JP2002071790A - 円筒形トランスデューサのビーム角制御方法および制御装置 - Google Patents
円筒形トランスデューサのビーム角制御方法および制御装置Info
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- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡易な構成で揺動によるビームの揺動を補償し
てスタビライズすることのできる円筒形トランスデュー
サのビーム角制御方法を提供する。 【解決手段】複数の超音波振動子アレイを円筒形に配列
した円筒形トランスデューサ１において、この複数の超
音波振動子アレイを複数のグループに分割し、各グルー
プ毎にトランスデューサの揺動をキャンセルするように
ティルト角の制御を行う。ビーム角をα、揺動角度をβ
とすれば、揺動方向のアレイのティルト角はα−βであ
り、反対方向のアレイのティルト角はα＋βである。
てスタビライズすることのできる円筒形トランスデュー
サのビーム角制御方法を提供する。 【解決手段】複数の超音波振動子アレイを円筒形に配列
した円筒形トランスデューサ１において、この複数の超
音波振動子アレイを複数のグループに分割し、各グルー
プ毎にトランスデューサの揺動をキャンセルするように
ティルト角の制御を行う。ビーム角をα、揺動角度をβ
とすれば、揺動方向のアレイのティルト角はα−βであ
り、反対方向のアレイのティルト角はα＋βである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、魚群探知機等に
用いられる円筒形トランスデューサの送受波ビームの制
御方法および制御装置に関する。
用いられる円筒形トランスデューサの送受波ビームの制
御方法および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】魚群探知機等のソナー装置はローリング
・ピッチングで揺動する船舶に装備されて使用されるも
のであり、超音波を送受波するトランスデューサも、こ
の船舶と一緒に揺動する。魚群探知機は、トランスデュ
ーサから超音波パルスを送信し、これが魚群などの物標
で反射した反射エコーを受信して映像化する装置であ
る。したがって、トランスデューサが、ローリング・ピ
ッチングで揺動すると、この揺動に同期して映像も揺動
して方位や深度が定まらなくなり、揺動がひどい場合に
はエコーの映像を得ることができなくなる場合もある。
・ピッチングで揺動する船舶に装備されて使用されるも
のであり、超音波を送受波するトランスデューサも、こ
の船舶と一緒に揺動する。魚群探知機は、トランスデュ
ーサから超音波パルスを送信し、これが魚群などの物標
で反射した反射エコーを受信して映像化する装置であ
る。したがって、トランスデューサが、ローリング・ピ
ッチングで揺動すると、この揺動に同期して映像も揺動
して方位や深度が定まらなくなり、揺動がひどい場合に
はエコーの映像を得ることができなくなる場合もある。
【０００３】そこで、ローリングやピッチングがあって
も、その影響を受けず安定した魚群の捕捉を可能にする
ため、揺動をキャンセルして常に同じ方向にビームを形
成できるビームスタビライズ制御が、以前より望まれて
いた。
も、その影響を受けず安定した魚群の捕捉を可能にする
ため、揺動をキャンセルして常に同じ方向にビームを形
成できるビームスタビライズ制御が、以前より望まれて
いた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このビームス
タビライズ制御は、未だに実用化されていない。それ
は、円筒形トランスデューサにおいて、従来のようにビ
ーム角をティルトするのみの場合には、段数毎にキャリ
ア位相を制御するのみでよいが、揺動に対応してビーム
をスタビライズするためには、各段の各エレメントを個
別にキャリア位相制御する必要があり、このための位相
制御回路が超音波振動子エレメントと同数必要となるか
らである。たとえば、２０段、３０素子の円筒形トラン
スデューサの場合、６００個の位相制御回路が必要とな
る。 このようにビームスタビライズは、ハードの複雑
化と巨大化を伴うことから、必要性が望まれていたにも
かかわらず実現がされていない。
タビライズ制御は、未だに実用化されていない。それ
は、円筒形トランスデューサにおいて、従来のようにビ
ーム角をティルトするのみの場合には、段数毎にキャリ
ア位相を制御するのみでよいが、揺動に対応してビーム
をスタビライズするためには、各段の各エレメントを個
別にキャリア位相制御する必要があり、このための位相
制御回路が超音波振動子エレメントと同数必要となるか
らである。たとえば、２０段、３０素子の円筒形トラン
スデューサの場合、６００個の位相制御回路が必要とな
る。 このようにビームスタビライズは、ハードの複雑
化と巨大化を伴うことから、必要性が望まれていたにも
かかわらず実現がされていない。
【０００５】また、送信パルスはローリング・ピッチン
グの周期からすると一瞬であるが、反射エコーの受信
は、たとえば３０００ｍレンジでは約４秒となり、その
間にローリング・ピッチングの角度も変化するため、反
射エコー受信中にスタビライズを取り直す必要がある。
しかし、反射エコーの受信中にティルト角を変化させる
とそこで反射エコーの位相が不連続になりビームが形成
できなかった。
グの周期からすると一瞬であるが、反射エコーの受信
は、たとえば３０００ｍレンジでは約４秒となり、その
間にローリング・ピッチングの角度も変化するため、反
射エコー受信中にスタビライズを取り直す必要がある。
しかし、反射エコーの受信中にティルト角を変化させる
とそこで反射エコーの位相が不連続になりビームが形成
できなかった。
【０００６】この発明は、簡易な構成で揺動によるビー
ムの揺動を補償してスタビライズすることのできる円筒
形トランスデューサのビーム角制御方法および制御装置
を提供することを目的とする。
ムの揺動を補償してスタビライズすることのできる円筒
形トランスデューサのビーム角制御方法および制御装置
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、複数の超音
波振動子アレイを円周状に配列した円筒形トランスデュ
ーサが形成する送波ビームおよび受波ビームを制御する
方法であって、前記複数の超音波振動子アレイを複数の
グループに分割し、各グループ毎に、そのグループに属
する超音波振動子アレイのビーム角を制御する。この発
明は、前記超音波振動子アレイの各エレメントに供給す
るキャリア信号の位相を、前記各グループ毎に独立して
制御する。
波振動子アレイを円周状に配列した円筒形トランスデュ
ーサが形成する送波ビームおよび受波ビームを制御する
方法であって、前記複数の超音波振動子アレイを複数の
グループに分割し、各グループ毎に、そのグループに属
する超音波振動子アレイのビーム角を制御する。この発
明は、前記超音波振動子アレイの各エレメントに供給す
るキャリア信号の位相を、前記各グループ毎に独立して
制御する。
【０００８】円筒形トランスデューサが、全周方向にα
のティルト角でビームを形成しているとする。この円筒
形トランスデューサが揺動してβ傾くと傾いた方向につ
いてはビーム角がα＋βとなり、傾きと反対の方向につ
いてはビーム角がα−βとなり、全方位均一なティルト
角で探査が行われない。そこで、傾いた方向については
ティルト角をα−βに制御し、反対方向についてはティ
ルト角をα＋βに制御する。これにより、傾きβがどの
ようになっても全周方向にαのビーム角で探査を行うこ
とができる。ここで、一般的な円筒形トランスデューサ
は２０〜３０のアレイを円周状に配置したものである。
また、別の言い方をすると２０〜３０の超音波振動子エ
レメントを円周状に配置したものを複数段積み重ねたも
のである。この全てのアレイのティルト角を個別に制御
する、すなわち、全てのエレメントのキャリア位相を個
別に制御することは、ハード構成が非常に複雑になるた
め、この発明では、円周状に配置されているアレイを複
数のグループに分割し、各グループ毎にティルト角の制
御を行うようにした。これにより、必要とされる精度に
対して最小限度の構成でビームをスタビライズすること
ができる。なお、この発明において円筒形とは円錐台形
など上面から底面までの半径が一定でないものも含む概
念である。
のティルト角でビームを形成しているとする。この円筒
形トランスデューサが揺動してβ傾くと傾いた方向につ
いてはビーム角がα＋βとなり、傾きと反対の方向につ
いてはビーム角がα−βとなり、全方位均一なティルト
角で探査が行われない。そこで、傾いた方向については
ティルト角をα−βに制御し、反対方向についてはティ
ルト角をα＋βに制御する。これにより、傾きβがどの
ようになっても全周方向にαのビーム角で探査を行うこ
とができる。ここで、一般的な円筒形トランスデューサ
は２０〜３０のアレイを円周状に配置したものである。
また、別の言い方をすると２０〜３０の超音波振動子エ
レメントを円周状に配置したものを複数段積み重ねたも
のである。この全てのアレイのティルト角を個別に制御
する、すなわち、全てのエレメントのキャリア位相を個
別に制御することは、ハード構成が非常に複雑になるた
め、この発明では、円周状に配置されているアレイを複
数のグループに分割し、各グループ毎にティルト角の制
御を行うようにした。これにより、必要とされる精度に
対して最小限度の構成でビームをスタビライズすること
ができる。なお、この発明において円筒形とは円錐台形
など上面から底面までの半径が一定でないものも含む概
念である。
【０００９】この発明は、前記円筒形トランスデューサ
の傾き角度を検出し、この傾き角度をキャンセルするよ
うに各グループの超音波振動子アレイのビーム角を制御
する。円筒形トランスデューサは、船底に固定されてい
るため、船舶の揺動に合わせて揺動する。そこで、この
揺動を検出するセンサなどを設けて、揺動を検出し、こ
れをキャンセルするようにビーム角を制御することによ
り、安定した送信および受信ビーム形成が可能になる。
の傾き角度を検出し、この傾き角度をキャンセルするよ
うに各グループの超音波振動子アレイのビーム角を制御
する。円筒形トランスデューサは、船底に固定されてい
るため、船舶の揺動に合わせて揺動する。そこで、この
揺動を検出するセンサなどを設けて、揺動を検出し、こ
れをキャンセルするようにビーム角を制御することによ
り、安定した送信および受信ビーム形成が可能になる。
【００１０】送信ビームの揺動補正は、船舶の揺動周期
（１秒以上）からすると、送信パルス幅は非常に短く、
送信中（長くても１００ｍｓｅｃのパルス幅）の揺動変
化は無しとして送信直前に検出された揺動角で送信ビー
ム揺動補正を行うだけで十分である。送信パルス中の揺
動に応じた複数個の揺動補正は必要とされない。一方、
受信は送信と異なり、探知距離により受信期間が決ま
り、受信期間中の揺動変化に応じた揺動補正が必要とさ
れる。しかし、単純に受信中に揺動補正に必要なティル
ト制御を行うと、その時点で受信信号が不連続となり、
正常なビーム形成が行われない、あるいはノイズとなる
などの不具合が生じる。
（１秒以上）からすると、送信パルス幅は非常に短く、
送信中（長くても１００ｍｓｅｃのパルス幅）の揺動変
化は無しとして送信直前に検出された揺動角で送信ビー
ム揺動補正を行うだけで十分である。送信パルス中の揺
動に応じた複数個の揺動補正は必要とされない。一方、
受信は送信と異なり、探知距離により受信期間が決ま
り、受信期間中の揺動変化に応じた揺動補正が必要とさ
れる。しかし、単純に受信中に揺動補正に必要なティル
ト制御を行うと、その時点で受信信号が不連続となり、
正常なビーム形成が行われない、あるいはノイズとなる
などの不具合が生じる。
【００１１】この発明は、受波ビームのビーム角の制御
を、受信期間中に複数回行う。この際、ビーム角制御に
必要な受波面制御を、受波面重心を中心とした回転とな
るように制御する。こうすることにより、制御の前後に
おいても受信信号は、あたかも受波面重心で連続して受
信した信号となり、位相不連続も生じない。
を、受信期間中に複数回行う。この際、ビーム角制御に
必要な受波面制御を、受波面重心を中心とした回転とな
るように制御する。こうすることにより、制御の前後に
おいても受信信号は、あたかも受波面重心で連続して受
信した信号となり、位相不連続も生じない。
【００１２】魚群探知機などのアクティブソナーの場
合、反射エコーの受信期間は、船舶の揺動角度の変化速
度に比べて長い。そこで、この揺動角度の変化に追従す
るようにビーム角を複数回制御する。しかし、ビーム角
を変化させるごとにその受波面回転の中心が異なると信
号の等位相面がビーム方向に対して前後し、位相が不連
続になる。この発明では、どのような角度にビーム角を
変化させても回転の中心を同じにした。これにより、受
信期間中に複数回ビーム角を制御しても連続して安定し
た受波ビームの形成が可能になる。
合、反射エコーの受信期間は、船舶の揺動角度の変化速
度に比べて長い。そこで、この揺動角度の変化に追従す
るようにビーム角を複数回制御する。しかし、ビーム角
を変化させるごとにその受波面回転の中心が異なると信
号の等位相面がビーム方向に対して前後し、位相が不連
続になる。この発明では、どのような角度にビーム角を
変化させても回転の中心を同じにした。これにより、受
信期間中に複数回ビーム角を制御しても連続して安定し
た受波ビームの形成が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施形態であ
る魚群探知機に使用されるトランスデューサの構成図、
図２は、同魚群探知機の送受信部のブロック図である。
図１において、トランスデューサ１は、４８０個の超音
波振動子エレメント１０を円筒形に組み合わせたもので
ある。すなわち、２４個の超音波振動子エレメントを円
周状に配列し、これを２０段重ね合わせて構成したもの
である。言いかたを変えると、２０エレメントの超音波
振動子アレイを２４本円周状に配置したものである。各
超音波振動子エレメント１０は、図２に示すようにトラ
ップ４を介して送信部および受信部に接続されている。
各段の超音波振動子エレメントは、後述の送受信部にお
いて、ステーブ番号１〜６、７〜１２、１３〜１８、１
９〜２４の４グループに分割して処理される。
る魚群探知機に使用されるトランスデューサの構成図、
図２は、同魚群探知機の送受信部のブロック図である。
図１において、トランスデューサ１は、４８０個の超音
波振動子エレメント１０を円筒形に組み合わせたもので
ある。すなわち、２４個の超音波振動子エレメントを円
周状に配列し、これを２０段重ね合わせて構成したもの
である。言いかたを変えると、２０エレメントの超音波
振動子アレイを２４本円周状に配置したものである。各
超音波振動子エレメント１０は、図２に示すようにトラ
ップ４を介して送信部および受信部に接続されている。
各段の超音波振動子エレメントは、後述の送受信部にお
いて、ステーブ番号１〜６、７〜１２、１３〜１８、１
９〜２４の４グループに分割して処理される。
【００１４】送信部、受信部は、超音波振動子アレイ、
すなわち、トランスデューサ１の縦の列に並んだ超音波
振動子エレメント（各段の同じステーブ番号の超音波振
動子エレメント）の信号を組み合わせることによって、
上下方向に狭い送波ビーム、受波ビームを形成する。上
下の超音波振動子エレメントを整相処理することによ
り、垂直方向にビームを形成することができ、同図
（Ｂ）に示すように上の段ほど位相をすすめることによ
り、ビーム方向を下に向けることができる。送信時には
全周の（各ステーブ番号の）超音波振動子アレイにこの
信号を印加することにより、全周方向に上下方向に薄い
円盤状の超音波パルスを送信する。また、受信時には、
受信した反射エコーを各超音波振動子アレイ毎に図１
（Ｂ）のように合成することにより、ビームを上下方向
に絞り込み、後段のマッチドフィルタで水平方向（方位
方向）にビームを絞り込んで受波ビームを形成する。
すなわち、トランスデューサ１の縦の列に並んだ超音波
振動子エレメント（各段の同じステーブ番号の超音波振
動子エレメント）の信号を組み合わせることによって、
上下方向に狭い送波ビーム、受波ビームを形成する。上
下の超音波振動子エレメントを整相処理することによ
り、垂直方向にビームを形成することができ、同図
（Ｂ）に示すように上の段ほど位相をすすめることによ
り、ビーム方向を下に向けることができる。送信時には
全周の（各ステーブ番号の）超音波振動子アレイにこの
信号を印加することにより、全周方向に上下方向に薄い
円盤状の超音波パルスを送信する。また、受信時には、
受信した反射エコーを各超音波振動子アレイ毎に図１
（Ｂ）のように合成することにより、ビームを上下方向
に絞り込み、後段のマッチドフィルタで水平方向（方位
方向）にビームを絞り込んで受波ビームを形成する。
【００１５】図２において、トランスデューサ１は、ト
ラップ４を介して送信部および受信部に接続されてい
る。送信部は送信用キャリア発生部２、パワーアンプ３
からなっている。受信部は、プリアンプ５、移相回路６
および受信用キャリア発生部７からなっている。トラッ
プ４は、送信信号から受信回路を保護し、かつ受信時の
受信信号が送信回路側に回り込まないようにアイトソレ
ートする回路である。アイソレートする回路である。ト
ランスデューサ１は送信用キャリア発生部２が発生し、
パワーアンプ３で増幅された超音波パルス信号を送波
し、そのエコー信号を受信する。トランスデューサ１が
受信したエコー信号は、プリアンプ５で増幅されたのち
移相回路６に入力される。移相回路６には、受信用キャ
リア発生部７から各エレメントに対応するローカルキャ
リア信号が供給され、各エレメントから入力されたエコ
ー信号は、このキャリア信号とミキシングされることに
よって移相される。このローカルキャリア信号はグルー
プ毎に制御されている。移相された信号は、後段のＢＰ
Ｆ（非図示）を介してマッチドフィルタ（非図示）に供
給される。このマッチドフィルタで受波ビームが形成さ
れる。
ラップ４を介して送信部および受信部に接続されてい
る。送信部は送信用キャリア発生部２、パワーアンプ３
からなっている。受信部は、プリアンプ５、移相回路６
および受信用キャリア発生部７からなっている。トラッ
プ４は、送信信号から受信回路を保護し、かつ受信時の
受信信号が送信回路側に回り込まないようにアイトソレ
ートする回路である。アイソレートする回路である。ト
ランスデューサ１は送信用キャリア発生部２が発生し、
パワーアンプ３で増幅された超音波パルス信号を送波
し、そのエコー信号を受信する。トランスデューサ１が
受信したエコー信号は、プリアンプ５で増幅されたのち
移相回路６に入力される。移相回路６には、受信用キャ
リア発生部７から各エレメントに対応するローカルキャ
リア信号が供給され、各エレメントから入力されたエコ
ー信号は、このキャリア信号とミキシングされることに
よって移相される。このローカルキャリア信号はグルー
プ毎に制御されている。移相された信号は、後段のＢＰ
Ｆ（非図示）を介してマッチドフィルタ（非図示）に供
給される。このマッチドフィルタで受波ビームが形成さ
れる。
【００１６】従来の送信部では、トランスデューサ１の
各超音波振動子に印加する超音波パルスを段毎に位相制
御するのみであったため、円筒形のトランスデューサの
中心軸に対して回転対称の送波ビームしか形成すること
ができなかった。また、従来の受信部では、トランスデ
ューサ１の各超音波振動子から入力されたエコー信号を
段毎に位相制御するのみであったため、円筒形のトラン
スデューサの中心軸に対して回転対称の受波ビームしか
形成することができなかった。
各超音波振動子に印加する超音波パルスを段毎に位相制
御するのみであったため、円筒形のトランスデューサの
中心軸に対して回転対称の送波ビームしか形成すること
ができなかった。また、従来の受信部では、トランスデ
ューサ１の各超音波振動子から入力されたエコー信号を
段毎に位相制御するのみであったため、円筒形のトラン
スデューサの中心軸に対して回転対称の受波ビームしか
形成することができなかった。
【００１７】この魚群探知機では、各段の超音波振動子
を図１に示したように、複数グループにグループ分け
し、同じ段であっても各グループ毎に異なる位相制御を
することにより、円筒形のトランスデューサ１の中心軸
に回転対称でないビームを形成することができる。
を図１に示したように、複数グループにグループ分け
し、同じ段であっても各グループ毎に異なる位相制御を
することにより、円筒形のトランスデューサ１の中心軸
に回転対称でないビームを形成することができる。
【００１８】そのための送信用キャリア発生部２，受信
用キャリア発生部３を図３を参照して説明する。このキ
ャリア発生部は、ティルト角、船舶のローリング角、ピ
ッチング角に応じて各グループ毎に補正後のティルト角
を決定し、そのティルト角のビームを形成するために位
相制御された各超音波振動子エレメントに対するキャリ
ア信号を発生する回路部である。ここで送信用キャリア
発生回路２が発生したキャリア信号はパワーアンプ３で
増幅されたのち各超音波振動子エレメント１０に超音波
パルス信号として供給され、受信用キャリア発生回路７
が発生したキャリア信号は、ローカルキャリア信号とし
て移相回路６に供給され、各超音波振動子エレメント１
０から入力されたエコー信号に乗算（ミキシング）され
る。
用キャリア発生部３を図３を参照して説明する。このキ
ャリア発生部は、ティルト角、船舶のローリング角、ピ
ッチング角に応じて各グループ毎に補正後のティルト角
を決定し、そのティルト角のビームを形成するために位
相制御された各超音波振動子エレメントに対するキャリ
ア信号を発生する回路部である。ここで送信用キャリア
発生回路２が発生したキャリア信号はパワーアンプ３で
増幅されたのち各超音波振動子エレメント１０に超音波
パルス信号として供給され、受信用キャリア発生回路７
が発生したキャリア信号は、ローカルキャリア信号とし
て移相回路６に供給され、各超音波振動子エレメント１
０から入力されたエコー信号に乗算（ミキシング）され
る。
【００１９】この送受信部を制御するＣＰＵ２０には、
揺動センサ２１が接続されている。揺動センサ２１は、
この魚群探知機が設置される船舶のローリング角度およ
びピッチング角度を検出するセンサである。このＣＰＵ
２０は、キャリア発生部の５つのラッチ回路（フリップ
フロップ）３１〜３５に対して、ローリング角、ピッチ
ング角、ティルト角、および、超音波振動子のグループ
番号ｇ（＝１〜４）、段番号ｍ（＝１〜２０）を入力す
る。ラッチ回路３１〜３５がラッチしたこれらのデータ
は、位相出力部３０に供給される。位相出力部３０は、
これらローリング角、ピッチング角、ティルト角、グル
ープ番号、段番号に基づいて、対応する超音波振動子エ
レメントのグループに対するキャリア位相データを出力
する。このキャリア位相データは０〜２πの角度を０〜
１２７の値で表現した値である。ＣＰＵ２０は、（段番
号ｍ，グループ番号ｇ）＝（１，１）〜（２０，４）を
順次切り換え入力する。これにより、位相出力部３０
は、設定されたローリング角，ピッチング角で揺動して
いる船舶のトランスデューサで、水平な（垂直軸に回転
対称な）所定のビーム角のビームを形成するためのキャ
リア位相データを各段の各グループ毎に出力する。
揺動センサ２１が接続されている。揺動センサ２１は、
この魚群探知機が設置される船舶のローリング角度およ
びピッチング角度を検出するセンサである。このＣＰＵ
２０は、キャリア発生部の５つのラッチ回路（フリップ
フロップ）３１〜３５に対して、ローリング角、ピッチ
ング角、ティルト角、および、超音波振動子のグループ
番号ｇ（＝１〜４）、段番号ｍ（＝１〜２０）を入力す
る。ラッチ回路３１〜３５がラッチしたこれらのデータ
は、位相出力部３０に供給される。位相出力部３０は、
これらローリング角、ピッチング角、ティルト角、グル
ープ番号、段番号に基づいて、対応する超音波振動子エ
レメントのグループに対するキャリア位相データを出力
する。このキャリア位相データは０〜２πの角度を０〜
１２７の値で表現した値である。ＣＰＵ２０は、（段番
号ｍ，グループ番号ｇ）＝（１，１）〜（２０，４）を
順次切り換え入力する。これにより、位相出力部３０
は、設定されたローリング角，ピッチング角で揺動して
いる船舶のトランスデューサで、水平な（垂直軸に回転
対称な）所定のビーム角のビームを形成するためのキャ
リア位相データを各段の各グループ毎に出力する。
【００２０】また、デコーダ３６は、ラッチ回路３４，
３５にラッチされた段番号ｍおよびグループ番号ｇに対
応するキャリア発生回路４１に対してラッチパルスを出
力する。キャリア発生回路４１は、カウンタ４２および
ラッチ回路（フリップフロップ）４３からなっている。
ラッチ回路４３は、デコーダ３６からラッチパルスが入
力されたとき、そのとき位相出力部３０から出力されて
いたキャリア位相データをラッチする。カウンタ４２
は、キャリア周波数の１２８倍の周波数を有するクロッ
ク信号をカウントするカウンタであり、ロードパルスが
入力されたときカウントをスタートする。このカウント
スタート時に、ラッチ回路４３にラッチされているキャ
リア位相データ（０〜１２７の値）がプリセットされ
る。したがって、カウンタ４２は、プリセットされた値
からカウントを開始し、１２８でオーバーフローして０
からカウントを再開する。これにより、このキャリア位
相データ分だけ位相シフトされたキャリア信号となる。
ロードパルスは、全てのキャリア発生回路４１に対して
キャリア位相データがセットされたのち、全キャリア発
生回路４１に対して同時に入力される。キャリア発生回
路４１は、２０段×４グループの８０個設けられてお
り、全エレメント毎に設けた場合の４８０個の１／６に
なっている。
３５にラッチされた段番号ｍおよびグループ番号ｇに対
応するキャリア発生回路４１に対してラッチパルスを出
力する。キャリア発生回路４１は、カウンタ４２および
ラッチ回路（フリップフロップ）４３からなっている。
ラッチ回路４３は、デコーダ３６からラッチパルスが入
力されたとき、そのとき位相出力部３０から出力されて
いたキャリア位相データをラッチする。カウンタ４２
は、キャリア周波数の１２８倍の周波数を有するクロッ
ク信号をカウントするカウンタであり、ロードパルスが
入力されたときカウントをスタートする。このカウント
スタート時に、ラッチ回路４３にラッチされているキャ
リア位相データ（０〜１２７の値）がプリセットされ
る。したがって、カウンタ４２は、プリセットされた値
からカウントを開始し、１２８でオーバーフローして０
からカウントを再開する。これにより、このキャリア位
相データ分だけ位相シフトされたキャリア信号となる。
ロードパルスは、全てのキャリア発生回路４１に対して
キャリア位相データがセットされたのち、全キャリア発
生回路４１に対して同時に入力される。キャリア発生回
路４１は、２０段×４グループの８０個設けられてお
り、全エレメント毎に設けた場合の４８０個の１／６に
なっている。
【００２１】なお、位相出力部３０は、各段番号，グル
ープ番号，ティルト角，ローリング角，ピッチング角に
対応したキャリア位相データを記憶したＲＯＭ、また
は、これに各値に対応するキャリア位相データを演算出
力するデジタル回路で構成すればよい。
ープ番号，ティルト角，ローリング角，ピッチング角に
対応したキャリア位相データを記憶したＲＯＭ、また
は、これに各値に対応するキャリア位相データを演算出
力するデジタル回路で構成すればよい。
【００２２】図２において、パワーアンプ３は、（グル
ープ数）×（段数）、この例では４グループ×２０段で
８０個設けられており、各超音波振動子エレメントが属
する段，グループ（ｍｇ）に対応するキャリア信号が入
力される。
ープ数）×（段数）、この例では４グループ×２０段で
８０個設けられており、各超音波振動子エレメントが属
する段，グループ（ｍｇ）に対応するキャリア信号が入
力される。
【００２３】また、図２において、プリアンプ５および
移相回路（ミキサ）６は２４０個の各超音波振動子毎に
２４０個設けられており、各移相回路６には、各超音波
振動子エレメントが属する段，グループ（ｍ，ｇ）に対
応するキャリア信号が入力される。
移相回路（ミキサ）６は２４０個の各超音波振動子毎に
２４０個設けられており、各移相回路６には、各超音波
振動子エレメントが属する段，グループ（ｍ，ｇ）に対
応するキャリア信号が入力される。
【００２４】図４に、このプリアンプ５群および移相回
路６群の一部を示す。各超音波振動子エレメントが受信
したエコー信号は、プリアンプ５で増幅されたのち移相
回路６に入力される。移相回路６には、各グループ毎に
異なる位相のキャリア信号φｍ１〜φｍ４が入力され
る。このようにグループ毎に位相を変えることにより、
船舶（トランスデューサ１）の傾きを補償して垂直軸に
回転対称な受波ビームを形成することができるととも
に、キャリア発生回路およびミキサの結線などを簡略化
することができる。
路６群の一部を示す。各超音波振動子エレメントが受信
したエコー信号は、プリアンプ５で増幅されたのち移相
回路６に入力される。移相回路６には、各グループ毎に
異なる位相のキャリア信号φｍ１〜φｍ４が入力され
る。このようにグループ毎に位相を変えることにより、
船舶（トランスデューサ１）の傾きを補償して垂直軸に
回転対称な受波ビームを形成することができるととも
に、キャリア発生回路およびミキサの結線などを簡略化
することができる。
【００２５】図５は、上記船舶のローリング・ピッチン
グによる揺動角度βに応じてティルト角をどのように制
御するかを説明する図である。下向きにαのティルト角
で送波ビーム，受波ビームを形成する場合、船舶（トラ
ンスデューサ１）が水平であれば同図（Ａ）のように全
周同じティルト角αでビームを形成すればよい。しか
し、船舶（トランスデューサ１）がβだけ揺動している
場合には、その揺動方向のアレイのティルト角（アレイ
のビーム方向）をα−βに制御し、揺動方向の反対側の
アレイのティルト角をα＋βに制御する。その間のアレ
イについてはその配列順にα−βからα＋βの間の角度
に制御する。このアレイのティルト角制御は、各アレイ
の属するグループ毎に行う。
グによる揺動角度βに応じてティルト角をどのように制
御するかを説明する図である。下向きにαのティルト角
で送波ビーム，受波ビームを形成する場合、船舶（トラ
ンスデューサ１）が水平であれば同図（Ａ）のように全
周同じティルト角αでビームを形成すればよい。しか
し、船舶（トランスデューサ１）がβだけ揺動している
場合には、その揺動方向のアレイのティルト角（アレイ
のビーム方向）をα−βに制御し、揺動方向の反対側の
アレイのティルト角をα＋βに制御する。その間のアレ
イについてはその配列順にα−βからα＋βの間の角度
に制御する。このアレイのティルト角制御は、各アレイ
の属するグループ毎に行う。
【００２６】ティルト角の制御は、各段の超音波振動子
エレメントに供給するキャリア信号の位相を変化させる
ことによって行うが、どの角度にティルト角を制御する
場合でも図６（Ａ）に示すように、超音波振動子受波面
重心を中心として受波面を回転するように行う。ここ
で、受波面重心とは、整相合成により、アレイ上の複数
の信号があたかもアレイの一点で受信されたかのような
受信信号位相となる場合の一点をさす。通常、アレイ信
号の合成には、アレイセンタを中心として対称な重みが
加えられるが、このときには重心はアレイのセンタとな
る。重みが非対称のときには、その重みの加重平均され
た位置が重心となる。同図（Ａ）の場合にはアレイの重
心を中心として回転するように各段の超音波振動子エレ
メントに供給するキャリア信号の位相を制御している
が、回転の中心はこの重心に限定されるものではない。
もし、同図（Ｂ）のように重心とは異なる点を中心とし
て、受波面を回転させた場合、受信信号には、φoff の
位相不連続が生じ、正しい受波ビームを形成することが
できなかったり、ノイズ発生の原因となったりする。
エレメントに供給するキャリア信号の位相を変化させる
ことによって行うが、どの角度にティルト角を制御する
場合でも図６（Ａ）に示すように、超音波振動子受波面
重心を中心として受波面を回転するように行う。ここ
で、受波面重心とは、整相合成により、アレイ上の複数
の信号があたかもアレイの一点で受信されたかのような
受信信号位相となる場合の一点をさす。通常、アレイ信
号の合成には、アレイセンタを中心として対称な重みが
加えられるが、このときには重心はアレイのセンタとな
る。重みが非対称のときには、その重みの加重平均され
た位置が重心となる。同図（Ａ）の場合にはアレイの重
心を中心として回転するように各段の超音波振動子エレ
メントに供給するキャリア信号の位相を制御している
が、回転の中心はこの重心に限定されるものではない。
もし、同図（Ｂ）のように重心とは異なる点を中心とし
て、受波面を回転させた場合、受信信号には、φoff の
位相不連続が生じ、正しい受波ビームを形成することが
できなかったり、ノイズ発生の原因となったりする。
【００２７】また、超音波パルスの送信は一瞬である
が、反射エコーの受信は最大約４秒間継続し、この間に
船舶（トランスデューサ１）の揺動の角度は変化し、こ
れに合わせて各アレイの受波面（ティルト角）も回転さ
せる必要がある。このとき、変化前後の受波面が受波面
重心を中心に回転させた場合には受信した反射エコーの
位相の連続性が保たれるが、同図（Ｂ）のように異なる
点を中心に受波面を回転させると受信した反射エコーに
位相飛びが生じる。
が、反射エコーの受信は最大約４秒間継続し、この間に
船舶（トランスデューサ１）の揺動の角度は変化し、こ
れに合わせて各アレイの受波面（ティルト角）も回転さ
せる必要がある。このとき、変化前後の受波面が受波面
重心を中心に回転させた場合には受信した反射エコーの
位相の連続性が保たれるが、同図（Ｂ）のように異なる
点を中心に受波面を回転させると受信した反射エコーに
位相飛びが生じる。
【００２８】したがって、位相発生部３０は、各アレイ
の送波・受波ビームをどのようなティルト角に制御する
場合でも、その回転の中心が同じ点（重心）になるよう
に制御する。
の送波・受波ビームをどのようなティルト角に制御する
場合でも、その回転の中心が同じ点（重心）になるよう
に制御する。
【００２９】図７，図８は、同魚群探知機のタイミング
チャートを示す図である。図７において、探査動作に先
立って、送信用キャリア発生回路２および受信用キャリ
ア発生回路７において、同様に、各キャリア発生回路４
１のラッチ回路４３（図３参照）にキャリア位相データ
θ（ｍ，ｇ）をセットする。この位相データは、図８に
示すようにθ（１，１）からθ（２０，４）まで順次行
われ、これが終了した段階で図７に示すように、送振ロ
ードパルスおよび受信ロードパルスを発生し、各キャリ
ア発生回路４１に所定位相のキャリア信号を発生させ
る。各キャリア発生回路４１が発生するキャリア信号
は、図８に示すように同じ周波数でそれぞれ位相が異な
ったものになる。送信用キャリア発生回路２の各キャリ
ア発生回路４１が行うキャリア発生動作はＫＰ信号が
“Ｈ”になっている間（約１秒程度）継続する。また、
この上記ロードパルスの発生と同時に受信ゲートがオン
するとともに、受信ロードパルスの発生に応じて受信用
キャリア発生回路７がミキサ６に供給するローカルキャ
リア信号を発生する。
チャートを示す図である。図７において、探査動作に先
立って、送信用キャリア発生回路２および受信用キャリ
ア発生回路７において、同様に、各キャリア発生回路４
１のラッチ回路４３（図３参照）にキャリア位相データ
θ（ｍ，ｇ）をセットする。この位相データは、図８に
示すようにθ（１，１）からθ（２０，４）まで順次行
われ、これが終了した段階で図７に示すように、送振ロ
ードパルスおよび受信ロードパルスを発生し、各キャリ
ア発生回路４１に所定位相のキャリア信号を発生させ
る。各キャリア発生回路４１が発生するキャリア信号
は、図８に示すように同じ周波数でそれぞれ位相が異な
ったものになる。送信用キャリア発生回路２の各キャリ
ア発生回路４１が行うキャリア発生動作はＫＰ信号が
“Ｈ”になっている間（約１秒程度）継続する。また、
この上記ロードパルスの発生と同時に受信ゲートがオン
するとともに、受信ロードパルスの発生に応じて受信用
キャリア発生回路７がミキサ６に供給するローカルキャ
リア信号を発生する。
【００３０】この受信動作中に船舶の揺動に応じてキャ
リア位相データのセット・ロードが複数回実行され、受
信動作中の揺動角度の変化に対応できるようにする。
リア位相データのセット・ロードが複数回実行され、受
信動作中の揺動角度の変化に対応できるようにする。
【００３１】なお、この実施形態では、揺動センサを設
け、この揺動センサの検出値に基づいて、船舶（トラン
スデューサ）の揺動にかかわらず、ビーム方向が常に垂
直軸に対して回転対称になるように制御したが、ビーム
方向の制御はこれに限定されない。
け、この揺動センサの検出値に基づいて、船舶（トラン
スデューサ）の揺動にかかわらず、ビーム方向が常に垂
直軸に対して回転対称になるように制御したが、ビーム
方向の制御はこれに限定されない。
【００３２】すなわち、トランスデューサの揺動角度を
キャンセルして、ビーム方向が常に水平（垂直軸に回転
対称）になるような制御ではなく、積極的にビームを傾
けて全周にわたって種々の角度に傾いたビームを形成す
るようにしてもよい。
キャンセルして、ビーム方向が常に水平（垂直軸に回転
対称）になるような制御ではなく、積極的にビームを傾
けて全周にわたって種々の角度に傾いたビームを形成す
るようにしてもよい。
【００３３】また、この実施形態では、トランスデュー
サとして、上下の半径が同じ完全な円筒形のトランスデ
ューサを用いたが、上下の半径が異なり予めティルト角
が付けられている、いわゆる円錐台形状のトランスデュ
ーサを用いてもよい。請求項における円筒形は、この円
錐台形状、および、円周状に超音波振動子エレメントを
配置し、これを複数段積み重ねた全ての形状を含む概念
である。
サとして、上下の半径が同じ完全な円筒形のトランスデ
ューサを用いたが、上下の半径が異なり予めティルト角
が付けられている、いわゆる円錐台形状のトランスデュ
ーサを用いてもよい。請求項における円筒形は、この円
錐台形状、および、円周状に超音波振動子エレメントを
配置し、これを複数段積み重ねた全ての形状を含む概念
である。
【００３４】また、送信用キャリア発生部２、受信用キ
ャリア発生部７、移相回路６を全てデジタル化しＤＳＰ
またはＣＰＵで処理するようにすれば、必要に応じてグ
ループ分けを任意に変更することも可能である。
ャリア発生部７、移相回路６を全てデジタル化しＤＳＰ
またはＣＰＵで処理するようにすれば、必要に応じてグ
ループ分けを任意に変更することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】この発明によれば、必要最小限の構成
で、円筒形トランスデューサの揺動をキャンセルして安
定したビーム形成が可能になる。
で、円筒形トランスデューサの揺動をキャンセルして安
定したビーム形成が可能になる。
【図１】この発明の実施形態である魚群探知機のトラン
スデューサの構成図である。
スデューサの構成図である。
【図２】同魚群探知機の送受信部のブロック図である。
【図３】同送受信部のキャリア発生回路のブロック図で
ある。
ある。
【図４】同送受信部の移相回路の一部構成図である。
【図５】同魚群探知機のティルト角制御の態様を説明す
る図である。
る図である。
【図６】同魚群探知機のティルト角制御の態様を説明す
る図である。
る図である。
【図７】同魚群探知機の動作タイミングを示すタイミン
グチャートである。
グチャートである。
【図８】同魚群探知機の動作タイミングを示すタイミン
グチャートである。
グチャートである。
【符号の説明】 １…円筒形トランスデューサ、 ２…受信用キャリア発生部、 ３…パワーアンプ、 ４…トラップ、 ５…プリアンプ、 ６…移相回路、 ７…受信用キャリア発生部、 ２０…ＣＰＵ、 ２１…揺動センサ、 ３０…位相出力部、 ３１〜３５…ラッチ回路、 ３６…デコーダ、 ４０…キャリア発生回路、 ４１…（各グループ毎の）キャリア発生回路、 ４２…カウンタ、 ４３…ラッチ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松廣 紀夫 兵庫県西宮市芦原町９番52号 古野電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5D019 AA04 BB02 BB20 FF02 5J083 AA02 AB01 AC24 AD01 AE04 AF16 AG20 BA01 BB13 BC13 BC17 BE03 BE54 CA12 CB08
Claims (8)
- 【請求項１】 複数の超音波振動子アレイを円周状に配
列した円筒形トランスデューサが形成する送波ビームお
よび受波ビームを制御する方法であって、 前記複数の超音波振動子アレイを複数のグループに分割
し、各グループ毎に、そのグループに属する超音波振動
子アレイのビーム角を制御する円筒形トランスデューサ
のビーム角制御方法。 - 【請求項２】 前記超音波振動子アレイの各エレメント
に供給するキャリア信号の位相を、前記各グループ毎に
独立して制御する請求項１に記載の円筒形トランスデュ
ーサのビーム角制御方法。 - 【請求項３】 前記円筒形トランスデューサの傾き角度
を検出し、この傾き角度をキャンセルするように各グル
ープの超音波振動子アレイのビーム角を制御する請求項
１または請求項２に記載の円筒形トランスデューサのビ
ーム角制御方法。 - 【請求項４】 受波ビームのビーム角の制御を、受信期
間中に複数回行い、同じ点を中心に受波ビーム方向を回
転させる請求項３に記載の円筒形トランスデューサのビ
ーム角制御方法。 - 【請求項５】 複数の超音波振動子アレイを円周状に配
列した円筒形トランスデューサが形成する送波ビームお
よび受波ビームを制御する装置であって、 前記複数の超音波振動子アレイを複数のグループに分割
し、各グループ毎に、そのグループに属する超音波振動
子アレイのビーム角を制御する制御手段を設けた円筒形
トランスデューサのビーム角制御装置。 - 【請求項６】 前記制御手段は、前記超音波振動子の各
エレメントに供給するキャリア信号の位相を、前記各グ
ループ毎に独立して制御する手段を含む請求項５に記載
の円筒形トランスデューサのビーム角制御装置。 - 【請求項７】 前記円筒形トランスデューサの傾き角度
を検出するセンサ手段を備え、 前記制御手段は、センサ手段が検出した傾き角度をキャ
ンセルするように各グループの超音波振動子アレイのビ
ーム角を制御する請求項５または請求項６に記載の円筒
形トランスデューサのビーム角制御装置。 - 【請求項８】 前記制御手段は、受波ビームのビーム角
の制御を、受信期間中に複数回行い、同じ点を中心に受
波ビーム方向を回転させる手段である請求項７に記載の
円筒形トランスデューサのビーム角制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000256193A JP4798826B2 (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 円筒形トランスデューサのビーム角制御方法および制御装置 |
| GB0120568A GB2370355B (en) | 2000-08-25 | 2001-08-23 | Method of and apparatus for controlling beams produced by a cylindrical transducer |
| US09/938,154 US6711953B2 (en) | 2000-08-25 | 2001-08-24 | Method of and apparatus for controlling beams produced by a cylindrical transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000256193A JP4798826B2 (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 円筒形トランスデューサのビーム角制御方法および制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002071790A true JP2002071790A (ja) | 2002-03-12 |
| JP4798826B2 JP4798826B2 (ja) | 2011-10-19 |
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ID=18744838
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000256193A Expired - Fee Related JP4798826B2 (ja) | 2000-08-25 | 2000-08-25 | 円筒形トランスデューサのビーム角制御方法および制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6711953B2 (ja) |
| JP (1) | JP4798826B2 (ja) |
| GB (1) | GB2370355B (ja) |
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| ATE333923T1 (de) * | 2001-12-03 | 2006-08-15 | Ekos Corp | Ultraschallkatheter für kleine gefässe |
| WO2003072165A2 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | Ekos Corporation | Ultrasound assembly for use with a catheter |
| EP1583569A4 (en) * | 2003-01-03 | 2009-05-06 | Ekos Corp | ULTRASONIC CATHETER COMPRISING AN AXIAL ENERGY FIELD |
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| US20050209578A1 (en) * | 2004-01-29 | 2005-09-22 | Christian Evans Edward A | Ultrasonic catheter with segmented fluid delivery |
| US20050215942A1 (en) * | 2004-01-29 | 2005-09-29 | Tim Abrahamson | Small vessel ultrasound catheter |
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| KR100748585B1 (ko) * | 2005-07-15 | 2007-08-13 | 주식회사 메디슨 | 부가정보를 이용하여 영상을 구성하는 초음파 시스템 |
| US8192363B2 (en) * | 2006-10-27 | 2012-06-05 | Ekos Corporation | Catheter with multiple ultrasound radiating members |
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| EP2170181B1 (en) | 2007-06-22 | 2014-04-16 | Ekos Corporation | Method and apparatus for treatment of intracranial hemorrhages |
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