JP2015087160A - サーチライトソナー - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の複数の送信領域の探知結果を表示部に見やすく表示させることが可能なサーチライトソナーを提供する。【解決手段】サーチライトソナーは、超音波ビームを送信して反射波を受信する振動子３１と、超音波ビームの送信方向が変化するように振動子３１を動作させるモーター２７，３３と、モーター２７，３３の駆動を制御するモーター制御部５５と、上記反射波の受信信号に基づいて探知画像を形成する探知画像形成部５８と、探知画像を表示部１５に表示する表示制御部６０と、振動子３１から真下に向かって送信された超音波ビームの反射波の受信信号に基づいて水深を測定する測定部５９とを備える。モーター制御部５５は、振動子３１による送信領域への超音波ビームの送受信が完了した後、振動子３１が初期位置に戻る回転動作をしている間、超音波ビームの送信方向が真下となるようにモーター２７，３３の駆動を制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、船舶に搭載されて超音波の送信方向を変化させながら魚群などの探知対象物を探知するサーチライトソナーに関する。

一般に、サーチライトソナーは、船舶の船底などに配置される振動子による超音波の送受信が共に同一の細いビームで行われるソナーシステムであり、１回の超音波の送受信で、その船舶の全周囲３６０度のうち１つの方向における所定角度範囲（例えば６度程度の探知範囲）を探知することができる（例えば、特許文献１）。

すなわち、サーチライトソナーは、超音波を送受信する振動子の俯角及び方位角を自由に変更できる機構を有しており、振動子の俯角を設定した状態で、当該振動子をサーチライトのように自船を中心として所定角度毎に回転させながら超音波の送受信を順次行うことで、水中を探知している。そして、このようにして行われる水中の探知結果は、探知画像として順次画面に表示される。

特開平５−１２６９３８号公報

ところで、上述のようなサーチライトソナーでは、自船が進むに連れて水深が変わるため、定期的に水深を測定する必要がある。しかしながら、水深を測定するには、探知対象物を探知する場合とは別に振動子を真下に向けて超音波の送受信を行う必要があるため、探知効率が低下するという問題がある。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、探知効率の低下を抑制しつつ、効率的に水深を測定することが可能なサーチライトソナーを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するサーチライトソナーは、船舶に搭載され、１つの方向に送信される超音波の送信方向を変化させながら、前記船舶周りの水中の探知を行うサーチライトソナーであって、前記超音波を水中に送信するとともに、その反射波を受信可能な振動子と、前記振動子による前記超音波の送信方向が変化するように前記振動子を動作させる駆動源と、設定された送信領域に前記超音波が送信されるように前記駆動源の駆動を制御する駆動制御部と、前記振動子から送信された前記超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて前記送信領域の探知画像を形成する探知画像形成部と、前記探知画像形成部が形成した前記探知画像を表示部に表示する表示制御部と、前記振動子から真下に向かって送信された前記超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて水深を測定する測定部とを備え、前記駆動制御部は、前記振動子による前記送信領域への前記超音波の送受信が完了した後、少なくとも前記振動子が前記超音波の送受信が完了した位置から初期位置に戻る回転動作をしている間、前記振動子による前記超音波の送信方向が真下となるように前記駆動源の駆動を制御する。

この構成によれば、超音波の送受信が完了した位置から初期位置に振動子が戻るまでの時間を利用して、振動子による真下への超音波の送受信を行って水深が測定される。したがって、探知効率の低下を抑制しつつ、効率的に水深を測定することが可能となる。

上記サーチライトソナーにおいて、前記駆動制御部は、前記測定部によって前記水深が測定された後、前記振動子による前記超音波の送信方向の俯角が、次回に前記振動子から前記超音波が送信される前記送信領域と対応するように、前記駆動源の駆動を制御することが好ましい。

この構成によれば、測定部によって水深が測定された後、次回に振動子から超音波が送信される送信領域に対して迅速に超音波を送信して水中の探知を行うことが可能となる。
上記サーチライトソナーにおいて、前記表示制御部は、前記測定部によって測定された前記水深を前記表示部に表示することが好ましい。

この構成によれば、表示部に水深が表示されるので、ユーザーが容易に水深を把握することが可能となる。

本発明によれば、探知効率の低下を抑制しつつ、効率的に水深を測定することができる。

一実施形態のサーチライトソナーの概略構成図。 同サーチライトソナーが搭載された船舶によって水中の探知を行うときの状態を示す模式側面図。 同サーチライトソナーが搭載された船舶によって水中の探知を行うときの状態を示す模式斜視図。 同サーチライトソナーの送受波ユニットの模式断面図。 同サーチライトソナーの制御部を示すブロック図。 同サーチライトソナーの電気的構成を示すブロック図。 同サーチライトソナーの探知処理ルーチンを示すフローチャート。 同サーチライトソナーの作用を示す模式斜視図。

以下、サーチライトソナーの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、サーチライトソナー１２は、船舶１１に搭載されて当該船舶１１周りの水中の魚群などの探知対象物Ｇの探知を行う。そして、サーチライトソナー１２は、本体部１３と、本体部１３に一体形成された操作部１４と、本体部１３に一体形成された液晶モニターにより構成される表示部１５と、超音波ビームＴＢを送受信する送受波ユニット１６と、送受波ユニット１６を昇降させる昇降装置１７とを備えている。本体部１３は、操作部１４、表示部１５、送受波ユニット１６、及び昇降装置１７とそれぞれ電気的に接続されている。

本体部１３、操作部１４、及び表示部１５は、船舶１１の操舵室内に配置されるとともに、送受波ユニット１６及び昇降装置１７は、船舶１１の船底内に配置されている。そして、送受波ユニット１６は、昇降装置１７によって昇降されることで、船舶１１の船底から水中に対して出没自在になっている。

図２及び図３に示すように、サーチライトソナー１２は、送受波ユニット１６を船舶１１の船底から突出させた状態で、送受波ユニット１６から１つの方向に送信される超音波ビームＴＢの送信方向を時計方向（右回り）に円を描くように所定角度（例えば、６度）ずつ順次変化させながら水中の探知を行う。この水中の探知結果は、探知画像として表示部１５（図１参照）に表示される。

なお、超音波ビームＴＢの送信領域（送信範囲）は、操作部１４での操作により船舶１１の周囲の任意の角度範囲（０度〜３６０度）で適宜設定することができ、本実施形態では３６０度に設定されている。

次に、送受波ユニット１６の構成について詳述する。
図４に示すように、送受波ユニット１６は、上端が開口するとともに下端部が半球状をなす有底円筒状の下ケース２１と、下端が開口するとともに上端部が円板状をなす有蓋円筒状の上ケース２２と、上ケース２２の下端開口及び下ケース２１の上端開口を閉塞する円板状の蓋体２３とを備えている。したがって、蓋体２３の上面と上ケース２２とで上側収容空間２４が形成されるとともに、蓋体２３の下面と下ケース２１とで下側収容空間２５が形成されている。

蓋体２３の中央部には、貫通孔２６が形成されている。蓋体２３上の中央部には、ステッピングモーターによって構成されたスキャンモーター２７が固着されている。スキャンモーター２７の下面からは、スキャンモーター２７の出力軸２７ａが貫通孔２６に回転可能に挿通された状態で真下に向かって延びている。出力軸２７ａの先端（下端）は、下側収容空間２５の上部まで達している。

出力軸２７ａの先端には、円形の支持板２８が設けられている。すなわち、出力軸２７ａの先端は、支持板２８の上面における中心部に接続されている。支持板２８の下面には、略逆Ｕ字状をなす支持フレーム２９が設けられている。支持フレーム２９の下端部間には、水平に延びる回転軸３０が回転可能に架設されている。

回転軸３０の中央部には、超音波ビームＴＢ（図２参照）を１つの方向に送信するとともに当該送信した超音波ビームＴＢの反射波を受信可能な振動子３１が固着されている。回転軸３０における振動子３１と隣り合う位置には、略半円状のチルト歯車３２が固着されている。したがって、回転軸３０、振動子３１、及びチルト歯車３２は、互いに一体回転するようになっている。

支持フレーム２９の上端部には、ステッピングモーターによって構成されたチルトモーター３３が固着されている。チルトモーター３３は、チルト歯車３２側に向かって延びる出力軸３３ａを備えている。出力軸３３ａの先端には、小歯車３３ｂが設けられている。小歯車３３ｂは、チルト歯車３２と噛合している。

そして、スキャンモーター２７を駆動すると、出力軸２７ａの回転に伴って支持板２８、支持フレーム２９、及び回転軸３０を介して振動子３１が鉛直方向に延びる軸線を中心に回転動作するため、振動子３１による超音波ビーム（図２参照）の送信方向が左右に変化される。

すなわち、スキャンモーター２７の駆動により振動子３１の向く方角が変更されるので、振動子３１によって送信される超音波ビーム（図２参照）の方角が変更される。したがって、スキャンモーター２７は、振動子３１による超音波ビーム（図２参照）の送信方向が左右に変化するように振動子３１を動作させる駆動力の第１駆動源（駆動源）として機能する。

一方、チルトモーター３３を駆動すると、出力軸３３ａの回転に伴って小歯車３３ｂ、チルト歯車３２、及び回転軸３０を介して振動子３１が水平方向に延びる軸線を有する回転軸３０を中心に回転動作する。これにより、振動子３１が向く方向と振動子３１の高さの水平面とのなす角度である俯角が変更されるので、振動子３１によって送信される超音波ビーム（図２参照）の向きが上下に変更される。したがって、チルトモーター３３は、振動子３１による超音波ビーム（図２参照）の送信方向が上下に変化するように振動子３１を動作させる駆動力の第２駆動源（駆動源）として機能する。

次に、サーチライトソナー１２の電気的構成について説明する。
図１及び図５に示すように、サーチライトソナー１２の本体部１３は、マイクロコンピューターによって構成される制御部５０を備えている。制御部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、及びＲＡＭ５３を備えている。

ＲＯＭ５２には、図７のフローチャートで示す探知用のプログラムを含む各種制御プログラムなどの各種設定データなどが記憶されている。ＲＡＭ５３には、ＣＰＵ５１によって実行されるプログラムデータや各種設定データ、ＣＰＵ５１による演算結果及び処理結果である各種データなどが一時記憶される。

図５及び図６に示すように、制御部５０は、ＣＰＵ５１がＲＯＭ５２に記憶された探知画用のプログラムを実行することで、主制御部５４、駆動制御部の一例としてのモーター制御部５５、俯角設定部５６、俯角変更部５７、探知画像形成部５８、測定部５９、及び表示制御部６０を構築する。

図６に示すように、制御部５０は、モータードライバー６１を介してスキャンモーター２７及びチルトモーター３３とそれぞれ電気的に接続されるとともに、送受信回路６２を介して振動子３１と電気的に接続されている。さらに制御部５０は、表示部１５、操作部１４、及び昇降装置１７とそれぞれ電気的に接続されている。

主制御部５４は、送受信回路６２を制御して振動子３１から超音波ビームＴＢ（図２参照）を送信させるとともに、昇降装置１７の駆動を制御する。モーター制御部５５は、モータードライバー６１を介してスキャンモーター２７及びチルトモーター３３の駆動をそれぞれ制御する。

俯角設定部５６は、操作部１４での操作に基づいて振動子３１による超音波ビームＴＢ（図２参照）の送信領域を決める俯角を設定し、この設定した俯角の値をＲＡＭ５３（図５参照）の一部の記憶領域に記憶させる。すなわち、操作部１４での操作に基づいて俯角設定部５６が俯角を設定することで、当該俯角に対応する超音波ビームＴＢ（図２参照）の送信領域が決定される。

俯角変更部５７は、俯角設定部５６によって設定された俯角を操作部１４での操作に基づいて変更する。すなわち、俯角変更部５７は、ＲＡＭ５３（図５参照）の一部の記憶領域に記憶されている俯角の値を操作部１４での操作に基づいて上書きして変更する。

探知画像形成部５８は、振動子３１から送信された超音波ビームＴＢ（図２参照）の反射波を振動子３１が受信して生じる受信信号を、送受信回路６２を介して受信し、その受信した受信信号に基づいて探知画像データを形成してＲＡＭ５３（図５参照）の一部の記憶領域に記憶させる。

測定部５９は、振動子３１から真下に向かって送信された超音波ビームＴＢ（図２参照）の反射波を振動子３１が受信して生じる受信信号に基づいて水深を測定し、その測定結果をＲＡＭ５３（図５参照）の一部の記憶領域に記憶させる。

表示制御部６０は、探知画像形成部５８によって形成されてＲＡＭ５３（図５参照）の一部の記憶領域に記憶された探知画像データに基づく探知画像及び測定部５９によって測定された水深を表示部１５に表示させる。

なお、船舶１１の現在位置おける水深Ｄは、水中での超音波の速度（音速）をＶ、振動子３１によって超音波ビームＴＢが真下に送信されてから当該超音波ビームＴＢが水底で反射してその反射波を振動子３１が受信するまでの時間をＴとすると、Ｄ＝ＶＴ／２という式で表すことができる。したがって、水深Ｄは上記の式により算出される。

次に、制御部５０が実行する探知処理ルーチンについて図７に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、探知処理ルーチンは、ユーザーが俯角を設定して水中の探知を開始するべく操作部１４を操作した際に制御部５０によって実行される。

さて、探知処理ルーチンが実行されると、まず、制御部５０は、ユーザーが設定した俯角（本実施形態では５０度）を取得する（ステップＳ１）。続いて、制御部５０は、ステップＳ１で取得した俯角に合わせて振動子３１が初期位置（振動子３１における超音波ビームＴＢを送受信する面が船舶１１の船首側の方向（前方側）を向く位置）から時計回りに回転動作するように、チルトモーター３３及びスキャンモーター２７をそれぞれ制御する（ステップＳ２）。すなわち、制御部５０は、振動子３１からの超音波ビームＴＢが５０度の俯角で初期位置から時計回りで予め設定された所定角度範囲（本実施形態では全方位である３６０度の範囲）に順次送信されるように、チルトモーター３３及びスキャンモーター２７をそれぞれ制御する。

続いて、制御部５０は、ステップＳ２で振動子３１から送信された超音波ビームＴＢの反射波を振動子３１が受信して生じる受信信号に基づいて超音波ビームＴＢの送信領域の探知画像を形成する（ステップＳ３）。続いて、制御部５０は、ステップＳ３で形成された探知画像を表示部１５に表示する（ステップＳ４）。

続いて、制御部５０は、振動子３１からの全方位への超音波ビームＴＢの送信が完了した後、振動子３１が超音波ビームＴＢの送信が完了した位置から反時計回りで初期位置に戻る回転動作を開始するように、スキャンモーター２７を制御する（ステップＳ５）。続いて、制御部５０は、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向が真下となるように、すなわち振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角が９０度となるように、チルトモーター３３を制御する（ステップＳ６）。

続いて、制御部５０は、振動子３１から真下に向かって送信された超音波ビームＴＢの反射波を振動子３１が受信して生じる受信信号に基づいて船舶１１の現在位置での水深を測定する（ステップＳ７）。続いて、制御部５０は、船舶１１の現在位置での水深の測定が完了したか否かを判定する（ステップＳ８）。

ステップＳ８の判定結果が否定判定であった場合、制御部５０は、ステップＳ８の判定結果が肯定判定になるまでステップＳ８の処理を繰り返し行う。そして、ステップＳ８の判定結果が肯定判定になると、制御部５０は、ステップＳ７で測定された水深を表示部１５に表示する（ステップＳ９）。

続いて、制御部５０は、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角が次回に振動子３１から超音波ビームＴＢが送信される送信領域と対応するように、チルトモーター３３を制御する（ステップＳ１０）。すなわち、制御部５０は、ユーザーによって俯角の設定が変更されていなければ、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角が５０度となるように、チルトモーター３３を制御する。一方、制御部５０は、ユーザーによって俯角の設定が例えば５０度から３０度に変更されていれば、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角が変更後の３０度となるように、チルトモーター３３を制御する。

続いて、制御部５０は、振動子３１が初期位置に戻ったか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判定結果が否定判定であった場合、制御部５０は、ステップＳ１１の判定結果が肯定判定になるまでステップＳ１１の処理を繰り返し行う。そして、ステップＳ１１の判定結果が肯定判定になると、制御部５０は、探知処理ルーチンを終了する。

なお、本実施形態の探知処理ルーチンでは、振動子３１からの全方位への超音波ビームＴＢの送信が完了した後、ステップＳ５の処理により振動子３１が超音波ビームＴＢの送信が完了した位置から反時計回りで初期位置に戻るまでの間に、ステップＳ６〜ステップＳ１０の処理が行われる。

次に、上述のように構成されたサーチライトソナー１２の作用を図８に基づいて説明する。
さて、ユーザーが俯角（本実施形態では５０度）を設定して水中の探知を開始するべく操作部１４を操作すると、図８の矢印Ａで示すように、５０度の俯角で振動子３１から超音波ビームＴＢが船舶１１の周り３６０度の範囲に時計回りで順次送信されて水中の探知が行われ、その探知画像が表示部１５に表示される。

続いて、振動子３１が、超音波ビームＴＢの送信が完了した位置から反時計回りで初期位置に戻る回転動作（図８の矢印Ｂで示す動作）をするようにスキャンモーター２７が駆動するとともに、振動子３１からの超音波ビームＴＢの送信方向が真下を向く動作（図８の矢印Ｃで示す動作）をするようにチルトモーター３３が駆動する。

このとき、振動子３１は反時計回りに回転するが、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向が真下を向いた状態では振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向は変わらない。したがって、振動子３１を初期位置に戻すべくスキャンモーター２７が駆動中であっても、船舶１１の真下の水深が精度よく測定される。この測定された水深は表示部１５に表示され、この表示部１５に表示された水深の値をユーザーが見ることでユーザーが水深を把握する。

水深が表示部１５に表示された後、次回に振動子３１から超音波ビームＴＢが送信される送信領域と対応するようにチルトモーター３３が駆動して、振動子３１の向き（超音波ビームＴＢの送信方向の俯角）が調整される。その後、振動子３１が初期位置に戻り、次回の探知が行われる。

このように、振動子３１が超音波ビームＴＢの送信が完了した位置から反時計回りで初期位置に戻る間に水深が測定される、すなわち連続して行われる水中の探知動作の合間に水深が測定されるので、探知効率が低下することなく、効率的に水深の測定が行われる。

以上詳述した実施形態によれば次のような効果が発揮される。
（１）モーター制御部５５は、振動子３１による送信領域への超音波ビームＴＢの送受信が完了した後、超音波ビームＴＢの送受信が完了した位置から初期位置に振動子３１が戻る回転動作をしている間に、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向が真下となるようにスキャンモーター２７及びチルトモーター３３の駆動を制御する。このため、超音波ビームＴＢの送受信が完了した位置から初期位置に振動子３１が戻るまでの待ち時間を利用して、振動子３１による真下への超音波ビームＴＢの送受信を行って水深を測定することができる。したがって、探知効率の低下を抑制しつつ、効率的に水深を測定することができる。

（２）モーター制御部５５は、測定部５９によって水深が測定された後、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角が、次回に振動子３１から超音波ビームＴＢが送信される送信領域と対応するように、チルトモーター３３の駆動を制御する。このため、測定部５９によって水深が測定された後、次回に振動子３１から超音波ビームＴＢが送信される送信領域に対して迅速に超音波ビームＴＢを送信して水中の探知を行うことができる。すなわち、測定部５９によって水深が測定された後、振動子３１の向きが次回の探知領域（超音波ビームＴＢの送信領域）に合わせて調整されるので、次回の水中の探知動作を迅速に開始することができる。

（３）表示制御部６０は、測定部５９によって測定された水深を表示部１５に表示するので、ユーザーが表示部１５を見て容易に水深を把握することができる。
（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・表示制御部６０は、測定部５９によって測定された水深を必ずしも表示部１５に表示する必要はない。この場合、測定部５９によって測定された水深を音声などでユーザーに報知することが好ましい。

・モーター制御部５５は、測定部５９によって水深が測定された後、必ずしも振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角が、次回に振動子３１から超音波ビームＴＢが送信される送信領域と対応するように、チルトモーター３３の駆動を制御する必要はない。この場合、振動子３１の向きの調整は、次回の探知動作の中で行われる。

・昇降装置１７は手動式のものであってもよい。この場合、ユーザーが昇降装置１７を手動で稼動させることによって、送受波ユニット１６が昇降される。
さらに、上記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。

（イ）前記駆動源は、前記振動子による前記超音波の送信方向が前記船舶の周囲に沿って変化するように前記振動子を鉛直方向に延びる軸線を中心に回転動作させる第１駆動源と、前記振動子による前記超音波の送信方向の俯角が変化するように前記振動子を水平方向に延びる軸線を中心に回転動作させる第２駆動源とを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のサーチライトソナー。

このようにすれば、振動子の鉛直方向に延びる軸線を中心とした回転動作と、振動子の水平方向に延びる軸線を中心とした回転動作とを同時に行うことができる。
（ロ）前記送信領域は、前記船舶の周囲３６０度の範囲であることを特徴とする上記（イ）及び請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のサーチライトソナー。

このようにすれば、船舶の周囲３６０度の範囲の探知を行うことができる。

１１…船舶、１２…サーチライトソナー、１５…表示部、３１…振動子、２７…駆動源（第1駆動源）の一例としてのスキャンモーター、３３…駆動源（第２駆動源）の一例としてのチルトモーター、５５…駆動制御部の一例としてのモーター制御部、５８…探知画像形成部、５９…測定部、６０…表示制御部、Ｄ…水深。

Claims (3)

1. 船舶に搭載され、１つの方向に送信される超音波の送信方向を変化させながら、前記船舶周りの水中の探知を行うサーチライトソナーであって、
   前記超音波を水中に送信するとともに、その反射波を受信可能な振動子と、
   前記振動子による前記超音波の送信方向が変化するように前記振動子を動作させる駆動源と、
   設定された送信領域に前記超音波が送信されるように前記駆動源の駆動を制御する駆動制御部と、
   前記振動子から送信された前記超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて前記送信領域の探知画像を形成する探知画像形成部と、
   前記探知画像形成部が形成した前記探知画像を表示部に表示する表示制御部と、
   前記振動子から真下に向かって送信された前記超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて水深を測定する測定部と
   を備え、
   前記駆動制御部は、前記振動子による前記送信領域への前記超音波の送受信が完了した後、少なくとも前記振動子が前記超音波の送受信が完了した位置から初期位置に戻る回転動作をしている間、前記振動子による前記超音波の送信方向が真下となるように前記駆動源の駆動を制御することを特徴とするサーチライトソナー。
2. 前記駆動制御部は、前記測定部によって前記水深が測定された後、前記振動子による前記超音波の送信方向の俯角が、次回に前記振動子から前記超音波が送信される前記送信領域と対応するように、前記駆動源の駆動を制御することを特徴とする請求項１に記載のサーチライトソナー。
3. 前記表示制御部は、前記測定部によって測定された前記水深を前記表示部に表示することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサーチライトソナー。