一道光线(这里的光线是一种数学概念)由主体发出，通过镜片表面，就会产生折射或散射。这是高中程度的物理学。
光线折射程度由玻璃的散射系数(refraction index)来决定，假如光学设计师知道光线接触到第一片镜片的点和入射角，他就能相当精确地计算出这一道光线折射的路径，从而追踪出光线的轨迹。我们也知道，点光源向四面八方辐射出光线(即光子[photons])，而只有部分光子会穿过镜片。经由数学方程式仿真，光学设计师假设:所有进入镜头的光子能量都可被视为许多单一的光子射线(以后简称为光线)。这束光线经过镜片群的轨迹也都能被计算追踪出来.
在高速计算机发明之前，为了计算这些光学公式，唯一的方法，就是使用对数表以人工计算。在三○年代，光学设计师靠着对数表，一天只能完成 50 道表达式，每一道表达式都必须检查两遍，因为在计算时很容易发生错误。如果 7 被当成 9，就会导出很严重的错误。所以当时的光学表达式都讲求缮写时要非常清晰，不能草草了事。我曾经非常荣幸地在徕卡总公司拜读过当年徕兹(Leitz)公司所保存下来的光学设计原稿，以及大量的计算图表，全部缮写得非常工整，以便阅读或供其它部门拷贝。这些都是早期光学设计师的心血结晶。一只6片镜群的设计，每一个镜片表面都要计算200道光线的轨迹折射，整组镜头要3000道运算，这需要足足计算三个月的时间。这些原稿从来都不曾公开过，因此早年在徕兹公司的光学设计工作是难以想象的艰辛。
如果说，当年的经典名镜设计都是由「某一个设计大师」自己苦心孤诣多年所创造出来的的光学杰作，那才是是个神话!在现实生活中，通常是由一位设计主管负责指导一群大部份是女性的工作者，并由她们负责大量且重要的计算工作。设计主管指导整个设计，他从手下的计算中获得数据，并从中决定究竟是继续原设计还是要做调整。
一般用家常会试用几种不同的版本，以得到满意的镜头。这也就不难理解严肃的摄影师为何会选用不同的镜头测试，使用直到满意为止了。为了平衡不同的像差而不得不保留一定量的残余像差，而且也不是每位设计人员都能够灵光乍现地想到最好的解决方案。因此，从三○年代到六○年代，关于Leitz和ZEISS的经典镜头的「味道」(真的味道也好，想象的味道也好)的争论就一直激烈不休。直到今天，光学设计和计算和使用者的期望值也始终没有在同一水平线上。
