1604年开普勒出版《光学天文》一书，书中谈到了天文观测中的光行差、折射及日全食仪器等。开普勒的《折光学》一书是一本阐明近代光学望远镜原理的著作。伽利略造出望远镜之后，曾送了一架望远镜给开普勒，开普勒研究了透镜对光线的折射方式后。把伽利略的望远镜作了改进。伽利略用的是一个凸透镜和一个凹透镜，开普勒则改用两个凸透镜。开普勒设计的望远镜的结构后来被广泛应用在天文望远镜上，这种望远镜称之为开普勒望远镜，它是近代折光望远镜的基础。开普勒还提出光源的光度随距离的增加而减弱——平方反比定律，至今这仍是光度标准所遵循的定律。
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