(57)【要約】【課題】体内に導入された体内機器の各部に対してより安定的に電力供給を行うことができる電源装置を提供することである。【解決手段】交流磁界中において交流電流を誘起する受電用コイル１０と、受電用コイル１０にて誘起される交流電流に基づいて直流電圧を生成して出力する第１直流電源２０と、直流電圧を出力する第２直流電源３０と、前記第１直流電源の出力直流電圧が前記第２直流電源の出力直流電圧より高い状態において前記第１直流電源の出力直流電圧に基づいて前記体内機器の各部に電力供給を行い、前記第１直流電源の出力直流電圧が前記第２直流電源の出力直流電圧より低い状態において前記第２直流電源の出力直流電圧に基づいて前記体内機器の各部に電力供給を行う給電切替回路（３１）とを有する構成となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体内に導入されて所定の動作を行う体内機器に搭載され、該体内機器の各部に電力供給を行う電源装置であって、
交流磁界中において交流電流を誘起する受電用コイルと、
該受電用コイルにて誘起される交流電流に基づいて直流電圧を生成して出力する第１直流電源と、
直流電圧を出力する第２直流電源と、
前記第１直流電源の出力直流電圧が前記第２直流電源の出力直流電圧より高い状態において前記第１直流電源の出力直流電圧に基づいて前記体内機器の各部に電力供給を行い、前記第１直流電源の出力直流電圧が前記第２直流電源の出力直流電圧より低い状態において前記第２直流電源の出力直流電圧に基づいて前記体内機器の各部に電力供給を行う給電切替回路とを有する電源装置。
【請求項２】
前記第２直流電源は、電池を含む請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記第２直流電源は、前記第１直流電源の出力直流電圧に基づいて前記体内機器の各部に電力供給がなされている間に、当該第１直流電源の前記出力直流電圧によって充電される蓄電デバイスを含む請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
前記蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタである請求項３記載の電源装置。
【請求項５】
体内に導入されて所定の動作を行う体内機器であって、
請求項１乃至４のいずれかに記載の電源装置を有し、
該電源装置からの電力供給により前記所定の動作を行う体内機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内に導入されて、体内を撮影してその映像を体外に無線送信する等、所定の動作を行う体内機器に搭載される電源装置及びそれを用いたカプセル内視鏡等の体内機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載される照明カプセルが知られている。この照明カプセルは、体内に導入されて該体内を照明するものであって、電源としてのコイル（受電用コイル）と、該電源からの電力供給を受ける２つの発光ダイオードとを備えている。そして、体内に導入された前記照明カプセルでは、体外に設置されたコイル（送電用コイル）にて発生する交流磁界によって、前記コイル（受電用コイル）に交流電流が誘起される。そして、その交流電流により、２つの発光ダイオードが交互に点灯する。
【０００３】
このような照明カプセルでは、電池等の電気を予め蓄えた機器を備えていなくても、体外にて交流磁界を発生させることにより、２つの発光ダイオードへの電力供給を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０５２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような照明カプセルのような体内機器では、体外にて発生される交流磁界によって受電用コイルに交流電流を誘起させているので、体内機器の姿勢が体内で種々変化すると、体外で発生された交流磁界と受電用コイルとの相対的な位置関係が変動して、受電用コイルに誘起される交流電流が大きく変動し得る。このため、前記受電用コイルに誘起される交流電流に基づいた各部への電力供給を安定的に行うことが難しい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、体内に導入された体内機器の各部に対してより安定的に電力供給を行うことができる電源装置及び当該体内機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電源装置は、体内に導入されて所定の動作を行う体内機器に搭載され、該体内機器の各部に電力供給を行う電源装置であって、交流磁界中において交流電流を誘起する受電用コイルと、該受電用コイルにて誘起される交流電流に基づいて直流電圧を生成して出力する第１直流電源と、直流電圧を出力する第２直流電源と、前記第１直流電源の出力直流電圧が前記第２直流電源の出力直流電圧より高い状態において前記第１直流電源の出力直流電圧に基づいて前記体内機器の各部に電力供給を行い、前記第１直流電源の出力直流電圧が前記第２直流電源の出力直流電圧より低い状態において前記第２直流電源の出力直流電圧に基づいて前記体内機器の各部に電力供給を行う給電切替回路とを有する構成となる。
【０００８】
このような構成により、交流磁界中の受電用コイルにて誘起される交流電流に基づく第１直流電源の出力直流電圧が第２直流電源の出力直流電圧より高い状態では、体内機器の各部に対して前記第１直流電源の出力直流電圧に基づいた電力供給がなされる。一方、体内機器の体内での姿勢が変化して交流磁界中の受電用コイルにて誘起される交流電流が低下し、その結果、第１直流電源の出力直流電圧が第２直流電源の出力直流電圧より低い状態になると、前記体内機器の各部に対して第２直流電源の出力直流電圧に基づいた電力供給がなされる。
【０００９】
本発明に係る電源装置において、前記第２直流電源は、電池を含む構成とすることができる。
【００１０】
このような構成により、第１直流電源の出力直流電圧が電池の出力直流電圧より低い状態では、体内機器の各部に対して前記電池の出力直流電圧に基づいた電力供給がなされる。
【００１１】
また、本発明に係る電源装置において、前記第２直流電源は、前記第１直流電源の出力直流電圧に基づいて前記体内機器の各部に電力供給がなされている間に、当該第１直流電源の前記出力直流電圧によって充電される蓄電デバイスを含む構成とすることができる。
【００１２】
このような構成により、交流磁界中の受電用コイルにて誘起される交流電流に基づく第１直流電源の出力直流電圧に基づいた電力供給がなされている間に前記第１直流電源の出力直流電圧によって蓄電デバイスが充電される。そして、体内機器の体内での姿勢が変化して交流磁界中の受電用コイルにて誘起される交流電流が低下し、その結果、第１直流電源の出力直流電圧が充電された前記蓄電デバイスの出力直流電圧より低い状態になると、前記体内機器の各部に対して前記蓄電デバイスの出力直流電圧に基づいた電力供給がなされる。
【００１３】
前記充電デバイスは、電気二重層キャパシタで構成することができる。
【００１４】
本発明に係る体内機器は、体内に導入されて所定の動作を行う体内機器であって、前述したいずれかの電源装置を有し、該電源装置からの電力供給により前記所定の動作を行う構成となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、交流磁界中の受電用コイルにおいて十分に交流電流が誘起されている状態では、その誘起される交流電流に基づく第１直流電源の出力直流電圧に基づいた電力供給が体内機器の各部になされ、体内機器の体内での姿勢が変化して交流磁界中の受電用コイルにて誘起される交流電流が低下して第１直流電源の出力直流電圧が第２直流電源の出力直流電圧より低くなると、第２直流電源の出力直流電圧に基づいた電力供給が前記体内機器の各部になされるので、体内に導入された体内機器の各部に対してより安定的に電力供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】体内機器に対して電力を供給する給電装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】図１に示す給電装置における第１給電用コイルが納められる第１パッドと、第２給電コイルが納められる第２パッドとの被検者（人）に対する配置例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電源装置及びそれを用いた体内機器の回路構成を示す回路図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る電源装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
本発明の実施の一形態に係る体内機器に電力を供給する給電装置は、例えば、図１に示すように構成される。
【００１９】
図１において、この給電装置は送電回路１６を有している。送電回路１６は、比較的高い所定周波数（例えば、数ＭＨｚ）の交流電圧を出力する。第１給電用コイル１１ａと第２給電用コイル１２ａとが直列接続されている。その直列接続された第１給電用コイル１１ａ及び第２給電用コイル１２ａに対して送電回路１６からの交流電圧が共振用コンデンサ１７を介して印加される。共振用コンデンサ１７の容量値は、前記交流電圧が印加される際に、第１給電用コイル１１ａ及び第２給電用コイル１２ａと共振用コンデンサ１７とで直列共振がなされるように設定される。これにより、大きなエネルギーを効率よく伝送させることができる。
【００２０】
第１給電用コイル１１ａは、扁平な形状の第１パッド１１に収められ、第２給電用コイル１２ａもまた、扁平な形状の第２パッド１２に収められている。例えば、図２に示すように、第１パッド１１は、ベッド１００の被検者（人）ＨＭＮの背中に対向する位置に置かれ、第２パッド１２は、第１パッド１１と所定間隔Ａ離れるように被検者ＨＭＮの腹部に対向して設置される。これにより、第１パッド１１内の第１給電用コイル１１ａと第２パッド１２内の第２給電用コイル１２とが、相互に所定間隔Ａ離れて同軸的に対向配置される。そして、スイッチング回路１６からの交流電流が第１給電用コイル１１ａ及び第２給電量コイル１２ａに供給されると、第１給電用コイル１１ａ及び第２給電用コイル１２ａにより交流磁界が被検者ＨＭＮの腹部を通るように形成される。これにより、体内に導入された体内機器、例えば、体内を撮影してその映像を体外に無線送信する、所謂、カプセル内視鏡１００の受電用コイル１０に交流電流が誘起され得る。
【００２１】
本発明の実施の一形態に係る電源装置（ハイブリッド電源）を含む体内機器としてのカプセル内視鏡１００は、図３に示すように構成されている。
【００２２】
このカプセル内視鏡１００は、受電用コイル１０を有すると共に、第１直流電源としての直流電源２０及び第２直流電源としての電池３０（例えば、酸化銀電池）を有している（ハイブリッド電源）。直流電源２０は、共振用のコンデンサ２１、整流用の２つのダイオード２２、２３（例えば、ショットキーダイオード）、電圧のリミッタとして機能するツェナーダイオード２４、及び平滑用のコンデンサ２５によって構成されている。この直流電源２０は、受電用コイル１０にて誘起された交流電流に基づいて、ゼロからツェナーダイオード２４により制限される上限直流電圧までの範囲の出力直流電圧Ｖ１を発生させる。
【００２３】
直流電源２０（第１直流電源）の出力端にダイオード３１を介して電池３０（第２直流電源）の出力端（＋端子）が接続されている。ダイオード３１は、直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１が電池３０の出力直流電圧Ｖ２より高い状態では、直流電源２０からの電池３０に対する電流の回り込みを遮断する。一方、直流電圧２０の出力直流電圧Ｖ１が、電池３０からのダイオード３１を介した出力直流電圧（厳密には、電池３０の出力直流電圧Ｖ２からダイオード３１の電圧降下分を差し引いた直流電圧であるが、実質的に電池３０の出力直流電圧Ｖ２とし得る）より低い状態では、ダイオード３１は、電池３０の出力直流電圧Ｖ２に基づいた後段への電力供給を可能にする。従って、直流電源２０の出力端と電池３０の出力端とを接続して後段に給電するためのダイオード３１を含む回路が給電切替回路として機能する。
【００２４】
カプセル内視鏡１００では、前述した受電用コイル１０、直流電源２０（第１直流電源）、電池３０（第２直流電源）及びダイオード３１（給電切替回路）にて構成される電源装置から各部に電力供給なされる。
【００２５】
図３において、カプセル内視鏡１００は、１つのＩＣ４０（ＡＳＩＣ）として一体化された直流・直流（ＤＣ／ＤＣ）変換回路４１、通信ユニット４３及びＬＥＤドライバ４２を有している。ＤＣ／ＤＣ変換回路４１は、上述した電源装置（直流電源２０及び電池３０を含む）から供給される出力直流電圧を所定の直流電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣ変換回路４１からの出力直流電圧がＬＥＤドライバ４２及び通信ユニット４３に供給される。
【００２６】
また、このカプセル内視鏡１００は、照明用のＬＥＤ５１と、撮影用のカメラ（イメージセンサ）５２とを有している。ＬＥＤドライバ４２は、ＤＣ／ＤＣ変換回路４１からの出力直流電圧によってＬＥＤ５１を駆動する（点灯させる）。また、ＤＣ／ＤＣ変換回路４１からの出力直流電圧が更にレギュレータ４５によって所定の直流電圧に変換され、カメラ５２はレギュレータ４５からの直流電圧により撮影動作を行う。カメラ５２の撮影により得られる映像は通信ユニット４３に供給され、ＤＣ／ＤＣ変換回路４１の出力直流電圧により機能する通信ユニット４３は、所定の通信プロトコルに従ってカメラ５２からの映像を体外に無線送信する。なお、体内に導入されたカプセル内視鏡１００の通信ユニット４３から無線送信された映像は、体外の受信装置により受信され、表示ユニットに表示させることができる。また、その受信された映像を遠隔地の機器に送信することもできる。
【００２７】
上述したカプセル内視鏡１００（電源装置を含む）では、当該カプセル内視鏡１００が被検者（ＨＭＮ）の体内に導入された状態で、当該被検者（ＨＭＮ）の体外に設けられた第１給電用コイル１１ａ及び第２給電用コイル１２ａ（図１及び図２参照）にて発生される交流磁界中の受電用コイル１０に誘起される交流電流に基づいて直流電源２０が出力直流電圧Ｖ１を発生する。この直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１が電池３０の出力直流電圧Ｖ２より高い状態では、ダイオード３１により直流電源２０からの電池３０に対する電流の回り込みが遮断されつつ、ＩＣ４０に対して直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１に基づいた電力供給ながされる。その結果、当該カプセル内視鏡１００の各部（ＬＥＤ５１、カメラ５２、通信ユニット４３）への電力供給がなされる。
【００２８】
被検者ＨＭＮの体内に導入されたカプセル内視鏡１００の姿勢が変化して、交流磁界中の受電用コイル１０にて誘起される交流電流が低下し、その結果、直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１が低下して電池３０の出力直流電圧Ｖ２より低い状態になると、電池３０の出力直流電圧Ｖ２に基づいたＩＣ４０への電力供給がダイオード３１を介してなされる。その結果として、当該カプセル内視鏡１００の各部（ＬＥＤ５１、カメラ５２、通信ユニット４３）への電力供給が継続的になされる。
【００２９】
このようなカプセル内視鏡１００（電源装置）によれば、交流磁界中の受電用コイル１０において十分に交流電流が誘起されている状態では、その誘起される交流電流に基づく直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１に基づいた電力供給がカプセル内視鏡１００各部（ＬＥＤ５１、カメラ５２、通信ユニット４３）になされ、カプセル内視鏡１００の体内での姿勢が変化して交流磁界中の受電用コイル１０にて誘起される交流電流が低下して直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１が電池３０の出力直流電圧Ｖ２より低くなると、電池３０の出力直流電圧Ｖ２に基づいた電力供給がダイオード３１を介してカプセル内視鏡１００の各部（ＬＥＤ５１、カメラ５２、通信ユニット４３）になされるので、体内に導入されたカプセル内視鏡１００の各部に対してより安定的に電力供給を行うことができる。その結果、カプセル内視鏡１００を体内において安定的に動作させることができる。
【００３０】
第１直流電源としての直流電源２０の構成はこれに限定されず、受電用コイル１０に誘起される交流電流から出力直流電圧を発生し得るものであればどのような構成であってもよい。また、前述した例では、第２直流電源として電池３０を用いたが、これに限定されず、直流電圧を発生し得るものであれば特に限定されない。前記第２直流電源として、例えば、蓄電デバイスを用いることも可能である。
【００３１】
カプセル内視鏡１００に搭載される電源装置は、第２直流電源として蓄電デバイスを用いて図４に示すように構成することもできる。
【００３２】
図４において、直流電源２０は、共振用のコンデンサ２１、整流用の２つのダイオード２２、２３、及び電圧のリミッタとして機能するツェナーダイオード２４によって構成されている。この直流電源２０の出力端には、蓄電デバイスとしての電気二重層キャパシタ３２が接続されている。そして、直流電源２０の出力端と電気二重層キャパシタ３２との接続点が前述したＩＣ４０（図３参照）に接続されている。
【００３３】
このような電源装置を備えたカプセル内視鏡１００では、当該被検者（ＨＭＮ）の体外に設けられた第１給電用コイル１１ａ及び第２給電用コイル１２ａ（図１及び図２参照）にて発生される交流磁界中の受電用コイル１０に誘起される交流電流に基づく直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１に基づいた電力供給がなされている間に、当該出力直流電圧Ｖ１によって電気二重層キャパシタ３２が充電される。そして、カプセル内視鏡１００の被検者ＨＭＮの体内での姿勢が変化して交流磁界中の受電用コイル１０にて誘起される交流電流が低下し、直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１が充電された電気二重層キャパシタ３２の出力直流電圧Ｖ２より低い状態になると、カプセル内視鏡１００の各部（ＬＥＤ５１、カメラ５２、通信ユニット４３）に対して電気二重層キャパシタ３２の出力直流電圧Ｖ２に基づいた電力供給がなされる。
【００３４】
この電源装置（図４参照）では、直流電源２０の出力端と電気二重層キャパシタ３２（蓄電デバイス）の出力端との接続点において、直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１が電気二重層キャパシタ３２の出力直流電圧Ｖ２（充電電圧）より高い状態では、自動的に直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１に基づいた電力供給がなされ、一方、直流電源２０の出力直流電圧Ｖ１が電気二重層キャパシタ３２の出力直流電圧Ｖ２（充電電圧）より低い状態では、自動的にキャパシタユニット３２の出力直流電圧Ｖ２に基づいた電力供給がなされる。この場合、直流電源２０の出力端と充電デバイス３２の出力端とを接続して後段に給電するための回路配線が、給電切替回路として機能している。
【００３５】
図４に示す電源装置によっても、図３に示す電源装置と同様に、体内に導入されたカプセル内視鏡１００の各部（ＬＥＤ５１、カメラ５２、通信ユニット４３）に対してより安定的に電力供給を行うことができる。その結果、カプセル内視鏡１００を体内において安定的に動作させることができる。
【００３６】
前述した例では、体内機器としてカプセル内視鏡１００について説明したが、これに限られず、体内に導入されて所定の処理を行う機器であれば特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上、説明したように、本発明に係る電源装置は、体内に導入された体内機器の各部に対してより安定的に電力供給を行うことができるという効果を有し、体内に導入されて、体内を撮影してその映像を体外に無線送信する等、所定の動作を行う体内機器に搭載される電源装置として有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  受電用コイル
１１  第１パッド
１１ａ  第１給電用コイル
１２  第２パッド
１２ａ  第２給電用コイル
１６  送電回路
１７  共振用コンデンサ
２０  直流電源（第１直流電源）
２１  コンデンサ
２２、２３、ダイオード
２４  ツェナーダイオード
２５  コンデンサ
３０  電池（第２直流電源）
３１  ダイオード
３２  電気二重層キャパシタ（蓄電デバイス）
４０  ＩＣ
４１  直流・直流変換回路（ＤＣ／ＤＣ変換回路）
４２  ＬＥＤドライバ
４３  通信ユニット
４５  レギュレータ
５１  ＬＥＤ
５２  カメラ
１００  カプセル内視鏡（体内機器）
【図１】
2014083064.tif 000003
【図２】
2014083064.tif 000004
【図３】
2014083064.tif 000005
【図４】
2014083064.tif 000006