JP4801613B2 - Electrostatic latent image evaluation method / electrostatic latent image evaluation apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、静電潜像の評価方法および装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic latent image evaluation method and apparatus.
複写機やレーザプリンタといった電子写真方式の画像形成装置では、画像の出力に際して、通常、以下の作像工程を経る。
(a)光導電性の感光体を均一に帯電させる帯電工程
(b)感光体に光を照射して光導電性により静電潜像を形成する露光工程
(c)帯電したトナー粒子を用いて、感光体上に可視画像を形成する現像工程
(d)現像された可視画像を紙片等の転写材に転写する転写工程
(e)転写された画像を転写材上に融着・固定する定着工程
(f)可視画像転写後の感光体上の残留トナーを清掃するクリーニング工程
(g)感光体上の残留電荷を除電する除電工程
In an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a laser printer, the following image forming process is usually performed when an image is output.
(A) Charging step for uniformly charging the photoconductive photoconductor (b) Exposure step for irradiating the photoconductor with light to form an electrostatic latent image by photoconductivity (c) Using charged toner particles A developing step for forming a visible image on the photoreceptor (d) a transferring step for transferring the developed visible image to a transfer material such as a piece of paper (e) a fixing step for fusing and fixing the transferred image on the transfer material (F) Cleaning step for cleaning residual toner on photoconductor after transfer of visible image (g) Static elimination step for eliminating residual charge on photoconductor
これら工程それぞれでのプロセスファクタやプロセスクオリティは、最終的な出力画像の品質に大きく影響を与える。近年は、高画質に加え、高耐久性、高安定性、さらには省エネルギ化など環境に優しい作像プロセスの要求がより高まってきており、各工程のプロセスクオリティの向上が強く求められている。
作像工程において、帯電・露光により感光体上に形成される静電潜像は「トナー粒子の挙動に直接影響を与えるファクタ」であり、感光体上における静電潜像の品質評価が重要となる。
感光体上の静電潜像を観測し、その結果を設計にフィードバックすることにより、帯電工程や露光工程のプロセスクオリティの向上を図ることができ、その結果、画質・耐久性・安定性や省エネルギ化のさらなる向上が期待できる。
The process factor and process quality in each of these processes greatly affect the quality of the final output image. In recent years, in addition to high image quality, there has been a growing demand for environmentally friendly imaging processes such as high durability, high stability, and energy saving, and there is a strong demand for improving the process quality of each process. .
In the image forming process, the electrostatic latent image formed on the photoconductor by charging / exposure is a “factor that directly affects the behavior of toner particles”, and it is important to evaluate the quality of the electrostatic latent image on the photoconductor Become.
By observing the electrostatic latent image on the photoconductor and feeding back the result to the design, it is possible to improve the process quality of the charging and exposure processes, resulting in image quality, durability, stability and savings. Further improvement in energy can be expected.
光導電性の感光体等の誘電体における表面電荷分布あるいは表面電位分布をミクロンオーダーで高分解能に計測する方法として、特許文献1、2記載のものが知られている。
これらの特許文献に記載された測定方法では、測定試料の表面が荷電粒子ビームにより走査され、測定試料表面で発生する2次電子が検出される。この方法の場合、直接に測定されるのは測定試料表面の電界分布であり、この電界分布に基づいて表面電位分布が演算的に求められる。
また、上記表面電位分布の計測方法を用い、光導電性の感光体等の評価を行う方法として特許文献3に記載のものが知られている。
特許文献3に記載のものにおいては、解像度検査用のマスクパターンの光像を投影することで静電潜像パターンを形成し、そのパターンに含まれるピッチの異なる複数の基本パターン対において、どのピッチの基本パターン対まで識別可能かを観測することにより、光導電性の感光体等の解像力を評価する方法が示されている。
In the measurement methods described in these patent documents, the surface of the measurement sample is scanned with a charged particle beam, and secondary electrons generated on the measurement sample surface are detected. In the case of this method, the electric field distribution on the surface of the measurement sample is directly measured, and the surface potential distribution is calculated arithmetically based on this electric field distribution.
Further, a method described in
In the one described in
特許文献3に記載の評価方法においては、基本パターン対の識別の可否を、人間が画像を目視することより判断し解像力を評価するが、人間の定性的な判断のプロセスが介在していることで、判断結果にばらつきが生じる。
また、画像によっては識別の可否の判断が難しい場合が多く、判断結果が判断実施者毎に異なる、或いは判断実施者が同一であっても、判断実施者の肉体的及び精神的な状態(疲労度など)如何により判断結果が異なる、といった問題が生じる。
更に、「パターンが解像できているか否か」の2値での判断であるが故に、潜像パターンの解像レベルの情報(即ち「つぶれ度合い」や「かすれ度合い」といった中間的な情報)を判断結果に反映させることができない。
このことにより、例えば、わずかに解像力の異なる感光体に関して比較を行った際に、その差異を抽出することが困難となる。
In the evaluation method described in
Also, depending on the image, it is often difficult to determine whether or not identification is possible, and even if the result of the determination differs for each person performing the judgment, or even if the person performing the judgment is the same, the physical and mental state of the person performing the judgment (fatigue) There is a problem that the judgment result varies depending on the degree.
Further, since the determination is based on the binary value of “whether or not the pattern can be resolved”, information on the resolution level of the latent image pattern (that is, intermediate information such as “degree of crushing” and “degree of fading”). Cannot be reflected in the judgment results.
This makes it difficult to extract the difference when, for example, comparison is made with respect to photoreceptors having slightly different resolutions.
上記の問題に鑑み、本発明では、目視しての判断が難しい潜像画像においても、解像力を算出することが可能な、数値的指標に基づく定量的な評価方法及び評価装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a quantitative evaluation method and an evaluation apparatus based on a numerical index capable of calculating a resolving power even in a latent image that is difficult to judge visually. Objective.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明では、帯電と光像の露光により静電潜像パターンを形成された光導電性試料の、上記静電潜像パターンを形成された面を、荷電粒子ビームにより2次元的に走査し、上記静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度信号を上記面上の位置に対応させて検出し、上記静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測することで、静電潜像を評価する静電潜像評価方法であって、上記光像に包含される何れかの断面の光量分布が、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布であること、かつ、検出した強度信号から静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、かつ、上記断面プロファイルの露光部、非露光部の強度信号から特徴量を抽出し、光導電性試料の潜像解像力を算出するものであり、上記特徴量が、上記断面プロファイルの露光部、非露光部の強度信号の平均値から算出したコントラストであり、空間周波数の異なる複数の静電潜像パターンを形成し、各空間周波数においてコントラストを算出することにより、潜像のレスポンス関数を算出し、各空間周波数において算出されたコントラストの平均値を求めることにより、上記光導電性試料の上記空間周波数帯域における潜像解像力を算出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the surface on which the electrostatic latent image pattern is formed of the photoconductive sample on which the electrostatic latent image pattern is formed by charging and exposure of a light image, The charged particle beam is scanned two-dimensionally, the charged particles affected by the electrostatic latent image pattern are captured, the intensity signal is detected in correspondence with the position on the surface, and the electrostatic An electrostatic latent image evaluation method for evaluating an electrostatic latent image by observing a charge distribution state in a latent image pattern, wherein a light amount distribution in any cross section included in the optical image is a periodic light amount A cross-sectional light amount distribution having a fluctuation in value, a cross-sectional profile including an electrostatic latent image pattern is extracted from the detected intensity signal, and a feature amount is obtained from the intensity signal of the exposed part and the non-exposed part of the cross-sectional profile. Extract the latent of the photoconductive sample It is intended to calculate the resolution, the feature amount, the exposed portions of the cross-section profile, a contrast which is calculated from the average value of the intensity signals of the non-exposed portion to form a plurality of electrostatic latent image patterns having different spatial frequencies The latent image in the spatial frequency band of the photoconductive sample is calculated by calculating the response function of the latent image by calculating the contrast at each spatial frequency and obtaining the average value of the contrast calculated at each spatial frequency. The resolving power is calculated .
請求項2記載の発明では、請求項1記載の静電潜像評価方法において、露光エネルギの異なる複数の静電潜像パターンを形成し、各露光エネルギにおけるコントラストを算出し比較することにより、コントラストを最高とする露光エネルギを求めることを特徴とする。
請求項3記載の発明では、静電潜像パターンを形成するための帯電手段及び光像露光手段と、上記静電潜像パターンを形成された光導電性試料の、上記静電潜像パターンを形成された面を荷電粒子ビームで2次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段と、上記静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度信号を上記面上の位置に対応させて検出し、上記静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する評価手段と、を備えた静電潜像評価装置であって、上記光像に包含される何れかの断面の光量分布が、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布とする上記光像露光手段と、検出した強度信号から上記静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、上記断面プロファイルの露光部、非露光部の強度信号から特徴量を抽出する上記評価手段と、を備え、上記評価手段において抽出される特徴量が、上記断面プロファイルの露光部、非露光部の強度信号の平均値から算出されるコントラストであり、空間周波数の異なる複数の静電潜像パターンを形成する上記光像露光手段と、各空間周波数においてコントラストを算出することにより、潜像のレスポンス関数を算出する上記評価手段と、を備え、各空間周波数において算出されたコントラストの平均値を求め、上記光導電性試料の上記空間周波数帯域における潜像解像力を算出する上記評価手段を備えることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the electrostatic latent image evaluation method according to the first aspect, a plurality of electrostatic latent image patterns having different exposure energies are formed, and the contrast at each exposure energy is calculated and compared. It is characterized in that the exposure energy that maximizes the value is obtained.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the electrostatic latent image pattern of a charging means and an optical image exposure means for forming an electrostatic latent image pattern, and a photoconductive sample on which the electrostatic latent image pattern is formed. Charged particle beam scanning means for two-dimensionally scanning the formed surface with a charged particle beam, and capturing charged particles that are electrically affected by the electrostatic latent image pattern, and outputting the intensity signal on the surface An electrostatic latent image evaluation apparatus comprising: an evaluation unit that detects a charge distribution state in the electrostatic latent image pattern, and detects the charge distribution state in the electrostatic latent image pattern. The light image exposure means having a light amount distribution having a cross-sectional light amount distribution having a periodic light amount value variation, and a cross-sectional profile including the electrostatic latent image pattern is extracted from the detected intensity signal, and the cross-sectional profile exposure unit , Non-exposed area intensity And the evaluation means for extracting the feature amount from the evaluation means, wherein the feature amount extracted by the evaluation means is a contrast calculated from an average value of intensity signals of the exposed portion and the non-exposed portion of the cross-sectional profile, The optical image exposure means for forming a plurality of electrostatic latent image patterns having different frequencies, and the evaluation means for calculating a response function of the latent image by calculating contrast at each spatial frequency, each spatial frequency The evaluation means is provided for calculating an average value of the contrast calculated in
請求項4記載の発明では、請求項3記載の静電潜像評価装置において、露光エネルギの異なる複数の静電潜像パターンを形成する露光エネルギ制御手段と、各露光エネルギにおけるコントラストを算出し比較することにより、コントラストを最高とする露光エネルギを求める上記光像露光手段と、を備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, in the electrostatic latent image evaluation apparatus according to the third aspect, the exposure energy control means for forming a plurality of electrostatic latent image patterns having different exposure energies is calculated and compared with the contrast at each exposure energy. And the above-mentioned optical image exposure means for obtaining the exposure energy that maximizes the contrast .
本発明によれば、潜像パターンの断面プロファイルから強度信号の特徴量の抽出を行うことにより、人間の目視評価に因らない、数値的指標に基づく定量的な静電潜像評価方法、及び評価装置を提供することができる。
静電潜像評価方法及び装置において、潜像パターンの断面プロファイルから強度信号のコントラストを算出することにより、数値的指標に基づき定量的に静電潜像解像力の評価が可能な評価方法、及び評価装置を提供することができる。
静電潜像評価方法及び装置において、潜像パターンの断面プロファイルから強度信号のコントラストを広い空間周波数帯域にて算出することにより、数値的指標に基づく定量的な静電潜像解像力を広い空間周波数帯域にわたり評価することが可能な評価方法、及び評価装置を提供することができる。
According to the present invention, by extracting the feature quantity of the intensity signal from the cross-sectional profile of the latent image pattern, a quantitative electrostatic latent image evaluation method based on a numerical index that does not depend on human visual evaluation, and An evaluation device can be provided.
Evaluation method and apparatus capable of quantitatively evaluating electrostatic latent image resolving power based on numerical index by calculating contrast of intensity signal from cross-sectional profile of latent image pattern in electrostatic latent image evaluation method and apparatus An apparatus can be provided.
In the electrostatic latent image evaluation method and apparatus, by calculating the contrast of the intensity signal from the cross-sectional profile of the latent image pattern in a wide spatial frequency band, the quantitative electrostatic latent image resolving power based on the numerical index is wide spatial frequency. It is possible to provide an evaluation method and an evaluation apparatus capable of evaluating over a band.
静電潜像評価方法及び装置において、潜像パターンの断面プロファイルから強度信号のコントラストを広い空間周波数帯域にて算出し、その上記空間周波数帯域での代表値を算出することにより、複数の光導電性試料における上記代表値を以って、各々の静電潜像解像力の優劣を明瞭に比較、評価することが可能な評価方法、及び評価装置を提供することができる。
静電潜像評価方法及び装置において、潜像パターンの断面プロファイルから強度信号のコントラストを、異なる複数の光像露光エネルギ条件において算出、比較することにより、解像力を最高とする光像露光エネルギ条件を特定することが可能な評価方法、及び評価装置を提供することができる。
In the method and apparatus for evaluating an electrostatic latent image, a contrast of an intensity signal is calculated from a cross-sectional profile of a latent image pattern in a wide spatial frequency band, and a representative value in the spatial frequency band is calculated. It is possible to provide an evaluation method and an evaluation apparatus capable of clearly comparing and evaluating the superiority or inferiority of each electrostatic latent image resolving power by using the representative value in the property sample.
In the electrostatic latent image evaluation method and apparatus, by calculating and comparing the contrast of the intensity signal from the cross-sectional profile of the latent image pattern under a plurality of different light image exposure energy conditions, the light image exposure energy condition that maximizes the resolving power is obtained. An evaluation method and an evaluation apparatus that can be specified can be provided.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
静電潜像評価装置の概要、及び評価方法に基づく評価過程を、図1の装置図を基に説明する。図1は静電潜像観測装置(静電潜像評価装置)の実施の1形態を示す図である。
図1において、符号11は荷電粒子銃、12はアパーチャ、13は荷電粒子に対するコンデンサレンズ、14はビームブランカ、15は荷電粒子ビームに対する走査レンズ、16は荷電粒子ビームに対する対物レンズを示す。
これら、荷電粒子銃11、アパーチャ12、コンデンサレンズ13、ビームブランカ14、走査レンズ15および対物レンズ16は、荷電粒子ビーム照射部10bを構成し、荷電粒子ビーム照射部10bの各構成部は荷電粒子ビーム制御部10aにより制御されるようになっている。
荷電粒子ビーム照射部10bと荷電粒子ビーム制御部10aとは「荷電粒子ビーム走査手段」を構成し、且つ静電潜像パターンを形成するための帯電手段としての機能も有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
An outline of the electrostatic latent image evaluation apparatus and an evaluation process based on the evaluation method will be described with reference to the apparatus diagram of FIG. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an electrostatic latent image observation apparatus (electrostatic latent image evaluation apparatus).
In FIG. 1, reference numeral 11 is a charged particle gun, 12 is an aperture, 13 is a condenser lens for charged particles, 14 is a beam blanker, 15 is a scanning lens for charged particle beams, and 16 is an objective lens for charged particle beams.
The charged particle gun 11, the
The charged particle
図1において、符号17bは光源である半導体レーザ(LD)、17aは光源を駆動するLD制御部、18はコリメートレンズ、19はアパーチャ、20はマスクパターン、21、22、23は「結像レンズ」を構成するレンズを示している。これらは「光像露光手段」を構成している。
光像露光手段においては、半導体レーザ17bの発光の点滅や発光強度の調整・設定を司るほか、結像レンズ21、22、23とマスクパターン20との位置関係の調整によるフォーカシングや倍率変換を行い得るようになっている。
In FIG. 1,
The optical image exposure means not only controls blinking of the light emitted from the
図1において、符号24は荷電粒子検出器、25aは信号処理部、25bは解像力演算部、26はモニタ(表示部)、27はプリンタ等のアウトプット装置(出力部)を示している。荷電粒子検出器24、信号処理部25a、解像力演算部25b、モニタ26、アウトプット装置27は「評価手段」を構成する。
図1において、符号28は試料載置台、00は光導電性試料、29は除電用の発光素子を示す。試料載置台28は接地された金属板である。
上記各部は、図示の如くケーシング30内に配設され、ケーシング内部は、真空制御部31により高度に減圧できるようになっている。即ち、ケーシング30は「真空チャンバ」としての機能を有している。
また、装置の全体はホストPC32により制御されるようになっている。上述の、荷電粒子ビーム制御部10aや信号処理部25a等は、ホストPC32に「その機能の一部」として設定することもできる。
In FIG. 1,
In FIG. 1,
Each of the above parts is disposed in a
The entire apparatus is controlled by the
図1に示す状態において、表面を均一に帯電された光導電性試料00は試料載置台28上に載置され、ケーシング30内部は高度に減圧されている。
この状態で、半導体レーザ17bを点灯し、マスクパターン20の光像を光導電性試料00の均一帯電された面上に結像させる。
この露光により光導電性試料00に、照射された光像に応じた静電潜像パターンが形成される。このように静電潜像パターンが形成された面を、荷電粒子ビームにより2次元的に走査する。即ち、荷電粒子銃11から荷電粒子のビームを放射させると、放射された荷電粒子ビームはアパーチャ12を通過してビーム径を規制されたのち、コンデンサレンズ13により集束されつつビームブランカ14を通過する。
In the state shown in FIG. 1, the
In this state, the
By this exposure, an electrostatic latent image pattern corresponding to the irradiated light image is formed on the
コンデンサレンズ13により集束された荷電粒子ビームは、対物レンズ16により光導電性試料00の表面上に集束される。このとき、走査レンズ15により荷電粒子ビームの向きを偏向させることにより、荷電粒子ビームが集束する位置を、光導電性試料00面上で2次元的(例えば、図面の左右方向と図面に直交する方向)に変位させることができる。
このようにして、光導電性試料00の静電潜像パターンを形成された面が、荷電粒子ビームにより2次元的に走査される。走査される領域は、走査レンズの倍率設定により、走査される領域のサイズを変えることが可能であり、例えば、5mm×5mm程度の低倍率や、1μm×1μm程度の高倍率等、様々な倍率で観察することができる。
このとき、荷電粒子検出器24には、所定極性の捕獲電圧が印加されている。そしてこの捕獲電圧の作用により、「静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子」が荷電粒子検出器24に捕獲され、その強度(単位時間当たりの捕獲粒子数)が検出され、電気信号に変換される。
The charged particle beam focused by the
In this way, the surface of the
At this time, a capture voltage having a predetermined polarity is applied to the charged
光導電性試料00の「荷電粒子ビームにより2次元的に走査される領域:S」を、2次元座標を用いてS(X、Y)で表すと、例えば、0mm≦X≦1mm、0mm≦Y≦1mmである。この領域:S(X、Y)に形成されている静電潜像パターンを、その表面電位分布:V(X、Y)とする。
荷電粒子ビームによる上記領域の2次元的な走査は所定の条件で行われるので、2次元的な走査の開始から終了に至る時間をT0≦T≦TFとすると、走査が行われているときの時間:Tは、走査領域:S(X、Y)内の各走査位置と1:1に対応する。
荷電粒子検出器24に捕獲される荷電粒子は静電潜像パターンの表面電位分布:V(X、Y)の電気的影響を受けているので、時間:Tにおいて捕獲される荷電粒子の強度:F(T)は、時間:Tをパラメータとした表面電位分布:V{X(T)、Y(T)}と対応関係にある。
The “region to be scanned two-dimensionally by a charged particle beam: S” of the
Since the two-dimensional scanning of the region by the charged particle beam is performed under a predetermined condition, if the time from the start to the end of the two-dimensional scanning is T0 ≦ T ≦ TF, the scanning is performed. Time: T corresponds to each scanning position in the scanning area: S (X, Y) 1: 1.
Since the charged particles captured by the charged
この対応関係は、基準の電位:VNにより影響される荷電粒子の強度を観測することにより知ることができ、このように知られた対応関係にもとづき、荷電粒子の強度:Fを較正することにより、強度:Fに対応する電位:Vを知ることができる。
従って、荷電粒子検出器24から得られる検出信号を適当な間隔でサンプリングすることにより、表面電位分布:V(X、Y)を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定できる。
上記の荷電粒子ビームは、先にも述べたように、電子ビームやイオンビーム等、電界や磁界の影響を受ける粒子のビームであり、電子ビームを用いる場合であれば荷電粒子銃11としては「電子銃」が用いられ、イオンビームを用いる場合であれば「イオン銃」等が用いられる。
以下、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる場合につき、具体的に説明する。このとき、荷電粒子銃11は「電子銃」であり、光導電性試料00の「静電潜像パターンの形成された面」は、電子ビームにより2次元的に走査される。
This correspondence can be known by observing the intensity of the charged particles affected by the reference potential: VN, and by calibrating the intensity of the charged particles: F based on the known correspondence. The electric potential: V corresponding to the intensity: F can be known.
Therefore, by sampling the detection signal obtained from the charged
As described above, the charged particle beam is a particle beam that is affected by an electric field or a magnetic field such as an electron beam or an ion beam. An “electron gun” is used, and if an ion beam is used, an “ion gun” or the like is used.
Hereinafter, the case where an electron beam is used as the charged particle beam will be specifically described. At this time, the charged particle gun 11 is an “electron gun”, and the “surface on which the electrostatic latent image pattern is formed” of the
光導電性試料00に静電潜像パターンを形成するには、光像による露光に先立ち、その表面を均一に帯電する必要がある。光導電性試料00の均一帯電については、帯電を観測装置外で行い、均一帯電された光導電性試料00を試料載置台28上に載置するようにしても良いが、前述したように、ケーシング30の内部は高度に減圧する必要があり、光導電性試料00をセットしてからケーシング30内を減圧すると、電子ビームによる走査が可能になるまでに暗減衰により帯電電位が減衰し、場合によっては静電潜像パターンを観測できなくなる場合もある。
この観点からすると、光導電性試料00の均一帯電はケーシング30内で「高度の減圧を実現した後」に行うことが好ましい。
図1の実施の形態においては、荷電粒子ビーム走査手段を用いて、電子ビームによる帯電を行う。
In order to form an electrostatic latent image pattern on the
From this point of view, it is preferable that the uniform charging of the
In the embodiment shown in FIG. 1, the charged particle beam scanning unit is used to perform charging with an electron beam.
電子ビームを光導電性試料00に照射すると、照射される電子による衝撃で、光導電性試料00から「2次電子」が発生する。電子ビームとして光導電性試料00に照射される電子量と発生する2次電子の量との収支において、2次電子の放出量:R2に対する照射電子量:R1の比:R1/R2が1以上であれば、差し引きで照射される電子の量が2次電子量を上回り、両者の差が光導電性試料00に蓄積して光導電性試料00を帯電させる。
従って、電子銃11から放射される電子の量とその加速電圧を調整し、「比:R1/R2が1より大きくなる条件」を設定して電子ビームを2次元的に走査することにより、光導電性試料00を均一帯電させることができる。
このような放出電子量と加速電圧の調整は、荷電粒子ビーム制御部10aにより行われる。また、電子ビームの走査に伴う電子ビームのオン・オフは荷電粒子ビーム制御部10aによりビームブランカ14を制御して行う。
When the
Therefore, by adjusting the amount of electrons emitted from the electron gun 11 and the acceleration voltage thereof, and setting the “ratio: the condition that R1 / R2 is greater than 1” and scanning the electron beam two-dimensionally, The
Such adjustment of the amount of emitted electrons and the acceleration voltage is performed by the charged particle
図2は、光導電性試料00の表面を上記の如く電子ビームにより帯電させた状態を模式的に示している。光導電性試料00として図2に示すのは、いわゆる「機能分離型感光体」と呼ばれるものであり、導電層41上に電荷発生層42を設け、その上に電荷輸送層43を形成したものである。
電子銃11により照射される電子は、電荷輸送層43の表面に撃ち込まれ、電荷輸送層43の表面にある電荷輸送層材料分子の電子軌道に捕獲され、上記分子をマイナスイオン化した状態で電荷輸送層43の表面部に留まる。この状態が光導電性試料00を帯電させた状態である。
このように帯電した状態の光導電性試料00に光LTが照射されると、照射された光LTは電荷輸送層43を透過して電荷発生層42に至り、そのエネルギにより電荷発生層42内に正・負の電荷キャリヤを発生させる。
FIG. 2 schematically shows a state in which the surface of the
Electrons irradiated by the electron gun 11 are shot into the surface of the
When the
発生した正・負の電荷キャリヤのうち、負キャリヤは、電荷輸送層43の表面の負電荷による反発力の作用で導電層41へ移動し、正キャリヤは電荷輸送層43を輸送されて同層43の表面部の負電荷(捕獲された電子)と相殺しあう。
このようにして、光導電性試料00において光LTで照射された部分では帯電電荷が減衰し、光LTの強度分布に従う電荷分布が形成される。この電荷分布のパターンが静電潜像パターンに他ならない。
上記の如く均一に帯電された光導電性試料00に対して光像の露光を施して静電潜像パターンを形成する。この露光は、前述の「光像露光手段」により行う。即ち、半導体レーザ17bを点灯し、マスクパターン20の像を結像レンズ21、22、23の作用により光導電性試料00の表面に結像させる。
良好な結像特性を得るため、光像露光手段に含まれるマスクパターン20及び結像レンズ21、22、23は、公知の結像光学技術に基づき、適切な位置に配置される。更に、図1のように光像露光手段の光軸33が光導電性試料00に対し垂直でない場合、マスクパターン20は光軸33に対し適宜傾きをもって配置される。
Of the generated positive and negative charge carriers, the negative carriers move to the
In this manner, the charged charge is attenuated in the portion irradiated with the light LT in the
The
In order to obtain good imaging characteristics, the
半導体レーザ17bとしては勿論、光導電性試料00が感度を持つ波長領域内に発光波長を持つものが用いられる。また、露光エネルギは、光導電性試料00の面での光強度の時間積分となるので、半導体レーザ17bの点灯時間をLD制御部17aにおいて制御することにより、光導電性試料00に所望の露光エネルギによる露光を行うことができる。
LD制御部17a及び半導体レーザ17bにて「露光エネルギ制御手段」が構成される。
マスクパターン20におけるマスクパターンは、「解像力検査用のマスクパターン」である。説明中の実施の形態においては、光導電性試料にネガ潜像を形成できるように、マスクパターンもネガパターンであり、静電潜像の形成に際して光照射される部分に対応する部分が光透過性で、他の部分が遮光性である。
Of course, the
The
The mask pattern in the
図3にマスクパターンの一例を示す。このマスクパターンは、遮光性部分(ハッチング部分)に解像力検査用のパターンを透過部として形成したものである。解像力検査用のパターンは、図示の如く「長方形形状が所定ピッチで周期的に3本並列した基本パターン」を、上記長方形の大きさ・ピッチを段階的に異ならせた複数組の基本パターン対P1〜P6として図の如く配置したものである。
各基本パターン対の空間周波数は10〜100LinePair/mmの範囲で分布している。一例として上記の空間周波数帯域を挙げたが、当然ながら、後述する光像露光手段での投影解像力の許す限り、上記の空間周波数帯域に限らず、更に高い、或いは低い、任意の空間周波数帯域の基本パターン対が使用可能である。
ここでは、3本の並列パターンを基本パターンとするマスクパターンを用いているが、基本パターンは周期的な透過率変化を伴うパターン、つまり2本以上の並列パターンを含むものであればよい。また、マスクパターンの透過部に関して、透過率が2値的に変化するものに限らず、グレー部を含む、例えば正弦波状に変化するものでも構わない。
FIG. 3 shows an example of the mask pattern. This mask pattern is a pattern in which a resolution inspection pattern is formed as a transmission part in a light-shielding part (hatched part). As shown in the figure, the resolution inspection pattern is a “basic pattern in which three rectangular shapes are periodically arranged in parallel at a predetermined pitch” and a plurality of sets of basic pattern pairs P1 in which the sizes and pitches of the rectangles are changed stepwise. ~ P6 are arranged as shown in the figure.
The spatial frequency of each basic pattern pair is distributed in the range of 10 to 100 LinePair / mm. As an example, the above-described spatial frequency band has been described. Of course, as long as the projection resolution of the optical image exposure unit described below is allowed, the spatial frequency band is not limited to the above-described spatial frequency band, and is higher or lower than an arbitrary spatial frequency band. Basic pattern pairs can be used.
Here, a mask pattern having three parallel patterns as basic patterns is used. However, the basic pattern may be any pattern that includes a periodic transmittance change, that is, two or more parallel patterns. Further, the transmission part of the mask pattern is not limited to one in which the transmittance changes in a binary manner, and may include a gray part including, for example, a sine wave.
光導電性試料00に上記の如くして静電潜像パターンを形成した状態において、光導電性試料00の走査領域を、電子ビームにより2次元的に走査する。この走査により発生する2次電子を、荷電粒子検出器24により検出する。
検出の対象が2次電子で負電荷であるので、荷電粒子検出器24は2次電子捕獲用に正電圧(捕獲電圧)を印加し、電子ビームの走査に伴って発生する2次電子を正電圧により吸引して捕獲する。捕獲された電子はシンチレータによりシンチレーション輝度に変換し、これをさらに電気信号に変換する。
光導電性試料00の表面と荷電粒子検出器24の間の空間部分には、光導電性試料00表面の電荷(静電潜像を形成する負電荷)と荷電粒子検出器24に印加されている正極性の捕獲電圧とにより「電位勾配」が形成されている。
上記電位勾配により、前述の特許文献3における公知の原理に基づき、上記静電潜像パターンの分布に応じた強度信号が得られる。ここでいう強度とは、2次電子の検出強度(2次電子数)のことであり、静電潜像パターンが形成されている箇所では強度が低く、形成されていない箇所では強度が高い信号となる。
In a state where the electrostatic latent image pattern is formed on the
Since the detection target is a secondary electron and a negative charge, the charged
In the space between the surface of the
Based on the known principle in
荷電粒子検出器24で得られる上記強度信号を信号処理部25aで、適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述の如く、サンプリング時刻:Tをパラメータとして、表面電位分布:V(X、Y)を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理部25aにより上記表面電荷分布(電位コントラスト像):V(X、Y)を、図4に示すような2次元的な強度画像データとして構成できる。
上記の如くして得られる強度画像データは、図3に示した基本パターン対P1〜P6を含むマスクパターン20により形成された静電潜像パターン対L1〜L6を含むものとなる。図4において、各静電潜像パターン対L1〜L6は、中央部が濃くなっている。
If the intensity signal obtained by the charged
The intensity image data obtained as described above includes the electrostatic latent image pattern pairs L1 to L6 formed by the
以下、解像力の算出過程を示す。ここで言う解像力とは、静電潜像の空間的分解能を表す指標(後に述べる、コントラスト、及びレスポンス関数)の総称と定義する。
解像力演算部25bでは、図4の強度画像データから得られる静電潜像パターンを含む断面プロファイルから、コントラストの算出を行う。図5aに、図4に記した直線CS1、即ち静電潜像パターン対L1の断面プロファイルを示す。図5aより露光部の強度Imin、非露光部の強度Imaxを抽出し、図5bに示した式によりコントラストCを算出する。
図5bにおいては複数の露光部、非露光部の強度がそれぞれ一定である例を示したが、図5cのように一定でない場合には、各々の強度Imax(n)、Imin(n) (但しn=1、2、3、・・・)を抽出した上で図5dに示した式により平均化して用いることができる。
このコントラストCにより静電潜像パターン対の解像レベルを知ることができる。
The resolution calculation process is shown below. The resolving power here is defined as a general term for an index (contrast and response function described later) representing the spatial resolution of the electrostatic latent image.
In the resolving
FIG. 5b shows an example in which the intensities of the plurality of exposed portions and the non-exposed portions are constant. However, when the intensities are not constant as in FIG. 5c, the intensities Imax (n) and Imin (n) (however, (n = 1, 2, 3,...) can be extracted and averaged using the equation shown in FIG.
From this contrast C, the resolution level of the electrostatic latent image pattern pair can be known.
先に例として示した、図4の直線CS1の断面プロファイルを示す図5aにおいては、露光部、非露光部の差が大きいためコントラストは高い値となるが、図5eに示した、図4中の直線CS2(潜像パターン対L6上)の断面プロファイルでは、静電潜像パターン対が太く、広がっている(パターンがつぶれている)状態であり、非露光部の強度が抽出できない、即ちImax=Iminとなり、コントラストCは0として出力される。
また、上記静電潜像パターン対のコントラストは、半導体レーザ17bの露光エネルギによっても変化することにも留意する必要がある。
図6に露光エネルギの高低とその際の静電潜像パターン対における断面プロファイル変化の概略を示す。露光エネルギが高い場合には破線のようにパターンの幅が広がり、また低い場合には点線のようにパターンの幅が細り、Iminの強度が高くなる(潜像が浅くなり、パターンがかすれている状態となる)。
In FIG. 5a showing the cross-sectional profile of the straight line CS1 shown in FIG. 4 as an example, the contrast is high because of the large difference between the exposed part and the non-exposed part, but shown in FIG. In the cross-sectional profile of the straight line CS2 (on the latent image pattern pair L6), the electrostatic latent image pattern pair is thick and spread (the pattern is crushed), and the intensity of the non-exposed portion cannot be extracted, that is, Imax = Imin, and contrast C is output as 0.
It should also be noted that the contrast of the electrostatic latent image pattern pair varies depending on the exposure energy of the
FIG. 6 shows an outline of changes in the cross-sectional profile of the exposure energy level and the electrostatic latent image pattern pair at that time. When the exposure energy is high, the width of the pattern is widened as shown by a broken line, and when the exposure energy is low, the width of the pattern is narrowed as shown by a dotted line and the intensity of Imin is increased (the latent image becomes shallow and the pattern is faint). State).
この変化に対応して、露光エネルギの変化に伴う静電潜像パターン対のコントラストCは、概ね図7に示すようなピークをもった曲線として変化する。
このことを利用し、露光エネルギをある幅を持って変化させた際のコントラストCを算出することで、図7におけるCのピーク値Cmaxをとる露光エネルギE1を見出すことが可能となる。
露光エネルギは、先に述べたように、LD制御部17aにより点灯時間を変更することにより容易に制御できる。
例えば複数の光導電性試料のコントラストを比較する際には、図7のような露光エネルギ依存性があることを考慮し、予め最適露光エネルギ(図7における露光エネルギE1)で露光した際のコントラストCmaxの値を以って比較を行う方法をとってもよい。この方法により、各光導電性試料の露光エネルギ依存性がキャンセルされた比較結果を出力することもできる。
Corresponding to this change, the contrast C of the electrostatic latent image pattern pair accompanying the change in exposure energy changes as a curve having a peak as shown in FIG.
By utilizing this fact and calculating the contrast C when the exposure energy is changed with a certain width, it is possible to find the exposure energy E1 having the peak value Cmax of C in FIG.
As described above, the exposure energy can be easily controlled by changing the lighting time by the
For example, when comparing the contrast of a plurality of photoconductive samples, taking into consideration the dependence on exposure energy as shown in FIG. 7, the contrast when exposed in advance with the optimum exposure energy (exposure energy E1 in FIG. 7). A method of performing comparison using the value of Cmax may be used. By this method, it is possible to output a comparison result in which the exposure energy dependency of each photoconductive sample is canceled.
以上のことにより、コントラストCは、静電潜像パターン対における「パターンのつぶれ度合い」及び「パターンのかすれ度合い」を含んだ指標となっており、この値により静電潜像パターン対の解像レベルを知ることができることがわかる。
また、図4における静電潜像パターン対L1〜L6においてコントラストCを算出し、それをL1〜L6に対応したマスクパターン20の基本パターン対P1〜P6の空間周波数毎にプロットすることにより、図8に示すようなレスポンス関数(解像力の空間周波数特性)を得ることができる。
この値により、広い空間周波数帯域における解像レベルがわかり、例えば複数の光導電性試料の解像力特性を比較する際に有効な評価指標として用いることができる。
この際、予め最適露光エネルギ(図7における露光エネルギE1)で露光した際のコントラストCmaxの値を用いてレスポンス関数をプロットすることで、各光導電性試料の露光エネルギ依存性がキャンセルされた比較結果を出力することもできる。
As described above, the contrast C is an index including the “pattern collapse degree” and the “pattern blurring degree” in the electrostatic latent image pattern pair, and the resolution of the electrostatic latent image pattern pair is determined based on this value. You can see the level.
Further, the contrast C is calculated in the electrostatic latent image pattern pairs L1 to L6 in FIG. 4 and plotted for each spatial frequency of the basic pattern pairs P1 to P6 of the
With this value, the resolution level in a wide spatial frequency band can be known, and can be used as an effective evaluation index when comparing the resolution characteristics of a plurality of photoconductive samples, for example.
In this case, the comparison of the exposure energy dependence of each photoconductive sample canceled by plotting the response function using the value of the contrast Cmax when the exposure is performed with the optimum exposure energy (exposure energy E1 in FIG. 7) in advance. The result can also be output.
更に、上記レスポンス関数を構成している各プロットのコントラストCの平均をとることにより、基本パターン対P1〜P6の空間周波数帯における解像レベルの代表値を把握でき、この値を用いることで、複数の光導電性試料の解像力特性を比較する際に、より明瞭に優劣を決定づけることができる。
以上で述べた評価結果は表示部26に表示し、或いは出力部27で出力することにより、数値的指標に基づく定量的な評価結果を目視、或いはデータとして取得することができる。
なお、ケーシング30内にセットされた光導電性試料00が当初、何らかの原因によりその表面が不均一に帯電しているような場合には、このような帯電状態が観測のノイズとなるので、観測における帯電工程に先立ち、除電用の発光素子29(半導体レーザあるいは発光ダイオード)からの光により光照射を行って、光導電性試料00の光除電を行うのが良い。
また、発光素子29による光除電は、同一の光導電性試料00に対し、静電潜像パターンの形成条件を変えて複数回の観測を行うような場合、各観測に先立って行われる。光除電用の発光素子29は、場合によっては省略してもよい。
Furthermore, by taking the average of the contrast C of each plot constituting the response function, the representative value of the resolution level in the spatial frequency band of the basic pattern pairs P1 to P6 can be grasped, and by using this value, When comparing the resolution characteristics of a plurality of photoconductive samples, superiority or inferiority can be determined more clearly.
The evaluation results described above are displayed on the
If the surface of the
In addition, the light neutralization by the
以上で述べた、数値的指標に基づく定量的な評価方法及び評価装置により、潜像パターンの解像レベルの情報(即ち「つぶれ度合い」や「かすれ度合い」といった中間的な情報)を反映した評価結果を得ることができ、このことにより、例えば、解像力の異なる光導電性試料に関して比較を行った際に、その僅かな差異を抽出することが容易となる。 Evaluation reflecting the resolution level information of the latent image pattern (that is, intermediate information such as “crushing degree” and “blurring degree”) by the quantitative evaluation method and evaluation apparatus based on the numerical index described above. A result can be obtained, which makes it easy to extract a slight difference when, for example, comparison is made with respect to photoconductive samples having different resolving powers.
00 光導電性試料
10a、10b 荷電粒子ビーム走査手段
17a、17b、18、19、20、21、22、23 光像露光手段
17a、17b 露光エネルギ制御手段
24、25a、25b、26、28 評価手段
00
Claims (4)
上記光像に包含される何れかの断面の光量分布が、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布であること、
かつ、検出した強度信号から静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、
かつ、上記断面プロファイルの露光部、非露光部の強度信号から特徴量を抽出し、光導電性試料の潜像解像力を算出するものであり、
上記特徴量が、上記断面プロファイルの露光部、非露光部の強度信号の平均値から算出したコントラストであり、
空間周波数の異なる複数の静電潜像パターンを形成し、各空間周波数においてコントラストを算出することにより、潜像のレスポンス関数を算出し、
各空間周波数において算出されたコントラストの平均値を求めることにより、上記光導電性試料の上記空間周波数帯域における潜像解像力を算出することを特徴とする静電潜像評価方法。 A surface of the photoconductive sample on which the electrostatic latent image pattern has been formed by charging and exposure of the light image is two-dimensionally scanned with a charged particle beam to form the electrostatic latent image. By capturing charged particles that are electrically affected by the image pattern, detecting the intensity signal corresponding to the position on the surface, and observing the charge distribution state in the electrostatic latent image pattern. An electrostatic latent image evaluation method for evaluating a latent image,
The light quantity distribution of any cross-section included in the optical image is a cross-sectional light quantity distribution having a periodic light quantity value variation,
And, a cross-sectional profile including the electrostatic latent image pattern is extracted from the detected intensity signal,
And, the feature amount is extracted from the intensity signal of the exposed portion and the non-exposed portion of the cross-sectional profile, and the latent image resolving power of the photoconductive sample is calculated .
The feature amount is a contrast calculated from an average value of intensity signals of the exposed and non-exposed portions of the cross-sectional profile,
By forming a plurality of electrostatic latent image patterns with different spatial frequencies and calculating the contrast at each spatial frequency, the response function of the latent image is calculated,
An electrostatic latent image evaluation method, comprising: calculating a latent image resolving power in the spatial frequency band of the photoconductive sample by obtaining an average value of contrasts calculated at each spatial frequency .
露光エネルギの異なる複数の静電潜像パターンを形成し、各露光エネルギにおけるコントラストを算出し比較することにより、コントラストを最高とする露光エネルギを求めることを特徴とする静電潜像評価方法。 The electrostatic latent image evaluation method according to claim 1,
A method for evaluating an electrostatic latent image , comprising: forming a plurality of electrostatic latent image patterns having different exposure energies; and calculating and comparing a contrast at each exposure energy to obtain an exposure energy that maximizes the contrast .
上記静電潜像パターンを形成された光導電性試料の、上記静電潜像パターンを形成された面を荷電粒子ビームで2次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段と、
上記静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度信号を上記面上の位置に対応させて検出し、上記静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する評価手段と、を備えた静電潜像評価装置であって、
上記光像に包含される何れかの断面の光量分布が、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布とする上記光像露光手段と、
検出した強度信号から上記静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、上記断面プロファイルの露光部、非露光部の強度信号から特徴量を抽出する上記評価手段と、を備え、
上記評価手段において抽出される特徴量が、上記断面プロファイルの露光部、非露光部の強度信号の平均値から算出されるコントラストであり、
空間周波数の異なる複数の静電潜像パターンを形成する上記光像露光手段と、
各空間周波数においてコントラストを算出することにより、潜像のレスポンス関数を算出する上記評価手段と、を備え、
各空間周波数において算出されたコントラストの平均値を求め、上記光導電性試料の上記空間周波数帯域における潜像解像力を算出する上記評価手段を備えることを特徴とする静電潜像評価装置。 Charging means and optical image exposure means for forming an electrostatic latent image pattern;
Charged particle beam scanning means for two-dimensionally scanning the surface on which the electrostatic latent image pattern is formed of the photoconductive sample on which the electrostatic latent image pattern is formed with a charged particle beam;
Evaluation of capturing charged particles that are electrically affected by the electrostatic latent image pattern, detecting the intensity signal corresponding to the position on the surface, and observing the charge distribution state in the electrostatic latent image pattern An electrostatic latent image evaluation apparatus comprising:
The light image exposure means in which the light quantity distribution of any cross-section included in the light image is a cross-sectional light quantity distribution having a periodic light quantity value variation;
The evaluation means for extracting a cross-sectional profile including the electrostatic latent image pattern from the detected intensity signal, and extracting a feature amount from the intensity signal of the exposed portion and the non-exposed portion of the cross-sectional profile, and
The feature amount extracted by the evaluation means is a contrast calculated from an average value of intensity signals of the exposed portion and the non-exposed portion of the cross-sectional profile,
The optical image exposure means for forming a plurality of electrostatic latent image patterns having different spatial frequencies;
The evaluation means for calculating the response function of the latent image by calculating the contrast at each spatial frequency, and
An electrostatic latent image evaluation apparatus comprising the evaluation means for calculating an average value of contrasts calculated at each spatial frequency and calculating a latent image resolution of the photoconductive sample in the spatial frequency band .
露光エネルギの異なる複数の静電潜像パターンを形成する露光エネルギ制御手段と、
各露光エネルギにおけるコントラストを算出し比較することにより、コントラストを最高とする露光エネルギを求める上記光像露光手段と、を備えること特徴とする静電潜像評価装置。 In the electrostatic latent image evaluation apparatus according to claim 3,
Exposure energy control means for forming a plurality of electrostatic latent image patterns having different exposure energies;
An electrostatic latent image evaluation apparatus comprising: the optical image exposure means for obtaining an exposure energy that maximizes contrast by calculating and comparing contrast at each exposure energy .
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