Изображением назывется точка схождения лучей, прошедших оптическую систему. Система отражающих и преломляющих сферических (и плоских) поверхностей, перпендикулярных к некоторой оси, формирует изображение точечного источника лучами, падающими под малым углом к оси (параксиальное приближение). Ось системы называют оптической осью; точку схождения параллельного оси пучка лучей - фокусом системы; перпендикулярную оси плоскость, проведенную в фокусе, - фокальной плоскостью.
Теоретический предел размеров изображения и разрешающей способности оптических систем определяется дифракцией света.
Важное для дальнейшего свойство изображений: оптические длины всех лучей от источника до изображения одинаковы, т.е. оптическая система не изменяет разности хода лучей.
Если пучок световых лучей, исходящий из точки P, в результате искривлений, преломлений и отражений в неоднородной среде, сходится в точке Р', то говорят, что P' называется оптическим изображением Р. Изображение P' называется действительным, если лучи действительно пересекаются в P'

Если в P' пересекаются продолжения лучей, проведенных в направлении, обратном распространению света, P' называется мнимым изображением:

Изображением протяженного объекта называется множество изображений его точек.Изображения объектов могут быть прямыми и перевернутыми, увеличенными и уменьшенными, а также искаженными. Одна точка может иметь много (несколько) изображений.
Основные оптические инструменты и их детали относятся к центрированным оптическим системам, состоящим из преломлющих и отражающих оптически однородных сред, отделенных друг от друга сферическими поверхностями, центры кривизны которых лежат на одной оси. Эта ось называется главной оптической осью системы. Четкие изображения в центрированных оптических системах получаются, как правило, в параксиальных пучках лучей (направленных под малым углом к главной оптической оси и пересекающих преломляющие поверхности на расстояниях, малых по сравнению с радиусами кривизны поверхностей).

Сферическое зеркало - зеркало, отражающая часть которого имеет сферическую форму.
На рисунке изображено сечение AOB вогнутого сферического зеркала радиуса R; C - центр сферы. Средняя точка имеющейся части сферической поверхности называется полюсом зеркала O. Нормаль к зеркалу, проходящая через центр зеркала и через его полюс, называется главной оптической осью зеркала. Нормали к зеркалу, проведенные в других точках его поверхности и также, конечно, проходящие через центр зеркала C, носят название побочных оптических осей. Одна из них (MC)показана на рисунке.

где R - радиус кривизны зеркала (R > 0 для выпуклого зеркала, R < 0 для вогутого зеркала), d, a - расстояния от зеркала до предмета и изображения. d, a считаются положительными в направлении распространения света, и отрицательными в обратном.
Точка S' есть изображение точки S.
При отражении в сферическом зеркале изображением точечного источника является снова точка.

Найдем положение фокуса F сферического зеркала, т.е. точки, в которой пересекуться после отражения в подобном зеркале лучи, параллельные его главной оси.
Для получения параллельного пучка лучей источник нужно удалить весьма далеко, т.е. предположить, что 1/d = 0. В этом случае a = f есть фокусное расстояние зеркала. Для величины фокусного расстояния, пользуясь предидущей формулой находим:

Соединяя формулы получаем:

Все вышеизложенное хорошо применяется для узких параксиальных пучков лучей.
В случае вогнутого зеркала фокус расположен на середине расстояния между полюсом и центром слева от полюса:

В случае выпуклого зеркала фокус расположен на расстоянии R/2 справа от полюса, т.е. является мнимым:

Так как отдельные точки протяженного предмета лежат вне главной оптической оси, то поставленная задача сводиться к построению изображения таких "внеосевых" точек.
При построении изобржения любой точки источника нет надобности рассматривать много лучей. Для этого достаточно построить два луча; точка их пересечения определит местоположение изображения.