具有用以照明處于不同距離上的組織的多個(gè)源的體內(nèi)相的制造方法
【專利摘要】一種使用多個(gè)源(205、206)來(lái)照明組織(241)的體內(nèi)內(nèi)窺鏡(200)。來(lái)自短程源(206)的光通過(guò)與成像區(qū)域(212)重疊的第一照明區(qū)域(210)射出內(nèi)窺鏡(200)的管狀壁，并且光在被組織反射后通過(guò)成像區(qū)域(210)返回，以在相機(jī)(304)中形成圖像。來(lái)自長(zhǎng)程源(205)的光通過(guò)不與成像區(qū)域(212)重疊的第二照明區(qū)域(211)射出管狀壁(201M)。一些實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡200包括反射鏡(218)，并且來(lái)自短程源(206)的發(fā)射體的光被分裂并從相機(jī)(304)的光軸(306)的兩側(cè)到達(dá)第一照明區(qū)域(210)。用光的分裂部分照明第一照明區(qū)域(210)產(chǎn)生比直接用未分裂光束的照明更高的照明均勻性。由每個(gè)源(205、206)所產(chǎn)生的能量根據(jù)要進(jìn)行成像的組織的距離(d1、d2)而改變。
【專利說(shuō)明】具有用W照明處于不同距離上的組織的多個(gè)源的體內(nèi)相機(jī)
[0001] 本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日2009年6月1日提交的、于2010年12月2日進(jìn)入中國(guó)國(guó)家 階段的、申請(qǐng)?zhí)枮?00980120587. 7、發(fā)明名稱為"具有用W照明處于不同距離上的組織的多 個(gè)源的體內(nèi)相機(jī)"的分案申請(qǐng)。
[0002] 巧關(guān)申請(qǐng)的簾叉引巧
[0003] 本申請(qǐng)要求對(duì)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(biāo)題為"In Vivo CAMERA WITH MULTIPLE SOURCES TO 比LUMINATE TISS肥 AT DIFFERENT DISTANCES"的第61/060, 068號(hào)臨時(shí)美國(guó)申請(qǐng)（律師案卷CAP003PV)的優(yōu)先 權(quán)。本申請(qǐng)還要求對(duì)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(biāo)題為 "In Vivo CAMERA WITH MULTIPLE SOURCES TO 比LUMINATE TISS肥 AT DIFFERENT DISTANCES"的第12/4754, 358號(hào)非臨時(shí)美國(guó)申請(qǐng)（律師案卷CAP003 U巧的 優(yōu)先權(quán)。

【背景技術(shù)】
[0004] 已經(jīng)開(kāi)發(fā)出配置用W從生物體的機(jī)體內(nèi)的體內(nèi)通道和腔內(nèi)，如胃腸（GI)道內(nèi)的 腔、管和管狀器官內(nèi)拍攝圖像的各種現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備。一些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備被形成為尺寸小到 足W吞咽的膠囊。膠囊通常包含相機(jī)W及一個(gè)或多個(gè)光源用于照明膠囊外的物體，其圖像 將由相機(jī)所記錄。膠囊中的電子器件可W由電池或者由來(lái)自體外的感應(yīng)式功率傳輸來(lái)驅(qū) 動(dòng)。膠囊還可W包括存儲(chǔ)器用于儲(chǔ)存拍攝到的圖像，W及/或者無(wú)線電發(fā)射器用于將數(shù)據(jù) 傳輸?shù)綑C(jī)體外的體外接收器。常用的診斷過(guò)程包括活生物體（如人或動(dòng)物）吞咽膠囊，繼 而膠囊中的相機(jī)隨著膠囊在蠕動(dòng)的作用下被動(dòng)地移動(dòng)通過(guò)由GI道的內(nèi)部組織壁所形成的 生物體腔而W不同時(shí)間間隔拍攝圖像。
[0005] 根據(jù)成像的器官的大小，可W設(shè)想兩種一般的圖像拍攝情況。在相對(duì)狹窄的通道 中，諸如食道和小腸中，呈楠圓形并且長(zhǎng)度小于通道直徑的膠囊將在通道內(nèi)自然地將其自 身縱向?qū)R。在幾種現(xiàn)有技術(shù)膠囊中，相機(jī)位于膠囊一端（或兩端）的透明彎頂之下。相機(jī) 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(qū)域是圖像周邊處的腸壁。
[0006] 圖IA示例說(shuō)明了現(xiàn)有技術(shù)的體內(nèi)相機(jī)膠囊100。膠囊100包括可在器官102 (諸 如食道或小腸）的內(nèi)腔104內(nèi)在該器官內(nèi)部體內(nèi)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(nèi)表面106相接觸，而相機(jī)透鏡開(kāi)口 110在其視野128內(nèi)拍攝圖 像。膠囊100可W包括；輸出端口 114,用于輸出圖像數(shù)據(jù)；電源116,用于為相機(jī)的組件供 電；存儲(chǔ)器118,用于儲(chǔ)存圖像；壓縮電路120,用于對(duì)要在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的圖像進(jìn)行壓縮； 圖像處理器112,用于處理圖像數(shù)據(jù)；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(dāng)膠囊在其直徑大于膠囊的任何尺度的腔（諸如結(jié)腸）中時(shí)，出現(xiàn)第二情況。在 該一情況中，膠囊定向的可預(yù)見(jiàn)性大大降低，除非有一些機(jī)制來(lái)穩(wěn)定它。假設(shè)器官中沒(méi)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(duì)諸如將膠囊推向它的重力等其他力的被動(dòng)反力，并 且作為蠕動(dòng)的周期性主動(dòng)壓力。該些力決定了膠囊在滯留期間的移動(dòng)及其定向的動(dòng)態(tài)。該 些力中的每一個(gè)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(zhì)量越大， 重力就將越大；而膠囊越光滑，摩擦力就越小。結(jié)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(jié)腸的縱軸平行。
[000引圖IB示出了通道134的一個(gè)例子，如人類結(jié)腸，且膠囊100在圖的左側(cè)與表面132 接觸。在該種情況下，相機(jī)的光軸（未示出）平行于通道134的縱軸（兩個(gè)軸在圖中都是 豎直定向的）。膠囊100還具有與其相機(jī)的光軸重合的縱軸118。通道134中的脊?fàn)钔黄?136具有前表面138,該前表面138為可見(jiàn)的并且因而在膠囊100接近該脊?fàn)钔黄穑僭O(shè)膠 囊100在圖中向上移動(dòng)）時(shí)被其成像。然而，對(duì)于透鏡開(kāi)口 110,脊?fàn)钔黄?36的背面140 是不可見(jiàn)的，并因此無(wú)法形成背面140的圖像。具體而言，膠囊100錯(cuò)過(guò)了表面140的部分， 并且注意，其錯(cuò)過(guò)了通道134中被示為息肉142的不規(guī)則物。
[0009] 在圖IB中，將透鏡開(kāi)口 110的視野內(nèi)的H點(diǎn)標(biāo)記為了 A、B和C。透鏡開(kāi)口 110對(duì) 于該H點(diǎn)的距離是不同的，其中可視范圍112在膠囊的一側(cè)比另一側(cè)更寬闊，因此需要大 景深來(lái)同時(shí)為所有H個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)木劢?。并且，如果LED(發(fā)光二極管）照明器在整個(gè)角 度FOV(視野）中提供均勻的光通量，那么相比于B和C點(diǎn)，A點(diǎn)將被更為明亮地照明。因 此，對(duì)于B點(diǎn)的最佳曝光導(dǎo)致在A點(diǎn)曝光過(guò)度并且在C點(diǎn)曝光不足。對(duì)于A點(diǎn)的最佳曝光 導(dǎo)致在B和C點(diǎn)曝光不足。對(duì)于每幅圖像，僅有FOV的相對(duì)較小的百分比將具有適當(dāng)?shù)木?焦和曝光，從而使系統(tǒng)的效率低下。功率會(huì)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(méi)有圖像壓縮的話，更多的系統(tǒng)資源會(huì)消耗在對(duì)具有低信 息含量的圖像的部分的儲(chǔ)存或傳輸上。為了最大化充分成像結(jié)腸內(nèi)的所有表面的可能性， 在該現(xiàn)有技術(shù)膠囊的使用中需要大量的兀余度，亦即多個(gè)重疊圖像。
[0010] US 6, 836, 377和US 6, 918, 872公開(kāi)了兩種用于非全景式膠囊相機(jī)的現(xiàn)有技術(shù) 幾何結(jié)構(gòu)。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(xiàng)專利W引用的方式整體并入本文中作為【背景技術(shù)】。 在轉(zhuǎn)讓給 CapsoVision, Inc.的標(biāo)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(guó)專利申請(qǐng) 11/642, 285 中公開(kāi)了用于具有全景式成像系統(tǒng)的膠囊內(nèi)窺鏡的各種照明幾何結(jié)構(gòu)。剛剛描述的專利申 請(qǐng)W引用的方式整體并入本文中。
[0011] 標(biāo)題為"Self-St油ilizing Encapsulated Imaging System"的、由 Mintchev 等 人所做出的美國(guó)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(shù)】。該 一公布描述了在本文所附的圖IC中所示的膠囊內(nèi)窺鏡，其中發(fā)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(qū)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(fā)射器158。膠囊還包括電池160a和 160b，W及控制器162。
[0012] 發(fā)明人相信，人們期望對(duì)用于由內(nèi)窺鏡對(duì)體內(nèi)通道進(jìn)行的成像的照明進(jìn)行改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)窺鏡使用多個(gè)光源在體腔內(nèi)提供照明，并且使用其中封閉的相機(jī) 來(lái)拍攝體腔中組織的圖片。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，使用源中的一個(gè)（也被稱為"長(zhǎng)程 源"）來(lái)對(duì)位于距內(nèi)窺鏡的預(yù)定距離范圍中的組織進(jìn)行成像。在剛剛描述的實(shí)施方式中，由 源中的另一個(gè)（也被稱為"短程源"）來(lái)照明位于同內(nèi)窺鏡相接觸或者與其接近（例如5mm 內(nèi)）之處的組織。
[0014] 剛剛描述的兩個(gè)光源可W基于W下內(nèi)容相對(duì)于下文中描述的相機(jī)定位；（1)相機(jī) 的光軸與內(nèi)窺鏡的殼體的內(nèi)表面的交點(diǎn)，下文的"光軸交點(diǎn)"或者簡(jiǎn)單地稱為"交點(diǎn)"；似 殼體的讓來(lái)自長(zhǎng)程源的光（也被稱為"長(zhǎng)程光"）通過(guò)其射出殼體的一個(gè)區(qū)域（下文的"長(zhǎng) 程照明區(qū)域"）；W及（3)殼體的讓來(lái)自短程源的光（也被稱為"短程光"）通過(guò)其射出殼體 的另一區(qū)域（下文的"短程照明區(qū)域"）。具體而言，將短程光源和長(zhǎng)程光源定位成使得光 軸交點(diǎn)被包含在短程照明區(qū)域內(nèi)（并作為其一部分），但光軸交點(diǎn)位于長(zhǎng)程照明區(qū)域之外。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖IA和圖IB W橫截面圖來(lái)分別示例說(shuō)明在小腸和大腸中的一種現(xiàn)有技術(shù)膠囊內(nèi) 窺鏡。
[0016] 圖IC W剖面透視圖來(lái)示例說(shuō)明在由Mintchev等人做出的美國(guó)專利公布 2006/0178557中所述的一種現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)窺鏡。
[0017] 圖2A W透視圖來(lái)示例說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的膠囊內(nèi)窺鏡200,所述膠囊 內(nèi)窺鏡200具有管狀壁201M，該壁具有成像區(qū)域212,該成像區(qū)域與光通過(guò)其透射用于短程 照明的照明區(qū)域210 W及光通過(guò)其透射用于長(zhǎng)程照明的另一照明區(qū)域211重疊。
[001引圖2B和圖2C W透視圖來(lái)示例說(shuō)明在從圖2A的左側(cè)看時(shí)圖2A的膠囊內(nèi)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(qū)域（圖2C)。
[0019] 圖2D W透視圖來(lái)示例說(shuō)明在圖2A的膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)的光源布置。
[0020] 圖2E示例說(shuō)明膠囊內(nèi)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(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一膠囊內(nèi)窺鏡的橫截面圖。
[0022] 圖2G示例說(shuō)明在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中的一種內(nèi)窺鏡，其中管狀壁具有直徑 大于兩端的中也區(qū)域。
[0023] 圖2H示例說(shuō)明在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中的一種內(nèi)窺鏡，其中管狀壁具有小于1 的寬高比。
[0024] 圖21 W圖表來(lái)示例說(shuō)明圖2E中所示的下部LED 217和上部LED205根據(jù)組織離 內(nèi)窺鏡的距離所產(chǎn)生的福射能量。
[0025] 圖2J和圖2K示例說(shuō)明響應(yīng)于施加到LED 217和LED 205用W產(chǎn)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(qiáng)度分布和光斑尺寸。
[0026] 圖化和圖2M示例說(shuō)明圖2A的內(nèi)窺鏡，所述內(nèi)窺鏡具有封閉在殼體之中的多個(gè) 短程源，所述多個(gè)短程源位于相對(duì)于光軸的公共締度上，但卻位于不同經(jīng)度（即徑向方向） 上。
[0027] 圖2N示例說(shuō)明圖化和圖2M的內(nèi)窺鏡在正常操作中的使用，其中多個(gè)短程源創(chuàng)建 出跨越360°的連續(xù)重疊的區(qū)域。
[002引 圖20示例說(shuō)明也封閉在圖2L、圖2M和圖2N中所示類型的內(nèi)窺鏡中的透鏡L1-L4 和傳感器Q1-Q4。
[0029] 圖2P示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的包括安裝在插入管的一端的圖2A中所示類型的遠(yuǎn)側(cè) 末端的一種內(nèi)窺鏡。
[0030] 圖2Q W放大的橫截面圖來(lái)示例說(shuō)明圖2P的遠(yuǎn)側(cè)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(lái)示例說(shuō)明在內(nèi)窺鏡的 H個(gè)實(shí)施方式中一個(gè)或多個(gè)光源在相機(jī)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(nèi)窺鏡的放大圖來(lái)示例說(shuō)明實(shí)施于一些實(shí)施方式之中的 在光源、相機(jī)的物鏡W及管狀壁的表面之間的角度關(guān)系。
[0033] 圖7、圖8和圖9 W圖3中所示類型的內(nèi)窺鏡的放大圖來(lái)示例說(shuō)明在一些實(shí)施方式 中使用的用于減少發(fā)光體的角度色散的光學(xué)元件。
[0034] 圖10示例說(shuō)明在其中通過(guò)被定位成使它的"Z"軸穿過(guò)發(fā)光體的位置的角度集中 器來(lái)實(shí)施所述光學(xué)元件的一個(gè)實(shí)施方式。
[0035] 圖11 W透視圖來(lái)示例說(shuō)明在內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式中使用的一種環(huán)形角度集中 器。
[0036] 圖12A W側(cè)視圖來(lái)示例說(shuō)明圖11中所示的環(huán)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(lái)示例說(shuō)明圖12A的環(huán)形角度集中 器的一部分。
[003引圖12C W頂部立視圖來(lái)示例說(shuō)明圖11的環(huán)形角度集中器的一個(gè)半部。
[0039] 圖12D W在圖12C中的D-D方向上的側(cè)視圖來(lái)示例說(shuō)明環(huán)形角度集中器的半部。
[0040] 圖12E W底部立視圖來(lái)示例說(shuō)明圖11的環(huán)形角度集中器的半部。
[0041] 圖13 W橫截面圖來(lái)示例說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式中發(fā)光體與 復(fù)合拋物面集中器的相對(duì)位置。
[0042] 圖14A和圖14B分別W頂視圖和側(cè)視圖來(lái)示例說(shuō)明在內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式中多 個(gè)發(fā)光體和環(huán)形集中器的組裝件。
[0043] 圖15和圖16 W橫截面圖來(lái)示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光體與集中器的組合的兩個(gè) 備選實(shí)施方式。
[0044] 圖17示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的、具有兩個(gè)發(fā)光體的內(nèi)窺鏡用于在短距上照明和成 像的使用。
[004引圖18示例說(shuō)明也根據(jù)本發(fā)明的、圖17的內(nèi)窺鏡用于長(zhǎng)程照明和成像的使用。
[0046] 圖19示例說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施方式中的、具有兩個(gè)發(fā)光體的內(nèi)窺鏡用 于軸向照明和成像的使用。
[0047] 圖20 W框圖來(lái)示例說(shuō)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(hào)和傳感器的區(qū)段的編號(hào)。
[0048] 圖21隊(duì)流程圖來(lái)示例說(shuō)明在一些實(shí)施方式中使用的、用W操作發(fā)光體用于全景 式照明和成像的方法。
[0049] 圖22 W圖表來(lái)示例說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的一種內(nèi)窺鏡中在控制器、L邸和傳感器之 間的信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。
[0050] 圖23 W框圖來(lái)示例說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的一種內(nèi)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(shuō)明一種單片式傳感器芯片，其中使用四個(gè)區(qū)域Q1-Q4來(lái)拍攝全景 360°圖像的四個(gè)部分。
[0052] 圖25示例說(shuō)明在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的、具有凸反射面的示例性環(huán)形反射 鏡218的尺度。
[0053] 圖26示例說(shuō)明在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的、膠囊形狀的內(nèi)窺鏡的尺度。
[0054] 圖27 W部分橫截面視圖來(lái)示例說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的膠囊內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式 中，由雙層窗口形成H個(gè)虛源。
[005引圖28A-圖28D W前視圖來(lái)示例說(shuō)明在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的膠囊內(nèi)窺鏡的 窗口上的長(zhǎng)程照明區(qū)域211、短程照明區(qū)域210 W及成像區(qū)域212的相對(duì)位置。
[0056] 圖28E和圖28G分別示例說(shuō)明在圖28A和圖28C中所示類型的膠囊內(nèi)窺鏡中，一 對(duì)相鄰成像區(qū)域282A與282B彼此間的重疊，W及此外另一對(duì)相鄰成像區(qū)域282Z與282A 彼此間的另一重疊。
[0057] 圖28F和圖28H分別示例說(shuō)明在圖28E和圖28G中所示類型的膠囊內(nèi)窺鏡中的相 鄰成像區(qū)域的聯(lián)合282。
[005引 圖281和圖28J分別示例說(shuō)明，在圖28E-圖28F W及圖28G-圖28H中所示類型的 膠囊內(nèi)窺鏡的展開(kāi)的管狀壁上，成像區(qū)域的聯(lián)合282與相鄰短程照明區(qū)域的另一聯(lián)合281 的位置的相對(duì)位置。
[0059] 圖28K和圖2化分別示例說(shuō)明在圖28A和圖28C中所示類型的膠囊內(nèi)窺鏡中，成 像區(qū)域282A與相應(yīng)的短程照明區(qū)域283A的重疊。
[0060] 圖29A、圖29B和圖29C W部分橫截面視圖來(lái)示例說(shuō)明用于將光源S相對(duì)于相機(jī)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(jié)構(gòu)。
[0061] 圖30 W橫截面平面圖來(lái)示例說(shuō)明在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的膠囊內(nèi)窺鏡中長(zhǎng) 程照明源與短程照明源的相對(duì)位置。
[0062] 圖31和圖32 W橫截面?zhèn)纫晥D來(lái)示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的膠囊內(nèi)窺鏡的兩個(gè)實(shí)施方 式，所述實(shí)施方式在相機(jī)中容納有徑向?qū)ΨQ的光學(xué)元件。
[0063] 圖33示例說(shuō)明相對(duì)于內(nèi)窺鏡的兩個(gè)照明區(qū)域離胃腸道的距離的變化，根據(jù)本發(fā) 明發(fā)射的能量的變化。
[0064] 圖34示例說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施方式中，在膠囊的兩端具有兩個(gè)相機(jī)的 內(nèi)窺鏡。

【具體實(shí)施方式】
[0065] 根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)窺鏡200 (圖2A)使用多個(gè)光源205、206在直徑為D的體腔241內(nèi) 部提供照明，并且使用封閉在其內(nèi)的相機(jī)拍攝組織的圖像。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡200 具有大于一的寬高比，W及縱軸222。內(nèi)窺鏡200的定向由自身通常細(xì)長(zhǎng)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(gè)部分，如小腸和結(jié)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(lái)在透視圖中 傳達(dá)視覺(jué)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?qǐng)D2A，內(nèi)窺鏡200的源205是"長(zhǎng)程源"，其用于對(duì)位于腔241中在離內(nèi)窺鏡 的例如IOmm與35mm之間的預(yù)定距離范圍內(nèi)的組織進(jìn)行成像。當(dāng)體腔241的組織與內(nèi)窺鏡 相接觸時(shí)，不使用長(zhǎng)程源205。相反，使用主要來(lái)自短程源206的照明來(lái)對(duì)接觸的組織進(jìn)行 成像?？拷鼉?nèi)窺鏡（例如在5mm W內(nèi)）但不與內(nèi)窺鏡接觸的組織在本發(fā)明的一些實(shí)施方式 中由源205和206 -同進(jìn)行照明。
[0067] 不論如何實(shí)施，在許多實(shí)施方式中多個(gè)光源205和206如W下所述的那樣相對(duì)于 相機(jī)的光瞳202 (圖2A)定位。光瞳202具有光軸203,其與內(nèi)窺鏡200的殼體201的內(nèi)表 面在點(diǎn)204相交。注意，在圖2A中將殼體201說(shuō)明性地示為了不具有厚度，盡管如本領(lǐng)域 技術(shù)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(diǎn)204在此也被稱 為"光軸交點(diǎn)"或者簡(jiǎn)單地"交點(diǎn)"。長(zhǎng)程源205被相對(duì)于透鏡202定位，使得光軸交點(diǎn)204 位于由長(zhǎng)程源205透射的光（也被稱為"長(zhǎng)程光"）209通過(guò)其射出殼體201的區(qū)域（也被 稱為"長(zhǎng)程照明區(qū)域"）211之外。另外，短程源206被相對(duì)于透鏡202定位，使得光軸交點(diǎn) 204位于由短程源206透射的光（也被稱為"短程光")208通過(guò)其射出殼體201的另一區(qū)域 (也被稱為"短程照明區(qū)域"）210之內(nèi)。注意，短程照明區(qū)域210比長(zhǎng)程照明區(qū)域211大， 通過(guò)該樣設(shè)計(jì)，在組織靠近或觸及內(nèi)窺鏡時(shí)確保組織的照明的充分的均勻性。
[0068] 為總結(jié)前述段落中所述的布置，光源205和206被定位成使光軸交點(diǎn)204被包含 于短程照明區(qū)域210內(nèi)（并作為其一部分），但卻位于長(zhǎng)程照明區(qū)域211之外。在圖2A中 所示實(shí)施方式中，長(zhǎng)程照明區(qū)域211不僅不包含交點(diǎn)204,該區(qū)域211也不與殼體201的區(qū) 域（也被稱為"成像區(qū)域"）212重疊，由組織反射的光（也被稱為"反射光"）通過(guò)所述區(qū) 域212透射穿過(guò)殼體201并被相機(jī)所拍攝。在一些實(shí)施方式中，光源205和206相對(duì)于相 機(jī)的光瞳202的具體位置和定向是W改善位于離內(nèi)窺鏡的多個(gè)距離范圍中的組織的照明 的均勻性為目標(biāo)，而憑經(jīng)驗(yàn)確定的。
[0069] 注意，雜散反射光可能通過(guò)其他區(qū)域進(jìn)入內(nèi)窺鏡200,但用于在內(nèi)窺鏡200內(nèi)形成 可診斷圖像的光是由區(qū)域212的邊界來(lái)劃定的。區(qū)域212的邊界排除任何未被內(nèi)窺鏡200 內(nèi)的傳感器所感測(cè)的光。另外，區(qū)域212的邊界還排除任何可能被感測(cè)到但沒(méi)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(qū)域212通常由視野（"F0V")214所確定。視野214是由在穿過(guò)光軸交點(diǎn) 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(jī)拍攝用于診 斷的圖像的角度范圍所限定的。注意，視野有時(shí)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(nèi)窺鏡200的成像區(qū)域212。在內(nèi)窺鏡200中，光源205和206中的每一個(gè) 都位于視野214之外，W避免對(duì)來(lái)自該些源的光成像。上述FOV指的是縱向方向；還存對(duì)于 橫向方向的角度視野。然而，橫向FOV與當(dāng)前討論無(wú)密切關(guān)系。
[0071] 另外，上述在長(zhǎng)程照明區(qū)域211與成像區(qū)域212之間沒(méi)有重疊消除了由于殼體201 所反射的長(zhǎng)程光209而在被相機(jī)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(shí)施方式中，在相機(jī)中形成的圖像中存在來(lái)自由殼體所造成的 長(zhǎng)程光的反射的鬼影，并且會(huì)操作傳感器例如通過(guò)裁剪圖像而排除鬼影。在裁剪過(guò)程中，圖 像在其中也區(qū)域的部分由內(nèi)窺鏡200傳輸給計(jì)算機(jī)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(jù)實(shí)施方式，裁減或者由位于機(jī)體之外的計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，在該 種情況下要傳輸整個(gè)圖像；或者備選地在殼體201內(nèi)執(zhí)行。在剛剛描述的備選實(shí)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(zhí)行（見(jiàn)圖18)。
[0072] 在上述類型的一些實(shí)施方式中，光源206被有意地定位成使短程照明區(qū)域210與 成像區(qū)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(shí)，仍然足夠充分地照明組織W在相機(jī)中獲得可診斷圖像。
[0073] 在圖2A中所示類型的實(shí)施方式中，區(qū)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(gòu)成具有位于壁 201M的兩側(cè)的每一側(cè)的兩個(gè)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(shí)施方式中，管狀壁201M在一側(cè)蓋有彎頂形末端（或者簡(jiǎn)單地"彎頂")201T并且在 另一側(cè)蓋有另一彎頂形末端201B，W實(shí)現(xiàn)膠囊內(nèi)窺鏡。彎頂20口和201B構(gòu)成還包括管狀 壁201M的殼體的部分。
[0074] 在內(nèi)窺鏡200 (圖2A)中彎頂20IT和20IB不用于將任何光傳遞到內(nèi)窺鏡200之 外的區(qū)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(guò)管狀 壁201M離開(kāi)內(nèi)窺鏡200 W及進(jìn)入內(nèi)窺鏡200,并且剛剛描述的光相對(duì)于內(nèi)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(nèi)窺鏡200內(nèi)的 光學(xué)和電子組件形成水密殼體。注意，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡的其他實(shí)施方式可W具有不同 的形狀，例如圖2Q和圖2R中所示的內(nèi)窺鏡290在插入管292的一端具有遠(yuǎn)側(cè)末端291。遠(yuǎn) 側(cè)末端291還通過(guò)與內(nèi)窺鏡200相似的管狀壁來(lái)徑向地照明體腔。注意，在備選實(shí)施方式 中，如圖19中所示，區(qū)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(nèi)窺鏡（無(wú)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(yuǎn)側(cè)末端291)通過(guò)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(zhǎng)球體或扁球體形的截頭錐體。內(nèi)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(wú)論橫截面如何，大部分的光 (例如能量的50% W上）從側(cè)面通過(guò)內(nèi)窺鏡的管狀壁201M(圖2B)徑向地從內(nèi)窺鏡200射 出。另外，組織反射的光也橫向地向回穿過(guò)管狀壁220, W在內(nèi)窺鏡200內(nèi)形成待診斷的圖 像（未在圖2B中示出）。
[0076] 在一些實(shí)施方式中，最初由殼體內(nèi)的發(fā)光體（如LED)來(lái)產(chǎn)生射出內(nèi)窺鏡的短程光 208,而短程光208在隨后由（也在殼體內(nèi)的）光學(xué)元件分裂為至少兩個(gè)部分，該至少兩個(gè) 部分分別在殼體上形成至少兩個(gè)重疊的光斑。例如，圖2B示例說(shuō)明了由短程光208通過(guò)分 裂而產(chǎn)生的兩個(gè)部分所形成的兩個(gè)光斑210A和210B。將短程光208分為兩個(gè)或多個(gè)部分 使組織的更大區(qū)域能夠由重疊光斑所照明，其相對(duì)于在其中也具有單峰的單個(gè)光斑而言在 整個(gè)照明區(qū)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(gè)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(qū)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(guò)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(qū)域210中。在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，短程光208的兩個(gè)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(shuō)明性實(shí)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(lǐng)域技術(shù)人員將很容易明白的那樣，形成短程光208的各個(gè)部分的百分比的 例子在不同的實(shí)施方式中會(huì)有所不同。另外，其他實(shí)施方式（未示出）僅將短程光208分 裂為兩個(gè)部分，即不形成第H光斑210C。還有其他實(shí)施方式（也未示出）將短程光208分 裂為四個(gè)或更多個(gè)部分，即形成短程照明區(qū)域210的四個(gè)或更多個(gè)光斑。另外，還根據(jù)實(shí)施 方式，短程光208的光斑可W合并在一起來(lái)形成單個(gè)的連續(xù)區(qū)域，或者可W不合并在一起。
[0079] 在內(nèi)窺鏡200中，根據(jù)實(shí)施方式，長(zhǎng)程照明區(qū)域211和短程照明區(qū)域210可W相互 重疊或不重疊。還根據(jù)實(shí)施方式，成像區(qū)域212可W與長(zhǎng)程照明區(qū)域211重疊或不重疊。
[0080] 在許多實(shí)施方式中，由兩個(gè)光束208A和208B (圖2D)形成兩個(gè)光斑210A和210B， 該兩個(gè)光束是短程光208 (圖2A)的兩個(gè)部分。光束208A和208B分別由位于光軸203的 相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)光源206和218透射向殼體201的內(nèi)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(cè)稱為在光軸的"上方"和"下方"，盡管 應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)軸203相對(duì)于觀察者的定向，該兩側(cè)的定向是不同的（例如如果軸203是垂 直定向的，那么為"左側(cè)"和"右側(cè)"）。
[0081] 參照?qǐng)D2D，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(yīng)地，光軸交點(diǎn)204位于光斑210A的頂部部分中。在 一些實(shí)施方式中，發(fā)光體位于光軸203之下，并且該發(fā)光體被包括在光源206之中，該光源 額外地包括對(duì)接收自發(fā)光體的短程光208進(jìn)行分裂的光學(xué)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(qū)域212內(nèi)最小化或者消除相機(jī)對(duì)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(xué)元件在一些實(shí)施方式中從接收自發(fā)光體的光 208形成光束208B。光束208B最初由光學(xué)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(fā)光體的光束 208B的大部分W在殼體的內(nèi)表面上形成光斑210B。光軸交點(diǎn)204位于光斑210B的底部部 分中。注意，在圖2B-圖2D中所示的實(shí)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(diǎn)204位于重疊處內(nèi)。另外，在圖2B中所示的實(shí)施方式中，光斑210A 和210B沿著與縱軸222對(duì)齊的（例如5° W內(nèi)）方向相對(duì)于彼此對(duì)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(jī)對(duì)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(shuō)明性實(shí)施方式中，光學(xué)元件在對(duì)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(qū)域212之外的照明區(qū)域 210中。相應(yīng)地，在組織與殼體接觸時(shí)入射在光斑210C上的第H部分的大部分都不會(huì)到達(dá) 相機(jī)。然而，光束208C在組織位于離殼體的較短距離處（例如5mm遠(yuǎn)）時(shí)通過(guò)短程照明區(qū) 域210提供不會(huì)到達(dá)相機(jī)的照明。
[0084] 圖2E示例說(shuō)明了 W上參照?qǐng)D2A-圖2D所述類型的內(nèi)窺鏡200的一個(gè)實(shí)施方式的 一個(gè)示例性實(shí)施。具體而言，如圖2E中所示，發(fā)光體217向光學(xué)元件216提供短程光，所述 光學(xué)元件216如W下所述那樣將短程光分裂為H個(gè)光束。一個(gè)光束208C (圖2D) W強(qiáng)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(qiáng) 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(qiáng)度分布219B入射在殼體上（圖2E)。光學(xué)元件216的一個(gè)例子是如 下文所討論的復(fù)合拋物面集中器（compound par油olic concentrator,CPC)。透鏡L是相 機(jī)的物鏡，并且通過(guò)其接收的光由反射鏡M反射到傳感器232用于感測(cè)和存儲(chǔ)圖像。
[0085] 注意，圖2E中所示的實(shí)施是關(guān)于縱軸222對(duì)稱的，并且內(nèi)窺鏡200具有在長(zhǎng)程源 205中的發(fā)光體的四個(gè)副本、另一發(fā)光體217和光學(xué)元件216 ( -起形成短程光源）、光學(xué)元 件218 (其與發(fā)光體217和光學(xué)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(fā)光體217都由板249所支撐。在另一實(shí)施方式中，在八個(gè)徑向 方向中的每個(gè)方向上有一對(duì)發(fā)光體（總共有十六個(gè)發(fā)光體），用于產(chǎn)生體腔的360 °全景圖 像。
[0086] 盡管圖2E中所示的內(nèi)窺鏡200在給定徑向方向上具有兩個(gè)發(fā)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(shí)施方式可W在單個(gè)徑向方向上使用四個(gè)發(fā)光體。 在圖2F中，內(nèi)窺鏡250包括用來(lái)作為兩個(gè)長(zhǎng)程光源的兩個(gè)發(fā)光體221A和224A。另外，內(nèi)窺 鏡250還具有用來(lái)作為短程光源的兩個(gè)額外的發(fā)光體222A和223A。另外，在一些實(shí)施方式 中，發(fā)光體被定位在內(nèi)窺鏡中用W沿著四個(gè)徑向方向（例如，在從上方看時(shí)，圍繞殼體的圓 形邊界的北、南、東和西）中的每個(gè)方向照明。在圖2F中將在相應(yīng)的H個(gè)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?yàn)閳D2F是橫 截面圖）。在某些實(shí)施方式中，發(fā)光體被定位在內(nèi)窺鏡中用W沿著八個(gè)徑向方向（例如，再 次在從上方看時(shí)的北、東北、東、東南、南、西南、西W及西北）中的每個(gè)方向照明。
[0087] 圖2A中所示的實(shí)施方式具有大于1的寬高比，據(jù)此內(nèi)窺鏡200具有沿著軸222的 比位于橫截軸222的橫截面內(nèi)的任何其他尺度更大的尺度。例如，內(nèi)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(zhǎng)度。相應(yīng)地，在剛 剛描述的實(shí)施方式中，管狀壁202具有圓柱形的形狀。
[0088] 在本發(fā)明的幾個(gè)備選實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡具有橫截面沿內(nèi)窺鏡的長(zhǎng)度變化的管狀 壁。例如，圖2G示例說(shuō)明了內(nèi)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(jù)本發(fā)明的內(nèi)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(fā)明的某些實(shí)施方式中所述的那樣，無(wú)論管狀壁的形狀如何，照明和成像 是通過(guò)管狀壁的各個(gè)重疊和非重疊區(qū)域來(lái)執(zhí)行的。
[0089] 此外，在圖2H中所示的另一備選實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡227具有小于1的寬高比，據(jù) 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(gè)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(shí)施方式中，用于照明和成 像的重疊和非重疊區(qū)域也是如上所述形成在管狀壁229上的。
[0090] 在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡200(圖2B)具有1. Icm的直徑231和2. 6cm 的長(zhǎng)度232。注意，在該一示例說(shuō)明性實(shí)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(qū)域212 (圖2A)具有表示為弧長(zhǎng)的0.9cm的寬度，W及0.5cm的高度。此 夕F，照明區(qū)域210 (圖2C)不具有確切的邊界。因此，圖2C中所示的輪廓是對(duì)于特定強(qiáng)度水 平，如最大強(qiáng)度的10%的。在示例說(shuō)明性實(shí)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(zhǎng)度。并且，彎頂201T和201B 中的每一個(gè)都具有0. 3cm的高度（見(jiàn)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(biāo)示的尺度僅僅是為了示例說(shuō)明，而在其他實(shí)施方式中使用了其他尺度。
[0091] 在一些實(shí)施方式中，成像區(qū)域212(圖2A) W及照明區(qū)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(yuǎn)離底部彎頂201B (也被稱為"遠(yuǎn)端"）。內(nèi) 窺鏡內(nèi)封閉于兩個(gè)彎頂20口和201B或其中之一內(nèi)或者鄰近兩個(gè)彎頂20口和201B或其中 之一的鄰近空間在某些實(shí)施方式中用于容納各種電子組件，如通常用于膠囊內(nèi)窺鏡的類型 的電池和無(wú)線發(fā)射器（未示出）。
[0092] 在其他實(shí)施方式中，照明和成像區(qū)域210和212重疊出一條中線（例如"赤道"）， 該中線位于離膠囊內(nèi)窺鏡的兩個(gè)彎頂201T和201B上的兩個(gè)最遠(yuǎn)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)的等距離 處。在其他實(shí)施方式中（也未示出），照明和成像區(qū)域210和212居中于中線上并且在該 些實(shí)施方式中該中線穿過(guò)光軸交點(diǎn)204(圖2A ;未示出中線）。在一些實(shí)施方式中，成像區(qū) 域212和照明區(qū)域210 (如圖2A中所示）具有它們相應(yīng)的互相偏離的中也，盡管在其他實(shí) 施方式中該兩個(gè)中也是重合的。
[0093] 參照?qǐng)D2A，照明區(qū)域210是由來(lái)自位于接近遠(yuǎn)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(zhǎng)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(lái)實(shí)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(duì)來(lái)自該些源的 光所產(chǎn)生的任何反射都不會(huì)進(jìn)入光瞳202的位置和角度上。在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式 中，短程偏移距離233為0. 2畑1，長(zhǎng)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(lái)自源的光的角度分布收窄，那么偏移距離可W更小。相應(yīng)地，由反射鏡 反射的光線到縱向平面上的投影相對(duì)于來(lái)自其他兩個(gè)源的光線而言在狹窄的角度范圍之 中，而由于該個(gè)原因，反射鏡的偏移距離相對(duì)于其他兩個(gè)源的偏移距離而言也是相對(duì)較小 的。
[0095] 在一些實(shí)施方式中，光源205和206被操作用W根據(jù)組織241離內(nèi)窺鏡200的距 離來(lái)產(chǎn)生相對(duì)于彼此各不相同的福射能量。組織的距離是由內(nèi)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(jī)的傳感器232感測(cè)的光的強(qiáng)度而確定的。 使用感測(cè)的強(qiáng)度，施加到源205和206的電流由控制器（見(jiàn)圖23)使用憑經(jīng)驗(yàn)確定的在福 射能量與距離之間的關(guān)系來(lái)自動(dòng)地改變。在圖2E中所示的例子中，未示出來(lái)自源205的光 的強(qiáng)度分布。
[0096] 如果待成像組織與內(nèi)窺鏡200相接觸，那么可W操作源205來(lái)產(chǎn)生最低量的福射 能量（乃至根據(jù)實(shí)施方式而切斷）。如上所述，接觸的組織是由來(lái)自短程源206的光照明 的。當(dāng)組織遠(yuǎn)離內(nèi)窺鏡時(shí)，（根據(jù)實(shí)施方式）可W同時(shí)地、協(xié)同地或者同期地使用所有多個(gè) 光源205、206和218, W提供生成可診斷圖像所需的照明。相應(yīng)地，用于成像的源的數(shù)量根 據(jù)距離而改變，W確保組織的圖像在預(yù)定強(qiáng)度范圍內(nèi)形成在相機(jī)內(nèi)。
[0097] 在一些實(shí)施方式中，基于圖像實(shí)現(xiàn)由醫(yī)生進(jìn)行診斷所需的細(xì)節(jié)的分辨率的充分 度，而憑經(jīng)驗(yàn)提前選擇預(yù)定強(qiáng)度范圍。在其中為內(nèi)窺鏡確定組織的距離和/或發(fā)光體能量 發(fā)射的具體方式在各實(shí)施方式中是不同的。相應(yīng)地，鑒于本公開(kāi)內(nèi)容，多種用于確定組織的 距離和/或發(fā)光體能量發(fā)射的方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員都將是顯而易見(jiàn)的。
[0098] 在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡中包括多個(gè)光源使內(nèi)窺鏡能夠通過(guò)使用根據(jù)組織的距離 的不同量和/或分布的照明來(lái)對(duì)位于離內(nèi)窺鏡的不同位置處的組織進(jìn)行成像。在第一例子 中，當(dāng)組織位于與內(nèi)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(guān)也的 體腔的直徑D的1/10 W下）時(shí)，通過(guò)向LED 217提供電流W產(chǎn)生福射能量E2 (圖21)來(lái)照 明組織241 ( W及對(duì)組織進(jìn)行成像）。由此產(chǎn)生的照明包括由相應(yīng)的光束208A-208C經(jīng)由成 像區(qū)域212產(chǎn)生的強(qiáng)度分布291A-219C (圖2J和圖2K)。在該時(shí)，長(zhǎng)程源LED 205被操作產(chǎn) 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(gè)階段將源205關(guān)閉。
[0099] 在第二例子中，組織位于離內(nèi)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(nèi)窺鏡200中的LED 217和205都被驅(qū)動(dòng)用W產(chǎn)生相同量的福 射能量E3。由此產(chǎn)生的照明現(xiàn)在包括強(qiáng)度分布215 (圖2J和圖2K)，其一部分現(xiàn)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(jīng)（在縱向方向上）移動(dòng)到了在分布215的峰值上方的位置。此外，分布219A的 峰值已經(jīng)從在軸203上方的位置移動(dòng)到了在峰值219C下方的位置。相應(yīng)地，在相機(jī)的視野 214內(nèi)的中間距離D2處，長(zhǎng)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(zhǎng) 程源LED 205被操作產(chǎn)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(qiáng)度分布215 (圖2J和圖2K)構(gòu)成照明的大部分（例如提供> 50%的能量）。 因此，長(zhǎng)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(jī)的視野214之外。雖然分布219C的峰值在視野214之內(nèi)，但該分布對(duì)總照明的貢獻(xiàn) 很?。ɡ?0 % 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(zhǎng)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(gè)數(shù)量級(jí)的功率P6。如圖2K中所示，來(lái)自長(zhǎng)程源LED 205的強(qiáng)度分布215提供主要照 明。在距離D4處，來(lái)自短程源LED 217的貢獻(xiàn)最?。ɡ?%或更小）。
[0102] 注意，在圖21中所示類型的一些實(shí)施方式中，每個(gè)像素的積分時(shí)間都相對(duì)于另一 像素移位，盡管像素都具有公共積分時(shí)間，在此時(shí)間中內(nèi)窺鏡內(nèi)的每個(gè)LED例如被一個(gè)接 一個(gè)地按順序開(kāi)啟，或者全都被同時(shí)開(kāi)啟。還應(yīng)注意，由L邸發(fā)出的（并且因此被像素捕獲 的）福射能量的量取決于LED被開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間W及LED在其開(kāi)啟期間的功率輸出。在下 表中為一個(gè)特定的示例說(shuō)明性實(shí)施方式提供了W上所討論的距離與福射能量的總結(jié)，且下 表中的數(shù)字為例子，其在其他實(shí)施方式中具有不同數(shù)值。在下表中，P為從內(nèi)窺鏡的縱軸 到組織所位于其中的平面的距離，R為內(nèi)窺鏡的半徑，Utop與頂部長(zhǎng)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(qiáng)度分布是基于具有凸反射面的環(huán)形反射鏡218的。強(qiáng) 度分布對(duì)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(lái)自長(zhǎng) 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(duì)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(huì)改變。該距離由（L邸離光軸的距離）/tan (傾角）給出。在沒(méi)有 來(lái)自短程LED的大量照明的情況下，該是長(zhǎng)程照明的強(qiáng)度分布在其上相對(duì)于相機(jī)對(duì)稱的距 離。對(duì)于更大的距離，所述分布不太對(duì)稱但均勻性實(shí)際上得到了改善，因?yàn)榉植嫉臄U(kuò)散比視 野的擴(kuò)展更快。
[0105] 如上所述，圖2A示例說(shuō)明了內(nèi)窺鏡200在一個(gè)方向上（亦即在圖2A中朝向西方 或左側(cè)）的徑向照明，盡管內(nèi)窺鏡200在其他徑向方向上（例如3個(gè)額外的方向上）具有 類似的結(jié)構(gòu)，W實(shí)現(xiàn)在直徑為D的體腔（圖2A)內(nèi)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(nèi)窺鏡200還包括H個(gè)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(nèi)。在 LED 217形成照明區(qū)域210的同時(shí)，其他源形成圍繞內(nèi)窺鏡200的管狀壁的其他照明區(qū)域。 具體而言，如圖2M中所示，源242形成照明區(qū)域252,該區(qū)域252位于與區(qū)域210不同的經(jīng) 度處。注意，區(qū)域252和210彼此相鄰并且具有重疊，使得該兩個(gè)區(qū)域在同時(shí)開(kāi)啟源217和 242時(shí)合并形成如圖2N中所示的連續(xù)區(qū)域253。
[0106] 注意，內(nèi)窺鏡240還包括形成如下圖像所需的各種光學(xué)和/或電子組件，該些圖像 可W由計(jì)算機(jī)（未示出）結(jié)合W形成連續(xù)的360°全景圖像。例如，一些實(shí)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(nèi)窺鏡200內(nèi)來(lái)自透鏡的光路中包括一 個(gè)或多個(gè)額外的光學(xué)元件，如反射鏡、透鏡和/或棱鏡，例如用W創(chuàng)建用于由傳感器進(jìn)行拍 攝的適當(dāng)圖像。注意，在一些實(shí)施方式中，如本領(lǐng)域技術(shù)人員鑒于本公開(kāi)內(nèi)容將會(huì)明白的那 樣，額外的光學(xué)元件包括反射鏡并跟隨WH個(gè)透鏡，該H個(gè)透鏡被選擇用W確保低像差和 崎變并且用W提供適當(dāng)?shù)囊曇?。某些示例說(shuō)明性實(shí)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(biāo)題為'卞olded Imager"的 美國(guó)申請(qǐng)12/463, 488中所述的額外的光學(xué)元件。
[0107] 內(nèi)窺鏡200可W封閉在幾個(gè)縱向平面中的每個(gè)平面中用作物鏡的幾個(gè)透鏡（例如 4個(gè)透鏡），并且來(lái)自物鏡的光（在必要時(shí)）經(jīng)由額外的光學(xué)元件傳到相應(yīng)的傳感器。圖20 示例說(shuō)明了透鏡L1-L4,該些透鏡被用作用于進(jìn)入內(nèi)窺鏡的反射光的物鏡。來(lái)自透鏡L1-L4 的光由反射鏡（未在圖20中示出；見(jiàn)圖2E中的反射鏡M)反射，并且穿過(guò)額外的透鏡到達(dá) 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(nèi)窺鏡，但在圖2P中所示的一個(gè)備選實(shí)施 方式中，內(nèi)窺鏡290包括在插入管292的一端的遠(yuǎn)側(cè)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(yuǎn)側(cè)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(yuǎn)側(cè)末端291的底部連接到插入管292。 注意，遠(yuǎn)側(cè)末端291通過(guò)管狀壁291M徑向地照明體腔。
[0109] 根據(jù)本發(fā)明的膠囊內(nèi)窺鏡300(圖3)通過(guò)使用透鏡301作為相機(jī)304的物鏡來(lái)對(duì) 靠近或觸及膠囊殼體的體內(nèi)物體進(jìn)行成像。透鏡301具有相關(guān)的輸入光瞳P (圖3)。注意， 圖3示意性地示例說(shuō)明了具有單個(gè)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(nèi)窺鏡300。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖3中將相機(jī)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(cè)面穿過(guò)膠囊內(nèi)窺鏡300的管狀壁351中的窗 口 303的視野（FOV)。術(shù)語(yǔ)FOV表示整個(gè)成像系統(tǒng)在所有方向上的視野，并且由在圖像平面 I的目標(biāo)區(qū)域R上生成圖像305的關(guān)于光軸306的視場(chǎng)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(biāo)區(qū)域R的圖像的更大的F0V。例如，目標(biāo)區(qū)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(nèi)窺鏡300 (圖3)的縱向平面中的投影被稱為縱向F0V?？v向FOV的 一個(gè)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(nèi)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(nèi)，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(cè)的角度并由如圖3中所示的透視線A和B所劃定。相應(yīng)地，橫向FOV 位于穿過(guò)膠囊內(nèi)窺鏡300 (圖3)的光軸306的平面之中。包括在膠囊內(nèi)窺鏡300中并位于 不同經(jīng)度上的多個(gè)物鏡的橫向FOV在它們的邊界處重疊，從而使如上文中參照?qǐng)D20所述的 由相機(jī)304成像出360°的全景圖。
[0112] 短程光源302位于膠囊內(nèi)窺鏡300之內(nèi)但在相機(jī)304的主體之外。因此，來(lái)自源 302的照明光的一部分經(jīng)由光學(xué)窗口 303穿過(guò)管狀壁351射出。反射的圖像形成光通過(guò)同一 光學(xué)窗口 303返回到膠囊內(nèi)窺鏡300中并由相機(jī)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(jī)304還可能拍攝到由窗口 303的外表面303E和內(nèi)表面3031所 反射的照明光。該些反射在圖像305中呈現(xiàn)為光斑，從而降低了圖像的質(zhì)量及其診斷價(jià)值。
[0113] 為了由膠囊內(nèi)窺鏡300進(jìn)行的彩色成像，將短程光源302實(shí)施為白色光源。在一些 實(shí)施方式中，白色光源是通過(guò)使用封裝有磯光體的藍(lán)色或紫外L邸而形成的，該磯光體在 被藍(lán)色或紫外L邸激發(fā)時(shí)會(huì)在更長(zhǎng)的可見(jiàn)波長(zhǎng)上發(fā)光。為了最小化腔體尺寸，在幾個(gè)實(shí)施 方式中使用了具有導(dǎo)電襯底的LED,從而只需要一條接合線W及相關(guān)的接合焊盤(pán)。備選地， 在某些實(shí)施方式中結(jié)合了在諸如紅色、綠色和藍(lán)色的不同波長(zhǎng)上發(fā)光的多個(gè)LED。還有膠囊 內(nèi)窺鏡300的其他實(shí)施方式使用包括有機(jī)LED(OLED)、電致發(fā)光設(shè)備W及英光源的光源。
[0114] 在膠囊內(nèi)窺鏡300的一些實(shí)施方式中，在內(nèi)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(fā)涂覆法的 標(biāo)準(zhǔn)工藝，將AR涂層應(yīng)用到與來(lái)自其源的材料的視線流大致垂直的表面。相應(yīng)地，在一些 實(shí)施方式中在膠囊內(nèi)窺鏡的外表面303E上執(zhí)行了膠囊內(nèi)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(jié)構(gòu)到管狀壁上的印刻或蝕刻是在該樣的實(shí)施方 式中使用W實(shí)現(xiàn)AR涂層的各種技術(shù)。
[0115] 在膠囊內(nèi)窺鏡300的一些實(shí)施方式上使用的AR涂層被設(shè)計(jì)為至少如用W形成內(nèi) 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(huì)在一些實(shí)施方式中被成像到。另外，在 其中AR涂層不可用或者難W應(yīng)用的膠囊內(nèi)窺鏡的實(shí)施方式中，沒(méi)有使用AR涂層。相反，在 膠囊內(nèi)窺鏡300的一些實(shí)施方式中使用了某些照明體和/或相機(jī)幾何結(jié)構(gòu)來(lái)確保內(nèi)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(nèi)壁3031和外壁303E全都將來(lái)自短程光源302的光反 射回膠囊內(nèi)窺鏡300中。反射看起來(lái)來(lái)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(nèi)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(nèi)窺鏡300可能是長(zhǎng)球體。
[0117] 第H反射，例如來(lái)自外壁303E的兩個(gè)反射和來(lái)自內(nèi)壁3031的一個(gè)反射的光路產(chǎn) 生第H虛像，其位于距膠囊內(nèi)窺鏡300比虛源VSl和VS2更遠(yuǎn)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(duì)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(zhì)界面上 的入射角而增大。相應(yīng)地，在膠囊內(nèi)窺鏡300的一些實(shí)施方式中短程光源位置和物鏡位置 的幾何結(jié)構(gòu)并不與第H虛像是否被相機(jī)304所拍攝相關(guān)。
[0118] 膠囊內(nèi)窺鏡300內(nèi)的其他反射面可能與表面3031和/或303E相結(jié)合產(chǎn)生顯著的 次級(jí)反射。例如，如果相機(jī)304的主體是反射性的，那么將會(huì)在膠囊內(nèi)窺鏡300外比VSl和 VS2更遠(yuǎn)處產(chǎn)生兩個(gè)額外的虛源。因此在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中相機(jī)304的主體具有底 反射率表面。
[0119] 如果虛源VSl和VS2位于FOV內(nèi)并且源302向?qū)捊嵌确秶邪l(fā)光，那么在圖像305 中將會(huì)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(huì)被成像。在圖3中使出了兩條示例性光線。一條光線307從內(nèi)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(xiàn)在目標(biāo)圖像305中。
[0120] 在內(nèi)窺鏡300的某些實(shí)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(nèi)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(yuǎn)。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(diǎn)。例如，由于源302被迫更加遠(yuǎn)離光軸 306,所W膠囊內(nèi)窺鏡300的光學(xué)系統(tǒng)的體積會(huì)增大。在一些實(shí)施方式中通過(guò)使用靠近管狀 壁351的窗口 303安置的小源302 (即它們占據(jù)小寬度的環(huán)形部分）來(lái)降低膠囊內(nèi)窺鏡300 的高度?？拷鼉?nèi)窺鏡300的殼體的小源產(chǎn)生不均勻的照明和"生硬的"陰影。相應(yīng)地，在膠 囊內(nèi)窺鏡300的一些實(shí)施方式中，使用了具有相對(duì)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(chǎn)生更好的組織照明。
[0121] 另外，在膠囊內(nèi)窺鏡300的一些實(shí)施方式中使用了具有小于幾毫米的尺度的白色 源。膠囊內(nèi)窺鏡300的其他實(shí)施方式使用了由與磯光體一起封裝在環(huán)氧樹(shù)脂中的藍(lán)色或紫 外L邸所形成的白色LED。并且在膠囊內(nèi)窺鏡300的某些實(shí)施方式中，L邸的芯片與封裝 物、正電極W及負(fù)電極一同位于反射腔中。反射腔被設(shè)計(jì)用W將來(lái)自全方位發(fā)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(duì)于芯片制成多小。
[0122] 在膠囊內(nèi)窺鏡300的一些實(shí)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(nèi)窺鏡中，用W將芯片連接到每個(gè)電極。在膠囊內(nèi)窺鏡300的其他實(shí)施方式中，LED 襯底是導(dǎo)電的，并且L邸使用導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂或焊料接合到一個(gè)電極并且導(dǎo)線接合到另一電 極。剛剛描述的實(shí)施方式具有單個(gè)導(dǎo)線接合，并且產(chǎn)生比使用兩組導(dǎo)線接合更為緊湊的膠 囊內(nèi)窺鏡300。一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式使用W下器件作為源302,該器件為：可購(gòu)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(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡400(圖4)具有包括反射腔401和發(fā)光二極管 (LED) 402的短程光源409。腔401引導(dǎo)來(lái)自LED 402的光通過(guò)光圈403,并且通過(guò)管狀壁的 窗口 404射出內(nèi)窺鏡400。在該些實(shí)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(cè)量的）預(yù)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(shí)施方式中，將短程光源安置成使得一個(gè)或多個(gè)其鏡像將會(huì)處于FOV內(nèi)， 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(nèi)壁（即擋板）的存在，W確保從 光瞳到虛像沒(méi)有視線。例如，在圖5中所示的一個(gè)該樣的實(shí)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(nèi)。圖5的 內(nèi)窺鏡還包括與內(nèi)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(nèi)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(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式中形成為環(huán)形壁。
[01巧]擋板501反射或者吸收入射光線，如來(lái)自源S的光線或者由窗口 503所反射的光 線。在圖5的實(shí)施方式中，擋板的虛像502阻擋了 FOV內(nèi)的虛像VS4與P之間的視線。注 意，擋板501在被照明于內(nèi)窺鏡外的物體（例如組織）上產(chǎn)生陰影，如果被拍攝在可診斷圖 像中那么該可能是個(gè)缺點(diǎn)。注意，圖2E中的反射鏡218為擋板，因?yàn)槠渥钃趿藖?lái)自源205 的光線形成可被相機(jī)拍攝到的虛像。
[0126] 在一些實(shí)施方式中，源通過(guò)其發(fā)光的光圈部分地或者完全地位于FOV內(nèi)，盡管從 光圈發(fā)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(fā)出的光線在U點(diǎn)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(duì)于圓柱形的窗口 601，C在內(nèi)窺鏡600的縱軸（未在 圖6中示出）上。設(shè)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(huì)進(jìn)入光瞳P，并且在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡600的一些實(shí)施方式中滿足了該一 條件。
[0127] 圖7示例說(shuō)明了包括由位于腔702內(nèi)并安裝在印刷電路板（PCB) 703上的LED 701 構(gòu)成的短程源709的一些實(shí)施方式的內(nèi)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(dǎo)至傳感器705上。短程源709將光發(fā) 射至減少光的角度色散的光學(xué)元件710,即角度集中器710的輸入光圈Al中。光通過(guò)輸出 光圈A2射出集中器710。
[0128] 在內(nèi)窺鏡700的某些實(shí)施方式中，角度集中器710將所有方向上的角度發(fā)散限制 到半角0 2,并且目是相機(jī)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(jī)的光軸706之間的角（見(jiàn)圖6)。該樣的實(shí)施方式通過(guò)滿足W下的0 2 < e-0pw-2a的條件而確保內(nèi)反射處于FOV之外。注意，對(duì)于幾個(gè)該樣的實(shí)施方式，目在 45°到135°的范圍之中。在一些實(shí)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(duì)于窗口的）徑向方向 上的發(fā)散限制到0 2。在同時(shí)限制切線方向上的發(fā)散（盡管不一定要到與0 2 一樣小的角） 的其他實(shí)施方式中不滿足該些條件。一般而言，將發(fā)散限制成使得Si > 0胃+a,其中01 對(duì)于所有發(fā)射自A2的光線都如上文所定義。
[0129] 在內(nèi)窺鏡700的若干實(shí)施方式中，根據(jù)福射定理將一個(gè)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(shè)了輸入介質(zhì)和出射介質(zhì)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(nèi)反射的光線會(huì) 進(jìn)入集中器710,并且輸入被認(rèn)為是該些光線在折射后進(jìn)入自由空間。Cm。,量化了使用集中 器710相對(duì)于沒(méi)有集中器的情況對(duì)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(shuō)明了使用準(zhǔn)直透鏡801來(lái)形成角度集中器802 W減少來(lái)自短程源803 的光的角度發(fā)散的內(nèi)窺鏡800。在圖8中，集中率受到透鏡801的數(shù)值孔徑（NA)的限制。 由于01= /2,所W進(jìn)入輸入Al的來(lái)自源803的大部分光都不會(huì)穿過(guò)透鏡801。一般而 言，如果所需的數(shù)值孔徑（NA)趨近于1，那么成像系統(tǒng)，即使是具有多個(gè)透鏡的復(fù)雜成像系 統(tǒng)，都不是高效的角度集中器（即準(zhǔn)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(shuō)明了使用復(fù)合拋物 面集中器（CPO902作為角度集中器的內(nèi)窺鏡900。集中器902的兩側(cè)具有反射面903和 904。根據(jù)實(shí)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(cè)壁的電介質(zhì)，其表面903和904面向彼此并 且使用全內(nèi)反射（TIR)來(lái)將光從每個(gè)表面反射到另一個(gè)表面。因此內(nèi)窺鏡900的一些實(shí)施 方式使用槽形二維CPC來(lái)近似甚至達(dá)到最大理論光學(xué)集中度。該樣的實(shí)施方式中的內(nèi)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(nèi)窺鏡900的某些實(shí)施 方式使用例如具有平面傾斜壁的其他形式的集中器，實(shí)現(xiàn)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(nèi)窺鏡900的一些實(shí)施方式中使用的CPC902的橫截面的幾 何結(jié)構(gòu)。CPC 902的輸入光圈為QQ'。集中器902的一個(gè)表面903的輪廓P' Q'為焦點(diǎn)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(nèi)窺鏡900的一些實(shí)施方式中將集中器902的長(zhǎng)度L選擇成使 得來(lái)自Q的偏斜光線在P'與拋物線相交。發(fā)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(nèi)窺鏡900的一些實(shí)施方式包括封閉了具有圖11中所示類型的環(huán)形CPC 1100的 全景式成像系統(tǒng)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(gè)半部，亦即各自粘貼到（被稱為"L邸環(huán)"的）環(huán)上的第 一半部1101和第二半部1102。每個(gè)半部包括由用于結(jié)構(gòu)支撐的徑向福條彼此物理附接在 一起的兩個(gè)側(cè)壁。例如，在圖11中，第一半部1101具有面向彼此的外側(cè)壁1105和內(nèi)側(cè)壁 1106,并由福條1107-1109在其間提供支撐。注意，CPC 1100的兩個(gè)半部1101和1102互 為鏡像，并且由于該個(gè)原因，當(dāng)在下文中僅描述第一半部1101時(shí)應(yīng)當(dāng)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(cè)壁1105環(huán)繞內(nèi)側(cè)壁1106。內(nèi)側(cè)壁的表面1106R面向外側(cè)壁 1105的表面1105R，并且該兩個(gè)表面1106R和1105R對(duì)光進(jìn)行反射，使其偏轉(zhuǎn)向上。沿CPC 1100的半徑的分段側(cè)壁1105和1106產(chǎn)生形成如圖9中所示的二維CPC的橫截面。相應(yīng)側(cè) 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(yīng)地，邊緣1106E 和110祀與兩個(gè)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(jiàn)圖12巧。
[013引在一些實(shí)施方式中，將形式為L(zhǎng)邸的短程源定位在CPC 1100的每個(gè)輸入光圈下方 的引線框或封裝之中（未在圖11中示出；見(jiàn)圖13)。具體而言CPC 1100在底面1201 (圖 12A)上具有幾個(gè)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(yīng)凹陷或凹穴相符并配對(duì)。另外，外表面IllU外 側(cè)壁1105的表面）被制成漫射性的，從而使來(lái)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(shuō)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(shuō)明了圖11的環(huán)形CPC 1100的第一半部1101。 圖12D W在圖12C的D-D方向上的側(cè)視圖示例說(shuō)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(shuō)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(guò)CPC 1101并橫向地 通過(guò)外表面1111(圖12A)射出。側(cè)壁1105和1106的高度為1.0mm。
[0140] 在內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式中，CPC 1100形成為成型的聚合物并于內(nèi)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(dǎo)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(jī)光瞳不位于內(nèi)窺鏡的縱軸上，福條1107-1109阻擋 具有大切向分量的來(lái)自位于CPC 1100的輸入光圈下方的LED的光，否則該光將在從內(nèi)窺鏡 的殼體內(nèi)反射時(shí)導(dǎo)致LED的幻像。根據(jù)實(shí)施方式，福條1107-1109可W為吸收式而不是反 射式，盡管該樣會(huì)降低內(nèi)窺鏡對(duì)能量的使用效率。
[0141] 圖13示例說(shuō)明了包括上文參照?qǐng)D11 W及圖12A-圖12E所描述類型的CPC 1100 的內(nèi)窺鏡的某些實(shí)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(shí)施方式中，長(zhǎng)度L在Imm左右。圖13中所示的實(shí)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(huán)狀。引線框1300包含多 個(gè)腔1401-1408(圖14A)。腔1401-1408中的每個(gè)腔都容納有在其中封裝有環(huán)氧樹(shù)脂中的 磯光體的LED。例如，在圖14A中，腔1403容納有通過(guò)單接合線1410連接到陰極引線1411 的LED1409。腔1403還容納有陽(yáng)極引線1412。在一些實(shí)施方式中，引線框1300的每個(gè)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(shí)與CPC 1100的按鈕形圓凸配對(duì)并保持其入 位。注意，在一些實(shí)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(jù)實(shí)施方式，可W使用或不使用其他結(jié)構(gòu)來(lái)將L邸引線框1300 和CPC 1100彼此物理結(jié)合。
[0144] 在圖13中所示的實(shí)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(cè)壁1105的表面1208所覆蓋。在一個(gè)示例說(shuō)明性例子中，A3為0. 9mm而A 1為 0.5mm。因此，來(lái)自LED 1409的光通過(guò)表面1208進(jìn)入側(cè)壁1105。如圖12E中所示，一些實(shí) 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(jìn)入側(cè)壁1105的 該樣的光都隨后橫向地穿過(guò)外表面1111射到內(nèi)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(nèi)窺鏡的光 被散射和漫射，用W照明在離內(nèi)窺鏡的短距到中間距離處的物體（見(jiàn)圖21、圖2J和圖2K)。 在圖13中所示的內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)中，同一 L邸通過(guò)使用穿過(guò)表面1111的漫射照明來(lái)提供短程 光用W照明在離內(nèi)窺鏡的短距或中間距離處的物體，并且還經(jīng)由光圈A2提供額外的短程 光，用于徑向地照明觸及內(nèi)窺鏡或者距離內(nèi)窺鏡很近的物體。例如，環(huán)形反射鏡（見(jiàn)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(nèi)窺鏡的管狀壁的窗口， 而同時(shí)所述光的另一部分直接從光圈A2射出窗口。
[0146] 在一些實(shí)施方式中，內(nèi)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(cè)壁與引線框的腔沒(méi)有重疊（或者只有微不足道的重 疊）。并且，在某些實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡中的CPC 1600如圖16中所示的那樣，是由電介質(zhì)材 料制成的，盡管對(duì)于CPC的給定長(zhǎng)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(jù)本發(fā)明，此處所述類型的內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式根據(jù)組織的距離，通過(guò)使用 不同量的能量來(lái)照明組織而提供多模態(tài)照明。具體而言如圖17中在右側(cè)所示，在靠近（例 如< 5mm)或觸及內(nèi)窺鏡1700的F和G點(diǎn)上的黏膜表面1701由直接W及在從環(huán)形反射體 218反射后從CPC 1100而來(lái)的光所照明。在圖17中所示的示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，反射 體218使來(lái)自短程源1703中的發(fā)光體的光能夠從視野的兩側(cè)到達(dá)內(nèi)窺鏡的照明區(qū)域，從 而相比于僅來(lái)自視野的一側(cè)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(nèi)窺鏡1700相接觸的H點(diǎn)的組織表面1701也由來(lái)自表面1111的光 所照明，該光通過(guò)如上所述的底面進(jìn)入CPC 1100,并且被CPC 1100中的凸面所反射。因?yàn)?組織表面1701與內(nèi)窺鏡1700相接觸，所W H點(diǎn)處于相機(jī)的FOV之外。然而，隨著距離的增 加，H點(diǎn)落入到FOV之內(nèi)。相應(yīng)地，內(nèi)窺鏡1700例如通過(guò)在朝向圖17的右側(cè)的方向上主要 僅使用短程源1703內(nèi)的單個(gè)LED而使用最少量的能量。
[0149] 注意，該些實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡1700包括額外的LED,所述額外的L邸用于長(zhǎng)程源 1704,所述長(zhǎng)程源1704在開(kāi)啟時(shí)也在相同的徑向方向（即朝向圖17的右側(cè)）上提供光。長(zhǎng) 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(nèi)窺鏡的管狀壁上由光源1704照明的長(zhǎng)程照明區(qū)域（靠近圖17中的E點(diǎn)）與上述 由光源1703所照明的短程照明區(qū)域之間只有很少的重疊或者沒(méi)有重疊。由光源1704所照 明的長(zhǎng)程照明區(qū)域的面積比相應(yīng)的由光源1703所照明的短程照明區(qū)域的面積小數(shù)倍，并 且在一些情況下小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0150] 內(nèi)窺鏡1700隨著要被成像的組織的距離的增加而增加由長(zhǎng)程光源1704所產(chǎn)生的 福射能量。與短程光源1701同時(shí)使用長(zhǎng)程光源1704提供了充足的照明W對(duì)位于遠(yuǎn)處（例 如?20mm遠(yuǎn)）的黏膜1701進(jìn)行成像。例如，通過(guò)開(kāi)啟兩個(gè)光源1706和1707來(lái)照明圖17 的左側(cè)所示的A-D點(diǎn)。
[0151] 兩個(gè)光源1706和1707的同時(shí)使用的確使用了最大量的能量（相對(duì)于只使用一個(gè) 源1706)，盡管該樣的使用提供了更好的圖像，該些圖像實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)光源1703和1704所產(chǎn)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?qǐng)D21所述的位于一個(gè)或多個(gè)中間距離處的組織。相應(yīng)地，在本 發(fā)明的一些實(shí)施方式中的內(nèi)窺鏡1700多模態(tài)地工作，特別是在最小能量模式、最大能量模 式W及一個(gè)或多個(gè)中間能量模式中。對(duì)于某些體腔，如小腸，該些實(shí)施方式的內(nèi)窺鏡1700 通過(guò)只開(kāi)啟短程源，例如源1703(即保持長(zhǎng)程源關(guān)閉），而連續(xù)地工作在最小模式中。
[0152] 注意，盡管在圖17中僅示出了兩個(gè)方向相反的透鏡1711和1712,但圖17的內(nèi)窺 鏡1700并入了光軸相間90°的四個(gè)物鏡。在該一實(shí)施方式中，有八個(gè)L邸排列在環(huán)形截頂 CPC 1100下方的環(huán)中。所述八個(gè)LED發(fā)光射出CPC 1100的外表面1111并且還通過(guò)CPC光 圈A2(未在圖17中標(biāo)記）的頂部。來(lái)自光圈A2的一些光由位于成像區(qū)域上方的環(huán)形反射 鏡218向下反射出內(nèi)窺鏡1700外。在圖17中，反射鏡218相對(duì)于光軸的角度被選擇使得 反射的光滿足關(guān)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(huán)形反射鏡反射的光線相對(duì)于管狀壁的內(nèi)表面或外表面的角度。
[0153] 注意，除了在圖18中環(huán)形反射鏡具有凸橫截面外，圖18中所示的實(shí)施方式與上文 參照?qǐng)D17所述的實(shí)施方式相似或相同。使用凸橫截面反射鏡是因?yàn)椴恍枰獮樗蟹瓷涔?線滿足0f< 02的關(guān)系。反射鏡的反射面的形狀是憑經(jīng)驗(yàn)選擇的，用W優(yōu)化照明的均勻 度。在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)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(shí)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(huì)見(jiàn)到任何其單反射幻像。從CPC的腔發(fā)出的光的角度受到限制使得反射將 會(huì)錯(cuò)過(guò)相機(jī)光瞳。此外，如上所述，為了照明遠(yuǎn)處的物體，一組L邸在反射鏡上方圍繞內(nèi)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(qū)域E，并且由于該個(gè)原因而不需要開(kāi)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(cè)面發(fā) 出的光則主要照明下半部（C)。如果黏膜在更遠(yuǎn)處，那么頂部L邸有效地照明整個(gè)F0VQ、 J、K)。
[0155] 在一些實(shí)施方式中，下部LED 217(圖2巧確實(shí)會(huì)發(fā)光照在膠囊內(nèi)的物體上，如相 機(jī)的部分，其鏡像在FOV之內(nèi)。為了最小化幻像，該些物體具有低反射率。并且，通過(guò)將表面 制成鏡面性并且適當(dāng)?shù)剡x擇它們相對(duì)于入射光的角度而控制了來(lái)自該些物體的反射角度。 在幾個(gè)實(shí)施方式中，該些策略能減少但不能消除鬼影。因此，某些實(shí)施方式限制下部（也被 稱為"底部")LED 217的強(qiáng)度。隨著黏膜移向離內(nèi)窺鏡更遠(yuǎn)處而提供更多個(gè)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?nèi)康墓舛家龑?dǎo)至膠囊200之外。 為了試圖產(chǎn)生如下所述那樣均勻的照明，通過(guò)改變LED 205和217的強(qiáng)度而控制照明W及 由此的圖像曝光。在一些實(shí)施方式中將來(lái)自底部LED 217的光通量限制到在黏膜靠近時(shí)提 供充足但不高到產(chǎn)生不良鬼影的最大值。
[0156] 本領(lǐng)域技術(shù)人員鑒于本公開(kāi)內(nèi)容將會(huì)明白在此描述的實(shí)施方式的眾多修改和適 配。
[0157] 例如，盡管本發(fā)明的一些實(shí)施方式使用徑向照明，但其他實(shí)施方式使用具有兩個(gè) 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(nèi)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(biāo)記為"LED A"的第一組LED (例如四個(gè)LED)通過(guò)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(nèi)窺鏡1900時(shí)提供短程照明。在圖19的實(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡1900具有第二 組LED(例如四個(gè)LED),其在圖19中標(biāo)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(nèi)窺鏡的預(yù)定外界限上的更遠(yuǎn)處時(shí)提供長(zhǎng)程照明。因此，根據(jù)待成像的組織 與內(nèi)窺鏡1900之間的距離，單獨(dú)使用第一組LED A或者結(jié)合使用第二組LED B(如圖21、圖 2J和圖2K中所示）來(lái)提供在內(nèi)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(shí)施方式中，來(lái)自第一組LED A的光經(jīng)由圓柱形壁1901所限定 的光圈1905縱向地（而不是如上文對(duì)于其他實(shí)施方式所述的那樣橫向地）射出彎頂形末 端1903。壁1901環(huán)繞LED A從而使來(lái)自第一組的光被引導(dǎo)向光圈1905之外。另外，LED B(在離內(nèi)窺鏡1900的縱軸的徑向距離上）安裝在比LED A更遠(yuǎn)處。在圖19中所示的實(shí) 施方式中，LED B環(huán)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(lái) 自LED B的光的菲涅爾光學(xué)元件、全息元件或者其他光學(xué)元件。相應(yīng)地，內(nèi)窺鏡1900主要 使用LEDA來(lái)照明近處和遠(yuǎn)處的物體，并且主要使用LED B來(lái)照明遠(yuǎn)處的物體。
[0159] 另外，其他實(shí)施方式使用人眼不可見(jiàn)的電磁福射（例如紫外或紅外范圍）而不是 光。因此，本發(fā)明的范圍涵蓋在此描述的實(shí)施方式的眾多修改和適配。
[0160] 圖25 W毫米為單位示例說(shuō)明了在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中的具有凸反射面的示 例性環(huán)形反射鏡218的尺度。另外，圖26也W毫米為單位示例說(shuō)明了在本發(fā)明的一些實(shí)施 方式中的包含有圖25的環(huán)形反射鏡218的膠囊形狀的內(nèi)窺鏡的尺度。
[0161] 參照?qǐng)D13,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(lái)自LED 1409的所有光都通過(guò)其由CPC1100接 收的輸入光圈A4。具體而言，來(lái)自LED 1409的光線1301和1302經(jīng)由第二輸入光圈A5通 過(guò)CPC 1100的表面1208進(jìn)入CPC 1100。光線1301在進(jìn)入表面1208時(shí)在CPC 1100的側(cè) 壁1105內(nèi)折射并隨后由形成在側(cè)壁1105上的層1309反射。層1309具有兩個(gè)表面，亦即 形成在位于外表面1111的對(duì)側(cè)的側(cè)壁1105上的凸面1309X，W及形成CPC 1100的內(nèi)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(cè)壁1105之外構(gòu)成CPC 1100的一部分的層1309的兩側(cè)。在一個(gè)示例說(shuō)明性例子中，層1309的表面1309X和1105R 彼此在100微米內(nèi)，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(diǎn)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(nèi)表 面1106R。根據(jù)實(shí)施方式，可W將層1309和1399中的任一個(gè)或二者形成為（a)單金屬層 (例如鉛或銀）或者化）一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層W及/或者一個(gè)或多個(gè)金屬層的多層堆找。
[0163] 來(lái)自LED 1409的從側(cè)壁1105內(nèi)入射在外表面1111(圖13)上的照明通過(guò)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(jīng)由第二輸入光圈A5也進(jìn)入側(cè)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(méi) 有反射，此后漫射出側(cè)壁1105如圖13中所示作為光部分1312。相應(yīng)地，兩個(gè)光部分1311 和1312通過(guò)折射W及直接透射或者CPC 1100的透射與反射而被再引導(dǎo)向光圈A6, W便入 射在構(gòu)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(jiàn)圖2E中的強(qiáng) 度分布219C)上。如上所述，底部光斑210C具有小于膠囊內(nèi)窺鏡200的短程照明區(qū)域210 的總面積的50 %的面積。
[0164] 如上所述，一個(gè)光部分1311 (圖13)包括在由LED 1409發(fā)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(fā)出的進(jìn)入第一輸入光圈Al的光（由光線1303說(shuō)明）的另一部分（"第二部分"） 的一部分。如由光線1313(見(jiàn)圖13)所說(shuō)明的那樣，表面1105R將該部分的大部分反射通過(guò) 輸出光圈A2朝向另一光學(xué)兀件，亦即反射鏡218。相應(yīng)地，圖13的CPC 1100具有兩個(gè)輸出 光圈，亦即光圈A2和A6,并且該兩個(gè)輸出光圈相對(duì)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(shí)施方式中，來(lái)自LED 1409的在第一輸入光圈Al進(jìn)入CPC 1100的第二光部分的另一部分由到達(dá)CPC1100的另一反射層1399的另一內(nèi)表面1106R的 光線1304所說(shuō)明。例如如由光線1314所示的那樣，由內(nèi)表面1106R反射的光也通過(guò)輸出光 圈A2射出CPC 1100。根據(jù)入射角，光線1314可W被表面1106R W相對(duì)于內(nèi)窺鏡的縱軸的 小到使該光線1314也到達(dá)反射鏡218的角度進(jìn)行反射。如由光線1316所說(shuō)明的那樣，反 射鏡218也可W接收第二光部分在沒(méi)有反射的情況下透射通過(guò)CPC 1100的另一部分。如 上所述，從光圈A2到達(dá)反射鏡218的光線構(gòu)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(jiàn)圖2E中的強(qiáng)度分布219A)。
[0166] 根據(jù)LED 1409與CPC 1100之間的（例如從CPC橫截面的中也測(cè)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(duì)于縱軸的足夠大的角度反 射，使得光線例如經(jīng)由圖2C中的照明區(qū)域210的中間光斑210A在沒(méi)有反射的情況下直接 射出內(nèi)窺鏡（見(jiàn)圖2E中的強(qiáng)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(wú)反射的情況下透射通過(guò)CPC 1100。如上所述，第H光部分形成在中間光斑210A 射出內(nèi)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(guò)CPC的兩個(gè)輸入光圈（具體 為Al和A5)的光的相對(duì)比例。如果偏移距離1398增加，那么通過(guò)輸入光圈A5的光量會(huì)相 對(duì)于輸入光圈Al增加。根據(jù)實(shí)施方式，偏移距離1398可W是輸入光圈Al的寬度的預(yù)定部 分（例如H分之二、一半、H分之一，乃至五分之一）。在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，偏移 距離1398是輸入光圈Al的寬度的一半，該導(dǎo)致來(lái)自LED 1409的光的大約一半進(jìn)入光圈A5 并通過(guò)殼體的非成像區(qū)域（例如區(qū)域210C)射出側(cè)壁1105,而另一半的光進(jìn)入光圈Al并通 過(guò)殼體的成像區(qū)域212射出（見(jiàn)圖2A)。
[016引在圖13中所示類型的實(shí)施方式中，LED 1409和腔1403內(nèi)的環(huán)氧樹(shù)脂中的磯光體 一同形成光源，其中所有來(lái)自該源的光都在平面1397的一側(cè)（例如底側(cè)）發(fā)射。注意，CPC 1100 (其為光學(xué)元件）位于平面1397的另一側(cè)（例如頂側(cè)）。此外，如圖14中所示，該源包 括一對(duì)由陰極引線1411和陽(yáng)極引線1412所表示的端子，并且流經(jīng)其間的電流使發(fā)光二極 管產(chǎn)生光。由于所產(chǎn)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(fā)射體。所產(chǎn)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(lái)自 其中的能量來(lái)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的光，并且因此磯光體是另一發(fā)射體。注意，盡管在圖13和圖 14中示例說(shuō)明了短程照明源，但在一些實(shí)施方式中封閉在內(nèi)窺鏡的殼體內(nèi)的兩種類型的源 (長(zhǎng)程和短程）205和206是彼此相同的。具體而言，同一 LED的多個(gè)副本被用作了長(zhǎng)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(gè)虛源，用W幫助概念的理 解。在大多數(shù)實(shí)施方式的膠囊內(nèi)窺鏡中，如圖3中所示有至少兩個(gè)虛源。具體而言，來(lái)自窗 口 404的內(nèi)表面（未在圖4中標(biāo)記）和來(lái)自其外表面（也未標(biāo)記）的反射產(chǎn)生兩個(gè)虛源， 在圖4中僅示出了其中由來(lái)自內(nèi)窺鏡的窗口的外表面的反射所形成的虛源。類似地，存在 來(lái)自窗口 503的兩個(gè)表面的兩個(gè)反射，在圖5中僅示出了其中由外表面產(chǎn)生的反射。
[0170] 因此，由相對(duì)應(yīng)的來(lái)自膠囊內(nèi)窺鏡的窗口的反射的數(shù)量形成的虛源的數(shù)量進(jìn)而對(duì) 應(yīng)于窗口中的表面的數(shù)量。具體而言，在幾個(gè)實(shí)施方式中，窗口事實(shí)上包括多個(gè)界面（例如 如圖27中所示的3個(gè)界面），在該種情況下多個(gè)界面的定向W及用W形成內(nèi)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(shí)際路徑。在圖27的示例說(shuō)明 中，源自于源302的光線在表面303I、303E和303N中的每一個(gè)表面上反射，而該樣的反射 形成H個(gè)虛源VS1、VS2和VS3。
[0171] 相應(yīng)地，在幾個(gè)實(shí)施方式中，（圖2A和圖28A中所示的）照明區(qū)域210和211 W 及成像區(qū)域212全都形成在內(nèi)窺鏡200的殼體的內(nèi)表面上。在其他實(shí)施方式中所有該些區(qū) 域210-212都形成在內(nèi)窺鏡200的殼體的外表面上。而還在其他實(shí)施方式中所有該些區(qū)域 210-212都形成在內(nèi)窺鏡200的殼體內(nèi)的中間表面（即，界面）上。
[0172] 無(wú)論一些實(shí)施方式的膠囊內(nèi)窺鏡中的窗口的表面的數(shù)量是多少，都可通過(guò)一個(gè)或 多個(gè)上述方法，例如通過(guò)如圖3中所示的那樣將源定位在與相機(jī)的光軸充分隔離之處（在 縱向方向上）或者通過(guò)如圖4和圖5所示的屏蔽，來(lái)避免相應(yīng)虛源在相機(jī)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(gè)光源，但幾個(gè)實(shí)施方式使用 多個(gè)光源并且它們相應(yīng)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(shuō)明了一些實(shí)施方式的膠囊狀內(nèi)窺 鏡200的壁201M，所述壁201M具有成像區(qū)域212,該成像區(qū)域與短程照明區(qū)域210重疊，光 通過(guò)短程照明區(qū)域從內(nèi)窺鏡200發(fā)射用于短程照明。圖28A中的壁20IM還具有長(zhǎng)程照明區(qū) 域211，光通過(guò)其從內(nèi)窺鏡200發(fā)射用于長(zhǎng)程照明。注意在圖28A中，成像區(qū)域212不與長(zhǎng) 程照明區(qū)域211重疊。剛剛描述的在成像區(qū)域212與長(zhǎng)程照明區(qū)域211之間的無(wú)重疊使長(zhǎng) 程照明源能夠在相對(duì)于短程照明源的強(qiáng)度而言顯著更高的強(qiáng)度（例如高一個(gè)數(shù)量級(jí)）上工 作，而不在形成于內(nèi)窺鏡200的相機(jī)內(nèi)的圖像內(nèi)產(chǎn)生過(guò)分明亮的區(qū)域，該與圖28B和圖28D 中所示的點(diǎn)2805的拍攝（在下文中討論）形成對(duì)比。
[0174] 在某些備選實(shí)施方式中，如圖28B和圖28D中的點(diǎn)2805所示，成像區(qū)域212與長(zhǎng)程 照明區(qū)域211重疊。在幾個(gè)該樣的實(shí)施方式中，短程照明區(qū)域210與長(zhǎng)程照明區(qū)域211 (圖 2B)之間沒(méi)有重疊。在該些實(shí)施方式中，成像區(qū)域212(圖2B)還包含有位于短程照明區(qū)域 210中但不位于長(zhǎng)程照明區(qū)域211中的點(diǎn)2804。點(diǎn)2804可W是成像區(qū)域212中的任何點(diǎn)， 例如相機(jī)的光軸與殼體的外表面的交點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，如圖28D中的點(diǎn)2805所示， 所有H個(gè)區(qū)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(chǎn)生格外明亮的區(qū)域，而明亮區(qū)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(jī)（如全景式相機(jī)）的實(shí)施方式也滿足一個(gè)或多個(gè)上述關(guān) 系，例如見(jiàn)圖31和圖32中的點(diǎn)2804。
[01巧]在圖28B中所示類型的幾個(gè)實(shí)施方式中，形成于相機(jī)內(nèi)的圖像包括過(guò)分明亮的 區(qū)域，該區(qū)域是由來(lái)源于長(zhǎng)程照明源的射出內(nèi)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(shí)施方式中，通過(guò)排除（即，丟棄）代表過(guò)分明亮區(qū)域的某些數(shù) 據(jù)（"額外數(shù)據(jù)"）來(lái)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(shù)據(jù)。具體 而言，根據(jù)實(shí)施方式，可W用不同方式生成可診斷圖像，比如：(a)通過(guò)對(duì)內(nèi)窺鏡的相機(jī)內(nèi) 的硬件的適當(dāng)設(shè)計(jì)，例如通過(guò)在其中包括尺寸與定位適當(dāng)W不感測(cè)額外數(shù)據(jù)的傳感器而實(shí) 現(xiàn)的固有裁剪W及/或者化）通過(guò)適當(dāng)?shù)貙?duì)固件和/或由包括在內(nèi)窺鏡200內(nèi)的處理器 執(zhí)行的軟件進(jìn)行編程而執(zhí)行的裁減，W及/或者（C)通過(guò)由從發(fā)射器接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)和額外 數(shù)據(jù)的組合的外部計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的成像應(yīng)用軟件（如可購(gòu)自Microsoft Corporation的 Microsoft⑥Picture Manager)而執(zhí)行的裁剪，用W (通過(guò)排除額外數(shù)據(jù)）生成圖像數(shù) 據(jù)、將圖像數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中并且向內(nèi)科醫(yī)師（例如胃腸道科醫(yī)生）顯示可診 斷圖像W在疾病的診斷中使用。
[0176] 如果兩個(gè)源相對(duì)于相機(jī)的位置使得成像區(qū)212如W上參照?qǐng)D28A所述的那樣不與 長(zhǎng)程照明區(qū)域211重疊，那么就不需要?jiǎng)倓偯枋龅牟眉?。注意，在圖28C中所示類型的、其 中短程照明區(qū)域210與長(zhǎng)程照明區(qū)域211重疊的其他實(shí)施方式中進(jìn)一步示例說(shuō)明了剛剛描 述的無(wú)重疊。在圖28C的實(shí)施方式中，成像區(qū)域212包含位于短程照明區(qū)域210中但不位 于長(zhǎng)程照明區(qū)域211中的點(diǎn)2804。另外，如圖28D中所示，執(zhí)行如上所述的裁剪的某些實(shí) 施方式有兩個(gè)照明區(qū)域W及成像區(qū)域，即所有H個(gè)區(qū)域彼此重疊。如上所述，在圖28D中所 示類型的實(shí)施方式中，點(diǎn)2805位于H個(gè)區(qū)域210、211和212中的每一個(gè)區(qū)域內(nèi)。注意在圖 28D和圖28A的實(shí)施方式中，成像區(qū)域212包含位于短程照明區(qū)域210中但不位于長(zhǎng)程照明 區(qū)域211中的點(diǎn)2804。注意，在圖28A-圖28D中所示的四種類型的實(shí)施方式中的每一個(gè)實(shí) 施方式中都滿足了剛剛描述的條件。
[0177] 在一些實(shí)施方式中，如圖28E中的重疊區(qū)域285A和285B所說(shuō)明的那樣，若干相鄰 的成像區(qū)域彼此重疊。具體而言，重疊區(qū)域285A是由兩個(gè)相鄰成像區(qū)域282A和282Z的重 疊所產(chǎn)生的，而重疊區(qū)域285B是由兩個(gè)相鄰成像區(qū)域282A和282B的重疊所產(chǎn)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(gè)傳感器3401和3402)位于內(nèi)窺鏡 200的中央?yún)^(qū)域內(nèi)，并且組中的每個(gè)傳感器都接收由組織反射并到達(dá)圖28E中所示的相應(yīng) 成像區(qū)域282A-282Z中的相對(duì)應(yīng)的一個(gè)區(qū)域的光并且形成其圖像的一部分。因此，在幾個(gè) 實(shí)施方式中，將一組傳感器所生成的數(shù)據(jù)全部地或者部分地（在由處理器進(jìn)行可選的裁剪 之后）提供給發(fā)射器，所述發(fā)射器繼而將代表可診斷圖像的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備。
[0178] 注意，盡管在圖34中對(duì)于內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式示出了一組兩個(gè)傳感器，但其他 實(shí)施方式在與發(fā)射器禪合的一組中使用更少或更多個(gè)傳感器（例如一個(gè)實(shí)施方式使用一 組一個(gè)傳感器）。在一個(gè)示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，如圖20和圖20中的Q1-Q4所說(shuō)明的那 樣，內(nèi)窺鏡中的傳感器芯片具有像素陣列用W記錄來(lái)自其四個(gè)區(qū)域中的四個(gè)物鏡的圖像的 四個(gè)部分，并且傳感器芯片將其中拍攝的圖像數(shù)據(jù)提供給發(fā)射器。如本領(lǐng)域技術(shù)人員鑒于 本公開(kāi)內(nèi)容將很容易地明白的那樣，其他實(shí)施方式不使用如圖20和圖20中所示的四個(gè)區(qū) 域的單個(gè)單片傳感器，而是使用一組四個(gè)傳感器，并且由單個(gè)位置上的一組四個(gè)傳感器的 工作所產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)被提供給發(fā)射器用W由外部計(jì)算機(jī)生成可診斷圖像。
[0179] 在圖28E中所示類型的實(shí)施方式中，到達(dá)重疊區(qū)域285A的光分別由用于成像區(qū)域 282Z和282A的兩個(gè)傳感器所感測(cè)。類似地，在內(nèi)窺鏡200內(nèi)有兩個(gè)接收已被胃腸道的組織 反射并到達(dá)重疊區(qū)域285B的光的傳感器。由于重疊，由內(nèi)窺鏡的所有成像區(qū)域282A-282Z 的聯(lián)合所形成的區(qū)域282 (圖28巧是如圖281中所示那樣的圍繞內(nèi)窺鏡的管狀壁的連續(xù)帶 (即聯(lián)合區(qū)域282)。相應(yīng)地，內(nèi)窺鏡200的成像區(qū)域282是由殼體的表面（例如外表面） 與進(jìn)入殼體并被拍攝在由傳感器組提供給發(fā)射器的圖像數(shù)據(jù)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?qǐng)D像數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)被適當(dāng)編程，W從中生 成顯示給內(nèi)科醫(yī)師的全景360°圖像。
[0180] 在圖28E中所示類型的實(shí)施方式中，通過(guò)將長(zhǎng)程照明源定位在內(nèi)窺鏡殼體內(nèi)使得 大部分射出殼體的源于長(zhǎng)程照明源的光都穿過(guò)殼體的區(qū)域281A("長(zhǎng)程照明區(qū)域"）而防止 了鬼影。該樣的實(shí)施方式的長(zhǎng)程照明區(qū)域281A(圖28巧不與任何成像區(qū)域282A-282Z重 疊（并因此不與圖28F的聯(lián)合區(qū)域282重疊）。具體而言，在一些實(shí)施方式中，長(zhǎng)程照明區(qū) 域281A與相應(yīng)的成像區(qū)域282A(在內(nèi)窺鏡200的縱軸方向上）相間隔。因此，在圖28E的 實(shí)施方式中，在區(qū)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(méi)有重 疊。此外，注意區(qū)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(shí)施方式中，區(qū)域282A的中也282C與區(qū)域281的中也281C間隔開(kāi)圓周距離200H。
[0181] 然而，如圖28G中所示，在許多實(shí)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(fù)值，該產(chǎn)生區(qū)域281A與282A之間的重疊區(qū)域286A (圖28H)。 由于圓周距離200H(未在圖28G中標(biāo)記；見(jiàn)圖28巧的正值，長(zhǎng)程照明區(qū)域281A也與相鄰成 像區(qū)域282B重疊，如圖28H中由重疊區(qū)域28她所示。然而，在其他實(shí)施方式中，圓周距離 200H(圖28巧小到足W消除長(zhǎng)程照明區(qū)域281A與相鄰成像區(qū)域282B之間的任何重疊。
[0182] 圖28H示出了非重疊照明區(qū)域286C，其為區(qū)域281A的忽略掉重疊區(qū)域286A和 286B所留下的剩余部分。具體而言，區(qū)域286A、286B和286C -同形成長(zhǎng)程照明區(qū)域281A。 在與可吞咽膠囊的空間限制的一致性內(nèi)，將重疊區(qū)域286A和28她（如果有的話）保持在很 小，W最小化由來(lái)自于源的被內(nèi)壁反射并且在并未射出膠囊內(nèi)窺鏡200的情況下到達(dá)一個(gè) 或多個(gè)相機(jī)的光所產(chǎn)生的鬼影。因此，在此所述類型的幾個(gè)膠囊內(nèi)窺鏡使得由單個(gè)長(zhǎng)程光 源發(fā)出并通過(guò)長(zhǎng)程照明區(qū)域281A射出的光的至少50% (例如大部分，或者絕大部分）實(shí)際 上通過(guò)非重疊區(qū)域286C射出膠囊內(nèi)窺鏡200。具體而言，在幾個(gè)實(shí)施方式中，非重疊區(qū)域 286C比重疊區(qū)域286A和28她大幾倍。
[0183] 在許多實(shí)施方式中，射出內(nèi)窺鏡200并且發(fā)源于長(zhǎng)程光源中的大部分光都不通過(guò) 聯(lián)合區(qū)域282射出。為了重申，在一些實(shí)施方式中，通過(guò)重疊區(qū)域286A和286B射出的光少 于來(lái)自任何長(zhǎng)程光源的射出殼體W到達(dá)內(nèi)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(guò)聯(lián)合區(qū)域282進(jìn)入內(nèi)窺鏡200。
[0184] 注意，在膠囊內(nèi)窺鏡200的在其中每個(gè)長(zhǎng)程照明區(qū)域281A都與相應(yīng)的成像區(qū)域 282A充分對(duì)齊的某些特定實(shí)施方式中，幾乎所有的通過(guò)長(zhǎng)程照明區(qū)域281A射出膠囊內(nèi)窺 鏡200的光（例如90%或W上）都是由與其相對(duì)應(yīng)的單個(gè)長(zhǎng)程光源所發(fā)出的。因此，在剛 剛描述的實(shí)施方式中，只有微不足道量的來(lái)自膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)的其他光源（例如相鄰源）的 雜散光通過(guò)每個(gè)長(zhǎng)程照明區(qū)域射出。
[0185] 如上文參照?qǐng)D2C所述，膠囊內(nèi)窺鏡的許多實(shí)施方式還具有一個(gè)或多個(gè)短程光照 明區(qū)域210,根據(jù)實(shí)施方式，其可W與成像區(qū)域212和/或長(zhǎng)程照明區(qū)域211中之一或兩者 相對(duì)應(yīng)（但不一定對(duì)準(zhǔn)）。具體而言，如圖28K和圖28L中所示，對(duì)于上述的相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于 圖28E和圖28G的實(shí)施方式，短程照明區(qū)域283A與成像區(qū)域282A重疊在重疊區(qū)域289A。 重疊區(qū)域289A具有構(gòu)成成像區(qū)域282A的面積的50% W上的面積。
[0186] 因此，通過(guò)成像區(qū)域282A射出膠囊內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式的光的50% W上實(shí)際 上通過(guò)重疊區(qū)域289A射出。相應(yīng)地，在某些實(shí)施方式中，由短程光源發(fā)出并射出膠囊內(nèi)窺 鏡的殼體的光的至少50% (例如大部分或絕大部分）實(shí)際上通過(guò)聯(lián)合區(qū)域282射出。在幾 個(gè)該樣的實(shí)施方式中，多個(gè)短程照明區(qū)域也相互重疊，W形成圍繞管狀壁的圓周的連續(xù)帶 283 (如上所述，為了示例說(shuō)明的目的而在圖281和圖28J中示為展開(kāi)）。
[0187] 此外，如圖28A-圖28D中所示，短程照明區(qū)域210的面積通常比長(zhǎng)程照明區(qū)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(qū)域 283A的面積比照明區(qū)域281A的面積大3倍或4倍。在幾個(gè)該樣的實(shí)施方式中，包含于膠 囊內(nèi)窺鏡中的兩種類型的光源，亦即短程光源和長(zhǎng)程光源，各自包括彼此相同的發(fā)射體，即 發(fā)射體是使用單一產(chǎn)品（例如LED)的多個(gè)副本來(lái)實(shí)施的，并相應(yīng)地具有彼此相同的額定功 率。然而，如上所述，根據(jù)本發(fā)明的膠囊內(nèi)窺鏡的短程光源包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)器件，用W 將從其中的發(fā)射體發(fā)出的光分裂為多個(gè)部分，該些部分首先由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)器件沿不同 的路徑再引導(dǎo)，但最終在殼體處合為一體，W形成比由來(lái)自長(zhǎng)程光源中的發(fā)光體的直接入 射在殼體上的光所形成的照明區(qū)域211大幾倍的照明區(qū)域210。
[018引一些實(shí)施方式與在圖6和圖7中所示的上述實(shí)施方式有所不同，其中幾個(gè)不同之 處在圖29A和圖29B中進(jìn)行了示例說(shuō)明并且/或者在下文中進(jìn)行了描述。在圖29A和圖 29B中所示類型的實(shí)施方式中，發(fā)射自源光圈S的照明光線2901從內(nèi)窺鏡的殼體的管狀壁 中的窗口 2903的內(nèi)表面2902反射。具體而言，U點(diǎn)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(nèi)表面2902上的U點(diǎn)處從內(nèi)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(diǎn)所 形成的平面，其中P在相機(jī)的光瞳內(nèi)。在一些實(shí)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(diǎn)如同光線2904和法線N-樣位于平面 V中。
[0189] 相應(yīng)地，在剛剛描述的實(shí)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(guò)上述的U點(diǎn)并且穿過(guò)C點(diǎn)，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(guò)交點(diǎn)U。在圖29A中所示類型的 實(shí)施方式中，橫向平面與縱向平面互相垂直。在其他實(shí)施方式中，平面V不是垂直的，相反 圖29A中的P和S點(diǎn)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(yīng)地，圖 29A中所示的幾何結(jié)構(gòu)與圖6中所示的幾何結(jié)構(gòu)類似，區(qū)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?qǐng)D29B，入射照明光線2901首先在內(nèi)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(nèi)表面2902上折射W變?yōu)榉瓷涔饩€2904。在圖29B 中，U點(diǎn)在窗口 2903內(nèi)，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(nèi)表面2902與外表面2905互相平行，那么線N在U點(diǎn)與兩個(gè)平面2902和2905垂直。
[0191] 參照?qǐng)D29A和圖29B該兩幅圖，光線2901在內(nèi)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(shí)施方式中，存在有一組進(jìn)入視野（FOV)內(nèi)的內(nèi)窺鏡的相機(jī)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(guò)U點(diǎn)（圖29A)或者在從內(nèi)窺鏡內(nèi)看時(shí)看起來(lái)穿過(guò)U點(diǎn) (圖29B)。具體而言，考慮光線UP從U點(diǎn)射到P點(diǎn)，且P在光瞳內(nèi)，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(diǎn)相交。
[0192] 因此在一些實(shí)施方式中，限制來(lái)自源S的照明光線的角度使得對(duì)于在圖29A和圖 29B的所有平面V中的大部分光線對(duì)（如一對(duì)2901和2904, W及另一對(duì)2911和2914)而 言0i> O，W降低或消除來(lái)自由相機(jī)所拍攝的圖像的源S(即，虛源）的鬼影。例如，在幾 個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)而將源S定位在選擇成相對(duì)于相機(jī)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(jié)構(gòu)中的鬼影。
[0193] 如上所述，代表可診斷圖像的圖像數(shù)據(jù)被提供給內(nèi)窺鏡的發(fā)射器。本文中所使用 的發(fā)射器包括無(wú)線發(fā)射器（例如，用于發(fā)送電磁波的設(shè)備，該設(shè)備產(chǎn)生并調(diào)制電流，并將電 流傳送到包括于其中的天線用于無(wú)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(xué)傳輸）或者有線發(fā)射器（例如，其包括一個(gè)或多個(gè)輸出端子禪合 到包括于其中的一個(gè)或多個(gè)晶體管用W產(chǎn)生用于在一條或多條線路上傳輸?shù)碾娦盘?hào)）。
[0194] 因此內(nèi)窺鏡的視野212(圖2A和圖29C)是胃腸道的圖像通過(guò)其被至少一個(gè)相機(jī) 所拍攝、可選地被裁剪并被提供給發(fā)射器的角度范圍。因而在本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式中，內(nèi) 窺鏡的視野214有效地("有效視野"）小于典型相機(jī)的在傳統(tǒng)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(jī)內(nèi)的平面2991中的圖像的區(qū)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(shí)施方式中，內(nèi)窺鏡內(nèi)的處理器會(huì)進(jìn)一步 丟棄平面2991中的另一區(qū)域2995,即使傳感器232拍攝到代表區(qū)域2995的額外數(shù)據(jù)。相 應(yīng)地，內(nèi)窺鏡的視野214由傳感器的區(qū)域2999所限定，可診斷圖像的圖像數(shù)據(jù)在其中生成。
[0195] 在圖30中所示的幾個(gè)實(shí)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(zhǎng)程源205則居中于不同的徑向平面3001中也。 平面3001和3002相對(duì)于殼體201是徑向的，即該些平面中的每一個(gè)平面都穿過(guò)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(duì)于平面3000分別成角度Ol 和02。平面3000穿過(guò)接縫1103和1104,光學(xué)元件1100的兩個(gè)半部1101和1102在該些 接縫處彼此膠合。根據(jù)實(shí)施方式，角度Ol和02可W彼此相同或不同。在一個(gè)示例說(shuō)明性 實(shí)施方式中，角度02為25°而角度Ol為22.5°。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白的那樣， 根據(jù)形成于光學(xué)元件1100內(nèi)的復(fù)合拋物面集中器的相對(duì)位置，在其他實(shí)施方式中使用了 角度02和角度Ol的不同取值。在【具體實(shí)施方式】中角度02和Ol的精確值可W通過(guò)實(shí)驗(yàn)和 /或試錯(cuò)法來(lái)確定。
[0196] 如圖31和圖32中所示，上述類型的內(nèi)窺鏡的一些實(shí)施方式在相機(jī)內(nèi)使用徑向?qū)?稱的光學(xué)元件。具體而言，某些實(shí)施方式的膠囊內(nèi)窺鏡容納有全景式相機(jī)，該相機(jī)包括單 個(gè)物鏡3100 (圖31)，該物鏡的光軸3101與膠囊內(nèi)窺鏡的縱軸222基本上平行（例如，在 其20° W內(nèi)）。圖32示出了另一實(shí)施方式，其中膠囊內(nèi)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(jī)提供超過(guò)180°的視野（FOV)，但在FOV的中也具 有遮蔽。例如，F(xiàn)OV在一個(gè)實(shí)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(gè)例子中，F(xiàn)OV的縱向角度范圍相對(duì)于與縱軸垂直并穿過(guò)透鏡 3100的中也的橫向平面僅跨越40。，即該個(gè)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(huán)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(guó) 專利4, 566, 763和美國(guó)專利5, 473, 474中所描述的全景式環(huán)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(biāo)題為"In vivo sensor with panoramic camera"的美國(guó)專利公布 200801438222 中也描述了具有PAL成像系統(tǒng)的膠囊內(nèi)窺鏡。
[0199] 在圖32中所示的實(shí)施方式中，反射鏡3200的表面3201根據(jù)實(shí)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(zhuǎn)二次曲面表面。注意，在圖32的某些實(shí)施 方式中，物鏡光學(xué)系統(tǒng)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(biāo)題為"Capsule Elndoscope"的美國(guó)專利公布20050049462中所 描述類型的相應(yīng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)類似或相同。如圖31和圖32中所示的幾個(gè)實(shí)施方式具有中 也軸與膠囊內(nèi)窺鏡的殼體的縱軸222重合的相機(jī)，在其他實(shí)施方式中該兩個(gè)軸并不對(duì)齊， 并且根據(jù)實(shí)施方式甚至可能定向在相對(duì)于彼此的預(yù)定角度上。
[0200] 在本發(fā)明的某些示例說(shuō)明性實(shí)施方式中，圖像曝光是通過(guò)對(duì)圖20中所示的傳感 器區(qū)域Q1-Q4的預(yù)定義區(qū)段中感測(cè)的像素級(jí)進(jìn)行平均而確定的。區(qū)段位置被調(diào)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(gè)傳感器區(qū)域Q1-Q4中的每個(gè) 區(qū)域被細(xì)分為4個(gè)區(qū)段。相對(duì)于相應(yīng)的LED的標(biāo)記如圖20中所示的那樣對(duì)傳感器232的 16個(gè)區(qū)段（圖24)做出了標(biāo)記。傳感器區(qū)域Q1-Q4映射到圓柱形視野，并且因此傳感器區(qū) 域Ql和Q4彼此相鄰。
[0201] 注意在一些實(shí)施方式中，傳感器區(qū)域Q1-Q4中的每個(gè)區(qū)域是如圖24中所示的單個(gè) 的單片式傳感器芯片232中的一個(gè)象限。被照明的景物由相機(jī)成像到單個(gè)的單片式傳感器 芯片上，該芯片在標(biāo)記為Q1-Q4的四個(gè)傳感器區(qū)域中拍攝四幅圖像。每個(gè)傳感器區(qū)域本身 由兩條垂直線分為四個(gè)區(qū)段，并且所述區(qū)段用（如圖24中所示的）區(qū)段編號(hào)標(biāo)記。如上所 述，每個(gè)區(qū)段都相對(duì)于如圖20中所示的相應(yīng)L邸標(biāo)記。
[0202] 內(nèi)窺鏡的幾個(gè)實(shí)施方式使用十六個(gè)LED,包括用奇數(shù)標(biāo)記的位于環(huán)形反射鏡 218(圖沈）上方的八個(gè)LED, W及用偶數(shù)標(biāo)記的位于內(nèi)窺鏡的下部中的八個(gè)LED。該十六個(gè) L邸快速連續(xù)地一個(gè)接一個(gè)按順序開(kāi)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(gè)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(shù)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(jī)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(guān)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(gè)L邸主要影響一個(gè)對(duì)應(yīng)的傳感器區(qū)段的照明，盡 管"串?dāng)_"，即區(qū)段被非對(duì)應(yīng)的L邸所照明，也是很顯著的。對(duì)于第i區(qū)段，曝光是通過(guò)對(duì)該 區(qū)段中的N個(gè)像素的信號(hào)電平O進(jìn)行平均而給出的：

【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)窺鏡，包括： 殼體，其小到足以通過(guò)人類的胃腸道； 發(fā)射器，其封閉在所述殼體內(nèi)，用以向外部設(shè)備傳輸圖像數(shù)據(jù)； 封閉在所述殼體內(nèi)并耦合到所述發(fā)射器的一個(gè)或多個(gè)傳感器的組，所述組向所述發(fā)射 器提供所述圖像數(shù)據(jù)； 第一源，其封閉在所述殼體內(nèi)，用以產(chǎn)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(guò)所述殼體的第一區(qū) 域，所述第一區(qū)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(nèi)，用以產(chǎn)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(guò)所述殼體的第二區(qū) 域，所述第二區(qū)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(qū)域比所述第二區(qū)域大； 其中第三電磁輻射形成所述圖像數(shù)據(jù)； 其中所述第三電磁輻射的至少一部分來(lái)自于所述胃腸道對(duì)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(qū)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(guò)所述第二區(qū)域的一部分，所述第二區(qū)域的一部分 不與所述第三區(qū)域重疊的第四區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中： 幾乎所有的所述第二電磁輻射都穿過(guò)所述第二區(qū)域的所述一部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中： 所述組由包含于所述內(nèi)窺鏡中并封閉在所述殼體內(nèi)的處理器耦合到所述發(fā)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(shù)據(jù)；以及 所述處理器排除所述額外數(shù)據(jù)以獲得提供給所述發(fā)射器的所述圖像數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中： 所述殼體包括管狀壁以及在其相對(duì)兩端蓋住所述管狀壁的一對(duì)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(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)窺鏡，其中： 所述內(nèi)窺鏡還包括封閉在所述殼體內(nèi)的環(huán)形壁； 多個(gè)路徑對(duì)應(yīng)于多條來(lái)自所述第二源的光線，所述多個(gè)路徑穿過(guò)所述環(huán)形壁以到達(dá)所 述殼體，并在沒(méi)有所述環(huán)形壁時(shí)從其反射以在所述殼體內(nèi)形成所述第二源的鏡像；以及 其中所述環(huán)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(guò)，從而防止由所述多條光線對(duì)所述鏡像的所述形成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)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(guò)所述第三區(qū)域。
7. -種體內(nèi)成像的方法，包括： 內(nèi)窺鏡，其從第一源發(fā)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(qū)域射出所述內(nèi)窺鏡； 其中所述第一區(qū)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(nèi)窺鏡從第二源發(fā)射射出所述殼體的第二電磁輻射用以進(jìn)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(qū)域射出所述內(nèi)窺鏡； 其中所述第二區(qū)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(qū)域比所述第二區(qū)域大數(shù)倍；以及 所述內(nèi)窺鏡在存儲(chǔ)器內(nèi)儲(chǔ)存通過(guò)所述第一區(qū)域接收到的由所述胃腸道對(duì)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(qū)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(guò)所述第二區(qū)域的一部分，所述第二區(qū)域的一部分 不與所述第三區(qū)域重疊的第四區(qū)域。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其還包括： 來(lái)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(xué)元 件反射后入射在所述第一區(qū)域上，并且來(lái)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(xué)元件反射的情況下入射在所述第一區(qū)域上，所述第一部分大于所述第二 部分； 大部分來(lái)自所述第二源的所述第二電磁輻射都在無(wú)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(qū)域上；以及 其中每個(gè)源包括一對(duì)具有電流流經(jīng)其間的端子以及至少一個(gè)通過(guò)所述一對(duì)端子來(lái)供 電的電磁輻射發(fā)射體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中： 所述內(nèi)窺鏡透射被所述內(nèi)窺鏡內(nèi)的光學(xué)兀件反射后的所述第一電磁福射的大部分；以 及 所述內(nèi)窺鏡在不被所述光學(xué)元件反射的情況下透射大部分所述第二電磁輻射。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其還包括： 所述內(nèi)窺鏡為用于感測(cè)所述圖像的多個(gè)區(qū)段中的各區(qū)段計(jì)算平均亮度值； 所述內(nèi)窺鏡計(jì)算為各區(qū)段所計(jì)算的所述平均亮度值與對(duì)于所述各區(qū)段的目標(biāo)亮度值 之間的差異；以及 所述內(nèi)窺鏡至少部分地基于所述差異來(lái)計(jì)算用于產(chǎn)生所述第二電磁輻射的驅(qū)動(dòng)電流。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中： 基于為所述多個(gè)區(qū)段中的各區(qū)段分別計(jì)算的多個(gè)所述差異的線性組合而獲得所述驅(qū) 動(dòng)電流的變化。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中， 所述光學(xué)元件的輸入光圈在一個(gè)平面的第一側(cè)，而所述第一源在所述平面的第二側(cè)， 并且來(lái)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(cè)發(fā)射。
【文檔編號(hào)】A61B1/04GK104224094SQ201410534382
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日:2008年6月9日
【發(fā)明者】G·C·威爾森 申請(qǐng)人:康生科技公司