fullseye

film_thickness_fit — OPTICS film op

• データ種: pairs → table
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.film_thickness_fit(spectrum, film='SIO2', substrate='SI', thickness_min_nm=0.0, thickness_max_nm=3000.0, under=(), angle_deg=0.0, na=0.0, fit_scale=False, ambient=1.0, roughness_nm=0.0) (実装を直接呼ぶなら import filmoptics; filmoptics.film_thickness_fit(spectrum, film='SIO2', substrate='SI', thickness_min_nm=0.0, thickness_max_nm=3000.0, under=(), angle_deg=0.0, na=0.0, fit_scale=False, ambient=1.0, roughness_nm=0.0)、台帳から引くなら opsoptics.get("film_thickness_fit"))

使い方

反射スペクトルに転送行列のモデルをあてはめて膜厚を出す(非線形最小二乗、大域の格子探索 → 局所の精密化)。

spectrum: pairs(λ [nm], R)。 film / substrate / under: モデルの積層(材料表の鍵)。最上層 film の厚さを未知数にする。 thickness_min_nm / thickness_max_nm: 探す範囲。格子は位相が λ_min で π/8 進む刻み(局所解に落ちない)。 angle_deg / na / ambient / roughness_nm: 測定の条件(:func:multilayer_reflectance と同じ)。モデル側の 条件を実測と違えると膜厚が偏る —— その偏りを測るのが PoC の章。 fit_scale: True なら反射率の倍率 a も同時に(閉形式で)あてはめる(反射率の絶対値の校正が無い装置)。

返り値 dict: thickness_nm / rmse / scale / candidates(局所解の [(膜厚, rmse), …] を rmse の昇順)/ second_rmse_ratio(2 番目の候補の rmse ÷ 最良。1 に近いほど一意でない)。

★薄い膜(縞が 1 本未満)でも、絶対反射率の形から膜厚が決まる —— FFT 法が破綻する領域で使える。 ただし材料(n)を取り違えると、光学的厚さ n d を保ったまま d が n の比だけ偏る。

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-

  m

  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_thin_film_reflectometry — py -3.11 examples/poc_thin_film_reflectometry.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 · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd

同カテゴリ(film)

multilayer_reflectance · film_color · film_thickness_fft · film_thickness_map

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Provenance: filmoptics.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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