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開普勒望遠鏡光學原理示意圖
原理由兩個凸透鏡構成。由于兩者之間有一個實像，可方便的安裝分劃板，并且各種性能優良，所以 望遠鏡，小型天文望遠鏡等專業級的望遠鏡都采用此種結構。但這種結構成像是倒立的，所以要在中間增加正像系統。
正像系統分為兩類：棱鏡正像系統和透鏡正像系統。我們常見的前寬后窄的典型 望遠鏡既采用了雙直角棱望遠鏡鏡正像系統。這種系統的優點是在正像的同時將光軸兩次折疊，從而大大減小了望遠鏡的體積和重量。透鏡正像系統采用一組復雜的透鏡來將像倒轉，成本較高，但俄羅斯20×50三節伸縮古典型單筒望遠鏡既采用設計精良的透鏡正像系統。
歷史
1611年，德國天文學家開普勒用兩片雙凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，使放大倍數有了明顯的提高，以后人們將這種光學系統稱為開普勒式望遠鏡。人們用的折射式望遠鏡還是這兩種形式，天文望遠鏡一般是采用開普勒式。
需要指出的是，由于當時的望遠鏡采用單個透鏡作為物鏡，存在嚴重的色差，為了獲得好的觀測效果，需要用曲率非常小的透鏡，這勢必會造成鏡身的加長。所以在很長的一段時間內，天文學家一直在夢想制作 長的望遠鏡，許多嘗試均以失敗告終。
1757年，杜隆通過研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透鏡的理論基礎，并用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透鏡。從此，消色差折射望遠鏡完全取代了長鏡身望遠鏡。但是，由于技術方面的限制，很難鑄造較大的火石玻璃，在消色差望遠鏡的初期， 只能磨制出10厘米的透鏡。
透鏡鏡片對紫外紅外波段的輻射吸收很厲害。而巨大的光學玻璃澆制也十分困難，到1897年葉凱士1米口徑望遠鏡建成，折射望遠鏡的發展達到了頂點，此后的這一百年中再也沒有 的折射望遠鏡出現。這主要是因為從技術上無法鑄造出大塊 無缺的玻璃做透鏡，并且，由于重力使大尺寸透鏡的變形會非常明顯，因而喪失明銳的焦點。
反射望遠鏡
是用凹面反射鏡作物鏡的望遠鏡。可分為牛頓望遠鏡，卡塞格林望遠鏡等幾種類型。但為了減小其它像差的影響，可用視場較小。對制 射鏡的材料只要求膨脹系數較小、應力小和便于磨制。磨好的反射鏡一般在表面鍍一層鋁膜，鋁膜在2000-9000埃波段范圍的反射率都大于80%，因而除光學波段外，反射望遠鏡還適于對近紅外和近紫外波段進行研究。反射望遠鏡的相對口徑可以做得較大，主焦點式反射望遠鏡的相對口徑約為1/5-1/2.5，甚至 ，而且除牛頓望遠鏡外，鏡筒的長度比系統的焦距要短得多，加上主鏡只有一個表面需要加工，這就大大降低了造價和制造的困難，因此口徑大于1.34米的光學望遠鏡全部是反射望遠鏡。一架較大口徑的反射望遠鏡，通過變換不同的副鏡，可獲得主焦點系統(或牛頓系統)、卡塞格林系統和折軸系統。這樣，一架望遠鏡便可獲得幾種不同的相對口徑和視場。反射望遠鏡主要用于天體物理方面的工作。

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