JP3590425B2 - 立体視硬性内視鏡 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、硬性鏡を用いて物体を立体的に観察、撮影する立体視硬性内視鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】
立体視硬性内視鏡は、物体像を形成する対物レンズ、この像を伝達するリレーレンズから成る一次光学系と、この一次光学系により伝達された像を左右に分割する瞳分割手段と、分割された2つの像をそれぞれ観察、あるいは撮像する二次光学系とを備え、体腔内の部位を観察するための医療用、あるいはエンジン等の機械内部を観察するための工業用の用途等に用いられる。この種の立体視硬性内視鏡は、例えば特開平6−194581号公報に開示されている。
【0003】
立体視を可能とするためには、1つの物体を異なる方向から観察する必要があり、そのためには、左右の二次光学系に対して瞳内の異なる領域を通過した光束を導く必要がある。そこで、一次光学系の瞳位置にダハミラー等の瞳分割手段を配置して一次光学系の瞳を左右に分割すると共に、二次光学系に入射する一対の光束の中心軸が瞳上で一定の間隔(入射軸間隔)を有するよう配置する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の立体視硬性内視鏡は、瞳分割手段が固定的に設けられているため、二次光学系の入射軸間隔も固定されており、例えば作動距離や観察対象に応じて立体感(浮上り度)を変更したい場合にも、そのようなような要望に応じることはできなかった。
【0005】
【発明の目的】
この発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、二次光学系の入射軸間隔を変更することにより、観察視野の立体感を変更することができる立体視硬性内視鏡の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる立体視硬性内視鏡は、上記の目的を達成させるため、物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、一次光学系の瞳位置に配置され、物体を異なる方向から観察できるよう瞳内の光束の少なくとも一部を2つの領域に分割する瞳分割手段であって、一次光学系からの射出光の少なくとも一部を互いに異なる方向に反射させる2枚のミラーから構成された瞳分割手段と、瞳分割手段により分割された光束により形成されるそれぞれの像を観察する一対の二次光学系と、一方の二次光学系に入射する光束の中心軸と他方の二次光学系に入射する光束の中心軸とが瞳上でなす間隔を調整する為に、瞳面内でのミラー間の間隔を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
【0007】
【実施例】
以下、この発明にかかる立体視硬性内視鏡の実施例を説明する。実施例1の立体視硬性内視鏡は、図1に示されるように、体腔内等の狭い空間内部に挿入される管状の挿入部1と、この挿入部1の基端側に接続された観察部2とを備える。
【0008】
挿入部1の内部には、物体の像を形成する3群4枚構成の対物レンズ系11と、対物レンズ系11により形成された像を伝達する複数のレンズから構成される第1のリレーレンズ系12と、射出瞳を形成する第2のリレーレンズ系13とが物体側から順に配置され、これらのレンズ系により一次光学系10が構成されている。
【0009】
観察部2内には、瞳分割手段としての2枚の瞳分割ミラー20,21が配置されると共に、これらの瞳分割ミラー20,21で分割された光束を受光する一対の二次光学系30a,30bが配置されている。各二次光学系30a,30bは、ミラー31a,31b、結像レンズ系32a,32b、接眼レンズ系33a,33bから構成される。
【0010】
立体視を可能とするためには、1つの物体を異なる方向から観察する必要があり、そのためには、左右の二次光学系に対して瞳内の異なる領域を通過した光束を導く必要がある。そこで、瞳分割ミラー20,21は、一次光学系10の瞳Epに到達した光束を立体視が可能なように左右の2成分に分割し、それぞれの成分を異なる方向に反射させるよう一次光学系10の光軸に対して±45°の角度で屋根型に配置されている。各ミラー20,21は、その最も先端側、すなわち一次光学系10側に位置する分割ライン20a,21aが瞳Epに一致し、かつ、一次光学系10の光軸Ax1に対して対称となるよう配置される。
【0011】
これにより、二次光学系30a,30bに入射する光束の中心軸Ax2,Ax3は、瞳Ep上で所定の間隔をなし、この間隔に応じた視差を二次光学系を介して観察する観察者に与えることができる。なお、二次光学系に入射する光束の中心軸Ax1,Ax2は、分割された光束の断面の重心位置を通る軸として定義され、図1に示した状態では二次光学系30a,30bの機械的な光軸(レンズ系の光軸)とも一致している。
【0012】
また、瞳分割ミラー20,21は、図示せぬガイド手段により光軸Ax1に対する角度を一定に保ちつつ、瞳Ep内で各分割ライン20a,21aと垂直な左右方向に平行移動が可能なように保持されており、調整手段40を操作することにより、光軸Ax1を中心として互いに離反し、あるいは互いに接近するよう駆動される。
【0013】
調整手段40は、この例では観察部2の中心に位置する取り付け部2aに取り付けられた保持枠41と、この保持枠41の一次光学系10側となる先端側に架設され、両側を保持枠41により回転自在に支持された間隔調整スクリュー42と、この間隔調整スクリュー42の中央に一体に固定された間隔調整つまみ43とから構成されている。図2に拡大して示すように、間隔調整スクリュー42には、間隔調整つまみ43を境として互いに螺旋の向きが逆巻のネジ溝が形成されており、このネジ溝にそれぞれミラー面の背面に一体に形成された保持部材20b,21bの基端部が螺合している。
【0014】
この構成により、間隔調整つまみ43を回転調整することにより、間隔調整スクリュー42が回転して保持部材20b,21bを移動させ、結果として瞳分割ミラー20,21が一次光学系の光軸Ax1を中心として対称となるよう互いに離反し、あるいは互いに接近するよう移動する。
【0015】
なお、保持枠41は、瞳分割ミラー20,21を含めて全体として一次光学系10の光軸Ax1に沿う前後方向、および、ミラーの移動方向に沿う左右方向に位置調整できるよう構成されている。
【0016】
すなわち、保持枠41の基端側には、間隔調整スクリュー42と平行に左右位置調整スクリュー44が保持枠41に対して回転可能に取り付けられ、他方、取り付け部2aには左右位置調整スクリュー44を保持して保持枠41を支持する前後位置調整ボルト45が光軸Ax1方向に進退可能に取り付けられている。
【0017】
前後位置調整ボルト45の先端には、左右位置調整スクリュー44に螺合するナット部45aが固定され、かつ、取り付け部2aの壁面内部には、前後位置調整ボルト45に螺合する前後位置調整つまみ46が回転可能に取り付けられている。
【0018】
この構成によれば、左右位置調整スクリュー44に固定された左右位置調整つまみ44aを回動調整することにより、瞳分割ミラー20,21の左右の位置を全体的に調整することができ、かつ、前後位置調整つまみ46を調整することにより、瞳分割ミラー20,21の光軸Ax1方向の位置を調整することができる。これらの2次元方向の調整により、瞳分割ミラー20,21の各分割ラインが正確に一次光学系10の瞳Ep内に位置し、かつ、一次光学系10の光軸Ax1に対して対称となるよう位置決めされる。
【0019】
なお、実施例1では、各調整スクリューを調整つまみにより手動で回動させることにより調整する機構を採用しているが、これらをステッピングモータ等の駆動手段を用いて動力により調整する機構を採用することもできる。
【0020】
図3は、瞳分割ミラー20,21が最も近接して各ミラーの分割ライン20a,21aが光軸Ax1と交差する位置で一致した状態を示し、(A)は図1と同一の平面図、(B)は一次光学系側から見た正面図である。二次光学系に入射する光束の中心軸Ax2,Ax3の間隔(入射軸間隔)は基準値d0に設定される。この状態では、入射軸間隔が狭いために観察視野の立体感は比較的小さくなり、近距離の物体を観察する際に適する。ただし、光量は最大となるため、明るい視野を確保することができる。
【0021】
また、図4は、瞳分割ミラー20,21が最も離反した状態を示し、二次光学系に入射する光束L2,L3の中心軸Ax2,Ax3の間隔(入射軸間隔)は、基準値d0より大きな値d1に設定される。二次光学系に入射する光束の中心軸間隔が大きくなると、二次光学系に入射する光量は低下するが、対物レンズから被観察物体までの距離が同一であれば、物体に対する見込み角度が大きくなるため、立体感(浮き上がり度)を増すことができる。したがって、物体距離がより遠い場合にも、立体感を得ることができる。
【0022】
実施例1の構成によれば瞳分割ミラー20,21の間隔を調整することにより、二次光学系に入射する光束の中心軸Ax2,Ax3が瞳Ep上でなす間隔を変更することができ、これにより立体感を適宜変更することができるため、観察対象や作動距離に応じて適当な立体感を選択することができる。
【0023】
図5は、実施例2の立体視硬性内視鏡の瞳分割手段部分を拡大して示す光路図であり、(A)が図1と同様の平面図、(B)が一次光学系側からみた正面図である。この実施例2では、瞳分割ミラー20,21を相互の間隔が変化しないように一体的に設け、両ミラーの境界ラインに沿って矩形の遮光板22を配置している。これにより、瞳Epの中央部を遮光し、二次光学系に入射する光束L2,L3の中心軸Ax2,Ax3の間隔(入射軸間隔)d2を、遮光板22が設けられていない場合の基準値d0と比較して大きく設定することができる。
【0024】
遮光板22の幅は、設定したい入射軸間隔に応じて適宜設定することができる。例えば、図6に示すように、瞳Epに一致する位置に回転可能な円盤状のターレット23を設け、このターレット23上に幅が異なる複数の遮光部22a,22b,22c,22d,22eを形成し、所望の立体感に応じていずれかの遮光部を瞳分割ミラー20,21の左右方向の中央部に配置するよう構成してもよい。
【0025】
実施例2の構成では、実施例1のように瞳分割ミラー20,21が移動しないため、光路長が変化せず、入射軸間隔を変更した際にもピントの再調整を必要としない。
【0026】
図7は、実施例3の立体視硬性内視鏡の瞳分割手段部分を拡大して示す説明図であり、(A)が図1と同様の平面図、(B)が一方の瞳分割ミラー側から見た側面図である。
【0027】
実施例3では、瞳分割ミラー20,21は相互の間隔が変化しないように一体的に設けられ、第2のリレーレンズ系13と瞳分割ミラー20,21との間に、瞳分割ミラー20,21の境界ラインと平行な回転軸24a回りに回転可能な遮光板24が設けられている。
【0028】
この遮光板24により二次光学系に入射する光束L 2 ,L 3 の中心軸Ax 2 ,Ax 3 の間隔 ( 入射軸間隔 ) d 3 を、遮光板22が設けられていない場合の間隔d 0 と比較して大きく設定することができる。
【0029】
また、遮光板24を回調整することにより遮光される光束の幅を変更することができる。
【0030】
光束の幅を変更することにより観察視野の立体感を調整することが可能となる。
【0031】
図8〜図12は、この発明の立体視硬性内視鏡の実施例4〜8を示す全体の平面図である。いずれの実施例も一次光学系10の構成は実施例1と同一である。以下、順に説明する。
【0032】
図8に示す実施例4の立体視硬性内視鏡は、二次光学系30a,30bがミラー31a,31b、結像レンズ32a,32b、観察手段としてCCDセンサのような撮像素子34a,34bを有する。瞳分割ミラー20,21、調整手段40の構成は実施例1と同様である。瞳分割ミラー20,21で左右に分割された光束は、ミラー31a,31bで反射され、結像レンズ32a,32bによりそれぞれ撮像素子34a,34b上に左右の像を形成する。
【0033】
実施例4によれば、各撮像素子34a,34bにより撮影された画像をそれぞれ別個のディスプレイに表示し、各ディスプレイを右眼、左目で別個に観察することにより、立体画像を得ることができる。
【0034】
瞳分割ミラー20,21は、実施例1と同様の調整手段40により互いに離反し、あるいは接近する方向に調整可能であり、これにより立体感(浮き上がり感)を変更することができる。また、実施例4によれば、左右の各画像をビデオテープ等の記録媒体に保存することにより、撮影後にも被検物の立体視による確認が可能となる。
【0035】
図9に示す実施例5の立体視硬性内視鏡は、前述の実施例1の構成に加え、瞳分割ミラー20,21の内側に結像レンズ35と撮像素子36とを配置して構成されている。瞳分割ミラー20,21が互いに離反した際には、これらのミラーの間に間隙が形成され、かつ、この間隙に入射した光束は立体視のためには利用されない。
【0036】
そこで、実施例5では、瞳分割ミラー20,21の間隙に入射した光束を電子映像の撮影に利用している。すなわち、ミラーの間隙から入射した瞳中心部の光束は、結像レンズ35により撮像素子36上に結像する。撮像素子の出力信号は、図示せぬ画像処理回路を介してディスプレイ上に表示され、直接内視鏡を使用している観察者以外の者も観察者と同時に被検物を観察することができる。
【0037】
図10に示す実施例6の立体視硬性内視鏡は、瞳分割手段として一次光学系側の第1面が瞳Epに一致して配置された一対のセパレータレンズ37a,37bを備える。これらのセパレータレンズ37a,37bは、瞳Ep中の一定領域の光束を取り込んでそれぞれ撮像素子38a,38b上に結像させる作用を有している。
【0038】
セパレータレンズ37aと撮像素子38aとは一体的に支持部材47aに保持されており、同様にしてセパレータレンズ37bと撮像素子38bは一体的に支持部材47bに保持されている。支持部材47a,47bの基端部は、実施例1のミラーの保持部材20b,21bと同様に間隔調整スクリュー42に螺合しており、間隔調整つまみ43を回動調整することにより、セパレータレンズ37a,37bの間隔を撮像素子38a,38bと共に変化させることができる。
【0039】
セパレータレンズを利用した瞳分割方法では、上記のようにセパレータレンズを移動させることにより入射軸間隔を調整することができ、これにより視野の立体感を変更することができる。また、瞳分割ミラーを利用した前述の実施例と異なり、それぞれのセパレータレンズに取り込まれる光束の範囲は常に一定であり、立体感を変更した際の光量の変化を抑えることができる。
【0040】
図11に示す実施例7の立体視硬性内視鏡は、実施例6と同様に瞳分割手段としてセパレータレンズ37a,37bを用いると共に、これらのセパレータレンズ37a,37bにより形成された像をイメージファイバー束39a,39bにより接眼レンズ系33a,33bに導くよう構成されている。
【0041】
イメージファイバー束39a,39bの入射側の端面は、セパレータレンズ37a,37bの結像位置に一致して設けられ、その射出側の端面は、接眼レンズ系33a,33bの焦点位置にほぼ一致して設けられており、射出側の端面に伝達された像を接眼レンズ系33a,33bを介して観察することができる。
【0042】
イメージファイバー束39a,39bの入射側の端部は、支持部材47a,47bによりセパレータレンズと一体に保持されており、各支持部材の基端は間隔調整スクリュー42に螺合している。イメージファイバー束39a,39bは可撓性を有するため、間隔調整つまみ43を回動調整して支持部材を移動させると、ファイバーは変形しつつ移動して入射軸間隔が変化し、これにより立体感を変更することができる。
【0043】
図12に示す実施例8の立体視硬性内視鏡は、一次光学系10が設けられた挿入部1のみで単眼視用の硬性鏡を構成しており、この硬性鏡に瞳分割手段と二次光学系とが設けられた観察部2を両眼視用アダプターとして取り付けて構成されている。光学的な構成、および調整手段40の構成は、図8に示す実施例4と同一である。
【0044】
挿入部1の基端側には、単眼での観察時に観察者の目の周囲に接触して周辺光を遮断するつば状のフード14が取り付けられている。観察部2は、このフード14に取り付けられたアタッチメント50を介して挿入部1に固定されている。
【0045】
アタッチメント50は、図13に拡大して示したように、フード14に観察部2側から当てつけられてフード14を外側から囲み込む取り付け環51と、このフード14に物体側から当接して取り付け環51に当てつける当てつけ片52と、当てつけ片52を取り付け環51に固定する固定ボルト53とから構成される。
【0046】
取り付け環51は、フード14に当接する中央に開口が形成された円板部51aと、この円板部51aの周縁部から物体側に向けて立ち上げられてフード14の外周を囲む円筒部51bと、この円筒部の物体側先端から内周に向けて形成されたフランジ部51cとから一体に構成されている。当てつけ片52は、断面L字状の小片であり、周方向の少なくとも3カ所でフード14を取り付け環51に当てつけている。
【0047】
また、取り付け環51の観察部2側の面の外周部には、周方向の3カ所に観察部2側に向けて突出する調整ボルト54が固定されている。観察部2には、挿入部1側の周辺部に外方フランジ2bが形成されると共に、この外方フランジ2bには調整ボルト54が挿通される貫通孔2cが穿設されている。調整ボルト54は、貫通孔2cに挿通された状態で外方フランジ2bの両側に位置するナット55,56により外方フランジ2bに固定され、アタッチメント50に取り付けられた挿入部1を観察部2に対して固定する。
【0048】
なお、この実施例では、3本の調整ボルト54に螺合するそれぞれのナット55,56の位置を調整することにより、アタッチメント50と観察部2との位置関係を三次元的に調整することができる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、調整手段を操作することにより、二次光学系に入射する光束の一次光学系の瞳上での中心軸の間隔(入射軸間隔)を変更することができ、両眼で観察する際の観察視野の立体感を変更することができる。したがって、観察対象、あいるは物体距離に応じて観察者が所望する立体感で観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の立体視硬性内視鏡の実施例1を示す全体の平面図である。
【図2】実施例1の立体視硬性内視鏡の瞳分割手段部分を拡大して示す説明図である。
【図3】実施例1の瞳分割ミラーが最も接近した際の瞳分割手段近傍の光路図であり、(A)が図1と同様の平面図、(B)が一次光学系側からみた正面図である。
【図4】実施例1の瞳分割ミラーが最も離間した際の瞳分割手段近傍の光路図であり、(A)が図1と同様の平面図、(B)が一次光学系側からみた正面図である。
【図5】実施例2の立体視硬性内視鏡の瞳分割手段部分を拡大して示す光路図であり、(A)が図1と同様の平面図、(B)が一次光学系側からみた正面図である。
【図6】実施例2の具体的構成の一例を示す図5(B)と同様の正面図である。
【図7】実施例3の立体視硬性内視鏡の瞳分割手段部分を拡大して示す説明図であり、(A)が図1と同様の平面図、(B)が一方の瞳分割ミラー側から見た側面図である。
【図8】 この発明の立体視硬性内視鏡の実施例4を示す全体の平面図である。
【図9】 この発明の立体視硬性内視鏡の実施例5を示す全体の平面図である。
【図10】 この発明の立体視硬性内視鏡の実施例6を示す全体の平面図である。
【図11】 この発明の立体視硬性内視鏡の実施例7を示す全体の平面図である。
【図12】 この発明の立体視硬性内視鏡の実施例8を示す全体の平面図である。
【図13】 図12に示す実施例8の観察部を示す拡大図である。
Claims (5)
- 物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、
前記一次光学系の瞳位置に配置され、前記物体を異なる方向から観察できるよう前記瞳内の光束の少なくとも一部を2つの領域に分割する瞳分割手段であって、前記一次光学系からの射出光の少なくとも一部を互いに異なる方向に反射させる2枚のミラーから構成された瞳分割手段と、
前記瞳分割手段により分割された光束により形成されるそれぞれの像を観察する一対の二次光学系と、
前記二次光学系の一方に入射する光束の中心軸と前記二次光学系の他方に入射する光束の中心軸とが前記瞳上でなす間隔を調整する為に、前記瞳面内での前記ミラー間の間隔を調整する調整手段とを備えることを特徴とする立体視硬性内視鏡。 - 物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、
前記一次光学系の瞳位置に配置され、前記物体を異なる方向から観察できるよう前記瞳内の光束の少なくとも一部を2つの領域に分割する瞳分割手段であって、前記瞳内に並列する一対のセパレータレンズから構成された瞳分割手段と、
前記瞳分割手段により分割された光束により形成されるそれぞれの像を観察する一対の二次光学系と、
前記二次光学系の一方に入射する光束の中心軸と前記二次光学系の他方に入射する光束の中心軸とが前記瞳上でなす間隔を調整する為に、前記セパレータレンズを相対的に離反、接近する方向に移動させる調整手段とを備えることを特徴とする立体視硬性内視鏡。 - 物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、
前記一次光学系の瞳位置に配置され、前記物体を異なる方向から観察できるよう前記瞳内の光束の少なくとも一部を2つの領域に分割し、前記一次光学系からの射出光を互いに異なる方向に反射させる2枚のミラーから構成された瞳分割手段と、
前記瞳分割手段により分割された光束により形成されるそれぞれの像を観察する一対の二次光学系と、
前記ミラーより前記一次光学系側に配置され、前記ミラーの境界に沿って前記射出光の中央部分を遮光する幅の異なる複数の遮光板と、
前記二次光学系の一方に入射する光束の中心軸と前記二次光学系の他方に入射する光束の中心軸との前記瞳上における間隔を調整するように前記複数の遮光板を移動させる調整手段とを備えることを特徴とする立体視硬性内視鏡。 - 前記複数の遮光板は、前記瞳にほぼ一致して設けられた円盤状のターレット上に形成され、該ターレットを回動させることにより1つの遮光板を選択的に前記射出光の中央部に配置させることを特徴とする請求項3に記載の立体視硬性内視鏡。
- 物体側から順に配置された対物レンズ系とリレーレンズ系とを有する一次光学系と、
前記一次光学系の瞳位置に配置され、前記物体を異なる方向から観察できるよう前記瞳内の光束の少なくとも一部を2つの領域に分割し、前記一次光学系からの射出光を互いに異なる方向に反射させる2枚のミラーから構成された瞳分割手段と、
前記瞳分割手段により分割された光束により形成されるそれぞれの像を観察する一対の二次光学系と、
前記二次光学系の一方に入射する光束の中心軸と前記二次光学系の他方に入射する光束の中心軸とが前記瞳上でなす間隔を調整する調整手段とを備え、
前記調整手段は、前記ミラーの境界線と平行な軸回りに回動可能に設けられた遮光板を有することを特徴とする立体視硬性内視鏡。
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