Zwierciadła i soczewki

Obraz rzeczywisty powstaje tam, gdzie promienie światła faktycznie się przecinają, więc można go wyświetlić na ekranie — symulator zaznacza go pełną zieloną strzałką. Obraz pozorny powstaje tam, skąd promienie tylko wydają się wychodzić, za soczewką lub zwierciadłem; nie da się go wyświetlić na ekranie i jest rysowany przerywaną żółtą strzałką. W matematyce dodatnia odległość obrazu d_i oznacza obraz rzeczywisty, a wartość ujemna — obraz pozorny.

Wykorzystuje równanie cienkiej soczewki i zwierciadła 1/f = 1/d_o + 1/d_i, przekształcone do postaci 1/d_i = 1/f - 1/d_o. Elementy skupiające mają dodatnią ogniskową, a rozpraszające — ujemną. Powiększenie wynosi wtedy m = -d_i/d_o, a wysokość obrazu to m razy wysokość przedmiotu.

To standardowe promienie charakterystyczne używane do konstruowania obrazu. Czerwony promień biegnie równolegle do osi optycznej, a następnie przechodzi przez ognisko F'. Zielony promień przechodzi wprost przez środek soczewki (lub środek zwierciadła) bez odchylenia. Niebieski promień przechodzi przez bliższe ognisko F i wychodzi równolegle do osi. Przerywane odcinki to pozorne przedłużenia używane do wyznaczania obrazów pozornych.

Soczewka rozpraszająca ma ujemną ogniskową, więc 1/d_i = 1/f - 1/d_o jest zawsze ujemne dla rzeczywistego przedmiotu. To sprawia, że odległość obrazu jest ujemna, czyli obraz jest zawsze pozorny, prosty i pomniejszony. Zwierciadło wypukłe zachowuje się tak samo, dlatego stosuje się je w szerokokątnych lusterkach samochodowych i sklepowych.

Wykorzystuje idealne przybliżenie cienkiej soczewki, zakładające, że soczewka jest nieskończenie cienka, a promienie biegną blisko osi (przybliżenie paraksialne). Dzięki temu jest to wierny model dydaktyczny, ale pomija zjawiska rzeczywiste, takie jak aberracja sferyczna i chromatyczna, grubość soczewki i skończona apertura. Odległości są pokazane w pikselach, a nie w jednostkach fizycznych, więc ilustruje on zależności, a nie przewiduje działanie konkretnej kamery czy teleskopu.