Простой астрономический телескоп может быть сделан из двух собирающих линз различными фокусными расстояниями. Линза объектива - большого фокусного расстояния f₀, а линза окуляра f_e, — малого фокусного расстояния. Угловое увеличение М, даваемое этим телескопом при нормальном наведении, составляет M = f₀/f_e и поэтому является наибольшим, когда f₀ наибольшее, a f_e  - наименьшее из возможных.

Вместе с тем существуют практические ограничения того, насколько коротким может быть фокусное расстояние f_e без общего нарушения изображения. Линза объектива должна иметь как можно большую апертуру (диаметр) для того, чтобы собирать максимальное количество света. Это делает линзу объектива очень тяжелой, дорогой, ее трудно качественно отшлифовать.

На рисунке показан ход лучей и образование изображения в астрономическом телескопе. В диаграмму включены два пучка параллельных лучей от верхнего края Т и нижнего края В звезды или планеты. Эти лучи образуют перевернутое действительное изображение В₁Т₁ в фокальной плоскости линзы объектива. Это действительное изображение наблюдается через линзу окуляра с коротким фокусным расстоянием, действующую как лупа. Когда изображение находится в фокальной плоскости линзы окуляра, все лучи, выходящие из окуляра, параллельны штрихпунктирной линии Т₁О_е, т. е. окончательное изображение находится в бесконечности.

При рассмотрении изображения напряжение глаза минимально. Окончательное изображение перевернутое, но это не имеет значения, когда предметом являются космические тела. Для отображения первичного изображения, чтобы вторичное изображение было прямым, можно использовать дополнительную собирающую линзу, но это увеличит длину телескопа на величину, в 4 раза большую фокусного расстояния переворачивающей линзы.

Расстояние между двумя линзами обычно равно сумме фокусных расстояний линз объектива и окуляра (f₀ + f_e). Вы можете сделать модель телескопа с линзой объектива, фокусное расстояние которой f₀ = 30 см, и линзой окуляра, фокусное расстояние которой f_e = 2,5 см, расположенными на расстоянии 32,5 см друг от друга. Телескоп-рефрактор с наибольшей апертурой объектива (100 см) находится в штате Висконсин, США.

Телескоп Галилея и призматические бинокли

Конечное прямое изображение может быть получено при помощи телескопа Галилея (иногда называемого театральным биноклем). В этом виде телескопа окуляром является рассеивающая линза. Как и в предыдущем случае, в качестве линзы объектива применяется собирающая линза с большим фокусным расстоянием. Она образовала бы действительное перевернутое изображение в точке I, если бы свет не перехватывался рассеивающей линзой с коротким фокусным расстоянием, используемой как окуляр.

Линза окуляра расположена таким образом, что расстояние О_еI равно фокусному расстоянию fе линзы окуляра. Вследствие этого все лучи выходят параллельно O_eХ, давая вторичное прямое изображение в бесконечности. Расстояние между этими двумя линзами численно равно разности между их фокусными расстояниями (f₀ - f_e). Угловое увеличение M = β/α, так же как и ранее, составляет f₀/f_e. При помощи рассеивающей линзы получается прямое изображение без потери в увеличении более коротким по длине телескопом. Главным недостатком такой компоновки является то, что поле зрения мало, словно смотришь в узкую трубу.

Ранее был упомянут один из способов превращения астрономического телескопа с перевернутым изображением в телескоп с прямым изображением путем использования дополнительной линзы. Еще одним - и гораздо более практичным - решением является применение двух равнобедренных прямоугольных призм для переворота изображения, образованного двумя собирающими линзами. В призматических биноклях призмы помещены под прямым углом друг к другу и частично соприкасаются длинными гранями. Изображение, образованное собирающей линзой объектива, перевернутое и зеркально обращенное. Одна призма снова переворачивает изображение, делая его прямым при наблюдении через окуляр, используемый как простой микроскоп.

Другая призма исправляет зеркальное обращение изображения.Некоторые преимущества биноклей по сравнению с телескопами:

• изображение прямое;
• изображение не обращено зеркально;
• небольшие размеры (применение призм сокращает общую длину на 2/3);
• два телескопа, помещенные рядом друг с другом (один для каждого глаза), позволяют видеть и глубину, и перспективу;
• они имеют широкое поле зрения.

Телескопы-рефлекторы

Вторым типом телескопа является телескоп-рефлектор. Астрономический телескоп-рефлектор состоит из большого вогнутого (собирающего) зеркала, установленного в раме с небольшим плоским зеркалом, помещенным несколько ближе фокуса F к вогнутому зеркалу. Выпуклая (собирающая) линза расположена таким образом, чтобы через нее можно было наблюдать изображение в плоском зеркале.

Вогнутое зеркало, применяемое в астрономическом телескопе, изготавливается довольно большим для того, чтобы оно собирало как можно больше света. Оно обычно «посеребрено» на лицевой поверхности стеклянной основы (в отличие от лабораторных зеркал, которые, как правило, имеют посеребрение на их внутренней стороне) для того, чтобы уменьшить внутреннее отражение и преломление, которые происходят при  посеребрении  зеркала с внутренней стороны стекла. В этом случае также легче «выработать» форму зеркала и затем покрыть ее ровным слоем алюминия.

Почему вместо линзы используется зеркало? Зеркала дешевле и проще в производстве, чем линзы, они также меньше подвергаются растрескиванию. Зеркало легче соответствующей линзы, и поэтому его легче подвешивать. Крупнейшие астрономические телескопы - рефлекторного типа. Одним из наиболее известных является 500 см телескоп-рефлектор в Маунт Паломар, США.

Радиотелескоп

Еще один вид телескопа, который собирает энергию и затем концентрирует ее в фокусе, - это радиотелескоп. Он не является оптическим прибором. Вместо видимого света параболическая «тарелка» отражает слабые радиосигналы на чувствительную антенну в главном фокусе этой «тарелки». Радиотелескопы применяются для обнаружения излучения из космического пространства, так же как и для посылки и получения сигналов в космической связи.