fullseye

czerny_turner_design — OPTICS `spectrometer` 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.czerny_turner_design(groove_density_per_mm=1200.0, wavelength_min_nm=500.0, wavelength_max_nm=750.0, incidence_deg=9.0, collimator_f_mm=52.083, detector_length_mm=28.672, collimator_offaxis_deg=6.5, order=1, camera_f_mm=None, n_curve=41) (実装を直接呼ぶなら import gratingspec; gratingspec.czerny_turner_design(groove_density_per_mm=1200.0, wavelength_min_nm=500.0, wavelength_max_nm=750.0, incidence_deg=9.0, collimator_f_mm=52.083, detector_length_mm=28.672, collimator_offaxis_deg=6.5, order=1, camera_f_mm=None, n_curve=41)、台帳から引くなら opsoptics.get("czerny_turner_design"))

使い方

Czerny–Turner(平面格子 + 2 枚の凹面鏡)の 1 次設計: カメラの焦点距離・コマを消す角・波長の写像。

groove_density_per_mm / order / incidence_deg: 格子と入射角 α(中心波長でも端でも同じ α)。 wavelength_min_nm / wavelength_max_nm: 検出器に並べる帯域。中心 λ_c はその中点で、検出器の中央に来る。 collimator_f_mm: コリメータ鏡の焦点距離(曲率半径の半分)。 detector_length_mm: 検出器の長さ L(分散方向)。帯域の両端が検出器の両端に乗るようにカメラの f を決める。 collimator_offaxis_deg: コリメータ鏡の軸外し角 θ₁(入射と反射のなす角の半分)。 camera_f_mm: カメラ鏡の焦点距離を与える(None なら帯域が L にちょうど乗る値を厳密に解く)。 n_curve: 波長 → 位置の写像の標本数。

返り値(table、kind = "czerny_turner"。下流の op がそのまま受ける):

center_wavelength_nm / beta_center_deg / deviation_deg(α − β_c)。
camera_f_mm(使った値)/ camera_f_linear_mm(線形近似 f = L d cos β_c / (m Δλ)、 Feng 2021 の式 (16))/ camera_f_exact_mm(像の写像 x = f tan(β − β_c) で両端が L に乗る値)。
mirror_radii_mm —— (2 f_col, 2 f_cam)。
shafer_offaxis_deg —— Shafer の条件でコマを消すカメラ鏡の軸外し角 θ₂。
dispersion_curve —— pairs(λ [nm], 検出器の位置 x [mm])。nonlinearity_mm は直線からの最大のずれ。
reciprocal_dispersion_nm_per_mm —— (端, 中心, 端) の P。
detector_coverage_mm —— 帯域の両端の位置。second_order_band_nm —— 帯域へ 2 次で重なる波長の範囲 (λ_min/2 〜 λ_max/2)。order_overlap_from_nm —— 帯域の中の光自身が 2 次で重なり始める波長 (2 λ_min が帯域内なら。無ければ None)。

Raises ValueError: 帯域が逆・帯域の一部が伝わらない、検出器に乗らない、Shafer の解が無い、非正の長さ、|α| ≥ 90°。

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_spectrometer_illumination — py -3.11 examples/poc_spectrometer_illumination.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(`spectrometer`)

grating_dispersion · spectrometer_bandpass · spectrometer_slit_image · spectrometer_spectrum

Provenance: gratingspec.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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