design op• Datenarten: keine → table (ein Operator, der allein durch seine Argumente bestimmt ist — er nimmt kein Bild und keine Daten entgegen)
• Aufruf: import fullseye as fs; fs.ledger.lens_system(surfaces=None, stop=None, object_mm=inf, wavelength_um=0.58756, index_object=1.0, image_mm=None, field=None, aim='paraxial', vignetting=None) (die Implementierung direkt: 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, aim='paraxial', vignetting=None); aus dem Register: opsoptics.get("lens_system"))
Baut eine validierte sequentielle Vorschrift (die table, die jeder andere Operator konsumiert).
> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.
*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 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), f the focal length (mm, negative = diverging) of an ideal paraxial lens.
• An ideal lens surface ({"f": 50.0, "t": …}) has zero thickness, no shape and no glass (R is flat and n is the medium it sits in; both may be left out). It turns every ray by the thin-lens law exactly, tan θ' = tan θ − h/f per transverse axis (h = the ray height), so a collimated beam crosses the axis at f and a point object images at the Gaussian conjugate with m = −s'/s. Its optical path is the stigmatic one (f − √(h² + f²) for a collimated input, which is the quadratic phase −h²/(2f) at small h; a first surface with a finite object uses that object and its Gaussian image instead), so spot, OPD and PSF analyses of an aberration-free lens read zero aberration. It adds no Seidel terms and no dispersion, takes no mirror / conic / asph, and the non-coaxial raytrace3d does not read it.
• *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).
• *aim*: how the pupil rays are launched. "paraxial" (the default, and what every earlier version did) aims them at the paraxial entrance pupil, with only the chief ray moved onto the stop centre; in a system with pupil aberration the marginal rays then land outside the stop and are clipped (the stock Cooke triplet loses 48 of 217 rays on axis). "stop" is real-ray aiming: every pupil ray is iterated (Newton, tolerance 1e-11 of the stop radius, ValueError if it does not converge) so that it crosses the stop surface at the requested point, which is what lens-design software reports. See with_aiming.
• *vignetting*: per-field pupil vignetting factors as design software stores them, a list of {"field", "vdx", "vdy", "vcx", "vcy", "van"} (field in the same unit as *field*; missing keys are 0). Definition: the format's user guide (topic "Vignetting Factors") and knowledge-base article KA-01393. The normalised pupil p is first scaled and shifted, p' = (VDX, VDY) + diag(1 - VCX, 1 - VCY) p, and the result is then rotated by van degrees (counter-clockwise, x' = x cos - y sin): q = R(van) p' — the decentre rotates too. It is applied before the rays are aimed (at the stop with aim="stop", at the paraxial entrance pupil otherwise). A field between two records is interpolated linearly, one outside the listed range takes the nearest record. set_vignetting computes them from the apertures.
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.
Jeder optics-Operator prüft seine Eingabe vor der Berechnung (nichts rutscht stillschweigend durch):
• Einheiten stecken im Argumentnamen — _mm / _um / _deg / _mrad. Eine Verwechslung von mm und µm stürzt nicht ab, sondern liefert eine plausibel aussehende falsche Antwort; der Name verhindert das. Aus der Größenordnung wird nie auf die Einheit geschlossen.
• Strings lösen ValueError aus — float('50') gelingt, sodass ein ungeparster Konfigurationswert als Länge durchrutschen würde (gemessen: thin_lens('50', '200') lieferte plausible 66,667 mm). bool wird als implizite Hochstufung True == 1 ebenfalls abgelehnt.
• complex / Masked Arrays lösen ValueError aus (nur reelle Slots; das stille Verwerfen des Imaginärteils bzw. Abstreifen der Maske wird abgelehnt). NaN/Inf löst bei jeder Eingabe ValueError aus.
• Division durch null und Verwandtes wird namentlich abgelehnt: Brennweite 0, Krümmungsradius 0, Brechzahl <= 0, undurchlässige Blende (alles 0, die Normierung wird 0/0), PSF mit Summe <= 0, Stokes-Vektor mit S0 = 0 und ein Objekt im vorderen Brennpunkt (Bild im Unendlichen).
• Nur zwei Operatoren liefern einen nicht-endlichen Wert, und beide halten das vertraglich fest: depth_of_field liefert jenseits der hyperfokalen Distanz far_mm = inf (genau das bedeutet die hyperfokale Distanz), und gaussian_beam liefert an der Taille wavefront_radius_mm = inf (der Krümmungsradius einer ebenen Wellenfront). Beide liefern zusätzlich einen endlichen Partner (far_is_infinite / curvature_per_mm). Jedes andere stille NaN/Inf wird intern erkannt und löst ValueError aus — "float64 ist übergelaufen" und "die Antwort ist unendlich" sind verschiedene Aussagen; die erste wird nie im Gewand der zweiten geliefert.
• Größenobergrenzen: erzeugte Gitter durch optics.MAX_GRID (4096), übergebene Felder/PSFs/Blenden durch optics.MAX_FIELD_ELEMENTS (2^24), ABCD-Elementketten durch optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS (1024), Zernike durch MAX_ZERNIKE_TERMS (512) / MAX_ZERNIKE_ORDER (40) / MAX_ZERNIKE_BASIS (2^25). Damit werden Pfade fail-closed geschlossen, in denen ein kleines Argument eine riesige interne Allokation auslöst (gemessen: n_max=40 × 4096² braucht 108 GB).
• Physikalisch unmögliche Zustände werden ebenfalls abgelehnt: Stokes-Vektor mit Polarisationsgrad > 1, negative Transmission, negative Intensität und ungültige Zernike-Indizes wie ungerades n-|m|.
• Leitfaden zur Familie optics_imaging
• Katalog der Beispieldaten (Download-URLs / Lizenzen) — 2-D nutzt skimage.data (BSD/Public Domain) plus synthetische Bilder, 3-D nennt Download-URLs echter Datenquellen (Stanford, PDS, …).
• Herkunft und Literatur der Operatoren — die Quellen der Forschung/Verfahren, auf denen diese Operatorfamilie beruht.
• Der kanonische Algorithmus (Autor, Jahr) und seine Anwendungen stehen im Familienleitfaden oben.
• 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
• optical_design_metrics — py -3.11 examples/optical_design_metrics.py
• poc_chromatic_confocal — py -3.11 examples/poc_chromatic_confocal.py
• poc_lens_file_roundtrip — py -3.11 examples/poc_lens_file_roundtrip.py
• poc_lens_global_search — py -3.11 examples/poc_lens_global_search.py
• poc_material_optical_library — py -3.11 examples/poc_material_optical_library.py
• poc_noncoaxial_optics — py -3.11 examples/poc_noncoaxial_optics.py
• poc_optics_drawings — py -3.11 examples/poc_optics_drawings.py
• poc_tdi_linescan — py -3.11 examples/poc_tdi_linescan.py
• poc_telecentric_metrology — py -3.11 examples/poc_telecentric_metrology.py
• poc_zoom_configurations — py -3.11 examples/poc_zoom_configurations.py
table als Eingabe)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
design)thick_lens · glass · example_system · glass_catalog · sellmeier · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats
*Provenance: raytrace.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*
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