电脑发明以前，光学设计师只有计算尺和对数表可用。光线追迹计算虽然简单却费时费力。一般而言，设计师从一些物点开始计算穿过光学系统的光束。这种 计算非常繁杂。计算倾斜入射的光线也同样复杂。在发明电脑之前，光线追迹的计算非常费力。一个有经验的计算人员需要两到三个月才能计算出设计一个中等复杂 的光学系统如，三组元透镜，所需的光路。因此在计算时使用近似值也就可以理解了。一些复杂的计算就干脆省略了。这种光学设计的结果显示了当时对光学象差精 确程度了解的不足。同时必须承认这些近似值的采用有助于设计师准确的确定许多象差的特征，他们的经验是今天徕卡设计师的设计基础的重要组成部分。
所 有采用光路分析方法设计的光学系统不可能做到绝对精确，它们只不过是理想的精确系统的一种近似而已。因此必须制造原型镜头来测试镜头的实际性能。有两个潜 在的难题给设计师造成了很多麻烦：其一，镜头性能达不到设计要求；或者生产部门抱怨现有的加工精度达不到设计要求。一旦遇到上述任何一种情况，整个设计都 要推倒重来。
优化设计很不容易。成功的设计需要高度的创造力和对影响成像的象差的相当敏锐的直觉。当我们审视昨天的设计时，往往会惊叹于前人的成就。用现代仪器对这些著名设计进行客观的测试可以发现，虽然它们缺乏优化但却不乏精彩之处。
如 上所述，只有进行恰当的光线追迹才能产生准确的结果。但这又带来一系列问题。首先，设计师需要进行大量的光学追迹计算。在过去，使用的是三角公式和对数 表。在莱兹，主任设计师画出光学系统的设计稿，然后指示一个大型的计算员组中的每一个成员分别计算光线追迹的一部分，并把计算结果交给其余的计算人员。在 一天或一周结束时，主任设计师收到设计结果并进行分析，同时布置下一轮镜头计算任务。对于在有光轴的平面内传播的光线，计算其传播线路的公式基于平面几何 相对容易使用。倾斜入射光线的计算需要三维或立体几何知识。相应的公式非常复杂。因此在那个时代，倾斜入射光线的线路计算需要通过近似方程来估算或者根本 不计算。只能部分的了解这些光学系统的性能表现。
计算机的使用提高了光学计算的准确度，因此现在更加精确的数学设计方法能够充分发挥其能力。数学设计法可以用来更好的调节重要的象差，也可以用来优化整个光学系统。这种方法产生的大量信息也会造成问题。有人说过今天的光学设计工作很简单吗？
光 学设计师的工作强度可以形象的表达出来。镜头的一系列参数（诸如曲率、厚度、镜片间距）即自由度和光学系统的校正水平之间是有固定关系的。增加更多的自由 度，会相应的为光学设计师带来更多的校正光学系统的方法。当镜头设计师增加镜片数量时，可能达到更高的校正水平。但这也会显著增加成本，镜头也可能要求更 高的生产精度，或者增加镜头重量。
因此设计师需要对一个特定的光学设计方案的基本光学潜力有透彻的了解。所有的光学系统在完成最初设计后 都需要优化。如果一个设计不能进行精细调整，则只能得到一个较差的产品。一支由六片镜片构成的50mm f/2 Summicron镜头有10个空气面和半径值，6个镜片厚度值（每片镜片一个值），4个镜组间距值。同时，每种玻璃都有各自的折射率和色散率。可变光圈 的准确位置也需要确定。基于这36个系统参数（或自由度），设计师需要校正超过60种不同的象差。每个参数至少有大约10，000个不同的取值，每改变一 个参数就需要计算超过6，000条不同的光线传播路线。
这36个自由度并非完全独立的。有些参数需要合并而有些参数和其他的参数密切相 关。因此这36个自由度实际上减少为20个，从而使设计工作变得更加复杂。在一定前提下，可以生成数百个甚至数千个和理想设计非常接近的设计方案。据估 计，使用每秒可以计算十万个面的高速计算机进行光线追迹计算，要算出六片结构Summicron镜头的全部设计修正可能性需要连续运算10^99年！
这 显然是不可能实现的。为了从几乎无限的设计中选出最佳方案，设计师需要对每一种象差可能对画质造成的影响了然于胸。他/她同时必须能明确镜头的风格是由画 质的哪些成分决定的今天，为了将研制费用保持在可承受的范围内，只能使用小型的开发团队。这样的团队完成一个镜头设计需要一到两年时间。除此之外，没有更 好的方法来说明在开始设计新镜头时，光学设计艺术所具有的极为关键的作用了。
光学设计师的创造力，在今天似乎比在过去更为重要。而事实的 确如此！正如在对三组元镜组的设计计算过程的说明中所述，设计师的工作就是估算不同的象差值，并在设计规格中改变相应的参数值（透镜半径、厚度、镜组间距 和玻璃种类）。在着手设计时，明智的选择恰当的基本设计范式也极为重要。只有如此，才能进行设计所需的校正。
The merit function
优化函数
当定义和校正一个特定的光学系统具有几乎无限的可能性时，设计师必须能准确意识到何时达到了需要的校正水平。 计算机和光学设计软件能轻易生成大量数据。它们可以在快速计算出数百万条光线的光路。设计师可以通过这些信息了解到各种不同类型象差的等级。
此时还有两个问题需要回答：
-镜头设计是否达到了设计要求？
-以及，还有没有更好的方案？
这 正是徕卡设计师的镜头设计艺术的体现之处。所有的光学设计师，不仅是徕卡的设计师，都熟谙光学和象差知识，理解所有的镜头都是理想与现实的折衷，是众多互 相补偿的象差之间的巧妙平衡。任何一个镜头都包含有少量的残余象差。用户最终所能得到的镜头成像性能取决于设计师在各种像差之间的权衡和采用的补偿平衡手 段。
徕卡的设计师对设计各项误差高度优化从而残余象差极低的光学系统具有极大的热情。如果有人认为一种设计方案还不够好，那么他就需要一 个标准来衡量现有的设计和理想的设计。计算程序在这方面毫无用处。想象一下，你坐在直升机上飞越山区，想要找到最深的山谷。在一定的小区域内肯定是可以找 到一个很深的山谷的，但却不知道下一个山头后的山谷有多深。优化程序就是在寻找这个最深的山谷，在一定范围内，也肯定可以找到一个。但如果对整个山区缺乏 全面了解，它就会一直不停搜索，而永远不知道是否真正找到了最深的山谷。只有掌握了这种结构信息，才能完全了解一个光学系统的特性与个性。徕卡设计师称之 为镜头之魂。镜头的优化函数必须切合实际，并能发挥出镜头的最佳性能。必须指出的是，每一个镜头设计师对“最佳性能”的理解都不同。
我们 习惯于把光看成一条条的直线。在计算光路时这是有意义的。但在实际中，穿过镜头的光束包括了全部物点在胶片平面方向朝各个方向发出的光。这些光全部会照射 在前片透镜上并穿过光学系统，称之为光通量。在镜头的设计阶段，对这个概念的理解极端重要。光束流应该平滑的通过镜头，尽量减少偏差和阻碍。这都有些禅宗 哲学的意味了。
在开始设计一个新镜头时，设计师一般是从现有的系统中选择一个并在此基础上进行改进。对徕卡M系镜头而言，体积和重量的限制尤其重要。镜头设计首先 就被附加规格，如物理尺寸等，限制住了。镜头应该小巧就手，而且不能遮挡取景器的视线。这些特征从用户角度来看是顺理成章的，但对设计师而言却是一种限 制。更好的光学性能通常要求更大的物理尺寸。更大的尺寸可以方便应用新的技术，例如非球面镜片，来达到设计要求。多余的重量是必须避免的，而这也限制了镜 片的数量和光学玻璃的选择范围。焦距和最大孔径也限制了设计的可能性。设计师必须从创造性之处着手，才能取得成功，或者至少能进行一些优化（找到最深的山 谷）。此处也需要哲学思维：光学设计应该具有某种能被感知的美感。有些镜头的剖面图看起来非常新奇，而有些则具有光学之美。后者才是最好的镜头设计。没有 一个好的设计起点，镜头就达不到设计的性能要求。对其优化就是原地踏步，不会有任何进展。当设计师觉得一个设计起点有潜力时，就可以开始下一步设计，即校 正赛得像差。
校正赛得像差本身并不复杂，但是这些象差同时也影响着更高级的象差。因此设计师在设计的最初始阶段就要确定好关键的系统参 数，否则后期只能通过使用更加复杂的设计步骤才能达到设计目标。每增加一片透镜都是为了校正一种象差，但同时也会带来新的问题。很快这些问题就会越积越 多。徕卡镜头的一个典型特征就是相对较少的镜片数量。90 mm f/2 Apo-Summicron-M ASPH 只有5片镜片而成像性能优异。
下一步就是优化系统以达到所需的象差校正水平：细调镜片表面曲率、选择光学玻璃种类、确定镜片间距和厚度等。最后一步是平衡各种残余象差，使成像性能达到设计要求。
在 徕卡进行的静悄悄的革命之一就是光学设计和机械制造工程师之间的密切合作。设计一种或者无法生产，或者难以精确组装，或者成本过高的镜头是没有价值的。设 计师必须在这个方面非常有创造力。只能再现一般的细节的镜头和能再现非常精细的细节的镜头所要求的生产精度是不同的。这是合乎逻辑的：与仅在底片上记录被 摄体的粗糙细节相比，在底片上记录被摄体的精细细节要求更低的象差。生产组装时的超高精度可以保证每一个镜头的光学性能都达到设计要求。要保持生产精度很 难，而这只有在公差由设计部门和制造部门共同确定的情况下才能做到。