fullseye

lens_system — OPTICS `design` op

データ種: なし → table(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.lens_system(surfaces=None, stop=None, object_mm=inf, wavelength_um=0.58756, index_object=1.0, image_mm=None, field=None) (実装を直接呼ぶなら import raytrace; raytrace.lens_system(surfaces=None, stop=None, object_mm=inf, wavelength_um=0.58756, index_object=1.0, image_mm=None, field=None)、台帳から引くなら opsoptics.get("lens_system"))

使い方

Build a validated sequential prescription (the table every other op consumes).

surfaces is a list; each entry is a dict {"R", "t", "n", "k", "ap", "mirror", "decenter", "tilt", "asph"} or a tuple (R, t, n[, k[, ap]]):

R radius (mm, inf for flat), t thickness to the next surface (mm, the last one is the distance to the image plane when image_mm is not given — use None to place the image at the paraxial focus), n medium after the surface (index, (nd, vd) or :func:glass), k conic (default 0), ap semi-aperture in mm (default None = unlimited), mirror bool, decenter (dx, dy) mm, tilt (ax, ay) degrees about x and y, asph even aspheric coefficients (A4, A6, A8, …) in mm⁻³, mm⁻⁵, … (default none = pure conic).
stop: index of the aperture-stop surface (default: the first surface). The stop’s ap is the stop radius (required unless every surface has one, in which case the smallest is used).
object_mm: distance from the first vertex to the object (inf for a collimated object); index_object: index of object space.
field: default field for the analysis ops — degrees (infinite object) or object height in mm (finite object). Default 0 (on axis).

Default (no surfaces): a plano-convex BK7 singlet, f ≈ 100 mm, f/4, stop at the first surface — a sensible starting point for the examples and for the no-argument registry call.

Returns a plain dict (JSON-friendly) — pass it to the other functions.

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)

lens_calibration_loop_demo — py -3.11 examples/lens_calibration_loop_demo.py
lens_defect_dataset_demo — py -3.11 examples/lens_defect_dataset_demo.py
lens_design_demo — py -3.11 examples/lens_design_demo.py
lens_optimize_demo — py -3.11 examples/lens_optimize_demo.py

型が繋がる次の op(`table` を入力に取れる)

abcd_matrix · wavefront_stats · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram

同カテゴリ(`design`)

thick_lens · glass · example_system · glass_catalog · sellmeier · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats

Provenance: raytrace.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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