(57)【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が形成された光導電性試料の，上記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，その強度信号を上記静電潜像パターン形成面上の位置に対応させて検出し，検出した強度信号から静電潜像パターンを抽出し，静電潜像パターンの幅および面積を算出する静電潜像評価方法であって，
上記光像の露光が開始される時刻から，静電潜像パターン形成開始時刻までの時間を計測することを特徴とする静電潜像評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の静電潜像評価方法において，上記光像の露光は，半導体レーザ発光素子における発光しきい値以下の注入電流がもたらす微弱発光により行なわれることを特徴とする静電潜像評価方法。
【請求項３】
帯電と光像の露光により静電潜像パターンが形成された光導電性試料の，上記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，その強度信号を上記静電潜像パターン形成面面上の位置に対応させて検出し，検出した強度信号から静電潜像パターンを抽出し，静電潜像パターンの幅及び面積を算出する静電潜像評価方法であって，
上記光像の露光は，半導体レーザ発光素子における発光しきい値以下の注入電流がもたらす微弱発光による第一の露光と，第一の露光中の任意のタイミングで上記発光素子における発光しきい値以上の電流注入による第二の露光により行なわれ，
第一の露光の露光時間を可変とした場合における，第二の露光により形成される静電潜像パターンの幅および面積の変化を計測することを特徴とする静電潜像評価方法。
【請求項４】
請求項３記載の静電潜像評価方法において，上記第二の露光により形成される静電潜像パターンの幅および面積の変化が，予め定めた値以下となっている時間範囲における，第一の露光における露光時間の最大値を求めることを特徴とする静電潜像評価方法。
【請求項５】
静電潜像パターンを形成するための帯電手段および光像露光手段と，
静電潜像パターンが形成された光導電性試料の上記静電潜像パターン形成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信号を上記静電潜像パターン形成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して評価する評価手段と，を備えた静電潜像評価装置であって，
上記光像露光手段は半導体レーザ発光素子であり，
上記半導体レーザ発光素子における発光しきい値以下の電流注入がもたらす微弱発光の発光時間制御手段と，上記静電潜像パターンの幅もしくは面積の算出手段を備えることを特徴とする静電潜像評価装置。
【請求項６】
請求項５記載の静電潜像評価装置において，上記発光素子における発光しきい値以上の電流注入による発光時間制御手段および出力制御手段と，上記発光素子における発光しきい値以下の電流注入による微弱発光での露光と，上記発光しきい値以上の電流注入による発光による露光の双方が重畳した露光により形成される静電潜像パターンを検出対象とする潜像特性変化検出手段と，を備えていることを特徴とする静電潜像評価装置。
【請求項７】
請求項５，６記載の静電潜像評価装置において，上記光像露光手段は，光走査手段を含むことを特徴とする静電潜像評価装置。
【請求項８】
画像形成装置であって，請求項１乃至４のいずれかに記載の静電潜像評価方法を用い，半導体レーザ発光素子のバイアス電流値を設定していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
画像形成装置であって，請求項５乃至７のいずれかに記載の静電潜像評価装置を用い，半導体レーザ発光素子のバイアス電流値を設定してい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，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に好適な静電潜像評価方法，静電潜像評価装置およびこれらの方法または装置を取り入れた画像形成装置に関するものである。
【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，以下の作像工程を経る。 
ａ．光導電性の感光体表面を均一に帯電させる帯電工程
ｂ．帯電された感光体表面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】
これらの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する。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きており，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】
上記作像工程において，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を的確に品質評価することが重要となる。感光体上の静電潜像を観測して品質評価し，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化のさらなる向上を期待することができる。
【０００５】
光導電性の感光体等の誘電体における表面電荷分布あるいは表面電位分布をミクロン（μｍ）オーダーで高分解能に計測する方法として，特許文献１，２記載の技術が知られている。これらの特許文献に記載されている静電潜像測定方法および静電潜像評価方法によれば，測定試料の表面が荷電粒子ビームにより走査され，測定試料表面で発生する２次電子を検出して測定し，静電潜像の品質が評価される。これらの方法は，直接測定されるのは測定試料表面の電界分布であり，この電界分布に基づいて表面電位分布が演算的に求められる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９５６９６号公報
【特許文献２】特開２００３−３０５８８１号公報
【０００７】
ところで，画像形成装置に含まれる光書き込み装置の光源として，半導体レーザ発光素子が多く用いられている。半導体レーザ発光素子で生成された光は，いくつかのレンズを透過し，数十μｍサイズに集光されたビームスポットとなり，ポリゴンミラーに代表される光偏向器による上記ビームスポットの位置走査と，半導体レーザ発光素子の点灯タイミング制御により，感光体表面位置での走査ビームスポットパターンが形成される。
【０００８】
上記半導体レーザ発光素子の点灯タイミング制御は，半導体レーザ発光素子に注入される順方向電流値の制御により行う。高速駆動を行う場合には，非点灯時であってもバイアス電流が流されているため，点灯時と比較して非常に低出力（ｎW〜μWオーダ）であるが，微弱に発光している。以下，この微弱な発行を「オフセット発光」という。オフセット発光によっても感光体を露光してしまい，オフセット発光強度が高い場合には，出力画像にもノイズとして現れてしまう。バイアス電流の設定に際しては，バイアス電流値の設定値を高めることにより，点灯パルスの時間応答特性が向上するが，同時にオフセット発光強度も高まってしまうという二律背反の関係にある。現状では，画像形成装置を用いた実験により，出力画像に現れないバイアス電流レベルに設定している。しかし，この設定は出力画像，すなわち，現像し，定着した画像を評価した結果に基づいたものである。画像を出力する前の，静電潜像の観察結果に基づいた設定を行なうことにより，調整精度をより高めることができる可能性がある。
【０００９】
また，高画質でかつ画像出力の高速化の要求に対応するため，光源の高出力化，面発光レーザ光源（ＶＣＳＥＬ）の利用をはじめとしたマルチビーム化が進んでおり，これに対処するために，レーザ発光素子の駆動の高速化とオフセット発光による出力画像への影響回避を両立することが求められている。よって，バイアス電流値の調整にこれまで以上に厳密さが求められ，オフセット発光による影響を静電潜像レベルで直接的に把握することの必要性が高まっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のことを鑑み，本発明は，半導体レーザ発光素子におけるオフセット発光による静電潜像形成への影響を明らかにすることが可能な静電潜像評価方法および静電潜像評価装置を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明はまた，上記評価方法または評価装置を用いて把握した評価情報を基に，半導体レーザ発光素子におけるバイアス電流値を設定することで，より高い品質の画像を得ることができる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】
【００１２】
本発明にかかる静電潜像評価方法は，帯電と光像の露光により静電潜像パターンが形成された光導電性試料の，上記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，その強度信号を上記静電潜像パターン形成面上の位置に対応させて検出し，検出した強度信号から静電潜像パターンを抽出し，静電潜像パターンの幅および面積を算出する静電潜像評価方法であって，上記光像の露光が開始される時刻から，静電潜像パターン形成開始時刻までの時間を計測することを最も主要な特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる静電潜像評価方法はまた，光像の露光は，半導体レーザ発光素子における発光しきい値以下の注入電流がもたらす微弱発光による第一の露光と，第一の露光中の任意のタイミングで上記発光素子における発光しきい値以上の電流注入による第二の露光により行なわれ，第一の露光の露光時間を可変とした場合における，第二の露光により形成される静電潜像パターンの幅および面積の変化を計測することを特徴とする。
【００１４】
本発明にかかる静電潜像評価装置は，静電潜像パターンを形成するための帯電手段および光像露光手段と，静電潜像パターンが形成された光導電性試料の上記静電潜像パターン形成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信号を上記静電潜像パターン形成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して評価する評価手段と，を備えた静電潜像評価装置であって，上記光像露光手段は半導体レーザ発光素子であり，上記半導体レーザ発光素子における発光しきい値以下の電流注入がもたらす微弱発光の発光時間制御手段と，上記静電潜像パターンの幅もしくは面積の算出手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
上記静電潜像評価装置において，発光素子における発光しきい値以上の電流注入による発光時間制御手段および出力制御手段と，上記発光素子における発光しきい値以下の電流注入による微弱発光での露光と上記発光しきい値以上の電流注入による発光による露光の双方が重畳した露光により形成される静電潜像パターンを検出対象とする潜像特性変化検出手段と，を備えているとなおよい。
【００１６】
本発明にかかる画像形成装置は，上記静電潜像評価方法または静電潜像評価装置を採用して，半導体レーザ発光素子のバイアス電流値を設定していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる静電潜像評価方法および静電潜像評価装置によれば，オフセット発光による画像への影響度合いを，静電潜像レベルでこれを計測することにより把握することができるため，露光プロセス以外の例えば現像プロセスなどの条件によって受ける影響を排除して，オフセット発光による画像への影響度合いを直接的に評価することが可能である。評価方法，および評価装置を提供することができる。
【００１８】
本発明にかかる静電潜像評価方法および静電潜像評価装置において，オフセット発光による画像への影響度合いを，画像パターン書き込みによる露光と重畳して計測するように構成することにより，実際の画像形成装置の書き込み条件に近い条件で計測し評価することができる。
【００１９】
本発明にかかる静電潜像評価方法および静電潜像評価装置において，光走査手段が付加された光像露光手段を含むシステムを用い，画像形成装置の条件を反映した光書き込み条件での評価を行なうように構成することにより，実際の画像形成装置の書き込み条件に近い条件で計測し評価することができる。
【００２０】
本発明にかかる画像形成装置によれば，上記静電潜像評価方法および静電潜像評価装置を用いてオフセット発光による画像への影響度合いを評価することにより，画像形成装置に搭載される半導体レーザ発光素子の調整精度を高めることができるとともに，バイアス電流の調整余裕を増やすことができる。これにより，高画質化と，高速駆動をより高い次元で両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下，図面を参照しながら，本発明にかかる静電潜像評価方法，静電潜像評価装置およびこれらの方法または装置を取り入れた画像形成装置の実施例を説明する。
【００２２】
まず，静電潜像評価装置の概要，および静電潜像評価方法に基づく評価過程を説明する。静電潜像観測装置の１実施形態を示す図１において，符号１１は荷電粒子銃，１２はアパーチャ，１３は荷電粒子に対するコンデンサレンズ，１４はビームブランカ，１５は荷電粒子ビームに作用してビームを偏向する走査レンズ，１６は荷電粒子ビームに対する対物レンズをそれぞれ示している。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１０を構成している。荷電粒子ビーム照射部１０の各構成部は，それらの動作が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。荷電粒子ビーム照射部１０と荷電粒子ビーム制御部１０ｂとは「荷電粒子ビーム走査手段」を構成している。
【００２３】
図１において，符号１７ｂは光源である半導体レーザ発光素子（以下「ＬＤ」という場合もある），１７ａは光源を駆動するＬＤ制御部，１８はコリメートレンズ，１９はアパーチャ，２０は結像レンズをそれぞれ示している。これらの各光学部品によっては「光像露光手段」を構成している。光像露光手段により，ＬＤ１７ｂからの光ビームは光導電性試料００の表面に集光され，ビームスポットを形成する。また，ＬＤ制御部１７ａにより，発光時間，光ビーム強度の調整・設定が可能である。
【００２４】
ＬＤ１７ｂに注入される順方向電流値とＬＤ１７ｂの光出力の関係は図２に示すような折れ線となる。図２に示すように，点灯時の電流値をＩｏ，非点灯時（点灯待機状態）のバイアス電流値をＩｂと設定した場合，それぞれの電流値によって光出力Ｐｏ，Ｐｂが得られる。出力値Ｐｂがオフセット発光出力となる。なお，出力値Ｐｂは，非常に微弱であり，出力範囲は５０μW以下である。請求項中に記載した「微弱発光」は，この範囲の出力を意味する。また，ＩＯＦＦはレーザ発光素子１７ｂの電源供給がオフの状態であり，この状態では光出力もゼロとなる。オフセット発光によって光導電性試料００に静電潜像を形成するためには，電流値をＩｂに設定し，光導電性試料００を露光する。また，非露光時の電流値はＩＯＦＦに設定する。
【００２５】
図１において，符号２４は荷電粒子検出器，２５ａは信号処理部，２５ｂは評価部，２６はモニタ，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２５ａ，潜像特性演算部２５ｂ，モニタ２６，アウトプット装置２７は「評価手段」を構成している。また，符号２８は試料載置台，００は光導電性試料，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構成されている。上記各部は，図１に示すようにケーシング３０内に配設され，ケーシング３０内部は，真空制御部３１により高度に減圧できるようになっている。すなわち，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。
【００２６】
また，静電潜像評価装置の全体はホストコンピュータ（以下「ＰＣ」という）３２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１０ａや信号処理部２５ａ等は，ホストＰＣ３２に「その機能の一部」として設定することもできる。
【００２７】
図１に示す状態において，表面が均一に帯電された光導電性試料００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，ＬＤ１７ｂの発光に応じて，光ビームスポットが光導電性試料００の均一帯電された面上に形成される。
光ビームスポットの強度分布は断面がガウシアンプロファイルとなり，その強度ピーク値の１／ｅ＾２倍強度での直径は，例えば５０μｍ程度と微小である。
【００２８】
光導電性試料００は上記光ビームスポットが形成されることにより露光され，光導電性試料００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光導電性試料００の面を，荷電粒子ビームにより２次元的に走査する。すなわち，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。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００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００面上で２次元的に，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。
【００２９】
このようにして，光導電性試料００の静電潜像パターンが形成された面が，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る。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きる。
【００３０】
荷電粒子検出器２４には，所定の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，すなわち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。光導電性試料００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。
【００３１】
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。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。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，この対応関係に基づき，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。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。
【００３２】
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「イオン銃」等が用いられる。
【００３３】
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００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。光導電性試料００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要がある。光導電性試料００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００を試料載置台２８上に載置するようにしてもよい。しかし，前述のように，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００をセットしたあとケーシング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。この観点からすると，光導電性試料００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。
【００３４】
図１に示す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ようになっている。電子ビームを光導電性試料００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００から「２次電子」が発生する。電子ビームとして光導電性試料００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００に蓄積して光導電性資料００を帯電させる。
【００３５】
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，上記比：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００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１０ａ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１０ａによりビームブランカ１４を制御することによって行う。
【００３６】
図３は，光導電性試料００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。図２に示す光導電性試料００の例は，いわゆる「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。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００を帯電させた状態である。
【００３７】
このように帯電した状態の光導電性試料００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。このようにして，光導電性試料００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。
【００３８】
上記の如く均一に帯電された光導電性試料００に対して光像に従った露光を行い、静電潜像パターンを形成する。この露光は，図１に示す実施形態の「光像露光手段」により行う。すなわち，半導体レーザ１７ｂからの光が，結像レンズ２０を介して光導電性試料００の表面に光ビームスポットを形成する。光導電性試料００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００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。
【００３９】
光導電性試料００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００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。上記電位勾配により，前述の特許文献２に記載されている公知の原理に基づき，上記静電潜像パターンの分布に応じた強度信号が得られる。ここでいう強度とは，２次電子の検出強度（２次電子数）のことであり，静電潜像パターンが形成されている箇所では強度が低く，形成されていない箇所では強度が高い信号となる。
【００４０】
荷電粒子検出器２４で得られる上記強度信号を信号処理部２５ａ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」ごとに特定することができ，信号処理部２５ａにより上記表面電荷分布すなわち電位コントラスト像：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を，２次元的な強度画像データとして構成できる。上記の如くして得られる強度画像データは，光導電性試料００の表面上での光強度の時間積分に応じて形成された静電潜像パターンを含むものとなる。
【００４１】
上記強度画像データに対し，２値化処理を施すことにより，潜像特性を算出することができる。以下，潜像特性とは，図４に示すような，静電潜像パターンにおける面積，画像全体に占める面積比率，および特定の方向の径，といった，静電潜像パターンの分布状態を表すパラメータの総称とする。
【００４２】
図５は，図１における潜像特性演算部２５ｂの動作過程の詳細を示したものである。潜像特性演算部２５ｂは，図５に示すように，「時系列の強度画像データ蓄積過程」４１ａ，オフセット発光により静電潜像が形成されるまでの時間すなわち「オフセット露光許容時間計測過程」４１ｂで構成される。それぞれの動作を以下に示す。
【００４３】
時系列の強度画像データ蓄積過程
潜像特性算出に先立ち，前述の光像露光手段によりオフセット発光による露光を行い，同時に，評価対象となる時系列の強度画像データを取得する。強度画像データは一定のサンプリング間隔Ｔｓ（例えば，０．２５〜１ｍｓ間隔の範囲で適宜選択する）で複数枚取得する。取得開始時刻Ｔ０〜終了時刻ＴＥＮＤまでの時間は，予め定めた時間設定（例えば，０．２〜１ｓの範囲で適宜選択する）にて取得する。ただし，この場合はオフセット発光強度が低い場合には，定めた時間内に静電潜像パターンが形成されないことがある。これを防ぐためには，予め，撮影終了とする静電潜像の面積比率Ｒｕ（０%より大きい適当な値，例えば，１０〜５０%の範囲で適宜選択する）を決めておき，図６に示す強度画像取得フローのように逐次潜像面積比率を算出し比較を行い，Ｒｕに達するまで撮影を継続する方法が望ましい。
【００４４】
図６に示す時系列の強度画像取得フローでは， 先ず図１に示したＬＤ制御部１７ａにて電流値をＩｂに設定し，オフセット発光による露光を開始する（Ｓ１）。同時に，強度画像の取得を開始し，画像取得時刻を図１に示したタイムカウンタ３３にて管理し，一定のサンプリング間隔Ｔｓにてループ処理を回し，画像取得を続ける（Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５）。先に示した通り，面積比率が予め定めたＲｕに達した場合に，画像取得のループ処理を終了し（Ｓ３のＹＥＳ），ＬＤ制御部１７ａにて電流値をＩＯＦＦとしてオフセット発光を停止する（Ｓ６）。このときの時刻をＴＥＮＤとする（Ｓ７）。以上により，オフセット発光開始時刻Ｔ０から，オフセット発光による静電潜像パターンが形成される時刻を経て画像取得が終了するＴＥＮＤに至るまでの，それぞれの時刻に対応した「時系列の強度画像データ」を取得することができる。
【００４５】
オフセット露光許容時間計測過程
上記時系列の強度画像データ蓄積過程で取得した「時系列の強度画像データ」の各画像について，潜像面積値を算出し，時系列にプロットすると，図７に示すような「オフセット発光時間と潜像面積の関係データ」のグラフとなる。図７には，グラフの他に，グラフ中の代表的な３通りの潜像形成状態について強度画像データの模式図，および「オフセット発光時間と積算露光エネルギの関係データ」のグラフを示している。「オフセット発光時間と積算露光エネルギの関係データ」のグラフからわかるように，オフセット発光を開始すると，積算露光エネルギは経過時間に比例して増加する。それに対し，「オフセット発光時間と潜像面積の関係データ」のグラフにおいては，オフセット発光を開始して暫くは，静電潜像パターンが形成されない。この状態を図７では「状態（１）」として表わしている。ある時刻をもって静電潜像パターンの形成が確認できるようになる。この静電潜像パターンの形成を確認することができるようになった時点での状態を図７では「状態（２）」としている。それ以後は時間経過に対し概ね比例的に潜像面積が拡大していく。この状態を図７では「状態（３）」として表わしている。オフセット発光が静電潜像形成に影響しない時間範囲，即ち「オフセット露光許容時間」は，オフセット発光開始時刻から，潜像面積が０より大きい状態である「状態（２）」に移行する直前の時刻までの時間である。なお，請求項に記載した「静電潜像パターン形成開始時刻」（記号ＴＳＧとする）とは，この潜像面積が０より大きい状態である「状態（２）」に移行する直前の時刻と同義である。
【００４６】
上記図７に示すような「オフセット発光時間と潜像面積の関係データ」，および「オフセット露光許容時間」の算出は，図８のフローチャートに沿って行うことで求めることができる。まず，「時系列の強度画像データ」を準備し（Ｓ１１），時間スケールＴをＴ０（＝０）にセットし（Ｓ１２），時刻Ｔでの強度画像データから潜像面積を算出する（Ｓ１３）。次に，時刻Ｔでの潜像面積は０以上か否かを判定し（Ｓ１４），０以下であればＳ１５に進み，０以上であれば，オフセット露光許容時間データＴＳＧとしてＴを記録し（Ｓ１６），その後Ｓ１５に進む。Ｓ１５では，ＴをＴ＋Ｔｓに置き換え，次にＴがＴＥＮＤに達したか否かを判断する（Ｓ１７）。ＴがＴＥＮＤに達していなければ，時刻Ｔでの強度画像データから潜像面積を算出し，かつ，時刻Ｔに対応した潜像面積データを記録し（Ｓ１８），ステップＳ１４に戻る。ステップＳ１７でＴがＴＥＮＤに達していれば，記録していた時刻Ｔに対応した潜像面積データを記録し，かつ，オフセット露光許容時間データＴＳＧを出力し（Ｓ１９），一連の動作を終了する。
【００４７】
上記の例では，「静電潜像パターン形成開始時刻」であるかどうかの判断条件として，「潜像面積が０より大」とし，これが成立する直前の時刻までの時間を「オフセット露光許容時間」と定義したが，判断条件値は適宜状況に合わせて選択されるべきである。例えば，現像プロセスでのトナー付着能力を考慮すると，トナー付着に影響を及ぼす面積・径を条件値として設定することが有効である。この場合，潜像面積の条件として０〜４０μｍ＾２以下，潜像径の条件としては０〜１０μｍ以下の範囲にて設定することが望ましい。
【００４８】
加えて，取得する強度画像の撮像条件，光導電性試料の状態によっては，電荷のリークなどの発生により，オフセット発光による露光領域以外の領域で静電潜像パターンが形成されてしまっていることもある。このことを考慮すると，潜像面積の評価の際には，オフセット発光前後の相対的な変化のみを抽出することも有効である。
【００４９】
以上の方法に基づき，「オフセット露光許容時間」を計測することにより，半導体レーザ発光素子における，オフセット発光の影響を把握することができる。
【００５０】
以上述べた「時系列の強度画像データ」や「オフセット発光時間と潜像面積の関係データ」，「オフセット露光許容時間」計測結果は，図１における表示部２６に表示し，あるいは出力部２７で出力することにより，定量的な評価結果として目視，あるいはデータとして取得することができる。
【００５１】
なお，図１に示すケーシング３０内にセットされた光導電性試料００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，観測するための帯電工程を実施する前に，除電用の発光素子２９（例えば，発光ダイオード）からの光により光照射を行って，光導電性試料００の光除電を行うのがよい。また，発光素子２９による光除電は，同一の光導電性試料００に対し，静電潜像パターンの形成条件を変えて観測を複数回行うような場合，各観測に先立って行う。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。
【００５２】
以上，図１に示した実施形態では，光導電性試料００に対する露光スポット位置が変化しないシステムを用いた静電潜像評価方法および静電潜像評価装置として構成されていたが，露光スポット位置を変化させて静電潜像を評価するようにしてもよい。図９に示す実施例がそれで，光走査手段が付加された光像露光手段５０を含むシステムを用い，画像形成装置に近い条件で測定することにより，画像形成装置の構成を反映した光書込条件での評価を行なうことができる。これにより，より直接的に画像形成装置におけるオフセット発光の影響を把握することが可能になる。
【００５３】
図９における光像露光手段５０の部品配置の一例を図１０に示す。図１０において，光像露光手段５０は，半導体レーザ発光素子５１ｂ，コリメートレンズ５２，アパーチャ５３，副走査方向にのみパワーを持つシリンダレンズ５４，偏向器であるポリゴンミラー５５，ｆθレンズ５６，同期検知用受光素子５８を備えている。ポリゴンミラー５５により光ビーム５７は主走査方向に偏向され，光導電性試料００の表面上に走査ビームスポットを形成する。図９に示す実施形態は，先に述べた光走査手段が付加された光像露光手段５０を備えていることを除いては，図１に示すシステムの構成と同等である。
【００５４】
図９における潜像特性演算部２５ｂの詳細も図５により表されているものと同様に構成されている。潜像特性演算部２５ｂは，図５に示すように，「時系列の強度画像データ蓄積過程」４１ａ，オフセット発光により静電潜像が形成されるまでの時間「オフセット露光許容時間計測過程」４１ｂで構成され，「オフセット発光時間と潜像面積の関係データ」は，図７に対応して図１１に示したとおりのグラフとなる。図１１に示すグラフ中の代表的な３通りの潜像形成状態についての強度画像データでは，図１１に模式図で示すたように，主走査方向に走査された直線状の潜像が形成される。
【００５５】
オフセット発光が静電潜像形成に影響しない時間範囲，すなわち「オフセット露光許容時間」も，先に述べた実施形態のものと同様に，オフセット発光開始時刻から，潜像面積が０より大きい状態である「状態（２）」に移行する直前の時刻までの時間として計測することができる。
【００５６】
なお，前述の実施例と同様に，潜像形成の判断条件として，上記実施例では「潜像面積が０より大」としているが，必ずしもこの限りではなく，判断条件値は適宜状況に合わせて選択されるべきである。前に説明した通り，潜像面積の条件として０〜４０ｕｍ＾２以下，潜像径の条件としては０〜１０ｕｍ以下の範囲にて設定は有効である。
【００５７】
上記のようにして計測した結果についての数値例を示す。計測条件として，画素密度６００ｄｐｉ，画周波数４０ＭＨｚ，ポリゴンミラーの回転数４００００ｒｐｍ，潜像形成の判断条件を「潜像面積が０より大」とした場合に，「オフセット露光許容時間」は８．０ｍｓであった。
【００５８】
これまでの説明では，オフセット発光のみによる露光での静電潜像形成の有無についての評価方法，装置について述べたが，画像形成装置においては，オフセット発光による露光に加え，画像パターン書込による露光が重畳して行なわれる。オフセット発光による露光強度，時間の違いにより，画像パターン書込後に形成される静電潜像パターンに違いが現れることがある。以下では，このパターンの違いについての評価方法，装置について述べる。
【００５９】
まず，オフセット発光による露光強度，時間の違いにより，画像パターン書込後に形成される静電潜像パターンが異なる現象について図１２〜図１４の模式図を用いて説明する。先ず，図１２に示すように，３通りのオフセット発光による露光時間設定により強度画像を取得する。取得した強度画像は図１３のようになり，静電潜像パターンは形成されない。図１４には，オフセット発光による露光に加え，１ドット（ｄｏｔ）画像パターン書込を実施した場合の強度画像を示す。図１４では，オフセット発光による露光時間設定の違いに応じた静電潜像パターンが形成されている。「オフセット露光時間（ａ）」の場合の潜像は，オフセット発光の影響を全く受けていないパターンである。これに対して，「オフセット露光時間（ｂ）」及び「オフセット露光時間（ｃ）」の潜像は，オフセット発光の影響を受けての，主走査方向への線状の潜像パターンの発生や，パターンの太りの発生を確認することができる。
【００６０】
このパターンの違いについて評価することができる評価装置の実施形態を図１５に示す。図１５に示す実施形態は，前述の図９に示す実施形態に対し，潜像特性演算部の構成が異なっている。図１５に示す実施形態では，潜像特性演算部を符号２５ｃで示している。潜像特性演算部２５ｃについての詳細を図１６に示す。図１６において，潜像特性演算部２５ｃは，「時系列の強度画像データ蓄積過程」４１ａ，オフセット発光により静電潜像が形成されるまでの時間「オフセット露光許容時間計測過程」４１ｂ，「オフセット露光及び画像パターン露光，重畳露光による強度画像取得過程」４１ｃ，「画像パターン書込時におけるオフセット露光許容時間計測過程」４１ｄの４過程で構成される。このうち前半の２過程は，既出の図５で説明した動作と同一である。これらの過程を経て，オフセット露光許容時間の情報を取得する。以下，後半２過程の動作を示す。
【００６１】
「オフセット露光及び画像パターン露光，重畳露光による強度画像取得過程」４１ｃでは，前過程で得たオフセット露光許容時間以下の時間でのオフセット発光，および，オフセット発光中における画像パターン（例えば，１ｄｏｔパターン）の露光を行ない，強度画像を取得する。画像パターン露光条件，例えば，パターン，パワー，デューティ，発光タイミングなどを揃えた上で，オフセット発光時間条件のみを可変とし，複数枚の強度画像の取得を行なう。これにより，図１４の模式図で示すような，オフセット発光時間条件に応じて静電潜像パターンの異なる強度画像を得ることができる。オフセット発光時間条件を可変として画像取得する際，必ずオフセット発光時間がゼロの条件も含める。
【００６２】
「画像パターン書込時におけるオフセット露光許容時間計測過程」４１ｄでは，前過程で得たオフセット発光時間条件に応じて，静電潜像パターンの異なる強度画像について，画像パターン潜像における潜像面積拡大率を求める。前過程で得た，オフセット発光時間がゼロの条件での強度画像の静電潜像パターンの面積を基準とし，各強度画像における潜像面積の拡大率を求める。拡大率を求めた結果の一例を図１７に示す。図１７からわかるように、図１４での模式図の変化を反映し，オフセット発光時間の増大に伴い，潜像拡大率が変化していることがわかる。
【００６３】
図１７に示すグラフから，予め定められた潜像面積変動率許容値ＳＬｉｍｉｔに到達するオフセット発光時間を算出し，この時間をもって，「画像パターン書込時におけるオフセット露光許容時間」の計測結果とする。ＳＬｉｍｉｔについては，画像品質仕様値に基づいて決められる値であり，設定例としては，書き込まれる画像パターンが１ｄｏｔパターンであれば，基準パターンの＋１０％程度を目安とすることが望ましい。このオフセット露光許容時間を計測することにより，走査ビームによる画像書込時における，オフセット発光の影響を把握することができる。
また、上述の静電潜像パターンの評価指標として述べた「面積」に代えて、「円相当径」を用いてもよい。円相当径Ｄは、潜像の面積として、
Ｄ＝（Ｓ／π）＾０．５＊２
にて表わされる。この円相当径による評価指標は、特に図１４のような複雑な形状の潜像において、線像径と同様の、直径による評価指標として導入できるため有効である。
【００６４】
次に，以上説明した静電潜像評価装置を用いて評価し，この評価に基づいてバイアス電流の調整がなされた半導体レーザ発光素子を画像形成装置に搭載するとよい。かかる画像形成装置の実施形態について説明する。図１８は一般的な画像形成装置の例を示す。図示の画像形成装置の例においては，像担持体であるドラム状の感光体を中心にしてその周囲および周辺に，以下に述べるような画像形成のための工程を実行するユニットが配置されている。
ａ．帯電ユニット：光導電性の感光体を均一に帯電させる帯電工程
ｂ．露光ユニット：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．現像ユニット：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．転写ユニット：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．定着ユニット：転写された画像を転写材上に融着・固定する定着工程
ｆ．クリーニングユニット：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．除電ユニット：感光体上の残留電荷を除電する除電工程
【００６５】
上記画像形成装置においては，高画質の画像を得ることができるものであること，光束で画像を形成するために高速駆動の光書込用半導体レーザ発光素子を搭載していることが望まれる。以下，高画質，高速駆動の画像形成装置について説明する。画像形成装置に含まれる光書込装置の光源として，半導体レーザ発光素子において，高速駆動を行う場合には，点灯パルスの立ち上がり特性向上のために，非点灯時（点灯待機状態）であってもバイアス電流を流しておくことが望ましい。しかし，点灯時と比較して非常に低出力（ｎW〜μWオーダ）ながら，オフセット発光が生じ，感光体を露光してしまい，オフセット発光強度が高い場合には，出力画像にもノイズとして現れてしまう。バイアス電流の設定に際しては，バイアス電流値の設定値を高めることにより，点灯パルスの時間応答特性が向上するが，同時にオフセット発光強度も高まってしまう二律背反（トレードオフ）の関係にある。
【００６６】
バイアス電流の設定に際しては，先に求めた「画像パターン書込時におけるオフセット露光許容時間」を用いる。この時間と，この時間の計測実験に用いたオフセット発光出力値（既知の光源特性（図２参照），予め測定を行う）により，潜像が形成されることのない積算露光エネルギ密度範囲を算出することができる。画像形成装置に半導体レーザ発光素子を搭載する祭に，光書込条件を考慮し，オフセット発光による積算露光エネルギ密度が上記範囲の上限値となるようにバイアス電流を調整する。この，静電潜像観察結果に基づくオフセット発光による影響を把握することにより，従来よりも厳密に上限値を追い込むことで，調整精度が高められるとともに，バイアス電流の調整余裕が生まれる。結果として，画像形成装置において，高画質，高速駆動をより高い次元で両立できるようになり，高品質化に貢献できる。
上記の調整方法により半導体レーザ発光素子を調整することで，バイアス電流（図２中の「Ｉｂ」)は５〜７０ｍＡの範囲となる。
本発明の技術の導入により，素子の駆動高速化とオフセット発光による出力画像への影響回避を両立するための，バイアス電流値の調整対応力が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は，今後，画像形成装置における高画質・高速化要求の達成に向けて実用化が見込まれる面発光レーザ光源（ＶＣＳＥＬ）等の高出力，マルチビーム光源への適用が可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明にかかる静電潜像観測装置の１実施形態を示す光学配置図である。
【図２】半導体レーザ発光素子に注入される順方向電流値と半導体レーザ発光素子の光出力の関係を示すグラフである。
【図３】光導電性試料の表面を電子ビームにより帯電させたときの様子を示すモデル図である。
【図４】潜像特性に応じて形成される静電潜像パターンの一例を示すモデル図である。
【図５】上記静電潜像観測装置の１実施形態における潜像特性演算部の動作過程を示すフローチャートである。
【図６】上記静電潜像観測装置の１実施形態における強度画像取得動作を示すフローチャートである。
【図７】上記静電潜像観測装置の１実施形態におけるオフセット発光時間と潜像面積の関係データ，オフセット発光時間と積算露光エネルギの関係データを示すグラフおよびこれらのグラフ中の代表的な潜像形成状態における強度画像データを示すモデル図である。
【図８】上記静電潜像観測装置の１実施形態におけるオフセット発光時間と潜像面積の関係データおよびオフセット露光許容時間の算出動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明にかかる静電潜像観測装置の第２の実施形態を示す光学配置図である。
【図１０】上記第２の実施形態中の光像露光手段の例を示す部品配置図である。
【図１１】上記第２の実施形態におけるオフセット発光時間と潜像面積の関係データを示すグラフおよびこのグラフ中の代表的な潜像形成状態における強度画像データを示すモデル図である。
【図１２】オフセット発光による露光強度，時間の違いにより，画像パターン書き込み後に形成される静電潜像パターンが異なる現象を説明するためのグラフである。
【図１３】オフセット発光による露光のみの場合の強度画像データの例を露光時間の違いごとに示すモデル図である。
【図１４】オフセット発光による露光に加えて１ドット画像パターン露光を行った場合の強度画像データの例を露光時間の違いごとに示すモデル図である。
【図１５】本発明にかかる静電潜像観測装置の第３の実施形態を示す光学配置図である。
【図１６】上記静電潜像観測装置の第３の実施形態における潜像特性演算部の動作過程を示すフローチャートである。
【図１７】光導電性試料のオフセット発光時間に対する潜像面積および画像パターン潜像の面積拡大率の関係を示すグラフである。
【図１８】本発明にかかる静電潜像観測方法および静電潜像観測装置を適用可能な画像形成装置の例を示すモデル図である。
【符号の説明】
【００６９】
００    光導電性試料
１０ａ    荷電粒子ビーム制御部
１０ｂ    荷電粒子ビーム照射部
１１    荷電粒子銃
１２    アパーチャ
１３    コンデンサレンズ
１４    ビームブランカ
１５    走査レンズ
１６    対物レンズ
１７ａ    ＬＤ制御部
１８    コリメートレンズ
１９    アパーチャ
２０    結像レンズ
２４    荷電粒子検出器
２５ａ    信号処理部
２５ｂ    潜像特性演算部（評価部）
【図１】
0004931846.tif 000002
【図２】
0004931846.tif 000003
【図３】
0004931846.tif 000004
【図４】
0004931846.tif 000005
【図５】
0004931846.tif 000006
【図６】
0004931846.tif 000007
【図７】
0004931846.tif 000008
【図８】
0004931846.tif 000009
【図９】
0004931846.tif 000010
【図１０】
0004931846.tif 000011
【図１１】
0004931846.tif 000012
【図１２】
0004931846.tif 000013
【図１３】
0004931846.tif 000014
【図１４】
0004931846.tif 000015
【図１５】
0004931846.tif 000016
【図１６】
0004931846.tif 000017
【図１７】
0004931846.tif 000018
【図１８】
0004931846.tif 000019