JP5114167B2 - 無線給電システム - Google Patents

Description

本発明は、被検体内に導入されたカプセル型医療機器、たとえば飲み込み型のカプセル型内視鏡に、被検体の外部から電力を供給する無線給電システムに関する。

近年、内視鏡の分野では、撮像機能と無線機能とが装備されたカプセル型内視鏡が登場している。このカプセル型内視鏡は、観察（検査）のために被検体である被検者に飲込まれた後、被検者から自然排出されるまでの間、胃、小腸などの臓器の内部をその蠕動運動に伴って移動し、撮像機能を用いて臓器の内部を順次撮像する構成である。

また、これら臓器内を移動する間にカプセル型内視鏡によって被検者内で撮像された画像データは、順次無線通信などの無線機能により、被検体の外部に設けられた外部装置に送信され、メモリに蓄積される。被検者がこの無線機能とメモリ機能を備えた外部装置を携帯することにより、被検者は、カプセル型内視鏡を飲み込んだ後、排出されるまでの観察期間、不自由を被ることなく行動が可能になる。カプセル型内視鏡による観察後は、医者によって、外部装置のメモリに蓄積された画像データに基づいて、臓器の画像をディスプレイなどの表示手段に表示させて診断を行うことができる。

この種のカプセル型内視鏡に電力を供給するシステムとしては、たとえば特開２００１−２３１１８６号公報に示すものがある。このシステムでは、ラジオカプセル（カプセル型内視鏡に相当）が被検者内に留置されるため、被検者外部からカプセル型内視鏡内部に電力を送信することにより、そのカプセル型内視鏡内部に電力を供給する。このシステムでは、外部装置に電力送信用アンテナを、カプセル型内視鏡内部に電力受信アンテナをそれぞれ設け、外部装置から送信用アンテナおよび受信用アンテナを介してカプセル型内視鏡内に電力を供給して、被検者内に長時間留置されたカプセル型内視鏡の観察動作を可能にしていた。

さらに、特開２００５−５２３６５号公報には、被検体を被覆するとともに、開閉可能な開き部を有する衣類の周面に巻回されて配設された複数の導電線と、衣類の開き部同士をボタン型の係合部材により合わせたときに異なる導電線同士を接続させてコイルを形成し電力送信用アンテナとする電力供給装置が開示されている。

図１３〜図１６は、特開２００５−５２３６５号公報に開示された電力供給装置を説明のための説明図であり、図１３は、衣類２１に配設された係合部材４１、４２と導電線３１〜ｍの配置を示す平面図であり、図１４は、係合部材４１、４２の構造を説明するための説明図であり、図１５および図１６は、電力送信用アンテナであるコイル４３を説明するための説明図である。

すなわち、図１３に示すように、特開２００５−５２３６５号公報に開示された電力送信用アンテナであるコイル４３は、複数の導電線３１〜ｍ（ｍは任意の整数）と、これら導電線３１〜ｍの端部に設けられた係合部材４１、４２とからなる。導電線３１〜ｍは、着脱可能な前開きの衣類（たとえばベスト）２１の内周面に平行に所定間隔を隔てて配設され、係合部材４１、４２は衣類２１の前開き部２２に設けられている。

図１４は、図１３に示した係合部材４１、４２の構成と、係合部材４１、４２に接続される導電線３１〜３５の状態を示す図である。図１４において、係合部材４１、４２は、衣類２１の開き部２２、２２の対向する位置、たとえば等間隔の位置に配設された一対のボタン型の部材からなる。係合部材４１と４２は、互いが嵌め合わされて係合するそれぞれ円筒形の凹部４１ａと凸部４２ａとを有している。凹部４１ａと凸部４２ａには、複数の導電線、たとえば４本の導電線３１〜３５の端部がそれぞれ接続される複数の端子４１ｂ、４２ｂと、この端子４１ｂ、４２ｂの位置を合わせるための位置決め用切欠き４１ｃ、４２ｃが設けられている。

この構成において、衣類２１の開き部２２、２２同士を合わせて、対向する係合部材４１、４２同士が位置決めされて係合したときに、所定の端子４１ｂ、４２ｂが接触して、異なる導電線同士が接続されて、所定ピッチの１個のコイル４３を形成させることができる。なお、コイル４３の両端は、電力供給を行う体外ユニット（不図示）に接続されている。

被検者が衣類２１を着用し、対の係合部材４１、４２同士を係合すると、各導電線が連続して接続されて、１個のコイル４３が形成される。コイル４３に対外ユニットから電力が供給されると、コイル４３に電流が流れ、図１５に示すように、コイル４３を貫くように磁界９３が生じて、磁界９３による電磁誘導現象により被検体１０内部のカプセル型内視鏡のコイルに誘導起電力が生じ、カプセル型内視鏡に電力が供給される。

しかしながら、被検者の体型は様々であり、やせた人では、コイル４３を有する衣類２１が大きすぎる場合がある。すると、被検者が衣類２１を装着した時に衣類２１と被検者の体の間に、すきまが生じ、被検者の姿勢によっては図１６に示すように、コイル４３の形状が変形することがある。コイル４３の形状が変形すると、そのインダクタンスが変化してしまう。電力供給装置においては、コイル４３に共振用コンデンサを接続し、ＬＣ直列共振回路を形成し、共振駆動している。しかし、コイル４３のインダクタンスが変化すると、共振周波数が変化してしまうため、カプセル型内視鏡内部の電力受信回路が受電できる電力は低下してしまう。

このように、特開２００５−５２３６５号公報に開示された電力供給装置では、被検者の体型によっては、カプセル型内視鏡に安定した効率的な電力を供給することが容易ではないことがあった。
特開２００１−２３１１８６号公報 特開２００５−５２３６５号公報

本発明は、被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して、被検体の外部から安定した効率的な電力供給をする無線給電システムを提供することを目的とする。

本発明の無線給電システムは、被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して、前記被検体の外部から電力を供給し、前記被検体の周面に巻回されて配設された送電コイルを有し、前記送電コイルが、前記被検体を被覆するとともに、開閉可能な開き部を有する衣類の周面に巻回されて配設された複数の導電線からなり、前記衣類の開き部同士を合わせたときに異なる前記導電線同士が接続し形成され、その大きさが前記被検体の大きさに合わせて調整可能である。

本発明は、被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して、被検体の外部から安定した効率的な電力供給をする無線給電システムを提供するものである。

＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態の無線給電システム１について説明する。
＜無線給電システムの概要＞
図１は、本実施の形態にかかる無線給電システム１の概要を示す概要図であり、図２は、カプセル型内視鏡１０８の構造の概要を説明するための側面図である。図１に示すように、無線給電システム１は、被検体である被検者１０９の内部に導入されたカプセル型医療機器であるカプセル型内視鏡１０８に、被検者１０９の外部から電磁誘導により電力を供給する。

ここで、カプセル型内視鏡１０８は、図２に示すように、被検者の体腔内に導入可能な細長いカプセル型筐体２１内に内蔵されている前端方向の撮影が可能な撮像光学系２２を備えるカプセル型内視鏡である。カプセル型内視鏡１０８は、被検者の口腔から体内に飲み込み可能な大きさのものであり、略半球状で透明性あるいは透光性を有する先端カバー２１ａと、可視光が不透過な有色材質からなる一端部が略半球状筒形状の胴部カバー２１ｃとを弾性的に嵌合させることで、内部を液密に封止するカプセル型筐体２１を形成している。

カプセル型筐体２１内には、撮像部２２、画像処理部２３、情報伝達部２４、電源部２５および電力を受電する受電コイル２６および制御部（不図示）等とが内蔵されている。

撮像部２２は、カプセル型筐体２１内にあって、体腔内撮像部位を先端カバー２１ａ部分を介して照明するための照明光を出射するＬＥＤなどの照明部２８と、照明光による反射光を受光して体腔内撮像部位を撮像するＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子２９と、この撮像素子２９に被写体の像を結像させる結像レンズ２７とを備え、先端カバー２１ａ側なる前端部方向の撮影が可能とされている。画像処理部２３は撮像した画像を処理し、情報伝達部２４は撮像した画像を体外に無線で送信する機能を有している。

受電コイル２６は、導電線を巻回した所定のターン数のソレノイド型コイルであり、細長いカプセル型筐体２１の胴部内に、コイルの軸がカプセルの長手方向となるように配設されている。ここで、コイルの軸とは、コイルの磁路の中心線を意味する。なお、受電コイル２６は細長いカプセル型筐体２１の一部に巻回されていてもよいし、内部に軟磁性コアを有していてもよいし、あるいはカプセル型筐体２１の外側に巻回されていてもよい。

また、カプセル型内視鏡１０８では、たとえば電力供給用信号に重畳された各種制御信号に基づいて、上述したＬＥＤやＣＣＤなどの駆動を制御している。

次に図１に示すように、無線給電システム１は、被検者１０９の周面に巻回されて配設された少なくとも１個の送電用のコイル１００を有し、コイル１００は、その大きさが被検者の体型に合わせて可変可能な構造を有する。ここで、被検者１０９の体型とは、太っているか、やせているかであり、コイル１００が巻回する被検者１０９の胴周りの大きさをいう。

そして、無線給電システム１においては、被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して被検体の外部から電力を供給するために、被検体の周面に巻回されて配設された送電コイルを有しており、送電コイルの大きさが被検体の大きさに合わせて調整可能である。

ここで、コイル１００は、複数の導電線が平行に所定の間隔（ピッチ）で隣接配置された導電線群１０５の、それぞれの導電線が係合することにより、形成された所定ピッチのコイルである。そして、それぞれの導電線は第１の嵌合部１０１と、第１の嵌合部１０１と嵌合可能な複数の第２の嵌合部とを有している。

なお、以下の説明では説明を簡単にするため、導電線群１０５は２本の導電線１０５ａ、１０５ｂからなり、第２の嵌合部は、３個の嵌合部１０２、１０３、１０４からなる場合を説明するが、導電線群１０５を構成する導電線の本数（コイル１００のターン数）は多い方が、より強い磁力が発生できるため、カプセル型内視鏡１０８へ多くの電力を供給することができる。

図１に示すように、導電線１０５ａ、１０５ｂは、第１の嵌合部１０１と、第１の嵌合部１０１と嵌合可能な３個の第２の嵌合部１０２、１０３、１０４を有しているが、第１の嵌合部１０１は、被検体である被検者１０９の体型に合った第２の嵌合部１０４と係合する。ここで、被検者１０９の体型に合っているとは、被検者１０９に過度の負荷を与えることなく、送電用コイル１００が被検者１０９の周面に、すきま無く密着して、巻回された状態をいう。

送電用コイル１００の両端部の引き出し線１０６、１０７は、共振用コンデンサ１２０と駆動回路１２１と接続され、ＬＣ直列共振回路として駆動される。

＜送電用のコイルの構造＞
次に、図３を用いて、本実施の形態の無線給電システム１の送電用のコイル１００について説明する。図３は、送電用のコイル１００の構造を説明するための説明図である。

図３に示すように、送電コイル１００は、被検体を被覆するとともに、開閉可能な開き部２２２を有する衣類２２１の周面に巻回されて配設された複数の導電線１０５ａ、１０５ｂからなり、衣類の開き部２２２Ａ、２２２Ｂ同士を合わせたときに異なる導電線同士が接続することで、形成される。そして、送電コイル１００は、複数の導電線１０５ａ、１０５ｂが、平行に帯状に隣接配置された導電線群１０５からなる。また、送電コイル１００は、衣類２２１の開き部２２２の対向する位置２２２Ａ、２２２Ｂに配設された、第１の嵌合部１０１と、前記第１の嵌合部と嵌合する複数の第２の嵌合部１０２〜１０４とを有し、被検体の大きさに合わせて、選択された一の第２の嵌合部と、第１の嵌合部とが嵌合し形成される。

すなわち、コイル１００は、複数の導電線１０５ａ、１０５ｂと、これら導電線１０５ａ、１０５ｂに設けられた第１の嵌合部１０１と、３個の第２の嵌合部１０２、１０３、１０４とからなり、約２ターンのスパイラルコイルである。導電線１０５ａ、１０５ｂは、着脱可能な前開きの衣類（たとえばベスト）２２１の内周面に所定間隔を隔てて設けられ、第１の嵌合部１０１と第２の嵌合部１０２、１０３、１０４は衣類２２１の前開き部２２２に設けられている。

第１の嵌合部１０１は係合部材１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃとから構成されており、第２の嵌合部１０２は係合部材１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃとから構成されており、第２の嵌合部１０３は係合部材１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃとから構成されており、第２の嵌合部１０４は、係合部材１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃとから構成されている。なお、説明を簡単にするため導電線の本数を少なくしているため、係合部材の構造は単に２本の導電線を電気的につなぐだけである。導電線の本数が多い場合には、図１４に示した公知の多数本の導電線を１個の係合部材でつなぐことのできる係合部材４１、４２の構成を用いるとよい。係合部材は、公知の係合部材と同様に衣類２２１の開き部２２２Ａ、２２２Ｂの対向する位置に、たとえば等間隔に配設された一対のボタン型の部材である。

衣類２２１の開き部２２Ａ、２２Ｂ同士を合わせて、対向する第１の嵌合部１０１の係合部材１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃと、いずれかの第２の嵌合部１０２、１０３または１０４の対応する係合部材が位置決めされて係合したときに、係合部材の所定の端子が接触して、異なる導電線同士が接続されて、スパイラル構造のコイル１００が形成される。

＜嵌合部の構造＞
次に、図４を用いて、本実施の形態の無線給電システム１の嵌合部１０１〜１０４の構造について説明する。

図４は、コイル１００を構成する導電線群１０５を、衣類２２１から分離して広げた状態を示している。図４に示すように、第１の嵌合部１０１と、第１の嵌合部１０１と嵌合し電気的に導通可能な３つの第２の嵌合部１０２〜１０３が、所定の間隔を開けて導電線群１０５に設けられている。

衣類２２１の開き部２２２Ａ、２２２Ｂ同士を位置決めをして係合したとき、第１の嵌合部１０１の接点である係合部材１０１Ａと、嵌合するのは第２の嵌合部１０２、１０３、１０４の係合部材１０２Ａ、１０３Ａまたは１０４Ａのいずれかであり、第１の嵌合部１０１の接点である係合部材１０１Ｂと、嵌合するのは係合部材１０２Ｂ、１０３Ｂまたは１０４Ｂのいずれかであり、第１の嵌合部１０１の接点である係合部材１０１Ｃと、嵌合するのは係合部材１０２Ｃ、１０３Ｃまたは１０４Ｃのいずれかである。

導電線１０５ａには、一端近傍に第１の嵌合部１０１の係合部材１０１Ｃが配設され、他端近傍に端部側より順に、第２の嵌合部１０４の係合部材１０４Ｂ、第２の嵌合部１０３の係合部材１０３Ｂ、第２の嵌合部１０２の係合部材１０２Ｂが所定の間隔で配設されている。また、導電線１０５ｂには、一端近傍に第１の嵌合部１０１の係合部材１０１Ｂが配設され、他端近傍に端部側より順に、第２の嵌合部１０４の係合部材１０４Ａ、第２の嵌合部１０３の係合部材１０Ａ、第２の嵌合部１０２の係合部材１０２Ａが所定の間隔で配設されている。すなわち、第１の嵌合部１０１と第２の嵌合部１０２〜１０４は、接点がずれて互いに異なる導電線と接続されている。

なお、第１の嵌合部１０１の係合部材１０１Ａには引き出し線１０６が接続されている。また、第２の嵌合部１０４の係合部材１０４Ｃ、第２の嵌合部１０３の係合部材１０３Ｃおよび第２の嵌合部１０２の係合部材１０２Ｃには引き出し線１０７が接続されている。なお、図１に示したように、引き出し線は、コンデンサ１２０および駆動回路１２１と接続され、コイル１００と合わせてＬＣ共振回路を形成している。

第１の嵌合部１０１の各係合部材と、第２の嵌合部の各係合部材とは、いわゆるオスメスの関係となっており、第１の嵌合部１０１の各係合部材は第２の嵌合部の対応する各係合部材のいずれとも嵌合するようになっている。

なお、係合部材は、例えば、それぞれの係合部材の凹部と凸部の寸法または形状を変えることで、互いに対応する係合部材同士でなければ嵌合しない構造とすることも可能である。ボタン（係合部材）の掛け違い（嵌合違い）により、導電線同士が誤って接続されることを防止できる。

＜装着状態の説明＞
次に、図５〜図７を用いて、本実施の形態の無線給電システム１のコイル１００について説明する。図５〜図７は、被検体である被検者１０９の体型が異なる場合のコイル１００の嵌合箇所を説明するための説明図である。

図５は、被検者が太った人の場合の、コイル１００を示している。図５においては、第１の嵌合部１０１は、第２の嵌合部１０４と嵌合している。すなわち、係合部材１０１Ａと１０４Ａ、１０１Ｂと１０４Ｂそして１０１Ｃと１０４Ｃとが嵌合し、各接点において導電線１０５ａと導電線１０５ｂが接続されている。このため、形成されたコイル１００は、第２の嵌合部１０２から第２の嵌合部１０４までの間の導電線１０５ａ等も、電流が流れる流路となる大きなコイルとなる。

これに対して、図６は、被検者がやせた人の場合の、コイル１００を示している。図６においては、第１の嵌合部１０１は、第２の嵌合部１０２と嵌合している。すなわち、係合部材１０１Ａと１０２Ａ、１０１Ｂと１０２Ｂそして１０１Ｃと１０２Ｃとが嵌合し、各接点において導電線１０５ａと導電線１０５ｂが接続されている。このため、形成されたコイル１００は、第２の嵌合部１０２から第２の嵌合部１０４までの間の導電線１０５ａおよび引き出し線１０７の一部は電流が流れる流路とはならず、小さなコイルとなる。

なお、コイル１００の大きさとは、コイル１００の１ターンの長さであり、実効的には、コイル１００の断面積となる。

次に、図７は、図５または図６に示したコイル１００を体型の異なる被検者１０９Ａまたは１０９Ｂに装着した様子を被検者の頭上から観察した場合の概念図である。すなわち、被検者１０９の体型に合わせて、複数の第２の嵌合部１０２〜１０４の中から１つを選択し、第１の嵌合部１０１と嵌合し導電線群１０５を接続している。

やせた被検者１０９Ａの場合には、図７Ａに示すように、複数の第２の嵌合部１０２〜１０４の中から最も内側にある第２の嵌合部１０２を、第１の嵌合部１０１と嵌合することで、小さなコイル１００Ａが形成される。これに対して、太った被検者１０９Ｂの場合には、図７Ｂに示すように、複数の第２の嵌合部１０２〜１０４の中から最も外側にある第２の嵌合部１０４を、第１の嵌合部１０１と嵌合することで、大きなコイル１００Ｂが形成される。

このように、本実施の形態の無線給電システム１は、被検者１０９の体型に合わせて、コイル１００の大きさが可変可能な構造を有する。このため、コイル１００と被検者１０９の間に、過剰のすきまが生じない。従って被検者１０９の姿勢が変化しても、コイル１００の形状の変形は小さい。このため被検者１０９の姿勢が変化しても、コイル１００のインダクタンスは安定しており、ＬＣ直列共振回路の共振周波数の変化は小さく、無線給電システム１は、カプセル型内視鏡１０８に、安定した効率的な電力供給ができる。すなわち、本実施の形態のコイル１００は、体型の異なる被検者にも同一の送電コイル部材を用いてカプセル型内視鏡１０８に電力供給することができる。

なお、本実施の形態の無線給電システム１では、第２の嵌合部１０２〜１０４は、ほぼ一定の間隔で導電線群１０５に配設されているが、任意の間隔で配設してもよい。

また、上記実施の形態のコイル１００では、衣類２２１の前開き部２２２Ａに第１の嵌合部１０１を、前開き部２２２Ｂに第２の嵌合部１０２、１０３、１０４を配設したが、逆に、衣類２２１の前開き部２２２Ａに第２の嵌合部１０２、１０３、１０４を、前開き部２２２Ｂに第１の嵌合部１０１を配設してもよい。

また、上記実施の形態のコイル１００では、それぞれの導電線に１の第１の嵌合部１０１と、複数の第２の嵌合部を配設したが、それぞれの導電線に複数の第１の嵌合部と複数の第２の嵌合部を配設してもよい。

＜第１の実施の形態の変形例＞
次に、第１の実施の形態の変形例の無線給電システム２のコイル１００Ｃについて、図８および図９を用いて説明する。図８および図９は、第１の実施の形態の変形例の無線給電システム２のコイル１００Ｃを説明するための説明図である。

本変形例の無線給電システム２のコイル１００Ｃは、導電線１１５ｃが１本であり、コイル１００Ｃは１ターンのスパイラルコイルである。無線給電システム２の基本構成は無線給電システム１と、ほぼ同じであるため、以下、第１の実施の形態の無線給電システム１と異なる点についてのみ説明する。

電流を流すための導電線１１５ｃには、第１の嵌合部１１１と、第１の嵌合部１１１と嵌合可能な複数の第２の嵌合部１１２〜１１４が配設されている。第１の嵌合部１１１は、導電線１１５ｃの一方の端に取り付けられており、第２の嵌合部１１２〜１１４は、導電線１０５のもう一方の端から、例えば一定の間隔を隔てて導電線１０５ｃに取り付けられている。第１の嵌合部１１１は、第２の嵌合部１１２〜１１４のいずれとも嵌合する構造を有する。

導電線１１５ｃは、第２の嵌合部１１４の係合部材１１４Ａ、第２の嵌合部１１３の係合部材１１３Ａ、第２の嵌合部１１２の係合部材１１２Ａを通って、第１の嵌合部１１１の係合部材１１１Ｂに接合されている。第１の実施の形態のコイル１００と同様に、第１の嵌合部１１１と、第２の嵌合部１１２〜１１４とは、いわゆるオスメスの関係となっており、第１の嵌合部１１１の係合部材は、第２の嵌合部１１２〜１１４の係合部材のいずれとも嵌合するようになっている。また、図示しない共振用コンデンサおよび駆動回路とコイル１００Ｃとを接続するために導電線１１５ｃの引き出し線１１６が第１の嵌合部１１１の係合部材１１１Ａから、引き出し線１１７が第２の嵌合部１１２の係合部材１１１Ｂから引き出されている。

図９は、第２の嵌合部１１２〜１１４から選択された１の嵌合部１１４と、第１の嵌合部１１１とを嵌合した状態のコイル１００Ｃを示している。複数の第２の嵌合部１１２〜１１４の中で最も第１の嵌合部１１１から遠い位置にある第２の嵌合部１１４を選択しているため、コイル１００Ｃの大きさは最も大きい。なお、複数の第２の嵌合部１１２〜１１４の中で最も第１の嵌合部１１１から近い位置にある第２の嵌合部１１２を選択すると、コイル１００Ｃは最も大きさが小さくなる。

本変形例の無線給電システム２のコイル１００Ｃは、被検者１０９を被覆するとともに、開閉可能な開き部２２２を有する衣類２２１の周面に巻回されて配設された１の導電線１１５ｃからなり、衣類の開き部２２２Ａ、２２２Ｂ同士を合わせたときに引き出し線１１６、１１７と導電線１１５ｃが接続し形成される。なお、本変形例の無線給電システム２においては、導電線が１本であるため、「導電線同士を接続する」とは、「導電線１１５ｃと引き出し線１１６、１１７を接続する」ことを意味する。

本変形例の無線給電システム２においては、コイル１００Ｃは１ターンコイルであり、被検者１０９の体型に合わせて、コイル１００Ｃの大きさが可変可能な構造を有する。このため、コイル１００Ｃと被検者１０９の間に、過剰のすきまが生じない。従って被検者１０９の姿勢が変化しても、コイル１００Ｃの形状の変形は小さい。このため被検者１０９の姿勢が変化しても、コイル１００Ｃのインダクタンスは安定しており、ＬＣ直列共振回路の共振周波数の変化は小さく、無線給電システム２は、カプセル型内視鏡１０８に、安定した効率的な電力供給ができる。すなわち本実施の形態のコイル１００Ｃは、体型の異なる被検者にも同一の送電コイル部材を用いてカプセル型内視鏡１０８に電力供給することができる。

さらに、コイル１００Ｃは１ターンコイルであるため、構造が簡単であり、かつ、重さを軽くすることができ、被検者が装着した際に負担を軽減することができる。

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態の無線給電システム３のコイル１００Ｄについて、図１０および図１１を用いて説明する。図１０および図１１は、第２の実施の形態の無線給電システム３のコイル１００Ｄを説明するための説明図である。

本実施の形態の無線給電システム３のコイル１００Ｄは、導電線群１３１が伸縮自在な構造を有する。無線給電システム３の基本構成は無線給電システム１と、ほぼ同じであるため、以下、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略し、第１の実施の形態の無線給電システム１と異なる点についてのみ説明する。

図１０において第１の嵌合部１４１は、嵌合可能な複数の第２の嵌合部１４２〜１４４と、導電線群１３１で接続されている。そして、導電線群１３１を構成する各導電線１３１ａ、１３１ｂは、ばね形状のように伸縮自在な弾性を有する構造を有する。

伸縮自在な弾性を有する構造とは、図１０に示すように、導電線１３１ａ、１３１ｂが、長手方向に伸び縮み可能な弾性を有する構造である。

無線給電システム３のコイル１００Ｄは、第１の嵌合部１４１と、第２の嵌合部１４２〜１４４を嵌合する場合に、被検者の体に最も近い大きさとなるように第２の嵌合部１４２〜１４４から１の嵌合部を選択して嵌合する。図１１は、第１の嵌合部１４１を第２の嵌合部１４４と嵌合してコイル１００Ｄを形成した状態を示している。

本実施の形態のコイル１００Ｄは、導電線１３１ａ、１３１ｂの長手方向に伸縮自在で弾性を有する。すなわち、本実施の形態のコイル１００Ｄは、導電線群１３１が伸縮自在な弾性を有する構造を有するため、被検者が装着した際に、より被検者の体に密着しやすい。なお、衣類２２１は、コイル１００Ｄの伸縮を妨害しなために、布地が伸縮性を有していることが好ましい。しかし、コイル１００Ｄが布地と部分的に固定されていれば、布地は、折れ曲がることでコイル１００Ｄの伸縮を妨害しない。

本実施の形態のコイル１００Ｄは、第１の実施の形態のコイル１００に比べて、被検者の体に、より密着する。このため、第１の実施の形態が有する効果に加えて、被検者の体位の変化によるコイルの変形がより小さく、インダクタンスの変化もより小さい。このため、ＬＣ直列共振回路の共振周波数の変化が、より小さく、無線給電システム３は、カプセル型内視鏡１０８に、より安定した効率的な電力供給ができる。

なお、本実施形態のコイル１００Ｄとして、導電線群１３１がばね状の構成となった場合を示したが、導電線群１３１が伸縮可能な補助部材に取り付けられた構成でもよく、本実施の形態の伸縮可能なコイル１００Ｄとして使用することができる。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態の無線給電システム４について、図１２を用いて説明する。図１２は、第３の実施の形態の無線給電システム４を説明するための説明図である。

本実施の形態の無線給電システム４の基本構成は無線給電システム１と、ほぼ同じであるため、以下、同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略し、第１の実施の形態の無線給電システム１と異なる点についてのみ説明する。特に、実施の形態１と同じ構造のコイル１００を有する無線給電システム４を例に説明する。

図１２に示すように、本実施の形態の無線給電システム４は、複数のコンデンサ１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃからなるコンデンサ群１５０と、形成されたコイル１００の大きさにより、コイル１００と接続するコンデンサを選択するコントローラ１２３と、複数のスイッチ１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃからなる切替回路１２２とを有する。

すなわち、無線給電システム４は、無線給電システム１と同様の被検者１０９の体型に合わせて、コイル１００の大きさが可変可能な構造を有し、さらに、被検者１０９の体型に合わせた大きさのコイル１００が同じ共振周波数のＬＣ共振回路を形成するコンデンサを選択するコントローラ１２３と、切替回路１２２とを有する。

被検者１０９の体内にあるカプセル内視鏡１０８に給電する際には、カプセル内視鏡１０８内部の受電コイル２６の共振周波数と、無線給電システム４の送電用のコイル１００の共振周波数を一致することで、効率的な給電が可能となる。

ここで、インダクタンス成分Ｌと容量成分Ｃを直列に接続したＬＣ直列である共振回路１３０の共振周波数ｆｒ、すなわちコイル１００の共振周波数ｆｒは以下の式で表される。

ｆｒ＝１／（２×π×ＳＱＲ（Ｌ×Ｃ）） ・・・（式１）
無線給電システム４の送電においては、インダクタンス成分Ｌは、コイル１００のインダクタンス成分、容量成分Ｃは共振用コンデンサの容量が、いずれも支配的である。従って、送電用のコイル１００の共振周波数を略一定に保つためには、コイル１００のインダクタンスが大きい場合には、共振用コンデンサの容量を小さくし、逆に、コイル１００のインダクタンスが小さい場合には、共振用コンデンサの容量を大きくする必要がある。

ここで、コンデンサ１５０Ａの容量が最も小さく、コンデンサ１２０Ｃの容量が最も大きく、コンデンサ１５０Ｂの容量が両者の間とする。

被検者１０９が太っている人の場合、第１の嵌合部１０１と第２の嵌合部１０４とが嵌合され、形成されるコイル１００の大きさ、すなわちコイル１００の断面積が大きくなる。スパイラルコイルは、その断面積が大きいと、断面積に比例してインダクタンスが大きい。従って、第１の嵌合部１０１と第２の嵌合部１０４とが嵌合された場合には、コントローラ１２３は、共振用コンデンサ群１５０の中から最も容量の小さいコンデンサ１５０Ａを選択し、切替回路１２２をコンデンサ１２０Ａが接続されるように切り替える。なお、コンデンサ１５０Ａの容量はコイル１００が最も大きい時に、送電用のコイル１００の共振周波数が、受電コイル２６の共振周波数と一致するように設計されている。

被検者１０９がやせている人の場合、第１の嵌合部１０１と第２の嵌合部１０２とが嵌合され、形成されるコイル１００の大きさ、すなわちコイル１００の断面積は小さい。従って、第１の嵌合部１０１と第２の嵌合部１０２とが嵌合された場合には、コントローラ１２３は、共振用コンデンサ群１５０の中から最も容量の大きいコンデンサ１５０Ｃを選択し、切替回路１２２をコンデンサ１５０Ｃが接続されるように切り替える。なお、コンデンサ１５０Ｃの容量はコイル１００が最も小さい時に、送電用のコイル１００の共振周波数が、受電コイル２６の共振周波数と一致するように設計されている。

なお、上記説明ではコイル１００の大きさは３種類のみであるため、コンデンサ群１５０を構成するコンデンサは３個でよいが、コイル１００の大きさが多数ある場合には、共振用コンデンサを多く有し、さらにコントローラ１２３は複数のコンデンサを同時に選択し、複数のコンデンサを並列接続し使用してもよい。

なお、前述のように、コントローラ１２３は、送電コイルの大きさに応じたコンデンサを選択するするが、コントローラ１２３は、第１の嵌合部１０１と、どの第２の嵌合部１０２が嵌合しているかを検出する嵌合情報検出手段、あるいは送電コイルのインダクタンス等の情報を基に送電コイルの大きさを判断する。

すなわち、無線給電システム４は、送電用のコイル１００と共振回路１３０を形成する複数のコンデンサ１５０Ａ〜１５０Ｃと、複数のコンデンサ１５０Ａ〜１５０Ｃから送電コイル１００の大きさに応じたコンデンサを選択し、切り替える切替回路１２２とを有し、カプセル型医療機器１０８の受電コイル２６の共振周波数と、送電用のコイル１００の共振周波数が一致している。

本実施の形態の無線給電システム４は、第１の実施の形態が有する効果に加えて、被検者１０９の体型に合わせてコイル１００の大きさが変わっても、コイル１００の共振周波数が、受電コイル２６の共振周波数と略一致している。このため、電磁誘導による給電効率が良い。

また、本実施の形態のコイル１００は、１つのコイルからなるソレノイド型であるが、複数のコイル、例えば、２つのコイルを対向配置したヘルムホルツ型でも良い。

なお、上記説明は、カプセル型内視鏡を例に説明したが、本発明の無線給電システムは、カプセル型内視鏡への無線給電に限られるものではなく、消化液採取用カプセル型医療機器、嚥下型のｐＨセンサ、またはドラッグデリバリーシステムのような各種カプセル型医療機器に適用可能である。

本発明は、上述した実施の形態または変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

第１の実施の形態にかかる無線給電システムの概要を示す概要図である 第１の実施の形態にかかるカプセル型内視鏡の概要を説明するための側面図である。 第１の実施の形態にかかる送電用のコイルの構造を説明するための説明図である。 第１の実施の形態にかかるコイルを構成する導電線群を、衣類から分離して広げた状態を示す概要図である。 第１の実施の形態にかかるコイルを示す概要図である。 第１の実施の形態にかかるコイルを示す概要図である。 第１の実施の形態にかかるコイルを装着した状態を示す概要図である。 第１の実施の形態の変形例にかかるコイルを構成する導電線群を、衣類から分離して広げた状態を示す概要図である。 第１の実施の形態の変形例にかかるコイルを示す概要図である。 第２の実施の形態の変形例にかかるコイルを構成する導電線群を、衣類から分離して広げた状態を示す概要図である。 第２の実施の形態の変形例にかかるコイルを示す概要図である。 第３の実施の形態にかかる無線給電システムの概要を示す概要図である 衣類と、係合部材と、導電線との関係を示す平面図である。 係合部材の構造と導電線の関係を説明するための説明図である。 衣類と、電力送信用アンテナであるコイルとの関係を説明するための説明図である。 衣類と、電力送信用アンテナであるコイルとの関係を説明するための説明図である。

符号の説明

１、４…無線給電システム、１００、１００Ａ、１００B、１００Ｃ、１００Ｄ…送電コイル、２１、２２１…衣類、２６…受電コイル、４１、４２…係合部材、１０１ 第1の嵌合部、１０２、１０３、１０４…第２の嵌合部、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１C、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２C、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３C、１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４C…係合部材、１０５…導電線群、１０８…カプセル型内視鏡、１０９…被検者、１１１…第1の嵌合部、１１２、１１３、１１４…第２の嵌合部、１２０…コンデンサ、１２１…駆動回路、１２２…切替回路、１２３…コントローラ、１３１…導電線群、１４１…第1の嵌合部、１４２、１４３、１４４…第２の嵌合部、１５０…コンデンサ群

Claims (6)

1. 被検体の内部に導入されて被検体内情報を取得するカプセル型医療機器に対して、前記被検体の外部から電力を供給する無線給電システムであって、
   前記被検体の周面に巻回されて配設された送電コイルを有し、
   前記送電コイルが、前記被検体を被覆するとともに、開閉可能な開き部を有する衣類の周面に巻回されて配設された複数の導電線からなり、前記衣類の開き部同士を合わせたときに異なる前記導電線同士が接続し形成され、その大きさが前記被検体の大きさに合わせて調整可能であることを特徴とする無線給電システム。
2. 前記送電コイルは、
   前記衣類の開き部の対向する位置に配設された、第１の嵌合部と、前記第１の嵌合部と嵌合する複数の第２の嵌合部とを有し、
   前記被検体の大きさに合わせて、選択された一の前記第２の嵌合部と前記第１の嵌合部とが嵌合し形成されることを特徴とする請求項１に記載の無線給電システム。
3. 前記送電コイルは、複数の前記導電線が、平行に隣接配置された導電線群からなることを特徴とする請求項２に記載の無線給電システム。
4. 前記送電コイルは、前記導電線の長手方向に弾性を有することを特徴とする請求項２から請求項３のいずれか１項に記載の無線給電システム。
5. 前記送電コイルと共振回路を形成する複数のコンデンサと、
   前記複数のコンデンサから前記送電コイルの大きさに応じた容量のコンデンサを選択し、切り替える切替回路とを有し、
   前記カプセル型医療機器の受電コイルの共振周波数と、
   前記送電コイルの共振周波数が一致していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線給電システム。
6. 前記カプセル型医療機器が、カプセル内視鏡であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無線給電システム。

Images