JP3058929B2 - Method and apparatus for evaluating holographic optical element - Google Patents
Method and apparatus for evaluating holographic optical elementInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ホログラフィック光学
素子の評価方法、評価装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a holographic optical element evaluation method and apparatus.
【０００２】[0002]
【従来技術とその問題点】ホログラフィック光学素子は
光ピックアップやレーザースキャナーなどの光学素子と
してすでに利用されており、さらにヘッドアップディス
プレイのコンバイナーなどとしても応用が期待されてい
る。2. Description of the Related Art Holographic optical elements have already been used as optical elements such as optical pickups and laser scanners, and are also expected to be applied as combiners for head-up displays.
【０００３】従来、このようなホログラフィック光学素
子の結像特性を評価する方法としては、適当な方法がな
く目視によって行っていた。しかしながら、目視による
方法は、評価者や観察条件などの差によって、偏差を生
じ、客観的に評価することは不可能であった。Conventionally, there has been no suitable method for evaluating the image forming characteristics of such a holographic optical element, and the method has been performed visually. However, the visual method causes a deviation due to a difference in an evaluator or observation conditions, and it is impossible to objectively evaluate the method.
【０００４】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、ホログラフィック光学素子の結像特性を偏差
を生ずることなく、客観的に評価することができる評価
方法とその装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and provides an evaluation method and apparatus capable of objectively evaluating the imaging characteristics of a holographic optical element without causing a deviation. The purpose is to:
【０００５】[0005]
【問題点を解決するための手段】本発明の評価方法は、
ホログラムが記録されたサンプル板に対して、光源によ
り微小孔を透過する光を照射してサンプル板の回折像を
実像として結像させるとともに、この結像される位置の
光の強度分布に基づいて、モジュレーション伝達関数を
演算し、この値により前記サンプル板の結像の良否を判
定するようにしたことを特徴とし、評価装置としては、
ホログラムが記録されたサンプル板に対して、光を照射
する手段として光源と微小孔を有する小孔板と凸レンズ
をそれぞれ配設するとともに、該サンプル板によって回
折像が結像される位置に配設されたスリット板と該スリ
ット板の透過光を受光する光電変換素子と該光電変換素
子の電気信号に基づいてモジュレーション伝達関数を演
算する演算処理装置とを具備するようにするか、ホログ
ラムが記録されたサンプル板に対して、光を照射する手
段として光源と微小孔を有する小孔板を、該サンプル板
の回折方向に凸レンズをそれぞれ配設するとともに、回
折像が結像される位置に配設されたスリット板と該スリ
ット板の透過光を受光する光電変換素子と該光電変換素
子の電気信号に基づいてモジュレーション伝達関数を演
算する演算処理装置とを具備するようにしたことを特徴
とする。[Means for Solving the Problems] The evaluation method of the present invention comprises:
The sample plate on which the hologram is recorded is irradiated with light transmitted through the microholes by the light source to form a diffraction image of the sample plate as a real image, and based on the light intensity distribution at the position where the image is formed. The modulation transfer function is calculated, characterized in that the quality of the imaging of the sample plate is determined based on this value, as an evaluation device,
A light source, a small hole plate having minute holes, and a convex lens are provided as means for irradiating light to the sample plate on which the hologram is recorded, and are provided at positions where a diffraction image is formed by the sample plate. Or a photoelectric conversion element for receiving light transmitted through the slit plate and an arithmetic processing unit for calculating a modulation transfer function based on an electric signal of the photoelectric conversion element, or a hologram is recorded. The sample plate is provided with a light source and a small hole plate having micro holes as means for irradiating light, and a convex lens is arranged in the diffraction direction of the sample plate, and is arranged at a position where a diffraction image is formed. A slit plate, a photoelectric conversion element for receiving light transmitted through the slit plate, and an arithmetic processing unit for calculating a modulation transfer function based on an electric signal of the photoelectric conversion element Characterized by being adapted to comprise and.
【０００６】[0006]
【作用】透過型ホログラフィック光学素子あるいは反射
型ホログラフィック光学素子を用い虚像を示す通常の表
示装置においては、レンズの結像特性等を結像の強度分
布から空間周波数の関数として光学的伝達関数（ＯＴ
Ｆ）、モジュレーション伝達関数（以下、ＭＴＦと略称
する）で評価する従来の方法を応用するにも不可能であ
ったが、本発明者らは装置に工夫を凝らし、少なくも凸
レンズを光源側か回折光側に挿入することにより、実像
を結像させ、ＭＴＦを演算することを可能にしたもので
あり、さらに反射率が高く、表面平滑な、例えばガラス
基板などにクロムあるいは銀などを被覆した表面鏡など
の標準鏡を100 ％としたときの値に補正した補正ＭＴＦ
により評価をすることにより、絶対的、定量的な評価を
可能にしたものである。In an ordinary display device which uses a transmission type holographic optical element or a reflection type holographic optical element to show a virtual image, an image transfer characteristic of a lens is determined from an image intensity distribution as a function of a spatial frequency. (OT
F), it was not possible to apply the conventional method of evaluating with a modulation transfer function (hereinafter abbreviated as MTF). However, the present inventors have devised a device and have at least a convex lens connected to the light source side. By inserting it on the diffracted light side, a real image is formed, and MTF can be calculated.The reflectance is high and the surface is smooth, for example, a glass substrate is coated with chromium or silver. Corrected MTF corrected to the value when standard mirror such as surface mirror is set to 100%
The absolute and quantitative evaluations have been made possible by performing the evaluation according to.
【０００７】[0007]
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に
説明する。図１、図５は、それぞれ本発明の実施例１、
実施例２におけるホログラフィック光学素子の評価装置
を示す要部側面図、図２、図３、図４はそれぞれ実施例
１における結像を説明するための要部概略図、スリット
による再生像の光強度を示す図であり、(a) はスリット
と再生像を示し、(b) は再生像の光強度分布図、サンプ
ル１、サンプル４、および標準鏡の空間周波数−ＭＴＦ
特性図であり、点線はサンプル１の補正ＭＴＦを示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 5 show Example 1 of the present invention,
FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4 are schematic views of a main part for explaining image formation in the first embodiment, and a light of a reproduced image by a slit, respectively, showing an apparatus for evaluating a holographic optical element in the second embodiment. FIG. 3A is a diagram showing intensity, (a) shows a slit and a reproduced image, and (b) is a light intensity distribution diagram of the reproduced image, and samples 1, 4 and a spatial frequency-MTF of a standard mirror.
FIG. 9 is a characteristic diagram, in which a dotted line indicates a corrected MTF of Sample 1;
【０００８】実施例１ 図１に示すように、凸レンズを光源側に設けた評価装置
について例示する。反射型ホログラムが記録されたサン
プル板１は水平面との角度、傾斜角を可変とする回転ス
テージ1aに保持される。このサンプル板１に対して、光
を照射する手段として、Ｘｅランプ等の光源２、再生時
の光源に近似させるためのフィルター３、反射鏡４、例
えば二つのスリットなどの微小孔を有する小孔板５、光
を絞り凸レンズの中央部分に光を照射するための、中央
部分に円形の孔が形成された絞り６、回折側に実像を結
像させるための水平方向（光路に沿って前後方向）に移
動自在に保持される凸レンズ７を配設する。Embodiment 1 As shown in FIG. 1, an evaluation apparatus in which a convex lens is provided on a light source side will be exemplified. The sample plate 1 on which the reflection hologram is recorded is held on a rotating stage 1a whose angle with respect to the horizontal plane and the inclination angle are variable. As a means for irradiating the sample plate 1 with light, a light source 2 such as a Xe lamp, a filter 3 for approximating a light source at the time of reproduction, a reflecting mirror 4, a small hole having minute holes such as two slits, for example. A plate 5, a diaphragm 6 for irradiating light to a central portion of the convex lens, a diaphragm 6 having a circular hole formed in the central portion, a horizontal direction for forming a real image on the diffraction side (a longitudinal direction along the optical path). The convex lens 7 which is movably held in (1) is provided.
【０００９】サンプル板１によって光源の光が回折さ
れ、実像が結像される位置には図１に示すようなスリッ
ト板８、入射した光を散乱させるための散乱板９、光電
変換装置10を配設し、さらに、光電変換装置の電気信号
に基づいてモジュレーション伝達関数を演算するコンピ
ューターなどの演算処理装置11を設ける。スリット板８
と光電変換装置９は直交３軸（垂直軸、紙面に垂直な軸
と光路に対して前後方向の軸の水平２軸）方向と水平方
向との角度、傾斜角を可変とする回転１軸の４軸ステー
ジ12に一体に取り付ける。At the position where the light of the light source is diffracted by the sample plate 1 and a real image is formed, a slit plate 8 as shown in FIG. 1, a scattering plate 9 for scattering incident light, and a photoelectric conversion device 10 are provided. And an arithmetic processing unit 11 such as a computer that calculates a modulation transfer function based on an electric signal of the photoelectric conversion device. Slit plate 8
And the photoelectric conversion device 9 is a single axis of rotation that makes the angle between the three orthogonal axes (vertical axis, the axis perpendicular to the paper surface and the horizontal two axes of the front and rear direction with respect to the optical path) and the horizontal direction and the tilt angle variable. It is attached to the 4-axis stage 12 integrally.
【００１０】このような装置において、光束の経路を図
１により説明すると、光源から平面波に近い光を出射す
るとフィルター３でサンプル板の再生時の光源の波長に
近似させ、反射鏡４を介して小孔板５に入射される。小
孔板５の小孔が２次光源として作用し、２次光源からで
た光は絞り６により凸レンズ７の中央部分に入射し、さ
らに凸レンズ７で絞られサンプル板１で回折された光は
スリット板８と散乱板９を介して光電変換装置10に入射
される。In such an apparatus, the path of the light beam will be described with reference to FIG. 1. When light close to a plane wave is emitted from the light source, the light is approximated by the filter 3 to the wavelength of the light source at the time of reproduction of the sample plate. The light is incident on the small hole plate 5. The small hole of the small hole plate 5 acts as a secondary light source, and the light emitted from the secondary light source is incident on the central portion of the convex lens 7 by the stop 6, and is further narrowed down by the convex lens 7 and diffracted by the sample plate 1. The light is incident on the photoelectric conversion device 10 via the slit plate 8 and the scattering plate 9.
【００１１】また、本装置において結像する作用を説明
すると、反射型ホログラムは凹面鏡と見做すことがきる
ので、図２のようになる。ここで、凸レンズ７と凹面鏡
１’の焦点距離をそれぞれf1、f1、２次光源（物体像5
a) と凸レンズ７の距離、凹面鏡１’と実像結像位置の
距離、凸レンズ７と凹面鏡１’の距離をそれぞれL1、
L2、d とすると、 凸レンズ７について、 １／L1＋１／l1＝１／f1・・・(1) 凹面鏡１’について、 １／l2＋１／L2＝１／f2・・・(2) また、凸レンズと物体像5bの距離、物体像5bと凹面鏡の
距離をそれぞれl1、l2とすると、 ｄ＝l1＋l2 ・・・(3) となるので、式(1) 、(2) 、(3) からL2を求めると、 L2＝ [f2・d −L1・f1・f2/(L1−f1)］／［d＋f2−L1・f1/(L1−f1)] となり、この位置に実像5cが結像するので、光電変換装
置とスリット板をこの位置におけばよい。The operation of the apparatus for forming an image will be described. The reflection hologram can be regarded as a concave mirror, and is shown in FIG. Here, the focal lengths of the convex lens 7 and the concave mirror 1 ′ are respectively f 1 and f 1 , and the secondary light source (the object image 5
a) and the distance between the convex lens 7, the distance between the concave mirror 1 ′ and the real image forming position, and the distance between the convex lens 7 and the concave mirror 1 ′ are L 1 , respectively.
Assuming that L 2 and d, for the convex lens 7, 1 / L 1 + 1 / l 1 = 1 / f 1 ... (1) For the concave mirror 1 ′, 1 / l 2 + 1 / L 2 = 1 / f 2. (2) If the distance between the convex lens and the object image 5b and the distance between the object image 5b and the concave mirror are l 1 and l 2 respectively, d = l 1 + l 2 ... (3) ), (2), (3) from the seek L 2, L 2 = [f 2 · d -L 1 · f 1 · f 2 / (L 1 -f 1)] / [d + f 2 -L 1 · f 1 / (L 1 −f 1 )], and the real image 5c is formed at this position. Therefore, the photoelectric conversion device and the slit plate may be placed at this position.
【００１２】次に、評価の手順について説明する。 （像倍率測定）まず、図３(b) に示すように、結像位置
におけるスリット板８を移動してサンプル板１、凸レン
ズ７などにより拡大された小孔板５のスリットの再生像
を走査することにより、再生像のスリット間の距離a2を
測定し、小孔板のスリット間隔a1との比a2/a1 すなわち
元の像に対する倍率を求め、同時に図３(b) にしめすお
うに、走査距離ｘに対する光強度分布F(x)を得る。Next, an evaluation procedure will be described. (Measurement of Image Magnification) First, as shown in FIG. 3B, the slit plate 8 at the image forming position is moved to scan the reproduced image of the slit of the small hole plate 5 enlarged by the sample plate 1, the convex lens 7, and the like. Then, the distance a 2 between the slits of the reproduced image is measured, and the ratio a 2 / a 1 to the slit interval a 1 of the small aperture plate, that is, the magnification with respect to the original image is obtained, and at the same time, as shown in FIG. Thus, the light intensity distribution F (x) with respect to the scanning distance x is obtained.
【００１３】(ＭＴＦ演算)ここで、走査距離をSL(mm)、
データー数をｎ個、像倍率をIM(=a2/a1)、ｎ個に対応す
る光強度をF(i)とすると、フーリエcos 変換A(u)とフー
リエsin 変換B(u)はそれぞれ次のように演算処理装置で
求められる。(MTF calculation) Here, the scanning distance is represented by SL (mm),
Assuming that the number of data is n, the image magnification is IM (= a 2 / a 1 ), and the light intensity corresponding to n is F (i), the Fourier cos transform A (u) and the Fourier sin transform B (u) are Each is obtained by the arithmetic processing unit as follows.
【００１４】 ただし、Δx =(SL/IM)/(n-1)、u は空間周波数(lines/m
m)ここで、u=0 とおいてA(0)、B(0)を求めると、次のよ
うになる。[0014] Where Δx = (SL / IM) / (n-1) and u is the spatial frequency (lines / m
m) Here, when u = 0 and A (0) and B (0) are obtained, the following is obtained.
【００１５】 A(0)は光強度分布F(x)の各測定点i における光強度を加
算すればよい。[0015] A (0) may be obtained by adding the light intensity at each measurement point i of the light intensity distribution F (x).
【００１６】従って、ＭＴＦをM(u)とすると M(u)= [A(u)2 + B(u)2]1/2 / [A(0)2 + B(0)2]1/2 と表されるので、式(4) 、(5) 、(6) 、(7) から空間周
波数ｕごとのＭＴＦを演算処理装置11で、図４に示すよ
うに求めることができる。Therefore, if MTF is M (u), M (u) = [A (u) 2 + B (u) 2 ] 1/2 / [A (0) 2 + B (0) 2 ] 1 / Since it is expressed as 2 , the MTF for each spatial frequency u can be obtained from the equations (4), (5), (6) and (7) by the arithmetic processing unit 11 as shown in FIG.
【００１７】(評価方法) (1) 空間周波数ｕが例えば2.5(lines/mm) のときのＭＴ
Ｆにより評価する。空間周波数ｕが例えば2.5(lines/m
m) のときのＭＴＦはコントラストの程度を表すもの
で、人の分解能の限度が5.0(lines/mm) と言われている
が、この値におけるＭＴＦより、実際にコントラストを
最も認識できるのは人の分解能が限度より小さい例えば
2.5(lines/mm) であるから、人の目に近似させるという
ことから2.5(lines/mm) におけるＭＴＦで比較したほう
がよく、ヘッドアップディスプレイのコンバイナーとし
て使用する場合には例えば40％以上あるか、ないかで評
価することができる。(Evaluation method) (1) MT when spatial frequency u is 2.5 (lines / mm), for example
Evaluate by F. If the spatial frequency u is 2.5 (lines / m
The MTF at the time of m) indicates the degree of contrast, and it is said that the limit of resolution of a person is 5.0 (lines / mm). Is smaller than the limit
Since it is 2.5 (lines / mm), it is better to compare the MTF at 2.5 (lines / mm) because it approximates human eyes. When using as a combiner for a head-up display, for example, is it 40% or more? , Can be evaluated.
【００１８】(2)ＭＴＦが例えば20％における空間周波
数ｕにより評価する。ＭＴＦが例えば20％における空間
周波数ｕは解像力、すなわちぼけの程度を表すもので、
識別の限界となるＭＴＦは20％はであり、そのときの空
間周波数ｕにより判定すればよく、ヘッドアップディス
プレイのコンバイナーとして使用する場合には、例えば
3.5(lines/mm) 以上あるか、ないかでホログラムの評価
をすることができる。(2) The MTF is evaluated based on the spatial frequency u at, for example, 20%. The spatial frequency u at an MTF of, for example, 20% represents the resolution, that is, the degree of blur,
The MTF which is the limit of the identification is 20%, and may be determined based on the spatial frequency u at that time. When the MTF is used as a combiner of a head-up display, for example,
The hologram can be evaluated based on the presence or absence of 3.5 (lines / mm) or more.
【００１９】具体的には、感材としてポリビニールカル
バゾールを主成分とするフォトポリマーを使用した反射
型ホログラムを、板ガラス、反射型ホログラム、ポリエ
チレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略称する）、ポ
リビニールブチラール等の中間膜、板ガラスの順に積層
したものをサンプル１( HOE 1 と表す) とし、板ガラ
ス、反射型ホログラム、ポリビニールブチラール等の中
間膜、板ガラスの順に積層したものをサンプル３( HOE
3 と表す) とし、同種の感材ではあるが、バインダー、
増感材などを変えて使用した反射型ホログラムを、板ガ
ラス、反射型ホログラム、ＰＥＴ、ポリビニールブチラ
ール等の中間膜、板ガラスの順に積層したものをサンプ
ル２( HOE 2 と表す) とし、板ガラス、反射型ホログラ
ム、中間膜、板ガラスの順に積層したものをサンプル４
( HOE 4 と表す) とし空間周波数ｕが2.5(lines/mm) に
おけるＭＴＦを演算した結果とＭＴＦが２０％における
空間周波数ｕを演算した結果と目視による５段階評価
を、基板の表面に銀層などを被覆した反射率が高く、表
面平滑な標準鏡としての表面鏡と比較して表１に示し、
表面鏡とサンプル１、サンプル４については空間周波数
ｕに対するＭＴＦを図４に示す。More specifically, a reflection hologram using a photopolymer containing polyvinyl carbazole as a main component as a light-sensitive material may be a sheet glass, a reflection hologram, polyethylene terephthalate (hereinafter abbreviated as PET), polyvinyl butyral, or the like. Sample 1 (shown as HOE 1) was obtained by laminating the interlayer film and the plate glass in this order, and sample 3 (HOE 1) was formed by laminating the plate glass, reflection hologram, polyvinyl butyral, etc.
3), and although they are the same kind of photosensitive material, binder,
A reflection type hologram using different sensitizers and the like was laminated in the order of a sheet glass, a reflection type hologram, an intermediate film such as PET and polyvinyl butyral, and a sheet glass. Sample hologram, interlayer, and sheet glass
(Expressed as HOE 4), the result of calculating the MTF when the spatial frequency u is 2.5 (lines / mm), the result of calculating the spatial frequency u when the MTF is 20%, and the five-level evaluation by visual observation are shown on the surface of the substrate. Table 1 shows a comparison with a surface mirror as a standard mirror having a high reflectance and a smooth surface.
FIG. 4 shows the MTF of the surface mirror and the samples 1 and 4 with respect to the spatial frequency u.
【００２０】[0020]
【表１】 [Table 1]
【００２１】この結果から明らかなように、各サンプル
について、ＭＴＦおよび空間周波数ｕとも目視に評価と
極めて良い対応を示していることがわかる。また、ヘッ
ドアップディスプレイ用のコンバイナーとしてサンプル
２〜サンプル４は実用レベルにないがサンプル１は実用
に供しうるという評価も目視による評価と完全に一致し
た。As is clear from the results, it is understood that the MTF and the spatial frequency u of each sample visually show a very good correspondence with the evaluation. In addition, the evaluation that Sample 2 to Sample 4 were not at a practical level as a combiner for a head-up display but Sample 1 could be put to practical use completely agreed with the visual evaluation.
【００２２】このような方法によっても評価できるのは
前述の通りであるが、反射率が高く、表面平滑性に優れ
た銀鏡は空間周波数ｕが１０(lines/mm)以下では、ＭＴ
Ｆが100 ％となることが知られており標準鏡としての表
面鏡のＭＴＦが表１、図４では100 ％を下回っており、
これは小孔板、凸レンズ、スリット板等による伝達ロス
があるためであり、同じ装置を使用する場合には相対的
な評価ができるが、装置が変わればＭＴＦも変わるの
で、表面鏡などの標準鏡のＭＴＦを100 としたときの
値、すなわち (サンプル板のＭＴＦ/ 銀鏡のＭＴＦ) ×
100 を補正ＭＴＦとして求めると、表１、図４（点線）
に示すようになり、この値の大小により評価装置が変わ
っても絶対的な評価を行うことができる。As described above, it is also possible to evaluate by such a method. However, a silver mirror having a high reflectance and excellent surface smoothness has an MT of less than 10 (lines / mm) at a spatial frequency u.
F is known to be 100%, and the MTF of the surface mirror as a standard mirror is less than 100% in Table 1 and FIG.
This is because there is a transmission loss due to a small hole plate, a convex lens, a slit plate, etc., and the relative evaluation can be made when the same device is used. The value when the MTF of the mirror is 100, that is, (MTF of sample plate / MTF of silver mirror) ×
When 100 is obtained as the corrected MTF, Table 1, FIG. 4 (dotted line)
The absolute evaluation can be performed even if the evaluation device changes depending on the magnitude of this value.
【００２３】実施例２ 図５に示すように、凸レンズを光源側に設けた評価装置
について例示する。反射型ホログラムが記録されたサン
プル板１、回転ステージ１’、Ｘｅランプ等の光源２、
再生時の光源に近似させるためのフィルター３、反射鏡
４、例えば二つのスリットなどの微小孔を有する小孔板
５、スリット板８、散乱板９、光電変換装置10、演算処
理装置11とともに、３軸（垂直軸、紙面に垂直な軸と光
路に対して前後方向の軸の水平２軸）方向と傾斜角を可
変とするステージに一体に取り付けられた絞り６と凸レ
ンズ７を回折光側に配設し、実施例１と同様の演算処理
をして、ＭＴＦを算出し評価を行う。Embodiment 2 As shown in FIG. 5, an evaluation apparatus provided with a convex lens on the light source side will be exemplified. A sample plate 1 on which a reflection hologram is recorded, a rotating stage 1 ′, a light source 2 such as a Xe lamp,
A filter 3 for approximating a light source at the time of reproduction, a reflecting mirror 4, for example, a small hole plate 5 having minute holes such as two slits, a slit plate 8, a scattering plate 9, a photoelectric conversion device 10, and an arithmetic processing device 11, A diaphragm 6 and a convex lens 7 integrally mounted on a stage capable of changing directions and tilt angles of three axes (vertical axis, an axis perpendicular to the plane of the paper, and a horizontal axis in the front-rear direction with respect to the optical path) are placed on the diffracted light side. The MTF is calculated and evaluated by performing the same arithmetic processing as in the first embodiment.
【００２４】以上、好適な実施例により説明したが、本
発明はこれらに限定されるものではなく、種々の応用が
可能である。評価装置の取り付けについては、光源側の
サンプル板に照射する光路を一定角度で入射するよう
に、例えば実施例のように水平方向に入射するようにで
きるので、光源、フィルター、反射鏡はいずれの場合に
も固定することができるが、スリット板、光電変換装置
を駆動する装置は実施例のように、直交３軸（垂直軸、
紙面に垂直な軸と光路に対して前後方向の軸の水平２
軸）方向と水平方向との角度、傾斜角を可変とする回転
１軸の４軸ステージに一体に取り付ければ通常のホログ
ラムに対応できるが、ホログラムの法線、ホログラムへ
の入射光、ホログラムからの回折光が同一平面にない、
あおりがある場合にはさらに光路に直交する面内で垂直
軸となす角度を可変とする回転軸を付加して直交３軸と
回転２軸の５軸ステージにすると全てのホログラムに対
応することができる。さらにこれらの装置に加えて、あ
るいは傾斜角可変軸に代えて、駆動装置全体を回動させ
て傾斜角を可変とする装置を設けて、駆動装置が上下に
移動するときに結像面に沿って、スリット板、光電変換
装置が動くように設定しておくと再生像の走査が容易に
なる。Although the preferred embodiments have been described above, the present invention is not limited to these, and various applications are possible. Regarding the mounting of the evaluation device, the light path for irradiating the sample plate on the light source side can be made to enter at a fixed angle, for example, it can be made to enter in the horizontal direction as in the embodiment. In this case, the slit plate and the device for driving the photoelectric conversion device may be fixed to three orthogonal axes (vertical axis,
Horizontal 2 of the axis perpendicular to the paper and the axis in the front-back direction with respect to the optical path
The hologram can be used for normal holograms if it is integrally mounted on a single-axis four-axis stage that can change the angle between the horizontal and horizontal directions and the tilt angle. Diffracted light is not on the same plane,
If there is a tilt, a 5-axis stage with 3 axes orthogonal and 2 axes rotating can be added by adding a rotation axis that can change the angle between the vertical axis and the plane orthogonal to the optical path. it can. In addition to these devices or in place of the variable tilt angle axis, a device is provided for rotating the entire drive device to change the tilt angle, and the drive device moves along the image plane when the drive device moves up and down. If the slit plate and the photoelectric conversion device are set to move, scanning of the reproduced image becomes easy.
【００２５】小孔板あるいは凸レンズは可動にしておく
と各種のホログラムの評価ができるので好ましいもので
あるが、実施例１の装置は回折光側に置く実施例２の装
置に比較して凸レンズ７を光源側の光路に置くので例え
ば水平方向に前後に移動自在な１軸駆動装置に保持させ
ればよい。It is preferable that the small aperture plate or the convex lens be movable so that various holograms can be evaluated. However, the apparatus of the first embodiment has a larger convex lens than the apparatus of the second embodiment on the diffracted light side. Is placed in the optical path on the light source side, so that it may be held by, for example, a one-axis driving device that is movable back and forth in the horizontal direction.
【００２６】これに対して、実施例２のように、凸レン
ズを回折光側に配設した場合に、全てのホログラムの評
価をするためには、スリット板、光電変換装置を駆動す
るステージと同様の装置で駆動する必要があり、しかも
２次光源（小孔板）から凸レンズまでの距離L1が長くな
りそのために光電変換装置に結像する像の大きさが実施
例１に比較して小さくなるので、Ｓ／Ｎ比が小さくなる
ので、実施例１のように凸レンズは光源側に置いた方が
よい。On the other hand, when the convex lens is arranged on the diffracted light side as in the second embodiment, to evaluate all the holograms, a slit plate and a stage for driving the photoelectric conversion device are used. And the distance L1 from the secondary light source (small hole plate) to the convex lens becomes longer, so that the size of the image formed on the photoelectric conversion device becomes smaller than that in the first embodiment. Therefore, since the S / N ratio becomes small, it is better to place the convex lens on the light source side as in the first embodiment.
【００２７】光源については、インコヒーレントな光源
であれば何でもよいが、例えばＸｅランプ、タングステ
ンランプ、ハロゲンランプなどの白色光源が好ましい。
フィルターについては、例えばヘッドアップディスプレ
イ用のコンバイナーとして使用するホログラム等を評価
する場合にはその再生用光源に類似させるために設けた
ほうがよいが、白色光源に対するホログラムの評価を行
う場合には不要である。Any light source may be used as long as it is an incoherent light source. For example, a white light source such as a Xe lamp, a tungsten lamp, and a halogen lamp is preferable.
For example, when evaluating a hologram used as a combiner for a head-up display, it is better to provide a filter to resemble the light source for reproduction, but it is unnecessary when evaluating a hologram for a white light source. is there.
【００２８】小孔板について、孔の形状は円形、楕円
形、四角形など各種の形状のものを採用することができ
るが、スリット板が走査するときにその走査線に沿って
孔の長さが変わる円形、楕円形などの小孔は光電変換装
置へ入射する光強度がそのために変わり、補正する必要
があるので、かかる処理を必要としない四角形状の孔、
特にスリット形状の小孔板が好ましい。また、孔の大き
さは大きくするとＭＴＦが低下することが知られてお
り、一方評価対象の空間周波数ｕはヘッドアップディス
プレイ用コンバイナーとして評価するときには、人の目
の分解能はｕは５ (lines/mm) であるので、ｕ≦５ (li
nes/mm) とすれば充分であるがその範囲における標準鏡
の示すＭＴＦが１００％であることが、サンプル板のＭ
ＴＦを補正する必要がなく、好ましい。一方、理論的に
は小孔径が２５μｍ以下であると、ｕ≦５ (lines/mm)
で１００％になることが知られている。しかし小孔径を
小さくすると光電変換装置への入射光量が減少し、Ｓ／
Ｎ比が小さくなるので、５０〜１５０μｍ、好ましくは
１００μｍ前後がよい。With respect to the small hole plate, various shapes such as a circle, an ellipse, and a square can be adopted as the shape of the hole. When the slit plate scans, the length of the hole along the scanning line is reduced. Small holes, such as changing circles and ellipses, change the light intensity incident on the photoelectric conversion device for that, so it is necessary to correct, so a square hole that does not require such processing,
In particular, a slit-shaped small hole plate is preferable. It is known that the MTF decreases as the size of the hole increases. On the other hand, when the spatial frequency u to be evaluated is evaluated as a head-up display combiner, the resolution of human eyes is 5 (lines / lines). mm), u ≦ 5 (li
nes / mm) is sufficient, but the MTF of the sample plate is 100% that the MTF of the standard mirror in that range is 100%.
There is no need to correct TF, which is preferable. On the other hand, theoretically, if the small pore diameter is 25 μm or less, u ≦ 5 (lines / mm)
Is known to be 100%. However, when the small hole diameter is reduced, the amount of light incident on the photoelectric conversion device decreases, and S / S
Since the N ratio becomes small, it is preferably 50 to 150 μm, and preferably around 100 μm.
【００２９】絞りについては、凸レンズの中央部分に光
を照射し、凸レンズの収差の影響を極力小さくすために
設けた方がよいが、実施例１に示すように比較的平行な
光が凸レンズの中央部分のみに照射される場合には省略
してもよい。The stop is preferably provided to irradiate the central portion of the convex lens with light so as to minimize the influence of the aberration of the convex lens. However, as shown in the first embodiment, relatively parallel light is emitted from the convex lens. If the light is irradiated only to the central portion, it may be omitted.
【００３０】凸レンズについては、両凸レンズでもよい
が、L1（２次光源と凸レンズの距離）≒ｄ＋L2（凸レン
ズと結像面の距離）なる条件を実施例２のように満たす
ことが困難な場合には、平凸レンズの方が適している。
また、凸レンズに入射される光が平面波に近い場合に
も、収差の少ない平凸レンズがより好ましい。The convex lens may be a biconvex lens, but it is difficult to satisfy the condition of L 1 (distance between the secondary light source and the convex lens) ≒ d + L 2 (distance between the convex lens and the imaging surface) as in the second embodiment. In that case, a plano-convex lens is more suitable.
Also, when the light incident on the convex lens is close to a plane wave, a plano-convex lens with less aberration is more preferable.
【００３１】スリット板については、スリットの大きさ
はこの部分再生される像の幅にもよるが、５μm 前後の
幅のスリットがあればよい。散乱板については、光電変
換装置全体に光を照射するために、設けた方がよいが、
必ずしもなくてもよい。For the slit plate, the size of the slit depends on the width of the image to be partially reproduced, but a slit having a width of about 5 μm is sufficient. For the scattering plate, in order to irradiate light to the entire photoelectric conversion device, it is better to provide,
It is not always necessary.
【００３２】光電変換装置については、フォトマルと呼
ばれるものが好適であるが、その他、フォトダイオード
を直線状に配置したもの、平面状に配置したものなど各
種の光電変換装置を採用することができる。As the photoelectric conversion device, a device called a photomultiplier is preferable. In addition, various photoelectric conversion devices such as a device in which photodiodes are arranged in a straight line or a device in which a photodiode is arranged in a plane can be employed. .
【００３３】評価方法について、空間周波数ｕとＭＴＦ
の関係は、ホログラフィック光学表示素子によって、適
宜選択すればよく、ヘッドアップディスプレイ用のコン
バイナ−など、人の目で評価されるものは、空間周波数
ｕが2.5 （lines/mm) のときのＭＴＦが40％以上であっ
て、、ＭＴＦガラス20％における空間周波数ｕが3.5（l
ines/mm)以上であれば解像度、コントラストとも良好で
あると評価することができ、レ−ザ−スキャナ−や測定
用などの使用されるホログラフィック光学表示素子の場
合にはＭＴＦ、空間周波数とも基準値を上げて評価すれ
ばよい。Regarding the evaluation method, spatial frequency u and MTF
May be selected as appropriate depending on the holographic optical display element, and those evaluated by the human eye, such as a combiner for a head-up display, have an MTF when the spatial frequency u is 2.5 (lines / mm). Is 40% or more, and the spatial frequency u at 3.5% (l
(ines / mm) or more, it can be evaluated that both the resolution and the contrast are good. In the case of a holographic optical display element used for a laser scanner or measurement, both MTF and spatial frequency are used. What is necessary is just to raise a reference value and to evaluate.
【００３４】また、本実施例では、いずれも反射型ホロ
グラムの評価について説明したが、透過型ホログラムの
評価も同様に行うことができ、その場合にはサンプル板
を保持する回転ステ−ジを回転させて、例えば実施例１
の場合には、図１の点線で示す位置１''にホログラムを
回転させてＭＴＦを求めればよく、標準鏡のＭＴＦは実
施例に示した反射型の光学系で求めればよい。In this embodiment, the evaluation of the reflection type hologram has been described. However, the evaluation of the transmission type hologram can be performed in the same manner. In this case, the rotation stage for holding the sample plate is rotated. Then, for example, Example 1
In this case, the MTF may be obtained by rotating the hologram to the position 1 '' shown by the dotted line in FIG. 1, and the MTF of the standard mirror may be obtained by the reflection type optical system shown in the embodiment.
【００３５】[0035]
【発明の効果】本発明は従来不可能であったホログラフ
ィック光学素子の評価を可能にしたものであり、簡易な
装置により絶対的で、定量的な評価を行うことができる
ものである。The present invention makes it possible to evaluate a holographic optical element which has been impossible in the past, and it is possible to perform absolute and quantitative evaluation with a simple device.
【図１】本発明の実施例１におけるホログラフィック光
学素子の評価装置を示す要部側面図である。FIG. 1 is a side view of a main part showing an apparatus for evaluating a holographic optical element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】実施例１における結像を説明するための要部概
略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a main part for describing image formation in a first embodiment.
【図３】実施例１におけるスリットによる再生像の光強
度を示す図であり、(a) スリットと再生像を示し、(b)
は再生像の光強度分布図である。FIGS. 3A and 3B are diagrams showing light intensity of a reproduced image by a slit in Example 1, and FIG. 3A shows a slit and a reproduced image, and FIG.
Is a light intensity distribution diagram of a reproduced image.
【図４】実施例１におけるサンプル１、サンプル２、お
よび標準鏡の空間周波数−ＭＴＦ特性図であり、点線は
サンプル１の補正ＭＴＦを示す。FIG. 4 is a spatial frequency-MTF characteristic diagram of Sample 1, Sample 2, and a standard mirror in Example 1, and a dotted line indicates a corrected MTF of Sample 1;
【図５】実施例２におけるホログラフィック光学素子の
評価装置を示す要部側面図である。FIG. 5 is a main part side view showing an apparatus for evaluating a holographic optical element according to a second embodiment.
１ サンプル板 ２ 光源 ５ 小孔板 ７ 凸レンズ ８ スリット板 ９ 光電変換装置 Reference Signs List 1 sample plate 2 light source 5 small hole plate 7 convex lens 8 slit plate 9 photoelectric conversion device
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−23935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−96685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−23935（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−35052（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭64−11887（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 G02B 5/32 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)Continuation of front page (56) References JP-A-61-23935 (JP, A) JP-A-64-96685 (JP, A) JP-A-61-23935 (JP, A) JP-B-62-35052 (JP, A) , B2) JP-B 64-11887 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01M 11/00-11/02 G02B 5/32 Practical file (PATOLIS) Patent file ( PATOLIS)
Claims (3)
て、光源により微小孔を透過する光を照射して、サンプ
ル板の回折像を実像として結像させるとともに、この結
像される位置の光の強度分布に基づいて、モジュレーシ
ョン伝達関数を演算し、この値により前記サンプル板の
結像の良否を判定するようにしたことを特徴とするホロ
グラフィック光学素子の評価方法。1. A sample plate on which a hologram is recorded is irradiated with light transmitted through a minute hole by a light source to form a diffraction image of the sample plate as a real image, and a light at a position where the image is formed. Holographic optical element evaluation method, wherein a modulation transfer function is calculated based on the intensity distribution of (1), and the quality of imaging of the sample plate is determined based on the calculated value.
て、光を照射する手段として光源と微小孔を有する小孔
板と凸レンズをそれぞれ配設するとともに、該サンプル
板によって回折像が結像される位置に配設されたスリッ
ト板と該スリット板の透過光を受光する光電変換素子と
該光電変換素子の電気信号に基づいてモジュレーション
関数を演算する演算処理装置とを具備するようにしたこ
とを特徴とするホログラフィック光学素子の評価装置。2. A light source, a small hole plate having minute holes, and a convex lens are provided as means for irradiating light to a sample plate on which a hologram is recorded, and a diffraction image is formed by the sample plate. A slit plate disposed at a position, a photoelectric conversion element that receives light transmitted through the slit plate, and an arithmetic processing device that calculates a modulation function based on an electric signal of the photoelectric conversion element. Characteristic holographic optical element evaluation device.
て、光を照射する手段として光源と微小孔を有する小孔
板を、該サンプル板の回折方向に凸レンズをそれぞれ配
設するとともに、回折像が結像される位置に配設された
スリット板と該スリット板の透過光を受光する光電変換
素子と該光電変換素子の電気信号に基づいてモジュレー
ション伝達関数を演算する演算処理装置とを具備するよ
うにしたことを特徴とするホログラフィック光学素子の
評価装置。3. A sample plate on which a hologram is recorded, a light source and a small hole plate having minute holes are provided as means for irradiating light, and a convex lens is arranged in a diffraction direction of the sample plate. Comprises a slit plate disposed at a position where an image is formed, a photoelectric conversion element for receiving light transmitted through the slit plate, and an arithmetic processing unit for calculating a modulation transfer function based on an electric signal of the photoelectric conversion element. An apparatus for evaluating a holographic optical element, characterized in that:
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