天文望遠鏡的光學系統大體上分為折射系統、反射系統和折射系統三類。一般來講，折射系統不需要經常鍍膜，一次性使用的壽命較長。但由於透射材料體量的限制，一般折射系統的物鏡直徑不超過500mm.歷史上研製的大型折射望遠鏡口徑達到1m以上，由於造價過於昂貴，以及重量太重，現在已經退出潮流。折射反射系統夜視如此。反射系統除了可以尺寸較大以外，還有不存在色差的優點。其缺點是需要定期鍍膜，還有反射面由於重力和溫度變化等因素造成的變形對光程的影響為兩倍關係，因此對光學像質的影響較大。
一、折射系統
小型目視科普望遠鏡多用折射系統，大體上分伽利略望遠鏡和克卜勒望遠鏡兩類，兩者特性如下圖。
物鏡型別，直徑小於50mm的一般採用雙膠合物鏡，直徑大於100mm的一般採用雙分離物鏡。雙膠合物鏡有3個折射面，光學設計可校正球差、彗差和色差；雙分離物鏡多乙個面，能更好地校正像差。物鏡焦比一般不大於7，視場3度左右。
稍大的科普望遠鏡或專業望遠鏡多採用物鏡焦點成像，用ccd接受。如嫌像太小後面可加一級「轉像鏡」進行放大；如需要變成平行光(平行光路中適宜放置濾光器和光柵等)，則加「準直鏡」，最後用「成像鏡」成像。
二、常用反射系統
主焦點系統
面形：多採用拋物面
相對口徑：1/5~1/2.5
視場：2」,如加像場該正鏡，視場可增大到0.5~1度。
主焦點系統只能消除軸上球差，因而視場很小，適用於ccd照相等強光力、小比例尺工作。另外存在接收器擋光的問題。
2，牛頓望遠鏡
牛頓望遠鏡的光學效能同主焦點望遠鏡，但採用一塊45度反射鏡將焦點置於鏡筒之外，以便於放置接收器。
1，卡塞格林望遠鏡
卡塞格林系統是最常用的天文望遠鏡光學系統，其特點是焦距較長，底片比例尺較大，另外，可以放置較大的接收器，而且不擋光。廣義的卡塞格林系統有三種設計，其效能見下圖和下表。
2，格雷戈里望遠鏡
格雷戈里望遠鏡的結構和效能與卡塞格林望遠鏡類似，但有實主焦點，可在此設定視場光闌或可切換的主焦點接收器。這一點對於只觀測太陽區域性像的望遠鏡特別重要，因為可用一塊中間開有小孔的45度反射鏡(小孔尺寸與觀測有效視場一致)，將大部分不需要的太陽光反射到鏡筒之外，以改善成像質量。因焦面附近的結構溫度很高，所造成的氣流和空氣折射率不均會嚴重影響像質，所以要加以冷卻。為此，45度反射鏡可用金屬製造，後面焊接乙個圓柱形密封容器，加上進水管和出水管，用流動的冷水進行冷卻。
三、折反射系統
1，施密特望遠鏡
施密特望遠鏡是最常用的大視場系統，最大視場可達5度x 5度。其結構特點是前端採用一塊非球面改正鏡，主鏡為球面鏡，球心位置設定孔徑光闌。這種特殊結構使得焦面上各處像點具有成像對稱性，因而軸外像差很小。最大的施密特望遠鏡在德國陶登堡史瓦西天文台，改正鏡直徑1.34m，球面直徑2m,焦距4m，視場3.4度x3.4度。
施密特望遠鏡缺點是鏡筒較長，焦面接收器須置於鏡筒內部，操作比較麻煩。另外，其焦面是有一定的彎曲的。
施密特系統有如下改進辦法：一是像卡塞格林系統那樣在主焦點之前加一塊凸反射鏡，將焦點轉移到主鏡後面(主鏡中間開孔)，相當於卡塞格林焦點。二是加「平場透鏡」，使焦面變得平坦。但鏡筒長的問題則無法解決。
2，馬克蘇托夫望遠鏡
馬克蘇托夫望遠鏡是另一種折反射大視場系統。其結構特點是前端採用一塊較厚的雙球面改正鏡，稱為「彎月鏡」，主鏡仍為球面鏡，可消除球差、色差和彗差。世界上最大的馬克蘇托夫望遠鏡的彎月鏡直徑為700mm，球面鏡直徑為980mm，焦距為2.1m.
馬克蘇托夫望遠鏡同施密特望遠鏡有類似的特點：焦面彎曲，且處於鏡筒內部。與後者相比，其優點是鏡筒短，彎月鏡為球面，容易加工。缺點是彎月鏡較厚，較重，視場稍小。
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