(57)【要約】【課題】  荷電粒子ビームを照射して、測定を行う装置内で静電潜像を形成する手段を持ち、潜像形成後の短い時間内に測定を行うことができ、また、非破壊で測定することが可能な静電潜像形成方法および装置、静電潜像の測定方法を得る。【解決手段】  試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像を測定する。荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料３０に対して帯電させ、光学系を介して帯電した試料を露光させることにより、試料３０上に電荷分布を生成させる。電荷分布を有する試料を移動させながら試料面の静電潜像を測定してもよい。帯電手段は電子ビームを照射させる手段１０とし、試料からの２次電子を検出する手段１８を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料面を荷電粒子ビームで走査し、試料上に電荷分布を生成させ、静電潜像を形成することを特徴とする静電潜像形成方法。
【請求項２】
荷電粒子ビームを走査する装置内に、試料面を荷電粒子ビームで走査し、試料上に電荷分布を生成させ、静電潜像を形成する装置が設けられていることを特徴とする静電潜像形成装置。
【請求項３】
試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面を測定する方法であって、
荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料面を荷電粒子ビームで走査し、試料上に電荷分布を生成させることを特徴とする静電潜像測定方法。
【請求項４】
試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面を測定する方法であって、
試料に対して帯電させ、これを露光光学系で露光させ電荷分布を生成させることを特徴とする静電潜像測定方法。
【請求項５】
試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面を測定する装置であって、
試料に対して帯電させる手段と、露光させるための光学系手段とにより電荷分布を生成させる手段を有することを特徴とする静電潜像測定装置。
【請求項６】
試料に対して帯電させる手段は、試料に電子ビームを照射する手段からなる請求項５記載の静電潜像測定装置。
【請求項７】
試料に対して帯電させる手段は、試料の２次電子放出比が１となる加速電圧より大きな加速電圧で電子ビームを照射することにより試料を帯電させるものである請求項６記載の静電潜像測定装置。
【請求項８】
荷電粒子ビームの走査領域内に既知となる参照電位を配置し、この参照電位の２次電子信号強度と測定試料の信号強度を比較することにより、電位量を算出する手段を有することを特徴とする請求項５、６または７記載の静電潜像測定装置。
【請求項９】
試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像を測定する方法において、
試料を移動させながら試料面の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１０】
試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像を測定する方法において、
荷電分布を有する試料を移動させながら試料面の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１１】
試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により、試料面の静電潜像を測定する装置において、
電荷分布を有する試料を移動させながら、試料面の静電潜像を測定する手段を有することを特徴とする静電潜像の測定装置。
【請求項１２】
試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により、試料面の静電潜像を測定する装置において、
試料に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、電荷分布を有する試料を荷電粒子ビーム照射位置に移動させて測定する測定手段を有することを特徴とする静電潜像の測定装置。
【請求項１３】
静電潜像形成手段として露光手段を有する請求項２記載の静電潜像の形成装置。
【請求項１４】
試料と露光手段が同一のチャンバ内に配置されている請求項１３記載の静電潜像の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電潜像形成方法および装置、静電潜像の測定方法および測定装置に関するもので、試料の表面電位分布、表面電荷分布の測定などに適用可能なものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やレーザープリンタといった電子写真方式画像形成装置において出力画像を得るためには、通常、以下のプロセスを経ている。なお、各プロセスを実行して出力画像を得る電子写真装置の例を図３に示す。以下、図３を参照しながら説明する。
１．帯電：電子写真感光体を均一に帯電させる。
２．露光：上記感光体に光を照射し、画像に対応して部分的に電荷を逃がし、静電潜像を形成する。
３．現像：帯電した微粒子（以下「トナー」という）で、上記静電潜像上に可視画像を形成する。
４．転写：現像され可視化されたトナー画像を紙または他の転写材に移動させる。
５．定着：転写画像を形成しているトナーを融着して、転写材上に画像を固定する。
６．クリーニング：感光体上の残留トナーを清掃する。
７．除電：感光体上の残留電荷を消す。
【０００３】
上記の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。このため、より高い画質の画像を得るためには、各工程のプロセスクオリティ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事は、質の高い画像を得る上で極めて重要である。
特に、露光工程で用いる書き込み光学系の設計は、感光体面上におけるビームスポット径として最適化設計されている。しかし、本来、トナー粒子の挙動に直接影響を与える感光体上の静電潜像として最適なものが形成されるように設計されるべきであるにもかかわらず、そのような設計が行われているわけではない。また、露光エネルギーが静電潜像へ変換されるときの明確なメカニズムも確立されていない。従って、静電潜像から得られる情報を光学系設計に取り込むことができれば、さらに高画質が得られ、画像形成装置の低コスト設計をすることが期待できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、静電潜像は、測定することが極めて困難であり、実際の使用上全く測定できていないのが現状である。
良く知られている静電潜像の測定方法は、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、そのとき静電潜像とカンチレバーなどとの間に相互作用として起こる、静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に換算する方式である。静電引力タイプはＳＰＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）として市販されており、また誘導電流タイプは、特許文献１、特許文献２などに記載されている。
【０００５】
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は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、その間に潜像の状態が変化する。
・放電、吸着が起こる。
・センサ自身が電場を乱す。
といった大きな問題点を有しており、他の用途には使うことができても、実使用上静電潜像を測定することはできない。
【０００６】
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、着色微粉末であるトナーに電荷を与え、この電荷を持っ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にとられている。しかしながら、これでは、現像と転写のプロセスを経ているので、静電潜像そのものを計測したことにはならない。
【０００７】
一方、電子ビームを用いた電位パターンの測定方法が知られている。これは、ＬＳＩの故障解析のために、既に実用化されている。この測定方法は試料が導体の場合であり、本発明が対象としている感光体のような誘電体とは全く異質のものが測定対象であり、感光体のような誘電体の測定には適応できない。測定対象が導体であれば、これに定電流を流すことにより電位分布を長時間保持することができ、また、電位量は高々０〜５Ｖの狭い範囲であり、チャージアップの現象も起きない。電子ビームの照射によって、電位状態が変わることもない。
【０００８】
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記載のものなどがあるが、試料としては、ＬＳＩチップや静電潜像を記憶・保持できる試料に限定されている。すなわち、暗減衰を生じる通常の感光体は、測定することができない。
通常の誘電体は電荷を半永久的に保持することができるので、電荷分布を形成後、時間をかけて測定を行っても、測定結果に影響を与えることはない。しかしながら、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。
【０００９】
【特許文献１】特許第３００９１７９号公報
【特許文献２】特願平１１−１８４１８８号公報
【特許文献３】特願平０３−４９１４３号公報
【００１０】
ところで、電子写真プロセスで用いられる感光体試料は、一般的に円筒形状をしており、円筒形状の感光体に生じる静電潜像分布を非破壊で、高分解能に測定することが望まれる。また、電荷分布形成手段が同じであっても、感光体の経時的な劣化により、静電潜像は変化する。このため、経時的な静電潜像の変動を評価することが望まれている。
【００１１】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、荷電粒子ビームを照射して、測定を行う装置内で静電潜像を形成する手段を持ち、潜像形成後の短い時間内に測定を行うことができる静電潜像形成方法および装置、静電潜像の測定方法および測定装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、非破壊で測定することが可能な静電潜像の測定方法および測定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】
【００１２】
請求項１記載の発明は、静電潜像形成方法に関するもので、荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料面を荷電粒子ビームで走査し、試料上に電荷分布を生成させ、静電潜像を形成することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、静電潜像形成装置に関するもので、荷電粒子ビームを走査する装置内に、試料面を荷電粒子ビームで走査し、試料上に電荷分布を生成させ、静電潜像を形成する装置が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面を測定する方法であって、荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料面を荷電粒子ビームで走査し、試料上に電荷分布を生成させることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面を測定する方法であって、試料に対して帯電させ、これを露光光学系で露光させ電荷分布を生成させることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面を測定する装置であって、試料に対して帯電させる手段と、露光させるための光学系手段とにより電荷分布を生成させる手段を有することを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、試料に対して帯電させる手段は、試料に電子ビームを照射する手段からなることを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、試料に対して帯電させる手段は、試料の２次電子放出比が１となる加速電圧より大きな加速電圧で電子ビームを照射することにより試料を帯電させるものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項５、６または７記載の発明において、荷電粒子ビームの走査領域内に既知となる参照電位を配置し、この参照電位の２次電子信号強度と測定試料の信号強度を比較することにより、電位量を算出する手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明は、試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像を測定する方法において、試料を移動させながら試料面の静電潜像を測定することを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像を測定する方法において、荷電分布を有する試料を移動させながら試料面の静電潜像を測定することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１記載の発明は、試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により、試料面の静電潜像を測定する装置において、電荷分布を有する試料を移動させながら、試料面の静電潜像を測定する手段を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項１２記載の発明は、試料面を荷電粒子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により、試料面の静電潜像を測定する装置において、試料に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、電荷分布を有する試料を荷電粒子ビーム照射位置に移動させて測定する測定手段を有することを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項２記載の発明において、静電潜像形成手段として露光手段を有することを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の発明において、試料と露光手段が同一のチャンバ内に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１および請求項２記載の発明によれば、荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料上に電荷分布を形成させることにより、静電潜像を形成することが可能となる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料上に電荷分布を形成させる手段を有することにより、従来は極めて困難であった、試料の表面電荷分布を測定することが可能となる。
【００２１】
請求項４および５記載の発明によれば、静電潜像を形成するために必要な帯電手段と露光手段を測定手段と同一装置内に有することにより、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減衰する感光体の静電潜像をミクロンオーダーの高分解能のもとに測定することが可能となる。
【００２２】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明において、測定に用いる電子ビームを照射して帯電させるため、帯電のための別手段装置を用いる必要がない。
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の発明において、試料を負帯電させることが可能となる。
請求項８記載の発明によれば、請求項５、６および７記載の発明において、試料の表面電位分布を定量的に測定することが可能となる。
【００２３】
請求項９、１０および１１記載の発明によれば、荷電粒子ビームを走査する装置内に、試料上に電荷分布を形成させる手段を設けることにより、従来は、極めて困難であった、試料の表面電荷分布を高精度に測定することが可能となる。
また、試料を移動させながら試料面の静電潜像を測定することにより、荷電粒子ビームを照射する領域よりも広範囲に測定することが可能である。
【００２４】
請求項１２記載の発明によれば、荷電粒子ビームを走査する装置内に、試料上に電荷分布を形成させる手段を有することにより、従来は、極めて困難であった、試料の表面電荷分布を高精度に測定することが可能となる。
また、静電潜像形成位置と測定位置とを離れた場所に配置することができるため、レイアウトの自由度が増す利点がある。
請求項１３記載の発明によれば、従来よく使われている露光手段によって静電潜像を形成することができる。
【００２５】
請求項１４記載の発明によれば、静電潜像を形成するために必要な帯電手段と露光手段を測定手段と同一装置内に配置することにより、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減衰する感光体の静電潜像をミクロンオーダーの高分解能のもとに測定することが可能となる。
また、感光体試料と露光光学系が同一のチャンバ内に配置されていることにより、実機に近い状態での静電潜像の測定が可能となる。かつ、装置構成が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる静電潜像の測定方法および測定装置の実施形態について説明する。
図１は、本発明にかかる静電潜像測定装置の１実施形態を示す。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と、露光部２０と、試料設置部１６と、２次電子の検出部１８とを有してなる。これらはすべて同一のチャンバ内に配置され、チャンバ内は真空になっている。
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。
【００２７】
以下、荷電粒子照射部は、電子ビーム照射部からなる実施形態として説明する。
電子ビーム照射部１０は電子ビームを発生させるための電子銃１１と、電子銃１１から発射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１２と、電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせるためのビームブランカ１３と、ビームブランカ１３を通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ１４と、走査レンズ１４を通過した電子ビームを再び集光させるための対物レンズ１５とを有してなる。上記走査レンズ１４はいわゆる偏向コイルである。他の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。
なお、イオンビームの場合には、電子銃の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。
２次電子検出部１８には、シンチレータや光電子増倍管などを用いている。
【００２８】
露光部２０は、後述のように構成される感光体に関して感度を持つ波長の光源２１、コリーメートレンズ２２、アパーチャ２３、結像レンズ２５などを有してなり、試料設置部１６に載置された試料３０上に、所望のビーム径、ビームプロファイルを生成することが可能となっている。上記光源２１としては、ＬＤ（レーザ・ダイオード）などを用いることができる。また、ＬＤ制御手段などにより光源２１を制御し、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。試料３０上に静電潜像からなるラインのパターンを形成するために、露光部２０の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付けても良い。
【００２９】
試料３０の実態をなす感光体の構成は、主に図４に示すように、導電性支持体の上に電荷発生層（ＣＧＬ）、電荷輸送層（ＣＴＬ）が形成されてなる。表面に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（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が発生する。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、電荷輸送層ＣＴＬ中を、電界によって電荷輸送層ＣＴＬの表面にまで移動し、感光体表面の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を形成する。すなわち、静電潜像を形成する。
【００３０】
次に、図１に示す実施形態の動作とともに静電潜像形成方法、静電潜像の測定方法について説明する。
まず、感光体試料３０に荷電粒子ビーム照射部１０によって電子ビームを照射させる。このときの加速電圧と２次電子放出比δとの関係を図２に示す。加速電圧Ｅ１は、これを２次電子放出比δが１となる加速電圧Ｅ０よりも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試料３０に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、試料３０はマイナスの一様帯電を生じることができる。加速電圧と照射時間を適切に設定することにより、所望の帯電電位を形成することができる。
帯電電位が形成されたら、一旦、電子ビームをＯＦＦにする。
【００３１】
次に、露光部２０の光学系を介して感光体試料３０に露光を行う。光学系は、所望のビーム径およびビームプロファイルを形成するように調整されている。露光を行うことにより、感光体試料３０に静電潜像を形成することができる。
静電潜像を形成した後、観察モードに変更する。観察モードでは、感光体試料３０を電子ビームで走査し、放出される２次電子を、シンチレータ、光電子増倍管などからなる２次電子検出部１８で検出し、これを電気信号に変換して電位コントラスト像を観察する。
【００３２】
電位コントラスト像から電位に変換するためには、予め電位と信号強度の相関関係を表す変換テーブルを用意しておき、それをもとに、信号強度から電位を算出してもよい。
また、電子ビームスキャン領域内に既知となる参照電位を配置し、２次電子信号強度を参照電位と比較することにより、電位分布を算出する方法を用いても良い。
参照電位を配置する方法としては、図５に示すように、絶縁体３３上に複数の導電性基板３４を配置し、それぞれの導電性基板３４に基準となる電位を設定する方法がある。具体的には、基準電圧源の電圧を抵抗で分圧し、導電性基板３４ごとに基準となる電位をそれぞれ印加するようになっている。一般的に電位が高い部分よりも低い部分の方が、２次電子の放出量が多くなるので明るくなる。図５では、相対的に電位の低い部分を白、電位の高い部分を黒で表示している。図５において、符号３０は試料を、３１は静電潜像を、３２は電子ビームスキャン領域をそれぞれ示している。試料３０の表面を電子ビームでスキャンしながら前記検出器１８で２次電子を検出する。そのときの、検出信号強度の変化の様子を図５の下部に示す。
【００３３】
検出器１８上での信号強度は、設定条件により変化する場合には補正しても良い。また、事前にキャリブレーションしてもよい。
測定終了後は、図１に示す光源１７、例えばＬＥＤなど用いて、試料３０の面全体に光を照射することにより、試料３０の残留電荷を除去することができる。
【００３４】
図６に、上記実施形態の制御部の例を示す。図６において、光源２１を制御するＬＤ制御部３６、走査レンズ１４を制御する荷電粒子制御部３７、残留電荷除去用の光源１７を制御するＬＥＤ制御部３８、試料台１６の移動を制御する試料台制御部３９を有していて、これらＬＤ制御部３６、荷電粒子制御部３７、ＬＥＤ制御部３８、試料台制御部３９は、ホストコンピュータ３５によって制御される。また、検出器１８の出力は２次電子検出器４１で検出され、この検出信号は信号処理部４２で処理されて測定結果出力部４３から２次電子測定結果が出力されるように構成されている。
【００３５】
２次電子放出比δは、
２次電子放出比δ＝放出電子／入射電子
と表されるが、より厳密にいうと、透過電子と反射電子を考慮する必要があるので、
放出電子＝透過電子＋反射電子＋２次電子
とするとよい。
【００３６】
正帯電にしたい場合には、図２に示すような、２次電子放出比が１以上となる加速電圧で照射させると良い。通常のＳＥＭによる試料観察では、チャージアップの影響を避けるためδ＝１の条件下で観察することが一般的で、それ以外の加速電圧を用いないことが知られている。この実施形態では、意図的にチャージアップさせて帯電電位を形成するようになっていることが特徴の一つである。
【００３７】
なお、上記方式では、帯電電位形成後に、一旦電子ビームをＯＦＦにすると述べたが、ＯＦＦにすることなく、δ＝１となる加速電圧に変換して、チャージアップの起きない観察条件とし、その状態で露光させる方式でも良い。
また帯電方法としては、接触帯電など別手段を用いても良い。
【００３８】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。この実施形態は、感光体に静電潜像を形成した後の短い時間内に、静電潜像分布の測定を可能にするとともに、感光体試料を非破壊で、かつ、実機に近い条件で測定することを可能にしたものである。
なお、前述の実施形態と同じ構成部分には共通の符号を付してある。
【００３９】
図７において、一つの筐体内には、電子ビーム照射部１０、円筒状の感光体からなる試料３０と、試料３０の表面に電荷分布を形成するための静電潜像形成部、２次電子検出器１８が配置されている。電子ビーム照射部１０は、電子ビームを発生させるための電子銃１１と、電子銃１１から発射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１２と、電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせるためのビームブランカ１３と、ビームブランカ１３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）１４と、走査レンズ１４を通過した電子ビームを再び集束させるための対物レンズ１５とを有してなる。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。検出器１８には、シンチレータや光電子増倍管などを用いている。
【００４０】
上記静電潜像形成部は、円筒形状の感光体試料３０の周辺に配置された、帯電部４５、露光部４６、除電部４７を有してなる。上記帯電部４５は、試料３０の表面に電荷を照射して一様に帯電させるもの、露光部４６は、一様に帯電した試料３０の表面を所定にパターンで露光して電荷分布を形成させるためのもの、除電部４７は、電荷を消去するためのものである。感光体３０には、感光体中心軸に駆動手段が取り付けられ、駆動手段によって感光体３０が回転駆動されるようになっている。駆動手段としては、ステッピングモータ、ＤＣサーボモータなどを用いることができる。帯電部４５としては、電子ビーム照射による帯電や、接触帯電、電荷注入帯電などの方式がある。除電部４７は、感光体３０の表面全体に光を照射するＬＥＤなどで構成することができる。
【００４１】
図７に示す実施形態の動作ないしは測定方法は、次のとおりである。
１．感光体３０を回転させる。
２．帯電部４５において、感光体３０表面が所望の電位となるように感光体３０を均一に帯電させる。
３．露光部４６において、感光体３０表面に光を照射して、部分的に電荷を逃がし、静電潜像を形成する。
４．測定部１８において、２次電子放出比が１となるように、電子ビーム照射部１０の加速電圧を設定する。感光体試料３０の表面を電子ビームで走査し、放出される２次電子をシンチレータなどからなる検出器１８で検出し、電気信号に変換して電位コントラスト像を観察する。
５．除電部４７において、ＬＥＤなどから感光体３０の表面に光を照射することにより、感光体３０上の残留電荷を消す。
このような方法を用いることにより、感光体３０の静電潜像を動的に測定することが可能である。
【００４２】
また、上記回転駆動機構は、感光体３０を１回転駆動させる手段であっても良い。１回転回動可能な駆動手段が取り付けられることにより、感光体３０全周にわたって、静電潜像を動的に測定することが可能である。
感光体３０の経時的な変化を評価する場合には、感光体３０を連続的に回転させ、上記１から５までの動作を繰り返し行い、測定すると良い。
この実施形態によれば、試料としての感光体３０は、電子写真装置に用いられている円筒状の感光体と同じであるため、実機に使用する、あるいは、実機に使用した感光体をそのまま、すなわち破壊することなく試料として測定することができる。したがって、年月を経て使用された感光体も、容易に測定することができる。
【００４３】
図８、図９は、上記露光部４６の例を示す。図８、図９に示す例では、露光光源として、発光素子アレイ５１を用いている。発光素子としては、ＬＥＤやＥＬなどを用いることができる。発光素子アレイ５１から出射される光を、ロッドレンズ５３を配列したロッドレンズアレイからなる等倍結像素子５２により、感光体３０に照射し、露光する。一般的な感光体の露光装置としては走査光学系が用いられるが、図８、図９に示す例のように発光素子アレイ５１と等倍結像素子５２とからなる露光部４６を用いることにより、一般的な走査光学系に比べて、チャンバ５０内の省スペース化を図ることができる。従って、同一のチャンバ内５０に円筒形状の感光体３０と露光装置とを配置することが容易になる。図９において、符号５４は、ロッドレンズ５３の周囲を埋める不透明部材、５５は、不透明部材５４およびこの不透明部材５４で固められたロッドレンズ５３の外側に配置された側板をそれぞれ示している。
【００４４】
図１０は、露光装置の別の例を示す。この露光装置は、上に述べた一般的な走査光学系と同様に構成されている。図１０において、円筒状の感光体３０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６１、コリーメートレンズ６２、シリンダレンズ６３、アパーチャ、偏向器としてのポリゴンミラー６５、走査レンズ６６，６７などからなる。試料としての感光体３０の表面上に所望のビーム径、ビームプロファイルの光束を照射して、静電潜像を生成することが可能となっている。符号６４，６８はミラーを示す。光源６１は、図示されないＬＤ制御手段により制御され、適切な露光時間、露光エネルギーを感光体３０に照射できるようになっている。このように、ポリゴンミラー６５を用いたスキャニング機構を付けることにより、感光体３０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。
【００４５】
本発明のさらに別の実施形態を図１１に示す。露光のための光学系は、電子ビームと異なり、真空中でも大気中でも基本的に同じ振る舞いをするので、露光光学系を大気中に配置することもできる。図１１の実施形態は、露光光学系からなる露光部４６をチャンバ５０の外側の大気中に配置したものである。チャンバ５０内は真空になっており、この真空中と大気中との境界には、透過波面精度の良い入射窓５１が置かれている。入射窓５１は、チャンバ５０内の真空度を保つためにＯリングなどを介在させて固定する。露光部４６以外の構成は図９に示す実施形態と同じであるから、説明は省略する。
【００４６】
本発明のさらに別の実施形態を図１２に示す。この実施形態が図９、図１１に示す実施形態と異なる点は、感光体試料が円筒状のものではなく、平面状の感光体試料３０であるとともに、この感光体試料３０を載置する試料設置部１６が水平移動して、感光体試料３０に電子ビームを照射する位置と、感光試料３０に電荷分布を形成するための静電潜像形成部２０による露光位置との間で移動可能となっていることである。
【００４７】
静電潜像形成部２０による感光体表面に静電潜像を形成する方法としては、電子やイオンを直接描画して、潜像パターンを形成する方法や、感光体表面を一度均一に帯電させておき、部分的に電荷を逃がして潜像パターンを形成する方法などがある。測定方法としては、試料３０をまず静電潜像形成部２０との対向位置に移動させ、上記方法により、静電潜像を形成する。その後電荷分布を有する試料３０を、荷電粒子ビームを照射する測定部に移動させ、荷電粒子照射部１０から荷電粒子ビームを試料３０に照射し、２次電子を検出器１８で検出する。
その他の構成および動作ないしは測定方法は、前述の実施形態と同じであるから、説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明にかかる静電潜像の測定方法および測定装置の実施形態を示す光学配置図である。
【図２】上記実施形態の荷電粒子ビーム照射部における加速電圧と２次電子放出比δとの関係を示すグラフである。
【図３】本発明の測定対象である感光体が用いられる画像形成装置の例を概略的に示す正面図である。
【図４】本発明の測定対象である感光体の構造を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明による測定例と電子ビームスキャン領域内に既知となる参照電位を配置した例を示す平面図である。
【図６】上記本発明の実施形態に適用される各部制御系統の例を示すブロック図である。
【図７】本発明にかかる静電潜像の測定方法および測定装置の別の実施形態を示す光学配置図である。
【図８】上記実施形態に用いることができる露光光学系の例を示す正面図である。
【図９】上記露光光学系の一部をなすロッドレンズアレイの例を示す（ａ）は端面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１０】本発明に用いることができる走査光学系の例を示す斜視図である。
【図１１】本発明にかかる静電潜像の測定方法および測定装置のさらに別の実施形態を示す光学配置図である。
【図１２】本発明にかかる静電潜像の測定方法および測定装置のさらに別の実施形態を示す光学配置図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  電子ビーム照射部
１１  電子銃
１２  コンデンサレンズ
１３  ビームブランカ
１４  走査レンズ
１６  試料設置部
１８  検出器
２０  露光部
３０  試料（感光体）
【図１】
2008275608.tif 000003
【図２】
2008275608.tif 000004
【図３】
2008275608.tif 000005
【図４】
2008275608.tif 000006
【図５】
2008275608.tif 000007
【図６】
2008275608.tif 000008
【図７】
2008275608.tif 000009
【図８】
2008275608.tif 000010
【図９】
2008275608.tif 000011
【図１０】
2008275608.tif 000012
【図１１】
2008275608.tif 000013
【図１２】
2008275608.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月7日(2008.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷の暗減衰を生じる電子写真装置に用いる感光体を試料としてこの試料に静電潜像を形成し、この形成された静電潜像を測定する内部が真空の静電潜像測定装置であって、
この測定装置の内部に、荷電粒子照射部と、露光部と、電子検出部が備えられ、
上記荷電粒子照射部により、上記試料の２次電子放出比が１となる加速電圧より大きな加速電圧で荷電粒子ビームを走査することで、試料を所望の電位にマイナス帯電させ、
このマイナス帯電した試料を、上記露光部により露光することで上記試料上に電荷分布による静電潜像からなる任意の潜像パターンを生成し、
潜像パターンの生成直後に、この潜像パターンが生成された試料を上記荷電粒子照射部により走査し、この走査により上記試料から放出される２次電子を上記電子検出部により検出することで、生成された潜像パターンを測定することを特徴とする静電潜像測定装置。
【請求項２】
上記試料上に任意の潜像パターンを生成する際に、資料を移動させながら、上記露光部により露光することを特徴とする請求項１記載の静電潜像測定装置。
【請求項３】
荷電粒子ビームの走査領域内に既知となる参照電位が配置され、この参照電位の２次電子信号強度と測定試料の信号強度を比較することにより、電位量を算出す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】
電荷の暗減衰を生じる電子写真装置に用いる感光体を試料としてこの試料に静電潜像を形成し、この形成された静電潜像を測定する静電潜像測定方法であって、
荷電粒子照射部と、露光部と、電子検出部とを備えた内部が真空の装置内で、上記荷電粒子照射部により、上記試料の２次電子放出比が１となる加速電圧より大きな加速電圧で荷電粒子ビームを走査することで、試料を所望の電位にマイナス帯電させ、
このマイナス帯電した試料を、上記露光部により露光して上記試料上に電荷分布による静電潜像からなる任意の潜像パターンを生成し、
潜像パターンの生成直後に、この潜像パターンが生成された試料を上記荷電粒子照射部により走査し、この走査により上記試料から放出される２次電子を上記電子検出部により検出することで、生成された潜像パターンを測定することを特徴とする静電潜像測定方法。
【請求項５】
上記試料上に任意の潜像パターンを生成する際に、資料を移動させながら上記露光部により露光することを特徴とする請求項４記載の静電潜像測定方法。
【請求項６】
荷電粒子ビームの走査領域内に既知となる参照電位を配置し、この参照電位の２次電子信号強度と測定試料の信号強度を比較することにより、電位量を算出することを特徴とする請求項４または５記載の静電潜像測定方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、静電潜像測定装置および静電潜像測定方法に関するもので、試料の表面電位分布、表面電荷分布の測定などに適用可能なものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、荷電粒子ビームを照射して、測定を行う装置内で静電潜像を形成する手段を持ち、潜像形成後の短い時間内に測定を行うことができる静電潜像測定装置および静電潜像測定方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、非破壊で測定することが可能な静電潜像測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項１記載の発明は、電荷の暗減衰を生じる電子写真装置に用いる感光体を試料としてこの試料に静電潜像を形成し、この形成された静電潜像を測定する内部が真空の静電潜像測定装置であって、この測定装置の内部に、荷電粒子照射部と、露光部と、電子検出部が備えられ、上記荷電粒子照射部により、上記試料の２次電子放出比が１となる加速電圧より大きな加速電圧で荷電粒子ビームを走査することで、試料を所望の電位にマイナス帯電させ、このマイナス帯電した試料を、上記露光部により露光することで上記試料上に電荷分布による静電潜像からなる任意の潜像パターンを生成し、潜像パターンの生成直後に、この潜像パターンが生成された試料を上記荷電粒子照射部により走査し、この走査により上記試料から放出される２次電子を上記電子検出部により検出することで、生成された潜像パターンを測定することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記試料上に任意の潜像パターンを生成する際に、資料を移動させながら、上記露光部により露光することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、荷電粒子ビームの走査領域内に既知となる参照電位が配置され、この参照電位の２次電子信号強度と測定試料の信号強度を比較することにより、電位量を算出することを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項４記載の発明は、電荷の暗減衰を生じる電子写真装置に用いる感光体を試料としてこの試料に静電潜像を形成し、この形成された静電潜像を測定する静電潜像測定方法であって、荷電粒子照射部と、露光部と、電子検出部とを備えた内部が真空の装置内で、上記荷電粒子照射部により、上記試料の２次電子放出比が１となる加速電圧より大きな加速電圧で荷電粒子ビームを走査することで、試料を所望の電位にマイナス帯電させ、このマイナス帯電した試料を、上記露光部により露光して上記試料上に電荷分布による静電潜像からなる任意の潜像パターンを生成し、潜像パターンの生成直後に、この潜像パターンが生成された試料を上記荷電粒子照射部により走査し、この走査により上記試料から放出される２次電子を上記電子検出部により検出することで、生成された潜像パターンを測定することを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、上記試料上に任意の潜像パターンを生成する際に、資料を移動させながら上記露光部により露光することを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明において、荷電粒子ビームの走査領域内に既知となる参照電位を配置し、この参照電位の２次電子信号強度と測定試料の信号強度を比較することにより、電位量を算出することを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
請求項１および請求項４記載の発明によれば、荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料上に電荷分布を形成させることにより、静電潜像を形成することが可能となる。
また、荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料上に電荷分布を形成させる手段を有することにより、従来は極めて困難であった、試料の表面電荷分布を測定することが可能となる。
静電潜像を形成するために必要な帯電手段と露光手段を測定手段と同一装置内に有することにより、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減衰する感光体の静電潜像をミクロンオーダーの高分解能のもとに測定することが可能となる。
測定に用いる電子ビームを照射して帯電させるため、帯電のための別手段装置を用いる必要がない。
また、感光体試料と露光光学系が同一のチャンバ内に配置されていることにより、実機に近い状態での静電潜像の測定が可能となる。かつ、装置構成が容易となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項２および５記載の発明によれば、試料を移動させながら試料面上に任意の潜像パターンを生成することにより、荷電粒子ビームを照射する領域よりも広範囲に測定することが可能である。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】