fullseye

wavefront_from_opd — OPTICS design op

• データ種: table → table
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.wavefront_from_opd(system, field=None, size=64, n_max=6, wavelength_um=None, image_mm=None) (実装を直接呼ぶなら import raytrace; raytrace.wavefront_from_opd(system, field=None, size=64, n_max=6, wavelength_um=None, image_mm=None)、台帳から引くなら opsoptics.get("wavefront_from_opd"))

使い方

OPD map → Zernike coefficients (waves) → RMS / PV / Strehl, in one call (table).

Convenience chain: :func:opd_samples → a least-squares Zernike fit on the pupil samples themselves → optics.wavefront_stats. Returns the stats dict extended with zernike ({(n, m): coef}), rms_opd_direct (RMS of the sampled OPD, independent of the fit) and pv_opd_direct.

Fixed 2026-10-14: the samples used to be burnt into an image and read back with match3d.fit_zernike, whose default pupil radius was half a pixel short and whose outer ring read the zeros outside the pupil — a synthetic Z20 + 0.5 Z40 came back as 0.903 / 0.427 and a rotationally symmetric singlet showed a spurious Z(4,4). The square grid’s in-pupil samples each stand for the same area, so a plain least-squares fit on them is the area-weighted projection.

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)

• anim3d_lens_aberrations — py -3.11 examples/anim3d_lens_aberrations.py
• 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 · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · spot_diagram

同カテゴリ(design)

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

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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)。

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