Положение изображения связано с положением предмета формулой тонкой линзы: 1/F = 1/d + 1/f, где F — фокусное расстояние, d — расстояние от предмета до линзы, f — от линзы до изображения. Для собирающей линзы F > 0; если изображение действительное, f > 0, если мнимое — f < 0.
Пример. Собирающая линза F = 10 см, предмет на d = 30 см. Тогда 1/f = 1/F − 1/d = 1/10 − 1/30 = 3/30 − 1/30 = 2/30, откуда f = 15 см. Изображение действительное, по другую сторону линзы.
Если предмет ближе фокуса (d < F), изображение получается мнимым, прямым и увеличенным — так работает лупа. При d = F лучи после линзы идут параллельно, и изображение «уходит на бесконечность».