opd_map — OPTICS `design` op

• データ種: table → image2d

• 呼び出し: import raytrace; raytrace.opd_map(system, field=None, size=64, wavelength_um=None, image_mm=None, fill=0.0) (または opsoptics.get("opd_map"))

使い方

Optical path difference over the exit pupil, in waves (`image2d`).

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).

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(`image2d` を入力に取れる)

fraunhofer_pattern · psf_to_mtf · illumination_uniformity · render_through_lens · surface_defect · defocus_blur

同カテゴリ(`design`)

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

*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)。*

opd_map — OPTICS design op

使い方