(57)【要約】【課題】荷電粒ビームを照射して感光体に静電潜像を形成したり、潜像形成した感光体を短時間内に測定し、その感光体の状態を非破壊でしかも高解像度に測定することができる真空チャンバ装置、静電潜像形成装置、静電潜像測定装置、感光体事象発生装置、感光体表面の事象を時系列的に測定することが可能な装置などの提供。【解決手段】真空チャンバ室と、走査光学系とからなる真空チャンバ装置であって、前記真空チャンバ室内に試料を所定位置に位置させる試料ステージを有し、前記試料ステージの操作部を前記真空チャンバ室に接した外部の大気圧下に設け、前記試料ステージに載置された試料を前記操作部により高真空下で所定位置に位置させ、前記走査光学系は前記真空チャンバ室と別体に設けられ、前記走査光学系からの走査光が前記真空チャンバ室の肩部に設けられた窓から入射され前記走査光学系の偏向走査手段により前記真空チャンバ室内の試料が走査されることを特徴とする発明を含む。【選択図】図４
2009020466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ室と、走査光学系とを具備する真空チャンバ装置であって、
前記真空チャンバ室の内部に試料を所定位置に位置させるための試料ステージを有し、前記試料ステージの操作部を前記真空チャンバ室に隣接した外部の大気圧下に設け、前記試料ステージに載置された試料を前記操作部により高真空下で所定位置に位置させ、
前記走査光学系は前記真空チャンバ室と別体に設けられ、前記走査光学系からの走査光が前記真空チャンバ室の肩部に設けられた窓から入射され前記走査光学系の偏向走査手段により前記真空チャンバ室内の試料が走査されることを特徴とする真空チャンバ装置。
【請求項２】
前記走査光学系は前記真空チャンバ室に載置された試料に対して略４５度の仰角方向から照射する光源部からの光の照射位置を調整する調整手段を備え、走査可能とすることを特徴とする請求項１に記載の真空チャンバ装置。
【請求項３】
前記走査光学系は前記走査光を所定範囲に調整する調整手段を有し、前記走査光学系を入射軸方向又は水平方向の少なくとも何れかの方向に調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空チャンバ装置。
【請求項４】
前記走査光学系は光学ハウジングとカバーとで遮光された光学ユニットを構成し、前記真空チャンバ室に設けられた前記光学ユニットとの間に走査光以外の外光を遮光する遮光手段を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の真空チャンバ装置。
【請求項５】
前記遮光手段と前記光学ユニットとの間にフレアー光を遮断する開口絞りを設けることを特徴とする請求項４に記載の真空チャンバ装置。
【請求項６】
前記遮光手段は第１と第２の遮光手段とからなり、前記第１の遮光手段は径の異なる複数の円筒部からなり、前記第２の遮光手段は前記複数の円筒部間に間挿される円筒部材であって、当該第１の遮光手段と第２の遮光手段によりを前記複数の円筒部とその間に間挿される前記円筒部材との中心軸が一致するように配設されることを特徴とする請求項４又は５に記載の真空チャンバ装置。
【請求項７】
前記第１の遮光手段と前記第２の遮光手段との合せ部をラビリンス構造としたことを特徴とする請求項６に記載の真空チャンバ装置。
【請求項８】
前記第１と第２の遮光手段との間に、柔軟性の遮光部材を間挿したことを特徴とする請求項６又は７に記載の真空チャンバ装置。
【請求項９】
前記柔軟性遮光部材は弾性体あるいはゴム引き不織布の少なくとも何れかであることを特徴とする請求項８に記載の真空チャンバ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の真空チャンバ装置と、前記真空チャンバ装置の前記荷電粒子ビームを走査する手段を有して構成され、前記真空チャンバ室内に載置された試料の試料面を前記荷電粒子ビームで走査して前記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形成装置。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れかに記載の真空チャンバ装置と、荷電粒子ビームを走査する荷電ビーム走査手段と、を有して構成され、
前記荷電ビーム走査手段により前記真空チャンバ装置の真空チャンバ室内に載置された試料の試料面を走査して得られる検出信号に基づいて前記試料面を測定する装置であって、前記試料を帯電させた試料に前記真空チャンバ装置の走査光学系を用いて走査露光させて前記試料に生成させた電荷分布を測定することを特徴とする静電潜像測定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の静電潜像測定装置で評価された感光体を有する画像形成装置であって、
書込み光源波長が７８０ｎｍ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、前記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とした時に以下の式を満足することを特徴とする画像形成装置。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
【請求項１３】
請求項１２に記載の画像形成装置において、
感光体の帯電電位の絶対値をＣとし、１ビームスポットの潜像深さをＤとした時に以下の式を満足するように書込み光量を設定したことを特徴とする画像形成装置。
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ装置、静電潜像形成装置、静電潜像測定装置に関し、特に感光体の表面電位分布、表面電荷分布の測定など、感光体表面分析のための装置、の表面分析のためのなどに適用可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やレーザープリンタなどの電子写真方式画像形成装置には、感光体が用いられている。この感光体に関して、以下のプロセスが実行されている。
帯電プロセス：電子写真感光体の均一な帯電。
露光プロセス：一様に帯電した感光体に光を照射し、画像に対応して部分的に電荷を飛ばして、静電潜像の形成。
現像プロセス：帯電した微粒子（以下「トナー」という）を用い、上記の静電潜像上における可視画像の形成。
その他、転写プロセス（現像され可視化されたトナー画像を紙又は他の転写材に移動するプロセス）、定着プロセス（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プロセス）、クリーニングプロセス（トナー画像を記録保持材（紙など）に転写後の感光体上の残留トナーの清掃）、除電プロセス（感光体上に残留した電荷の除去）等の工程が行われる。
【０００３】
感光体は画像形成装置のいわば心臓部であり、感光体がこのような上記プロセス（工程）によってどのように影響を受けるのかを分析し解析することは、画像形成の根本的な問題が何なのかを見出すことでもある。またその問題を解決していくことが新規な発明あるいは発見に繋がると言える。また前記した工程でのプロセスファクターやプロセスクオリティが出力画像の品質に大きく影響を与えるため、これらのプロセスファクター等を評価する上からも感光体を何らかの手法によって直接に観察することが求められている。これによって、最終的な出力画像品質の直接的な解析を行うことができる可能性が有り、また製造過程において何に注意等すればこれらクオリティ等を上げていけるかという点に関し、大きな回答あるいは示唆を得ることができるものと期待される。すなわち上記したような工程を感光体に対して行い、これを直接解析する手法をいち早く取り入れることによって、感光体表面での潜像形成の解析などを行うことができ、特に露光後の静電潜像の品質を直接的あるいは間接的に評価する事によって、質の高い画像を得る上で極めて重要な情報を得ることに繋がると期待できる。
また、露光光が静電潜像に変換されるメカニズムを知りえ得れば、静電潜像から得られる情報を用いることによって走査光学系などの設計、開発に取り入れるなど可能であり、高画質の画像を形成できる画像形成装置を、たとえば低コストに設計することが期待できる。
【０００４】
しかしながら、静電潜像１つを取ってみても、測定すること自体、極めて困難であり、画像形成装置の実機において、全く測定できていない。
たとえば静電潜像の測定方法として、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、そのときの静電潜像とカンチレバーなどとの間の相互作用により生起する静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に換算して求めているが、視覚的に表示するような測定手法は、未だ得られていない。
たとえば上記したタイプの装置として、ＳＰＭ（Scanning Probe Microscope）が市販されている。また誘導電流タイプの装置として、特許文献１、特許文献２などに記載されている発明が知られている。
しかしながら、これらの装置は、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、センサと試料との距離を１０μｍ以下にする必要がある。
このような条件を設定するためには絶対距離計測が必要であり、測定に多大な時間を費やすこととなる。このような時間がかかる測定手法では、センサ自体の影響、その間、時々刻々に潜像の状態が変化してしまい、また放電、吸着などが起きることにより、測定中に、現実の静電潜像を測定することはできない、あるいはこれら時々刻々変化する状態を捉えることができない。
【０００５】
このような問題を解決する、より妥協的かつ現実的な測定方法として、静電潜像を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を採用することはできよう。
しかしながら、これらの方法では、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。よって感光体の表面における様々なイベントを直接的に捕らえようとする試みは、本発明者らが知る限り、なされていない。
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。この測定方法は、ＬＳＩの故障解析のために用いられている方法であり、この測定方法は試料が導体である必要がある。したがって、Ｓｉなどの半導体を基準にすれば感光体のような材料は、むしろ誘電体と言えるものであり、このような試料の測定には適用できない。
【０００６】
このような既知の測定方法による測定対象の試料は、定電流を流して電位分布を長時間保持することができ、しかも印加電位は高々５Ｖ程度までの、低くしかも狭い範囲の電位が用いられるものである。したがってチャージアップの現象も起きず、また電子ビームを照射しても、前記した電位が変化するという感光体の測定上における諸問題は生じず、暗減衰を生じる通常の感光体を測定することができない。
また通常の誘電体では電荷を半永久的に保持することができるが、感光体の場合には、抵抗値は有限値であり、このような感光体では電荷を長時間保持できず、暗減衰が生じ、時間とともに感光体の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程度である。従って、帯電・露光後に電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で観察しようにも、その準備段階で試料である感光体の静電潜像は消失し、観察は不可能である。
また、電子写真プロセスに用いられる感光体は、一般的に円筒形状のものであり、この円筒形状の感光体に生じる静電潜像分布を非破壊に、また高分解能に測定することが望まれる。また、感光体上に電荷分布を生じさせるための手段（電荷分布形成手段）が同一であっても、感光体の使用による経時劣化によって静電潜像の変化を評価する装置、静電潜像を形成する装置、測定方法などの手法を新たに提供することが望まれている。なお本願出願人は、この上記新しい手法に関する発明に対し、出願を行っている（特許文献３など）。
【特許文献１】特許第３００９１７９号公報
【特許文献２】特開平１１−１８４１８８号公報
【特許文献３】特開２００６−２９４５１５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述した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あって、荷電粒ビームを照射して感光体に静電潜像を形成させたり、この潜像形成した感光体を短時間内に測定したり、あるいはその感光体の状態を非破壊でしかも高解像度に測定することができる真空チャンバ装置を用いた静電潜像形成装置、静電潜像測定装置、感光体事象発生装置、感光体表面の事象を時系列的に測定することが可能な装置などを提供することを目的とする。
また本発明は、静電潜像のビームプロファイルを精度良く定量評価したり、更に静止ビームプロファイルだけでなく、電子写真装置などの実使用あるいはそれに近い状態でダイナミックにビームを走査して感光体で得られる静電潜像を評価するための装置、多重露光による相反則不軌などの潜像形成への影響等を測定したり、あるいはこれらの事象を感光体に発生させたり再現等が可能な装置、また感光体の静電潜像、残像、経時劣化などを測定したり評価できる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】
【０００８】
請求項１記載の発明は、真空チャンバ室と、走査光学系とを具備する真空チャンバ装置であって、前記真空チャンバ室の内部に試料を所定位置に位置させるための試料ステージを有し、前記試料ステージの操作部を前記真空チャンバ室に隣接した外部の大気圧下に設け、前記試料ステージに載置された試料を前記操作部により高真空下で所定位置に位置させ、前記走査光学系は前記真空チャンバ室と別体に設けられ、前記走査光学系からの走査光が前記真空チャンバ室の肩部に設けられた窓から入射され前記走査光学系の偏向走査手段により前記真空チャンバ室内の試料が走査されることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記走査光学系は前記真空チャンバ室に載置された試料に対して略４５度の仰角方向から照射する光源部からの光の照射位置を調整する調整手段を備え、走査可能とすることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記走査光学系は前記走査光を所定範囲に調整する調整手段を有し、前記走査光学系を入射軸方向又は水平方向の少なくとも何れかの方向に調整可能であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記走査光学系は光学ハウジングとカバーとで遮光された光学ユニットを構成し、前記真空チャンバ室に設けられた前記光学ユニットとの間に走査光以外の外光を遮光する遮光手段を有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記遮光手段と前記光学ユニットとの間にフレアー光を遮断する開口絞りを設けることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５において、前記遮光手段は第１と第２の遮光手段とからなり、前記第１の遮光手段は径の異なる複数の円筒部からなり、前記第２の遮光手段は前記複数の円筒部間に間挿される円筒部材であって、当該第１の遮光手段と第２の遮光手段によりを前記複数の円筒部とその間に間挿される前記円筒部材との中心軸が一致するように配設されることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記第１の遮光手段と前記第２の遮光手段との合せ部をラビリンス構造としたことを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７において、前記柔軟性遮光部材は弾性体あるいはゴム引き不織布の少なくとも何れかであることを特徴とする。
【００１０】
請求項９に記載の発明は、請求項８において、遮光装置を構成する、柔軟性遮光部材はゴム製あるいはゴム引き不織布であることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９の何れかに記載の真空チャンバ装置と、前記真空チャンバ装置の前記荷電粒子ビームを走査する手段を有して構成された静電潜像形成装置であり、前記真空チャンバ室内に載置された試料の試料面を前記荷電粒子ビームで走査して前記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１１に記載の発明は、請求項１〜９の何れかに記載の真空チャンバ装置と、荷電粒子ビームを走査する荷電ビーム走査手段とを有して構成された静電潜像測定装置であり、前記荷電ビーム走査手段により前記真空チャンバ装置の真空チャンバ室内に載置された試料の試料面を走査して得られる検出信号に基づいて前記試料面を測定する装置であって、前記試料を帯電させた試料に前記真空チャンバ装置の走査光学系を用いて走査露光させて前記試料に生成させた電荷分布を測定することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の静電潜像測定装置で評価された感光体を有する画像形成装置であって、書込み光源波長が７８０ｎｍ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、前記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とした時に以下の式を満足することを特徴とする。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の静電潜像測定装置で評価された感光体を有する画像形成装置であって、感光体の帯電電位の絶対値をＣとし、１ビームスポットの潜像深さをＤとした時に以下の式を満足するように書込み光量を設定したことを特徴とする。
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、真空チャンバ室内が高真空度に保持されながら試料を走査光学系からの光のみが入射されてその走査が真空チャンバ室内の高真空下の試料上で走査されるので、迷光の影響を排除して試料上で素過程ともいえる条件下に前記試料上での様々な現象を再現性良く実現することができ、また、再現された試料上での現象を純粋な形式で分析することができる。また本発明の真空チャンバ装置では、走査光学系の走査による電気的、磁気的な影響を真空チャンバ室に極力与えることを防止し、しかも機械的な振動さえも排除可能としたので、高精度に試料面に走査できると共に、走査光学系を実機（画像形成装置）で使用されるものと同等のものを採用可能としたので、実機と異なる他の因子を不用意に持ち込まずに純粋な解析ができるようになった。さらに、本発明は不用意に持ち込まれた因子のその要因分析を解析することがないように排除したので、分析等に多年にわたる問題を、極力、持ち込まずに解析することが可能な設計性の柔軟性を取り入れた構成としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の真空チャンバ装置を、実施の形態により、説明する。
本発明に係る真空チャンバ装置は、図１に示すように、真空チャンバ室１と、この真空チャンバ室１の肩部に窓３を介して接続された走査光学系２とから、なっている。
【００１３】
（真空チャンバ室１）
図１に示すように、本発明の真空チャンバ装置に使用される真空チャンバ室１は、このチャンバ室１内が真空ポンプにより排気されて高真空状態に保持し、試料である感光体３０に、荷電粒子及び／又は光を掃引あるいは走査して帯電させたり、またこの試料３０の帯電後に電荷分布を生じさせて潜像を発生させたり、あるいはこれらの現象を試料である感光体３０に生じさせるためのものである。また本発明の真空チャンバ装置に使用される真空チャンバ室１は、これらの現象を生ぜしめた試料である感光体３０がどのような状態になっているのかを視覚化させたり、あるいは試料に生じている変化の状態を時間の経過と共に追跡するようなトランジェントな現象を追跡したり、捉えたり、あるいは時間の経過と共にどのように、あるいはなぜ変化していくのかを追跡したり解析するために用いられるものである。
図２に示すように、この真空チャンバ室１内には、試料ステージ部５６が設けられている。試料は、この試料ステージ部５６に載置されて、試料３０の測定する部位を所定位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に移動できるようになっている。
この真空チャンバ室１は、図１（ａ）に示すように、その壁部が円筒状の胴部１０１と肩部１０２とからなり、胴部１０１は円筒状の材料を内径加工し、軸線方向からみてＤ字状にカットされて、図示されない開口部とこの開口部に形成されたフランジ取り付け部を有する。真空チャンバ室１の外部に、試料を３方向に移動させるための試料ステージ（ＸＹＺステージ）５６が取り付けられている。
【００１４】
図２は図１における真空チャンバ室１の周囲壁部を取り除いた内部の状態を表した例図である。ただし、ＸＹＺステージの駆動・動作部については、その部と共に真空チャンバ室１の壁部（大フランジ５２と小フランジ５４）も示した。
図２に示すように、真空チャンバ室１内には、試料ステージ５６が設けられ、そのステージ５６上に試料３０が載置されて固定されるようになっている。たとえば大気圧下に真空チャンバ室１から試料を試料ステージ５６上に載置して固定した後に、試料入り口（図示せず）を閉じて真空チャンバ室１内を真空脱気し、この真空下に真空チャンバ室内の試料３０を所定位置にするため、真空チャンバ室１外に設けられた試料ステージ位置決め手段により、試料の測定位置を所定位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に位置決めする。試料ステージ５６は小フランジ５４に取り付けられ、小フランジ５４は大フランジ５２に埋設され一体化されている。この大フランジ５２を挟持するように真空チャンバ室１外に函体７０が設けられ、この函体７０には試料ステージ５６の駆動部６４として、ステッピングモータ、マイクロヘッド等が、Ｏリングによりリークを防止して設けられている。また真空チャンバ室１内からの信号取り出し、外からの電源供給などのためのハーネスは、フィードスルー６６から中継可能となっており、試料ステージ５６、ステージ駆動部（駆動部）６４とフィードスルー６６等はフランジと一体にユニット化され、真空チャンバ室１内の真空度を一定状態に保持してリークを防止している。この函体７０はたとえばパーマロイなどで形成された磁気シールド部を有して構成され、函体７０自体はアルミ合金あるいはマグネシウム合金などで軽量化されて構成されている。
【００１５】
この真空試料台ユニットは図２に示すように、ガイドレール上に配置された真空試料台ユニット載置台の上に載置してスライドさせることで真空チャンバ装置に対し着脱自在としている。
また真空チャンバ室１の頂部には、試料の所定位置に荷電粒子ビーム照射可能なように、荷電粒子照射部１０が略鉛直方向を中心軸（以下、この軸を「粒子ビーム軸」ということがある）にして、荷電粒子が照射されるように位置させている。また試料の所定位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対して、前記粒子ビーム軸を基準にして略４５°の方向、あるいは換言すれば試料面（水平方向）に対して略４５°の仰角方向である真空チャンバ室１の肩部１０２に、フランジにより窓が配設されて高真空度を保持すると共に走査光以外の外光の侵入を極力防止する構造となっている。
真空チャンバ室１には前記したように荷電粒子ビーム装置１０がその頂部に設けられているが、この装置１０から照射されるビームが外乱電場あるいは磁場からの影響を可能な限り遮蔽すべく、真空チャンバ室１の胴部１０１及び肩部１０２は磁性体であり良導体である鉄系材料を用いて形成されている。これにより、本発明の真空チャンバ装置は、極力荷電粒子への擾乱を防止してノイズを防止し、有用な情報を得るように構成している。また、真空チャンバ装置全体を、防震台２１０上に設けると共に、前記ハーネス、真空ポンプ系からの振動の除去、電気系のケーブルからの振動を除去して、振動揺らぎのない情報の入手を可能としている。
【００１６】
本発明の真空チャンバ装置で使用される荷電粒子ビーム装置１０からの荷電粒子は、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が用いられる。これらのビームはイオン銃、電子銃などを用いて得ることができ、その他公知のイオンビーム装置を用いて得ることができ、ビームを得る装置としては限定されない。正電荷のビームとしては、様々な元素を使用でき、例えば水素、希ガス、酸素、炭素、窒素あるいは金属元素など特に限定されない。
また荷電粒子ビームが照射され、その反射粒子、あるいは荷電粒子ビーム照射により、試料３０で生じた現象を観測するために、検出器１８（荷電粒子検出器、電子検出器、光子検出器（ＰＭＴ、マイクロホンなど））をたとえば水平方向（粒子ビーム軸に対して９０°方向）、略４５°の方向などに設定するようにするため、フランジを真空チャンバ室の胴部１０１あるいは肩部１０２に自在に設置可能としている（図１〜図３）。
【００１７】
（走査光学系２）
本発明の真空チャンバ装置に使用される走査光学系２は、真空チャンバ室１の窓（窓板）３を介して、走査光学系２が、真空チャンバ室１の前記肩部に、外光の侵入を排除すべくラビリンス４を設け、真空チャンバ部１に対して略４５°の走査光軸方向（仰角方向）に移動可能に配設されている。また、試料面に対して、走査光学系２からの走査光が前記試料面に対して略４５°（の仰角方向）に入射されるようにしている。またこれに対し、荷電粒子ビームを検出するための荷電粒子ビーム検出器１８は粒子ビーム軸に対して４５°下方方向（仰角４５°の方向）に、あるいは水平方向などに、自在に粒子ビームを捕捉できるように様々な方向に設置できるようになっている。たとえば、走査光学軸を入射方向とした場合にこの走査光学軸に対して９０°方向、すなわち荷電粒子軸を対称軸にして反対方向に設置してもよい。また図３に示すように、走査光学軸を基準にして水平方向に（方位角）１３５°（９０＋４５°方向）に設けることができる。また荷電粒子ビーム検出器１８は、粒子ビーム軸（前記した鉛直方向）に対して、直角方向、換言すれば水平方向に設けることもできる。水平方向に荷電粒子ビーム検出器１８を設ける場合、たとえば、前記粒子ビーム軸と走査光軸とを含む平面内にこの荷電粒子ビーム検出器１８を設けたり、あるいはこの平面に直交する面内（たとえば、この直交する面内は粒子ビーム軸を含む面内とする）に設けることができる。
【００１８】
走査光学系２の位置決めには、荷電粒子軸を鉛直方向に限定した場合、この鉛直方向の荷電粒子軸と走査光軸とが交差する点を所定位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）として、走査光学軸の微調整を可能にすることができる。また走査光学系２の試料面におけるビームスポットの形状、走査光学系からのビーム形状及びビームスポット径などを微調整可能なように、真空チャンバ室１の肩部に設けられる窓に対して光軸方向に走査光学系２を移動可能にしている。すなわちこの光軸と荷電粒子軸との位置合せには、走査光のビームスポットは試料の感光体に対して略４５°に照射されるため、その射影としてビーム形状、ビームスポット径が試料に対して垂直入射の場合よりも多少変形する。しかも試料は円筒状あるいはベルト状形状であるので平面ではないため、試料面において走査光ビーム形状及びビームスポット形状は、より影響を受けることになる。
【００１９】
このような状況下において、試料を帯電させたり潜像を形成したりするために、これら上記影響下でも試料面上でおこる様々なイベントの発生の原因を考察（算出）しやすくする。また、本発明の真空チャンバ装置は、より解析しやすくするために、上記したように荷電粒子ビーム軸を鉛直にしたときに、走査光学軸との交差角を４５°方向としている。また本発明の真空チャンバ装置では、走査光学系２と、真空チャンバ室１との接合部を、外光（迷光）が試料に照射されないように、窓３以外の部位を、遮光材料で覆い、前記窓３を真空チャンバの肩部１０２のフランジ８に設け、この窓３の周縁部を外筒で覆うと共に、図４（ａ）に示すように、ラビリンス構造４を設けている。これにより、走査光以外の迷光の侵入を防止している。本発明では特に、ラビリンス構造４は、真空チャンバ室１の肩部１０２に設けたフランジ８に窓（窓板）３が間挿され、このフランジ８全体が遮光筒により遮光されている。遮光筒は外部遮光筒５と、内部遮光筒６とからなり、内部遮光筒５は前記した窓（窓板）３を包むように配挿され、真空チャンバ室１のフランジ８と一体化して取り付けられ、外部遮光筒５は走査光学系２と一体化して取り付けられる。外部遮光筒５の先端部は図４の（ｃ）に示すように、円筒状の凹み部を有しこの凹み部には前記内部筒６が挿入され内部遮光筒６と外部遮光筒５とで噛み合ってラビリンス構造を形成している。好ましくはこの噛み合い部の外周をゴム製などのエラストマーを含む弾性体あるいはゴム引きの不織布などで覆い、真空チャンバ室１内への外光の侵入を防止している。またこのラビリンス構造は、図４の（ａ）に示す様に、走査光学系の光軸方向に所定の範囲（たとえば図４（ｃ）に示すｋの半分程度の範囲）で移動可能なようになっている。これにより、走査光学系の焦点等の微調整も同時に可能としている。
【００２０】
（走査光学系の構成例）
本発明の真空チャンバ装置に使用される走査光学系２は、少なくとも光源２１を有して構成されている。また走査光学系２は、光源２１と、走査光学系と、同期検知手段と、偏向手段とを有して構成されていてもよい。
走査は、偏向手段、たとえばガルバノミラー、ポリゴンミラーなどの偏向手段を制御系を用いて制御を行うか、あるいは、走査光が一定方向から照射されるように固定して照射することができる。この場合には、偏向手段として、固定ミラーを用いたり、あるいは前記したポリゴンミラーなどの偏向手段を停止して固定状態にして用いることもできる。その他、光源からの照射光を集光させる光学系を走査光学系に有していてもよい。
【００２１】
その典型的な構成例を図５に示す。
たとえば図５に示すように、光源２１と、コリメートレンズ２２などと、ｆ−θレンズなどを用いることができる。これらは、画像形成装置の光書込み装置等と同様の構成を採用してもよい。図５において、偏向手段として、ポリゴンミラー２３を用いた例を示している。このような構成を採用すると、実機上での条件を詳細に再現したり、たとえば試料である感光体において潜像を形成し、その潜像を現像した後に残像が残るような感光体に関して、その残像現象を再現したり、またその現象を捉えたり、解析したり、その原因を調べたりすることができるため好ましい。
また図６は、光源２１の例を示す図である。光源としては、発光ダイオード、ＬＤ、ＬＤアレイなどを用いることができる。なお走査光学系２と外部遮光筒５あるいは内部遮光筒６との接合部に開口絞り７を設けることができる。この開口絞りにより走査光以外の光が生じたとしても試料面への照射を抑制し、また光源への反射による戻り光を抑制することができる。
【００２２】
（走査光学系２の可動部）
本発明の真空チャンバ装置に使用される走査光学系２には、図４に示すように、走査光学系２の光軸方向及び水平方向に移動可能なように、マイクロヘッドあるいはマイクロメータを用いて構成されていてもよい。
走査光学系２は、真空チャンバ室１とは、真空チャンバ室１の肩部に設けられた窓３を介して設置される。走査光学系２は、真空チャンバ室１と独立して設けられているため、走査光学系２で生じる光学系、偏向手段などの走査に伴う回転、振動電磁気的な揺らぎなどは、真空チャンバ室１に伝達されることがない。このため、試料である感光体３０に影響を及ぼさずに走査可能としたため、現象的にも、解析上においても、極めてシンプルに試料面への任意の条件での走査、掃引を行うことができ、また、感光体３０で生じた現象を、様々な手法を取り入れて、測定したり、解析したりあるいは分析することができる。
【００２３】
このような本発明の真空チャンバ装置に使用される走査光学系２は、任意に光学的な走査ができるように、その走査位置の中心又は走査開始位置を、たとえば前記したように、粒子ビーム軸に対して（あるいは試料の設定位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）から仰角で）、略４５°の方向から照射できる位置として、設定するようにしている。
走査光学系２は、複数の脚部２１１により支持される水平な定盤台２１２と、この定盤台上に配設されたガイドレール（第１ガイドレール：水平ガイドレール）２１３ａ、２１３ｂとからなる平行移動部と、ガイドレール２１３ａ、２１３ｂに沿って移動可能な走査光学系２を水平に対して略４５傾けて保持するための移動ステージ２１４と、この移動ステージ２１４上に配設されたガイドレール（第２ガイドレール：４５°傾斜ガイドレール）２１５ａ、２１５ｂとから、走査軸方向移動部とを備えている。そして平行移動部の平行移動距離は、移動ステージ２１４の水平方向の板に真空チャンバ室に接する位置を基準とし、その位置からの移動距離をマイクロヘッド又はマイクロメータ２１６で測定して位置決めするようにしている。
また光軸方向に対する移動は、走査光学系２を走査光学軸方向に移動して、焦点を合せたり、ビーム形状あるいはビームスポット形状の微調整することができるようになっている。この移動は、光軸方向に対して行われるものであり、たとえばラビリンス４の長手方向に行うことができる。したがってラビリンス４内に内筒６が完全に収容された状態を基準とし、最大としてはラビリンスの長手方向の長さを図４（Ｃ）に示すように、ｋとすると、ｋ−δ（δは０より大きくｋ／２程度：（数ミリ程度）まで）である。
【００２４】
前述したように、本発明の真空チャンバ装置に使用される走査光学系２の可動部は水平方向又は仰角４５度の光軸方向に微調整可能であり、図４（ｂ）ではそのうち仰角４５度方向（光軸方向）に移動することのできる可動部の要部を示している。図４（ｂ）に示すように、定盤２１２上の移動ステージ２１４の移動により、行うことができる。たとえば図４（ｂ）の矢印ｂに示す光軸方向の移動は、図４（ａ）に示す仰角４５度の部分に設置されたマイクロメータにより行うことができる。この図に示すように、仰角４５度（４５°）の可動部に取り付けられたマイクロメータを適宜調整すると、走査光学系２は移動部とともにガイドレール２１５ａ、２１５ｂ上をスライドして移動し、試料上のスポットサイズが変化するようになっている。このように仰角４５度の方向に設置されたマイクロメータは、焦点方向の調整ができる構成となっている。このマイクロメータには、自重の少なくとも１部が負荷されており、よって、遊びが極端に少ないか、ほとんど無いに等しい走査光学系２の移動が得られ、極めて精度のよい移動が可能である。本発明では、水平方向の可動も同様であるが、位置合せ、焦点合わせの回数が少ないため、これらマイクロメータあるいはマイクロヘッドに負荷される荷重による摩耗などは考慮しなくてもよい。なお本発明では、仰角４５度の可動部に取り付けられたマイクロメータへの自重負荷を、公知の手段を用いて適宜減少させるように調整することもできる。
【００２５】
また走査光学系２の平行移動に関しては定盤台２１２上の第１ガイドレール２１３ａ、２１３ｂに沿って移動可能となっている。この第１ガイドレール上の走査光学系を含む可動部により、粒子ビーム軸（鉛直軸）に対する距離を変化させることができる。この移動も図４（ａ）に示す水平方向に可動可能な可動部に設置されたマイクロメータを用いて行うことができる。この平行方向の移動は図４（ａ）において、粒子ビーム軸と光軸とが交差する位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対して紙面の右横方向に光軸がその角度を普遍に保ったままでずれていくように、移動していくことになる。なお図４（ｂ）において、可動部の例として、ガイドレールが２１５ａと、２１５ｂとで異なる例を示したが、例示であり、他の公知のものを採用することもできる。この場合に、自重の負荷をマイクロメータあるいはマイクロヘッドに掛けないように、適宜、公知のものを採用することもできる。
【００２６】
以下、本発明の真空チャンバ装置に関し、その使用例を実施例により説明する。しかしながら本発明は、これら実施例に開示された範囲に何ら限定されて解釈されるものではない。
［実施例］
以下、荷電粒子照射部１０として、電子ビーム照射部１１を用いた実施例により、本発明を説明する。ただし、前述したように、本発明は荷電粒子ビーム照射装置１０として、様々な装置を用いることができ、本実施例で用いる電子ビームを、本発明では正電荷ビーム照射装置と読み替えても本発明に属する。
荷電粒子照射部としての電子ビーム照射部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とを有している。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。
また、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たり、また、水素、酸素、窒素、希ガスなどの気体をイオン源としたイオン銃などを用いることもできる。
【００２７】
荷電粒子ビームとして電子ビームを用いた場合には、検出器として電子検出部１８（例えば２次電子検出器）を用いることができ、具体的には、シンチレータや光電子増倍管（ＰＭＴ）などを用いることができる。電子以外の荷電粒子の場合には、半導体検出器、光電子増倍管、シンチレータなどを検出器として用いる。
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、コリメートレンズ２２、アパーチャ、結像レンズなどを有してなり、試料設置部（試料台）１６に載置された試料３０上に、所望のビーム径で、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。光源２１としては、ＬＤ（レ―ザ・ダイオード）、ＬＤアレイなどを用いることができる。また、ＬＤ制御手段により光源２１であるＬＤを制御し、適切な露光時間で、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。あるいはこれらを走査することなく固定して、反射ミラー２３として使用することもできる。
【００２８】
試料３０の感光体の構成は、どのようなものでもよく、限定されない。たとえば図１０に示すように、導電性支持体の上に電荷発生層（ＣＧＬ：Charge Generating Layer）と、電荷輸送層（ＣＴＬ：Charge Transporting Layer）が形成されているような感光体を試料として用いることができる。このような試料は、たとえば円柱状あるいはベルト状の感光体のままのものを用いたり、あるいはその感光体の測定したい部分を適当な大きさにカッティングして用いることもできる。このような試料である感光体の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：Charge Generating Material(s)）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（ｈν→ｐ＋ｅ：ただしｐは正キャリア、ｅは負キャリア（電子））。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。換言すれば、静電潜像を形成する。
【００２９】
次に、図７を参照しながら本発明の真空チャンバ装置の動作例とともに、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する。このときの加速電圧と２次電子放出比δとの関係を図８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り、電子が試料３０に蓄積され、チャージアップ現象を起こすことができる。このようにして、試料３０にマイナスの一様帯電を生じさせる。この際に加速電圧と照射時間をその感光体の個々の適切な値を求めて設定することにより、その感光体に応じて所望の帯電電位を形成することができる。本発明の真空チャンバ装置では、上記したように感光体のチャージアップ装置として、使用できることをこの上記例で示す。このようなチャージアップした場合に試料である感光体３０の電荷分布の一様な状態が具体的にはどのようなものであるかを、画像として出力することができる。また、感光体の種類を変えて測定したり、あるいはその電荷分布が時間と共に消失していくなど、その過程を電子顕微鏡（あるいは電界放出顕微鏡）により、画像（トランジェントな画像）などで追っていくことができる。
所望の帯電電位が形成されたら、一旦、電子ビームをＯＦＦにする。
【００３０】
次に、露光部２０の光学系を介して前記帯電電位が形成された感光体試料３０上に露光を行う。走査光学系２は、所望のビーム径及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。本例では、感光体上に設けた帯電形成エリアと露光エリアのどちらかを他のエリアに包含されるように設定している。この範囲は、目的に応じてどちらかを広く設定してもよく、あるいは、同程度の範囲に設定して、感光体に目的の現象（事象）を起こさせることが可能である。
このように、前記したようにして試料である感光体３０に走査光学系２により露光を行って、試料３０上に静電潜像を形成することができる。すなわち本発明の真空チャンバ装置は、感光体の潜像形成を再現（実現）するための装置として使用可能である。
【００３１】
静電潜像を形成した後、装置のモードを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（ＰＭＴ）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。
電位コントラスト像から電位に変換するために、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、そのテーブルを基に、信号強度から電位を算出するようにしてもよい。
また、電子ビームスキャン領域内に既知の参照電位を印加し、２次電子信号強度をこの参照電位と比較することにより、電位分布を算出する（求める）方法を用いても良い。
【００３２】
参照電位を、たとえば図１１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ことによって設定する方法を採用することができる。具体的には、基準電圧源からの電圧を、抵抗を用いて分圧し、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している。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１１に示す例では、相対的に電位の低い部分を白で表示し、電位の高い部分を黒で表示している。図１１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、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１１の下部に「検出器の信号強度」として示す。
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適宜補正することができる。また、事前にキャリブレーションしてもよい。
測定終了後、図１２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。
【００３３】
図１２に、上記実施例で用いた制御部の例を示す。図１２において、光源２１を制御するＬＤ制御部３６と、走査レンズ１４を制御する荷電粒子制御部３７と、残留電荷除去用の光源１７を制御するＬＥＤ制御部３８と、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及び試料台制御部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次電子検出部（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。
２次電子放出比δは、下記式
２次電子放出比δ＝放出電子数／入射電子数
により表されるが、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、下記式
放出電子数＝透過電子数＋反射電子数＋２次電子数
により求めるとよい。
【００３４】
正帯電にしたい場合には、図８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あり、それ以外の加速電圧を用いない。本実施例では、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していることが特徴の一つである。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にしたが、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にし、その状態で露光させても良い。なお帯電方法として、接触帯電など試料に接触させて帯電させる別の帯電装置（帯電手段）を用いても良い。
また本実施例において、光源としてＬＤアレイを用いることもできる。たとえばそのアレイ配置を、図１４に示すように、４×８アレイを用いることができる。本アレイでは、副走査方向の隣り合う素子と、等間隔（ｄ：副走査方向の隣り合う素子との間隔）とし、アレイの副走査方向位置関係は等間隔ｃ＝ｄ／ｎとする。そして、主走査方向の隣り合う素子とは等間隔（Ｘ：主走査方向の隣り合う素子との間隔）である。具体的にはｄを１８．４μｍ、Ｘを３０μｍとした。Ｃ＝１８．４／８＝２．３μｍとなる。たとえば図１４に示すように、主走査方向に多少、傾斜させることができる。このような調整は、図６（ａ）に示すγチルトの調整によって行うことができる。この図６に示す例では、γチルト角（たとえば５度以下、たとえば３度程度）の調整はγチルト調整ネジにより行うようにしているが、他の物を用いて行うこともできる。この調整により、同走査線上の略同一の試料上の位置を多重露光を行うようにすることができる。
【００３５】
本実施例ではその素子間隔ｄ、Ｘを図１の従来例に適用するとＣ＝ｄ／ｎ＝１８．４／４＝４．６μｍであるので、本実施例のアレイの各素子中心から副走査方向に垂線を下ろした時の副走査方向における各素子の間隔Ｃは５０％であり、平面内の素子間隔が同じであっても本発明によると高密度となることがわかる。なお素子間隔ｄ、Ｘは、上記プロセス上の制約の他にアレイで動作時の他の素子からの熱干渉の影響も考慮して決めることができる。
また、副走査方向での高密度化に影響のない主走査方向の素子間隔を広げているので、各素子間の熱干渉の影響低減や、各素子の配線を通すために必要なスペースを確保することができる。
さらに、キャリア閉じ込め向上、歪量子井戸活性層による高利得化によって低閾値化することで、光取り出し側ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）の反射率低減が可能となり、さらに高出力化できる。
【００３６】
本発明の真空チャンバ装置は、図４に示すように、水平状に配設され一端側が開口された光学ユニット（走査光学系）２と、真空試料ステージ部が内装されると共にその真空試料ステージ部に載置される試料に対して光走査するための光学ユニット（走査光学系）が、前記真空ステージ部が内装された真空チャンバの肩部に傾斜状に設けられた透過可能な透過部により、その光学ユニットより下位となるように、かつ、光学ユニットの開口側と前記透過部とが対向するように並設された真空チャンバ室と、前記光学ユニットの開口側端部と透過部とを接続するように設けられた接続部とを備えている。
この接続部は、一端側が開口側端部と接続され傾斜状に設けられた外部遮光筒と、その外部遮光筒の下側の端面に環状の溝が凹設され、その環状の溝に一端が挿嵌されると共に他端が真空チャンバに挿嵌された環状の内部遮光筒と、その内部遮光筒の他端側にこれを囲撓するように挿嵌されたガラス材（窓板）３とを備えて構成されている。
なお、外部遮光筒と内部遮光筒との接続は、上記したように、外部遮光筒の下側の端面に凹設した環状の溝に内部遮光筒（内筒）の一端を挿嵌して、外部光を完全に遮断したラビリンス構造４になっている。
走査光学系全体はカバーで覆われ、前記外部遮光筒５と一体化することによって走査光以外の外光を遮光する。
本実施例では静電潜像測定装置の光走査系の光源ユニットとして、面発光レーザアレイを好ましく用いており、この光源ユニットの構成について、図６を参照しながら説明する。
面発光レーザアレイはカバーガラス等でパッケージ化された状態で制御基板上に固定される。制御基板はカップリングレンズホルダのボスに面発光レーザアレイの中心を光軸と略一致するように固定（ネジ止め）する。カップリングレンズホルダの制御基板取り付け部反対側には光学ハウジングとの嵌合部と扇型突起部を設けカップリングレンズを、図示していない光軸コリメート調整装置等を用いてＵＶ硬化型の接着剤を用いて接着する。
【００３７】
図５は光源ユニットを光学ハウジングに組付け、γチルト調整機構による調整を説明するための図である。予め圧縮ばねにより反時計方向に負勢し、この負勢された状態から調整ネジにより光源ユニットをチルト角を定める（γチルトする）。
４行×８列に並んだ発光点の像面上でピッチを高精度に調整するために、光源ユニット全体をγチルトさせる。また露光エネルギーと露光時間の積が一定であっても濃度（潜像径）が変化する所謂相反則不軌の現象についても、ビームスポットの重なり具合などを実験的に任意に変化させることができるので定量的な解析を行なうことができる。
走査光学系は構造体の上に設置した平行移動台の上に固定し、図示していないステッピングモータ等の駆動制御手段により図の水平方向に移動し、同時に光ビームを走査することで２次元走査が可能となる。ステッピングモータの加減速時間を見込んでも遮光部での隙間が、（必要移動量＋加減速移動量）以上とすることによって等速度での書き込みが可能となる。本装置における必要移動量は数ミリレベルであり、よって、等速度での書き込みが可能である。
また像面までの距離も一定となるのでビームスポット径も一定であり、高精度な書き込みも可能となる。
【００３８】
走査光学系は真空チャンバに対して非接触で配置するので、ポリゴンスキャナ等の光偏向器を駆動する際に発生する振動は直接真空チャンバに伝播されることは無い。さらに図示していないが構造体と除振台との間にダンパを挿入すれば更に効果の高い防振効果を得ることができる。
また、真空チャンバ内に設置した試料載置ステージを走査ビームと直交する方向に駆動しながら走査することで、平行移動台が停止している状態でも２次元走査が可能となる。
また、本装置を使って実験測定を行なう場合、必要な書込密度から、走査周波数と線速を決定し、ビームスポット径、露光エネルギー等をパラメータとして変化させることによって感光体への様々な事象の再現、あるいはその現象を測定することができる。
【００３９】
以上、説明したように、本発明の真空チャンバ装置は、真空チャンバ室と、走査光学系とからなる真空チャンバ装置であって、前記真空チャンバ室内に試料を所定位置に位置させる試料ステージを有し、前記試料ステージの操作部を前記真空チャンバ室に接して外部の大気圧下に設け、前記試料ステージに載置された試料を前記操作部により前記試料を高真空下で所定位置に位置させ、前記走査光学系は前記真空チャンバ室と別体に設けられ、前記走査光学系からの走査光が前記真空チャンバ室の肩部に設けられた窓から入射され前記走査光学系の偏向走査手段により、前記真空チャンバ室内の試料が光走査されるようにしたので、真空チャンバ装置の外部から外光を遮断しつつ走査光学系の光ビームを真空チャンバ内部に導き試料上を走査でき、走査光学系を真空チャンバ内部に配置する方式に比較して大きさに制限されず、配置の自由度が大きい。
さらに画像形成装置等に使用される光走査装置と共通化が図れるのでコスト的にも低く抑えることができる。
また前記走査光学系は前記真空チャンバ室に載置された試料に対して略４５度の仰角方向から照射する光源部からの光の照射位置を調整する調整手段を備え、走査可能とすることとしたので、算出が効率よく行われ、また解析も早く行うことができる。
また前記走査光学系は前記走査光を所定範囲に調整する調整手段を有し、前記走査光学系を入射軸方向又は水平方向の少なくとも何れかの方向に調整可能であることとしたので、その駆動源の潤滑剤等で真空度の劣化や内部の汚染を引き起こすことはなく、また試料の大きさや観察位置に応じてオフセット可能な真空ステージも利用した２次元走査を行なうことができる。
【００４０】
また前記遮光手段は第１と第２の遮光手段とからなり、前記第１の遮光手段は径の異なる複数の円筒部からなり、前記第２の遮光手段は前記複数の円筒部間に間挿される円筒部材であって、当該第１の遮光手段と第２の遮光手段によりを前記複数の円筒部とその間に間挿される前記円筒部材との中心軸が一致するように配設されることとし、好ましくは、前記第１の遮光手段と前記第２の遮光手段との合せ部をラビリンス構造とし、さらに前記第１と第２の遮光手段との間に、柔軟性の遮光部材を間挿した。特に前記柔軟性遮光部材は弾性体あるいはゴム引き不織布の少なくとも何れかであるようにしたので、高真空度を保持しながら感光体に様々な事象を再現でき、しかもこれら再現された現象の解析、分析を実行可能とした。
このような前記真空チャンバ装置と、前記真空チャンバ装置の前記荷電粒子ビームを走査する手段を有して構成され、前記真空チャンバ室内に載置された試料の試料面を前記荷電粒子ビームで走査して前記試料上に電荷分布を生成させたり、前記荷電ビーム走査手段により前記真空チャンバ装置の真空チャンバ室内に載置された試料の試料面を走査して得られる検出信号に基づいて前記試料面を測定する装置であって、前記試料を帯電させた試料に前記真空チャンバ装置の走査光学系を用いて走査露光させて前記試料に生成させた電荷分布を測定する静電潜像測定装置を提供可能としたので、感光体上で発生する様々な現象（たとえば電子写真方式の感光体に求められる帯電（チャージアップを含む）、静電潜像（電荷分布発生現象）、現像（生成された静電潜像に逆帯電した粒子を付着させる等により、感光体上の電荷分布を消滅させるようにする現象）を発生させたり、再現する。さらにその後の、クリーニング工程等の際の感光体上に起こり得る様々な状態を発生させたり、発生したこれらの現象を分析、解析することができる。
【００４１】
また本発明では、前記した静電潜像測定装置で評価された感光体を有する画像形成装置であって、
書込み光源波長が７８０ｎｍ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、前記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とした時に以下の式を満足することとした。
１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０
これにより静電潜像が拡散し、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、感光体寿命ものばすことができるので環境負荷低減が可能となり、しかも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。
前記画像形成装置において、感光体の帯電電位の絶対値をＣとし、１ビームスポットの潜像深さをＤとした時に以下の式を満足するように書込み光量を設定した。
０．７＜Ｄ／Ｃ＜０．９
これにより、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ず、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。
【００４２】
図９にこのような前記した画像形成装置の例を示す。この画像形成装置はプリンタであり、感光媒体として円筒状に形成された光導電性の感光体２０８を有している。
この感光体２０８に本発明の表面電位分布の測定方法又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。
感光体２０８を本発明の表面電位分布の測定方法又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、高耐久が実現出来る。
さらに、出力画像の高画質化の為に光学系の最適化のために、及び光源波長を７８０ｎｍ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。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。
【００４３】
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。
このため、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又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、例えば帯電電位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。
【００４４】
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。
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。
本画像形成装置は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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の真空チャンバ装置の外観図であり、（ａ）は外観側面図であり、（ｂ）は真空チャンバ装置全体が見える斜め４５°方向から装置全体を見下ろした図である。
【図２】本発明の真空チャンバ装置のチャンバ室内の構成例を示す図である。
【図３】本発明の真空チャンバ装置の配置構成例を示す図であり、チャンバ室の外部に光源ユニットを含む走査光学系を配置した例を示す図である。
【図４】（ａ）は、図３に示す配置構成例におけるＡ−Ａ線での、走査光学系の光軸と潜像測定装置の荷電粒子照射部の照射軸（真空チャンバの鉛直軸）の位置関係を説明するための図であり、（ｂ）は（ａ）のＢで示した部分の斜め右方向からガイド装置を見たガイド装置の主要部を示した例図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線方向に切断したラビリンス構造を主に説明するための図である。
【図５】本発明の真空チャンバ装置に用いられる光源ユニットの典型的な構成を示す例図であり、光源ユニットを光学ハウジングに組付け、γチルト調整機構による調整の説明をするための図である。
【図６】（ａ）は光走査系の光源ユニットを示した図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線図の断面により、光源ユニットとして面発光レーザアレイとした場合の構成を示す図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ部の光軸方向から見た（カップリングレンズの）詳細図である。
【図７】本発明の真空チャンバ装置を静電潜像測定装置として用いた場合の走査光学系と潜像測定装置の荷電粒子照射部との照射系との分光学的配置を示す図である。
【図８】本発明の真空チャンバ装置を静電潜像測定装置として使用した場合の荷電粒子ビーム照射部が電子銃である場合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を示した図である。
【図９】本発明の測定対象である、感光体を用いた画像形成装置の概略の構成を示す側面図である。
【図１０】本発明の測定対象である感光体の構造例を示す拡大断面図である。
【図１１】本発明による測定例と荷電粒子ビーム照射部が電子ビームを照射する場合の電子ビームスキャン領域内に既知となる参照電位の配置例を示す平面図である。
【図１２】本発明に係る静電潜像形成装置及び静電潜像測定装置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１３】（ａ）は感光体面でのビームスポット径Ａとビームスポット光量との関係を示すグラフを示した図であり、（ｂ）は感光体面に形成される潜像径Ｂと潜像深さｑまでの電荷密度を示すグラフを示した図であり、（ｃ）は感光体の帯電電位の絶対値Ｃ及び１ビームスポットの潜像深さＤまでの電荷密度を示すグラフを示した図である。
【図１４】本発明に係る静電潜像測定装置の走査光学系として、面発光レーザアレイを適用した場合の配置例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  真空チャンバ室、２  走査光学系、３  窓、４  ラビリンス、５  外筒（外部遮光筒）、６  内筒（内部遮光筒）、７  開口絞り、８  フランジ、９  弾性体（ゴム引き布）、１０  荷電粒子照射部（２次電子照射装置）、１１  電子銃、１２  コンデンサレンズ、１３  ビームブランカ、１４  操作レンズ、１５  対物レンズ、１６  試料台、１７  残留電荷除去手段（残留電荷除去光源）、１８  検出器、２１  光源、２２  コリメータ、２３  シリンドリカルレンズ、２４  反射ミラー、２５  偏向手段（ポリゴンミラー）、２６  トロイダルレンズ、２７  ｆ−θレンズ、５２  大フランジ、５４  小フランジ、５６  試料ステージ、５８  載置台、６０  リニアガイド、６２  ガイドレール、６４  駆動部、６６  フィードスルー、６８  マイクロヘッド（Ｚ軸駆動）、７０  函体、１０１  胴部、１０２  肩部、２０１  帯電手段、２０２  露光手段、２０３  現像手段、２０４  転写手段、２０５  定着手段、２０６  クリーニング手段、２０７  除電手段、２１０  防震台、２１１  脚部、２１２  定盤台、２１３ａ、２１３ｂ  ガイドレール、２１４  移動ステージ、２１５ａ、２１５ｂ  ガイドレール
【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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【図１３】
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【図１４】
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