Soczewka - bryła z przepuszczającego światło materiału, o zakrzywionej powierzchni. Soczewka posiada dwa ogniska (przedmiotowe i obrazowe) położone po jej przeciwnych stronach, w takich samych odległościach od jej środka.

Równanie soczewki opisuje zależności pomiędzy odległościami przedmiotu i obrazu od soczewki, a długością ogniskowej. Jest ono poprawne jedynie w przybliżeniu do małych kątów i ma postać:

$\frac{1}{f}=\frac{1}{x}+\frac{1}{y}$

gdzie:

$f$ - ogniskowa zwierciadła,

$x$ - odległość przedmiotu od zwierciadła,

$y$ - odległość obrazu od zwierciadła.

Równanie materiałowe soczewki (równanie szlifierzy soczewek) ma postać:

$\frac{1}{f}=\left(\frac{n}{n_0}-1\right)\left(\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\right)$

gdzie:

$f$ - ogniskowa soczewki,

$n$ - współczynnik załamania dla soczewki,

$n_0$  - współczynnik załamania dla otoczenia,

$R_1,R_2$  - promienie krzywizn soczewki.

Promień krzywizny dla powierzchni wklęsłej jest ujemny. Ogniskowa soczewki przyjmuje wartość dodatnią dla soczewki skupiającej, a wartość ujemną dla soczewki rozpraszającej.

Obraz powstający w soczewce może być:

• W zależności od tego, jakie promienie się przecinają:
  • rzeczywisty - powstaje w wyniku przecięcia się promieni wychodzących z przedmiotu,
  • pozorny - powstaje w wyniku przecięcia się przedłużeń promieni wychodzących z przedmiotu.
• W zależności od tego, jak jest ustawiony względem przedmiotu:
  • prosty,
  • odwrócony.
• W zależności od rozmiaru, w stosunku do rozmiaru przedmiotu:
  • pomniejszony,
  • powiększony,
  • tej samej wielkości.

Konstrukcja obrazu w soczewce skupiającej - aby znaleźć obraz danego punktu, należy narysować bieg promieni, które z niego wychodzą i wyznaczyć miejsce ich przecięcia. Z każdego punktu można poprowadzić nieskończenie wiele promieni, jednak wszystkie przetną się w tym samym punkcie. Do skonstruowania obrazu wystarczą dwa spośród trzech promieni: 

• pierwszy promień biegnie równolegle do osi optycznej, a po przejściu przez soczewkę, biegnie przez ognisko obrazowe,
• drugi promień pada na środek geometryczny soczewki i przechodzi bez zmiany kierunku,
• trzeci promień biegnie przez ognisko przedmiotowe, a po przejściu przez soczewkę biegnie równolegle do osi optycznej.

To, jakie cechy będzie mieć obraz powstający w soczewce skupiającej zależy od odległości $x$, w jakiej znajduje się przedmiot względem soczewki.

rzeczywisty,
odwrócony,
pomniejszony

rzeczywisty,
odwrócony,
tej samej wielkości.

rzeczywisty,
odwrócony,
powiększony.

pozorny,
prosty,
powiększony.

Konstrukcja obrazu w soczewce rozpraszającej - aby znaleźć obraz danego punktu, należy narysować bieg promieni, które z niego wychodzą i wyznaczyć miejsce ich przecięcia. Z każdego punktu można poprowadzić nieskończenie wiele promieni, jednak wszystkie przetną się w tym samym punkcie. Do skonstruowania obrazu wystarczą dwa promienie: 

• pierwszy promień biegnie równolegle do osi optycznej, a po przejściu przez soczewkę biegnie w taki sposób, że jego przedłużenie przechodzi przez ognisko przedmiotowe,
• drugi promień pada na środek geometryczny soczewki i przechodzi bez zmiany kierunku.