(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内検出装置（２０）と、体外に配置される外部フェイズドアレーアンテナ（２２）とを備える生体内転送検出システムであって、
前記生体内検出装置（２０）は、送信機（２４）、エネルギ蓄積装置（１８０）、および受信装置（２７）を有し、
前記外部フェイズドアレーアンテナ（２２）は、３つ以上のアンテナ（Ａ〜Ｅ）を有し、
前記アンテナはそれぞれ、生体内の前記送信機（２４）から送信された共通の第１信号を受信し、そして前記第１信号を受信した順序とは逆の順序で、前記エネルギ蓄積装置（１８０）にエネルギを蓄積するための第２信号を送信し、前記受信装置（２７）は、それぞれ前記アンテナからの前記第２信号を同期して受信することによって前記エネルギ蓄積装置（１８０）にエネルギを蓄積するように構成され、
前記アンテナのうち第１アンテナ（Ｃ）が前記第１信号を受信する第１受信タイミング（ＲＣ）と、前記アンテナのうち前記第１アンテナ（Ｃ）の次に前記第１信号を受信する第２アンテナ（Ｅ）が前記第１信号を受信する第２受信タイミング（ＲＥ）との間の差としての第１受信タイミング差（Δ３）は、前記第２受信タイミング（ＲＥ）と、前記アンテナのうち前記第２アンテナ（Ｅ）の次に前記第１信号を受信する第３アンテナ（Ｄ）が前記第１信号を受信する第３受信タイミング（ＲＤ）との間の差としての第２受信タイミング差（Δ４）とは独立しており、
前記第１アンテナ（Ｃ）が前記第２信号を送信する第１送信タイミング（ＴＣ）と、前記第２アンテナ（Ｅ）が前記第２信号を送信する第２送信タイミング（ＴＥ）との間の差としての第１送信タイミング差（Δ３）は、前記第１受信タイミング差（Δ３）に等しく、前記第２送信タイミング（ＴＥ）と、前記第３アンテナ（Ｄ）が前記第２信号を送信する第３送信タイミング（ＴＤ）との間の差としての第２送信タイミング差（Δ４）は、前記第２受信タイミング差（Δ４）に等しいように位相調整される
ことを特徴とする、生体内転送検出システム。
【請求項２】
前記生体内検出装置（２０）は、生体内検出のための画像センサ（２２１）を含む、
請求項１記載の生体内転送検出システム。
【請求項３】
前記エネルギ蓄積装置（１８０）は、キャパシタまたは充電式バッテリを含む、
請求項１記載の生体内転送検出システム。
【請求項４】
前記外部フェイズドアレーアンテナ（２２）は、活性部分（Ｔ１）と無音間隔（Ｔ２）を有する信号を送信するように構成される、
請求項１記載の生体内転送検出システム。
【請求項５】
前記無音間隔（Ｔ２）は、１ミリ秒のオーダの期間にわたって継続する、
請求項４記載の生体内転送検出システム。
【請求項６】
前記活性部分（Ｔ１）は、無線周波数バーストを含む、
請求項５記載の生体内転送検出システム。
【請求項７】
前記活性部分（Ｔ１）は、１ミリジュールのバーストを含む、
請求項４記載の生体内転送検出システム。
【請求項８】
前記活性部分（Ｔ１）は、１ギガヘルツの周波数のバーストを含む、
請求項４記載の生体内転送検出システム。
【請求項９】
前記外部フェイズドアレーアンテナ（２２）は、変調信号を送信するように構成される、
請求項１記載の生体内転送検出システム。
【請求項１０】
前記変調信号は、データまたはコマンドによって変調される、
請求項９記載の生体内転送検出システム。
【請求項１１】
生体内検出装置（２０）に体外からエネルギを転送するエネルギ転送方法であって、
前記生体内検出装置（２０）は、送信機（２４）、エネルギ蓄積装置（１８０）、および受信装置（２７）を有し、
前記エネルギ転送方法は、体外に配置される３つ以上のアンテナ（Ａ〜Ｅ）を有する外部フェイズドアレーアンテナ（２２）によって、
生体内の前記送信機（２４）から送信された共通の第１信号を受信することと（６０２）；
前記第１信号を受信した受信タイミングを前記アンテナ（Ａ〜Ｅ）毎に記録することと（６０４）；
前記第１信号を受信した順序とは逆の順序で、前記エネルギ蓄積装置（１８０）にエネルギを蓄積するための第２信号を送信することと（６０６）
を備え、
前記受信装置（２７）は、それぞれ前記アンテナからの前記第２信号を同期して受信することによって前記エネルギ蓄積装置（１８０）にエネルギを蓄積するように構成され、
前記アンテナのうち第１アンテナ（Ｃ）が前記第１信号を受信する第１受信タイミング（ＲＣ）と、前記アンテナのうち前記第１アンテナ（Ｃ）の次に前記第１信号を受信する第２アンテナ（Ｅ）が前記第１信号を受信する第２受信タイミング（ＲＥ）との間の差としての第１受信タイミング差（Δ３）は、前記第２受信タイミング（ＲＥ）と、前記アンテナのうち前記第２アンテナ（Ｅ）の次に前記第１信号を受信する第３アンテナ（Ｄ）が前記第１信号を受信する第３受信タイミング（ＲＤ）との間の差としての第２受信タイミング差（Δ４）とは独立しており、
前記第１アンテナ（Ｃ）が前記第２信号を送信する第１送信タイミング（ＴＣ）と、前記第２アンテナ（Ｅ）が前記第２信号を送信する第２送信タイミング（ＴＥ）との間の差としての第１送信タイミング差（Δ３）は、前記第１受信タイミング差（Δ３）に等しく、前記第２送信タイミング（ＴＥ）と、前記第３アンテナ（Ｄ）が前記第２信号を送信する第３送信タイミング（ＴＤ）との間の差としての第２送信タイミング差（Δ４）は、前記第２受信タイミング差（Δ４）に等しいように、前記第２信号の送信は位相調整されることを特徴とする、エネルギ転送方法。
【請求項１２】
前記第２信号は、前記生体内検出装置（２０）の少なくとも１つの構成要素を励磁することによって前記エネルギ蓄積装置（１８０）にエネルギを蓄積する、
請求項１１記載のエネルギ転送方法。
【請求項１３】
前記生体内検出装置（２０）が前記第２信号を受信することは、
前記第１信号を送信する送信モードから、前記第２信号を受信する受信モードに切換わることと；
活性部分（Ｔ１）と無音間隔（Ｔ２）を有する前記第２信号を受信することと；
前記活性部分（Ｔ１）が終わると前記受信モードから前記送信モードに切換わることとを備える、
請求項１１記載のエネルギ転送方法。
【請求項１４】
前記外部フェイズドアレーアンテナ（２２）は、変調信号を送信すべくデータまたはコマンドによって変調される、
請求項１１記載のエネルギ転送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的にたとえば励磁信号等の信号の移動装置への転送、および特に生体内検出装置へのこのような転送に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
当該技術で周知のカプセル等の摂取可能素子は、生体内カメラシステムまたは温度センサもしくはｐＨセンサ等の他の検出システム等の生体内検出システムを有し得る。カプセル化された生体内ビデオカメラシステムは、それが胃腸（ＧＩ）管腔を通過する際に胃腸（ＧＩ）管の画像を捕えそれを送信し得る。このシステムは、消化管全体を通過しかつ自律型ビデオ内視鏡として動作することのできるカプセルを含み得る。
【０００３】
図１は、人体１２内部における例示の先行技術の摂取可能素子１０を示している。素子１０は画像装置１４を有し、この画像装置は、生体内の画像を、体１２の一部を囲むアンテナベルト１７内の１組のアンテナ１６に送信する。素子１０は、たとえばカプセルの形態をとってもよいが、その他の好適な形状または形態をとってもよい。
【０００４】
素子１０は、素子１０のさまざまな要素に電力を与えるバッテリ１８等の電源を有する。しかしながら、バッテリは素子に重量を加え得るため、制限された容量を有し得る。
【０００５】
内視鏡装置にはバッテリのないものがある。エネルギは、たとえばこのような素子が挿入される患者の体で電磁界を伝えることによってこれらの素子に与えられ得る。素子は、送信された電磁波を受け、かつこれを電力に変換することのできる要素を含み得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
典型的に、素子は自律型移動装置であり、素子における電磁波受信装置および外部の電磁界の間に存在する媒体は、障害物または異なる材料、たとえば骨、筋肉、脂肪および腫瘍が存在するために同質ではないかも知れない。他の材料が、受信装置および外部電磁界の間に存在し得る。上述のような障害物が存在したとしても電磁波が患者の体内部の素子に到達することを保証するために、患者はケージを生成する電磁界中に配置され得、患者の体の関連する部分は電磁界によって照射され得る。したがって、エネルギを生体内装置に与えるより効率的な方法が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
本発明のいくつかの実施例に従うと、生体内装置からの信号を受信するためのアンテナといったアンテナは、信号たとえば励磁信号を、生体内装置等の装置を含む移動するエネルギ受信装置に転送するためのフェイズドアレーアンテナとして動作し得る。本発明の実施例に従うと、情報を運ぶために用いられる指示（典型的に「信号」と呼ばれる）は、自律型生体内装置に転送され得る。この指示は、一実施例に従うと、励磁信号を含み得、励磁信号は典型的に、エネルギをこのような生体内装置に与えるために用いられ得る。アンテナ以外の好適な装置を用いてエネルギ信号等の信号を転送してもよい。
【０００８】
一実施例に従うと、信号を生体内装置、典型的に自律型の生体内転送検出装置に転送するためのシステムが提供される。一実施例に従うと、この装置は、少なくとも１つの信号
受信装置を含む。本発明の一実施例に従うと、このシステムは外部フェイズドアレーアンテナを含む。一実施例に従うと、フェイズドアレーアンテナは、少なくとも２つのアンテナを含む。典型的に、フェイズドアレーアンテナは送受信をし得る。一実施例に従うと、外部フェイズドアレーアンテナは、検出装置からの信号を受信することができ、さらに検出装置からの信号の受信とは逆の順序に位相調整または配置された装置に送信することができる。
【０００９】
本発明の一実施例に従うと、エネルギ等の信号を自律型の生体内検出装置に転送するための方法が提供される。この方法は、たとえば、生体内装置から送信された信号を受信するステップと、受信の配列または順序を記録するステップと、たとえば装置から送信された信号を受信したのとは逆の順序を用いて、信号を装置に送信するステップとを含み得る。
【００１０】
本発明に関する主題は、特に本明細書の結論部分において指摘されかつ明確に主張されている。しかしながら、本発明は、その目的、特徴および利点と共に、構成および動作方法の双方に関して、以下の詳細な説明を添付の図面と照らし合わせて読む際にこの説明を参照することによって、最もよく理解され得る。
【００１１】
例示を単純かつ明瞭にするために、図面に示された要素は必ずしも同じ割合で描かれていないことが認識されるべきである。たとえば、要素の一部の寸法は、明瞭にするために他の要素に対して誇張されているかも知れない。さらに、適切と考えられる場合、参照数字は、対応するまたは類似の要素を示すために図面間で繰返され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
発明の詳細な説明
以下の詳細な説明において、本発明を完全に理解するために多数の特定の詳細が述べられる。しかしながら、本発明はこれらの特定の詳細なしでも実施され得ることが当業者には理解されるであろう。他の例において、公知の方法、手順および構成要素は、本発明を明瞭にするために詳細には記載されていない。
【００１３】
特に指定する場合を除き、以下の説明から明らかなように、本明細書を通して、「処理する」、「演算する」、「計算する」、「決定する」等の用語を用いた説明は、コンピュータもしくは計算機システム、または類似の電子計算機の行為および／またはプロセスのことを示し、これらの計算機は、計算システムのレジスタおよび／またはメモリ内の電子的な量等の物理的な量として表わされるデータを操作し、および／またはこのデータを、同様に計算機システムのメモリ、レジスタまたは他のこのような情報記憶装置、送信装置もしくは表示装置内の物理的な量として表わされる他のデータに変形する。
【００１４】
本発明のいくつかの実施例に従うと、たとえばアンテナベルト（たとえば図１のアンテナベルト１７）等の覆いまたはホルダにおけるアンテナは、一実施例ではフェイズドアレーアンテナとして動作され得る。フェイズドアレーアンテナの例は、たとえば『電磁気学の適用例』（“Electromagnetics with Applications”）第５版、クラウスおよびフライシュ（Kraus and Fleisch）著、マグローヒル社（McGraw-Hill）、１９９９年、ｐｐ.２６４−２７３において説明されている。アンテナは、他のホルダまたは覆いを用いて他の態様で構成されてもよく、ホルダを用いる必要はない。
【００１５】
当該技術で周知のように、フェイズドアレーアンテナは集束ビームを生成し得、この集束ビームは、たとえばビームを受ける物体が動くと（たとえばアンテナの相対的な位相調整を変更することによって）動かされ得る。本発明の一実施例に従うと、このようなビームを用いて、エネルギまたは如何なる他の好適な信号も、生体内装置における装置等の移
動受信装置（たとえばエネルギ受信装置）に転送され得る。
【００１６】
一実施例において、信号が送信されている物体の位置を知る必要がありかつ送信するための同質の媒体を必要とするいくつかの先行技術のフェイズドアレーアンテナとは対照的に、生体内装置からの信号は、装置または介在する媒体の位置についての知識を必要とすることなしに、たとえば、フェイズドアレーがビームの焦点を装置に戻すための十分な情報を提供し得る。他の実施例において、位置情報が知られるまたは計算されてもよい。
【００１７】
ここで、本発明の一実施例を示す図２Ａ1，２Ａ2，２Ｂ，３Ａおよび３Ｂを参照する。図２Ａ1，２Ａ2および３Ｂは、エネルギ受信装置およびアンテナアレー２２等の受信装置２７を有する（たとえばカプセルの形態をとるが他の好適な形状または形態をとってもよい）摂取可能な画像装置２０等の生体内検出装置を示し、一方で図２Ｂおよび３Ａは、本発明の実施例に従った装置およびアンテナアレーそれぞれの動作のタイミング図である。他の好適なアンテナ配置およびタイミング方式を用いてもよい。受信装置２７は、たとえばエネルギ以外の信号を受信し得る。
【００１８】
図２Ａ1において、本発明の一実施例に従うと、素子２０は、検出システム２１１、受信装置２７等の信号受信装置、送信機２４、１つ以上のアンテナ２３および処理装置２１２を含む。代替の実施例において、検出装置は、カプセルまたは内蔵型もしくは自律型の素子を必要としない。たとえば、検出装置は、内視鏡、針、カテーテル、ステント等の医療装置であってもよく、またはその先端に設置されてもよい。
【００１９】
検出システムは、ｐＨメータ、温度センサ、圧力センサ、生物学的または化学センサ、画像センサ等の好適な生体内センサを含み得る。１つを超えるセンサをいくつかの実施例に従って装置に含んでもよい。生体内センサは、たとえば素子２０に正確に位置付けられることによって生体内環境にさらされ得る。たとえば、ｐＨセンサは、当該技術で周知のカプセルシェル等の素子のシェルまたは覆いから突出する電極を含み得る。別の実施例において、画像センサは、当該技術で周知の素子２０の光学窓を通して生体内環境にさらされ得る。典型的に、生体内センサは、データをアンテナアレー２２等の外部受信システムに送信するための送信機２４へ、データを中継する。画像データを外部受信システムに送信する生体内画像装置が、たとえばイッダン（Iddan）等に付与された米国特許第５，６０４，５３１号、および／またはグルホフスキー（Glukhovsky）に付与されたＷＯ０１／６５９９５（双方とも本出願の譲受人に付与され、双方とも引用により援用されている）に記載された実施例に記載されている。本発明の実施例と共に使用され得る外部受信、処理、および表示システムは、イッダン等に付与された米国特許第５，６０４，５３１号、および／またはグルホフスキーに付与されたＷＯ０１／６５９９５に記載された実施例と同様であり得る。もちろん、他の好適な生体内検出システムおよび外部受信、処理および表示システムを用いてもよい。
【００２０】
いくつかの実施例に従うと、カプセルの形状をした素子等の画像装置を、たとえば胃腸管等の体の管腔に挿入する。たとえば、素子は摂取されてもよい。一実施例に従うと、素子２０は典型的に、画像センサ（たとえば検出装置２１１）、照明源（図示せず）、ならびに、１つ以上のレンズおよび１つのレンズホルダ等の１つ以上の光学要素を含み得る光学ヘッド（図示せず）を含む。画像の焦点を画像センサに合わせるために１つ以上の好適な光学要素を用いてもよい。光学ヘッドは、光学窓またはドームの後に置かれて、たとえばその電気的構成要素を、このような構成要素の動作を妨害し得る体内に見られる液体から分離し得る。画像センサは、たとえば、電荷結合素子（ＣＣＤ）および相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）等の固体画像センサであってもよい。画素センサは、画像信号等の電子信号を生成し得、この電子信号はたとえば回路基板によってプロセッサチップに送信され得、このプロセッサチップはとりわけ信号の処理または調整を行ない得る。本発明の
実施例で用いられ得るプロセッサチップの例は、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）である。一実施例に従うと、ＡＳＩＣは、デジタル信号の、無線周波数上のアンテナを通した受信システムへの送信を行なうために、たとえば最小限シフトキーイング（ＭＳＫ）変調システムに働く送信能力を有し得る。したがって、或る実施例において、送信機２４等の構成要素は、他の構成要素、たとえば処理装置２１２と結合され得る。他の構成要素および他の配置の構成要素を用いてもよい。
【００２１】
いくつかの実施例に従うと、送信機２４は、信号をたとえば外部フェイズドアレーアンテナ２２に送信するための送信モードおよびアンテナ２２からの信号を受信するための受信モードで動作することが可能であり得る。たとえば、送信機２４は送受信機であってもよい。いくつかの実施例に従うと、送信機２４は全方向性アンテナを含むか、またはこれに取付けられ得る。たとえばアンテナ２３は全方向性アンテナであってもよい。いくつかの実施例に従うと、アンテナ２３は１を超えるアンテナを含み得る。いくつかの実施例に従うと、送信機２４は外部フェイズドアレーアンテナ２２に送信することができ、一方で受信装置２７はアンテナ２２から送信された信号を受信することができる。他の構成要素を送信および受信のために用いてもよい。
【００２２】
いくつかの実施例に従うと、１つ以上のバッテリ等の電源は、エネルギを素子の要素に与えるために素子２０に含まれる。いくつかの実施例に従うと、エネルギ蓄積装置１８０は素子２０に含まれてもよい。蓄積装置１８０は、たとえば充電式バッテリ、キャパシタまたは他の好適な充電可能な装置を含み得る。典型的に、蓄積装置１８０は恐らく中間の構成要素を介して受信装置２７に接続される。いくつかの実施例に従うと、これらの２つの装置は同じ構成要素に含まれてもよい。いくつかの実施例に従うと、受信装置２７は、素子要素の少なくともいくつかに、（たとえば照明源に、画像センサ等に）エネルギを与え得る。
【００２３】
図２Ａ2において、素子２０は、たとえば全方向性アンテナ、たとえばアンテナ２３を用いて信号をアンテナアレー２２に送信する。アンテナアレー２２は、典型的に２つ以上のアンテナを含む。図２Ａ2では、アンテナアレー２２は、アンテナＡ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥを含み得るが、如何なる他の好適な数のアンテナを用いてもよい。アンテナＡ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥの各々は全方向性であってもよいが、他の種類のアンテナを用いてもよい。本発明の実施例に従うと、アンテナは、受信および／または送信モードで動作し得る。たとえば、アンテナアレー２２は送受信機を含み得る。いくつかの実施例に従うと、アンテナアレー２２は、体の部分を囲むように設計され得る。アレーは、関連する体の部分、たとえば患者の胃の周りで着用するまたは配置することができる衣服に含まれてもよい。
【００２４】
典型的に、１つ以上の位置で患者の体の外部に設置されるのは、アンテナＡ−Ｅに接続され、素子２０から画像および恐らくの他のデータを受信するための受信機５２、画像および他のデータを記憶するための受信機記憶装置５６、ならびにプロセッサまたはコントローラ５３である。受信機５２は、たとえばデータプロセッサ５４、データプロセッサ記憶装置５９、およびたとえば素子２０によって送信されかつ受信機５２によって受信および／または記録された画像データを表示するためのデータまたは画像モニタ５８に（永続的にまたは一時的に）接続され得る。典型的に、受信機５２および受信機記憶装置５６は小さく携帯可能であり、画像の記録の際に患者の体に装着される。好ましくは、データプロセッサ５４、データプロセッサの記憶装置５９およびモニタ５８は、パーソナルコンピュータまたはワークステーションの一部であり、これは、コントローラまたはプロセッサ６３、メモリ（たとえば記憶装置５９または他のメモリ）、ディスクドライブ、および入出力装置等の標準の構成要素を含むが、代替の構成も可能である。代替の実施例において、データの受信および記憶の構成要素は別の構成であってもよい。
【００２５】
受信および記録の構成要素は、たとえば、上述の米国特許第５，６０４，５３１号および／またはＷＯ０１／６５９９５に記載された実施例と同様であり得る。しかしながら、受信および記録の構成要素は他の構成であってもよい。
【００２６】
素子２０から送信された信号は、データ（たとえば画像データ、ｐＨデータ等）を含む信号、画像信号、音声信号、同期信号、局部信号、（ＰＨ、温度、圧力等の）信号を送信する素子における１つ以上のセンサからの信号、および／または、素子に含まれ得る適切なセンサからの化学的および／または生物学的な信号、等の如何なる種類の信号であってもよい。一実施例に従うと、アンテナアレー２２を含み得る外部受信システム（たとえば受信システム５２）は、たとえば本明細書に記載されたような処理動作を行なうための制御および／または処理装置（たとえばデータプロセッサ５４、コントローラまたはプロセッサ６３、コントローラまたはプロセッサ５３）をさらに含むか、またはこれに取り付けられ得る。メモリ等の他の構成要素が外部受信システムに含まれてもよい。
【００２７】
図２Ａ2は、電磁波として患者の体を通ってアンテナアレー２２に伝播する例示の信号を示している。この電磁波は、おおよそ円形で示された一定の位相面２５で示され、これはたとえば（体の一部等の）障害物２６を通ると曲がる。これは例示の目的のために単純にされたものであることが認識されるべきであり、典型的に、電磁波の形状は、電磁波が通過する媒体、その均質性、ならびに障害物のサイズおよび形状の関数である。
【００２８】
図２Ａ2の例において、媒体２００は比較的同質であり得るが、素子２０はアンテナアレー２２に対して相対的に中心に置かれなくてもよい。これはアンテナＡ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥからかなり離れており、障害物２６の反対側にある。したがって、アンテナＡ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは異なる時間の信号を受信し得る。アンテナＡは素子２０に最も近いアンテナであり、アンテナＥは最も遠いアンテナである。アンテナＤは、障害物２６が存在するために、素子２２に対して「視線」が遮られる。
【００２９】
この例における信号は、以下の順序で、すなわち、アンテナＡ，アンテナＢ，アンテナＣ，アンテナＥおよびアンテナＤの順序でアンテナに到達し得、各々の隣接するアンテナ対に関して、たとえば図２Ｂに示されたような到着の時間差のアレーがある。したがって、アンテナＡおよびＢの間では時間差はΔ１であり、アンテナＢおよびＣの間ではΔ２であり、アンテナＣおよびＥの間ではΔ３であり、アンテナＥおよびＤの間ではΔ４である。この構成および動作は例示のためのものであるに過ぎず、使用中に他の動作上の状況が生じ得る。
【００３０】
処理動作の一部として、典型的に各アンテナでの信号の強度と定義される強度アレー、および、典型的に各アンテナでの信号の受信のタイミングと定義される時間アレーが記憶され得る。この情報を用いると、たとえば、信号は、最も強度の高い信号を有するアンテナからの信号を用いて、かつ残りの信号の出力を無視して、典型的に処理され得る。信号受信データを記憶するための他の好適なシステムおよび方法を利用または保存してもよい。たとえば、タイミングおよび強度のための分離したデータ構成または構造を用いる必要はなく、タイミングおよび強度以外の他の好適なデータを用いてもよい。
【００３１】
本発明の一実施例に従うと、「時間アレー」は、信号が如何にして素子２０からアンテナアレー２２に移動したかということ、およびさらに素子２０からの信号の受信とは逆のタイミングで位相調整されたアレー２２のアンテナを用いて、信号を素子２０に送信することによって、素子２０に戻る集束ビームが生成され得ることを説明し得る。これはたとえば図３Ａおよび３Ｂに示されている。
【００３２】
したがって、図３Ａに示された図２Ａ2および２Ｂの例のための位相調整は、受信とは
逆の以下の順序、すなわちアンテナＤ、アンテナＥ、アンテナＣ、アンテナＢおよびアンテナＡの順序でアンテナを起動し、その位相調整を以下のような受信とは逆の位相調整、すなわちΔ４，Δ３，Δ２およびΔ１と規定する。
【００３３】
図３Ｂは、一例として、５個のアンテナＡ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥからの信号を示している。各々のアンテナは、たとえば上述の位相調整に従って時間を計られるその独自の全方向性の電磁波２８を生じ得る。これらの電磁波の干渉は、波面パターン、たとえば当該技術で周知のホイヘンスの原理に従って集束ビームへと集束し得るたとえば電磁波２９を生じ得る。
【００３４】
この例において、アンテナＤは最初に送信され得る。その電磁波は、他の電磁波に先行して示され得るが、障害物２６を通過すると減速され得る。その電磁波のうちたとえば障害物２６を通過したものは、他のアンテナの電磁波とともに電磁波２９Ａで殆ど集束し、たとえば電磁波２９Ｂでほぼ集束し、一般的に素子２０に到達すると集束し得る。送信の制御は、好適な制御装置、たとえばデータプロセッサ５４、コントローラもしくはプロセッサ６３、および／またはコントローラもしくはプロセッサ５３によって行なわれ得る。
【００３５】
同様に、他のアンテナによって生成された電磁波は、分離した波として始まるが、電磁波生成の位相調整のために素子２０に到達すると一般的に集束する。
【００３６】
本発明の一実施例に従った集束ビームを用いると、アンテナアレー２２から送信されたエネルギ量は、同じ量のエネルギを捕えるために素子２０のための全方向性のまたは先行技術のアンテナから送信された量よりも約１桁小さいかもしれない。すなわち、本発明の一実施例に従ったフェイズドアレーは、たとえば用いられるアンテナの数に依存して、送信のために必要とされる電力量を少なくとも１０の因数ほど減じる。典型的に、アンテナの数は多ければ、送信されるビームの集束が容易になる。他の実施例では、必要とされる電力量のその他の減少が行なわれ得る。
【００３７】
集束ビームは、素子２０におけるエネルギ受信装置を励磁するのに十分なエネルギを送信し得る。例示のエネルギ受信装置３０が図５に示されている。本発明の一実施例に従うと、素子２０はバッテリを有さくてもよい、またはおそらく先行技術の素子よりもかなり小さいまたは少ないバッテリを有してもよい。本発明の実施例に従うと、素子は、アンテナアレー２２から送信されたエネルギを蓄積するための蓄積装置、たとえばキャパシタまたは１つ以上の充電式バッテリを有し得る。たとえば、蓄積装置１８０はエネルギを蓄積し得る。
【００３８】
ここで図４Ａおよび４Ｂを参照すると、これらは本発明の実施例に従った２つの代替の励磁信号を示している。図４Ａおよび４Ｂに示された以外の好適な励磁信号を用いてもよい。図４Ａは、活性部分Ｔ１と、活性部分Ｔ１の間で対をなす無音間隔Ｔ２とを有する単純な調和列を示している。図４Ｂは、図４Ａの励磁信号を振幅変調したものを示している。当該技術で周知の如何なる好適な種類の変調（そのうち２つの公知の例は、振幅変調（ＡＭ）または周波数変調（ＦＭ）である）を用いてもよく、変調は、素子２０へのアップリンクデータおよび／または命令を符号化するために用いられ得る。
【００３９】
無音間隔Ｔ２の間で、アンテナアレー２２は、素子２０が送信し得る如何なる信号も受信する準備ができた状態の「受信モード」であり得る。このような信号は、典型的に、画像、生物学データ、化学データ等の、素子２０が獲得したデータを含む。ビーコン信号またはその他の信号等、他の信号が送信されてもよい。一実施例において、無音間隔Ｔ２は、たとえば１ミリ秒または素子２０からの典型的な送信を受信するのに十分な如何なる長さのオーダである。他の間隔を用いてもよい。
【００４０】
無音間隔Ｔ２は、一定の長さであってもよく、または可変のものでもよく、素子２０からの送信が終了すると終了する。一定の長さの間隔は同期動作を示し得、一方で可変の長さの送信は非同期動作を示し得る。活性部分Ｔ１は、第１の送信が素子２０から受信された後にのみ開始し得る。素子２０は、一旦その送信を終えるとそのアンテナ２３を送信モードから受信モードに切換えてもよく、一旦活性部分Ｔ１が受信されると送信モードに戻してもよい。同様に、アンテナアレー２２は、一旦活性部分Ｔ１を送信し終えると受信モードに戻り得る。他の好適な構成および信号方式を用いてもよい。
【００４１】
活性部分Ｔ１は、たとえば最大１．０ギガヘルツの周波数を有するエネルギの約１ミリジュールの無線周波数（ＲＦ）バーストであってもよい。図４Ａおよび４Ｂの励磁信号は集束ビームとして送信されるため、エネルギは効率的に素子２０に転送され、これはエネルギ受信装置２７によって捕えられ得る。他の好適なエネルギのレベルおよび周波数を用いてもよい。すなわち、本明細書に記載した値は例示のためのものに過ぎない。
【００４２】
ここで図５を参照する。一実施例において、エネルギ受信装置３０は、送受切換器スイッチ３１、同調タンク回路３２、整流器３４およびエネルギ蓄積装置３６等の構成要素を含み得る。スイッチ３１が存在すれば、これは受信モードの間にエネルギ受信装置３０をアンテナ２３に接続し得る。送信および受信を決定する他の方法を用いてもよい。たとえば、２つの分離する周波数を用いてもよく、この場合スイッチ３１の必要性はないかもしれない。エネルギ受信装置のための他の好適な構成を用いてもよい。
【００４３】
同調タンク回路３２は、活性部分Ｔ１の搬送周波数に同調し得る如何なる好適な回路であってもよい。タンク回路は、当該技術で周知であり、たとえば『電子工学技術』（The Arts of Electronics）第２版、ホロヴィッツおよびヒル（Horowitz and Hill）著、ケンブリッジ大学出版局、１９８９年、ｐ.８８３に記載されている。したがって、これは、キャパシタおよびインダクタから形成された最小限の“ＬＣ”ブロックであることを示すことを除いては本明細書ではさらに説明されない。
【００４４】
整流器３４は、たとえばダイオードブリッジであってもよく、たとえばタンク回路３２によって生成された正弦波の励磁信号を整流し、これによりアンテナアレー２０から送信された信号の電力の大部分を有する非負励磁信号を生じてもよい。一実施例に従うと、エネルギ蓄積装置３６は、キャパシタまたは充電式バッテリパックであってもよく、整流器３４の非負励磁信号を受信するように動作してもよい。他の構成要素および方法を用いてもよい。
【００４５】
活性部分Ｔ１の規則的な転送によってエネルギ蓄積装置３６はかなり小さくてもよいことが認識されるであろう。
【００４６】
本発明は、多数の受信アンテナおよび受信アンテナの範囲にわたる領域を移動する携帯機器（たとえば携帯電話）を有する多くのシステムにおいて用いられてもよいことが認識されるであろう。
【００４７】
たとえば、生体内装置（たとえばチップ上の埋め込み可能なラボ、画像装置、刺激装置等の生体内検出装置、ＲＦＩＤタグ等）が送信機を含む場合、送信機およびその励磁信号を受信するアンテナは、本発明の一実施例に従ったエネルギ転送方法を実施し得る。したがって、体内のこのような素子は、エネルギ蓄積装置を必要としないか、または比較的小さなエネルギ蓄積装置を必要とし得る。さらに、患者は、より小さな電磁界にさらされ、本発明の実施例に従った方法、装置およびシステムを、周知の方法および素子よりも効率的なものにし得る。
【００４８】
本発明の一実施例に従うと、たとえば腫瘍を腐食もしくは崩壊させるか、または別の方法で生体内治療を行なうために十分なエネルギが転送され得ることがさらに認識されるであろう。一実施例に従うと、生体内装置は、腫瘍等の病状の存在を識別し、かつこのようなことを示す信号を送信し得る。このような信号を用いると、本発明の一実施例に従って、強い集束ビームは、素子の位置に戻されるか、または僅かにそこから動かされて、（たとえば燃やす、腐食させるために）腫瘍の位置にエネルギが集束される。
【００４９】
本発明の実施例は、典型的に非生物医学的な適用例において、特にアクセスすることの難しい如何なる動力装置においても用いられ得ることがさらに認識されるであろう。本発明の実施例は、たとえば携帯電話に電力を供給するために用いられてもよい。素子のバッテリは交換する必要がない。代わりに、動力装置は、アンテナアレーが、動力装置からの次の送信までたとえば蓄積するのに十分なエネルギを有する集束ビームの形態で励磁信号を戻すことができるようにし得るのに十分な信号を送信する送信機を有してもよい。
【００５０】
別の実施例に従ったシステムおよび方法は、ＲＦ識別（ＩＤ）タグに適用してもよい。
【００５１】
ＲＦＩＤタグは、たとえば照会されたときに識別または他の情報を提供してもよく、照会されたときのみに信号を与えるというように受動的でもよく、または周期的にもしくは別の方法で信号を与えるというように能動的でもよい。ＲＦＩＤシステムは、各々のタグの位置を識別するためにさまざまな方法を用いてもよい。たとえば、用いられ得る１つの標準的な位置測定方法は、三角測量によるものである。
【００５２】
ＲＦＩＤタグは、多数の生体内の適用例において用いられ得る。たとえば、ＲＦＩＤタグは、カプセル等の摂取可能素子に含まれ得る。摂取した後で異なる周期で患者の体内のＲＦＩＤタグが存在すると、患者の胃腸の運動性の画像が与えられ得る。したがって、患者の体は、タグの存在を知るためにおよびエネルギをこのようなタグに与えるために、本発明の一実施例に従ってシステムによってスキャンされ得る。
【００５３】
本発明は、一実施例に従うと、アクティブなタグと共に用いられてもよく、タグからの周期的な信号のうちの１つを受信した後で、タグに励磁信号の周期的なバーストを与え得る。さらに、本発明は、低電力で動作するＲＦＩＤタグと共に用いられてもよい。このようなタグは、そのバッテリの寿命が殆ど終了したものであってもよい。低電力信号は雑音が大きいため、集束ビームを生じることが可能になる前に多数の送信を必要とし得る。代わりに、システムは、単一の全方向性パルスを与えて、タグにそれが比較的騒音のしない信号を与えるのに十分なエネルギを与え得る。アンテナアレーは、次にこの比較的騒音のしない信号からの位相調整を決定し得、集束ビームをタグに戻すことにより、その蓄積されたエネルギを増大させ得る。
【００５４】
ここで図６を参照すると、信号を生体内検出装置に転送するための方法の概略的なフロー図が示されている。第１のステップで、信号は生体内検出装置から受信される（６０２）。典型的に、信号は外部フェイズドアレーアンテナによって受信される。受信のアレーまたは順序が記録されて（６０４）、（たとえば記憶装置５９および／または記憶装置５６に記憶され得）、信号は、装置からの送信された信号を受信したのとは逆の順序を用いて生体内装置に送信される（６０６）。受信された信号の記録、応答信号の計算、および送信の制御は、好適な制御装置、たとえばデータプロセッサ５４、コントローラもしくはプロセッサ６３、および／またはコントローラもしくはプロセッサ５３によって行なわれ得る。受信のアレーまたは順序は、たとえば時間アレーもしくは受信の強度アレーまたは他の好適なアレーであってもよい。一実施例に従うと、この方法は、装置の少なくとも１つの構成要素を励磁するステップを含む。
【００５５】
本発明の或る特徴が本明細書で示されかつ説明されてきたが、ここで多くの修正、代替物、変更および均等物が当業者には思い浮かぶであろう。したがって、別掲の特許請求の範囲は、本発明の真の精神に含まれるすべてのこのような修正および変更を含むことが意図されることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】摂取可能素子のシステムの先行技術の概略図である。
【図２Ａ１】本発明の一実施例に従って構成されかつ動作する装置の概略図である。
【図２Ａ２】アンテナたとえばアンテナベルトに送信する装置が示されている。
【図２Ｂ】本発明の一実施例に従ったアンテナ、たとえば図２Ａ2のさまざまなアンテナへの信号の受信のタイミング図である。
【図３Ａ】本発明の一実施例に従ったさまざまなアンテナ、たとえば図２Ａ2のアンテナからの信号の送信のタイミング図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施例に従った図３Ａのタイミング図に従って送信する図２Ａ2のアンテナの概略図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例に従った装置に送信される２つの代替的な信号の図表である。
【図４Ｂ】本発明の一実施例に従った装置に送信される２つの代替的な信号の図表である。
【図５】本発明の実施例に従った受信信号、たとえば図４Ａおよび図４Ｂの受信信号で使用可能なエネルギ受信装置のブロック図である。
【図６】本発明の一実施例に従った生体内装置に信号を転送するための方法を示すフロー図である。
【図１】
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【図２Ａ１】
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【図２Ａ２】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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