(57)【要約】【課題】  誘電体の表面に生じている電荷分布を、電子写真プロセスと同等条件で静電潜像を形成させて、その静電潜像を計測する静電潜像評価方法を提供する。【解決手段】  感光体試料の試料面を露光し、試料面に静電潜像パターンを形成し、試料面を電子ビーム走査することで得られる検出信号に基づいて、試料面の上記静電潜像パターンを評価する静電潜像評価方法であって、試料面に光スポットを照射して感光体試料の電荷発生層で発生する電荷生成領域からなる入力潜像面積と、光像により発生する電荷分布で形成される静電潜像の領域からなる出力潜像面積と、を計測し、入力潜像面積に対する上記出力潜像面積の割合である入出力潜像比率を計測し、入出力潜像比率に基づいて上記感光体試料上の静電潜像を評価する、静電潜像評価方法による。【選択図】図１
2014102357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体試料の試料面を露光し、上記試料面に静電潜像パターンを形成し、上記試料面を電子ビーム走査することで得られる検出信号に基づいて、上記試料面の上記静電潜像パターンを評価する静電潜像評価方法であって、
上記試料面に光スポットを照射して上記感光体試料の電荷発生層で発生する電荷生成領域からなる入力潜像面積と、光像により発生する電荷分布で形成される静電潜像の領域からなる出力潜像面積と、を計測し、
上記入力潜像面積に対する上記出力潜像面積の割合である入出力潜像比率を計測し、
上記入出力潜像比率に基づいて上記感光体試料上の静電潜像を評価する、
ことを特徴とする静電潜像評価方法。
【請求項２】
予め決められた基準サイズの静電潜像パターンによる入出力潜像比率からなる目標値と、
上記基準サイズより小さい評価サイズの静電潜像パターンによる入出力潜像比率と、
を比較し、
上記出力潜像面積が上記目標値における入出力潜像比率になる最適化光量を、上記評価サイズ毎に計測する、
請求項１記載の静電潜像評価方法。
【請求項３】
上記光スポットは、走査光学系を介して照射され、
上記走査光学系は、２次元の走査が可能な光走査装置であって
上記入力潜像面積は、平均走査距離と主走査ビーム径から決定される主走査点灯領域と、ラインピッチとライン数、及び副走査ビーム径から決定される副走査点灯領域との積で計測される、
請求項１または２に記載の静電潜像評価方法。
【請求項４】
上記電子ビーム走査は、真空チャンバ内で行われる、
請求項１乃至３のいずれかに記載の静電潜像評価方法。
【請求項５】
真空のチャンバ内に、
帯電装置で帯電された感光体試料の試料面を露光して電荷分布を生成させ、上記試料面に静電潜像パターンを形成するための走査光学系と、
上記静電潜像パターンが形成された上記試料面を電子ビームで走査することにより、上記試料面の静電潜像パターンを測定する測定手段と、
上記感光体試料をチャンバ内に設置するための試料設置手段と、
を備え、
上記試料設置手段に設置された上記感光体試料に対して、上記走査光学系を介した光スポットが上記試料面に照射されたときに、上記感光体試料の電荷発生層で発生した電荷生成領域からなる入力潜像面積を計測する手段と、
光像により発生した電荷分布で形成された静電潜像の領域からなる出力潜像面積を計測する手段と、
上記静電潜像パターンの複数の評価サイズ毎に、空間周波数に係る入出力潜像比率を計測する手段と、
を有することを特徴とする静電潜像評価装置。
【請求項６】
予め決められた基準サイズの静電潜像パターンによる入出力潜像面積の割合を計測する手段と、
上記基準サイズの静電潜像パターンよりも小さいサイズの静電潜像パターンによる入出力潜像面積の割合を計測する手段と、
上記基準サイズの静電潜像パターンに係る入出力潜像面積の割合と、上記基準サイズの静電潜像パターンよりも小さいサイズの静電潜像パターンに係る入出力潜像面積の割合と、を比較する比較手段と、
出力潜像面積が目標値となる最適化光量を画素サイズ毎に計測する手段と、
を有する請求項５記載の静電潜像評価装置。
【請求項７】
２次元走査可能な光走査装置によって上記静電潜像パターンを形成し、
平均走査距離と主走査ビーム径から主走査点灯領域を計測する手段と、
ラインピッチとライン数、副走査ビーム径から副走査点灯領域を計測する手段と、
上記主走査点灯領域と上記副走査点灯領域から、入力潜像面積を計測する手段と、
を有する請求項５または６に記載の静電潜像評価装置。
【請求項８】
ドット潜像形成時の露光量を画素サイズ毎に応じて設定する手段と、
少なくとも１箇所以上ベタ画像時とは別の露光量で露光する手段と、
を有し、
上記露光量を請求項１乃至４のいずれかに記載の静電評価方法に基づいて算出した最適露光量とする、
画像形成装置。
【請求項９】
ドット潜像形成時の露光量を画素サイズ毎に応じて設定する手段と、
少なくとても１箇所以上ベタ画像時とは別の露光量で露光する手段と、
上記請求項５乃至７のいずれかに記載の静電評価装置と、
を有し、
上記露光量を上記静電評価装置により算出された露光量とする、
画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電潜像評価方法、静電潜像評価装置および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電潜像を形成する潜像電荷の大きさは、数ミクロンから数百ミクロンといった小さな電荷量であるため、平行板コンデンサモデル（Ｑ＝ＣＶ）の関係が成立しない。このため、従来から知られている静電潜像評価方法では、潜像電荷の大きさを正確に計測することができない。
【０００３】
従来の静電潜像の評価方法として、例えば、電子ビームによる静電潜像評価方法が知られている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。特許文献１の静電潜像評価方法に用いることができる試料は、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。従って、暗減衰を生じる通常の感光体を試料に用いることはできない。
【０００４】
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、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】
特許文献２の静電潜像評価装置を用いた場合、使用波長が４桁以上異なる上に、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に係る静電潜像を形成することは不可能である。
【０００６】
以上のような状況を鑑みて、本願出願人は、暗減衰を有する感光体試料であっても静電潜像を評価可能な方式を提案した（特許文献３および４を参照）。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引き戻され、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、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で、静電潜像の評価をすることができる。
【０００７】
電子写真で用いられる露光は、一般的にはパルス幅変調により行われるので、光量は時間的にＯＮ／ＯＦＦされる。この露光に係る像面の光量自体は基本的に一定である。画像濃度全体を変更することはあっても、画素サイズ毎に光量を変調することはない。
【０００８】
近年、書き込み密度が１２００ｄｐｉ、２４００ｄｐｉ、４８００ｄｐｉのように高密度になっているが、ビーム径はそれほど変わってはいない。よって、１ドットあるいは数ドットの露光エネルギー密度と、ベタ露光のときの露光エネルギー密度が乖離している。従来の方式のように光量を一定にする方式は、ベタＩＤとドット再現の両立は不可能である。そこで、中低濃度でのドット形成時における露光量は、入力潜像面積に応じて最適化すると、階調性や高画質化にとって有効である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の静電潜像評価方法には、光出力のばらつきを用いて静電潜像のばらつきを評価するものがあるが、潜像の入出力変換特性や最適化光量を考慮するものではない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、誘電体の表面に生じている電荷分布を、電子写真プロセスと同等条件で静電潜像を形成させて、その静電潜像を計測する静電潜像評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、感光体試料の試料面を露光し、上記試料面に静電潜像パターンを形成し、上記試料面を電子ビーム走査することで得られる検出信号に基づいて、上記試料面の上記静電潜像パターンを評価する静電潜像評価方法であって、上記試料面に光スポットを照射して上記感光体試料の電荷発生層で発生する電荷生成領域からなる入力潜像面積と、光像により発生する電荷分布で形成される静電潜像の領域からなる出力潜像面積と、を計測し、上記入力潜像面積に対する上記出力潜像面積の割合である入出力潜像比率を計測し、上記入出力潜像比率に基づいて上記感光体試料上の静電潜像を評価する、ことを主な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、誘電体の表面に生じている電荷分布を、電子写真プロセスと同等条件で静電潜像を形成させて、その静電潜像を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る静電潜像評価方法に用いる静電潜像評価装置の例を示す構成図である。
【図２】上記静電潜像評価方法において、（ａ）感光体試料の表面に照射された電子ビームの加速電圧と２次電子放出比の関係を示すグラフ、（ｂ）電子ビームの加速電圧と飽和帯電電位の関係を示すグラフ、である。
【図３】上記静電潜像評価装置が備える制御手段の例を示す機能ブロック図である。
【図４】上記静電潜像評価方法における入出力潜像比率と空間周波数の関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る静電潜像評価装置の別の実施形態に用いられる最適化光量決定装置の例を示す機能ブロック図である。
【図６】上記最適化光量決定装置によって得られる最適化光量と空間周波数特性との関係の例を示すグラフである。
【図７】本発明に係る静電潜像評価方法の別の実施形態に用いられる最適化光量を決定する解析方法の例を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る静電潜像評価方法の別の実施形態に用いる感光体試料の例を示す図である。
【図９】上記静電潜像評価方法における入力潜像面積の導出方法を示す図である。
【図１０】上記静電潜像評価装置が備える光書込走査ユニットの例を示す、（ａ）斜視図、（ｂ）光源の変形例、（ｃ）光源の別の変形例、である。
【図１１】上記静電潜像評価装置が備える光書込走査ユニットのさらに別の例を示す斜視図である。
【図１２】上記光書込走査ユニットが備える、（ａ）音響光学偏向素子の構成図、（ｂ）音響光学偏向素子への入力電圧と出力周波数の関係を示すグラフ、である。
【図１３】上記光書込走査ユニットにおける２次元露光処理の流れの例を示すフローチャートである。
【図１４】上記光書込走査ユニットのシステム制御系統の例を示す構成図である。
【図１５】２次電子像の検出方法を示す概念図であって、（ａ）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示した図、（ｂ）「ポテンシャルの穴」を模式的に示した図、である。
【図１６】上記２次電子像の検出方法に係る図であって、（ａ）コントラスト像の計測結果を示す図、（ｂ）コントラスト像に対して画像処理を行い得る画像の例を示す図、である。
【図１７】１次電子検出方式による入射電子と試料の関係であって、（ａ）｜Ｖａｃｃ｜＞｜Ｖｐ｜の場合、（ｂ）｜Ｖａｃｃ｜＜｜Ｖｐ｜の場合、を示す図である。
【図１８】従来の露光方式に係る露光量と本発明に係る画像形成装置に用いられる露光方式に係る露光量をドットパターンごとに比較した図である。
【図１９】本発明に係る画像形成装置が備える画像処理部の例を示すブロック図である。
【図２０】上記画像処理部が備える画像処理ユニットの構成の例を示すブロック図である。
【図２１】本発明に係る静電潜像評価方法に係る入力潜像面積率と画像濃度の関係を示すグラフである。
【図２２】本発明に係る画像形成装置の実施形態を示す中央断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、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の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る静電潜像評価方法の実施に用いる静電潜像評価装置の実施形態を示す構成図である。図１に示す静電潜像評価装置１は、表面電荷分布を有する試料（感光体試料１５）に対し、荷電粒子ビームである光ビームを走査して、信号を検出するものである。
【００１６】
図１において、静電潜像評価装置１は、電子ビーム照射部１４と、光書込走査ユニット１６と、試料設置部１７と、検出器１８と、制御手段５０と、を有してなる。
【００１７】
荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射系である電子ビーム照射部１４は、電子銃２と、サプレッサ電極３と、引き出し電極４と、加速電極５と、コンデンサレンズ６と、アパーチャ（不図示）と、ビームブランカ７と、を備えている。また、電子ビーム照射部１４は、仕切弁８と、可動絞り９と、スティグメータ１０と、偏向電極（走査レンズ）１１と、静電対物レンズ１２と、ビーム射出開口部１３と、を備えている。
【００１８】
電子銃２は、電子ビームを発生させるものである。サプレッサ電極３は、電子ビームを制御するものである。加速電極５は、電子ビームのエネルギーを制御するものである。コンデンサレンズ６は、電子銃から発生された電子ビームを集束させるものである。アパーチャは、電子ビームの照射電流を制御するものである。ビームブランカ７は、電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせるものである。
【００１９】
スティグメータ１０は、ビームブランカ７を通過した電子ビームの非点補正を行うものである。偏向電極（走査レンズ）１１は、ビームブランカ７を通過した電子ビームによる走査を行うものである。静電対物レンズ１２は、走査レンズを通過した電子ビームを再び集光させるものである。なお、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。
【００２０】
ここで、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。
【００２１】
光書込走査ユニット１６は、光源としてのＬＤ（レーザーダイオード）１１０を有している。ＬＤ１１０から出射された光ビームは、最終的に入射窓３８を通過して、一様に帯電された感光体試料１５の表面に静電潜像を形成する。ＬＤ１１０は後述する制御手段５０により、そのパワーを画像形成条件に応じて駆動制御される。
【００２２】
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２の代わりに液体金属イオン銃などを用いればよい。
【００２３】
試料設置部１７は、図示しない移動手段により、感光体試料１５の位置を水平面におけるｘ軸方向とｙ軸方向に変位させるものである。感光体試料１５の変位制御により、電子ビーム照射部１４による２次元走査が可能になる。この走査を「電子ビーム走査」という。また、試料設置部１７には、試料背面電圧印加手段２０により、電圧印加される。
【００２４】
検出器１８は、電子を検出する手段であって、シンチレータや光電子増倍管などにより構成される。検出器１８による検出される検出信号に基づいて、後述する制御手段５０により、入力潜像面積に対する出力潜像面積の割合である入出力潜像比率が計測される。
【００２５】
検出器１８が電子を検出したことにより出力される信号は、制御手段５０に入力されて画像信号に変換される。このとき背面印加電圧や画像情報を元に、１次電子像であるか２次電子像であるかの判別がされ、画像処理後に特徴量の一種である潜像面積が計測される。すなわち、一様に帯電した感光体試料１５の表面に対して光ビームが走査されることで放出される電子を検出器１８が検出し、この検出器１８における検出結果に基づいて、特徴量が抽出される。
【００２６】
次に、感光体試料１５の表面を帯電させる手段（帯電電荷を生成させる手段）について説明する。電子写真用の感光体は、実機では、絶対値にして４００Ｖから１０００Ｖ程度の電位で帯電させる。荷電粒子ビームは真空環境で使用できるので、感光体試料１５を真空チャンバ内に置き、所望の電位にて帯電させる必要がある。この「帯電させる手段」は、帯電装置で構成してもよい。
【００２７】
まず、電子ビーム照射部１４により感光体試料１５に電子ビームを照射する。ここで、感光体試料１５の表面に照射された電子ビームの加速電圧と２次電子放出比の関係と、電子ビームの加速電圧を飽和帯電電位の関係の例について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、感光体試料１５の表面に照射された電子ビームの加速電圧と２次電子放出比の関係を示すグラフである。また、図２（ｂ）は、電子ビームの加速電圧を飽和帯電電位の関係を示すグラフである。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、加速電圧Ｅ１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で、入射電子量が放出電子量より上回る。これにより電子が感光体試料１５に蓄積されて、チャージアップを起こす。その結果、感光体試料１５にはマイナスの一様帯電を発生させることができる。このように加速電圧と照射時間を適切に制御することにより、所望の帯電電位を形成することができる。
【００２９】
また、加速電圧と帯電電位には図２（ｂ）に示すような関係がある。すなわち、加速電圧と照射時間を適切に制御することにより、電子写真装置の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|」となるように、加速電圧Ｅ１による電子ビームを照射すれば、感光体試料１５を電位Ｖｓにて帯電させることができる。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で照射すればよい。
【００３０】
なお、別の帯電方法として、背面電極に電圧を印加してもよい。例えば、感光体試料１５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一定の条件を満たすように、感光体試料１５に電子ビームを照射してもよい。その一定の条件とは、例えば、背面電極電圧をＶｓｕｂとしたときに、「｜Ｅ１−Ｅ０＋Ｖsub｜≧｜Ｖｓ｜」である。
【００３１】
次に、制御手段５０について説明する。図３は、本実施形態に係る静電潜像評価装置の制御手段５０の例を示す機能ブロック図である。図３において、制御手段５０は、信号検出手段５０１と、荷電粒子ビーム走査手段５０２と、第１潜像画像取得手段５０３と、画像処理手段５０４と、第１出力潜像面積計測手段５０５とを有してなる。また、制御手段５０は、その他に、光像パターン決定手段５０６と、２次元走査露光手段５０７と、静電潜像形成手段５０８と、帯電手段５０９と、入力潜像面積計測手段５１０と、第１入出力潜像演算手段５１１と、を有してなる。
【００３２】
なお、感光体試料１５には、電子写真装置に用いられる、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍに感度を有する感光体を用いる。
【００３３】
帯電手段５０９は、電子ビーム等の荷電粒子ビームの加速電圧を所定の値に設定して、感光体試料１５を所望の帯電電位に帯電させる手段である。
【００３４】
光像パターン決定手段５０６は、２次元走査露光手段５０７が感光体試料１５に向けて照射する光像のパターンを決定する手段である。
【００３５】
２次元走査露光手段５０７は、予め設定されたビーム径をもって、光像パターン決定手段５０６にて決定されたパターンで、狙いの露光量に感光体試料１５を露光する手段である。ここで、２次元走査露光手段５０７における２次元の走査方法は、例えば、主走査方向はポリゴンスキャナで、副走査方向は音響光学変更素子（ＡＯＤ）などを用いて行う。このとき、評価すべきパターンサイズは、数百μm以下の小さいドットサイズを想定している。
【００３６】
２次元走査露光手段５０７が感光体試料１５の試料面を２次元走査することで、静電潜像形成手段５０８が感光体試料１５の表面に静電潜像を形成する。
【００３７】
荷電粒子ビーム走査手段５０２は、前述した電子ビーム照射部１４を制御する手段であって、２次元走査露光手段５０７と連動している。
【００３８】
信号検出手段５０１は、荷電粒子ビーム走査手段５０２により、感光体試料１５上に形成された静電潜像の形成直後から、荷電粒子ビーム（電子ビーム）を走査したときの信号を検出する。
【００３９】
信号検出手段５０１により検出された信号に基づいて第１潜像画像取得手段５０３が、潜像画像を取得する。
【００４０】
２次電子検出の場合、帯電領域は明るく、露光によって失われた潜像電荷の領域は暗く検出される。そこで、画像処理手段５０４は取得された潜像画像に対して、２値化処理や輪郭抽出などの画像処理を行なう。これらの画像処理によって、露光による潜像領域を決定することができる。
【００４１】
第１出力潜像面積計測手段５０５は、潜像領域が決定された潜像画像に対し、出力潜像面積（出力ＬＴＳ）を計測する。
【００４２】
また、入力潜像面積計測手段５１０は、主副のビーム径（ＢＳ径）、点灯領域およびラインピッチなど、２次元走査露光手段５０７からの情報により、入力潜像の面積（入力ＬＴＳ）を正確に計測する。
【００４３】
第１入出力潜像演算手段５１１は、計測された出力潜像面積と、計測された入力潜像面積を用いて、入力潜像面積に対する出力潜像面積の比率すなわち、出力ＬＴＳ／入力ＬＴＳを計測する。
【００４４】
以上のように、制御手段５０を備える静電潜像評価装置１によって、誘電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により計測することができる、静電潜像評価方法を実施することができる。この静電潜像評価方法によれば、特に、電子写真用感光体上に電子写真プロセスで起こるのと同等条件で静電潜像を形成させ、その静電潜像を測定することができる。
【００４５】
図４は、入出力潜像比率と空間周波数の関係を示すグラフである。図４において、横軸は入力潜像サイズの空間周波数ｆであって、縦軸は入出力潜像比率である。入力潜像サイズを入力潜像面積の円相当の直径とすれば、入力潜像サイズＤ=√(入力ＬＴＳ/π)である。この入力潜像サイズに基づく空間周波数ｆは、ｆ＝１／（２×Ｄ）で表すことができる。
【００４６】
光量を一定にしてパルス幅を変更するパルス幅変調露光方式は、一般的な画像形成装置において広く利用されている。しかし、パルス幅変調露光方式では、空間周波数ｆに対する入出力潜像比率が一定にならない。
【００４７】
理想的には、空間周波数ｆに関わらず入出力潜像比率が一定であることが望ましい。しかし、図４に示すように、空間周波数ｆの低い領域（ベタ露光領域）に比べて、空間周波数ｆが高い領域（小径ドット露光領域）では、入出力潜像比率が小さくなる。また、空間周波数ｆの中間領域であっても、エッジ効果の影響が高くてトナー付着量が大きい領域では、入出力潜像比率が高くなることもある。このように、空間周波数ｆが一定にならない原因は、画素の高密度化によって画素サイズが小さくなっているにも関わらず、露光されるＢＳ径は小さくならないからである。つまり、露光エネルギー密度が最適条件からずれているためである。
【００４８】
また、入出力潜像比率は、必ずしも「１」が理想であるとは限らない。感光体の電荷輸送層（ＣＴＬ）移動に伴って、電荷が広がると考えれば、比率は１より大きくなる。一方、光量が少ない場合には、１より小さくなる。
【００４９】
このような入出力潜像比率の変動は、出力画像の階調性に直接影響を与える。よって、入出力潜像比率を把握して管理することが、画像評価を行う上で非常に重要である。ここで、入出力潜像比率を把握し管理するために重要なことは、ドットサイズによる入出力潜像比率の変動である。言い換えると、入出力潜像比率が空間周波数ｆに対して変動していないことが重要である。従って、評価すべきパターンサイズ毎の空間周波数ｆに分解して、入出力潜像比率を計測し、この入出力潜像比率を評価すればよい。このときの評価すべきパターンサイズは、シミュレーションや理論的予測がつきにくい、数百μｍ以下の小さいドットサイズが特に有効である。
【００５０】
以上の実施形態に係る静電潜像評価装置および静電潜像評価方法によれば、入力潜像と出力潜像の両方を高精度に計測し、その面積の変換比率を評価サイズ毎の空間周波数に分解して、評価を行うことができる。これにより、従来のシミュレーションや紙画像出力評価で困難であった、感光体特性を含んだ微小サイズ領域での入出力潜像変換特性を評価することが可能となる。
【００５１】
次に、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の別の実施形態について説明する。本実施形態では、静電潜像評価装置１が備える制御手段５０に代えて、後述する最適化光量決定装置を備える。本実施形態に係る静電潜像評価装置１によれば、予め決めた基準サイズで、入出力潜像比率を計測しておき、それに対して、評価サイズでの入出力潜像比率を比較することで、評価サイズでの入出力潜像比率が適切であるかどうかを判断することができる。
【００５２】
すなわち、基準サイズの潜像における入出力潜像面積の割合と、基準サイズより小さい潜像における入出力潜像面積の割合とを比較し、出力潜像面積が目標許容値となる最適化光量を画素サイズ毎に計測する。ここでの基準サイズとは、ベタ画像相当の大きいサイズである。露光量は、ベタ画像での画像濃度が目標値となる露光量であることが望ましい。具体的には、６００ｄｐｉにおける８画素あるいは１６画素相当、すなわち３３８〜６７７μｍ程度が望ましい。この場合も入出力潜像比率は必ずしも１にはならないのは、前述の通りである。
【００５３】
図５は、本実施形態に係る最適化光量装置の例を示す機能ブロック図である。図５において最適化光量決定装置６０は、最適化光量算出手段６０１と、評価サイズ設定手段６０２と、光量設定手段６０３と、を有してなる。また、最適化光量決定装置６０は、第２潜像画像取得手段６０４と、第２出力潜像面積計測手段６０５と、第２入出力潜像演算手段６０６と、比較手段６０７と、を有してなる。さらに、最適化光量決定装置６０は、基準サイズ設定手段６０８と、基準光量設定手段６０９と、第３潜像画像取得手段６１０と、第３出力潜像面積計測手段６１１と、基準入出力潜像比率決定手段６１２と、目標値設定手段６１３と、を有してなる。
【００５４】
まず、基準サイズ設定手段６０８において基準サイズが設定され、基準光量設定手段６０９において基準露光量が設定される。設定された基準サイズと基準露光量によって形成された潜像画像が、第３潜像画像取得手段６１０において取得されて解析される。解析の結果、基準サイズの入出力潜像比率Rrefが計測される。この入出力潜像比率Rrefをリファレンスとする。
【００５５】
次に、評価サイズ設定手段６０２において評価サイズが設定されて、光量設定手段６０３において光量が設定される。設定された評価サイズと光量によって形成された潜像画像が、第２潜像画像取得手段６０４において取得される。取得された潜像画像の出力潜像面積が第２出力潜像面積計測手段６０５により計測される。計測された出力潜像面積に基づいて、第２入出力潜像演算手段６０６が、評価サイズにおける入出力潜像比率を計測する。
【００５６】
評価サイズは、基準サイズより小さい潜像であることが望ましい。より具体的には、現像ギャップのサイズよりも小さい潜像であることが望ましい。このような小さい潜像は、現像モデルが成立しにくい領域であって、具体的には３００μｍ以下、６００ｄｐｉ換算で７ドット以下である。
【００５７】
基準サイズよりも小さいドットに対して評価したときは、この基準サイズよりも小さいドットに係る入出力潜像比率を、基準サイズの入出力潜像比率Rrefと比較すればよい。比較の結果、基準サイズよりも小さいドットにおける入出力潜像比率の方が大きければ、単位面積あたりのトナー付着量は増加して、画像濃度は濃くなる。逆に、基準サイズよりも小さいドットにおける入出力潜像比率が基準サイズの入出力潜像比率Rrefより小さければ、トナー付着量は減少して画像濃度は薄くなる。
【００５８】
いずれの評価サイズにおいても、入出力潜像比率が揃っていることが望ましい。従って、まずは、評価サイズの基準光量条件で入出力潜像比率を計測して、基準サイズの入出力潜像比率Rrefと比較する。
【００５９】
評価サイズの基準光量条件で入出力潜像比率が基準サイズの入出力潜像比率Rrefより大きければ、この比較結果に基づいて、最適化光量算出手段６０１が、基準光量より小さい最適な光量を算出する。算出された最適化光量は光量設定手段６０３によって再設定される。最適化光量が再設定された後に、再度の潜像評価が行われる。このように、評価サイズに係る入出力潜像比率が入出力潜像比率Rrefとなる最適化光量を決定することができる。この最適化光量の決定を各評価サイズで行えばよい。
【００６０】
以上説明した最適化光量決定装置６０によれば、最適化光量の空間周波数特性を得ることができる。図６は、最適化光量決定装置６０によって得られる最適化光量と空間周波数特性との関係の例を示すグラフである。図６に示す最適化光量の空間周波数特性を関数化し、画像形成装置に組み込むことによって、高画質化を実現することができる。
【００６１】
以上説明したように、入力潜像面積と出力潜像面積の比率を画素サイズ毎に計測し、その比率が基準サイズから決定される目標値になるように光量を補正して、入出力潜像比率が目標値に達成しているか判定することができる。
【００６２】
次に、最適化光量決定装置６０において実行される解析処理について説明する。図７は、最適化光量を決定する解析処理に係る処理の例を示すフローチャートである。図７において各処理ステップをＳ１、Ｓ２、・・・のように表す。まず、静電潜像パターンの評価サイズを設定する（Ｓ１）。続いて、光量が設定される（Ｓ２）。続いて、電子ビームの照射により感光体試料１５が帯電する（Ｓ３）。
【００６３】
続いて、光書込走査ユニット１６により感光体試料１５が露光されて（Ｓ４）、静電潜像パターンが形成される（Ｓ５）。続いて、検出器１８により走査信号が検出され（Ｓ６）、この走査信号に基づいて画像処理が行われる（Ｓ７）。画像処理により得られた静電潜像画像に基づいて、入力潜像面積と、出力潜像面積が計測される（Ｓ８）。
【００６４】
続いて、入出力潜像比率の演算処理が行われる（Ｓ９）。算出された入出力潜像比率（入出力潜像比率Rref）が目標許容値であるか否かの判定処理が行われる（Ｓ１０）。基準サイズにおける入出力潜像比率Rrefが目標許容値であれば（Ｓ１０のＹＥＳ）、設定されている評価サイズにおける出力潜像面積が入出力潜像比率Rrefと同じである。この場合の露光量を最適露光量として決定する（Ｓ１１）。
【００６５】
基準サイズにおける入出力潜像比率Rrefが目標許容値でなければ（Ｓ１０のＮＯ）、設定されている評価サイズにおける出力潜像面積が、入出力潜像面積×比例定数α×入出力潜像比率Rrefとなるような露光量を算出し（Ｓ１２）、処理Ｓ２に戻す。
【００６６】
以上説明をした解析処理によれば、最適化光量の空間周波数特性を得ることができる。この解析処理によって得られる最適化光量の空間周波数特性（図６を参照）を関数化して、画像形成装置に組み込むことにより、高画質化を実現することができる。
【００６７】
図６に示した最適化光量の空間周波数特性は、入出力潜像比率が目標値を入出力潜像比率Rrefに設定したときの、ドットサイズ毎の最適化光量特性である。図６に示すように、ハイライト領域に相当する小径ドットでは、最適化光量が基準光量よりも高く、エッジ効果の影響のあるドットサイズ領域では、基準光量よりも小さくなる。このように、上記解析処理によって得られた離散的な測定結果を、近似曲線で関数化することにより、任意の画像サイズに対応することができる。
【００６８】
従来のシミュレーションでは、感光体のＶＬ特性などを十分反映することが困難であったため、また、実際の紙出力画像では現像・転写・定着と進むにつれノイズが大きくなるから、光量と空間周波数特性の関係を明確にすることが容易でなかった。しかし、本実施の形態に係る解析処理によれば、実際の感光体試料１５を用いた上で、実機と同様の条件化で静電潜像を形成して計測することができるので、最適条件を明らかにして再現することができる。
【００６９】
以上説明した実施形態によれば、予め決められた基準サイズでのパターンで、画素サイズ毎の最適な露光量を計測することができる。最適な露光量の計測は、基本光量により静電潜像を形成するときの入出力潜像面積の割合と、基準サイズより小さい評価サイズでの潜像を形成するときの入出力潜像面積の割合とを比較して行う。
【００７０】
次に、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のさらに別の実施形態について説明する。本実施形態は、静電潜像評価装置１が備える光書込走査ユニット１６を、２次元走査可能なユニットにするものである。
【００７１】
まず、本実施形態に用いられる感光体試料１５の例を図８に示す。図８は、電子写真用の有機感光体（ＯＰＣ）を用いたときの状態を示す図である。有機感光体（ＯＰＣ）は、導電性支持体の上に、下引き層（ＵＬ）が形成され、その上に電荷発生層（ＣＧＬ）が形成され、さらにその上に電荷輸送層（ＣＴＬ）が形成されている。電荷輸送層（ＣＴＬ）の表面に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（ＣＧＬ）の電荷発生材料により、光が吸収されて、正負両極性のチャージキャリアが発生する。
【００７２】
このキャリアは、電界によって、一方は電荷輸送層（ＣＴＬ）に、他方は導電性支持体に注入される。電荷輸送層（ＣＴＬ）に注入されたキャリアは、電界によって、電荷輸送層（ＣＴＬ）中を表面まで移動し、表面電荷と結合して消去される。これにより、感光体表面に電荷分布すなわち静電潜像が形成される。これが入力潜像となる。
【００７３】
一方、光源からの露光によって感光体の電荷発生層（ＣＧＬ）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、潜像が形成される。発生キャリアは、電荷輸送層（ＣＴＬ）通過中に水平方向に広がりながら表面に移動する。最終的にキャリアが表面に達したときの潜像が出力潜像となる。
【００７４】
ここで、入力潜像面積の導出方法について図９を用いて説明する。１ラインの走査で完了できる場合は、入力潜像面積は、単純に「副走査ＢＳ径×主走査点灯領域」（主走査点灯領域＝走査速度×点灯時間＋主走査ＢＳ径）で表すことができる。複数のラインにまたがる矩形パターンの場合は、図９（ａ）に示すように、入力潜像面積は、「副走査点灯領域×主走査点灯領域」で表すことができる。ここで、「副走査点灯領域」は、「ラインピッチ×ライン数＋副走査ＢＳ径、主走査点灯領域＝走査速度×点灯時間＋主走査ＢＳ径」により算出できる。
【００７５】
複数のラインにまたがり、かつ非矩形パターン（円形など）の場合は、図９（ｂ）に示すように、近似的に表すことができる。この場合の入力潜像面積は、「副走査点灯領域×平均主走査点灯領域」（副走査点灯領域＝ラインピッチ×（ライン数−１）＋副走査ＢＳ径、主走査点灯領域＝走査速度×平均点灯時間＋主走査ＢＳ径）で表すことができる。このように、任意のドット形状の入力潜像面積を表すことができる。
【００７６】
このように、入力潜像面積は、平均走査距離と主走査ビーム径から決定される主走査点灯領域と、ラインピッチとライン数、副走査ビーム径から決定される副走査点灯領域との積で導出することができる。すなわち、入力潜像面積は、電荷発生層で発生する電荷生成領域からなる。
【００７７】
次に、本実施形態に係る光書込走査ユニットについて説明する。図１０は本実施形態に係る光書込走査ユニットの例である光走査装置の構成を示す図である。図１０において、光走査装置７６は、半導体レーザであるＬＤ１１０と、コリメートレンズ１１１と、アパーチャ１１２と、シリンダレンズ１１３と、第１の折り返しミラー１１４と、ポリゴンミラー１１５と、を有してなる。また、光走査装置７６は、第１の走査レンズ１１６と、第２の走査レンズ１１７と、第２の折り返しミラー１１８と、を有してなる。
【００７８】
ＬＤ１１０は、露光用のレーザ光を出射する。コリメートレンズ１１１は、ＬＤ１１０から出射されたレーザ光を略平行光にする。アパーチャ１１２は、コリメートレンズ１１１を透過した光のビーム径を規定する。アパーチャ１１２の大きさを変えることで、２０μｍ〜２００μｍの範囲で任意のビーム径を生成することが可能である。シリンダレンズ１１３は、アパーチャ１１２を透過した光を整形する。折り返しミラー１１４は、シリンダレンズ１１３からの光の光路をポリゴンミラー１１５の方向に折り曲げる。ポリゴンミラー１１５は、複数の偏向面を有し、折り返しミラー１１４からの光を所定角度範囲で等角速度的に偏向する。２つの走査レンズ（１１６、１１７）は、ポリゴンミラー１１５で偏向された光を等速度的な光に変換する。第２の折り返しミラー１１８は、第２の走査レンズ１１７からの光の光路を試料７１の方向に折り曲げる。
【００７９】
光走査装置７６の動作について簡単に説明する。ＬＤ１１０から出射された光は、コリメートレンズ１１１、アパーチャ１１２、シリンダレンズ１１３、及び折り返しミラー１１４を介して、ポリゴンミラー１１５の偏向面近傍に一旦結像される。ポリゴンミラー１１５は、不図示のポリゴンモータによって一定の速度で図１０中の矢印方向に回転しており、その回転に伴って偏向面近傍に結像された光は等角速度的に偏向される。
【００８０】
この偏向された光は、さらに２つの走査レンズ（１１６、１１７）を透過し、第２の折り返しミラー１１８の長手方向を所定角度範囲で等速度的に走査する光に変換される。この変換された光は、第２の折り返しミラー１１８で反射され、試料７１の表面を走査する。すなわち、光スポットが試料７１の母線方向に移動する。これにより、試料７１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。光源は図１０（ｂ）または（ｃ）に示すようなＶＣＳＥＬ等のマルチビーム光源であってもよい。なお、ラインパターンを形成するには、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できる機構を用いればよい。
【００８１】
次に、本発明に係る静電潜像評価装置が備える光書込走査ユニットのさらに別の実施形態について説明する。図１１は本実施形態に係る光走査装置の例を示す斜視図である。図１１に示す光書込走査ユニットは、２次元走査型の例であって、副走査方向にスキャンするための、回折光学偏向素子１２０が配置されている。
【００８２】
回折光学偏向素子１２０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ればよく、液晶変調素子や電気光学素子などでもよい。中でも音響光学偏向素子は好適である。音響光学偏向素子は、周波数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。図１１において、符号１１４は折り返しミラーを、符号１２５は同期検知手段を示している。
【００８３】
ここで、走査光学系の走査と垂直に光束を偏向させる光偏向器としての音響光学素子について図１２を用いて説明する。副走査のラインピッチは、音響光学偏向素子の偏向角で決定される。
【００８４】
図１２（ａ）は、音響光学素子の構成の例を示す図である。音響光学偏向素子とは、光学媒体の中に超音波を発生させて、進行する超音波の波面によってレーザ光を回折させる素子であって、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。音響光学偏向素子は、二酸化テルル（Ｔｅ０２）やモリブデン酸鉛（ＰｂＭｏ０４）などの単結晶又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なる。この圧電素子に外部から電気信号を加えて超音波を発生させて、超音波を媒体中に伝搬させると、光学素子内に周期的な屈折率の粗密を形成することができる。
【００８５】
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は以下の式で表される。
θ＝λ・ｆａ／Ｖａ
ただし、λ：空気中の光波長、ｆａ：音響波基本周波数、Ｖａ：音響波速度である。
【００８６】
偏向角をΔθだけ変化させるためには、基本周波数ｆａにΔｆａ分だけシフトさせると良い（Δθ＝λ・Δｆａ／Ｖａ、Δｆａ：音響波周波数変調）。この素子を電圧制御発信器（ＶＣＯ）で駆動し、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。
【００８７】
図１２（ｂ）は、ＶＣＯに入力する電圧と出力の周波数の関係を示している。ＶＣＯに適切な電圧を入力することで、所望の方向に偏向させることができる。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、例えば露光エネルギー密度０．５ｍＪ／ｍ２、ビームスポット径３０〜１００μｍ、デューティ比、画周波数、書込密度、画像パターン等の条件を設定すると良い。画像パターンとしては、１ドット孤立の他、１ｄｏｔ格子、２ｂｙ２、２ドット孤立など、また、副走査ラインや副走査ピッチムラを意図的に発生させたラインなど様々なパターンを形成することができる。
【００８８】
以上のように、副走査のラインピッチは、音響光学偏向素子の偏向角で決定され、偏向角は素子への入出力電圧特性（ＶＣＯ特性）で決定される。主走査の点灯領域は、ＬＤの点灯時間と走査速度で決定される。このとき、ＬＤには立ち上がり/立下り特性があるので、それらを考慮した方が高精度になる。特に小径ドットでは影響が顕著になる。ＬＤの立ち上がり/立下りは、ＰＤで受光してモニターすることで把握できる。
【００８９】
副走査のビーム径については、試料への入射角を考慮する必要がある。もし、４５度入射であるならば、試料面でのビーム径は、１．４１倍（１／ＣＯＳ４５°）になる。なお、ビーム径（ＢＳ径）は、１／ｅ２で表現することが通例であるが、潜像との相関を踏まえ、半値半幅で表現することも可能である。これらは、必要に応じて適宜設定するとよい。これらのパラメータを用いることで、入力潜像面積（入力ＬＴＳ）はさらに高精度に計測することができる。
【００９０】
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にし、露光時にはシャッタを開けて光束が通過するような構成にすることで、オフセット発光を遮光させることができる。このようなシャッタを有する構成に係る２次元潜像形成処理の流れの例を図１３に示す。図１３は、本実施形態に係る光書込走査ユニットにおける２次元潜像形成処理の例を示すフローチャートである。また、本実施形態に係る静電潜像評価装置１の制御ブロックの構成例を図１４に示す。
【００９１】
まず、第１のステップにおいて、図１４に示す制御ブロックによる制御コマンドが実行される。
【００９２】
次に、第２のステップにおいて、走査光学系の同期信号が検知される。
【００９３】
次に、第３のステップにおいて、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。
【００９４】
次に、第４のステップにおいて、シャッタ制御コントローラがシャッタを開く。
【００９５】
次に、第５のステップにおいて、試料への光束の走査が開始される。
【００９６】
次に、第６のステップにおいて、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。
【００９７】
次に、第７のステップにおいて、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、次の第８のステップで静電潜像の表面電荷分布の計測が行われ、第９のステップでシャッタが閉じられ潜像形成が終了する。
【００９８】
また、第７のステップにおいて、静電潜像の形成が終了していないと判断された場合は、第１０のステップで副走査位置の変更が行われ、再び第６のステップからの工程が繰り返される。
【００９９】
以上のように、図１４に示す構成を備える光書込走査ユニットを用いて図１３に示す２次元露光処理を実行する。これによって、感光体試料に形成された静電潜像の大きさを特定し、潜像面積を計測することができる。
【０１００】
次に、出力潜像面積の計測方法について説明する。出力潜像面積の計測方法として、２次電子検出方式がある。２次電子検出方式は、２次電子を検出して、静電潜像の大きさを特定し、これによって潜像面積を計測する方法である。ここで、２次電子検出方式によって、電荷分布試料の潜像径を計測する方法について説明する。
【０１０１】
帯電した試料に対し荷電粒子ビームで走査する。これによって放出される２次電子をシンチレータで検出する。検出された２次電子を電気信号に変換してコントラスト像を取得し観察する。この方法によると、帯電部には２次電子検出量が多く、露光部には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。この「暗の部分」を露光による潜像部とみなすことができる。
【０１０２】
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て、検出器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。
【０１０３】
ここで、２次電子によるコントラスト像の検出方法について、図１５を用いて説明する。図１５（ａ）は、荷電粒子捕獲器２４と、試料ＳＰとの間の空間における電位分布を、等高線表示で示した図である。試料ＳＰ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。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、「実線で示す電位等高線群」において、試料ＳＰ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ＳＰにおける「負極性に均一帯電している部分」である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。
【０１０４】
一方、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「破線で示す如く」であり、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。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ＳＰ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２４に向って移動しない。
【０１０５】
図１５（ｂ）は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示した図である。即ち、荷電粒子捕獲器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１５（ａ）の点Ｑ１やＱ２に代表される部分）」に対応する。また、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１１（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応する。
【０１０６】
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」ごとに特定できる。また、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、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として得られる。
【０１０７】
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。
【０１０８】
２次電子によるコントラスト像の検出方法による、コントラスト像の計測結果の例を図１６（ａ）に示す。このときの計測条件は、以下の通りである。
（計測条件）
帯電電位          ：−５００Ｖ
書込密度          ：６００ｄｐｉ
パターン          ：２ｄｏｔ孤立
デューティ        ：１００％
光源              ：波長６５５ｎｍ
ビーム径          ：主４５μｍ×副５０μｍ
露光エネルギー密度：３ｍＪ／ｍ２
【０１０９】
上記計測条件に係るコントラスト像（潜像）の計測結果に対し、２値化処理や輪郭抽出処理等の画像処理を行うと、図１６（ｂ）に示すような画像を得ることができる。図１６（ｂ）における黒色塗りつぶし領域が出力潜像面積に相当する。
【０１１０】
次に、１次電子検出方式について説明する。図１７は、１次電子検出方式による入射電子と試料の関係を示す図である。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で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、表現する方が説明しやすい。そのため、加速電圧は負(Ｖａｃｃ＜０)とする。また、電子ビームの加速電位ポテンシャルはＶａｃｃ（＜０）、空間電位ポテンシャルはＶｐ（＜０）とする。
【０１１１】
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。従って、入射電子は、電位が０（Ｖ）では加速電圧Ｖａｃｃに相当する速度で移動する。しかし、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変化する。
従って、一般的に以下のような現象が起こる。
【０１１２】
｜Ｖａｃｃ｜＞｜Ｖｐ｜の場合、図１７（ａ）に示すように、入射電子の速度は減速されるものの、試料に到達する。
【０１１３】
｜Ｖａｃｃ｜＜｜Ｖｐ｜の場合、図１７（ｂ）に示すように、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。
【０１１４】
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。従って、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、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、識別することができる。なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子検出器があるが、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。
【０１１５】
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、凹凸が分かるための検出方法である。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有り、全く異なる現象である。
【０１１６】
従って、図１を用いて説明した静電潜像評価装置１のように、加速電圧Ｖａｃｃあるいは、試料背面の電極電位Ｖｓｕｂを変えながら、試料表面を電子で走査させて、入射電子を検出器にて検出する構成にすることで、試料の表面電位Ｖｐを計測することができる。また、試料の電位ポテンシャルＶｐが０より大きい場合（Ｖｐ＞０）の場合には、ガリウムなどプラスのイオンや陽子を入射すればよい。
【０１１７】
従って、試料の電位分布をＶｐ（ｘ）したとき、加速電圧Ｖａｃｃの範囲を、Ｍｉｎ｜Ｖｐ｜≦｜Ｖａｃｃ｜≦Ｍａｘ｜Ｖｐ｜として試料に走査させる。こうすることにより、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状態が存在し、その反転した１次反転荷電粒子を検出することで、試料の表面電荷分布の情報を取得することができる。
【０１１８】
以上説明した１次電子検出方式を用いて、本発明に係る静電潜像評価方法を実施すれば、従来では困難であった、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できる。
【０１１９】
１次反転電子で潜像プロファイルを計測する方式は、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る。その結果、走査倍率が変わることや、歪曲収差が生じることがある。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。
【０１２０】
このように、１次電子検出により電荷分布を高精度に計測することが可能である。電荷分布が分かれば静電場計算により電位分布や電界強度分布を計算することは容易であり、これらを解析することで、出力潜像面積を計測してもよい。
【０１２１】
以上説明した実施形態によれば、入出力潜像変換特性の評価において重要な要素である入力潜像面積を、２次元走査露光手段の特性を考慮して、高精度に計測することができる。
【０１２２】
次に、本発明に係る画像形成装置の実施形態について説明する。従来の露光方式は、パルス幅変調か、光量変調のどちらかしか選択できなかったが、近年、両方を同時に行う光波形制御方式が可能になってきた。本実施形態に係る画像形成装置は、この光波形制御方式と、既に説明をした静電潜像評価方法及び静電評価装置を用いて、画素サイズ毎に、ドット潜像形成時の露光量を、ベタ画像時の露光量とは別の値で、最適な値に設定する画像形成装置である。
【０１２３】
図１８は、従来の露光方式に係る露光量と本実施形態に用いられる露光方式に係る露光量を、ドットパターンごとに比較した図である。図１８（ａ）は、ドットパターンの例である。図１８（ｂ）は、従来の露光方式による各ドットパターンの露光量の例である。図１８（ｃ）は、光波形制御方式による各ドットパターンの露光量の例である。
【０１２４】
図１８（ｂ）に示すように、従来の露光方式の例であるパルス幅変調方式では、光量一定である。一方、図１８（ｃ）に示すように、光波形制御方式では、パルス幅変調と画素毎あるいは画素以下で光量変調が可能であるため、それぞれのドットパターンに応じた光量で露光することができる。ずなわち、潜像サイズに応じた最適化光量で露光することができる。これによって、潜像領域とトナー付着量を自在に制御することが可能である。
【０１２５】
以上説明した光波形制御方式を、図７を用いて説明した最適化光量を決定する解析処理に用いることで、図６で示したように、ドットサイズ毎の最適化光量を得ることができる。
【０１２６】
以上のようにして得られた最適化光量の離散的な測定結果を、近似曲線で関数化させ、それを本実施形態に係る画像形成装置のデータメモリに組み込む。これによって、評価ドットサイズレベルで高精度に計測でき、高画質な画像を形成する画像形成装置を得ることができる。
【０１２７】
画像形成装置は、温湿度などの環境や、連続運転状態によって、感光体の疲労や現像剤などの電気的特性が変化する。このため、露光量が一定でも紙へのトナーの付着量が異なってくる。
【０１２８】
そこで、当該画像形成装置に、本発明に係る静電潜像評価装置を組み込んで、上述した最適化光量決定装置を用いるとよい。これによって、予め感光体特性を把握し、実機の稼動状況に応じてγ補正などのチューニングパラメータを適切に設定し、いつでも良好な出力画像を得る画像形成装置を実現できる。
【０１２９】
ここで、本実施形態に係る画像形成装置の画像処理部について説明する。図１９は、本実施形態に係る画像形成装置が備える画像処理部の例を示すブロック図である。図１９において、画像処理部２００は、画像処理ユニット２０１、コントローラ部２０２、メモリ部２０３、光書込出力部２０４、スキャナ部２０５、を有してなる。コントローラ部２０２は、回転・リピート・集約・圧縮伸張などの処理を行ったあとに、再度、画像処理ユニット２０１に画像データを出力する。光書込出力部２０４は、制御ドライバ（不図示）からの点灯データに応じて、ＬＤあるいはＬＥＤなどの光源の光変調を行い、感光体に静電潜像を形成する。
【０１３０】
次に、画像処理ユニット２０１の構成について説明する。図２０は、画像処理部２００が備える画像処理ユニット２０１の構成の例を示すブロック図である。図２０において、画像処理ユニット２０１は、濃度変換部２１１、フィルタ部２１２、色補正部２１３、セレクタ部２１４、階調補正部２１５、階調処理部２１６を、備えている。
【０１３１】
濃度変換部２１１は、スキャナ部２０５から入力されるＲＧＢ画像データを、ルックアップテーブルを用いて濃度データに変換し、フィルタ部２１２に出力する処理を実行する。フィルタ部２１２は、濃度変換部２１１から入力される濃度データに対して、平滑化処理やエッジ強調処理等の画像補正処理を施して、色補正部２１３に出力する処理を実行する。色補正部２１３は、色補正（マスキング）処理を実行する。セレクタ部２１４は、ＩＰＵ制御部（不図示）の制御下で、色補正部２１３から入力される画像データに対して、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋのいずれかを選択して、階調補正部２１５に出力する処理を実行する。
【０１３２】
階調補正部２１５は、セレクタ部２１４から入力されるＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋのデータに対して、予め格納されているルックアップテーブルに基づいて、各色ごとの階調補正処理を実行する。階調処理部２１６は、階調補正部２１５から入力される画像データに対してティザ処理等の階調処理を実行し、処理後の画像データを光書込出力部２０４（図１９参照）に出力する処理を実行する。光書込出力部２０４は、階調処理部２１６から入力信号に基づいて画像を記録紙に形成する処理を実行する。
【０１３３】
階調補正部２１５には入力データに対してリニアな特性が得られるγカーブを設定する。種々のデータを記憶するための記憶手段としてのメモリ部２０３にルックアップテーブルを用意しておく。環境や出力状態によって変動するγ補正を行うことで画像濃度が目標値になるように設定する。予め実測より得られたデータをルックアップテーブルなどの状態でメモリ部などに保存しておき、階調補正部などで適切なγ補正を与えることで、常に良好は出力画像を得ることが可能となる。
【０１３４】
図２１は、入力潜像面積率と画像濃度の関係を示すグラフである。符号Ａは、本発明に係る静電潜像評価方法により得られる入力潜像面積率と画像濃度の関係を示すグラフである。符号Ｂは、従来の静電潜像評価方法により得られる入力潜像面積率と画像濃度の関係を示すグラフである。図２１に示すように、従来の静電潜像評価方法に係るグラフＢは、理想的な比例直線にはならない。一方、本発明に係る静電潜像評価方法による得られるグラフＡは、上述した静電潜像評価方法により光量を最適化とすることで、理想的な比例直線になる。
【０１３５】
次に、上記画像処理部を備える画像形成装置の実施形態について説明する。図２２は、本実施形態に係る画像形成装置１００の例を示す中央断面図である。図２２において、画像形成装置１００は、像担持体１２１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１２１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ１２２、現像装置１２３、転写ローラ１２４、クリーニング装置１２６が配備されている。
【０１３６】
本実施形態に係る画像形成装置は「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１２２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７６が設けられ、帯電ローラ１２２と現像装置１２３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。
【０１３７】
図２２において、符号１２７は定着装置、符号１２８はカセット、符号１２９はレジストローラ対、符号１３０は給紙コロ、符号１３１は搬送路、符号１３２は排紙ローラ対、符号１３３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１２１が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１２２により均一に帯電され、光走査装置７６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いわゆる「ネガ潜像」であって画像部分が露光されている。
【０１３８】
この静電潜像は現像装置１２３により反転現像され、像担持体１２１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１３８は画像形成装置１００本体に着脱可能である。図２２に示すようにカセット１３８が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１３０により給紙される。
【０１３９】
給紙された転写紙は、その先端部をレジストローラ対１２９に銜えられる。レジストローラ対１２９は、像担持体１２１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１２４の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙は定着装置１２７でトナー画像を定着されたのち、搬送路１３１を通り、排紙ローラ対１３２によりトレイ１３３上に排出される。トナー画像が転写されたのち、像担持体１２１の表面はクリーニング装置１２６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。
【０１４０】
以上説明した画像形成装置１００によれば、非常に望ましい光走査装置及び潜像担持体を用いることにより、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得ることができる。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。
【０１４１】
以上説明した画像形成装置は、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て、静電潜像を評価することにより、感光体特性も含めた入出力潜像変換特性予め把握して、画素毎に最適露光量の条件を設定することができる。
【０１４２】
画素毎に最適露光量の条件を画像処理部のメモリに格納しておき、画像処理補正処理を実行することで、良好な出力画像を得ることができる。また、潜像条件の最適化によって、現像以降の次工程の負担低減もあわせて実現することができる。これにより、高画質、高耐久、高安定、省エネルギー化に優れた画像形成装置を得ることができる。
【符号の説明】
【０１４３】
１    静電潜像評価装置２    電子銃３    サプレッサ電極４    引き出し電極５    加速電極６    コンデンサレンズ７    ビームブランカ８    仕切弁９    可動絞り１０  スティグメータ１１  偏向電極１２  静電対物レンズ１３  ビーム射出開口部１４  電子ビーム照射部１５  感光体試料１６  光書込走査ユニット１７  試料設置部１８  検出器２０  試料背面電圧印加手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４４】
【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３】特開２００４−２５１８００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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