optimization op• 資料種類:table → table
• 呼叫:import lensopt; lensopt.optimize_lens(system, variables=None, fields=None, wavelengths=None, rings=4, efl_target=None, efl_weight=None, field_weights=None, iterations=30, damping=0.001, tolerance=1e-07, min_thickness=0.5, max_thickness=None, min_radius=1.0, pupil_fill=0.98)(或 opsoptics.get("optimize_lens"))
對處方做阻尼最小平方(Levenberg–Marquardt)最佳化(`table`)。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
*variables*: surface parameters to move — strings `"R<i>"/"c<i>"`
(curvature; a radius may pass through flat), `"t<i>"` (thickness),
`"k<i>" (conic), "A4_<i>", "A6_<i>"` … (even aspheric
coefficients). Default: every finite radius. *efl_target*: hold the
effective focal length (default: the starting EFL, so a design does not
"improve" by getting longer); pass `0 / False` to leave it free.
Fields / wavelengths / rings / weights as in :func:merit_function.
Each iteration builds the Jacobian by forward differences, solves
`(JᵀJ + λ diag(JᵀJ)) δ = −Jᵀr` and accepts the step only if the merit
falls (then λ /= 3; otherwise λ ×= 4 and retried, up to 6 times); a step
that yields an invalid prescription counts as a failure. Stops when the
relative merit change is below *tolerance* twice in a row (`converged`,
`status="converged"`), when two iterations in a row accept no step or λ
blows past 1e8 (`status="stalled", converged=False`), or after
*iterations* (`status="iterations"`). Thickness is clamped to
`[min_thickness, max_thickness] and |R| >= min_radius` — the start
included, so the returned system always obeys the bounds.
Returns ``{"system": optimised prescription, "merit_initial",
"merit_final", "rms_initial", "rms_final", "efl_initial", "efl_final",
"history": [merit per accepted iteration], "iterations", "converged",
"variables": [{"name", "surface", "initial", "final"}], "rays_lost"}``.
optics 的每個運算子都先檢驗輸入再計算(不讓任何東西無聲通過):
• 單位寫進參數名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不會當掉,而是給出「看似合理卻是錯的答案」,所以用命名來防。這裡絕不從數值大小去猜單位。
• **字串一律 ValueError** —— float('50') 會成功,於是未解析的設定值會被當成長度混進來(實測:thin_lens('50', '200') 曾回傳看似合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隱式提升拒絕。
• **complex / masked array 一律 ValueError(僅接受實數槽位;拒絕無聲丟棄虛部或剝掉遮罩)。所有輸入中的 NaN/Inf 一律 ValueError**。
• 逐項點名拒絕除零及其近親:焦距 0、曲率半徑 0、折射率 <= 0、全不透明光闌(全為 0,正規化變成 0/0)、總和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 向量、物體位於前焦點(像在無窮遠)。
• 只有兩個運算子會回傳非有限值,而且都寫進了契約:depth_of_field 在超焦距以外回傳 far_mm = inf(這正是超焦距的定義),gaussian_beam 在束腰處回傳 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半徑)。兩者都同時回傳一個有限的夥伴(far_is_infinite / curvature_per_mm)。**除此之外的無聲 NaN/Inf 都在內部檢出並 ValueError** ——「float64 溢位了」和「答案是無窮大」是兩種不同的主張,不能拿後者的臉去交付前者。
• 尺寸上限:生成網格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,傳入的場/PSF/光闌受 optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24),ABCD 元件序列受 optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024),Zernike 受 MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。以 fail-closed 堵住「小參數引發巨大內部配置」的路徑(實測:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。
• 物理上不可能的狀態同樣拒絕:偏振度 > 1 的 Stokes 向量、負穿透率、負強度、n-|m| 為奇數等非法 Zernike 指標。
• 範例資料目錄(下載 URL / 授權) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有領域)加合成圖,3-D 給出真實資料源(Stanford/PDS 等)的下載 URL。
• 運算子來歷與參考文獻 —— 該運算子族所依據的研究/方法出處。
• 演算法的正典(作者・年份)與用途見上面的族使用指南。
• lens_optimize_demo — py -3.11 examples/lens_optimize_demo.py
table 作為輸入)abcd_matrix · wavefront_stats · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram
optimization)*Provenance: lensopt.py — OPTICS 運算子登記表。本條目由 tools/opdocs.py md 自動產生(請勿手動編輯)。*
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