位相フィルタ自動設計ソフトウェア LAMBDA -言語仕様
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LAMBDAの点像分布記述言語で利用するキーワードは，以下の種類に分類されます．
設計パラーメータ フィルタサイズや，物体距離，最大反復回数などを指定します．
フィルタタイプ 利用する設計アルゴリズム，回折の型などを指定します．
点像分布図形 点，四角形，ビットマップファイルなどの点像分布を与えます．



フォーマットは，以下の構成をしています．（記号<>は，実際には書きません）
<デフォルト設計パラメータ>
<フィルタタイプ> <フィルタの名前>[
<このフィルタだけの（ローカル）設計パラメータ>]
{
<点像分布図形>
}
<デフォルト設計パラメータ>,<このフィルタだけの設計パラメータ>, <点像分布図形>の箇所には，複数のキーワードを記述できます．また，キーワードは記号セミコロン;で終わります．
<デフォルト設計パラメータ>に記述した設計パラメータは，以下の全てのフィルタ設計に適用されます．<このフィルタだけの設計パラメータ>
例)
loop_max(100);
candidate_number(2);
dim2 monochromatic fraunhofer spot_array[
phase_type(analog_level);
data_size(256);
p_grid_center_x(128);
p_grid_center_y(128);
p_grid_pitch_x(8);
p_grid_pitch_y(8);]
{
p_box_fill(-10, -10, 10, 10, 1.0);
}

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左の欄に○がついていないキーワードは，現バージョンではまだサポートされていません．今後，順次対応予定です．

※ 座標，サイズは，「p_」で始まるものはピクセルを単位とする離散座標，それ以外のものはm単位の実数です．


設計パラメータ

設計条件
○
loop_max(<整数>) 設計時の最大反復回数を指定します．ORA法およびGSアルゴリズムで，アナログフィルタを設計する場合に有効です．
○ candidate_number(<整数>) 設計の初期値依存性の影響を低減するために，ここで指定した回数だけ，異なる初期値から設計を行います．
光学条件
○ wavelength(<実数>) 単一波長フィルタを設計する場合の，波長をm単位で指定します．
○
focal_length(<実数>) Fraunhofer型フィルタに用いるレンズの焦点距離を指定します．

○

 filter_position_from_lens ORAを用いてデフォーカスフィルタを設計する場合 (ORA defocus）に，フィルタをレンズからどれだけ手前に配置するかを指定します．
フィルタパターン関連
ピクセルサイズ 必ず指定して下さい．
○ filter_pixel_size(<実数>) フィルタのピクセルサイズを，縦・横同じ値に指定します．
　 filter_pixel_size_x(<実数>) フィルタのピクセルの横方向のサイズを指定します．
　 filter_pixel_size_x(<実数>) フィルタのピクセルの縦方向のサイズを指定します．
フィルタサイズ（ピクセル数）
○ p_filter_size(<整数>) フィルタ全体の縦・横方向のサイズを，ピクセル単位で同じ値に指定します．
　 p_filter_size_x(<整数>) フィルタ全体の横方向のサイズを，ピクセル数で指定します．
　 p_filter_size_y(<整数>) フィルタ全体の縦方向のサイズを，ピクセル数で指定します．
フィルタサイズ（実寸）
○ filter_size(<実数>) フィルタ全体の縦・横方向のサイズの両方を，同じ値に設定します．
　 filter_size_x(<実数>) フィルタ全体の横方向のサイズを，m単位の実サイズで同じ値に指定します．
　 filter_size_y(<実数>) フィルタ全体の縦方向のサイズを，m単位の実サイズで同じ値に指定します．
出力パターン
ピクセルサイズ
○ output_pixel_size(<実数>) 出力像のピクセルサイズを，m単位で，縦・横同じ値に指定します．GSアルゴリズムにおいてのみ有効です．
　 output_pixel_size_x(<実数>) 出力像のピクセルの横方向のサイズを，m単位で指定します．GSアルゴリズムにおいてのみ有効です．
　 output_pixel_size_y(<実数>) 出力像のピクセルの縦方向のサイズを，m単位で指定します．GSアルゴリズムにおいてのみ有効です．
出力パターンサイズ（ピクセル数）
○
p_output_size() 　
　 p_output_size_x() 　
　 p_output_size_y() 　
出力パターンサイズ（実寸） ピクセル系描画プリミティブ (p_で始まる描画プリミティブ) を利用する場合には，このパラメータとグリッドを設定する必要があります．
output_size(<実数>) 出力像の最大サイズを，m単位で，縦・横方向同じ値に指定します．
　 output_size_x(<実数>) 出力像の横方向の最大サイズを，m単位で指定します．
　 output_size_y(<実数>) 出力像の縦方向の最大サイズを，m単位で指定します．
位相
○ phase_max(<実数>) 最大位相量を，πを単位として与えます．例えば，2πの場合には，2を与えます．
備考: 波長多重フィルタ (multiwavelength) の場合のみ有効．単一波長では，自動的に2になります．
○ phase_level(<整数>) 位相レベルを指定します．
備考: phase_typeにmulti_levelを指定した場合に有効になります．binary_levelの場合には自動的に2になります．
また，phase_levelに0を指定すると，phase_typeは自動的にanalog_levelになります．
○ phase_division_number(<整数>) ORAにおいて，位相の最小変化量を指定します．最小変化量は，最大位相量を，ここで指定した値で割った値になります．
量子化
○ start_quantization(<整数>) 量子化を開始する反復回数を指定します．
○ quantization_repeat_number(<整数>) LAMBDAでは，10段階のプロセスから成る量子化を行います．各段階における反復回数を指定します．
出力像の誤差
○ err_tolerance_times(<整数>) アナログレベルのフィルタを設計する場合，理想的な点像分布に対する設計フィルタの出力像の誤差が，増加，または変わらない場合が，ここで指定した数以上生じたところで，設計を終了します．
○ err_improvement_ratio(<実数>) アナログレベルのフィルタを設計する場合，理想的な点像分布に対する設計フィルタの出力像の誤差が，1回前の反復時の誤差に対して，ここで指定した割合よりも減少が少なかった場合，出力パターンの品質は改善されなかったとみなします．
出力ファイルの制御
○ write_only_best_filter(<スイッチ>) スイッチにはyesまたはnoを指定します．yesを指定した場合，最良のフィルタとその出力像のみがファイルに保存されます．noを指定すると，candidate_numberで指定した数のフィルタと出力像が保存されます．
グリッド
ピクセル単位 output_pixel_sizeをあらかじめ指定しておく必要があります．
○
p_grid_center_x(<整数>) 　
○ p_grid_center_y(<整数>) 　
○ p_grid_pitch(<整数>) 　
○ p_grid_pitch_x(<整数>) 　
○ p_grid_pitch_y(<整数>) 　
実寸
　 grid_center_x(<実数>) 　
　 grid_center_y(<実数>) 　
　 grid_pitch(<実数>) 　
　 grid_pitch_x(<実数>) 　
　 grid_pitch_y(<実数>) 　
フィルタタイプ これは，フィルタタイプのデフォルトを指定するために利用します．個々のフィルタに対しては，ファイル名の直前に指定します．下のフィルタタイプの項目を参照．
○ dimenstion_type(<次元>) 出力像の次元を指定します．dim1 (1次元), dim2 (2次元), circular (1次元の回転体)を指定できます．
○ wavelength_type(<波長>) 波長数を指定します．monochromatic (単一波長), multiwavelength (多波長) を指定できます．
○ diffraction_type(<回折>) 回折型を指定します．fraunhofer, fresnelが指定できます．
○ transmission_type(<透過か反射>) 透過型フィルタの場合transmissive, 反射型フィルタの場合reflectiveを指定します．
○ phase_type(<位相>) 位相型を指定します．analog_level（アナログ), multi_level（マルチレベル）, binary_level（バイナリレベル）を指定できます．
備考: binary_levelを指定すると，自動的にphase_levelは2になります．
○ output_control_type(<スイッチ>) フィルタ設計を行うか，抑制するかを指定します．cancelの場合，全てのフィルタは設計されません．activeの場合，全てのフィルタが設計されます．ただし，フィルタ名の直前に指定したフィルタタイプが優先されます．
○ design_algorithm_type(<設計アルゴリズム>) 設計アルゴリズムを指定します．gs, oraが指定できます．ただし，wavelength_typeにmultiwavelengthを指定した場合は，oraしか利用できません．
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出力像の次元
○
dim1 1次元出力像の位相フィルタを設計します．
○
dim2 2次元出力像の位相フィルタを設計します．
○
dim3 3次元出力像の位相フィルタを設計します．ORA法を用いたフレネル回折の設計でのみ指定できます．
　 circular 回転対称像（2次元）を設計します．
波長
○
monochromatic 単一波長に対するフィルタを設計します．
○
multiwavelength 波長多重フィルタを設計します．波長ごとに異なる像を出力することができます．
回折
○
fraunhofer 位相フィルタと出力像の間は，光はフラウンホーファ回折で伝播するとします．
○
fresnel 位相フィルタと出力像の間は，光はフレネル回折で伝播するとします．

○

 defocus レンズを用いたフラウンホーファ回折において，フィルタ位置をレンズからfilter_position_from_lensだけ手前にずらした場合の光伝播を計算します．(フラウンホーファ回折とフレネル回折の中間になる）
透過型か反射型
○
transmissive 位相フィルタは透過型とします．
備考: 現バージョンではGSのみ対応
○
reflective 位相フィルタは反射型とします．
備考: 現バージョンではGSのみ対応
位相
○
binary_level 2レベル
○
multi_level 位相レベルは，4, 8, 16, 32レベルから選択できます．レベル数は，phase_levelで指定します．
○
analog_level 位相レベルは連続値になります．
設計
○
cancel これを指定したフィルタは，設計しません．
○
active これを指定したフィルタは，設計します．
設計アルゴリズム
○
gs GSアルゴリズムで，位相フィルタを設計します．
○
ora ORA法で，位相フィルタを設計します．
点像分布 pで始まる描画キーワードは，ピクセル単位，またはグリッドが指定されているときには，グリッドを単位として座標を指定します．
備考: dimension_typeにdim3を指定した場合，座標は3次元で与えます．
ピクセル・グリッド系
○ p_image("<filename>", <x>, <y>, <intensity>) filenameで指定した画像ファイルを，座標(x, y)に配置します．読み込める画像は，グレイ256レベルのWindows BMPファイルのみです．階調値255がintensityに対応します．
x, y: 整数, intensity: 実数
対応次元: dim2
対応アルゴリズム: GS
○ p_oal_point(<x1>, <y1>, <x2>, <y2>) 特殊用途向け．光アレイロジック用．
対応次元: dim2
対応アルゴリズム: GS
○ p_point(<x>, <y>, <intensity>)
p_point(<x>, <y>, <z>, <intensity>)		 座標(x, y)に，intensityで指定した強度をもつ点を配置します．
　 p_line(<x1>, <y1>, <x2>, <y2>, <intensity>) 　
　 p_box(<x1>, <y1>, <x2>, <y2>, <intensity>) 　
○ p_box_fill(<x1>, <y1>, <x2>, <y2>, <intensity>)
p_box_fill(<x1>, <y1>, <z1>, <x2>, <y2>, <z2>, <intensity>)		 (x1, y1)を始点，(x2, y2)を終点とする矩形領域を，強度intensityで塗りつぶします．
実寸系
　 image("<filename>", <x>, <y>, <intensity>) 　
○
point(<x>, <y>, <intensity>)
point(<x>, <y>, <z>, <intensity>)		 現在ORAのみのサポート
　 line(<x1>, <y1>, <x2>, <y2>, <step>, <intensity>) 　
　 box(<x1>, <y1>, <x2>, <y2>, <step>, <intensity>) 　
　 box_fill(<x1>, <y1>, <x2>, <y2>, <step>, <intensity>)
box_fill(<x1>, <y1>, <z1>, <x2>, <y2>, <z2>, <step>, <intensity>)		 　
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連絡先：ogura@ist.osaka-u.ac.jp