seidel_coefficients — OPTICS `design` op

• データ種: table → table

• 呼び出し: import raytrace; raytrace.seidel_coefficients(system, field=None) (または opsoptics.get("seidel_coefficients"))

使い方

Third-order (Seidel) aberration sums per surface and total (`table`).

Uses the paraxial marginal ray (through the stop edge) and chief ray (through

the stop centre) at the system's default field (or *field*), with Welford's

refraction-invariant form: `A = n(yc + u), Δ(u/n)`, Lagrange invariant

`H = n(ūy − uȳ)`::

S_I = −Σ A² y Δ(u/n) spherical

S_II = −Σ A Ā y Δ(u/n) coma

S_III = −Σ Ā² y Δ(u/n) astigmatism

S_IV = −Σ H² c Δ(1/n) Petzval (field curvature)

S_V = −Σ (Ā/A)[Ā² y Δ(u/n) + H² c Δ(1/n)] distortion

C_L = −Σ A y Δ(δn/n), C_T = −Σ Ā y Δ(δn/n) axial / lateral colour

plus the aspheric deformation contribution `8 G (n'−n) y⁴ with `G = k c³/8

+ A4` (conic and fourth-order coefficient) to S_I (and its ȳ/y`

powers to S_II, S_III, S_V); higher aspheric orders are fifth order and

above and do not enter the Seidel sums. Sums are in millimetres of wavefront times 8:

the third-order wavefront at the pupil edge is `W040 = S_I/8`,

`W131 = S_II/2, W222 = S_III/2, W220 = (S_III + S_IV)/4`,

`W311 = S_V/2 (Welford's normalisation). waves` gives the same

numbers divided by the wavelength. Checked against the exact ray-traced OPD

at small aperture (`tests/test_raytrace.py`).

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)

• lens_design_demo — py -3.11 examples/lens_design_demo.py

型が繋がる次の op(`table` を入力に取れる)

abcd_matrix · wavefront_stats · paraxial_trace · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram · ray_fan

同カテゴリ(`design`)

lens_system · thick_lens · glass · example_system · glass_catalog · sellmeier · paraxial_trace · spot_stats

*Provenance: raytrace.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)。*

seidel_coefficients — OPTICS design op

使い方