wave op• データ種: なし → measurement(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.defocus_from_shift(shift_um=10.0, wavelength_um=0.55, f_number=5.6) (実装を直接呼ぶなら import optics; optics.defocus_from_shift(shift_um=10.0, wavelength_um=0.55, f_number=5.6)、台帳から引くなら opsoptics.get("defocus_from_shift"))
Defocus wavefront error (waves at the pupil edge) of an axial focus shift.
Moving the detector (or, equivalently, the focus) by `shift_um` along the
axis of an `f/N` beam adds the quadratic wavefront error
`W(rho) = W20 * rho^2` with
`W20 = shift / (8 * lambda * N^2)` [waves]
— the paraxial Seidel defocus term, `rho` the normalised pupil radius
(1 at the edge). This is the number :func:pupil_psf takes as
`defocus_waves`, so the two compose: a longitudinal chromatic aberration
(focal shift versus wavelength, e.g. from `raytrace.chromatic_shift` or a
published `df/f(lambda)) becomes a per-band defocus_waves` here and a
per-band PSF there.
Returns a float (a `measurement`). The sign is the sign of *shift_um*:
positive = the detector sits beyond the focus (the beam has converged
and is diverging again). For a symmetric pupil the PSF does not depend on
the sign; for an asymmetric one (a slit, a W, an off-axis hole) the sign
flips the PSF through the centre — that is exactly the handle a
one-photoreceptor eye can read the direction of defocus from.
Ground truth (closed form, `tests/test_optics.py): shift = 8 lambda N^2`
is exactly one wave; the function is linear in *shift_um* and inverse in
*wavelength_um* and in `N^2 (checked at two of each). At N = 1.5`,
`lambda = 0.55 um (a cephalopod-scale f/1.5` eye) a 250 um focus shift
is 25.3 waves.
Raises `ValueError`: non-finite *shift_um*; non-positive or non-finite
*wavelength_um* / *f_number*.
Paraxial: `W20 = shift/(8 N^2)` is the small-angle expansion of the exact
`shift * (1 - cos theta) sag; at f/1.5 (sin theta = 1/3`) the exact
edge value is 5.7 % below the paraxial one — the number is a *defocus
convention*, not a high-NA wavefront.
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。
• 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。
• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py
measurement を入力に取れる)—
wave)airy_pattern · angular_spectrum_propagate · fraunhofer_pattern · gaussian_beam · pupil_psf · pupil_blur
*Provenance: optics.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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