(57)【要約】【課題】複写機等の画像形成装置に用いる潜像担持体（感光体）などの表面電位分布を有する試料に対して、電位分布測定をミクロンオーダーの高分解能で測定し、高画質の画像形成装置を得る。【解決手段】感光体試料ＳＰに対して裏面に電位を加えて、荷電粒子光学系１０で電子ビームを走査する。荷電粒子捕獲器２４で試料ＳＰからの反転された１次電子を検出する。光電導性を有する試料ＳＰに吸収されて荷電粒子捕獲器２４に至らない領域と予測される形状の一致度を判定する。判定のために領域の輪郭を抽出する。その輪郭と、予測される形状である楕円の輪郭の部分の値が最も大きく、そこから離れるにつれて小さくなる関数との積を取り、これを楕円の円周値の近似値で割った値を一致度とする。【選択図】図１
2008076101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電導性を有する試料に対して、帯電及び露光を行い、該試料に印加する電位を複数変えて荷電粒子ビームを走査し、該試料に吸収されて検出手段に至らない領域の範囲を順次計測し、表面電位分布を得ることにより、光電導性材料の特性を評価する光電導性材料特性評価方法において、
前記領域の予測される形状を仮定し、
該領域と該形状の一致度が高くなるように、該形状を変更しながら一致度を算出することにより探索を行い、
一致度が極大値を取った時点の該形状を該領域の範囲とすることを特徴とする光電導性材料特性評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光電導性材料特性評価方法において、
前記領域と前記形状の一致度が高くなるように該形状の位置、大きさ、縦横比を変更することを特徴とする光電導性材料特性評価方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光電導性材料特性評価方法において、
前記形状の初期値はオペレータが入力可能であることを特徴とする光電導性材料特性評価方法。
【請求項４】
請求項１に記載の光電導性材料特性評価方法において、
前記形状の直交する２方向の端部をそれぞれ独立に調整することを特徴とする光電導性材料特性評価方法。
【請求項５】
請求項１に記載の光電導性材料特性評価方法において、
前記領域と前記形状との一致度を判定する為に、該領域の輪郭を抽出し、該予測される形状の輪郭との一致度により判定することを特徴とする光電導性材料特性評価方法。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか一項に記載の光電導性材料特性評価方法において、前記形状が楕円であることを特徴とする光電導性材料特性評価方法。
【請求項７】
光電導性を有する試料に対して、帯電及び露光を行う、帯電手段及び露光手段を有し、該試料に電位を複数変えて印加できる電位印加手段と、荷電粒子ビームを走査する荷電粒子ビーム走査手段を有する、光電導性材料の特性を評価する光電導性材料特性評価装置において、
前記荷電粒子ビームが前記試料近傍で反射されて検出手段に至る領域と該試料に吸収されて該検出手段に至らない領域の輪郭抽出する画像処理手段と、
該輪郭の予測される形状を仮定し、該領域と該形状の一致度が高くなるように探索を行う探索手段と
を備えたことを特徴とする光電導性材料特性評価装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光電導性材料特性評価方法または、請求項７に記載の光電導性材料特性評価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９】
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（６）を満足することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０    …式（６）
【請求項１０】
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（７）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８に記載の画像形成装置。
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９    …式（７）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式による画像形成装置の感光体（潜像担持体）等の光電導性材料の特性を評価する光電導性材料特性評価方法、及び光電導性材料特性評価装置、並びに該測定方法または評価装置で評価した潜像担持体を用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、以下の作像工程を経る。
【０００３】
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
【０００４】
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ォリティの向上が強く求められている。
【０００５】
また、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ォ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。
【０００６】
このような感光体上に形成される静電潜像を観測する本発明法として、従来から市販品としてある振動容量型の表面電位計を用いることも考えられるが、原理的にセンサプローブを試料から離れた場所に設置せざるを得ないため、詳細に観測することが困難である。そこで、例えば特開２００４−２５１８００号公報に開示されているように、電子ビームを用いた静電潜像の観察方法を本出願人は提案している。
【０００７】
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。
【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】
【０００８】
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。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１０にビームスポット光量分布とそれによって生じる潜像電荷密度分布及び帯電電位の一例を示す。同図(a) に示すビームスポット光量分布においてＡがビームスポット径であり、これに対応して同図(b) に示す潜像電荷密度分布においてＢが潜像径である。また、同図(c) のＤが潜像深さである。
【０００９】
本発明は、光電導性を有する試料に対して表面電荷分布を精度良く測定する光電導性材料特性評価方法及び評価装置を提供するとともに、測定方法および評価装置により評価した高性能な潜像担持体を備えた画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の本発明の光電導性材料特性評価方法は、光電導性を有する試料に対して、帯電及び露光を行い、該試料に印加する電位を複数変えて荷電粒子ビームを走査し、該試料に吸収されて検出手段に至らない領域の範囲を順次計測し、表面電位分布を得ることにより、光電導性材料の特性を評価する光電導性材料特性評価方法において、前記領域の予測される形状を仮定し、該領域と該形状の一致度が高くなるように、該形状を変更しながら一致度を算出することにより探索を行い、一致度が極大値を取った時点の該形状を該領域の範囲とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の本発明の光導電性材料特定評価方法は、請求項１に記載の光電導性材料特性評価方法において、前記領域と前記形状の一致度が高くなるように該形状の位置、大きさ、縦横比を変更することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の本発明の光電導性材料特性評価方法は、請求項１に記載の光電導性材料特性評価方法において、前記形状の初期値はオペレータが入力可能であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の本発明の光電導性材料特性評価方法は、請求項１に記載の光電導性材料特性評価方法において、前記形状の直交する２方向の端部をそれぞれ独立に調整することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の本発明の光電導性材料特性評価方法は、請求項１に記載の光電導性材料特性評価方法において、前記領域と前記形状との一致度を判定する為に、該領域の輪郭を抽出し、該予測される形状の輪郭との一致度により判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の本発明の光電導性材料特性評価方法は、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の光電導性材料特性評価方法において、前記形状が楕円であることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の本発明の光電導性材料特性評価装置は、光電導性を有する試料に対して、帯電及び露光を行う、帯電手段及び露光手段を有し、該試料に電位を複数変えて印加できる電位印加手段と、荷電粒子ビームを走査する荷電粒子ビーム走査手段を有する、光電導性材料の特性を評価する光電導性材料特性評価装置において、前記荷電粒子ビームが前記試料近傍で反射されて検出手段に至る領域と該試料に吸収されて該検出手段に至らない領域の輪郭抽出する画像処理手段と、該輪郭の予測される形状を仮定し、該領域と該形状の一致度が高くなるように探索を行う探索手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の本発明の画像形成装置は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光電導性材料特性評価方法または、請求項７に記載の光電導性材料特性評価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。
【００１８】
請求項９に記載の本発明の画像形成装置は、請求項８に記載の画像形成装置であって、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（６）を満足することを特徴とする。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０    …式（６）
【００１９】
請求項１０に記載の本発明の画像形成装置は、請求項８に記載の画像形成装置であって、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（７）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    …式（７）
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、光電導性を有する試料に対して、帯電及び露光を行い、該試料に印加する電位を複数変えて荷電粒子ビームを走査し、該試料に吸収されて検出手段に至らない領域の範囲を順次計測し、表面電位分布を得ることにより、光電導性材料の特性を評価する光電導性材料特性評価方法において、前記領域の予測される形状を仮定し、該領域と該形状の一致度が高くなるように、該形状を変更しながら一致度を算出することにより探索を行い、一致度が極大値を取った時点の該形状を該領域の範囲とするので、ノイズの影響を受け難く、再現性のある測定が行える。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、領域と該形状の一致度が高くなるように形状の位置、大きさ、縦横比を変更するので、形状を該領域に合わせることが出来、ノイズの影響を受け難く、再現性のある測定が行える。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、形状の初期値はオペレータが入力可能であるので、適切な初期値を選ぶことが出来、ノイズの影響を受け難く、再現性のある測定が行える。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、形状の直交する２方向の端部をそれぞれ独立に調整するので、形状を領域に合わせ易く、ノイズの影響を受け難く、再現性のある測定が行える。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、領域と形状との一致度を判定する為に、該領域の輪郭を抽出し、予測される形状の輪郭との一致度により判定するので、該領域内部のノイズの影響を受け難く、再現性のある測定が行える。
【００２５】
請求項６に記載の発明によれば、請求項２乃至５のいずれか一項の効果に加え、露光ビーム形状が楕円であるので、直交する２方向の特性差をも測定することが出来る。
【００２６】
請求項７に記載の発明によれば、荷電粒子ビームが該試料近傍で反射されて該検出手段に至る領域と該試料に吸収されて該検出手段に至らない領域の輪郭抽出する画像処理手段と、該輪郭の予測される形状を仮定し、該領域と該形状の一致度が高くなるように探索を行う探索手段を有するので、請求項１と同様に、ノイズの影響を受け難く、再現性のある測定が行える。
【００２７】
請求項８に記載の発明によれば、画像形成装置に、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光電導性材料特性評価方法または、請求項７に記載の光電導性材料特性評価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。
【００２８】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８の効果に加えて、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
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
を満足する潜像担持体を使用するので、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。また、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。
【００２９】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項８の効果に加えて、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したので、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、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が、以下の例では主に電子ビームを照射する実施例で説明する。図１は請求項１〜７に対応する第１実施形態の光電導性材料特性評価装置としての潜像測定装置の要部を示す図である。
【００３１】
図１において、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。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。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。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。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。
【００３２】
また、符号２４は荷電粒子捕獲器、符号４１は増幅率制御部、符号４２はオフセット制御部を示している。荷電粒子捕獲器２４は光電子増倍管であり、増幅率制御部２５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。オフセット制御部２６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４３でデジタル信号としてコンピュータ４０へ送られる。
【００３３】
符号２８は試料載置台、符号ＳＰは試料、符号２９は「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。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。
【００３４】
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気部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。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気手段３３で高度に減圧されることにより「測定状態」となる。
【００３５】
また、図示の如く、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、荷電粒子ビーム制御部３１、増幅率調整部４１、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。
【００３６】
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、電子ビーム偏向手段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。
【００３７】
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１７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。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、楕円ビームが、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。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。
【００３８】
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。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。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。
【００３９】
この時、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、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に到達することもあるが、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。
【００４０】
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。さらに、電子ビーム偏向手段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次元的に変位させることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
上記の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。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。
【００４３】
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。
【００４４】
図２は、試料ＳＰに照射される電子（入射電子）の加速電圧Vaccと試料ＳＰの表面電位ポテンシャルとの関係を示す図である。ここで、入射する荷電粒子の試料ＳＰに対する垂直方向の速度ベクトルが、試料ＳＰへの到達前に反転するような状態が存在する領域が存在し、その１次入射荷電粒子を検出する構成となっている。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、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）と表現し、電子ビームの加速電位ポテンシャルをVacc（＜０）、試料の電位ポテンシャルをVp(＜０)とする。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。従って、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が、試料面に接近するに従い、電位が高くなり、試料電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が変化する。従って、一般的に以下のような現象が起こる。
【００４５】
｜Vacc｜＞｜Vp｜の場合は、図２(a) に示したように、入射電子は、Ｂ地点を過ぎるとその速度は徐々に減速されるものの、ほとんどの入射電子は試料ＳＰの表面に到達する。従って、入射電子は速度は減速されるものの試料ＳＰに到達し、１次反転電子は荷電粒子捕獲器２４で検出されない。
【００４６】
｜Vacc｜＜｜Vp｜の場合は、図２(b) に示したように、入射電子は、Ｂ地点を過ぎるとその速度は徐々に還俗され、試料ＳＰの表面に到達する前に０となる。そして、そこを基点として試料ＳＰの表面から離れる方向に進む。すなわち入射電子の速度は試料ＳＰの電位ポテンシャルの影響を受けて、徐々に減速し、試料に到達する前に速度が０となって、反対方向に進む。こうして、この試料ＳＰの表面に到達しなかった入射電子の一部が１次反転電子として荷電粒子捕獲器２４で検出される。
【００４７】
ここで、空気抵抗の無い真空中では、エネルギー保存則がほぼ完全に成立する。従って、入射電子のエネルギー変えたときの、試料ＳＰ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となる条件を計測することで、表面の電位を計測することができる。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。試料ＳＰに到達したとき発生する１次電子と１次反転荷電粒子では、荷電粒子捕獲器２４に到達する量が大きく異なるので、例えば図３に具体例を示したように、明暗のコントラストの境界より、識別することができる。
【００４８】
図３は、試料を二次元的に走査したときの検出信号強度（コントラスト像）とＶｔｈ分布Vth(x)の測定結果の一例を示す図である。図３(a) に試料表面の電荷分布によって生じたＶｔｈ分布Vth(x)を示す。ここで、Ｖｔｈ分布をVth(x)＝Vacc-Vsubとする。Vacc＝−１８００ｋＶとすると、電子の加速電圧Vsub＝−１１５０Ｖの場合には、図３(b) のような測定結果となり、検出信号量に差のある白部と黒部の境界は、Vth(x)＝−６５０Ｖをスレッシュレベル電位とする等高線である。Vsub＝−１１００Ｖの場合は、図３(C) のような測定結果となり、Vth(x)＝−７００Ｖをスレッシュレベル電位とする等高線である。ここでは、コントラスト像における白い領域は荷電粒子捕獲器２４での検出量が多い領域を示し、黒い領域は荷電粒子捕獲器２４での検出量が少ない領域を示している。そして、白い領域と黒い領域との境界は、荷電粒子捕獲器２４の出力信号が大きく変化するところである。Vth(x)＝−７００Ｖの場合にはVth(x)＝−６５０Ｖの場合に比べて入射電子の速度が速いため、入射電子が反発される領域が減少し、その結果、コントラスト像における黒い領域が増えている。
【００４９】
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している。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、凹凸がわかるための検出方法である。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有り、全く異なる現象である。
【００５０】
従って、加速電圧Vaccを変えながら、試料表面を電子で走査させ、入射電子を検出できる構成とすることにより、試料の表面電位Vpを計測することが可能となる。また、試料の電位ポテンシャルVp＞０の場合には、ガリウムなどプラスのイオンや陽子を入射すればよい。
【００５１】
従って、試料ＳＰの電位分布をVp(x)したとき、加速電圧Vaccを、
Min ｜Vp｜≦｜Vacc｜≦ Max｜Vp｜
の範囲で、荷電粒子の加速電圧Vaccを試料に走査させることにより、入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、反転する状態が存在し、その反転した１次反転荷電粒子を検出することにより、試料の表面電位分布の測定することが可能となる。そして、各走査位置(x,y) で、加速電圧Vaccと、試料下部印加電圧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)を測定することで電位分布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る。
【００５２】
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。ここで、正確な電位分布V(x,y)を得る為には、図３における明暗のコントラストの境界を正確に求めることが重要である。この暗部が該試料に吸収されて検出手段に至らない領域に当たる（請求項１）。しかし、測定用の電子線によって試料表面の電位の低い部分が埋ってしまわないように、測定用の電子線の電流量は観測出来る限界まで少なく設定しなければならず、Ｓ／Ｎ比を高く出来ず、境界はあいまいである。さらに目視での測定では主観によってしまい、正確な測定が出来ない。そこで、以下の方法及び装置で測定を行うことが望ましい。
【００５３】
ここでは、試料ＳＰに吸収されて検出手段（荷電粒子捕獲器２４）に至らない領域と予測される形状の一致度判定する為に、該領域の輪郭を抽出し、その輪郭と、予測される形状である楕円の輪郭の部分の値が最も大きく、そこから離れるにつれて小さくなる関数との積を取り、これを楕円の円周値の近似値で割った値を一致度として採用している（請求項５）。
【００５４】
図４に処理のフローチャートを示す。まず、図４(a) のステップＳ１で元画像からの輪郭抽出処理を行う。元画像はノイズが多く、単純に２値化しても潜像を抽出することが出来ない。そこで、図４(b) に示すように、以下の手順を踏んで輪郭を抽出する。
【００５５】
Ｓ1-1.「平滑化」
空間的ランダムノイズの除去のためにメディアンフィルタリングとローパスフィルタリングを行っている。ローパスフィルタリングは平滑化の効果が大きいが線情報がボケる。メディアンフィルタリングは平滑化の効果ほどほどで線情報を残すことが出来る。
Ｓ1-2.「２値化」
２５６階調中、階調値５０未満を”０”、それ以上を”１”に変換する。
Ｓ1-3.「微細構造の削除」
”１”の部分を膨張させ、その後、同量収縮させることにより、微細構造を削除している。
Ｓ1-4.「穴埋め」
”０”の部分で囲まれた”１”の部分を削除している。
Ｓ1-5.「輪郭抽出」
ラプラシアンフィルタをかけることにより輪郭抽出を行う。
【００５６】
次に、輪郭に最もフィットする楕円パラメータの探索を行う（図４(a) ）。ここで、該領域の予測される形状は図５に示す楕円としている（請求項６）。楕円は図５の２点の座標の４パラメータで表せる。この４パラメータをそれぞれ変更することにより楕円の直交する長径方向と短径方向の端部α，β，γ，δの各位置を独立に調整することが可能になる（請求項４）。また、これは間接的に楕円の位置、大きさ、縦横比を変更することでもある。
【００５７】
ステップＳ１で得られた輪郭抽出結果Ｏ(x,y) （図６）と、楕円の輪郭の部分の値が最も大きく、そこから離れるにつれて小さくなる関数Ｒ(p0,p1,p2,p3) の分布（次式（１）及び図７）との積を評価画像範囲で取り（図８）、これを全て足し合わせた値を楕円の円周値の近似値で割った値を評価値Ｅ（次式（２））とし、この値が最も大きくなるように楕円のパラメータを振って、潜像の輪郭に最もフィットする楕円を探索する。ここで、４パラメータの全てを組み合わせを考えると２4 ＝１６通り有るが、Ｌ８の直交表を用いることにより試行回数を半分に減らせる。実際の手順は以下の通りである。
【００５８】
【数１】
2008076101.tif 000003
【００５９】
【数２】
2008076101.tif 000004
【００６０】
Ｓ2-1.「探索初期値の手動設定」(請求項３)
取り込み画像にはノイズや不要な写り込みも存在し、全く自動で楕円を探し出すことは困難である、そこで手動で楕円の２点の座標の４パラメータpi(i=0〜3)を与える。
Ｓ2-2.「変化量初期値の代入」
変化量Δpi(i=0〜3)に初期値を代入する。ここでは４pixelとしている。
Ｓ2-3.「直交表に従った評価値の計算」
次表１の様にＬ８直交表に割付を行う。ここで、直交表の要素が１の場合は変化量Δpi分増加させ、0の場合は減少させる。例えば、試行No.2なら、
p0-Δp0→p0、p1-Δp1→p1、p2+Δp2→p2、p3+Δp3→p3
として計算を行う。
【００６１】
【表１】
2008076101.tif 000005
【００６２】
Ｓ2-4.「予測評価値の算出」
Ｓ2-3.の結果より、各パラメータpiをΔpi増減させた時の予測評価値を算出する。例えば評価値が次表２のように求ったとすれば、p1をΔp1増加させた時の予測評価値は
(6.60+12.17+12.70+14.74)/4=11.55
となる。
【００６３】
【表２】
2008076101.tif 000006
【００６４】
Ｓ2-5.「判別」
次表３のように、各パラメータpi毎に予測評価値が最も大きくなる場合かによって処理を変える。
【００６５】
【表３】
2008076101.tif 000007
【００６６】
Ｓ2-6.「終了判断」
pi(i=0〜3)全てが０．９より小さければ終了。それ以外はＳ2-3.へ戻る。０．９という数字は１画素以下ということで設定した。
【００６７】
次に、請求項８〜１０に対応する実施形態について説明する。図９は実施形態の画像形成装置１００の要部構成を示す図である。この実施形態の画像形成装置１００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（潜像担持体）１１１を有している。この感光体１１１に本発明の光電導性材料特性評価方法により評価された試料と同じ組成を持つ感光体を使っている。感光体１１１を本発明の光電導性材料特性評価方法または評価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、高耐久が実現出来る。
【００６８】
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。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。
【００６９】
感光体において、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影響し、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、本発明の光電導性材料特性評方法または評価装置において、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。
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。
【００７０】
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。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。
【００７１】
そこで、本発明の光電導性材料特性評方法または評価装置で潜像径を実際に測定し、感光体を本発明の光電導性材料特性評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。
【００７２】
以上のような感光体１１１の周囲には、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、定着装置１１６が配備されている。また、光走査装置１１７が設けられ、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。
【００７３】
なお、この実施形態の画像形成装置において画像形成を行うときは、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により均一に帯電され、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」であって画像部が露光されている。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。トナー画像を定着されたシート状記録媒体Ｓは装置外へ排出され、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。
【００７４】
なお、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。
【００７５】
このように、本発明による非常に望ましい感光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。
【００７６】
本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、上記各実施形態の中で示唆した以外にも、上記各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記各実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施形態の光電導性材料特性評価装置としての潜像測定装置の要部を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における試料に照射される入射電子の加速電圧と試料の表面電位ポテンシャルとの関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における試料を二次元的に走査したときの検出信号強度とＶｔｈ分布の測定結果の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における領域の予測される形状である楕円を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態における輪郭抽出結果を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における関数の分布を示す図である。
【図８】本発明の実施形態における評価画像範囲の例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示す画像形成装置の模式図である。
【図１０】本発明に代わるビームスポット光量分布とそれによって生じる潜像電荷密度分布及び帯電電位の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
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              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  レンズ
２４              荷電粒子捕獲器
４０              コンピュータ
１００            画像形成装置
１１１            潜像担持体
ＳＰ              試料
【図１】
2008076101.tif 000008
【図２】
2008076101.tif 000009
【図３】
2008076101.tif 000010
【図４】
2008076101.tif 000011
【図５】
2008076101.tif 000012
【図６】
2008076101.tif 000013
【図７】
2008076101.tif 000014
【図８】
2008076101.tif 000015
【図９】
2008076101.tif 000016
【図１０】
2008076101.tif 000017