通信回路、及び該通信回路を有した視覚再生補助装置
【課題】 本発明は、消費電力を抑えることができるとともに簡単な構成にて通信を行うことのできる通信回路、及び該通信回路を用いた視覚再生補助装置を提供する。
【解決手段】 交流により電力を伝送する電力伝送回路と、ブリッジ整流回路を有し電力伝送回路によって伝送される電力を受信する電力受信回路とを有し、電力受信側から電力伝送側に所定の信号を送信するための通信回路において、ブリッジ整流回路は全波整流回路と偶数次の高調波を発生させるための半波整流回路とを選択的に切り換えるためのスイッチ手段を有し、スイッチ手段によって切り換えられる半波整流回路によって発生する偶数次の高調波を所定の信号として電力受信回路側から電力伝送回路側に対して送信する。
【解決手段】 交流により電力を伝送する電力伝送回路と、ブリッジ整流回路を有し電力伝送回路によって伝送される電力を受信する電力受信回路とを有し、電力受信側から電力伝送側に所定の信号を送信するための通信回路において、ブリッジ整流回路は全波整流回路と偶数次の高調波を発生させるための半波整流回路とを選択的に切り換えるためのスイッチ手段を有し、スイッチ手段によって切り換えられる半波整流回路によって発生する偶数次の高調波を所定の信号として電力受信回路側から電力伝送回路側に対して送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力及び情報伝達のための通信回路及び患者の視覚の一部又は全部を再生する視覚再生補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いて、非接触状態で、受信装置、送信装置の間で、情報や電力のやり取りをするものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。このような装置は、無線ＩＣタグとも呼ばれ、応用範囲が広く、送信側（装置本体）と受信側（ＩＣタグ側）とが相互インダクタンスによる結合回路にて電気的に結合され、電磁誘導にて情報及び電力の送受信がされるようになっている。
【０００３】
一方、失明治療方法の一つとして、電極を有する装置を眼内等に埋植し、視覚を形成する細胞に対して電極から刺激パルスを出力して刺激することで、失われた視覚機能の一部を代行させる視覚再生補助装置の研究がされている。このような視覚再生補助装置は、外部から画像情報を得るために患者の体外に設置される体外装置と、患者に電気刺激を与えて視覚の再生を促すために体内に設置される体内装置とから構成されている。
【０００４】
このような、視覚再生補助装置は、上述した無線ＩＣタグの技術を用いた結合回路にて体外装置と体内装置とが電気的に結合されており、電磁誘導にて電力及び情報の送受信が行われるようになっている。視覚再生補助装置においては体内装置側の動作状況を把握するために応答信号を体内装置側から体外装置側に送信できることが好ましい。このような応答信号を送信させる方法としては、例えば、体内装置に設けられた負荷変調回路の負荷抵抗の変更により生じる電圧振幅の変化を利用するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、体内装置側に３次高調波の振幅を変調する回路を設け、３次高調波を応答信号として利用するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３７７７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２０８９３５号公報
【特許文献３】特開２００９−２１８８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したような視覚再生補助装置は、患者に装着されて使用することが前提であるため小型であることが好ましい。また、長時間動作させるために装置の消費電力を抑制しつつ、効率よく動作させることが求められている。
【０００７】
特許文献２の構成のように、負荷抵抗の変化により応答信号を発生させる方法では、視覚再生補助装置の駆動及び制御に必要な負荷以外の負荷による消費電量が発生してしまい効率の良い動作を行わせることが難しい。また、特許文献３の構成では、応答信号に３次の高調波を利用することで、応答信号の発生のための電力消費が抑えられているが、体内装置側には３次の高調波を変調するための共振回路を作り込まなくてはならず、体内装置の回路構成が複雑になることで、体内装置の小型化に不利な構成となっていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、消費電力を抑えることができるとともに簡単な構成にて通信を行うことのできる通信回路、及び該通信回路を用いた視覚再生補助装置を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【００１０】
（１） 交流によって電力を伝送する電力伝送回路と、ブリッジ整流回路を有し前記電力伝送回路によって伝送される前記電力を受信する電力受信回路とを有し、電力受信側から電力伝送側に所定の信号を送信するための通信回路において、前記ブリッジ整流回路は全波整流回路と偶数次の高調波を発生させるための半波整流回路とを選択的に切り換えるためのスイッチ手段を有し、該スイッチ手段によって切り換えられる前記半波整流回路によって発生する前記偶数次の高調波を所定の信号として前記電力受信回路側から前記電力伝送回路側に対して送信することを特徴とする。
（２） （１）の通信回路において、前記電力伝送回路は１次コイルを有し、前記電力受信回路は２次コイルを有し、前記１次コイル及び２次コイルによる電磁誘導を用いて前記電力を伝送することを特徴とする。
（３） （２）の通信回路において、前記電力伝送回路は前記スイッチ手段によって切り換えられた前記半波整流回路による整流により発生する偶数次の高調波を検出する検出回路を持ち、該検出回路によって検出される前記偶数次の高調波によって前記所定の信号を受信することを特徴とする。
（４） 外部からの画像情報を得るために患者の体外に設置される体外装置と、眼内に埋植される電極を備え，前記電極から被検者眼の視覚を形成する細胞に電気刺激を与えることで視覚の再生を促す体内装置と、を備える視覚再生補助装置において、前記体外装置から前記体内装置へと電力を伝送し、前記体内装置から前記体外装置へと信号を送信するために（２）又は（３）に記載の通信回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
消費電力を抑えることができるとともに簡単な構成にて通信を行うことのできる通信回路、及び該通信回路を用いた視覚再生補助装置を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明の通信回路を用いた一つの実施形態として、以下に視覚再生補助装置を例に挙げて説明する。図１は視覚再生補助装置の外観の概略構成図、図２は視覚再生補助装置の体内装置の概略構成図である。
【００１３】
視覚再生補助装置１は、外界を撮影するための体外装置１０と網膜を構成する細胞に電気刺激を与え、視覚の再生を促す体内装置２０とからなる。
体外装置１０は、患者が掛けるバイザー１１と、バイザー１１に取り付けられるＣＣＤカメラ等からなる撮影装置１２と、外部デバイス１３、送受信手段である１次コイルＬ１とを備える。外部デバイス１３は、動作制御を行うための制御部１３ａと、直流電圧を供給するための直流電源１３ｂと、外部デバイス１３と１次コイルＬ１とで電力及び情報のやりとりを行うための送受信部１３ｃとから構成される。また、送受信部１３ｃと１次コイルＬ１とで電力伝送回路１００が構成され、本実施形態では、体内装置２０への電力伝送と情報通信とが電磁誘導にて行われるようになっている。なお、１次コイルＬ１の中心には図示を略す磁石が取り付けられており、後述する送受信手段である２次コイルＬ１０との位置固定に使用される。
【００１４】
体内装置２０は、送受信手段である２次コイルＬ１０を有し、体外装置１０から送信された電力及び情報を電磁誘導にて受信するための送受信部３０としての電力受信通信回路２００と、網膜を構成する細胞を電気刺激するための刺激部４０とから構成される。
【００１５】
なお、体外装置１０の１次コイルＬ１と体内装置２０の２次コイルＬ１０により結合回路が構成され、電磁誘導にて電力伝送回路１００と電力受信通信回路２００とで電力の双方向の通信が行われるようになっている。なお、本実施形態では、電力伝送回路１００から送信される電力及び情報が電力受信通信回路２００にて受信される他、電力受信通信回路２００から送信された体内装置２０の応答信号（詳細な説明は後述する）が電力伝送回路１００で受信されるようになっている。なお、電力伝送回路１００と電力受信通信回路２００とで構成される通信回路３００の構成の詳細な説明は後述する。
【００１６】
体外装置１０のバイザー１１は眼鏡形状をしており、図１に示すように、患者の眼前に装着して使用される。患者に視認される被写体は、バイザー１１の前面に取り付けられた撮影装置１２で撮影される。
【００１７】
制御部１３ａから出力された電気刺激パルス用データ等の情報は、電力伝送回路１００に入力される。電力伝送回路１００は、所定の周波数の交流電圧（搬送波）を発生する。そして、制御部１３ａで作成した電気刺激パルス用データに基づき搬送波の振幅変調を行う。これにより、体外装置１０から体内装置２０側へ電力及び情報を送信するための電磁波である体内装置駆動信号（以下、駆動信号と記す）が生成される。電力伝送回路１００で生成された駆動信号は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ１０とによるコイルリンクによる電磁誘導で体外装置１０から体内装置２０側に送信（無線通信）される。
【００１８】
体内装置２０の送受信部３０である電力受信通信回路２００は体外装置１０からの駆動信号（体内装置２０で利用される情報を含む）を受信する役目を有すると共に、体内装置２０側の動作状態（正しく動作されているか等）を表す情報である応答信号を体外装置１０側へと送信する送信部として機能する。
【００１９】
電力受信通信回路２００が有する２次コイルＬ１０による駆動信号の受信によって、体内装置２０を駆動するための直流電源が生成される。また、電力受信通信回路２００は駆動信号に重畳されている情報（電気刺激パルス用データ）を抽出する。そして、抽出された情報に基づき、視覚を得るための電気刺激パルス信号及びこの信号に対応する電極を指定する電極刺激信号とを生成して、刺激部４０へと送信する。また、電力受信通信回路２００は体内装置２０の動作状態に基づき応答信号を送信する役割を有する。
なお、電力受信通信回路２００にて応答信号を送信する方法の詳細な説明は後述する。
【００２０】
以上のような電力受信通信回路２００は、樹脂モールド３３内に形成される。なお、体内装置２０の２次コイルＬ１０には１次コイルＬ１とを位置固定させるための図示なき磁石が設けられている。更には、電力受信通信回路２００と接続される不関電極３４は、基板３３から離れた位置に配置できる構成とされる。
【００２１】
体内装置２０の刺激部４０は、金・白金等の生体適合性が高い貴金属にて形成され，電気刺激パルス信号を出力するための電極４１、刺激制御回路４２が設けられている。各電極４１は、刺激制御回路４２に接続されており、刺激制御回路４２は電力受信通信回路２００からの電極指定信号に基づき、対応する電気刺激パルス信号を電極４１の各々へ振り分ける制御手段として機能する。基板４３は折り曲げ可能な材料を長板状に加工したものをベース部としている。基板４３上には電極４１が配置され、刺激制御回路４２がフリップチップ実装されており、電極４１と刺激制御回路４２とはリード線４４にて電気的に接続されている。なお、電力受信通信回路２００の動作制御手段である制御部３２、刺激制御回路４２にて体内装置２０の制御手段が構成される。
【００２２】
また、電力受信通信回路２００と刺激部４０とは複数のワイヤー５０で電気的に接続されている。複数のワイヤー５０はチューブ５１によって一つに束ねられていることによって、取り扱いがし易くなっている。なお、各ワイヤー５０は接続部分を除いて絶縁被膜が施されている。また、図示は省略するが、体内装置２０は電極４１と不関電極３４の先端以外の構成部分の全てに生体適合性の高いコーティング層が形成されている。
【００２３】
ここで、体外装置１０と体内装置２０とで相互に無線通信を行うための通信回路３００全体の構成を説明する。図３は通信回路３００の構成を説明するための回路ブロック図である。通信回路３００は、体外装置１０側となる、１次コイルＬ１を有する電力伝送回路１００と、体内装置２０側となる、２次コイルを有する電力受信通信回路２００にて構成される。
【００２４】
電力伝送回路１００は、駆動信号発生器１１０、駆動信号送信回路１２０、高調波検出回路１４０、応答信号検出回路１５０とから構成され、各回路は互いに電気的に接続されている。
駆動信号発生器１１０は、直流電源１３ｂから供給される直流電圧を所定の周波数帯域の交流電圧（以下、搬送波と記す）に変換する周知のインバータ回路を備える。また、駆動信号発生器１１０は、振幅変調により情報（電気刺激パルス用データ等）を搬送波に重畳させて、体内装置２０に電力及び情報を送信させる駆動信号を生成する周知の振幅変調器を備える。
【００２５】
駆動信号送信回路１２０は、（可変）コンデンサＣ１と１次コイルＬ１の直列共振回路で構成されている。なお、コンデンサＣ１及び１次コイルＬ１による直列共振回路の共振周波数は、駆動信号発生器１１０から出力される駆動信号（搬送波）の周波数に一致されるように決定されるが、駆動信号送信回路１２０は駆動信号を効率的に送信するための回路であり、回路構成はこれに限定されるものではない。駆動信号発生器１１０で生成された駆動信号は駆動信号送信回路１２０を介して、好適に体内装置２０側へと無線送信されるようになる。
【００２６】
高調波検出回路１４０は、体内装置２０から送信された応答信号である２次高調波を受信する役割を有する。高調波検出回路１４０は、複数の（可変）コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、１次コイルＬ１，コイルＬ２によって構成され、所定の２次高調波に共振するようになっている。具体的には、コンデンサＣ２，コイルＬ２は搬送波の周波数に直列共振して搬送波を抑制する。コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，コイルＬ１，Ｌ２にてたとえば２次高調波の周波数に共振し２次高調波の振幅が最大となるように調整される。これにより、２次高調波の成分のみが好適に抽出されるようになる。
【００２７】
応答信号検出回路１５０は、抵抗Ｒ１と、検波回路１５１とから構成される。抵抗Ｒ１は高調波検出回路１４０のＱ値を制限し、信号レベルと通信速度を調整する。なお、抵抗Ｒ１の値は、電力伝送回路１００が安定して動作するように決定される。検波回路１５１は、２次高調波の振幅変化を２値化してデジタル信号（０、１）に変換する。検波回路１５１で生成されたデジタル信号は制御部１３ａに入力される。これにより、体外装置１０側では応答信号に基づき体内装置２０の動作状態が検知されるようになる。なお、高調波検出回路１４０の出力に搬送波成分が多すぎる場合には検波回路１５１にハイパスフィルターまたはノッチフィルターを追加して搬送波を抑圧してもよい。
【００２８】
一方、電力受信通信回路２００は、駆動信号受信部２１０、復調器である振幅変化検出器２２０、整流回路２３０、電源部２４０、電力受信通信回路２００の動作制御を行うための制御部３２とから構成されており、各回路は互いに電気的に接続されている。
【００２９】
駆動信号受信部２１０は、（可変）コンデンサＣ１０と２次コイルＬ１０による並列共振回路にて構成されており、体外装置１０からの駆動信号は２次コイルＬ１０による電磁誘導にて受信される。なお、コンデンサＣ１０と２次コイルＬ１０による並列共振回路の共振周波数は駆動信号（搬送波）の周波数に一致されるように決定される。
【００３０】
振幅変化検出器２２０は周知の検波器（復調器）と２値化回路にて構成されて、駆動信号受信部２１０に並列接続され、駆動信号受信部２１０で受信された駆動信号の振幅変化から電気刺激パルス用データを抽出する。振幅変化検出器２２０からの信号は、振幅変化検出器２２０に接続された刺激制御回路４２に入力される。
【００３１】
整流回路２３０は駆動信号受信部２１０に並列接続されており、駆動信号受信部２１０で受信された駆動信号（搬送波）を直流電圧に整流（変換）するコンバータとして機能する。なお、本実施形態では整流回路２３０は、４つのダイオードＤ１０、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３と、トランジスタ又はサイリスタ等による半導体スイッチ（電子式の高周波スイッチ）との組み合わせで構成されているが機能を実現するための回路構成はこれに限定されない。
【００３２】
制御部３２により、２つのスイッチＳＷ１０、ＳＷ１１のＯＮ（接触状態）とＯＦＦ（開放状態）とが切換えられることで、全波整流回路と半波整流回路とが切換えられるようになる。具体的には、スイッチＳＷ１０，１１がＯＮの時には、４つのダイオードＤ１０〜Ｄ１３によって、全波整流回路であるブリッジ整流回路が構成される。一方、スイッチＳＷ１０、１１がＯＦＦの時には、ダイオードＤ１１，Ｄ１２によって半波整流回路が構成される。
【００３３】
なお、本実施形態ではスイッチＳＷ１０，１１として半導体スイッチが用いられているが、これに限るものではない。スイッチＳＷ１０，１１には、ＯＮとＯＦＦとを高速で切換える事ができるものが選択されれば良く、機械的なスイッチが用いられても良い。
【００３４】
また、本実施形態では２つのスイッチＳＷ１０，１１とが同時にＯＮ，ＯＦＦされることで、整流回路２３０が全波整流回路と半波整流回路とで切換えられているが、これに限られるものではない。例えば、整流回路２３０の全波整流回路と半波整流回路とは１つのスイッチ（ここでは、スイッチＳＷ１０又はスイッチＳＷ１１）により切換えることもできる。ただし、この場合にはコモンモードノイズが発生する可能性があるので、ノイズを除去するための図示を略す周知のノイズ除去フィルターを電力受信通信回路２００に設けるようにしても良い。
【００３５】
ところで、交流電圧を直流電圧に変換する際に、交流電圧が非線形素子であるダイオード等に印加されることで高調波が発生することが知られている。本実施形態の場合、整流回路２３０が全波整流回路のときは、電磁波（駆動信号）がダイオードＤ１０〜Ｄ１３に加わることで、奇数次の高調波が主に発生し、偶数時の高調波はほとんど発生しない。整流回路２３０が半波整流回路のときは波形が非対称となり多くの偶数次の高調波が発生する。
【００３６】
そこで、本実施形態では、全波整流と半波整流とで偶数次の高調波のレベルが大きく変化することを利用する。つまり、通常の駆動信号の送信では、整流回路２３０を全波整流回路にして電力が効率よく生成されるようにする。そして、応答信号を送信するタイミングで、半波整流回路に切換える。そして、半波整流によって発生した偶数次の高調波（本実施形態では２次高調波）を体内装置２０の動作状態を示す応答信号として送信させるようにする。
【００３７】
このようにすると、応答信号を発生させるための回路を別途設ける必要が無くなり、体内装置２０の回路構成が簡単になることで、体内装置２０の小型化に有利になる。
【００３８】
また、応答信号に高調波を利用することで、負荷抵抗の変化による応答信号の発生方法と比べて、電力の消費が抑えられ、体外装置１０の直流電源１３ｂから供給される電力をより効率良く使用することができ、視覚再生補助装置１を長時間使用することができるようになる。更には、応答信号に高調波を利用することで、１次コイルＬ１と２次コイルＬ１０の結合状態の変化による影響を受けにくくなり、より正しく応答信号の検出を行うことができるようになる。
【００３９】
電源部２４０はコンデンサＣ１１等からなり、整流回路２３０に並列接続されている。整流回路２３０で整流された直流電圧がコンデンサＣ１１に加わることで充電（平滑化）されて、体内装置２０の電源として使用されるようになる。
【００４０】
なお、以上のような構成を備える視覚再生補助装置１の体内装置２０は、患者の体内の所定位置に設置される。図４は患者眼Ｅに刺激部４０を設置した一例を示す図である。この場合、基板４３上に形成される電極４１を脈絡膜Ｅ２に接触させた状態で、基板４３の一部は、強膜Ｅ３と脈絡膜Ｅ２との間に設置される。また、基板４３の刺激制御回路４２部分は、強膜Ｅ３の外側に置かれる。この基板４３の設置は、強膜Ｅ３の一部を切開して強膜ポケットを形成させておき、この強膜ポケット内（脈絡膜Ｅ２の外側）に基板４３の電極部分を挿入し設置後、縫合等により基板４３を固定することにより行われる。
【００４１】
なお、不関電極３４は眼内中央の前眼部よりの位置に置かれる。これによって、網膜Ｅ１は電極４１と不関電極３４（対向電極）との間に位置することとなり、電極４１からの電気刺激パルス信号が効率的に網膜を通ることとなる。
【００４２】
２次コイルＬ１０は、１次コイルＬ１からの駆動信号を受信可能な生体内の所定位置に設置される。例えば、図１に示すように、患者側頭部の皮膚の下に２次コイルＬ１０を埋め込むと共に、皮膚を介して２次コイルＬ１０と対向する位置に１次コイルＬ１を設置する。２次コイルＬ１０には磁石が取り付けられており、埋植された２次コイルＬ１０上に１次コイルＬ１が位置されることで、磁力にて１次コイルＬ１が側頭部で保持されるようになる。
【００４３】
なお、ワイヤー５０を束ねるチューブ５１は、側頭部に埋め込まれた電力受信通信回路２００から側頭部に沿って皮膚下を患者眼に向かって延び、患者の上まぶたの内側を通して眼窩に入れられる。眼窩に入れられたチューブ５１は、強膜Ｅ３の外側を通り、基板４３に設置された刺激制御回路４２に接続される。
【００４４】
なお、本実施形態では、体内装置２０（刺激部４０）の設置位置を強膜Ｅ３側に位置させて、強膜側（脈絡膜側）から網膜Ｅ１を構成する細胞を電気刺激する構成としたが、これに限るものではない。患者眼の網膜を構成する細胞を好適に刺激することが可能な位置に電極を設置することができればよい。例えば、体内装置を患者眼の眼内（網膜上や網膜下）に置き、電極が形成されている基板先端部分を網膜下（網膜と脈絡膜との間）や網膜上に設置させるような構成とすることもできる。
【００４５】
次に、以上のような構成を備える視覚再生補助装置の視覚再生の動作を、図３の回路図及び図５の制御系のブロック図を用いて説明する。撮影装置１２で撮影された被写体の撮影データ（画像データ）は、制御部１３ａに送られる。制御部１３ａは、撮影された被写体を患者が認識するために必要となる所定のデータパラメータ（電気刺激パルス用データ）に変換する。また、直流電源１３ｂからは直流電圧が供給され、電気刺激パルス用データ及び直流電圧は、電力伝送回路１００の駆動信号発生器１１０に入力される。
【００４６】
駆動信号発生器１１０は、直流電圧を所定の周波数の交流電圧（搬送波）に変換すると共に、電気刺激パルス用データに基づき振幅変調を行い、搬送波に電気刺激パルス用データの情報を重畳させて駆動信号を生成する。駆動信号は１次コイルＬ１と２次コイルＬ１０による電磁誘導にて体内装置２０側へ送信される。
【００４７】
体内装置２０では、電力受信通信回路２００の２次コイルＬ１０で受信された駆動信号は、整流回路２３０に入力されて直流電圧に変換される。整流回路２３０で変換された直流電圧は、電源部２４０のコンデンサＣ１１に充電される。これにより、体内装置２０側で電力が使用できるようになる。
【００４８】
一方、駆動信号の振幅変化は、振幅変化検出器２２０で検出されて、刺激制御回路４２に入力される。刺激制御回路４２は、振幅変化検出器２２０からの信号に基づき、電気刺激パルス信号の強度と電極指定信号とを生成する。そして、刺激制御回路４２は、生成した電気刺激パルス信号及び電極指定信号等に基づき、電極４１から双極性の電気刺激パルス信号を同時に或いは個別に出力させる。複数の電極４１から電気刺激パルス信号を同時に出力する場合には、視覚の再生を妨げない程度の同時出力にて行う。各電極４１から出力する電気刺激パルス信号によって網膜を構成する細胞が電気刺激され、患者は視覚（光覚）を得る。
【００４９】
以上のような、網膜を構成する細胞を刺激する一連の動作中（又は合間）に、電力受信通信回路２００（制御部３２）は体内装置２０の動作情報である応答信号を体外装置１０へと送る。例えば、応答信号は所定の時間間隔（例えば、１秒間に２０回）で送信されるように予め決定されており、制御部３２は、これに応じて所定のステップでスイッチＳＷ１０、１１を同時にＯＮ／ＯＦＦにすることで、整流回路２３０を切換える。整流回路２３０が半波整流回路に切換えられた状態で駆動信号（搬送波）が入力されると、２次高調波が発生される。
【００５０】
発生した２次高調波は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ１０による電磁誘導で体外装置１０に送信される。このとき、搬送波は、コンデンサＣ２とコイルＬ２とによる直列共振回路にて抑圧されるので、２次高調波はコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）とコイル（Ｌ１、Ｌ２）による並列共振回路にて好適に抽出されるようになる。
【００５１】
以上のようにして、高調波検出回路１４０で抽出された２次高調波は、応答信号検出回路１５０に入力される。応答信号検出回路１５０では、アナログ信号の２次高調波を、周知の方法により２値化して、デジタル信号（０、１）に変換する。生成されたデジタル信号は制御部１３ａに入力される。
【００５２】
制御部１３ａでは、所定の時間間隔（ステップ）で検出される応答信号の有無によって、体内装置２０の動作状態を検知する。つまり、所定のステップで応答信号が正しく受信される間は、体内装置２０は正常に動作していると判断され、視覚再生の動作が継続される。一方、所定時間が経過しても応答信号が検出されないときは、体内装置２０が存在しないと判断される。
【００５３】
この場合、制御部１３ａは電源１３ｂからの電力供給を停止させる制御を行うようにしても良い。このようにすると、正常に動作していない体内装置２０に電力が継続して供給されることが停止され、患者への悪影響及び電力の消費が抑えられるようになる。
【００５４】
以上のように、本実施形態では、整流回路２３０を全波整流回路と半波整流回路とで切換えるだけで発生する偶数次の高調波を応答信号として利用することで、体内装置２０に応答信号を発生させるための回路を別途設ける必要がなくなり、体内装置２０の回路構成が簡単になることで小型化に有利になる。また、２次高調波を応答信号に利用するため、応答信号を発生させるための余分な電力消費が抑制され、体外装置１０の電源１３ｂから供給される電力をより効率良く利用できるようになり、長期間安定した使用状態を保つことができるようになる。
【００５５】
なお、本実施形態では２次の高調波の発生により体外装置側への応答信号を生成する場合を例に挙げて示しているが、これに限られるものではない。これ以外にも４次高調波、６次高調波等の偶数次の高調波を用いることができる。この場合には、上記の高調波検出回路１４０の並列共振回路の共振周波数を、体内装置２０から送信される偶数次の高調波に一致するように決定されればよい。
【００５６】
また、電力伝送回路１００に、偶数次の高調波を好適に抽出するための図示を略す高調波抽出フィルターが設けられても良い。高調波抽出フィルターとしては、例えば、搬送波を抑制するノッチフィルター、高調波を通過させるハイパスフィルター等の特定の高調波を通過させる周知のバンドパスフィルターが用いられる。高調波抽出フィルターは、高調波検出回路１４０と応答信号検出回路１５０とに接続され、所定の偶数次の高調波のみを抽出する役割を有する。これにより、高調波検出回路１４０への入力信号の内、所定の偶数次の高調波以外のノイズとなる周波数成分が精度良く取り除かれ、より正確に応答信号を生成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】視覚再生補助装置の外観の概略構成図である。
【図２】視覚再生補助装置の体内装置の概略構成図である。
【図３】通信回路の構成を説明するための回路ブロック図である。
【図４】患者眼に刺激部を設置した一例を示す図である。
【図５】制御系のブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 視覚再生補助装置
１０ 体外装置
２０ 体内装置
１００ 電力伝送回路
１１０ 駆動信号発生器
１２０ 駆動信号送信回路
１４０ 高調波検出回路
１５０ 応答信号検出回路
２００ 電力受信通信回路
２１０ 駆動信号受信部
２２０ 振幅変化検出器
２３０ 整流回路
２４０ 電源部
３００ 通信回路
ＳＷ１０、ＳＷ１１ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力及び情報伝達のための通信回路及び患者の視覚の一部又は全部を再生する視覚再生補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いて、非接触状態で、受信装置、送信装置の間で、情報や電力のやり取りをするものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。このような装置は、無線ＩＣタグとも呼ばれ、応用範囲が広く、送信側（装置本体）と受信側（ＩＣタグ側）とが相互インダクタンスによる結合回路にて電気的に結合され、電磁誘導にて情報及び電力の送受信がされるようになっている。
【０００３】
一方、失明治療方法の一つとして、電極を有する装置を眼内等に埋植し、視覚を形成する細胞に対して電極から刺激パルスを出力して刺激することで、失われた視覚機能の一部を代行させる視覚再生補助装置の研究がされている。このような視覚再生補助装置は、外部から画像情報を得るために患者の体外に設置される体外装置と、患者に電気刺激を与えて視覚の再生を促すために体内に設置される体内装置とから構成されている。
【０００４】
このような、視覚再生補助装置は、上述した無線ＩＣタグの技術を用いた結合回路にて体外装置と体内装置とが電気的に結合されており、電磁誘導にて電力及び情報の送受信が行われるようになっている。視覚再生補助装置においては体内装置側の動作状況を把握するために応答信号を体内装置側から体外装置側に送信できることが好ましい。このような応答信号を送信させる方法としては、例えば、体内装置に設けられた負荷変調回路の負荷抵抗の変更により生じる電圧振幅の変化を利用するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、体内装置側に３次高調波の振幅を変調する回路を設け、３次高調波を応答信号として利用するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３７７７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２０８９３５号公報
【特許文献３】特開２００９−２１８８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したような視覚再生補助装置は、患者に装着されて使用することが前提であるため小型であることが好ましい。また、長時間動作させるために装置の消費電力を抑制しつつ、効率よく動作させることが求められている。
【０００７】
特許文献２の構成のように、負荷抵抗の変化により応答信号を発生させる方法では、視覚再生補助装置の駆動及び制御に必要な負荷以外の負荷による消費電量が発生してしまい効率の良い動作を行わせることが難しい。また、特許文献３の構成では、応答信号に３次の高調波を利用することで、応答信号の発生のための電力消費が抑えられているが、体内装置側には３次の高調波を変調するための共振回路を作り込まなくてはならず、体内装置の回路構成が複雑になることで、体内装置の小型化に不利な構成となっていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、消費電力を抑えることができるとともに簡単な構成にて通信を行うことのできる通信回路、及び該通信回路を用いた視覚再生補助装置を提供することを技術課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
【００１０】
（１） 交流によって電力を伝送する電力伝送回路と、ブリッジ整流回路を有し前記電力伝送回路によって伝送される前記電力を受信する電力受信回路とを有し、電力受信側から電力伝送側に所定の信号を送信するための通信回路において、前記ブリッジ整流回路は全波整流回路と偶数次の高調波を発生させるための半波整流回路とを選択的に切り換えるためのスイッチ手段を有し、該スイッチ手段によって切り換えられる前記半波整流回路によって発生する前記偶数次の高調波を所定の信号として前記電力受信回路側から前記電力伝送回路側に対して送信することを特徴とする。
（２） （１）の通信回路において、前記電力伝送回路は１次コイルを有し、前記電力受信回路は２次コイルを有し、前記１次コイル及び２次コイルによる電磁誘導を用いて前記電力を伝送することを特徴とする。
（３） （２）の通信回路において、前記電力伝送回路は前記スイッチ手段によって切り換えられた前記半波整流回路による整流により発生する偶数次の高調波を検出する検出回路を持ち、該検出回路によって検出される前記偶数次の高調波によって前記所定の信号を受信することを特徴とする。
（４） 外部からの画像情報を得るために患者の体外に設置される体外装置と、眼内に埋植される電極を備え，前記電極から被検者眼の視覚を形成する細胞に電気刺激を与えることで視覚の再生を促す体内装置と、を備える視覚再生補助装置において、前記体外装置から前記体内装置へと電力を伝送し、前記体内装置から前記体外装置へと信号を送信するために（２）又は（３）に記載の通信回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
消費電力を抑えることができるとともに簡単な構成にて通信を行うことのできる通信回路、及び該通信回路を用いた視覚再生補助装置を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明の通信回路を用いた一つの実施形態として、以下に視覚再生補助装置を例に挙げて説明する。図１は視覚再生補助装置の外観の概略構成図、図２は視覚再生補助装置の体内装置の概略構成図である。
【００１３】
視覚再生補助装置１は、外界を撮影するための体外装置１０と網膜を構成する細胞に電気刺激を与え、視覚の再生を促す体内装置２０とからなる。
体外装置１０は、患者が掛けるバイザー１１と、バイザー１１に取り付けられるＣＣＤカメラ等からなる撮影装置１２と、外部デバイス１３、送受信手段である１次コイルＬ１とを備える。外部デバイス１３は、動作制御を行うための制御部１３ａと、直流電圧を供給するための直流電源１３ｂと、外部デバイス１３と１次コイルＬ１とで電力及び情報のやりとりを行うための送受信部１３ｃとから構成される。また、送受信部１３ｃと１次コイルＬ１とで電力伝送回路１００が構成され、本実施形態では、体内装置２０への電力伝送と情報通信とが電磁誘導にて行われるようになっている。なお、１次コイルＬ１の中心には図示を略す磁石が取り付けられており、後述する送受信手段である２次コイルＬ１０との位置固定に使用される。
【００１４】
体内装置２０は、送受信手段である２次コイルＬ１０を有し、体外装置１０から送信された電力及び情報を電磁誘導にて受信するための送受信部３０としての電力受信通信回路２００と、網膜を構成する細胞を電気刺激するための刺激部４０とから構成される。
【００１５】
なお、体外装置１０の１次コイルＬ１と体内装置２０の２次コイルＬ１０により結合回路が構成され、電磁誘導にて電力伝送回路１００と電力受信通信回路２００とで電力の双方向の通信が行われるようになっている。なお、本実施形態では、電力伝送回路１００から送信される電力及び情報が電力受信通信回路２００にて受信される他、電力受信通信回路２００から送信された体内装置２０の応答信号（詳細な説明は後述する）が電力伝送回路１００で受信されるようになっている。なお、電力伝送回路１００と電力受信通信回路２００とで構成される通信回路３００の構成の詳細な説明は後述する。
【００１６】
体外装置１０のバイザー１１は眼鏡形状をしており、図１に示すように、患者の眼前に装着して使用される。患者に視認される被写体は、バイザー１１の前面に取り付けられた撮影装置１２で撮影される。
【００１７】
制御部１３ａから出力された電気刺激パルス用データ等の情報は、電力伝送回路１００に入力される。電力伝送回路１００は、所定の周波数の交流電圧（搬送波）を発生する。そして、制御部１３ａで作成した電気刺激パルス用データに基づき搬送波の振幅変調を行う。これにより、体外装置１０から体内装置２０側へ電力及び情報を送信するための電磁波である体内装置駆動信号（以下、駆動信号と記す）が生成される。電力伝送回路１００で生成された駆動信号は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ１０とによるコイルリンクによる電磁誘導で体外装置１０から体内装置２０側に送信（無線通信）される。
【００１８】
体内装置２０の送受信部３０である電力受信通信回路２００は体外装置１０からの駆動信号（体内装置２０で利用される情報を含む）を受信する役目を有すると共に、体内装置２０側の動作状態（正しく動作されているか等）を表す情報である応答信号を体外装置１０側へと送信する送信部として機能する。
【００１９】
電力受信通信回路２００が有する２次コイルＬ１０による駆動信号の受信によって、体内装置２０を駆動するための直流電源が生成される。また、電力受信通信回路２００は駆動信号に重畳されている情報（電気刺激パルス用データ）を抽出する。そして、抽出された情報に基づき、視覚を得るための電気刺激パルス信号及びこの信号に対応する電極を指定する電極刺激信号とを生成して、刺激部４０へと送信する。また、電力受信通信回路２００は体内装置２０の動作状態に基づき応答信号を送信する役割を有する。
なお、電力受信通信回路２００にて応答信号を送信する方法の詳細な説明は後述する。
【００２０】
以上のような電力受信通信回路２００は、樹脂モールド３３内に形成される。なお、体内装置２０の２次コイルＬ１０には１次コイルＬ１とを位置固定させるための図示なき磁石が設けられている。更には、電力受信通信回路２００と接続される不関電極３４は、基板３３から離れた位置に配置できる構成とされる。
【００２１】
体内装置２０の刺激部４０は、金・白金等の生体適合性が高い貴金属にて形成され，電気刺激パルス信号を出力するための電極４１、刺激制御回路４２が設けられている。各電極４１は、刺激制御回路４２に接続されており、刺激制御回路４２は電力受信通信回路２００からの電極指定信号に基づき、対応する電気刺激パルス信号を電極４１の各々へ振り分ける制御手段として機能する。基板４３は折り曲げ可能な材料を長板状に加工したものをベース部としている。基板４３上には電極４１が配置され、刺激制御回路４２がフリップチップ実装されており、電極４１と刺激制御回路４２とはリード線４４にて電気的に接続されている。なお、電力受信通信回路２００の動作制御手段である制御部３２、刺激制御回路４２にて体内装置２０の制御手段が構成される。
【００２２】
また、電力受信通信回路２００と刺激部４０とは複数のワイヤー５０で電気的に接続されている。複数のワイヤー５０はチューブ５１によって一つに束ねられていることによって、取り扱いがし易くなっている。なお、各ワイヤー５０は接続部分を除いて絶縁被膜が施されている。また、図示は省略するが、体内装置２０は電極４１と不関電極３４の先端以外の構成部分の全てに生体適合性の高いコーティング層が形成されている。
【００２３】
ここで、体外装置１０と体内装置２０とで相互に無線通信を行うための通信回路３００全体の構成を説明する。図３は通信回路３００の構成を説明するための回路ブロック図である。通信回路３００は、体外装置１０側となる、１次コイルＬ１を有する電力伝送回路１００と、体内装置２０側となる、２次コイルを有する電力受信通信回路２００にて構成される。
【００２４】
電力伝送回路１００は、駆動信号発生器１１０、駆動信号送信回路１２０、高調波検出回路１４０、応答信号検出回路１５０とから構成され、各回路は互いに電気的に接続されている。
駆動信号発生器１１０は、直流電源１３ｂから供給される直流電圧を所定の周波数帯域の交流電圧（以下、搬送波と記す）に変換する周知のインバータ回路を備える。また、駆動信号発生器１１０は、振幅変調により情報（電気刺激パルス用データ等）を搬送波に重畳させて、体内装置２０に電力及び情報を送信させる駆動信号を生成する周知の振幅変調器を備える。
【００２５】
駆動信号送信回路１２０は、（可変）コンデンサＣ１と１次コイルＬ１の直列共振回路で構成されている。なお、コンデンサＣ１及び１次コイルＬ１による直列共振回路の共振周波数は、駆動信号発生器１１０から出力される駆動信号（搬送波）の周波数に一致されるように決定されるが、駆動信号送信回路１２０は駆動信号を効率的に送信するための回路であり、回路構成はこれに限定されるものではない。駆動信号発生器１１０で生成された駆動信号は駆動信号送信回路１２０を介して、好適に体内装置２０側へと無線送信されるようになる。
【００２６】
高調波検出回路１４０は、体内装置２０から送信された応答信号である２次高調波を受信する役割を有する。高調波検出回路１４０は、複数の（可変）コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、１次コイルＬ１，コイルＬ２によって構成され、所定の２次高調波に共振するようになっている。具体的には、コンデンサＣ２，コイルＬ２は搬送波の周波数に直列共振して搬送波を抑制する。コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，コイルＬ１，Ｌ２にてたとえば２次高調波の周波数に共振し２次高調波の振幅が最大となるように調整される。これにより、２次高調波の成分のみが好適に抽出されるようになる。
【００２７】
応答信号検出回路１５０は、抵抗Ｒ１と、検波回路１５１とから構成される。抵抗Ｒ１は高調波検出回路１４０のＱ値を制限し、信号レベルと通信速度を調整する。なお、抵抗Ｒ１の値は、電力伝送回路１００が安定して動作するように決定される。検波回路１５１は、２次高調波の振幅変化を２値化してデジタル信号（０、１）に変換する。検波回路１５１で生成されたデジタル信号は制御部１３ａに入力される。これにより、体外装置１０側では応答信号に基づき体内装置２０の動作状態が検知されるようになる。なお、高調波検出回路１４０の出力に搬送波成分が多すぎる場合には検波回路１５１にハイパスフィルターまたはノッチフィルターを追加して搬送波を抑圧してもよい。
【００２８】
一方、電力受信通信回路２００は、駆動信号受信部２１０、復調器である振幅変化検出器２２０、整流回路２３０、電源部２４０、電力受信通信回路２００の動作制御を行うための制御部３２とから構成されており、各回路は互いに電気的に接続されている。
【００２９】
駆動信号受信部２１０は、（可変）コンデンサＣ１０と２次コイルＬ１０による並列共振回路にて構成されており、体外装置１０からの駆動信号は２次コイルＬ１０による電磁誘導にて受信される。なお、コンデンサＣ１０と２次コイルＬ１０による並列共振回路の共振周波数は駆動信号（搬送波）の周波数に一致されるように決定される。
【００３０】
振幅変化検出器２２０は周知の検波器（復調器）と２値化回路にて構成されて、駆動信号受信部２１０に並列接続され、駆動信号受信部２１０で受信された駆動信号の振幅変化から電気刺激パルス用データを抽出する。振幅変化検出器２２０からの信号は、振幅変化検出器２２０に接続された刺激制御回路４２に入力される。
【００３１】
整流回路２３０は駆動信号受信部２１０に並列接続されており、駆動信号受信部２１０で受信された駆動信号（搬送波）を直流電圧に整流（変換）するコンバータとして機能する。なお、本実施形態では整流回路２３０は、４つのダイオードＤ１０、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３と、トランジスタ又はサイリスタ等による半導体スイッチ（電子式の高周波スイッチ）との組み合わせで構成されているが機能を実現するための回路構成はこれに限定されない。
【００３２】
制御部３２により、２つのスイッチＳＷ１０、ＳＷ１１のＯＮ（接触状態）とＯＦＦ（開放状態）とが切換えられることで、全波整流回路と半波整流回路とが切換えられるようになる。具体的には、スイッチＳＷ１０，１１がＯＮの時には、４つのダイオードＤ１０〜Ｄ１３によって、全波整流回路であるブリッジ整流回路が構成される。一方、スイッチＳＷ１０、１１がＯＦＦの時には、ダイオードＤ１１，Ｄ１２によって半波整流回路が構成される。
【００３３】
なお、本実施形態ではスイッチＳＷ１０，１１として半導体スイッチが用いられているが、これに限るものではない。スイッチＳＷ１０，１１には、ＯＮとＯＦＦとを高速で切換える事ができるものが選択されれば良く、機械的なスイッチが用いられても良い。
【００３４】
また、本実施形態では２つのスイッチＳＷ１０，１１とが同時にＯＮ，ＯＦＦされることで、整流回路２３０が全波整流回路と半波整流回路とで切換えられているが、これに限られるものではない。例えば、整流回路２３０の全波整流回路と半波整流回路とは１つのスイッチ（ここでは、スイッチＳＷ１０又はスイッチＳＷ１１）により切換えることもできる。ただし、この場合にはコモンモードノイズが発生する可能性があるので、ノイズを除去するための図示を略す周知のノイズ除去フィルターを電力受信通信回路２００に設けるようにしても良い。
【００３５】
ところで、交流電圧を直流電圧に変換する際に、交流電圧が非線形素子であるダイオード等に印加されることで高調波が発生することが知られている。本実施形態の場合、整流回路２３０が全波整流回路のときは、電磁波（駆動信号）がダイオードＤ１０〜Ｄ１３に加わることで、奇数次の高調波が主に発生し、偶数時の高調波はほとんど発生しない。整流回路２３０が半波整流回路のときは波形が非対称となり多くの偶数次の高調波が発生する。
【００３６】
そこで、本実施形態では、全波整流と半波整流とで偶数次の高調波のレベルが大きく変化することを利用する。つまり、通常の駆動信号の送信では、整流回路２３０を全波整流回路にして電力が効率よく生成されるようにする。そして、応答信号を送信するタイミングで、半波整流回路に切換える。そして、半波整流によって発生した偶数次の高調波（本実施形態では２次高調波）を体内装置２０の動作状態を示す応答信号として送信させるようにする。
【００３７】
このようにすると、応答信号を発生させるための回路を別途設ける必要が無くなり、体内装置２０の回路構成が簡単になることで、体内装置２０の小型化に有利になる。
【００３８】
また、応答信号に高調波を利用することで、負荷抵抗の変化による応答信号の発生方法と比べて、電力の消費が抑えられ、体外装置１０の直流電源１３ｂから供給される電力をより効率良く使用することができ、視覚再生補助装置１を長時間使用することができるようになる。更には、応答信号に高調波を利用することで、１次コイルＬ１と２次コイルＬ１０の結合状態の変化による影響を受けにくくなり、より正しく応答信号の検出を行うことができるようになる。
【００３９】
電源部２４０はコンデンサＣ１１等からなり、整流回路２３０に並列接続されている。整流回路２３０で整流された直流電圧がコンデンサＣ１１に加わることで充電（平滑化）されて、体内装置２０の電源として使用されるようになる。
【００４０】
なお、以上のような構成を備える視覚再生補助装置１の体内装置２０は、患者の体内の所定位置に設置される。図４は患者眼Ｅに刺激部４０を設置した一例を示す図である。この場合、基板４３上に形成される電極４１を脈絡膜Ｅ２に接触させた状態で、基板４３の一部は、強膜Ｅ３と脈絡膜Ｅ２との間に設置される。また、基板４３の刺激制御回路４２部分は、強膜Ｅ３の外側に置かれる。この基板４３の設置は、強膜Ｅ３の一部を切開して強膜ポケットを形成させておき、この強膜ポケット内（脈絡膜Ｅ２の外側）に基板４３の電極部分を挿入し設置後、縫合等により基板４３を固定することにより行われる。
【００４１】
なお、不関電極３４は眼内中央の前眼部よりの位置に置かれる。これによって、網膜Ｅ１は電極４１と不関電極３４（対向電極）との間に位置することとなり、電極４１からの電気刺激パルス信号が効率的に網膜を通ることとなる。
【００４２】
２次コイルＬ１０は、１次コイルＬ１からの駆動信号を受信可能な生体内の所定位置に設置される。例えば、図１に示すように、患者側頭部の皮膚の下に２次コイルＬ１０を埋め込むと共に、皮膚を介して２次コイルＬ１０と対向する位置に１次コイルＬ１を設置する。２次コイルＬ１０には磁石が取り付けられており、埋植された２次コイルＬ１０上に１次コイルＬ１が位置されることで、磁力にて１次コイルＬ１が側頭部で保持されるようになる。
【００４３】
なお、ワイヤー５０を束ねるチューブ５１は、側頭部に埋め込まれた電力受信通信回路２００から側頭部に沿って皮膚下を患者眼に向かって延び、患者の上まぶたの内側を通して眼窩に入れられる。眼窩に入れられたチューブ５１は、強膜Ｅ３の外側を通り、基板４３に設置された刺激制御回路４２に接続される。
【００４４】
なお、本実施形態では、体内装置２０（刺激部４０）の設置位置を強膜Ｅ３側に位置させて、強膜側（脈絡膜側）から網膜Ｅ１を構成する細胞を電気刺激する構成としたが、これに限るものではない。患者眼の網膜を構成する細胞を好適に刺激することが可能な位置に電極を設置することができればよい。例えば、体内装置を患者眼の眼内（網膜上や網膜下）に置き、電極が形成されている基板先端部分を網膜下（網膜と脈絡膜との間）や網膜上に設置させるような構成とすることもできる。
【００４５】
次に、以上のような構成を備える視覚再生補助装置の視覚再生の動作を、図３の回路図及び図５の制御系のブロック図を用いて説明する。撮影装置１２で撮影された被写体の撮影データ（画像データ）は、制御部１３ａに送られる。制御部１３ａは、撮影された被写体を患者が認識するために必要となる所定のデータパラメータ（電気刺激パルス用データ）に変換する。また、直流電源１３ｂからは直流電圧が供給され、電気刺激パルス用データ及び直流電圧は、電力伝送回路１００の駆動信号発生器１１０に入力される。
【００４６】
駆動信号発生器１１０は、直流電圧を所定の周波数の交流電圧（搬送波）に変換すると共に、電気刺激パルス用データに基づき振幅変調を行い、搬送波に電気刺激パルス用データの情報を重畳させて駆動信号を生成する。駆動信号は１次コイルＬ１と２次コイルＬ１０による電磁誘導にて体内装置２０側へ送信される。
【００４７】
体内装置２０では、電力受信通信回路２００の２次コイルＬ１０で受信された駆動信号は、整流回路２３０に入力されて直流電圧に変換される。整流回路２３０で変換された直流電圧は、電源部２４０のコンデンサＣ１１に充電される。これにより、体内装置２０側で電力が使用できるようになる。
【００４８】
一方、駆動信号の振幅変化は、振幅変化検出器２２０で検出されて、刺激制御回路４２に入力される。刺激制御回路４２は、振幅変化検出器２２０からの信号に基づき、電気刺激パルス信号の強度と電極指定信号とを生成する。そして、刺激制御回路４２は、生成した電気刺激パルス信号及び電極指定信号等に基づき、電極４１から双極性の電気刺激パルス信号を同時に或いは個別に出力させる。複数の電極４１から電気刺激パルス信号を同時に出力する場合には、視覚の再生を妨げない程度の同時出力にて行う。各電極４１から出力する電気刺激パルス信号によって網膜を構成する細胞が電気刺激され、患者は視覚（光覚）を得る。
【００４９】
以上のような、網膜を構成する細胞を刺激する一連の動作中（又は合間）に、電力受信通信回路２００（制御部３２）は体内装置２０の動作情報である応答信号を体外装置１０へと送る。例えば、応答信号は所定の時間間隔（例えば、１秒間に２０回）で送信されるように予め決定されており、制御部３２は、これに応じて所定のステップでスイッチＳＷ１０、１１を同時にＯＮ／ＯＦＦにすることで、整流回路２３０を切換える。整流回路２３０が半波整流回路に切換えられた状態で駆動信号（搬送波）が入力されると、２次高調波が発生される。
【００５０】
発生した２次高調波は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ１０による電磁誘導で体外装置１０に送信される。このとき、搬送波は、コンデンサＣ２とコイルＬ２とによる直列共振回路にて抑圧されるので、２次高調波はコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）とコイル（Ｌ１、Ｌ２）による並列共振回路にて好適に抽出されるようになる。
【００５１】
以上のようにして、高調波検出回路１４０で抽出された２次高調波は、応答信号検出回路１５０に入力される。応答信号検出回路１５０では、アナログ信号の２次高調波を、周知の方法により２値化して、デジタル信号（０、１）に変換する。生成されたデジタル信号は制御部１３ａに入力される。
【００５２】
制御部１３ａでは、所定の時間間隔（ステップ）で検出される応答信号の有無によって、体内装置２０の動作状態を検知する。つまり、所定のステップで応答信号が正しく受信される間は、体内装置２０は正常に動作していると判断され、視覚再生の動作が継続される。一方、所定時間が経過しても応答信号が検出されないときは、体内装置２０が存在しないと判断される。
【００５３】
この場合、制御部１３ａは電源１３ｂからの電力供給を停止させる制御を行うようにしても良い。このようにすると、正常に動作していない体内装置２０に電力が継続して供給されることが停止され、患者への悪影響及び電力の消費が抑えられるようになる。
【００５４】
以上のように、本実施形態では、整流回路２３０を全波整流回路と半波整流回路とで切換えるだけで発生する偶数次の高調波を応答信号として利用することで、体内装置２０に応答信号を発生させるための回路を別途設ける必要がなくなり、体内装置２０の回路構成が簡単になることで小型化に有利になる。また、２次高調波を応答信号に利用するため、応答信号を発生させるための余分な電力消費が抑制され、体外装置１０の電源１３ｂから供給される電力をより効率良く利用できるようになり、長期間安定した使用状態を保つことができるようになる。
【００５５】
なお、本実施形態では２次の高調波の発生により体外装置側への応答信号を生成する場合を例に挙げて示しているが、これに限られるものではない。これ以外にも４次高調波、６次高調波等の偶数次の高調波を用いることができる。この場合には、上記の高調波検出回路１４０の並列共振回路の共振周波数を、体内装置２０から送信される偶数次の高調波に一致するように決定されればよい。
【００５６】
また、電力伝送回路１００に、偶数次の高調波を好適に抽出するための図示を略す高調波抽出フィルターが設けられても良い。高調波抽出フィルターとしては、例えば、搬送波を抑制するノッチフィルター、高調波を通過させるハイパスフィルター等の特定の高調波を通過させる周知のバンドパスフィルターが用いられる。高調波抽出フィルターは、高調波検出回路１４０と応答信号検出回路１５０とに接続され、所定の偶数次の高調波のみを抽出する役割を有する。これにより、高調波検出回路１４０への入力信号の内、所定の偶数次の高調波以外のノイズとなる周波数成分が精度良く取り除かれ、より正確に応答信号を生成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】視覚再生補助装置の外観の概略構成図である。
【図２】視覚再生補助装置の体内装置の概略構成図である。
【図３】通信回路の構成を説明するための回路ブロック図である。
【図４】患者眼に刺激部を設置した一例を示す図である。
【図５】制御系のブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 視覚再生補助装置
１０ 体外装置
２０ 体内装置
１００ 電力伝送回路
１１０ 駆動信号発生器
１２０ 駆動信号送信回路
１４０ 高調波検出回路
１５０ 応答信号検出回路
２００ 電力受信通信回路
２１０ 駆動信号受信部
２２０ 振幅変化検出器
２３０ 整流回路
２４０ 電源部
３００ 通信回路
ＳＷ１０、ＳＷ１１ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流によって電力を伝送する電力伝送回路と、ブリッジ整流回路を有し前記電力伝送回路によって伝送される前記電力を受信する電力受信回路とを有し、電力受信側から電力伝送側に所定の信号を送信するための通信回路において、前記ブリッジ整流回路は全波整流回路と偶数次の高調波を発生させるための半波整流回路とを選択的に切り換えるためのスイッチ手段を有し、該スイッチ手段によって切り換えられる前記半波整流回路によって発生する前記偶数次の高調波を所定の信号として前記電力受信回路側から前記電力伝送回路側に対して送信することを特徴とする通信回路。
【請求項２】
請求項１の通信回路において、前記電力伝送回路は１次コイルを有し、前記電力受信回路は２次コイルを有し、前記１次コイル及び２次コイルによる電磁誘導を用いて前記電力を伝送することを特徴とする通信回路。
【請求項３】
請求項２の通信回路において、前記電力伝送回路は前記スイッチ手段によって切り換えられた前記半波整流回路による整流により発生する偶数次の高調波を検出する検出回路を持ち、該検出回路によって検出される前記偶数次の高調波によって前記所定の信号を受信することを特徴とする通信回路。
【請求項４】
外部からの画像情報を得るために患者の体外に設置される体外装置と、
眼内に埋植される電極を備え，前記電極から被検者眼の視覚を形成する細胞に電気刺激を与えることで視覚の再生を促す体内装置と、を備える視覚再生補助装置において、
前記体外装置から前記体内装置へと電力を伝送し、前記体内装置から前記体外装置へと信号を送信するために請求項２又は請求項３に記載の通信回路を備えることを特徴とする視覚再生補助装置。
【請求項１】
交流によって電力を伝送する電力伝送回路と、ブリッジ整流回路を有し前記電力伝送回路によって伝送される前記電力を受信する電力受信回路とを有し、電力受信側から電力伝送側に所定の信号を送信するための通信回路において、前記ブリッジ整流回路は全波整流回路と偶数次の高調波を発生させるための半波整流回路とを選択的に切り換えるためのスイッチ手段を有し、該スイッチ手段によって切り換えられる前記半波整流回路によって発生する前記偶数次の高調波を所定の信号として前記電力受信回路側から前記電力伝送回路側に対して送信することを特徴とする通信回路。
【請求項２】
請求項１の通信回路において、前記電力伝送回路は１次コイルを有し、前記電力受信回路は２次コイルを有し、前記１次コイル及び２次コイルによる電磁誘導を用いて前記電力を伝送することを特徴とする通信回路。
【請求項３】
請求項２の通信回路において、前記電力伝送回路は前記スイッチ手段によって切り換えられた前記半波整流回路による整流により発生する偶数次の高調波を検出する検出回路を持ち、該検出回路によって検出される前記偶数次の高調波によって前記所定の信号を受信することを特徴とする通信回路。
【請求項４】
外部からの画像情報を得るために患者の体外に設置される体外装置と、
眼内に埋植される電極を備え，前記電極から被検者眼の視覚を形成する細胞に電気刺激を与えることで視覚の再生を促す体内装置と、を備える視覚再生補助装置において、
前記体外装置から前記体内装置へと電力を伝送し、前記体内装置から前記体外装置へと信号を送信するために請求項２又は請求項３に記載の通信回路を備えることを特徴とする視覚再生補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２３９０３０（Ｐ２０１１−２３９０３０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６５２０（Ｐ２０１０−１０６５２０）
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（０００１３５１８４）株式会社ニデック (745)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（０００１３５１８４）株式会社ニデック (745)
【Ｆターム（参考）】
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