JP2003218805A - 超音波を利用した電力および信号伝送装置 - Google Patents
超音波を利用した電力および信号伝送装置Info
- Publication number
- JP2003218805A JP2003218805A JP2002016719A JP2002016719A JP2003218805A JP 2003218805 A JP2003218805 A JP 2003218805A JP 2002016719 A JP2002016719 A JP 2002016719A JP 2002016719 A JP2002016719 A JP 2002016719A JP 2003218805 A JP2003218805 A JP 2003218805A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- ultrasonic
- power
- monitor
- ultrasonic transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electrotherapy Devices (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波を利用した電力伝送装置では、機械イ
ンピーダンスの整合や電気的負荷インピーダンスの整合
などをおこなうことにより、電力の伝送効率の向上を図
ってはいるが、体外に配置された送波器と体内に配置さ
れた受波器との間で伝搬軸のずれ（不整列要因）がある
と、電力の伝搬効率が著しく低下してしまう。また、従
来の装置は、電力の伝送と制御用の信号の伝送とを交互
に行う方式であり、電力の伝送が断続される分だけ伝送
効率が低下してしまう。 【解決手段】 超音波振動子の送・受波面にその公称周
波数に対してほぼ１／４波長の板厚を有する金属整合板
を接合することにより、超音波振動子に多チャンネル特
性を持たせ、第１のチャンネル（共振周波数帯）を利用
して電力の伝送を行うとともに、他のチャンネル（共振
周波数帯）を利用して位置決め用のモニタ信号の伝送を
行うように構成した。
ンピーダンスの整合や電気的負荷インピーダンスの整合
などをおこなうことにより、電力の伝送効率の向上を図
ってはいるが、体外に配置された送波器と体内に配置さ
れた受波器との間で伝搬軸のずれ（不整列要因）がある
と、電力の伝搬効率が著しく低下してしまう。また、従
来の装置は、電力の伝送と制御用の信号の伝送とを交互
に行う方式であり、電力の伝送が断続される分だけ伝送
効率が低下してしまう。 【解決手段】 超音波振動子の送・受波面にその公称周
波数に対してほぼ１／４波長の板厚を有する金属整合板
を接合することにより、超音波振動子に多チャンネル特
性を持たせ、第１のチャンネル（共振周波数帯）を利用
して電力の伝送を行うとともに、他のチャンネル（共振
周波数帯）を利用して位置決め用のモニタ信号の伝送を
行うように構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用して
体内埋込型機器などに電力を供給するとともに、これら
の機器との間で各種の信号の授受をも可能とした電力お
よび信号伝送装置に関するものである。ここで、体内埋
込型機器とは、心臓ペースメーカや人工心臓などの他、
血液モニタなどのセンサ類をも含むものである。
体内埋込型機器などに電力を供給するとともに、これら
の機器との間で各種の信号の授受をも可能とした電力お
よび信号伝送装置に関するものである。ここで、体内埋
込型機器とは、心臓ペースメーカや人工心臓などの他、
血液モニタなどのセンサ類をも含むものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、体内埋込型機器などに電力を供給
する手段としては、水銀電池やリチウム電池などの１次
電池の使用が一般的であるが、近年、２次電池の性能向
上とともに、体内埋込型機器に２次電池を設け、超音波
エネルギーを利用してこの２次電池を充電する方法が提
案されつつある（特開昭５０−９０４１、特開昭５０−
９０４２）。この方法によれば、外科的手術による電池
交換をなくすことができ、患者に対する肉体的な負担を
軽減することができる。
する手段としては、水銀電池やリチウム電池などの１次
電池の使用が一般的であるが、近年、２次電池の性能向
上とともに、体内埋込型機器に２次電池を設け、超音波
エネルギーを利用してこの２次電池を充電する方法が提
案されつつある（特開昭５０−９０４１、特開昭５０−
９０４２）。この方法によれば、外科的手術による電池
交換をなくすことができ、患者に対する肉体的な負担を
軽減することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな超音波を利用した電力伝送装置では、機械インピー
ダンスの整合や電気的負荷インピーダンスの整合などを
おこなうことにより、電力の伝送効率の向上を図っては
いるが、体外に配置された送波器と体内に配置された受
波器との間で伝搬軸のずれ（不整列要因）があると、電
力の伝搬効率が著しく低下してしまう。ここで、不整列
要因とは、送波側および受波側の超音波振動子における
送・受波面の面心の横方向のずれ、対向する送・受波面
の不平行（傾き）、および送・受波面の面間距離であ
る。また、従来の装置は、電力の伝送と制御用の信号の
伝送とを交互に行う方式であり、電力の伝送が断続され
る分だけ伝送効率が低下してしまう。
うな超音波を利用した電力伝送装置では、機械インピー
ダンスの整合や電気的負荷インピーダンスの整合などを
おこなうことにより、電力の伝送効率の向上を図っては
いるが、体外に配置された送波器と体内に配置された受
波器との間で伝搬軸のずれ（不整列要因）があると、電
力の伝搬効率が著しく低下してしまう。ここで、不整列
要因とは、送波側および受波側の超音波振動子における
送・受波面の面心の横方向のずれ、対向する送・受波面
の不平行（傾き）、および送・受波面の面間距離であ
る。また、従来の装置は、電力の伝送と制御用の信号の
伝送とを交互に行う方式であり、電力の伝送が断続され
る分だけ伝送効率が低下してしまう。
【０００４】図６に不整列要因の関係を示す。図におい
て、１１は第１の超音波振動子（送波側）、１２は第１
の超音波振動子１１に駆動信号を供給する駆動源、２１
は第２の超音波振動子（受波側）、２２は第２の超音波
振動子２１に接続された整流回路などの負荷である。図
６（ａ）においてｒは送・受波面の直径、Δｒが送・受
波面の面心の横方向のずれで、ずれの程度はΔｒ／ｒで
表される。また、ｄが送・受波面の面間距離である。図
６（ｂ）において、θが対向する送・受波面の不平行
（傾き）である。
て、１１は第１の超音波振動子（送波側）、１２は第１
の超音波振動子１１に駆動信号を供給する駆動源、２１
は第２の超音波振動子（受波側）、２２は第２の超音波
振動子２１に接続された整流回路などの負荷である。図
６（ａ）においてｒは送・受波面の直径、Δｒが送・受
波面の面心の横方向のずれで、ずれの程度はΔｒ／ｒで
表される。また、ｄが送・受波面の面間距離である。図
６（ｂ）において、θが対向する送・受波面の不平行
（傾き）である。
【０００５】すなわち、これらの不整列要因をなくすこ
とにより、効率の良い電力伝送を実現することができ
る。なお、面間距離ｄに関しては、原理的に零にするこ
とはできないので、最適値を探すことになる。また、不
整列要因をなくし、効率の良い電力伝送状態を実現した
場合には、この伝送経路を利用して、ノイズの少ない信
号伝送をも実現することができる。
とにより、効率の良い電力伝送を実現することができ
る。なお、面間距離ｄに関しては、原理的に零にするこ
とはできないので、最適値を探すことになる。また、不
整列要因をなくし、効率の良い電力伝送状態を実現した
場合には、この伝送経路を利用して、ノイズの少ない信
号伝送をも実現することができる。
【０００６】本発明は、上記のような超音波を利用した
電力伝送装置において、対向して配置される超音波振動
子間の不整列要因をなくすとともに連続的な超音波信号
による電力の供給を可能とし、効率の良い電力伝送を実
現することを目的としたものである。
電力伝送装置において、対向して配置される超音波振動
子間の不整列要因をなくすとともに連続的な超音波信号
による電力の供給を可能とし、効率の良い電力伝送を実
現することを目的としたものである。
【０００７】また、本発明は、超音波を利用して体内埋
込型機器などに電力を供給するとともに、これらの機器
との間で各種の信号の授受をも可能とした電力および信
号伝送装置を実現することを目的としたものである。
込型機器などに電力を供給するとともに、これらの機器
との間で各種の信号の授受をも可能とした電力および信
号伝送装置を実現することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するため、本発明の超音波を利用した電力および信号伝
送装置は、体内埋込型機器などの負荷回路に電力を供給
する２次電池と、特性を揃えて制作され互いに対向して
配置される第１および第２の超音波振動子と、前記第１
および第２の超音波振動子の送・受波面に接合されその
公称周波数に対してほぼ１／４波長の板厚を有する金属
整合板と、前記第１の超音波振動子に電力伝送のための
駆動信号を供給する駆動源と、前記第２の超音波振動子
から得られる出力信号を整流し前記２次電池に供給する
整流回路と、前記整流回路の出力を受けその信号レベル
に応じた周波数信号を発生するとともにこの周波数信号
をモニタ信号として前記第２の超音波振動子に供給する
モニタ回路と、前記第１の超音波振動子の姿勢を制御し
前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子との
伝搬軸の調整を行う姿勢制御装置と、前記第１の超音波
振動子により受信されるモニタ信号を検出し前記姿勢制
御装置に帰還するモニタ受信回路とを具備し、前記駆動
源により発生する駆動信号の周波数を前記超音波振動子
における第１の共振周波数帯に選ぶとともに前記モニタ
回路により発生するモニタ信号の周波数を前記超音波振
動子における第２の共振周波数帯に選ぶことを特徴とす
るものである。
するため、本発明の超音波を利用した電力および信号伝
送装置は、体内埋込型機器などの負荷回路に電力を供給
する２次電池と、特性を揃えて制作され互いに対向して
配置される第１および第２の超音波振動子と、前記第１
および第２の超音波振動子の送・受波面に接合されその
公称周波数に対してほぼ１／４波長の板厚を有する金属
整合板と、前記第１の超音波振動子に電力伝送のための
駆動信号を供給する駆動源と、前記第２の超音波振動子
から得られる出力信号を整流し前記２次電池に供給する
整流回路と、前記整流回路の出力を受けその信号レベル
に応じた周波数信号を発生するとともにこの周波数信号
をモニタ信号として前記第２の超音波振動子に供給する
モニタ回路と、前記第１の超音波振動子の姿勢を制御し
前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子との
伝搬軸の調整を行う姿勢制御装置と、前記第１の超音波
振動子により受信されるモニタ信号を検出し前記姿勢制
御装置に帰還するモニタ受信回路とを具備し、前記駆動
源により発生する駆動信号の周波数を前記超音波振動子
における第１の共振周波数帯に選ぶとともに前記モニタ
回路により発生するモニタ信号の周波数を前記超音波振
動子における第２の共振周波数帯に選ぶことを特徴とす
るものである。
【０００９】また、本発明の超音波を利用した電力およ
び信号伝送装置は、第２の超音波振動子の送・受波面に
接合される金属整合板に体内埋込型機器などの金属ケー
スを利用したものである。
び信号伝送装置は、第２の超音波振動子の送・受波面に
接合される金属整合板に体内埋込型機器などの金属ケー
スを利用したものである。
【００１０】さらに、本発明の超音波を利用した電力お
よび信号伝送装置は、第１および第２の超音波振動子に
おける第１の共振周波数帯以外の共振周波数帯を利用し
てモニタ信号以外の信号の授受をも行うことを特徴とし
たものである。
よび信号伝送装置は、第１および第２の超音波振動子に
おける第１の共振周波数帯以外の共振周波数帯を利用し
てモニタ信号以外の信号の授受をも行うことを特徴とし
たものである。
【００１１】このように、超音波振動子の送・受波面に
その公称周波数に対してほぼ１／４波長の板厚を有する
金属整合板を接合すると、超音波振動子に多チャンネル
特性を持たせることができ、第１のチャンネル（共振周
波数帯）を利用して電力の伝送を行うとともに、他のチ
ャンネル（共振周波数帯）を利用して位置決め用のモニ
タ信号の伝送を行うようにすれば、対向する超音波振動
子間の不整列要因をなくし、効率の良い電力伝送を実現
することができるとともに、連続的な超音波信号により
電力を供給することができ、さらに効率の良い電力伝送
を実現することができる。
その公称周波数に対してほぼ１／４波長の板厚を有する
金属整合板を接合すると、超音波振動子に多チャンネル
特性を持たせることができ、第１のチャンネル（共振周
波数帯）を利用して電力の伝送を行うとともに、他のチ
ャンネル（共振周波数帯）を利用して位置決め用のモニ
タ信号の伝送を行うようにすれば、対向する超音波振動
子間の不整列要因をなくし、効率の良い電力伝送を実現
することができるとともに、連続的な超音波信号により
電力を供給することができ、さらに効率の良い電力伝送
を実現することができる。
【００１２】また、超音波振動子の多チャンネル特性を
利用すれば、他のチャンネル（共振周波数帯）を介して
モニタ信号以外の情報信号の授受をも行うことができ
る。
利用すれば、他のチャンネル（共振周波数帯）を介して
モニタ信号以外の情報信号の授受をも行うことができ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて説明
する。図１は本発明の超音波を利用した電力および信号
伝送装置の一実施例を示す構成図である。図に示す装置
は、心臓ペースメーカなどの体内埋込型機器に電力を供
給する場合を例示したものである。図において、前記図
６と同様のものは同一符号を付して示す。１は体外ユニ
ット、２は体内ユニットである。第１および第２の超音
波振動子１１，２１は特性を揃えて制作された超音波振
動子であり、第１の超音波振動子１１の送・受波面に
は、その公称周波数ｆｏに対してほぼ１／４波長の板厚
ｔｓを有する金属整合板１３が接合されている。ここ
で、公称周波数ｆｏとは、圧電セラミックス振動子の半
波長厚み共振周波数のことであり、ほぼ１／４波長の板
厚ｔｓとは、振動子単体の共振周波数と振動子材料の音
響インピーダンスおよびその縦波伝播速度（音速）を用
いて算定される１／４波長の厚みである。また、２３は
体内ユニット２の金属ケースであるが、金属整合板１３
と同じ板厚ｔｓに加工され、第２の超音波振動子２１の
送・受波面に接合されている。すなわち、第２の超音波
振動子２１は金属ケース２３を金属整合板として利用し
ている。
する。図１は本発明の超音波を利用した電力および信号
伝送装置の一実施例を示す構成図である。図に示す装置
は、心臓ペースメーカなどの体内埋込型機器に電力を供
給する場合を例示したものである。図において、前記図
６と同様のものは同一符号を付して示す。１は体外ユニ
ット、２は体内ユニットである。第１および第２の超音
波振動子１１，２１は特性を揃えて制作された超音波振
動子であり、第１の超音波振動子１１の送・受波面に
は、その公称周波数ｆｏに対してほぼ１／４波長の板厚
ｔｓを有する金属整合板１３が接合されている。ここ
で、公称周波数ｆｏとは、圧電セラミックス振動子の半
波長厚み共振周波数のことであり、ほぼ１／４波長の板
厚ｔｓとは、振動子単体の共振周波数と振動子材料の音
響インピーダンスおよびその縦波伝播速度（音速）を用
いて算定される１／４波長の厚みである。また、２３は
体内ユニット２の金属ケースであるが、金属整合板１３
と同じ板厚ｔｓに加工され、第２の超音波振動子２１の
送・受波面に接合されている。すなわち、第２の超音波
振動子２１は金属ケース２３を金属整合板として利用し
ている。
【００１４】通常、生体内機器はチタンまたはステンレ
ス鋼などの金属板で外装され、これは超音波に対して大
きな遮蔽効果を有するものであるが、上記のように、金
属ケース２３の板厚をほぼ１／４波長の値に選択する
と、生体媒質と第２の超音波振動子２１との間で音響イ
ンピーダンス変換器（整合層）として作用し、金属ケー
ス２３における超音波の遮蔽効果を低減することができ
る。以下、金属ケース２３を金属整合板２３と称する。
ス鋼などの金属板で外装され、これは超音波に対して大
きな遮蔽効果を有するものであるが、上記のように、金
属ケース２３の板厚をほぼ１／４波長の値に選択する
と、生体媒質と第２の超音波振動子２１との間で音響イ
ンピーダンス変換器（整合層）として作用し、金属ケー
ス２３における超音波の遮蔽効果を低減することができ
る。以下、金属ケース２３を金属整合板２３と称する。
【００１５】２４は心臓ペースメーカ、２５は心臓ペー
スメーカ２４に電力を供給する２次電池である。２６は
第２の超音波振動子２１から得られる出力信号を整流し
て２次電池２５に供給するとともに、その受波レベルに
応じた周波数信号を発生し、この周波数信号をモニタ信
号として第２の超音波振動子２１を励振する充電回路で
ある。第１および第２の超音波振動子１１，２１は皮膚
や皮下組織を介して５〜２０mmの間隔をおいて対向配置
される。１４は第１の超音波振動子１１の姿勢を制御
し、第１の超音波振動子１１と第２の超音波振動子２１
との伝搬軸の調整を行う姿勢制御装置、１５は第１の超
音波振動子１１により受信されるモニタ信号を検出し、
姿勢制御装置１４に帰還するモニタ受信回路である。姿
勢制御装置１４は前記図６に示すような伝搬軸の不整列
要因をなくすように、第１の超音波振動子１１の３次元
方向の位置および傾きを調整する。
スメーカ２４に電力を供給する２次電池である。２６は
第２の超音波振動子２１から得られる出力信号を整流し
て２次電池２５に供給するとともに、その受波レベルに
応じた周波数信号を発生し、この周波数信号をモニタ信
号として第２の超音波振動子２１を励振する充電回路で
ある。第１および第２の超音波振動子１１，２１は皮膚
や皮下組織を介して５〜２０mmの間隔をおいて対向配置
される。１４は第１の超音波振動子１１の姿勢を制御
し、第１の超音波振動子１１と第２の超音波振動子２１
との伝搬軸の調整を行う姿勢制御装置、１５は第１の超
音波振動子１１により受信されるモニタ信号を検出し、
姿勢制御装置１４に帰還するモニタ受信回路である。姿
勢制御装置１４は前記図６に示すような伝搬軸の不整列
要因をなくすように、第１の超音波振動子１１の３次元
方向の位置および傾きを調整する。
【００１６】図２は充電回路２６の一実施例を示す構成
図である。図に示す如く、充電回路２６は整流回路２６
１とモニタ回路２６２とにより構成されており、整流回
路２６１は第２の超音波振動子２１から得られる出力信
号Ｓｏを整流して、２次電池２５に供給する。モニタ回
路２６２は、整流回路２６１の出力Ｓｄを受け、その信
号レベルに応じた周波数信号を発生するとともに、この
周波数信号をモニタ信号Ｓｍとして第２の超音波振動子
２１に供給し、第２の超音波振動子２１を励振する。す
なわち、電力を供給するための超音波信号は第１の超音
波振動子１１から第２の超音波振動子２１に伝送され、
モニタ信号Ｓｍは第２の超音波振動子２１から第１の超
音波振動子１１に伝送される。
図である。図に示す如く、充電回路２６は整流回路２６
１とモニタ回路２６２とにより構成されており、整流回
路２６１は第２の超音波振動子２１から得られる出力信
号Ｓｏを整流して、２次電池２５に供給する。モニタ回
路２６２は、整流回路２６１の出力Ｓｄを受け、その信
号レベルに応じた周波数信号を発生するとともに、この
周波数信号をモニタ信号Ｓｍとして第２の超音波振動子
２１に供給し、第２の超音波振動子２１を励振する。す
なわち、電力を供給するための超音波信号は第１の超音
波振動子１１から第２の超音波振動子２１に伝送され、
モニタ信号Ｓｍは第２の超音波振動子２１から第１の超
音波振動子１１に伝送される。
【００１７】第１の超音波振動子１１の位置が変化し、
伝搬軸の不整列要因が変化すると、超音波の伝送効率が
変化して、出力Ｓｄの信号レベルが変化する。従って、
一般のサーボ機構と同様に、出力Ｓｄのレベルを検出し
ながら第１の超音波振動子１１の位置（姿勢）を制御す
れば、伝搬軸の不整列要因をなくし、効率の良い伝送状
態を実現することができる。姿勢制御装置１４はモニタ
信号Ｓｍの変化を検出しながら、第１の超音波振動子１
１の位置（姿勢）を調整し、伝搬軸のずれΔｒ／ｒ、傾
きθ、面間距離ｄを順次最適状態に設定してゆく。な
お、面間距離ｄの変化に対しては、モニタ信号Ｓｍは２
ｄ／λｍ毎に周期的に変化するので、やはり最適な位置
を決定することが可能である。λｍは媒質中の波長であ
る。
伝搬軸の不整列要因が変化すると、超音波の伝送効率が
変化して、出力Ｓｄの信号レベルが変化する。従って、
一般のサーボ機構と同様に、出力Ｓｄのレベルを検出し
ながら第１の超音波振動子１１の位置（姿勢）を制御す
れば、伝搬軸の不整列要因をなくし、効率の良い伝送状
態を実現することができる。姿勢制御装置１４はモニタ
信号Ｓｍの変化を検出しながら、第１の超音波振動子１
１の位置（姿勢）を調整し、伝搬軸のずれΔｒ／ｒ、傾
きθ、面間距離ｄを順次最適状態に設定してゆく。な
お、面間距離ｄの変化に対しては、モニタ信号Ｓｍは２
ｄ／λｍ毎に周期的に変化するので、やはり最適な位置
を決定することが可能である。λｍは媒質中の波長であ
る。
【００１８】さて、図１に戻り、第１および第２の超音
波振動子１１，２１に、その公称周波数ｆｏに対してほ
ぼ１／４波長の板厚ｔｓを有する金属整合板１３，２３
を接合すると、第１および第２の超音波振動子１１，２
１における実際の共振点は、公称周波数ｆｏからずれ、
複数の値をとるようになる。
波振動子１１，２１に、その公称周波数ｆｏに対してほ
ぼ１／４波長の板厚ｔｓを有する金属整合板１３，２３
を接合すると、第１および第２の超音波振動子１１，２
１における実際の共振点は、公称周波数ｆｏからずれ、
複数の値をとるようになる。
【００１９】図３は第１および第２の超音波振動子１
１，２１における周波数特性の一例を示したもので、図
に示す例では、ｆ＝ｆｏの点からほぼ対称な位置に２つ
の共振点（ｆ１，ｆ２）が現れている。図において、実
線は理論値、破線は実験値である。これは、振動子の公
称周波数ｆｏと金属整合板の厚さｔｓとの関係に起因す
るもので、金属整合板の厚さによっては、図４に示す如
く、３つの共振点（ｆ１，ｆ２，ｆ３）が現れる場合も
ある。これを超音波振動子の多チャンネル特性という。
なお、この多チャンネル特性は、音響インピーダンスお
よび縦波伝播速度（音速）が共に高い値を有する金属整
合板を使用したために実現される特性であり、医用画像
用のトランスジューサに用いられるようなプラスチック
材を使用した場合には、現れないものである。本発明で
は、第１のチャンネル（共振周波数帯）を利用して電力
の伝送を行うとともに、他のチャンネル（共振周波数
帯）を利用して位置決め用のモニタ信号の伝送を行う。
１，２１における周波数特性の一例を示したもので、図
に示す例では、ｆ＝ｆｏの点からほぼ対称な位置に２つ
の共振点（ｆ１，ｆ２）が現れている。図において、実
線は理論値、破線は実験値である。これは、振動子の公
称周波数ｆｏと金属整合板の厚さｔｓとの関係に起因す
るもので、金属整合板の厚さによっては、図４に示す如
く、３つの共振点（ｆ１，ｆ２，ｆ３）が現れる場合も
ある。これを超音波振動子の多チャンネル特性という。
なお、この多チャンネル特性は、音響インピーダンスお
よび縦波伝播速度（音速）が共に高い値を有する金属整
合板を使用したために実現される特性であり、医用画像
用のトランスジューサに用いられるようなプラスチック
材を使用した場合には、現れないものである。本発明で
は、第１のチャンネル（共振周波数帯）を利用して電力
の伝送を行うとともに、他のチャンネル（共振周波数
帯）を利用して位置決め用のモニタ信号の伝送を行う。
【００２０】すなわち、駆動源１２は第１の共振周波数
帯に属する周波数ｆ１の駆動信号を発生し、第１の超音
波振動子１１を駆動する。また、モニタ回路２５２は第
２の共振周波数帯に属する周波数ｆ２を基本周波数とす
るモニタ信号Ｓｍを発生し、第２の超音波振動子２１を
駆動する。モニタ受信回路１５はフィルタ回路などを利
用して、第１の超音波振動子１１の出力信号からモニタ
信号Ｓｍを抽出し、姿勢制御装置１４に帰還する。
帯に属する周波数ｆ１の駆動信号を発生し、第１の超音
波振動子１１を駆動する。また、モニタ回路２５２は第
２の共振周波数帯に属する周波数ｆ２を基本周波数とす
るモニタ信号Ｓｍを発生し、第２の超音波振動子２１を
駆動する。モニタ受信回路１５はフィルタ回路などを利
用して、第１の超音波振動子１１の出力信号からモニタ
信号Ｓｍを抽出し、姿勢制御装置１４に帰還する。
【００２１】このように、異なるチャンネル（共振周波
数帯）を利用して電力の伝送とモニタ信号の伝送とを行
うようにすると、電力の伝送に連続した超音波信号を使
用することができ、さらに高い伝送効率を得ることがで
きる。
数帯）を利用して電力の伝送とモニタ信号の伝送とを行
うようにすると、電力の伝送に連続した超音波信号を使
用することができ、さらに高い伝送効率を得ることがで
きる。
【００２２】なお、上記の説明においては、モニタ信号
Ｓｍを利用して伝搬軸の調整を行う場合を例示したが、
同様に、モニタ信号Ｓｍを利用して第１の超音波振動子
１１を励振する駆動信号の周波数を最適値に制御するこ
ともできる。図中に破線で示す信号経路がそれである。
Ｓｍを利用して伝搬軸の調整を行う場合を例示したが、
同様に、モニタ信号Ｓｍを利用して第１の超音波振動子
１１を励振する駆動信号の周波数を最適値に制御するこ
ともできる。図中に破線で示す信号経路がそれである。
【００２３】図５は本発明の超音波を利用した電力およ
び信号伝送装置の他の実施例を示す構成図である。図に
示す装置は、体内埋込型機器として血液モニタなどの体
内埋込型センサを例示し、体外ユニット１から体内ユニ
ット２（センサ）に電力を供給するとともに、体外ユニ
ット１と体内ユニット２との間でセンサの測定情報信号
やセンサを制御するための制御情報信号の授受を行うも
のである。図において、２７は血液モニタなどのセン
サ、１６は体外ユニット１に属し、センサ２７により発
信される測定情報信号Ｓｓを受信したり、センサ２７を
制御するための制御情報信号Ｓｃを発信する情報入出力
回路である。ここで、第１および第２の超音波振動子１
１，２１が図４に示す如き３つの共振点（ｆ１，ｆ２，
ｆ３）を有するものであるとすると、センサ２７は第３
の共振周波数帯に属する周波数ｆ３を使用して、測定情
報信号Ｓｓを発信する。情報入出力回路１６は第３の共
振周波数帯に属する測定情報信号Ｓｓを選択的に受信す
るとともに、同じ第３の共振周波数帯を使用して、制御
情報信号Ｓｃを発信する。測定情報信号Ｓｓには測定値
や測定時刻などの情報が含まれ、制御情報信号Ｓｃには
センサ２７に対する測定周期の設定情報などが含まれて
いる。センサ２７からの発信および情報入出力回路１６
からの発信は、一般に時分割で交互に行われる。
び信号伝送装置の他の実施例を示す構成図である。図に
示す装置は、体内埋込型機器として血液モニタなどの体
内埋込型センサを例示し、体外ユニット１から体内ユニ
ット２（センサ）に電力を供給するとともに、体外ユニ
ット１と体内ユニット２との間でセンサの測定情報信号
やセンサを制御するための制御情報信号の授受を行うも
のである。図において、２７は血液モニタなどのセン
サ、１６は体外ユニット１に属し、センサ２７により発
信される測定情報信号Ｓｓを受信したり、センサ２７を
制御するための制御情報信号Ｓｃを発信する情報入出力
回路である。ここで、第１および第２の超音波振動子１
１，２１が図４に示す如き３つの共振点（ｆ１，ｆ２，
ｆ３）を有するものであるとすると、センサ２７は第３
の共振周波数帯に属する周波数ｆ３を使用して、測定情
報信号Ｓｓを発信する。情報入出力回路１６は第３の共
振周波数帯に属する測定情報信号Ｓｓを選択的に受信す
るとともに、同じ第３の共振周波数帯を使用して、制御
情報信号Ｓｃを発信する。測定情報信号Ｓｓには測定値
や測定時刻などの情報が含まれ、制御情報信号Ｓｃには
センサ２７に対する測定周期の設定情報などが含まれて
いる。センサ２７からの発信および情報入出力回路１６
からの発信は、一般に時分割で交互に行われる。
【００２４】このように、第３の共振周波数帯を使用し
て情報の授受を行うようにすれば、電力の伝送に影響を
与えることなく、ノイズの少ない信号伝送をも実現する
ことができる。なお、上記の例では、第２の共振周波数
帯を使用してモニタ信号Ｓｍの伝送を行い、第３の共振
周波数帯を使用してその他の信号（測定情報信号Ｓｓお
よび制御情報信号Ｓｃ）の伝送を行う場合を例示した
が、共振周波数帯の使用方法はこれに限られるものでは
なく、例えば、モニタ信号Ｓｍとその他の信号とを同じ
第２の共振周波数帯を使用して、時分割で行うことも可
能である。
て情報の授受を行うようにすれば、電力の伝送に影響を
与えることなく、ノイズの少ない信号伝送をも実現する
ことができる。なお、上記の例では、第２の共振周波数
帯を使用してモニタ信号Ｓｍの伝送を行い、第３の共振
周波数帯を使用してその他の信号（測定情報信号Ｓｓお
よび制御情報信号Ｓｃ）の伝送を行う場合を例示した
が、共振周波数帯の使用方法はこれに限られるものでは
なく、例えば、モニタ信号Ｓｍとその他の信号とを同じ
第２の共振周波数帯を使用して、時分割で行うことも可
能である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波を
利用した電力および信号伝送装置では、体内埋込型機器
などの負荷回路に電力を供給する２次電池と、特性を揃
えて制作され互いに対向して配置される第１および第２
の超音波振動子と、前記第１および第２の超音波振動子
の送・受波面に接合されその公称周波数に対してほぼ１
／４波長の板厚を有する金属整合板と、前記第１の超音
波振動子に電力伝送のための駆動信号を供給する駆動源
と、前記第２の超音波振動子から得られる出力信号を整
流し前記２次電池に供給する整流回路と、前記整流回路
の出力を受けその信号レベルに応じた周波数信号を発生
するとともにこの周波数信号をモニタ信号として前記第
２の超音波振動子に供給するモニタ回路と、前記第１の
超音波振動子の姿勢を制御し前記第１の超音波振動子と
前記第２の超音波振動子との伝搬軸の調整を行う姿勢制
御装置と、前記第１の超音波振動子により受信されるモ
ニタ信号を検出し前記姿勢制御装置に帰還するモニタ受
信回路とを具備し、前記駆動源により発生する駆動信号
の周波数を前記超音波振動子における第１の共振周波数
帯に選ぶとともに前記モニタ回路により発生するモニタ
信号の周波数を前記超音波振動子における第２の共振周
波数帯に選ぶようにしているので、対向する超音波振動
子間の不整列要因をなくし、効率の良い電力伝送を実現
することができるとともに、連続的な超音波信号により
電力を供給することができ、さらに効率の良い電力伝送
を実現することができる。
利用した電力および信号伝送装置では、体内埋込型機器
などの負荷回路に電力を供給する２次電池と、特性を揃
えて制作され互いに対向して配置される第１および第２
の超音波振動子と、前記第１および第２の超音波振動子
の送・受波面に接合されその公称周波数に対してほぼ１
／４波長の板厚を有する金属整合板と、前記第１の超音
波振動子に電力伝送のための駆動信号を供給する駆動源
と、前記第２の超音波振動子から得られる出力信号を整
流し前記２次電池に供給する整流回路と、前記整流回路
の出力を受けその信号レベルに応じた周波数信号を発生
するとともにこの周波数信号をモニタ信号として前記第
２の超音波振動子に供給するモニタ回路と、前記第１の
超音波振動子の姿勢を制御し前記第１の超音波振動子と
前記第２の超音波振動子との伝搬軸の調整を行う姿勢制
御装置と、前記第１の超音波振動子により受信されるモ
ニタ信号を検出し前記姿勢制御装置に帰還するモニタ受
信回路とを具備し、前記駆動源により発生する駆動信号
の周波数を前記超音波振動子における第１の共振周波数
帯に選ぶとともに前記モニタ回路により発生するモニタ
信号の周波数を前記超音波振動子における第２の共振周
波数帯に選ぶようにしているので、対向する超音波振動
子間の不整列要因をなくし、効率の良い電力伝送を実現
することができるとともに、連続的な超音波信号により
電力を供給することができ、さらに効率の良い電力伝送
を実現することができる。
【００２６】また、本発明の超音波を利用した電力およ
び信号伝送装置では、第２の超音波振動子の送・受波面
に接合される金属整合板として、公称周波数に対してほ
ぼ１／４波長の板厚を有する金属ケースを利用するよう
にしているので、金属ケースが生体媒質と第２の超音波
振動子との間で音響インピーダンス変換器（整合層）と
して作用し、金属ケースにおける超音波の遮蔽効果を低
減することができる。
び信号伝送装置では、第２の超音波振動子の送・受波面
に接合される金属整合板として、公称周波数に対してほ
ぼ１／４波長の板厚を有する金属ケースを利用するよう
にしているので、金属ケースが生体媒質と第２の超音波
振動子との間で音響インピーダンス変換器（整合層）と
して作用し、金属ケースにおける超音波の遮蔽効果を低
減することができる。
【００２７】さらに、本発明の超音波を利用した電力お
よび信号伝送装置では、第１および第２の超音波振動子
における第１の共振周波数帯以外の共振周波数帯を利用
してモニタ信号以外の信号の授受をも行うようにしてい
るので、電力の伝送に影響を与えることなく、ノイズの
少ない信号伝送をも実現することができる。
よび信号伝送装置では、第１および第２の超音波振動子
における第１の共振周波数帯以外の共振周波数帯を利用
してモニタ信号以外の信号の授受をも行うようにしてい
るので、電力の伝送に影響を与えることなく、ノイズの
少ない信号伝送をも実現することができる。
【図１】本発明の超音波を利用した電力および信号伝送
装置の一実施例を示す構成図。
装置の一実施例を示す構成図。
【図２】充電回路２６の一実施例を示す構成図。
【図３】第１および第２の超音波振動子１１，２１にお
ける周波数特性の一例を示した図。
ける周波数特性の一例を示した図。
【図４】第１および第２の超音波振動子１１，２１にお
ける周波数特性の他の例を示した図。
ける周波数特性の他の例を示した図。
【図５】本発明の超音波を利用した電力および信号伝送
装置の他の実施例を示す構成図。
装置の他の実施例を示す構成図。
【図６】第１および第２の超音波振動子１１，２１間の
伝搬軸における不整列要因の関係を示す図。
伝搬軸における不整列要因の関係を示す図。
１ 体外ユニット
２ 体内ユニット
１１，２１ 第１および第２の超音波振動子
１２ 駆動源
１３ 金属整合板
１４ 姿勢制御装置
１５ モニタ受信回路
１６ 情報入出力回路
２２ 負荷
２３ 金属ケース（金属整合板）
２４ 心臓ペースメーカ
２５ ２次電池
２６ 充電回路
２６１ 整流回路
２６２ モニタ回路
２７ センサ
Claims (3)
- 【請求項１】 体内埋込型機器などの負荷回路に電力を
供給する２次電池と、特性を揃えて制作され互いに対向
して配置される第１および第２の超音波振動子と、前記
第１および第２の超音波振動子の送・受波面に接合され
その公称周波数に対してほぼ１／４波長の板厚を有する
金属整合板と、前記第１の超音波振動子に電力伝送のた
めの駆動信号を供給する駆動源と、前記第２の超音波振
動子から得られる出力信号を整流し前記２次電池に供給
する整流回路と、前記整流回路の出力を受けその信号レ
ベルに応じた周波数信号を発生するとともにこの周波数
信号をモニタ信号として前記第２の超音波振動子に供給
するモニタ回路と、前記第１の超音波振動子の姿勢を制
御し前記第１の超音波振動子と前記第２の超音波振動子
との伝搬軸の調整を行う姿勢制御装置と、前記第１の超
音波振動子により受信されるモニタ信号を検出し前記姿
勢制御装置に帰還するモニタ受信回路とを具備し、前記
駆動源により発生する駆動信号の周波数を前記超音波振
動子における第１の共振周波数帯に選ぶとともに前記モ
ニタ回路により発生するモニタ信号の周波数を前記超音
波振動子における第２の共振周波数帯に選ぶことを特徴
とする超音波を利用した電力および信号伝送装置。 - 【請求項２】 第２の超音波振動子の送・受波面に接合
される金属整合板は体内埋込型機器などの金属ケースを
利用してなる前記請求項１に記載の超音波を利用した電
力および信号伝送装置。 - 【請求項３】 第１および第２の超音波振動子における
第２または第３の共振周波数帯を利用してモニタ信号以
外の情報信号の授受を行うことを特徴とする前記請求項
１または２に記載の超音波を利用した電力および信号伝
送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002016719A JP2003218805A (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 超音波を利用した電力および信号伝送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002016719A JP2003218805A (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 超音波を利用した電力および信号伝送装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003218805A true JP2003218805A (ja) | 2003-07-31 |
Family
ID=27652689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002016719A Pending JP2003218805A (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 超音波を利用した電力および信号伝送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003218805A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008523963A (ja) * | 2004-12-21 | 2008-07-10 | イービーアール システムズ， インコーポレイテッド | 埋め込み可能な変換器デバイス |
| JP2008525115A (ja) * | 2004-12-21 | 2008-07-17 | イービーアール システムズ， インコーポレイテッド | ペーシングおよび不整脈処置のためのリード線のない心臓システム |
| JP2010528814A (ja) * | 2007-06-14 | 2010-08-26 | カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド | 多素子音響再充電システム |
| JP2011521678A (ja) * | 2008-05-12 | 2011-07-28 | カーディオ・アート・テクノロジーズ・リミテッド | ドップラー運動センサー装置およびその使用方法 |
| JP4889127B2 (ja) * | 2005-08-26 | 2012-03-07 | カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド | 埋め込み型医療装置のための広帯域音響センサ |
| US8548592B2 (en) | 2006-07-21 | 2013-10-01 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Ultrasonic transducer for a metallic cavity implanted medical device |
| US8647328B2 (en) | 1997-12-30 | 2014-02-11 | Remon Medical Technologies, Ltd. | Reflected acoustic wave modulation |
| US8744580B2 (en) | 2004-11-24 | 2014-06-03 | Remon Medical Technologies, Ltd. | Implantable medical device with integrated acoustic transducer |
| US8825161B1 (en) | 2007-05-17 | 2014-09-02 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Acoustic transducer for an implantable medical device |
| CN107069979A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-08-18 | 深圳先进技术研究院 | 一种无线充电系统和方法 |
| JP2017220990A (ja) * | 2016-06-03 | 2017-12-14 | 国立大学法人神戸大学 | 超音波非接触給電システム |
| CN107749671A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-03-02 | 重庆大学 | 基于摩擦纳米发电机的无线充电装置 |
| JP2019037131A (ja) * | 2013-11-11 | 2019-03-07 | ソーラテック エルエルシー | 通信を有する共振電力伝送システム |
| WO2020237916A1 (zh) * | 2019-05-28 | 2020-12-03 | 中科新声(苏州)科技有限公司 | 一种无线能量传输系统 |
| US12023488B2 (en) | 2021-08-17 | 2024-07-02 | Ebr Systems, Inc. | Implantable stimulation assemblies having tissue engagement mechanisms, and associated systems and methods |
-
2002
- 2002-01-25 JP JP2002016719A patent/JP2003218805A/ja active Pending
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8647328B2 (en) | 1997-12-30 | 2014-02-11 | Remon Medical Technologies, Ltd. | Reflected acoustic wave modulation |
| US8744580B2 (en) | 2004-11-24 | 2014-06-03 | Remon Medical Technologies, Ltd. | Implantable medical device with integrated acoustic transducer |
| JP2008525115A (ja) * | 2004-12-21 | 2008-07-17 | イービーアール システムズ， インコーポレイテッド | ペーシングおよび不整脈処置のためのリード線のない心臓システム |
| US9008776B2 (en) | 2004-12-21 | 2015-04-14 | Ebr Systems, Inc. | Leadless tissue stimulation systems and methods |
| JP2008523963A (ja) * | 2004-12-21 | 2008-07-10 | イービーアール システムズ， インコーポレイテッド | 埋め込み可能な変換器デバイス |
| JP2012196485A (ja) * | 2004-12-21 | 2012-10-18 | Ebr Systems Inc | ペーシングおよび不整脈処置のためのリード線のない心臓システム |
| US8315701B2 (en) | 2004-12-21 | 2012-11-20 | Ebr Systems, Inc. | Leadless tissue stimulation systems and methods |
| JP4889127B2 (ja) * | 2005-08-26 | 2012-03-07 | カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド | 埋め込み型医療装置のための広帯域音響センサ |
| US8548592B2 (en) | 2006-07-21 | 2013-10-01 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Ultrasonic transducer for a metallic cavity implanted medical device |
| US8825161B1 (en) | 2007-05-17 | 2014-09-02 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Acoustic transducer for an implantable medical device |
| JP2010528814A (ja) * | 2007-06-14 | 2010-08-26 | カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド | 多素子音響再充電システム |
| US9731141B2 (en) | 2007-06-14 | 2017-08-15 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Multi-element acoustic recharging system |
| JP2011521678A (ja) * | 2008-05-12 | 2011-07-28 | カーディオ・アート・テクノロジーズ・リミテッド | ドップラー運動センサー装置およびその使用方法 |
| JP2019037131A (ja) * | 2013-11-11 | 2019-03-07 | ソーラテック エルエルシー | 通信を有する共振電力伝送システム |
| JP2017220990A (ja) * | 2016-06-03 | 2017-12-14 | 国立大学法人神戸大学 | 超音波非接触給電システム |
| CN107069979A (zh) * | 2017-03-20 | 2017-08-18 | 深圳先进技术研究院 | 一种无线充电系统和方法 |
| CN107749671A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-03-02 | 重庆大学 | 基于摩擦纳米发电机的无线充电装置 |
| WO2020237916A1 (zh) * | 2019-05-28 | 2020-12-03 | 中科新声(苏州)科技有限公司 | 一种无线能量传输系统 |
| US12023488B2 (en) | 2021-08-17 | 2024-07-02 | Ebr Systems, Inc. | Implantable stimulation assemblies having tissue engagement mechanisms, and associated systems and methods |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2003218805A (ja) | 超音波を利用した電力および信号伝送装置 | |
| Ozeri et al. | Simultaneous backward data transmission and power harvesting in an ultrasonic transcutaneous energy transfer link employing acoustically dependent electric impedance modulation | |
| EP2162185B1 (en) | Multi-element acoustic recharging system | |
| US8744580B2 (en) | Implantable medical device with integrated acoustic transducer | |
| JP7417286B2 (ja) | 圧電トランシーバーを有する画像処理装置 | |
| US10252066B2 (en) | Miniaturized wireless ultrasound energy transfer system for powering a bio-implantable medical device | |
| CN110974304B (zh) | 基于穿戴式柔性超声换能器的超声波束合成系统及方法 | |
| US20130178915A1 (en) | High power ultrasound wireless transcutaneous energy transfer (us-tet) source | |
| US10313027B2 (en) | Wide band through-body ultrasonic communication system | |
| WO2012032849A1 (ja) | 超音波診断装置 | |
| US20210169443A1 (en) | Ultrasound transducer system for wearable monitoring device | |
| WO2001089359A2 (en) | A system and method for detection of fetal heartbeat | |
| JP2006051105A (ja) | 超音波プローブ及び生体情報計測システム | |
| JP5255472B2 (ja) | 超音波プローブ及びその充電装置 | |
| US20100210919A1 (en) | Method and apparatus for monitoring predetermined parameters in a body | |
| US11937976B2 (en) | Ultrasound patch with integrated flexible transducer assembly | |
| JP2012071041A (ja) | 超音波プローブ | |
| EP3868482B1 (en) | Ultrasonic probe with grooved matching layer | |
| CN114728309B (zh) | 坚固、简单且可高效制造的换能器阵列 | |
| JP5192532B2 (ja) | 医療用超音波振動子 | |
| JPH03112540A (ja) | 超音波探触子 | |
| JPH0246841A (ja) | エネルギ伝送装置 | |
| JP2024007526A (ja) | 埋め込み型医療機器を充電するためのシステム | |
| JP5266348B2 (ja) | 超音波診断装置 | |
| JPH01181857A (ja) | 衝撃波の集束点位置決め方法 |