raytrace の処方は光軸が 1 本の直線の共軸系でした。raytrace3d は面ごとに 3-D の姿勢(回転と原点)を持たせ、座標の切り替え(偏心してから x → y → z の順に回す。undo で逆順に戻す)、元の座標系への戻り、折り返しミラー(fold_mirror、45° で 90° 折れる)、傾いた平行平板や楔、平板の半透鏡(透過と反射の 2 本の枝)を組めます。面の式(円錐 + 偶数次の非球面)と屈折・反射の式は raytrace のままで、共軸の処方を変換した系は raytrace.trace_rays と 1e-12 で同じ交点・光路長になります。
image_orientation は反射の回数と像の裏返り・回転を、beamsplitter_branches は半透鏡の 2 本の枝の像を、tilted_plate_shift は傾いた平板の横ずれ・焦点ずれ・非点隔差を閉形式で、scheimpflug_tilt は傾いた物面に対する像面の傾き(tanθ’ = m·tanθ)とヒンジを閉形式と実光線で返します。surface_reflectance は材料表の屈折率と膜(filmoptics の特性行列)から面の残留反射率を出し、ghost_analysis は全ての 2 面の組のゴーストの焦点・像面上の大きさ・相対強度(エネルギー比・点光源と広い光源の照度比)を表で、ghost_image は像面の照度の図で返します。optdraw.noncoaxial_drawing は折り返した系を実寸の断面図・設置図にします。
PoC poc_noncoaxial_optics は、同軸落射の半透鏡の裏面が作るゴーストが鏡面の部品に偽の凹みを写す様子を計算し、入射角に合わせた膜と楔の板で消えることを、外の真値(Householder の鏡映、Smith / Coddington の平板の式、Fresnel、OSS の optiland との照合)で確かめます。
Thirteen ops in raytrace3d (category noncoaxial of opsoptics) give every surface of a sequential system a 3-D pose: coordinate breaks (decenter, then rotate about x, the new y, the new z; undo reverses one), returns to an earlier frame, fold mirrors, tilted or wedged plates and plate beamsplitters with a transmit and a reflect branch. Surfaces and the refraction / reflection law are raytrace’s own, so a coaxial prescription traces identically (1e-12). Ops report image orientation (reflections, handedness), both beamsplitter branches, closed-form tilted-plate shift and astigmatism, the Scheimpflug image tilt with a real-ray check, residual surface reflectance from the material table and thin-film stacks, and every two-reflection ghost (focus, size on the sensor, energy and irradiance ratios) as a table and an image. optdraw.noncoaxial_drawing draws folded systems to scale.
向く: 同軸落射・折り返し・プリズムの代わりの鏡を含む検査光学系の配置の検討、半透鏡や窓・保護ガラスのゴーストと偽の欠陥の見積り、反射防止膜の効き目の比較、傾いた面を撮るシャインプルーフ配置の設計、装置の外形(占有の幅と高さ)の図。
向かない: ★3 回以上の反射・散乱・鏡筒の内面の迷光は扱いません(逐次の光線追跡で、2 回反射のゴーストだけ)。半透鏡の膜は与えた反射率で、角度・波長・偏光の依存は持ちません(面の膜は filmoptics で角度つき)。非共軸の系の最適化・公差解析は lensopt / tolerance_analysis が共軸の処方にしか効きません。
noncoaxial_system → noncoaxial_trace → image_orientation → ghost_analysis → noncoaxial_drawing
要素の列(面・折り返し・平板・座標の切り替え)から noncoaxial_system で系を組み → noncoaxial_trace で視野ごとの実光線の束と像面の点 → image_orientation で像の向き(鏡の数で裏返る)→ ghost_analysis で 2 回反射のゴーストの表(半透鏡・窓の面の膜を変えて比べる)→ noncoaxial_drawing で設置図。
共軸のレンズだけなら lens_system と spot_stats(近軸量・Seidel・公差まで揃う)。平板やシャインプルーフの数字だけなら tilted_plate_shift / scheimpflug_tilt(閉形式)。膜の分光反射率は filmoptics.multilayer_reflectance、共軸の断面図は lens_section_drawing。
処方の数値(mm・度)がそのまま実寸。図(noncoaxial_drawing)も実寸の mm で描く。
import raytrace3d as R3
s = R3.noncoaxial_system([{"R": 51.68, "t": 5.0, "n": "BK7", "ap": 12.5},
{"R": float("inf"), "t": 40.0, "n": 1.0},
{"type": "fold_mirror", "tilt": (45.0, 0.0), "ap": 30.0, "t": None}], stop=0)
print(R3.image_orientation(s)["reversed"]) # True(鏡 1 枚で像は裏返る)
g = R3.ghost_analysis(R3.noncoaxial_example("epi_beamsplitter"))
print(g["ghosts"][0]["label"], round(g["ghosts"][0]["energy_ratio"], 4)) # BS:front/BS:back 0.0265