(57)【要約】      （修正有）【課題】容易に姿勢の制御が可能なカプセル内視鏡を提供する。【解決手段】カプセル内視鏡は、外壁面を有するカプセル筐体１０と、カプセル筐体の内部に設けられた撮像装置１４と、カプセル筐体の内部に設けられた光源１６と、電極、撥水層および電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、電極がカプセル筐体の外壁面側に位置するようにカプセル筐体の外壁面に設けられた、複数の電極構造２０と、カプセル筐体の内部に設けられた電源と、カプセル筐体の外壁面に設けられ、電源の基準電位に接続されている少なくとも１つの基準電極２２と、電源に基づき、複数の電極構造に駆動電圧を印加する駆動回路とを備える。【選択図】図１Ａ
2016049441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外壁面を有するカプセル筐体と、
前記カプセル筐体の内部に設けられた撮像装置と、
前記カプセル筐体の内部に設けられた光源と、
電極、撥水層および前記電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記カプセル筐体の外壁面側に位置するように前記カプセル筐体の外壁面に設けられた、複数の電極構造と、
前記カプセル筐体の内部に設けられた電源と、
前記カプセル筐体の外壁面に設けられ、前記電源の基準電位に接続されている少なくとも１つの基準電極と、
前記電源に基づき、前記複数の電極構造に駆動電圧を印加する駆動回路と
を備えるカプセル内視鏡。
【請求項２】
前記駆動回路は、前記複数の電極構造に印加する駆動電圧を制御することにより、前記電極構造の前記撥水層の表面における親水性を異ならせる請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項３】
前記カプセル筐体の外壁面は長手方向を有し、かつ、前記長手方向に平行な回転軸を中心とする回転体の形状を有し、
前記外壁面は、前記回転軸と垂直な面によって分割される第１および第２領域を有する請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項４】
前記複数の電極構造は、少なくとも、前記第１および第２の領域にそれぞれ配置された２つの電極構造を含む請求項３に記載のカプセル内視鏡。
【請求項５】
前記複数の電極構造は、
前記第１領域に配置された第１電極構造と、
前記第２領域において、前記外壁面の周方向に配列された第２、第３、第４および第５電極構造と
を含む請求項３に記載のカプセル内視鏡。
【請求項６】
前記カプセル筐体の外壁面は長手方向を有し、かつ、前記長手方向に平行な回転軸を中心とする回転体の形状を有し、
前記撮像装置は、前記カプセル筐体の前記長手方向における一端側に位置している請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項７】
前記カプセル筐体の外壁面は、前回転軸と垂直な第１面、および、前記回転軸を含み、互いに直交する第２および第３面によって分割される８つの領域を有し、
前記複数の電極構造は、
前記第１面より前記撮像装置が位置している側の４つの領域に、前記撮像装置が位置する側から前記回転軸に沿って前記カプセル筐体の外壁面を見た時計回りの順番でそれぞれ配置された、第１、第２、第３および第４電極構造と、
前記第１面より前記撮像装置が位置している側と反対の４つの領域に、前記第１、第２、第３および第４電極構造にそれぞれ隣接した、第５、第６、第７および第８電極構造とを含む請求項６に記載のカプセル内視鏡。
【請求項８】
前記少なくとも１つの基準電極は２つの基準電極含み、前記２つの基準電極は、前記外壁面の前記長手方向における両端にそれぞれ配置されている請求項３に記載のカプセル内視鏡。
【請求項９】
前記少なくとも１つの基準電極は、帯形状を有する第１、第２および第３の基準電極を含み、
前記第１、第２および第３の基準電極は、前記第１、第２および第３面上に位置している請求項７に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１０】
前記駆動電圧は直流電圧である請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１１】
前記駆動回路は、
前記電源に基づき前記電源の電圧よりも高い前記駆動電圧を生成する昇圧回路と、
一端が、前記昇圧回路の前記駆動電圧が生成する端子と接続され、他端が各電極構造の電極と接続されたリレーと
を含む請求項１０に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１２】
前記駆動電圧は交流電圧である請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１３】
前記駆動回路は、
前記電源に基づき交流電圧を生成し、前記交流電圧を各電極構造に印加するＤＣ／ＡＣコンバータと、
各電極構造に印加される前記交流電圧の位相を制御する位相制御器と
を含む請求項１２に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１４】
前記カプセル筐体の外壁面に開口を有し、前記カプセル筐体の内部に設けられ試料採取管と、
電極、撥水層および前記電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記試料採取管の内壁側に位置するように前記試料採取管の内壁に設けられた、他の電極構造と、
をさらに有する請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１５】
前記カプセル筐体の内部に設けられた制御器および無線通信器をさらに備え、
前記無線通信器は、前記撮像装置によって取得された画像データを外部機器へ送信し、かつ、前記外部機器から制御信号を受信し、
前記制御器は、前記制御信号に基づき前記駆動回路を駆動し、前記駆動電圧を前記複数の電極構造に選択的に印加する請求項１に記載のカプセル内視鏡。
【請求項１６】
請求項１５に記載のカプセル内視鏡と、
前記カプセル内視鏡から送信された画像データを受信し、前記制御信号を送信する他の無線通信器、前記他の無線通信器によって受信された画像データに画像処理を施す画像処理器、前記画像処理が施された画像データを表示する表示器、操作者の入力を受け付ける入力装置、および、前記入力装置への入力に基づき、前記制御信号を生成する制御信号生成器を備えた操作ユニットと
を備えたカプセル内視鏡システム。
【請求項１７】
カプセル内視鏡の姿勢を制御する方法であって、
外壁面を有するカプセル筐体、
前記カプセル筐体の内部に設けられた撮像装置、
前記カプセル筐体の内部に設けられた光源、
電極、撥水層および前記電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記カプセル筐体の外壁面側に位置するように前記カプセル筐体の外壁面に設けられた第１電極、
電極、撥水層および前記電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記カプセル筐体の外壁面側に位置するように前記カプセル筐体の外壁面に設けられた第２電極、
前記カプセル筐体の内部に設けられた電源と、
前記カプセル筐体の外壁面に設けられ、前記電源の基準電位に接続されている少なくとも１つの基準電極、および
前記電源に基づき、前記複数の電極構造に駆動電圧を印加する駆動回路
を備えるカプセル内視鏡
を被験者に投与する工程、および
前記第１電極、前記参照電極、および前記第２電極が、前記被験者の消化器官の内周面の表面の水分と接した状態で、前記駆動回路を用いて前記第２電極および前記基準電極の間に印加される電圧よりも大きい電圧を前記第１電極および前記基準電極の間に印加することよって、前記第２電極から前記第１電極に向かう方向に沿った力を発生させて、前記カプセル内視鏡の姿勢を変化させる工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願はカプセル内視鏡、カプセル内視鏡システムおよびカプセル内視鏡の姿勢制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型のカメラを内蔵し、消化器系の器官を撮影するカプセル内視鏡が実用化されている。従来のカプセル内視鏡は、器官の蠕動運動によって移動する。特許文献１、２は、自力で移動することが可能なカプセル内視鏡を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０１４０６２号
【特許文献２】特開２０１４−３６７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カプセル内視鏡は、消化器官の検査を行なうことを目的としており、生体内部の所望の部分の画像を撮像することが望まれている。本願の限定的ではないある実施形態にかかるカプセル内視鏡は、姿勢の制御が可能な新規なカプセル内視鏡を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一実施形態に係るカプセル内視鏡は、外壁面を有するカプセル筐体と、前記カプセル筐体の内部に設けられた撮像装置と、前記カプセル筐体の内部に設けられた光源と、電極、撥水層および前記電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記カプセル筐体の外壁面側に位置するように前記カプセル筐体の外壁面に設けられた、複数の電極構造と、前記カプセル筐体の内部に設けられた電源と、前記カプセル筐体の外壁面に設けられ、前記電源の基準電位に接続されている少なくとも１つの基準電極と、前記電源に基づき、前記複数の電極構造に駆動電圧を印加する駆動回路とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本願に開示されたカプセル内視鏡によれば、エレクトロウェッティングを利用し、カプセル内視鏡の姿勢を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本実施形態のカプセル内視鏡を模式的に示す外観図である。
【図１Ｂ】本実施形態のカプセル内視鏡の構成を模式的に示す図である。
【図１Ｃ】電極構造を示す断面図である。
【図１Ｄ】本実施形態の操作ユニットの構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】カプセル内視鏡の説明のための座標を示す図である。
【図２Ｂ】本実施形態のカプセル内視鏡の電極構造の配置を示す三方図である。
【図３Ａ】電極構造に直流電圧を印加する場合の回路構成およびＥＷにより働く力を示す図である。
【図３Ｂ】電極構造に交流電圧を印加する場合の回路構成およびＥＷにより働く力を示す図である。
【図３Ｃ】電極構造に交流電圧を印加する場合の各端子に印加される駆動電圧の波形および駆動すべき電極構造に印加される電位差の波形を示す図である。
【図３Ｄ】電極構造に交流電圧を印加する場合の各端子に印加される別な駆動電圧の波形および駆動すべき電極構造に印加される電位差の波形を示す図である。
【図４】電極構造に印加する電圧と姿勢の制御方向との関係を示す図である。
【図５Ａ】カプセル内視鏡の基準電極および電極構造と、被検者の器官および体液との位置関係を示す図である。
【図５Ｂ】カプセル内視鏡の基準電極および電極構造と、被検者の器官および体液との位置関係を示す図である。
【図６】カプセル内視鏡の電極構造の他の配置を示す三方図である。
【図７】カプセル内視鏡の基準電極の他の配置を示す三方図である。
【図８Ａ】試料採取管を有するカプセル内視鏡一例を示す図である。
【図８Ｂ】試料採取管の構造を示す断面図である。
【図９】実施例のエレクトロウェッティングによるセルを示す模式図である。
【図１０Ａ】０Ｖの電圧を印加した場合の実施例のセルの液面変化を示す図である。
【図１０Ｂ】１５０Ｖの電圧を印加した場合の実施例のセルの液面変化を示す図である。
【図１１】棒の中心で棒と垂直な回転軸に回転する剛体を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（本発明に至った知見）
特許文献１、２に開示されているカプセル内視鏡は、自走および姿勢制御を行うためにモータあるいはコイルの振動を利用する。これらの駆動機構は、比較的多くの電力を消費する。しかし、カプセル内視鏡内に電源を搭載する場合、カプセル内視鏡のサイズに制限があり、使用できる電源の容量を大きくできないため、長時間、自走および姿勢制御を行うことができない可能性がある。
【０００９】
また、羽根、スクリュー等の駆動力を発生させる機構部品をカプセル内視鏡の筐体外に設ける必要がある。このため、カプセル内視鏡を飲み込む際、あるいは排出する際に機構部品が障害となる等、低侵襲性の観点で課題があると考えられる。
【００１０】
本願発明者は、このような課題に鑑み、エレクトロウェッティング技術による電極の親水性および撥水性をカプセル内視鏡の姿勢制御に適用することを想到した。本開示のカプセル内視鏡の概要は以下の通りである。
【００１１】
本開示の一実施形態に係るカプセル内視鏡は、外壁面を有するカプセル筐体と、前記カプセル筐体の内部に設けられた撮像装置と、前記カプセル筐体の内部に設けられた光源と、電極、撥水層および前記電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記カプセル筐体の外壁面側に位置するように前記カプセル筐体の外壁面に設けられた、複数の電極構造と、前記カプセル筐体の内部に設けられた電源と、前記カプセル筐体の外壁面に設けられ、前記電源の基準電位に接続されている少なくとも１つの基準電極と、前記電源に基づき、前記複数の電極構造に駆動電圧を印加する駆動回路とを備える。
【００１２】
前記駆動回路は、前記複数の電極構造に印加する駆動電圧を制御することにより、前記電極構造の前記撥水層の表面における親水性を異ならせてもよい。
【００１３】
前記カプセル筐体の外壁面は長手方向を有し、かつ、前記長手方向に平行な回転軸を中心とする回転体の形状を有し、前記外壁面は、前回転軸と垂直な面によって分割される第１および第２領域を有していてもよい。
【００１４】
前記複数の電極構造は、少なくとも、前記第１および第２の領域にそれぞれ配置された２つの電極構造を含んでいてもよい。
【００１５】
前記複数の電極構造は、前記第１領域に配置された第１電極構造と、前記第２領域において、前記外壁面の周方向に配列された第２、第３、第４および第５電極構造とを含んでいてもよい。
【００１６】
前記カプセル筐体の外壁面は長手方向を有し、かつ、前記長手方向に平行な回転軸を中心とする回転体の形状を有し、前記撮像装置は、前記カプセル筐体の前記長手方向における一端側に位置していてもよい。
【００１７】
前記カプセル筐体の外壁面は、前記回転軸と垂直な第１面、および、前記回転軸を含み、互いに直交する第２および第３面によって分割される８つの領域を有し、前記複数の電極構造は、前記第１面より前記撮像装置が位置している側の４つの領域に、前記撮像装置が位置する側から前記回転軸に沿って前記カプセル筐体の外壁面を見た時計回りの順番でそれぞれ配置された、第１、第２、第３および第４電極構造と、前記第１面より前記撮像装置が位置している側と反対の４つの領域に、前記第１、第２、第３および第４電極構造にそれぞれ隣接した、第５、第６、第７および第８電極構造とを含んでいてもよい。
【００１８】
前記少なくとも１つの基準電極は２つの基準電極を含み、前記２つの基準電極は、前記外壁面の前記長手方向における両端にそれぞれ配置されていてもよい。
【００１９】
前記少なくとも１つの基準電極は、帯形状を有していてもよい。
【００２０】
前記第１、第２および第３の基準電極は、前記第１、第２および第３面上に位置していてもよい。
【００２１】
前記駆動電圧は直流電圧であってもよい。
【００２２】
前記駆動回路は、前記電源に基づき前記電源の電圧よりも高い前記駆動電圧を生成する昇圧回路と、一端が、前記昇圧回路の前記駆動電圧が生成する端子と接続され、他端が各電極構造の電極と接続されたリレーとを含んでいてもよい。
【００２３】
前記駆動電圧は交流電圧であってもよい。
【００２４】
前記駆動回路は、前記電源に基づき交流電圧を生成し、前記交流電圧を各電極構造に印加するＤＣ／ＡＣコンバータと、各電極構造に印加される前記交流電圧の位相を制御する位相制御器とを含んでいてもよい。
【００２５】
前記カプセル内視鏡は、前記カプセル筐体の外壁面に開口を有し、前記カプセル筐体の内部に設けられた試料採取管と、電極、撥水層および前記電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記試料採取管の内壁に位置するように前記試料採取管の内壁に設けられた、他の電極構造とをさらに有していてもよい。
【００２６】
前記カプセル内視鏡は、前記カプセル筐体の内部に設けられた制御器および無線通信器をさらに備え、前記無線通信器は、前記撮像装置によって取得された画像データを外部機器へ送信し、かつ、前記外部機器から制御信号を受信し、前記制御器は、前記制御信号に基づき前記駆動回路を駆動し、前記駆動電圧を前記複数の電極構造に選択的に印加してもよい。
【００２７】
本開示の一実施形態に係るカプセル内視鏡システムは、上記カプセル内視鏡と、前記カプセル内視鏡から送信された画像データを受信し、前記制御信号を送信する他の無線通信器、前記他の無線通信器によって受信された画像データに画像処理を施す画像処理器、前記画像処理が施された画像データを表示する表示器、操作者の入力を受け付ける入力装置、および、前記入力装置への入力に基づき、前記制御信号を生成する制御信号生成器を備えた操作ユニットとを備える。
【００２８】
本開示の一実施形態に係るカプセル内視鏡の姿勢制御方法は、カプセル筐体を備えたカプセル内視鏡の外壁面に、電極、撥水層および前記電極と撥水層との間に位置する誘電体層を含み、前記電極が前記カプセル筐体の外壁面側に位置するように前記カプセル筐体の外壁面に複数の電極構造を設け、前記複数の電極構造に駆動電圧を印加することにより、前記電極構造の前記撥水層の表面における親水性を異ならせ、カプセル筐体の姿勢を変化させる。
【００２９】
以下、カプセル内視鏡およびカプセル内視鏡システムの実施形態を説明する。
【００３０】
図１Ａは、本実施形態のカプセル内視鏡１０１の外観を模式的に示し、図１Ｂは、カプセル内視鏡１０１の構成を模式的に示している。
【００３１】
カプセル内視鏡１０１は、カプセル筐体１０と、撮像装置１４と、制御器１５と、光源１６と、無線通信器１７と、電源１８と、駆動回路１９と、電極構造２０と、基準電極２２とを備える。
【００３２】
カプセル筐体１０は内部に空間を備え、被検者が口から飲み込むことが可能であり、かつ、人体の消化器官内を通過することが可能な大きさを有している。例えば、カプセル筐体１０の外壁面は、長手方向ｚを有し、長手方向ｚに平行な回転軸を中心とする回転体の形状を備えている。より具体的には、カプセル筐体１０の外壁面は、回転軸に垂直な断面が円形であり、直径は５ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。また、長手方向ｚの長さは１０ｍｍ〜３５ｍｍ程度である。
【００３３】
カプセル筐体１０は、樹脂、金属など体内の酸、酵素等で侵されない材料を用いて形成されている。また、撮影を行うために、カプセル筐体１０の部分１０ａは、可視光に対して透明な各種の樹脂によって形成されている。本実施形態では、部分１０ａは、カプセル筐体１０の長手方向ｚの一端に位置している。しかし、撮像装置１４が設けられる位置に応じて部分１０ａを設ければよく、例えば、部分１０ａは、カプセル筐体１０の長手方向ｚにおける中央近傍に設けられていてもよい。
【００３４】
撮像装置１４は、レンズ等の光学系と撮像素子と画像処理回路とを含み、カプセル筐体１０内部の長手方向ｚの端部近傍に設けられている。撮像装置１４は、所定の時間間隔で静止画を撮影したり、動画を撮影したりする。制御器１５からの指令に基づくタイミングで静止画または動画の撮影を行ってもよい。
【００３５】
制御器１５は、カプセル内視鏡１０１の各部の動作を制御する。
【００３６】
光源１６は、カプセル筐体１０内部であって、撮像装置１４に近接して設けられている。光源１６は照明光を出射する。撮像装置１４が撮影可能な領域に照明光が均一に分布するように、光源１６は複数設けられていてもよい。可視光による画像を撮影する場合には、照明光は例えば白色光である。赤外線、紫外線等による画像を撮影する場合には、対応する光線を出射する光源１６を用いる。
【００３７】
無線通信器１７は、以下において詳細に説明するように、撮像装置１４が取得した画像データを、リアルタイムで外部の操作ユニットへ送信する。また、操作ユニットからカプセル内視鏡１０１の姿勢制御データを受信する。
【００３８】
電源１８は、カプセル内視鏡１０１の各部を動作させるための電力を供給する。電源１８は、例えば、リチウムイオン電池等であり、数Ｖの直流電源である。
【００３９】
駆動回路１９は、電極構造２０に印加する駆動電圧を生成し、制御器１５の制御に基づき、電極構造２０に駆動電圧を印加する。これにより、電極構造２０の表面の水に対する親和性（親水性／撥水性）を変化させる。
【００４０】
電極構造２０は、カプセル筐体１０の外壁面に設けられる。図１Ｃは電極構造２０の詳細な構造を模式的に示している。図１Ｃに示すように、電極構造２０は、電極２５と、撥水層２７と、電極２５および撥水層２７の間に位置する誘電体層２６を含む。電極構造２０は、電極２５がカプセル筐体１０の外壁面側に位置するように外壁面に設けられる。電極２５は導電性を有する。電極２５は、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕなど種々の金属材料により形成される。上述したとおり、部分１０ａを覆って電極構造２０を設ける場合には、撮像装置１４の撮影範囲を遮らないように、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの透明導電材料によって形成してもよい。電極２５はカプセル筐体１０および誘電体層２６と良好な密着性を有していることが好ましい。このため、電極２５は、必要に応じてＣｒまたはＴｉなどからなる層と上述した材料の層との積層構造を有していてもよい。
【００４１】
電極２５は蒸着法、スパッタ法などの形成方法を用いて形成することができる。電極２５の厚さが大きい場合、カプセル筐体１０の外壁面との段差が大きくなり、誘電体層２６および撥水層２７の厚さがばらつく原因となる。十分な導電性を確保することを考慮すると電極２５の厚さは、０．０１μｍ以上、１μｍ以下が好ましい。
【００４２】
誘電体層２６は、人体および体液への影響の少ない各種絶縁材料を用いて形成することができる。例えば、種々の高分子化合物、無機化合物の各種酸化物、複合酸化物、窒化物などの絶縁材料を用いることができる。駆動電圧を印加した場合に誘電体層２６に絶縁破壊が発生すると、電流リークのため、被検者の体内に電流が流れたり、カプセル内視鏡１０１の姿勢を制御することができなくなる。このため、誘電体層２６には印加する駆動電圧に十分耐えうる絶縁破壊電圧の大きい誘電体を用いる。絶縁破壊電圧の確保を目的として、誘電体層２６の厚さを必要以上に大きくすると、姿勢制御のために高い駆動電圧が必要になる。このため、誘電体層２６の厚さは、１μｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
誘電体層２６に高分子化合物を用いる場合、ディッピング法、スプレーコート法、スピンコート法などの方法によって誘電体層２６を形成することができる。誘電体層２６に無機化合物を用いる場合には、スパッタ法、スプレーコート法、スピンコート法などの方法で誘電体層２６を形成することができる。電極構造２０は、カプセル筐体１０の外壁面に複数配置する。このため、複数の電極構造２０間で誘電体層２６の厚さが大きく異なると、同じ駆動電圧印加しても、電極構造２０表面の親水性の程度が異なり得る。このため、誘電体層２６の厚さのばらつきは、複数の電極構造２０間、および、同一の電極構造２０内において、±１０％以内程度であることが好ましい。
【００４４】
撥水層２７は、人体および体液への影響の少ない各種有機化合物を用いて形成することができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＡＦ１６００（デュポン社製）など、フルオロアルキル鎖を有する化合物は、一般に高い撥水性能を有するため、特に好適に用いることができる。各種有機化合物のうち、分子内にシランカップリング基を有する化合物は、誘電体層２６とカップリング反応し高い密着性が得られるので特に好ましく用いることができる。シランカップリングが可能でかつ高い撥水性能を備えた有機化合物としてフルオロアルキル鎖を有するものがあげられる。例えば、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルトリメトキシシラン、パーフルオロデシルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルトリクロロシラン、パーフルオロデシルトリクロロシランである。シランカップリング基を有する高分子材料として、例えば、サイトップ（旭ガラス製）、オプツール（ダイキン工業製）などが市販されており、容易に膜厚の制御ができるので特に好ましく用いることができる。
【００４５】
撥水層２７は、誘電体層２６と同様に高い絶縁破壊電圧を有していてもよい。一方、絶縁破壊電圧を確保するため、撥水層２７の厚さを必要以上に大きくすると、駆動電圧を高くする必要がある。このため、撥水層２７の厚さは、２μｍ以下が好ましい。撥水層２７は、ディッピング法、スプレーコート法、スピンコート法などの方法を用いて形成することができる。シランカップリング剤、熱硬化など化学反応が必要な撥水層２７を用いた場合、カプセル筐体１０、電極２５、誘電体層２６の耐熱性に配慮した上で、必要に応じて熱処理を行ってよい。撥水層２７の厚さのばらつきも誘電体層２６と同様、複数の電極構造２０間、および、同一の電極構造２０内において、±１０％以内程度であることが好ましい。
【００４６】
基準電極２２は、カプセル筐体１０の外壁面に少なくとも１つ設けられる。好ましくは、複数の電極構造２０のいずれにも隣接している。基準電極２２は、電極２５と同様の各種金属材料または透明導電材料によって形成される。厚さも電極２５と同程度であることが好ましい。基準電極２２は、カプセル内視鏡１０１の電源の基準電位（０Ｖ）に接続されている。検査中、カプセル内視鏡１０１の基準電極２２が、被検者の体内の体液等と接触することによって、体内とカプセル内視鏡１０１の基準電位とを同電位に設定できる。よって、カプセル内視鏡１０１の駆動回路がフローティング状態になり、駆動電圧よりも高い電圧が体内に印加され得るのを抑制できる。なお、後述する姿勢制御のための駆動方法および電極構造２０の構造によっては、基準電極２２を設けなくてもよい。
【００４７】
図１Ｄに操作ユニット１０２の構成を示す。操作ユニット１０２およびカプセル内視鏡１０１は、カプセル内視鏡システムを構成する。操作ユニット１０２は無線通信器７１と、画像処理器７２と、表示器７３と、制御信号生成器７４と、入力装置７５と、メモリ７６とを備える。
【００４８】
無線通信器７１は、カプセル内視鏡１０１の無線通信器１７と相互に通信を行う。具体的には、カプセル内視鏡１０１の無線通信器１７から送信される画像データを受信する。カプセル内視鏡１０１の無線通信器１７の出力が小さい場合には、被検者が携帯できる別の無線通信器７７を備え、無線通信器７７はカプセル内視鏡１０１の無線通信器１７から信号を受信し、出力を高めて送信してもよい。
【００４９】
カプセル内視鏡１０１の無線通信器１７から送信される画像データは、無線通信器７１によってリアルタイムで受信される。受信した画像データは、画像処理器７２で表示に適した画像となるように、輝度、コントラスト、画像の歪み等が調整され、表示器７３に表示される。画像データは、メモリ７６に記憶されてもよい。
【００５０】
操作者は、表示器７３に表示される被検者の体内の画像を観察し、必要に応じて、カプセル内視鏡１０１の姿勢を制御する。具体的には、操作者は、カプセル内視鏡１０１の姿勢を変化させる方向をマウス、キーボード、トラックボール、ジョイスティック等の入力装置７５を用いて入力する。制御信号生成器７４は、入力装置７５からの入力に基づき、カプセル内視鏡１０１の姿勢を変化させる制御信号を生成し、無線通信器７１へ出力する。入力装置７５からの入力に基づき、画像処理器７２は、操作者入力した姿勢を変化させる方向を示す画像を生成し、表示器７３に、被検者の体内の画像に重ねて表示させてもよい。
【００５１】
姿勢を変化させる制御信号は無線通信器７１によってカプセル内視鏡１０１へ送信される。カプセル内視鏡１０１の制御器１５は、無線通信器１７で受信した姿勢を変化させる制御信号に基づき、駆動回路１９に駆動電圧を生成させる。これによって、操作者の意図した姿勢変化が生じるように、電極構造２０に駆動電圧が印加される。
【００５２】
次に、本実施形態のカプセル内視鏡１０１における電極構造２０を説明する。カプセル内視鏡１０１の外壁面に少なくとも２つの電極構造２０が設けられていれば、２つの電極構造２０の水に対する親和性を異ならせ、カプセル内視鏡１０１の姿勢を変えることが可能である。より精度よくカプセル内視鏡１０１の姿勢を変えるためには、カプセル筐体１０の外壁面を長手方向に２つに分割したそれぞれの領域において４つの電極構造を設けることが好ましい。これにより、長手方向の一端からカプセル内視鏡１０１を見た場合、上下左右に先端を回動させることができ、体内の所望の方向を撮像することが可能となる。
【００５３】
このため、本実施形態のカプセル内視鏡１０１は８つの電極構造２０を備えている。図２Ａに示すように、カプセル内視鏡１０１のカプセル筐体１０の長手方向をｚ軸方向にとり、ｚ軸方向に垂直な面内にｘ方向およびｙ方向をとる。ｚ軸はカプセル筐体１０の回転軸である。カプセル筐体１０の長手方向の一端Ｅ１側に撮像装置が位置している。
【００５４】
図２Ｂの上の図は、ｚ方向に沿ってカプセル内視鏡１０１のカプセル筐体１０を見た図であり、図２Ｂの下の２つの図は、ｘ方向およびｙ方向に沿ってカプセル内視鏡１０１のカプセル筐体１０を見た図である。
【００５５】
本実施形態のカプセル内視鏡１０１の外壁面は８つの領域に分割されており、８つの電極構造２０が分割された領域にそれぞれに位置している。具体的には、カプセル筐体１０の外壁面は、回転軸（ｚ軸）と垂直な第１面Ｆ１、および、回転軸を含み、互いに直交する第２面Ｆ２および第３面Ｆ３によって分割される８つの領域を有している。
【００５６】
８つの領域のうち、第１面Ｆ１より撮像装置が位置している側（ＥＮ１）の４つの領域に、撮像装置が位置する側（ＥＮ１側）からｚ軸に沿ってカプセル筐体１０の外壁面を見た場合、時計回りの順番で第１電極構造２０ＮＡ、第２電極構造２０ＮＢ、第３電極構造２０ＮＣおよび第４電極構造２０ＮＤが位置している。
【００５７】
また、第１面Ｆ１より撮像装置と反対側（ＥＮ２）の４つの領域に、第１電極構造２０ＮＡ、第２電極構造２０ＮＢ、第３電極構造２０ＮＣおよび第４電極構造２０ＮＤにそれぞれ隣接した、第５電極構造２０ＳＡ、第６電極構造２０ＳＢ、第７電極構造２０ＳＣおよび第８電極構造２０ＳＤが位置している。各電極構造間は互いに離間しており、電気的に接続していない。このため、これらの電極構造に独立して駆動電圧を印加することが可能である。以下の説明においても、複数の電極構造を総称する場合は電極構造２０と示す場合がある。
【００５８】
続いて、駆動回路１９およびカプセル内視鏡１０１の駆動を説明する。図３Ａは、直流電圧でカプセル内視鏡１０１の駆動する場合の駆動回路の一部を示している。駆動回路１９は直流の駆動電圧を生成する。このために、駆動回路１９は、昇圧回路１９ａ、抵抗１９ｂ、ダイオード１９ｃおよびリレー１９ｄを含む。昇圧回路１９ａは、電源１８から出力される電圧を高め、出力する。昇圧回路１９ａは、例えば、数十Ｖから百数十Ｖの直流電圧を出力する。
【００５９】
昇圧回路１９ａの負側は、基準電圧として用いられ、基準電極２２に接続されている。昇圧回路１９ａの正側は、リレー１９ｄを介して各電極構造２０に接続される。制御器１５の指令によってリレー１９ｄが切り替えられ、駆動電圧が印加される電極構造２０が選択される。例えば、図３Ａでは、第２電極構造２０ＮＢに駆動電圧が印加され、第１電極構造２０ＮＡには駆動電圧が印加されない状態を示している。
【００６０】
駆動電圧を印加した状態では、基準電極２２と第２電極構造２０ＮＢとが体液３０によって電気的に接続され、電極構造２０ＮＢの誘電体層２６および撥水層２７に静電電荷が蓄積される。これにより、電極構造２０ＮＢの表面が親水性になる。第１電極構造２０ＮＡの表面は、駆動電圧が印加されていないため、撥水性を示す。このため、カプセル内視鏡１０１には図に示すように、第１電極構造２０ＮＡから第２電極構造２０ＮＢの方向、つまり、図において右向きに力が働く。
【００６１】
エレクトロウェッティングによる親水性の制御は、上述したように電極構造の誘電体層に蓄積される電荷を利用する。駆動電圧が印加されていない電極構造は、速やかに蓄積されていた電荷が放出され、基準電圧と同じ電位に設定されることが好ましい。このため、各電極構造は、リレーおよび昇圧回路１９Ａと並列に接続されたダイオード１９ｃおよび抵抗１９ｂを備え、抵抗１９ｂは基準電位に接続される。この回路構成によって、リレー１９ｄがＯｆｆになった場合、誘電層および撥水層に蓄積された電荷がダイオード１９ｃおよび抵抗１９ｂによって放出される。また、リレー１９ｄがＯｆｆになった時、急激な電荷放電が抑制され、基準電極側から電荷をキャンセルすることが可能となる。リレー１９ｄがＯｎになった時には、ダイオードによって昇圧回路１９Ａの駆動電圧を印加することができる。
【００６２】
電極構造２０に接続されるリレー１９ｄが昇圧回路１９Ａの正側と、負側（抵抗を介して）とを切り替えることも考えられる。しかし、電極構造２０に大きな静電電荷が蓄積されている場合はリレーの切り替えの際、スパークする可能性がある。
【００６３】
昇圧回路１９Ａによって生成する駆動電圧は、誘電体層および撥水層の厚さに依存する。また、放電電流は駆動電圧と誘電体層および撥水層の比誘電率、電極の面積に依存する。抵抗１９ｂが大きいと放電電流のピークを抑制できる一方、放電に時間を要するため、姿勢制御にも時間を要する。抵抗が小さい場合は、逆に放電時間が小さく姿勢制御が速くなるが、放電電流のピークが大きくなってしまう。抵抗１９ｂの値は、駆動電圧、誘電体層および撥水層の厚さおよび比誘電率、電極の面積、姿勢制御に要する時間を考慮し、１ｋΩ以上、１０ＭΩ以下の値から選択され得る。
【００６４】
図３Ｂは、交流電圧でカプセル内視鏡１０１の駆動する場合の駆動回路の一部を示している。駆動回路１９は交流の駆動電圧を生成する。このために、駆動回路１９は、ＤＣ-ＡＣコンバータ１９Ｅと位相制御器１９Ｆとを含む。ＤＣ-ＡＣコンバータ１９Ｅは、電源１８から交流電圧を生成する。基準電極２２および電極構造２０には、ＤＣ-ＡＣコンバータ１９Ｅから出力される駆動電圧が印加される。印加される駆動電圧の位相は、位相制御器１９Ｆによって制御される。
【００６５】
基準電極２２には、例えば、交流電圧である基準電圧Ｅ０が印加される。電極構造２０に基準電圧Ｅ０と同じ位相の交流の駆動電圧Ｅ１が印加される場合、電位差はゼロとなり、実質的に電圧は印加されない。一方、電極構造２０に基準電圧Ｅ０と異なる位相の交流の駆動電圧Ｅ２が印加されるとＥ２−Ｅ１に相当する電位差が印加されることになる。例えば、Ｅ２とＥ１の位相差が１８０°である場合、図３Ｃに示すように、Ｅ０の最大振幅の２倍の最大振幅の電圧が印加される。このように、ＤＣ-ＡＣコンバータ１９Ｅから出力される駆動電圧の位相を制御するだけで、電極構造２０に印加される実効的な駆動電圧を切り替えることができる。また、エレクトロウェッティングによる電極構造２０の表面の水に対する親和性を変化させるのに必要な駆動電圧の１／２の電圧を用いてカプセル内視鏡１０１の姿勢を制御することができる。
【００６６】
基準電極２２に前述したＩＴＯまたはＺｎＯを用いる場合、交流電圧の負の電圧が基準電極２２に印加されると電気化学反応によりＩＴＯまたはＺｎＯの還元が生じ導電率が変化する可能性がある。この場合、図３Ｄに示すように、基準電圧Ｅ０、駆動電圧Ｅ１、および駆動電圧Ｅ２には、正の交流電圧を用いてもよい。これにより、ＩＴＯまたはＺｎＯの還元を抑制することができる。
【００６７】
このように、電極構造２０を直流電圧で駆動する場合、駆動回路１９にリレー、ダイオード、抵抗等が必要となり、カプセル内視鏡１０１の内部回路が複雑になる場合がある。これに対し、交流電圧で駆動する場合には、駆動電圧の位相を制御するだけでよく、内部回路を単純にすることができる。また、生成する駆動電圧を姿勢制御に必要な電圧の１／２の値にすることができる。ただし、交流駆動の場合、体内に交流電圧が印加される可能性がある。
【００６８】
次に図４を参照しながら、カプセル内視鏡１０１の姿勢制御の例を示す。図４の上部は、カプセル内視鏡１０１の姿勢を移動させる方向を示しており、図４の下部は、図２Ａに示した座標系を用いて、図２Ｂ示すように、ｚ、ｘおよびｙ方向から見た電極の位置を示している。これらの図において、濃いハッチングは駆動電圧を印加する（ＯＮ）電極構造を示し、薄いハッチングは駆動電圧を印加しない（ＯＦＦ）電極構造を示している。
【００６９】
また、破線の矢印は、カプセル内視鏡１０１の上側の移動方向を示し、実線の矢印は下側の移動方向を示す。駆動電圧を印加した電極構造の表面は親水性を示すことから、駆動電圧を印加した電極構造側に力が働く。このＥＷの原理に従って、右、奥、左、手前の４方向に姿勢を制御する駆動電圧の印加方法の例を示している。図に示すように、上部（進行方向）の姿勢制御に対して、下部は上部と逆に電圧を印加するように制御する。つまり第１、第２、第３および第４電極構造のうちから選択される隣接する２つと、第５、第６、第７および第８電極構造のち、選択した２つの電極構造と、カプセル筐体１０の中心に対して点対称にある隣接する２つの電極構造とに駆動電圧を印加する。これにより、カプセル内視鏡１０１の中心に対して、下部は上部と逆方向に力が働くので、姿勢制御が容易となる。以下の表１に、各電極構造への駆動電圧の印加状態と対応する姿勢制御を示す。表１中、見易さのため、駆動電圧を印加しない（ＯＦＦ）電極構造には、ＯＦＦと示していない。
【００７０】
【表１】
2016049441.tif 000003
【００７１】
操作ユニット１０２の入力装置７５が、例えば、ジョイスティックによって構成される場合、ジョイスティックの４方向を右、奥、左、手前に対応させてもよい。この場合、操作ユニット１０２の制御信号生成器７４は、表１に示す対応関係で、各電極構造２０に印加する駆動電圧を制御する制御信号を生成してもよい。
【００７２】
後述の実施例に示すようにＥＷで働く力は、１μＮ・ｍ程度であり、ＥＷで発現する力では自走は困難である。しかし、人体の蠕動運動よりも早く移動させたい場合や、蠕動運動に逆らって移動速度を遅らせたい場合には、それぞれ、上部だけ電圧印加する、下部だけ電圧を印加することにより、人体の蠕動運動に対する移動速度の変更が可能である。
【００７３】
また図４および表１に示すように、カプセル内視鏡１０１右、奥、左および手前の順で姿勢を連続的に変化させると、カプセル内視鏡１０１を進行方向から見て、反時計回りに回転させることが可能となる。例えば、以下の順番で電極構造に電圧を印加すればよい。
１：２０ＮＢ、２０ＮＣ、２０ＳＡ、２０ＳＤ
２：２０ＮＡ、２０ＮＢ、２０ＳＣ、２０ＳＤ
３：２０ＮＡ、２０ＮＤ、２０ＳＢ、２０ＳＣ
２：２０ＮＣ、２０ＮＤ、２０ＳＡ、２０ＳＢ
【００７４】
次に基準電極２２を説明する。本実施形態のカプセル内視鏡１０１は、体内の体液に触れることで、ＥＷの駆動回路が形成される。図５Ａは、電極構造２０と基準電極２２とが離れている場合に、人体がＥＷ駆動回路の一部となる様子を示している。基準電極２２が体液３０を介して被検者の器官３２と接触することによって器官３２、体液３０および基準電極２２は同電位に保たれる。ただし、電極構造から静電電荷が放電される場合、または、誘電体層および撥水層が絶縁破壊をした場合には、器官３２および体液３０に例えば、数ｍＡ程度の電流が流れる場合がある。また人体の器官３２は体液３０より高抵抗であることから、人体が駆動回路の一部をなす場合、電極構造に所望の駆動電圧が印加されず、適切な姿勢制御が困難となる場合もある。
【００７５】
これらの点を考慮し、図５Ｂに示すように、基準電極２２は、電極構造２０に隣接して設けられていてもよい。この場合、電極構造２０と基準電極２２とは器官３２を介さずに、体液３０のみによって接続される。よって、電極構造から放電される静電電荷が器官３２を流れることを回避することができる。
【００７６】
カプセル内視鏡１０１が図２Ｂに示すように８つの電極構造２０を備えている場合、カプセル内視鏡１０１は、カプセル筐体１０の外壁面の長手方向における両端にそれぞれ配置された２つの基準電極２２を備えていることが好ましい。これにより、８つの電極構造２０のそれぞれは、いずれかの基準電極２２と隣接するため、電極構造２０と基準電極２２とが器官３２を介さず、体液３０のみによって接続される場合が多くなる。
【００７７】
以上、説明したように、本実施形態のカプセル内視鏡１０１によれば、エレクトロウェッティングを利用し、姿勢を制御することができる。エレクトロウェッティングによる姿勢制御は、静電電荷の移動に基づいており、大きな電流を必要としないため、カプセル内視鏡１０１は姿勢制御のために、内部に大きな電源を備える必要がない。また、羽根、スクリュー等の駆動力を発生させる機構部品をカプセル内視鏡の外部に設ける必要がないため、低侵襲性に優れる。
【００７８】
本実施の形態では、カプセル内視鏡１０１は８つの電極構造を備えているが、カプセル内視鏡は電極構造を少なくも複数備えていれば、姿勢の制御が可能である。例えば、図２Ａに示すように、カプセル筐体１０の、回転軸に垂直な面Ｆ１で分割される２つの領域に、それぞれ電極構造を設けてもよい。また、このうち一方の領域において、外壁面の周方向に４つの電極構造を設けてもよい。具体的には、図６に示すように、カプセル筐体１０の、回転軸に垂直な面Ｆ１で分割される２つの領域の一方に、第１電極構造２０Ｎを設け、他の領域に第２〜第５電極構造２０ＳＡ〜２０ＳＤを設けてもよい。電極構造は８つ以上でよい。
【００７９】
また、このほか、電極構造の面積も、すべての電極構造において同じであってもよいし、カプセル内視鏡１０１の重心の位置に応じて、異なっていてもよい。例えば、撮像装置が設けられている側を反対側に比べてより大きく傾斜させることできるように、回転軸に垂直な面で分割される２つの領域に配置される電極構造間で異ならせてもよい。
【００８０】
このように電極構造の数、位置および面積等を適宜選択することにより、姿勢制御の傾斜と回転、人体の蠕動運動に対する移動速度を変更することが可能となる。
【００８１】
また、基準電極２２の位置および数も上記実施形態に限られない。例えば図７に示すカプセル内視鏡は、帯形状を有する第１、第２および第３の基準電極２２Ｌ１、２２Ｌ２、２２Ｌ３を有し、これら３つの基準電極は、図２Ａに示す第１、第２および第３面Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３上に位置している。第１、第２および第３の基準電極２２Ｌ１、２２Ｌ２、２２Ｌ３は、第１、第２および第３面Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３上において、カプセル筐体１０を囲んでいる。この構造によれば、各電極構造は基準電極によって囲まれている。このため、カプセル内視鏡１０１がどのような姿勢にあっても、より確実に電極構造２０と基準電極２２とを器官３２を介さずに、体液３０のみによって接続することができる。
【００８２】
また本実施形態のカプセル内視鏡１０１は、体液をサンプルとして取得する機構を備えていてもよい。図８Ａおよび８Ｂに示すようにカプセル内視鏡は、開口５２ａを有する試料採取管５２を備えている。試料採取管５２の内部には、電極構造２０と同様の構造を備えた電極構造５４が設けられている。具体的には、電極構造５４は、電極５５、撥水層５７および電極５５と撥水層５７との間に位置する誘電体層５６を含み、電極５５が試料採取管５２の内壁側に位置するように試料採取管５２の内壁に設けられている。
【００８３】
電極構造５４に駆動電圧を印加することにより、試料採取管５２の内部の親水性を異ならせることができる。よって、カプセル内視鏡１０１を用いて被検者の体内を検査中に、所望の器官３２の位置で、電極構造５４に駆動電圧を印加し、その位置における体液を、毛細管現象を利用して採取することができる。
【００８４】
また、本実施形態では、カプセル内視鏡１０１の姿勢は、外部から操作者が画像を確認することによって判断している。しかし、カプセル内視鏡１０１の姿勢を自動的に取得するために、カプセル内視鏡１０１は、例えば、３軸のジャイロセンサを備えていてもよい。カプセル内視鏡１０１がジャイロセンサを備えている場合、カプセル内視鏡１０１の制御器１５は、ジャイロセンサから取得した姿勢情報にもとづき、あらかじめ設定された目標姿勢と現在の姿勢とが一致するように、各電極構造２０に印加する駆動電圧を生成する制御信号を生成し、駆動回路１９へ出力してもよい。
【００８５】
（実施例）
以下、エレクトロウェッティングにより発生する力を実験によって見積もった結果を説明する。
【００８６】
実施例として、図９に示すセルを作製した。１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさのガラス基板６６の全面に、電極６５として、スパッタ法により、１００ｎｍの厚さＩＴＯ膜を形成した。このガラス基板の一部をマスキングした上で、誘電体層６４として、スパッタ法により５００ｎｍの厚さのＳｉＯ2からなる膜を形成した。この積層基板から、２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの基板を２枚切り出した。
【００８７】
他方、１０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの何も処理していないガラス基板２枚を準備し、このガラス基板と、前述の積層基板とを紫外線硬化樹脂を用いて接着し、筒状のガラスセルを作製した。
【００８８】
続いて、筒状のガラスセルに撥水層６３を形成した。撥水層６３には、ディップコート法により形成した１μｍの厚さのＣＹＴＯＰ（旭硝子（株）製）を用いた。その後、２００℃１時間の熱処理を行った。最後に２００ｍｍ×３００ｍｍの大きさのガラス基板６６を、紫外線硬化樹脂を用い、底面として貼り合わせた。作製したセルの内寸は、幅１０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、奥行き２０ｍｍである。
【００８９】
電圧の印加は、直流電源６１を用いて実施した。体液として、純水６２を配置した。さらにグラウンド電極６７として、白金線を用いた。
【００９０】
電極構造６０に０Ｖから１０Ｖステップで１５０Ｖまで印加し、図９において、右側のガラス基板に対する純水の接触角と液面の変化を観察および測定した。
【００９１】
図１０Ａおよび図１０Ｂに０Ｖおよび１５０Ｖの電圧を印加した場合の純水６２の状態を示す。また、表２に接触角および液面の変化を示す。
【００９２】
【表２】
2016049441.tif 000004
【００９３】
【数１】
2016049441.tif 000005
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式１）
【００９４】
印加電圧が０Ｖのとき、接触角はｙｏｕｎｇ式（式１）に従う。純水の表面張力は７２．７（ｍＮ／ｍ）であり、ＣＹＴＯＰの表面張力が１９（ｍＮ／ｍ）であることから、水とＣＹＴＯＰとの界面張力は４０（ｍＮ／ｍ）と見積もることができる。
【００９５】
印加電圧が１５０Ｖのときも同様に、接触角がｙｏｕｎｇ式（式１）に従うとして、水とＣＹＴＯＰとの界面張力は、−９．４（ｍＮ／ｍ）と求められる。ここで界面張力が負になることはあり得ないため、実際には純水の表面張力も変化していると想定される。ただし、力を見積もるために便宜上、負の値をそのまま用いた。この結果から、エレクトロウェッティングにより、水とＣＹＴＯＰとの界面張力が＋４０から−９．４（ｍＮ／ｍ）に変化するだけの力がエレクトロウェッティングにより得られたと見積もった。
【００９６】
このとき、純水に濡れている面積は、（奥行２０ｍｍ）ｘ（液面高さ０．９ｍｍ）だけ増加している。界面張力の変化量と、濡れ面積の変化量を乗じた値から、電圧印加前後において、エレクトロウェッティングによる仕事量は、０．８９（μＮ・ｍ）増大したと見積もることができる。また、液面の濡れは重力に逆らって変化しており、これを考慮すると実際のエレクトロウェッティングによる力Ｆは０．８９以上（μＮ・ｍ）と見積もることができる。
【００９７】
一方、カプセル内視鏡の姿勢制御は、慣性モーメントによって見積もことができる。図１１に棒の中心で棒と垂直な回転軸に回転する剛体を示す。この場合の慣性モーメントは式２より算出できる。例えば、カプセル内視鏡の長さが３０ｍｍであり重量が３０ｇであるとすると、（式２）および図１１より、棒体の慣性モーメントは、１／１２Ｍａ2であ
る。したがって、カプセル内視鏡の慣性モーメントＩは２．２×１０-6（ｋｇ・ｍ2）と
なる。
【数２】
2016049441.tif 000006
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式２）
【数３】
2016049441.tif 000007
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式３）
【００９８】
（式３）より、カプセル内視鏡に働く角速度を見積もった。慣性モーメントＩ、エレクトロウェッティングによる力Ｆから、得られた角加速度ωは、０．３９７（ラジアン／ｓ）、すなわち２２．７（°／ｓ）であった。
【００９９】
この結果より、本実施形態のカプセル内視鏡は、１秒間に数１０°傾斜させることが可能であると見積もられる。したがって、これは、カプセル内視鏡を、エレクトロウェッティングにより十分姿勢制御し得ることを示している。この値は、カプセル内視鏡の長さおよび重量に応じて、電極構造の面積、位置、駆動電圧を調整することによって変化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本願に開示されたカプセル内視鏡は、胃カメラ、大腸カメラなどの内視鏡でアクセスが困難な小腸などの生体情報を取得するために有用であり、体外からカプセル内視鏡の姿勢制御を低消費電力かつ低侵襲に実現することが可能となる。これにより所望の生体情報を取得することが容易となり、人体の内部の生体情報を効率よく取得し、医療データの解析が容易になる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０      カプセル筐体
１０ａ    部分
１４      撮像装置
１５      制御器
１６      光源
１７      無線通信器
１８      電源
１９      駆動回路
１９Ａ    昇圧回路
１９Ｅ    ＤＣ−ＡＣコンバータ
１９Ｆ    位相制御器
１９ａ    昇圧回路
１９ｂ    抵抗
１９ｃ    ダイオード
１９ｄ    リレー
２０      電極構造
２２、２２Ｌ１、２２Ｌ２、２２Ｌ３  基準電極
２５      電極
２６      誘電体層
２７      撥水層
３０      体液
３２      器官
５２      試料採取管
５２ａ    開口
５４      電極構造
５５      電極
５６      誘電体層
５７      撥水層
６０      電極構造
６１      直流電源
６２      純水
６３      撥水層
６４      誘電体層
６５      電極
６６      ガラス基板
６７      グラウンド電極
７１      無線通信器
７２      画像処理器
７３      表示器
７４      制御信号生成器
７５      入力装置
７６      メモリ
７７      無線通信器
１０１    カプセル内視鏡
【図１Ａ】
2016049441.tif 000008
【図１Ｂ】
2016049441.tif 000009
【図１Ｃ】
2016049441.tif 000010
【図１Ｄ】
2016049441.tif 000011
【図２Ａ】
2016049441.tif 000012
【図２Ｂ】
2016049441.tif 000013
【図３Ａ】
2016049441.tif 000014
【図３Ｂ】
2016049441.tif 000015
【図３Ｃ】
2016049441.tif 000016
【図３Ｄ】
2016049441.tif 000017
【図４】
2016049441.tif 000018
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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