知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジの特許一覧 ▶ マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジーの特許一覧
特許7410959位相空間光変調器を用いた大スケールの一様な光学的焦点アレイ生成
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-26
(45)【発行日】2024-01-10
(54)【発明の名称】位相空間光変調器を用いた大スケールの一様な光学的焦点アレイ生成
(51)【国際特許分類】
G03H 1/08 20060101AFI20231227BHJP
G02F 1/01 20060101ALI20231227BHJP
【ＦＩ】
G03H1/08
G02F1/01 D
【請求項の数】
24
(21)【出願番号】P 2021549076
(86)(22)【出願日】2020-02-21
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-10
(86)【国際出願番号】 US2020019309
(87)【国際公開番号】W WO2020172588
(87)【国際公開日】2020-08-27
【審査請求日】2023-01-31
(31)【優先権主張番号】62/809,122
(32)【優先日】2019-02-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】507044516
【氏名又は名称】プレジデント アンド フェローズ オブ ハーバード カレッジ
(73)【特許権者】
【識別番号】596060697
【氏名又は名称】マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】100095832
【弁理士】
【氏名又は名称】細田 芳徳
(74)【代理人】
【識別番号】100187850
【弁理士】
【氏名又は名称】細田 芳弘
(72)【発明者】
【氏名】キム，ドンギュ
(72)【発明者】
【氏名】キースリング コントレラス，アレキサンダー
(72)【発明者】
【氏名】オムラン，アーメド
(72)【発明者】
【氏名】レビン，ハリー ジェイ
(72)【発明者】
【氏名】バーニアン，ハネス
(72)【発明者】
【氏名】ルーキン，ミハイル ディー．
(72)【発明者】
【氏名】エングルンド，ダーク アール．
【審査官】植野 孝郎
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／１３６７８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１６－５１９７９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５３２８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－７７５１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５１１５００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－５８７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４１７９７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００７－５２０８４１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０３Ｈ １／００－ ５／００
Ｇ０２Ｆ １／０１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取り；位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
し、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、
位相関数を更新し；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し；
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新する
ように構成されるコンピューター計算ノード
を含む、システム。
【請求項2】
位相空間光変調器(「SLM」)；SLMを照射するように構成される光源、ここで該光源は、光源振幅関数と一致し、それにより位相変調ビームを生成し、該ビームは振幅関数および位相関数を有する；ならびに
焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される少なくとも1つの光検出器
をさらに含む、システムであって、
コンピューター計算ノードが、SLMおよび光検出器に操作的に連結され、さらに：
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整し；
光検出器から干渉パターンの振幅関数を決定し；
干渉パターンの振幅関数に基づいて標的振幅関数を更新し；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、
焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新し；
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整する
ように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項3】
コンピューター計算ノードがさらに：標的振幅関数を更新して、該第三の反復プロセスを繰り返すように構成される、請求項２記載のシステム。
【請求項4】
位相ロック条件、第一の停止条件および／または第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項5】
コンピューター計算ノードがさらに：焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算し；
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅関数の一様性と一様性閾値を比較する
ように構成される、請求項１または２記載のシステム。
【請求項6】
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の規則格子を形成する、請求項２記載のシステム。
【請求項7】
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の不規則格子を形成する、請求項２記載のシステム。
【請求項8】
光源振幅関数が、二次元ガウス振幅関数である、請求項１または２記載のシステム。
【請求項9】
該システムが少なくとも1つのレンズをさらに含み、該少なくとも1つのレンズが、焦点面にビームの焦点を合わせるように構成される、請求項２記載のシステム。
【請求項10】
光源振幅関数が光検出器により検出される、請求項１または２記載のシステム。
【請求項11】
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新する工程が、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、請求項２記載のシステム。
【請求項12】
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること;位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、ならびに
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、
位相関数を更新すること；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること；ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、ならびに
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新すること
を含む、方法。
【請求項13】
光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、ここで、光源は、光源振幅関数と一致し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される；
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること；
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること；
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、
焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新すること；ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項14】
標的振幅関数を更新して、第三の反復プロセスを繰り返すことをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項15】
位相ロック条件、第一の停止条件および／または第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、請求項１３記載の方法。
【請求項16】
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること；および焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅関数の一様性と一様性閾値を比較すること
をさらに含む、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項17】
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の規則格子を形成する、請求項１３記載の方法。
【請求項18】
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の不規則格子を形成する、請求項１３記載の方法。
【請求項19】
光源振幅関数が二次元ガウス振幅関数である、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項20】
少なくとも1つのレンズにより、焦点面にビームの焦点を合わせることをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項21】
光源振幅関数が光検出器により検出される、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項22】
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することが、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項23】
光学的焦点アレイ生成のためのコンピュータープログラム物であって、コンピュータープログラム物が、該コンピュータープログラム物により具体化されるプログラム指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体を含み、該プログラム指示は、プロセッサーに、光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること；
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、
位相関数を更新すること；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること；ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関
数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新すること
を含む方法を実行させるようにプロセッサーにより実行可能である、コンピュータープログラム物。
【請求項24】
該方法が、光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数を有し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される；
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること；
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること；
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、
焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算
すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換
を行い、位相関数を更新すること；ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、請求項２３記載のコンピュータープログラム物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の他所参照
本願は、２０１９年２月２２日に出願された米国仮出願番号第62/809,122号の利益を主張し、該出願は、その全体において参照により本明細書に援用される。
本願は、２０１９年２月２２日に出願された米国仮出願番号第62/809,122号の利益を主張し、該出願は、その全体において参照により本明細書に援用される。
【0002】
政府利益の陳述
本発明は、国立科学基金(「NSF」)により授与されたNSF PHY-1125846、海軍研究の防衛局の部門(「DOD」)により授与されたN00014-15-l-2846、NSFにより授与されたPHY-1125846およびNSFにより授与されたPHY-1506284の元の政府支持によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
本発明は、国立科学基金(「NSF」)により授与されたNSF PHY-1125846、海軍研究の防衛局の部門(「DOD」)により授与されたN00014-15-l-2846、NSFにより授与されたPHY-1125846およびNSFにより授与されたPHY-1506284の元の政府支持によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【0003】
著作権通知
本特許開示は、著作権保護に供される材料を含み得る。著作権者は、それば米国特許商標庁の特許ファイルまたは記録に現れる場合は、何者による特許文書または特許開示の複製にも異議を有さないが、そうでない場合、任意および全ての著作権を保有する。
本特許開示は、著作権保護に供される材料を含み得る。著作権者は、それば米国特許商標庁の特許ファイルまたは記録に現れる場合は、何者による特許文書または特許開示の複製にも異議を有さないが、そうでない場合、任意および全ての著作権を保有する。
【背景技術】
【0004】
背景
一様な光学的焦点アレイは、画像面上に一様な強度を有する光学的焦点パターンを生じ、ワイドフィールドレーザースキャニング顕微鏡法（wide-field laser-scanning microscopy）、多焦点多光子顕微鏡法（multi-focus multiphoton microscopy）、および多ビームレーザー加工（multi-beam laser machining）等の種々の適用において使用され得る。マイクロレンズアレイ（micro-lens arrays）、音響光学ディフレクター（acousto-optic deflectors）、振幅空間光変調器（amplitude spatial light modulators）(「SLM」)、および位相SLMの使用等の多くのアプローチが、光学的焦点アレイを生成するために開発されてきた。これらの中で、位相SLMは、入射光ビームの位相を局所スケールでシフトさせ、これらの位相シフトは、画像面上で干渉パターンを生じる。
一様な光学的焦点アレイは、画像面上に一様な強度を有する光学的焦点パターンを生じ、ワイドフィールドレーザースキャニング顕微鏡法（wide-field laser-scanning microscopy）、多焦点多光子顕微鏡法（multi-focus multiphoton microscopy）、および多ビームレーザー加工（multi-beam laser machining）等の種々の適用において使用され得る。マイクロレンズアレイ（micro-lens arrays）、音響光学ディフレクター（acousto-optic deflectors）、振幅空間光変調器（amplitude spatial light modulators）(「SLM」)、および位相SLMの使用等の多くのアプローチが、光学的焦点アレイを生成するために開発されてきた。これらの中で、位相SLMは、入射光ビームの位相を局所スケールでシフトさせ、これらの位相シフトは、画像面上で干渉パターンを生じる。
【0005】
SLM上の各ピクセルは、局所的相対的位相シフトを導入するように設定されたコンピューター生成入力電圧により調節される。これらの入力電圧セットは、例えば、各ピクセルに対する8ビット電圧セットを含み得る。かかる入力電圧セットを用いて調節された場合、SLMから生じる出力は、コンピューター生成ホログラム(「CGH」)と言われるプログラム可能な位相パターンであり、ここで、各SLMピクセルに適用された電圧は、入射波面（wavefront）において相対的な位相遅延を線形的に誘導する。CGHは、(i)焦点アレイ幾何構造の生成および(ii)生じた幾何構造における光学系欠陥の補償を可能にする。それに対して、振幅SLMは、光の位相ではなく光の振幅を調整することにより作動する。いくつかの利用可能な位相SLMは、必ずそれを通り抜ける光を減衰させる利用可能な振幅SLMよりも効率的に光学力（optical power）を利用する。光学的焦点アレイを生成するのに必要な位相SLM上の位相パターンを決定するために、GerchbergおよびSaxtonにより最初に考案された反復（iterative）フーリエ変換アルゴリズム(「IFTA」)等のアルゴリズムが、使用され得る。これらのアルゴリズムは、画像面上に標的光学的焦点アレイパターンを生じるコンピューター計算されたCGHに反復的に到達するためにフーリエ変換および逆フーリエ変換に頼る。R. D. Leonardo, F. Ianni, and G. Ruocco, Computer generation of optimal holograms for optical trap arrays, Opt. Express 15, 1913 (2007)参照、これは、その全体において参照により本明細書に援用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
要旨
例示的な態様において、本開示は:光源振幅関数、標的振幅関数、および位相関数を読み取り;位相ロック条件（phase-locking condition）が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで反復的に:光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること;ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し;位相関数第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで反復的に:光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、および補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新することのために構成されたコンピューター計算ノードを含むシステムを提供する。
例示的な態様において、本開示は:光源振幅関数、標的振幅関数、および位相関数を読み取り;位相ロック条件（phase-locking condition）が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで反復的に:光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること;ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し;位相関数第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで反復的に:光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、および補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新することのために構成されたコンピューター計算ノードを含むシステムを提供する。
【0007】
別の例示的な態様において、本開示は:光源振幅関数、標的振幅関数、および位相関数を読み取ること;位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで反復的に:光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること;ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること;ならびに第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで反復的に:光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新することを含む方法を提供する。
【0008】
別の例示的な態様において、本開示は、光学的焦点アレイ生成のためのコンピュータープログラム物を提供し、該コンピュータープログラム物は、その中に具体化されたプログラム指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体を含み、該プログラム指示は、プロセッサーにより実行可能であり、プロセッサーに本明細書に開示された方法を実行させる。
【0009】
上記システムおよび方法は、高度に一様なLOFAのCGHを決定するために必要なイテレーションの数を有意に減少させること等の多くの利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図面の簡単な説明
開示された主題の種々の目的、特徴および利点は、以下の図面と関連して考慮された場合、以下の開示された主題の詳細な説明に関してより十分に認識され得、該図面において、同様の参照番号は、同様の要素を同定する。
開示された主題の種々の目的、特徴および利点は、以下の図面と関連して考慮された場合、以下の開示された主題の詳細な説明に関してより十分に認識され得、該図面において、同様の参照番号は、同様の要素を同定する。
【発明を実施するための形態】
【0011】
詳細な説明
いくつかの態様に従って、本開示は、一様な大スケールの光学的焦点アレイ(「LOFA」)を生成するための方法およびシステムを記載する。いくつかの態様において、「大スケール」とは、多くの光学的焦点を言い得、「一様な」とは、これらの焦点にわたって一様な強度を有することを言い得る。例えば、改変加重Gerchberg-Saxton(「WGS」)アルゴリズムは、位相ロック条件を満たすことに基づく多くのイテレーションの後、位相をロックすることにより実施され得る。位相ロック条件を満たす際に位相をロックすることを介してIFTAにおける所望されない位相回転を同定および除去することは、例えば、高度に一様なLOFAにおける使用のためにCGHを迅速に生成し得る。いくつかの例において、システム誘導性LOFA強度不均一性の迅速な補償はまた、慣例的なIFTA、例えば、旧来のWGSアルゴリズムにわたって達成され得る。従って、改変は、光学系の欠陥を補償し、結果として、一様なLOFAを生成するために、迅速かつ信頼性のあるフィードバックを可能にし得る。いくつかの例示的な実施において、ほんの３回の適応性補正工程、
(およそ103)からなるLOFAの後、>98%強度一様性を有する光学的焦点が生成される。
いくつかの態様に従って、本開示は、一様な大スケールの光学的焦点アレイ(「LOFA」)を生成するための方法およびシステムを記載する。いくつかの態様において、「大スケール」とは、多くの光学的焦点を言い得、「一様な」とは、これらの焦点にわたって一様な強度を有することを言い得る。例えば、改変加重Gerchberg-Saxton(「WGS」)アルゴリズムは、位相ロック条件を満たすことに基づく多くのイテレーションの後、位相をロックすることにより実施され得る。位相ロック条件を満たす際に位相をロックすることを介してIFTAにおける所望されない位相回転を同定および除去することは、例えば、高度に一様なLOFAにおける使用のためにCGHを迅速に生成し得る。いくつかの例において、システム誘導性LOFA強度不均一性の迅速な補償はまた、慣例的なIFTA、例えば、旧来のWGSアルゴリズムにわたって達成され得る。従って、改変は、光学系の欠陥を補償し、結果として、一様なLOFAを生成するために、迅速かつ信頼性のあるフィードバックを可能にし得る。いくつかの例示的な実施において、ほんの３回の適応性補正工程、
【数1】
【0012】
図１Ａは、いくつかの態様に従う、SLM104についての基本的光学系100の代表である。図１Ａに示されるように、光源102は、SLM104上に光の入射ビームを生成する。光源102からの光線は、振幅および位相において空間的にコヒーレントであり得る。SLM104は、位置の関数として位相調整を示す入力されたCGH位相調整マップ103(例えば、SLM104のピクセルを調節するコントロールステーション101からの入力電圧のセット)に基づいて入射光を反射する。入力されたCGH位相調整マップ103に基づいて、SLM104は、入力されたCGH位相調整マップ103における局所的な位相シフトと等しい量だけ、光源102からの入射光の位相を局所的に調節（例えば、シフト）する。換言すれば、SLM104の機能は、光源102からの光の位相を調整することになり得、入力されたCGH位相調整マップ103は、空間の特定の点において光の位相をどれだけシフトさせるかをSLM104に示す。次いで、位相がシフトした反射光は、焦点レンズ105を通過する。SLM104は、レンズ105の後側焦点面に位置する。光がSLM104により反射される位置は、レンズ105の「後側焦点面」または、時々、x-面と言われる。SLM104は、二次元パターンにおける特定の位置でその位相を変更することにより光を改変する。これは、例えば、SLM104上で特定のCGHパターン、Φ(x)を示すことによりなされ得る。位相調節光の干渉に基づいて、特定のパターンの光が生成され得る。例において、反射光は、um(m=1、2、・・、M)でMの光学的焦点を有する標的パターンにマッチするように生成され得る。光の特徴に基づいて、レンズ105により焦点を合わせた後、システムは、画像面106上に表れるパターンを生成し得る。低解像度適用等のいくつかの態様において、光学系は、光学的焦点アレイがSLMから遠方界（far-field）に生じるレンズ105なしに実施され得る。画像面の拡大図は、例示的なパターン108を示す。図１Ａに示されるように、干渉パターン108は、２つのピークを有し得、これらは、u1およびu2と言われ得、垂直線に中心がある。いくつかの態様において、パターン108を有する画像面106は、レンズ105の「焦点面」またはu-面と言われ得る。当業者は、本開示に基づき、多くの異なる光学的要素または要素の組み合わせが光源102を形成するために使用され得ること、ならびにレンズ、ミラー、およびプレート等であるがこれらに限定されない種々の光学的要素が光源102、SLM104、レンズ105、および画像面106の１つ以上の間に配置され、光学系の性能を最適化し得ることを理解する。さらに、レンズ105は、一連のレンズを含み得る。
【0013】
画像面106上にパターン108を生成する前に、CGH位相調整マップ103は、コントロールステーション101により計算され、SLM104に提供されるべきである。CGH位相調整マップ103は、SLM上のピクセルの電圧を調節するための指示を含み得るが、所望の標的振幅パターンに密接にマッチする振幅を有するパターン108を生成するように設計され得る。SLMに入力した場合に所望の標的パターンを生じるCGH位相調整マップを生成するための例示的なアルゴリズムとしては、WGSアルゴリズムが挙げられ、これは、以下により詳細に説明される。WGSアルゴリズム等の既存のアルゴリズムに関する１つの問題は、これらが、位相SLMと共に使用された場合に、パターン、特に、高度な一様性を有する多くの光学的焦点からなるパターンを生成するためのランに長時間かかることである。一様性は、いくつかの例において、標的パターンを有する投影パターン（projected pattern）(例えば、パターン108)の一致の程度を言い得る。一様なパターンを生じないCGH位相調整マップは、例えば、標的パターンに存在しなかった所望されない明るいもしくは暗いスポット、または標的パターンに存在しない明るさのバックグラウンド/ベースラインレベルを有し得る。一様性は、多くの異なる計算または技術を使用して測定され得る。例示的な計算は、画像面全体にわたる標的パターンからの強度の平均の偏りを含む。
【0014】
いくつかの態様において、既存のアルゴリズムは、またあるいは代替的に、低効率でパターンを生成し得る。効率は、SLM104に入力されたものに比べた投影パターンにおける光の量を言い得る。例えば、光源102からSLM104に入力された光の100％が画像面106上のパターン108に再度方向づけられた場合、効率は100％である。振幅SLMは位相SLMよりも効率が低いが、それは、これらが標的パターンを生成するために入射光を吸収するからである。しかし、位相SLMを使用してパターン108を投影することは、完全に効率的というわけではない。多くの異なる計算は、例えば:
に限定されない効率を決定するために使用され得る。
【数2】
【0015】
図１Ｂは、いくつかの態様に従う、旧来のWGSアルゴリズムの代表である。改変WGSアルゴリズムは、位相SLM104上に示すためのCGH位相調整マップΦ(x)(本明細書で時々CGH103という)を計算するために設計され、標的振幅パターンに基づく振幅を有する、焦点レンズ105の焦点面(u-面)106のLOFAを生じる。図１Ｂの例において、光源102からの一定の入射強度パターンは、I(x)として表示され、標的LOFA振幅(換言すれば、所望のパターン108)は、
として表示される。
【数3】
【0016】
旧来のWGSアルゴリズムは、多くのイテレーションの後、
を得て、SLM104を調整してu-面上に標的振幅
を生じるためのx-面上のCGH位相調整マップΦ(x)として使用する。理論に束縛されることを望まないが、アルゴリズムは、ボックス110中のx-面画像(例えば、光源102からの入射光I(x)およびSLM104上の位相調整
)、焦点レンズ105(図１Ｂにおいて、フーリエ変換120)、およびu-面または画像面106上の得られた振幅および位相のシミュレーションと同様に作動する。いくつかの態様において、ステップまたはボックス140、150、125、および170において、ボックス110中のシミュレートされた対照（control）を調節し、シミュレートされたSLM104上の位相
を変更し、所望のパターン108をより良く生じるフィードバックが、展開（develop）され得る。多くのイテレーションの後、位相
が、シミュレートされない焦点レンズ105により実際の画像面106上に所望のパターン108を生じるように、シミュレートされないSLM104を調整するために使用される。
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【数8】
【0017】
アルゴリズムは、入力振幅および位相として採用されるボックス110から始まる。SLM104を調整するために初期CGH103を計算する場合(以下により詳細に記載されるようなシステム誘導性誤りに対する補正ではなく)、アルゴリズムの初期位相
は、-πからπに一様に分布するランダム(または一様な)位相マップであるように選択され得、振幅は、
（式中、
は、光源102からの期待される光入力を示す）として選択され得る。いくつかの態様において、この光入力は、二次元ガウス分布である。
【数9】
【数10】
【数11】
【0018】
i-番目のWGSイテレーションの間、ボックス130中のu-面振幅Bi(u)および位相ψi(u)は、二次元フーリエ変換(FT)120を使用してx-面振幅
および位相
から計算され得る。次いで、焦点振幅非一様性補正gi(um)は、式140(連続u-面ドメインにおいて以下に示される):
に基づいて計算される。
【数12】
【数13】
【数14】
【0019】
ここで、
であり、δ(u)は、ディラックδ関数であり、g0(u)=1である。gi(u)は、以前の補正gi-1(u)、gi-2(u)、・・・、g0(u)(いくつかの態様において、i=0である第１のイテレーションについて、g0(u)=1が使用され、B0(um)は、フーリエ変換により計算される)からの情報を含むことに留意のこと。この焦点振幅非一様性補正gi(u)は、ボックス150に示されるように、標的
をgi(u)により相対的に重み付けすることにより
を更新するために使用され得、Bi(um)における不規則性を補償し得る。特に、ボックス150に示されるように、ボックス130からボックス150へと移動する位相ψi(u)は一定で維持されるが、u-面振幅Bi(u)は、無視され、代わりに、焦点振幅非一様性補正gi(u)を掛けた標的振幅
により置き換えられる。この方法において、アルゴリズムにフィードバックされる振幅値は、標的振幅
およびu-面振幅Bi(um)における不均一性に基づいて更新される(焦点振幅非一様性補正gi(u)により補正される場合)。
【数15】
【数16】
【数17】
【数18】
【数19】
【0020】
次いで、ボックス170中の対応するx-面振幅Ai+1(x)および位相
は、ボックス150からの補正されたu-面振幅
および補正されないu-面位相ψi(u)に対して実施される逆二次元FT(「IFT」)125によりコンピューター計算される。この方法において、u-面からIFT125へのフィードバック150は、gi(u)により補正された標的振幅
および更新された位相ψi(u)についての情報を含む。最後に、ボックス170中のIFT125から得られた振幅Ai+1(x)は捨てられるが、ボックス170中の位相
は、アルゴリズムの次のイテレーションのためにボックス110中で使用される。いくつかの態様において、この方法において、各イテレーションにて、位相
はx-面上で更新されるが、振幅は更新されない。これは、例示的な位相SLM104がx-面上の反射光の位相のみを調整するが、振幅を直接調整しないからである。アルゴリズムは、例えば、所望の一様性、効率、イテレーションの数、またはこれらの組合せが達成された後に、種々の異なる条件において終了し得る。終了の際、位相
は、CGHΦ(x)として使用され得る。
【数20】
【数21】
【数22】
【数23】
【数24】
【数25】
【0021】
図１Ｄおよび１Ｅは、いくつかの態様に従う、LOFAにおける光学的焦点の複素場フェーザの実(「Re」)および虚(「Im」)成分を示すグラフである。図１Ｄおよび１Ｅは、複素場フェーザの振幅Bi(um)142および位相ψi(um)144と共にその振幅補正因子gi(um)146を示す。理論に束縛されることを望まないが、図１Ｄは、(破線において示される平均振幅<Bi(u)>M143に比べて)gi(um)146がBi(um)142フェーザ振幅の非一様性を補償する最良の場合のシナリオを示す。しかし、図１Ｅに示されるように、A(x)を
と置き換えることにより、フェーザ上にランダム位相δψi(um)を誘導する。このランダム位相は、振幅補正因子gi(um)146の効果を低減させ、これは、少なくとも部分的に、CGH計算のためのイテレーションの間、図１Ｅに示されるように、gi(um)146とは異なる振幅を有する補正フェーザgi(um)[1+i δψi(um)]148が、gi(um)146の遠方を向く（point away from）からである。この効果は、以下により詳細に説明するように、慣例的なWGSアルゴリズムにおいて無視される。このランダム位相はまた、適応性CGH補正の効果をより低くし、これは、該ランダム位相が、(例えば、カメラにより記録されるように)実際には、LOFAのさらなる非一様性を導入し得るからである。この効果は、以下の図４を参照してより詳細に記載される。
【数26】
【0022】
上記で議論したように、
計算の複数のイテレーションを完了したWGSアルゴリズムは、高度に一様な大スケール光学的焦点アレイについてCGHΦ(x)103を見出すことが可能になる。しかし、各続くWGSイテレーションにおいて、振幅Ai+1(x)を
と置換することにより、１つ以上の理由のためにgi(u)の効果がより低くなり得る。第１の例示的な理由において、および理論に束縛されることを望まないが、図１Ｂにおけるフーリエ変換関係
において、
によるAi+1(x)の振幅置換は、位相において変化δψi(u)を導入し得、これは、振幅における変化δgi(u)に比べて相対的に大きい。換言すれば、各イテレーションでの位相変化は、アルゴリズムによりコンピューター計算される値における変化の有意な駆動体（driver）となる。従って、
である。
【数27】
【数28】
【数29】
【数30】
【数31】
【0023】
この位相変化δψi(u)は、gi(u)の効果をより低くし得、これは、δψi(u)が、gi(u)の計算について説明できないBi+1(um)におけるさらなる非一様性を導入し、この説明できない効果が、gi(u)においてメモリを介したイテレーションの間に蓄積するからである。
【0024】
従って、いくつかの態様において、WGSアルゴリズムは、所望の位相変化δψi(u)を除去するように改変され得る。この改変WGSアルゴリズムの態様は、同様のステップが図１Ｂのものと同様の参照番号を用いて指定される図１Ｃにおいて示される。以下により詳細に記載されるように、旧来のWGSアルゴリズムへの改変の態様は、図１Ｂに示される旧来のWGSアルゴリズムを介した多くのイテレーションの後、図１Ｃのステップ145に示される調整を課す形態を採る。このステップ145は、「位相ロック」と言われ、ボックス150中のψi(u)は、イテレーションN以後、ψN(u)でロックされる。
【0025】
いくつかの態様において、δψi(u)は、一定のレーザー強度パターンから生じるが、この位相変化は、続くi+1番目のイテレーションにおいて反映され得る(換言すれば、ψi+1(u)=δψi(u)+δψi(u))。高い変調効率を達成するための初期数のWGSイテレーションNの後、本開示のいくつかの態様は、145に示されるように、ψi(u)をψN(u)に固定することによりi≧Nにおいてδψi(u)を取り除き(換言すれば、δψi(u)=0)、これは、標的LOFA一様性を達成するためのイテレーションの数を低減し得る。換言すれば、i=Nイテレーションの後、位相ψi(u)は、各続くイテレーションについてψN(u)にロックされ、その結果、ボックス150において、振幅
の値のみが、調整され、ψi(u)は、ψi(u)=ψN(u)で一定に保持され、従って、i>Nについて、ψi(u)-ψN(u)=δψi(u)=0である。調整された振幅
は、逆フーリエ変換によりボックス170においてx-面振幅Ai+1(x)および位相
の両方を更新することに留意のこと(ステップ125)。これは、逆フーリエ変換(およびフーリエ変換)が入力複素関数を別の複素関数にマップする複素カーネル（kernel）であるからである。この方法において、改変WGSアルゴリズムは、それがNイテレーションの後u-面において位相フィードバックをロックすることにおいて、位相ロックWGSアルゴリズムと考えられ得る。イテレーションの数Nは、１つ以上の位相ロック条件に基づいて選択され、その例は、以下により詳細に記載される。
【数32】
【数33】
【数34】
【0026】
いくつかの態様に従って、イテレーションの数Nを決定する位相ロック条件は、アルゴリズムを走らせるコンピューターの操作者により選択され得る。例えば、グラフィカルユーザーインターフェース(GUI)は、位相ロック(換言すれば、図１Ｃにおける条件145)が生じる前にイテレーションの数Nについてユーザーを促し得、ユーザーは、所望の数を入力し得る。いくつかの態様において、Nは、(i)生じさせるべき焦点の数、(ii)SLMピクセルの数、(iii)光学的焦点アレイ幾何構造、および(iv)標的一様性の１つ以上に基づいて選択される。例えば、イテレーションの数Nを決定する位相ロック条件は、閾値一様性および/または効率に基づいて選択され得る。例えば、u-面上の振幅Bi(um)の一様性および効率の１つ以上は、各イテレーションにて計算され得る。一旦、計算された一様性、効率および/またはその両方が閾域に到達すると、位相は、続くイテレーションの間ロックされ得る。換言すれば、アルゴリズムは、一様性もしくは効率の１つのみ、一様性および効率の両方、または一様性もしくは効率のいずれかがそれぞれの閾域を満たすことを必要とし得る。一様性についての閾域は、計算された効率に依存し得る、および/または効率についての閾域は、一様性について計算された値に依存し得る。一様性および/または効率についての閾域は、改変WGSアルゴリズムの性能の経験的な研究に基づいて設定され得るか、あるいはユーザーにより所望の値として入力され得る。閾域は、アルゴリズムの操作者からの入力基準に基づいて動的であり得る。例えば、GUIは、ダイヤル、スライディングスケール（sliding scale）、またはラン時間スケールに基づいて所望のラン時間値を示す他の型の入力を含み得る。前もって設定された(例えば、経験的な)データに基づいて、一様性および/または効率についての閾域は、入力値に基づいて選択され得る。いくつかの態様に従って、単独で使用されるかまたは閾域一様性と組み合わせて使用される閾域効率は、70％、75％、80％、85％、88％、90％、91％、92％、または93％であり得る。いくつかの態様に従って、単独で使用されるかまたは閾域効率と組み合わせて使用される閾域一様性は、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％、99.8％、99.85％、または99.9％であり得る。異なる閾域が、異なる標的パターン、例えば、ランダム対規則正しい（ordered）パターンについて使用され得る。当業者は、本開示から、上に列挙した位相ロック条件が、単に例示的であり、非限定的であることを理解する。さらなるまたは代替的な条件が、企図され、改変WGSアルゴリズムにおいて適用され得る。
【0027】
例示的な実行
図２は、例示的なLOFA幾何構造を生成するために使用される位相固定改変WGSアルゴリズムの例示的な実行の性能をプロットする。非加重GSアルゴリズムは、黒実線として示され、WGSは、影付き線として示され、改変WGSは、点で示される。例示的な改変WGSアルゴリズムにおいて、位相ロックの前のイテレーションの数を、12に設定した。図２Ａの上の枠は、イテレーションの数の関数としての各アルゴリズムの(例えば、上で議論した式を使用して決定した場合の)得られた効率をプロットする。図２Ａの下の枠は、イテレーションの数の関数としての各アルゴリズムの非一様性を示す。図２Ａに示されるように、改変WGSアルゴリズムは、WGSアルゴリズムよりもより迅速により低い非一様性を達成する。図２Ａの例において、0.995の一様性は、改変WGSアルゴリズム(慣例的なWGSアルゴリズム)について26(80)イテレーションを用いて達成される。
図２は、例示的なLOFA幾何構造を生成するために使用される位相固定改変WGSアルゴリズムの例示的な実行の性能をプロットする。非加重GSアルゴリズムは、黒実線として示され、WGSは、影付き線として示され、改変WGSは、点で示される。例示的な改変WGSアルゴリズムにおいて、位相ロックの前のイテレーションの数を、12に設定した。図２Ａの上の枠は、イテレーションの数の関数としての各アルゴリズムの(例えば、上で議論した式を使用して決定した場合の)得られた効率をプロットする。図２Ａの下の枠は、イテレーションの数の関数としての各アルゴリズムの非一様性を示す。図２Ａに示されるように、改変WGSアルゴリズムは、WGSアルゴリズムよりもより迅速により低い非一様性を達成する。図２Ａの例において、0.995の一様性は、改変WGSアルゴリズム(慣例的なWGSアルゴリズム)について26(80)イテレーションを用いて達成される。
【0028】
図２Ｂは、いくつかの態様に従う、実験において、変調されないゼロ次(例えば、SLMの不完全な変調効率に基づく変調されない部分)を空間的に分離するために、位相、例えば、
と重ね合わせた図２Ａを参照して議論された改変WGSアルゴリズムを使用して計算されたCGHΦ(x)を示す。換言すれば、所望の標的強度パターンからかかる変調されない部分を空間的に分離するために、位相傾斜（ramp）にΦ(x)を掛ける。図２Ｃは、理想SLMおよび光学系を使用して現れるとおりの、図２Ｂに示されるCGHを用いて生成されるu-面でのLOFA(例えば、図１Ａにおける画像面106)を示す。
【数35】
【0029】
図２Ｄは、例示的な反復CGH計算の間のu30およびu100でのイテレーションの指数の関数としての光学的焦点のラジアンでの位相（上の枠）および振幅（下の枠）の進展を示すグラフである。図２Ｄは、30イテレーションの経過にわたってどのように光学的焦点の位相および振幅が変化するかを示す。
【0030】
図２Ｅおよび２Ｆは、例示的な六角形格子およびランダム/不規則な光学的焦点アレイのそれぞれについてのWGSおよび改変WGSアルゴリズムの間の比較を示すグラフであり、これらの各々は、グラフにわたって重ねあわされる。特に、各グラフは、イテレーションの指数の関数としての非一様性を示す。図２Ｅおよび２Ｆに示されるように、改変WGSアルゴリズムは、六角形格子および不規則な光学的焦点アレイの両方のそれぞれについて旧来のWGSアルゴリズムより遥かに早く低い非一様性に到達する。さらに、両方の例について、改変WGSアルゴリズムは、３回より多くの（more than three times as many）イテレーションの後でさえ、WGSアルゴリズムより低い非一様性に到達する。
【0031】
適応性CGH補正
いくつかの態様において、IFTAから決定されたCGHを示すSLMは、期待される高度に一様なLOFAを生じず、代わりに、光学的焦点強度において不均一性を示す。この不均一性は、例えば、光学的設定およびSLMにおける欠陥により生じ得る。例えば、光源102からの非一様な光または焦点レンズ105における不均一性は、標的パターンからの不均等性を生じ得る。さらに、SLM104自体は、操作の間にいくらかの不均一性を示し得る。従って、いくつかの態様に従って、例えば、このシステム誘導性非一様性であるがこれに限定されない非一様性は、上で議論したものと同様の技術によりIFTAから決定されるCGHを適応性に補正することにより取り除かれ得る。以下により詳細に記載されるように、この技術は、適応性CGH補正を同定し、観察された非一様性を補償するために適用され得る。
いくつかの態様において、IFTAから決定されたCGHを示すSLMは、期待される高度に一様なLOFAを生じず、代わりに、光学的焦点強度において不均一性を示す。この不均一性は、例えば、光学的設定およびSLMにおける欠陥により生じ得る。例えば、光源102からの非一様な光または焦点レンズ105における不均一性は、標的パターンからの不均等性を生じ得る。さらに、SLM104自体は、操作の間にいくらかの不均一性を示し得る。従って、いくつかの態様に従って、例えば、このシステム誘導性非一様性であるがこれに限定されない非一様性は、上で議論したものと同様の技術によりIFTAから決定されるCGHを適応性に補正することにより取り除かれ得る。以下により詳細に記載されるように、この技術は、適応性CGH補正を同定し、観察された非一様性を補償するために適用され得る。
【0032】
いくつかの態様に従って、画像化デバイス、例えば、CMOSカメラは、図１Ａからの画像面106にて配置され得る。このカメラは、例えば、上記された技術を使用して生成されたCGHΦ(j)(x)103から画像面106上の光の振幅の空間的に分離された画像を記録するために使用され得る。
【0033】
いくつかの態様に従って、補償技術は、任意の位相
が記録されたパターンを生成するために使用されるCGH位相Φ(x)103と置き換えられ得る図１Ｃのボックス110で始まる。強度I(x)は変化しない。理論に束縛されることを望まないが、初期CGH位相Φ(x)103は、Φ(0)(x)と示され得る(適応性補正なし)。j番目の補正されたCGHΦ(j)(x)103を見出す際に、CMOSカメラは、Φ(j-1)(x)103により生成されたLOFAパターンを記録する。u-面上の記録された焦点強度I(j-1)(um)に基づいて、標的振幅
は、以下の式:
を使用してI(j-1)(um)における強度不規則性を補償するように調整される。
【数36】
【数37】
【数38】
【0034】
初期位相(標的振幅)として
を使用することにより、Φ(j)(x)は、慣例的なWGSアルゴリズム、またはu-面位相ψi(u)が全てのjについてイテレーションの間ψN(u)に固定される位相固定法のいずれかにより決定され得る。初期の適応性イテレーションの間、gi(u)は、記録されたパターンを生成するために使用されたCGH位相Φ(x)の計算の間に使用された最後の値として選択され得る。位相ロック法について、各続くイテレーションにて、アルゴリズムは、図１Ｃを参照して議論されるように進行するが、
を
と置き換えることによりかつ全てのイテレーションについてロックされたψN(u)を用いても進行する。換言すれば、測定された画像は、生成されたCGH103を使用して
を更新する方法により、例えば、図１Ｃを参照して議論される方法を使用してシステム欠陥についてフィードバックを生じる。
【数39】
【数40】
【数41】
【数42】
【0035】
開示された技術の例示的な態様を、ここに記載する。以下に記載されるように、実施例は、いくつかの態様において、位相固定法が旧来のWGSアルゴリズムよりも速く適応性CGH補正を迅速かつ信頼性高く見出すことを示す。実施例において、レーザービーム(波長λ=795nm)は、望遠鏡により拡大され、位相SLM(X13138-02 LCOS-SLM光学的位相変調器、HamamatsuTMにより提供される)の全面積を満たす。SLMは、色消しレンズ(f=250mm)の焦点面でLOFAを生じたIFTAから計算されるCGHを示し、これは、次いで、CMOSカメラ(DCC1645C USB 2.0 CMOSカメラ、1280 x 1024、色センサー、ThorlabsTMにより提供される)を用いて画像化された。
【0036】
図３Ａ～３Ｄに示されるように、この構成は、適応性CGH補正の例示的な適用を試験し、50x30光学的焦点からなる一様なLOFAを生成するために使用された。補正されないΦ(0)(x)(例えば、図２Ｂに示されるCGH)は、標的パターンからの標準偏差により決定した場合、22％の強度非一様性を有するLOFAを最初に生じた。上で議論したWGSおよび改変WGSアルゴリズムを用いた繰返しCGH補正を適用することにより、図３Ａにプロットされるように、非一様性が低減された。図３Ａにおける各点は、繰返し適応性補正の8集合を示し、エラーバーは、集合における非一様性不確定性(標準偏差)を示す。この実施例において、適応性CGH補正(補正されないΦ(0)(x)から５番目に補正されたΦ(5)(x))のシリーズは、8回繰り返され、8集合を生じる。各例示的な集合内で、例えば、CMOS中のノイズは、異なる具現（realization）を有する。8集合を平均することにより、ノイズが、どのように生じたLOFAの一様性および適応性補正の信頼性に寄与し得るかが明らかになる。慣例的なWGSアルゴリズム(白丸)を使用した補正と比較して、位相改変WGSアルゴリズム(黒丸)は、より迅速かつ信頼性のあるCGH補正を実施し、ほんの３回の補正ステップを用いて1.59±0.18％の非一様性を達成した。対照的に、WGSアルゴリズムを用いた補正は、同じ数の補正を用いてほんの6.47±2.14％の非一様性を達成した。
【0037】
図３Ｂは、例示的なCGH補正を示し、これは、適応性CGH補正(Φ(3)(x))から生成されるCGHから元のCGH(Φ(0)(x))を減算することにより計算され得る。換言すれば、図３Ｂは、元々のコンピューター計算されたCGHに対する適応性CGHアルゴリズムによりなされた位相調整を示す(両方のCGHについて、上記改変WGSアルゴリズムを使用する)。図３Ｃは、３回のイテレーションの位相固定補正Φ(3)(x)を伴った50×30LOFAの例示的なCMOSカメラ生画像を示す。上の枠は、元のCGHΦ(0)(x)を用いてとられた画像を示し、下の枠は、補正Φ(3)(x)後にとられた画像を示す。各焦点の平均直径(1/e2)は、約15μmである。２つの枠において見られ得るように、補正後の画像は、より明るくかつより一様である。図３Ｄは、光学的焦点の平均強度をプロットするヒストグラムを示す。白のバーを用いて示されるように、初期の例示的な強度非一様性は、22％(標準偏差により決定される場合)であり、これは、図３Ｂに示される適応性CGH補正の適用後に1.4％にまで低減された(黒のバー)。従って、改変WGSアルゴリズムはまた、CGHを適応性に訂正して、光学的焦点における非一様性を有意に低減するために使用され得る。
【0038】
いくつかの態様に従って、および理論に束縛されることを望まないが、改変WGSアルゴリズムを使用する迅速かつ信頼性のある補正は、図４に示される例示的な三面モデルを使用して理解され得る。この例示的なモデルにおいて、x-面410および焦点レンズ420上のSLMは、理想と仮定され、従って、Φ(j)(x)は、中間のu'-面430上に、標的
を形成する。ψ(j)(u')は、j番目の補正IFTAを走らせることにより特定される。全てのシステム欠陥は、決定された不規則性Δ
を用いてu'-面430をu-面450にマップする仮想的な(不完全な)画像化システム440にひとまとめになる（lump）。いくつかの態様に従って、モデルは、IFTA
から予想される非一様性を無視し、該非一様性は、決定
からの非一様性より遥かに小さくあり得る。Δ
は、この構成においてψ(j)(u')に依存し得ることに留意のこと。
【数43】
【数44】
【数45】
【数46】
【数47】
【0039】
実施例において、慣例的なWGSアルゴリズムを使用する適応性CGH補正が、考慮され得る。Φ(j)(x)がΦ(j-1)(x)からコンピューター計算される場合、ψ(j)(u')は、ψ(j-1)(u')から回転され得る。この位相回転は、Δ
においてさらなる非一様性を導入し得、これは、
がΔ
から調整される場合説明できない。さらに、Δ
におけるCMOSカメラノイズは、また、位相回転に寄与し得、Δ
において後の非一様性ノイズを付加し得る。対照的に、Φ(j)(x)をコンピューター計算するための位相固定改変WGS法は、かかる位相回転がなしであり得、Δ
の迅速かつ信頼性のある補正を可能にし得る。
【数48】
【数49】
【数50】
【数51】
【数52】
【数53】
【0040】
SLMの使用により、任意のLOFA幾何構造、例えば、六角形格子および不規則な幾何構造の生成が可能になる。例えば、これらの幾何構造は、量子多体物理シミュレーションに対する興味深い潜在的な適用を提供する。かかる量子多体シミュレーションは、例えば、発明の名称が「Neutral Atom Quantum Information Processor」であるPCT出願番号2018/42080に記載され、この内容は、その全体において参照により本明細書に援用される。
【0041】
図５Ａおよび５Ｄは、六角形格子(720焦点)および不規則な幾何構造(819焦点)のそれぞれについてフィードバック補正(フィードバックイテレーション)の関数としての非一様性を示す。図５Ａおよび５Ｄの各々は、改変WGSアルゴリズム(黒の点)と比較しての旧来のWGSアルゴリズム(白の点)を示す。各点は、繰返し適応性補正の8集合を示し、エラーバーは、集合における非一様性不確定性(標準偏差)を示す。図５Ｂおよび５Ｄの左の枠は、例示的な六角形および不規則な幾何構造のそれぞれについての変調されないゼロ次を空間的に分離するために、位相格子と重ね合わせた補正されないCGHΦ(0)(x)を示す。図５Ｂおよび５Ｄの右の枠は、位相固定法により決定されたCGH補正Φ(5)(x)-Φ(0)(x)を示し、これは、六角形格子および不規則な幾何構造のそれぞれについて図２Ｂにおけるプロットと類似する。図５Ａおよび５Ｄにおいて見られ得るように、六角形格子および不規則な幾何構造の一様なLOFAは、旧来のWGSアルゴリズムに比べて改変WGSアルゴリズムを使用して、より迅速にかつより低い非一様性を伴って生成され得る。例えば、位相固定法を適用することにより、1.1±0.20％および1.2±0.11％のLOFA非一様性LOFA非一様性は、六角形格子および不規則な幾何構造のそれぞれに対する図５Ｂおよび５Ｅにおける補正を含む適応性に補正されたCGHsΦ(5)(x)により達成され得る。両方の場合は、システム誘導性非一様性を妨げるための、慣例的なWGSアルゴリズムに比べた位相固定法のより大きな信頼性および収束性を示す。図５Ｃおよび５Ｆは、５回のイテレーション位相固定補正Φ(5)(x)の適用の前(上の枠)および後(下の枠)の、上記で議論したLOFの例示的なCMOSカメラの生画像を示す。補正後の画像は、より明るくおよびより一様の両方に見える。かかるLOFAは、上で議論した改変WGS適応性補正を使用して生成されたが、最初に生成されたCGHに対して改善するだけでなく、旧来のWGS適応性補正を用いた場合よりも該CGHを改善する。
【0042】
いくつかの態様において、方法は、第１の複数のイテレーションについて位相ロック条件が満たされるまで、加重ガーチバーグ-サクトン（Gerchberg-Saxton）アルゴリズムを実施すること;第２の複数のイテレーションについてロック焦点面位相関数を用いて加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムを実施すること;および第２の複数のイテレーションの後、位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムから得られた後側焦点面位相関数を用いて位相空間光変調器 (「SLM」)を調整することを含む。
【0043】
いくつかの態様において、該方法はさらに、位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムから得られた後焦点面位相関数を使用して、SLMにより生成される光の画像を記録すること；反復的に、第二の複数のイテレーションにおいて、位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムからの後焦点面位相関数を使用してSLMにより生成される光の記録された画像を使用して、第三の複数のイテレーションについて位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムを行うこと；反復的に、第三の複数のイテレーションの後に、位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムから得られた第二の後焦点面位相関数により位相空間光変調器(「SLM」)を調整して、光学的焦点アレイを形成すること；および反復的に実施するおよび調整するステップを少なくとも1回繰り返すことを含む。
【0044】
上に記載される態様のいくつかによると、位相SLMを使用して一様な大スケールの光学的焦点アレイ(LOFA)を生成する方法は、従来のCGH生成アルゴリズムに対して大きく向上し得る。いくつかの態様において、開示された改変WGSアルゴリズムは、慣例的な加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムにおける望ましくない位相回転を回避し得る。そのため、このアプローチは、高度に一様なLOFAのコンピューター生成ホログラムを見出すためのイテレーションの数を低減し得る。例示的な実行は、位相固定改変WGSアルゴリズムも、LOFA強度一様性を低下させ得る光学系欠陥を信頼性高く妨げ得ることを示す。いくつかの例示的な実行において、3つの適応性補正ステップにより、このアプローチは、>98%の一様性を有する
焦点からなる任意のLOFA幾何構造を生成する。いくつかの態様において、光学顕微鏡検査、光学情報処理ならびに原子および固体状態量子エミッターについての量子制御などの種々の適用において、改変WGSアルゴリズムを使用し得る。いくつかの例において、改変WGSアルゴリズムにより生成されるLOFAを使用して、量子コンピューター計算および量子シミュレーション適用について、極低温原子のアレイを調整し得る。
【数54】
【0045】
ここで図6を参照すると、光学的焦点アレイ生成のための方法は本開示の態様に従って示される。601で、光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数が読み取られる。602...604で、第一の反復プロセスは、位相ロック条件605が満たされるまで実施される。602で、フーリエ変換は、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成するように光源振幅関数および位相関数に対して行われる。603で、補正された振幅関数は、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて計算される。604で、逆フーリエ変換は、位相関数を更新するように補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して行われる。条件605が満たされない場合、プロセス602...604は繰り返される。条件605が満たされる場合、焦点面位相関数は、606でロックされた位相関数として保持される。
【0046】
607...609で、第二の反復プロセスは、第一の停止条件が満たされるまで行われる。607で、フーリエ変換は、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成するように、光源振幅関数および位相関数に対して行われる。608で、補正された振幅関数は、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて計算される。609で、逆フーリエ変換は、位相関数を更新するように、補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して行われる。
【0047】
条件610が満たされる場合、位相空間光変調器(「SLM」)は、光源を用いて構成され、照射され、それにより611で位相変調ビームを生成する。光源は、光源振幅関数と一致する。ビームは振幅関数および位相関数を有する。ビームは焦点面に指向される。光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される。いくつかの場合、例えば干渉パターンが所定の一様性条件に達する場合、さらなる最適化は必要でないことがある。かかる場合、プロセスは、SLMの構成および照射の後に停止し得る。612で、干渉パターンの振幅関数は、光検出器から決定される。613で、標的振幅関数は、干渉パターンの振幅関数に基づいて更新される。
【0048】
614...616で、第三の反復プロセスは、停止条件617が満たされるまで行われる。614で、フーリエ変換は、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成するようにビームの振幅関数およびビームの位相関数に対して行われる。615で、補正された振幅関数は、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて計算される。616で、逆フーリエ変換は、位相関数を更新するように補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して行われる。条件617が満たされない場合、プロセス614...616は繰り返される。条件617が満たされる場合、SLMは、位相関数に従って構成され、それにより618でビームの位相関数を調整する。SLMの照射は、前述のプロセスのいくつかまたは全ての間に維持され得ることが理解される。照射が維持されない場合、SLMは、位相関数と一致するビーム(bean)を生成するために、再構成の後に再度照射され得る。
【0049】
ここで図7を参照すると、コンピューター計算ノードの例の概略が示される。コンピューター計算ノード10は、適切なコンピューター計算ノードの1つのみの例であり、本明細書に記載される態様の使用または機能の範囲に関する何らかの限定を示唆することは意図されない。それに関わらず、コンピューター計算ノード10は、上述の機能のいずれかを実行および/または実施し得る。
【0050】
コンピューター計算ノード10において、多くの他の一般的な目的または特定の目的のコンピューター計算システム環境または構成を伴って作動するコンピューターシステム/サーバー12がある。コンピューターシステム/サーバー12を用いた使用に適切であり得る周知のコンピューター計算システム、環境および/または構成の例としては、限定されないが、パーソナルコンピューターシステム、サーバーコンピューターシステム、シンクライアント、シッククライアント、手持ちサイズまたはラップトップ型デバイス、マルチプロセッサーシステム、マイクロプロセッサー系システム、セットトップボックス、プログラム可能家庭用電化製品(consumer electronics)、ネットワークPC、ミニコンピューターシステム、メインフレームコンピューターシステムおよび上述のシステムまたはデバイスのいずれかを含む分散クラウドコンピューター計算環境(distributed cloud computing environment)等が挙げられる。
【0051】
コンピューターシステム/サーバー12は、コンピューターシステムにより実行されるプログラムモジュールなどのコンピューターシステム実行可能指示の一般的な文脈に記載され得る。一般的に、プログラムモジュールは、特定のタスクを行うまたは特定の抽象データ型を実行する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、ロジック、データ構造等を含み得る。コンピューターシステム/サーバー12は、タスクが通信ネットワークを通じて連結される遠隔処理デバイスにより行われる分散クラウドコンピューター計算環境中で実施され得る。分散クラウドコンピューター計算環境において、プログラムモジュールは、メモリ記憶デバイスを含むローカルおよび遠隔コンピューターシステム記憶媒体の両方中に配置され得る。
【0052】
図7に示されるように、コンピューター計算ノード10中のコンピューターシステム/サーバー12は、一般的な目的のコンピューター計算デバイスの形態で示される。コンピューターシステム/サーバー12の構成要素としては、限定されないが、1つ以上のプロセッサーまたは処理ユニット16、システムメモリ28、およびシステムメモリ28などの種々のシステム構成要素をプロセッサー16に連結するバス18が挙げられ得る。
【0053】
バス18は、メモリバスまたはメモリコントローラ、ペリフェラルバス、アクセラレーテッドグラフィックスポート(accelerated graphics port)および種々のバスアーキテクチャーのいずれかを使用するプロセッサーまたはローカルバスを含むいくつかの種類のバス構造のいずれかの1つ以上を表す。例示により、限定されることなく、かかるアーキテクチャーとしては、インダストリスタンダードアーキテクチャー(ISA)バス、マイクロチャンネルアーキテクチャー(MCA)バス、拡張(Enhanced)ISA(EISA)バス、ビデオエレクトロニクススタンダードアソシエーション(Video Electronics Standards Association) (VESA)ローカルバス、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト(Peripheral Component Interconnect) (PCI)バス、ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス(Peripheral Component Interconnect Express) (PCIe)およびアドバンスドマイクロコントローラバス(Advanced Microcontroller Bus)アーキテクチャー(AMBA)が挙げられる。
【0054】
コンピューターシステム/サーバー12は典型的に、種々のコンピューターシステム読み取り可能媒体を含む。かかる媒体は、コンピューターシステム/サーバー12によりアクセス可能な任意の利用可能な媒体であり得、揮発性および非揮発性媒体、取り外し可能および非取り外し可能媒体の両方を含む。
【0055】
システムメモリ28は、ランダムアクセスメモリ(RAM)30および/またはキャッシュメモリ32などの揮発性メモリの形態のコンピューターシステム読み取り可能媒体を含み得る。コンピューターシステム/サーバー12はさらに、他の取り外し可能/非取り外し可能、揮発性/非揮発性コンピューターシステム記憶媒体を含み得る。例示のみとして、記憶システム34は、非取り外し可能、非揮発性磁気媒体(示されず、典型的に「ハードドライブ」と称される)からの読み取りおよびそれへの書き込みのために提供され得る。示されないが、取り外し可能、非揮発性磁気ディスク(例えば「フロッピーディスク」)からの読み取りおよびそれへの書き込みのための磁気ディスクドライブ、ならびに取り外し可能、非揮発性光学ディスク、例えばCD-ROM、DVD-ROMまたは他の光学媒体からの読み取りまたはそれへの書き込みのための光学ディスクドライブが提供され得る。かかる例において、それぞれは、1つ以上のデータ媒体インターフェースによりバス18に連結され得る。以下にさらに示され、記載されるように、メモリ28は、本開示の態様の機能を実行するように構成される、一組(例えば少なくとも1つ)のプログラムモジュールを有する少なくとも1つのプログラム産物を含み得る。
【0056】
一組(少なくとも1つ)のプログラムモジュール42を有するプログラム/ユーティリティー40ならびに例示として限定されることなくオペレーティングシステム、1つ以上のアプリケーションプログラム、他のプログラムモジュールおよびプログラムデータはメモリ28中に蓄積され得る。オペレーティングシステム、1つ以上のアプリケーションプログラム、他のプログラムモジュールおよびプログラムデータまたはそれらのいくつかの組合せのそれぞれは、ネットワーク環境の実行を含み得る。プログラムモジュール42は一般的に、本明細書に記載される態様の機能および/または方法論を実行する。
【0057】
コンピューターシステム/サーバー12はまた、例えばキーボード、位置指示装置、ディスプレイ24等の1つ以上の外部デバイス14；ユーザーがコンピューターシステム/サーバー12と情報交換することを可能にする1つ以上のデバイス；および/またはコンピューターシステム/サーバー12が1つ以上の他のコンピューター計算デバイスと通信することを可能にする任意のデバイス(例えばネットワークカード、モデム等)と通信する。かかる通信は、入力/出力(I/O)インターフェース22を介して起こり得る。なおさらに、コンピューターシステム/サーバー12は、ネットワークアダプタ20を介してローカルエリアネットワーク(LAN)、一般的な広域ネットワーク(WAN)および/または公共ネットワーク(例えばインターネット)などの1つ以上のネットワークと通信し得る。示されるように、ネットワークアダプタ20は、バス18を介してコンピューターシステム/サーバー12の他の構成要素と通信する。示されないが、他のハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素が、コンピューターシステム/サーバー12と共に使用され得ることが理解されるべきである。例としては、限定されないが：マイクロコード、デバイスドライバ、冗長処理ユニット(redundant processing unit)、外部ディスクドライブアレイ、RAIDシステム、テープドライブおよびデータアーカイバル記憶システム等が挙げられる。
【0058】
本開示は、システム、方法および/またはコンピュータープログラム物として具体化され得る。コンピュータープログラム物は、プロセッサーに本開示の局面を実施させるためのコンピューター読み取り可能記憶媒体上のコンピューター読み取り可能プログラム指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体(1つまたは複数)を含み得る。
【0059】
コンピューター読み取り可能記憶媒体は、指示実行デバイスによる使用のための指示を保持および記憶し得る具体的なデバイスであり得る。コンピューター読み取り可能記憶媒体は、例えば限定されないが、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光学記憶デバイス、電磁記憶デバイス、半導体記憶デバイス、または前述のものの任意の適切な組合せであり得る。コンピューター読み取り可能記憶媒体のより具体的な例の網羅的でないリストは、以下：持ち運び可能コンピューターディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、持ち運び可能コンパクトディスク読み取り専用メモリ(CD-ROM)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、メモリスティック、フロッピーディスク、パンチカードまたは溝上に記録された指示を有する溝中の持ち上がった構造などの機械的にエンコードされたデバイス、および前述のものの任意の適切な組合せを含む。本明細書で使用する場合、コンピューター読み取り可能記憶媒体は、電波もしくは他の自由に伝播する電磁波、導波管もしくは他の送信媒体を通って伝播する電磁波(例えば光ファイバーケーブルを通る光パルス)、またはワイヤを通って送信される電気信号などの一時的な信号自体であるとは解釈されない。
【0060】
本明細書に記載されるコンピューター読み取り可能プログラム指示は、コンピューター読み取り可能記憶媒体からそれぞれのコンピューター計算/処理デバイスへと、またはネットワーク、例えばインターネット、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワークおよび/またはワイヤレスネットワークを介して外部コンピューターもしくは外部記憶デバイスへとダウンロードされ得る。ネットワークは、銅送信ケーブル、光送信ファイバー、ワイヤレス送信、ルーター、ファイヤーウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピューターおよび/またはエッジサーバーを含み得る。それぞれのコンピューター計算/処理デバイス中のネットワークアダプタカードまたはネットワークインターフェースは、ネットワークからコンピューター読み取り可能プログラム指示を受信し、それぞれのコンピューター計算/処理デバイス内のコンピューター読み取り可能記憶媒体における記憶のためのコンピューター読み取り可能プログラム指示を転送する。
【0061】
本開示の操作を実施するためのコンピューター読み取り可能プログラム指示は、アセンブラ指示、指示セットアーキテクチャー(ISA)指示、機械指示(machine instruction)、機械依存型指示(machine dependent instruction)、マイクロコード、ファームウェア指示、状態設定データ、または1つ以上のプログラミング言語、例えばSmalltalk、C++などのオブジェクト指向プログラミング言語および「C」プログラミング言語もしくは同様のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語などの任意の組合せで記述されるソースコードもしくはオブジェクトコードのいずれかであり得る。コンピューター読み取り可能プログラム指示は、ユーザーのコンピューター上で全体的に、独立型ソフトウェアパッケージとしてユーザーのコンピューター上で部分的に、ユーザーのコンピューターを部分的にかつ遠隔コンピューター上で部分的にまたは遠隔コンピューターもしくはサーバー上で全体的に実行し得る。後者のシナリオにおいて、遠隔コンピューターは、ローカルエリアネットワーク(LAN)もしくは広域ネットワーク(WAN)を含む任意の型のネットワークを通してユーザーのコンピューターと連結され得るか、または該連結は、(例えばインターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを通して)外部のコンピューターに対してなされ得る。いくつかの態様において、例えばプログラム可能ロジック回路、フィールドプログラム可能ゲートアレイ(FPGA)またはプログラム可能ロジックアレイ(PLA)を含む電子回路は、本開示の局面を実施するために、電子回路を個人化するためのコンピューター読み取り可能プログラム指示の状態情報を使用して、コンピューター読み取り可能プログラム指示を実行し得る。
【0062】
本開示の局面は、本開示の態様による、方法、装置(システム)およびコンピュータープログラム物のフローチャート表示および/またはブロック図を参照して本明細書に記載される。フローチャート表示および/またはブロック図のそれぞれのブロック、ならびにフローチャート表示および/またはブロック図内のブロックの組合せは、コンピューター読み取り可能プログラム指示により実行され得ることが理解される。
【0063】
これらのコンピューター読み取り可能プログラム指示は、機械を製造するための一般的な目的のコンピューター、特殊な目的のコンピューターまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサーに提供され得、コンピューターまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサーを介して実行する該指示は、フローチャートおよび/またはブロック図ブロックもしくはブロック内で特定される機能/行為を実行するための手段を作成する。これらのコンピューター読み取り可能プログラム指示はまた、コンピューター、プログラム可能データ処理装置および/または他のデバイスを、特定の様式で機能に方向づけ得るコンピューター読み取り可能記憶媒体に記憶され得、コンピューター読み取り可能記憶媒体中に記憶された指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体は、フローチャートおよび/またはブロック図ブロックもしくはブロックにおいて特定された機能/行為の局面を実行する指示を含む製造物品を含む。
【0064】
コンピューター読み取り可能プログラム指示はまた、一連の操作工程を、コンピューター、他のプログラム可能装置または他のデバイス上で実行させてコンピューター実行プロセスを作成するために、コンピューター、他のプログラム可能データ処理装置または他のデバイスにロードされ得、コンピューター、他のプログラム可能装置または他のデバイス上で実行する該指示は、フローチャートおよび/またはブロック図ブロックもしくはブロックにおいて特定された機能/行為を実行する。
【0065】
図中のフローチャートおよびブロック図は、本開示の種々の態様によるシステム、方法およびコンピュータープログラム物のアーキテクチャー、機能および可能な実行の操作を図示する。これに関して、フローチャートまたはブロック図中のそれぞれのブロックは、特定の論理的機能(1つまたは複数)を実行するための1つ以上の実行可能な指示を含む指示のモジュール、セグメントまたは部分を表示し得る。いくつかの代替的な実行において、ブロックに記される機能は、図に記される順序から外れて起こり得る。例えば、連続して示される2つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行され得るか、または該ブロックは、しばしば含まれる機能に応じて逆の順序で実行され得る。ブロック図および/またはフローチャート表示のそれぞれのブロックならびにブロック図および/またはフローチャート表示におけるブロックの組合せは、特定の機能もしくは行為を実施するかまたは特殊な目的のハードウェアおよびコンピューター指示の組合せを実施する特殊な目的のハードウェアに基づくシステムにより実行され得ることも注意される。
【0066】
従って、第1の例示的な態様において、本開示は、光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取り；位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新し；ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し；第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新するように構成されるコンピューター計算ノードを含むシステムを提供する。
【0067】
第1の例示的な態様の第1の局面において、該システムはさらに、位相空間光変調器(「SLM」)；SLMを照射するように構成される光源、ここで該光源は、光源振幅関数に従い、それにより位相変調ビームを生成し、該ビームは、振幅関数および位相関数を有する；ならびに焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される少なくとも1つの光検出器を含み、ここでコンピューター計算ノードは、SLMおよび光検出器に操作的に連結され、さらに位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整し；光検出器から干渉パターンの振幅関数決定し；干渉パターンの振幅関数に基づいて標的振幅関数を更新し；第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新し；位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整するように構成される。
【0068】
第1の例示的な態様の第2の局面において、コンピューター計算ノードはさらに、標的振幅関数を更新して、該第三の反復プロセスを繰り返すように構成される。
【0069】
第1の例示的な態様の第3の局面において、位相ロック条件は、複数のイテレーションを含み、これは例えば、ユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15であり得る。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0070】
第1の例示的な態様の第4の局面において、位相ロック条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0071】
第1の例示的な態様の第5の局面において、第一の停止条件は、複数のイテレーションを含み、これは例えば、ユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15であり得る。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0072】
第1の例示的な態様の第6の局面において、第一の停止条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0073】
第1の例示的な態様の第7の局面において、第二の停止条件は、複数のイテレーションを含み、これは例えば、ユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15であり得る。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0074】
第1の例示的な態様の第8の局面において、第二の停止条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0075】
第1の例示的な態様の第9の局面において、コンピューター計算ノードはさらに、焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算し；焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較するように構成される。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0076】
第1の例示的な態様の第10の局面において、コンピューター計算ノードはさらに、ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信するように構成される。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0077】
第1の例示的な態様の第11の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは極大点の規則格子を形成する。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0078】
第1の例示的な態様の第12の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは極大点の不規則格子を形成する。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0079】
第1の例示的な態様の第13の局面において、光源振幅関数は二次元ガウス振幅関数である。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0080】
第1の例示的な態様の第14の局面において、該システムはさらに、少なくとも1つのレンズを含み、少なくとも1つのレンズは焦点面にビームの焦点を合わせるように構成される。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0081】
第1の例示的な態様の第15の局面において、光源振幅関数は、光検出器により検出される。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0082】
第1の例示的な態様の第16の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することは、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅を、平均振幅と比較することを含む。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0083】
第2の例示的な態様において、本開示は、光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること；位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること；ならびに第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に、光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新することを含む方法を提供する。
【0084】
第2の例示的な態様の第1の局面において、該方法はさらに、光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、ここで該光源は、光源振幅関数に従い、該ビームは振幅関数および位相関数を有し、該ビームは焦点面に指向され、光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される；位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整すること；光検出器から干渉パターンの振幅関数を決定すること；干渉パターンの振幅関数に基づいて標的振幅関数を更新すること；第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；ならびに位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整することを含む。
【0085】
第2の例示的な態様の第2の局面において、該方法はさらに、標的振幅関数を更新すること、および第三の反復プロセスを繰り返すことを含む。
【0086】
第2の例示的な態様の第3の局面において、位相ロック条件は、複数のイテレーションを含み、これは例えばユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15である。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0087】
第2の例示的な態様の第4の局面において、位相ロック条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0088】
第2の例示的な態様の第5の局面において、第一の停止条件は、複数のイテレーションを含み、これは例えばユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15であり得る。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0089】
第2の例示的な態様の第6の局面において、第一の停止条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0090】
第2の例示的な態様の第7の局面において、第二の停止条件は、複数のイテレーションを含み、これは例えばユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15であり得る。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0091】
第2の例示的な態様の第8の局面において、第二の停止条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0092】
第2の例示的な態様の第9の局面において、該方法はさらに、焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること；および焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較することを含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0093】
第2の例示的な態様の第10の局面において、該方法はさらに、ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信することを含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0094】
第2の例示的な態様の第11の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは極大点の規則格子を形成する。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0095】
第2の例示的な態様の第12の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは極大点の不規則格子を形成する。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0096】
第2の例示的な態様の第13の局面において、光源振幅関数は二次元ガウス振幅関数である。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0097】
第2の例示的な態様の第14の局面において、該方法はさらに、少なくとも1つのレンズにより焦点面にビームの焦点を合わせることを含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0098】
第2の例示的な態様の第15の局面において、光源振幅関数は光検出器により検出される。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0099】
第2の例示的な態様の第16の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、ここで標的振幅関数を更新することは、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0100】
第3の例示的な態様において、本開示は、光学的焦点アレイ生成のためのコンピュータープログラム物を提供し、該コンピュータープログラム物は、該コンピュータープログラム物により具体化されたプログラム指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体、プロセッサーにより実行可能なプログラム指示を含み、該指示は、プロセッサーに、光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること；位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること；ならびに第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新することを含む方法を行わせる。
【0101】
第3の例示的な態様の第1の局面において、該方法はさらに、光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、ここで該光源は、光源振幅関数に従い、該ビームは、振幅関数および位相関数を有し、該ビームは、焦点面に指向され、光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される；位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整すること；光検出器から干渉パターンの振幅関数を決定すること；干渉パターンの振幅関数に基づいて標的振幅関数を更新すること；第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；ならびに位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整することを含む。
【0102】
第3の例示的な態様の第2の局面において、該方法はさらに、標的振幅関数を更新すること、および第三の反復プロセスを繰り返すことを含む。
【0103】
第3の例示的な態様の第3の局面において、位相ロック条件は複数のイテレーションを含み、これは例えばユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15である。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0104】
第3の例示的な態様の第4の局面において、位相ロック条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0105】
第3の例示的な態様の第5の局面において、第一の停止条件は複数のイテレーションを含み、これは例えばユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15であり得る。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0106】
第3の例示的な態様の第6の局面において、第一の停止条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0107】
第3の例示的な態様の第7の局面において、第二の停止条件は複数のイテレーションを含み、これは例えばユーザーにより選択され得る。例えば、イテレーションの数は3～15であり得る。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0108】
第3の例示的な態様の第8の局面において、第二の停止条件は、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0109】
第3の例示的な態様の第9の局面において、該方法はさらに、焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること；ならびに焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較することを含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0110】
第3の例示的な態様の第10の局面において、該方法はさらに、ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信することを含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0111】
第3の例示的な態様の第11の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは極大点の規則格子を形成する。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0112】
第3の例示的な態様の第12の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは極大点の不規則格子を形成する。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0113】
第3の例示的な態様の第13の局面において、光源振幅関数は二次元ガウス振幅関数である。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0114】
第3の例示的な態様の第14の局面において、該方法はさらに、少なくとも1つのレンズにより焦点面にビームの焦点を合わせることを含む。本方法の特徴の残りは、第2の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0115】
第3の例示的な態様の第15の局面において、光源振幅関数は光検出器により検出される。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0116】
第3の例示的な態様の第16の局面において、焦点面でビームにより生成される干渉パターンは、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、ここで標的振幅関数を更新することは、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む。本システムの特徴の残りは、第1の例示的な態様の局面のいずれかに関して記載されるとおりである。
【0117】
ある態様において、本開示の態様は、以下の番号がつけられた態様により例示される：
【0118】
1. (1)後焦点面入力振幅関数および後焦点面入力位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること；
(2)焦点面振幅関数に基づいて補正因子を計算すること；
(3)補正因子および標的焦点面振幅関数に基づいて補正された焦点面振幅関数を計算すること；
(4)補正された焦点面振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面振幅関数および更新された後焦点面位相関数を生成すること；
(5)位相ロック条件が満たされるまで後焦点面入力位相関数を更新された後焦点面位相関数で置き換えることにより、ステップ(1)～(4)を少なくとも1回繰り返すこと；
(6)ステップ(4)の焦点面位相関数を、位相ロック条件が満たされる時点の焦点面位相関数に等しいロックされた焦点面位相関数にロックしながら、ステップ(1)～(4)を少なくとも1回繰り返すこと；ならびに
(7)ステップ(6)の後、位相空間光変調器(「SLM」)により光源からの光の位相を変調すること
を含む方法であって、光の位相を変調することが、更新された後焦点面位相関数にほぼ等しい量だけ、SLMにより光の位相を局所的にシフトされることを含む、方法。
(2)焦点面振幅関数に基づいて補正因子を計算すること；
(3)補正因子および標的焦点面振幅関数に基づいて補正された焦点面振幅関数を計算すること；
(4)補正された焦点面振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面振幅関数および更新された後焦点面位相関数を生成すること；
(5)位相ロック条件が満たされるまで後焦点面入力位相関数を更新された後焦点面位相関数で置き換えることにより、ステップ(1)～(4)を少なくとも1回繰り返すこと；
(6)ステップ(4)の焦点面位相関数を、位相ロック条件が満たされる時点の焦点面位相関数に等しいロックされた焦点面位相関数にロックしながら、ステップ(1)～(4)を少なくとも1回繰り返すこと；ならびに
(7)ステップ(6)の後、位相空間光変調器(「SLM」)により光源からの光の位相を変調すること
を含む方法であって、光の位相を変調することが、更新された後焦点面位相関数にほぼ等しい量だけ、SLMにより光の位相を局所的にシフトされることを含む、方法。
【0119】
2. 位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を含む、請求項１記載の方法。
【0120】
3. 焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること；および焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の計算された1つ以上と、効率閾値または一様性閾値の1つ以上を比較して、位相ロック条件が満たされることを決定することをさらに含む、請求項２記載の方法。
【0121】
4. ユーザーから効率閾値または一様性閾値の1つ以上を示す情報を受信することをさらに含む、請求項３記載の方法。
【0122】
5. 位相ロック条件が、ステップ(1)～(5)の前もって設定された数のイテレーションを含む、請求項１記載の方法。
【0123】
6. ステップ(1)～(5)の前もって設定された数のイテレーションがユーザーにより選択される、請求項５記載の方法。
【0124】
7. ステップ(1)～(5)の前もって設定された数のイテレーションが、3～15のイテレーションを含む、請求項５記載の方法。
【0125】
8. 標的焦点面振幅関数が、一様な大光学的焦点アレイ(「LOFA」)、六角形格子LOFAまたは不規則なLOFAの少なくとも1つ以上を含む、請求項１記載の方法。
【0126】
9. 第1のステップ(1)における後焦点面入力振幅関数がガウス振幅関数である、請求項１記載の方法。
【0127】
10. (8)少なくとも1つの焦点レンズにより、画像面に位相変調光の焦点を合わせることをさらに含む、請求項１記載の方法。
【0128】
11. (9)焦点を合わされた位相変調光の振幅の空間的に分解された画像を捕捉することをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【0129】
12. (10)焦点を合わされた位相変調光の振幅の空間的に分解された画像および標的焦点面振幅関数に基づいて補正された焦点面振幅関数を計算すること；
(11)以前のステップ(6)から決定された補正された焦点面振幅関数および固定された焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成すること；
(12)CGH後焦点面入力振幅関数および後焦点面の更新された位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること；
(13)ステップ(7)～(12)を少なくとも1回繰り返すこと；
(14)ステップ(13)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調すること
をさらに含む方法であって、光の位相を変調することが、ステップ(14)の後に、更新された後焦点面位相関数とほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、請求項１１記載の方法。
(11)以前のステップ(6)から決定された補正された焦点面振幅関数および固定された焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成すること；
(12)CGH後焦点面入力振幅関数および後焦点面の更新された位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること；
(13)ステップ(7)～(12)を少なくとも1回繰り返すこと；
(14)ステップ(13)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調すること
をさらに含む方法であって、光の位相を変調することが、ステップ(14)の後に、更新された後焦点面位相関数とほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、請求項１１記載の方法。
【0130】
13. 光源；
位相空間光変調器(「SLM」)；
少なくとも1つの焦点レンズ；
コンピューターに、以下のステップ：
(1)コンピューター生成ホログラフ(「CGH」)後焦点面入力振幅関数および後焦点面入力位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること；
(2)焦点面振幅関数に基づいて補正因子を計算すること；
(3)補正因子および標的焦点面振幅関数に基づいて補正された焦点面振幅関数を計算すること；
(4)補正された焦点面振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成すること；
(5)位相ロック条件が満たされるまで、後焦点面入力位相関数を更新された後焦点面位相関数で置き換えることにより、ステップ(1)～(4)を少なくとも1回繰り返すこと；
(6)ステップ(4)における焦点面位相関数を、位相ロック条件が満たされる時点の焦点面位相関数に等しいロックされた焦点面位相関数にロックしながら、ステップ(1)～(4)を少なくとも1回繰り返すこと；ならびに
(7)ステップ(6)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調すること
を行わせるように構成される、コンピューター読み取り可能記憶媒体上の指示を含むコンピューター読み取り可能記憶媒体
を含むシステムであって、
光の位相を変調することが、更新された後焦点面位相関数にほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、システム。
位相空間光変調器(「SLM」)；
少なくとも1つの焦点レンズ；
コンピューターに、以下のステップ：
(1)コンピューター生成ホログラフ(「CGH」)後焦点面入力振幅関数および後焦点面入力位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること；
(2)焦点面振幅関数に基づいて補正因子を計算すること；
(3)補正因子および標的焦点面振幅関数に基づいて補正された焦点面振幅関数を計算すること；
(4)補正された焦点面振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成すること；
(5)位相ロック条件が満たされるまで、後焦点面入力位相関数を更新された後焦点面位相関数で置き換えることにより、ステップ(1)～(4)を少なくとも1回繰り返すこと；
(6)ステップ(4)における焦点面位相関数を、位相ロック条件が満たされる時点の焦点面位相関数に等しいロックされた焦点面位相関数にロックしながら、ステップ(1)～(4)を少なくとも1回繰り返すこと；ならびに
(7)ステップ(6)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調すること
を行わせるように構成される、コンピューター読み取り可能記憶媒体上の指示を含むコンピューター読み取り可能記憶媒体
を含むシステムであって、
光の位相を変調することが、更新された後焦点面位相関数にほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、システム。
【0131】
14. 位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を含む、請求項１３記載のシステム。
【0132】
15. コンピューターに：焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算させ；焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の計算された1つ以上と、効率閾値または一様性閾値の1つ以上を比較して、位相ロック条件が満たされることを決定させるように、指示がさらに構成される、請求項１４記載のシステム。
【0133】
16. コンピューターに、ユーザーから効率閾値または一様性閾値の1つ以上を示す情報を受信させるように、指示がさらに構成される、請求項１５記載のシステム。
【0134】
17. 位相ロック条件が、ステップ(1)～(5)の前もって設定された数のイテレーションを含む、請求項１３記載のシステム。
【0135】
18. ステップ(1)～(5)の前もって設定された数のイテレーションがユーザーにより選択される、請求項１７記載のシステム。
【0136】
19. ステップ(1)～(5)の前もって設定された数のイテレーションが、3～15のイテレーションを含む、請求項１７記載のシステム。
【0137】
20. 標的焦点面振幅関数が、一様な大光学的焦点アレイ(「LOFA」)、六角形格子LOFAまたは不規則なLOFAの少なくとも1つ以上を含む、請求項１３記載のシステム。
【0138】
21. 第1のステップ(1)における後焦点面入力振幅関数がガウス振幅関数である、請求項１３記載のシステム。
【0139】
22. コンピューターに、(8)少なくとも1つの焦点レンズにより画像面に、位相変調光の焦点を合わさせるように、指示がさらに構成される、請求項１３記載の方法。
【0140】
23. コンピューターに、(9)焦点を合わされた位相変調光の振幅の空間的に分解された画像を捕捉させるように、指示がさらに構成される、請求項２２記載の方法。
【0141】
24. コンピューターに：
(10)焦点を合わされた位相変調光の振幅の空間的に分解された画像および標的焦点面振幅関数に基づいて、補正された焦点面振幅関数を計算させ；
(11)以前のステップ(6)から決定された補正された焦点面振幅関数および固定された焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成させ；
(12)CGH後焦点面入力振幅関数および後焦点面の更新された位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成させ；
(13)ステップ(7)～(12)を少なくとも1回繰り返させ；
(14)ステップ(13)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調させるように、指示がさらに構成される方法であって、
光の位相を変調させることが、ステップ(14)後の更新された後焦点面位相関数とほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、請求項２３記載の方法。
(10)焦点を合わされた位相変調光の振幅の空間的に分解された画像および標的焦点面振幅関数に基づいて、補正された焦点面振幅関数を計算させ；
(11)以前のステップ(6)から決定された補正された焦点面振幅関数および固定された焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、更新された後焦点面位相関数を生成させ；
(12)CGH後焦点面入力振幅関数および後焦点面の更新された位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成させ；
(13)ステップ(7)～(12)を少なくとも1回繰り返させ；
(14)ステップ(13)の後、位相SLMにより光源からの光の位相を変調させるように、指示がさらに構成される方法であって、
光の位相を変調させることが、ステップ(14)後の更新された後焦点面位相関数とほぼ等しい量だけSLMにより光の位相を局所的にシフトさせることを含む、請求項２３記載の方法。
【0142】
25. 位相ロック条件が満たされるまで、第一の複数のイテレーションに対して加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムを行うこと；第二の複数のイテレーションの間のロックされた焦点面位相関数を用いて加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムを実施すること；および第二の複数のイテレーションの後、位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムからの最終後焦点面位相関数により、位相空間光変調器(「SLM」)を調整することを含む、方法。
【0143】
26. 位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムからの最終後焦点面位相関数を使用して、SLMにより生成される光の画像を記録すること；第二の複数のイテレーションにおいて、位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムからの後焦点面位相関数を使用してSLMにより生成される光の記録された画像を使用して、第三の複数のイテレーションの間の位相固定加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムを行うこと；および第三の複数のイテレーションの後、加重ガーチバーグ-サクトンアルゴリズムからの第二の最終後焦点面位相関数により、位相空間光変調器(「SLM」)を調整し、光学的焦点アレイを形成することをさらに含む、請求項２５記載の方法。
【0144】
いくつかの例示的な態様はこのように記載されるが、種々の変形、改変および向上は、当業者に容易であることが理解される。かかる変形、改変および向上は、本開示の一部を形成することが意図され、本開示の精神および範囲内にあることが意図される。本明細書に示されるいくつかの例は、機能または構造的要素の特定の組合せを含むが、これらの機能および要素は、同じまたは異なる目的を達成するために、本開示による他の方法において組み合され得ることが理解されるべきである。特に、一態様に関して議論される行為、要素および特徴は、他の態様における同様または他の役割から排除されることは意図されない。さらに、本明細書に記載される要素および構成要素はさらに、さらなる構成要素に分割されるかまたは一緒に合わされて、同じ機能を行うためのより少ない構成要素を形成し得る。従って、前述の記載および添付の図面は、例示のみのものであり、限定を意図しない。
本発明の態様として以下のものが挙げられる。
項１
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取り；
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新し；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し；
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新する
ように構成されるコンピューター計算ノード
を含む、システム。
項２
位相空間光変調器(「SLM」)；
SLMを照射するように構成される光源、ここで該光源は、光源振幅関数と一致し、それにより位相変調ビームを生成し、該ビームは振幅関数および位相関数を有する；ならびに
焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される少なくとも1つの光検出器
をさらに含む、システムであって、
コンピューター計算ノードが、SLMおよび光検出器に操作的に連結され、さらに：
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整し；
光検出器から干渉パターンの振幅関数を決定し；
干渉パターンの振幅関数に基づいて標的振幅関数を更新し；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新し；
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整する
ように構成される、項１記載のシステム。
項３
コンピューター計算ノードがさらに：標的振幅関数を更新して、該第三の反復プロセスを繰り返すように構成される、項２記載のシステム。
項４
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項１記載のシステム。
項５
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項４記載のシステム。
項６
イテレーションの数が3～15である、項４記載のシステム。
項７
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項１記載のシステム。
項８
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項１記載のシステム。
項９
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項８記載のシステム。
項１０
イテレーションの数が3～15である、項８記載のシステム。
項１１
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項１記載のシステム。
項１２
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項２記載のシステム。
項１３
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項８記載のシステム。
項１４
イテレーションの数が3～15である、項８記載のシステム。
項１５
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項２記載のシステム。
項１６
コンピューター計算ノードがさらに：
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算し；
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較する
ように構成される、項１または２記載のシステム。
項１７
コンピューター計算ノードがさらに、ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信するように構成される、項１６記載のシステム。
項１８
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の規則格子を形成する、項２記載のシステム。
項１９
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の不規則格子を形成する、項２記載のシステム。
項２０
光源振幅関数が、二次元ガウス振幅関数である、項１または２記載のシステム。
項２１
該システムが少なくとも1つのレンズをさらに含み、該少なくとも1つのレンズが、焦点面にビームの焦点を合わせるように構成される、項２記載のシステム。
項２２
光源振幅関数が光検出器により検出される、項１または２記載のシステム。
項２３
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新する工程が、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項２記載のシステム。
項２４
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること;
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること；ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること
を含む、方法。
項２５
光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数と一致し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される；
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること；
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること；
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、項２４記載の方法。
項２６
標的振幅関数を更新して、第三の反復プロセスを繰り返すことをさらに含む、項２４記載の方法。
項２７
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項２４記載の方法。
項２８
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項２７記載の方法。
項２９
イテレーションの数が3～15である、項２７記載の方法。
項３０
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項２４記載の方法。
項３１
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項２４記載の方法。
項３２
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項３１記載の方法。
項３３
イテレーションの数が3～15である、項３１記載の方法。
項３４
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項２４記載の方法。
項３５
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項２５記載の方法。
項３６
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項３５記載の方法。
項３７
イテレーションの数が3～15である、項３５記載の方法。
項３８
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項２５記載の方法。
項３９
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること；および
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較すること
をさらに含む、項２４または２５記載の方法。
項４０
ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信することをさらに含む、項３９記載の方法。
項４１
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の規則格子を形成する、項２５記載の方法。
項４２
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の不規則格子を形成する、項２５記載の方法。
項４３
光源振幅関数が二次元ガウス振幅関数である、項２４または２５記載の方法。
項４４
少なくとも1つのレンズにより、焦点面にビームの焦点を合わせることをさらに含む、項２５記載の方法。
項４５
光源振幅関数が光検出器により検出される、項２４または２５記載の方法。
項４６
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することが、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項２５記載の方法。
項４７
光学的焦点アレイ生成のためのコンピュータープログラム物であって、コンピュータープログラム物が、該コンピュータープログラム物により具体化されるプログラム指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体を含み、該プログラム指示は、プロセッサーに、
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること；
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること；ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること
を含む方法を実行させるようにプロセッサーにより実行可能である、コンピュータープログラム物。
項４８
該方法が、
光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数を有し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される；
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること；
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること；
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項４９
該方法が、標的振幅関数を更新すること、および第三の反復プロセスを繰り返すことをさらに含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５０
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５１
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項５０記載のコンピュータープログラム物。
項５２
イテレーションの数が3～15である、項５０記載のコンピュータープログラム物。
項５３
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５４
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５５
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項５４記載のコンピュータープログラム物。
項５６
イテレーションの数が3～15である、項５４記載のコンピュータープログラム物。
項５７
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５８
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項５９
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項５８記載のコンピュータープログラム物。
項６０
イテレーションの数が3～15である、項５８記載のコンピュータープログラム物。
項６１
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項６２
該方法が：
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること；および
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較すること
をさらに含む、項４７または４８記載のコンピュータープログラム物。
項６３
ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信することをさらに含む、項６２記載のコンピュータープログラム物。
項６４
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の規則格子を形成する、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項６５
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の不規則格子を形成する、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項６６
光源振幅関数が二次元ガウス振幅関数である、項４７または４８記載のコンピュータープログラム物。
項６７
少なくとも1つのレンズにより、焦点面にビームの焦点を合わせることをさらに含む、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項６８
光源振幅関数が光検出器により検出される、項４７または４８記載のコンピュータープログラム物。
項６９
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することが、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項４８記載のコンピュータープログラム物。
本発明の態様として以下のものが挙げられる。
項１
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取り；
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新し；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持し；
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新する
ように構成されるコンピューター計算ノード
を含む、システム。
項２
位相空間光変調器(「SLM」)；
SLMを照射するように構成される光源、ここで該光源は、光源振幅関数と一致し、それにより位相変調ビームを生成し、該ビームは振幅関数および位相関数を有する；ならびに
焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される少なくとも1つの光検出器
をさらに含む、システムであって、
コンピューター計算ノードが、SLMおよび光検出器に操作的に連結され、さらに：
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整し；
光検出器から干渉パターンの振幅関数を決定し；
干渉パターンの振幅関数に基づいて標的振幅関数を更新し；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成し、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算し、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新し；
位相関数に従ってSLMを構成して、それによりビームの位相関数を調整する
ように構成される、項１記載のシステム。
項３
コンピューター計算ノードがさらに：標的振幅関数を更新して、該第三の反復プロセスを繰り返すように構成される、項２記載のシステム。
項４
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項１記載のシステム。
項５
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項４記載のシステム。
項６
イテレーションの数が3～15である、項４記載のシステム。
項７
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項１記載のシステム。
項８
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項１記載のシステム。
項９
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項８記載のシステム。
項１０
イテレーションの数が3～15である、項８記載のシステム。
項１１
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項１記載のシステム。
項１２
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項２記載のシステム。
項１３
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項８記載のシステム。
項１４
イテレーションの数が3～15である、項８記載のシステム。
項１５
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項２記載のシステム。
項１６
コンピューター計算ノードがさらに：
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算し；
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較する
ように構成される、項１または２記載のシステム。
項１７
コンピューター計算ノードがさらに、ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信するように構成される、項１６記載のシステム。
項１８
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の規則格子を形成する、項２記載のシステム。
項１９
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の不規則格子を形成する、項２記載のシステム。
項２０
光源振幅関数が、二次元ガウス振幅関数である、項１または２記載のシステム。
項２１
該システムが少なくとも1つのレンズをさらに含み、該少なくとも1つのレンズが、焦点面にビームの焦点を合わせるように構成される、項２記載のシステム。
項２２
光源振幅関数が光検出器により検出される、項１または２記載のシステム。
項２３
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新する工程が、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項２記載のシステム。
項２４
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること;
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること；ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、ならびに
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること
を含む、方法。
項２５
光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数と一致し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される；
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること；
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること；
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、項２４記載の方法。
項２６
標的振幅関数を更新して、第三の反復プロセスを繰り返すことをさらに含む、項２４記載の方法。
項２７
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項２４記載の方法。
項２８
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項２７記載の方法。
項２９
イテレーションの数が3～15である、項２７記載の方法。
項３０
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項２４記載の方法。
項３１
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項２４記載の方法。
項３２
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項３１記載の方法。
項３３
イテレーションの数が3～15である、項３１記載の方法。
項３４
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項２４記載の方法。
項３５
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項２５記載の方法。
項３６
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項３５記載の方法。
項３７
イテレーションの数が3～15である、項３５記載の方法。
項３８
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項２５記載の方法。
項３９
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること；および
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較すること
をさらに含む、項２４または２５記載の方法。
項４０
ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信することをさらに含む、項３９記載の方法。
項４１
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の規則格子を形成する、項２５記載の方法。
項４２
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが極大点の不規則格子を形成する、項２５記載の方法。
項４３
光源振幅関数が二次元ガウス振幅関数である、項２４または２５記載の方法。
項４４
少なくとも1つのレンズにより、焦点面にビームの焦点を合わせることをさらに含む、項２５記載の方法。
項４５
光源振幅関数が光検出器により検出される、項２４または２５記載の方法。
項４６
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することが、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項２５記載の方法。
項４７
光学的焦点アレイ生成のためのコンピュータープログラム物であって、コンピュータープログラム物が、該コンピュータープログラム物により具体化されるプログラム指示を有するコンピューター読み取り可能記憶媒体を含み、該プログラム指示は、プロセッサーに、
光源振幅関数、標的振幅関数および位相関数を読み取ること；
位相ロック条件が第一の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数および焦点面位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；
ロックされた位相関数として焦点面位相関数を保持すること；ならびに
第一の停止条件が第二の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に：
光源振幅関数および位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること
を含む方法を実行させるようにプロセッサーにより実行可能である、コンピュータープログラム物。
項４８
該方法が、
光源により位相空間光変調器(「SLM」)を照射して、それにより位相変調ビームを生成すること、
ここで、光源は、光源振幅関数を有し、
ビームは、振幅関数および位相関数を有し、
ビームは、焦点面に指向され、
光検出器は、焦点面でビームにより生成される干渉パターンを検出するように構成される；
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること；
光検出器から、干渉パターンの振幅関数を決定すること；
干渉パターンの振幅関数に基づいて、標的振幅関数を更新すること；
第二の停止条件が第三の反復プロセスにおいて満たされるまで、反復的に:
ビームの振幅関数およびビームの位相関数に対してフーリエ変換を行い、焦点面振幅関数および焦点面位相関数を生成すること、
焦点面振幅関数および標的振幅関数に基づいて補正された振幅関数を計算すること、
補正された振幅関数およびロックされた位相関数に対して逆フーリエ変換を行い、位相関数を更新すること；ならびに
位相関数に従ってSLMを構成し、それによりビームの位相関数を調整すること
をさらに含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項４９
該方法が、標的振幅関数を更新すること、および第三の反復プロセスを繰り返すことをさらに含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５０
位相ロック条件が複数のイテレーションを含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５１
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項５０記載のコンピュータープログラム物。
項５２
イテレーションの数が3～15である、項５０記載のコンピュータープログラム物。
項５３
位相ロック条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５４
第一の停止条件が複数のイテレーションを含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５５
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項５４記載のコンピュータープログラム物。
項５６
イテレーションの数が3～15である、項５４記載のコンピュータープログラム物。
項５７
第一の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項４７記載のコンピュータープログラム物。
項５８
第二の停止条件が複数のイテレーションを含む、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項５９
イテレーションの数がユーザーにより選択される、項５８記載のコンピュータープログラム物。
項６０
イテレーションの数が3～15である、項５８記載のコンピュータープログラム物。
項６１
第二の停止条件が、焦点面振幅関数の効率閾値または焦点面振幅関数の一様性閾値の1つ以上を含む、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項６２
該方法が：
焦点面振幅関数の効率または焦点面振幅関数の一様性の1つ以上を計算すること；および
焦点面振幅関数の効率と効率閾値および/または焦点面振幅の一様性と一様性閾値を比較すること
をさらに含む、項４７または４８記載のコンピュータープログラム物。
項６３
ユーザーから効率閾値または一様性閾値を受信することをさらに含む、項６２記載のコンピュータープログラム物。
項６４
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の規則格子を形成する、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項６５
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、極大点の不規則格子を形成する、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項６６
光源振幅関数が二次元ガウス振幅関数である、項４７または４８記載のコンピュータープログラム物。
項６７
少なくとも1つのレンズにより、焦点面にビームの焦点を合わせることをさらに含む、項４８記載のコンピュータープログラム物。
項６８
光源振幅関数が光検出器により検出される、項４７または４８記載のコンピュータープログラム物。
項６９
焦点面でビームにより生成される干渉パターンが、それぞれが振幅を有する複数の焦点を含み、標的振幅関数を更新することが、複数の焦点の平均振幅をコンピューター計算すること、および複数の焦点のそれぞれの振幅と、平均振幅を比較することを含む、項４８記載のコンピュータープログラム物。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D-E】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図6】
【図7】