opd_map — OPTICS design op

Datenarten: tableimage2d

Aufruf: import raytrace; raytrace.opd_map(system, field=None, size=64, wavelength_um=None, image_mm=None, fill=0.0) (oder opsoptics.get("opd_map"))

Verwendung

Optische Weglängendifferenz über der Austrittspupille, in Wellen (`image2d`).

> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.

The OPD of each ray is the chief ray's optical path from a common object-space

wavefront to the exit-pupil reference sphere (centred on the chief

ray's image point, passing through the paraxial exit pupil on axis) minus

the ray's own, divided by the wavelength (Welford's sign: an undercorrected

spherical singlet gives `W = +W040·ρ⁴ with W040 = S_I/8). The map is sampled on a size × size` grid over

the unit pupil (row = +y down the array, column = +x); points outside the

pupil or vignetted are set to *fill* (default 0 so the array is finite —

pass `fill=np.nan` to see the pupil boundary). The pupil mask is available

from :func:opd_samples.

Feed the map to `match3d.fit_zernike` (coefficients in waves) and then to

`optics.wavefront_stats` for RMS / PV / Strehl. On a stigmatic system

(an on-axis paraboloid mirror) the map is zero to machine precision; a pure

image-plane defocus produces the textbook `W020·ρ²`; for a spherical

singlet the Zernike (4,0) term reproduces the Seidel `S_I/8` at small

aperture (all tested).

Familienweiter Eingabevertrag (fail-closed)

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|.

Ausführlicher Anwendungsleitfaden

Leitfaden zur Familie optics_imaging

Referenzen (Beispieldaten, Literatur)

• 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.

Ausführbare Beispiele (verifizierte Samples, die diesen Operator wirklich aufrufen)

lens_design_demopy -3.11 examples/lens_design_demo.py

Typkompatible Folge-Operatoren (nehmen image2d als Eingabe)

fraunhofer_pattern · psf_to_mtf · illumination_uniformity · render_through_lens · surface_defect · defocus_blur

Gleiche Kategorie (design)

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


*Provenance: raytrace.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*

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