fullseye

thin_film_reflectance — OPTICS appearance op

• データ種: signal → signal
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.thin_film_reflectance(nm, thickness_nm=350.0, n_film=1.33, n_sub=1.0, cos_theta=1.0, n_out=1.0) -> 'np.ndarray' (実装を直接呼ぶなら import matappear; matappear.thin_film_reflectance(nm, thickness_nm=350.0, n_film=1.33, n_sub=1.0, cos_theta=1.0, n_out=1.0) -> 'np.ndarray'、台帳から引くなら opsoptics.get("thin_film_reflectance"))

使い方

薄膜(厚さ d、屈折率 n_film)の分光反射率。Airy(多重反射)の閉じた式。

nm: 波長 [nm] (配列可)。 thickness_nm: 膜厚 [nm]。シャボン玉なら 200–800、陽極酸化被膜なら 50–300。 n_film/n_sub/n_out: 膜 / 基板 / 入射側の屈折率(実数、吸収なし)。 cos_theta: 入射側での入射角の cos(配列可、nm とブロードキャストできる形)。

返り値: 反射率 R(0–1)。nm と cos_theta のブロードキャスト形。

物理: 膜内の伝搬による位相差 δ = 2π·(2 n_film d cosθ_film)/λ。境界のフレネル係数 (s 偏光と p 偏光の平均 = 無偏光)を r1, r2 として R = |r1 + r2 e^{-iδ}|² / |1 + r1 r2 e^{-iδ}|²。 λ/4 の奇数倍で反射が極大(n_film > n_sub のとき)になり、厚みを変えると色が動くのが シャボン玉の色。膜厚 0 では R が基板単体のフレネル反射に一致する(テストで確認)。

ファミリ共通の入力契約(fail-closed)

optics の全 op は入力を検証してから計算する(黙って通さない):

• 単位は引数名に埋め込む — _mm / _um / _deg / _mrad。mm と µm の取り違えは crash ではなく「もっともらしく間違った答え」なので、名前で防ぐ。大きさから単位を推測する処理は一切しない。
• 文字列は ValueError — float('50') は成功してしまうため、未パースの設定値が長さとして通り抜ける(実測: thin_lens('50', '200') がもっともらしい 66.667 mm を返していた)。bool も True == 1 の暗黙昇格として拒否。
• complex / masked array は ValueError(実数枠のみ。虚部の無言切り捨て・マスク剥がしを拒否)。NaN/Inf は全入力で ValueError。
• 0 除算とその親戚を名指しで拒否: 焦点距離 0・曲率半径 0・屈折率 <= 0・不透明な開口(全 0 なので正規化が 0/0)・総和 <= 0 の PSF・S0 = 0 の Stokes ベクトル・物体が前側焦点にある(像が無限遠)。
• 非有限を返すのは 2 op だけ、しかも契約として明記: depth_of_field の過焦点距離以遠の far_mm = inf(それが過焦点距離の定義)と gaussian_beam のウエストでの wavefront_radius_mm = inf(平面波面の曲率半径)。どちらも有限の相棒(far_is_infinite / curvature_per_mm)を併せて返す。それ以外の無言 NaN/Inf は内部で検出して ValueError —「float64 が溢れた」と「答えが無限大」は別の主張なので、後者の顔で前者を返さない。
• サイズ上限: 生成格子は optics.MAX_GRID(4096)、供給された場/PSF/開口は optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24)、ABCD 素子列は optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024)、Zernike は MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。小さな引数から巨大な内部確保が起きる経路(実測: n_max=40 × 4096² で 108 GB)を fail-closed で塞ぐ。

• 物理的に不可能な状態も拒否: 偏光度 > 1 の Stokes ベクトル、負の透過率、負の強度、n-

  m

  が奇数などの不正な Zernike 添字。

詳しい使い方ガイド

• optics_imaging ファミリ ガイド

背景知識ガイド(この op の手前にある物理・規約)

• colorimetry — 測色と分光の知識 — 色は「分光 × 光源 × 観測者」でしか決まらない
• mv_illumination_practice — 照明の実務知識 — 波長・偏光・点灯方式・外光・安全

参考(サンプルデータ・文献)

• サンプルデータ カタログ(DL URL / ライセンス) — 2-D は skimage.data(BSD/public)+ 合成、3-D は実データ源(Stanford/PDS 等)の DL URL。
• 演算子の来歴・参考文献 — この op 族の元になった研究/手法の出典。
• アルゴリズムの正典(著者・年)と用途は上記ファミリ使い方ガイドに記載。

実行できる例(この op を実際に呼ぶ検証済みサンプル)

• appearance_structural_colour — py -3.11 examples/appearance_structural_colour.py

型が繋がる次の op(signal を入力に取れる)

cie_xyz_from_wavelength · spectrum_to_srgb · fresnel_dielectric · fresnel_conductor · metal_optical_constants · beer_lambert_transmittance · slab_transmittance · prism_min_deviation_deg

同カテゴリ(appearance)

cie_xyz_from_wavelength · spectrum_to_srgb · grating_wavelengths · grating_rgb · thin_film_rgb · ward_anisotropic

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Provenance: matappear.py — OPTICS operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。

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