JP2009222754A - Electrostatic latent image measuring device, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus - Google Patents

Electrostatic latent image measuring device, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2009222754A
JP2009222754A JP2008064114A JP2008064114A JP2009222754A JP 2009222754 A JP2009222754 A JP 2009222754A JP 2008064114 A JP2008064114 A JP 2008064114A JP 2008064114 A JP2008064114 A JP 2008064114A JP 2009222754 A JP2009222754 A JP 2009222754A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
latent image
electrostatic latent
sample
measuring
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008064114A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5081024B2 (en
Inventor
Hiroyuki Suhara
浩之 須原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2008064114A priority Critical patent/JP5081024B2/en
Priority to US12/390,243 priority patent/US8143603B2/en
Publication of JP2009222754A publication Critical patent/JP2009222754A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5081024B2 publication Critical patent/JP5081024B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic latent image measuring device and an electrostatic latent image measuring method which can measure size of an electrostatic latent image with high accuracy by measuring the coordinate of a sample, with respect to the change of an observation area by electrification, without damaging the sample, and to provide an image forming apparatus having an image carrier measured by using the device and method. <P>SOLUTION: The device includes a means which irradiates an electron beam and charges a photoconductor sample 30, an exposure optical system which forms the electrostatic latent image, and a scanning means which scans the surface of a sample by the electron beam and measures an electrostatic latent image distribution on the surface of the sample 30 by a detection signal obtained by the scanning. The outside of the electron beam scan area of the sample is irradiated with the luminous flux from a light source by using a semiconductor laser 21 as the light source of the exposure optical system 20. The device includes a shutter 39 for shielding offset light emission by the bias current of the semiconductor laser. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、静電潜像の測定装置、静電潜像の測定方法および画像形成装置に関するもので、電子写真プロセスにおける静電潜像の測定装置として、また高画質の画像を得ることができる画像形成装置ものである。   The present invention relates to an electrostatic latent image measuring device, an electrostatic latent image measuring method, and an image forming apparatus. As an electrostatic latent image measuring device in an electrophotographic process, a high-quality image can be obtained. An image forming apparatus.

本発明は、従来技術ではきわめて困難であった、誘電体の表面に生じている電荷分布あるいは電位分布をミクロンオーダーで高分解能の計測する装置および計測方法を提供することを目的とし、特に、走査光学系にて露光された感光体上の静電潜像を測定する装置および方法を提供すること、さらには高品質の画像を得ることができる画像形成装置提供することを目的とする。
なお、厳密には、電荷は試料内に空間的に散らばっていることは周知の通りである。このため、ここで述べる表面電荷とは、電荷分布状態が、厚さ方向に比べて、面内方向に大きく分布している状態を指すことにする。また、電荷の概念には、電子だけでなく、イオンも含める。
また、表面に導電部があり、導電部分に電圧が印加されることにより、試料表面あるいはその近傍が電位分布を生じている状態であってもよい。
An object of the present invention is to provide an apparatus and a measuring method for measuring a charge distribution or a potential distribution generated on a surface of a dielectric material with a high resolution on the order of microns, which has been extremely difficult in the prior art. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for measuring an electrostatic latent image on a photoconductor exposed by an optical system, and to provide an image forming apparatus capable of obtaining a high-quality image.
Strictly speaking, it is well known that charges are spatially scattered in the sample. For this reason, the surface charge described here refers to a state in which the charge distribution state is largely distributed in the in-plane direction compared to the thickness direction. Moreover, the concept of electric charge includes not only electrons but also ions.
Further, there may be a state in which there is a conductive portion on the surface and a potential distribution is generated on the surface of the sample or its vicinity by applying a voltage to the conductive portion.

従来、感光体などの表面電位を計測する方法としては、センサヘッドを電位分布を有する試料に近づけ、そのときの相互作用としておこる、静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に換算する方式がある。この方式では、分解能が原理的に数ミリ程度と悪く、1ミクロンの分解能を得ることができない。
また、LSIチップの評価として、電子ビームを用い、1ミクロンオーダーの電位を計測する方法は、従来から知られている。しかし、評価は、LSIの電気が流れる導電部に対してであり、電位は高々+5V程度の低電位であり、かつ電位が限定され、本発明の測定対象である数百〜数千Vの負電荷に対応することはできない。
Conventionally, as a method for measuring the surface potential of a photoconductor or the like, the sensor head is brought close to a sample having a potential distribution, and the electrostatic attraction or induced current that occurs as an interaction at that time is measured and converted into a potential distribution. There is a method to do. In this method, the resolution is as low as several millimeters in principle, and a resolution of 1 micron cannot be obtained.
Further, as an evaluation of an LSI chip, a method of measuring an electric potential on the order of 1 micron using an electron beam is conventionally known. However, the evaluation is for the conductive part through which the electricity of the LSI flows. The potential is a low potential of about +5 V at the most, and the potential is limited, and the negative voltage of several hundred to several thousand V, which is the measurement object of the present invention. It cannot handle charges.

電子ビームによる静電潜像の観察方法としては、特許文献1記載のものなどがある。従来の静電潜像の観察方法では、試料として、LSIチップや静電潜像を記憶・保持できる試料に限定されている。すなわち、暗減衰を生じる通常の感光体に形成される静電潜像は測定することができない。通常の誘電体は電荷を半永久的に保持することができるので、電荷分布を形成後、時間をかけて測定を行っても、測定結果に影響を与えることはない。しかしながら、感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持できず、暗減衰が生じ、時間とともに表面電位が低下してしまう。感光体が電荷を保持できる時間は、暗室であってもせいぜい数十秒である。従って、帯電・露光後に電子顕微鏡(SEM)内で観察しようとしても、その準備段階で静電潜像は消失してしまう。   As an observation method of an electrostatic latent image using an electron beam, there is a method described in Patent Document 1. In the conventional method for observing an electrostatic latent image, the sample is limited to an LSI chip or a sample that can store and hold an electrostatic latent image. That is, an electrostatic latent image formed on a normal photoconductor that causes dark decay cannot be measured. Since a normal dielectric can hold a charge semipermanently, even if measurement is performed over time after forming a charge distribution, the measurement result is not affected. However, in the case of a photoconductor, since the resistance value is not infinite, the charge cannot be held for a long time, dark decay occurs, and the surface potential decreases with time. The time that the photoconductor can hold the charge is at most several tens of seconds even in the dark room. Therefore, even if an attempt is made to observe in an electron microscope (SEM) after charging and exposure, the electrostatic latent image disappears at the preparation stage.

また、特許文献2に記載されている発明においては、使用波長が全く異なる上に、任意のラインパターンや、所望のビーム径およびビームプロファイルの潜像を形成することは不可能であり、本発明の目的を達成することができない。   Further, in the invention described in Patent Document 2, it is impossible to form a latent image having an arbitrary line pattern, a desired beam diameter, and a beam profile, in addition to the use wavelength being completely different. Cannot achieve the goal.

そこで、我々は、暗減衰を有する感光体試料であっても静電潜像を測定する方式を考案した(例えば、特許文献3〜5参照)。
試料表面に電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。このため、入射電子によって発生した2次電子はこの電界によって押し戻され、検出器に到達する量が減少する。従って、電界強度が強い部分は暗く、弱い部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じたコントラスト像を検出することができる。従って、露光した場合には、露光部が黒、非露光部が白となり、これより形成された静電潜像を測定することができる。
Therefore, we have devised a method for measuring an electrostatic latent image even for a photoreceptor sample having dark decay (see, for example, Patent Documents 3 to 5).
If there is a charge distribution on the sample surface, an electric field distribution corresponding to the surface charge distribution is formed in the space. For this reason, the secondary electrons generated by the incident electrons are pushed back by this electric field, and the amount reaching the detector is reduced. Therefore, a portion where the electric field intensity is strong is dark and a weak portion is bright and contrasted, and a contrast image corresponding to the surface charge distribution can be detected. Therefore, when exposed, the exposed portion is black and the non-exposed portion is white, and the electrostatic latent image formed thereby can be measured.

ところで、静電潜像を形成するための露光光源として、波長が可視光領域から赤外光領域の半導体レーザー(以下「LD」という場合もある)を用い、光の点灯および消灯で静電潜像を形成する方法がある。
半導体レーザーは、基準以上の駆動電流を与えることでレーザー発振をするが、光応答性を高めるため、光の消灯のタイミングでも基準以下の一定の駆動電流(これを「バイアス電流」という)を常に供給している。バイアス電流があるとLED発光を起こす。LED発光とは、半導体レーザーを用いる場合は消灯の状態であっても発光していることを意味する。このときの光量は微弱ではあるため、照射時間が短い場合には静電潜像に影響しない。しかしながら長時間照射されると積分光量が増加し、感光体の必要露光量に達すると、静電潜像が形成されてしまう。この結果、所望の静電潜像を形成することができない。
従って、半導体レーザーを用いて、所望の静電潜像を形成するためには、消灯時のバイアス電流で発光される試料への照射時間を極力抑える必要がある。
By the way, as an exposure light source for forming an electrostatic latent image, a semiconductor laser whose wavelength is in a visible light region to an infrared light region (hereinafter sometimes referred to as “LD”) is used. There is a method of forming an image.
Semiconductor lasers oscillate by providing a drive current that exceeds the reference, but in order to improve the light response, a constant drive current below the reference (this is called the “bias current”) is always applied even when the light is turned off. Supply. When there is a bias current, LED emission occurs. LED light emission means that light is emitted even when the semiconductor laser is used, even when it is turned off. Since the light quantity at this time is weak, it does not affect the electrostatic latent image when the irradiation time is short. However, when the light is irradiated for a long time, the integrated light quantity increases, and when the required exposure amount of the photoreceptor is reached, an electrostatic latent image is formed. As a result, a desired electrostatic latent image cannot be formed.
Therefore, in order to form a desired electrostatic latent image using a semiconductor laser, it is necessary to minimize the irradiation time to a sample that emits light with a bias current at the time of extinction.

ところで、試料を帯電させると、走査領域が変化する。試料表面上の電荷によって、装置内の電場が変化し、走査電子の軌道が曲がることがわかった。このため、非帯電時と同じ条件で画像としてデータを取り込むと、実際の寸法とは少し異なる結果となる。従って、取り込んだ画像データから試料の座標を正しく計測する必要がある。
走査領域の変化量は、帯電電位や試料高さなど様々な条件が変わるため、予め予測することは容易ではない。
By the way, when the sample is charged, the scanning region changes. It was found that the electric field in the device changed due to the charge on the sample surface, and the trajectory of the scanning electrons was bent. For this reason, when data is captured as an image under the same conditions as in the non-charging state, a result slightly different from the actual size is obtained. Therefore, it is necessary to correctly measure the coordinates of the sample from the captured image data.
The amount of change in the scanning region cannot be predicted in advance because various conditions such as the charging potential and the sample height change.

従来の静電潜像の測定方法では、突起や穴など寸法がはじめからわかっている標準試料を設けてこれを基準とし、この基準に基づいて画像データを補正することが知られている。しかしながら、標準材料は通常導体試料であり、帯電させることはできない。絶縁試料では、帯電させることはできるが、基準となるような所望の領域に所望の帯電電位を与えることはできず、また電荷を取り除くことができない。電荷を取り除くことができる試料としては、感光体試料があるが、静電疲労および光疲労の影響を受けやすく、帯電状態は変化し、標準試料とはなりえない。測定試料に、既知の突起や傷をつけて基準とする方法では、試料にダメージを与えることになり適切でない。   In a conventional method for measuring an electrostatic latent image, it is known to provide a standard sample whose dimensions are known from the beginning, such as protrusions and holes, and to use this as a reference, and to correct image data based on this reference. However, the standard material is usually a conductor sample and cannot be charged. An insulating sample can be charged, but a desired charging potential cannot be applied to a desired region as a reference, and the charge cannot be removed. There is a photoreceptor sample as a sample from which electric charge can be removed, but it is easily affected by electrostatic fatigue and light fatigue, and the charged state changes and cannot be a standard sample. A method that uses a known protrusion or scratch on a measurement sample as a reference is not appropriate because it damages the sample.

特開平03−049143号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-049143 特開平3−200100号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-200100 特願2002−103355号公報Japanese Patent Application No. 2002-103355 特願2003−43587号公報Japanese Patent Application No. 2003-43587 特願2007−070836号公報Japanese Patent Application No. 2007-070836

本発明は、以上述べた従来技術の問題点に鑑み、試料に対して、ダメージを与えることなく、帯電による観察領域の変化に対して、試料の座標を計測することで、静電潜像の寸法を高精度に測定することができる静電潜像の測定装置、静電潜像の測定方法およびこれらの装置および方法を用いて測定された像担持体を有する画像形成装置を提供することを目的とする。   In view of the problems of the prior art described above, the present invention measures the electrostatic latent image by measuring the coordinates of the sample against the change of the observation area due to charging without damaging the sample. To provide an electrostatic latent image measuring apparatus capable of measuring dimensions with high accuracy, an electrostatic latent image measuring method, and an image forming apparatus having an image carrier measured using these apparatuses and methods. Objective.

本発明は、試料に対して電子ビームを照射することで感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、静電潜像を形成させるための露光光学系と、試料面を電子ビームで走査する走査手段と、を有し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定装置において、上記露光光学系の光源として半導体レーザーを用い、光源の光束が試料の電子ビーム走査領域外を照射する構成を有することを特徴とする。   The present invention provides a means for generating a charged charge on a photoconductor sample by irradiating the sample with an electron beam, an exposure optical system for forming an electrostatic latent image, and scanning the sample surface with an electron beam. And an electrostatic latent image measuring device for measuring the electrostatic latent image distribution on the sample surface by a detection signal obtained by the scanning, using a semiconductor laser as the light source of the exposure optical system, The present invention is characterized in that the light beam is irradiated outside the electron beam scanning region of the sample.

本発明はまた、試料に対して電子ビームを照射することで感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、静電潜像を形成させるための露光光学系と、試料面を電子ビームで走査する走査手段と、を有し、この走査で得られる検出信号により、試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定装置において、上記露光光学系の光源として半導体レーザーを用い、この半導体レーザーのバイアス電流によるオフセット発光を遮光するためのシャッタ手段を有することを特徴とする。   The present invention also provides means for generating a charged charge on a photoreceptor sample by irradiating the sample with an electron beam, an exposure optical system for forming an electrostatic latent image, and scanning the sample surface with an electron beam. And a scanning device that measures the electrostatic latent image distribution on the sample surface based on a detection signal obtained by the scanning, and uses a semiconductor laser as a light source of the exposure optical system, It has a shutter means for shielding offset light emission due to the bias current of the semiconductor laser.

上記発明において、走査光学系の同期信号に連動してシャッタを開放する手段を有しているとよい。
走査光学系の同期検知信号をトリガ信号として、シャッタを開放し、静電潜像形成後にシャッタを閉じる手段を有していてもよい。
トリガ信号を検知してからシャッタが開き始める時間をTd、シャッタが開き始めてからレーザー光の有効径相当が開くまでの時間をTrとしたときに、トリガ出力となる同期信号を受けてからTd+Trの時間だけ遅れて上記半導体レーザーを点灯させる手段を有していてもよい。
In the above invention, it is preferable to have means for opening the shutter in conjunction with the synchronization signal of the scanning optical system.
There may be provided means for opening the shutter using the synchronization detection signal of the scanning optical system as a trigger signal and closing the shutter after forming the electrostatic latent image.
When Td is the time when the shutter starts to open after the trigger signal is detected, and Tr is the time from when the shutter starts to open until the equivalent of the effective diameter of the laser beam opens, Td + Tr There may be provided means for turning on the semiconductor laser with a time delay.

走査光学系による1回の走査時間をTf、半導体レーザー消灯時のバイアス電流によるオフセット発光をPoff、半導体レーザー点灯時の光量をPonとしたときに、
Tr<Tf*Pon/Poff
の条件を満足するように構成するとなおよい。
シャッタ手段として、メカニカルシャッタを用いてもよい。
電磁場変動を抑制するためにシャッタ手段が真空チャンバ外に配置されているとよい。
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転するような領域が存在する条件下で測定する手段を有していてもよい。
When the scanning time of one time by the scanning optical system is Tf, the offset light emission due to the bias current when the semiconductor laser is turned off is Poff, and the light quantity when the semiconductor laser is turned on is Pon,
Tr <Tf * Pon / Poff
It is even better to configure so as to satisfy the above condition.
A mechanical shutter may be used as the shutter means.
In order to suppress electromagnetic field fluctuations, it is preferable that the shutter means be disposed outside the vacuum chamber.
There may be provided means for measuring under the condition that there exists a region where the velocity vector in the sample vertical direction of incident charged particles is inverted.

本発明はまた、試料に対して荷電粒子を照射することで試料上に帯電電荷を生成し、帯電電荷が生成されている試料上にレーザーダイオード光源による露光光学系を用いて静電潜像を形成し、試料面を電子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定することを特徴とする感光体静電潜像の測定方法において、静電潜像を形成させる時間の前後で、光源が試料の観察領域に到達しないように遮光することで、半導体レーザーのバイアス電流によるオフセット発光を抑制することを特徴とする。   The present invention also generates a charged charge on the sample by irradiating the sample with charged particles, and forms an electrostatic latent image on the sample on which the charged charge is generated using an exposure optical system using a laser diode light source. In the method of measuring an electrostatic latent image on a photoconductor, the sample surface is scanned with an electron beam, and the electrostatic latent image distribution on the sample surface is measured by a detection signal obtained by the scanning. Before and after the time for forming an image, the light source is shielded so as not to reach the observation region of the sample, thereby suppressing offset light emission due to the bias current of the semiconductor laser.

本発明はまた、上記測定装置または測定方法を用いて計測した潜像担持体の感光面に対して光走査を行うことにより潜像を形成し、現像して可視化することを特徴とする画像形成装置であって、書き込み光源波長が780nm以下であり、前記感光体面での副走査方向のビームスポット径が60μm以下であり、感光体面での副走査方向のビームスポット径をAとし、形成される副走査方向の潜像径をBとしたときに、1.0<B/A<2.0を満足することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided an image forming method in which a latent image is formed by performing optical scanning on a photosensitive surface of a latent image carrier measured using the measuring apparatus or the measuring method, and is developed and visualized. The apparatus has a writing light source wavelength of 780 nm or less, a beam spot diameter in the sub-scanning direction on the surface of the photoconductor is 60 μm or less, and a beam spot diameter in the sub-scanning direction on the photoconductor surface is A. When the latent image diameter in the sub-scanning direction is B, 1.0 <B / A <2.0 is satisfied.

半発明はまた、試料に対して電子ビームを照射することで感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、静電潜像を形成させるための露光光学系と、試料面を電子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定装置において、波長400〜800nmの光を照射することで感光体試料面上の寸法が既知の潜像パターンを形成する手段と、静電潜像として得られる潜像画像を取り込む手段と、試料の座標を計測する手段と、を有することを特徴とする。   The semi-invention also provides means for generating a charged charge on a photoconductor sample by irradiating the sample with an electron beam, an exposure optical system for forming an electrostatic latent image, and scanning the sample surface with an electron beam. In the electrostatic latent image measuring device that measures the electrostatic latent image distribution on the sample surface based on the detection signal obtained by this scanning, the dimension on the photosensitive member sample surface is known by irradiating light with a wavelength of 400 to 800 nm. And a means for capturing a latent image obtained as an electrostatic latent image, and a means for measuring the coordinates of the sample.

上記静電潜像の測定装置において、寸法が既知の潜像パターンを形成する手段として、寸法が既知のマスクパターンを投影露光する手段を有しているとよい。
試料面上の間隔が既知である潜像パターンを2個以上形成し、取り込み画像データから平均倍率を計測するようにするとよい。
試料面上のピッチが既知である潜像パターンを一列に3個以上形成し、取り込み画像データから、局所的倍率変動を計測するように構成してもよい。
光源からの光束を、偏向反射面を持つ光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光して、感光体試料面に対して等速的な光走査を行なう光走査装置を用いて、間隔が既知の潜像パターンを形成し、静電潜像として得られる潜像画像を取り込んだデータから、試料の座標を計測するように構成してもよい。
照射する露光エネルギ密度が0.5〜10mJ/m2、かつ、1つの潜像のサイズが100μm以下となるように構成するとよい。
入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転するような領域が存在する条件下で測定する手段を有していてもよい。
The apparatus for measuring an electrostatic latent image may include means for projecting and exposing a mask pattern having a known dimension as a means for forming a latent image pattern having a known dimension.
Two or more latent image patterns with known intervals on the sample surface may be formed, and the average magnification may be measured from the captured image data.
Three or more latent image patterns having a known pitch on the sample surface may be formed in a row, and local magnification fluctuations may be measured from the captured image data.
The light beam from the light source is deflected at an equal angular velocity by an optical deflector having a deflecting reflection surface, and the deflected light beam is condensed as a light spot on the surface to be scanned by the scanning imaging optical system, and is applied to the surface of the photosensitive member sample. A latent image pattern with a known interval is formed using an optical scanning device that performs constant-speed optical scanning, and the coordinates of the sample are measured from the data obtained by capturing the latent image obtained as an electrostatic latent image. You may comprise.
It is preferable that the exposure energy density to be irradiated is 0.5 to 10 mJ / m 2 and the size of one latent image is 100 μm or less.
There may be provided means for measuring under the condition that there exists a region where the velocity vector in the sample vertical direction of incident charged particles is inverted.

本発明はまた、試料に対して電子ビームを照射することで感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、静電潜像を形成させるための露光光学系と、試料面を電子ビームで走査しこの走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定方法において、感光体試料面上で、波長400〜800nmの光を照射することで寸法が既知の潜像パターンを形成し、静電潜像として得られる潜像画像を取り込んだデータから、試料の座標を計測することを特徴とする。
上記発明において、半導体レーザーのパターン点灯に連動してシャッタを開放する手段を有しているとなおよい。
The present invention also provides means for generating a charged charge on a photoreceptor sample by irradiating the sample with an electron beam, an exposure optical system for forming an electrostatic latent image, and scanning the sample surface with an electron beam. In the electrostatic latent image measurement method for measuring the electrostatic latent image distribution on the sample surface by the detection signal obtained by this scanning, the dimensions are known by irradiating light with a wavelength of 400 to 800 nm on the photosensitive sample surface. The latent image pattern is formed, and the coordinates of the sample are measured from data obtained by capturing the latent image obtained as an electrostatic latent image.
In the above invention, it is more preferable to have means for opening the shutter in conjunction with the pattern lighting of the semiconductor laser.

本発明はまた、上記静電潜像の測定装置および測定方法を用いて計測した潜像担持体の感光面に対して光走査を行うことにより潜像を形成し、現像して可視化する画像形成装置であって、書き込み光源波長が780nm以下であり、前記感光体面での副走査方向のビームスポット径が60μm以下であり、感光体面での副走査方向のビームスポット径をAとし、形成される副走査方向の潜像径をBとしたときに、1.0<B/A<2.0を満足することを特徴とする。   The present invention also provides an image formation in which a latent image is formed by performing optical scanning on a photosensitive surface of a latent image carrier measured using the above-described electrostatic latent image measurement apparatus and measurement method, and developed and visualized. The apparatus has a writing light source wavelength of 780 nm or less, a beam spot diameter in the sub-scanning direction on the surface of the photoconductor is 60 μm or less, and a beam spot diameter in the sub-scanning direction on the photoconductor surface is A. When the latent image diameter in the sub-scanning direction is B, 1.0 <B / A <2.0 is satisfied.

本発明によれば、露光光学系の光源として半導体レーザーを用い、光束が試料の電子ビーム走査領域外に照射する構成を有することにより、LDのバイアス電流によるオフセット発光を遮光することが可能となる。   According to the present invention, the semiconductor laser is used as the light source of the exposure optical system and the light beam is irradiated outside the electron beam scanning region of the sample, so that offset light emission due to the bias current of the LD can be shielded. .

LDバイアス電流によるオフセット発光を遮光するためのシャッタ手段を有するものによれば、所望の静電潜像を形成することが可能となり、その結果、静電潜像をミクロンオーダーの高分解能に測定することが可能となる。
走査光学系の同期信号に連動してシャッタを開放する手段を有するものによれば、シャッタの開放すべき時刻の最適なタイミングで実施することができ、その結果、静電潜像をミクロンオーダーの高分解能に測定することが可能となる。
According to the device having the shutter means for shielding the offset light emission due to the LD bias current, a desired electrostatic latent image can be formed, and as a result, the electrostatic latent image is measured with a high resolution on the order of microns. It becomes possible.
According to the apparatus having the means for opening the shutter in conjunction with the synchronization signal of the scanning optical system, it can be carried out at the optimum timing of the time when the shutter should be opened. It becomes possible to measure with high resolution.

走査光学系の同期検知信号をトリガ信号としてシャッタを開放し、静電潜像形成後にシャッタを閉じる手段を有するものによれば、シャッタの開放時間を必要最低限に抑えることができるため、所望の静電潜像を形成することができ、その結果、静電潜像をミクロンオーダーの高分解能に測定することができる。
シャッタの開き始めからLDによる露光開始までの時間を最適化することにより、所望の静電潜像を形成することができ、その結果、静電潜像をミクロンオーダーの高分解能に測定することができる。
シャッタ手段として、メカニカルシャッタを用いることにより、レーザー光の透過波面を劣化させることなく、高速にオフセット発光を遮光することができる。
電磁場変動を抑制するためにシャッタ手段を真空チャンバ外に配置することにより、周辺の電磁場の変動による走査電子ビームの軌道曲がりを抑制することができる。
Since the shutter is opened by using the synchronization detection signal of the scanning optical system as a trigger signal and the shutter is closed after the electrostatic latent image is formed, the shutter opening time can be suppressed to the minimum necessary. An electrostatic latent image can be formed. As a result, the electrostatic latent image can be measured with high resolution on the order of microns.
By optimizing the time from the opening of the shutter to the start of exposure by the LD, a desired electrostatic latent image can be formed. As a result, the electrostatic latent image can be measured with high resolution on the order of microns. it can.
By using a mechanical shutter as the shutter means, offset light emission can be shielded at high speed without deteriorating the transmitted wavefront of the laser light.
By disposing the shutter means outside the vacuum chamber in order to suppress the electromagnetic field fluctuation, it is possible to suppress the trajectory bending of the scanning electron beam due to the fluctuation of the surrounding electromagnetic field.

入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転するような領域が存在する条件下で測定する手段を有することにより、電位深さの定量化計測を可能とし、電位分布を高精度に測定することが可能となる。
露光光学系の光源としてLDを用い、LDのバイアス電流によるオフセット発光を遮光するためのシャッタ手段を有することにより、所望の静電潜像を形成することが可能となり、その結果、静電潜像をミクロンオーダーの高分解能に測定することが可能となる。
By having a means to measure under conditions where there is a region where the velocity vector in the sample vertical direction of the incident charged particles inverts, the potential depth can be quantified and the potential distribution can be measured with high accuracy. It becomes possible.
By using an LD as the light source of the exposure optical system and having shutter means for shielding offset light emission due to the bias current of the LD, a desired electrostatic latent image can be formed. As a result, the electrostatic latent image can be formed. Can be measured with high resolution on the order of microns.

以上説明した測定装置および測定方法を用いて感光体に形成される静電潜像を評価することにより、設計にフィードバックすることができ、各工程のプロセスクォリティが向上する。これにより、画質、耐久性、安定性、省エネルギにおいて優れた潜像担持体および走査光学系を提供することができる。さらに、上記潜像担持体および走査光学系を備える画像形成装置によれば、像担持体に形成される静電潜像を現像して可視化することにより、高密度・高画質・高耐久性の画像形成装置を提供することができる。
特に画像濃度むらが生じやすい、VCSELなどのマルチビーム走査光学系を搭載した画像形成装置に適する。
By evaluating the electrostatic latent image formed on the photosensitive member using the measuring apparatus and the measuring method described above, it is possible to feed back to the design and the process quality of each process is improved. Accordingly, it is possible to provide a latent image carrier and a scanning optical system that are excellent in image quality, durability, stability, and energy saving. Further, according to the image forming apparatus including the latent image carrier and the scanning optical system, the electrostatic latent image formed on the image carrier is developed and visualized, thereby achieving high density, high image quality, and high durability. An image forming apparatus can be provided.
It is particularly suitable for an image forming apparatus equipped with a multi-beam scanning optical system such as a VCSEL, in which uneven image density is likely to occur.

本発明によればまた、試料面上で、間隔が既知の潜像パターンを形成し、これを画像データとして取り込むことにより、試料に対してダメージを与えることなく、帯電による観察領域の変化に対して試料の座標を計測することで、静電潜像の寸法を高精度に測定することができる。   According to the present invention, a latent image pattern with a known interval is formed on the sample surface, and this is captured as image data, so that the observation region is not changed due to charging without damaging the sample. By measuring the coordinates of the sample, the dimension of the electrostatic latent image can be measured with high accuracy.

寸法が既知の潜像パターンを形成する手段として、寸法が既知のマスクパターンを投影露光する手段を有することにより、静電潜像の寸法を高精度に測定することができる。
試料面上の間隔が既知である潜像パターンを2個以上形成し、取り込み画像データから中心位置を算出することで、平均倍率を計測することができ、補正をすることで、静電潜像の寸法を高精度に測定することが可能となる。
試料面上のピッチが既知である潜像パターンを一列に3個以上形成することにより、局所的な倍率変動を補正することができ、帯電むらなどに伴う局所的な変動を良好に補正することができる
As a means for forming a latent image pattern with a known dimension, a means for projecting and exposing a mask pattern with a known dimension can be used, whereby the dimension of the electrostatic latent image can be measured with high accuracy.
By forming two or more latent image patterns with known intervals on the sample surface and calculating the center position from the captured image data, the average magnification can be measured, and by correcting, the electrostatic latent image Can be measured with high accuracy.
By forming three or more latent image patterns with a known pitch on the sample surface in a row, local magnification fluctuations can be corrected, and local fluctuations due to uneven charging can be corrected well. Can

感光体試料面に対して等速的な光走査を行なう光走査装置を用いることで、電気信号を変えるだけで、任意の潜像パターンを形成することが容易となる。また、評価すべき露光光学系を共通に使用することも可能となる。
照射する露光エネルギ密度が0.5〜10mJ/m2、1つの潜像のサイズが10μm以上100μm以下とすることで、潜像パターンからの中心位置算出を高精度に計測することができる。
露光光学系の光源としてLDを用い、LDのバイアス電流によるオフセット発光を遮光するためのシャッタ手段を有することにより、所望の静電潜像を形成することが可能となり、その結果、静電潜像をミクロンオーダーの高分解能に測定することが可能となる。
試料に対して、ダメージを与えることなく、帯電による観察領域の変化に対して、試料の座標を計測することで、静電潜像の寸法を高精度に測定することが可能となる。
By using an optical scanning device that performs constant-speed optical scanning on the surface of the photoconductor sample, it is easy to form an arbitrary latent image pattern simply by changing an electrical signal. It is also possible to use the exposure optical system to be evaluated in common.
When the exposure energy density to be irradiated is 0.5 to 10 mJ / m 2 and the size of one latent image is 10 μm or more and 100 μm or less, the calculation of the center position from the latent image pattern can be measured with high accuracy.
By using an LD as the light source of the exposure optical system and having shutter means for shielding offset light emission due to the bias current of the LD, a desired electrostatic latent image can be formed. As a result, the electrostatic latent image can be formed. Can be measured with high resolution on the order of microns.
By measuring the coordinates of the sample with respect to the change in the observation region due to charging without damaging the sample, the dimension of the electrostatic latent image can be measured with high accuracy.

以下、本発明にかかる静電潜像の測定装置、静電潜像の測定方法および画像形成装置の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of an electrostatic latent image measuring device, an electrostatic latent image measuring method, and an image forming apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に本発明の実施例を示す。この実施例は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部と露光部、試料設置部、1次反転荷電粒子や2次電子などの検出部などを備えている。ここでいう、荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど、電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。以下電子ビームを照射する実施例で説明する。   FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. This embodiment includes a charged particle irradiation unit that irradiates a charged particle beam, an exposure unit, a sample setting unit, a detection unit for primary inverted charged particles, secondary electrons, and the like. Here, the charged particles refer to particles that are affected by an electric field or a magnetic field, such as an electron beam or an ion beam. Hereinafter, an embodiment in which an electron beam is irradiated will be described.

図1において、電子ビーム照射部10は、電子ビームを発生させるための電子銃11と、電子ビームを制御するためのサプレッサ電極121と、引き出し電極122と、電子ビームのエネルギを制御するための加速電極123と、電子銃11から放出された電子ビームを集束させるためのコンデンサレンズ13と、可動絞り15と、電子ビームの進行方向を変えるための偏心レンズと、偏心レンズを通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ17と走査レンズ17を通過した電子ビームを再び集光させるための対物レンズ18を有してなる。それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。   In FIG. 1, an electron beam irradiation unit 10 includes an electron gun 11 for generating an electron beam, a suppressor electrode 121 for controlling the electron beam, an extraction electrode 122, and an acceleration for controlling the energy of the electron beam. The electrode 123, the condenser lens 13 for focusing the electron beam emitted from the electron gun 11, the movable aperture 15, the eccentric lens for changing the traveling direction of the electron beam, and the electron beam that has passed through the eccentric lens are scanned. And an objective lens 18 for condensing the electron beam that has passed through the scanning lens 17 again. A driving power source (not shown) is connected to each lens.

2次電子や1次反転電子などを検出する検出器19として、シンチレータや光電子増倍管などを用いている。通常シンチレータには引き込み電圧8〜10kV程度の高電圧を印加することで荷電粒子を捕獲する構成となっている。検出荷電粒子を検出器19に導くために、荷電粒子衝突時に放出粒子が発生する放出粒子発生部材を配置している。   A scintillator, a photomultiplier tube, or the like is used as the detector 19 for detecting secondary electrons, primary inversion electrons, or the like. Usually, the scintillator is configured to capture charged particles by applying a high voltage of about 8 to 10 kV. In order to introduce the detected charged particles to the detector 19, an emitted particle generating member that generates emitted particles at the time of charged particle collision is disposed.

感光体試料30は試料接地台16に載せられる。試料30の背面側は、通常は試料接地台16を通してGNDで使用するが、必要に応じて電圧を印加することも可能な構成となっている。
放出粒子としては電子やイオンがあり、電子を検出して計測することが一般的であるが、検出器にマイナスの引き込み電圧を与えてプラスイオンを検出し、コントラスト像を観察することも可能である。
以上の各構成部品は真空チャンバ内に組み込まれている。
The photoreceptor sample 30 is placed on the sample grounding table 16. The back side of the sample 30 is normally used for GND through the sample grounding table 16, but is configured to be able to apply a voltage as necessary.
There are electrons and ions as emitted particles, and it is common to detect and measure electrons. However, it is also possible to detect positive ions by applying a negative pull-in voltage to the detector and observe the contrast image. is there.
Each of the above components is incorporated in a vacuum chamber.

露光部20は、感光体試料30に関して感度を持つ、可視光から赤外光波長の半導体レーザー(LD)などの光源21、コリメートレンズ22、アパーチャ23、集光レンズ29などからなり、試料30上に所望のビーム径、ビームプロファイルを生成することが可能となっている。また、図示されないLD制御手段により適切な露光時間で、適切な露光エネルギを照射することができるようになっている。
試料30にラインのパターンを形成するために、光学系にガルバノミラーやポリゴンミラーを用いたスキャニング機構を付けても良い。
The exposure unit 20 includes a light source 21 such as a semiconductor laser (LD) having a wavelength of visible light to infrared light, a collimating lens 22, an aperture 23, a condensing lens 29, and the like having sensitivity with respect to the photoreceptor sample 30. It is possible to generate a desired beam diameter and beam profile. Further, it is possible to irradiate an appropriate exposure energy with an appropriate exposure time by an LD control means (not shown).
In order to form a line pattern on the sample 30, a scanning mechanism using a galvano mirror or a polygon mirror may be attached to the optical system.

図10は、上記露光部20を含む走査ユニットの例を示す。図10(a)に示すように、半導体レーザーを含む光源ユニット21から射出した光ビームは、コリメートレンズ22、シリンダレンズ25を介してポリゴンミラー35に導かれる。光ビームは、ポリゴンミラー35が回転駆動されることにより偏向走査され、走査結像レンズL1、L2、折り返しミラー36により被走査媒体または像担持体としての感光体すなわち試料30上に結像される。各発光点の発光信号を制御する画像処理装置内のバッファメモリには、各発光点に対応する1ライン分の印字データが蓄えられている。ポリゴンミラー35の偏向反射面1面での偏向走査毎に上記印字データが読み出され、試料30上の走査線上で印字データに対応して光ビームが点滅し、走査線に従って静電潜像が形成される。   FIG. 10 shows an example of a scanning unit including the exposure unit 20. As shown in FIG. 10A, the light beam emitted from the light source unit 21 including the semiconductor laser is guided to the polygon mirror 35 through the collimator lens 22 and the cylinder lens 25. The light beam is deflected and scanned when the polygon mirror 35 is rotationally driven, and is imaged on the photosensitive medium as the scanning medium or the image carrier, that is, the sample 30 by the scanning imaging lenses L1 and L2 and the folding mirror 36. . Print data for one line corresponding to each light emission point is stored in a buffer memory in the image processing apparatus that controls the light emission signal at each light emission point. The print data is read for each deflection scan on the deflection reflection surface 1 of the polygon mirror 35, the light beam flashes on the scan line on the sample 30 corresponding to the print data, and an electrostatic latent image is formed according to the scan line. It is formed.

図10(b)に示す構成例では、複数個の光源が配列された半導体レーザアレイが、コリメートレンズの光軸垂直方向に配置されている。
図10(c)に、発光点をx軸方向と,y軸方向に平面に配置した面発光レーザー(VCSEL)からなる光走査装置の光源部の構成例を示す。この構成例は、水平方向(主走査方向)にm個(図では3個)、垂直方向(副走査方向)にn個(図では4個)、計m×n個(図では12個)の発光点を有する面発光レーザーを用いた例である。この構成例を、図10(a)に示す光走査装置に適用することにより、m×n個の走査線を同時に走査するように構成することができる。
また、所定の位置に潜像パターンを形成するために、光偏向手段からの走査ビームを検知する同期検知手段37を有してもよい。
試料30の形状は、平面であっても曲面であってもよい。
In the configuration example shown in FIG. 10B, a semiconductor laser array in which a plurality of light sources are arranged is arranged in the direction perpendicular to the optical axis of the collimating lens.
FIG. 10C shows a configuration example of a light source unit of an optical scanning device including a surface emitting laser (VCSEL) in which light emitting points are arranged in a plane in the x-axis direction and the y-axis direction. In this configuration example, m (3 in the figure) in the horizontal direction (main scanning direction), n (4 in the figure) in the vertical direction (sub-scanning direction), and a total of m × n (12 in the figure). This is an example using a surface emitting laser having a light emitting point. By applying this configuration example to the optical scanning device shown in FIG. 10A, it is possible to configure to scan m × n scanning lines simultaneously.
Further, in order to form a latent image pattern at a predetermined position, a synchronization detection unit 37 that detects a scanning beam from the light deflection unit may be provided.
The shape of the sample 30 may be a flat surface or a curved surface.

走査光学系は、ポリゴンミラーおよびこれを回転駆動するポリゴンモータなどの振動や電磁場の影響が電子ビームの軌道に影響を与えないように、真空チャンバの外に配置するとよい。電子ビーム軌道位置から遠ざけることにより、外乱の影響を抑制することが可能となる。走査光学系は、光学的に透明な入射窓より入射させることが望ましい。
試料30と光源21の間には、半導体レーザーからの光束を時間的に遮光することが可能なシャッタ39が配置されている。
The scanning optical system is preferably arranged outside the vacuum chamber so that the influence of the vibration and electromagnetic field of the polygon mirror and the polygon motor that rotationally drives it does not affect the trajectory of the electron beam. By moving away from the position of the electron beam orbit, the influence of disturbance can be suppressed. The scanning optical system is preferably incident from an optically transparent entrance window.
Between the sample 30 and the light source 21, a shutter 39 capable of temporally blocking the light beam from the semiconductor laser is disposed.

図2は、本実施形態の一部を拡大して示す断面図である。図2に示すように、真空チャンバの鉛直軸に対して45°の位置に、真空チャンバ内部に対して光源が外部から入射可能な入射窓を配置し、真空チャンバ外部に走査光学系を配置した構成となっている。図2において、走査光学系は、光源部、走査レンズL1、L2、同期検知手段、光偏向器であるポリゴンミラー35等を有している。走査レンズL1、L2はfθ特性を有しており、光偏光器が一定速度で回転しているときに、光ビームは像面に対して略等速に移動する構成となっている。また、ビームスポット径も略一定に走査可能な構成となっている。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the present embodiment. As shown in FIG. 2, an incident window through which the light source can enter from the outside is disposed inside the vacuum chamber at a position of 45 ° with respect to the vertical axis of the vacuum chamber, and a scanning optical system is disposed outside the vacuum chamber. It has a configuration. In FIG. 2, the scanning optical system includes a light source unit, scanning lenses L1 and L2, synchronization detecting means, a polygon mirror 35 as an optical deflector, and the like. The scanning lenses L1 and L2 have fθ characteristics, and the light beam moves at a substantially constant speed with respect to the image plane when the optical polarizer rotates at a constant speed. Further, the beam spot diameter can be scanned substantially uniformly.

走査光学系は、真空チャンバに対して離れて配置するので、ポリゴンスキャナ等の光偏向器を駆動する際に発生する振動は、直接真空チャンバに伝播されることの影響は少ない。さらに、図2では図示していないが、構造体と除振台との間にダンパを挿入すれば更に効果の高い防振効果を得ることができる。   Since the scanning optical system is arranged away from the vacuum chamber, the vibration generated when driving an optical deflector such as a polygon scanner is less affected by being directly propagated to the vacuum chamber. Further, although not shown in FIG. 2, if a damper is inserted between the structure and the vibration isolation table, a more effective vibration isolation effect can be obtained.

静電潜像を形成するための露光光源として、可視光から赤外光領域のLD(レーザーダイオード)を用い、レーザー光をポリゴンミラーなどの偏向器で走査させ、かつ、レーザー光を点滅させることで、静電潜像を形成することができる。その場合、ポリゴンミラー35などの偏向器は、等速回転させるのに数秒程度の時間を要する。また、所望の位置にて点滅させるためには、同期検出器からの検出信号によって書き出し開始位置を決定している。
光の点滅で潜像画像パターンを形成する場合、光応答性を高くする必要がある。例えば、1μs以下で変調させる場合、パターン光パルス再現性向上やドループ特性改善の画像データが消灯のタイミングであっても、LDにバイアス電流を常に流しておく必要がある。
Use an LD (laser diode) in the visible to infrared range as an exposure light source to form an electrostatic latent image, scan the laser beam with a deflector such as a polygon mirror, and blink the laser beam Thus, an electrostatic latent image can be formed. In that case, a deflector such as the polygon mirror 35 takes about several seconds to rotate at a constant speed. Further, in order to blink at a desired position, the writing start position is determined by the detection signal from the synchronous detector.
When a latent image pattern is formed by flashing light, it is necessary to increase the light response. For example, when modulation is performed at 1 μs or less, it is necessary to always allow a bias current to flow through the LD even when the image data for improving pattern light pulse reproducibility and droop characteristics is extinguished.

半導体レーザーは、基準以上の駆動電流を与えることでレーザー発振をするが、光応答性を高めるため、光の消灯のタイミングでも基準以下の一定の駆動電流(バイアス電流)を常に供給している。バイアス電流があるとLED発光を起こす。すなわち、半導体レーザーを用いる場合は消灯の状態であっても発光していることを意味する。   A semiconductor laser oscillates by applying a drive current that is higher than a reference. However, in order to improve the light response, a constant drive current (bias current) that is lower than the reference is always supplied even when the light is turned off. When there is a bias current, LED emission occurs. That is, when a semiconductor laser is used, it means that light is emitted even when the light is off.

図4に、LDの駆動電流IFと光出力の関係を示す。aは消灯時の駆動電流、bはレーザー発振をし始める基準電流、そして、cはLD点灯の駆動電流を示している。PonをLD点灯時の光出力、PoffをLD消灯時の光出力とする。a<b<cの関係が成立する。IFが小さい場合には、LED発光で微弱であり、IFが基準電流に達するとレーザー発振をする。通常、レーザー発振は1〜10mW程度であり、これに比べて、消灯時のバイアス電流は、数十μWと1/100以下程度であり、通常問題になることはない。
このため光応答性を重視して、LD消灯時でもバイアス電流を流しつづけている。
しかしながら、長時間照射されると積分光量が増加し、感光体の必要露光量に達すると、静電潜像が形成されてしまう。この結果、所望の静電潜像を形成することができない。
FIG. 4 shows the relationship between the LD drive current IF and the optical output. a is a driving current when the light is turned off, b is a reference current at which laser oscillation starts, and c is a driving current for LD lighting. Pon is the light output when the LD is turned on, and Poff is the light output when the LD is turned off. The relationship of a <b <c is established. When the IF is small, the LED emission is weak, and laser oscillation occurs when the IF reaches the reference current. Usually, the laser oscillation is about 1 to 10 mW. Compared with this, the bias current at the time of extinguishing is several tens of μW, which is about 1/100 or less, and this does not usually cause a problem.
For this reason, the bias current is kept flowing even when the LD is extinguished with emphasis on photoresponsiveness.
However, the integrated light quantity increases when irradiated for a long time, and an electrostatic latent image is formed when the required exposure amount of the photoreceptor is reached. As a result, a desired electrostatic latent image cannot be formed.

そこで本発明では、半導体レーザーを用いて、所望の静電潜像を形成するにあたり、消灯時のバイアス電流で発光される試料への照射時間を極力抑えるため、光束が試料の電子ビーム走査領域外に照射される構成を備えていて、LDバイアス電流によるオフセット発光を遮光している。
具体的な手段としては、LD光源と試料の間に前記シャッタ39を用いてもよい。すなわち、露光前はシャッタ39を閉じて光束が通過しないような構成とし、露光時はシャッタ39を開けて光束が通過するように構成にすることで、オフセット発光を遮光させることができる。
Therefore, in the present invention, when forming a desired electrostatic latent image using a semiconductor laser, the luminous flux is out of the electron beam scanning area of the sample in order to minimize the irradiation time to the sample that emits light with a bias current at the time of extinction. The offset light emission due to the LD bias current is shielded.
As a specific means, the shutter 39 may be used between the LD light source and the sample. That is, the offset light emission can be shielded by closing the shutter 39 before the exposure so that the light beam does not pass and opening the shutter 39 so that the light beam can pass during the exposure.

これにより、図5(a)に示すように、従来は露光前のオフセット光の照射時間が長く、積分光量が必要露光エネルギに達するとオフセット露光で潜像が形成されてしまうのに対し、図5(b)に示すように、露光前のオフセット光の照射時間を極力抑制することができ、測定精度を高めることができる。
また、露光後は、必要に応じて、露光終了検知信号を与えてシャッタ39を閉めることができる。
As a result, as shown in FIG. 5A, conventionally, the irradiation time of offset light before exposure is long, and a latent image is formed by offset exposure when the integrated light amount reaches the required exposure energy. As shown in FIG. 5B, the irradiation time of the offset light before exposure can be suppressed as much as possible, and the measurement accuracy can be improved.
Further, after the exposure, if necessary, an exposure end detection signal can be given to close the shutter 39.

次に静電潜像を形成する手段について説明する。まず、感光体試料30に電子ビームを照射させる。加速電圧|Vacc|は、2次電子放出比が1となる加速電圧より高い加速電圧に設定することにより、入射電子量が、放出電子量より上回るため電子が試料30に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、試料30をマイナスで一様に帯電させることができる。加速電圧と照射時間を適切に制御することにより、所望の帯電電位を形成することができる。   Next, means for forming an electrostatic latent image will be described. First, the photosensitive member sample 30 is irradiated with an electron beam. The acceleration voltage | Vacc | is set to an acceleration voltage higher than the acceleration voltage at which the secondary electron emission ratio is 1, so that the amount of incident electrons exceeds the amount of emitted electrons, so that electrons are accumulated in the sample 30 and charge-up is performed. Wake up. As a result, the sample 30 can be negatively charged uniformly. A desired charging potential can be formed by appropriately controlling the acceleration voltage and the irradiation time.

次に露光光学系により感光体試料30を露光する。光学系は、所望のビーム径及びビームプロファイルを形成するように調整されている。必要露光エネルギは、感光体特性によって決まるファクタであるが、通常、2〜6mJ/m2程度である。感度が低い感光体では、十数mJ/m2必要なこともある。帯電電位や必要露光エネルギは、感光体特性やプロセス条件に合わせて設定するとよい。
そして、上述のシャッタ機構を配置して、LDバイアス電流によるオフセット光をカットすることにより、図11に示すような、潜像画像パターンなどの所望の静電潜像を形成することができる。
Next, the photoreceptor sample 30 is exposed by the exposure optical system. The optical system is adjusted to form a desired beam diameter and beam profile. The necessary exposure energy is a factor determined by the photoreceptor characteristics, but is usually about 2 to 6 mJ / m2. For photoreceptors with low sensitivity, ten or more mJ / m 2 may be required. The charging potential and the required exposure energy may be set according to the photoreceptor characteristics and process conditions.
A desired electrostatic latent image such as a latent image pattern as shown in FIG. 11 can be formed by arranging the shutter mechanism described above and cutting off the offset light due to the LD bias current.

試料表面に電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。このため、入射電子によって発生した2次電子はこの電界によって押し戻され、検出器19に到達する電子量が減少する。従って、電荷リーク箇所は、露光部が黒、非露光部が白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を測定することができる。   If there is a charge distribution on the sample surface, an electric field distribution corresponding to the surface charge distribution is formed in the space. For this reason, the secondary electrons generated by the incident electrons are pushed back by this electric field, and the amount of electrons reaching the detector 19 is reduced. Accordingly, at the charge leak portion, the exposed portion is black and the non-exposed portion is white, and a contrast image corresponding to the surface charge distribution can be measured.

図3(a)は、荷電粒子捕獲器24と、試料30との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものである。試料30の表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態であり、荷電粒子捕獲器24には正極性の電位が与えられているから、「実線で示す電位等高線群」においては、試料30の表面から荷電粒子捕獲器24に近づくに従い「電位が高く」なる。
従って、試料30における「負極性に均一帯電している部分」である図3のQ1点やQ2点で発生した2次電子el1、el2は、荷電粒子捕獲器24の正電位に引かれ、矢印G1や矢印G2で示すように変位し、荷電粒子捕獲器24に捕獲される。
FIG. 3A illustrates the potential distribution in the space between the charged particle trap 24 and the sample 30 in an explanatory manner with contour lines. The surface of the sample 30 is in a state of being uniformly charged negatively except for the portion where the potential is attenuated due to light attenuation, and the charged particle trap 24 is given a positive potential. In the “potential contour line group”, the “potential becomes higher” as it approaches the charged particle trap 24 from the surface of the sample 30.
Therefore, the secondary electrons el1 and el2 generated at the points Q1 and Q2 in FIG. 3, which are “negatively uniformly charged portions” in the sample 30, are attracted to the positive potential of the charged particle trap 24, and the arrows It is displaced as indicated by G1 or arrow G2, and is captured by the charged particle trap 24.

一方、図3(a)において、Q3点は「光照射されて負電位が減衰した部分」であり、Q3点近傍では電位等高線の配列は「破線で示す如く」であり、この部分電位分布では「Q3点に近いほど電位が高く」なっている。換言すると、Q3点の近傍で発生した2次電子el3には、矢印G3で示すように、試料30側に拘束する電気力が作用する。このため2次電子el3は、破線の電位等高線の示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器24に向って移動しない。図3(b)は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。   On the other hand, in FIG. 3A, the point Q3 is “a portion where the negative potential is attenuated by light irradiation”, and the arrangement of potential contour lines is “as shown by the broken line” in the vicinity of the point Q3. “The closer to Q3 point, the higher the potential”. In other words, an electric force restraining the sample 30 is applied to the secondary electrons el3 generated in the vicinity of the point Q3, as indicated by the arrow G3. For this reason, the secondary electron el3 is captured in the “potential hole” indicated by the broken line potential contour and does not move toward the charged particle trap 24. FIG. 3B schematically shows the “potential hole”.

すなわち、荷電粒子捕獲器24により検出される2次電子の強度(2次電子数)は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分(均一に負帯電している部分:図3(a)の点Q1やQ2に代表される部分)」に対応し、強度の小さい部分が「静電潜像の画像部(光照射された部分:図3(a)の点Q3に代表される部分)」に対応することになる。
従って、2次電子検出部25で得られる電気信号を、信号処理部で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述の如く、サンプリング時刻:Tをパラメータとして、表面電位分布:V(X,Y)を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定することができる。信号処理部により上記表面電位分布(電位コントラスト像):V(X,Y)を2次元的な画像データとして構成し、これをアウトプット装置で出力すれば、静電潜像が可視的な画像として得ることができる。
That is, the intensity of the secondary electrons (number of secondary electrons) detected by the charged particle trap 24 is such that the portion with the high intensity is “the ground portion of the electrostatic latent image (the portion that is uniformly negatively charged: FIG. 3). The portion having a low intensity corresponds to “the image portion of the electrostatic latent image (the portion irradiated with light: the point Q3 in FIG. 3A). Part) ”.
Therefore, if the electrical signal obtained by the secondary electron detection unit 25 is sampled at an appropriate sampling time by the signal processing unit, the surface potential distribution: V (X, Y) using the sampling time: T as a parameter as described above. Can be specified for each “small region corresponding to sampling”. The surface potential distribution (potential contrast image): V (X, Y) is configured as two-dimensional image data by a signal processing unit, and this is output by an output device. Can be obtained as

例えば、捕獲される2次電子の強度を「明るさの強弱で表現」すれば、静電潜像の画像部分は暗く、地の部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じた明暗像として表現(出力)することができる。もちろん、表面電位分布を知ることができれば、表面電荷分布も知ることができる。
このようにすると、帯電部は2次電子検出量が多く、露光部は2次電子検出量が少ない明暗のコントラスト像が生じる。暗の部分を露光による潜像部とみなすことができる。明暗の境界を潜像の潜像径とすることができる。
このようにして、感光体の静電潜像をミクロンオーダーの高分解能で計測することが可能となる。
For example, if the intensity of secondary electrons to be captured is expressed as “brightness or weakness”, the image portion of the electrostatic latent image is dark, the ground portion is bright and contrasted, and a bright and dark image corresponding to the surface charge distribution is obtained. It can be expressed (output). Of course, if the surface potential distribution can be known, the surface charge distribution can also be known.
In this way, a bright and dark contrast image is generated with a large amount of secondary electron detection in the charging portion and a small amount of secondary electron detection in the exposure portion. The dark part can be regarded as a latent image part by exposure. The light / dark boundary can be set as the latent image diameter of the latent image.
In this way, it is possible to measure the electrostatic latent image on the photoreceptor with high resolution on the order of microns.

上記LDのバイアス電流によるオフセット発光の影響を低減させるためには、静電潜像形成のために露光させる時間だけシャッタが開いている状態であり、その前後はシャッタが閉じた状態になっていることが理想的である。これを実現するためには、露光のタイミングとシャッタ開閉のタイミングを連動させることが望ましい。露光のタイミングは、走査光学系の同期信号によって決定される。従って、走査光学系の同期信号に連動して、シャッタを開放することが望ましい。
これを実現する手段として、走査光学系の同期信号を、シャッタを開くためのトリガ信号とすれば、書き出しのタイミングを揃えることができる。
In order to reduce the influence of offset light emission due to the bias current of the LD, the shutter is open for the exposure time for forming an electrostatic latent image, and the shutter is closed before and after that. Ideally. In order to realize this, it is desirable to link the exposure timing and the shutter opening / closing timing. The timing of exposure is determined by the synchronization signal of the scanning optical system. Therefore, it is desirable to open the shutter in conjunction with the synchronization signal of the scanning optical system.
As means for realizing this, if the synchronization signal of the scanning optical system is a trigger signal for opening the shutter, the timing of writing can be made uniform.

制御系における上記動作を図6、図8に示す。図8に示すフローの各ステップを、S1、S2,・・・のように表わす。図6、図8において、測定のための制御コマンドが実行されたあと(S1)、走査光学系の同期信号を検知し(S2)、その検知信号をシャッタ開放のためのトリガ信号として出力する(S3)。そして、シャッタが露光光学系の有効径にまで開放されたタイミングにあわせて(S4)、半導体レーザーを点灯させ(S5)、試料に静電潜像を形成する。そして、露光の完了後にシャッタを閉じる。露光後は、シャッタを閉じる他に、LDのバイアス電流を0にして、発光自体を止めても良い。   The above operation in the control system is shown in FIGS. Each step of the flow shown in FIG. 8 is expressed as S1, S2,. 6 and 8, after a control command for measurement is executed (S1), a scanning optical system synchronization signal is detected (S2), and the detection signal is output as a trigger signal for opening the shutter ( S3). Then, in accordance with the timing when the shutter is opened to the effective diameter of the exposure optical system (S4), the semiconductor laser is turned on (S5), and an electrostatic latent image is formed on the sample. Then, after the exposure is completed, the shutter is closed. After exposure, in addition to closing the shutter, the LD bias current may be set to 0 to stop the light emission itself.

図7は、以上説明した実施例の制御系等の構成を示す。ホストコンピュータを中心としてこのコンピュータが各部を制御するように構成されている。具体的には、ホストコンピュータから電子ビーム制御装置に電子光学系制御信号が送られ、電子ビーム制御装置からは取り込まれた各種データがコンピュータに入力される。コンピュータはまた、制御ボードに対して走査ビームの条件設定のデータを送信し、制御ボードは各種の条件設定を行う。制御ボードと光学ユニットとの間でLD・ポリゴンミラー制御信号、同期検出信号が互いに入出力される。制御ボードはまた、シャッタ制御コントローラにトリガ信号を送り、シャッタ制御コントローラはトリガ信号に基づきシャッタにシャッタ開閉信号を送り、シャッタの開閉を制御するようになっている。   FIG. 7 shows the configuration of the control system of the embodiment described above. This computer is configured so as to control each part around the host computer. Specifically, an electron optical system control signal is sent from the host computer to the electron beam control device, and various data taken from the electron beam control device is input to the computer. The computer also transmits scanning beam condition setting data to the control board, and the control board performs various condition settings. An LD / polygon mirror control signal and a synchronization detection signal are input / output between the control board and the optical unit. The control board also sends a trigger signal to the shutter control controller, and the shutter control controller sends a shutter open / close signal to the shutter based on the trigger signal to control the opening / closing of the shutter.

ところで、シャッタは、電子シャッタにおいてもメカニカルシャッタにおいても、命令を与えてから実際に開くまでに時間のずれが生じる。
いま、
トリガ信号を検知してから、シャッタが開き始める時間をTd、
シャッタが開き始めてから、レーザー光の有効径相当が開くまでの時間をTr、
とすれば、トリガ出力となる同期信号を受けてから、Td+Trの時間だけ遅れてシャッタが開く。従って、その遅れ分を考慮してLDを点灯させなければならない。すなわち、トリガ出力となる同期信号を受けてから、Td+Trの時間だけ遅れてLDを点灯させることが望ましい。
By the way, in both the electronic shutter and the mechanical shutter, there is a time lag between when the command is given and when the shutter is actually opened.
Now
The time when the shutter starts to open after detecting the trigger signal is Td,
The time from when the shutter starts to open until the equivalent of the effective diameter of the laser beam opens is Tr,
Then, after receiving a synchronization signal as a trigger output, the shutter opens with a delay of Td + Tr. Therefore, the LD must be turned on in consideration of the delay. That is, it is desirable to turn on the LD with a delay of Td + Tr after receiving a synchronization signal serving as a trigger output.

LDの点灯時間を遅らせる方法としては、走査光学系による1回の走査時間をTfとしたとき、トリガ出力となる同期信号から、Td+Tr<n×Tfとなる自然数nのときにLDを点灯させて潜像を形成する方法がある。このタイミングチャートを図6に示す。   As a method of delaying the lighting time of the LD, when the single scanning time by the scanning optical system is Tf, the LD is turned on when the natural number n satisfying Td + Tr <n × Tf from the synchronization signal serving as the trigger output. There is a method of forming a latent image. This timing chart is shown in FIG.

上記のように構成された実施例により、オフセット発光による照射時間は、大幅に減少されるが、それでも厳密には、Tr以上の時間で、オフセット発光が照射されてしまう。
この時間の許容量は
Tr<Tf*Pon/Poff
であり、この式の範囲内に収める必要がある。
According to the embodiment configured as described above, the irradiation time by offset light emission is significantly reduced. However, strictly speaking, offset light emission is irradiated in a time longer than Tr.
The allowable amount of time is Tr <Tf * Pon / Poff
And must be within the range of this equation.

具体的には、Tf=250μs,Pon=4mW,Poff=20μWの場合、
Tr<250μs*200=50ms
すなわち、Trは50ms以内であることが望ましい。
また、Tf=100μs,Pon=1mW,Poff=50μWの場合、
Tr<2ms
となる。この条件を満足する条件や方式を適宜選択することにより、さらにノイズ光の小さい静電潜像を形成することが可能となり、その結果、高精度に静電潜像を計測することが可能となる。
Specifically, when Tf = 250 μs, Pon = 4 mW, and Poff = 20 μW,
Tr <250 μs * 200 = 50 ms
That is, Tr is preferably within 50 ms.
Further, when Tf = 100 μs, Pon = 1 mW, Poff = 50 μW,
Tr <2ms
It becomes. By appropriately selecting conditions and methods that satisfy this condition, it is possible to form an electrostatic latent image with even smaller noise light, and as a result, it is possible to measure the electrostatic latent image with high accuracy. .

シャッタ手段としては、液晶変調素子のように光学的透過率を変化させる方法がある。この場合は、メカ的な可動部を必要としないメリットがある。ただし、光応答性や透過波面への影響が出る可能性がある。
シャッタ手段としては、メカニカルシャッタを用いると良い。ここで述べる、メカニカルシャッタとは、光路進行方向に対して、物体が有る状態と無い状態を作り出し、その違いで、光路進行方向を変えることで、測定試料に光線を到達/遮光状態を作り出すことが可能な手段を指す。図9はその一例を示している。この例は、スライダが光路に直交する方向にスライドして光路を開閉するように構成されている。
As the shutter means, there is a method of changing the optical transmittance like a liquid crystal modulation element. In this case, there is an advantage that no mechanical movable part is required. However, there is a possibility that the light response and the transmitted wavefront will be affected.
A mechanical shutter may be used as the shutter means. The mechanical shutter described here creates a state where there is an object and a state where there is no object with respect to the traveling direction of the optical path. Refers to a means that can. FIG. 9 shows an example. In this example, the slider is configured to slide in a direction orthogonal to the optical path to open and close the optical path.

メカニカルシャッタとは、上記のように、シャッタの開閉動作や速度の制御をガバナーやスプリングなどによって機械的に行うものである。メカニカルシャッタには、ギロチンシャッタや複数のシャッタ羽根を用いて中心から周辺に開閉する手段などがある。ギロチンシャッタとは、2枚の板のそれぞれに孔が空いていて、先幕に相当する板が走行した後、後幕に相当する板が走行して光の通り道である孔を開閉するものである。孔の重なり状態の変化でシャッタ速度を変化させることができる。
また、メカニカルではあるが、電気信号にて制御可能な構成であってもよい。これにより、同期に合わせたより適切なタイミングで開閉することができる。
シャッタ手段として、メカニカルシャッタを用いることにより、レーザー光の透過波面を劣化させることなく、高速に、オフセット発光を遮光することができる。
As described above, the mechanical shutter mechanically controls the opening / closing operation and speed of the shutter using a governor, a spring, or the like. The mechanical shutter includes means for opening and closing from the center to the periphery using a guillotine shutter and a plurality of shutter blades. A guillotine shutter has holes in each of the two plates, and after the plate corresponding to the front curtain travels, the plate corresponding to the rear curtain travels to open and close the hole that is the path of light. is there. The shutter speed can be changed by changing the overlapping state of the holes.
Moreover, although it is mechanical, the structure controllable by an electrical signal may be sufficient. Thereby, it can open and close at a more suitable timing according to the synchronization.
By using a mechanical shutter as the shutter means, offset light emission can be shielded at high speed without deteriorating the transmitted wavefront of the laser light.

シャッタの位置としては、真空チャンバの外側に配置するとなおよい。真空チャンバ内に配置すると、メカニカルシャッタの開閉時及びその前後では、周辺の電磁場が変動し、それが、走査電子ビームの軌道を曲げてしまう懸念があるが、真空チャンバ外に配置することによりそれを抑制することが可能なる。   The position of the shutter is more preferably arranged outside the vacuum chamber. When placed inside the vacuum chamber, the surrounding electromagnetic field fluctuates when the mechanical shutter is opened and closed and before and after that, which may bend the trajectory of the scanning electron beam. Can be suppressed.

表面電荷分布や表面電位分布のプロファイルを測定することにより、さらに高精度に静電潜像を測定することが可能である。図12は本発明にかかる静電潜像の測定装置の他の実施例を示す図である。より具体的には、表面電位分布測定装置の例である。図12において、試料30の下部にある試料設置台16は、電圧±Vsubを印加できる電圧印加部に接続されている。また、試料30の上部は、入射電子ビームが試料電荷の影響を受けることを抑制するために、グリッドメッシュ38を配置した構成となっている。   By measuring the profile of the surface charge distribution and the surface potential distribution, it is possible to measure the electrostatic latent image with higher accuracy. FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of the apparatus for measuring an electrostatic latent image according to the present invention. More specifically, it is an example of a surface potential distribution measuring apparatus. In FIG. 12, the sample mounting table 16 below the sample 30 is connected to a voltage application unit that can apply a voltage ± Vsub. In addition, the upper portion of the sample 30 has a configuration in which a grid mesh 38 is disposed in order to suppress the incident electron beam from being affected by the sample charge.

図13は、図12に示す実施例における入射電子と試料の関係を示す。図13(a)は加速電圧が表面電位ポテンシャルより大きい場合、同図(b)は加速電圧が表面電位ポテンシャルより小さい場合をそれぞれ示す。入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、試料到達前に反転するような状態が存在する領域が存在し、その1次入射荷電粒子を検出する構成となっている。
なお、加速電圧は、正で表現することが一般的であるが、加速電圧の印加電圧Vaccは負であり、電位ポテンシャルとして、物理的意味を持たせるためには、負で表現する方が説明しやすいため、ここでは加速電圧は負(Vacc<0)と表現する。
電子ビームの加速電位ポテンシャルをVacc(<0)、試料の電位ポテンシャルをVp(<0)とする。
FIG. 13 shows the relationship between the incident electrons and the sample in the embodiment shown in FIG. 13A shows a case where the acceleration voltage is larger than the surface potential potential, and FIG. 13B shows a case where the acceleration voltage is smaller than the surface potential potential. There is a region where a state where the velocity vector of the incident charged particles in the sample vertical direction is reversed before reaching the sample, and the primary incident charged particles are detected.
The acceleration voltage is generally expressed as positive, but the applied voltage Vacc of the acceleration voltage is negative, and in order to have a physical meaning as a potential potential, it is more preferable to express it as negative. Here, the acceleration voltage is expressed as negative (Vacc <0).
The acceleration potential of the electron beam is Vacc (<0), and the potential potential of the sample is Vp (<0).

電位とは、単位電荷が持つ電気的な位置エネルギである。したがって、入射電子は、電位0(V)では加速電圧Vaccに相当する速度で移動する。すなわち、電子の電荷量をeとし電子の質量をmとすると、電子の初速度v0は、
mv02/2=e×|Vacc|
で表される。真空中ではエネルギ保存の法則により、加速電圧の働かない領域では等速で運動し、試料面に接近するに従い、電位が高くなり、試料電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が遅くなる。
A potential is an electrical potential energy possessed by a unit charge. Therefore, the incident electrons move at a speed corresponding to the acceleration voltage Vacc at the potential 0 (V). That is, assuming that the charge amount of electrons is e and the mass of electrons is m, the initial velocity of electrons v0 is
mv02 / 2 = e × | Vacc |
It is represented by In vacuum, due to the law of conservation of energy, it moves at a constant speed in the region where the acceleration voltage does not work, and as it approaches the sample surface, the potential increases, and the velocity decreases due to the influence of Coulomb repulsion of the sample charge.

したがって、一般的に以下のような現象が起こる。
図13(a)において、|Vacc|≧|Vp|なので、電子は、速度は減速されるものの、試料に到達する。
図13(b)において、|Vacc|<|Vp|の場合には、入射電子の速度は試料の電位ポテンシャルの影響を受けて、徐々に減速し、試料に到達する前に速度が0となって、反対方向に進む。
Therefore, the following phenomenon generally occurs.
In FIG. 13A, since | Vacc | ≧ | Vp |, the electron reaches the sample although the speed is reduced.
In FIG. 13B, in the case of | Vacc | <| Vp |, the velocity of the incident electrons is gradually decelerated by the influence of the potential potential of the sample, and the velocity becomes zero before reaching the sample. And go in the opposite direction.

空気抵抗の無い真空中では、エネルギ保存則がほぼ完全に成立する。したがって、入射電子のエネルギ変えたときの、試料面上でのエネルギすなわちランディングエネルギがほぼ0となる条件を計測することで、表面の電位を計測することができる。ここでは1次反転荷電粒子、特に電子の場合を1次反転電子と呼ぶことにする。試料に到達したとき発生する2次電子と1次反転荷電粒子では、検出器に到達する量が大きく異なるので、明暗のコントラストの境界より、識別することができる。   In a vacuum without air resistance, the energy conservation law is almost completely established. Therefore, the surface potential can be measured by measuring a condition in which the energy on the sample surface, that is, the landing energy when the energy of the incident electrons is changed, is almost zero. Here, primary inversion charged particles, particularly electrons, are referred to as primary inversion electrons. The secondary electrons generated when the sample reaches the sample and the primary inversion charged particles differ greatly in the amount reaching the detector, so that they can be identified from the boundary of contrast between light and dark.

なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子検出器があるが、この場合の反射電子とは、一般的に試料の物質との相互作用により、入射電子が後方背面に反射(散乱)され、試料の表面から飛び出す電子のことを指す。反射電子のエネルギは入射電子のエネルギに匹敵する。反射電子の強度は試料の原子番号が大きいほど大きいといわれ、試料の組成の違い、凹凸がわかるための検出方法である。
これに対して、1次反転電子は、試料表面の電位分布の影響を受けて、試料表面に到達する前に反転する電子のことであり、全く異なる現象である。
A scanning electron microscope or the like has a backscattered electron detector. In this case, the backscattered electrons are generally reflected (scattered) on the rear back surface due to the interaction with the material of the sample, and the sample. It refers to the electrons that jump out of the surface. The energy of the reflected electrons is comparable to the energy of the incident electrons. It is said that the intensity of the reflected electrons increases as the atomic number of the sample increases, and this is a detection method for understanding the difference in composition of the sample and unevenness.
On the other hand, primary inversion electrons are electrons that are affected by the potential distribution on the sample surface and reverse before reaching the sample surface, and are completely different phenomena.

図14は潜像深さ計測結果の一例を示す図である。各走査位置(x,y)で、加速電圧Vaccと、試料下部印加電圧Vsubとの差をVth(=Vacc−Vsub)とすれば、ランディングエネルギがほぼ0となるときのVth(x,y)を測定することで電位分布V(x,y)を測定することができる。Vth(x,y)は、電位分布V(x,y)とは一意的な対応関係があり、Vth(x,y)はなだらかな電荷分布などであれば、近似的に電位分布V(x,y)と等価となる。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a latent image depth measurement result. If the difference between the acceleration voltage Vacc and the sample lower applied voltage Vsub is Vth (= Vacc−Vsub) at each scanning position (x, y), Vth (x, y) when the landing energy becomes almost zero. Can be measured to measure the potential distribution V (x, y). Vth (x, y) has a unique correspondence with the potential distribution V (x, y). If Vth (x, y) is a gentle charge distribution, the potential distribution V (x , Y).

図14上段の曲線は試料表面の電荷分布によって生じた表面電位分布の一例を示している。2次元的に走査する電子銃の加速電圧は−1800Vとした。中心(横軸座標=0)の電位が約−600Vであり、中心から外側に向かうに従って、電位がマイナス方向に大きくなり、中心から半径が75μmを超える周辺領域の電位は約−850V程度になっている。図14中段の楕円形は、試料の裏面をVsub=−1150Vに設定したときの検出器出力を画像化して示すものである。このとき、Vth=Vacc−Vsub=−650Vとなっている。図14下段の楕円形は、Vsub=−1100Vとしたほかは上記条件と同じ条件で得られた検出器出力を画像化して示すものである。このときのVthは−700Vになっている。   The upper curve in FIG. 14 shows an example of the surface potential distribution generated by the charge distribution on the sample surface. The acceleration voltage of the electron gun for two-dimensional scanning was set to −1800V. The potential at the center (horizontal axis coordinate = 0) is about -600V, the potential increases in the negative direction as it goes from the center to the outside, and the potential in the peripheral region whose radius exceeds 75 μm from the center is about -850V. ing. The oval shape in the middle of FIG. 14 shows an image of the detector output when the back surface of the sample is set to Vsub = −1150V. At this time, Vth = Vacc−Vsub = −650V. The oval shape in the lower part of FIG. 14 shows an image of the detector output obtained under the same conditions as above except that Vsub = −1100V. At this time, Vth is -700V.

図14からわかるように、加速電圧Vaccまたは印加電圧Vsubを変えながら、試料表面を電子で走査させ、Vth分布を計測することにより、試料の表面電位情報を計測することが可能となる。この方法を用いることにより、従来困難であった、静電潜像プロファイルをμオーダーで可視化することが可能となる。   As can be seen from FIG. 14, the surface potential information of the sample can be measured by scanning the surface of the sample with electrons and measuring the Vth distribution while changing the acceleration voltage Vacc or the applied voltage Vsub. By using this method, it is possible to visualize the electrostatic latent image profile on the order of μ, which has been difficult in the past.

1次反転電子で潜像プロファイルを計測する方式では、入射電子のエネルギが極端に変わるため、入射電子の軌道がずれてくることがあり、その結果として、走査倍率が変わり、また、歪曲収差を生じることになる。その場合には、静電場環境や電子軌道をあらかじめ計算しておき、それをもとに補正することにより、さらに高精度に計測することが可能となる。   In the method of measuring the latent image profile with primary inverted electrons, the energy of the incident electrons changes drastically, and the trajectory of the incident electrons may shift. As a result, the scanning magnification changes, and distortion aberration is reduced. Will occur. In that case, the electrostatic field environment and the electron trajectory can be calculated in advance, and correction can be performed based on the calculation, thereby making it possible to measure with higher accuracy.

感光体には、感光体に与えられる総露光エネルギ密度は同じでも、光量と露光時間の関係が異なると潜像形成状態が異なる相反則不軌の現象がある。一般的に露光エネルギが一定の場合、光量が強いほど、感度(潜像深さ)が低下し、トナー付着量に変化をもたらし、その結果として画像濃度の違いとして現れる。光量が強いとキャリアの再結合量が増大し、表面に到達するキャリア量が減少することが原因と考えられている。これがVCSELなどのマルチビーム走査光学系の場合、顕著に画像濃度むらとなってあらわれてくる。   Although the total exposure energy density given to the photosensitive member is the same, the photosensitive member has a reciprocity failure phenomenon in which the latent image forming state is different when the relationship between the light amount and the exposure time is different. In general, when the exposure energy is constant, the stronger the light quantity, the lower the sensitivity (latent image depth), causing a change in the toner adhesion amount, resulting in a difference in image density. It is considered that when the amount of light is strong, the amount of recombination of carriers increases and the amount of carriers reaching the surface decreases. In the case of a multi-beam scanning optical system such as a VCSEL, image density unevenness appears remarkably.

本実施形態の静電潜像測定装置で感光体上の静電潜像を評価することにより、1μオーダーの分解能で計測することが可能であるため、1ドットレベルで潜像形成の過程が定量的に詳細に解析できる。これにより、露光量を最適化することができ、感光体に負担のかからない帯電及び露光条件が分かり、この感光体を用いる光走査装置や画像形成装置の省エネルギ、高耐久性を実現することができる。   By evaluating the electrostatic latent image on the photosensitive member with the electrostatic latent image measuring apparatus of the present embodiment, it is possible to measure with a resolution of 1 μ order. Can be analyzed in detail. As a result, the exposure amount can be optimized, charging and exposure conditions that do not place a burden on the photosensitive member can be known, and energy saving and high durability of an optical scanning device and an image forming apparatus using the photosensitive member can be realized. it can.

画像形成装置の出力画像の高画質化のために、光学系の最適化及び光源波長を780nm以下に短波長化することにより、副走査方向のビームスポット径を60μm以下に小径化する試みが行われている。しかし、現在の感光体が短波長の光に対して感度が低いことや、小径化ビームでは感光体内での光の散乱及び電荷の拡散の影響を強く受け、潜像径が広がり、潜像の深さも浅くなり、最終出力画像では、階調性、鮮鋭性の安定性が得られないという不具合が発生している。   Attempts to reduce the beam spot diameter in the sub-scanning direction to 60 μm or less by optimizing the optical system and shortening the light source wavelength to 780 nm or less in order to improve the image quality of the output image of the image forming apparatus. It has been broken. However, current photoconductors are less sensitive to short-wavelength light, and small-diameter beams are strongly affected by light scattering and charge diffusion within the photoconductor, which increases the latent image diameter and The depth is also shallow, and the final output image has a problem in that the stability of gradation and sharpness cannot be obtained.

図15にビームスポット径および潜像径を概念的に示す。ここでのビームスポット径は、ビームスポット光量分布が最大光量のe−2以上である範囲の径で定義している。潜像径はコントラスト像の明暗の境界を潜像の潜像径とする。電荷輸送層の組成及び膜厚が光の散乱および電荷の拡散度合いに、また、電荷発生層の組成が感度にそれぞれ影響を与えることは知られているが、明確な相関関係が分かっていない。そこで、電荷輸送層の組成および膜厚、電荷発生層の組成を変えて感光体を作り、本実施形態の静電潜像測定装置を用いて実施される静電潜像測定方法において、画像形成装置で使用する条件と同じ条件、例えば帯電電位800V、露光エネルギ4mJ/m2として、光源波長が780nm以下、副走査方向のビームスポット径が60μm以下の条件で露光し潜像を測定する。 FIG. 15 conceptually shows the beam spot diameter and the latent image diameter. The beam spot diameter here is defined as a diameter in a range where the beam spot light quantity distribution is not less than e −2 of the maximum light quantity. The latent image diameter is defined as the latent image diameter of the latent image at the boundary of the contrast image. It is known that the composition and thickness of the charge transport layer affect the degree of light scattering and charge diffusion, and the composition of the charge generation layer affects the sensitivity, but no clear correlation is known. Therefore, in the electrostatic latent image measurement method implemented using the electrostatic latent image measurement apparatus of the present embodiment, a photoconductor is produced by changing the composition and thickness of the charge transport layer and the composition of the charge generation layer. A latent image is measured by exposing under the same conditions as those used in the apparatus, for example, with a charging potential of 800 V, exposure energy of 4 mJ / m 2 and a light source wavelength of 780 nm or less and a beam spot diameter in the sub-scanning direction of 60 μm or less.

図15(a)および(b)に示すように、感光体面での副走査方向のビームスポット径をAとし、形成される副走査方向の潜像径をBとしたときに、
1.0<B/A<2.0
を満足する感光体を選定すれば、階調性、鮮鋭性が安定した最終出力画像を得ることができる画像形成装置を実現することができる。
ここで、下限の1.0は、光の散乱及び電荷の拡散はどんな感光体でも必ず起こるので、これ以下にはならないという原理的な限界であり、上限の2.0は、最終出力画像で階調性、鮮鋭性の安定性を確保するために必要な限界である。
As shown in FIGS. 15A and 15B, when the beam spot diameter in the sub-scanning direction on the photosensitive member surface is A and the latent image diameter in the sub-scanning direction to be formed is B,
1.0 <B / A <2.0
If a photoconductor satisfying the above is selected, an image forming apparatus capable of obtaining a final output image with stable gradation and sharpness can be realized.
Here, the lower limit of 1.0 is a theoretical limit that light scattering and charge diffusion always occur in any photoconductor, and therefore cannot be less than this, and the upper limit of 2.0 is the final output image. This is the limit necessary to ensure the stability of gradation and sharpness.

次に、本発明にかかる静電潜像の測定装置の第2の実施例について説明する。図16は第2の実施例を示す。大半は図1に示す第1の実施例と同じ構成であるから、同じ構成部分には同じ符号を付してその説明は省略または簡略化し、第1の実施例と異なる部分を重点的に説明する。   Next, a second embodiment of the electrostatic latent image measuring apparatus according to the present invention will be described. FIG. 16 shows a second embodiment. Since most of the configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the same components are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted or simplified, and portions different from the first embodiment are mainly described. To do.

感光体試料表面に電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。このため、入射電子によって、発生した2次電子はこの電界によって押し戻され、検出器に到達する量が減少する。従って、電界強度が強い部分は暗く、弱い部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じたコントラスト像を検出することができる。従って、露光した場合には、露光部が黒、非露光部が白となり、これより形成された静電潜像を測定することができる。   If there is a charge distribution on the surface of the photoreceptor sample, an electric field distribution corresponding to the surface charge distribution is formed in the space. For this reason, the secondary electrons generated by the incident electrons are pushed back by this electric field, and the amount reaching the detector is reduced. Therefore, a portion where the electric field intensity is strong is dark and a weak portion is bright and contrasted, and a contrast image corresponding to the surface charge distribution can be detected. Therefore, when exposed, the exposed portion is black and the non-exposed portion is white, and the electrostatic latent image formed thereby can be measured.

試料を帯電させると、入射電子が帯電電荷の影響を受けて軌道が曲がり、走査領域が変化する。図18は、帯電における走査領域の変化を示す。図18(a)は、非帯電/帯電時の走査領域の関係を示すもので、非帯電時の走査領域を基準にすると、試料が負に帯電したときの入射電子の走査領域は、広い範囲を走査することになることがわかった。また歪曲も生じることがある。この結果、断面xでの観察領域の走査倍率は、非帯電時を1とすると、図18(b)のようになる。倍率は、帯電電位に依存し、帯電電位−500〜−1000Vの範囲では、非帯電時に比べて5〜20%程度小さくなることがわかった。
従って、このまま非帯電時の寸法で、取り込んだ画像データから、寸法を計測すると倍率変動分だけ、誤差を生じる。よって、帯電時の倍率を精度良く計測する必要がある。
取り込んだ画像データの実際の寸法を計測するために、寸法が既知のパターンを露光して、寸法が既知の潜像パターンを形成するための座標補正用の露光光学系50(図16参照)を有していることがこの実施例の一つの特徴である。
When the sample is charged, the incident electrons are affected by the charged charge and the trajectory is bent, and the scanning region is changed. FIG. 18 shows the change of the scanning area in charging. FIG. 18 (a) shows the relationship between the uncharged / charged scanning area. When the uncharged scanning area is used as a reference, the incident electron scanning area when the sample is negatively charged is wide. It turns out that it will scan. Distortion may also occur. As a result, the scanning magnification of the observation region in the cross section x is as shown in FIG. It has been found that the magnification depends on the charging potential and is about 5 to 20% smaller in the charging potential range of −500 to −1000 V than in the non-charging state.
Therefore, if the dimensions are measured from the captured image data with the dimensions at the time of non-charging as they are, an error corresponding to the magnification fluctuation occurs. Therefore, it is necessary to accurately measure the magnification during charging.
In order to measure the actual dimension of the captured image data, a pattern having a known dimension is exposed to form an exposure optical system 50 (see FIG. 16) for coordinate correction for forming a latent image pattern having a known dimension. It is one of the features of this embodiment.

図2に座標補正用の露光光学系50の実施例の詳細を示す。図2において、露光光学系50は、感光体資料30に関して、感度を持つ波長400〜800nmの光を照射するLDなどの光源51、コリメートレンズ52、アパーチャ53、マスクパターン54、結像レンズないしは集光レンズ56などを有してなる。また、光路を折り曲げるために適宜のミラー55,57が配置されている。   FIG. 2 shows details of the embodiment of the exposure optical system 50 for coordinate correction. In FIG. 2, the exposure optical system 50 includes a light source 51 such as an LD that irradiates light having a wavelength of 400 to 800 nm with sensitivity, a collimating lens 52, an aperture 53, a mask pattern 54, an imaging lens or a collecting lens. An optical lens 56 is provided. In addition, appropriate mirrors 55 and 57 are arranged to bend the optical path.

座標補正用の露光光学系50の光学レイアウトを図23に示す。マスクパターン54から結像レンズ56までの物体距離をL1、結像レンズから試料面までの像距離をL2とすれば、光軸を含む面に対して垂直な方向の結像倍率は
β=L2/L1
となる。マスクパターン54は、光源51からの平行光が透過する部分と遮光する部分になるようなパターンがある。光ビームは、マスクパターン54により透過あるいは回折あるいは散乱を起こして、試料30方向に進む。結像レンズ56は、マスクパターン54と試料30の面とが共役となるように配置されている。結像倍率βとパターンサイズは予めわかっているので、試料30の面上に生じるパターンサイズやピッチを算出することができ、試料面に所望の潜像パターンを形成することができる。
The optical layout of the exposure optical system 50 for coordinate correction is shown in FIG. If the object distance from the mask pattern 54 to the imaging lens 56 is L1, and the image distance from the imaging lens to the sample surface is L2, the imaging magnification in the direction perpendicular to the plane including the optical axis is β = L2. / L1
It becomes. The mask pattern 54 has a pattern in which the parallel light from the light source 51 is transmitted and the light is blocked. The light beam is transmitted, diffracted or scattered by the mask pattern 54 and travels in the direction of the sample 30. The imaging lens 56 is disposed so that the mask pattern 54 and the surface of the sample 30 are conjugate. Since the imaging magnification β and the pattern size are known in advance, the pattern size and pitch generated on the surface of the sample 30 can be calculated, and a desired latent image pattern can be formed on the sample surface.

光学素子が電子ビームの照射領域に重ならないように斜めから照射する構成となっているこのため、光軸に対して、試料面(像面)が傾いた構成としても良い。また、像面の傾きに応じて、マスクパターン54も傾けることにより、像面上にマスクパターンを結像させることができる。図23に示す例では、試料30に対して約45度斜め入射するように構成されている。この場合、潜像分布のパターンは、垂直な場合に比べて√2倍になるが、その分を考慮してマスクパターンを設計してもよい。   Since the optical element is irradiated obliquely so as not to overlap the electron beam irradiation region, the sample surface (image surface) may be inclined with respect to the optical axis. Further, by tilting the mask pattern 54 according to the tilt of the image plane, the mask pattern can be imaged on the image plane. In the example shown in FIG. 23, the sample 30 is configured to enter obliquely about 45 degrees with respect to the sample 30. In this case, the latent image distribution pattern is √2 times that in the vertical case, but the mask pattern may be designed in consideration of this.

図19に露光のためのマスクパターンの例を示す。露光パターンとしては、寸法と結像倍率が既知であれば、最低1個でも可能であるが、試料面上では、共役像に比べて潜像が広がっているため、2個以上複数の点を用い、1個の潜像の中心を求め、間の距離を算出すると良い。xy両方の寸法を計測するには、3個以上あるとよい。図19(a)は、マスクが合計4個の潜像形成パターンS1,S2,S3,S4を有する例を示す。マスクパターンのサイズ・ピッチおよび光学系の結像倍率は予め把握しておく。光学系の結像倍率をβ、マスクの上記パターンの間隔をd/βとしたとき、S1,S2は試料面上の座標としては、間隔dで露光され潜像が形成される。この条件では図19(b)のような潜像画像データとして、取り込まれる。   FIG. 19 shows an example of a mask pattern for exposure. As the exposure pattern, at least one exposure pattern can be used as long as the dimensions and the imaging magnification are known. However, since the latent image is spread on the sample surface as compared with the conjugate image, two or more points are selected. It is preferable to calculate the distance between the centers of one latent image. In order to measure both xy dimensions, it is preferable that there are three or more. FIG. 19A shows an example in which the mask has a total of four latent image formation patterns S1, S2, S3, and S4. The size / pitch of the mask pattern and the imaging magnification of the optical system are known in advance. When the imaging magnification of the optical system is β and the interval between the mask patterns is d / β, S1 and S2 are exposed at the interval d as coordinates on the sample surface to form a latent image. Under this condition, it is captured as latent image data as shown in FIG.

S1とS2のパターンによりS1とS2を結ぶ方向の寸法を計測するためには、S1,S2による潜像パターンの取り込み画像データでの中心位置をP1(x1,y1),P2(x2,y1)とすると、水平方向の画像1画素当たりの間隔は
d/(x2−x1)
で得ることができる。これにより、P1−P2方向の取り込み画像1画素当たりの間隔を正確に測定することができる。
In order to measure the dimension in the direction connecting S1 and S2 with the patterns of S1 and S2, the center position of the captured image data of the latent image pattern by S1 and S2 is P1 (x1, y1), P2 (x2, y1). Then, the interval per pixel in the horizontal image is d / (x2-x1)
Can be obtained at This makes it possible to accurately measure the interval per pixel in the captured image in the P1-P2 direction.

同様にP1とP3で計算することにより、P3(x1,y3)とすれば、垂直方向の画像1画素当たりの間隔は
d/(y3−y1)
で得ることができる。これにより、P1−P3方向の取り込み画像1画素当たりの間隔を測定することができる。
Similarly, by calculating with P1 and P3, if P3 (x1, y3), the interval per pixel in the vertical direction is d / (y3-y1)
Can be obtained at Thereby, it is possible to measure the interval per pixel of the captured image in the P1-P3 direction.

水平方向の観察領域において1mmを画素数がXGA相当(1024×768画素)で取り込めば、1μm程度の分解能で位置を特定できる。
中心位置を、潜像画像の信号強度の重心より算出する方法がある。これを用いれば、中心位置は1画素以下で算出できるので、寸法を高精度に計測することが可能となる。
If 1 mm is captured in the horizontal observation region with the number of pixels equivalent to XGA (1024 × 768 pixels), the position can be specified with a resolution of about 1 μm.
There is a method of calculating the center position from the center of gravity of the signal intensity of the latent image. If this is used, the center position can be calculated with one pixel or less, so that the dimension can be measured with high accuracy.

なお、潜像パターンは図19(c)のように平行なライン形状であってもよいし、図19(d)に示すようの3個以上の潜像パターンを配置して、平均化処理をしてもよい。
これにより帯電に伴う平均倍率を良好に補正することができる。
The latent image pattern may have a parallel line shape as shown in FIG. 19C, or three or more latent image patterns as shown in FIG. May be.
Thereby, the average magnification accompanying charging can be favorably corrected.

図6は、上記計測方法のフローである。寸法位置計測用静電潜像パターン形成(S11)、静電潜像データ取り込み(S12)、画像処理(S13)、潜像パターン抽出(S14)、潜像パターンの中心位置算出(S15)、画素1画素当たりの寸法計測(S16)の順に進められる。   FIG. 6 is a flow of the measurement method. Dimensional position measurement electrostatic latent image pattern formation (S11), electrostatic latent image data capture (S12), image processing (S13), latent image pattern extraction (S14), latent image pattern center position calculation (S15), pixel The measurement is performed in the order of dimension measurement per pixel (S16).

次に、上記実施例における静電潜像を形成する手段について説明する。図16において、まず、感光体試料30に荷電粒子光学系より電子ビームを照射させる。加速電圧|Vacc|は、2次電子放出比が1となる加速電圧より高い加速電圧に設定することにより、入射電子量が、放出電子量より上回るため電子が試料に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、試料30にはマイナスの電荷が一様に帯電される。加速電圧と照射時間を適切に制御することにより、試料30に所望の帯電電位を形成することができる。   Next, means for forming an electrostatic latent image in the above embodiment will be described. In FIG. 16, first, a photoconductor sample 30 is irradiated with an electron beam from a charged particle optical system. When the acceleration voltage | Vacc | is set to an acceleration voltage higher than the acceleration voltage at which the secondary electron emission ratio is 1, the amount of incident electrons exceeds the amount of emitted electrons, so that electrons are accumulated in the sample and charge up occurs. . As a result, the sample 30 is uniformly charged with negative charges. A desired charging potential can be formed on the sample 30 by appropriately controlling the acceleration voltage and the irradiation time.

次に、露光光学系により感光体試料30を露光する。露光光学系は、第1の実施例における露光光学系の構成と実質的に同じ構成であり、所望のビーム径およびビームプロファイルを形成するように調整されている。試料表面に電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。このため、入射電子によって発生した2次電子はこの電界によって押し戻され、検出器に到達する量が減少する。従って、電荷リーク箇所は、露光部が黒、非露光部が白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を測定することができる。   Next, the photoreceptor sample 30 is exposed by the exposure optical system. The exposure optical system has substantially the same configuration as that of the exposure optical system in the first embodiment, and is adjusted so as to form a desired beam diameter and beam profile. If there is a charge distribution on the sample surface, an electric field distribution corresponding to the surface charge distribution is formed in the space. For this reason, the secondary electrons generated by the incident electrons are pushed back by this electric field, and the amount reaching the detector is reduced. Accordingly, at the charge leak portion, the exposed portion is black and the non-exposed portion is white, and a contrast image corresponding to the surface charge distribution can be measured.

試料30の面上に、間隔が既知である潜像パターンを形成することで、平均倍率を計測することは可能となる。しかし、図18を用いて説明したとおり、厳密にいうと局所的に倍率がわずかに変化する。また、表面の帯電にむらがあれば、当然変動する。その量は平均倍率の変動に比べると大きくはないが、局所的倍率を補正できれば、さらに精度が向上する。
この局所的な倍率補正手段として、一列に3個以上で、なおかつ試料面上のピッチが既知である潜像パターンを形成するとよい。具体的には、等間隔のパターンを与えて、潜像パターンの不等間隔度合いから、リニアリティを計測するとよい。
By forming a latent image pattern with a known interval on the surface of the sample 30, the average magnification can be measured. However, as described with reference to FIG. 18, strictly speaking, the magnification slightly changes locally. Also, if there is uneven surface charging, it will naturally vary. The amount is not large compared to the variation of the average magnification, but accuracy can be further improved if the local magnification can be corrected.
As this local magnification correction means, it is preferable to form a latent image pattern having three or more lines in a row and a known pitch on the sample surface. More specifically, it is preferable to measure the linearity based on the degree of unequal interval of the latent image pattern by giving an equally spaced pattern.

局所倍率を計測するための概念図を図21に示す。試料面上では、等間隔dで3個以上(図21の例では7個の)露光パターンが形成されているとする。非帯電時には試料面上には、潜像パターンが等間隔に形成されているはずである。しかしながら、帯電により、潜像取り込み画像は不等間隔となっている(図21(a))。
取り込み画像データ上で隣り合う潜像パターンの中心位置をPi(xi,y0),Pj(xj,y0)とすると、Pi−Pj間の画像1画素当たりの間隔は、
d/{P_j(x_i+1,y0)−Pi(xi,y0)}
で表すことができる。各々の潜像パターンで同様の計算を行うことにより、局所的な倍率変動を算出することができる。別な算出方法としては、複数の潜像パターンの1つを基準として、算出してもよい。
A conceptual diagram for measuring the local magnification is shown in FIG. It is assumed that three or more (seven in the example of FIG. 21) exposure patterns are formed at equal intervals d on the sample surface. At the time of non-charging, latent image patterns should be formed at equal intervals on the sample surface. However, due to charging, the latent image captured images are at unequal intervals (FIG. 21A).
Assuming that the center positions of adjacent latent image patterns on the captured image data are Pi (xi, y0) and Pj (xj, y0), the interval per image pixel between Pi and Pj is:
d / {P_j (x_i + 1, y0) -Pi (xi, y0)}
Can be expressed as By performing the same calculation for each latent image pattern, a local magnification variation can be calculated. As another calculation method, the calculation may be performed on the basis of one of a plurality of latent image patterns.

S1,S2による潜像パターンの取り込み画像データでの中心位置をP1(x1,y1),P2(x2,y1)とすると、これらから得られた結果をスプライン補間や近似曲線を使って補正することにより、図21(b)に示すように補正関数を作ることで、より正確に潜像の寸法を計測することができる。   If the center positions of the captured image data of the latent image pattern obtained by S1 and S2 are P1 (x1, y1) and P2 (x2, y1), the results obtained from these are corrected using spline interpolation or approximate curves. Thus, the size of the latent image can be measured more accurately by creating a correction function as shown in FIG.

潜像の寸法計測のための潜像パターン形成方法として、走査光学系を用いてもよい。走査光学系とは、光源からの光束を、偏向反射面を持つ光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光して、感光体試料面に対して等速的な光走査を行なう装置である。試料面に対して、等速であるため、光源であるLDを図22に示すような等間隔の変調をかけることで、試料面上に等間隔の露光パターンを形成することが容易である。ピッチは周波数を変えることで容易に調整することができる。   A scanning optical system may be used as a latent image pattern forming method for measuring the size of the latent image. The scanning optical system deflects the light beam from the light source at an equiangular velocity by an optical deflector having a deflecting reflection surface, condenses the deflected light beam as a light spot on the surface to be scanned by the scanning imaging optical system, This is an apparatus that performs constant-speed optical scanning on the surface of the photoreceptor sample. Since the sample surface has a constant velocity, it is easy to form an equidistant exposure pattern on the sample surface by subjecting the LD as the light source to modulation at equal intervals as shown in FIG. The pitch can be easily adjusted by changing the frequency.

走査光学系を用いると、LDの電気信号のON/OFFを変えるだけで、潜像パターンを自在に変更することができる。このため、拡大率等を変更するときは、それに応じたパターンのサイズやピッチを適切に選択することが望ましく、この場合、走査光学系の場合、光源の点灯条件を変更するだけでよい。
歪曲収差が大きい条件では、周辺のピッチを細かくしてもよい。
また、不等間隔にすることも容易であるため、帯電による歪が有る状態で、潜像パターンが等間隔になるように形成し、LDの電気信号のON/OFF条件から、倍率変動を計測することもできる。
また、寸法を計測すべき露光光学系と評価すべき露光光学系とを共通で使用してもよい。走査光学系は、もともと等間隔に画像パターンを点灯させるように設計されているため、上記両光学系と条件が適合するし、省スペースであるだけでなくシステムを単純化することができ、寸法を安定して計測することができる。
When the scanning optical system is used, the latent image pattern can be freely changed simply by changing ON / OFF of the electric signal of the LD. For this reason, when changing the enlargement ratio or the like, it is desirable to appropriately select the size and pitch of the pattern according to the change. In this case, in the case of a scanning optical system, it is only necessary to change the lighting condition of the light source.
If the distortion is large, the peripheral pitch may be fine.
In addition, since it is easy to make unequal intervals, latent image patterns are formed at equal intervals in a state where there is distortion due to charging, and magnification fluctuations are measured from ON / OFF conditions of LD electric signals. You can also
Further, the exposure optical system whose dimensions are to be measured and the exposure optical system to be evaluated may be used in common. Since the scanning optical system was originally designed to light up the image pattern at equal intervals, the conditions are compatible with the above two optical systems and not only saves space but also simplifies the system. Can be measured stably.

寸法計測は、測定前に行って、補正データとして、使用してもよいが、実際の潜像評価計測と同時に形成させてもよい。この例を図24に示す。図24に示すように、変動の影響が大きく、感度の高い周辺に寸法計測補正のための潜像パターンを形成し、中心付近に評価すべき静電潜像を形成する。
寸法計測補正のための潜像パターンと評価すべき静電潜像を同時に形成することにより、1回ごとに、実際の帯電による倍率変動の影響を補正することができ、高精度に測定することができる。
このような方式を用いることにより、従来は困難であった、帯電時の試料面上の寸法を1μm以下での高分解能で計測することが可能となる。
The dimension measurement may be performed before the measurement and used as correction data, or may be formed simultaneously with the actual latent image evaluation measurement. This example is shown in FIG. As shown in FIG. 24, a latent image pattern for dimensional measurement correction is formed in the periphery having high influence of fluctuation and high sensitivity, and an electrostatic latent image to be evaluated is formed in the vicinity of the center.
By simultaneously forming a latent image pattern for dimension measurement correction and an electrostatic latent image to be evaluated, the influence of magnification fluctuation due to actual charging can be corrected each time, and measurement can be performed with high accuracy. Can do.
By using such a method, it is possible to measure the dimension on the sample surface at the time of charging with a high resolution of 1 μm or less, which has been difficult in the past.

露光エネルギ密度が0.5mJ/m2より小さいと潜像が浅く計測されるので、検出しにくくなる。
露光エネルギ密度が10mJ/m2より大きいと潜像は形成されるが、過剰露光となって潜像が大きくなり、中心位置計測精度が悪くなる。
潜像のサイズが10μm以下になると、一般的には、サイズが小さく潜像も深く形成されるので、望ましいように見えるが、焦点深度が狭いのでフォーカス位置より少しでも離れると、感光体面でのビームスポットサイズが大きくなってしまい、誤差要因となる。
潜像のサイズが100μm以上になると、中心位置計測精度が悪くなる。
If the exposure energy density is smaller than 0.5 mJ / m 2, the latent image is measured shallowly, so that it is difficult to detect.
If the exposure energy density is greater than 10 mJ / m 2, a latent image is formed, but overexposure causes the latent image to become large and the center position measurement accuracy deteriorates.
When the size of the latent image is 10 μm or less, the size is generally small and the latent image is formed deeply. The beam spot size becomes large, which causes an error.
When the size of the latent image is 100 μm or more, the center position measurement accuracy is deteriorated.

そこで、照射する露光エネルギ密度が0.5〜10mJ/m2、かつ、1つの潜像のサイズが10μm以上100μm以下であることが望ましい。なお、潜像のサイズに関しては、測定すべき断面方向を指し、それと垂直方向は、それより大きくても構わない。すなわちラインパターンであっても構わない。   Therefore, it is desirable that the exposure energy density to be irradiated is 0.5 to 10 mJ / m 2 and the size of one latent image is 10 μm or more and 100 μm or less. Note that the size of the latent image indicates the cross-sectional direction to be measured, and the direction perpendicular thereto may be larger. That is, it may be a line pattern.

静電潜像を形成するための露光光源として、可視光から赤外光領域のLD(レーザーダイオード)を用い、レーザー光をポリゴンミラーなどの偏向器で走査させ、レーザー光を点滅させることで、静電潜像を形成する場合、ポリゴンミラーなどの偏向器は、等速回転させるのに数秒程度の時間を要する。また、所望の位置にてLDを点滅させるために、同期検出器からの検出信号から書き出し開始位置を決定している。   As an exposure light source for forming an electrostatic latent image, an LD (laser diode) in the visible light to infrared light region is used, the laser light is scanned with a deflector such as a polygon mirror, and the laser light blinks. When an electrostatic latent image is formed, a deflector such as a polygon mirror takes about several seconds to rotate at a constant speed. Further, in order to blink the LD at a desired position, the writing start position is determined from the detection signal from the synchronous detector.

LDによる光の点滅で潜像画像パターンを形成する場合、光応答性を高くする必要がある。例えば、1μs以下で変調させる場合、パターン光パルス再現性向上やドループ特性改善の画像データが消灯のタイミングでもバイアス電流が常に流しておく必要がある。この点は前にも説明した。
半導体レーザーは、基準以上の駆動電流を与えることでレーザー発振をするが、光応答性を高めるため、光の消灯のタイミングでも基準以下の一定の駆動電流(バイアス電流)を常に供給している。バイアス電流があるとLED発光を起こす。すなわち、半導体レーザーを用いる場合は消灯の状態であっても発光していることを意味する。この点も前に説明した。
When a latent image pattern is formed by blinking light by an LD, it is necessary to increase the light response. For example, when the modulation is performed at 1 μs or less, it is necessary to always allow the bias current to flow even when the image data for improving the pattern light pulse reproducibility and the droop characteristics is turned off. This point was also explained before.
A semiconductor laser oscillates by applying a drive current that is higher than a reference. However, in order to improve the light response, a constant drive current (bias current) that is lower than the reference is always supplied even when the light is turned off. When there is a bias current, LED emission occurs. That is, when a semiconductor laser is used, it means that light is emitted even when the light is off. This point was also explained before.

図11に、LDの駆動電流IFと光出力の関係を示す。aが消灯時の駆動電流,bがレーザー発振をする基準電流、そして、cがc :LD点灯の駆動電流となる。PonをLD点灯時の光出力、PoffをLD消灯時の光出力とする。
a<b<cの関係が成立する。IFが小さい場合には、LED発光で微弱であり、IFが基準電流に達するとレーザー発振をする。通常レーザー発振は1〜10mW程度に比べて、消灯時のバイアス電流は、数十μWと1/100以下程度であり、通常問題になることはない。
このため光応答性を重視して、LD消灯時でもバイアス電流を流しつづけている。
しかしながら長時間照射されると積分光量が増加し、感光体の必要露光量に達すると、静電潜像が形成されてしまう。この結果、所望の静電潜像を形成することができない。
FIG. 11 shows the relationship between the LD drive current IF and the optical output. a is a driving current when the light is turned off, b is a reference current for laser oscillation, and c is a driving current for c: LD lighting. Pon is the light output when the LD is turned on, and Poff is the light output when the LD is turned off.
The relationship of a <b <c is established. When the IF is small, the LED emission is weak, and laser oscillation occurs when the IF reaches the reference current. Usually, the laser oscillation is about 1 to 10 mW, and the bias current at the time of extinction is about several tens of μW, which is about 1/100 or less, which is not usually a problem.
For this reason, the bias current is kept flowing even when the LD is extinguished with emphasis on photoresponsiveness.
However, when the light is irradiated for a long time, the integrated light quantity increases, and when the required exposure amount of the photoreceptor is reached, an electrostatic latent image is formed. As a result, a desired electrostatic latent image cannot be formed.

そこで本発明では、半導体レーザーを用いて所望の静電潜像を形成する場合、消灯時のバイアス電流で発光される試料への照射時間を極力抑えるため、光束が試料の電子ビーム走査領域外に照射される構成にして、LDのバイアス電流によるオフセット発光を遮光している。
具体的な手段の一例として、LD光源と試料の間にシャッタを用いるとよい。すなわち、露光前はシャッタを閉じて光束が通過しないような構成とし、露光時はシャッタを開けて光束が通過するように構成にすることで、オフセット発光を遮光させることができる。
そして、シャッタ機構を配置して、LDバイアス電流によるオフセット光をカットすることにより、図19に示すような、潜像画像パターンなどの所望の静電潜像を形成することができる。
Therefore, in the present invention, when a desired electrostatic latent image is formed using a semiconductor laser, the luminous flux is out of the electron beam scanning area of the sample in order to minimize the irradiation time to the sample that emits light with the bias current at the time of extinction. In this configuration, the offset light emission due to the bias current of the LD is shielded.
As an example of specific means, a shutter may be used between the LD light source and the sample. That is, offset light emission can be shielded by closing the shutter before exposure so that the light beam does not pass and opening the shutter so that the light beam passes during exposure.
Then, a desired electrostatic latent image such as a latent image pattern as shown in FIG. 19 can be formed by arranging a shutter mechanism and cutting off the offset light due to the LD bias current.

次に、本発明にかかる画像形成装置の実施例について説明する。この画像形成装置は、本発明にかかる静電潜像の測定装置を使用し、本発明にかかる静電潜像の測定方法を実施してデータを得た感光体を用いている。図25は画像形成装置の例としてレーザプリンタの例を略示している。レーザプリンタ100は像担持体111として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体111の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115が配備されている。この実施の形態では「帯電手段」として、オゾン発生の少ない接触式の帯電ローラ112を用いているが、コロナ放電を利用するコロナチャージャを帯電手段として用いることもできる。また、光走査装置117が設けられ、帯電ローラ112と現像装置113との間で「レーザビームLBの光走査による露光」を行うようになっている。   Next, examples of the image forming apparatus according to the present invention will be described. This image forming apparatus uses the electrostatic latent image measuring device according to the present invention, and uses a photoreceptor obtained by performing the electrostatic latent image measuring method according to the present invention. FIG. 25 schematically shows an example of a laser printer as an example of an image forming apparatus. The laser printer 100 has a “cylindrical photoconductive photosensitive member” as the image carrier 111. Around the image carrier 111, a charging roller 112 as a charging unit, a developing device 113, a transfer roller 114, and a cleaning device 115 are provided. In this embodiment, a contact-type charging roller 112 that generates less ozone is used as the “charging means”, but a corona charger that uses corona discharge can also be used as the charging means. Further, an optical scanning device 117 is provided to perform “exposure by optical scanning of the laser beam LB” between the charging roller 112 and the developing device 113.

図25において、符号116は定着装置、符号118はカセット、符号119はレジストローラ対、符号120は給紙コロ、符号121は搬送路、符号122は排紙ローラ対、符号123はトレイを示している。画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体111が図25において時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ112により均一に帯電され、光走査装置117のレーザビームによる光書込による露光により静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は現像装置113により反転現像され、像担持体111上にトナー画像が形成される。   In FIG. 25, reference numeral 116 denotes a fixing device, reference numeral 118 denotes a cassette, reference numeral 119 denotes a registration roller pair, reference numeral 120 denotes a paper feed roller, reference numeral 121 denotes a conveyance path, reference numeral 122 denotes a discharge roller pair, and reference numeral 123 denotes a tray. Yes. When image formation is performed, the image carrier 111, which is a photoconductive photosensitive member, is rotated at a constant speed clockwise in FIG. 25, and the surface thereof is uniformly charged by the charging roller 112. An electrostatic latent image is formed by exposure by optical writing. The formed electrostatic latent image is a so-called “negative latent image”, and the image portion is exposed. This electrostatic latent image is reversely developed by the developing device 113, and a toner image is formed on the image carrier 111.

転写紙を収納したカセット118は画像形成装置100本体に着脱可能で、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙の最上位の1枚が給紙コロ120により給紙される。給紙された転写紙は、その先端部をレジストローラ対119に銜えられる。レジストローラ対119は、像担持体111上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングをあわせて転写紙を転写部へ送りこむ。送りこまれた転写紙は、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ114の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙は定着装置116でトナー画像を定着されたのち、搬送路21を通り、排紙ローラ対122によりトレイ123上に排出される。トナー画像が転写されたのち、像担持体111の表面はクリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。   The cassette 118 storing the transfer paper is detachable from the main body of the image forming apparatus 100, and the uppermost sheet of the stored transfer paper is fed by the paper feeding roller 120 in the state of being mounted as shown in the figure. The transferred transfer paper is fed to the registration roller pair 119 at the leading end. The registration roller pair 119 feeds the transfer paper to the transfer unit at the same timing as the toner image on the image carrier 111 moves to the transfer position. The transferred transfer paper is superimposed on the toner image at the transfer portion, and the toner image is electrostatically transferred by the action of the transfer roller 114. The transfer paper on which the toner image is transferred is fixed on the toner image by the fixing device 116, passes through the conveyance path 21, and is discharged onto the tray 123 by the discharge roller pair 122. After the toner image is transferred, the surface of the image carrier 111 is cleaned by the cleaning device 115 to remove residual toner, paper dust, and the like.

本発明にかかる静電潜像の測定装置を用いて本発明にかかる測定方法を実施することにより、非常に望ましい潜像担持体を画像形成装置に用いることができる。これにより、解像力に優れて高精彩、かつ高耐久性で信頼性の高い画像形成装置を得ることができる。   By carrying out the measuring method according to the present invention using the electrostatic latent image measuring apparatus according to the present invention, a very desirable latent image carrier can be used in the image forming apparatus. Thereby, it is possible to obtain an image forming apparatus having excellent resolution, high definition, high durability, and high reliability.

本発明にかかる静電潜像の測定装置の第1実施例を示す光学配置図である。1 is an optical layout diagram illustrating a first embodiment of a measurement apparatus for an electrostatic latent image according to the present invention. 上記実施例の要部を拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the principal part of the said Example. 2次電子による電荷分布および電位分布検出の原理を示すモデル図である。It is a model figure which shows the principle of the charge distribution and potential distribution detection by a secondary electron. 上記実施例に用いられる半導体レーザーの駆動電流と光出力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the drive current and optical output of the semiconductor laser used for the said Example. 時間の経過に対する光源からの光ビームの照射光量の変化を示すもので、(a)は従来方式による場合、(b)は本発明の上記実施例による場合のグラフである。FIG. 4 shows changes in the amount of light emitted from a light source over time, (a) is a graph according to the conventional method, and (b) is a graph according to the above embodiment of the present invention. 上記実施例の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the said Example. 上記実施例の制御系統の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the said Example. 上記実施例による測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure by the said Example. 上記実施例に用いることができるメカニカルシャッタの例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the mechanical shutter which can be used for the said Example. 上記実施例に用いることができる光走査装置およびその光源部の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the optical scanning device which can be used for the said Example, and its light source part. 上記実施例において形成される潜像画像パターンの各種例を示すモデル図である。It is a model figure which shows the various examples of the latent image pattern formed in the said Example. 本発明に適用可能な測定方法の変形例を示すモデル図である。It is a model figure which shows the modification of the measuring method applicable to this invention. 上記変形例における入射電子と試料の関係を示すモデル図である。It is a model figure which shows the relationship between the incident electron and sample in the said modification. 潜像深さ計測結果の一例を示すグラフおよびモデル図である。It is the graph and model figure which show an example of a latent image depth measurement result. レーザーのスポット径と潜像の径との関係を示すグラフおよびモデル図である。It is the graph and model figure which show the relationship between the spot diameter of a laser, and the diameter of a latent image. 本発明にかかる静電潜像の測定装置の第2実施例を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows 2nd Example of the measuring apparatus of the electrostatic latent image concerning this invention. 上記第2実施例における露光光学系の詳細を示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the detail of the exposure optical system in the said 2nd Example. 感光体が帯電することによる走査領域の変化を示すモデル図およびグラフである。It is a model figure and graph which show change of a scanning field by charging a photo conductor. 上記第2実施例に用いることができる露光マスクパターンの各種例およびこのマスクパターンによって得られる潜像画像の例を示す正面図である。It is a front view which shows the various examples of the exposure mask pattern which can be used for the said 2nd Example, and the example of the latent image obtained by this mask pattern. 上記第2実施例による測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure by the said 2nd Example. 感光体における局所的倍率変動の例を示すモデル図およびグラフである。It is a model figure and graph which show an example of local magnification fluctuation in a photoconductor. 走査光学系による寸法計測用パターンおよびこのパターンを作成するためのLDの動作例を示す波形図およびモデル図である。FIG. 5 is a waveform diagram and a model diagram showing a pattern for dimension measurement by a scanning optical system and an operation example of an LD for creating this pattern. 上記第2実施例における座標補正用露光光学系の光学レイアウトを示す光学配置図である。It is an optical arrangement | positioning figure which shows the optical layout of the exposure optical system for coordinate correction | amendment in the said 2nd Example. 上記第2実施例に適用可能な寸法計測用潜像と潜像評価用の潜像を同時に形成する場合の潜像パターンの例を示すモデル図である。It is a model figure which shows the example of a latent image pattern in the case of forming simultaneously the latent image for dimension measurement applicable to the said 2nd Example, and the latent image for latent image evaluation. 本発明にかかる画像形成装置の実施例を概念的に示す正面図である。1 is a front view conceptually showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 電子ビーム照射部
11 電子銃
19 検出器
20 露光部
21 LD光源
30 感光体試料
35 光偏向器(ポリゴンミラー)
39 シャッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electron beam irradiation part 11 Electron gun 19 Detector 20 Exposure part 21 LD light source 30 Photoconductor sample 35 Optical deflector (polygon mirror)
39 Shutter

Claims (21)

試料に対して電子ビームを照射することで感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、静電潜像を形成させるための露光光学系と、試料面を電子ビームで走査する走査手段と、を有し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定装置において、
上記露光光学系の光源として半導体レーザーを用い、光源の光束が試料の電子ビーム走査領域外を照射する構成を有することを特徴とする静電潜像の測定装置。
Means for irradiating the sample with an electron beam to generate a charged charge on the photoreceptor sample, an exposure optical system for forming an electrostatic latent image, a scanning means for scanning the sample surface with the electron beam, In the electrostatic latent image measuring device for measuring the electrostatic latent image distribution on the sample surface by the detection signal obtained by this scanning,
An apparatus for measuring an electrostatic latent image, characterized in that a semiconductor laser is used as a light source of the exposure optical system, and a light beam of the light source irradiates outside an electron beam scanning region of a sample.
試料に対して電子ビームを照射することで感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、静電潜像を形成させるための露光光学系と、試料面を電子ビームで走査する走査手段と、を有し、この走査で得られる検出信号により、試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定装置において、
上記露光光学系の光源として半導体レーザーを用い、この半導体レーザーのバイアス電流によるオフセット発光を遮光するためのシャッタ手段を有することを特徴とする静電潜像の測定装置。
Means for irradiating the sample with an electron beam to generate a charged charge on the photoreceptor sample, an exposure optical system for forming an electrostatic latent image, a scanning means for scanning the sample surface with the electron beam, In the electrostatic latent image measuring device for measuring the electrostatic latent image distribution on the sample surface by the detection signal obtained by this scanning,
An apparatus for measuring an electrostatic latent image, comprising: a semiconductor laser as a light source of the exposure optical system, and shutter means for shielding offset light emission due to a bias current of the semiconductor laser.
走査光学系の同期信号に連動してシャッタを開放する手段を有することを特徴とする請求項1または2記載の静電潜像の測定装置。   3. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1, further comprising means for opening the shutter in conjunction with a synchronizing signal of the scanning optical system. 走査光学系の同期検知信号をトリガ信号として、シャッタを開放し、静電潜像形成後にシャッタを閉じる手段を有することを特徴とする請求項3記載の静電潜像の測定装置。   4. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 3, further comprising means for opening the shutter using the synchronization detection signal of the scanning optical system as a trigger signal and closing the shutter after forming the electrostatic latent image. トリガ信号を検知してからシャッタが開き始める時間をTd、シャッタが開き始めてからレーザー光の有効径相当が開くまでの時間をTrとしたときに、トリガ出力となる同期信号を受けてからTd+Trの時間だけ遅れて上記半導体レーザーを点灯させる手段を有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。   When Td is the time when the shutter starts to open after the trigger signal is detected, and Tr is the time from when the shutter starts to open until the equivalent of the effective diameter of the laser beam opens, Td + Tr 5. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1, further comprising means for turning on the semiconductor laser with a time delay. 走査光学系による1回の走査時間をTf、半導体レーザー消灯時のバイアス電流によるオフセット発光をPoff、半導体レーザー点灯時の光量をPonとしたときに、
Tr<Tf*Pon/Poff
の条件を満足することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。
When the scanning time of one time by the scanning optical system is Tf, the offset light emission due to the bias current when the semiconductor laser is turned off is Poff, and the light quantity when the semiconductor laser is turned on is Pon,
Tr <Tf * Pon / Poff
The electrostatic latent image measuring apparatus according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
シャッタ手段として、メカニカルシャッタを用いることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。   The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1, wherein a mechanical shutter is used as the shutter unit. 電磁場変動を抑制するためにシャッタ手段が真空チャンバ外に配置されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。   8. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1, wherein shutter means is disposed outside the vacuum chamber in order to suppress electromagnetic field fluctuations. 入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転するような領域が存在する条件下で測定する手段を有することを特徴とする請求項1から8記載の感光体静電潜像の測定装置。   9. The apparatus for measuring an electrostatic latent image on a photosensitive member according to claim 1, further comprising means for performing measurement under a condition in which a region in which a velocity vector in a sample vertical direction of incident charged particles is inverted exists. 試料に対して荷電粒子を照射することで試料上に帯電電荷を生成し、帯電電荷が生成されている試料上にレーザーダイオード光源による露光光学系を用いて静電潜像を形成し、試料面を電子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定することを特徴とする感光体静電潜像の測定方法において、
静電潜像を形成させる時間の前後で、光源が試料の観察領域に到達しないように遮光することで、半導体レーザーのバイアス電流によるオフセット発光を抑制することを特徴とする静電潜像の測定方法。
A charged charge is generated on the sample by irradiating the sample with charged particles, and an electrostatic latent image is formed on the sample on which the charged charge is generated using an exposure optical system using a laser diode light source. In the method for measuring the electrostatic latent image of the photosensitive member, the electrostatic latent image distribution on the sample surface is measured by a detection signal obtained by scanning with an electron beam.
Electrostatic latent image measurement characterized by suppressing offset light emission due to the bias current of the semiconductor laser by shielding light so that the light source does not reach the observation area of the sample before and after the time to form the electrostatic latent image Method.
請求項1から9のいずれかに記載されている測定装置または測定方法を用いて計測した潜像担持体の感光面に対して光走査を行うことにより潜像を形成し、現像して可視化することを特徴とする画像形成装置であって、
書き込み光源波長が780nm以下であり、前記感光体面での副走査方向のビームスポット径が60μm以下であり、感光体面での副走査方向のビームスポット径をAとし、形成される副走査方向の潜像径をBとしたときに、1.0<B/A<2.0を満足することを特徴とする画像形成装置。
A latent image is formed by performing optical scanning on the photosensitive surface of the latent image carrier measured using the measuring apparatus or measuring method according to claim 1, developed, and visualized. An image forming apparatus characterized in that
The writing light source wavelength is 780 nm or less, the beam spot diameter in the sub-scanning direction on the surface of the photoconductor is 60 μm or less, the beam spot diameter in the sub-scanning direction on the photoconductor surface is A, and the latent image in the sub-scanning direction is formed. An image forming apparatus characterized by satisfying 1.0 <B / A <2.0 when an image diameter is B.
試料に対して電子ビームを照射することで感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、静電潜像を形成させるための露光光学系と、試料面を電子ビームで走査し、この走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定装置において、
波長400〜800nmの光を照射することで感光体試料面上の寸法が既知の潜像パターンを形成する手段と、
静電潜像として得られる潜像画像を取り込む手段と、
試料の座標を計測する手段と、を有することを特徴とする静電潜像の測定装置。
By means of irradiating the sample with an electron beam, a means for generating a charged charge on the photosensitive member sample, an exposure optical system for forming an electrostatic latent image, and the sample surface are scanned with the electron beam. In the electrostatic latent image measuring device that measures the electrostatic latent image distribution on the sample surface by the detection signal obtained,
Means for forming a latent image pattern having a known dimension on the surface of the photoreceptor sample by irradiating light having a wavelength of 400 to 800 nm;
Means for capturing a latent image obtained as an electrostatic latent image;
An electrostatic latent image measuring device comprising: means for measuring the coordinates of the sample.
寸法が既知の潜像パターンを形成する手段として、寸法が既知のマスクパターンを投影露光する手段を有することを特徴とする請求項12記載の静電潜像の測定装置。   13. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 12, further comprising means for projecting and exposing a mask pattern having a known dimension as means for forming a latent image pattern having a known dimension. 試料面上の間隔が既知である潜像パターンを2個以上形成し、取り込み画像データから平均倍率を計測することを特徴とする請求項12記載の静電潜像の測定装置。   13. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 12, wherein two or more latent image patterns having a known interval on the sample surface are formed, and the average magnification is measured from the captured image data. 試料面上のピッチが既知である潜像パターンを一列に3個以上形成し、取り込み画像データから、局所的倍率変動を計測することを特徴とする請求項14記載の静電潜像の測定装置。   15. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 14, wherein three or more latent image patterns having a known pitch on the sample surface are formed in a line, and the local magnification fluctuation is measured from the captured image data. . 光源からの光束を、偏向反射面を持つ光偏向器により等角速度的に偏向させ、偏向光束を走査結像光学系により被走査面上に光スポットとして集光して、感光体試料面に対して等速的な光走査を行なう光走査装置を用いて、間隔が既知の潜像パターンを形成し、静電潜像として得られる潜像画像を取り込んだデータから、試料の座標を計測することを特徴とする請求項12記載の静電潜像の測定装置。   The light beam from the light source is deflected at an equal angular velocity by an optical deflector having a deflecting reflection surface, and the deflected light beam is condensed as a light spot on the surface to be scanned by the scanning imaging optical system, and is applied to the surface of the photosensitive member sample. A latent image pattern with a known interval is formed using an optical scanning device that performs constant-speed optical scanning, and the coordinates of the sample are measured from data obtained by capturing the latent image obtained as an electrostatic latent image. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 12. 照射する露光エネルギ密度が0.5〜10mJ/m2、かつ、1つの潜像のサイズが100um以下であることを特徴とする請求項1記載の静電潜像の測定装置。   2. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1, wherein an exposure energy density to be irradiated is 0.5 to 10 mJ / m 2 and a size of one latent image is 100 μm or less. 入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが反転するような領域が存在する条件下で測定する手段を有することを特徴とする請求項12から17のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。   The measurement of an electrostatic latent image according to any one of claims 12 to 17, further comprising means for measuring under a condition in which a region where the velocity vector of the incident charged particle in the sample vertical direction is reversed exists. apparatus. 試料に対して電子ビームを照射することで感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、静電潜像を形成させるための露光光学系と、試料面を電子ビームで走査しこの走査で得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定する静電潜像の測定方法において、
感光体試料面上で、波長400〜800nmの光を照射することで寸法が既知の潜像パターンを形成し、
静電潜像として得られる潜像画像を取り込んだデータから、試料の座標を計測することを特徴とする静電潜像の測定方法。
A means for generating a charged charge on a photoconductor sample by irradiating the sample with an electron beam, an exposure optical system for forming an electrostatic latent image, and scanning the sample surface with an electron beam are obtained by this scanning. In the method of measuring an electrostatic latent image, wherein the electrostatic latent image distribution on the sample surface is measured by a detection signal obtained,
A latent image pattern having a known size is formed by irradiating light with a wavelength of 400 to 800 nm on the surface of the photoreceptor sample.
A method for measuring an electrostatic latent image, comprising: measuring coordinates of a sample from data obtained by capturing a latent image obtained as an electrostatic latent image.
半導体レーザーのパターン点灯に連動してシャッタを開放する手段を有することを特徴とする請求項12から19のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。   20. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 12, further comprising means for opening the shutter in conjunction with pattern lighting of the semiconductor laser. 請求項12から20のいずれかに記載の測定装置および測定方法を用いて計測した潜像担持体の感光面に対して光走査を行うことにより潜像を形成し、現像して可視化する画像形成装置であって、
書き込み光源波長が780nm以下であり、前記感光体面での副走査方向のビームスポット径が60μm以下であり、感光体面での副走査方向のビームスポット径をAとし、形成される副走査方向の潜像径をBとしたときに、1.0<B/A<2.0を満足することを特徴とする画像形成装置
21. Image formation in which a latent image is formed by performing optical scanning on a photosensitive surface of a latent image carrier measured using the measuring apparatus and measuring method according to claim 12, and is developed and visualized. A device,
The writing light source wavelength is 780 nm or less, the beam spot diameter in the sub-scanning direction on the surface of the photoconductor is 60 μm or less, the beam spot diameter in the sub-scanning direction on the photoconductor surface is A, and the latent image in the sub-scanning direction is formed. An image forming apparatus satisfying 1.0 <B / A <2.0, where B is an image diameter
JP2008064114A 2008-02-28 2008-03-13 Electrostatic latent image measuring apparatus, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus Active JP5081024B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008064114A JP5081024B2 (en) 2008-03-13 2008-03-13 Electrostatic latent image measuring apparatus, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus
US12/390,243 US8143603B2 (en) 2008-02-28 2009-02-20 Electrostatic latent image measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008064114A JP5081024B2 (en) 2008-03-13 2008-03-13 Electrostatic latent image measuring apparatus, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012104473A Division JP5081328B2 (en) 2012-05-01 2012-05-01 Electrostatic latent image measuring apparatus, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009222754A true JP2009222754A (en) 2009-10-01
JP5081024B2 JP5081024B2 (en) 2012-11-21

Family

ID=41239655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008064114A Active JP5081024B2 (en) 2008-02-28 2008-03-13 Electrostatic latent image measuring apparatus, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5081024B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011186371A (en) * 2010-03-11 2011-09-22 Ricoh Co Ltd Method and device for measurement of electrostatic latent image, and image forming apparatus
JP2012230787A (en) * 2011-04-25 2012-11-22 Ricoh Co Ltd Method and apparatus for measuring surface charge distribution
US9235154B2 (en) 2013-08-08 2016-01-12 Ricoh Company, Limited Image forming method of exposing the surface of an image carrier with light and image forming apparatus
US9400443B2 (en) 2013-12-25 2016-07-26 Ricoh Company, Ltd. Image forming method and image forming apparatus for forming an electrostatic latent image corresponding to an image pattern including an image portion and a non-image portion
US9517636B2 (en) 2014-05-13 2016-12-13 Ricoh Company, Ltd. Image forming method, image forming apparatus, and print material production method to form an electrostatic latent image by selective light power exposure
US9778592B2 (en) 2015-05-12 2017-10-03 Ricoh Company, Ltd. Image forming method and image forming apparatus including a high power exposure pixel group

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62269177A (en) * 1986-05-16 1987-11-21 Matsushita Graphic Commun Syst Inc Laser image recorder
JPH04159510A (en) * 1990-10-24 1992-06-02 Hamamatsu Photonics Kk Laser scanning type observing device
JP2000043314A (en) * 1998-05-28 2000-02-15 Konica Corp Image-recording device and beam strength correction method thereof
JP2000347306A (en) * 1999-06-02 2000-12-15 Konica Corp Image recorder
JP2003194776A (en) * 2001-12-25 2003-07-09 Kawaguchi Denki Seisakusho:Kk Electrification measurement system
JP2004233261A (en) * 2003-01-31 2004-08-19 Ricoh Co Ltd Electrostatic latent image observation method and system
JP2004341153A (en) * 2003-05-15 2004-12-02 Ricoh Co Ltd Evaluation chart, method of evaluating light emitting element, and image forming device
JP2006064520A (en) * 2004-08-26 2006-03-09 Ricoh Co Ltd Electrostatic latent image measuring device, and evaluation method and device of latent image carrier
JP2006292671A (en) * 2005-04-14 2006-10-26 Ricoh Co Ltd Method of measuring surface potential distribution, and for measuring device surface potential distribution
JP2006344436A (en) * 2005-06-08 2006-12-21 Ricoh Co Ltd Surface potential distribution measuring method and surface potential distribution measuring device
JP2007093594A (en) * 2005-08-30 2007-04-12 Ricoh Co Ltd Surface potential distribution measuring device, latent image carrier, and image forming device
JP2008047393A (en) * 2006-08-14 2008-02-28 Ricoh Co Ltd Electrostatic latent image measuring method, electrostatic latent image measuring device, image forming device, program, and recording medium

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62269177A (en) * 1986-05-16 1987-11-21 Matsushita Graphic Commun Syst Inc Laser image recorder
JPH04159510A (en) * 1990-10-24 1992-06-02 Hamamatsu Photonics Kk Laser scanning type observing device
JP2000043314A (en) * 1998-05-28 2000-02-15 Konica Corp Image-recording device and beam strength correction method thereof
JP2000347306A (en) * 1999-06-02 2000-12-15 Konica Corp Image recorder
JP2003194776A (en) * 2001-12-25 2003-07-09 Kawaguchi Denki Seisakusho:Kk Electrification measurement system
JP2004233261A (en) * 2003-01-31 2004-08-19 Ricoh Co Ltd Electrostatic latent image observation method and system
JP2004341153A (en) * 2003-05-15 2004-12-02 Ricoh Co Ltd Evaluation chart, method of evaluating light emitting element, and image forming device
JP2006064520A (en) * 2004-08-26 2006-03-09 Ricoh Co Ltd Electrostatic latent image measuring device, and evaluation method and device of latent image carrier
JP2006292671A (en) * 2005-04-14 2006-10-26 Ricoh Co Ltd Method of measuring surface potential distribution, and for measuring device surface potential distribution
JP2006344436A (en) * 2005-06-08 2006-12-21 Ricoh Co Ltd Surface potential distribution measuring method and surface potential distribution measuring device
JP2007093594A (en) * 2005-08-30 2007-04-12 Ricoh Co Ltd Surface potential distribution measuring device, latent image carrier, and image forming device
JP2008047393A (en) * 2006-08-14 2008-02-28 Ricoh Co Ltd Electrostatic latent image measuring method, electrostatic latent image measuring device, image forming device, program, and recording medium

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011186371A (en) * 2010-03-11 2011-09-22 Ricoh Co Ltd Method and device for measurement of electrostatic latent image, and image forming apparatus
JP2012230787A (en) * 2011-04-25 2012-11-22 Ricoh Co Ltd Method and apparatus for measuring surface charge distribution
US9235154B2 (en) 2013-08-08 2016-01-12 Ricoh Company, Limited Image forming method of exposing the surface of an image carrier with light and image forming apparatus
US9400443B2 (en) 2013-12-25 2016-07-26 Ricoh Company, Ltd. Image forming method and image forming apparatus for forming an electrostatic latent image corresponding to an image pattern including an image portion and a non-image portion
US9517636B2 (en) 2014-05-13 2016-12-13 Ricoh Company, Ltd. Image forming method, image forming apparatus, and print material production method to form an electrostatic latent image by selective light power exposure
US9778592B2 (en) 2015-05-12 2017-10-03 Ricoh Company, Ltd. Image forming method and image forming apparatus including a high power exposure pixel group

Also Published As

Publication number Publication date
JP5081024B2 (en) 2012-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5262322B2 (en) Electrostatic latent image evaluation apparatus, electrostatic latent image evaluation method, electrophotographic photosensitive member, and image forming apparatus
US7612570B2 (en) Surface-potential distribution measuring apparatus, image carrier, and image forming apparatus
JP5086671B2 (en) Electrostatic latent image evaluation method / electrostatic latent image evaluation apparatus
US9069023B2 (en) Latent-image measuring device and latent-image carrier
JP5081024B2 (en) Electrostatic latent image measuring apparatus, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus
JP6332623B2 (en) Image forming apparatus and image forming method
JP5176328B2 (en) Electrostatic characteristic measuring method and electrostatic characteristic measuring apparatus
JP2004251800A (en) Method and instrument for measuring surface charge distribution
JP2008076100A (en) Measuring method of surface charge distribution or surface potential distribution, measuring device, and image forming device
JP5091081B2 (en) Method and apparatus for measuring surface charge distribution
JP5625289B2 (en) Electrostatic latent image measuring apparatus, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus
JP5454025B2 (en) Apparatus for measuring electrostatic latent image on photoconductor
JP5081328B2 (en) Electrostatic latent image measuring apparatus, electrostatic latent image measuring method, and image forming apparatus
JP5374816B2 (en) Electrostatic latent image measuring device, latent image carrier, and image forming apparatus
JP5072081B2 (en) Photoconductor electrostatic latent image measuring device, image forming apparatus, and photoconductor electrostatic latent image measuring method
JP5454099B2 (en) Evaluation method of electrostatic latent image
JP5742101B2 (en) Method and apparatus for measuring electrostatic latent image
JP6031959B2 (en) Electrostatic latent image evaluation method, electrostatic latent image evaluation apparatus, and image forming apparatus
JP5673866B2 (en) Evaluation method of electrostatic latent image
JP5369369B2 (en) Surface potential distribution measuring method, surface potential measuring device, photoconductor electrostatic latent image measuring device, latent image carrier, and image forming apparatus
SUHARA High-resolution measurement of electrostatic latent image formed on photoconductor using electron beam probe
JP2008026496A (en) Apparatus for measuring electrostatic latent image, method for measuring electrostatic latent image, program, and apparatus for measuring latent image diameter
JP5609579B2 (en) Surface charge distribution measuring method and surface charge distribution measuring apparatus
JP5299085B2 (en) Latent image forming method, latent image forming apparatus, image forming apparatus, and electrostatic latent image measuring apparatus
JP2008058247A (en) Method and device for measuring surface potential distribution, and image forming device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100901

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120228

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120229

RD13 Notification of appointment of power of sub attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433

Effective date: 20120418

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120426

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120418

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120821

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120831

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150907

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5081024

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150