JP2001305217A - 超音波フェイズドアレイ送受波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つのフェイズドアレイとその表裏の接続方
法及び最も簡単な指向性合成回路の組み合わせにより、
最小寸法、最小質量となる直交４ビームの超音波ドップ
ラー送受波器を提供すること。 【解決手段】 超音波振動子を配列したフェイズドアレ
イの表面の結線と切替回路及び整相回路で結線方向と直
角方向に位相分布を作り、位相分布方向の右上左下方向
に前後２ビーム、前１ビーム、後１ビームの３種類のビ
ームを形成し、裏面の結線と切替回路及び整相回路で結
線方向と直角方向に位相分布を作り、位相分布方向の左
上右下方向に前記３種類のビームと直交する左右２ビー
ム、左１ビーム、右１ビームの３種類のビームを形成
し、表面による前後２ビームと裏面による左右２ビーム
の直交４ビームを同時に送信し、表面の前１ビームと後
１ビーム及び裏面の左１ビームと右１ビームの直交４ビ
ームの独立ビーム信号を同時に得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子のフ
ェイズドアレイの超音波ビーム形成に関するもので、特
に配列接続方法と駆動方式によって小型軽量化する超音
波フェイズドアレイ送受波器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水中においては、超音波のドップラー効
果を利用した速度計、潮流計等が多く使用されている。

【０００３】この種の速度計または潮流計に用いられる
代表的な送受波器は、直交４ビームを持つ超音波ドップ
ラー送受波器である。

【０００４】代表的な構造は、４つの円盤状の圧電セラ
ミック製の超音波振動子が組み込まれ、各々の放射面が
ビーム形成角度に正面するように配置されている。

【０００５】超音波ビームの指向幅は、駆動周波数と超
音波振動子の外径で定まるが、ドップラー効果を大きく
するための条件から指向幅と駆動周波数が設定され、次
いで超音波振動子の外径が定まる。

【０００６】従って、超音波振動子の外径の決定によっ
て、直交４ビームを形成する超音波ドップラー送受波器
の形状寸法は概ね定まる。

【０００７】又、一つのフェイズドアレイで２ビームを
形成する円盤状の超音波ドップラー送受波器は、特開平
４−２３８４９９で開示されている。

【０００８】この開示例は、図１１に示すように、横方
向に配列された超音波振動子に対して、ＣＯＳ曲線上の
値をウエイトＷ１〜Ｗ１０としたとき、そのビームパタ
ーンは、図１２に示すようにグラフの横軸０度（即ち、
超音波振動子中心の垂線方向）を中心として左右３０度
両方向に超音波ビームの主極が形成される。

【０００９】又、電気的接続を変更すれば、縦方向に対
しても同様に前後３０度両方向に超音波ビームが形成さ
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した直交
４ビームを形成する従来の代表的な超音波ドップラー送
受波器は、次のような欠点がある。

【００１１】即ち、４つの超音波振動子で構成する超音
波ドップラー送受波器は、その平面面積が超音波振動子
の放射面積の４倍以上、質量も４倍以上になり、これを
小型軽量化することは出来ない。

【００１２】又、前記開示例の１フェイズドアレーで２
ビームを形成する円盤状の超音波ドップラー送受波器を
用いた場合は、直交４ビームを得るのに二つのフェイズ
ドアレイが必要となるため送受波器の平面面積が２倍に
なるという欠点の他、指向性合成回路が非常に複雑とな
る欠点があった。

【００１３】本発明は、一つのフェイズドアレイとその
表裏の接続方法及び最も簡単な指向性合成回路を用いる
ことにより、最小寸法、最小質量となる直交４ビームの
超音波ドップラー送受波器を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、最小の
超音波ドップラー送受波器とする超音波フェイズドアレ
イ送受波器において、超音波振動子を配列したフェイズ
ドアレイの表面の結線と切替回路及び整相回路で結線方
向と直角方向に位相分布を作り、位相分布方向の右上左
下方向に前後２ビーム、前１ビーム、後１ビームの３種
類のビームを形成し、裏面の結線と切替回路及び整相回
路で結線方向と直角方向に位相分布を作り、位相分布方
向の左上右下方向に前記３種類のビームと直交する左右
２ビーム、左１ビーム、右１ビームの３種類のビームを
形成する。

【００１５】これら各種ビームのうち、表面による前後
２ビームと裏面による左右２ビームの直交４ビームを同
時に送信した後、表面の前１ビームと後１ビーム及び裏
面の左１ビームと右１ビームの直交４ビームの独立ビー
ム信号を同時に得る。

【００１６】即ち、本発明は、両端面に電極を有する超
音波振動子を縦方向に上から下へＮ行、横方向に右から
左へＭ列の総数Ｎ×Ｍヶを分極極性の方向を揃えて平面
上に矩形配列した超音波フェイズドアレイ送受波器にお
いて、前記二方向の配列間隔を水中音波の波長をλとし
て［１／２^1/2±１／（２×２^1/2）］λとし、表面の電
極を第１行各列の振動子及び第Ｍ列各行の振動子を起点
として右１列下１行置きの右下斜め方向直線状に電気的
に結線して（Ｎ＋Ｍ−１）本の表面結線群とし、裏面の
電極を表面から見た第Ｎ行各列の振動子及び第Ｍ列各行
の振動子を基点として左１列下１行置きの左下斜め方向
直線状に電気的に結線して（Ｎ＋Ｍ−１）本の裏面結線
群とし、表裏間で直交するところの表面結線群において
は１＋４ｋ、２＋４ｋ、３＋４ｋ、４＋４ｋ（ｋ＝０，
１，・・）の、裏面結線群においては１＋４ｌ、２＋４
ｌ、３＋４ｌ、４＋４ｌ（ｌ＝０，１，・・）の、表裏
各４グループにまとめて接続した入出力端子をＦ１，Ｆ
２，Ｆ３，Ｆ４及びＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４として、Ｆ
１−Ｆ３間とＦ１−Ｆ３間に接続されていない振動子の
入出力端子Ｒ１−Ｒ３間又はＲ２−Ｒ４間のいずれか一
方との２回路に、あるいはＦ２−Ｆ４間とＦ２−Ｆ４間
に接続されていない振動子の入出力端子Ｒ１−Ｒ３間又
はＲ２−Ｒ４間のいずれか一方との２回路に電気信号を
入出力して、表裏各結線の並びにおいて一つ飛び間隔で
電気音響の変換極性を正負交互に分布させ、音響放射面
中心の垂線を中心として表面結線方向と直交する右上左
下２方向に主極を有する２ビームと、前記２ビームと直
交する左上右下２方向に主極を有する２ビームとからな
る直交４ビームを同時に形成することを特徴とする。

【００１７】本発明の超音波フェイズドアレイ送受波器
における配列形状は、前記の超音波振動子数が縦横Ｎ×
Ｍ（Ｎ≠Ｍ）の矩形、Ｎ＝Ｍの正方形、若しくは正方形
配列の一辺を概ねの直径とする円周内に位置する超音波
振動子で構成する疑似円形とすることが出来ることを特
徴とする。

【００１８】また、配列形状はビーム指向性の副極大レ
ベルに影響し、矩形より円形の方が低レベルで好まし
い。

【００１９】本発明は、前記矩形配列、正方形配列、疑
似円形配列の各超音波フェイズドアレイ送受波器におい
て、入出力端子のＦ１とＦ３を第１の変成器の、Ｆ２と
Ｆ４を第２の変成器の、Ｒ１とＲ３を第３の変成器の、
Ｒ２とＲ４を第４の変成器の、各々の平衡回路用巻線に
接続し、前記平衡回路用巻線の中性点を全て接地して表
裏の片面の入出力信号による他面の入出力端子への影響
を除去し、前記各変成器の対をなす不平衡用巻線の出力
信号をＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とし、Ｓ１とＳ２の内の
一方の信号を他方の信号に対し９０度の位相差を与える
手段と、前記９０度の位相差を与えた信号と他方の信号
を加算及び減算する手段とを有し、Ｓ３とＳ４の内の一
方の信号を他方の信号に対し９０度の位相差を与える手
段と、前記９０度の位相差を与えた信号と他方の信号を
加算及び減算する手段とを有し、各加算手段と各減算手
段の出力から直交４ビームの各々が分離独立した１ビー
ム毎の信号を得ることを特徴とする。

【００２０】

【作用】本発明による超音波フェーズドアレイ送受波器
の指向性特性は、振動子配列と、配列表面の右下斜め方
向直線状結線と配列裏面の左下斜め方向直線状結線で特
徴付けられる。

【００２１】送波用の直交２ビームの指向性は、次のよ
うに形成され、主極方位は次のように計算される。

【００２２】即ち、超音波振動子の送波音圧の極性は、
図４に示すように、入出力端子Ｆ１とＦ３間への電気信
号の入力により表面結線の前後方向に２結線間隔で正負
が交互に反転するように分布し、又、入出力端子Ｒ１と
Ｒ３間への電気信号の入力により裏面結線の左右方向に
２結線間隔で正負が交互に反転するように分布し、か
つ、Ｆ１−Ｆ３間に接続される振動子とＲ１−Ｒ３間に
接続される振動子とは重複することなく、Ｆ１−Ｆ３間
とＲ１−Ｒ３間との極性分布が直交するよう図６のよう
に分布する。

【００２３】このような分布による指向性は、図６に示
すように、音響放射面中心の垂線の前後方向にＢ１とＢ
３の２ビームと、これと直交する左右方向にＢ２とＢ４
の２ビームの指向性を形成する。

【００２４】一つのビームの主極方位と垂線の角度、即
ち主極方位角（±θo）は、結線間隔をｂ、水中音波の
波長をλとした指向性計算の結果から求められ、（１）
式のようになる。

【００２５】 sinθo＝１／（４ｂ／λ）・・・・・・（１）

【００２６】これから結線間隔がｂ＝０.５λの時、θo
＝３０度で最も有用な主極方位角になり、また、ｂ＝
０.２５λの時のθo＝９０度から、ｂ＝０.７５λの時
のθo＝２０度迄の主極方位角が利用可能な範囲とな
る。ちなみに、ｂを０.７５λ以上にすると高レベルで
広立体角の副極大が現れ、実用に適さなくなる。

【００２７】以上の結線間隔ｂに対する振動子の配列間
隔ｄは、図６からｂの２^1/2倍となり、（２）式のよう
になる。

【００２８】ｄ＝２^1/2ｂ＝２^1/2（０.５±０.２５）λ
＝［１／２^1/2±１／（２×２^1/2）］λ

【００２９】更に、本発明は、超音波フェイズドアレイ
送受波器の受波用の１ビーム指向性４形態を、受信整相
処理によって次のように形成する。

【００３０】即ち、超音波振動子の受波音圧の極性は、
前記入出力端子のＦ１とＦ３を第１の変成器の、Ｆ２と
Ｆ４を第２の変成器の、Ｒ１とＲ３を第３の変成器の、
Ｒ２とＲ４を第４の変成器の、各々の平衡回路用巻線に
接続して、各対の不平衡巻線の出力信号をＳ１，Ｓ２，
Ｓ３、Ｓ４としたとき、音響受音面（音響放射面と同
じ）への入力音圧に対する出力信号の極性、即ち変換極
性であり、送波の場合と同様に、Ｓ１とＳ２は前後方向
に２結線間隔で正負が交互に反転するように分布し、Ｓ
３とＳ４は左右方向に２結線間隔で正負が交互に反転す
るように分布し、その結果、送波の場合と同様に前後と
左右の各方向に２ビーム指向性を形成する。Ｓ１、Ｓ２
の両信号による前後方向全体の極性分布は、Ｓ１信号が
奇数結線番号の、Ｓ２信号が偶数結線番号の接続組合せ
であることから極性の結線番号方向の分布は「正、正、
負、負、正、正、負、負、・・・」となる。

【００３１】更に、正負の極性が位相角の０度と１８０
度の関係と等価になることからこれに置き換えた位相角
の結線番号分布は「０，０，１８０，１８０，０，０，
１８０，１８０，・・・」となる。

【００３２】受信整相処理におけるＳ１信号への−９０
度の位相差付与とＳ２信号との加算処理による位相角の
結線番号分布は「−９０，０，９０，１８０，−９０
（＝２７０），０（＝３６０），９０（＝４５０），・
・」となり、この結線番号方向に進相する分布により図
７に示す前後方向の前ビーム指向性を形成する。 ま
た、Ｓ１信号への−９０度位相差付与とＳ２信号との減
算処理（Ｓ２に−１８０度を加える）による位相角の結
線番号分布は「−９０，−１８０，９０（＝−２７
０），０，−９０，−１８０，９０（＝−２７０），・
・・」となり、この結線番号方向に遅相する分布により
前後方向の後ビーム指向性を形成する。

【００３３】Ｓ３とＳ４の両信号による左右方向全体の
極性分布についても同様にして、Ｓ３信号への−９０度
の位相差付与とＳ４信号との加算処理及び減算処理によ
る位相角の結線番号分布の進相と遅相により、左右方向
の左ビーム指向性と右ビーム指向性とをそれぞれ独立に
形成する。

【００３４】送受波の前後左右の直交４ビーム指向性の
各主極方位は、振動子配列中心の垂線方向を原点として
配列の縦横直交軸で区分けされる４象限の各象限に位置
し、この象限の分離の良さが各ビームの信号の質に関わ
るため垂線方向での指向性特性の切れ込みが大きい程良
い。

【００３５】垂線方向の切れ込みを大きくするには、音
響受音面の変換極性の正負の数と９０度の位相差を与え
る信号の正負の数が等しければ良く、配列形状と配列数
の制約上、可能な範囲で等しくするのが望ましい。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３７】図１は、本発明の第１の実施の形態による
矩形配列超音波フェイズドアレイ送受波器の振動子結線
図で、超音波フェイズドアレイ１ａを構成する超音波振
動子２ａの配列数がＮ＝１６、Ｍ＝１２の場合を示す。

【００３８】図２は、本発明の第２の実施の形態による
正方形配列超音波フェイズドアレイ送受波器の振動子結
線図で、超音波フェイズドアレイ１ｂを構成する超音波
振動子２ｂの配列数がｎ＝ｎ’＝１２の場合を示す。

【００３９】図３は、本発明の第３の実施の形態による
疑似円形配列超音波フェイズドアレイ送受波器の振動子
結線図で、超音波フェイズドアレイ１ｃを構成する超音
波振動子２ｃの最大配列数がｎ＝ｎ’＝１２の場合を示
す。

【００４０】図４は、本発明の第３の実施の形態による
超音波フェイズドアレイ送受波器の送信時の接続図であ
り、この接続状態において図８に示す前後方向２ビーム
指向性と、同様の左右方向２ビーム指向性（図省略）と
を同時に形成する直交４ビーム指向性を得る。

【００４１】図５は、本発明の第３の実施の形態による
超音波フェイズドアレイ送受波器の受信時の接続図であ
り、この接続状態において図９と図１０に示す前後方向
前ビーム指向性と後ビーム指向性、及び前後方向と同様
の左右方向左ビーム指向性と右ビーム指向性（図省略）
とからなる直交４ビーム指向性を得る。

【００４２】以下、図３の第３の実施の形態を代表して
説明する。

【００４３】超音波振動子３０２が縦横の隙間３３１、
３３２を隔てて配列され、表面は結線３４１で右下方向
に一直線ずつ接続して１５個の結線番号端末を引き出
し、裏面は結線３４２で左下方向に一直線ずつ接続して
１５個の結線番号端末を引き出す。

【００４４】表面の結線端末の接続は、結線番号で１，
５，９，１３，即ち１＋４ｋ、（ｋ＝０，１，・・）を
まとめて短絡して入出力端子Ｆ１とし、同じく２＋４ｋ
をまとめて短絡して入出力端子Ｆ２とし、以下同様に、
３＋４ｋをＦ３、４＋４ｋをＦ４とし、更に裏面の接続
は、結線番号で１＋４ｋ’（ｋ’＝０，１，・・）をま
とめてＲ１，２＋４ｋ’をＲ２，３＋４ｋ’をＲ３，４
＋４ｋ’をＲ４として合計８点の入出力端子を構成す
る。

【００４５】前記超音波振動子３０２は、圧電セラミッ
クの縦振動モードを使用し、両端の電極形状は正方形と
した。電極形状、即ち圧電セラミックの放射面形状は、
表裏の電極面でリード線が結線、配線し易いように円形
としたり、四隅を切りとった８角形とすることで近接す
る電極間の絶縁を確保出来る組立構造とするのが実用的
である。

【００４６】配列間隔は、水中音波の半波長、即ちλ／
２配列とし、横振動の干渉を減ずるため、超音波振動子
間の隙間３３１、３３２にコルク等の振動遮断材を入れ
た。

【００４７】図４は、本発明の第３の実施の形態による
超音波フェイズドアレイ送受波器の送信時の接続図であ
る。疑似円形配列超音波フェイズドアレイ３０１の表裏
面の結線をまとめた入出力端子（以下、端子と略称す
る）Ｆ１，Ｆ３は、変成器５ａの平衡回路用巻線（以
下、平衡巻線と略称する）に、Ｒ１、Ｒ３は、変成器５
ｃの平衡巻線 に接続し、平衡巻線の中性点（センター
タップ：Ｃ．Ｔ）は接地する。

【００４８】中性点の接地の目的は、表面と裏面の信号
の相互干渉を防ぐと共に、変換極性の反転した振動子を
直列接続した負荷と平衡回路を構成し、結果として安定
した平衡信号を得ることにある。

【００４９】平衡巻線と対の巻線は、送受の切替が容易
な不平衡回路用巻線（以下、不平衡巻線と略称する）と
し、表面の奇数結線番号とこれと重複しない裏面の奇数
結線番号とのそれぞれの信号を入出力する。

【００５０】次に、端子Ｆ２，Ｆ４は変成器５ｂの平衡
巻線に、Ｒ２、Ｒ４は変性器５ｄの平衡巻線に接続し、
中性点は接地することで送信の平衡入力端子Ｒ１，Ｒ３
とＦ１，Ｆ３の各々の中性点を接地する。

【００５１】変成器５ａと５ｃの各不平衡巻線は、送受
切替回路６ａと６ｂに接続し、内部の切替スイッチ７
ａ、７ｂで送信信号入力に接続し、外部送信器（記入せ
ず）からの信号により同時に送波する。

【００５２】図４の接続において、全ての振動子は駆動
され、図８に示す前後方向２ビームと左右方向２ビーム
の指向性を同時に効率良く形成する。

【００５３】変成器５ａと５ｃへの接続を交互に切り替
えて送波し、前後方向２ビームと左右方向２ビームの交
互に指向性を形成することも出来る。

【００５４】図５は、本発明の第３の実施の形態による
超音波フェイズドアレイ送受波器の受信時の接続図であ
る。受信時おいては、変成器５ａ、５ｃの各不平衡巻線
は、送受切替回路６ａ、６ｂの切替スイッチ７ａ、７ｂ
を介して、変成器５ｂ、５ｄの各不平衡巻線は、直接、
受信整相回路８ａ、８ｂに接続する。

【００５５】受信整相回路８ａは、変成器５ａ、５ｂか
らの受信信号を受け、変成器５ａの出力信号を９０度移
相回路９ａで移相し、変成器５ｂの出力信号に対し９０
度の位相差を与え、その双方の信号を加算回路１０ａで
加算して、図７、図９に示す前後方向前ビーム指向性を
形成する信号を出力し、前記双方の信号を減算回路１１
ａで減算して、図１０に示す前後方向後ビーム指向性を
形成する信号を出力する。

【００５６】受信整相回路８ｂも同様に、変成器５ｃ、
５ｄからの信号を受け、９０度移相回路９ｂと加算回路
１０ｂ及び減算回路１１ｂにより、左右方向左ビーム指
向性と右ビーム指向性を形成する各信号を個別に出力す
る。

【００５７】受信時の接続においては、到来音波による
入力音圧で個々の超音波振動子が駆動され、その駆動信
号による振幅と位相分布の受信信号を出力するためと、
フェイズドアレイの表面前後方向の受信信号の出力が表
面結線だけで行われて裏面結線は中性点として接地さ
れ、裏面左右方向の受信信号の出力が裏面結線だけで行
われて表面結線は中性点として接地されているために表
面と裏面の各出力信号間に干渉がなく、各方向のビーム
指向性信号が独立しているために前後方向各ビームと左
右方向各ビームの出力を同時に得ることが出来る。

【００５８】

【発明の効果】以上、説明した如く、本発明によれば、
フェイズドアレイの超音波振動子の表面と裏面を結線
し、表面の右下斜め結線を使用して前後方向の２ビーム
を形成し、裏面の左下斜め結線を使用して左右方向の２
ビームを形成することにより、１配列の大きさで、前後
左右の直交４ビームを形成することが可能となり、同一
の駆動周波数、同一のビーム幅を持つ直交４ビームの送
受波器においては、最小の形状とすることが出来る。

【００５９】なお、本発明においては、説明の便宜上、
「表面を右下斜め直線状結線で表面結線番号の前後方向
ビームに、裏面を左下斜め直線状結線で裏面結線番号の
左右方向ビームに」表現しているが、単純な組み替えに
よる範囲、例えば、「表面を左下斜め直線状結線で表面
結線番号の左右方向ビームに、裏面を右下斜め直線状結
線で裏面結線番号の前後方向ビームに」よるような範囲
は本発明の範疇から外れることなく含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による矩形配列超音
波フェイズドアレイ送受波器の振動子結線図。

【図２】本発明の第２の実施の形態による正方形配列超
音波フェイズドアレイ送受波器の振動子結線図。

【図３】本発明の第３の実施の形態による疑似円形配列
超音波フェイズドアレイ送受波器の振動子結線図。

【図４】本発明の第３の実施の形態による超音波フェイ
ズドアレイ送受波器の送信時の接続図。

【図５】本発明の第３の実施の形態による超音波フェイ
ズドアレイ送受波器の受信時の接続図。

【図６】本発明の第３の実施の形態による送信時の振動
子位相分布の説明図。

【図７】本発明の第３の実施の形態による受信時の振動
子等価位相分布の説明図。

【図８】本発明の第３の実施の形態の送波、前後方向ビ
ームの指向性特性図（左右方向は省略）。

【図９】本発明の第３の実施の形態の受波、前後方向前
ビームの指向性特性図。

【図１０】本発明の第３の実施の形態の受波、前後方向
後ビームの指向性特性図。

【図１１】従来のフェイズドアレイ送受波器の配列図。

【図１２】従来のフェイズドアレイ送受波器の指向性特
性図。

【符号の説明】

１０１ 矩形配列超音波フェイズドアレイ ２０１ 正方形配列超音波フェイズドアレイ ３０１ 疑似円形配列超音波フェイズドアレイ １０２，２０２，３０２ 超音波振動子 １３１，２３１，３３１ 縦の隙間 １３２，２３２，３３２ 横の隙間 １４１，２４１，３４１ 表面の右下斜め直線状結線 １４２，２４２，３４２ 裏面の左下斜め直線状結線 １〜２７ 振動子の行番号又は列番号 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 変成器 ６ａ，６ｂ 送受切替回路 ７ａ，７ｂ 切替スイッチ ８ａ，８ｂ 受信整相回路 ９ａ，９ｂ ９０゜移相回路 １０ａ，１０ｂ 加算回路 １１ａ，１１ｂ 減算回路 １２ａ〜１２ｆ 送信時の表面結線図示線 １３ａ〜１３ｆ 送信時の裏面結線図示線 １４ｐ 振動子配列中心の垂線 １５ｔ 送信時の同位相図示線 １６ｔ 送信時の主軸方位図示線 １７ａ〜１７ｏ 受信時の表面結線図示線 １８ｒ 受信時の同位相図示線 １９ｒ 受信時の主軸方位図示線 Ｆ１〜Ｆ４ 表面の結線による入出力端子 Ｒ１〜Ｒ４ 裏面の結線による入出力端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端面に電極を有する超音波振動子を縦
   方向に上から下へＮ行、横方向に右から左へＭ列の総数
   Ｎ×Ｍヶを分極極性の方向を揃えて平面上に矩形配列し
   た超音波フェイズドアレイ送受波器において、前記二方
   向の配列間隔を水中音波の波長をλとして［１／２^1/2
   ±１／（２×２^1/2）］λとし、表面の電極を第１行各
   列の振動子及び第Ｍ列各行の振動子を起点として右１列
   下１行置きの右下斜め方向直線状に電気的に結線して
   （Ｎ＋Ｍ−１）本の表面結線群とし、裏面の電極を表面
   から見た第Ｎ行各列の振動子及び第Ｍ列各行の振動子を
   起点として左１列下１行置きの左下斜め方向直線状に電
   気的に結線して（Ｎ＋Ｍ−１）本の裏面結線群とし、表
   裏間で直交するところの表面結線群においては１＋４
   ｋ、２＋４ｋ、３＋４ｋ、４＋４ｋ（ｋ＝０，１，・
   ・）の、裏面結線群においては１＋４ｌ、２＋４ｌ、３
   ＋４ｌ、４＋４ｌ（ｌ＝０，１，・・）の、表裏各４グ
   ループにまとめて接続した入出力端子をＦ１，Ｆ２，Ｆ
   ３，Ｆ４及びＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４として、Ｆ１−Ｆ
   ３間とＦ１−Ｆ３間に接続されていない振動子の入出力
   端子Ｒ１−Ｒ３間又はＲ２−Ｒ４間のいずれか一方との
   ２回路に、あるいはＦ２−Ｆ４間とＦ２−Ｆ４間に接続
   されていない振動子の入出力端子Ｒ１−Ｒ３間又はＲ２
   −Ｒ４間のいずれか一方との２回路に電気信号を入出力
   して、表裏各結線の並びにおいて一つ飛び間隔で電気音
   響の変換極性を正負交互に分布させ、音響放射面中心の
   垂線を中心として表面結線方向と直交する右上左下２方
   向に主極を有する２ビームと、前記２ビームと直交する
   左上右下２方向に主極を有する２ビームとからなる直交
   ４ビームを同時に形成することを特徴とする超音波フェ
   イズドアレイ送受波器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波フェイズドアレイ
   送受波器において、平面配列の超音波振動子数の縦方向
   のＮ行と横方向のＭ列を等しくし、Ｎ＝Ｍの正方形配列
   としたことを特徴とする超音波フェイズドアレイ送受波
   器。
3. 【請求項３】 請求項２記載の超音波フェイズドアレイ
   送受波器において、正方形配列の一辺を概ねの直径とす
   る円周内に位置する超音波振動子で構成し、疑似円形配
   列としたことを特徴とする超音波フェイズドアレイ送受
   波器。
4. 【請求項４】 請求項１，２及び３の超音波フェイズド
   アレイ送受波器において、入出力端子のＦ１とＦ３を第
   １の変成器の、Ｆ２とＦ４を第２の変成器の、Ｒ１とＲ
   ３を第３の変成器の、Ｒ２とＲ４を第４の変成器の、各
   々の平衡回路用巻線に接続し、前記平衡回路用巻線の中
   性点を全て接地し、前記各変成器の対をなす不平衡用巻
   線の出力信号をＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４とし、Ｓ１とＳ
   ２の内の一方の信号を他方の信号に対し９０度の位相差
   を与える手段と、前記９０度の位相差を与えた信号と他
   方の信号を加算及び減算する手段とを有し、Ｓ３とＳ４
   の内の一方の信号を他方の信号に対し９０度の位相差を
   与える手段と、前記９０度の位相差を与えた信号と他方
   の信号を加算及び減算する手段とを有し、各加算手段と
   各減算手段の出力から直交４ビームの各々が分離独立し
   た１ビーム毎の信号を得ることを特徴とする超音波フェ
   イズドアレイ送受波器。