Mit einem Fernrohr will man weit entfernte Objekte genauer betrachten.

Mit einer Konvexlinse (Objektiv) erzeugen wir ein reelles, allerdings verkleinertes (Zwischen-)Bild des Objektes. Je größer die Brennweite des Objektivs ist, desto größer ist das Zwischenbild. Das Objektiv sollte einen möglichst großen Durchmesser haben, damit viel Licht gesammelt und somit das Zwischenbild möglichst hell wird.

Durch eine Lupe mit kleiner Brennweite (Okular) betrachten wir dieses Zwischenbild. Steht das Zwischenbild im vorderen Brennpunkt des Okulars, sind die Lichtstrahlen zwischen Okular und Auge parallel zueinander und wir können mit entspanntem Auge beobachten.

Wie man (mit etwas gutem Willen) aus der Zeichnung erkennen kann, schließen die Parallelstrahlen vor dem Objektiv mit der optischen Achse einen kleineren Winkel ein als die Parallelstrahlen hinter dem Okular: Der Sehwinkel ist größer geworden, wir sind scheinbar am Objekt "näher 'dran", das Bild auf der Netzhaut ist größer als ohne Fernrohr.

Die Funktion des Fernrohrs kannst du genauer untersuchen, wenn du das Programm OptiCom startest.

Das Kepler-Fernrohr, auch astronomisches Fernrohr genannt, liefert kopfstehende Bilder, was für die astronomische Beobachtung aber unwesentlich ist. Seine Konstruktion geht auf Überlegungen von Johannes Kepler aus dem Jahr 1611 zurück.

Aus dem Strahlengang kann man leicht ablesen, dass die Länge so eines Fernrohres im Wesentlichen durch die Summe der Brennweiten von Objektiv- und Okularlinse bestimmt ist.

Um bessere Bilder zu erhalten (einfache Linsen zeigen oft Farbränder), verwendet man sowohl für das Objektiv als auch für das Okular Linsenkombinationen aus Konvex- und Konkavlinsen.

Für Erdbeobachtung kann man zwischen Objektiv und Okular noch eine sogenannte Umkehrlinse einbauen, die das Bild wieder aufrecht stellt. Damit wird das terrestrische Fernrohr aber sehr lang und unhandlich.