JP2009218847A - 通信回路及びこれを備えた視覚再生補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低消費電力駆動の通信回路の提供すること。
【解決手段】 電力を交流信号にて送信する電力送信ユニットを備える送信回路と，前記交流信号を受信する受信ユニットと該受信ユニットにて受信した前記交流信号を整流して直流電力を生成する整流手段とを持つ受信回路と、を備え、一方向又は双方向に所定の制御信号を送るための通信回路において、前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記交流信号が前記整流手段にて整流される際に発生する前記交流信号の高調波を抽出する高調波抽出手段が備えられ、さらに前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記抽出される高調波を変調するための変調手段が、備えられ、該変調手段により変調された前記高調波を前記所定の制御信号として用いること。
【選択図】 図３

Description

本発明は電力及び情報を通信する通信信回路及び患者の視覚の一部又は全部を再生する視覚再生補助装置に関する。

従来、送信回路と受信回路を用いて、電力及び受信回路側で用いる制御信号等の情報を通信する技術が様々な分野で利用されている（例えば、特許文献１）。また、近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いて、非接触状態で、受信装置、送信装置の間で、電力伝送及び情報通信をするものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このような装置は、無線ＩＣタグとも呼ばれ、応用範囲が広い。このような装置では、コイルを介して（コイルリンクにて）送信側（装置本体）と受信側（ＩＣタグ側）とが相互に通信することで、適正に情報がやりとりされているかを確認したり、電力伝送が行われる。

また、近年、失明治療方法の一つとして、電極を有する装置を眼球等の体内に埋植し、視覚を形成する細胞を電極からの電気刺激パルスにより刺激して、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。このような視覚再生補助装置は、体内に設置する体内装置を有し、この体内装置には網膜を構成する細胞を電気刺激するための電極と、それを制御する集積回路からなる制御部とが設けられており、コイルリンクを用いて必要な電力を外部（体外）から得たり、外部と情報を送受信することが可能な装置が知られている（特許文献３参照）。
特開平４−２６６６２８号公報 特開２０００−１３７７７９号公報 特開２００４−２９８２９８号公報

特許文献１に開示されるようにあ通信回路では、電力及び情報を交流信号とし、送信回路側から受信回路側へと送信し、受信回路側で電力及び情報を抽出する。このような装置では、電力等の伝送効率が高いことが望まれている。

また、特許文献２に開示されるような無線ＩＣタグでは、負荷変調通信方式で電力伝送及び通信を行っている。しかしながら、負荷変調方式には、以下に示すように送信電力や受信電力の損失が生じるという問題がある。通信において、負荷変調を行うと本来の負荷（装置の駆動、制御に必要な負荷等）以外に電力を消費させることとなり、通信のために負荷を掛ける分だけ、装置に電力等の損失が生じる。また、負荷変調時には電力の伝送ができないため、送信回路側は受信回路が本来必要な電力に対して、損失分を考慮した大きめの電力を送信しなければならない。

また、特許文献３に示すような視覚再生補助装置では、上述した技術を用いて外部から電力を供給することができるものの、供給された電力を体内装置側にて、できるだけ損失を少なくし、効率よく消費することが望まれている。

上記従来技術の問題点に鑑み、低消費電力駆動の通信回路の提供、さらにはこのような通信回路を有した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） 電力を交流信号にて送信する電力送信ユニットを備える送信回路と，前記交流信号を受信する受信ユニットと該受信ユニットにて受信した前記交流信号を整流して直流電力を生成する整流手段とを持つ受信回路と、を備え、一方向又は双方向に所定の制御信号を送るための通信回路において、前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記交流信号が前記整流手段にて整流される際に発生する前記交流信号の高調波を抽出する高調波抽出手段が備えられ、さらに前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記抽出される高調波を変調するための変調手段が、備えられ、該変調手段により変調された前記高調波を前記所定の制御信号として用いることを特徴とする。
（２） 電力を交流信号にて送信する電力送信ユニットと，前記交流信号に変調を掛けて情報を重畳する変調手段とを備える第１送受信回路と，該交流信号を受信する受信ユニットと該受信ユニットにて受信した前記交流信号を整流して直流電力を生成する整流手段とを備える第２送受信回路とで互いに信号を送受信する通信回路において、
前記第２送受信回路は，前記交流信号が前記整流手段にて整流される際に発生する前記交流信号の高調波を抽出する第２の高調波抽出手段と，該第２の高調波抽出手段にて抽出された高調波から前記第２送受信回路側で利用される情報を取得する第２制御手段と，前記第２の高調波抽出手段にて抽出された高調波又は前記交流信号のいずれかに変調を掛け，前記第１送受信回路で利用される情報を生成する第２変調手段と，を有し、前記第１送受信回路は、前記第２変調手段にて変調された高調波又は交流信号を抽出する抽出手段と，該抽出手段にて抽出された高調波又は交流信号から前記第１送受信回路で利用される情報を取得する第１制御手段と，を有することを特徴とする。
（３） （２）の通信回路において、前記第２送受信回路の第２変調手段は，前記第２の高調波抽出手段にて抽出された高調波の振幅又は位相のいずれかに変調を掛ける高調波変調手段であり，前記第２送受信回路の抽出手段は，前記高調波を抽出する第２の高調波抽出手段であることを特徴とする。
（４） （１）〜（３）のいずれかの通信回路において、前記送信回路又は前記第１送受信回路は１次コイルを備え，前記受信回路又は前記第２送受信回路は２次コイルを備え、前記通信回路は前記１次コイルと前記２次コイルを利用したコイルリンクにて通信を行うことを特徴とする。
（５） （１）〜（４）のいずれかの通信回路において、前記送信回路又は第１送受信回路から送信される前記交流信号の変調方式は前記受信回路又は前記第２送受信回路にて用いられる電力を搬送波とし該搬送波に前記受信回路又は前記第２送受信回路で用いるための情報を重畳させる振幅変調であることを特徴とする。
（６） （１）〜（５）のいずれかの通信回路において、前記高調波抽出手段及び前記第１の高調波抽出手段及び第２の高調波抽出手段にて抽出される高調波は前記交流信号の第３高調波であることを特徴とする。
（７） （２）〜（６）のいずれかの通信回路において、前記高調波変調手段は前記高調波への負荷を変化させるために，前記第２送受信回路の第２高調波抽出手段に接続され，負荷抵抗を略接地させるスイッチ手段を有することを特徴とする。
（８） （２）〜（７）のいずれかの通信回路において、前記高調波抽出手段及び前記第１の高調波抽出手段及び第２の高調波抽出手段は，前記高調波の信号レベルの変化を２値化する２値化回路を備えることを特徴とする。
（９） 患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を電気刺激するために用いられる電力を交流信号にて送信する電力送信ユニットを備える送信回路を持つ体外装置と、前記電力送信ユニットから送信される前記電力を受信する受信ユニットと該受信ユニットにて受信した前記交流信号を整流して直流電力を生成する整流手段とを持つ受信回路と，該受信ユニットよって受信された前記電力又は直流電力を受け取り電気刺激パルス信号として複数の電極から出力する刺激部と、を有する体内装置と、を備える視覚再生補助装置であって，前記送信回路と前記受信回路にて一方向又は双方向に所定の制御信号を送るための通信回路が備えられた視覚再生補助装置において、前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記交流信号が前記整流手段にて整流される際に発生する前記交流信号の高調波を抽出する高調波抽出手段が備えられ、さらに前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記抽出される高調波を変調するための変調手段が、備えられ、該変調手段により変調された前記高調波を前記所定の制御信号として用いることを特徴とする。

本発明によれば、通信回路の消費電力を抑えられる。さらには、視覚再生補助装置の消費電力を抑えられる。

本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明通信回路を用いる一つの実施形態として、視覚再生補助装置を例に挙げ、以下に説明する。図１は視覚再生補助装置の外観を示した概略図、図２は実施の形態で使用する視覚再生補助装置における体内装置を示す図、図３は本実施形態の負荷変調通信回路の回路構成図である。

視覚再生補助装置１は、図１及び図２に示すように、外界を撮影するための体外装置１０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２０とからなる。体外装置１０は、患者が掛けるバイザー１１と、バイザー１１に取り付けられるＣＣＤカメラ等からなる撮影装置１２と、外部デバイス１３、送信手段（送受信手段）である１次コイル１４等にて構成されている。

外部デバイス１３には、ＣＰＵ等の演算処理回路を有するデータ変調手段１３ａ、視覚再生補助装置１（体外装置１０及び体内装置２０）の電力供給を行うためのバッテリー１３ｂが設けられている。変調手段１３ａは、撮影装置１２にて撮影した像を取得して画像処理し、視覚を再生するための電気刺激パルス用データを生成する処理を行う。また、変調手段１３ａは、体外高調波抽出回路（第１の高調波抽出手段）８０と接続されており、電気刺激パルス用データ及び後述する体内装置２０を駆動させるための電力を電磁波とし、体外高調波抽出回路８０と接続される１次コイル１４を介して体内装置２０側に伝送（無線送信）する。ここで、変調手段１３ａは、電力を搬送波（キャリア）とし、搬送波に対して制御信号である電気刺激パルス用データ等の情報を振幅変調にて重畳する（この信号を駆動信号と定義する）。従って、１次コイル１４から伝送される交流信号である電磁波は周波数一定で振幅が電気刺激パルス用データの信号レベルに応じて変動する電磁波とされる。また、１次コイル１４の中心には図示なき磁石が取り付けられている。磁石は後述する送受信手段（２次コイル）３１との位置固定に使用される。

眼鏡形状をしたバイザー１１の前面には撮影装置１２が取り付けられ、患者の眼前に装着して使用される。

図２に示す体内装置２０は、大別して体外装置１０から送信される電気刺激パルス信号用データ及び電力を電磁波により受け取るための受信部３０と、患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する組織である網膜を構成する細胞を電気刺激するための刺激部４０により構成される。なお、受信部３０は外部（体外装置１０）からの駆動信号（体内装置２０で利用される情報を含む）を受け取る役目を有すると共に、体内装置２０側から体外装置１０側に所定の情報（後述する動作信号）を送信するための送信部としての役目も持つ。受信部３０には、体外装置１０からの電磁波を受信したり、体外装置１０へと体内装置２０の情報を送信したりする送受信手段である２次コイル３１、制御回路３２、体内高調波抽出回路（第２の高調波抽出手段）６０を含む体外送受信回路３００ｂを備える制御部１００が設けられている。制御回路３２は、後述する体内高調波抽出回路６０にて得られた電気刺激パルス用データと電力を基に視覚を得るための電気刺激パルス信号及びこの信号に対応する電極を指定する電極指定信号を生成し、刺激部４０へ送信する制御手段としての役割を有している。

これら２次コイル３１や制御部１００は、基板３３上に形成されている。なお、受信部３０には１次コイル１４を位置固定させるための図示なき磁石が設けられている。また、対向電極３４は制御部１００と接続され、基板３３から離れた位置に配置できる構成とされる。

また、刺激部４０には、電気刺激パルス信号を出力する複数の電極４１、刺激制御回路４２が作りこまれた刺激制御部２００が設けられている。刺激制御部２００は、制御部１００から送られてきた電極指定信号に基づいて、対応する電気刺激パルス信号を電極４１の各々へ振り分ける制御手段としての役目を果たす。電極４１は基板４３上に形成され、刺激制御回路４２は基板４３にフリップチップ実装されている。基板４３上に電極４１が配置され、さらにリード線４３ａにて刺激制御回路４２（刺激制御部２００）と電気的に接続されている。

また、受信部３０と刺激部４０とはチューブに収められた複数のワイヤー５０によって電気的に接続されまた、図示は略すが、このような体内装置２０は、電極４１と対向電極３４の先端以外の構成部分の全てに生体適合性の高いコーティング層が形成されている。

刺激制御部２００は、各半導体素子の組合せにより機能を果たす半導体の集積回路であり、詳細な説明は略すが、ハーメチックシール（例えば、貴金属メッキ、セラミックスケースと金属ケースに依るパッケージ等）処理されている。

なお、以上の説明では、１次コイル１４及び２次コイルは互いに送受信する手段とされるが、１次コイル１４は、電力を交流信号にて送信する電力送信ユニットの役割を持つと共に、２次コイル３１は交流信号を受信する受信ユニットの役割を持っていればよい。

次に、本発明の一実施形態としての通信回路３００を、体外装置１０と体内装置２０との間で情報を相互に通信する通信回路を例に挙げて説明をする。ここで、通信回路とは、体外装置１０から体内装置２０へと振幅変調にて制御信号（電気刺激パルス用データ等）と電力が重畳された駆動信号を送信し、体内装置２０の動作情報等を動作信号として負荷変調にて体内装置２０から体外装置１０へと送信する双方向通信を行う通信回路３００とする。

図３は、通信回路３００の構成を説明する模式的回路ブロック図である。通信通信回路３００は、大別して体外装置１０側に設けられる体外送受信回路（送信回路又は第１送受信回路）３００ａと、体内装置２０側に設けられる体内送受信回路（受信回路又は第２送受信回路）３００ｂとから構成される。また、体外送受信回路３００ａにはデータ変調手段（第１変調手段及び第１制御手段を兼ねる）１３ａが組み込まれ、体内送受信回路３００ｂには制御回路３２等が組み込まれる。なお、説明の簡便のため刺激制御回路４２の図示は略した。従って、変調手段１３ａ（体外装置１０）と制御回路３２（体内装置２０）は、通信回路３００を介して互いに情報をやりとりすることとなる。

まず、体外送受信回路３００ａの構成を説明する。１次コイル１４の一端が略接地され、他端にはコンデンサ８１が接続される。１次コイル１４と接続されたコンデンサ８１の反対の一端（図では下端）にはコイル８２と可変コンデンサ８３が並列に接続される。コイル８２及び可変コンデンサ８３のコンデンサ８１と反対側の接続端にはコイル８４及び抵抗８５が並列に接続され、コイル８４及び抵抗８５の他端は略接地される。また、コンデンサ８１が接続されている１次コイル１４の一端には、コイル８６と可変コンデンサ８７が並列に接続され、その他端には変調手段１３ａが接続される。コイル８２と抵抗８５（可変コンデンサ８３とコイル８４）の間には検波回路（検出回路）９０が接続され、この検波回路９０の出力線は変調手段１３ａに接続される。

コイル８２と可変コンデンサ８３とが、並列に接続されていることにより、共振回路が構成される。この共振回路は、搬送波（の周波数）で並列共振するように調整される。この共振回路により、検波回路９０に到達する搬送波（と同じ周波数の信号）の信号レベルが抑制される。同様に、コイル８６と可変コンデンサ８７が並列に接続されることにより共振回路が構成され、搬送波の高調波（ここでは、第３高調波（３次高調波））に共振するように調整される。これにより、体内送受信回路３００ｂからの第３高調波が変調手段１３ａに吸収抑制されることなく検波回路９０で効率よく検出される構成となる。コンデンサ８１は第３高調波に共振するように値が設定されており、第３高調波が検波回路９０に多く受信される。抵抗８５は抽出される第３高調波のレベルを適性値にする役割を持つ。検波回路９０は第３高調波の信号を２値化してデジタル信号に変換している（詳細は後述する）。このようにして、前述の３つの共振回路と検波回路９０にて体外高調波抽出回路８０が構成される。

次に、体内送受信回路３００ｂの構成を説明する。２次コイル３１の一端は略接地され、他端にはコンデンサ７３が接続され、搬送波に並列共振する構成とされる。２次コイル３１にはさらに、コイル６２と可変コンデンサ６３が並列に接続される。また、コイル６２及び可変コンデンサ６３の一端（２次コイル３１と反対側の接続端）には、コイル６４及び抵抗６５が並列に接続され、コイル６４及び抵抗６５の他端は略接地される。また、２次コイル３１には、さらにコイル６９と抵抗６６が並列に接続される。また、コイル６９と抵抗６６の一端（２次コイル３１と反対側の接続端）にはダイオード（整流ダイオード）６７のアノード側が直列に接続される。ダイオード６７のカソード側には一端を略接地したコンデンサ６８の他端が接続される共に、制御回路３２が接続される。コイル６２と抵抗６５（可変コンデンサ６３とコイル６４）の間には、検波回路（検出回路）７０が接続され、検波回路７０の出力線は制御回路３２に接続される。また、コイル６２と抵抗６５（可変コンデンサ６３と抵抗６４）との間には抵抗（負荷抵抗）７１が接続され、抵抗７１の他端には、一端を略接地したスイッチ手段であるＦＥＴ７２が接続される。ここで、ＦＥＴ７２のゲートは、制御回路（第２制御手段）３２に接続される。従って、制御回路３２の制御によってＦＥＴ７２のオン・オフ状態が変更される。なお、ＦＥＴ７２は、制御回路３２の制御によって動作するスイッチ手段であれば、いずれの回路素子と置き換えてもよい。このように、抵抗７１とＦＥＴ７２で負荷回路（高調波の変調を行う第２変調手段）が構成される。

コイル６２と可変コンデンサ６３が並列に接続されて共振回路が構成され、搬送波に対して並列共振する構成とされる。この共振回路により、検波回路７０に到達する搬送波（と同じ周波数の信号）の信号レベルが抑制される。

コイル６４は第３高調波に共振する値に設計されている。この共振回路により第３高調波が抽出され、検波回路７０へと入力される（第３高調波が検波回路７０で多く受信される）。このとき、抵抗６５は、検波回路７０に抽出される第３高調波のレベルを適性値にする役割を持つ。検波回路７０では、第３高調波の信号レベルを検知する役割とその信号を２値化する役割を有す（詳細は後述する）。

２次コイル３１の一端に接続されるコイル６９と抵抗６６を介して接続されるダイオード６７はコンデンサ６８と整流手段（整流回路）を構成し、コンデンサ６８に接続される制御回路３２で利用される電力（直流電力）となる直流電圧が生成され、体内送受信回路３００ｂ側（体内装置２０）の制御部１００、刺激制御部２００で用いられる。このようにして、前述の３つの共振回路と検波回路７０、整流回路、負荷回路（変調手段）にて体内高調波抽出回路６０が構成される。

なお、この整流動作において、非線形素子であるダイオード６７を交流の信号が通ることで、搬送波（信号）の高調波が発生する。このとき、高調波の中で第３高調波の信号レベルの変化は整流された電力の変化にほぼ比例し、搬送波のレベル変化に対して同様にレベル変化する。このため、第３高調波を検波回路７０、体外送受信回路３００ａ側の検波回路９０で検波する構成とすることで、第３高調波の元の信号（搬送波）の信号レベルの変化が検知できる。

検波回路７０、９０は、具体的には、受信した第３高調波の信号レベルを所定の閾値で２値化する２値化回路で構成される。これにより、検波回路７０、９０の後段の制御回路３２、変調手段１３ａには、それぞれ０／１のデジタル信号が送られ、制御回路３２では第３高調波から抽出された制御信号が、変調手段１３ａでは第３高調波から抽出された動作信号が利用されることとなる。なお、検波回路９０は、体内送受信回路３００ｂで発生した第３高調波を検出（受信）するための役割を有している。

このような構成（体内送受信回路３００ｂ等）を備える体内装置２０は、患者の体内の所定位置に設置される。図４は患者眼Ｅに刺激部４０を設置する一例を示す図である。図示するように、基板４３上に形成される電極４１を脈絡膜Ｅ２に接触させた状態で、基板４３の一部が強膜Ｅ３と脈絡膜Ｅ２との間に設置される。また、基板４３の刺激制御部２００部分は、強膜Ｅ３の外側に置かれる。この基板４３の設置は、強膜Ｅ３の一部を切開して強膜ポケットを形成させておき、この強膜ポケット内（脈絡膜Ｅ２の外側）に基板４３の電極部分を挿入することにより行われる。

なお、対向電極３４は図示するように眼内中央の前眼部よりの位置に置かれることによって、網膜Ｅ１は電極４１と対向電極３４（不関電極、帰還電極）との間に位置することとなる。

一方、２次コイル３１は、体外装置１０に設けられた１次コイル１４からの信号（電気刺激パルス用データ信号及び電力）を受信可能な生体内の所定位置に設置される。例えば、患者の側頭部の皮膚の下に受信部３０（図では２次コイル３１のみ示す）を埋め込み皮膚を介して受信部３０と対向する位置に１次コイル１４とを設置しておく（図１参照）。受信部３０には、１次コイル１４と同様に磁石が取り付けられているため、１次コイル１４と受信部３０とが引き合い、１次コイル１４が側頭部に保持されることとなる。

なお、ワイヤー５０は、側頭部に埋め込まれた受信部３０から側頭部に沿って皮膚下を患者眼に向かって延び、患者の上まぶたの内側を通して眼窩に入れられる。眼窩に入れられたワイヤー５０は、図４に示すように強膜Ｅ３の外側を通り、基板４３に設置された刺激制御回路４２に接続される。

なお、本実施形態では、体内装置２０（刺激部４０）の設置位置を強膜Ｅ３側に位置させて、強膜側（脈絡膜側）から網膜Ｅ１を構成する細胞を電気刺激する構成としたが、これに限るものではない。患者眼の網膜を構成する細胞を好適に刺激することが可能な位置に電極を設置することができればよい。例えば、体内装置を患者眼の眼内（網膜上や網膜下）に置き、電極が形成されている基板先端部分を網膜下（網膜と脈絡膜との間）や網膜上に設置させるような構成とすることもできる。

以上のような構成を備える視覚再生補助装置１において、その動作を図３の通信回路３００の動作を中心に、図５に示す制御系のブロック図を参照して説明する。図５では、説明の簡便のためコーティングは図示を略した。

１次側（体外装置１０、体外送受信回路３００ａ側）から２次側（体内装置２０、体内送受信回路３００ｂ側）に制御信号（電気刺激パルス用データ）と電力を重畳した駆動信号を送信し、２次側でその信号を受信し、利用する動作を説明する。

撮影装置１２により撮影された被写体の撮影データは、データ変調手段１３ａに送られる。変調手段１３ａは、被写体を患者が認識するために必要となる電気刺激パルス用データに変換し、バッテリー１３ｂから供給される電力を交流の搬送波として、振幅変調にて電力に電気刺激パルス用データを重畳して駆動信号を生成する。そして、駆動信号は１次コイル１４を介して体内装置２０側（２次コイル３１）に電磁波として送信される。

体内装置２０側では、体外装置１０より送られてくる電磁波が２次コイル３１にて受け取られ、受信された電磁波は体内装置２０の駆動信号として体内送受信回路で処理される。駆動信号はダイオード６７、コンデンサ６８にて整流され、直流電圧が制御回路３２に供給される。このとき、ダイオード６７で駆動信号（搬送波）の高調波が発生される。ここで、第３高調波が、コイル６４、コイル３１とコンデンサ７３、可変コンデンサ６３とコイル６２、で構成されるそれぞれの共振回路により抽出され、検波回路７０で受信される。検波回路７０では、受信した第３高調波が２値化され、デジタル信号となった電気刺激パルス用データが制御回路３２へと送られる。このとき、前述のコイル６２と可変コンデンサ６３で構成される共振回路によって搬送波の信号レベルが抑えられることで、検波回路７０には搬送波が到達しにくく、到達したとしても信号レベルの低い信号となるので、検波回路７０は第３高調波を効率的に受信でき、２値化処理が効率的に行える。

制御回路３２は、受け取った電力と電気刺激パルス用データに基づいて電気刺激パルス信号及び電極指定信号を生成し、刺激制御部２００へと送る。また、刺激制御部２００用の電力も送る。

刺激制御部２００では、刺激制御回路４２が電力、電気刺激パルス信号、電極指定信号を受信し、電極指定信号等に基づいて各電極４１から電気刺激パルス信号を出力させる。各電極４１から出力する電気刺激パルス信号によって網膜を構成する細胞が電気刺激され、患者は視覚（光覚）を得る。

次に、２次側（体内装置２０、体内送受信回路３００ｂ）から１次側（体外装置１０、体外送受信回路３００ａ）に体内装置２０の動作情報を伝送する動作を説明する。前述のような、網膜を構成する細胞を刺激する一連の動作の途中等に制御部１００（制御回路３２）は体内装置２０が正常に動作しているかどうかの動作信号（動作情報）を体外装置１０へと送る。

制御回路３２はＦＥＴ７２のスイッチをオンにすることで、抵抗７１の一端が略接地され、体内送受信回路３００ｂ内の第３高調波に負荷が掛けられる。これにより、第３高調波の信号レベルは抵抗７１の抵抗値に応じて低下する。このため、コイルリンクにより１次コイル１４からみた２次コイル３１の第３高調波の信号レベルも低下することとなり、検波回路９０では、第３高調波の信号レベルの低下が検知される。従って、検波回路９０から変調手段１３ａへと送られる信号がＦＥＴ７２のオン・オフ状態により変化することとなり、２次側の動作信号が変調手段１３ａにて受信されることとなる。ここでは、第３高調波が動作信号として扱われる。

このようにして、２次コイル３１側から１次コイル１４側、つまり、体内装置２０から体外装置１０へと動作状況が送られたこととなる。体内装置２０から定期的に動作状況を体外装置１０へと送っているため、体外装置１０が規定の時間が経っても、体内装置２０の動作状況を取得できない場合は、体内装置２０若しくは体外装置１０に不具合があるとして、図示なきブザーやライト等で患者や周辺の人に知らせる。

以上のようにして、２次側（体内装置２０）の動作情報は、駆動信号（搬送波）の第３高調波に、負荷変調が掛けられ生成された動作信号により、１次側（体外装置１０）へ送信される。これにより、駆動信号の整流により発生する本来不要な高調波（ここでは、第３高調波）に負荷変調を掛けることで、駆動信号への負荷変調の影響（信号レベル低下等）がほぼ無視できるようになり効率的な負荷変調通信ができる。つまり、負荷変調通信による電力の損失を低減できる。

なお、以上説明した本実施形態では、検波回路７０、９０では２値化（デジタル化）機能を有していたが、この構成に限るものではない。検波機能、２値化機能をそれぞれ制御回路３２、変調手段１３ａが持つものとしてもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、第２の高調波抽出回路６０にて抽出された高調波に負荷変調を掛ける構成としたが、これに限るものではない。第２送受信回路３００ｂ内で発生する高調波に変調が掛けられればよい。以下にその例を挙げる。

例えば、コンデンサ６８と２次コイル３１の間に、前述の抵抗７１とＦＥＴ７２が接続される構成でもよい。この場合でも、高調波に負荷変調が掛けられる。また、ダイオード６７に並列に変調回路を接続し、ダイオード６７に入力される交流電力（交流信号）の変調する構成としてもよい。例えば、ダイオード６７に流れる電流の振幅を変調する構成とすれば、整流に際してダイオード６７で発生された高調波の振幅が変化されることとなる。また、ダイオード６７に直列に変調回路を接続し、ダイオード６７を流れる電流波形を変化させる（信号レベルを変化させる）構成でもよい。この場合、電流波形の変化によって高調波が変調される（振幅又は位相が変えられる）こととなる。また、体内高調波抽出回路６０のフィルタ特性を可変とすることにより高調波の波形を変化させる構成としてもよい。例えば、抵抗６５の値を可変させる構成とする。これにより、体外送受信回路３００ａ側で受信する高調波の波形（振幅又は位相）が変化されることとなる。

なお、以上説明した本実施形態では、抵抗７１は、共振回路（可変コンデンサ６３、コイル６４等）を介して２次コイル３１と接続され、共振回路で抽出された第３高調波に負荷を掛けて動作信号を生成する構成としたがこれに限るものではない。２次側から１次側に負荷変調にて動作信号（２次側の動作情報）を送信できる構成であればよく、抵抗７１、ＦＥＴ７２を２次コイル３１に接続する構成としてもよい。この場合、ＦＥＴ７２のオン・オフにより駆動信号そのものに負荷変調がかかって振幅が変化し、結果として整流回路で発生する高調波が変調されることになり、この変調が体外送受信回路で抽出され変調手段１３ａに到ることとなる。また、ＦＥＴ７２と抵抗７１により、搬送波に変調を掛ける構成であってもよい。この場合、変調手段１３ａを搬送波の周波数を抽出する抽出手段とし、他の高調波抽出回路を使わずに、２次側の動作を検知するする。

従来の負荷変調通信回路では電力の送信が中断するほど大きな負荷変調をかけなければ１次側で充分な信号検出ができなかったが。つまり、駆動信号を負荷変調したことにより駆動信号の信号レベル（振幅）が低下する度合が大きかった。しかしながら、前述の実施形態では高調波の信号レベルが充分に変化すればよいため、つまり、高調波の信号レベルを通信に充分な程度に変調（例えば、低下）させればよい。従って、高調波の変調時の電力がわずかに変化する程度の負荷変調で充分な通信が行える。このため、１次側と２次側の駆動信号の伝送での電力低下が抑制でき、２次側は安定的に電力を利用できる。逆にいえば、負荷変調による２次側での電力低下を抑制できるため、１次側の駆動信号の搬送波（電力）の振幅を小さく設定できる。これにより、低消費電力での負荷変調通信ができる。また、また、２次側から１次側への通信において、駆動信号の信号レベルの低下が少なくできるため、１次側から２次側の通信及び電力伝送時に２次側から１次側へ情報を送ることができる。

また、本実施形態の視覚再生補助装置は、無線ＩＣタグ等で用いられ、電力の供給が充分である据え付け型の読み取り装置を用いた実施形態とは異なる。このため、バッテリー１３ｂ等が小型で、長時間使用できる構成が好まれる視覚再生補助装置にとって本発明の効果が高い。

なお、以上説明した本実施形態では、検波回路７０（抵抗６５の接地端の反対の接続端）に抵抗７１及び一端を接地したＦＥＴ７２を直列に接続する構成としたが、これに限るものではない。負荷変調をダイオード６７とコンデンサ６８の間に抵抗７１とＦＥＴ７２を並列に挿入してＦＥＴ７２によって抵抗７１の両端を短絡／解放することによって行ってもよい。この場合、抵抗７１が挿入された状態では整流電流がわずかに減少するが高調波は大きく減少するためわずかな電力損失で負荷変調通信ができる。

なお、以上説明した本実施形態では、患者眼の強膜Ｅ３に基板４３を設置し、強膜Ｅ３を介して網膜Ｅ１を電気刺激する構成としたが、これに限るものではない。患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を電気的に刺激する構成であればよい。例えば、電気刺激パルス信号を出力する電極を有する刺激部を眼内の視神経乳頭部や眼外の視神経部分に配置し、刺激部への電力供給や指令信号を送る送信部を患者の皮下等の離れた場所に配置して、視神経を電気刺激する構成としてもよい。また、電極を有する刺激部を視交叉や外側膝状体、大脳皮質等の視覚神経系の高次視覚処理を行う組織に配置し、それぞれの組織を構成する細胞を刺激する構成としてもよい。例えば、大脳皮質の後頭葉であれば、錐体細胞等を刺激する又は視覚野Ｖ１、Ｖ２等を刺激する等である。

なお、以上説明した本実施形態では、第１送受信回路と第２送受信回路で相互に情報が通信される構成としたが、これに限るものではない。送信回路から受信回路へ電力及び情報が伝送される構成であればよく、具体的には、情報の通信に高調波が用いられる構成であればよい。

なお、以上説明した本実施形態では、１次コイル１４と２次コイル３１を用いたコイルリンクにて通信する通信回路としたが、これに限るものではない。送信回路と受信回路（第１及び第２送受信回路）で電力及び制御信号等の情報が通信される構成であればよく、例えば、第１及び第２送受信回路が電力等を伝送するケーブルで接続される構成であってもよい。具体的には、有線ネットワークで接続される個別の装置がケーブルで通信される構成が挙げられる。

なお、以上説明した本実施形態では、第２送受信回路から第１送受信回路への情報の送信を、第２送受信回路側で抽出した高調波か、又は第２送受信回路で取得した駆動信号（搬送波）に負荷を掛ける構成としたが、これに限るものではない。高調波等の波形を変えることにより、第１送受信回路側に情報を送る構成であればよい。例えば、高調波の位相を変える構成としてもよい。

なお、以上説明した本実施形態では、１次側（体外装置１０、体外送受信回路３００ａ）と２次側（体内装置２０、体内送受信回路３００ｂ）との間で双方向に通信を行う構成としたが、これに限るものではない。１次側から２次側へ電力を供給する構成とし、１次側から２次側への情報（制御信号等）を送信するか、又は２次側から１次側へ情報を送信する一方向送信（情報に関して）の構成としてもよい。

例えば、前者の構成であれば、１次側から２次側への交流信号に変調（例えば、振幅変調）をかけることで情報が重畳され、２次側ではその交流信号の整流により電力を得ると共に整流時に発生する高調波の振幅の変化から元の情報を抽出できる構成となる。これにより、１次側から２次側への一方向の通信において、復調回路の構成を簡略化できると共に、高調波の変化（ここでは、振幅）に情報が含まれるため、１次側と２次側で消費される電力が低減できる。

また、後者の構成であれば、本発明を、電極、撮像素子、制御回路等が体内装置とされ、体内に設置される構成（体内撮像型という）の視覚再生補助装置に適用できる。具体的には、体内撮像型の視覚再生補助装置において、電力のみが体外装置から供給され、体内装置の動作信号が体外装置に伝送される構成が考えられる。

本発明の実施形態における視覚再生補助装置１の外観を示した概略図である。 視覚再生補助装置１の体内装置２０を示した概略図である。 負荷変調通信回路の模式的回路構成図である。 刺激部４０を体内に設置した状態を示した図である。 本実施形態における視覚再生補助装置１の制御系を示したブロック図である。

符号の説明

１ 視覚再生補助装置
１０ 体外装置
１４ １次コイル
２０ 体内装置
３０ 受信部
３１ ２次コイル
３２ 制御回路
３４ 対向電極
４０ 刺激部
４１ 電極
４２ 刺激制御回路
４３ 基板
７２ ＦＥＴ
１００ 制御部
２００ 刺激制御部
３００ 通信回路

Claims (9)

1. 電力を交流信号にて送信する電力送信ユニットを備える送信回路と，前記交流信号を受信する受信ユニットと該受信ユニットにて受信した前記交流信号を整流して直流電力を生成する整流手段とを持つ受信回路と、を備え、一方向又は双方向に所定の制御信号を送るための通信回路において、
   前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記交流信号が前記整流手段にて整流される際に発生する前記交流信号の高調波を抽出する高調波抽出手段が備えられ、
   さらに前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記抽出される高調波を変調するための変調手段が、備えられ、
   該変調手段により変調された前記高調波を前記所定の制御信号として用いることを特徴とする通信回路。
2. 電力を交流信号にて送信する電力送信ユニットと，前記交流信号に変調を掛けて情報を重畳する変調手段とを備える第１送受信回路と，該交流信号を受信する受信ユニットと該受信ユニットにて受信した前記交流信号を整流して直流電力を生成する整流手段とを備える第２送受信回路とで互いに情報を送受信する通信回路において、
   前記第２送受信回路は，
   前記交流信号が前記整流手段にて整流される際に発生する前記交流信号の高調波を抽出する第２の高調波抽出手段と，該第２の高調波抽出手段にて抽出された高調波から前記第２送受信回路側で利用される情報を取得する第２制御手段と，前記第２の高調波抽出手段にて抽出された高調波又は前記交流信号のいずれかに変調を掛け，前記第１送受信回路で利用される情報を生成する第２変調手段と，を有し、
   前記第１送受信回路は、前記第２変調手段にて変調された高調波又は交流信号を抽出する抽出手段と，該抽出手段にて抽出された高調波又は交流信号から前記第１送受信回路で利用される情報を取得する第１制御手段と，を有する
   ことを特徴とする通信回路。
3. 請求項２の通信回路において、
   前記第２送受信回路の第２変調手段は，前記第２の高調波抽出手段にて抽出された高調波の振幅又は位相のいずれかに変調を掛ける高調波変調手段であり，
   前記第２送受信回路の抽出手段は，前記高調波を抽出する第２の高調波抽出手段である
   ことを特徴とする通信回路。
4. 請求項１〜３のいずれかの通信回路において、前記送信回路又は前記第１送受信回路は１次コイルを備え，前記受信回路又は前記第２送受信回路は２次コイルを備え、前記通信回路は前記１次コイルと前記２次コイルを利用したコイルリンクにて通信を行うことを特徴とする通信回路。
5. 請求項１〜４のいずれかの通信回路において、前記送信回路又は第１送受信回路から送信される前記交流信号の変調方式は前記受信回路又は前記第２送受信回路にて用いられる電力を搬送波とし該搬送波に前記受信回路又は前記第２送受信回路で用いるための情報を重畳させる振幅変調であることを特徴とする通信回路。
6. 請求項１〜５のいずれかの通信回路において、前記高調波抽出手段及び前記第１の高調波抽出手段及び第２の高調波抽出手段にて抽出される高調波は前記交流信号の第３高調波であることを特徴とする通信回路。
7. 請求項２〜６のいずれかの通信回路において、前記高調波変調手段は前記高調波への負荷を変化させるために，前記第２送受信回路の第２高調波抽出手段に接続され，負荷抵抗を略接地させるスイッチ手段を有することを特徴とする通信回路。
8. 請求項２〜７のいずれかの通信回路において、前記高調波抽出手段及び前記第１の高調波抽出手段及び第２の高調波抽出手段は，前記高調波の信号レベルの変化を２値化する２値化回路を備えることを特徴とする通信回路。
9. 患者の視覚を形成する視覚神経系を構成する細胞又は組織を電気刺激するために用いられる電力を交流信号にて送信する電力送信ユニットを備える送信回路を持つ体外装置と、
   前記電力送信ユニットから送信される前記電力を受信する受信ユニットと該受信ユニットにて受信した前記交流信号を整流して直流電力を生成する整流手段とを持つ受信回路と，該受信ユニットよって受信された前記電力又は直流電力を受け取り電気刺激パルス信号として複数の電極から出力する刺激部と、を有する体内装置と、を備える視覚再生補助装置であって，前記送信回路と前記受信回路にて一方向又は双方向に所定の制御信号を送るための通信回路が備えられた視覚再生補助装置において、
   前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記交流信号が前記整流手段にて整流される際に発生する前記交流信号の高調波を抽出する高調波抽出手段が備えられ、
   さらに前記送信回路及び前記受信回路の少なくとも一方の回路には前記抽出される高調波を変調するための変調手段が、備えられ、
   該変調手段により変調された前記高調波を前記所定の制御信号として用いる
   ことを特徴とする視覚再生補助装置。

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