(57)【要約】【課題】光導電性試料に帯電と光像の露光により形成された静電潜像パターンの電荷分布状態をμｍオーダーで観測する。【解決手段】帯電と光像の露光により静電潜像パターンを形成された光導電性試料ＳＰの、静電潜像パターンを形成された面を、荷電粒子ビームにより２次元的に走査し、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を荷電粒子検出器２４で捕獲して、その強度を上記面上の位置に対応させて検出し、静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する。【選択図】    図１
2004233261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電と光像の露光により静電潜像パターンを形成された光導電性試料の、上記静電潜像パターンを形成された面を、荷電粒子ビームにより２次元的に走査し、上記静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を上記面上の位置に対応させて検出し、上記静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測することを特徴とする静電潜像観測方法。
【請求項２】
請求項１記載の静電潜像観測方法において、
光導電性試料の、静電潜像パターンを形成された面を２次元的に走査する荷電粒子ビームとして電子ビームを用い、上記静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子として上記光導電性試料で発生する２次電子を捕獲することを特徴とする静電潜像観測方法。
【請求項３】
請求項２記載の静電潜像観測方法において、
光導電性試料を電子ビームによる２次元的な走査により均一帯電させたのち、光像の露光により静電潜像パターンを形成することを特徴とする静電潜像観測方法。
【請求項４】
請求項１〜３の任意の１に記載の静電潜像観測方法において、
解像力検査用のマスクパターンの像を投射して静電潜像パターンを形成することを特徴とする静電潜像観測方法。
【請求項５】
請求項４記載の静電潜像観測方法において、
形成される静電潜像がネガ潜像であることを特徴とする静電潜像観測方法。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の静電潜像観測方法において、
光像の露光が単色光により行われることを特徴とする静電潜像観測方法。
【請求項７】
請求項６記載の静電潜像観測方法において、
光像の露光を行うための光源として半導体レーザを用いることを特徴とする静電潜像観測方法。
【請求項８】
請求項１記載の静電潜像観測方法を実施するための装置であって、
静電潜像パターンを形成された光導電性試料の、上記静電潜像パターンを形成された面を荷電粒子ビームで２次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段と、
上記静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を上記面上の位置に対応させて検出し、上記静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する観測手段とを有することを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項９】
請求項８記載の静電潜像観測装置において、
光導電性試料を均一帯電させる帯電手段と、
均一帯電された光導電性試料に対して光像を照射して露光を行う露光手段を有することを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１０】
請求項９記載の静電潜像観測装置において、
露光手段が、マスクパターンを投影露光させるものであることを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の静電潜像観測装置において、
マスクパターンが、解像力検査用のマスクパターンであることを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の静電潜像観測装置において、
マスクパターンのパターンがネガパターンであることを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２の任意の１に記載の静電潜像観測装置において、
露光手段が、光導電性試料の２次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外に、露光用の光路を設定されたことを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の静電潜像観測装置において、
露光手段が、請求項１０または１１または１２記載のマスクパターンを投影露光させるものであり、
露光用の光路が、光導電性試料の露光すべき面の法線に対して傾いており、
上記マスクパターンが、上記露光すべき面上に結像するように、露光用の光路の光軸に対して傾いていることを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１５】
請求項９〜１４の任意の１に記載の静電潜像観測装置において、露光手段が露光用の光源として半導体レーザを有することを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１６】
請求項９〜１５の任意の１に記載の静電潜像観測装置において、
露光手段の露光時間を制御可能としたことを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１７】
請求項８〜１６の任意の１に記載の静電潜像観測装置において、
荷電粒子ビーム走査手段が、電子ビームを２次元的に走査させ、
観測手段が、光導電性試料で発生し、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた２次電子を捕獲することを特徴とする静電潜像観測装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の静電潜像観測装置において、
荷電粒子ビーム走査手段が、２次元的に走査させる電子ビームにより光導電性試料を均一に帯電させ、光導電性試料の帯電手段を兼ねることを特徴とする静電潜像観測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電潜像観測方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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化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】
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化のさらなる向上が期待できる。
【０００６】
しかしながら、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観測することが極めて困難である。
【０００７】
電位分布の観測方法として、従来から「カンチレバーなどのセンサヘッドを、電位分布の形成された試料に近づけ、そのときの相互作用として生じる静電引力や誘導電流を計測して電位分布に換算する方式」が知られ、静電引力タイプの観測装置はＳＰＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）として市販され、誘導電流タイプは特許文献１、２等に開示されている。
【０００８】
これらの方式では、センサヘッドを試料に近接させる必要があり、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。
【０００９】
このような条件での観測は、
・絶対距離計測が必要となる。
【００１０】
・測定に時間がかかり、その間に潜像状態が変化する。
【００１１】
・センサヘッドと試料との間の放電、吸着が起こる。
【００１２】
・センサ自身が電場を乱す。
といった問題を有し、実使用上静電潜像の適正な観測は極めて困難である。
【００１３】
静電潜像を現像してトナー像を形成し、得られるトナー像を紙やテープに転写させ、このトナー像により静電潜像の状態（品質）を観測する方法が考えられるが、この観測方法では、現像・転写のプロセスを経由して静電潜像の状態を間接的に観測することになり、静電潜像自体を観測することにならない。
【００１４】
静電潜像の観測方法として、帯電特性、感光特性、暗減衰特性を表面電位計などで測定する方法が特許文献３に開示されている。しかし、特許文献３記載の観測方法では、得られる空間的分解能は、センチメートルあるいはミリメートルのオーダーに過ぎず、６００ｄｐｉ（１ドット：４２μｍ）、１２００ｄｐｉ（１ドット：２１μｍ）といった画像品質本来の要求されるミクロンオーダーの空間分解能に比べて何桁も悪く、静電潜像そのものの評価としては必ずしも十分と言えない。
【００１５】
静電潜像に電子ビームを照射して静電潜像の観測を行うことは、特許文献４、５に記載されている。しかしながら、特許文献５記載の観測技術では、観測対象となる静電潜像を保持するものがＬＳＩチップのごとき導体試料であり、また、特許文献４に記載された観測技術は、電荷を安定に保持することが可能な誘電体試料に対してしか適用できず、光導電性試料のように、暗減衰により電荷分布が時間と共に減衰する試料に対しては適用できない。
【００１６】
【特許文献１】
特許第３００９１７９号公報
【特許文献１】
特開平１１―１８４１８８号公報
【特許文献３】
特開２００２−８２５７２号公報
【特許文献４】
特開平３−４９１４３号公報
【特許文献５】
特開平３−２９８６７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、光導電性試料に帯電と光像の露光とにより形成された静電潜像を、高い空間解像度をもって直接的に観測できる静電潜像観測方法およびこの方法を実現するための装置の実現を課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明の静電潜像観測方法は「帯電と光像の露光により静電潜像パターンを形成された光導電性試料の、静電潜像パターンを形成された面を、荷電粒子ビームにより２次元的に走査し、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を上記面上の位置に対応させて検出し、静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する」ことを特徴とする（請求項１）。
【００１９】
「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指す。
「静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子」は、走査される荷電粒子ビームを構成する荷電粒子自体である場合（例えば、光導電性試料を帯電する帯電電荷と、荷電粒子ビームの荷電粒子が同極性であり、走査された荷電粒子が光導電性試料の帯電電荷により反発されて捕獲される場合）もあるし、荷電粒子ビームの衝撃により光導電試料で発生する荷電粒子であることもある。
【００２０】
上記請求項１記載の静電潜像観測方法において、光導電性試料の「静電潜像パターンを形成された面を２次元的に走査する荷電粒子ビーム」として、電子ビームを用い、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子として「光導電性試料で発生する２次電子」を捕獲するようにできる（請求項２）。
【００２１】
ここに謂う「２次電子」は、走査される電子ビームに「起因し」て光導電性試料において発生する電子を言い、必ずしも字義通りの「電子ビームによる衝撃で、２次的に発生する電子」を意味しない。即ち、上記２次電子は、実際には３次電子等の高次のものである場合も含む。
【００２２】
この請求項２記載の静電潜像観測方法において「光導電性試料を電子ビームによる２次元的な走査により均一帯電させたのち、光像の露光により静電潜像パターンを形成する」ことができる（請求項３）。即ち、電子ビームは光導電性試料を均一帯電するのに用いることもできる。このようにすると、光導電性試料を帯電するための専用の帯電手段を必要としない。
【００２３】
請求項１〜３の任意の１に記載の静電潜像観測方法において「解像力検査用のマスクパターンの像を投射して静電潜像パターンを形成する」ことができ（請求項４）、この場合において、「形成される静電潜像をネガ潜像とする」ことができる（請求項５）。「ネガ潜像」は、画像として可視化される部分（トナーが付着する部分）の電位を他の部分に対して光減衰させた潜像であり、反転現像を行うことによりポジの可視像として可視化される。
【００２４】
近来、電子写真原理に基づく画像形成の多くは、光走査による画像書込みで潜像形成を行っており、光走査により形成される静電潜像は一般にネガ潜像であるので、観測すべき静電潜像としてもネガ潜像を形成するのが良い。
【００２５】
上記請求項１〜５の任意の１に記載の静電潜像観測方法において、光像の露光を単色光により行うことが好ましく（請求項６）、この場合「光像の露光を行うための光源」として半導体レーザが好適である（請求項７）。
単色光を用いて光像を照射するようにすると、光像照射用の光学系の色収差を問題とする必要がなく、光学系の設計が容易であり、色収差がないため、解像性の高い良好な光像を照射できる。
【００２６】
この発明の「静電潜像観測装置」は、請求項１記載の静電潜像観測方法を実施するための装置であって、荷電粒子ビーム走査手段と、観測手段とを有する（請求項８）。
【００２７】
「荷電粒子ビーム走査手段」は、静電潜像パターンを形成された光導電性試料の、静電潜像パターンを形成された面を荷電粒子ビームで２次元的に走査する手段である。
「観測手段」は、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を面上の位置に対応させて検出し、静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する手段である。
【００２８】
請求項８記載の静電潜像観測装置は、「光導電性試料を均一帯電させる帯電手段」と、「均一帯電された光導電性試料に対して光像を照射して露光を行う露光手段」を有することが好ましい（請求項９）。この場合、露光手段を「マスクパターンを投影露光させるもの」とすることができ（請求項１０）、マスクパターンは「解像力検査用のマスクパターン」であることができ（請求項１１）、さらに、マスクパターンのパターンを「ネガパターン」として、光導電性試料にネガ潜像による静電潜像パターンを形成するようにできる（請求項１２）。
【００２９】
請求項９〜１２の任意の１に記載の静電潜像観測装置における露光手段は「光導電性試料の２次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外に、露光用の光路を設定された」構成とすることができる（請求項１３）。このようにすることにより、露光手段に遮られること無く、荷電粒子ビームで光導電性試料を２次元的に走査することができる。
【００３０】
請求項１３記載の静電潜像観測装置において、露光手段を請求項１０または１１または１２記載の「マスクパターンを投影露光させるもの」とし、露光用の光路を「光導電性試料の露光すべき面の法線」に対して傾け、マスクパターンの像が露光すべき面上に結像するように、露光用の光路の光軸に対してマスクパターンを傾けることができる（請求項１４）。
【００３１】
請求項９〜１４の任意の１に記載の静電潜像観測装置において、露光手段が露光用の光源として半導体レーザを有することができる（請求項１５）。
【００３２】
また、請求項９〜１５の任意の１に記載の静電潜像観測装置は、露光手段の露光時間を制御可能とすることができる（請求項１６）。露光時間を制御することにより、光導電性試料に所望の光エネルギを与えることができ、光減衰の程度の異なる種々の静電潜像パターンの形成が可能となり、種々の静電潜像パターンを観測できる。露光時間を制御するのに代えて、あるいは露光時間の制御とともに、光源における発光強度を制御可能とすることができることは言うまでも無い。
【００３３】
請求項８〜１６の任意の１に記載の静電潜像観測装置は、荷電粒子ビーム走査手段が電子ビームを２次元的に走査させ、観測手段が「光導電性試料で発生し、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた２次電子」を捕獲する構成とすることができる（請求項１７）。この場合、荷電粒子ビーム走査手段が「２次元的に走査させる電子ビームにより光導電性試料を均一に帯電させ、光導電性試料の帯電手段を兼ねる」ことができる（請求項１８）。
【００３４】
光導電性試料は、例えば試作段階における光導電性感光体の一部であることができる。このような光導電性試料に「どのような静電潜像パターン」が形成されるかを、静電潜像観測を行うことにより知ることができ、その結果に基づき、試作段階における光導電性の感光体が所望の品質・性能を有するか否かを評価でき、その評価を設計にフィードバックすることにより、感光体の品質や性能を高めることが可能である。また、製造された光導電性の感光体が、実際に設計通りの性能・品質を有するかも評価可能である。
【００３５】
さらには、作製された光導電性の感光体に「最適の静電潜像を形成する条件」がどのようなものであるかを知ることも可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１は静電潜像観測装置の実施の１形態を示す図である。
【００３７】
符号１１は荷電粒子銃、符号１２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走査レンズ、符号１６は荷電粒子ビームに対する対物レンズを示す。
【００３８】
これら、荷電粒子銃１１、アパーチャ１２、コンデンサレンズ１３、ビームブランカ１４、走査レンズ１５および対物レンズ１６は、荷電粒子ビーム照射部１１Ａを構成し、荷電粒子ビーム照射部１１Ａの各構成部は荷電粒子ビーム制御部３１により制御されるようになっている。
【００３９】
荷電粒子ビーム照射部１１Ａと荷電粒子ビーム制御部３１とは「荷電粒子ビーム走査手段」を構成している。
【００４０】
符号１７は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２０はマスク、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、図示されない「半導体レーザ駆動部」および「光像照射制御部」とともに「露光手段」を構成している。
【００４１】
図示されない光像照射制御部は、半導体レーザ１７の発光の点滅や発光強度の調整・設定を司るほか、結像レンズ２１、２２、２３とマスク２０との位置関係の調整によるフォーカシングや倍率変換を行い得るようになっている。
【００４２】
符号２４は荷電粒子検出器、符号２５は信号処理部、符号２６はモニタ、符号２７はプリンタ等のアウトプット装置を示している。荷電粒子検出器２４、信号処理部２５、モニタ２６、アウトプット装置２７は「観測手段」を構成する。
【００４３】
符号２８は試料載置台、符号ＳＰは光導電性試料、符号２９は除電用の発光素子を示す。試料載置台２８は接地された金属板である。
【００４４】
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３２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。
【００４５】
また、装置の全体は図示されない「コンピュータ等の制御手段」により制御されるようになっている。上述の、荷電粒子ビーム制御部３１や信号処理部２５等は、上記コンピュータ等の制御手段に「その機能の一部」として設定することもできる。
【００４６】
図１に示す状態において、表面を均一に帯電された光導電性試料ＳＰは試料載置台２８上に載置され、ケーシング３０内部は高度に減圧されている。
この状態で、半導体レーザ１７を点灯し、マスク２０の光像を光導電性試料ＳＰの均一帯電された面上に結像させる。
【００４７】
この露光により光導電性試料ＳＰに、照射された光像に応じた静電潜像パターンが形成される。このように静電潜像パターンが形成された面を、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ビームブランカ１４を通過する。
【００４８】
コンデンサレンズ１３により集束された荷電粒子ビームは、対物レンズ１６により光導電性試料ＳＰの表面上に集束される。このとき、走査レンズ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、光導電性試料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。
【００４９】
このようにして、光導電性試料ＳＰの静電潜像パターンを形成された面が、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、走査レンズの倍率設定により、走査される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、様々な倍率で観察することがである。
【００５０】
このとき、荷電粒子検出器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」が荷電粒子検出器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、電器信号に変換される。
【００５１】
光導電性試料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。
【００５２】
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。
【００５３】
荷電粒子検出器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。
【００５４】
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。
【００５５】
従って、荷電粒子検出器２４から得られる検出信号を適当な間隔でサンプリングすることにより、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」ごとに特定できる。
【００５６】
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。
【００５７】
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、荷電粒子銃１１は「電子銃」であり、光導電性試料ＳＰの「静電潜像パターンの形成された面」は、電子ビームにより２次元的に走査される。
【００５８】
光導電性試料ＳＰに静電潜像パターンを形成するには、光像による露光に先立ち、その表面を均一に帯電する必用がある。光導電性試料ＳＰの均一帯電については、帯電を観測装置外で行い、均一帯電された光導電性試料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、光導電性試料ＳＰをセットからケーシング３０内を減圧すると、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減衰し、場合によっては静電潜像パターンを観測できなくなる場合もある。
【００５９】
この観点からすると、光導電性試料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。
【００６０】
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。
【００６１】
電子ビームを光導電性試料ＳＰに照射すると、照射される電子による衝撃で、光導電性試料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。電子ビームとして光導電性試料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、両者の差が光導電性試料ＳＰに蓄積して光導電性資料ＳＰを帯電させる。
【００６２】
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、光導電性試料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、荷電粒子ビーム制御部３１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・オフは荷電粒子ビーム制御部３１によりビームブランカ１４を制御して行う。
【００６３】
図２は、光導電性試料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。光導電性試料ＳＰとして図２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。
【００６４】
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。この状態が光導電性試料ＳＰを帯電させた状態である。
【００６５】
このように帯電した状態の光導電性試料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。
【００６６】
このようにして、光導電性試料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の強度分布に従う電荷分布が形成される。この電荷分布のパターンが静電潜像パターンに他ならない。
【００６７】
上記の如く均一に帯電された光導電性試料ＳＰに対して光像の露光を施して静電潜像パターンを形成する。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、マスク２０の像を結像レンズ２１、２２、２３の作用により光導電性試料ＳＰの表面に結像させる。
【００６８】
半導体レーザ１７としては勿論、光導電性試料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、露光エネルギは、光導電性試料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、光導電性試料ＳＰに所望の露光エネルギによる露光を行うことができる。
【００６９】
図３は、「露光手段」における「光像照射部」を簡略化して示している。
符号１７は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２０はマスクを示す。符号２１０は、図１における３枚のレンズ２１、２２、２３で構成される「結像レンズ」を簡略化して、１枚のレンズとして描いたものである。
【００７０】
半導体レーザ１７から放射された光束はコリメートレンズ１８により平行光束化され、アパーチャ１９により光束径を規制されてマスク２０を照射する。マスク２０を通過した光束は、結像レンズ２１０の作用により、マスク２０の有するマスクパターンの像を像面上に結像する。「像面」は、試料載置台２８上に載置された光導電性試料ＳＰの「均一に帯電された面」である。
このようにして、光導電性試料ＳＰの露光が行われ、マスクパターンに対応する静電潜像パターンが形成される。
【００７１】
図３に示す如く、結像レンズ２１０におけるマスク２０の物体距離をＬ１、像距離をＬ２とすると、結像レンズ２１０の「光軸に対して垂直な方向」の結像倍率：β＝Ｌ２／Ｌ１であり、この倍率に応じたマスクパターン像が結像される。
【００７２】
結像レンズ２１０は、マスク２０と光導電性試料の表面とが共役となるように配置される。結像倍率：βとマスクパターンのサイズは予め分かっているので、光導電性試料の面上に結像されるマスクパターン像のサイズを算出でき、光導電性試料に所望の静電潜像パターンを形成できる
露光手段における露光用の光路を「光導電性試料の２次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外」に設定するため、結像レンズ２１０の光軸は、光導電性試料の均一帯電された面に立てた法線に対して傾いている。
【００７３】
従って、結像レンズ２０による「マスクパターンの像」が、光導電性試料の面に合致するように、マスク２０も、図３に示すように結像レンズ２１０の光軸に対して傾けて配置されている。マスク２０および光導電性試料表面の「結像レンズ２１０の光軸に対する傾き角：α、θ」は、説明中の実施の形態においてはα＝θ＝４５度であり、これは結像倍率が等倍（Ｌ１＝Ｌ２）であることによる。
【００７４】
このため、光導電性試料の表面に結像するマスクパターンの像は、図３の図面に直交する方向に対して、図面に平行な面内では√２倍になるが、その分を考慮してマスクパターンを設計できる。
【００７５】
結像倍率が等倍以外の一般的な場合では、上記物体距離：Ｌ１、像距離：Ｌ２とすると、これらの距離：Ｌ１、Ｌ２と、上記傾き角：α、θの間に関係：
Ｌ１・ｔａｎα＝Ｌ２・ｔａｎθ
が成り立つ。
【００７６】
マスク２０におけるマスクパターンは「解像力検査用のマスクパターン」である。説明中の実施の形態においては、光導電性資料にネガ潜像を形成できるように、マスクパターンもネガパターンであり、静電潜像の形成に際して光照射される部分に対応する部分が光透過性で、他の部分が遮光性である。
【００７７】
図４にマスクパターンの１例を示す。このマスクパターンは、遮光性部分に解像力検査用のパターンを透過部として形成したものである。解像力検査用のパターンは、図示の如く「３つの長方形形状が所定ピッチで並列した基本パターン」を、長方形の長手方向が互いに直交する対を１組として、上記長方形の大きさ・ピッチを段階的に異ならせた複数組の基本パターン対Ｐ１〜Ｐ５を図の如く配置したものである。
【００７８】
図１に戻って、光導電性試料ＳＰに上記の如くして静電潜像パターンを形成した状態において、光導電性試料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、荷電粒子検出器２４により検出する。検出の対象が２次電子で負電荷であるので、荷電粒子検出器２４は２次電子捕獲用に正電圧（捕獲電圧）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。捕獲された電子はシンチレータによりシンチレーション輝度に変換し、これをさらに電気信号に変換する。
【００７９】
光導電性試料ＳＰの表面と荷電粒子検出器２４の間の空間部分には、光導電性試料ＳＰ表面の電荷（静電潜像を形成する負電荷）と荷電粒子検出器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。
【００８０】
図５は、荷電粒子検出器２４と、光導電性試料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。光導電性試料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、荷電粒子検出器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、電位は、光導電性試料ＳＰの表面から荷電粒子検出器２４へ向って電位が高くなる。
【００８１】
従って、光導電性試料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、荷電粒子検出器２４の正電位に引かれて、矢印Ｇ１や矢印Ｇ２で示すように変位し、荷電粒子検出器２４に捕獲される。
【００８２】
一方、図５において、Ｑ３点は「ネガ潜像の照射により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、光導電性試料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、荷電粒子検出器２４に向って移動しない。
【００８３】
即ち、荷電粒子検出器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「静電潜像パターンの地の部分（均一に負帯電している部分  図５の点Ｑ１や点Ｑ２に代表される部分）」に対応し、強度の小さい部分が「静電潜像パターンの画像部（光照射された部分  図５の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。
【００８４】
従って、荷電粒子検出器２４で得られる電気信号を信号処理部２５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により上記表面電荷分布（電位コントラスト像）：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を、２次元的な画像データとして構成し、これをモニタ２６に表示し、あるいはアウトプット装置２７で出力すれば、静電潜像パターンを可視的な画像として得ることができる。
【００８５】
なお、実際に光導電性試料に投影されるマスクパターンは微小であるが、モニタ２５に表示する画像やアウトプット装置２７から出力される画像は、観察に適した大きさに適宜に拡大することができる。
【００８６】
図６に、上記の如くして得られる電位コントラスト像を示す。図６に示す２種の電位コントラスト像は、何れも、図４に示したマスクパターンにより形成された静電潜像パターンに対応するものである。
【００８７】
図６（ｂ）に示す電位コントラスト像は、「解像力の比較的に低い光導電性試料」に形成された静電潜像パターンに対応するものであり、静電潜像パターンが広がりをみせ、基本パターン対Ｐ１、Ｐ２では、本来分離している長方形形状に対応する部分が互いに繋がり、分離されていない。従って、解像力は基本パターン対Ｐ３（図４参照）のレベルである。
【００８８】
これに対し、図６（ａ）に示す電位コントラスト像は、「解像力の高い光導電性試料」に形成された静電潜像パターンに対応し、パターンピッチの最も小さい基本パターン対Ｐ１（図４参照）まで、それぞれの基本パターン対の長方形に対応する像が分離している。
【００８９】
このように、ピッチの異なる複数の基本パターン対を使用し、静電潜像パターンにおいて、これらのパターンが「どこまで解像しているか」を観測することにより、光導電性試料における解像力を識別・評価することができ、マスクパターンのサイズやパターンピッチ、形状等を適切に選択することにより、光導電性試料に形成される静電潜像の特性を評価することが可能となる。
【００９０】
なお、ケーシング３０内にセットされた光導電性試料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観測のノイズとなるので、観測における帯電工程に先立ち、除電用の発光素子２９（半導体レーザあるいは発光ダイオード）からの光により光照射を行って、光導電性資料ＳＰの光除電を行うのが良い。
【００９１】
また、発光素子２９による光除電はまた、同一の光導電性試料ＳＰに対し、静電潜像パターンの形成条件を変えて複数回の観測を行うような場合、各観測に先立って行われる。光除電用の発光素子２９は、場合によっては省略してもよい。
【００９２】
図７に、光像照射部の別の構成例を示す。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては、図１、図３におけると同一の符号を付した。
この例で「光像照射部」は、図１、図３に即して説明した例と同様、光源である半導体レーザ１７（半導体レーザ駆動部１７Ａにより駆動される）、コリメートレンズ１８、アパーチャ１９、マスク２０、結像レンズ２１０を有し、試料載置台２８の側方に設けられ、ミラーＭ１、Ｍ２により結像光束の光路を折り曲げて、マスク２０のマスクパターンの像を光導電性試料ＳＰの表面に結像させる。
【００９３】
なお、図７において、符号３０Ｂは真空チャンバの機能を果たすケーシングを模式的に示している。
【００９４】
図８には、静電潜像観測装置の別の実施形態を示す。図８においても繁雑を避けるべく、混同の虞が無いと思われるものについては、図１におけると同一の符号を付した。
【００９５】
荷電粒子ビーム照射部１１Ａを構成する、荷電粒子銃１１、アパーチャ１２、コンデンサレンズ１３、ビームブランカ１４、走査レンズ１５および対物レンズ１６は図１と同様の構成であり、荷電粒子銃１１は電子銃である。荷電粒子検出器２４および図示されない信号処理部等も、図１に即して上に説明したものと同様である。符号３０Ａはケーシングを示す。
【００９６】
光導電性試料ＳＰ１は、光導電性の感光体の一般的形態であるドラム状に形成され、図示されない駆動手段により矢印方向（反時計方向）へ等速回転される。光導電性試料ＳＰがケーシング３０Ａ内にセットされたのち、ケーシング３１Ａ内部は図示されない吸引手段により高度に減圧される。
【００９７】
符号４１で示す帯電部は、例えば、帯電ブラシや帯電ローラ等による接触式の帯電手段であり、減圧下のケーシング内で光導電性試料ＳＰを均一に接触帯電させる。このとき、光導電性試料ＳＰ１は矢印方向へ等速回転される。勿論、図１に即して説明した例の用に、電子ビームを利用した帯電により光導電性試料ＳＰ１の帯電を行うこともできる。
【００９８】
符号４０で示す「露光部」は、均一帯電された光導電性試料ＳＰ１に対して光像を照射して露光を行う。露光部４０としては例えば、光プリンタ等に関連して広く知られた「光走査装置」を用い、光書き込みにより「光像の照射」を行うことができる。このように「光像の照射」を光書き込みで行うと、書き込みで形成する静電潜像パターンの形態を任意に変化させることができ、所望の静電潜像パターンを容易に形成できる。
【００９９】
なお、露光部４０として光走査装置を用いる場合、光走査装置が大きくなってケーシング３１Ａ内への設置が困難であるような場合には、光走査装置をケーシング３１Ａの外部に設け、ケーシング３１Ａに透明な窓部を設けて、この窓部を介して外部から光導電性試料ＳＰ１への光像の照射を行うようにしてもよい。
【０１００】
荷電粒子ビーム照射部１１Ａによる電子ビームの走査は、図１の実施の形態と同様に、電子ビームを２次元的に偏向させて行っても良いが、光導電性試料ＳＰ１は矢印方向へ等速回転しつつ走査を受けるので、電子ビームを図面に直交する方向へ１次元的に偏向させ、この偏向と光導電性試料ＳＰ１の回転とを組合せて２次元的な走査を実現することもできる。
【０１０１】
上に図１、図７、図８に即して実施の形態を説明した静電潜像観測装置は、静電潜像パターンを形成された光導電性試料ＳＰ、ＳＰ１の、静電潜像パターンを形成された面を荷電粒子ビームで２次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段１１Ａ等と、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を上記面上の位置に対応させて検出し、静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する観測手段２４等とを有する静電潜像観測装置（請求項８）であり、光導電性試料ＳＰ１を均一帯電させる帯電手段と、均一帯電された光導電性試料に対して光像を照射して露光を行う露光手段を有する（請求項９）。
【０１０２】
また、図１、図７に実施の形態を示した静電潜像観測装置は、露光手段が「マスクパターンを投影露光させるもの」であり（請求項１０）、マスクパターンが、解像力検査用のマスクパターンであって（請求項１１）、マスクパターンのパターンがネガパターンである（請求項１２）。
【０１０３】
図１、図７の静電潜像観測装置は、露光手段が、光導電性試料の２次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外に、露光用の光路を設定されたものであり（請求項１３）、露光用の光路が、光導電性試料ＳＰの露光すべき面の法線に対して傾いており、マスクパターンが、露光すべき面上に結像するように、露光用の光路の光軸に対して傾いている（請求項１４）。
【０１０４】
また、図１、図７の静電潜像観測装置における露光手段は、露光用の光源として半導体レーザ１７を有し（請求項１５）、露光手段の露光時間が制御可能であり（請求項１６）、荷電粒子ビーム走査手段が電子ビームを２次元的に走査させ、観測手段２４等が「光導電性試料ＳＰで発生し、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた２次電子」を捕獲する（請求項１７）。
【０１０５】
また、図１、図７の静電潜像観測装置では、荷電粒子ビーム走査手段が、２次元的に走査させる電子ビームにより光導電性試料ＳＰを均一に帯電させ、光導電性試料の帯電手段を兼ねる（請求項１８）。
【０１０６】
また、上に実施の形態を説明した静電潜像観測装置では、帯電と光像の露光により静電潜像パターンを形成された光導電性試料ＳＰ、ＳＰ１の、静電潜像パターンを形成された面を荷電粒子ビームにより２次元的に走査し、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を上記面上の位置に対応させて検出し、静電潜像パターンにおける電荷分布状態：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を観測する静電潜像観測方法（請求項１）が実施される。
【０１０７】
図１、図７、図８に実施の形態を示した静電潜像観測装置では、光導電性試料ＳＰ、ＳＰ１の、静電潜像パターンを形成された面を２次元的に走査する荷電粒子ビームとして電子ビームを用い、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子として光導電性試料ＳＰ、ＳＰ２で発生する２次電子を捕獲する静電潜像観測方法（請求項２）が実施される。
【０１０８】
図１、図７の静電潜像観測装置で実施される静電潜像観測方法ではまた、光導電性試料ＳＰを電子ビームによる２次元的な走査により均一帯電させたのち、光像の露光により静電潜像パターンを形成する（請求項３）。
【０１０９】
図１、図７の静電潜像観測装置で実施される観測方法では、静電潜像パターンは、解像力検査用のマスクパターンの像を投射して形成され（請求項４）、形成される静電潜像がネガ潜像であり（請求項５）、光像の露光が単色光により行われ（請求項６）、光像の露光を行うための光源として半導体レーザ１７が用いられる（請求項７）。
【０１１０】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば静電潜像観測方法および装置を実現できる。この発明の観測方法・装置によれば、光導電性試料に、その均一帯電と光像の照射とにより形成される静電潜像パターンを観測することができる。
【０１１１】
また、荷電粒子ビームの走査により、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度を光導電性試料上の位置に対応させて検出し、静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測するので、静電潜像パターンの電荷分布状態をμｍオーダーで観測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】静電潜像観測手段の実施の１形態を要部のみ示す図である。
【図２】光導電性感光体を帯電させた状態を説明するための図である。
【図３】図１に示す実施形態の露光手段の光像照射部を簡略化して示す図である。
【図４】図１に示す実施の形態におけるマスク２０の有するマスクパターンの１例を説明するための図である。
【図５】荷電粒子検出器による２次電子の捕獲を説明するための図である。
【図６】観測された静電潜像パターンの２例を説明するための図である。
【図７】静電潜像観測装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図８】静電潜像観測装置の実施の別形態を説明するための図である。
【符号の説明】
１０      静電潜像観測装置
１１Ａ    荷電粒子ビーム照射部
１７      半導体レーザ
２０      マスク
２１、２２、２３      結像レンズ
ＳＰ      光導電性試料
２４      荷電粒子検出器
【図１】
2004233261.tif 000003
【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】
2004233261.tif 000008
【図７】
2004233261.tif 000009
【図８】
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