JP3812190B2 - 半導体レーザの劣化検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの劣化検出装置に係り、特に、デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置に使用される半導体レーザの劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザプリンタや電子写真複写機等の画像形成装置は、図５に示すように、帯電装置５２によって表面が一様に帯電された感光体６０上を、走査装置５０によって画像データに基いて変調されたレーザ光を走査することにより静電潜像を形成し、得られた静電潜像にトナー供給装置５２によってトナーを供給して顕像化した後、転写部５４において記録紙などの記録媒体４８上に転写し定着ローラ５５によって定着させる、いわゆる電子写真方式によって画像を形成している。
【０００３】
転写後の感光体６０の表面は、クリーニング部５６によってクリーニングされて再び帯電装置５２によって表面が一様に帯電され、上述の処理が繰り返される。
【０００４】
レーザビームを感光体上に走査する光走査装置５０は、図６に示すように、半導体レーザであるレーザダイオード２６（以下、ＬＤ２６と称する。）、コリメータレンズ２８、ポリゴンミラー３６、ｆθレンズ４０、反射ミラー４２、シリンダミラー４４から構成されている。
【０００５】
ＬＤ２６は、画像データに基いて変調された点滅タイミングに応じてレーザ光を出力する。ＬＤ２６からのレーザ光はコリメータレンズ２８を介してポリゴンミラー３６に入射する。
【０００６】
ポリゴンミラー３６は、モータ駆動基板３８上に固定された図示しない駆動モータによって等角速度で回転される。この回転によってポリゴンミラー３６に入射したレーザ光の反射角が変更されるので、結果として感光体上の一方向に沿ってレーザ光が主走査されることとなる。
【０００７】
ｆθレンズ４０は、ポリゴンミラー３６の回転に伴って照射位置が変わるレーザ光の焦点位置を同一平面上とし、且つ、レーザ光が等速度で前記同一平面上を主走査するように集光する。
【０００８】
ｆθレンズ４０を介したレーザ光は、反射ミラー４２により反射されてシリンダミラー４４に入射し、シリンダミラー４４によって図示しない感光体上に導かれるように光路が偏向される。なお、近年では、ＬＤ２６、コリメータレンズ２８、ポリゴンミラー３６、ｆθレンズ４０、反射ミラー４２、シリンダミラー４４をユニット化したＲＯＳ（Raster Output Scanner）が提案されている。
【０００９】
一般に、このような構成の光走査装置において、画像の書き出しタイミングを得るために、主走査開始位置に受光素子から構成されるスタートオブスキャンセンサ３２（以下、ＳＯＳセンサ４８と称す。）が設けられている。
【００１０】
レーザ光の主走査開始位置に対応した光路中には、画像の書き出しタイミング調整用の反射ミラー４６が設けられており、ＳＯＳセンサ４８は、反射ミラー４６で反射されたレーザ光が入射する位置に配置されている。したがって、画像の書き出しタイミングは、ＳＯＳセンサ４８の検知信号の立下りをスタート信号とし、ＳＯＳセンサ４８の検知信号の立下り時からクロックをカウントすることにより得ている。
【００１１】
また、このような光走査装置において、ＬＤ２６からのレーザ光の光出力値を一定の光出力値に維持するために、１走査間で自動出力調整（ＡＰＣ；オートパワーコントロール）が行なわれている。
【００１２】
このＡＰＣ制御は、ＬＤ２６からの光を受光し、受光量に応じた電流を出力するフォトダイオード（以下、ＰＤと称す。）の電流を電圧変換して得られるモニタ電圧と、一定の光出力値に対応する所望の電圧参照値（Vref）とを逐次比較し、常に電圧参照値（Vref）になるようにＬＤ２６の駆動電流を調整する制御である。この制御によって、画像書き込みの光出力値を必要な光出力値に制御することができる。レーザプリンタや複写機においては、一般的にこのようなＡＰＣ制御がなされている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、光源として使用するＬＤは、図７に示すように、どのような温度環境下に置かれていてもある閾値電流Ｉthまではレーザ発振せずにＬＥＤ発光領域（自然発光領域）となっているため、光出力値Ｐｏもほとんど増加しないが、閾値電流Ｉthを越えるとレーザ発振を開始するため、ＬＤに与えられる駆動電流の大きさに比例してレーザ光の光出力値Ｐｏが大きくなるという特性（Ｉ‐Ｌ特性）を有している。
【００１４】
そのため、ＬＤ故障はＡＰＣ制御時に決定される駆動電流の増加率により判断することができる。一般に、ＬＤ故障は、図８に示すように、３つのタイプ（タイプ１〜タイプ３）に分類することができる。なお、図８では、縦軸に一定の光出力値を得るために必要な駆動電流Ｉf、横軸にＬＤ点灯時間ｈを取り、初期の駆動電流値Ｉｆａの１．５倍の駆動電流値Ｉｆｂを故障判断基準としている。
【００１５】
タイプ１の故障は、短い点灯間で急激に電流が増大して故障判断基準の駆動電流値を越えるタイプであり、製造工程に起因して生じる初期故障である。このタイプ１の故障が生じる主要因は、ＬＤの共振器ミラー傷などの光吸収部形成不良、ＬＤの活性層内部の暗部（ダークスポットなど）、電極短絡などのＬＤ製造時の欠陥である。
【００１６】
また、タイプ２は、機械使用中に突然発生して、急激に電流が増大して故障判断基準の駆動電流値を越えるタイプであり、ＬＤに誤って静電気を印加したり、過電流を印加したことにより、共振器ミラー破壊を引き起こしたり、ＬＤの共振器ミラー製造時に存在する微小な欠陥などによる光吸収部増殖に起因して起こる。
【００１７】
さらに、タイプ３は、磨耗故障に属するものであり、ＬＤチップ製造時に基板面から熱により格子欠陥がＬＤの活性層内部に転移移動するなど、ＬＤの活性層内部に格子不整合により暗部を形成することに起因するもので、いずれも電流注入−発光効率が徐々に悪化していく現象である。
【００１８】
これら３つのタイプのＬＤ故障のうち、タイプ１のＬＤ故障は、バーンインなどのスクリーニングで取り除くことが可能である。また、タイプ３のＬＤ故障は、レーザプリンタ、複写機などに利用する際、必要な装置寿命に対し問題のないように設計を行なうことにより回避できる。
【００１９】
すなわち、タイプ１のＬＤ故障とタイプ３のＬＤ故障は或る程度回避することができるが、機械の使用中に突然発生するタイプ２のＬＤ故障は全く予測できないため回避することが難しく、また、このタイプ２のＬＤ故障が発生すると機械の動作が停止するため、画像データの消失など大きな問題となる。
【００２０】
したがって、タイプ２のＬＤ故障を早期に検知することは非常に重要であり、従来では、特開平３−１８８３１８１号公報のように、ＬＤに与えられる駆動電流の変動に対するＬＤの光出力変動の比率である微分効率ηの変化の検出による劣化判断法が提案されている。
【００２１】
この劣化判断法は、微分効率ηがＬＤの正常時には温度変化にほとんど依存せずに一定となるが、ＬＤの経時変化の程度に応じて変化することを利用した方法であり、ＬＤが経時変化する前の微分効率ηを初期微分効率η０として予め求めて記録部に格納しておき、装置が立ち上げられたとき、或は、ＬＤの劣化状態をチェックする必要が生じたときに、現在の状態のＬＤから演算される微分効率ηを記録部に記録された初期微分効率η０と比較して、演算された微分効率ηが許容範囲から外れた場合は、劣化と判断する方法である。
【００２２】
しかしながら、特開平３−１８８３１８１号公報に開示された方法では、ＬＤが正常な状態では微分効率ηは温度変化に依存しないとしているが、実際には、ＬＤの微分効率ηは、図９に示すように、温度変化に伴なって変化し、温度が上昇するに従って微分効率ηは低下する。
【００２３】
図９は、複数のＬＤについての微分効率ηの変化を１５℃〜６０℃の範囲で調べた結果を示す。図９では、一例として、２つのＬＤ（ＬＤ＃１、ＬＤ＃２）の微分効率ηの変化及び代表値Typicalの微分効率ηの変化を示している。なお、この温度範囲は、光走査装置を組み込む画像出力装置の設置温度を１０℃〜３５℃としたとき、ＬＤが配置される光走査装置内の温度変化の範囲が１５℃〜６０℃となることから決定されている。
【００２４】
この温度変化の範囲（１５℃〜６０℃；Ｘ軸方向の範囲）において、ＬＤの製造ロットの違いによる微分効率ηのバラツキ（Ｙ軸方向の範囲）は、図９に示すように、１点鎖線内で示す０．１〜０．６の範囲となる。代表値Typicalは、１点鎖線内で示す０．１〜０．６の範囲内の全てのＬＤの温度に対する微分効率ηの変化を平均化した値であり、温度が１５℃のとき、微分効率ηは０．４、温度が６０℃のとき微分効率ηは０．２５となる。
【００２５】
具体的には、ＬＤ＃１で示す例では、温度が１５℃のとき微分効率ηは０．５で、温度が６０℃のとき微分効率ηは０．１５となる。また、ＬＤ＃２で示す例では、温度が１５℃のとき微分効率ηは０．５５で、温度が６０℃のとき微分効率ηは０．４２となる。
【００２６】
ここで、温度の変動によってバラツキが生じている場合について、ＬＤ＃１を使用した光学走査装置を考えたときの上記特開平３−１８８３１８１号公報に則した劣化判断基準について考えてみる。
【００２７】
まず、ＬＤ＃１の温度が１５℃のときに微分効率ηを測定し、微分効率ηが０．４の初期値を得る。この値に対し、微分効率ηが半減した場合（微分効率η＝０．２）を劣化基準と仮定する。
【００２８】
次に、ＬＤ＃１の温度が６０℃のときの微分効率ηを測定する。得られた微分効率ηは０．１５となる。すなわち、ＬＤ＃１の温度が６０℃のときの微分効率ηは劣化基準である０．２よりも低い０．１５にまで変化するため、６０℃近傍で微分効率に基いた劣化判断を行うと、ＬＤ自身は劣化していないにもかかわらず、劣化状態と判断されてしまう。
【００２９】
この場合、誤検知を避けるためには、（微分効率η／初期微分効率η０）＜（ＬＤの温度に対する微分効率ηのバラツキ範囲の最低値／ＬＤの温度に対する微分効率ηのバラツキ範囲の最高値）＝０．１／０．６≒０．１７とする必要がある。
【００３０】
ところで、従来の故障の判断基準となる駆動電流値は初期駆動電流値の１．５〜３倍であり、これは、測定された微分効率ηが初期微分効率η０の２／３〜１／３に低下するまで、故障として判断しないことを意味している。
【００３１】
図１０は、機械の使用中に発生するタイプ２のＬＤ故障とＬＤの磨耗により発生するタイプ３のＬＤ故障における初期微分効率η０に対する微分効率ηの比とＬＤ点灯時間ｈとの関係を示している。
【００３２】
測定された微分効率ηが初期微分効率η０の２／３〜１／３程度まで低下した状態では、初期微分効率η０に対する微分効率ηの比は０．６７〜０．３４となり、図１０からわかる様に、すでに故障している状態となっている。すなわち、図１０より少なくとも初期微分効率η０に対する微分効率ηの比が０．７（すなわち、微分効率ηが初期微分効率η０の７割程度となった状態）になるまでに劣化状態（故障発生前）であると判断しなくては意味がなく、従来の判断基準ではこれを満たす事ができない。
【００３３】
このように、従来の半導体レーザ劣化検出装置では、半導体レーザの製造ロットの違いによる微分効率ηのバラツキ及び、温度による微分効率ηの変動によって、半導体レーザの劣化状態の検出に必要な精度を確保できず、市場でのトラブル発生を未然に防ぐことがはできない。
【００３４】
以上のことから本発明は、温度による微分効率ηの変動や半導体レーザの製造ロットの違いによる微分効率ηのバラツキに左右されずに、半導体レーザの劣化状態を早期に判断可能な半導体レーザの劣化検出装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明の半導体レーザの劣化検出装置は、半導体レーザが配置された環境の温度を検知する温度検知手段と、駆動電流の変動に対する劣化前の半導体レーザの光出力変動の比率である初期微分効率と半導体レーザが配置された環境の温度との関係を表す初期微分効率特性を用いて、前記検知された温度における初期微分効率を算出する初期微分効率算出手段と、前記温度検知手段により検知された温度において半導体レーザに与えられる駆動電流の変動に対する半導体レーザの光出力変動の比率である微分効率を演算する演算手段と、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が所定値以上で、且つ、前記比と予め定めた期間以前の初期微分効率に対する前記微分効率の比との比が予め定めた一定値未満のときに半導体レーザが劣化していると判断する劣化判断手段と、を備える。
【００３６】
すなわち、請求項１の発明では、初期微分効率算出手段は、初期微分効率特性を用いて初期微分効率を算出している。すなわち、初期微分効率特性は、駆動電流の変動に対する劣化前の半導体レーザの光出力変動の比率である初期微分効率と、半導体レーザが配置された環境の温度とを一対一で対応付けたものであり、初期微分効率算出手段は、温度検知手段が検知した温度と対応する初期微分効率を初期微分効率特性から求めることによって、半導体レーザが配置された環境の温度での初期微分効率を算出する。
【００３７】
また、演算手段は、前記温度検知手段により検知された温度での半導体レーザの微分効率を、半導体レーザに与えられる駆動電流の変動に対する半導体レーザの光出力変動の比率から演算する。劣化判断手段は、初期微分効率に対する微分効率の比が所定値以上で、且つ、該比と予め定めた期間以前の初期微分効率に対する微分効率の比との比が予め定めた一定値未満のときに半導体レーザが劣化していると判断する。
【００３８】
すなわち、請求項１の発明では、半導体レーザが配置された環境の温度変化に応じて算出される初期微分効率と半導体レーザの微分効率とに基いて劣化判断手段が劣化状態かどうかを判断するため、半導体レーザが配置された環境の温度変化に伴なって初期微分効率が変動しても、常に精度のよい劣化判断ができる。
【００３９】
なお、劣化判断手段は、更に、請求項２のように、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が前記所定値未満のときに劣化と判断するとよい。
【００４０】
なお、劣化判断手段は、請求項２のように、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が所定値未満のときに劣化と判断するとよい。
【００４１】
また、初期微分効率特性は、請求項３のように、前記初期微分効率特性は、半導体レーザの製造時または半導体レーザを使用する光学装置の製造時に算出するとよい。
【００４２】
さらに、請求項１〜請求項３に記載の半導体レーザの劣化検出装置では、請求項４のように、前記劣化判断手段は、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が前記所定値以上で、且つ、前記比と予め定めた期間以前の初期微分効率に対する前記微分効率の比との比が予め定めた一定値未満のときに劣化と判断するようにしてもよい。
【００４３】
また、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化検出装置では、請求項４のように、前記劣化判断手段は、半導体レーザの使用時間が増加するに従って前記所定値を大きくするようにしてもよい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の半導体レーザの劣化検出装置の実施の形態の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、この半導体レーザの劣化検出装置は、温度検知手段である温度計１２と、ＣＰＵ１４とＲＯＭ１６とＲＡＭ１８とを含む判断部１０とから構成されており、判断部１０は本発明の初期微分効率算出手段、演算手段及び劣化判断手段を構成する。
【００４５】
温度計１２は、ＬＤ２６が配置された環境と同じ環境下に設けられており、ＬＤ２６が配置された環境の温度を測定して入出力ポートに入力する。温度計１２により測定された温度データは、Ａ／Ｄ変換器１１によってデジタルデータに変換された後、入出力ポート２０を介して一旦ＲＡＭ１８に記憶される。
【００４６】
判断部１０の入出力ポート２０の出力側には、Ｄ／Ａ変換器２２、半導体レーザ駆動回路２４（以下、ＬＤ駆動回路２４と称す。）、半導体レーザ２６（以下、ＬＤ２６と称す。）が順に接続されている。
【００４７】
Ｄ／Ａ変換器２２は、後述するＣＰＵから出力されたデジタルデータをアナログデータに変換してＬＤ駆動回路２４に出力する。ＬＤ駆動回路２４は、入力されたアナログデータに基いてＬＤ駆動電流を生成してＬＤ２６に供給する。ＬＤは、供給された駆動電流の大きさに対応する光強度のレーザ光を照射する。
【００４８】
判断部１０の入出力ポート２０の入力側には、Ａ／Ｄ変換器３４、Ｉ／Ｖ変換器３２、フォトダイオード３０（以下、ＰＤ３０と称す。）が順に接続されると共に、温度計１２が接続されている。
【００４９】
ＰＤ３０は、ＬＤ２６からのレーザ光を受光すると、受光したレーザ光の光出力値に応じた大きさの電流をモニタ電流としてＩ／Ｖ変換器３２に出力する。
【００５０】
Ｉ／Ｖ変換器３２は、入力されたモニタ電流を電圧値に変換しアナログ電圧としてＡ／Ｄ変換器３４に出力する。Ａ／Ｄ変換器３４は、入力されたアナログ電圧をデジタルデータに変換して判断部１０の入出力ポート２０に入力する。
【００５１】
判断部１０を構成するＣＰＵ１４は、ＲＯＭ１６に記憶されている初期微分効率特性を呼び出し、ＲＡＭ１８に記憶された温度に対応した初期微分効率η０を算出する。
【００５２】
ここで、ＲＯＭ１６に記憶されている初期微分効率特性について説明する。この初期微分効率特性は、レーザ走査装置の製造ラインでレーザ光源を組み込む際に記憶されたものであり、例えば、以下のように算出される。
【００５３】
まず、図２に示すように、ＲＯＳに組み込まれたＬＤ２６の環境温度がｔ１℃のときに、ＬＤ２６の光出力が最大光出力値Pmax（ｍＷ）となるように与えた駆動電流値Ｉf2と、ＬＤ２６の光出力値が最大光出力値Pmax（ｍＷ）の６０％P60となるように与えた駆動電流値Ｉf1とを測定する。次に、ＬＤ２６の光出力値P60、Pmaxと駆動電流値Ｉf1、Ｉf2とにより初期微分効率η０（ｔ１）≒（Pmax−P60）／（Ｉf2‐Ｉf1）を求める。
【００５４】
ＬＤ環境温度をｔ２℃に変更し、上記と同様にＬＤ２６の光出力値が最大光出力値Pmax（ｍＷ）となるように与えた駆動電流値Ｉf4と、ＬＤ２６の光出力値が最大光出力値Pmax（ｍＷ）の６０％P６０となるように与えた駆動電流値Ｉf3とを測定し、これら駆動電流値Ｉf3、Ｉf4により初期微分効率η０（ｔ２）≒（Pmax−P60）／（Ｉf4‐Ｉf3）を求める。
【００５５】
図３に示すように、横軸にＬＤ環境温度（℃）、縦軸に初期微分効率η０を取り、上記の２つの温度値ｔ１、ｔ２と、これら２つの温度値ｔ１、ｔ２にそれぞれ対応して得られた微分効率η０（ｔ１）、η０（ｔ２）とから、初期微分効率特性η０（ｔ）＝（η０（ｔ２）−η０（ｔ１）／ｔ２−ｔ１）ｔ＋Ｂ＝Ａｔ＋Ｂを算出し、これをＲＯＭに記憶させる。
【００５６】
なお、ここでは、初期微分効率特性η０（ｔ）＝Ａｔ＋Ｂを記憶させるようにしたが、上記の２つの温度値ｔ１、ｔ２と、これら２つの温度値ｔ１、ｔ２にそれぞれ対応して得られた微分効率η０（ｔ１）、η０（ｔ２）とを記憶させるように構成できる。
【００５７】
ここで、図４を用いて判断部１０の判断ルーチンについて説明する。ここでは、光走査装置をプリンタに組み込み、所定枚数（本実施の形態では１０００枚）のプリントが終了すると劣化の判断を行うように設定した場合について説明する。なお、ステップ１０８は初期微分効率算出手段に対応し、ステップ１１０は演算手段に対応し、ステップ１１４、ステップ１１６、ステップ１１８及びステップ１２０は劣化判断手段に対応する。
【００５８】
まず、ステップ１００において、判断部１０は１０００枚のプリントが終了したかを判断する。ステップ１００において１０００枚のプリントが終了したと判断した場合は、ステップ１０２においてカウント値ｎを１インクリメントしてステップ１０４に移行し、温度計１２（温度検知手段）により検知されデジタル変換されたＬＤ２６の環境温度ｔｎを取り込む。ステップ１０６では、温度計１２により検知されデジタル化された環境温度ｔｎをＲＡＭ１８に記憶する。
【００５９】
ステップ１０８では、ＣＰＵ１４がＲＯＭ１６に記憶された初期微分効率特性η０（ｔ）＝Ａｔ＋Ｂに基いてＲＡＭ１８に記憶された環境温度ｔｎにおける初期微分効率η０（ｔｎ）＝Ａｔｎ＋Ｂを算出する。
【００６０】
ステップ１１０では、ＲＡＭ１８に記憶された環境温度ｔｎにおける微分効率η（ｔｎ）を演算する。ＣＰＵ１４は、ＬＤ２６に対して少なくとも２種類の大きさの駆動電流Ｉf5、Ｉf6を供給し、これら少なくとも２種類の大きさの駆動電流Ｉf5、Ｉf6と、夫々の駆動電流Ｉf5、Ｉf6に対応してＰＤ３０により受光された光出力値Ｐf5、Ｐf6とから環境温度ｔｎにおける微分効率η（ｔｎ）≒（Ｐf6−Ｐf5）／（Ｉf6‐Ｉf5）を演算する。
【００６１】
ここでは、ＬＤが最大Pmaxの光出力となるときの駆動電流Ｉfｍａｘと、ＬＤが６０％の光出力P60となるときの駆動電流Ｉf60とを測定して、微分効率η（ｔｎ）≒（Pmax−P60）／（Ｉmax‐Ｉ60）を演算する。
【００６２】
ステップ１１２では、ＣＰＵ１４が初期微分効率η０（ｔｎ）＝Ａｔｎ＋Ｂに対する微分効率η（ｔｎ）の比η（ｎ、ｔｎ）とを演算し、ステップ１１４において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が劣化判断基準（例えば、０．７５）以上かを判断する。なお、図３に、一例として、ＬＤ＃１の初期微分効率η０（ｔｎ）＝Ａｔｎ＋Ｂと、劣化判断基準の微分効率η０（ｔｎ）×０．７５とを示す。
【００６３】
ステップ１１４では、０．７５を劣化判断基準として設定したが、この劣化判断基準は、前述した図１０の初期微分効率η０（ｔｎ）に対する微分効率η（ｔｎ）の比とＬＤ点灯時間ｈとの関係に基いて決定したものであり、０．７５に限定するものではない。好ましくは、図１０において前記比が急激に減少し始める０．７前後であればよく、より好ましくは０．７５とするとよい。
【００６４】
ステップ１１４において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．７５よりも小さいと判断すると、ステップ１２２に移行して図示しない表示装置に劣化有りの表示を行いこのルーチンを終了する。
【００６５】
ステップ１１４において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．７５以上と判断すると、ステップ１１６に移行して累積プリント枚数が所定枚数（例えば、１万枚）未満か（ｎ＜１０？）を判断する。
【００６６】
ステップ１１６において累積プリント枚数が１万枚未満である（ｎ＜１０）と判断した場合は、ステップ１１８に移行する。ステップ１１８では、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上かを判断する。即ち、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上であれば初期微分効率に対する微分効率の比の変化量が０．１よりも小さいのでＬＤは正常、逆に前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９未満であれば初期微分効率に対する微分効率の比の変化量が０．１よりも大きくなるのでＬＤは劣化状態と判断することができる。ここでは、一例として前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上であるかの判断によって、ＬＤが正常か、劣化状態かを判断している。
【００６７】
なお、初期微分効率に対する微分効率の比の変化量を０．１以上であれば劣化状態とするという劣化判断基準を決定したのは、累積プリント枚数が１万枚未満である場合は、ＬＤの磨耗故障の可能性が低く、従って、ＬＤが正常な状態であれば前記比η（ｎ、ｔｎ）は１に近い値となるが、ＬＤが何らかの理由で劣化し始めると急激に前記比η（ｎ、ｔｎ）が小さくなるという理由からである。従って、ここで劣化判断基準とした０．１は、限定的なものではない。
【００６８】
ステップ１１８において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上と判断した場合は、再びステップ１００に戻り、上述の動作を繰り返す。また、ステップ１１８において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上でない（すなわち、０．９未満である。）と判断すると、ステップ１２２に移行して図示しない表示装置に劣化有りの表示を行い、このルーチンを終了する。
【００６９】
また、ステップ１１６において累積プリント枚数が１万枚未満でない（すなわち、１万枚以上である）と判断した場合は、ステップ１２０に移行して、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））に対する微分効率η（ｔ（ｎ−１０））の比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））と、環境温度ｔｎにおける初期微分効率η０（ｔｎ）に対する微分効率η（ｔｎ）の比η（ｎ、ｔｎ）との比が所定値（例えば、０．９）未満かを判断する。
【００７０】
即ち、前記比η（ｎ、ｔｎ）／η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））が０．９未満であれば１万枚前の初期微分効率に対する微分効率の比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０）と現在の初期微分効率に対する微分効率の比η（ｎ、ｔｎ）との変化量が０．１以上も大きくなるのでＬＤは劣化状態と判断することができ、逆に、前記変化量が０．１よりも小さいのでＬＤは正常と判断することができる。
【００７１】
すなわち、ＬＤの仕様を超える大きさの静電気等をＬＤに放電すると、図８に示す様に、放電されたときから２〜５時間のＬＤ点灯時間経過後に光走査装置が故障することが確認されている。
【００７２】
例えば、プリンタの場合では、２〜５時間のＬＤ点灯時間で１万枚〜１０万枚のプリントを行うことができるため、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））と比較して経時的な劣化状態の検出を行うように設定することによって、ＬＤの故障を早期に検知することができる。
【００７３】
なお、変化の判断基準として、ここでは、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））に対する微分効率η（ｔ（ｎ−１０））との比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））に対する前記比η（ｎ、ｔｎ）の比η（ｎ、ｔｎ）／η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））が０．９未満としたが、この値は比の変化が０．１程度以上であれば、ＬＤの劣化の可能性が高いことから決定した値であり、特に０．９に限定するものではない。
【００７４】
ステップ１２０において、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））に対する微分効率η（ｔ（ｎ−１０））との比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））に対する前記比η（ｎ、ｔｎ）の比が０．９未満でないと判断した場合は、再びステップ１００に戻り、上述の動作を繰り返す。
【００７５】
また、ステップ１２０において、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））に対する微分効率η（ｔ（ｎ−１０））との比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））に対する前記比η（ｎ、ｔｎ）の比が０．９未満であると判断した場合は、ステップ１２２に移行して図示しない表示装置に劣化有りの表示を行い、このルーチンを終了する。
【００７６】
以上説明した判断ルーチンでは、１０００枚のプリントが終了すると（すなわち、予め定めた期間毎に）劣化の判断を行うように設定した場合について説明したが、例えば、図示しない指示部から指示されたときに劣化の判断を行うように設定したり、予め定めた期間毎に劣化の判断を行うと共に図示しない指示部から指示されたときに劣化の判断を行うように設定することが可能である。
【００７７】
このように光走査装置に組み込まれたＬＤ毎にＬＤが配置された環境温度に合わせてＬＤの劣化状態を検出できるので、精度よくＬＤの劣化状態を検知することができる。
【００７８】
また、このような劣化状態の判断に基いて、図示しない表示装置にＬＤ２６の劣化有り表示がされたときに、ＬＤの交換を行うようにすることで、突然のＬＤ故障によるデータの消失、機械の停止などのトラブル未然に防ぐことができる。
【００７９】
また、光走査装置のキーパーツであるＬＤを交換すれば、再び光走査装置の使用が可能となるので、光走査装置のリサイクル化を実現できる。したがって、部品コスト、再調整コストを低く押さえることができるので、高信頼性に加えて、低コスト、環境保護対応商品の製造が可能となる。
【００８０】
さらに、光走査装置に組み込まれたＬＤ毎にＬＤの置かれている環境温度に合わせてＬＤの劣化状態を検出できることから、例えば半導体レーザアレイのように、複数の光源を備えたＬＤにおいて微分効率の変動要因として問題となる光源間の熱的クロストークに起因する誤検知を回避でき、精度よくＬＤの劣化状態を検出することが可能である。
【００８１】
なお、以上の実施の形態では、独立した構成の半導体レーザの劣化検出装置について説明しているが、例えば、ＡＰＣ制御を行うプログラム等他のプログラム上に半導体レーザの劣化検出装置を組み込んだ構成とする事も可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度による微分効率ηの変動や半導体レーザの製造ロットの違いによる微分効率ηのバラツキに左右されずに、半導体レーザの劣化状態を早期に判断可能な半導体レーザの劣化検出装置を提供できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体レーザの劣化検出装置の実施の形態の概略構成を示す説明図である。
【図２】 ＬＤの環境温度がｔ１℃のときとｔ２℃のときの駆動電流Ｉfと光出力Ｐとの関係を示すグラフである。
【図３】 横軸をＬＤ環境温度ｔ（℃）、縦軸を微分効率ηとしたときに得られる初期微分効率特性と、この初期微分効率特性対して決定される劣化判断基準とを示すグラフである。
【図４】 判断部の劣化判断の制御ルーチンである。
【図５】 画像形成装置の一般的な構成を示す説明図である。
【図６】 光走査装置の一般的な構成を示す説明図である。
【図７】 ＬＤの光出力Ｐと駆動電流Ｉｆとの温度毎の関係を示すグラフである。
【図８】 ＬＤの光出力Ｐが一定となるように調整した場合のタイプ２とタイプ３の故障における駆動電流ＩｆとＬＤの点灯時間ｈとの関係を示すグラフである。
【図９】 ＬＤの製造ロット毎の微分効率のバラツキを示すグラフである。
【図１０】 ＬＤの初期微分効率η０に対する微分効率ηの比とＬＤの点灯時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 判断部
１１、３４ Ａ／Ｄ変換器
１２ 温度計
１４ ＣＰＵ
１６ ＲＯＭ
１８ ＲＡＭ
２０ 入出力ポート
２２ Ｄ／Ａ変換器
２４ ＬＤ駆動回路
２６ 半導体レーザ
３０ スタートオブスキャンセンサ
３２ Ｉ／Ｖ変換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザの劣化検出装置に係り、特に、デジタル複写機やレーザプリンタ等の画像形成装置に使用される半導体レーザの劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、レーザプリンタや電子写真複写機等の画像形成装置は、図５に示すように、帯電装置５２によって表面が一様に帯電された感光体６０上を、走査装置５０によって画像データに基いて変調されたレーザ光を走査することにより静電潜像を形成し、得られた静電潜像にトナー供給装置５２によってトナーを供給して顕像化した後、転写部５４において記録紙などの記録媒体４８上に転写し定着ローラ５５によって定着させる、いわゆる電子写真方式によって画像を形成している。
【０００３】
転写後の感光体６０の表面は、クリーニング部５６によってクリーニングされて再び帯電装置５２によって表面が一様に帯電され、上述の処理が繰り返される。
【０００４】
レーザビームを感光体上に走査する光走査装置５０は、図６に示すように、半導体レーザであるレーザダイオード２６（以下、ＬＤ２６と称する。）、コリメータレンズ２８、ポリゴンミラー３６、ｆθレンズ４０、反射ミラー４２、シリンダミラー４４から構成されている。
【０００５】
ＬＤ２６は、画像データに基いて変調された点滅タイミングに応じてレーザ光を出力する。ＬＤ２６からのレーザ光はコリメータレンズ２８を介してポリゴンミラー３６に入射する。
【０００６】
ポリゴンミラー３６は、モータ駆動基板３８上に固定された図示しない駆動モータによって等角速度で回転される。この回転によってポリゴンミラー３６に入射したレーザ光の反射角が変更されるので、結果として感光体上の一方向に沿ってレーザ光が主走査されることとなる。
【０００７】
ｆθレンズ４０は、ポリゴンミラー３６の回転に伴って照射位置が変わるレーザ光の焦点位置を同一平面上とし、且つ、レーザ光が等速度で前記同一平面上を主走査するように集光する。
【０００８】
ｆθレンズ４０を介したレーザ光は、反射ミラー４２により反射されてシリンダミラー４４に入射し、シリンダミラー４４によって図示しない感光体上に導かれるように光路が偏向される。なお、近年では、ＬＤ２６、コリメータレンズ２８、ポリゴンミラー３６、ｆθレンズ４０、反射ミラー４２、シリンダミラー４４をユニット化したＲＯＳ（Raster Output Scanner）が提案されている。
【０００９】
一般に、このような構成の光走査装置において、画像の書き出しタイミングを得るために、主走査開始位置に受光素子から構成されるスタートオブスキャンセンサ３２（以下、ＳＯＳセンサ４８と称す。）が設けられている。
【００１０】
レーザ光の主走査開始位置に対応した光路中には、画像の書き出しタイミング調整用の反射ミラー４６が設けられており、ＳＯＳセンサ４８は、反射ミラー４６で反射されたレーザ光が入射する位置に配置されている。したがって、画像の書き出しタイミングは、ＳＯＳセンサ４８の検知信号の立下りをスタート信号とし、ＳＯＳセンサ４８の検知信号の立下り時からクロックをカウントすることにより得ている。
【００１１】
また、このような光走査装置において、ＬＤ２６からのレーザ光の光出力値を一定の光出力値に維持するために、１走査間で自動出力調整（ＡＰＣ；オートパワーコントロール）が行なわれている。
【００１２】
このＡＰＣ制御は、ＬＤ２６からの光を受光し、受光量に応じた電流を出力するフォトダイオード（以下、ＰＤと称す。）の電流を電圧変換して得られるモニタ電圧と、一定の光出力値に対応する所望の電圧参照値（Vref）とを逐次比較し、常に電圧参照値（Vref）になるようにＬＤ２６の駆動電流を調整する制御である。この制御によって、画像書き込みの光出力値を必要な光出力値に制御することができる。レーザプリンタや複写機においては、一般的にこのようなＡＰＣ制御がなされている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、光源として使用するＬＤは、図７に示すように、どのような温度環境下に置かれていてもある閾値電流Ｉthまではレーザ発振せずにＬＥＤ発光領域（自然発光領域）となっているため、光出力値Ｐｏもほとんど増加しないが、閾値電流Ｉthを越えるとレーザ発振を開始するため、ＬＤに与えられる駆動電流の大きさに比例してレーザ光の光出力値Ｐｏが大きくなるという特性（Ｉ‐Ｌ特性）を有している。
【００１４】
そのため、ＬＤ故障はＡＰＣ制御時に決定される駆動電流の増加率により判断することができる。一般に、ＬＤ故障は、図８に示すように、３つのタイプ（タイプ１〜タイプ３）に分類することができる。なお、図８では、縦軸に一定の光出力値を得るために必要な駆動電流Ｉf、横軸にＬＤ点灯時間ｈを取り、初期の駆動電流値Ｉｆａの１．５倍の駆動電流値Ｉｆｂを故障判断基準としている。
【００１５】
タイプ１の故障は、短い点灯間で急激に電流が増大して故障判断基準の駆動電流値を越えるタイプであり、製造工程に起因して生じる初期故障である。このタイプ１の故障が生じる主要因は、ＬＤの共振器ミラー傷などの光吸収部形成不良、ＬＤの活性層内部の暗部（ダークスポットなど）、電極短絡などのＬＤ製造時の欠陥である。
【００１６】
また、タイプ２は、機械使用中に突然発生して、急激に電流が増大して故障判断基準の駆動電流値を越えるタイプであり、ＬＤに誤って静電気を印加したり、過電流を印加したことにより、共振器ミラー破壊を引き起こしたり、ＬＤの共振器ミラー製造時に存在する微小な欠陥などによる光吸収部増殖に起因して起こる。
【００１７】
さらに、タイプ３は、磨耗故障に属するものであり、ＬＤチップ製造時に基板面から熱により格子欠陥がＬＤの活性層内部に転移移動するなど、ＬＤの活性層内部に格子不整合により暗部を形成することに起因するもので、いずれも電流注入−発光効率が徐々に悪化していく現象である。
【００１８】
これら３つのタイプのＬＤ故障のうち、タイプ１のＬＤ故障は、バーンインなどのスクリーニングで取り除くことが可能である。また、タイプ３のＬＤ故障は、レーザプリンタ、複写機などに利用する際、必要な装置寿命に対し問題のないように設計を行なうことにより回避できる。
【００１９】
すなわち、タイプ１のＬＤ故障とタイプ３のＬＤ故障は或る程度回避することができるが、機械の使用中に突然発生するタイプ２のＬＤ故障は全く予測できないため回避することが難しく、また、このタイプ２のＬＤ故障が発生すると機械の動作が停止するため、画像データの消失など大きな問題となる。
【００２０】
したがって、タイプ２のＬＤ故障を早期に検知することは非常に重要であり、従来では、特開平３−１８８３１８１号公報のように、ＬＤに与えられる駆動電流の変動に対するＬＤの光出力変動の比率である微分効率ηの変化の検出による劣化判断法が提案されている。
【００２１】
この劣化判断法は、微分効率ηがＬＤの正常時には温度変化にほとんど依存せずに一定となるが、ＬＤの経時変化の程度に応じて変化することを利用した方法であり、ＬＤが経時変化する前の微分効率ηを初期微分効率η０として予め求めて記録部に格納しておき、装置が立ち上げられたとき、或は、ＬＤの劣化状態をチェックする必要が生じたときに、現在の状態のＬＤから演算される微分効率ηを記録部に記録された初期微分効率η０と比較して、演算された微分効率ηが許容範囲から外れた場合は、劣化と判断する方法である。
【００２２】
しかしながら、特開平３−１８８３１８１号公報に開示された方法では、ＬＤが正常な状態では微分効率ηは温度変化に依存しないとしているが、実際には、ＬＤの微分効率ηは、図９に示すように、温度変化に伴なって変化し、温度が上昇するに従って微分効率ηは低下する。
【００２３】
図９は、複数のＬＤについての微分効率ηの変化を１５℃〜６０℃の範囲で調べた結果を示す。図９では、一例として、２つのＬＤ（ＬＤ＃１、ＬＤ＃２）の微分効率ηの変化及び代表値Typicalの微分効率ηの変化を示している。なお、この温度範囲は、光走査装置を組み込む画像出力装置の設置温度を１０℃〜３５℃としたとき、ＬＤが配置される光走査装置内の温度変化の範囲が１５℃〜６０℃となることから決定されている。
【００２４】
この温度変化の範囲（１５℃〜６０℃；Ｘ軸方向の範囲）において、ＬＤの製造ロットの違いによる微分効率ηのバラツキ（Ｙ軸方向の範囲）は、図９に示すように、１点鎖線内で示す０．１〜０．６の範囲となる。代表値Typicalは、１点鎖線内で示す０．１〜０．６の範囲内の全てのＬＤの温度に対する微分効率ηの変化を平均化した値であり、温度が１５℃のとき、微分効率ηは０．４、温度が６０℃のとき微分効率ηは０．２５となる。
【００２５】
具体的には、ＬＤ＃１で示す例では、温度が１５℃のとき微分効率ηは０．５で、温度が６０℃のとき微分効率ηは０．１５となる。また、ＬＤ＃２で示す例では、温度が１５℃のとき微分効率ηは０．５５で、温度が６０℃のとき微分効率ηは０．４２となる。
【００２６】
ここで、温度の変動によってバラツキが生じている場合について、ＬＤ＃１を使用した光学走査装置を考えたときの上記特開平３−１８８３１８１号公報に則した劣化判断基準について考えてみる。
【００２７】
まず、ＬＤ＃１の温度が１５℃のときに微分効率ηを測定し、微分効率ηが０．４の初期値を得る。この値に対し、微分効率ηが半減した場合（微分効率η＝０．２）を劣化基準と仮定する。
【００２８】
次に、ＬＤ＃１の温度が６０℃のときの微分効率ηを測定する。得られた微分効率ηは０．１５となる。すなわち、ＬＤ＃１の温度が６０℃のときの微分効率ηは劣化基準である０．２よりも低い０．１５にまで変化するため、６０℃近傍で微分効率に基いた劣化判断を行うと、ＬＤ自身は劣化していないにもかかわらず、劣化状態と判断されてしまう。
【００２９】
この場合、誤検知を避けるためには、（微分効率η／初期微分効率η０）＜（ＬＤの温度に対する微分効率ηのバラツキ範囲の最低値／ＬＤの温度に対する微分効率ηのバラツキ範囲の最高値）＝０．１／０．６≒０．１７とする必要がある。
【００３０】
ところで、従来の故障の判断基準となる駆動電流値は初期駆動電流値の１．５〜３倍であり、これは、測定された微分効率ηが初期微分効率η０の２／３〜１／３に低下するまで、故障として判断しないことを意味している。
【００３１】
図１０は、機械の使用中に発生するタイプ２のＬＤ故障とＬＤの磨耗により発生するタイプ３のＬＤ故障における初期微分効率η０に対する微分効率ηの比とＬＤ点灯時間ｈとの関係を示している。
【００３２】
測定された微分効率ηが初期微分効率η０の２／３〜１／３程度まで低下した状態では、初期微分効率η０に対する微分効率ηの比は０．６７〜０．３４となり、図１０からわかる様に、すでに故障している状態となっている。すなわち、図１０より少なくとも初期微分効率η０に対する微分効率ηの比が０．７（すなわち、微分効率ηが初期微分効率η０の７割程度となった状態）になるまでに劣化状態（故障発生前）であると判断しなくては意味がなく、従来の判断基準ではこれを満たす事ができない。
【００３３】
このように、従来の半導体レーザ劣化検出装置では、半導体レーザの製造ロットの違いによる微分効率ηのバラツキ及び、温度による微分効率ηの変動によって、半導体レーザの劣化状態の検出に必要な精度を確保できず、市場でのトラブル発生を未然に防ぐことがはできない。
【００３４】
以上のことから本発明は、温度による微分効率ηの変動や半導体レーザの製造ロットの違いによる微分効率ηのバラツキに左右されずに、半導体レーザの劣化状態を早期に判断可能な半導体レーザの劣化検出装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明の半導体レーザの劣化検出装置は、半導体レーザが配置された環境の温度を検知する温度検知手段と、駆動電流の変動に対する劣化前の半導体レーザの光出力変動の比率である初期微分効率と半導体レーザが配置された環境の温度との関係を表す初期微分効率特性を用いて、前記検知された温度における初期微分効率を算出する初期微分効率算出手段と、前記温度検知手段により検知された温度において半導体レーザに与えられる駆動電流の変動に対する半導体レーザの光出力変動の比率である微分効率を演算する演算手段と、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が所定値以上で、且つ、前記比と予め定めた期間以前の初期微分効率に対する前記微分効率の比との比が予め定めた一定値未満のときに半導体レーザが劣化していると判断する劣化判断手段と、を備える。
【００３６】
すなわち、請求項１の発明では、初期微分効率算出手段は、初期微分効率特性を用いて初期微分効率を算出している。すなわち、初期微分効率特性は、駆動電流の変動に対する劣化前の半導体レーザの光出力変動の比率である初期微分効率と、半導体レーザが配置された環境の温度とを一対一で対応付けたものであり、初期微分効率算出手段は、温度検知手段が検知した温度と対応する初期微分効率を初期微分効率特性から求めることによって、半導体レーザが配置された環境の温度での初期微分効率を算出する。
【００３７】
また、演算手段は、前記温度検知手段により検知された温度での半導体レーザの微分効率を、半導体レーザに与えられる駆動電流の変動に対する半導体レーザの光出力変動の比率から演算する。劣化判断手段は、初期微分効率に対する微分効率の比が所定値以上で、且つ、該比と予め定めた期間以前の初期微分効率に対する微分効率の比との比が予め定めた一定値未満のときに半導体レーザが劣化していると判断する。
【００３８】
すなわち、請求項１の発明では、半導体レーザが配置された環境の温度変化に応じて算出される初期微分効率と半導体レーザの微分効率とに基いて劣化判断手段が劣化状態かどうかを判断するため、半導体レーザが配置された環境の温度変化に伴なって初期微分効率が変動しても、常に精度のよい劣化判断ができる。
【００３９】
なお、劣化判断手段は、更に、請求項２のように、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が前記所定値未満のときに劣化と判断するとよい。
【００４０】
なお、劣化判断手段は、請求項２のように、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が所定値未満のときに劣化と判断するとよい。
【００４１】
また、初期微分効率特性は、請求項３のように、前記初期微分効率特性は、半導体レーザの製造時または半導体レーザを使用する光学装置の製造時に算出するとよい。
【００４２】
さらに、請求項１〜請求項３に記載の半導体レーザの劣化検出装置では、請求項４のように、前記劣化判断手段は、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が前記所定値以上で、且つ、前記比と予め定めた期間以前の初期微分効率に対する前記微分効率の比との比が予め定めた一定値未満のときに劣化と判断するようにしてもよい。
【００４３】
また、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化検出装置では、請求項４のように、前記劣化判断手段は、半導体レーザの使用時間が増加するに従って前記所定値を大きくするようにしてもよい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の半導体レーザの劣化検出装置の実施の形態の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、この半導体レーザの劣化検出装置は、温度検知手段である温度計１２と、ＣＰＵ１４とＲＯＭ１６とＲＡＭ１８とを含む判断部１０とから構成されており、判断部１０は本発明の初期微分効率算出手段、演算手段及び劣化判断手段を構成する。
【００４５】
温度計１２は、ＬＤ２６が配置された環境と同じ環境下に設けられており、ＬＤ２６が配置された環境の温度を測定して入出力ポートに入力する。温度計１２により測定された温度データは、Ａ／Ｄ変換器１１によってデジタルデータに変換された後、入出力ポート２０を介して一旦ＲＡＭ１８に記憶される。
【００４６】
判断部１０の入出力ポート２０の出力側には、Ｄ／Ａ変換器２２、半導体レーザ駆動回路２４（以下、ＬＤ駆動回路２４と称す。）、半導体レーザ２６（以下、ＬＤ２６と称す。）が順に接続されている。
【００４７】
Ｄ／Ａ変換器２２は、後述するＣＰＵから出力されたデジタルデータをアナログデータに変換してＬＤ駆動回路２４に出力する。ＬＤ駆動回路２４は、入力されたアナログデータに基いてＬＤ駆動電流を生成してＬＤ２６に供給する。ＬＤは、供給された駆動電流の大きさに対応する光強度のレーザ光を照射する。
【００４８】
判断部１０の入出力ポート２０の入力側には、Ａ／Ｄ変換器３４、Ｉ／Ｖ変換器３２、フォトダイオード３０（以下、ＰＤ３０と称す。）が順に接続されると共に、温度計１２が接続されている。
【００４９】
ＰＤ３０は、ＬＤ２６からのレーザ光を受光すると、受光したレーザ光の光出力値に応じた大きさの電流をモニタ電流としてＩ／Ｖ変換器３２に出力する。
【００５０】
Ｉ／Ｖ変換器３２は、入力されたモニタ電流を電圧値に変換しアナログ電圧としてＡ／Ｄ変換器３４に出力する。Ａ／Ｄ変換器３４は、入力されたアナログ電圧をデジタルデータに変換して判断部１０の入出力ポート２０に入力する。
【００５１】
判断部１０を構成するＣＰＵ１４は、ＲＯＭ１６に記憶されている初期微分効率特性を呼び出し、ＲＡＭ１８に記憶された温度に対応した初期微分効率η０を算出する。
【００５２】
ここで、ＲＯＭ１６に記憶されている初期微分効率特性について説明する。この初期微分効率特性は、レーザ走査装置の製造ラインでレーザ光源を組み込む際に記憶されたものであり、例えば、以下のように算出される。
【００５３】
まず、図２に示すように、ＲＯＳに組み込まれたＬＤ２６の環境温度がｔ１℃のときに、ＬＤ２６の光出力が最大光出力値Pmax（ｍＷ）となるように与えた駆動電流値Ｉf2と、ＬＤ２６の光出力値が最大光出力値Pmax（ｍＷ）の６０％P60となるように与えた駆動電流値Ｉf1とを測定する。次に、ＬＤ２６の光出力値P60、Pmaxと駆動電流値Ｉf1、Ｉf2とにより初期微分効率η０（ｔ１）≒（Pmax−P60）／（Ｉf2‐Ｉf1）を求める。
【００５４】
ＬＤ環境温度をｔ２℃に変更し、上記と同様にＬＤ２６の光出力値が最大光出力値Pmax（ｍＷ）となるように与えた駆動電流値Ｉf4と、ＬＤ２６の光出力値が最大光出力値Pmax（ｍＷ）の６０％P６０となるように与えた駆動電流値Ｉf3とを測定し、これら駆動電流値Ｉf3、Ｉf4により初期微分効率η０（ｔ２）≒（Pmax−P60）／（Ｉf4‐Ｉf3）を求める。
【００５５】
図３に示すように、横軸にＬＤ環境温度（℃）、縦軸に初期微分効率η０を取り、上記の２つの温度値ｔ１、ｔ２と、これら２つの温度値ｔ１、ｔ２にそれぞれ対応して得られた微分効率η０（ｔ１）、η０（ｔ２）とから、初期微分効率特性η０（ｔ）＝（η０（ｔ２）−η０（ｔ１）／ｔ２−ｔ１）ｔ＋Ｂ＝Ａｔ＋Ｂを算出し、これをＲＯＭに記憶させる。
【００５６】
なお、ここでは、初期微分効率特性η０（ｔ）＝Ａｔ＋Ｂを記憶させるようにしたが、上記の２つの温度値ｔ１、ｔ２と、これら２つの温度値ｔ１、ｔ２にそれぞれ対応して得られた微分効率η０（ｔ１）、η０（ｔ２）とを記憶させるように構成できる。
【００５７】
ここで、図４を用いて判断部１０の判断ルーチンについて説明する。ここでは、光走査装置をプリンタに組み込み、所定枚数（本実施の形態では１０００枚）のプリントが終了すると劣化の判断を行うように設定した場合について説明する。なお、ステップ１０８は初期微分効率算出手段に対応し、ステップ１１０は演算手段に対応し、ステップ１１４、ステップ１１６、ステップ１１８及びステップ１２０は劣化判断手段に対応する。
【００５８】
まず、ステップ１００において、判断部１０は１０００枚のプリントが終了したかを判断する。ステップ１００において１０００枚のプリントが終了したと判断した場合は、ステップ１０２においてカウント値ｎを１インクリメントしてステップ１０４に移行し、温度計１２（温度検知手段）により検知されデジタル変換されたＬＤ２６の環境温度ｔｎを取り込む。ステップ１０６では、温度計１２により検知されデジタル化された環境温度ｔｎをＲＡＭ１８に記憶する。
【００５９】
ステップ１０８では、ＣＰＵ１４がＲＯＭ１６に記憶された初期微分効率特性η０（ｔ）＝Ａｔ＋Ｂに基いてＲＡＭ１８に記憶された環境温度ｔｎにおける初期微分効率η０（ｔｎ）＝Ａｔｎ＋Ｂを算出する。
【００６０】
ステップ１１０では、ＲＡＭ１８に記憶された環境温度ｔｎにおける微分効率η（ｔｎ）を演算する。ＣＰＵ１４は、ＬＤ２６に対して少なくとも２種類の大きさの駆動電流Ｉf5、Ｉf6を供給し、これら少なくとも２種類の大きさの駆動電流Ｉf5、Ｉf6と、夫々の駆動電流Ｉf5、Ｉf6に対応してＰＤ３０により受光された光出力値Ｐf5、Ｐf6とから環境温度ｔｎにおける微分効率η（ｔｎ）≒（Ｐf6−Ｐf5）／（Ｉf6‐Ｉf5）を演算する。
【００６１】
ここでは、ＬＤが最大Pmaxの光出力となるときの駆動電流Ｉfｍａｘと、ＬＤが６０％の光出力P60となるときの駆動電流Ｉf60とを測定して、微分効率η（ｔｎ）≒（Pmax−P60）／（Ｉmax‐Ｉ60）を演算する。
【００６２】
ステップ１１２では、ＣＰＵ１４が初期微分効率η０（ｔｎ）＝Ａｔｎ＋Ｂに対する微分効率η（ｔｎ）の比η（ｎ、ｔｎ）とを演算し、ステップ１１４において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が劣化判断基準（例えば、０．７５）以上かを判断する。なお、図３に、一例として、ＬＤ＃１の初期微分効率η０（ｔｎ）＝Ａｔｎ＋Ｂと、劣化判断基準の微分効率η０（ｔｎ）×０．７５とを示す。
【００６３】
ステップ１１４では、０．７５を劣化判断基準として設定したが、この劣化判断基準は、前述した図１０の初期微分効率η０（ｔｎ）に対する微分効率η（ｔｎ）の比とＬＤ点灯時間ｈとの関係に基いて決定したものであり、０．７５に限定するものではない。好ましくは、図１０において前記比が急激に減少し始める０．７前後であればよく、より好ましくは０．７５とするとよい。
【００６４】
ステップ１１４において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．７５よりも小さいと判断すると、ステップ１２２に移行して図示しない表示装置に劣化有りの表示を行いこのルーチンを終了する。
【００６５】
ステップ１１４において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．７５以上と判断すると、ステップ１１６に移行して累積プリント枚数が所定枚数（例えば、１万枚）未満か（ｎ＜１０？）を判断する。
【００６６】
ステップ１１６において累積プリント枚数が１万枚未満である（ｎ＜１０）と判断した場合は、ステップ１１８に移行する。ステップ１１８では、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上かを判断する。即ち、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上であれば初期微分効率に対する微分効率の比の変化量が０．１よりも小さいのでＬＤは正常、逆に前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９未満であれば初期微分効率に対する微分効率の比の変化量が０．１よりも大きくなるのでＬＤは劣化状態と判断することができる。ここでは、一例として前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上であるかの判断によって、ＬＤが正常か、劣化状態かを判断している。
【００６７】
なお、初期微分効率に対する微分効率の比の変化量を０．１以上であれば劣化状態とするという劣化判断基準を決定したのは、累積プリント枚数が１万枚未満である場合は、ＬＤの磨耗故障の可能性が低く、従って、ＬＤが正常な状態であれば前記比η（ｎ、ｔｎ）は１に近い値となるが、ＬＤが何らかの理由で劣化し始めると急激に前記比η（ｎ、ｔｎ）が小さくなるという理由からである。従って、ここで劣化判断基準とした０．１は、限定的なものではない。
【００６８】
ステップ１１８において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上と判断した場合は、再びステップ１００に戻り、上述の動作を繰り返す。また、ステップ１１８において、前記比η（ｎ、ｔｎ）が０．９以上でない（すなわち、０．９未満である。）と判断すると、ステップ１２２に移行して図示しない表示装置に劣化有りの表示を行い、このルーチンを終了する。
【００６９】
また、ステップ１１６において累積プリント枚数が１万枚未満でない（すなわち、１万枚以上である）と判断した場合は、ステップ１２０に移行して、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））に対する微分効率η（ｔ（ｎ−１０））の比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））と、環境温度ｔｎにおける初期微分効率η０（ｔｎ）に対する微分効率η（ｔｎ）の比η（ｎ、ｔｎ）との比が所定値（例えば、０．９）未満かを判断する。
【００７０】
即ち、前記比η（ｎ、ｔｎ）／η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））が０．９未満であれば１万枚前の初期微分効率に対する微分効率の比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０）と現在の初期微分効率に対する微分効率の比η（ｎ、ｔｎ）との変化量が０．１以上も大きくなるのでＬＤは劣化状態と判断することができ、逆に、前記変化量が０．１よりも小さいのでＬＤは正常と判断することができる。
【００７１】
すなわち、ＬＤの仕様を超える大きさの静電気等をＬＤに放電すると、図８に示す様に、放電されたときから２〜５時間のＬＤ点灯時間経過後に光走査装置が故障することが確認されている。
【００７２】
例えば、プリンタの場合では、２〜５時間のＬＤ点灯時間で１万枚〜１０万枚のプリントを行うことができるため、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））と比較して経時的な劣化状態の検出を行うように設定することによって、ＬＤの故障を早期に検知することができる。
【００７３】
なお、変化の判断基準として、ここでは、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））に対する微分効率η（ｔ（ｎ−１０））との比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））に対する前記比η（ｎ、ｔｎ）の比η（ｎ、ｔｎ）／η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））が０．９未満としたが、この値は比の変化が０．１程度以上であれば、ＬＤの劣化の可能性が高いことから決定した値であり、特に０．９に限定するものではない。
【００７４】
ステップ１２０において、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））に対する微分効率η（ｔ（ｎ−１０））との比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））に対する前記比η（ｎ、ｔｎ）の比が０．９未満でないと判断した場合は、再びステップ１００に戻り、上述の動作を繰り返す。
【００７５】
また、ステップ１２０において、１万枚前の初期微分効率η０（ｔ（ｎ−１０））に対する微分効率η（ｔ（ｎ−１０））との比η（ｎ−１０、ｔ（ｎ−１０））に対する前記比η（ｎ、ｔｎ）の比が０．９未満であると判断した場合は、ステップ１２２に移行して図示しない表示装置に劣化有りの表示を行い、このルーチンを終了する。
【００７６】
以上説明した判断ルーチンでは、１０００枚のプリントが終了すると（すなわち、予め定めた期間毎に）劣化の判断を行うように設定した場合について説明したが、例えば、図示しない指示部から指示されたときに劣化の判断を行うように設定したり、予め定めた期間毎に劣化の判断を行うと共に図示しない指示部から指示されたときに劣化の判断を行うように設定することが可能である。
【００７７】
このように光走査装置に組み込まれたＬＤ毎にＬＤが配置された環境温度に合わせてＬＤの劣化状態を検出できるので、精度よくＬＤの劣化状態を検知することができる。
【００７８】
また、このような劣化状態の判断に基いて、図示しない表示装置にＬＤ２６の劣化有り表示がされたときに、ＬＤの交換を行うようにすることで、突然のＬＤ故障によるデータの消失、機械の停止などのトラブル未然に防ぐことができる。
【００７９】
また、光走査装置のキーパーツであるＬＤを交換すれば、再び光走査装置の使用が可能となるので、光走査装置のリサイクル化を実現できる。したがって、部品コスト、再調整コストを低く押さえることができるので、高信頼性に加えて、低コスト、環境保護対応商品の製造が可能となる。
【００８０】
さらに、光走査装置に組み込まれたＬＤ毎にＬＤの置かれている環境温度に合わせてＬＤの劣化状態を検出できることから、例えば半導体レーザアレイのように、複数の光源を備えたＬＤにおいて微分効率の変動要因として問題となる光源間の熱的クロストークに起因する誤検知を回避でき、精度よくＬＤの劣化状態を検出することが可能である。
【００８１】
なお、以上の実施の形態では、独立した構成の半導体レーザの劣化検出装置について説明しているが、例えば、ＡＰＣ制御を行うプログラム等他のプログラム上に半導体レーザの劣化検出装置を組み込んだ構成とする事も可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、温度による微分効率ηの変動や半導体レーザの製造ロットの違いによる微分効率ηのバラツキに左右されずに、半導体レーザの劣化状態を早期に判断可能な半導体レーザの劣化検出装置を提供できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体レーザの劣化検出装置の実施の形態の概略構成を示す説明図である。
【図２】 ＬＤの環境温度がｔ１℃のときとｔ２℃のときの駆動電流Ｉfと光出力Ｐとの関係を示すグラフである。
【図３】 横軸をＬＤ環境温度ｔ（℃）、縦軸を微分効率ηとしたときに得られる初期微分効率特性と、この初期微分効率特性対して決定される劣化判断基準とを示すグラフである。
【図４】 判断部の劣化判断の制御ルーチンである。
【図５】 画像形成装置の一般的な構成を示す説明図である。
【図６】 光走査装置の一般的な構成を示す説明図である。
【図７】 ＬＤの光出力Ｐと駆動電流Ｉｆとの温度毎の関係を示すグラフである。
【図８】 ＬＤの光出力Ｐが一定となるように調整した場合のタイプ２とタイプ３の故障における駆動電流ＩｆとＬＤの点灯時間ｈとの関係を示すグラフである。
【図９】 ＬＤの製造ロット毎の微分効率のバラツキを示すグラフである。
【図１０】 ＬＤの初期微分効率η０に対する微分効率ηの比とＬＤの点灯時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 判断部
１１、３４ Ａ／Ｄ変換器
１２ 温度計
１４ ＣＰＵ
１６ ＲＯＭ
１８ ＲＡＭ
２０ 入出力ポート
２２ Ｄ／Ａ変換器
２４ ＬＤ駆動回路
２６ 半導体レーザ
３０ スタートオブスキャンセンサ
３２ Ｉ／Ｖ変換器
Claims (4)
- 半導体レーザが配置された環境の温度を検知する温度検知手段と、
駆動電流の変動に対する劣化前の半導体レーザの光出力変動の比率である初期微分効率と半導体レーザが配置された環境の温度との関係を表す初期微分効率特性を用いて、前記検知された温度における初期微分効率を算出する初期微分効率算出手段と、
前記温度検知手段により検知された温度において半導体レーザに与えられる駆動電流の変動に対する半導体レーザの光出力変動の比率である微分効率を演算する演算手段と、
前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が所定値以上で、且つ、前記比と予め定めた期間以前の初期微分効率に対する前記微分効率の比との比が予め定めた一定値未満のときに半導体レーザが劣化していると判断する劣化判断手段と、
を備えた半導体レーザの劣化検出装置。 - 前記劣化判断手段は、更に、前記初期微分効率に対する前記微分効率の比が前記所定値未満のときに劣化と判断する請求項１に記載の半導体レーザの劣化検出装置。
- 前記初期微分効率特性は、半導体レーザの製造時または半導体レーザを使用する光学装置の製造時に算出される請求項１又は２に記載の半導体レーザの劣化検出装置。
- 前記劣化判断手段は、半導体レーザの使用時間が増加するに従って前記所定値を大きくする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザの劣化検出装置。
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