JP2011059287A

JP2011059287A - 感光体の静電潜像測定装置および画像形成装置

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Publication number: JP2011059287A
Application number: JP2009207766A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ito; 悟伊藤; Hiroyuki Suhara; 浩之須原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: JP5454025B2

Abstract

【課題】副走査方向への静電潜像を形成して評価することを可能にした感光体の静電潜像測定装置およびこの静電潜像測定装置及びこの感光体を用いた画像形成装置を得る。
【解決手段】感光体試料２０に電子ビームを照射して試料上に帯電電荷を生成する手段４、試料２０を露光して静電潜像を形成する露光装置６を有し、試料面を電子ビームで走査して得られる検出信号により試料面の静電潜像分布を測定する。露光装置６のＬＤ光源６１、ＬＤ光源６１からの光束を受光する受光素子を備えた同期タイミング信号生成手段、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ための信号を生成する書込みタイミング信号生成手段、光束が試料面を走査する方向に対し垂直な方向に光束を走査させる副走査方向偏向手段と、を有し、露光終了から所定のタイミングで、主走査方向と副走査方向に広がる静電潜像の分布を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、感光体の静電潜像測定装置および画像形成装置に関するもので、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で高分解能の計測を可能にし、特に、走査光学系にて露光された感光体上の静電潜像の測定を可能にすることを目的とする。

なお、感光体表面の電荷は、厳密には、感光体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、本発明でいう表面電荷とは、電荷分布状態が、感光体の厚さ方向に比べて、表面方向に大きく分布している状態を指すことにする。また、「電荷」には、電子だけでなく、イオンも含まれる。また、表面に導電部があり、導電部分に電圧が印加されることにより、感光体試料表面あるいはその近傍に電位分布を生じている状態であってもよい。

従来、表面電位を計測する一つの方法として、電位分布を有する試料にセンサヘッドを近づけ、そのときの試料とセンサヘッドとの間に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ｍｍ程度と悪く、感光体の評価に求められる１μｍ程度の分解能を得ることはできない。

感光体の評価方法として、静電潜像を電子ビームの照射によって観察する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１記載の発明による観察対象は、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。したがって、静電潜像の形成直後から暗減衰を生じる通常の画像形成装置などに用いられている感光体の静電潜像は測定することができない。通常の誘電体は電荷を半永久的に保持することができるので、電荷分布を形成後、時間をかけて測定を行っても、測定結果に影響を与えることはない。しかしながら、感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持することができず、暗減衰が生じて時間とともに表面電位が低下してしまう。感光体が電荷を保持できる時間は、暗室であってもせいぜい数十秒である。従って、帯電・露光後に電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で静電潜像を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。

また、試料のＸ線透過像を撮影する電子写真感光体をＸ線源に対峙させて配置し、上記感光体の他面に対峙させて走査型電子ビーム放射器を設け、上記感光体の光導電層から放出される２次電子を検出する２次電子検出器を配置し、この２次電子検出器の出力を画像に変換するように構成したＸ線顕微鏡が知られている（特許文献２参照）。この特許文献２に記載されている装置においては、使用波長が本発明において使用する波長とは全く異なる上に、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、後述の本発明の目的を達成することができない。

そこで、我々は、暗減衰を起こす感光体試料であっても、静電潜像を測定することを可能にした静電潜像測定方法および装置を開発した（特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。

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、この黒と白の部分を識別することにより、形成された静電潜像を測定することができる。

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。

実際の書込みプロセスを再現するために、光束が試料面上を走査している（この走査方向を「主走査方向」という）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。この場合、主走査方向のみに静電潜像が形成されるが、実際の画像形成装置においては主走査方向に対して垂直な方向すなわち副走査方向にずれた静電潜像も形成される。したがって、潜像形成の時間差によって潜像に差が生じ、これによりバンディングと称する縞模様状の像が発生するので、その評価が求められ、副走査方向の静電潜像を形成してこれを評価する必要がある。また、高密度（高精細度）の画像を得るために、多数の半導体レーザー（以下「ＬＤ」という）アレイで１画素あたり複数のＬＤ発光による画素合成を行う場合などにおいても、その評価が求められ、副走査方向の静電潜像の形成が必要となっている。

本発明は、上に述べたような従来技術の課題を解決すること、すなわち、副走査方向への静電潜像を形成してこれを評価することを可能にした感光体の静電潜像測定装置およびこの静電潜像測定装置で測定された感光体を用いることにより、各画像形成工程の品質を高めることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、感光体試料に電子ビームを照射して前記感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、前記感光体試料を露光して静電潜像を形成させる露光装置と、前記感光体試料面を電子ビームで走査して得られる検出信号により感光体試料面の静電潜像分布を測定する感光体の静電潜像測定装置であって、露光装置の光源としての半導体レーザーと、前記半導体レーザーからのレーザー光束を受光する受光素子を備えた同期タイミング信号生成手段と、前記レーザー光束が前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信号を生成する書込みタイミング信号生成手段と、前記レーザー光束が前記感光体試料面を走査する方向に対し垂直な方向に光束を走査させる副走査方向偏向手段と、を有し、露光終了から所定のタイミングで、主走査方向および副走査方向に広がる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。

本発明の他の形態は、前記副走査方向偏向手段が、露光光学系の走査レンズと感光体試料面との間に設置されていることを特徴とする。
本発明のさらに他の形態は、前記副走査方向偏向手段が真空チャンバ内に設置されていることを特徴とする。

本発明のさらに他の形態は、前記副走査方向偏向手段が、透過光束の偏向手段であることを特徴とする。
本発明のさらに他の形態は、前記副走査方向偏向手段が、光束の偏向角が音響信号によって変化する音響光学素子からなることを特徴とする。
本発明のさらに他の形態は、前記露光装置の光源としての半導体レーザーと、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。

本発明はまた、上記本発明に係る測定装置を用いて計測した感光体を潜像担持体とし、この潜像担持体の感光面に対して光走査を行うことにより前記潜像担持体に潜像を形成し、この潜像を現像して可視化することを特徴とする画像形成装置であって、書き込み光源波長が７８０ｎｍ以下であり、かつ、前記感光体面での副走査方向のビームスポット径が６０μｍ以下であり、感光体面での副走査方向のビームスポット径をＡとし、形成される副走査方向の潜像径をＢとした時に、１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０を満足することを特徴とする。

本発明によれば、露光装置の光源として半導体レーザーを用い、同期タイミング信号生成手段と、光束が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書込みタイミング信号生成手段と、光束が感光体試料面を走査する方向に対し垂直な方向に光束を走査させる副走査方向偏向手段とを有することにより、副走査方向にも任意の重なりで静電潜像を形成することができ、この副走査方向の静電潜像分布を測定することができる。

本発明の他の形態によれば、副走査方向偏向手段を露光装置の走査レンズと感光体試料面との間に設置したことにより、露光装置の走査レンズを透過する光束の走査位置が一定となり、露光装置の走査位置の違いによる光束の光学特性の変動を小さくすることができる。
本発明のさらに他の形態によれば、副走査方向偏向手段は真空チャンバ内で感光体試料面との間に設置したことにより、真空チャンバの窓を透過する光束の位置が一定となり、真空チャンバの窓の走査位置の違いによる光束の光学特性の変動を小さくすることができる。

本発明のさらに他の形態によれば、副走査方向偏向手段は透過光束の偏向手段とすることにより、副走査方向偏向手段を小型化することが可能で、これにより測定装置の規模を小さくすることができる。
本発明のさらに他の形態によれば、副走査方向偏向手段として音響光学素子を用いることにより、光束を高速で偏向をすることができるとともに、副走査方向偏向手段を小型化することが可能である。
本発明のさらに他の形態によれば、前記露光装置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ことにより、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に測定することが可能となる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る測定装置を用いて感光体の静電潜像を評価し、これを潜像担持体および画像形成装置の設計にフィードバックすることができる。これにより、画像形成の各工程の品質が向上するため、高画質、高耐久性、高安定性、省エネルギー化に優れた潜像担持体及び走査光学系を提供することができ、高密度・高画質・高耐久性の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。
特に、画像濃度むらが生じやすい、ＶＣＳＥＬなどのマルチビーム走査光学系を搭載した画像形成装置に適する。

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。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。２次電子による電荷分布・電位分布検出の原理を示す模式図である。本発明に適用可能な露光装置としての光走査装置の例を示す斜視図である。上記露光装置の光源として用いられる垂直共振器型面発光半導体レーザーの例を示す拡大正面図である。上記垂直共振器型面発光半導体レーザーの各発光部に符号を付した例を示す拡大正面図である。上記垂直共振器型面発光半導体レーザーの各発光部を同期用に発光させる発光部と書込み用に発光させる発光部に分けた例を示す正面図である。上記垂直共振器型面発光半導体レーザーからなる光源を駆動する光源駆動回路の例を示すブロック図である。上記光源駆動回路を制御する制御回路の例を示すブロック図である。上記制御回路の動作を示すタイミングチャートである。半導体レーザー光源の駆動電流と光出力の関係を示すグラフである。感光体試料にオフセット光が照射された場合とオフセット光が遮蔽された場合との効果を比較して示すグラフである。上記オフセット光を遮蔽するためのシャッタの開閉動作を示すタイミングチャートである。本発明にかかる静電潜像測定装置の制御系の例を示すブロック図である。上記制御系の動作を示すフローチャートである。本発明においてメカニカルシャッタとして使用することができる音響光学素子の例を示す模式図である。本発明に適用可能な線像画像パターンの各種例を示す模式図である。本発明に係る静電潜像の測定装置の他の実施例を模式的に示す正面図である。上記実施例における入射電子と試料の関係を示す模式図で、（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それぞれ示す。潜像の深さを計測した結果の一例を示す模式図である。ビームスポット径および潜像径を示す概念図である。本発明に係る画像形成装置の実施例を簡略化して示す正面図である。副走査方向の位置を検出して感光体試料片にパターン書き込みを開始するタイミングを検知する手段の例を示す概念図である。

以下、本発明に係る感光体の静電潜像測定装置および画像形成装置の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１に本発明に係る感光体の静電潜像測定装置の実施例を示す。図１において、静電潜像測定装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部と露光部、試料設置部、１次反転荷電粒子や２次電子などの検出部を備えている。ここでいう、荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど、電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。図１に示す実施例、電子ビームを照射する構成になっている。

図１において、電子ビーム照射装置４は、真空チャンバ―４０内に以下のように構成部分が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の上端近くに電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。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電源から駆動用電源が供給されるようになっている。

電子ビームは、上記コンデンサレンズ４５によって感光体試料２０の表面において収束され、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る。この２次電子や１次反転電子などの検出器８として、シンチレータや光電子増倍管などを用いている。通常シンチレータには引き込み電圧８〜１０ｋＶ程度の高電圧を印加することで、荷電粒子を捕獲する構成となっている。検出荷電粒子を検出器８に導くために、荷電粒子が感光体試料２０に衝突したときに放出粒子が発生するように、放出粒子発生部材を配置している。

試料２０は載置台１５に載せられている。試料２０の背面側すなわち上記載置台１５は、通常はＧＮＤに落とした状態で使用するが、必要に応じて電圧Ｖｓｕｂ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。

電子ビーム照射装置４により感光体試料２０の表面に電子ビームを偏向しながら照射することにより感光体試料２０の表面を一様に帯電させることができる。この帯電した面を露光することによって所定のパターンの静電潜像を形成する露光部６が設けられている。この露光装置６は、いわゆる周知のレーザスキャナであって、図４に示す光走査装置と実質的に同じ構成になっている。図１において、露光装置６は、感光体試料２０に関して感度を持つ波長の光を放射するＬＤ（レーザダイオード）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。上記露光装置６は、感光体試料２０上に所望の光ビーム径、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の表面を上記光ビームで走査することができる。ＬＤ制御手段により適切な露光時間、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。

露光装置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付けてもよい。
また、面的なパターンを形成するために上記走査ライン方向（これを「主走査方向」という）に対して垂直な方向（これを「副走査方向」という）の走査を行う偏向器を備えていてもよい。

図４は、上記露光装置６として使用可能な光走査装置の具体例を示す。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に示す光走査装置は、光源ユニット１０１１、シリンドリカルレンズ１０１２、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。

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）と、この光源ＬＡを駆動する光源駆動回路４００（図８参照）と、カップリングレンズ（以下「ＣＬ」という場合もある）を有している。ここでは、光源ＬＡの例として図５に示されているように、３２個（８×４）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次元アレイを用いている。

この２次元アレイは、主走査方向に対応する方向（以下では、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（以下では、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軸方向とにそれぞれ沿って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発光部列ということとする。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。

また、各発光部を特定するために、便宜上、図６に示すように、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。

図８に示すように、前記光源駆動回路４００は、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ｖ１〜ｖ３２を個別に駆動する。
図４に示す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、光源ユニット１０１１からは、略平行光が出力される。

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のみ集光させ、ポリゴンミラー１０１５の偏向反射面近傍に主走査方向の線像を結ばせる。ポリゴンミラー１０１３は、高さの低い正六角柱状の部材からなり、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。

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、便宜上「走査光」ともいう）を、被走査面である感光体ドラム１０３０の表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およびミラー１０１６を経て感光体ドラム１０３０の表面に結像する。

ところで、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。走査光による有効走査領域は、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。
同期センサ１０１７は、像面と等価で、ミラー１０１６で反射された有効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。そこで、同期センサセンサ１０１７の出力信号から、感光体ドラム１０３０における走査開始タイミングを設定することができる。

制御装置１０１９は、図９に示されているように、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に示されている矢印は、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。

図１０は、上記各回路の動作に関係するタイミングチャートが示されている。ここで、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である。

図９に示す画像処理回路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に従い、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と同一で、位相は同期信号ｓ１９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。ここで生成された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。

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の位置を通過してからｔ１経過後にＬＧＡＴＥ信号ｓ１５をローレベルからハイレベルに変化させる。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、光走査による書込み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。

光源選択回路４１４は、走査光の像面が走査終端に達すると、次の走査に用いられる発光部を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して次の走査を開始する。ＶＣＳＥＬ光源の場合、１つの発光部では同期センサで検知することが難しいので、前記Ｚ方向の配列から複数の発光部を選択して発光させる。
また、図７に示すように同期用に発光させる発光部と、書込み用に発光させる発光部を分けてもよい。こうすることにより、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、平面であっても曲面であってもよい。
走査光学系は、ポリゴンモータなどを有する偏向器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、前記真空チャンバ４０の外に配置するとよい。走査光学系の上記振動発生源や電磁場発生源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。走査光学系は、光学的に透明な入射窓６８（図１参照）より入射させることが望ましい。
試料２０と光源の間には、半導体レーザー６１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。

図２は、上記実施例の真空チャンバ４０および露光装置６の具体的な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。露光装置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。露光装置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。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。走査ビーム７７は上記ミラー７２でほぼ４５°の角度で斜め下方に折り曲げられ、この走査ビーム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。

上記除振台８１の上に真空チャンバ４０が固定されている。真空チャンバ４０内に前記試料載置台としての試料ステージ７８が水平面内において直交２軸方向に移動可能に取り付けられている。試料ステージ７８には感光体試料２０を載置することができ、この感光体試料２０に対し真上から荷電粒子ビームを照射する前記荷電粒子ビーム照射装置４が真空チャンバ４０に取り付けられている。荷電粒子ビーム照射装置４の内部も真空チャンバ４０と連通していて真空に保たれている。真空チャンバ４０内には、感光体試料２０に静電潜像を形成した後、感光体試料２０に荷電粒子ビームを照射することによって放出される電子ビームを検出する検出器８の検出端が感光体試料２０に向かって伸びている。

走査レンズ６６はｆθ特性を有しており、光偏光器６５が一定の角速度で回転しているとき、光ビームは像面すなわち感光体試料２０の面を略等速度で移動する構成となっている。また、感光体試料２０の面上のビームスポット径も略一定の径に保たれて走査可能な構成になっている。
さらに、真空チャンバ４０の内部にはもう一つの光偏向素子が設置されており、走査光学系による主走査に対して垂直方向に走査が行われるようになっている。

上記走査光学系は、真空チャンバ４０から離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を駆動する際に発生する振動が真空チャンバに直接伝播されることはなく、電子ビーム照射装置および検出器の受ける上記振動の影響は少ない。さらに、図２には図示していないが、構造体８２と除振台８１との間にダンパを挿入すればさらに防振効果を高めることができる。

静電潜像を形成するための露光光源として、可視光から赤外光領域のＬＤ(レーザーダイオード）を用い、レーザー光をポリゴンミラーなどの光偏向器で走査させながらレーザー光を点滅させることで、静電潜像を形成する。この静電潜像を形成する際に、ポリゴンミラーなどの光偏向器は、回転開始から等速回転するまで立ち上がるの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るために、同期検出器による検出信号によって書き出し開始位置を決定している。

光の点滅で潜像画像パターンを形成するには、感光体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を向上させ、あついはドループ特性改善のために、画像データが消灯のタイミングであっても、ＬＤ（半導体レーザー）光源にバイアス電流を常に流しておく必要がある。ＬＤ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。ＬＤはバイアス電流が流れることによりＬＥＤ発光を起こす。したがって、光源としてＬＤ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。

図１１に、ＬＤの駆動電流ＩＦと光出力の関係を示す。横軸がＬＤ駆動電流、縦軸が光出力で、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、そして、ｃはＬＤ点灯の駆動電流を示している。これらの電流は、ａ＜ｂ＜ｃの関係になっている。ＬＤ点灯時の光出力をＰｏｎ、ＬＤ消灯時の光出力をＰｏｆｆとする。駆動電流ＩＦが小さい場合には、ＬＥＤ発光で微弱な発光であり、ＩＦが基準電流に達するとレーザー発振をする。通常、レーザー発振時の消費電力は１〜１０ｍＷ程度であり、これに比べて消灯時のバイアス電流によって消費される電力は１／１００以下の数十μＷ程度であり、通常問題になることはない。このため、光応答性を重視して、ＬＤ消灯時でもバイアス電流を流し続けている。
しかしながら、僅かなバイアス電流によって出射される光の量が僅かであっても、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。

そこで本発明では、ＬＤを用いて所望の静電潜像を形成するにあたり、消灯時のバイアス電流で発光される試料への照射時間を極力抑えるために、バイアス電流による光束が試料の電子ビーム走査領域外に照射されるように構成し、ＬＤのバイアス電流による発光すなわちオフセット発光が感光体に照射されないようにしている。
具体的な手段としては、ＬＤ光源と試料の間にシャッタを設けるとよい。すなわち、露光前はシャッタを閉じて光束が通過しないような構成とし、露光時はシャッタを開けて光束が通過するような構成として、オフセット発光を遮光する。

上記のように構成することによる効果を、図１２に従来例と比較して示している。従来は、図１２（ａ）に示すように、露光前のオフセット光の照射時間が長く、その間光量が積分され、積分光量が必要露光エネルギーに達することによって、オフセット露光で潜像が形成されてしまう。これに対し、本発明の上記実施例によれば、図１２（ｂ）に示すように、露光前はシャッタが閉じられることによりオフセット光の照射が抑制され、オフセット露光による潜像の形成が抑えられて、潜像を精度良く測定することが可能となる。
また、露光時は上記シャッタを開き、露光後は、必要に応じて、露光終了検知信号を与えて上記シャッタを閉めるようにするとよい。

次に、電子ビームの照射による静電潜像を形成について説明する。まず、感光体試料に電子ビームを照射させる。電子ビームの加速電圧｜Ｖａｃｃ｜は、２次電子放出比が１となる加速電圧より高い加速電圧に設定することにより、入射電子量が、放出電子量より上回るため電子が試料に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、試料表面にマイナスの一様帯電を生じる。加速電圧と照射時間を適切に行うことにより、所望の電位で帯電させることができる。

次に、露光光学系により感光体試料を露光する。露光光学系は、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。必要な露光エネルギーは、感光体の特性によって決まるファクタであるが、通常、２〜６ｍＪ／ｍ^２程度である。感度が低い感光体では、十数ｍＪ／ｍ^２必要なこともある。帯電電位や必要露光エネルギーは、感光体の特性やプロセス条件に合わせて設定すると良い。

そして、上述のシャッタ機構を配置して、ＬＤバイアス電流によるオフセット光をカットすることにより、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は各種潜像画像パターンの例を示す。図１７に示す例は、一つ一つのドットが縦と横方向に一定間隔で配列されるパターン、縦横二つずつ計４個のドットの一部が重なり合うパターン、一つ一つのドットが縦横にジグザグにずれた格子状のパターンであるが、その他のパターンであってもよい。

感光体試料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、表面電荷分布が生じている感光体試料の表面に向かって電子を入射させることによって発生した２次電子は、上記電界によって押し戻され、前記検出器８（図１参照）に到達する量が減少する。従って、電荷リーク箇所は、露光部が黒、非露光部が白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を測定することができる。

図３（ａ）は、荷電粒子捕獲器２４と、試料ＳＰとの間の空間における電位分布を、等高線表示で模式的に示したものである。試料ＳＰの表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態であり、荷電粒子捕獲器２４には正極性の電位が与えられているから、「実線で示す電位等高線群」においては、試料ＳＰの表面から荷電粒子捕獲器２４に近づくに従い「電位が高く」なる。
従って、試料ＳＰ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２４の正電位に引かれ、矢印Ｇ１や矢印Ｇ２で示すように変位し、荷電粒子捕獲器２４に捕獲される。

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とおりであり、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ＳＰ側に拘束する電気力が作用する。このため２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線の示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器２４に向っては移動しない。図３（ｂ）は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。

即ち、荷電粒子捕獲器２４により検出される２次電子の強度（２次電子数）は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分（均一に負帯電している部分：図３（ａ）の点Ｑ１やＱ２に代表される部分）」に対応し、強度の小さい部分が「静電潜像の画像部（光照射された部分：図３（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。

従って、２次電子検出部２５で得られる電気信号を、信号処理部で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述の如く、サンプリング時刻：Ｔをパラメータとして、表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理部２５により上記表面電位分布（電位コントラスト像）：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を２次元的な画像データとして構成し、これをアウトプット装置で出力すれば、静電潜像が可視的な画像として得られる。

例えば、捕獲される２次電子の強度を「明るさの強弱で表現」すれば、静電潜像の画像部分は暗く、地の部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じた明暗像として表現（出力）することができる。もちろん、表面電位分布を知ることができれば、表面電荷分布も知ることができる。

このようにすると、露光されることなく残っている帯電部において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る。暗の部分を露光による潜像部とみなすことができる。明暗の境界を潜像の潜像径とすることができる。
このようにして、感光体の静電潜像をミクロンオーダーの高分解能で計測することが可能となる。

上記ＬＤのバイアス電流によるオフセット発光の影響を低減させるためには、静電潜像形成のために露光させる時間だけ前記シャッタが開放し、その前後はシャッタが閉じ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させることが望ましい。また、データの有効期間であるＦＧＡＴＥ信号がローに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。そこで、走査光学系の同期信号を、シャッタを開くためのトリガ信号とすれば、書き出しのタイミングを揃えることができる。

制御系の構成例を図１４に示す。図１４に示すように、すべての制御はホストコンピュータによって行う。ホストコンピュータは電子光学系制御信号によって電子ビーム制御装置を制御し、電子ビーム制御装置からデータを取り込む。ホストコンピュータはまた、予め設定した走査ビーム条件に従い、制御ボードを介して光学系ユニット、シャッタおよび音響光学素子の動作を制御する。制御ボードは、シャッタ制御コントローラを介して上記シャッタを制御し、音響光学素子制御回路を介して上記音響光学素子を制御する。制御ボードには、試料片走査位置センサから試料走査検出信号が入力される。

図１５は上記制御系の動作フローを示す。測定のための制御コマンドが実行されたあと、走査光学系の同期信号を検知し、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。そして、感光体試料片背の走査を開始し、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光源を点灯させ静電潜像を形成する。資料片への走査が終了して露光が完了すると静電潜像を計測し、また、露光が完了した後にシャッタを閉じる。露光完了後、シャッタを閉じるほかに、ＬＤのバイアス電流を０にして、発光自体を止めてもよい。

ところで、シャッタは、電子シャッタであってもメカニカルシャッタであっても、命令を与えてから実際に開くまでに時間のずれが生じる。いま、トリガ信号を検知してからシャッタが開き始める時間をＴｄ、シャッタが開き始めてからレーザー光の有効径相当の径に開くまでの時間をＴｒとすると、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の時にＬＤを点灯させて潜像を形成する方法がある。

これらの動作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（ＦＧＡＴＥ）信号がハイ（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。こうして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。

シャッタとしては、液晶変調素子のような光学的透過率を変化させる素子を用いてもよい。かかるシャッタによれば、メカ的な可動部を必要としないメリットがある。ただし、光応答性や透過波面への影響が出る可能性がある。したがって、シャッタ手段としては、メカニカルシャッタを用いるとよい。

なお、ここで述べる、メカニカルシャッタとは、光路進行方向に対して、物体が有る状態と無い状態を作り出し、その違いで、光路進行方向を変えることで、測定試料に光線が到達する状態と遮光状態とを選択的に作り出すことが可能な手段を指すものとする。したがって、図１６に示すような音響光学素子もメカニカルシャッタの範疇に含まれる。この音響光学素子については後で詳細に説明する。

メカニカルシャッタとは、一般的には、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開閉する手段などがある。ギロチンシャッタとは、２枚の板のそれぞれに孔が空いていて、先幕に相当する板が走行した後、後幕に相当する板が走行し、双方の孔が重なったときにシャッタが開くようにしたものである。孔の重なり状態の変化でシャッタ速度を変化させることができる。

また、電気信号によって制御可能なメカニカルシャッタであってもよい。この電気制御によるメカニカルシャッタによれば、同期にあわせた適切なタイミングで開閉を実現す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、オフセット発光を迅速に遮光することができる。

走査光学系による走査方向に対し垂直方向に光束を偏向させる光偏向器は、これを前記真空チャンバの内側に配置するとなおよい。真空チャンバの外側に光偏向器を配置すると、光束が真空チャンバの透過窓を透過することによってビームスポット位置が変動し、それが、試料面に形成されるビームスポットの形状または強度を変動させる懸念がある。しかし、光偏向器を真空チャンバ内に配置することにより、上記のような試料面に形成されるビームスポットの形状または強度の変動を抑制することが可能なる。

走査光学系による走査方向に対し垂直方向すなわち副走査方向に光束を偏向させる光偏向器として音響光学素子を用いることができる。音響光学素子の一例を図１６に示す。図１６において、音響光学素子に入射するレーザー光は、ある媒体内に生じた音響波によりグレーティング効果により回折され、０次回折光と１次回折光が出射される。０次回折光と１次回折光との角度Δθは以下の式で表される。
Δθ＝λ・ｆａ／Ｖａ
ここで、
λ：空気中の光波長
ｆａ：音響波周波数
Ｖａ：音響波速度
である。この音響光学素子を電圧制御発信器（ＶＣＯ）で駆動すれば副走査方向に光束を走査することができる。

図２３は、上記副走査方向の位置を検出して感光体試料片にパターン書き込みを開始するタイミングを検知する手段の例を示す。副走査の開始点近傍に走査位置を検知するセンサ（例えばフォトダイオード）を配置しておき、そのセンサの検知信号に基づいてパターン書き込みを開始する。

試料の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、本発明にかかる表面電位分布測定装置の他の実施例を示す。図１８において、試料下部の試料設置部には、電圧±Ｖｓｕｂを印加できる電圧印加部が接続されている。また、試料上部は、入射電子ビームが試料電荷の影響を受けることを抑制するために、グリッドメッシュを配置した構成となっている。

図１９は、上記実施例における入射電子と試料の関係を示している。図１９（ａ）は加速電圧が表面電位ポテンシャルより大きい場合、図１９（ｂ）は加速電圧が表面電位ポテンシャルより小さい場合をそれぞれ示す。入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが、試料に到達前に反転するような状態が存在する領域が存在し、その１次入射荷電粒子を検出する構成となっている。
なお、加速電圧は、正で表現することが一般的であるが、加速電圧の印加電圧Ｖａｃｃは負であり、電位ポテンシャルとして、物理的意味を持たせるためには、負で表現する方が説明しやすいため、ここでは加速電圧は負（Ｖａｃｃ＜０）と表現する。電子ビームの加速電位ポテンシャルをＶａｃｃ（＜０）、試料の電位ポテンシャルをＶｐ（＜０）とする。

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、試料が有する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。図１９（ａ）に示す状態では、｜Ｖａｃｃ｜≧｜Ｖｐ｜なので、電子はその速度が減速されるものの、試料に到達する。図１９（ｂ）に示す状態において、｜Ｖａｃｃ｜＜｜Ｖｐ｜の場合には、入射電子の速度は試料の電位ポテンシャルの影響を受けて徐々に減速し、試料に到達する前に速度が０となって、反対方向に進む。

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、表面の電位を計測することができる。ここでは１次反転荷電粒子、特に電子の場合を１次反転電子と呼ぶことにする。試料に到達したとき発生する２次電子と１次反転荷電粒子では、検出器に到達する量が大きく異なるので、明暗のコントラストの境界によって識別することができる。

なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子検出器がある。この場合の反射電子とは、一般的に、入射電子が、試料の物質との相互作用により後方背面に反射（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、凹凸を観察するための検出方法である。これに対して、１次反転電子は、試料表面の電位分布の影響を受けて試料表面に到達する前に反転する電子のことで、上記反射電子とは全く異なる現象によって生じるものである。

図２０は、潜像の深さを計測した結果の一例を示す。各走査位置（ｘ，ｙ）で、加速電圧Ｖａｃｃと、試料下部印加電圧Ｖｓｕｂとの差をＶｔｈ（＝Ｖａｃｃ−Ｖｓｕｂ）とすれば、ランディングエネルギーがほぼ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）とは一意的な対応関係があり、Ｖｔｈ（ｘ，ｙ）はなだらかな電荷分布などであれば、近似的に電位分布Ｖ（ｘ，ｙ）と等価となる。

図２０の上段の曲線は、試料表面の電荷分布によって生じた表面電位分布の一例を示している。２次元的に走査する電子銃の加速電圧は−１８００Ｖとした。中心（横軸座標＝０）の電位が約−６００Ｖであり、中心から外側に向かうに従って電位がマイナス方向に大きくなり、中心から半径が７５μｍを超える周辺領域の電位は約−８５０Ｖ程度になっている。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図である。このときのＶｔｈは−７００Ｖになっている。

このように、加速電圧Ｖａｃｃまたは印加電圧Ｖｓｕｂを変えながら、試料表面を電子ビームで走査させ、Ｖｔｈ分布を計測することにより、試料の表面電位分布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。

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。

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、光強度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、光強度が強いほど、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。光強度が強いとキャリアの再結合量が増大し、表面に到達するキャリア量が減少することが原因と考えられている。これがＶＣＳＥＬなどのマルチビーム走査光学系の場合、顕著に画像濃度むらとなってあらわれてくる。

前記各実施例に係る静電潜像測定装置で感光体上の静電潜像を評価することにより、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。結果的には、露光量を最適化することができ、感光体に負担のかからない帯電及び露光条件が分かり、省エネルギーで、耐久性の高い画像形成装置を実現できる。

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、現在の感光体が短波長の光に対して感度が低いことや、小径化ビームでは感光体内での光の散乱及び電荷の拡散の影響を強く受け、潜像径が広がり、潜像の深さも浅くなり、最終的に出力される画像では、階調性、鮮鋭性の安定性が得られないという不具合が発生している。

図２１は、ビームスポット径及び潜像径の概念図である。ここでのビームスポット径は、ビームスポット光量分布が最大光量のｅ^-2以上である範囲の径で定義している。コントラスト像の明暗の境界を潜像の径とする。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、明確な相関関係は分かっていない。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、本実施形態の静電潜像測定装置で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条件のもとで潜像測定を行った。

上記の条件とは、帯電電位８００Ｖ、露光エネルギー４ｍＪ／ｍ²として、光源波長が７８０ｎｍ以下、副走査方向のビームスポット径が６０μｍ以下である。この条件のもとで露光し潜像測定を行い、図２１（ａ）及び（ｂ）に示すようなビームスポット径および潜像径に関する測定データを得た。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、鮮鋭性の安定性が実現できる。ここで、下限の１．０は、光の散乱及び電荷の拡散はどんな感光体でも必ず起こるのでこれ以下にはならないという原理的な限界である。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。

以下に、この発明に係る画像形成装置の実施の１形態を説明する。図２２は上記１形態であるレーザプリンタの概略構成を示す。このレーザプリンタは、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。

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。
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における紙面に平行な面内で時計回り（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の具体的な構成は図４についてすでに説明した。

トナーカートリッジ１０３６にはトナーが格納されており、トナーは現像ローラ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。

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、この記録紙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。

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。

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。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。

本発明に係る静電潜像測定装置により感光体を測定し、プリンタなどの画像形成装置に適した感光体（潜像担持体）を選定することにより、また、使用する感光体に適した露光条件など、画像形成に必要な各種条件を適切に設定することにより、解像力に優れ、精彩が高く、かつ耐久性に優れ、信頼性の高い画像形成装置を製作することができる。

本発明に係る感光体の静電潜像測定装置を用いることにより、感光体の性能の向上および感光体を用いた画像形成装置の性能向上を図ることができる。

４電子ビーム照射装置
６露光装置
８検出器
１５試料載置台
２０感光体試料
４１電子銃

特開平０３−０４９１４３号公報特開平０３−２００１００号公報特開２００３−２９５６９６号公報特開２００４−２５１８００号公報特開２００８−２３３３７６号公報

Claims

感光体試料に電子ビームを照射して前記感光体試料上に帯電電荷を生成させる手段と、前記感光体試料を露光して静電潜像を形成させる露光装置と、前記感光体試料面を電子ビームで走査して得られる検出信号により感光体試料面の静電潜像分布を測定する感光体の静電潜像測定装置であって、
露光装置の光源としての半導体レーザーと、
前記半導体レーザーからのレーザー光束を受光する受光素子を備えた同期タイミング信号生成手段と、
前記レーザー光束が前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信号を生成する書込みタイミング信号生成手段と、
前記レーザー光束が前記感光体試料面を走査する方向に対し垂直な方向に光束を走査させる副走査方向偏向手段と、を有し、
露光終了から所定のタイミングで、主走査方向および副走査方向に広がる静電潜像の分布を測定することを特徴とする感光体の静電潜像測定装置。
前記副走査方向偏向手段は、露光光学系の走査レンズと感光体試料面との間に設置されていることを特徴とする請求項１記載の感光体の静電潜像測定装置。
前記副走査方向偏向手段は真空チャンバ内に設置されていることを特徴とする請求項１または２記載の感光体の静電潜像測定装置。
前記副走査方向偏向手段は、透過光束の偏向手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の感光体の静電潜像測定装置。
前記副走査方向偏向手段は、光束の偏向角が音響信号によって変化する音響光学素子からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の感光体の静電潜像測定装置。
前記露光装置の光源としての半導体レーザーと、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乃至４のいずれかに記載の感光体の静電潜像測定装置。
請求項１〜６いずれかの測定装置を用いて計測した感光体を潜像担持体とし、この潜像担持体の感光面に対して光走査を行うことにより前記潜像担持体に潜像を形成し、この潜像を現像して可視化することを特徴とする画像形成装置であって、
書き込み光源波長が７８０ｎｍ以下であり、かつ、前記感光体面での副走査方向のビームスポット径が６０μｍ以下であり、感光体面での副走査方向のビームスポット径をＡとし、形成される副走査方向の潜像径をＢとした時に、１．０＜Ｂ／Ａ＜２．０を満足することを特徴とする画像形成装置。