JP4699097B2 - 発振装置とこれを用いた送信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、患者の内視鏡等に用いられる発振装置とこれを用いた送信モジュールに関するものである。

患者の体内を検査するために、超小型の発振装置を飲み込んで、この発振装置から放射される電波を体外に設けられた受信アンテナで受信し、患者の体内の様子を検査する検査装置がある。

この検査装置に用いる発振装置は、超小型にしなければならないという制約から、送信アンテナは指向性を有してしまうものが一般的であった。これに用いる発振装置は、患者の体内を巡るため、位置と方角が時間とともに変化することになる。従って、この変化する位置と方角から放射される指向性のある電波を受信するために、受信装置に用いる受信アンテナは、複数本とし、どの方向からの電波も受信できるように多数の受信アンテナを夫々方向を変えて装着していた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平３−４９３０３号公報

しかしながらこのような従来の発振装置では、送信アンテナが指向性を有しているため、この送信アンテナから放射される電波を少数の受信アンテナを用いて均一な電波強度で受信することは困難であった。そのために、図１０に示すように、患者１の内臓２を中心に多数本の受信アンテナ３を装着する必要があり、患者への負担が大きかった。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、患者への負担の少ない発振装置を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明の発振装置は、送信アンテナ機能を兼ね備えたコイルと、このコイルとコンデンサが並列接続された共振器と、この共振器に接続された発振器とからなり、前記コイルの外径を前記コイルの全長と略等しくしたものである。これにより、初期の目的を達成することができる。

本発明は、送信アンテナ機能を兼ね備えたコイルと、このコイルとコンデンサが並列接続された共振器と、この共振器に接続された発振器とからなり、前記コイルの外径を前記コイルの全長と略等しくしたものである。このように、コイルの外径をコイルの全長と略等しくすることにより、コイルから放射される垂直偏波と、この垂直偏波と直角方向に出力される水平偏波の強さが略同じ大きさで出力されることになる。従って、指向性が少なくなり、この電波を受信する受信アンテナの数は少なくても良いことになる。即ち、人体への負担が少なくなる。

また、送信アンテナ機能を兼ね備えたコイルを用いているので、別途送信アンテナを設ける必要は無く、発振装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における発振装置を用いた送信用カプセルの断面図である。図１において、１１は絶縁基板であり、この絶縁基板１１の上面にはコイル１２が装着されている。このコイル１２の外径１２ａと全長１２ｂとは略等しくしている。そして、このコイル１２の両端は絶縁基板１１の裏面に導出され、コンデンサ１３と並列接続されて共振器３１（図５参照）を形成している。この共振器３１は、発振器１４に接続されて発振装置３０を形成している。また、この発振装置３０には、図６で説明するＰＬＬ回路１６が接続されて送信モジュール４０を形成している。

１５は、送信コイル１２を除く送信モジュール４０を覆う分離材である。この分離材１５により高周波的に分離された空間１７には、カメラ１９（図７参照）と、このカメラ１９の出力に接続されるとともに送信モジュール４０を制御するための制御部１８（図７参照）が設けられている。

また、この分離材１５の材質は、洋白（導体の一例として用いた）１５ａの表面に樹脂（絶縁材の一例として用いた）１５ｂを塗布して形成したものである。

この分離材１５は、それを形成する中心となる材質に洋白１５ａを用いているので、薄くて丈夫な分離材１５を形成することができる。また、この洋白１５ａは導電性を有しているので、送信モジュール４０と制御部１８との高周波的な干渉による妨害をなくすことができる。

更に、樹脂１５ｂを塗布しているので、絶縁性能に優れ、この分離材１５の内側と外側の距離を近づけることができる。従って、小型化に貢献することができる。

図２は、コイル１２から放射される電波（垂直偏波と水平偏波）を受信装置の受信アンテナで受信したときの利得（ｄＢ）のシミュレーション結果である。横軸２５は、コイル１２の外径１２ａと全長１２ｂとの比であり、縦軸２６は、利得（ｄＢ）である。

２７は、コイル１２の巻軸方向に直角に配置した受信アンテナによる受信レベルであり、垂直偏波成分による受信レベルとなる。また、２８はコイル１２の軸方向に平行に配置した受信アンテナによる受信レベルであり、水平偏波成分による受信レベルとなる。

図２に示すように、コイル１２の外径１２ａと全長１２ｂとの比が小さい場合、すなわちソレノイドコイルのような場合には、磁束が均一化されて放射されるので、水平偏波成分による受信レベルが良好となると考えられる。

反対に、コイル１２の外径１２ａと全長１２ｂとの比が大きい場合、すなわち巻数が極端に少ないコイル１２のような場合には、磁束が均一化されることがなく、コイル１２の両端面での放射が多くなる。このため、垂直偏波成分による受信レベルが良好となり、水平偏波成分による受信レベルが小さくなると考えられる。

これに対して、コイル１２の外径１２ａと全長１２ｂとの比が略等しいと、コイル１２からは垂直偏波と水平偏波が略等しい大きさで出力される。従って、指向性が少なくなり、この電波を受信する受信アンテナの数は少なくて良いことになる。本実施の形態では、コイル１２の外径１２ａと全長１２ｂとの比の値２９を１．２にして良い結果を得ている。なお、この比の値２９は、１〜１．４程度の範囲で使用することが好ましい。

次に、コイル１２について述べる。コイル１２の形状は円形のものを用いることが、指向性を少なくする上で好ましい。また、図３に示すように、コイル１２の端部１２ｃ、１２ｄは、コイル１２を形成する円の接線方向であって、お互い接線方向に折り曲げている。また、このコイルの端部１２ｃ、１２ｄを半田装着するランド１１ａ、１１ｂも同一方向に設けている。なお、このランド１１ａ、１１ｂは、絶縁基板１１の上面に形成されている。このように構成することにより、コイル１２と端部１２ｃ、１２ｄによる磁束の向きが同一となるので、電波を効率良く放射することができる。

なお、このコイル１２の外径１２ａは、３．４ｍｍであり、全長１２ｂは３．０ｍｍとしている。また、コイル１２の太さは０．４ｍｍであり、巻数は５．５回巻である。

図４は、コイルの端部１２ｅ、１２ｆをコイル１２の軸方向へ折り曲げた例である。しかし、このように軸方向に折り曲げると、コイル１２と端部１２ｅ、１２ｆによる磁束の向きが異なるので、電波の放射効率が悪くなる。

図５は、発振装置３０の回路図である。図５において、３１は、コイル１２とコンデンサ１３とで構成された共振器であり、この共振器３１は発振器１４に接続されている。なお、前記コンデンサ１３はバリキャップダイオードで形成された可変コンデンサであり、外部からの電圧の制御で周波数が制御される（図６を参照）。

発振器１４は、共振器３１の一方の端子がコレクタに接続されたトランジスタ３２と、共振器３１の他方の端子がコレクタに接続されたトランジスタ３３と、このトランジスタ３３のコレクタとトランジスタ３２のベースとの間に接続されたコンデンサ３６と、トランジスタ３２のコレクタとトランジスタ３３のベースとの間に接続されたコンデンサ３７と、トランジスタ３２のエミッタとトランジスタ３３のエミッタが接続され、この接続点とグランドとの間に接続された定電流源３８とで構成されている。

以上のように本実施の形態における発振装置３０は、共振器３１と、この共振器３１に接続された発振器１４とで構成されており、その発振周波数は共振器３１の共振周波数で決定される。また、この発振装置３０において、共振器３１を構成するコイル１２は、共振用インダクタとしての役目と送信アンテナとしての役目を兼ね備えている。従って、この発振装置３０で発振する発振周波数は、コイル１２から電波となって放射される。

図６は、この発振装置３０を用いた送信モジュール４０のブロック図である。図６において、共振器３１を構成するコンデンサ１３は、バリキャップダイオード１３ａと１３ｂの直列接続体で形成され、そのアノード同士は接続されている。そしてその接続点はデータ入力端子４１に接続されている。

また、この共振器３１の一方の端子は、発振器１４に接続（図５参照）されるとともに、発振成分を阻止するためのインダクタ４２を介して電源端子４３に接続されている。この電源端子４３は電池に接続されている。同様に、共振器３１の他方の端子は、発振器１４に接続（図５参照）されるとともに、発振成分を阻止するためのインダクタ４４を介して電源端子４３に接続されている。

共振器３１の一方の端子と他方の端子とは夫々分周器４５の入力（平衡入力）に接続されており、この分周器４５で分周された出力信号は位相比較器４６の一方の比較入力に供給される。また、４７はクロック周波数が入力される入力端子であり、この入力端子４７からのクロック周波数は分周器４８の入力に接続されて分周される。この分周された信号は、位相比較器４６の他方の比較入力に供給されている。

また、この位相比較器４６の出力は、ローパスフィルタ４９を介して共振器３１のバリキャップダイオード１３ａ、１３ｂのアノードに接続されている。ここで、発振器１４と、分周器４５、位相比較器４６と、分周器４８とは同一の集積回路内に集積されている。また、分周器４５、位相比較器４６と、分周器４８と、ローパスフィルタ４９と、入力端子４７と、データ入力端子４１とでＰＬＬ回路を形成している。

以上のように構成された送信モジュール４０について、以下にその動作を説明する。データ入力端子４１からＦＳＫデータが入力されると、このＦＳＫデータに応じてバリキャップダイオード１３ａ、１３ｂの静電容量が変化する。そうすると共振器３１の共振周波数がそれに従って変化する。

このことにより、発振器１４における発振周波数が変化（変調される）し、この変化した発振周波数がコイル１２から放射されることになる。このときの中心周波数は、微弱電波として国内では３２２ＭＨｚ以下（電界強度５００μＶ／ｍ以下）の周波数がよく用いられる。例えば、３００ＭＨｚを中心周波数とし、この中心周波数に対してデジタルデータ「０」、「１」のデータレートに応じたデビュエーションでＦＭ変調を行うことができる。

（実施の形態２）
図７は、医療装置５０のブロック図である。この医療装置５０は、送信用カプセル５１と受信装置５２とから構成される。送信用カプセル５１は、カメラ１９と、このカメラ１９の出力に接続された制御部１８と、この制御部１８の出力に接続された送信モジュール４０とで構成されている。なお、この送信モジュール４０内には、実施の形態１で述べた発振装置３０が含まれている。また、この発振装置３０には、送信アンテナ機能を有するコイル１２が接続されている。そして、これらの回路はカプセル２１内に実装されて、送信用カプセル５１を構成している。

受信装置５２は、複数本の受信アンテナ５３と、これらの受信アンテナが夫々接続された電子的な切替え回路５４と、この切替え回路５４の共通端子に接続された受信器５５と、この受信器５５の出力に接続された復調器５６と、この復調器５６の出力に接続された表示器（モニタ）５７と、受信器５５の出力と切替え回路５４の制御端子との間に接続された制御回路５８とで構成されている。

以上のように構成された医療装置５０について、以下にその動作を説明する。送信用カプセル５１を図８に示すように患者６１が飲み込む。送信用カプセル５１は患者６１の口から内臓へ流入する。そして、内臓の様子をカメラ１９で撮影して、そのデータをコイル１２で形成された送信アンテナから電波として、体外へ放射される。

この送信アンテナから電波は、患者６１の外部に、設けられた複数の受信アンテナ５３で受信される。この受信された電波は、受信器５５でベースバンド周波数に変換され、次の復調器５６で復調される。この復調された信号は表示器５７に表示される。

また、受信器５５からの出力信号は、制御回路５８内に設けられたレベル検出器により受信レベルが検出される。この検出結果に基づいて切替え回路５４を制御することにより、電波が強く受信できる受信アンテナ５３が選択される。

このようにして、送信用カプセル５１が患者６１のどの部位に進行しても最良の感度で受信できるようになっている。即ち、カメラ１９で撮影した患者６１の内臓のデータを感度良く表示器５７に表示することができるようになっている。

（実施の形態３）
図９は、実施の形態３における送信用カプセル５１ａの要部断面図である。図９において、送信用カプセル５１ａはコイル１２の周囲に誘電体６２を充填したものである。例えば、コイル１２がカプセル２１内の空気で覆われている場合には、コイル１２は誘電率（１）で充填されていることになる。また、カプセル外である患者６１の体内は誘電率（４０）である。つまり、カプセル内外で誘電率の違いによる電波の反射が発生することになる。

従って、この誘電体６２は患者６１の体内の誘電率（約４０）に近づける程、反射による損失が少なくて望ましい。しかし、一般には誘電率の高い材料はＱ（きゅう）が低くなるので、Ｑが低くならない程度で誘電率の高い誘電体６２を充填している。従って、この誘電体６２は１以上２０以下の誘電体６２を用いることが好ましい。

本発明の発振装置とこれを用いた送信モジュールは、患者に対する負担が少ないので、医療用機器として有用である。

本発明の実施の形態１における発振装置を用いた送信系の断面図 同、出力される電波の特性図 （ａ）は同、発振装置に用いられるコイルの斜視図、（ｂ）は同、側面図 （ａ）は同、好ましくないコイルの斜視図、（ｂ）は同、側面図 同、発振装置の回路図 同、発振装置を用いた送信モジュールのブロック図 同、実施の形態２による医療装置のブロック図 同、医療装置の患者への装着平面図 同、実施の形態３による送信用カプセルの要部断面図 従来の発振装置を用いた医療装置の患者への装着平面図

符号の説明

１２ コイル
１２ａ 外径
１２ｂ 全長
１３ コンデンサ
１４ 発振器
３０ 発振装置
３１ 共振器

Claims (9)

1. 固定位置に設置された受信装置の受信アンテナに向って、位置と方角とが時間と共に変化しながら電波を放射する発振装置であって、前記発振装置は、送信アンテナ機能を兼ね備えたコイルと、このコイルとコンデンサが並列接続された共振器と、この共振器に接続された発振器とからなり、前記コイルの外径を前記コイルの全長と略等しくした発振装置。
2. コイルの外径は、そのコイルの全長の１．２倍とした請求項１に記載の発振装置。
3. 絶縁基板の上面側にコイルを装着するとともに、裏面側にコンデンサと発振器とが装着された請求項１に記載の発振装置。
4. コイルの両端はコイルの接線方向に導出されるとともに、前記両端が装着されるランドの長さ方向も前記コイルの接線方向と同一とした請求項１に記載の発振装置。
5. コイルの周囲に誘電率が１以上４０以下の誘電体が充填された請求項１に記載の発振装置。
6. 絶縁基板の上面側にはコイルのみを装着し、他の部品を非装着とした請求項３に記載の発振装置。
7. コイルの巻軸に対して垂直面を円形形状とした請求項１に記載の発振装置。
8. 請求項３に記載の発振装置をＰＬＬ回路に接続し、前記発振装置の共振器を形成するコンデンサにバリキャップダイオードを用い、このバリキャップダイオードにデータ入力端子が接続された送信モジュール。
9. 発振器の絶縁基板の上面側と反対側に制御部とカメラを配置し、前記発振器と前記制御部との間に分離材を挿入するとともに、この分離材は導体に絶縁材を塗布して形成された請求項８に記載の送信モジュール。

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