fullseye

confocal_axial_response — OPTICS `confocal` op

データ種: なし → pairs(引数だけで決まる op —— 画像やデータの入力を取らない)
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.confocal_axial_response(z_min_um: 'float' = -40.0, z_max_um: 'float' = 40.0, n_points: 'int' = 401, wavelength_nm: 'float' = 550.0, numerical_aperture: 'float' = 0.2, n_medium: 'float' = 1.0, longitudinal_sa_um: 'float' = 0.0, target: 'str' = 'mirror') -> 'np.ndarray' (実装を直接呼ぶなら import chromconf; chromconf.confocal_axial_response(z_min_um: 'float' = -40.0, z_max_um: 'float' = 40.0, n_points: 'int' = 401, wavelength_nm: 'float' = 550.0, numerical_aperture: 'float' = 0.2, n_medium: 'float' = 1.0, longitudinal_sa_um: 'float' = 0.0, target: 'str' = 'mirror') -> 'np.ndarray'、台帳から引くなら opsoptics.get("confocal_axial_response"))

使い方

共焦点顕微鏡の軸方向の応答 I(z)(焦点からのずれ z [µm] に対する検出強度)を pairs で返す。

target="mirror"(平らな鏡面)は I = [sin(u/2)/(u/2)]²、"point"(点の散乱体・粗面の散乱成分)は I = [sin(u/4)/(u/4)]⁴、u = 8π n z sin²(α/2)/λ(Corle–Chou–Kino 1986、Wilson & Sheppard 1984)。瞳は cos θ で一様な重み(この重みで上の式は高 NA でも厳密)。鏡面の FWHM は FWHM_X_MIRROR λ / (π n (1 − cos α)) ≈ 0.886 n λ / NA²(近軸)—— λ/NA² に比例。

longitudinal_sa_um(縁の光線の焦点 − 近軸焦点、+ は遠い側)を与えると、3 次の球面収差 W ρ⁴(W = −n s² LSA/4)を瞳の位相に入れて Gauss–Legendre で積分する。応答のピークはおおよそ LSA/2 へずれ、高さは下がり幅は広がる。値は無収差のピークを 1 とした比(Strehl に相当)。

z_min_um / z_max_um / n_points: 評価する z の格子(z_min < z_max、n_points は 3〜65536)。 wavelength_nm: 波長。numerical_aperture: 媒質中の NA = n sin α(0 < NA < n_medium)。 n_medium: 焦点の側の媒質の屈折率(空気 1)。target: "mirror" か "point"。

返り値: pairs(z [µm], I)。 Raises ValueError: 非有限・文字列・bool の数、NA ≤ 0 または NA ≥ n_medium、 z_min ≥ z_max、未知の target。

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 · chromatic_confocal_spectrum · 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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