JP5047713B2

JP5047713B2 - 感光体微小領域の潜像計測装置

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Publication number: JP5047713B2
Application number: JP2007184847A
Authority: JP
Inventors: 潔増田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-07-13
Also published as: JP2009020454A

Description

本発明は、光減衰を利用した電子写真用感光体上の微小領域潜像計測装置に関する。

複写機やレーザプリンターで用いられる電子写真方式は、感光体の表面を均一に帯電する工程と、帯電した感光体表面を露光して感光体表面に静電潜像を形成する工程と、形成された静電潜像を現像剤中のトナーで現像する工程と、トナー像を紙、あるいは中間転写ベルトに転写する工程と、転写されたトナー像を定着する工程と、転写後の感光体上の残トナーを除去するクリーンング工程と、感光体上の静電潜像を除去する除電工程とからなる。

最終画像のアウトプット品質には各工程が作用しているため、最終画像から露光工程での潜像品質を知ることは従来容易ではなく、一定の帯電条件に対する帯電電位と一定の露光条件に対する露光後電位を測定し、これら特性値が温度、湿度の環境下でどのように変わるか、あるいは帯電、露光の繰り返しサイクルの後、どのように変わるかをみて、形成される潜像の品質を推測するしかなかった。しかしながら、この方法では潜像の劣化である、いわゆる地汚れと言われる背景の汚れ、画像ボケ（あるいは画像流れ）という異常画像の評価は、表面電位計が感光体上の広い領域（感光体表面と表面電位計プローブの距離２ｍｍに対し１０〜１５ｍｍφの領域）の帯電電位をマクロに測定するため、潜像の異常を知ることはできなかった。

高画質化の流れのなかで、微小な領域の静電潜像を直接測定し、潜像の状態を評価する方法が求められている。このため微小領域の静電潜像を直接評価する方法が最近いくつかの提案されている。
例を挙げると、（１）カンチレバー方式：感光体表面と探針の間に働く力Ｆ（静電引力など）による片持ち梁の機械的変位、あるいは振動状態の変化を片持ち梁の背面にレーザ光を照射し、反射した光を光検出し、その変位量の値から表面電位を知る方法（特許文献１：特開平５−１１９０９３号公報、特許文献２：特開平５−１４９９８８号公報参照）、（２）エレクトロメータ方式：感光体表面に近接して、ある面積を持つ電極を配置し、電極に誘導された電荷がグランドに対して持つ電位を測定する方法（特許文献３：特開平１１−１８４１８８号公報、特許文献４：特開平１１−１８４１８９号公報、非特許文献１：W. Hillen et al, SPIE Vol.914 Medical Imaging II(1988) p253、非特許文献２:Enrique Garcia et al, IEEE Transaction Devices 38(5)(1991) p1077参照）、（３）光減衰による変位電流方式（誘導電流方式）：感光体表面に近接して設置された電極で、帯電した感光体表面に極小の光スポットを照射し、光減衰による表面電荷の消失によって電極に誘導される電荷量（誘導電流）を測定し、表面電位を知る方法（非特許文献３:竹嶋基治他、Japan Hardcopy 2001論文集,B-32,第281頁、非特許文献４：J.A.Rowlands et al, Med. Phys. 18(3), May/Jun 1991,p421参照）等がある。

前記（１）の方式では感光体のような数百Ｖの帯電電位ではカンチレバーと感光体が静電気力で接触してしまう。また、接触しない程度に距離をとると、空間分解能の低下が生じ、距離はそのままに接触しない程度の撓み力の材料を片持ち梁に使うと感度の劣化が避けられない、という問題がある。

前記（２）の方式は、電極には感光体表面の所定領域の電荷量に対応した電荷量が誘起される必要があり、感光体と電極のギャップを狭くする必要がある。この方式では一般的に、測定の空間分解能としてＡ（μｍ）が必要なとき、ギャップはＡ（μｍ）以内、かつ電極のサイズはＡ（μｍ）以内×Ａ（μｍ）以内とする必要があると言われている（非特許文献２参照）。従って、１０μｍの空間分解能実現のためには１０×１０μｍ^２以下の小さな電極で１０μｍ以下のギャップにする必要がある。また、この方式では帯電した感光体が移動し、感光体表面の電荷が電極を横切るときに誘起される変位電流を測定する方法をとるため、この極小のギャップを常に維持する必要があり、これは極めて困難である。この方式をとる特許文献３、特許文献４では感光体表面と電位センサの検出部の間隔は一定に保たれる手段が設けられているとの記載があり、具体的な手段として、コロ、スペーサーを用いて、メカ的に一定間隔を保つ機構を設けたり、レーザ隙間センサや渦電流式変位センサを用いて、間隔をモニターし、常に一定間隔を保つようにモーター等で制御を行なう方法等が挙げられている。ただし、スペーサーを感光体表面と電極のギャップに挟むと、感光体表面の移動に伴い表面にキズがつくことになり、好ましくないことは明らかである。また、距離をモニターするための渦電流式は距離計測の応答性の問題があり、レーザ式は感光体で光が吸収され反射光が小さくなり誤差が生じやすくなり、強い光にすると感光体を不要に光劣化させることになるため感光体を相手に使用するのは好ましくないといえる。また、非特許文献１では１つのサイズが０．２×０．２ｍｍ^２のマイクロエレクトロメータ（電極）３２個が１２ｍｍピッチでドラム軸方向に並び、感光体とのギャップは平均０．１ｍｍ±０．０２ｍｍを実現している。誤差は一つ一つの電極の配置誤差、感光体ドラムの回転偏差によるとし、ギャップを高精度に保つための具体的な機構について記述はない。非特許文献２では電極としてＣＣＤアレイ（５×５μｍ２）を利用しているが、ギャップ５μｍの目標に対し、空圧軸受けのベアリングを利用して２０μｍ程度にしか制御維持できなかったと記載されている。機構について詳細は不明。いずれにしても、空間分解能のために電極を小さくせざるを得ず、小さいがために得られる信号が極めて小さくなり、かつ、μｍオーダの極小のギャップを維持する機構を用意するという、本質的な困難さがあり、測定は容易ではない。

前記（３）の方式は透明ガラスに透明導電膜が成膜された電極が使用され、背面より光照射を行なう方式であり、原理的に空間分解能は照射するスポット光のサイズのみに依存するので、電極サイズは任意である。感光体表面とプローブ間距離（ギャップ）も最大２ｍｍ程度まで任意である（ただし、当然であるが、ギャップが大きくなれば、検出信号は小さくなる）。ところで、上記非特許文献３に依れば、透明ガラス電極の背面より１０μｍサイズのビームスポットを照射し、１０μｍ領域で生じる光減衰電位変化による誘導電流（変位電流）を検出し、その信号の大きさからスポット光照射前の電位を知り、順次測定位置を変え、潜像プロファイル（副走査方向の１次元プロファイル）を得ているが、８０μｍ幅（副走査方向）のビームで１ラインの潜像書き込みしたときの潜像幅が８０μｍ幅の約２倍強の幅（μｍ）に測定されており、技術的には優れた方式であるがこの方式も更なる改善が望まれる方式である。

なお、非特許文献４も（３）の方式に関係し、感光体の光減衰特性を利用した測定の原理について言及しているが、測定装置ではなく、人体のＸ線透視画像を銀塩フィルムではなく、帯電した無機感光体（Ｓｅ）へ投射し、普通紙にダイレクトプリントする際の画像出力装置の技術課題について記載している。

また、これ以外にも電子線による微小領域の潜像計測関係（特許文献５〜８）のものがある。
特許文献５：特開２００６−８４４３４号公報には、耐絶縁性をμｍオーダの精度で評価することが記載されており、特許文献６：特開２００６−１０４３０号公報には、検出手段の引き込み電圧の影響に起因する測定誤差を防止することが記載されており、特許文献７：特開２００５−１６６５４２号公報には、表面電位分布を２次電子によらずに極めて高精度に測定することが記載され、特許文献８：特開２００４−２５１８００号公報には、荷電粒子ビームの照射電流を、表面電荷分布を消失させない大きさに設定し、表面電荷分布を精度よく測定する方法が記載されている。
しかし、サンプルを真空中においての測定となり、劣化したサンプル上につくられた静電潜像を評価したいときには、測定までに時間が経過することと、真空に引くことで、表面に何かがついていた場合には、それが除かれてしまい、劣化状態が変わってしまうことは十分あり得る。したがって、本発明とは構成、技術課題、および目的が異なる。特許文献９は本発明者に係る既発明の公開公報であり、本発明は特許文献９の改良された応用発明に当たる。
特許文献９：特開２００６−３８６６６号公報には、光減衰電位変化による変位電流測定において、副走査方向の空間分解能を確保しながら検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることが記載されている。

特開平５−１１９０９３号公報特開平５−１４９９８８号公報特開平１１−１８４１８８号公報特開平１１−１８４１８９号公報特開２００６−８４４３４号公報特開２００６−１０４３０号公報特開２００５−１６６５４２号公報特開２００４−２５１８００号公報特開２００６−３８６６６号公報 W.Hillen 「A selenium-based detector system for digital slot-radiograph」 SPIE Vol.914 Medical ImagingII, P253,1988 Enrique Garcia 「CCD Arrays for Readout of Electrophotographic Latent Images」 IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES 38, NO.5, P1077, 1991 竹嶋，会沢「１ＤＯＴ潜像電位の検討」Japan Hardcopy 2001 論文集 p281 J. A Rowlands 他「X-ray imaging using amorphous selenium:A photoinduded discharge readout method for digital mammography」 Med.phys 18(3), 1991

本発明は従来技術の（３）に属するものであり、この方式の応用に係わり、大気中での測定であることで、感光体の初期状態、および負荷による劣化状態を損なうことなく、感光体上の静電潜像を直接評価し、負荷に対する感光体の耐性を知る潜像計測装置の提供、およびこの目的に適した評価のための潜像パターン形成方法の提供を目的とするものである。
〔目的１〕
円筒状感光体の周囲に、帯電器、露光器（１）（潜像書込手段）、透明導電電極と、その背面側に露光器（２）（検知光露光手段）、除電器がこの順に配置されており、露光器（１）で感光体表面上に潜像パターンを形成し、該パターンが透明導電電極部に来たとき、感光体の回転移動を停止し、露光器（２）で１ショットパルス露光を行ない、感光体上の電荷の光減衰に伴い透明導電電極に誘起される信号を採取し、次に感光体を露光器（２）の周方向のビーム幅（以下「厚み」と記載）以上にステップで移動し、同様にして信号採取を繰り返す測定装置にあって、露光器（１）により形成される潜像パターンが、感光体回転方向に少なくとも２本／ｍｍ以上のラインパターンであるように露光器（１）を制御し、潜像を形成することで、感光体の解像度特性が感光体への負荷と伴に、どのように変化するかを容易に評価できる微小領域潜像計測装置を提供する。
〔目的２〕
請求項１において露光器（１）で形成される潜像のラインパターンが概ねＶ字型に減衰した電位パターンとなるように露光器（１）を制御し、潜像を形成することで、感光体の解像度特性を容易に評価できる微小領域潜像計測装置を提供する。
〔目的３〕
請求項２の潜像パターンにおいて、１つのＶ字型電位パターンの片側傾斜部の幅が、１回のステップ移動距離の２倍以上の距離になるように露光器（１）を制御し、潜像を形成することで、感光体の解像度特性を容易に評価できる微小領域潜像計測装置を提供する。
〔目的４〕
請求項３の潜像パターンにおいて、２つのＶ字型電位パターンに挟まれる未露光部の電位は少なくも１回のステップ移動距離の２倍以上の距離であって、この範囲の最大電位と最小電位の差が１００Ｖ以内であるように露光器（１）を制御し、潜像を形成することで、感光体の解像度特性を容易に評価できる微小領域潜像計測装置を提供する。
〔目的５〕
請求項１〜４における露光器（１）をラインビームレーザとすることで、解像度評価用潜像パターンの形成が容易な微小領域潜像計測装置を提供する。
〔目的６〕
請求項１〜５における露光器（２）がラインビームであって、このラインビーム長が露光器（１）のラインビーム長より短いラインビームレーザであることで、精度の良い電位計測を可能とする微小領域潜像計測装置の提供。
〔目的７〕
請求項１〜６において、露光器（１）のラインビームレーザの光パワー出力が、対象となる感光体の「必要露光エネルギー」に対し、該エネルギー以下、好ましくは１／２以下の露光エネルギーが到達するように制御されることで、解像度を評価しやすい潜像パターンの作成が容易になることを目的とした微小領域潜像計測装置。

上記課題は、以下のような本発明によって達成される。
（１）「円筒状感光体の周囲に、帯電器、露光器（１）（潜像書込手段）、透明導電電極と、その背面側に配置される露光器（２）（検知光露光手段）、除電器がこの順に配置されており、露光器（１）で感光体表面上に潜像パターンを形成し、該パターンが透明導電電極部に来たとき、感光体の回転移動を停止し、露光器（２）で１ショットパルス露光を行ない、感光体上の電荷の光減衰に伴い透明導電電極に誘起される信号を採取し、次に感光体を露光器（２）の周方向のビーム幅（以下、厚みと記載）以上にステップで移動し、同様にして信号採取を繰り返す測定装置にあって、露光器（１）により形成される潜像パターンが、感光体回転方向に少なくとも２本／ｍｍ以上のラインパターンであるように露光器（１）を制御し、上記各ラインパターンにおけるラインの厚み方向の電位形状を、該ラインに挟まれた未露光部分の電位を含めて計測することを特徴とする微小領域潜像計測装置。」；
（２）「前記露光器（１）で形成される潜像のラインパターンが、概ねＶ字型に減衰した電位パターンとなるように露光器（１）を制御することを特徴とする前記第（１）項に記載の微小領域潜像計測装置。」；
（３）「前記潜像パターンにおいて、１つのＶ字型電位パターンの片側傾斜部の幅が、１回のステップ移動距離の２倍以上の距離になるように露光器（１）を制御することを特徴とする前記第（２）項に記載の微小領域潜像計測装置。」；
（４）「前記潜像パターンにおいて、２つのＶ字型電位パターンに挟まれる未露光部の電位は少なくも１回のステップ移動距離の２倍以上の距離であって、この範囲の最大電位と最小電位の差が１００Ｖ以内であるように露光器（１）を制御することを特徴とする前記第（３）項に記載の微小領域潜像計測装置。」；
（５）「前記露光器（１）がラインビームレーザであることを特徴とする前記第（１）項乃至第（４）項のいずれかに記載の微小領域潜像計測装置。」；
（６）「前記露光器（２）がラインビームであって、このラインビームの主走査方向の長さが露光器（１）のラインビームの主走査方向の長さより短いラインビームレーザであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の微小領域潜像計測装置。」；
（７）「前記露光器（１）のラインビームレーザの光パワー出力が、対象となる感光体の必要露光エネルギーに対し、該エネルギー以下、好ましくは１／２以下の露光エネルギーが到達するように制御されることを特徴とする前記第（１）項乃至第（６）項のいずれかに記載の微小領域潜像計測装置。」
ここで、本発明における前記第（７）項に記載の「必要露光エネルギー」とは、所定の帯電電位（４００Ｖ以上）から１００Ｖ（絶対値表記）へ減衰させるのに必要な露光エネルギーを意味する。

本発明の請求項１により、感光体の解像度特性が感光体への負荷と共に、どのように変化するかを容易に評価できる微小領域潜像計測装置を提供できる。
また、請求項２、３、４により、感光体の解像度特性を容易に評価できる。
また、請求項５により、解像度評価用潜像パターンの形成が容易となる。
また、請求項６により、精度の良い電位計測を可能とする微小領域潜像計測装置を提供できる。
さらにまた、請求項７により、解像度を評価しやすい潜像パターンの作成が容易になる。

本発明は、帯電した感光体に露光を行ない、幅の微小領域に２本／ｍｍ以上となるライン潜像パターンを形成し、この潜像へラインビームレーザをワンショット露光し、光減衰による表面電位の変化を生じさせ、その電位変化により感光体に近接して設置された電極に誘導される電荷量の変化、すなわち誘導電流（変位電流）を測定し、その信号の大きさから露光前の表面電位のレベルを知る方式の応用に関するものである。
これまで、感光体の表面電位を測定する測定器は振動容量型と言われる方式で行なわれてきた。この測定器で感光体と表面電位計プローブ間のギャップは通常１ｍｍ〜３ｍｍで使用されることが多いがプローブが検出する領域は５ｍｍφ〜２０ｍｍφになり、空間分解能の点から、１ｍｍ以下の領域の電位計測は不可能であった。そこで先述した種々の技術が検討されているが、それぞれ実用化する上で困難な問題があり、鋭意開発努力が続けられている。本発明は感光体の光減衰を利用した方式をベースにし、この方式で感光体上の１ｍｍ幅以下の領域における潜像電位のくずれを評価する方法および装置の提供を目的としている。また、この方式で評価しやすい微小領域潜像パターンの提供を目的としている。潜像電位のくずれは、初期状態（未使用）の感光体上に微小領域潜像パターンを形成し、これを本発明方式の測定装置で測定した後、感光体に負荷を与えて劣化させてから、再度微小領域潜像パターンを形成して同様に測定し、評価することになる。この結果から感光体の負荷に対する耐性を判断できる。このとき、微小領域潜像パターンとしては１ｍｍ幅に１本のライン状の電位減衰部でもよいが、露光部と未露光部が存在すると、パターンの形、およびくずれを評価しやすいため、２本以上が好ましい。また、ライン状とすることで、解像度評価としてこの潜像のくずれの評価が使いやすくなる。

このラインパターンは矩形の電位減衰でもよいが、くずれを電位のまま評価するために、電位が変化している部分がラインの厚み方向に存在することが好ましい。急峻に電位が変化していると、本方式による測定の分解能では潜像パターンを電位のまま測定し、再現することが困難になる。このことに関し更に詳述すると、電位の変化している幅を電位の測定データで再現するためには、この幅は測定装置の空間分解能からから決まる測定ステップ以上なければならず、少なくとも測定ステップ（移動距離）の２倍以上が好ましい。ただし、あまり大きくすると、潜像幅が大きくなり、微小領域に収まらなくなる、測定に時間を要す等、不具合が生じる。なお、測定ステップをビームサイズ以下に小さくすることは空間分解能の観点から測定上できない。

また、２本のラインパターンで挟まれた未露光電位部分も、電位データでパターンを表現するために、ある程度平坦であるのが良く、少なくとも測定ステップ（移動距離）の２倍以上が好ましい。
すなわち、評価したい部分（電位データで表現したい部分）の幅は、測定ステップ（移動距離）の２倍以上あるのが好ましい。上限は１ｍｍ幅に収まるように決めることになる。
この潜像パターンの形成に使用する露光器は結像光学系、ビームスキャン方式の書込み光学系、等で実現できる。しかしながら本発明の方式においては、ラインパターンは感光体回転方向には１ｍｍ幅、感光体軸方向には検知光（ラインビーム）の長さ（２０ｍｍ）以上が必要であり、このサイズで軸方向に均一な照度の露光が必要となるが、光学系の設計に工夫が必要となり、実現は困難である。また、ビームスキャン方式の露光器では軸方向に一定な照度の露光は容易であるが、感光体の線速、書込みの副走査方向の解像度（ｄｐｉ）、ポリゴンのミラー面数等から、ポリゴンの回転数（ｒｐｍ）を決め、主走査方向の露光開始のビームのタイミングをとる必要があり、また、主走査方向のライン毎にビーム強度を設定する必要があり、光学系の制御はレーザプリンターの書込み光学系の制御と同じ精度で行う必要があるなど、測定装置への組み込みは使いこなしに難がある。このため、潜像パターンの形成に使用する露光器としては、検知光として使用する露光器と同様にラインビームレーザを別に用意し、使用するのが好ましい。この場合は感光体軸方向（主走査方向）には既に長さが確保されており、回転方向（副走査方向）には感光体線速に合わせて露光幅が１ｍｍになるように露光器の点灯時間を決め、この時間内で光パワーを制御することで、容易に潜像パターンを形成することができる。このとき、ラインビームレーザの副走査方向のサイズ（厚み）は測定ステップ以下であることが好ましい。ただし、ラインビームレーザのサイズはガウシアンビームレーザのサイズの定義から最大の光パワーが１／ｅ^２（＝１３．５％）になる位置をサイズとしているが、特殊な光学系を使いラインビームにしているため、ガウシアンビームとは異なる。実際にはビームの裾切れが悪く、サイズ（厚み）は広いビームになり、測定ステップ以上に露光域が広範囲になってしまう。このことをふまえ、露光パワーを制御することで目的の潜像パターンを得ることができる。具体的には対象となる感光体の「必要露光エネルギー」（ここで、「必要露光エネルギー」とは、上記のように、所定の帯電電位（４００Ｖ以上）から１００Ｖ（絶対値表記）へ減衰させるのに必要な露光エネルギーを意味する）に対し、このエネルギーを与える露光パワーを小さくすることで、裾切れの悪さによる露光領域の広がりを修正し、適正なラインパターンの潜像を得ることができることが見いだされた。また、露光を受けている時間を短くすることでも、同様の効果を得ることができる。露光時間を短くする方法としては、露光器の点灯時間を制御して短くするか、感光体の線速を早めることで達成される。後者は必要露光エネルギーより小さいエネルギーを与えることに相当する。
以上から、得られる潜像パターン（説明図）を図１に示した。図中の点線の細長い四角は露光器（２）による検知光に相当する。

本発明の測定装置で検知光にラインビームを使う理由であるが、光減衰を利用した方式のこれまでの技術では、測定の位置を感光体回転方向に微小ステップで変え、ビームスポットの露光を行っていた。位置を変え測定を繰り返し、最終的に潜像の１次元プロファイルを得るものであるが、測定の空間分解能を確保するため電位検出用に使用するビームを小さくする必要があり、その結果、電位変化が生じる領域が小さく、得られる信号が小さくなり、測定が不可能になるという問題があった。この問題の解決方法としては、（１）信号処理回路（増幅回路）の改良、（２）電極を感光体に近づけ、Ｓ／Ｎ比を改善する、等が考えられる。（１）では、微小信号に対し、同じ信号を繰り返し取り込み、重ね合わせてＳ／Ｎ比を確保して増幅する手段が知られているが、ワンショットの信号（単発信号の意味）では適用できず、この手法は測定の原理から困難である。（２）の手法は有効であるが、仮に電極−感光体間の距離１ｍｍを０．５ｍｍにしても２倍程度のアップにしかならず、信号がノイズに埋もれているときには効果が小さい。本発明では測定方式が潜像の感光体回転方向（副走査方向）の１次元プロファイルを測定するものであることから、感光体の軸方向（主走査方向）の検知光露光サイズを大きくし、すなわち電位変化が生じる領域を大きくすることで、副走査方向の空間分解能を確保し（主走査方向の分解能は無視）、かつ信号のＳ／Ｎ比改善を計るようにしている。

全ての測定は図２に示す装置構成のもので行なった。導電性電極部材は透明ガラスに透明導電性薄膜を成膜したものが良く、これはガラス電極を感光体サンプルに対向させたとき、電極を通して光を照射する事が可能であり、露光装置の配置等で使い勝手が向上する。透明ガラスとしては一般のガラスでもよいが、ＢＫ−７、石英ガラス等が通過波長域も広く測定用には好ましい。また、透明導電薄膜としてはＩＴＯが一般的であるが、これ以外でも問題はない。透明導電膜の成膜は、ガラスの片側全面に成膜するのも、パターンマスクを使い、細線（≦１ｍｍ）でメッシュ状に成膜するのもかまわない。また、通過させる光がレーザである場合、レーザ入射側のガラスには反射防止膜をつけるのが好ましい。これはレーザ入射側のガラス表面で反射したレーザが発光部に戻り、複合共振器を形成して、レーザ光に揺らぎが生じる、いわゆる戻り光ノイズを防ぐためである。この透明電極をサンプルに対向して設置する場合、サンプルとの距離は近いほど信号が大きくなり好ましいが、感光体表面の反射光がガラス電極表面で反射し、再入射することが予想され、電極の感光体に対向する面にも反射防止膜をつけるのが望ましい。光の拡がりを小さくする効果が期待できる。

以下に更に具体的に説明する。
＜装置構成について＞
測定装置は図２に示す構成であり、動作は感光体ドラムを回転させ、帯電（スコロトロン帯電器による）、露光器（１）による書き込み（露光時間＝狙いの書込幅／感光体線速）、形成された潜像が電極部に来たところで帯電・回転を停止、露光器（２）（ラインビームレーザ（主走査方向）２０ｍｍ×（副走査方向）２４μｍ−６５５ｎｍ−）を検出光として照射する。電位減衰による誘導電流（変位電流）を測定すると、感光体ドラムを次の測定位置まで回転・移動（５０μｍ）させて次の検出光を照射し、誘導電流（変位電流）を測定する。この測定を潜像幅全体を測定するまで繰り返す（図２、図３）。あらかじめ、帯電電位とそのときの誘導電流（変位電流）の大きさの関係を調べておき、測定した誘導電流（変位電流）の大きさからそのときの帯電電位を求め、これを潜像幅に対してプロットすることで、潜像の１次元プロファイルを知ることができる。

＜実施例１＞
図２に示す実験装置は以下の機器で構成した。
・帯電器：メイン用高圧電源トレック社 610C
グリッドバイアス用電源松定プレシジョン（株） HJPM-1.5
・表面電位計：トレック社モデル344
・露光器（１）：Global Laser社 Lyte-MV レーザラインジェネレーターモジュール放射角３０°、
波長635nm、
焦点距離モジュールのレーザ出射端より83mmの位置になるよう、モジュール内の光学系を調整
露光パワー制御リニア変調DC0〜1V（at DC〜200kHz）
出力される光パワーは減光フィルター1/125で減光した上で、DC0〜0.5V
の範囲で点灯する。（図１５参照）
露光時間制御（形成したい潜像パターン幅／感光体線速）＋調整露光時間、露光パワ
ーの制御は任意波形発生装置（アジレント・テクノロジーHP33220A）に
よる
取り付け位置水平に対し斜め４５°で取り付け

・露光器（２）：リコー光学（株）製ラインビームレーザ
波長655nm
ラインの厚み24μｍ
ラインの長さ20mm
焦点距離レーザ出射端と感光体の距離７４ｍｍ−本露光器の固有な値（固定）
露光エネルギーレーザパワー×レーザ点灯時間で設定する。レーザパワーはＬＤ駆動電
流による。ここでは表面電位800(-V)を100(-V)に減衰させる前記定義の
「必要露光エネルギー」を露光することにし、レーザ点灯時間２μｓに
固定し、レーザパワーを感光体の感度特性に合わせ設定した。すべてこ
の条件で露光する。
・透明導電電極：基板：
石英ガラス１０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍｔ
感光体に対向する面反射防止膜付き導電電極：
ＩＴＯ(102.8)／ＳｉＯ_２（103.15）
裏面（レーザ入射側）反射防止膜：
Ta₂O₅(25.49)／SiO₂(38.15)／Ta₂O₅(86.74)／SiO₂(111.65)
（）の数値は膜厚で単位はｎｍ
感光体とのギャップは全て０．１ｍｍとした。
・露光器（２）のトリガー：任意波形発生装置（アジレント・テクノロジーHP33120A）
One shot pulseを発生させトリガーとした。
発生パルス幅は２μｓにした。
取り付け位置水平位置
・信号処理系：電流増幅器（KEITHLEY 428）＋オシロスコープ（横河電機 DL708）
・コントローラ：ＰＣ（自作ソフト）、測定装置の制御、データ処理
・ドラム回転装置：駿河精機（株）精密回転ステージ KS432-75
ドライバーＤ２２０
分解能 0.0025°／パルス
位置決め精度 0.03°
回転速度 12.5°／ｓに設定した。
・感光体ドラム：当社製造の積層ＯＰＣ（有機光半導体）ドラム６０ｍｍφ×３３４ｍｍ長、帯電電位８００（−Ｖ）から１００（−Ｖ）への電位減衰に必要な露光エネルギーは６５５ｎｍにおいて概ね０．３μＪ／ｃｍ^２前後である。

この装置を使い、
（１）：まず、測定対象の感光体ドラム（未使用品）について、検量線データを測定した。
帯電器のスコロトロングリッドバイアス、ワイヤに印加の高電圧を順次かえ、帯電部が電極部に来たところで、回転を止め、検知光を照射した。検知光は６回照射し、最初の２回のデータは破棄し、残りの４つのデータの平均値をその帯電電位で得られる信号強度とした。狙いの帯電電位は以下の通り。測定される信号データの例は図４に、得られた検量線データの例は図５に示した。測定時のタイミングは図３に示したタイミングにおいて、露光器（１）「潜像書込」を無効にして行なった。
下記は狙いの帯電電位。
９００（−Ｖ）、８００（−Ｖ）、７００（−Ｖ）、６００（−Ｖ）、５００（−Ｖ）、４００（−Ｖ）、３００（−Ｖ）、２００（−Ｖ）、１００（−Ｖ）

（２）：露光器（１）の光パワーを制御する電圧データを図６−１，図６−２に示す。図６−１は横軸が時間軸となっている。図６−２はこれを感光体線速のデータを使い感光体表面の位置のデータに変換している。帯電を開始し、帯電部の先頭が２７０°回転したところで、露光器（１）を図６−１のデータで制御し、露光する。トータル露光時間はおよそ６４ｍｓ。露光開始位置が電極のある水平位置に来たところで回転を停止し、透明電極の背面より露光器（２）で２μｓで露光し、透明電極に誘起される電流を検出する。電流増幅器を通った信号はデジタルオシロスコープに集録される。５０μｍステップ（６０φドラムでは０．０９５５°の回転）で測定位置を移動させ、測定を繰り返した。露光器（２）の露光回数は２１回行なった。最初の２回分は破棄し、１９回の測定データを図５の検量線データにあてはめ、対応する表面電位を読み取った。結果を図７に示す。図６で２つのラインパターン間の距離は３８０μｍ狙いであった。図７では約４００μｍで測定されている。５０μｍステップで測定位置を変えているので、３５０μｍまたは４００μｍに測定されれば、正確と言える。１ｍｍ幅内に形成された２つのラインパターン潜像が測定されていることが分かる。
なお、検量線データ測定時、および潜像パターンデータ測定時に最初の２つのデータを破棄している理由は、露光器（２）のラインビームの周方向のサイズは２４μｍであるが裾切れが完全ではなく、１００μｍ先まで影響を及ぼしているためである。

＜比較例１＞
Ａｌ蒸着ＰＥＴフィルム（厚み０．１ｍｍ）に１ｍｍφの貫通孔を設け、Ａｌ面を上にしてＡｌドラムに巻き付けた。フィルムのＡｌ面に１００Ｖの電圧を印加した。Ａｌドラムはグランドに設置した。この状態で、市販の振動容量型表面電位計を使用し、ドラムの軸方向、および周方向に電位計プローブを０．５ｍｍのギャップを維持しながらスキャンし、０．１ｍｍのピッチでデータを採取し、グラフ化した。図８に示すように、ピンホールのサイズは２ｍｍφ程度に計測され、また、０Ｖ電位であるはずのピンホール中心部も５５Ｖ程度に測定され、従来の振動容量型表面電位計では空間分解能が不足し、１ｍｍ内の潜像を測定することは不可能であることがわかる。

＜実施例２＞
実施例１と同様に感光体（未使用品）の検量線データを測定し、次に初期の潜像パターンを測定した。その後、感光体をオゾン雰囲気（５ｐｐｍ）中に置いた。初期、１日後、２日後、４．５日後に取り出し、潜像パターンの測定を行なった。
結果を図９−１，図９−２，図９−３，図９−４に示す。４．５日後に潜像パターンにくずれが生じていることが分かる。特徴はＶ字型ライン部の電位が浅くなっていることと、Ｖ字型パターンの幅が広がっていることである。前者は、一見、感光体の感度特性に劣化（感度が遅くなる）が生じているように受け取れるが、感光体の感度特性に依存する「検量線データ」をこの時点で取り直すと、初期とちがいはほとんどなかった（図１０参照）。感度の劣化ではなく、感光体表面の静電荷が表面抵抗が低くなり、潜像が表面方向で流れていると推測される。この根拠として、Ｖ字型の減衰部分の図中の面積を計算すると（概算）、初期から４．５日後も大きなちがいはなく、露光器（１）の露光で消えた電荷量にちがいは生じていないと言える。また、この１ｍｍ幅内で見られる「潜像のくずれ」が生じたとき、感光体ドラムのマクロな特性である帯電特性（帯電のしやすさ、暗中での電荷保持能）、感度特性（光による電位の放電特性）、残留電位特性には初期と比較し、変化はなかった（図１１）。これまでの評価方法でとらえることのできない微小領域の特性を本発明の計測装置でとらえることが可能になったことが分かる。

＜実施例３＞
（１）１つのＶ字型潜像パターンをつくるときの露光エネルギーの決め方について：
感光体はこれまでものと異なるが当社の積層ＯＰＣを用いた。帯電電位８００（−Ｖ）から１００（−Ｖ）への電位減衰に必要な露光エネルギーは６５５ｎｍにおいて概ね０．２３μＪ／ｃｍ^２であった。
この感光体に２５０μｍ幅の１つのＶ字型パターンをつくるときの露光器（１）ラインビームの光パワーをつぎのようにして決めた。
感光体ドラム上の１点が受ける露光エネルギーＥ：
Ｅ＝（ラインビームの厚み）／ｖ×（Ｐ（ｔ）／ビーム面積）・・・・・・（１）
（１）式の前半はドラム上の１点が露光されている時間（ｓ）を与える。
（１）式の後半は光パワーの密度を与える。
ｖはドラム線速
Ｐ（ｔ）は光パワー（時間の関数）
ビーム面積は「ラインビームの厚み×長さ」なので
（１）式に代入して
Ｅ＝１／ｖ×Ｐ（ｔ）／ビームの長さ
Ｐ（ｔ）は狙いの潜像幅をつくるために点灯している時間の間に、０からＰｍａｘ、へと直線的に増加し、つぎに、Ｐｍａｘから０へとの直線的に減少するので、この露光時間中の平均光パワー値は、Ｐｍａｘ×（１／２）とおく。
したがって
Ｅ＝１／ｖ×Ｐｍａｘ／ビームの長さ×（１／２）
具体的な数値を次のようにすると、
ｖ＝０．６５４５（ｃｍ／ｓ）（ドラムの回転速度は１２．５°／ｓであることと、６０ｍｍφドラムであることによる）
Ｐｍａｘ＝１（μＷ）（制御電圧０．１２５Ｖ、減光フィルター１／１２５による）
ビームの長さ＝３（ｃｍ）
計算すると、
Ｅ＝０．２５（μＪ／ｃｍ^２）
であり、本発明で定義される前記必要露光エネルギーと変わらない値になる。

（２）この露光条件で、狙いの潜像幅２５０μｍ（０．０２５ｃｍ）／線速０．６５４５（ｍｍ／ｃｍ）＝０．０３８（ｓ）の時間だけ、書き込むようにすると、図１２の潜像バターンが得られた。２５０μｍ狙いが５００μｍとなっている。これは、書込み用のビームの裾切れに問題があり、潜像幅を大きくしていると理解された（図１３参照）。このため、露光器（１）の露光パワーを１／２にすると、図１４の潜像パターンになった。４００μｍ幅に改善された。

本発明における書き込まれる潜像パターンの例を示す図である。本発明における微小領域潜像計測装置の構成図である。本発明における測定タイミングを説明する図である。本発明により得られる信号の例を示す図である。得られる検量線データの例を示す図である。本発明における潜像パターン形成用ラインビームの光パワー制御電圧の例を示す図である。（横軸は時間軸）本発明における潜像パターン形成用ラインビームの光パワー制御電圧の例を示す図である。（横軸は感光体上の「位置」に置き換えた軸となっている）本発明により得られた潜像電位データを示す図である。市販表面電位計による空間分解能の比較例を示す図である。オゾンバクロ前の初期の本発明による潜像電位データを示す図である。オゾンバクロ１日後の本発明による潜像電位データを示す図である。オゾンバクロ２日後の本発明による潜像電位データを示す図である。オゾンバクロ４．５日後の本発明による潜像電位データを示す図である。本発明における初期とオゾンバクロ４．５日後の検量線データの比較を示す図である。本発明によるオゾンバクロ時の感光体のマクロな静電特性を示す図表である。感光体の本発明における「必要露光エネルギー」の照射で得られる潜像パターンの例を示す図である。本発明における潜像パターン形成用ラインビームの光パワープロフィール（厚み方向）データ例を示す図である。感光体の本発明による「必要露光エネルギー」の１／２の照射で得られる潜像パターンの例を示す図である。本発明における潜像パターン形成用ラインビームの制御電圧対光パワー出力例を示す図である。

Claims

円筒状感光体の周囲に、帯電器、露光器（１）（潜像書込手段）、透明導電電極と、その背面側に配置される露光器（２）（検知光露光手段）、除電器がこの順に配置されており、露光器（１）で感光体表面上に潜像パターンを形成し、該パターンが透明導電電極部に来たとき、感光体の回転移動を停止し、露光器（２）で１ショットパルス露光を行ない、感光体上の電荷の光減衰に伴い透明導電電極に誘起される信号を採取し、次に感光体を露光器（２）の周方向のビーム幅（以下、厚みと記載）以上にステップで移動し、同様にして信号採取を繰り返す測定装置にあって、露光器（１）により形成される潜像パターンが、感光体回転方向に少なくとも２本／ｍｍ以上のラインパターンであるように露光器（１）を制御し、上記各ラインパターンにおけるラインの厚み方向の電位形状を、該ラインに挟まれた未露光部分の電位を含めて計測することを特徴とする微小領域潜像計測装置。
前記露光器（１）で形成される潜像のラインパターンが、概ねＶ字型に減衰した電位パターンとなるように露光器（１）を制御することを特徴とする請求項１に記載の微小領域潜像計測装置。
前記潜像パターンにおいて、１つのＶ字型電位パターンの片側傾斜部の幅が、１回のステップ移動距離の２倍以上の距離になるように露光器（１）を制御することを特徴とする請求項２に記載の微小領域潜像計測装置。
前記潜像パターンにおいて、２つのＶ字型電位パターンに挟まれる未露光部の電位は少なくも１回のステップ移動距離の２倍以上の距離であって、この範囲の最大電位と最小電位の差が１００Ｖ以内であるように露光器（１）を制御することを特徴とする請求項３に記載の微小領域潜像計測装置。
前記露光器（１）がラインビームレーザであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の微小領域潜像計測装置。
前記露光器（２）がラインビームであって、このラインビームの主走査方向の長さが露光器（１）のラインビームの主走査方向の長さより短いラインビームレーザであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の微小領域潜像計測装置。
前記露光器（１）のラインビームレーザの光パワー出力が、対象となる感光体の「必要露光エネルギー」に対し、該エネルギー以下、好ましくは１／２以下の露光エネルギーが到達するように制御されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の微小領域潜像計測装置。