JP2011053192A - Device and method for measuring electrostatic latent image, and image forming apparatus - Google Patents

Device and method for measuring electrostatic latent image, and image forming apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for measuring an electrostatic latent image, capable of measuring charge distribution or potential distribution occurring on the surface of a photoreceptor at high resolution of micron order, and to provide an image forming device using a measured photoreceptor. <P>SOLUTION: A photoreceptor sample 20 is irradiated with an electron beam so as to be charged; an electrostatic latent image is formed by an exposure section 6; an emission electron from the photoreceptor sample 20 is detected by scanning by the electron beam; and the electrostatic latent image distribution of the photoreceptor sample surface is measured, based on the detection signal. The exposure section 6 includes an LD light source 61, a light deflector 65, a synchronous signal-generating means for generating a synchronization signal at an end of a scanning range of the laser beam, and a write-in timing signal generating means for generating an emission timing control signal, when the laser beam scans the photoreceptor sample surface based on the synchronization signal. The distribution of the electrostatic latent image is measured at a predetermined timing, after the end of the exposure by the exposure section 6. <P>COPYRIGHT: (C)2011,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、特に、光源として半導体レーザーを用いたものにおいて、消灯時のバイアス電流による発光の悪影響を回避することにより、高精度・高品質の静電潜像を形成することができるようにしたものである。   The present invention relates to an electrostatic latent image measuring device, an electrostatic latent image measuring method, and an image forming apparatus. In particular, in an apparatus using a semiconductor laser as a light source, an adverse effect of light emission due to a bias current when the light is turned off is avoided. By doing so, an electrostatic latent image with high accuracy and high quality can be formed.

電子写真プロセスを実行することにより画像を形成する画像形成装置は感光体を備えていて、この感光体に対し、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの各プロセスを実行するためのユニットを有してなる。上記感光体には、帯電プロセスと露光プロセスが実行されることにより静電潜像が形成されるが、この静電潜像の精度ないしは品質が、形成される画像の精度ないしは品質を決める。感光体に形成される静電潜像の精度ないしは品質の決め手は、静電潜像が形成されている状態での表面電位であり、この表面電位を計測することによって感光体の性能ないしは品質が評価される。   An image forming apparatus that forms an image by executing an electrophotographic process includes a photoconductor, and a unit for executing each process of charging, exposure, development, transfer, fixing, and cleaning is provided on the photoconductor. Have. An electrostatic latent image is formed on the photosensitive member by performing a charging process and an exposure process. The accuracy or quality of the electrostatic latent image determines the accuracy or quality of the formed image. The decisive factor of the accuracy or quality of the electrostatic latent image formed on the photoconductor is the surface potential when the electrostatic latent image is formed, and the performance or quality of the photoconductor is measured by measuring this surface potential. Be evaluated.

従来、試料の表面電位を計測する方法として、電位分布を有する試料にセンサヘッドを近づけ、そのときの相互作用として起こる静電引力や誘導電流を計測して、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。   Conventionally, as a method for measuring the surface potential of a sample, there is a method in which a sensor head is brought close to a sample having a potential distribution, and electrostatic attraction or induced current that occurs as an interaction at that time is measured and converted into a potential distribution. In this method, the resolution is as low as several millimeters in principle, and a resolution of 1 micron cannot be obtained.

電子ビームによる静電潜像の観察方法として、特許文献1記載の発明などがあるが、試料としては、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、画像形成装置などに通常使用されている暗減衰を生じる感光体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、画像形成装置に用いられている像担持体としての感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持できず、暗減衰が生じて時間とともに表面電位が低下する。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 a method for observing an electrostatic latent image using an electron beam, there is an invention described in Patent Document 1, but the sample is limited to an LSI chip or a sample that can store and hold an electrostatic latent image. That is, it is not possible to measure a photoreceptor that causes dark decay that is normally used in an image forming apparatus or the like. 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 as an image carrier used in an image forming apparatus, 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に記載されている装置においては、本発明が対象とする感光体試料と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 apparatus described in Patent Document 2, the wavelength used is completely different from that of the photoreceptor sample targeted by the present invention, and an arbitrary line pattern and a latent image of a desired beam diameter and beam profile are displayed. It is impossible to form and the object of the present invention cannot be achieved.

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ことができる方式を考案した(特許文献3、特許文献4、特許文献5参照)。   Therefore, we have devised a method capable of measuring an electrostatic latent image even with a photoconductor sample having dark decay (see Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5).

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、弱い部分は明るくなって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、感光体を露光した場合には、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 strength 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 the photosensitive member is 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を用い、レーザー光の点灯及び消灯で、静電潜像を形成する方法がある。   By the way, as an exposure light source for forming an electrostatic latent image, there is a method of forming an electrostatic latent image by using a semiconductor laser whose wavelength is in a visible light region to an infrared light region and turning on and off the laser light.

実際の書込みプロセスを再現するために、光束が感光体試料面上を走査しているタイミングで点灯および消灯して所望パターンの静電潜像を形成する。そのためには、走査の開始位置を検知する必要がある。そして、感光体試料の所望の位置に潜像を形成するために、決められた位置で光を点灯する必要がある。また、光源として用いられ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(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。   In order to reproduce the actual writing process, an electrostatic latent image having a desired pattern is formed by turning on and off at the timing when the light beam scans on the surface of the photoreceptor sample. For this purpose, it is necessary to detect the start position of scanning. Then, in order to form a latent image at a desired position on the photoconductor sample, it is necessary to turn on light at a predetermined position. In addition, the semiconductor laser used as a light source oscillates by giving a drive current above the reference. However, in order to improve the optical response, a constant drive current (bias current) below the reference is also applied at the timing of turning off the light. Always supply. 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 turned off.

このときすなわちバイアス電流が流れているときの光量は微弱であるため、照射時間が短い場合には静電潜像に影響はない。しかしながら、光量が微弱でも、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くなる。
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による発光が試料に照射される時間を極力抑える必要がある。
At this time, that is, when the bias current is flowing, the amount of light is very weak. Therefore, if the irradiation time is short, the electrostatic latent image is not affected. However, even if the amount of light is weak, the integrated amount of light 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.
Therefore, in order to form a desired electrostatic latent image using a semiconductor laser, it is necessary to minimize the time during which the sample is irradiated with light emitted from the bias current when the light is extinguished.

本発明は、従来技術ではきわめて困難であった、誘電体からなる感光体の表面に生じている電荷分布あるいは電位分布を、ミクロンオーダーの高分解能で計測することが可能な静電潜像の測定装置および測定方法を提供することを目的とし、特に、走査光学系からなる露光部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測定方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、上記装置を用いて上記測定方法で測定された感光体を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
The present invention is a measurement of an electrostatic latent image that can measure the charge distribution or potential distribution generated on the surface of a photosensitive member made of a dielectric material with 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 a measuring method, and in particular, to provide an apparatus and a measuring method for measuring an electrostatic latent image on a photoconductor exposed by an exposure unit including a scanning optical system.
Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus provided with a photoconductor measured by the above measuring method using the above apparatus.

なお、ここで述べる表面電荷について定義しておく。電荷は、厳密には、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、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ものとする。また、電荷は、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て、それにより、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。
The surface charge described here is defined. Strictly speaking, it is well known that the electric charges are spatially scattered in the sample. For this reason, the surface charge refers to a state in which the charge distribution state is largely distributed in the in-plane direction compared to the thickness direction. Further, the 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 voltage is applied to the conductive portion, thereby causing a potential distribution on the surface of the sample or in the vicinity thereof.

本発明は、感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させる電子ビーム照射装置と、帯電した上記感光体試料面に静電潜像を形成するための露光部と、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出する検出器と、を備え、上記検出器によって得られる検出信号により上記感光体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、上記露光部は、半導体レーザーからなる光源と、上記感光体試料面を上記光源からのレーザー光で走査させる光偏向器と、上記レーザー光の走査範囲の端部で上記レーザー光を検出して同期信号を生成する同期信号生成手段と、上記同期信号に基づき上記レーザー光が上記感光体試料面を走査するときの発光タイミングを制御するための書込みタイミング信号を生成する書込みタイミング信号生成手段と、を備え、上記露光部による露光の終了から所定のタイミングで上記静電潜像の分布を測定することを最も主要な特徴とする。   The present invention relates to an electron beam irradiation apparatus for generating a charged charge on a photosensitive member sample by irradiating the photosensitive member sample with an electron beam, an exposure unit for forming an electrostatic latent image on the charged photosensitive member sample surface, A detector for detecting electrons emitted from the photosensitive member sample by scanning the photosensitive member sample surface with an electron beam, and an electrostatic latent image on the photosensitive member sample surface by a detection signal obtained by the detector. In the apparatus for measuring an electrostatic latent image for measuring an image distribution, the exposure unit includes a light source composed of a semiconductor laser, an optical deflector that scans the surface of the photosensitive member sample with the laser light from the light source, and the laser light. Synchronization signal generating means for detecting the laser beam at the end of the scanning range to generate a synchronization signal, and controlling the emission timing when the laser beam scans the photoconductor sample surface based on the synchronization signal Comprising a write timing signal generating means for generating an order of the write timing signal, and the most important features to measure the distribution of the electrostatic latent image at a predetermined timing from the end of exposure by the exposure unit.

本発明はまた、前記露光部の光源として複数の発光部を持つ半導体レーザーを用い、同期信号生成手段からの同期信号によって発光する発光部と、書込みタイミング信号生成手段からの書込みタイミング信号で発光する発光部とが異なっている構成としてもよい。
本発明はまた、前記同期タイミング信号生成手段からの書込みタイミング信号で発光する発光部は、複数の発光部である構成としてもよい。
本発明はまた、前記露光部の光源は半導体レーザーであり、基準クロックと同期信号から画素クロックを生成する画素クロック生成手段と、画素情報から画素パターンを生成する画素パターン生成手段とを有する構成としてもよい。
The present invention also uses a semiconductor laser having a plurality of light emitting portions as a light source of the exposure portion, and emits light by a light emitting portion that emits light by a synchronizing signal from the synchronizing signal generating means and a writing timing signal from the writing timing signal generating means It is good also as a structure from which a light emission part differs.
In the present invention, the light emitting unit that emits light in response to the write timing signal from the synchronization timing signal generating unit may be a plurality of light emitting units.
In the present invention, the light source of the exposure unit is a semiconductor laser, and includes a pixel clock generation unit that generates a pixel clock from a reference clock and a synchronization signal, and a pixel pattern generation unit that generates a pixel pattern from pixel information. Also good.

本発明はまた、測定時以外は感光体試料面への光の入射を遮蔽するシャッタと、露光タイミングと連動して上記シャッタの開閉を制御するシャッタ制御手段を有する構成としてもよい。
前記シャッタ制御手段は、走査光学系の同期信号をトリガ信号としてシャッタを開放し、静電潜像形成後にデータ有効期間信号に連動してシャッタを閉じる手段を有する構成としてもよい。
シャッタ手段はメカニカルシャッタであってもよい。
本発明はまた、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領域が存在する条件下で測定するように構成してもよい。
The present invention may also be configured to include a shutter that shields light from entering the photoconductor sample surface except during measurement, and a shutter control unit that controls opening and closing of the shutter in conjunction with exposure timing.
The shutter control unit may include a unit that opens the shutter using a synchronization signal of the scanning optical system as a trigger signal and closes the shutter in conjunction with the data valid period signal after forming the electrostatic latent image.
The shutter means may be a mechanical shutter.
The present invention may also be configured to measure under conditions where there is a region where the velocity vector in the sample vertical direction of incident charged particles is inverted.

本発明はまた、感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させ、帯電した上記感光体試料面を露光することにより静電潜像を形成し、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出し、この検出信号により上記感光体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、上記露光は、露光部において半導体レーザーからなる光源のレーザー光を上記感光体試料面で走査させることによって行い、上記レーザー光の走査範囲の端部で同期信号生成手段により上記レーザー光を検出して同期信号を生成し、上記同期信号に基づき上記レーザー光が上記感光体試料面を走査するときの発光タイミングを制御するための書込みタイミング信号を生成し、露光の終了から所定のタイミングで上記静電潜像の分布を測定することを特徴とする。   The present invention also irradiates a photoconductor sample with an electron beam to generate a charged charge on the photoconductor sample, exposes the charged photoconductor sample surface to form an electrostatic latent image, and the photoconductor sample surface In the method for measuring an electrostatic latent image, the electron beam emitted from the photosensitive member sample is detected by scanning the electron beam, and the electrostatic latent image distribution on the surface of the photosensitive member sample is measured by the detection signal. Is performed by scanning a laser beam of a light source composed of a semiconductor laser on the surface of the photoconductor sample in the exposure unit, and detecting the laser beam by a synchronization signal generating means at the end of the scanning range of the laser beam. And generating a write timing signal for controlling the light emission timing when the laser beam scans the surface of the photoconductor sample based on the synchronization signal, and whether the exposure is completed. At a predetermined timing and measuring the distribution of the electrostatic latent image.

本発明はまた、感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させ、帯電した上記感光体試料面を露光することにより静電潜像を形成し、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出し、この検出信号により上記感光体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、上記露光は、露光部において半導体レーザーからなる光源のレーザー光を上記感光体試料面で走査させることによって行い、静電潜像を形成する時間の前後で、光源からのレーザー光が感光体試料の観察領域に到達しないように遮蔽することで、上記半導体レーザーのバイアス電流によるオフセット発光の影響を抑制することを特徴とする。   The present invention also irradiates a photoconductor sample with an electron beam to generate a charged charge on the photoconductor sample, exposes the charged photoconductor sample surface to form an electrostatic latent image, and the photoconductor sample surface In the method for measuring an electrostatic latent image, the electron beam emitted from the photosensitive member sample is detected by scanning the electron beam, and the electrostatic latent image distribution on the surface of the photosensitive member sample is measured by the detection signal. Is performed by scanning the surface of the photoconductor sample with laser light from a light source composed of a semiconductor laser in the exposure unit, and before and after the time for forming the electrostatic latent image, the laser light from the light source is observed in the observation area of the photoconductor sample. It is characterized in that the influence of offset light emission due to the bias current of the semiconductor laser is suppressed by shielding so as not to reach.

本発明に係る画像形成装置は、感光体の面に電子写真プロセスを実行することにより画像を形成する画像形成装置であって、上記感光体は、請求項1乃至9のいずれかに記載の静電潜像の測定装置によって測定された感光体であることを特徴とする。   An image forming apparatus according to the present invention is an image forming apparatus for forming an image by performing an electrophotographic process on a surface of a photoconductor, wherein the photoconductor is a static image according to any one of claims 1 to 9. It is a photosensitive member measured by a measuring device for an electrostatic latent image.

上記画像形成装置において、書込み光源から射出されるレーザー光の波長が780nm以下であり、かつ、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とすると、
1.0<B/A<2.0
を満足する構成にするとよい。
In the image forming apparatus, the wavelength of the laser light emitted from the writing light source is 780 nm or less, the beam spot diameter in the sub-scanning direction on the photosensitive member surface is 60 μm or less, and the beam in the sub-scanning direction on the photosensitive member surface. If the spot diameter is A and the formed latent image diameter in the sub-scanning direction is B,
1.0 <B / A <2.0
It is recommended that the configuration satisfies the above.

本発明に係る静電潜像の測定装置によれば、露光部の光源として半導体レーザーを用い、同期信号生成手段と、光束が試料面を走査するときの発光タイミングを制御する書込みタイミング信号生成手段とを有することにより、同期発光による発熱が書込み発光に与える影響を小さくできるので、光パワーの揃った書込みを行うことができ、精度の高い測定を行うことができる。   According to the apparatus for measuring an electrostatic latent image according to the present invention, a semiconductor laser is used as a light source of the exposure unit, a synchronization signal generating means, and a write timing signal generating means for controlling the light emission timing when the light beam scans the sample surface. Since the influence of the heat generated by the synchronous light emission on the write light emission can be reduced, writing with uniform optical power can be performed, and highly accurate measurement can be performed.

露光部の光源として複数の発光部を持つ半導体レーザーを用い、同期タイミング信号生成手段で発光させる発光部と、書込みタイミング信号生成手段で発光させる発光部とを、互いに異なる発光部としたものによれば、同期用発光の書込み用発光による影響を低減して、精度の高い測定を行うことができる。   A semiconductor laser having a plurality of light emitting parts is used as the light source of the exposure part, and the light emitting part that emits light by the synchronization timing signal generating means and the light emitting part that emits light by the write timing signal generating means are different from each other. For example, the influence of the synchronization light emission due to the write light emission can be reduced, and highly accurate measurement can be performed.

複数の発光部を発光させて同期信号を得るものによれば、発光パワーの小さい発光部を持つ光源においても、位置精度の良い静電潜像を形成させることができ、高分解能で測定することが可能となる。   According to what obtains a synchronizing signal by emitting light from a plurality of light emitting parts, it is possible to form an electrostatic latent image with high positional accuracy even with a light source having a light emitting part with low light emission power, and to measure with high resolution. Is possible.

露光部の光源として半導体レーザーを用い、基準クロックと同期信号から画素クロックを生成する画素クロック生成手段と、画素情報から画素パターンを生成する画素パターン生成手段とを有するものによれば、鮮明な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で測定することが可能となる。   According to the invention, a semiconductor laser is used as the light source of the exposure unit and includes a pixel clock generation unit that generates a pixel clock from a reference clock and a synchronization signal, and a pixel pattern generation unit that generates a pixel pattern from pixel information. An electrostatic latent image can be formed, and as a result, the electrostatic latent image can be measured with high resolution on the order of microns.

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、ノイズの少ない鮮明な静電潜像を形成することができ、その結果、静電線像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。   Since the shutter is opened 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. A few clear electrostatic latent images can be formed. As a result, it is possible to measure an electrostatic ray image with a high resolution on the order of microns.

前記シャッタ制御手段が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、ノイズの少ない鮮明な静電潜像を形成することができ、その結果、静電線像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。   When the shutter control means has 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, the shutter opening time can be minimized. Therefore, a clear electrostatic latent image with less noise can be formed, and as a result, the electrostatic ray image can be measured with a high resolution on the order of microns.

シャッタ手段として、メカニカルシャッタを用いたものによれば、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、精度の高い静電潜像を形成することができ、その結果、静電線像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。   According to the one using a mechanical shutter as the shutter means, the offset emission can be shielded at high speed without deteriorating the transmission wavefront of the laser light, and a highly accurate electrostatic latent image can be formed. As a result, an electrostatic ray image can be measured with high resolution on the order of microns.

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ものによれば、電位深さを定量的に計測することができ、電位分布を高精度に測定することが可能となる。   According to one having a means for measuring under conditions where there is a region where the velocity vector of the incident charged particles in the vertical direction of the sample is reversed, the potential depth can be measured quantitatively and the potential distribution can be increased. It becomes possible to measure with high accuracy.

露光部の光源として半導体レーザーを用い、そのバイアス電流によるオフセット発光等を遮蔽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、静電線像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。   According to the semiconductor laser used as the light source of the exposure unit and having the shutter means for shielding the offset emission due to the bias current, a desired electrostatic latent image can be formed. An image can be measured with a high resolution on the order of microns.

本発明に係る画像形成装置によれば、前記測定装置を用いて感光体に形成される静電潜像を評価し、これを設計にフィードバックすることができる。したがって、画像を形成するための各プロセスの質が向上し、高品質の画画像を得ることができるとともに、耐久が高く、安定性が高く、省エネルギー化に優れた潜像担持体及びこれを用いた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おいても、上記の効果を得ることができるため、マルチビーム走査光学系を搭載した画像形成装置に適している。
According to the image forming apparatus of the present invention, it is possible to evaluate the electrostatic latent image formed on the photoconductor using the measuring device and feed it back to the design. Therefore, the quality of each process for forming an image is improved, a high-quality image can be obtained, and a latent image carrier having high durability, high stability, and excellent energy saving is used. The image forming apparatus can be provided.
In particular, an image forming apparatus equipped with a multi-beam scanning optical system such as a VCSEL that tends to cause uneven image density can obtain the above-described effect, and is therefore suitable for an image forming apparatus equipped with a multi-beam scanning optical system. .

本発明に係る静電潜像の測定装置の実施例を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the Example of the measuring apparatus of the electrostatic latent image which concerns on this invention. 上記実施例の真空チャンバおよび露光部の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the vacuum chamber and exposure part of the said Example. 荷電粒子捕獲器と試料との間の空間における電位分布を示すもので、(a)は等高線表示による説明図、(b)は上記等高線中のポテンシャルの穴を示す模式図である。The potential distribution in the space between a charged particle trap and a sample is shown, (a) is explanatory drawing by a contour line display, (b) is a schematic diagram which shows the hole of the potential in the said contour line. 本発明に露光部として適用可能な光走査装置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 applicable as an exposure part to this invention. 上記露光部の光源として適用可能な垂直共振器型面発光半導体レーザーの2次元アレイの例を示す配列図である。It is an array diagram showing an example of a two-dimensional array of vertical cavity surface emitting semiconductor lasers applicable as a light source of the exposure unit. 上記半導体レーザーの2次元アレイをなす各発光点の特定例を示す配列図である。It is an arrangement | sequence diagram which shows the specific example of each light emission point which makes the two-dimensional array of the said semiconductor laser. 光源の発光部が同期ビームを発光させるための発光部と書込み用ビームを発光させるための発光部に分けられている例を示す配列図である。It is an arrangement | sequence diagram which shows the example divided into the light emission part for making the light emission part of a light source emit a synchronous beam, and the light emission part for light-emitting a writing beam. 上記露光部の光源駆動回路の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of the light source drive circuit of the said exposure part. 上記光源駆動回路の制御装置の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of the control apparatus of the said light source drive circuit. 上記制御装置の各回路部分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 each circuit part of the said control apparatus. 半導体レーザーの駆動電流と光出力の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the drive current of a semiconductor laser, and optical output. レーザー光の遮蔽手段の有無による露光の違いを比較して示すもので、(a)は遮蔽手段を備えていない場合、(b)は遮蔽手段を備えている場合を示すグラフである。The difference in exposure depending on the presence / absence of a laser beam shielding means is shown in comparison. (A) is a graph showing a case where the shielding means is not provided, and (b) is a graph showing a case where the shielding means is provided. 前記本発明の実施例における各信号相互のタイミングチャートである。It is a timing chart between signals in the embodiment of the present invention. 上記本発明の実施例における制御系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 in the Example of the said invention. 上記制御系の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the said control system. 本発明の実施例に用いられているメカニカルシャッタの機能を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the function of the mechanical shutter used for the Example of this invention. 潜像画像パターンの各種例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the various examples of a latent image pattern. 本発明に係る静電潜像の測定装置の別の実施例の要部を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the principal part of another Example of the measuring apparatus of the electrostatic latent image which concerns on this invention. 入射電子と感光体試料の関係を示すもので、(a)は加速電圧が表面電位ポテンシャルより大きい場合、(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示す模式図である。The relationship between the incident electrons and the photoconductor sample is shown. (A) is a schematic diagram showing a case where the acceleration voltage is larger than the surface potential potential, and (b) is a schematic diagram showing a case where the acceleration voltage is smaller than the surface potential potential. 潜像の深さ計測結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the depth measurement result of a latent image. ビームスポット径及び潜像径を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows a beam spot diameter and a latent image diameter. 本発明に係る画像形成装置の実施例を模式的に示す正面図である。1 is a front view schematically showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.

以下、本発明に係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を、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of an electrostatic latent image measuring apparatus, 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に本発明に係る静電潜像の測定装置の実施例を示す。図1において、静電潜像の測定装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部(電子ビーム照射装置)、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を有してなる。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。この実施例では、荷電粒子照射部は電子ビーム照射装置からなっていて電子ビームを照射するようになっている。以下、静電潜像の測定装置の実施例を詳細に説明する。   FIG. 1 shows an embodiment of an apparatus for measuring an electrostatic latent image according to the present invention. In FIG. 1, an electrostatic latent image measuring device includes a charged particle irradiation unit (electron beam irradiation device) that irradiates a charged particle beam, an exposure unit, a sample placement unit, a detection unit for primary inverted charged particles, secondary electrons, and the like. It has. As used herein, charged particles refer to particles that are affected by an electric or magnetic field, such as an electron beam or an ion beam. In this embodiment, the charged particle irradiation unit is composed of an electron beam irradiation device and irradiates an electron beam. In the following, embodiments of the electrostatic latent image measuring device will be described in detail.

図1において、荷電粒子ビーム照射装置である電子ビーム照射装置4は、各構成部分が真空チャンバ40内に以下のように組み込まれることによって構成されている。真空チャンバ40の上端近くに荷電粒子ビームを照射する電子銃41が取り付けられ、その下方に、サプレッサ電極42、エキストラクタすなわち引き出し電極43、加速電極44、コンデンサレンズ45、ビームブランキング電極46、仕切り弁47、可動絞り48、スティグメータすなわち補正用電極49、偏向電極(走査レンズに相当する)50、静電対物レンズ51、ビーム射出開口部52がこの順に配置されている。   In FIG. 1, an electron beam irradiation apparatus 4 that is a charged particle beam irradiation apparatus is configured by incorporating each component into a vacuum chamber 40 as follows. An electron gun 41 for irradiating a charged particle beam is attached near the upper end of the vacuum chamber 40, and below it is a suppressor electrode 42, an extractor or extraction electrode 43, an acceleration electrode 44, a condenser lens 45, a beam blanking electrode 46, a partition. A valve 47, a movable diaphragm 48, a stigmeter, that is, a correction electrode 49, a deflection electrode (corresponding to a scanning lens) 50, an electrostatic objective lens 51, and a beam emission opening 52 are arranged in this order.

上記サプレッサ電極42および引き出し電極43は電子ビームを制御し、加速電極44は電子ビームのエネルギーを制御し、コンデンサレンズ45は電子銃から発生された電子ビームを集束させる。ビームブランキング電極46は電子ビームをON/OFFさせ、仕切り弁47および可動絞り48は電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャとして機能する。偏向電極50はビームブランカを通過した電子ビームを走査させるための走査レンズとして機能し、偏向電極50を通過した電子ビームは対物レンズ51で再び感光体試料20の面に収束させられる。各レンズ等には図示しない駆動用電源が接続されている。
なお、荷電粒子としてイオンビームを用いる場合には、電子銃41の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。
The suppressor electrode 42 and the extraction electrode 43 control the electron beam, the acceleration electrode 44 controls the energy of the electron beam, and the condenser lens 45 focuses the electron beam generated from the electron gun. The beam blanking electrode 46 turns on / off the electron beam, and the gate valve 47 and the movable diaphragm 48 function as an aperture for controlling the irradiation current of the electron beam. The deflection electrode 50 functions as a scanning lens for scanning the electron beam that has passed through the beam blanker, and the electron beam that has passed through the deflection electrode 50 is again converged on the surface of the photoreceptor sample 20 by the objective lens 51. A driving power source (not shown) is connected to each lens.
When an ion beam is used as the charged particles, a liquid metal ion gun or the like is used instead of the electron gun 41.

上記各レンズなどからなる電子ビーム照射部によって、試料載置部15に載置されている感光体試料20に電子ビームが照射される。感光体試料20からは2次電子や1次反転電子などが放出され、この放出電子を検出する検出器8を備えている。検出器8として、シンチレータや光電子増倍管などを用いる。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8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。   An electron beam is irradiated onto the photoconductor sample 20 mounted on the sample mounting unit 15 by the electron beam irradiation unit including the above lenses. Secondary electrons, primary inversion electrons, and the like are emitted from the photoconductor sample 20, and a detector 8 that detects the emitted electrons is provided. As the detector 8, a scintillator, a photomultiplier tube, or the like is used. Usually, the scintillator is configured to capture charged particles by applying a high voltage of about 8 to 10 kV at the drawing voltage. In order to guide the detected charged particles to the detector 8, an emitted particle generating member that generates emitted particles at the time of charged particle collision is disposed.

感光体試料20の背面側すなわち試料載置台15は、通常グランド(GND)に接続して0Vで使用するが、必要に応じて適宜の電圧を印加することが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8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。
The back side of the photoconductor sample 20, that is, the sample mounting table 15 is normally connected to the ground (GND) and used at 0V, but can be configured to apply an appropriate voltage as required.
The emitted particles include electrons and ions, and it is common to detect and measure electrons. However, it is also possible to detect a positive ion by applying a negative pull-in voltage to the detector 8 and observe a contrast image. It is.

図1において符号6は露光部を示している。露光部6は、いわゆる周知のレーザスキャナであって、感光体試料20に関して感度を持つ波長の光を放射する半導体レーザー(LD)などの光源61、コリメートレンズ62、アパーチャ63、集光レンズ64、ガルバノミラーやポリゴンミラーなどからなる光偏向器65、走査結像レンズ66、ミラー67などを備えている。上記露光部6は、感光体試料20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であり、感光体試料20の表面を上記ビームで走査することができる。光源61は、LD制御手段により制御されて、適切な露光時間、露光エネルギーで感光体試料20に光ビームを照射できるようになっている。   In FIG. 1, reference numeral 6 denotes an exposure portion. The exposure unit 6 is a so-called well-known laser scanner, which is a light source 61 such as a semiconductor laser (LD) that emits light having a sensitivity with respect to the photosensitive sample 20, a collimator lens 62, an aperture 63, a condensing lens 64, An optical deflector 65 including a galvanometer mirror, a polygon mirror, a scanning imaging lens 66, a mirror 67, and the like are provided. The exposure unit 6 can generate a desired beam diameter and beam profile on the photoconductor sample 20, and can scan the surface of the photoconductor sample 20 with the beam. The light source 61 is controlled by the LD control means so that the photoconductor sample 20 can be irradiated with a light beam with an appropriate exposure time and exposure energy.

露光部6は、ライン状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備えている。また、光源61にVCSEL等を用いたマルチビーム走査光学系を構成してもよい。また、光偏向器65による主走査方向のスキャンに加えて、副走査方向にもスキャンさせる機構を設けることにより、2次元の露光パターンを形成可能な方式にしてもよい。   The exposure unit 6 includes a scanning mechanism using a galvano mirror or a polygon mirror in the optical system in order to form a line pattern. Further, a multi-beam scanning optical system using a VCSEL or the like as the light source 61 may be configured. Further, in addition to the scanning in the main scanning direction by the optical deflector 65, a system capable of forming a two-dimensional exposure pattern may be provided by providing a mechanism for scanning in the sub scanning direction.

露光部6は、ポリゴンモータなどからなる光偏向器65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40の外に配置されている。露光部6を、電子ビーム照射装置による電子ビームの軌道位置から遠ざけることにより、電子ビームが外乱の影響を受けることを抑制することができる。露光部6から出射される光ビームは、光学的に透明な入射窓68から感光体試料20に向かって入射するようになっていて、露光部6は真空チャンバ40の空間から隔離されている。   The exposure unit 6 is arranged outside the vacuum chamber 40 so that the vibration of the optical deflector 65 made of a polygon motor or the like and the influence of the electromagnetic field do not affect the trajectory of the electron beam. By moving the exposure unit 6 away from the orbital position of the electron beam by the electron beam irradiation apparatus, it is possible to suppress the electron beam from being affected by disturbance. The light beam emitted from the exposure unit 6 enters the photosensitive member sample 20 from an optically transparent incident window 68, and the exposure unit 6 is isolated from the space of the vacuum chamber 40.

図4は、上記露光部6として代替可能な光走査装置の例を示す。なお、本明細書では、主走査方向をY軸方向、副走査方向をZ軸方向、これらに直交する方向をX軸方向として説明する。図4において、光走査装置は、光源ユニット1011、シリンドリカルレンズ1012、光偏向器であるポリゴンミラー1013、fθレンズ1014、トロイダルレンズ1015、折り返しミラー1016、同期センサ1017、エリアセンサ1018及び上記各部を統括的に制御する制御装置1019を備えている。   FIG. 4 shows an example of an optical scanning device that can be substituted for the exposure unit 6. In this specification, the main scanning direction will be described as the Y-axis direction, the sub-scanning direction as the Z-axis direction, and the direction orthogonal to these will be described as the X-axis direction. In FIG. 4, the optical scanning device controls a light source unit 1011, a cylindrical lens 1012, a polygon mirror 1013 that is an optical deflector, an fθ lens 1014, a toroidal lens 1015, a folding mirror 1016, a synchronization sensor 1017, an area sensor 1018, and the above-described units. A control device 1019 is provided for controlling automatically.

光源ユニット1011は、複数の発光部を有する光源(以下「光源LA」という)、この光源LAを駆動する光源駆動回路400(図8参照)、及びカップリングレンズ(以下「CL」という)を有している。ここでは、光源LAは、例えば、図5に示されているように、32個の発光部が1つの基板上に形成された垂直共振器型面発光半導体レーザ(VCSEL)の2次元アレイを構成している。この2次元アレイは、主走査方向に対応する方向(以下、便宜上「M方向」ともいう)から副走査方向に対応する方向(ここでは、Z軸方向)に向けて角度θだけ傾斜した方向(以下、便宜上「T方向」という)に沿って8個の発光部が等間隔に配置された発光部列を4列有している。そして、これら4列の発光部列は、Z軸方向に等間隔に配置されている。すなわち、32個の発光部は、T方向とZ軸方向にそれぞれ沿って2次元的に配列されている。ここでは、便宜上、図5における紙面の上から下に向かって、第1発光部列、第2発光部列、第3発光部列、第4発光部列という。なお、本明細書では、「発光部間隔」とは2つの発光部の中心間距離をいうものとする。   The light source unit 1011 includes a light source having a plurality of light emitting units (hereinafter referred to as “light source LA”), a light source driving circuit 400 (see FIG. 8) for driving the light source LA, and a coupling lens (hereinafter referred to as “CL”). is doing. Here, for example, as shown in FIG. 5, the light source LA constitutes a two-dimensional array of vertical cavity surface emitting semiconductor lasers (VCSEL) in which 32 light emitting portions are formed on one substrate. is doing. This two-dimensional array is a direction (in the following, also referred to as “M direction” for convenience) inclined by an angle θ from a direction corresponding to the sub-scanning direction (here, Z-axis direction) ( Hereinafter, there are four light emitting section rows in which eight light emitting sections are arranged at equal intervals along the “T direction” for convenience. These four light emitting unit rows are arranged at equal intervals in the Z-axis direction. That is, the 32 light emitting units are two-dimensionally arranged along the T direction and the Z axis direction, respectively. Here, for the sake of convenience, they are referred to as a first light emitting unit row, a second light emitting unit row, a third light emitting unit row, and a fourth light emitting unit row from the top to the bottom in FIG. In the present specification, the “light emitting portion interval” refers to the distance between the centers of two light emitting portions.

また、便宜上、各発光部を図6に示すように特定する。すなわち、図5における紙面左上から右下に向かって第1発光部列を構成する8個の発光部をv1〜v8、第2発光部列を構成する8個の発光部をv9〜v16、第3発光部列を構成する8個の発光部をv17〜v24、第4発光部列を構成する8個の発光部をv25〜v32とする。
光源駆動回路400は、図8に示されるように、制御装置1019からの各種駆動情報に基づいて、32個の発光部を個別に駆動する。
カップリングレンズCLは、光源LAからの光を略平行光とする。従って、図4に示す光源ユニット1011からは、略平行光が出力される。
For convenience, each light emitting unit is specified as shown in FIG. That is, from the upper left to the lower right in FIG. 5, the eight light emitting units constituting the first light emitting unit row are v1-v8, the eight light emitting units constituting the second light emitting unit row are v9-v16, the first. The eight light emitting units constituting the three light emitting unit rows are denoted by v17 to v24, and the eight light emitting units constituting the fourth light emitting unit row are denoted by v25 to v32.
As illustrated in FIG. 8, the light source driving circuit 400 individually drives the 32 light emitting units based on various driving information from the control device 1019.
The coupling lens CL makes light from the light source LA substantially parallel light. Accordingly, substantially parallel light is output from the light source unit 1011 shown in FIG.

図4において、シリンドリカルレンズ1012は、光源ユニット1011からの光を副走査方向に関してポリゴンミラー1013の偏向面近傍に集光し、主走査方向に長い線像を形成する。ポリゴンミラー1013は、高さの低い(扁平な)正六角柱状部材からなり、側面には6面の偏向反射面が形成されている。そして、図示されないモータを主体とする回転機構により、図4に示される矢印の方向に一定の角速度で回転駆動される。従って、光源ユニット1011から射出され、シリンドリカルレンズ1012によってポリゴンミラー1013の偏向反射面近傍に集光された光は、ポリゴンミラー1013の回転により一定の角速度で偏向される。   In FIG. 4, a cylindrical lens 1012 condenses the light from the light source unit 1011 near the deflection surface of the polygon mirror 1013 in the sub-scanning direction, and forms a long line image in the main scanning direction. The polygon mirror 1013 is a regular hexagonal columnar member having a low height (flat), and six deflecting reflection surfaces are formed on the side surface. And it is rotationally driven at a fixed angular velocity in the direction of the arrow shown in FIG. 4 by a rotating mechanism mainly composed of a motor (not shown). Therefore, the light emitted from the light source unit 1011 and condensed near the deflection reflection surface of the polygon mirror 1013 by the cylindrical lens 1012 is deflected at a constant angular velocity by the rotation of the polygon mirror 1013.

fθレンズ1014は、ポリゴンミラー1013からの光の入射角に比例した像高をもち、ポリゴンミラー1013により一定の角速度で偏向される光(以下、この偏向光を「走査光」ともいう)を、被走査面において主走査方向に等速移動させる。fθレンズ1014を透過した光は、トロイダルレンズ1015及び折り返しミラー1016を介して上記被走査面である感光体ドラム1030の表面に結像する。   The fθ lens 1014 has an image height proportional to the incident angle of light from the polygon mirror 1013, and deflects light with a constant angular velocity by the polygon mirror 1013 (hereinafter, this deflected light is also referred to as “scanning light”). It is moved at a constant speed in the main scanning direction on the surface to be scanned. The light transmitted through the fθ lens 1014 forms an image on the surface of the photosensitive drum 1030 that is the surface to be scanned through the toroidal lens 1015 and the folding mirror 1016.

ところで、上記被走査面における走査光の像面は、ポリゴンミラー1013の回転に伴って、走査開始端から走査終端に向かって移動する。なお、有効走査領域は、画像データに応じて書込みが行われる領域である。そして、走査光の像面は、走査終端に達すると、次の走査のために走査開始端に戻る。   Incidentally, the image surface of the scanning light on the surface to be scanned moves from the scanning start end toward the scanning end as the polygon mirror 1013 rotates. The effective scanning area is an area where writing is performed according to image data. When the image plane of the scanning light reaches the scanning end, it returns to the scanning start end for the next scanning.

上記有効走査領域の外側に、上記像面と等価な位置に同期センサ1017が配置されている。同期センサ1017は、折り返しミラー1016で反射された走査開始前の光が入射する位置に配置され、受光量に応じた信号(光電変換信号)を出力する。したがって、同期センサ1017の出力信号から、感光体ドラム1030における走査開始を検知することができる。   A synchronization sensor 1017 is disposed outside the effective scanning area at a position equivalent to the image plane. The synchronization sensor 1017 is disposed at a position where light before the start of scanning reflected by the folding mirror 1016 enters, and outputs a signal (photoelectric conversion signal) corresponding to the amount of received light. Therefore, the start of scanning on the photosensitive drum 1030 can be detected from the output signal of the synchronization sensor 1017.

図9に示すように、制御装置1019は、基準クロック生成回路402、画素クロック生成回路405、画像処理回路407、光源選択回路414、書込みタイミング信号生成回路415、及び同期タイミング信号発生回路417を備えている。なお、図9において使用している矢印は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。   As shown in FIG. 9, the control device 1019 includes a reference clock generation circuit 402, a pixel clock generation circuit 405, an image processing circuit 407, a light source selection circuit 414, a write timing signal generation circuit 415, and a synchronization timing signal generation circuit 417. ing. Note that the arrows used in FIG. 9 indicate the flow of typical signals and information, and do not represent the entire connection relationship of each block.

図10は、上記各回路の動作を示すタイミングチャートである。図10において、s19は同期センサ1017からの出力信号(同期信号)、s15は書込みタイミング信号生成回路415の出力信号(LGATE信号)、s14は光源選択回路414の出力信号、s16は画像処理回路407の出力である書込みデータを示している。以下、図10を併せて参照しながら図9に示す制御装置1019の各部の動作を説明する。   FIG. 10 is a timing chart showing the operation of each circuit. 10, s19 is an output signal (synchronization signal) from the synchronization sensor 1017, s15 is an output signal (LGATE signal) of the write timing signal generation circuit 415, s14 is an output signal of the light source selection circuit 414, and s16 is an image processing circuit 407. The write data which is the output of is shown. Hereinafter, the operation of each part of the control device 1019 shown in FIG. 9 will be described with reference to FIG.

画像処理回路407は、上位装置からの画像情報に基づいて、発光部毎の書込みデータs16を作成する。この書込みデータs16は、画素クロック信号のタイミングで、前記駆動情報の1つとして光源駆動回路400に供給される。基準クロック生成回路402は制御装置1019全体の基準となる高周波クロック信号を生成する。画素クロック生成回路405は主にPLL回路からなり、同期信号s19及び基準クロック生成回路402からの高周波クロック信号に基づいて画素クロック信号を生成する。画素クロック信号の周波数は高周波クロック信号の周波数と同一で、画素クロック信号の位相は同期信号s19の位相と一致している。したがって、画素クロック信号に画像データを同期させることで、走査ごとの書込み位置をそろえることができる。上記画素クロック信号は、前記駆動情報の1つとして光源駆動回路400に供給されるとともに画像処理回路407に供給され、書込みデータs16のクロック信号として使われる。   The image processing circuit 407 creates write data s16 for each light emitting unit based on image information from the host device. The write data s16 is supplied to the light source drive circuit 400 as one of the drive information at the timing of the pixel clock signal. The reference clock generation circuit 402 generates a high-frequency clock signal that serves as a reference for the entire control device 1019. The pixel clock generation circuit 405 mainly includes a PLL circuit, and generates a pixel clock signal based on the synchronization signal s19 and the high frequency clock signal from the reference clock generation circuit 402. The frequency of the pixel clock signal is the same as the frequency of the high frequency clock signal, and the phase of the pixel clock signal matches the phase of the synchronization signal s19. Therefore, by synchronizing the image data with the pixel clock signal, it is possible to align the writing position for each scan. The pixel clock signal is supplied to the light source driving circuit 400 as one of the driving information and to the image processing circuit 407, and is used as a clock signal for the write data s16.

書込みタイミング信号生成回路415は、同期信号s19の立ち上がり後、光ビームが受光素子1018を通過してからt1時間経過後にLGATE信号(データ有効期間信号)s15をローレベルからハイレベルに変化させる。そして、さらに予め設定されている時間t2が経過すると、LGATE信号s15をハイレベルからローレベルに変化させる。このLGATE信号s15は、前記駆動情報の1つとして光源駆動回路400に供給される。上記時間t1は、画像情報に応じて変調された光による走査(以下、便宜上「書込み」ともいう)開始時間に対応している。また、上記時間t2は、書込み走査時間に対応している。LGATE信号s15を同期信号s19の立ち上がりタイミングに同期させることで、書込み開始タイミングをそろえることができる。   The write timing signal generation circuit 415 changes the LGATE signal (data valid period signal) s15 from the low level to the high level after elapse of t1 after the light beam passes through the light receiving element 1018 after the rising of the synchronization signal s19. When the preset time t2 further elapses, the LGATE signal s15 is changed from the high level to the low level. The LGATE signal s15 is supplied to the light source driving circuit 400 as one of the driving information. The time t1 corresponds to a scanning (hereinafter also referred to as “writing” for convenience) start time by light modulated according to image information. The time t2 corresponds to the writing scan time. By synchronizing the LGATE signal s15 with the rising timing of the synchronization signal s19, the write start timing can be aligned.

光源選択回路414は、走査光の像面が走査終端に達すると、次の走査の開始を検知するのに用いられる発光部を前記32個の発光部から選択し、選択された発光部を指定する信号を出力する。光源がVCSELの場合、1つの発光部では同期センサで検知が難しいので、Z方向の配列から複数の発光部を選択して発光させる。例えば、図7に示すように、発光部は、走査方向において、同期ビームを発光させるための発光部と、書込み用ビームを発光させるための発光部に分けられている。このように発光部を分けることにより、同期発光による発熱が書込み発光に与える影響を小さくできるので、光パワーの揃った書込みを行うことができる。この光源選択回路414の出力信号s14は、前記駆動情報の1つとして光源駆動回路400に供給される。光束が走査される試料の形状は任意で、図1に示す例では平面を想定しており、図4に示す例では曲面を想定している。   When the image surface of the scanning light reaches the scanning end, the light source selection circuit 414 selects a light emitting unit used to detect the start of the next scan from the 32 light emitting units, and designates the selected light emitting unit. Output a signal. When the light source is a VCSEL, since it is difficult to detect with a synchronous sensor with one light emitting unit, a plurality of light emitting units are selected from the arrangement in the Z direction to emit light. For example, as shown in FIG. 7, the light emitting unit is divided into a light emitting unit for emitting a synchronizing beam and a light emitting unit for emitting a writing beam in the scanning direction. By separating the light emitting portions in this manner, the influence of heat generated by synchronous light emission on the write light emission can be reduced, so that writing with uniform optical power can be performed. The output signal s14 of the light source selection circuit 414 is supplied to the light source drive circuit 400 as one of the drive information. The shape of the sample to be scanned with the light beam is arbitrary. In the example shown in FIG. 1, a flat surface is assumed, and in the example shown in FIG. 4, a curved surface is assumed.

走査光学系は、ポリゴンミラーなどからなる光偏向器65を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40の外に配置するとよい。上記振動源や電磁場を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。走査光学系からの光ビームは、光学的に透明な入射窓より真空チャンバ40内に入射させることが望ましい。感光体試料20と光源の間には、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が配置されている。   The scanning optical system is preferably arranged outside the vacuum chamber 40 so that the influence of the vibration of the polygon motor that drives the optical deflector 65 such as a polygon mirror or the influence of the electromagnetic field does not affect the trajectory of the electron beam. By moving the vibration source and electromagnetic field away from the electron beam trajectory position, it is possible to suppress the influence of disturbance. The light beam from the scanning optical system is preferably incident into the vacuum chamber 40 through an optically transparent incident window. A shutter capable of temporally blocking the light beam from the semiconductor laser is disposed between the photoconductor sample 20 and the light source.

図2は、上記実施例の真空チャンバ40および露光部6の構造を示す断面図である。図2に示すように、真空チャンバ40の鉛直軸に対して45°の角度で、真空チャンバ40の内部に外部から光を入射させることができる入射窓68が配置され、この入射窓68から真空チャンバ40内に走査ビーム77を入射させる露光装置6が真空チャンバ40の外側に配置されている。露光部6は前述のとおり走査光学系からなり、光源部、走査レンズ、同期検知手段、ポリゴンミラーからなる光偏向器65、光路を曲げるミラー72等を有してなる。露光部6の主要部は光学ハウジング69の上に配置され、上部はカバー71で覆われて遮光されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the vacuum chamber 40 and the exposure unit 6 of the above embodiment. As shown in FIG. 2, an incident window 68 through which light can be incident from the outside is disposed inside the vacuum chamber 40 at an angle of 45 ° with respect to the vertical axis of the vacuum chamber 40. An exposure apparatus 6 that causes the scanning beam 77 to enter the chamber 40 is disposed outside the vacuum chamber 40. As described above, the exposure unit 6 includes a scanning optical system, and includes a light source unit, a scanning lens, synchronization detecting means, an optical deflector 65 including a polygon mirror, a mirror 72 for bending an optical path, and the like. The main part of the exposure unit 6 is disposed on the optical housing 69, and the upper part is covered with a cover 71 and shielded from light.

光学ハウジング69は水平方向の平行移動台83の上に取り付けられ、平行移動台83は柱状の複数本の構造体82を介して除振台81の上に取り付けられている。上記ミラー72でほぼ45°の角度で斜め下方に折り曲げられる走査ビーム77の進路の周りは、外部遮光筒73、内部遮光筒75、これら内外の遮光筒の接続部に介在するラビリンス部74によって遮光されている。走査レンズ66はfθ特性を有しており、光偏光器65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。   The optical housing 69 is mounted on a horizontal translation table 83, and the translation table 83 is mounted on the vibration isolation table 81 via a plurality of columnar structures 82. The path of the scanning beam 77 bent obliquely downward at an angle of approximately 45 ° by the mirror 72 is shielded by an external light shielding cylinder 73, an internal light shielding cylinder 75, and a labyrinth portion 74 interposed between the inner and outer light shielding cylinders. Has been. The scanning lens 66 has an fθ characteristic, and the light beam moves at a substantially constant speed with respect to the image plane when the light polarizer 65 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40から隔離されて配置されているので、ポリゴンスキャナ等の光偏向器65を駆動する際に発生する振動は、真空チャンバ40に直接伝播されることがなく、上記振動の影響は少ない。さらに、図2には図示されていないが、構造体82と除振台83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 disposed separately from the vacuum chamber 40, the vibration generated when the optical deflector 65 such as a polygon scanner is driven is not directly propagated to the vacuum chamber 40, and the vibration described above. Is less affected. Further, although not shown in FIG. 2, if a damper is inserted between the structure 82 and the vibration isolation table 83, a more effective vibration isolation effect can be obtained.

感光体試料20に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光を射出するLDを用い、レーザー光をポリゴンミラーからなる偏向器で走査させ、レーザー光を点滅させて静電潜像を形成するようにした光走査装置は、ポリゴンミラーが、始動後等速回転するまでに数秒程度の時間を要する。また、所望の位置にてレーザー光を点滅させて所望の位置に書き込むために、同期検出器からの検出信号の出力タイミングを基準にして、この検出信号の出力時点から所定時間後に書き込みを開始している。   As an exposure light source for forming an electrostatic latent image on the photoreceptor sample 20, an LD that emits light in the infrared region from visible light is used, and the laser light is scanned by a deflector composed of a polygon mirror. An optical scanning apparatus that blinks to form an electrostatic latent image requires a time of several seconds until the polygon mirror rotates at a constant speed after startup. In addition, in order to flash the laser beam at the desired position and write it to the desired position, writing is started after a predetermined time from the output point of this detection signal, based on the output timing of the detection signal from the synchronous detector. ing.

光の点滅で潜像画像パターンを形成する場合、画像パターン信号に対する半導体レーザーからなる光源の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ための画像データが消灯のタイミングであっても、半導体レーザーにバイアス電流を常に流しておく必要がある。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、バイアス電流を流すとLED発光を起こす。すなわち、光源として半導体レーザー(LD)を用いる場合は、消灯の状態であっても発光している。   When a latent image pattern is formed by flashing light, it is necessary to increase the light responsiveness of a light source composed of a semiconductor laser with respect to an image pattern signal. For example, in the case of modulating at 1 μs or less, it is necessary to always allow a bias current to flow through the semiconductor laser even when the image data for improving the pattern light pulse reproducibility and droop characteristics is turned off. A semiconductor laser oscillates by applying a driving current that exceeds a reference. However, in order to improve photoresponsiveness, LED emission occurs when a bias current is applied. That is, when a semiconductor laser (LD) is used as the light source, light is emitted even when the light is off.

図11に、LDの駆動電流IFと光出力の関係を示す。図1において、LD駆動電流を示す横軸のaは消灯時の駆動電流、bはレーザー発振をする基準電流IF、そして、cはLD点灯の駆動電流を示している。a<b<cの関係が成立する。PonをLD点灯時の光出力、PoffをLD消灯時の光出力とする。駆動電流IFが小さい場合には、LED発光で光出力は微弱であり、駆動電流IFが基準電流に達するとレーザー発振をする。通常のレーザー発振時の出力は1〜10mW程度であるのに比べて、消灯時のバイアス電流は数十μWと、通常発振時の1/100以下程度であり、消灯時のLED発光は通常問題になることはない。このため光応答性を高めることを重視して、LD消灯時でもバイアス電流を流し続けている。   FIG. 11 shows the relationship between the LD drive current IF and the optical output. In FIG. 1, a on the horizontal axis indicating the LD drive current is a drive current when the light is turned off, b is a reference current IF for laser oscillation, and c is a drive current for LD lighting. The relationship of a <b <c is established. Pon is the light output when the LD is turned on, and Poff is the light output when the LD is turned off. When the drive current IF is small, the light output is weak due to LED emission, and laser oscillation occurs when the drive current IF reaches the reference current. Compared to the normal laser oscillation output of about 1 to 10 mW, the bias current when extinguished is several tens of microwatts, which is about 1/100 or less that during normal oscillation. Never become. For this reason, the bias current is kept flowing even when the LD is extinguished, with an emphasis on enhancing the light response.

しかしながら、微小な光量でも、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。   However, even with a minute amount of light, the integrated amount of light 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当たり、消灯時のバイアス電流によるLED発光が試料に照射される時間を極力抑えるように、光束が感光体試料の電子ビーム走査領域外に照射されるように構成を工夫している。例えば、LDバイアス電流によるオフセット発光を遮蔽するようにしている。あるいは、LD光源と感光体試料との間にシャッタを配置し、これを上記オフセット発光遮光手段としてもよい。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蔽することができる。   Therefore, in the present invention, when forming a desired electrostatic latent image using a semiconductor laser, the luminous flux is an electron beam of the photoconductor sample so as to minimize the time during which the sample is irradiated with LED light emission due to the bias current when the light is extinguished. The structure is devised so that it is irradiated outside the scanning region. For example, offset light emission due to the LD bias current is shielded. Alternatively, a shutter may be disposed between the LD light source and the photoconductor sample, and this may be used as the offset light emission shielding unit. That is, the offset light emission can be blocked 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 the exposure.

図12は、上記遮蔽手段を備えていない場合と備えている場合の露光の様子を比較して示す。図12(a)は遮蔽手段を備えていない場合、図12(b)は遮蔽手段を備えている場合を示す。図12(a)に示すように遮蔽手段を備えていない場合、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ーに達することによりオフセット露光で潜像が形成されてしまう。これに対し、遮蔽手段を備えていれば、図12(b)に示すように、露光前はシャッタを閉じてオフセット発光を遮蔽し、露光時はシャッタを開くことにより、露光前のオフセット光による露光を回避して潜像形成を防止することができる。したがって、感光体試料を精度良く測定することができる。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を閉めることができる。   FIG. 12 shows a comparison of exposure states when the shielding means is not provided and when it is provided. FIG. 12A shows a case where the shielding means is not provided, and FIG. 12B shows a case where the shielding means is provided. When the shielding means is not provided as shown in FIG. 12 (a), the irradiation time of the offset light before exposure is long, and a latent image is formed by offset exposure when the integrated light quantity reaches the necessary exposure energy. On the other hand, if a shielding means is provided, as shown in FIG. 12B, before the exposure, the shutter is closed to shield the offset light emission, and during the exposure, the shutter is opened so that the offset light before the exposure is used. Exposure can be avoided and latent image formation can be prevented. Therefore, the photoconductor sample can be measured with high accuracy. After exposure, if necessary, an exposure end detection signal can be given to close the shutter.

次に、感光体試料への静電潜像を形成する手段について説明する。まず、前述の電子ビーム照射装置により感光体試料20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、電子が感光体試料20に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、感光体試料20はマイナスの電荷で一様に帯電される。加速電圧と照射時間を適切に設定することにより、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 on the photoreceptor sample will be described. First, the photosensitive member sample 20 is irradiated with an electron beam by the above-described electron beam irradiation apparatus. 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 photoreceptor sample 20 and charged. Raise up. As a result, the photoconductor sample 20 is uniformly charged with a negative charge. A desired charging potential can be formed by appropriately setting the acceleration voltage and the irradiation time.

次に、露光光学系すなわち前記露光部6により感光体試料20に露光を行う。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。必要露光エネルギーは、感光体試料20の特性によって決まるファクタであるが、通常、2〜6mJ/m程度である。感度が低い感光体試料では、十数mJ/m必要なこともある。帯電電位や必要露光エネルギーは、感光体試料の特性やプロセス条件に合わせて設定するとよい。 Next, the photosensitive sample 20 is exposed by the exposure optical system, that is, the exposure unit 6. The optical system is adjusted to form a desired beam diameter and beam profile. The required exposure energy is a factor determined by the characteristics of the photoreceptor sample 20, but is usually about 2 to 6 mJ / m 2 . For a photoreceptor sample with low sensitivity, ten or more mJ / m 2 may be required. The charging potential and the required exposure energy are preferably set according to the characteristics of the photoreceptor sample and the process conditions.

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。このようにして、所望のパターンの静電潜像を形成することができる。図17は、潜像画像パターンの各種例を示している。図17(a)は1ドット孤立の例、図17(b)は2by2、図17(c)は1ドットによる格子の各パターンを示している。   Then, the above-described shutter mechanism is arranged to cut off the offset light due to the LD bias current. In this way, an electrostatic latent image having a desired pattern can be formed. FIG. 17 shows various examples of the latent image pattern. FIG. 17A shows an example of isolated one dot, FIG. 17B shows 2by2, and FIG. 17C shows each pattern of a grid with one dot.

感光体試料20の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次電子は上記電界によって押し戻され、検出器8に到達する2次電子量が減少する。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 surface of the photoreceptor sample 20, 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 the electric field, and the amount of secondary electrons reaching the detector 8 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、荷電粒子捕獲器と、試料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、試料の表面から荷電粒子捕獲器に近づくに従い「電位が高く」なる。従って、試料における「負極性に均一帯電している部分」である図の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、荷電粒子捕獲器に捕獲される。   FIG. 3A is an explanatory diagram showing the potential distribution in the space between the charged particle trap and the sample in contour lines. The surface of the sample is uniformly charged negatively except for the portion where the potential is attenuated due to light attenuation, and the charged particle trap is given a positive potential. In the “potential contour line group”, the “potential increases” as it approaches the charged particle trap from the surface of the sample. Accordingly, the secondary electrons el1 and el2 generated at the points Q1 and Q2 in the figure, which are “negatively charged portions” in the sample, are drawn to the positive potential of the charged particle trap, and the arrows G1 and It is displaced as indicated by G2 and is captured by the charged particle trap.

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ような配列になり、この部分の電位分布では「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 has been attenuated by light irradiation”, and in the vicinity of the point Q3, the potential contours are arranged as shown by broken lines. Then, “the closer to Q3 point, the higher the potential”. In other words, the secondary electron el3 generated in the vicinity of the point Q3 is subjected to an electric force restrained on the sample side as indicated by an 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. FIG. 3B schematically shows the “potential hole”.

このように、荷電粒子捕獲器により検出される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。   As described above, the intensity of secondary electrons (number of secondary electrons) detected by the charged particle trap is such that the portion having a large intensity is “the ground portion of the electrostatic latent image (a portion that is uniformly negatively charged, FIG. 3 (a), which is a portion represented by points Q1 and Q2 ”, and a portion with a low intensity is represented by“ an electrostatic latent image portion (a portion irradiated with light, represented by point Q3 in FIG. 3A). Part) ”.

従って、2次電子検出部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」ごとに特定でき、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信号として得ることができる。   Therefore, if the electrical signal obtained by the secondary electron detection unit is sampled at an appropriate sampling time by the signal processing unit, the surface potential distribution: V (X, Y) is obtained using the sampling time: T as a parameter as described above. It can be specified for each “small area corresponding to sampling”, and 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. If output, an electrostatic latent image can be obtained as a visible image signal.

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。   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.

このようにすると、帯電部において2次電子検出量が多く、露光部において2次電子検出量が少ない明暗のコントラスト像が生じ、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。   In this way, a bright and dark contrast image with a large secondary electron detection amount at the charging portion and a small secondary electron detection amount at the exposure portion is generated, and the dark portion can be regarded as a latent image portion by exposure. The boundary between light and dark can be the 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前記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ている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。また、データの有効期間信号であるFGATE信号のレベルが低く(ロー)なった時点に連動して、シャッタを閉鎖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、シャッタをオープンにする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 LD bias current, the shutter is in the open state for the exposure time for forming the 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. In addition, it is desirable to close the shutter in conjunction with the time when the level of the FGATE signal, which is a data valid period signal, becomes low (low). 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.

制御系の構成を図14に示す。図14において、電子ビーム制御装置は、前記荷電粒子ビーム照射装置4によって照射される電子ビームの制御装置で、ホストコンピュータによって制御される。ホストコンピュータは制御ボードを介して光学ユニットを制御し、また、上記制御ボードからのトリガ信号によってシャッタ制御コントローラを制御して前記シャッタの動作を制御する。   The configuration of the control system is shown in FIG. In FIG. 14, an electron beam control device is a control device for an electron beam irradiated by the charged particle beam irradiation device 4 and is controlled by a host computer. The host computer controls the optical unit via the control board, and controls the shutter controller by controlling the shutter control controller according to the trigger signal from the control board.

図15は、この制御系の動作を示す。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用いる(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合わせてレーザーを点灯させる(S4,S5)。これによって感光体試料に静電潜像が形成されるので、この静電潜像を計測し(S6)、露光の完了後にシャッタを閉じる(S7)。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。   FIG. 15 shows the operation of this control system. After a control command for measurement is executed (S1), a synchronization signal of the scanning optical system is detected (S2), and the detected signal is used as a trigger signal for opening the shutter (S3). Then, the laser is turned on at the timing when the shutter is opened to the effective diameter of the exposure optical system (S4, S5). As a result, an electrostatic latent image is formed on the photosensitive member sample. This electrostatic latent image is measured (S6), and the shutter is closed after the exposure is completed (S7). After exposure, in addition to closing the shutter, the LD bias current may be set to 0 to stop the light emission itself.

ところで、シャッタは電子シャッタやメカニカルシャッタに限らず、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。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。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。   By the way, the shutter is not limited to an electronic shutter or a mechanical shutter, and there is a time lag between when an instruction is given and when the shutter is actually opened. If the time from when the trigger signal is detected until the shutter starts to open is Td, and the time from when the shutter starts to open until the equivalent of the effective diameter of the laser beam is opened is Tr, The shutter opens with a delay of Td + Tr. Therefore, the LD must be turned on in consideration of that amount. 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. As a method of delaying the time, assuming that one scanning time by the scanning optical system is Tf, a latent image is generated by turning on the LD when a natural number n satisfying Td + Tr <n × Tf from a synchronization signal serving as a trigger output. There is a method of forming.

上記各信号相互のタイミングチャートを図13に示す。図13において、PCからの実行コマンド入力信号がアサートされてからデータ有効期間信号(FGATE)がハイ(アサート)になった後、最初の同期信号の入力により、第1のトリガ信号が出力され、シャッタが開く。画像パターン書込み後、FGATEがロー(ネゲート)になると第二のトリガ信号が出力され、シャッタは閉まる。   FIG. 13 shows a timing chart of the above signals. In FIG. 13, after the execution command input signal from the PC is asserted, after the data valid period signal (FGATE) becomes high (asserted), the first trigger signal is output by the input of the first synchronization signal, The shutter opens. After writing the image pattern, when FGATE becomes low (negated), the second trigger signal is output and the shutter is closed.

シャッタとしては、液晶変調素子のように光学的透過率を変化させる素子を用いる方法がある。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。但し、光応答性や透過波面への影響が出る可能性がある。したがって、シャッタとしては、メカニカルシャッタを用いると良い。なおここで述べるメカニカルシャッタとは、図16に示すような、光路進行方向に対して、物体が有る状態(図16(a))と、無い状態(図16(b))を作り出し、その違いで、光路進行方向を変えることで、測定試料に光線が到達する状態と遮光状態を作り出すことが可能な手段を指す。   As the shutter, there is a method using an element that changes the optical transmittance, such as 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 optical response and the transmitted wavefront will be affected. Therefore, a mechanical shutter may be used as the shutter. The mechanical shutter described here creates a state where an object is present (FIG. 16A) and a state where no object is present (FIG. 16B) with respect to the optical path traveling direction as shown in FIG. Thus, it refers to a means capable of creating a state where the light beam reaches the measurement sample and a light shielding state by changing the traveling direction of the optical path.

メカニカルシャッタは、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向かって開き、周辺から中心に向かって閉じる構造のものなどがある。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、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ようにしたものである。また、メカニカルではあるが、電気信号にて開閉を制御する構成のものであってもよい。これにより、同期信号により正確に合わせた適切なタイミングで開閉させることが可能となる。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。   The mechanical shutter mechanically controls the opening / closing operation and speed of the shutter by a governor, a spring, or the like. Examples of the mechanical shutter include a structure that opens from the center to the periphery and closes from the periphery toward the center using a guillotine shutter and a plurality of shutter blades. The guillotine shutter has holes in each of the two plates, the plate corresponding to the front curtain travels, the plate corresponding to the rear curtain travels, and the shutter speed changes due to the change in the overlapping state of the holes It can be made to be. Moreover, although it is mechanical, the thing of the structure which controls opening and closing with an electrical signal may be sufficient. As a result, it can be opened and closed at an appropriate timing that is accurately adjusted by the synchronization signal. 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40の外側に配置するとなお良い。真空チャンバ40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からである。メカニカルシャッタを真空チャンバ40の外に配置することにより、上記のような不具合を抑制することが可能なる。   The position of the shutter is preferably arranged outside the vacuum chamber 40. This is because, if it is disposed in the vacuum chamber 40, the surrounding electromagnetic field fluctuates when the mechanical shutter is opened and closed and before and after that, which may cause the trajectory of the scanning electron beam to be bent. By disposing the mechanical shutter outside the vacuum chamber 40, it is possible to suppress the above problems.

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、さらに高精度に測定することが可能である。図18は本発明の表面電位分布測定装置の他の実施例を示す図である。図18において、感光体試料20の下側の試料設置部213は、電圧±Vsubを印加できる電圧印加部が接続されている。また、試料20の上方には、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90を配置した構成となっている。試料設置部213は導電材料からなり、その下には絶縁体212が配置され、さらにその下には導電体211が配置され、導電体211は接地され(GNDに落とされて)いる。   By measuring the profile of the surface charge distribution and the surface potential distribution, it is possible to measure with higher accuracy. FIG. 18 is a diagram showing another embodiment of the surface potential distribution measuring apparatus of the present invention. In FIG. 18, a sample application unit 213 on the lower side of the photoconductor sample 20 is connected to a voltage application unit that can apply a voltage ± Vsub. Further, a grid 90 is arranged above the sample 20 in order to suppress the incident electron beam from being affected by the sample charge. The sample placement portion 213 is made of a conductive material, an insulator 212 is disposed below it, and a conductor 211 is disposed below it, and the conductor 211 is grounded (dropped to GND).

図19は入射電子と感光体試料の関係を示す。同図(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。試料の垂直方向に入射する荷電粒子の速度ベクトルが、試料に到達前に反転するような状態が存在する領域があり、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. 19 shows the relationship between incident electrons and a photoreceptor sample. FIG. 4A shows the case where the acceleration voltage is larger than the surface potential potential, and FIG. 4B shows the case where the acceleration voltage is smaller than the surface potential potential. There is a region where the velocity vector of the charged particles incident in the vertical direction of the sample is reversed before reaching the sample, and the primary incident charged particles are detected. Although the acceleration voltage is generally expressed as positive, the applied voltage Vacc of the acceleration voltage is negative, and in order to give a physical meaning as a potential potential, it is easier to describe it as negative. Therefore, the acceleration voltage is expressed as negative (Vacc <0) here. 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ーである。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ー保存の法則により、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。したがって、一般的に以下のような現象が起こる。
A potential is the electrical potential energy of 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, the potential increases as it approaches the sample surface, and the velocity decreases due to the influence of Coulomb repulsion of the sample charge. Therefore, the following phenomenon generally occurs.

図19(a)に示す状態の場合、|Vacc|≧|Vp|なので、電子は、その速度は減速されるものの、試料に到達する。
図19(b)に示すように、|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。
In the case of the state shown in FIG. 19A, since | Vacc | ≧ | Vp |, the electron reaches the sample although its speed is reduced.
As shown in FIG. 19B, in the case of | Vacc | <| Vp |, the velocity of incident electrons is gradually decelerated under the influence of the potential potential of the sample, and the velocity reaches zero before reaching the sample. And go in the opposite direction.

空気抵抗の無い真空中では、エネルギー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ーを変えたときの、試料面上でのエネルギーすなわちランディングエネルギーがほぼ0となる条件を計測することで、感光体試料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次反転荷電粒子とでは、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 with no air resistance, the energy conservation law is almost completely established. Therefore, the potential on the surface of the photoconductor sample can be measured by measuring the conditions under which the energy on the sample surface, that is, the landing energy, becomes almost zero when the energy of the incident electrons is changed. Here, primary inversion charged particles, particularly electrons, are referred to as primary inversion electrons. The secondary electrons generated when reaching the sample and the primary inversion charged particles differ greatly in the amount reaching the detector, so that they can be distinguished from the border of contrast between light and dark.

なお、走査電子顕微鏡などは、反射電子検出器を備えているが、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ーは入射電子のエネルギーに匹敵する。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、試料の組成の違いや、凹凸を観察するのに有効な検出方法である。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、反射電子とは全く異なる現象である。   Note that a scanning electron microscope or the like includes a backscattered electron detector. In this case, the backscattered electrons are generally reflected (scattered) on the rear back surface by the interaction with the sample material, This refers to electrons that jump out of the surface of the sample. The energy of the reflected electrons is comparable to the energy of the incident electrons. The intensity of the reflected electrons is said to increase as the atomic number of the sample increases, and this is a detection method that is effective for observing differences in the composition of the sample and irregularities. In contrast, primary inversion electrons are electrons that are inverted before reaching the sample surface under the influence of the potential distribution on the sample surface, and are completely different from reflected electrons.

図20は潜像の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、試料下部の印加電圧Vsubとの差を
Vth(=Vacc−Vsub)
とすれば、ランディングエネルギーがほぼ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)と一意的な対応関係があり、Vth(x,y)が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. 20 is a diagram illustrating an example of the depth measurement result of the latent image. At each scanning position (x, y), the difference between the acceleration voltage Vacc and the applied voltage Vsub under the sample is Vth (= Vacc−Vsub).
Then, the potential distribution V (x, y) can be measured by measuring Vth (x, y) when the landing energy is almost zero. Vth (x, y) has a unique correspondence with the potential distribution V (x, y). If Vth (x, y) is a gentle charge distribution or the like, the potential distribution V (x, y) is approximated. equivalent to y).

図20の上段に示す曲線は、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。同図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たものである。このとき、Vth=Vacc−Vsub=−650Vとなっている。同図下段の楕円形は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たものである。このときのVthは−700Vになっている。   The curve shown in the upper part of FIG. 20 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 in the middle of the figure is 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 in the lower part of the figure is an image of the detector output obtained under the same conditions as above except that Vsub = −1100V. At this time, Vth is -700V.

図20に示す結果から分かるように、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、潜像プロファイルをミクロンオーダーで可視化することが可能となる。   As can be seen from the results shown in FIG. 20, it is possible to measure the surface potential information of the sample by scanning the sample surface with electrons while changing the acceleration voltage Vacc or the applied voltage Vsub and measuring the Vth distribution. . By using this method, it is possible to visualize the latent image profile on the micron order, 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ー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生じ、その結果として、走査倍率が変わったり、歪曲収差を生じたりすることになる。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 a latent image profile with primary inverted electrons, the energy of incident electrons changes drastically, and the trajectory of incident electrons may shift, resulting in a change in scanning magnification or distortion. Will be. 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ー密度は同じでも、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ーが一定の場合、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、画像濃度むらが顕著にあらわれてくる。   The photosensitive member has a reciprocity failure phenomenon in which the latent image formation state is different when the relationship between the light amount and the exposure time is different even though the total exposure energy density given to the photosensitive member is the same. In general, when the exposure energy is constant, the stronger the amount of light, 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.

本実施例に係る静電潜像測定装置で感光体試料の表面の静電潜像を評価することにより、1ミクロンオーダーの分解能で計測することが可能であるため、潜像形成の過程が1ドットレベルで定量的に詳細に解析できる。よって、露光量を最適化することができ、感光体試料に負担のかからない帯電及び露光条件が分かり、省エネルギー、高耐久性を備えた感光体を得ることができる。   By evaluating the electrostatic latent image on the surface of the photoreceptor sample with the electrostatic latent image measuring apparatus according to the present embodiment, it is possible to measure with a resolution of the order of 1 micron. Quantitative details can be analyzed at the dot level. Therefore, the exposure amount can be optimized, charging and exposure conditions that do not impose a burden on the photoreceptor sample can be known, and a photoreceptor having energy saving and high durability can be obtained.

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以下に短波長化し、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、現在の感光体は短波長の光に対して感度が低いことや、小径化された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、鮮鋭性を高いレベルで安定に得ることができないという不具合が生じている。   In order to improve the image quality of output images, attempts have been made to optimize the optical system, shorten the light source wavelength to 780 nm or less, and reduce the beam spot diameter in the sub-scanning direction to 60 μm or less. However, current photoconductors are less sensitive to short-wavelength light, and a small-diameter beam is strongly affected by light scattering and charge diffusion within the photoconductor, resulting in a larger latent image diameter. The depth of the image also becomes shallow, and the final output image has a problem that gradation and sharpness cannot be stably obtained at a high level.

図21にビームスポット径及び潜像径の概念図を示す。ここでは、ビームスポット径を、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で描かれる円または楕円の径とする。電荷輸送層の組成及び膜厚が光の散乱及び電荷の拡散度合いに影響を与え、電荷発生層の組成が感度に影響を与えることは知られているが、明確な相関関係が分かっていない。 FIG. 21 shows a conceptual diagram of the beam spot diameter and the latent image diameter. Here, the beam spot diameter is defined as a diameter in a range where the beam spot light quantity distribution is equal to or larger than e −2 of the maximum light quantity. The diameter of the latent image is a diameter of a circle or an ellipse drawn at the light / dark 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.

そこで、電荷輸送層の組成及び膜厚、電荷発生層の組成を変えて感光体を作り、本実施例の静電潜像測定装置を用いて行わ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、例えば帯電電位800V、露光エネルギー4mJ/m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て潜像測定を行う。図21(a)及び(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、最終出力画像で階調性、鮮鋭性が高いレベルで安定する感光体を得ることができる。上記条件式において、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。
Therefore, in the electrostatic latent image measurement method performed by using the electrostatic latent image measurement device of this embodiment, a photoconductor is produced by changing the composition and thickness of the charge transport layer and the composition of the charge generation layer. The latent image is measured by exposing under the same conditions as used in the above, 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. As shown in FIGS. 21A and 21B, 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 that satisfies the above is selected, a photoconductor that is stable at a high level of gradation and sharpness in the final output image can be obtained. In the above conditional expression, the lower limit of 1.0 is a theoretical limit that light scattering and charge diffusion always occur in any photoconductor and cannot be less than this, and the upper limit of 2.0 is the final output image. Therefore, this is the limit necessary to ensure the stability of gradation and sharpness.

次に、以上説明した本発明に係る静電潜像の測定装置を用いて測定した感光体を用いた本発明に係る画像形成装置の実施例について説明する。図22は上記画像形成装置の1形態であるレーザプリンタ1000の概略構成を示す。図22において、レーザプリンタは、光走査装置1010、感光体ドラム1030、帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034、クリーニングブレード1035、トナーカートリッジ1036、給紙コロ1037、給紙トレイ1038、レジストローラ対1039、定着ローラ1041、排紙ローラ1042、及び排紙トレイ1043などを備えている。   Next, an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention using the photoconductor measured using the electrostatic latent image measuring apparatus according to the present invention described above will be described. FIG. 22 shows a schematic configuration of a laser printer 1000 which is one form of the image forming apparatus. In FIG. 22, the laser printer includes an optical scanning device 1010, a photosensitive drum 1030, a charging charger 1031, a developing roller 1032, a transfer charger 1033, a charge eliminating unit 1034, a cleaning blade 1035, a toner cartridge 1036, a paper feeding roller 1037, and a paper feeding tray. 1038, a registration roller pair 1039, a fixing roller 1041, a paper discharge roller 1042, a paper discharge tray 1043, and the like.

帯電チャージャ1031、現像ローラ1032、転写チャージャ1033、除電ユニット1034及びクリーニングブレード1035は、それぞれ感光体ドラム1030の表面近傍に配置されている。そして、感光体ドラム1030の回転方向に関して、帯電チャージャ1031→現像ローラ1032→転写チャージャ1033→除電ユニット1034→クリーニングブレード1035の順に配置されている。   The charging charger 1031, the developing roller 1032, the transfer charger 1033, the charge removal unit 1034, and the cleaning blade 1035 are each arranged in the vicinity of the surface of the photosensitive drum 1030. Then, with respect to the rotation direction of the photosensitive drum 1030, the charging charger 1031 → the developing roller 1032 → the transfer charger 1033 → the charge eliminating unit 1034 → the cleaning blade 1035 are arranged in this order.

感光体ドラム1030の表面には、感光層が形成されている。ここでは、感光体ドラム1030は、図22の紙面内で時計回り(矢印方向)に回転するようになっている。帯電チャージャ1031は、感光体ドラム1030の表面を均一に帯電させる。光走査装置1010は、帯電チャージャ1031で帯電された感光体ドラム1030の表面に、上位装置(例えばパソコン)からの画像情報に基づいて変調された光を照射する。これにより、感光体ドラム1030の表面では、画像情報に対応した潜像が感光体ドラム1030の表面に形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム1030の回転に伴って現像ローラ1032の方向に移動する。なお、この光走査装置1010の構成については後述する。トナーカートリッジ1036にはトナーが格納されており、このトナーが現像ローラ1032に供給される。現像ローラ1032は、感光体ドラム1030の表面に形成された潜像にトナーカートリッジ1036から供給されたトナーを付着させて画像情報を顕像化させる。トナーが付着された潜像(以下では、便宜上「トナー像」ともいう)は、感光体ドラム1030の回転に伴って転写チャージャ1033の方向に移動する。   A photosensitive layer is formed on the surface of the photosensitive drum 1030. Here, the photosensitive drum 1030 rotates clockwise (in the direction of the arrow) within the plane of FIG. The charging charger 1031 uniformly charges the surface of the photosensitive drum 1030. The optical scanning device 1010 irradiates the surface of the photosensitive drum 1030 charged by the charging charger 1031 with light modulated based on image information from a host device (for example, a personal computer). As a result, a latent image corresponding to the image information is formed on the surface of the photosensitive drum 1030 on the surface of the photosensitive drum 1030. The latent image formed here moves in the direction of the developing roller 1032 as the photosensitive drum 1030 rotates. The configuration of the optical scanning device 1010 will be described later. Toner cartridge 1036 stores toner, and this toner is supplied to developing roller 1032. The developing roller 1032 causes the toner supplied from the toner cartridge 1036 to adhere to the latent image formed on the surface of the photosensitive drum 1030 to visualize the image information. The latent image to which the toner is attached (hereinafter also referred to as “toner image” for convenience) moves in the direction of the transfer charger 1033 as the photosensitive drum 1030 rotates.

給紙トレイ1038には記録紙1040が格納されている。この給紙トレイ1038の近傍には給紙コロ1037が配置されており、給紙コロ1037は、記録紙1040を給紙トレイ1038から1枚ずつ取り出し、レジストローラ対1039に搬送する。レジストローラ対1039は、転写ローラ911の近傍に配置され、給紙コロ1037によって取り出された記録紙1040を一旦保持するとともに、記録紙1040を感光体ドラム1030の回転に合わせて感光体ドラム1030と転写チャージャ1033との間隙に向けて送り出す。   Recording paper 1040 is stored in the paper feed tray 1038. A paper feed roller 1037 is disposed in the vicinity of the paper feed tray 1038, and the paper feed roller 1037 takes out the recording paper 1040 one by one from the paper feed tray 1038 and conveys it to the registration roller pair 1039. The registration roller pair 1039 is disposed in the vicinity of the transfer roller 911, temporarily holds the recording paper 1040 taken out by the paper feeding roller 1037, and the recording paper 1040 and the photosensitive drum 1030 according to the rotation of the photosensitive drum 1030. It is sent out toward the gap with the transfer charger 1033.

転写チャージャ1033には、感光体ドラム1030の表面上のトナーを電気的に記録紙1040に引きつけるために、トナーとは逆極性の電圧が印加されている。この電圧により、感光体ドラム1030の表面のトナー像が記録紙1040に転写される。ここで転写された記録紙1040は、定着ローラ1041に送られる。この定着ローラ1041では、熱と圧力とが記録紙1040に加えられ、これによってトナーが記録紙1040上に定着される。ここで定着された記録紙1040は、排紙ローラ1042を介して排紙トレイ1043に送られ、排紙トレイ1043上に順次スタックされる。   A voltage having a polarity opposite to that of the toner is applied to the transfer charger 1033 in order to electrically attract the toner on the surface of the photosensitive drum 1030 to the recording paper 1040. With this voltage, the toner image on the surface of the photosensitive drum 1030 is transferred to the recording paper 1040. The recording sheet 1040 transferred here is sent to the fixing roller 1041. In the fixing roller 1041, heat and pressure are applied to the recording paper 1040, whereby the toner is fixed on the recording paper 1040. The recording paper 1040 fixed here is sent to the paper discharge tray 1043 via the paper discharge roller 1042 and is sequentially stacked on the paper discharge tray 1043.

除電ユニット1034は、感光体ドラム1030の表面を除電する。クリーニングブレード1035は、感光体ドラム1030の表面に残ったトナー(残留トナー)を除去する。なお、除去された残留トナーは、再度利用されるようになっている。残留トナーが除去された感光体ドラム1030の表面は、再度帯電チャージャ1031の位置に戻る。   The neutralization unit 1034 neutralizes the surface of the photosensitive drum 1030. The cleaning blade 1035 removes toner (residual toner) remaining on the surface of the photosensitive drum 1030. The removed residual toner is used again. The surface of the photosensitive drum 1030 from which the residual toner has been removed returns to the position of the charging charger 1031 again.

本発明に係る静電潜像の測定装置を用いて測定することにより、非常に望ましい感光体(潜像担持体)を得ることができ、この感光体を用いて画像形成装置を構成することにより、解像力に優れた精彩度の高い画像、さらに、耐久に優れた画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。   By using the electrostatic latent image measuring device according to the present invention, a highly desirable photoconductor (latent image carrier) can be obtained, and by using this photoconductor to constitute an image forming apparatus. Thus, it is possible to provide an image forming apparatus capable of obtaining an image with high resolution and high definition and an image with excellent durability.

本発明に係る静電潜像の測定装置を用いることによって、電子写真プロセスを用いる複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる感光体の品質や性能を評価することができる。そして、評価された感光体の品質や性能に応じた画像形成装置の設計を行うことにより、感光体に高品質の静電潜像を形成することができ、この静電潜像を現像することにより高品質の画像を得ることができる。   By using the electrostatic latent image measuring apparatus according to the present invention, it is possible to evaluate the quality and performance of a photoreceptor used in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile using an electrophotographic process. Then, by designing the image forming apparatus according to the evaluated quality and performance of the photoconductor, a high-quality electrostatic latent image can be formed on the photoconductor, and the electrostatic latent image is developed. Thus, a high quality image can be obtained.

4 電子ビーム照射装置
6 露光部
8 検出器
15 試料載置部
20 感光体試料
40 真空チャンバ
61 光源
65 光偏向器
1017 同期センサ(同期信号生成手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Electron beam irradiation apparatus 6 Exposure part 8 Detector 15 Sample mounting part 20 Photoconductor sample 40 Vacuum chamber 61 Light source 65 Optical deflector 1017 Synchronous sensor (synchronization signal production | generation means)

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 特開2003−295696号公報JP 2003-295696 A 特開2004−251800号公報JP 2004-251800 A 特開2008−233376号公報JP 2008-233376 A

Claims (12)

感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させる電子ビーム照射装置と、帯電した上記感光体試料面に静電潜像を形成するための露光部と、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出する検出器と、を備え、上記検出器によって得られる検出信号により上記感光体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、
上記露光部は、半導体レーザーからなる光源と、上記感光体試料面を上記光源からのレーザー光で走査させる光偏向器と、上記レーザー光の走査範囲の端部で上記レーザー光を検出して同期信号を生成する同期信号生成手段と、上記同期信号に基づき上記レーザー光が上記感光体試料面を走査するときの発光タイミングを制御するための書込みタイミング信号を生成する書込みタイミング信号生成手段と、を備え、
上記露光部による露光の終了から所定のタイミングで上記静電潜像の分布を測定することを特徴とする静電潜像の測定装置。
An electron beam irradiation apparatus that irradiates an electron beam to a photoconductor sample to generate a charged charge on the photoconductor sample, an exposure unit for forming an electrostatic latent image on the charged photoconductor sample surface, and the photoconductor sample And a detector for detecting electrons emitted from the photoconductor sample by scanning the surface with an electron beam, and measuring an electrostatic latent image distribution on the photoconductor sample surface by a detection signal obtained by the detector In the electrostatic latent image measuring device,
The exposure unit is configured to detect and synchronize the light source composed of a semiconductor laser, the optical deflector that scans the surface of the photosensitive member sample with the laser beam from the light source, and the laser beam at the end of the scanning range of the laser beam. Synchronization signal generation means for generating a signal, and write timing signal generation means for generating a write timing signal for controlling the light emission timing when the laser beam scans the photosensitive member sample surface based on the synchronization signal, Prepared,
An apparatus for measuring an electrostatic latent image, comprising: measuring the distribution of the electrostatic latent image at a predetermined timing from the end of exposure by the exposure unit.
前記露光部の光源として複数の発光部を持つ半導体レーザーを用い、同期信号生成手段からの同期信号によって発光する発光部と、書込みタイミング信号生成手段からの書込みタイミング信号で発光する発光部とが異なってい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。   A semiconductor laser having a plurality of light emitting units is used as the light source of the exposure unit, and the light emitting unit that emits light by the synchronization signal from the synchronization signal generating unit is different from the light emitting unit that emits light by the write timing signal from the write timing signal generating unit The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1. 前記同期タイミング信号生成手段からの書込みタイミング信号で発光する発光部は、複数の発光部であ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。   The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1, wherein the light emitting unit that emits light in response to a write timing signal from the synchronization timing signal generating unit is a plurality of light emitting units. 前記露光部の光源は半導体レーザーであり、基準クロックと同期信号から画素クロックを生成する画素クロック生成手段と、画素情報から画素パターンを生成する画素パターン生成手段とを有することを特徴とする請求項1、2または3記載の静電潜像の測定装置。   The light source of the exposure unit is a semiconductor laser, and includes a pixel clock generation unit that generates a pixel clock from a reference clock and a synchronization signal, and a pixel pattern generation unit that generates a pixel pattern from pixel information. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to 1, 2 or 3. 測定時以外は感光体試料面への光の入射を遮蔽するシャッタと、露光タイミングと連動して上記シャッタの開閉を制御するシャッタ制御手段を有することを特徴とする請求項1乃至項4のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。   5. A shutter according to claim 1, further comprising: a shutter that shields light from entering the surface of the photosensitive member sample other than during measurement; and shutter control means that controls opening and closing of the shutter in conjunction with exposure timing. An apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1. 前記シャッタ制御手段は、走査光学系の同期信号をトリガ信号としてシャッタを開放し、静電潜像形成後にデータ有効期間信号に連動して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1乃至5のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。   2. The shutter control means according to claim 1, further comprising means for opening the shutter using a synchronizing signal of the scanning optical system as a trigger signal, and closing the shutter in conjunction with a data valid period signal after forming an electrostatic latent image. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 5. シャッタ手段はメカニカルシャッタであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の静電潜像の測定装置。   7. The apparatus for measuring an electrostatic latent image according to claim 1, wherein the shutter means is a mechanical shutter. 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領域が存在する条件下で測定することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の感光体静電潜像の測定装置。   9. The apparatus for measuring a latent image on a photosensitive member according to claim 1, wherein the measurement is performed under a condition in which a region where a velocity vector in a sample vertical direction of incident charged particles is inverted exists. 感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させ、帯電した上記感光体試料面を露光することにより静電潜像を形成し、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出し、この検出信号により上記感光体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、
上記露光は、露光部において半導体レーザーからなる光源のレーザー光を上記感光体試料面で走査させることによって行い、
上記レーザー光の走査範囲の端部で同期信号生成手段により上記レーザー光を検出して同期信号を生成し、
上記同期信号に基づき上記レーザー光が上記感光体試料面を走査するときの発光タイミングを制御するための書込みタイミング信号を生成し、
露光の終了から所定のタイミングで上記静電潜像の分布を測定することを特徴とする静電潜像の測定方法。
The photosensitive member sample is irradiated with an electron beam to generate a charged charge on the photosensitive member sample, and an electrostatic latent image is formed by exposing the charged photosensitive member sample surface, and the photosensitive member sample surface is scanned with the electron beam. In the method for measuring an electrostatic latent image, the electrons emitted from the photoreceptor sample are detected, and the electrostatic latent image distribution on the surface of the photoreceptor sample is measured based on the detection signal.
The exposure is performed by scanning the surface of the photoconductor sample with laser light from a light source composed of a semiconductor laser in an exposure unit,
The laser beam is detected by the synchronization signal generating means at the end of the scanning range of the laser beam to generate a synchronization signal,
Based on the synchronization signal, a write timing signal for controlling the light emission timing when the laser beam scans the photoconductor sample surface is generated,
A method for measuring an electrostatic latent image, comprising: measuring the distribution of the electrostatic latent image at a predetermined timing from the end of exposure.
感光体試料に電子ビームを照射して感光体試料に帯電電荷を生成させ、帯電した上記感光体試料面を露光することにより静電潜像を形成し、上記感光体試料面を電子ビームで走査することによって上記感光体試料から放出される電子を検出し、この検出信号により上記感光体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、
上記露光は、露光部において半導体レーザーからなる光源のレーザー光を上記感光体試料面で走査させることによって行い、
静電潜像を形成する時間の前後で、光源からのレーザー光が感光体試料の観察領域に到達しないように遮蔽することで、上記半導体レーザーのバイアス電流によるオフセット発光の影響を抑制することを特徴とする静電潜像の測定方法。
The photosensitive member sample is irradiated with an electron beam to generate a charged charge on the photosensitive member sample, an electrostatic latent image is formed by exposing the charged surface of the photosensitive member sample, and the photosensitive member sample surface is scanned with the electron beam. In the method for measuring an electrostatic latent image, the electrons emitted from the photoreceptor sample are detected, and the electrostatic latent image distribution on the surface of the photoreceptor sample is measured based on the detection signal.
The exposure is performed by scanning the surface of the photoconductor sample with a laser beam of a light source composed of a semiconductor laser in an exposure unit,
By blocking the laser light from the light source from reaching the observation area of the photoreceptor sample before and after the time for forming the electrostatic latent image, it is possible to suppress the influence of offset light emission due to the bias current of the semiconductor laser. A method for measuring an electrostatic latent image.
感光体の面に電子写真プロセスを実行することにより画像を形成する画像形成装置であって、上記感光体は、請求項1乃至9のいずれかに記載の静電潜像の測定装置によって測定された感光体である画像形成装置。   An image forming apparatus for forming an image by executing an electrophotographic process on a surface of a photoconductor, wherein the photoconductor is measured by the electrostatic latent image measuring device according to any one of claims 1 to 9. An image forming apparatus which is a photosensitive member. 書込み光源から射出されるレーザー光の波長が780nm以下であり、かつ、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とすると、
1.0<B/A<2.0
を満足することを特徴とする請求項11記載の画像形成装置。
The wavelength of the laser light emitted from the writing light source is 780 nm or less, the beam spot diameter in the sub-scanning direction on the photoreceptor surface is 60 μm or less, and the beam spot diameter in the sub-scanning direction on the photoreceptor surface is A. When the formed latent image diameter in the sub-scanning direction is B,
1.0 <B / A <2.0
The image forming apparatus according to claim 11, wherein:
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