Równocześnie rozpoczął wieczorowe studia prawnicze na New York Law School.
Borykając się z problemem kopiowania rysunków i schematów dołączanych do wniosków patentowych, Carlson rozpoczął w 1934 roku studia nad szybkim i wygodnym sposobem kopiowania, ale zamiast metod fotograficznych i chemicznych skupił się na metodzie elektrostatycznej. Swoją teorię opracował po czterech latach pracy. 8 września 1938 roku złożył wniosek patentowy na „fotografię elektronową” i 19 listopada 1940 roku został mu przyznany patent o numerze 2.221.776. Opracowaną technologią Carlson usiłował bezskutecznie zainteresować potencjalnych inwestorów, ale ponad 20 przedsiębiorstw odrzuciło jego ofertę. Sfrustrowany brakiem pozytywnej odpowiedzi wyposażył małe laboratorium i zatrudnił do pomocy jednego fizyka, by opracować prototyp urządzenia. Dopiero w 1944 roku udało mu się przekonać Battelle Memorial Institute z Columbus w Ohio, niedochodową organizację badawczą, do dalszych prac rozwojowych.