JPH04145341A - ホログラムの回折効率測定方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、情報読取り装置、例えばバーコード読取り装
置に使用されるホログラムの性能の一つである回折効率
を測定する方法およびその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ホログラムの回折効率を測定する方法として、−船釣に
レーザビームを用いる方法が知られている。レーザビー
ムを用いる方法とはホログラムにレーザビームを入射し
た際の、ホログラムに記録されている干渉縞によって回
折された１次回折光の光強度とホログラムに入射する前
のレーザビームの光強度との比からホログラムのレーザ
ビーム入射点における回折効率を得るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の方法は、ある−点における回折効率を測定する方
法であるため、ホログラム全体に渡る回折効率分布を測
定することができないという問題がある。

本発明の目的は上記問題を解決し、ホログラム面全体の
回折効率を測定可能とすることである。

〔問題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は予め設定された
波長を有するレーザー光を干渉縞が記録されたホログラ
ムの全体に照射して該ホログラムを直進して透過する透
過光の強度（Ｉｏ）を測定すること、 前記ホログラムに入射する前記レーザー光の入射光の強
度（Ｉｉ）を測定すること、 前記ホログラムの特定部位に入射する前記レーザー光の
入射光の強度（ＩｉＡ）を測定すること、前記ホログラ
ムの特定部位のノイズ光の強度（ｒ、ａ）を測定するこ
と、 前記４つの強度に基づいて下記式により前記ホログラム
の回折効率（η）を求めること、η＝（１１ｏ　／Ｉ−
１−Ａ／Ｉ五Ａ）Ｘ１００％という技術的手段を採用し
たものである。

上記式中のＩ　−ａ／　Ｉ　ｉａは下記の式によりもと
めることができる。

Ｉ−ａ／Ｉ＝ｓ”’１−η’ａ　　Ｉ　ＩＩＡ／　Ｉ　
、Ａη’、−１’ｌＡ／Ｉ’長。

但し、■。、は前記特定部位において前記ホログラムを
直進して透過する透過光の強度であり、ｔｔａおよび■
°、＾は前記特定部位にに入射する前記レーザー光の入
射光の強度であり１、Ｉ°１＾は前記特定部位における
前記ホログラムの一次回折光の強度である。

上記レーザー光の波長は、前記ホログラムの前記干渉縞
を作成する際に用いたレーザー光の波長と同一であって
もよい。

また、上記各工程を順次行ってもよい。

更に、本発明では、 レーザー光源と、 該レーザー光源から出射されるレーザービームを拡大す
る手段と、 該手段により拡大されたレーザービームがその全体に入
射され、干渉縞が記録されたホログラムと、 前記ホログラムに入射する前記レーザー光の入射光（Ｉ
ｆ　）および前記ホログラムを直進して透過する透過光
（Ｉｏ）が入力される撮像機と、前記ホログラムの特定
部位に入射する前記レーザー光の入射光の強度（ビ、Ａ
）、該特定部位にの前記ホログラムの一次回折光の強度
（１’　ｉａ）、および該特定部位の前記ホログラムを
直進して透過する透過光の強度（Ｉｏａ）を測定する点
効率測定手段と、 前記撮像機からの前記光の強度および前記点効率測定手
段からの前記光の強度を基に下記式に基づいて前記ホロ
グラムの前記回折効率を測定する回折効率計軍手段と、 を具備する η＝　（１−１６／Ｉｆ−ＬＡ／Ｉ＝ａ）Ｘ１００％Ｉ
　＋ｓａ／　Ｉ　ｉａ”　１−η゛、−■。ａ／　Ｉ　
ｉａη”Ａ＝　１’＋ａ／　Ｉ”ム。

という技術的手段を採用してもよい。

なお、撮像機はＣＣＤカメラにより構成するとよい。

〔作用〕

ホログラムのある一点における回折効率を測定するので
はなく、ホログラム全体に渡る回折効率を測定すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ホログラム全体に渡る回折効率を測定
することができる。従って、−点のみの回折効率を測定
する場合に比べて精度のよい測定が期待できる。

〔実施例〕

第１図はホログラム回折効率測定装置の平面図である。

光学レール２１は横断面Ｘ字状の形状を有し、キャリア
２２ａとベースプレート２３とを用いボルト２４によっ
てベース２０に固定されている。

以下に述べるすべての構成部品は光学レール２１にかみ
合わされたキャリア２２ｂ上に配置されており、光学レ
ール２１上を、レール２１の軸線方向に移動可能である
。

レーザ光源１は図示せぬコレットスタンド、口ラド、及
びレーザホルダによって支持され、レーザ光源１から出
射されたレーザビーム２の高さ及び出射方向（以後光軸
と呼ぶ）を調整可能となっている。ＮＤフィルタ２５及
び可変式ＮＤフィルタ２６はレーザビーム２を必要な明
るさに調節するフィルタであり、各フィルタはそれぞれ
ホルダ２５ａ及び２６ａにて支持されている。ＮＤフィ
ルタ２５は通常第１図に描かれている位置にあるが、後
で述べる点効率測定時にのみホルダ２５ａをレーザビー
ム２がＮＤフィルタ２６に直接入射可能となる位置まで
横方向に移動可能な構成としである。可変式ＮＤフィル
タ２６は、ＣＣＤカメラ１０に取り込まれる収束光９の
光強度がＣＣＤカメラ１０のダイナミックレンジ内に収
まる明るさに調節するものである。各ＮＤフィルタ２５
及び２６を通過したレーザビーム２は、光軸に対し４５
度傾けて配置されたハーフミラ−２７によって直進する
レーザビーム２ａと、光軸に対し９０度の方向に反射さ
れたレーザビーム２ｂとに分割される。直進するレーザ
ビーム２ａは、ハーフミラ−２７と同様に光軸に対し４
５度傾けて配置されたミラー２９によって光軸に対し９
０度の方向に反射される。反射されたレーザビーム２Ｃ
は、その進行方向に配置されたミラ３０によってレーザ
ビーム２Ｃの進行方向に対し９０度回転した方向、すな
わちレーザビーム２ａの進行方向と逆向きのレーザビー
ム２ｄとなる。レーザビーム２ｄは、ディスク面に多数
の径の異なる穴を有し、ディスクの回転によりその穴を
選択できる可変ピンホール３１を通過しスペーシャルフ
ィルタ３に入射される。スペーシャルフィルタ３ば、対
物レンズ３ａと図示せぬ心出し機構及びピンホールとか
ら成り、レーザビーム２ｄは対物レンズ３ａによって収
束され対物レンズ固有の焦点距離の位置においてレーザ
ビーム２ｄのビーム径が最小となり以後は発散光２ｅと
なる。上記の焦点位置とピンホールの中心とが重なるよ
うに心出し機構によって対物レンズ３ａ及びピンホール
の位置を調整させる。発散光２ｅは、発散光２ｅが平行
光５となる位置に配置された凸レンズ４によって平行光
化され、ホログラム６に入射される。ホログラム６は干
渉縞が記録された公知の透過型であり、全体が円板状で
あって、該ホログラム６はホルダ６ａによって支持され
ている。ホルダ６ａは図示せぬ並進ステージ及び回転ス
テージ６ｂ上に配置されている。ホログラム６は上記並
進ステージによって矢印×の方向に移動可能であり、ま
た回転ステージ６ｂによって矢印θの方向に回転可能で
ある。更に、ホルダ６ａは光軸を中心に回転可能な構造
となっておりこれらの動作によってホログラム６の位置
決めを可能としている。

ホログラム６に入射される平行光５のうち、ホルダ６ａ
によって遮断される外輪部分及びホログラム６に記録さ
れている干渉縞によって回折される図示せぬ回折成分を
除いた直進する０次透過光７は、凸レンズ８によって収
束され、その収束光９はＣＣＤカメラ１０に取り込まれ
る。取り込まれた収束光９は０次透過光強−度分布画像
データとして後述する画像メモリ１１に記録される。

また、ホログラム６をホルダ６ａから取り去った時の収
束光９はホログラム６への入射光となり、入射光強度分
布画像データとして画像メモリ１１に記録される。なお
、レーザビームの波長は、ホログラム６の干渉縞記録時
のレーザビームの波長と同一としてあり、例えば６７０
ｎ−ｍである。

次に、ホログラムの回折効率の計算方法及びデータ処理
手段について第２図、第４図及び第５図を用いて説明す
る。第２図はホログラムへの入射光及び出射光を描いた
図、第４図はデータ処理手段の構成図、第５図は回折効
率判定手段のフローチャートである。

第２図において、レーザ光源１によりホログラム６に入
射される入射光■□は（第１図の平行光５）は様々な方
向へ分岐して出射する。出射光には、ホログラム６に記
録された干渉縞により回折された１次回折光■、とホロ
グラム６を直進して透過した０次透過光１．との他に、
次なる出射光成分がある。即ち、１次回折光■１の回折
角θ、よりも大きな回折角で回折するＮ次回折光１．　
　（Ｎ−１，２，・・・）、光軸に関して上記Ｎ次回折
光■、と対称な位置に回折されるマイナスＮ次回折光１
．’　（Ｎ”＝−１，−２，・・・）、入射光■８のホ
ログラム６上の入射点に関して上記Ｉ、及びＩゎ゛と対
称な方向へ反射される反射光Ｉ、及び■８゛、更にホロ
グラム６の内部で散乱される図示せぬ散乱光■、などが
ある。

上記出射光のうち、１次回折光Ｉ、及び０次透過光Ｉ０
以外の光を本発明においては総じてノイズ光ＩＮと呼ぶ
。そして、入射光１五と各出射光との関係は次式で表さ
れる。

Ｉ＝　＝Ｉ＋　＋Ｉｏ　＋Ｉ−・・・（１）ホログラム
６の回折効率ηはホログラム６への入射光強度１．に対
する１次回折光強度Ｉ、の比で与えられる。

η＝１．／Ｉｉ　　　　　　　　　　　　　・・・（２
）（２）式を（１）式に代入すれば、本発明における回
折効率ηの計算式が求まる。

ｌ　五　　　　　　　１１ ここで、ノイズ光■、は前述した通り実測不可能な散乱
成分を含んでいるため正確な値を直接知ることはできな
い。しかし、従来の回折効率測定法を用いればノイズ光
■７を間接的に求めることが可能となる。

以下にノイズ光Ｉ７を計算式を用いて導出する。

ホログラム６内お特定部位の点Ａにおける回折効率η“
、は（２）式より次の様になる。

７・、＝Ｉ・ｌＡ／■・、Ａ　　　　　　　　・・・（
４）１’ＩＡｒ　　ＩＺＡはそれぞれホログラム６上の
点Ａにおける１次回折光及び入射光の強度である。

一方、同じ点Ａにおける本発明による回折効率η、は（
３）式を用いて次の様になる。

Ｉｏａ、　　Ｉム、は０次透過光及び入射光の面分布上
の点Ａにおける光強度である。

上記（４）式と（５）式で計算される回折効率が互いに
等しいとすると、 上式を変形し、 上式がホログラム内の点Ａにおけるノイズ光成分となる
。上式（６）で計算されたノイズ光をホログラム６のノ
イズ光の代表値とすれば、本発明による、ホログラム６
の任意の点における回折効率ηは（３）式に（６）式を
代入した次式で与えられる。

次に、ホログラム６上のある点Ａにおける回折効率を求
めるための光学系を第１図及び第３図を用いて説明する
。ハーフミラ−２７によって光軸に対し９０度の方向に
反射されたレーザビーム２ｂはミラー２８によって９０
度反射され、ホログラム６に垂直に入射される。第３図
ばレーザビームの経路を示した図である。ミラー２８が
Ｎの位置にあるときレーザビーム２ｂはホログラム６内
の点ａに入射し、ホログラム６によって回折された１次
回折光■゛１．が光センサ３４（光パワーメータ）に入
射される。また、ミラー２８がＭの位置にあるときはレ
ーザビーム２ｂはホログラム６には入射せずに直接セン
サ３４に入射する。このビームはホログラム６へ入射す
る前のビームと同じなので、このビームを入射光■゛１
．とすると、１１１□とから点ａにおける回折効率η、
は次の式％式％ 次に第４図を用いてデータ処理手段の構成について述べ
る。まず、ホログラム６への入射光Ｉ。

の面分布はＣＣＤカメラ１０によって撮影され上記Ｉ、
は入射光面分布画像Ｐ、どして画像メモリ１１に送られ
、ＣＰＵ１２内のメモリ１２ａにて保管される。同時に
、ＣＲＴ等の画像表示手段１３によって面分布画像が表
示される。一方、０次透過光１．もＣＣＤカメラ１０に
よって機影され、０次透過光面分布画像Ｐ６として画像
メモリ１１に送られ、画像表示手段１３に表示される。

　Ｐｉ及びＰｏは回折効率計算手段１２ｂに送られ、前
述の（７）式を用いて回折効率面分布Ｅｆを計算する。

Ｅｆは画像メモリ１１に記憶され画像表示手段１３に表
示される。またＥｆは回折効率判定手段１２ｃに送られ
る。回折効率判定手段１２ｃは公知の画像処理手法であ
るｎ値化処理を行う手段であり、ｎ−１個のしきい値を
与えて回折効率面分布Ｅｆをｎ段階に区切ったｎ値回折
効率分布Ｅｎは画像メモリ１１に記憶されるとともに、
基準を満足するかどうかの合否判定を行い画像表示手段
１３に表示される。なお、画像メモリ１１のＰ、は後述
のホログラム６の特定部位Ａ点の０次透過光も含むもの
である。

以下、本発明の作動を第５図のプログラムフローチャー
トで説明する。

ステップ１０１でメモリ等の初期化を行った後、ステッ
プ１０２で入射光であることを確認し、スナップ１０３
で入射光を画像メモリ１１に取込む。

次に、ステップ１０４において、０次透過光であること
を確認し、ステップ１０５にて後述の点効率測定を行い
ステップ１０６で０次透過光を取込む。この際、先に取
り込んだ入射光はＣＰＵ１２内のメモリ１２ａに退避さ
せておく。

点効率測定ルーチン１０５は以下の通りである。

まずステップ２０１においてホログラム６の特定部位Ａ
点に入射されたレーザビームの入射位置（第３図のＡ点
）を、直進する透過光がＣＣＤカメラ１０内のＣＣＤ素
子に入射した位置として検出し、この位置に対応するス
テップ１０３．１０６において各々取り込まれた入射光
および透過光における位置の強度■え、、■１゜を回折
効率計算手段１２ｂに送る。一方、ステップ２０２にお
いて、前述の操作に基づき、ホログラム６内のある点Ａ
における入射ビーム及び１次回折ビームの強度を測定（
前記（４）式におけるＩ′□、１′１゜）し、ステップ
２０３でビーム入射点Ａにおける回折効率（前記（４）
式）を計算し、ステップ２０４で前記η゛＾、＾、ビ曹
１ｌＡを用いて前記（６）式によりノイズ光成分を計算
する。ステップ１０３及び１０６において取込んだ画像
をもとにステップ１０７においてホログラム６の回折効
率（前述の（７）式）を計算する。ステップ１０７の計
算結果を用いステップ１０８で前述したｎ値化処理を行
い。ステップ１０９で処理結果を画像表示手段１３を用
いて表示する０次に、ステップ１１０で、先のステップ
１０７で求めた回折効率結果の合否の判定を行い、ステ
ップ１１１にて判定結果を画像表示手段１３に表示する
。ステップ１１２で終了となる。

なお、本実施例によれば、上述のごとく、各種光成分Ｈ
ＣＣＤカメラ１０、画像メモリ１１に取込まれるため、
これらの画素数が多ければ、ホログラム面の単位面積当
りの分解能が向上し、ホログラム面の傷、気泡等の欠陥
の検出を容易に行うことができる。

本発明は、上記実施例に限らず、次のごとき変形が可能
である。

（１）上記実施例の（７）式において、測定するホログ
ラム毎にノイズ光成分を（６）式から計算するのではな
く、例えば１個のホログラムのノイズ光成分を求め、こ
れを代表値として（７）式に直接代入することにより、
測定対象の多数のホログラム毎のノイズ光成分を測定す
る必要がなくなる。これは、第１図のミラー２７及び２
８．第３図におけるセンサ３４．更に第５図における点
効率測定ルーチン１０５がすべて不要となるため、上記
実施例に比べ簡単に回折効率を測定することが可能とな
る。

（２）ホログラムは透過型に限らず、リップマン型ホロ
グラム等の反射型ホログラム６であってもよい。

（３）ホログラムの全体に入射させるレーザー光の波長
は、ホログラムに干渉縞を記録させるレーザー光の波長
と同一にする必要はない。

（４）第３図における光パワーメータ３４はフォトダイ
オードで代用しても勿論よい。

（５）ホログラム６の特定部位（第３図のＡ点）におけ
る透過光強度を求めるために、該特定部位の後方側に第
３図の光パワーメータ３４を配置し、部特定部位におけ
る透過光の強度を直接に求めるようにしても勿論よい。

（６）本発明は、ヘッドアップデイスプレィに用いられ
るホログラムの回折効率測定にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はホログラム回折効率測定装置の平面図、第２図
はホログラムへの入射光及び出射光を示す図、第３図は
レーザビームの経路を示す図、第４図はデータ処理手段
の構成を示す図、第５図は回折効率測定のフローチャー
トを示す図である。 １・・・レーザー光源、６・・・ホログラム、１０・・
・ＣＣＤカメラ、１１・・・画像メモリ、１２・・・Ｃ
ＰＵ。 １２ａ・・・メモリ、１２ｂ・・・回折効率計算手段、
１２ｃ・・・回折効率判定手段、２７，２８．３４・・
・点効率測定手段をなすミラー、光パワーメータ。 代理人弁理士　　岡　部　　　隆 第 図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め設定された波長を有するレーザー光を干渉縞
   が記録されたホログラムの全体に照射して該ホログラム
   を直進して透過する透過光の強度（Ｉ＿ｏ）を測定する
   こと、 前記ホログラムに入射する前記レーザー光の入射光の強
   度（Ｉ＿ｉ）を測定すること、 前記ホログラムの特定部位に入射する前記レーザー光の
   入射光の強度（Ｉ＿ｉ＿Ａ）を測定すること、前記ホロ
   グラムの特定部位のノイズ光の強度（Ｉ＿ｎ＿Ａ）を測
   定すること、 前記４つの強度に基づいて下記式により前記ホログラム
   の回折効率（η）を求めること、η＝（１−Ｉ＿ｏ／Ｉ
   ＿ｉ−Ｉ＿ｎ＿Ａ／Ｉ＿ｉ＿Ａ）×１００％を特徴とす
   るホログラムの回折効率測定方法。
2. （２）前記ノイズ光の強度は予め設定された値であるこ
   とを特徴とする請求項（１）記載のホログラムの回折効
   率測定方法。
3. （３）前記ノイズ光は下記式に求められることを特徴と
   する請求項（１）記載のホログラムの回折効率測定方法
   。 Ｉ＿ｎ＿Ａ／Ｉ＿ｉ＿Ａ＝１−η′＿Ａ−Ｉ＿ｏ＿Ａ／
   Ｉ＿ｉ＿Ａη′＿Ａ＝Ｉ′＿ｉ＿Ａ／Ｉ′＿ｉ＿Ａ 但し、Ｉ＿ｏ＿Ａは前記特定部位において前記ホログラ
   ムを直進して透過する透過光の強度であり、Ｉ＿ｉ＿Ａ
   およびＩ′＿ｉ＿Ａは前記特定部位に入射する前記レー
   ザー光の入射光の強度であり、Ｉ′＿ｉ＿Ａは前記特定
   部位における前記ホログラムの一次回折光の強度である
   。
4. （４）前記レーザー光の波長は、前記ホログラムの前記
   干渉縞を作成する際に用いたレーザー光の波長と同一で
   あることを特徴とする請求項（１）または（２）記載の
   ホログラムの回折効率測定方法。
5. （５）予め設定された波長を有するレーザー光を干渉縞
   が記録されたホログラムの全体に照射して該ホログラム
   を直進して透過する透過光の強度（Ｉ＿ｏ）を測定する
   第１ステップと、 前記ホログラムに入射する前記レーザー光の入射光の強
   度（Ｉ＿ｉ）を測定する第２ステップと、前記ホログラ
   ムの特定部位に入射する前記レーザー光の入射光の強度
   （Ｉ＿ｉ＿Ａ）を測定する第３ステップと、 前記ホログラムの特定部位のノイズ光の強度（Ｉ＿ｎ＿
   Ａ）を測定する第４ステップと、を具備し、 前記第１ステップ〜第４ステップを順次行い、各ステッ
   プにより測定した各光の強度に基づいてη＝（１−Ｉ＿
   ｏ／Ｉ＿ｉ−Ｉ＿ｎ＿Ａ／Ｉ＿ｉ＿Ａ）×１００％の式
   により、前記ホログラムの回折効率（η）を求めること
   を特徴とするホログラムの回折効率測定方法。
6. （６）前記ノイズ光は下記式に求められることを特徴と
   する請求項（５）記載のホログラムの回折効率測定方法
   。 Ｉ＿ｎ＿Ａ／Ｉ＿ｉ＿Ａ＝１−η′＿Ａ−Ｉ＿ｏ＿Ａ／
   Ｉ＿ｉ＿Ａη′＿Ａ＝Ｉ′＿１＿Ａ／Ｉ′＿ｉ＿Ａ 但し、Ｉ＿ｏ＿Ａは前記特定部位において前記ホログラ
   ムを直進して透過する透過光の強度であり、Ｉ＿ｉ＿Ａ
   およびＩ′＿ｉ＿Ａは前記特定部位に入射する前記レー
   ザー光の入射光の強度であり、Ｉ′＿１＿Ａは前記特定
   部位における前記ホログラムの一次回折光の強度である
   。
7. （７）レーザー光源と、 該レーザー光源から出射されるレーザービームを拡大す
   る手段と、 該手段により拡大されたレーザービームがその全体に入
   射され、干渉縞が記録されたホログラムと、 前記ホログラムに入射する前記レーザー光の入射光（Ｉ
   ＿ｉ）および前記ホログラムを直進して透過する透過光
   （Ｉ＿ｏ）が入力される撮像機と、前記ホログラムの特
   定部位に入射する前記レーザー光の入射光の強度（Ｉ′
   ＿ｉ＿Ａ）、該特定部位の前記ホログラムの一次回折光
   の強度（Ｉ′＿１＿Ａ）、および該特定部位の前記ホロ
   グラムを直進して透過する透過光の強度（Ｉ＿ｏ＿Ａ）
   を測定する点効率測定手段と、 前記撮像機からの前記光の強度および前記点効率測定手
   段からの前記光の強度を基に下記式に基づいて前記ホロ
   グラムの前記回折効率を測定する回折効率計算手段と、 を具備する η＝（１−Ｉ＿ｏ／Ｉ＿ｉ−Ｉ＿ｎ＿Ａ／Ｉ＿ｉ＿Ａ）
   ×１００％Ｉ＿ｎ＿Ａ／Ｉ＿ｉ＿Ａ＝１−η′＿Ａ−Ｉ
   ＿ｏ＿Ａ／Ｉ＿ｉ＿Ａη′＿Ａ＝Ｉ′＿１＿Ａ／Ｉ′＿
   ｉ＿Ａ ことを特徴とするホログラムの回折効率測定装置。
8. （８）前記撮像機はＣＣＤカメラより構成されているこ
   とを特徴とする請求項（７）記載のホログラムの回折効
   率測定装置。