JP2014178320A

JP2014178320A - ソナートランスデューサ組立体

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Publication number: JP2014178320A
Application number: JP2014051465A
Authority: JP
Inventors: Proctor Alan; プロクターアラン
Original assignee: Navico Holding AS
Current assignee: Navico Holding AS
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-09-25
Also published as: US9335412B2; US20140269192A1; WO2014159517A1; US20150276930A1

Abstract

【課題】船舶の下の水中環境を３６０度の範囲で画像化するように構成されたソナーシステムを提供する。
【解決手段】水中環境を３６０度の範囲で画像化するように構成されたソナートランスデューサ組立体が本明細書で提供される。ソナートランスデューサ組立体は、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子を含む。少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成されている。ソナートランスデューサ組立体は更に、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子を含む。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリューム内でソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、概して、ソナーシステムに関し、より詳細には、船舶の下の水中環境を３６０度の範囲で画像化するように構成されたソナートランスデューサ組立体に関する。

ソナー（音波による航行と測距）は、水上又は水中の物体を検知するために長期にわたって使用されてきた。例えば、ソナーデバイスは、水深及び海底の地形を測定するために、魚群を検知するために、漂流物の位置を特定するために使用することができる。これに関して、水中での視界は非常に制限されるので、一般的には、ソナーが、水中で物体の位置を特定するための最も正確な方法である。ソナートランスデューサ素子又は単純にトランスデューサは、電気エネルギーを特定の周波数の音波又は振動に変換することができる。ソナー音波ビームは、水中に及び水を通じて送信され、遭遇する物体から反射される。トランスデューサは、反射音波（「ソナーリターン」）を受信して音響エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。既知の音速に基づいて、水上又は水中の物体までの距離及び／又はその位置を測定することができる。ソナーリターン信号を処理しディスプレイデバイス上に図形形式で表示して、水中環境の「画像」をユーザに与えることができる。信号プロセッサ及びディスプレイは、「ソナーヘッド」として公知のユニットの一部とすることができ、ソナーヘッドから離れて取り付けられたトランスデューサにワイヤで接続される。代替的に、ソナートランスデューサは、ＧＰＳ、レーダーなどのような他の特徴部を提供する統合海洋電子システムに関する付属品とすることができる。

米国特許出願第１３／３１３５７４号明細書

ソナーシステムは、一部の事例では、水中環境の画像を形成するために使用することができる。しかしながら、一部のソナーシステムは、水面に沿って能動的に移動して画像を形成するのに必要なソナーリターンデータを取得するように、船舶に要求するような機能によって制限される場合がある。従って、水中環境の画像を形成するために拡張された技術を提供するための改良されたソナーシステムが必要とされている。

このように、本発明の一部の実施形態は、トランスデューサ素子の回転を可能にして水中環境の３６０度画像を取得できるように構成されたソナーシステムを提供する。場合によっては、トランスデューサ組立体は、船舶に取り付けてトランスデューサ素子の回転を可能にするように構成することができる。代替的に、トランスデューサ組立体は、水中環境の３６０度画像を取得するように回転できるトローリングモータに取り付けることができる。このような実施形態は、船舶が係留されている又は単に水面に浮いている間に水中環境の画像を形成する際に有用とすることができる。

更に、本発明の一部の実施形態は、トランスデューサ組立体が可変速度で回転している間に画像化できるように構成されたトランスデューサ組立体を提供する。実際には、このような設計は、ソナーパルスの送信とソナーリターンの受信との間での一時停止を必要とする一部のトランスデューサ組立体を改良することができる。このような一時停止は、トランスデューサ組立体の回転、従って対応する画像形成を最終的に規定する。これに関して、一部の実施形態では、トランスデューサ組立体は、回転中に一時停止する必要なくソナーリターンデータを収集するように構成することができる（例えば、トランスデューサ組立体は、連続的に回転する場合でさえ水中環境の画像を提供することができる）。このような実施形態は、ユーザがトランスデューサ組立体の回転速度を定めることさえも可能にする。

従って、本発明の実施形態は、船舶の下の水中環境を３６０度の範囲で画像化するように構成されたソナーシステムを提供する。

例示的な実施形態では、船舶用のソナートランスデューサ組立体が提供される。ソナートランスデューサ組立体は、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子を含む。少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成されている。ソナートランスデューサ組立体は更に、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子を含む。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、扇形ビームによって規定された第２のボリューム内でソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び第１の平面に垂直な第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定される。第２のボリュームは、第１のボリュームより小さく、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリュームが第１のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けられる。ハウジングは、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が船舶に対して回転できるように船舶に取り付けることができる。

一部の実施形態では、ハウジングは、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が船舶に対して約３６０度回転できるように船舶に取り付けることができる。

一部の実施形態では、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成されている。追加的に、ソナートランスデューサ組立体は更に、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子からのソナーリターンデータを受信してソナーリターンデータを処理し対応する第２のボリュームに関するソナー画像データを生成するように構成されたソナー信号プロセッサを含む。ソナー信号プロセッサは更に、第２のボリュームのソナー画像データから得られ、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサの回転に対応する位置にそれぞれ整列された、ソナー画像の合成画像として水中環境の画像を形成するように構成されている。

追加的に、一部の実施形態では、ソナートランスデューサ組立体は更に、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の方位を検知するように構成された方位センサを含む。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の検知された方位は、第２のボリュームの各々に関するソナーリターンデータに関連付けられる。ソナー信号プロセッサは、検知された方位、関連付けられたソナーリターンデータ、及び船舶の方位に基づいて水中環境の画像を形成するように構成されている。

追加的に、一部の実施形態では、ソナー信号プロセッサは、ソナーリターンを処理して３次元ソナー画像データを生成するように構成されている。ソナー信号プロセッサは、３次元ソナー画像データに基づいて水中環境の３次元画像を形成するように構成されている。

一部の実施形態では、ソナートランスデューサ組立体は更に、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子と通信する送信器回路を含む。送信器回路は、送信信号を送信専用トランスデューサ素子に送信して送信専用トランスデューサ素子にソナーパルスを送信させるように構成されている。ソナートランスデューサ組立体は更に、受信専用トランスデューサ素子と通信する受信器回路を含む。受信器回路は、ユーザに提示するためのソナー画像データを処理及び生成するために受信専用トランスデューサ素子からの前記ソナーリターンデータを送信するように構成されている。

一部の実施形態では、第１のボリュームは、方形ビームによって規定される。方形ビームは、第１の平面及び第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定される。

一部の実施形態では、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が可変速度で回転している間に、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。

一部の実施形態では、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子がユーザによって定められた速度で回転している間に、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。

一部の実施形態では、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の回転を一時停止する必要なく、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。

一部の実施形態では、扇形ビームは、第１の平面内の約２度の角度を規定する。一部の実施形態では、第１のボリュームは、方形ビームによって規定され、方形ビームは、第１の平面内の約３０度の角度を規定する。

一部の実施形態では、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた第２の受信専用トランスデューサ素子を含む。第２の受信専用トランスデューサ素子は、第２の扇形ビームによって規定された第３のボリューム内でソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。第２の扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定される。第３のボリュームは、第１のボリュームより小さく、少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子は、第３のボリュームが第２のボリュームと異なり第１のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けられる。

一部の実施形態では、ソナートランスデューサ組立体は更に、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの第２の送信専用トランスデューサ素子を含む。少なくとも１つの第２の送信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信して第１のボリュームと異なる第３のボリュームの音波を当てるように構成されている。ソナートランスデューサ組立体は更に、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子を含む。少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子は、第２の扇形ビームによって規定された第４のボリューム内で少なくとも１つの第２の送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。第２の扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定される。第４のボリュームは、第３のボリュームより小さい。少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子は、第４のボリュームが第３のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けられる。ハウジングは、少なくとも１つの第１の送信専用トランスデューサ素子、少なくとも１つの第１の受信専用トランスデューサ素子、少なくとも１つの第２の送信専用トランスデューサ素子、及び少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子が船舶に対して回転できるように船舶に取り付けることができる。

一部の実施形態では、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、フェーズドアレイ受信器を規定する。

一部の実施形態では、ハウジングは、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が３６０度回転できるように構成されている。

一部の実施形態では、ハウジングは、回転可能トローリングモータに取り付けて少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が３６０度回転できるように構成されている。

別の例示的な実施形態では、船舶用のソナーシステムが提供される。ソナーシステムは、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子を含むトランスデューサ組立体を備える。少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成されている。トランスデューサ組立体は更に、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子を含む。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、扇形ビームによって規定された第２のボリューム内でソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び第１の平面に垂直な第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定される。第２のボリュームは、第１のボリュームより小さい。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリュームが第１のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けられる。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成されている。ハウジングは、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が船舶に対してできるように船舶に取り付けることができる。ソナーシステムは更に、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子との動作可能な通信を可能にするように構成されたソナーモジュールを含む。ソナーモジュールは、ソナーリターン信号を処理するためのソナー信号プロセッサ、及びトランスデューサ組立体とソナー信号プロセッサとの間の通信を可能にするように構成された少なくとも１つの送受信器を含む。ソナー信号プロセッサは、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子からのソナーリターンデータを受信しソナーリターンデータを処理してそれに対応する第２のボリュームに関するソナー画像データを生成するように構成されている。ソナー信号プロセッサは更に、第２のボリュームのソナー画像データから得られ、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサの回転に対応する位置にそれぞれ整列された、ソナー画像の合成画像として水中環境の画像を形成するように構成されている。

更に別の例示的な実施形態では、船舶の下の水中環境を画像化するための方法が提供される。本方法は、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子からソナーパルスを送信する段階を含む。各ソナーパルスは、第１のボリュームの音波を当てるように送信される。本方法は更に、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子でソナーパルスからのソナーリターンを受信する段階を含む。ハウジングは、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が船舶に対して回転できるように船舶に取り付けることができる。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、扇形ビームによって規定された第２のボリューム内でソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び第１の平面に垂直な第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定される。第２のボリュームは、第１のボリュームより小さい。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリュームが第１のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けられる。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成されている。本方法は更に、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子で受信したソナーリターンデータをソナー信号プロセッサで処理して、ユーザに示すためのソナー画像データを生成する段階を含む。

一部の実施形態では、本方法は更に、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子と通信する送信器回路を介して送信信号を送信して少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子にソナーパルスを送信させる段階を含む。追加的に、本方法は更に、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子で受信したソナーリターンを示すソナーリターンデータを、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子と通信する第１の受信器回路を介してソナー信号プロセッサに送信する段階を含む。

一部の実施形態では、本方法は更に、ソナーリターンデータを処理して、それに対応する第２のボリュームに関するソナー画像データを生成する段階を含む。追加的に、本方法は更に、第２のボリュームのソナー画像データから得られ、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサの回転に対応する位置にそれぞれ整列された、ソナー画像の合成画像として水中環境の画像を形成する段階を含む。

更に別の例示的な実施形態では、船舶用のソナートランスデューサシステムを組み立てるための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が３６０度回転できるように船舶に取り付けることができるハウジングを提供する段階を含む。本方法は更に、外向き及び下向きに方向付けられるようにハウジング内に少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子を取り付ける段階を含む。少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成されている。本方法は更に、外向き及び下向きに方向付けられるようにハウジング内に少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子を取り付ける段階を含む。ハウジングは、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が船舶に対して回転できるように船舶に取り付けることができる。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、扇形ビームによって規定された第２のボリューム内でソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び第１の平面に垂直な第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定される。第２のボリュームは、第１のボリュームより小さい。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、第２のボリュームが第１のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けられる。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成されている。

これまで一般的な用語で本発明を説明したが、ここで、必ずしも縮尺通りに作図されたものではない添付図面を参照する。

船舶からソナーパルスを発する例示的なソナートランスデューサを示す図である。本明細書で説明する例示的な実施形態によるソナーシステムを示す基本的なブロック図である。本明細書で説明する例示的な実施形態による別のソナーシステムを示す基本的なブロック図である。船舶、及び船舶のトローリングモータに取り付けられた例示的なソナートランスデューサ組立体の平面図を示し、本明細書で説明する例示的な実施形態による送信専用トランスデューサ素子及び受信専用トランスデューサ素子によって規定される例示的なビームパターンを発するトランスデューサ組立体を示す。本明細書で説明する例示的な実施形態による図３Ａの船舶、ソナートランスデューサ組立体、及びビームパターンの側面図を示す。本明細書で説明する例示的な実施形態によるトローリングモータが矢印Ａに沿って回転し、これによって更にビームパターンが回転している、図３Ａの船舶及びトランスデューサ組立体の平面図を示す。船舶、及び船舶に取り付けられた別の例示的なソナートランスデューサ組立体の平面図を示し、本明細書で説明する例示的な実施形態による送信専用トランスデューサ素子及び受信専用トランスデューサ素子によって規定される例示的なビームパターンを発するトランスデューサ組立体を示す。本明細書で説明する例示的な実施形態による図４Ａの船舶、ソナートランスデューサ組立体、及びビームパターンの側面図を示す。本明細書で説明する例示的な実施形態によるトランスデューサ組立体が矢印Ｂに沿って回転し、これによって更にビームパターンが回転している、図４Ａの船舶及びソナートランスデューサ組立体の平面図を示す。本明細書で説明する例示的な実施形態による、水中環境の第１のボリュームからのソナーリターンを示すソナー画像が表示される場合の水中環境の例示的な画像を示す図である。各々が水中環境の異なるボリュームを示す３つの連続ソナー画像が表示される場合の、本明細書で説明する例示的な実施形態による図５の水中環境の表示を示す図である。各々が水中環境の異なるボリュームを示す３つのソナー画像が表示される場合の、本明細書で説明する例示的な実施形態による図５の水中環境の表示を示す図である。船舶、及び船舶のトローリングモータに取り付けられた別の例示的なソナートランスデューサ組立体の平面図を示し、本明細書で説明する例示的な実施形態による１つの送信専用トランスデューサ素子及び２つの受信専用トランスデューサ素子によって規定される例示的なビームパターンを発するトランスデューサ組立体を示す。船舶、及び船舶のトローリングモータに取り付けられた更に別の例示的なソナートランスデューサ組立体の平面図を示し、本明細書で説明する例示的な実施形態による２つの送信専用トランスデューサ素子及び２つのそれぞれの受信専用トランスデューサ素子によって規定される例示的なビームパターンを発するトランスデューサ組立体を示す。本明細書で説明する例示的な実施形態による例示的なトランスデューサ組立体を動作させるための例示的な方法を示す。

以下において、本発明の例示的な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明するが、本発明の全てではなく一部の実施形態を示す。実際には、本発明は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に示す例示的な実施形態に限定されると解釈すべきではなく、むしろこれらの実施形態は、本開示が、適用可能な法的要件を満たすように提供される。全体を通じて、同様の符号を用いて同様の要素を示す。

水深測深器、サイドスキャンソナー、ダウンスキャンソナー、及びソナー魚群探知器などのソナーシステムは、ボート乗船者、スポーツフィッシャーマン、救難隊、調査員、測量士などが一般に利用する。図１を参照すると、船舶１０は、送受信器から電気パルスを生成するように構成されたソナーシステムを含むことができる。次にトランスデューサは、電気パルスを音波１２に変換し水中に送信する。図示の実施形態では、扇形音波ビーム（例えば、１つ又はそれ以上の矩形トランスデューサで生成されたビーム形状）を水中に送信するが、当業者であれば本開示から理解できるように、他の形状（例えば、円錐形、楕円形、複数の円錐形など）の音波ビームを送信することができることが分かるであろう。

音波１２が、様々な音響インピーダンスから構成される何らかの物体（例えば、海底、又は海底の上の水中に浮遊している何らかの物体）に当たると、音波はその物体で反射する。このエコー又はソナーリターンは、トランスデューサ（又は、場合によっては別の受信器素子）に当たり、エコーは変換されて電気信号に戻り、電気信号は、プロセッサ（例えば、図２に示すソナー信号プロセッサ３２）で処理され、船舶内のキャビン又は他の好都合な位置に取り付けられたディスプレイ（例えば、ＬＣＤ）に送信することができる。この処理は、多くの場合「深浅調査」と呼ばれる。水中での音速は一定（淡水の場合、１秒当たり約４８００フィート）であるので、送信信号と受信エコーとの間の時間差を計測して物体までの距離を測定することができる。この処理を、１秒毎に多数回繰り返す。多数の深浅調査結果を利用して、水中世界の画像をディスプレイ上に表示するようになっている。

例えば、音波１２は、水域の海底面１４で反射し、元の船舶に入射することによって、その位置での水深を示すことができる。海底面１４は、不均一な地形（例えば、隆起面１６）を有し、種々の位置で異なる水深を示す場合がある。このような環境では、音波１２は、種々の海底面で反射して船舶１０に戻る。隆起面１６が船舶１０に近い場合には、音波１２がより速く船舶１０に到達し、ソナーシステムは、隆起面１６の水深が海底面１４の水深よりも浅いと計算する。更に、海底にある物体（例えば、沈んだ丸太、岩、難破船など）がソナービームを反射し、地形上の特徴として検知される。更に、水中の魚群が、それらに独自の特徴的なソナーリターンを生成する。

トランスデューサ内の能動素子は、少なくとも１つの人工水晶振動子（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛又はチタン酸バリウム）を含むことができる。導電性被膜が、水晶振動子の側面に塗布される。これらの被膜にワイヤをはんだ付けして、送信器からの電気エネルギーを水晶振動子に伝達するケーブルに水晶振動子を取り付けることができる。例示的に、電気信号の周波数が水晶振動子の機械的共振周波数と同じである場合、水晶振動子は、動作してその周波数で音波を生成する。水晶振動子の形状は、その共振周波数と、送出音波ビームの形状及び角度とを決定する。円形水晶振動子に関しては、厚さが、その周波数を決定し、直径が、円錐角又は探知範囲の角度を特定する。例えば、２００ｋＨｚに関して、円錐角２０度の水晶振動子は、直径が約１インチであり、円錐角８度の水晶振動子は、直径が約２インチの水晶振動子を必要とする。１つの方向（ｘ軸）では広く、直交する方向（ｙ軸）では狭い探知範囲をもつことが望ましい場合がある。この扇形ビームは通常、矩形素子又は楕円形素子（例えば、長さと幅の比率が適切な素子）で生成される。更に、一部の実施形態では、１つより多いトランスデューサを使用して、音波探知範囲を拡大又は強化して形成することができる。同様に、一部の実施形態では、１つより多い水晶振動子を使用して、音波探知範囲を拡大又は強化して形成することができる。種々の形状のトランスデューサ素子による音響エネルギー生成に関する更なる情報は、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから発行された文献「ＩＴＣＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＥｑｕａｔｉｏｎｆｏｒＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＳｏｕｎｄＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ」１９９５、Ｒｅｖ．８／００に見出すことができ、その開示内容全体は引用によって本明細書に組み込まれている。

ソナーデバイスで使用される周波数は様々であるが、最も一般的な周波数は、用途に応じて５０ＫＨｚから９００ＫＨｚを超える範囲に及ぶ。一部のソナーシステムは、「チャープ」技術を利用して各ソナーパルス内の周波数を異なるものにする。これらの周波数は、超音波スペクトル内にあり人間には聞こえない。

本明細書で説明するように、ソナーリターンは、ソナー信号プロセッサなどで処理することができ、ソナー画像データを形成する。このようなソナー画像データを使用して、ソナーリターンが対応する水中環境の画像を形成することができる。図１に関して、一部のソナーシステムは、船舶が水面をわたって移動する際に、ソナーパルス（音波１２など）を船舶１０のトランスデューサ組立体から放射するように設計することができる。このような深浅調査は、使用されるトランスデューサ素子の構成及び種類に応じて、水中環境の水平「ストリップ」（例えば、音波１２内に示す「ストリップ」面２４）を示すソナーリターンを生成することができる。ソナーリターンは、ソナー画像データに加工することができ、ディスプレイ上に連続して提示することができる。このように、船舶が水面をわたって移動する際に、水中環境の画像が、連続ストリップを提示することによって形成される。このような画像化は更に、「ＳｏｎａｒＲｅｎｄｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＡｓｓｏｃｉａｔｅｄＭｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国特許出願第１３／３１３，５７４号に記述され、その開示内容全体は引用によって本明細書に組み込まれ、この特許は本出願の出願人に付与されている。

このようなソナーシステムは、水面に沿って能動的に移動している船舶には有用であるが、水中で比較的静止している（例えば、浮遊又は係留している）船舶の下の水面下環境を画像化するのに有用でない場合がある。更に、このようなソナーシステムは、水中環境の種々のセクションの画像化を可能にするために船舶の移動を必要とする可能性がある。これは、船舶のユーザが釣りをしている場合のような特定の状況では決して望ましいことではない。

このように、本発明の一部の実施形態は、トランスデューサ素子の回転を可能にして水中環境の３６０度画像を取得できるように構成されたソナーシステムを提供する。一部の実施形態では、トランスデューサ組立体を船舶に取り付け、トランスデューサ素子を回転させて水中環境の３６０度画像を取得することができる。代替的に、トランスデューサ組立体をトローリングモータに取り付け、トローリングモータを回転させて水中環境の３６０度画像を取得することができる。

追加的に、本発明の一部の実施形態は、トランスデューサ組立体が可変速度で回転しながら画像化を可能にするトランスデューサ組立体を提供する。実際には、一部の実施形態では、ソナーパルスの送信とソナーリターンの受信との間の一時停止を必要とするようにトランスデューサ組立体が設計される場合がある。この設計は、トランスデューサ組立体の回転を規定する。しかしながら、このような設計は、本発明の一部の実施形態では回避することができる。実際に、一部の実施形態では、回転中に一時停止する必要なくソナーリターンデータを収集するようにトランスデューサ組立体を構成することができる（例えば、トランスデューサ組立体が連続的に回転している場合でさえ水中環境の画像を提供できる）。このような実施形態により、ユーザはトランスデューサ組立体の回転速度を定めることができる。

図２は、本発明の複数の例示的な実施形態と共に使用できるソナーシステム３０を示す基本的なブロック図である。図のように、ソナーシステム３０は、複数の種々のモジュール又は構成要素を含むことができ、これらの各々は、１つ又はそれ以上の対応する機能を実行するように構成されたハードウエア、ソフトウェア、又はハードウエアとソフトウェアとの組合せのいずれかで実装されるように構成された任意のデバイス又は手段を含むことができる。例えば、ソナーシステム３０は、ソナー信号プロセッサ３２、送受信器３４、及びトランスデューサ組立体３６、及び／又は１つ又はそれ以上の多機能ディスプレイ３８のような多数の他の周辺デバイスを含むことができる。１つ又はそれ以上のモジュールは、１つ又はそれ以上の他のモジュールと通信して、１つ又はそれ以上のモジュールからのデータ、情報、又は同様のものを処理及び／又は表示するように構成することができる。モジュールは更に、例えばネットワーク４０を介することを含む幾つかの種々の方式のいずれかで互いに通信するように構成することができる。これに関して、ネットワーク４０は、例えば、イーサネット（登録商標）、ＮＭＥＡ２０００フレームワーク、又は他の適切なネットワークを含む幾つかの種々の通信バックボーン又はフレームワークのいずれかとすることができる。ネットワークは更に、ＧＰＳ、オートパイロット、エンジンデータ、コンパス、レーダーなどを含む他のデータソースに対応することができる。

ディスプレイ３８は、画像を表示するように構成することができ、ユーザからの入力を受信するように構成されたユーザインタフェース３９を含むこと、又は別の方法でこれと通信することができる。ディスプレイ３８は、例えば、従来のＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、タッチスクリーンディスプレイ、又は画像をレンダリングすることができる当技術で公知のいずれかの他の適切なディスプレイとすることができる。図２の各ディスプレイ３８はネットワーク及び／又はイーサネットハブを経由してソナー信号プロセッサ３２に接続されるように示されているが、ディスプレイ３８は、代替的に、一部の実施形態では、ソナー信号プロセッサ３２と直接通信すること、又はディスプレイ３８、ソナー信号プロセッサ３２、及びユーザインタフェース３９を単一のハウジングに収容することができる。ユーザインタフェース３９は、例えば、キーボード、キーパッド、ファンクションキー、マウス、スクローリングデバイス、入力／出力ポート、タッチスクリーン、又はユーザがそれによってシステムと対話できるいずれかの他の機構を含むことができる。更に、場合によっては、ユーザインタフェース３９を、１つ又はそれ以上のディスプレイ３８の一部分とすることができる。

例示的な実施形態では、ソナー信号プロセッサ３２、送受信器３４、及びイーサネットハブ４２、又は他のネットワークハブが、ソナーモジュール４４を構成することができる。従って、例えば、場合によっては、トランスデューサ組立体３６は、ソナーモジュール４４と通信するように単純に配置され、ソナーモジュール４４それ自体は、１つ又はそれ以上のディスプレイ３８の容易な設置を可能にするように船舶に配置できる（必ずしも固定配置で取り付ける必要はない）ように構成された移動デバイスとし、各ディスプレイ３８は、互いに離れて位置し、互いとは無関係に動作可能にすることができる。これに関して、例えば、イーサネットハブ４２は、ネットワーク４０をプラグアンドプレイ方式で各ディスプレイ３８と通信できるようにするための１つ又はそれ以上の対応するインタフェースポートを含むことができる。従って、例えば、イーサネットハブ４２は、ディスプレイ３８がイーサネットハブ４２を経由してネットワーク４０にプラグイン通信できるようにするために必要なハードウエアを含むことができるだけでなく、イーサネットハブ４２は更に、ソナーモジュール４４とディスプレイ３８のうちの１つ又はそれ以上の種々の実体との通信を可能にするための情報を提供するためのソフトウェアモジュールを含むこと、或いは別の方法で通信することができるようになっており、ディスプレイ３８は、同じモデル又は種類のディスプレイであること、或いはそうでないことが可能であり、同じ又は異なる情報を表示することができる。換言すると、ソナーモジュール４４は、所定のセットのディスプレイタイプを規定する構成設定を格納して、所定のセットのディスプレイタイプいずれかがソナーモジュール４４と通信するように配置された場合に、ソナーモジュール４４は、対応するディスプレイタイプとプラグアンドプレイ方式で動作できるようにして、対応するディスプレイタイプと互換可能にすることができる。従って、ソナーモジュール４４は、イーサネットハブ４２にアクセス可能なデバイスドライバを格納するメモリを含むことができ、このデバイスドライバにより、イーサネットハブ４２が、ソナーモジュール４４と互換可能なディスプレイと適切に連携できるようになる。ソナーモジュール４４は更に、追加的なデバイスドライバ又は送受信器を用いてアップグレードすることができ、ソナーモジュール４４と互換可能なデバイスの数及び種類を拡張することができる。場合によっては、ユーザは、ディスプレイタイプを選択してディスプレイタイプに対応しているかどうかをチェックして、ディスプレイタイプに対応していない場合には、ネットワークエンティティにアクセスして、対応するディスプレイタイプに対応できるようにするためのソフトウェア及び／又はドライバを要求することができる。

ソナー信号プロセッサ３２は、ソフトウェアにより動作する、或いは別の方法でハードウエア又はハードウエアとソフトウェアとの組合せで実装されるように構成されたデバイス又は回路（例えば、ソフトウェア制御下で動作するプロセッサ、本明細書で説明する動作を実行するよう特別に構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）として実装されるプロセッサ、或いはそれらの組合せ）のような手段であればどのような手段であってもよく、デバイス又は回路が、本明細書で説明するソナー信号プロセッサ３２の対応する機能を実行するように構成することができる。これに関して、ソナー信号プロセッサ３２は、送受信器３４によって伝えられた電気信号を解析して、ソナーシステム３０によって検知される物体の大きさ、位置、形状などを示すソナーデータを提供するように構成することができる。例えば、ソナー信号プロセッサ３２は、ソナーリターンデータを受信しソナーリターンデータを処理して、ユーザに提示するためのソナー画像データ（例えばディスプレイ３８上）を生成するように構成することができる。

場合によっては、ソナー信号プロセッサ３２は、プロセッサ、処理素子、コプロセッサ、コントローラ、或いは例えばプログラミングされメモリデバイスに格納された様々な動作又は命令を実行するように構成されたＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はハードウエアアクセラレータなどの集積回路を含む他の様々な処理手段又はデバイスを含むことができる。ソナー信号プロセッサ３２は、追加的又は代替的に、複数の互換可能な追加的なハードウエア、又はハードウエア要素及びソフトウェア要素を組み込み、信号処理又は拡張機能を実行して、ディスプレイ特性情報、データ、又は画像を改良して、時間、温度、ＧＰＳ情報、ウエイポイント指定、又はその他のような追加的なデータを収集又は処理すること、或いは外部からのデータをフィルタ処理して収集されたデータをより適切に解析することができる。プロセッサは更に、水深、魚群の存在、他の船舶の近接性などを反映するために、ユーザが決定又は調節するような注意及び警報を実装することができる。プロセッサは更に、適切なメモリと組み合わせて、入力トランスデューサデータ、又は将来的な再生若しくは送信のための画面画像を格納すること、或いは追加的な処理によって画像を変更して、ズーム若しくは側方移動を実行すること、又は魚群若しくは海底面特徴のようなデータをＧＰＳ位置若しくは温度に相関付けることができる。例示的な実施形態では、ソナー信号プロセッサ３２は、送受信器３４、及び／又はトランスデューサ組立体３６を制御しそこから受信したデータを処理するために市販のソフトウェアを実行することができる。

送受信器３４は、ソフトウェアにより動作する、或いは別の方法でハードウエア又はハードウエアとソフトウェアとの組合せで実装されるように構成されたデバイス又は回路（例えば、ソフトウェア制御下で動作するプロセッサ、本明細書で説明する動作を実行するよう特別に構成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）として実装されるプロセッサ、或いはそれらの組合せ）のような手段であればどのような手段であってもよく、デバイス又は回路が、本明細書で説明する送受信器３４の対応する機能を実行するように構成することができる。これに関して、例えば、送受信器３４は、１つ又はそれ以上の送信電気信号をトランスデューサ組立体３６に供給して、ソナーパルスとして送信される提供電気信号に基づいて音波圧力信号に変換するための回路（例えば、図２Ａに示す送信器回路７１）を含むことができる（又はこの回路と通信することができる）。送受信器３４は更に、ソナーパルスの送信に応じて受信したエコー又は他のリターン信号に基づいてトランスデューサ組立体３６で受信した音波圧力信号に応答してトランスデューサ組立体３６で生成された１つ又はそれ以上の電気信号を受信するための回路（例えば、図２Ａに示される受信器回路７２）を含むことができる（又はこの回路と通信することができる）。送受信器３４は、ソナー信号プロセッサ３２と通信して、ソナー信号の送信に関する命令を受信し、解析させる及び最終的にソナーリターンに基づいて１つ又はそれ以上のディスプレイ３８を動作させるために、ソナー信号プロセッサ３２にソナーリターンの情報を供給ことができる。一部の実施形態では、送信器回路７１及び／又は受信器回路７２は、送受信器３４又はソナーモジュール４４内に配置することができる。他の実施形態では、送信器回路７１及び／又は受信器回路７２は、トランスデューサ組立体３６内に配置することができる。同様に、一部の実施形態では、送信器回路７１及び／又は受信器回路７２は、トランスデューサ組立体３６及び送受信器３４／ソナーモジュール４４から離れて配置することができる。

例示的な実施形態によるトランスデューサ組立体３６は、ソナーシステム３０が用いられる船舶の船体又はトローリングモータに対して柔軟性のある取り付けをもたらすように構成された１つ又はそれ以上のハウジングを設けることができる。これに関して、ハウジングは、例えば、複数の軸に対して調整可能となっており、ハウジング及び／又はハウジングに含まれるトランスデューサ素子の回転を可能にするブラケットを含み、船舶の船体或いは船舶に取り付けることができるデバイス又は構成要素（例えば、トローリングモータ、他の可動型デバイス、又は船舶の船体に対して取り付け可能な別の構成要素）に設けることができる。一部の実施形態では、この方法に関して、ハウジングは、トランスデューサ組立体３６のトランスデューサ素子が３６０度回転できるように船舶に取り付けることができる。

トランスデューサ組立体３６は、以下に詳細に説明するように、ハウジング内に位置決めされた１つ又はそれ以上のトランスデューサ素子を含むことができる。一部の実施形態では、各トランスデューサ素子は、船舶の下又は側面の種々の方向を向くようにハウジング内に位置決めすることができる。例えば、一部の例示的なトランスデューサ組立体（例えば、図３Ａ、４Ａ、７、又は８に図示）は、トランスデューサ素子が概して外向き及び下向きに方向付けられるようにハウジング内で方向付けられるように構成されている。更に、本明細書で詳細に説明するように、トランスデューサ組立体内の各トランスデューサ素子は、他のトランスデューサ素子に関連して取り付けて、対応するビームパターンが互いに関連するボリュームの音波を当てることができる。

トランスデューサ素子は、電気エネルギーを音響エネルギーに変換（すなわち送信）し、更に音響エネルギーを（例えば検知された圧力変化を介して）電気信号に変換（すなわち受信）することができるが、一部のトランスデューサは、送信器として動作することなく音響エネルギーを電気信号に変換する、又は受信器として動作することなく電気信号を音響エネルギーに変換するように動作するための水中聴音器としてのみ動作することができる。トランスデューサ組立体の要求される動作に応じて、各トランスデューサ素子は、必要に応じてソナーパルスを送信する及び／又はソナーリターンを受信するように構成することができる。

一部の実施形態では、トランスデューサ組立体３６は、ソナーパルスを送信しソナーリターンを受信するように構成されたトランスデューサ素子とソナーリターンを受信するためにだけに構成されたトランスデューサ素子との組合せを含むことができる。例えば、図２Ａに関して、トランスデューサ組立体３６は、送信専用に構成された第１のトランスデューサ素子６６及び受信専用に構成された第２のトランスデューサ素子６２を含むことができる。

一部の実施形態では、第１のトランスデューサ素子６６は、送信専用トランスデューサ素子として構成することができる。このような送信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信するように構成することができる。例えば、図２Ａに図示する実施形態では、送受信器３４及び／又はソナー信号プロセッサ３２は、第１のトランスデューサ素子６６に送信信号を送信して第１のトランスデューサ素子６６にソナーパルスを送信させるように構成することができる。一部の実施形態では、送信信号は、送信器回路７１を介して送信することができる。

一部の実施形態では、第２のトランスデューサ素子６２は、受信専用トランスデューサ素子として構成することができる。このような受信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信することなくソナーリターンを受信するように構成することができる。特に、受信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルス（例えば第１のトランスデューサ素子６６によって送信されたソナーパルス）からのソナーリターンを受信して、ソナーリターンの音響エネルギーを、音響エネルギーを表わす電気信号形式のソナーリターンデータに変換するように構成することができる。例えば、図２Ａに図示する実施形態では、第２のトランスデューサ素子６２は、送受信器３４及び／又はソナー信号プロセッサ３２にソナーリターンデータを送信し、ソナー画像データを処理及び生成して、ユーザに（例えばディスプレイ３８によって）提示するように構成される。一部の実施形態では、ソナーリターンデータは、受信器回路７２を介して送受信器／プロセッサに送信することができる。従って、一部の実施形態では、受信専用トランスデューサ素子は、受信器回路７２のみを介して送受信器／プロセッサと通信することができ、送信器回路７１を介して送受信器／プロセッサと通信できない。図２Ａに図示するトランスデューサ組立体３６と整合性があるトランスデューサ組立体の更なる実施例を、図３Ａに関して図示及び説明する。

他の実施形態では、トランスデューサ組立体３６は、ソナーパルスを送信する及び／又はソナーリターンを受信するように構成されたトランスデューサ素子の任意の組合せ又は任意の数のトランスデューサ素子（例えば、２つの受信専用トランスデューサ素子及び１つの送信専用トランスデューサ素子、２つの送信専用トランスデューサ素子及び２つのそれぞれの受信専用トランスデューサ素子など）を含むことができる。この方式に関して、一部の実施形態では、１つ又はそれ以上のトランスデューサ素子を送信／受信トランスデューサ素子として構成して、ソナーパルスを送信する及びソナーリターンを受信するように構成することができる。これに関して、送信／受信トランスデューサ素子は、送信器回路７１及び受信器回路７２の両方を介して送受信器／プロセッサと通信することができる。

一部の実施形態では、トランスデューサ組立体３６は、方位センサ６９を含むことができる（又はこれと通信することができる）。一部の実施形態では、方位センサ６９は、少なくとも１つのトランスデューサ素子（例えば、第２のトランスデューサ素子６２）の方位を検知するように構成することができる。追加的に、方位センサ６９は、送受信器／プロセッサと通信することができ、検知した方位情報を送受信器３４及び／又はプロセッサ３２に供給することができる。このような実施形態では、本明細書で詳細に説明するように、検知された方位は、特定のソナーリターンデータに関連付けることができ、第２のトランスデューサ素子６２から（例えば受信器回路７２を介して）送受信器／プロセッサに送信することができる。

一部の実施形態では、各トランスデューサ素子は任意の形状を含むことができる。トランスデューサ素子の形状は、多くの場合、トランスデューサ素子がソナーパルスを送信するときに形成されるビームの種類（例えば、円形トランスデューサ素子は円錐形のビームを発し、線形トランスデューサは扇形ビームを発するなど）を決定する。一部の実施形態では、トランスデューサ素子は、１つのトランスデューサ素子を形成するように位置する１つ又はそれ以上のトランスデューサ素子を含むことができる。例えば、線形トランスデューサ素子は、同一線上になるように互いに整列された２つ又はそれより多くの矩形トランスデューサ素子を含むことができる。一部の実施形態では、同一線方式で（例えば、端と端を接して）整列された３つのトランスデューサ素子は、１つの線形トランスデューサ素子を規定することができる。

同様に、トランスデューサ素子は、送信時に種々のソナーパルス特性をもたらすための種々の種類の材料を含むことができる。例えば、材料の種類は、ソナーパルスの強度を決定することができる。追加的に、材料の種類は、トランスデューサ素子で受信されるソナーリターンに影響を与えることができる。このように、本発明の実施形態は、トランスデューサ素子の形状又は材料を制限することを意図するものではない。実際には、図示され説明される実施形態は一般的に、圧電性材料で作られた方形又は線形トランスデューサ素子を示すが、材料の他の形状及び種類も本発明の実施形態に適用可能である。

一部の実施形態では、各トランスデューサ素子は、周波数の配列にわたる動作を含む任意の周波数で動作するように構成することができる。この方式に関して、多くの種々の動作範囲には、それに対応する異なるトランスデューサ素子のサイズ及び形状（及び対応する異なるビーム幅特性）を提供できることを理解されたい。更に、場合によっては、ソナーモジュール４４は、可変周波数セレクタを含み、オペレータが現在の動作条件に関する特定の周波数選択を選択できるようにできる。

一部の実施形態では、トランスデューサ素子は、線形トランスデューサ素子を規定して、扇形ビームによって規定されたボリューム内でソナーパルスを送信する及び／又はソナーリターンを受信するように構成することができる。このような扇形ビームは、トランスデューサ素子の長さ方向と実質的に垂直な方向の広いビーム幅、及びトランスデューサ素子の長さ方向と実質的に平行な方向の狭いビーム幅を有することができる。

追加的に、一部の実施形態では、線形トランスデューサ素子は、少なくとも２つの動作周波数に従って動作するように構成することができる。これに関して、ソナーモジュール４４は、例えば、ユーザが少なくとも２つの動作周波数のうちの１つを選択できるようにするための周波数選択機能を提供することができる。１つの実施例では、１つの動作周波数を、約８００ｋＨｚに設定することができ、別の動作周波数を約４５５ｋＨｚに設定することができる。更に、各トランスデューサ素子の長さを約６０ｍｍに設定する（又は、場合によっては、本明細書に示すように、長さ方向の順番に整列された３つのトランスデューサ素子を用いて１８０ｍｍに設定する）ことができ、幅が約３ｍｍに設定され、これによって、８００ｋＨｚでは約１．５度×約３２度、又は４５５ｋＨｚでは約３．５度×約５６度の扇に対応するビーム特性を生成する。例えば、４５５ｋＨｚで動作する場合、トランスデューサ素子６０の長さ及び幅は、トランスデューサ素子６０によって生成された、トランスデューサ素子６０の長さ方向の長さ（Ｌ）及び並行方向のソナービームのビーム幅が、トランスデューサ素子６０の長さ方向の長さ及び垂直方向のソナービームのビーム幅（ｗ）の約５パーセント未満とすることができる。このように、一部の実施形態では、トランスデューサ素子に関して任意の長さ及び幅を用いることができる。８インチより長い長さは、上記で示したトランスデューサ素子より低い動作周波数に適することができ、８インチより短い長さは、上記に示したトランスデューサ素子より高い動作周波数に適することができる。

様々なビームの幅を本明細書に図示及び説明しているが、参照される幅は、水中に存在する音響エネルギーの限度を規定する実際の境界に必ずしも対応するものでない点に留意されたい。このように、ビームパターン及びビームパターンの投影は、概して、その境界が、固定的で、典型的には幾何学的な形状で、鋭角で規定されているように示されているが、これらの境界は単に、送信されたビームに対する‐３ｄＢ（又はその半分の出力）ポイントに対応している。換言すると、図示の境界の外側で測定された音響エネルギーは、送信されたエネルギーの半分を下回るが、この音響エネルギーはそれにも関わらず存在する。従って、図示の境界の一部は、単に理論的に半分の出力ポイントの境界である。

一部の実施形態では、トランスデューサ素子は、方形トランスデューサ素子を規定して、方形ビームによって規定されたボリューム内でソナーパルスを送信する又はソナーリターンを受信するように構成することができる。このような方形ビームは、トランスデューサ素子の長さ方向と実質的に垂直な方向及び実質的に平行な方向の広いビーム幅を有することができる。

前述の実施形態では、線形トランスデューサ素子及び方形トランスデューサ素子を詳述しているが、本発明の一部の実施形態は、任意の形状のトランスデューサ素子、及び任意の形状のビームによって規定されるボリューム内でのソナーパルスの送信又はソナーリターンの受信を意図している。

前述したように、本発明の一部の実施形態は、船舶の下の水中環境の３６０度画像化を行うように構成されたソナートランスデューサ組立体を提供する。図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、船舶１００のトローリングモータ１２０に取り付けられた例示的なソナートランスデューサ組立体１３６を示す。

一部の実施形態では、ソナートランスデューサ組立体は、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子を含むことができる。送信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成することができる。例えば、図３Ａ及び３Ｂに関して、トランスデューサ組立体１３６は、外向き（図３Ａに図示）及び下向き（図３Ｂに図示）に方向付けられ、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波１４０を発するように構成された送信専用トランスデューサ素子を含む。

一部の実施形態では、第１のボリュームは、方形ビームによって規定することができる。方形ビームは、第１の平面（例えば、水面と実質的に平行な方向）及び第１の平面に垂直な第２の平面（例えば、水面と実質的に垂直な方向）での比較的に広いビーム幅によって規定することができる。例えば、図３Ａに関して、第１のボリューム１４０は、水面１１０と実質的に平行な方向（例えば、水平ビーム幅）で比較的に広いビーム幅（例えば、３０度）を規定する。追加的に、図３Ｂに関して、第１のボリューム１４０は、水面１１０と実質的に垂直な方向（例えば、垂直ビーム幅）で比較的に広いビーム幅（例えば、３０度）を規定する。このような方法において、第１のボリュームは、ソナーパルスの送信に関して大きなボリュームを規定することができる。

一部の実施形態では、ソナートランスデューサ組立体は、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子を含むことができる。受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリューム内でのソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成することができる。一部の実施形態では、第２のボリュームは、扇形ビームが第１の平面（例えば、水面と実質的に平行な方向）での比較的に狭いビーム幅及び第１の平面に垂直な第２の平面（例えば、水面と実質的に垂直な方向）での比較的に広いビーム幅によって規定されるように扇形ビームを規定することができる。一部の実施形態では、第２のボリュームは、第１のボリュームより小さくすることができ、受信専用トランスデューサは、第２のボリュームが第１のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けることができる。例えば、図３Ａ及び３Ｂに関して、トランスデューサ組立体１３６は、外向き（図３Ａに図示）及び下向きに方向付けられ、第２のボリューム１５０内でのソナーリターンを受信するように構成された受信専用トランスデューサ素子（図示しないが、図３Ｂに示されるように、水面と垂直な方向の第１のボリューム１４０のビームパターンと概して整合性がある）を含む。第２のボリューム１５０は、水面１１０と実質的に平行な方向（例えば、水平ビーム幅）で比較的に狭いビーム幅（例えば、２度）を規定する。追加的に、第２のボリューム１５０は、水面１１０と実質的に垂直な方向（例えば、垂直ビーム幅）で比較的に広いビーム幅（例えば、３０度）を規定する。第２のボリューム１５０は、第１のボリューム１４０より小さく、第１のボリューム１４０内に完全に包含される。このような方法において、小さな第２のボリューム１５０は、小さなボリュームに焦点が当てられた集束ソナーリターンを受信して高品質画像を提供することができる。

前述したように、一部の実施形態では、ソナートランスデューサ組立体は、トランスデューサ素子が船舶に対して３６０度回転できるように船舶に取り付けることができるハウジングを含むことができる。図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃに関して、トランスデューサ組立体１２６（及びそれに含まれるトランスデューサ素子）は、トローリングモータ１２０と一緒に船舶１００に対して３６０度回転できるようにトローリングモータ１２０に取り付けることができる。例えば、図３Ａに関して、船舶１００の概して前方でソナーパルス（例えば、第１のボリューム１４０で規定）を送信し、ソナーリターン（例えば、第２のボリューム１５０で規定）を受信するようにトランスデューサ組立体１３６及びトローリングモータ１２０を方向付けることができる。しかしながら、図３Ｃに関して、ソナートランスデューサ組立体１３６は、船舶１００の前方から時計周りに概して４５度の方向でソナーパルス（例えば、第１のボリューム１４０´で規定）を送信し、ソナーリターン（例えば、第２のボリューム１５０´で規定）を受信するように回転させる（例えば、矢印Ａに沿う）ことができる。この回転は、トランスデューサ組立体１３６が船舶の前方に対して任意の角度でソナーパルスを送信しソナーリターンを受信できるように続けることができる（例えば、トランスデューサ組立体１３６は３６０度回転することができる）。

前述した実施形態は、３６０度回転を可能にするようにトローリングモータに取り付けられたソナートランスデューサ組立体を詳述しているが、本発明の一部の実施形態は、トランスデューサ素子の３６０度の回転を可能にするための別の方法も意図している。例えば、図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃに関して、別の例示的なソナートランスデューサ組立体１２５は、船舶１００に対するトランスデューサ素子の３６０度回転を可能にするように構成されている。しかしながら、トランスデューサ組立体１２５は、船舶１００に取り付けられ、船舶１００に対してトランスデューサ素子を別々に回転するように構成されている。このような回転は、任意の手段（例えば、モータ、手動など）によって実現することができる。例えば、図４Ａに関して、船舶１００の後方から反時計周りに概して４５度方向にソナーパルス（例えば、第１のボリューム１４０で規定）を送信しソナーリターン（例えば、第２のボリューム１５０で規定）を受信するようにトランスデューサ組立体１２５を方向付けることができる。しかしながら、図４Ｃに関して、トランスデューサ組立体１２５は、船舶１００の後方から反時計周りに概して６０度の方向にソナーパルス（例えば、第１のボリューム１４０´で規定）を送信しソナーリターン（例えば、第２のボリューム１５０´で規定）を受信するように方向付けられるように回転させる（例えば、矢印Ｂに沿う）ことができる。この回転は、トランスデューサ組立体１２５が、船舶の前方に対して任意の角度でソナーパルスを送信しソナーリターンを受信できるように、続けることができる（例えば、トランスデューサ組立体１２５は３６０度回転することができる）。

この方法に関して、図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃのトランスデューサ組立体１３６と同様に、図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃのトランスデューサ組立体１２５は、外向き（図４Ａに図示）及び下向き（図４Ｂに図示）に方向付けられ、ソナーパルスを送信して第１のボリューム１４０での音波を当てるように構成された、送信専用トランスデューサ素子を含むことができる。第１のボリューム１４０は、水面１１０と概して平行な方向の比較的に広いビーム幅（図４Ａに図示）及び水面１１０と概して垂直な方向の比較的に広いビーム幅（図４Ｂに図示）を規定する。トランスデューサ組立体１２５は、外向き（図４Ａに図示）及び下向きに方向付けられ更に第２のボリューム１５０内のソナーリターンを受信するように構成された受信専用トランスデューサ素子（図示しないが、図４Ｂに示すような水面と垂直な方向の第１のボリューム１４０のビームパターンと概して整合性がある）を含む。第２のボリューム１５０は、水面１１０と概して平行な方向の比較的に狭いビーム幅（図４Ａに図示）及び水面１１０と概して垂直な方向の比較的に広いビーム幅を規定する。このような方法において、第２のボリューム１５０は、第１のボリューム１４０より小さく、第１のボリューム１４０内の完全に包含される。

追加的に、前述したように、本発明の一部の実施形態は、トランスデューサ組立体が可変速度で回転している間の画像化を可能にするトランスデューサ組立体を提供する。換言すると、一部の実施形態では、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び受信専用トランスデューサ素子が可変速度で回転している間に、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成される。更に、一部の実施形態では、ソナートランスデューサ組立体は、連続的に回転している間の（例えば、一時停止がない）画像化を提供することができる。このような実施形態では、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び受信専用トランスデューサ素子の回転を一時停止する必要なく、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている。更に、一部の実施形態では、トランスデューサ組立体は、ユーザにより定められた速度で回転している間の画像化を提供することができる。従って、このような実施形態では、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び受信専用トランスデューサ素子がユーザにより定められた速度で回転している間に少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成される。

このような利点は、従来のトランスデューサ組立体を利用することでは認識されていない。しかしながら、一部の例示的なトランスデューサ組立体の構成は、これらの利点を実現することができる。例えば、一部の実施形態では、トランスデューサ組立体は、大きな第１のボリューム（例えば、図３Ａに示された３０度）でソナーパルスを送信する送信専用トランスデューサ素子と、小さな第２のボリューム（例えば、図３Ａに示された２度）でソナーリターンを受信する受信専用トランスデューサ素子を含む。更に、受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリュームが第１のボリューム内に完全に包含されるように方向付けられる（例えば、第２のボリューム１５０は第１のボリューム１４０内に中心合わせされる）。このようにして、トランスデューサ組立体が回転するときに、ソナーパルスは、広い角度の円弧内で利用可能であり、ソナーリターンは、狭い角度の円弧内でのみ必要とされる。

換言すると、音波が時間的に遅延すること及びトランスデューサ組立体の回転速度が不明であることに起因して、受信専用トランスデューサ素子がどこでソナーパルスに適切なソナーリターンを取り込む必要があるかを予測することは困難である。従って、図３Ａの図示の実施形態は、ソナーリターンを取り込むための第２のボリュームの両側に対してソナーパルスに１４度追加することができる。付加的な１４度には、音波が時間的に遅延すること及びトランスデューサ組立体の回転速度が不明であることが考慮されている。これに関して、トランスデューサ組立体が能動的に回転する可能性がある場合にでさえ、受信専用トランスデューサ素子は、画像を生成するのに適した詳細なソナーリターンを受信することができる。実際に、第１のボリューム内に集束する第２のボリュームにより、トランスデューサ組立体は、両方向に回転することができる。

前述した実施形態は、ソナーリターンを取り込むための第２のボリュームの両側に対するソナーパルスの追加的な１４度を詳述しているが、一部の実施形態は別の構成を意図している。実際には、第２のボリュームを第１のボリュームとは異なるように位置決めすることができる。更に、前述したように、一部の実施形態では、第１のボリュームは、種々のビーム特性（例えば、４５度、６０度など）で規定することができる。同様に、第２のボリュームは、種々の特性（例えば、１度、５度、１５度など）で規定することができる。更に、本明細書に詳しく説明するように、例示的なトランスデューサ組立体の一部の構成は、１つより多い送信専用トランスデューサ素子及び／又は受信専用トランスデューサ素子を含むことができる。

前述したように、本発明の一部の実施形態は、ソナー信号プロセッサを含む。一部の実施形態では、ソナー信号プロセッサは、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子からのソナーリターンデータを受信しソナーリターンデータを処理して、それに対応する第２のボリューム（例えば、ソナーリターンデータの元になる第２のボリューム）に関するソナー画像データを生成するように構成される。

一部の実施形態では、ソナー信号プロセッサは更に、水中環境の画像を形成するように構成される。この方法に関して、一部の実施形態では、ソナー信号プロセッサは、ソナートランスデューサ組立体の回転に対応する位置にそれぞれ整列した第２のボリュームのソナー画像データから得られるソナー画像の合成として水中環境の画像を形成するように構成される。ソナートランスデューサ組立体が回転するときに、受信専用トランスデューサ素子は、様々な異なる第２のボリュームからのソナーリターンを取り込むことになる。これらのソナーリターンは、処理され、ソナー信号プロセッサによってソナー画像に形成される。次に、ソナー信号プロセッサは、ソナーリターンを受信したときに受信専用トランスデューサ素子の位置及び方位に対応する適正な順序で（それぞれの第２のボリュームで規定）ソナー画像を整列させることによって水中環境の画像を形成することができる。

この方法に関して、一部の実施形態では、ソナートランスデューサ組立体は、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の方位を検知するように構成された方位センサを含むことができる。検知された方位は、それぞれの第２のボリュームに関するソナーリターンに関連付けることができる。更に、検知された方位は、第２のボリュームの各々のソナー画像を整列させることを支援するためにソナー信号プロセッサに送信することができる。例えば、各ソナー画像が関連する方位を有し、それにより、ソナー信号プロセッサが、ソナー画像の整列を決定して水中環境の画像を形成することができる。更に、一部の実施形態では、ソナー信号プロセッサは、画像を形成するときに、関連するソナーリターンの方位と比較した場合の船舶の比較的な方位を考慮に入れることができる。

図５は、水中環境の例示的な表示を示す図面を示している。トランスデューサ組立体は、１６２に位置し、受信専用トランスデューサ素子は、第１のボリューム１７１に関連する方位のソナーリターンを受信するように方向付けることができる。ソナー信号プロセッサは、第１のボリューム１７１に関連するソナーリターンを処理し、方位を使用して、水中環境の地図１６０上に第１のボリューム１７１のソナー画像を位置決めすることができる。第１のボリューム１７１のソナー画像は、物体１６５の一部分を含むことができる。

図５Ａを参照すると、トランスデューサ組立体が時計回りに回転するときに、追加的なソナー画像を水中環境の地図１６０上に整列させることができる。図示の実施形態では、受信専用トランスデューサ素子が、時計回りにわずかに回転して第２のボリューム１７２内のソナーリターンを取り込むことができる。更に、受信専用トランスデューサ素子は、時計回りにわずかに回転して第３のボリューム１７３内のソナーリターンを取り込むことができる。ソナー信号プロセッサは、第２及び第３のボリューム１７２及び１７３に関連するソナーリターンを処理し、それぞれの方位を使用して、水中環境の地図１６０上にボリューム１７２及び１７３のソナー画像を位置決めして、更に画像を規定することができる。図５Ａに示すように、物体１６５の更なる詳細は、第２及び第３のボリューム１７２及び１７３からのソナー画像を追加することによって視認することができる。これに関して更に、トランスデューサ組立体が回転するときに、水中環境の画像を規定することができる（例えば、完成するまで）。

前述したように、本発明の一部の実施形態は、トランスデューサ組立体が可変速度で回転している間の画像化を可能にするように構成されたトランスデューサ組立体の提供に努める。これに関して、上記の開示との整合性があるように、受信専用トランスデューサ素子は、連続的に位置していないボリュームからのソナーリターンを取り込むことができる。例えば、トランスデューサ組立体が回転する速度は、ソナーリターンの間の間隙が生じる可能性がある。ソナー信号プロセッサは、一部の実施形態では、水中環境の画像を形成するときにこのような間隙を考慮に入れるように構成することができる。実際には、ソナーリターンに関連する検知された方位を使用することは、それぞれのボリュームの各ソナー画像の適切な整列を支援することができる。例えば、図６は、図５Ａに示す環境と同じ水中環境１６０の画像を示している。しかしながら、トランスデューサ組立体は、第２及び第３のボリューム１７２´及び１７３´のソナー画像が、図５Ａに示す第２及び第３のボリューム１７２及び１７３のソナー画像とは異なり可変速度で回転している。これに関して、ソナー信号プロセッサが、そのそれぞれの方位を使用して水中環境の地図１６０上に第２及び第３のボリューム１７２´及び１７３´のソナー画像を適切に整列させることによって、可変の回転速度が考慮される。例えば、図示の実施形態では、物体１６５が、ボリューム１７２´及び１７３´それぞれにおける１６５´及び１６５´´の部分で示されている。

一部の実施形態では、ソナー信号プロセッサは、ソナーリターンを処理して３次元ソナー画像データを生成するように構成される。追加的に、一部の実施形態では、ソナー信号プロセッサは、３次元ソナー画像データに基づいて水中環境の３次元画像を形成するように構成される。例えば、一部の例示的なトランスデューサ組立体のトランスデューサ素子が向く方向は、３次元スキャニングを可能にすることができる（例えば、トランスデューサ素子を前向きにすることができる）。このようにして、一部の実施形態では、３次元画像の形成が可能である。このように、本発明の一部の実施形態は、３次元スキャニング及びユーザへの提示のための画像化を意図している。

前述したように、本発明の一部の実施形態は、送信専用素子及び／又は受信専用素子の種々の構成を備えるトランスデューサ組立体を意図している。例えば、一部の実施形態は、少なくとも１つの受信専用素子が、第２の受信専用トランスデューサ素子を含むことができる。第２の受信専用トランスデューサ素子をハウジング内に位置決めし、外向き及び下向きに方向付けし、第２の扇形ビームで規定された第２のボリューム内でソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成することができる。第２の扇形ビームは、水面と実質的に平行な方向の比較的に狭いビーム幅及び水面と実質的に平行な方向の比較的に広いビーム幅で規定することができる。第３のボリュームは、第１のボリュームより小さくすることができ、第２の受信専用トランスデューサ素子は、第３のボリュームが、第２のボリュームと異なり、第１のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けることができる。これに関して、トランスデューサ素子は、１つの送信専用トランスデューサ素子及び２つの対応する受信専用トランスデューサ素子を含むことができる。例えば、図７を参照すると、トランスデューサ組立体２３６は、外向き及び下向きに方向付けられ、ソナーパルスを送信して第１のボリューム２４０での音波を当てるようにしてように構成された、送信専用トランスデューサ素子を含むことができる。第１のボリューム２４０は、水面と実質的に平行な方向の比較的に広いビーム幅と水面と実質的に垂直な方向の比較的に広いビーム幅を規定する。トランスデューサ組立体２３６は更に、外向き及び下向きに方向付けられ、第２のボリューム２５１内のソナーリターンを受信するように構成された第１の受信専用トランスデューサ素子を含む。トランスデューサ組立体２３６は更に、外向き及び下向きに方向付けられ、第３のボリューム２５２内のソナーリターンを受信するように構成された第２の受信専用トランスデューサ素子を含む。第２のボリューム２５１及び第３のボリューム２５２は各々、水面と実質的に平行な方向の比較的に狭いビーム幅及び水面と実質的に垂直な方向の比較的に広いビーム幅を規定する。このような方法において、第２のボリューム２５１及び第３のボリューム２５２は各々、第１のボリューム２４０より小さく、第１のボリューム２４０内に完全に包含される。図７の図示の実施形態では、第２のボリューム２５１は、第３のボリューム２５２から離間しているが、第１のボリューム２４０内に包含される。

更に、このような実施形態では、方位センサは、各受信専用トランスデューサ素子専用とすることができる。この方法に関して、ソナー信号プロセッサは、水中環境の画像を形成するために各受信専用トランスデューサ素子に対応するソナー画像を適切に整列させるように構成することができる。例えば、画像を形成するときに、各ソナーリターン受信に関するボリューム（例えば、２つの受信専用トランスデューサ素子に関する２つのボリューム）を整列させることができる。各ボリュームは、その個々の対応する方位に従って整列させることができる。

前述したように、第１のボリューム、第２のボリューム、及び／又は第３のボリュームは各々、任意のビーム特性を規定することができ、互いに関連して任意の方法で位置決めすることができる。例えば、一部の実施形態では、受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリューム及び第３のボリュームが各々、第１のボリュームの中心線のいずれかの側に約１０度傾くようにハウジング内で方向付けることができる。代替的に、一部の実施形態では、受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリューム及び第３のボリュームが隣接するようにハウジング内で方向付けることができる。

前述した方法に関して、図８に示すソナートランスデューサ組立体の別の例示的な構成は、第２の送信専用トランスデューサ素子及び対応する第２の受信専用トランスデューサ素子を含むことができる。この、第２の送信専用トランスデューサ素子及び対応する第２の受信専用トランスデューサ素子からなる第２のセットは、第１の送信専用トランスデューサ素子及び対応する第１の受信専用トランスデューサ素子からなる第１セットとは異なるようにハウジング内で方向付けることができる。このような方法において、トランスデューサ組立体は、広範な探知範囲を実現することができる。図８を参照すると、トランスデューサ組立体３３６は、外向き及び下向きに方向付けられ、ソナーパルスを送信して第１のボリューム３４１での音波を当てるように構成された、第１の送信専用トランスデューサ素子を含むことができる。第１のボリューム３４１は、水面と実質的に平行な方向の比較的に広いビーム幅及び水面と実質的に垂直な方向の比較的に広いビーム幅を規定する。トランスデューサ組立体３３６は更に、外向き及び下向きに方向付けられ第２のボリューム３５１内のソナーリターンを受信するように構成された第１の受信専用トランスデューサ素子を含む。トランスデューサ組立体３３６は更に、外向き及び下向きに方向付けられソナーパルスを送信して第３のボリューム３４２での音波を当てるように構成された第２の送信専用トランスデューサ素子と、外向き及び下向きに方向付けられ第４のボリューム３５２内のソナーリターンを受信するように構成された第２の受信専用トランスデューサ素子とを含む。第２のボリューム３５１及び第４のボリューム３５２は各々、水面と実質的に平行な方向の比較的に狭いビーム幅及び水面と実質的に垂直な方向の比較的に広いビーム幅を規定する。更に第２のボリューム３５１は、第１のボリューム３４１より小さく、第１のボリューム３４１内に完全に包含される。同様に、第４のボリューム３５２は、第３のボリューム３４２より小さく、第３のボリューム３４２内に完全に包含される。図８に図示する実施形態では、第１のボリューム３４１は、第３のボリューム３４２から離間し、より広い探知範囲のボリュームのソナーパルスを依然として提供する。前述したように、第１のボリューム、第２のボリューム、第３のボリューム、及び／又は第４のボリュームは各々、任意のビーム特性を規定することができ、互いに関連して任意の方法で位置決めすることができる。

一部の実施形態では、トランスデューサ組立体は、フェーズドアレイ受信素子を組み込むように構成することができる。例えば、一部の実施形態では、受信専用トランスデューサ素子が、フェーズドアレイ受信器を含むことができる。フェーズドアレイ受信器は、複数の近接して離間したビームパターンでビームを形成してソナーリターンを受信するように構成することができる。各ビームは、別々のソナーリターンを受信し、そのソナーリターンをソナー信号プロセッサに送信して処理させることができる。例えば、フェーズドアレイ受信器は、互いに近接して離間した３つの１度ビームパターンでビームを形成することができる。このような実施形態では、フェーズドアレイ受信器は、小さな物理的サイズをもたらすが（取り付け目的での利点）、その探知範囲をより広い範囲（例えば、３度のソナーリターン）とすることができる。このような実施形態では、３つの別々の受信チャネルを使用してソナーリターンをソナー信号プロセッサに送信することができる。代替的に、一部の実施形態では、周波数スキャンフェーズドアレイを使用してソナーリターンを受信することができる。このように、１つのチャネルを使用してソナーリターンをソナー信号プロセッサに送信することができる。

図９は、例示的な実施形態４００によるトランスデューサ組立体を動作させるための例示的な方法によるフローチャートを示している。破線で示される動作は、本発明の実施形態に関して必ず実行される必要がある。図９に関して示し説明する動作の一部は、例えば、プロセッサ３２又は１つ又はそれ以上の送受信器３４による支援及び／又は制御のもとで実行することができる。動作４０２は、送信信号を送信して送信専用トランスデューサ素子にソナーパルスを送信させる段階を含むことができる。プロセッサ３２、送受信器３４、又は送信器回路７１は、例えば、動作４０２を実行するための手段を提供することができる。動作４０４は、送信専用トランスデューサ素子からソナーパルスを送信する段階を含むことができる。

動作４０６は、受信専用トランスデューサ素子でソナーパルスからのソナーリターンを受信する段階と、ソナーリターンをソナーリターンデータに変換する段階とを含むことができる。動作４０８は、ソナーリターンを示すソナーリターンデータをプロセッサに送信する段階を含むことができる。送受信器３４又は受信器回路７２は、例えば動作４０８を実行するための手段を提供することができる。

動作４０１は、ソナーリターンデータを処理する段階を含むことができる。プロセッサ３２は、例えば動作４１０を実行するための手段を提供することができる。動作４１２は、ソナー画像データから得られ、送信専用トランスデューサ及び受信専用トランスデューサの回転に対応する位置にそれぞれ整列された、ソナー画像の合成画像として水中環境の画像を形成する段階を含むことができる。プロセッサ３２は、例えば、動作４１２を実行するための手段を提供することができる。

動作４１４は、水中環境の画像を表示する段階を含むことができる。プロセッサ３２、ユーザインタフェース３９、又はディスプレイ３８は、例えば動作４１４を実行するための手段を提供することができる。

図９で説明した実施形態は１つの例示的なトランスデューサ組立体を動作させる段階を詳述しているが、本発明の一部の実施形態は、本明細書で説明する任意の例示的なトランスデューサ組立体を動作させるための方法を意図している。

一部の実施形態では、任意の例示的なトランスデューサ組立体（又はソナーシステム）を製造する方法を本明細書で説明する。例えば、一部の実施形態では、水域の表面を移動できる船舶用のソナートランスデューサシステムを組み立てるための方法が提供される。本方法は、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の３６０度回転を可能にするように船舶に取り付けることができるハウジングを提供する段階を含む。本方法は、外向き及び下向きに方向付けられるようにハウジング内で少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子を取り付ける段階を更に含む。少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子は、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成することができる。本方法は更に、外向き及び下向きに方向付けられるようにハウジング内の少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子を取り付ける段階を含む。ハウジングは、少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が船舶に対して３６０度回転できるように船舶に取り付けることができる。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、扇形ビームによって規定された第２のボリューム内でソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成することができる。扇形ビームは、水面と実質的に平行な方向の比較的に狭いビーム幅及び水面と実質的に垂直な方向の比較的に広いビーム幅によって規定することができる。第２のボリュームは、第１のボリュームより小さくすることができ、少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、第２のボリュームが第１のボリューム内に完全に包含されるようにハウジング内で方向付けることができる。少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成することができる。

前述の説明及び関連図面で示す教示の恩恵を有しこれらの実施形態に関係する当業者であれば、本明細書に示す本発明の多くの変更例及び別の実施形態を想起するであろう。従って、本発明は、開示する特定の実施形態に限定されるものではなく、変更例及び別の実施形態は、特許請求の範囲に含まれることを理解されたい。特定の用語が本明細書で用いられているが、これらは、一般的な説明の意味でのみ用いられており、限定する目的ではない。

３０ソナーシステム
３２ソナー信号プロセッサ
３４送受信器
３６トランスデューサ組立体
３８ディスプレイ
３９ユーザインタフェース
４０ネットワーク
４２イーサネットハブ
４４ソナーモジュール

Claims

ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられ、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成された少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子と、
前記ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられ、扇形ビームによって規定された第２のボリューム内で前記ソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成された少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子と、
を備える船舶用ソナートランスデューサ組立体であって、
前記扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び前記第１の平面に垂直な第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定され、前記第２のボリュームは、前記第１のボリュームより小さく、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、前記第２のボリュームが前記第１のボリューム内に完全に包含されるように前記ハウジング内で方向付けられ、
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が前記船舶に対して回転できるように前記船舶に取り付けることができる、船舶用ソナートランスデューサ組立体。
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が前記船舶に対して約３６０度回転できるように前記船舶に取り付けことができる、請求項１に記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、前記ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成されており、前記ソナートランスデューサ組立体は更に、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子からのソナーリターンデータを受信しソナーリターンデータを処理して対応する前記第２のボリュームに関するソナー画像データを生成するように構成されたソナー信号プロセッサを含み、前記ソナー信号プロセッサは更に、前記第２のボリュームのソナー画像データから得られ、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサの回転に対応する位置にそれぞれ整列された、ソナー画像の合成画像として水中環境の画像を形成するように構成されている、請求項１又は２に記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の方位を検知するように構成された方位センサを更に備え、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の検知された方位は、第２のボリュームの各々に関するソナーリターンデータに関連付けられ、前記ソナー信号プロセッサは、前記検知された方位、関連付けられたソナーリターンデータ、及び前記船舶の方位に基づいて前記水中環境の画像を形成するように構成されている、請求項３に記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の回転運動を検知するように構成されたセンサを更に備え、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の検知された回転運動は、第２のボリュームの各々に関するソナーリターンデータに関連付けられ、前記ソナー信号プロセッサは、前記検知された回転運動及び関連付けられたソナーリターンデータに基づいて前記水中環境の画像を形成するように構成されている、請求項３に記載のソナートランスデューサ組立体。
前記ソナー信号プロセッサは、ソナーリターンを処理して３次元ソナー画像データを生成するように構成され、該３次元ソナー画像データに基づいて前記水中環境の３次元画像を形成するように構成されている、請求項３から５のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子と通信し、送信信号を前記送信専用トランスデューサ素子に送信して前記送信専用トランスデューサ素子に前記ソナーパルスを送信させるように構成された送信器回路と、
前記受信専用トランスデューサ素子と通信し、ユーザに提示するためのソナー画像データの処理及び生成のために前記受信専用トランスデューサ素子からの前記ソナーリターンデータを送信するように構成された受信器回路と、
を更に備える、請求項１から６のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記第１のボリュームは、方形ビームによって規定され、前記方形ビームは、前記第１の平面及び前記第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定される、請求項１から７のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が可変速度で回転している間に、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている、請求項１から８のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子がユーザにより定められた速度で回転している間に、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている、請求項１から９のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の回転を一時停止する必要なく、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている、請求項１から１０のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記扇形ビームは、前記第１の平面内の約２度の角度を規定する、請求項１から１１のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記第１のボリュームは、方形ビームによって規定され、前記方形ビームは、前記第１の平面内で約３０度の角度を規定する、請求項１から１２のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた第２の受信専用トランスデューサ素子を更に含み、前記第２の受信専用トランスデューサ素子は、第２の扇形ビームによって規定された第３のボリューム内で前記ソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されており、前記第２の扇形ビームは、前記第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び前記第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定されており、前記第３のボリュームは、前記第１のボリュームより小さく、前記少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子は、前記第３のボリュームが前記第２のボリュームと異なり前記第１のボリューム内に完全に包含されるように前記ハウジング内で方向付けられる、請求項１から１３のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられ、ソナーパルスを送信して前記第１のボリュームと異なる第３のボリュームの音波を当てるように構成された少なくとも１つの第２の送信専用トランスデューサ素子と、
前記ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられ、第２の扇形ビームによって規定された第４のボリューム内で前記少なくとも１つの第２の送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成された少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子とを更に備え、
前記第２の扇形ビームは、前記第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び前記第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定され、前記第４のボリュームは、前記第３のボリュームより小さく、前記少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子は、前記第４のボリュームが前記第３のボリューム内に完全に包含されるように前記ハウジング内で方向付けられ、
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの第１の送信専用トランスデューサ素子、前記少なくとも１つの第１の受信専用トランスデューサ素子、前記少なくとも１つの第２の送信専用トランスデューサ素子、及び前記少なくとも１つの第２の受信専用トランスデューサ素子が前記船舶に対して回転できるように前記船舶に取り付けることができる、請求項１から１４のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、フェーズドアレイ受信器を規定する、請求項１から１５のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が３６０度回転できるように構成されている、請求項１から１６のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記ハウジングは、回転可能トローリングモータに取り付けて前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が３６０度回転できるように構成されている、請求項１から１６のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子は、各ソナーパルス内の周波数を異なるものにすることによってソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成されている、請求項１から１８のいずれかに記載のソナートランスデューサ組立体。
トランスデューサ組立体を備える船舶用ソナーシステムであって、該トランスデューサ組立体は、
ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられ、ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成された少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子と、
前記ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられ、扇形ビームによって規定される第２のボリューム内で前記ソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成された少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子とを備え、
前記扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び前記第１の平面に垂直な第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定され、前記第２のボリュームは、前記第１のボリュームより小さく、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、前記第２のボリュームが前記第１のボリューム内に完全に包含されるように前記ハウジング内で方向付けられ、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、前記ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成されており、
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が前記船舶に対して回転できるように前記船舶に取り付けることができ、
前記トランスデューサ組立体は更に、
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子との動作可能な通信を可能にするように構成されたソナーモジュールを備え、該ソナーモジュールは、
ソナーリターン信号を処理するためのソナー信号プロセッサと、
前記トランスデューサ組立体と前記ソナー信号プロセッサとの間の通信を可能にするように構成された少なくとも１つの送受信器とを備え、
前記ソナー信号プロセッサは、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子からのソナーリターンデータを受信し前記ソナーリターンデータを処理して、対応する前記第２のボリュームに関するソナー画像データを生成するように構成されており、前記ソナー信号プロセッサは更に、前記第２のボリュームのソナー画像データから得られ、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサの回転に対応する位置にそれぞれ整列された、ソナー画像の合成画像として水中環境の画像を形成するように構成されている、船舶用ソナーシステム。
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が前記船舶に対して約３６０度回転できるように前記船舶に取り付けることができる、請求項２０に記載のソナーシステム。
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子と通信し、送信信号を前記送信専用トランスデューサ素子に送信して前記送信専用トランスデューサ素子に前記ソナーパルスを送信させるように構成された送信器回路と、
前記受信専用トランスデューサ素子と通信し、前記受信専用トランスデューサ素子からの前記ソナーリターンデータを前記ソナー信号プロセッサに送信するように構成された受信器回路と、
を更に備える、請求項２０から２１のいずれかに記載のソナーシステム。
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の方位を検知するように構成された方位センサを更に含み、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の検知された方位は、第２のボリュームの各々に関するソナーリターンデータに関連付けられ、前記ソナー信号プロセッサは、前記検知された方位、関連付けられたソナーリターンデータ、及び前記船舶の方位に基づいて前記水中環境の画像を形成するように構成されている、請求項２０から２２のいずれかに記載のソナーシステム。
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子がユーザにより定められた速度で回転している間に、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子のソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されている、請求項２０から２３のいずれかに記載のソナーシステム。
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子は、各ソナーパルス内の周波数を異なるものにすることによってソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成されている、請求項２０から２４のいずれかに記載のソナーシステム。
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の回転運動を検知するように構成されたセンサを更に含み、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の検知された回転運動は、第２のボリュームの各々に関するソナーリターンデータに関連付けられ、前記ソナー信号プロセッサは、前記検知された回転運動及び関連付けられたソナーリターンデータに基づいて前記水中環境の画像を形成するように構成されている、請求項２０から２５のいずれかに記載のソナーシステム。
船舶の下の水中環境を画像化するための方法であって、該方法は、
各々が第１のボリュームの音波を当てるように送信されるソナーパルスを、ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子から送信する段階と、
前記ハウジング内に位置決めされ外向き及び下向きに方向付けられた少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子で前記ソナーパルスからのソナーリターンを受信する段階とを含み、
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が前記船舶に対して回転できるように前記船舶に取り付けることができ、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、扇形ビームによって規定された第２のボリューム内で前記ソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されており、前記扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び前記第１の平面に垂直な第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定され、前記第２のボリュームは、前記第１のボリュームより小さく、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、前記第２のボリュームが前記第１のボリューム内に完全に包含されるように前記ハウジング内で方向付けられ、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、前記ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成されており、
前記方法は更に、
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子により受信した前記ソナーリターンデータを、ソナー信号プロセッサを用いて処理して、ユーザに提示するためのソナー画像データを生成する段階を含む、方法。
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が前記船舶に対して約３６０度回転できるように前記船舶に取り付けることができる、請求項２７に記載の方法。
前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子と通信する送信器回路を介して送信信号を送信して、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子に前記ソナーパルスを送信させる段階と、
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子で受信した前記ソナーリターンを示すソナーリターンデータを、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子と通信する第１の受信器回路を介して前記ソナー信号プロセッサに送信する段階と、
を更に含む、請求項２７から２８のいずれかに記載の方法。
前記ソナーリターンデータを処理して、対応する前記第２のボリュームに関するソナー画像データを生成する段階と、
前記第２のボリュームのソナー画像データから得られ、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサの回転に対応する位置にそれぞれ整列された、ソナー画像の合成画像として前記水中環境の画像を形成する段階と、
を更に含む、請求項２７から２９のいずれかに記載の方法。
船舶用のソナートランスデューサシステムを組み立てるための方法であって、該方法は、
少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子の３６０度回転を可能にするように船舶に取り付けることができるハウジングを準備する段階と、
ソナーパルスを送信して第１のボリュームの音波を当てるように構成された前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子を、外向き及び下向きに方向付けられるように前記ハウジング内に取り付ける段階と、
前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子を、前記ハウジング内に外向き及び下向きに方向付けられるように取り付ける段階とを含み、
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの送信専用トランスデューサ素子及び前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子が前記船舶に対して回転できるように前記船舶に取り付けることができ、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、扇形ビームによって規定された第２のボリューム内で前記ソナーパルスからのソナーリターンを受信するように構成されており、前記扇形ビームは、第１の平面内の比較的に狭いビーム幅及び前記第１の平面に垂直な第２の平面内の比較的に広いビーム幅によって規定され、前記第２のボリュームは前記第１のボリュームより小さく、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は、前記第２のボリュームが前記第１のボリューム内に完全に包含されるように前記ハウジング内で方向付けられ、前記少なくとも１つの受信専用トランスデューサ素子は更に、前記ソナーリターンの音響エネルギーをソナーリターンデータに変換するように構成されている、方法。