(57)【要約】【課題】電子写真用の感光体上に２次元に高速かつ高精度に形成された静電潜像を測定して、潜像形成に最適な感光体を得る。【解決手段】電子ビーム照射部（荷電粒子光学系２）は、電子ビームを発生させ、また光書込走査ユニット（露光光学系５）は、光源５１から光束径、光束プロファイルにより適切な露光時間、露光エネルギーで感光体試料３１を照射する。この光源５１からの光束は反射による偏向手段を用いて主走査方向に、回折光学偏向素子５４（回折による偏向手段）を用いて副走査方向にスキャンすることで、２次元の高速かつ高精度な静電潜像が形成できる。これを電子ビームの照射により高精度に測定することで、最適な感光体を得られ、高密度、高画質な画像形成することができる。【選択図】図１
2011186371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面電荷分布あるいは表面電位分布を有する像担持体試料に対して、荷電粒子ビームの照射によって得られる検出信号により、前記像担持体試料における静電潜像の測定方法であって、
前記静電潜像を測定するために、画像として取り込む潜像パターンを波長４００〜８００（ｎｍ）の集光光束を照射することにより前記静電潜像を形成する際、
電子ビームの照射により前記像担持体試料を狙いの帯電電位に設定し、
前記静電潜像を形成する２次元のうち一方向の１次元は、回折光学偏向素子の回折偏向を利用して、他方向の１次元は、走査周期時間が前記回折光学偏向素子の変調応答時間よりも長く設定した反射偏向を利用して、光源からの光束を偏向走査させ、かつ前記光束の走査結像光学系によって、前記像担持体試料上の被走査面に集光光束を照射し、前記集光光束の走査位置に合わせて前記光源を点灯・消灯させることにより露光量分布による前記静電潜像を形成し、
前記静電潜像の形成終了から所定のタイミングにより前記静電潜像を測定することを特徴とする静電潜像の測定方法。
【請求項２】
前記荷電粒子ビームおよび前記電子ビームは、同じ電子銃から発生されることを特徴とする請求項１記載の静電潜像の測定方法。
【請求項３】
前記回折光学偏向素子に入射する光束は、平行光束を入射させることを特徴とする請求項１記載の静電潜像の測定方法。
【請求項４】
前記光源から前記像担持体試料までの光路に、テレセントリック光学系を有することを特徴とする請求項１記載の静電潜像の測定方法。
【請求項５】
前記光源からの光束は、回折光学偏向素子への変調信号により、像担持体面に回折偏向する方向に対して、前記像担持体面に反射偏向する反射面近傍において前記光束の位置を変えて集光させることを特徴とする請求項１記載の静電潜像の測定方法。
【請求項６】
前記荷電粒子ビームの照射する像担持体試料の垂直方向における速度ベクトルが、反転するような領域が存在する条件下で静電潜像を測定する際、前記像担持体試料表面の電位ポテンシャルを変更するため前記像担持体試料背面に電圧を印加して測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電潜像の測定方法。
【請求項７】
表面電荷分布あるいは表面電位分布を有する像担持体試料に対して、荷電粒子ビームの照射によって得られる検出信号により、前記像担持体試料における静電潜像の測定装置において、
電子ビーム照射により前記像担持体試料を狙いの帯電電位に設定する手段と、
前記静電潜像を形成する２次元のうち一方向の１次元は回折により偏向する回折手段、他方向の１次元は反射により偏向する反射手段を用いて、前記回折手段の変調応答時間を前記反射手段の走査周期時間よりも短く設定し、光源からの光束を偏向走査させ、かつ前記光束の走査結像光学系によって、前記像担持体試料上の被走査面に集光光束を照射し、前記集光光束の走査位置に合わせて前記光源を点灯・消灯させることにより露光量分布による前記静電潜像を形成する手段とを備え、
前記静電潜像を測定するために、画像として取り込む潜像パターンを波長４００〜８００（ｎｍ）の集光光束を照射することにより前記静電潜像を形成し、前記静電潜像の形成終了から所定のタイミングにより前記静電潜像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８】
前記荷電粒子ビームおよび前記電子ビームは、同じ電子銃から発生されることを特徴とする請求項７記載の静電潜像の測定装置。
【請求項９】
前記回折手段は、光源と走査結像光学系の間に設置することを特徴とする請求項７記載の静電潜像の測定装置。
【請求項１０】
前記回折手段として、音響光学偏向素子を用いることを特徴とする請求項７記載の静電潜像の測定装置。
【請求項１１】
前記回折手段に平行光束を入射させるためコリメートレンズを用いることを特徴とする請求項７記載の静電潜像の測定装置。
【請求項１２】
前記荷電粒子ビームの照射する像担持体試料の垂直方向における速度ベクトルが、反転するような領域が存在する条件下で静電潜像を測定する際、前記像担持体試料表面の電位ポテンシャルを変更するため前記像担持体試料背面に電圧を印加して測定することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の静電潜像の測定装置。
【請求項１３】
請求項１〜６いずれか１項に記載の静電潜像の測定方法を用いて測定した像担持体試料を潜像担持体として、前記潜像担持体の被走査面に対して光走査を行って静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像して可視化することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項７〜１２いずれか１項に記載の静電潜像の測定装置を用いて測定した像担持体試料を潜像担持体として、前記潜像担持体の被走査面に対して光走査を行って静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像して可視化することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の画像形成装置において、
静電潜像を形成する光源の波長が７８０（ｎｍ）以下であり、かつ前記潜像担持体面に回折偏向された集光光束径が６０（μｍ）以下であり、
前記潜像担持体面に回折偏向された集光光束径をＡとし、前記潜像担持体面に回折偏向されて形成された潜像径をＢとしたときに、（数１）
【数１】
2011186371.tif 000015
を満足することを特徴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、像担持体上の静電潜像を測定する技術に関するもので、従来技術では極めて困難であった、誘電体からなる像担持体（電子写真用の感光体、有機感光体（Organic Photoconductor）等）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で高分解能の測定を可能にし、特に、露光光学系にて露光や２次元走査による電子写真プロセスで生じる像担持体上の静電潜像の形成能力を測定すること、さらに潜像形成に最適な像担持体を得ることを目的とした、静電潜像の測定方法と測定装置、および画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
初めに、ここで述べる表面電荷は、厳密には、像担持体（以下、単に感光体という）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、本発明でいう表面電荷とは、電荷分布状態が、感光体試料の厚さ方向に比べて、面内方向に大きく分布している状態を指す。また、電荷には、電子だけでなく、イオンも含まれるものとする。また、感光体試料を載置する設置部の表面に導電部があり、導電部分に電圧が印加されることによって、感光体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。
【０００３】
従来、表面電位を測定する方法として、電位分布を有する試料にセンサヘッドを近づけ、そのときの試料とセンサヘッド都の間の相互作用として起こる静電引力や誘導電流を測定して、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、評価として求められる１（μｍ）の分解能を得ることはできない。
【０００４】
また、ＬＳＩチップの評価として、電子ビームを用いて、１（μｍ）オーダーの電位を測定する方法が従来から知られている。しかしながら、その評価は、ＬＳＩの電気が流れる導電部に対して行うものであり、電位は高々＋５（Ｖ）程度の低電位であり、かつ電位を限定されており、本発明の対象物である数百〜数千（Ｖ）の負電荷に対応することはできない。
【０００５】
また、電子ビームによる静電潜像の観察方法が、特許文献１などに開示されている。しかし、ここで対象とする試料としては、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る。すなわち、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ことから、電荷分布を形成後に時間をかけて測定を行ったとしても、測定結果に影響を与えることはないからである。
【０００６】
しかしながら、暗減衰を生じる通常の電子写真用に用いられる感光体は、測定することができない。つまり、このような感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持することができず、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１０〜６０秒程度である。したがって、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ことになり、潜像形成後には、遅くても３秒以下で測定する必要がある。
【０００７】
また、特許文献２には、試料のＸ線透過像を撮影する感光体をＸ線源に対峙させて配置し、さらに感光体の他面に対峙させて走査型電子ビーム放射器を設け、感光体の光導電層から放出される２次電子を検出する２次電子検出器を配置し、この出力を画像に変換するＸ線顕微鏡が記載されている。この特許文献２の装置においては、使用波長が本発明において使用する波長とは全く異なる上に、任意のラインパターンや、所望の光束径および光束プロファイルの潜像を形成することは不可能であり、後述する本発明の目的を達成することができない。
【０００８】
ところで、デジタルＰＰＣ（Plain Paper Copier）、レーザプリンタにおいて、帯電・露光・現像・転写・定着の各工程の処理品質は、最終的な出力画像品質に大きく影響を与えることになる。このため、より高い画質の画像を得るためには、各工程の処理品質を向上させる必要があり、中でも露光後の静電潜像の品質を評価することは、質の高い画像を得る上で極めて重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、露光エネルギーが静電潜像へ変換されるときのメカニズムが、明らかになっておらず、また電子写真用の感光体と書込み用の露光光学系を含めた潜像形成能力は、最適な条件が分からず、装置製造のコストアップの要因ともなっていた。
【００１０】
そこで、本発明者らは、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を可能とする方式を考案した（特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。
【００１１】
これは、電子写真プロセスにより感光体上に形成される静電潜像の形成を真空装置内で再現し、ミクロンスケールでの潜像測定を可能とした測定システムを新たに考案し開発したものであり、従来は不可能であった、静電潜像の潜像形成能力そのものを評価できる環境が構築できるようになった。
【００１２】
特に、画像品質に直接関係する、静電潜像の鮮鋭度合いを評価する指標が望まれており、実機では、２次元の潜像を感光体ドラム上に形成する際、一方向の１次元は露光光学系により、また他方向の１次元は感光体ドラムの回転によって、２次元の潜像形成を実現していた。この場合に、感光体ドラムの回転を高精度に回転させることが必要となる。このため回転むらが生じると、正しく２次元潜像を形成することができないため、電子写真用の感光体と書込み用の露光光学系を含めた潜像形成能力を正当に評価することができない。
【００１３】
また、別の発明として、本発明者らは、複数の光束（マルチビーム）を用いて、複数のラインを走査することにより、２次元の潜像を形成する方式を提案している。この方式の場合、複数の光源のばらつきを制御することが重要となり、このため、最適条件を見つけることに課題があった。
【００１４】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するものであり、高速かつ高精度に２次元走査が可能な書込み用の露光光学系を用いて、電子写真用の感光体上に高速かつ高精度に形成された静電潜像を正確に測定することができ、さらに潜像形成に最適な感光体を得ることができる、静電潜像の測定方法と測定装置、および画像形成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】
【００１５】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した静電潜像の測定方法は、表面電荷分布あるいは表面電位分布を有する像担持体試料に対して、荷電粒子ビームの照射によって得られる検出信号により、像担持体試料における静電潜像の測定方法であって、静電潜像を測定するために、画像として取り込む潜像パターンを波長４００〜８００（ｎｍ）の集光光束を照射することにより静電潜像を形成する際、電子ビームの照射により像担持体試料を狙いの帯電電位に設定し、静電潜像を形成する２次元のうち一方向の１次元は、回折光学偏向素子の回折偏向を利用して、他方向の１次元は、走査周期時間が回折光学偏向素子の変調応答時間よりも長く設定した反射偏向を利用して、光源からの光束を偏向走査させ、かつ光束の走査結像光学系によって、像担持体試料上の被走査面に集光光束を照射し、集光光束の走査位置に合わせて光源を点灯・消灯させることにより露光量分布による静電潜像を形成し、静電潜像の形成終了から所定のタイミングにより静電潜像を測定することを特徴とする。
【００１６】
この測定方法によって、光源から光束による２次元の静電潜像を高精度に走査でき、像担持体上に形成された所望の静電潜像を高精度に測定することができる。
【００１７】
また、請求項２〜５に記載した発明は、請求項１の静電潜像の測定方法であって、荷電粒子ビームおよび電子ビームは、同じ電子銃から発生されること、また、回折光学偏向素子に入射する光束は、平行光束を入射させること、また、光源から像担持体試料までの光路に、テレセントリック光学系を有すること、また、光源からの光束は、回折光学偏向素子への変調信号により、像担持体面に回折偏向する方向に対して、像担持体面に反射偏向する反射面近傍において光束の位置を変えて集光させることを特徴とする。
【００１８】
この測定方法によって、像担持体の被走査面を一様帯電して入射する光束を高効率に角度変調でき、また回折偏向した光束の入射角度による光学特性の変化の影響を受けることなく２次元の潜像を形成でき、また偏向角度を任意に設定できることからバンディング条件を意図的に再現できる。
【００１９】
また、請求項６に記載した発明は、請求項１〜５の静電潜像の測定方法であって、荷電粒子ビームの照射する像担持体試料の垂直方向における速度ベクトルが、反転するような領域が存在する条件下で静電潜像を測定する際、像担持体試料表面の電位ポテンシャルを変更するため像担持体試料背面に電圧を印加して測定することを特徴とする。
【００２０】
この測定方法によって、残留電位をミクロンスケールで測定でき、また像担持体上に形成される静電潜像の潜像形成能力を定量的に評価することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項７に記載した静電潜像の測定装置は、表面電荷分布あるいは表面電位分布を有する像担持体試料に対して、荷電粒子ビームの照射によって得られる検出信号により、像担持体試料における静電潜像の測定装置において、電子ビーム照射により像担持体試料を狙いの帯電電位に設定する手段と、静電潜像を形成する２次元のうち一方向の１次元は回折により偏向する回折手段、他方向の１次元は反射により偏向する反射手段を用いて、回折手段の変調応答時間を反射手段の走査周期時間よりも短く設定し、光源からの光束を偏向走査させ、かつ光束の走査結像光学系によって、像担持体試料上の被走査面に集光光束を照射し、集光光束の走査位置に合わせて光源を点灯・消灯させることにより露光量分布による静電潜像を形成する手段とを備え、静電潜像を測定するために、画像として取り込む潜像パターンを波長４００〜８００（ｎｍ）の集光光束を照射することにより静電潜像を形成し、静電潜像の形成終了から所定のタイミングにより静電潜像を測定することを特徴とする。
【００２２】
この測定装置によって、光源から光束による２次元の静電潜像を高精度に走査でき、像担持体上に形成された所望の静電潜像を高精度に測定することができる。
【００２３】
また、請求項８〜１１に記載した発明は、請求項７の静電潜像の測定装置であって、荷電粒子ビームおよび電子ビームは、同じ電子銃から発生されること、また、回折手段は、光源と走査結像光学系の間に設置すること、また、回折手段として、音響光学偏向素子を用いること、また、回折手段に平行光束を入射させるためコリメートレンズを用いることを特徴とする。
【００２４】
この測定装置によって、像担持体の被走査面を一様帯電して、従来の量産された走査レンズが利用でき、その特性評価も可能となり、また音響光学偏向素子によって高速かつ高分解能に偏向角を変調した意図的にずらした位置にも設定可能で、ドラム回転むらなどの誤差要因を再現した評価もでき、またコリメートレンズを用いたことで入射光束を高効率に角度変調できる。
【００２５】
また、請求項１２に記載した発明は、請求項７〜１１の静電潜像の測定装置であって、荷電粒子ビームの照射する像担持体試料の垂直方向における速度ベクトルが、反転するような領域が存在する条件下で静電潜像を測定する際、像担持体試料表面の電位ポテンシャルを変更するため像担持体試料背面に電圧を印加して測定することを特徴とする。
【００２６】
この測定装置によって、残留電位をミクロンスケールで測定でき、また像担持体上に形成される静電潜像の潜像形成能力を定量的に評価することができる。
【００２７】
また、本発明の請求項１３または１４に記載した画像形成装置は、請求項１〜６または請求項７〜１２のいずれか１項に記載の静電潜像の測定方法または測定装置を用いて測定した像担持体試料を潜像担持体として、この潜像担持体の被走査面に対して光走査を行って静電潜像を形成し、この静電潜像を現像して可視化することを特徴とする。
【００２８】
この画像形成装置によって、潜像担持体に形成される潜像が最適化されているため、耐久性、安定性に優れた画像形成を行うことができる。
【００２９】
また、請求項１５に記載した発明は、請求項１３または１４記載の画像形成装置において、静電潜像を形成する光源の波長が７８０（ｎｍ）以下であり、かつ潜像担持体面に回折偏向された集光光束径が６０（μｍ）以下であり、潜像担持体面に回折偏向された集光光束径をＡとし、潜像担持体面に回折偏向されて形成された潜像径をＢとしたときに、（数１）
【００３０】
【数１】
2011186371.tif 000003
【００３１】
を満足することを特徴とする。
【００３２】
この画像形勢装置によって、耐久性、安定性に優れた潜像担持体を用いて、高密度、高画質な画像形成ができ、特にＶＣＳＥＬなどを搭載した画像形成装置に適用できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、高速かつ高精度な２次元の静電潜像の走査が可能であり、像担持体上に形成された静電潜像を高精度に測定することができ、潜像形成に最適な像担持体が得られ、この像担持体により高密度、高画質な画像形成ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態における感光体試料の静電潜像測定装置を示す概略構成図
【図２】本実施形態における（ａ）は露光光学系の構成、（ｂ），（ｃ）は垂直共振器型面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）の概略を示す図
【図３】本実施形態における（ａ）はカップリングレンズ、（ｂ）はコリメートレンズを用いた光源からポリゴンスキャナまでの光路断面
【図４】本実施形態における（ａ）は副走査方向に光束を回折偏向させる音響光学偏向素子、（ｂ）は入力電圧と出力周波数の関係を示す図
【図５】本実施形態におけるテレセントリック光学系を有する光源からポリゴンスキャナまでの光路断面
【図６】本実施形態における（ａ）は０次光が屈折する構成、（ｂ）はλ／２板を配置した光源からポリゴンスキャナまでの光路断面
【図７】本実施形態における測定装置の真空チャンバと露光光学系の断面図
【図８】本実施形態における露光光学系を制御する制御装置のブロック図
【図９】本実施形態における制御回路の動作に関係するタイミングチャート
【図１０】本実施形態における同期検知手段からの同期信号と回折光学偏向素子に与える変調信号の関係を表すタイミングチャート
【図１１】本実施形態における回折光学偏向素子の変調信号とＶＣＯの入力電圧，出力周波数のタイミングチャート
【図１２】本実施形態における静電潜像測定装置の制御系全体構成を示す図
【図１３】本実施形態における２次元の画像形成の処理を行うフローチャート
【図１４】本実施形態における（ａ）は２次電子放出比δと加速電圧、（ｂ）は加速電圧と帯電電位の関係を示す図
【図１５】本実施形態における潜像パターンの形成例を示す図
【図１６】本実施形態における（ａ）は検出器と感光体試料間の電位分布、（ｂ）はポテンシャルの穴を模式的に示した図
【図１７】本実施形態における静電潜像測定装置の他の例を示す図
【図１８】本実施形態における入射電子と感光体試料の関係で（ａ）は加速電圧Ｖａｃｃが表面電位ポテンシャルＶｐより大きい場合、（ｂ）は加速電圧Ｖａｃｃが表面電位ポテンシャルＶｐより小さい場合を示す図
【図１９】本実施形態における潜像深さ測定結果の一例を示す図
【図２０】本実施形態における（ａ）は集光光束径、（ｂ）は潜像径の概念を示す図
【図２１】本実施形態における画像形成装置であるレーザプリンタを略示した図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００３６】
図１は本発明の実施形態における感光体試料の静電潜像測定装置の概略構成を示す図である。図１において、静電潜像の測定装置１は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子光学系２（電子ビーム照射部）、露光光学系５（光書込走査ユニット）、試料設置部３、１次反転荷電粒子や２次電子などの検出部４を備えている。ここでいう、荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど、電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。図１に示す本実施形態では、電子ビームを照射する構成により説明する。
【００３７】
図１に示すように、電子ビーム照射部（荷電粒子光学系２）は、電子ビームを発生させるための電子銃２１、電子ビームを制御するためのサプレッサ電極２２、引出電極２３、電子ビームのエネルギーを制御するための加速電極２４、電子銃２１から発生された電子ビームを集束させるためのコンデンサレンズ２５、電子ビームをオン／オフさせるためのビームブランキング電極２６、電子ビームの照射電流を制御するために機能する仕切り弁と可動絞りからなるアパーチャ２７と、ビームブランキング電極２６を通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ２８、電子ビームを再び集光させるための静電対物レンズ２９からなる。それぞれのレンズには、図示しない駆動用電源が接続されている。
【００３８】
なお、イオンビームの場合には、電子銃２１の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。
【００３９】
また、図２（ａ）の光書込走査ユニット（露光光学系５）は、感光体試料３１に関して、感度を持つ波長のＬＤ（レーザ・ダイオード）などの光源５１、カップリングレンズ５２、アパーチャ５３、シリンドリカルレンズ５５などからなり、感光体試料３１上に所望の光束径、光束プロファイルを生成することが可能となっている。また、光源（ＬＤ）制御手段（図示せず）により適切な露光時間、露光エネルギーを照射できるようになっている。
【００４０】
光源５１からポリゴンスキャナ５６までの光路断面を図３（ａ），（ｂ）に示す。図３（ｂ）では平行光束とするコリメートレンズ５２ａを用いている。
【００４１】
光源５１は図２（ｂ），（ｃ）のように、垂直共振器型面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）５１１，５１２等の複数光束（マルチビーム）の光源であってもよい。また、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スキャナなど反射による偏向手段を用いることで、主走査方向にスキャニングできる機構がある。
【００４２】
図２（ａ）の副走査方向にスキャンするために配置された回折光学偏向素子５４は、この回折光学偏向素子５４に変調信号を与えることにより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、回折手段としては、液晶変調素子や電気光学素子などがある。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入射光束のレーザ光を角度変調させることができる。
【００４３】
露光光学系５の主走査方向と垂直な副走査方向に、光束を回折偏向させる回折光学偏向素子５４として音響光学偏向素子５４ａの一例を図４（ａ）に示す。
【００４４】
音響光学偏向素子５４ａとは、光学媒体５４１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、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５４である。
【００４５】
二酸化テルル（ＴeＯ２）やモリブデン酸鉛（ＰbＭoＯ４）などの単結晶またはガラスからなる音響光学媒体５４１に、圧電素子などの超音波トランスデューサ５４２を接着し、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、超音波を光学媒体５４１中に伝播させると、光学媒体５４１内に周期的な屈折率の粗密を形成することができる。
【００４６】
この光学媒体５４１中を通るレーザ光はブラッグ回折により回折して、入射光束は、０次回折光の他に±１，２…次の回折光を生じる。
【００４７】
０次回折光と１次回折光との角度θは以下の（数２）
【００４８】
【数２】
2011186371.tif 000004
【００４９】
で表される。
【００５０】
偏向角をΔθだけ変化させるためには、音響基本周波数ｆａにΔｆａ分だけシフトさせた（数３）
【００５１】
【数３】
2011186371.tif 000005
【００５２】
とするとよい。
【００５３】
この超音波トランスデューサ５４２を電圧制御発振器（ＶＣＯ５４４）、ＲＦアンプ５４３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４（ｂ）には、ＶＣＯ５４４に入力する電圧と出力される周波数の関係を示している。
【００５４】
したがって、ＶＣＯ５４４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。
【００５５】
具体的には、ＴeＯ２の音響波速度Ｖａ＝６５０（ｍ／ｓ）で、ｆａ＝５０（ＭＨｚ），λ＝６５５（ｎｍ）の場合、角度θは（数４）
【００５６】
【数４】
2011186371.tif 000006
【００５７】
から５０．３８（ｍｒａｄ）となる。
【００５８】
音響光学偏向素子５４ａからＬ＝１００（ｍｍ）離れていた位置で、副走査方向の位置をｄ＝４２．３（μｍ）（６００ｄｐｉ）変える場合は、偏向角Δθは（数５）
【００５９】
【数５】
2011186371.tif 000007
【００６０】
の角度分０．４２３（ｍｒａｄ）偏向させればよいので、（数６）
【００６１】
【数６】
2011186371.tif 000008
【００６２】
となり、０．４２（ＭＨｚ）に周波数変調を行うことで実現できる。
【００６３】
実機で起こる副走査方向のピッチ変動を再現するには、さらに１／１０以下、すなわち数十μｒａｄの微小な偏向角制御が要求されるが、これらにも容易にΔｆａを設定することができ対応することが可能である。このように音響光学偏向素子５４ａは、高精度に偏向角を制御することができる。
【００６４】
ところで、回折光学偏向素子５４は、変調信号を与えてから所定の光学性能を得るためには、ディレイが生じる。
【００６５】
この応答時間（アクセスタイム）Ｔｒｅｓは、以下の（数７）
【００６６】
【数７】
2011186371.tif 000009
【００６７】
で表すことができる。
【００６８】
具体的にＤ＝５ｍｍの場合、Ｔｒｅｓ＝７．７μｓとなる。
【００６９】
このため、応答時間（アクセスタイム）Ｔｒｅｓは、反射による偏向手段の走査周波数ｆｖのとき（数８）
【００７０】
【数８】
2011186371.tif 000010
【００７１】
とするとよい。
【００７２】
すなわち、ポリゴンスキャナの走査周波数ｆｖは、（数９）
【００７３】
【数９】
2011186371.tif 000011
【００７４】
とすれば（数１０）
【００７５】
【数１０】
2011186371.tif 000012
【００７６】
でなければならない。
【００７７】
具体的には、Ｄ＝７ｍｍ，ｆｖ＝６ｋＨｚの場合、Ｖａ≧４２（ｍ／ｓ）となる特性の回折光学偏向素子５４を用いる必要がある。
【００７８】
ガルバノミラーや静電振動ミラーなど機械的駆動による方式では、高速かつ高精度に偏向角を制御することが難しい。さらに反射角を制御する場合、制御角度は偏向角の１／２で行わなければならない。また、ミラーの場合、動的たわみによる反射特性の劣化も懸念される。これに対し、音響光学偏向素子５４ａは、高精度に、かつ高速に偏向角を制御できるため、非常に好適といえる。
【００７９】
また、ガルバノミラーなどは、基本的に等速あるいは等角度などの周期的な運動しかできないが、音響光学偏向素子５４ａの場合は、前述した如く、入力電圧で偏向角を自在に変えることができるので、バンディング評価など、意図的に等角度からずらした位置に設定することも可能であり、さらに好適である。
【００８０】
配置としては、光源５１から像面までの間に配置することが可能であるが、光源５１と走査レンズ５７の間に配置することで、光束が通過する有効領域を小さくすることができる。図２（ａ）では、光源５１とシリンドリカルレンズ５５の間に配置した例を示している。
【００８１】
また、回折効率を上げるためには、平行光束を入射させることが望ましい。したがって、カップリングレンズ５２の射出後は、コリメートレンズにより略平行光とすることが望ましい。ここでいう略平行光とは、光束の広がり角が、５（ｍｒａｄ）以下であることを指す。
【００８２】
音響光学偏向素子５４ａの適切なアライメントにより、１次光のみを７０％以上の高効率で透過させることができる。
【００８３】
また、光源５１からポリゴンスキャナ５６までの光路断面の別構成を図５、図６（ａ），（ｂ）に示す。回折光学偏向素子５４を透過した光束は、シリンドリカルレンズ５５を通過して、ポリゴンスキャナ５６に到達する。このとき、シリンドリカルレンズ５５の配置をポリゴンスキャナ５６からシリンドリカルレンズ焦点距離ｆだけ離れた位置に配置してもよい（図５参照）。テレセントリックな光学系となるため、回折光学偏向素子５４から射出して角度を持った光束の光線軸は、シリンドリカルレンズ５５通過後に平行光束となる。
【００８４】
すなわち、主走査方向は略平行光、副走査方向はポリゴンスキャナ５６付近で集光する構成となっている。これにより、ポリゴンスキャナ５６の断面（ポリゴン面）の異なる高さ位置に入射光源が到達する。ポリゴン面に照射する位置は変わっても、入射角度が一定であるため、光学特性の変化の影響を受けずに像面に到達することができる。
【００８５】
回折光学偏向素子５４の回折効率を上げるためには、光源５１と回折光学偏向素子５４のアライメントは精度よく調整されていることが望ましい。０次光と１次光の角度は、数十〜数百（ｍｒａｄ）とわずかなため、０次光はノイズとなる恐れがある。このため、ポリゴン面の前段階で、０次光がポリゴン面に到達しないように、遮光板や反射鏡などを配置して、別方向に進路を変える構成としてもよい。
【００８６】
また、図６（ａ）のように、０次光が屈折する構成であってもよい。これにより、１次光が直進する構成とすることで、光学レイアウトの自由度が向上する。または、入射偏光面を調整するためのλ／２板５３ｂが配置されてもよい。具体的には、偏光方向ａが紙面垂直方向の場合、１／２波長板（λ／２板５３ｂ）の結晶軸を４５度に配置することにより、９０度回転させることができ、回折効率が最もよい条件で、回折光学偏向素子５４に入射することができる（図６（ｂ）参照）。もとの偏光面に戻すのであれば、射出面側にλ／２板５３ｂを配置してもよい。
【００８７】
図２に示すようにポリゴンスキャナ５６は、高さの低い正六角柱状部材からなり、側面には偏向反射面（図では６面）が形成されている。そして、図示しない回転機構により、一定の角速度で回転されている。したがって、光源５１から射出され、回折光学偏向素子５４とシリンドリカルレンズ５５によってポリゴンスキャナ５６の偏向反射面近傍に集光された光束は、ポリゴンスキャナ５６の回転により一定の角速度で偏向される。
【００８８】
また、走査レンズ５７はｆθ特性を有しており、ポリゴンスキャナ５６が一定速度で回転しているときに、光束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、光束径も略一定に走査可能な構成となっている。これにより、走査レンズ５７を透過した光は、感光体試料３１表面に結像することができる。
【００８９】
露光光学系５は、ポリゴンモータなど光偏向器の振動や電磁場の影響が電子ビームの軌道に影響を与えないように真空チャンバの外に配置するとよい。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。露光光学系からの光束は、光学的に透明な入射窓３４より入射させることが望ましい（図１参照）。
【００９０】
図７は測定装置における真空チャンバと露光光学系の断面図である。図７に示すように、真空チャンバ３７の鉛直軸に対して４５°の位置に、真空チャンバ３７内部に対して光源の光束が外部から入射可能な入射窓３４を配置し、真空チャンバ３７外部に露光光学系５を配置した構成となっている。図７の露光光学系５は、図２に示したような、光源５１、走査レンズ５７、同期検知手段５９、光偏向器（ポリゴンスキャナ５６）等を有している。
【００９１】
露光光学系５を保持する光学ハウジング１１は、露光光学系５全体をカバー１２で覆い、真空チャンバ３７内部へ入射する外光（有害光）を遮光する構成をとってもよい。
【００９２】
また露光光学系５は、真空チャンバ３７に対して離れて配置するので、ポリゴンスキャナ５６等の光偏向器を駆動する際に発生する振動は、直接真空チャンバ３７に伝播されることの影響は少ない。さらに、図７では図示していないが、構造体１３と除振台１４との間にダンパを挿入すれば、より効果の高い防振効果を得ることができる。
【００９３】
このように光書込走査ユニットの機構を付けることにより、感光体試料３１対して、２次元の潜像パターンを形成することができる。
【００９４】
また、所定の位置に潜像パターンを形成するために、光偏向器からの走査光束を検知する同期検知手段５９を有してもよい。さらに、感光体試料３１等の試料形状は、平面であっても曲面であってもよい。
【００９５】
また、ＬＤの光源５１と試料の間にシャッタ３５を用いてもよい。すなわち、露光前はシャッタ３５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３５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。
【００９６】
次に、露光光学系の露光制御について説明する。走査光束による像面は、ポリゴンスキャナ５６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、走査光束の像面は、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。
【００９７】
同期検知手段５９は、像面と等価で、折り返しミラー５８で反射された走査開始前の光束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。そこで、同期検知手段５９の出力信号から、感光体試料３１などの試料面における走査開始を検知することができる（図２参照）。
【００９８】
露光光学系５を制御する制御装置６は、図８に示されるように、基準クロック生成回路６２、画素クロック生成回路６３、画像処理回路６４、光源選択回路６５、書込タイミング信号生成回路６６、および同期タイミング信号生成回路６７を備えている。なお、図８における矢印は、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すべてを表すものではない。
【００９９】
基準クロック生成回路６２は制御装置６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６３は主にＰＬＬ回路からなり、同期信号ｓ１９および基準クロック生成回路６２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と同一で、位相は同期信号ｓ１９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揃えることができる。  ここで生成された画素クロック信号は、駆動情報の１つとして光源駆動回路６１に供給されるとともに画像処理回路６４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。
【０１００】
光源選択回路６５は、光源が複数の場合に用いる回路であり、走査光束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。
【０１０１】
この光源選択回路６５の出力信号ｓ１４は、駆動情報の１つとして光源駆動回路６１に供給される。
【０１０２】
図９には制御回路の動作に関係するタイミングチャートが示されている。図８に示す制御回路６において、ｓ１９は同期検知手段からの出力信号の同期信号、ｓ１５は書込みタイミング信号生成回路６６からの出力信号のＬＧＡＴＥ信号、ｓ１４は光源選択回路６５からの出力信号の光源選択信号、ｓ１６は画像処理回路６４からの出力信号の書込みデータである。
【０１０３】
画像処理回路６４は、上位装置からの画像情報に基づいて、発光部ごとの書込みデータ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、駆動情報の１つとして光源駆動回路６１に供給される。
【０１０４】
書込みタイミング信号生成回路６６は、同期信号ｓ１９の立ち上がり後、光束が同期検知手段５９（図２参照）を通過してから時間ｔ１の経過後にＬＧＡＴＥ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、駆動情報の１つとして光源駆動回路６１に供給される。
【０１０５】
前述の時間ｔ１は、画像情報に応じて変調された光束による走査（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、前述の時間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揃えることができる。
【０１０６】
図１０は図２に示す同期検知手段からの同期信号と回折光学偏向素子に与える変調信号との関係を表すタイミングチャートである。
【０１０７】
副走査方向の偏向角は、同期信号ｓ１９とタイミングを合わせて変更することが望ましい。「ｔ１（走査開始時間）＜Ｔｒｅｓ（変調応答時間）」であれば、同期信号ｓ１９直後でもよい。「ｔ１＞Ｔｒｅｓ」の場合、回折光学偏向素子５４の応答時間を考慮すると、書込み終了直後が望ましい。すなわち、ＬＧＡＴＥ信号ｓ１５が「ハイレベル」から「ローレベル」に変化するタイミングに合わせて、回折光学偏向素子５４を変調する信号を得て、それに応じて、ＶＣＯの入力電圧を偏向角にあうように適切に設定すればよい（図１１参照）。
【０１０８】
また、光源（ＬＤ）の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シャッタ３５が開放状態であり、その前後はシャッタ３５が閉鎖状態にする構成を設けてもよい。
【０１０９】
これを実現するためには、露光のタイミングとシャッタ３５の開閉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、露光光学系５の同期信号ｓ１９によって決定される。したがって、データの有効期間であるＦＧＡＴＥ信号が「ローレベル」になった時点で最初の露光光学系５の同期信号ｓ１９に連動して、シャッタ３５を開放することが望ましい。また、データの有効期間であるＦＧＡＴＥ信号が「ローレベル」になった時点に連動して、シャッタ３５を閉鎖することが望ましい（図１０参照）。
【０１１０】
これを実現する手段として、露光光学系５の同期信号ｓ１９を、シャッタ３５を開く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。
【０１１１】
また、図１２は本実施形態における静電潜像測定装置の制御系全体構成を示す図である。図１２に示すように、すべての制御はホストコンピュータ７によって行う。ホストコンピュータ７は荷電粒子光学系制御信号によって荷電粒子光学系２を制御し、検出部４からデータを取り込む。またホストコンピュータ７は、予め設定した走査光束の条件に従い、制御装置６を介して露光光学系５、シャッタ３５および音響光学偏向素子５４ａの動作を制御する。制御装置６は、シャッタ制御コントローラ３５ｃを介してシャッタ３５を制御し、音響光学偏向素子制御回路５４ｃを介して音響光学偏向素子５４ａを制御する。制御装置６には、試料走査位置センサ６９から試料走査位置検出信号が入力される。
【０１１２】
図１３は２次元の画像形成の処理を行うフローチャートである。図１３のフローチャートに示すように、まず、感光体試料における静電潜像を測定するための制御コマンドが実行される（Ｓ１）。この制御コマンドの実行により、露光光学系５の同期信号を検知し（Ｓ２）、検知した同期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）。また、感光体試料の潜像パターンの書込み開始位置を検知する試料走査位置センサ６９（例えば、フォトダイオード等）を配置し、このセンサの検知信号に基づく書込み開始位置と、シャッタ３５が露光光学系５の走査有効径にまで開放されたタイミングに合わせて（Ｓ４）、感光体試料への走査を行いながら光源（ＬＤ）を点灯させる（Ｓ５）。ラスタスキャンによる走査（主走査方向への反射による偏向）で露光（静電潜像の形成）が行われる（Ｓ６）。
【０１１３】
さらに、２次元走査による潜像形成が終了したか否か確認され（Ｓ７）、終了していないとき（Ｓ７のＮｏ）、音響光学偏向素子５４ａによる走査（副走査方向への回折による偏向）で集光位置が変更され処理Ｓ６へ戻る。また、処理Ｓ７において２次元走査による潜像形成が終了したとき（Ｓ７のＹｅｓ）、シャッタ３５を閉じる（Ｓ９）。他に、光源（ＬＤ）のバイアス電流を「０」にして、発光自体を止めてもよい。その後、感光体試料に形成した静電潜像の測定を行う（Ｓ１０）。
【０１１４】
具体的な感光体試料に形成された静電潜像の測定方法として、まず、感光体試料３１に電子ビームを照射させる（図１参照）。このときの加速電圧｜Ｖａｃｃ｜は、２次電子放出比δ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に蓄積され、チャージアップを起こす（図１４（ａ）参照）。この結果、感光体試料３１はマイナスの一様帯電を生じることができる。加速電圧と帯電電位には、図１４（ｂ）のような関係があり、加速電圧と照射時間を適切に選択を行うことにより、電子写真方式における実機と同じ帯電電位を形成することができる。照射電流は大きい方が、短時間で目的の帯電電位に到達することができるため、数（ｎＡ）で照射している。この後、電子ビームの照射を静電潜像が観察できるように入射電子量を１／１００〜１／１０００に下げる。
【０１１５】
次に前述した図１２，図１３で説明した露光光学系５および制御装置６のシーケンス制御を用いて、２次元走査による感光体試料の露光を行う。
【０１１６】
露光光学系５は、所望の光束径および光束プロファイルを形成するように調整されている。必要な露光エネルギーは、感光体試料３１の特性によって決まるファクタであるが、通常、２〜１０（ｍＪ／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。帯電電位や必要な露光エネルギーは、感光体特性やプロセス条件に合わせて設定するとよい。
【０１１７】
これらを用いることにより、電子写真方式の実機に合わせた露光条件、例えば露光エネルギー密度０．５〜１０（ｍＪ／ｍ２）、集光光束径３０〜１００（μｍ）、デューティ、画周波数、書込み密度、潜像パターン等の条件を設定するとよい。潜像パターン（画像）としては、１ドット孤立の他に、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むら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（図１５参照）。潜像形成の時間差による潜像差が生じることで、バンディングと称する縞模様状の像の発生を評価することが可能となる。
【０１１８】
これにより、感光体試料に静電潜像を任意に形成することができ、この感光体試料を電子ビームによって走査することで、放出される２次電子をシンチレータにより検出し、さらに電気信号に変換してコントラスト像を観察する。
【０１１９】
このようにすると、感光体試料の帯電部は２次電子検出量が多く、また露光部は２次電子検出量が少なくなり、明暗のコントラスト像が生じることになる。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。つまり、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て、検出器に到達する量が減少することになる。したがって、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。
【０１２０】
図１６（ａ）は、荷電粒子を捕獲する検出器と感光体試料間の空間における電位分布を等高線表示で模式的に示した図である。感光体試料３１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、検出器（荷電粒子捕獲器）４１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、感光体試料３１の表面から検出器４１に近づくに従い「電位が高く」なる。
【０１２１】
したがって、感光体試料３１における「負極性に均一帯電している部分」であり、図１６（ａ）のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１，ｅｌ２は、検出器４１の正電位に引かれ、矢印Ｇ１や矢印Ｇ２で示すように変位し、検出器４１に捕獲される。
【０１２２】
一方、図１６（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、感光体試料３１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、検出器４１に向かって移動しない。図１６（ｂ）は、前記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。
【０１２３】
すなわち、検出器４１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で図１６（ａ）のＱ１点やＱ２点に代表される部分）」に対応し、強度の小さい部分が「静電潜像の画像部（光照射された部分で図１６（ａ）のＱ３点に代表される部分）」に対応することになる。
【０１２４】
したがって、２次電子の検出器４１で得られる電気信号を、信号処理手段により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、信号処理手段により表面電位分布（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、静電潜像が可視化された画像として得られる。
【０１２５】
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付き、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、表面電位分布が知れれば、表面電荷分布も知ることができる。
【０１２６】
このようにして所望の条件で形成された静電潜像を高精度に測定することができる。
【０１２７】
また、ＶＣＳＥＬなどの複数光束（マルチビーム）を有する露光光学系では、４以上の複数光源を用い、多くの光束が重なり合いながら、複雑な露光条件のもとで、１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分かりにくい。このような、潜像形成条件で、本発明の測定方法は特に有効となる。
【０１２８】
また、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１７は本実施形態における表面電位分布（静電潜像）の測定装置の他の例を示す図である。
【０１２９】
感光体試料３１下部の載置台３２は、電圧±Ｖｓｕｂを印加できる電圧印加部（導電材料３３ａ、絶縁体３３ｂ）が接続されている。また、感光体試料３１上部は、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、グリッドを配置した構成となっている。
【０１３０】
図１８（ａ），（ｂ）は入射電子と感光体試料の関係を示す図である。図１８（ａ）は加速電圧Ｖａｃｃが表面電位ポテンシャルＶｐより大きい場合、図１８（ｂ）は加速電圧Ｖａｃｃが表面電位ポテンシャルＶｐより小さい場合をそれぞれ示す。
【０１３１】
入射する荷電粒子の感光体試料垂直方向の速度ベクトルが、感光体試料到達前に反転するような状態の領域が存在し、その１次入射荷電粒子を検出する構成となっている。
【０１３２】
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。
【０１３３】
電子ビームの電位ポテンシャル（加速電圧）をＶａｃｃ（＜０）、感光体試料の電位ポテンシャルをＶｐ（＜０）とする。また、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、（数１１）
【０１３４】
【数１１】
2011186371.tif 000013
【０１３５】
で表される。真空中ではエネルギー保存の法則により、加速電圧の働かない領域では等速で運動し、感光体試料面に接近するに従い、電位が高くなり、感光体試料電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が遅くなる。
【０１３６】
したがって、一般的に以下のような現象が起こる。
図１８（ａ）において、｜Ｖａｃｃ｜≧｜Ｖｐ｜なので、入射電子の速度は減速されるものの、感光体試料３１に到達する。
また、図１８（ｂ）において、｜Ｖａｃｃ｜＜｜Ｖｐ｜なので、入射電子の速度は感光体試料３１の電位ポテンシャルの影響を受けて、徐々に減速し、感光体試料３１に到達する前に速度が「０」となって、反対方向に進む。
【０１３７】
空気抵抗のない真空中では、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、感光体試料面上でのエネルギー、すなわちランディングエネルギーがほぼ「０」となる条件を測定することで、表面の電位を測定することができる。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。感光体試料３１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。
【０１３８】
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。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。
【０１３９】
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、全く異なる現象である。
【０１４０】
図１９は潜像深さ測定結果の一例を示す図である。感光体試料３１の各走査位置（ｘ，ｙ）において、加速電圧Ｖａｃｃと、感光体試料３１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）を測定することにより、電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）を測定することができる。Ｖｔｈ（ｘ，ｙ）は、電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）とは一意的な対応関係があり、Ｖｔｈ（ｘ，ｙ）はなだらかな電荷分布などであれば、近似的に電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）と等価となる。
【０１４１】
図１９の上段の曲線は感光体試料表面の電荷分布によって生じた表面電位分布の一例を示している。２次元を走査する電子銃の加速電圧は−１８００（Ｖ）とした。中心（横軸座標＝０）の電位が約−６００（Ｖ）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７５（μｍ）を超える周辺領域の電位は約−８５０（Ｖ）程度になっている。
【０１４２】
図１９の中段の楕円形は感光体試料の裏面をＶｓｕｂ＝−１１５０（Ｖ）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＝−６５０（Ｖ）となっている。図１９の下段の楕円形はＶｓｕｂ＝−１１００（Ｖ）とした他は前述の条件と同じ条件により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−７００（Ｖ）になっている。
【０１４３】
したがって、加速電圧Ｖａｃｃまたは印加電圧Ｖｓｕｂを変えながら、感光体試料表面を電子ビームで走査させ、Ｖｔｈ分布を測定することにより、感光体試料の表面電位の情報を測定することが可能となる。
【０１４４】
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。
【０１４５】
なお、１次反転電子で潜像プロファイルを測定する方式では、入射電子のエネルギーが極端に変わるため、入射電子の軌道にずれが生じ、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。
【０１４６】
その場合には、静電場環境や電子軌道を予め計算しておき、それをもとに補正することによって、さらに高精度な測定をすることが可能となる。
【０１４７】
また、近年では出力画像の高画質化のために、光学系の最適化および光源波長を７８０（ｎｍ）以下に短波長化することによって、副走査方向の集光光束径を６０（μｍ）以下に小径化する試みが行われているが、現在の感光体が短波長の光に対して感度が低いことや、小径化光束では感光体内での光の散乱および電荷の拡散の影響を強く受けて、潜像径が広がり、かつ潜像の深さも浅くなり、最終出力画像では安定した階調性、鮮鋭性が得られないという不具合が発生している。
【０１４８】
図２０（ａ），（ｂ）に集光光束径および潜像径の概念図を示す。ここでの集光光束径は、集光光束（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径とする。
【０１４９】
電荷輸送層の組成および膜厚が光の散乱およ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、電荷輸送層の組成および膜厚、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８００（Ｖ）、露光エネルギー４（ｍＪ／ｍ２）として、光源波長が７８０（ｎｍ）以下、副走査方向の集光光束径が６０（μｍ）以下の条件で露光し潜像測定を行い、図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、感光体面での副走査方向の集光光束径を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、（数１２）
【０１５０】
【数１２】
2011186371.tif 000014
【０１５１】
を満足する感光体を選定すれば、最終出力画像で安定した階調性、鮮鋭性が実現できる。
【０１５２】
（数１２）における下限の「１．０」は、光束の散乱および電荷の拡散はどんな感光体でも必ず起こりうるので、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、最終出力画像で安定した階調性、鮮鋭性を確保するために必要な限界である。
【０１５３】
以下に、本実施形態における画像形成装置の一例を説明する。図２１は画像形成装置であるレーザプリンタを略示した図である。図２１のレーザプリンタ８１は、潜像担持体として円筒状に形成された光導電性の感光体３０を有している。感光体３０の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ８７、現像装置８８、転写ローラ８４、クリーニング装置８６が配備されている。本実施形態では「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８７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、露光走査装置５０が設けられ、帯電ローラ８７と現像装置８８との間で「光束（レーザビーム）の走査による露光」を行うようになっている。
【０１５４】
また図２１に示すように、定着装置８５、給紙カセット８２、レジストローラ対８３、給紙コロ８２ａ、搬送路８５ａ、排紙ローラ対８９ａ、トレイ８９を備えている。画像形成を行うときは、光導電性の潜像担持体である感光体３０が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ８７により均一に帯電され、露光走査装置５０の走査光束の光書込みによる露光によって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」であって画像部が露光されている。
【０１５５】
この静電潜像は現像装置１８により反転現像され、感光体３０上にトナー画像が形成される。転写紙を収納した給紙カセット８２はレーザプリンタ８１本体に着脱可能で、図２１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８２ａにより給紙される。給紙された転写紙は、その先端部をレジストローラ対８３に挟持される。レジストローラ対８３は、感光体３０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合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８４の作用によりトナー画像を静電転写される。
【０１５６】
トナー画像を転写された転写紙は定着装置８５でトナー画像を定着されたのち、搬送路８５ａを通り、排紙ローラ対８９ａによりトレイ８９上に排出される。またトナー画像が転写されたのち、感光体３０の表面はクリーニング装置８６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。
【０１５７】
本実施形態による非常に望ましい露光走査装置および感光体（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製作することができる。特に、ＶＣＳＥＬなどの複数光束の露光光学系を搭載した画像形成装置に適する。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明に係る静電潜像の測定方法と測定装置、および画像形成装置は、高速かつ高精度な２次元の静電潜像の走査が可能であり、像担持体上に形成された静電潜像を高精度に測定することができ、潜像形成に最適な像担持体が得られ、この像担持体により高密度、高画質な画像形成することができ、有用である。
【符号の説明】
【０１５９】
１  測定装置
２  荷電粒子光学系
３  試料設置部
４  検出部
５  露光光学系
６  制御装置
７  ホストコンピュータ
１１  光学ハウジング
１２  カバー
１３  構造体
１４  除振台
２１  電子銃
２２  サプレッサ電極
２３  引出電極
２４  加速電極
２５  コンデンサレンズ
２６  ビームブランキング電極
２７，５３  アパーチャ
２８  走査レンズ
２９  静電対物レンズ
３０  感光体
３１  感光体試料
３２  載置台
３４  入射窓
３５  シャッタ
３７  真空チャンバ
４１  検出器
５０  露光走査装置
５１  光源
５２  カップリングレンズ
５２ａ  コリメートレンズ
５３ｂ  λ／２板
５４  回折光学偏向素子
５４ａ  音響光学偏向素子
５５  シリンドリカルレンズ
５６  ポリゴンスキャナ
５７  走査レンズ
５９  同期検知手段
６１  光源駆動回路
６２  基準クロック生成回路
６３  画素クロック生成回路
６４  画像処理回路
６６  書込タイミング信号生成回路
６７  同期タイミング信号生成回路
８１  レーザプリンタ
５４１  光学媒体
５４２  超音波トランスデューサ
５４３  ＲＦアンプ
５４４  ＶＣＯ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１６０】
【特許文献１】特開平３−０４９１４３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】
2011186371.tif 000016
【図２】
2011186371.tif 000017
【図３】
2011186371.tif 000018
【図４】
2011186371.tif 000019
【図５】
2011186371.tif 000020
【図６】
2011186371.tif 000021
【図７】
2011186371.tif 000022
【図８】
2011186371.tif 000023
【図９】
2011186371.tif 000024
【図１０】
2011186371.tif 000025
【図１１】
2011186371.tif 000026
【図１２】
2011186371.tif 000027
【図１３】
2011186371.tif 000028
【図１４】
2011186371.tif 000029
【図１５】
2011186371.tif 000030
【図１６】
2011186371.tif 000031
【図１７】
2011186371.tif 000032
【図１８】
2011186371.tif 000033
【図１９】
2011186371.tif 000034
【図２０】
2011186371.tif 000035
【図２１】
2011186371.tif 000036