平成 25 年度電子情報通信学会東京支部学生会研究発表会 講演番号： 87 カプセル内視鏡への無線電力伝送-送信アンテナの位相によるWireless power transmission to the capsule endoscope by phase control of the transmitting antenna B－1 津崎 翔伍 齊藤 一幸 高橋応明 伊藤 公一 Shogo TSUZAKI Kazuyuki SAITO Masaharu TAKAHASHI Koichi ITO 千葉大学 Chiba University 1. はじめに 表 1 位相パターン カプセル内視鏡は電池によって駆動している．カプセ Port1 Port2 Port3 Port4 ル内視鏡に内蔵される電池は小型であり，撮影する画像 位相パターン A [度] 0 0 0 0 の枚数や画質は制限される．本研究では，体外に設置し 位相パターン B [度] 180 0 180 0 たアンテナから無線でカプセル内視鏡の位置するエリア に集中的に電力を供給するシステムにより，内蔵電池を 動力源としないカプセル内視鏡を用いた診断システムの Port1 実現を目指している．先行研究では，マイクロ波アンテナ 2 7 9 2 12 2 Port2 を内蔵したカプセル内視鏡及び，複数の円偏波アンテ ナを用いた電力送信システムを提案した[1]．ここで，先 小 皮 脂 筋 腸 腸 腸背 内 肪 膚 肉 壁 壁中 行研究では行っていなかった位相制御を行って，カプセ y 腔 x ル内視鏡のあるエリアに向けて集中的にエネルギーを供 Port3 給可能であると考えられる．そこで本稿では，カプセル内 z Port4 Unit : [mm] 観測面 300 視鏡の存在エリアに集中的にエネルギー供給を行うため 125 に，簡易人体モデルと送信アレイアンテナを用いた数値 図 1 解析モデル 計算により，小腸内における電界分布を解析した． 2. 解析モデル high 300 300 円偏波を放射するスパイラルアンテナを用いて，これ をアレイ状に並べることによって電力の伝送を行う．解析 200 200 モデルを図 1 に示す．それぞれの給電点を Port1 から Port4 とする．各アンテナのサイズは 1 辺 60 mm の正方 100 100 形であり，各アンテナ間は 20 mm である．この解析モデ low 0 0 ルは誘電体基板，粘着ゲル，腹側の皮膚，脂肪，筋肉， 0 300 0 300 100 200 200 100 y方向 y方向 腸壁，小腸内腔を想定した空間，背中を模擬した． Unit : [mm] 3. 解析結果 (a) 位相パターン A (b) 位相パターン B 電界分布の観測面は小腸内腔であり，各 Port の入力 図 2 電界分布 位相は表 1 のように変化させた．解析結果を図 2(a)，(b) high 300 に示す．これより，入力位相パターンにより，電界分布が 300 変化していることが確認できる．したがって，入力位相の 200 200 制御によりカプセル内視鏡の位置によって位相パターン を変えて電力を伝送できることが確認できた．小腸の腸 100 100 管は入りくんでいて，カプセル内視鏡も小腸内で様々な 方向に進んでいく．そのために y 成分，z 成分の電界分 low 0 0 布も確かめた．図 3(a)，(b)を見ると y 成分にも z 成分にも 0 300 0 300 100 200 200 100 y方向 y方向 放射されていることを確認した．これより，カプセル内視 Unit : [mm] 鏡の向きに関係なく電力は伝送できることを確認した． (a) y 成分 (b) z 成分 4. まとめと今後の課題 図 3 パターン A の成分ごとの電界分布 数値計算により，送信アンテナアレイの入力位相と体 参考文献 内での電界分布の関係について検討した．その結果， [1] Shogo Tsuzaki, Kazuyuki Saito, Masaharu アンテナアレイの入力位相を制御することで，カプセル Takahashi and Koichi Ito, “Development of antenna for 内視鏡の位置に関わらず電力伝送が可能であることが wireless power transmission to capsular endoscope,” 分かった．また，カプセル内視鏡の向きに関係なく電力 Vietnam-Japan International Symposium on Antennas and が伝送できていることも分かった．今後は受信アンテナ Propagation, pp195-200, Hanoi, Vietnam, Jan.2014 を小腸内に置いて伝送効率を求める予定である． -87- [V/m] z方向 z方向 [V/m] z方向 z方向 300 戸梶 敬規 Hiromi TOKAJI Copyright © 2014 IEICE
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