JPWO2004089196A1 - 被検体内情報取得装置 - Google Patents

Abstract

被検体の内部で所定の機能を実行する機能実行部（３ａ，３ｂ，６ａ，６ｃ）と、少なくとも１つの電池を有して所望の大きさの電圧および電流を出力する電源部（７）と、電源部（７）からの出力電圧および出力電流を、前記機能実行部を駆動させるために必要な所望の大きさの電圧値と、前記機能実行部を所望時間駆動させることができる平均電流値とにそれぞれ変換する変換部（５）と、を備える。

Description

この発明は、カプセル型内視鏡などの被検体内情報取得装置に用いられる電源回路を有した被検体内情報取得装置に関するものである。

従前より、口から体腔内に投入でき、胃等の消化器内を撮影等して生体腔内の情報を収集できるようにしたカプセル型内視鏡（医療用の飲み込み型の錠剤状内視鏡）が知られている。そして、このカプセル型内視鏡として、ＬＥＤ等からなる照明手段、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる固体撮像素子、これら照明手段や固体撮像素子を駆動させるための電池等からなる電源部とをカプセルに内蔵したものが提案されている（特表２００２−５０８２０１号公報参照）。
カプセル型内視鏡は、検査本人が自力で飲み込めるように小型である必要があり、その使用目的から大きさへの制約が極めて大きい。そのため、上記電源部を構成する電池として搭載される電池は、その径及び高さのそれぞれにおいて、寸法面での厳しい制約条件を満たす必要がある。
また、カプセル型内視鏡において安定的な動作が行われるため、安定的に所定の電圧を発生可能な電池である必要がある。
更に、カプセル本体は電池で動作し、且つ、水密・気密・安全（衛生上）性が要求されるので、再利用が困難であり、デスポーザブル機器としてコスト面の制約がある。故に、特注の電池を採用することは難しく、市販の電池を使用せざるを得ない。カプセルの形状や大きさから、腕時計や携帯用ゲーム機器、体温計等に使用されているボタン電池が好適である。しかし、市販のボタン電池の種類は限られており、それらのいずれかを使用して、カプセル型内視鏡に搭載可能な大きさでかつカプセル型内視鏡に要求される電流・電圧値を満たす電源回路を構成することは困難である。
カプセル型内視鏡に要求される寸法面での厳しい制約条件を満たしつつ、カプセル型内視鏡に要求される出力を発生し、かつカプセル型内視鏡に要求される寿命を満たす電源回路が要求されている。
市販の電池を利用して、カプセル型内視鏡に要求される電源回路を構成することが望まれている。
本発明の目的は、カプセル型内視鏡などの被検体内情報取得装置に要求される出力を発生し、かつ被検体内情報取得装置に要求される寿命を満たす被検体内情報取得装置用の電源回路を有した被検体内情報取得装置を提供することである。
本発明の他の目的は、市販の電池を用いて構成可能であり、被検体内情報取得装置に要求される出力を発生し、かつ被検体内情報取得装置に要求される寿命を満たす被検体内情報取得装置用の電源回路を有した被検体内情報取得装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、被検体内情報取得装置に要求される寸法面での厳しい制約条件を満たしつつ、被検体内情報取得装置に要求される出力を発生し、かつ被検体内情報取得装置に要求される寿命を満たす被検体内情報取得装置用の電源回路を有した被検体内情報取得装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、市販の電池を用いて構成可能であり、被検体内情報取得装置に要求される寸法面での厳しい制約条件を満たしつつ、被検体内情報取得装置に要求される出力を発生し、かつ被検体内情報取得装置に要求される寿命を満たす被検体内情報取得装置用の電源回路を有した被検体内情報取得装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、被検体内情報取得装置に要求される出力を発生し、かつ被検体内情報取得装置に要求される寿命を満たし、使用する回路素子の点数が少なくて済む被検体内情報取得装置用の電源回路を有した被検体内情報取得装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、市販の電池を用いて構成可能であり、被検体内情報取得装置に要求される出力を発生し、かつ被検体内情報取得装置に要求される寿命を満たし、使用する回路素子の点数が少なくて済む被検体内情報取得装置用の電源回路を有した被検体内情報取得装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、被検体の内部で所定の機能を実行する機能実行部と、少なくとも１つの電池を有して所望の大きさの電圧および電流を出力する電源部と、前記電源部からの出力電圧および出力電流を、前記機能実行部を駆動させるために必要な所望の大きさの電圧値と、前記機能実行部を所望時間駆動させることができる平均電流値とにそれぞれ変換する変換部とを備える。
また、前記電源部は複数の電池を有し、前記複数の電池が接続されて所望の大きさの電圧および電流を出力することを特徴とする。
さらに、前記電源部が有する前記複数の電池は、互いに並列に接続されることを特徴とする。
また、前記変換部は、前記電源部からの出力電圧を所望の大きさに昇圧する昇圧回路を備えたことを特徴とする。
さらに、前記昇圧回路は、スイッチングレギュレータ型昇圧回路であることを特徴とする。
また、前記電源部が有する前記複数の電池は、互いに直列に接続されることを特徴とする。
さらに、前記変換部は、前記電源部からの出力電圧を所望の大きさに降圧する降圧回路を備えたことを特徴とする。
また、前記降圧回路は、スイッチングレギュレータ型降圧回路であることを特徴とする。
さらに、前記機能実行部は、前記被検体の内部の被検部位から所定の情報を取得するためのセンサー手段と、前記センサー手段から出力された出力信号を前記被検体の外部に無線送信するための無線手段とを備えたことを特徴とする。
また、前記センサー手段は、前記被検体の内部の被検部位を撮像して撮像信号を生成する撮像素子であることを特徴とする。
さらに、前記電池は、ボタン型の酸化銀電池であることを特徴とする。
また、被検体の内部で所定の機能を実行する機能実行部と、少なくとも２つの電池を有して所望の大きさの電圧および電流を出力する電源部と、前記電源部からの出力電圧および出力電流を、前記機能実行部を駆動させるために必要な所望の大きさの電圧値と、前記機能実行部を所望時間駆動させることができる平均電流値とにそれぞれ変換する変換部と、を備え、前記電源部は、それぞれ少なくとも１つの電池を有して所望の値の電流を出力する第１および第２の電池部を備え、前記変換部は、前記機能実行部と前記電源部との間に設けられたスイッチであり、前記第１および第２の電池部の一方と前記機能実行部とを接続して他方とは接続を解除する動作を所定時間間隔で切り替えて行うことを特徴とする。
すなわち、本発明は、「出力電流が寿命を所望時間持たせ得る値となるようにした電池を有する電源部と、この電源部からの出力を所望の電流値に変換することができる回路とを備える被検体内情報取得装置用の電源回路を有した被検体内情報取得装置。」である。
このようなものであると、被検体内情報取得装置の駆動に必要な電流値を電源部から所定時間引き出すことができるようになり、例えば酸化銀ボタン電池等の小型の電池を被検体内情報取得装置に用いても、被検体内情報取得装置による検査を終えるまでに電池寿命が尽きてしまうということを防止できるようになる。
尚、本願では、効果が明瞭となるために小型電池として公知の酸化銀ボタン電池を挙げているがこれ以外の小型電池でもよいことは言うまでもない。
ところで、例えば酸化銀ボタン電池のような、小型であり、一定電流値を寿命寸前まで出力可能な電池は、比較的容量が小さく、長時間に亘って大きな値の電流を引き出すことができないという性質を有し、従って、このような電池では、被検体内情報取得装置の駆動に必要な電流値を長時間に亘って引き出すことができない。この問題の解決策としては、複数の電池を並列に接続して酸化銀ボタン電池一個当たりの出力電流値を下げることが考えられる。しかし、このようなものであると、逆に所望の電圧を得られなくなるという問題が生じてしまう。
そこで、「各電池の出力電流が当該電池の寿命を所望時間持たせ得る値となるように、かつ所定の電圧を出力し得るように、複数の電池を接続してなる電源部と、この電源部からの出力を所望の電流電圧値に変換することができる回路とを備える被検体内情報取得装置用の電源回路を有した被検体内情報取得装置。」とすることが実情に則して好適である。
上述したように、被検体内情報取得装置は、寸法面での厳しい制約条件を満たす必要があるが、コスト面の制約から特注の電池ではなく、市販の電池を使用することが望ましい。市販の電池の中では、カプセルの形状や大きさからすると、ボタン電池が好適であるが、市販のボタン電池の種類は限られており、それらのいずれかを使用して、被検体内情報取得装置に搭載可能な大きさでかつ被検体内情報取得装置に要求される電流・電圧値を満たす被検体内情報取得装置用の電源回路を構成することは困難である。
更に、本発明者は、今回の実験の結果、以下のような知見を得た。市販の電池において使用が想定される電流値と、被検体内情報取得装置において要求される電流値とでは、桁違いに異なり、しかも、市販の電池において使用が想定されている寿命と、被検体内情報取得装置において要求される寿命とも桁違いに異なり、かつその寿命の間は要求される電流値が安定的に引き出される必要があることから、更にそれらの意味においても市販の電池を用いて、被検体内情報取得装置に要求される被検体内情報取得装置用の電源回路を構成することは難しい。より具体的には、時計用の酸化銀ボタン電池は、数十〜百数十μＡの標準電流を引き出した時の寿命を公称電流容量（ｍＡｈ）としているのに対して、被検体内情報取得装置に使用するためには、数ｍＡで８時間以上持たせなければならない。ところが、標準電流よりも大きな電流を引き出すために、公称電流容量に対して良くて５０％程度までしか引き出せない。そのため、酸化銀ボタン電池をそのまま用いたのでは、被検体内情報取得装置に要求される電流・電圧・寿命を満たす電源とはならない。本発明は、このような新規な課題を発明者自らが見つけ、その課題に対する解決策を提供するものである。

第１図は、本発明者が実験した回路を示す回路図であり、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の一実施形態において、解決すべき問題点を説明するための図である。第２図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の一実施形態において、本発明者の実験によって得られた、酸化銀ボタン電池から出力する平均電流値と寿命の関係を示すグラフ図である。第３図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第１の実施形態の回路構成を示すブロック図である。第４図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第１の実施形態の回路の昇圧回路の一例である昇圧型スイッチングレギュレータの動作の概要を説明するための回路図である。第５図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第１の実施形態の回路の昇圧回路の一例であるチャージポンプの動作の概要を説明するための回路図であり、第５図（ａ）は、第１の動作ステップを示し、第５図（ｂ）は、第２の動作ステップを示している。第６図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第１の実施形態の回路の昇圧回路の一例であるチャージポンプの動作の概要を説明するためのコンデンサに充電される電圧の変化を示すタイミングチャートである。第７図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第２の実施形態の回路構成を示すブロック図である。第８図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第２の実施形態の回路の降圧回路の一例である降圧型スイッチングレギュレータの動作の概要を説明するための図であり、第８図（ａ）は、降圧型スイッチングレギュレータの回路図であり、第８図（ｂ）は、第８図（ａ）における各ノードにおける電圧の変化を示すタイミングチャートである。第９図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第２の実施形態の回路の降圧回路の一例である降圧型スイッチングレギュレータを構成するＰＷＭ部で生成されたクロックのデューティ比とノードＢの電位との関係を示す波形図であり、第９図（ａ）は、その第１の例を示し、第９図（ｂ）は、その第２の例を示している。第１０図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第２の実施形態の回路の降圧回路の一例であるリニアレギュレータの動作の概要を説明するための図であり、第１０図（ａ）は、リニアレギュレータの回路図であり、第１０図（ｂ）は、第１０図（ａ）におけるトランジスタの動作と出力電圧の変化を示す波形図である。第１１図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第３の実施形態の回路構成を示すブロック図である。第１２図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の第３の実施形態を構成する電池の放電特性についての実験結果を示し、第１２図（ａ）は、測定パターンを示し、第１２図（ｂ）は、その測定パターンについての放電特性を示している。第１３図は、本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路の一実施形態が適用される被検体内情報取得装置の概略構成を示す断面図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
本実施形態の被検体内情報取得装置用の電源回路が適用される被検体内情報取得装置について、第１３図を参照して説明する。この被検体内情報取得装置は、カプセル型内視鏡に限らず、ｐＨセンサーカプセルや温度センサーカプセルなども含むものである。
第１３図において、符号１ａはケースであり、１ｂはケース１ａと接合される透明ドームである。ケース１ａ及び透明ドーム１ｂの中には、各種部品が実装された内部ハーネス２が収容される。内部ハーネス２には、ＬＥＤからなる照明手段３ａと、撮像基板４に設けられ照明手段３ａによって照らされた範囲を透明ドーム１ｂ越しに撮像するＣＣＤからなる固体撮像素子３ｂと、固体撮像素子３ｂと透明ドーム１ｂの間に設けられた対物レンズ３ｃと、電源として電池７を用いる電源回路が設けられた電源基板５と、無線基板６ａに設けられ外部と無線通信を行うためのアンテナ６ｂ及びＶＣＯ６ｃとが実装される。ここで、照明手段３ａ、固体撮像素子３ｂ、無線基板６ａ、ＶＣＯ６ｃを含む各種部品は、この発明の機能実行部に相当する。また、電池７は、この発明の電源部に相当する。
本実施形態において、電源回路としては、酸化銀ボタン電池を用いる。酸化銀ボタン電池は、被検体内情報取得装置の動作に必要な電流を流すことができ、電圧低下が少なく平坦な放電特性を有するため、被検体内情報取得装置の安定的な動作に適しているからである。酸化銀ボタン電池の公称電圧は、１．５５Ｖである。
本実施形態の被検体内情報取得装置において、必要な電圧・電流は、３．１Ｖ，数ｍＡであり、８時間以上継続して動作することが求められる。まず、第１図に示すように、酸化銀ボタン電池を２つ直列に接続することで３．１Ｖを確保することが考えられる。３．１Ｖにする理由は、ＣＭＯＳのＩＣが動作する電圧にするためである。ここでの酸化銀ボタン電池は、被検体内情報取得装置に搭載する関係上、酸化銀ボタン電池の径を１０ｍｍ以下に抑えることができ、放電容量の大きいものとして、５０ｍＡｈ程度のものを使用した。
その酸化銀ボタン電池の公称（メーカ発表）の放電容量のスペックは、５０ｍＡｈ程度である。このスペックは、例えば、腕時計用の電池のように使用電力量が少なく微小電流例えば０．０７５ｍＡが流れる場合に、スペック通り又はスペック近くの例えば約６００時間の寿命があることを示すものに過ぎない。
公表されている寿命に関するデータは、その酸化銀ボタン電池において元々使用が想定されている微小電流（大きくとも平均０．１ｍＡ程度まで）が流れたときの寿命を示すもののみである。その寿命は、その酸化銀ボタン電池において元々使用が想定されている電流値及び時間を示している。即ち、被検体内情報取得装置のような大電流が流れたときの寿命に関するデータは一切公表されていない。被検体内情報取得装置について要求される電流値もその寿命も、その酸化銀ボタン電池において元々使用が想定されるものとはかけ離れているためである。現在まで、酸化銀ボタン電池が、その酸化銀ボタン電池において元々使用が想定されている電流値よりも極めて大きな電流値で使用されている製品は、被検体内情報取得装置以外でも存在しない。
このような状況の下、被検体内情報取得装置のように使用電流量が大きく、５ｍＡのような大電流が流れる場合には、上記のスペック通りの寿命（例えば５０ｍＡｈ／５ｍＡ＝１０時間）は得られず、より短時間となることが本発明者の実験の結果、分かった。
具体的な実験結果によれば、第１図の回路構成において、被検体内情報取得装置の動作に必要な平均電流５ｍＡが流れると、動作時間（寿命）は約４時間しかもたず、寿命が不十分である。ここで、第１図に示す２個の直列接続された電池の組を２つ並列接続すれば、約８時間の寿命が得られることになるが、体積の大半を電池で占める被検体内情報取得装置に要求される大きさ・形状からして不適当である。例えばＳＲ４１Ｗの高さは、３．６ｍｍであり、２個の直列接続で７．２ｍｍが必要であり、被検体内情報取得装置に、その組を２組搭載し１個当たりの出力電流を下げても、電池の全長が１４．４ｍｍとなり、大きさ・形状の面から現実的ではない。
第２図は、本発明者の実験によって得られた、酸化銀ボタン電池から出力する平均電流値と寿命との関係を示している。同図に示すように、非線形なグラフ（２次曲線、反比例）となり、流れる平均電流が大きいほど、公称のスペックの値（４５ｍＡｈ）に比べて効率が落ちる（寿命が短い）ことが示されている。具体的には、平均電流が３ｍＡでは、寿命は約９時間もち、２７ｍＡｈ程度に対応し、平均電流が３、５ｍＡでは、寿命は７時間近くもち、２４、５ｍＡｈ程度に対応し、平均電流が５ｍＡでは、寿命は４時間近くしかもたずに２０ｍＡｈ程度に対応する。また、実験の結果、酸化銀ボタン電池は、ＳＲ４１Ｗに限らず他の電池に関しても、第２図のグラフと同様な非線形なグラフ（２次曲線、反比例）となることが分かっている。
本実施形態の被検体内情報取得装置では、上記のように、８時間以上の寿命（高寿命化）が要求されることから、第２図から明らかなように、酸化銀ボタン電池（ＳＲ４１Ｗ）を用いる場合には、電池１つ当たりに流れる平均電流を３．２ｍＡ以下に抑えることが必要である。
なお、現時点で市販の酸化銀ボタン電池（ＳＲ４１Ｗ）によれば、第２図に示す特性に基づいて、要求される寿命（８時間以上）に対し、電池１つ当たり流れる平均電流を３．２ｍＡ以下に抑えることが必要である。これに対して、将来提供されるものも含めその他のスペックの電池（酸化銀ボタン電池以外で被検体内情報取得装置に適した電池を含む）に対しては、第２図に対応する平均電流値と寿命との関係を示す特性を求め、その特性に基づいて、要求される寿命に耐えうる電池１つ当たりに流す電流値を求めることが必要である。
以上のことから、本実施形態では、以下の要求を満たす被検体内情報取得装置用の電源回路を提供する。
・被検体内情報取得装置用の電源回路から出力電圧３．１Ｖ、平均電流５ｍＡの出力を得られること。
・電池１つ当たりで流す電流値を低く抑えて、高寿命化（８時間以上）を実現すること。
通常一般の場合、電池は、公称の放電容量で示される寿命が得られる範囲の電流が流れる製品に適用される。具体的には、平均電流（ｍＡ）と寿命（ｈ）との積（ｍＡｈ）が、公称の放電容量（ｍＡｈ）から大きく外れない範囲に対応する平均電流によって動作する製品（上記例では、腕時計）にその電池が使用されるのが通常である。
これに対して、本実施形態は、その平坦な放電特性及び大きさ・形状等から被検体内情報取得装置への使用に好適であるとして酸化銀ボタン電池を選択するが、市販の酸化銀ボタン電池を被検体内情報取得装置にそのまま適用（第１図参照）したのでは、通常、使用が想定される製品（上記例では、腕時計用電池）の平均電流値に比べて、桁違いに大きな平均電流値（上記例では、５ｍＡ）であることを理由として、公称の放電容量通りの寿命は得られないという知見（第２図参照）を得て、その新たな課題に対する解決手段を提供するものである。
以下に述べる第１及び第２実施形態では、第２図に示すグラフにおいて効率の良い範囲を使いつつ、本実施形態の被検体内情報取得装置に要求される平均電流値と寿命を満足させようとするものである。第２図に示すように、寿命の面で効率の良い範囲は、平均電流値がより小さい範囲であるが、本実施形態の被検体内情報取得装置に要求される平均電流は、その範囲よりも大きな５ｍＡであり、これらの２つの要求を同時に満たす被検体内情報取得装置用の電源回路を提供する。
（実施の形態１）
第３図は、第１実施形態の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路を示している。同図に示すように、被検体内情報取得装置用の電源回路１０は、酸化銀ボタンが４つ並列に接続されてなる電源部２０と、その電源部２０の後段に接続され、変換部としての昇圧回路３０とを備えている。電源部２０に用いる酸化銀ボタン電池は、使用個数と、長寿命化のため１つ当たりに流す電流値の理由から、上記ＳＲ４１Ｗよりも小容量であるが小型のＳＲ７２６ＳＷ（薄型電池）を用いた。ＳＲ７２６ＳＷの放電容量（公称）は、３２ｍＡｈであり、高さは２．６ｍｍである。ＳＲ７２６ＳＷの径は、ＳＲ４１Ｗと同様、７、９ｍｍであり、被検体内情報取得装置への搭載に適している。
電源部２０からは、１、５５Ｖしか出力されないが、昇圧回路３０は、その電源部２０からの出力電圧を２倍に昇圧することで、所望の３．１Ｖの出力電圧を確保する。昇圧回路３０から出力される電流値は、電源部２０から出力される電流値の１／２倍になるため、電源回路１０から所望の５ｍＡの電流が流れるためには、電源部２０では、１０ｍＡの平均電流が流れる必要がある。ここで、ＳＲ７２６ＳＷの場合、電池１つ当たりで流す電流を２．５ｍＡ程度に抑えれば、被検体内情報取得装置に要求される寿命（８ｈ以上）を満たすことが実験の結果、分かっている。そこで、電源部２０に必要な酸化銀ボタン電池の数は４つ（１０／２．５＝４）となる。
ここで、昇圧回路３０について説明する。昇圧回路３０としては、スイッチングレギュレータ型昇圧回路または、チャージポンプが用いられる。
まず、第４図及び第５図を参照して、スイッチングレギュレータ型昇圧回路について説明する。
スイッチングレギュレータ型昇圧回路とは、安定な電圧や電流を得るための電力変換方式の一つであり、高い変換効率を得ることができる。安定でない電源と負荷との間にスイッチを含んだ回路を設け、そのスイッチをオンまたはオフすることにより入力側の電力を負荷側へ供給したり、遮断することができる。このオン・オフ動作を高速で繰り返すことによって供給する電力を平均的に調整し、電圧や電流を安定化することができる。スイッチと負荷が並列に接続されているのが昇圧型である。コイルに流れる電流を増減させることによる電圧変化を利用する。出力電圧を基準値と比較して一定に保つフィードバック回路と共に構成される。
第４図に示すように、スイッチングレギュレータ型昇圧回路は、スイッチング用のＦＥＴと、一次遅れ用のインダクタ（Ｌ）と、電荷チャージ用のコンデンサ（Ｃ）と、コンデンサに蓄えられた電荷がＦＥＴがＯＮした際にリークしないようにするための逆流防止用のダイオード（Ｄ）とを備えている。但し、ダイオードは、０．７Ｖの電圧ドロップが発生するため、出力電圧Ｖｏｕｔに対してダイオードのアノードが０．７Ｖ以上にならないとコンデンサに電荷がチャージされない。
ここで、安定でない電源はＶｄｓであり、ＯＮ／ＯＦＦするスイッチはダイオードとなる。ダイオードのＯＮ／ＯＦＦ制御をＦＥＴスイッチのＯＮ／ＯＦＦで行うものである。まず、ＦＥＴがＯＮ（１）すると、ＶｄｓはＧＮＤとショートしてＬに電流が流れ始める。このとき、インダクタ（Ｌ）には逆起電力が発生する。次に、ＦＥＴをＯＦＦ（２）すると、Ｖｄｓは、ハイインピーダンスとなり、インダクタ（Ｌ）の逆起電力によってＶｄｓの電位はＶｉｎ＋逆起電力となる。これがＶｏｕｔ＋０．７Ｖ以上であれば、（１）の経路で電流が流れる。上記の基本的動作に基づいて、電源部２０から出力されてＶｉｎからスイッチングレギュレータ型昇圧回路に入力される１０ｍＡ，１．５５Ｖの電力は、Ｖｏｕｔから５ｍＡ，３．１Ｖの電力となって出力される。
次に、第５図及び第６図を参照して、昇圧回路３０として使用されるチャージポンプについて説明する。第５図は、チャージポンプの回路図であり、第５図（ａ）は、第１の動作ステップを示し、第５図（ｂ）は、第２の動作ステップを示している。第６図は、チャージポンプの動作を示すタイミングチャートである。
まず、第５図（ａ）及び第６図の符号（１）に示すように、第１の動作ステップでは、スイッチＳ１、Ｓ２を導通させてコンデンサＣ１に急速充電させる。これにより、コンデンサＣ１には、電位Ｖ１（１、５５Ｖ）がチャージされる。
次に、第５図（ｂ）及び第６図の符号（２）に示すように、第２の動作ステップでは、スイッチＳ１，Ｓ２を非導通にするとともにスイッチＳ３，Ｓ４を導通させる。これにより、コンデンサＣ１の負側に電位Ｖｉｎが接続され、コンデンサＣ２には、Ｖｉｎ＋Ｖｉｎの電位がかかり、コンデンサＣ１にチャージされた電荷がコンデンサＣ２に移動する。これにより、Ｖｏｕｔには、Ｖｉｎが２倍に昇圧されてなる電位（３．１Ｖ）が出力される。これ以降、第１及び第２の動作ステップを繰り返す。
（実施の形態２）
第７図は、第２実施形態の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路を示している。同図に示すように、被検体内情報取得装置用の電源回路４０は、酸化銀ボタン電池が４つ直列に接続されてなる電源部５０と、その電源部５０の後段に接続された降圧回路６０とを備えている。電源部５０に用いる酸化銀ボタン電池も第１実施形態と同じくＳＲ７２６ＳＷとする。
降圧回路６０は、電源部５０から出力される電圧を１／２倍に降圧することで、電源回路４０から流れるべき所望の５ｍＡの１／２倍の電流（２．５ｍＡ）が電源部５０から流れればよい構成にしている。即ち、変換部としての降圧回路６０から出力される電流値は、電源部５０から出力される電流値の２倍になるため、電源部５０において流れる電流は、２．５ｍＡに抑えられ、長寿命化が実現される。降圧回路６０を設けるに伴い、電源回路４０からの出力電圧として所望の３．１Ｖを確保するためには、電源部５０から６．２Ｖが出力される必要があり、そのため、直列接続される酸化銀ボタン電池の数は４つとなる。
ここで、降圧回路６０について説明する。降圧回路６０としては、スイッチングレギュレータ型降圧回路または、リニアレギュレータが用いられる。
まず、スイッチングレギュレータ型降圧回路について説明する。
スイッチングレギュレータ型降圧回路は、安定な電圧や電流を得るための電力変換方式の一つである。安定でない電源と負荷との間にスイッチを含んだ回路を設け、そのスイッチをオンまたはオフすることにより入力側の電力を負荷側へ供給したり、遮断することができる。このオン・オフ動作を高速で繰り返すことによって供給する電力を平均的に調整し、電圧や電流を安定化することができる。スイッチと負荷が直列に接続されているのが降圧型である。特に、本実施形態においては、低消費電流のＤＣ−ＤＣコンバータを用いている。第８図（ａ）は、スイッチングレギュレータ型降圧回路の回路図であり、第８図（ｂ）は、ノードＡおよびノードＢの電位の変化を示すタイミングチャートである。
第８図（ａ）に示すように、ＰＷＭ部１０１では、特定周波数で発振させてクロックを生成し、このクロックでトランジスタ（図ではＦＥＴ）１０２をＯＮ／ＯＦＦさせる。トランジスタ１０２がＯＮすると、ノードＡは電位Ｖｉｎとなり、ＯＦＦすると、ハイインピーダンスとなる（第８図（ｂ）参照）。ノードＡの電位は、平滑化回路（図ではＬＣのローパスフィルタであるがＲＣでも可）１０３で平滑化されると、ノードＢの電位は、点波形が得られる。第９図は、ＰＷＭ部１０１で生成されたクロックのデューティ比とノードＢの電位との関係を示している。第９図（ａ）は、デューティ比が５０％であるときには、出力電圧Ｖｏｕｔ（ノードＢ）は、入力電圧Ｖｉｎの１／２になることが示されている（本実施形態で採用される）。第９図（ｂ）は、デューティ比が例えば９０％であるときには、出力電圧Ｖｏｕｔ（ノードＢ）は、入力電圧Ｖｉｎの０、９倍になることが示されている。
次に、第１０図を参照して、リニアレギュレータについて説明する。
第１０図（ａ）は、リニアレギュレータの回路図であり、第１０図（ｂ）は、制御回路内のトランジスタの動作と、出力電圧Ｖｏｕｔの変化を示す波形図である。
第１０図（ａ）において、制御回路１１０は、入力電圧Ｖｉｎ側ノードと、出力電圧Ｖｏｕｔ側ノードとの間の接点制御を行う。主に、ＦＥＴなどのトランジスタが用いられる。判定回路１１１は、オペアンプからなり、その逆相入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、その正相入力端子には、出力電圧Ｖｏｕｔを分圧してなる値Ｖｏｕｔ’が入力される。判定回路１１１は、出力電圧Ｖｏｕｔを監視し、それが分圧されてなる電圧値Ｖｏｕｔ’と、基準電圧Ｖｒｅｆとの差に基づいて、制御回路１１０のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御する。基準電圧Ｖｒｅｆは、入力電圧Ｖｉｎを降圧させて出力電圧Ｖｏｕｔとして得たい所望の電圧に対応した値に設定される。
出力電圧Ｖｏｕｔに対応する電圧Ｖｏｕｔ’が基準電圧Ｖｒｅｆを超えた場合には、制御回路１１０のトランジスタは、ＯＦＦとされ（第１０図（ｂ）の符号▲１▼参照）、電圧Ｖｏｕｔ’が基準電圧Ｖｒｅｆを超えなかった場合には、制御回路１１０のトランジスタは、ＯＮとされる（第１０図（ｂ）の符号（２）参照）。これにより、電圧Ｖｏｕｔ’が、基準電圧Ｖｒｅｆと同じくなるように制御される（電源の安定化）とともに、入力電圧Ｖｉｎが所望の電圧に降圧される。
第１１図は、第３実施形態の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路を示している。同図に示すように、被検体内情報取得装置用の電源回路７０は、酸化銀ボタン電池が２つ直列接続されてなる組７１が２つ設けられ、いずれかの組７１に接続を切り替えるスイッチ７２が設けられている。電源回路７０を構成する４つの酸化銀ボタン電池は、上記第１及び第２実施形態と同じく、ＳＲ７２６ＳＷである。電源回路７０では、昇圧回路や降圧回路は不要である。よって、使用する回路素子の点数が少なくて済む。
第１２図は、電源回路７０を構成する酸化銀ボタン電池（ＳＲ７２６ＳＷ）の放電特性についての実験結果である。第１２図（ａ）は、測定パターンを示し、第１２図（ｂ）は、その測定パターンについての放電特性を示している。本実施形態の被検体内情報取得装置では、上述の通り、３．１Ｖの出力が要求されることから、測定パターンは、１．５５Ｖの酸化銀ボタン電池が２つ直列接続されている（測定パターンは第１１図の１つの組７１に対応している）。
第１２図（ｂ）に示すように、第３実施形態で用いる酸化銀ボタン電池（測定パターン）の放電特性は、本実施形態の被検体内情報取得装置で要求される平均電流値５ｍＡでは、約２時間の寿命を有することになる。この実験結果から、測定パターンを２つ並列に接続した場合（即ち、第１１図において、２組の組７１同士をスイッチ７２で切り替えるのではなく常時両者７１を並列接続した場合）には、平均電流値５ｍＡで約４時間もつことになる。
これに対し、本実施形態では、第１１図に示すように、スイッチ７２で２つの組７１を切り替えながら使用した。スイッチ７２は、７〜８分おきに切り替えるようにした。その場合には、実験の結果、寿命は、７〜８時間もつことが分かった。これにより、スイッチ７２でスイッチングした場合には、スイッチングせずに並列接続した場合の値（約４時間：第１２図（ｂ）の実験結果に基づく値）に比べて、１．５〜２倍に寿命が延びたことが分かる。これは、スイッチングにより接続を切ることにより電池を休ませることにより、一時的に能力が復活したことによるものである。上記の構成を採用することにより、本実施形態の被検体内情報取得装置に要求される電圧・電流・寿命を満たした被検体内情報取得装置用の電源回路を安価で入手性の高い市販の電池を用いて提供することができる。
本発明の被検体内情報取得装置に用いられる電源回路によれば、被検体内情報取得装置に要求される出力を発生し、かつ被検体内情報取得装置に要求される寿命を満たすことができる。市販の電池を用いることも可能である。

以上のように、本発明に係る被検体内情報取得装置に用いられる電源回路は、カプセル型内視鏡などのような小型で比較的大きな電力を消費する被検体内情報取得装置に適している。

Claims (12)

1. 被検体の内部で所定の機能を実行する機能実行部と、
   少なくとも１つの電池を有して所望の大きさの電圧および電流を出力する電源部と、
   前記電源部からの出力電圧および出力電流を、前記機能実行部を駆動させるために必要な所望の大きさの電圧値と、前記機能実行部を所望時間駆動させることができる平均電流値とにそれぞれ変換する変換部と、
   を備えた被検体内情報取得装置。
2. 請求の範囲第１項に記載の被検体内情報取得装置において、
   前記電源部は複数の電池を有し、前記複数の電池が接続されて所望の大きさの電圧および電流を出力することを特徴とする被検体内情報取得装置。
3. 請求の範囲第２項に記載の被検体内情報取得装置において、
   前記電源部が有する前記複数の電池は、互いに並列に接続されることを特徴とする被検体内情報取得装置。
4. 請求の範囲第３項に記載の被検体内情報取得装置において、
   前記変換部は、前記電源部からの出力電圧を所望の大きさに昇圧する昇圧回路を備えたことを特徴とする被検体内情報取得装置。
5. 請求の範囲第４項に記載の被検体内情報取得装置において、
   前記昇圧回路は、スイッチングレギュレータ型昇圧回路であることを特徴とする被検体内情報取得装置。
6. 請求の範囲第２項に記載の被検体内情報取得装置において、
   前記電源部が有する前記複数の電池は、互いに直列に接続されることを特徴とする被検体内情報取得装置。
7. 請求の範囲第６項に記載の被検体内情報取得装置において、
   前記変換部は、前記電源部からの出力電圧を所望の大きさに降圧する降圧回路を備えたことを特徴とする被検体内情報取得装置。
8. 請求の範囲第７項に記載の被検体内情報取得装置において、
   前記降圧回路は、スイッチングレギュレータ型降圧回路であることを特徴とする被検体内情報取得装置。
9. 請求の範囲第１項に記載の被検体内情報取得装置において、
   前記機能実行部は、
   前記被検体の内部の被検部位から所定の情報を取得するためのセンサー手段と、
   前記センサー手段から出力された出力信号を前記被検体の外部に無線送信するための無線手段と、
   を備えたことを特徴とする被検体内情報取得装置。
10. 請求の範囲第９項に記載の被検体内情報取得装置において、
    前記センサー手段は、前記被検体の内部の被検部位を撮像して撮像信号を生成する撮像素子であることを特徴とする被検体内情報取得装置。
11. 請求の範囲第１項に記載の被検体内情報取得装置において、
    前記電池は、ボタン型の酸化銀電池であることを特徴とする被検体内情報取得装置。
12. 被検体の内部で所定の機能を実行する機能実行部と、
    少なくとも２つの電池を有して所望の大きさの電圧および電流を出力する電源部と、
    前記電源部からの出力電圧および出力電流を、前記機能実行部を駆動させるために必要な所望の大きさの電圧値と、前記機能実行部を所望時間駆動させることができる平均電流値とにそれぞれ変換する変換部と、
    を備え、
    前記電源部は、それぞれ少なくとも１つの電池を有して所望の値の電流を出力する第１および第２の電池部を備え、
    前記変換部は、前記機能実行部と前記電源部との間に設けられたスイッチであり、前記第１および第２の電池部の一方と前記機能実行部とを接続して他方とは接続を解除する動作を所定時間間隔で切り替えて行うことを特徴とする被検体内情報取得装置。

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