oct_interferogram — OPTICS `oct` op

• データ種: なし → table(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.oct_interferogram(sample=None, center_nm=840.0, bandwidth_nm=50.0, mode='sd', n_pixels=2048, wl_min_nm=None, wl_max_nm=None, spectrometer_fwhm_px=1.0, linewidth_nm=None, sweep_nonlinearity=0.0, source_spectrum=None, photons_ref_per_pixel=20000.0, photons_mirror_per_pixel=None, eta=0.8, sigma_d=10.0, K=1.0, full_well=None, quantize=False, reference_phase_rad=0.0, mismatch_material=None, mismatch_length_mm=0.0, focus_um=None, beam_waist_um=None, oversample=8, noise=True, seed=0, grid='lambda') (実装を直接呼ぶなら import octscan; octscan.oct_interferogram(sample=None, center_nm=840.0, bandwidth_nm=50.0, mode='sd', n_pixels=2048, wl_min_nm=None, wl_max_nm=None, spectrometer_fwhm_px=1.0, linewidth_nm=None, sweep_nonlinearity=0.0, source_spectrum=None, photons_ref_per_pixel=20000.0, photons_mirror_per_pixel=None, eta=0.8, sigma_d=10.0, K=1.0, full_well=None, quantize=False, reference_phase_rad=0.0, mismatch_material=None, mismatch_length_mm=0.0, focus_um=None, beam_waist_um=None, oversample=8, noise=True, seed=0, grid='lambda')、台帳から引くなら opsoptics.get("oct_interferogram"))

使い方

層の並び(sample)を OCT で 1 本測った干渉スペクトル(table)。

sample = {"ambient": "air", "surface_um": 表面の光路(参照腕との差、空気中 µm、負なら鏡像の側),

"layers": [{"material", "thickness_um", "attenuation_per_mm"(強度の減衰係数 µ_t、往復で exp(−2µd)), "scatterers_per_mm"(層の中の点散乱体の密度)、"scatter_amplitude"(1 個の振幅反射率)}, …],

"substrate": 材料}。省略時は空気 / PMMA 25 µm / ポリカーボネート 40 µm / ガラス相当の基板。

場の和: E_s(k) = Σ_j r_j(k) T_j A_j exp(2ik Δ_j(k))、Δ_j(k) = surface + Σ_(上の層) n_i(k) d_i (位相屈折率で位相、群遅延は自然に出る)、r_j = (n_上 − n_下)/(n_上 + n_下)(各 k で)、T_j = Π(1 − r²)、A_j = exp(−Σ µ_i d_i)。参照光(振幅 1、位相 reference_phase_rad)と足して |E_r + s·E_s|² ×光源 S(k) (s² = photons_mirror/photons_ref)—— 相互相関・自己相関・DC が全部入る。

検出: mode="sd" は分光器(grid="lambda" = λ 等間隔の画素、"k" = k 等間隔の画素。画素の箱で積分 + 分解能 spectrometer_fwhm_px のガウス)、mode="ss" は時間等間隔の波長掃引(k(t) = k_lo + Δk (t + ε t(1−t))、ε = sweep_nonlinearity、瞬時線幅 linewidth_nm のガウス、各標本は瞬時の値 —— 画素の箱が無いので roll-off は線幅だけで決まる)。細かい等間隔 k(1 画素 oversample 点)で作ってから、分光器は画素の区間で積分、掃引は標本の k で読む。

雑音: ショット(電子の平方根)+ 読み出し σ_d e⁻、×K で DN、full_well で飽和、quantize で整数化。

分散の不一致: 試料腕だけに mismatch_material が mismatch_length_mm(群遅延は参照腕で合わせる)。

焦点: focus_um(物理深さ)と beam_waist_um を渡すと、共焦点の結合 (1 + ((z − z_f)/z_R)²)^(−1/2)。

返り値: dict(kind="oct_interferogram", spectrum (N,) DN, wavelength_nm, k_rad_per_um(画素の中心の真の k)、reference_spectrum(参照腕だけ・雑音なし)、sample_only_spectrum(試料腕だけ・雑音なし = 自己相関の素)、interfaces(真値: 物理深さ・群遅延の光路・反射率)、settings)。

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)

• poc_industrial_oct — py -3.11 examples/poc_industrial_oct.py

型が繋がる次の op(`table` を入力に取れる)

abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd

同カテゴリ(`oct`)

oct_design · oct_dispersion_broadening · oct_bscan_simulate · oct_from_spectra · oct_k_linearize · oct_dispersion_estimate · oct_dispersion_compensate · oct_ascan

*Provenance: octscan.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)。*

oct_interferogram — OPTICS oct op

使い方