fullseye

lens_field_profile — OPTICS `linescan` op

データ種: table → table
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.lens_field_profile(system=None, image_heights_mm=None, frequencies_lp_mm=(10.0, 20.0, 35.0), grid=96, wavelength_um=None) (実装を直接呼ぶなら import linescan; linescan.lens_field_profile(system=None, image_heights_mm=None, frequencies_lp_mm=(10.0, 20.0, 35.0), grid=96, wavelength_um=None)、台帳から引くなら opsoptics.get("lens_field_profile"))

使い方

像高ごとの相対照度と MTF を光線追跡で(table、有限距離の物体 = ラインスキャンの使い方)。

照度: Lambert の物点から射影立体角の一様格子で光線を出し、像面に届いた光束を数える(_flux_trace)。像面の照度 = 光束 ÷ 像の面積要素(径方向の倍率 × 接線方向の倍率、像高の有限差分 —— 歪曲も入る)。相対照度は 3 つの積に厳密に分かれる(どれも返す):

relative_illumination = cos4 × pupil_factor × area_gain

cos4: 物体側の主光線角(物点から近軸の入射瞳の中心へ)の cos⁴ —— 自然な周辺減光の閉形式 (optics.relative_illumination と同じ式)。
pupil_factor = (光束の比) / cos4: 1 なら理想の cos⁴、1 未満は口径食(鏡筒・レンズの縁・面の球の端で光束が欠ける)、1 より大きいのは軸外で入射瞳が広がって見える(瞳収差)。
area_gain = 軸上の面積要素 / その像高の面積要素: 樽型歪曲は像を縮めるので照度を上げる。

MTF: 通った光線の像面の座標から幾何光学の OTF の絶対値 |⟨exp(−2πi ν (x − x̄))⟩|(各光線は等しい光束)を、サジタル(像高に直交、x)とタンジェンシャル(像高の向き、y)で。回折の MTF(円形瞳、近軸の作動 F 値)を mtf_diffraction に並べ、mtf_sagittal / mtf_tangential は幾何 × 回折(積の近似 —— 収差が回折より十分大きいか小さいときに良い)。ラインセンサは径方向に 1 列に並ぶので、タンジェンシャル = 幅方向 (画素の並び)、サジタル = 流れ方向。

system: raytrace.lens_system(有限距離の物体、既定 = linescan_lens_example("linescan"))。 image_heights_mm: 像高(既定 0〜28.672 mm = 8192 × 7 µm の半分を 9 点)—— 物体高は近軸倍率で割って出す。像高の位置(面積要素)は主光線、主光線が通らなければ通った光線の重心で測る。返り値 dict: image_height_mm / object_height_mm / chief_image_mm / distortion_percent / relative_illumination / cos4 / pupil_factor / area_gain / flux_ratio / frequencies_lp_mm / mtf_sagittal / mtf_tangential(像高 × 周波数)/ mtf_geometric_sagittal / mtf_geometric_tangential / mtf_diffraction / covered(光線が 3 本以上届いたか)/ magnification / working_fno。届かない像高は照度 0・MTF NaN(covered False)。

Raises ValueError: 物体が無限遠(像の面積要素の扱いが違う —— optics.relative_illumination / lensimage を使う)/ 像高・周波数が非有限か負 / grid が [16, 256] の外 / 軸上で光線が 1 本も通らない / 窓を広げても光線が窓の縁を通る。

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-

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_tdi_linescan — py -3.11 examples/poc_tdi_linescan.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(`linescan`)

tdi_snr · tdi_sync_mtf · linescan_acquire · linescan_lens_columns · linescan_lens_example

Provenance: linescan.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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