一道光線(這里的光線是一種數學概念)由主體發出，通過鏡片表面，就會產生折射或散射。這是高中程度的物理學。

光線折射程度由玻璃的散射系數(refraction index)來決定，假如光學設計師知道光線接觸到第一片鏡片的點和入射角，他就能相當精確地計算出這一道光線折射的路徑，從而追蹤出光線的軌跡。我們也知道，點光源向四面八方輻射出光線(即光子[photons])，而只有部分光子會穿過鏡片。經由數學方程式仿真，光學設計師假設:所有進入鏡頭的光子能量都可被視為許多單一的光子射線(以后簡稱為光線)。這束光線經過鏡片群的軌跡也都能被計算追蹤出來.


在高速計算機發明之前，為了計算這些光學公式，唯一的方法，就是使用對數表以人工計算。在三○年代，光學設計師靠著對數表，一天只能完成 50 道表達式，每一道表達式都必須檢查兩遍，因為在計算時很容易發生錯誤。如果 7 被當成 9，就會導出很嚴重的錯誤。所以當時的光學表達式都講求繕寫時要非常清晰，不能草草了事。我曾經非常榮幸地在徠卡總公司拜讀過當年徠茲(Leitz)公司所保存下來的光學設計原稿，以及大量的計算圖表，全部繕寫得非常工整，以便閱讀或供其它部門拷貝。這些都是早期光學設計師的心血結晶。一只6片鏡群的設計，每一個鏡片表面都要計算200道光線的軌跡折射，整組鏡頭要3000道運算，這需要足足計算三個月的時間。這些原稿從來都不曾公開過，因此早年在徠茲公司的光學設計工作是難以想象的艱辛。

如果說，當年的經典名鏡設計都是由「某一個設計大師」自己苦心孤詣多年所創造出來的的光學杰作，那才是是個神話!在現實生活中，通常是由一位設計主管負責指導一群大部份是女性的工作者，并由她們負責大量且重要的計算工作。設計主管指導整個設計，他從手下的計算中獲得數據，并從中決定究竟是繼續原設計還是要做調整。

一般用家常會試用幾種不同的版本，以得到滿意的鏡頭。這也就不難理解嚴肅的攝影師為何會選用不同的鏡頭測試，使用直到滿意為止了。為了平衡不同的像差而不得不保留一定量的殘余像差，而且也不是每位設計人員都能夠靈光乍現地想到最好的解決方案。因此，從三○年代到六○年代，關于Leitz和ZEISS的經典鏡頭的「味道」(真的味道也好，想象的味道也好)的爭論就一直激烈不休。直到今天，光學設計和計算和使用者的期望值也始終沒有在同一水平線上。