(57)【要約】【課題】  ソフトウエアでは事実上解決不可能であるといえる再生像におけるノイズの問題を、ハードウエアを用いて処理することで解決する。【解決手段】  本発明に係る光波面制御パターン生成装置１は、再生像表示部３０に表示された再生像を検知する再生像検知部４０と、再生像検知部４０によって検知された再生像についての評価を行い、評価結果が所定条件を満たすように光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、最適な光波面制御パターンを生成する最適化部５０とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって再生像表示部に再生像を表示する像再生系において、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成装置であって、
前記再生像表示部に表示された再生像を検知する再生像検知部と、
前記再生像検知部によって検知された前記再生像についての評価を行い、該評価結果が所定条件を満たすように前記光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する最適化部とを具備することを特徴とする光波面制御パターン生成装置。
【請求項２】
前記最適化部は、前記光波面制御パターンに対して変更処理を施し、該変更処理を施した光波面制御パターンに対応する再生像の評価値を算出し、該評価値に基づいて該変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを繰り返すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成することを特徴とする請求項１に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項３】
前記最適化部は、前記変更処理の前後の前記再生像の評価値の差分情報に基づいて、該変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを特徴とする請求項２に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項４】
前記最適化部は、前記差分情報及び繰り返しパラメータ値により決定される採用確率に基づいて、該変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを特徴とする請求項３に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項５】
前記最適化部は、所定の繰り返しパラメータ値において前記再生像の評価値が収束するまで、前記変更処理と前記評価値の算出と前記判定とを繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項６】
前記最適化部は、所定範囲内で、前記所定の繰り返しパラメータ値を変更することを特徴とする請求項５に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項７】
前記光波面制御部は、記録している前記光波面制御パターンによって、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方を変調することができる光波面制御デバイスを具備することを特徴とする請求項１に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項８】
前記再生像検知部は、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光により前記再生像表示部に表示された前記再生像を検知することができるセンサを具備することを特徴とする請求項１に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項９】
前記最適化部は、前記センサによって検知された前記再生像に基づいて、該再生像を評価することを特徴とする請求項８に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項１０】
前記再生像検知部は、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光により前記再生像表示部に表示された前記再生像を検知することができる複数のセンサを具備しており、
前記最適化部は、前記複数のセンサによって検知された複数の再生像に基づいて、該再生像を評価することを特徴とする請求項１に記載の光波面制御パターン生成装置。
【請求項１１】
光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって再生像表示部に再生像を表示する像再生系において、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成方法であって、
前記再生像表示部に表示された再生像を検知する工程と、
再生像検知部によって検知された前記再生像についての評価を行う工程と、
前記評価結果が所定条件を満たすように前記光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する工程とを有することを特徴とする光波面制御パターン生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって再生像表示部に再生像を表示する像再生系において、光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光波面制御パターン（ホログラム）を記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって再生像表示部に再生像を表示する技術として「ホログラフィ」が知られている。
【０００３】
ホログラフィは、光波面制御部に記憶されている光波面制御パターンを用いて、照明光の位相又は振幅の少なくとも一方を制御することによって、物体光の光波面そのものを再現する技術である。
【０００４】
また、従来、組み合わせ最適化問題を解決するための近似解法として「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法が知られている。
【０００５】
「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法は、ある解を別の解に変更する操作（Ｍｏｖｅ操作）を繰り返し行うことによって、解空間を探索して最適解を得るという確率的探索手法である。
【０００６】
「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法では、Ｍｏｖｅ操作によって解の評価値Ｅが向上する場合（すなわち、解が改良される場合）、かかるＭｏｖｅ操作を採用し、Ｍｏｖｅ操作後の解を新たな解とする。
【０００７】
一方、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法では、Ｍｏｖｅ操作によって解の評価Ｅが悪化する場合（すなわち、解が改悪される場合）、「温度」と呼ばれるパラメータ値Ｔ（以下、温度パラメータ値Ｔ）と改悪量ΔＥとに基づいて算出される採用確率Ｐ（＝ｅｘｐ（-ΔＥ/Ｔ））によって、かかるＭｏｖｅ操作を採用するか否かについて（すなわち、Ｍｏｖｅ操作後の解をＭｏｖｅ操作前の解に戻すべきか否かについて）決定する。
【０００８】
ここで、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法では、アルゴリズム全体を通じて、十分に高い温度から十分に低い温度まで十分な時間をかけて徐々に温度パラメータ値を低下させていくことによって、改悪のＭｏｖｅ操作の採用確率を制御し、局所的な最適解を算出することを防ぐことができる。
【０００９】
近年、ホログラフィの分野において、コンピュータによる計算でホログラム（光波面制御パターン）を合成する計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）のうち、特に、振幅が一定であり位相のみが分布していると仮定する「キノフォーム」の最適化に、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法を用いる手法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
さらに、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法の性質上、何度も行う必要がある解の評価に係る計算量を削減するために、Ｍｏｖｅ操作の前の解との差分情報に基づいてＭｏｖｅ操作の後の解を計算する手法も提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００１１】
かかる手法を用いることにより、従来、画像サイズＮ（＝Ｎｘ×Ｎｙ）に対して「Ｏ（ＮｌｏｇＮ）」の計算量を必要としていた再生像の評価に係る計算量が「Ｏ（Ｎ）」に削減される。なお、「Ｏ（ＮｌｏｇＮ）」の計算量とは、ＮｌｏｇＮのオーダーの計算量を意味し、「Ｏ（Ｎ）」の計算量とは、Ｎのオーダーの計算量を意味する。
【非特許文献１】Ｎｏｂｕｋａｚｕ  Ｙｏｓｈｉｋａｗａ、Ｔｏｙｏｈｉｋｏ  Ｙａｔａｇａｉ著、「Ｐｈａｓｅ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｋｉｎｏｆｏｒｍ  ｂｙ  ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ」、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ  Ｖｏｌ.３３,  Ｎｏ.５  第８６３頁乃至第８６８頁、１９９４年
【非特許文献２】Ｙｅｎ-Ｗｅｉ  Ｃｈｅｎ、Ｓｈｉｎｉｃｈｉｒｏ  Ｙａｍａｕｃｈｉ、Ｎｉｎｇ  Ｗａｎｇ、Ｚｅｎｓｈｏ  Ｎａｋａｏ著、「Ａ  Ｆａｓｔ  Ｋｉｎｏｆｏｒｍ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」、ＩＥＩＣＥ  ＴＲＡＮＳ.  ＦＵＮＤＡＭＥＮＴＡＬＳ,  ＶＯＬ.Ｅ８３-Ａ,  Ｎｏ.４  ＡＰＲＩＬ,  ２０００  第７７４頁乃至第７７６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の非特許文献２のように、Ｍｏｖｅ操作の前の解との差分情報に基づいてＭｏｖｅ操作の後の解を計算する手法において、個々のＭｏｖｅ操作の後の解の計算量を線形オーダーにまで削減することができたとしても、ホログラムのサイズの増加に伴って計算量が増大するという根本的な問題を解決することができない。
【００１３】
また、従来の計算機合成ホログラムを用いたホログラフィでは、ホログラムを記録する光波面制御デバイスの特性や、各機器の配置に全く狂いがなく各機器が理想的な振る舞いをするという仮定の下で計算を行うため、光波面制御デバイスの特性が予測していたものと異なっていた場合や、実際の機器に存在する微小な個体差等の原因により、再生像にノイズが確認されることがあり、計算機シミュレーションにより計算された再生像と、計算機合成ホログラムを実際の像再生系（光学系）に組み込んで再生された再生像とが、必ずしも同一であるとはいえないという問題点があった。
【００１４】
特に、キノフォームを用いたホログラフィでは、ホログラム面上での光の振幅を一定であると仮定しているが、実際の光波面制御デバイスでは、必ずしも位相のみを変調することはできず、光の振幅も多少なりとも変調されてしまうため、再生像におけるノイズの問題はより顕著なものとなる。
【００１５】
かかる問題点は、理想条件の下で計算機合成ホログラムを近似的に求めていることに起因して発生するものである。したがって、より詳細な環境データや実際に用いられる各機器のデータを考慮して、より厳密に計算機合成ホログラムを計算することで、再生像におけるノイズを低減することが可能であると考えられる。
【００１６】
しかしながら、現実の世界で発生する再生像におけるノイズの原因を厳密に追求し、その要素を計算機上で扱えるようにモデル化することは、非常に困難であり非現実的である。
【００１７】
そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、ソフトウエアでは事実上解決不可能であるといえるノイズの問題を、ハードウエアを用いて処理することで解決し、より高速に、かつ正確に所望の再生像を得ることを可能とする光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の特徴は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって再生像表示部に再生像を表示する像再生系において、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成装置であって、前記再生像表示部に表示された再生像を検知する再生像検知部と、前記再生像検知部によって検知された前記再生像についての評価を行い、該評価結果が所定条件を満たすように前記光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する最適化部とを具備することを要旨とする。
【００１９】
かかる発明によれば、例えば、ＣＣＤカメラ等の再生像検知部が、実際に再生像表示部に表示された再生像を検知し、最適化部が、検知された再生像を評価することによって、最適な光波面制御パターンを生成するため、ソフトウエアでは事実上解決不可能であるといえるノイズの問題を可及的に解決し、より高速に、かつ正確に所望の再生像を得ることができる。
【００２０】
具体的には、かかる発明によれば、実際の像再生系（光学系）で得られた再生像を用いて最適な光波面制御パターン（ホログラム）を生成するため、理想条件下で生成された光波面制御パターンを実際の像再生系に適用した場合に発生する可能性のあるノイズを低減することが可能となる。
【００２１】
本発明の第１の特徴において、前記最適化部が、前記光波面制御パターンに対して変更処理を施し、該変更処理を施した光波面制御パターンに対応する再生像の評価値を算出し、該評価値に基づいて該変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定することを繰り返すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成するように構成されていてもよい。
【００２２】
本発明の第１の特徴において、前記最適化部が、前記変更処理の前後の前記再生像の評価値の差分情報に基づいて、該評価値に基づいて該変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定するように構成されていてもよい。
【００２３】
本発明の第１の特徴において、前記最適化部が、前記差分情報及び繰り返しパラメータ値により決定される採用確率に基づいて、該評価値に基づいて該変更処理を施した光波面制御パターンを採用するか否かについて判定するように構成されていてもよい。
【００２４】
本発明の第１の特徴において、前記最適化部が、所定の繰り返しパラメータ値において前記再生像の評価値が収束するまで、前記変更処理と前記評価値の算出と前記判定とを繰り返すことように構成されていてもよい。
【００２５】
本発明の第１の特徴において、前記最適化部は、所定範囲内で、前記所定の繰り返しパラメータ値を変更するように構成されていてもよい。
【００２６】
かかる発明によれば、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」を用いて、最適な光波面制御パターン（ホログラム）を生成する際に最も計算時間がかかる「所定のホログラムから再生像を算出する工程」に係るコストを、照明光を実際に変調して発生する再生像をＣＣＤカメラ等の再生像検出部を用いて撮影する操作を如何に高速に行えるかというハードウエア的な要素によるコストに切り替えることができる。
【００２７】
本発明の第１の特徴において、前記光波面制御部が、記録している前記光波面制御パターンによって、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方を変調することができる光波面制御デバイスを具備するように構成されていてもよい。
【００２８】
本発明の第１の特徴において、前記再生像検知部が、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光により前記再生像表示部に表示された前記再生像を検知することができるセンサを具備するように構成されていてもよい。
【００２９】
本発明の第１の特徴において、前記最適化部が、前記センサによって検知された前記再生像に基づいて、該再生像を評価するように構成されていてもよい。
【００３０】
本発明の第１の特徴において、前記再生像検知部が、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光により前記再生像表示部に表示された前記再生像を検知することができる複数のセンサを具備しており、前記最適化部が、前記複数のセンサによって検知された複数の再生像に基づいて、該再生像を評価するように構成されていてもよい。
【００３１】
本発明の第２の特徴は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射することによって再生像表示部に再生像を表示する像再生系において、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン生成方法であって、前記再生像表示部に表示された再生像を検知する工程と、再生像検知部によって検知された前記再生像についての評価を行う工程と、前記評価結果が所定条件を満たすように前記光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する工程とを有することを要旨とする。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、ソフトウエアでは事実上解決不可能であるといえるノイズの問題を、ハードウエアを用いて処理することで解決し、より高速に、かつ正確に所望の再生像を得ることを可能とする光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の構成）
図１乃至図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置１の構成を説明する。本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置１は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部２０に対して照明光２を照射することによって再生像表示部３０に再生像を表示する像再生系Ａにおいて、光波面制御部２０に記憶する最適な光波面制御パターンを生成するものである。
【００３４】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置１は、照明光照射部１０と、光波面制御部２０と、再生像表示部３０と、再生像検知部４０と、最適化部５０とを具備している。
【００３５】
照明光照射部１０は、光波面制御部２０の光波面制御デバイスに表示された光波面制御パターン（ホログラム）に対して、照明光を照射するものである。
【００３６】
光波面制御部２０は、最適化部５０から送信された光波面制御パターンを記録するものであり、当該光波面制御パターンを光波面制御デバイスに表示するものである。
【００３７】
再生像表示部３０は、光波面制御部２０から伝搬された再生光３に基づいて、再生像を表示するものである。
【００３８】
本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置１における像再生系Ａでは、光波面制御デバイス上に表示されている光波面制御パターンの各画素によって、照明光照射部１０から照射された照明光２の振幅又は位相の少なくとも一方が変調されて再生光３となり、かかる再生光３が、進行方向を変えながら再生像表示部３０に到達することによって再生像が表示される。
【００３９】
再生像検知部４０は、再生像表示部３０に表示された再生像を検知するものである。具体的には、再生像検知部４０は、照明光２の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光３により再生像表示部３０に表示された再生像を検知することができるセンサを具備する。
【００４０】
例えば、再生像検知部４０は、センサとしてＣＣＤカメラを用いる場合、再生像表示部３０に表示された再生像をＣＣＤカメラにより撮影し、撮影した再生像をデジタルデータ化した再生像データを、最適化部５０に送信する。
【００４１】
最適化部５０は、再生像検知部４０によって検知された再生像についての評価を行い、当該評価結果が所定条件を満たすように光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、最適な光波面制御パターンを生成するものである。
【００４２】
すなわち、最適化部５０は、上述のセンサによって検知された再生像をデジタルデータ化した再生像データに基づいて、再生像表示部３０に表示された再生像を評価するように構成されている。
【００４３】
具体的には、最適化部５０は、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法を用いて、最適な光波面制御パターンを生成するように構成されていてもよい。
【００４４】
すなわち、最適化部５０は、光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作前の解）に対して変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施し、変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施した光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作後の解）に対応する再生像の評価値Ｅを算出し、算出された評価値Ｅに基づいて当該変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施した光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作後の解）を採用するか否かについて判定することを繰り返すことによって、最適な光波面制御パターンを生成するように構成されていてもよい。
【００４５】
また、最適化部５０は、変更処理（Ｍｏｖｅ操作）の前後の再生像の評価値Ｅの差分情報ΔＥに基づいて、当該変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施した光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作後の解）を採用するか否かについて判定するように構成されていてもよい。
【００４６】
また、最適化部５０は、差分情報ΔＥ及び繰り返しパラメータ値（温度パラメータ値Ｔ）により決定される採用確率Ｐに基づいて、当該変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を施した光波面制御パターン（Ｍｏｖｅ操作後の解）を採用するか否かについて判定するように構成されていてもよい。
【００４７】
また、最適化部５０は、所定の繰り返しパラメータ値（温度パラメータ値Ｔ）において再生像の評価値Ｅが収束するまで、変更処理（Ｍｏｖｅ操作）と評価値Ｅの算出と上述の判定とを繰り返すように構成されていてもよい。
【００４８】
また、最適化部５０は、所定範囲で（十分な高温から十分な低温までの範囲）で、上述の繰り返しパラメータ値（温度パラメータ値Ｔ）を変更するように構成されていてもよい。ここで、最適化部５０は、所定範囲内の繰り返しパラメータ値（温度パラメータ値Ｔ）の各々において、再生像の評価値Ｅが収束するまで、変更処理（Ｍｏｖｅ操作）と評価値Ｅの算出と上述の判定とを繰り返すように構成されていてもよい。
【００４９】
具体的には、図３に示すように、最適化部５０は、初期光波面制御パターン生成部５１と、再生像データ取得部５２と、評価値算出部５３と、評価部５４と、最適光波面制御パターン保存部５５と、光波面制御パターン変更部５６と、出力部５７とを具備している。なお、各部の具体的な機能については後述する。
【００５０】
（本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作）
以下、図４を参照して、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作について説明する。
【００５１】
具体的には、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の最適化部５０が、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法を用いて、再生像表示部３０に再生像を表示するために光波面制御部２０の光波面制御デバイス上に表示する最適な光波面制御パターン（ホログラム）を生成する動作について説明する。
【００５２】
図４に示すように、ステップＳ１００１において、最適化部５０の初期光波面制御パターン生成部５１が、初期光波面制御パターン（光波面制御パターンの初期解）Ａ０を生成する。
【００５３】
例えば、光波面制御デバイスとして液晶パネルが用いられ、液晶パネルに映し出される２５６階調グレースケール画像によって照明光２の振幅を変調して再生像を表示する方式が用いられる場合、初期光波面制御パターン生成部５１は、液晶パネル上のグレースケール画像の各画素に対して０乃至２５５のランダムな値を割り当てることによって、初期光波面制御パターンＡ０を生成する。
【００５４】
かかる初期光波面制御パターンＡ０の生成処理（ステップＳ１００１）では、画素数を「Ｎ」とすると、全ての画素の値を決定する必要があるため、計算量は「Ｏ（Ｎ）」となる。
【００５５】
ここで、必ずしも初期光波面制御パターンＡ０がランダムな値である必要はない。なぜならば、初期光波面制御パターンＡ０をどのような値に採っても、実験開始直後の高温状態（温度パラメータ値Ｔが大きい状態）においては、解を改悪にするＭｏｖｅ操作もほぼ１００％採用されるため、十分な高温状態で「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法による計算を十分に行うことで、ランダムな初期解を生成するのと同じ効果が得られ、最終的に得られる解の性能を損なうことはないからである。
【００５６】
ステップＳ１００２において、最適化部５０の出力部５７は、初期光波面制御パターン生成部５１によって生成された初期光波面制御パターンＡ０を光波面制御部２０に出力する。
【００５７】
また、ステップＳ１００２において、最適化部５０の出力部５７は、光波面制御パターン変更部５６によって変更された光波面制御パターンＡｉを光波面制御部２０に出力する。
【００５８】
ステップＳ１００３において、照明光照射部１０によって照射された照明光２が、光波面制御部２０の光波面制御デバイスに表示された光波面制御パターン（Ａ０又はＡｉ）によって変調されて再生光２となり、再生像表示部３０が、当該再生光２に基づいて再生像を表示する。
【００５９】
そして、再生像検知部４０が、再生像表示部３０に表示された再生像をＣＣＤカメラで撮影し、撮影された再生像をデジタル化し、最適化部５０の再生像データ取得部５２が、デジタル化された再生像データを再生像検知部４０から取得する。
【００６０】
ステップＳ１００４ａにおいて、最適化部５０の評価値算出部５３は、取得した再生像データと、予め入力されている目標像をデジタル化した目標像データとを比較し、再生像表示部３０に表示された再生像が目標像にどれだけ近いかを示す再生像の評価値Ｅ（初期光波面制御パターンＡ０に対応する再生像の評価値Ｅ０）を算出する。
【００６１】
例えば、評価値算出部５３は、目標像の各座標における輝度と再生像の各座標における輝度との差の絶対値を、全座標に渡って加算することによって、再生像の評価値Ｅを算出するように構成されていてもよい。かかる場合、目標像データ及び再生像データには、再生像及び目標像の各座標における光の明るさが、例えば、２５６階調の値によってデジタル化されて記録されているものとする。
【００６２】
なお、目標像データとして、従来のデジタルカメラ等を用いて目標像を撮影した実写画像データを採用することができる。かかる場合、実写像を再生可能な「実写ホログラム」の作成が可能となり、本発明を、ホログラムカメラに応用することができる。
【００６３】
最適化部５０の評価部５４は、算出された再生像の評価値Ｅに基づいて、かかる再生像に対応する光波面制御パターンが、改良されたか否かについて判断する。改良されたと判断された場合（ステップＳ１００４ａにおける「ＹＥＳ」の場合）、本動作はステップＳ１００４ｂに進み、改良されていないと判断された場合（ステップＳ１００４ａにおける「ＮＯ」の場合）、本動作はステップＳ１００６に進む。
【００６４】
例えば、評価部５４は、光波面制御パターンの変更処理の前後の再生像の評価値の差分情報ΔＥ＝Ｅ（Ａｉ）−Ｅ（Ａｉ-1）を算出し、ΔＥ＜０の場合、光波面制御パターンＡｉが改良されたと評価し、ΔＥ＜０でない場合、光波面制御パターンＡｉが改悪されたと評価する。
【００６５】
評価部５４は、ステップＳ１００４ｂにおいて、かかる光波面制御パターンＡｉが、最適光波面制御パターン保存部５５に保存されている最適光波面制御パターンと比較して、改良されたか否かについて判断する。改良されたと判断された場合（ステップＳ１００４ｂにおける「ＹＥＳ」の場合）、本動作はステップＳ１００５に進み、改良されていないと判断された場合（ステップＳ１００４ｂにおける「ＮＯ」の場合）、本動作はステップＳ１００９に進む。
【００６６】
評価部５４は、ステップＳ１００５において、かかる光波面制御パターンＡｉを、最適な光波面制御パターンとして最適光波面制御パターン保存部５５に保存する。
【００６７】
すなわち、ステップＳ１００５において、評価部５４は、かかる光波面制御パターンＡｉを、現在までの検索範囲における最適な光波面制御パターンとして採用すると判定する。
【００６８】
なお、評価部５４は、初期光波面制御パターンＡ０については、上述の判断を行うことなく、最適な光波面制御パターンとして、最適光波面制御パターン保存部５５に保存する。
【００６９】
一方、評価部５４は、ステップＳ１００６において、式（１）を用いて、光波面制御パターンＡｉを算出した局所変更処理（Ｍｏｖｅ操作）を採用する確率を示す採用確率Ｐを算出する。
【００７０】
Ｐ＝ｅｘｐ（-ΔＥ/Ｔ）  …  式（１）
ここで、Ｔは、温度パラメータ値を示す。
【００７１】
ステップＳ１００７において、評価部５４は、算出した採用確率Ｐに基づいて、光波面制御パターンＡｉを算出した局所変更処理を採用するか否かについて決定する。
【００７２】
評価部５４は、かかる局所変更処理を採用すると決定した場合、ステップＳ１００９の動作を行い、かかる局所変更処理を採用しないと決定した場合、ステップＳ１００８の動作を行う。
【００７３】
ステップＳ１００８において、光波面制御パターン変更部４６は、光波面制御パターンＡｉを上述の局所変更処理前の光波面制御パターンＡｉ-1に戻す。
【００７４】
ステップＳ１００９において、評価部５４は、現在の温度パラメータ値Ｔで、光波面制御パターンＡｉに対応する再生像の評価値Ｅｉが収束しているか否かについて判定する。
【００７５】
具体的には、評価部５４は、温度パラメータ値Ｔに基づく光波面制御パターンＡｉの算出にあたって、十分な回数の局所変更処理を行っているか否かについて判定する。なお、かかる判定は、従来の「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法における判定と同様の手法によって行われる。
【００７６】
評価部５４は、かかる再生像の評価値Ｅｉが収束していると判定された場合、ステップＳ１１０１の動作を行い、かかる再生像の評価値Ｅｉが収束していないと判定された場合、ステップＳ１０１０の動作を行う。
【００７７】
ステップＳ１０１１において、評価部５４は、温度パラメータ値Ｔを更新する。
【００７８】
ステップＳ１０１２において、評価部５４は、所定範囲の温度パラメータ値Ｔで、光波面制御パターンＡｉに対応する再生像の評価値Ｅｉが収束しているか否かについて判定する。
【００７９】
具体的には、評価部５４は、温度パラメータ値Ｔが十分に低い値に下がったか否かについて、すなわち、十分な回数の局所変更処理を行っているか否かについて判定する。なお、かかる判定は、従来の「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法における判定と同様の手法によって行われる。
【００８０】
本動作は、十分な回数の局所変更処理が行われていると判定された場合、ステップＳ１０１３に進み、十分な回数の局所変更処理が行われていないと判定された場合、ステップＳ１０１０に進む。
【００８１】
ステップＳ１０１０において、最適化部５０の光波面制御パターン変更部４６が、かかる光波面制御パターンＡｉに対して、局所変更処理を施す。ここで、局所変更処理は、上述の液晶パネル上のグレースケール画像の１画素の値を、０乃至２５５のランダムな値に変更する処理として定義することができる。
【００８２】
ステップＳ１０１３において、最適化部５０の出力部５７は、最適光波面制御パターン保存部５５に保存されている光波面制御パターンを、最適な光波面制御パターンとして出力する。
【００８３】
（本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置における動作速度の検証）
以下、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置における動作速度について検証する。具体的には、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置における動作速度と、従来技術における動作速度とを比較する。ここで、ホログラムの大きさは、１２８×１２８であるものとする。
【００８４】
従来技術として、非特許文献２に示すように、６００ＭＨｚ  Ｄｕａｌ  ＣＰＵを持つワークステーションに、Ｍｏｖｅ操作の前後の解の差分情報に基づく「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」法を用いてフーリエ変換キノフォームを最適化する手法を実装し、解の評価に高速フーリエ変換を用いる例を採用した。
【００８５】
このような従来技術では、実験の結果、１秒間に平均４０回、再生像の評価を行うことができた。
【００８６】
一方、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置では、１回の再生像の評価に係る計算時間のボトルネックとなるものとして、以下の工程等が考えられる。
【００８７】
（Ａ）  最適化部５０が、光波面制御部２０に光波面制御パターンを記憶する工程
（Ｂ）  再生像検知部（例えば、ＣＣＤカメラ）４０が、再生像表示部３０に表示された再生像を撮影して、再生像データに変換する工程
（Ｃ）  最適化部５０が、再生像データと目標像データとに基づいて、再生像の評価値Ｅを算出する工程
（Ｄ）  最適化部５０が、Ｍｏｖｅ操作の前後における再生像の評価値の差分情報ΔＥや温度パラメータ値Ｔに基づいて、当該Ｍｏｖｅ操作を採用するか否かについて判定する工程
一般的に、ハードウエアの性能によって決まる工程（Ａ）及び工程（Ｂ）は、毎秒６０回以上実行され得ると考えられる。
【００８８】
また、工程（Ｄ）については、６００ＭＨｚ  Ｄｕａｌ  ＣＰＵを持つワークステーションを使用すれば、毎秒６０回以上実行することができると考えられている。
【００８９】
また、工程（Ｃ）は、再生像データの各画素と目標像データの各画素との差分を計算した後、その総合計を算出する動作であるため、ＦＰＧＡ等を用いて専用のハードウエアで並列に計算できるようにすることで、一般の計算機で通常処理するのに比べて高速に処理できるようになり、毎秒６０回以上の工程（Ｃ）を実行することが可能であると考えられる。
【００９０】
以上のように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置を用いることで、従来技術に比べて、高速に、最適な光波面制御パターン（ホログラム）を作成することが可能となる。
【００９１】
（本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置における作用・効果）
本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、例えば、ＣＣＤカメラ等の再生像検知部４０が、実際に再生像表示部３０に表示された再生像を検知し、最適化部５０が、検知された再生像を評価することによって、最適な光波面制御パターンを生成するため、ソフトウエアでは事実上解決不可能であるといえるノイズの問題を可及的に解決し、より高速に、かつ正確に所望の再生像を得ることができる。
【００９２】
具体的には、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、実際の像再生系（光学系）Ａで得られた再生像を用いて最適な光波面制御パターン（ホログラム）を生成するため、理想条件下で生成された光波面制御パターンを実際の像再生系Ａに適用した場合に発生する可能性のあるノイズを低減することが可能となる。
【００９３】
本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、「Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」を用いて、最適な光波面制御パターン（ホログラム）を生成する際に最も計算時間がかかる「所定のホログラムから再生像を算出する工程」に係るコストを、照明光２を実際に変調して発生する再生像をＣＣＤカメラ等の再生像検出部４０を用いて撮影する操作を如何に高速に行えるかというハードウエア的な要素によるコストに切り替えることができる。
【００９４】
（本発明の第２の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置）
図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置について説明する。
【００９５】
図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置では、光波面制御部２０が、照明光照射部１０によって照射された照明光の振幅又は位相の少なくとも一方を変調するように構成されている。また、再生像表示部３０が、照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光２に基づいて、再生像を表示するように構成されている。
【００９６】
ここで、再生像検知部４０は、再生像表示部３０に表示された再生像を検知することができる複数のセンサ（例えば、ＣＣＤカメラ）を具備している。図５（ａ）の例では、再生像検知部４０は、左センサと中央センサと右センサとを具備している。
【００９７】
したがって、再生像検知部４０は、図５（ｂ）に示すように、様々な角度から、複数の再生像を撮影することができる。
【００９８】
その結果、最適化部５０は、複数のセンサによって検知された複数の再生像に基づいて、再生像表示部３０に表示された再生像を評価するように構成されている。
【００９９】
例えば、最適化部５０は、再生像検知部４０を構成する左センサと中央センサと右センサとによってそれぞれ撮影された３つの再生像に基づいて、３次元映像としての再生像データを算出し、算出した３次元映像としての再生像データと、３次元映像としての目標像データとを比較することによって、最適な光波面制御パターンを算出するように構成されている。
【０１００】
また、本実施形態では、最適化部５０は、左方向からの目標像データと中央方向からの目標像データと右方向からの目標像データとを管理しており、かかる目標像データと、再生像検知部４０を構成する左センサと中央センサと右センサとによって撮影された３つの再生像をデジタルデータ化した目標データとをそれぞれ比較することによって、最適な光波面制御パターンを算出するように構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置のモデル図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の最適化部の機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０２】
Ａ…像再生系
１…光波面制御パターン生成装置
２…照明光
３…再生光
１０…照明光照射部
２０…光波面制御部
３０…再生像表示部
４０…再生像検知部
５０…最適化部
５１…初期光波面制御パターン生成部
５２…再生像データ取得部
５３…評価値算出部
５４…評価部
５５…最適光波面制御パターン保存部
５６…光波面制御パターン変更部
５７…出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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