(57)【要約】【課題】  潜像担持体の表面に形成された潜像を正確に測定できる静電潜像測定装置並びにこれを用いた潜像担持体の評価方法及び装置を提供する。【解決手段】  感光体試料５０を帯電させる試料設置部３０と、帯電した感光体試料５０の試料面に光を照射して静電潜像を形成する露光部２０と、静電潜像が形成された光導電性試料の試料面に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部１０と、荷電粒子ビームが照射されることによって感光体試料５０の試料面から放出された二次荷電粒子を検出する二次電子検出部４０と、二次電子検出部の検出結果に基づいて感光体試料５０の試料面における電荷の分布状態を測定する電荷分布状態測定手段と、感光体試料５０の試料面の電界強度のバイアス成分を変える試料バイアス成分変更手段とを有する静電潜像測定装置であって、試料バイアス成分変更手段は、感光体試料の試料面上に配置された透明導電性部材６０を含む。【選択図】  図１
2006064520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導電性試料を帯電させる手段と、
帯電した前記光導電性試料の試料面に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像が形成された光導電性試料の試料面に荷電粒子ビームを照射する手段と、
前記荷電粒子ビームが照射されることによって前記光導電性試料の試料面から放出された二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出手段と、
前記二次荷電粒子検出手段の検出結果に基づいて前記光導電性試料の試料面における電荷の分布状態を測定する電荷分布状態測定手段と、
前記光導電性試料の試料面の電界強度のバイアス成分を変える試料バイアス成分変更手段とを有する静電潜像測定装置であって、
前記試料バイアス成分変更手段は、前記光導電性試料の試料面上に配置された透明導電性部材を含むことを特徴とする静電潜像測定装置。
【請求項２】
前記透明導電性部材が、グリッドメッシュ状であることを特徴とする請求項１記載の静電潜像形成装置。
【請求項３】
前記透明導電性部材に、前記荷電粒子ビームを通過させるための貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の静電潜像測定装置。
【請求項４】
前記透明導電性部材は、酸化物膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の静電潜像測定装置。
【請求項５】
前記透明導電性部材は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜であることを特徴とする請求項４記載の静電潜像測定装置。
【請求項６】
前記光導電性試料の試料面の電界強度温バイアス成分を変えて、前記光導電性試料の試料面における電荷の分布状態を複数回測定し、前記静電潜像のプロファイルを測定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の静電潜像測定装置。
【請求項７】
前記露光手段の光源が、半導体レーザであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の静電潜像測定装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の静電潜像測定装置を用いた潜像担持体の評価方法であって、
前記露光手段によってマスクパターンを前記試料面に投影露光して該マスクパターンに応じた静電潜像を前記試料面に形成し、該試料面における電荷の分布状態によって前記光導電性試料である潜像担持体の静電潜像の分解能を測定することを特徴とする潜像担持体の評価方法。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項記載の静電潜像測定装置を備えた潜像担持体の評価装置であって、
前記露光手段を利用してマスクパターンを前記試料面に投影露光して該マスクパターンに応じた静電潜像を前記試料面に形成する手段と、
前記試料面における電荷の分布状態によって前記光導電性試料である潜像担持体の静電潜像の分解能を測定することを特徴とする潜像担持体の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスにおいて像担持体の表面に形成される静電潜像を測定する装置、並びにこれを用いて潜像担持体を評価する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体の表面に生じている電荷分布（表面電荷）をミクロンオーダーという高分解能で計測することは困難であった。なお、表面電荷といっても、周知の通り厳密には電荷は試料内に空間的に分布している。このため、ここでは、厚さ方向に比べて面内方向に電荷が大きく分布している状態を表面電荷と定義する。また、電荷は、電子だけでなくイオンも含むものとする。
【０００３】
図２０に示すような電子写真方式の画像形成装置（複写機やレーザプリンタなど）は、出力画像を得るために、通常は以下の作像プロセスを経ている。
帯電：電子写真感光体を均一に帯電させる。
露光：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。
現像：帯電した微粒子（トナー）で、静電潜像上に可視画像を形成する。
転写：現像された可視画像を紙又は他の転写材に移動させる。
定着：転写画像を融着して、転写材上に画像を固定する。
クリーニング：感光体上の残トナーを清掃する。
除電：感光体上の残留電荷を消す。
【０００４】
上記電子写真プロセスの各工程それぞれでのプロセスファクターやプロセスクオリティは、最終的な出力画像品質に大きく影響を与える。さらに、近年では、高画質に加えて、高耐久、高安定、さらには省エネルギー化など環境に優しい作像プロセスの要求が高まり、各工程のプロセスクオリティを向上させる必要がある。
【０００５】
作像プロセスにとっては、露光に伴う感光体上の静電潜像が、トナー粒子の挙動に直接影響を与えるファクターであり、その挙動を把握することが必要である。このため、感光体上の静電潜像の品質を評価することは、極めて重要である。
感光体の静電潜像を測定して、設計にフィードバックすることにより、各工程のプロセスクオリティが向上するため、その結果、高画質、高耐久、高安定さらに省エネルギー化が期待できる。
【０００６】
しかしながら、静電潜像は、測定することが極めて難しいというよりは、実使用上全く測定できていないのが現状であった。
【０００７】
よく知られている方法としては、カンチレバーなどのセンサヘッドを電位分布を有する試料に近づけ、そのときの相互作用としておこる静電引力や誘電電流を計測して、電位分布に換算する方式がある。このうち、静電引力タイプはＳＰＭ（Scanning Probe Microscope）として市販されており、また誘電電流タイプは特許文献１や特許文献２などに開示されている。
【０００８】
しかしながら、これらの方式を用いるためには、センサヘッドを試料に近接させる必要がある。例えば、１０μｍの空間分解能を得るためには、センサと試料との距離を１０μｍ以下にする必要がある。
このような条件では、
・絶対距離計測が必要となる。
・測定に時間がかかり、その間に潜像状態が変化する。
・放電、吸着が起こる。
・センサ自体が電場を乱す。
といった大きな問題を有しており、他の用途に使えても実使用上静電潜像を測定することはできない。
【０００９】
このため、現実的な測定方法として、静電潜像の可視化には、トナーと呼ばれる着色微粉末に電荷を与え、帯電したトナーと静電潜像との間に働くクーロン力によって現像を行い、さらにこのトナー像を紙やテープに転写させる方法が一般的にとられている。しかしながら、これでは、現像、転写のプロセスを経由しているため、静電潜像を計測したとは言えない。
【００１０】
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３に開示される発明があるが、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、この方法では、暗減衰を生じる通常の感光体を測定することはできない。
【００１１】
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ため、電荷分布を形成した後時間をかけて測定しても、測定結果に影響を与えることはない。しかしながら、感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないため、電荷を長期間保持することはできず、暗減衰が生じ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数十秒が限度である。したがって、帯電・露光後に電子顕微鏡（ＳＥＭ）で静電潜像を観察しようとしても、その準備段階で静電潜像が消滅してしまう。
【００１２】
このため、荷電粒子ビームを静電潜像に照射することによって、静電潜像分布を測定する方式が提案されている。
【００１３】
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、発生した二次電子は、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。よって、電界強度が強い部分は暗く、弱い部分は明るくなるようにコントラストが生じ、表面電荷分布に応じたコントラスト像を検出できる。従って、露光した場合に、露光部が黒、非露光部が白となり、これにより形成された静電潜像を測定できる。
【００１４】
このようにして静電潜像を測定することは可能であるが、電界強度が大きいと、コントラスト像は電界強度が比例した輝度信号にはならず、図２１に示すように２値化傾向が起きてくる。なお、ここで述べる電界強度とは、試料面に対して垂直な方向で、入射電子側を正とする電界ベクトルのことを指す。
【００１５】
この場合には、電界強度０近傍をスレッシュレベルとした明暗のコントラスト像ができる。実際の電子写真プロセスでは、帯電した微粒子（トナー）を付着させるために必要な電界強度（Ｅｔｈ）があり、その潜像の径を測定することが設計のフィードバックでは重要である。電界強度分布がガウシアン分布のように滑らかな曲線で近似できれば、Ｅｔｈでの潜像の輪郭をコンピュータで抽出することは可能であるが、実際には、誤差要因が付加されるため、一般的には、滑らかな曲線で近似することはできないため、Ｅｔｈでのコントラスト像として直接取り込むことが難しい。
【００１６】
また、特許文献３に開示される発明は、図２２に示すように、適正なコントラストが得られるように、試料下面にバックバイアスの電圧を印可しているが、実際には、試料下面に電圧を加えても、試料上面の電界強度には影響を与えないので、電荷分布のスレッシュレベルを変えるような効果は生じない。
【特許文献１】特許第３００９１７９号公報
【特許文献２】特開平１１−１８４１８８号公報
【特許文献３】特開平３−４９１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
試料上面に導電性部材を配置して適正なコントラストが得られるようにする場合は、荷電粒子ビーム（電子など）が通過する領域と、光ビームが通過する領域を確保しなければならない。また、電界強度のバイアス成分を一様に変えるためには、試料表面のほぼ全面にバイアス電圧を印加する必要があるため、導電性部材は、グリッドメッシュのような形状にする必要がある。この際、導電性部材のピッチをある程度狭くする必要がある。導電性部材のピッチが広いと静電潜像が形成される領域の電界強度を制御することが難しくなる。
【００１８】
図２３は、荷電粒子ビームが通過する領域と光ビームが通過する領域とを避けて、グリッドメッシュ形状の導電性部材を配置した構成である。なお、この時の導電性部材と試料面との距離ｄはｄ＝ｄ０とする。この状態で図２４に示すように、ギャップを試料に近づけると（ｄ＜ｄ０とすると）内側のグリッドに光ビームが当たってしまう。また、図２５に示すように、ギャップを試料から遠ざけると（ｄ＞ｄ０とすると）、今度は外側のグリッドに光ビームが当たってしまう。
このように、グリッドを所望の位置に配置し、荷電粒子ビームが通過する領域と光ビームが通過する領域とを確保するためには、レイアウト上の制限を大きく受けることとなる。
【００１９】
また、マスクパターンを投影露光する場合には、図２６に示すように投影面積が広いとどこかでグリッドに当たってしまう。光ビームが導電性部材に当たってしまうと正確な評価ができなくなる恐れがあり、極力避けることが望ましい。
【００２０】
このように、従来の静電潜像測定装置は、潜像担持体の表面に形成された潜像を正確に測定することは難しかった。
【００２１】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、潜像担持体の表面に形成された潜像を正確に測定できる静電潜像測定装置並びにこれを用いた潜像担持体の評価方法及び装置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】
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、光導電性試料を帯電させる手段と、帯電した光導電性試料の試料面に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像が形成された光導電性試料の試料面に荷電粒子ビームを照射する手段と、荷電粒子ビームが照射されることによって光導電性試料の試料面から放出された二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出手段と、二次荷電粒子検出手段の検出結果に基づいて光導電性試料の試料面における電荷の分布状態を測定する電荷分布状態測定手段と、光導電性試料の試料面の電界強度のバイアス成分を変える試料バイアス成分変更手段とを有する静電潜像測定装置であって、試料バイアス成分変更手段は、光導電性試料の試料面上に配置された透明導電性部材を含むことを特徴とする静電潜像測定装置を提供するものである。
潜像を形成するために必要な帯電手段と露光手段とを有することにより、リアルタイム測定が可能となり、時間とともに表面電荷量が変化する感光体の静電潜像をミクロンオーダーの光分解能で測定できる。電界強度のバイアス成分を変える手段として、透明導電性部材を用いることにより、露光光学系の光路を遮ることが無くなるため、レイアウトの自由度が増し、所望の場所に透明導電性部材を配置することが可能となる。
【００２３】
上記本発明の第１の態様においては、透明導電性部材が、グリッドメッシュ状であることが好ましい。透明光導電性部材が、グリッドメッシュ状であるため、電界強度のバイアス成分を精度良く変化させられる。
【００２４】
本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、透明導電性部材に、荷電粒子ビームを通過させるための貫通穴が形成されていることが好ましい。透明光導電性部材が、電子ビームが通過するための貫通孔を備えるため、電子ビームが透明光導電性部材を通過でき、かつ、露光光学系の光学性能には影響を与えることがない。
【００２５】
また、本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、透明導電性部材は、酸化物膜であることが好ましく、この場合には、透明導電性部材は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜であることがより好ましい。透明光導電性部材が酸化膜であることにより、透過率の高い透明導電性膜を形成ですることが可能である。さらに、酸化物膜が、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜であれば、透過率が高く、かつ表面抵抗が小さい透明導電性膜を形成することが可能である。
【００２６】
本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、光導電性試料の試料面の電界強度温バイアス成分を変えて、光導電性試料の試料面における電荷の分布状態を複数回測定し、静電潜像のプロファイルを測定することが好ましい。試料上面で電界強度のバイアス成分を変えた測定を複数回繰り返すことにより、静電潜像分布のプロファイルを測定することが可能となる。
【００２７】
また、本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、露光手段の光源が、半導体レーザであることが好ましい。ＬＤを用いることにより、限られたスペース内に効率よく収納できる。また、露光時間の制御が容易となる。
【００２８】
また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成にかかる静電潜像測定装置を用いた潜像担持体の評価方法であって、露光手段によってマスクパターンを試料面に投影露光して該マスクパターンに応じた静電潜像を試料面に形成し、該試料面における電荷の分布状態によって光導電性試料である潜像担持体の静電潜像の分解能を測定することを特徴とする潜像担持体の評価方法を提供するものである。試料面に潜像パターンを形成して、荷電粒子ビームを照射して、静電潜像分布をミクロンオーダーの分解能で測定することにより、感光体の静電特性を評価できる。
【００２９】
また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成にかかる静電潜像測定装置を備えた潜像担持体の評価装置であって、露光手段を利用してマスクパターンを試料面に投影露光して該マスクパターンに応じた静電潜像を試料面に形成する手段と、試料面における電荷の分布状態によって光導電性試料である潜像担持体の静電潜像の分解能を測定することを特徴とする潜像担持体の評価装置を提供するものである。試料面に潜像パターンを形成して、荷電粒子ビームを照射して、静電潜像分布をミクロンオーダーの分解能で測定することにより、感光体の特性を評価する装置を提供できる。また、感光体の静電潜像を測定して、設計にフィードバックすることにより、各工程のプロセスクオリティが向上するため、高画質、高耐久、高安定、省エネルギー化が実現できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、潜像担持体の表面に形成された潜像を正確に測定できる静電潜像測定装置並びにこれを用いた潜像担持体の評価方法及び装置を提供を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の好適な実施の形態について説明する。図１に、本発実施形態にかかる静電潜像測定装置の構成を示す。この静電潜像測定装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部１０、露光部２０、試料設置部３０及び二次電子の検出部４０を有する。
以下、荷電粒子ビームとして電子ビームを照射する実施例について説明する。
荷電粒子照射部１０は、電子ビームを発生させるための電子銃１０１と、電子ビームの強度を所望の値とするために、ビームの強度を測定するビームモニタ１０２と、電子銃１０１から発射された電子ビームを収束させるためのコンデンサレンズ１０３と、電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャ１０４と、電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせるためのビームブランカ１０５と、ビームブランカ１０５を通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ（偏向コイル）１０６と、走査する電子ビームを再び集光させるための対物レンズ１０７とからなる。各構成要素には、不図示の駆動用電源が接続されている。
【００３２】
なお、イオンビームの場合には、電子銃１０１の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。検出部４０の検出器４０１には、シンチレータや光電倍増管などが用いられており、これにより二次電子や反射電子などを検出する。
【００３３】
試料５０には、感光体などの光導電性材料を用いる（以下、感光体試料５０という）。
感光体試料５０は、図２に示すように、導電層５１に電荷発生層（ＣＧＬ）５２、電荷輸送層（ＣＴＬ）５３を主として構成される。表面電荷が帯電している状態で露光されると、ＣＧＬ５２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５２ａ（正電荷），５２ｂ（負電荷）が発生する。これらのキャリアは、電界によって、一方のキャリア５２ａはＣＴＬ５３に、他方のキャリア５２ｂは導電層５１に注入される。ＣＴＬ５３に注入されたキャリア５２ａは、電界によってＣＴＬ５１中から表面まで移動し、感光体表面の表面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すなわち静電潜像が形成される。
【００３４】
図３に、制御系の構成を示す。なお、荷電粒子照射部１０、露光部２０、試料設置部３０及び検出部４０の構成については図１と同様であるため、これらの構成要素については図３では符号を省略する。
まず、ホストコンピュータ５００は、荷電粒子制御部５０１を駆動して、試料５０に電子ビームを照射して耐電させる。加速電圧Ｅ１は、二次電子放出比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るため、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、感光体試料５０はマイナスの帯電を生じる。なお、荷電粒子制御部５０１が加速電圧と照射時間とを適切に制御し、試料台駆動部５０３が感光体試料５０を直交三軸座標系の任意の位置に配置することにより、感光体試料５０を所望の電位に帯電させることができる。
感光体試料５０から検出器４０１に到達した二次電子は、二次電子検出部５０５によって検出され、信号処理部５０６における演算処理によって得られた測定結果が測定結果出力部５０７から出力される。
【００３５】
次に、ホストコンピュータ５００は、ＬＤ制御部５０２を所望のパワーで所望の時間だけ駆動し、露光部２０によって、感光体試料５０を露光する。これにより感光体試料５０に電荷分布が生じ、静電潜像が形成される。なお、露光部２０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ＬＤ制御部５０２によって制御されている。
【００３６】
感光体試料５０の表面に電荷分布があると、電荷分布に応じた電界分布が空間に形成される。このため、入射電子によって発生した２次電子は、この電界によって押し戻され、検出器４０１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るようにコントラストが付き、表面電荷分布に応じたコントラスト像が検出器４０１での測定結果に基づいて検出できる。
表面電荷を有する感光体試料５０を露光した場合には、露光部分が黒、非露光部分が白となる。従って、電子ビームで試料面を走査し、それに応じた信号を検出することによって、感光体試料５０に形成された静電潜像を測定することが可能となる。測定終了後、ＬＥＤ制御部がＬＥＤ５５を発光させて感光体試料５０の全面に光を照射し、感光体試料を除電する。
【００３７】
露光部２０は、感光体試料５０に対して感度を持つ波長のＬＤ（レーザダイオード）などの光源２０１、コリメートレンズ２０２、アパーチャ２０３、結像レンズ２０４，２０５，２０６を備えて構成されており、試料上に所望のビーム径、ビームプロファイルを生成できる。露光部２０は、ＬＤ制御部５０２からの制御によって適切な露光時間及び露光エネルギーでビームを照射することになっている。なお、ライン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ても良い。図４に示す光学系は、ＬＤ６０１が発する光をコリメートレンズ６０２で平行光に変換し、シリンダレンズ６０３及び折り返しミラー６０４を介してポリゴンミラー６０５に照射し、第１の走査レンズ６０６及び第２の走査レンズ６０７を介して感光体試料５０に照射する光学系である。このようなスキャニング機構を備えた光学系を用いることにより、感光体試料５０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できる。
【００３８】
また、感光体試料５０が、円筒形状である場合には、図５に示すような構成をとることも可能である。図１に示す構成においては、感光体試料５０を試料設置部３０に設置して帯電させていたが、図５に示す構成では、一般的な電子写真プロセスと同様に、帯電部９１によって感光体試料５０を帯電させ、感光体試料５０に残った電荷は除電部９２によって除電する。この他については物理的な構成は異なるものの、動作の原理については同様である。
【００３９】
そして、上記の方法を用いることにより、感光体ドラム上の静電潜像を非破壊で測定することが可能となる。
【００４０】
また、本発明では、感光体試料５０上面に生じる電界強度のバイアス成分を変えるための導電性部材６０を感光体試料５０の上に配置し、電極として用いる。導電性部材６０は、露光部２０の光学系の光源２０１が発する光の波長に対して透明な材料であると良い。
透明導電性膜６１として、酸化スズ以外に酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ITO）膜、酸化亜鉛（ZnO）や酸化カドミウムスズ（Cd2Sn4）などの酸化物膜がある。中でもＩＴＯ膜は、透過率が高く表面抵抗が小さいので透明導電性膜６１として好適である。図６に示すように、導電性部材６０は、これらの酸化物膜をガラス又はポリエステルなどのフィルムといった基板６２上に形成することによって実現できる。
これらの酸化物膜の形成方法としては、反応性蒸着、イオンプレーティングなどの真空蒸着や、スパッタリング、ＣＶＤ法などがある。一般的にこれらの酸化物は、基板温度が３００〜４００℃という条件下で形成すると、透明性及び導電性の良い膜となる。プラスチックフィルムの場合には、このような高温とすることは難しいため、透過率を重視する場合には、基板６２はガラス材料で形成することが好ましい。
【００４１】
また、透明導電性膜６１として、酸化物膜以外に金属薄膜がある。およそ１００Åの金属薄膜は、酸化物半導体膜と比較して表面抵抗が小さくしやすいが、透明度は６０〜８０％程度と低い。金属材料としては、Ｐｄ、ＳＵＳ、Ａｕ、パラジウム、クロム系合金などがある。金属薄膜の場合には、基板６２が無くても作成可能である。
【００４２】
基板６２がある場合には、透明電極を試料側にして取り付けることにより。基板の厚さや誘電率の影響を受けることなく配置することが可能である。
【００４３】
このような構成とすることにより、図７に示すように、露光部２０光学系の光路上に導電性部材６０があっても、透明であるために光がこれを通過でき、光学性能に影響を与えることなく感光体試料５０を露光することが可能となる。従って、透明導電性部材６０を所望の位置に配置することが可能であり、レイアウトの自由度が増すこととなる。
導電性部材６０のピッチや形は、測定対象物や観察倍率に応じて使い分ける。導電性部材６０は、図８（ａ）に示すようなグリッドメッシュだけでなく、（ｂ）に示すホールプレートや（ｃ）に示す穴付きグリッドメッシュを用いても良い。
【００４４】
図９は、表面が一様で、入射ビームが通過する部分がホールとなっている構造の導電性部材６０を透明電極として用いた場合の構成例である。この構成は、従来の不透明電極であれば光ビームが試料に全く到達しない条件であるが、光源２０１が発する光を透過する導電性部材６０を透明電極として用いることにより、光ビームを感光体試料５０に到達させることが可能となる。また、表面状態を均一にすることで、波面収差の影響も無くなる。図１０に示すように、光源２０１が広い領域に光ビームを投影露光する場合も同様に、光ビームが導電性部材６０を透過するため、光ビームを感光体試料５０に到達させることが可能となる。
【００４５】
図１１において、感光体試料５０下面の電位をＶ１、感光体試料５０上面の電位をＶ２、導電性部材６０の電位をＶ３、印加電圧をＶｉｎ、帯電電位をＶｃとする。
Ｖ１＝０、Ｖ２＝Ｖ１＋Ｖｃ、Ｖ３＝Ｖｉｎとなるから、感光体試料５０と導電性部材６０との間の平均電界Ｅは、近似的には、Ｅ＝（Ｖ３−Ｖ２）／ｄ＝（Ｖｉｎ−Ｖｃ）／ｄとなる。なお、厳密にポアソン方程式から求めた静電場とは若干異なるが、ここでは近似可能であるものとする。
【００４６】
図１２は、感光体試料５０下面の導電部分に電圧を印加するとともに、感光体試料５０上面に導電性部材６０を配置した構成である。導電部分が感光体試料５０の一部であっても良い。導電性部材６０はアース（接地）されている。電源は、十数ｋＶまでの任意の電圧を出力可能である。
この時、Ｖ１＝−Ｖｉｎ、Ｖ２＝Ｖ１＋Ｖｃ、Ｖ３＝０となるから、感光体試料５０と導電性部材６０との間の平均電界Ｅは、近似的には、Ｅ＝（Ｖ３−Ｖ２）／ｄ＝（Ｖｉｎ−Ｖｃ）／ｄとなる。
従って、感光体試料５０上の電界バイアスを変化させることができる。
【００４７】
そして、導電性部材６０が入射電子ビームに対しては０Ｖである。したがって、Ｖｉｎが入射電子の加速電圧に匹敵する高い電圧であっても、入射電子に対して影響を与えないようにできる。そして、感光体試料の電界を可変とすることができる。
【００４８】
図１３に、別の実施例を示す。一般的に試料台９３はアースされているため、感光体試料５０の下部が導電性の材料である場合には、試料台９３と感光体試料５０との間にプラスチック樹脂などの絶縁性材料９４を挟むだけで良い。感光体試料５０が試料下面に導電材料を備えていない場合には、感光体試料５０の下面に導電材料９５を別途配置する。感光体試料５０上面に電圧を印加すると、試料面での電界強度のバイアス成分をシフトさせることができる。例えば、２×１０6Ｖ／ｍの電界強度をバイアス成分としてシフトさせるためには、１ｍｍ上方に導電性部材６０を配置し、下部電極に−２０００Ｖの電圧を印加すれば良い。
【００４９】
このようにして、試料面の電界強度は、バイアス的にシフトされる。図１４に、電界強度をシフトさせた時のコントラスト像の違いを示す。（ａ）は、電界強度をシフトさせる前の状態を示し、（ｂ）は、電界強度をシフトさせた後の状態を示す。
電界バイアスシフトの結果、コントラスト像は、明るい部分が増え、バイアスシフトする前のＥｂの電界強度を境に明暗を生じる。これによって、元の状態での電界強度Ｅ＝Ｅｂの部分がバイアスシフトによってＥ＝０となるため、この電界強度をスレッシュレベルとする略２値画像の静電潜像分布を得られる。この結果を画像処理することによって、潜像の輪郭を抽出できる。
【００５０】
また、感光体試料５０上面で電界強度のバイアス成分Ｅｂを変えた測定を複数回繰り返してデータを取り込み、それをコンピュータ上で演算処理することによって、静電潜像分布のプロファイルを測定することが可能となる。
Ｅｂの値をｎ回変えて静電潜像分布のプロファイルを測定する動作の流れを図１５に示す。なお、カウンタの初期値は１（ｉ＝１）とする。
【００５１】
まず、電界バイアスを設定する（ステップＳ１０１）。次に、上記のようにして感光体試料５０表面に形成されたコントラスト像をコンピュータに取り込む（ステップＳ１０２）。続いて、取り込んだコントラスト像をステップＳ１０１において設定したバイアス電圧に基づいて２値化する（ステップＳ１０３）。その結果に画像処理を施して潜像の輪郭を抽出する（ステップＳ１０４）。潜像の輪郭を抽出したのち、所定の回数測定したか否かを確認する（ステップＳ１０５）。測定回数が所定の回数ｎに達していなければ（ステップＳ１０５／Ｎｏ）、カウンタの値を１インクリメントしたのち（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１に進んで上記同様の処理を繰り返す。一方、測定回数が所定の回数ｎに達したならば（ステップＳ１０５／Ｙｅｓ）、ｎ回分の潜像の輪郭の抽出結果に基づいて静電潜像プロファイルを算出する（ステップＳ１０７）。
【００５２】
ここで、マスクパターンを投影露光して、感光体などの潜像担持体を評価する方法について説明する。
図１６は、露光光学系の構成を示す図である。また、図１７は、露光光学系の光像照射部を簡略化して示す図である。図中符号１７は、光源である半導体レーザを示す。符号１８はコリメートレンズを示す。符号１９はアパーチャを示す。符号２０はマスクを示す。符号２１０は、所定の位置（焦点距離）に光像を結像させるため結像レンズであるが、複数個のレンズ群で構成されていても良い。なお、第１のミラー２１及び第２のミラー２２は、光を反射して光路を折り曲げるためのものである。
【００５３】
半導体レーザ１７から放射された光束は、コリメートレンズ１８によって平行光束化され、アパーチャ１９によって光束径が規定される。アパーチャ１９を通過した光束は、マスク２００を照射する。マスク２００を通過した光束は、結像レンズ２１０の作用によって、マスク２００の有するマスクパターンの像を像面上に結像する。「像面」は、試料載置台上に載置された感光体試料５０の「均一に帯電された面」である。このようにして、感光体試料５０が露光され、マスク２００のマスクパターンに対応する静電潜像が感光体試料５０に形成される。
【００５４】
図１７に示すように、結像レンズ２１０におけるマスク２００の物体距離をＬ１、像距離をＬ２とすると、結像レンズ２１０の「光軸に対して垂直な方向」の結像倍率：β＝Ｌ２／Ｌ１であり、この倍率に応じたマスクパターン像が結像される。
【００５５】
結像レンズ２１０は、マスク２００と感光体試料５０の表面とが共役となるように配置される。結像倍率：βとマスク２００のサイズとは予め分かっているので、感光体試料５０の面上に結像されるマスクパターン像のサイズを算出でき、感光体試料５０に所望の静電潜像パターンを形成できる。
露光光学系における露光用の光路を、「感光体試料の二次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外」に設定するため、結像レンズ２１０の光軸は、感光体試料５０の均一帯電された面に立てた法線に対して傾いている。したがって、図１７に示すように、結像レンズ２１０による「マスクパターンの像」が感光体試料５０の面に合致するように、マスク２００も結像レンズ２１０の光軸に対して傾けて配置されている。マスク２００及び感光体試料５０表面の「結像レンズ２１０に対する傾き角：α、β」は、本実施形態においてはα＝β＝４５度であり、これは、結像倍率が等倍（Ｌ１＝Ｌ２）であることによる。
【００５６】
このため、感光体試料５０の表面に結像するマスクパターンの像は、図１７の紙面に直交する方向を基準として、紙面に平行な面内では√２倍になる。よってこのこれを考慮すれば、適切な形状のマスクを設計できる。
【００５７】
結像倍率が等倍以外の一般的な場合では、上記と同様に物体距離：Ｌ１、像距離Ｌ２とすると、これらの距離：Ｌ１、Ｌ２と上記傾き角α、θとが：Ｌ１・ｔａｎα＝Ｌ２・ｔａｎθという関係を満たすことが一般的には好ましい。ただし、必ずしもこの条件を満たす必要はない。
【００５８】
マスク２００におけるマスクパターンは、「解像力検査用のマスクパターン」である。本実施形態においては、感光体試料５０にネガ潜像を形成できるように、マスクパターンもネガパターンであり、静電潜像の形成に際して光照射される部分に対応する部分が光透過性であり、他の部分が遮光性である。
【００５９】
図１８にマスクパターンの一例を示す。このマスクパターンは、遮光性部分に解像力検査用のパターンを透過部として形成したものである。解像力検査用のパターンは、図示するように「三つの長方形形状が所定ピッチで並列した基本パターン」を、長方形の長手方向が互いに直交する対を一組として、上記長方形の大きさ・ピッチを段階的に異ならせた複数組の基本パターン対Ｐ１〜Ｐ５を図示するように配置したものである。
【００６０】
図１９に、上記のようにして得られる静電潜像を示す。図１９に示す２種の電位コントラスト像は、いずれも図１８に示したマスクパターンにより形成された静電潜像パターンに対応するものである。
【００６１】
図１９（ｂ）に示す静電潜像は、「解像力の比較的低い感光体試料」に形成された静電潜像パターンに対応するものであり、静電潜像パターンが広がりをみせ、基本パターン対Ｐ１、Ｐ２では、本来分離している長方形形状に対応する部分が互いに繋がり、分離されていない。従って、解像力は基本パターン対Ｐ３（図１８参照）のレベルである。
【００６２】
これに対し、図１９（ａ）に示すコントラスト像は、「解像力の高い感光体試料」に形成された静電潜像のパターンに対応し、パターンピッチの最も小さい基本パターン対Ｐ１（図１８参照）まで、それぞれの基本パターン対の長方形に対応する像が分離している。
【００６３】
このように、ピッチの異なる複数の基本パターン対を使用し、静電潜像パターンにおいて、これらのパターンが「どこまで解像しているか」を観測することにより、感光体試料における解像力を識別・評価でき、マスクパターンのサイズやパターンピッチ、形状等を適切に選択することにより、感光体試料５０に形成される静電潜像の特性を評価することが可能となる。
【００６４】
このように本実施形態にかかる検出装置によれば、感光体試料の表面に形成された静電潜像を経時的に消失する前に正確に検出可能である。よって、検出結果を電子写真プロセスにフィードバックすることで画像品質を高めることが可能となる。
【００６５】
なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはなく、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の好適な実施の形態にかかる静電潜像測定装置の構成を示す。
【図２】感光体試料の構造を示す図である。
【図３】静電潜像測定装置の制御系の構成を示す図である。
【図４】スキャニング機能を備えた光学系の構成例を示す図である。
【図５】感光体試料が円筒形である場合の静電潜像測定装置の構成例を示す図である。
【図６】導電性部材の構成を示す図である。
【図７】光ビームが導電性部材を透過して感光体試料を露光する状態を示す図である。
【図８】導電性部材の形状例を示す図であり、（ａ）はグリッドメッシュ状、（ｂ）は穴付きのグリッドメッシュ状、（ｃ）は穴付きの板状を表す。
【図９】光ビームが導電性部材を透過して感光体試料を露光する状態を示す図である。
【図１０】光ビームが導電性部材を透過して感光体試料を露光する状態を示す図である。
【図１１】導電性部材に電圧を印加した場合の各部の電位を示す図である。
【図１２】感光体試料の下面に電圧を印加した場合の各部の電位を示す図である。
【図１３】試料台に載置した感光体試料の下面に電圧を印加した場合の各部の電位を示す図である。
【図１４】試料面の電界強度をシフトさせた時のコントラスト像の違いを示す図であり、（ａ）は電界強度をシフトさせる前の状態、（ｂ）は電界強度をシフトさせた後の状態を示す。
【図１５】静電潜像の測定処理の流れを示す図である。
【図１６】露光光学系の構成を示す図である。
【図１７】露光光学系の光像照射部を簡略化して示す図である。
【図１８】感光体試料の解像度の評価に用いるマスクパターンの一例を示す図である。
【図１９】マスクパターンを用いて感光体試料に形成された静電潜像を示す図であり、（ａ）は解像度の高い感光体に形成された静電潜像を示し、（ｂ）は解像度の低い背感光体に形成された静電潜像を表す。
【図２０】電子写真方式の作像プロセスの流れを示す図である。
【図２１】静電潜像がコントラスト像として測定される原因を示す図である。
【図２２】感光体試料の下面にバックバイアスを印加した状態を示す図である。
【図２３】荷電粒子ビームが通過する領域と光ビームが通過する領域とを避けて、グリッドメッシュ形状の導電性部材を配置した状態を示す図である。
【図２４】光ビームが導電性部材によって反射され、感光体試料が露光されなくなった状態を示す図である。
【図２５】光ビームが導電性部材によって反射され、感光体試料が露光されなくなった状態を示す図である。
【図２６】投影面積の広い光ビームが導電性部材によって反射されて感光体試料が露光されなくなった状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０    荷電粒子照射部
１７    半導体レーザ
２０    露光部
２１    第１のミラー
２２    第２のミラー
３０    試料設置部
４０    二次電子検出部
５０    感光体試料
５１    導電層
５２    電荷発生層（ＣＧＬ）
５２ａ、５２ｂ    キャリア
５３    電荷輸送層（ＣＴＬ）
６０    透明導電性部材
６１    透明導電性部材
６２    基板
９１    帯電部
９２    除電部
９３    試料台
９４    絶縁性材料
９５    導電材料
１０１    電子銃
１０２    ビームモニタ
１０３    コンデンサレンズ
１０４、２０３    アパーチャ
１０５    ビームブランカ
１０６    走査レンズ（偏向コイル）
１０７    対物レンズ
２００    マスク
２０１    光源
２０２、６０２    コリメートレンズ
２０４、２０５、２０６    結像レンズ
２１０    結像レンズ
３０１、９３    試料台
４０１    検出器
５００    ホストコンピュータ
５０１    荷電粒子制御部
５０２    ＬＤ制御部
５０３    試料台駆動部
５０４    ＬＥＤ制御部
５０５    ２次電子検出部
５０６    信号処理部
５０７    結果測定出力部
６０１    ＬＤ
６０３    シリンダレンズ
６０４    折り返しミラー
６０５    ポリゴンミラー
６０６    第１の走査レンズ
６０７    第２の走査レンズ
【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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