Изображение также будет перпендикулярно и главной оси. Схематические диаграммы, называемые лучевыми диаграммами, могут использоваться для того, чтобы проиллюстрировать образование изображения, когда лучи света проходят через собирающую линзу и воспринимаются глазом или в случае действительных изображений собираются на экране. На этих диаграммах применяются два главных луча для построения изображения.

На рисунке 1, а луч, параллельный главной оптической оси, преломляется через фокус F. На рисунке 1, б луч, проходящий через F'(OF = OF'), преломляется так, что выходит параллельно главной оптической оси; этот луч такой же, как на рисунке 1, а, вследствие принципа обратимости света. На рисунке 1, в луч, проходящий через оптический центр О линзы, выходит без отклонения.

Если вы начертите два главных луча для построения изображения из точки наверху стрелки (объект), стоящей перпендикулярно главной оптической оси, то точка пересечения этих двух лучей после преломления укажет положение «верха» изображения. Поскольку стрелка перпендикулярна главной оптической оси, то изображение также будет перпендикулярно этой оси.

На рисунке 2 изображения построены проведением перпендикуляра из точки пересечения двух преломленных лучей на главную оптическую ось. Если диаграмма начерчена в масштабе, то размеры изображения и расстояния от него до предмета (объекта) можно легко определить. По мере того как предмет приближается к линзе, изображение отдаляется от линзы и увеличивается в размере от уменьшенного изображения вблизи фокуса до увеличенного далее 2F.

Когда предмет достигает фокуса F', преломленные лучи параллельны и образуются два изображения: одно в минус бесконечности; являющееся прямым и мнимым, которое может быть видимо глазом, и другое действительное в плюс бесконечности, которое не может быть видимо.

На рисунке 3, а показаны параллельные преломленные лучи, как бы идущие от минус бесконечности; хрусталик глаза может образовать изображение на сетчатке. Если предмет пододвинуть к линзе ближе точки F', то два выходящих луча расходятся (рис. 3, б).

Эти расходящиеся лучи не образуют действительное изображение на экране, однако человеческий глаз может образовать изображение, используя этот свет. Эти два луча представляются выходящими из точки X, которую можно найти, продлив лучи назад как штриховые линии, пока они не пересекутся в точке X. Это мнимое прямое изображение представлено штриховой линией, подчеркивающей его нереальную природу. Собирающая линза, используемая таким образом, действует как увеличительная линза-лупа и иногда называется простым микроскопом. 

Если предмет (объект) помещен между F' и 2F' (OF' = OF), то может быть получено действительное перевернутое увеличенное изображение, построенное в точке J на лучевой диаграмме (рис. 4).

Два треугольника АСО и OJ В на этой диаграмме подобны (∟ACO =∟OJB = 90°, ∟AOC= ∟JOB — противоположные углы). На основании пропорции h₂/v = h₁/u или h₂/h₁= v/u. Но m = h₂/h₁, поэтому т эквивалентно v/u.

При подсчетах, связанных с увеличением, важно вспомнить: m = h₂/h₁ ≡ v/u

Вы должны также помнить, что по определению линейное увеличение m равно размеру изображения, поделенному на размер предмета.