WO2010058682A1

WO2010058682A1 - カプセル型医療装置、給電装置、および給電システム

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Publication number: WO2010058682A1
Application number: PCT/JP2009/068423
Authority: WO
Inventors: 憲佐藤; 洋志祝迫; 秀治宮原; 吉田　直樹
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2010-05-27
Also published as: EP2347698A4; CN102215733A; US20110218402A1; CN102215733B; EP2347698A1; US8915840B2

Abstract

被検者５０の体外から無線で電力を受電する受電コイル２１と所定の処理を行う処理回路２５と、受電コイル２１に接続されたリアクタンスを調整可能な調整用リアクタンス部２３とを有するカプセル型内視鏡２０。

Description

カプセル型医療装置、給電装置、および給電システム

　本発明は、被検者の体内に導入され所定の処理を行うカプセル型医療装置、および前記カプセル型医療装置に前記被検者の体外から無線給電を行う給電装置、および前記カプセル型医療装置と前記給電装置とを具備する給電システムに関する。

　内視鏡の分野では、撮像機能と無線機能とが装備されたカプセル型内視鏡が登場している。カプセル型内視鏡は、観察のために被検体である被検者に飲み込まれた後、被検者から自然排出されるまでの間、胃、小腸などの臓器の内部を蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて臓器の内部を順次撮像する。

　臓器内を移動する間にカプセル型内視鏡によって被検者内で撮像された画像データは、順次無線通信などの無線機能により、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、メモリに蓄積される。被検者は、無線機能とメモリ機能を備えた外部装置を携帯することによりカプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの観察期間、不自由を被ることなく行動が可能になる。撮像後は、外部装置のメモリに蓄積された画像データにもとづいて臓器の画像をディスプレイなどの表示部に表示させて医者によって診断が行われる。

　カプセル型内視鏡に電力を無線給電するシステムとしては、例えば特許４０８０６６２号公報に示すものがある。このシステムでは、ラジオカプセル（カプセル型内視鏡に相当）が被検者内に留置されるため、被検者外部からカプセル型内視鏡内部に電力を送信することにより、そのカプセル型内視鏡内部に電力を供給する。このシステムでは、外部装置に電力送信用アンテナを、カプセル型内視鏡内部に電力受信アンテナをそれぞれ設け、外部装置から送信用アンテナおよび受信用アンテナを介してカプセル型内視鏡内に電力を供給して、被検者内に長時間留置されたカプセル型内視鏡の観察動作を可能にしていた。

　また特許４０８９７７８号公報には給電装置は、被検者の体に巻かれて設置された３軸の送電コイルが発生する磁界により、体内のカプセルの受電コイルに電気的エネルギーを誘起させる、という構成を有している。

　しかし、従来のカプセル型医療装置では、受電コイルと受電された電力を消費する処理回路との整合性が悪く、本来、受電できる最大電力よりも小さい電力しか受電できない、すなわち、受電効率が低いことがあった。

　また、送電コイルを被検者の体に巻いて設置する給電装置においては送電コイルの形状が変化するとインダクタンスが変化する。このため共振状態が解消してしまう状況が多発し、エネルギーを供給する際の供給効率が低下してしまうことがあった。

　本発明は効率的に受電するカプセル型医療装置、効率的に送電する給電装置、および前記カプセル型医療装置と前記給電装置とを具備する給電システムを提供することを目的とする。

　本発明の実施の形態のカプセル型医療装置は、被検者の体外から電力を受電し、体内で所定の処理を行うカプセル型医療装置であって、前記体内で前記所定の処理を行う処理回路と、前記体外からの電力を無線で受電する受電コイルと、受電用共振コンデンサと、前記受電コイルおよび前記受電用共振コンデンサと接続されたリアクタンスを調整可能な調整用リアクタンス部と、を有する受電回路と、を具備し、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整することにより、前記処理回路のインピーダンスと前記受電回路のインピーダンスとをマッチングする。

　また本発明の別の実施の形態の給電装置は、被検者の体内で所定の処理を行うカプセル型医療装置に前記被検者の体外から無線で電力を給電する給電装置であって、前記被検者の体外に配置される、交流磁界を発生する送電コイルと、前記送電コイルに直列接続される送電用共振コンデンサと、前記送電コイルを駆動する送電コイル駆動部と、を具備し、前記送電コイル駆動部は、前記交流磁界の共振状態解除を検知したときに、前記交流磁界を共振状態に復帰する制御を行う。

　さらに本発明の別の実施の形態の給電システムは、カプセル型医療装置と、給電装置と、を具備する給電システムにおいて、前記カプセル型医療装置が被検者の体外から無線で電力を受電し体内で所定の処理を行うカプセル型医療装置であって、前記給電装置が前記被検者の体外から無線で前記体内の前記カプセル型医療装置に電力を給電する給電装置であって、　前記カプセル型医療装置が前記体内で前記所定の処理を行う処理回路と、前記体外からの電力を受電する受電コイルと、受電用共振コンデンサと、前記受電コイルおよび前記受電用共振コンデンサ、と接続されたリアクタンスを調整可能な調整用リアクタンス部と、を有する、所定の共振周波数の共振回路である受電回路と、を具備し、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整することにより、前記処理回路のインピーダンスと前記受電回路のインピーダンスとをマッチングし、前記給電装置が、交流磁界を発生する送電コイルと、前記送電コイルに直列接続される送電用共振コンデンサと、前記送電コイルを駆動する送電コイル駆動部と、を具備し、前記送電コイル駆動部は、駆動電流の急激な低下または駆動電圧の急激な上昇により、前記交流磁界の共振状態解除を検知したときに、共振状態に復帰する制御を行う。

第１の実施の形態のカプセル型内視鏡を含む給電システムの概要を示す概要図である。第１の実施の形態のカプセル型内視鏡を含む給電システムの構成図である。第１の実施の形態のカプセル型内視鏡の構造の概要を説明するための断面模式図である。負荷のインピーダンスと受電電力の関係を説明するための図である。負荷のインピーダンスと受電電力の関係を説明するための図である。第１の実施の形態のカプセル内視鏡の調整用リアクタンス素子のリアクタンスの調整方法を説明するための説明図である。第１の実施の形態のカプセル内視鏡の調整用リアクタンス素子のリアクタンスの調整方法を説明するための説明図である。第１の実施の形態の変形例のカプセル型内視鏡を含む給電システムの構成図である。第２の実施の形態のカプセル型内視鏡を含む給電システムの構成図である。第２の実施の形態のカプセル型内視鏡の調整用リアクタンス部の構造を説明するための模式図である。第２の実施の形態のカプセル型内視鏡の調整用リアクタンス部の動作を説明するための模式図である。第３の実施の形態のカプセル型内視鏡を含む給電システムの構成図である。第４の実施の形態の実施形態の給電装置の要部の構成を示す構成図である。第５の実施の形態の実施形態の給電装置の要部の構成を示す構成図である。第６の実施の形態の実施形態の給電装置の要部の構成を示す構成図である。第７の実施の形態の実施形態の給電装置の要部の構成を示す構成図である。第８の実施の形態の実施形態の給電装置の要部の構成を示す構成図である。第９の実施の形態の実施形態の給電装置システム構成を示す構成図である。

＜第１の実施の形態＞　
　以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の給電システム１およびカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡２０について説明する。　
　図１に示すように、本実施の形態の給電システム１のカプセル型内視鏡２０（以下、「内視鏡」ともいう）は、被検者５０の内部に導入された状態で、被検者５０の外部に配設された給電装置１０から電磁誘導により無線で電力を受電する。すなわち、給電装置１０では送電回路１２から送電コイル１１に交流電流が印加され、送電コイル１１は交流磁界を発生する。

　そして、図２に示すように内視鏡２０は、給電装置１０からの電力を受電する受電回路２２と、受電した電力を用いて、複数の種類の所定の処理を行う処理回路２５とを有する。受電回路２２は、受電コイル２１と調整用リアクタンス素子からなる調整用リアクタンス部２３とが直列に接続された回路２１Ａと、回路２１Ａと並列に処理回路２５と接続されている共振用の受電コンデンサ２４とを有する、所定の共振周波数の受信共振回路である。

　受電コイル２１は、導電線を巻回した所定のターン数のソレノイド型コイルであり、細長いカプセル型筐体３１（図３参照）の胴部内に、コイルの軸がカプセルの長手方向となるように配設されている。ここで、コイルの軸とは、コイルの磁路の中心線を意味する。なお、受電コイル２１はカプセル型筐体３１の一部に巻回されていてもよいし、内部に軟磁性コアを有していてもよいし、あるいはカプセル型筐体３１の外側に巻回されていてもよい。

　受電コンデンサ２４は、受電回路２２の共振周波数と給電装置１０が発生する磁界の周波数とを略一致、すなわちマッチングするためのコンデンサである。

　一方、処理回路２５は、受電制御回路２６と、送受信制御回路２７と、撮像素子であるＣＣＤ２９と、信号処理回路３０と、照明部３２を有している。

　すなわち、図３に示すように、本実施の形態のカプセル型医療装置は、被検者５０の体内に導入可能な細長いカプセル型筐体３１内に内蔵されている受電回路２２と処理回路２５とを有する内視鏡２０である。内視鏡２０は、被検者の口腔から体内に飲み込み可能な大きさのものであり、略半球状で透明性あるいは透光性を有する先端カバー３１Ａと、可視光が不透過な有色材質からなる一端部が略半球状筒形状の胴部カバー３１Ｂとを弾性的に嵌合させることで、内部を液密に封止するカプセル型筐体３１を形成している。

　内視鏡２０は、カプセル型筐体３１内にあって、体腔内撮像部位を先端カバー３１Ａを介して照明するための照明光を出射するＬＥＤなどの照明部３２と、照明光による反射光を受光して体腔内撮像部位を撮像するＣＣＤ２９と、ＣＣＤ２９に被写体の像を結像させる結像レンズ３３とを備え、先端カバー３１Ａ側である前端部方向の撮影が可能とされている。信号処理回路３０は撮像した画像を処理し、送受信制御回路２７は撮像した画像を体外に無線で送信する機能を有している。

　そして、内視鏡２０では、例えば電力供給用信号である交流磁界に重畳された各種制御信号を送受信制御回路２７が処理し、その制御信号にもとづいて、照明部３２によるＬＥＤ点灯処理、ＣＣＤ２９による撮像処理、信号処理回路３０による画像処理、または送受信制御回路２７による撮像画像送信処理等の複数の処理を制御している。

　ここで、内視鏡２０の処理回路２５が行う処理の負荷は内視鏡２０の種類、言い換えれば、行う処理により異なる。例えば、高解像度のカラー撮影を行うＣＣＤを有するカプセル型内視鏡は、低解像度の白黒撮影しか行わないカプセル型内視鏡に比べて、処理回路の負荷は小さい。また同じ仕様のカプセル型内視鏡であっても製造時のばらつき等により、個々の製品の処理回路２５の負荷は異なる。このため、受電回路２２のインピーダンスと処理回路２５のインピーダンスとが、ずれてしまうことがある。

　すでに説明したように、負荷である処理回路２５のインピーダンスと、受電回路２２のインピーダンスと処理回路２５のインピーダンスとが略一致、すなわちマッチングしていないと、本来、受電できる最大電力よりも小さい電力しか受電できない。

　ここで、図４に示すように、受電回路２２のインピーダンスがＺ１である場合には、負荷のインピーダンスと受電電力との関係はＦ１に示す受電電力特性となり、負荷である処理回路２５のインピーダンスがＺ１のときに受電電力は最大のＰ２となる。そして、負荷のインピーダンスがＺ２またはＺ３のように、Ｚ１からずれた場合には、受電電力はＰ１と減少する。

　しかし、本実施の形態の内視鏡２０では、受電回路２２に調整用リアクタンス部２３を有するため、受電回路２２と処理回路２５とのインピーダンスマッチングを行うことができる。すなわち、図５に示すように、負荷が大きくインピーダンスがＺ２と小さい場合には、容量性の調整用リアクタンス素子を用いることで、受電回路２２のインピーダンスをＺ２に調整することができ、受電電力特性はＦ２のようになる。同様に、負荷が小さくインピーダンスがＺ３と大きい場合には、誘導性の調整用リアクタンス素子を用いることで、受電回路２２のインピーダンスをＺ３に調整することができ、受電電力特性はＦ３のようになる。

　なお、受電回路２２のインピーダンスは受電コイル２１の寸法、巻線の巻数、または磁心の有無や特性等によって調整することも可能である。しかし、極めて小さい空間内に電子部品を収納しなければならないという内視鏡２０という特殊な用途においては、受電コイル２１の容積などの制約があり、これらを調整することは容易ではない。

　また、容量性の調整用リアクタンス素子を用いる場合には、受電コンデンサ２４の値は接続する容量性の調整用リアクタンス素子に合わせて調整される。

　本実施の形態の内視鏡２０においては、例えば製造時に調整用リアクタンス部２３のリアクタンスの調整が行われる。

　図６に示すように、時間の経過、すなわち、処理回路２５の各処理の駆動に対して負荷のインピーダンスがＺ２で一定の内視鏡２０の場合には、調整用リアクタンス部２３により受電回路２２のインピーダンスがＺ１からＺ２に調整される。

　これに対して、図７に示すように、時間の経過、すなわち、処理回路２５の各処理の駆動に対して負荷のインピーダンスが変化する内視鏡２０の場合には、（Ａ）インピーダンスが最も大きい状態Ｚ１３に合わせる、（Ｂ）インピーダンスの平均Ｚ１２に合わせる、（Ｃ）最も動作状態が長いときのインピーダンスＺ１１に合わせる、（Ｄ）インピーダンスが最も小さい状態Ｚ１０に合わせる、等の方法により受電回路２２のインピーダンスが調整用リアクタンス部２３により調整される。

　なお、内視鏡２０においては、調整用リアクタンス部２３および受電コンデンサ２４を値可変素子で構成しインピーダンスが調整される。

　以上の説明のように、内視鏡２０は、調整用リアクタンス部２３を調整または選択することにより、処理回路２５のインピーダンスと受電回路２２のインピーダンスとをマッチングするため、効率的に受電することができる。すなわち、給電システム１は電力の送受電の効率がよい。

＜第１の実施の形態の変形例＞　
　以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の変形例の給電システム１Ａおよび内視鏡２０Ａについて説明する。なお、第１の実施の形態の変形例のカプセル型内視鏡２０Ａは、第１の実施の形態の内視鏡２０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

　図８に示すように、本実施の形態の給電システム１Ａの内視鏡２０Ａは、受電コイル２１と、調整用リアクタンス部２３と、受電コンデンサ２４とを有し、受電コイル２１と調整用リアクタンス部２３とが並列に接続され、受電コイル２１と調整用リアクタンス部２３とを有する回路２１Ａと、受電コンデンサ２４とが直列に接続されている
　本変形例の内視鏡２０Ａは、調整用リアクタンス部２３のリアクタンスを調整することにより、処理回路２５Ａのインピーダンスと受電回路２２Ａのインピーダンスとをマッチングするため、効率的に受電することができる。すなわち、給電システム１Ａは電力の送受電の効率がよい。

＜第２の実施の形態＞　
　以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態の給電システム１Ｂおよびカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡２０Ｂについて説明する。なお、第２の実施の形態の内視鏡２０Ｂは、第１の実施の形態の内視鏡２０と類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

　図９に示すように、本実施の形態の内視鏡２０Ｂは、調整用リアクタンス部２３Ｂと、リアクタンス調整回路２８とをさらに有している。リアクタンス調整回路２８は送受信制御回路２７が受信した制御信号にもとづいて調整用リアクタンス部２３Ｂのリアクタンスを調整する。

　内視鏡２０Ｂの処理回路２５Ｂが行う複数の所定の処理は、それぞれ負荷が異なる。例えば、照明部３２によるＬＥＤ点灯処理は負荷が大きくインピーダンスは小さくなるため、点灯時と非点灯時とでは処理回路２５Ｂのインピーダンスが変化する。このため受電回路２２Ｂのインピーダンスと処理回路２５Ｂのインピーダンスとが、ずれてしまう。処理回路２５Ｂが行う複数の処理、例えば、照明部３２によるＬＥＤ点灯処理、ＣＣＤ２９による撮像処理、信号処理回路３０による画像処理、または送受信制御回路２７による撮像画像送信処理等の複数の処理等は、電力供給用信号に重畳された各種制御信号を送受信制御回路２７が処理し、その制御信号にもとづいて行われる。

　そして、内視鏡２０Ｂでは、送受信制御回路２７が受信した制御信号にもとづいて行われる、それぞれの処理に応じて、リアクタンス調整回路２８は調整用リアクタンス部２３Ｂのリアクタンスを調整する。

　図１０に示すように、調整用リアクタンス部２３ＢはＮ個の異なるリアクタンスのリアクタンス素子３５Ａ～３５Ｎを有する調整用リアクタンス素子群３５と、受電コイル２１と接続するリアクタンス素子を切り替えるＮ個のスイッチ３６Ａ～３６Ｎを有するリアクタンス調整スイッチ部３６と、を有している。なお、調整用リアクタンス部２３Ｂは、少なくとも２個のリアクタンス素子を有していればよく、または、複数の異なるリアクタンスのリアクタンス素子に相当する機能を有する可変量リアクタンス素子を有していても良い。

　そして、処理回路２５Ｂが行う各処理にマッチングするリアクタンス素子３５Ａ～３５Ｎは予め決定されている。このため、調整用リアクタンス部２３Ｂは処理回路２５Ｂが行う各処理のインピーダンスとマッチングするように受電回路２２Ｂのリアクタンスを調整することができる。

　例えば、図１１に示すように、調整用リアクタンス部２３Ｂは処理Ａのときは正の大きなリアクタンス素子３５Ａを選択し、処理Ｂのときは正のリアクタンス素子３５Ｂを選択し、処理Ｃのときは負のリアクタンス素子３５Ｃを選択し、処理Ｄのときは負の大きなリアクタンス素子３５Ｄを選択する。

　本実施の形態の内視鏡２０Ｂは、第１の実施の形態の内視鏡２０の有する効果に加えて、リアクタンス調整回路２８が、調整用リアクタンス部２３Ｂのリアクタンスを調整することにより、処理回路２５Ｂの処理に応じてインピーダンスと受電回路２２Ｂのインピーダンスとをマッチングするため、効率的に受電することができる。すなわち、給電システム１Ｂは電力の送受電の効率がよい。

　特に、リアクタンス調整回路２８は送受信制御回路２７が受信した処理の情報にもとづいてリアクタンスを調整するため構成が簡単で、かつ、追従の遅れが発生しにくい。すなわち、送受信制御回路２７が受信した処理の制御信号により実際に各処理が行われるまでの時間は有限であり、その間にリアクタンス調整回路２８はリアクタンス調整スイッチ部３６を切り替えるため、処理回路２５Ｂのインピーダンス変化速度に追従することができる。

　なお、調整用リアクタンス部２３Ｂは複数のリアクタンス素子を同時に接続することにより、合成リアクタンス値により種々のリアクタンスに対応することもできる。

＜第３の実施の形態＞　
　以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態の給電システム１Ｃおよびカプセル型医療装置であるカプセル型内視鏡２０Ｃについて説明する。なお、第３の実施の形態の内視鏡２０Ｃは、第２の実施の形態の内視鏡２０Ｂと類似しているため同じ構成要素には同じ符号を付し、説明は省略する。

　図１２に示すように、本実施の形態の給電システム１Ｃの内視鏡２０Ｃは、負荷検出回路３７をさらに有している。負荷検出回路３７は処理回路２５Ｃの負荷、言い換えればインピーダンスをリアルタイムで測定する。そして、リアクタンス調整回路２８Ｃは負荷検出回路３７の情報にもとづいて受電回路２２Ｃのリアクタンスを調整する。なお、負荷検出回路３７は所定の間隔でインピーダンスを検出してもよいし、リアクタンス調整回路２８Ｃも所定の間隔でリアクタンスを調整してもよい。

　本実施の形態の内視鏡２０Ｃは、第１の実施の形態の内視鏡２０の有する効果に加えて、リアクタンス調整回路２８Ｃが、調整用リアクタンス部２３Ｃのリアクタンスを調整することにより、処理回路２５Ｃの処理に応じてインピーダンスと受電回路２２Ｃのインピーダンスとをマッチングするため、効率的に受電することができる。すなわち、給電システム１Ｃは電力の送受電の効率がよい。

　特に、本実施の形態のリアクタンス調整回路２８Ｃは負荷検出回路３７が検出した処理回路２５Ｃにインピーダンスにもとづいてリアクタンスを調整するため精度が高い。

＜第４の実施の形態＞
　以下、図面を参照して本発明の第４の実施の形態の給電システム１Ｄおよび給電装置１０Ｄについて説明する。

　図１３に示すように、本実施の形態の給電システム１Ｄは、被検者５０の体外の周囲に配置される給電装置１０Ｄと、被検者の体内に配置されるカプセル型内視鏡２０Ｄと、を有する。内視鏡２０Ｄは、すでに説明した内視鏡２０～２０Ｃと異なり、調整用リアクタンス部等を具備していない。

　図１３に示すように、給電装置１０Ｄは、送電コイル１１Ｄと、送電コイル１１Ｄの一端側に対して直列接続されている送電用共振コンデンサ（以下、「送電コンデンサ」ともいう。）１３と、送電コイル１１Ｄの他端側に配置されるコイル長調整部１４と、送電コイル１１Ｄとコイル長調整部１４とを電気的に接続する導線部材１５と、送電コイル１１Ｄを駆動する送電コイル駆動部（以下、「駆動部」ともいう）１６と、送電コイル駆動部１６に対して電力を供給する電源部１７と、を有している。

　送電コイル１１Ｄは、一端側が送電コンデンサ１３を介して送電コイル駆動部１６に接続されているとともに、他端側が導線部材１５およびコイル長調整部１４を介して送電コイル駆動部１６に接続されている。

　導体であるコイル長調整部１４と送電コイル１１Ｄとは一体化してインダクタンス可変コイルとして機能するが、別体に形成されていてもよい。例えば図１３に示すように、コイル長調整部１４の一端側は、送電コイル１１Ｄのコイル径と略同一の径を具備し、かつ、中心軸が送電コイル１１Ｄの中心軸と一致する円形形状の導線として形成されている。また、コイル長調整部１４の他端側は、送電コイル駆動部１６に接続されている。

　導線部材１５は、送電コイル１１Ｄの他端側とコイル長調整部１４の一端側とを電気的に接続する。また、導線部材１５は、送電コイル駆動部１６の制御に応じ、コイル長調整部１４の一端側の円形形状の導線上に沿って移動可能であるとともに、自身の長さを送電コイル１１Ｄの長さ方向に対して可変可能に構成されている。すなわち、導線部材１５は、送電コイル１１Ｄの他端側とコイル長調整部１４の一端側との間を短絡しつつ電気的に接続する。

　送電コイル駆動部１６は、送電コンデンサ１３と、コイル長調整部１４の他端側とに対して接続されている。また、送電コイル駆動部１６は、送電コイル１１Ｄと送電コンデンサ１３とからなる送信共振回路の共振状態が解除されたことを検知したときに、導線部材１５による送電コイル１１Ｄの短絡位置を変化させることにより、送電コイル１１Ｄのコイル長の調整を行う。

　すなわち、送電コイル駆動部１６と、送電コンデンサ１３と、送電コイル１１Ｄと、導線部材１５と、コイル長調整部１４と、からなる直列回路のインダクタンスを変化する。

　次に、給電装置１０Ｄの作用について説明する。すでに説明したように、送電コイル１１Ｄは被検者５０の体外の周囲に配置され、内視鏡２０Ｄは被検者の体内に配置される。内視鏡２０Ｄは、外部磁界に応じた電流を発生する受電コイル２１を含む受電共振回路（受電回路）２２を具備する。なお、送信共振回路の共振周波数と受電共振回路２２の共振周波数は略同じに設定されている。

　電源部１７がオンされると、送電コイル１１Ｄを駆動するための駆動電流として送電共振回路の共振周波数の交流電流が送電コイル駆動部１６から出力される。すると、内視鏡２０Ｄの受電共振回路２２の共振周波数と一致する周波数の交流磁界が給電装置１０から発生する。

　送電コイル駆動部１６は、送電コイル１１Ｄに供給している電流または電圧を監視する。すなわち送電コイル駆動部１６は定電圧駆動の場合には駆動電流を、定電流駆動の場合には駆動電圧を監視する。

　ここで、被検者の体位の変化等により送電コイル１１Ｄが変形し、送電コイル１１Ｄのインダクタンスが変化すると、送信共振回路の共振状態が解除されてしまう。すなわち、送電コイル駆動部１６は、送電コイル１１Ｄが変形していないときの送信共振回路の共振周波数の駆動電流を送電コイル１１Ｄに印加し続ける。すると、給電装置１０Ｄは効率良く磁界を発生できなくなる。

　給電装置１０Ｄの送電コイル駆動部１６は、送電コイル１１Ｄに供給している駆動電流の急激な低下または駆動電圧の急激な上昇により、送信共振回路の共振状態解除を検知する。そして、送電コイル駆動部１６は共振状態解除を検知すると、共振状態に復帰させるため、導線部材１５による送電コイル１１Ｄの短絡位置を変化させる制御を行う。

　導線部材１５は、送電コイル駆動部１６の制御に応じ、コイル長調整部１４の一端側の円形形状の導線上に沿って移動しつつ自身の長さを変化させる。

　送電コイル駆動部１６は、導線部材１５による送電コイル１１Ｄの短絡位置を変化させつつ、送電コイル１１Ｄに供給している駆動電流または駆動電圧を監視する。そして、送電コイル駆動部１６は、監視結果にもとづき、駆動電流または駆動電圧が以前の状態に戻ったことを検知すると、導線部材１５による送電コイル１１Ｄの短絡位置を固定するための制御を行う。

　そして、送電コイル駆動部１６が上記制御を行うことにより、送信共振回路の共振状態を復帰可能なインダクタンスとなるように送電コイル１１Ｄのコイル長が調整され、前述の所定の共振周波数における共振駆動にもとづいた磁界が給電装置１０Ｄから発生する。

　なお、送電コイル駆動部１６は、送信共振回路の共振状態解除を、例えば図示しない磁界センサを用いて、送電コイル１１Ｄが実際に発生している磁界強度の変化により検知するものであっても良い。また、送電コイル駆動部１６は、例えば図示しないＬＣメーターを用いて得られる、送電コイル１１Ｄのインダクタンスの変化により共振状態解除を検知するものであっても良い。

　以上に述べたように、本実施形態の給電装置１０Ｄは、共振状態が解除された場合であっても、送電コイル１１Ｄのインダクタンスを調整することにより、共振状態を速やかに復帰させることができる。すなわち、本実施形態の給電システム１Ｄおよび給電装置１０Ｄは無線による電力の送受電の効率がよい。

＜第５の実施の形態＞
　以下、本発明の第５の実施の形態の給電システム１Ｅおよび給電装置１０Ｅについて説明する。給電システム１Ｅおよび給電装置１０Ｅは第４の実施の形態の給電システム１Ｄおよび給電装置１０Ｄと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

　図１４に示すように、給電装置１０Ｅは送電コイル１１Ｅと、送電コイル１１Ｅの一端側に対して直列接続されている送電コンデンサ１３と、送電コイル１１Ｅの他端側に配置されるスイッチ群１５Ａと、送電コイル１１Ｅを駆動する送電コイル駆動部１６と、送電コイル駆動部１６に対して電源を供給する電源部１７と、を有している。

　送電コイル１１Ｅは、一端側が送電コンデンサ１３を介して送電コイル駆動部１６に接続されているとともに、他端側が送電コイル駆動部１６に直接接続されている。

　図１４に示すように、スイッチ群１５Ａは、送電コイル１１Ｅの他端側の最端部の導線と、最端部から１巻き分内側の導線との間を電気的に接続可能な複数のスイッチにより構成されている。また、スイッチ群１５Ａは、送電コイル駆動部１６の制御に応じて各スイッチのオンオフを切り替え可能な構成を具備している。

　給電装置１０Ｅの送電コイル駆動部１６は、送信共振回路の共振状態の解除を検知すると、共振状態を復帰させるため、スイッチ群１５Ａが具備する各スイッチのうち、いずれかのスイッチをオンさせるための制御を行う。

　送電コイル駆動部１６は、スイッチ群１５Ａのオンさせるスイッチを順番に切り替えつつ、送電コイル１１Ｅに供給している駆動電流または駆動電圧を監視する。そして、送電コイル駆動部１６は監視結果にもとづき、駆動電流または駆動電圧が以前の状態に戻ったことを検知すると、スイッチ群１５Ａの各スイッチのオンオフ状態を固定するための制御を行う。

　そして、送電コイル駆動部１６が上記制御を行うことにより、送信共振回路の共振状態を復帰可能なインダクタンスとなるように送電コイル１１Ｅのコイル長が調整され、所定の共振状態の磁界が給電装置１０Ｅから発生する。

　以上に述べたように、本実施の形態の給電システム１Ｅおよび給電装置１０Ｅは共振状態が解除された場合であっても、送電コイル１１Ｅのインダクタンスを適宜調整することにより、共振状態を速やかに復帰させることができる。すなわち、すなわち、本実施形態の給電システム１Ｅおよび給電装置１０Ｅは電力の送受電の効率がよい。

＜第６の実施の形態＞
　以下、本発明の第６の実施の形態の給電システム１Ｆおよび給電装置１０Ｆについて説明する。給電システム１Ｆおよび給電装置１０Ｆは第４の実施の形態の給電システム１Ｄおよび給電装置１０Ｄと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

　給電装置１０Ｆは、図１５に示すように、被検者の体外の周囲に配置される送電コイル１１Ｆと、送電コイル１１Ｆの一端側に対して直列接続されている共振用の送電コンデンサ１３と、送電コイル１１Ｆを構成する導線同士を電気的に接続可能なスイッチ群１５Ｂと、送電コイル１１Ｆを駆動する送電コイル駆動部１６と、送電コイル駆動部１６に対して電源を供給する電源部１７と、を有している。

　送電コイル１１Ｆは、一端側が送電コンデンサ１３を介して送電コイル駆動部１６に接続されているとともに、他端側が送電コイル駆動部１６に直接接続されている。

　スイッチ群１５Ｂは、図１５に示すような、送電コイル１１Ｆの一端側から他端側にかけて設けられた、送電コイル１１Ｆの巻き数と略同数または同数のスイッチにより構成されている。また、スイッチ群１５Ｂは、送電コイル駆動部１６の制御に応じて各スイッチのオンオフを切り替え可能な構成を具備している。

　給電装置１０Ｆの送電コイル駆動部１６は、送電共振回路の共振状態解除を検知すると、共振状態を復帰させるため、スイッチ群１５Ｂが具備する各スイッチのうち、少なくともいずれかのスイッチをオンさせるための制御を行う。

　送電コイル駆動部１６は、スイッチ群１５Ｂにおいてオンさせるスイッチを順番に切り替えつつ、駆動電流または駆動電圧を監視する。そして、送電コイル駆動部１６は、監視結果にもとづき、駆動電流または駆動電圧が以前の状態に戻ったことを検知すると、スイッチ群１５Ｂの各スイッチのオンオフ状態を固定するための制御を行う。

　そして、上記制御を送電コイル駆動部１６が行うことにより、送電共振回路の共振状態を復帰可能なインダクタンスとなるように送電コイル１１Ｆのコイル長が調整され、所定の共振状態の磁界が給電装置１０Ｆから発生する。

　以上に述べたように、本実施の形態の給電システム１Ｆおよび給電装置１０Ｆは、共振状態が解除された場合であっても、送電コイル１１Ｆのインダクタンスを適宜調整することにより共振状態を速やかに復帰させることができる。すなわち、すなわち、本実施形態の給電システム１Ｆおよび給電装置１０Ｆは電力の送受電の効率がよい。

　また、給電装置１０Ｆは、スイッチ群１５Ｂの各スイッチのオンオフ状態を、例えば一つおき等の所定のパターンに応じて切り替えることにより、給電範囲を狭めることなく送電コイル１１Ｆのインダクタンスを調整することができる。

　＜第７の実施の形態＞
　以下、本発明の第７の実施の形態の給電システム１Ｇおよび給電装置１０Ｇについて説明する。給電システム１Ｇおよび給電装置１０Ｇは第４の実施の形態の給電システム１Ｄおよび給電装置１０Ｄと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

　図１６に示すように、給電装置１０Ｇは、送電コイル１１Ｇと、送電コイル１１Ｇの一端側に対して直列接続されている送電コンデンサ１３と、送電コイル１１Ｇの他端側に接続されている送電用インダクタンス調整部１５Ｃと、送電コイル１１Ｇを駆動する送電コイル駆動部１６と、送電コイル駆動部１６に対して電源を供給する電源部１７と、を有している。

　送電コイル１１Ｇは、一端側が送電コンデンサ１３を介して送電コイル駆動部１６に接続されているとともに、他端側が送電用インダクタンス調整部１５Ｃを介して送電コイル駆動部１６に接続されている。

　図１６に示すように、送電用インダクタンス調整部１５Ｃは、複数の補助コイル１２ａが直並列に接続された構成を具備している。また、複数の補助コイル１５Ｃ１の一つ一つに対し、補助コイル１５Ｃ１それぞれの電気的な導通状態を切り替えるためのスイッチ１５Ｃ２が並列接続されている。

　給電装置１０Ｇの送電コイル駆動部１６は、送電共振回路の共振状態解除を検知すると、共振状態を復帰させるため、各スイッチ１５Ｃ２のうち、少なくともいずれかのスイッチをオフさせるための制御を行う。

　一方、送電用インダクタンス調整部１５Ｃにおいては、オフされたスイッチ１５Ｃ２に対応する補助コイル１５Ｃ１に電流が流れる。

　送電コイル駆動部１６は、オフさせるスイッチを各スイッチ１５Ｃ２の中から順番に切り替えつつ、駆動電流または駆動電圧を監視する。そして、送電コイル駆動部１６は、監視結果にもとづき、駆動電流または駆動電圧が以前の状態に戻ったことを検知すると、各スイッチ１５Ｃ２のオンオフ状態を固定するための制御を行う。

　そして、上記制御を送電コイル駆動部１６が行うことにより、送電共振回路の共振状態を復帰可能なインダクタンスとするための調整が送電用インダクタンス調整部１５Ｃにおいて行われ、前述の所定の共振状態の磁界が給電装置１０Ｇから発生する。

　以上に述べたように、本実施の形態の給電システム１Ｇおよび給電装置１０Ｇは、共振状態が解除された場合であっても、送電コイル１１Ｇのインダクタンスの変化量に応じて送電用インダクタンス調整部１５Ｃのインダクタンスを適宜調整することにより、共振状態を速やかに復帰させることができる。すなわち、すなわち、本実施形態の給電システム１Ｇおよび給電装置１０Ｇは電力の送受電の効率がよい。

＜第８の実施の形態＞
　以下、本発明の第８の実施の形態の給電システム１Ｈおよび給電装置１０Ｈについて説明する。給電システム１Ｈおよび給電装置１０Ｈは第４の実施の形態の給電システム１Ｄおよび給電装置１０Ｄと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

　図１７に示すように、給電装置１０Ｈは、被検者の体外の周囲に配置される送電コイル１１Ｈと、送電コイル１１Ｈの一端側に対して直列接続されている送電コンデンサ１３と、送電コイル１１Ｈの他端側に接続されているキャパシタンス調整部１５Ｄと、送電コイル１１Ｈの他端側に接続されているバイパスライン１５Ｄ３と、送電コイル１１Ｈを駆動する送電コイル駆動部１６と、送電コイル駆動部１６に対して電源を供給する電源部１７と、を有している。

　送電コイル１１Ｈは、一端側が送電コンデンサ１３を介して送電コイル駆動部１６に接続されているとともに、他端側がキャパシタンス調整部１５Ｄおよびバイパスライン１５Ｄ３を介して送電コイル駆動部１６に接続されている。

　図１７に示すように、キャパシタンス調整部１５Ｄは、送電コイル１１Ｈの他端側と送電コイル駆動部１６との間に設けられているとともに、複数の補助コンデンサ１５Ｄ１が並列に接続された構成を具備している。また、複数の補助コンデンサ１５Ｄ１の一つ一つに対し、補助コンデンサ１５Ｄ１それぞれの電気的な導通状態を切り替えるためのスイッチ１５Ｄ２が直列接続されている。

　バイパスライン１５Ｄ３は、送電コイル１１Ｈの他端側と送電コイル駆動部１６との間を、キャパシタンス調整部１５Ｄを迂回しつつ接続している。また、バイパスライン１５Ｄ３の途中に設けられたスイッチ１５Ｄ４は、送電コイル駆動部１６の制御に応じてオンオフを切り替え可能な構成を有している。

　次に、給電装置１０Ｈの作用について説明する。なお、初期状態においては、スイッチ１５Ｄ２が全てオフされることにより、複数の補助コンデンサ１５Ｄ１のいずれにも電流が流れておらず、かつ、スイッチ１５Ｄ４がオンされることにより、バイパスライン１５Ｄ３に電流が流れているものとする。

　給電装置１０Ｈの送電コイル駆動部１６は、送電共振回路の共振状態解除を検知すると、共振状態を復帰させるため、スイッチ１５Ｄ４をオフさせるとともに、各スイッチ１５Ｄ２のうちの少なくともいずれかのスイッチをオンさせるための制御を行う。

　ここで、キャパシタンス調整部１５Ｄにおいては、オンされたスイッチ１５Ｄ２に対応する補助コンデンサ１５Ｄ１に電流が流れる。送電コイル駆動部１６は、スイッチ１５Ｄ４をオフしたまま、オンさせるスイッチを各スイッチ１５Ｄ２の中から順番に切り替えつつ、送電コイル１１Ｈに供給している駆動電流または駆動電圧を監視する。そして、送電コイル駆動部１６は、監視結果にもとづき、駆動電流または駆動電圧が以前の状態に戻ったことを検知すると、スイッチ１５Ｄ４をオフに固定し、かつ、各スイッチ１５Ｄ２のオンオフ状態を固定するための制御を行う。

　そして、送電コイル駆動部１６が上記制御を行うことにより、送電共振回路の共振状態を復帰可能なキャパシタンスとするための調整がキャパシタンス調整部１５Ｄにおいて行われ、前述の所定の共振状態の磁界が給電装置１０Ｈから発生する。

　なお、給電装置１０Ｈにおいては、キャパシタンス調整部１５Ｄの各補助コンデンサ１５Ｄ１のキャパシタンスを、例えばＣ、Ｃ／２、Ｃ／４、Ｃ／８、・・・というように、公比１／２の幾何級数的に設定することにより、キャパシタンス調整部１５Ｄを構成する補助コンデンサ１５Ｄ１、および／またはスイッチ１５Ｄ２の総数を減らすことができる。また、キャパシタンス調整部１５Ｄとして可変容量コンデンサを用いてもよいし、キャパシタンス調整部１５Ｄの機能を有する可変容量コンデンサを送電用共振コンデンサ１３に用いてもよい。

　以上に述べたように、本実施の形態の給電システム１Ｈおよび給電装置１０Ｈは、共振状態が解除された場合であっても、送電コイル１１Ｈのインダクタンスの変化量に応じてキャパシタンス調整部１５Ｄのキャパシタンスを適宜調整することにより、共振状態を速やかに復帰させることができる。すなわち、すなわち、本実施形態の給電システム１Ｈおよび給電装置１０Ｈは電力の送受電の効率がよい。

　なお、給電装置１０Ｈが具備するキャパシタンス調整部１５Ｄは、給電装置１０Ｄ～１０Ｇの構成と組み合わせて使用されるものであっても良い。

＜第９の実施の形態＞
　以下、本発明の第８の実施の形態の給電システム１Ｊについて説明する。本実施の形態の給電システム１Ｊは、すでに説明した実施の形態の給電システムおよび給電装置と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

　図２、図１８、図１３に示すように、給電システム１Ｊは、被検者５０の体外から無線で電力を受電し体内で所定の処理を行うカプセル型内視鏡２０と、被検者５０の体外から無線で体内のカプセル型内視鏡２０に電力を給電する給電装置からなる。カプセル型内視鏡２０は、体内で所定の処理を行う処理回路２２と、体外からの電力を受電する受電コイル２１と、調整用リアクタンス部２３を有する受電回路２２と、を具備し、調整用リアクタンス部２３のリアクタンスを調整することにより、処理回路２５のインピーダンスと受電回路２２のインピーダンスとをマッチングする。給電装置１０Ｄは、交流磁界を発生する送電コイル１１Ｄと、送電コイル１１Ｄに直列接続される送電用共振コンデンサ１３と、送電コイル１１Ｄを駆動する送電コイル駆動部１６と、を具備し、送電コイル駆動部１６は、駆動電流の急激な低下または駆動電圧の急激な上昇により、共振状態が解除されたことを、検知したときに、交流磁界の周波数を共振周波数に一致する制御を行う。

　本実施の形態の給電システム１Ｊは、給電装置１１Ｄが効率的に送電し、カプセル型内視鏡２０が効率的に受電するため、電力の送受信効率がよい。

　また、給電システム１Ｊとしては、第１～第３の実施の形態、変形例のカプセル型内視鏡２０、２０Ａ～２０Ｃのいずれかと、第４～第８の実施の形態の給電装置１１Ｄ～１１Ｈのいずれかと、組み合わせてもよい。

　なお、上記説明は、カプセル型医療装置としてカプセル型内視鏡を例に説明したが、消化液採取用カプセル型医療装置、嚥下型のｐＨセンサ、またはドラッグデリバリーシステムのような各種カプセル型医療装置に適用可能である。

　本発明は、上述した実施の形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

　本出願は、２００８年１１月１８日に日本国に出願された特願２００８－２９４７９４号および２００８年１１月２０日に日本国に出願された特願２００８－２９７０４２号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims

　被検者の体外から電力を受電し、体内で所定の処理を行うカプセル型医療装置であって、
　前記体内で前記所定の処理を行う処理回路と、
　前記体外からの電力を無線で受電する受電コイルと、受電用共振コンデンサと、前記受電コイルおよび前記受電用共振コンデンサ、と接続されたリアクタンスを調整可能な調整用リアクタンス部と、を有する受電回路と、を具備し、
　前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整することにより、前記処理回路のインピーダンスと前記受電回路のインピーダンスとをマッチングする。
　請求項１に記載のカプセル型医療装置であって、
　前記処理回路の前記インピーダンスと前記受電回路のインピーダンスとをマッチングする受電用リアクタンス調整回路と、を具備する。
　請求項２に記載のカプセル型医療装置であって、
　前記受電用リアクタンス調整回路が、前記処理回路の処理に応じて、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整する。
　請求項３に記載のカプセル型医療装置であって、
　前記処理回路のインピーダンスを検出する負荷検出部をさらに具備し、
　前記受電用リアクタンス調整回路が、前記負荷検出部の情報に応じて、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整する。
　請求項４に記載のカプセル型医療装置であって、
　前記調整用リアクタンス部が、複数の異なるリアクタンスの受電用リアクタンス素子と、前記受電コイルと接続する前記受電用リアクタンス素子を切り替えるリアクタンス調整スイッチ部とを有し、
　前記受電用リアクタンス調整回路は、前記リアクタンス調整スイッチ部を切り替えることにより、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整する。
　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のカプセル型医療装置であって、
　前記処理回路が体内を照明する照明部を有する。
　被検者の体内で所定の処理を行うカプセル型医療装置に前記被検者の体外から無線で電力を給電する給電装置であって、
　前記被検者の体外に配置される、交流磁界を発生する送電コイルと、
　前記送電コイルに直列接続される送電用共振コンデンサと、
　前記送電コイルを駆動する送電コイル駆動部と、
　を具備し、
　前記送電コイル駆動部は、前記交流磁界の共振状態解除を検知したときに、前記交流磁界を共振状態に復帰する制御を行う。
　請求項７に記載の電力供給装置であって、
　前記送電コイル駆動部は、駆動電流の急激な低下または駆動電圧の急激な上昇により、前記交流磁界の共振状態解除を検知する。
　請求項８に記載の電力供給装置であって、
　前記送電コイル駆動部は、前記交流磁界の共振状態解除を検知したときに、前記送電コイルのインダクタンスを変化する制御を行う。
　請求項９に記載の電力供給装置であって、
　前記送電コイルのコイル長を短縮するコイル長調整部をさらに具備し、
　前記送電コイル駆動部は、前記コイル長調整部により、前記送電コイルのインダクタンスを変化する。
　請求項９に記載の電力供給装置であって、
　前記送電コイルと前記送電コイル駆動部との間に設けられた送電用インダクタンス調整部をさらに具備し、
　前記送電コイル駆動部は、前記送電用インダクタンス調整部により、前記交流磁界を共振状態に復帰する。
　請求項８に記載の電力供給装置であって、
　前記送電コイルと前記送電コイル駆動部との間に設けられる送電用共振キャパシタンス調整部をさらに有し、
　前記送電コイル駆動部は、前記送電用共振キャパシタンス調整部により、前記交流磁界を共振状態に復帰する。
　カプセル型医療装置と、給電装置と、を具備する給電システムにおいて、
　前記カプセル型医療装置が被検者の体外から無線で電力を受電し体内で所定の処理を行うカプセル型医療装置であって、前記給電装置が前記被検者の体外から無線で前記体内の前記カプセル型医療装置に電力を給電する給電装置であって、
　前記カプセル型医療装置が
　前記体内で前記所定の処理を行う処理回路と、
　前記体外からの電力を受電する受電コイルと、受電用共振コンデンサと、前記受電コイルおよび前記受電用共振コンデンサ、と接続されたリアクタンスを調整可能な調整用リアクタンス部と、を有する、所定の共振周波数の共振回路である受電回路と、を具備し、
　前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整することにより、前記処理回路のインピーダンスと前記受電回路のインピーダンスとをマッチングし、
　前記給電装置が、
　交流磁界を発生する送電コイルと、
　前記送電コイルに直列接続される送電用共振コンデンサと、
　前記送電コイルを駆動する送電コイル駆動部と、
　を具備し、
　前記送電コイル駆動部は、駆動電流の急激な低下または駆動電圧の急激な上昇により、前記交流磁界の共振状態解除を検知したときに、共振状態に復帰する制御を行う。
　請求項１３に記載の給電システムであって、
　前記カプセル型医療装置が、
　前記処理回路の前記インピーダンスと前記受電回路のインピーダンスとをマッチングする受電用リアクタンス調整回路と
　前記処理回路のインピーダンスを検出する負荷検出部をさらに具備し、
　前記受電用リアクタンス調整回路が、前記負荷検出部が検出する前記処理回路の前記インピーダンスに応じて、前記調整用リアクタンス部のリアクタンスを調整する。
　請求項１４に記載の給電システムであって、
　前記カプセル型医療装置が、前記体内を照明する照明部を有するカプセル型内視鏡装置である。