JP2009069296A - 静電潜像評価方法、静電潜像評価装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実画像形成が困難で潜像が極端に浅い場合を排除して評価することが可能で、かつ、耐ノイズ性が高い静電潜像評価方法を提供する。
【解決手段】帯電と光像の露光により静電潜像パターンが形成された光導電性試料のパターン形成面を荷電粒子ビームにより２次元的に走査し、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲してその強度信号をパターン形成面上の位置に対応させて検出し、検出した強度信号から静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、断面プロファイルにおける非露光部の強度信号から特徴量を抽出し、光導電性試料の潜像解像力を算出する静電潜像評価方法であって、光像に包含されるいずれかの断面の光量分布が、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布であり、あらかじめ定められた基準量及び断面プロファイルにおける非露光部の強度信号最大値である特徴量に基づいて潜像解像力を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電潜像評価方法、静電潜像評価装置、及び画像形成装置に関し、特に、感光体上における静電潜像の品質評価に好適に適用される技術に関するものである。

一般に、複写機やレーザプリンタといった電子写真方式の画像形成装置では、画像の出力に際して、以下の作像工程を経る。
ａ．光導電性の感光体を均一に帯電させる帯電工程
ｂ．感光体に光を照射して光導電性により静電潜像を形成する露光工程
ｃ．帯電したトナー粒子を用いて，感光体上に可視画像を形成する現像工程
ｄ．現像された可視画像を紙片等の転写材に転写する転写工程
ｅ．転写された画像を転写材上に融着・固定する定着工程
ｆ．可視画像転写後の感光体上の残留トナーを清掃するクリーニング工程
ｇ．感光体上の残留電荷を除電する除電工程

これら工程それぞれでのプロセスファクタやプロセスクオリティは、最終的な出力画像の品質に大きく影響を与える。近年は、高画質に加え、高耐久性や高安定性、さらには省エネルギー化等、環境に優しい作像プロセスの要求がより高まって来ており、各工程のプロセスクオリティの向上が強く求められている。

そして、作像工程において、帯電・露光により感光体上に形成される静電潜像は「トナー粒子の挙動に直接影響を与えるファクタ」であり、感光体上における静電潜像の品質評価が重要となる。そして、感光体上の静電潜像を観測し、その結果を設計にフィードバックすることにより、帯電工程や露光工程のプロセスクオリティの向上を図ることができ、その結果、画質・耐久性・安定性や省エネルギー化のさらなる向上が期待できる。

ところで、光導電性の感光体等の誘電体における表面電荷分布あるいは表面電位分布をミクロンオーダーで高分解能に計測する方法として、特許文献１及び２に記載のものが知られている。これら特許文献に記載された測定方法では、測定試料の表面が荷電粒子ビームにより走査され、測定試料表面で発生する２次電子が検出される。この方法の場合、直接に測定されるのは測定試料表面の電界分布であり、この電界分布に基づいて表面電位分布が演算的に求められる。

また、上記表面電位分布の計測方法を用い、光導電性の感光体等の評価を行う方法として特許文献３に記載のものが知られている。特許文献３に記載された静電潜像観測方法においては、解像度検査用のマスクパターンの光像を投影することでにより静電潜像パターンを形成し、そのパターンに含まれるピッチの異なる複数の基本パターンにおいて、どのピッチの基本パターンまで識別可能かを観測することにより、光導電性の感光体等の解像力が評価される。
特開２００３−２９５６９６号公報 特開２００３−３０５８８１号公報 特開２００４−２３３２６１号公報

特許文献3に記載の観測方法においては、基本パターン対の識別の可否を、人間が画像を目視することより判断し解像力を評価するが、人間の定性的な判断のプロセスが介在していることで判断結果にばらつきが生じる。また、画像によっては識別の可否の判断が難しい場合が多く、判断結果が判断実施者ごとに異なる、あるいは判断実施者が同一であっても判断実施者の肉体的及び精神的な状態（疲労度等）いかんにより判断結果が異なる、といった問題が生じる。

また、「パターンが解像できているか否か」の２値での判断であるが故に、潜像パターンの解像レベルの情報（すなわち「つぶれ度合い」や「かすれ度合い」といった中間的な情報）を判断結果に反映させることができない。このことにより、例えばわずかに解像力の異なる感光体に関して比較を行った際にその差異を抽出することが困難となる。

さらに、より好ましい手法として、潜像パターンの断面プロファイルから強度信号のコントラストを算出し、数値的指標に基づく定量的な評価を行う場合に、画像取得時のコントラスト及び輝度調整ばらつきの影響を受けて解析結果出力が変動しやすいことから、耐ノイズ性を向上させることが望ましい。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みて、実画像形成が困難で潜像が極端に浅い場合を排除して評価することが可能で、かつ、耐ノイズ性が高い静電潜像評価方法、静電潜像評価装置等を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、帯電と光像の露光により静電潜像パターンが形成された光導電性試料のパターン形成面を荷電粒子ビームにより２次元的に走査し、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲してその強度信号をパターン形成面上の位置に対応させて検出し、検出した強度信号から静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、断面プロファイルにおける非露光部の強度信号から特徴量を抽出し、光導電性試料の潜像解像力を算出する静電潜像評価方法であって、光像に包含されるいずれかの断面の光量分布が、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布であり、あらかじめ定められた基準量及び特徴量に基づいて潜像解像力を算出するとともに、特徴量が、断面プロファイルにおける露光部に挟まれて配置された非露光部の強度信号最大値であることを特徴とする静電潜像評価方法である。

また、本発明は、上記の静電潜像評価方法において、基準量は、断面プロファイルにおける非露光部の強度信号が、露光部の強度信号と一致するように露光の強度を調整して形成された静電潜像パターンにおける露光部の強度信号であることを特徴とするものであってもよい。

また、本発明は、上記の静電潜像評価方法において、基準量は、静電潜像パターンより空間周波数が低い静電潜像パターンの断面プロファイルにおける非露光部の強度信号最大値であることを特徴とするものであってもよい。

また、本発明は、上記の静電潜像評価方法において、空間周波数の異なる複数の静電潜像パターンを形成し、各空間周波数において潜像解像力を算出することにより潜像のレスポンス関数を算出することを特徴とするものであってもよい。

また、本発明は、上記の静電潜像評価方法において、露光エネルギーの異なる複数の静電潜像パターンを形成し、各露光エネルギーにおける解像力を算出し比較することにより解像力を最高とする露光エネルギーを求めることを特徴とするものであってもよい。

他の態様として、本発明は、静電潜像パターンを形成するための帯電手段及び光像露光手段と、静電潜像パターンが形成された光導電性試料のパターン形成面を荷電粒子ビームで２次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段と、静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度信号をパターン形成面上の位置に対応させて検出し、静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する評価手段と、を備えた静電潜像評価装置であって、光像露光手段は、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布を包含する光像を露光し、評価手段は、検出した強度信号から静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、断面プロファイルにおける非露光部の強度信号から特徴量の抽出し、特徴量及びあらかじめ定められた基準量に基づいて光導電性試料の潜像解像力を算出し、評価手段により抽出された特徴量は、断面プロファイルにおける露光部に挟まれて配置された非露光部の強度信号最大値であることを特徴とする静電潜像評価装置である。

また、本発明は、上記の静電潜像評価装置において、基準量は、断面プロファイルにおける非露光部の強度信号が、露光部の強度信号と一致するように露光の強度を調整して形成された静電潜像パターンにおける露光部の強度信号であることを特徴とするものであってもよい。

また、本発明は、上記の静電潜像評価装置において、基準量は、静電潜像パターンより空間周波数が低い静電潜像パターンの断面プロファイルにおける非露光部の強度信号最大値であることを特徴とするものであってもよい。

また、本発明は、上記の静電潜像評価装置において、帯電手段及び光像露光手段は、空間周波数の異なる複数の静電潜像パターンを形成し、評価手段は、各空間周波数において潜像解像力を算出することにより潜像のレスポンス関数を算出することを特徴とするものであってもよい。

また、本発明は、上記の静電潜像評価装置において、帯電手段及び光像露光手段は、露光エネルギーの異なる複数の静電潜像パターンを形成し、評価手段は、各露光エネルギーにおける解像力を算出し比較することにより解像力を最高とする露光エネルギーを求めることを特徴とするものであってもよい。

他の態様として、本発明は、感光体と、感光体へ露光する光源の出力を調整する露光ユニットと、を有し、上記の静電潜像評価装置及び露光ユニットを用いて、感光体を露光する露光条件が設定されたことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、実画像形成が困難で潜像が極端に浅い場合を排除して評価することが可能で、かつ、耐ノイズ性が高い静電潜像評価方法、静電潜像評価装置等が提供される。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

静電潜像評価装置の概要及び発明の評価方法に基づく評価過程を、図１の装置図をもとに説明する。図１は、本実施形態の静電潜像観測装置の構成を示した図である。

図１において、１１は荷電粒子銃、１２はアパーチャ、１３は荷電粒子に対するコンデンサレンズ、１４はビームブランカ、１５は荷電粒子ビームに対する走査レンズ、１６は荷電粒子ビームに対する対物レンズを示す。これら、荷電粒子銃１１、アパーチャ１２、コンデンサレンズ１３、ビームブランカ１４、走査レンズ１５、及び対物レンズ１６は、荷電粒子ビーム照射部１０ｂを構成し、荷電粒子ビーム照射部１０ｂの各構成部は荷電粒子ビーム制御部１０ａにより制御されるようになっている。荷電粒子ビーム照射部１０ｂと荷電粒子ビーム制御部１０ａとは「荷電粒子ビーム走査手段」を構成し、また静電潜像パターンを形成するための「帯電手段」を構成している。

また、図１において、１７ｂは光源である半導体レーザ（ＬＤ）、１７ａは光源を駆動するＬＤ制御部、１８はコリメートレンズ、１９はアパーチャ、２０はマスクパターン、２１〜２３は「結像レンズ」を構成するレンズを示している。これらは「光像露光手段」を構成している。光像露光手段においては、半導体レーザ１７ｂの発光の点滅や発光強度の調整・設定を司るほか、結像レンズ２１〜２３とマスク２０との位置関係の調整によるフォーカシングや倍率変換を行い得るようになっている。

また、図１において、２４は荷電粒子検出器、２５ａは信号処理部、２５ｂは解像力演算部、２６は表示部（モニタ）、２７は出力部（アウトプット装置（プリンタ等））を示している。荷電粒子検出器２４、信号処理部２５ａ、解像力演算部２５ｂ、表示部２６、出力部２７は「評価手段」を構成する。

また、図１において、２８は試料載置台、００は光導電性試料、２９は除電用の発光素子を示す。試料載置台２８は接地された金属板である。

上記各部は、図に示すようにケーシング３０内に配設され、ケーシング内部は、真空制御部３１により高度に減圧できるようになっている。すなわち、ケーシング３０は「真空チャンバ」としての機能を有している。また、装置の全体はホストＰＣ３２により制御されるようになっている。なお、上述した荷電粒子ビーム制御部１０ａや信号処理部２５ａ等は、ホストＰＣ３２に「その機能の一部」として設定することもできる。

図１に示す状態において、表面を均一に帯電された光導電性試料００は試料載置台２８上に載置され、ケーシング３０内部は高度に減圧されている。この状態で、半導体レーザ１７ｂを点灯し、マスクパターン２０の光像を光導電性試料００の均一帯電された面上に結像させる。この露光により光導電性試料００に、照射された光像に応じた静電潜像パターンが形成される。このように静電潜像パターンが形成された面を荷電粒子ビームにより２次元的に走査する。すなわち、荷電粒子銃１１から荷電粒子のビームを放射させると、放射された荷電粒子ビームはアパーチャ１２を通過してビーム径を規制された後、コンデンサレンズ１３により集束されつつビームブランカ１４を通過する。コンデンサレンズ１３により集束された荷電粒子ビームは、対物レンズ１６により光導電性試料００の表面上に集束される。このとき、走査レンズ１５により荷電粒子ビームの向きを偏向させることにより、荷電粒子ビームが集束する位置を光導電性試料００面上で２次元的（例えば図面の左右方向と図面に直交する方向）に変位させることができる。

このようにして、光導電性試料００の静電潜像パターンを形成された面が、荷電粒子ビームにより２次元的に走査される。走査される領域は、走査レンズの倍率設定により、走査される領域のサイズを変えることが可能であり、例えば５ｍｍ×５ｍｍ程度の低倍率や、１μｍ×１μｍ程度の高倍率等、様々な倍率で観察することができる。このとき、荷電粒子検出器２４には、所定極性の捕獲電圧が印加されている。そして、この捕獲電圧の作用により、「静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子」が荷電粒子検出器２４に捕獲され、その強度（単位時間当たりの捕獲粒子数）が検出され、電気信号に変換される。

光導電性試料００の「荷電粒子ビームにより２次元的に走査される領域：Ｓ」を、２次元座標を用いてＳ（Ｘ，Ｙ）で表すと、例えば０ｍｍ≦Ｘ≦１ｍｍ、０ｍｍ≦Ｙ≦１ｍｍである。この領域：Ｓ（Ｘ，Ｙ）に形成されている静電潜像パターンをその表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）とする。荷電粒子ビームによる上記領域の２次元的な走査は所定の条件で行われるので、２次元的な走査の開始から終了に至る時間をＴ０≦Ｔ≦ＴＦとすると、走査が行われているときの時間：Ｔは、走査領域：Ｓ（Ｘ，Ｙ）内の各走査位置と１：１に対応する。そして、荷電粒子検出器２４に捕獲される荷電粒子は静電潜像パターンの表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）の電気的影響を受けているので、時間：Ｔにおいて捕獲される荷電粒子の強度：Ｆ（Ｔ）は、時間：Ｔをパラメータとした表面電位分布：Ｖ｛Ｘ（Ｔ），Ｙ（Ｔ）｝と対応関係にある。

この対応関係は、基準の電位：ＶＮにより影響される荷電粒子の強度を観測することにより知ることができ、このように知られた対応関係に基づき、荷電粒子の強度：Ｆを較正することにより、強度：Ｆに対応する電位：Ｖを知ることができる。したがって、荷電粒子検出器２４から得られる検出信号を適当な間隔でサンプリングすることにより、表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定できる。

上記の荷電粒子ビームは、先にも述べたように、電子ビームやイオンビーム等、電界や磁界の影響を受ける粒子のビームであり、電子ビームを用いる場合であれば荷電粒子銃１１としては「電子銃」が用いられ、イオンビームを用いる場合であれば「イオン銃」等が用いられる。以下、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる場合につき、具体的に説明する。このとき、荷電粒子銃１１は「電子銃」であり、光導電性試料００の「静電潜像パターンの形成された面」は、電子ビームにより２次元的に走査される。

光導電性試料００に静電潜像パターンを形成するには、光像による露光に先立ち、その表面を均一に帯電する必要がある。光導電性試料００の均一帯電については、帯電を観測装置外で行い、均一帯電された光導電性試料００を試料載置台２８上に載置するようにしてもよいが、前述したように、ケーシング３０の内部は高度に減圧する必要があり、光導電性試料００をセットからケーシング３０内を減圧すると、電子ビームによる走査が可能になるまでに暗減衰により帯電電位が減衰し、場合によっては静電潜像パターンを観測できなくなる場合もある。この観点からすると、光導電性試料００の均一帯電はケーシング３０内で「高度の減圧を実現した後」に行うことが好ましい。図１の本実施形態においては、荷電粒子ビーム走査手段を用いて、電子ビームによる帯電を行う。

電子ビームを光導電性試料００に照射すると、照射される電子による衝撃で光導電性試料００から「２次電子」が発生する。電子ビームとして光導電性試料００に照射される電子量と発生する２次電子の量との収支において、２次電子の放出量：Ｒ２に対する照射電子量：Ｒ１の比：Ｒ１／Ｒ２が１以上であれば、差し引きで照射される電子の量が２次電子量を上回り、両者の差が光導電性試料００に蓄積して光導電性資料００を帯電させる。したがって、電子銃１１から放射される電子の量とその加速電圧を調整し、「比：Ｒ１／Ｒ２が１より大きくなる条件」を設定して電子ビームを２次元的に走査することにより、光導電性試料００を均一帯電させることができる。このような放出電子量と加速電圧の調整は、荷電粒子ビーム制御部１０ａにより行われる。また、電子ビームの走査に伴う電子ビームのオン・オフは、荷電粒子ビーム制御部１０ａによりビームブランカ１４を制御して行う。

図２は、光導電性試料００の表面を上記のように電子ビームにより帯電させた状態を模型的に示している。光導電性試料００として図２に示すのは、いわゆる「機能分離型感光体」と呼ばれるものであり、導電層４１上に電荷発生層４２を設け、その上に電荷輸送層４３を形成したものである。

電子銃により照射される電子は、電荷輸送層４３の表面に撃ち込まれ、電荷輸送層４３の表面にある電荷輸送層材料分子の電子軌道に捕獲され、上記分子をマイナスイオン化した状態で電荷輸送層４３の表面部に留まる。この状態が光導電性試料００を帯電させた状態である。このように帯電した状態の光導電性試料００に光ＬＴが照射されると、照射された光ＬＴは電荷輸送層４３を透過して電荷発生層４２に至り、そのエネルギーにより電荷発生層４２内に正・負の電荷キャリヤを発生させる。発生した正・負の電荷キャリヤのうち負キャリヤは、電荷輸送層４３の表面の負電荷による反発力の作用で導電層４１へ移動し、正キャリヤは電荷輸送層４３を輸送されて同層４３の表面部の負電荷（捕獲された電子）と相殺しあう。このようにして，光導電性試料００において光ＬＴで照射された部分では帯電電荷が減衰し、光ＬＴの強度分布に従う電荷分布が形成される。この電荷分布のパターンが静電潜像パターンに他ならない。

上記のように均一に帯電された光導電性試料００に対して光像の露光を施して静電潜像パターンを形成する。この露光は、前述の「光像露光手段」により行う。すなわち、半導体レーザ１７ｂを点灯し、マスクパターン２０の像を結像レンズ２１〜２３の作用により光導電性試料００の表面に結像させる。良好な結像特性を得るため、光像露光手段に含まれるマスクパターン２０及び結像レンズ２１〜２３は、公知の結像光学技術に基づき、適切な位置に配置される。さらに、図１のように光像露光手段の光軸３３が光導電性試料００に対して垂直でない場合、マスクパターン２０は光軸３３に対し適宜傾きをもって配置される。半導体レーザ１７ｂとしては勿論、光導電性試料００が感度を持つ波長領域内に発光波長を持つものが用いられる。また、露光エネルギーは、光導電性試料００の面での光強度の時間積分となるので、半導体レーザ１７ｂの点灯時間をＬＤ制御部１７ａにおいて制御することにより、光導電性試料００に所望の露光エネルギーによる露光を行うことができる。ＬＤ制御部１７ａ及び半導体レーザ１７ｂにて「露光エネルギー制御手段」とする。

マスク２０におけるマスクパターンは、「解像力検査用のマスクパターン」である。説明中の実施の形態においては、光導電性資料にネガ潜像を形成できるように、マスクパターンもネガパターンであり、静電潜像の形成に際して光照射される部分に対応する部分が光透過性で、他の部分が遮光性である。

図３にマスクパターンの一例を示す。このマスクパターンは、遮光性部分に解像力検査用のパターンを透過部として形成したものである。解像力検査用のパターンは、図に示すように、「長方形形状が所定ピッチで周期的に３本並列した基本パターン」を、上記長方形の大きさ・ピッチを段階的に異ならせた複数組の基本パターン対Ｐ１〜Ｐ６として配置したものである。各基本パターン対の空間周波数は１０〜１００ＬｉｎｅＰａｉｒ／ｍｍの範囲で分布している。マスクパターンの幅Ｗ_Pと空間周波数ｆとの関係は、ｆ＝１／（Ｗ／２）［ＬＰ／ｍｍ］として表される。一例として上記の空間周波数帯域を挙げたが、当然ながら、後述する光像露光手段での投影解像力の許す限り、上記の空間周波数帯域に限らず、さらに高いまたは低い任意の空間周波数帯域の基本パターン対が使用可能である。ここでは、３本の並列パターンを基本パターンとするマスクパターンを用いているが、基本パターンは周期的な透過率変化を伴うパターン、つまり２本以上の並列パターンを含むものであればよい。

光導電性試料００に上記のように静電潜像パターンを形成した状態において、光導電性試料００の走査領域を電子ビームにより２次元的に走査する。この走査により発生する２次電子を荷電粒子検出器２４により検出する。検出の対象が２次電子で負電荷であるので、荷電粒子検出器２４は２次電子捕獲用に正電圧（捕獲電圧）を印加し、電子ビームの走査に伴って発生する２次電子を正電圧により吸引して捕獲する。捕獲された電子はシンチレータによりシンチレーション輝度に変換し、これをさらに電気信号に変換する。なお、光導電性試料００の表面と荷電粒子検出器２４の間の空間部分には、光導電性試料００表面の電荷（静電潜像を形成する負電荷）と荷電粒子検出器２４に印加されている正極性の捕獲電圧とにより「電位勾配」が形成されている。上記電位勾配により、前述の特許文献３において公知の原理に基づき、上記静電潜像パターンの分布に応じた強度信号が得られる。ここでいう強度とは、２次電子の検出強度（２次電子数）のことであり、静電潜像パターンが形成されている箇所では強度が低く、形成されていない箇所では強度が高い信号となる。そして、荷電粒子検出器２４で得られる上記強度信号を信号処理部２５ａで、適当なサンプリング時間でサンプリングすれば、前述のように、サンプリング時刻：Ｔをパラメータとして、表面電位分布：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定でき、信号処理部２５ａにより上記表面電荷分布（電位コントラスト像）：Ｖ（Ｘ，Ｙ）を、図４（ａ）に示すような２次元的な強度画像データとして構成できる。

上記のようにして得られる強度画像データは、図３に示した基本パターンＰ１〜Ｐ６を含むマスクパターン２０により形成された静電潜像パターンＬ１〜Ｌ６を含むものとなる。ただし、光像露光手段における露光エネルギーが過剰な場合には、図４（ｂ）に示すように、３本のパターンが識別できない、つぶれた状態の強度画像データとなる。

以下、解像力の算出過程を示す。ここで言う解像力とは、静電潜像の空間的分解能を表す指標（後述するコントラスト及びレスポンス関数）の総称と定義する。

まず、前述の光像露光手段によりマスクパターン露光を行い、評価対象となる図４（ａ）の強度画像データを取得する。また、露光エネルギー制御手段により露光エネルギーを高出力側に調整することにより、パターンがつぶれた状態の図４（ｂ）に示す強度画像データも続けて取得する。この図４（ｂ）は評価時の基準量抽出に利用する。そして、解像力演算部２５ｂでは、図４（ａ）、図４（ｂ）の強度画像データから抽出できる、静電潜像パターンを含む断面プロファイルよりコントラストの算出を行う。図５（ａ）、図５（ｂ）に、図４（ａ）、図４（ｂ）それぞれに記した直線ＣＳ１、すなわち静電潜像パターン対Ｌ１の断面プロファイルを示す。図５（ａ）において、Ｉｍｉｎは露光部の強度、Ｉｍａｘは「断面プロファイルにおける露光部に挟まれて配置された非露光部の強度信号最大値」である。これらの値は後述のコントラスト算出の際に特徴量として用いる。図５（ａ）よりＩｍｉｎ、Ｉｍａｘを抽出し、さらに図５（ｂ）より露光部の強度Ｉ_VLを抽出する。また、あらかじめ露光前の画像輝度値を取得しておき、この値をＩ_VDとする。Ｉ_VD、Ｉ_VLはそれぞれ初期帯電電位及び飽和露光電位に対応した画像輝度値であり、コントラスト算出の際の基準量となる。以上の特徴量、基準量を用い、図５（ｃ）に示した式によりコントラストＣを算出する。ここで図５（ｃ）の式では、Ｉ_VD、Ｉ_VLを用いてコントラストＣの算出を行う。コントラストＣの算出の際、 除算項にＩｍｉｎを用いず、Ｉ_VD、Ｉ_VLの相対差分値を用いて算出することにより、強度画像の輝度調整ばらつきの影響を回避することが可能となる。

図５（ａ）においては複数の露光部、非露光部の強度がそれぞれ一定である例を示したが，図５（ｅ）に示すように一定でない場合には、各々の強度Ｉｍａｘ（ｎ）、Ｉｍｉｎ（ｎ） （但し、ｎ＝１，２，３，…）を抽出した上で図５（ｆ）に示した式により平均化して用いることができる。このコントラストＣにより、静電潜像パターン対の解像レベルを知ることができる。先に例として示した、図４の直線ＣＳ１の断面プロファイルを示す図５（ａ）においては、露光部、非露光部の差が大きいためコントラストは高い値となるが、図５（ｇ）に示した、図４（ａ）中の直線ＣＳ２（潜像パターン対Ｌ６上）の断面プロファイルでは、静電潜像パターン対の最低値Ｉｍｉｎが前述のＩ_VLを上回っている。これはすなわち、潜像が極端に浅く、パターンがかすれている状態であり、実画像形成が困難であると考えることもできる。このような場合は、図５（ｃ）の式の代替として図５（ｄ）の式を用いて場合分けを行うことにより、コントラストＣの出力を０とする処理も可能である。また、上記静電潜像パターン対のコントラストは、半導体レーザ１７ｂの露光エネルギーによっても変化することにも留意する必要がある。図６に露光エネルギーの高低とその際の静電潜像パターン対における断面プロファイル変化の概略を示す。露光エネルギーが高い場合には破線のようにパターンの幅が広がる。一方、露光エネルギーが低い場合には点線のようにパターンの幅が細り、Ｉｍｉｎの強度が高くなる。すなわち、潜像が浅くなり、パターンがかすれている状態となる。この変化に対応して、露光エネルギーの変化に伴う静電潜像パターン対のコントラストＣは、概ね図７に示すようなピークをもった曲線として変化する。

このことを利用し、露光エネルギーをある幅を持って変化させた際のコントラストＣを算出することで、図７におけるコントラストＣのピーク値Ｃｍａｘをとる露光エネルギーＥ１を見出すことが可能となる。露光エネルギーは、先に述べたように、ＬＤ制御部１７ａにて点灯時間を変更することにより容易に制御できる。例えば、複数の光導電性試料のコントラストを比較する際には、図７のような露光エネルギー依存性があることを考慮し、あらかじめ最適露光エネルギー（図７における露光エネルギーＥ１）で露光した際のコントラストＣｍａｘの値をもって比較を行う方法をとってもよい。この方法により、各光導電性試料の露光エネルギー依存性がキャンセルされた比較結果を出力することもできる。

以上のことにより、コントラストＣは、静電潜像パターン対における「パターンのつぶれ度合い」及び「パターンのかすれ度合い」を含んだ指標となっており、この値により、静電潜像パターン対の解像レベルを知ることができることがわかる。

また、図４（ａ）における静電潜像パターン対Ｌ１〜Ｌ６においてコントラストＣを算出し、それをＬ１〜Ｌ６に対応したマスクパターン２０の基本パターン対Ｐ１〜Ｐ６の空間周波数毎にプロットすることにより、図８に示すようなレスポンス関数（解像力の空間周波数特性）を得ることができる。この値により、広い空間周波数帯域における解像レベルがわかり、例えば複数の光導電性試料の解像力特性を比較する際に有効な評価指標として用いることができる。レスポンス関数を求める場合は、先に述べた参照データ抽出用の強度画像である図４（ｂ）を取得しないで評価を行うことも可能である。空間周波数の異なるパターン対のうち、最も空間周波数が低いパターン対の強度画像におけるＩｍｉｎ、ＩｍａｘをそれぞれＩ_VL-A、Ｉ_VD-Aとして、Ｉ_VL、Ｉ_VDの代替として用いることで、このパターン対のコントラストを基準とした相対コントラストＣ_r を評価することができる。図９（ａ）に、図４（ａ）の強度画像において、静電潜像パターン対Ｌ１の断面プロファイルからＩ_VL-A、Ｉ_VD-Aを抽出する説明図、図９（ｂ）にＩ_VL-A、Ｉ_VD-Aを用いた相対コントラストＣ_r の計算式、図９（ｄ）に該計算式から求められる相対コントラストＣ_rのプロット例を示す。

上記の手法は、高強度の露光を嫌うサンプルを評価対象とする場合等の、図４（ｂ）を取得が困難な場合、及び、初期帯電部位においてノイズが多く重畳する等、Ｉ_VDの取得が困難な場合に有効である。また、潜像が極端に浅く、パターンがかすれている場合を排除することについても、先に述べた場合と同様に図９（ｂ）の式の代替として図９（ｃ）の式を用いて場合分けを行うことにより、コントラストＣの出力を０とする処理が可能である。

以上で述べた評価結果は表示部（モニタ）２６に表示し、あるいは出力部（アウトプット装置）２７で出力することにより、数値的指標に基づく定量的な評価結果を目視あるいはデータとして取得することができる。

なお、ケーシング３０内にセットされた光導電性試料００が、当初何らかの原因によりその表面が不均一に帯電しているような場合には、このような帯電状態が観測のノイズとなるので、観測における帯電工程に先立ち、除電用の発光素子２９（半導体レーザあるいは発光ダイオード）からの光により光照射を行って、光導電性試料００の光除電を行うのがよい。また、発光素子２９による光除電は、同一の光導電性試料００に対し、静電潜像パターンの形成条件を変えて複数回の観測を行うような場合、各観測に先立って行われる。光除電用の発光素子２９は場合によっては省略してもよい。

以上のことにより、本発明では、耐ノイズ性が高い、かつ画像形成が困難な、潜像が極端に浅い場合を排除して評価することが可能な評価方法及び評価装置を提供することができる。そして、上述したような数値的指標に基づく定量的な評価方法及び評価装置により、潜像パターンの解像レベルの情報を反映した評価結果を得ることができる。また、このことにより、例えば解像力の異なる光導電性試料に関して比較を行った際に、その僅かな差異を抽出することが容易となる。

次に、上述した静電潜像評価装置を用いて、露光条件を設定した画像形成装置について説明する。図１０に一般的な画像形成装置を示す。画像形成装置１００は、感光体１１０、帯電ユニット１２０、露光ユニット１３０、現像ユニット１４０、クリーニングユニット１５０、除電ユニット１６０、転写ユニット１７０、定着ユニット１８０を備える。そして、画像形成装置１００においては、各ユニットにて以下の作像工程を経る。
ａ．帯電ユニット１２０：光導電性の感光体を均一に帯電させる帯電工程
ｂ．露光ユニット１３０：感光体１１０に光を照射して光導電性により静電潜像を形成する露光工程
ｃ．現像ユニット１４０：帯電したトナー粒子を用いて感光体１１０上に可視画像を形成する現像工程
ｄ．転写ユニット１７０：現像された可視画像を紙片等の転写材２００に転写する転写工程
ｅ．定着ユニット１８０：転写された画像を転写材２００上に融着・固定する定着工程
ｆ．クリーニングユニット１５０：可視画像転写後の感光体１１０上の残留トナーを清掃するクリーニング工程
ｇ．除電ユニット１６０：感光体１１０上の残留電荷を除電する除電工程

以下に感光体１１０を露光する露光条件を設定する過程の一例を説明する。図１０に示された感光体１１０、若しくはそれと同種の感光体について、先に述べた静電潜像評価装置及び静電潜像評価方法を用いて評価し、図７に示す「露光エネルギーをある幅を持って変化させた際のコントラストＣ変化」を算出する。これにより画像形成装置１００に搭載される感光体１１０において潜像のコントラストを最高とすることが可能な露光エネルギーＥ１の値を取得できる。取得した値Ｅ１に基づき、露光ユニット１３０において、感光体１１０上に到達する露光エネルギーが上記Ｅ１と一致するように、露光ユニット１３０に含まれる不図示の光源の出力を調整する。

以上のように、静電潜像評価方法及び静電潜像評価装置を用い、上記の過程を経ることにより、画像形成装置へ搭載される各感光体において、解像力を最高とする光像露光エネルギー条件値を特定することができる。この特定した値に基づき、画像形成装置の露光光量値を調整、決定することにより、前記画像形成装置の解像度向上を通じ、画像品質向上に資することが可能となる。

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

上述した実施形態によれば、解像力評価手段として，コントラストＣの算出にＩｍｉｎを用いず、Ｉ_VD、Ｉ_VLの相対差分値を用いて算出することにより、強度画像の輝度調整ばらつきの影響を受けることなく静電潜像解像力の評価が可能な評価方法及び評価装置を提供することが可能となる。

また、上述した実施形態によれば、空間周波数が最も低い静電潜像パターンの断面プロファイルにおける露光部に挟まれて配置された非露光部の強度信号最大値を基準とし、静電潜像パターンの解像力を算出することにより、高強度の露光を嫌うサンプルを評価対象とする場合、及び、初期帯電部位においてノイズが多く重畳している場合にも評価することが可能な評価方法及び評価装置を提供することが可能となる。

また、上述した実施形態によれば、潜像パターンの断面プロファイルのコントラストを広い空間周波数帯域にて算出することにより、数値的指標に基づく定量的な静電潜像解像力を広い空間周波数帯域にわたり評価することが可能な評価方法及び評価装置を提供することが可能となる。

また、上述した実施形態によれば、潜像パターンの断面プロファイルのコントラストを、異なる複数の光像露光エネルギー条件において算出、比較することにより、解像力を最高とする光像露光エネルギー条件を特定することが可能な評価方法及び評価装置を提供することが可能となる。

また、上述した実施形態によれば、上記の静電潜像評価方法及び静電潜像評価装置を用いれば、画像形成装置へ搭載される各感光体において、解像力を最高とする光像露光エネルギー条件値を特定することができる。そして、この特定した値に基づき、画像形成装置の露光光量値を調整、決定することにより、前記画像形成装置の画像品質向上に資することが可能となる。

本発明の実施形態に係る静電潜像評価装置の概略構成を示した図である。 本発明の実施形態において電子ビームにより光導電性試料の表面を帯電させた状態を示した図である。 本発明の実施形態において解像力検査用マスクパターンの例を示した図である。 本発明の実施形態において静電潜像パターンの分布に応じた強度信号のサンプリング結果を示した図である。 本発明の実施形態において静電潜像パターン対の解像レベル評価を説明するための図である。 本発明の実施形態において静電潜像パターン対の断面プロファイル変化を示した図である。 本発明の実施形態において静電潜像パターン対のコントラストと露光エネルギーの関係を示した図である。 本発明の実施形態において静電潜像パターン対のコントラストと基本パターンの空間周波数の関係を示した図である。 本発明の実施形態においてレスポンス関数（解像力の空間周波数特性）の算出を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示した図である。

符号の説明

００ 光導電性試料
１０ａ 荷電粒子ビーム制御部
１０ｂ 荷電粒子ビーム照射部
１１ 荷電粒子銃
１２，１９ アパーチャ
１３ コンデンサレンズ
１４ ビームブランカ
１５ 走査レンズ
１６ 対物レンズ
１７ａ ＬＤ制御部
１７ｂ 半導体レーザ
１８ コリメートレンズ
２０ マスクパターン
２１〜２３ 結像レンズ
２４ 荷電粒子検出器
２５ａ 信号処理部
２５ｂ 解像力演算部
２６ 表示部
２７ 出力部
２８ 試料載置台
２９ 除電用の発光素子
３０ ケーシング
３１ 真空制御部
３２ ホストＰＣ
４１ 導電層
４２ 電荷発生層
４３ 電荷輸送層

Claims (11)

1. 帯電と光像の露光により静電潜像パターンが形成された光導電性試料のパターン形成面を荷電粒子ビームにより２次元的に走査し、前記静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲してその強度信号を前記パターン形成面上の位置に対応させて検出し、検出した前記強度信号から前記静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、前記断面プロファイルにおける非露光部の強度信号から特徴量を抽出し、光導電性試料の潜像解像力を算出する静電潜像評価方法であって、
   前記光像に包含されるいずれかの断面の光量分布が、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布であり、
   あらかじめ定められた基準量及び前記特徴量に基づいて前記潜像解像力を算出するとともに、
   前記特徴量が、前記断面プロファイルにおける露光部に挟まれて配置された非露光部の強度信号最大値であることを特徴とする静電潜像評価方法。
2. 前記基準量は、前記断面プロファイルにおける前記非露光部の強度信号が、露光部の強度信号と一致するように前記露光の強度を調整して形成された前記静電潜像パターンにおける露光部の強度信号であることを特徴とする請求項１に記載の静電潜像評価方法。
3. 前記基準量は、前記静電潜像パターンより空間周波数が低い静電潜像パターンの前記断面プロファイルにおける前記非露光部の強度信号最大値であることを特徴とする請求項１に記載の静電潜像評価方法。
4. 空間周波数の異なる複数の前記静電潜像パターンを形成し、各空間周波数において前記潜像解像力を算出することにより潜像のレスポンス関数を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に静電潜像評価方法。
5. 露光エネルギーの異なる複数の前記静電潜像パターンを形成し、各露光エネルギーにおける解像力を算出し比較することにより解像力を最高とする露光エネルギーを求めることを特徴とする請求項１に記載の静電潜像評価方法。
6. 静電潜像パターンを形成するための帯電手段及び光像露光手段と、
   前記静電潜像パターンが形成された光導電性試料のパターン形成面を荷電粒子ビームで２次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段と、
   前記静電潜像パターンによる電気的影響を受けた荷電粒子を捕獲して、その強度信号を前記パターン形成面上の位置に対応させて検出し、前記静電潜像パターンにおける電荷分布状態を観測する評価手段と、
   を備えた静電潜像評価装置であって、
   前記光像露光手段は、周期的な光量値の変動を有する断面光量分布を包含する光像を露光し、
   前記評価手段は、前記検出した前記強度信号から前記静電潜像パターンを含む断面プロファイルを抽出し、前記断面プロファイルにおける非露光部の強度信号から特徴量の抽出し、前記特徴量及びあらかじめ定められた基準量に基づいて光導電性試料の潜像解像力を算出し、
   前記評価手段により抽出された前記特徴量は、前記断面プロファイルにおける露光部に挟まれて配置された非露光部の強度信号最大値であることを特徴とする静電潜像評価装置。
7. 前記基準量は、前記断面プロファイルにおける前記非露光部の強度信号が、露光部の強度信号と一致するように露光の強度を調整して形成された前記静電潜像パターンにおける露光部の強度信号であることを特徴とする請求項６に記載の静電潜像評価装置。
8. 前記基準量は、前記静電潜像パターンより空間周波数が低い静電潜像パターンの前記断面プロファイルにおける前記非露光部の強度信号最大値であることを特徴とする請求項６に記載の静電潜像評価装置。
9. 前記帯電手段及び前記光像露光手段は、空間周波数の異なる複数の静電潜像パターンを形成し、
   前記評価手段は、各空間周波数において前記潜像解像力を算出することにより潜像のレスポンス関数を算出することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に静電潜像評価装置。
10. 前記帯電手段及び前記光像露光手段は、露光エネルギーの異なる複数の前記静電潜像パターンを形成し、
    前記評価手段は、各露光エネルギーにおける解像力を算出し比較することにより解像力を最高とする露光エネルギーを求めること特徴とする請求項６に記載の静電潜像評価装置。
11. 感光体と、前記感光体へ露光する光源の出力を調整する露光ユニットと、を有し、
    請求項６から１０のいずれか１項に記載の静電潜像評価装置及び前記露光ユニットを用いて、前記感光体を露光する露光条件が設定されたことを特徴とする画像形成装置。

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