JP2000266794A - Surface potential measuring method and device - Google Patents

Surface potential measuring method and device

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JP2000266794A
JP2000266794A JP11069300A JP6930099A JP2000266794A JP 2000266794 A JP2000266794 A JP 2000266794A JP 11069300 A JP11069300 A JP 11069300A JP 6930099 A JP6930099 A JP 6930099A JP 2000266794 A JP2000266794 A JP 2000266794A
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surface potential
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Japanese (ja)
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Hiroto Yoneyama
博人 米山
Kazuo Yamazaki
一夫 山崎
Hiroyuki Watanabe
浩之 渡邊
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Fujifilm Business Innovation Corp
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect precisely a surface potential, even if the surface potential is a high potential. SOLUTION: In this measuring method of a potential on a sample surface by using a potential detecting probe, a probe P vibrating in parallel with the sample surface is used as the potential detecting probe. And a surface potential of the sample S is measured by the operation of an electrostatic force working between charges on the probe P and on the sample S, by utilizing the change of the vibrating state of the probe P. This device is equipped with such a potential detecting probe P that the probe P head facing to the sample S surface is supported vibratingly in parallel with the sample S surface, a vibration exciting device A for vibrating forcedly the probe P, and a vibration state detecting means (PD, K) for detecting the change of the vibrating state of the probe P, and the surface potential of the sample S is measured by utilizing the variation of the vibrating state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、被測定体の表面
電位を測定する表面電位測定方法および装置に関し、特
に高電位を有した試料を測定するのに適した表面電位測
定方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a surface potential of an object to be measured, and more particularly to a method and an apparatus suitable for measuring a sample having a high potential.

【0002】[0002]

【従来の技術】複写機やLBP(レーザビームプリン
タ)等に用いられている電子写真方式は、コロナ放電な
どにより電子写真感光体の表面を均一に帯電させる工程
と、帯電した電子写真感光体の表面を露光して感光体表
面に静電潜像を形成する露光工程と、形成された静電潜
像に現像剤を接触させてこの現像剤に含まれるトナーに
より静電潜像をトナー像に顕像化する現像工程と、トナ
ー像を紙等に転写する転写工程と、転写されたトナー像
を定着させる定着工程と、転写工程後、感光体上に残留
するトナーを除去するクリーニング工程とを含んでい
る。このプロセスにおける画像は、感光体上に形成され
る静電潜像を基礎としている。従って、高精細な画像を
得るためには、高精細な静電潜像を形成し、それを現像
しなければならない。
2. Description of the Related Art An electrophotographic method used in a copying machine, an LBP (laser beam printer), or the like includes a step of uniformly charging the surface of an electrophotographic photosensitive member by corona discharge or the like; An exposure step of exposing the surface to form an electrostatic latent image on the photoreceptor surface, and contacting a developer with the formed electrostatic latent image to convert the electrostatic latent image into a toner image with toner contained in the developer. A developing process for developing a visible image, a transfer process for transferring the toner image to paper or the like, a fixing process for fixing the transferred toner image, and a cleaning process for removing the toner remaining on the photoconductor after the transfer process. Contains. The images in this process are based on an electrostatic latent image formed on a photoreceptor. Therefore, in order to obtain a high-definition image, a high-definition electrostatic latent image must be formed and developed.

【0003】しかし、現像された画像は温度、湿度等の
環境条件の変化や感光体の構成材料により、解像度の低
下を引き起こす場合がある。このような現象の原因のひ
とつとして、潜像の劣化が上げられる。従って、環境等
に依存しない安定性の優れた感光体を設計するために
は、静電潜像を直接測定し、潜像の状態を把握する必要
がある。一般に帯電した試料などの表面電位を測定する
ためには、試料に測定電極を近づけ、その時の測定電極
に誘起される誘導電荷を測定する手段が用いられる。す
なわち、試料に測定電極を近づけることによって、試料
と測定電極間に静電容量を形成すると、測定電極上には
試料上の静電荷に対応した誘導電荷が誘起される。例え
ば、従来の表面電位測定方法として、次の技術(J0
1),(J02)が知られている。
[0003] However, the developed image may cause a decrease in resolution due to changes in environmental conditions such as temperature and humidity and the constituent materials of the photoreceptor. One of the causes of such a phenomenon is deterioration of a latent image. Therefore, in order to design a photosensitive member having excellent stability that does not depend on the environment or the like, it is necessary to directly measure an electrostatic latent image to grasp the state of the latent image. Generally, in order to measure the surface potential of a charged sample or the like, a means for bringing a measurement electrode close to the sample and measuring an induced charge induced on the measurement electrode at that time is used. That is, when a capacitance is formed between the sample and the measurement electrode by bringing the measurement electrode close to the sample, an induced charge corresponding to the electrostatic charge on the sample is induced on the measurement electrode. For example, the following technology (J0
1) and (J02) are known.

【0004】(J01)図19に示す技術 図19は従来の表面電位測定方法の説明図である。図1
9において、光透過孔01aおよび検出孔01bを有する
シールドケース01内に透明検出電極02を設け、光L
を前記光透過孔01aから照射する。前記光Lは透明電
極02と対向壁面に設けた前記検出孔01bを透過し、
試料(被測定体)Sに照射される。 (J02)特開平6−88846号公報記載の技術 この公報には、検出電極の周りに光ファイバーを設置
し、光照射部の表面電位を測定する方法が提案されてい
る。
(J01) Technology shown in FIG. 19 FIG. 19 is an explanatory diagram of a conventional surface potential measuring method. FIG.
9, a transparent detection electrode 02 is provided in a shield case 01 having a light transmission hole 01a and a detection hole 01b.
From the light transmission hole 01a. The light L passes through the transparent electrode 02 and the detection hole 01b provided on the opposite wall surface,
The sample (measured object) S is irradiated. (J02) Technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-88846. This publication proposes a method of installing an optical fiber around a detection electrode and measuring a surface potential of a light irradiation part.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】(前記(J01),(J
02)の問題点)前記従来技術(J01),(J02)は検出
電極の誘導電荷量を測定する。この方法では、測定電極
を微少部分にあわせて小さくする必要がある。前記測定
電極の大きさが小さくなると、その面積に比例して誘起
される誘導電荷量も小さくなるため検出すべき信号量の
絶対値が小さくなる。そのため、信号処理系のS/N比
などの特性を考慮すると、測定電極の大きさは無限に小
さくできるわけではなく限界がある。よって、誘導電荷
量を測定する方式では、微少部分の測定を行うことは極
めて困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] ((J01), (J
Problem 2)) The above-mentioned prior arts (J01) and (J02) measure the amount of induced charge of the detection electrode. In this method, it is necessary to reduce the size of the measurement electrode in accordance with the minute portion. As the size of the measurement electrode decreases, the amount of induced charge induced in proportion to the area of the electrode decreases, so that the absolute value of the signal amount to be detected decreases. Therefore, in consideration of the characteristics of the signal processing system such as the S / N ratio, the size of the measurement electrode cannot be reduced infinitely but has a limit. Therefore, it is extremely difficult to measure a minute part by the method of measuring the amount of induced charge.

【0006】そこで、従来次の技術(J03)が提案され
ている。 (J03)図20に示す技術 図20は表面電位を測定する他の従来技術の説明図であ
り、特開平5−119093号公報、特開平5−149
988号公報、特開平6−3398号公報または電子写
真学会誌第32巻第4号P62−66(1993)等に
記載の技術である。図20において、プローブ06は片
持ち梁(カンチレバー)07の先端に支持されており、
片持ち梁07の背面にレーザ光源08からレーザー光L
を照射し、試料Sと片持ち梁07間に生じる静電気力に
より、片持ち梁07の機械的変位、あるいは片持ち梁0
7の振動の変化を、片持ち梁07の背面に照射したレー
ザー光Lの反射光L′を光量センサ09により検知する
ことにより、表面電位を測定する。
Therefore, the following technology (J03) has been proposed. (J03) Technique shown in FIG. 20 FIG. 20 is an explanatory view of another conventional technique for measuring the surface potential, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 5-1-19093 and Hei 5-149.
988, JP-A-6-3398, or the journal of the Society of Electrophotography, Vol. 32, No. 4, P62-66 (1993). In FIG. 20, the probe 06 is supported at the tip of a cantilever (cantilever) 07,
Laser light L from laser light source 08 on the back of cantilever 07
And the electrostatic force generated between the sample S and the cantilever 07 causes the mechanical displacement of the cantilever 07 or the cantilever 0
The surface potential is measured by detecting the change in the vibration of 7 by the light quantity sensor 09 by detecting the reflected light L ′ of the laser light L applied to the back surface of the cantilever 07.

【0007】しかし、この場合、数V程度であれば、片
持ち梁07先端のプローブ06と試料S間に働く、静電
気力はそれほど大きくないため、プローブ06と試料S
間は数μm以下まで近づけることができる。しかし、感
光体のように数百から数キロVという高電圧を印加され
たような試料Sに対しては、試料Sに対して垂直方向に
変位する片持ち梁07先端に支持したプローブ06で
は、プローブ06と試料07が大きな静電気力により接
触してしまう。仮に接触しない程度にプローブ06と試
料S間を離した場合では、解像度の低下が生じる。ま
た、プローブ06のたわみにくい材料を選択し、静電気
力による試料との接触が避けられたとしても、たわみに
くい材料では感度が低下してしまう。
However, in this case, when the voltage is on the order of several volts, the electrostatic force acting between the probe 06 at the tip of the cantilever 07 and the sample S is not so large.
The distance can be reduced to several μm or less. However, for a sample S such as a photoreceptor to which a high voltage of several hundreds to several kilovolts is applied, the probe 06 supported on the tip of a cantilever 07 displaced in a direction perpendicular to the sample S requires Then, the probe 06 and the sample 07 come into contact with each other due to a large electrostatic force. If the probe 06 and the sample S are separated to such an extent that they do not come into contact with each other, the resolution is reduced. Further, even if a material that does not easily bend the probe 06 is selected and contact with the sample due to the electrostatic force is avoided, the sensitivity decreases with the material that does not easily bend.

【0008】本発明は前述の事情に鑑み、下記(O01)
の記載内容を課題とする。 (O01)表面電位が高電位であっても、前記表面電位を
精度良く検出できるようにすること。
In view of the above circumstances, the present invention provides the following (O01)
Is the subject of the description. (O01) To be able to accurately detect the surface potential even if the surface potential is high.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は高電位を有した
試料(S)の微少部分を測定することを目的とし、試料
表面と平行に強制的に振動させたプローブ(P)と前記
プローブ(P)の振動状態を測定する振動状態検出手段
(PD+K)を用い、以下に述べる原理、手段により、
これを可能、実現したものである。電位分布を有する試
料(S)に対し、強制的に外力により前記試料表面に平
行に振動させた電位検出用プローブ(P)を接近させる
と、プローブ(P)に誘導電荷が誘起される。このと
き、例えばプローブ(P)として針のように先端が先鋭
化されたものを用いれば誘導電荷はその先端部分に誘起
される。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention aims at measuring a minute portion of a sample (S) having a high potential, and a probe (P) forcibly vibrated in parallel with a sample surface and the probe (P). Using the vibration state detection means (PD + K) for measuring the vibration state of (P),
This is possible and realized. When a potential detection probe (P) vibrated in parallel with the sample surface by an external force is forcibly brought close to the sample (S) having a potential distribution, an induced charge is induced in the probe (P). At this time, for example, if a probe (P) having a sharpened tip such as a needle is used, the induced charge is induced at the tip.

【0010】図1は本発明で使用可能なプローブの例を
示す図であり、図1A〜図1Cはそれぞれ異なる形状の
プローブを示す図である。プローブ(P)に誘起された
誘導電荷および試料表面の電荷によってプローブ(P)
と試料(S)間に静電気力が働くので、プローブ(P)
にせん断応力が作用することになる。その結果、プロー
ブ(P)の固有振動数、振動振幅あるいは位相が変化す
ることになる。この固有振動数、振動振幅あるいは位相
の変化量はプローブ(P)に働く静電気力に対応して変
わるので、固有振動数、振動振幅あるいは位相を測定す
ることによって静電気力、すなわちその部分の電位を知
ることができる。さらに、プローブ(P)の振動方向が
試料表面に平行であるので、高い電位においてもプロー
ブ(P)と試料(S)が接触することがなく測定でき
る。前記プローブ(P)の形状としては図1に示すもの
が使用可能であるが、必ずしもこれに限らない。さら
に、プローブ(P)の先端の大きさとしては、直径50
μm以下が好ましく、直径10μm以下、さらには5μ
m以下を用いることがより好ましい。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a probe usable in the present invention, and FIGS. 1A to 1C are diagrams showing probes having different shapes. The probe (P) is induced by the induced charge induced on the probe (P) and the charge on the sample surface.
Since electrostatic force acts between the sample (S) and the probe (P)
Will be subjected to shear stress. As a result, the natural frequency, vibration amplitude or phase of the probe (P) changes. Since the amount of change in the natural frequency, vibration amplitude or phase changes according to the electrostatic force acting on the probe (P), measuring the natural frequency, vibration amplitude or phase reduces the electrostatic force, that is, the potential of that portion. You can know. Further, since the vibration direction of the probe (P) is parallel to the sample surface, measurement can be performed even at a high potential without contact between the probe (P) and the sample (S). As the shape of the probe (P), the shape shown in FIG. 1 can be used, but it is not necessarily limited to this. Further, the size of the tip of the probe (P) is 50 mm in diameter.
μm or less, preferably 10 μm or less in diameter, more preferably 5 μm or less.
It is more preferable to use m or less.

【0011】プローブ(P)を強制振動させる方法とし
ては、プローブ(P)を圧電素子(A)あるいは水晶振
動子等に接続し、圧電素子(A)あるいは水晶振動子に
固有振動数に相当する周波数で圧電パルスを加えること
により振動させる方法、あるいは、レーザービーム、発
熱素子等でプローブ(P)の一部に固有振動数に相当す
る周波数で熱パルスを加え、周波数に応じた熱膨張を生
じさせて振動させる方法があるが、これに限られるもの
ではない。また、プローブ(P)の振動変化を検知する
手段としては、光をプローブ(P)に照射しその干渉光
をフォトダイオード(PD)により検知する方法、ある
いは、水晶振動子を用い、水晶振動子の固有振動数の変
化を検知する方法があるが、これに限られるものではな
い。上記の方法を用いることにより静電荷、誘導電荷、
双極子分極等によって電位分布を有している試料(S)
であれば本発明における測定対象となり得る。
As a method for forcibly oscillating the probe (P), the probe (P) is connected to a piezoelectric element (A) or a quartz oscillator, and the frequency corresponds to the natural frequency of the piezoelectric element (A) or the quartz oscillator. A method of vibrating by applying a piezoelectric pulse at a frequency, or applying a heat pulse at a frequency corresponding to the natural frequency to a part of the probe (P) with a laser beam, a heating element, etc., to cause thermal expansion according to the frequency There is a method of causing vibration, but the method is not limited to this. As a means for detecting a change in vibration of the probe (P), a method of irradiating the probe (P) with light and detecting the interference light by a photodiode (PD), or a method using a quartz oscillator, There is a method of detecting a change in the natural frequency of the device, but the method is not limited to this. By using the above method, electrostatic charge, induced charge,
Sample with potential distribution due to dipole polarization (S)
If so, it can be a measurement target in the present invention.

【0012】[0012]

【実施の形態】図2はプローブを振動させ、その振動状
態の変化から試料の表面電位を測定する方法の説明図で
ある。図2において、試料(S)は上下位置(Z軸方向
の位置)調節可能なZ方向移動装置(Tz)上に支持さ
れている。前記Z方向移動装置(Tz)は、前記Z軸に
垂直なX軸方向に移動可能なX方向移動装置(Tx)に
支持され、前記X方向移動装置(Tx)は前記Z軸およ
びX軸に垂直なY軸方向に移動可能なY方向移動装置
(Ty)に支持されている。前記Z方向移動装置(T
Z)、X方向移動装置(Tx)およびY方向移動装置(T
y)はそれぞれ、Zテーブル駆動装置(Dz)、Xテーブ
ル駆動装置(Dx)、およびYテーブル駆動装置(Dy)
により駆動される。なお、前記Zテーブル駆動装置(D
z)は、前記粗動テーブルを駆動する装置および微動テ
ーブルを駆動する回路により構成されている。
FIG. 2 is an explanatory view of a method of measuring the surface potential of a sample by vibrating a probe and changing the vibration state. In FIG. 2, the sample (S) is supported on a Z-direction moving device (Tz) that can be adjusted vertically (position in the Z-axis direction). The Z-direction moving device (Tz) is supported by an X-direction moving device (Tx) movable in an X-axis direction perpendicular to the Z-axis, and the X-direction moving device (Tx) is supported by the Z-axis and the X-axis. It is supported by a Y-direction moving device (Ty) that can move in the vertical Y-axis direction. The Z-direction moving device (T
Z), X direction moving device (Tx) and Y direction moving device (T
y) are the Z table drive (Dz), the X table drive (Dx), and the Y table drive (Dy), respectively.
Driven by The Z table drive (D
z) includes a device for driving the coarse movement table and a circuit for driving the fine movement table.

【0013】前記試料(S)表面に接近してプローブ
(P)の先端が配置されており、プローブ(P)の上端
は振動励起装置(A)により、図2で紙面に垂直な方向
に振動可能であり、前記プローブ(P)は紙面に垂直な
方向に振動する。光源(K)で発光した光は、前記振動
するプローブ(P)を横切り、光センサ(PD)で検出
される。光センサ(PD)の検出信号は振動状態検出装
置(U1)に入力され、振動状態検出装置(U1)はプロ
ーブ(P)の振動状態を検出する。
The tip of the probe (P) is arranged close to the surface of the sample (S), and the upper end of the probe (P) is oscillated in a direction perpendicular to the plane of FIG. It is possible that the probe (P) vibrates in a direction perpendicular to the plane of the paper. Light emitted from the light source (K) crosses the vibrating probe (P) and is detected by the optical sensor (PD). The detection signal of the optical sensor (PD) is input to the vibration state detection device (U1), and the vibration state detection device (U1) detects the vibration state of the probe (P).

【0014】前記試料(S)がカード状形態のものであ
れば、X方向移動装置(Tx)、Y方向移動装置(Ty)
は圧電素子、電磁モータ等を駆動源として利用すること
ができる。前記試料(S)がディスク形状であれば、前
記X方向移動装置(Tx)、Y方向移動装置(Ty)の代
わりに回転機構と回転中心方向への移動装置を使用可能
である。前記試料(S)がドラム等の円筒形状であれ
ば、前記X方向移動装置(Tx)、Y方向移動装置(T
y)の代わりに、回転機構と回転軸に平行な方向への移
動装置とを使用可能である。前記Z方向移動装置(T
z)は圧電素子、電磁モータ等を駆動源とすることが可
能である。
If the sample (S) is in the form of a card, an X-direction moving device (Tx) and a Y-direction moving device (Ty)
Can use a piezoelectric element, an electromagnetic motor or the like as a drive source. If the sample (S) is disk-shaped, a rotating mechanism and a moving device toward the center of rotation can be used instead of the X-direction moving device (Tx) and the Y-direction moving device (Ty). If the sample (S) has a cylindrical shape such as a drum, the X-direction moving device (Tx) and the Y-direction moving device (T
Instead of y), a rotating mechanism and a moving device in a direction parallel to the rotation axis can be used. The Z-direction moving device (T
z) can be driven by a piezoelectric element, an electromagnetic motor or the like.

【0015】X方向移動装置(Tx)、Y方向移動装置
(Ty)およびZ方向移動装置(Tz)はそれぞれX方向
制御装置(Ux)、Y方向制御装置(Uy)、Z方向制御
装置(Uy)に接続されて駆動制御される。なお、X方
向移動装置(Tx)、Y方向移動装置(Ty)およびZ方
向移動装置(Tz)はそれぞれ分割したものを組み立て
て構成したり、圧電素子等で一体的に構成したりするこ
とが可能である。また、X方向移動装置(Tx)、Y方
向移動装置(Ty)およびZ方向移動装置(Tz)は、試
料(S)を移動させる代わりに、プローブ(P)を移動
させるように構成することが可能である。また、例え
ば、X方向移動装置(Tx)、Y方向移動装置(Ty)に
より試料(S)を移動させ、Z方向移動装置(Tz)に
よりプローブ(P)を移動させるように構成することが
可能である。
The X-direction moving device (Tx), the Y-direction moving device (Ty) and the Z-direction moving device (Tz) are an X-direction control device (Ux), a Y-direction control device (Uy), and a Z-direction control device (Uy), respectively. ) And drive-controlled. Note that the X-direction moving device (Tx), the Y-direction moving device (Ty), and the Z-direction moving device (Tz) can be constructed by assembling each of the divided devices, or integrally by a piezoelectric element or the like. It is possible. The X-direction moving device (Tx), the Y-direction moving device (Ty), and the Z-direction moving device (Tz) may be configured to move the probe (P) instead of moving the sample (S). It is possible. Further, for example, the sample (S) can be moved by the X-direction moving device (Tx) and the Y-direction moving device (Ty), and the probe (P) can be moved by the Z-direction moving device (Tz). It is.

【0016】振動励起装置(A)は、プローブ(P)を
その固有振動数で振動させるためのものである。振動さ
せる手段としては圧電素子等を使用し、プローブ(P)
あるいはプローブ固定治具に接続し、圧電素子に固有振
動数に相当する周波数で圧電パルスを加えることによっ
て振動させる。また、レーザビーム、発熱素子等でプロ
ーブ(P)の一部に固有振動数に相当する周波数で熱パ
ルスを加え、周波数に応じた熱膨張を生じさせて振動さ
せる方法などがある。ここで、プローブ(P)の材質、
形態は、電界が存在する場にプローブ(P)が置かれた
際に誘導電荷が誘起され、試料(S)上の電荷と静電気
力による作用で振動状態の変化が生じるものであればよ
い。例えば、金、タングステン、ニッケルなどの導電性
を有する金属等を用いることができる。また、形状にお
いては、前記図1に示すように例えばワイヤー状、ある
いは板状のものを用いることができるが、これに限られ
るものではない。
The vibration excitation device (A) vibrates the probe (P) at its natural frequency. Use a piezoelectric element or the like as a means to vibrate, and use a probe (P)
Alternatively, the piezoelectric element is vibrated by connecting it to a probe fixing jig and applying a piezoelectric pulse to the piezoelectric element at a frequency corresponding to the natural frequency. Further, there is a method of applying a heat pulse at a frequency corresponding to the natural frequency to a part of the probe (P) with a laser beam, a heating element, or the like, and causing thermal expansion according to the frequency to cause vibration. Here, the material of the probe (P),
The form may be any as long as the induced charge is induced when the probe (P) is placed in a field where an electric field is present, and the vibration state is changed by the action of the charge on the sample (S) and the electrostatic force. For example, a conductive metal such as gold, tungsten, and nickel can be used. The shape may be, for example, a wire shape or a plate shape as shown in FIG. 1, but is not limited thereto.

【0017】Z方向移動装置(Tz)によって、試料
(S)と振動状態にあるプローブ(P)とを接近させ
て、プローブ(P)を静電気力が働く距離まで近づけた
とき、プローブ(P)の振動状態は静電気力によって変
化する。前記プローブ(P)の振動状態の変化として
は、プローブ(P)の固有振動数の変化、プローブ
(P)の振動の振幅の変化、プローブ(P)の位相の変
化等がある。前記位相の変化としては例えば振動用駆動
電圧の周期とプローブ(P)の振動の周期との位相差の
変化が利用できる。前記振動状態の変化は前記振動状態
検出装置(U1)により検出される。例えば、前記振動
状態の変化が振動数の変化の場合には、振動数の変化は
振動状態検出装置(U1)により検知する。振動状態検
出装置(U1)は、光源(K)の光線がプローブ(P)
の任意の側面方向から照射されたときに、プローブ
(P)により干渉された光を光センサ(PD)等により
プローブ(P)の振動数を検知する装置により構成する
ことが可能である。
When the sample (S) and the vibrating probe (P) are brought close to each other by the Z-direction moving device (Tz) and the probe (P) is brought close to a distance where the electrostatic force acts, the probe (P) The vibration state changes due to the electrostatic force. The change in the vibration state of the probe (P) includes a change in the natural frequency of the probe (P), a change in the amplitude of the vibration of the probe (P), a change in the phase of the probe (P), and the like. As the phase change, for example, a change in a phase difference between the cycle of the vibration driving voltage and the cycle of the vibration of the probe (P) can be used. The change in the vibration state is detected by the vibration state detection device (U1). For example, when the change in the vibration state is a change in the frequency, the change in the frequency is detected by the vibration state detection device (U1). The vibration state detection device (U1) uses the probe (P)
When the light is irradiated from an arbitrary side direction, the light interfered by the probe (P) can be constituted by a device for detecting the frequency of the probe (P) by an optical sensor (PD) or the like.

【0018】前記振動状態検出装置(U1)により検知
された信号は、信号処理装置に送られ、振動状態の信号
を試料(S)表面の電位に換算することで電位分布の測
定が可能となり、X方向移動装置(Tx)、Y方向移動
装置(Ty)により、試料(S)上の任意の位置におけ
る電位を知ることができる。前記信号処理装置(U2)
としては、レコーダ、コンピュータ等が使用することが
できる。
The signal detected by the vibration state detection device (U1) is sent to a signal processing device, and the potential distribution can be measured by converting the vibration state signal into a potential on the surface of the sample (S). With the X-direction moving device (Tx) and the Y-direction moving device (Ty), the potential at an arbitrary position on the sample (S) can be known. The signal processing device (U2)
For example, a recorder, a computer, or the like can be used.

【0019】任意の位置における測定を行った後、X方
向移動装置(Tx)、Y方向移動装置(Ty)で試料
(S)を走査することによって、試料(S)の電位分布
を測定することができる。走査方法としては、一点を測
定した後、次の位置へ移動し、停止した後測定を行う、
という間欠的な走査方法と共に、停止させずに連続して
移動している状態で測定を行う方法も可能である。
After measuring at an arbitrary position, the potential distribution of the sample (S) is measured by scanning the sample (S) with the X-direction moving device (Tx) and the Y-direction moving device (Ty). Can be. As a scanning method, after measuring one point, move to the next position, measure after stopping,
In addition to the intermittent scanning method described above, a method of performing measurement in a state where the measurement is continuously performed without stopping is also possible.

【0020】前記本発明の実施の形態は、電位検出用の
プローブ(P)を用い、電位分布を有する試料に接近さ
せたときに作用する静電気力によるプローブの固有振動
数の変化、振幅の変化、あるいは位相の変化を利用、ま
た、静電気力による作用によってプローブの状態が変化
しないように、プローブ−試料間の距離、プローブ−試
料間のバイアス電圧を制御したときの制御量から、従来
の誘導電荷を直接測定する方法を越える高分解能で表面
電位の測定が可能になる。
In the embodiment of the present invention, the change in the natural frequency and the change in the amplitude of the probe due to the electrostatic force acting when approaching a sample having a potential distribution using the probe (P) for potential detection. Or the change of the phase, and the conventional induction from the control amount when controlling the distance between the probe and the sample and the bias voltage between the probe and the sample so that the state of the probe is not changed by the action of the electrostatic force. The surface potential can be measured with high resolution beyond the method of directly measuring the electric charge.

【0021】(実施例)次に図面を参照しながら、本発
明の実施の形態の具体例(実施例)を説明するが、本発
明は以下の実施例に限定されるものではない。 (実施例1)図3は本発明の表面電位測定装置の実施例
1の説明図である。図3において、試料Sは上下位置
(Z軸方向の位置)調節可能なZテーブルTz(Z方向
移動装置)上に支持されている。前記ZテーブルTz
は、図示しないがモータにより昇降可能な粗動Zテーブ
ルと、前記粗動ZテーブルP上に支持された圧電体製の
微動Zテーブルとを有しており、試料Sは前記微動Zテ
ーブル上面に支持されるように構成されている。前記Z
テーブルTzは、前記Z軸に垂直なX軸方向に移動可能
なXテーブル(X方向移動装置)Txに支持され、前記
XテーブルTxは前記Z軸およびX軸に垂直なY軸方向
に移動可能なYテーブル(Y方向移動装置)Tyに支持
されている。前記ZテーブルTz、XテーブルTxおよび
YテーブルTyはそれぞれ、Zテーブル駆動装置Dz、X
テーブル駆動装置Dx、およびYテーブル駆動装置Dyに
より駆動される。なお、前記Zテーブル駆動装置Dz
は、前記粗動Zテーブルを駆動する装置および微動Zテ
ーブルを駆動する回路により構成されている。前記各駆
動装置Dz,Dx,DyはコンピュータCにより制御され
る。
(Examples) Next, specific examples (examples) of the embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following examples. (Embodiment 1) FIG. 3 is an explanatory view of Embodiment 1 of the surface potential measuring apparatus of the present invention. In FIG. 3, the sample S is supported on a Z table Tz (Z-direction moving device) that can be adjusted vertically (position in the Z-axis direction). The Z table Tz
Has a coarse movement Z table (not shown) that can be raised and lowered by a motor, and a fine movement Z table made of a piezoelectric material supported on the coarse movement Z table P, and the sample S is placed on the upper surface of the fine movement Z table. It is configured to be supported. The Z
The table Tz is supported by an X table (X direction moving device) Tx movable in the X axis direction perpendicular to the Z axis, and the X table Tx is movable in the Y axis direction perpendicular to the Z axis and the X axis. Supported by a simple Y table (Y-direction moving device) Ty. The Z table Tz, the X table Tx, and the Y table Ty are respectively Z table driving devices Dz, X
It is driven by a table driving device Dx and a Y table driving device Dy. Incidentally, the Z table driving device Dz
Comprises a device for driving the coarse Z table and a circuit for driving the fine Z table. Each of the driving devices Dz, Dx, Dy is controlled by a computer C.

【0022】前記試料S表面に接近してプローブPの先
端が配置されており、プローブPの上端は圧電体(振動
励起装置)Aにより支持されている。圧電体Aは圧電体
駆動回路DAにより駆動され、図3で紙面に垂直な方向
に振動可能であり、前記圧電体Aの振動に応じて前記プ
ローブPは紙面に垂直な方向に振動する。レーザダイオ
ードLDで発光した光は、光ファイバFbを通って、前
記振動するプローブPを横切り、フォトダイオードPD
で検出される。フォトダイオードPDの検出信号はAM
P(増幅器)で増幅され、ロックインアンプLAに入力
される。
The tip of the probe P is arranged close to the surface of the sample S, and the upper end of the probe P is supported by a piezoelectric body (vibration excitation device) A. The piezoelectric body A is driven by a piezoelectric body drive circuit DA, and can vibrate in a direction perpendicular to the plane of FIG. 3, and the probe P vibrates in a direction perpendicular to the plane of paper in response to the vibration of the piezoelectric body A. The light emitted from the laser diode LD passes through the vibrating probe P through the optical fiber Fb, and
Is detected by The detection signal of the photodiode PD is AM
The signal is amplified by P (amplifier) and input to the lock-in amplifier LA.

【0023】ロックインアンプLAで測定された振幅値
あるいは位相の値はコンピュータCに入力される。コン
ピュータCはそれらの値をもとに振幅値を最大振幅値に
戻すように、または位相を0°に戻すように、圧電体駆
動回路DAの周波数を変化させる。前記コンピュータC
は、XテーブルTxおよびYテーブルTyの位置座標とそ
の位置座標に対応するプローブPの固定周波数を記憶す
る。
The amplitude value or phase value measured by the lock-in amplifier LA is input to the computer C. The computer C changes the frequency of the piezoelectric body drive circuit DA so that the amplitude value is returned to the maximum amplitude value or the phase is returned to 0 ° based on those values. The computer C
Stores the position coordinates of the X table Tx and the Y table Ty and the fixed frequency of the probe P corresponding to the position coordinates.

【0024】(実施例1の作用)図4は前記試料の表面
電位(V)とプローブPの固有振動数(Hz)との関係
の一例を表すグラフである。図4の関係はプローブPお
よび圧電体Aの構成等により異なるので、使用するプロ
ーブPおよび圧電体A等に応じて予め、図4のような関
係を求めておくことにより、前記試料S表面のXY座標
位置に対応する表面電位を、検出したプローブPの固有
振動数から求めることができる。Zテーブル(Z方向移
動装置)Tzによって、試料Sと振動状態にあるプロー
ブPとを接近させ、プローブPに静電気力が働く距離ま
で近づけたとき、プローブPの固有振動数は試料Sの表
面電位(すなわち、静電気力の強さ)に応じて変化する
(図4参照)。前記固有振動数の変化をロックインアン
プに入力された振動振幅あるいは位相により検知する。
それらの値をコンピュータCにより最適な固有振動数に
なるように、圧電体駆動回路の周波数を変化させ、その
周波数をコンピュータに入力する。前記コンピュータC
は入力された固有振動数を試料表面の座標位置に対して
プロットすることで試料表面の電位分布の測定が可能で
ある。
(Operation of Embodiment 1) FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the surface potential (V) of the sample and the natural frequency (Hz) of the probe P. Since the relationship in FIG. 4 differs depending on the configuration of the probe P and the piezoelectric body A, etc., the relationship as shown in FIG. The surface potential corresponding to the XY coordinate position can be obtained from the detected natural frequency of the probe P. When the sample S and the vibrating probe P are brought close to each other by the Z table (Z direction moving device) Tz, and the probe P is brought close to a distance where the electrostatic force acts, the natural frequency of the probe P becomes the surface potential of the sample S. (That is, the strength of the electrostatic force) (see FIG. 4). The change in the natural frequency is detected based on the vibration amplitude or phase input to the lock-in amplifier.
The computer C changes the frequency of the piezoelectric driving circuit so that the optimum natural frequency is obtained, and inputs the frequency to the computer. The computer C
Is capable of measuring the potential distribution on the sample surface by plotting the input natural frequency against the coordinate position on the sample surface.

【0025】(実施例2)図5は本発明の表面電位測定
装置の実施例2の説明図で、試料表面を帯電させた状態
での表面電位と、前記帯電した試料表面に光照射した部
分(画像形成装置の感光体表面の静電潜像に対応する部
分)の表面電位および光照射しなかった部分(静電潜像
の背景部分)の表面電位を測定する装置(帯電した潜像
劣化を測定する装置)の説明図である。なお、この実施
例2の説明において、前記実施例1の構成要素に対応す
る構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を
省略する。この実施例2は、下記の点で前記実施例1と
相違しているが、他の点では前記実施例1と同様に構成
されている。図5において、ZテーブルTz上方には、
ZテーブルTz上の試料S表面を帯電させる帯電器CC
と、前記帯電した試料S表面を露光する露光用光源LD
2およびスリットSLとが配置されている。
(Embodiment 2) FIG. 5 is an explanatory view of Embodiment 2 of the surface potential measuring apparatus according to the present invention, in which the surface potential of a charged sample surface and the portion of the charged sample surface irradiated with light are shown. A device for measuring the surface potential of the portion (corresponding to the electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor of the image forming apparatus) and the surface potential of the portion not irradiated with light (background portion of the electrostatic latent image) (deterioration of the charged latent image) FIG. In the description of the second embodiment, components corresponding to the components of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The second embodiment differs from the first embodiment in the following points, but has the same configuration as the first embodiment in other points. In FIG. 5, above the Z table Tz,
Charger CC for charging the surface of sample S on Z table Tz
And an exposure light source LD for exposing the charged surface of the sample S.
2 and a slit SL are arranged.

【0026】(実施例2の作用)試料Sとして、板状ア
ルミニウム基体上に感光層が形成されたものを使用し
た。前記試料Sは次のようにして作製した。板状のアル
ミニウム基体上にジルコニウム化合物(商品名:オルガ
チックスZC540、マツモト製薬社製)10部および
シラン化合物(商品名:Al110、日本ユニカー社
製)1部と、i−プロパノール40部およびブタノール
20部からなる溶液を浸漬コーティング法で塗布し、1
50℃において10分間加熱乾燥して膜厚0.1μmの
下引き層を形成した。次に、電荷発生材料としてジブロ
モアントロン顔料8部、カルボキシル変性塩化ビニル−
酢酸ビニル共重合体(商品名:VMCH、ユニオンカー
バイド社製)2部、およびブタノール100部の混合物
を、ガラスビーズと共にサンドミルで1時間分散処理
し、得られた塗布液を上記下引き層の上に浸漬コーティ
ング法で塗布し、100℃において10分間加熱乾燥し
て、膜厚約1μmの電荷発生層を形成した。
(Operation of Example 2) As a sample S, a plate-shaped aluminum substrate having a photosensitive layer formed thereon was used. The sample S was manufactured as follows. On a plate-shaped aluminum substrate, 10 parts of a zirconium compound (trade name: Organix ZC540, manufactured by Matsumoto Pharmaceutical Co., Ltd.) and 1 part of a silane compound (trade name: Al110, manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd.), 40 parts of i-propanol and butanol 20 Part solution is applied by a dip coating method.
It was dried by heating at 50 ° C. for 10 minutes to form an undercoat layer having a thickness of 0.1 μm. Next, 8 parts of a dibromoanthrone pigment and a carboxyl-modified vinyl chloride
A mixture of 2 parts of a vinyl acetate copolymer (trade name: VMCH, manufactured by Union Carbide Co., Ltd.) and 100 parts of butanol was subjected to dispersion treatment with glass beads for 1 hour by a sand mill, and the obtained coating solution was applied on the undercoat layer. The resultant was applied by a dip coating method and dried by heating at 100 ° C. for 10 minutes to form a charge generation layer having a thickness of about 1 μm.

【0027】次に、電荷輸送材料として、下記構造式
(化1参照)のベンジジン化合物6部およびビスフェノ
ール(Z)ポリカーボネート9部をモノクロロベンゼン
85部に溶解させて得られた塗布液を、上記の電荷発生
層上に塗布し、115℃において60分間加熱乾燥し、
膜厚約20μmの電荷輸送層を形成した。以上のように
して板状アルミニウム基体上に感光層を作製した。
Next, as a charge transporting material, a coating solution obtained by dissolving 6 parts of a benzidine compound of the following structural formula (see Chemical Formula 1) and 9 parts of bisphenol (Z) polycarbonate in 85 parts of monochlorobenzene was used. Coated on the charge generation layer, dried by heating at 115 ° C. for 60 minutes,
A charge transport layer having a thickness of about 20 μm was formed. As described above, a photosensitive layer was formed on a plate-like aluminum substrate.

【化1】 Embedded image

【0028】前記試料Sを帯電器CCにより暗所で−8
00Vに帯電した後、XテーブルTxまたはYテーブル
Tyを移動させ、露光用光源LD2およびスリットSLに
より帯電された試料Sの一部にライン状に照射し、除電
を行い静電潜像を形成した。続いて、露光部と非露光部
の境界付近がプローブP下にくるようXテーブルTxま
たはYテーブルTyを移動させる。続いてZテーブル駆
動装置Dzにより、試料S−プローブP間の距離を制御
し測定を行う。プローブPの固有周波数の変化をコンピ
ュータCに取り込み、表面電位に変換し、前記表面電位
を、前記コンピュータCにより位置制御されている試料
SのXY平面内の位置情報に対してプロットしたとこ
ろ、図6に示すような結果が得られた。図6は試料表面
のX方向の幅50μm、Y方向の幅50μmの領域の静
電潜像の電位を示す図である。図6から分かるように、
試料Sの表面電位を、低電位から高電位まで高精度に測
定することができる。
The sample S was charged to -8 in a dark place by a charger CC.
After being charged to 00 V, the X table Tx or the Y table Ty was moved, a part of the sample S charged by the exposure light source LD2 and the slit SL was irradiated in a line, and the electrostatic charge was removed to form an electrostatic latent image. . Subsequently, the X table Tx or the Y table Ty is moved so that the vicinity of the boundary between the exposed portion and the non-exposed portion is below the probe P. Subsequently, the distance between the sample S and the probe P is controlled by the Z table driving device Dz to perform measurement. A change in the natural frequency of the probe P is taken into the computer C, converted into a surface potential, and the surface potential is plotted with respect to position information on the XY plane of the sample S whose position is controlled by the computer C. The result as shown in FIG. 6 was obtained. FIG. 6 is a diagram showing the potential of the electrostatic latent image in the region of 50 μm in the X direction and 50 μm in the Y direction on the sample surface. As can be seen from FIG.
The surface potential of the sample S can be measured with high accuracy from a low potential to a high potential.

【0029】(実施例3)図7は本発明の表面電位測定
装置の実施例3の説明図で、試料表面を帯電させた状態
での試料の表面電位と、前記帯電した試料表面に光照射
した部分(画像形成装置の感光体表面の静電潜像に対応
する部分)の表面電位の変化を測定する装置(帯電した
潜像劣化を測定する装置)の説明図である。なお、この
実施例3の説明において、前記実施例2の構成要素に対
応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説
明を省略する。この実施例3は、下記の点で前記実施例
2と相違しているが、他の点では前記実施例2と同様に
構成されている。図7において、ZテーブルTz上方に
は、ZテーブルTz上の試料S表面を帯電させる帯電器
CCが前記実施例2の図5と同様の位置に配置されてい
る。また、前記帯電した試料S表面を露光する露光用光
源LD2および絞りSBとが配置されており、前記絞り
SBを通過した光の露光位置はプローブPによる試料表
面の測定位置と一致している。
(Embodiment 3) FIG. 7 is an explanatory view of Embodiment 3 of the surface potential measuring apparatus of the present invention. The surface potential of a sample in a state where the surface of the sample is charged and the surface of the charged sample is irradiated with light. FIG. 5 is an explanatory diagram of a device (a device for measuring the deterioration of a charged latent image) for measuring a change in surface potential of a portion (corresponding to an electrostatic latent image on the surface of a photoconductor of an image forming apparatus). In the description of the third embodiment, components corresponding to the components of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The third embodiment differs from the second embodiment in the following points, but has the same configuration as the second embodiment in other points. In FIG. 7, above the Z table Tz, a charger CC for charging the surface of the sample S on the Z table Tz is arranged at the same position as in FIG. 5 of the second embodiment. Further, an exposure light source LD2 for exposing the charged surface of the sample S and a stop SB are arranged, and an exposure position of the light passing through the stop SB coincides with a measurement position of the sample surface by the probe P.

【0030】(実施例3の作用)試料Sとして、サンプ
ルαおよびサンプルβの2種類の試料を使用した。 (サンプルα)サンプルαは前記実施例2で使用した板
状アルミニウム基体上に感光層が形成された試料Sと同
一の試料である。 (サンプルβ)サンプルβは前記サンプルαの表面に保
護層を形成した試料である。
(Operation of Embodiment 3) As sample S, two kinds of samples, sample α and sample β, were used. (Sample α) Sample α is the same sample as sample S in which the photosensitive layer was formed on the plate-like aluminum substrate used in Example 2 above. (Sample β) Sample β is a sample in which a protective layer is formed on the surface of sample α.

【0031】前記保護層は次の用に形成した。市販のハ
ードコート材KP−854(信越シリコーン社製)20
部 に下記構造式(化2参照)で表される電荷輸送材料
を10部、1N塩酸を1部、イソプロパノール15部を
混合し塗布液を作成した。この塗布液をブレードコーテ
ィング法により前記サンプルα上に塗布し、120℃に
おいて、1時間乾燥し、膜厚3μmの表面保護層を形成
した。
The protective layer was formed for the following purpose. Commercially available hard coat material KP-854 (Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) 20
The mixture was mixed with 10 parts of a charge transporting material represented by the following structural formula (see Chemical formula 2), 1 part of 1N hydrochloric acid, and 15 parts of isopropanol to prepare a coating solution. This coating solution was applied onto the sample α by a blade coating method, and dried at 120 ° C. for 1 hour to form a surface protective layer having a thickness of 3 μm.

【化2】 Embedded image

【0032】まず、ZテーブルTz上に試料S(サンプ
ルα)を保持し、帯電器CCにより暗所で−800Vに
帯電した後、Xテーブル駆動装置DxまたはYテーブル
駆動装置Dyにより、試料S(サンプルα)がプローブ
Pの下に来るようXテーブルTxまたはYテーブルTyを
移動させる。その位置で試料S(サンプルα)の表面電
位を測定する。
First, the sample S (sample α) is held on the Z table Tz and charged to −800 V in a dark place by the charger CC, and then the sample S (sample α) is driven by the X table driving device Dx or the Y table driving device Dy. The X table Tx or the Y table Ty is moved so that the sample α) comes under the probe P. At that position, the surface potential of the sample S (sample α) is measured.

【0033】次に前記プローブP下方の試料S(サンプ
ルα)表面にレーザー光を照射し、除電する。前記除電
部の電位変化を前記プローブPの固有周波数の変化から
検知し、コンピュータCに取り込み、表面電位に変換
し、その経時変化をプロットする。また、同様にサンプ
ルβを測定した。それらの結果を図8に示す。図8はサ
ンプルαおよびサンプルβの帯電状態の表面電位および
露光後の表面電位の時間経過に伴う変化を示す図であ
り、潜像劣化の測定例を示す図である。
Next, the surface of the sample S (sample α) below the probe P is irradiated with laser light to eliminate the charge. The change in the potential of the charge eliminating section is detected from the change in the natural frequency of the probe P, taken into the computer C, converted into a surface potential, and the change with time is plotted. In addition, the sample β was measured in the same manner. FIG. 8 shows the results. FIG. 8 is a diagram showing changes with time of the surface potential of the charged state of sample α and sample β and the surface potential after exposure, and is a diagram showing a measurement example of latent image deterioration.

【0034】(実施例4)図9は表面電位測定装置の実
施例4の説明図で、プローブPを振動させ、その振動振
幅の変化から試料の電位分布を測定する実施例を示す図
である。なお、この実施例4の説明において、前記実施
例1の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付
して、その詳細な説明を省略する。この実施例4は、下
記の点で前記実施例1と相違しているが、他の点では前
記実施例1と同様に構成されている。図9において、振
幅測定装置SSにより、入力信号から振幅を検出して前
記コンピュータCに出力している。また、コンピュータ
Cは直接、前記圧電体駆動回路DAに制御信号を出力し
ている。
(Embodiment 4) FIG. 9 is an explanatory view of Embodiment 4 of the surface potential measuring device, showing an embodiment in which the probe P is vibrated and the potential distribution of the sample is measured from a change in the vibration amplitude. . In the description of the fourth embodiment, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components of the first embodiment, and the detailed description thereof will be omitted. The fourth embodiment differs from the first embodiment in the following points, but has the same configuration as the first embodiment in other points. In FIG. 9, an amplitude is detected from an input signal by an amplitude measuring device SS and output to the computer C. Further, the computer C directly outputs a control signal to the piezoelectric driving circuit DA.

【0035】(実施例4の作用)図10は前記試料の表
面電位(V)とプローブPの振動振幅電圧(V)との関
係の一例を表すグラフである。図10の関係はプローブ
P、圧電体AおよびAMPの構成等により異なるので、
使用するプローブPおよび圧電体A等に応じて予め、図
10のような関係を求めておくことにより、前記試料S
表面のXY座標位置に対応する表面電位を、プローブP
の振動振幅電圧から求めることができる。Zテーブル
(Z方向移動装置)Tzによって、試料Sと振動状態に
あるプローブPを接近させ、プローブPに静電気力が働
く距離まで近づけたとき、プローブPの振動振幅は静電
気力の強さに応じて変化する(図10参照)。この振幅
をロックインアンプにより構成された、振幅測定装置S
Sによって測定する。前記振幅測定装置(ロックインア
ンプSS)で得られた振動振幅情報はコンピュータCの
信号処理プログラムにより処理される。コンピュータC
は、入力された信号(振幅情報)を試料Sの表面電位に
換算し、前記表面電位を試料S表面の位置座標に対して
プロットすることにより試料S表面の電位分布の測定が
可能である。
(Operation of Embodiment 4) FIG. 10 is a graph showing an example of the relationship between the surface potential (V) of the sample and the oscillation amplitude voltage (V) of the probe P. Since the relationship in FIG. 10 differs depending on the configuration of the probe P, the piezoelectric body A, and the AMP, etc.,
By previously obtaining the relationship shown in FIG. 10 according to the probe P and the piezoelectric body A to be used, the sample S
The surface potential corresponding to the XY coordinate position of the surface
Can be obtained from the vibration amplitude voltage. When the sample S and the probe P in the vibrating state are approached by the Z table (Z direction moving device) Tz, and the probe P is brought close to a distance where the electrostatic force acts on the probe P, the vibration amplitude of the probe P depends on the strength of the electrostatic force. (See FIG. 10). The amplitude is measured by an amplitude measuring device S constituted by a lock-in amplifier.
Measured by S. The vibration amplitude information obtained by the amplitude measuring device (lock-in amplifier SS) is processed by a signal processing program of the computer C. Computer C
Converts the input signal (amplitude information) into the surface potential of the sample S, and plots the surface potential with respect to the position coordinates of the surface of the sample S, thereby measuring the potential distribution on the surface of the sample S.

【0036】(実施例5)図11は表面電位測定装置の
実施例5の説明図で、プローブPを振動させ、その位相
の変化から試料の電位分布を測定する実施例を示す図で
ある。なお、この実施例5の説明において、前記実施例
1の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し
て、その詳細な説明を省略する。この実施例5は、下記
の点で前記実施例1と相違しているが、他の点では前記
実施例1と同様に構成されている。図11において、圧
電体駆動回路DAおよびAMPの出力信号はロックイン
アンプにより構成された位相測定装置ISに入力され、
前記ロックインアンプにより構成された位相測定装置I
Sは2つの入力信号の位相差を検出して前記コンピュー
タCに出力している。また、コンピュータCは直接、前
記圧電体駆動回路DAに制御信号を出力している。
(Embodiment 5) FIG. 11 is an explanatory view of Embodiment 5 of the surface potential measuring apparatus, showing an embodiment in which the probe P is vibrated and the potential distribution of the sample is measured from a change in the phase. In the description of the fifth embodiment, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components of the first embodiment, and the detailed description thereof will be omitted. The fifth embodiment differs from the first embodiment in the following points, but has the same configuration as the first embodiment in other points. In FIG. 11, output signals of the piezoelectric body drive circuits DA and AMP are input to a phase measurement device IS constituted by a lock-in amplifier,
Phase measuring device I constituted by the lock-in amplifier
S detects the phase difference between the two input signals and outputs it to the computer C. Further, the computer C directly outputs a control signal to the piezoelectric driving circuit DA.

【0037】(実施例5の作用)図12は前記試料の表
面電位(V)と、プローブの振動の位相差(プローブを
振動させるための振動励起信号とプローブの振動検出信
号との位相差)(度)との関係の一例を表すグラフであ
る。図12の関係はプローブPおよび圧電体Aの構成等
により異なるので、使用するプローブPおよび圧電体A
等に応じて予め、図12のような関係を求めておくこと
により、前記試料S表面のXY座標位置に対応する表面
電位を、検出したプローブPの振動の位相の変化(たと
えば、プローブを振動させるための振動励起信号とプロ
ーブの振動検出信号との位相差の変化)から求めること
ができる。Z方向移動装置Tzによって、試料Sと振動
状態にあるプローブPを接近させ、プローブPに静電気
力が働く距離まで近づけたとき、プローブPの位相の変
化量(たとえばプローブを振動させるための振動励起信
号とプローブの振動検出信号との位相差の変化量)は静
電気力の強さに応じて異なる(図12参照)。前記位相
差をロックインアンプにより構成された位相測定装置I
Sによって測定する。位相測定装置ISで得られた位相
情報はコンピュータCの信号処理プログラムで処理され
る。コンピュータCは、入力された信号(位相差情報)
を試料Sの表面電位に換算し、前記表面電位を試料Sの
表面の位置座標に対してプロットすることにより試料S
表面の電位分布の測定が可能である。
FIG. 12 shows the phase difference between the surface potential (V) of the sample and the vibration of the probe (the phase difference between the vibration excitation signal for vibrating the probe and the vibration detection signal of the probe). It is a graph showing an example of the relationship with (degree). The relationship shown in FIG. 12 differs depending on the configuration of the probe P and the piezoelectric body A, etc.
By previously obtaining the relationship as shown in FIG. 12 in accordance with the above, the surface potential corresponding to the XY coordinate position of the surface of the sample S can be changed by the change in the phase of the detected vibration of the probe P (for example, when the probe is vibrated). (A change in the phase difference between the vibration excitation signal for causing the vibration and the vibration detection signal of the probe). When the sample S and the probe P in a vibrating state are brought close to each other by the Z-direction moving device Tz and approached to a distance where the electrostatic force acts on the probe P, the phase change amount of the probe P (for example, vibration excitation for vibrating the probe P) The amount of change in the phase difference between the signal and the vibration detection signal of the probe differs depending on the strength of the electrostatic force (see FIG. 12). A phase measurement device I constituted by a lock-in amplifier
Measured by S. The phase information obtained by the phase measuring device IS is processed by a signal processing program of the computer C. The computer C receives the input signal (phase difference information)
Is converted into the surface potential of the sample S, and the surface potential is plotted with respect to the position coordinates of the surface of the sample S.
The potential distribution on the surface can be measured.

【0038】(実施例6)図13は表面電位測定装置の
実施例6の説明図で、プローブPの固有振動数の変化を
検知し、その値を一定値に保つように、試料−プローブ
間のバイアス電圧を制御し、その制御量から電位分布を
測定する実施例を示す図である。なお、この実施例6の
説明において、前記実施例1の構成要素に対応する構成
要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。この実施例6は、下記の点で前記実施例1と相違し
ているが、他の点では前記実施例1と同様に構成されて
いる。図13において、前記実施例1のロックインアン
プLAの出力信号はコンピュータCに入力され、コンピ
ュータCからバイアス電圧制御装置BDに入力されてい
る。バイアス電圧制御装置BDは、プローブPと試料S
の間にバイアス電圧を印加する。
(Embodiment 6) FIG. 13 is an explanatory view of Embodiment 6 of the surface potential measuring apparatus. A change in the natural frequency of the probe P is detected, and a change between the sample and the probe is maintained so as to keep the value constant. FIG. 5 is a diagram showing an embodiment in which the bias voltage is controlled and the potential distribution is measured from the control amount. In the description of the sixth embodiment, components corresponding to the components of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The sixth embodiment differs from the first embodiment in the following points, but has the same configuration as the first embodiment in other points. In FIG. 13, the output signal of the lock-in amplifier LA of the first embodiment is input to the computer C, and is input from the computer C to the bias voltage control device BD. The bias voltage control device BD includes a probe P and a sample S
During this time, a bias voltage is applied.

【0039】(実施例6の作用)プローブPと試料Sと
の相互作用よる静電気力によってプローブPの固有振動
数は変化するが、この変化量はプローブPと試料S間に
バイアス電圧を印加することによっても生じる。すなわ
ち、試料Sの表面電位が同じであっても、外部バイアス
電圧によって、プローブに働く静電気力の大きさが異な
るからである。バイアス電圧制御装置BDでは、初期に
設定した固有振動数と異なる振動数がロックインアンプ
LAからコンピュータCに入力された場合、初期に設定
した固有振動数になるように、プローブP−試料S間の
バイアス電圧を制御する。この制御量は試料Sの表面電
位に対応する。制御量信号はコンピュータCに送られ、
ここで試料Sの表面電位に換算される。
(Effect of Embodiment 6) The natural frequency of the probe P changes due to the electrostatic force caused by the interaction between the probe P and the sample S, and the amount of this change applies a bias voltage between the probe P and the sample S. It is also caused by things. That is, even if the surface potential of the sample S is the same, the magnitude of the electrostatic force acting on the probe differs depending on the external bias voltage. In the bias voltage control device BD, when a frequency different from the initially set natural frequency is input from the lock-in amplifier LA to the computer C, the probe P and the sample S are set so as to have the initially set natural frequency. Is controlled. This control amount corresponds to the surface potential of the sample S. The control amount signal is sent to the computer C,
Here, it is converted into the surface potential of the sample S.

【0040】(実施例7)図14は表面電位測定装置の
実施例7の説明図で、プローブPの振動振幅の変化を検
知し、その値を一定値に保つように、試料−プローブ間
のバイアス電圧を制御し、その制御量から電位分布を測
定する実施例を示す図である。なお、この実施例7の説
明において、前記実施例6の構成要素に対応する構成要
素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。この実施例7は、下記の点で前記実施例6と相違し
ているが、他の点では前記実施例6と同様に構成されて
いる。図14において、AMPの出力信号はロックイン
アンプにより構成された振幅測定装置SSに入力され、
振幅測定装置SSは入力信号から振幅を検出して前記コ
ンピュータCおよびバイアス電圧制御装置BDに出力し
ている。また、コンピュータCは直接、前記圧電体駆動
回路DAおよびバイアス電圧制御装置BDに制御信号を
出力している。
(Embodiment 7) FIG. 14 is an explanatory view of Embodiment 7 of the surface potential measuring device. A change in the vibration amplitude of the probe P is detected, and the change between the sample and the probe is maintained so that the value is kept constant. FIG. 9 is a diagram showing an embodiment in which a bias voltage is controlled and a potential distribution is measured from the control amount. In the description of the seventh embodiment, components corresponding to the components of the sixth embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The seventh embodiment differs from the sixth embodiment in the following points, but is otherwise the same as the sixth embodiment. In FIG. 14, an output signal of the AMP is input to an amplitude measuring device SS configured by a lock-in amplifier,
The amplitude measuring device SS detects the amplitude from the input signal and outputs it to the computer C and the bias voltage control device BD. The computer C directly outputs a control signal to the piezoelectric driving circuit DA and the bias voltage control device BD.

【0041】(実施例7の作用)プローブPと試料Sと
の相互作用よる静電気力によってプローブPの振動振幅
は変化するが、この変化量はプローブPと試料S間にバ
イアス電圧を印加することによっても生じる。すなわ
ち、試料S上に電位が同じであっても、外部バイアス電
圧によって、プローブPに働く静電気力の大きさが異な
るからである。バイアス電圧制御装置BDでは、初期に
設定した振動振幅と異なる振幅がロックインアンプによ
り構成された振動振幅測定装置SSからコンピュータC
に入力された場合、初期に設定した振動振幅になるよう
に、プローブP−試料S間のバイアス電圧を制御する。
この制御量は試料Sの表面電位に対応する。制御量信号
はコンピュータCに送られ、ここで試料表面の電位に換
算される。
(Operation of the Seventh Embodiment) The vibration amplitude of the probe P changes due to the electrostatic force caused by the interaction between the probe P and the sample S. The amount of this change is determined by applying a bias voltage between the probe P and the sample S. It is also caused by That is, even if the potential is the same on the sample S, the magnitude of the electrostatic force acting on the probe P differs depending on the external bias voltage. In the bias voltage control device BD, the amplitude different from the initially set vibration amplitude is supplied from the vibration amplitude measurement device SS constituted by the lock-in amplifier to the computer C.
, The bias voltage between the probe P and the sample S is controlled so that the vibration amplitude set at the beginning is obtained.
This control amount corresponds to the surface potential of the sample S. The control amount signal is sent to the computer C, where it is converted into a potential on the sample surface.

【0042】(実施例8)図15は表面電位測定装置の
実施例8の説明図で、プローブPの位相の変化を検知
し、位相を一定値に保つように、試料−プローブ間のバ
イアス電圧を制御し、その制御量から電位分布を測定す
る実施例を示す図である。なお、この実施例8の説明に
おいて、前記実施例7の構成要素に対応する構成要素に
は同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。こ
の実施例8は、下記の点で前記実施例7と相違している
が、他の点では前記実施例7と同様に構成されている。
図15において、圧電体駆動回路DAおよびAMPの各
出力信号はロックインアンプにより構成された位相測定
装置ISに入力され、位相測定装置ISは前記各入力信
号の位相差を検出して前記コンピュータCおよびバイア
ス電圧制御装置BDに出力している。また、コンピュー
タCは直接、前記圧電体駆動回路DAに制御信号を出力
している。
(Embodiment 8) FIG. 15 is an explanatory view of an embodiment 8 of the surface potential measuring device. A change in the phase of the probe P is detected, and the bias voltage between the sample and the probe is maintained so as to keep the phase constant. FIG. 6 is a diagram showing an embodiment in which the control is performed and the potential distribution is measured from the control amount. In the description of the eighth embodiment, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components of the seventh embodiment, and the detailed description thereof will be omitted. The eighth embodiment differs from the seventh embodiment in the following points, but has the same configuration as the seventh embodiment in other points.
In FIG. 15, each output signal of the piezoelectric body driving circuits DA and AMP is input to a phase measurement device IS constituted by a lock-in amplifier, and the phase measurement device IS detects a phase difference between the input signals and outputs the signals to the computer C. And to the bias voltage control device BD. Further, the computer C directly outputs a control signal to the piezoelectric driving circuit DA.

【0043】(実施例8の作用)プローブPと試料Sと
の相互作用よる静電気力によってプローブPの位相は変
位を生じるが、この変位量はプローブPと試料S間にバ
イアス電圧を印加することによっても生じる。すなわ
ち、試料Sの表面電位が同じであっても、外部バイアス
電圧によって、プローブPに働く静電気力の大きさが異
なるからである。バイアス電圧制御装置BDでは、初期
に設定した位相と異なる位相が位相測定装置ISからコ
ンピュータCに入力された場合、初期に設定した位相に
なるように、プローブP−試料S間のバイアス電圧を制
御する。この制御量は試料表面の電位に対応する。バイ
アス電圧制御装置BDの制御量信号はコンピュータCに
送られ、ここで試料表面の電位に換算される。前記初期
に設定した位相として、例えば振動用駆動電圧の位相を
使用できる。
(Operation of Embodiment 8) The phase of the probe P is displaced by the electrostatic force due to the interaction between the probe P and the sample S. The amount of this displacement is determined by applying a bias voltage between the probe P and the sample S. It is also caused by That is, even if the surface potential of the sample S is the same, the magnitude of the electrostatic force acting on the probe P differs depending on the external bias voltage. In the bias voltage control device BD, when a phase different from the initially set phase is input to the computer C from the phase measurement device IS, the bias voltage between the probe P and the sample S is controlled so as to be the initially set phase. I do. This control amount corresponds to the potential of the sample surface. The control amount signal of the bias voltage control device BD is sent to the computer C, where it is converted into the potential of the sample surface. As the initially set phase, for example, the phase of the vibration drive voltage can be used.

【0044】(実施例9)図16は表面電位測定装置の
実施例9の説明図で、プローブPの固有振動数の変化を
検知し、その値を一定値に保つように、試料−プローブ
間の間隔を制御し、その制御量から電位分布を測定する
実施例を示す図である。なお、この実施例9の説明にお
いて、前記実施例1の構成要素に対応する構成要素には
同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。この
実施例9は、下記の点で前記実施例1と相違している
が、他の点では前記実施例1と同様に構成されている。
実施例9の図16は前記実施例1の図3と同様の図にな
っているが、図16に示す実施例9では、プローブPの
固有振動数が一定となるように、ZテーブルTzを移動
させて試料SおよびプローブP間の距離を制御している
点で前記実施例1と相違している。
(Embodiment 9) FIG. 16 is an explanatory view of Embodiment 9 of the surface potential measuring device. A change in the natural frequency of the probe P is detected, and a change between the sample and the probe is maintained so that the value is kept constant. FIG. 6 is a diagram showing an embodiment in which the interval of the control is controlled and the potential distribution is measured from the control amount. In the description of the ninth embodiment, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components of the first embodiment, and the detailed description thereof will be omitted. The ninth embodiment differs from the first embodiment in the following points, but has the same configuration as the first embodiment in other points.
FIG. 16 of the ninth embodiment is similar to FIG. 3 of the first embodiment, but in the ninth embodiment shown in FIG. 16, the Z table Tz is set so that the natural frequency of the probe P is constant. This embodiment is different from the first embodiment in that the distance between the sample S and the probe P is controlled by being moved.

【0045】(実施例9の作用)プローブPと試料Sと
の相互作用による静電気力によって、プローブPの固有
振動数が変わるが、この変化量はプローブPと試料S間
の間隔を変えることによっても変化する。すなわち、試
料表面の電位が同じであっても、プローブPとの間隔に
よって働く静電気力の大きさが異なるからである。コン
ピュータCは、初期に設定した固有振動数と異なる振動
数がロックインアンプLAから入力した場合、初期に設
定した振動数となるように、Zテーブル(Z方向移動装
置)TzによってプローブP−試料S間の間隔を制御す
る。この制御量は、プローブP−試料S間に働く静電気
量に対応する。このとき移動させるものは、試料S、ま
たはプローブP、あるいはその両方とすることが可能で
ある。そして、前記ZテーブルTzの制御量信号は試料
Sの表面電位に換算される。
(Effect of Embodiment 9) The natural frequency of the probe P changes due to the electrostatic force caused by the interaction between the probe P and the sample S, and the amount of this change is changed by changing the interval between the probe P and the sample S. Also change. That is, even if the potential of the sample surface is the same, the magnitude of the electrostatic force that varies depending on the distance from the probe P differs. When a frequency different from the initially set natural frequency is input from the lock-in amplifier LA, the computer C uses the Z table (Z-direction moving device) Tz to set the probe P-sample so that the initially set frequency becomes the initially set frequency. Control the interval between S. This control amount corresponds to the amount of static electricity acting between the probe P and the sample S. What is moved at this time can be the sample S, the probe P, or both. Then, the control amount signal of the Z table Tz is converted into the surface potential of the sample S.

【0046】(実施例10)図17は表面電位測定装置
の実施例10の説明図で、プローブPの振動振幅の変化
を検知し、その値を一定値に保つように、試料−プロー
ブ間の間隔を制御し、その制御量から電位分布を測定す
る実施例を示す図である。なお、この実施例10の説明
において、前記実施例4の構成要素に対応する構成要素
には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例10は、下記の点で前記実施例4と相違して
いるが、他の点では前記実施例4と同様に構成されてい
る。実施例10の図17は前記実施例4の図9と同様の
図になっているが、図17に示す実施例10では、プロ
ーブPの振動振幅が一定となるように、ZテーブルTz
を移動させて試料SおよびプローブP間の距離を制御し
ている点で前記実施例4と相違している。
(Embodiment 10) FIG. 17 is an explanatory view of an embodiment 10 of the surface potential measuring apparatus. A change in the vibration amplitude of the probe P is detected, and the change between the sample and the probe is maintained so as to keep the value constant. It is a figure which shows the Example which controls an interval and measures an electric potential distribution from the control amount. In the description of the tenth embodiment, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components of the fourth embodiment, and the detailed description is omitted.
The tenth embodiment differs from the fourth embodiment in the following points, but has the same configuration as the fourth embodiment in other points. FIG. 17 of the tenth embodiment is similar to FIG. 9 of the fourth embodiment, but in the tenth embodiment shown in FIG. 17, the Z table Tz is set so that the vibration amplitude of the probe P is constant.
Is different from that of the fourth embodiment in that the distance between the sample S and the probe P is controlled by moving.

【0047】(実施例10の作用)プローブPと試料S
との相互作用による静電気力によって、プローブPの振
動振幅が変わるが、この変化量はプローブPと試料S間
の間隔を変えることによっても変化する。すなわち、試
料表面の電位が同じであっても、プローブPとの間隔に
よって働く静電気力の大きさが異なるからである。コン
ピュータCは、初期に設定した振動振幅と異なる振幅が
振動振幅測定装置SSより入力した場合、初期に設定し
た振幅となるように、ZテーブルTzの位置を制御して
プローブP−試料S間の間隔を制御する。この制御量
は、プローブP−試料S間に働く静電気量に対応する。
このとき移動させるものは、試料S、またはプローブ
P、あるいはその両方とすることが可能である。そし
て、コンピュータCは、前記制御量信号を試料Sの表面
電位に換算する。
(Operation of Embodiment 10) Probe P and Sample S
The vibration amplitude of the probe P changes due to the electrostatic force caused by the interaction between the probe P and the sample S. The amount of the change also changes by changing the distance between the probe P and the sample S. That is, even if the potential of the sample surface is the same, the magnitude of the electrostatic force that varies depending on the distance from the probe P differs. When an amplitude different from the initially set vibration amplitude is input from the vibration amplitude measurement device SS, the computer C controls the position of the Z table Tz so that the amplitude becomes different from the initially set vibration amplitude. Control the interval. This control amount corresponds to the amount of static electricity acting between the probe P and the sample S.
What is moved at this time can be the sample S, the probe P, or both. Then, the computer C converts the control amount signal into a surface potential of the sample S.

【0048】(実施例11)図18は表面電位測定装置
の実施例11の説明図で、プローブPの位相の変化を検
知し、前記位相を一定値に保つように、試料−プローブ
間の間隔を制御し、その制御量から電位分布を測定する
実施例を示す図である。なお、この実施例11の説明に
おいて、前記実施例5の構成要素に対応する構成要素に
は同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。こ
の実施例11は、下記の点で前記実施例5と相違してい
るが、他の点では前記実施例5と同様に構成されてい
る。実施例11の図18は前記実施例5の図11と同様
の図になっているが、図18に示す実施例11では、プ
ローブPの位相が一定となるように、ZテーブルTzを
移動させて試料SおよびプローブP間の距離を制御して
いる点で前記実施例5と相違している。
(Embodiment 11) FIG. 18 is an explanatory view of an eleventh embodiment of the surface potential measuring device. A change in the phase of the probe P is detected, and the distance between the sample and the probe is adjusted so as to keep the phase constant. FIG. 6 is a diagram showing an embodiment in which the control is performed and the potential distribution is measured from the control amount. In the description of the eleventh embodiment, the same reference numerals are given to the components corresponding to the components of the fifth embodiment, and the detailed description will be omitted. The eleventh embodiment differs from the fifth embodiment in the following points, but has the same configuration as the fifth embodiment in other points. FIG. 18 of the eleventh embodiment is similar to FIG. 11 of the fifth embodiment, but in the eleventh embodiment shown in FIG. 18, the Z table Tz is moved so that the phase of the probe P is constant. This embodiment differs from the fifth embodiment in that the distance between the sample S and the probe P is controlled.

【0049】(実施例11の作用)プローブPと試料S
との相互作用による静電気力によって、プローブPの位
相が変わるが、この変化量はプローブPと試料S間の間
隔を変えることによっても変化する。すなわち、試料S
の表面電位が同じであっても、プローブPとの間隔によ
って働く静電気力の大きさが異なるからである。コンピ
ュータCは、初期に設定した位相と異なる位相が位相測
定装置ISから入力した場合、初期に設定した位相とな
るように、ZテーブルTzを移動させてプローブP−試
料S間の間隔を制御する。この制御量は、プローブP−
試料S間に働く静電気量に対応する。このとき移動させ
るものは、試料S、またはプローブP、あるいはその両
方とすることが可能である。そして、コンピュータC
は、前記制御量信号を試料Sの表面電位に換算する。
(Operation of Embodiment 11) Probe P and Sample S
The phase of the probe P changes due to the electrostatic force caused by the interaction with the probe P. The amount of change also changes by changing the distance between the probe P and the sample S. That is, the sample S
This is because the magnitude of the electrostatic force that works differs depending on the distance from the probe P even if the surface potential of the probe is the same. When a phase different from the initially set phase is input from the phase measurement device IS, the computer C controls the interval between the probe P and the sample S by moving the Z table Tz such that the phase becomes the initially set phase. . This control amount is determined by the probe P-
It corresponds to the amount of static electricity acting between the samples S. What is moved at this time can be the sample S, the probe P, or both. And computer C
Converts the control amount signal into a surface potential of the sample S.

【0050】(変更例)以上、本発明の実施例を詳述し
たが、本発明は、前記実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内
で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更
実施例を下記に例示する。 (H01)本発明は試料とプローブとの静電気力を利用す
るものであり、電位分布に限らず、静電荷量分布、誘導
電荷分布、分極状態分布、誘電率分布などの記録媒体外
部の電場を変化させるものであれば測定が可能である。 (H02)前記電場の変化をメモリとして利用した記録シ
ステムの読み出し装置としても利用可能である。
(Modifications) Although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but falls within the scope of the present invention described in the appended claims. Thus, various changes can be made. Modified embodiments of the present invention will be exemplified below. (H01) The present invention utilizes an electrostatic force between a sample and a probe. The present invention is not limited to the electric potential distribution, and can be used to generate an electric field outside a recording medium such as an electrostatic charge distribution, an induced charge distribution, a polarization state distribution, and a dielectric constant distribution. Anything that can be changed can be measured. (H02) The present invention can also be used as a reading device of a recording system using a change in the electric field as a memory.

【0051】[0051]

【発明の効果】前述の本発明の表面電位測定方法および
装置は、下記の効果を奏することができる。 (E01)表面電位が高電位であっても、前記表面電位を
精度良く検出することができる。
The above-described method and apparatus for measuring a surface potential according to the present invention have the following effects. (E01) Even if the surface potential is high, the surface potential can be accurately detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1は本発明で使用可能なプローブの例を示
す図であり、図1A〜図1Cはそれぞれ異なる形状のプ
ローブを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a probe that can be used in the present invention, and FIGS. 1A to 1C are diagrams showing probes having different shapes, respectively.

【図2】 図2はプローブを振動させ、その振動状態の
変化から試料の表面電位を測定する方法の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory view of a method of vibrating a probe and measuring a surface potential of a sample from a change in the vibration state.

【図3】 図3は本発明の表面電位測定装置の実施例1
の説明図である。
FIG. 3 is a first embodiment of a surface potential measuring apparatus according to the present invention;
FIG.

【図4】 図4は前記試料の表面電位(V)とプローブ
Pの固有振動数(Hz)との関係の一例を表すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the surface potential (V) of the sample and the natural frequency (Hz) of the probe P.

【図5】 図5は本発明の表面電位測定装置の実施例2
の説明図で、試料表面を帯電させた状態での表面電位
と、前記帯電した試料表面に光照射した部分(画像形成
装置の感光体表面の静電潜像に対応する部分)の表面電
位および光照射しなかった部分(静電潜像の背景部分)
の表面電位を測定する装置(帯電した潜像劣化を測定す
る装置)の説明図である。
FIG. 5 is a second embodiment of the surface potential measuring device of the present invention.
In FIG. 1, the surface potential of a charged sample surface, the surface potential of a portion of the charged sample surface irradiated with light (a portion corresponding to an electrostatic latent image on the surface of a photoconductor of an image forming apparatus), and Unirradiated part (background part of electrostatic latent image)
FIG. 4 is an explanatory diagram of a device for measuring the surface potential of the device (device for measuring the deterioration of a charged latent image).

【図6】 図6は試料表面のX方向の幅50μm、Y方
向の幅50μmの領域の静電潜像の電位を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing the potential of an electrostatic latent image in a region of 50 μm in the X direction and 50 μm in the Y direction on the surface of the sample.

【図7】 図7は本発明の表面電位測定装置の実施例3
の説明図で、試料表面を帯電させた状態での試料の表面
電位と、前記帯電した試料表面に光照射した部分(画像
形成装置の感光体表面の静電潜像に対応する部分)の表
面電位の変化を測定する装置(帯電した潜像劣化を測定
する装置)の説明図である。
FIG. 7 shows a third embodiment of the surface potential measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a surface potential of a sample in a state where the surface of the sample is charged, and a surface of a portion where the charged surface of the sample is irradiated with light (a portion corresponding to an electrostatic latent image on a photosensitive member surface of an image forming apparatus). FIG. 4 is an explanatory diagram of a device for measuring a change in potential (a device for measuring deterioration of a charged latent image).

【図8】 図8はサンプルαおよびサンプルβの帯電状
態の表面電位および露光後の表面電位の時間経過に伴う
変化を示す図であり、潜像劣化の測定例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing changes over time of the surface potential of the charged state of sample α and sample β and the surface potential after exposure, and is a diagram showing a measurement example of latent image deterioration.

【図9】 図9は表面電位測定装置の実施例4の説明図
で、プローブPを振動させ、その振動振幅の変化から試
料の電位分布を測定する実施例を示す図である。
FIG. 9 is an explanatory view of Embodiment 4 of the surface potential measuring device, showing an embodiment in which the probe P is vibrated and the potential distribution of the sample is measured from a change in the vibration amplitude.

【図10】 図10は前記試料の表面電位(V)とプロ
ーブPの振動振幅電圧(V)との関係の一例を表すグラ
フである。
FIG. 10 is a graph showing an example of the relationship between the surface potential (V) of the sample and the oscillation amplitude voltage (V) of the probe P.

【図11】 図11は表面電位測定装置の実施例5の説
明図で、プローブPを振動させ、その位相の変化から試
料の電位分布を測定する実施例を示す図である。
FIG. 11 is an explanatory view of Embodiment 5 of the surface potential measuring device, showing an embodiment in which the probe P is vibrated and the potential distribution of the sample is measured from a change in the phase thereof.

【図12】 図12は前記試料の表面電位(V)と、プ
ローブの振動の位相差(プローブを振動させるための振
動励起信号とプローブの振動検出信号との位相差)
(度)との関係の一例を表すグラフである。
FIG. 12 shows a phase difference between the surface potential (V) of the sample and the vibration of the probe (the phase difference between the vibration excitation signal for vibrating the probe and the vibration detection signal of the probe).
It is a graph showing an example of the relationship with (degree).

【図13】 図13は表面電位測定装置の実施例6の説
明図で、プローブPの固有振動数の変化を検知し、その
値を一定値に保つように、試料−プローブ間のバイアス
電圧を制御し、その制御量から電位分布を測定する実施
例を示す図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of Embodiment 6 of the surface potential measuring device, in which a change in the natural frequency of the probe P is detected, and a bias voltage between the sample and the probe is adjusted so as to keep the value constant. It is a figure which shows the Example which controls and measures electric potential distribution from the control amount.

【図14】 図14は表面電位測定装置の実施例7の説
明図で、プローブPの振動振幅の変化を検知し、その値
を一定値に保つように、試料−プローブ間のバイアス電
圧を制御し、その制御量から電位分布を測定する実施例
を示す図である。
FIG. 14 is an explanatory view of a seventh embodiment of the surface potential measuring device, in which a change in the vibration amplitude of the probe P is detected, and the bias voltage between the sample and the probe is controlled so as to keep the value constant. FIG. 7 is a diagram showing an embodiment in which a potential distribution is measured from the control amount.

【図15】 図15は表面電位測定装置の実施例8の説
明図で、プローブPの位相の変化を検知し、位相を一定
値に保つように、試料−プローブ間のバイアス電圧を制
御し、その制御量から電位分布を測定する実施例を示す
図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of Embodiment 8 of the surface potential measuring device, in which a change in the phase of the probe P is detected, and a bias voltage between the sample and the probe is controlled so as to maintain the phase at a constant value. It is a figure showing an example which measures a potential distribution from the control quantity.

【図16】 図16は表面電位測定装置の実施例9の説
明図で、プローブPの固有振動数の変化を検知し、その
値を一定値に保つように、試料−プローブ間の間隔を制
御し、その制御量から電位分布を測定する実施例を示す
図である。
FIG. 16 is an explanatory view of a ninth embodiment of the surface potential measuring device, in which a change in the natural frequency of the probe P is detected, and the interval between the sample and the probe is controlled so as to keep the value constant. FIG. 7 is a diagram showing an embodiment in which a potential distribution is measured from the control amount.

【図17】 図17は表面電位測定装置の実施例10の
説明図で、プローブPの振動振幅の変化を検知し、その
値を一定値に保つように、試料−プローブ間の間隔を制
御し、その制御量から電位分布を測定する実施例を示す
図である。
FIG. 17 is an explanatory view of Embodiment 10 of the surface potential measuring device, in which a change in the vibration amplitude of the probe P is detected, and the interval between the sample and the probe is controlled so as to keep the value constant. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment for measuring a potential distribution from the control amount.

【図18】 図18は表面電位測定装置の実施例11の
説明図で、プローブPの位相の変化を検知し、前記位相
を一定値に保つように、試料−プローブ間の間隔を制御
し、その制御量から電位分布を測定する実施例を示す図
である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of an eleventh embodiment of the surface potential measuring device, in which a change in the phase of the probe P is detected, and the interval between the sample and the probe is controlled so as to keep the phase constant. It is a figure showing an example which measures a potential distribution from the control quantity.

【図19】 図19は従来の表面電位測定方法の説明図
である。
FIG. 19 is an explanatory diagram of a conventional surface potential measuring method.

【図20】 図20は表面電位を測定する他の従来技術
の説明図であり、特開平5−119093号公報、特開
平5−149988号公報、特開平6−3398号公報
または電子写真学会誌第32巻第4号P62−66(1
993)等に記載の技術である。
FIG. 20 is an explanatory diagram of another conventional technique for measuring a surface potential, which is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-119093, 5-149988, 6-3398, or Journal of the Electrophotographic Society. Vol. 32, No. 4, P62-66 (1
993).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A…振動励気装置(圧電素子)、K…光源、Dx…Xテ
ーブル駆動装置、Dy…Yテーブル駆動装置、Dz…Zテ
ーブル駆動装置、P…プローブ、PD+K…振動状態検
出手段、S…試料、Tx…X方向移動装置、Ty…Y方向
移動装置、Tz…Z方向移動装置、U1…振動状態検出装
置、U2…信号処理装置。
A: vibration excitation device (piezoelectric element), K: light source, Dx: X table drive device, Dy: Y table drive device, Dz: Z table drive device, P: probe, PD + K: vibration state detection means, S: sample , Tx: X direction moving device, Ty: Y direction moving device, Tz: Z direction moving device, U1: Vibration state detecting device, U2: Signal processing device.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電位検出用プローブを用いて試料表面の
電位を測定する方法において、電位検出用プローブとし
て、前記試料表面と平行に振動するプローブを用い、前
記プローブと前記試料上の電荷間に働く静電気力の作用
により、前記プローブの振動状態の変化を利用して、前
記試料の表面電位を測定する表面電位測定方法。
1. A method for measuring a potential on a sample surface using a potential detection probe, wherein a probe vibrating in parallel with the sample surface is used as the potential detection probe, and a potential between the probe and the charge on the sample is used. A surface potential measuring method for measuring a surface potential of the sample by using a change in a vibration state of the probe by an action of a working electrostatic force.
【請求項2】 前記プローブの振動状態の変化は、前記
プローブの固有振動数の変化、前記プローブの振動振幅
の変化、または、前記プローブの位相の変化のうちのい
ずれかの変化である請求項1記載の表面電位測定方法。
2. The change in the vibration state of the probe is a change in a natural frequency of the probe, a change in a vibration amplitude of the probe, or a change in a phase of the probe. 2. The method for measuring surface potential according to 1.
【請求項3】 前記プローブの振動状態の変化が一定
(変化無しを含む)となるように前記プローブと試料間
に電圧を印加する電圧源と前記電圧源を制御する電圧制
御手段を備え、電圧制御手段による制御量より試料の電
位を測定する請求項1または2記載の表面電位測定方
法。
3. A voltage source for applying a voltage between the probe and the sample so that a change in the vibration state of the probe is constant (including no change), and a voltage control unit for controlling the voltage source, 3. The surface potential measuring method according to claim 1, wherein the potential of the sample is measured from a control amount by the control means.
【請求項4】 前記プローブの振動状態の変化が一定
(変化無しを含む)となるように、前記プローブと試料
間の距離を制御する距離制御手段を備え、距離制御手段
による制御量より前記試料の表面電位を測定する請求項
1または2記載の表面電位測定方法。
4. A distance control means for controlling a distance between the probe and the sample such that a change in a vibration state of the probe is constant (including no change), and the sample is controlled based on a control amount by the distance control means. 3. The method according to claim 1, wherein the surface potential is measured.
【請求項5】 試料表面に対向するプローブ先端が試料
表面に平行に振動可能に支持された電位検出用プローブ
と、前記プローブを強制振動させる振動励起装置と、前
記プローブの振動状態の変化を検知する振動状態検知手
段とを備え、前記振動状態の変化量を利用して試料の表
面電位を測定する表面電位測定装置。
5. A potential detecting probe whose tip facing a sample surface is vibratably supported in parallel with the sample surface, a vibration excitation device for forcibly vibrating the probe, and detecting a change in the vibration state of the probe. A surface potential measuring device comprising: a vibration state detecting means for measuring a surface potential of a sample by using a change amount of the vibration state.
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JP2010210636A (en) * 2002-07-04 2010-09-24 Univ Of Bristol Scanning probe microscope
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