(57)【要約】【課題】サイドローブが感光体の静電潜像に与える影響を評価する。【解決手段】感光体３上の静電潜像を評価する画像評価装置１００であって、レーザ光源から出射される光を用いて感光体３上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段５と、該静電潜像形成手段５により形成された静電潜像を測定する静電潜像測定手段（電子銃１０１、各レンズ１０２〜１０４及び電子検出器１０６）と、レーザ光源のビームプロファイルを測定するビームプロファイル測定手段１０と、静電潜像測定手段により測定された静電潜像およびビームプロファイル測定手段１０により測定されたビームプロファイルに基づいて、該ビームプロファイルのサイドローブの強度に対するレーザ光源の発光強度と静電潜像の大きさとの相関を求め、サイドローブが静電潜像を形成するレーザ光源の発光強度の閾値を導出する導出手段とを備える。【選択図】図５
2011164532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体上の静電潜像を評価する画像評価装置であって、
レーザ光源から出射される光を用いて前記感光体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
該静電潜像形成手段により形成された静電潜像を測定する静電潜像測定手段と、
前記レーザ光源のビームプロファイルを測定するビームプロファイル測定手段と、
前記静電潜像測定手段により測定された静電潜像および前記ビームプロファイル測定手段により測定されたビームプロファイルに基づいて、該ビームプロファイルのサイドローブの強度に対する前記レーザ光源の発光強度と静電潜像の大きさとの相関を求め、前記サイドローブが静電潜像を形成する前記レーザ光源の発光強度の閾値を導出する導出手段と
を備えることを特徴とする画像評価装置。
【請求項２】
ビームプロファイルのサイドローブの強度を調整する調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像評価装置。
【請求項３】
前記調整手段は、開口であることを特徴とする請求項２に記載の画像評価装置。
【請求項４】
光量を測定する光量測定手段をさらに有し、
前記調整手段は、有効面積の異なる複数の開口を用いて、該複数の開口間にある面積の差により生じる光量の差を前記レーザ光源の発光強度で調整することを特徴とする請求項３に記載の画像評価装置。
【請求項５】
前記導出手段は、前記レーザ光源の発光強度として単位面積当りの露光エネルギーに換算した値を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像評価装置。
【請求項６】
前記導出手段は、前記単位面積当りの露光エネルギーと前記静電潜像の大きさを関数で近似することを特徴とする請求項５に記載の画像評価装置。
【請求項７】
前記導出手段は、近似した前記関数を微分することを特徴とする請求項６に記載の画像評価装置。
【請求項８】
前記導出手段は、近似した前記関数の微分により求めた変曲点とビームプロファイルのサイドローブ強度との相関を求め、近似関数を導出することを特徴とする請求項７に記載の画像評価装置。
【請求項９】
感光体上の静電潜像を評価する画像評価方法であって、
レーザ光源から出射される光を用いて前記感光体上に静電潜像を形成するステップと、
形成された静電潜像を測定するステップと、
前記レーザ光源のビームプロファイルを測定するステップと、
測定された静電潜像およびビームプロファイルに基づいて、該ビームプロファイルのサイドローブの強度に対する前記レーザ光源の発光強度と静電潜像の大きさとの相関を求め、前記サイドローブが静電潜像を形成する前記レーザ光源の発光強度の閾値を導出するステップと
を行うことを特徴とする画像評価方法。
【請求項１０】
潜像書込手段として走査光学系を有する画像形成装置であって、
該走査光学系のレーザ光源の発光強度を、請求項１から請求項７までのいずれかに記載の画像評価装置により導出された閾値に基づいて設定する制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
潜像書込手段として走査光学系を有する画像形成装置であって、
該走査光学系のレーザ光源の発光強度を、請求項８に記載の画像評価装置により導出された近似関数に基づいて設定する制御手段を備え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、画像評価装置、画像評価方法および画像形成装置に関する。さらに詳述すると、電子写真における画像評価技術に関し、特に走査光学系におけるビームプロファイルのサイドローブの静電潜像への影響を精密に測定する技術、また画像の高品位化を図る電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
潜像書込手段として走査光学系（光走査装置）を備えたデジタル複写機、レーザプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置が広く知られている。この画像形成装置における走査光学系の設計においては、走査光学系が有するレーザ光源（単に、光源ともいう）のビームプロファイル、ビームサイズ、サイドローブ強度等の仕様が重要となる。これらの仕様が、最終的な画像である記録媒体（用紙、紙ともいう）上のトナー像の画質に影響を与えるからである。例えば、走査光学系におけるビームサイズは小さく（細く）、サイドローブの強度は小さいほうが、高品位の画像を実現できると考えられている。しかしながら、明確な仕様、基準等は存在しないのが実情となっている。
【０００３】
特許文献１には、サイドローブの影響を軽減し、スポット径の増大を抑えるために、アパーチャの位置設定を行う発明が開示されている。また、特許文献２には、隣接するサイドローブを重ね合わせて、その強度を増大させ、サイドローブにより静電潜像を形成する技術が開示されている。
【０００４】
また、走査光学系の設計において、シミュレーションによりビームプロファイルの予測が可能である。シミュレーションは、公知の光学シミュレーションソフトウェア（例えば、Optical Research Associates社製Light Tools、サイバネットシステム株式会社製CODE Vなど）を用いて行うことが可能である。また、既存の光学シミュレーションソフトウェアを用いずに、幾何光学、波動光学に基づいて数値計算およびシミュレーションを行うこともできる。
【０００５】
また、走査光学系を作製し、原理実験を行うことにより、ビームプロファイルを直接測定することも可能である。この場合、ビームプロファイルの測定には、公知のビームプロファイル測定装置（例えば、フォトン社製Beam Scan，Nano Scan等）を用いれば良い。これらのビームプロファイル測定装置は、ビームの評価に広く使用されている。また、ダイナミックレンジなどに対して必要な調整を行うことでＣＣＤ（Charge−Coupled  Device）カメラを用いることもできる。ビームプロファイル測定装置がビームプロファイルの断面の情報を得るのに対し、ＣＣＤカメラを用いた場合は、面的な情報が得られる点で好適である。上述のようなシミュレーションおよび実験によれば、メインローブと共にサイドローブについての情報を得ることができる。
【０００６】
また、走査光学系の設計とはビームプロファイルの形状（主としてメインローブを指す）、サイドローブの形状が所望の仕様になるように、光学素子・部材の形状、材質、それらの幾何学的配置を決定するものである。なお、メインローブ及びサイドローブとは光学の回折理論における、零次光と、１次光（または、さらに高次光）を指すものである。
【０００７】
走査光学系の設計においては、メインローブとサイドローブとの強度比が問題となり、サイドローブの強度比が小さいほうが良いとされている。しかしながら、上記のような走査光学系の設計から得られたビームプロファイルの形状、サイドローブの情報のみを用いて最終的な出力である用紙上のトナー像を予測することは難しい。これは、電子写真のプロセスが、走査光学系による画像の形成だけでは終らず、その後、幾つかのプロセスを経るためである。
【０００８】
そのプロセスの一つとして、静電潜像の形成がある。これは走査光学系を用い、感光体上に、静電潜像を形成するものである。しかしながら、特許文献１および２に記載の発明では、静電潜像については何ら考慮されてはいなかった。
【０００９】
この静電潜像の測定技術として、特許文献３には、電子線プローブを用いた発明が開示されている。特許文献３に記載の技術は、真空中に感光体を配置し、基本的な動作として、帯電、露光、観察を行うものである。ここで「露光」とは、走査光学系により帯電した感光体に静電潜像を形成すること意味する。また、「帯電」と「観察」とは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の原理を応用するものであり、感光体に電子線を照射して帯電させ、観察時にはそれよりも強度の弱い電子線で、静電潜像を観察するものである。ただし、ＳＥＭと異なる点は、ＳＥＭが、試料が帯電しないようにし、微細構造を観察するのに対して、この測定技術は、試料である感光体を帯電させ（チャージアップ）、露光により帯電がキャンセルされたところを、静電潜像として観察することである。
【００１０】
従来は、上記の光学的なビームプロファイル測定装置により得られたビームプロファイル、及び紙上のトナー像を元に、この静電潜像を予測していたが、感光体の種類、感光体での伝導電荷の拡散、ビームの発光強度などが静電潜像に影響を与えるため、予測精度に問題が生じていた。これに対して、この特許文献３に記載の発明によれば、これらの影響を考慮し、静電潜像としてのビームプロファイルを評価することが可能となった。なお、例えば、光源の発光強度を一定とし、静電潜像の観察条件は同じとした場合、ビームが太ければ静電潜像は大きくなり、ビームが細ければ静電潜像は小さくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献３に記載の発明では、ビームプロファイルのサイドローブが及ぼす静電潜像への影響については、精密、且つ定量的に測定、評価することはできなかった。以下に説明する。
【００１２】
ビームプロファイルのサイドローブの強度が大きい場合、サイドローブが静電潜像に現れる（サイドローブの静電潜像が形成される）。また、サイドローブ強度が小さいときにドット状の静電潜像であったものが、サイドローブ強度が大きくなるとドット状から歪んだ静電潜像となる。また、線状、破線状、格子状など種々のパターンを形成した場合も同様に、所望の静電潜像とは異なる静電潜像になる。これは最終的なトナー像の画質を低下させる一因であり、サイドローブの影響により、破線状のパターンが線状に成り、所望の画像を得られないことに繋がる。
【００１３】
また、従来の静電潜像の測定技術では、サイドローブの強度の許容範囲、すなわち、サイドローブが潜像を形成する発光強度、または露光量の閾値を明確にできないという問題があった。従来の測定手法において、ビームプロファイル、感光体の特性、トナー像などから、使用する感光体に対して静電潜像を形成する露光量の閾値を予測することは、ある程度可能ではあったが、例えば、注目する静電潜像の近傍に、別の静電潜像がある場合等は、閾値を予測することができなかった。
【００１４】
これはメインローブの周囲にサイドローブがあることと同様である。したがって、単独の静電潜像の閾値と、近傍に別の静電潜像がある場合の閾値が同じであるかどうかは不明確である。そのため、近傍の静電潜像の影響を考慮した評価を行うことが望まれる。
【００１５】
なお、「レーザ光源の発光強度」とは、レーザ光源における強度の設定値、注入電流などに比例する量をいい、また、「光量」とは、レーザ光源から出射された光を測定装置で測定したときの量をいうものである。よって、「レーザ光源の発光強度」と「光量」とは比例する。なお、本明細書では、これらを同等の意味で用いる場合がある。
【００１６】
また、画像形成における書き込みの最小単位である解像度として用いられるドットは、例えば、６００ｄｐｉ（dot per inch）の場合で、約４２μｍである。また、ビームプロファイルにおけるビーム径と静電潜像の大きさ（径）とは、原則として一致するものと考えられている。しかしながら、レーザ光源の発光強度や感光体の種類により、静電潜像の大きさは、ビームプロファイルのビーム径とは異なってくる。すなわち、レーザ光源の発光強度が強いほど、潜像径は大きくなる。これは光量が大きい程、静電潜像は大きく形成されるという感光体の特性による。また、ビームプロファイル測定装置では、レーザ光源の発光強度が変わっても、ビーム径は、測定精度範囲内でしか変わらない。これは、ビームプロファイルが強度に対して相似形であり、測定装置が、強度の最大値を１と規格化しても、ビーム径は変わらないことによる。
【００１７】
したがって、ビームプロファイル測定装置による従来の評価方法では、感光体の特性を考慮することができないという問題があった。よって、ビームプロファイルのサイドローブの強度比だけを問題にしても、レーザ光源の発光強度、光量を定めなければ、静電潜像の形状を定めることはできず、感光体を含めた評価が望まれる。
【００１８】
また、メインローブとサイドローブとの比を考え、サイドローブの強度とする。従来、このサイドローブ強度の大小は、１／ｅ２（≒１３．５％、以下、単に１３．５％と記す）を基準としている。これは従来の一元的なサイドローブの基準（指標）である。サイドローブが１３．５％より小さくい場合であっても、レーザ光源の発光強度が大きい場合は、サイドローブの絶対値が大きくなり、潜像に影響を及ぼす。
【００１９】
具体的に説明すると、レーザ光源の発光強度を変えて、ビームプロファイルをビームプロファイル測定装置で測定すると図２９のようになる。発光強度は０．５，１，２の三つの水準である。三つのビームプロファイルは相似形であるため、各々メインローブに対するサイドローブの比は同じである。強度１３．５％をサイドローブの大小の基準とすると、発光強度０．５と１ではこれ以下であるが、発光強度２では、この基準を超えてしまう。よって、サイドローブのメインローブに対する比が同じであっても、発光強度の絶対値が大きいとサイドローブは静電潜像に現れることになる。一方、メインローブの強度が一定で、サイドローブの強度のみが異なる場合は、その比だけを問題にすればよい。
【００２０】
すなわち、この指標だけでは、不充分である点が問題となる。換言すれば、メインローブとサイドローブとの強度比は、相対的な指標であり、絶対値は問題にしていない。
【００２１】
しかしながら、走査光学系の用いる光源の種類によっては、光源の発光強度を変調して、画像を形成する場合もある。この場合、サイドローブを一定にしていても、発光強度が大きくなると、メインローブだけでなく、サイドローブの絶対値も大きくなり、サイドローブが静電潜像を形成することとなる。よって、光源の発光強度に応じた指標が必要となる。
【００２２】
しかしながら、このような指標を求めることができる測定手法は、これまで存在しておらず、静電潜像へのサイドローブの影響について評価を行って、当該指標を求め、この指標を画像形成に反映する走査光学系および電子写真方式の画像形成装置も存在していなかった。
【００２３】
そこで本発明は、ビームプロファイルのサイドローブが感光体の静電潜像に与える影響を測定、評価することができる画像評価装置、画像評価方法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】
【００２４】
かかる目的を達成するため、請求項１に記載の画像評価装置は、感光体上の静電潜像を評価する画像評価装置であって、レーザ光源から出射される光を用いて感光体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像形成手段により形成された静電潜像を測定する静電潜像測定手段と、レーザ光源のビームプロファイルを測定するビームプロファイル測定手段と、静電潜像測定手段により測定された静電潜像およびビームプロファイル測定手段により測定されたビームプロファイルに基づいて、該ビームプロファイルのサイドローブの強度に対するレーザ光源の発光強度と静電潜像の大きさとの相関を求め、サイドローブが静電潜像を形成するレーザ光源の発光強度の閾値を導出する導出手段とを備えるものである。
【００２５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像評価装置において、ビームプロファイルのサイドローブの強度を調整する調整手段を有するものである。
【００２６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像評価装置において、調整手段は、開口であるものである。
【００２７】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の画像評価装置において、光量を測定する光量測定手段をさらに有し、調整手段は、有効面積の異なる複数の開口を用いて、該複数の開口間にある面積の差により生じる光量の差をレーザ光源の発光強度で調整するものである。
【００２８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の画像評価装置において、導出手段は、レーザ光源の発光強度として単位面積当りの露光エネルギーに換算した値を用いるものである。
【００２９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像評価装置において、導出手段は、単位面積当りの露光エネルギーと静電潜像の大きさを関数で近似するものである。
【００３０】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の画像評価装置において、導出手段は、近似した関数を微分するものである。
【００３１】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の画像評価装置において、導出手段は、近似した関数の微分により求めた変曲点とビームプロファイルのサイドローブ強度との相関を求め、近似関数を導出するものである。
【００３２】
また、請求項９に記載の画像評価方法は、感光体上の静電潜像を評価する画像評価方法であって、レーザ光源から出射される光を用いて感光体上に静電潜像を形成するステップと、形成された静電潜像を測定するステップと、レーザ光源のビームプロファイルを測定するステップと、測定された静電潜像およびビームプロファイルに基づいて、該ビームプロファイルのサイドローブの強度に対するレーザ光源の発光強度と静電潜像の大きさとの相関を求め、サイドローブが静電潜像を形成するレーザ光源の発光強度の閾値を導出するステップとを行うようにしている。
【００３３】
また、請求項１０に記載の画像形成装置は、潜像書込手段として走査光学系を有する画像形成装置であって、該走査光学系のレーザ光源の発光強度を、請求項１から請求項７までのいずれかに記載の画像評価装置により導出された閾値に基づいて設定する制御手段を備えるものである。
【００３４】
また、請求項１１に記載の画像形成装置は、潜像書込手段として走査光学系を有する画像形成装置であって、該走査光学系のレーザ光源の発光強度を、請求項８に記載の画像評価装置により導出された近似関数に基づいて設定する制御手段を備えるものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ビームプロファイルのサイドローブ強度と静電潜像の大きさを測定し、両者の相関を求めることにより、サイドローブの静電潜像に影響が現れるレーザ光源の発光強度の閾値を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】走査光学系の概略構成図の一例である。
【図３】電子写真プロセスを説明する模式図である。
【図４】感光体の層構成および帯電、光照射を説明する模式的である。
【図５】本発明に係る画像評価装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図６】ビームプロファイル測定装置およびビームプロファイルの一例を示す。
【図７】ビームプロファイルの他の例を示す。
【図８】光源から出射されるビームのビームプロファイルの一例を示す。
【図９】光源から出射されるビームのビームプロファイルの他の例を示す。
【図１０】ドット状の静電潜像の形成について説明する模式図である。
【図１１】静電潜像の測定結果の一例を示す。
【図１２】レーザ光源の発光強度を段階的に変えて、静電潜像を測定した結果の一例を示す。
【図１３】レーザ光源の発光強度と潜像面積との関係を示すグラフの一例である。
【図１４】レーザ光源の発光強度と像面光量との関係を示すグラフの一例である。
【図１５】レーザ光源の発光強度と潜像面積との関係を５次関数により近似した例を示す。
【図１６】走査光学系の一部の模式図である。
【図１７】ビームプロファイルの他の例を示す。
【図１８】開口の模式図である。
【図１９】光学シミュレーションから求めたビームプロファイルの一例である。
【図２０】実測から求めたビームプロファイルの一例である。
【図２１】サイドローブのみを遮光する場合の説明図である。
【図２２】光量測定装置の概略構成図の一例である。
【図２３】単位面積当りの露光エネルギーを説明する図である。
【図２４】単位面積当りの露光エネルギーと潜像面積との関係を示すグラフの一例である。
【図２５】単位面積当りの露光エネルギーと潜像面積との関係を示すグラフの他の例である。
【図２６】単位面積当りの露光エネルギーと微分係数との関係を示すグラフの一例である。
【図２７】サイドローブ強度とサイドローブ顕在化エネルギーとの関係を示すグラフの一例である。
【図２８】画像評価により得られる結果及び当該結果を画像形成へ反映するフローチャートである。
【図２９】レーザ光源の発光強度を変えたビームプロファイルの例である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明に係る構成を図１から図２９に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
（画像形成装置）
先ず、本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるカラー画像形成装置の概略構成図を図１に示す。図１に示す画像形成装置は、以下に詳述する走査光学系（光走査装置）５及び感光体３を潜像書込手段として備えた画像形成装置であって、該走査光学系のレーザ光源の発光強度を、本発明に係る画像評価装置により導出された閾値、または関数（近似関数）に基づいて設定する制御手段を備えることを特徴としている。
【００３９】
図１に示す本実施形態に係る画像形成装置１は、複数の感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを並列に配置したタンデム型のカラー画像形成装置である。装置上部から順に走査光学系５、現像装置６、感光体３、中間転写ベルト２、定着装置７、給紙カセット４がレイアウトされている。
【００４０】
中間転写ベルト２には各色に対応した感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋが並列順に等間隔で配設されている。感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは同一径に形成されたもので、その周囲には電子写真プロセスに従い部材が順に配設されている。感光体３Ｙを例に説明すると、帯電チャージャ（図示しない）、走査光学系５から出射された画像信号に基づくレーザビームＬ１、現像装置６Ｙ、転写チャージャ（図示しない）、クリーニング装置（図示しない）等が順に配設されている。他の感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに対しても同様である。即ち、本実施の形態では、感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを各色に設定された被走査面とするものであり、各々に対して走査光学系５からレーザビームＬ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４が各々に対応するように設けられている。
【００４１】
帯電チャージャにより一様に帯電された感光体３Ｙは、矢印Ａ方向に回転することによってレーザビームＬ１を副走査し、感光体３Ｙ上に静電潜像が形成される。また、走査光学系５によるレーザビームＬ１の照射位置よりも感光体３の回転方向下流側には、感光体３Ｙにトナーを供給する現像装置６Ｙが配設され、イエローのトナーが供給される。現像装置６Ｙから供給されたトナーは、静電潜像が形成された部分に付着し、トナー像が形成される。同様に感光体３Ｍ，３Ｃ，３Ｋには、それぞれＭ、Ｙ、Ｋの単色トナー像が形成される。各感光体３Ｙの現像装置６Ｙの配設位置よりもさらに回転方向下流側には、中間転写ベルト２が配置されている。中間転写ベルト２は、複数のローラ２ａ、２ｂ、２ｃに巻付けられ、図示しないモータの駆動により矢印Ｂ方向に移動搬送されるようになっている。この搬送により、中間転写ベルト２は順に感光体３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに移動されるようになっている。中間転写ベルト２は各感光体３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋで現像された各々単色画像を順次重ねあわせて転写し、中間転写ベルト２上にカラー画像を形成するようになっている。その後、給紙カセット４から転写紙が矢印Ｃ方向に搬送されカラー画像が転写される。カラー画像が形成された転写紙は、定着装置７により定着処理後、カラー画像として排紙される。
【００４２】
（走査光学系）
図２に走査光学系の概略構成図を示す。走査光学系５は光源（レーザ光源ともいう）５１、コリメートレンズ５２、シリンドカルレンズ５３、第一のミラー５４、ポリゴンミラー５５、第一の走査レンズ５６、第二の走査レンズ５７および第二のミラー５８等から構成される。なお、各光学素子の構成および配置は一例であって、これに限られるものではない。以下、感光体３を含めて走査光学系５と呼ぶ場合もある。
【００４３】
ポリゴンミラー５５は、回転軸５５ａを中心として、１万ｒｐｍ（round  per  minute）前後から数万ｒｐｍの高速で回転し、ポリゴンミラー５５に入射される光を走査する。この走査方向を主走査方向と呼び、感光体３における長手方向に相当する。また、感光体３は、回転軸３ａを中心として回転する。この回転方向を副走査方向と呼ぶ。
【００４４】
開口（アパーチャ、開口部ともいう）４０は、走査光学系５の所定の位置に設置されるものであるが、本実施形態では、レーザ光源５１の直前に設けている。光は光源５１から出射直後に開口４０を通過し、各光学素子を経て、像面位置に到達する。なお、開口４０は、矩形、正方形が一般的であるが、円形、楕円形、多角形であってもよい。後述するように、本実施形態では、図２中に拡大して示すように十字遮光部のあるものとしている。また、十字遮光部のある開口４０を用いると、帯電された感光体３上に、光照射により形成される静電潜像は、例えば、符号３０で示すように十字状となる。
【００４５】
なお、レーザ光源５１の発光強度、ポリゴンミラー５５の回転数の調整等の電気的な制御はインタフェースを介して、画像評価装置１００が備える情報処理装置２０から行う（後述する）。
【００４６】
また、図２に示す走査光学系５は、収容可能な筐体に収容して走査光学系ユニットとして使用に供することが好ましい（感光体３は除く）。このようにすることにより、画像形成装置１や画像評価装置１００等からの取り外し、持ち運びが可能になる。
【００４７】
光源５１としては、半導体レーザ、端面発光レーザ、垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical  Cavity  Surface  Emitting  Laser）等を用いる。ＶＣＳＥＬにおける波長λは、例えば７８０ｎｍである。また、ＶＣＳＥＬとして発光部がアレイ化され、複数有するものを用いてもよい。本実施形態においては、波長λを６５５ｎｍとしたが、これに限られるものではない。
【００４８】
（電子写真方式）
電子写真方式の画像形成装置による画像形成工程について説明する。一般的な電子写真プロセスは（Ｓ１）帯電、（Ｓ２）露光、（Ｓ３）現像、（Ｓ４）転写、（Ｓ５）クリーニング、（Ｓ６）定着、からなり、（Ｓ１）帯電では、暗所において帯電器を用いて光半導体である感光体の表面を帯電させる。次に（Ｓ２）露光では、帯電させた感光体に光照射を行い、光が照射された部分の電荷が除去され、これにより静電潜像を形成する。なお、デジタル機器においてはネガが主流である。次に（Ｓ３）現像では、静電潜像と逆極性に帯電させた微小な粒子、トナーを、静電潜像に静電的に付着させる。次に（Ｓ４）転写では、記録媒体である紙を現像後のトナー像に重ね、紙の裏側の帯電器で、トナーの帯電極性とは逆極性の電荷を紙に与え、静電力により、トナーを紙に転写する。次に（Ｓ５）クリーニングでは転写されずに感光体に残った残留トナーをブレード、磁気ブラシ等のクリーナを用いて除去する。次に（Ｓ６）定着では、転写紙に付着したトナーは熱ローラ定着機に送られ、熱及び圧力で定着される。
【００４９】
図３を用いて電子写真プロセスについて説明する。先ず、（Ｓ１）帯電は、感光体３の帯電が帯電チャージャー３２により行われ、（Ｓ２）露光は、露光用光源３３により行われる。次に、（Ｓ３）現像はトナー３４を静電的に感光体３に付着させることにより行われ、（Ｓ４）転写は、転写チャージャー３６により感光体３上のトナーを紙３５に転写することにより行われる。さらに、（Ｓ５）クリーニングはクリーニングブレード３８により感光体３上に残ったトナー３４を取り除くことにより行われ、（Ｓ６）定着は定着ローラ３７により紙３５の上のトナー３４を定着させることにより行われる。なお、３９は除電用光源である。
【００５０】
なお、（Ｓ３）現像には、幾つかの方式があり、方式からトナー・現像剤を分類することとなる。まず乾式と湿式があり、高速性の上で乾式が主流である。また、乾式には、一成分現像剤と二成分現像剤がある。また、一成分現像剤には非磁性トナー、磁性トナーがある。ニ成分現像剤はトナーとキャリアとからなる。このトナーには非磁性トナー、磁性トナーがある。トナーは大部分ポリマーから成り、着色剤等が含まれる。大きさは数μｍから十数μｍ。キャリアは鉄粉などの金属系材料であり、数十から数百μｍの大きさを有する。
【００５１】
また、感光体３は光導電材料（Photoconductor）かならる。低コスト、加工性容易の点から有機電子写真感光体（ＯＰＣ：Organic  Photoconductor）が主として使われている。一般的にＯＰＣは層構成で作られており、導電性支持体（導電層）の上に、中間層を設け、電荷発生層（ＣＧＬ：Charge  Generation  Layer）が、さらに電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge  Transfer  Layer）が積層されている。この構成（順層構成）では負帯電方式になる。またＣＧＬとＣＴＬとの積層順を逆にした構成では正帯電となる。また、電荷発生と電荷輸送とを混合させた材料を用いた単層感光体もある。中間層は、電荷リークなどの防止ために設けられる。
【００５２】
この層構成及び帯電、光照射の様子を模式的に図４に示す。なお、順層構成の場合である図４において、符合６１は導電層、６２は電荷発生層（ＣＧＬ）、６３は電荷輸送層（ＣＴＬ）、６４は照射光、６５はホールの電荷輸送層中の移動方向、６６は電子、６７はホールをそれぞれ表している。
【００５３】
表面を帯電させた感光体３に光を照射すると、ＣＧＬ１６２において、光が吸収され正負電荷が発生する。この正負の電荷は表面の電界により、一方の電荷がＣＴＬ１６３に、他方の電荷が導電性支持体に注入される。ＣＴＬ１６３に注入された電荷は、ＣＴＬ１６３を通り感光体表面に到達し、表面にある電荷を打ち消す。照射する光を二次元的に走査させ、文字、画像のパターンを形成する。このパターンに応じて、上記の電荷発生、移動が起り、表面の電荷が打ち消される。これが静電潜像である。一般的にＣＧＬの厚みはサブμｍ程度である。また、ＣＴＬは数十μｍである。静電潜像は文字、画像であり、最小単位はドットである。
【００５４】
また、（Ｓ６）定着では、トナーは主として紙に定着されるが、オーバーヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）シート等の高分子材料であっても良い。
【００５５】
（画像評価装置・画像評価方法）
本実施形態に係る画像形成装置は、感光体３上の静電潜像を評価する画像評価装置１００であって、レーザ光源５１から出射される光を用いて感光体３上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段５と、該静電潜像形成手段５により形成された静電潜像を測定する静電潜像測定手段（電子銃１０１、各レンズ１０２〜１０４及び電子検出器１０６）と、レーザ光源のビームプロファイルを測定するビームプロファイル測定手段１０と、静電潜像測定手段により測定された静電潜像およびビームプロファイル測定手段１０により測定されたビームプロファイルに基づいて、該ビームプロファイルのサイドローブの強度に対するレーザ光源の発光強度と静電潜像の大きさとの相関を求め、サイドローブが静電潜像を形成するレーザ光源の発光強度の閾値を導出する導出手段（情報処理装置２０が備える）とを備えるものである。
【００５６】
図５に本実施形態に係る画像評価装置１００の概略構成図を示す。画像評価装置１００は、電子銃１０１、コンデンサレンズ１０２、走査レンズ１０３、対物レンズ１０４、走査光学系（静電潜像形成手段）５、試料（感光体）３、試料ステージ１０５、電子検出器１０６、真空ポンプ１０７、インタフェース１０８、情報処理装置２０を有している。
【００５７】
また帯電した感光体上に、光照射により形成した任意のパターンの静電潜像を誇張して拡大したものを１０９に示す。また、測定結果を情報処理装置２０上でデータ、画像処理をしている様子を１１０に示している。
【００５８】
走査光学系５は筐体に収容され、ユニット状となっている。また、走査光学系５は、画像評価装置１００内部にあるように描いてあるが、取り外し可能である。走査光学系５を画像評価装置１００から取り外し、ビームプロファイル測定装置１０および光量測定装置１３を用いて、ビームプロファイル、光量の測定を行う。
【００５９】
ビームプロファイル測定装置１０および光量測定装置１３は、それぞれ情報処理装置２０と接続され、ビームプロファイル、光量、静電潜像の測定結果は、一括して情報処理装置２０にて処理、解析可能である。
【００６０】
ここで感光体３を帯電させるための荷電粒子を発生させる手段は、電子銃１０１及び各レンズ１０２〜１０４であり、感光体３に光照射し静電潜像を形成する手段は、具体的には光照射光学系５である。また、感光体３上に形成された任意のパターンの静電潜像を観察する手段（静電潜像測定手段）は、電子銃１０１、各レンズ１０２〜１０４及び電子検出器１０６である。
【００６１】
電子銃１０１は、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning  Electron  Microscopy）で用いられるものを用いることとすればよいが、他に、電子銃１０１には熱フィラメント、フィールドエミッションなどがあり、いずれを用いても良く、特に限られるものではない。
【００６２】
電子銃１０１を用いて、電子により感光体を帯電させるためには、電子銃１０１及び感光体３等を真空中に置く必要がある。この点は、走査電子顕微鏡と同様である。
【００６３】
このため、真空ポンプ１０７を用いて装置の全体を真空とするようにしている。なお、図５に示す例では、真空ポンプ１０７を便宜的に一つのみ示しているが、所望の真空度に応じて、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンスパッタポンプ等複数を併用することが好ましい。なお、静電潜像の観察は２×１０−４Ｐａよりも高真空で行っている。
【００６４】
また、荷電粒子は負の極性を持つ電子が一般的であるが、例えば、ＦＩＢ（Focused  ion  Beam）装置で用いられるイオン銃ようにイオンであっても良い。例えばＧａ＋などのイオン種である。なお、ＦＩＢ装置は、汎用のものは微細化加工用ではあるが、応用することは可能である。
【００６５】
コンデンサレンズ１０２、走査レンズ１０３、対物レンズ１０４は、いずれも磁界レンズ、或いは静電レンズである。走査レンズ１０３により荷電粒子ビームを試料（感光体）３上で二次元的に走査する。
【００６６】
感光体３の帯電には、電子を用いることが好適である。電子を用いる場合、感光体表面の帯電電位は、主として、電子の加速電圧と照射時間によることとなる。電子の加速電圧が高いほど、感光体表面の帯電電位は高くなる。本実施形態においては、電子写真と同等の条件にする必要があり、その条件は、加速電圧（Vacc）は１．０〜数ｋＶ程度であり、時間は数十秒から数十分程度である。なお、帯電電位は、例えば汎用の表面電位計を用いて測定すると−６００〜―１０００Ｖ程度の値が得られ、実際の複写機、プリンタ等と同等の帯電電位となる。また、加速電圧（Vacc）を変更することに替えて、感光体３にバイアス電圧をかける等により帯電電位を調整することも可能である。
【００６７】
感光体３上に光照射させ任意のパターンの静電潜像を形成する手段は、走査光学系（静電潜像形成手段）５である。なお、図５では走査光学系５は装置内部に描いてあるが、上述のように大気中にあっても良く、この場合、真空を維持するために、装置に透過率の高いガラスなどの透明な窓を密封させ設ける等して、走査光学系５からの光を感光体３まで導けばよい。
【００６８】
図２に示したように走査光学系には、端面発光レーザ、垂直面発光レーザが備わっている。これらのレーザ光源５１には、発光特性制御用の電子電気回路が搭載されており、その制御は、インタフェース１０８を介して、情報処理装置２０により行う。
【００６９】
なお、図５において試料の感光体３は平板（或いはシート状）で描かれているが、円筒、ドラム状でも良い（図２）。また、試料ステージ１０５はｘ、ｙ、ｚの各方向に三次元的に移動できるものである。
【００７０】
静電潜像を観察する手段としては電子を用いることが好適である。当該手段としては、帯電用に用いた電子銃１０１を用いる。ただし、この場合には電流値を弱くする必要がある。例えば、帯電の際の電流値が数ｎＡであったとして、観察時の電流値は数ｐＡと、千分の一程度にする。これは静電潜像が電子の照射により、消えてしまうのを防ぐためであり、強い電流値の電子線を照射する程、静電潜像は速く消失するためである。
【００７１】
電子検出器１０６としては、二次電子検出器を用いる。観察用の電子は感光体に到達し、感光体から二次電子を放出させる。なお、静電潜像が測定できる原理は、静電潜像が形成されている所から二次電子はあまり放出されず、静電潜像が形成されていない所から二次電子は良く放出されることによるものである。また、二次電子検出器は、電子が照射されることにより光を放出する蛍光体、導光路、放出された光を増倍する光電子増倍などから構成される。また、走査型の検出器であり、電子線の感光体上の走査に追随する。
【００７２】
上述の各手段は、インタフェース１０８を介して情報処理装置２０により制御される。各手段の詳細な制御は情報処理装置２０が有する各コンピュータプログラムにより実行される。例えば、図５の静電潜像１０９が形成されている場合、観察された静電潜像１０９は、情報処理装置２０の表示部に出力され、各種データ・画像処理がなされる（図５の符号１１０）。
【００７３】
情報処理装置２０により、以下に詳細に述べる各データ処理、演算などを行い、評価する値を求める。なお、各データ処理・演算（グラフ化、関数の近似、微分、潜像のサイズ決定）等は、コンピュータプログラムにより実行されるものであればよい。
【００７４】
なお、画像評価装置１００に関して、装置上の制約がある場合がある。例えば、電子線を走査する範囲を広くできない場合や、或いは試料（感光体）３のサイズに制約がある場合などである。ここで電子線の走査範囲に関しては、汎用のＳＥＭと比較して、数ｎｍといった分解能を犠牲にすれことで、ある程度（数ｍｍ×数ｍｍ）の範囲を走査することは可能となる。しかしながら、感光体３は直径数ｃｍ、長手方向で数十ｃｍの大きさのものが多い。この感光体全面を一度に走査することは難しいため、感光体を動かして部分的な走査を繰り返すことが必要となる。また、この大きさの感光体を試料とすると、試料ステージ１０５を大型にする必要があり、また真空槽も大容量にする必要がある。したがって、感光体を切り出して測定するなどの処理が必要となる。これにより、走査範囲を狭い範囲とすることができる。
【００７５】
（ビームプロファイル測定手段）
図６を用いてビームプロファイルの測定（ビームプロファイル測定装置１０）について説明する。なお、図６（ａ）におけるＬは走査光学系５からの出射光、１１検出部、１２は電源・インタフェース部、２０は情報処理装置、２１は情報処理装置２０の表示部（ディスプレイなど）へ表示される測定されたビームプロファイルである。検出部１１および電源・インタフェース部１２によりビームプロファイル測定装置１０が構成される。なお、情報処理装置２０は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどにより構成されるものであればよく、ビームプロファイル測定装置１０は上述のような公知の装置を用いれば良い。
【００７６】
ビームプロファイル２１の拡大図を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すように、ビームプロファイル２１は、メインローブ２２とサイドローブ２３とを含むものである。サイドローブ２３は回折光により生じた、１次の回折光であり、強度がさらに大きい場合は、２次の回折光が図６（ｂ）の符号２４で示す位置近傍に現れるものである。なお、強度によっては、さらに高次の回折光がその外側に現れる場合もある。
【００７７】
図６（ｂ）に示すビームプロファイル２１は、メインローブ２２の最大値を１として規格化したものである。サイドローブ２３の強度は、メインローブ２２との強度の比により定義され、図６（ｂ）では、サイドローブ２３の強度は約０．３（３０％）である。なお、２次以上のサイドローブであっても強度が大きい場合は、画像のパターンによっては画質に影響を与える要因となりうるが、ここでは無視する。よって、単にサイドローブ２３といったときは１次のサイドローブを指すものとする。また、サイドローブ２３はメインローブ２２の両側に現れ、区別する場合は±の符号を付けて区別する。
【００７８】
検出部１１は、走査光学系５の像面位置に設置する。なお、像面位置は感光体３の表面と等価な位置であり、以下、感光体３の表面と等価な位置を像面と呼ぶ。また、走査光学系５においては、光源５１として可干渉性の高いレーザ光源を用いるため、例えば、光束が光学素子、部材の端部に掛かる、または、蹴られることにより回折光が発生する。
【００７９】
また、走査光学系５においては、ビーム径を制御する目的で開口が用いられ、開口を通過後には、開口部のエッジにより回折光を生じることが良く知られている（フランホーファ−回折）。また、開口の形状を変えることにより、回折光の空間的分布、強度を調整することができる。なお、回折は、光の波動現象であって、走査光学系１の設計には幾何光学に加え、波動光学を適用した光学シミュレーションが必要となる。
【００８０】
図６（ｂ）ではサイドローブ強度の比較的大きい場合（３０％）を示したが、これに対して図７にサイドローブ強度の比較的小さい場合を示す。サイドローブ２５は５％未満である。
【００８１】
次に、ビーム径（サイズ）に関して説明する。光源５１から出射されるビームのビームプロファイルは、ガウス関数で表される（図８）。なお、図８ではガウス関数の最大値を１と規格している。ここで、ビーム径を定める際には、１／ｅ２が用いられることが多く（ｅは自然対数の底、１／ｅ２＝１３．５（％））、このときのプロファイルの幅がビーム径と定義されることが一般的である。なお、当該定義は、上記Beam Scan、Nano Scan等のビームプロファイル測定装置１０にも採用されている。
【００８２】
このビーム径の定義をサイドローブがあるビームプロファイル（図６（ｂ），図７）に当てはめ、メインローブの部分をガウス関数で近似し、１／ｅ２でのプロファイルの幅をビーム径とする。図７に示す例では、サイドローブ２５は１／ｅ２よりも小さい。一方、図６（ｂ）に示す例では、サイドローブ２３は１／ｅ２より大きい。このように、１／ｅ２を基準としてサイドローブの大小を判断することが多い。ただし、ビーム径の定義は、１／ｅ２に限られるものではなく、例えば、半値全幅という定義も用いられる。これは、図９に示すように、ビームプロファイルの最大値の半値（５０％）での幅を用いたものである。いずれのビーム径の定義を用いても、評価の目的に応じて一貫した基準を用いれば良い。
【００８３】
なお、実際のビームの断面は、光学系、あるいは光学系内の開口、光学素子の形状に依存するものであり、円状、楕円状、矩形状、正方形状等の様々な形状からなる。よって、図６（ｂ）〜図９に示したビームプロファイルは、その一方向の強度分布を示したものであり、実際には、紙面垂直方向にも同様にビームプロファイルが存在する。
【００８４】
ビームプロファイルの測定には、静止した連続光を用いる。ここでいう「静止」とは、走査を行わないという意味である。具体的には、ポリゴンミラー５５をビームプロファイル測定装置１０に光が入る位置に停止させた状態とする。また「連続光」とは、少なくともビームプロファイルの測定に必要な時間（数秒から数十秒程度）、レーザ光源５１を連続発振させるという意味である。
【００８５】
一方、走査光学系５を走査させる場合は、走査光を用いてレーザ光源５１をパルス発振させる。従来のビームプロファイル測定装置では、応答時間の不足、光量が微弱である等の理由により、走査光のビームプロファイルを測定できないからである。なお、走査により１ドットを形成する場合に要する時間は数ナノ秒から数百ナノ秒である。
【００８６】
次に、走査光学系５を用いたドット状の静電潜像の形成について説明する。図７に示した例のように、サイドローブ２５の小さいビームプロファイルを用いた場合、感光体３上に形成される静電潜像は、図１０のパターン１のようなドット状となる。これに対し、図６（ｂ）に示した例のように、サイドローブ２３の大きなビームプロファイル２１を用いた場合、感光体３上に形成される静電潜像は図１０のパターン２のようになる。パターン２の中心はメインローブ２２による静電潜像であり、その上下左右はサイドローブ２３による静電潜像である。このように、潜像が分かれて形成されることになる。
【００８７】
ここで、サイドローブが小さい場合は、光源の発光強度（光量）の増大と共に、静電潜像は徐々に大きくなっていく。したがって、静電潜像の大きさは発光強度（光量）に比例し、その関係は、直線または滑らかな曲線により表される。すなわち、実測値からその関係を求めると、回帰直線または滑らかな回帰曲線で表される。しかしながら、サイドローブが大きく潜像が分かれる場合、直線または曲線に不連続な点が生じることになる。
【００８８】
また、静電潜像の大きさは、面積Ｓまたは潜像径ｄにより表される。なお、パターン２のように分離した静電潜像の場合は、潜像径ｄは全体の幅とし、面積Ｓは各部分の和とする。
【００８９】
また、サイドローブ強度は一定であっても、レーザ光源５１の発光強度を変えたり、感光体３の種類を変えることにより、図１０のパターン３のようにメインローブとサイドローブの潜像が接触したものとなる。図１１に静電潜像の測定の一例を示すが、図１１（ｃ）に図１０のパターン３に近い測定例を示している。なお、図１１に示す各画像は、情報処理装置２０によりデジタルデータに変換され、画像処理、解析などを施すことが可能である。また、スケールを定めることにより、静電潜像の面積Ｓおよび潜像径ｄを求めることができる。なお、これらの画像処理および解析は公知のコンピュータプログラムを用いた演算が可能であるので説明は省略する。
【００９０】
なお、ドットは、画像形成における書き込みの最小単位であり、その大きさは、例えば、電子写真方式の画像形成装置において、解像度６００ｄｐｉ（dot per inch）で約４２μｍである。ビームプロファイルにおけるビーム径及び静電潜像における潜像径（図１０のパターン１の潜像径ｄ）もこの前後に値にすることが好ましいとされている。
【００９１】
しかしながら、レーザ光源５１の発光強度、または感光体３の種類により、この潜像径は、ビームプロファイルのビーム径とは異なってくる。具体的には、レーザ光源５１の発光強度が強いほど、潜像径は大きくなる。光量が大きい程、静電潜像が大きくなるという感光体３の特性によるものである。
【００９２】
また、ビームプロファイル測定装置１０では、レーザ光源５１の発光強度が変わっても、ビーム径は、測定精度範囲内でしか変わらない。これは、ビームプロファイルが発光強度に対して相似形であり、ビームプロファイル測定装置１０が、発光強度の最大値を１と規格化しても、ビーム径は変わらないことによる（図２９参照）。
【００９３】
したがって、ビームプロファイル測定装置１０による従来の評価方法では、感光体３の特性を考慮することができないことが問題であった。すなわち、ビームプロファイルのサイドローブの強度比だけを問題にしても、レーザ光源の発光強度を定めなければ、静電潜像の形状を定めることはできない。
【００９４】
ビームプロファイルのサイドローブ強度を一定とし、レーザ光源５１の発光強度を段階的に変えて、静電潜像を測定した結果の一例を図１２（ａ）に示す。また、図１２（ａ）に示す測定例について、横軸を発光強度、縦軸を静電潜像の大きさ（面積または潜像径）として表わしたグラフを図１２（ｂ）に示す。
【００９５】
測定結果に基づいてグラフ化（回帰）することにより、レーザ光源５１の発光強度と静電潜像の大きさとの相関を求めることができる。図１２（ｂ）において、直線の傾きが変わる点があることが分る（図中矢印２６で示す）。この直線の傾きが変わる点が、サイドローブにより静電潜像が形成される、発光強度の閾値となる。
【００９６】
図１３に実測結果の一例を示す。図１３は、表１（後述する図１８（ａ）の開口部の幅ａ〜ｄ）記載のｔｙｐｅ４を用いた実験結果であり、表２から、サイドローブ強度は２２．５％（４つの平均値）となる。図１３には、傾きの異なる二つの直線（直線１，２）が示されているが、直線が交わるところが、サイドローブにより静電潜像が形成される閾値を表している。また、図１４に示す発行強度設定値と像面光量との関係（後述する）から、サイドローブ強度２２．５％のとき、発光強度の閾値は１．１Ｖと求まる（発光強度を光量に換算する）。以上より、レーザの発光強度を、１．１Ｖ以下に設定することにより、サイドローブが静電潜像に与える影響を除くことができる。よって、画像形成装置の制御手段が、当該閾値に基づいて、走査光学系５のレーザ光源の発光強度の設定することにより、高品位な画像が形成可能な画像評価装置を提供できる。
【００９７】
【表１】
2011164532.tif 000003
【００９８】
【表２】
2011164532.tif 000004
【００９９】
なお、相関は、直線（回帰直線）に限られるものではなく、曲線（回帰曲線）であってもよいのは勿論である。図１５に、５次関数により近似した例を示す。
【０１００】
また、本実施形態に係る画像評価装置により、実測したデータに基づいて相関を求めるのは、情報処理装置２０の導出手段によるものである。なお、実測したデータに基づく相関関数およびその変化点（閾値）の導出には、公知のアルゴリズムを用いればよく、説明は省略する。
【０１０１】
（サイドローブ強度の調整手段）
次に、サイドローブ強度の調整手段について説明する。上述のように回折は、光が光学素子、部材の端に当る、または、けられること等によっても生じ、特に、可干渉性の高いレーザ光を用いた場合は、回折が顕著となる。
【０１０２】
図１６に走査光学系５の一部を模式的に示す。図１６（ａ）は、光学素子（シリンドカルレンズ５３を例とする）に光束Ｌが入る様子を示している。この場合、ビームプロファイルは、図６、図７に示したような、サイドローブが左右対称なものとなる。
【０１０３】
これに対し、図１６（ｂ）に示すように、光学素子５３を矢印２７方向にずらしたとすると、光は光学素子５３の端部に当り回折２８が発生する。この場合、ビームプロファイルのサイドローブは、図１７に示すように、左右非対称なものとなる。また、図１６（ｃ）は、矢印２７方向に光学素子５３が移動後の位置と、光との関係を示した斜視図である。
【０１０４】
以上のように、光学素子５３を光束Ｌに対して位置をずらすことにより、サイドローブの強度の調整を行うことが可能となる。この光学素子５３をずらす量を調整することで、サイドローブの強度を定量的に再現性良く調整することが可能となる。
【０１０５】
光学素子５３をずらす調整手段としては、例えば、光学素子５３を保持しているホルダ（保持手段）をマイクロメータ等の調整機構のあるステージ上に設置し、これを調整すればよい。このように、走査光学系５の各光学素子、部材を調整手段により位置調整することにより、回折光を調整でき、ビームプロファイルのサイドローブの調整が可能となる。
【０１０６】
本実施形態では、サイドローブの強度を左右（上下）対称に保ったまま、変更するために図１８（ａ）に示す形状の開口４０を用いている。一般的な開口４１を図１８（ｂ）に示す。開口４１は、開口部が矩形であるが、図１８（ａ）は矩形の開口に十字の遮光部を設けたものである。なお、図８中、白の部分が開口部、黒の部分が遮光部である。また、開口は、反射光防止のために開口以外の部分を艶消しの黒にすることが好ましい。
【０１０７】
開口４０における幅ａ，ｂ，ｃ，ｄを調整することにより、メインローブをほぼ一定に揃えて、サイドローブ強度を所望の値にすることが可能となる。
【０１０８】
なお、図１８（ｂ）の矩形開口４１の場合にも回折（フランホーファ回折）が生じる。そのビームプロファイルは、シンク関数により表される。シンク関数は、次式（１）で表わされる。
Ｉ＝Ｉｏ（ｓｉｎξ／ξ）２
ここで、ξはビームプロファイルの横軸の量（図１（ａ）、（ｂ））
Ｉｏはξ＝０でのＩの値
Ｉはビームプロファイルの強度分布である。  …（１）
【０１０９】
この場合のサイドローブの値は５％程度である。これに対し、図１８（ａ）に示す開口４０を用いることにより、メインローブを同じにしたまま、サイドローブの強度だけを変えることが可能となる。これは波動光学を考慮した光学シミュレーションを行うことにより確認することができる。
【０１１０】
開口４０における幅ａ，ｂ，ｃ，ｄの例を表１に示す。また、光学シミュレーションから求めたビームプロファイルを図１９に、実測から求めたビームプロファイルを図２０示す。表１中でｔｙｐｅ０は図１８（ｂ）示す矩形開口４１、ｔｙｐｅ１〜ｔｙｐｅ４は図１８（ａ）の十字遮光部のある開口４０において幅ａ，ｂ，ｃ，ｄの大きさを適宜変えたものである。なお、レーザ光の使用波長λは６５２ｎｍとしている。
【０１１１】
図１９および図２０において、ビームプロファイル（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、走査光学系の主走査方向と副走査方向のものである。なお、主走査方向は、感光体３の長手方向であり、副走査方向はそれに直交する方向である。また、メインローブのビーム径は１／ｅ２で、主走査方向で約４５μｍ、副走査方向で約５０μｍである。
【０１１２】
図１９および図２０から求めたサイドローブ強度を表２に示す。表２よりサイドローブ強度が段階的に変わっていることが分る。ここで、強度とはサイドローブの最大値（ピーク値）である。ピーク値に替えて面積（積分した値）を用いても良い。表２において、一つの開口に対して、実測のサイドローブ強度が二つあるのは、左右（上下）が非対称なためである。
【０１１３】
以上のように、形状の異なる開口４０を用いることにより、回折光の強度を調節できるため、ビームプロファイルのサイドローブ強度を容易、かつ精度良く変えることが可能となる。また、図２０及び表２の対応する箇所で、実測のサイドローブが非対称であることが分かる。これは走査光学系におけるレンズの位置調整によるものである。
【０１１４】
また、評価の参照としてサイドローブの強度がほとんどゼロのビームプロファイルで実験した例について説明する。この場合、図２１に示すようにサイドローブをカットすればよい。レーザ光源５１から出射した光が開口（矩形開口４０であっても十字遮光部のある開口４１であっても良い）を通り、そこでサイドローブが発生した後に、別の開口４２を用いて、サイドローブのみを遮光してやればよい。なお、開口４２は走査光学系５の適切な位置に挿入すれば良い。なお、ここまで、ある一点でのサイドローブ強度での静電潜像形成の閾値を求める例について説明したが、その近傍のサイドローブ強度での閾値を知ることは、走査光学系の設計の見直し時に重要となる。
【０１１５】
次に、図１８（ａ）に示した開口４０を用いるに際し、レーザ光源は同一のものとして（開口のみを交換する）、また発光強度を一定とすると、走査光学系の像面での光量が一定にならない問題が生じる。これは表１から分るようにa，ｂ，ｃ，ｄのサイズがそれぞれ異なるために、開口の面積が異なるためである。図１８（ａ）の四つの開口部の総面積を有効面積という。異なる開口で静電潜像を形成して、サイドローブ強度の影響を評価する場合には、像面での光量を一定にし、レーザの発光強度を変える必要がある。
【０１１６】
このため、像面での光量を測定し、補正量を求める。すなわち、この像面での光量の測定に関し、開口毎の適切な発光強度を求めるものである。
【０１１７】
光量測定装置について図２２を用いて説明する。光量測定装置１３の検出部１４は、走査光学系５の像面に設置する。光量測定装置１３は、例えば、光パワーメータである。なお、光パワーメータとしては公知のものを用いれば良い（例えば、株式会社アドバンテスト  光パワー・メータ）。なお、光量の測定では、ビームプロファイルの測定と同様に、静止光で連続光を用いる。光パワーメータでは、走査光の光量を正確に測定できないからである。
【０１１８】
また、レーザの発光強度は、レーザ光源の駆動手段により段階的に変えていく。具体的には、レーザの発光強度はレーザへの注入電流、また印加電圧を変えることにより行う。これはレーザ光源５１、及び制御手段を画像評価装置に情報処理装置２０とインタフェースを介して接続し、情報処理装置２０から制御させるのが好ましい。
【０１１９】
表１に示した、異なる複数の開口を用い、レーザ光源５１の発光強度を変えて測定した像面光量の結果を図１４に示す。横軸は、レーザ光源の駆動手段における発光強度の設定値であり、段階的に変えている。また、縦軸は、光パワーメータによる像面での光量（像面光量）である（単位：ワット（Ｗ））。図１４によれば、レーザの発光強度の設定値に対して、光量が、どの開口でも線形になっていることが分る。また、直線の傾きは、ｔｙｐｅ０が最も大きくｔｙｐｅ４が最も小さいことが分かる。これは表１に示した開口の面積に比例している。
【０１２０】
なお、開口が異なるにも拘わらず、レーザ光源の発光強度を同じにすると、像面での光量が異なることは明らかである。図１４において、発光強度設定値が一定のとき、像面での光量が異なることが分り、開口の有効面積が大きいほど、光量が大きくなることが分る。
【０１２１】
逆に、像面での必要な光量を定めれば、レーザ光源の必要発光強度を知ることができる。例えば、像面での光量が１００μＷ必要として、図１４中、各直線から横軸におろした矢印で示すように、開口毎の発光強度を設定することができる。これは、光量の総量は一定にして、サイドローブの違いだけを問題にする評価に対して、精度を向上させることができる。
【０１２２】
以上説明したように、有効面積の異なる開口毎に像面での光量を測定することにより、有効面積の差に比例した光源の発光強度を設定するため、潜像形成に必要な光量は一定で、サイドローブ強度の差のみ明確にすることが可能となる。
【０１２３】
次に、静電潜像の一例として、表１に示したｔｙｐｅ３を用いた測定結果を図１１に示す。画像のほぼ中央の周囲より黒くなっている部分が静電潜像である。図１１では、レーザの発光強度が（ａ）０．６８７Ｖ、（ｂ）１．０Ｖ、（ｃ）１．７７Ｖの例を示している（が、０．２９４Ｖから１．７７Ｖまで約１０％刻みで測定を行った。）図１１（ａ）〜（ｃ）から、レーザの発光強度の増大とともに、静電潜像におけるサイドローブが大きくなっていることが分かる。また、図１１（ｃ）ではメインローブによる潜像とサイドローブによる潜像が隣接し、十字状となっている。なお、これらの静電潜像は、走査光学系を走査させて形成した。レーザ光源の波長は６５５ｎｍ、ポリゴンミラーの回転数は１５、０００ｒｐｍ、画像の解像度は６００ｄｐｉである。
【０１２４】
また、主としてＵＬ、ＣＧＬ、ＣＴＬの３層からなる感光体を用いている。なお、ＣＧＬはチタニルフタロシアニン系の材料を用いたものである。厚みはＵＬが３。５μｍ、ＣＴＬが３０μｍである。帯電電位は−６００Ｖ前後である。
【０１２５】
図５に示した静電潜像測定装置（電子銃１０１、各レンズ１０２〜１０４及び電子検出器１０６）において、電子銃１０１の加速電圧は１６００Ｖ前後である。これは、従来のＳＥＭでの観察で必要な加速電圧、例えば、５０００Ｖ〜３００００Ｖと比較すると低く、低加速電圧となる。
【０１２６】
ここまで説明したビームプロファイルの測定及び光量の測定は、静止光及び連続光で行った。しかしながら、図１１に示したような、ドット状の潜像を形成させるには、走査光及びパルス光を用いることとなる。
【０１２７】
したがって、ビームプロファイル及び光量に、静電潜像の実情を正確に反映させ、評価の精度を向上させるために、像面光量を基にして、ビーム径、また走査光学系の幾つかのパラメータを考慮した、単位面積当りの露光エネルギーで定義される量を導入する。
【０１２８】
図２３において、ドット状のビームが書き込み幅Ｌで走査されたとする。このとき、全走査面積Ｓは、副走査方向の潜像径をｄとして、Ｓ＝ｄ×Ｌで表される。なお、ドットが数十μｍに対して、Ｌは数十ｃｍであるため、ドットの丸みによる面積への寄与は無視できる。また、上記の像面光量及び一回の走査に要する時間をｔとして、単位面積当りの露光エネルギーは、（像面光量×ｔ）／Ｓで表される。単位はＪ／ｍ２であるが、以下、便宜的にｍＪ／ｍ２を用いる。
【０１２９】
このように「単位面積当りの露光エネルギー」を導入することにより、開口の面積や、サイドローブの強度の大小によりビーム径ｄが異なっても、同じ基準で評価することができるようになる。したがって、例えば、レーザ光源５１が変わった場合であっても、最終的に所望の露光エネルギーとなるように発光強度を設定すればよい。このようにすることで、光源の発光強度、光量と静電潜像の大きさの相関を精度よく求めることができる。
【０１３０】
図１８および表１に示した５種類の開口を用いて、レーザの発光強度を図１４に示した横軸の範囲内で、約１０％刻みで変えて、一連の静電潜像を取得し（その一部が図１１）、静電潜像の面積を求めた。また、図２０に示したビームプロファイルにおいて１／ｅ２でのビーム径を求めた。表３に副走査方向のビーム径（ｄ）を示す。サイドローブ強度が１／ｅ２よりも大きい場合、ビーム径は大きくなる。
【０１３１】
【表３】
2011164532.tif 000005
次に、図２３を示して説明した定義に従い、開口毎にレーザ発光強度の範囲に対応した単位当りの露光エネルギーを求めた。単位面積当りの露光エネルギーを横軸に、静電潜像を縦軸にとったグラフを図２４に示す。
【０１３２】
図２４において、サイドローブ強度は、数値として直接グラフに現れないが、開口の種類が、ビームのサイドローブ強度を表している。また、これらのグラフを直線で近似したとすると、直線の傾きが、また曲線で近似すると変曲点などが、サイドローブの大小を反映することになる。
【０１３３】
また、図２４において、横軸５ｍＪ／ｍ２近傍において、ｔｙｐｅ０とｔｙｐｅ１の２つのグラフに折れ曲がりが見られる（図中両矢印で示す）。これは静電潜像において、サイドローブの影響が顕著に現れる点を示している。このようにグラフ化することにより、静電潜像におけるサイドローブの影響が顕著になる点（閾値）を求めることができる。しかしながら、図１４において、他の開口に関しては、閾値が明確とならない。
【０１３４】
なお、静電潜像の大きさは面積に限られるものではなく、潜像径であっても良い。静電潜像の面積をＳとして、これが円であるとして、Ｓ＝πｒ２である。潜像径ｄはｄ＝２ｒ＝（Ｓ／π）１／２を用いてもよい。これを円相当径と呼ぶ。したがって、図２４のグラフの縦軸が潜像径であっても良い。
【０１３５】
さらに、図２４に示したグラフを、６次関数で近似したグラフを図２５に示す。またそのときの係数を表４に示す。このように適切な関数で近似を行い、係数を求めることにより、両者の相関を明確に把握でき、各グラフの違いを明確に抽出できる。
【０１３６】
【表４】
2011164532.tif 000006
【０１３７】
この違いは、開口の種類、或いはサイドローブ強度の違いを反映したものである。従って図２４にように単にグラフにしただけでは、得られない情報を得ることができる。さらに係数により、開口の種類、サイドローブ強度、感光体の種類を特徴づけることもできる。ここで、近似は６次関数に限られるものではなく、より低い次数の関数であってもよい。また、図１３で示したように二本（以上）の直線を繋いで近似しても良い。
【０１３８】
また、上述のようにグラフを適切な関数で近似させることで、微分が可能となる。図２５および表４に示した６次関数を微分した結果を図２６に示す。このように関数を微分することで、元の関数の曲線の凹凸が強調され、特徴的な点を見つけやすくなる。この特徴的な点とは変曲点のことである。図２６の、曲線（開口）毎の変曲点を矢印で示す。図２４および図２５では不明確であった静電潜像におけるサイドローブの影響が顕著になる点（閾値）を求めることができる。そしたがって、静電潜像に影響与えるサイドローブの単位面積当りの露光エネルギーの閾値をより明確にし、精度良く評価を行うことができる。
【０１３９】
また、表２に示したサイドローブのピーク強度の平均値をとり、それを横軸に、また図２５の矢印で示した変曲点（「サイドローブ顕在化エネルギー」、単位面積当りの露光エネルギーのこと）を縦軸に取ったグラフを図２７に示す。このグラフはビームプロファイルのサイドローブ強度と、静電潜像のサイドローブの関係を明確に表している。この関係により、例えばサイドローブ強度１０％のとき、単位面積当りの露光エネルギーを２．６ｍＪ／ｍ２以下と設定することが可能になる。
【０１４０】
また、逆に、単位面積当りの露光エネルギーからレーザ光源の発光強度を求めることもできる。また、単位面積当りの露光エネルギーを用いているので、レーザ光源が変わっても、適切な発光強度を求めることができる。また、このグラフはｙ＝ａ／ｘｂ＋ｃ（ａ、ｂ、ｃは係数）の曲線で近似している。なお、近似曲線はこれに限られるものではない。複数の異なる開口を用いた評価を行うことになり、複数のサイドローブの強度とに閾値とが求まるため、両者の関係を関数で近似することができる。
【０１４１】
なお、単位面積当りの露光エネルギーを求める際にビーム径として１／ｅ２を用いているが、これに限られるものでなく、１／ｅ２から、例えば±５％、１０％等の値を取っても良い。これを変えることにより、図２７のグラフは上下にシフトする。いくつかの条件で評価を行ってもっとｍ良い結果を得た基準を用いればよい。
【０１４２】
以上説明した関数の近似、微分等の処理は、情報処理装置２０の導出手段により実行される。なお、各処理（計算）のアルゴリズムについては公知であるので説明は省略する。
【０１４３】
これにより、従来の指標である１／ｅ２の制約から解放される。すなわち、サイドローブの強度が１３．５％より大きくとも、レーザ光源の発光強度を小さくすればよく、その適切な値を知ることができるためである。また、逆にサイドローブが１３．５％より小さくとも、レーザ光源の発光強度を大きくすると、サイドローブに影響が静電潜像に現れ、そのときの発光強度の上限値を知ることができる。
【０１４４】
（走査光学系の設計）
以上説明した閾値、近似関数を用いれば、光源の発光強度と使用する感光体を考慮した、走査光学系５の設計を行うことが可能となる。
【０１４５】
評価は、（１）レーザ光源のビームプロファイルの測定、（２）静電潜像の測定、（３）ビームプロファイルのサイドローブと静電潜像のサイドローブの関係を求める、の順に行えばよい。なお、（１）と（２）の順序は逆でもよい。（１）ビームプロファイルの測定は、原理的にはビームプロファイル測定装置１０により行い、静電潜像の測定は静電潜像測定装置により行う。（３）ビームプロファイルのサイドローブと静電潜像のサイドローブの関係は、測定装置を備えつけた情報処理装置２０で行う。なお、情報処理装置２０は、測定装置の制御も行うものである。また、ビームプロファイル測定装置１０と静電潜像測定装置は必ずしも別のハードウェアによるものでなく一体であっても良い。
【０１４６】
以上説明した本発明に係る画像評価装置、画像評価方法により得られる結果及びその画像形成への反映を示すフロー図を図２８の（ａ）に、結果が反映された画像形成装置の模式図を図２８（ｂ）に示す。
【０１４７】
ここでいう「結果」とは、主として、レーザ発光強度或いは光量の閾値、またサイドローブ強度と閾値との近似関数である。まず、走査光学系の設計において、光学素子・部材、それらの配置、レーザ光源、発光強度などの初期値が決まる（Ｓ１０）。これはシミュレーション或いは走査光学系作製により実験を行うのどちらであっても構わない。
【０１４８】
このときに得られる情報の一つとして、サイドローブ強度がある（Ｘ％）（Ｓ１１）。次に、本発明に係る画像評価装置、画像評価方法を用いて評価を行う。この評価から、サイドローブ強度がＸ％のとき、発光強度がＹ未満なら、静電潜像にサイドローブの影響が現れないことが分る。また、その前後の値は、サイドローブ強度対閾値曲線（図２７）から求まる（Ｓ１２）。ここで、発光強度Ｙが所望の仕様を満足していれば（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、走査光学系の設計は終わりとなる。
【０１４９】
しかしながら、仕様を満足しない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）は走査光学系の設計を見直すことになる。このときサイドローブ強度対閾値曲線の結果を走査光学系設計に反映させる。このサイクルを繰り返し、仕様を満足した時点で走査光学系の設計が完了となる（Ｓ１４）。このときの走査光学系が、画像形成装置であるデジタル複写機、レーザプリンタに搭載されることになる。また、主としてレーザ光源の発光強度の駆動条件を、画像形成装置の制御部（電気的制御系）に反映させる。
【０１５０】
なお、電子写真方式の画像形成装置毎に、用いる走査光学系及び感光体も異なることが一般的である。よって、走査光学系と感光体をセットと考えて、上記の評価方法でレーザ光源の発光強度の閾値を求める。この走査光学系と感光体を、実際の画像形成装置に搭載することにより、高品位な画像が可能な画像形成装置を提供できる。
【０１５１】
以上説明した本実施形態に係る画像評価装置から得られる結果である走査光学系、及びレーザ光源の駆動条件を画像形成装置に反映することができる。上記のようにサイドローブの影響が静電潜像、トナー像に現れることが無く、高品位な画像が実現可能な画像形成装置を提供できる。また、デジタル複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に限らず、プリンタ調整のための検査装置、感光体の評価検査装置等へ適用することも可能である。
【０１５２】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１５３】
１  画像形成装置
２  中間転写ベルト
３（３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ）  感光体
４  給紙カセット
５  走査光学系（光走査装置）
６  現像装置
７  定着装置
１０  ビームプロファイル測定装置
１１  検出部
１２  電源・インタフェース部
１３  光量測定装置
２０  情報処理装置
２１  ビームプロファイル
２２  メインローブ
２３，２５  サイドローブ
３２  帯電チャージャー
３３  露光用光源
３４  トナー
３５  紙（記録媒体）
３６  転写チャージャー
３７  定着ローラ
３８  クリーニングブレード
３９  除電用光源
４０，４１，４２  開口
５１  光源
５２  コリメートレンズ
５３  シリンドカルレンズ
５４  第一のミラー
５５  ポリゴンミラー
５６  第一の走査レンズ
５７  第二の走査レンズ
５８  第二のミラー
６１  導電層
６２  電荷発生層（ＣＧＬ）
６３  電荷輸送層（ＣＴＬ）
６４  照射光
６５  ホールの電荷輸送層中の移動方向
６６  電子
６７  ホール
１００  画像評価装置
１０１  電子銃
１０２  コンデンサレンズ
１０３  走査レンズ
１０４  対物レンズ
１０５  試料ステージ
１０６  電子検出器
１０７  真空ポンプ
１０８  インタフェース
Ｌ  出射光
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５４】
【特許文献１】特開２００４−１０１９１２号公報
【特許文献２】特開平１０−２０６７６５号公報
【特許文献３】特開２００８−２３３３７６号公報
【図１】
2011164532.tif 000007
【図２】
2011164532.tif 000008
【図３】
2011164532.tif 000009
【図４】
2011164532.tif 000010
【図５】
2011164532.tif 000011
【図６】
2011164532.tif 000012
【図７】
2011164532.tif 000013
【図８】
2011164532.tif 000014
【図９】
2011164532.tif 000015
【図１０】
2011164532.tif 000016
【図１２】
2011164532.tif 000017
【図１３】
2011164532.tif 000018
【図１４】
2011164532.tif 000019
【図１５】
2011164532.tif 000020
【図１６】
2011164532.tif 000021
【図１７】
2011164532.tif 000022
【図１８】
2011164532.tif 000023
【図２１】
2011164532.tif 000024
【図２２】
2011164532.tif 000025
【図２７】
2011164532.tif 000026
【図２８】
2011164532.tif 000027
【図２９】
2011164532.tif 000028
【図１１】
2011164532.tif 000029
【図１９】
2011164532.tif 000030
【図２０】
2011164532.tif 000031
【図２３】
2011164532.tif 000032
【図２４】
2011164532.tif 000033
【図２５】
2011164532.tif 000034
【図２６】
2011164532.tif 000035