Както е известно първият астрономически окуляр бил обикновена двустранно вдлъбната леща, използвана от Галилей. С него се виждал прав образ, но с нарастването на увеличението зрителното поле намалявало стремително. През 1611 г. Йохан Кеплер предлага използването на двустранно изпъкнала леща. Така проблемът със зрителното поле се отстранявал в определена степен, но възниквал нов - образът бил обратен, като за целите на астрономическите наблюдения това не било от значение. По времето на Кеплер не съществували методи за контрол на точността на изработката на лещите и окулярите давали лош образ - имали големи сферични и хроматични аберации. За да се подобри качеството на изображението се налагало използването на телескопи с малък относителен отвор - 1:40 и надолу. Това е и една от причините за гигантските телескопи в миналото.
През 1654 г. Кристиян Хюйгенс изобретява окуляр с две плоско-изпъкнали лещи, разположени с изпъкналата си страна към обектива.
Предната леща, която е по-близо до обектива се нарича полева. Тя фокусира образа във фокалната равнина, която е между двете лещи (там е и диафрагмата на окуляра). Увеличението на окуляра се постига почти само от очната леща (тази, която е по-близо до окото), а избраното разположение на двете лещи една спрямо друга води до намаляване на хроматичната аберация. Сферичната аберация се запазва голяма. Диафрагмата ограничава размера на зрителното поле само в централната му част, като по този начин се постига малко по-добро качество на образа. Самото зрително поле е до 30°-35°. Очното разстояние (разстоянието между очната леща и окото, при което гледането през окуляра е най-удобно и се вижда цялото поле) също е малко. Въпреки тези недостатъци системата се използва и до днес в някои от по-евтините телескопи и в микроскопите. Тъй като в този вид окуляри няма слепени лещи те могат да се използват при проектиране на слънчевия образ.
При окулярите система Хюйгенс отношенията между фокусните разстояния на лещите и разстоянието между тях се подбира така, че
f1 - фокусно разстояние на полевата леща;Тогава еквивалентното фокусно разстояние на окуляра е равно на
f2 - фокусно разстояние на очната леща;
d - разстояние между лещите.
foк = 1.5 f2 или foк = 0.5 f1
От следващата формула може да се изчисли фокусното разстояние на всеки окуляр, ако са известни фокусните разстояния на отделните му лещи:
Несъвършенството на този вид окуляри ги прави пригодни за наблюдения със сравнително по-дългофокусни телескопи с относителен отвор по-голям от 1:12. Малко подобрение на този вид окуляри е система Митенцуей, при която полевата леща е изпъкнало - вдлъбната. При нея е намалена сферичната аберация и кривината на полето. Почти век по-късно американския оптик Хастингс заменя единичната очна леща с ахроматична двойка, като по този начин дава възможност окуляра да се ползва с телескопи със относителен отвор до 1:7.
През 1783-та Джеси Рамсден, може би най-добрият производител на научни инструменти през XVIII век, въвежда друга двулещова система окуляри, която също се използва и до днес в любителските телескопи.
Този тип окуляри много прилича на Хюйгенс, но полевата леща е обърната с плоската си страна към обектива. Диафрагмата вече е пред полевата леща. Зрителното поле е същото, хроматизмът е голям, но сферическата аберация е около 8 пъти по-малка от тази при система Хюйгенс. Отношенията между фокусните разстояния на лещите и разстоянието между тях са
f1 : d : f2 = 1 : 1 : 1,
В този случай очното разстояние е практически нула - това е неудобно при наблюдение. Затова разстоянието между двете лещи на окуляра се подбира така, че
f1 : d : f2 = 1 : ~0.7 : 1
В средата на XIX век, едновременно с появата на окуляра тип Келнер Карл Цайс проектира т.нар. ахроматичен Рамсден (Achromatic Ramsden, AR) или модифициран ахромат (Modified Achromatic, MA), при който очната леща е ахроматична двойка.
През 1849 г. Карл Келнер създава оптична система, която може да се нарече първият модерен триелементен окуляр. Първоначално окулярът има плоско-изпъкнала полева леща и ахроматична очна леща. Тези окуляри са много по-добри по качество на изображението от окулярите Хюйгенс и Рамсден и работят добре при телескопи със светлосила дори 1:6. Зрителното им поле е до 30°, а очното разстояние е сравнително голямо и създава удобство при наблюдение. По-късно, чрез замяна на полевата леща с двойноизпъкнала вместо плоско-изпъкнала Келнер повишава полето до 45°. Ниската им цена и сравнително добрите им качества при малки и средни увеличения ги правят много използвани от любителите. Използват се в биноклите, зрителните тръби и в микроскопите.
Разновидност на система Келнер са окулярите RKE (Reversed Kellner Eyepiece), разработвани от оптичната фирма Edmund Scientific. Както показва името им този тип окуляри представляват обърната система Келнер - полевата леща е ахроматична, а очната единична двойноизпъкнала. Те дават по-добър образ и имат малко по-голямо зрително поле в сравнение със стандартните окуляри Келнер.
Пак по същото време (1880 г.), и отново в Йена, д-р Ернст Абе дава проект на окуляр, който се превръща в стандарт за сравнение на всички днешни окуляри. Ортоскопичният окуляр на Абе има полева леща, която е съставена от три елемента, а очната леща е единична двойноизпъкнала. Зрителното му поле е до 45°, а дългото очно разстояние го прави подходящ за големи увеличения. Аберациите са сведени до минимум и се проявяват само в края на полето, което го прави подходящ за използване със светлосилни телескопи до 1:5. Освен това при него дисторсията е нула.
Днес съществуват голям брой от 4 до 7 елементни вариации на тази система окуляри, с различно качество и на достъпна цена.
Най-популярният днес окуляр е изобретен през 1860 г. от Густав Пльозл. Системата е разработена за нуждите на фотографията, а масовото производство на окуляри започва едва след Втората световна война. Устройството му е изключително просто - състои се от две ахроматични лещи, обърнати с положителните си елементи една към друга, с по-късофокусна очна двойка и с разстояние между лещите 1/2 Fок. В по-късни модификации лещите са почти допрени една до друга (на 0.001mm). Оптическите характеристики на този тип окуляри са впечатляващи - дават ясен и остър образ, изчистен от изкривявания, зрителното поле достига до 50°, а очното разстояние е по-голямо от това на ортоскопичните окуляри. Може да се използва с телескопи със светлосила до 1:4.
Днес под това име се продават окуляри, които не са истински Пльозл, а се състоят от две еднакви ахроматични двойки на разстояние 1/2 Fок. Това е т.нар. симетричен окуляр. Лесното му производство го прави много популярен сред любители и производители. След 1970-те тази модификация доминира на пазара, всички големи оптични фирми го произвеждат под различни търговски наименования - Tele Vue, Meade Serie 4000, Meade Super Plossl, Orion Ultrascopic, Celestron Ultima и т.н. Съществуват и т.нар. хибридни симетрични окуляри, като например окулярите Lanthanum, в които е вградена Барлоу-леща, чрез която се постига по-голямо очно разстояние (около 20mm), независимо от фокусното разстояние на окуляра.
В годините между двете световни войни, когато Германия все повече се милитаризира на оптиците от фабриките "Карл Цайс" се налага да разработват все по-нови и по-нови оптични системи и окуляри за артилерията, танковете и подводния флот. Изискванията, конкретно към окулярите, били големи - широко и отлично коригирано откъм аберации зрително поле. Решението на двамата оптици Хенрих Ерфле и Алберт Кьониг било конструирането на многоелементни окуляри, в които за първи път се използвали и асферични повърхности. Наличието на множество стъклени повърхности създавало известни проблеми с отраженията, но те били избегнати чрез успешното използване на разработената наскоро технология за антирефлексно покритие.
Различните модификации на окулярите система Ерфле са 5- (при оригинала) или 6-елементни, в три групи, с много широко зрително поле, достигащо до 60°-70°. Работят добре и със светлосилни телескопи от порядъка на 1:5 - 1:4. Най-удобни са за наблюдаване на deepsky-обекти, а при малки увеличения картината на звездното небе, която създават тези окуляри е наистина впечатляваща.
Окулярите, проектирани от Алберт Кьониг през 1915 г. са подобни на ортоскопичните. Те са 4-елементни, разделени в три групи - единична полева леща, ахроматична средна двойка и единична очна леща. Така избраната оптична схема дава възможност за достигане на сравнително голямо зрително поле при запазване на минимални аберации и добър контраст и острота на образа. Най-добре работят с телескопи със светлосила до 1:7. Съществува и подобрен вариант с оптична схема ахроматична полева двойка - единична средна леща - единична очна леща, при който очното разстояние е увеличено.
Това са различни видове съвременни окуляри, съставени от 6 до 8 лещи с огромно зрително поле - до 85°! На наблюдателя буквално се налага да се оглежда за да може да обхване обектите в него. Тези окуляри са предназначени предимно за наблюдения на deepsky-обекти, но някой от последните модели са подходящи и за планетарни наблюдения. Могат да се използват с големи любителски инструменти, като по този начин компенсират малкото зрително поле, което тези телескопи създават.
Първите елементи от оптичната система играят ролята на Барлоу-леща, чрез което се постига широкоъгълността (от 52° на около 80°) и голямото очно разстояние. При наличието на толкова голям брой оптични повърхнини може да се очаква, че проходимостта на светлината е намалена, но чрез използването на многослойно просветляване и специални видове стъкла този недостатък е сведен до минимум.
Най-популярни от този вид окуляри са Nagler тип I и тип II (проектирани
от Ал Наглер) на фирмата TeleVue, но съществуват и други - Panoptic на
TeleVue, Ultra Wide Angle на Meade и т.н. Качеството и възможностите на
тези окуляри, обаче са свързани и с някой недостатъци - големите
размери (диаметър 70-80mm), маса (за някои от тях дори над един килограм!)
и най-вече цената, която може да достигне до 500 долара - цената на един
добър любителски телескоп.
