JP2006050762A

JP2006050762A - 整流回路及びこれを備えた視覚再生補助装置

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Publication number: JP2006050762A
Application number: JP2004227491A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Shodo; 健三鐘堂
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-04
Also published as: JP4546184B2; US20060064141A1; US7242597B2

Abstract

【課題】少ない設置スペースで済むとともに効率よく整流を行うことが可能な整流回路、及びこれを備える視覚再生補助装置を提供する。
【解決手段】ソースを一方の交流電源入力ラインに接続しドレインを出力ラインに接続する第１ＭＯＳトランジスタと、入力ラインと出力ラインとの間に形成される第１寄生ダイオードと、出力ラインとグランドとの間に接続されたコンデンサと、入力ラインと出力ラインとの電位差を検出する第１検出回路と、ソースを他方の交流入力ラインに接続しドレインをグランドに接続する第２ＭＯＳトランジスタと、他方の入力ラインとグランドとの間に形成される第２寄生ダイオードと、他方の入力ラインとグランドとの電位差を検出する第２検出回路と、を有し、第１検出回路及び第２検出回路は検出される電位差に応じて第１ＭＯＳトランジスタ及び第２ＭＯＳトランジスタをゲートにより各々オン／オフする。
【選択図】図１

Description

本発明は交流電圧を直流電圧に変換する整流回路、及びこれを備えた視覚再生補助装置に関する。

近年、失明治療方法の一つとして、電極を有する装置を眼内等に埋植し、網膜を構成する細胞に対して電極から刺激パルス信号を出力して刺激することにより、失われた視覚機能の一部を代行させる視覚再生補助装置の研究がされている。視覚再生補助装置には、体外にて撮像された外界情報を処理し、光信号や電気信号に変換した後、体内に設置された体内装置に送信して網膜を構成する細胞を刺激する方法（以下、体外撮像型と記す）や、網膜に光電素子からなる体内装置を設置し、外界の光情報を体内装置の光電素子に結像させて生成された電気信号によって網膜を構成する細胞を刺激する方法（以下、体内撮像型と記す）等が考えられている。
このような視覚再生補助装置では、装置を駆動させるための電力や電極から出力される刺激パルス信号用の電力供給を外部から行うことが要求される。この電力供給は、感染症等の問題や患者への負担を鑑みると、非接触式にて電力供給を行うことが好ましい。そのような条件に適合する一つの手段が、眼外に一次コイルを、眼内に二次コイルをおき、電磁誘導により眼内に設置される装置へ電力供給を行う方法が考えられている（特許文献１参照）。
特開２００４−０８９３９９号公報

電磁誘導により体内装置に供給される電力は交流となるが、このような装置は直流駆動であるため、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路が必要となる。視覚再生補助装置のように、体内（眼内）に装置を設置する必要がある場合、これらの装置は極力小さくさせておく必要がある。また、整流を効率よく行う必要がある。
上記従来技術の問題点に鑑み、少ない設置スペースで済むとともに効率よく整流を行うことが可能な整流回路、及びこれを備える視覚再生補助装置を提供することを技術課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）交流電圧を直流電圧に変換する整流回路において、ソースを一方の交流電源入力ラインに接続しドレインを出力ラインに接続する第１ＭＯＳトランジスタと、前記入力ラインと出力ラインとの間に形成される第１寄生ダイオードと、前記出力ラインとグランドとの間に接続されたコンデンサと、前記入力ラインと出力ラインに接続され，前記入力ラインと出力ラインとの電位差を検出する第１検出回路と、ソースを他方の交流入力ラインに接続しドレインをグランドに接続する第１ＭＯＳトランジスタと逆極性の第２ＭＯＳトランジスタと、前記他方の入力ラインとグランドとの間に形成される第２寄生ダイオードと、前記他方の入力ラインとグランドに接続され，前記他方の入力ラインとグランドとの電位差を検出する第２検出回路と、を有し、前記第１検出回路及び第２検出回路は前記検出される電位差に応じて前記第１ＭＯＳトランジスタ及び第２ＭＯＳトランジスタをゲートにより各々オン／オフすることを特徴とする。
（２）（１）の整流回路において、前記第１検出回路及び第２検出回路は、ＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする。
（３）（２）の整流回路において、前記第１ＭＯＳトランジスタ及び第１検出回路におけるＭＯＳトランジスタはＰ型のＭＯＳトランジスタであり、前記第２ＭＯＳトランジスタ及び第２検出回路におけるＭＯＳトランジスタはＮ型のＭＯＳトランジスタであることを特徴とする。
（４）（３）の整流回路において、全ての構成部品はモノリシック構造の中に一体的に作りこまれていることを特徴とする。
（５）必要とされる電力を電磁誘導を用いて受信する電力取得手段と、該電力取得手段にて得られた交流電圧を直流電圧に変換する整流回路とを有し、該整流回路にて変換された直流電圧を用いて患者眼の網膜を構成する細胞に対して視覚の再生を促すための刺激パルス信号を出力する視覚再生補助装置において、前記整流回路はソースを一方の交流電源入力ラインに接続しドレインを出力ラインに接続する第１ＭＯＳトランジスタと、前記入力ラインと出力ラインとの間に形成される第１寄生ダイオードと、前記出力ラインとグランドとの間に接続されたコンデンサと、前記入力ラインと出力ラインに接続され，前記入力ラインと出力ラインとの電位差を検出する第１検出回路と、ソースを他方の交流入力ラインに接続しドレインをグランドに接続する第１ＭＯＳトランジスタと逆極性の第２ＭＯＳトランジスタと、前記他方の入力ラインとグランドとの間に形成される第２寄生ダイオードと、前記他方の入力ラインとグランドに接続され，前記他方の入力ラインとグランドとの電位差を検出する第２検出回路と、を有し、前記第１検出回路及び第２検出回路は前記検出される電位差に応じて前記第１ＭＯＳトランジスタ及び第２ＭＯＳトランジスタをゲートにより各々オン／オフすることを特徴とする。

本発明によれば、整流回路に必要な全ての構成部品をモノリシック構造の中に一体的に作りこむことができるため設置スペースを抑えることができるとともに、寄生ダイオードが形成されるにも関わらず、効率よく整流を行うことができる。

本実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の視覚再生補助装置に用いる整流回路の一部で、正極側の半波整流回路図である。
図１に示すように、ｐチャンネルＭＯＳトランジスタＩ１のソースは、交流入力電源Ｖ０の片方の端子が入力端子ｉｎ１の入力ラインに接続され、ドレインは出力ライン（out）に接続されている。ｐチャンネルのＭＯＳトランジスタＩ２のソースは出力ラインに接続され、ドレインは抵抗（または定電流回路）Ｒ１を介してグランド（gnd）に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＩ２のドレインは、ＭＯＳトランジスタＩ１のゲートに接続されている。ｐチャンネルＭＯＳトランジスタＩ３のソースは、入力端子ｉｎ１の入力ラインに接続され、ドレインとゲートは抵抗（または定電流回路）Ｒ０を介してグランドに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＩ３のドレイン及びゲートは、ＭＯＳトランジスタＩ２のゲートに接続されている。ダイオードＤ０は、ＭＯＳトランジスタＩ１に寄生的に付随されるものであり、アノード側が入力端子ｉｎ１の入力ラインに接続され、カソード側が出力ラインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＩ１〜Ｉ３のバックゲートは出力ライン（out）に接続されている。

なお、ＭＯＳトランジスタＩ２とＭＯＳトランジスタＩ３と抵抗Ｒ０と抵抗Ｒ１により、入力ライン（ｉｎ１）と出力ラインとの電位差を検出し、ＭＯＳトランジスタＩ１をゲートによりオン／オフする検出回路の役目を果たす。

一方、ｎチャンネルＭＯＳトランジスタＩ４（トランジスタＩ１と逆極性となるトランジスタ）のソースは、交流入力電源Ｖ０の他方の端子に接続される入力端子ｉｎ２の入力ラインに接続され、ドレインはグランドに接続されている。ｎチャンネルのＭＯＳトランジスタＩ５のソースは、グランド（gnd）に接続され、ドレインは抵抗（または定電流回路）Ｒ４を介して出力ラインに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＩ５のドレインは、ＭＯＳトランジスタＩ４のゲートに接続されている。ｎチャンネルＭＯＳトランジスタＩ６のソースは、入力端子ｉｎ２の入力ラインに接続され、ドレインとゲートは抵抗（または定電流回路）Ｒ３を介して出力ラインに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＩ６のドレイン及びゲートは、ＭＯＳトランジスタＩ５のゲートに接続されている。ダイオードＤ１は、ＭＯＳトランジスタＩ４に寄生的に付随されるものであり、アノード側がグランドに接続され、カソード側が入力端子ｉｎ２の入力ラインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＩ４〜Ｉ６のバックゲートはグランド（gnd）に接続される。
なお、ＭＯＳトランジスタＩ５とＭＯＳトランジスタＩ６と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４により、入力ライン（ｉｎ２）とグランドとの電位差を検出し、ＭＯＳトランジスタＩ４をゲートによりオン／オフする検出回路の役目を果たす。
また、Ｃ０はコンデンサであり、出力ラインとグランドとの間にて接続されている。Ｒ２は負荷回路である。なお、図１に示した整流回路はコンデンサＣ０を除き、モノリシック構造の中に作りこむことが可能である。

図２及び図３は、図１に示したコンデンサＣ０を除く整流回路をモノリシック構造の中に作りこむ場合の構造図を示している。なお、図２は入力端子ｉｎ１側における構造図を、図３は入力端子ｉｎ２側における構造図を各々示している。
図２に示すように、Ｐ型サブストレート１００上に、Ｎウェル１１０を形成し、このＮウェル１１０上にＰ＋拡散層１１１〜１１６、Ｎ＋拡散層１１７が形成されている。Ｐ＋拡散層１１１は、ＭＯＳトランジスタＩ３のドレインとなり、Ｐ＋拡散層１１２は、ＭＯＳトランジスタＩ３のソースとなる。Ｐ＋拡散層１１３は、ＭＯＳトランジスタＩ２のドレインとなり、Ｐ＋拡散層１１４は、ＭＯＳトランジスタＩ２のソースとなる。Ｐ＋拡散層１１５は、ＭＯＳトランジスタＩ１のソースとなり、Ｐ＋拡散層１１６は、ＭＯＳトランジスタＩ１のドレインとなる。なお、Ｎウェル１１０とＰ＋拡散層１１５間のＰＮ接合は、ＭＯＳトランジスタＩ１に寄生するダイオードＤ０を形成することとなる。

また、Ｐ型サブストレート１００上にはＳｉＯ₂からなる絶縁層１２０が形成され、この絶縁層１２０上には、抵抗Ｒ０及び抵抗Ｒ１が形成されている。抵抗Ｒ０の一端は、グランド（gnd）に接続され、もう一端は、Ｐ＋拡散層１１１及びＭＯＳトランジスタＩ２，Ｉ３のゲートに接続される。抵抗Ｒ１の一端は、グランド（gnd）に接続され、もう一端は、Ｐ＋拡散層１１３及びＭＯＳトランジスタＩ１のゲートに接続される。入力端子ｉｎ１の入力ラインには、Ｐ＋拡散層１１２及びＰ＋拡散層１１５が接続され、出力端子（out）の出力ラインには、Ｐ＋拡散層１１４，１１６及びＮ＋拡散層１１７が接続される。

また、図３に示すように、入力端子ｉｎ２側では、Ｐ型サブストレート１００上に、Ｎ＋拡散層１２１〜１２６、Ｐ＋拡散層１２７が形成されている。Ｎ＋拡散層１２１は、ＭＯＳトランジスタＩ６のドレインとなり、Ｎ＋拡散層１２２は、ＭＯＳトランジスタＩ６のソースとなる。Ｎ＋拡散層１２３は、ＭＯＳトランジスタＩ５のドレインとなり、Ｎ＋拡散層１２４は、ＭＯＳトランジスタＩ５のソースとなる。Ｎ＋拡散層１２５は、ＭＯＳトランジスタＩ４のソースとなり、Ｎ＋拡散層１２６は、ＭＯＳトランジスタＩ４のドレインとなる。なお、Ｐ型サブストレート１１０とＮ＋拡散層１２５間のＰＮ接合は、ＭＯＳトランジスタＩ４に寄生するダイオードＤ１を形成することとなる。

また、Ｐ型サブストレート１００上には、図２同様にＳｉＯ₂からなる絶縁層１２０が形成され、この絶縁層１２０上には、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４が形成されている。抵抗Ｒ３の一端は、出力端子（out）の出力ラインに接続され、もう一端は、Ｎ＋拡散層１２１及びＭＯＳトランジスタＩ５，Ｉ６のゲートに接続される。抵抗Ｒ４の一端は、出力端子（out）の出力ラインに接続され、もう一端は、Ｎ＋拡散層１２３及びＭＯＳトランジスタＩ４のゲートに接続される。入力端子ｉｎ２の入力ラインには、Ｎ＋拡散層１２２及びＮ＋拡散層１２５が接続され、グランド（gnd）には、Ｎ＋拡散層１２４，１２６及びＰ＋拡散層１２７が接続される。
本実施形態における整流回路は、図２及び図３に示すような構造を有することにより、寄生ダイオードによる電力ロスを極力抑えるとともに、同一基板上にすべて形成することができることとなる。

以上のような、構成を備える整流回路についてその動作を以下に説明する。始めに、入力端子ｉｎ１に正の電圧、入力端子ｉｎ２に負の電圧が印加される場合について、説明する。
入力端子ｉｎ１、ｉｎ２間に交流電圧が印加されると、入力端子ｉｎ１、ｉｎ２間の電圧が上昇して、寄生ダイオードＤ０、Ｄ１がそれぞれ約0.7Vで順バイアスされ、入力端子ｉｎ１→ダイオードＤ０→出力端子（out）→コンデンサＣ０→グランド（gnd）→ダイオードＤ１→入力端子ｉｎ２と電流が流れる。コンデンサＣ０が充電されると、出力ラインの電圧が上昇する。

入力端子ｉｎ１が正の電圧である間は、ＭＯＳトランジスタＩ３は入力端子ｉｎ１がグランド（gnd）電位よりもＭＯＳトランジスタのスレッショルド電圧Ｖｔｈ以上になるとゲート・ドレインがショートされたダイオード接続によりオンし続けている。出力ライン（out）の電圧に対して入力端子ｉｎ１の電圧が上昇することにより、ＭＯＳトランジスタＩ３のドレイン側電圧は上昇するため、ＭＯＳトランジスタＩ２はゲートによりオフされることとなる。ＭＯＳトランジスタＩ２がゲートによりオフされることにより、ＭＯＳトランジスタＩ１のゲート電圧は、グランドの電圧レベルまで下がることとなる。その結果、ＭＯＳトランジスタＩ１はゲートによりオンされるとともに、ＭＯＳトランジスタＩ１のドレインが接続される出力ラインの電圧は、急激に入力端子ｉｎ１の入力ラインの電圧近くまで上昇する。これにより、ＭＯＳトランジスタＩ１のソース・ドレイン間に電流が流れ、寄生ダイオードＤ０は順バイアスされなくなり、オフする。

言い換えると、ＭＯＳトランジスタＩ１のゲートが抵抗Ｒ１を介してグランドに接続されているので、入力ラインの電圧が上昇してＭＯＳトランジスタＩ１のゲート・ソース間電圧がＭＯＳトランジスタのスレッショルド電圧Ｖｔｈを超えると、ＭＯＳトランジスタＩ１がオンし、ＭＯＳトランジスタＩ１のドレインが接続される出力ラインの電圧は、急激に入力端子ｉｎ１の入力ラインの電圧近くまで上昇する。これにより、ＭＯＳトランジスタＩ１のソース・ドレイン間に電流が流れ、寄生ダイオードＤ０は順バイアスされなくなり、オフすることとなる。入力端子ｉｎ１の電圧がＭＯＳトランジスタのスレッショルド電圧Ｖｔｈ以上であれば、入力端子ｉｎ１の電圧が出力端子（out）の電圧よりも高い時にＭＯＳトランジスタＩ１はオンする。

一方、ＭＯＳトランジスタＩ４のゲートは、抵抗Ｒ４を介して出力ラインに接続されているので、同様に入力ラインの電圧が降下してＭＯＳトランジスタＩ４のゲートソース間電圧がＭＯＳトランジスタのスレッショルド電圧を超えると、ＭＯＳトランジスタＩ４がオンし、ＭＯＳトランジスタＩ４のドレインソース間電圧は、急激に減少し、ダイオードＤ１が順バイアスされなくなり、オフすることとなる。
その後、電源Ｖ０の電圧が最大となるときまで、入力端子ｉｎ１側の入力ラインは、ＭＯＳトランジスタＩ１を介して出力ラインに電流を供給し続け、入力端子ｉｎ２側の入力ラインは、ＭＯＳトランジスタＩ４を介してグランドから電流を引き続ける。

電源Ｖ０の電圧が減少すると、入力端子ｉｎ１側の入力ライン→ＭＯＳトランジスタＩ１→コンデンサＣ０→ＭＯＳトランジスタＩ４→入力端子ｉｎ２側の入力ライン、と流れる電流が減少し、入力端子ｉｎ２の電圧がグランド（gnd）電位よりも上がり、入力端子ｉｎ１側の入力ラインの電圧が出力ラインの電圧よりも下がることにより、ＭＯＳトランジスタＩ１及びＭＯＳトランジスタＩ４がオフする。

ＭＯＳトランジスタＩ１がオフするのは、入力端子ｉｎ１側の入力ラインの電圧が出力ラインの電圧よりも下がることにより、コンデンサＣ０の電荷によって抵抗Ｒ０を介してバイアスされているＭＯＳトランジスタＩ３のゲート・ソース間電圧によって、ＭＯＳトランジスタＩ３のドレイン側電圧が下がり、ＭＯＳトランジスタＩ２をオンさせることにより、ＭＯＳトランジスタＩ１のゲート電圧が出力ラインの電圧まで引き上げられるからである。

また、ＭＯＳトランジスタＩ４がオフするのは、入力端子ｉｎ２側の入力ラインの電圧がグランド（gnd）電位よりも上がることにより、コンデンサＣ０の電荷によって抵抗Ｒ３を介してバイアスされているＭＯＳトランジスタＩ６のゲート・ソース間電圧によって、ＭＯＳトランジスタＩ６のドレイン電圧が上がり、ＭＯＳトランジスタＩ５をオンさせることにより、ＭＯＳトランジスタＩ４のゲート電圧が、グランド（gnd）の電圧レベルまで引き下げられるからである。なお、入力端子ｉｎ１に負の電圧、入力端子ｉｎ２に正の電圧が印加される場合は、当然ＭＯＳトランジスタＩ１及びＭＯＳトランジスタＩ４がオフすることとなる。ＭＯＳトランジスタＩ１及びＭＯＳトランジスタＩ４が共にオフしており、整流が行われない間は、負荷回路Ｒ２に流れる電流はコンデンサＣ０から供給されることとなる。

再度、入力端子ｉｎ１に正の電圧、入力端子ｉｎ２に負の電圧が印加され、入力端子ｉｎ１−入力端子ｉｎ２間の電位差が、出力ライン（out）−グランド（gnd）間の電位差を超えると、ＭＯＳトランジスタＩ２のオンを持続できなくなり、ＭＯＳトランジスタＩ１のゲート電圧がグランドレベルまで引き下げられる。その結果、ＭＯＳトランジスタＩ１が再びオンする。また、入力端子ｉｎ１に正の電圧、入力端子ｉｎ２に負の電圧が印加され、入力端子ｉｎ１−入力端子ｉｎ２間の電位差が、出力ライン（out）−グランド（gnd）間の電位差を超えると、ＭＯＳトランジスタＩ５のオンが持続できなくなるため、ＭＯＳトランジスタＩ４のゲート電圧が出力ラインの電圧レベルまで引き上げられることとなる。その結果、ＭＯＳトランジスタＩ４が再びオンすることとなる。
これにより、再度整流が始まり、入力端子ｉｎ１→ＭＯＳトランジスタＩ１→コンデンサＣ０→ＭＯＳトランジスタＩ４→入力端子ｉｎ２と電流が流れることで、コンデンサＣ０を充電し、出力ラインの電圧を上昇させる。

以上の説明では、整流回路を正極側の半波整流回路のみとして説明したが、これに限るものではなく、図４に示すように、整流効率を向上させるために、図１に示した半波整流回路の入力端子ｉｎ１及びｉｎ２の極性を逆にして、並列接続させた全波整流回路を用いることもできる。図４では図１に示した正極側の半波整流回路に加えて、ＭＯＳトランジスタＩ７〜Ｉ１２、抵抗Ｒ５〜Ｒ８、寄生ダイオードＤ２，Ｄ３からなる負極側の半波整流回路を設けている。なお、図４におけるＭＯＳトランジスタＩ７〜Ｉ９及び寄生ダイオードＤ２は、入力端子ｉｎ１に負の電圧、入力端子ｉｎ２に正の電圧が印加される場合において、図１で示したＭＯＳトランジスタＩ１〜Ｉ３及び寄生ダイオードＤ０と同様の役目を果たす。また、ＭＯＳトランジスタＩ１０〜Ｉ１２及び寄生ダイオードＤ３は、入力端子ｉｎ１に負の電圧、入力端子ｉｎ２に正の電圧が印加される場合において、図１で示したＭＯＳトランジスタＩ４〜Ｉ６及び寄生ダイオードＤ１と同様の役目を果たすものとしている。図４に示す全波整流回路においても、コンデンサＣ０を除く全ての構成部品をモノリシック構造の中に一体的に作りこむことが可能である。

次に、本実施形態の整流回路を用いた視覚再生補助装置を以下に説明する。
図５は、視覚再生補助装置を患者に装着した状態を示す概略図、図６は視覚再生補助装置の制御系を示したブロック図である。

本実施形態における視覚再生補助装置２００は、外界を撮影するための体外装置と網膜を構成する細胞に電気刺激を与え、視覚の再生を促す体内装置とからなる。図５に示すように、体外装置は眼鏡形状を有し、患者頭部（顔）に装着するバイザー２１０と、バイザー２１０に取り付けられるＣＣＤカメラからなる撮影装置２１１と、外部デバイス２１２、１次コイル等からなる電力送信部２１３、及び撮影装置にて撮影された画像情報を体内装置側に光通信にて送信するための画像情報送信部２１４にて構成されている。

図６に示すように、外部デバイス２１２には、撮影装置２１１からの撮影データを電気刺激パルス用データ（情報）に変換するためのＣＰＵ（Central Processing Unit 中央演算処理装置）等の演算処理手段を有するパルス信号変換手段２１２ａと、視覚再生補助装置１（体外装置及び体内装置）の電力供給を行うためのバッテリー２１２ｂからなる。撮影装置２１１及び画像情報送信部２１４は、パルス信号変換手段２１２ａに電気的に接続され、電力送信部２１３はバッテリー２１２ｂに電気的に接続されている。

電力送信部２１３は、フェライトやパーマロイ等の磁性体を磁芯とし、その周囲を銅線、金線等に絶縁被膜を施したコイル線にて巻くことにより１次コイルを形成している。この電力送信部２１３は、体内装置を駆動させるための電力を交番磁界として体内装置側に伝送（無線送信）することができる。また、画像情報送信部２１４は、赤外光を発するＬＥＤ等からなり、パルス信号変換手段２１２ａにて変換された電気刺激パルス信号用データを眼内に埋植される体内装置側に向けて赤外光にて光通信を行うことができるようになっている。なお、電力送信部２１３及び画像情報送信部２１４は、バイザー２１０を患者に装着した際に患者眼の眼前に位置するように、バイザー２１０に取り付けられている
一方、体内装置は、基板２２０、網膜を構成する細胞を電気刺激するための刺激電極２２１ａが多数配列されている視覚再生部２２１、体外装置からの交番磁界を受信し電力を取得するための２次コイルからなり交流電源となる電力取得部２２２、画像情報送信部２１４からの赤外光を受光するための受光素子からなる受光部２２３、内部デバイス２２４から構成されている。

内部デバイス２２４は、電力取得部２２２からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２２４ａ、及び整流回路２２４ａによって変換された直流電圧を用いて体内装置の駆動や図６に示す電極２２１ａから出力する電気刺激パルス信号を形成する制御回路２２４ｂにて構成されている。整流回路２２４ａは、図４にて示した全波整流回路を用いており、電力取得部２２２及び制御回路２２４ｂは、各々図４にて示した交流入力電源Ｖ０、負荷回路Ｒ２に相当する。また、整流回路２２４ａ及び制御回路２２４ｂは、モノリシック構造の中に一体的に作りこまれているため、体内装置における基板２２０上における内部デバイス２２４の設置面積を極力抑えることができる。

図５に示す基板２２０は、生体適合性の良い材料を使用しており、本実施の形態ではポリイミドを用いている。基板２２０の一端には電力取得部２２２、受光部２２３が取り付けられている。また、他端には視覚再生部２２１、内部デバイス２２４が取り付けられている。なお、電力取得部２２２、受光部２２３及び視覚再生部２２１（電極２２１ａ）の各々は、内部デバイス２２４と電気的に接続されている。
また、このような構成を備える体内装置は、電極２２１ａ以外はポリイミド等の生体適合性の良い材料にてその全体が被覆されており、生体組織と構成部品との直接の接触や、体液等の装置内への浸潤を防ぐようになっている。

以上のような構成を備える視覚再生補助装置において、その動作について図５及び図６を用いて説明する。
初めに患者眼Ｅ（使用者の眼）の水晶体を既知の白内障手術装置等によって乳化吸引し、取り除いておく。次に、患者眼Ｅの角膜耳側輪部から所定距離（例えば１．５ｍｍ程度）離れた部位の強膜を所定量程度切開することにより、挿入口を作成し、ここから体内装置２２２を眼内に挿入する。また、基板２２０は図５に示すように、網膜に沿って這わせて行き、黄斑部周辺の網膜上に視覚再生部２２４を設置させる。眼内における視覚再生部２２４の固定は、基板２２０から網膜に向けて図示するタック３０を突き刺すことにより行う。タック３０にて網膜を突き刺すと、タック３０は網膜を貫いて、その先端は脈絡膜又は強膜に達し、視覚再生部２２１は網膜上に固定保持される。これにより電極２２１ａは網膜に常時当接している状態となる。

一方、前眼部側は、図５に示すように受光部２２３が前側、電力取得部２２２が後側になるようにして基板先端部分を前眼部の虹彩裏側に置くとともに、受光部２２３を瞳孔に位置させる。受光部２２３を瞳孔に位置させた後、縫合糸を用いて、虹彩と基板２２０とを縫合することにより、電力取得部２２２及び受光部２２３を前眼部にて固定保持させる。

また、体外装置においては、バイザー２１０を装着して図５に示すように電力送信部２１３及び画像情報送信部２１４を眼前に位置させておく。撮影装置２１１により撮影された被写体の撮影データは、図６に示すパルス信号変換手段２１２ａによって所定の帯域内の信号（電気刺激パルス用データ）に変換され、画像情報送信部２１４より赤外光として体内装置側に送信される。体内装置の受光部２２３によって受光された電気刺激パルス用データは、電気信号にて内部デバイス２２４の制御回路２２４ｂに送られる。制御回路２２４ｂでは、受け取った電気刺激パルス用データを基に、各刺激電極２２１ａから出力するための電気刺激パルス信号を生成し、この電気刺激パルス信号を刺激電極２２ａから出力させ、網膜を構成する細胞を刺激し、視覚の再生を促す。

一方、体外装置の電力送信部２１３は、バッテリー２１２ｂから供給されている電力によって磁界を形成し、電磁誘導により２次コイルからなる電力取得部２２２に対して電力の供給を行う。電力取得部２２２にて発生した交流電圧は、整流回路２２４ａにより、効率よく直流電圧に変換される。制御回路２２４ｂは整流回路２２４ａにて変換された直流電圧を用いて体内装置の駆動や刺激電極２２１ａから出力される電気刺激パルス信号を形成する。なお、本実施形態では光通信を用いて被写体の撮影データ（画像情報）を体内装置側に送信するものとしているが、これに限るものではなく、一次コイル及び二次コイルを用いて画像情報の送受信を行うこともできる。この場合には、電力送信とは異なる帯域の信号を用いるか、電力用の信号と画像情報の信号とを時分割にて交互に送信する等、の方法を用いればよい。

以上の実施形態では、電極を網膜上に設置する視覚再生補助装置を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、網膜下（網膜と脈絡膜との間）や脈絡膜や強膜側に電極を設置するような視覚再生補助装置にも用いることができる。また、視覚再生補助装置以外にも、人工中耳やその他の生体内に設置（埋設）し、整流回路を必要とする医療装置にも適用できる。さらに、医療装置だけでなく、無線ＩＣタグ等の極力小さくさせることが必要であるとともに、効率のよい整流が望まれる装置にも適用することができる。

半波整流回路図である。半波整流回路の正極側構造断面図である。半波整流回路の負極側構造断面図である。全波整流回路図である。視覚再生補助装置の概略図である。視覚再生補助装置のブロック図である。

符号の説明

Ｉ１，Ｉ２、Ｉ３Ｉ７，Ｉ８，Ｉ９ｐチャンネルＭＯＳトランジスタ
Ｉ４，Ｉ５、Ｉ６Ｉ１０、Ｉ１１，Ｉ１２ｎチャンネルＭＯＳトランジスタ
Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３寄生ダイオード
Ｒ０，Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５、Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８抵抗（または定電流回路）
Ｒ２負荷抵抗
Ｃ０コンデンサ
Ｖ０交流入力電源
ｉｎ１，ｉｎ２入力端子
ｏｕｔ出力端子
ｇｎｄグランド
２００視覚再生補助装置
２１２ａパルス信号変換手段
２１２ｂバッテリー
２１３電力送信部
２２１視覚再生部
２２１ａ刺激電極
２２２電力取得部
２２４内部デバイス
２２４ａ整流回路
２２４ｂ制御回路

Claims

交流電圧を直流電圧に変換する整流回路において、ソースを一方の交流電源入力ラインに接続しドレインを出力ラインに接続する第１ＭＯＳトランジスタと、前記入力ラインと出力ラインとの間に形成される第１寄生ダイオードと、前記出力ラインとグランドとの間に接続されたコンデンサと、前記入力ラインと出力ラインに接続され，前記入力ラインと出力ラインとの電位差を検出する第１検出回路と、ソースを他方の交流入力ラインに接続しドレインをグランドに接続する第１ＭＯＳトランジスタと逆極性の第２ＭＯＳトランジスタと、前記他方の入力ラインとグランドとの間に形成される第２寄生ダイオードと、前記他方の入力ラインとグランドに接続され，前記他方の入力ラインとグランドとの電位差を検出する第２検出回路と、を有し、前記第１検出回路及び第２検出回路は前記検出される電位差に応じて前記第１ＭＯＳトランジスタ及び第２ＭＯＳトランジスタをゲートにより各々オン／オフすることを特徴とする整流回路。
請求項１の整流回路において、前記第１検出回路及び第２検出回路は、ＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする整流回路。
請求項２の整流回路において、前記第１ＭＯＳトランジスタ及び第１検出回路におけるＭＯＳトランジスタはＰ型のＭＯＳトランジスタであり、前記第２ＭＯＳトランジスタ及び第２検出回路におけるＭＯＳトランジスタはＮ型のＭＯＳトランジスタであることを特徴とする整流回路。
請求項３の整流回路において、全ての構成部品はモノリシック構造の中に一体的に作りこまれていることを特徴とする整流回路。
必要とされる電力を電磁誘導を用いて受信する電力取得手段と、該電力取得手段にて得られた交流電圧を直流電圧に変換する整流回路とを有し、該整流回路にて変換された直流電圧を用いて患者眼の網膜を構成する細胞に対して視覚の再生を促すための刺激パルス信号を出力する視覚再生補助装置において、前記整流回路はソースを一方の交流電源入力ラインに接続しドレインを出力ラインに接続する第１ＭＯＳトランジスタと、前記入力ラインと出力ラインとの間に形成される第１寄生ダイオードと、前記出力ラインとグランドとの間に接続されたコンデンサと、前記入力ラインと出力ラインに接続され，前記入力ラインと出力ラインとの電位差を検出する第１検出回路と、ソースを他方の交流入力ラインに接続しドレインをグランドに接続する第１ＭＯＳトランジスタと逆極性の第２ＭＯＳトランジスタと、前記他方の入力ラインとグランドとの間に形成される第２寄生ダイオードと、前記他方の入力ラインとグランドに接続され，前記他方の入力ラインとグランドとの電位差を検出する第２検出回路と、を有し、前記第１検出回路及び第２検出回路は前記検出される電位差に応じて前記第１ＭＯＳトランジスタ及び第２ＭＯＳトランジスタをゲートにより各々オン／オフすることを特徴とする視覚再生補助装置。