JP5673866B2 - Evaluation method of electrostatic latent image - Google Patents
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Description
本発明は、静電潜像の評価方法、静電潜像の評価装置および画像形成装置に関するもので、特に、感光体試料の静電潜像形成能力を短時間に、高分解能で評価することができるようにしたものである。 The present invention relates to an electrostatic latent image evaluation method, an electrostatic latent image evaluation apparatus, and an image forming apparatus, and in particular, to evaluate the electrostatic latent image forming ability of a photoreceptor sample in a short time with high resolution. It is made to be able to.
複写機やレーザプリンタといった電子写真方式画像形成装置において用いられる感光体の表面電位を計測する方法としては、電位分布を有する試料にセンサヘッドを近づけ、そのときの相互作用として起こる静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に換算する方式がある。この方式による表面電位計測方法では、分解能が原理的に数ミリ程度と悪く、1μmというような高い分解能を得ることはできない。
また、LSIチップの評価として、電子ビームを用い、1μmオーダーの電位を計測する方法が知られている。しかし、この評価は、LSIの導電部に対する評価であり、電位は高々+5V程度の低電位であって電位が限定され、本発明が対象としている感光体試料における数百〜数千Vの負電荷に対応することはできない。
As a method for measuring the surface potential of a photoreceptor used in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a laser printer, an electrostatic attraction or induction caused as an interaction at that time is brought close to a sample having a potential distribution. There is a method of measuring current and converting it into a potential distribution. In the surface potential measurement method using this method, the resolution is theoretically as low as several millimeters, and a high resolution of 1 μm cannot be obtained.
As an evaluation of LSI chips, a method of measuring an electric potential on the order of 1 μm using an electron beam is known. However, this evaluation is an evaluation of the conductive portion of the LSI. The potential is as low as about +5 V and the potential is limited, and the negative charge of several hundreds to thousands of V in the photoconductor sample targeted by the present invention. Can not cope with.
電子ビームによる静電潜像の観察方法としては、特許文献1記載の発明などがある。評価対象となる試料としては、LSIチップや静電潜像を記憶・保持できる試料に限定されていて、暗減衰を生じる通常の感光体は、測定することができない。通常の誘電体は電荷を半永久的に保持することができるので、電荷分布を形成後、時間をかけて測定を行っても、測定結果に影響を与えることはない。しかしながら、感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持できず、暗減衰によって時間とともに表面電位が低下してしまう。感光体が電荷を保持できる時間は、暗室であってもせいぜい10〜60秒である。従って、帯電・露光後に電子顕微鏡(SEM)内で観察しようとしても、その準備段階で静電潜像は消失してしまう。潜像形成後、遅くても3秒以下で計測しなければならない。
As an observation method of an electrostatic latent image using an electron beam, there is an invention described in
また、特許文献2に記載されているX線顕微鏡においては、使用波長が全く異なる上に、電子写真プロセスにおける帯電電位を−500〜−1000Vに設定することができず、電子写真方式画像形成装置の実機と同等の環境を再現して計測することができない。
そこで、本発明者は、暗減衰を有する感光体試料であっても静電潜像を測定することができる方式を発明して特許出願した(例えば、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6参照)。
Further, in the X-ray microscope described in
In view of this, the present inventors have invented a method capable of measuring an electrostatic latent image even for a photoconductor sample having dark attenuation, and applied for a patent (for example,
ところで、一般的な感光体は、図5に示すように、基盤(Sub)21、下引き層(UL)22、電荷発生層(CGL)23、電荷輸送層(CTL)24から構成されている。UL22は基盤側からの電荷注入リークを防止する目的で設けられている。
この構成を有する感光体のうち、有機感光体(OPC)においては、出力画像枚数が増えるに従って感光体が疲労し、画像の乱れが発生するという問題がある。
By the way, as shown in FIG. 5, a general photoreceptor includes a substrate (Sub) 21, an undercoat layer (UL) 22, a charge generation layer (CGL) 23, and a charge transport layer (CTL) 24. . The
Among the photoconductors having this configuration, the organic photoconductor (OPC) has a problem that the photoconductor is fatigued as the number of output images increases, and image distortion occurs.
このような感光体の疲労による静電潜像への影響を評価することは、静電潜像の高画質化及び感光体の耐久性を向上させる上で重要である。
感光体の疲労による静電潜像への影響を評価する方法として、特許文献7に記載のOPCドラム試験装置のような疲労試験機を用い、振動容量方式で残留電荷による表面電位を計測することが知られている。
It is important to evaluate the influence of the fatigue of the photoreceptor on the electrostatic latent image in order to improve the image quality of the electrostatic latent image and improve the durability of the photoreceptor.
As a method for evaluating the influence on the electrostatic latent image due to the fatigue of the photoreceptor, a surface potential due to the residual charge is measured by a vibration capacity method using a fatigue tester such as the OPC drum test apparatus described in
しかし、従来の振動容量方式による表面電位計測では、空間分解能が数mmに止まり、マクロ的な評価しかできない。残留電荷がマクロ的にしか把握できないと、高画質化への最適化設計をすることが難しいため、ミクロンスケールでの微視的状態を計測する必要がある。
このような場合、出力画像を用いることでミクロンスケールでの評価が可能となるが、転写、定着の工程を経なければならず評価に時間がかかる上、感光体単独での特性を評価することができない。
However, in the surface potential measurement by the conventional vibration capacity method, the spatial resolution is only a few millimeters and only macro evaluation can be performed. If the residual charge can only be grasped macroscopically, it is difficult to optimize the design for high image quality, so it is necessary to measure the microscopic state on the micron scale.
In such a case, evaluation on the micron scale is possible by using the output image. However, the transfer and fixing processes must be performed and it takes time to evaluate, and the characteristics of the photoconductor alone should be evaluated. I can't.
また、従来の評価方法において、大気中で感光体の疲労試験を実施した後、真空装置内で観察しようとした場合、感光体の移動作業に所定の時間を要するが、この時間の経過とともに疲労が回復してしまうため、正当な評価をすることができない恐れがある。 In addition, in the conventional evaluation method, when an attempt is made to observe in a vacuum apparatus after conducting a fatigue test of the photoconductor in the atmosphere, a predetermined time is required for moving the photoconductor. May be unable to make a valid assessment.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、感光体試料の静電潜像形成能力を短時間に高分解能で評価することができる静電潜像の評価方法、静電潜像の評価装置および画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is an electrostatic latent image evaluation method capable of evaluating the electrostatic latent image forming ability of a photoreceptor sample in a short time with high resolution. An object is to provide an evaluation apparatus and an image forming apparatus.
本発明は、表面電荷分布を有する感光体試料に対して荷電粒子ビームを照射することによって得られる検出信号により前記感光体試料の静電潜像を計測し評価する方法であって、真空内で前記感光体試料に電子線を照射して帯電させる帯電工程と、帯電させた前記感光体試料に対して光照射を行い除電する除電工程と、を備え、前記感光体試料の測定領域に対して前記電子線を照射する前記帯電工程と、前記感光体試料の測定領域に対して前記電子線の照射を行わずに前記光照射を行う前記除電工程と、を繰り返し行うことで前記感光体試料を疲労させた後、前記帯電工程と前記除電工程とが行われた位置において前記感光体試料に対して帯電し露光することにより静電潜像パターンを形成し、1つの評価を行うために帯電領域を複数回変更し、帯電領域の面積が異なることによって生じる検出信号の違いを複数の画像として取り込み、得られた前記複数の画像より複数の静電潜像を抽出し、抽出された前記複数の静電潜像の大きさを比較することにより、静電潜像を評価する静電潜像の評価方法であることを最も主要な特徴とする。 The present invention is a method for measuring and evaluating an electrostatic latent image of a photoconductor sample based on a detection signal obtained by irradiating a photoconductor sample having a surface charge distribution with a charged particle beam. wherein a charging step of the photosensitive member sample is charged by irradiation with an electron beam, a charge eliminating step for neutralizing performs light irradiation to the photoreceptor sample was charged, provided with, the measurement region of the photosensitive member sample Repeating the charging step of irradiating the electron beam and the neutralizing step of irradiating the light without irradiating the measurement region of the photosensitive member sample with the photosensitive member sample. after fatigue, the charging step and charged to the photoreceptor sample at a position and has been performed the neutralization step to form an electrostatic latent image pattern by exposing, charging area in order to perform one evaluation Change multiple times The difference in the detection signal caused by the difference in the area of the charging region is captured as a plurality of images, a plurality of electrostatic latent images are extracted from the obtained plurality of images, and the plurality of extracted electrostatic latent images are extracted. The most important feature is that the electrostatic latent image is evaluated by comparing the sizes of the electrostatic latent images.
本発明に係る静電潜像の評価方法を用いることで、実機相当の感光体疲労を短時間に行うことができるとともに、感光体の静電潜像を即座に計測することができる。
電子線を照射させながら、光を照射させることで、感光体に対して光疲労を与える。真空内で生成させるため、大気中での疲労実験のように、NOxガスによる暴露の影響も顕著に受ける事もない。電子線照射と光照射の同時照射が可能となり、効率良く疲労を実施することができる。
By using the method for evaluating an electrostatic latent image according to the present invention, it is possible to perform photoconductor fatigue equivalent to a real machine in a short time and to immediately measure the electrostatic latent image on the photoconductor.
By irradiating light while irradiating an electron beam, the photoconductor is subjected to light fatigue. Since it is generated in a vacuum, it is not significantly affected by exposure to NOx gas as in a fatigue experiment in the atmosphere. Simultaneous irradiation of electron beam irradiation and light irradiation is possible, and fatigue can be carried out efficiently.
また、従来技術にあるような、感光体ドラムを回転させる方法では、帯電手段と露光手段が別々のところに配置されているため、電子線照射による帯電と光照射による露光とを同時に行うことは容易ではなかった。本発明に係る静電潜像の評価方法では、帯電と露光とを同時に行うことを可能とすることで、効率的に短時間で光疲労をかけることができる。 Also, in the method of rotating the photosensitive drum as in the prior art, the charging means and the exposure means are arranged separately, so that charging by electron beam irradiation and exposure by light irradiation can be performed simultaneously. It was not easy. In the method for evaluating an electrostatic latent image according to the present invention, it is possible to efficiently perform light fatigue in a short time by enabling charging and exposure to be performed simultaneously.
また、従来、コロナ帯電やスコロトロン帯電では、空気中の放電を利用しているため、基板に流れる通過電流は制御できても、感光体試料に照射される電子量を制御することが困難であった。
本発明に係る静電潜像の評価方法では、真空装置内で電子ビームを照射させて帯電させることができ、光疲労に直接影響を与える電子照射電流密度を制御できることが特徴のひとつであり、これにより、効率良く光疲労を与えることができる。
Conventionally, in corona charging and scorotron charging, since discharge in the air is used, it is difficult to control the amount of electrons irradiated to the photoreceptor sample even though the passing current flowing through the substrate can be controlled. It was.
In the method for evaluating an electrostatic latent image according to the present invention, it can be charged by irradiating an electron beam in a vacuum apparatus, and one of the features is that an electron irradiation current density that directly affects light fatigue can be controlled, Thereby, light fatigue can be given efficiently.
本発明においては特に限定されないが、ビームブランカを備え、前記除電工程では、前記ビームブランカをONにすることで前記感光体試料の測定領域に対して前記電子線の照射を行わないことが好ましい。
ビームブランカ信号に光照射信号を重畳させることで、電子線の照射のON/OFFの切り替えと光照射との同期を取ることができるようになる。
また、本発明においては特に限定されないが、帯電のための電子線の照射時間は、電子線の照射により前記感光体試料の表面電位が飽和帯電電位に到達するまでの時間よりも長いことが好ましい。
光照射の消灯時間を、飽和電位に達するまでの時間よりも長く設定することにより、確実に飽和電位に達し、実機相当の疲労条件を確保することができる。
Although not particularly limited in the present invention, it is preferable that a beam blanker is provided, and in the static elimination step, the beam blanker is turned on so that the electron beam is not irradiated onto the measurement region of the photoconductor sample.
By superimposing the light irradiation signal on the beam blanker signal, it is possible to synchronize the ON / OFF switching of the electron beam irradiation and the light irradiation.
Further, although not particularly limited in the present invention, the irradiation time of the electron beam for charging is preferably longer than the time until the surface potential of the photoconductor sample reaches the saturated charging potential by the irradiation of the electron beam. .
By setting the light irradiation extinction time longer than the time until the saturation potential is reached, the saturation potential can be reliably reached and fatigue conditions equivalent to the actual machine can be ensured.
また、本発明においては特に限定されないが、除電のための光照射時間は、光照射により前記感光体試料の表面電位が残留電位に到達するまでの時間よりも長いことが好ましい。
光照射の点灯時間を、残留電位に達するまでの時間よりも長く設定することにより、電荷を十分に除電させることができる。
In the present invention, although not particularly limited, the light irradiation time for static elimination is preferably longer than the time until the surface potential of the photoreceptor sample reaches the residual potential by light irradiation.
By setting the light irradiation lighting time longer than the time until the residual potential is reached, the charge can be sufficiently discharged.
また、本発明においては特に限定されないが、1つの評価を行うために帯電領域を複数回変更し、帯電領域の面積が異なることによって生じる検出信号の違いを複数の画像として取り込み、得られた複数の画像より複数の静電潜像を抽出し、抽出された複数の静電潜像の大きさを比較することにより、形成された静電潜像を評価することが好ましい。
評価するときに帯電領域を複数回変えて計測する手段と、前記計測によって得られた静電潜像より、潜像の大きさを計測する手段と、複数の静電潜像の大きさを比較する手段を有し、これらを用いて形成された静電潜像を評価することで、従来できなかった、電子写真感光体上に形成される静電潜像の潜像鮮鋭度を定量的に評価することが可能となる。
Further, although not particularly limited in the present invention, a plurality of images obtained by changing a charging region a plurality of times to perform one evaluation, capturing differences in detection signals caused by different areas of the charging region as a plurality of images, and It is preferable to evaluate the formed electrostatic latent image by extracting a plurality of electrostatic latent images from the images and comparing the sizes of the extracted plurality of electrostatic latent images.
Comparing the size of multiple electrostatic latent images with the means to measure by changing the charged area multiple times when evaluating, the means to measure the size of the latent image from the electrostatic latent image obtained by the measurement By evaluating the electrostatic latent image formed using these, the latent image sharpness of the electrostatic latent image formed on the electrophotographic photosensitive member, which has not been conventionally possible, can be quantitatively determined. It becomes possible to evaluate.
また、本発明においては特に限定されないが、帯電領域の面積が異なる静電潜像を計測し、広い帯電領域での潜像面積と、狭い帯電領域での潜像面積との潜像面積比率を算出し、算出された潜像面積比率を潜像形成能力の評価指標とすることが好ましい。
広い方の帯電領域での潜像の面積をS1、狭い方の帯電領域での潜像面積をS2としたときの潜像面積比率(S2/S1)値を潜像形成能力の評価指標とすることで、様々な感光体や書込条件における潜像形成能力を評価することが可能となる。
また、静電潜像を評価することにより、設計にフィードバックすることができ、各工程のプロセスクォリティが向上するため、品質、耐久性および安定性に優れた画像を得ることができるとともに、省エネルギ化が可能な電子写真感光体(潜像担持体)を提供することができる。
Although not particularly limited in the present invention, electrostatic latent images having different charged area areas are measured, and a latent image area ratio between a latent image area in a wide charged area and a latent image area in a narrow charged area is determined. It is preferable to calculate and use the calculated latent image area ratio as an evaluation index of the latent image forming ability.
The latent image area ratio (S2 / S1) value when the area of the latent image in the wider charged area is S1 and the latent image area in the smaller charged area is S2 is used as an evaluation index of the latent image forming ability. Thus, it becomes possible to evaluate the latent image forming ability under various photoconductors and writing conditions.
In addition, by evaluating the electrostatic latent image, it can be fed back to the design and the process quality of each process is improved, so that an image having excellent quality, durability and stability can be obtained, and energy saving can be achieved. It is possible to provide an electrophotographic photosensitive member (latent image carrier) that can be converted into a photoconductor.
以下、本発明に係る静電潜像の評価方法、静電潜像の評価装置および画像形成装置の各実施の形態について、図を用いて説明する。 Embodiments of an electrostatic latent image evaluation method, an electrostatic latent image evaluation apparatus, and an image forming apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<静電潜像の評価装置>
図1は、本発明に係る静電潜像の評価方法を実行する静電潜像の評価装置の実施例を示す。図1において、静電潜像の評価装置は、大きく分けて、荷電粒子ビーム照射装置4と、露光装置6と、試料載置台7と、1次反転荷電粒子や2次電子などの検出器8と、信号検出部9と、画像処理手段10を有してなる。試料載置台7の上には評価対象である感光体試料20が載置される。荷電粒子ビーム照射装置4、試料載置台7、検出器8は、真空チャンバ―40内に配置されている。
<Evaluation device for electrostatic latent image>
FIG. 1 shows an embodiment of an electrostatic latent image evaluation apparatus for executing the electrostatic latent image evaluation method according to the present invention. In FIG. 1, the electrostatic latent image evaluation apparatus is roughly divided into a charged particle
荷電粒子ビーム照射装置4は、真空チャンバ―40内に以下のように構成部分が組み込まれることによって構成されている。真空チャンバ―40の上端近くに荷電粒子ビームを照射する電子銃41が取り付けられ、その下方に、サプレッサ電極42、エキストラクタすなわち引き出し電極43、加速電極44、コンデンサレンズ45、ビームブランキング電極46、仕切り弁47、可動絞り48、スティグメータすなわち補正用電極49、偏向電極(走査レンズに相当する)50、静電対物レンズ51、ビーム射出開口部52がこの順に配置されている。上記サプレッサ電極42および引き出し電極43は電子ビームを制御し、加速電極44は電子ビームのエネルギを制御し、コンデンサレンズ45は電子銃から発生された電子ビームを集束させる。ビームブランキング電極46は電子ビームをON/OFFさせ、仕切り弁47および可動絞り48は電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャとして機能する。偏向電極50はビームブランカを通過した電子ビームを走査させるための走査レンズとして機能し、偏向電極50を通過した電子ビームは対物レンズ51で再び感光体試料20の面に収束させられる。各レンズ等には図示しない駆動用電源が接続されている。
The charged particle
ここでいう、荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。なお、イオンビームの場合には、電子銃の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。 As used herein, charged particles refer to particles that are affected by an electric or magnetic field, such as an electron beam or an ion beam. In the case of an ion beam, a liquid metal ion gun or the like is used instead of an electron gun.
上記露光装置6は、いわゆる周知のレーザスキャナであって、その詳細を図2に示す。露光装置6は、感光体試料20に関して感度を持つ波長の光を放射するLD(レーザダイオード)などの光源61、コリメートレンズ62、アパーチャ63、集光レンズ64、ガルバノミラーやポリゴンミラーなどからなる光偏向器65、走査結像レンズ66、ミラー67などを備えている。上記露光装置6は、感光体試料20上に所望のビーム径、ビームプロファイルを生成することが可能であり、感光体試料20の表面を上記ビームで走査することができる。LD制御手段により適切な露光時間、露光エネルギで感光体試料20に光ビームを照射できるようになっている。
The
なお、光偏向器65、走査結像レンズ66などからなるスキャニング機構を備えることにより、感光体試料20にラインパターンを形成することができるが、スキャニング機構を省いて、感光体試料20にドットパターンを形成するようにしてもよい。また、図2(b),(c)に示すようなVCSEL等を光源にすることによって、マルチビーム走査光学系を構成してもよい。
また、スキャニング機構を備えたものにおいて、スキャニング機構による走査方向を主走査方向としたとき、この主走査方向に加えて、副走査方向にもスキャンさせる機構を設けて、2次元の露光パターンを形成するようにしてもよい。
A line pattern can be formed on the
In addition, when a scanning mechanism with a scanning mechanism is used as the main scanning direction, a mechanism for scanning in the sub-scanning direction in addition to the main scanning direction is provided to form a two-dimensional exposure pattern. You may make it do.
図1に示す実施例では、走査光学系からなる露光装置6は、ポリゴンモータなどからなる光偏向器65の振動や電磁場の影響が電子ビームの軌道に影響を与えないように、真空チャンバ40の外に配置されている。露光装置6を電子ビーム軌道位置から遠ざけることができ、荷電粒子ビーム照射装置4が外乱の影響を受けることを抑制することができる。走査光学系は、光学的に透明な入射窓68より真空チャンバ40内に入射させるようになっている。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図3は、上記実施例の真空チャンバ40および露光装置6の具体的な構造を示す。図3に示すように、真空チャンバ40の鉛直軸に対して45°の角度で、真空チャンバ40の内部に外部から光を入射させることができる入射窓68が配置され、この入射窓68から真空チャンバ40内に走査ビーム77を入射させる露光装置6が真空チャンバ40の外側に配置されている。露光装置6は前述のとおり走査光学系からなり、光源部、走査レンズ、同期検知手段、ポリゴンミラーからなる光偏向器65、光路を曲げるミラー72等を有してなる。露光装置6の主要部は光学ハウジング69の上に配置され、上部はカバー71で覆われて遮光されている。光学ハウジング69は水平方向の平行移動台83の上に取り付けられ、平行移動台83は柱状の複数本の構造体82を介して除振台81の上に取り付けられている。上記ミラー72でほぼ45°の角度で斜め下方に折り曲げられる走査ビーム77の進路の周りは、外部遮光筒73、内部遮光筒75、これら内外の遮光筒の接続部に介在するラビリンス部74によって遮光されている。
FIG. 3 shows specific structures of the
上記除振台81の上に真空チャンバ40が固定されている。真空チャンバ40内に前記試料載置台としての試料ステージ78が水平面内において直交2軸方向に移動可能に取り付けられている。試料ステージ78には感光体試料20を載置することができ、この感光体試料20に対し真上から荷電粒子ビームを照射する前記荷電粒子ビーム照射装置4が真空チャンバ40に取り付けられている。荷電粒子ビーム照射装置4の内部も真空チャンバ40と連通していて真空に保たれている。真空チャンバ40内には、感光体試料20に静電潜像を形成した後、感光体試料20に荷電粒子ビームを照射することによって放出される電子ビームを検出する検出器8の検出端が感光体試料20に向かって伸びている。
A
図1乃至図3に示す走査レンズ66はfθ特性を有しており、光偏光器65が一定の角速度で回転しているとき、光ビームは像面すなわち感光体試料20の面を略等速度で移動する構成となっている。また、感光体試料20の面上のビームスポット径も略一定の径に保たれて走査可能な構成となっている。
The
走査光学系からなる露光装置6は、真空チャンバ40に対し離れて配置されているので、ポリゴンスキャナ等の光偏向器65を駆動することによって発生する振動は、直接真空チャンバ40に伝播されることがなく、上記振動の影響は少ない。図3では示していないが、構造体82と除振台81との間にダンパを挿入すれば、防振効果をさらに高めることができる。
Since the
このように、感光体試料20を露光する装置を、スキャニング機構による露光装置とすることにより、感光体試料20の母線方向に対して、ラインパターンを含めた任意の潜像パターンを形成することができる。感光体試料20の所定の位置に潜像パターンを形成するために、光偏向器65からの走査ビームを検知する同期検知手段を有しているとなおよい。
As described above, an apparatus for exposing the
図4は、感光体試料が円筒形状の場合の静電潜像評価装置の実施例を示す。基本的には図1に示す実施例と同じであるから、同じ構成部分ないしは同じ機能部品には同じ符号を付している。円筒形状の感光体試料20はその中心軸線を回転中心として回転駆動される。露光装置6による光走査方向は、感光体試料20の表面において感光体試料20の中心軸線と平行な方向であって、これを主走査方向という。感光体試料20が回転することにより感光体試料20の表面が主走査方向に対して直交する方向に移動する。この移動方向を副走査方向という。露光装置6による主走査と感光体試料20の回転による副走査によって、感光体試料20の表面に任意のパターンの静電潜像を形成することができる。図4に示す例は、以上の点が図1の実施例と異なるだけで、他の構成ないし機能は図1の実施例と同じであるから、説明は省略する。
FIG. 4 shows an embodiment of the electrostatic latent image evaluation apparatus in the case where the photosensitive member sample has a cylindrical shape. Since it is basically the same as the embodiment shown in FIG. 1, the same components or the same functional parts are denoted by the same reference numerals. The
ここで、上述した感光体試料20の構成について説明する。図5に示すように、一般的な感光体は、導電性支持体21の上に、順に下引き層(UL)22、電荷発生層(CGL)23、電荷輸送層(CTL)24が設けられて構成されている。
このような感光体の表面に電荷が帯電している状態で露光されると、電荷発生層23の電荷発生材料(CGM)によって光が吸収され、正負両極性のチャージキャリアが発生する。そして、正のキャリアのうち、CTL24内に注入されたものは、電界によってCTL24表面まで移動し、感光体表面の負の電荷と結合して消滅する。一方、負のキャリアは、導電性支持体21に到達する。
このように、通常は正負のキャリアは感光体内を移動することができるが、光照射が大量にまたは長時間行われると、感光体が疲労して、キャリアの移動が妨げられる。その結果、それぞれのキャリアは感光体にトラップされた状態となり、残留電荷となる。
Here, the configuration of the above-described
When the surface of the photoconductor is exposed in a charged state, light is absorbed by the charge generation material (CGM) of the
As described above, normally, positive and negative carriers can move in the photoconductor, but if the light irradiation is performed in a large amount or for a long time, the photoconductor is fatigued and the movement of the carrier is prevented. As a result, each carrier is trapped by the photoconductor and becomes a residual charge.
図16は、感光体試料への電界強度とCGLに光が照射されたときに発生するキャリア生成量の量子効率との関係を示す。感光体試料への電界強度E=帯電電位/感光体膜厚である。 FIG. 16 shows the relationship between the electric field strength on the photoconductor sample and the quantum efficiency of the amount of carrier generated when CGL is irradiated with light. Electric field strength E on the photosensitive member sample = charge potential / photosensitive member film thickness.
次に、ここまで説明してきた静電潜像の評価装置を用いた静電潜像の評価方法の原理について説明する。 Next, the principle of the electrostatic latent image evaluation method using the electrostatic latent image evaluation apparatus described so far will be described.
<帯電>
まず、感光体試料20に電子ビームを照射させる。図6(a)に示すように、加速電圧|Vacc|は、2次電子放出比が1となる加速電圧より高い加速電圧に設定すると、入射電子量が、放出電子量より上回るため、電子が感光体試料20に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、感光体試料20を、一様にマイナスに帯電させることができる。電子ビームの加速電圧と感光体試料20の帯電電位には、図6(b)のような関係があり、電子ビームの加速電圧と照射時間を適切に行うことにより、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の実機と同じ帯電電位を形成することができる。照射電流は大きい方が、短時間で目的の帯電電位に到達することができるため、数nAで照射している。この後、後述の静電潜像の観察を可能にするために、入射電子量を1/100〜1/1000に下げる。
<Charging>
First, the
<除電>
次に、感光体試料20に光照射を行い、光疲労を与える。光疲労を与える照明の光源として、波長400〜800nmの発光ダイオード(LED)や半導体レーザーが用いられる。光照射を行うための照明光学系の最も簡単な構成としては、レンズは用いずに発散光を試料全体に照射する方法がある。この場合、LEDに供給する電流量を調整することで、露光量を適切に調整することが可能となる。本実施例においては、図7及び図8(a)に示すように、光源としてLEDを用いつつも前述の構成とは異なる構成を有する照明光学系が用いられている。
<Static elimination>
Next, the
図7、図8(a)において、光源17から放射された光束はコリメートレンズ18により平行光束化され、アパーチャ19により光束径を規制されて開口マスク200に向かう。開口マスク200を通過した光束は、結像レンズ210の作用により、開口マスク200の開口部の形状に対応する像を像面上に結像する。ここで、像面とは、試料載置台28に載置された感光体試料の、均一に帯電された面である。なお、開口マスク200の開口部の形状は、図8(b)のような矩形や、図8(c)のような円形、または、より複雑な形状であってもよい。
In FIG. 7 and FIG. 8A, the light beam emitted from the
図8(a)に示すように、結像レンズ210と開口マスク200との距離をL1、結像レンズ210から像面までの距離をL2とすると、結像レンズ210の光軸に対して垂直な方向における結像倍率β=L2/L1であり、この倍率に応じたマスクパターン象が結像される。
As shown in FIG. 8A, when the distance between the
結像レンズ210は、開口マスク200と感光体試料の表面とが共役となるように配置される。結像倍率βとマスクパターンのサイズは予め分かっているので、感光体試料の面上に結像される照明領域を算出することができる。感光体試料に所望のパターンを形成できる露光手段における露光用の光路は、感光体試料を2次元的に走査する荷電粒子ビームが通過する領域を避けて設けられている。そのため、結像レンズ210は、光軸が感光体試料の均一帯電された面に立てた法線に対して傾くように設置されている。
The
また、図8(a)に示すように、結像レンズ210を通過した光束によるマスクパターンの像が、感光体試料の面に合致するように、開口マスク200も光軸に対して傾けて配置されている。開口マスク200の光軸に対する傾きをα、感光体試料表面の光軸に対する傾きθとすると、本実施例においてはα=θ=45°である。これにより、結像倍率が等倍(L1=L2)となる。また、感光体試料表面に結像するマスクパターンの像は、図8(a)に平行な面内では図8(a)の図面に直交する方向に対して√2倍になるが、その分を考慮してマスクパターンを設計する。なお、結像倍率が等倍以外の一般的な場合では、L1、L2、α、θの間に
L1・tanθ=L2・tanθ
の関係が成り立つ。
Further, as shown in FIG. 8A, the
The relationship holds.
また、上記照射光学系によって照射される領域をS(mm2)、像面上での光出力をPi(mW)とすれば、光照射量密度は、Pi/S(mW/mm2)で表わすことができる。このような光学系を用いることで、感光体試料の所定の領域に照射することが可能となる。
LEDの駆動電流IFと光出力Ponとの関係を図9に示す。駆動電流IFを閾値電流以上に上げることによって、LED発光を起こす。そのため、閾値電流以上の条件で電流量を変えることで光出力Ponの制御と像面光量の調整をすることができ、適切な光照射光量密度を設定することができる。
なお、本発明は、感光体試料に光疲労を与えることを特徴としている。光疲労を与えるための光照射光学系と帯電電荷を消去するための光学系を、共通としてもよい。
Further, if the region irradiated by the irradiation optical system is S (mm 2 ) and the light output on the image plane is Pi (mW), the light irradiation density is Pi / S (mW / mm 2 ). Can be represented. By using such an optical system, it is possible to irradiate a predetermined region of the photoreceptor sample.
FIG. 9 shows the relationship between the LED drive current IF and the light output Pon. LED light emission is caused by raising the drive current IF to a threshold current or higher. Therefore, the light output Pon can be controlled and the amount of light on the image plane can be adjusted by changing the amount of current under conditions equal to or higher than the threshold current, and an appropriate light irradiation light amount density can be set.
The present invention is characterized in that light fatigue is given to the photoreceptor sample. The light irradiation optical system for giving light fatigue and the optical system for erasing the charged charges may be made common.
図10に感光体を光疲労させるためのタイミングチャートを示す。
時刻T0で、感光体に対して、電子ビームを照射させる。感光体の表面電位は上昇し、時刻T1で飽和帯電電位に達する。その後、時刻T2まで飽和帯電電位を維持する。
時刻T2で光照射出力信号がONとなり、感光体に光が照射される。光を照射することで、CGLで発生したホールキャリアが表面に到達し、表面電荷が中和され減衰し、時刻T3で除電される。なお、除電されても残留電位は残るので、電位は0にはならず、一定値で推移する。
そして、時刻T4になると光出力信号がOFFとなり、照射されている電子ビームにより感光体の表面電位は再び上昇する。
FIG. 10 shows a timing chart for light fatigue the photoconductor.
At time T0, the photosensitive member is irradiated with an electron beam. The surface potential of the photoreceptor rises and reaches a saturated charging potential at time T1. Thereafter, the saturated charging potential is maintained until time T2.
At time T2, the light irradiation output signal is turned ON, and the photosensitive member is irradiated with light. By irradiating light, hole carriers generated in CGL reach the surface, the surface charge is neutralized and attenuated, and the charge is eliminated at time T3. In addition, since the residual potential remains even after the charge is eliminated, the potential does not become 0 but changes at a constant value.
At time T4, the light output signal is turned off, and the surface potential of the photosensitive member rises again due to the irradiated electron beam.
上記T0〜T4の工程を繰り返し、感光体の帯電・除電を繰り返すことで、感光体を疲労させる。このとき、電子ビームを照射させた時刻と帯電電位が飽和するまでの時刻との間には時間差があるので、電子ビームを照射する時間を、最低でも電子ビームを照射させた時刻から帯電電位が飽和するまでの時刻よりも長く設定することが望ましい。すなわち、T2−T0>T1−T0となるように設定することが望ましい。具体的には、2nAの電子ビーム照射電流で、1mm2の試料領域を照射する場合には、消灯時間は2秒以上あることが望ましい。 The above steps T0 to T4 are repeated, and the photoconductor is fatigued by repeating charging and discharging of the photoconductor. At this time, since there is a time difference between the time when the electron beam is irradiated and the time until the charged potential is saturated, the charging potential is set to the minimum time from the time when the electron beam is irradiated. It is desirable to set it longer than the time until saturation. That is, it is desirable to set so that T2-T0> T1-T0. Specifically, when a sample area of 1 mm 2 is irradiated with an electron beam irradiation current of 2 nA, it is desirable that the turn-off time is 2 seconds or longer.
また、光出力信号がONとなり光照射が開始された時刻と、除電されるまでの時刻との間には時間差があるので、光照射する時間は、最低でも帯電電位が除電されるまでの時間よりも長く設定することが望ましい。すなわち、T4−T2>T3−T2となるようにT4を設定することが望ましい。具体的には、100μWの光照射量で1mm2の試料領域を照射する場合には、光照射時間は1秒以上あることが望ましい。
このように構成することで、帯電時の静電的疲労と光照射による光疲労の両方の疲労を与えることができる。
In addition, since there is a time difference between the time when the light output signal is turned on and the light irradiation is started and the time until the light is removed, the light irradiation time is at least the time until the charged potential is discharged. It is desirable to set longer. That is, it is desirable to set T4 so that T4-T2> T3-T2. Specifically, when a sample area of 1 mm 2 is irradiated with a light irradiation amount of 100 μW, the light irradiation time is desirably 1 second or longer.
By comprising in this way, the fatigue of both the electrostatic fatigue at the time of charging and the light fatigue by light irradiation can be given.
疲労過程が終了したら、潜像を形成して静電潜像を計測する。帯電については、上記と同じ方法を用いることで実現できる。 When the fatigue process is completed, a latent image is formed and the electrostatic latent image is measured. The charging can be realized by using the same method as described above.
<露光>
次に、露光装置6により感光体試料20を露光して静電潜像を形成する。露光装置6の光学系は、所望のビーム径及びビームプロファイルを形成するように調整されている。必要露光エネルギは、感光体試料の特性によって決まるファクタであるが、通常、2〜10mJ/m2程度である。感度が低い感光体では、十数mJ/m2必要なこともある。帯電電位や必要露光エネルギは、感光体特性やプロセス条件に合わせて設定すると良い。
<Exposure>
Next, the
このようにして、電子写真装置の実機に合わせた露光条件、例えば露光エネルギ密度0.5〜10mJ/m2、ビームスポット径30〜100μmに設定し、さらに、デューティ、画周波数、書込密度、画像パターン等の条件を設定すると良い。画像パターンとしては、1ドット孤立の他、図11(a)に示すような1ドット格子、図11(b)に示すような2by2、図11(c)に示すような2ドット孤立、図11(d)に示すような2ドットによるラインなど様々なパターンを形成することができる。このようにして、感光体試料20に任意の静電潜像を形成することができる。
In this way, exposure conditions matched to the actual machine of the electrophotographic apparatus, for example, an exposure energy density of 0.5 to 10 mJ / m 2 and a beam spot diameter of 30 to 100 μm are set, and further, duty, image frequency, writing density, It is preferable to set conditions such as an image pattern. As an image pattern, in addition to 1-dot isolation, a 1-dot lattice as shown in FIG. 11A, 2by2 as shown in FIG. 11B, 2-dot isolation as shown in FIG. Various patterns such as a 2-dot line as shown in (d) can be formed. In this manner, an arbitrary electrostatic latent image can be formed on the
<観察>
次に、感光体試料20を電子ビームで走査し、放出される2次電子を検出器(シンチレータ)8で検出し、電気信号に変換してコントラスト像を観察する。このようにすると、露光されることなく残っている帯電部は2次電子検出量が多く、露光部は2次電子検出量が少ない明暗のコントラスト像が生じる。暗の部分を露光による潜像部とみなすことができる。
<Observation>
Next, the
感光体試料20の表面に潜像が形成されて電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。このため、感光体試料20の表面に電子が入射することによって発生した2次電子は上記電界によって押し戻され、検出器8に到達する量が減少する。従って、露光部では電荷がリークして黒、非露光部では電荷がリークすることなく白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を得ることができ、これを測定することができる。
When a latent image is formed on the surface of the
図12(a)は、荷電粒子捕獲器24と感光体試料との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明的に示したものである。試料の表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態にある。荷電粒子捕獲器24には正極性の電位が与えられているから、実線の電位等高線群で示すように、試料の表面から荷電粒子捕獲器24に近づくに従い電位が高くなる。
従って、試料の負極性に均一帯電している部分である図のQ1点やQ2点で発生した2次電子el1、el2は、荷電粒子捕獲器24の正電位に引かれ、矢印G1や矢印G2で示すように変位し、荷電粒子捕獲器24に捕獲される。
FIG. 12A illustrates the potential distribution in the space between the charged
Accordingly, the secondary electrons el1 and el2 generated at the points Q1 and Q2 in the figure, which are parts of the sample that are uniformly charged to the negative polarity, are attracted to the positive potential of the charged
一方、図12(a)において、光照射されて負電位が減衰した部分の中央部にあるQ3点近傍では、電位等高線の配列は破線で示すように、Q3点を中心とした半楕円形になり、この部分電位分布では、Q3点に近いほど電位が高くなっている。したがって、Q3点の近傍で発生した2次電子el3には、矢印G3で示すように、試料側に拘束する電気力が作用する。このため2次電子el3は、破線の電位等高線で示す「ポテンシャルの穴」に捕獲され、荷電粒子捕獲器24に向って移動することはない。図12(b)は、上記「ポテンシャルの穴」を模式的に示している。
On the other hand, in FIG. 12A, in the vicinity of the point Q3 in the central portion of the portion where the negative potential is attenuated by light irradiation, the arrangement of the potential contour lines is a semi-elliptical shape centered on the point Q3 as shown by the broken line. Thus, in this partial potential distribution, the closer to Q3 point, the higher the potential. Therefore, the secondary electron el3 generated in the vicinity of the point Q3 is subjected to an electric force restrained on the sample side, as indicated by an arrow G3. For this reason, the secondary electron el3 is captured in the “potential hole” indicated by the broken potential contour lines and does not move toward the charged
換言すれば、荷電粒子捕獲器24により検出される2次電子は、その強度(2次電子数)の大きい部分が、「静電潜像の地の部分」すなわち均一に負帯電している部分(図12(a)の点Q1やQ2に代表される部分)に対応し、強度の小さい部分が、「静電潜像の画像部」すなわち光照射された部分(図12(a)の点Q3に代表される部分)に対応することになる。
In other words, the secondary electrons detected by the charged
従って、図1に示す2次電子検出器8で得られる電気信号を、信号検出部9で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、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、信号処理手段10により上記表面電位分布(電位コントラスト像):V(X,Y)を2次元的な画像データとして構成することができる。これをアウトプット装置で出力すれば、静電潜像のパターンを可視的な画像として得ることができる。
Therefore, if the electric signal obtained by the
例えば、捕獲される2次電子の強度を「明るさの強弱で表現」すれば、静電潜像の画像部分は暗く、地の部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じた明暗像として表現(出力)することができる。もちろん、表面電位分布を知ることができれば、表面電荷分布も知ることができる。 For example, if the intensity of secondary electrons to be captured is expressed as “brightness or weakness”, the image portion of the electrostatic latent image is dark, the ground portion is bright and contrasted, and a bright and dark image corresponding to the surface charge distribution is obtained. It can be expressed (output). Of course, if the surface potential distribution can be known, the surface charge distribution can also be known.
このような方式を用いることにより、常に同じ領域を計測することが可能となる。一般的に感光体は同一ロットで生産されたものでも、ミクロンオーダースケールでは局所的に感度が異なる。そのため、一度感光体を取り出すと、その場所が正確に特定できなくなり、正確な評価ができなくなる。 By using such a method, it is possible to always measure the same region. Generally, even if the photoconductors are produced in the same lot, the sensitivity is locally different on a micron order scale. For this reason, once the photoconductor is taken out, its location cannot be specified accurately and accurate evaluation cannot be performed.
本発明では、感光体の光疲労とミクロンオーダースケールでの静電潜像の計測を、同一装置内の同一の箇所において行うことができるため、光疲労による静電潜像への影響の測定を正確に行うことができる。 In the present invention, photo fatigue of a photoconductor and measurement of an electrostatic latent image on a micron order scale can be performed at the same location in the same apparatus. Can be done accurately.
ここで、上述した感光体疲労実験の具体例について、以下に説明する。実験条件は以下の通りである。
感光体 :アゾ顔料系感光体(膜厚30μm)
加速電圧 :1.6kV
帯電電位 :−650V
帯電領域 :広域:狭域=3.75:1
書込密度 :600dpi
パターン :1dot孤立、2dot孤立
デューティ :50%
光源 :波長655nm
ビームスポット径 :主60×副80μm
Here, a specific example of the above-described photoreceptor fatigue experiment will be described. The experimental conditions are as follows.
Photoconductor: Azo pigment type photoconductor (film thickness 30 μm)
Acceleration voltage: 1.6 kV
Charging potential: -650V
Charging area: Wide area: Narrow area = 3.75: 1
Writing density: 600 dpi
Pattern: 1 dot isolated, 2 dots isolated Duty: 50%
Light source: wavelength 655 nm
Beam spot diameter: Main 60 × Sub 80 μm
潜像の大きさが100μmの条件において10回の測定を繰り返し行ったところ、ばらつきは、初期で0.5%、1時間疲労後で1.1%となった。
また、潜像の大きさが150μmの条件において10回の測定を繰り返し行ったところ、ばらつきは初期で1.0%、1時間疲労後で2.1%となった。
When the measurement was repeated 10 times under the condition that the size of the latent image was 100 μm, the variation was 0.5% in the initial stage and 1.1% after 1 hour of fatigue.
When the measurement was repeated 10 times under the condition that the size of the latent image was 150 μm, the variation was 1.0% in the initial stage and 2.1% after 1 hour fatigue.
なお、上記実施例では、電子線を連続照射させていたが、別の実施例として、光照射にあわせて電子線照射をOFFにさせても良い。 In the above embodiment, the electron beam is continuously irradiated. However, as another embodiment, the electron beam irradiation may be turned off in accordance with the light irradiation.
すなわち、電子線照射がONのとき、光照射をOFFにするとともに、電子線照射がOFFのときに、光照射をONとさせる。これにより、除電時間(T3−T2)を早めることができる。このようにしても、帯電工程と除電工程を繰り返すことができ、実機と同等な環境を提供することができる。 That is, when the electron beam irradiation is ON, the light irradiation is turned OFF, and when the electron beam irradiation is OFF, the light irradiation is turned ON. Thereby, static elimination time (T3-T2) can be advanced. Even in this case, the charging process and the charge eliminating process can be repeated, and an environment equivalent to that of the actual machine can be provided.
ここで、電子線照射をOFFにする方法としては、電子線軌道にメカニカルな遮蔽部材が用いられる場合があるが、この場合、高速応答できる遮蔽部材を必要とする。そこで、別な方法として、電子ビームを電気的に試料に当たらない方向に向ける構成にすればよい。
具体的には、図13に示すように、電子銃41と感光体試料20との間にビームブランキング電極46を設け、光照射信号にあわせてビームブランカ信号をONにする。ビームブランカ信号がONの場合、電圧を印加することで電子ビームは曲げられて、後段の仕切り弁47を通過しなくなり、電子ビームが試料に到達しなくなる。その結果、電子ビームが試料に当たらないようにすることができる。
Here, as a method for turning off the electron beam irradiation, a mechanical shielding member may be used for the electron beam trajectory. In this case, a shielding member capable of high-speed response is required. Therefore, as another method, a configuration may be adopted in which the electron beam is directed in a direction that does not electrically hit the sample.
Specifically, as shown in FIG. 13, a
なお、ビームブランカ信号は、走査信号が急激に切り替わる際に異常信号とならないようにするために、1ライン走査毎に1回使用することが好ましい。通常のビームブランカにおいては、1ライン走査毎に水平同期信号にあわせてブランカ信号を与えているが、その場合に、光照射期間中にビームブランカ信号をONにすると良い。すなわち、光照射がONのときは、ビームブランカが常にONとなるようにすればよい。このようにすることで、新たな遮光部材を用いることなく、高速かつ光照射出力と同期しつつ、試料に対する電子線照射をON/OFFすることができる。 The beam blanker signal is preferably used once for each line scan so that it does not become an abnormal signal when the scanning signal is suddenly switched. In a normal beam blanker, a blanker signal is provided in accordance with the horizontal synchronizing signal for each line scan. In this case, the beam blanker signal may be turned ON during the light irradiation period. That is, when the light irradiation is ON, the beam blanker may be always turned ON. By doing in this way, it is possible to turn on / off the electron beam irradiation on the sample without using a new light shielding member, while synchronizing with the light irradiation output at high speed.
このような手段を用いることで、帯電時の静電的疲労と光照射による光疲労の両方の疲労を与えることができ、より実際の電子写真プロセスに近い条件で感光体に疲労を与えることができる。 By using such means, fatigue of both electrostatic fatigue during charging and light fatigue due to light irradiation can be given, and the photoreceptor can be fatigued under conditions closer to the actual electrophotographic process. it can.
<動作>
図15に疲労感光体の潜像評価のフローを示す。電子線照射による帯電と、光照射による除電を繰り返す。そして、繰り返した回数が所定の回数になったら、電子線照射により静電潜像パターンを形成し、電子ビームを走査して信号を検出し、静電潜像を計測する。
従来の感光体ドラムを回転させる方法では、帯電手段と露光手段が別々のところに配置されているため、両方同時に照射することはできない。一方、以下に述べる本発明に係る静電潜像の評価装置においては、電子ビーム照射と光照射を同時にすることが可能であるため、短時間で効率的に光疲労をかけることができる。
<Operation>
FIG. 15 shows a flow of latent image evaluation of a fatigue photoconductor. Repeated charging by electron beam irradiation and static elimination by light irradiation. When the number of repetitions reaches a predetermined number, an electrostatic latent image pattern is formed by electron beam irradiation, a signal is detected by scanning an electron beam, and the electrostatic latent image is measured.
In the conventional method of rotating the photosensitive drum, since the charging unit and the exposure unit are arranged at different locations, it is impossible to irradiate both at the same time. On the other hand, in the apparatus for evaluating an electrostatic latent image according to the present invention described below, since it is possible to perform electron beam irradiation and light irradiation simultaneously, light fatigue can be efficiently applied in a short time.
本実施例においては、図10に示す電子ビーム照射及び光照射による感光体疲労時のタイミングチャートを用いて疲労実験を行う。電子ビームを照射電流密度EB1(C/mm2)で照射させることで電界強度を与え、光量PO(W/mm2)で光照射させることで、多数のキャリアを発生させ、光疲労を与えることができる。
疲労終了後は、電子ビーム照射電流密度を一旦OFFにする。なお、OFFにしない場合でも、1/100以下程度の微弱な照射電流密度であれば、ほとんど帯電しないため、同等の効果が得られる。
In this embodiment, a fatigue experiment is performed using a timing chart at the time of photoreceptor fatigue by electron beam irradiation and light irradiation shown in FIG. Irradiating an electron beam with an irradiation current density EB1 (C / mm 2 ) gives an electric field strength, and irradiating with an amount of light PO (W / mm 2 ) generates a large number of carriers and gives light fatigue. Can do.
After the end of fatigue, the electron beam irradiation current density is temporarily turned off. Even if it is not turned off, if it is a weak irradiation current density of about 1/100 or less, since it is hardly charged, the same effect can be obtained.
図17は、上記光疲労実験を、フタロシアニン系感光体(膜厚30μm)で行った実験結果を示している。
なお、感光体疲労を観察するためには、1〜20pA程度の微弱な電子ビーム照射電流で走査すると良い。
上述した本願発明に係る静電潜像の評価方法を用いることにより、評価結果の高品質化と、直接的な特性値の評価が可能となる。
なお、電子ビームと光のうち、一時的に一方が照射されていない状態があっても良い。
FIG. 17 shows the results of an experiment in which the above light fatigue experiment was performed with a phthalocyanine photoconductor (film thickness 30 μm).
In order to observe photoreceptor fatigue, scanning with a weak electron beam irradiation current of about 1 to 20 pA is preferable.
By using the above-described electrostatic latent image evaluation method according to the present invention, it is possible to improve the quality of the evaluation result and directly evaluate the characteristic value.
Note that there may be a state in which one of the electron beam and the light is not temporarily irradiated.
図18に、本発明による静電潜像評価の原理を示す。図18において、符号1は感光体試料の非帯電領域を、2は帯電領域を、3は静電潜像分布を示している。まず、例えば図18(a)に示すように帯電領域2を狭領域に設定してこの領域に帯電し、この帯電領域内に所定のパターンで潜像3を形成する。帯電は感光体試料に荷電粒子ビームを照射することによって行い、潜像3は例えば光走査装置等によって所定のパターンに露光することによって形成する。次に、図18(b)に示すように、狭帯域帯電での潜像を測定する。この測定は、荷電粒子ビームを照射し試料から放出される電子を検出器で検出することによって行うことができる。この検出信号を画像処理することにより、図18(c)に示すような静電潜像を抽出する。
FIG. 18 shows the principle of electrostatic latent image evaluation according to the present invention. In FIG. 18,
次に、図18(d)に示すように帯電領域2を広領域に設定してこの領域に帯電し、この帯電領域内に所定のパターンで潜像3を形成する。帯電および潜像形成は前と同じ方法によって行う。次に、図18(e)に示すように、広帯域帯電での潜像を測定する。この測定も前と同じ方法で行い、得られた検出信号を画像処理することにより、図18(f)に示すような静電潜像を抽出する。この測定及び画像処理も前と同じ方法で行う。
このようにして得られた狭領域帯電で抽出された静電潜像と広領域帯電で抽出された静電潜像とを図18(g)のように重ね合わせ、静電潜像の大きさを比較することにより静電潜像を評価する。換言すれば、上記二つの静電潜像から潜像プロファイルを作成し、この潜像プロファイルを評価する。
Next, as shown in FIG. 18 (d), the charging
The electrostatic latent image extracted by the narrow area charging thus obtained and the electrostatic latent image extracted by the wide area charging are superimposed as shown in FIG. To evaluate the electrostatic latent image. In other words, a latent image profile is created from the two electrostatic latent images, and the latent image profile is evaluated.
(評価装置の動作及び評価方法)
図19は、中心付近の電荷量が同じで、周辺電荷だけが、広域帯電において4.3mm2、狭域帯電において0.27mm2というように、10倍以上異なっている電荷分布による電磁場シミュレーションでの、感光体試料の垂直方向の電界強度分布を示す。2次電子計測による潜像可視化では、試料の垂直方向の電界強度Ez=0をスレッシュホールドレベルとした潜像を検出することが可能である。その結果、帯電領域を狭くすると、周辺電荷によるエッジ効果の影響を受けることにより、試料面から垂直方向に電界強度が変わってくることを見出した。帯電領域が狭くなると、試料面に生じる電界強度のオフセットレベルが全体的にシフトする。
従って、帯電領域を狭くすることで、試料面に生じる電界強度のオフセットレベルを変えることができることがわかった。
(Operation of evaluation apparatus and evaluation method)
Figure 19 is a charge amount in the vicinity of the center are the same, only the peripheral charges, wide-area charge 4.3 mm 2, in the narrow-range charging and so 0.27 mm 2, in electromagnetic field simulation by charge distribution differs more than 10 times The electric field strength distribution in the vertical direction of the photoreceptor sample is shown. In the latent image visualization by secondary electron measurement, it is possible to detect a latent image with the electric field intensity Ez = 0 in the vertical direction of the sample as a threshold level. As a result, it has been found that when the charged region is narrowed, the electric field strength changes in the vertical direction from the sample surface due to the influence of the edge effect due to the peripheral charge. When the charged region becomes narrow, the offset level of the electric field strength generated on the sample surface is shifted as a whole.
Therefore, it was found that the offset level of the electric field strength generated on the sample surface can be changed by narrowing the charging region.
そこで、帯電領域を変えて少なくとも2回、静電潜像を画像として取り込み、得られたそれぞれの静電潜像より潜像の大きさを計測し、それぞれの静電潜像の大きさを比較することにより、形成された静電潜像の性能を定量的に評価すると良い。 Therefore, at least twice, changing the charged area, capturing the electrostatic latent image as an image, measuring the size of the latent image from the obtained electrostatic latent image, and comparing the size of each electrostatic latent image By doing so, it is preferable to quantitatively evaluate the performance of the formed electrostatic latent image.
具体的には、電子ビームを照射することで帯電した後に、レーザ光を照射することで、潜像を形成する。このとき帯電領域C1は、2次電子検出の計測領域に比べて、大きく設定することが望ましい。このため、観察倍率を拡大して、観察領域をCS0に変更する。次に電子ビームを走査させ、試料から放出される電子を検出することで、潜像による画像を取得する。取得した画像を画像処理することで、潜像及び潜像面積S1を計測する。 Specifically, a latent image is formed by irradiating a laser beam after being charged by irradiating an electron beam. At this time, it is desirable to set the charging area C1 larger than the measurement area for detecting secondary electrons. For this reason, the observation magnification is enlarged and the observation area is changed to CS0. Next, an electron beam is scanned to detect electrons emitted from the sample, thereby acquiring an image based on a latent image. By processing the acquired image, the latent image and the latent image area S1 are measured.
その後、帯電領域をC2に変更する。帯電領域を変更するためには、例えば電子ビーム光学系の偏向電極電圧の値を変えることで、実現できる。そして、観察倍率を拡大して、観察領域をCS0に変更し、電子ビームを走査させ、試料から放出される電子を検出することで、潜像による画像を取得する。取得した画像を画像処理することで、潜像径及び潜像面積S2を計測する。 Thereafter, the charging area is changed to C2. Changing the charging region can be realized by changing the value of the deflection electrode voltage of the electron beam optical system, for example. Then, the observation magnification is enlarged, the observation region is changed to CSO, the electron beam is scanned, and the electrons emitted from the sample are detected, thereby acquiring an image by a latent image. By processing the acquired image, the latent image diameter and the latent image area S2 are measured.
上記少なくとも2回の潜像抽出によって静電潜像の評価が可能であるが、さらに異なる帯電領域を定めて同様の計測を行ってもよい。この回をn回目すると、帯電領域をCnに変更して帯電させ、露光によって潜像を形成し、観察倍率を拡大して観察領域をC0に変更する。電子ビームを走査させ、得られる信号を検出することで、潜像による画像を取得する。取得した画像を画像処理することで、潜像及び潜像面積Snを計測する。また、画像処理をすることで潜像の輪郭を抽出し、さらに、水平方向と垂直方向の潜像径や潜像面積を算出することができる。 Although the electrostatic latent image can be evaluated by extracting the latent image at least twice, the same measurement may be performed with different charged regions. At the nth time, the charged area is changed to Cn and charged, a latent image is formed by exposure, the observation magnification is enlarged, and the observation area is changed to C0. By scanning the electron beam and detecting the obtained signal, an image based on the latent image is acquired. By processing the acquired image, the latent image and the latent image area Sn are measured. Further, the contour of the latent image can be extracted by performing image processing, and the latent image diameter and latent image area in the horizontal and vertical directions can be calculated.
この輪切りデータをつなぎ合わせて、図21に示すような潜像プロファイルを得ることができる。図21(a)は潜像の鮮鋭度が低い場合の例を示しており、潜像面積S1,S2,S3の差が大きくなっている。図21(b)は潜像の鮮鋭度が高い場合の例を示しており、潜像面積S1,S2,S3の差が小さくなっている。 By combining the ring slice data, a latent image profile as shown in FIG. 21 can be obtained. FIG. 21A shows an example where the sharpness of the latent image is low, and the difference between the latent image areas S1, S2, and S3 is large. FIG. 21B shows an example in which the sharpness of the latent image is high, and the difference between the latent image areas S1, S2, and S3 is small.
解析方法としては、最低2回潜像データを取り込み、2つの輪切り情報を組み合わせて、潜像プロファイル化させても良い。また、2回のデータから評価値を計算しても良い。
予めシミュレーションで、帯電領域と電界強度バイアスレベルを掴んでおくことにより潜像プロファイルを電界強度プロファイルに変換することができる。
As an analysis method, latent image data may be taken at least twice, and two pieces of slice information may be combined to form a latent image profile. In addition, the evaluation value may be calculated from two data.
The latent image profile can be converted into the electric field intensity profile by grasping the charging area and the electric field intensity bias level by simulation in advance.
図21に示すように、帯電領域C1,C2,C3のときの潜像面積S1,S2,S3に注目すると、良好な静電潜像すなわち潜像鮮鋭度が高い状態(図21(b))では、潜像プロファイルがシャープになる。この場合には、潜像面積S1,S2,S3の大きさの変化が小さい。逆に潜像鮮鋭度が低い場合(図21(a))では、潜像面積S1,S2,S3の順に潜像面積が小さくなっていき、上記面積の差が大きい。すなわち、潜像の大きさ、あるいは潜像面積の変化に着目することで、形成された潜像の良し悪しを判断することが可能となる。 As shown in FIG. 21, when attention is paid to the latent image areas S1, S2, and S3 in the charged regions C1, C2, and C3, a good electrostatic latent image, that is, a state in which the latent image sharpness is high (FIG. 21B). Then, the latent image profile becomes sharp. In this case, the change in the size of the latent image areas S1, S2, and S3 is small. Conversely, when the latent image sharpness is low (FIG. 21A), the latent image area decreases in the order of the latent image areas S1, S2, and S3, and the difference between the areas is large. That is, it is possible to determine whether the formed latent image is good or bad by paying attention to the size of the latent image or the change in the latent image area.
また、別の方法として、固定照明で露光するように構成するとともに、電荷を残す領域にマスクをかけて露光できないように遮光し、遮光された部分以外の残りを消去するようにしても良い。これにより、荷電粒子ビームの軌道を遮ることなく所望の周辺電荷を消去することができる。 As another method, the exposure may be performed with fixed illumination, and a mask may be applied to a region where charges are to be left so that exposure is not possible, and the rest other than the light-shielded portion may be erased. As a result, desired peripheral charges can be erased without blocking the trajectory of the charged particle beam.
なお、遮光部材は、ガラスなどの透過物体に蒸着などにより非露光部を形成した固定の遮光部材でもよいし、液晶など透過率を電気的に自在に変えるものであってもよい。
このようにして、一様に帯電された感光体試料20の露光が行われ、遮光部材93の遮光パターンに対応する静電潜像パターンが形成される。
The light-shielding member may be a fixed light-shielding member in which a non-exposed portion is formed by vapor deposition or the like on a transparent object such as glass, or a liquid crystal or the like that changes the transmittance freely.
In this way, the uniformly charged
また、別の方法として、帯電領域を少なくとも2回以上変えて行う静電潜像の評価方法であって、帯電露光後に一旦静電潜像を消去して、再度帯電露光させることによって静電潜像を形成し、潜像の特徴量を抽出する方法であっても良い。 Another method is to evaluate the electrostatic latent image by changing the charged region at least twice, and after the electrostatic exposure, the electrostatic latent image is once erased and then exposed again. A method of forming an image and extracting feature values of the latent image may be used.
具体的には、電子ビームを照射することで帯電した後に、レーザー光を走査して光スポットを集光させることで潜像を形成する。そして、電子ビームを走査させて、信号を検出することで、潜像による画像を取得する。その後静電潜像を消去して、再度帯電するときに帯電領域を1回目と変えて帯電させる。そして、同様にレーザー光の照射により潜像を形成し、電子ビームを走査させて信号を検出することで、潜像による画像を取得することができる。 Specifically, after charging by irradiating with an electron beam, a latent image is formed by scanning a laser beam and condensing a light spot. Then, by scanning the electron beam and detecting the signal, an image based on the latent image is acquired. Thereafter, the electrostatic latent image is erased, and when charging again, the charging area is changed to the first charging. Similarly, by forming a latent image by laser light irradiation and scanning the electron beam to detect a signal, an image by the latent image can be acquired.
ここで、複数の帯電領域計測のうちの特定の2回に着目して評価を行う場合に、広い方の帯電領域での潜像の面積をS1、狭い方の帯電領域での潜像面積をS2としたとき、潜像面積比率(S2/S1)を計測し、その値を潜像形成能力の評価指標としても良い。潜像面積比率を計測することで、潜像のシャープネスを計測することができる。 Here, when the evaluation is performed by paying attention to specific two times among the plurality of charged region measurements, the area of the latent image in the wider charged region is S1, and the latent image area in the smaller charged region is When S2 is set, the latent image area ratio (S2 / S1) may be measured, and the value may be used as an evaluation index of the latent image forming ability. By measuring the latent image area ratio, the sharpness of the latent image can be measured.
計測のフローを図20に示す。
1つの評価を行うために設定される帯電領域の数を2とする。まず、帯電領域C1を設定して帯電させ、所定のパターンの静電潜像を形成する。所定の観察領域C0を設定して電子ビームを照射し、放出電子を検出して静電潜像データを取り込む。ここまでの動作回数iが2に達していなければ、「i=i+1」とした後、上記の方法によって静電潜像を消去して、新たに帯電領域を設定するステップに戻る。そして再び帯電、静電潜像パターン形成、観察領域C0を設定して静電潜像データ取り込みを行う。動作回数iが2に達すると、画像処理によって潜像パターンが抽出され、潜像面積S1及びS2が算出され、S2/S1が計測され、潜像面積比率が算出される。
The measurement flow is shown in FIG.
The number of charged areas set for one evaluation is assumed to be two. First, the charging area C1 is set and charged to form an electrostatic latent image having a predetermined pattern. A predetermined observation area C0 is set, an electron beam is irradiated, emitted electrons are detected, and electrostatic latent image data is captured. If the number of operations i so far has not reached 2, after setting “i = i + 1”, the process returns to the step of erasing the electrostatic latent image by the above-described method and newly setting the charged area. Then, charging, electrostatic latent image pattern formation, and observation area C0 are set again to capture electrostatic latent image data. When the number of operations i reaches 2, a latent image pattern is extracted by image processing, latent image areas S1 and S2 are calculated, S2 / S1 is measured, and a latent image area ratio is calculated.
潜像形成能力が高いほど、潜像の電界強度分布のプロファイルは急峻すなわちシャープネスになるため、潜像断面積比率は大きくなり、最大値1に近づくことになる。
このように、潜像断面積比率を計測することにより相対的な静電潜像分布のシャープネスを簡易的に計測することが可能である。
The higher the latent image forming capability, the steeper or sharpness of the profile of the electric field intensity distribution of the latent image, so that the latent image cross-sectional area ratio increases and approaches the maximum value of 1.
Thus, by measuring the latent image cross-sectional area ratio, it is possible to easily measure the relative sharpness of the electrostatic latent image distribution.
図22は、上記の方法による静電潜像の鮮鋭度評価の例を示す。図22において、
潜像形成条件Aでの潜像面積比率(S2/S1)をA(S2/S1)
潜像形成条件Bでの潜像面積比率(S2/S1)をB(S2/S1)
としたとき、
A(S2/S1)<B(S2/S1)
の関係が成立する場合に、潜像形成条件Bの方が、潜像鮮鋭度が高く、潜像形成能力が高いと評価することができる。この評価をする際に基準となる潜像面積は、なるべく同等レベルに設定することが望ましい。
FIG. 22 shows an example of the sharpness evaluation of the electrostatic latent image by the above method. In FIG.
The latent image area ratio (S2 / S1) under the latent image forming condition A is set to A (S2 / S1).
The latent image area ratio (S2 / S1) under the latent image forming condition B is set to B (S2 / S1).
When
A (S2 / S1) <B (S2 / S1)
When the above relationship is established, it can be evaluated that the latent image forming condition B has higher latent image sharpness and higher latent image forming ability. It is desirable to set the latent image area serving as a reference when performing this evaluation to the same level as much as possible.
潜像面積をSとしたときの円相当径は、図23に示すように、
円相当径D=2×(S/π)^0.5 ・・・(2)
で表すことができる。
The equivalent circle diameter when the latent image area is S is as shown in FIG.
Equivalent circle diameter D = 2 × (S / π) ^ 0.5 (2)
Can be expressed as
ここで、上述した潜像面積比率を基準とする感光体疲労実験の具体例について、以下に説明する。実験条件は以下の通りである。 Here, a specific example of the photoreceptor fatigue experiment based on the above-described latent image area ratio will be described below. The experimental conditions are as follows.
実験条件
感光体 :フタロシアニン系感光体(膜厚30μm)
加速電圧 :1.4kV
帯電電位 :−500V
帯電領域 :広域:狭域=3.75:1
書込密度 :600dpi
パターン :2dot孤立
デューティ :100%
光源 :波長655nm
ビームスポット径:主45×副50μm
露光エネルギ密度:3mJ/m^2
上記条件における潜像面積比率の測定結果の一例を図24に示す。
潜像面積比率は、初期に0.71であったものが30分疲労後には0.69、2時間疲労後には0.64と、疲労時間の増加と共に減衰することがわかった。すなわち、この感光体試料は、疲労と共に潜像鮮鋭度が低下していることになる。
Experimental conditions Photoconductor: Phthalocyanine photoconductor (thickness 30 μm)
Acceleration voltage: 1.4 kV
Charging potential: -500V
Charging area: Wide area: Narrow area = 3.75: 1
Writing density: 600 dpi
Pattern: 2 dots isolated Duty: 100%
Light source: wavelength 655 nm
Beam spot diameter: main 45 × sub 50μm
Exposure energy density: 3 mJ / m ^ 2
An example of the measurement result of the latent image area ratio under the above conditions is shown in FIG.
It was found that the latent image area ratio initially 0.71 was 0.69 after 30 minutes fatigue, 0.64 after 2 hours fatigue, and attenuated with increasing fatigue time. In other words, the latent image sharpness of the photoconductor sample decreases with fatigue.
感光体の静電疲労や光疲労によって潜像鮮鋭度が変化し、それにより本来の静電潜像プロファイルが鈍るため、このような評価方法が適している。そして、この評価方法を通じて発見される、初期と疲労後とで潜像鮮鋭度の変化の少ない感光体を用いることで、高画質の画像を出力しつづけることができる。
また、上記潜像面積比率のランクは、出力画像品質にも相関があることを確認することができた。このように、感光体試料では、潜像鮮鋭度を評価することが有効であることがわかった。
Such an evaluation method is suitable because the latent image sharpness changes due to electrostatic fatigue or light fatigue of the photoreceptor, and the original electrostatic latent image profile becomes dull. By using a photoconductor that is found through this evaluation method and has little change in latent image sharpness between the initial stage and after fatigue, a high-quality image can be output continuously.
It was also confirmed that the rank of the latent image area ratio has a correlation with the output image quality. As described above, it was found that it is effective to evaluate the latent image sharpness in the photoconductor sample.
また、光源にVCSELなどを用いたマルチビーム走査光学系では、4以上の複数光源を用い、多くのビームが重なり合いながら、複雑な露光条件のもとで、ひとつの潜像パターンを形成することになる。このような場合には、それぞれのパラメータの影響度合いがわかりにくい。このような、潜像形成条件で、本発明の評価方法は特に有効となる。 In a multi-beam scanning optical system using a VCSEL or the like as a light source, a plurality of four or more light sources are used to form a single latent image pattern under complicated exposure conditions while many beams overlap. Become. In such a case, it is difficult to understand the degree of influence of each parameter. The evaluation method of the present invention is particularly effective under such latent image forming conditions.
図25は、本発明の静電潜像の評価装置の他の実施例を示す図である。試料下部の試料載置台7は、電圧±Vsubを印加できる電圧印加部が接続されている。また、感光体試料20の上部には、入射電子ビームが試料電荷の影響を受けることを抑制するために、グリッドメッシュ12を配置した構成となっている。
このような測定装置を用いることで、表面電荷分布や表面電位分布のプロファイルをさらに高精度に測定することが可能である。
FIG. 25 is a diagram showing another embodiment of the electrostatic latent image evaluation apparatus of the present invention. A voltage application unit that can apply a voltage ± Vsub is connected to the sample mounting table 7 below the sample. In addition, a
By using such a measuring apparatus, it is possible to measure the surface charge distribution and the surface potential distribution profile with higher accuracy.
図26は入射電子と試料の関係を示す図である。同図(a)は加速電圧が表面電位ポテンシャルより大きい場合、同図(b)は加速電圧が表面電位ポテンシャルより小さい場合をそれぞれ示す。 FIG. 26 is a diagram showing the relationship between incident electrons and a sample. FIG. 4A shows the case where the acceleration voltage is larger than the surface potential potential, and FIG. 4B shows the case where the acceleration voltage is smaller than the surface potential potential.
感光体試料に入射する荷電粒子の試料垂直方向の速度ベクトルが前記感光体試料への到達前に反転するような領域が存在する電位ポテンシャル及び加速電圧条件下で、1次入射荷電粒子を検出する。具体的には、前記感光体試料の表面の電位ポテンシャルを変えるために前記感光体試料の背面に電圧を印加して静電潜像を計測する。
なお、加速電圧は、正で表現することが一般的であるが、加速電圧の印加電圧Vacc
は負であり、電位ポテンシャルとして、物理的意味を持たせるためには、負で表現する方が説明しやすい。そのため、ここでは加速電圧は負(Vacc<0)と表現し、試料の電位ポテンシャルをVp(<0)とする。
The primary incident charged particles are detected under a potential potential and an acceleration voltage condition in which a region where the velocity vector of the charged particles incident on the photoconductor sample is inverted before reaching the photoconductor sample exists. . Specifically, an electrostatic latent image is measured by applying a voltage to the back surface of the photoreceptor sample in order to change the potential potential on the surface of the photoreceptor sample.
The acceleration voltage is generally expressed as positive, but the applied voltage Vacc of the acceleration voltage
Is negative, and in order to have a physical meaning as a potential potential, it is easier to explain it by expressing it negatively. Therefore, here, the acceleration voltage is expressed as negative (Vacc <0), and the potential potential of the sample is Vp (<0).
ここで、電位とは、単位電荷が持つ電気的な位置エネルギである。したがって、入射電子は、電位0(V)では加速電圧Vaccに相当する速度で移動する。すなわち、電子の電荷量をeとし電子の質量をmとすると、電子の初速度v0は、
mv02/2=e×|Vacc|
で表される。また、真空中ではエネルギ保存則がほぼ完全に成立するため、加速電圧の働かない領域では等速で運動し、試料面に接近するに従い、電位が高くなり、試料電荷のクーロン反発の影響を受けて速度が遅くなる。
Here, the potential is the electrical potential energy of the unit charge. Therefore, the incident electrons move at a speed corresponding to the acceleration voltage Vacc at the potential 0 (V). That is, assuming that the charge amount of electrons is e and the mass of electrons is m, the initial velocity of electrons v0 is
mv0 2/2 = e × | Vacc |
It is represented by In addition, the energy conservation law is almost completely established in a vacuum, so that it moves at a constant speed in the region where the acceleration voltage does not work, and as it approaches the sample surface, the potential increases and is affected by the Coulomb repulsion of the sample charge. Slows down.
したがって、一般的に以下のような現象が起こる。
同図(a)においては、|Vacc|≧|Vp|なので、電子は、速度は減速されるものの、試料に到達する。
同図(b)においては、|Vacc|<|Vp|なので、入射電子の速度は試料の電位ポテンシャルの影響を受けて、徐々に減速し、試料に到達する前に速度が0となって、反対方向に進む。
Therefore, the following phenomenon generally occurs.
In FIG. 6A, since | Vacc | ≧ | Vp |, the electron reaches the sample although the speed is reduced.
In FIG. 5B, since | Vacc | <| Vp |, the velocity of the incident electrons is gradually decelerated under the influence of the potential potential of the sample, and the velocity becomes zero before reaching the sample. Go in the opposite direction.
したがって、入射電子のエネルギ変えたときの、試料面上でのエネルギすなわちランディングエネルギがほぼ0となる条件を計測することで、表面の電位を計測することができる。ここでは1次反転荷電粒子のうち、特に電子の場合について1次反転電子と呼ぶことにする。試料に到達したとき発生する2次電子と1次反転荷電粒子では、検出器に到達する量が大きく異なるので、明暗のコントラストの境界に基づき、2次電子と1次反転荷電粒子とを識別することができる。1次反転電子は、試料表面の電位分布の影響を受けて、試料表面に到達する前に反転する電子のことである。 Therefore, the surface potential can be measured by measuring a condition in which the energy on the sample surface, that is, the landing energy when the energy of the incident electrons is changed, is almost zero. Here, among primary inversion charged particles, the case of electrons in particular will be referred to as primary inversion electrons. Since the amount of secondary electrons generated when reaching the sample and the primary inverted charged particles differ greatly in the amount reaching the detector, the secondary electrons and the primary inverted charged particles are discriminated based on the boundary of contrast between light and dark. be able to. Primary inversion electrons are electrons that are affected by the potential distribution on the sample surface and reverse before reaching the sample surface.
なお、走査電子顕微鏡などには、反射電子検出器が設けられているが、この場合の反射電子とは、一般的に試料の物質との相互作用により、入射電子が後方背面に反射(散乱)され、試料の表面から飛び出す電子のことを指す。反射電子のエネルギは入射電子のエネルギに匹敵する。一般的に、反射電子の強度は試料の原子番号が大きいほど大きい。走査電子顕微鏡による反射電子を検出する方法は、試料の組成の違いや、凹凸を検出するためのものである。 A scanning electron microscope or the like is provided with a backscattered electron detector. In this case, the backscattered electrons are generally reflected (scattered) from the back surface due to the interaction with the sample material. It refers to electrons that jump out of the surface of the sample. The energy of the reflected electrons is comparable to the energy of the incident electrons. In general, the intensity of reflected electrons increases as the atomic number of the sample increases. The method of detecting reflected electrons by a scanning electron microscope is for detecting a difference in composition of the sample and unevenness.
図27は潜像深さ計測結果の一例を示す図である。各走査位置(x,y)で、加速電圧Vaccと、試料下部印加電圧Vsubとの差をVth(=Vacc−Vsub)とし、ランディングエネルギがほぼ0となるときのVth(x,y)を測定することで、電位分布V(x,y)を測定することができる。Vth(x,y)は、電位分布V(x,y)とは一意的な対応関係があり、Vth(x,y)はなだらかな電荷分布などであれば、近似的に電位分布V(x,y)と等価となる。 FIG. 27 is a diagram showing an example of a latent image depth measurement result. At each scanning position (x, y), the difference between the acceleration voltage Vacc and the sample lower applied voltage Vsub is Vth (= Vacc−Vsub), and Vth (x, y) when the landing energy is almost zero is measured. Thus, the potential distribution V (x, y) can be measured. Vth (x, y) has a unique correspondence with the potential distribution V (x, y). If Vth (x, y) is a gentle charge distribution, the potential distribution V (x , Y).
図27上段の曲線は試料表面の電荷分布によって生じた表面電位分布の一例を示している。2次元的な走査を行う電子銃の加速電圧は−1800Vとした。中心(横軸座標=0)の電位が約−600Vであり、中心から外側に向かうに従って、電位がマイナス方向に大きくなり、中心から半径が75μmを超える周辺領域の電位は約−850V程度になっている。 The upper curve in FIG. 27 shows an example of the surface potential distribution generated by the charge distribution on the sample surface. The acceleration voltage of the electron gun that performs two-dimensional scanning was set to −1800V. The potential at the center (horizontal axis coordinate = 0) is about -600V, the potential increases in the negative direction as it goes from the center to the outside, and the potential in the peripheral region whose radius exceeds 75 μm from the center is about -850V. ing.
同図中段の楕円形は試料の裏面をVsub=−1150Vに設定したときの検出器出力を画像化した図である。このとき、Vth=Vacc−Vsub=−650Vとなっている。 The oval in the middle of the figure is an image of the detector output when the back surface of the sample is set to Vsub = −1150V. At this time, Vth = Vacc−Vsub = −650V.
同図下段の楕円形はVsub=−1100Vとしたほかは上記条件と同じ条件で得られた検出器出力を画像化した図である。このときのVthは−700Vになっている。 The oval in the lower part of the figure is an image of the detector output obtained under the same conditions as above except that Vsub = −1100V. At this time, Vth is -700V.
したがって、加速電圧Vaccまたは印加電圧Vsubを変えながら、試料表面を電子
で走査させ、Vth分布を計測することにより、試料の表面電位情報を計測することが可
能となる。
この方法を用いることにより、従来困難であった、潜像プロファイルをミクロンオーダ
ーで可視化することが可能となる。
Therefore, the surface potential information of the sample can be measured by scanning the sample surface with electrons while changing the acceleration voltage Vacc or the applied voltage Vsub and measuring the Vth distribution.
By using this method, it is possible to visualize the latent image profile on the micron order, which has been difficult in the past.
なお、1次反転電子で潜像プロファイルを計測する方式では、入射電子のエネルギが極端に変わるため、入射電子の軌道のずれが生じ、その結果、走査倍率が変わったり、歪曲収差を生じたりすることがある。その場合には、静電場環境や電子軌道をあらかじめ計算しておき、それをもとに補正することにより、さらに高精度に計測することが可能となる。 In the method of measuring the latent image profile with primary inversion electrons, the energy of incident electrons changes drastically, resulting in a shift in the trajectory of incident electrons, resulting in a change in scanning magnification and distortion. Sometimes. In that case, the electrostatic field environment and the electron trajectory can be calculated in advance, and correction can be performed based on the calculation, thereby making it possible to measure with higher accuracy.
(画像形成装置)
上記評価を用いた感光体を画像形成装置に搭載するとよい。以下に、この発明の画像形成装置の実施の1形態を説明する。
図28は上記1形態であるレーザプリンタを略示している。レーザプリンタ100は像担持体111として「円筒状に形成された光導電性の感光体」を有している。像担持体111の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115が配備されている。この実施の形態では「帯電手段」として、オゾン発生の少ない接触式の帯電ローラ112を用いているが、コロナ放電を利用するコロナチャージャを帯電手段として用いることもできる。また、光走査装置117が設けられ、帯電ローラ112と現像装置113との間で「レーザビームLBの光走査による露光」を行うようになっている。
(Image forming device)
A photoconductor using the above evaluation may be mounted on the image forming apparatus. Hereinafter, an embodiment of the image forming apparatus of the present invention will be described.
FIG. 28 schematically shows the laser printer according to the first embodiment. The
図28において、符号116は定着装置、符号118はカセット、符号119はレジストローラ対、符号120は給紙コロ、符号121は搬送路、符号122は排紙ローラ対、符号123はトレイを示している。画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体111が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ112により均一に帯電され、光走査装置117のレーザビームによる光書込による露光により静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。この静電潜像は現像装置113により反転現像され、像担持体111上にトナー画像が形成される。転写紙を収納したカセット118は画像形成装置100本体に着脱可能で、図のごとく装着された状態において、収納された転写紙の最上位の1枚が給紙コロ120により給紙される。給紙された転写紙は、その先端部をレジストローラ対119に銜えられる。レジストローラ対119は、像担持体111上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングをあわせて転写紙を転写部へ送りこむ。送りこまれた転写紙は、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ、転写ローラ114の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙は定着装置116でトナー画像を定着されたのち、搬送路21を通り、排紙ローラ対122によりトレイ123上に排出される。トナー画像が転写されたのち、像担持体111の表面はクリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
In FIG. 28,
上記像担持体111は、本発明に係る静電潜像の評価装置を用い、本発明に係る静電潜像の評価方法によって評価された感光体を用いる。こうすることにより、非常に望ましい観光体を用いることができ、解像力に優れ、高精彩、かつ高耐久で信頼性の高い画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。
特にVCSELなどのマルチビーム走査光学系を搭載した画像形成装置に適する。
The
It is particularly suitable for an image forming apparatus equipped with a multi-beam scanning optical system such as a VCSEL.
4 荷電粒子ビーム照射装置
40 真空チャンバ
41 電子銃
46 ビームブランキング電極
6 露光装置
61 光源
7 試料載置台
8 検出器
9 信号検出部
10 画像処理手段
11 導電板
12 グリッドメッシュ
17 光源
20 感光体試料
77 走査ビーム
78 試料ステージ
100 レーザプリンタ
111 像担持体
113 現像装置
115 クリーニング装置
116 定着装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
真空内で前記感光体試料に電子線を照射して帯電させる帯電工程と、帯電させた前記感光体試料に対して光照射を行い除電する除電工程と、を備え、
前記感光体試料の測定領域に対して前記電子線を照射する前記帯電工程と、前記感光体試料の測定領域に対して前記電子線の照射を行わずに前記光照射を行う前記除電工程と、を繰り返し行うことで前記感光体試料を疲労させた後、前記帯電工程と前記除電工程とが行われた位置において前記感光体試料に対して帯電し露光することにより静電潜像パターンを形成し、
1つの評価を行うために帯電領域を複数回変更し、
帯電領域の面積が異なることによって生じる検出信号の違いを複数の画像として取り込み、
得られた前記複数の画像より複数の静電潜像を抽出し、
抽出された前記複数の静電潜像の大きさを比較することにより、静電潜像を評価する静電潜像の評価方法。 A method for measuring and evaluating an electrostatic latent image of a photoreceptor sample by a detection signal obtained by irradiating a charged particle beam to a photoreceptor sample having a surface charge distribution,
Comprising a charging step of charging by irradiating an electron beam on the photosensitive member samples in a vacuum, a neutralization step of neutralizing performs light irradiation to the photoreceptor sample was charged, and
The charging step of irradiating the measurement region of the photoconductor sample with the electron beam; and the neutralizing step of irradiating the measurement region of the photoconductor sample without irradiating the electron beam. After the photoconductor sample is fatigued by repeating the process, an electrostatic latent image pattern is formed by charging and exposing the photoconductor sample at a position where the charging step and the static elimination step are performed. ,
Change the charged area multiple times to make one evaluation,
The difference in detection signal that occurs due to the difference in the area of the charged region is captured as multiple images,
Extracting a plurality of electrostatic latent images from the plurality of obtained images,
An electrostatic latent image evaluation method for evaluating an electrostatic latent image by comparing sizes of the plurality of extracted electrostatic latent images.
広い帯電領域での潜像面積と、狭い帯電領域での潜像面積との潜像面積比率を算出し、
算出された潜像面積比率を潜像形成能力の評価指標とする請求項1記載の静電潜像の評価方法。 Measure electrostatic latent images with different charged areas,
Calculate the latent image area ratio between the latent image area in the wide charged area and the latent image area in the narrow charged area,
Evaluation of an electrostatic latent image according to claim 1, wherein the calculated latent image area ratio as an evaluation index of the latent image forming capability.
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