optimization op• Datenarten: table → table
• Aufruf: 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) (oder opsoptics.get("optimize_lens"))
Gedämpfte Kleinste-Quadrate-Optimierung (Levenberg–Marquardt) einer Vorschrift (`table`).
> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.
*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"}``.
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|.
• Leitfaden zur Familie optics_imaging
• 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.
• lens_optimize_demo — py -3.11 examples/lens_optimize_demo.py
table als Eingabe)abcd_matrix · wavefront_stats · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram
optimization)*Provenance: lensopt.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*
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