Una lente convergente (o convexa) es aquella que hace converger los rayos de luz que la atraviesan hacia un punto llamado foco imagen $F'$. El foco objeto $F$ se encuentra al otro lado de la lente, a la misma distancia focal $f$ (positiva para lentes convergentes).

Para localizar gráficamente la imagen de un objeto, se utilizan tres rayos principales:

La intersección de estos rayos refractados determina la posición y tamaño de la imagen.

La relación entre la distancia objeto $s$ (o $d_o$), la distancia imagen $s'$ (o $d_i$) y la distancia focal $f$ viene dada por:

donde, con el convenio de signos habitual: $s > 0$ si el objeto está a la izquierda de la lente (objeto real), $s' > 0$ si la imagen está a la derecha (imagen real), $f > 0$ para lentes convergentes.

Cuando el objeto se sitúa a una distancia del centro óptico mayor que la focal ($s > f$), los rayos refractados convergen al otro lado de la lente, formando una imagen real, invertida y de tamaño diferente al objeto. El diagrama de rayos es el siguiente:

En el diagrama se observa cómo los tres rayos principales convergen en un punto al otro lado de la lente, formando la imagen real e invertida del objeto.

El aumento o ampliación lateral $m$ relaciona el tamaño de la imagen con el del objeto:

Si $m < 0$, la imagen es invertida (imagen real); si $m > 0$, la imagen es derecha (imagen virtual). Si $|m| > 1$, la imagen es más grande que el objeto; si $|m| < 1$, es más pequeña.

En el caso planteado (objeto más alejado que el foco, $s > f$), la lente convergente produce una imagen real, invertida, que se puede proyectar en una pantalla situada a la distancia imagen $s'$. Este es el principio de funcionamiento de proyectores, cámaras fotográficas y el ojo humano.