JP5069516B2 - 静電潜像評価方法及び静電潜像評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電潜像評価方法及び装置に関するものである。

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

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来ており、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更なる向上が期待できる。

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のものが知られている。特許文献３の記載においては、解像度検査用のマスクパターンの光像を投影することにより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において、どのピッチの基本パターン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。

特開２００３−２９５６９６号公報 特開２００３−３０５８８１号公報 特開２００４−２３３２６１号公報

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。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、耐ノイズ性が高く、かつ潜像の深さ及び幅の特性を盛り込まれた数値的指標に基づく定量的な静電潜像評価方法及び静電潜像評価装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、以下の通りである。
（１） 帯電と所定の露光パターンにより静電潜像パターンが形成された光導電性試料の、該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次元的に走査し、前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、その強度信号を前記面上の位置に対応させて検出し、前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、空間周波数の異なる露光パターンで複数の静電潜像パターンを形成して、前記空間周波数ごとに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、該断面プロファイルの露光部の強度信号から特徴量を抽出し、該特徴量に基づく潜像のレスポンス関数を光導電性試料の潜像解像力として算出することを特徴とする静電潜像評価方法。
（２） 前記（１）記載の静電潜像評価方法において、前記特徴量は、前記断面プロファイルの露光部の強度信号積分値から算出されるものであることを特徴とする静電潜像評価方法。
（３） 前記（１）記載の静電潜像評価方法において、前記特徴量は、前記静電潜像パターンの前記露光パターンとの一致度であることを特徴とする静電潜像評価方法。
（４） 前記（１）記載の静電潜像評価方法において、前記レスポンス関数を構成する前記特徴量の平均値を光導電性試料の潜像解像力として算出することを特徴とする静電潜像評価方法。
（５） 前記（１）記載の静電潜像評価方法において、前記空間周波数ごとの前記特徴量は、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て、前記露光エネルギごとに抽出された前記特徴量のうち最高となる特徴量であることを特徴とする静電潜像評価方法。
（６） 所定の露光パターンから静電潜像パターンを形成する帯電手段及び光像露光手段と、前記静電潜像パターンが形成された光導電性試料の、該静電潜像パターンが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、前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、その強度信号を前記面上の位置に対応させて検出し、前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、空間周波数の異なる露光パターンで複数の静電潜像パターンを形成して、前記空間周波数ごとに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、該断面プロファイルの露光部の強度信号から特徴量を抽出し、該特徴量に基づく潜像のレスポンス関数を光導電性試料の潜像解像力として算出する前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。
（７） 前記（６）記載の静電潜像評価装置において、前記特徴量は、前記断面プロファイルの露光部の強度信号積分値から算出されるものであることを特徴とする静電潜像評価装置。
（８） 前記（６）記載の静電潜像評価装置において、前記特徴量は、前記静電潜像パターンの前記露光パターンとの一致度であることを特徴とする静電潜像評価装置。
（９） 前記（６）記載の静電潜像評価装置において、前記レスポンス関数を構成する前記特徴量の平均値を光導電性試料の潜像解像力として算出する前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。
（１０） 前記（６）記載の静電潜像評価装置において、前記空間周波数ごとの前記特徴量は、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て、前記露光エネルギごとに抽出された前記特徴量のうち最高となる特徴量であること特徴とする静電潜像評価装置。

本発明の効果として、請求項１、６の発明によれば、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。
また、特徴量（潜像パターンと露光パターンとの一致度）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。
請求項２、３、７、８の発明によれば、潜像パターンの断面プロファイルから得られる強度信号に基づいて、露光パターンと潜像パターンとの一致度を算出することにより、潜像の深さ及び幅を反映した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。
請求項４、９の発明によれば、特徴量（潜像パターンと露光パターンとの一致度）を広い空間周波数帯域にて算出し、該空間周波数帯域での平均値などの代表値を求めることにより、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。
請求項５、１０の発明によれば、特徴量（潜像パターンと露光パターンとの一致度）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、特徴量（一致度）を最高とする光像露光エネルギ条件を特定するとともに、最高の特徴量を以って、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。

ところで上記の問題に対し、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方法、手段を用いた、数値的指標に基づく定量的な評価方法及び評価装置も考えられる。これにより、潜像パターンの解像レベルの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。

しかしながら、この発明ではつぎのような課題が存在すると考えられる。すなわち、１点目として、耐ノイズ性の向上である。強度信号のコントラストを算出する為に、断面プロファイル変化のピーク・ボトム値のみを用いるため、ノイズ信号が重畳した場合に影響を受けやすいことが挙げられる。例えばスパイク上のノイズが重畳した際に、算出される解像力は大きく変わってしまう。また、２点目として、画像品質向上の観点から見た解像度評価指標の適正化がある。静電潜像は、あくまで中間値であり、最終特性は現像以降の工程を経て形成される画像パターンである。このことから潜像の解像度を評価するためには、現像工程におけるトナーの付着性を少しでも反映したものであることが望ましい。トナーの付着性には、潜像の深さ及び幅が関連することから、これらを評価指標としてできる限り盛り込むことが必要であると思われる。
発明者らは、これらの点の改善も含めて鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。

以下に、本発明に係る静電潜像評価方法及び評価装置について説明する。
まず、静電潜像評価装置の概要、及び本発明の静電潜像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、静電潜像評価装置の実施の一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。また、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、か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。

また、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。

また、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。

また、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。

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。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。

ここで、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。

また、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Ｔ_０≦Ｔ≦Ｔ_Ｆ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。

この対応関係は、基準の電位：Ｖ_Ｎ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。

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。

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による光除電はまた、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。

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資料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。

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型的に示している。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。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。

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」とする。

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」であり、露光パターンの素となる。説明中の実施の形態においては、光導電性資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。

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「長方形形状の基本パターン」において、上記長方形の幅(図３中のＷ)を段階的に異ならせた複数の基本パターンＰ１〜Ｐ６として図の如く配置したものである。これにより、同一の露光エネルギで空間周波数の異なる露光パターンによる複数の静電潜像パターンを形成することができる。

各基本パターンの空間周波数は１０〜１００ＬｉｎｅＰａｉｒ／ｍｍの範囲で分布している（空間周波数帯域）。なお、マスクパターン２０の幅Ｗと空間周波数fとの関係は、ｆ＝１／(Ｗ／２)[ＬＰ／ｍｍ]として表される。ここでは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が使用可能である。

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。この場合、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において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。

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Ｌ１〜Ｌ６を含むものとなる。

以下、光導電性試料の潜像解像力の算出過程を示す。ここで言う潜像解像力とは、静電潜像の空間的分解能を表す指標（後に述べる、一致度（例えば、空間周波数の異なる露光パターンに基づいた一致度の平均値、最適露光エネルギで露光した際の一致度Ｕmax）及びレスポンス関数）の総称と定義する。
潜像解像力の算出は解像力演算部２５ｂが行い、以下の手順で図４の強度画像データから導き出される静電潜像パターンを含む断面プロファイルに基づいた、該静電潜像パターンの露光パターンとの一致の程度を示す一致度Ｕ(Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ)の算出を行う。

（Ｓ１１）図４の強度画像データの直線ＣＳ１における強度信号の分布として、図５（ａ）に示す静電潜像パターンＬ１の断面プロファイルを得る。
（Ｓ１２）つぎに、図５（ａ）の断面プロファイルの強度信号を用い、下記式により、露光パターンに基づく強度信号基準値である輝度基準値Ｓｔ、断面プロファイルの露光部の強度信号積分値である輝度積分値Ｓ_Ｉを得る。

ここで、Ｌ＊Ｗｐは、図５（ａ）におけるハッチング領域Ｓｔの面積を示す。また、Ｗｐは強度画像上のマスクパターン投影像（露光パターン）におけるパターン幅であり、図３に示したパターン開口幅Ｗと、前述の「光像露光手段」における結像倍率Ｍｐから、Ｗｐ＝Ｍｐ＊Ｗにより算出される。また、Ｌは断面プロファイルにおける静電潜像パターンで生ずる強度差であり、初期帯電電位に対応した画像輝度値Ｉ_ＶＤ、飽和露光電位に対応した画像輝度値Ｉ_ＶＬから、Ｌ＝Ｉ_ＶＤ−Ｉ_ＶＬにより算出される。なお、Ｉ_ＶＤ
、Ｉ_ＶＬ、Ｗ、Ｍｐに関しては、実験等により予め取得しておく。

（Ｓ１３）その輝度基準値Ｓｔ、輝度積分値Ｓ_Ｉを用い、下記式（１）により一致度Ｕを算出する。
一致度Ｕ＝１−（｜Ｓｔ−Ｓ_Ｉ｜／Ｓｔ) ・・・ （１）

この一致度Ｕにより、静電潜像パターンの解像レベルを知ることができる。先に例として示した、図４の直線ＣＳ１の断面プロファイル（図５（ａ））においては、前記数式で表される輝度積分値Ｓｔと輝度基準値Ｓ_Ｉがほぼ同じ値であるため一致度は高い値となる。一方、図５（ｂ）に示した、図４の強度画像データの直線ＣＳ２（潜像パターンＬ６上）の断面プロファイルでは、静電潜像パターンが太く、広がっている状態である。即ち輝度基準値Ｓ_Ｉに対して輝度積分値Ｓｔが広いため、一致度Ｕは低い値として出力される。

また、上記静電潜像パターンの一致度Ｕ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留意する必要がある。
図６に、同一の露光パターンを用いた場合の露光エネルギの高低とその際の静電潜像パターン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、破線のように露光エネルギが適正な場合（実線）よりもパターンの幅が広がり輝度積分値Ｓ_Ｉが大きくなる。また露光エネルギが低い場合には長破線のように露光エネルギが適正な場合（実線）よりもパターンの幅が狭くなり、輝度積分値Ｓ_Ｉが小さくなる（潜像が浅くなり、パターンがかすれている状態となる）。

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の一致度Ｕ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。このことを利用して、露光エネルギをある幅を持って変化させた際の一致度Ｕを算出することで、図７における一致度Ｕのピーク値Ｕmaxをとる露光エネルギＥ１を見出すことが可能となる。なお、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することができる。

また例えば、複数の光導電性試料の一致度を比較する際には、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）で露光した際の一致度Ｕmax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。

以上のことにより、一致度Ｕは、静電潜像パターンにおける、潜像の深さ及び幅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の解像レベルを知ることができる。

また、図４における静電潜像パターンＬ１〜Ｌ６において、それぞれ一致度Ｕを算出し、それらをＬ１〜Ｌ６に対応したマスクパターン２０の基本パターン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。また、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）で露光した際の一致度Ｕmax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。

更に、上記レスポンス関数を構成している各プロットの一致度Ｕ（あるいはＵmax）の平均をとることにより、基本パターン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、図１の静電潜像評価装置において表示部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。

このように、本発明では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る。かつ、この結果は、潜像深さ及び幅を反映したものとなる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係る静電潜像評価装置の概要構成図である。 電子ビームにより帯電させた状態の光導電性試料の表面の模式図である。 マスクパターンの一例を示す図である。 光導電性試料の表面にマスクパターンにより静電潜像パターンを形成したときの強度画像データを示す図である。 図４の直線ＣＳ１における静電潜像パターンＬ１の断面プロファイルを示す図である。 露光エネルギ高低と静電潜像パターンにおける断面プロファイル変化を示す図である。 露光エネルギ変化に伴う静電潜像パターンの一致度の変化を示す図である。 基本パターンの空間周波数と一致度との関係を示す図である。

符号の説明

００ 光導電性試料
１０ａ 荷電粒子ビーム制御部
１０ｂ 荷電粒子ビーム照射部
１１ 荷電粒子銃
１２，１９ アパーチャ
１３ コンデンサレンズ
１４ ビームブランカ
１５ 走査レンズ
１６ 対物レンズ
１７ａ ＬＤ制御部
１７ｂ 半導体レーザ
１８ コリメートレンズ
２０ マスクパターン
２１，２２，２３ レンズ
２４ 荷電粒子検出器
２５ａ 信号処理部
２５ｂ 解像力演算部
２６ 表示部
２７ 出力部
２８ 試料戴置台
２９ 除電用発光素子
３０ ケーシング
３１ 真空制御部
３２ ホストＰＣ
３３ 光軸
４１ 導電層
４２ 電荷発生層
４３ 電荷輸送層
ＬＴ 光
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６ 静電潜像パターン
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６ 基本パターン

Claims (10)

1. 帯電と所定の露光パターンにより静電潜像パターンが形成された光導電性試料の、該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次元的に走査し、前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、その強度信号を前記面上の位置に対応させて検出し、前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、
   空間周波数の異なる露光パターンで複数の静電潜像パターンを形成して、前記空間周波数ごとに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、該断面プロファイルの露光部の強度信号から特徴量を抽出し、該特徴量に基づく潜像のレスポンス関数を光導電性試料の潜像解像力として算出することを特徴とする静電潜像評価方法。
2. 請求項１記載の静電潜像評価方法において、
   前記特徴量は、前記断面プロファイルの露光部の強度信号積分値から算出されるものであることを特徴とする静電潜像評価方法。
3. 請求項１記載の静電潜像評価方法において、
   前記特徴量は、前記静電潜像パターンの前記露光パターンとの一致度であることを特徴とする静電潜像評価方法。
4. 請求項１記載の静電潜像評価方法において、
   前記レスポンス関数を構成する前記特徴量の平均値を光導電性試料の潜像解像力として算出することを特徴とする静電潜像評価方法。
5. 請求項１記載の静電潜像評価方法において、
   前記空間周波数ごとの前記特徴量は、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て、前記露光エネルギごとに抽出された前記特徴量のうち最高となる特徴量であることを特徴とする静電潜像評価方法。
6. 所定の露光パターンから静電潜像パターンを形成する帯電手段及び光像露光手段と、
   前記静電潜像パターンが形成された光導電性試料の、該静電潜像パターンが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、
   前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、その強度信号を前記面上の位置に対応させて検出し、前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、
   空間周波数の異なる露光パターンで複数の静電潜像パターンを形成して、前記空間周波数ごとに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、該断面プロファイルの露光部の強度信号から特徴量を抽出し、該特徴量に基づく潜像のレスポンス関数を光導電性試料の潜像解像力として算出する前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。
7. 請求項６記載の静電潜像評価装置において、
   前記特徴量は、前記断面プロファイルの露光部の強度信号積分値から算出されるものであることを特徴とする静電潜像評価装置。
8. 請求項６記載の静電潜像評価装置において、
   前記特徴量は、前記静電潜像パターンの前記露光パターンとの一致度であることを特徴とする静電潜像評価装置。
9. 請求項６記載の静電潜像評価装置において、
   前記レスポンス関数を構成する前記特徴量の平均値を光導電性試料の潜像解像力として算出する前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。
10. 請求項６記載の静電潜像評価装置において、
    前記空間周波数ごとの前記特徴量は、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て、前記露光エネルギごとに抽出された前記特徴量のうち最高となる特徴量であること特徴とする静電潜像評価装置。