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  折射鏡是光學望遠鏡最早的形式,第一架實用的折射望遠鏡大約在1605年出現在荷蘭,由三個不同的人,密德堡的眼鏡製造者漢斯·李普希和查哈里亞斯·楊森、阿克馬的雅各·梅提斯,各自獨立發明的。伽利略在1609年5月左右在威尼斯偶然聽說了這個發明,就依據自己對摺射作用的理解,改進並做出了自己的望遠鏡。然後伽利略將他的發明細節公諸於世,並且在全體的議會中將其儀器向當時的威尼斯大公多納託展示。伽利略也許聲稱獨立地發明了折射望遠鏡,而沒有聽到別人也做了相同或相似的儀器。

  一架折射望遠鏡有兩個基本的元件,做為物鏡的凸透鏡和目鏡,折射望遠鏡中的物鏡,將光線折射且聚焦到鏡子的後端。折射可以將光線匯聚在光軸的焦點上,這樣可以使遠方的物體看得更亮、更清晰和更大。不過折射望遠鏡有著色差跟場曲像差需要進行修正。

  與伽利略設計出來的原始形式相同的望遠鏡都稱為伽利略望遠鏡。他使用凸透鏡做物鏡,和使用凹透鏡的目鏡。伽利略望遠鏡的影像是正立的,但視野受到限制,有球面像差和色差,適眼距也不佳。

  開普勒望遠鏡是開普勒改善了伽利略的設計,在1611年發明的。他改使用一個凸透鏡作為目鏡而不是伽利略原來用的一個凹透鏡。這樣安排的好處是從目鏡射出的光線是匯聚的,可以有較大的視野和更大的適眼距,但是看見的影像是倒轉的。這種設計可以達到更高的倍率,但需要很高的焦比才能克服單純由物鏡造成的畸變。(約翰·赫維留建造焦長45米的折射鏡。)這種設計也使用在顯微鏡在焦平面上(用於測量被觀測的兩個物體之間角距離的大小)。

  消色差的折射鏡是在1733年由一位英國律師切斯特·穆爾·霍爾發明的,雖然專利權給了另一位獨立發明的約翰·多倫德。這項設計使用兩片玻璃 (有不同色散度的冕牌玻璃和燧石玻璃) 做物鏡,降低了色差和球面像差。兩片玻璃的每一個面都要拋光,然後組合在一起。消色差透鏡可以讓兩種不同波長(通常是紅色和藍色)的光,都能聚焦在相同的焦平面上。

  高度消色差折射鏡使用特別的材料,特別低色散度的材料,來製造物鏡。他的設計能讓三種不同的顏色(通常是紅色、綠色和藍色)匯聚在相同的焦平面上,顏色的殘差錯誤(二級光譜)比消色差透鏡少了一個數量級。這種望遠鏡的主鏡是含氟的螢石或是低色散(ED)玻璃的透鏡,產生非常清晰沒有色差的影像。這種望遠鏡在業餘天文望遠鏡的市場中是非常高價值的產品。高度消色差折光鏡的口徑已經可以做到553毫米的直徑,但多數仍在80～152毫米之間。

  折射望遠鏡曾經因為高度殘餘的色差、球面像差和場曲像差而飽受責難,短焦的情況比長焦的更為嚴重。一架4英寸F/6的消色差折光鏡,仍可能出現不能忽視的彩色的散述現象(通常會有紫色的光暈在明亮的天體附近),而4英寸F/16的就只會有少許的色散。  在非常大口徑的折光鏡,還有鏡片沉陷的問題,這是重力使玻璃變形的結果。玻璃的瑕疵是更進一步的問題,被困在玻璃內的空氣、氣泡或條紋。另外,玻璃對某些波長是不透明的,即使是可見光也會在進出介面與穿透時因吸收和折射而黯淡。這些問題大多數都可以因為改用反射鏡而消除或降低,而且還可以製造更大的口徑。
折射望遠鏡是一種使用透鏡做物鏡,利用屈光成像的望遠鏡。折射望遠鏡最初的設計是用於偵查和天文觀測,但也用於其他裝置上,例如雙筒望遠鏡、長焦距的遠距離照像攝影機鏡頭。較常用的折射望遠鏡的光學系統有兩種形式:即伽利略望遠鏡和開普勒望遠鏡,其優點是成像比較鮮明、銳利;缺點是有色差。