fullseye

chromatic_confocal_spectrum — OPTICS `confocal` op

データ種: table → pairs
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.chromatic_confocal_spectrum(probe, surface_um: 'float' = 500.0, stack=(), substrate='AL', source=None, detector=None, wl_step_nm: 'float' = 0.5, tilt_deg: 'float' = 0.0, roughness_nm: 'float' = 0.0, spectrometer_fwhm_nm: 'float' = 0.0, photons_per_peak: 'float' = 0.0, read_noise: 'float' = 0.0, seed: 'int' = 0) -> 'np.ndarray' (実装を直接呼ぶなら import chromconf; chromconf.chromatic_confocal_spectrum(probe, surface_um: 'float' = 500.0, stack=(), substrate='AL', source=None, detector=None, wl_step_nm: 'float' = 0.5, tilt_deg: 'float' = 0.0, roughness_nm: 'float' = 0.0, spectrometer_fwhm_nm: 'float' = 0.0, photons_per_peak: 'float' = 0.0, read_noise: 'float' = 0.0, seed: 'int' = 0) -> 'np.ndarray'、台帳から引くなら opsoptics.get("chromatic_confocal_spectrum"))

使い方

面の位置と層構成から、クロマティック共焦点の戻りスペクトルを合成する(順モデル)。

戻りスペクトル S(λ) = 光源(λ) × 検出器(λ) × Σ_界面 [反射率 × 往復の透過 × 傾き・粗さ × 共焦点の軸応答(界面の見かけの位置 − 近軸焦点(λ); λ, NA(λ), LSA(λ))]、それを分光器の応答(ガウス、FWHM)でぼかし、光子のショット雑音と読出し雑音を足す。

probe: :func:chromatic_confocal_probe の dict。波長の格子は較正の帯域を wl_step_nm で刻む。 surface_um: 最上面の位置(較正表の z、µm)。 stack: 最上面の下の透明な層の列 ((材料, 厚さ µm), ...)。材料は材料表の名前(:data:GLASS_CROWN / "PMMA" / "WATER" …)か屈折率の数。k があれば往復の吸収 exp(−4πk·2t/λ) が入る。 substrate: 最下層の下の媒質(材料表の名前 —— "AL" / "AU" / "CU" / "SI" … —— か数、空気なら 1.0)。界面の反射率は両側の複素屈折率から垂直入射の Fresnel |(m₁ − m₂)/(m₁ + m₂)|²。 source / detector: 光源の分光分布と検出器の分光感度(pairs、帯域を覆うこと)。None は平坦。 tilt_deg: 面の傾き(全界面に共通)。鏡面成分は瞳との重なりの割合だけ戻る(sin 2θ ≥ 2NA で 0)。 roughness_nm: 面の粗さ σ(RMS)。最上面の鏡面成分は exp(−(4πσ/λ)²)、残りは Lambert で NA² だけ戻り、点物体の応答で広がる。 spectrometer_fwhm_nm: 分光器の線幅(0 は理想)。 photons_per_peak: 0 なら雑音なしの期待値(最大を 1 に規格化)。正なら最大が平均この光子数になるように拡大し、Poisson のショット雑音を足す。read_noise: 読出し雑音(光子数の単位の σ)。 seed: 雑音の乱数の種(整数)。

返り値: pairs(λ [nm], 強度)。負は 0 に切る(分光器は負の光を読まない)。 Raises ValueError: probe の形の誤り、帯域を覆わない source / detector、層の厚さ ≤ 0、材料表の区間外の波長、どの界面にも焦点が合わない(全部の界面が較正の範囲外)。

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-

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

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)

poc_chromatic_confocal — py -3.11 examples/poc_chromatic_confocal.py

型が繋がる次の op(`pairs` を入力に取れる)

mtf50 · energy_to_photons · spectral_product · spectral_integral · spectral_stats · kubelka_munk_reflectance · hyperspectral_capture · film_thickness_fft

同カテゴリ(`confocal`)

chromatic_confocal_probe · confocal_axial_response · chromatic_confocal_peaks · chromatic_confocal_readout · chromatic_confocal_limits

Provenance: chromconf.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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