fullseye

seidel_coefficients — OPTICS `design` op

データ種: table → table
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.seidel_coefficients(system, field=None) (実装を直接呼ぶなら import raytrace; raytrace.seidel_coefficients(system, field=None)、台帳から引くなら opsoptics.get("seidel_coefficients"))

使い方

Third-order (Seidel) aberration sums in per_surface and total.

Uses the paraxial marginal ray (through the stop edge) and chief ray (through the stop centre) at the system’s default field (or field), with Welford’s refraction-invariant form: A = n(yc + u), Δ(u/n), Lagrange invariant H = n(ūy − uȳ)::

S_I   = −Σ A² y Δ(u/n)            spherical
S_II  = −Σ A Ā y Δ(u/n)           coma
S_III = −Σ Ā² y Δ(u/n)            astigmatism
S_IV  = −Σ H² c Δ(1/n)            Petzval (field curvature)
S_V   = −Σ (Ā/A)[Ā² y Δ(u/n) + H² c Δ(1/n)]   distortion
C_L   = −Σ A y Δ(δn/n),  C_T = −Σ Ā y Δ(δn/n)  axial / lateral colour

plus the aspheric deformation contribution 8 G (n'−n) y⁴ with ``G = k c³/8

A4(conic and fourth-order coefficient) toS_I(and itsȳ/ypowers to S_II, S_III, S_V); higher aspheric orders are fifth order and above and do not enter the Seidel sums. Sums are in millimetres of wavefront times 8: the third-order wavefront at the pupil edge isW040 = S_I/8,W131 = S_II/2,W222 = S_III/2,W220 = (S_III + S_IV)/4,W311 = S_V/2(Welford's normalisation).wavesgives the same numbers divided by the wavelength. Checked against the exact ray-traced OPD at small aperture (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)

anim3d_lens_aberrations — py -3.11 examples/anim3d_lens_aberrations.py
lens_design_demo — py -3.11 examples/lens_design_demo.py
poc_lens_file_roundtrip — py -3.11 examples/poc_lens_file_roundtrip.py
poc_lens_solves_afocal — py -3.11 examples/poc_lens_solves_afocal.py

型が繋がる次の op(`table` を入力に取れる)

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

同カテゴリ(`design`)

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