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分為兩種類型：由凹透鏡作目鏡的稱伽利略望遠鏡；由凸透鏡作目鏡的稱開普勒望遠鏡。開普勒式望遠鏡的基本原理是首先遠處的光線進入物鏡的凸透鏡，第1次成倒立、縮小的實像，相當于照相機；然后這個實像進入目鏡的凸透鏡，第2次成正立、放大的虛像，這相當于放大鏡。
因單透鏡物鏡色差和球差都相當嚴重，現代的折射望遠鏡常用兩塊或兩塊以上的透鏡組作物鏡。其中以雙透鏡物鏡（普通消色差望遠鏡）應用 普遍。它由相距很近的一塊冕牌玻璃制成的凸透鏡和一塊火石玻璃制成的凹透鏡組成，對兩個特定的波長完全消除位置色差，對其余波長的位置色差也可相應減弱
在滿足一定設計條件時，還可消去部分球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影響，雙透鏡物鏡的相對口徑較小，一般為1/15-1/20，很少大于1/7，可用視場也不大。口徑小于8厘米的雙透鏡物鏡可將兩塊透鏡膠合在一起，稱雙膠合物鏡，留有一定間隙未膠合的稱雙分離物鏡 。為了增大相對口徑和視場，可采用多透鏡物鏡組。對于伽利略望遠鏡來說，結構非常簡單，光能損失少。鏡筒短，很輕便。而且成正像，但倍數小視野窄，一般用于觀劇鏡和玩具望遠鏡。對于開普勒望遠鏡來說，需要在物鏡后面添加棱鏡組或透鏡組來轉像，使眼睛觀察到的是正像。一般的折射望遠鏡都是采用開普勒結構。由于折射望遠鏡的成像質量在同樣口徑下比反射望遠鏡好，視場大，使用方便，易于維護，中小型天文望遠鏡及許多 儀器多采用折射系統，但大型折射望遠鏡制造起來比反射望遠鏡困難得多，因為冶煉大口徑的優質透鏡非常困難，且存在玻璃對光線的吸收問題，并且主鏡鏡片會因為重力而發生形變，造成光學質量不佳，所以大口徑望遠鏡都采用反射式
伽利略望遠鏡
物鏡是
伽利略望遠鏡光學原理示意圖
伽利略望遠鏡光學原理示意圖
會聚透鏡而目鏡是發散透鏡的望遠鏡。光線經過物鏡折射所成的實像在目鏡的后方（靠近人目的后方）焦點上，這像對目鏡是一個虛像，因此經它折射后成一放大的正立虛像。伽利略望遠鏡的放大率等于物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優點是鏡筒短而能成正像，但它的視野比較小。把兩個放大倍數不高的伽利略望遠鏡并列一起、中間用一個螺栓鈕可以同時調節其清晰程度的裝置，稱為“觀劇鏡”；因攜帶方便，常用以觀看表演等。伽利略發明的望遠鏡在人類認識自然的歷史中占有重要地位。它由一個凹透鏡（目鏡）和一個凸透鏡（物鏡）構成。其優點是結構簡單，能直接成正像。

開普勒望遠鏡
開普勒望遠鏡光學原理示意圖
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。

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