design op• 資料種類:無 → table(僅由參數決定的運算子 —— 不接受影像或資料輸入)
• 呼叫:import raytrace; raytrace.lens_system(surfaces=None, stop=None, object_mm=inf, wavelength_um=0.58756, index_object=1.0, image_mm=None, field=None)(或 opsoptics.get("lens_system"))
建構經過檢驗的逐面處方(其他所有運算子消費的那個 `table`)。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
*surfaces* is a list; each entry is a dict ``{"R", "t", "n", "k", "ap",
"mirror", "decenter", "tilt", "asph"}` or a tuple (R, t, n[, k[, ap]])`:
• `R radius (mm, inf for flat), t` thickness to the next surface
(mm, the last one is the distance to the image plane when *image_mm* is
not given — use `None` to place the image at the paraxial focus),
`n medium after the surface (index, (nd, vd) or :func:glass`),
`k conic (default 0), ap semi-aperture in mm (default None` =
unlimited), `mirror bool, decenter (dx, dy) mm, tilt`
`(ax, ay) degrees about x and y, asph` even aspheric coefficients
`(A4, A6, A8, …)` in mm⁻³, mm⁻⁵, … (default none = pure conic).
• *stop*: index of the aperture-stop surface (default: the first surface).
The stop's `ap` is the stop radius (required unless every surface has
one, in which case the smallest is used).
• *object_mm*: distance from the first vertex to the object (`inf` for a
collimated object); *index_object*: index of object space.
• *field*: default field for the analysis ops — degrees (infinite object)
or object height in mm (finite object). Default 0 (on axis).
Default (no *surfaces*): a plano-convex BK7 singlet, `f ≈ 100 mm`,
`f/4`, stop at the first surface — a sensible starting point for the
examples and for the no-argument registry call.
Returns a plain dict (JSON-friendly) — pass it to the other functions.
optics 的每個運算子都先檢驗輸入再計算(不讓任何東西無聲通過):
• 單位寫進參數名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不會當掉,而是給出「看似合理卻是錯的答案」,所以用命名來防。這裡絕不從數值大小去猜單位。
• **字串一律 ValueError** —— float('50') 會成功,於是未解析的設定值會被當成長度混進來(實測:thin_lens('50', '200') 曾回傳看似合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隱式提升拒絕。
• **complex / masked array 一律 ValueError(僅接受實數槽位;拒絕無聲丟棄虛部或剝掉遮罩)。所有輸入中的 NaN/Inf 一律 ValueError**。
• 逐項點名拒絕除零及其近親:焦距 0、曲率半徑 0、折射率 <= 0、全不透明光闌(全為 0,正規化變成 0/0)、總和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 向量、物體位於前焦點(像在無窮遠)。
• 只有兩個運算子會回傳非有限值,而且都寫進了契約:depth_of_field 在超焦距以外回傳 far_mm = inf(這正是超焦距的定義),gaussian_beam 在束腰處回傳 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半徑)。兩者都同時回傳一個有限的夥伴(far_is_infinite / curvature_per_mm)。**除此之外的無聲 NaN/Inf 都在內部檢出並 ValueError** ——「float64 溢位了」和「答案是無窮大」是兩種不同的主張,不能拿後者的臉去交付前者。
• 尺寸上限:生成網格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,傳入的場/PSF/光闌受 optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24),ABCD 元件序列受 optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024),Zernike 受 MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。以 fail-closed 堵住「小參數引發巨大內部配置」的路徑(實測:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。
• 物理上不可能的狀態同樣拒絕:偏振度 > 1 的 Stokes 向量、負穿透率、負強度、n-|m| 為奇數等非法 Zernike 指標。
• 範例資料目錄(下載 URL / 授權) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有領域)加合成圖,3-D 給出真實資料源(Stanford/PDS 等)的下載 URL。
• 運算子來歷與參考文獻 —— 該運算子族所依據的研究/方法出處。
• 演算法的正典(作者・年份)與用途見上面的族使用指南。
• lens_calibration_loop_demo — py -3.11 examples/lens_calibration_loop_demo.py
• lens_defect_dataset_demo — py -3.11 examples/lens_defect_dataset_demo.py
• lens_design_demo — py -3.11 examples/lens_design_demo.py
• lens_optimize_demo — py -3.11 examples/lens_optimize_demo.py
table 作為輸入)abcd_matrix · wavefront_stats · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram
design)thick_lens · glass · example_system · glass_catalog · sellmeier · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats
*Provenance: raytrace.py — OPTICS 運算子登記表。本條目由 tools/opdocs.py md 自動產生(請勿手動編輯)。*
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