静電潜像計測装置および静電潜像計測方法
【課題】感光体表面に生じている静電潜像をミクロンオーダーで高精度に計測する静電潜像計測装置および静電潜像計測方法を提供する。
【解決手段】電子銃１１と、光源１００と、音響光学偏向素子１０３と、ポリゴンミラー１０５と、２次電子検出器２４と、音響光学偏向素子１０３の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正手段と、を備えた静電潜像計測装置。１次元方向への走査は音響光学偏向素子１０３による回折、他の１次元方向への走査はポリゴンミラー１０５による偏向により行うことで２次元方向への走査を行う。
【解決手段】電子銃１１と、光源１００と、音響光学偏向素子１０３と、ポリゴンミラー１０５と、２次電子検出器２４と、音響光学偏向素子１０３の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正手段と、を備えた静電潜像計測装置。１次元方向への走査は音響光学偏向素子１０３による回折、他の１次元方向への走査はポリゴンミラー１０５による偏向により行うことで２次元方向への走査を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体表面に生じている静電潜像の電位分布や電荷分布をミクロンスケールで高分解能に計測することのできる静電潜像計測装置および静電潜像計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、多色画像形成装置に対する画像形成の高速化への要求が高まるとともに、画像形成装置がオンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷に用いられるようになり、画像の高品質化、高精度化が求められている。
【０００３】
電子写真方式の画像形成装置では、帯電、露光、現像、転写、定着の各工程におけるプロセスクオリティが、最終的に出力される画像の品質に大きく影響を与える。中でも、露光プロセスにより感光体上に生じる静電潜像の状態は、トナー粒子の挙動に直接影響を及ぼす重要なファクターである。そのため、露光後の静電潜像の状態を高精度に計測して静電潜像の品質を正しく評価することは、高品質の画像を得ることができる画像形成装置を実現するうえで極めて重要であり、ミクロンスケールでの高精度の計測が要求される。
【０００４】
ミクロンスケールで被測定物の帯電電位を算出する方法として、カンチレバーなどのセンサヘッドを、電位分布を有する試料に近づけ、そのとき静電潜像とカンチレバーなどとの間に相互作用として起こる静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に変換する方法がある。
【０００５】
しかしながら、この方法を用いるためには、センサヘッドを被測定物に近接させる必要がある。例えば、１０μｍの空間分解能を得るためには、センサヘッドと被測定物との間の距離は１０μｍ以下にする必要がある。
【０００６】
ただし、センサヘッドと被測定物を近接させる場合、以下に示すような大きな問題が生じるため、他の用途に使うことはできても、高抵抗体の静電特性の算出に適用することは困難である。
・絶対距離計測が必要となる。
・測定に時間がかかり、その間に潜像の状態が変化する。
・放電、吸着が起こる。
・センサ自身が磁場を乱す。
【０００７】
また、特許文献１等に記されているように、電子ビームを用いた静電潜像の測定方法が存在するが、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る。すなわち、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、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、暗減衰が生じ、時間とともに表面電位が低下してしまう。感光体が電荷を保持できる時間は、暗室であってもせいぜい数十秒である。従って、帯電、露光後に電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で静電潜像を観察しようとしても、その準備段階で静電潜像は消失してしまう。
【０００８】
また、特許文献２または３に記されているように、静電潜像を形成する装置内に静電潜像を測定する装置を設けているため、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方法がある。しかし、この方式における露光光学系においては、露光ビームによる走査は１次元についてのみ可能であり、２次元走査には対応していない。実際の画像形成装置においては、露光光学系と感光体ドラムの回転により、露光ビームを２次元走査し画像形成を行っているため、より実機に則した静電潜像の計測を行う必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、音響光学偏向素子を利用した２次元露光光学系により、感光体表面に生じている静電潜像をミクロンオーダーで高精度に計測する静電潜像計測装置および静電潜像計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、感光体の表面に形成される静電潜像を計測する静電潜像計測装置であって、感光体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電手段と、帯電した前記感光体に光束を照射し露光する光源と、光源からの光束を回折させる音響光学偏向素子と、光束を回折方向に対し垂直の方向に偏向する偏向手段と、帯電された感光体からの２次電子を検出する検出手段と、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正手段と、を備え、１次元方向への走査は音響光学偏向素子による回折、他の１次元方向への走査は偏向手段による偏向により行うことで２次元方向への走査を行う静電潜像計測装置であることを最も主要な特徴とする。
【００１１】
本発明においては特に限定されないが、補正手段は、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う回折効率の変化を、音響光学偏向素子に印加される電圧を駆動周波数に応じて変化させることで補正することが好ましい。
【００１２】
また、本発明においては特に限定されないが、補正手段は、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を、光源からの光量を駆動周波数に応じて変化させることで補正することが好ましい。
【００１３】
また、本発明においては特に限定されないが、感光体表面に到達する光量を変化させる光減衰手段をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては特に限定されないが、光束により感光体表面に形成されるビームスポットの径を調整するビームサイズ補正手段をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明においては特に限定されないが、ビームサイズ補正手段は、光源と感光体との距離を調整することが好ましい。
【００１６】
また、本発明においては特に限定されないが、ビームサイズ補正手段は、感光体に入射する光束の入射角を調整することが好ましい。
【００１７】
（２）本発明は、感光体の表面に形成される静電潜像を計測する静電潜像計測方法であって、感光体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電工程と、帯電した感光体に光束を照射し露光する露光工程と、光源からの光束を音響光学偏向素子により回折させる回折工程と、光束を回折方向に対し垂直の方向に偏向する偏向工程と、帯電された感光体からの２次電子を検出する検出工程と、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正工程と、を備えた静電潜像計測であることを主要な特徴とする。
【００１８】
本発明においては特に限定されないが、補正工程は、音響光学偏向素子の駆動周波数に伴う回折効率の変化を、音響光学偏向素子に作用する電圧を駆動周波数に応じて変化させることで補正することが好ましい。
【００１９】
また、本発明においては特に限定されないが、補正工程は、音響光学偏向素子の駆動周波数に伴う感光体表面に到達する光量の変化を、光源からの光量を駆動周波数に応じて変化させることで補正することが好ましい。
【００２０】
また、本発明においては特に限定されないが、光源からの光量を補正する工程において、光源の光量をシングルモード発振領域の範囲内で変化させることが好ましい。
【００２１】
また、本発明においては特に限定されないが、光源からの光量を補正する工程において、前記光源の光量をシングルモード発振領域の範囲外において光減衰手段を用いて変化させることが好ましい。
【００２２】
また、本発明においては特に限定されないが、光束により感光体表面に形成されるビームスポットの径を調整するビームサイズ補正工程をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
また、本発明においては特に限定されないが、ビームサイズ補正工程は、光源と感光体との距離を調整することで行われることが好ましい。
【００２４】
また、本発明においては特に限定されないが、ビームサイズ補正工程は、感光体に入射する光束の入射角を調整することで行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、感光体表面に生じている静電潜像をミクロンオーダーで高精度に計測することができる。また、本発明によれば、音響光学偏向素子の駆動周波数の違いによる回折効率の違いに起因する試料像面における光量の変化を補正し、駆動周波数によらず試料像面での光量を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る静電潜像計測装置の例を示すモデル図である。
【図２】図１の静電潜像計測装置の露光光学系を詳細に示す斜視図である。
【図３】図２の露光光学系の光源の例を示す斜視図である。
【図４】図２の露光光学系の音響光学偏向素子の例を示すモデル図とグラフである。
【図５】本発明に係る静電潜像計測装置の別の例を示すモデル図である。
【図６】静電潜像パターンの例を示す平面図である。
【図７】２次電子による電荷分布検出の原理を示すモデル図である。
【図８】音響光学偏向素子の駆動周波数による回折効率変化を示すグラフである。
【図９】ＬＤ駆動電流の変化によるビーム径の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る静電潜像計測方法の実施例を示すフローチャートである。
【図１１】音響光学偏向素子への印加電圧と強度変調電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】図１１のグラフについて、強度変調電圧により回折効率変化の補正を行った後の状態を示すグラフである。
【図１３】音響光学偏向素子の制御系を示すブロック図である。
【図１４】音響光学偏向素子の別の制御系を示すブロック図である。
【図１５】可変ＮＤフィルターについて示す正面図である。
【図１６】本発明に係る静電潜像計測方法の別の実施例を示すフローチャートである。
【図１７】ＬＤ駆動電流の違いによる深度特性の違いを示すグラフである。
【図１８】本発明に係る静電潜像計測方法の更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図１９】試料像面における副走査方向のビーム径太りについて示すモデル図である。
【図２０】露光ビームの入射角調整によるビーム径変化補正を示すモデル図である。
【図２１】本発明に係る静電潜像計測方法の更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図２２】ドラム状試料における露光ビームの入射角を示すモデル図である。
【図２３】図２２の試料について高さ調整によるビーム径変化補正を示すグラフである。
【図２４】本発明に係る静電潜像計測方法の更に別の実施例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る静電潜像計測装置および静電潜像計測方法の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図１を用いて感光体の静電潜像を計測する静電潜像計測装置の構成について説明する。
【００２９】
静電潜像計測装置１は、荷電粒子照射部５０、試料載置台６０、露光光学系２２、２次電子検出器２４および情報処理部８０を有する。これら各構成は、図示しない電源に接続されるとともに、ホストコンピュータ９０からなる制御手段により動作が制御される。
【００３０】
荷電粒子照射部５０は、荷電粒子ビームとしての電子ビームを発生させるための電子銃１１と、電子ビームを制御する引き出し電極（エキストラクタ）１２と、電子ビームのエネルギーを制御する加速電極１３と、電子銃から発生された電子ビームを集束させるための静電レンズ（コンデンサレンズ）１４と、電子ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うビームブランキング電極（ビームブランカ）１５と、仕切り板１６と、電子ビームの照射電流の電流密度（単位時間あたりの照射電位数）を制御するための可動絞り１７と、ビームブランキング電極１５を通過した電子ビームの非点補正を行うスティングメータ１８と、スティングメータ１８を通過した電子ビームを走査させる偏向コイルである走査レンズ（偏向電極）１９と、走査レンズ１９を通過した電子ビームを再び集光する静電対物レンズ２０と、ビーム射出開口部２１と、を備えている。それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。なお、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のことを指す。イオンビームを用いて帯電を行う場合には、電子銃１１の代わりに液体金属イオン銃等を用いる。
【００３１】
電子銃１１の陰極には、タングステンやＬａｂ６が用いられている。感光体２３を電子銃１１により帯電させる場合、感光体２３の表面を均一に帯電させるため、電子ビームを用いた走査が行われる。なお、感光体２３の表面を走査して帯電させるのに代えて、電子ビームを感光体２３の表面全体に拡散させて帯電させてもよい。
【００３２】
試料載置台６０は、感光体２３を載置するための平面が形成された台である。試料載置台６０に感光体２３が載置された後、静電潜像計測装置１の筐体内部が図示せぬ真空ポンプを用いて真空状態にされ、帯電特性の評価が行われる。
【００３３】
露光光学系２２は、図２（ａ）に示すように、感光体に関して感度を持つ波長のＬＤ（レーザダイオード）１００、コリメートレンズ１０１、アパーチャ１０２、音響光学偏向素子１０３、シリンダレンズ１０４、ポリゴンミラー１０５、走査レンズ１０６、同期検知用ミラー１０７、同期検知手段１０８などを備えており、感光体試料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となっている。また、光源は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等のマルチビーム光源であってもよい。音響光学偏向素子１０３は、その駆動周波数を変調することによりレーザ光を角度変調させることができる。
【００３４】
本実施例に係る露光光学系２２においては、音響光学偏向素子１０３により１次元方向への走査を行うとともに、ポリゴンミラー１０５により他の１次元方向への走査を行うことで、全体として２次元の走査が可能となっている。
【００３５】
２次電子検出器２４は、シンチレータや光電子増倍管等の検出器である。
【００３６】
情報処理部８０は、電子検出部８１、信号処理部８２、測定結果出力部８３および画像処理部８４を備えている。電子検出部８１は、２次電子検出器２４の検出出力を、２次電子に対応した電気信号に変換する。信号処理部８２は、電子検出部８１で変換された電気信号を適当なサンプリング時間でサンプリングする。測定結果出力部８３は、信号処理部８２でサンプリングされた電気信号をもとに各種解析を行う。画像処理部８４は、測定結果出力部８３による解析結果を画像データに変換し、図示せぬディスプレイ等に出力する。
【００３７】
次に、上述した電気音響偏向素子１０３について、図４を用いて説明する。音響光学偏向素子１０３は、光学媒体の中に超音波を発生させて、進行するレーザ光を回折させる素子で、機械的可動部がないので高速な走査を実現できる。
【００３８】
電気音響偏向素子１０３は、二酸化テルル（ＴｅＯ２）やモリブデン酸鉛（ＰｂＭｏ０４）などの単結晶またはガラスからなる音響光学媒体に、圧電素子などの超音波トランスデューサを接着して形成されている。この圧電素子に外部から電気信号を与えて超音波を発生させ、音響光学媒体中に超音波を伝播させると、媒体内に周期的な屈折率の粗密を形成することができる。
【００３９】
媒体中を通るレーザ光はブラッグ回折により回折し、入射光は、０次光の他に±１、２、…の回折光を生じる。０次回折光と１次回折光との角度θは、空気中の光波長をλ、音響波基本周波数をｆａ、音響波速度をＶａとすると、以下の式で表される。
θ＝λ・ｆａ／Ｖａ
【００４０】
偏向角をΔθだけ変化させるためには、基本周波数ｆａをΔｆａ分だけシフトさせる。すなわち、音響波周波数変調をΔｆａとすると、Δθは以下の式で表される。
Δθ＝λ・Δｆａ／Ｖａ
【００４１】
この素子を電圧制御発信機（ＶＣＯ）とＲＦアンプで駆動することで、副走査方向に光束を走査することができる。図４（ｂ）は、ＶＣＯに入力する電圧と出力周波数の関係を示す。図４（ｂ）からも分かるように、ＶＣＯに適切な電圧を入力して周波数を変化させることにより、所望の方向に光束を偏向させることができる。
【００４２】
具体的には、ＴｅＯ２の音響波速度Ｖａ＝６５０ｍ／ｓでｆａ＝５０ＭＨｚ、λ＝６５５ｎｍの場合には、
θ＝６５５×１０−９×５０×１０６／６５０＝５０．３８ｍｒａｄ
となる。
【００４３】
ところで、音響光学偏向素子１０３は、変調信号を与えてから所定の光学特性を得るためには、ディレイが生じる。この応答時間（アクセスタイム）Ｔｒｅｓは、ビームサイズをＤとすると、以下の式で表すことができる。
Ｔｒｅｓ＝Ｄ／Ｖａ
具体的には、Ｄ＝５ｍｍの場合、Ｔｒｅｓ＝７．７μｓとなる。
【００４４】
このため、反射による変更手段の走査周波数をｆｖとしたとき、応答時間は、
Ｄ／Ｖａ＜１／ｆｖ
とすれば良い。
【００４５】
すなわち、ポリゴンミラー１０５の回転数をＲｍ（ｒｐｍ）、ポリゴンミラー１０５の面数をＮとしたときのポリゴンスキャナの走査周波数ｆｖは
ｆｖ＝Ｒｍ／６０×Ｎ
と表されるとともに、
Ｖａ≧Ｄ×ｆｖ
となる必要がある。例えば、Ｄ＝７ｍｍ、ｆｖ＝６ｋＨｚの場合、Ｖａ≧４２ｍ／ｓとなる特性を有する音響光学偏向素子１０３を用いる必要がある。
【００４６】
上述した静電潜像計測装置１の構成について、図５を用いてさらに説明を行う。
【００４７】
露光光学系２２やポリゴンミラー１０５などを駆動する際に発生する振動や電磁波が電子ビームの軌道に影響を与えないように、露光光学系２２を真空チャンバの外に配置すると良い。露光光学系２２を電子ビーム軌道位置から遠ざけることにより、外乱の影響を抑制することが可能となる。露光光学系２２からの光束は、透明な入射窓より真空チャンバ内に入射させることが望ましい。
【００４８】
本実施例では、図５に示すように、真空チャンバ３０の鉛直軸に対して４５°の位置に、真空チャンバ３０内部に対して外部の光源から射出された光束が入射可能な入射窓３１を配置し、真空チャンバ３０外部に露光光学系２２を配置した構成となっている。図５において、露光光学系２２は、光源１００、走査レンズ１０６、同期検知手段１０７、音響光学偏向素子１０３、光偏向器（ポリゴンミラー）１０５などを有している。露光光学系を２２保持するハウジング３２は、露光光学系２２全体を覆い、真空チャンバ３０内部へ入射する外光（有害光）を遮光する構成となっている。
【００４９】
露光光学系２２は、真空チャンバ３０に対して離れて配置するので、ポリゴンミラー１０５等の光偏向器を駆動する際に生じる振動が直接真空チャンバ３０に伝播されず、その影響を抑えることができる。さらに、図５では図示していないが、構造体３３と除振台３４との間にダンパを挿入すれば、更に高い防振効果を得ることができる。
【００５０】
上述した静電潜像計測装置１による静電潜像の計測方法について説明する。まず、感光体試料２３に電子ビームを照射させることで帯電を行う。加速電圧｜Ｖａｃｃ｜を、２次電子放出比が１となる加速電圧より高く設定する。これにより、入射電子量が放出電子量を上回るため、電子が試料に蓄積され、感光体試料２３がチャージアップを起こす。この結果、試料２３にマイナスの一様帯電が生じる。加速電圧と照射時間を適切に設定することにより、所望の帯電電位を形成することができる。
【００５１】
次に、露光光学系２２を用いて感光体試料２３に２次元走査による露光を行う。この２次元走査は、音響光学偏向素子による副走査方向への回折と、ポリゴンミラー１０５による主走査方向への偏向とにより実現される。
【００５２】
露光光学系２２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。必要となる露光エネルギーは、感光体毎の特性によって決まるファクターであるが、通常、２〜１０ｍＪ／ｍ２程度である。感度が低い感光体試料では、十数ｍＪ／ｍ２必要なこともある。帯電電位や必要となる露光エネルギーは、感光体の特性や、静電潜像計測のプロセス条件に合わせて設定すると良い。
【００５３】
また、ビームスポット径、デューティ、画周波数、書込密度、画像パターン等の条件設定を任意に行うことで、様々な条件での潜像計測を行うことが可能となる。図６に示すように、画像パターンとして、（ａ）１ドット孤立（１ｂｙ１）の他、（ｂ）２ｂｙ２、（ｃ）１ドット格子、（ｄ）副走査１ドットライン、（ｅ）副走査ピッチむらのある１ドットラインなど、様々なパターンを感光体試料２３に形成することができる。
【００５４】
次に、形成された静電潜像の計測を行う。感光体試料２３を電子ビームで走査し、放出される２次電子をシンチレータで検出し、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、帯電部の２次電子検出量が多く、露光部の２次電子検出量が少なくなるため、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ので、ビームを走査させずにスポット露光した場合の明暗の境界が潜像径となる。
【００５５】
試料２３表面に電荷分布があると、表面電荷分布に応じた電界分布が試料２３の上方の空間に形成される。このため、入射電子によって発生した２次電子がこの電界によって押し戻され、検出器２４に到達する量が減少することがある。従って、電荷リーク箇所は、露光部が黒、非露光部が白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を測定することができる。
【００５６】
図７（ａ）は、２次電子検出器２４と、試料２３との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものである。試料２３の表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態である。２次電子検出器２４には正極性の電位が与えられているから、実線で示す電位等高線群においては、試料２３の表面から２次電子検出器２４に近づくに従い電位が高くなる。
【００５７】
従って、試料２３における負極性に均一帯電している部分である、図７（ａ）のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、２次電子検出器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、２次電子検出器２４に捕獲される。
【００５８】
一方、図６（ａ）において、Ｑ３点は光照射されて負電位が減衰した部分であり、Ｑ３点近傍では電位等高線の配列は破線で示すようになる。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。換言すると、Ｑ３点の近傍で発生した２次電子ｅｌ３には、矢印Ｇ３で示すように、試料２３側に拘束する電気力が作用する。このため２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線により示す、いわゆるポテンシャルの穴に捕獲され、２次電子検出器２４に向かって移動することができない。
【００５９】
図７（ｂ）は、上記ポテンシャルの穴を模式的に示している。即ち、２次電子検出器２４により検出される２次電子の強度（２次電子数）は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分（均一に負帯電している部分、図７（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「静電潜像の画像部分（光照射された部分、図７（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。
【００６０】
従って、２次電子検出部２４で得られる電気信号を、信号処理部で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述の如く、サンプリング時刻：Tをパラメータとして、表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理部により上記表面電位分布（電位コントラスト像）：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を２次元的な画像データとして構成し、これを情報処理部８０から出力してディスプレイに表示すれば、静電潜像が可視的な画像として得られる。
【００６１】
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、地の部分は明るい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。勿論、表面電位分布が分かれば、表面電荷分布も知ることができる。
【００６２】
上述の構成によれば、表面電荷分布あるいは表面電位分布を有する試料に対して、荷電粒子ビームを照射し、該照射によって得られる検出信号により、試料の電荷分布あるいは電位分布の状態を測定する方法において、露光条件を変えたときの潜像状態を計測することにより、感光体の静電特性を把握することが可能となる。
【００６３】
最後に、ＬＥＤ２５を用いて感光体試料２３の除電を行い、次の測定に備える。感光体試料上に生成された帯電電荷は光を照射することで消失させることができる。
【００６４】
以上のプロセスを行うことで、所望の条件で形成された静電潜像を計測することができる。
【００６５】
ところで、露光ビームの副走査位置を制御する音響光学偏向素子１０３は、潜像計測を行ううえで、好ましくない特性を持ち合わせている。例えば、音響光学偏向素子１０３は、その駆動周波数により図８に示すように回折効率が異なる。２次元パターンの潜像を形成し、それを解析するうえで、各回折角による像面での光量は一定となっていることが望ましい。このため、駆動周波数による試料像面での光量変化を補正する補正機構が必要となる。
【００６６】
また、音響光学偏向素子１０３に入射する露光ビームは、シングルモード発振であることが望ましい。マルチモード発振であると、その集光特性が著しく悪化する。これは、音響光学偏向素子１０３による偏向が、ブラッグ回折を利用した偏向であり、異なる複数波長での発振があると、それぞれの波長に対応する回折角での回折が生じるためである。
【００６７】
また、露光光源であるＬＤは、その駆動電流Ｉｆにより発振特性が変化する。通常、発振閾値であるＩｆ＝３０ｍＡ程度の駆動電流によりレーザ発振が始まるが、駆動電流が小さい条件であると、シングルモード発振レーザであっても他モードを含んだマルチモード発振をして、像面で光量変化を起こしてしまう。すなわち、ＬＤ駆動電流を変化させると、各駆動電流における試料像面でのビームサイズが変化してしまう。
【００６８】
図９にＬＤの駆動電流量によるビーム径変化を示す。主走査方向のビーム径が一定であるのに対し、音響光学偏向素子の偏向方向である副走査方向のビーム径は著しく変化していることがわかる。
【００６９】
画像形成装置の課題の一つであるドットの小径化のためには、光量の変化による潜像への影響を評価することは重要である。しかし、上述した音響光学偏向素子の特性は、この影響を計測するうえで不都合である。そのため、試料像面におけるビームサイズを一定に保ちつつ像面光量を変化させることが可能となるよう、ビーム径の変化を補正する機構が必要となる。
【００７０】
そこで、後述する光量の変化およびビーム径の変化を補正、調整する機構を用いることで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤの駆動電流の変化によるビーム径の変化による静電潜像の計測への影響を無視することができ、好適な計測環境を実現することができる。
【００７１】
２次元露光による２次元潜像パターンの計測方法について、図１０を用いて説明する。ここで、Ｎは露光を行いたい２次元露光パターンに対し必要となる走査の総ライン数を、Ｉは走査が行われているラインの番号を示す。
【００７２】
まず、ステップＳ１において、測定を行いたい試料像面光量に応じて、LD駆動電流を決定する。
【００７３】
次に、ステップＳ２において、ＬＤ駆動電流の変化によるビーム径の変化を、後述するビーム径変化補正機構を用いて補正し、ビームサイズを決定する。
【００７４】
次に、ステップＳ３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を均一に生成する。
【００７５】
次に、ステップＳ４において、露光パターンに応じて、Ｉ番目のラインに相当する露光ビームの副走査位置を決定し、その位置に対応した音響光学偏向素子の駆動周波数を決定する。
【００７６】
次に、ステップＳ５において、後述する像面光量補正機構を用いて、音響光学偏向素子の駆動周波数による回折効率変化を補正する。
【００７７】
次に、ステップＳ６において、先の各ステップで決定した条件に基づいて音響光学偏向素子を駆動し、２次元露光パターンのうち１つのラインについて走査および露光を行う。このとき走査するラインは、図１０のフローチャート上ではＩ番目のラインと定義する。
【００７８】
次に、ステップＳ７において、走査ラインＩが、露光を行いたい総ライン数Ｎに達したか否かが判断される。ＩがＮに達していなければ、ステップＳ４へと戻り、次の走査ライン（Ｉ＋１）について再びＳ４〜Ｓ７を繰り返すことで、走査および露光が行われる。このようにして、Ｓ４〜Ｓ７を、総ライン数Ｎに至るまで繰り返し行うことで、２次元潜像が形成される。
【００７９】
ステップＳ７においてＩがＮに達していれば、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【００８０】
ステップＳ８において静電潜像計測が行われた後、ステップＳ９においてＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われ、次の測定の準備がされる。
【００８１】
上述した２次元潜像パターンの計測方法において用いられる、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を補正するため、回折効率の変化を補正する方法について説明する。ここでは、音響光学偏向素子に作用する強度変調電圧を駆動周波数ごとに変更し、各回折角の回折効率を一定にし、光量変化を補正する方法について説明する。
【００８２】
強度変調電圧は、高周波増幅器に印加される電圧である。超音波トランスデューサを通じて音響光学偏向素子に作用する超音波強度が変調される。
【００８３】
音響光学偏向素子の回折光強度は、回折光強度をＩ１、入射光強度をＩ０、入射光波長をλ０、素子性能指数をＭ２、音響ビーム幅をＬ、音響ビーム高さをＨ、超音波パワーをＰとすると、数１式および数２式の関係が成り立つ。
【００８４】
【数１】
【００８５】
【数２】
【００８６】
これより、音響光学偏向素子の回折光強度は、超音波強度の増減に伴い増減する。そのため、強度変調電圧を変化させることで、回折効率を変化させることができる。この特性を利用して、強度変調電圧を回折角ごとに適切に設定することで、それぞれの超音波強度における回折効率を一定にすることが可能となる。
【００８７】
図８に示した回折効率の違いを補正する補正強度変調電圧特性を図１１に示す。画像形成装置の使用条件における補正強度変調電圧を複数点において事前に取得し、近似式で求めた補正強度変調電圧特性を用い、走査時に各回折角に対応する強度変調電圧を指定することで、図１２に示すように走査範囲内の回折効率を一定に保つことができる。
【００８８】
音響光学偏向素子の制御系２の構成を図１３に示す。露光光学系やメカシャッターなどの露光条件を制御する制御ボード８５に対し、ホストコンピュータ９０から形成する潜像パターン情報が送られる。制御ボード８５では、潜像パターン情報に応じた音響光学偏向素子１０３の駆動周波数と強度変調電圧を指定するために、それぞれの情報を音響光学偏向素子制御部８６に送る。音響光学偏向素子制御部８６では、予め求めておいた補正強度変調電圧特性を格納している補正強度変調電圧メモリ８７から駆動周波数に対応する補正強度変調電圧の情報を受け取り、その情報をもとに音響光学偏向素子１０３を駆動する。
【００８９】
このように、制御系２が音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を補正する手段として働く。これにより、回折効率の変化による光量の変化は無視できることとなり、２次元パターンの潜像計測を好適な条件下で行うことができる。
【００９０】
なお、上述した２次元潜像パターンの計測方法において用いられる、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を補正するためには、駆動周波数ごとに光源光量を補正してもよい。以下、駆動周波数ごとに光源光量を補正することによる光量変化の補正の方法について説明する。
【００９１】
図８に示すように、音響光学偏向素子の回折効率は駆動周波数ごとに異なるため、試料像面での光量も駆動周波数ごとに異なる。これを補正するため、ある駆動周波数による像面光量を基準とし、それに対して各駆動周波数における像面光量が一定となるように光源光量を変更する方法がある。
【００９２】
前述した強度変調電圧特性と同様に、画像形成装置の使用条件における補正光量を複数点において事前に取得し、近似式で求めた補正光量特性を用い、走査時に各回折角に対応する光量を指定することで、回折角によらず試料像面での光量を一定に保つことができる。このときの音響光学偏向素子１０３の制御系２の構成を図１４に示す。光源としてＬＤを用いる場合は、その駆動電流によりビームサイズが変化するため、補正光量としての光量変化領域はマルチモード発振による試料像面でのビームサイズ変化への寄与が小さい光量変化領域であることが望ましい。また、それ以上の光量変化が必要な場合は、ビームサイズ変化に対応して後述するビームサイズ調整機構を用いることで、狙いのビームサイズを保ちつつ、像面光量を補正することが可能である。
【００９３】
図１３に示した音響光学偏向素子の制御系２と同様に、露光光学系やメカシャッターなどの露光条件を制御する制御ボード８５に対し、ホストコンピュータ９０から形成する潜像パターン情報が送られる。制御ボード８５では、潜像パターン情報に応じた音響光学偏向素子１０３の駆動周波数と強度変調電圧を指定するために、それぞれの情報を音響光学偏向素子制御部８６に送る。音響光学偏向素子制御部８６では、予め求めておいた補正光量特性を格納している補正光量メモリ８８から駆動周波数に対応する補正光量の情報を受け取り、その情報をもとに音響光学偏向素子１０３を駆動する。
【００９４】
以上の構成を用いることで、回折効率の変化による光量変化の変化を補正することができる。また、補正強度電圧を変更することで懸念される、音響光学偏向素子における熱特性などの偏向特性の変化の影響を受けず、静電潜像の計測を行ううえで好適な環境を実現することができる。
【００９５】
次に、ＬＤ駆動電流の変化に伴う、各駆動電流における試料像面でのビームサイズの変化を補正する方法について説明する。
【００９６】
ＬＤ駆動電流によるビームサイズ変化を補正する調整機構として、ＬＤ光源光量を、マルチモード発振による試料像面でのビームサイズ変化への寄与が小さい領域内のみで変化させる方法がある。また、この方法において、上記領域外の範囲で光量を変化させる場合には、ＬＤ駆動電流は変化させず、露光光学系内に減衰フィルター等の光減衰機構を配置することで像面光量を変化させ、ビームサイズを一定に保ちつつ像面光量を変化させる。この方法を用いることで、ＬＤの発振特性は変化せず、像面に到達する光量のみを変化させることができる。
【００９７】
光減衰機構を配置する位置は、露光光学系内のいずれの位置であってもよい。例えば、光減衰機構として減衰フィルター（ＮＤフィルター）を用いる場合、測定毎に透過率の異なるものを取り替える方法でもよいが、図１５に示すように、可変ＮＤフィルターを用いてもよい。
【００９８】
図１５（ａ）に示す可変ＮＤフィルターは、円周方向に光学濃度を連続的に変化させた円形ＮＤフィルターであり、フィルターを回転させることにより透過光量を連続的に変化させることができる。また、図１５（ｂ）に示す、直線方向に光学濃度を連続的に変化させた矩形ＮＤフィルターを用いてもよい。透過率の変更は、レーザ光透過位置をステッピングモーターなどで電気的に制御することで、任意に変更することが可能である。この構成を用いることで、光源ごとの露光量を容易に制御でき、測定毎のＮＤフィルターの選別・交換に伴う煩雑な作業を省略でき、任意の透過率を容易に制御できる。
【００９９】
この調整機構を用い、像面光量を繰り返し変化させ、各光量における潜像計測を行う方法を、図１６のフローチャートを用いて説明する。
【０１００】
まず、ステップＳ１１において測定を行いたい試料像面光量に応じてＬＤ駆動電流を決定する。
【０１０１】
次に、ステップＳ１２において、減衰フィルターの透過率を決定する。
【０１０２】
次に、ステップＳ１３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を生成する。
【０１０３】
次に、ステップＳ１４において、２次元露光が行われる。このステップＳ１４は、図１０に示したフローチャートのステップＳ４〜Ｓ７を含んでいる。
【０１０４】
次に、ステップＳ１５において、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【０１０５】
次に、ステップＳ１６において、ＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われる。
【０１０６】
次に、ステップＳ１７において、異なる光量による潜像特性の測定を行うかの判断がされる。
【０１０７】
ステップＳ１７において測定を続けると判断された場合は、ステップＳ１８に移行し、測定を行いたい試料像面光量に応じて、減衰フィルターの透過率が変更される。そして、再びステップＳ１３に戻る。
【０１０８】
以上の構成および方法をもとに潜像計測を行うことで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤ駆動電流の変化によるビームサイズの変化の影響を無視することができ、潜像形成を行ううえで好適な環境を実現することができる。
【０１０９】
なお、ビーム径を一定に保ちつつ像面光量を可変するための調整機構として、試料像面と光源間の距離を変更する機構を用いてもよい。
【０１１０】
図９に示した副走査方向のビーム径変化を深度特性で表すと、図１７のグラフのようになる。電流量Ｉｆ＝３０ｍＡの時のビーム径に比べて、Ｉｆ＝４０ｍＡの時のビーム径は小さくなるとともに、深度特性は狭くなる。なお、このとき、いずれの電流量においてもビームウエスト位置は変化しない。この深度特性の違いを利用し、測定範囲内での下限駆動電流時のビーム径を狙いのビーム径とする。また、測定範囲外におけるＬＤ駆動電流時は、狙いのビーム径となるようにビーム径変化を補正する。これにより、ＬＤ駆動電流によらず、狙いのビーム径を実現することが可能となる。
【０１１１】
例えばＩｆ＝３０ｍＡの時のビーム径を基準として、Ｉｆ＝４０ｍＡにおいてもその径を一定に保つ場合には、図１７で示されるように、同ビーム径となる位置まで像面位置をビームウエスト位置からずらせばよい。即ち、試料像面と光源間の距離を調整する距離調整機構により、ＬＤ駆動電流量の変化によるビーム径の変化を補正することができる。ただし、上記調整機構の可動範囲内であって、主走査方向のビーム径が変化しない条件でなければいけない。この距離調整機構として、真空部外部に設置した露光光学系をマイクロステージなどに搭載し、その可動距離内で露光光学系を手動、もしくは自動的に移動させる機構が用いられる。
【０１１２】
距離調整機構を用いたときの、像面光量変化による潜像特性の計測を行う方法を、図１８のフロー図を用いて説明する。
【０１１３】
まず、ステップＳ２１において、基準となる副走査ビーム径となる駆動電流を決定する。ここでは、ビーム径の深度特性を利用し、異なる駆動電流におけるビーム径をわざと大きくすることでビーム径変化を補正するため、測定範囲内での下限駆動電流を選ぶことが望ましい。
【０１１４】
次に、ステップＳ２２において、深度特性内で、どの位置を試料像面とするかを選定し、基準となる試料像面でのビーム径を決定する。このとき、像面スポット位置は、ビーム特性が安定していると推測されるビームウエスト位置であることが望ましい。
【０１１５】
次に、ステップＳ２３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を生成する。
【０１１６】
次に、ステップＳ２４において、２次元露光が行われる。このステップＳ２４は、図１０に示したフローチャートのステップＳ４〜Ｓ７を含んでいる。
【０１１７】
次に、ステップＳ２５において、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【０１１８】
次に、ステップＳ２６において、ＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われる。
【０１１９】
次に、ステップＳ２７において、異なる光量による潜像特性の測定を行うかの判断が行われる。測定を続けない場合は、一連の工程が終了する。測定を続ける場合は、ステップＳ２８に移行する。
【０１２０】
ステップＳ２８では、測定を行いたい試料像面光量に応じてＬＤ駆動電流を変更する。
【０１２１】
次に、ステップＳ２９において、予め測定した駆動電流ごとの深度特性に基づいて、基準ビーム径と一致するビーム径となる移動距離を導出する。
【０１２２】
次に、ステップＳ３０において、導出した移動距離をもとに、露光光学系の移動を行う。そして、再びステップＳ２３に戻る。
【０１２３】
以上の構成やプロセスをもとに潜像計測を行うことで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤ駆動電流の変化によるビームサイズの変化の影響を無視することができ、潜像形成を行ううえで好適な環境を実現することができる。また、減光フィルター等の光減衰機構を露光光学系内に搭載するための機構や、その透過率を変更するための制御機構などを省略することができ、システム構成を簡略化することができる。
【０１２４】
また、ビームサイズを一定に保ちつつ像面光量を可変するための調整機構として、試料に対する露光ビームの入射角を調整する機構を用いてもよい。以下、この入射角調整機構について説明する。
【０１２５】
本発明の静電潜像計測装置では、図５に示したように、外部に設置した露光光学系からの露光ビームが試料に対して副走査方向に傾きを持っていて、所定の入射角をもって試料に到達する。そのため、図１９に示すように、試料像面での副走査方向のビーム径は、露光光源自身のビーム径に対して１／ｃｏｓθ倍大きくなる。なお、主走査方向のビーム径は変化しない。
【０１２６】
この特性を利用して、所定の入射角を基準として、試料に対する露光ビームの入射角を変更することで、ＬＤ駆動電流量によるビーム径変化を補正することが可能である。このときの基準となるビーム径は、像面でのビームサイズを最も小さくできる駆動電流時のものが望ましく、即ち、測定範囲内での上限駆動電流時のものであることが望ましい。また、そのときの試料に対する露光ビームの入射角である基準入射角は、ここではθ＝４５°とする。なお、露光ビームの基準入射角に関しては、静電潜像計測装置の構成に応じて異なる角度を用いてもよい。
【０１２７】
例えば、Ｉｆ＝４０ｍＡのビーム径を基準として、Ｉｆ＝４０ｍＡ以下の駆動電流量においてもその径を一定に保つ場合、図２０に示すように、電流量減少に伴うビーム径太りを補正するためにθ１からθ２へと入射角を小さくすればよい。具体例として、Ｉｆ＝４０ｍＡのビーム径に対して、Ｉｆ＝３０ｍＡのビーム径が１０パーセント大きくなるとき、基準入射角θ１＝４５°であれば、その入射角をθ２＝３９°程度に変更すれば、ＬＤ駆動電流量の変化によるビーム径の変化を補正することができる。なお、あらかじめビーム径変化量を測定し、それを補正する入射角変化量を求めておくことで補正を行うことが好ましい。
【０１２８】
この入射角調整機構は、真空部外部に設置した露光光学系もしくは、試料ステージを傾斜ステージなどに搭載し、その可動範囲内で手動、もしくは自動で傾斜を制御することで実現できる。この調整機構を用いたときの、像面光量変化による潜像特性の計測を行う方法を、図２１のフロー図を用いて説明する。
【０１２９】
まず、ステップＳ３１において、基準となる副走査ビーム径を持つ駆動電流を決定する。基準となる副走査ビーム径は、像面でのビームサイズを最も小さくできる測定範囲内における上限駆動電流時のものであることが望ましい。
【０１３０】
次に、ステップＳ３２において、深度特性内において、どの位置を試料像面とするかを選定し、基準となる試料像面でのビーム径を決定する。このとき、像面スポット位置は、ビーム特性が安定していると考えられるビームウエスト位置であることが望ましい。
【０１３１】
次に、ステップＳ３３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を生成する。
【０１３２】
次に、ステップＳ３４において、２次元露光が行われる。このステップＳ３４は、図１０に示したフローチャートのステップＳ４〜Ｓ７を含んでいる。
【０１３３】
次に、ステップＳ３５において、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【０１３４】
次に、ステップＳ３６において、ＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われる。
【０１３５】
次に、ステップＳ３７において、異なる光量による潜像特性の測定を行うかが判断される。異なる光量による潜像特性の測定を行わない場合は、全工程が終了する。一方、測定を続ける場合は、Ｓ３８に移行する。
【０１３６】
ステップＳ３８では、測定を行いたい試料像面光量に応じてＬＤ駆動電流を変更する。
【０１３７】
次に、ステップＳ３９では、予め測定した駆動電流ごとのビーム径変化量を補正する入射角変化量を導出する。
【０１３８】
次に、ステップＳ４０では、導出した入射角変化量をもとに、露光光学系もしくは、試料ステージの傾斜を変更する。そして、再びステップＳ３３に戻る。
【０１３９】
以上の構成やプロセスをもとに潜像計測を行うことで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤ駆動電流の変化によるビームサイズの変化の影響を無視することができ、潜像形成を行ううえで好適な環境を実現することができる。また、減光フィルター等の光減衰機構を露光光学系内に搭載するための機構や、その透過率を変更するための制御機構などを省略することができ、システム構成を簡略化することができる。
【０１４０】
また、試料に対する露光ビームの入射角を変更する機構として、試料位置を変更する機構を用いてもよい。
【０１４１】
例えば、潜像計測を行う試料としてドラム状感光体の切片など曲率のついた試料を用いる場合には、感光体試料の高さ位置を変更することで、感光体試料に対する露光ビームの入射角を変更することが可能である。このときの入射角は、図２２のように、ドラム状試料に入射する露光ビームと、露光ビームが入射する点におけるドラム状試料の表面に対する法線とのなす角から求められる。Ｉｆ＝４０ｍＡのビーム径を基準として、Ｉｆ＝４０ｍＡ以下の駆動電流量おいてもその径を一定に保ちたいときには、図２３に示すように、電流量の減少に伴うビーム径太りを補正するために試料高さを変更し、入射角を小さくすればよい。
【０１４２】
例えば、Ｉｆ＝４０ｍＡであるときのビーム径に対して、Ｉｆ＝３０ｍＡであるときのビーム径が１０パーセント大きくなる場合は、基準入射角θ１＝４５°であれば、その入射角をθ２＝３９°に変更すればよい。そして、φ＝３０ｍｍの円筒形感光体の中心軸上にビームが入射している場合には、試料の高さを３．３ｍｍ移動させればよい。この調整機構は、試料ステージに高さ方向に可動可能なマイクロステージなどを用い、その可動範囲内で手動、もしくは自動で高さ位置を移動させる機構を用いればよい。また、試料高さを固定し、図中Ｙ軸方向に試料を移動する機構を設けて、所定の距離だけ試料を移動させても同様の効果が得られる。
【０１４３】
この調整機構を用いたときの、像面光量変化による潜像特性の計測を行う方法を、図２３のフロー図を用いて説明する。
【０１４４】
まず、ステップＳ４１において、基準となる副走査ビーム径を持つ駆動電流を決定する。
【０１４５】
次に、ステップＳ４２において、深度特性内において、どの位置を試料像面とするかを選定し、基準となる試料像面でのビーム径を決定する。このとき、像面スポット位置は、ビーム特性が安定していると考えられるビームウエスト位置であることが望ましい。
【０１４６】
次に、ステップＳ４３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を生成する。
【０１４７】
次に、ステップＳ４４において、２次元露光が行われる。このステップＳ４４は、図１０に示したフローチャートのステップＳ４〜Ｓ７を含んでいる。
【０１４８】
次に、ステップＳ４５において、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【０１４９】
次に、ステップＳ４６において、ＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われる。
【０１５０】
次に、ステップＳ４７において、異なる光量による潜像特性の測定を行うかの判断が行われる。測定を続けない場合は、全工程が終了する。測定を続ける場合はステップＳ４８に移行する。
【０１５１】
ステップＳ４８においては、測定を行いたい試料像面光量に応じてＬＤ駆動電流を変更する。
【０１５２】
次に、ステップＳ４９において、予め測定した駆動電流の変化によるビーム径の変化を補正するため、試料の高さの移動量を導出する。
【０１５３】
次に、ステップＳ５０において、導出した移動量をもとに、試料の高さを変更する。そして、再びステップＳ４３に戻る。
【０１５４】
以上の構成・プロセスをもとに、潜像計測を行うことで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤ駆動電流の変化によるビームサイズの変化の影響を無視することができ、潜像形成を行ううえで好適な環境を実現することができる。また、深度特性内での像面スポット位置の変化に伴う光学特性変化の影響を受けず、減光フィルター等の光減衰機構を露光光学系内に搭載するための機構や、その透過率を変更するための制御機構などを省略することができ、システム構成を簡略化することができる。
【符号の説明】
【０１５５】
１ 静電潜像計測装置
５０ 荷電粒子照射部
１１ 電子銃
１２ 引き出し電極（エキストラクタ）
１３ 加速電極
１４ 静電レンズ（コンデンサレンズ）
１５ ビームブランキング電極（ビームブランカ）
１６ 仕切り板
１７ 可動絞り
１８ スティングメータ
１９ 走査レンズ（偏向電極）
２０ 静電対物レンズ
２１ ビーム射出開口部
６０ 試料載置台
２２ 露光光学系
２４ ２次電子検出器
８０ 情報処理部
８１ 電子検出部
８２ 信号処理部
８３ 測定結果出力部
８４ 画像処理部
９０ ホストコンピュータ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５６】
【特許文献１】特開平０３−０４９１４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２９５６９６号公報
【特許文献３】特開２００８−２３３３７６号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体表面に生じている静電潜像の電位分布や電荷分布をミクロンスケールで高分解能に計測することのできる静電潜像計測装置および静電潜像計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、多色画像形成装置に対する画像形成の高速化への要求が高まるとともに、画像形成装置がオンデマンドプリンティングシステムとして簡易印刷に用いられるようになり、画像の高品質化、高精度化が求められている。
【０００３】
電子写真方式の画像形成装置では、帯電、露光、現像、転写、定着の各工程におけるプロセスクオリティが、最終的に出力される画像の品質に大きく影響を与える。中でも、露光プロセスにより感光体上に生じる静電潜像の状態は、トナー粒子の挙動に直接影響を及ぼす重要なファクターである。そのため、露光後の静電潜像の状態を高精度に計測して静電潜像の品質を正しく評価することは、高品質の画像を得ることができる画像形成装置を実現するうえで極めて重要であり、ミクロンスケールでの高精度の計測が要求される。
【０００４】
ミクロンスケールで被測定物の帯電電位を算出する方法として、カンチレバーなどのセンサヘッドを、電位分布を有する試料に近づけ、そのとき静電潜像とカンチレバーなどとの間に相互作用として起こる静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に変換する方法がある。
【０００５】
しかしながら、この方法を用いるためには、センサヘッドを被測定物に近接させる必要がある。例えば、１０μｍの空間分解能を得るためには、センサヘッドと被測定物との間の距離は１０μｍ以下にする必要がある。
【０００６】
ただし、センサヘッドと被測定物を近接させる場合、以下に示すような大きな問題が生じるため、他の用途に使うことはできても、高抵抗体の静電特性の算出に適用することは困難である。
・絶対距離計測が必要となる。
・測定に時間がかかり、その間に潜像の状態が変化する。
・放電、吸着が起こる。
・センサ自身が磁場を乱す。
【０００７】
また、特許文献１等に記されているように、電子ビームを用いた静電潜像の測定方法が存在するが、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る。すなわち、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、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、暗減衰が生じ、時間とともに表面電位が低下してしまう。感光体が電荷を保持できる時間は、暗室であってもせいぜい数十秒である。従って、帯電、露光後に電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で静電潜像を観察しようとしても、その準備段階で静電潜像は消失してしまう。
【０００８】
また、特許文献２または３に記されているように、静電潜像を形成する装置内に静電潜像を測定する装置を設けているため、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方法がある。しかし、この方式における露光光学系においては、露光ビームによる走査は１次元についてのみ可能であり、２次元走査には対応していない。実際の画像形成装置においては、露光光学系と感光体ドラムの回転により、露光ビームを２次元走査し画像形成を行っているため、より実機に則した静電潜像の計測を行う必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、音響光学偏向素子を利用した２次元露光光学系により、感光体表面に生じている静電潜像をミクロンオーダーで高精度に計測する静電潜像計測装置および静電潜像計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、感光体の表面に形成される静電潜像を計測する静電潜像計測装置であって、感光体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電手段と、帯電した前記感光体に光束を照射し露光する光源と、光源からの光束を回折させる音響光学偏向素子と、光束を回折方向に対し垂直の方向に偏向する偏向手段と、帯電された感光体からの２次電子を検出する検出手段と、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正手段と、を備え、１次元方向への走査は音響光学偏向素子による回折、他の１次元方向への走査は偏向手段による偏向により行うことで２次元方向への走査を行う静電潜像計測装置であることを最も主要な特徴とする。
【００１１】
本発明においては特に限定されないが、補正手段は、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う回折効率の変化を、音響光学偏向素子に印加される電圧を駆動周波数に応じて変化させることで補正することが好ましい。
【００１２】
また、本発明においては特に限定されないが、補正手段は、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を、光源からの光量を駆動周波数に応じて変化させることで補正することが好ましい。
【００１３】
また、本発明においては特に限定されないが、感光体表面に到達する光量を変化させる光減衰手段をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明においては特に限定されないが、光束により感光体表面に形成されるビームスポットの径を調整するビームサイズ補正手段をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明においては特に限定されないが、ビームサイズ補正手段は、光源と感光体との距離を調整することが好ましい。
【００１６】
また、本発明においては特に限定されないが、ビームサイズ補正手段は、感光体に入射する光束の入射角を調整することが好ましい。
【００１７】
（２）本発明は、感光体の表面に形成される静電潜像を計測する静電潜像計測方法であって、感光体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電工程と、帯電した感光体に光束を照射し露光する露光工程と、光源からの光束を音響光学偏向素子により回折させる回折工程と、光束を回折方向に対し垂直の方向に偏向する偏向工程と、帯電された感光体からの２次電子を検出する検出工程と、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正工程と、を備えた静電潜像計測であることを主要な特徴とする。
【００１８】
本発明においては特に限定されないが、補正工程は、音響光学偏向素子の駆動周波数に伴う回折効率の変化を、音響光学偏向素子に作用する電圧を駆動周波数に応じて変化させることで補正することが好ましい。
【００１９】
また、本発明においては特に限定されないが、補正工程は、音響光学偏向素子の駆動周波数に伴う感光体表面に到達する光量の変化を、光源からの光量を駆動周波数に応じて変化させることで補正することが好ましい。
【００２０】
また、本発明においては特に限定されないが、光源からの光量を補正する工程において、光源の光量をシングルモード発振領域の範囲内で変化させることが好ましい。
【００２１】
また、本発明においては特に限定されないが、光源からの光量を補正する工程において、前記光源の光量をシングルモード発振領域の範囲外において光減衰手段を用いて変化させることが好ましい。
【００２２】
また、本発明においては特に限定されないが、光束により感光体表面に形成されるビームスポットの径を調整するビームサイズ補正工程をさらに備えることが好ましい。
【００２３】
また、本発明においては特に限定されないが、ビームサイズ補正工程は、光源と感光体との距離を調整することで行われることが好ましい。
【００２４】
また、本発明においては特に限定されないが、ビームサイズ補正工程は、感光体に入射する光束の入射角を調整することで行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、感光体表面に生じている静電潜像をミクロンオーダーで高精度に計測することができる。また、本発明によれば、音響光学偏向素子の駆動周波数の違いによる回折効率の違いに起因する試料像面における光量の変化を補正し、駆動周波数によらず試料像面での光量を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る静電潜像計測装置の例を示すモデル図である。
【図２】図１の静電潜像計測装置の露光光学系を詳細に示す斜視図である。
【図３】図２の露光光学系の光源の例を示す斜視図である。
【図４】図２の露光光学系の音響光学偏向素子の例を示すモデル図とグラフである。
【図５】本発明に係る静電潜像計測装置の別の例を示すモデル図である。
【図６】静電潜像パターンの例を示す平面図である。
【図７】２次電子による電荷分布検出の原理を示すモデル図である。
【図８】音響光学偏向素子の駆動周波数による回折効率変化を示すグラフである。
【図９】ＬＤ駆動電流の変化によるビーム径の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る静電潜像計測方法の実施例を示すフローチャートである。
【図１１】音響光学偏向素子への印加電圧と強度変調電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】図１１のグラフについて、強度変調電圧により回折効率変化の補正を行った後の状態を示すグラフである。
【図１３】音響光学偏向素子の制御系を示すブロック図である。
【図１４】音響光学偏向素子の別の制御系を示すブロック図である。
【図１５】可変ＮＤフィルターについて示す正面図である。
【図１６】本発明に係る静電潜像計測方法の別の実施例を示すフローチャートである。
【図１７】ＬＤ駆動電流の違いによる深度特性の違いを示すグラフである。
【図１８】本発明に係る静電潜像計測方法の更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図１９】試料像面における副走査方向のビーム径太りについて示すモデル図である。
【図２０】露光ビームの入射角調整によるビーム径変化補正を示すモデル図である。
【図２１】本発明に係る静電潜像計測方法の更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図２２】ドラム状試料における露光ビームの入射角を示すモデル図である。
【図２３】図２２の試料について高さ調整によるビーム径変化補正を示すグラフである。
【図２４】本発明に係る静電潜像計測方法の更に別の実施例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る静電潜像計測装置および静電潜像計測方法の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図１を用いて感光体の静電潜像を計測する静電潜像計測装置の構成について説明する。
【００２９】
静電潜像計測装置１は、荷電粒子照射部５０、試料載置台６０、露光光学系２２、２次電子検出器２４および情報処理部８０を有する。これら各構成は、図示しない電源に接続されるとともに、ホストコンピュータ９０からなる制御手段により動作が制御される。
【００３０】
荷電粒子照射部５０は、荷電粒子ビームとしての電子ビームを発生させるための電子銃１１と、電子ビームを制御する引き出し電極（エキストラクタ）１２と、電子ビームのエネルギーを制御する加速電極１３と、電子銃から発生された電子ビームを集束させるための静電レンズ（コンデンサレンズ）１４と、電子ビームのＯＮ／ＯＦＦ制御を行うビームブランキング電極（ビームブランカ）１５と、仕切り板１６と、電子ビームの照射電流の電流密度（単位時間あたりの照射電位数）を制御するための可動絞り１７と、ビームブランキング電極１５を通過した電子ビームの非点補正を行うスティングメータ１８と、スティングメータ１８を通過した電子ビームを走査させる偏向コイルである走査レンズ（偏向電極）１９と、走査レンズ１９を通過した電子ビームを再び集光する静電対物レンズ２０と、ビーム射出開口部２１と、を備えている。それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。なお、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のことを指す。イオンビームを用いて帯電を行う場合には、電子銃１１の代わりに液体金属イオン銃等を用いる。
【００３１】
電子銃１１の陰極には、タングステンやＬａｂ６が用いられている。感光体２３を電子銃１１により帯電させる場合、感光体２３の表面を均一に帯電させるため、電子ビームを用いた走査が行われる。なお、感光体２３の表面を走査して帯電させるのに代えて、電子ビームを感光体２３の表面全体に拡散させて帯電させてもよい。
【００３２】
試料載置台６０は、感光体２３を載置するための平面が形成された台である。試料載置台６０に感光体２３が載置された後、静電潜像計測装置１の筐体内部が図示せぬ真空ポンプを用いて真空状態にされ、帯電特性の評価が行われる。
【００３３】
露光光学系２２は、図２（ａ）に示すように、感光体に関して感度を持つ波長のＬＤ（レーザダイオード）１００、コリメートレンズ１０１、アパーチャ１０２、音響光学偏向素子１０３、シリンダレンズ１０４、ポリゴンミラー１０５、走査レンズ１０６、同期検知用ミラー１０７、同期検知手段１０８などを備えており、感光体試料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となっている。また、光源は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等のマルチビーム光源であってもよい。音響光学偏向素子１０３は、その駆動周波数を変調することによりレーザ光を角度変調させることができる。
【００３４】
本実施例に係る露光光学系２２においては、音響光学偏向素子１０３により１次元方向への走査を行うとともに、ポリゴンミラー１０５により他の１次元方向への走査を行うことで、全体として２次元の走査が可能となっている。
【００３５】
２次電子検出器２４は、シンチレータや光電子増倍管等の検出器である。
【００３６】
情報処理部８０は、電子検出部８１、信号処理部８２、測定結果出力部８３および画像処理部８４を備えている。電子検出部８１は、２次電子検出器２４の検出出力を、２次電子に対応した電気信号に変換する。信号処理部８２は、電子検出部８１で変換された電気信号を適当なサンプリング時間でサンプリングする。測定結果出力部８３は、信号処理部８２でサンプリングされた電気信号をもとに各種解析を行う。画像処理部８４は、測定結果出力部８３による解析結果を画像データに変換し、図示せぬディスプレイ等に出力する。
【００３７】
次に、上述した電気音響偏向素子１０３について、図４を用いて説明する。音響光学偏向素子１０３は、光学媒体の中に超音波を発生させて、進行するレーザ光を回折させる素子で、機械的可動部がないので高速な走査を実現できる。
【００３８】
電気音響偏向素子１０３は、二酸化テルル（ＴｅＯ２）やモリブデン酸鉛（ＰｂＭｏ０４）などの単結晶またはガラスからなる音響光学媒体に、圧電素子などの超音波トランスデューサを接着して形成されている。この圧電素子に外部から電気信号を与えて超音波を発生させ、音響光学媒体中に超音波を伝播させると、媒体内に周期的な屈折率の粗密を形成することができる。
【００３９】
媒体中を通るレーザ光はブラッグ回折により回折し、入射光は、０次光の他に±１、２、…の回折光を生じる。０次回折光と１次回折光との角度θは、空気中の光波長をλ、音響波基本周波数をｆａ、音響波速度をＶａとすると、以下の式で表される。
θ＝λ・ｆａ／Ｖａ
【００４０】
偏向角をΔθだけ変化させるためには、基本周波数ｆａをΔｆａ分だけシフトさせる。すなわち、音響波周波数変調をΔｆａとすると、Δθは以下の式で表される。
Δθ＝λ・Δｆａ／Ｖａ
【００４１】
この素子を電圧制御発信機（ＶＣＯ）とＲＦアンプで駆動することで、副走査方向に光束を走査することができる。図４（ｂ）は、ＶＣＯに入力する電圧と出力周波数の関係を示す。図４（ｂ）からも分かるように、ＶＣＯに適切な電圧を入力して周波数を変化させることにより、所望の方向に光束を偏向させることができる。
【００４２】
具体的には、ＴｅＯ２の音響波速度Ｖａ＝６５０ｍ／ｓでｆａ＝５０ＭＨｚ、λ＝６５５ｎｍの場合には、
θ＝６５５×１０−９×５０×１０６／６５０＝５０．３８ｍｒａｄ
となる。
【００４３】
ところで、音響光学偏向素子１０３は、変調信号を与えてから所定の光学特性を得るためには、ディレイが生じる。この応答時間（アクセスタイム）Ｔｒｅｓは、ビームサイズをＤとすると、以下の式で表すことができる。
Ｔｒｅｓ＝Ｄ／Ｖａ
具体的には、Ｄ＝５ｍｍの場合、Ｔｒｅｓ＝７．７μｓとなる。
【００４４】
このため、反射による変更手段の走査周波数をｆｖとしたとき、応答時間は、
Ｄ／Ｖａ＜１／ｆｖ
とすれば良い。
【００４５】
すなわち、ポリゴンミラー１０５の回転数をＲｍ（ｒｐｍ）、ポリゴンミラー１０５の面数をＮとしたときのポリゴンスキャナの走査周波数ｆｖは
ｆｖ＝Ｒｍ／６０×Ｎ
と表されるとともに、
Ｖａ≧Ｄ×ｆｖ
となる必要がある。例えば、Ｄ＝７ｍｍ、ｆｖ＝６ｋＨｚの場合、Ｖａ≧４２ｍ／ｓとなる特性を有する音響光学偏向素子１０３を用いる必要がある。
【００４６】
上述した静電潜像計測装置１の構成について、図５を用いてさらに説明を行う。
【００４７】
露光光学系２２やポリゴンミラー１０５などを駆動する際に発生する振動や電磁波が電子ビームの軌道に影響を与えないように、露光光学系２２を真空チャンバの外に配置すると良い。露光光学系２２を電子ビーム軌道位置から遠ざけることにより、外乱の影響を抑制することが可能となる。露光光学系２２からの光束は、透明な入射窓より真空チャンバ内に入射させることが望ましい。
【００４８】
本実施例では、図５に示すように、真空チャンバ３０の鉛直軸に対して４５°の位置に、真空チャンバ３０内部に対して外部の光源から射出された光束が入射可能な入射窓３１を配置し、真空チャンバ３０外部に露光光学系２２を配置した構成となっている。図５において、露光光学系２２は、光源１００、走査レンズ１０６、同期検知手段１０７、音響光学偏向素子１０３、光偏向器（ポリゴンミラー）１０５などを有している。露光光学系を２２保持するハウジング３２は、露光光学系２２全体を覆い、真空チャンバ３０内部へ入射する外光（有害光）を遮光する構成となっている。
【００４９】
露光光学系２２は、真空チャンバ３０に対して離れて配置するので、ポリゴンミラー１０５等の光偏向器を駆動する際に生じる振動が直接真空チャンバ３０に伝播されず、その影響を抑えることができる。さらに、図５では図示していないが、構造体３３と除振台３４との間にダンパを挿入すれば、更に高い防振効果を得ることができる。
【００５０】
上述した静電潜像計測装置１による静電潜像の計測方法について説明する。まず、感光体試料２３に電子ビームを照射させることで帯電を行う。加速電圧｜Ｖａｃｃ｜を、２次電子放出比が１となる加速電圧より高く設定する。これにより、入射電子量が放出電子量を上回るため、電子が試料に蓄積され、感光体試料２３がチャージアップを起こす。この結果、試料２３にマイナスの一様帯電が生じる。加速電圧と照射時間を適切に設定することにより、所望の帯電電位を形成することができる。
【００５１】
次に、露光光学系２２を用いて感光体試料２３に２次元走査による露光を行う。この２次元走査は、音響光学偏向素子による副走査方向への回折と、ポリゴンミラー１０５による主走査方向への偏向とにより実現される。
【００５２】
露光光学系２２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。必要となる露光エネルギーは、感光体毎の特性によって決まるファクターであるが、通常、２〜１０ｍＪ／ｍ２程度である。感度が低い感光体試料では、十数ｍＪ／ｍ２必要なこともある。帯電電位や必要となる露光エネルギーは、感光体の特性や、静電潜像計測のプロセス条件に合わせて設定すると良い。
【００５３】
また、ビームスポット径、デューティ、画周波数、書込密度、画像パターン等の条件設定を任意に行うことで、様々な条件での潜像計測を行うことが可能となる。図６に示すように、画像パターンとして、（ａ）１ドット孤立（１ｂｙ１）の他、（ｂ）２ｂｙ２、（ｃ）１ドット格子、（ｄ）副走査１ドットライン、（ｅ）副走査ピッチむらのある１ドットラインなど、様々なパターンを感光体試料２３に形成することができる。
【００５４】
次に、形成された静電潜像の計測を行う。感光体試料２３を電子ビームで走査し、放出される２次電子をシンチレータで検出し、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、帯電部の２次電子検出量が多く、露光部の２次電子検出量が少なくなるため、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ので、ビームを走査させずにスポット露光した場合の明暗の境界が潜像径となる。
【００５５】
試料２３表面に電荷分布があると、表面電荷分布に応じた電界分布が試料２３の上方の空間に形成される。このため、入射電子によって発生した２次電子がこの電界によって押し戻され、検出器２４に到達する量が減少することがある。従って、電荷リーク箇所は、露光部が黒、非露光部が白となり、表面電荷分布に応じたコントラスト像を測定することができる。
【００５６】
図７（ａ）は、２次電子検出器２４と、試料２３との間の空間における電位分布を、等高線表示で説明図的に示したものである。試料２３の表面は、光減衰により電位が減衰した部分を除いては負極性に一様に帯電した状態である。２次電子検出器２４には正極性の電位が与えられているから、実線で示す電位等高線群においては、試料２３の表面から２次電子検出器２４に近づくに従い電位が高くなる。
【００５７】
従って、試料２３における負極性に均一帯電している部分である、図７（ａ）のＱ１点やＱ２点で発生した２次電子ｅｌ１、ｅｌ２は、２次電子検出器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、２次電子検出器２４に捕獲される。
【００５８】
一方、図６（ａ）において、Ｑ３点は光照射されて負電位が減衰した部分であり、Ｑ３点近傍では電位等高線の配列は破線で示すようになる。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。換言すると、Ｑ３点の近傍で発生した２次電子ｅｌ３には、矢印Ｇ３で示すように、試料２３側に拘束する電気力が作用する。このため２次電子ｅｌ３は、破線の電位等高線により示す、いわゆるポテンシャルの穴に捕獲され、２次電子検出器２４に向かって移動することができない。
【００５９】
図７（ｂ）は、上記ポテンシャルの穴を模式的に示している。即ち、２次電子検出器２４により検出される２次電子の強度（２次電子数）は、強度の大きい部分が「静電潜像の地の部分（均一に負帯電している部分、図７（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「静電潜像の画像部分（光照射された部分、図７（ａ）の点Ｑ３に代表される部分）」に対応することになる。
【００６０】
従って、２次電子検出部２４で得られる電気信号を、信号処理部で適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述の如く、サンプリング時刻：Tをパラメータとして、表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理部により上記表面電位分布（電位コントラスト像）：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を２次元的な画像データとして構成し、これを情報処理部８０から出力してディスプレイに表示すれば、静電潜像が可視的な画像として得られる。
【００６１】
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、地の部分は明るい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。勿論、表面電位分布が分かれば、表面電荷分布も知ることができる。
【００６２】
上述の構成によれば、表面電荷分布あるいは表面電位分布を有する試料に対して、荷電粒子ビームを照射し、該照射によって得られる検出信号により、試料の電荷分布あるいは電位分布の状態を測定する方法において、露光条件を変えたときの潜像状態を計測することにより、感光体の静電特性を把握することが可能となる。
【００６３】
最後に、ＬＥＤ２５を用いて感光体試料２３の除電を行い、次の測定に備える。感光体試料上に生成された帯電電荷は光を照射することで消失させることができる。
【００６４】
以上のプロセスを行うことで、所望の条件で形成された静電潜像を計測することができる。
【００６５】
ところで、露光ビームの副走査位置を制御する音響光学偏向素子１０３は、潜像計測を行ううえで、好ましくない特性を持ち合わせている。例えば、音響光学偏向素子１０３は、その駆動周波数により図８に示すように回折効率が異なる。２次元パターンの潜像を形成し、それを解析するうえで、各回折角による像面での光量は一定となっていることが望ましい。このため、駆動周波数による試料像面での光量変化を補正する補正機構が必要となる。
【００６６】
また、音響光学偏向素子１０３に入射する露光ビームは、シングルモード発振であることが望ましい。マルチモード発振であると、その集光特性が著しく悪化する。これは、音響光学偏向素子１０３による偏向が、ブラッグ回折を利用した偏向であり、異なる複数波長での発振があると、それぞれの波長に対応する回折角での回折が生じるためである。
【００６７】
また、露光光源であるＬＤは、その駆動電流Ｉｆにより発振特性が変化する。通常、発振閾値であるＩｆ＝３０ｍＡ程度の駆動電流によりレーザ発振が始まるが、駆動電流が小さい条件であると、シングルモード発振レーザであっても他モードを含んだマルチモード発振をして、像面で光量変化を起こしてしまう。すなわち、ＬＤ駆動電流を変化させると、各駆動電流における試料像面でのビームサイズが変化してしまう。
【００６８】
図９にＬＤの駆動電流量によるビーム径変化を示す。主走査方向のビーム径が一定であるのに対し、音響光学偏向素子の偏向方向である副走査方向のビーム径は著しく変化していることがわかる。
【００６９】
画像形成装置の課題の一つであるドットの小径化のためには、光量の変化による潜像への影響を評価することは重要である。しかし、上述した音響光学偏向素子の特性は、この影響を計測するうえで不都合である。そのため、試料像面におけるビームサイズを一定に保ちつつ像面光量を変化させることが可能となるよう、ビーム径の変化を補正する機構が必要となる。
【００７０】
そこで、後述する光量の変化およびビーム径の変化を補正、調整する機構を用いることで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤの駆動電流の変化によるビーム径の変化による静電潜像の計測への影響を無視することができ、好適な計測環境を実現することができる。
【００７１】
２次元露光による２次元潜像パターンの計測方法について、図１０を用いて説明する。ここで、Ｎは露光を行いたい２次元露光パターンに対し必要となる走査の総ライン数を、Ｉは走査が行われているラインの番号を示す。
【００７２】
まず、ステップＳ１において、測定を行いたい試料像面光量に応じて、LD駆動電流を決定する。
【００７３】
次に、ステップＳ２において、ＬＤ駆動電流の変化によるビーム径の変化を、後述するビーム径変化補正機構を用いて補正し、ビームサイズを決定する。
【００７４】
次に、ステップＳ３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を均一に生成する。
【００７５】
次に、ステップＳ４において、露光パターンに応じて、Ｉ番目のラインに相当する露光ビームの副走査位置を決定し、その位置に対応した音響光学偏向素子の駆動周波数を決定する。
【００７６】
次に、ステップＳ５において、後述する像面光量補正機構を用いて、音響光学偏向素子の駆動周波数による回折効率変化を補正する。
【００７７】
次に、ステップＳ６において、先の各ステップで決定した条件に基づいて音響光学偏向素子を駆動し、２次元露光パターンのうち１つのラインについて走査および露光を行う。このとき走査するラインは、図１０のフローチャート上ではＩ番目のラインと定義する。
【００７８】
次に、ステップＳ７において、走査ラインＩが、露光を行いたい総ライン数Ｎに達したか否かが判断される。ＩがＮに達していなければ、ステップＳ４へと戻り、次の走査ライン（Ｉ＋１）について再びＳ４〜Ｓ７を繰り返すことで、走査および露光が行われる。このようにして、Ｓ４〜Ｓ７を、総ライン数Ｎに至るまで繰り返し行うことで、２次元潜像が形成される。
【００７９】
ステップＳ７においてＩがＮに達していれば、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【００８０】
ステップＳ８において静電潜像計測が行われた後、ステップＳ９においてＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われ、次の測定の準備がされる。
【００８１】
上述した２次元潜像パターンの計測方法において用いられる、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を補正するため、回折効率の変化を補正する方法について説明する。ここでは、音響光学偏向素子に作用する強度変調電圧を駆動周波数ごとに変更し、各回折角の回折効率を一定にし、光量変化を補正する方法について説明する。
【００８２】
強度変調電圧は、高周波増幅器に印加される電圧である。超音波トランスデューサを通じて音響光学偏向素子に作用する超音波強度が変調される。
【００８３】
音響光学偏向素子の回折光強度は、回折光強度をＩ１、入射光強度をＩ０、入射光波長をλ０、素子性能指数をＭ２、音響ビーム幅をＬ、音響ビーム高さをＨ、超音波パワーをＰとすると、数１式および数２式の関係が成り立つ。
【００８４】
【数１】
【００８５】
【数２】
【００８６】
これより、音響光学偏向素子の回折光強度は、超音波強度の増減に伴い増減する。そのため、強度変調電圧を変化させることで、回折効率を変化させることができる。この特性を利用して、強度変調電圧を回折角ごとに適切に設定することで、それぞれの超音波強度における回折効率を一定にすることが可能となる。
【００８７】
図８に示した回折効率の違いを補正する補正強度変調電圧特性を図１１に示す。画像形成装置の使用条件における補正強度変調電圧を複数点において事前に取得し、近似式で求めた補正強度変調電圧特性を用い、走査時に各回折角に対応する強度変調電圧を指定することで、図１２に示すように走査範囲内の回折効率を一定に保つことができる。
【００８８】
音響光学偏向素子の制御系２の構成を図１３に示す。露光光学系やメカシャッターなどの露光条件を制御する制御ボード８５に対し、ホストコンピュータ９０から形成する潜像パターン情報が送られる。制御ボード８５では、潜像パターン情報に応じた音響光学偏向素子１０３の駆動周波数と強度変調電圧を指定するために、それぞれの情報を音響光学偏向素子制御部８６に送る。音響光学偏向素子制御部８６では、予め求めておいた補正強度変調電圧特性を格納している補正強度変調電圧メモリ８７から駆動周波数に対応する補正強度変調電圧の情報を受け取り、その情報をもとに音響光学偏向素子１０３を駆動する。
【００８９】
このように、制御系２が音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を補正する手段として働く。これにより、回折効率の変化による光量の変化は無視できることとなり、２次元パターンの潜像計測を好適な条件下で行うことができる。
【００９０】
なお、上述した２次元潜像パターンの計測方法において用いられる、音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を補正するためには、駆動周波数ごとに光源光量を補正してもよい。以下、駆動周波数ごとに光源光量を補正することによる光量変化の補正の方法について説明する。
【００９１】
図８に示すように、音響光学偏向素子の回折効率は駆動周波数ごとに異なるため、試料像面での光量も駆動周波数ごとに異なる。これを補正するため、ある駆動周波数による像面光量を基準とし、それに対して各駆動周波数における像面光量が一定となるように光源光量を変更する方法がある。
【００９２】
前述した強度変調電圧特性と同様に、画像形成装置の使用条件における補正光量を複数点において事前に取得し、近似式で求めた補正光量特性を用い、走査時に各回折角に対応する光量を指定することで、回折角によらず試料像面での光量を一定に保つことができる。このときの音響光学偏向素子１０３の制御系２の構成を図１４に示す。光源としてＬＤを用いる場合は、その駆動電流によりビームサイズが変化するため、補正光量としての光量変化領域はマルチモード発振による試料像面でのビームサイズ変化への寄与が小さい光量変化領域であることが望ましい。また、それ以上の光量変化が必要な場合は、ビームサイズ変化に対応して後述するビームサイズ調整機構を用いることで、狙いのビームサイズを保ちつつ、像面光量を補正することが可能である。
【００９３】
図１３に示した音響光学偏向素子の制御系２と同様に、露光光学系やメカシャッターなどの露光条件を制御する制御ボード８５に対し、ホストコンピュータ９０から形成する潜像パターン情報が送られる。制御ボード８５では、潜像パターン情報に応じた音響光学偏向素子１０３の駆動周波数と強度変調電圧を指定するために、それぞれの情報を音響光学偏向素子制御部８６に送る。音響光学偏向素子制御部８６では、予め求めておいた補正光量特性を格納している補正光量メモリ８８から駆動周波数に対応する補正光量の情報を受け取り、その情報をもとに音響光学偏向素子１０３を駆動する。
【００９４】
以上の構成を用いることで、回折効率の変化による光量変化の変化を補正することができる。また、補正強度電圧を変更することで懸念される、音響光学偏向素子における熱特性などの偏向特性の変化の影響を受けず、静電潜像の計測を行ううえで好適な環境を実現することができる。
【００９５】
次に、ＬＤ駆動電流の変化に伴う、各駆動電流における試料像面でのビームサイズの変化を補正する方法について説明する。
【００９６】
ＬＤ駆動電流によるビームサイズ変化を補正する調整機構として、ＬＤ光源光量を、マルチモード発振による試料像面でのビームサイズ変化への寄与が小さい領域内のみで変化させる方法がある。また、この方法において、上記領域外の範囲で光量を変化させる場合には、ＬＤ駆動電流は変化させず、露光光学系内に減衰フィルター等の光減衰機構を配置することで像面光量を変化させ、ビームサイズを一定に保ちつつ像面光量を変化させる。この方法を用いることで、ＬＤの発振特性は変化せず、像面に到達する光量のみを変化させることができる。
【００９７】
光減衰機構を配置する位置は、露光光学系内のいずれの位置であってもよい。例えば、光減衰機構として減衰フィルター（ＮＤフィルター）を用いる場合、測定毎に透過率の異なるものを取り替える方法でもよいが、図１５に示すように、可変ＮＤフィルターを用いてもよい。
【００９８】
図１５（ａ）に示す可変ＮＤフィルターは、円周方向に光学濃度を連続的に変化させた円形ＮＤフィルターであり、フィルターを回転させることにより透過光量を連続的に変化させることができる。また、図１５（ｂ）に示す、直線方向に光学濃度を連続的に変化させた矩形ＮＤフィルターを用いてもよい。透過率の変更は、レーザ光透過位置をステッピングモーターなどで電気的に制御することで、任意に変更することが可能である。この構成を用いることで、光源ごとの露光量を容易に制御でき、測定毎のＮＤフィルターの選別・交換に伴う煩雑な作業を省略でき、任意の透過率を容易に制御できる。
【００９９】
この調整機構を用い、像面光量を繰り返し変化させ、各光量における潜像計測を行う方法を、図１６のフローチャートを用いて説明する。
【０１００】
まず、ステップＳ１１において測定を行いたい試料像面光量に応じてＬＤ駆動電流を決定する。
【０１０１】
次に、ステップＳ１２において、減衰フィルターの透過率を決定する。
【０１０２】
次に、ステップＳ１３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を生成する。
【０１０３】
次に、ステップＳ１４において、２次元露光が行われる。このステップＳ１４は、図１０に示したフローチャートのステップＳ４〜Ｓ７を含んでいる。
【０１０４】
次に、ステップＳ１５において、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【０１０５】
次に、ステップＳ１６において、ＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われる。
【０１０６】
次に、ステップＳ１７において、異なる光量による潜像特性の測定を行うかの判断がされる。
【０１０７】
ステップＳ１７において測定を続けると判断された場合は、ステップＳ１８に移行し、測定を行いたい試料像面光量に応じて、減衰フィルターの透過率が変更される。そして、再びステップＳ１３に戻る。
【０１０８】
以上の構成および方法をもとに潜像計測を行うことで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤ駆動電流の変化によるビームサイズの変化の影響を無視することができ、潜像形成を行ううえで好適な環境を実現することができる。
【０１０９】
なお、ビーム径を一定に保ちつつ像面光量を可変するための調整機構として、試料像面と光源間の距離を変更する機構を用いてもよい。
【０１１０】
図９に示した副走査方向のビーム径変化を深度特性で表すと、図１７のグラフのようになる。電流量Ｉｆ＝３０ｍＡの時のビーム径に比べて、Ｉｆ＝４０ｍＡの時のビーム径は小さくなるとともに、深度特性は狭くなる。なお、このとき、いずれの電流量においてもビームウエスト位置は変化しない。この深度特性の違いを利用し、測定範囲内での下限駆動電流時のビーム径を狙いのビーム径とする。また、測定範囲外におけるＬＤ駆動電流時は、狙いのビーム径となるようにビーム径変化を補正する。これにより、ＬＤ駆動電流によらず、狙いのビーム径を実現することが可能となる。
【０１１１】
例えばＩｆ＝３０ｍＡの時のビーム径を基準として、Ｉｆ＝４０ｍＡにおいてもその径を一定に保つ場合には、図１７で示されるように、同ビーム径となる位置まで像面位置をビームウエスト位置からずらせばよい。即ち、試料像面と光源間の距離を調整する距離調整機構により、ＬＤ駆動電流量の変化によるビーム径の変化を補正することができる。ただし、上記調整機構の可動範囲内であって、主走査方向のビーム径が変化しない条件でなければいけない。この距離調整機構として、真空部外部に設置した露光光学系をマイクロステージなどに搭載し、その可動距離内で露光光学系を手動、もしくは自動的に移動させる機構が用いられる。
【０１１２】
距離調整機構を用いたときの、像面光量変化による潜像特性の計測を行う方法を、図１８のフロー図を用いて説明する。
【０１１３】
まず、ステップＳ２１において、基準となる副走査ビーム径となる駆動電流を決定する。ここでは、ビーム径の深度特性を利用し、異なる駆動電流におけるビーム径をわざと大きくすることでビーム径変化を補正するため、測定範囲内での下限駆動電流を選ぶことが望ましい。
【０１１４】
次に、ステップＳ２２において、深度特性内で、どの位置を試料像面とするかを選定し、基準となる試料像面でのビーム径を決定する。このとき、像面スポット位置は、ビーム特性が安定していると推測されるビームウエスト位置であることが望ましい。
【０１１５】
次に、ステップＳ２３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を生成する。
【０１１６】
次に、ステップＳ２４において、２次元露光が行われる。このステップＳ２４は、図１０に示したフローチャートのステップＳ４〜Ｓ７を含んでいる。
【０１１７】
次に、ステップＳ２５において、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【０１１８】
次に、ステップＳ２６において、ＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われる。
【０１１９】
次に、ステップＳ２７において、異なる光量による潜像特性の測定を行うかの判断が行われる。測定を続けない場合は、一連の工程が終了する。測定を続ける場合は、ステップＳ２８に移行する。
【０１２０】
ステップＳ２８では、測定を行いたい試料像面光量に応じてＬＤ駆動電流を変更する。
【０１２１】
次に、ステップＳ２９において、予め測定した駆動電流ごとの深度特性に基づいて、基準ビーム径と一致するビーム径となる移動距離を導出する。
【０１２２】
次に、ステップＳ３０において、導出した移動距離をもとに、露光光学系の移動を行う。そして、再びステップＳ２３に戻る。
【０１２３】
以上の構成やプロセスをもとに潜像計測を行うことで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤ駆動電流の変化によるビームサイズの変化の影響を無視することができ、潜像形成を行ううえで好適な環境を実現することができる。また、減光フィルター等の光減衰機構を露光光学系内に搭載するための機構や、その透過率を変更するための制御機構などを省略することができ、システム構成を簡略化することができる。
【０１２４】
また、ビームサイズを一定に保ちつつ像面光量を可変するための調整機構として、試料に対する露光ビームの入射角を調整する機構を用いてもよい。以下、この入射角調整機構について説明する。
【０１２５】
本発明の静電潜像計測装置では、図５に示したように、外部に設置した露光光学系からの露光ビームが試料に対して副走査方向に傾きを持っていて、所定の入射角をもって試料に到達する。そのため、図１９に示すように、試料像面での副走査方向のビーム径は、露光光源自身のビーム径に対して１／ｃｏｓθ倍大きくなる。なお、主走査方向のビーム径は変化しない。
【０１２６】
この特性を利用して、所定の入射角を基準として、試料に対する露光ビームの入射角を変更することで、ＬＤ駆動電流量によるビーム径変化を補正することが可能である。このときの基準となるビーム径は、像面でのビームサイズを最も小さくできる駆動電流時のものが望ましく、即ち、測定範囲内での上限駆動電流時のものであることが望ましい。また、そのときの試料に対する露光ビームの入射角である基準入射角は、ここではθ＝４５°とする。なお、露光ビームの基準入射角に関しては、静電潜像計測装置の構成に応じて異なる角度を用いてもよい。
【０１２７】
例えば、Ｉｆ＝４０ｍＡのビーム径を基準として、Ｉｆ＝４０ｍＡ以下の駆動電流量においてもその径を一定に保つ場合、図２０に示すように、電流量減少に伴うビーム径太りを補正するためにθ１からθ２へと入射角を小さくすればよい。具体例として、Ｉｆ＝４０ｍＡのビーム径に対して、Ｉｆ＝３０ｍＡのビーム径が１０パーセント大きくなるとき、基準入射角θ１＝４５°であれば、その入射角をθ２＝３９°程度に変更すれば、ＬＤ駆動電流量の変化によるビーム径の変化を補正することができる。なお、あらかじめビーム径変化量を測定し、それを補正する入射角変化量を求めておくことで補正を行うことが好ましい。
【０１２８】
この入射角調整機構は、真空部外部に設置した露光光学系もしくは、試料ステージを傾斜ステージなどに搭載し、その可動範囲内で手動、もしくは自動で傾斜を制御することで実現できる。この調整機構を用いたときの、像面光量変化による潜像特性の計測を行う方法を、図２１のフロー図を用いて説明する。
【０１２９】
まず、ステップＳ３１において、基準となる副走査ビーム径を持つ駆動電流を決定する。基準となる副走査ビーム径は、像面でのビームサイズを最も小さくできる測定範囲内における上限駆動電流時のものであることが望ましい。
【０１３０】
次に、ステップＳ３２において、深度特性内において、どの位置を試料像面とするかを選定し、基準となる試料像面でのビーム径を決定する。このとき、像面スポット位置は、ビーム特性が安定していると考えられるビームウエスト位置であることが望ましい。
【０１３１】
次に、ステップＳ３３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を生成する。
【０１３２】
次に、ステップＳ３４において、２次元露光が行われる。このステップＳ３４は、図１０に示したフローチャートのステップＳ４〜Ｓ７を含んでいる。
【０１３３】
次に、ステップＳ３５において、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【０１３４】
次に、ステップＳ３６において、ＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われる。
【０１３５】
次に、ステップＳ３７において、異なる光量による潜像特性の測定を行うかが判断される。異なる光量による潜像特性の測定を行わない場合は、全工程が終了する。一方、測定を続ける場合は、Ｓ３８に移行する。
【０１３６】
ステップＳ３８では、測定を行いたい試料像面光量に応じてＬＤ駆動電流を変更する。
【０１３７】
次に、ステップＳ３９では、予め測定した駆動電流ごとのビーム径変化量を補正する入射角変化量を導出する。
【０１３８】
次に、ステップＳ４０では、導出した入射角変化量をもとに、露光光学系もしくは、試料ステージの傾斜を変更する。そして、再びステップＳ３３に戻る。
【０１３９】
以上の構成やプロセスをもとに潜像計測を行うことで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤ駆動電流の変化によるビームサイズの変化の影響を無視することができ、潜像形成を行ううえで好適な環境を実現することができる。また、減光フィルター等の光減衰機構を露光光学系内に搭載するための機構や、その透過率を変更するための制御機構などを省略することができ、システム構成を簡略化することができる。
【０１４０】
また、試料に対する露光ビームの入射角を変更する機構として、試料位置を変更する機構を用いてもよい。
【０１４１】
例えば、潜像計測を行う試料としてドラム状感光体の切片など曲率のついた試料を用いる場合には、感光体試料の高さ位置を変更することで、感光体試料に対する露光ビームの入射角を変更することが可能である。このときの入射角は、図２２のように、ドラム状試料に入射する露光ビームと、露光ビームが入射する点におけるドラム状試料の表面に対する法線とのなす角から求められる。Ｉｆ＝４０ｍＡのビーム径を基準として、Ｉｆ＝４０ｍＡ以下の駆動電流量おいてもその径を一定に保ちたいときには、図２３に示すように、電流量の減少に伴うビーム径太りを補正するために試料高さを変更し、入射角を小さくすればよい。
【０１４２】
例えば、Ｉｆ＝４０ｍＡであるときのビーム径に対して、Ｉｆ＝３０ｍＡであるときのビーム径が１０パーセント大きくなる場合は、基準入射角θ１＝４５°であれば、その入射角をθ２＝３９°に変更すればよい。そして、φ＝３０ｍｍの円筒形感光体の中心軸上にビームが入射している場合には、試料の高さを３．３ｍｍ移動させればよい。この調整機構は、試料ステージに高さ方向に可動可能なマイクロステージなどを用い、その可動範囲内で手動、もしくは自動で高さ位置を移動させる機構を用いればよい。また、試料高さを固定し、図中Ｙ軸方向に試料を移動する機構を設けて、所定の距離だけ試料を移動させても同様の効果が得られる。
【０１４３】
この調整機構を用いたときの、像面光量変化による潜像特性の計測を行う方法を、図２３のフロー図を用いて説明する。
【０１４４】
まず、ステップＳ４１において、基準となる副走査ビーム径を持つ駆動電流を決定する。
【０１４５】
次に、ステップＳ４２において、深度特性内において、どの位置を試料像面とするかを選定し、基準となる試料像面でのビーム径を決定する。このとき、像面スポット位置は、ビーム特性が安定していると考えられるビームウエスト位置であることが望ましい。
【０１４６】
次に、ステップＳ４３において、感光体試料に電子ビームを照射し、感光体試料に帯電電荷を生成する。
【０１４７】
次に、ステップＳ４４において、２次元露光が行われる。このステップＳ４４は、図１０に示したフローチャートのステップＳ４〜Ｓ７を含んでいる。
【０１４８】
次に、ステップＳ４５において、潜像パターンが形成された試料に対して電子ビームを照射し、２次電子を検出することで静電潜像計測を行う。
【０１４９】
次に、ステップＳ４６において、ＬＥＤを用いて感光体試料の除電が行われる。
【０１５０】
次に、ステップＳ４７において、異なる光量による潜像特性の測定を行うかの判断が行われる。測定を続けない場合は、全工程が終了する。測定を続ける場合はステップＳ４８に移行する。
【０１５１】
ステップＳ４８においては、測定を行いたい試料像面光量に応じてＬＤ駆動電流を変更する。
【０１５２】
次に、ステップＳ４９において、予め測定した駆動電流の変化によるビーム径の変化を補正するため、試料の高さの移動量を導出する。
【０１５３】
次に、ステップＳ５０において、導出した移動量をもとに、試料の高さを変更する。そして、再びステップＳ４３に戻る。
【０１５４】
以上の構成・プロセスをもとに、潜像計測を行うことで、回折効率の変化による光量の変化や、ＬＤ駆動電流の変化によるビームサイズの変化の影響を無視することができ、潜像形成を行ううえで好適な環境を実現することができる。また、深度特性内での像面スポット位置の変化に伴う光学特性変化の影響を受けず、減光フィルター等の光減衰機構を露光光学系内に搭載するための機構や、その透過率を変更するための制御機構などを省略することができ、システム構成を簡略化することができる。
【符号の説明】
【０１５５】
１ 静電潜像計測装置
５０ 荷電粒子照射部
１１ 電子銃
１２ 引き出し電極（エキストラクタ）
１３ 加速電極
１４ 静電レンズ（コンデンサレンズ）
１５ ビームブランキング電極（ビームブランカ）
１６ 仕切り板
１７ 可動絞り
１８ スティングメータ
１９ 走査レンズ（偏向電極）
２０ 静電対物レンズ
２１ ビーム射出開口部
６０ 試料載置台
２２ 露光光学系
２４ ２次電子検出器
８０ 情報処理部
８１ 電子検出部
８２ 信号処理部
８３ 測定結果出力部
８４ 画像処理部
９０ ホストコンピュータ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５６】
【特許文献１】特開平０３−０４９１４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２９５６９６号公報
【特許文献３】特開２００８−２３３３７６号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体の表面に形成される静電潜像を計測する静電潜像計測装置であって、
感光体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電手段と、
帯電した前記感光体に光束を照射し露光する光源と、
前記光源からの光束を回折させる音響光学偏向素子と、
前記光束を前記回折方向に対し垂直の方向に偏向する偏向手段と、
帯電された前記感光体からの２次電子を検出する検出手段と、
前記音響光学偏向素子の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正手段と、
を備え、
１次元方向への走査は前記音響光学偏向素子による回折、他の１次元方向への走査は前記偏向手段による偏向により行うことで２次元方向への走査を行う静電潜像計測装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う回折効率の変化を、前記音響光学偏向素子に印加される電圧を前記駆動周波数に応じて変化させることで補正する請求項１記載の静電潜像計測装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を、前記光源からの光量を前記駆動周波数に応じて変化させることで補正する請求項１記載の静電潜像計測装置。
【請求項４】
前記感光体表面に到達する光量を変化させる光減衰手段をさらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の静電潜像計測装置。
【請求項５】
前記光束により前記感光体表面に形成されるビームスポットの径を調整するビームサイズ補正手段をさらに備える請求項１乃至４のいずれかに記載の静電潜像計測装置。
【請求項６】
前記ビームサイズ補正手段は、前記光源と前記感光体との距離を調整する請求項５記載の静電潜像計測装置。
【請求項７】
前記ビームサイズ補正手段は、前記感光体に入射する前記光束の入射角を調整する請求項５記載の静電潜像計測装置。
【請求項８】
感光体の表面に形成される静電潜像を計測する静電潜像計測方法であって、
感光体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電工程と、
帯電した前記感光体に光束を照射し露光する露光工程と、
前記光源からの光束を音響光学偏向素子により回折させる回折工程と、
前記光束を前記回折方向に対し垂直の方向に偏向する偏向工程と、
帯電された前記感光体からの２次電子を検出する検出工程と、
前記音響光学偏向素子の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正工程と、
を備えた静電潜像計測方法。
【請求項９】
前記補正工程は、前記音響光学偏向素子の駆動周波数に伴う回折効率の変化を、前記音響光学偏向素子に作用する電圧を前記駆動周波数に応じて変化させることで補正する請求項８記載の静電潜像計測方法。
【請求項１０】
前記補正工程は、前記音響光学偏向素子の駆動周波数に伴う感光体表面に到達する光量の変化を、前記光源からの光量を前記駆動周波数に応じて変化させることで補正する請求項８記載の静電潜像計測方法。
【請求項１１】
前記光源からの光量を補正する工程において、前記光源の光量をシングルモード発振領域の範囲内で変化させる請求項１０記載の静電潜像計測方法。
【請求項１２】
前記光源からの光量を補正する工程において、前記光源の光量をシングルモード発振領域の範囲外において光減衰手段を用いて変化させる請求項１０記載の静電潜像計測方法。
【請求項１３】
前記光束により前記感光体表面に形成されるビームスポットの径を調整するビームサイズ補正工程をさらに備える請求項８乃至１２のいずれかに記載の静電潜像計測方法。
【請求項１４】
前記ビームサイズ補正工程は、前記光源と前記感光体との距離を調整することで行われる請求項１３記載の静電潜像計測方法。
【請求項１５】
前記ビームサイズ補正工程は、前記感光体に入射する前記光束の入射角を調整することで行われる請求項１３記載の静電潜像計測方法。
【請求項１】
感光体の表面に形成される静電潜像を計測する静電潜像計測装置であって、
感光体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電手段と、
帯電した前記感光体に光束を照射し露光する光源と、
前記光源からの光束を回折させる音響光学偏向素子と、
前記光束を前記回折方向に対し垂直の方向に偏向する偏向手段と、
帯電された前記感光体からの２次電子を検出する検出手段と、
前記音響光学偏向素子の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正手段と、
を備え、
１次元方向への走査は前記音響光学偏向素子による回折、他の１次元方向への走査は前記偏向手段による偏向により行うことで２次元方向への走査を行う静電潜像計測装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う回折効率の変化を、前記音響光学偏向素子に印加される電圧を前記駆動周波数に応じて変化させることで補正する請求項１記載の静電潜像計測装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記音響光学偏向素子の駆動周波数の変化に伴う感光体表面に到達する光量の変化を、前記光源からの光量を前記駆動周波数に応じて変化させることで補正する請求項１記載の静電潜像計測装置。
【請求項４】
前記感光体表面に到達する光量を変化させる光減衰手段をさらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の静電潜像計測装置。
【請求項５】
前記光束により前記感光体表面に形成されるビームスポットの径を調整するビームサイズ補正手段をさらに備える請求項１乃至４のいずれかに記載の静電潜像計測装置。
【請求項６】
前記ビームサイズ補正手段は、前記光源と前記感光体との距離を調整する請求項５記載の静電潜像計測装置。
【請求項７】
前記ビームサイズ補正手段は、前記感光体に入射する前記光束の入射角を調整する請求項５記載の静電潜像計測装置。
【請求項８】
感光体の表面に形成される静電潜像を計測する静電潜像計測方法であって、
感光体に荷電粒子ビームを照射し帯電させる帯電工程と、
帯電した前記感光体に光束を照射し露光する露光工程と、
前記光源からの光束を音響光学偏向素子により回折させる回折工程と、
前記光束を前記回折方向に対し垂直の方向に偏向する偏向工程と、
帯電された前記感光体からの２次電子を検出する検出工程と、
前記音響光学偏向素子の駆動周波数の変化が回折に与える影響を補正する補正工程と、
を備えた静電潜像計測方法。
【請求項９】
前記補正工程は、前記音響光学偏向素子の駆動周波数に伴う回折効率の変化を、前記音響光学偏向素子に作用する電圧を前記駆動周波数に応じて変化させることで補正する請求項８記載の静電潜像計測方法。
【請求項１０】
前記補正工程は、前記音響光学偏向素子の駆動周波数に伴う感光体表面に到達する光量の変化を、前記光源からの光量を前記駆動周波数に応じて変化させることで補正する請求項８記載の静電潜像計測方法。
【請求項１１】
前記光源からの光量を補正する工程において、前記光源の光量をシングルモード発振領域の範囲内で変化させる請求項１０記載の静電潜像計測方法。
【請求項１２】
前記光源からの光量を補正する工程において、前記光源の光量をシングルモード発振領域の範囲外において光減衰手段を用いて変化させる請求項１０記載の静電潜像計測方法。
【請求項１３】
前記光束により前記感光体表面に形成されるビームスポットの径を調整するビームサイズ補正工程をさらに備える請求項８乃至１２のいずれかに記載の静電潜像計測方法。
【請求項１４】
前記ビームサイズ補正工程は、前記光源と前記感光体との距離を調整することで行われる請求項１３記載の静電潜像計測方法。
【請求項１５】
前記ビームサイズ補正工程は、前記感光体に入射する前記光束の入射角を調整することで行われる請求項１３記載の静電潜像計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−５３３３１（Ｐ２０１２−５３３３１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６５９０（Ｐ２０１０−１９６５９０）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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