(57)【要約】【課題】表面電荷分布を精度良く測定する静電潜像測定装置等を提供する。【解決手段】荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子銃１１と、荷電粒子ビームを偏向させる荷電粒子ビーム偏向手段１５と、荷電粒子ビームを試料表面に収束させるコンデンサレンズ１３、対物レンズ１６と、荷電粒子を検知する荷電粒子捕獲器２４を有し、前記荷電粒子ビーム偏向手段１５による荷電粒子ビームの偏向タイミングと、前記荷電粒子捕獲器２４による荷電粒子検知結果より、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とする静電潜像測定装置において、前記可視画像のコントラストを自動的に調整する増幅率調整部４１と、前記可視画像の明るさを自動的に調整するオフセット調整部４２を有することを特徴とする。【選択図】図１
2008047393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生工程と、
荷電粒子ビームを偏向させる荷電粒子ビーム偏向工程と、
荷電粒子ビームを試料表面に収束させる荷電粒子ビーム収束工程と、
荷電粒子を検知する荷電粒子検知工程を有し、
前記荷電粒子ビーム偏向工程による荷電粒子ビームの偏向タイミングと、前記荷電粒子検知工程による荷電粒子検知結果より、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とする静電潜像測定方法において、
前記可視画像のコントラストを自動的に調整する自動コントラスト調整工程と、
前記可視画像の明るさを自動的に調整する自動明るさ調整工程を有することを特徴とする静電潜像測定方法。
【請求項２】
前記自動コントラスト調整工程は、荷電粒子検知可視化像の輝度分散が最大になるように増幅率を調整することを特徴とする請求項１に記載の静電潜像測定方法。
【請求項３】
前記自動コントラスト調整工程は、増幅率を微小に変化させ、前記輝度分散の最大を逐次算出することを特徴とする請求項２に記載の静電潜像測定方法。
【請求項４】
前記自動明るさ調整工程は、荷電粒子検知可視化像の輝度平均が荷電粒子検知表示可能な量の範囲の略半分になるようにオフセットを調整することを特徴とする請求項１に記載の静電潜像測定方法。
【請求項５】
前記自動明るさ調整工程は、現在の荷電粒子検知可視化像からオフセット調整量を予測して、前記輝度平均を算出することを特徴とする請求項４に記載の静電潜像測定方法。
【請求項６】
前記輝度分散が最大となる領域は、前記荷電粒子検知可視化像の領域の一部であることを特徴とする特徴とする請求項２または３に記載の静電潜像測定方法。
【請求項７】
前記輝度平均が荷電粒子検知量表示可能な量の略半分となる領域は、前記荷電粒子検知可視化像の領域の一部であることを特徴とする請求項４または５に記載の静電潜像測定方法。
【請求項８】
荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生手段と、
荷電粒子ビームを偏向させる荷電粒子ビーム偏向手段と、
荷電粒子ビームを試料表面に収束させる荷電粒子ビーム収束手段と、
荷電粒子を検知する荷電粒子検知手段を有し、
前記荷電粒子ビーム偏向手段による荷電粒子ビームの偏向タイミングと、前記荷電粒子検知手段による荷電粒子検知結果より、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とする静電潜像測定装置において、
前記可視画像のコントラストを自動的に調整する自動コントラスト調整手段と、
前記可視画像の明るさを自動的に調整する自動明るさ調整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９】
前記自動コントラスト調整手段は、荷電粒子検知可視化像の輝度分散が最大になるように増幅率を調整することを特徴とする請求項８に記載の静電潜像測定装置。
【請求項１０】
前記自動コントラスト調整手段は、増幅率を微小に変化させ、前記輝度分散の最大を逐次算出することを特徴とする請求項９に記載の静電潜像測定装置。
【請求項１１】
前記自動明るさ調整手段は、荷電粒子検知可視化像の輝度平均が荷電粒子検知表示可能な量の範囲の略半分になるようにオフセットを調整することを特徴とする請求項８に記載の静電潜像測定装置。
【請求項１２】
前記自動明るさ調整手段は、現在の荷電粒子検知可視化像からオフセット調整量を予測して、前記輝度平均を算出することを特徴とする請求項１１に記載の静電潜像測定装置。
【請求項１３】
前記輝度分散が最大となる領域は、前記荷電粒子検知可視化像の領域の一部であることを特徴とする特徴とする請求項９または１０に記載の静電潜像測定装置。
【請求項１４】
前記輝度平均が荷電粒子検知量表示可能な量の略半分となる領域は、前記荷電粒子検知可視化像の領域の一部であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の静電潜像測定装置。
【請求項１５】
請求項１から７の何れかに記載の静電潜像測定方法、または、請求項８から１４の何れかに記載の静電潜像測定装置で評価された潜像担持体を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
書込光源波長が６８０ｎｍ以下であり、かつ感光体面でのビームスポット径が６０μｍ以下であり、感光体面でのビームスポット径をＡとし、形成される潜像径をＢとしたときに以下の式を満足することを特徴とする請求項１５に記載の画像形成装置。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
【請求項１７】
感光体の帯電電位の絶対値をＣ［Ｖ］、１ビームスポットの潜像深さをＤ［Ｖ］としたときに以下の式を満足するように書込光量を設定したことを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９
【請求項１８】
書込光源波長が６８０ｎｍ以下であり、かつ感光体面でのビームスポット径が６０μｍ以下であり、感光体面でのビームスポット径をＡとし、形成される潜像径をＢとしたときに以下の式を満足する潜像担持体を用いたことを特徴とする画像形成装置。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
【請求項１９】
感光体の帯電電位の絶対値をＣ［Ｖ］、１ビームスポットの潜像深さをＤ［Ｖ］としたときに以下の式を満足するように書込光量を設定したことを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９
【請求項２０】
コンピュータに、
荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生手段と、
荷電粒子ビームを偏向させる荷電粒子ビーム偏向手段と、
荷電粒子ビームを試料表面に収束させる荷電粒子ビーム収束手段と、
荷電粒子を検知する荷電粒子検知手段として機能させ、
前記荷電粒子ビーム偏向手段による荷電粒子ビームの偏向タイミングと、前記荷電粒子検知手段による荷電粒子検知結果より、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とするように実行させる静電潜像測定装置のプログラムにおいて、
前記可視画像のコントラストを自動的に調整する自動コントラスト調整手段と、
前記可視画像の明るさを自動的に調整する自動明るさ調整手段として機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【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により形成される静電潜像の測定を行う静電潜像測定方法および装置などに関するもので、特に、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】
複写機やレーザプリンタといった電子写真方式の画像形成装置では、画像の出力に際して、通常、以下の工程からなる作像工程を経る。
ａ．光導電性の感光体を均一に帯電させる帯電工程
ｂ．感光体に光を照射して光導電性により静電潜像を形成する露光工程
ｃ．帯電したトナー粒子を用いて、感光体上に可視画像を形成する現像工程
ｄ．現像された可視画像を紙片等の転写材に転写する転写工程
ｅ．転写された画像を転写材上に融着・固定する定着工程
ｆ．可視画像転写後の感光体上の残留トナーを清掃するクリーニング工程
ｇ．感光体上の残留電荷を除電する除電工程
【０００３】
これら工程それぞれでのプロセスファクタやプロセスクオリティは、最終的な出力画像の品質に大きく影響を与える。近年は、高画質に加え、高耐久性、高安定性、さらには省エネルギーなど環境に優しい作像プロセスの要求がより高まって来ており、各工程のプロセスクオリティの向上が強く求められている。
【０００４】
作像工程において、帯電・露光により感光体上に形成される静電潜像は「トナー粒子の挙動に直接影響を与えるファクタ」であり、感光体上における静電潜像の品質評価が重要となる。感光体上の静電潜像を観測し、その結果を設計にフィードバックすることにより、帯電工程や露光工程のプロセスクオリティの向上を図ることができ、その結果、画質・耐久性・安定性や省エネルギーのさらなる向上が期待できる。
【０００５】
この発明は表面電荷分布を精度良く測定する静電潜像測定装置の実現を課題とする。また、画質・耐久性・安定性や省エネルギー性の優れた画像形成装置の実現を課題とする。特に、省エネルギーに関しては、感光体の特性が詳細に分かれば露光や帯電に必要なエネルギーも必要最小限ぎりぎりに抑えることが出来るようにする。また、過度な帯電による感光体の短寿命化も防ぐことが出来るようにする。
【０００６】
さらに近年、画像の高密度化に対応して、光学系の最適化および光源波長を６８０ｎｍ以下に短波長化することによりビームスポット径を６０μｍ以下に小径化し、鮮鋭な画像を出力できる画像形成装置の開発が行われている。
【０００７】
しかし、従来の感光体では短波長の光に対して感度が低いことや小径化ビームでは感光体内での光の散乱及び電荷の拡散の影響を強く受け、潜像径が広がり、潜像の深さも浅くなり、階調性、鮮鋭性の安定性が得られないという不具合が発生している。
【０００８】
ここでのビームスポット径は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。潜像径は潜像電荷密度分布が光の当たっていない部分の電荷密度を基準として最も電荷密度差が大きい部分の電荷密度差のｅ-2以上である範囲の径で定義している。図１１にビームスポット光量分布（ａ）とそれによって生じる潜像の電荷密度分布（ｂ）の一例を示す。ここでＡがビームスポット径であり、Ｂが潜像径である。
【０００９】
光導電性の感光体に帯電と露光とにより形成された静電潜像は測定する方法および装置として、特許文献１の「表面電荷測定方法および装置」がある。
【００１０】
その装置の構成を図１２に示す。符号１１は荷電粒子銃、符号１２、１２Ａはアパーチャ、符号１３は荷電粒子に対するコンデンサレンズ、符号１４はビームブランカ、符号１５は荷電粒子ビームに対する荷電粒子ビーム偏向手段、符号１６は荷電粒子ビームに対する対物レンズを、それぞれ示す。
【００１１】
荷電粒子銃１１、アパーチャ１２、１２Ａ、コンデンサレンズ１３、ビームブランカ１４、電子ビーム偏向手段１５および対物レンズ１６は荷電粒子ビーム駆動部３１により、計算機であるコンピュータ４０からの命令に従い、駆動されるようになっている。
【００１２】
符号１７は第１の光源である半導体レーザ、符号１８はコリメートレンズ、符号１９はアパーチャ、符号２１、２２、２３は「結像レンズ」を構成するレンズを示している。これらは「光像照射部」を構成するものであり、半導体レーザ駆動部３２とともに「露光手段」を構成している。
【００１３】
半導体レーザ駆動部３２は、コンピュータ４０からの命令に従い、半導体レーザ１７を発光させる。
【００１４】
符号２４は荷電粒子捕獲器、符号２５は荷電粒子検出部、符号２６は信号処理部を示している。荷電粒子捕獲器２４、荷電粒子検出部２５、信号処理部２６は「観測手段」を構成する。
【００１５】
符号２８は試料載置台、符号ＳＰは試料、符号２９は第２の光源としての「除電用の発光素子」を示す。試料ＳＰは「光導電性の感光体」である。第２の光源２９はこの実施の形態において、試料ＳＰが感度を持つ波長領域の光を放射するＬＥＤであり、コンピュータ４０からの命令に従い、ＬＥＤ駆動部３５により駆動される。上記半導体レーザ１７も勿論、試料ＳＰが感度を持つ波長領域のレーザ光を放射する。
【００１６】
試料載置台２８は接地された金属板である。試料載置台２８は、コンピュータ４０からの命令に従い、試料台駆動部３４により駆動され、試料ＳＰを「適正な測定位置」に移動させる。
【００１７】
上記各部は図示の如くケーシング３０内に配設され、ケーシング内部は吸引手段３３により高度に減圧できるようになっている。即ち、ケーシング３０は「真空チャンバ」としての機能を有している。
【００１８】
試料ＳＰは試料載置台２８に保持され、試料台駆動部３４により適正な測定位置に位置させられ、ケーシング３０内部が真空ポンプ等の吸引手段３３で高度に減圧されることにより「測定状態」となる。
【００１９】
また、図の如く、装置の全体は「計算機」であるコンピュータ４０により制御されるようになっている。図における、荷電粒子ビーム駆動部３１や信号処理部２６、半導体レーザ駆動部３２、ＬＥＤ制御部３５等は、コンピュータ４０の機能の一部として設定出来る。
【００２０】
この状態で、荷電粒子ビームにより２次元的に走査する。即ち、荷電粒子銃１１から荷電粒子のビームを放射させると、放射された荷電粒子ビームはアパーチャ１２を通過してビーム径を規制されたのち、コンデンサレンズ１３により集束されつつアパーチャ１２Ａ、ビームブランカ１４を通過する。最終的に荷電粒子ビームは、対物レンズ１６により試料ＳＰの表面（試料面）上に集束される。
【００２１】
さらに、荷電粒子ビーム偏向手段１５により荷電粒子ビームの向きを偏向させることにより、荷電粒子ビームが集束する位置を試料ＳＰ面上で２次元的（例えば、図面の左右方向と図面に直交する方向）に変位させることができる。
【００２２】
走査される領域は、電子ビーム偏向手段１５の倍率設定により、走査領域のサイズを変えることが可能であり、例えば、５ｍｍ×５ｍｍ程度の広領域や、１μｍ×１μｍ程度の微小領域等、様々な領域を走査することができる。これにより、試料ＳＰ上に電荷を蓄積させ一様帯電部分を作る。
【００２３】
次に、半導体レーザ１７を点灯すると、放射されるレーザ光はコリメートレンズ１８によりコリメートされ、アパーチャ１９で光束径を規制され、結像レンズ２１、２２、２３により試料ＳＰの「均一帯電された試料面上」に光スポットとして集光される。
【００２４】
半導体レーザ１７は、コンピュータ４０からの発光強度や発光時間の命令に従い、半導体レーザ駆動部３２により駆動され、適切な露光時間、露光エネルギーを照射できる。即ち、試料ＳＰに「所望の光ビーム」を照射することができる。
【００２５】
このような露光手段の光学系に「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」を付加し、光走査によりラインパターンを露光し、ライン状の静電潜像を形成するようにすることもできる。
【００２６】
上記の如くして、試料ＳＰが「所望のスポット径、ビームプロファイル」を持った光スポットで露光され、この光スポットの光強度分布に応じた静電潜像、即ち、表面電荷分布が形成される。
【００２７】
このように静電潜像が形成された試料面を荷電粒子ビームにより２次元的に走査する。この走査領域のサイズを変えることにより、様々な倍率で走査することができる。ここで同時に荷電粒子を加速電圧変化させても構わない。
【００２８】
上記走査が行われるとき、荷電粒子捕獲器２４には、所定極性の捕獲電圧が印加されている。そしてこの捕獲電圧の作用により「静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子」が荷電粒子捕獲器２４に捕獲され、その強度（単位時間当たりの捕獲粒子数）が検出され、電気信号に変換される。
【００２９】
試料ＳＰの「荷電粒子ビームにより２次元的に走査される領域：Ｓ」を、２次元座標を用いてＳ（Ｘ，Ｙ）で表すと、例えば、０ｍｍ≦Ｘ≦１ｍｍ、０ｍｍ≦Ｙ≦１ｍｍである。この領域：Ｓ（Ｘ，Ｙ）に形成されている静電潜像パターンを、その表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）とする。
【００３０】
荷電粒子ビームによる上記領域の２次元的な走査は所定の条件で行われるので、２次元的な走査の開始から終了に至る時間をＴ０ ≦Ｔ≦ＴＦ とすると、走査が行われているときの時間：Ｔは、走査領域：Ｓ（Ｘ，Ｙ）内の各走査位置と１：１に対応する。従って、走査領域内の捕獲粒子数の分布が測定できる。この情報は信号処理部２６によってビデオ信号に変換され、コンピュータ４０で画像処理、記録及び表示がなされる。
【００３１】
荷電粒子捕獲器２４に捕獲される荷電粒子は静電潜像パターンの表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）の電気的影響を受けているので、時間：Ｔにおいて捕獲される荷電粒子の強度：Ｆ（Ｔ）は、時間：Ｔをパラメータとした表面電位分布：Ｖ｛Ｘ（Ｔ），Ｙ（Ｔ）｝と対応関係にある。
【００３２】
この対応関係は、基準の電位：ＶＮ により影響される荷電粒子の強度を観測することにより知ることができ、このように知られた対応関係にもとづき、荷電粒子の強度：Ｆを較正することにより、強度：Ｆに対応する電位：Ｖを知ることができる。
【００３３】
上記の荷電粒子ビームは、先にも述べたように、電子ビームやイオンビーム等、電場や磁場の影響を受ける粒子のビームであり、電子ビームを用いる場合であれば荷電粒子銃１１としては「電子銃」が用いられ、イオンビームを用いる場合であれば「液体金属イオン銃」等が用いられる。
【００３４】
この実施の形態では、荷電粒子銃１１は「電子銃」であるので、以下、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる場合につき具体的に説明する。このとき、試料ＳＰの「静電潜像の形成された試料面」は、電子ビームにより２次元的に走査される。
【００３５】
試料ＳＰに静電潜像を形成するには、光像による露光に先立ち、その表面を均一に帯電する必要がある。荷電粒子ビーム走査手段を用いて、電子ビームによる帯電を行う。電子ビームを試料ＳＰに照射すると、照射される電子による衝撃で、試料ＳＰから「２次電子（先に説明したように３次電子等の高次の放出電子を含む）」が発生する。電子ビームとして試料ＳＰに照射される電子量と発生する２次電子の量との収支において、２次電子の放出量：Ｒ２に対する照射電子量：Ｒ１の比：Ｒ１／Ｒ２が１以上であれば、差し引きで照射される電子の量が２次電子量を上回り、両者の差が試料ＳＰに蓄積して光導電性試料ＳＰを帯電させる。
【００３６】
従って、電子銃１１から放射される電子の量とその加速電圧を調整し、「比：Ｒ１／Ｒ２が１より大きくなる条件」を設定して電子ビームを２次元的に走査することにより、試料ＳＰを均一帯電させることができる。このような放出電子量と加速電圧の調整は、コンピュータ４０が計算を行い、荷電粒子ビーム駆動部３１へ命令を送ることにより行われる。また、電子ビームの走査に伴う電子ビームのオン・オフもコンピュータ４０の命令により荷電粒子ビーム駆動部３１によりビームブランカ１４を駆動する。
【００３７】
図３は、試料ＳＰの表面を上記の如く電子ビームにより帯電させた状態を模型的に示している。試料ＳＰとして図３に示すのは、所謂「機能分離型感光体」と呼ばれるものであり、導電層１上に電荷発生層２を設け、その上に電荷輸送層３を形成したものである。
【００３８】
電子銃により照射される電子は、電荷輸送層３の表面に撃ち込まれ、電荷輸送層３の表面にある電荷輸送層材料分子の電子軌道に捕獲され、上記分子をマイナスイオン化した状態で電荷輸送層３の表面部に留まる。この状態が「試料ＳＰを帯電させた状態」である。
【００３９】
このように帯電した状態の試料ＳＰに光ＬＴが照射されると、照射された光ＬＴは電荷輸送層３を透過して電荷発生層２に至り、そのエネルギーにより電荷発生層２内に正・負の電荷キャリヤを発生させる。発生した正・負の電荷キャリヤのうち、負キャリヤは、電荷輸送層３の表面の負電荷による反発力の作用で導電層１（接地電位にある）へ移動し、正キャリヤは電荷輸送層３を輸送されて同層３の表面部の負電荷（捕獲された電子）と相殺しあう。
【００４０】
このようにして、試料ＳＰにおいて光ＬＴで照射された部分では帯電電荷が減衰し、光ＬＴの強度分布に従う表面電荷分布が形成される。この表面電荷分布が静電潜像に他ならない。
【００４１】
上記の如く均一に帯電された試料ＳＰに対して光ビームによる露光を施して静電潜像を形成する。この露光は、前述の「露光手段」により行う。即ち、半導体レーザ１７を点灯し、コリメートされた光ビームを結像レンズ２１、２２、２３の作用により試料ＳＰの表面に集光させる。
【００４２】
半導体レーザ１７としては勿論、試料ＳＰが感度を持つ波長領域内に発光波長を持つものが用いられる。また、露光エネルギーは、試料ＳＰの面での「光パワーの時間積分」となるので、半導体レーザ１７の点灯時間を制御することにより、試料ＳＰに所望の露光エネルギーによる露光を行うことができる。
【００４３】
試料ＳＰに上記の如くして静電潜像を形成した状態において、試料ＳＰの走査領域を電子ビームにより２次元的に走査する。この走査により発生する２次電子を荷電粒子捕獲器２４により検出する。検出の対象が２次電子で負極性であるので、荷電粒子捕獲器２４は２次電子捕獲用に正電圧（引き込み電圧）を印加し、電子ビームの走査に伴って発生する２次電子を正電圧により吸引して捕獲する。捕獲された電子は、荷電粒子検出器２５においてシンチレーション輝度に変換され、さらに電気信号（検出信号）に変換される。
【００４４】
試料ＳＰの表面と荷電粒子捕獲器２４の間の空間部分には、試料ＳＰ表面の電荷（静電潜像を形成する負電荷）と荷電粒子捕獲器２４に印加されている正極性の捕獲電圧とにより「電位勾配」が形成されている。図４（ａ）は、荷電粒子捕獲器２４と、試料ＳＰとの間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものである。試料ＳＰの表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態であり、荷電粒子捕獲器２４には正極性の電位が与えられているから、「実線で示す電位等高線群」においては、試料ＳＰの表面から荷電粒子捕獲器２４に近づくに従い「電位が高く」なる。
【００４５】
従って、試料ＳＰにおける「負極性に均一帯電している部分」である図のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、荷電粒子捕獲器２４の正電位に引かれ、矢印Ｇ１や矢印Ｇ２で示すように変位し、荷電粒子捕獲器２４に捕獲される。
【００４６】
一方、図４（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、試料ＳＰ側に拘束する電気力が作用する。このため２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線の示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器２４に向って移動しない。
【００４７】
図４（ｂ）は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。即ち、荷電粒子捕獲器２４により検出される２次電子の強度（２次電子数）は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分（均一に負帯電している部分図４（ａ）の点Ｑ１やＱ２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（光照射された部分図４（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。
【００４８】
従って、荷電粒子検出部２５で得られる電気信号を、信号処理部２６で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述の如く、サンプリング時刻：Ｔをパラメータとして、表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理部２５により上記表面電位分布（電位コントラスト像）：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を２次元的な画像データとして構成すれば、静電潜像が可視的な画像として得られる。
【００４９】
例えば、捕獲される２次電子の強度を「明るさの強弱で表現」すれば、静電潜像の画像部分は暗く、地の部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じた明暗像として表現（出力）することができる。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。
【００５０】
ここで、荷電粒子検出部２５で捕獲される荷電粒子検出量が荷電粒子検出部のダイナミックレンジに対して少な過ぎて十分な分解能が得られなかったり、ダイナミックレンジに対して多過ぎて検出量の正確な測定が出来ない不具合がある。
【００５１】
また、手動での増幅率およびオフセットの調整では調整者によって調整量のばらつきが生じ、潜像径の測定に誤差が生じる。さらに測定中も試料に電子線を当て続けている為、静電潜像は刻々変化している。手動での増幅率およびオフセットの調整では時間が掛かってしまい、正確な測定が出来ない不具合がある。
【特許文献１】特開２００４−２５１８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５２】
上記事情を鑑みて、本発明の目的は、表面電荷分布を精度良く測定する装置の実現であり、また、画質・耐久性・安定性や省エネルギー性の優れた画像形成装置の実現である。
【課題を解決するための手段】
【００５３】
本発明の静電潜像測定方法および装置は「感光体等の試料に荷電粒子ビームを１次元もしくは２次元に走査しながら照射することにより帯電させ、光源から光線により静電潜像を形成し、荷電粒子ビームを１次元もしくは２次元に走査しながら照射し、試料に荷電粒子ビームが当たることにより発生する２次荷電粒子を検出し、静電潜像を測定する方法および装置」である。「荷電粒子ビーム」は、電子ビームやイオンビーム等、電界や磁界の影響を受ける荷電粒子のビームを謂う。
【００５４】
具体的には、本発明の態様は荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生工程と、荷電粒子ビームを偏向させる荷電粒子ビーム偏向工程と、荷電粒子ビームを試料表面に収束させる荷電粒子ビーム収束工程と、荷電粒子を検知する荷電粒子検知工程を有し、前記荷電粒子ビーム偏向工程による荷電粒子ビームの偏向タイミングと、前記荷電粒子検知工程による荷電粒子検知結果より、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とする静電潜像測定方法において、前記可視画像のコントラストを自動的に調整する自動コントラスト調整工程と、前記可視画像の明るさを自動的に調整する自動明るさ調整工程を有することを特徴とする静電潜像測定方法に関するものである。
【００５５】
ここで、前記自動コントラスト調整工程は、荷電粒子検知可視化像の輝度分散が最大になるように増幅率を調整することを特徴とし、さらに、前記自動コントラスト調整工程は、増幅率を微小に変化させ、前記輝度分散の最大を逐次算出することを特徴とする。
【００５６】
また、前記自動明るさ調整工程は、荷電粒子検知可視化像の輝度平均が荷電粒子検知表示可能な量の範囲の略半分になるようにオフセットを調整することを特徴とし、さらに、前記自動明るさ調整工程は、現在の荷電粒子検知可視化像からオフセット調整量を予測して、前記輝度平均を算出することを特徴とする。
【００５７】
このとき、前記輝度分散が最大となる領域は、前記荷電粒子検知可視化像の領域の一部であれば良く、また、前記輝度平均が荷電粒子検知量表示可能な量の略半分となる領域は、前記荷電粒子検知可視化像の領域の一部であれば良い。
【００５８】
本発明の他の態様は、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生手段と、荷電粒子ビームを偏向させる荷電粒子ビーム偏向手段と、荷電粒子ビームを試料表面に収束させる荷電粒子ビーム収束手段と、荷電粒子を検知する荷電粒子検知手段を有し、前記荷電粒子ビーム偏向手段による荷電粒子ビームの偏向タイミングと、前記荷電粒子検知手段による荷電粒子検知結果より、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とする静電潜像測定装置において、前記可視画像のコントラストを自動的に調整する自動コントラスト調整手段と、前記可視画像の明るさを自動的に調整する自動明るさ調整手段を有することを特徴とする静電潜像測定装置に関するものである。
【００５９】
ここで、前記自動コントラスト調整手段は、荷電粒子検知可視化像の輝度分散が最大になるように増幅率を調整することを特徴とし、さらに、前記自動コントラスト調整手段は、増幅率を微小に変化させ、前記輝度分散の最大を逐次算出することを特徴とする。
【００６０】
また、前記自動明るさ調整手段は、荷電粒子検知可視化像の輝度平均が荷電粒子検知表示可能な量の範囲の略半分になるようにオフセットを調整することを特徴とし、さらに、前記自動明るさ調整手段は、現在の荷電粒子検知可視化像からオフセット調整量を予測して、前記輝度平均を算出することを特徴とする。
【００６１】
このとき、前記輝度分散が最大となる領域は、前記荷電粒子検知可視化像の領域の一部であれば良く、また、前記輝度平均が荷電粒子検知量表示可能な量の略半分となる領域は、前記荷電粒子検知可視化像の領域の一部であれば良い。
【００６２】
また、本発明の他の態様は、上記静電潜像測定方法、または、上記静電潜像測定装置で評価された潜像担持体を用いたことを特徴とする画像形成装置に関するものである。
このとき、書込光源波長が６８０ｎｍ以下であり、かつ感光体面でのビームスポット径が６０μｍ以下であり、感光体面でのビームスポット径をＡとし、形成される潜像径をＢとしたときに以下の式を満足することを特徴とする。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
さらに、感光体の帯電電位の絶対値をＣ［Ｖ］、１ビームスポットの潜像深さをＤ［Ｖ］としたときに以下の式を満足するように書込光量を設定したことを特徴とする。
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９
【００６３】
また、本発明の他の態様は、書込光源波長が６８０ｎｍ以下であり、かつ感光体面でのビームスポット径が６０μｍ以下であり、感光体面でのビームスポット径をＡとし、形成される潜像径をＢとしたときに以下の式を満足する潜像担持体を用いたことを特徴とする画像形成装置に関するものである。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
このとき、感光体の帯電電位の絶対値をＣ［Ｖ］、１ビームスポットの潜像深さをＤ［Ｖ］としたときに以下の式を満足するように書込光量を設定したことを特徴とする。
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９
【００６４】
また、本発明の他の態様は、コンピュータに、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発生手段と、荷電粒子ビームを偏向させる荷電粒子ビーム偏向手段と、荷電粒子ビームを試料表面に収束させる荷電粒子ビーム収束手段と、荷電粒子を検知する荷電粒子検知手段として機能させ、前記荷電粒子ビーム偏向手段による荷電粒子ビームの偏向タイミングと、前記荷電粒子検知手段による荷電粒子検知結果より、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とするように実行させる静電潜像測定装置のプログラムにおいて、前記可視画像のコントラストを自動的に調整する自動コントラスト調整手段と、前記可視画像の明るさを自動的に調整する自動明るさ調整手段として機能させることを特徴とするプログラムに関するものである。
【００６５】
また、本発明の他の態様は、上記プログラムを記録した記録媒体に関するものである。
【発明の効果】
【００６６】
本発明により、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とする静電潜像測定方法において、可視画像のコントラストを自動的に調整し、可視画像の明るさを自動的に調整するので、可視画像が良好になり、表面電荷分布を精度良く測定することができる。また、当該方法で評価された潜像担持体を用いているので、露光量を最適化することが出来、感光体に負担のかからない帯電及び露光条件がわかるので、画質・耐久性・安定性や省エネルギー性の優れた画像形成装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下、本発明の静電潜像測定方法等を実施するための最良の形態について説明する。説明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照する。
【００６８】
（第１の形態）
図１は、この発明の静電潜像測定装置の実施の第１の形態を示す図である。符号１１は荷電粒子銃、符号１２、１２Ａはアパーチャ、符号１３は荷電粒子に対するコンデンサレンズ、符号１４はビームブランカ、符号１５は荷電粒子ビームに対する荷電粒子ビーム偏向手段、符号１６は荷電粒子ビームに対する対物レンズをそれぞれ示す。
【００６９】
荷電粒子銃１１、アパーチャ１２、１２Ａ、コンデンサレンズ１３、ビームブランカ１４、電子ビーム偏向手段１５および対物レンズ１６は荷電粒子ビーム駆動部３１により、計算機であるコンピュータ（ＣＰＵ（Central Processing Unit））４０からの命令に従い、駆動されるようになっているコンデンサレンズ１３および対物レンズ１６は磁場または電場を発生し、荷電粒子を収束させるレンズである。コンピュータ４０は記録媒体としてのＲＯＭ(Read Only Memory)に格納されているプログラムを読み出し、各部を制御している。
【００７０】
符号１７は第１の光源である半導体レーザ、符号１８はコリメートレンズ、符号１９はアパーチャ、符号２１、２２、２３は「結像レンズ」を構成するレンズを示している。これらは「光像照射部」を構成するものであり、半導体レーザ駆動部３２とともに「露光手段」を構成している。
【００７１】
半導体レーザ駆動部３２は、コンピュータ４０からの命令に従い、半導体レーザ１７を発光させる。
【００７２】
符号２４は荷電粒子捕獲器、符号４１は増幅率調整部、符号４２はオフセット調整部を示している。荷電粒子捕獲器２４は光電子増倍管であり、増幅率調整部４１はコンピュータ４０からの命令に従い、荷電粒子捕獲器２４に加える高電圧を変化させ、増幅率の制御を行う。オフセット調整部４２はコンピュータ４０からの命令に従い、荷電粒子捕獲器２４からの信号からオフセット電圧を差し引き、Ａ／Ｄ変換部４３でデジタル信号としてコンピュータ４０へ送られる。
【００７３】
符号２８は試料載置台、符号ＳＰは試料、符号２９は第２の光源としての「除電用の発光素子」を示す。試料ＳＰは「光導電性の感光体」である。第２の光源２９はこの実施の形態において、試料ＳＰが感度を持つ波長領域の光を放射するＬＥＤであり、コンピュータ４０からの命令に従い、ＬＥＤ駆動部３５により駆動される。上記半導体レーザ１７も勿論、試料ＳＰが感度を持つ波長領域のレーザ光を放射する。
【００７４】
試料載置台２８は接地された金属板である。試料載置台２８は、コンピュータ４０からの命令に従い、試料台駆動部３４により駆動され、試料ＳＰを「適正な測定位置」に位置させる。
【００７５】
上記各部は図示の如くケーシング３０内に配設され、ケーシング内部は吸引手段３３により高度に減圧できるようになっている。即ち、ケーシング３０は「真空チャンバ」としての機能を有している。
【００７６】
試料ＳＰは試料載置台２８に保持され、試料台駆動部３４により適正な測定位置に位置させられ、ケーシング３０内部が真空ポンプ等の吸引手段３３で高度に減圧されることにより「測定状態」となる。
【００７７】
また、図の如く、装置の全体は「計算機」であるコンピュータ４０により制御されるようになっている。図における、荷電粒子ビーム駆動部３１やオフセット調整部４２、半導体レーザ駆動部３２、ＬＥＤ制御部３５等は、コンピュータ４０の機能の一部として設定出来る。
【００７８】
測定においては、まず、コンデンサレンズ１３および対物レンズ１６で電子ビームの焦点を試料ＳＰ上に合わせつつ、荷電粒子ビーム偏向手段１５で試料ＳＰ表面を荷電粒子ビームで走査し、均一に帯電させる。ここで、試料ＳＰ表面の帯電電位は荷電粒子ビームの加速電圧に相関があり、加速電圧を適切に選ぶことにより任意の帯電電位が得られる。
【００７９】
次に半導体レーザ１７を点灯すると、放射されるレーザ光はコリメートレンズ１８によりコリメートされ、アパーチャ１９で光束径を規制され、結像レンズ２１、２２、２３により試料ＳＰの「均一帯電された試料面上」に光スポットとして集光される。
【００８０】
半導体レーザ１７は、コンピュータ４０からの発光強度や発光時間の命令に従い、半導体レーザ駆動部３２により駆動され、適切な露光時間、露光エネルギーを照射できる。即ち、試料ＳＰに「所望の光ビーム」を照射することができる。
【００８１】
このような露光手段の光学系に「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」を付加し、光走査によりラインパターンを露光し、ライン状の静電潜像を形成するようにすることもできる。
【００８２】
上記の如くして、試料ＳＰが「所望のスポット径、ビームプロファイル」を持った光スポットで露光され、この光スポットの光強度分布に応じた静電潜像、即ち、表面電荷分布が形成される。
【００８３】
このように静電潜像が形成された試料面を、荷電粒子ビームにより２次元的に走査する。即ち、荷電粒子銃１１から荷電粒子のビームを放射させると、放射された荷電粒子ビームはアパーチャ１２を通過してビーム径を規制されたのち、コンデンサレンズ１３により集束されつつアパーチャ１２Ａ、ビームブランカ１４を通過する。
【００８４】
最終的に荷電粒子ビームは、対物レンズ１６により試料ＳＰの表面（試料面）上に集束される。このとき、試料ＳＰへ向かう電流量は、荷電粒子ビームの照射により静電潜像が消されてしまわないほど多くなく、観測可能なコントラストが得られるほどには少なくない適切な量に調整される必要がある。この電流量はコンデンサレンズ１３の屈折力を変化させることにより、変化させることが出来る。例えば図２（ａ）では荷電粒子銃１１から射出した荷電粒子のほとんどが試料ＳＰに到達しているが、図２（ｂ）の様にコンデンサレンズ１３の屈折力を強めることにより、アパーチャ１２Ａで荷電粒子の流れが遮られ電流量が減る。コンデンサレンズ１３の屈折力と電流量の関係は、本測定前にファラデーカップ等の電流量を測定する治具を試料配置予定位置に置き、コンデンサレンズ１３の屈折力を変化させて電流量を測定し、その関係を制御ソフトに組み込み、測定時には電流量を指定するとコンピュータ４０がその電流量が得られるように荷電粒子ビーム駆動部に命令を送り自動で調整される。
【００８５】
さらに、荷電粒子ビーム偏向手段１５により荷電粒子ビームの向きを偏向させることにより、荷電粒子ビームが集束する位置を試料ＳＰ面上で２次元的（例えば、図面の左右方向と図面に直交する方向）に変位させることができる。
【００８６】
このようにして、試料ＳＰの「静電潜像を形成された試料面」が、荷電粒子ビームにより２次元的に走査される。走査される領域は、電子ビーム偏向手段の倍率設定により、走査領域のサイズを変えることが可能であり、例えば、５ｍｍ×５ｍｍ程度の低倍率や、１μｍ×１μｍ程度の高倍率等、様々な倍率で走査することができる。
【００８７】
上記走査が行われるとき、荷電粒子捕獲器２４には、所定極性の捕獲電圧が印加されている。そしてこの捕獲電圧の作用により「静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子」が荷電粒子捕獲器２４に捕獲され、その強度（単位時間当たりの捕獲粒子数）が検出され、電気信号に変換される。
【００８８】
試料ＳＰの「荷電粒子ビームにより２次元的に走査される領域：Ｓ」を、２次元座標を用いてＳ（Ｘ，Ｙ）で表すと、例えば、０ｍｍ≦Ｘ≦１ｍｍ、０ｍｍ≦Ｙ≦１ｍｍである。この領域：Ｓ（Ｘ，Ｙ）に形成されている静電潜像パターンを、その表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）とする。
【００８９】
荷電粒子ビームによる上記領域の２次元的な走査は所定の条件で行われるので、２次元的な走査の開始から終了に至る時間をＴ０ ≦Ｔ≦ＴＦ とすると、走査が行われているときの時間：Ｔは、走査領域：Ｓ（Ｘ，Ｙ）内の各走査位置と１：１に対応する。従って、走査領域内の捕獲粒子数の分布が測定できる。この情報はオフセット調整部４２によりオフセット電圧を差し引き、Ａ／Ｄ変換部４３によってデジタル信号に変換され、コンピュータ４０で画像処理、記録及び表示がなされる。
【００９０】
荷電粒子捕獲器２４に捕獲される荷電粒子は静電潜像パターンの表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）の電気的影響を受けているので、時間：Ｔにおいて捕獲される荷電粒子の強度：Ｆ（Ｔ）は、時間：Ｔをパラメータとした表面電位分布：Ｖ｛Ｘ（Ｔ），Ｙ（Ｔ）｝と対応関係にある。
【００９１】
この対応関係は、基準の電位：ＶＮ により影響される荷電粒子の強度を観測することにより知ることができ、このように知られた対応関係にもとづき、荷電粒子の強度：Ｆを較正することにより、強度：Ｆに対応する電位：Ｖを知ることができる。
【００９２】
上記の荷電粒子ビームは、先にも述べたように、電子ビームやイオンビーム等、電界や磁界の影響を受ける粒子のビームであり、電子ビームを用いる場合であれば荷電粒子銃１１としては「電子銃」が用いられ、イオンビームを用いる場合であれば「液体金属イオン銃」等が用いられる。
【００９３】
図１に示す実施の形態では、荷電粒子銃１１は「電子銃」であるので、以下、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる場合につき具体的に説明する。このとき、試料ＳＰの「静電潜像の形成された試料面」は、電子ビームにより２次元的に走査される。
【００９４】
試料ＳＰに静電潜像を形成するには、光像による露光に先立ち、その表面を均一に帯電する必要がある。試料ＳＰの均一帯電については、帯電を観測装置外で行い、均一帯電された試料ＳＰを試料載置台２８上に載置するようにしても良いが、前述したように、ケーシング３０の内部は高度に減圧する必要があり、試料ＳＰをセットからケーシング３０内を減圧すると、吸引手段３３による吸気を相当強力に行わないと、電子ビームによる走査が可能になるまでに暗減衰により帯電電位が消滅し、静電潜像を観測できなくなる場合もある。
【００９５】
この観点からして、試料ＳＰの均一帯電はケーシング３０内で「高度の減圧を実現した後」に行うことが好ましい。帯電を高度の減圧下で行うことになると、電子写真装置で良く行われるコロナ放電による帯電は実施困難であるが、いわゆる接触式と呼ばれる帯電手段による帯電は可能である。
【００９６】
図１の実施の形態においては、荷電粒子ビーム走査手段を用いて、電子ビームによる帯電を行う。電子ビームを試料ＳＰに照射すると、照射される電子による衝撃で、試料ＳＰから「２次電子（先に説明したように３次電子等の高次の放出電子を含む）」が発生する。電子ビームとして試料ＳＰに照射される電子量と発生する２次電子の量との収支において、２次電子の放出量：Ｒ２に対する照射電子量：Ｒ１の比：Ｒ１／Ｒ２が１以上であれば、差し引きで照射される電子の量が２次電子量を上回り、両者の差が試料ＳＰに蓄積して光導電性試料ＳＰを帯電させる。
【００９７】
従って、電子銃１１から放射される電子の量とその加速電圧を調整し、「比：Ｒ１／Ｒ２が１より大きくなる条件」を設定して電子ビームを２次元的に走査することにより、試料ＳＰを均一帯電させることができる。このような放出電子量と加速電圧の調整は、コンピュータ４０が計算を行い、荷電粒子ビーム駆動部３１へ命令を送ることにより行われる。また、電子ビームの走査に伴う電子ビームのオン・オフもコンピュータ４０の命令により荷電粒子ビーム駆動部３１によりビームブランカ１４を駆動する。
【００９８】
図３は、試料ＳＰの表面を上記の如く電子ビームにより帯電させた状態を模型的に示している。試料ＳＰとして図３に示すのは、所謂「機能分離型感光体」と呼ばれるものであり、導電層１上に電荷発生層２を設け、その上に電荷輸送層３を形成したものである。
【００９９】
電子銃により照射される電子は、電荷輸送層３の表面に撃ち込まれ、電荷輸送層３の表面にある電荷輸送層材料分子の電子軌道に捕獲され、上記分子をマイナスイオン化した状態で電荷輸送層３の表面部に留まる。この状態が「試料ＳＰを帯電させた状態」である。
【０１００】
このように帯電した状態の試料ＳＰに光ＬＴが照射されると、照射された光ＬＴは電荷輸送層３を透過して電荷発生層２に至り、そのエネルギーにより電荷発生層２内に正・負の電荷キャリヤを発生させる。発生した正・負の電荷キャリヤのうち、負キャリヤは、電荷輸送層３の表面の負電荷による反発力の作用で導電層１（接地電位にある）へ移動し、正キャリヤは電荷輸送層３を輸送されて同層３の表面部の負電荷（捕獲された電子）と相殺しあう。
【０１０１】
このようにして、試料ＳＰにおいて光ＬＴで照射された部分では帯電電荷が減衰し、光ＬＴの強度分布に従う表面電荷分布が形成される。この表面電荷分布が静電潜像に他ならない。
【０１０２】
上記の如く均一に帯電された試料ＳＰに対して光ビームによる露光を施して静電潜像を形成する。この露光は、前述の「露光手段」により行う。即ち、半導体レーザ１７を点灯し、コリメートされた光ビームを結像レンズ２１、２２、２３の作用により試料ＳＰの表面に集光させる。
【０１０３】
半導体レーザ１７としては勿論、試料ＳＰが感度を持つ波長領域内に発光波長を持つものが用いられる。また、露光エネルギーは、試料ＳＰの面での「光パワーの時間積分」となるので、半導体レーザ１７の点灯時間を制御することにより、試料ＳＰに所望の露光エネルギーによる露光を行うことができる。
【０１０４】
図１に戻って、試料ＳＰに上記の如くして静電潜像を形成した状態において、試料ＳＰの走査領域を電子ビームにより２次元的に走査する。この走査により発生する２次電子を荷電粒子捕獲器２４により検出する。検出の対象が２次電子で負極性であるので、荷電粒子捕獲器２４は２次電子捕獲用に正電圧（引き込み電圧）を印加し、電子ビームの走査に伴って発生する２次電子を正電圧により吸引して捕獲する。捕獲された電子は、荷電粒子捕獲器２４においてシンチレーション輝度に変換され、さらに電気信号（検出信号）に変換される。
【０１０５】
試料ＳＰの表面と荷電粒子捕獲器２４の間の空間部分には、試料ＳＰ表面の電荷（静電潜像を形成する負電荷）と荷電粒子捕獲器２４に印加されている正極性の捕獲電圧とにより「電位勾配」が形成されている。図４（ａ）は、荷電粒子捕獲器２４と、試料ＳＰとの間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものである。試料ＳＰの表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態であり、荷電粒子捕獲器２４には正極性の電位が与えられているから、「実線で示す電位等高線群」においては、試料ＳＰの表面から荷電粒子捕獲器２４に近づくに従い「電位が高く」なる。
【０１０６】
従って、試料ＳＰにおける「負極性に均一帯電している部分」である図のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、荷電粒子捕獲器２４の正電位に引かれ、矢印Ｇ１や矢印Ｇ２で示すように変位し、荷電粒子捕獲器２４に捕獲される。
【０１０７】
一方、図４（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、試料ＳＰ側に拘束する電気力が作用する。このため２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線の示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器２４に向って移動しない。
【０１０８】
図４（ｂ）は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。即ち、荷電粒子捕獲器２４により検出される２次電子の強度（２次電子数）は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分（均一に負帯電している部分図４（ａ）の点Ｑ１やＱ２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（光照射された部分図４（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。
【０１０９】
従って、荷電粒子捕獲器２４で得られる電気信号を、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、上記表面電位分布（電位コントラスト像）：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を２次元的な画像データとして構成すれば、静電潜像が可視画像として得られる。
【０１１０】
荷電粒子捕獲器２４はシンチレーションカウンタからなっている。シンチレーションカウンタは蛍光体と光電子増倍管からなっている。蛍光体に電子が入射すると、光が発生し、その光が電子に変換され、電圧により加速され、ダイノードにぶつかる度に電子数が増え、増幅される。この電圧によって増幅が変えられる。
【０１１１】
本発明では増幅率調整部４１がこの電圧を発生しており、電圧値はコンピュータ４０からの命令で決まる。荷電粒子捕獲器２４からの出力はオフセット調整部４２でオフセット部分がカットされる。オフセット量はコンピュータ４０からの命令で決まる。
【０１１２】
その後、Ａ／Ｄ変換部４３でデジタル信号となりコンピュータ４０へ送られ、可視画像となる。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、図５の様に静電潜像の画像部分は暗く、地の部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じた明暗像として表現（出力）することができる。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。また、暗部の径を測れば潜像径が得られる。
【０１１３】
なお、ケーシング３０内にセットされた試料ＳＰが当初、何らかの原因によりその表面が不均一に帯電しているような場合には、このような帯電状態が測定ノイズとなるので、測定における帯電工程に先立ち、コンピュータ４０の命令によりＬＥＤ駆動部３５が除電用の発光素子２９を発光させ、試料ＳＰの光除電を行う。
【０１１４】
以上が測定の流れであるが、図６の５０をＡ／Ｄ変換のダイナミックレンジとした場合に（ａ）のようにダイナミックレンジに対して信号が小さいと十分な分解能が得られず、（ｂ）のように信号がダイナミックレンジを越えていると歪んでしまい、どちらも良好な可視化像は得られない。
【０１１５】
そこで、自動増幅率調整は荷電粒子検知可視化像の一部領域の輝度分散が最大になるように増幅率を調整する。これはコンピュータ４０が演算を行い増幅率調整部４１が実際に増幅率を変化させる。分散の計算式は式１の通りである。
【数１】
2008047393.tif 000003
Ｉ（ｘ，ｙ）は座標（ｘ，ｙ）の画素の可視化像の輝度を示している。Ａは可視化像の一部領域を示す。ｎは一部領域内の画素数である。
【０１１６】
ここで、計算範囲を可視化像の一部領域に限定しているのは全可視化領域全体を計算すると計算時間が膨大となり、調整に時間が掛かり、静電潜像が変化してしまうことが懸念されるからである。
【０１１７】
一例としては、可視化像の中心を通る横１ラインを計算範囲とすることが考えられる。分散が最大となる調整量を決定するには、増幅率を微小に変化させ、分散が大きくなる調整方向を見つけ、その方向に増幅率を少しずつ変化させ、分散が転じて小さくなり始める手前で調整終了とすればよい。
【０１１８】
図７に上記の増幅率の調整に係る自動増幅率調整処理のフローチャートを示す。分散値が最大となる調整量Ｖを決定するために、増幅率を微少量α毎に変化させ、分散が大きくなる方向を見つける（Ｓ０１〜Ｓ１０）。その後、分散が転じて小さくなり始めるまで調整する（Ｓ１１〜Ｓ１７）。
【０１１９】
オフセットとは信号をＡ／Ｄ変換する前に信号から一定の電圧を差し引くことである。図８において５１がオフセットとして、（ａ）が元の信号、（ｂ）がオフセット後の信号である。
【０１２０】
自動オフセット調整は荷電粒子検知可視化像の一部領域の輝度平均値が荷電粒子検知表示可能な量の範囲であるダイナミックレンジの中心近傍になるようにオフセット量を調整する。これはコンピュータ４０が演算を行いオフセット調整部４２が実際にオフセットを変化させる。オフセットをいかに調整するかは予めオフセットと輝度平均値変化量の関係を求めておき、現在の輝度平均値から必要なオフセットを算出すれば良い。
【０１２１】
図９に上記のオフセット調整に係る自動オフセット調整処理のフローチャートを示す。ここで係数αはオフセット量に対する輝度変化量の比例係数である。まず平均値を測定し（Ｓ０１）、レンジ中央値に対し所定量δ以上離れていれば（Ｓ０２でＮｏ）、αを用いてオフセット処理を行う（Ｓ０３）。
【０１２２】
（第２の形態）
図１０には画像形成装置の実施の１形態を示している。この画像形成装置は光プリンタであり、感光媒体として円筒状に形成された光導電性の感光体１１１を有している。この感光体１１１に本発明の表面電位分布の測定方法または静電潜像測定装置で評価された試料と同じ組成を持つ感光体を使っている。
【０１２３】
感光体１１１を本発明の表面電位分布の測定方法または静電潜像測定装置で評価することにより、潜像形成の過程が定量的に詳細に解析出来るので、露光量を最適化することが出来、感光体に負担のかからない帯電及び露光条件が分かり、省エネルギー、高耐久が実現できる。
【０１２４】
さらに、出力画像の高画質化の為に光学系の最適化および光源波長を６８０ｎｍ以下に短波長化することによりビームスポット径を６０μｍ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ビームでは感光体内での光の散乱及び電荷の拡散の影響を強く受け、潜像径が広がり、潜像の深さも浅くなり、最終出力画像では階調性、鮮鋭性の安定性が得られないという不具合が発生している。
【０１２５】
ここでのビームスポット径は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。潜像径は潜像電荷密度分布が光の当たっていない部分の電荷密度を基準として最も電荷密度差が大きい部分の電荷密度差のｅ-2以上である範囲の径で定義している。
【０１２６】
電荷輸送層の組成及び膜厚が光の散乱及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。
【０１２７】
そこで、電荷輸送層の組成及び膜厚、電荷発生層の組成を変えて感光体を作り、本発明の表面電位分布の測定方法または静電潜像測定装置において、画像形成装置で使用する条件と同じ、例えば大電電位８００Ｖ、露光エネルギー４ｍＪ／ｍ2として、光源波長が６８０ｎｍ以下、ビームスポット径が６０μｍ以下の条件で露光し潜像測定を行い、感光体面でのビームスポット径をＡとし、形成される潜像径をＢとしたときに、
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
を満足する感光体を選定すれば、最終出力画像で階調性、鮮鋭性の安定性が実現出来る。
【０１２８】
ここで、下限の１．０は光の散乱及び電荷の拡散はどんな感光体でも必ず起こ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は最終出力画像で階調性、鮮鋭性の安定性を確保する為に必要な限界である。
【０１２９】
さらに、感光体の帯電電位の絶対値をＣ［Ｖ］、１ビームスポットの潜像深さをＤ［Ｖ］としたときに、
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９
を満足するように書込光量を設定すれば、１ビームスポットの再現性が向上し、かつ感光体の耐久性を損なわないため、望ましい。
【０１３０】
ここで、下限の１ビームスポットが確実に現像される為に必要な潜像深さであり、上限の０．９はこれ以上に潜像深さが深くなるほどの光を当てた場合には感光体の早期劣化が懸念される限界である。
【０１３１】
そこで、本発明の静電潜像測定装置で潜像径を実際に測定し、感光体を本発明の静電潜像測定装置で評価することにより、露光量を最適化することが出来、過剰露光による無駄なエネルギー消費が抑えられる。さらに、感光体に負担のかからない帯電及び露光条件がわかり、感光体の長寿命化が可能になる。
【０１３２】
その周辺に帯電手段１１２（帯電ローラによる接触式のものを示しているが、コロナチャージャや帯電ブラシを用いることもできる）、現像装置１１３、転写手段１１４（転写ローラを示しているがコロナチャージャを用いるものであってもよい）、クリーニング装置１１５を有している。符号１１６は定着装置を示す。
【０１３３】
また、光走査装置１１７を有し、帯電手段１１２と現像装置１１３との間で光走査による画像書き込みを行うようになっている。
【０１３４】
画像形成を行うには、感光体１１１が矢印方向へ等速回転され、その表面が帯電手段１１２により均一帯電され、次いで、光走査装置１１７による光走査により画像が書き込まれ、書き込まれた画像に対応する静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」で画像部が露光されている。
【０１３５】
この静電潜像は現像装置１１３により反転現像されてトナー画像として可視化される。トナー画像は、転写紙やＯＨＰシート等のシート状記録媒体Ｓ上に転写手段１１４により転写され、定着装置１１６により定着される。
【０１３６】
トナー画像を定着されたシート状記録媒体Ｓ装置外へ排出され、トナー画像転写後の感光体１１１はクリーニング装置１１５によりクリーニングされて残留トナーや紙粉が除去される。
また、光走査装置に複数の光源を設けてマルチビームとしても良い。
また、複数の光走査装置と感光体を用いて複数の色の異なるトナー画像を作り、それを重ね合わせてカラー画像を作っても良い。
【０１３７】
本発明を実施することにより以下の効果を奏する。即ち、試料表面の帯電量分布を濃淡として可視画像とする静電潜像測定方法において、可視画像のコントラストを自動的に調整し、可視画像の明るさを自動的に調整するので、良好な可視画像が得られ、解析が容易になる。また、自動で条件を揃えた画像が得られるので、定量的な比較が可能になる。
【０１３８】
また、コントラスト調整において、荷電粒子検知信号可視化像の輝度分散が最大になるように増幅率を調整するとき、輝度分散を最大になるようにする領域は荷電粒子検知信号可視化像領域の一部の領域であるので、高速の調整が可能となり、時間と共に変わる状態を適切な条件で観測出来る。
【０１３９】
また、明るさ調整において、荷電粒子検知信号可視化像の輝度平均が荷電粒子検知表示可能な量の範囲の略半分になるようにオフセットを調整するとき、輝度平均を荷電粒子検知量表示可能な量の略半分にする領域は荷電粒子検知信号可視化像領域の一部の領域であるので、高速の調整が可能となり、時間と共に変わる状態を適切な条件で観測出来る。
【０１４０】
また、画像形成装置には本形態の静電潜像測定装置で評価された潜像担持体を用いているので、露光量を最適化することが出来、感光体に負担のかからない帯電及び露光条件がわかるので、省エネルギー、高耐久が実現出来る。
【０１４１】
また、画像形成の書き込み処理において所望の条件下で本形態の静電潜像測定装置で評価された潜像担持体を用いれば、静電潜像が拡散し、潜像の深さが浅くなることを抑制出来、露光過剰による感光体の早期劣化も抑制出来る。そして、１ビームスポットの再現性が向上し、かつ、感光体の耐久性を損なわないので、最終出力画像として高密度で、かつ、階調性、鮮鋭性の安定性が実現出来る。
【０１４２】
なお、上述した形態は、本発明の静電潜像測定方法などを実施するための最良のものであるが、かかる実施形式に限定する趣旨ではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内においてその実施形式を種々変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】この発明の静電潜像測定装置の実施の第１の形態を示す図である。
【図２】荷電粒子銃１１から放射させる荷電粒子ビームの電流量コンデンサレンズ１３の屈折力を変化させることにより調整する様子を図示したものである。
【図３】試料ＳＰの表面を電子ビームにより帯電させた状態を模型的に図示したものである。
【図４】（ａ）荷電粒子捕獲器２４と、試料ＳＰとの間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものと、「ポテンシャルの穴」を模式的に示したもの（ｂ）である。
【図５】捕獲される２次電子の強度を明るさの強弱で表現したグラフである。
【図６】Ａ／Ｄ変換する前の信号の強度が良好な可視化像を得るには不適切であることを図示したグラフ（ａ）、（ｂ）である。
【図７】増幅率の調整に係る自動増幅率調整処理のフローチャートである。
【図８】Ａ／Ｄ変換する前の信号をオフセットする様子を表現したグラフ（ａ）、（ｂ）である。
【図９】オフセット調整に係る自動オフセット調整処理のフローチャートである。
【図１０】画像形成装置の実施の１形態を図示したものである。
【図１１】ビームスポット光量分布（ａ）とそれによって生じる潜像の電荷密度分布（ｂ）の一例を図示したものである。
【図１２】特許文献１の静電潜像測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１４４】
１    導電層
２    電荷発生層
３    電荷輸送層
１１    荷電粒子銃
１２、１２Ａ    アパーチャ
１３    コンデンサレンズ
１４    ビームブランカ
１５    荷電粒子ビーム偏向手段
１６    対物レンズ
１７    半導体レーザ
１８    コリメートレンズ
１９    アパーチャ
２１、２２、２３    結像レンズ
２４    荷電粒子捕獲器
２８    試料載置台
２９    第２の光源
ＳＰ    試料
３０    ケーシング
３１    荷電粒子ビーム駆動部
３２    半導体レーザ駆動部
３３    吸引手段
３４    試料台駆動部
３５    ＬＥＤ制御部
４０    コンピュータ
４１    増幅率調整部
４２    オフセット調整部
４３    A/D変換部
１１１    感光体
１１２    帯電手段
１１３    現像装置
１１４    転写手段
１１５    クリーニング装置
１１６    定着装置
１１７    光走査装置
Ｓ    シート状記録媒体
【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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