JP3264450B2 - Method and apparatus for measuring electric field on photoreceptor surface - Google Patents

Method and apparatus for measuring electric field on photoreceptor surface

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JP3264450B2
JP3264450B2 JP14910092A JP14910092A JP3264450B2 JP 3264450 B2 JP3264450 B2 JP 3264450B2 JP 14910092 A JP14910092 A JP 14910092A JP 14910092 A JP14910092 A JP 14910092A JP 3264450 B2 JP3264450 B2 JP 3264450B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光学的な計測方法に係
り、特に電子写真プロセス上の感光体表面の静電場が作
る電界を測定する感光体表面の電界測定方法及びその装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measuring method, and more particularly to a method and an apparatus for measuring an electric field on a photosensitive member surface for measuring an electric field generated by an electrostatic field on the photosensitive member surface in an electrophotographic process.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子写真プロセスにおいて、画像は感光
体表面における静電潜像を基礎としているため、静電潜
像の状態を測定、観測することは帯電、露光、現像等の
作像プロセスや感光体の評価、解析、欠陥検査を行う上
で重要である。ところが、感光体上の静電潜像は高電圧
を有する静電場であるため、直接測定するためには多く
の問題を解決する必要がある。
2. Description of the Related Art In an electrophotographic process, an image is based on an electrostatic latent image on the surface of a photoreceptor. This is important for evaluating, analyzing, and inspecting the photoconductor. However, since the electrostatic latent image on the photoreceptor is an electrostatic field having a high voltage, many problems need to be solved for direct measurement.

【0003】例えば、感光体の製造行程において、感光
体の欠陥検査として感光体表面の外観検査が行われてお
り、感光体をドラム状又はシート状の基体に塗布する際
に生じた塗りムラやコンタミネーションによる凝集など
の外観の欠陥が検査されている。このような感光体表面
の欠陥は、目視によって検査されたり、テレビカメラで
撮像した感光体表面の輝度分布に基づいて画像処理を行
うことによって検査されたりしていた。しかし、この欠
陥検出方法では、感光体表面の輝度分布が必ずしも感光
体に静電潜像を記録したときの特性に一致しないという
問題がある。
For example, in the manufacturing process of a photoreceptor, an appearance inspection of the surface of the photoreceptor is performed as a defect inspection of the photoreceptor. Appearance defects such as aggregation due to contamination have been examined. Such a defect on the photoconductor surface has been inspected visually or by performing image processing based on a luminance distribution of the photoconductor surface captured by a television camera. However, this defect detection method has a problem that the luminance distribution on the surface of the photoconductor does not always match the characteristics when an electrostatic latent image is recorded on the photoconductor.

【0004】また、最近では、レーザプリンタやディジ
タル複写機に代表されるように、微細なドットで静電潜
像を構成する方法が多く用いられ、画像自体にも高い階
調再現性が要求されるようになってきており、微細なド
ットサイズを考慮した高空間分解能を有する静電潜像の
測定方法が期待されている。
In recent years, a method of forming an electrostatic latent image by fine dots is often used, as represented by a laser printer and a digital copying machine, and high gradation reproducibility is required for the image itself. Therefore, a method of measuring an electrostatic latent image having a high spatial resolution in consideration of a fine dot size is expected.

【0005】そこで、従来にあっては、感光体上の静電
潜像が作る静電場の測定には直流増幅型の測定方法が広
く用いられている。この直流増幅型測定回路の基本構成
を図26に基づいて説明する。この場合、測定電極1を
測定対象(感光体)2に近接させることによって測定電
極1に誘起される電荷を測定用コンデンサ3によって電
圧に変換し、高入力インピーダンスの増幅器4で増幅し
ている。また、測定用コンデンサ3に外部から流入した
電荷が蓄積されてしまうため、測定毎に放電スイッチ5
によって測定用コンデンサ3に充電された電荷の放電を
行っている。
Therefore, in the related art, a DC amplification type measuring method has been widely used for measuring an electrostatic field formed by an electrostatic latent image on a photosensitive member. The basic configuration of this DC amplification type measurement circuit will be described with reference to FIG. In this case, the electric charge induced in the measuring electrode 1 by bringing the measuring electrode 1 close to the measuring object (photoconductor) 2 is converted into a voltage by the measuring capacitor 3 and amplified by the amplifier 4 having a high input impedance. Further, since the electric charge flowing from the outside is accumulated in the measuring capacitor 3, the discharging switch 5
As a result, the electric charge charged in the measuring capacitor 3 is discharged.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来方式では、高空間分解能を得るために、測定電
極1のサイズを小さくする必要がある。例えば、400
dpi の静電潜像はドットピッチが60μm程度であり、
このドット形状を観測するためには、少なくとも10μ
m程度の空間分解能が必要となり、この空間分解能を想
定した電極サイズを構成するためには、高度な加工技術
を要する。
However, in such a conventional system, it is necessary to reduce the size of the measuring electrode 1 in order to obtain a high spatial resolution. For example, 400
The electrostatic latent image of dpi has a dot pitch of about 60 μm,
In order to observe this dot shape, at least 10μ
A spatial resolution of about m is required, and an advanced processing technique is required to configure an electrode size that assumes this spatial resolution.

【0007】また、測定電極1のサイズを小さくする
と、測定用コンデンサ3に誘起される電荷量が小さくな
るため、充分な出力電圧を得るためには測定用コンデン
サ3の容量を小さくしなければならず、測定用コンデン
サ3の容量を小さくすると、その微少な測定容量のた
め、外部からの微少電流の流入やノイズ等により測定電
圧が変動しやすい。
When the size of the measuring electrode 1 is reduced, the amount of electric charge induced in the measuring capacitor 3 is reduced. Therefore, in order to obtain a sufficient output voltage, the capacity of the measuring capacitor 3 must be reduced. If the capacitance of the measuring capacitor 3 is reduced, the measured voltage is likely to fluctuate due to the flow of a minute current from the outside or noise due to the minute measuring capacitance.

【0008】さらに、このような直流増幅型の静電場の
測定は、金属の電極を被測定電界中に挿入するため、静
電場を乱してしまい高精度の測定には不都合となる。し
かも、感光体の静電場を直接測定しているため、感光体
の欠陥を検査することにおいては直接的な方法である
が、この測定方法は点で電位を測定するため、前述のよ
うな感光体表面の欠陥検査を行う場合には、広範囲を測
定観測するために何等かの方法で測定電極1を走査する
必要がある。
Further, in such a measurement of a DC amplification type electrostatic field, since a metal electrode is inserted into an electric field to be measured, the electrostatic field is disturbed, which is inconvenient for high precision measurement. In addition, since the electrostatic field of the photoconductor is directly measured, it is a direct method for inspecting the photoconductor for defects. When performing a defect inspection of the body surface, it is necessary to scan the measurement electrode 1 by any method in order to measure and observe a wide range.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】 請求項記載の発明で
は、電気光学効果を有する電気光学結晶の一方の面に誘
電体よりなる光波反射部を蒸着して電界センサを形成
し、被測定感光体にチャージされた潜像電荷による電界
が前記電気光学結晶の内部を貫くように前記電界センサ
を前記被測定感光体表面の近傍に配設し、前記電界セン
サの前記光波反射部と対向する前記電気光学結晶の他方
の面から所定の偏光状態を有する円偏光をプローブ光と
して入射し、このプローブ光が前記電気光学結晶を通過
して前記光波反射部で反射された反射光を偏光分離素子
により直交する2つの偏光成分に分離し、これらの分離
された各偏光成分の光強度を受光素子により電気信号と
して検出し、これらの検出された各光強度信号を除算演
算増幅器に入力し、この除算演算増幅器の除算出力信号
に基づいて前記プローブ光の偏光状態の変化を検出し、
このプローブ光の偏光状態の変化から前記電気光学結晶
を貫く電界を測定するようにした。
According to the first aspect of the present invention, an electric field sensor is formed by depositing a light wave reflecting portion made of a dielectric on one surface of an electro-optic crystal having an electro-optic effect. The electric field sensor is disposed near the surface of the photoconductor to be measured so that an electric field due to a latent image charge charged in the body penetrates the inside of the electro-optic crystal, and the electric field sensor faces the light wave reflecting portion of the electric field sensor. Circularly polarized light having a predetermined polarization state is incident as probe light from the other surface of the electro-optic crystal, and the probe light passes through the electro-optic crystal and is reflected by the light wave reflecting portion to be reflected by the polarization splitter. The light is separated into two orthogonal polarization components, the light intensity of each of the separated polarization components is detected as an electric signal by a light receiving element, and each of the detected light intensity signals is input to a division operational amplifier. Detecting a change in the polarization state of the probe light on the basis of a division output signal of the division operation amplifier,
The electric field penetrating the electro-optic crystal was measured from the change in the polarization state of the probe light.

【0019】請求項記載の発明では、電気光学効果を
有する電気光学結晶の一方の面に誘電体よりなる光波反
射部を蒸着して電界センサを形成し、被測定感光体にチ
ャージされた潜像電荷による電界が前記電気光学結晶の
内部を貫くように前記電界センサを前記被測定感光体表
面の近傍に配設し、前記電界センサの前記光波反射部と
対向する前記電気光学結晶の他方の面から所定の偏光状
態を有する円偏光をプローブ光として入射し、このプロ
ーブ光が前記電気光学結晶を通過して前記光波反射部で
反射された反射光を偏光分離素子とその各々の腕にλ/
4波長板とを有するマイケルソン型偏光干渉計に導き、
このマイケルソン型偏光干渉計から出力される干渉信号
の光強度変化を受光素子により電気信号に変換し、この
電気信号の光強度変化に基づいて前記プローブ光の偏光
状態の変化を検出し、このプローブ光の偏光状態の変化
から前記電気光学結晶を貫く電界を測定するようにし
た。
According to the second aspect of the present invention, an electric field sensor is formed by depositing a light wave reflecting portion made of a dielectric material on one surface of an electro-optic crystal having an electro-optic effect, and the latent image charged on the photosensitive member to be measured is formed. The electric field sensor is disposed in the vicinity of the surface of the photoconductor to be measured so that an electric field due to image charge passes through the inside of the electro-optic crystal, and the other of the electro-optic crystals facing the light wave reflecting portion of the electric field sensor. Circularly polarized light having a predetermined polarization state is incident from the surface as probe light, and the probe light passes through the electro-optic crystal and is reflected by the light wave reflection portion to be reflected by the polarization splitting element and each arm thereof by λ. /
Leading to a Michelson-type polarization interferometer having a four-wave plate,
The light intensity change of the interference signal output from the Michelson-type polarization interferometer is converted into an electric signal by a light receiving element, and a change in the polarization state of the probe light is detected based on the light intensity change of the electric signal. The electric field penetrating the electro-optic crystal was measured from the change in the polarization state of the probe light.

【0020】請求項記載の発明では、電気光学効果を
有する電気光学結晶の一方の面に誘電体よりなる光波反
射部を蒸着して電界センサを形成し、被測定感光体にチ
ャージされた潜像電荷による電界が前記電気光学結晶の
内部を貫くように前記電界センサを前記被測定感光体表
面の近傍に配設し、前記電界センサの前記光波反射部と
対向する前記電気光学結晶の他方の面から直交ゼーマン
レーザによる直交2周波光をプローブ光として、このプ
ローブ光と直交する前記電気光学結晶の面内の屈折率楕
円体の主軸が一致するように入射させ、前記プローブ光
が前記電気光学結晶を通過して前記光波反射部で反射さ
れた反射光を偏光分離素子とその各々の腕に配置したλ
/4波長板とを有するマイケルソン型偏光干渉計に導
き、このマイケルソン型偏光干渉計から出力される干渉
信号の光強度変化を受光素子により電気信号に変換し、
この電気信号の位相変化を電気的に検出することにより
前記電気光学結晶を貫く電界を測定するようにした。
According to the third aspect of the present invention, an electric field sensor is formed by depositing a light wave reflecting portion made of a dielectric on one surface of an electro-optic crystal having an electro-optic effect, and the latent image charged on the photosensitive member to be measured is formed. The electric field sensor is disposed in the vicinity of the surface of the photoconductor to be measured so that an electric field due to image charge passes through the inside of the electro-optic crystal, and the other of the electro-optic crystals facing the light wave reflecting portion of the electric field sensor. The orthogonal two-frequency light generated by the orthogonal Zeeman laser is used as probe light from the surface so that the main axis of the refractive index ellipsoid in the plane of the electro-optic crystal orthogonal to the probe light coincides with the probe light. The reflected light passing through the crystal and being reflected by the light wave reflector is arranged on a polarization separation element and its respective arms by λ.
マ イ wavelength plate and a Michelson-type polarization interferometer, and the light intensity change of the interference signal output from the Michelson-type polarization interferometer is converted into an electric signal by a light receiving element.
The electric field penetrating the electro-optic crystal is measured by electrically detecting the phase change of the electric signal.

【0021】請求項記載の発明では、電気光学効果を
有する電気光学結晶の一方の面に誘電体よりなる光波反
射部を蒸着した電界センサを被測定感光体にチャージさ
れた潜像電荷による電界が前記電気光学結晶の内部を貫
くように前記被測定感光体表面の近傍に配設し、前記電
界センサの前記光波反射部と対向する前記電気光学結晶
の他方の面からプローブ光として入射する所定の偏光状
態を有する円偏光を出射する光源を設け、この光源から
出射されたプローブ光が前記電気光学結晶を通過して前
記光波反射部で反射された反射光が入射される偏光分離
素子とその各々の腕にλ/4波長板とを有するマイケル
ソン型偏光干渉計を設け、このマイケルソン型偏光干渉
計から出力される干渉信号を前記偏光分離素子の直交す
る偏光軸と45°の角度をなす偏光板を介して前記被測
定感光体の表面電位の等高線として観測する観測面を有
する撮像手段を設けた。
According to a fourth aspect of the present invention, an electric field sensor having an electro-optic crystal having an electro-optic effect and a light-wave reflecting portion made of a dielectric material deposited on one surface of the electro-optic crystal is provided with an electric field caused by a latent image charge charged on a photosensitive member to be measured. Is disposed in the vicinity of the surface of the photoreceptor to be measured so as to penetrate the inside of the electro-optic crystal, and enters as probe light from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflecting portion of the electric field sensor. Provided is a light source that emits circularly polarized light having a polarization state, and a polarization splitting element into which the reflected light reflected by the light wave reflecting portion is passed when the probe light emitted from the light source passes through the electro-optic crystal. A Michelson-type polarization interferometer having a λ / 4 wavelength plate on each arm is provided, and an interference signal output from the Michelson-type polarization interferometer is separated from the orthogonal polarization axis of the polarization separation element by 45 °. An imaging means having an observation surface for observing as a contour line of the surface potential of the photoreceptor to be measured through an angled polarizing plate was provided.

【0022】請求項記載の発明では、電気光学効果を
有する電気光学結晶の一方の面に誘電体よりなる光波反
射部を蒸着した電界センサを被測定感光体にチャージさ
れた潜像電荷による電界が前記電気光学結晶の内部を貫
くように前記被測定感光体表面の近傍に配設し、前記電
界センサの前記光波反射部と対向する前記電気光学結晶
の他方の面からプローブ光として入射する所定の偏光状
態を有する円偏光を出射する光源を設け、この光源から
出射されたプローブ光が前記電気光学結晶を通過して前
記光波反射部で反射された反射光が入射される偏光分離
素子と、この偏光分離素子の各々の腕に配置されたλ/
4波長板及びミラーと、前記偏光分離素子の一方の腕の
前記ミラーに入射する光波の光軸と平行方向にこの光波
の波長λに対して等間隔で合計1波長分の位相変化を与
えるように前記ミラーをλ/(2N)間隔でN段階動か
す微少変位印加機構とを有するトワイマン・グリーン干
渉計を設け、このトワイマン・グリーン干渉計から出力
される干渉信号を前記偏光分離素子の直交する偏光軸と
45°の角度をなす偏光板を介して観測する観測面を有
してこの観測面に形成される干渉縞画像を前記微少変位
印加機構による前記ミラーのN段階の移動毎にN枚撮像
する撮像手段を設け、この撮像手段により撮像されたN
枚の干渉縞画像をデジタルの干渉縞画像に変換するA/
D変換手段と、このA/D変換手段によりデジタルに変
換された干渉縞画像の各画素でのN枚間に渡る信号変動
をN枚間で1周期をなす正弦信号と重畳する重畳手段
と、この重畳手段により正弦信号が重畳された干渉縞画
像の各画素でのN枚間に渡る信号変動から正弦信号を基
本波とする成分のみを抽出しこの基本波成分の位相を干
渉縞画像の各画素で独立に算出する位相演算手段と、こ
の位相演算手段により算出された干渉縞画像の各画素で
の位相に基づいて前記被測定感光体の表面電位分布を算
出する表面電位分布演算手段とを有する電界測定手段を
設けた。
According to a fifth aspect of the present invention, an electric field sensor in which a light-wave reflecting portion made of a dielectric material is deposited on one surface of an electro-optic crystal having an electro-optic effect is used as an electric field due to a latent image charge charged on a photosensitive member to be measured. Is disposed in the vicinity of the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside of the electro-optic crystal, and a predetermined light which enters as probe light from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflecting portion of the electric field sensor. Providing a light source that emits circularly polarized light having the polarization state of, a polarization separation element where the probe light emitted from the light source passes through the electro-optic crystal and the reflected light reflected by the light wave reflection unit enters, The λ /
A phase change of a total of one wavelength is provided at equal intervals to the wavelength λ of the light wave in a direction parallel to the optical axis of the light wave incident on the four-wavelength plate and the mirror, and the mirror of one arm of the polarization separation element. Is provided with a Twyman-Green interferometer having a minute displacement applying mechanism for moving the mirror by N steps at an interval of λ / (2N), and interfering signals output from the Twyman-Green interferometer to be orthogonally polarized by the polarization splitter It has an observation surface for observation through a polarizing plate at an angle of 45 ° with respect to the axis, and picks up N interference fringe images formed on this observation surface each time the mirror is moved in N stages by the minute displacement applying mechanism. Image pickup means for performing N
A / to convert one interference fringe image into a digital interference fringe image
D conversion means, and superimposition means for superimposing a signal variation between N pixels at each pixel of the interference fringe image digitally converted by the A / D conversion means with a sine signal forming one cycle between the N images. This superimposing means extracts only components having a sine signal as a fundamental wave from signal fluctuations between N pixels in each pixel of the interference fringe image on which the sine signal is superimposed, and converts the phase of the fundamental wave component to each of the interference fringe images. A phase calculating means for independently calculating the pixel, and a surface potential distribution calculating means for calculating a surface potential distribution of the measured photoreceptor based on a phase at each pixel of the interference fringe image calculated by the phase calculating means. Electric field measuring means provided.

【0023】請求項記載の発明では、電気光学効果を
有する電気光学結晶の一方の面に誘電体よりなる光波反
射部を蒸着した電界センサを被測定感光体にチャージさ
れた潜像電荷による電界が前記電気光学結晶の内部を貫
くように前記被測定感光体表面の近傍に配設し、前記電
界センサの前記光波反射部と対向する前記電気光学結晶
の他方の面からプローブ光として入射する所定の偏光状
態を有する円偏光を出射する光源を設け、この光源から
出射されたプローブ光が前記電気光学結晶を通過して前
記光波反射部で反射された反射光が入射される偏光分離
素子と、この偏光分離素子の各々の腕に配置されたλ/
4波長板及びミラーと、前記偏光分離素子の一方の腕の
前記ミラーを微少角度傾けるミラー微少角度傾け手段と
を有するトワイマン・グリーン干渉計を設け、前記ミラ
ー微少角度傾け手段によって前記偏光分離素子の一方の
腕の前記ミラーを微少角度傾けることによりこのミラー
に入射し反射されて前記偏光分離素子に返る光波に光波
進行方向と直交する面内で直線的な位相遅延を発生させ
て前記トワイマン・グリーン干渉計から出力される干渉
信号の1方向に空間キャリア信号を発生させ、この空間
キャリア信号を乗せた干渉信号を前記偏光分離素子の直
交する偏光軸と45°の角度をなす偏光板を介して観測
する観測面を有してこの観測面に形成される干渉縞画像
を撮像する2次元又は空間キャリア信号発生方向と平行
な1次元の撮像手段を設け、この撮像手段により撮像さ
れた2次元又は1次元画像をデジタルの干渉縞画像に変
換するA/D変換手段と、このA/D変換手段によりデ
ジタルに変換された干渉縞画像が2次元画像の場合は空
間キャリア信号発生方向と平行な各走査ライン毎に、1
次元画像の場合はライン出力毎に信号列を空間キャリア
信号周期を1周期とする複数の区間に分割する分割手段
と、この分割手段により分割された前記各区間毎に空間
キャリア信号周波数と同一の正弦信号を重畳する重畳手
段と、この重畳手段により正弦信号が重畳された前記各
区間毎に空間キャリア信号を基本波とするフーリエ級数
の基本波成分を抽出して干渉縞画像信号の位相を算出す
る位相演算手段と、この位相演算手段により算出された
干渉縞画像信号の位相に基づいて前記被測定感光体の表
面電位分布を算出する表面電位分布演算手段とを有する
電界測定手段を設けた。
According to a sixth aspect of the present invention, an electric field sensor in which a light-wave reflecting portion made of a dielectric material is deposited on one surface of an electro-optic crystal having an electro-optic effect is used to form an electric field caused by a latent image charge charged on a photosensitive member to be measured. Is disposed in the vicinity of the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside of the electro-optic crystal, and a predetermined light which enters as probe light from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflecting portion of the electric field sensor. Providing a light source that emits circularly polarized light having the polarization state of, a polarization separation element where the probe light emitted from the light source passes through the electro-optic crystal and the reflected light reflected by the light wave reflection unit enters, The λ /
A Twyman-Green interferometer having a four-wavelength plate and a mirror, and a mirror minute angle tilting means for tilting the mirror of one arm of the polarization separation element by a small angle; By tilting the mirror of one arm by a small angle, a light wave that is incident on this mirror and reflected and returned to the polarization splitting element generates a linear phase delay in a plane orthogonal to the light wave traveling direction, and the Twyman Green A spatial carrier signal is generated in one direction of the interference signal output from the interferometer, and the interference signal carrying the spatial carrier signal is passed through a polarizing plate that forms an angle of 45 ° with the orthogonal polarization axis of the polarization separation element. A two-dimensional or one-dimensional imaging device parallel to the direction in which a spatial carrier signal is generated for capturing an interference fringe image formed on the observation surface having an observation surface for observation. A / D conversion means for converting a two-dimensional or one-dimensional image captured by the imaging means into a digital interference fringe image, and a two-dimensional interference fringe image digitally converted by the A / D conversion means. In the case of an image, one for each scanning line parallel to the direction in which the spatial carrier signal is generated.
In the case of a two-dimensional image, the dividing means divides the signal sequence into a plurality of sections each having one cycle of the spatial carrier signal for each line output, and each section divided by the dividing means has the same spatial carrier signal frequency as the spatial carrier signal frequency. Superimposing means for superimposing a sine signal, and calculating a phase of an interference fringe image signal by extracting a fundamental component of a Fourier series having a spatial carrier signal as a fundamental wave for each of the sections where the sine signal is superimposed by the superimposing means. And an electric field measuring means for calculating a surface potential distribution of the photoreceptor to be measured based on the phase of the interference fringe image signal calculated by the phase calculating means.

【0024】請求項記載の発明では電気光学効果を有
する電気光学結晶の一方の面に誘電体よりなる光波反射
部を蒸着した電界センサを被測定感光体にチャージされ
た潜像電荷による電界が前記電気光学結晶の内部を貫く
ように前記被測定感光体表面の近傍に配設し、前記電界
センサの前記光波反射部と対向する前記電気光学結晶の
他方の面からプローブ光として入射する所定の偏光状態
を有する円偏光を出射する光源を設け、この光源から出
射されたプローブ光が前記電気光学結晶を通過して前記
光波反射部で反射された反射光が入射される偏光分離素
子と、この偏光分離素子の各々の腕に配置されたλ/4
波長板及びミラーと、前記偏光分離素子の一方の腕の前
記ミラーを微少角度傾けるミラー微少角度傾け手段とを
有するトワイマン・グリーン干渉計を設け、前記ミラー
微少角度傾け手段によって前記偏光分離素子の一方の腕
の前記ミラーを微少角度傾けることによりこのミラーに
入射し反射されて前記偏光分離素子に返る光波に光波進
行方向と直交する面内で直線的な位相遅延を発生させて
前記トワイマン・グリーン干渉計から出力される干渉信
号の1方向に空間キャリア信号を発生させ、この空間キ
ャリア信号を乗せた干渉信号を前記偏光分離素子の直交
する偏光軸と45°の角度をなす偏光板を介して観測す
る観測面を有してこの観測面に形成される干渉縞画像を
撮像する2次元又は空間キャリア信号発生方向と平行な
1次元の撮像手段を設け、この撮像手段により撮像され
た2次元又は1次元画像をデジタルの干渉縞画像に変換
するA/D変換手段と、このA/D変換手段によりデジ
タルに変換された干渉縞画像が2次元画像の場合は空間
キャリア信号発生方向と平行な各走査ライン毎に、1次
元画像の場合はライン出力毎に空間キャリア分布方向の
フーリエ変換を求め、空間キャリア信号周波数近傍の線
スペクトルを空間キャリア信号周波数を中心周波数とし
てこの空間キャリア信号周波数相当を帯域幅にもつ窓関
数で切出す窓関数切出し手段と、この窓関数切出し手段
により切出された線スペクトルを空間キャリア信号周波
数相当だけ直流方向に推移させそれを逆フーリエ変換し
て干渉縞画像信号の位相を算出する位相演算手段と、こ
の位相演算手段により算出された干渉縞画像信号の位相
に基づいて前記被測定感光体の表面電位分布を算出する
表面電位分布演算手段とを有する電界測定手段を設け
た。
According to a seventh aspect of the present invention, an electric field sensor in which a light-wave reflecting portion made of a dielectric material is deposited on one surface of an electro-optical crystal having an electro-optical effect is used to generate an electric field due to a latent image charge charged on a photosensitive member to be measured. A predetermined light source is provided near the surface of the photoreceptor to be measured so as to penetrate the inside of the electro-optic crystal, and is incident as probe light from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflection portion of the electric field sensor. A light source that emits circularly polarized light having a polarization state is provided, and a probe light emitted from the light source passes through the electro-optic crystal, and a reflected light reflected by the light wave reflection unit is incident thereon. Λ / 4 arranged on each arm of polarization splitting element
A Twyman-Green interferometer having a wave plate and a mirror, and a mirror minute angle tilting means for tilting the mirror of one arm of the polarization splitting element by a small angle is provided, and one of the polarization splitting elements is provided by the mirror minute angle tilting means. By tilting the mirror of the arm of the arm by a small angle, a light wave incident on the mirror, reflected and returned to the polarization separation element generates a linear phase delay in a plane orthogonal to the light wave traveling direction, thereby causing the Twyman-Green interference. A spatial carrier signal is generated in one direction of the interference signal output from the meter, and the interference signal carrying the spatial carrier signal is observed through a polarizing plate that forms an angle of 45 ° with the orthogonal polarization axis of the polarization separation element. Two-dimensional or one-dimensional imaging means parallel to the direction in which the spatial carrier signal is generated for capturing an interference fringe image formed on the observation surface having an observation surface to be observed A / D conversion means for converting a two-dimensional or one-dimensional image captured by the imaging means into a digital interference fringe image, and an interference fringe image digitally converted by the A / D conversion means into a two-dimensional image In the case of, the Fourier transform in the spatial carrier distribution direction is obtained for each scanning line parallel to the spatial carrier signal generation direction, and in the case of a one-dimensional image, for each line output, and the line spectrum near the spatial carrier signal frequency is calculated as the spatial carrier signal frequency. Window function extracting means for extracting the spatial carrier signal frequency equivalent with a window function having a bandwidth with the center frequency as the center frequency, and the line spectrum extracted by the window function extracting means is shifted in the DC direction by the spatial carrier signal frequency. Phase calculation means for calculating the phase of the interference fringe image signal by performing an inverse Fourier transform on the interference fringe image signal, and interference calculated by the phase calculation means. An electric field measuring means having a surface potential distribution calculating means for calculating a surface potential distribution of the measured photoreceptor based on the phase of the fringe image signal.

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【0028】[0028]

【0029】[0029]

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【0032】[0032]

【作用】 請求項記載の発明においては、除算演算増幅
器による偏光検出法を用いているため、プローブ光の光
強度変動がキャンセルされ高精度の電界の測定が可能と
なる。
According to the first aspect of the present invention, since the polarization detection method using the division operational amplifier is used, the fluctuation of the light intensity of the probe light is canceled, and the electric field can be measured with high accuracy.

【0033】請求項記載の発明においては、マイケル
ソン型偏光干渉計を用いたコヒーレント検出によれば、
電気光学効果によって電気光学結晶内を往復するプロー
ブ光に与えられる位相差をプローブ光自身の干渉によっ
て光強度に変換しているため、高いビジビリティをもつ
干渉縞を発生させることが可能となり、これにより、高
いS/N比の信号を検出することが可能となり、しか
も、波長オーダーの位相変化に追従可能となるため、高
い測定精度を得ることが可能となる。
According to the second aspect of the present invention, according to coherent detection using a Michelson-type polarization interferometer,
Since the phase difference given to the probe light reciprocating in the electro-optic crystal by the electro-optic effect is converted into light intensity by the interference of the probe light itself, it becomes possible to generate interference fringes with high visibility, , It is possible to detect a signal having a high S / N ratio, and it is possible to follow a phase change on the order of wavelength, so that high measurement accuracy can be obtained.

【0034】請求項記載の発明においては、直交ゼー
マンレーザを用いた光ヘテロダイン型の偏光検出を行う
ことにより、電界センサの電気光学結晶によって遅延さ
れた位相差の読み取り精度が大幅に向上し、特に、プロ
ーブ光の位相差を電気信号に変換しているため、周知の
位相検出技術によって数百分の2π程度の位相検出が可
能となり、これにより、高精度かつ高分解能の電界の測
定が可能となる。
According to the third aspect of the invention, by performing optical heterodyne-type polarization detection using an orthogonal Zeeman laser, the reading accuracy of the phase difference delayed by the electro-optic crystal of the electric field sensor is greatly improved, In particular, since the phase difference of the probe light is converted to an electrical signal, phase detection of about 2/100 of the phase can be detected by well-known phase detection technology, which enables high-precision and high-resolution electric field measurement. Becomes

【0035】請求項記載の発明においては、マイケル
ソン型偏光干渉計の干渉信号を撮像手段により被測定感
光体の表面電位の等高線として観測しているため、従来
はプローブ状のセンサを走査しながら行っていた電界の
測定を2次元的に行えるようになり、信頼性の高い多点
並列センシングが可能となり、しかも、被測定場を干渉
縞画像として実時間で視覚的にモニタすることが可能と
なる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the interference signal of the Michelson-type polarization interferometer is observed as the contour line of the surface potential of the photosensitive body to be measured by the imaging means, conventionally, a probe-like sensor is scanned. It is possible to perform two-dimensional measurement of the electric field while performing, enabling highly reliable multi-point parallel sensing, and visually monitor the measured field as an interference fringe image in real time Becomes

【0036】請求項記載の発明においては、干渉縞画
像の位相解析を行うことにより、従来は目視で干渉縞の
本数を数えて求めていた位相を、定量的にしかも2π以
下の位相の変化も検出することが可能となり、また、空
間分解能はCCDカメラ等の撮像手段の画素で決まり、
その1画素毎に位相を空間的にまったく独立に測定する
ことにより、精度、信頼性及び再生度の高い測定装置を
構築し得るものとなる。
According to the fifth aspect of the present invention, the phase analysis of the interference fringe image is carried out, so that the phase conventionally obtained by visually counting the number of interference fringes can be quantitatively changed by 2π or less. Can be detected, and the spatial resolution is determined by the pixels of the imaging means such as a CCD camera.
By measuring the phase spatially and completely independently for each pixel, a measuring device with high accuracy, reliability, and reproduction can be constructed.

【0037】請求項記載の発明においては、空間的な
キャリアを導入した干渉縞画像からその位相を解析する
ことにより、請求項記載の発明に比べ空間分解能の点
では不利になるものの、微少にミラーを変位させるミラ
ー微少変位印加機構が不要となることや、1枚の干渉縞
画像からその空間的な位相分布を算出可能であるため、
処理時間の点で効率よく電界の測定を行い得るものとな
り、特に、演算処理部分はハード化が容易なアルゴリズ
ムであるため、ビデオレートでの実時間測定への拡張が
容易となる。
According to the sixth aspect of the present invention, the phase is analyzed from the interference fringe image into which the spatial carrier is introduced, so that the spatial resolution is disadvantageous as compared with the fifth aspect of the invention, but it is very small. Since a mirror minute displacement applying mechanism for displacing the mirror is not required, and its spatial phase distribution can be calculated from one interference fringe image,
The electric field can be measured efficiently in terms of processing time. In particular, since the arithmetic processing portion is an algorithm that can be easily implemented in hardware, it can be easily extended to real-time measurement at a video rate.

【0038】請求項記載の発明においては、空間分解
能の点では請求項記載の発明とほぼ同等であるが、線
スペクトルを有限幅の窓関数で切出す際に、信号の平滑
化効果が発生するため、2π以下の位相の緩やかな変化
をもつ信号を高いS/Nで検出することが可能となり、
また、この平滑化効果は窓関数の幅に依存するため、処
理段階で窓関数の幅をチューニング可能であるため、よ
り最適な電界の測定系を構築し得るものとなる。
According to the seventh aspect of the present invention, the spatial resolution is substantially the same as that of the sixth aspect of the present invention. Since it occurs, it is possible to detect a signal having a gradual change in phase of 2π or less with a high S / N,
Further, since the smoothing effect depends on the width of the window function, the width of the window function can be tuned at the processing stage, so that a more optimal electric field measurement system can be constructed.

【0039】[0039]

【実施例】本発明は、電界の持つ情報を電気光学効果を
持つ物質により光学物理量に変換し、光学的に電界を測
定するものである。そこで、本発明の実施例の説明に先
立ち電界測定の基本的な原理について説明する。電界の
情報を光学物理量に変換する電気光学効果として、ポッ
ケルス効果やカー効果が一般に知られている。ここに、
電気光学効果を用いた電界測定の特徴としては、 電界から光への情報交換が電気光学効果を持つ物質
の内部で行われるため、変換用の特別な電気回路や電源
が不要である。 測定対象自身の電気光学効果を利用すれば測定点の
電界を全く乱すことがない。 センサを用いる場合、センサ部分を誘電体のみで構
成できるため測定点が電気的に絶縁され、測定点の電界
を大きく乱さない。 情報伝達媒体が光であるため電気的誘導雑音に強
い。 原理的にGHzオーダーの応答特性が期待できる。 などの5つが上げられる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is to convert information contained in an electric field into an optical physical quantity using a substance having an electro-optical effect, and optically measure the electric field. Therefore, prior to the description of the embodiments of the present invention, the basic principle of electric field measurement will be described. The Pockels effect and the Kerr effect are generally known as an electro-optic effect for converting electric field information into an optical physical quantity. here,
The characteristic of the electric field measurement using the electro-optic effect is that the information exchange from the electric field to the light is performed inside the substance having the electro-optic effect, so that no special electric circuit or power supply for conversion is required. If the electro-optic effect of the measurement object itself is used, the electric field at the measurement point will not be disturbed at all. When a sensor is used, the measurement point is electrically insulated because the sensor portion can be formed only of a dielectric material, and the electric field at the measurement point is not significantly disturbed. Since the information transmission medium is light, it is resistant to electrically induced noise. In principle, response characteristics on the order of GHz can be expected. And five more.

【0040】次に、電気光学効果について簡単に説明す
る。ある物質に外部から電界が印加されると物質の分極
状態が変化し、その結果、物質中を伝搬する光に対する
屈折率が変化する場合がある。これが電気光学効果であ
り、屈折率nの電界Eに対する関係は、ポッケルス定数
をa、カー定数をbとすると、 n=n0 +aE+bE2 +.... ……………………………(1) で表される。(1)式の第2項がポッケルス効果、第3
項がカー効果である。3次以降の項は微小であり通常無
視できる。また、ポッケルス効果とカー効果とが同時に
現れることはなく、物質を構成する結晶の対称性や分極
分子構造によってどちらか一方が顕著に現れる。
Next, the electro-optical effect will be briefly described. When an electric field is externally applied to a certain substance, the polarization state of the substance changes, and as a result, the refractive index of light propagating through the substance may change. This is the electro-optic effect. The relationship between the refractive index n and the electric field E is as follows, where Pockels constant is a, and Kerr constant is b, n = n 0 + aE + bE 2 +... (1) The second term in equation (1) is the Pockels effect,
The term is the Kerr effect. The third and subsequent terms are minute and can usually be ignored. Further, the Pockels effect and the Kerr effect do not appear at the same time, and one of them remarkably appears depending on the symmetry of the crystal constituting the substance or the polarized molecular structure.

【0041】ここに、物質中を伝搬する光波Eを考え
る。この光波Eの電気ベクトル成分は直交する2つの直
線偏波成分Ex,Eyの合成とすることができる。い
ま、直交座標をx,yとすると、各偏波成分Ex,Ey
の物質中の伝搬速度は、直交する2つの偏波成分Ex,
Eyの各々に対する屈折率nx ,ny により決定され
る。この時、屈折率差Δnは、 Δn=nx −ny …………………………………(2) で表される。(2)式の屈折率差Δnがゼロでない場
合、2つの偏波成分Ex,Eyに伝搬速度差を生じ、物
質通過後に直交する2方向の偏波成分ExとEyとの間
に位相差Δθを生じる。この位相差Δθは、λを光波波
長、lを物質伝搬方向長さとし、A=(2π/λ)n0 3
・rp ・l、B=2πrk ・lとし、rp をポッケルス
係数、rk をカー係数、Δθ0 を自然複屈折とすると、 Δθ=Δn(2πl/λ)=Δθ0 +AE+BE2 .... …(3) で表される。光波Eが物質に入射する前に、偏波成分E
xとEyとの間の位相差Δθがゼロならば光波Eは直線
偏光である。この直線偏光の光波Eが物質を通過した後
には、(3)式に示す位相差Δθを生じることによって
その偏光状態は楕円偏光となる。また、物質がポッケル
ス効果を有する場合、位相差Δθは外部から印加された
物質内に及ぶ電界に対してリニアに変化する。この偏光
状態の変化を測定することにより物質中を貫く電界を光
学的に測定することができる。
Here, a light wave E propagating through a substance is considered. The electric vector component of the light wave E can be a combination of two orthogonal linear polarization components Ex and Ey. Now, assuming that the orthogonal coordinates are x and y, each polarization component Ex and Ey
Is the propagation velocity in the material of the two orthogonal polarization components Ex,
Refractive indices n x for each of the ey, is determined by n y. At this time, the refractive index difference Δn is represented by Δn = n x −n y (2). When the refractive index difference Δn in the equation (2) is not zero, a difference in propagation velocity occurs between the two polarization components Ex and Ey, and the phase difference Δθ between the two orthogonal polarization components Ex and Ey after passing through the substance. Is generated. The phase difference Δθ is represented by A = (2π / λ) n 0 3 where λ is the lightwave wavelength, l is the length in the material propagation direction
· R p · l, and B = 2πr k · l, Pockels the r p coefficient, car a r k coefficient, and the Δθ 0 and natural birefringence, Δθ = Δn (2πl / λ ) = Δθ 0 + AE + BE 2 .. ..… (3) Before the light wave E is incident on the substance, the polarization component E
If the phase difference Δθ between x and Ey is zero, the light wave E is linearly polarized. After the light wave E of the linearly polarized light passes through the substance, the polarization state becomes elliptically polarized light by generating the phase difference Δθ shown in the equation (3). When the substance has the Pockels effect, the phase difference Δθ changes linearly with respect to an electric field applied from outside to the substance. By measuring the change in the polarization state, an electric field penetrating through the substance can be optically measured.

【0042】以上に述べた電界測定の原理にしたがって
第1参考実施例を図1及び図2に基づいて説明する。本
実施例は、被測定感光体の表面の潜像電荷が作る電界の
測定方法に関するものである。図1は、本実施例の電界
の測定系を示すもので、基板6の上に感光層7が塗布さ
れた感光体(被測定感光体)8が設けられている。この
感光体8の前記感光層7の表面には、静電潜像を形成す
る潜像電荷9がチャージされている。前記感光体8の表
面(感光層7の表面)の近傍には、電気光学効果を有す
る電気光学結晶10が、前記感光体8の表面の潜像電荷
9からの電気力線11がその内部を通過するように配設
されている。
According to the principle of the electric field measurement described above,
First Embodiment A first embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment relates to a method for measuring an electric field generated by a latent image charge on the surface of a photoconductor to be measured. FIG. 1 shows an electric field measuring system according to the present embodiment, in which a photoconductor (measured photoconductor) 8 having a photosensitive layer 7 applied on a substrate 6 is provided. The surface of the photosensitive layer 7 of the photosensitive member 8 is charged with a latent image charge 9 for forming an electrostatic latent image. In the vicinity of the surface of the photoconductor 8 (the surface of the photosensitive layer 7), an electro-optic crystal 10 having an electro-optic effect is formed. It is arranged to pass.

【0043】また、前記感光体8と対向する前記電気光
学結晶10の一方の面には、光波反射部としての誘電体
ミラー12が蒸着されており、これにより電界センサS
が形成されている。前記誘電体ミラー12は、この誘電
体ミラー12と対向する前記電気光学結晶10の他方の
面側へこの電気光学結晶10を通過して入射する光を反
射する働きがある。
On one surface of the electro-optic crystal 10 facing the photoreceptor 8, a dielectric mirror 12 as a light wave reflecting portion is deposited, whereby the electric field sensor S
Are formed. The dielectric mirror 12 has a function of reflecting light that passes through the electro-optic crystal 10 and enters the other surface of the electro-optic crystal 10 facing the dielectric mirror 12.

【0044】一方、前記誘電体ミラー12と対向する前
記電気光学結晶10の他方の面の上方には、ビームスプ
リッタ13を介して所定の偏光状態を有する光を出射す
る半導体レーザ(光源)14が配設されている。これに
より、前記半導体レーザ14から出射された所定の偏光
状態を有する光はプローブ光として、前記ビームスプリ
ッタ13を介して電界センサSの前記電気光学結晶10
に入射され、この電気光学結晶10の内部を通過して前
記誘電体ミラー12で反射され、再び前記ビームスプリ
ッタ13に入射し、このビームスプリッタ13で入射光
に対して直角方向へ反射されるように設定される。そし
て、前記ビームスプリッタ13の反射光の光路上には、
受光素子としてのフォトディテクタ15が配設されてい
る。このフォトディテクタ15の出力側には、増幅器1
6が接続されている。
On the other hand, a semiconductor laser (light source) 14 for emitting light having a predetermined polarization state via a beam splitter 13 is provided above the other surface of the electro-optic crystal 10 facing the dielectric mirror 12. It is arranged. As a result, the light having a predetermined polarization state emitted from the semiconductor laser 14 is used as probe light as the probe light through the beam splitter 13 for the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S.
, Passes through the inside of the electro-optic crystal 10, is reflected by the dielectric mirror 12, is again incident on the beam splitter 13, and is reflected by the beam splitter 13 in a direction perpendicular to the incident light. Is set to And on the optical path of the reflected light of the beam splitter 13,
A photo detector 15 as a light receiving element is provided. The output side of the photodetector 15 includes an amplifier 1
6 are connected.

【0045】このような構成において、本実施例は、半
導体レーザ14から出射される所定の偏光状態を有する
光を、プローブ光として電界センサSの誘電体ミラー1
2と対向する電気光学結晶10の他方の面から入射さ
せ、このプローブ光が電気光学結晶10を通過して誘電
体ミラー12で反射されるにともなって電気光学結晶1
0が有する電気光学効果によって変化した光の偏光状態
から電気光学結晶10を貫く電界を測定するようにした
ものである。
In this embodiment, in the present embodiment, the dielectric mirror 1 of the electric field sensor S uses light having a predetermined polarization state emitted from the semiconductor laser 14 as probe light.
The probe light is made incident from the other surface of the electro-optic crystal 10 facing the electro-optic crystal 2, and as the probe light passes through the electro-optic crystal 10 and is reflected by the dielectric mirror 12,
The electric field penetrating the electro-optic crystal 10 is measured from the polarization state of light changed by the electro-optic effect of 0.

【0046】ここに、本実施例の具体的な動作を図1及
び図2に基づいて説明する。半導体レーザ14から出射
された光は、ビームスプリッタ13によりp偏光成分の
みが電界センサSの電気光学結晶10に到達し、直線偏
光として電気光学結晶10に入射する。この時、電気光
学結晶10内には感光体8の潜像電荷9による電界17
が存在しており、この電界17によって電気光学結晶1
0中の屈折率楕円体の主軸が変化する。その結果、誘電
体ミラー12で反射されて電気光学結晶10外に戻った
光は、特定の方向の電気ベクトルに位相遅延を生じ、そ
の偏光状態が直線偏光から僅かに楕円偏光に変化する。
即ち、ビームスプリッタ13に対してp偏光成分からな
る直線偏光として電気光学結晶10に入射したプローブ
光が、電気光学結晶10を通過して誘電体ミラー12で
反射されて再びビームスプリッタ13に入射する時にs
偏光成分を生じるということである。このs偏光成分は
ビームスプリッタ13で反射されてフォトディテクタ1
5に入射する。そして、フォトディテクタ15でs偏光
成分の光強度が電気信号として検出され、この電気信号
は増幅器16で増幅されて出力される。
Here, the specific operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. Only the p-polarized component of the light emitted from the semiconductor laser 14 reaches the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S by the beam splitter 13 and enters the electro-optic crystal 10 as linearly polarized light. At this time, the electric field 17 due to the latent image charges 9 of the photoconductor 8 is stored in the electro-optic crystal 10.
Exist, and the electric field 17 causes the electro-optic crystal 1
The main axis of the index ellipsoid at 0 changes. As a result, the light reflected by the dielectric mirror 12 and returned to the outside of the electro-optic crystal 10 causes a phase delay in the electric vector in a specific direction, and its polarization state changes slightly from linearly polarized light to elliptically polarized light.
That is, the probe light that has entered the electro-optic crystal 10 as linearly polarized light composed of the p-polarized component with respect to the beam splitter 13 passes through the electro-optic crystal 10, is reflected by the dielectric mirror 12, and enters the beam splitter 13 again. Sometimes s
That is, a polarized light component is generated. This s-polarized light component is reflected by the beam splitter 13 and
5 is incident. Then, the light intensity of the s-polarized light component is detected as an electric signal by the photodetector 15, and the electric signal is amplified by the amplifier 16 and output.

【0047】この時、フォトディテクタ15で検出され
る光強度は、電気光学効果による位相遅延の1価関数で
ある。特に、ポッケルス効果を有するBSO,LiNb
3などの材料よりなる電気光学結晶10を用いた場
合、位相遅延は、前記(3)式により外部電界17の1
次関数で表される。よって、フォトディテクタ15で検
出される光強度により電界17の値を一意に決定するこ
とが可能となる。
At this time, the light intensity detected by the photodetector 15 is a monovalent function of the phase delay due to the electro-optic effect. In particular, BSO, LiNb having the Pockels effect
In the case where the electro-optic crystal 10 made of a material such as O 3 is used, the phase delay is one of the external electric fields 17 according to the equation (3).
It is expressed by the following function. Therefore, the value of the electric field 17 can be uniquely determined based on the light intensity detected by the photodetector 15.

【0048】この場合、電界センサSで検出される電界
17の横方向(図1で電気光学結晶10内を往復するプ
ローブ光と直交する面内方向)の空間分解能は、電気光
学結晶10内を往復するプローブ光のビーム径で制限さ
れる。これは感光体8の表面の電界測定時の空間分解能
を向上することに関して重要である。言い替えれば、電
気光学結晶10の大きさに依存しない、即ち、電気光学
結晶10を微小にする必要がないということである。寧
ろ、図2(a)に示すように、電気光学結晶10が微小
である場合、電気光学結晶10の端面の影響で潜像電荷
9が作る電気力線11が歪められ、電気光学結晶10の
内部の電界が感光体8の表面電荷分布と対応しなくなる
ので、同図(b)に示すように、測定しようとする空間
分解能に比べて電気光学結晶10が大きい方が、プロー
ブ光が通過する電気光学結晶10の近傍において、この
電気光学結晶10の端面の影響による電気力線11の乱
れがなくなり有利となる。
In this case, the spatial resolution of the electric field 17 detected by the electric field sensor S in the horizontal direction (in-plane direction orthogonal to the probe light reciprocating in the electro-optic crystal 10 in FIG. 1) is within the electro-optic crystal 10. It is limited by the beam diameter of the reciprocating probe light. This is important for improving the spatial resolution when measuring the electric field on the surface of the photoconductor 8. In other words, it does not depend on the size of the electro-optic crystal 10, that is, it is not necessary to make the electro-optic crystal 10 minute. Rather, as shown in FIG. 2A, when the electro-optic crystal 10 is minute, the electric lines of force 11 formed by the latent image charges 9 are distorted due to the influence of the end face of the electro-optic crystal 10, and the electro-optic crystal 10 Since the internal electric field does not correspond to the surface charge distribution of the photoreceptor 8, as shown in FIG. 3B, the larger the electro-optic crystal 10 is compared with the spatial resolution to be measured, the more the probe light passes. In the vicinity of the electro-optic crystal 10, the disturbance of the electric flux lines 11 due to the influence of the end face of the electro-optic crystal 10 is advantageously eliminated.

【0049】上述したように、本実施例では誘電体ミラ
ー12だけで電界センサS(プローブ)を構成している
ので、測定による静電場の乱れを最小限に抑えることが
可能となる。しかも、測定の空間分解能はプローブ光の
ビーム径によって決まり、電気光学結晶10は被測定場
に対する端面の影響を考慮すると測定しようとする空間
分解能に比べてある程度大きい方が被測定場を乱さない
という観点では有利となる。また、感光体8の表面では
高電圧が発生しているが、光でプロービングを行うた
め、電界センサSと信号検出部(フォトディテクタ1
5)との間で金属部分がなくなって無線接続が可能とな
り、外部からの電磁ノイズの影響を受けなくなる。これ
により、感光体8の表面の潜像電荷9が形成する電界1
7を高精度で測定することが可能となる。
As described above, in this embodiment, the electric field sensor S (probe) is constituted only by the dielectric mirror 12, so that the disturbance of the electrostatic field due to the measurement can be minimized. In addition, the spatial resolution of the measurement is determined by the beam diameter of the probe light, and the electro-optical crystal 10 does not disturb the field to be measured if it is somewhat larger than the spatial resolution to be measured in consideration of the influence of the end face on the field to be measured. This is advantageous from a viewpoint. Although a high voltage is generated on the surface of the photoreceptor 8, the electric field sensor S and the signal detecting unit (photodetector 1) are used for probing with light.
5) eliminates the metal part and enables wireless connection, and is not affected by external electromagnetic noise. Thus, the electric field 1 formed by the latent image charges 9 on the surface of the photoconductor 8
7 can be measured with high accuracy.

【0050】次に、第2参考実施例を図3に基づいて説
明する。なお、図1において説明した部分と同一部分は
同一符号で示す。図3は本実施例の測定系を示すもの
で、図1に示した前記実施例と同様に、感光体8の表面
の近傍には、電界センサSが、前記感光体8の表面の潜
像電荷9からの電気力線11がその電気光学結晶10の
内部を通過するように配設されている。前記電界センサ
Sの上方のこの電界センサSに対して直角方向の位置に
は、所定の偏光状態を有する円偏光を出射する光源41
が配設されている。この光源41には、例えばハロゲン
ランプや水銀ランプが用いられる。また、前記光源41
の光路上には、コンデンサレンズ42を介してハーフミ
ラー43が配設されている。これにより、前記光源41
から出射された円偏光が前記コンデンサレンズ42を介
してプローブ光として前記ハーフミラー43に入射し、
このハーフミラー43で反射されて前記電界センサSの
電気光学結晶10に入射し、さらに、この電気光学結晶
10の内部を通過して誘電体ミラー12により前記ハー
フミラー43に向けて反射されるように設定される。そ
して、この光波反射部12で反射された反射光の光路上
には、前記ハーフミラー43、偏光板(検光子)44、
結像レンズ45、CCDカメラ等の撮像カメラ(撮像手
段)46が順次配設されている。但し、この撮像カメラ
46は、その観測面に電界センサSに設置された前記誘
電体ミラー12表面が結像されるように設定されてい
る。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG. 3 shows a measurement system according to the present embodiment. As in the embodiment shown in FIG. The lines of electric force 11 from the electric charges 9 are arranged so as to pass through the inside of the electro-optic crystal 10. A light source 41 for emitting circularly polarized light having a predetermined polarization state is provided above the electric field sensor S in a direction perpendicular to the electric field sensor S.
Are arranged. As the light source 41, for example, a halogen lamp or a mercury lamp is used. The light source 41
A half mirror 43 is disposed on the optical path via a condenser lens 42. Thereby, the light source 41
Circularly polarized light emitted from the light enters the half mirror 43 as probe light via the condenser lens 42,
The light is reflected by the half mirror 43 to be incident on the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S, passes through the inside of the electro-optic crystal 10, and is reflected by the dielectric mirror 12 toward the half mirror 43. Is set to The half mirror 43, the polarizing plate (analyzer) 44, and the
An imaging lens 45 and an imaging camera (imaging means) 46 such as a CCD camera are sequentially arranged. However, the imaging camera 46 is set so that an image of the surface of the dielectric mirror 12 provided on the electric field sensor S is formed on the observation surface.

【0051】このような構成において、光源41から出
射された円偏光はコンデンサレンズ42、ハーフミラー
43を介してプローブ光として電界センサSの電気光学
結晶10に入射し、この電気光学結晶10を通過して誘
電体ミラー12によって反射され、再び電気光学結晶1
0中を通過して撮像カメラ46方向に反射される。ここ
に、電気光学結晶10内には潜像電荷9による電界17
が存在しており、この電界17によって電気光学結晶1
0中の屈折率楕円体の主軸が変化する。その結果、誘電
体ミラー12で反射され電気光学結晶10外に戻った光
は、特定方向の電気ベクトルに位相遅延を生じ、その偏
光状態が円偏光から僅かに楕円偏光に変化する。ここ
で、撮像カメラ46の観測面の全面には偏光板44が設
置されているため、特定方向の直線偏光成分のみが結像
レンズ45撮を通して撮像カメラ46に入射されること
になる。
In such a configuration, the circularly polarized light emitted from the light source 41 enters the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S as probe light via the condenser lens 42 and the half mirror 43, and passes through the electro-optic crystal 10. Is reflected by the dielectric mirror 12 and again
0 and is reflected in the direction of the imaging camera 46. Here, the electric field 17 due to the latent image charges 9 is stored in the electro-optic crystal 10.
Exist, and the electric field 17 causes the electro-optic crystal 1
The main axis of the index ellipsoid at 0 changes. As a result, the light reflected by the dielectric mirror 12 and returned to the outside of the electro-optic crystal 10 causes a phase delay in an electric vector in a specific direction, and its polarization state changes slightly from circularly polarized light to elliptically polarized light. Here, since the polarizing plate 44 is provided on the entire observation surface of the imaging camera 46, only the linearly polarized light component in a specific direction is incident on the imaging camera 46 through the imaging lens 45.

【0052】この時、撮像カメラ46で観測される光強
度は電気光学効果による位相遅延の1価関数である。特
に、電気光学結晶10にポッケルス効果を有するBS
O,LiNbO3 等を用いた場合、図1に示した前記実
施例と同様に、位相遅延は、前記(3)式により外部電
界の1次関数で表される。よって、撮像カメラ46で観
測される光強度は、感光体8の表面の静電潜像が作る潜
像電荷9により変化することになり、即ち、この撮像出
力は感光体8の表面の静電潜像画像と対応することにな
る。
At this time, the light intensity observed by the imaging camera 46 is a monovalent function of the phase delay due to the electro-optic effect. In particular, BS having the Pockels effect in the electro-optic crystal 10
When O, LiNbO 3 or the like is used, the phase delay is expressed by a linear function of the external electric field according to the above equation (3), as in the embodiment shown in FIG. Therefore, the light intensity observed by the imaging camera 46 changes depending on the latent image charge 9 generated by the electrostatic latent image on the surface of the photoconductor 8, that is, the imaging output is the electrostatic image on the surface of the photoconductor 8. It will correspond to the latent image.

【0053】上述したように、撮像カメラ46によって
光強度として撮像された画像の濃淡は感光体8の表面に
形成された潜像電荷9が作る電界17に対応するため、
静電潜像を直接画像化して観測することが可能となる。
これにより、感光体8の特性把握を観測することが可能
となり、しかも、例えば、べた画像等を静電潜像として
感光体に書き込んでおけば、感光体8の表面に静電的な
欠陥が存在する場合に、感光体8の表面に存在する欠陥
を画像の濃淡として観測することが可能となる。このこ
とは、従来の感光体8の表面の輝度分布を直接撮像して
その濃淡の変化から欠陥を観測する場合に比べ、静電潜
像が作る電界17を直接観測する点で信頼性や観測精度
がより一層高いものとなる。
As described above, the density of the image picked up by the image pickup camera 46 as the light intensity corresponds to the electric field 17 generated by the latent image charges 9 formed on the surface of the photoconductor 8.
It is possible to directly image and observe the electrostatic latent image.
This makes it possible to observe the characteristics of the photoreceptor 8 and, for example, if a solid image or the like is written on the photoreceptor as an electrostatic latent image, an electrostatic defect on the surface of the photoreceptor 8 will occur. When it is present, it is possible to observe the defect existing on the surface of the photoconductor 8 as the density of the image. This is different from the conventional case where the luminance distribution on the surface of the photoconductor 8 is directly imaged and the defect is observed from the change in the density, and the reliability and the observation point are that the electric field 17 formed by the electrostatic latent image is directly observed. The accuracy will be even higher.

【0054】次に、第3参考実施例を図4ないし図6に
基づいて説明する。なお、図1において説明した部分と
同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。本実施例
は、図1に示した電界センサSを電子写真プロセス現像
エンジン内に挿入したものである。即ち、図4に示すよ
うに、現像バイアス電位Vbに保持された現像エンジン
の現像スリーブ18と、感光体ドラム(被測定感光体)
19との間に電界センサSが配設されている。この電界
センサSの電気光学結晶10の上面には、図5に示すよ
うに、プローブ光を入射するプローブ光案内光学部材と
して、プリズム20と集光レンズ21とが接着固定され
ている。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. The same parts as those described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, the electric field sensor S shown in FIG. 1 is inserted into an electrophotographic process development engine. That is, as shown in FIG. 4, the developing sleeve 18 of the developing engine held at the developing bias potential Vb and the photosensitive drum (photosensitive body to be measured)
An electric field sensor S is disposed between the electric field sensor S and the electric field sensor 19. As shown in FIG. 5, a prism 20 and a condensing lens 21 as a probe light guiding optical member into which probe light is incident are fixed on the upper surface of the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S, as shown in FIG.

【0055】ここに、現像エンジン内の前記現像スリー
ブ18と感光体ドラム19との間隙は、一般に、数ミリ
から1ミリ以下であるため、現像エンジンの回転軸方向
からビームスプリッタ13を介してプローブ光を入射
し、このプローブ光を前記集光レンズ21とプリズム2
0とにより感光体ドラム19の表面の法線方向から前記
電気光学結晶10に入射させるように設定されている。
但し、実施に当り、実際には、図6に示すように、前記
ビームスプリッタ13と前記集光レンズ21との間の光
路は、偏波面保持光ファイバ22により接続されてい
る。
Here, the gap between the developing sleeve 18 and the photosensitive drum 19 in the developing engine is generally several millimeters to 1 millimeter or less. Light is incident, and this probe light is collected by the condenser lens 21 and the prism 2.
By setting 0, the light is incident on the electro-optic crystal 10 from the normal direction of the surface of the photosensitive drum 19.
In practice, however, as shown in FIG. 6, the optical path between the beam splitter 13 and the condenser lens 21 is connected by a polarization maintaining optical fiber 22.

【0056】このような構成において、電界センサSの
誘電体ミラー12で反射されたブローブ光は、プリズム
20、集光レンズ21、偏波面保持光ファイバ22を介
して再びビームスプリッタ13に入射し、このビームス
プリッタ13で反射されてフォトディテクタ15で受光
される。このフォトディテクタ15の出力信号は増幅器
16で増幅される。この増幅器16の出力信号を現像エ
ンジンの外部でモニタすることにより、電界センサSの
電気光学結晶10が有する電気光学効果によって変化し
たプローブ光の偏光状態から電気光学結晶10を貫く電
界を測定する。
In such a configuration, the probe light reflected by the dielectric mirror 12 of the electric field sensor S enters the beam splitter 13 again via the prism 20, the condenser lens 21, and the polarization maintaining optical fiber 22, The light is reflected by the beam splitter 13 and received by the photodetector 15. The output signal of the photodetector 15 is amplified by the amplifier 16. By monitoring the output signal of the amplifier 16 outside the development engine, the electric field passing through the electro-optic crystal 10 is measured from the polarization state of the probe light changed by the electro-optic effect of the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S.

【0057】この場合、感光体ドラム19の表面の潜像
電荷9が作る電気力線11は、現像スリーブ18の現像
バイアス電位Vbによって電気光学結晶10の内部を貫
くように引き込まれ、現像時の現像電界を形成する。こ
れにより、実際の現像時に近い感光体ドラム19の表面
の電界を測定することが可能となる。
In this case, the lines of electric force 11 formed by the latent image charges 9 on the surface of the photosensitive drum 19 are drawn by the developing bias potential Vb of the developing sleeve 18 so as to penetrate through the inside of the electro-optic crystal 10, and are used during development. A developing electric field is formed. This makes it possible to measure the electric field on the surface of the photosensitive drum 19 which is close to the time of actual development.

【0058】また、本実施例では、プロービングを光で
行うため、電界センサSと信号検出部(フォトディテク
タ15)との間で無線接続が可能となり、現像エンジン
内で実測を行うことが可能となる。さらに、偏波面保持
光ファイバ22でプローブ光を電気光学結晶10まで導
光することにより、センシング位置が外部から見通せる
位置以外でも、感光体ドラム19の表面の電界を測定す
ることが可能となる。
In this embodiment, since the probing is performed by light, a wireless connection can be made between the electric field sensor S and the signal detection unit (photodetector 15), and actual measurement can be performed in the development engine. . Further, by guiding the probe light to the electro-optic crystal 10 by the polarization maintaining optical fiber 22, it is possible to measure the electric field on the surface of the photosensitive drum 19 even when the sensing position is other than the position that can be seen from the outside.

【0059】ところで、図1を参照して説明すると、実
際に感光体8の表面電位の空間的分布を測定するために
は、感光体8の表面にできるだけ近い、厳密には密接し
た位置の電界17を知る必要がある。しかし、いま測定
しようとする電界17は、感光体8の表面の静電潜像に
よる潜像電荷9が作る静電場であるため、潜像電荷9が
チャージされている感光体8の表面に電界センサSを密
着させることはできない。これに反し、一般に、電荷が
ある分布を持ってチャージされている帯電体近傍の電界
は、その分布によって電気力線が互いに引き合ったり、
反発し合ったりと複雑な形になっているため、帯電体の
表面に密着した位置以外では、帯電体の表面の電荷分布
とこの電荷分布がなす電界分布とは厳密には一致しなく
なる。
Referring to FIG. 1, in order to actually measure the spatial distribution of the surface potential of the photoconductor 8, an electric field at a position as close as possible and strictly as close as possible to the surface of the photoconductor 8 will be described. You need to know 17. However, since the electric field 17 to be measured is an electrostatic field generated by the latent image charges 9 due to the electrostatic latent image on the surface of the photoconductor 8, the electric field 17 is applied to the surface of the photoconductor 8 charged with the latent image charges 9. The sensor S cannot be brought into close contact. On the other hand, in general, the electric field near the charged body charged with a certain distribution of electric charges attracts each other depending on the distribution,
Due to the complex shape of repulsion, the charge distribution on the surface of the charged body and the electric field distribution formed by the charge distribution do not exactly coincide with each other except at a position close to the surface of the charged body.

【0060】そこで、このような観点から第4参考実施
を図7及び図8に基づいて説明する。なお、図1にお
いて説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も
省略する。本実施例は、図7に示すように、電気光学結
晶10の誘電体ミラー12と対向する面に、感光体8の
表面に対して平行に透明電極23を蒸着して電界センサ
Sを形成したものである。前記透明電極23は、グラン
ド電位(接地)、又は、現像エンジン内の現像バイアス
電位Vbに保持される。但し、本実施例では、図7に示
すように、透明電極23は接地されている。
Therefore, from such a viewpoint, the fourth reference implementation
An example will be described with reference to FIGS. The same parts as those described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, a transparent electrode 23 is deposited on the surface of the electro-optic crystal 10 facing the dielectric mirror 12 in parallel with the surface of the photoreceptor 8 to form the electric field sensor S. Things. The transparent electrode 23 is maintained at a ground potential (ground) or a developing bias potential Vb in the developing engine. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the transparent electrode 23 is grounded.

【0061】この場合、透明電極23は接地されている
ため、感光体8の表面の潜像電荷9が発する電気力線1
1は透明電極23によって引き寄せられ、電界センサS
の電気光学結晶10の内部を透明電極23にほぼ垂直に
到達する。その結果、電気光学結晶10の透明電極23
と平行な、ある断面では、電気力線11の密度が感光体
8の表面の潜像電荷分布とほぼ一致する。
In this case, since the transparent electrode 23 is grounded, the electric lines of force 1 generated by the latent image charges 9 on the surface of the photosensitive member 8
1 is attracted by the transparent electrode 23 and the electric field sensor S
Of the electro-optic crystal 10 of FIG. As a result, the transparent electrode 23 of the electro-optic crystal 10
In a cross section parallel to the above, the density of the lines of electric force 11 substantially matches the latent image charge distribution on the surface of the photoconductor 8.

【0062】ここに、図8に、透明電極23の有無によ
る感光体8の表面の潜像電荷9と、電界センサSの電気
光学結晶10の内部を通過する電気力線11との関係を
摸式的に示す。同図(a)は、透明電極23が無い電界
センサSを示すもので、潜像電荷分布によって電気力線
11が歪んでいるため、電気光学結晶10の透明電極2
3と平行な、ある断面では、電界強度分布は潜像電荷分
布と一致しない。しかし、同図(b)に示すように、透
明電極23を接地し、誘電体ミラー12と対向させる
と、潜像電荷9から発する電気力線11は透明電極23
にほぼ垂直に到達し、電気光学結晶10の透明電極23
と平行な、ある断面では、電界強度分布は潜像電荷分布
とほぼ一致する。その結果、感光体8の表面の潜像電荷
分布に対応する位相遅延が電界センサSの電気光学結晶
10の内部を往復するプローブ光に与えられる。また、
透明電極23の電位を現像バイアス電位Vbに設定すれ
ば、実際の電子写真プロセス現像エンジン内に近い電界
強度分布を測定することが可能となる。
FIG. 8 shows the relationship between the latent image charges 9 on the surface of the photoconductor 8 depending on the presence or absence of the transparent electrode 23 and the lines of electric force 11 passing through the inside of the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S. It is shown in a formula. FIG. 1A shows an electric field sensor S without the transparent electrode 23. Since the lines of electric force 11 are distorted by the latent image charge distribution, the transparent electrode 2 of the electro-optical crystal 10 is shown.
At some cross section parallel to 3, the electric field intensity distribution does not match the latent image charge distribution. However, as shown in FIG. 2B, when the transparent electrode 23 is grounded and is opposed to the dielectric mirror 12, the lines of electric force 11 generated from the latent image charges 9 become transparent electrodes 23.
To the transparent electrode 23 of the electro-optic crystal 10.
In a cross section parallel to, the electric field intensity distribution substantially matches the latent image charge distribution. As a result, a phase delay corresponding to the latent image charge distribution on the surface of the photoconductor 8 is given to the probe light that reciprocates inside the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S. Also,
If the potential of the transparent electrode 23 is set to the developing bias potential Vb, it becomes possible to measure an electric field intensity distribution close to that in an actual electrophotographic process developing engine.

【0063】上述したように、電界センサSの透明電極
23を接地した場合には、感光体8の表面の潜像電荷9
が発する電気力線11を電界センサSの電気光学結晶1
0中に効率よく引き込むため、感光体8の表面に形成さ
れる潜像電荷9の空間分布に、より忠実に対応した電界
を電気光学結晶10中に形成することが可能となる。一
方、透明電極23を現像バイアス電位Vbに保持するよ
うにした場合には、実際の現像エンジン内に近い電界を
測定することが可能となる。このようにして電界の状態
をコントロールすることにより、感光体8の表面の高精
度かつ高信頼性の電界測定が可能となる。
As described above, when the transparent electrode 23 of the electric field sensor S is grounded, the latent image charge 9 on the surface of the photosensitive member 8 is
Line of electric force 11 generated by the electro-optic crystal 1 of the electric field sensor S
In order to efficiently draw the electric charges into the surface of the photoconductor 8, it is possible to form an electric field in the electro-optic crystal 10 more faithfully corresponding to the spatial distribution of the latent image charges 9 formed on the surface of the photoconductor 8. On the other hand, when the transparent electrode 23 is maintained at the developing bias potential Vb, it is possible to measure an electric field close to that in the actual developing engine. By controlling the state of the electric field in this way, highly accurate and highly reliable electric field measurement on the surface of the photoconductor 8 can be performed.

【0064】また、第5参考実施例を図8及び図9に基
づいて説明する。なお、図2において説明した部分と同
一部分は同一符号を用い、説明も省略する。本実施例
は、図9に示すように、電気光学結晶10の誘電体ミラ
ー12と対向する面に、感光体8の表面に対して平行に
透明電極23を蒸着して電界センサSを形成したもので
ある。この透明電極23は、グランド電位(接地)に保
持されている。
The fifth embodiment will be described with reference to FIGS. The same parts as those described in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the electric field sensor S was formed by depositing a transparent electrode 23 on the surface of the electro-optic crystal 10 facing the dielectric mirror 12 in parallel with the surface of the photoconductor 8. Things. The transparent electrode 23 is maintained at a ground potential (ground).

【0065】この場合にも、図8(b)に示したよう
に、潜像電荷9から発する電気力線11は透明電極23
にほぼ垂直に到達するため、図7に示した前記実施例と
同様に、電気光学結晶10の透明電極23と平行な、あ
る断面では、電界強度分布は潜像電荷分布とほぼ一致す
る。その結果、感光体8の表面の潜像電荷分布に対応す
る位相遅延が電気光学結晶10内を往復するプローブ光
に与えられることになる。このように、感光体8の表面
の潜像電荷9が発する電気力線11を電気光学結晶10
中に効率よく引き込むため、感光体8の表面に形成され
る潜像電荷9の空間分布に、より忠実に対応した電界を
電気光学結晶10中に形成することが可能となる。
Also in this case, as shown in FIG. 8B, the lines of electric force 11 generated from the latent image charges 9 are
, The electric field intensity distribution substantially coincides with the latent image charge distribution in a certain cross section parallel to the transparent electrode 23 of the electro-optic crystal 10 as in the embodiment shown in FIG. As a result, a phase delay corresponding to the latent image charge distribution on the surface of the photoconductor 8 is given to the probe light reciprocating in the electro-optic crystal 10. In this way, the lines of electric force 11 generated by the latent image charges 9 on the surface of the photoreceptor 8 are
In order to draw the electric charges efficiently, it is possible to form an electric field in the electro-optic crystal 10 more faithfully corresponding to the spatial distribution of the latent image charges 9 formed on the surface of the photoconductor 8.

【0066】さらに、第6参考実施例を図10に基づい
て説明する。なお、図9において説明した部分と同一部
分は同一符号を用い、説明も省略する。本実施例は、図
9に示した前記実施例のように、電界センサSの透明電
極23を接地(グランド電位に保持)する代わりに、図
10に示すように、この透明電極23の電位を所定の電
位に設定する可変定電圧器(可変電位設定手段)47に
接続したものである。
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG. Note that the same portions as those described in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, instead of grounding (holding at the ground potential) the transparent electrode 23 of the electric field sensor S as in the above-described embodiment shown in FIG. It is connected to a variable voltage regulator (variable potential setting means) 47 for setting a predetermined potential.

【0067】この場合、電気光学結晶10の透明電極2
3の電位を可変定電圧器47によって調整することで、
透明電極23の電位によって引き込まれる静電潜像が作
る電界が変化するため、可視化画像のコントラスト調整
が可能となる。
In this case, the transparent electrode 2 of the electro-optic crystal 10
By adjusting the potential of 3 with the variable voltage regulator 47,
Since the electric field created by the electrostatic latent image drawn by the potential of the transparent electrode 23 changes, the contrast of the visualized image can be adjusted.

【0068】次に、第7参考実施例を図11に基づいて
説明する。なお、図9において説明した部分と同一部分
は同一符号で示し、説明も省略する。
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIG. The same parts as those described in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【外5】 などの材料により形成されている。また、図11(a)
に示すように、電界センサSの電気光学結晶25の主軸
がz軸に設定され、さらに、このz軸がプローブ光の入
射反射方向と一致し、x−y平面が透明電極23や誘電
体ミラー12に対して平行になるように設定されてい
る。
[Outside 5] And the like. FIG. 11 (a)
As shown in the figure, the main axis of the electro-optic crystal 25 of the electric field sensor S is set to the z-axis, the z-axis coincides with the incident reflection direction of the probe light, and the xy plane corresponds to the transparent electrode 23 and the dielectric mirror. 12 is set in parallel.

【0069】[0069]

【外6】 3mに属する電気光学結晶25中の屈折率楕円体は、電
気光学結晶25の主軸座標をx,y,zとすると、次の
(4),(5)式で表される。 B112 +B222 +B332 +2B23yz+2B31zx+2B12xy=1 …………………(4)
[Outside 6] The refractive index ellipsoid in the electro-optic crystal 25 belonging to 3 m is represented by the following equations (4) and (5), where x, y, and z are the principal axis coordinates of the electro-optic crystal 25. B 11 x 2 + B 22 y 2 + B 33 z 2 + 2B 23 yz + 2B 31 zx + 2B 12 xy = 1 ..................... (4)

【数1】 (Equation 1)

【0070】但し、(5)式に示すEx,Ey,Ez
は、電気光学結晶25の内部を貫く電界ベクトル、Tは
電気光学結晶25の電気光学定数テンソル、nx
y ,nは電界がかかっていないときの電気光学結晶
25の屈折率の各主軸成分とする。
However, Ex, Ey, Ez shown in the equation (5)
Is an electric field vector penetrating the inside of the electro-optic crystal 25, T is an electro-optic constant tensor of the electro-optic crystal 25, n x ,
ny and nz are the principal axis components of the refractive index of the electro-optic crystal 25 when no electric field is applied.

【外7】 テンソルTは、次の(6)式で表される。[Outside 7] The tensor T is represented by the following equation (6).

【数2】 (Equation 2)

【0071】また、電界センサSの電気光学結晶25中
をz軸に平行に光が進行する場合、この光に感じる屈折
率は、(4),(5)式の楕円体のx−y平面での断面
が表す楕円である。この楕円は、 n2 +ny~22 +2r63z xy=1 ……………(7) で表される。この(7)式により、電気光学結晶25中
をその主軸であるz軸方向に伝搬する光が受ける屈折率
変化は、電気光学結晶25中の電界のz成分Ezのみに
よることがわかる。そこで、図11(b)に示すよう
に、(7)式の楕円をz軸を軸にx−y面内で45°回
転させた新たな座標系α,β,zに座標変換して記述す
ると、(7)式のクロスタームが消えて、 (n0~2 −r63z )α+(n0~2 +r63z )β=1 ……(8) なる楕円で表される。但し、nx=ny=n0 とした。
(8)式で示す楕円の長軸と短軸との長さ、即ち、新た
な座標系(α,β,z)でz軸方向に電気光学結晶25
中を伝搬する光波が感じる屈折率のα,β成分、nα,
nβは、 nα=n0 +n0 363z /2 ……………………………(9) nβ=n0 −n0 363z /2 ……………………………(10) で表される。これらの(9),(10)式の屈折率差に
より生じるz軸方向に電気光学結晶25中を通過した後
の光波の偏光のα,β成分の位相差φは、光の角周波数
をω、光速をc0 、電気光学結晶25の厚みをdとする
と、 φ=ωn0 363z d/c0 ……………………………(11) となる。この(11)式により、z軸方向に進行する光
波は電気光学結晶25中の電界のz成分Ezによっての
み、α,β偏光成分間に位相差φを生じることがわか
る。この位相差φにより偏光状態が変化し、この偏光状
態の変化を検出することにより電気光学結晶25中の電
界成分Ezを検出することが可能となる。
When light travels in the electro-optic crystal 25 of the electric field sensor S in parallel with the z-axis, the refractive index felt by this light is determined by the xy plane of the ellipsoid expressed by the equations (4) and (5). Is an ellipse represented by the cross section at. This ellipse is represented by n x ¯ 2 x 2 + n y ~ 2 y 2 + 2r 63 E z xy = 1 ............... (7). According to the equation (7), it is understood that the change in the refractive index of light propagating in the z-axis direction, which is the principal axis, in the electro-optic crystal 25 depends only on the z component Ez of the electric field in the electro-optic crystal 25. Therefore, as shown in FIG. 11B, the ellipse of equation (7) is coordinate-transformed into a new coordinate system α, β, z, which is rotated by 45 ° in the xy plane about the z-axis and described. Then, (7) cross term disappears in is represented by an ellipse comprising (n 0 ~ 2 -r 63 E z) α + (n 0 ~ 2 + r 63 E z) β = 1 ...... (8). However, it was the n x = n y = n 0 .
The length of the major axis and the minor axis of the ellipse shown by the equation (8), that is, the electro-optic crystal 25 in the z-axis direction in the new coordinate system (α, β, z).
Α, β components of the refractive index, nα,
N.beta is, nα = n 0 + n 0 3 r 63 E z / 2 ................................. (9) nβ = n 0 -n 0 3 r 63 E z / 2 .................. ... (10) The phase difference φ between the α and β components of the polarization of the light wave after passing through the electro-optic crystal 25 in the z-axis direction caused by the refractive index difference of the expressions (9) and (10) is expressed by the following equation. the speed of light c 0, when the thickness of the electro-optic crystal 25 and d, phi = the ωn 0 3 r 63 E z d / c 0 ................................. (11). From this equation (11), it can be seen that the light wave traveling in the z-axis direction produces a phase difference φ between the α and β polarization components only by the z component Ez of the electric field in the electro-optic crystal 25. The polarization state changes due to the phase difference φ, and the electric field component Ez in the electro-optic crystal 25 can be detected by detecting the change in the polarization state.

【0072】即ち、本実施例では、感光体8の表面の潜
像電荷9が発する電気力線11は、前述の図8(b)に
示したように、透明電極23によって引き込まれ、電気
光学結晶25の内部には、感光体8の表面の潜像電荷分
布に対応したz軸方向の電界が形成される。しかも、電
気光学結晶25の透明電極23は図11(a)に示す向
きに接地されているため、上述した(11)式に示す位
相差φをプローブ光に生じさせる。この位相差φによる
偏光状態の変化を検出することにより電気光学結晶25
中の電界成分Ezを検出することが可能となる。
That is, in this embodiment, the lines of electric force 11 generated by the latent image charges 9 on the surface of the photosensitive member 8 are drawn by the transparent electrode 23 as shown in FIG. An electric field in the z-axis direction corresponding to the latent image charge distribution on the surface of the photoconductor 8 is formed inside the crystal 25. Moreover, since the transparent electrode 23 of the electro-optic crystal 25 is grounded in the direction shown in FIG. 11A, a phase difference φ shown in the above equation (11) is generated in the probe light. By detecting a change in the polarization state due to the phase difference φ, the electro-optic crystal 25 is detected.
It is possible to detect the electric field component Ez inside.

【0073】また、本実施例では、電界センサSの電気
光学結晶25の主軸をz軸に設定することにより、プロ
ービングされる電界の成分を対向する感光体8の表面に
対して垂直な成分のみに限定することが可能となる。こ
れにより、感光体8の表面の潜像電荷分布をより忠実に
プロービングすることが可能となる。
In the present embodiment, the main axis of the electro-optic crystal 25 of the electric field sensor S is set to the z-axis, so that the component of the electric field to be probed is limited to only the component perpendicular to the surface of the photoconductor 8 opposed thereto. It is possible to limit to. This makes it possible to more accurately probe the latent image charge distribution on the surface of the photoconductor 8.

【0074】ところで、電荷がある空間分布をもって分
布している帯電体に対向して接地電極を置いた場合、そ
の接地電極の表面では、帯電体の電荷分布に線形な電界
が完全には再現されない。即ち、電荷が、ある空間周波
数特性をもって分布している時、その表面から有限距離
にある接地電極上の電界は、帯電体の表面での電界に比
べ、空間周波数特性が劣化することが知られている。帯
電体の表面電界の高空間分解能測定上、この劣化を軽減
するために、前述した感光体8の表面と透明電極23と
の距離はできるだけ短い方が望ましい。このため、電気
光学結晶10の厚み(誘電体ミラー12と透明電極23
とに対して垂直方向の寸法)は、ミリからサブミリのオ
ーダーとなる。
By the way, when a ground electrode is placed opposite to a charged body in which electric charges are distributed with a certain spatial distribution, a linear electric field in the charge distribution of the charged body is not completely reproduced on the surface of the ground electrode. . That is, when electric charges are distributed with a certain spatial frequency characteristic, it is known that the electric field on the ground electrode at a finite distance from the surface has a deteriorated spatial frequency characteristic compared to the electric field on the surface of the charged body. ing. In order to reduce this deterioration in measuring the high spatial resolution of the surface electric field of the charged body, it is desirable that the distance between the surface of the photoconductor 8 and the transparent electrode 23 be as short as possible. Therefore, the thickness of the electro-optic crystal 10 (the dielectric mirror 12 and the transparent electrode 23)
Are in the order of millimeters to sub-millimeters.

【0075】そこで、このような観点から第8参考実施
を図12に基づいて説明する。なお、図7において説
明した部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略す
る。本実施例は、図12に示すように、電界センサSの
電気光学結晶10の厚みdをミリからサブミリのオーダ
ーに設定すると共に、この電界センサSに、光学的に等
方性で透明な物質よりなるガラス支持ブロック24(支
持ブロック)を透明電極23を挾むように支持固定した
ものである。
From such a viewpoint, the eighth reference implementation
An example will be described with reference to FIG. The same parts as those described in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, as shown in FIG. 12, the thickness d of the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S is set in the order of millimeters to sub-millimeters, and the electric field sensor S is provided with an optically isotropic transparent material. A glass support block 24 (support block) made of glass is supported and fixed so as to sandwich the transparent electrode 23.

【0076】この場合、感光体8の表面の電界測定に際
して高空間分解能を維持するために、電気光学結晶10
をミリオーダーからサブミリオーダーの厚さに設定して
も、電気光学結晶10をガラス支持ブロック24に支持
させることにより、扱いやすいプローブヘッドを構成す
ることが可能となる。しかも、透明電極23の保護にも
なり、信頼性の高いプローブヘッドが作成可能となる。
In this case, in order to maintain a high spatial resolution when measuring the electric field on the surface of the photoconductor 8, the electro-optic crystal 10
Even if is set to a thickness of the order of millimeters to the order of submillimeters, the probe head that is easy to handle can be configured by supporting the electro-optic crystal 10 on the glass support block 24. In addition, the transparent electrode 23 is protected, and a highly reliable probe head can be manufactured.

【0077】[0077]

【外8】 、図11に示した前記実施例と同様に、電界センサSの
電気光学結晶25の主軸をz軸に設定し、さらに、この
z軸がプローブ光の入射反射方向と一致し、x−y平面
が透明電極23や誘電体ミラー12に対して平行になる
ように設定する。
[Outside 8] 11, the main axis of the electro-optic crystal 25 of the electric field sensor S is set to the z-axis, and the z-axis coincides with the direction of the incident and reflected light of the probe light, and the xy plane Are set parallel to the transparent electrode 23 and the dielectric mirror 12.

【0078】この場合にも、図12に示した前記実施例
のように、電界センサSの電気光学結晶25をミリオー
ダーからサブミリオーダーの厚さに設定してガラス支持
ブロック24で支持することにより、感光体8の表面の
電界測定に際して高空間分解能を維持することが可能と
なる。しかも、図11に示した前記実施例のように、電
界センサSの電気光学結晶25の主軸をz軸に設定して
プロービングされる電界の成分を対向する感光体8の表
面に対して垂直な成分のみに限定することにより、感光
体8の表面の潜像電荷分布をより忠実にプロービングす
ることが可能となる。
Also in this case, as in the above-described embodiment shown in FIG. 12, the electro-optic crystal 25 of the electric field sensor S is set to a thickness of the order of millimeter to sub-millimeter and supported by the glass support block 24. In addition, it is possible to maintain a high spatial resolution when measuring the electric field on the surface of the photoconductor 8. Further, as in the embodiment shown in FIG. 11, the main axis of the electro-optic crystal 25 of the electric field sensor S is set to the z-axis so that the component of the electric field to be probed is perpendicular to the surface of the opposing photoconductor 8. By limiting to only the components, it is possible to more accurately probe the latent image charge distribution on the surface of the photoconductor 8.

【0079】さらに、図13に示した電界センサSの透
明電極を図10に示した前記実施例と同様に可変定電圧
器(可変電位設定手段)47に接続してもよい。この場
合には、上述の機能に加えて可視化画像のコントラスト
調整が可能となる。
Further, the transparent electrode of the electric field sensor S shown in FIG. 13 may be connected to a variable constant voltage regulator (variable potential setting means) 47 as in the embodiment shown in FIG. In this case, the contrast of the visualized image can be adjusted in addition to the functions described above.

【0080】つづいて、光の偏光状態の変化から位相を
検出する方法についてその原理を説明する。ここに、光
波の偏光のα成分がβ成分に対して位相差φをもつとし
て、電気光学結晶を通過して偏光状態が変化した光を検
光子を通してその光強度を観測する場合を考える。い
ま、検光子の透過軸をx軸に平行に設置して観測される
光強度をIx、検光子の透過軸をy軸に平行に設置して
観測される光強度をIyとすると、電気光学結晶を通過
した光のα,β各々の偏光成分Eα,Eβは、 Eα=A exp(−iφ) ………………………(12) Eβ=A ………………………(13) となり、これらの(12),(13)式から光強度I
x,Iyは、 Ix=2A2 sin2(φ/2) ………………………(14) Iy=2A2 cos2(φ/2) ………………………(15) となる。そこで、(14),(15)式に示す光強度I
x,Iyの除算をとれば、 tan2(φ/2)=Ix/Iy ………………………(16) となり、よって、(16)式から位相差φは、 φ=2 tan~1√(Ix/Iy) …………………(17) で表される。この(17)式により、A、即ち、(2π
/λ)n0 3pl の影響を受けずに位相差φを得ること
が可能となる。即ち、電気光学結晶に入射する光の光量
変動をキャンセルすることが可能となる。
Next, the principle of a method for detecting a phase from a change in the polarization state of light will be described. Here, assuming that the α component of the polarization of the light wave has a phase difference φ with respect to the β component, the case where the light whose polarization state has changed after passing through the electro-optic crystal is observed through an analyzer is observed. Assuming that the light intensity observed when the transmission axis of the analyzer is set parallel to the x-axis is Ix, and the light intensity observed when the transmission axis of the analyzer is set parallel to the y-axis is Iy, electro-optic The polarization components Eα and Eβ of α and β of the light that has passed through the crystal are as follows: Eα = A exp (−iφ)... (12) Eβ = A... (13) From these equations (12) and (13), the light intensity I
x and Iy are as follows: Ix = 2A 2 sin 2 (φ / 2) (14) Iy = 2A 2 cos 2 (φ / 2) (15) ). Then, the light intensity I shown in the equations (14) and (15)
If the division of x and Iy is taken, tan 2 (φ / 2) = Ix / Iy (16), and therefore, the phase difference φ is expressed as φ = 2 tan from the equation (16). ~ 1 √ (Ix / Iy)…… (Ix / Iy) (17) According to the equation (17), A, that is, (2π
/ Λ) The phase difference φ can be obtained without being affected by n 0 3 r p l. That is, it is possible to cancel the fluctuation in the amount of light incident on the electro-optic crystal.

【0081】上述したような原理にしたがって、本発明
の第1実施例を図14に基づいて説明する。なお、図1
において説明した部分と同一部分は同一符号で示し、説
明も省略する。本実施例は、図14(a)に示すよう
に、図1に示したフォトディテクタ15,増幅器16の
代わりに、電気光学結晶10の誘電体ミラー12からの
反射光を2つに分離する偏光ビームスプリッタ(偏光分
離素子)26と、これらの分離された各偏光成分の光強
度を電気信号として検出するフォトディテクタ(受光素
子)27,28と、これらのフォトディテクタ27,2
8から出力される各電気信号を入力とする除算演算増幅
器29とを設けたものである。また、図1に示した半導
体レーザ14に代えて、コヒーレントな円偏光をプロー
ブ光として出射するために半導体レーザ(光源)30、
検光子としての偏光板30a、λ/4波長板30bが設
置されている。また、電界センサSは、紙面に対して垂
直方向がx軸、水平方向がy軸、プローブ光の入射方向
がz軸となるように、感光体8の近傍に配設されてい
る。
According to the principle described above, the present invention
The first embodiment will be described with reference to FIG. FIG.
The same parts as those described in are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, as shown in FIG. 14A, instead of the photodetector 15 and the amplifier 16 shown in FIG. 1, a polarized beam for separating the reflected light from the dielectric mirror 12 of the electro-optic crystal 10 into two. A splitter (polarization separation element) 26, photodetectors (light receiving elements) 27 and 28 for detecting the light intensity of each of the separated polarization components as electric signals, and photodetectors 27 and 2
And a division operational amplifier 29 to which each of the electric signals output from 8 is input. Further, instead of the semiconductor laser 14 shown in FIG. 1, a semiconductor laser (light source) 30 for emitting coherent circularly polarized light as probe light,
A polarizing plate 30a and a λ / 4 wavelength plate 30b are provided as analyzers. Further, the electric field sensor S is disposed near the photoconductor 8 so that the x-axis is perpendicular to the paper surface, the y-axis is horizontal, and the incident direction of the probe light is z-axis.

【0082】このような構成において、半導体レーザ3
0から出射された光は偏光板30a、λ/4波長板30
bを介して円偏光となり、この円偏光はプローブ光とし
てビームスプリッタ13を介して電界センサSの電気光
学結晶10に入射する。この時、電気光学結晶10内に
は潜像電荷9による電界17が存在しており、この電界
17によって電気光学結晶10中の屈折率楕円体の主軸
が変化する。その結果、誘電体ミラー12で反射されて
電気光学結晶10外に戻ったプローブ光は特定の方向の
電気ベクトルに位相遅延を生じ、その偏光状態が僅かに
変化する。即ち、前述のα,β成分に位相差φを生じ
る。その後、電気光学結晶10から戻ってきたプローブ
光は再びビームスプリッタ13に入射し、このビームス
プリッタ13により入射光に対して直角方向へ反射さ
れ、偏光ビームスプリッタ26に入射する。そして、こ
のプローブ光を偏光ビームスプリッタ26により2つに
分離し、この分離された各プローブ光をフォトディテク
タ27,28でそれぞれ受光して、光強度として検出す
る。
In such a configuration, the semiconductor laser 3
The light emitted from 0 is a polarizing plate 30a and a λ / 4 wavelength plate 30
b, the light becomes circularly polarized light, and this circularly polarized light enters the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S via the beam splitter 13 as probe light. At this time, an electric field 17 due to the latent image charges 9 is present in the electro-optic crystal 10, and the main axis of the refractive index ellipsoid in the electro-optic crystal 10 is changed by the electric field 17. As a result, the probe light reflected by the dielectric mirror 12 and returned to the outside of the electro-optic crystal 10 causes a phase delay in an electric vector in a specific direction, and its polarization state slightly changes. That is, a phase difference φ is generated between the α and β components. Thereafter, the probe light returned from the electro-optic crystal 10 again enters the beam splitter 13, is reflected by the beam splitter 13 in a direction perpendicular to the incident light, and enters the polarization beam splitter 26. Then, the probe light is split into two by the polarization beam splitter 26, and the separated probe lights are received by the photodetectors 27 and 28, respectively, and detected as light intensity.

【0083】この時、ビームスプリッタ13、偏光ビー
ムスプリッタ26の向きと、電気光学結晶10の光学軸
との関係は図14に示す通りである。即ち、図14
(a)に示すように、偏光ビームスプリッタ26の反射
面は、入射する光を紙面に対して垂直に反射する。ま
た、この偏光ビームスプリッタ26に入射してフォトデ
ィテクタ27,28に至る光線を含む平面と、この偏光
ビームスプリッタ26に入射するプローブ光の位相遅延
を含む直交する成分(α,β成分)とは、同図(b)に
示すように、45°の角度をなす。そして、フォトディ
テクタ27で観測される強度は、(14)式に示したI
x成分、フォトディテクタ28で観測される光強度は、
(15)式に示したIy成分である。これらのフォトデ
ィテクタ27,28の各々の出力は除算演算増幅器29
で除算演算された後に増幅され、(16)式に示したよ
うに、入射光(プローブ光)の光強度変動項が除かれた
信号が得られる。この時、位相変化が波長に比べて小さ
い場合は、(16)式は位相差φに対してリニアに変化
するとみなすことができる。また、位相変化が大きい場
合には、(16)式の信号を(17)式にしたがって演
算し、位相差φを求める。
At this time, the relationship between the directions of the beam splitter 13 and the polarization beam splitter 26 and the optical axis of the electro-optic crystal 10 is as shown in FIG. That is, FIG.
As shown in (a), the reflecting surface of the polarizing beam splitter 26 reflects the incident light perpendicularly to the paper. Further, a plane including a light beam incident on the polarization beam splitter 26 and reaching the photodetectors 27 and 28 and an orthogonal component (α, β component) including a phase delay of the probe light incident on the polarization beam splitter 26 are: An angle of 45 ° is formed as shown in FIG. Then, the intensity observed by the photodetector 27 is equal to I
The x component, the light intensity observed by the photodetector 28 is
This is the Iy component shown in equation (15). The output of each of these photodetectors 27 and 28 is divided by a division operational amplifier 29.
After the division operation is performed, the signal is amplified, and a signal from which the light intensity fluctuation term of the incident light (probe light) is removed is obtained as shown in Expression (16). At this time, if the phase change is smaller than the wavelength, equation (16) can be considered to change linearly with respect to the phase difference φ. If the phase change is large, the signal of equation (16) is calculated according to equation (17) to determine the phase difference φ.

【0084】このようにして求められた位相差φにより
プローブ光の偏光状態の変化を検出し、この偏光状態の
変化から電気光学結晶10を貫く電界を測定することが
可能となる。また、本実施例では、除算演算増幅器29
による偏光検出法を用いているため、プローブ光の光強
度変動がキャンセルされ、感光体8の表面の電界を高精
度で測定することが可能となる。
The change in the polarization state of the probe light is detected from the phase difference φ thus obtained, and the electric field penetrating the electro-optic crystal 10 can be measured from the change in the polarization state. In this embodiment, the division operational amplifier 29
Is used, the fluctuation of the light intensity of the probe light is canceled, and the electric field on the surface of the photoconductor 8 can be measured with high accuracy.

【0085】次に、本発明の第2実施例を図15に基づ
いて説明する。なお、図14において説明した部分と同
一部分は同一符号で示し、説明も省略する。本実施例は
マイケルソン型偏光干渉計を用いたコヒーレント検出方
法を実施したものである。即ち、図15(a)に示すよ
うに、電気光学結晶10の誘電体ミラー12からの反射
光をビームスプリッタ13を介してマイケルソン型偏光
干渉計31に導き、このマイケルソン型偏光干渉計31
の出力である干渉信号を偏光板(偏光フィルタ)32a
を介してフォトディテクタ(受光素子)32に入射し、
この干渉信号の光強度変化をフォトディテクタ32によ
り電気信号として検出し、このフォトディテクタ32の
出力である電気信号を増幅器33に入力させるように設
定されている。ここに、前記マイケルソン型偏光干渉計
31は、偏光ビームスプリッタ(偏光分離素子)34
と、その各々の腕に配置されたλ/4波長板35,36
と、ミラー37,38とにより形成されている。また、
前記フォトディテクタ32と前記偏光ビームスプリッタ
34との間に設置された前記偏光板32aは、偏光ビー
ムスプリッタ34からフォトディテクタ32に向かう互
いに直交する直線偏光に対して45°の角度をなすよう
に設定されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same portions as those described in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, a coherent detection method using a Michelson-type polarization interferometer is performed. That is, as shown in FIG. 15A, the reflected light from the dielectric mirror 12 of the electro-optic crystal 10 is guided to the Michelson-type polarization interferometer 31 via the beam splitter 13, and the Michelson-type polarization interferometer 31 is used.
The interference signal, which is the output of, is converted to a polarizing plate (polarizing filter)
Incident on the photodetector (light receiving element) 32 through
The light intensity change of the interference signal is detected as an electric signal by the photodetector 32, and the electric signal output from the photodetector 32 is set to be input to the amplifier 33. Here, the Michelson-type polarization interferometer 31 includes a polarization beam splitter (polarization separation element) 34.
And λ / 4 wavelength plates 35, 36 arranged on the respective arms
And the mirrors 37 and 38. Also,
The polarizing plate 32a installed between the photodetector 32 and the polarizing beam splitter 34 is set to form an angle of 45 ° with respect to linearly polarized light beams orthogonal to each other from the polarizing beam splitter 34 to the photodetector 32. I have.

【0086】さらに、電気光学結晶10の光学軸は、紙
面と45°の角度をなし、α軸は紙面に対して垂直、β
軸は紙面に対して平行な配置に設定されている。但し、
これらのα,β軸は、図15(b)に示すように、z軸
を軸にx−y平面内で45°回転させた新たな座標系で
ある。
Further, the optical axis of the electro-optic crystal 10 forms an angle of 45 ° with the paper surface, the α axis is perpendicular to the paper surface, and β
The axis is set to be parallel to the paper surface. However,
As shown in FIG. 15B, these α and β axes are a new coordinate system rotated by 45 ° in the xy plane about the z axis.

【0087】このような構成において、電界センサSの
電気光学結晶10に図示しない半導体レーザからコヒー
レントな円偏光をプローブ光として入射する。この円偏
光(プローブ光)のα成分とβ成分とは電気光学結晶1
0の電気光学効果によって位相遅延を受ける。そして、
誘電体ミラー12で反射されて電気光学結晶10から出
たプローブ光はビームスプリッタ13で反射され、偏光
ビームスプリッタ34に入射する。ここに、電気光学結
晶10のα軸,β軸は紙面に対して垂直及び平行に設定
されているため、プローブ光のα成分はs偏光,β成分
はp偏光として偏光ビームスプリッタ34に入射する。
この偏光ビームスプリッタ34に入射したs偏光はこの
偏光ビームスプリッタ34で反射され、λ/4波長板3
5を通過して円偏光になり、ミラー37で反射され再び
λ/4波長板35に入射する。このλ/4波長板35を
再び通過したプローブ光はp直線偏光となり、偏光ビー
ムスプリッタ34を通過し、さらに偏光板32aを介し
てフォトディテクタ32に到達する。ここで、λ/4波
長板35はその偏光軸が偏光ビームスプリッタ34から
入射するs偏光に対して45°の方向に設置してある。
In such a configuration, coherent circularly polarized light is incident as probe light from a semiconductor laser (not shown) on the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S. The α component and the β component of the circularly polarized light (probe light) are
The phase delay is caused by the electro-optic effect of zero. And
The probe light reflected by the dielectric mirror 12 and emitted from the electro-optic crystal 10 is reflected by the beam splitter 13 and enters the polarization beam splitter 34. Here, since the α-axis and β-axis of the electro-optic crystal 10 are set to be perpendicular and parallel to the paper surface, the α component of the probe light enters the polarization beam splitter 34 as the s-polarized light and the β component as the p-polarized light. .
The s-polarized light that has entered the polarization beam splitter 34 is reflected by the polarization beam splitter 34, and
5, the light becomes circularly polarized light, is reflected by the mirror 37, and enters the λ / 4 wavelength plate 35 again. The probe light that has passed through the λ / 4 wavelength plate 35 again becomes p linearly polarized light, passes through the polarization beam splitter 34, and reaches the photodetector 32 via the polarization plate 32a. Here, the λ / 4 wavelength plate 35 is set so that its polarization axis is at 45 ° with respect to the s-polarized light incident from the polarization beam splitter 34.

【0088】一方、偏光ビームスプリッタ34に入射し
たp偏光はこの偏光ビームスプリッタ34を通過し、λ
/4波長板36を通過して円偏光になり、ミラー38で
反射され、再びλ/4波長板36に入射する。そして、
λ/4波長板36を再び通過した光はs直線偏光とな
り、偏光ビームスプリッタ34で反射され、さらに偏光
板32aを介してフォトディテクタ32に到達する。
On the other hand, the p-polarized light incident on the polarizing beam splitter 34 passes through the polarizing beam splitter 34 and
The light passes through the quarter-wave plate 36, becomes circularly polarized light, is reflected by the mirror 38, and enters the λ / 4 wave plate 36 again. And
Light that has passed through the λ / 4 wavelength plate 36 again becomes s-linearly polarized light, is reflected by the polarization beam splitter 34, and reaches the photodetector 32 via the polarization plate 32a.

【0089】この時、フォトディテクタ32と偏光ビー
ムスプリッタ34との間に設置された偏光板32aは、
偏光ビームスプリッタ34からフォトディテクタ32に
向かう互いに直交する直線偏光に対して45°の角度を
なすように設定されているので、フォトディテクタ32
の位置で、電気光学結晶10の電気光学効果によって位
相遅延を受けたプローブ光は、同一方向の直線偏光とな
り、互いに干渉する。そこで、フォトディテクタ32で
観測される干渉信号Iout は、前述の(12),(1
3)式を用いて、 Iout =|Eα+Eβ|2 =2A+A2cosφ ………(18) で表される。この(18)式に示すように、光強度信号
の変化は位相差φの1価関数であり、前述の(11)式
により、電界のz軸成分Ezの1価関数となる。これに
より、電気光学結晶10を貫く電界を測定することが可
能となる。
At this time, the polarizing plate 32a provided between the photodetector 32 and the polarizing beam splitter 34
Since it is set so as to form an angle of 45 ° with respect to the linearly polarized light orthogonal to each other from the polarization beam splitter 34 to the photodetector 32, the photodetector 32
In the position (1), the probe lights that have undergone phase delay due to the electro-optic effect of the electro-optic crystal 10 become linearly polarized lights in the same direction and interfere with each other. Therefore, the interference signal Iout observed by the photodetector 32 is equal to the above (12), (1)
Using the equation (3), Iout = | Eα + Eβ | 2 = 2A + A 2 cosφ (18) As shown in the equation (18), the change in the light intensity signal is a monovalent function of the phase difference φ, and is a monovalent function of the z-axis component Ez of the electric field according to the equation (11). This makes it possible to measure the electric field penetrating the electro-optic crystal 10.

【0090】上述したように、マイケルソン型偏光干渉
計31を用いたコヒーレント検出を行えば、電気光学効
果によって遅延された位相差φをプローブ光自身の干渉
によって光強度に変換しているため、高いビジビリティ
をもつ干渉縞を発生させることが可能となり、これによ
り、高いS/N比の信号が検出可能となる。しかも、波
長オーダーの位相変化に追従することが可能となり、高
い測定精度を得ることが可能となる。
As described above, if coherent detection is performed using the Michelson-type polarization interferometer 31, the phase difference φ delayed by the electro-optic effect is converted into light intensity by the interference of the probe light itself. It is possible to generate an interference fringe having high visibility, thereby enabling detection of a signal having a high S / N ratio. Moreover, it is possible to follow a phase change in the order of wavelength, and it is possible to obtain high measurement accuracy.

【0091】次に、本発明の第3実施例を図16に基づ
いて説明する。なお、図15において説明した部分と同
一部分は同一符号で示し、説明も省略する。本実施例
は、光ヘテロダイン型の偏光検出方法を実施したもので
あり、図16(a)に示すように、光源として直交ゼー
マンレーザ39が用いられている。この直交ゼーマンレ
ーザ39は、互いに直交する偏光をもち、直交する偏光
成分に周波数差をもつレーザとして周知なものとなって
おり、この直交ゼーマンレーザ39から出射された直交
2周波コヒーレント光が、プローブ光として、ミラー4
0、ビームスプリッタ13を介して電界センサSの電気
光学結晶10に入射されるように設定されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those described in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In this embodiment, an optical heterodyne-type polarization detection method is implemented, and as shown in FIG. 16A, an orthogonal Zeeman laser 39 is used as a light source. The orthogonal Zeeman laser 39 has a polarization orthogonal to each other and is a well-known laser having a frequency difference between orthogonal polarization components. The orthogonal two-frequency coherent light emitted from the orthogonal Zeeman laser 39 is used as a probe. Mirror 4 as light
0, it is set to be incident on the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S via the beam splitter 13.

【0092】また、電界センサSの電気光学結晶10に
入射するプローブ光は、図16(a)に示すように、角
周波数ω1 の偏光成分が電気光学結晶のβ軸に平行に、
角周波数ω2 の偏光成分が電気光学結晶のα軸に平行に
なるように設定されている。但し、これらのα,β軸
は、図16(b)に示すように、z軸を軸にx−y平面
内で45°回転させた新たな座標系である。
The probe light incident on the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S has a polarization component having an angular frequency ω 1 parallel to the β-axis of the electro-optic crystal, as shown in FIG.
Polarization component of the angular frequency omega 2 is set to be parallel to the α axis of the electro-optic crystal. However, these α and β axes are a new coordinate system rotated by 45 ° in the xy plane about the z axis as shown in FIG. 16B.

【0093】ここに、電気光学結晶10から出てビーム
スプリッタ13で反射され、偏光ビームスプリッタ34
に入射するプローブ光を考える。このプローブ光のα成
分,β成分は図15に示した前記実施例と同様に偏光ビ
ームスプリッタ34に対して各々、s直線偏光成分,p
直線偏光成分として入射する。これらのs直線偏光成
分,p直線偏光成分は図15に示した前記実施例と同様
の過程を経てフォトディテクタ32の位置で干渉する。
この時、ミラー37,38から偏光ビームスプリッタ3
4を経て、さらに、偏光板32aを通過してフォトディ
テクタ32に到達する2つのs直線偏光成分、p直線偏
光成分は、直交ゼーマンレーザ39により2つの角周波
数ω1 ,ω2 をもっている。即ち、フォトディテクタ3
2の位置で互いに干渉する2つの光波Eα,Eβは(1
2),(13)式の時間の項を考慮して、 Eα=A exp{−i(φ+ω2 t)} ………………(19) Eβ=A exp(−iω1 t) …………………………(20) となる。そして、これらの(19),(20)式の光波
Eα,Eβの、フォトディテクタ32で検出される光強
度Ihは、 Ih=|Eα+Eβ|2 =2A+A cos{φ+(ω2−ω1)t} ……………(21) となる。一般に、直交ゼーマンレーザ39の周波数差は
数MHz程度であるため、(21)式に示す光強度Ih
の信号は初期位相差φを有する周波数(ω1−ω2)/2
πの時系列信号としてフォトディテクタ32で観測され
る。このフォトディテクタ32から出力される電気信号
に基づいて位相計により高精度に位相を測定することが
可能となる。
Here, the light exits the electro-optic crystal 10, is reflected by the beam splitter 13, and is polarized by the polarization beam splitter 34.
Consider the probe light incident on. The α component and β component of the probe light are applied to the polarization beam splitter 34 in the same manner as in the embodiment shown in FIG.
It is incident as a linearly polarized light component. These s linearly polarized light component and p linearly polarized light component interfere with each other at the position of the photodetector 32 through a process similar to that of the embodiment shown in FIG.
At this time, the polarizing beamsplitter 3
The two s-linear polarization components and p-linear polarization components that reach the photodetector 32 through the polarizing plate 32a after passing through the polarizer 32a have two angular frequencies ω 1 and ω 2 by the orthogonal Zeeman laser 39. That is, the photodetector 3
The two light waves Eα and Eβ that interfere with each other at the position 2 are (1)
Considering the time term in equations 2) and (13), Eα = A exp {−i (φ + ω 2 t)} (19) Eβ = A exp (−iω 1 t) ............ (20) Then, the light intensity Ih of the light waves Eα and Eβ of the equations (19) and (20) detected by the photodetector 32 is Ih = | Eα + Eβ | 2 = 2A + A cos {φ + (ω 2 −ω 1 ) t}. ... (21) Generally, since the frequency difference of the orthogonal Zeeman laser 39 is about several MHz, the light intensity Ih shown in Expression (21) is obtained.
Is a frequency (ω 1 −ω 2 ) / 2 having an initial phase difference φ.
It is observed by the photodetector 32 as a time series signal of π. The phase can be measured with high accuracy by the phase meter based on the electric signal output from the photodetector 32.

【0094】上述したように、直交ゼーマンレーザ39
による光ヘテロダイン型の偏光検出方法を実施すること
で、電界センサSの電気光学結晶10によって遅延され
た位相差の読み取り精度が大幅に向上し、特に、光の位
相差を電気信号に変換しているので、周知の位相検出技
術によって数百分の2π程度の位相検出が可能となり、
高精度かつ高分解能で感光体8の表面の電界を測定する
ことが可能となる。
As described above, the orthogonal Zeeman laser 39
The optical heterodyne-type polarization detection method according to the present invention significantly improves the reading accuracy of the phase difference delayed by the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S, and in particular, converts the phase difference of light into an electric signal. Because of this, the phase detection of about 2 / π of several hundreds is possible by the well-known phase detection technology,
It is possible to measure the electric field on the surface of the photoconductor 8 with high accuracy and high resolution.

【0095】次に、本発明の第4実施例を図17及び図
18に基づいて説明する。なお、図15において説明し
た部分と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
図17は本実施例の測定系を示すもので、図15に示し
たフォトディテクタ32と増幅器33とに代えて、観測
面50を有する図示しない撮像手段を配設したものであ
る。また、円偏光を出射する光源として半導体レーザ5
1が設けられ、この半導体レーザ51から出射された円
偏光を結像レンズ52、ビームスプリッタ13を介して
プローブ光として電界センサSの電気光学結晶10に入
射するように設定されている。但し、マイケルソン型偏
光干渉計31の偏光ビームスプリッタ34と前記観測面
50との間に設置された偏光板(偏光フィルタ)32a
は、前記偏光ビームスプリッタ34の直交する偏光軸と
45°をなす偏光軸をもつように設定されている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those described in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
FIG. 17 shows a measurement system according to the present embodiment, in which imaging means (not shown) having an observation surface 50 is provided in place of the photodetector 32 and the amplifier 33 shown in FIG. A semiconductor laser 5 is used as a light source for emitting circularly polarized light.
1 is set so that the circularly polarized light emitted from the semiconductor laser 51 enters the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S as probe light via the imaging lens 52 and the beam splitter 13. However, a polarizing plate (polarizing filter) 32a installed between the polarization beam splitter 34 of the Michelson-type polarization interferometer 31 and the observation surface 50
Is set to have a polarization axis that is at 45 ° to the orthogonal polarization axis of the polarization beam splitter 34.

【0096】このような構成において、半導体レーザ5
1から出射された円偏光を結像レンズ52、ビームスプ
リッタ13を介してプローブ光として電界センサSの電
気光学結晶10に入射する。この時、電気光学結晶10
内には潜像電荷9による電界17が存在しており、この
電界17によって電気光学結晶10中の屈折率楕円体の
主軸が変化し、その結果、誘電体ミラー12で反射され
て電気光学結晶10外に戻った光は特定の方向に位相遅
延を生じ、その偏光状態がわずかに変化する。即ち、
α,β成分に位相差φを生じている。この場合、プロー
ブ光は円偏光であるため、α,β成分間に生じた位相差
φにより電気光学結晶10を通過した光は楕円偏光とな
る。そして、電気光学結晶10から戻ってきた光は、ビ
ームスプリッタ13で反射されマイケルソン型偏光干渉
計31の偏光ビームスプリッタ34に入射する。ここ
に、図17中に示すように電気光学結晶10のα軸,β
軸は紙面に対して垂直及び平行に設定されているため、
プローブ光のα成分はs偏光、β成分はp偏光として偏
光ビームスプリッタ34に入射する。
In such a configuration, the semiconductor laser 5
The circularly polarized light emitted from 1 is incident on the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S as probe light via the imaging lens 52 and the beam splitter 13. At this time, the electro-optic crystal 10
An electric field 17 due to the latent image charges 9 is present in the inside, and the electric field 17 changes the main axis of the refractive index ellipsoid in the electro-optic crystal 10, and as a result, is reflected by the dielectric mirror 12 and The light returning outside 10 causes a phase delay in a specific direction, and its polarization state changes slightly. That is,
A phase difference φ is generated between the α and β components. In this case, since the probe light is circularly polarized light, the light that has passed through the electro-optic crystal 10 becomes elliptically polarized light due to the phase difference φ generated between the α and β components. Then, the light returned from the electro-optic crystal 10 is reflected by the beam splitter 13 and enters the polarization beam splitter 34 of the Michelson-type polarization interferometer 31. Here, as shown in FIG. 17, the α axis, β
Because the axis is set perpendicular and parallel to the paper,
The α component of the probe light enters the polarization beam splitter 34 as s-polarized light and the β component as p-polarized light.

【0097】その後、これらのs偏光とp偏光との2つ
の光波は、それぞれ、図15に示した前記実施例と同様
の過程を経て、マイケルソン型偏光干渉計31の偏光ビ
ームスプリッタ34から偏光板32aを通して観測面5
0に到達する。ここで、偏光ビームスプリッタ34から
観測面50に向かうp偏光とs偏光との2つの光波は、
その偏光面が互いに直交しているため、このままでは干
渉縞が観測されない。そこで、これらの2つの光波を偏
光ビームスプリッタ34の偏光軸と45°をなす偏光軸
をもつ偏光板32aを通過させることにより、観測面5
0に到達する光波は、2つの直交する直線偏光の、偏光
板32aの偏光軸に対する射影成分となり、互いに偏光
面が一致する。
Thereafter, the two light waves of the s-polarized light and the p-polarized light pass through the same process as in the above-described embodiment shown in FIG. Observation surface 5 through plate 32a
Reach 0. Here, two light waves of p-polarized light and s-polarized light traveling from the polarization beam splitter 34 to the observation surface 50 are:
Since the polarization planes are orthogonal to each other, no interference fringes are observed in this state. Therefore, by passing these two light waves through a polarizing plate 32a having a polarization axis that forms an angle of 45 ° with the polarization axis of the polarization beam splitter 34, the observation surface 5
The light wave that reaches 0 becomes a projected component of two orthogonal linearly polarized lights to the polarization axis of the polarizing plate 32a, and their polarization planes coincide with each other.

【0098】その結果、ビームスプリッタ13から偏光
ビームスプリッタ34に至る光波のα,β成分間の位相
差φに応じた干渉縞が観測面50に形成される。この干
渉縞は、結果として、感光体8の表面電位分布の等高線
であり、この干渉縞画像をCCDカメラ等の撮像手段に
より観測すれば、感光体8の表面電位の2次元的な分布
が直接観測されることになる。ここに、観測される干渉
縞と感光体8の表面電位分布との関係を表す模式例を図
18に示す。
As a result, an interference fringe corresponding to the phase difference φ between the α and β components of the light wave from the beam splitter 13 to the polarization beam splitter 34 is formed on the observation surface 50. As a result, the interference fringes are contour lines of the surface potential distribution of the photoconductor 8, and if this interference fringe image is observed by an imaging means such as a CCD camera, the two-dimensional distribution of the surface potential of the photoconductor 8 is directly obtained. Will be observed. FIG. 18 shows a schematic example showing the relationship between the observed interference fringes and the surface potential distribution of the photoconductor 8.

【0099】上述したように、本実施例では、マイケル
ソン型偏光干渉計31の干渉信号を撮像手段により感光
体8の表面電位の等高線として観測しているため、従来
はプローブ状のセンサを走査しながら行っていた電界の
測定を2次元的に行えるようになり、信頼性の高い多点
並列センシングが可能となる。しかも、被測定場を干渉
縞画像として実時間で視覚的にモニタすることが可能と
なる。
As described above, in this embodiment, since the interference signal of the Michelson-type polarization interferometer 31 is observed as the contour line of the surface potential of the photosensitive member 8 by the image pickup means, the conventional probe-like sensor is scanned. The electric field measurement that has been performed can be performed two-dimensionally, and highly reliable multi-point parallel sensing can be performed. In addition, the field to be measured can be visually monitored in real time as an interference fringe image.

【0100】次に、本発明の第5実施例を図19に基づ
いて説明する。なお、図17において説明した部分と同
一部分は同一符号を用い、説明も省略する。図19は本
実施例の測定系を示すもので、図18に示したマイケル
ソン型偏光干渉計31の構成に加え、偏光ビームスプリ
ッタ34の一方の腕のミラー38にピエゾ素子(微少変
位印加機構)53を設置してトワイマン・グリーン干渉
計54を形成したものである。ここで、前記ピエゾ素子
53は、前記ミラー38を光軸と平行方向に微少変位さ
せる働きがある。また、前記トワイマン・グリーン干渉
計54の出力側には、偏光板(偏光フィルタ)32aを
介して観測面50を有する2次元(又は1次元)のCC
Dカメラ(撮像手段)55が配設されている。このCC
Dカメラ55の出力側には、順に、A/D変換器(A/
D変換手段)56と、フレームメモリ57と、ホストコ
ンピュータ58とが接続されて電界測定手段59が形成
されている。また、前記ホストコンュータ58には、
図示しない重畳手段、位相演算手段、表面電位分布演算
手段などのアルゴリズムが用意されている。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same portions as those described in FIG. 17 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIG. 19 shows a measurement system according to this embodiment. In addition to the configuration of the Michelson-type polarization interferometer 31 shown in FIG. 18, a piezo element (a minute displacement applying mechanism) is attached to the mirror 38 on one arm of the polarization beam splitter 34. ) 53 to form a Twyman-Green interferometer 54. Here, the piezo element 53 has a function of slightly displacing the mirror 38 in a direction parallel to the optical axis. On the output side of the Twyman-Green interferometer 54, a two-dimensional (or one-dimensional) CC having an observation surface 50 is provided via a polarizing plate (polarizing filter) 32a.
A D camera (imaging means) 55 is provided. This CC
On the output side of the D camera 55, an A / D converter (A / D
D conversion means) 56, a frame memory 57, and a host computer 58 are connected to form an electric field measurement means 59. In addition, in the Hosutokon pin Yuta 58,
Algorithms such as superimposing means, phase calculating means, and surface potential distribution calculating means (not shown) are provided.

【0101】このような構成において、半導体レーザ5
1から出射された円偏光を結像レンズ52、ビームスプ
リッタ13を介してプローブ光として電界センサSの電
気光学結晶10に入射すると、この電気光学結晶10の
内部を通過して誘電体ミラー12で反射されて再び電気
光学結晶10外に戻った光は、図17に示した前記実施
例と同様の過程を経て観測面50に到達し、この観測面
50に干渉縞を形成する。そして、ピエゾ素子53によ
ってミラー38をこのミラー38に入射する光波の光軸
と平行方向に微少変位させ、即ち、ミラー38に入射す
る光波の波長λに対して等間隔で合計1波長分の位相変
化を与えるようにミラー38をλ/(2N)間隔でN段
階動かし、各々の位置でN枚の干渉縞画像をCCDカメ
ラ55で撮像する。ついで、これらの撮像したN枚の縞
干渉画像をA/D変換器56でデジタル画像に変換した
後、フレームメモリ57に格納する。
In such a configuration, the semiconductor laser 5
When the circularly polarized light emitted from 1 enters the electro-optic crystal 10 of the electric field sensor S as probe light via the imaging lens 52 and the beam splitter 13, the light passes through the inside of the electro-optic crystal 10 and is reflected by the dielectric mirror 12. The light that has been reflected and returned to the outside of the electro-optic crystal 10 again reaches the observation surface 50 through the same process as in the embodiment shown in FIG. 17, and forms interference fringes on the observation surface 50. Then, the mirror 38 is slightly displaced in the direction parallel to the optical axis of the light wave incident on the mirror 38 by the piezo element 53, that is, the phase of a total of one wavelength at equal intervals with respect to the wavelength λ of the light wave incident on the mirror 38. The mirror 38 is moved N steps at an interval of λ / (2N) so as to give a change, and N interference fringe images are captured by the CCD camera 55 at each position. Next, these captured N stripe interference images are converted into digital images by the A / D converter 56, and then stored in the frame memory 57.

【0102】ここに、ホストコンピュータ58の重畳手
段により干渉縞画像の各画素でのN枚間に渡る信号変動
をN枚間で1周期をなす正弦信号と重畳し、この正弦信
号が重畳された干渉縞画像の各画素でのN枚間に渡る信
号変動から正弦信号を基本波とする成分のみを抽出した
後、この基本波成分の位相を位相演算手段により干渉縞
画像の各画素で独立に算出する。即ち、干渉縞画像をI
n(x,y)、但し、n=1,2,3, ...nとすると、画素
(x,y)における干渉縞の位相差φ(x,y)は、
Here, the superimposing means of the host computer 58 superimposes the signal fluctuations between the N pixels in each pixel of the interference fringe image with a sine signal forming one cycle between the N images, and this sine signal is superimposed. After extracting only the component having the sine signal as the fundamental wave from the signal fluctuations over N pixels at each pixel of the interference fringe image, the phase of this fundamental wave component is independently calculated at each pixel of the interference fringe image by the phase calculation means. calculate. That is, the interference fringe image is
n (x, y), where n = 1, 2, 3,... n, the phase difference φ (x, y) of the interference fringe at the pixel (x, y) is

【数3】 で算出される。この(22)式に示す演算はフレームメ
モリ57から画像データを読出し、ホストコンピュータ
58で行われる。よって、(22)式より算出された各
画素での位相差φ(x,y)に基づいてホストコンピュ
ータ58の表面電位分布測定手段により感光体8の表面
電位分布を算出することが可能となる。
(Equation 3) Is calculated. The operation shown in the expression (22) is performed by the host computer 58 by reading out image data from the frame memory 57. Therefore, it is possible to calculate the surface potential distribution of the photoconductor 8 by the surface potential distribution measuring means of the host computer 58 based on the phase difference φ (x, y) at each pixel calculated from the equation (22). .

【0103】上述したように、本実施例では、干渉縞画
像の位相解析を行うことにより、従来は目視で干渉縞の
本数を数えて求めていた位相を、定量的にしかも2π以
下の位相の変化も検出することが可能となる。また、空
間分解能はCCDカメラ55の画素で決まり、その1画
素毎に位相を空間的にまったく独立に測定することによ
り、精度、信頼性及び再生度の高い電界測定装置を構築
し得るものとなる。
As described above, in the present embodiment, the phase analysis of the interference fringe image is performed, so that the phase conventionally obtained by visually counting the number of interference fringes is quantitatively reduced to a phase of 2π or less. Changes can also be detected. Further, the spatial resolution is determined by the pixels of the CCD camera 55, and by measuring the phase spatially and independently for each pixel, an electric field measuring device with high accuracy, reliability and reproduction can be constructed. .

【0104】次に、本発明の第6実施例を図20ないし
図22に基づいて説明する。なお、図19において説明
した部分と同一部分は同一符号出示し、説明も省略す
る。本実施例は、観測面50で観測される干渉縞画像に
空間的なキャリアを導入して、その位相分布を算出する
ようにした感光体表面の電界測定装置に関するものであ
る。図20は本実施例の測定系を示すもので、図19に
示したトワイマン・グリーン干渉計54の偏光ビームス
プリッタ34の一方の腕のミラー38に設置されたピエ
ゾ素子53に代えて、前記ミラー38を微少角度傾ける
図示しないミラー微少角度傾け手段を設けたものであ
る。また、電界測定手段59として、ホストコンピュー
タ58には、図示しない分割手段、重畳手段、位相演算
手段、表面電位分布演算手段などのアルゴリズムが用意
されている。さらに、CCDカメラ55は、CCDエリ
アセンサ等の2次元(又は空間キャリア信号発生方向と
平行なCCDラインセンサ等の1次元)のものが用いら
れている。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those described in FIG. 19 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The present embodiment relates to an electric field measuring apparatus on the surface of a photoreceptor in which spatial carriers are introduced into an interference fringe image observed on the observation surface 50 and the phase distribution is calculated. FIG. 20 shows a measurement system of the present embodiment. In place of the piezo element 53 installed on the mirror 38 of one arm of the polarization beam splitter 34 of the Twyman-Green interferometer 54 shown in FIG. A mirror slight angle tilting means (not shown) for tilting the mirror 38 by a small angle is provided. Further, as the electric field measuring means 59, the host computer 58 is provided with algorithms such as a dividing means (not shown), a superimposing means, a phase calculating means, and a surface potential distribution calculating means. Further, a two-dimensional CCD camera 55 (or a one-dimensional CCD line sensor parallel to the direction in which the spatial carrier signal is generated) such as a CCD area sensor is used as the CCD camera 55.

【0105】このような構成において、説明のためCC
Dカメラ55の観測面50で撮像される画像上の座標を
図20中に示すようにとり、トワイマン・グリーン干渉
計54のミラー38を図示しないミラー微少角度傾け手
段により図20中に仮想線で示すように微少角度傾けて
設置すると、CCDカメラ55で撮像される干渉縞画像
は、図21(b)に示すように、x方向に空間キャリア
を生じ、y方向に走る縦縞の画像となる。ここで、図2
1(b)に示す画像は空間キャリア信号が重畳された干
渉縞画像を表し、図21(a)に示す画像は元(ミラー
38を傾けていない状態)の干渉縞画像を表している。
そして、図21(b)に示したような空間キャリア信号
が重畳された干渉縞画像はCCDカメラ55で撮像され
る。その後、このCCDカメラ55で撮像された干渉縞
画像はA/D変換器56でデジタル画像に変換された
後、フレームメモリ57に記憶され、さらに、この記憶
された画像データはホストコンピュータ58で演算処理
されることになる。
In such a configuration, for explanation, CC
The coordinates on the image captured by the observation surface 50 of the D camera 55 are taken as shown in FIG. 20, and the mirror 38 of the Twyman-Green interferometer 54 is shown by a virtual line in FIG. When installed at such a small angle, the interference fringe image picked up by the CCD camera 55 has spatial carriers in the x direction and becomes vertical stripe images running in the y direction, as shown in FIG. 21B. Here, FIG.
The image shown in FIG. 1 (b) represents an interference fringe image on which a spatial carrier signal is superimposed, and the image shown in FIG. 21 (a) represents an original (non-tilted mirror 38) interference fringe image.
Then, the interference fringe image on which the spatial carrier signal is superimposed as shown in FIG. After that, the interference fringe image picked up by the CCD camera 55 is converted into a digital image by an A / D converter 56 and then stored in a frame memory 57. Further, the stored image data is calculated by a host computer 58. Will be processed.

【0106】ここに、ホストコンピュータ58で行われ
る演算処理を図22のフローチャートに基づいて説明す
る。ミラー38は、図20に仮想線で示すように傾けら
れているので、観測される干渉縞はx軸方向に空間キャ
リア信号が重畳され、その結果、y軸方向に向いた縦縞
の干渉パターンとなる。この干渉パターンを位相演算手
段により空間キャリア信号発生方向と平行なx軸方向に
1走査ライン毎に(1次元のCCDカメラを用いた場合
はラインセンサ出力毎に)位相を算出する処理を行う。
ここで、x軸方向の1走査ライン上の干渉縞画像の画像
信号は、空間キャリア信号である正弦信号が測定しよう
とする光波の位相分布によって位相変調を受けている。
この干渉縞画像信号I(x)は、空間キャリア周波数を
0 、測定対象となる位相分布をφとし、簡単にするた
め1次元で表すと、 I(x)=a(x)+b(x) cos{2πf0 x+φ(x)} …(23) となる。但し、(23)式中のa(x),b(x)は、
干渉縞信号のビジビリティ、バックグラウンドノイズな
どの不要かつ未知の項である。
Here, the arithmetic processing performed by the host computer 58 will be described with reference to the flowchart of FIG. Since the mirror 38 is tilted as shown by the imaginary line in FIG. 20, the observed interference fringes are superimposed on the spatial carrier signal in the x-axis direction. Become. This interference pattern is subjected to a process of calculating a phase for each scanning line in the x-axis direction parallel to the spatial carrier signal generation direction (for each line sensor output when a one-dimensional CCD camera is used) by the phase calculation means.
Here, the image signal of the interference fringe image on one scanning line in the x-axis direction is phase-modulated by the phase distribution of the light wave to be measured by the sine signal which is a spatial carrier signal.
The interference fringe image signal I (x) is the spatial carrier frequency f 0, the phase distribution to be measured and phi, is represented by one-dimensional for simplicity, I (x) = a ( x) + b (x ) Cos {2πf 0 x + φ (x)} (23) Where a (x) and b (x) in the equation (23) are
These are unnecessary and unknown terms such as visibility of interference fringe signals and background noise.

【0107】そして、(24)式に示す干渉縞画像信号
I(x)を分割手段によりN個の幅1/fの等間隔で微
少区間dの列di (i=1,2,3, ...N)に分割し、重畳
手段により各区間di 毎に空間キャリア信号周波数と同
一の正弦信号を重畳する。ここで、位相φ(x)の分布
が空間キャリア信号周波数に比べて充分低域であると
し、区間di 内でφ,a,bは一定であるとすれば、区
間di 内での干渉縞画像信号Ii (x)は、 Ii(x) =ai +bicos(2πf0 x+φi ) =ai +bicos(2πf0 x)cosφi+bisin(2πf0x)sinφi ……………(24) となる。この(24)式に示す干渉縞画像信号I
i(x) はA/D変換器56によりデジタル化されてい
るため、(24)式の干渉縞画像信号Ii(x) を離散
値列に拡張する。ここで、微少区間di内でxは充分細
かくxn :(n=0,1,2,...N-1)に離散化されている
とすれば、 Ii(xn)=ai+bicos(2πf0n)cosφi+bisin(2πf0n)sinφi …………………(25) となる。ここで、区間di 内で空間キャリア信号を基本
波とするフーリエ級数の基本波成分を抽出して干渉縞画
像信号Ii(xn)の位相を算出する。即ち、(25)式か
ら位相φi は、ci ,si を(26),(27)式のよ
うに演算すれば、(28)式に示すようになる。
The interference fringe image signal I (x) shown in the equation (24) is divided into N columns d i (i = 1,2,3, ... is divided into N), the superposition of the same sinusoidal signal with spatial carrier signal frequency for each interval d i by the superimposing means. Here, the distribution of the phase phi (x) is a low-pass enough compared to the spatial carrier signal frequency, phi in a section d i, a, b are if a constant, interference in the interval d i fringe image signal I i (x) is, I i (x) = a i + b i cos (2πf 0 x + φ i) = a i + b i cos (2πf 0 x) cosφ i + b i sin (2πf 0 x) sinφ i ............ (24) The interference fringe image signal I shown in the equation (24)
Since i (x) is digitized by the A / D converter 56, the interference fringe image signal I i (x) of Expression (24) is extended to a discrete value sequence. Here, assuming that x is sufficiently fine and discretized to x n : (n = 0, 1, 2,... N−1) within the minute section d i , I i (x n ) = a i + b i cos (2πf 0 x n) cosφ i + b i sin (2πf 0 x n) sinφ i ..................... becomes (25). Here, the spatial carrier signal in a section d i extracts the fundamental wave component of the Fourier series of a fundamental wave to calculate the phase of the interference fringe image signal I i (x n). That is, from the equation (25), the phase φ i becomes as shown in the equation (28) by calculating c i and s i as in the equations (26) and (27).

【数4】 (Equation 4)

【0108】このようにして、空間キャリア信号を重畳
させた1枚の干渉縞画像から各走査ライン毎に、位相φ
i を算出し、これを全走査ラインに対して行えば、N×
(走査ライン数)個の点で独立に位相φi が求められ
る。即ち、2次元的な位相φiの分布が算出できること
になる。そして、この2次元的な位相φi の分布に基づ
いてホストコンピュータ55の表面電位分布演算手段に
よって感光体8の表面電位分布を算出することにより、
電界を測定することが可能となる。
In this manner, the phase φ is calculated for each scanning line from one interference fringe image on which the spatial carrier signal is superimposed.
If i is calculated and performed for all scan lines, N ×
The phase φ i is obtained independently at (the number of scanning lines) points. That is, the two-dimensional distribution of the phase φ i can be calculated. Then, the surface potential distribution of the photoconductor 8 is calculated by the surface potential distribution calculating means of the host computer 55 based on the two-dimensional distribution of the phase φ i ,
The electric field can be measured.

【0109】上述したように、本実施例では、空間的な
キャリアを導入した干渉縞画像からその位相を解析する
ことにより、図19に示した前記実施例に比べ空間分解
能の点では不利になるものの、微少にミラー38を変位
させるピエゾ素子53が不要となることや、1枚の干渉
縞画像からその空間的な位相分布を算出可能であること
などにより、処理時間の点で効率よく電界の測定を行い
得るものとなる。特に、演算処理部分はハード化が容易
なアルゴリズムであるため、ビデオレートでの実時間測
定への拡張が容易となる。
As described above, in the present embodiment, the phase is analyzed from the interference fringe image in which the spatial carrier is introduced, so that it is disadvantageous in terms of the spatial resolution as compared with the embodiment shown in FIG. However, the piezo element 53 for slightly displacing the mirror 38 is not required, and the spatial phase distribution can be calculated from one interference fringe image. The measurement can be performed. In particular, since the arithmetic processing portion is an algorithm that can be easily implemented in hardware, it can be easily extended to real-time measurement at a video rate.

【0110】次に、本発明の第7実施例を図23ないし
図25に基づいて説明する。本実施例は、図20に示し
た前記実施例の構成と同様のものであり、干渉縞画像に
空間的なキャリアを導入するとともに、フーリエ変換に
よって位相を検出するようにした感光体表面の電界測定
装置に関するものである。また、本実施例では、電界測
定手段59として、ホストコンピュータ58には、図示
しない窓関数切出し手段、位相演算手段、表面電位分布
演算手段などのアルゴリズムが用意されている。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment has the same configuration as that of the embodiment shown in FIG. 20, and introduces a spatial carrier into the interference fringe image and detects an electric field on the surface of the photosensitive member so as to detect a phase by Fourier transform. It relates to a measuring device. In this embodiment, as the electric field measuring means 59, the host computer 58 is provided with an algorithm such as a window function extracting means, a phase calculating means, and a surface potential distribution calculating means (not shown).

【0111】このような構成において、観測面50で観
測される干渉縞画像から位相分布が算出されるまでの演
算処理を図23のフローチャートに基づいて説明する。
まず、空間的なキャリアを導入することや、図21
(b)に示したような干渉縞を発生させるまでの過程
は、図20に示した前記実施例と同様である。この発生
する干渉縞画像信号I(x)も同様に(23)式のよう
に表される。ここで、(23)式を指数関数表示とする
と、
In such a configuration, calculation processing until the phase distribution is calculated from the interference fringe image observed on the observation surface 50 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, introducing a spatial carrier,
The process up to the generation of the interference fringes as shown in FIG. 20B is the same as that of the embodiment shown in FIG. The generated interference fringe image signal I (x) is similarly expressed as in equation (23). Here, if equation (23) is expressed as an exponential function,

【数5】 となる。但し、(29)式のc(x)は、c(x)=(1/
2)b(x)exp{jφ(x)}、*は複素共役とする。そし
て、この(29)式中に示すxについての1次元フーリ
エ変換をG(f)とすると、G(f)は、
(Equation 5) Becomes However, c (x) in equation (29) is c (x) = (1/1)
2) b (x) exp {jφ (x)}, * is a complex conjugate. Then, assuming that the one-dimensional Fourier transform for x shown in the equation (29) is G (f), G (f) is

【数6】 で表される。この(30)式中に示すA(f),C
(f)は、(29)式中に示すa(x),c(x)の空
間周波数スペクトルを表すもので、A(f)は干渉縞画
像における光波の照度ムラなどに起因する低周波のバッ
クグラウンドノイズ成分、C(f)は位相変調を受けた
空間キャリア信号成分のスペクトルである。ここで、空
間キャリア信号周波数f0 はA(f)の帯域に比べて充
分高いものであるとすると、空間周波数スペクトル領域
においてA(f)とC(f)との2成分は、図24に示
すように完全に分離される。但し、図24中に示すA
部、C部は、(30)式のA(f),C(f)に相当す
るものである。
(Equation 6) It is represented by A (f), C shown in this equation (30)
(F) represents a spatial frequency spectrum of a (x) and c (x) shown in the equation (29), and A (f) represents a low-frequency spectrum caused by illuminance unevenness of a light wave in an interference fringe image. The background noise component, C (f), is the spectrum of the spatially modulated spatial carrier signal component. Here, assuming that the spatial carrier signal frequency f 0 is sufficiently higher than the band of A (f), two components of A (f) and C (f) in the spatial frequency spectrum region are shown in FIG. Completely separated as shown. However, A shown in FIG.
The part and the C part correspond to A (f) and C (f) in the equation (30).

【0112】このような空間周波数スペクトル領域にお
いて、図24に示すように、ホストコンピュータ58の
窓関数切出し手段であるフィルタ関数としての窓関数6
0により、空間キャリア信号周波数f0 を中心周波数と
してフィルタリングして空間キャリア信号周波数f0
傍の線スペクトルのC部のみを切出すと、フィルタリン
グされた空間周波数スペクトルG '(f)は、 G '(f)=C(f−f0 ) ………………………………………(31) で表される。また、フィルタ関数は、図24に示すよう
な矩形状の窓関数60の他にHanning関数、Hamming関
数、Blackman 関数などを用いて空間領域に信号を戻し
たときに歪が小さくなるように最適化することもでき
る。ここに、窓関数60によるスペクトルの切出し幅は
最終的な信号検出結果の空間分解能に影響を与えること
になるため、空間分解能の低下を抑えるためには窓関数
60の帯域幅を広く取るほうがよい。しかし、スペクト
ル領域において空間キャリア信号周波数f0 成分以外の
信号を取り込んでしまうことになるため、最終結果のS
/Nを低下させてしまう。そこで、窓関数60の帯域幅
を図24に示したように、空間キャリア信号周波数f0
に相当する幅に設定すれば、良好な結果を得ることが可
能となる。
In such a spatial frequency spectrum region, as shown in FIG. 24, the window function 6 as a filter function, which is a window function extracting means of the host computer 58,
The 0, when cut only the portion C of the line spectrum of the spatial carrier signal frequency f 0 near by filtering the spatial carrier signal frequency f 0 as the center frequency, filtered spatial frequency spectrum G '(f) is, G' (F) = C (f−f 0 ) ………………………… (31) The filter function is optimized so that distortion is reduced when a signal is returned to the spatial domain using a Hanning function, a Hamming function, a Blackman function, or the like in addition to the rectangular window function 60 shown in FIG. You can also. Here, since the cut-out width of the spectrum by the window function 60 affects the spatial resolution of the final signal detection result, it is better to increase the bandwidth of the window function 60 in order to suppress a decrease in the spatial resolution. . However, since signals other than the spatial carrier signal frequency f 0 component are taken in the spectral domain, the final result S
/ N is reduced. Therefore, as shown in FIG. 24, the bandwidth of the window function 60 is changed to the spatial carrier signal frequency f 0.
, A good result can be obtained.

【0113】つづいて、窓関数60によって切出された
線スペクトルを空間キャリア信号周波数f0 分だけ周波
数領域で直流方向にシフトさせ、スペクトルピークをゼ
ロ周波数に移動すると、図25に示すようになる。この
ような操作を行うことにより、(31)式の空間周波数
スペクトルG''(f)は(31)式を用いると、 G''(f)=C(f) ……………………………………………(32) となる。この(32)式のG''(f)を逆フーリエ変換
することにより(29)式のc(x)が求められる。即
ち、c(x)は、 c(x)=F.T~1 {G''(f)} ……………………………(33) となる。但し、(33)式中に示すF.T~1 は逆フーリ
エ変換演算子とする。この(33)式の段階で(29)
式における不要かつ未知の関数a(x)が除かれる。ま
た、c(x)は(29)式に示したように複素数であ
り、c(x)の実数部、虚数部を各々Re{c
(x)}、Im{c(x)}とすれば、検出すべき位相
分布関数φ(x)は、 φ(x)=tan~1 [Im{c(x)}/Re{c(x)}] …(34) で演算される。この演算過程で(29)式における不要
かつ未知の関数b(x)が除かれる。
Subsequently, the line spectrum cut out by the window function 60 is shifted in the DC direction by the spatial carrier signal frequency f 0 in the frequency domain, and the spectrum peak is shifted to zero frequency, as shown in FIG. . By performing such an operation, the spatial frequency spectrum G ″ (f) of the equation (31) is obtained by using the following equation (31): G ″ (f) = C (f) ... (32) By performing an inverse Fourier transform of G ″ (f) in the equation (32), c (x) in the equation (29) is obtained. That, c (x) becomes c (x) = F.T ~ 1 {G '' (f)} ................................. (33). However, FT- 1 shown in the equation (33) is an inverse Fourier transform operator. At the stage of this equation (33), (29)
Unnecessary and unknown functions a (x) in the equation are eliminated. Further, c (x) is a complex number as shown in Expression (29), and the real part and the imaginary part of c (x) are respectively Re {c
(X)}, Im {c (x)}, the phase distribution function φ (x) to be detected is φ (x) = tan ~ 1 [Im {c (x)} / Re {c (x )}] (34) In this calculation process, the unnecessary and unknown function b (x) in the equation (29) is removed.

【0114】このようにして、不要かつ未知の関数の項
を含む(23)式に示した干渉縞画像I(x)からその
位相変調成分φ(x)のみを抽出できる。ここで、前記
の(11)式においてEz がxの関数 Ez(x)とすれ
ば、位相変調成分φ(x)は、 φ(x)=n0 363z(x)d/c0 …………………………(35) となる。このような(33)ないし(35)式の演算
は、ホストコンピュータ58の位相演算手段によって行
われるようになっている。また、ホストコンピュータ5
8の表面電位分布演算手段により(35)式から電界成
分Ez を算出すれば、感光体8の表面電位分布を求める
ことが可能となる。
In this way, only the phase modulation component φ (x) can be extracted from the interference fringe image I (x) shown in the equation (23) including an unnecessary and unknown function term. Here, if E z is a function E z (x) of x in the above equation (11), the phase modulation component phi (x) is, φ (x) = n 0 3 r 63 E z (x) d / C 0 ... (35). The calculations of the equations (33) to (35) are performed by the phase calculation means of the host computer 58. In addition, the host computer 5
Be calculated electric field components E z from the (35) surface potential distribution calculating means 8, it is possible to determine the surface potential distribution of the photoreceptor 8.

【0115】上述したように、本実施例では、空間分解
能の点では図20に示した前記実施例とほぼ同等である
が、線スペクトルを有限幅の窓関数60で切出す際に、
信号の平滑化効果が発生するため、2π以下の位相の緩
やかな変化をもつ信号を高いS/Nで検出することが可
能となる。また、この平滑化効果は窓関数60の幅に依
存するため、処理段階で窓関数60の幅をチューニング
可能であるため、より最適な電界の測定系を構築し得る
ものとなる。
As described above, in this embodiment, the spatial resolution is almost the same as that of the embodiment shown in FIG. 20, but when the line spectrum is cut out by the window function 60 having a finite width,
Since a signal smoothing effect is generated, it is possible to detect a signal having a gradual change in phase of 2π or less with a high S / N. Further, since the smoothing effect depends on the width of the window function 60, the width of the window function 60 can be tuned at the processing stage, so that a more optimal electric field measurement system can be constructed.

【0116】[0116]

【0117】[0117]

【0118】[0118]

【0119】[0119]

【0120】[0120]

【0121】[0121]

【0122】[0122]

【0123】[0123]

【発明の効果】 請求項1記載の発明 によれば、除算演算
増幅器による偏光検出法を用いているため、プローブ光
の光強度変動がキャンセルされ高精度の電界の測定を行
うことができるものである。
Effects of the Invention According to the first aspect of the invention, the use of the polarization detection method division operation amplifier, in which the light intensity fluctuation of the probe light can measure the electric field of the canceled high-precision is there.

【0124】請求項記載の発明によれば、マイケルソ
ン型偏光干渉計によるコヒーレント検出を用い、電気光
学効果によって電気光学結晶内を往復するプローブ光に
与えられる位相差をプローブ光自身の干渉によって光強
度に変換しているため、高いビジビリティをもつ干渉縞
を発生させることが可能となり、これにより、高いS/
N比の信号を検出することができ、しかも、波長オーダ
ーの位相変化に追従可能となるため、高い電界測定精度
を得ることができるものである。
According to the second aspect of the present invention, the coherent detection by the Michelson-type polarization interferometer is used, and the phase difference given to the probe light reciprocating in the electro-optic crystal by the electro-optic effect is determined by the interference of the probe light itself. Since the light intensity is converted to light intensity, it is possible to generate interference fringes having high visibility, thereby increasing the S / S.
Since it is possible to detect an N-ratio signal and follow a phase change in the order of wavelength, high electric field measurement accuracy can be obtained.

【0125】また、請求項記載の発明によれば、直交
ゼーマンレーザを用いた光ヘテロダイン型の偏光検出を
行うことにより、電界センサの電気光学結晶によって遅
延された位相差の読み取り精度が大幅に向上し、特に、
プローブ光の位相差を電気信号に変換しているため、周
知の位相検出技術によって数百分の2π程度の位相検出
が可能となり、これにより、高精度かつ高分解能の電界
の測定を行うことができるものである。
According to the third aspect of the present invention, by performing optical heterodyne-type polarization detection using the orthogonal Zeeman laser, the reading accuracy of the phase difference delayed by the electro-optic crystal of the electric field sensor is greatly improved. And especially
Since the phase difference of the probe light is converted to an electric signal, it is possible to detect a phase of about 2π / hundredths by a well-known phase detection technology, and thus it is possible to measure an electric field with high accuracy and high resolution. You can do it.

【0126】さらに、請求項記載の発明によれば、マ
イケルソン型偏光干渉計の干渉信号を撮像手段により被
測定感光体の表面電位の等高線として観測しているた
め、従来はプローブ状のセンサを走査しながら行ってい
た電界の測定を2次元的に行えるようになり、信頼性の
高い多点並列センシングを行うことができ、しかも、被
測定場を干渉縞画像として実時間で視覚的にモニタする
ことができるものである。
According to the fourth aspect of the present invention, the interference signal of the Michelson-type polarization interferometer is observed by the imaging means as the contour line of the surface potential of the photoconductor to be measured. The two-dimensional measurement of the electric field that has been performed while scanning the object can be performed two-dimensionally, and highly reliable multi-point parallel sensing can be performed. In addition, the field to be measured can be visually recognized in real time as an interference fringe image. It can be monitored.

【0127】請求項記載の発明によれば、干渉縞画像
の位相解析を行うことにより、従来は目視で干渉縞の本
数を数えて求めていた位相を、定量的にしかも2π以下
の位相の変化も検出することができ、また、空間分解能
はCCDカメラ等の撮像手段の画素で決まり、その1画
素毎に位相を空間的にまったく独立に測定することによ
り、精度、信頼性及び再生度の高い電界測定装置を構築
することができるものである。
According to the fifth aspect of the present invention, by analyzing the phase of the interference fringe image, the phase conventionally obtained by counting the number of interference fringes by visual observation can be quantitatively reduced to a phase of 2π or less. Changes can also be detected, and the spatial resolution is determined by the pixels of the imaging means, such as a CCD camera. It is possible to construct a high electric field measuring device.

【0128】また、請求項記載の発明によれば、空間
的なキャリアを導入した干渉縞画像からその位相を解析
することにより、請求項記載の発明に比べ空間分解能
の点では不利になるものの、微少にミラーを変位させる
ミラー微少変位印加機構が不要となることや、1枚の干
渉縞画像からその空間的な位相分布を算出可能であるた
め、処理時間の点で効率よく電界の測定を行うことがで
き、特に、演算処理部分はハード化が容易なアルゴリズ
ムであるため、ビデオレートでの実時間測定への拡張が
容易となるものである。
According to the sixth aspect of the present invention, the phase is analyzed from the interference fringe image into which the spatial carrier is introduced, which is disadvantageous in terms of the spatial resolution as compared with the fifth aspect of the present invention. However, since a mirror minute displacement applying mechanism for minutely displacing the mirror is not required, and the spatial phase distribution can be calculated from one interference fringe image, the electric field can be measured efficiently in terms of processing time. In particular, since the arithmetic processing portion is an algorithm that can be easily implemented in hardware, it can be easily extended to real-time measurement at a video rate.

【0129】さらに、請求項記載の発明によれば、空
間分解能の点では請求項記載の発明とほぼ同等である
が、線スペクトルを有限幅の窓関数で切出す際に、信号
の平滑化効果が発生するため、2π以下の位相の緩やか
な変化をもつ信号を高いS/Nで検出することができ、
しかも、この平滑化効果は窓関数の幅に依存することか
ら処理段階で窓関数の幅をチューニング可能であるた
め、より最適な電界の測定系を構築することができるも
のである。
According to the seventh aspect of the present invention, the spatial resolution is substantially the same as that of the sixth aspect of the invention, but when the line spectrum is cut out with a finite width window function, the signal is smoothed. Signal, the signal having a gradual change in phase of 2π or less can be detected with a high S / N.
In addition, since the smoothing effect depends on the width of the window function, the width of the window function can be tuned at the processing stage, so that a more optimal electric field measurement system can be constructed.

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

【図1】本発明の第1参考実施例の測定系を示す正面図
である。
FIG. 1 is a front view showing a measurement system according to a first reference example of the present invention .

【図2】電界センサの電気光学結晶のサイズの大小に伴
う電気力線の状態を示すもので、(a)はサイズの小さ
い電気光学結晶の正面図、(b)はサイズの大きい電気
光学結晶の正面図である。
FIGS. 2A and 2B show the state of lines of electric force according to the size of an electro-optic crystal of an electric field sensor. FIG. 2A is a front view of a small-size electro-optic crystal, and FIG. FIG.

【図3】本発明の第2参考実施例の測定系を示す正面図
である。
FIG. 3 is a front view showing a measurement system according to a second reference example of the present invention .

【図4】本発明の第3参考実施例の測定系を示す正面図
である。
FIG. 4 is a front view showing a measurement system according to a third reference example of the present invention .

【図5】図4の電界センサの付近を拡大して示す部分正
面図である。
FIG. 5 is an enlarged partial front view showing the vicinity of the electric field sensor shown in FIG. 4;

【図6】図4のプローブ光の光路を拡大して示す部分正
面図である。
6 is a partial front view showing an optical path of the probe light in FIG. 4 in an enlarged manner.

【図7】本発明の第4参考実施例の測定系を示す正面図
である。
FIG. 7 is a front view showing a measurement system according to a fourth embodiment of the present invention .

【図8】電界センサの透明電極の有無に伴う電気力線の
状態を示すもので、(a)は透明電極が無い電界センサ
の正面図、(b)は透明電極を有する電界センサの正面
図である。
FIGS. 8A and 8B show states of lines of electric force according to the presence or absence of a transparent electrode of the electric field sensor, wherein FIG. 8A is a front view of an electric field sensor without a transparent electrode, and FIG. It is.

【図9】本発明の第5参考実施例の測定系を示す正面図
である。
FIG. 9 is a front view showing a measurement system according to a fifth reference example of the present invention .

【図10】本発明の第6参考実施例の測定系を示す正面
図である。
FIG. 10 is a front view showing a measurement system according to a sixth reference example of the present invention .

【図11】本発明の第7参考実施例の測定系を示すもの
で、(a)は正面図、(b)はベクトル図である。
11A and 11B show a measurement system according to a seventh embodiment of the present invention, wherein FIG. 11A is a front view, and FIG. 11B is a vector diagram.

【図12】本発明の第8参考実施例の測定系を示す正面
図である。
FIG. 12 is a front view showing a measurement system according to an eighth embodiment of the present invention .

【図13】FIG. 13

【外9】 界センサを用いた測定系を示す正面図である。[Outside 9] It is a front view showing a measuring system using a field sensor.

【図14】本発明の第1実施例の測定系を示すもので、
(a)は正面図、(b)はベクトル図である。
FIG. 14 shows a measurement system according to the first embodiment of the present invention .
(A) is a front view, (b) is a vector diagram.

【図15】本発明の第2実施例の測定系を示すもので、
(a)は正面図、(b)はベクトル図である。
FIG. 15 shows a measurement system according to a second embodiment of the present invention .
(A) is a front view, (b) is a vector diagram.

【図16】本発明の第3実施例の測定系を示すもので、
(a)は正面図、(b)はベクトル図である。
FIG. 16 shows a measurement system according to a third embodiment of the present invention .
(A) is a front view, (b) is a vector diagram.

【図17】本発明の第4実施例の測定系を示す正面図で
ある。
FIG. 17 is a front view showing a measurement system according to a fourth embodiment of the present invention .

【図18】観測面に形成される干渉縞と感光体の表面電
位との関係を示す模式図である。
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a relationship between interference fringes formed on an observation surface and a surface potential of a photoconductor.

【図19】本発明の第5実施例の測定系を一部ブロック
図を含めて示す正面図である。
FIG. 19 is a front view showing a measurement system according to a fifth embodiment of the present invention including a partial block diagram.

【図20】本発明の第6実施例の測定系を一部ブロック
図を含めて示す正面図である。
FIG. 20 is a front view showing a measurement system according to a sixth embodiment of the present invention including a partial block diagram.

【図21】観測面に形成される干渉縞を示すもので、
(a)は空間キャリア信号を導入しない干渉縞を表す模
式図、(b)は空間キャリア信号が重畳された干渉縞を
表す模式図である。
FIG. 21 shows interference fringes formed on the observation surface.
(A) is a schematic diagram showing an interference fringe without introducing a spatial carrier signal, and (b) is a schematic diagram showing an interference fringe on which a spatial carrier signal is superimposed.

【図22】1走査ラインの位相演算処理までの手順を示
すフローチャートである。
FIG. 22 is a flowchart showing a procedure up to a phase calculation process for one scanning line.

【図23】本発明の第7実施例を示すフローチャートで
ある。
FIG. 23 is a flowchart showing a seventh embodiment of the present invention .

【図24】空間周波数スペクトルを示す波形図である。FIG. 24 is a waveform chart showing a spatial frequency spectrum.

【図25】窓関数で切出した線スペクトルの推移処理を
示す波形図である。
FIG. 25 is a waveform chart showing transition processing of a line spectrum cut out by a window function.

【図26】従来例を示す回路図である。FIG. 26 is a circuit diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8,19 被測定感光体 9 潜像電荷 10,25 電気光学結晶 11 電気力線 12 光波反射部 14,30,39,41,51 光源 17 電界 18 現像スリーブ 20,21 プローブ光案内光学部
材 22 偏波面保持光ファイバ 23 透明電極 24 支持ブロック 26,34 偏光分離素子 27,28,32 受光素子 29 除算演算増幅器 31 マイケルソン型偏光干
渉計 32a 偏光板 35,36 λ/4波長板 37,38 ミラー 39 直交ゼーマンレーザ 44 検光子 45 結像素子 46,55 撮像手段 47 可変電位設定手段 50 撮像面 53 微少変位印加機構 54 トワイマン・グリーン
干渉計 59 電界測定手段 S 電界センサ
8, 19 Photosensitive body to be measured 9 Latent image charge 10, 25 Electro-optic crystal 11 Line of electric force 12 Light wave reflecting portion 14, 30, 39, 41, 51 Light source 17 Electric field 18 Developing sleeve 20, 21, Probe light guide optical member 22 Polarized Wavefront maintaining optical fiber 23 Transparent electrode 24 Support block 26, 34 Polarization separating element 27, 28, 32 Light receiving element 29 Divide operational amplifier 31 Michelson-type polarization interferometer 32 a Polarizing plate 35, 36 λ / 4 wavelength plate 37, 38 Mirror 39 Orthogonal Zeeman laser 44 analyzer 45 imaging element 46, 55 imaging means 47 variable potential setting means 50 imaging surface 53 minute displacement applying mechanism 54 Twyman-Green interferometer 59 electric field measuring means S electric field sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 29/12 G01R 15/00 - 17/22 G03G 15/00,21/00 G03G 13/08,15/08 JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01R 29/12 G01R 15/00-17/22 G03G 15 / 00,21 / 00 G03G 13 / 08,15 / 08 JICST file (JOIS)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電気光学効果を有する電気光学結晶の一
方の面に誘電体よりなる光波反射部を蒸着して電界セン
サを形成し、被測定感光体にチャージされた潜像電荷に
よる電界が前記電気光学結晶の内部を貫くように前記電
界センサを前記被測定感光体表面の近傍に配設し、前記
電界センサの前記光波反射部と対向する前記電気光学結
晶の他方の面から所定の偏光状態を有する円偏光をプロ
ーブ光として入射し、このプローブ光が前記電気光学結
晶を通過して前記光波反射部で反射された反射光を偏光
分離素子により直交する2つの偏光成分に分離し、これ
らの分離された各偏光成分の光強度を受光素子により電
気信号として検出し、これらの検出された各光強度信号
を除算演算増幅器に入力し、この除算演算増幅器の除算
出力信号に基づいて前記プローブ光の偏光状態の変化を
検出し、このプローブ光の偏光状態の変化から前記電気
光学結晶を貫く電界を測定するようにしたことを特徴と
する感光体表面の電界測定方法。
1. An electric field sensor is formed by depositing a light-wave reflecting portion made of a dielectric on one surface of an electro-optic crystal having an electro-optic effect, and an electric field due to a latent image charge charged on a photosensitive member to be measured is formed. The electric field sensor is disposed near the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside of the electro-optic crystal, and a predetermined polarization state is obtained from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflection portion of the electric field sensor. Is incident as probe light, and the probe light passes through the electro-optic crystal and separates the reflected light reflected by the light wave reflector into two orthogonal polarization components by a polarization separation element. The light intensity of each of the separated polarized light components is detected as an electric signal by a light receiving element, and each of the detected light intensity signals is input to a division operational amplifier, based on a division calculation force signal of the division operational amplifier. A method for measuring an electric field on a photoreceptor surface, wherein a change in the polarization state of the probe light is detected, and an electric field penetrating the electro-optic crystal is measured from the change in the polarization state of the probe light.
【請求項2】 電気光学効果を有する電気光学結晶の一
方の面に誘電体よりなる光波反射部を蒸着して電界セン
サを形成し、被測定感光体にチャージされた潜像電荷に
よる電界が前記電気光学結晶の内部を貫くように前記電
界センサを前記被測定感光体表面の近傍に配設し、前記
電界センサの前記光波反射部と対向する前記電気光学結
晶の他方の面から所定の偏光状態を有する円偏光をプロ
ーブ光として入射し、このプローブ光が前記電気光学結
晶を通過して前記光波反射部で反射された反射光を偏光
分離素子とその各々の腕にλ/4波長板とを有するマイ
ケルソン型偏光干渉計に導き、このマイケルソン型偏光
干渉計から出力される干渉信号の光強度変化を受光素子
により電気信号に変換し、この電気信号の光強度変化に
基づいて前記プローブ光の偏光状態の変化を検出し、こ
のプローブ光の偏光状態の変化から前記電気光学結晶を
貫く電界を測定するようにしたことを特徴とする感光体
表面の電界測定方法。
2. An electric field sensor is formed by depositing a light wave reflecting portion made of a dielectric on one surface of an electro-optic crystal having an electro-optic effect, and an electric field due to a latent image charge charged on a photosensitive body to be measured is formed. The electric field sensor is disposed near the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside of the electro-optic crystal, and a predetermined polarization state is obtained from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflection portion of the electric field sensor. Is incident as probe light, and the probe light passes through the electro-optic crystal and is reflected by the light-wave reflecting portion to form a polarization separating element and a λ / 4 wavelength plate on each arm thereof. To a Michelson-type polarization interferometer, and converts the light intensity change of the interference signal output from the Michelson-type polarization interferometer into an electric signal by a light-receiving element. Detecting a change in the polarization state of light, electric field measurement method of the photoreceptor surface, characterized in that so as to measure the electric field penetrating the electro-optic crystal from the change in the polarization state of the probe light.
【請求項3】 電気光学効果を有する電気光学結晶の一
方の面に誘電体よりなる光波反射部を蒸着して電界セン
サを形成し、被測定感光体にチャージされた潜像電荷に
よる電界が前記電気光学結晶の内部を貫くように前記電
界センサを前記被測定感光体表面の近傍に配設し、前記
電界センサの前記光波反射部と対向する前記電気光学結
晶の他方の面から直交ゼーマンレーザによる直交2周波
光をプローブ光として、このプローブ光と直交する前記
電気光学結晶の面内の屈折率楕円体の主軸が一致するよ
うに入射させ、前記プローブ光が前記電気光学結晶を通
過して前記光波反射部で反射された反射光を偏光分離素
子とその各々の腕に配置したλ/4波長板とを有するマ
イケルソン型偏光干渉計に導き、このマイケルソン型偏
光干渉計から出力される干渉信号の光強度変化を受光素
子により電気信号に変換し、この電気信号の位相変化を
電気的に検出することにより前記電気光学結晶を貫く電
界を測定するようにしたことを特徴とする感光体表面の
電界測定方法。
3. An electric field sensor is formed by depositing a light wave reflecting portion made of a dielectric on one surface of an electro-optic crystal having an electro-optic effect, and an electric field due to a latent image charge charged on a photosensitive body to be measured is formed. The electric field sensor is disposed in the vicinity of the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside of the electro-optic crystal, and a perpendicular Zeeman laser is used from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflecting portion of the electric field sensor. Orthogonal two-frequency light is used as probe light, and the probe light is made incident so that the main axis of the refractive index ellipsoid in the plane of the electro-optic crystal is orthogonal to the probe light, and the probe light passes through the electro-optic crystal and The light reflected by the light wave reflector is guided to a Michelson-type polarization interferometer having a polarization separation element and a λ / 4 wavelength plate disposed on each arm thereof, and output from the Michelson-type polarization interferometer. A light intensity change of the interference signal is converted into an electric signal by a light receiving element, and an electric field penetrating the electro-optic crystal is measured by electrically detecting a phase change of the electric signal. Method of measuring electric field on body surface.
【請求項4】 電気光学効果を有する電気光学結晶の一
方の面に誘電体よりなる光波反射部を蒸着した電界セン
サを被測定感光体にチャージされた潜像電荷による電界
が前記電気光学結晶の内部を貫くように前記被測定感光
体表面の近傍に配設し、前記電界センサの前記光波反射
部と対向する前記電気光学結晶の他方の面からプローブ
光として入射する所定の偏光状態を有する円偏光を出射
する光源を設け、この光源から出射されたプローブ光が
前記電気光学結晶を通過して前記光波反射部で反射され
た反射光が入射される偏光分離素子とその各々の腕にλ
/4波長板とを有するマイケルソン型偏光干渉計を設
け、このマイケルソン型偏光干渉計から出力される干渉
信号を前記偏光分離素子の直交する偏光軸と45°の角
度をなす偏光板を介して前記被測定感光体の表面電位の
等高線として観測する観測面を有する撮像手段を設けた
ことを特徴とする感光体表面の電界測定装置。
4. An electric field sensor having an electro-optic crystal having an electro-optic effect and a light-wave reflecting portion made of a dielectric material deposited on one surface of the electro-optic crystal. A circle having a predetermined polarization state, which is provided near the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside thereof, and is incident as probe light from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflection portion of the electric field sensor. A light source that emits polarized light is provided, and the probe light emitted from the light source passes through the electro-optic crystal and the reflected light reflected by the light wave reflector is incident thereon.
A Michelson-type polarization interferometer having a 波長 wavelength plate is provided, and an interference signal output from the Michelson-type polarization interferometer is passed through a polarization plate at an angle of 45 ° with the orthogonal polarization axis of the polarization separation element. An imaging means having an observation surface for observing the surface potential of the measured photoconductor as a contour line.
【請求項5】 電気光学効果を有する電気光学結晶の一
方の面に誘電体よりなる光波反射部を蒸着した電界セン
サを被測定感光体にチャージされた潜像電荷による電界
が前記電気光学結晶の内部を貫くように前記被測定感光
体表面の近傍に配設し、前記電界センサの前記光波反射
部と対向する前記電気光学結晶の他方の面からプローブ
光として入射する所定の偏光状態を有する円偏光を出射
する光源を設け、この光源から出射されたプローブ光が
前記電気光学結晶を通過して前記光波反射部で反射され
た反射光が入射される偏光分離素子と、この偏光分離素
子の各々の腕に配置されたλ/4波長板及びミラーと、
前記偏光分離素子の一方の腕の前記ミラーに入射する光
波の光軸と平行方向にこの光波の波長λに対して等間隔
で合計1波長分の位相変化を与えるように前記ミラーを
λ/(2N)間隔でN段階動かす微少変位印加機構とを
有するトワイマン・グリーン干渉計を設け、このトワイ
マン・グリーン干渉計から出力される干渉信号を前記偏
光分離素子の直交する偏光軸と45°の角度をなす偏光
板を介して観測する観測面を有してこの観測面に形成さ
れる干渉縞画像を前記微少変位印加機構による前記ミラ
ーのN段階の移動毎にN枚撮像する撮像手段を設け、こ
の撮像手段により撮像されたN枚の干渉縞画像をデジタ
ルの干渉縞画像に変換するA/D変換手段と、このA/
D変換手段によりデジタルに変換された干渉縞画像の各
画素でのN枚間に渡る信号変動をN枚間で1周期をなす
正弦信号と重畳する重畳手段と、この重畳手段により正
弦信号が重畳された干渉縞画像の各画素でのN枚間に渡
る信号変動から正弦信号を基本波とする成分のみを抽出
しこの基本波成分の位相を干渉縞画像の各画素で独立に
算出する位相演算手段と、この位相演算手段により算出
された干渉縞画像の各画素での位相に基づいて前記被測
定感光体の表面電位分布を算出する表面電位分布演算手
段とを有する電界測定手段を設けたことを特徴とする感
光体表面の電界測定装置。
5. An electro-optic crystal having an electro-optic effect, wherein an electric field sensor formed by depositing a light-wave reflecting portion made of a dielectric material on one surface of the electro-optic crystal has an electric field caused by a latent image charge charged on a photoconductor to be measured. A circle having a predetermined polarization state, which is provided near the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside thereof, and is incident as probe light from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflection portion of the electric field sensor. A light source that emits polarized light is provided, and a probe light emitted from the light source passes through the electro-optic crystal, and a reflected light reflected by the light wave reflection unit is incident thereon. A λ / 4 wavelength plate and a mirror arranged on the arm of
The mirror is set to λ / (so that a phase change of a total of one wavelength is given at equal intervals to the wavelength λ of the light wave in a direction parallel to the optical axis of the light wave incident on the mirror of one arm of the polarization separation element. 2N) A Twyman-Green interferometer having a micro-displacement applying mechanism that moves N steps at intervals is provided, and an interference signal output from this Twyman-Green interferometer is set at an angle of 45 ° with the orthogonal polarization axis of the polarization separation element. An imaging means is provided which has an observation surface for observation through a polarizing plate, and which picks up N interference fringe images formed on the observation surface every N stages of movement of the mirror by the minute displacement applying mechanism. A / D conversion means for converting the N interference fringe images picked up by the imaging means into digital interference fringe images;
Superimposing means for superimposing a signal variation between N images at each pixel of the interference fringe image digitally converted by the D converting means with a sine signal which forms one cycle between the N images; A phase operation for extracting only a component having a sine signal as a fundamental wave from signal fluctuations between N pixels at each pixel of the obtained interference fringe image and independently calculating the phase of this fundamental wave component at each pixel of the interference fringe image Means, and a surface potential distribution calculating means for calculating a surface potential distribution of the measured photoreceptor based on the phase at each pixel of the interference fringe image calculated by the phase calculating means. An electric field measuring apparatus for a photoreceptor surface, characterized in that:
【請求項6】 電気光学効果を有する電気光学結晶の一
方の面に誘電体よりなる光波反射部を蒸着した電界セン
サを被測定感光体にチャージされた潜像電荷による電界
が前記電気光学結晶の内部を貫くように前記被測定感光
体表面の近傍に配設し、前記電界センサの前記光波反射
部と対向する前記電気光学結晶の他方の面からプローブ
光として入射する所定の偏光状態を有する円偏光を出射
する光源を設け、この光源から出射されたプローブ光が
前記電気光学結晶を通過して前記光波反射部で反射され
た反射光が入射される偏光分離素子と、この偏光分離素
子の各々の腕に配置されたλ/4波長板及びミラーと、
前記偏光分離素子の一方の腕の前記ミラーを微少角度傾
けるミラー微少角度傾け手段とを有するトワイマン・グ
リーン干渉計を設け、前記ミラー微少角度傾け手段によ
って前記偏光分離素子の一方の腕の前記ミラーを微少角
度傾けることによりこのミラーに入射し反射されて前記
偏光分離素子に返る光波に光波進行方向と直交する面内
で直線的な位相遅延を発生させて前記トワイマン・グリ
ーン干渉計から出力される干渉信号の1方向に空間キャ
リア信号を発生させ、この空間キャリア信号を乗せた干
渉信号を前記偏光分離素子の直交する偏光軸と45°の
角度をなす偏光板を介して観測する観測面を有してこの
観測面に形成される干渉縞画像を撮像する2次元又は空
間キャリア信号発生方向と平行な1次元の撮像手段を設
け、この撮像手段により撮像された2次元又は1次元画
像をデジタルの干渉縞画像に変換するA/D変換手段
と、このA/D変換手段によりデジタルに変換された干
渉縞画像が2次元画像の場合は空間キャリア信号発生方
向と平行な各走査ライン毎に、1次元画像の場合はライ
ン出力毎に信号列を空間キャリア信号周期を1周期とす
る複数の区間に分割する分割手段と、この分割手段によ
り分割された前記各区間毎に空間キャリア信号周波数と
同一の正弦信号を重畳する重畳手段と、この重畳手段に
より正弦信号が重畳された前記各区間毎に空間キャリア
信号を基本波とするフーリエ級数の基本波成分を抽出し
て干渉縞画像信号の位相を算出する位相演算手段と、こ
の位相演算手段により算出された干渉縞画像信号の位相
に基づいて前記被測定感光体の表面電位分布を算出する
表面電位分布演算手段とを有する電界測定手段を設けた
ことを特徴とする感光体表面の電界測定装置。
6. An electric field sensor having an electro-optic crystal having an electro-optic effect and a light-wave reflecting portion made of a dielectric material deposited on one surface of the electro-optic crystal. A circle having a predetermined polarization state, which is provided near the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside thereof, and is incident as probe light from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflection portion of the electric field sensor. A light source that emits polarized light is provided, and a probe light emitted from the light source passes through the electro-optic crystal, and a reflected light reflected by the light wave reflection unit is incident thereon. A λ / 4 wavelength plate and a mirror arranged on the arm of
A Twyman-Green interferometer having a mirror minute angle tilting means for tilting the mirror of one arm of the polarization splitting element by a small angle, and the mirror of one arm of the polarization splitting element is tilted by the mirror minute angle tilting means. By tilting the mirror by a small angle, the light wave that enters the mirror, is reflected, and returns to the polarization splitter, generates a linear phase delay in a plane orthogonal to the light wave traveling direction, and causes interference output from the Twyman-Green interferometer. It has an observation surface for generating a spatial carrier signal in one direction of the signal and observing an interference signal carrying the spatial carrier signal via a polarizing plate that forms an angle of 45 ° with the orthogonal polarization axis of the polarization separation element. A two-dimensional or one-dimensional imaging means parallel to the spatial carrier signal generation direction for imaging an interference fringe image formed on the observation surface of the lever; A / D conversion means for converting a two-dimensional or one-dimensional image taken by the camera into a digital interference fringe image, and a spatial carrier when the interference fringe image digitally converted by the A / D conversion means is a two-dimensional image. For each scanning line parallel to the signal generation direction, in the case of a one-dimensional image, for each line output, the signal sequence is divided into a plurality of sections each having one spatial carrier signal period, and the division is performed by the dividing unit. A superimposing means for superimposing a sine signal having the same spatial carrier signal frequency for each section, and a Fourier series fundamental wave having a spatial carrier signal as a fundamental wave for each section on which the sine signal is superimposed by the superimposing means. Phase calculating means for extracting a component to calculate the phase of the interference fringe image signal; and a surface potential of the photoreceptor to be measured based on the phase of the interference fringe image signal calculated by the phase calculating means. An electric field measuring device on the surface of a photoconductor, comprising an electric field measuring means having a surface potential distribution calculating means for calculating a distribution.
【請求項7】 電気光学効果を有する電気光学結晶の一
方の面に誘電体よりなる光波反射部を蒸着した電界セン
サを被測定感光体にチャージされた潜像電荷による電界
が前記電気光学結晶の内部を貫くように前記被測定感光
体表面の近傍に配設し、前記電界センサの前記光波反射
部と対向する前記電気光学結晶の他方の面からプローブ
光として入射する所定の偏光状態を有する円偏光を出射
する光源を設け、この光源から出射されたプローブ光が
前記電気光学結晶を通過して前記光波反射部で反射され
た反射光が入射される偏光分離素子と、この偏光分離素
子の各々の腕に配置されたλ/4波長板及びミラーと、
前記偏光分離素子の一方の腕の前記ミラーを微少角度傾
けるミラー微少角度傾け手段とを有するトワイマン・グ
リーン干渉計を設け、前記ミラー微少角度傾け手段によ
って前記偏光分離素子の一方の腕の前記ミラーを微少角
度傾けることによりこのミラーに入射し反射されて前記
偏光分離素子に返る光波に光波進行方向と直交する面内
で直線的な位相遅延を発生させて前記トワイマン・グリ
ーン干渉計から出力される干渉信号の1方向に空間キャ
リア信号を発生させ、この空間キャリア信号を乗せた干
渉信号を前記偏光分離素子の直交する偏光軸と45°の
角度をなす偏光板を介して観測する観測面を有してこの
観測面に形成される干渉縞画像を撮像する2次元又は空
間キャリア信号発生方向と平行な1次元の撮像手段を設
け、この撮像手段により撮像された2次元又は1次元画
像をデジタルの干渉縞画像に変換するA/D変換手段
と、このA/D変換手段によりデジタルに変換された干
渉縞画像が2次元画像の場合は空間キャリア信号発生方
向と平行な各走査ライン毎に、1次元画像の場合はライ
ン出力毎に空間キャリア分布方向のフーリエ変換を求
め、空間キャリア信号周波数近傍の線スペクトルを空間
キャリア信号周波数を中心周波数としてこの空間キャリ
ア信号周波数相当を帯域幅にもつ窓関数で切出す窓関数
切出し手段と、この窓関数切出し手段により切出された
線スペクトルを空間キャリア信号周波数相当だけ直流方
向に推移させそれを逆フーリエ変換して干渉縞画像信号
の位相を算出する位相演算手段と、この位相演算手段に
より算出された干渉縞画像信号の位相に基づいて前記被
測定感光体の表面電位分布を算出する表面電位分布演算
手段とを有する電界測定手段を設けたことを特徴とする
感光体表面の電界測定装置。
7. An electro-optic crystal having an electro-optic effect and an electric field sensor formed by depositing a light-wave reflecting portion made of a dielectric on one surface of the electro-optic crystal. A circle having a predetermined polarization state, which is provided near the surface of the photoconductor to be measured so as to penetrate the inside thereof, and is incident as probe light from the other surface of the electro-optic crystal facing the light wave reflection portion of the electric field sensor. A light source that emits polarized light is provided, and a probe light emitted from the light source passes through the electro-optic crystal, and a reflected light reflected by the light wave reflection unit is incident thereon. A λ / 4 wavelength plate and a mirror arranged on the arm of
A Twyman-Green interferometer having a mirror minute angle tilting means for tilting the mirror of one arm of the polarization splitting element by a small angle, and the mirror of one arm of the polarization splitting element is tilted by the mirror minute angle tilting means. By tilting the mirror by a small angle, the light wave that enters the mirror, is reflected, and returns to the polarization splitter, generates a linear phase delay in a plane orthogonal to the light wave traveling direction, and causes interference output from the Twyman-Green interferometer. It has an observation surface for generating a spatial carrier signal in one direction of the signal and observing an interference signal carrying the spatial carrier signal via a polarizing plate that forms an angle of 45 ° with the orthogonal polarization axis of the polarization separation element. A two-dimensional or one-dimensional imaging means parallel to the spatial carrier signal generation direction for imaging an interference fringe image formed on the observation surface of the lever; A / D conversion means for converting a two-dimensional or one-dimensional image taken by the camera into a digital interference fringe image, and a spatial carrier when the interference fringe image digitally converted by the A / D conversion means is a two-dimensional image. For each scanning line parallel to the signal generation direction, in the case of a one-dimensional image, a Fourier transform in the spatial carrier distribution direction is obtained for each line output, and a line spectrum near the spatial carrier signal frequency is determined using the spatial carrier signal frequency as a center frequency. A window function extracting means for extracting the spatial carrier signal frequency equivalent with a window function having a bandwidth, and the line spectrum extracted by the window function extracting means is shifted in the DC direction by the spatial carrier signal frequency and inverse Fourier transformed. Phase calculating means for calculating the phase of the interference fringe image signal by calculating the phase of the interference fringe image signal calculated by the phase calculating means. An electric field measuring means having a surface potential distribution calculating means for calculating a surface potential distribution of the photoreceptor to be measured.
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