fullseye

paraxial_trace — OPTICS `design` op

データ種: table → table
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.paraxial_trace(system) (実装を直接呼ぶなら import raytrace; raytrace.paraxial_trace(system)、台帳から引くなら opsoptics.get("paraxial_trace"))

使い方

First-order properties of the prescription: focal lengths, pupils, image.

Returns a dict with efl (effective focal length, mm; negative for a diverging system), bfl (last vertex → paraxial focus), ffl (first vertex → front focus, negative when in front), pp_front / pp_rear (principal planes measured from the first / last vertex), image_mm (last vertex → paraxial image of the given object), magnification (transverse; 0 for an object at infinity), ep_position / ep_radius (entrance pupil from the first vertex), xp_position / xp_radius (exit pupil from the last vertex), fno (image-space f-number, efl / (2·ep_radius)), na_image, lagrange (the Lagrange invariant for the system’s default field), marginal / chief (the two paraxial rays: heights and post-surface slopes at every surface).

Verified against the closed forms: single refracting surface n'/s' = n/s + (n' − n)/R, the thick-lens lensmaker equation and its thin-lens limit, and a mirror f = −R/2 (see tests/test_raytrace.py).

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_defect_dataset_demo — py -3.11 examples/lens_defect_dataset_demo.py
lens_design_demo — py -3.11 examples/lens_design_demo.py

型が繋がる次の op(`table` を入力に取れる)

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

同カテゴリ(`design`)

lens_system · thick_lens · glass · example_system · glass_catalog · sellmeier · 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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