在光学设计软件 Zemax OpticStudio 的 22.3 版本（订阅制专业 / 旗舰版）及 Ansys Zemax OpticStudio 2022 R2.02 版本（专业 / 旗舰 / 企业版）中，复合表面作为一项新颖且实用的功能被推出。它能让用户在序列模式下，将多个表面的矢高轮廓叠加，从而构建出具有复杂矢高分布的新光学表面，为光学系统的模拟分析、公差分析等环节带来更多可能，其工作原理可从核心构成、关键特性、矢高计算逻辑等方面深入解析。
一、复合表面的核心构成
复合表面主要由“复合组件表面（Composite Add-on，简称组件面）”和“复合基础表面（Composite Base，简称基面）”两类表面构成，二者协同作用形成“复合堆叠（Composite Stack）”结构，这是理解其工作原理的基础。
复合组件表面（组件面）
定义与作用：组件面是用于提供矢高分布的表面，可添加任意数量。它的核心功能仅为将自身的矢高轮廓贡献给后续的基面，不参与光线追迹，也不具备独立的光学性能参数设置。
视觉标识：在镜头数据编辑器（LDE）中，组件面所在行的颜色显示为浅黄色，便于用户快速识别。
参数限制：无法为组件面单独设置材料和膜层属性，其材料和膜层性能完全跟随基面；同时，无论用户为组件面预设何种孔径，在算法计算矢高分布时，都会默认其孔径与基面相同，确保矢高叠加的准确性和一致性。
复合基础表面（基面）
定义与作用：基面是复合堆叠的核心承载表面，位于所有组件面之后。它会接收并整合所有组件面的矢高贡献，最终形成包含所有组件面矢高与自身矢高总和的总矢高，该总矢高决定了光学表面的实际形态，是光线追迹时唯一被考虑的表面矢高。
视觉标识：在镜头数据编辑器中，基面所在行颜色为亮黄色，与组件面形成明显区分，方便用户定位核心承载表面。
矢高显示特性：基面的矢高图不会仅展示自身的矢高，而是呈现包含所有复合组件面矢高的总矢高，能直观反映复合表面的整体矢高分布情况，为用户分析表面形态提供关键依据。
复合堆叠（Composite Stack）
组件面与基面共同构成复合堆叠，其本质是矢高的叠加集合。算法会先将各个组件面的矢高轮廓依次添加到下一个组件面上，完成组件面之间的矢高传递与累加，最终将所有组件面的矢高总和添加到基面的矢高上，使得基面的总矢高成为整个复合堆叠的矢高最终体现，实现复杂矢高分布的构建。
二、复合表面的矢高计算与光线追迹逻辑
矢高计算和光线追迹是复合表面工作原理的核心环节，直接关系到其在光学系统中的应用效果。
矢高计算逻辑
组件面矢高传递：在复合堆叠中，矢高计算遵循“逐面累加”原则。第一个组件面的矢高会传递给第二个组件面，第二个组件面会将自身矢高与第一个组件面的矢高相加后传递给下一个组件面，以此类推，直至所有组件面的矢高完成累加。
基面总矢高形成：当所有组件面的矢高累加完成后，这个累加结果会进一步与基面自身的矢高相加，最终得到基面的总矢高。例如，若有两个组件面，矢高分别为 S1 和 S2，基面自身矢高为 Sbase，则基面总矢高 S_total = S1+S2+Sbase，该总矢高精准反映了复合表面的实际矢高分布。
光线追迹逻辑
在光线追迹过程中，系统仅考虑基面所表达的总表面矢高，组件面不直接参与。这是因为组件面的矢高已全部整合到基面的总矢高中，基面的总矢高完全代表了复合表面的光学形态。光线在传播过程中，会依据基面的总矢高进行折射、反射等光学行为计算，确保光线追迹的准确性和效率，同时避免了因组件面过多导致的计算冗余。
三、复合表面的表面类型支持
复合表面对组件面和基面的表面类型支持完全一致，涵盖了多种常见且重要的光学表面类型，为用户构建不同复杂程度的光学表面提供了充足选择，具体支持的表面类型如下：
双锥面（Biconic）、双锥 Zernike（Biconic Zernike）、切比雪夫多项式（Chebyshev Polynomial）、偶次非球面（Even Asphere）、扩展非球面（Extended Asphere）、扩展奇次非球面（Extended Odd Asphere）、扩展多项式（Extended Polynomial）、网格矢高面（Grid Sag）、不规则面（Irregular）、奇次非球面（Odd Asphere）、奇次余弦面（Odd Cosine）、离轴圆锥自由曲面（Off-Axis Conic Freeform）、周期面（Periodic）、多项式面（Polynomial）、Q 型非球面（Q-Type Asphere）、Q 型自由曲面（Q-Type Freeform）、标准面（Standard）、超圆锥面（Superconic）、倾斜面（Tilted）、环形面（Toroidal）、Zernike Fringe 矢高面（Zernike Fringe Sag）、Zernike 标准矢高（Zernike Standard Sag）、Zernike 环形标准矢高（Zernike Annular Standard Sag）。
这些支持的表面类型覆盖了从简单标准面到复杂自由曲面的广泛范围，用户可根据实际光学设计需求，选择合适的表面类型作为组件面和基面，通过矢高叠加实现多样化的复杂光学表面设计，满足不同场景下的光学系统性能要求。