Ocular

Los oculares son sistemas ópticos donde la pupila de entrada se ubica invariablemente fuera del sistema. Deben diseñarse para un rendimiento óptimo a una distancia específica de esta pupila (es decir, con mínimas aberraciones para dicha distancia). En un telescopio astronómico refractor, la pupila de entrada coincide con el objetivo , que puede estar a varios metros del ocular. En cambio, en un ocular de microscopio, la pupila de entrada se encuentra cerca del plano focal posterior del objetivo, a escasos centímetros del ocular. Los oculares de microscopio pueden tener una corrección diferente a la de los oculares de telescopio; sin embargo, la mayoría también son aptos para su uso con telescopio.

Los elementos son las lentes individuales, que pueden presentarse como lentes simples o «singletes» y como dobletes cementados o (raramente) tripletes . Cuando las lentes se cementan juntas en pares o tripletes, los elementos combinados se denominan grupos (de lentes).

Los primeros oculares contaban con una sola lente, lo que producía imágenes muy distorsionadas. Poco después se inventaron los diseños de dos y tres elementos, que rápidamente se convirtieron en el estándar debido a la mejora en la calidad de la imagen. Hoy en día, los ingenieros, con la ayuda de software de diseño asistido por ordenador, han diseñado oculares con siete u ocho elementos que ofrecen imágenes excepcionalmente amplias y nítidas.

Las reflexiones internas, a veces llamadas "dispersión", provocan que la luz que atraviesa el ocular se disperse y reduzca el contraste de la imagen proyectada. Cuando este efecto es particularmente notorio, se observan "imágenes fantasma", fenómeno conocido como "efecto fantasma". Durante muchos años, se prefirieron los diseños de oculares sencillos con un número mínimo de superficies internas de contacto aire-vidrio para evitar este problema.

Una solución para la dispersión consiste en aplicar recubrimientos de película delgada sobre la superficie del elemento. Estos recubrimientos, de tan solo una o dos longitudes de onda de espesor, reducen las reflexiones y la dispersión al modificar la refracción de la luz que atraviesa el elemento. Algunos recubrimientos también pueden absorber la luz que no pasa a través de la lente, en un proceso denominado reflexión interna total, donde la luz incide sobre la película con un ángulo poco pronunciado.

La aberración cromática lateral o transversal se produce porque la refracción en las superficies de vidrio difiere para la luz de distintas longitudes de onda. La luz azul, vista a través del ocular, no se enfoca en el mismo punto, pero sí a lo largo del mismo eje que la luz roja. Este efecto puede crear un anillo de color falso alrededor de las fuentes de luz puntuales y produce una imagen borrosa en general.

Una solución consiste en reducir la aberración cromática mediante el uso de múltiples elementos de diferentes tipos de vidrio. Las lentes acromáticas son grupos de lentes que concentran dos longitudes de onda de luz diferentes en el mismo punto focal y presentan una aberración cromática muy reducida. También se puede utilizar vidrio de baja dispersión para reducir la aberración cromática.

La aberración cromática longitudinal es un efecto pronunciado en los objetivos de los telescopios ópticos , debido a sus largas distancias focales. Los microscopios, cuyas distancias focales suelen ser más cortas, no suelen presentar este efecto.

La distancia focal de un ocular es la distancia desde el plano principal del ocular hasta el punto donde convergen los rayos de luz paralelos. Al usarlo, la distancia focal del ocular, junto con la del objetivo del telescopio o microscopio al que está acoplado, determina el aumento. Generalmente se expresa en milímetros cuando se refiere únicamente al ocular. Sin embargo, al intercambiar oculares en un mismo instrumento, algunos usuarios prefieren identificar cada ocular por el aumento que produce.

Para un telescopio, el aumento angular aproximado${\displaystyle M_{\mathsf {A}}}$La luz producida por la combinación de un ocular y un objetivo específicos se puede calcular con la siguiente fórmula:

${\displaystyle \ M_{\mathsf {A}}\approx {\frac {\ f_{\mathsf {O}}\ }{\ f_{\mathsf {E}}\ }}\ }$

dónde:

• ${\displaystyle f_{\mathsf {O}}}$es la distancia focal del objetivo,
• ${\displaystyle f_{\mathsf {E}}}$es la distancia focal del ocular.

Por lo tanto, la magnificación aumenta cuando la distancia focal del ocular es menor o la del objetivo es mayor. Por ejemplo, un  ocular de 25 mm en un telescopio con una  distancia focal de 1200 mm magnificaría los objetos 48  veces. Un  ocular de 4 mm en el mismo telescopio los magnificaría 300  veces.

Los astrónomos aficionados suelen referirse a los oculares de los telescopios por su distancia focal en milímetros. Estas suelen oscilar entre 3  mm y 50  mm. Sin embargo, algunos astrónomos prefieren especificar el aumento resultante en lugar de la distancia focal. A menudo resulta más práctico indicar el aumento en los informes de observación, ya que proporciona una idea más inmediata de la imagen que el observador vio. No obstante, debido a que depende de las propiedades del telescopio en cuestión, el aumento por sí solo no es suficiente para describir un ocular.

Para un microscopio compuesto, la fórmula correspondiente es

${\displaystyle \ M_{\mathsf {A}}={\frac {~~~D\ \cdot \ D_{\mathsf {EO}}\ }{\ f_{\mathsf {E}}\ \cdot \ f_{\mathsf {O}}\ }}={\frac {D}{~f_{\mathsf {E}}\ }}\cdot {\frac {~~D_{\mathsf {EO}}\ }{~f_{\mathsf {O}}\ }}\ }$

dónde

• ${\displaystyle D}$es la distancia de visión nítida más cercana (normalmente 250  mm).
• ${\displaystyle D_{\mathsf {EO}}}$es la distancia entre el plano focal posterior del objetivo y el plano focal posterior del ocular (denominada informalmente "longitud del tubo" ), que suele ser de 160  mm para un instrumento moderno.
• ${\displaystyle f_{\mathsf {O}}}$es la distancia focal del objetivo y${\displaystyle f_{\mathsf {E}}}$es la distancia focal del ocular.

Por convención, los oculares de microscopio se especifican generalmente por su aumento en lugar de por su distancia focal.${\displaystyle P_{\mathrm {E} }}$y poder objetivo${\displaystyle P_{\mathsf {O}}}$se definen por

${\displaystyle \ P_{\mathsf {E}}={\frac {D}{~f_{\mathsf {E}}\ }}\ ,\qquad P_{\mathsf {O}}={\frac {~~D_{\mathsf {EO}}\ }{~f_{\mathsf {O}}\ }}\ }$

Así, a partir de la expresión dada anteriormente para la magnificación angular de un microscopio compuesto, se obtiene:

${\displaystyle \ M_{\mathsf {A}}=P_{\mathsf {E}}\times P_{\mathsf {O}}\ }$

El aumento angular total de una imagen microscópica se calcula simplemente multiplicando el aumento del ocular por el del objetivo. Por ejemplo, un ocular de 10× con un objetivo de 40× aumentará la imagen 400  veces.

Esta definición de potencia de lente se basa en la decisión arbitraria de dividir el aumento angular del instrumento en factores separados para el ocular y el objetivo. Históricamente, Abbe describió los oculares de microscopio de forma diferente, en términos de aumento angular del ocular y "aumento inicial" del objetivo. Si bien esto resultaba conveniente para el diseñador óptico, resultó menos práctico desde el punto de vista de la microscopía y, por lo tanto, se abandonó posteriormente.

La distancia visual de enfoque más cercano generalmente aceptada${\displaystyle D}$La distancia focal del ocular es de 250  mm, y normalmente se especifica asumiendo este valor. Los aumentos más comunes son 8×, 10×, 15× y 20×. Por lo tanto, la distancia focal del ocular (en mm) se puede determinar, si es necesario, dividiendo 250  mm entre el aumento del ocular.

Los instrumentos modernos suelen utilizar objetivos con corrección óptica para una longitud de tubo infinita en lugar de 160  mm, y estos requieren una lente de corrección auxiliar en el tubo.

En algunos tipos de oculares, como los oculares Ramsden (que se describen con más detalle a continuación), el ocular actúa como una lupa y su plano focal se encuentra fuera del ocular, delante de la lente de campo . Por lo tanto, este plano es accesible para colocar una retícula o una cruz micrométrica. En el ocular Huygenian, ^{[ 1 ]} el plano focal se encuentra entre la lente ocular y la lente de campo, dentro del ocular, y por consiguiente no es accesible.

El campo de visión, a menudo abreviado como FOV, describe el área de un objeto (medida como un ángulo desde el punto de observación) que se puede ver a través de un ocular. El campo de visión a través de un ocular varía según el aumento alcanzado al conectarse a un telescopio o microscopio específico, y también según las propiedades del propio ocular. Los oculares se diferencian por su diafragma de campo , que es la abertura más estrecha que la luz que entra en el ocular debe atravesar para llegar a la lente de campo.

Debido a los efectos de estas variables, el término "campo de visión" casi siempre se refiere a uno de dos significados:

Campo de visión real o del telescopio

Para un telescopio o binoculares, el tamaño angular real de la porción de cielo que se puede ver a través de un ocular específico, utilizado con un telescopio determinado, que produce una magnificación específica. Suele oscilar entre 0,1 y 2 grados . Para un microscopio, el ancho real de la muestra visible en el portaobjetos o la bandeja de muestras, generalmente expresado en milímetros, pero a veces expresado como medida angular, al igual que un telescopio. Para binoculares, se expresa como el ancho real del campo en pies o en metros a una distancia estándar (normalmente 100 pies o 30 metros, que son prácticamente iguales: 30 m es solo un 2 % menor que 100 pies).     

Campo de visión aparente o del ojo

Para telescopios, microscopios o binoculares, el campo de visión aparente es una medida del tamaño angular de la imagen que ve el ojo a través del ocular. En otras palabras, es el tamaño aparente de la imagen (a diferencia del aumento). A menos que haya viñeteo debido al tubo del telescopio o microscopio, este valor es constante para cualquier ocular con una distancia focal fija y puede usarse para calcular el campo de visión real cuando se usa el ocular con un telescopio o microscopio determinado. Para los oculares modernos, la medida oscila entre 30 y 110 grados , y todos los oculares actuales de buena calidad tienen al menos 50°, excepto algunos oculares de uso especial, como los equipados con retículas . 

Es común que los usuarios de oculares deseen calcular el campo de visión real, ya que este indica qué porción del cielo será visible al usar el ocular con su telescopio. El método más conveniente para calcular el campo de visión real depende de si se conoce o no el campo de visión aparente.

Si se conoce el campo de visión aparente, el campo de visión real se puede calcular mediante la siguiente fórmula aproximada:

${\displaystyle T_{\mathsf {FOV}}\approx {\frac {\ A_{\mathsf {FOV}}\ }{M}}}$

dónde:

• ${\displaystyle \ T_{\mathsf {FOV}}\ }$es el verdadero campo de visión (en el cielo), calculado en cualquier unidad de medida angular que${\displaystyle A_{\mathsf {FOV}}\ }$se proporciona en;
• ${\displaystyle \ A_{\mathsf {FOV}}\ }$es el campo de visión aparente (en el ojo);
• ${\displaystyle \ M\ }$es la magnificación.

La fórmula tiene una precisión del 4 % o mejor hasta un campo de visión aparente de 40°, y un error del 10 % para 60°.

Desde${\displaystyle \ M={\frac {\ f_{\mathsf {T}}\ }{f_{\mathsf {E}}}}\ ,}$dónde:

• ${\displaystyle \ f_{\mathsf {T}}\ }$es la distancia focal del telescopio;
• ${\displaystyle \ f_{\mathsf {E}}\ }$es la distancia focal del ocular, expresada en las mismas unidades de medida que${\displaystyle \ f_{\mathsf {T}}\$ ;}

El campo de visión real, incluso sin conocer el campo de visión aparente, viene dado por:

${\displaystyle T_{\mathsf {FOV}}\approx {\frac {A_{\mathsf {FOV}}}{\ \left[{\frac {f_{\mathsf {T}}}{\ f_{\mathsf {E}}\ }}\right]\ }}=A_{\mathsf {FOV}}\times {\frac {\ f_{\mathsf {E}}\ }{f_{\mathsf {T}}}}~.}$^{[ c ]}

La distancia focal del objetivo del telescopio,${\displaystyle \ f_{\mathsf {T}}\ ,}$es el diámetro del objetivo multiplicado por la relación focal . Representa la distancia a la que el espejo o la lente del objetivo harán que la luz de una estrella converja en un solo punto ( exceptuando las aberraciones ).

Si se desconoce el campo de visión aparente, el campo de visión real se puede calcular aproximadamente utilizando:

${\displaystyle \ T_{\mathsf {FOV}}~\approx ~{\frac {\ 57.3\ d\ }{f_{\mathsf {T}}}}\ }$

dónde:

• ${\displaystyle \ T_{\mathsf {FOV}}\ }$es el campo de visión real, calculado en grados .
• ${\displaystyle \ d\ }$es el diámetro del diafragma de campo del ocular en mm.
• ${\displaystyle \ f_{\mathsf {T}}\ }$es la distancia focal del telescopio, en mm.

La segunda fórmula es en realidad más precisa, pero la mayoría de los fabricantes no suelen especificar el tamaño del diafragma de campo. La primera fórmula no será precisa si el campo no es plano o si supera los 60°, lo cual es común en la mayoría de los oculares ultra gran angular.

Las fórmulas anteriores son aproximaciones. La norma ISO 14132-1:2002 proporciona el cálculo exacto del campo de visión aparente.${\displaystyle \ A_{\mathsf {FOV}}\ ,}$desde el verdadero campo de visión,${\displaystyle \ T_{\mathsf {FOV}}\ ,}$como:

${\displaystyle \ \tan \left({\frac {\ A_{\mathsf {FOV}}\ }{2}}\right)=M\times \tan \left({\frac {\ T_{\mathsf {FOV}}\ }{2}}\right)~.}$

Si se utiliza una lente diagonal o Barlow antes del ocular, el campo de visión del ocular puede verse ligeramente restringido. Esto ocurre cuando la lente precedente tiene un diafragma de campo más estrecho que el del ocular, lo que provoca que la obstrucción frontal actúe como un diafragma de campo más pequeño delante del ocular. La relación exacta se muestra a continuación.

${\displaystyle A_{\mathsf {FOV}}~=~2\times \arctan \left({\frac {d}{\ 2\times f_{\mathsf {E}}\ }}\right)~.}$

Una aproximación que se usa ocasionalmente es

${\displaystyle A_{\mathsf {FOV}}~~\approx ~~57.3^{\circ }\times {\frac {d}{\ f_{\mathsf {E}}\ }}~.}$

Esta fórmula también indica que, para un diseño de ocular con un campo de visión aparente dado, el diámetro del tubo determinará la distancia focal máxima posible para ese ocular, ya que ningún diafragma de campo puede ser mayor que el propio tubo. Por ejemplo, un Plössl con un campo de visión aparente de 45° en un  tubo de 1,25 pulgadas daría como resultado una distancia focal máxima de 35  mm. ^{[ 2 ]} Cualquier distancia focal mayor requiere un tubo más grande o la visión se ve restringida por el borde, lo que efectivamente hace que el campo de visión sea menor de 45°.

Los oculares para telescopios y microscopios suelen intercambiarse para aumentar o disminuir el aumento y para que el usuario pueda seleccionar un tipo con ciertas características de rendimiento. Para ello, los oculares vienen con diámetros de barril estandarizados.

Oculares de telescopio

Existen seis diámetros de barrilete estándar para telescopios. Los tamaños de barrilete (generalmente expresados ​​en pulgadas ) son:

• 0,965  pulgadas (24,5  mm): Este es el diámetro de barrilete estándar más pequeño y suele encontrarse en telescopios de jugueterías y centros comerciales . Muchos de los oculares que vienen con estos telescopios son de plástico, e incluso algunos tienen lentes de plástico. Ya no se fabrican oculares de alta gama con este diámetro, pero aún se pueden adquirir oculares tipo Kellner.
• 1,25  pulgadas (31,75  mm): este es el diámetro de tubo más común para oculares de telescopio. El límite superior práctico para la distancia focal de los oculares con tubos de 1,25″ es de aproximadamente 32 mm. Con distancias focales  mayores , los bordes del tubo del ocular invaden el campo de visión, limitando su tamaño. Con distancias focales mayores de 32 mm, el campo de visión disponible cae por debajo de 50°, que la mayoría de los aficionados consideran el ancho mínimo aceptable. Estos tamaños de tubo tienen rosca para filtros de 30 mm .  
• Oculares de 2  pulgadas (50,8  mm): El mayor diámetro del tubo de estos oculares ayuda a compensar la limitación de la distancia focal; es el tamaño más grande disponible habitualmente. El límite superior de la distancia focal con oculares de 2 pulgadas es de aproximadamente 55  mm. La desventaja es que suelen ser más caros, no caben en algunos telescopios y pueden ser lo suficientemente pesados ​​como para desestabilizarlos. Estos oculares tienen rosca para filtros  de 48 mm (o, en raras ocasiones, de 49 mm). 
• Oculares de 2,7  pulgadas (68,58  mm): estos oculares son fabricados por muy pocos fabricantes. Permiten campos de visión ligeramente más amplios. Muchos enfocadores de alta gama ahora son compatibles con estos oculares.
• 3  pulgadas (76,2  mm) – El mayor diámetro del tubo en los oculares de 3 pulgadas permite distancias focales extremas y oculares con un campo de visión superior a 120°. Las desventajas son que estos oculares son algo raros, extremadamente caros,  pesan hasta 2,3 kg (5 libras) y solo unos pocos telescopios tienen enfocadores lo suficientemente grandes como para aceptarlos. Su enorme peso causa problemas de equilibrio en telescopios Schmidt-Cassegrain de menos de 25 cm (10  pulgadas), refractores de menos de 12,7  cm (5 pulgadas) y reflectores de menos de 40,6 cm (16  pulgadas). Además, debido a sus grandes diafragmas de campo, sin espejos secundarios de gran diámetro, la mayoría de los reflectores y Schmidt-Cassegrain presentarán un viñeteado severo con estos oculares. ^{[ d ]}
•  Oculares de 102 mm ( 4 pulgadas  ): Estos oculares son poco comunes y solo se utilizan habitualmente en telescopios refractores largos de observatorios antiguos. Muy pocos fabricantes los producen, y dada la popularidad actual de los telescopios de corta distancia focal y menor relación focal entre los aficionados, la demanda de este tamaño es baja. En ocasiones, se improvisan a partir de lentes reacondicionadas recuperadas de antiguos proyectores de cine.

Para ver correctamente las imágenes a través del ocular, es necesario mantener el ojo a una distancia determinada detrás de la lente ocular. Esta distancia se denomina alivio ocular. Un mayor alivio ocular implica que la posición óptima está más alejada del ocular, lo que facilita la visión. Sin embargo, si el alivio ocular es demasiado grande, puede resultar incómodo mantener el ojo en la posición correcta durante un tiempo prolongado. Por ello, algunos oculares con un gran alivio ocular incorporan copas detrás de la lente ocular para ayudar al observador a mantener la posición de observación correcta. La pupila del ojo debe coincidir con la pupila de salida , que es la imagen de la pupila de entrada, la cual, en el caso de un telescopio astronómico, corresponde al objetivo.

La distancia de alivio ocular suele oscilar entre 2  mm y 20  mm, dependiendo de la construcción del ocular. Los oculares de larga distancia focal generalmente ofrecen un amplio alivio ocular, mientras que los de corta distancia focal presentan más problemas. Hasta hace poco, y aún de forma bastante común, los oculares de corta distancia focal tenían un alivio ocular reducido. Las buenas prácticas de diseño sugieren un mínimo de 5-6  mm para acomodar las pestañas del observador y evitar molestias. Sin embargo, los diseños modernos con múltiples elementos de lente pueden corregir este problema, lo que permite una visión más cómoda con grandes aumentos. Esto es especialmente importante para quienes usan gafas , que pueden necesitar hasta 20  mm de alivio ocular para acomodar sus lentes.

La lente negativa simple colocada antes del foco del objetivo tiene la ventaja de presentar una imagen derecha , pero con un campo de visión limitado, más adecuado para aumentos bajos. Se sospecha que este tipo de lente se utilizó en algunos de los primeros telescopios refractores que aparecieron en los Países Bajos alrededor de 1608. También se utilizó en el diseño del telescopio de Galileo Galilei de 1609, que dio a este tipo de ocular el nombre de " galileano ". Este tipo de ocular todavía se utiliza en telescopios muy económicos, binoculares y prismáticos de ópera .

Una lente convexa simple, colocada después del foco del objetivo, presenta al observador una imagen invertida y ampliada. Esta configuración pudo haberse utilizado en los primeros telescopios refractores de los Países Bajos y fue propuesta como una forma de obtener un campo de visión mucho más amplio y una mayor magnificación en los telescopios, como se menciona en el libro Dioptrice de Johannes Kepler , publicado en 1611. Dado que la lente se coloca después del plano focal del objetivo, también permitía el uso de un micrómetro en el plano focal (utilizado para determinar el tamaño angular y/o la distancia entre los objetos observados).

Los oculares Huygens constan de dos lentes plano-convexas con los lados planos hacia el ojo, separadas por un espacio de aire. La lente más cercana al ojo del observador se llama lente ocular y la otra, lente de campo. El plano focal se encuentra entre las dos lentes. Fue inventado por Christiaan Huygens a finales de la década de 1660 y fue el primer ocular compuesto (de múltiples lentes). ^{[ 3 ]} Huygens descubrió que se pueden usar dos lentes separadas por aire para fabricar un ocular con aberración cromática transversal cero. Si las lentes están hechas de vidrio con el mismo número de Abbe , para usarse con el ojo relajado y un telescopio con un objetivo infinitamente distante, entonces la separación viene dada por:

${\displaystyle d={\tfrac {1}{2}}\left(f_{\mathsf {A}}+f_{\mathsf {B}}\right)}$

dónde${\displaystyle f_{\mathsf {A}}}$y${\displaystyle f_{\mathsf {B}}}$son las distancias focales de las lentes componentes.

Estos oculares funcionan bien con telescopios de distancia focal muy larga. ^{[ e ]} Este diseño óptico ahora se considera obsoleto, ya que con los telescopios actuales de menor distancia focal, el ocular presenta una corta distancia de alivio ocular, alta distorsión de la imagen, aberración cromática axial y un campo de visión aparente muy estrecho. Dado que estos oculares son baratos de fabricar, a menudo se encuentran en telescopios y microscopios económicos. ^{[ 4 ]}

Debido a que los oculares Huygens no contienen cemento para fijar las lentes, los usuarios de telescopios a veces los utilizan para la proyección solar, es decir, para proyectar una imagen del Sol sobre una pantalla durante periodos prolongados. Tradicionalmente, se considera que los oculares cementados son potencialmente vulnerables al daño por calor debido a las intensas concentraciones de luz.

El ocular Ramsden consta de dos lentes plano-convexas del mismo vidrio y con distancias focales similares, separadas por menos de la distancia focal del ocular. Este diseño fue creado por el fabricante de instrumentos astronómicos y científicos Jesse Ramsden en 1782. La separación entre las lentes varía según el diseño, pero suele estar entre 7/10 y 7/8 de la distancia focal del ocular. Esta elección implica un compromiso entre la aberración cromática transversal residual (a valores bajos) y el riesgo, a valores altos, de que la lente de campo toque el plano focal cuando la utiliza un observador que trabaja con una imagen virtual cercana, como un observador miope o una persona joven cuya acomodación le permite ver con claridad una imagen virtual cercana (esto representa un problema grave cuando se utiliza con un micrómetro, ya que puede dañar el instrumento).

Una separación de exactamente una distancia focal tampoco es recomendable, ya que hace que el polvo en la lente de campo se enfoque de forma molesta. Las dos superficies curvas están orientadas hacia adentro. Por lo tanto, el plano focal se encuentra fuera del ocular y, en consecuencia, es accesible para colocar una retícula o una cruz micrométrica. Dado que se requeriría una separación de exactamente una distancia focal para corregir la aberración cromática transversal, no es posible corregir completamente el diseño de Ramsden para este tipo de aberración. El diseño es ligeramente mejor que el de Huygens, pero aún no cumple con los estándares actuales.

Sigue siendo muy adecuado para su uso con instrumentos que funcionan con fuentes de luz casi monocromáticas, como por ejemplo los polarímetros.

En un ocular Kellner se utiliza un doblete acromático en lugar de la lente ocular plano-convexa simple del diseño Ramsden para corregir la aberración cromática transversal residual. Carl Kellner diseñó este primer ocular acromático moderno en 1849, ^{[ 5 ]} también llamado " Ramsden acromático ". Los oculares Kellner tienen un diseño de 3 lentes. Son económicos y ofrecen una imagen bastante buena desde baja a media potencia, siendo muy superiores a los diseños Huygenian o Ramsden. El alivio ocular es mejor que el de los oculares Huygenian y peor que el de los Ramsden. ^{[ 6 ]} El mayor problema de los oculares Kellner eran los reflejos internos. Los recubrimientos antirreflectantes actuales los convierten en opciones útiles y económicas para telescopios de apertura pequeña a mediana con una relación focal f/6 o mayor. El campo de visión aparente típico es de 40–50°.

El ocular Plössl , diseñado por Simon Plössl en 1860, consta generalmente de dos pares de lentes dobles . Dado que los dos pares pueden ser idénticos, este diseño se conoce a veces como ocular simétrico . ^{[ 7 ]} La ​​lente Plössl compuesta proporciona un amplio campo de visión aparente de 50° o más , junto con un campo de visión real proporcionalmente grande . Esto hace que este ocular sea ideal para diversos fines de observación, incluyendo la observación de objetos de cielo profundo y planetarios . La principal desventaja del diseño óptico Plössl es su corta distancia de alivio ocular en comparación con un ocular ortoscópico, ya que esta se limita a aproximadamente el 70-80% de la distancia focal. Esta corta distancia de alivio ocular es más crítica en distancias focales cortas, inferiores a unos 10 mm, cuando la observación puede resultar incómoda, especialmente para quienes usan gafas. 

El ocular Plössl fue un diseño poco conocido hasta la década de 1980, cuando los fabricantes de equipos astronómicos comenzaron a vender versiones rediseñadas del mismo. ^{[ 8 ]} Hoy en día es un diseño muy popular en el mercado astronómico amateur, ^{[ 9 ]} donde el nombre Plössl abarca una gama de oculares con al menos cuatro elementos ópticos, que a veces se superponen con el diseño Erfle.

Este ocular es uno de los más caros de fabricar debido a la calidad del vidrio y a la necesidad de lentes convexas y cóncavas perfectamente ajustadas para evitar reflejos internos. Por ello, la calidad de los distintos oculares Plössl varía. Existen diferencias notables entre los Plössl económicos con recubrimientos antirreflectantes básicos y los de alta calidad.

El ocular ortoscópico de 4 elementos consta de una lente ocular simple plano-convexa y una lente de campo triplete convexa-convexa cementada (lente de campo acromática). Esto le confiere al ocular una calidad de imagen casi perfecta y una buena distancia ocular , pero un campo de visión aparente estrecho, de aproximadamente 40°–45°. Fue inventado por Ernst Abbe en 1880. ^{[ 4 ]} Se le denomina « ortoscópico » u « ortográfico » debido a su bajo grado de distorsión y también se le conoce a veces como «orto» o «Abbe».

Hasta la llegada del recubrimiento multicapa y la popularidad del Plössl , los oculares ortoscópicos eran el diseño más común para telescopios. Incluso hoy en día, se consideran buenos oculares para la observación planetaria y lunar. Son los preferidos para oculares con retícula , ya que ofrecen un amplio campo visual, una gran distancia de alivio ocular y un plano focal externo; están siendo reemplazados gradualmente por el König . Debido a su baja distorsión y al consiguiente efecto globo , son menos adecuados para aplicaciones que requieren un amplio movimiento panorámico del instrumento.

Un monocéntrico es una lente triplete acromática con dos piezas de vidrio crown cementadas a ambos lados de un elemento de vidrio flint . Los elementos son gruesos, fuertemente curvados y sus superficies tienen un centro común, de ahí su nombre de " monocéntrico ". Fue inventado por H.A. Steinheil alrededor de 1883. ^{[ 10 ]} Este diseño, al igual que los diseños de oculares sólidos de Tolles , Hastings y Taylor , ^{[ 11 ]} está libre de reflejos fantasma y proporciona una imagen brillante y contrastada, una característica deseable en el momento de su invención (antes de los recubrimientos antirreflectantes ). ^{[ 12 ]} Tiene un campo de visión aparente estrecho de alrededor de 25° ^{[ 13 ]} , pero era el preferido por los observadores planetarios. ^{[ 14 ]}

Un ocular Erfle es un  ocular de 5 elementos que consta de 2 dobletes acromáticos con una lente simple adicional entre ellos. Fueron inventados por Heinrich Erfle durante la Primera Guerra Mundial para uso militar. ^{[ 15 ]} El diseño es una extensión elemental de los oculares de 4 elementos, como los Plössl , mejorada para campos de visión más amplios.   

Los oculares Erfle están diseñados para tener un amplio campo de visión (aproximadamente 60°), pero no son utilizables a altas potencias debido al astigmatismo y las imágenes fantasma que producen. ^{[ f ]} Sin embargo, con recubrimientos de lentes a bajas potencias ( distancias focales de 20 a 30  mm o superiores) son aceptables, y a 40  mm pueden ser excelentes. Los Erfle son muy populares para la observación de campo amplio, ya que tienen lentes oculares grandes y resultan muy cómodos de usar gracias a su buena distancia de alivio ocular en distancias focales largas.

El ocular König tiene un doblete positivo cóncavo-convexo y un simplete plano-convexo . Las superficies fuertemente convexas del doblete y del simplete se enfrentan y casi se tocan. El doblete tiene su superficie cóncava orientada hacia la fuente de luz y el simplete tiene su superficie casi plana (ligeramente convexa) orientada hacia el ojo. Fue diseñado en 1915 por el óptico alemán Albert König (1871-1946) y es, en esencia, una versión simplificada del Abbe. Su diseño permite una gran magnificación con una distancia ocular extraordinariamente amplia , la mayor en proporción a la distancia focal de cualquier diseño anterior al Nagler de 1979. El campo de visión de unos 55° es ligeramente superior al del Plössl, con las ventajas adicionales de una mayor distancia ocular y la necesidad de un elemento de lente menos.

Las mejoras modernas suelen tener campos de visión de 60° a 70°. Las revisiones del diseño de König utilizan vidrios especiales y/o añaden más grupos de lentes; la adaptación más típica consiste en añadir una lente positiva simple , cóncavo-convexa, delante del doblete , con la cara cóncava hacia la fuente de luz y la superficie convexa hacia el doblete.

El ocular RKE cuenta con una lente de campo acromática y una lente ocular biconvexa, una adaptación invertida del ocular Kellner , con una disposición de lentes similar a la del König. Fue diseñado por el Dr. David Rank para Edmund Scientific Corporation , que lo comercializó a finales de la década de 1960 y principios de la de 1970. Este diseño proporciona un campo de visión ligeramente más amplio que el diseño clásico de Kellner y lo asemeja a una versión con lentes más espaciadas del König . 

Según Edmund Scientific Corporation , RKE significa "Rank Kellner Eyepiece". En una enmienda a su solicitud de marca registrada del 16 de enero de 1979, se le dio como "Rank-Kaspereit-Erfle", los tres diseños de los que se derivó el ocular. ^{[ 16 ]} Edmund Astronomy News (marzo de 1978) llamó al ocular "Rank-Kaspereit-Erfle" (RKE) un "Kellner rediseñado... tipo II". ^{[ 17 ]} Sin embargo, el diseño RKE no se parece a un Kellner , y está más cerca de un König modificado . Hay cierta especulación de que en algún momento la "K" fue interpretada erróneamente como el nombre del Kellner más común, en lugar del König, que se ve con bastante poca frecuencia.  

Inventado por Albert Nagler y patentado en 1979, el ocular Nagler es un diseño optimizado para telescopios astronómicos que proporciona un campo de visión ultra amplio (82°) con buena corrección del astigmatismo y otras aberraciones. Presentado en 2007, el Ethos es un diseño de campo ultra amplio mejorado desarrollado principalmente por Paul Dellechiaie bajo la dirección de Albert Nagler en TeleVue Optics y afirma un AFOV de 100-110 °  . ^{[ 18 ] [ 19 ]} Esto se logra utilizando vidrio exótico de alto índice y hasta ocho elementos ópticos en cuatro o cinco grupos; existen varios diseños similares llamados Nagler , Nagler tipo  2 , Nagler tipo  4 , Nagler tipo  5 y Nagler tipo  6. El diseño más reciente de Delos es un diseño Ethos modificado con un FOV de "solo" 72 grados pero con un alivio ocular  largo de 20 mm. 

Aunque la cantidad de elementos en un ocular Nagler puede dar la impresión de complejidad, el diseño es bastante sencillo: cada Nagler cuenta con una lente de campo doblete negativa , que aumenta la magnificación, seguida de varios grupos positivos. Estos grupos positivos, considerados independientes del primer grupo negativo, se combinan para formar una lente positiva de larga distancia focal. Esto permite aprovechar las numerosas ventajas de las lentes de baja potencia. En esencia, un Nagler es una versión superior de una lente Barlow combinada con un ocular de larga distancia focal . Este diseño ha sido ampliamente imitado en otros oculares de campo amplio o de gran alivio ocular .

La principal desventaja de los oculares Nagler reside en su peso; a menudo se les denomina con ironía « granadas de mano » debido a su peso y gran tamaño. Las versiones de larga distancia focal superan los 0,5 kg (1,1 lb) , lo cual es suficiente para desequilibrar telescopios pequeños y medianos. Otra desventaja es su elevado precio, ya que los oculares Nagler grandes tienen precios comparables al de un telescopio pequeño. Por ello, muchos astrónomos aficionados consideran estos oculares un lujo. ^{[ 20 ]}