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 per surface and total (table).

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)

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 · paraxial_trace · 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 · 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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