JP2000162308A

JP2000162308A - 水中探索用超音波送受波器および水中探索装置

Info

Publication number: JP2000162308A
Application number: JP10334695A
Authority: JP
Inventors: Chogo Sekine; 兆五関根; Masayoshi Tanaka; 正吉田中; Masaya Maeda; 賢哉前田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-06-16
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: JP4068736B2

Abstract

(57)【要約】【課題】水面下の全方向を均一に探索可能な水中探索用
超音波送受波器および水中探索装置を作成する。【解決手段】球面４０上に超音波振動素子１４を配置す
る際に、水中探索を行おうとする範囲で、前記球面４０
に内接する正多面体の頂点位置に配置するとともに、こ
の頂点位置に配置した各振動素子１４に対して、さら
に、実質的に等間隔と見なされる間隔位置に振動素子１
４を配置する。このように配置することにより、超音波
振動素子１４が、水中探索を行うとする範囲で、均一に
かつ緻密に配置され、水面下全方向を緻密かつ高速に探
索することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、海中の
魚群を捕捉し映像として表示する魚群探知機等に適用し
て好適な水中探索用超音波送受波器および水中探索装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置の従来技術として、サーチ
ライトソナーやスキャニングソナーが実用化されてい
る。

【０００３】サーチライトソナーは、送受信がともに同
一の細いビームパターンで行われるソナーシステムであ
り、船底のドーム内に配置されて超音波を送受する送受
波器をサーチライトのように方位角、俯角をともにリモ
コン操作して機械的に任意の方向に向ける機構を有し、
１回の送信で所望の１つの方向を探索することができ
る。

【０００４】スキャニングソナーとしては、セクタスキ
ャニングソナーや半周型スキャニングソナーおよび全周
型スキャニングソナーがある。

【０００５】セクタスキャニングソナーは、超音波振動
素子を直線状に多素子配列して送受波器を構成したもの
であり、半周型スキャニングソナーは、超音波振動素子
を円弧状に多素子配列して送受波器を構成したものであ
り、これらのスキャニングソナーにおいても、送受波器
を方位角、俯角方向にリモコン操作により向ける機構を
有する。このセクタスキャニングソナーによれば、ある
範囲、例えば平面内の９０°の範囲を１回の超音波の送
信で探索することができる。

【０００６】全周型スキャニングソナーは、円筒表面の
円周方向と軸方向に分割配列された多数の振動素子によ
り送受波器が構成されている。この全周型スキャニング
ソナーによれば、円筒軸方向に対する水平方向の全周３
６０°にわたって１回の超音波の送信により探索するこ
とができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サーチ
ライトソナーは、ある１つの方向を探索するのに、送受
波器から超音波パルスを送波した後、所定の探索距離の
反射エコーが帰来するまでの間、送受波器をその方向に
指向させておく必要がある。このため、広範囲を探索す
る場合には探索範囲に応じた測定時間を要し、周囲の探
索状況が時々刻々変化する例えば動きの早い魚群の探索
には自ずと限界がある。

【０００８】これに対して、セクタスキャニングソナー
や半周型スキャニングソナーによれば、サーチライトソ
ナーに比較して探索時間が数分の１あるいは１０分の１
程度に格段に短縮されるが、依然として、水面下全方向
といった広範囲の探索を行う場合には数十秒の時間を要
するという問題がある。

【０００９】一方、全周型スキャニングソナーにおい
て、受信ビームは、円筒軸方向に対する水平方向の全周
（３６０°）を１〜２ｍｓで探索することができるが、
円筒状多素子配列という配列形状の制約から円筒軸直下
方向の音響特性が極端に劣化し、その方向の探索が事実
上不可能になるという問題がある。

【００１０】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、水面下の全方向を短時間で探索するこ
とを可能とする水中探索用超音波送受波器および水中探
索装置を提供することを目的とする。

【００１１】また、この発明は、探索方向として水面下
の所望の方向に切り変えて短時間で探索すること、ある
いは水平方向全周３６０°を短時間で探索することを可
能とする水中探索用超音波送受波器および水中探索装置
を提供することを目的とする。

【００１２】さらに、この発明は、探索範囲の遠距離、
中距離または近距離に応じて容易に動作を最適化するこ
とを可能とする水中探索用超音波送受波器および水中探
索装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この項では、理解の容易
化のために、図面中の符号を付けて説明する。したがっ
て、この項に記載した内容が、その符号を付けたものに
限定して解釈されるものではない。

【００１４】この発明の水中探索用超音波送受波器は、
例えば、図２に示すように、球面４０上に配置される超
音波振動素子を、水中探索を行おうとする範囲で、前記
球面に内接する正多面体４２の少なくとも頂点位置に配
置するようにしている（請求項１記載の発明）。

【００１５】この水中探索用超音波送受波器を用いるこ
とにより、１回の送信により、例えば、水平方向３６０
°の探索を高速に行うことができる可能性が得られる。
また、同様に、１回の送信により水面下全方向の探索を
高速に行うことができる可能性が得られる。

【００１６】この発明の水中探索用超音波送受波器は、
球面上に配置される超音波振動素子を、水中探索を行お
うとする範囲で、前記球面上に配置する際、前記球面に
内接する正多面体の頂点位置に配置するとともに、この
頂点位置に配置した各振動素子に対して、実質的に等間
隔と見なされる間隔位置に振動素子を配置し、配置され
た超音波振動素子について、隣り合う振動素子間の間隔
をｄとし、該間隔ｄのばらつきの平均値をｄｍとしたと
き、０．９ｄｍ＜ｄ＜１．１ｄｍを満足するように配置
する（請求項２記載の発明）。

【００１７】このように配置することにより、超音波振
動素子が、水中探索を行おうとする範囲で、均一にかつ
緻密に配置され水面下全方向を緻密にかつ高速に探索す
ることができる可能性が得られる。

【００１８】さらに、この発明の水中探索用超音波送受
波器は、球面上に配置される超音波振動素子を、水中探
索を行おうとする範囲で、前記球面に内接する正多面体
の頂点位置に配置するとともに、前記正多面体の各辺を
前記球面上に大円の一部となるように投影して得られる
球面上の稜線に囲まれる球表面の同一形状の曲面を、該
曲面上で大円の一部となる円弧にて分割を繰り返したと
きの稜線の交点位置に配置する（請求項３記載の発
明）。

【００１９】このようにすれば、超音波振動素子を球面
上に機械的に均一かつ緻密に配置することができる。

【００２０】正多面体としては、超音波振動素子の配置
位置の均一性をより高くするために、正２０面体が好ま
しいが（請求項４記載の発明）、正４面体、正６面体、
正８面体、正１２面体のいずれを用いてもよい。

【００２１】この発明の水中探索装置は、球面上に相互
に実質的に等間隔と見なせる間隔で振動素子が多数配置
された球面アレイを、送信時には、並列接続手段２２に
より前記振動素子を並列接続して送信し、受信時には、
同心円環状接続手段２６により前記振動素子を複数の同
心円環（＃Ｒ１、＃Ｒ２、…、＃ＲＮ）状に接続して受
信し、ビームフォーミング手段２８により複数の同心円
環状に接続された振動素子の受信出力信号Ｑ１〜ＱＮに
対して振幅シェーディングと位相遅延をかけて合成し、
前記球面アレイの中心と前記同心円環の球面状の中心と
を結ぶ線を指向性主軸ＭＡとする細いビームを形成し、
スキャニング手段（２６、１６）により前記複数の同心
円環を前記球面アレイ上で同心円状またはスパイラル状
に連続して切り換えて、前記ビームフォーミング手段の
出力を記憶手段３２により記憶し、該記憶手段に記憶さ
れた出力を表示器３６に表示する（請求項５記載の発
明）。

【００２２】請求項５記載の発明によれば、１回の送信
により、例えば、水平方向３６０°の表示器上での探索
ばかりでなく、水面下全方向の表示器上での探索をも高
速に行うことができる。

【００２３】この場合、記憶手段に、ビームフォーミン
グ手段の出力を、３次元表示の座標に対応して記憶する
ようにすることで、表示器上で、例えば、水面下全方向
についての、３次元表示を行うことができる（請求項６
記載の発明）。

【００２４】この請求項５または６記載の水中探索装置
において、さらに、前記球面アレイを構成する振動素子
を一斉に励振するかまたは一部選択的に励振するかを切
り替える励振切替手段１６と、該励振切替手段により、
一部選択的に励振することが選択された場合には、前記
球面アレイの垂直貫通軸に対して水平に段階的に円環状
に分割し、分割した各円環に含まれる振動素子を相互に
接続し、相互に接続された各円環状振動素子に印加する
励振電圧の振幅と位相を可変可能な振幅・位相切替手段
（７２、１８）とを備える（請求項７記載の発明）。

【００２５】この請求項７記載の発明によれば、見やす
い３次元映像を表示し得る可能性が得られる。

【００２６】この請求項７記載の水中探索装置におい
て、さらに、水中探索範囲を、水平方向の遠距離、略周
囲斜め方向の中距離または周囲全方向の近距離に設定す
る探索範囲設定手段を備え、該探索範囲設定手段におけ
る設定に応じて、前記励振切替手段により、超音波送信
範囲を切り替え、かつ前記スキャニング手段により、受
信ビームが前記音波送信範囲と同一の範囲をスキャニン
グさせることにより、探索範囲の遠距離、中距離または
近距離に応じて容易に動作を最適化することができる
（請求項８記載の発明）。

【００２７】この請求項６〜８のいずれか１項に記載の
水中探索装置において、前記振動素子における送信信号
の周波数を、トーンバースト波送信時間内で可変する周
波数可変手段１６を備えることで、魚群等の探索をもれ
なく行うことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００２９】図１は、この発明の一実施の形態の水中探
索装置１０の電気回路的構成を示している。

【００３０】この図１例の水中探索装置１０は、この実
施の形態の水中探索用超音波送受波器としての球面アレ
イ送受波器１２を有している。球面アレイ送受波器１２
は、球面４０上に超音波振動素子（以下、単に振動素子
ともいう。）１４が相互に略等間隔で多数配置された構
成とされ、船底等に配置される。

【００３１】この球面アレイ送受波器１２は、ＣＰＵ
（スキャニング手段、探索範囲設定手段、周波数可変手
段）１６からの制御信号に基づき駆動信号発生回路１
８、送信回路２０および送受切換回路（並列接続手段）
２２を介して励振される。すなわち、ＣＰＵ１６からの
制御信号を受け取った駆動信号発生回路１８は、探索距
離の設定に応じて送信時の球面アレイ送受波器１２の後
述する各円環状の振動素子１４を励振する各駆動信号を
発生する。これらの駆動信号は送信回路２０により電力
増幅され、送受切換回路２２を介して球面アレイ送受波
器１２を構成する各振動素子１４を励振する。

【００３２】これにより、球面アレイ送受波器１２を構
成する各振動素子１２から、水中の全方向あるいは所望
の方向に超音波ビームが発射される。

【００３３】全方向あるいは所望の方向に発射された超
音波ビームが、図示しないターゲットにより反射され、
反射エコーとして球面アレイ送受波器１２に帰来する。
そして、反射エコーは、球面アレイ送受波器１２を構成
する各振動素子１４により形成される受信ビームに基づ
き、電気信号としての受信信号（反射エコー信号または
反射エコーともいう。）に変換され、送受切換回路２２
を介してプリアンプ２４に供給され、該プリアンプ２４
にて所定のレベルに増幅されてスイッチング部（スキャ
ニング手段、同心円環状接続手段）２６に供給される。

【００３４】スイッチング部２６は、ＣＰＵ１６の制御
下に、受信ビームを合成する振動素子１４を高速に選択
し、ビーム合成回路（ビームフォーミング手段）２８に
受信信号を送る。

【００３５】ビーム合成回路２８は、後述するように、
受信ビームを合成する円形開口において同心円環に分割
された各出力を所定の整相処理とシェーディング処理を
行って加算し、受信ビームを合成し、ＴＶＧ（Time Var
iing Gain ）回路３０へ送る。

【００３６】ＴＶＧ回路３０は、周知のように、ターゲ
ットまでの距離に係わらず受信信号レベルが一定となる
ように、距離に応じて利得を可変して受信信号を増幅し
た後、その出力信号を内蔵の検波器で検波し、さらに内
蔵のＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号である受信信号に
変換する。

【００３７】ＣＰＵ１６は、このデジタル信号を、受信
ビームのスキャニング方位（ｘｙｚの３次元方位）と距
離情報に対応させて記憶手段であるメモリ３２に記憶さ
せる。

【００３８】さらに、ＣＰＵ１６は、スキャニング方位
と距離情報から受信信号の３次元座標を算出し、その算
出した座標値とともに、メモリ３２に記憶してあるデジ
タル信号をインタフェース部３４を介してカラーＣＲＴ
等の表示器３６に転送する。

【００３９】表示器３６では、このデジタル信号を内蔵
のＤ／Ａ変換器によりアナログの映像信号に変換し、表
示器３６上にターゲットに関する受信ビームに対応する
３次元映像を表示する。

【００４０】この発明の一実施の形態に係る水中探索装
置１０は、基本的には以上のように構成されるものであ
り、次に、その要部の詳細な構成およびその動作を説明
する。

【００４１】まず、球面アレイ送受波器１２について、
その球面４０上に実質的に等間隔と見なせる間隔で振動
素子１４を配置させる技術について説明する。

【００４２】図２は、中心Ｏを有する球面４０と、その
球面４０に内接する正多面体の例としての正２０面体４
２を示している。なお、図２においては、便宜上、船体
の方向（真上方向ともいう。）の軸をＺ軸、水中鉛直直
下方向（真下方向ともいう。）の軸をＺ′軸としてい
る。

【００４３】振動素子１４は、基本的には、正２０面体
４２を構成する各正三角形の頂点位置に、各振動素子１
４の振動面の法線ベクトルが球の半径方向の外側に向か
う方向と一致するように配置する。なお、実際上、振動
素子１４は、図１に模式的に示すように、球面アレイ送
受波器１２から見て船底方向であるＺ方向には配置する
必要がなく、水中探索を行おうとする範囲で、球面４０
に内接する正多面体の少なくとも頂点位置に配置すれば
よい。

【００４４】図３は、図２に示す正２０面体４２を構成
する１つの正三角形ＡＢＣにおいて、各辺ＡＢ，ＢＣ，
ＣＡを球の大円（球面４０を、その中心Ｏを通る平面で
切ったとき、切り口に現れる円）の一部となるように、
球面４０に投影した図を示している。

【００４５】このようにして作図された球面４０上の曲
面三角形ＡＢＣにおいて、投影された弧（稜線であり、
曲線であることに注意）ＡＢ，ＢＣ，ＣＡの中点に点
Ａ′，Ｂ′，Ｃ′を採る。そして、さらに、球面４０上
の正２０面体４２を構成する各三角形に対応する全ての
曲面三角形の弧の各中点Ａ′，Ｂ′，Ｃ′に振動素子１
４を配置する。

【００４６】次に、新たに作図された正三角形Ａ′Ｂ′
Ｃ′の各辺（直線）Ａ′Ｂ′，Ｂ′Ｃ′，Ｃ′Ａ′が同
様に球の大円の一部となるように球面４０上に投影し、
弧Ａ′Ｂ′，Ｂ′Ｃ′，Ｃ′Ａ′を作図する。

【００４７】このようにして作成された球面４０上の４
個の曲面三角形Ａ′ＢＢ′，Ｂ′ＣＣ′，Ｃ′ＡＡ′，
Ａ′Ｂ′Ｃ′について、各々の辺の中点を採り、それら
の中点を振動素子１４の新たな配置位置とする。

【００４８】そして、以上のような分割過程を正２０面
体４２の各面（各正三角形）について同時に行うことに
よって振動素子１４を球面４０上に相互に略等間隔（実
質的に等間隔と見なされる間隔位置）に配置することが
できる。

【００４９】このように振動素子１４を配置していけ
ば、配置された超音波振動素子１４について、隣り合う
振動素子１４間の間隔（距離）をｄとし、該間隔ｄのば
らつきの平均値をｄｍとしたとき、振動素子１４は、各
間隔ｄが次の（１）式を満足するように容易に配列する
ことができる。

【００５０】０．９ｄｍ＜ｄ＜１．１ｄｍ …（１）図４は、振動素子１４が略等間隔に配置された球面アレ
イ送受波器１２（図１に示したものと同一のものであ
る。）を示している。

【００５１】上述した、球面４０上に実質的に等間隔と
見なせる間隔で振動素子１４を配置させる技術によれ
ば、球面４０の全周にわたって略等間隔に振動素子１４
を配置することが可能であるが、上述したように、船底
等に取り付けられる球面アレイ送受波器１２としては、
水中探索を行おうとする範囲、この実施の形態では、水
面下の半球面方向（真下方向と水平方向）、換言すれ
ば、水面下全方向に探索範囲を限定しているため、Ｚ軸
方向側の上面部の振動素子１４は、取り付けないように
してコストを削減している。

【００５２】以上のように、球面アレイ送受波器１２
は、振動素子１４が、水中探索を行おうとする範囲で、
球面４０に内接する正２０面体４２の頂点位置に配置さ
れるとともに、前記正２０面体４２を構成する正三角形
の各辺を、球面４０上に大円の一部となるように投影し
て得られる球面上の稜線で囲まれる球表面（球面）の同
一形状の曲面を、該曲面上に大円の一部となる円弧にて
分割を繰り返したときの稜線の交点位置に配置されるよ
うにしている。

【００５３】この場合、球面４０に内接する正多面体
は、正２０面体４２に限らず、正４面体、正６面体、正
８面体または正１２面体とすることができるが、前記頂
点位置と前記交点位置に配置される振動素子１４の隣り
合う配置間隔の均一性の観点からは、より多面体、すな
わち正２０面体４２から出発して交点を作図した方がよ
り等間隔性を得られる点で有利である。

【００５４】以上の説明が、球面４０上に実質的に等間
隔と見なせる間隔で振動素子１４を配置させる技術の説
明である。

【００５５】次に、受信時におけるビーム（受信ビー
ム）の合成技術の例について説明する。

【００５６】受信ビームは、球面アレイ送受波器１２の
探索範囲である水面下全方向中、任意の方向に指向させ
ることができる。

【００５７】図５は、振動素子１４が球面アレイ送受波
器１２上に配置される位置である、球面４０上のある交
点Ｏ′を中心とした円形開口４８内に含まれる振動素子
１４からなる振動素子群１１４により形成される受信ビ
ーム４６の形状を模式的に示している。

【００５８】図６は、円形開口４８内に含まれる振動素
子１４が、受信時には、中心である交点Ｏ′から、それ
ぞれ、Ｎ個の同心円環＃Ｒ１、＃Ｒ２、…、＃ＲＮ内毎
の振動素子群１１４Ｒ１、１１４Ｒ２、…、１１４ＲＮ
に分割される様子を示している。ここで、同心円環＃Ｒ
１、＃Ｒ２、…、＃ＲＮの各幅は、超音波の伝搬波長を
λとするとき、λ／２（半波長）に選択されている。幅
をλ／２に選択した理由は、幅をλ／２の近傍とするこ
とにより、受信ビーム４６で発生するサイドローブを抑
制することができるからである。

【００５９】各同心円環＃Ｒ１、＃Ｒ２、…、＃ＲＮに
含まれる振動素子１４からの各受信信号は、スイッチン
グ部２６を構成するスイッチにより、後述するように、
振動素子１４が相互に接続されるようにして、合成され
る。

【００６０】図７は、ある交点Ｏ′において、受信ビー
ム４６を形成する際の整相処理とシェーディング処理の
説明に供される線図である。相互に接続された各同心円
環＃Ｒ１、＃Ｒ２、…、＃ＲＮに含まれる振動素子１４
の受信出力信号は、図７中の矢印群で模式的に示すよう
に、球面の曲率を原因とする位相誤差を補正するための
整相処理（受信出力信号を交点Ｏ′の接平面である整相
面５０上の信号とすること。）が必要とされ、また、受
信ビームの主軸指向方向（指向性主軸）ＭＡにおける指
向性サイドローブを低減するためのシェーディング分布
５２に基づくシェーディング処理が必要とされる。

【００６１】図８は、球面アレイ送受波器１２におい
て、球面４０の半径を８λ、所望の受信ビーム４６を合
成するための円形開口４８（図５参照）の半径を４λ、
振動素子１４の半径を０．２５λとした場合の正２０面
体４２から形成された各交点上への振動素子１４の水平
方向の配置例を示している。なお、図８において、Ｘ
軸，Ｙ軸は、それぞれ、波長λ毎の目盛を付けている。

【００６２】図９は、シェーディング分布５２としてハ
ミング分布とした場合の、図８配置例の受信ビームパタ
ーン（図６の受信ビーム４６の一例としてのパターン）
５４のシミュレーション波形を示している。受信ビーム
指向方向ＭＡで指向性を０ｄＢに規格化している。この
受信ビームパターン５４によれば、指向方向幅（受信ビ
ーム幅）が約６°（−３ｄＢ全幅）ときわめて急峻であ
り、また、サイドロープが−３０ｄＢ程度以下ときわめ
て小さい値になっており、探索のためにきわめて優れた
受信ビームパターン５４となっていることが分かる。

【００６３】次に、送信時における送信ビームの形成方
法の例について説明する。

【００６４】送信ビームは、探索距離に応じて送信ビー
ムパターンを切り換えるように構成している。

【００６５】図１０は、球面アレイ送受波器１２を垂直
軸Ｚ−Ｚ′に対して輪切りした円環＃１、＃２、…、＃
Ｍの模式図を示している。

【００６６】各円環＃１、＃２、…、＃Ｍ内の振動素子
群１１４＃１、１１４＃３、…、１１４＃Ｍは、送信時
に送信信号が合成されるように、相互に接続される。

【００６７】図１１は、探索距離が遠距離である場合の
各円環＃１、＃２、…内の振動素子群１１４＃１、１１
４＃３、…、１１４＃ｍ（ｍ＜Ｍ）を励振するための振
幅と位相の最適設定状態を示している。すなわち、整相
面５９で位相が一致するように各円環＃１、＃２、…内
の振動素子群１１４＃１、１１４＃３、…、１１４＃ｍ
（ｍ＜Ｍ）毎に所定の遅延をかけ、かつ整相方向ＭＢに
おいて、送信ビームのサイドロープが小さくなるよう
に、例えば、ハミング分布のようなシェーディング分布
６１に基づくシェーディング処理を行う。

【００６８】図１２、図１３、図１４は、それぞれ、図
１１の遠距離探索時に対応する励振円環群６０（図中、
ハッチングで示した部分）とその送波指向性パターン
（送信指向性パターン、送波ビーム）６６の例、中距離
探索時に対応する励振円環群６２（図中、ハッチングで
示した部分）とその送波指向性パターン（送信指向性パ
ターン、送波ビーム）６８の例、近距離探索時に対応す
る励振円環群６４（図中、ハッチングで示した部分）と
その送波指向性パターン（送信指向性パターン、送波ビ
ーム）７０の例を示している。

【００６９】図１２から分かるように、遠距離探索時に
は、球面アレイ送受波器１２の中央部分の励振円環群６
０を用いて水平方向にサイドローブの小さい鋭い送波ビ
ーム６６を形成し、水平方向の送波音圧レベルの増大を
図っている。

【００７０】また、図１３から分かるように、中距離探
索時においては、ターゲットが少し接近していることを
考慮して、励振円環群６２を、遠距離探索時に比較して
少し下側にずらしている。このように少し下側にずらし
た励振円環群６２を用いることにより、垂直面指向性を
水平方向に対して角度θ°だけティルトし、かつ送波ビ
ーム６８のビーム幅を若干広げた形状とすることができ
る。

【００７１】さらに、図１４から分かるように、近距離
探索時においては、球面アレイ送受波器１２を構成する
全ての振動素子１４を同位相・同振幅で励振する励振円
環群６４とすることで、水面下全方向を探索可能な略無
指向性の送波指向性パターン７０とすることができる。

【００７２】そして、送信後、直ちに受信状態となり、
図５を参照して説明した受信ビーム（受波ビームともい
う。）４６は、上記遠距離、中距離および近距離の探索
距離の切り替えに応じて、探索範囲内を均一にカバーす
るように垂直軸Ｚ−Ｚ′を中心として円心状またはスパ
イラル状に高速に走査（スキャニング）される。

【００７３】図１５は、送受切換回路２２の詳細な構成
と、この送受切換回路２２に接続される球面アレイ送受
波器１２と送信回路２０とプリアンプ２４との詳細な接
続関係を示している。

【００７４】送信回路２０は、図１０に示した送信時に
分割される円環＃１、＃２、…、＃Ｍの個数と同数の送
信回路２０＃１〜２０＃Ｍから構成されている。送受切
換回路２２は、送受切換回路２２＃１〜２２＃Ｍから構
成される。

【００７５】送信回路２０＃１の出力は、送受切換回路
２２＃１を構成する互いに逆方向に接続された（それぞ
れのアノードが、それぞれ他方のカソードに接続され
た）ダイオードＤを介して、円環＃１に含まれる振動素
子群１１４＃１を構成する複数の各振動素子１４＃１の
正極に接続されている。

【００７６】また、各振動素子１４＃１の正極は、送受
切換回路２２＃１を構成するコンデンサＣとインダクタ
ンスＬの直列共振回路を通じて接地されている。この場
合、コンデンサＣとインダクタンスＬとの中点と、接地
との間に、送受切換回路２２＃１を構成する互いに逆方
向に接続されたダイオードＤが配されている。

【００７７】さらに、各振動素子１４＃１の負極側は、
送受切換回路２２＃１を構成する互いに逆方向に接続さ
れたダイオードＤを介して接地されるとともに、対応す
る各プリアンプ２４＃１の入力側に接続されている。

【００７８】他の送信回路２０＃２〜送信回路２０＃Ｍ
に係わる構成も、上述の送信回路２０＃１の構成と同様
であるが、各送信回路２０＃１、送信回路２０＃２、
…、送信回路２０＃Ｍにより駆動される振動素子群１１
４＃１、１１４＃２、…、１１４＃Ｍに含まれる振動素
子１４＃１、振動素子１４＃２、…、振動素子１４＃Ｍ
の個数は、図１０からも明らかなように、Ｚ−Ｚ′軸方
向の中央部が最大の数となり、その中央部からＺ軸およ
びＺ′軸に向かう毎に徐々に少ない数となる。

【００７９】プリアンプ２４＃１、プリアンプ２４＃
２、…、プリアンプ２４＃Ｍの各個数は、それぞれ、対
応する円環＃１、＃２、…、＃Ｍにそれぞれ含まれる振
動素子１４＃１、１４＃２、…、１４＃Ｍの個数に等し
い数となる。

【００８０】送信回路２０＃１〜２０＃Ｍの入力端子＃
１〜＃Ｍには、図示していないＭ個の駆動信号発生回路
１８（１８＃１〜１８＃Ｍ：図１参照）から、それぞ
れ、駆動信号Ｐ１〜ＰＭが供給される。

【００８１】それら駆動信号発生回路１８＃１〜１８＃
Ｍには、ＣＰＵ１６からそれぞれ、駆動信号発生用制御
信号と、例えば、１０ＭＨｚの基準クロック信号が供給
される。

【００８２】図１６は、送信回路２０＃１に供給される
送信回路駆動信号Ｐ１の波形例を示している。各駆動信
号発生回路１８＃１〜１８＃Ｍは、それぞれカウンタ
（計数回路）を内蔵しており、ＣＰＵ１６から供給され
る上記１０ＭＨｚの基準クロック信号を分周し、超音波
送信キャリア周波数ｆ０（＝１／ｔ０）、パルス幅Ｔ
ｗ、パルス繰り返し周期Ｔ０のトーンバースト波送信パ
ルスである送信回路駆動信号Ｐ１を発生する。この場
合、ＣＰＵ１６は、駆動信号発生用制御信号により、各
駆動信号発生回路１８＃１〜１８＃Ｍに内蔵されるカウ
ンタをプリセットさせることで、各送信パルスＰ１〜Ｐ
Ｍの位相（立ち上がりタイミングＴｓ）の設定を行うと
ともに、パルス幅Ｔｗの期間のみカウンタを動作させる
制御を行う。

【００８３】なお、各送信回路２０＃１〜２０＃Ｍの出
力側には、それぞれ、図１７に示すような出力トランス
７２が配され、この出力トランス７２の２次コイル７２
ｂ側のタップ７２ｃをリレー７４で切り換えることによ
り、図１１、図１２に示した遠距離探索時における円環
＃１〜＃Ｍのシェーディング分布６１に対応するシェー
ディング処理を行うことができる。実際上、出力トラン
ス７２の２次コイル７２ｂ側には、図１８に示す正弦波
のトーンバースト信号Ｓ（Ｓ１〜ＳＭ）が発生され、送
受切換回路２２＃１〜２２＃Ｍを通じて球面アレイ送受
波器１２を構成する各振動素子１４＃１〜１４＃Ｍに供
給される。

【００８４】各送信回路２０＃１〜２０＃Ｍに入力され
る駆動信号Ｐ１〜ＰＭとしては、図１３に示す中距離探
索時および図１４に示す近距離探索時には、図１８の波
形図中の駆動信号Ｐ１（図１６に示した波形と同じ波
形）と同一（振幅が等しく同相で同一タイミング）の駆
動信号が、駆動信号Ｐ２〜ＰＭとしても、各送信回路２
０＃２〜２０＃Ｍに供給される。

【００８５】これに対して、図１１および図１２を参照
して説明した遠距離探索時には、整相面５９で同相とな
るように、駆動信号Ｐ１〜ＰＭに、例えば、図１８の駆
動信号Ｐ２に示すような、位相ΔＰが与えられて送信回
路２０＃１〜２０＃Ｍに供給される。

【００８６】このような送信回路２０＃１〜２０＃Ｍの
入力信号としての駆動信号Ｐ１〜ＰＭに対して、それぞ
れ同相の正弦波のトーンバースト信号Ｓ（Ｓ１〜ＳＭ）
（図１８中には、駆動信号Ｐ１と同相のトーンバースト
信号Ｓ１のみを描いている。）が、それぞれ、球面アレ
イ送受波器１２を構成する振動素子群１１４＃１（１４
＃１）、１１４＃２（１４＃２）、…、１１４＃Ｍ（１
４＃Ｍ）に、送信回路２０＃１〜２０＃Ｍの出力信号
として供給される。

【００８７】なお、図１８に示すトーンバースト信号Ｓ
（Ｓ１〜ＳＭ）の振幅Ｖａは、送信回路２０を構成する
出力トランス７２（図１７参照）のシェーディングに依
存するが、通常、Ｖａ＝１００Ｖｐ−ｐ〜１０００Ｖｐ
−ｐである。

【００８８】図１９は、送信時における送受切換回路２
２（図１９では、代表として送受切換回路２２＃１のみ
を詳しく描いている。）の等価回路を示している。この
送信時等価回路の動作を送受切換回路２２＃１を例とし
て、図１５の回路と対照しながら説明する。なお、残り
の送受切換回路２２＃２〜２２＃Ｍも同じ動作である。

【００８９】ここで、図１５中の送受切換回路２２中の
直列共振回路を構成するコンデンサＣとインダクタンス
Ｌの共振周波数ｆｒは、超音波送信キャリア周波数ｆ０
と同一の周波数（ｆｒ＝ｆ０）に設定されている。

【００９０】この場合、送信時には、図１８に示した、
電圧振幅Ｖａ＝１００Ｖｐ−ｐ〜１０００Ｖｐ−ｐのト
ーンバースト信号Ｓ１が送受切換回路２２＃１に供給さ
れるので、互いに逆方向に接続されたダイオードＤ（送
信回路２０＃１と振動素子１４＃１の正極との間のダイ
オードＤと、振動素子１４＃１の負極と接地との間のダ
イオードＤ）は、図１９に点線の引き出し線で示すよう
に、全て短絡状態となる。

【００９１】したがって、送信時には、各振動素子１４
＃１が並列的に接続されることになる、この場合、コン
デンサＣの容量を、超音波送信キャリア周波数ｆ０での
インピーダンス｛１／２πｆ０×Ｃ｝が、並列接続され
ている各振動素子１４＃１の合成インピーダンスと比較
して５倍以上の大きさに選択しておくことにより、コン
デンサＣは、ほぼ開放状態と考えることができる。この
とき、各振動素子１４＃１から超音波が水中に発射され
る。

【００９２】図２０は、受信時における送受切換回路２
２（図２０では、代表例として送受切換回路２２＃１の
みを描いている。）の等価回路を示している。この受信
時等価回路の動作を送受切換回路２２＃１を例として、
図１５の回路と対照しながら説明する。なお、受信時に
おいて、残りの送受切換回路２２＃２〜２２＃Ｍも送受
切換回路２２＃１と同じ動作である。

【００９３】受信時において、各振動素子１４＃１の正
負電極間に誘起する受信電圧は、数μＶ〜数十μＶと微
小なオーダーであるため、各ダイオードＤは、開放状態
となる。また、コンデンサＣとインダクタンスＬとによ
る直列共振回路は、短絡状態（インピーダンスがゼロ
値）となる。したがって、各振動素子１４＃１の正極
は、接地状態となり、各振動素子１４＃１の負極に発生
する受信電圧が、それぞれ独立にプリアンプ２４＃１を
介し、出力端子＃１を通じてスイッチング部２６＃１に
供給されることとなる。

【００９４】図２１は、受信時におけるスイッチング部
２６とビーム合成回路２８の詳細な接続回路構成を示し
ている。

【００９５】スイッチング部２６を構成するアナログス
イッチ２６＃１〜２６＃Ｍに、球面アレイ送受波器１２
を構成する全ての振動素子１４（１４＃１〜１４＃Ｍ）
で受信された受信信号が供給される。なお、全ての振動
素子１４には、異なる識別番号が付与されている。

【００９６】アナログスイッチ２６＃１〜２６＃Ｍは、
ＣＰＵ１６からのスイッチ制御信号により、入出力の任
意の端子が接続されるように構成されている。

【００９７】この場合、上述したように、アナログスイ
ッチ２６＃１〜２６＃Ｍの入力側には、球面アレイ送受
波器１２を構成する全ての振動素子１４（１４＃１〜１
４＃Ｍ）で受信された受信信号が供給され、アナログス
イッチ２６＃１〜２６＃Ｍの出力側には、図６に示した
受信に係わる同心円環＃Ｒ１〜＃ＲＮ個分の端子が接続
され、アナログスイッチ２６＃１〜２６＃Ｍまでの出力
が、各同心円環＃Ｒ１〜＃ＲＮ毎に相互に接続され、受
信出力信号Ｑ１〜ＱＮとされて混合回路であるミキサ回
路８０＃１〜８０＃Ｎにそれぞれ供給される。

【００９８】ここで、図５に例を示したように受信ビー
ム４６は、上述した遠距離探索、中距離探索、近距離探
索の探索距離の切り換えに応じて、探索範囲内を均一に
カバーするようにＺ−Ｚ′軸を中心として、同心円状ま
たはスパイラル状に高速にスキャニングする。例えば、
超音波送信キャリア周波数ｆ０＝２８ｋＨｚで、図１２
に示すような遠距離探索送信時には、図５に示すよう
に、水平方向３６０°にわたり受信ビーム４６がスキャ
ニングすればよい。

【００９９】上述したように、球面アレイ送受波器１２
を構成する全ての振動素子１４には、シリーズ番号（異
なる識別番号）が付されており、また、受信ビーム４６
を特定の方向に指向させるために用いる円形開口４８の
振動素子群１１４を構成する振動素子１４のシリーズ番
号が、ＣＰＵ１６内にテーブルとして記憶されているの
で、ＣＰＵ１６からの切換制御信号により各アナログス
イッチ２６＃１〜２６＃Ｍ中の該当するスイッチが瞬時
に切り換えられて所望の振動素子１４の受信信号が選択
されビーム合成回路２８に取り込まれる。

【０１００】図９に示した受信ビームパターン５４で
は、受信ビーム幅が６°（−３ｄＢ全幅）であるため、
水平面内を６°ステップ毎、全６０ステップにて全周を
カバーすることができる。

【０１０１】図２２は、遠距離探索送信時における受信
ビームの切換タイミングを示している。

【０１０２】送信パルス幅ＴｗをＴｗ＝１５ｍｓ、１つ
の受信ビームＢＭ１〜ＢＭ６０を合成するための所要時
間Ｔｂを、超音波送信周波数（超音波送信キャリア周波
数）ｆ０＝２８ｋＨｚの周期３５．７μｓの２倍として
Ｔｂ＝７１μｓとする。このようにすれば、パルス繰り
返し周期Ｔ０内に、約２回の水平面内受信ビームのスキ
ャニングが可能となる。

【０１０３】なお、中距離探索送信時あるいは近距離探
索送信時には、受信ビーム幅を広げ、受信ビームの切換
ステップを粗くすることにより、その探索範囲をパルス
繰り返し周期Ｔ０内でくまなくスキャンニングすること
ができる。切換ステップを粗くしたくない場合には、ビ
ーム合成回路２８を複数系統設ければよい。

【０１０４】図７に示したように、球面４０の曲率を原
因とする受信時における位相誤差を補正するための整相
処理が、図２１に示すミキサ回路８０＃１〜８０＃Ｎ
と、ＣＰＵ１６により、後述する局部発振信号ＬＯの移
相量（位相シフト量）をそれぞれ可変可能な移相回路８
２＃１〜８２＃Ｎと、ＣＰＵ１６から基準発振信号（基
準クロック）を受け、該基準クロックを分周することに
より所定周波数（局部発振周波数）ｆＬを有する局部発
振信号ＬＯを発生するカウンタを含んで構成される局部
発振器８４とで行われる。

【０１０５】移相回路８２＃１〜８２＃Ｎは、図７に示
す整相面５０に各同心円環＃Ｒ１、＃Ｒ２、…、＃ＲＮ
に含まれる振動素子１４の受信出力信号を整相させるた
めに、局部発振信号ＬＯに与える移相変移（位相シフ
ト）を発生させる回路である。そのため、移相回路８２
＃１〜８２＃Ｎは、例えば、ＣＲ（コンデンサと抵抗
器）積分回路を用いて局部発振信号ＬＯに所定の遅延を
与えるように構成することができる。

【０１０６】図２３は、超音波送信キャリア周波数ｆ０
の受信信号Ｑに、局部発振周波数ｆＬの局部発振信号Ｌ
Ｏを乗算することにより位相シフトを与えて整相処理を
行うミキサ回路８０＃１〜８０＃Ｎの具体的等価回路を
示している。

【０１０７】各ミキサ回路８０＃１〜８０＃Ｎは、それ
ぞれ、アナログスイッチ９１と中間周波の帯域通過フィ
ルタ９２とから構成されている。

【０１０８】例えば、超音波送信キャリア周波数ｆ０を
ｆ０＝２８ｋＨｚ、局部発振周波数ｆＬをｆＬ＝４８３
ｋＨｚとし、アナログスイッチ９１を局部発振周波数ｆ
Ｌの周期ＴＬでスイッチングさせた後、中間周波数ｆＩ
ＦがｆＩＦ＝４５５ｋＨｚの帯域通過フィルタ９２を通
過させることにより、局部発振信号（局発信号）ＬＯに
より所定の位相シフト（位相シフト量）φを受けた中間
周波数ｆＩＦ＝４５５ｋＨｚの信号が得られる。

【０１０９】すなわち、局部発振信号ＬＯの初期位相を
位相シフト量φとするとき、受信信号Ｑと局部発振信号
ＬＯの合成信号Ｓｄ＝Ｑ×ＬＯは、次の（２）式で与え
られる。

【０１１０】Ｑ×ＬＯ＝Ａｓｉｎ（２πｆ０ｔ）×Ａ′ｓｉｎ（２πｆＬｔ＋φ）＝ＡＡ′［ｃｏｓ｛（２πｆＬ＋２πｆ０）ｔ＋φ｝＋ｃｏｓ｛（２πｆＬ−２πｆ０）ｔ＋φ｝］ …（２）（２）式において、和（ｆＬ＋ｆ０）と差（ｆＬ−ｆ
０）の周波数成分の内、差（ｆＬ−ｆ０）＝４８３ｋＨ
ｚ−２８ｋＨｚ＝４５５ｋＨｚの成分のみを帯域通過フ
ィルタ９２により抽出することにより、その出力の整相
信号Ｓｅは、次の（３）式で表されることになり、位相
シフト量φの位相シフトを受けた整相信号Ｓｅが得られ
る。

【０１１１】Ｓｅ＝ＡＡ′ｃｏｓ［（２πｆＬ−２πｆ０）ｔ＋φ｝］ …（３）このようにして整相処理のなされた受信信号である整相
信号Ｓｅ（Ｓｅ＃１〜Ｓｅ＃Ｎ）は、受信ビーム４６の
主軸指向方向ＭＡにおける指向性サイドローブを低減す
るためのシェーディング分布５２に基づくシェーディン
グ処理を行うために、減衰量が、例えば、ハミング分布
に対応するように調整された減衰器８６＃１〜８６＃Ｎ
を介して振幅が調整され、振幅調整後の整相信号Ｓｅ＃
１〜Ｓｅ＃Ｎが加算器８８により加算されることで、加
算器８８の出力側で受信信号Ｓｒが形成される。

【０１１２】受信信号Ｓｒが通過周波数ｆ＝４５５ｋＨ
ｚの帯域通過フィルタ９０を介してＴＶＧ回路３０に供
給され、該ＴＶＧ回路３０にて距離に対応して利得が可
変されて増幅された後、検波され、図示していないＡ／
Ｄ変換器を介してデジタル信号の受信信号とされる。

【０１１３】このデジタル信号が、ＣＰＵ１６により、
受信ビームのスキャニング方位（ｘｙｚの３次元方位）
と距離情報に対応されて記憶手段であるメモリ３２に記
憶される。

【０１１４】さらに、ＣＰＵ１６は、スキャニング方位
と距離情報から受信信号の３次元座標を算出し、その算
出した座標値とともに、メモリ３２に記憶してあるデジ
タル信号をインタフェース部３４を介してカラーＣＲＴ
等の表示器３６に転送する。

【０１１５】表示器３６は、このデジタル信号を内蔵の
Ｄ／Ａ変換器によりアナログの映像信号に変換し、表示
器３６上にターゲットに関する受信ビームに対応する３
次元映像を表示する。

【０１１６】上述した実施の形態によれば、１回の送信
により水面下の全方向、あるいは水面下の所望の方向を
切り換えて短時間で探索すること、または水平方向全周
３６０°を短時間で探索することを可能とし、探索範囲
の遠距離、中距離または近距離に応じて動作を容易に最
適化することができる。

【０１１７】なお、上述の実施の形態によれば、図１６
に示したように、送信パルス幅Ｔｗ内での駆動信号に係
る超音波送信キャリア周波数をｆ０と一定にしている
が、これに限らず、例えば、図２４に示すように、周波
数ｆ１＝１／ｔ１から周波数ｆ２＝１／ｔ２まで徐々に
高くなるように変化させてもよい。実際上、周波数を変
化させる場合には、駆動信号発生回路１８の内蔵カウン
タのプリセット値をＣＰＵ１６から供給される制御信号
により駆動信号のキャリア周期毎に周期が周期ｔ１から
周期ｔ２まで徐々に小さくなるように変更すればよい。

【０１１８】例えば、超音波送信キャリア周波数ｆ０が
ｆ０＝２８ｋＨｚの場合には、振動素子１４の帯域が狭
いことを考慮して、例えば、ｆ１＝２７ｋＨｚ、ｆ２＝
２９ｋＨｚ程度とすることができる。

【０１１９】このように、超音波送信キャリア周波数を
可変することにより、魚群のように空間に一定の間隔で
分布したターゲットの場合には、反射特性が超音波送信
キャリア周波数（超音波伝搬波長）に依存するので、特
定の魚群の探索に対してより最適な周波数が存在し、そ
の探索がもれなく行われるようになる。

【０１２０】また、上述の実施の形態のように振動素子
１４の配列間隔が一定ではなく、０．９ｄｍ＜ｄ＜１．
１ｄｍのように、あるばらつきをもっているとき、送信
周波数を変化させることにより周波数ｆ１〜ｆ２の中に
ちょうど良い指向特性を得る周波数が存在し、結果的に
探索性能を上げることができる。

【０１２１】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、水面下全方向の高速探索が可能となり、探索能力が
大幅に改善された水中探索用超音波送受波器および水中
探索装置が得られる。

【０１２３】また、遠距離探索、中距離探索、あるいは
近距離探索と探索範囲に応じて動作を最適化することが
できる。

【０１２４】また、球面アレイ送受波器において、振動
素子を略等間隔に簡単に配置することができる。

【０１２５】さらに、探索方向によらず均一な受信ビー
ムパターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態の水中探索装置の電気
回路的構成を示すブロック図である。

【図２】球面に内接する正２０面体の状態を示す線図で
ある。

【図３】図２に示す正２０面体を構成する１つの正三角
形において、各辺を球の大円の一部となるように球面に
投影した状態を示す線図である。

【図４】水中探索を行おうとする範囲で、振動素子が略
等間隔に配置された球面アレイ送受波器を示す模式図で
ある。

【図５】受信ビームの合成処理の説明に供される模式図
である。

【図６】受信ビームの合成処理の説明に供される模式図
である。

【図７】受信ビームの合成の際に行われる整相処理とシ
ェーディング処理の説明に供される線図である。

【図８】整相処理後の振動素子の水平方向への配置例を
示す線図である。

【図９】図８例に係る受信ビームパターンのシミュレー
ションを示す図である。

【図１０】球面アレイを垂直軸に対して輪切りした状態
を示す模式図である。

【図１１】遠距離探索時における振幅と位相の最適設定
状態の説明に供される線図である。

【図１２】遠距離探索時における送波指向性パターンの
説明に供される線図である。

【図１３】中距離探索時における送波指向性パターンの
説明に供される線図である。

【図１４】近距離探索時における送波指向性パターンの
説明に供される線図である。

【図１５】送受切換回路の詳細な構成を含む回路図であ
る。

【図１６】送信回路駆動信号の波形図である。

【図１７】送信回路の出力側に配置される出力トランス
の構成を示す回路図である。

【図１８】近距離探索時における駆動信号の説明に供さ
れる波形図である。

【図１９】送信時における送受切換回路の等価回路を含
む回路図である。

【図２０】受信時における送受切換回路の等価回路を含
む回路図である。

【図２１】受信時におけるスイッチング部とビーム合成
回路の詳細な接続構成を示す回路ブロック図である。

【図２２】遠距離探索時における受信ビームの切換タイ
ミングの説明に供される線図である。

【図２３】ミキサ回路の動作説明に供される線図であ
る。

【図２４】送信キャリア信号の周波数を徐々に高くした
トーンバースト波を示す波形図である。

【符号の説明】

１０水中探索装置１２球面アレイ
送受波器１４超音波振動素子（振動素子）１４＃１、１４＃２、…、１４＃Ｍ振動素子群１６ＣＰＵ１８駆動信号発
生回路２０、２０＃１〜２０＃Ｍ送信回路２２、２２＃１〜２２＃Ｍ送受切換回路２４、２４＃１〜２４＃Ｍプリアンプ２６スイッチング部２８ビーム合成
回路３０ＴＶＧ回路３２メモリ３４インタフェース部３６表示器４０球面４２正２０面体４６受信ビーム４８円形開口５２シェーディング分布５４受信ビーム
パターン５９整相面６０遠距離探索時に対応する励振円環群６１シェーディング分布６２中距離探索時に対応する励振円環群６４近距離探索時に対応する励振円環群６６遠距離探索時に対応する送波指向性パターン（送
波ビーム）６８中距離探索時に対応する送波指向性パターン７０送波指向性パターン７２送信回路の出力側に配される出力トランス８０＃１〜８０＃Ｎミキサ回路８２＃１〜８２＃
Ｎ移相回路９０、９２帯域通過フィルタ９１アナログス
イッチ１１４、１１４＃１〜１１４＃Ｍ、１１４Ｒ〜１１４Ｒ
Ｎ振動素子群ｆ０超音波送信キャリア周波数ｆＬ局部発振周
波数ｆＩＦ中間周波数ＬＯ局部発振信
号ＭＡ主軸指向方向ＭＢ整相方向Ｐ駆動信号Ｑ受信信号Ｓトーンバースト信号Ｓｅ整相信号＃Ｒ１、＃Ｒ２、…、＃ＲＮ同心円環＃１、＃２、…、＃Ｍ円環 φ 位相シフト
（位相シフト量） λ 伝搬波長

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前田賢哉東京都三鷹市下連雀５丁目１番１号日本無線株式会社内Ｆターム(参考） 5J083 AA02 AB01 AC04 AC05 AC30 AD04 AD17 AF16 BA01 BC03 BD02 BD11 BE49 BE54 BE57 CA01 CA13 EA10 EA18 EA46 EB02 EB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球面上に超音波振動素子を配置した水中探
索用超音波送受波器において、前記振動素子が、水中探索を行おうとする範囲で、前記
球面に内接する正多面体の少なくとも頂点位置に配置さ
れていることを特徴とする水中探索用超音波送受波器。
【請求項２】球面上に超音波振動素子を配置した水中探
索用超音波送受波器において、前記振動素子を、水中探索を行おうとする範囲で、前記
球面上に配置する際、前記球面に内接する正多面体の頂
点位置に配置するとともに、この頂点位置に配置した各
振動素子に対して、実質的に等間隔と見なされる間隔位
置に振動素子を配置し、配置された超音波振動素子について、隣り合う振動素子
間の間隔をｄとし、該間隔ｄのばらつきの平均値をｄｍ
としたとき、０．９ｄｍ＜ｄ＜１．１ｄｍを満足するように配置されていることを特徴とする水中
探索用超音波送受波器。
【請求項３】球面上に超音波振動素子を配置した水中探
索用超音波送受波器において、前記振動素子が、水中探索を行おうとする範囲で、前記
球面に内接する正多面体の頂点位置に配置されるととも
に、前記正多面体の各辺を前記球面上に大円の一部とな
るように投影して得られる球面上の稜線に囲まれる球表
面の同一形状の曲面を、該曲面上で大円の一部となる円
弧にて分割を繰り返したときの稜線の交点位置に配置さ
れていることを特徴とする水中探索用超音波送受波器。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中
探索用超音波送受波器において、前記正多面体を正２０面体としたことを特徴とする水中
探索用超音波送受波器。
【請求項５】球面上に相互に実質的に等間隔と見なせる
間隔で振動素子を多数配置させた球面アレイと、送信時には、前記振動素子を並列接続する並列接続手段
と、受信時には、前記振動素子を複数の同心円環状に接続す
る同心円環状接続手段と、複数の同心円環状に接続された振動素子の受信出力信号
に対して振幅シェーディングと位相遅延をかけて合成
し、前記球面アレイの中心と前記同心円環の球面状の中
心とを結ぶ線を指向性主軸とする細いビームを形成する
ビームフォーミング手段と、前記複数の同心円環を前記球面アレイ上で同心円状また
はスパイラル状に連続して切り換えるスキャニング手段
と、前記ビームフォーミング手段の出力を記憶する記憶手段
と、該記憶手段に記憶された出力を表示する表示器とを備え
ることを特徴とする水中探索装置。
【請求項６】請求項５記載の水中探索装置において、前記記憶手段には、前記ビームフォーミング手段の出力
が、３次元表示の座標に対応して記憶され、前記表示器には、前記記憶手段に記憶された出力を３次
元的に表示することを特徴とする水中探索装置。
【請求項７】請求項５または６記載の水中探索装置にお
いて、前記球面アレイを構成する振動素子を一斉に励振するか
または一部選択的に励振するかを切り替える励振切替手
段と、前記励振切替手段により、一部選択的に励振することが
選択された場合には、前記球面アレイの垂直貫通軸に対
して水平に段階的に円環状に分割し、分割した各円環に
含まれる振動素子を相互に接続する接続手段と、該接続手段により、相互に接続された各円環状振動素子
に印加する励振電圧の振幅と位相を可変可能な振幅・位
相切替手段とを備えることを特徴とする水中探索装置。
【請求項８】請求項７記載の水中探索装置において、水中探索範囲を、水平方向の遠距離、略周囲斜め方向の
中距離または周囲全方向の近距離に設定する探索範囲設
定手段を備え、該探索範囲設定手段における設定に応じて、前記励振切
替手段により、超音波送信範囲を切り替え、かつ前記ス
キャニング手段により、受信ビームが前記音波送信範囲
と同一の範囲をスキャニングさせることを特徴とする水
中探索装置。
【請求項９】請求項６〜８のいずれか１項に記載の水中
探索装置において、さらに、前記振動素子における送信信号の周波数を、ト
ーンバースト波送信時間内で可変する周波数可変手段を
備えることを特徴とする水中探索装置。