JP2007064835A - 表面電位評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面電位の測定中でも感光体とプローブ先端との距離制御を行うことのできる表面電位評価装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 プローブとしてファイバープローブ１３を用いる。レーザ光源１７から感光体１が露光しない波長のレーザ光を照射し、この反射光の光強度をフォトダイオード２０で検出する。反射光の光強度に応じて第２のピエゾアクチュエータ１６を制御し、ファイバープローブ１３及び水晶振動子１４の位置制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、感光体など、光の照射によって表面電位が変化する試料の表面電位を測定、評価する表面電位評価装置に関する。

複写機やレーザプリンタなどの電子写真方式を用いた画像形成装置では、感光体上に形成した静電潜像をトナー像へと変換し、これを紙の上に転写することによって画像形成を行っている。

高精細な画像形成を実現するためには、感光体上に高精細な静電潜像を形成する必要がある。しかしながら、感光体上の静電潜像は、材質や環境条件などの様々な要因によって時間の経過とともに劣化してしまう。

この感光体の劣化の問題の解決が高精細名画像形成装置を実現するための課題となっている。このような問題を解決するためには、静電潜像を直接測定してその状態を把握する必要がある。

静電潜像を測定、評価する、すなわち感光体の表面電位を測定、評価する表面電位評価装置に関する技術としては、次のものが知られている。

特許文献１、特許文献２では、シアフォース信号に基づいてプローブの振動状態の変化を検出することにより、感光体の表面電位の分布を測定する表面電位測定装置が提案されている。

この表面電位測定装置は図１２に示すような構成を有する。表面電位を測定は、圧電素子５０によりプローブを試料である感光体１に平行に振動させ、この状態でプローブを帯電させた感光体１表面に近づけ、試料の表面電位に従い変化するプローブの振動状態を測定することで行う。具体的には、プローブ先端付近からレーザ光を照射し、プローブの振動に伴う散乱光強度を検出し同期検波することで表面電位の測定を行っている。
特開２００１−２９６３２３号公報 特開２００１−３４３４１２号公報

しかし、上記の技術は、以下の問題点を有している。

特許文献１の表面電位測定装置では、感光体の帯電前にプローブを試料表面に接触させこれを基準点として距離の校正を行うだけで、表面電位の測定中において感光体とプローブ先端との距離の制御を行う機構を備えていない。

そのため、表面電位の測定中に感光体とプローブ先端との位置変動が生じた際に両者が接触する可能性がある。特に、複写機やレーザプリンタと同じように円筒形状の感光体を回転させながら表面電位を測定するような評価系においては、感光体形状の真円からのずれや回転中の偏芯や振動などの影響から、感光体表面とプローブ先端の距離は大きく変動する。

感光体表面とプローブ先端の距離変動は、両者の接触などの危険性の他に、表面電位の測定の誤差にもなる。従って、表面電位を精度よく測定するためには、感光体とプローブ先端との距離をモニタしながら常に距離制御を行う必要がある。

また、特許文献２の表面電位評価装置では、表面電位の測定位置とは異なる箇所において、具体的には、表面電位測定装置とは別の装置において、感光体１の露光を行った後に表面電位評価装置に取り付けて表面電位の測定を行う。

表面電位やその分布の時間変化を知りたい場合には、露光直後から表面電位の測定を開始する必要がある。つまり、感光体を大きく動かさずに、露光と表面電位測定をほぼ同じ位置で行う必要がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、表面電位の測定中でも感光体とプローブ先端との距離制御を行うことのできる表面電位評価装置を提供することを目的とする。また、露光と表面電位の測定を同じ位置で行うことのできる表面電位評価装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、シアフォース信号に基づいて試料の表面電位を測定する表面電位評価装置において、前記シアフォース信号を検出するシアフォース信号検出手段と、前記試料が露光しない波長のレーザ光を照射するレーザ光源と、光強度を測定する光強度測定手段と、前記レーザ光源から照射される前記レーザ光を前記試料に導光し、且つ、該試料の表面で反射した前記レーザ光の反射光を前記光強度測定手段に導光するファイバープローブと、前記光強度検出手段において検出された前記レーザ光の反射光の光強度に基づいて、前記ファイバープローブと前記試料表面との距離を制御する距離制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、シアフォース信号に基づいて試料の表面電位を測定する表面電位評価装置において、前記シアフォース信号を検出するシアフォース信号検出手段と、前記試料が露光する波長のレーザ光を照射するレーザ光源と、前記レーザ光源から照射される前記レーザ光を前記試料に導光するファイバープローブと、を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、シアフォース信号に基づいて試料の表面電位を測定する表面電位評価装置において、前記シアフォース信号を検出するシアフォース信号検出手段と、前記試料が露光しない波長のレーザ光を照射する第１のレーザ光源と、前記試料が露光する波長のレーザ光を照射する第２のレーザ光源と、光強度を測定する光強度測定手段と、前記第１のレーザ光源及び第２のレーザ光源から照射されるレーザ光を前記試料に導光し、且つ、該試料の表面で反射した前記レーザ光の反射光を導光するファイバープローブと、前記第１のレーザ光源から照射されたレーザ光の反射光のみを前記光強度測定手段に導くレーザ光分離手段と、前記光強度検出手段において検出された前記第１のレーザ光源から照射されたレーザ光の反射光の光強度に基づいて、前記ファイバープローブと前記試料表面との距離を制御する距離制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または３に記載の表面電位評価装置において、前記シアフォース信号検出手段は、圧電効果を有する材料からなる振動子の電気信号を検出することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記ファイバープローブの先端の開口の直径は、前記ファイバープローブにより導光されるレーザ光の、該ファイバープローブ内での波長よりも大きいことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１、３から５のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記シアフォース信号を帰還制御して電圧信号を生成する帰還制御手段を有し、該帰還制御手段は、生成した前記電圧信号を前記ファイバープローブの前記試料に近い側の先端に被覆された金属膜に印加することを特徴する。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の表面電位評価装置において、前記金属膜と前記圧電効果を有する材料からなる振動子とは電気的に絶縁された関係にあることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１、３から５のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記シアフォース信号を帰還制御して電圧信号を生成する帰還制御手段を有し、該帰還制御手段は、生成した前記電圧信号を前記試料の基板となる金属部に印加することを特徴する。

請求項９記載の発明は、請求項１、３から８のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記シアフォース信号検出手段は、前記シアフォース信号を２つに分岐して同期検波することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項４から９のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記試料が露光しない波長のレーザ光を照射するレーザ光源が照射するレーザ光の強度変調を行う強度変調手段を有し、前記強度変調手段は、前記圧電効果を有する振動子を振動させる周波数域あるいはその整数倍の周波数とは異なる周波数で強度変調することを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項１、３から１０のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記距離制御手段は、前記光強度検出手段から出力される前記レーザ光の反射光の光強度信号を２つに分岐して同期検波することを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項１、３から１１のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記ファイバープローブの前記レーザ光源に近い側の端面に、レーザ光の反射を防止する反射防止手段を有することを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項３から１２のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記光強度検出手段と前記レーザ光分離手段の間に、前記第１のレーザ光源から出力されたレーザ光の反射光を透光し、それ以外の光を遮光する光学フィルタを有することを特徴とする。

請求項１４記載の発明は、請求項１、３から１３のいずれか１項に記載の表面電位評価装置において、前記距離制御手段は、ピエゾアクチュエータを用いて、前記ファイバープローブと前記試料表面との距離を制御することを特徴とする。

本発明により、表面電位評価装置において、試料表面とファイバープローブとの間の距離を、試料が露光しない波長のレーザ光の反射光の強度により検出し、該検出結果に基づいて試料表面とファイバープローブの距離を制御するので、試料の表面電位分布の測定を精度良く行うことが可能となる。また、表面電位測定中に試料表面とファイバープローブとが接触したり近づきすぎたりすることで生じる放電や装置の破損などの危険性をなくすことができる。

以下、本発明の表面電位評価装置について、実施の形態に即して具体的に説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の表面電位評価装置の第１の実施形態について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の表面電位評価装置の構成を示す。

本実施形態の表面電位評価装置１０は、ＸＹステージ１１と、電極１２と、ファイバープローブ１３と、水晶振動子１４と、第１のピエゾアクチュエータ１５と、第２のピエゾアクチュエータ１６と、レーザ光源１７と、レンズ１８と、ビームスプリッタ１９と、フォトダイオード２０と、増幅器２１と、帰還制御回路２２と、定電圧電源２３と、高圧電源２４と、波形発生器２５と、同期検波回路２６と、コンピュータ２７と、を有する。

ＸＹステージ１１は、評価対象となる試料である感光体１を載置するための台（ステージ）であり、図１の上下方向に垂直な面内（図１の左右方向及び奥行方向）に移動可能な構成となっている。後述するファイバープローブ１３や水晶振動子１４は図１の上下方向に垂直な面内で移動しないので、ＸＹステージ１１を移動させることで感光体１の表面のスキャニングがなされることになる。

なお、ここでいう感光体１とは、光照射によって導電性を生じる材料の膜が導電性基板上に形成された部材のことである。

電極１２は、ＸＹステージ１１上に設けられた電極であり、該電極１２の上に感光体１が載置される。電極１１はアースされており、これにより感光体１の基板はグランド電位となる。

ファイバープローブ１３は、光ファイバー（Optical Fiber）をエッチングなどの手法を用いて加工したものであり、レーザ光源１７から出力されるレーザ光をＸＹステージ１１上の感光体１に導く役割と、感光体１からの反射光をビームスプリッタ１９に送り返す役割、すなわち導光路としての役割を担う。

なお、以下の説明においては、ＸＹステージ１１に面するファイバープローブ１３の端を『先端』とし、レーザ光源１７に面するファイバープローブ１３の端を『終端』と表記する。

図２は、ファイバープローブ１３の断面構造を示す。中心部分のコア２８をクラッド２９が包む同心円状になっており、光の屈折率の違いによってレーザ光（光信号）をコアに閉じ込めて伝送する。ファイバープローブ１３の先端側（ＸＹステージ１１に近い側）は、開口３１を設けた金属膜３０で被覆されている。

この先端開口の大きさが光の波長より小さいと、ファイバープローブ１３内部から外部に向けてのレーザ光放射量や、ファイバープローブ１３外部から内部への反射光取り込み量が極端に減少してしまう。後述する距離検出、距離制御を精度良く行うためには、この問題を解決する必要がある。

そこで、該開口３１の直径の大きさを、コア２８内部におけるレーザ光の波長より大きく設定する。なお、コア２８内部でのレーザ光の波長は、レーザ光の波長をファイバープローブ１３のコア２８の屈折率で割ることで求められる。例えば、ファイバープローブ１３のコア２８の屈折率が１．５５で、レーザ光の波長が１．５５μｍの場合にはコア２８内部でのレーザ光の波長は１μｍとなるので、開口３１の直径は１μｍ以上となる。

水晶振動子１４は、感光体１の表面電位を測定するため部材であり、感光体１の表面電位に応じてシアフォース信号を出力する。この水晶振動子１４の側面には、先端が水晶振動子１４よりも下方に突出するような形でファイバープローブ１３が接合している。また、水晶振動子１４は第１のピエゾアクチュエータ１５と接合している。

第１のピエゾアクチュエータ１５は、積層ピエゾ素子などからなり、水晶振動子１４を共振周波数近傍で振動させる。なお、第１のピエゾアクチュエータ１５は、第２のピエゾアクチュエータ１６に接合している。

第２のピエゾアクチュエータ１６は、積層ピエゾ素子などからなり、ファイバープローブ１３や水晶振動子１４の図面上下方向での位置制御を行う。具体的には、ファイバープローブ１３の先端から感光体１までの距離制御を行う。

なお、ピエゾアクチュエータとは、入力された電圧に応じて伸縮が生じるピエゾ圧電効果を応用した位置決め素子である。

レーザ光源１７は、感光体１が露光されない波長（感光体１が感度を持たない波長）のレーザ光、ここでは１．５５μｍの波長のレーザ光を出力する。レンズ１８は、レーザ光の集光を行う。ビームスプリッタ１９は、レーザ光源１７から出力されたレーザ光を透光しファイバープローブ１３の終端側に導き、感光体１の表面で反射してファイバープローブ１３の終端側から放射される反射光を反射しフォトダイオード２０に導く。

光強度測定手段としてのフォトダイオード２０は、反射光の光強度を検出する。また、増幅器２１は、フォトダイオード２０で検出された光強度に対応する電気信号を増幅する。

帰還制御回路２２は、定電圧電源２３からの電圧信号と、増幅器２１を通ったフォトダイオード２０からの信号とが同一となるように第２のピエゾアクチュエータ１６の上下方向での位置制御を行う。具体的には、高圧電源２４からの電圧を制御することで第２のピエゾアクチュエータ１６の位置決め制御を行う。なお、この帰還制御回路２２は、積分制御回路を主体として、安定化や高速化の目的で比例制御回路や微分制御回路が適宜組み合わされて構成されている。

定電圧電源２３は、第２のピエゾアクチュエータ１６の上下方向での位置制御を行うための基準電圧信号を発生させ、該基準電圧信号を帰還制御回路２２に入力する。高圧電源２４は、第２のピエゾアクチュエータ１６を制御するための電圧を発生させる。

波形発生器２５は、水晶振動子１４を共振周波数近傍で振動させる第１のピエゾアクチュエータ１５を制御する。

同期検波回路２６は、水晶振動子１４からのシアフォース信号を波形発生器２５から入力される第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数で同期検波することで感光体１の表面電位を測定する。

コンピュータ２７は、ＸＹステージ１１の移動方向と同期検波回路２６からの表面電位測定結果を同期させて取り込むことで感光体１の表面電位の分布マップを作成する。

なお、請求項でいうところの「距離制御手段」は、第２のピエゾアクチュエータ１６と、帰還制御回路２２と、定電圧電源２３と、高圧電源２４と、から構成される。

＜表面電位の測定＞
本実施形態の表面電位評価装置１０における、感光体１の表面電位の測定処理について説明する。

水晶振動子１４を第１のピエゾアクチュエータ１５によって共振周波数近傍で振動させ、感光体１の表面電位に応じて変動する水晶振動子１４からのシアフォース信号を同期検波回路２６に入力する。同時に、波形発生器２５から、第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数を同期検波回路２６に入力する。そして、同期検波回路２６において、シアフォース信号を第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数で同期検波すると、感光体１の一地点（水晶振動子１４の下方の地点）の表面電位が得られる。

コンピュータ２７においてＸＹテーブル１１を移動制御し、ＸＹステージ１１の移動方向と表面電位測定結果を同期させて取り込むと、感光体１の表面全面の表面電位（表面電位の分布マップ）を得ることができる。

＜距離検出、距離制御＞
次に、本実施形態の表面電位評価装置１０における、ファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離の検出処理及び該距離の制御処理について説明する。

レーザ光源１７からファイバープローブ１３を介して感光体１が露光されない波長のレーザ光を感光体１表面に照射し、該レーザ光の反射光をファイバープローブ１３及びビームスプリッタ１９を介してフォトダイオード２０に受光させる。反射光の光強度はファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離に応じて変化するので、フォトダイオード２０において反射光の光強度を検出することで、ファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離を検出することができる。

ファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離の制御は、フォトダイオード２０で検出された光強度に対応する電気信号に基づいて、ファイバープローブ１３等を取り付けた第２のピエゾアクチュエータ１６を帰還制御することによって行う。具体的には、基準値となる定電圧電源２３からの電圧信号と、増幅器２１を通ったフォトダイオード２０からの信号とが同一となるように第２のピエゾアクチュエータ１６の帰還制御、すなわち上下方向での位置制御を行う。これにより、ファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離とが一定に保たれることになる。

＜評価手順＞
本実施形態の表面電位評価装置１０による表面電位の評価手順について、詳細に説明する。

まず、適当な大きさの感光体１を作製し、これをＸＹステージ１１上に配置する。シアフォース信号をモニタしながら第２のピエゾアクチュエータ１６を駆動してファイバープローブ１３先端を感光体１の表面に近づけていく。

ここで、シアフォース信号の振幅がほぼゼロとなったところ（実質、ファイバープローブ１３の先端が感光体１に接触したところ）を基準点に設定する。

そして、第２のピエゾアクチュエータ１６を制御して、ファイバープローブ１１を感光体１の表面から遠ざけていく。このとき、フォトダイオード２０の信号強度変化を記録しておく。記録したフォトダイオード２０の信号強度変化と第２のピエゾアクチュエータ１６に印加する電圧と伸縮の関係から、感光体１からファイバープローブ１３先端までの距離とフォトダイオード２０で検出される信号強度との定量的相関が得られる。

次に、ＸＹステージ１１を移動させ、図示しない別の部材を用いて感光体１を帯電、露光し、ＸＹテーブル１１を元の位置に戻す。そして、第２のピエゾアクチュエータ１６を駆動して、シアフォース信号に変化がでる領域までファイバープローブ１３を徐々に感光体１に近づけていき、シアフォース信号に変化が出た領域で定電圧電源２３の出力値を固定する。

そして、ファイバープローブ１３と感光体１の間の距離制御を行いながら、感光体１の表面電位を測定する。なお、距離制御処理、表面電位の測定処理については、上述してあるのでここではその説明を省略する。

＜第１の実施形態の効果＞
このように本実施形態の表面電位評価装置においては、ファイバープローブ１３先端と感光体１表面との間の距離を一定に保ちながら表面電位の測定を行うことができるので、感光体１の表面電位分布の測定を精度良く行うことが可能となる。また、表面電位測定中にファイバープローブ１３と感光体１の表面とが接触したり近づきすぎたりすることで生じる放電や装置の破損などの危険性をなくすことができる。

＜第２の実施形態＞
本発明の表面電位評価装置の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態の表面電位評価装置の構成を示す。

本実施形態の表面電位評価装置１０は、ＸＹステージ１１と、電極１２と、ファイバープローブ１３と、水晶振動子１４と、第１のピエゾアクチュエータ１５と、第２のピエゾアクチュエータ１６と、レーザ光源１７と、レンズ１８と、高圧電源２４と、波形発生器２５と、同期検波回路２６と、コンピュータ２７と、を有する。

ＸＹステージ１１は、評価対象となる試料である感光体１を載置するための台（ステージ）であり、図３の上下方向に垂直な面内（図３の左右方向及び奥行方向）に移動可能な構成となっている。後述するファイバープローブ１３や水晶振動子１４は図３の上下方向に垂直な面内で移動しないので、ＸＹステージ１１を移動させることで感光体１の表面のスキャニングがなされることになる。

電極１２は、ＸＹステージ１１上に設けられた電極であり、該電極１２の上に感光体１が載置される。電極１１はアースされており、これにより感光体１の基板はグランド電位となる。ファイバープローブ１３は、光ファイバー（Optical Fiber）をエッチングなどの手法を用いて加工したものであり、レーザ光源１７から出力されるレーザ光をＸＹステージ１１上の感光体１に導く役割を担う。

図２はファイバープローブの断面構造を示す。中心部分のコア２８をクラッド２９が包む同心円状になっており、光の屈折率の違いによってレーザ光（光信号）をコアに閉じ込めて伝送する。ファイバープローブ１３の先端側（ＸＹステージ１１に近い側）は、開口３１を設けた金属膜３０で被覆されている。

該開口３１は、レーザ光の入出力を効率良く行うために、コア２８内部におけるレーザ光の波長より大きな直径の開口となっている。例えば、ファイバープローブ１３のコア２８の屈折率が１．５で、レーザ光の波長が０．７８μｍの場合には、開口３１の直径は０．５２μｍ以上となる。

水晶振動子１４は、感光体１の表面電位を測定するため部材であり、感光体１の表面電位に応じてシアフォース信号を出力する。この水晶振動子１４の側面には、先端が水晶振動子１４よりも下方に突出するような形でファイバープローブ１３が接合している。また、水晶振動子１４は第１のピエゾアクチュエータ１５と接合している。

第１のピエゾアクチュエータ１５は、積層ピエゾ素子などからなり、水晶振動子１４を共振周波数近傍で振動させる。なお、第１のピエゾアクチュエータ１５は、第２のピエゾアクチュエータ１６に接合している。第２のピエゾアクチュエータ１６は、積層ピエゾ素子などからなり、ファイバープローブ１３や水晶振動子１４の図面上下方向での位置制御を行う。具体的には、ファイバープローブ１３の先端から感光体１までの距離制御を行う。

レーザ光源１７は、感光体１が露光する波長（感光体１が感度を有する波長）のレーザ光、ここでは０．７８μｍの波長のレーザ光を出力する。レーザ光源１からのレーザ光を帯電された感光体１上に照射することにより、照射領域に表面電位分布が形成されることになる。

レンズ１８は、レーザ光の集光を行う。高圧電源２４は、第２のピエゾアクチュエータ１６を制御するための電圧を発生させる。

波形発生器２５は、水晶振動子１４を共振周波数近傍で振動させる第１のピエゾアクチュエータ１５を制御する。同期検波回路２６は、水晶振動子１４からのシアフォース信号を波形発生器２５から入力される第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数で同期検波することで感光体１の表面電位を測定する。コンピュータ２７は、ＸＹステージ１１の移動方向と同期検波回路２６からの表面電位測定結果を同期させて取り込むことで感光体１の表面電位の分布マップを作成する。

＜評価手順＞
本実施形態の表面電位評価装置１０による表面電位の評価手順について、詳細に説明する。

まず、適当な大きさの感光体１を作製し、これをＸＹステージ１１上に配置する。シアフォース信号をモニタしながら第２のピエゾアクチュエータ１６を駆動してファイバープローブ１３先端を感光体１の表面に近づけていく。

ここで、シアフォース信号の振幅がほぼゼロとなったところ（実質、ファイバープローブ１３の先端が感光体１に接触したところ）を基準点に設定する。そして、第２のピエゾアクチュエータ１６を制御して、ファイバープローブ１１を感光体１の表面から遠ざけていく。

次に、ＸＹステージ１１を移動させ、図示しない別の部材を用いて感光体１を帯電し、ＸＹテーブル１１を元の位置に戻す。そして、第２のピエゾアクチュエータ１６を駆動して、シアフォース信号に変化がでる領域までファイバープローブ１３を徐々に感光体１に近づけていき、シアフォース信号に変化が出た領域で距離を固定する。このときのファイバープローブ１３と感光体１との間の距離は、第２のピエゾアクチュエータ１６に印加する電圧と伸縮の関係から算出する。

そして、レーザ光源１７から感光体１が露光する波長のレーザ光を感光体１に照射し、感光体１を露光する。

露光後、水晶振動子１４を第１のピエゾアクチュエータ１５によって共振周波数近傍で振動させ、感光体１の表面電位に応じて変動する水晶振動子１４からのシアフォース信号を同期検波回路２６に入力する。同時に、波形発生器２５から、第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数を同期検波回路２６に入力する。そして、同期検波回路２６において、シアフォース信号を第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数で同期検波すると、感光体１の一地点（水晶振動子１４の下方の地点）の表面電位が得られる。

コンピュータ２７においてＸＹテーブル１１を移動制御し、ＸＹステージ１１の移動方向と表面電位測定結果を同期させて取り込むと、感光体１の表面全面の表面電位（表面電位の分布マップ）を得ることができる。

＜第２の実施形態の効果＞
このように本実施形態の表面電位評価装置においては、ＸＹテーブル１１を移動させずとも、同じ場所で露光及び表面電位の測定を行うことが可能となるので、露光直後から表面電位を測定することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
本発明の表面電位評価装置の第３の実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態の表面電位評価装置の構成を示す。

本実施形態の表面電位評価装置１０は、ＸＹステージ１１と、電極１２と、ファイバープローブ１３と、水晶振動子１４と、第１のピエゾアクチュエータ１５と、第２のピエゾアクチュエータ１６と、第１のレーザ光源１７と、第２のレーザ光源３２と、レンズ１８と、第１のビームスプリッタ１９と、第２のビームスプリッタ３３と、光学フィルタ３４と、フォトダイオード２０と、増幅器２１と、帰還制御回路２２と、定電圧電源２３と、高圧電源２４と、波形発生器２５と、同期検波回路２６と、コンピュータ２７と、を有する。

ＸＹステージ１１は、評価対象となる試料である感光体１を載置するための台（ステージ）であり、図４の上下方向に垂直な面内（図１の左右方向及び奥行方向）に移動可能な構成となっている。後述するファイバープローブ１３や水晶振動子１４は図１の上下方向に垂直な面内で移動しないので、ＸＹステージ１１を移動させることで感光体１の表面のスキャニングがなされることになる。

電極１２は、ＸＹステージ１１上に設けられた電極であり、該電極１２の上に感光体１が載置される。電極１１はアースされており、これにより感光体１の基板はグランド電位となる。

ファイバープローブ１３は、光ファイバー（Optical Fiber）をエッチングなどの手法を用いて加工したものであり、第１のレーザ光源１７及び第２のレーザ光源３２から出力される各レーザ光をＸＹステージ１１上の感光体１に導く役割と、感光体１からの反射光を第１ビームスプリッタ１９に送り返す役割、すなわち導光路としての役割を担う。

図２は、ファイバープローブ１３の断面構造を示す。中心部分のコア２８をクラッド２９が包む同心円状になっており、光の屈折率の違いによってレーザ光（光信号）をコアに閉じ込めて伝送する。また、ファイバープローブ１３の先端側（ＸＹステージ１１に近い側）は、開口３１を設けた金属膜３０で被覆されている。

該開口３１は、レーザ光の入出力を効率良く行うために、コア２８内部におけるレーザ光の波長より大きな直径の開口となっている。本実施形態では、第１のレーザ光源１７と第２のレーザ光源３２とを有しているので、２種類のレーザ光のうち波長の大きい方のレーザ光の波長を基準として開口３１の直径を設定する。例えば、第１のレーザ光源１７からのレーザ光の波長が１．５５で第２のレーザ光源３２からのレーザ光の波長が０．７８である場合には、第１のレーザ光源１７からのレーザ光の波長を基準とし、ァイバープローブ１３のコア２８の屈折率が１．５５である場合には、開口３１の直径は１μｍ以上となる。

水晶振動子１４は、感光体１の表面電位を測定するため部材であり、感光体１の表面電位に応じてシアフォース信号を出力する。この水晶振動子１４の側面には、先端が水晶振動子１４よりも下方に突出するような形でファイバープローブ１３が接合している。また、水晶振動子１４は第１のピエゾアクチュエータ１５と接合している。

第１のピエゾアクチュエータ１５は、積層ピエゾ素子などからなり、水晶振動子１４を共振周波数近傍で振動させる。なお、第１のピエゾアクチュエータ１５は、第２のピエゾアクチュエータ１６に接合している。第２のピエゾアクチュエータ１６は、積層ピエゾ素子などからなり、ファイバープローブ１３や水晶振動子１４の図面上下方向での位置制御を行う。具体的には、ファイバープローブ１３の先端から感光体１までの距離制御を行う。

第１のレーザ光源１７は、感光体１が露光されない波長のレーザ光、ここでは１．５５μｍの波長のレーザ光（以下、レーザ光Ａ）を出力する。また、第２のレーザ光源は、感光体が露光する波長のレーザ光、ここでは０．７８μｍの波長のレーザ光（以下、レーザ光Ｂ）を出力する。すなわち、第１のレーザ光源１７は、ファイバープローブ１３から感光体１までの距離を測定するためのレーザ光を出力し、第２のレーザ光源３２は、感光体１表面を露光し表面電位を変化させるためのレーザ光を出力する。

レンズ１８は、レーザ光Ａ、レーザ光Ｂの集光を行う。

レーザ光分離手段としての第１のビームスプリッタ１９は、第１のレーザ光源１７及び第２のレーザ光源３２から出力された各レーザ光を透光しファイバープローブ１３の終端側に導く。また、感光体１の表面で反射してファイバープローブ１３の終端側から放射される反射光のうちレーザ光Ａの反射光については反射してフォトダイオード２０に導き、レーザ光Ｂの反射光については透過させる。

第２のビームスプリッタ３３は、レーザ光Ａとレーザ光Ｂとをレーザ光を同軸上のレーザ光にする。本実施形態では、図４に示すように、レーザ光Ａを透光し、レーザ光Ｂを９０度反射することで同軸上のレーザ光としてファイバープローブ１３の終端側に導く。

光学フィルタ３４は、第１のビームスプリッタ１７とフォトダイオード２０の間に設けられた光学素子であり、第１のレーザ光源１７の波長の光のみを透過させる。これにより、第１のビームスプリッタ１９で透過せずに反射してしまったレーザ光Ｂがフォトダイオード２０で検出されることがなくなるので、光強度検出を正確に精度良く行うことが可能となり、ファイバープローブ１３の先端と感光体１までの距離の検出を精度良く行うことが可能となる。

光強度検出手段としてのフォトダイオード２０は、反射光の光強度、具体的には、第１のレーザ光源１７の波長のレーザ光の反射光を検出する。また、増幅器２１は、フォトダイオード２０で検出された光強度に対応する電気信号を増幅する。

帰還制御回路２２は、定電圧電源２３からの電圧信号と、増幅器２１を通ったフォトダイオード２０からの信号とが同一となるように第２のピエゾアクチュエータ１６の上下方向での位置制御を行う。具体的には、高圧電源２４からの電圧を制御することで第２のピエゾアクチュエータ１６の位置決め制御を行う。なお、この帰還制御回路２２は、積分制御回路を主体として、安定化や高速化の目的で比例制御回路や微分制御回路が適宜組み合わされて構成されている。

定電圧電源２３は、第２のピエゾアクチュエータ１６の上下方向での位置制御を行うための基準電圧信号を発生させ、該基準電圧信号を帰還制御回路２２に入力する。高圧電源２４は、第２のピエゾアクチュエータ１６を制御するための電圧を発生させる。

波形発生器２５は、水晶振動子１４を共振周波数近傍で振動させる第１のピエゾアクチュエータ１５を制御する。同期検波回路２６は、水晶振動子１４からのシアフォース信号を波形発生器２５から入力される第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数で同期検波することで感光体１の表面電位を測定する。コンピュータ２７は、ＸＹステージ１１の移動方向と同期検波回路２６からの表面電位測定結果を同期させて取り込むことで感光体１の表面電位の分布マップを作成する。

なお、請求項でいうところの「距離制御手段」は、第２のピエゾアクチュエータ１６と、帰還制御回路２２と、定電圧電源２３と、高圧電源２４と、から構成される。

＜表面電位の測定＞
本実施形態の表面電位評価装置１０における、感光体１の表面電位の測定処理について説明する。

水晶振動子１４を第１のピエゾアクチュエータ１５によって共振周波数近傍で振動させ、感光体１の表面電位に応じて変動する水晶振動子１４からのシアフォース信号を同期検波回路２６に入力する。同時に、波形発生器２５から、第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数を同期検波回路２６に入力する。そして、同期検波回路２６において、シアフォース信号を第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数で同期検波すると、感光体１の一地点（水晶振動子１４の下方の地点）の表面電位が得られる。

コンピュータ２７においてＸＹテーブル１１を移動制御し、ＸＹステージ１１の移動方向と表面電位測定結果を同期させて取り込むと、感光体１の表面全面の表面電位（表面電位の分布マップ）を得ることができる。

＜距離検出、距離制御＞
次に、本実施形態の表面電位評価装置１０における、ファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離の検出処理及び該距離の制御処理について説明する。

第１のレーザ光源１７からファイバープローブ１３を介して感光体１が露光されない波長のレーザ光Ａを感光体１表面に照射し、該レーザ光の反射光をファイバープローブ１３、第１ビームスプリッタ１９及び光学フィルタ３４を介してフォトダイオード２０に受光させる。反射光の光強度はファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離に応じて変化するので、フォトダイオード２０において反射光の光強度を検出することで、ファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離を検出することができる。

ファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離の制御は、フォトダイオード２０で検出された光強度に対応する電気信号に基づいて、ファイバープローブ１３等を取り付けた第２のピエゾアクチュエータ１６を帰還制御することによって行う。具体的には、基準値となる定電圧電源２３からの電圧信号と、増幅器２１を通ったフォトダイオード２０からの信号とが同一となるように第２のピエゾアクチュエータ１６の帰還制御、すなわち上下方向での位置制御を行う。これにより、ファイバーフロープ１３の先端と感光体１との間の距離とが一定に保たれることになる。

＜評価手順＞
本実施形態の表面電位評価装置１０による表面電位の評価手順について、詳細に説明する。

まず、適当な大きさの感光体１を作製し、これをＸＹステージ１１上に配置する。シアフォース信号をモニタしながら第２のピエゾアクチュエータ１６を駆動してファイバープローブ１３先端を感光体１の表面に近づけていく。

ここで、シアフォース信号の振幅がほぼゼロとなったところ（実質、ファイバープローブ１３の先端が感光体１に接触したところ）を基準点に設定する。

そして、第２のピエゾアクチュエータ１６を制御して、ファイバープローブ１１を感光体１の表面から遠ざけていく。このとき、フォトダイオード２０の信号強度変化を記録しておく。記録したフォトダイオード２０の信号強度変化と第２のピエゾアクチュエータ１６に印加する電圧と伸縮の関係から、感光体１からファイバープローブ１３先端までの距離とフォトダイオード２０で検出される信号強度との定量的相関が得られる。

次に、ＸＹステージ１１を移動させ、図示しない別の部材を用いて感光体１を帯電し、ＸＹテーブル１１を元の位置に戻す。そして、第２のピエゾアクチュエータ１６を駆動して、シアフォース信号に変化がでる領域までファイバープローブ１３を徐々に感光体１に近づけていき、シアフォース信号に変化が出た領域で定電圧電源２３の出力値を固定する。

そして、第２のレーザ光源３２を駆動し、感光体１が露光する波長のレーザ光Ｂを感光体１に照射し、感光体１を露光する。同時に、ファイバープローブ１３と感光体１の間の距離制御を行いながら、感光体１の表面電位を測定する。なお、距離制御処理、表面電位の測定処理については、上述してあるのでここではその説明を省略する。

＜第３の実施形態の効果＞
このように本実施形態の表面電位評価装置においては、ファイバープローブ１３先端と感光体１表面との間の距離を一定に保ちながら表面電位の測定を行うことができるので、感光体１の表面電位分布の測定を精度良く行うことが可能となる。また、表面電位測定中にファイバープローブ１３と感光体１の表面とが接触したり近づきすぎたりすることで生じる放電や装置の破損などの危険性をなくすことができる。さらに、ＸＹテーブル１１を移動させずとも、同じ場所で露光及び表面電位の測定を行うことが可能となるので、露光直後から表面電位を測定することが可能となる。

＜第４の実施形態＞
本発明の表面電位評価装置の第４の実施形態について説明する。本実施形態の表面電位評価装置は、第３の実施形態の表面電位評価装置に、ファイバープローブ１３先端の金属膜３０にシアフォース信号に基づいた電圧信号を印加して帰還制御（フィードバック制御）を行う機構を加えた構成となっている。

以下、図５を参照して、本実施形態の表年電位評価装置１０について説明する。図５は、本実施形態の表面電位評価装置１０の構成を示す。

本実施形態の表面電位評価装置１０は、ＸＹステージ１１と、電極１２と、ファイバープローブ１３と、水晶振動子１４と、第１のピエゾアクチュエータ１５と、第２のピエゾアクチュエータ１６と、第１のレーザ光源１７と、第２のレーザ光源３２と、レンズ１８と、第１のビームスプリッタ１９と、第２のビームスプリッタ３３と、光学フィルタ３４と、フォトダイオード２０と、増幅器２１と、第１の帰還制御回路２２と、第１の定電圧電源２３と、第１の高圧電源２４と、波形発生器２５と、同期検波回路２６と、第２の帰還制御回路３５と、第２の定電圧電源３６と、第２の高圧電源３７と、コンピュータ２７と、を有する。

なお、ＸＹステージ１１と、電極１２と、ファイバープローブ１３と、水晶振動子１４と、第１のピエゾアクチュエータ１５と、第２のピエゾアクチュエータ１６と、第１のレーザ光源１７と、第２のレーザ光源３２と、レンズ１８と、第１のビームスプリッタ１９と、第２のビームスプリッタ３３と、光学フィルタ３４と、フォトダイオード２０と、増幅器２１と、波形発生器２５と、同期検波回路２６と、コンピュータ２７、については第３の実施形態の構成と同一であるのでその説明を省略する。また、第１の帰還制御回路２２と、第１の定電圧電源２３と、第１の高圧電源２４についても、それぞれ第３の実施形態の帰還制御回路２２、定電圧電源２３、高圧電源２４と対応するものであるので、その説明を省略する。

第２の帰還制御回路３５は、水晶振動子１４からのシアフォース信号を第１のピエゾアクチュエータ１５の駆動周波数で同期検波した信号と、第２の定電圧電源３６の電圧信号とに基づいて信号を生成し、第２の高圧電源３７に入力する。

第２の定電圧電源３６は設定された電圧信号を生成する。第２の高圧電源３７は、第２の帰還制御回路３５から入力された信号に基づいた電圧をファイバープローブ１３先端の金属膜３０に入力する。つまり、表面電位をフィードバックした電圧がファイバープローブ１３の先端に印加されることになるので、ファイバープローブ１３先端と感光体１との表面の電位差を小さくなる。

図６は、本実施形態のファイバープローブ１３の先端の構造を示す。ファイバープローブ１３先端の金属膜３０は、第２の高圧電源３７と接続されており、第２の高圧電源３７から電圧信号が印加可能な構成となっている。なお、高電圧信号が水晶振動子１４に影響することを抑制するために、ファイバープローブ１３先端の金属膜３０と水晶振動子１４とが電気的に絶縁されるように絶縁膜３８を形成する。例えば、絶縁性を有する樹脂系接着剤を用いてファイバープローブ１３と水晶振動子１４とを固定接合すれば、固化した樹脂系接着剤が絶縁膜３８となる。

なお、本実施形態の表面電位評価装置１０においては、第３の実施形態のものと異なり、第２の帰還制御回路３５の出力をモニタすることにより表面電位の測定が行われる。

＜評価手順＞
本実施形態の表面電位評価装置１０による表面電位の評価手順について、詳細に説明する。なお、距離制御処理については、第３の実施形態のものと同一であるのでその説明を省略する。

まず、適当な大きさの感光体１を作製し、これをＸＹステージ１１上に配置する。シアフォース信号をモニタしながら第２のピエゾアクチュエータ１６を駆動してファイバープローブ１３先端を感光体１の表面に近づけていく。

ここで、シアフォース信号の振幅がほぼゼロとなったところ（実質、ファイバープローブ１３の先端が感光体１に接触したところ）を基準点に設定する。

そして、第２のピエゾアクチュエータ１６を制御して、ファイバープローブ１１を感光体１の表面から遠ざけていく。このとき、フォトダイオード２０の信号強度変化を記録しておく。記録したフォトダイオード２０の信号強度変化と第２のピエゾアクチュエータ１６に印加する電圧と伸縮の関係から、感光体１からファイバープローブ１３先端までの距離とフォトダイオード２０で検出される信号強度との定量的相関が得られる。

次に、ＸＹステージ１１を移動させ、図示しない別の部材を用いて感光体１を帯電し、ＸＹテーブル１１を元の位置に戻す。そして、第２のピエゾアクチュエータ１６を駆動して、シアフォース信号に変化がでる領域までファイバープローブ１３を徐々に感光体１に近づけていき、シアフォース信号に変化が出た領域で定電圧電源２３の出力値を固定する。

そして、第２のレーザ光源３２を駆動し、感光体１が露光する波長のレーザ光Ｂを感光体１に照射し、感光体１を露光する。そして、第２の帰還制御回路３５をＯＮにしてファイバープローブ１３先端の金属膜３０の電圧を帰還制御、および、ファイバープローブ１３と感光体１の間の距離制御を行いながら、感光体１の表面電位を測定すれば、感光体１の表面電位分布に対応した信号が第２の帰還制御回路３５の出力信号から得られることになる。

第２の定電圧電源３６の電圧は基本的にはほぼゼロ電位に設定するが、表面電位の分布によっては第１の定電圧電源２３と第２の定電圧電源３６の値を最適化すれば、良好な表面電位信号を得ることが可能となる。

＜第４の実施形態の効果＞

本実施形態の表面電位評価装置においては、ファイバープローブ１３先端の金属膜３０に測定ポイントの感光体表面電位に対して表面電位より小さな一定電位差の関係、またはほぼ同電位となるシアフォース信号に基づく電圧信号を帰還制御して印加するので、ファイバープローブ１３の先端と感光体１との表面の電位差を小さくすることができる。したがって、ファイバープローブ１３の先端と感光体１との表面で生じる放電の危険性を抑制することが可能となる。また、ファイバープローブ１３の先端に比べて感光体１の表面電位分布の空間周波数が十分に小さい場合には、表面電位の絶対値を測定することができる。

また、第３の実施形態の表面電位評価装置と同様に、ファイバープローブ１３先端と感光体１表面との間の距離を一定に保ちながら表面電位の測定を行うことができるので、感光体１の表面電位分布の測定を精度良く行うことが可能となる。また、表面電位測定中にファイバープローブ１３と感光体１の表面とが接触したり近づきすぎたりすることで生じる放電や装置の破損などの危険性をなくすことができる。さらに、ＸＹテーブル１１を移動させずとも、同じ場所で露光及び表面電位の測定を行うことが可能となるので、露光直後から表面電位を測定することが可能となる。

なお、ファイバープローブ１３先端の金属膜３０にシアフォース信号に基づいた電圧信号を印加して帰還制御を行う本実施形態の構成は、第１の実施形態の表面電位評価装置にも適用することが可能である。

＜第５の実施形態＞
本発明の表面電位評価装置の第５の実施形態について説明する。

図７は、本実施形態の表面電位評価装置１０の構成を示す。本実施形態の表面電位評価装置は、第４の実施形態の表面電位評価装置において、第２の高圧電源３６の電圧信号を、ファイバープローブ１３先端の金属膜３０ではなく、ＸＹテーブル１１の電極１２に印加する構成としている。

なお、第２の高圧電源３６から印加する電圧信号の極性は、第４の実施形態のそれとは反対になるように構成されている。

＜第５の実施形態の効果＞
このように構成することにより、第４の実施形態の構成よりも簡易な構成で、第４の実施形態の表面電位評価装置と同等の効果を得ることが可能となる。

＜第６の実施形態＞
本発明の表面電位評価装置の第６の実施形態について説明する。本実施形態の表面電位評価装置は、第４の実施形態の表面電位評価装置において、波形発生器２５からの信号の代わりに、水晶振動子１４からのシアフォース信号を分岐、増幅して生成した信号を同期検波回路に入力する構成としている。

以下、図８を参照して、本実施形態の表年電位評価装置１０について説明する。図８は、本実施形態の表面電位評価装置１０の構成を示す。

図８に示すように、水晶振動子１４からのシアフォース信号は同期検波回路２６に入力される前に分岐される。同期検波回路２６は、シアフォース信号を分岐・増幅して生成した信号を用いる。なお、信号の増幅は、第２の増幅器３９により行われる。

ここで、同期検波回路２６は、参照信号の入力に対し一定振幅の波形を内部で生成し、また、参照信号と入力信号の位相調節機能を有した構成を持つ回路である。同期検波回路２６が、信号の入力に対してその信号を増幅して出力できるような回路を持っている場合には、その出力信号を参照信号として位相調整をする回路構成であってもよい。

＜第６の実施形態の効果＞
本実施形態の表面電位評価装置１０は、ファイバープローブの振動状態に対応したシアフォース信号を分岐して、これを参照信号として同期検波を行うので、いわゆる１位相型の同期検波回路で同期検波を行うことが可能となり、通常の２位相型の同期検波回路を用いた回路構成よりも高速な動作を実現することが可能となる。

なお、波形発生器２５からの信号の代わりに、水晶振動子１４からのシアフォース信号を分岐、増幅して生成した信号を同期検波回路に入力する本実施形態の構成は、第１の実施形態、第３の実施形態及び第５の実施形態の表面電位評価装置にも適用することが可能である。

＜第７の実施形態＞
本発明の表面電位評価装置の第７の実施形態について説明する。本実施形態の表面電位評価装置は、第６の実施形態の表面電位評価装置に、第１のレーザ光源１７が出力するレーザ光の強度変調し、フォトダイオード２０からの電気信号を変調周波数で同期検波する機構を加えた構成となっている。

以下、図９を参照して、本実施形態の表年電位評価装置１０について説明する。図９は、本実施形態の表面電位評価装置１０の構成を示す。

本実施形態の表面電位評価装置１０は、第６の実施形態の表面電位評価装置に、第２の同期検波回路４０と、第２の波形発生器４１と、レーザドライバ４２と、を備えた構成となっている。

第２の同期検波回路４０は、フォトダイオード２０からの電気信号と、第２の波形発生器４１から出力される信号を同期検波する。第２の波形発生器４１は、第１のレーザ光源１７から出力される感光体１が露光されない波長のレーザ光の強度変調するための信号（波形）を発生させ、これをレーザドライバ４２及び第２の同期検波回路４０に送る。レーザドライバ４２は、入力された信号に基づいて、第１のレーザ光源１７から出力するレーザ光の強度を変調する。

なお、第１のレーザ光源１７は、第２の波形発生器４１から送られる変調信号に基づいて強度変調されるが、このときの変調周波数はファイバープローブ１３を振動させる周波数および該周波数の整数倍の周波数とは異なる周波数に設定される。例えば、ファイバープローブ１３の加振周波数が６０ｋＨｚの場合には、レーザ光の変調周波数は１００ｋＨｚに設定される。

＜第７の実施形態の効果＞
本実施形態の表面電位評価装置１０では、第１のレーザ光源１７の変調周波数と、ファイバープローブ１３の加振周波数を異ならせているので、第１のレーザ光源１７からのレーザ光照射及びその反射光の強度検知によるファイバープローブ１３から感光体１表面までの距離を精度良く検知することが可能となる。また、これにより、ファイバープローブ１３から感光体１表面までの距離制御を精度良く行うことが可能となる。

なお、第１のレーザ光源１７が出力するレーザ光の強度変調し、フォトダイオード２０からの電気信号を変調周波数で同期検波する本実施形態の構成は、第１の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態の表面電位評価装置にも適用することが可能である。

＜第８の実施形態＞
本発明の表面電位評価装置の第８の実施形態について説明する。本実施形態の表面電位評価装置は、第７の実施形態の表面電位評価装置と構成は同一であるが、同期検波の方法が異なるものとなっている。

以下、図１０を参照して、具体的に説明する。本実施形態の表面電位評価装置１０は、フォトダイオード２０からの電気信号を第１の増幅器２１で増幅した後で２１の信号線に分岐し、一方を第２の同期検波回路４０の参照信号とし、他方を距離信号を示す検出信号としている。

ここで、同期検波回路２６は、参照信号の入力に対し一定振幅の波形を内部で生成し、また、参照信号と入力信号の位相調節機能を有した構成を持つ回路である。同期検波回路２６が、信号の入力に対してその信号を増幅して出力できるような回路を持っている場合には、その出力信号を参照信号として位相調整をする回路構成であってもよい。

＜第８の実施形態の効果＞
本実施形態の表面電位評価装置１０は、ファイバープローブ１３先端から感光体１までの距離検出において、フォトダイオード２０で検出した反射光強度の電気信号を参照信号と検出信号の２つの信号に分岐して同期検波を行うので、いわゆる１位相型の同期検波回路で同期検波を行うことが可能となり、通常の２位相型の同期検波回路を用いた回路構成よりも高速な動作を実現することが可能となる。

＜他の実施形態＞
なお、上記の第１の実施形態、第３〜８の実施形態で説明した表面電位評価装置１０において、ファイバープローブ１３の終端側にガラス基板を取り付けた構成を採用してもよい。図１１に、ファイバープローブ１３の終端側にガラス基板４３を取り付けたものを示す。

この反射防止手段としてのガラス基板４３は、レーザ光の波長よりも十分厚いものでなければならず、例えば１ｍｍ前後の厚さを持つものが用いられる。

また、このような構成を採用した場合、レーザ光源１７、３２からのレーザ光をファイバープローブ１３の終端側に集光するためのレンズ１８には、ガラス基板４３とファイバープローブ１３のコア２８の境界面にレーザ光を集光させるようなレンズを用いる。

このように構成することにより、ファイバープローブ１３の内部での光の共振現象を低減されるので、ファイバープローブ１３と感光体１の間の距離検出、距離制御を精度良く行うことが可能となる。

＜付記事項＞
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例を示すものにすぎず、本発明の実施の形態を限定する趣旨のものではない。よって、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施を行うことが可能である。

第１の実施形態の表面電位評価装置の構成を示す図である。 ファイバープローブの断面を示す図である。 第２の実施形態の表面電位評価装置の構成を示す図である。 第３の実施形態の表面電位評価装置の構成を示す図である。 第４の実施形態の表面電位評価装置の構成を示す図である。 第４の実施形態のファイバープローブの先端の構造を示す図である。 第５の実施形態の表面電位評価装置の構成を示す図である。 第６の実施形態の表面電位評価装置の構成を示す図である。 第７の実施形態の表面電位評価装置の構成を示す図である。 第８の実施形態の表面電位評価装置の構成を示す図である。 ファイバープローブの終端側の構成を示す図である。 従来の表面電位評価装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ 表面電位評価装置
１３ ファイバープローブ
１４ 水晶振動子
１５ 第１のピエゾアクチュエータ
１６ 第２のピエゾアクチュエータ
１７ （第１の）レーザ光源
２２ （第１の）帰還制御回路
２３ （第１の）定電圧電源
２４ （第１の）高圧電源
２５ 波形発生器
２６ 同期検波回路
３０ 金属膜
３２ 第２のレーザ光源
３５ 第２の帰還制御回路

Claims (14)

1. シアフォース信号に基づいて試料の表面電位を測定する表面電位評価装置において、
   前記シアフォース信号を検出するシアフォース信号検出手段と、
   前記試料が露光しない波長のレーザ光を照射するレーザ光源と、
   光強度を測定する光強度測定手段と、
   前記レーザ光源から照射される前記レーザ光を前記試料に導光し、且つ、該試料の表面で反射した前記レーザ光の反射光を前記光強度測定手段に導光するファイバープローブと、
   前記光強度検出手段において検出された前記レーザ光の反射光の光強度に基づいて、前記ファイバープローブと前記試料表面との距離を制御する距離制御手段と、
   を有することを特徴とする表面電位評価装置。
2. シアフォース信号に基づいて試料の表面電位を測定する表面電位評価装置において、
   前記シアフォース信号を検出するシアフォース信号検出手段と、
   前記試料が露光する波長のレーザ光を照射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から照射される前記レーザ光を前記試料に導光するファイバープローブと、
   を有することを特徴とする表面電位評価装置。
3. シアフォース信号に基づいて試料の表面電位を測定する表面電位評価装置において、
   前記シアフォース信号を検出するシアフォース信号検出手段と、
   前記試料が露光しない波長のレーザ光を照射する第１のレーザ光源と、
   前記試料が露光する波長のレーザ光を照射する第２のレーザ光源と、
   光強度を測定する光強度測定手段と、
   前記第１のレーザ光源及び第２のレーザ光源から照射されるレーザ光を前記試料に導光し、且つ、該試料の表面で反射した前記レーザ光の反射光を導光するファイバープローブと、
   前記第１のレーザ光源から照射されたレーザ光の反射光のみを前記光強度測定手段に導くレーザ光分離手段と、
   前記光強度検出手段において検出された前記第１のレーザ光源から照射されたレーザ光の反射光の光強度に基づいて、前記ファイバープローブと前記試料表面との距離を制御する距離制御手段と、
   を有することを特徴とする表面電位評価装置。
4. 前記シアフォース信号検出手段は、圧電効果を有する材料からなる振動子の電気信号を検出することを特徴とする請求項１または３に記載の表面電位評価装置。
5. 前記ファイバープローブの先端の開口の直径は、前記ファイバープローブにより導光されるレーザ光の、該ファイバープローブ内での波長よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。
6. 前記シアフォース信号を帰還制御して電圧信号を生成する帰還制御手段を有し、
   該帰還制御手段は、生成した前記電圧信号を前記ファイバープローブの前記試料に近い側の先端に被覆された金属膜に印加することを特徴する請求項１、３から５のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。
7. 前記金属膜と前記圧電効果を有する材料からなる振動子とは電気的に絶縁された関係にあることを特徴とする請求項６記載の表面電位評価装置。
8. 前記シアフォース信号を帰還制御して電圧信号を生成する帰還制御手段を有し、
   該帰還制御手段は、生成した前記電圧信号を前記試料の基板となる金属部に印加することを特徴する請求項１、３から５のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。
9. 前記シアフォース信号検出手段は、前記シアフォース信号を２つに分岐して同期検波することを特徴とする請求項１、３から８のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。
10. 前記試料が露光しない波長のレーザ光を照射するレーザ光源が照射するレーザ光の強度変調を行う強度変調手段を有し、
    前記強度変調手段は、前記圧電効果を有する振動子を振動させる周波数域あるいはその整数倍の周波数とは異なる周波数で強度変調することを特徴とする請求項４から９のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。
11. 前記距離制御手段は、前記光強度検出手段から出力される前記レーザ光の反射光の光強度信号を２つに分岐して同期検波することを特徴とする請求項１、３から１０のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。
12. 前記ファイバープローブの前記レーザ光源に近い側の端面に、レーザ光の反射を防止する反射防止手段を有することを特徴とする請求項１、３から１１のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。
13. 前記光強度検出手段と前記レーザ光分離手段の間に、前記第１のレーザ光源から出力されたレーザ光の反射光を透光し、それ以外の光を遮光する光学フィルタを有することを特徴とする請求項３から１２のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。
14. 前記距離制御手段は、ピエゾアクチュエータを用いて、前記ファイバープローブと前記試料表面との距離を制御することを特徴とする請求項１、３から１３のいずれか１項に記載の表面電位評価装置。

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