fullseye

thin_lens — OPTICS geometric 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.thin_lens(focal_mm=50.0, object_mm=200.0) (実装を直接呼ぶなら import optics; optics.thin_lens(focal_mm=50.0, object_mm=200.0)、台帳から引くなら opsoptics.get("thin_lens"))

使い方

Gaussian thin-lens imaging: where the image lands and how big it is.

Solves 1/f = 1/s_o + 1/s_i in the real-is-positive convention: object_mm (s_o) is the lens-to-object distance and must be positive; the returned image_mm (s_i) is positive for a real image on the far side of the lens and negative for a virtual image on the object side (which is what a diverging lens, focal_mm < 0, always produces).

Returns a dict: image_mm · magnification m = -s_i/s_o (negative = inverted, the normal case for a real image; |m| < 1 is a demagnified, i.e. machine-vision, geometry) · object_mm and focal_mm echoed back so a table of results is self-describing · working_distance_mm = s_o + s_i for a real image, the object-to-sensor span a machine builder actually has to fit.

Ground truth it reproduces exactly (verified in tests/test_optics.py): f = 50, s_o = 200 gives s_i = 200/3 = 66.6667 and m = -1/3; at s_o = 2f the image is at 2f with m = -1 (the 1:1 conjugate); the reciprocal identity 1/f - 1/s_o - 1/s_i is 0 to machine precision over the whole tested range.

Raises ValueError: focal_mm == 0 (not a lens), non-positive or non-finite object_mm, and — explicitly, instead of returning inf — object_mm == focal_mm, where the object sits at the front focal point and images at infinity (a collimator, not an imaging conjugate).

Paraxial and thin: no aberration, no principal-plane separation. HALCON has no equivalent (its camera model starts after the lens, at the projection).

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)

• lightfield_depth — py -3.11 examples/lightfield_depth.py
• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.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(geometric)

abcd_matrix · abcd_trace · depth_of_field · relative_illumination

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Provenance: optics.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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