）、ｓ１５は書込みタイミング信号生成回路４１５の出力信号（ＬＧＡＴＥ信号）、ｓ１４は光源選択回路４１４の出力信号、ｓ１６は画像処理回路４０７の出力である書込みデータを示している。以下、図１０を併せて参照しながら図９に示す制御装置１０１９の各部の動作を説明する。
【００４９】
画像処理回路４０７は、上位装置からの画像情報に基づいて、発光部毎の書込みデータｓ１６を作成する。この書込みデータｓ１６は、画素クロック信号のタイミングで、前記駆動情報の１つとして光源駆動回路４００に供給される。基準クロック生成回路４０２は制御装置１０１９全体の基準となる高周波クロック信号を生成する。画素クロック生成回路４０５は主にＰＬＬ回路からなり、同期信号ｓ１９及び基準クロック生成回路４０２からの高周波クロック信号に基づいて画素クロック信号を生成する。画素クロック信号の周波数は高周波クロック信号の周波数と同一で、画素クロック信号の位相は同期信号ｓ１９の位相と一致している。したがって、画素クロック信号に画像データを同期させることで、走査ごとの書込み位置をそろえることができる。上記画素クロック信号は、前記駆動情報の１つとして光源駆動回路４００に供給されるとともに画像処理回路４０７に供給され、書込みデータｓ１６のクロック信号として使われる。
【００５０】
書込みタイミング信号生成回路４１５は、同期信号ｓ１９の立ち上がり後、光ビームが受光素子１０１８を通過してからｔ１時間経過後にＬＧＡＴＥ信号（データ有効期間信号）ｓ１５をローレベルからハイレベルに変化させる。そして、さらに予め設定されている時間ｔ２が経過すると、ＬＧＡＴＥ信号ｓ１５をハイレベルからローレベルに変化させる。このＬＧＡＴＥ信号ｓ１５は、前記駆動情報の１つとして光源駆動回路４００に供給される。上記時間ｔ１は、画像情報に応じて変調された光による走査（以下、便宜上「書込み」ともいう）開始時間に対応している。また、上記時間ｔ２は、書込み走査時間に対応している。ＬＧＡＴＥ信号ｓ１５を同期信号ｓ１９の立ち上がりタイミングに同期させることで、書込み開始タイミングをそろえることができる。
【００５１】
光源選択回路４１４は、走査光の像面が走査終端に達すると、次の走査の開始を検知するのに用いられる発光部を前記３２個の発光部から選択し、選択された発光部を指定する信号を出力する。光源がＶＣＳＥＬの場合、１つの発光部では同期センサで検知が難しいので、Ｚ方向の配列から複数の発光部を選択して発光させる。例えば、図７に示すように、発光部は、走査方向において、同期ビームを発光させるための発光部と、書込み用ビームを発光させるための発光部に分けられている。このように発光部を分けることにより、同期発光による発熱が書込み発光に与える影響を小さくできるので、光パワーの揃った書込みを行うことができる。この光源選択回路４１４の出力信号ｓ１４は、前記駆動情報の１つとして光源駆動回路４００に供給される。光束が走査される試料の形状は任意で、図１に示す例では平面を想定しており、図４に示す例では曲面を想定している。
【００５２】
走査光学系は、ポリゴンミラーなどからなる光偏向器６５を駆動するポリゴンモータなど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、真空チャンバ４０の外に配置するとよい。上記振動源や電磁場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。走査光学系からの光ビームは、光学的に透明な入射窓より真空チャンバ４０内に入射させることが望ましい。感光体試料２０と光源の間には、半導体レーザーからの光束を時間的に遮光することが可能なシャッタが配置されている。
【００５３】
図２は、上記実施例の真空チャンバ４０および露光部６の構造を示す断面図である。図２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。露光部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。露光部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。
【００５４】
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。走査レンズ６６はｆθ特性を有しており、光偏光器６５が一定速度で回転しているときに、光ビームは像面に対して略等速に移動する構成となっている。また、ビームスポット径も略一定に走査可能な構成となっている。
【００５５】
走査光学系は、真空チャンバ４０から隔離さ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を駆動する際に発生する振動は、真空チャンバ４０に直接伝播されることがなく、上記振動の影響は少ない。さらに、図２には図示されていないが、構造体８２と除振台８３との間にダンパを挿入すれば更に効果の高い防振効果を得ることができる。
【００５６】
感光体試料２０に静電潜像を形成するための露光光源として、可視光から赤外光領域の光を射出するＬＤを用い、レーザー光をポリゴンミラーからなる偏向器で走査させ、レーザー光を点滅させて静電潜像を形成するようにした光走査装置は、ポリゴンミラーが、始動後等速回転するまでに数秒程度の時間を要する。また、所望の位置にてレーザー光を点滅させて所望の位置に書き込むために、同期検出器からの検出信号の出力タイミングを基準にして、この検出信号の出力時点から所定時間後に書き込みを開始している。
【００５７】
光の点滅で潜像画像パターンを形成する場合、画像パターン信号に対する半導体レーザーからなる光源の光応答性を高くする必要がある。例えば、１μｓ以下で変調させる場合、パターン光パルス再現性向上やドループ特性改善のための画像データが消灯のタイミングであっても、半導体レーザーにバイアス電流を常に流しておく必要がある。半導体レーザーは、基準以上の駆動電流を与えることでレーザー発振をするが、光応答性を高めるため、バイアス電流を流すとＬＥＤ発光を起こす。すなわち、光源として半導体レーザー（ＬＤ）を用いる場合は、消灯の状態であっても発光している。
【００５８】
図１１に、ＬＤの駆動電流ＩＦと光出力の関係を示す。図１において、ＬＤ駆動電流を示す横軸のａは消灯時の駆動電流、ｂはレーザー発振をする基準電流ＩＦ、そして、ｃはＬＤ点灯の駆動電流を示している。ａ＜ｂ＜ｃの関係が成立する。ＰｏｎをＬＤ点灯時の光出力、ＰｏｆｆをＬＤ消灯時の光出力とする。駆動電流ＩＦが小さい場合には、ＬＥＤ発光で光出力は微弱であり、駆動電流ＩＦが基準電流に達するとレーザー発振をする。通常のレーザー発振時の出力は１〜１０ｍＷ程度であるのに比べて、消灯時のバイアス電流は数十μＷと、通常発振時の１/１００以下程度であり、消灯時のＬＥＤ発光は通常問題になることはない。このため光応答性を高めることを重視して、ＬＤ消灯時でもバイアス電流を流し続けている。
【００５９】
しかしながら、微小な光量でも、長時間照射されると積分光量が増加し、感光体の必要露光量に達すると、静電潜像が形成されてしまう。この結果、所望の静電潜像を形成することができない。
【００６０】
そこで本発明では、半導体レーザーを用いて所望の静電潜像を形成するに当たり、消灯時のバイアス電流によるＬＥＤ発光が試料に照射される時間を極力抑えるように、光束が感光体試料の電子ビーム走査領域外に照射されるように構成を工夫している。例えば、ＬＤバイアス電流によるオフセット発光を遮蔽するようにしている。あるいは、ＬＤ光源と感光体試料との間にシャッタを配置し、これを上記オフセット発光遮光手段としてもよい。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蔽することができる。
【００６１】
図１２は、上記遮蔽手段を備えていない場合と備えている場合の露光の様子を比較して示す。図１２（ａ）は遮蔽手段を備えていない場合、図１２（ｂ）は遮蔽手段を備えている場合を示す。図１２（ａ）に示すように遮蔽手段を備えていない場合、露光前のオフセット光の照射時間が長く、積分光量が必要露光エネルギーに達することによりオフセット露光で潜像が形成されてしまう。これに対し、遮蔽手段を備えていれば、図１２（ｂ）に示すように、露光前はシャッタを閉じてオフセット発光を遮蔽し、露光時はシャッタを開くことにより、露光前のオフセット光による露光を回避して潜像形成を防止することができる。したがって、感光体試料を精度良く測定することができる。露光後は、必要に応じて、露光終了検知信号を与えてシャッタを閉めることができる。
【００６２】
次に、感光体試料への静電潜像を形成する手段について説明する。まず、前述の電子ビーム照射装置により感光体試料２０に電子ビームを照射させる。加速電圧｜Ｖａｃｃ｜は、２次電子放出比が１となる加速電圧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はマイナスの電荷で一様に帯電される。加速電圧と照射時間を適切に設定することにより、所望の帯電電位を形成することができる。
【００６３】
次に、露光光学系すなわち前記露光部６により感光体試料２０に露光を行う。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、２〜６ｍＪ／ｍ２程度である。感度が低い感光体試料では、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、感光体試料の特性やプロセス条件に合わせて設定するとよい。
【００６４】
そして、上述のシャッタ機構を配置して、ＬＤバイアス電流によるオフセット光をカットする。このようにして、所望のパターンの静電潜像を形成することができる。図１７は、潜像画像パターンの各種例を示している。図１７（ａ）は１ドット孤立の例、図１７（ｂ）は２ｂｙ２、図１７（ｃ）は１ドットによる格子の各パターンを示している。
【００６５】
感光体試料２０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。このため、入射電子によって発生した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２次電子量が減少する。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。
【００６６】
図３（ａ）は、荷電粒子捕獲器と、試料との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図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であり、荷電粒子捕獲器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、試料の表面から荷電粒子捕獲器に近づくに従い「電位が高く」なる。従って、試料における「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、荷電粒子捕獲器に捕獲される。
【００６７】
一方、図３（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な配列になり、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、破線の電位等高線の示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器に向って移動しない。図３（ｂ）は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。
【００６８】
このように、荷電粒子捕獲器により検出される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３（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（光照射された部分、図３（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。
【００６９】
従って、２次電子検出部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、これをアウトプット装置で出力すれば、静電潜像が可視的な画像信号として得ることができる。
【００７０】
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。
【００７１】
このようにすると、帯電部において２次電子検出量が多く、露光部において２次電子検出量が少ない明暗のコントラスト像が生じ、暗の部分を露光による潜像部とみなすことができる。明暗の境界を潜像の径とすることができる。このようにして、感光体の静電潜像をミクロンオーダーの高分解能で計測することが可能となる。
【００７２】
上記ＬＤバイアス電流によるオフセット発光の影響を低減させるためには、静電潜像形成のために露光させる時間だけ前記シャッタが開いている状態であり、その前後はシャッタが閉じている状態になっていることが理想的である。これを実現するためには、露光のタイミングとシャッタ開閉のタイミングを連動させることが望ましい。露光のタイミングは、走査光学系の同期信号によって決定される。従って、走査光学系の同期信号に連動して、シャッタを開放することが望ましい。また、データの有効期間信号であるＦＧＡＴＥ信号のレベルが低く（ロー）なった時点に連動して、シャッタを閉鎖することが望ましい。これを実現する手段として、走査光学系の同期信号を、シャッタをオープンにするためのトリガ信号とすれば、書き出しのタイミングを揃えることができる。
【００７３】
制御系の構成を図１４に示す。図１４において、電子ビーム制御装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置４によって照射される電子ビームの制御装置で、ホストコンピュータによって制御される。ホストコンピュータは制御ボードを介して光学ユニットを制御し、また、上記制御ボードからのトリガ信号によってシャッタ制御コントローラを制御して前記シャッタの動作を制御する。
【００７４】
図１５は、この制御系の動作を示す。測定のための制御コマンドが実行されたあと（Ｓ１）、走査光学系の同期信号を検知し（Ｓ２）、その検知信号をシャッタ開放のためのトリガ信号として用いる（Ｓ３）。そして、シャッタが露光光学系の有効径にまで開放されたタイミングに合わせてレーザーを点灯させる（Ｓ４，Ｓ５）。これによって感光体試料に静電潜像が形成されるので、この静電潜像を計測し（Ｓ６）、露光の完了後にシャッタを閉じる（Ｓ７）。露光後は、シャッタを閉じる他に、ＬＤのバイアス電流を０にして、発光自体を止めても良い。
【００７５】
ところで、シャッタは電子シャッタやメカニカルシャッタに限らず、命令を与えてから、実際に開くまでに時間のずれが生じる。トリガ信号を検知してから、シャッタが開き始める時間をＴｄ、シャッタが開き始めてから、レーザー光の有効径相当が開くまでの時間をＴｒとすれば、トリガ出力となる同期信号を受けてから、Ｔｄ＋Ｔｒの時間だけ遅れてシャッタが開く。従って、その分を考慮してＬＤを点灯させなければならない。すなわち、トリガ出力となる同期信号を受けてから、Ｔｄ＋Ｔｒの時間だけ遅れてＬＤを点灯させることが望ましい。時間を遅らせる方法としては、走査光学系による１回の走査時間をＴｆとしたとき、トリガ出力となる同期信号から、Ｔｄ＋Ｔｒ＜ｎ×Ｔｆとなる自然数ｎのときにＬＤを点灯させて潜像を形成する方法がある。
【００７６】
上記各信号相互のタイミングチャートを図１３に示す。図１３において、ＰＣからの実行コマンド入力信号がアサートされてからデータ有効期間信号（ＦＧＡＴＥ）がハイ（アサート）になった後、最初の同期信号の入力により、第１のトリガ信号が出力され、シャッタが開く。画像パターン書込み後、ＦＧＡＴＥがロー（ネゲート）になると第二のトリガ信号が出力され、シャッタは閉まる。
【００７７】
シャッタとしては、液晶変調素子のように光学的透過率を変化させる素子を用いる方法がある。この場合は、メカ的な可動部を必要としないメリットがある。但し、光応答性や透過波面への影響が出る可能性がある。したがって、シャッタとしては、メカニカルシャッタを用いると良い。なおここで述べるメカニカルシャッタとは、図１６に示すような、光路進行方向に対して、物体が有る状態（図１６（ａ））と、無い状態（図１６（ｂ））を作り出し、その違いで、光路進行方向を変えることで、測定試料に光線が到達する状態と遮光状態を作り出すことが可能な手段を指す。
【００７８】
メカニカルシャッタは、シャッタの開閉動作や速度の制御をガバナーやスプリングなどによって機械的に行うものである。メカニカルシャッタには、ギロチンシャッタや複数のシャッタ羽根を用いて中心から周辺に向かって開き、周辺から中心に向かって閉じる構造のものなどがある。ギロチンシャッタとは、２枚の板のそれぞれに孔が空いていて、先幕に相当する板が走行した後、後幕に相当する板が走行し、孔の重なり状態の変化でシャッタ速度を変化させることができるようにしたものである。また、メカニカルではあるが、電気信号にて開閉を制御する構成のものであってもよい。これにより、同期信号により正確に合わせた適切なタイミングで開閉させることが可能となる。シャッタ手段として、メカニカルシャッタを用いることにより、レーザー光の透過波面を劣化させることなく、高速に、オフセット発光を遮光することができる。
【００７９】
シャッタの位置としては、真空チャンバ４０の外側に配置するとなお良い。真空チャンバ４０内に配置すると、メカニカルシャッタの開閉時及びその前後では、周辺の電磁場が変動し、それが走査電子ビームの軌道を曲げてしまう懸念があるからである。メカニカルシャッタを真空チャンバ４０の外に配置することにより、上記のような不具合を抑制することが可能なる。
【００８０】
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。図１８は本発明の表面電位分布測定装置の他の実施例を示す図である。図１８において、感光体試料２０の下側の試料設置部２１３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、試料２０の上方には、入射電子ビームが試料電荷の影響を受けることを抑制するために、グリッド９０を配置した構成となっている。試料設置部２１３は導電材料からなり、その下には絶縁体２１２が配置され、さらにその下には導電体２１１が配置され、導電体２１１は接地され（ＧＮＤに落とされて）いる。
【００８１】
図１９は入射電子と感光体試料の関係を示す。同図（ａ）は加速電圧が表面電位ポテンシャルより大きい場合、同図（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。試料の垂直方向に入射する荷電粒子の速度ベクトルが、試料に到達前に反転するような状態が存在する領域があり、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）と表現する。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。
【００８２】
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。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、試料面に接近するに従い電位が高くなり、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、一般的に以下のような現象が起こる。
【００８３】
図１９（ａ）に示す状態の場合、｜Ｖａｃｃ｜≧｜Ｖｐ｜なので、電子は、その速度は減速されるものの、試料に到達する。
図１９（ｂ）に示すように、｜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。
【００８４】
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。したがって、入射電子のエネルギーを変えたときの、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ーがほぼ０となる条件を計測することで、感光体試料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次反転荷電粒子とでは、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。
【００８５】
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、試料の組成の違いや、凹凸を観察するのに有効な検出方法である。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である。
【００８６】
図２０は潜像の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ーがほぼ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）と一意的な対応関係があり、Ｖｔｈ（ｘ，ｙ）が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。
【００８７】
図２０の上段に示す曲線は、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。同図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。同図下段の楕円形は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ものである。このときのＶｔｈは−７００Ｖになっている。
【００８８】
図２０に示す結果から分かるように、加速電圧Ｖａｃｃまたは印加電圧Ｖｓｕｂを変えながら、試料表面を電子で走査させ、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。
【００８９】
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、走査倍率が変わったり、歪曲収差を生じたりすることになる。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。
【００９０】
感光体には、感光体に与えられる総露光エネルギー密度は同じでも、光量と露光時間の関係が異なると潜像形成状態が異なる相反則不軌の現象がある。一般的に露光エネルギーが一定の場合、光量が強いほど、感度（潜像深さ）が低下し、トナー付着量に変化をもたらし、その結果として画像濃度の違いとして現れる。光量が強いとキャリアの再結合量が増大し、表面に到達するキャリア量が減少することが原因と考えられている。これがＶＣＳＥＬなどのマルチビーム走査光学系の場合、画像濃度むらが顕著にあらわれてくる。
【００９１】
本実施例に係る静電潜像測定装置で感光体試料の表面の静電潜像を評価することにより、１ミクロンオーダーの分解能で計測することが可能であるため、潜像形成の過程が１ドットレベルで定量的に詳細に解析できる。よって、露光量を最適化することができ、感光体試料に負担のかからない帯電及び露光条件が分かり、省エネルギー、高耐久性を備えた感光体を得ることができる。
【００９２】
出力画像の高画質化のために、光学系の最適化及び光源波長を７８０ｎｍ以下に短波長化し、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、現在の感光体は短波長の光に対して感度が低いことや、小径化された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、潜像径が広がり、潜像の深さも浅くなり、最終出力画像では、階調性、鮮鋭性を高いレベルで安定に得ることができないという不具合が生じている。
【００９３】
図２１にビームスポット径及び潜像径の概念図を示す。ここでは、ビームスポット径を、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で描かれる円または楕円の径とする。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影響を与え、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。
【００９４】
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、本実施例の静電潜像測定装置を用いて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、露光エネルギー４ｍＪ／ｍ２として、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て潜像測定を行う。図２１（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、鮮鋭性が高いレベルで安定する感光体を得ることができる。上記条件式において、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ために必要な限界である。
【００９５】
次に、以上説明した本発明に係る静電潜像の測定装置を用いて測定した感光体を用いた本発明に係る画像形成装置の実施例について説明する。図２２は上記画像形成装置の１形態であるレーザプリンタ１０００の概略構成を示す。図２２において、レーザプリンタは、光走査装置１０１０、感光体ドラム１０３０、帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４、クリーニングブレード１０３５、トナーカートリッジ１０３６、給紙コロ１０３７、給紙トレイ１０３８、レジストローラ対１０３９、定着ローラ１０４１、排紙ローラ１０４２、及び排紙トレイ１０４３などを備えている。
【００９６】
帯電チャージャ１０３１、現像ローラ１０３２、転写チャージャ１０３３、除電ユニット１０３４及びクリーニングブレード１０３５は、それぞれ感光体ドラム１０３０の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム１０３０の回転方向に関して、帯電チャージャ１０３１→現像ローラ１０３２→転写チャージャ１０３３→除電ユニット１０３４→クリーニングブレード１０３５の順に配置されている。
【００９７】
感光体ドラム１０３０の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム１０３０は、図２２の紙面内で時計回り（矢印方向）に回転するようになっている。帯電チャージャ１０３１は、感光体ドラム１０３０の表面を均一に帯電させる。光走査装置１０１０は、帯電チャージャ１０３１で帯電された感光体ドラム１０３０の表面に、上位装置（例えばパソコン）からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム１０３０の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム１０３０の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って現像ローラ１０３２の方向に移動する。なお、この光走査装置１０１０の構成については後述する。トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、このトナーが現像ローラ１０３２に供給される。現像ローラ１０３２は、感光体ドラム１０３０の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ１０３６から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。トナーが付着された潜像（以下では、便宜上「トナー像」ともいう）は、感光体ドラム１０３０の回転に伴って転写チャージャ１０３３の方向に移動する。
【００９８】
給紙トレイ１０３８には記録紙１０４０が格納されている。この給紙トレイ１０３８の近傍には給紙コロ１０３７が配置されており、給紙コロ１０３７は、記録紙１０４０を給紙トレイ１０３８から１枚ずつ取り出し、レジストローラ対１０３９に搬送する。レジストローラ対１０３９は、転写ローラ９１１の近傍に配置され、給紙コロ１０３７によって取り出された記録紙１０４０を一旦保持するとともに、記録紙１０４０を感光体ドラム１０３０の回転に合わせて感光体ドラム１０３０と転写チャージャ１０３３との間隙に向けて送り出す。
【００９９】
転写チャージャ１０３３には、感光体ドラム１０３０の表面上のトナーを電気的に記録紙１０４０に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム１０３０の表面のトナー像が記録紙１０４０に転写される。ここで転写された記録紙１０４０は、定着ローラ１０４１に送られる。この定着ローラ１０４１では、熱と圧力とが記録紙１０４０に加えられ、これによってトナーが記録紙１０４０上に定着される。ここで定着された記録紙１０４０は、排紙ローラ１０４２を介して排紙トレイ１０４３に送られ、排紙トレイ１０４３上に順次スタックされる。
【０１００】
除電ユニット１０３４は、感光体ドラム１０３０の表面を除電する。クリーニングブレード１０３５は、感光体ドラム１０３０の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム１０３０の表面は、再度帯電チャージャ１０３１の位置に戻る。
【０１０１】
本発明に係る静電潜像の測定装置を用いて測定することにより、非常に望ましい感光体（潜像担持体）を得ることができ、この感光体を用いて画像形成装置を構成することにより、解像力に優れた精彩度の高い画像、さらに、耐久に優れた画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明に係る静電潜像の測定装置を用いることによって、電子写真プロセスを用いる複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる感光体の品質や性能を評価することができる。そして、評価された感光体の品質や性能に応じた画像形成装置の設計を行うことにより、感光体に高品質の静電潜像を形成することができ、この静電潜像を現像することにより高品質の画像を得ることができる。
【符号の説明】
【０１０３】
４    電子ビーム照射装置
６    露光部
８    検出器
１５    試料載置部
２０    感光体試料
４０    真空チャンバ
６１    光源
６５    光偏向器
１０１７    同期センサ（同期信号生成手段）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０４】
【特許文献１】特開平０３−０４９１４３号公報
【特許文献２】特開平３−２００１００号公報
【特許文献３】特開２００３−２９５６９６号公報
【特許文献４】特開２００４−２５１８００号公報
【特許文献５】特開２００８−２３３３７６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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