JP6706555B2 - データ送受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、データ送受信装置に係り、電力供給源に接続した体外の装置（体外機）とセンサに接続した体内の装置（体内機）とが、電力の送受信とセンサ出力の送受信を行うデータ送受信装置に関する。

従来から、電力供給源が人間の体外にあり、人間の体外の一次コイルに接続し、二次コイルが人間の体内にあり、二次コイルに一次コイルから電力を送信し、人間の体内にある医療装置に電力を供給するエネルギーの伝達システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

上記伝達システムでは、電力が体外の一次コイルから体内の二次コイルに交流磁場の形態で伝送されることが記載されている。従って、係る装置では、体内に電池等の電力供給源を配置することなく、体外の電力供給源からの電力で体内の医療装置を動作させることができる。

特開２００６−６９５０号公報

ところで、人間の体内にセンサを配置し、そこから生体情報を取得したい場合がある。係る場合に、上記の電力の伝達システムによれば、体外の電力供給源からの電力の供給で生体センサに電源を供給し、生体センサを動作させることは可能である。

しかしながら、センサが取得した生体情報を体外の表示装置に送るには、別途のデータ送受信装置が必要であるか、或いは上記の送受信装置を利用するとしても、電力の送受信とセンサ出力の送受信の２つの動作制御を行う必要があり、煩雑な制御システムが必要となる。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、小型コンパクト化した簡易なシステムで、体外から体内に電力を供給しつつ、体内から体外にセンサ出力を送信できるデータ送受信装置を提供することを目的とする。

本発明のデータ送受信装置は、電力供給源と、電力供給源によって供給された電力を送信する電力送信回路と、電力送信回路から送信された電力を受信する電力受信回路と、電力受信回路で受信した電力で駆動されるセンサと、センサの出力を送信する信号送信回路と、信号送信回路から送信されたセンサの出力を受信する信号受信回路を備え、前記電力受信回路は、時定数の小さい第１の整流回路と、時定数の大きい第２の整流回路を含み、前記電力の送信と前記センサの出力の送信は同じ伝送路で行うことを特徴とする。

本発明によれば、体外機と体内機のそれぞれの回路に決められた動作をさせることにより、体外機が体内機に電力を供給しつつ、体内機が取得したセンサ情報を体外機に送信することができる。すなわち、体外機と体内機における電力の送受信とセンサ出力の送受信を１つの伝送路で切り換えて使用することができる。

従って、体内機の電源が常に充電されている状態を維持する必要がなくなり、体内機の小型化、生体情報を検出するセンサの長寿命化等が可能となる。そして、体外機は体内機の動作状態を検出する必要がなく、小型コンパクト化した簡易なシステムで、体内の生体情報の検出が可能となる。

本発明の一実施例のデータ送受信装置のブロック図である。 上記データ送受信装置の回路図である。 上記データ送受信装置における体外機と体内機の動作のフローチャートである。 上記体外機と体内機の動作のタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

図１は本発明の一実施例のデータ送受信装置の概念を示し、図２はその回路例を示す。電力供給源１１は例えば直流電源であり、制御装置２１，２４とセンサ１６を動作させる電力を供給する。電力送信回路１２は電力供給源１１によって供給された直流電力を無線伝送に適した周波数（例えば８５ｋＨｚ等)の交流電力に変換して送出する回路である。

この変換はマイクロコンピューター等の制御装置２１によって行われる。そして、半導体スイッチ等のスイッチ２２を送信（Ｏｕｔ）側に制御装置２１により切換ることで、人間の体外に配置された送受波器１３から人間の体内に配置された送受波器１４に電力が無線伝送される。送受波器１３，１４としては、磁界結合では近接して配置された一対のコイル、電界結合では近接して配置された一対の金属板が用いられる。

電力受信回路１５は電力送信回路１２から送信された交流電力を受信して、整流して直流電力に変換して保持する回路である。送受波器１４で受信した交流電力はスイッチ２３が受信（Ｉｎ）側に制御装置２４で切換られている場合、時定数の小さい第１の整流回路２５と、時定数の大きい第２の整流回路２６に入る。

整流回路２５は時定数が小さい（キャパシターの容量が小さい）ため、整流後の出力は受信交流波形の半波波形が得られる。これにより、制御装置２４の給電波形検出端子では、給電波形「有り」を検出できる。図４に示すように、体外の電力送信回路１２からは所定時間（Ｔａ）の交流電力送信と、その後の所定時間（Ｔｂ）の電力送信停止が繰りかえされる。「所定時間（Ｔｂ）の電力送信停止」では、給電波形検出端子において「給電波形無し」が検出される。後述するように、この時間（Ｔｂ）に、センサ出力信号の送信が行なわれる。

整流回路２６は時定数が大きい（キャパシターの容量が大きい）ため、直流に近い整流波形が得られ、直流電力が蓄積される。整流後の直流電力はＤＣ／ＤＣコンバーター２７により、制御装置２４の電源電圧Ｖccおよび生体センサ１６の動作電圧に昇圧される。図示の例では、ＤＣ／ＤＣコンバーター２７は一段であるが、制御装置２４の電源電圧Ｖccと生体センサ１６の動作電圧が異なる場合には、ＤＣ／ＤＣコンバーターを複数段設けるようにしてもよい。

整流回路２６に、大容量のキャパシターを配置することで、大きな直流電力が保持され、電力送信回路１２からの「所定時間送信停止（給電波形無し）」区間でも、安定した直流電力の供給が制御装置２４と生体センサ１６に対して可能である。これにより、生体センサ１６が駆動され、生体情報を取得して出力する。そして、生体センサ１６の出力を送信する制御装置２４における信号送信回路１７の動作が可能となる。

信号送信回路１７は供給された直流電力を無線伝送に適した周波数（例えば８５ｋＨｚ等)の交流電力に変換して送出する回路である。そして、生体センサ１６の出力はこの交流電力に例えば振幅変調を施すことで重畳される。信号送信回路１７の信号送信期間は電力送信回路１２の交流電力送信停止期間である。この期間は制御装置２１がスイッチ２２を受信（Ｉｎ）側に切換え、制御装置２１は信号受信回路１８として動作する。

センサ１６はその電源が供給されている限り、検出した生体情報を出力する。しかし、信号送信回路１７の信号送信期間は上述したように、電力送信回路１２の交流電力送信停止期間（スイッチ２２が受信（Ｉｎ）側）である。このため、制御装置２４には、電力送信回路１２の交流電力送信期間（図４における時間（Ｔａ））と送信停止期間（図４における時間（Ｔｂ））の合計期間のセンサ出力を蓄積する記憶回路を備え、その合計期間のセンサ出力を信号送信回路１７の信号送信回路出力期間（図４における時間（Ｔｂ））に圧縮して送信する。

実際のところ、人の体形（太っている、痩せている）によって同じ時間Ｔａであっても、給電できるエネルギー量が変わってくるため、体内機は整流回路２６の電圧値をみて、時間Ｔｂを決めてセンサ出力の信号を送信することになる。例えば、時間Ｔｂが短い時には、給電量が少ないと判断して体外機は、時間Ｔａを長くするなど、人の体形に合わせて、時間ＴａおよびＴｂの時間を制御することができる。信号送信にあたっては、時間Ｔａ＋Ｔｂ間のセンサ出力を次の時間Ｔｂに全て送信する必要は必ずしもなく、体内機に蓄積されたデータを順次時間Ｔｂ間にて送信しても良い。

センサ出力の信号送信期間（電力送信回路１２の電力送信停止期間）には、制御装置２４によりスイッチ２３が送信（Ｏｕｔ）側に切換られる。この期間は電力送信回路１２の電力送信停止期間であるので、制御装置２４は前述したように、時定数の小さい整流回路２５の「給電波形無し」が検出されることから、センサ出力の信号送出へのスイッチ２３のＯｕｔ側への切換が可能である。

これにより、信号送信回路１７から送出されたセンサ出力信号は、送受波器１４，１３間で無線伝送され、スイッチ２２が受信（Ｉｎ）側に設定されているため、信号受信回路１８で受信される。すなわち、制御装置２１の記憶回路に、電力送信回路１２の交流電力送信期間と送信停止期間の合計期間のセンサ出力が、電力送信停止期間に圧縮された振幅変調信号として受信される。

この信号を制御装置２１に設けた復調回路により復調すると、電力送信回路１２の交流電力送信期間と送信停止期間の合計期間（Ｔａ＋Ｔｂ）のセンサ出力が得られる。そして、信号表示装置２８に過去の信号に加えて表示することで、連続したセンサ出力情報が表示される。

従って、このデータ送受信装置によれば、体外に電力供給源１１および電力送信回路１２と信号受信回路１８を備えた制御装置２１と、体内に時定数が小大２つの整流回路を有する電力受信回路１５と信号送信回路１７を備えた制御装置２４と生体センサ１６を配置し、電力の送信とセンサ１６の出力の送信は同じ伝送路（スイッチ２２，２３および送受波器１３，１４）を使用することで、ハードウェアの構成を簡素なものとすることができる。

図３はこのデータ送受信装置の動作のフローチャートを示し、図４はそのタイムチャートを示す。体外機は、スイッチ２２を送信（Ｏｕｔ）側に切換、電力送信回路１２より所定時間（Ｔａ）電力を送信する。そして、所定時間（Ｔａ）が経過すると、スイッチ２２を受信（Ｉｎ）側に切換、所定時間（Ｔｂ）電力の送信を停止する。

この期間は、スイッチ２２を受信（Ｉｎ）側に切換るので、この時間にセンサ出力信号が来れば、信号受信回路１８で受信する。そして、所定時間（Ｔｂ）が経過すると、スイッチ２２を送信（Ｏｕｔ）側に切換える。体外機はこの動作を繰り返す。ここで、所定時間（Ｔａ）および所定時間（Ｔｂ）は一例として数秒である。

体内機は電池等の電源を有さず、使用する電力はすべて体外機から送信された電力に依存する。このため、このデータ送受信装置を暫く使用していない場合は、整流回路２６のキャパシターの充電電圧はゼロであり、体内機Ｖcc（電源電圧）はゼロである。

図４に示すように、体外機からの電力送信が時刻Ｔ１で始まると、体内機Ｖcc（電源電圧）は徐々に上昇する。体内機Ｖcc（電源電圧）が制御装置２４およびセンサ１６の動作電圧に満たないと、これらは動作しない。時刻Ｔ２において、制御装置２４およびセンサ１６の動作電圧に到達すると、これらは動作を開始する。

従って、時刻Ｔ２から始まる所定時間（Ｔｂ）において、スイッチ２２が受信（Ｉｎ）側に切換られ、電力送信回路１２よりの電力送信が停止する。すると、小さな時定数の整流回路２５において、「給電波形無し」が検出される。この検出により、スイッチ２３が受信（Ｉｎ）側から送信（Ｏｕｔ）側に所定時間（Ｔｂ）切換られる。そして、所定時間（Ｔｂ）が経過するとスイッチ２３が受信（Ｉｎ）側に切換られる。

これにより、センサ１６の出力は、制御装置２４の信号送信回路１７により無線伝送に好適な周波数の交流波形に振幅変調で重畳して、スイッチ２３、送受波器１４，１３、スイッチ２２を経由して、制御装置２１の信号受信回路１８に入力される。そして、そこで信号復調され、センサ１６の出力波形が信号表示装置２８で表示される。

所定時間（Ｔｂ）が経過すると、スイッチ２２は送信（Ｏｕｔ）側に切換られ、スイッチ２３は受信（Ｉｎ）側に切換られるので、電力送信回路１２から交流電力が送信され、信号送信回路１７からのセンサ出力の送信は停止される。センサ１６の出力は制御装置２４の記憶回路に蓄積され、圧縮されて、次の所定時間（Ｔａ）にまとめて送信される。

図示しないが、このデータ送受信装置の動作終了は、電力送信回路１２からの電力の送信を停止することにより行える。電力の送信停止により制御装置２４およびセンサ１６は動作不能となり、データ送受信装置の動作が終了する。次回の使用にあたり、スイッチ２２は送信（Ｏｕｔ）側に、スイッチ２３は受信（Ｉｎ）側に初期設定する。

なお、図４に示す実施例では、所定時間（Ｔａ）と所定時間（Ｔｂ）を同一に記載しているが、センサおよび伝送路の状態等に基づき、適宜変更が可能である。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明は、体外の装置（体外機）と体内の装置（体内機）とで、データ送受信を行う装置に好適に利用可能である。

Claims (5)

1. 電力供給源と、
   前記電力供給源によって供給された電力を送信する電力送信回路と、
   前記電力送信回路から送信された電力を受信する電力受信回路と、
   前記電力受信回路で受信した電力で駆動されるセンサと、
   前記センサの出力を送信する信号送信回路と、
   前記信号送信回路から送信された前記センサの出力を受信する信号受信回路を備え、
   前記電力受信回路は、時定数の小さい第１の整流回路と、時定数の大きい第２の整流回路を含み、前記電力の送信と前記センサの出力の送信は同じ伝送路で行うことを特徴とするデータ送受信装置。
2. 前記電力供給源と前記電力送信回路と前記信号受信回路を含む体外機と、前記電力受信回路と前記センサと前記信号送信回路を含む体内機が、それぞれ制御装置とスイッチを備え、前記電力の送信と前記センサの出力の送信を切換ることを特徴とする請求項１に記載のデータ送受信装置。
3. 前記センサの出力は、前記電力を送信していない時間に、送信されることを特徴とする請求項１に記載のデータ送受信装置。
4. 前記センサは、体内の生体情報を取得することを特徴とする請求項１に記載のデータ送受信装置。
5. 前記体外機はそのスイッチを、所定時間電力の送信側に切換、引き続き所定時間信号の受信側に切換、そのサイクルを繰り返し、
   前記体内機は、前記第１の整流回路で給電波形の有無を検出し、前記第２の整流回路で前記センサと前記制御装置を駆動可能な直流電力を充電し、
   前記給電波形無しが検出された時に、前記体内機のスイッチを前記センサの出力の送信側に切換、所定時間経過後に戻すことを特徴とする請求項２に記載のデータ送受信装置。

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