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天文光学望远镜是观测天体的重要仪器之一。望远镜的作用就是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜的另一个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径(最大约8毫米)粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
望远镜由物镜和目镜两组镜头及其他配件组成。通常按照物镜的种类，将望远镜的光学系统分为三类：折射系统、反射系统及折反射系统。
折射系统
用透镜将光线会聚的系统就是折射系统。早期的折射系统用一块单透镜制作，由于玻璃对不同颜色的光的折射率不同，会产生严重的色差。为了克服色差引起的成像模糊，用不同折射率的玻璃可搭配成各种消色差的折射系统。常见的有双胶合物镜、双分离物镜、三分离物镜等，分述于下：
●双胶合物镜
这是一种常用的消色差物镜，用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成，当选配合理时可同时校正球差、色差及正弦差。但由于热胶合会使玻璃变形而影响精度，一般口径不宜超过80毫米。自从有了紫外固化冷胶后，胶合透镜的口径大大增大。南京天文仪器研制中心的KPl50SR，口径为150毫米，为冷胶双胶合透镜，成像质量颇为理想。但由于这种物镜不能校正轴外像差，所以视场角不宜太大，相对孔径也不宜过大。双胶合物镜不能校正二级光谱，其值与焦距成正比，是个定值。只有用特种火石玻璃作负透镜时，二级光谱可减少1/3(例如ED镜头)。如果用萤石玻璃作正透镜，二级光谱可以再减少1/6。
●双分离物镜
用于口径较大的望远镜物镜。这种物镜可以利用正负透镜之间的间隙设计，使带球差有所降低，但是这种设计色球差依然不能校正，同时二级光谱反而有所增大，其他像差校正与双胶合物镜雷同。但是双分离物镜装备稍困难一些，对物镜框的要求要更高一些。南京天文仪器研制中心的KP200R物镜即为典型的双分离物镜。
●三分离物镜
由于可以任意选择镜面的曲率半径、透镜材料、透镜厚度及相互间隙，三分离物镜可以有力地校正色球差。在相对孔径很小时，如果玻璃选择合适也可以消除二级光谱。我们将此类物镜称为复消色差物镜。
●四片以上的物镜
为了获得大口径、大相对孔径的透镜系统，满足拍摄和观测大视场天体的需要，可以设计不同组合的折射式天体照相物镜系统。南京天文仪器研制中心的KPl50P及KP80P分别是口径为150毫米及80毫米的照相物镜。特别是KPl50P，为了消除残余球差将第五面修成非球面，60视场像质优良(相对孔径1/4.5)。
但是，由于天体照相物镜的材料及制作费用都十分高，因此价格也十分可观。
以上折射系统仅是几种例子。根据使用者的不同要求，还可有多种设计，像质也可十分优良。
反射系统
反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛。由于这种系统对玻璃材料在光学性能上没有特殊要求，光线也不需要透过材料本身，同时重量较轻无色差又是反射镜的一大优点，因此大口径的望远镜都采用反射系统。但是反射物镜表面精度对光程的影响是双倍的，如果仅由一个反射表面来成像，则此表面所需的精确度(垂直入射光)比单个折射表面的精确度要高出将近4倍。由此可见，反射表面磨制的要求是很高的，再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校正的困难，反射系统在科普望远镜中的应用受到限制。
反射望远镜中常用的有牛顿系统、卡塞格林系统、格雷高里系统、折轴系统等等。现代的大型反射望远镜，大都通过镜面的变换在同一个望远镜上得到不同的系统，以用于不同的观测项。下面分别介绍常用的几种系统。
●牛顿系统
牛顿系统是反射系统中最简单的光学系统。为了消除球差，主镜一般制成抛物面，但当相对孔径减小到1/12以下时，主镜可制成球面。它的结构简单，磨制比较容易，成本低廉，很多爱好者自制的天文望远镜大多采用此系统。但这种系统由于轴外像差较大。视场不宜做得过大，且眼望方向与镜筒指向方向不一致，从而使观测者寻星较为困难。但是，相对孔径较大的抛物面牛顿系统，往往被用作口径较大的物镜系统，其像质优良、光力强，对拍摄视场不大的视面天体十分合用。
●经典卡塞格林系统及R-C系统
经典卡塞格林系统的主镜为抛物面，副镜为双曲面，而R-C系统主镜为双曲面，副镜也是双曲面。此两类系统在大型望远镜的制作中经常使用，光学质量甚佳。但由于主副镜均为非球面，加工难度甚大，制作成本高昂，再加上视场角较小，所以科普天文望远镜中不常用。南京天文仪器研制中心的KP400K采用卡塞格林系统。
●格雷高里系统
这个系统也是由两个反射面组成，主镜仍为抛物面，而副镜为椭球面。此系统形成正立像，其镜筒比卡塞格林及R-C系统的长一些。
在反射望远镜中，有时会设计成多个焦点，用以产生不同的相对孔径、视场角及焦距。在设计大型望远镜时，在一个镜筒中分别留有主焦点、卡焦及折轴焦点；而在科普仪器中将卡焦与牛顿焦点并存，对使用者大有益处。例如，南京天文仪器研制中心生产的KP350KIV型反射望远镜中，巧妙地用装插45。反射镜来切换卡焦和牛顿焦点，从而使相对孔径分别为1/12和1/4.2，拓宽了望远镜的应用范围。
折反射望远望
此系统便于校正轴外像差，以球面镜为基础，加入适当的折射元件，用来校正球差，得以取得良好的光学质量。应用最广泛的有施密特望远镜与马克苏托夫望远镜两类。
●施密特系统及施密特一卡塞格林系统
施密特系统由球面反射镜和施密特正镜组成，改正镜是一个透射元件，其中一面是平面，另一面是非球面。非球面的面形能够使中央的光束略有会聚，而边缘的光束略有发散，这样能使整个系统的球差得到很好的校正，并且主镜不产生彗差、像散和畸变，而仅有场曲。专业望远镜往往把接收器制成球面而得以消除场曲，它以大视场、优像质的特点在专业天文望远镜中得到青睐。
但是，施密特系统不能用于目视，在科普天文望远镜中甚少应用。
将施密特系统稍加改型，加一球面反射镜使成像在卡焦上，即为施密特一卡塞格林系统。这种系统在科普望远镜中应用很多，南京天文仪器研制中心的KP300S即为此类型。由于此系统除反射面外仅有一薄改正镜，因此色差很小，再加上改正镜封住镜筒，克服了卡塞格林系统主镜裸露而易积尘的缺点。需要指出的是，目前有些人将仅有一平面封口玻璃的反射系统称为“施—卡系统”是不正确的。
●马克苏托夫系统和马克苏托夫—卡塞格林系统
马克苏托夫望远镜系统由球面反射主镜和弯月形副镜组成。在一定条件下，弯月形副镜可不产生色差，并且能补偿球面主镜所产生的球差。此外，光阑和厚透镜的位置接近于主镜的球心，产生的轴外像差很小。这种系统由于全部光学表面均为球面，加工比较容易，但口径增大时，厚透镜大而重很不方便，而且此系统与施密特系统一样无法目视。 科普望远镜中用的马克苏托夫望远镜一般是指马克苏托夫一卡塞格林式望远镜。在马克苏托夫系统中加一球面反射镜使成像在卡焦，即为马克苏托夫一卡塞格林系统。此系统像质优良，且光学零件表面均为球面容易加工，较易装、校，在小型天文望远镜中时有应用。南京天文仪器研制中心的KPl20M(120望远镜)及KPl60M均采用此系统。
除上述较著名的折反射望远镜的物镜光学系统外，尚有一些多种结构形式、成像质量也很好的系统，不再一一赘述。
望远镜由物镜和目镜两组镜头及其他配件组成。通常按照物镜的种类，将望远镜的光学系统分为三类：折射系统、反射系统及折反射系统。
折射系统
用透镜将光线会聚的系统就是折射系统。早期的折射系统用一块单透镜制作，由于玻璃对不同颜色的光的折射率不同，会产生严重的色差。为了克服色差引起的成像模糊，用不同折射率的玻璃可搭配成各种消色差的折射系统。常见的有双胶合物镜、双分离物镜、三分离物镜等，分述于下：
●双胶合物镜
这是一种常用的消色差物镜，用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成，当选配合理时可同时校正球差、色差及正弦差。但由于热胶合会使玻璃变形而影响精度，一般口径不宜超过80毫米。自从有了紫外固化冷胶后，胶合透镜的口径大大增大。南京天文仪器研制中心的KPl50SR，口径为150毫米，为冷胶双胶合透镜，成像质量颇为理想。但由于这种物镜不能校正轴外像差，所以视场角不宜太大，相对孔径也不宜过大。双胶合物镜不能校正二级光谱，其值与焦距成正比，是个定值。只有用特种火石玻璃作负透镜时，二级光谱可减少1/3(例如ED镜头)。如果用萤石玻璃作正透镜，二级光谱可以再减少1/6。
●双分离物镜
用于口径较大的望远镜物镜。这种物镜可以利用正负透镜之间的间隙设计，使带球差有所降低，但是这种设计色球差依然不能校正，同时二级光谱反而有所增大，其他像差校正与双胶合物镜雷同。但是双分离物镜装备稍困难一些，对物镜框的要求要更高一些。南京天文仪器研制中心的KP200R物镜即为典型的双分离物镜。
●三分离物镜
由于可以任意选择镜面的曲率半径、透镜材料、透镜厚度及相互间隙，三分离物镜可以有力地校正色球差。在相对孔径很小时，如果玻璃选择合适也可以消除二级光谱。我们将此类物镜称为复消色差物镜。
●四片以上的物镜
为了获得大口径、大相对孔径的透镜系统，满足拍摄和观测大视场天体的需要，可以设计不同组合的折射式天体照相物镜系统。南京天文仪器研制中心的KPl50P及KP80P分别是口径为150毫米及80毫米的照相物镜。特别是KPl50P，为了消除残余球差将第五面修成非球面，60视场像质优良(相对孔径1/4.5)。
但是，由于天体照相物镜的材料及制作费用都十分高，因此价格也十分可观。
以上折射系统仅是几种例子。根据使用者的不同要求，还可有多种设计，像质也可十分优良。
反射系统
反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛。由于这种系统对玻璃材料在光学性能上没有特殊要求，光线也不需要透过材料本身，同时重量较轻无色差又是反射镜的一大优点，因此大口径的望远镜都采用反射系统。但是反射物镜表面精度对光程的影响是双倍的，如果仅由一个反射表面来成像，则此表面所需的精确度(垂直入射光)比单个折射表面的精确度要高出将近4倍。由此可见，反射表面磨制的要求是很高的，再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校正的困难，反射系统在科普望远镜中的应用受到限制。
反射望远镜中常用的有牛顿系统、卡塞格林系统、格雷高里系统、折轴系统等等。现代的大型反射望远镜，大都通过镜面的变换在同一个望远镜上得到不同的系统，以用于不同的观测项。下面分别介绍常用的几种系统。
●牛顿系统
牛顿系统是反射系统中最简单的光学系统。为了消除球差，主镜一般制成抛物面，但当相对孔径减小到1/12以下时，主镜可制成球面。它的结构简单，磨制比较容易，成本低廉，很多爱好者自制的天文望远镜大多采用此系统。但这种系统由于轴外像差较大。视场不宜做得过大，且眼望方向与镜筒指向方向不一致，从而使观测者寻星较为困难。但是，相对孔径较大的抛物面牛顿系统，往往被用作口径较大的物镜系统，其像质优良、光力强，对拍摄视场不大的视面天体十分合用。
●经典卡塞格林系统及R-C系统
经典卡塞格林系统的主镜为抛物面，副镜为双曲面，而R-C系统主镜为双曲面，副镜也是双曲面。此两类系统在大型望远镜的制作中经常使用，光学质量甚佳。但由于主副镜均为非球面，加工难度甚大，制作成本高昂，再加上视场角较小，所以科普天文望远镜中不常用。南京天文仪器研制中心的KP400K采用卡塞格林系统。
●格雷高里系统
这个系统也是由两个反射面组成，主镜仍为抛物面，而副镜为椭球面。此系统形成正立像，其镜筒比卡塞格林及R-C系统的长一些。
在反射望远镜中，有时会设计成多个焦点，用以产生不同的相对孔径、视场角及焦距。在设计大型望远镜时，在一个镜筒中分别留有主焦点、卡焦及折轴焦点；而在科普仪器中将卡焦与牛顿焦点并存，对使用者大有益处。例如，南京天文仪器研制中心生产的KP350KIV型反射望远镜中，巧妙地用装插45。反射镜来切换卡焦和牛顿焦点，从而使相对孔径分别为1/12和1/4.2，拓宽了望远镜的应用范围。
折反射望远望
此系统便于校正轴外像差，以球面镜为基础，加入适当的折射元件，用来校正球差，得以取得良好的光学质量。应用最广泛的有施密特望远镜与马克苏托夫望远镜两类。
●施密特系统及施密特一卡塞格林系统
施密特系统由球面反射镜和施密特正镜组成，改正镜是一个透射元件，其中一面是平面，另一面是非球面。非球面的面形能够使中央的光束略有会聚，而边缘的光束略有发散，这样能使整个系统的球差得到很好的校正，并且主镜不产生彗差、像散和畸变，而仅有场曲。专业望远镜往往把接收器制成球面而得以消除场曲，它以大视场、优像质的特点在专业天文望远镜中得到青睐。
但是，施密特系统不能用于目视，在科普天文望远镜中甚少应用。
将施密特系统稍加改型，加一球面反射镜使成像在卡焦上，即为施密特一卡塞格林系统。这种系统在科普望远镜中应用很多，南京天文仪器研制中心的KP300S即为此类型。由于此系统除反射面外仅有一薄改正镜，因此色差很小，再加上改正镜封住镜筒，克服了卡塞格林系统主镜裸露而易积尘的缺点。需要指出的是，目前有些人将仅有一平面封口玻璃的反射系统称为“施—卡系统”是不正确的。
●马克苏托夫系统和马克苏托夫—卡塞格林系统
马克苏托夫望远镜系统由球面反射主镜和弯月形副镜组成。在一定条件下，弯月形副镜可不产生色差，并且能补偿球面主镜所产生的球差。此外，光阑和厚透镜的位置接近于主镜的球心，产生的轴外像差很小。这种系统由于全部光学表面均为球面，加工比较容易，但口径增大时，厚透镜大而重很不方便，而且此系统与施密特系统一样无法目视。 科普望远镜中用的马克苏托夫望远镜一般是指马克苏托夫一卡塞格林式望远镜。在马克苏托夫系统中加一球面反射镜使成像在卡焦，即为马克苏托夫一卡塞格林系统。此系统像质优良，且光学零件表面均为球面容易加工，较易装、校，在小型天文望远镜中时有应用。南京天文仪器研制中心的KPl20M(120望远镜)及KPl60M均采用此系统。
除上述较著名的折反射望远镜的物镜光学系统外，尚有一些多种结构形式、成像质量也很好的系统，不再一一赘述。