JP2012254006A - 可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可搬型画像検出器のための改善されたバッテリ充電のシステム及び方法を提供する。
【解決手段】可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリを充電するための可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムは、電源に結合可能であり、磁場を発生するように構成されている第一のコイルを含んでいる。このシステムはさらに、可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリに結合されて、磁場を介して第一のコイルから電力を受け取って再充電可能型バッテリへ伝達するように構成されている第二のコイルを含んでいる。このシステムはまた、第一のコイルと第二のコイルとの間に配設されて、定常波電流分布を有する自己共振コイルとして、磁場を第二のコイルに集束させると共に第一のコイルと第二のコイルとの間の結合を強化するように構成されている磁場集束素子を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明の各実施形態は一般的には、無接点型（非接触）電力伝達システムに関し、さらに具体的には、可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムに関する。

典型的には、撮像装置は医療診断の目的で用いられる。撮像装置は、診断の目的で画像を検出するのに用いられる画像検出器を含んでいる。画像検出器は固定型又は可搬型の何れかの画像検出器である。可搬型画像検出器はバッテリで動作し、バッテリは再充電不可型又は再充電可能型のバッテリを含み得る。

再充電不可型バッテリは典型的には、所定の時間の後に交換される。一般的には、バッテリ交換の時間間隔を延長するために再充電可能型バッテリが用いられており、かかるバッテリは対費用効果が高い。従来は、再充電可能型バッテリは、キロヘルツ単位で測定される周波数で動作する誘導結合システムによって再充電されている。誘導結合システムの動作周波数は、画像検出器に影響を及ぼして画像にアーティファクトを混入させることにより画像の品質を低下させるのに十分な電磁波を発生する。

改善されたバッテリ充電のシステム及び方法の必要性が存在している。

一実施形態では、可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムであって、可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリを充電するシステムが提供される。このシステムは、電源に結合可能であり、磁場を発生するように構成されている第一のコイルを含んでいる。このシステムはさらに、可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリに結合されて、磁場を介して第一のコイルから電力を受け取って再充電可能型バッテリへ伝達するように構成されている第二のコイルを含んでいる。このシステムはまた、第一のコイルと第二のコイルとの間に配設されて、定常波電流分布を有する自己共振コイルとして、磁場を第二のコイルに集束させると共に第一のコイルと第二のコイルとの間の結合を強化するように構成されている磁場集束素子を含んでいる。

もう一つの実施形態では、可搬型画像検出器に配設された再充電可能型バッテリの無接点型充電の方法が提供される。この方法は、電源に結合された第一のコイルを介して磁場を発生するステップを含んでいる。この方法はさらに、磁場集束素子を介して磁場を第二のコイルに集束させるステップを含んでいる。この方法はまた、磁場を介して第一のコイルから第二のコイルへ電力を伝達するステップを含んでいる。この方法はさらに、第二のコイルから可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリへ電力を伝送するステップを含んでいる。

本発明のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体にわたり、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
２チャネルの磁場集束素子を含む本発明の一実施形態による可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムのブロック図である。 ２チャネルの磁場集束素子を含む本発明の一実施形態による可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムの代替構成のブロック図である。 単一チャネルの磁場集束素子と可搬型画像検出器から電子装置にディジタル画像データを伝達するように構成されている無線波アンテナとを含む本発明の一実施形態による可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムのもう一つの代替構成のブロック図である。 単一チャネルの磁場集束素子を含む本発明のもう一つの実施形態による可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムの代替構成のブロック図である。 本発明の一実施形態による可搬型画像検出器に配設された再充電可能型バッテリの無接点型充電の方法に含まれる各ステップを表わす流れ図である。

本発明の各実施形態は、可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムであって、可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリを充電するシステムを含んでいる。このシステムは、電源に結合可能な第一のコイルを含んでいる。第一のコイルは磁場を発生し、磁場は可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリに結合された第二のコイルに結合される。第二のコイルは、この磁場を介して第一のコイルから電力を受け取ってさらに再充電可能型バッテリへ伝達する。無接点型電力伝達システムはまた、第一のコイルと第二のコイルとの間に配設された磁場集束素子を含んでいる。磁場集束素子は、定常波電流分布を有する自己共振コイルとして、第二のコイルに磁場を収束させると共に第一のコイルと第二のコイルとの間の結合を強化するように動作する。本書で用いられる単数不定冠詞は、量の制限を意味するのではなく、被参照項目の少なくとも一つの存在を意味する。本書で用いられる「結合」とは、直接又は間接の何れかを問わず任意の適当な手段によって接続されていることを意味する。

図１は、２チャネルの磁場集束素子１４を含む本発明の一実施形態による可搬型画像検出器１２における無接点型電力伝達のシステム１０のブロック図である。実施形態の一例では、可搬型画像検出器１２は、Ｘ線画像検出器又は超音波スキャナを含み得る。システム１０はさらに、充電装置１６を含んでいる。充電装置１６は、一例ではドッキング・ステーションを含んでいる。

図１に示す実施形態では、電源１８が充電装置１６の第一の整流器２０に結合されており、第一の整流器２０は電源１８から受け取ったＡＣ電力２２をＤＣ電力２４へ変換する。第一の整流器２０によって与えられるＤＣ電力２４は、高周波（ＨＦ）インバータ２６に供給される。高周波インバータ２６はＤＣ電力２４を高周波ＡＣ電力２８へ変換する。高周波ＡＣ電力２８はさらに、充電装置１６に設けられている第一のコイル３０へ伝送される。第一のコイル３０は高周波ＡＣ電力２８を受け取って、高周波ＡＣ電力２８に基づいて磁場３２を発生する。充電装置１６は、静止型充電装置又は可搬型充電装置を含み得る。

磁場３２は、可搬型画像検出器１２に設けられている第二のコイル３４に集束され、この集束は第一のコイル３０と第二のコイル３４との間に配設された磁場集束素子１４を介して行なわれる。図１の実施形態では、磁場集束素子１４は充電装置１６の内部に位置している。もう一つの実施形態では、磁場集束素子１４は可搬型画像検出器の内部に配設されていてもよい。特定的な一実施形態では、磁場集束素子は１メガヘルツ以上の周波数で動作する。磁場集束素子１４は定常波電流分布を有する自己共振コイルとして、磁場３２を第二のコイル３４に収束させると共に第一のコイル３０と第二のコイル３４との間の結合を強化するように動作する。このことについては、本出願と共通の譲受人に譲渡された２０１０年３月２５日に出願された米国特許出願第１２／７３１４９７号、及び２０１０年１０月２８日に出願された第１２／９１４５１２号に記載されており、これらの特許出願を参照により全体として本出願に援用する。一実施形態では、磁場集束素子１４は少なくとも一つの共振子を含んでいる。少なくとも一つの共振子は、電場、磁場、又は電磁場の少なくとも一つを集束させるように構成され得る。さらに特定的な一実施形態では、少なくとも一つの共振子はスプリット・リング構造、円形ループ構造、螺旋構造、コッホ・フラクタル構造、オメガ構造、又は渦構造を含んでいる。実施形態の一例では、少なくとも一つの共振子は、誘電性媒体、磁気媒体、又は磁気誘電性媒体の少なくとも一つの内部に配設される。さらにまた、特定的な一実施形態では、少なくとも一つの共振子は複数の共振子を含んでおり、複数の共振子の少なくとも二つが異なる共振周波数を有するものとする。一実施形態では、異なる共振周波数は電力信号及びデータ信号の伝達を同時に可能にする。

可搬型画像検出器１２の内部に配設された第二のコイル３４は、第一のコイル３０によって発生される磁場３２を介して第一のコイル３０から高周波ＡＣ電力２８を受け取る。第二のコイル３４は、高周波ＡＣ電力２８を可搬型画像検出器１２の内部の第二のコイル３４に結合された再充電可能型バッテリ３６へ伝達する。第二の整流器３８が第二のコイル３４と再充電可能型バッテリ３６との間に配設されていてよく、高周波ＡＣ電力２８を第二のコイル３４から受け取ってＤＣ電力４０へ変換した後に再充電可能型バッテリ３６へ伝達する。一実施形態では、再充電可能型バッテリ３６へ伝達されるＤＣ電力４０は約１ワットから約１００ワットの範囲内にある。再充電可能型バッテリへ伝達されるＤＣ電力４０の範囲は、電力が可搬型画像検出器を充電するのに用いられるのか、或いは可搬型画像検出器を充電しつつ同時に撮像動作のための電力を提供するのに用いられるのか等のように可搬型画像検出器１２の動作条件の形式に基づいて変化する。さらに、動作に必要とされるＤＣ電力４０はまた、検出器構成に基づいて変化する。

図１の実施形態では、再充電可能型バッテリ３６は、当該再充電可能型バッテリ３６の充電を管理するバッテリ管理システム（ＢＭＳ）４２に結合されている。一実施形態では、ＢＭＳ４２は、再充電可能型バッテリ３６の電力レベルを表わす信号４８を追跡して、再充電可能型バッテリ３６を充電するのに必要とされる電力及び時間を算出する。もう一つの実施形態では、ＢＭＳ４２は、再充電可能型バッテリ３６に入るＤＣ電力４０の電圧を調節する。幾つかの実施形態では、ＢＭＳ４２は充電装置１６の内部に配設された高周波インバータ２６と連絡して、再充電可能型バッテリ３６の電圧及び充電レベルに関連するデータ４４を与える。

ＢＭＳ４２は高周波変調器４６に結合されて連絡しており、高周波変調器４６はＢＭＳ４２によって発生されるデータ信号４４を受け取って変調し、変調済みデータ信号５０を与える。高周波変調器４６は第二のコイル３４に結合されている。第二のコイル３４は変調済みデータ信号５０をデータ磁場５２へ変調し、磁場５２は磁場集束素子１４を介して第一のコイル３０に集束させられる。本実施形態では、磁場集束素子１４は、ＡＣ電力２８を伝達する一つのチャネルと、変調済みデータ信号５０を伝達する第二のチャネルとを含めた２チャネルの磁場集束素子を含んでいる。電力フィルタ５３が第二のコイル３４と高周波変調器４６との間に配設されていてよく、第一のコイル３０から受け取った高周波ＡＣ電力２８を高周波変調器４６から隔離する。

第一のコイル３０はデータ磁場５２を受け取って、変調済みデータ信号５０を表わす信号１５０を復調器５４へ伝達する。充電装置１６に設けられている電力フィルタ５６を用いて、第一のコイル３０の内部の高周波ＡＣ電力２８が復調器５４に混入しないように制限することができる。復調器５４は、データ信号４４を表わす信号１４４を変調済みデータ信号１５０から取り出してインバータ制御器５８へ伝達する。インバータ制御器５８は、データ信号１４４に基づいて制御信号６０を与えることにより、充電装置１６において高周波インバータ２６が動作するときの電力の電圧及び周波数を制御する。インバータ制御器５８は、データ信号１４４から電圧及び充電状態を識別し、呼応して再充電可能型バッテリ３６に所望の充電を与えるようにインバータ動作を調節する。

図２は、第一のコイル３０に結合された２チャネルの磁場集束素子１４を含む本発明の一実施形態による可搬型画像検出器１２における無接点型電力伝達のシステム１０の代替構成のブロック図である。図２の特定的な一実施形態では、高周波インバータ２６及び制御器５８が、線形増幅器５９及び信号発生器６１に置き換えられている。信号発生器６１は高周波発振器を含んでおり、高周波正弦波６３を発生して線形増幅器５９へ伝達する。線形増幅器５９は信号発生器６１によって与えられる高周波正弦波６３を第一の整流器２０によって与えられるＤＣ電力２４と結合して、高周波ＡＣ電力２８を与える。

図３は、単一チャネルの磁場集束素子６２と、バッテリ管理システム４２からのデータ信号４４及び所望があれば画像記憶装置４５からの画像データ４３を伝達するように構成されている無線周波数アンテナ６４及び６６とを含む本発明の一実施形態による可搬型画像検出器１２における無接点型電力伝達のシステム１０のもう一つの代替構成のブロック図である。本実施形態では、可搬型画像検出器１２は、診断目的で発生された画像データ４３を記憶する画像記憶装置４５を含んでいる。画像データ４３は、例えば疾患の検出及び骨格系の病理学的研究のようなさらに詳細な解析のために電子装置４７によって用いられ得る。一実施形態では、画像記憶装置４５は画像データ４３をマルチプレクサ４９へ伝達し、マルチプレクサ４９は画像データ４３を、ＢＭＳ４２によってマルチプレクサ４９へ伝達されたデータ信号４４と共に多重化する。マルチプレクサ４９は多重化された信号５１を発生して、高周波変調器４６へ伝達して変調を施す。単一チャネルの磁場集束素子６２は、高周波ＡＣ電力２８を第一のコイル３０から第二のコイル３４に集束させるが、図１及び図２の実施形態とは対照的に第二のコイル３４からの変調済みデータ信号を第一のコイル３０へ伝達することは行なわない。単一チャネルの磁場集束素子６２は可搬型画像検出器１２に位置しているものとして示されているが、代替的に充電装置１６に位置していてもよい。

図３の実施形態では、高周波変調器４６から受け取った変調済みデータ信号５０を、可搬型画像検出器１２の内部に配設されたＲＦ送信器アンテナ６４へ伝達することができる。ＲＦ送信器アンテナ６４は変調済みデータ信号５０を、充電装置１６の内部に配設されたＲＦ受信器アンテナ６６へ伝送する。ＲＦ受信器アンテナ６６は、変調済みデータ信号５０を表わす変調済みデータ信号１５０を可搬型画像検出器１２から受け取って復調器５４へ伝達する。

復調器５４は、変調済みデータ信号１５０を復調してデマルチプレクサ５５へ伝達する。デマルチプレクサ５５は、多重化された信号１５１から、可搬型画像検出器１２での画像データ４３及びデータ信号４４をそれぞれ表わす画像データ１４３及びデータ信号１４４を分離する。データ信号１４４は前述のようにインバータ制御器５８へ伝達され、画像データ１４３はさらに詳細な解析のために充電装置１６の外部に設けられている電子装置４７へ伝達され得る。

図４は、可搬型画像検出器１２における無接点型電力伝達のシステム１０の代替構成のブロック図であって、ここではデータを充電装置１６に返送することが必要とされていない。システム１０は単一チャネルの磁場集束素子６２を含んでおり、高周波ＡＣ電力２８を第一のコイル３０から第二のコイル３４に集束させる。単一チャネルの磁場集束素子６２が充電装置に位置しているものとして示されているが、代替的に可搬型画像検出器１２に位置していてもよい。第二のコイル３４からの高周波ＡＣ電力２８は、第二の整流器３８によってＤＣ電力へ変換されて、ＤＣ−ＤＣ変換器６８へ伝達されてＤＣ電力４０を与える。ＤＣ電力４０は再充電可能型バッテリ３６に供給されて、充電に用いられる。再充電可能型バッテリ３６は、当該再充電可能型バッテリ３６の充電を調節するＢＭＳ４２に結合されている。図４の実施形態では、ＢＭＳ４２は、フィードバック・ループを介してＤＣ−ＤＣ変換器６８に結合されて、可搬型画像検出器１２の再充電可能型バッテリ３６に入るＤＣ電力４０の電圧を調節している。ＤＣ−ＤＣ変換器６８は、フィードバック・ループを介してＢＭＳ４２からデータ信号４４を受け取って、呼応して再充電可能型バッテリ３６に最適な充電を与えるように調節する。

図５は、本発明の一実施形態による可搬型画像検出器に配設された再充電可能型バッテリの無接点型充電の方法８０に含まれる各ステップを表わす流れ図である。方法８０は、ステップ８２において電源に結合された第一のコイルを介して磁場を発生するステップを含んでいる。第一のコイルによって発生される磁場は、ステップ８４において磁場集束素子を用いることにより第二のコイルに集束させられる。第一のコイルは、ステップ８６において電力を磁場を介して第二のコイルへ伝達する。実施形態の一例では、第一のコイルから第二のコイルへ伝達される電力は約１ワットから約１００ワットの範囲内にある。第二のコイルからの電力は、ステップ８８において可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリに伝送される。一実施形態では、可搬型画像検出器に関するデータ信号、再充電可能型バッテリの充電状態に関するデータ信号、又は両方が得られて、磁場集束素子、第一のコイル及び第二のコイルを通して可搬型画像検出器の外部に位置しているプロセッサへ伝達される。もう一つの実施形態では、画像データが可搬型画像検出器の画像記憶装置から得られて、磁場集束素子を介して伝達される。さらに特定的な一実施形態では、この工程は、再充電可能型バッテリ及び可搬型画像検出器からの電力、データ信号及び画像データをそれぞれ異なる共振周波数で伝達させることにより容易になる。さらに他の実施形態では、データ伝達が要求されなかったり、或いはデータ伝達がＲＦ伝送を介して達成されたりする。

以上に記載した可搬型画像検出器における無接点型電力伝達システムの様々な実施形態は、電源、第一のコイル、磁場集束素子及び第二のコイルを含んで、第一のコイルから第二のコイルへの無接点型媒体を介した電力の伝達を可能にする。無接点型電力伝達システムは、画像検出器及び画像の品質を損なわずに、充電装置と画像検出器との間で効率のよい無接点型電力伝達を可能にする。これにより画像の劣化が少なくなり、効率を高めると共に可搬型画像検出器の寿命を延ばして、可搬型画像検出器の保守費用をさらに縮小する。

当業者は、異なる実施形態からの様々な特徴の互換性を認めると共に、所載の様々な特徴、及び各々のかかる特徴の他の公知の均等構成を当業者によって混成し適合させて、本開示の原理によるさらに他のシステム及び手法を構築し得ることを理解されよう。従って、特許請求の範囲は、発明の要旨に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。

本書では発明の幾つかの特徴のみを図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、発明の要旨に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものと理解されたい。

１０：無接点型電力伝達のシステム
１２：可搬型画像検出器
１４：２チャネルの磁場集束素子
１６：充電装置
１８：電源
２０：第一の整流器
２２：ＡＣ電力
２４：ＤＣ電力
２６：高周波（ＨＦ）インバータ
２８：高周波ＡＣ電力
３０：第一のコイル
３２：磁場
３４：第二のコイル
３６：再充電可能型バッテリ
３８：第二の整流器
４０：ＤＣ電力
４２：バッテリ管理システム（ＢＭＳ）
４３：画像データ
４４：データ信号
４５：画像記憶装置
４６：高周波変調器
４７：電子装置
４８：電力レベルを表わす信号
４９：マルチプレクサ
５０：変調済みデータ信号
５１：多重化された信号
５２：データ磁場
５３、５６：電力フィルタ
５４：復調器
５５：デマルチプレクサ
５８：インバータ制御器
５９：線形増幅器
６０：制御信号
６１：信号発生器
６２：磁場集束素子
６３：高周波正弦波
６４：ＲＦ送信器アンテナ
６６：ＲＦ受信器アンテナ
６８：ＤＣ−ＤＣ変換器
８０：可搬型画像検出器に配設された再充電可能型バッテリの無接点型充電の方法
１４３：画像データ
１４４：データ信号を表わす信号
１５０：変調済みデータ信号を表わす信号
１５１：多重化された信号

Claims (20)

1. 可搬型画像検出器の内部に配設された再充電可能型バッテリを充電するための可搬型画像検出器における無接点型電力伝達のシステムであって、
   電源に結合可能であり、磁場を発生するように構成されている第一のコイルと、
   前記可搬型画像検出器の内部に配設された前記再充電可能型バッテリに結合されて、前記磁場を介して前記第一のコイルから電力を受け取って前記再充電可能型バッテリへ伝達するように構成されている第二のコイルと、
   前記第一のコイルと前記第二のコイルとの間に配設されて、定常波電流分布を有する自己共振コイルとして、前記磁場を前記第二のコイルに集束させると共に前記第一のコイルと前記第二のコイルとの間の前記結合を強化するように構成されている磁場集束素子と
   を備えたシステム。
2. 前記磁場集束素子は充電装置の内部に配設されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記磁場集束素子は前記可搬型画像検出器の内部に配設されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記可搬型画像検出器はＸ線画像検出器又は超音波スキャナを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
5. 前記再充電可能型バッテリへ伝達される前記電力は約１ワットから約１００ワットの範囲内にある、請求項１に記載のシステム。
6. 前記磁場集束素子は、１メガヘルツ以上の周波数で動作する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記電源と前記第一のコイルとの間に結合された高周波インバータ又は線形増幅器をさらに含んでいる請求項１に記載のシステム。
8. 前記磁場集束素子は少なくとも一つの共振子を含んでいる、請求項１に記載のシステム。
9. 前記少なくとも一つの共振子は、誘電性媒体、磁気媒体、又は磁気誘電性媒体の少なくとも一つの内部に配設されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記少なくとも一つの共振子は複数の共振子を含んでおり、該複数の共振子の少なくとも二つが異なる共振周波数を有している、請求項８に記載のシステム。
11. 前記一つの共振子が二つの異なる共振周波数を有する、請求項８に記載のシステム。
12. 前記異なる共振周波数は、電力信号及びデータ信号の伝達を可能にするように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記少なくとも一つの共振子は、電場、磁場、又は電磁場の少なくとも一つを集束させるように構成されている、請求項８に記載のシステム。
14. 可搬型画像検出器に配設された再充電可能型バッテリの無接点型充電の方法であって、
    電源に結合された第一のコイルを介して磁場を発生するステップと、
    磁場集束素子を介して第二のコイルに前記磁場を集束させるステップと、
    前記磁場を介して前記第一のコイルから前記第二のコイルへ電力を伝達するステップと、
    前記第二のコイルから前記可搬型画像検出器の内部に配設された前記再充電可能型バッテリへ前記電力を伝送するステップと
    を備えた方法。
15. 前記第一のコイルから前記第二のコイルへ前記電力を伝達する前記ステップは、約１ワットから約１００ワットの範囲内の前記電力を伝達することを含んでいる、請求項１４に記載の方法。
16. １メガヘルツ以上の周波数で動作する磁場集束素子を介して前記磁場を集束させることをさらに含んでいる請求項１４に記載の方法。
17. 前記可搬型画像検出器に関するデータ信号、前記再充電可能型バッテリの充電状態に関するデータ信号、又は両方を得て、該データ信号を前記可搬型画像検出器の外部に位置しているプロセッサへ伝達することをさらに含んでいる請求項１４に記載の方法。
18. 前記データ信号を伝達する前記ステップは、前記再充電可能型バッテリへの前記電力と、前記可搬型画像検出器からの前記データ信号とを異なる共振周波数において伝達することをさらに含んでいる、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第一のコイルにより発生される前記磁場を制御するために前記データ信号を用いることをさらに含んでいる請求項１７に記載の方法。
20. 前記可搬型画像検出器に関するデータ信号、前記再充電可能型バッテリの充電状態に関するデータ信号、又は両方を得て、該データ信号を前記第二のコイルから前記再充電可能型バッテリへ伝送される前記電力を制御するために用いることをさらに含んでいる請求項１４に記載の方法。