具有用以照明處于不同距離上的組織的多個源的體內相的制造方法
【專利摘要】一種使用多個源(205、206)來照明組織(241)的體內內窺鏡(200)。來自短程源(206)的光通過與成像區域(212)重疊的第一照明區域(210)射出內窺鏡(200)的管狀壁，并且光在被組織反射后通過成像區域(210)返回，以在相機(304)中形成圖像。來自長程源(205)的光通過不與成像區域(212)重疊的第二照明區域(211)射出管狀壁(201M)。一些實施方式的內窺鏡200包括反射鏡(218)，并且來自短程源(206)的發射體的光被分裂并從相機(304)的光軸(306)的兩側到達第一照明區域(210)。用光的分裂部分照明第一照明區域(210)產生比直接用未分裂光束的照明更高的照明均勻性。由每個源(205、206)所產生的能量根據要進行成像的組織的距離(d1、d2)而改變。
【專利說明】具有用W照明處于不同距離上的組織的多個源的體內相機
[0001] 本申請是國際申請日2009年6月1日提交的、于2010年12月2日進入中國國家 階段的、申請號為200980120587. 7、發明名稱為"具有用W照明處于不同距離上的組織的多 個源的體內相機"的分案申請。
[0002] 巧關申請的簾叉引巧
[0003] 本申請要求對于W引用的方式整體并入本文中的、由Gordon C. Wilson于2008年 6 月 9 日提交的標題為"In Vivo CAMERA WITH MULTIPLE SOURCES TO 比LUMINATE TISS肥 AT DIFFERENT DISTANCES"的第61/060, 068號臨時美國申請（律師案卷CAP003PV)的優先 權。本申請還要求對于W引用的方式整體并入本文中的、由Gordon C. Wilson于2009年5 月 29 日提交的標題為 "In Vivo CAMERA WITH MULTIPLE SOURCES TO 比LUMINATE TISS肥 AT DIFFERENT DISTANCES"的第12/4754, 358號非臨時美國申請（律師案卷CAP003 U巧的 優先權。
【背景技術】
[0004] 已經開發出配置用W從生物體的機體內的體內通道和腔內，如胃腸（GI)道內的 腔、管和管狀器官內拍攝圖像的各種現有技術設備。一些現有技術設備被形成為尺寸小到 足W吞咽的膠囊。膠囊通常包含相機W及一個或多個光源用于照明膠囊外的物體，其圖像 將由相機所記錄。膠囊中的電子器件可W由電池或者由來自體外的感應式功率傳輸來驅 動。膠囊還可W包括存儲器用于儲存拍攝到的圖像，W及/或者無線電發射器用于將數據 傳輸到機體外的體外接收器。常用的診斷過程包括活生物體（如人或動物）吞咽膠囊，繼 而膠囊中的相機隨著膠囊在蠕動的作用下被動地移動通過由GI道的內部組織壁所形成的 生物體腔而W不同時間間隔拍攝圖像。
[0005] 根據成像的器官的大小，可W設想兩種一般的圖像拍攝情況。在相對狹窄的通道 中，諸如食道和小腸中，呈楠圓形并且長度小于通道直徑的膠囊將在通道內自然地將其自 身縱向對齊。在幾種現有技術膠囊中，相機位于膠囊一端（或兩端）的透明彎頂之下。相機 朝下面向通道從而使圖像的中也由黑洞形成。人們所感興趣的區域是圖像周邊處的腸壁。
[0006] 圖IA示例說明了現有技術的體內相機膠囊100。膠囊100包括可在器官102 (諸 如食道或小腸）的內腔104內在該器官內部體內穿行的殼體。在圖IA中所示的圖像拍攝 情況中，膠囊100與器官的內表面106相接觸，而相機透鏡開口 110在其視野128內拍攝圖 像。膠囊100可W包括；輸出端口 114,用于輸出圖像數據；電源116,用于為相機的組件供 電；存儲器118,用于儲存圖像；壓縮電路120,用于對要在存儲器中儲存的圖像進行壓縮； 圖像處理器112,用于處理圖像數據；W及LED 126,用于照明器官的表面106從而可W由從 表面散射的光拍攝圖像。
[0007] 當膠囊在其直徑大于膠囊的任何尺度的腔（諸如結腸）中時，出現第二情況。在 該一情況中，膠囊定向的可預見性大大降低，除非有一些機制來穩定它。假設器官中沒有食 物、排泄物或者流體，那么作用于膠囊上的主要的力為重力、表面張力、摩擦力W及腔壁壓 向膠囊的力。腔向膠囊施加壓力，作為對諸如將膠囊推向它的重力等其他力的被動反力，并 且作為蠕動的周期性主動壓力。該些力決定了膠囊在滯留期間的移動及其定向的動態。該 些力中的每一個力的大小和方向受到膠囊和腔的物理特性的影響。例如，膠囊的質量越大， 重力就將越大；而膠囊越光滑，摩擦力就越小。結腸壁中的起伏傾向于將膠囊翻倒，從而使 膠囊的縱軸118不與結腸的縱軸平行。
[000引圖IB示出了通道134的一個例子，如人類結腸，且膠囊100在圖的左側與表面132 接觸。在該種情況下，相機的光軸（未示出）平行于通道134的縱軸（兩個軸在圖中都是 豎直定向的）。膠囊100還具有與其相機的光軸重合的縱軸118。通道134中的脊狀突起 136具有前表面138,該前表面138為可見的并且因而在膠囊100接近該脊狀突起（假設膠 囊100在圖中向上移動）時被其成像。然而，對于透鏡開口 110,脊狀突起136的背面140 是不可見的，并因此無法形成背面140的圖像。具體而言，膠囊100錯過了表面140的部分， 并且注意，其錯過了通道134中被示為息肉142的不規則物。
[0009] 在圖IB中，將透鏡開口 110的視野內的H點標記為了 A、B和C。透鏡開口 110對 于該H點的距離是不同的，其中可視范圍112在膠囊的一側比另一側更寬闊，因此需要大 景深來同時為所有H個點產生適當的聚焦。并且，如果LED(發光二極管）照明器在整個角 度FOV(視野）中提供均勻的光通量，那么相比于B和C點，A點將被更為明亮地照明。因 此，對于B點的最佳曝光導致在A點曝光過度并且在C點曝光不足。對于A點的最佳曝光 導致在B和C點曝光不足。對于每幅圖像，僅有FOV的相對較小的百分比將具有適當的聚 焦和曝光，從而使系統的效率低下。功率會由可能為CMOS或CCD像素陣列的成像器和閃光 燈消耗在圖像的各部分上。另外，沒有圖像壓縮的話，更多的系統資源會消耗在對具有低信 息含量的圖像的部分的儲存或傳輸上。為了最大化充分成像結腸內的所有表面的可能性， 在該現有技術膠囊的使用中需要大量的兀余度，亦即多個重疊圖像。
[0010] US 6, 836, 377和US 6, 918, 872公開了兩種用于非全景式膠囊相機的現有技術 幾何結構。在US 6, 836, 377中，膠囊彎頂是楠球形的，且光瞳位于其中也而L邸位于焦曲 面上。在US 6, 918, 872中，彎頂是球形的，且光瞳居中于曲面的中也而同一平面中的LED 更為靠近球體的邊緣。剛剛描述的兩項專利W引用的方式整體并入本文中作為【背景技術】。 在轉讓給 CapsoVision, Inc.的標題為"In Vivo Sensor with Panoramic Camera"的、由 Kang-Huai Wang 和 Gordon Wilson 于 2006 年 12 月 19 日提交的美國專利申請 11/642, 285 中公開了用于具有全景式成像系統的膠囊內窺鏡的各種照明幾何結構。剛剛描述的專利申 請W引用的方式整體并入本文中。
[0011] 標題為"Self-St油ilizing Encapsulated Imaging System"的、由 Mintchev 等 人所做出的美國專利公布2006/0178557 W引用的方式整體并入本文中作為【背景技術】。該 一公布描述了在本文所附的圖IC中所示的膠囊內窺鏡，其中發光二極管（LED) 154和成像 器152 (例如CMOS成像器）安裝在膠囊在末端156a與15化之間的中也區域中。膠囊包括 向外部接收器傳輸由成像器152所獲得的圖像的RF發射器158。膠囊還包括電池160a和 160b，W及控制器162。
[0012] 發明人相信，人們期望對用于由內窺鏡對體內通道進行的成像的照明進行改進。
【發明內容】
[0013] 根據本發明，內窺鏡使用多個光源在體腔內提供照明，并且使用其中封閉的相機 來拍攝體腔中組織的圖片。在本發明的某些實施方式中，使用源中的一個（也被稱為"長程 源"）來對位于距內窺鏡的預定距離范圍中的組織進行成像。在剛剛描述的實施方式中，由 源中的另一個（也被稱為"短程源"）來照明位于同內窺鏡相接觸或者與其接近（例如5mm 內）之處的組織。
[0014] 剛剛描述的兩個光源可W基于W下內容相對于下文中描述的相機定位；（1)相機 的光軸與內窺鏡的殼體的內表面的交點，下文的"光軸交點"或者簡單地稱為"交點"；似 殼體的讓來自長程源的光（也被稱為"長程光"）通過其射出殼體的一個區域（下文的"長 程照明區域"）；W及（3)殼體的讓來自短程源的光（也被稱為"短程光"）通過其射出殼體 的另一區域（下文的"短程照明區域"）。具體而言，將短程光源和長程光源定位成使得光 軸交點被包含在短程照明區域內（并作為其一部分），但光軸交點位于長程照明區域之外。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖IA和圖IB W橫截面圖來分別示例說明在小腸和大腸中的一種現有技術膠囊內 窺鏡。
[0016] 圖IC W剖面透視圖來示例說明在由Mintchev等人做出的美國專利公布 2006/0178557中所述的一種現有技術內窺鏡。
[0017] 圖2A W透視圖來示例說明本發明的一個實施方式中的膠囊內窺鏡200,所述膠囊 內窺鏡200具有管狀壁201M，該壁具有成像區域212,該成像區域與光通過其透射用于短程 照明的照明區域210 W及光通過其透射用于長程照明的另一照明區域211重疊。
[001引圖2B和圖2C W透視圖來示例說明在從圖2A的左側看時圖2A的膠囊內窺鏡，從 而示出照明的光束的重疊（圖2B) W及由此形成的合并區域（圖2C)。
[0019] 圖2D W透視圖來示例說明在圖2A的膠囊內窺鏡內的光源布置。
[0020] 圖2E示例說明膠囊內窺鏡200在圖2C的2E-2E方向上所取的橫截面圖。
[0021] 圖2F示例說明根據本發明的另一膠囊內窺鏡的橫截面圖。
[0022] 圖2G示例說明在本發明的又一實施方式中的一種內窺鏡，其中管狀壁具有直徑 大于兩端的中也區域。
[0023] 圖2H示例說明在本發明的另一實施方式中的一種內窺鏡，其中管狀壁具有小于1 的寬高比。
[0024] 圖21 W圖表來示例說明圖2E中所示的下部LED 217和上部LED205根據組織離 內窺鏡的距離所產生的福射能量。
[0025] 圖2J和圖2K示例說明響應于施加到LED 217和LED 205用W產生如圖21中所 示的福射能量的電流，在不同距離處的光束強度分布和光斑尺寸。
[0026] 圖化和圖2M示例說明圖2A的內窺鏡，所述內窺鏡具有封閉在殼體之中的多個 短程源，所述多個短程源位于相對于光軸的公共締度上，但卻位于不同經度（即徑向方向） 上。
[0027] 圖2N示例說明圖化和圖2M的內窺鏡在正常操作中的使用，其中多個短程源創建 出跨越360°的連續重疊的區域。
[002引 圖20示例說明也封閉在圖2L、圖2M和圖2N中所示類型的內窺鏡中的透鏡L1-L4 和傳感器Q1-Q4。
[0029] 圖2P示例說明根據本發明的包括安裝在插入管的一端的圖2A中所示類型的遠側 末端的一種內窺鏡。
[0030] 圖2Q W放大的橫截面圖來示例說明圖2P的遠側末端。
[003。 圖3、圖4和圖5 W取自圖2C的2E-2E方向上的橫截面圖來示例說明在內窺鏡的 H個實施方式中一個或多個光源在相機的視野之外的位置上的定位。
[0032] 圖6 W圖3中所示類型的內窺鏡的放大圖來示例說明實施于一些實施方式之中的 在光源、相機的物鏡W及管狀壁的表面之間的角度關系。
[0033] 圖7、圖8和圖9 W圖3中所示類型的內窺鏡的放大圖來示例說明在一些實施方式 中使用的用于減少發光體的角度色散的光學元件。
[0034] 圖10示例說明在其中通過被定位成使它的"Z"軸穿過發光體的位置的角度集中 器來實施所述光學元件的一個實施方式。
[0035] 圖11 W透視圖來示例說明在內窺鏡的一些實施方式中使用的一種環形角度集中 器。
[0036] 圖12A W側視圖來示例說明圖11中所示的環形角度集中器。
[0037] 圖12B W在圖12C中的A-A方向上的橫截面圖來示例說明圖12A的環形角度集中 器的一部分。
[003引圖12C W頂部立視圖來示例說明圖11的環形角度集中器的一個半部。
[0039] 圖12D W在圖12C中的D-D方向上的側視圖來示例說明環形角度集中器的半部。
[0040] 圖12E W底部立視圖來示例說明圖11的環形角度集中器的半部。
[0041] 圖13 W橫截面圖來示例說明在根據本發明的內窺鏡的一些實施方式中發光體與 復合拋物面集中器的相對位置。
[0042] 圖14A和圖14B分別W頂視圖和側視圖來示例說明在內窺鏡的一些實施方式中多 個發光體和環形集中器的組裝件。
[0043] 圖15和圖16 W橫截面圖來示例說明根據本發明的發光體與集中器的組合的兩個 備選實施方式。
[0044] 圖17示例說明根據本發明的、具有兩個發光體的內窺鏡用于在短距上照明和成 像的使用。
[004引圖18示例說明也根據本發明的、圖17的內窺鏡用于長程照明和成像的使用。
[0046] 圖19示例說明在本發明的一個備選實施方式中的、具有兩個發光體的內窺鏡用 于軸向照明和成像的使用。
[0047] 圖20 W框圖來示例說明用于在圖21中所示類型的照明控制方法中使用的LED的 編號和傳感器的區段的編號。
[0048] 圖21隊流程圖來示例說明在一些實施方式中使用的、用W操作發光體用于全景 式照明和成像的方法。
[0049] 圖22 W圖表來示例說明在根據本發明的一種內窺鏡中在控制器、L邸和傳感器之 間的信號之間的時序關系。
[0050] 圖23 W框圖來示例說明在根據本發明的一種內窺鏡中的包括控制器、L邸和傳感 器的電子電路。
[0051] 圖24示例說明一種單片式傳感器芯片，其中使用四個區域Q1-Q4來拍攝全景 360°圖像的四個部分。
[0052] 圖25示例說明在本發明的一些實施方式中的、具有凸反射面的示例性環形反射 鏡218的尺度。
[0053] 圖26示例說明在本發明的一些實施方式中的、膠囊形狀的內窺鏡的尺度。
[0054] 圖27 W部分橫截面視圖來示例說明在根據本發明的膠囊內窺鏡的一些實施方式 中，由雙層窗口形成H個虛源。
[005引圖28A-圖28D W前視圖來示例說明在本發明的一些實施方式中的膠囊內窺鏡的 窗口上的長程照明區域211、短程照明區域210 W及成像區域212的相對位置。
[0056] 圖28E和圖28G分別示例說明在圖28A和圖28C中所示類型的膠囊內窺鏡中，一 對相鄰成像區域282A與282B彼此間的重疊，W及此外另一對相鄰成像區域282Z與282A 彼此間的另一重疊。
[0057] 圖28F和圖28H分別示例說明在圖28E和圖28G中所示類型的膠囊內窺鏡中的相 鄰成像區域的聯合282。
[005引 圖281和圖28J分別示例說明，在圖28E-圖28F W及圖28G-圖28H中所示類型的 膠囊內窺鏡的展開的管狀壁上，成像區域的聯合282與相鄰短程照明區域的另一聯合281 的位置的相對位置。
[0059] 圖28K和圖2化分別示例說明在圖28A和圖28C中所示類型的膠囊內窺鏡中，成 像區域282A與相應的短程照明區域283A的重疊。
[0060] 圖29A、圖29B和圖29C W部分橫截面視圖來示例說明用于將光源S相對于相機的 光瞳P定位W消除或最小化在圖像中拍攝到虛源的幾何結構。
[0061] 圖30 W橫截面平面圖來示例說明在本發明的一些實施方式中的膠囊內窺鏡中長 程照明源與短程照明源的相對位置。
[0062] 圖31和圖32 W橫截面側視圖來示例說明根據本發明的膠囊內窺鏡的兩個實施方 式，所述實施方式在相機中容納有徑向對稱的光學元件。
[0063] 圖33示例說明相對于內窺鏡的兩個照明區域離胃腸道的距離的變化，根據本發 明發射的能量的變化。
[0064] 圖34示例說明在本發明的一個備選實施方式中，在膠囊的兩端具有兩個相機的 內窺鏡。
【具體實施方式】
[0065] 根據本發明，內窺鏡200 (圖2A)使用多個光源205、206在直徑為D的體腔241內 部提供照明，并且使用封閉在其內的相機拍攝組織的圖像。在一些實施方式中，內窺鏡200 具有大于一的寬高比，W及縱軸222。內窺鏡200的定向由自身通常細長的體腔241的尺 度和定向所決定。體腔241的例子為胃腸道的各個部分，如小腸和結腸（大腸）。注意在 圖2A中，使用了若干條線299作為在殼體201的光滑曲面上的陰影，特別用來在透視圖中 傳達視覺深度。在圖2B-圖2D、圖2G-圖2K W及圖2M-圖2P中也使用了類似的陰影線。
[0066] 參照圖2A，內窺鏡200的源205是"長程源"，其用于對位于腔241中在離內窺鏡 的例如IOmm與35mm之間的預定距離范圍內的組織進行成像。當體腔241的組織與內窺鏡 相接觸時，不使用長程源205。相反，使用主要來自短程源206的照明來對接觸的組織進行 成像。靠近內窺鏡（例如在5mm W內）但不與內窺鏡接觸的組織在本發明的一些實施方式 中由源205和206 -同進行照明。
[0067] 不論如何實施，在許多實施方式中多個光源205和206如W下所述的那樣相對于 相機的光瞳202 (圖2A)定位。光瞳202具有光軸203,其與內窺鏡200的殼體201的內表 面在點204相交。注意，在圖2A中將殼體201說明性地示為了不具有厚度，盡管如本領域 技術人員將很容易地明白的那樣，殼體是具有有限厚度的（例如4mm)。點204在此也被稱 為"光軸交點"或者簡單地"交點"。長程源205被相對于透鏡202定位，使得光軸交點204 位于由長程源205透射的光（也被稱為"長程光"）209通過其射出殼體201的區域（也被 稱為"長程照明區域"）211之外。另外，短程源206被相對于透鏡202定位，使得光軸交點 204位于由短程源206透射的光（也被稱為"短程光")208通過其射出殼體201的另一區域 (也被稱為"短程照明區域"）210之內。注意，短程照明區域210比長程照明區域211大， 通過該樣設計，在組織靠近或觸及內窺鏡時確保組織的照明的充分的均勻性。
[0068] 為總結前述段落中所述的布置，光源205和206被定位成使光軸交點204被包含 于短程照明區域210內（并作為其一部分），但卻位于長程照明區域211之外。在圖2A中 所示實施方式中，長程照明區域211不僅不包含交點204,該區域211也不與殼體201的區 域（也被稱為"成像區域"）212重疊，由組織反射的光（也被稱為"反射光"）通過所述區 域212透射穿過殼體201并被相機所拍攝。在一些實施方式中，光源205和206相對于相 機的光瞳202的具體位置和定向是W改善位于離內窺鏡的多個距離范圍中的組織的照明 的均勻性為目標，而憑經驗確定的。
[0069] 注意，雜散反射光可能通過其他區域進入內窺鏡200,但用于在內窺鏡200內形成 可診斷圖像的光是由區域212的邊界來劃定的。區域212的邊界排除任何未被內窺鏡200 內的傳感器所感測的光。另外，區域212的邊界還排除任何可能被感測到但沒有最終用于 可診斷圖像的光，例如生成在診斷前被"裁剪掉"（即，未使用）的圖像部分的光。
[0070] 成像區域212通常由視野（"F0V")214所確定。視野214是由在穿過光軸交點 204和光軸203的平面中的、在其中位于殼體201之外的組織241形成被相機拍攝用于診 斷的圖像的角度范圍所限定的。注意，視野有時被稱為覆蓋角或者視角。視野取決于她鄰 光瞳202的物鏡的焦距，W及用W記錄圖像的膠片或傳感器的物理尺寸。視野214與殼體 201的相交形成內窺鏡200的成像區域212。在內窺鏡200中，光源205和206中的每一個 都位于視野214之外，W避免對來自該些源的光成像。上述FOV指的是縱向方向；還存對于 橫向方向的角度視野。然而，橫向FOV與當前討論無密切關系。
[0071] 另外，上述在長程照明區域211與成像區域212之間沒有重疊消除了由于殼體201 所反射的長程光209而在被相機拍攝并被用于診斷的圖像中存在虛像（也被稱為"鬼影"） 的任何可能性。在某些備選實施方式中，在相機中形成的圖像中存在來自由殼體所造成的 長程光的反射的鬼影，并且會操作傳感器例如通過裁剪圖像而排除鬼影。在裁剪過程中，圖 像在其中也區域的部分由內窺鏡200傳輸給計算機用于在診斷中的使用，而圖像包含有鬼 影的其余部分則不被處理。根據實施方式，裁減或者由位于機體之外的計算機來執行，在該 種情況下要傳輸整個圖像；或者備選地在殼體201內執行。在剛剛描述的備選實施方式中， 裁減例如由傳感器并且/或者由處理器在電子電路中執行（見圖18)。
[0072] 在上述類型的一些實施方式中，光源206被有意地定位成使短程照明區域210與 成像區域212重疊。剛剛描述的重疊被選擇用W確保短程光208即使在組織與殼體201的 外表面相接觸時，仍然足夠充分地照明組織W在相機中獲得可診斷圖像。
[0073] 在圖2A中所示類型的實施方式中，區域210、211和212橫向定向在例如作為殼 體201的一部分的管狀壁201M(圖2B)上。另外，在圖2A中，管狀壁201M構成具有位于壁 201M的兩側的每一側的兩個彎頂20口和201B的膠囊形狀的殼體201的一部分。在圖2A 中所示實施方式中，管狀壁201M在一側蓋有彎頂形末端（或者簡單地"彎頂")201T并且在 另一側蓋有另一彎頂形末端201B，W實現膠囊內窺鏡。彎頂20口和201B構成還包括管狀 壁201M的殼體的部分。
[0074] 在內窺鏡200 (圖2A)中彎頂20IT和20IB不用于將任何光傳遞到內窺鏡200之 外的區域。彎頂201T和201B也不用于接收任何形成待診斷圖像的光。相反，光通過管狀 壁201M離開內窺鏡200 W及進入內窺鏡200,并且剛剛描述的光相對于內窺鏡的定向在此 被稱為"徑向"。彎頂201T和201B用于（同管狀壁201M-起）為封閉在內窺鏡200內的 光學和電子組件形成水密殼體。注意，根據本發明的內窺鏡的其他實施方式可W具有不同 的形狀，例如圖2Q和圖2R中所示的內窺鏡290在插入管292的一端具有遠側末端291。遠 側末端291還通過與內窺鏡200相似的管狀壁來徑向地照明體腔。注意，在備選實施方式 中，如圖19中所示，區域210、211和212軸向地定向在例如彎頂201T或者彎頂201B上。
[0075] 如W上所討論的那樣，徑向照明內窺鏡（無論是形如圖2A中的膠囊還是形如圖2Q 和圖2R中所示的在插入管292的一端上的遠側末端291)通過管狀壁201M提供照明。管 狀壁201M可W具有圓形橫截面，如圓柱體或者長球體或扁球體形的截頭錐體。內窺鏡的管 狀壁201M可W備選地具有非圓形橫截面，如楠圓形橫截面。無論橫截面如何，大部分的光 (例如能量的50% W上）從側面通過內窺鏡的管狀壁201M(圖2B)徑向地從內窺鏡200射 出。另外，組織反射的光也橫向地向回穿過管狀壁220, W在內窺鏡200內形成待診斷的圖 像（未在圖2B中示出）。
[0076] 在一些實施方式中，最初由殼體內的發光體（如LED)來產生射出內窺鏡的短程光 208,而短程光208在隨后由（也在殼體內的）光學元件分裂為至少兩個部分，該至少兩個 部分分別在殼體上形成至少兩個重疊的光斑。例如，圖2B示例說明了由短程光208通過分 裂而產生的兩個部分所形成的兩個光斑210A和210B。將短程光208分為兩個或多個部分 使組織的更大區域能夠由重疊光斑所照明，其相對于在其中也具有單峰的單個光斑而言在 整個照明區域上提供更大的能量分布均勻度。
[0077] 在圖2B中所示例子中，兩個光斑210A和210B在殼體201上相互重疊，W形成如 圖2C中所示的短程照明區域210的至少一大部分（例如其面積的50% W上）。在圖2B和 圖2C中，通過短程光208的第H部分還形成了第H光斑210C，并且該光斑被包括在短程照 明區域210中。在一個示例說明性實施方式中，短程光208的兩個大致相等的部分（能量 的大約25% )形成光斑210A和210B。在所述示例說明性實施方式中，短程光208的另一 部分（能量的大約50% )形成第H光斑210C。
[0078] 如本領域技術人員將很容易明白的那樣，形成短程光208的各個部分的百分比的 例子在不同的實施方式中會有所不同。另外，其他實施方式（未示出）僅將短程光208分 裂為兩個部分，即不形成第H光斑210C。還有其他實施方式（也未示出）將短程光208分 裂為四個或更多個部分，即形成短程照明區域210的四個或更多個光斑。另外，還根據實施 方式，短程光208的光斑可W合并在一起來形成單個的連續區域，或者可W不合并在一起。
[0079] 在內窺鏡200中，根據實施方式，長程照明區域211和短程照明區域210可W相互 重疊或不重疊。還根據實施方式，成像區域212可W與長程照明區域211重疊或不重疊。
[0080] 在許多實施方式中，由兩個光束208A和208B (圖2D)形成兩個光斑210A和210B， 該兩個光束是短程光208 (圖2A)的兩個部分。光束208A和208B分別由位于光軸203的 相對兩側的兩個光源206和218透射向殼體201的內表面。在圖2A和圖2D中將光軸203 示為了水平線，并且為了方便，在此將光軸203的兩側稱為在光軸的"上方"和"下方"，盡管 應當理解根據軸203相對于觀察者的定向，該兩側的定向是不同的（例如如果軸203是垂 直定向的，那么為"左側"和"右側"）。
[0081] 參照圖2D，光源206位于光軸203下方并且透射光軸203之下的光束208A的大部 分（例如其中能量的50% W上）。相應地，光軸交點204位于光斑210A的頂部部分中。在 一些實施方式中，發光體位于光軸203之下，并且該發光體被包括在光源206之中，該光源 額外地包括對接收自發光體的短程光208進行分裂的光學元件。光源206位于光軸203之 下并且位置足夠靠近（例如接觸）殼體201從而使光束208A在殼體201上的入射角大到 足W在區域212內最小化或者消除相機對光束208A直接被殼體201所反射的任何部分的 拍攝。
[0082] 除了上述光束208A W外，上述光學元件在一些實施方式中從接收自發光體的光 208形成光束208B。光束208B最初由光學元件跨越光軸203透射到光源218。如圖2D中 所示，光源218位于光軸203上方，并且包括反射面，該反射面再透射接收自發光體的光束 208B的大部分W在殼體的內表面上形成光斑210B。光軸交點204位于光斑210B的底部部 分中。注意，在圖2B-圖2D中所示的實施方式中，光斑210B的底部部分與光斑210A的頂 部部分重疊，并且交點204位于重疊處內。另外，在圖2B中所示的實施方式中，光斑210A 和210B沿著與縱軸222對齊的（例如5° W內）方向相對于彼此對齊。注意，同樣地在該 里，光源218的位置足夠靠近殼體201，從而使光束208B的入射角大到足W最小化或者消除 相機對光束208B直接被殼體201所反射的任何部分的拍攝。
[0083] 在圖2D中所示的示例說明性實施方式中，光學元件在對短程光208的分裂中還形 成第H光束208C，并且光束208C直接入射在殼體201上W形成光斑210C，其大部分位于光 斑210B下方（其間具有小部分重疊）。注意，光斑210C位于成像區域212之外的照明區域 210中。相應地，在組織與殼體接觸時入射在光斑210C上的第H部分的大部分都不會到達 相機。然而，光束208C在組織位于離殼體的較短距離處（例如5mm遠）時通過短程照明區 域210提供不會到達相機的照明。
[0084] 圖2E示例說明了 W上參照圖2A-圖2D所述類型的內窺鏡200的一個實施方式的 一個示例性實施。具體而言，如圖2E中所示，發光體217向光學元件216提供短程光，所述 光學元件216如W下所述那樣將短程光分裂為H個光束。一個光束208C (圖2D) W強度分 布219C直接入射在殼體上（圖2E)。另一光束208A (圖2D)主要在光軸203下方并且W強 度分布219A入射在殼體上（圖2E)。第H光束208B (圖2D)跨越光軸203,并且由反射鏡 218所反射并隨后W強度分布219B入射在殼體上（圖2E)。光學元件216的一個例子是如 下文所討論的復合拋物面集中器（compound par油olic concentrator,CPC)。透鏡L是相 機的物鏡，并且通過其接收的光由反射鏡M反射到傳感器232用于感測和存儲圖像。
[0085] 注意，圖2E中所示的實施是關于縱軸222對稱的，并且內窺鏡200具有在長程源 205中的發光體的四個副本、另一發光體217和光學元件216 ( -起形成短程光源）、光學元 件218 (其與發光體217和光學元件216 -起形成另一短程光源）、透鏡L和反射鏡M。還 要注意的是，傳感器232和發光體217都由板249所支撐。在另一實施方式中，在八個徑向 方向中的每個方向上有一對發光體（總共有十六個發光體），用于產生體腔的360 °全景圖 像。
[0086] 盡管圖2E中所示的內窺鏡200在給定徑向方向上具有兩個發光體，但是如在圖2F 中所示的橫截面圖中所示的那樣，備選實施方式可W在單個徑向方向上使用四個發光體。 在圖2F中，內窺鏡250包括用來作為兩個長程光源的兩個發光體221A和224A。另外，內窺 鏡250還具有用來作為短程光源的兩個額外的發光體222A和223A。另外，在一些實施方式 中，發光體被定位在內窺鏡中用W沿著四個徑向方向（例如，在從上方看時，圍繞殼體的圓 形邊界的北、南、東和西）中的每個方向照明。在圖2F中將在相應的H個徑向方向上的H 組光源示為了在西方的源221A、222A、223A和224A、在北方的源221B、222B、223B和224B， W及在東方的源221C、222C、223C和224C(而在南方的源未于圖2F中示出，因為圖2F是橫 截面圖）。在某些實施方式中，發光體被定位在內窺鏡中用W沿著八個徑向方向（例如，再 次在從上方看時的北、東北、東、東南、南、西南、西W及西北）中的每個方向照明。
[0087] 圖2A中所示的實施方式具有大于1的寬高比，據此內窺鏡200具有沿著軸222的 比位于橫截軸222的橫截面內的任何其他尺度更大的尺度。例如，內窺鏡200具有沿著管 狀壁201M的比管狀壁210M的外徑（在圓形橫截面的情況下）更大的長度。相應地，在剛 剛描述的實施方式中，管狀壁202具有圓柱形的形狀。
[0088] 在本發明的幾個備選實施方式中，內窺鏡具有橫截面沿內窺鏡的長度變化的管狀 壁。例如，圖2G示例說明了內窺鏡223,其中管狀壁224在中部具有比在兩端處的外徑226 更大的外徑225 (在圓形橫截面的情況下），即管狀壁224在其中也具有凸出部分。在另一 例子中（未示出），根據本發明的內窺鏡的管狀壁具有較窄的中央部分與較寬的兩端，即沙 漏形。如W上在本發明的某些實施方式中所述的那樣，無論管狀壁的形狀如何，照明和成像 是通過管狀壁的各個重疊和非重疊區域來執行的。
[0089] 此外，在圖2H中所示的另一備選實施方式中，內窺鏡227具有小于1的寬高比，據 此沿著軸222的尺度小于在橫截軸222的橫截面中的至少一個尺度，例如厚度229小于直 徑228(在圓形橫截面的情況下）。盡管寬高比小于1，但在該一實施方式中，用于照明和成 像的重疊和非重疊區域也是如上所述形成在管狀壁229上的。
[0090] 在一個示例說明性實施方式中，內窺鏡200(圖2B)具有1. Icm的直徑231和2. 6cm 的長度232。注意，在該一示例說明性實施方式中，管狀壁201M具有高度為5. Omm的透明窗 口。另外，成像區域212 (圖2A)具有表示為弧長的0.9cm的寬度，W及0.5cm的高度。此 夕F，照明區域210 (圖2C)不具有確切的邊界。因此，圖2C中所示的輪廓是對于特定強度水 平，如最大強度的10%的。在示例說明性實施方式中，輪廓210具有0. 7cm的高度和0. 7cm 的最大弧寬。此外，注意管狀壁201M (圖2B)具有2. Ocm的長度。并且，彎頂201T和201B 中的每一個都具有0. 3cm的高度（見圖2C)和1. Icm的直徑（該直徑與管狀壁的直徑相 同）。注意，在此標示的尺度僅僅是為了示例說明，而在其他實施方式中使用了其他尺度。
[0091] 在一些實施方式中，成像區域212(圖2A) W及照明區域210和211的位置更為靠 近頂部彎頂201T (也被稱為"近端"），而更加遠離底部彎頂201B (也被稱為"遠端"）。內 窺鏡內封閉于兩個彎頂20口和201B或其中之一內或者鄰近兩個彎頂20口和201B或其中 之一的鄰近空間在某些實施方式中用于容納各種電子組件，如通常用于膠囊內窺鏡的類型 的電池和無線發射器（未示出）。
[0092] 在其他實施方式中，照明和成像區域210和212重疊出一條中線（例如"赤道"）， 該中線位于離膠囊內窺鏡的兩個彎頂201T和201B上的兩個最遠點中的每一個點的等距離 處。在其他實施方式中（也未示出），照明和成像區域210和212居中于中線上并且在該 些實施方式中該中線穿過光軸交點204(圖2A ;未示出中線）。在一些實施方式中，成像區 域212和照明區域210 (如圖2A中所示）具有它們相應的互相偏離的中也，盡管在其他實 施方式中該兩個中也是重合的。
[0093] 參照圖2A，照明區域210是由來自位于接近遠端201B處的短程光源206的光所形 成的。短程源206在沿著軸222的縱向方向上從光軸203偏移距離233。類似于光源206， 長程光源205也在沿著軸222的縱向方向上從光軸203偏移，但方向是相反的。在圖2A中， 光源205 W離光軸203的偏移距離234位于接近近端20口處。此外，如圖2B中所示，光源 218是由也在沿軸222的縱向方向上W離光軸203的偏移距離235偏向近端201T的反射鏡 來實施的。
[0094] 源206、205和218定位和定向在被選擇用W確保由管狀壁201M對來自該些源的 光所產生的任何反射都不會進入光瞳202的位置和角度上。在一個示例說明性實施方式 中，短程偏移距離233為0. 2畑1，長程偏移距離234為0. 4畑1，而反射鏡的偏移距離235為 0.4cm。注意，如果來自源的光的角度分布收窄，那么偏移距離可W更小。相應地，由反射鏡 反射的光線到縱向平面上的投影相對于來自其他兩個源的光線而言在狹窄的角度范圍之 中，而由于該個原因，反射鏡的偏移距離相對于其他兩個源的偏移距離而言也是相對較小 的。
[0095] 在一些實施方式中，光源205和206被操作用W根據組織241離內窺鏡200的距 離來產生相對于彼此各不相同的福射能量。組織的距離是由內窺鏡200中（安裝在印刷電 路板249上）的控制器基于被組織反射并被相機的傳感器232感測的光的強度而確定的。 使用感測的強度，施加到源205和206的電流由控制器（見圖23)使用憑經驗確定的在福 射能量與距離之間的關系來自動地改變。在圖2E中所示的例子中，未示出來自源205的光 的強度分布。
[0096] 如果待成像組織與內窺鏡200相接觸，那么可W操作源205來產生最低量的福射 能量（乃至根據實施方式而切斷）。如上所述，接觸的組織是由來自短程源206的光照明 的。當組織遠離內窺鏡時，（根據實施方式）可W同時地、協同地或者同期地使用所有多個 光源205、206和218, W提供生成可診斷圖像所需的照明。相應地，用于成像的源的數量根 據距離而改變，W確保組織的圖像在預定強度范圍內形成在相機內。
[0097] 在一些實施方式中，基于圖像實現由醫生進行診斷所需的細節的分辨率的充分 度，而憑經驗提前選擇預定強度范圍。在其中為內窺鏡確定組織的距離和/或發光體能量 發射的具體方式在各實施方式中是不同的。相應地，鑒于本公開內容，多種用于確定組織的 距離和/或發光體能量發射的方法對于本領域技術人員都將是顯而易見的。
[0098] 在根據本發明的內窺鏡中包括多個光源使內窺鏡能夠通過使用根據組織的距離 的不同量和/或分布的照明來對位于離內窺鏡的不同位置處的組織進行成像。在第一例子 中，當組織位于與內窺鏡的外表面接觸之處或者在離其非常短的距離Dl處（例如所關也的 體腔的直徑D的1/10 W下）時，通過向LED 217提供電流W產生福射能量E2 (圖21)來照 明組織241 ( W及對組織進行成像）。由此產生的照明包括由相應的光束208A-208C經由成 像區域212產生的強度分布291A-219C (圖2J和圖2K)。在該時，長程源LED 205被操作產 生極微量的能量E1，該造成分布215,并且其能量的大部分都在視野214之外，即不用于成 像。因此，如果合適，可W在該個階段將源205關閉。
[0099] 在第二例子中，組織位于離內窺鏡的中間距離D2之處（例如體腔直徑的1/5左 右）并且如圖21中所示在內窺鏡200中的LED 217和205都被驅動用W產生相同量的福 射能量E3。由此產生的照明現在包括強度分布215 (圖2J和圖2K)，其一部分現在與光軸 203重疊，盡管能量的大部分都在軸203的上方。注意，分布219B的峰值（并且因而其中 也）也已經（在縱向方向上）移動到了在分布215的峰值上方的位置。此外，分布219A的 峰值已經從在軸203上方的位置移動到了在峰值219C下方的位置。相應地，在相機的視野 214內的中間距離D2處，長程源LED 205提供與短程源LED 217所提供的照明大致相同的 照明量。
[0100] 在第H例子中，組織位于另一中間距離D3處（例如體腔直徑的1/3左右）并且長 程源LED 205被操作產生幾乎是短程源LED 217的能量E4的兩倍的能量E5 (圖21)。在 距離D3處的強度分布215 (圖2J和圖2K)構成照明的大部分（例如提供> 50%的能量）。 因此，長程源LED 205提供大部分的照明。注意，在距離D3處，分布219A和219B的峰值位 于相機的視野214之外。雖然分布219C的峰值在視野214之內，但該分布對總照明的貢獻 很小（例如20 % W下）。
[0101] 最后，在第四例子中，組織位于大距離D4處（例如體腔直徑的1/2左右），長程源 LED 205被提供W比短程源LED 217的功率P4(其功率P4保持與在距離D3處的功率相同） 大一個數量級的功率P6。如圖2K中所示，來自長程源LED 205的強度分布215提供主要照 明。在距離D4處，來自短程源LED 217的貢獻最小（例如5%或更小）。
[0102] 注意，在圖21中所示類型的一些實施方式中，每個像素的積分時間都相對于另一 像素移位，盡管像素都具有公共積分時間，在此時間中內窺鏡內的每個LED例如被一個接 一個地按順序開啟，或者全都被同時開啟。還應注意，由L邸發出的（并且因此被像素捕獲 的）福射能量的量取決于LED被開啟的持續時間W及LED在其開啟期間的功率輸出。在下 表中為一個特定的示例說明性實施方式提供了W上所討論的距離與福射能量的總結，且下 表中的數字為例子，其在其他實施方式中具有不同數值。在下表中，P為從內窺鏡的縱軸 到組織所位于其中的平面的距離，R為內窺鏡的半徑，Utop與頂部長程LED的光能成正比， 而化Ottom與短程源LED 217的光能成正比
[0103] P /民 Utop Ubotto田 m TTo 0.004~〇2 D2 TTs 〇7^ 〇3 D3 [Tl [oT |0. 05 D4 tTo TTo 05
[0104] 圖2J和圖2K中所示的強度分布是基于具有凸反射面的環形反射鏡218的。強 度分布對于平面反射鏡218是大致相同的，盡管確切的分布形狀變得稍窄。注意，來自長 程LED 205所透射的光的分布215中的峰值大體上跟隨一條W L邸的角度（例如相對于光 軸203為20度）傾斜的線。所W，如果LED 205的傾斜改變，那么分布215的中也與光軸 203相交的水平距離也會改變。該距離由（L邸離光軸的距離）/tan (傾角）給出。在沒有 來自短程LED的大量照明的情況下，該是長程照明的強度分布在其上相對于相機對稱的距 離。對于更大的距離，所述分布不太對稱但均勻性實際上得到了改善，因為分布的擴散比視 野的擴展更快。
[0105] 如上所述，圖2A示例說明了內窺鏡200在一個方向上（亦即在圖2A中朝向西方 或左側）的徑向照明，盡管內窺鏡200在其他徑向方向上（例如3個額外的方向上）具有 類似的結構，W實現在直徑為D的體腔（圖2A)內的全向的組織241的360°全景圖像的生 成。具體而言，如圖化中所示，除了短程光源LED 217之外，內窺鏡200還包括H個額外的 短程光源LED 242、243和244,它們安裝在其中安裝有LED 217的公共橫向平面251內。在 LED 217形成照明區域210的同時，其他源形成圍繞內窺鏡200的管狀壁的其他照明區域。 具體而言，如圖2M中所示，源242形成照明區域252,該區域252位于與區域210不同的經 度處。注意，區域252和210彼此相鄰并且具有重疊，使得該兩個區域在同時開啟源217和 242時合并形成如圖2N中所示的連續區域253。
[0106] 注意，內窺鏡240還包括形成如下圖像所需的各種光學和/或電子組件，該些圖像 可W由計算機（未示出）結合W形成連續的360°全景圖像。例如，一些實施方式使用具有 極寬視野（例如160° )的廣角透鏡作為物鏡。在內窺鏡200內來自透鏡的光路中包括一 個或多個額外的光學元件，如反射鏡、透鏡和/或棱鏡，例如用W創建用于由傳感器進行拍 攝的適當圖像。注意，在一些實施方式中，如本領域技術人員鑒于本公開內容將會明白的那 樣，額外的光學元件包括反射鏡并跟隨WH個透鏡，該H個透鏡被選擇用W確保低像差和 崎變并且用W提供適當的視野。某些示例說明性實施方式包括如在此W引用的方式整體并 入本文中的由Gordon Wilson等人于2009年5月11日提交的標題為'卞olded Imager"的 美國申請12/463, 488中所述的額外的光學元件。
[0107] 內窺鏡200可W封閉在幾個縱向平面中的每個平面中用作物鏡的幾個透鏡（例如 4個透鏡），并且來自物鏡的光（在必要時）經由額外的光學元件傳到相應的傳感器。圖20 示例說明了透鏡L1-L4,該些透鏡被用作用于進入內窺鏡的反射光的物鏡。來自透鏡L1-L4 的光由反射鏡（未在圖20中示出；見圖2E中的反射鏡M)反射，并且穿過額外的透鏡到達 傳感器Q1-Q4用于在其中成像。
[0108] 盡管在圖2A-圖2F中已示出了膠囊狀內窺鏡，但在圖2P中所示的一個備選實施 方式中，內窺鏡290包括在插入管292的一端的遠側末端291。管292連接到控制部分293， 其繼而連接到通用線294。如圖2Q中所示，遠側末端291包括管狀壁291M W及在其近端的 頂部彎頂29口，但不在底部具有另一彎頂。相反，遠側末端291的底部連接到插入管292。 注意，遠側末端291通過管狀壁291M徑向地照明體腔。
[0109] 根據本發明的膠囊內窺鏡300(圖3)通過使用透鏡301作為相機304的物鏡來對 靠近或觸及膠囊殼體的體內物體進行成像。透鏡301具有相關的輸入光瞳P (圖3)。注意， 圖3示意性地示例說明了具有單個物鏡301、光瞳P W及有圖像305形成于其上的圖像平面 I的膠囊內窺鏡300。為簡單起見，在圖3中將相機304示為建模為具有并置的輸入和輸出 光瞳W及取值為1的角放大率的小孔。
[0110] 在圖3中，透鏡301具有朝向并從側面穿過膠囊內窺鏡300的管狀壁351中的窗 口 303的視野（FOV)。術語FOV表示整個成像系統在所有方向上的視野，并且由在圖像平面 I的目標區域R上生成圖像305的關于光軸306的視場角范圍所限定。物鏡301可W具有 生成溢出圖像平面I上的目標區域R的圖像的更大的F0V。例如，目標區域R可W由圖像傳 感器I上的所有有效像素或者由該些像素的子集所限定。
[0111] FOV在膠囊內窺鏡300 (圖3)的縱向平面中的投影被稱為縱向F0V。縱向FOV的 一個例子是圖2A中的視野214。FOV在（垂直于縱向平面的）橫向平面中的另一投影被稱 為橫向F0V。如果膠囊內窺鏡如圖3中所示的那樣垂直定向，那么縱向FOV位于（與圖3中 的紙面相同的）垂直平面內，而橫向FOV則在（垂直于紙面的）水平平面中。縱向FOV跨 越在光軸306的任一側的角度并由如圖3中所示的透視線A和B所劃定。相應地，橫向FOV 位于穿過膠囊內窺鏡300 (圖3)的光軸306的平面之中。包括在膠囊內窺鏡300中并位于 不同經度上的多個物鏡的橫向FOV在它們的邊界處重疊，從而使如上文中參照圖20所述的 由相機304成像出360°的全景圖。
[0112] 短程光源302位于膠囊內窺鏡300之內但在相機304的主體之外。因此，來自源 302的照明光的一部分經由光學窗口 303穿過管狀壁351射出。反射的圖像形成光通過同一 光學窗口 303返回到膠囊內窺鏡300中并由相機304采集用W形成（未在圖3中示出的） 外部物體的圖像305。相機304還可能拍攝到由窗口 303的外表面303E和內表面3031所 反射的照明光。該些反射在圖像305中呈現為光斑，從而降低了圖像的質量及其診斷價值。
[0113] 為了由膠囊內窺鏡300進行的彩色成像，將短程光源302實施為白色光源。在一些 實施方式中，白色光源是通過使用封裝有磯光體的藍色或紫外L邸而形成的，該磯光體在 被藍色或紫外L邸激發時會在更長的可見波長上發光。為了最小化腔體尺寸，在幾個實施 方式中使用了具有導電襯底的LED,從而只需要一條接合線W及相關的接合焊盤。備選地， 在某些實施方式中結合了在諸如紅色、綠色和藍色的不同波長上發光的多個LED。還有膠囊 內窺鏡300的其他實施方式使用包括有機LED(OLED)、電致發光設備W及英光源的光源。
[0114] 在膠囊內窺鏡300的一些實施方式中，在內表面3031和/或外表面303E上使用 了抗反射（"AR")涂層，W減少該些反射。具體而言，使用諸如噴姍涂覆法和蒸發涂覆法的 標準工藝，將AR涂層應用到與來自其源的材料的視線流大致垂直的表面。相應地，在一些 實施方式中在膠囊內窺鏡的外表面303E上執行了膠囊內窺鏡中的圓柱形管狀壁的抗反射 涂層。如聚合物的材料的保形涂層或者微結構到管狀壁上的印刻或蝕刻是在該樣的實施方 式中使用W實現AR涂層的各種技術。
[0115] 在膠囊內窺鏡300的一些實施方式上使用的AR涂層被設計為至少如用W形成內 窺鏡300的管狀壁的聚合物材料那樣好地抗劃傷，并且滿足其諸如疏水性和生物相容性的 其他要求。即使有AR涂層，一定程度的反射還是會在一些實施方式中被成像到。另外，在 其中AR涂層不可用或者難W應用的膠囊內窺鏡的實施方式中，沒有使用AR涂層。相反，在 膠囊內窺鏡300的一些實施方式中使用了某些照明體和/或相機幾何結構來確保內反射不 與圖像傳感器I上的圖像305重疊。
[0116] 具體而言，如圖3中所示，內壁3031和外壁303E全都將來自短程光源302的光反 射回膠囊內窺鏡300中。反射看起來來自源302的鏡像，亦即虛源VSl和VS2。鏡像在圖 3中的水平方向上被作為內窺鏡300的管狀壁351的一部分的窗口 303的圓柱形形狀所扭 曲。在圖3中的垂直方向上，鏡像VSl和VS2并未扭曲，除非膠囊300的管狀壁不精確地為 圓柱形。例如，膠囊內窺鏡300可能是長球體。
[0117] 第H反射，例如來自外壁303E的兩個反射和來自內壁3031的一個反射的光路產 生第H虛像，其位于距膠囊內窺鏡300比虛源VSl和VS2更遠的距離處。由于W下原因，第 H虛像比圖像VSl和VS2暗得多。反射光線中的能量在n次反射后被降低為1/r。對于垂 直入射，空氣中的聚合物的反射率通常為3-5%。非偏振光的反射率隨著單一電介質界面上 的入射角而增大。相應地，在膠囊內窺鏡300的一些實施方式中短程光源位置和物鏡位置 的幾何結構并不與第H虛像是否被相機304所拍攝相關。
[0118] 膠囊內窺鏡300內的其他反射面可能與表面3031和/或303E相結合產生顯著的 次級反射。例如，如果相機304的主體是反射性的，那么將會在膠囊內窺鏡300外比VSl和 VS2更遠處產生兩個額外的虛源。因此在本發明的一些實施方式中相機304的主體具有底 反射率表面。
[0119] 如果虛源VSl和VS2位于FOV內并且源302向寬角度范圍中發光，那么在圖像305 中將會拍攝到鏡像VSl和VS2。如果虛源VSl和VS2如圖3中所示位于FOV外，那么它們就 不會被成像。在圖3中使出了兩條示例性光線。一條光線307從內壁3031反射向光瞳P。 另一光線308從外壁303E反射向光瞳P。VSl和VS2因此在物體空間中具有與光瞳P的直 接視線。然而，該些視線在FOV之外，所W反射VS1和VS2不呈現在目標圖像305中。
[0120] 在內窺鏡300的某些實施方式中，將短程源302與光軸306保持了一定距離（例 如4mm)。源302越靠近膠囊內窺鏡300的縱軸309,其離光軸306的距離就越大。同樣地， (圖3中所示的）縱向FOV越大，源302的位置就離光軸306越遠。然而，如圖3中所示的 用W將反射保持在圖像之外的源定位具有某些缺點。例如，由于源302被迫更加遠離光軸 306,所W膠囊內窺鏡300的光學系統的體積會增大。在一些實施方式中通過使用靠近管狀 壁351的窗口 303安置的小源302 (即它們占據小寬度的環形部分）來降低膠囊內窺鏡300 的高度。靠近內窺鏡300的殼體的小源產生不均勻的照明和"生硬的"陰影。相應地，在膠 囊內窺鏡300的一些實施方式中，使用了具有相對于被照明物體的< 60°的入射角的大漫 射光源作為短程源302, W產生更好的組織照明。
[0121] 另外，在膠囊內窺鏡300的一些實施方式中使用了具有小于幾毫米的尺度的白色 源。膠囊內窺鏡300的其他實施方式使用了由與磯光體一起封裝在環氧樹脂中的藍色或紫 外L邸所形成的白色LED。并且在膠囊內窺鏡300的某些實施方式中，L邸的芯片與封裝 物、正電極W及負電極一同位于反射腔中。反射腔被設計用W將來自全方位發光的L邸和 英光體的光有效地從封裝物散射到半球形分布中。芯片附接W及引線接合工藝限制了腔可 W相對于芯片制成多小。
[0122] 在膠囊內窺鏡300的一些實施方式中，L邸襯底是絕緣的并且兩組引線接合被包 括在內窺鏡中，用W將芯片連接到每個電極。在膠囊內窺鏡300的其他實施方式中，LED 襯底是導電的，并且L邸使用導電環氧樹脂或焊料接合到一個電極并且導線接合到另一電 極。剛剛描述的實施方式具有單個導線接合，并且產生比使用兩組導線接合更為緊湊的膠 囊內窺鏡300。一個示例說明性實施方式使用W下器件作為源302,該器件為：可購自化ee， Inc.，4600Silicon Drive,Durham,NC 28703,USA Tel ;+l. 919. 313. 5300，www. cree. com的 EZBri曲t290。
[0123] 在一些實施方式中，內窺鏡400(圖4)具有包括反射腔401和發光二極管 (LED) 402的短程光源409。腔401引導來自LED 402的光通過光圈403,并且通過管狀壁的 窗口 404射出內窺鏡400。在該些實施方式中，光源位于距光軸406的（沿未在圖4中示出 的縱軸測量的）預定距離405處，從而使虛源VS3的光圈407處于FOV之外。
[0124] 在某些實施方式中，將短程光源安置成使得一個或多個其鏡像將會處于FOV內， 但卻是為了有意地放置在光源與管狀壁中的窗口之間的內壁（即擋板）的存在，W確保從 光瞳到虛像沒有視線。例如，在圖5中所示的一個該樣的實施方式中，光源S比圖3中的光 源302更高（即更加接近光軸），從而使得在圖5中虛像VS4的一部分位于FOV內。圖5的 內窺鏡還包括與內窺鏡的管狀壁垂直并且位于光源S的上方的擋板。在圖5中所示的例子 中，內窺鏡的管狀壁是垂直定向的；而擋板501是水平定向的、外圍安裝的并且位于物鏡與 光源S之間的平面中。擋板501在一個示例說明性實施方式中形成為環形壁。
[01巧]擋板501反射或者吸收入射光線，如來自源S的光線或者由窗口 503所反射的光 線。在圖5的實施方式中，擋板的虛像502阻擋了 FOV內的虛像VS4與P之間的視線。注 意，擋板501在被照明于內窺鏡外的物體（例如組織）上產生陰影，如果被拍攝在可診斷圖 像中那么該可能是個缺點。注意，圖2E中的反射鏡218為擋板，因為其阻擋了來自源205 的光線形成可被相機拍攝到的虛像。
[0126] 在一些實施方式中，源通過其發光的光圈部分地或者完全地位于FOV內，盡管從 光圈發出的光線角度的范圍如圖6中所示的那樣受到限制。具體而言，在圖6中，從源S的 光圈發出的光線在U點上從窗口 601反射。光線到包含有U和弧AUB(由窗口 601與包含 有U并且平行于光軸PQ的平面的相交限定）的曲率中也C的垂直平面上的投影在U處形 成與窗口 601的法線N的夾角0 1。對于圓柱形的窗口 601，C在內窺鏡600的縱軸（未在 圖6中示出）上。設a為法線與光軸PQ之間的角度。如果0 i > 0胃+〇，那么反射光線 607(圖6)不會進入光瞳P，并且在根據本發明的內窺鏡600的一些實施方式中滿足了該一 條件。
[0127] 圖7示例說明了包括由位于腔702內并安裝在印刷電路板（PCB) 703上的LED 701 構成的短程源709的一些實施方式的內窺鏡700。在同一 PCB 703上安裝了圖像傳感器 704。反射鏡705將光軸折疊并且將圖像形成光引導至傳感器705上。短程源709將光發 射至減少光的角度色散的光學元件710,即角度集中器710的輸入光圈Al中。光通過輸出 光圈A2射出集中器710。
[0128] 在內窺鏡700的某些實施方式中，角度集中器710將所有方向上的角度發散限制 到半角0 2,并且目是相機711的光軸706與集中器710的光軸707之間的角，而a是殼 體表面法線N與相機的光軸706之間的角（見圖6)。該樣的實施方式通過滿足W下的0 2 < e-0pw-2a的條件而確保內反射處于FOV之外。注意，對于幾個該樣的實施方式，目在 45°到135°的范圍之中。在一些實施方式中，窗口 712的形狀為圓柱形（或者圓錐形）， 光瞳P位于圓柱（或者圓錐）的縱軸上，并且集中器710只將（相對于窗口的）徑向方向 上的發散限制到0 2。在同時限制切線方向上的發散（盡管不一定要到與0 2 一樣小的角） 的其他實施方式中不滿足該些條件。一般而言，將發散限制成使得Si > 0胃+a,其中01 對于所有發射自A2的光線都如上文所定義。
[0129] 在內窺鏡700的若干實施方式中，根據福射定理將一個維度中的最大角度集中度 定義為了 _ sin 0, a,
[0130] Cmax ^ = ^ 別 n 02 。1
[0131] 其中和02為入射角和出射角，ai和32為輸入光圈直徑和出射光圈直徑。Cm" 的定義假設了輸入介質和出射介質為空氣。如果將集中器710的輸入光圈Al直接地定位 在其中安裝有LED 701的腔702中的封裝體上，那么只有那些不遭受到全內反射的光線會 進入集中器710,并且輸入被認為是該些光線在折射后進入自由空間。Cm。,量化了使用集中 器710相對于沒有集中器的情況對角度的最大可能減小。如果01= n/2,那么
[013引 sin 02 含 ^ O 幻2
[0133] 圖8示例說明了使用準直透鏡801來形成角度集中器802 W減少來自短程源803 的光的角度發散的內窺鏡800。在圖8中，集中率受到透鏡801的數值孔徑（NA)的限制。 由于01= /2,所W進入輸入Al的來自源803的大部分光都不會穿過透鏡801。一般而 言，如果所需的數值孔徑（NA)趨近于1，那么成像系統，即使是具有多個透鏡的復雜成像系 統，都不是高效的角度集中器（即準直器）。
[0134] 另一方面，非成像集中器的集中率可W趨近于Cm"。圖9示例說明了使用復合拋物 面集中器（CPO902作為角度集中器的內窺鏡900。集中器902的兩側具有反射面903和 904。根據實施方式，集中器902的主體可W如則則壁的鏡像表面903和904示出的那樣為 中空的，或者備選地集中器902的主體為具有側壁的電介質，其表面903和904面向彼此并 且使用全內反射（TIR)來將光從每個表面反射到另一個表面。因此內窺鏡900的一些實施 方式使用槽形二維CPC來近似甚至達到最大理論光學集中度。該樣的實施方式中的內窺鏡 900的變型包括截頂CPC，其高度被降低而僅損失很小的集中率。內窺鏡900的某些實施 方式使用例如具有平面傾斜壁的其他形式的集中器，實現比CPC低但可能仍然有用的集中 率。
[01巧]在圖10中示出了在內窺鏡900的一些實施方式中使用的CPC902的橫截面的幾 何結構。CPC 902的輸入光圈為QQ'。集中器902的一個表面903的輪廓P' Q'為焦點在 Q并且軸與集中器902的軸Z成角度Y的拋物線的一部分。注意，LED 701位于直接面向 輸入光圈QQ'的軸Z上。在內窺鏡900的一些實施方式中將集中器902的長度L選擇成使 得來自Q的偏斜光線在P'與拋物線相交。發射半角為02 = Y。截頂CPC縮短了 L并且 白2> Y。詳情可參閱W引用的方式整體并入本文中的Nonimaging Optics, R. Winston, J. C. Minano, P. Benitez,Elsevier Academic Press,2005,pp.43-97and 467-479。
[0136] 內窺鏡900的一些實施方式包括封閉了具有圖11中所示類型的環形CPC 1100的 全景式成像系統的圓柱形膠囊。CPC 1100在包含有半徑的平面中的橫截面為如圖10中所 示的二維CPC。CPC 1100包括兩個半部，亦即各自粘貼到（被稱為"L邸環"的）環上的第 一半部1101和第二半部1102。每個半部包括由用于結構支撐的徑向福條彼此物理附接在 一起的兩個側壁。例如，在圖11中，第一半部1101具有面向彼此的外側壁1105和內側壁 1106,并由福條1107-1109在其間提供支撐。注意，CPC 1100的兩個半部1101和1102互 為鏡像，并且由于該個原因，當在下文中僅描述第一半部1101時應當理解第二半部1102具 有類似的尺度、屬性等。
[0137] 注意在圖11中，外側壁1105環繞內側壁1106。內側壁的表面1106R面向外側壁 1105的表面1105R，并且該兩個表面1106R和1105R對光進行反射，使其偏轉向上。沿CPC 1100的半徑的分段側壁1105和1106產生形成如圖9中所示的二維CPC的橫截面。相應側 壁1106和1105的邊緣1106E和110祀在底部橫向平面中彼此相鄰。相應地，邊緣1106E 和110祀與兩個相鄰福條的邊緣一同限定CPC1100的輸入光圈在其底面上的邊界（未在圖 11中示出；見圖12巧。
[013引在一些實施方式中，將形式為L邸的短程源定位在CPC 1100的每個輸入光圈下方 的引線框或封裝之中（未在圖11中示出；見圖13)。具體而言CPC 1100在底面1201 (圖 12A)上具有幾個向外的凸出物或圓凸，如圓凸1202和1203。圓凸是按鈕形的并且尺寸和定 位與在其中安裝有LED的引線框中的相應凹陷或凹穴相符并配對。另外，外表面IllU外 側壁1105的表面）被制成漫射性的，從而使來自輸入光圈的光橫向地漫射出表面1111。
[0139] 圖12C W頂部立視圖示例說明了圖11的CPC 1100的第一半部1101。圖12B W 在圖12C中的A-A方向上的橫截面圖示例說明了圖11的環形CPC 1100的第一半部1101。 圖12D W在圖12C的D-D方向上的側視圖示例說明了圖11的第一半部1101。圖12E W在 圖12C的E-E方向上的底部立視圖示例說明了圖11的第一半部1101。注意，CPC 1101的 底面的部分1208被制成漫射性的，從而使入射于其上的光被透射通過CPC 1101并橫向地 通過外表面1111(圖12A)射出。側壁1105和1106的高度為1.0mm。
[0140] 在內窺鏡的一些實施方式中，CPC 1100形成為成型的聚合物并于內表面1106R和 1105R上具有金屬涂層用W形成反射鏡。福條1107-1109的壁是幫助將光向上引導的傾斜 反射鏡狀平面。例如，圖11中的福條1108具有福條壁1108A和1108B，所述福條壁在切線 方向上提供一定程度的集中。如果相機光瞳不位于內窺鏡的縱軸上，福條1107-1109阻擋 具有大切向分量的來自位于CPC 1100的輸入光圈下方的LED的光，否則該光將在從內窺鏡 的殼體內反射時導致LED的幻像。根據實施方式，福條1107-1109可W為吸收式而不是反 射式，盡管該樣會降低內窺鏡對能量的使用效率。
[0141] 圖13示例說明了包括上文參照圖11 W及圖12A-圖12E所描述類型的CPC 1100 的內窺鏡的某些實施方式，所述CPC 1100安裝在引線框1300上使得其中所支撐的L邸面 向CPC 1100中的輸入光圈。在一些實施方式中，長度L在Imm左右。圖13中所示的實施 方式的L邸引線框1300也是形如圖14A和圖14B中所示那樣的環狀。引線框1300包含多 個腔1401-1408(圖14A)。腔1401-1408中的每個腔都容納有在其中封裝有環氧樹脂中的 磯光體的LED。例如，在圖14A中，腔1403容納有通過單接合線1410連接到陰極引線1411 的LED1409。腔1403還容納有陽極引線1412。在一些實施方式中，引線框1300的每個腔 的壁為白色漫反射體。
[0142] LED引線框1300還具有若干凹穴，如凹穴1415(圖14A)，
[0143] 該些凹穴在壓裝或除此之外插入時與CPC 1100的按鈕形圓凸配對并保持其入 位。注意，在一些實施方式中剛剛描述的圓凸和凹穴的位置是顛倒的，即CPC具有凹穴而 L邸引線框具有圓凸。并且根據實施方式，可W使用或不使用其他結構來將L邸引線框1300 和CPC 1100彼此物理結合。
[0144] 在圖13中所示的實施方式中，L邸引線框1300具有腔1403,該腔具有僅部分地位 于CPC 1100的輸入光圈Al之下的光圈A3。具體而言，腔1403的光圈A3的一部分被CPC 1100的外側壁1105的表面1208所覆蓋。在一個示例說明性例子中，A3為0. 9mm而A 1為 0.5mm。因此，來自LED 1409的光通過表面1208進入側壁1105。如圖12E中所示，一些實 施方式的表面1208為漫射式。如果CPC的外表面是透明的，那么任何已進入側壁1105的 該樣的光都隨后橫向地穿過外表面1111射到內窺鏡外的景物。射出表面1111的該束光的 一部分被CPC 1100的反射腔表面所反射。
[0145] CPC 1100的外緣處的表面1111具有粗趟表面從而使從表面1111射出內窺鏡的光 被散射和漫射，用W照明在離內窺鏡的短距到中間距離處的物體（見圖21、圖2J和圖2K)。 在圖13中所示的內窺鏡結構中，同一 L邸通過使用穿過表面1111的漫射照明來提供短程 光用W照明在離內窺鏡的短距或中間距離處的物體，并且還經由光圈A2提供額外的短程 光，用于徑向地照明觸及內窺鏡或者距離內窺鏡很近的物體。例如，環形反射鏡（見圖2E、 圖17和圖18中的反射鏡218)將射出光圈A2的光的一部分反射出內窺鏡的管狀壁的窗口， 而同時所述光的另一部分直接從光圈A2射出窗口。
[0146] 在一些實施方式中，內窺鏡的CPC具有與短程源的光圈A3重合的輸入光圈Al, 其中如圖15中所示的那樣CPC的外側壁與引線框的腔沒有重疊（或者只有微不足道的重 疊）。并且，在某些實施方式中，內窺鏡中的CPC 1600如圖16中所示的那樣，是由電介質材 料制成的，盡管對于CPC的給定長度L而言由于在輸出光圈上的折射而降低了集中率。
[0147] 根據本發明，此處所述類型的內窺鏡的一些實施方式根據組織的距離，通過使用 不同量的能量來照明組織而提供多模態照明。具體而言如圖17中在右側所示，在靠近（例 如< 5mm)或觸及內窺鏡1700的F和G點上的黏膜表面1701由直接W及在從環形反射體 218反射后從CPC 1100而來的光所照明。在圖17中所示的示例說明性實施方式中，反射 體218使來自短程源1703中的發光體的光能夠從視野的兩側到達內窺鏡的照明區域，從 而相比于僅來自視野的一側的短程照明而言，在待診斷的圖像中更為均勻地照明組織表面 1701。
[014引此外，位于與內窺鏡1700相接觸的H點的組織表面1701也由來自表面1111的光 所照明，該光通過如上所述的底面進入CPC 1100,并且被CPC 1100中的凸面所反射。因為 組織表面1701與內窺鏡1700相接觸，所W H點處于相機的FOV之外。然而，隨著距離的增 加，H點落入到FOV之內。相應地，內窺鏡1700例如通過在朝向圖17的右側的方向上主要 僅使用短程源1703內的單個LED而使用最少量的能量。
[0149] 注意，該些實施方式的內窺鏡1700包括額外的LED,所述額外的L邸用于長程源 1704,所述長程源1704在開啟時也在相同的徑向方向（即朝向圖17的右側）上提供光。長 程源1704被縱向地偏離物鏡的光軸定位，例如定位在起擋板作用的反射鏡218的后面。注 意，在內窺鏡的管狀壁上由光源1704照明的長程照明區域（靠近圖17中的E點）與上述 由光源1703所照明的短程照明區域之間只有很少的重疊或者沒有重疊。由光源1704所照 明的長程照明區域的面積比相應的由光源1703所照明的短程照明區域的面積小數倍，并 且在一些情況下小一個數量級。
[0150] 內窺鏡1700隨著要被成像的組織的距離的增加而增加由長程光源1704所產生的 福射能量。與短程光源1701同時使用長程光源1704提供了充足的照明W對位于遠處（例 如?20mm遠）的黏膜1701進行成像。例如，通過開啟兩個光源1706和1707來照明圖17 的左側所示的A-D點。
[0151] 兩個光源1706和1707的同時使用的確使用了最大量的能量（相對于只使用一個 源1706)，盡管該樣的使用提供了更好的圖像，該些圖像實現對諸如胃腸道的體腔的更為徹 底的診斷。可W適度縮放由多個光源1703和1704所產生的用于在給定方向上徑向地照明 的能量，W照明如上文參照圖21所述的位于一個或多個中間距離處的組織。相應地，在本 發明的一些實施方式中的內窺鏡1700多模態地工作，特別是在最小能量模式、最大能量模 式W及一個或多個中間能量模式中。對于某些體腔，如小腸，該些實施方式的內窺鏡1700 通過只開啟短程源，例如源1703(即保持長程源關閉），而連續地工作在最小模式中。
[0152] 注意，盡管在圖17中僅示出了兩個方向相反的透鏡1711和1712,但圖17的內窺 鏡1700并入了光軸相間90°的四個物鏡。在該一實施方式中，有八個L邸排列在環形截頂 CPC 1100下方的環中。所述八個LED發光射出CPC 1100的外表面1111并且還通過CPC光 圈A2(未在圖17中標記）的頂部。來自光圈A2的一些光由位于成像區域上方的環形反射 鏡218向下反射出內窺鏡1700外。在圖17中，反射鏡218相對于光軸的角度被選擇使得 反射的光滿足關系：9,< 02,其中02為射出CPC腔的光在徑向方向上的最大角度，而0, 為從環形反射鏡反射的光線相對于管狀壁的內表面或外表面的角度。
[0153] 注意，除了在圖18中環形反射鏡具有凸橫截面外，圖18中所示的實施方式與上文 參照圖17所述的實施方式相似或相同。使用凸橫截面反射鏡是因為不需要為所有反射光 線滿足0f< 02的關系。反射鏡的反射面的形狀是憑經驗選擇的，用W優化照明的均勻 度。在一個示例說明性實施方式中，反射面的凸部分具有接近于IOmm的曲率半徑。
[0154] 在圖17和圖18的實施方式中，CPC的外緣充分地低于光軸從而使其虛像處于FOV 之外。因此，不會見到任何其單反射幻像。從CPC的腔發出的光的角度受到限制使得反射將 會錯過相機光瞳。此外，如上所述，為了照明遠處的物體，一組L邸在反射鏡上方圍繞內窺 鏡排列。該些LED的輸出光圈充分地高于光軸從而使單反射幻像處于FOV之外。如果黏膜 是靠近的，那么該些L邸主要照明處于FOV之外的區域E，并且由于該個原因而不需要開啟 LED。如果黏膜在中間距離上，那么頂部LH)主要照明黏膜的上半部（D)而從CPC的側面發 出的光則主要照明下半部（C)。如果黏膜在更遠處，那么頂部L邸有效地照明整個F0VQ、 J、K)。
[0155] 在一些實施方式中，下部LED 217(圖2巧確實會發光照在膠囊內的物體上，如相 機的部分，其鏡像在FOV之內。為了最小化幻像，該些物體具有低反射率。并且，通過將表面 制成鏡面性并且適當地選擇它們相對于入射光的角度而控制了來自該些物體的反射角度。 在幾個實施方式中，該些策略能減少但不能消除鬼影。因此，某些實施方式限制下部（也被 稱為"底部")LED 217的強度。隨著黏膜移向離內窺鏡更遠處而提供更多個照明光。然而， 額外的光是從頂部LED 205提供的，所述頂部L邸將它們全部的光都引導至膠囊200之外。 為了試圖產生如下所述那樣均勻的照明，通過改變LED 205和217的強度而控制照明W及 由此的圖像曝光。在一些實施方式中將來自底部LED 217的光通量限制到在黏膜靠近時提 供充足但不高到產生不良鬼影的最大值。
[0156] 本領域技術人員鑒于本公開內容將會明白在此描述的實施方式的眾多修改和適 配。
[0157] 例如，盡管本發明的一些實施方式使用徑向照明，但其他實施方式使用具有兩個 鄰近彎頂形末端安裝的用W在縱向方向上提供照明的光源的縱向照明。具體而言，內窺鏡 1900具有彎頂形末端1903,在圖19中安裝在（垂直于縱軸的）公共平面中并且標記為"LED A"的第一組LED (例如四個LED)通過該彎頂形末端提供照明。第一組LED A用于在組織靠 近或者接觸到內窺鏡1900時提供短程照明。在圖19的實施方式中，內窺鏡1900具有第二 組LED(例如四個LED),其在圖19中標記為"LED B"。第二組LED B用于在組織處于中間 距離乃至位于內窺鏡的預定外界限上的更遠處時提供長程照明。因此，根據待成像的組織 與內窺鏡1900之間的距離，單獨使用第一組LED A或者結合使用第二組LED B(如圖21、圖 2J和圖2K中所示）來提供在內窺鏡1900中生成可診斷圖像所必要的照明。
[015引在圖19中所示的實施方式中，來自第一組LED A的光經由圓柱形壁1901所限定 的光圈1905縱向地（而不是如上文對于其他實施方式所述的那樣橫向地）射出彎頂形末 端1903。壁1901環繞LED A從而使來自第一組的光被引導向光圈1905之外。另外，LED B(在離內窺鏡1900的縱軸的徑向距離上）安裝在比LED A更遠處。在圖19中所示的實 施方式中，LED B環繞壁1901并且面向漫射體1902安裝。漫射體1902例如可W為漫射來 自LED B的光的菲涅爾光學元件、全息元件或者其他光學元件。相應地，內窺鏡1900主要 使用LEDA來照明近處和遠處的物體，并且主要使用LED B來照明遠處的物體。
[0159] 另外，其他實施方式使用人眼不可見的電磁福射（例如紫外或紅外范圍）而不是 光。因此，本發明的范圍涵蓋在此描述的實施方式的眾多修改和適配。
[0160] 圖25 W毫米為單位示例說明了在本發明的一些實施方式中的具有凸反射面的示 例性環形反射鏡218的尺度。另外，圖26也W毫米為單位示例說明了在本發明的一些實施 方式中的包含有圖25的環形反射鏡218的膠囊形狀的內窺鏡的尺度。
[0161] 參照圖13,引線框1300的光圈A3僅部分地位于CPC 1100的輸入光圈Al之下。CPC 1100具有除W上所討論的輸入光圈Al ("第一輸入光圈"）W外的額外的輸入光圈A5 ("第 二輸入光圈"）。光圈Al和A5-同形成讓來自LED 1409的所有光都通過其由CPC1100接 收的輸入光圈A4。具體而言，來自LED 1409的光線1301和1302經由第二輸入光圈A5通 過CPC 1100的表面1208進入CPC 1100。光線1301在進入表面1208時在CPC 1100的側 壁1105內折射并隨后由形成在側壁1105上的層1309反射。層1309具有兩個表面，亦即 形成在位于外表面1111的對側的側壁1105上的凸面1309X，W及形成CPC 1100的內表面 1105R的凹面。
[0162] 更具體而言，如圖13中所示，表面1309X和1105R是除側壁1105之外構成CPC 1100的一部分的層1309的兩側。在一個示例說明性例子中，層1309的表面1309X和1105R 彼此在100微米內，即層1309為100微米厚。層1309 (在圖13中示為粗黑線）的表面1309X 如由光線1301在點1321的反射所示的那樣，將至少一些入射照明反射向外表面1111。注 意，CPC 1100額外地包括另一層1399 (在圖13中不為另一粗黑線），其凹面形成另一內表 面1106R。根據實施方式，可W將層1309和1399中的任一個或二者形成為（a)單金屬層 (例如鉛或銀）或者化）一個或多個電介質層W及/或者一個或多個金屬層的多層堆找。
[0163] 來自LED 1409的從側壁1105內入射在外表面1111(圖13)上的照明通過輸出光 圈A6從CPC 1100漫射出去作為例如分別源自光線1301和1302的光部分1311和1312。 具體而言，如圖13中所示，光線1302經由第二輸入光圈A5也進入側壁1105,盡管其入射角 度及其折射角度具有使得該光線1302不被反射層1309的表面1105R所反射的值。相反，光 線1302在表面1208上折射并在輸出光圈A6上被透射到并且直接入射在表面1111上而沒 有反射，此后漫射出側壁1105如圖13中所示作為光部分1312。相應地，兩個光部分1311 和1312通過折射W及直接透射或者CPC 1100的透射與反射而被再引導向光圈A6, W便入 射在構成由光束208C(圖2D)所形成的一部分的圖2B中的底部光斑210C(見圖2E中的強 度分布219C)上。如上所述，底部光斑210C具有小于膠囊內窺鏡200的短程照明區域210 的總面積的50 %的面積。
[0164] 如上所述，一個光部分1311 (圖13)包括在由LED 1409發出的被層1309的表面 1309X所反射的光部分（"第一部分"）的一部分中。層1309的另一表面1105R接收由LED 1409所發出的進入第一輸入光圈Al的光（由光線1303說明）的另一部分（"第二部分"） 的一部分。如由光線1313(見圖13)所說明的那樣，表面1105R將該部分的大部分反射通過 輸出光圈A2朝向另一光學兀件，亦即反射鏡218。相應地，圖13的CPC 1100具有兩個輸出 光圈，亦即光圈A2和A6,并且該兩個輸出光圈相對于彼此橫向定向（例如定向在90度）。
[0165] 注意，在圖13中所示的實施方式中，來自LED 1409的在第一輸入光圈Al進入CPC 1100的第二光部分的另一部分由到達CPC1100的另一反射層1399的另一內表面1106R的 光線1304所說明。例如如由光線1314所示的那樣，由內表面1106R反射的光也通過輸出光 圈A2射出CPC 1100。根據入射角，光線1314可W被表面1106R W相對于內窺鏡的縱軸的 小到使該光線1314也到達反射鏡218的角度進行反射。如由光線1316所說明的那樣，反 射鏡218也可W接收第二光部分在沒有反射的情況下透射通過CPC 1100的另一部分。如 上所述，從光圈A2到達反射鏡218的光線構成光束208B，其由反射鏡218反射向如圖2B中 所示的頂部光斑2IOB(見圖2E中的強度分布219A)。
[0166] 根據LED 1409與CPC 1100之間的（例如從CPC橫截面的中也測量的）偏移距離 1398,如由光線1319所表示的第H光部分由表面1106R W相對于縱軸的足夠大的角度反 射，使得光線例如經由圖2C中的照明區域210的中間光斑210A在沒有反射的情況下直接 射出內窺鏡（見圖2E中的強度分布219B)。在第H光部分中還包括另一光線1315,該光線 也在其中無反射的情況下透射通過CPC 1100。如上所述，第H光部分形成在中間光斑210A 射出內窺鏡殼體的光束208A。
[0167] 注意，圖13中所示的偏移距離1398決定了透射通過CPC的兩個輸入光圈（具體 為Al和A5)的光的相對比例。如果偏移距離1398增加，那么通過輸入光圈A5的光量會相 對于輸入光圈Al增加。根據實施方式，偏移距離1398可W是輸入光圈Al的寬度的預定部 分（例如H分之二、一半、H分之一，乃至五分之一）。在一個示例說明性實施方式中，偏移 距離1398是輸入光圈Al的寬度的一半，該導致來自LED 1409的光的大約一半進入光圈A5 并通過殼體的非成像區域（例如區域210C)射出側壁1105,而另一半的光進入光圈Al并通 過殼體的成像區域212射出（見圖2A)。
[016引在圖13中所示類型的實施方式中，LED 1409和腔1403內的環氧樹脂中的磯光體 一同形成光源，其中所有來自該源的光都在平面1397的一側（例如底側）發射。注意，CPC 1100 (其為光學元件）位于平面1397的另一側（例如頂側）。此外，如圖14中所示，該源包 括一對由陰極引線1411和陽極引線1412所表示的端子，并且流經其間的電流使發光二極 管產生光。由于所產生的光的一部分直接射出自光圈A3(圖13)，所W LED 1409是該部分 的發射體。所產生的光的另一部分入射在磯光體上，所述磯光體吸收入射光并且使用來自 其中的能量來產生不同波長的光，并且因此磯光體是另一發射體。注意，盡管在圖13和圖 14中示例說明了短程照明源，但在一些實施方式中封閉在內窺鏡的殼體內的兩種類型的源 (長程和短程）205和206是彼此相同的。具體而言，同一 LED的多個副本被用作了長程源 205并且也被用作了短程源206。
[0169] 參照如上所述的圖4和圖5,在每幅圖中只示出了一個虛源，用W幫助概念的理 解。在大多數實施方式的膠囊內窺鏡中，如圖3中所示有至少兩個虛源。具體而言，來自窗 口 404的內表面（未在圖4中標記）和來自其外表面（也未標記）的反射產生兩個虛源， 在圖4中僅示出了其中由來自內窺鏡的窗口的外表面的反射所形成的虛源。類似地，存在 來自窗口 503的兩個表面的兩個反射，在圖5中僅示出了其中由外表面產生的反射。
[0170] 因此，由相對應的來自膠囊內窺鏡的窗口的反射的數量形成的虛源的數量進而對 應于窗口中的表面的數量。具體而言，在幾個實施方式中，窗口事實上包括多個界面（例如 如圖27中所示的3個界面），在該種情況下多個界面的定向W及用W形成內窺鏡的窗口中 的層的材料決定了由照明光線所造成的透射和反射光線的實際路徑。在圖27的示例說明 中，源自于源302的光線在表面303I、303E和303N中的每一個表面上反射，而該樣的反射 形成H個虛源VS1、VS2和VS3。
[0171] 相應地，在幾個實施方式中，（圖2A和圖28A中所示的）照明區域210和211 W 及成像區域212全都形成在內窺鏡200的殼體的內表面上。在其他實施方式中所有該些區 域210-212都形成在內窺鏡200的殼體的外表面上。而還在其他實施方式中所有該些區域 210-212都形成在內窺鏡200的殼體內的中間表面（即，界面）上。
[0172] 無論一些實施方式的膠囊內窺鏡中的窗口的表面的數量是多少，都可通過一個或 多個上述方法，例如通過如圖3中所示的那樣將源定位在與相機的光軸充分隔離之處（在 縱向方向上）或者通過如圖4和圖5所示的屏蔽，來避免相應虛源在相機中的成像。此外， 注意盡管在圖3-圖5 W及圖28中的每一幅圖中僅示出了單個光源，但幾個實施方式使用 多個光源并且它們相應的虛源的成像也如上文所述的那樣被避免或最小化。
[0173] 另外，類似于W上所討論的圖2C，圖28A示例說明了一些實施方式的膠囊狀內窺 鏡200的壁201M，所述壁201M具有成像區域212,該成像區域與短程照明區域210重疊，光 通過短程照明區域從內窺鏡200發射用于短程照明。圖28A中的壁20IM還具有長程照明區 域211，光通過其從內窺鏡200發射用于長程照明。注意在圖28A中，成像區域212不與長 程照明區域211重疊。剛剛描述的在成像區域212與長程照明區域211之間的無重疊使長 程照明源能夠在相對于短程照明源的強度而言顯著更高的強度（例如高一個數量級）上工 作，而不在形成于內窺鏡200的相機內的圖像內產生過分明亮的區域，該與圖28B和圖28D 中所示的點2805的拍攝（在下文中討論）形成對比。
[0174] 在某些備選實施方式中，如圖28B和圖28D中的點2805所示，成像區域212與長程 照明區域211重疊。在幾個該樣的實施方式中，短程照明區域210與長程照明區域211 (圖 2B)之間沒有重疊。在該些實施方式中，成像區域212(圖2B)還包含有位于短程照明區域 210中但不位于長程照明區域211中的點2804。點2804可W是成像區域212中的任何點， 例如相機的光軸與殼體的外表面的交點。在一些實施方式中，如圖28D中的點2805所示， 所有H個區域210、211和212都彼此重疊。注意，圖28B和圖28D中所示類型的重疊通常 在圖像中產生格外明亮的區域，而明亮區域如上文中W及在下一段落中所討論的那樣被裁 剪掉。注意，使用其他類型的相機（如全景式相機）的實施方式也滿足一個或多個上述關 系，例如見圖31和圖32中的點2804。
[01巧]在圖28B中所示類型的幾個實施方式中，形成于相機內的圖像包括過分明亮的 區域，該區域是由來源于長程照明源的射出內窺鏡的光的部分的反射所造成的。因此，在 圖28B中所示類型的一些實施方式中，通過排除（即，丟棄）代表過分明亮區域的某些數 據（"額外數據"）來獲得代表在胃腸道中的特定位置上的可診斷圖像的圖像數據。具體 而言，根據實施方式，可W用不同方式生成可診斷圖像，比如：(a)通過對內窺鏡的相機內 的硬件的適當設計，例如通過在其中包括尺寸與定位適當W不感測額外數據的傳感器而實 現的固有裁剪W及/或者化）通過適當地對固件和/或由包括在內窺鏡200內的處理器 執行的軟件進行編程而執行的裁減，W及/或者（C)通過由從發射器接收圖像數據和額外 數據的組合的外部計算機所執行的成像應用軟件（如可購自Microsoft Corporation的 Microsoft⑥Picture Manager)而執行的裁剪，用W (通過排除額外數據）生成圖像數 據、將圖像數據儲存在計算機的存儲器中并且向內科醫師（例如胃腸道科醫生）顯示可診 斷圖像W在疾病的診斷中使用。
[0176] 如果兩個源相對于相機的位置使得成像區212如W上參照圖28A所述的那樣不與 長程照明區域211重疊，那么就不需要剛剛描述的裁剪。注意，在圖28C中所示類型的、其 中短程照明區域210與長程照明區域211重疊的其他實施方式中進一步示例說明了剛剛描 述的無重疊。在圖28C的實施方式中，成像區域212包含位于短程照明區域210中但不位 于長程照明區域211中的點2804。另外，如圖28D中所示，執行如上所述的裁剪的某些實 施方式有兩個照明區域W及成像區域，即所有H個區域彼此重疊。如上所述，在圖28D中所 示類型的實施方式中，點2805位于H個區域210、211和212中的每一個區域內。注意在圖 28D和圖28A的實施方式中，成像區域212包含位于短程照明區域210中但不位于長程照明 區域211中的點2804。注意，在圖28A-圖28D中所示的四種類型的實施方式中的每一個實 施方式中都滿足了剛剛描述的條件。
[0177] 在一些實施方式中，如圖28E中的重疊區域285A和285B所說明的那樣，若干相鄰 的成像區域彼此重疊。具體而言，重疊區域285A是由兩個相鄰成像區域282A和282Z的重 疊所產生的，而重疊區域285B是由兩個相鄰成像區域282A和282B的重疊所產生的。如本 文其他各處所載，一組傳感器（例如圖34中所示的兩個傳感器3401和3402)位于內窺鏡 200的中央區域內，并且組中的每個傳感器都接收由組織反射并到達圖28E中所示的相應 成像區域282A-282Z中的相對應的一個區域的光并且形成其圖像的一部分。因此，在幾個 實施方式中，將一組傳感器所生成的數據全部地或者部分地（在由處理器進行可選的裁剪 之后）提供給發射器，所述發射器繼而將代表可診斷圖像的圖像數據傳輸到外部設備。
[0178] 注意，盡管在圖34中對于內窺鏡的一些實施方式示出了一組兩個傳感器，但其他 實施方式在與發射器禪合的一組中使用更少或更多個傳感器（例如一個實施方式使用一 組一個傳感器）。在一個示例說明性實施方式中，如圖20和圖20中的Q1-Q4所說明的那 樣，內窺鏡中的傳感器芯片具有像素陣列用W記錄來自其四個區域中的四個物鏡的圖像的 四個部分，并且傳感器芯片將其中拍攝的圖像數據提供給發射器。如本領域技術人員鑒于 本公開內容將很容易地明白的那樣，其他實施方式不使用如圖20和圖20中所示的四個區 域的單個單片傳感器，而是使用一組四個傳感器，并且由單個位置上的一組四個傳感器的 工作所產生的圖像數據被提供給發射器用W由外部計算機生成可診斷圖像。
[0179] 在圖28E中所示類型的實施方式中，到達重疊區域285A的光分別由用于成像區域 282Z和282A的兩個傳感器所感測。類似地，在內窺鏡200內有兩個接收已被胃腸道的組織 反射并到達重疊區域285B的光的傳感器。由于重疊，由內窺鏡的所有成像區域282A-282Z 的聯合所形成的區域282 (圖28巧是如圖281中所示那樣的圍繞內窺鏡的管狀壁的連續帶 (即聯合區域282)。相應地，內窺鏡200的成像區域282是由殼體的表面（例如外表面） 與進入殼體并被拍攝在由傳感器組提供給發射器的圖像數據中的電磁福射（"成像照明"） 的相交所限定的。如本文其他各處所載，最終接收圖像數據的計算機被適當編程，W從中生 成顯示給內科醫師的全景360°圖像。
[0180] 在圖28E中所示類型的實施方式中，通過將長程照明源定位在內窺鏡殼體內使得 大部分射出殼體的源于長程照明源的光都穿過殼體的區域281A("長程照明區域"）而防止 了鬼影。該樣的實施方式的長程照明區域281A(圖28巧不與任何成像區域282A-282Z重 疊（并因此不與圖28F的聯合區域282重疊）。具體而言，在一些實施方式中，長程照明區 域281A與相應的成像區域282A(在內窺鏡200的縱軸方向上）相間隔。因此，在圖28E的 實施方式中，在區域281A與282A之間由于其間的具有正值的垂直間隔距離200V而沒有重 疊。此外，注意區域281A和282A也可W在圓周方向上偏移。具體而言，在圖28E中所示的 實施方式中，區域282A的中也282C與區域281的中也281C間隔開圓周距離200H。
[0181] 然而，如圖28G中所示，在許多實施方式中，由于膠囊的小到足W吞咽的尺寸限 巧||，垂直間隔距離200V具有負值，該產生區域281A與282A之間的重疊區域286A (圖28H)。 由于圓周距離200H(未在圖28G中標記；見圖28巧的正值，長程照明區域281A也與相鄰成 像區域282B重疊，如圖28H中由重疊區域28她所示。然而，在其他實施方式中，圓周距離 200H(圖28巧小到足W消除長程照明區域281A與相鄰成像區域282B之間的任何重疊。
[0182] 圖28H示出了非重疊照明區域286C，其為區域281A的忽略掉重疊區域286A和 286B所留下的剩余部分。具體而言，區域286A、286B和286C -同形成長程照明區域281A。 在與可吞咽膠囊的空間限制的一致性內，將重疊區域286A和28她（如果有的話）保持在很 小，W最小化由來自于源的被內壁反射并且在并未射出膠囊內窺鏡200的情況下到達一個 或多個相機的光所產生的鬼影。因此，在此所述類型的幾個膠囊內窺鏡使得由單個長程光 源發出并通過長程照明區域281A射出的光的至少50% (例如大部分，或者絕大部分）實際 上通過非重疊區域286C射出膠囊內窺鏡200。具體而言，在幾個實施方式中，非重疊區域 286C比重疊區域286A和28她大幾倍。
[0183] 在許多實施方式中，射出內窺鏡200并且發源于長程光源中的大部分光都不通過 聯合區域282射出。為了重申，在一些實施方式中，通過重疊區域286A和286B射出的光少 于來自任何長程光源的射出殼體W到達內窺鏡200外的光的50%。剛剛描述的大部分的至 少一部分入射在胃腸道上，從那里反射，并通過聯合區域282進入內窺鏡200。
[0184] 注意，在膠囊內窺鏡200的在其中每個長程照明區域281A都與相應的成像區域 282A充分對齊的某些特定實施方式中，幾乎所有的通過長程照明區域281A射出膠囊內窺 鏡200的光（例如90%或W上）都是由與其相對應的單個長程光源所發出的。因此，在剛 剛描述的實施方式中，只有微不足道量的來自膠囊內窺鏡內的其他光源（例如相鄰源）的 雜散光通過每個長程照明區域射出。
[0185] 如上文參照圖2C所述，膠囊內窺鏡的許多實施方式還具有一個或多個短程光照 明區域210,根據實施方式，其可W與成像區域212和/或長程照明區域211中之一或兩者 相對應（但不一定對準）。具體而言，如圖28K和圖28L中所示，對于上述的相應地對應于 圖28E和圖28G的實施方式，短程照明區域283A與成像區域282A重疊在重疊區域289A。 重疊區域289A具有構成成像區域282A的面積的50% W上的面積。
[0186] 因此，通過成像區域282A射出膠囊內窺鏡的一些實施方式的光的50% W上實際 上通過重疊區域289A射出。相應地，在某些實施方式中，由短程光源發出并射出膠囊內窺 鏡的殼體的光的至少50% (例如大部分或絕大部分）實際上通過聯合區域282射出。在幾 個該樣的實施方式中，多個短程照明區域也相互重疊，W形成圍繞管狀壁的圓周的連續帶 283 (如上所述，為了示例說明的目的而在圖281和圖28J中示為展開）。
[0187] 此外，如圖28A-圖28D中所示，短程照明區域210的面積通常比長程照明區域211 的面積大幾倍，例如大2倍、3倍、4倍乃至5倍。并且如圖28K和圖28L中所示，照明區域 283A的面積比照明區域281A的面積大3倍或4倍。在幾個該樣的實施方式中，包含于膠 囊內窺鏡中的兩種類型的光源，亦即短程光源和長程光源，各自包括彼此相同的發射體，即 發射體是使用單一產品（例如LED)的多個副本來實施的，并相應地具有彼此相同的額定功 率。然而，如上所述，根據本發明的膠囊內窺鏡的短程光源包括一個或多個光學器件，用W 將從其中的發射體發出的光分裂為多個部分，該些部分首先由一個或多個光學器件沿不同 的路徑再引導，但最終在殼體處合為一體，W形成比由來自長程光源中的發光體的直接入 射在殼體上的光所形成的照明區域211大幾倍的照明區域210。
[018引一些實施方式與在圖6和圖7中所示的上述實施方式有所不同，其中幾個不同之 處在圖29A和圖29B中進行了示例說明并且/或者在下文中進行了描述。在圖29A和圖 29B中所示類型的實施方式中，發射自源光圈S的照明光線2901從內窺鏡的殼體的管狀壁 中的窗口 2903的內表面2902反射。具體而言，U點在入射光線2901與反射光線2904的 相交處。在圖29A中，光線2901與線2907共線，并且在內表面2902上的U點處從內表面 2902反射，W形成沿著線2908的反射光線2904。注意在圖29A中，V是由S、U和P H點所 形成的平面，其中P在相機的光瞳內。在一些實施方式中，圖29A和圖29B中的平面V是垂 直的，即與圖29A中的紙面重合，并且因此U、P、S點如同光線2904和法線N-樣位于平面 V中。
[0189] 相應地，在剛剛描述的實施方式中，平面V是與圖29A繪于其上的紙面重合的縱向 平面。該縱向平面V穿過上述的U點并且穿過C點，其中C是弧AUB(圖6)的曲率中也。巧U 剛描述的橫向平面平行于光軸PQ(圖6和圖29A)并且穿過交點U。在圖29A中所示類型的 實施方式中，橫向平面與縱向平面互相垂直。在其他實施方式中，平面V不是垂直的，相反 圖29A中的P和S點是在與法線N位于其中的紙面重合的垂直平面中的投影。相應地，圖 29A中所示的幾何結構與圖6中所示的幾何結構類似，區別只在于：在圖29A中，光線2901 的入射角為0 1，而在圖6中01是入射角在包含有C和U的垂直平面上的投影，即圖6中 的光線SU的垂直平面投影。
[0190] 參照圖29B，入射照明光線2901首先在內表面2902上折射到窗口 2903中，從外 表面2095反射為光線2906,并隨后在內表面2902上折射W變為反射光線2904。在圖29B 中，U點在窗口 2903內，而N為平分由入射光線2901與反射光線2902所形成的角的線。如 果內表面2902與外表面2905互相平行，那么線N在U點與兩個平面2902和2905垂直。
[0191] 參照圖29A和圖29B該兩幅圖，光線2901在內表面2902上的入射角如W上所討 論為0 1。并且在圖29A和圖29B該兩幅圖中，照明光線2901和線N-同限定上述平面V。 在一些實施方式中，存在有一組進入視野（FOV)內的內窺鏡的相機的光瞳P的圖像形成光 線，該些光線位于平面V中并且穿過U點（圖29A)或者在從內窺鏡內看時看起來穿過U點 (圖29B)。具體而言，考慮光線UP從U點射到P點，且P在光瞳內，該光線與線N形成角度 O。如果e i = O，那么入射照明光線2901的反射與P點相交。
[0192] 因此在一些實施方式中，限制來自源S的照明光線的角度使得對于在圖29A和圖 29B的所有平面V中的大部分光線對（如一對2901和2904, W及另一對2911和2914)而 言0i> O，W降低或消除來自由相機所拍攝的圖像的源S(即，虛源）的鬼影。例如，在幾 個實施方式中，通過實驗而將源S定位在選擇成相對于相機的光軸成角度0 1的位置，0 1被 選取為充分大于角度O (例如大r )，W避免圖25和圖26中所示的幾何結構中的鬼影。
[0193] 如上所述，代表可診斷圖像的圖像數據被提供給內窺鏡的發射器。本文中所使用 的發射器包括無線發射器（例如，用于發送電磁波的設備，該設備產生并調制電流，并將電 流傳送到包括于其中的天線用于無線電頻率傳輸或者將電流傳送到包括于其中的LED、激 光器或其他光源用于光學傳輸）或者有線發射器（例如，其包括一個或多個輸出端子禪合 到包括于其中的一個或多個晶體管用W產生用于在一條或多條線路上傳輸的電信號）。
[0194] 因此內窺鏡的視野212(圖2A和圖29C)是胃腸道的圖像通過其被至少一個相機 所拍攝、可選地被裁剪并被提供給發射器的角度范圍。因而在本發明的幾個實施方式中，內 窺鏡的視野214有效地("有效視野"）小于典型相機的在傳統上由透鏡202的視野2993 (圖 29C)所限定的視野，并且還由傳感器232的尺寸（從而限定其自身的視野2992)所限制。 如圖29C中所示，形成于相機內的平面2991中的圖像的區域2994固有地被傳感器232的 位置和尺度所裁剪。此外，在圖29C中所示類型的實施方式中，內窺鏡內的處理器會進一步 丟棄平面2991中的另一區域2995,即使傳感器232拍攝到代表區域2995的額外數據。相 應地，內窺鏡的視野214由傳感器的區域2999所限定，可診斷圖像的圖像數據在其中生成。
[0195] 在圖30中所示的幾個實施方式中，（如上所述并在圖2A、圖2D和圖2E中所示的） 短程源206居中于徑向平面3002中也，而長程源205則居中于不同的徑向平面3001中也。 平面3001和3002相對于殼體201是徑向的，即該些平面中的每一個平面都穿過位于殼體 201的橫截面的中也的縱軸222。徑向平面3001與3002相對于平面3000分別成角度Ol 和02。平面3000穿過接縫1103和1104,光學元件1100的兩個半部1101和1102在該些 接縫處彼此膠合。根據實施方式，角度Ol和02可W彼此相同或不同。在一個示例說明性 實施方式中，角度02為25°而角度Ol為22.5°。然而，如本領域技術人員將明白的那樣， 根據形成于光學元件1100內的復合拋物面集中器的相對位置，在其他實施方式中使用了 角度02和角度Ol的不同取值。在【具體實施方式】中角度02和Ol的精確值可W通過實驗和 /或試錯法來確定。
[0196] 如圖31和圖32中所示，上述類型的內窺鏡的一些實施方式在相機內使用徑向對 稱的光學元件。具體而言，某些實施方式的膠囊內窺鏡容納有全景式相機，該相機包括單 個物鏡3100 (圖31)，該物鏡的光軸3101與膠囊內窺鏡的縱軸222基本上平行（例如，在 其20° W內）。圖32示出了另一實施方式，其中膠囊內窺鏡容納有反射鏡3200,且其光軸 3202也與縱軸222基本上平行。
[0197] 圖31中所示類型的全景式相機提供超過180°的視野（FOV)，但在FOV的中也具 有遮蔽。例如，FOV在一個實施方式中在締度上（即，在圖30中所示橫截面圖的所有徑向 方向上）為全360°。在該個例子中，FOV的縱向角度范圍相對于與縱軸垂直并穿過透鏡 3100的中也的橫向平面僅跨越40。，即該個例子的縱向FOV 3102(圖31)跨越200°減去 160° (遮蔽角）。注意，200。角和160°角的一半在圖31中分別示為了 3103和3104。 [019引圖31的全景式環形透鏡3100與例如在全都W引用的方式整體并入本文中的美國 專利4, 566, 763和美國專利5, 473, 474中所描述的全景式環形透鏡（PAL)類似或相同。在 W引用的方式整體并入本文中的由Kang-Huai Wang和Gordon Wilson于2006年12月19日 提交的標題為"In vivo sensor with panoramic camera"的美國專利公布 200801438222 中也描述了具有PAL成像系統的膠囊內窺鏡。
[0199] 在圖32中所示的實施方式中，反射鏡3200的表面3201根據實施方式形成為諸如 球面、拋物面、雙曲面或者任何非球面形狀的旋轉二次曲面表面。注意，在圖32的某些實施 方式中，物鏡光學系統3250與在W引用的方式整體并入本文中的由Masafumi Kanazawa于 2004年8月31日提交的標題為"Capsule Elndoscope"的美國專利公布20050049462中所 描述類型的相應物鏡光學系統類似或相同。如圖31和圖32中所示的幾個實施方式具有中 也軸與膠囊內窺鏡的殼體的縱軸222重合的相機，在其他實施方式中該兩個軸并不對齊， 并且根據實施方式甚至可能定向在相對于彼此的預定角度上。
[0200] 在本發明的某些示例說明性實施方式中，圖像曝光是通過對圖20中所示的傳感 器區域Q1-Q4的預定義區段中感測的像素級進行平均而確定的。區段位置被調整用W顧及 圖像在傳感器上可能的偏也，但粗略而言，圖20中所示的四個傳感器區域Q1-Q4中的每個 區域被細分為4個區段。相對于相應的LED的標記如圖20中所示的那樣對傳感器232的 16個區段（圖24)做出了標記。傳感器區域Q1-Q4映射到圓柱形視野，并且因此傳感器區 域Ql和Q4彼此相鄰。
[0201] 注意在一些實施方式中，傳感器區域Q1-Q4中的每個區域是如圖24中所示的單個 的單片式傳感器芯片232中的一個象限。被照明的景物由相機成像到單個的單片式傳感器 芯片上，該芯片在標記為Q1-Q4的四個傳感器區域中拍攝四幅圖像。每個傳感器區域本身 由兩條垂直線分為四個區段，并且所述區段用（如圖24中所示的）區段編號標記。如上所 述，每個區段都相對于如圖20中所示的相應L邸標記。
[0202] 內窺鏡的幾個實施方式使用十六個LED,包括用奇數標記的位于環形反射鏡 218(圖沈）上方的八個LED, W及用偶數標記的位于內窺鏡的下部中的八個LED。該十六個 L邸快速連續地一個接一個按順序開啟，W在傳感器232上生成全景圖像。
[0203] 由傳感器芯片中的每個像素所記錄的光能與入射在成像到該像素上的景物的那 部分上的照明光能成正比。比例常數或者傳感器收集散射光的效率取決于許多因素，包括： 景物中的物體的反射率、相機的巧。注意，巧是透鏡的光收集能力，巧越小收集的光就越 多。例如，透鏡的f#的關系是作為收集到的光量的反平方。
[0204] L邸的位置和定向是該樣的；每個L邸主要影響一個對應的傳感器區段的照明，盡 管"串擾"，即區段被非對應的L邸所照明，也是很顯著的。對于第i區段，曝光是通過對該 區段中的N個像素的信號電平O進行平均而給出的：
【權利要求】
1. 一種內窺鏡，包括： 殼體，其小到足以通過人類的胃腸道； 發射器，其封閉在所述殼體內，用以向外部設備傳輸圖像數據； 封閉在所述殼體內并耦合到所述發射器的一個或多個傳感器的組，所述組向所述發射 器提供所述圖像數據； 第一源，其封閉在所述殼體內，用以產生射出所述殼體的第一電磁輻射； 其中所述第一源被定位在這樣的位置：使得所述第一電磁輻射穿過所述殼體的第一區 域，所述第一區域是由所述第一電磁輻射與所述殼體的曲面的第一相交所限定的； 第二源，其封閉在所述殼體內，用以產生射出所述殼體的第二電磁輻射； 其中所述第二源被定位在這樣的位置：使得所述第二電磁輻射穿過所述殼體的第二區 域，所述第二區域是由所述第二電磁輻射與所述殼體的所述曲面的第二相交所限定的； 其中所述第一區域比所述第二區域大； 其中第三電磁輻射形成所述圖像數據； 其中所述第三電磁輻射的至少一部分來自于所述胃腸道對所述第一電磁輻射和所述 第二電磁輻射的一部分的反射； 其中所述殼體的第三區域是由所述殼體的表面與所述第三電磁輻射的相交所限定 的； 其中所述第二電磁輻射的大部分穿過所述第二區域的一部分，所述第二區域的一部分 不與所述第三區域重疊的第四區域。
2. 根據權利要求1的內窺鏡，其中： 幾乎所有的所述第二電磁輻射都穿過所述第二區域的所述一部分。
3. 根據權利要求1的內窺鏡，其中： 所述組由包含于所述內窺鏡中并封閉在所述殼體內的處理器耦合到所述發射器； 額外的電磁輻射形成也由所述組提供給所述處理器的額外數據；以及 所述處理器排除所述額外數據以獲得提供給所述發射器的所述圖像數據。
4. 根據權利要求1的內窺鏡，其中： 所述殼體包括管狀壁以及在其相對兩端蓋住所述管狀壁的一對穹頂，以形成膠囊；以 及 所述第一源和所述第二源由所述管狀壁所包圍。
5. 根據權利要求1的內窺鏡，其中： 所述內窺鏡還包括封閉在所述殼體內的環形壁； 多個路徑對應于多條來自所述第二源的光線，所述多個路徑穿過所述環形壁以到達所 述殼體，并在沒有所述環形壁時從其反射以在所述殼體內形成所述第二源的鏡像；以及 其中所述環形壁是不透明的并且被定位在鄰近所述第二源處，以阻擋沿著所述路徑的 多條光線的通過，從而防止由所述多條光線對所述鏡像的所述形成。
6. 根據權利要求1的內窺鏡，其中： 其中射出所述殼體的所述第一電磁輻射的大部分通過所述第三區域。
7. -種體內成像的方法，包括： 內窺鏡，其從第一源發射射出殼體的第一電磁輻射用以照明胃腸道； 其中所述第一電磁輻射從所述殼體的第一區域射出所述內窺鏡； 其中所述第一區域是由所述第一電磁輻射與所述殼體的曲面的第一相交所限定的； 所述內窺鏡從第二源發射射出所述殼體的第二電磁輻射用以進一步照明所述胃腸 道； 其中所述第二電磁輻射從所述殼體的第二區域射出所述內窺鏡； 其中所述第二區域是由所述第二電磁輻射與所述殼體的所述曲面的第二相交所限定 的； 其中所述第一區域比所述第二區域大數倍；以及 所述內窺鏡在存儲器內儲存通過所述第一區域接收到的由所述胃腸道對所述第一電 磁輻射和所述第二電磁輻射的反射所形成的圖像的至少一部分； 其中所述殼體的第三區域是由所述殼體的表面與形成所述圖像的第三電磁輻射的相 交所限定的； 其中所述第二電磁輻射的大部分穿過所述第二區域的一部分，所述第二區域的一部分 不與所述第三區域重疊的第四區域。
8. 根據權利要求7的方法，其還包括： 來自所述第一源的所述第一電磁輻射的至少第一部分在被位于所述殼體中的光學元 件反射后入射在所述第一區域上，并且來自所述第一源的所述第一電磁輻射的至少第二部 分在不被所述光學元件反射的情況下入射在所述第一區域上，所述第一部分大于所述第二 部分； 大部分來自所述第二源的所述第二電磁輻射都在無所述第二源與所述殼體之間的反 射的情況下入射在所述第二區域上；以及 其中每個源包括一對具有電流流經其間的端子以及至少一個通過所述一對端子來供 電的電磁輻射發射體。
9. 根據權利要求7的方法，其中： 所述內窺鏡透射被所述內窺鏡內的光學兀件反射后的所述第一電磁福射的大部分；以 及 所述內窺鏡在不被所述光學元件反射的情況下透射大部分所述第二電磁輻射。
10. 根據權利要求7的方法，其還包括： 所述內窺鏡為用于感測所述圖像的多個區段中的各區段計算平均亮度值； 所述內窺鏡計算為各區段所計算的所述平均亮度值與對于所述各區段的目標亮度值 之間的差異；以及 所述內窺鏡至少部分地基于所述差異來計算用于產生所述第二電磁輻射的驅動電流。
11. 根據權利要求10的方法，其中： 基于為所述多個區段中的各區段分別計算的多個所述差異的線性組合而獲得所述驅 動電流的變化。
12. 根據權利要求7的方法，其中， 所述光學元件的輸入光圈在一個平面的第一側，而所述第一源在所述平面的第二側， 并且來自所述第一源的所有電磁輻射都在所述平面的所述第二側發射。
【文檔編號】A61B1/04GK104224094SQ201410534382
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2009年6月1日 優先權日:2008年6月9日
【發明者】G·C·威爾森 申請人:康生科技公司