JP3958880B2 - 超音波送受波器及び超音波探知方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、魚群探知機等の超音波送受波装置において用いうる超音波送受波器に関し、更にはこの超音波送受波器を用いた超音波探知方法、超音波送受波装置及び魚群探知機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
魚群探知機は漁船等の操業を支援する装置として有用である。魚群探知機は超音波送受波装置の一種であり、船底に配設した超音波送受波器を用い、水中に超音波を送信し、魚群等からのエコーを受信する。魚群探知機は、エコーの受信によって探知した魚群等の映像を、船上の表示器の画面上に表示させる。
【０００３】
魚群探知機にて用いられる超音波送受波器のビーム指向性は、通常は、船底直下の魚群を探知できるよう設計されるが、船底直下以外の方向の魚群を探知できるよう超音波送受波器のビーム方向を船底直下方向に対して傾けた設計とすることも可能である。従って、船底に複数の超音波送受波器を設け、そのうち１個の超音波送受波器のビームを船底直下方向に向け、残りの超音波送受波器のビームを船底直下方向に対して傾いた方向に向けるように設計すれば、船底直下方向を含む複数の方向における魚群の存否・規模等を探知することができる。このような構成の魚群探知機は、従来から、多面魚群探知機として知られている。
【０００４】
また、超音波送受波器の向きを機械的に変化させることによって、超音波の送受波方向を変化させることができる。例えば、船底に設けたソナードーム内に超音波送受波器及びこれを支持しかつ回動させる首振り機構を設けることによって、所望の方向を選びその方向における魚群の存否・規模等を探知することが可能になる。この種の魚群探知機は、従来から、サーチライト式魚群探知機として知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら多面魚群探知機及びサーチライト式魚群探知機には、それぞれ問題点がある。まず、多面魚群探知機では、探知する方向一つに対応して一組の超音波送受波器を設ける必要があるため、使用する超音波送受波器の個数が多く、装置部品コスト、設置作業コスト、設置スペース等が大きくなる。また、サーチライト式魚群探知機では、第１に、複数の方向を同時に観測できない。第２に、首振り機構が必要であるため、装置部品コスト、設置作業コスト、保守コスト等がかさみ、また大きな設置スペースも必要である。第３に、超音波送受波器と共に首振り機構を収納するためのソナードームが必要であるため、装置部品コストがかさむ。第４に、船底から突出した位置におくソナードームは非使用時には船内に収容するようにするのが望ましく、そのため、ソナードームを昇降する昇降機構が必要になる。これは、装置部品コスト、設置作業コスト、保守コスト、設置スペース等の増大を招く。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、超音波送受波器を構成する超音波振動子の配置、振動子間の配線、励振・ビーム合成手法等に改良を施すことにより、多面魚群探知機やサーチライト式魚群探知機に比べ低コスト及び省スペースで、複数の方向における魚群の存否や規模を同時に探知できまた当該探知方向を随意に変化させることが可能な、改良された魚群探知機を提供することを目的とする。また、より広義には、本発明は、そのような魚群探知機を実現するのに適する超音波送受波器を提供し、またその超音波送受波器を用いて新規な超音波送受波装置を提供することを目的とする。本発明は、また、従来の超音波送受波器と外観上ほぼ同一の寸法の超音波送受波器により、複数方向の同時探知を可能にすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成すべく、本発明においては、共通の面上に配置されている超音波振動子群によって複数の超音波振動子アレイを形成している。また、この共通の面上に複数の超音波振動子アレイを単純に並べて形成するのではなく、相異なる超音波振動子アレイに属する超音波振動子同士が隣接することとなるよう、特定のパターンに従って、複数の超音波振動子アレイに係る超音波振動子を混在配置している（Ｎ倍密度配列）。更に、これら複数の超音波振動子アレイは、そのビーム方向が互いに異なる方向となるよう励振やビーム合成を行うべく、構成要素たる超音波振動子相互を特定のパターンに従って接続した構造とする。
【０００８】
まず、本発明に係る超音波探知方法は、（１）隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値３1/2Ｄを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、（２）各超音波振動子アレイにて提供される送信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子を励振する。本発明に係る超音波探知方法は、また、（３）各超音波振動子アレイにて提供される受信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子の受波出力を相互に結合させる。本発明に係る超音波探知方法においては、このようにして、その方向が互いに異なる複数本の送信ビームを同時に提供し或いはその方向が互いに異なる複数本の受信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行う。
【０００９】
従って、複数の方向における魚群の存否や規模を同時に探知でき、また、多面魚群探知機やサーチライト式魚群探知機に比べ低コスト及び省スペースの装置で、具体的には従来の超音波送受波器と外観上ほぼ同一の寸法の超音波送受波器により、魚群探知機等の超音波送受波装置を実現することができる。
【００１０】
本発明における超音波振動子配置パターンの代表例は、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンである。超音波振動子配置パターンとして正三角形格子パターンを用いる場合、各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、このパターンに従い配置する。本発明では、前述のように、同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値３1/2Ｄを以て均一となるよう、各超音波振動子が配置されているから、各超音波振動子アレイを構成する超音波振動子を直線で結ぶと、均一の間隔３Ｄ／２を有する複数の振動子配置線が得られる。また、この振動子配置線は超音波振動子アレイ毎に異なる方向を向いており、超音波振動子配置パターンとして正三角形格子パターンを用いている場合には、超音波振動子アレイ間で振動子配置線が２π／３（ｒａｄ）ずつ角度差を有している。
【００１１】
そこで、この複数の振動子配置線の中から１本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子を第１駆動信号により励振し、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子を第２駆動信号により励振することとする。このとき、第１及び第２駆動信号が互いに逆相であれば、その超音波振動子アレイにおいては逆相励振動作が行われることになる。逆相励振時には正面方向に対して対称に２個のビームが形成されるため、正面方向（魚群探知機の場合船底直下方向）に対して開き角を有する２方向についての超音波送信が実現される。また、正三角形格子パターンの採用により得られる３個の超音波振動子アレイ各々についてこの逆相励振を行うことにより、その方向が互いに異なる合計６本の送信ビームを形成できる。更に、上述の第１及び第２駆動信号は超音波振動子アレイ間で共用できるため、励振用配線は第１駆動信号用の配線と第２駆動信号用の配線という２種類の配線のみでよい。
【００１２】
更に、第１駆動信号と第２駆動信号とを同相にして各超音波振動子を励振する同相励振動作を、行うようにしてもよい。同相励振の場合、一般に、送信ビームは正面方向を向く。また、同相励振動作と逆相励振動作を任意に切り換えて実行するようにしてもよいが、好ましくは、同相励振動作及び逆相励振動作のうち一方をまず実行し、送信繰返し周期に比べ十分短い時間差を以て、他方を実行する。このようにすると、単一の送信繰返し周期内で相連続して即ち実質的に同時に、同相励振に係るビームと逆相励振に係るビームとを形成できる。
【００１３】
また、逆相励振に係るビームの方向は、第１及び第２駆動信号の周波数を変化させることにより、変化させることができる。
【００１４】
受信側については、例えば、各超音波振動子アレイに係る複数の振動子配置線の中から１本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力と、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力との逆相合成処理を、実行する。これによって、正面方向に対して開き角を有する方向に、受信ビームを形成できる。特に、この逆相合成処理を、超音波振動子アレイ各々について実行することにより、構成される３個の超音波振動子アレイにて６本の受信ビームを同時形成することができる。
【００１５】
また、各超音波振動子アレイにおける逆相合成処理に際し、当該超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力と、他の超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力とを、各超音波振動子の位置に応じ移相して結合させること、即ち他の超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力を補完的に用いることにより、上記同時形成された６本の受信ビームによる各々の受波出力を、分離・独立した受波出力として、探知出力に使用できる。また、その際の移相量の制御は、施すべき移相量に対応した初期位相を有する移相制御信号にて移相の対象たる信号を変調することにより、実現できる。
【００１６】
更に、受信側において、各振動子アレイを構成する超音波振動子の受波出力相互の同相合成処理を、逆相合成処理と並行して又は切り換えて実行するのが望ましい。なお、受信側では、形成すべきビームに対応して移相回路を並列的に設けることにより、同相合成と逆相合成を同時に実行できる。
【００１７】
本発明は、超音波探知方法としてのみでなく、超音波送受波器、超音波送受波装置、魚群探知機等としても把握できる。
【００１８】
まず、本発明に係る超音波送受波器は、（１）隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置された複数の超音波振動子と、（２）上記正三角形格子パターンに距離３1/2Ｄかつ中心間隔２×３1/2Ｄで繰返し現れている一辺の長さが２Ｄの正三角形の第ｉ番目の頂点（ｉ＝１，２，３）とこの正三角形の３本の辺のうちこの頂点に対向する辺の中点とを結ぶ第１の直線、並びにこの直線に対して３Ｄ／２の距離を有する第２の直線のうち、いずれかの上に配置されている超音波振動子を、相互にかつ外部に電気的に接続することにより、第ｉ番目の超音波振動子アレイに係る接続を提供する接続部材と、を備え、（３）本発明に係る超音波探知方法にて使用されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る超音波送受波器を実現するに当たって、上述の接続部材は、例えば、上記一辺の長さが２Ｄの正三角形に沿って複数の超音波振動子を電気的に接続する第１励振用配線と、第１励振用配線により接続されていない複数の超音波振動子を電気的に接続する第２励振用配線とを、各超音波振動子アレイにより共用する構成とする。各超音波振動子は、第１及び第２励振用配線のうちいずれかを介し、互いに同相又は逆相である２種類の駆動信号のうちいずれかの供給を受け励振される。また、上述の接続部材は、例えば、上記第１の直線に沿ってかつ１個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第１受波用配線と、上記第１の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第１受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第２受波用配線と、上記第２の直線に沿ってかつ１個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第３受波用配線と、上記第２の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第３受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第４受波用配線とを、超音波振動子アレイ毎に設けた構成とする。各超音波振動子の受波出力は、第１乃至第４励振用配線のうちいずれかを介し、実現すべき受信ビームを合成するための各移相回路に分配供給される。更に、上述の接続部材は、例えば、第１及び第２励振用配線を介し駆動信号が各超音波振動子に供給されているときには第１乃至第４受波用配線が接地され、そうでないときには所定の周波数の信号について第１及び第２励振用配線が接地されるよう、第１及び第２励振用配線並びに第１乃至第４受波用配線の電位を駆動信号の有無及び受波している周波数に応じ自動的に変化させる送受切換器を有する構成とする。
【００２０】
次に、本発明に係る超音波送受波装置は、（１）本発明に係る超音波送受波器と、（２）同時に複数本の送信ビームが形成されるよう第１及び第２励振用配線を介し各超音波振動子に対し駆動信号を供給する送信側の回路と、（３）第１乃至第４受波用配線を介し取り出した各超音波振動子の受波出力に基づき同時に複数本の受信ビームを合成する受信側の回路と、（４）送信側の回路及び受信側の回路の動作を制御すると共に受信側の回路にて合成された複数本の受信ビームに係る信号に基づき超音波探知の結果を示す信号を出力する制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
そして、本発明に係る魚群探知機は、（１）船舶に搭載され、水面下における魚群に関する情報を映像表示する表示器を備える魚群探知機であって、（２）本発明に係る超音波送受波装置を備え、更に、（３）本発明に係る超音波送受波器を上記船舶の船底に固定したことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。
【００２３】
（１）素子配置
図１に、本発明の一実施形態に係る魚群探知機にて使用される超音波送受波器の構成を示す。この図に示す超音波送受波器は、コルクシートや独立気泡スポンジゴムシート等の遮音材から形成されている遮音体１０内に超音波振動子１２を収納した構成を有している。遮音体１０の片側の面には、振動子１２を収納するための開口が設けられており、各振動子１２は、その正電極１４を外側にまた負電極１６を内側に向けた状態でこの開口に収納されている。なお、図示しないが、遮音体の内部又は外縁には振動子１２の正電極１４や負電極１６を外部に電気的に接続するための導体配線が配置される。また、やはり図示しないが、この図の超音波送受波器を水中で使用できるようにするためには、ウレタンゴムモールド等による防水構造を設ける必要がある。更に、遮音体１０を支持補強するための各種構造部材を設けてもよい。
【００２４】
更に、この実施形態では、合計１１７個の円形の振動子１２が、略円形の遮音体１０において中心間隔Ｄにて配置されている。遮音体１０の形状や振動子１２の形状・個数は、後述するアレイ形成に支障とならない限りにおいてまた必要とするビームに応じて設計的に決めることができる。
【００２５】
この実施形態において特徴的な点の一つは、むしろ、図２に示すように、正三角形格子パターン１８上の各格子点２０に各振動子１２を配置した点にある。ここでいう“正三角形格子パターン”とは、正三角形を繰返しの単位とする格子状のパターンである。特に、本実施形態における正三角形格子パターン１８は、その一辺の長さがＤの正三角形を繰返しの単位とし、遮音体１０の表面に沿って想定されている仮想的なパターンである。また、ここでいう“格子点”とは、繰返しの単位となっている正三角形の頂点である。
【００２６】
（２）素子配線
本実施形態では、正三角形格子パターン１８に従い配置されている多数の振動子１２を、３個の振動子アレイＡ，Ｂ及びＣが形成されるよう、励振用配線２２及び受波用配線２４により相互にかつ外部に、電気的に接続している。本実施形態の特徴の一つは、励振用配線２２や受波用配線２４による振動子間接続パターンの規則性にある。
【００２７】
まず、励振用配線２２は、振動子１２の正電極１４同士を接続し更にこれを外部（後述の駆動信号発生回路）に接続する配線であり、図３に示すようなパターンに従い振動子１２を接続している。図３から明らかなとおり、本実施形態では、多数の振動子１２の中から所定の規則（後述）に従って選んだ振動子１２の正電極１４に駆動信号ＴＸ１を印加するための励振用配線２２−１と、他の振動子１２の正電極１４に駆動信号ＴＸ２を印加するための励振用配線２２−２とが、設けられている。
【００２８】
また、受波用配線２４は、振動子１２の負電極１６同士を接続し更にこれを外部（後述のビーム合成回路）に接続する配線であり、図４〜図６に示すようなパターンに従い振動子１２を接続している。図４〜図６から明らかなとおり、本実施形態では、Ｙ軸に平行な直線に沿う振動子１２同士を接続する受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４、Ｙ軸に対して反時計回りに２π／３（ｒａｄ）傾いた直線に沿う振動子１２同士を接続する受波用配線２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４、及びＹ軸に対して時計回りに２π／３（ｒａｄ）傾いた直線に沿う振動子１２同士を接続する受波用配線２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４が、受波用配線２４として設けられている。
【００２９】
受波用配線２４−Ｘ１（Ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）により接続される振動子１２と受波用配線２４−Ｘ２により接続される振動子１２は、同一の直線上に位置している。この直線上において、受波用配線２４−Ｘ１により接続される振動子１２と受波用配線２４−Ｘ２により接続される振動子１２は、交互に位置している。同様に、受波用配線２４−Ｘ３により接続される振動子１２と受波用配線２４−Ｘ４により接続される振動子１２は、同一の直線上に位置している。この直線上において、受波用配線２４−Ｘ３により接続される振動子１２と受波用配線２４−Ｘ４により接続される振動子１２は、交互に位置している。また、受波用配線２４−Ｘ１及び２４−Ｘ２に係る直線と受波用配線２４−Ｘ３及び２４−Ｘ４に係る直線は、３Ｄ／２なる均一の間隔で交互に位置している。更に、受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４により接続されている一群の振動子１２、受波用配線２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４により接続されている一群の振動子１２、及び受波用配線２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４により接続されている一群の振動子１２の間には、重複はなく、いずれの振動子１２もいずれか１本の受波用配線２４に接続されている。そして、受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４、２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４及び２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４により取り出される信号には、それぞれ、順に、ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４、ＲＸＢ１〜ＲＸＢ４及びＲＸＣ１〜ＲＸＣ４という符号が付せられている。
【００３０】
なお、各図中のＺ軸は船底直下方向（図１中の開口形成面即ち輻射面に鉛直な方向）を向いており、Ｘ軸及びＹ軸は輻射面に属している。Ｘ軸は、例えば、船首方向とする。
【００３１】
（３）アレイ及びビームの形成原理
図３〜図６に示した配線接続態様においては、図７〜図９に示すパターンが繰返しの単位となって現れている。本実施形態の特徴の一つは、このような規則性を有する振動子配置及び接続関係を利用した励振／合成処理により、３個の振動子アレイを形成し、かつ最大で７本のビームを実質的に同時に形成できるようにしたことにある。
【００３２】
まず、図３に示した励振用配線接続パターンには、一辺の長さが２Ｄである正三角形が均一の距離３1/2Ｄで（中心間隔で言えば２×３1/2Ｄで）繰返し現れており、この正三角形の頂点に位置する振動子１２やこの正三角形の各辺の中点に位置する振動子１２が励振用配線２２−１により接続されている。図３に示した励振用配線接続パターンには、更に、当該一辺の長さが２Ｄである正三角形を取り巻く六角形が繰返し現れている。この六角形は、ちょうど、一辺の長さが５Ｄである正三角形の各頂点からそれぞれ一辺の長さがＤである正三角形を切り落とした形状を有しており、隣接する六角形に対しては、切り落とした頂点に係る短い方の辺が隣接する六角形の長い方の辺の中央に接するような位置関係にある。この六角形の辺上及び頂点に位置する振動子１２は、励振用配線２２−２により接続されている。即ち、図３に示した励振用配線接続パターンにて繰返しの単位となっている図形は、図７〜図９に示すように、一辺の長さが２Ｄの正三角形及びこれを取り巻く六角形である。
【００３３】
次に、図４〜図６に示した合計１２本の受波用配線２４は、接続対象としている振動子１２が並んでいる方向に従い、３個のグループに分かれている。一つ目のグループは図４に示した受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４であり、二つ目のグループは図５に示した受波用配線２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４であり、三つ目のグループは図６に示した受波用配線２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４である。そこで、受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４によって接続されている振動子１２に符号Ａ、受波用配線２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４によって接続されている振動子１２に符号Ｂ、受波用配線２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４によって接続されている振動子１２に符号Ｃをそれぞれ付与することとする。図７〜図９中、振動子１２上に記されている符号はこの符号である。
【００３４】
このようにして作成した図７〜図９のうち、図７（ａ）によれば、符号Ａが付与されている振動子１２は、励振用配線２２−１に接続されているもの即ち信号ＴＸ１により励振されるものと、励振用配線２２−２に接続されているもの即ち信号ＴＸ２により励振されるものとに分かれている。符号Ａの振動子１２のうち信号ＴＸ１により励振されるものは、その一辺の長さが２Ｄの正三角形の頂点及びこの頂点に対向する辺の中点を通りＹ軸と平行な直線の上に、並んでいる。また、符号Ａの振動子１２のうち信号ＴＸ２により励振されるものは、信号ＴＸ１により励振されるものが並んでいる直線と平行でその直線からの距離が３Ｄ／２である他の直線の上に、並んでいる。別の言い方をすれば、信号ＴＸ１により励振される振動子１２は、受波用配線２４−Ａ３又は２４−Ａ４に接続されており、信号ＴＸ２により励振される振動子１２は、受波用配線２４−Ａ１又は２４−Ａ２に接続されている。
【００３５】
このことからわかるのは、符号Ａが付与されている振動子１２（中心間隔＝３1/2Ｄ）により一つ目の振動子アレイＡが形成されていることである。この振動子アレイＡは、励振用配線２２として励振用配線２２−１及び２２−２を有しており、また励振用配線２２−１に接続されている振動子１２と励振用配線２２−２に接続されている振動子１２とが前述のように相異なる直線上に位置しているから、ＸＺ平面に沿って見た場合、送信に係る等位相面は図７（ｂ）又は（ｃ）に示されるような形で現れる。
【００３６】
まず、図７（ｂ）に示した例は、信号ＴＸ１と信号ＴＸ２とが同相の例であり、この場合には等位相面は輻射面と平行になるから、振動子アレイＡの送信ビームはＺ軸方向を向く。
【００３７】
次に、図７（ｃ）に示した例は、信号ＴＸ１と信号ＴＸ２が逆相の例であり、この場合には等位相面は輻射面と平行にならず、振動子アレイＡの送信ビームはＺ軸方向と交差する方向を向く。Ｚ軸に対する超音波の伝搬方向の傾き角（開き角）をθとしたとき、信号ＴＸ１により励振される一群の振動子１２に係る超音波伝搬経路長と信号ＴＸ２により励振される一群の振動子１２に係る超音波伝搬経路長の差、即ち伝搬経路差は、次の式
【数１】
で表される値になる。従って、等位相面が形成されるのは、次の式
【数２】
Ｌ＝±λ／２＝（３Ｄ／２）×ｓｉｎθ
が成り立つ開き角θであり、この開き角θが送信ビームの方向となる（λ：超音波の波長）。
【００３８】
例えば、Ｄ＝２1/2／３×λであれば送信ビームの方向はθ＝±π／４（ｒａｄ）となるし、Ｄ＝２／３×λであれば送信ビームの方向はθ＝±π／６（ｒａｄ）となる。即ち、信号ＴＸ１と信号ＴＸ２が逆相であるときには、振動子アレイＡの送信ビームはＺ軸について対称な２方向に現れ、またその方向θは信号ＴＸ１及びＴＸ２の周波数ひいては超音波の波長λを変えれば変わる。
【００３９】
同様の議論は、振動子アレイＡを受波に用いる際にも成り立つ。即ち、受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４にて取り出した信号ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４それぞれについて同じ移相量にて移相処理を施すこと（或いは移相なしとすること）により、Ｚ軸方向を向いた受信ビームを合成できる（同相合成）。また、信号ＲＸＡ１及びＲＸＡ２を例えばπ（ｒａｄ）移相させ信号ＲＸＡ３及びＲＸＡ４に係る移相量を０（ｒａｄ）即ち移相なしとすることによって、Ｚ軸に対して開き角θを有する方向を向いた２本の受信ビームを合成できる（逆相合成）。また、同相合成に係る移相回路と逆相合成に係る移相回路とを並列に設けることにより、Ｚ軸方向を向いた受信ビームとＺ軸に対して開き角θを有する２本の受信ビームとを同時に合成できる。即ち、３方向について同時探知を行うことが可能になる。
【００４０】
また、図８から、符号Ｂが付与されている振動子１２により二つ目の振動子アレイＢが形成されていることや、この振動子アレイＢに関しても振動子アレイＡと同様の議論が成り立つことがわかる。図９から、符号Ｃが付与されている振動子１２により三つ目の振動子アレイＣが形成されていることや、この振動子アレイＣに関しても振動子アレイＡ及びＢと同様の議論が成り立つことがわかる。従って、３個の振動子アレイを同時に動作させることにより、図１０に示すように、最大で１本（同相）＋２本（逆相）×３（アレイ個数）＝７個の送受信ビームを実質的に同時に形成できる。図１０中、ＢＭ０は各振動子アレイにおける同相励振又は同相合成により形成されるビームであり、Ｚ軸方向を向いている。ＢＭＡ１及びＢＭＡ２は振動子アレイＡにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、ＸＺ平面に属している。ＢＭＢ１及びＢＭＢ２は振動子アレイＢにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、ＸＺ平面に対してＺ軸回りに−２π／３（ｒａｄ）回転した平面に属している。ＢＭＣ１及びＢＭＣ２は振動子アレイＣにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、ＸＺ平面に対してＺ軸回りに２π／３（ｒａｄ）回転した平面に属している。
【００４１】
受信ビームに関しては、各ビームに対応して合計７個の移相回路を設けることにより、これら７個のビームに係る受信信号を同時に合成できる。送信ビームに関しては、信号ＴＸ１及びＴＸ２を同相にするモードと逆相にするモードとを切り換えねばならないため７個のビームを厳密に同時に形成することはできないが、振動子アレイＡを例として図１１に示すように、同相励振の期間Ｔ１と逆相励振の期間Ｔ２とを十分短い時間差Ｔ３を以て設けることにより、単一の送信繰返し周期Ｔ０内で７個のビームをほぼ同時に（即ち時間差Ｔ３のみで）形成できる。
【００４２】
（４）実施形態の基本的効果
このように、本実施形態では、図１及び図２に示す規則に従い配置した振動子１２を図３〜図６に示す規則に従い電気的に接続し、更に図７（ｂ）及び（ｃ）に示す原理に従い同相／逆相励振／合成を行うようにしたため、図１０に示すように最大で７個のビームをほぼ同時に形成することができる。これによって、複数方向の同時乃至準同時探知が可能になる。
【００４３】
特に、正三角形格子パターン１８に従って振動子１２を配置しているため、ＸＹ平面に投影したときのビーム間隔がちょうどπ／３（ｒａｄ）で均一になると共に振動子密度も比較的大きくなる。そのため、船舶下の水中をくまなく網羅して観測でき、かつ、遮音体１０に組み込んだ状態での超音波送受波器全体の外観は、振動子アレイを１個だけ構成した場合とさほど変わらない寸法とすることができる。これによって、低コスト及び省スペースという利点を実現できる。
【００４４】
また、ビーム方向θが波長λ及び振動子中心間隔Ｄに依存しているため、振動子中心間隔Ｄを予め適当な値にしておき、必要に応じて信号ＴＸ１及びＴＸ２の周波数や受波側回路の通過帯域を適宜変化させることにより、ビーム方向θを変化させることができる。
【００４５】
更に、励振用配線２２として励振用配線２２−１及び２２−２を設け、更にそれらによる接続パターンを図３及び図７〜図９に示した規則に従う繰返しパターンとしたため、各振動子アレイに対応した励振用配線を設けずに即ち２本の励振用配線２２−１及び２２−２のみで、３個の振動子アレイＡ〜Ｃを形成することができ、経済性が高い。
【００４６】
また、受信ビームに対応して設けた各移相回路に、その受信ビームに対応した受波用配線２４以外の受波用配線２４からも信号を供給し、適宜移相してこれらを結合させることにより、信号受信利得を確保できる。その場合の各信号の移相量の例を表１に示す。この表では、合計７個のビームに対応して７個の移相回路を設け、第ｉ番目の移相回路に対して移相制御信号ＬＳｉ−１〜ＬＳｉ−１２を供給することによって、信号ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４、ＲＸＢ１〜ＲＸＢ４及びＲＸＣ１〜ＲＸＣ４各々についての移相量を制御するものとしている。
【００４７】
【表１】
（５）装置構成
図１２に、本実施形態に係る超音波送受波器を用いて構成した魚群探知機の全体の回路・機能構成を示す。この図に示す回路では、ＣＰＵ等にて構成される制御回路２６が、駆動信号発生回路２８及び３０に対し基準発振信号及びその分周比を設定する信号を供給し、駆動信号発生回路２８及び３０内部における基準発振信号の分周動作を制御し、更に分周により得られた信号をパルス変調することによって、図１１に示したタイミングで駆動信号Ｓ１及びＳ２を発生させる。パワーアンプ３２及び３４は、これらの駆動信号Ｓ１及びＳ２のうち対応するものを電力増幅することによって前述の信号ＴＸ１及びＴＸ２を発生させ、超音波送受波器３６に供給する。超音波送受波器３６は図１〜図６に示した構成を有している。超音波送受波器３６はＸ軸を船首方向に向けＺ軸を深度方向（船底直下方向）に向けて船底に配設されており、信号ＴＸ１及びＴＸ２に応じて超音波を水中に輻射する。
【００４８】
水中の魚群等により反射された超音波は、超音波送受波器３６により受波され電気信号に変換される。得られた信号ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４、ＲＸＢ１〜ＲＸＢ４及びＲＸＣ１〜ＲＸＣ４は、プリアンプ部３８により増幅され、信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２としてビーム合成回路４０に供給される。ビーム合成回路４０は、制御回路２６による制御の下に、これらの信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２からビームＢＭＡ１、ＢＭＡ２、ＢＭＢ１、ＢＭＢ２、ＢＭＣ１、ＢＭＣ２及びＢＭ０に係る信号を合成する。合成された信号は、各ビームに対応して７個設けられている受信処理回路４２に供給される。受信処理回路４２では、ビーム合成回路４０からの信号に関し、ＴＶＧ（時間可変利得）回路４４が超音波伝搬減衰による反射エコーレベルの低下分の補正処理を施し、検波回路４６が検波により直流信号に変換し、ＡＤ変換器４８がこの直流信号をアナログからディジタルに変換して制御回路２６に供給する。制御回路２６は、各受信処理回路４２から供給されるディジタル信号に基づき、表示器５０の画面上に各方向における魚群の有無、規模等の情報を表示させる。使用者は、表示器５０の画面表示を看取することにより、多方面についての魚群情報を得ることができる。特に、本実施形態では、制御回路２６内部における映像合成処理により、図１０に示した複数のビームを利用して水中の状況に関する立体的な映像を提供することができる。
【００４９】
パワーアンプ３２及び３４やプリアンプ部３８と超音波送受波器３６との間に設けられている送受切換器５２は、駆動信号ＴＸ１及びＴＸ２が供給されているときには振動子１２の負電極１６を自動的に接地導体としてプリアンプ部３８以降の受信側回路を超音波送受波器３６から実質的に切り離し、そうでないときには振動子１２の正電極１４を自動的に接地導体としてパワーアンプ３２及び３４以前の送信側回路を超音波送受波器３６から実質的に切り離すための回路である。言い換えれば、駆動信号ＴＸ１及びＴＸ２が供給されているときには超音波送受波器３６を実質的に超音波送波器としてのみ使用し、そうでないときには超音波受波器としてのみ使用することができるようにするための回路である。
【００５０】
図１３に、送受切換器５２の一例構成を示す。この図の送受切換器５２は送信側の回路５４及び受信側の回路５６から構成されている。送信側の回路５４は、パワーアンプ３２及び３４各々とこれに対応する励振用配線２２との間に、それぞれ設けられている。この回路５４は、対応するパワーアンプと対応する励振用配線２２との間に接続されかつ互いに逆並列接続されているダイオードＤ１及びＤ２、これらのダイオードＤ１及びＤ２の超音波送受波器３６側の端に接続されているキャパシタＣ、このキャパシタＣと接地との間に接続されているインダクタＬ、並びにこのインダクタＬと並列にかつ互いに逆並列されているダイオードＤ３及びＤ４から構成されている。キャパシタＣ及びインダクタＬは信号ＴＸ１及びＴＸ２の搬送周波数即ち送信周波数ｆ０にて直列共振するようその値が設定されている。
【００５１】
他方、受信側の回路５６は、超音波送受波器３６の受波用配線２４各々とこれに対応するプリアンプ５８との間に、それぞれ設けられている。なお、前述のプリアンプ部３８はこの合計１２個のプリアンプ５８により構成されている。受信側の回路５６は、接地との間に接続され互いに逆並列接続されているダイオードＤ５及びＤ６から構成されている。
【００５２】
従って、パワーアンプ３２及び３４を介し駆動信号ＴＸ１及びＴＸ２（厳密にはその中の送信パルス）が供給されている期間（図１１中のＴ１＋Ｔ３＋Ｔ２）には、回路５４中のインダクタＬの両端間が短絡されると共に各受波用配線２４の一端が回路５６において接地される。また、それ以外の期間には、回路５４中のキャパシタＣ及びインダクタＬが受波信号中の送信周波数成分により共振するため各励振用配線２２が一端接地状態になる。
【００５３】
ビーム合成回路４０は、例えば、図１４に示す構成とすることができる。この図に示すビーム合成回路４０は、合成すべき合計７個のビームに対応して設けられている結合器６２それぞれに、局部発振回路６０の発振出力である移相制御信号と共に、信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２を入力する構成を有している。局部発振回路６０は、先に表１に示したように、合計７組の移相制御信号を発生させている。即ち、ビームＢＭＡ１に対応する結合器６２に対しては移相制御信号ＬＳ１−１〜ＬＳ１−１２を、ビームＢＭＡ２に対応する結合器６２に対しては移相制御信号ＬＳ２−１〜ＬＳ２−１２を、…そしてビームＢＭ０に対応する結合器６２に対しては移相制御信号ＬＳ７−１〜ＬＳ７−１２を、それぞれ供給する。各移相制御信号は、例えば、制御回路２６から供給される基準発振信号を、制御回路２６により設定される分周比にて分周し、更にこの分周のために用いるカウンタの初期値を適宜ずらして設定する（初期位相を与える）ことにより、発生させることができる。このようにして発生させた移相制御信号は、実現すべき移相量をその初期位相とする信号になる。
【００５４】
各結合器６２は、移相回路として動作する回路であり、例えば図１５に示す構成を有している。この図に示す結合器６２は、入力する信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２それぞれに対応して設けられたバッファ６４、このバッファ６４を介し供給される信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２各々とこれに対応する移相制御信号ＬＳｉ−１〜ＬＳｉ−１２（ｉ＝１，２，…７）とを乗算結合させる乗算器６６、各乗算器６６の出力を加算結合させる加算器６８、並びに加算器６８の出力信号に帯域制限を加え必要な周波数成分のみを取り出すＢＰＦ７０から構成されている。
【００５５】
各乗算器６６は、図１６に示すように、アナログスイッチ７２及びＢＰＦ７４から構成されている。スイッチ７２は、供給される移相制御信号ＬＳｉ−ｊ（ｊ＝１，２，…１２）に応じて信号ＲＸＳｊをスイッチングする手段である。例えば、送信周波数ｆ０が５０ｋＨｚであるときには、５０５ｋＨｚの周波数を有する信号を移相制御信号ＬＳｉ−ｊとして供給しスイッチングを行うことにより、移相制御信号ＬＳｉ−ｊに従い変調された信号が得られる。この信号には、和周波数即ち５０５ｋＨｚ＋５０ｋＨｚ＝５５５ｋＨｚの成分と、差周波数即ち５０５ｋＨｚ−５０ｋＨｚ＝４５５ｋＨｚの成分とが含まれており、その位相は、移相制御信号ＬＳｉ−ｊの初期位相により決定されている。ＢＰＦ７４は、この信号に含まれる周波数成分のうち差周波数の成分（上述の例では４５５ｋＨｚの成分）を通過させる。移相制御信号ＬＳｉ−ｊには、実現すべき移相量に相当する初期位相が付与されているから、当該移相量だけ移相された信号をＢＰＦ７４ひいては乗算器６６から得ることができる。
【００５６】
（６）特性例
図１７〜図２０に、本実施形態に係る装置にて実現したビームの実例を示す。まず、図１７及び図１８に示す指向性パターンは、いずれも、信号ＴＸ１及びＴＸ２を逆相としたときにＸＺ平面にて形成される送信ビームを示している。特に、図１７は、Ｄ＝２1/2／３×λとなる周波数で励振したときの送信ビームが±π／４（ｒａｄ）の方向を向くことを表しており、図１８は、Ｄ＝２／３×λとなる周波数で励振したときの送信ビームが±π／６（ｒａｄ）の方向を向くことを表している。
【００５７】
次に、図１９及び図２０に示す指向性パターンは、いずれも、表１中の移相制御信号ＬＳｉ−１〜ＬＳｉ−１２に従い信号ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４、ＲＸＢ１〜ＲＸＢ４及びＲＸＣ１〜ＲＸＣ４を移相させ結合させたときに得られる受信ビームを示している。特に、図１９は、Ｄ＝２1/2／３×λとなる周波数及びその近傍の帯域に属する信号に関しては受信ビームＢＭＡ１がπ／４（ｒａｄ）の方向を向くことを表しており、図２０は、Ｄ＝２／３×λとなる周波数及びその近傍の帯域に属する信号に関しては受信ビームＢＭＡ１がπ／６（ｒａｄ）の方向を向くことを表している。
【００５８】
これらは、前述したビーム形成・合成の原理と一致した結果を示している。
【００５９】
（７）補遺
なお、図１では正電極１４が輻射面を向き負電極１６が背面を向くよう全振動子１２を配置しているが、本発明を実施するに際しては、例えば、信号ＴＸ１にて励振される振動子１２については正電極１４が輻射面を向き負電極１６が背面を向くよう配置し、信号ＴＸ２にて励振される振動子１２については正電極１４が背面を向き負電極１６が輻射面を向くよう配置して、輻射面側にある電極を励振用電極２２により接続し背面側にある電極を受波用電極２４により接続するようにしてもよい。このようにした場合、信号ＴＸ１及びＴＸ２が同相であるときには６個のビームが形成され、逆相であるときには１個のビームが形成される（即ち、同相励振時には前述の実施形態における逆相励振時と同様のビームが形成され、逆相励振時には前述の実施形態における逆相励振時と同様のビームが形成される）。なお、この場合、表１とは若干異なる移相量による移相処理が必要になるが、本願の開示を参照した同分野の技術者にとっては、この点は自明であろう。
【００６０】
更に、振動子１２の正電極１４同士及び負電極１６同士を接続する構成にも限定されない。例えば、振動子アレイにシェーディングを施すべく、ある振動子１２とその周囲の振動子１２とを直列接続するようにしてもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態では同相／逆相励振／合成を行っているが、本発明を実施するに際しては、逆相に限らず、異なる位相での励振／合成を行ってもよい。その場合、振動子１２の中心間隔Ｄを均一にはせず、駆動信号間の位相差に応じてずれを与えた間隔にする。また、同相励振／合成と逆相励振／合成とを使用者からの指令で又は適当な周期で自動的に切り換えるような構成としてもよい。
【００６２】
更に、本発明を実施する際には、必ずしも、複数のビームを全て同時に合成することはなく、例えば、３個の振動子アレイのなかから適宜２個の振動子アレイを選択し、選択した２個の振動子アレイに係る４個の移相回路を使用して、４通りの受信信号を得るようにしてもよい。或いは、移相回路を各ビームに対応して設けるのを避けるため（即ち回路の小規模化のため）、ある移相回路をあるときには第１のビームの合成に使用し他の場合には第２のビームの合成に使用するといった切換を随時行うようにしてもよい。
【００６３】
本発明は、魚群探知機の一部を構成する超音波送受波器に限定適用されるものではない。即ち、多数の方向を同時に探知・監視する必要乃至要請がある分野であれば、本発明に係る超音波送受波器乃至超音波送受波装置を適用できる。そのような例としては、例えば潮流計がある。更に、多面魚群探知機を構成する各超音波送受波器や計量型魚群探知機等に使用される超音波送受波器を、本発明にかかる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態における超音波送受波器の構成を示す図であり、特に（ａ）は振動子配置を示すＸＹ平面図、（ｂ）は振動子収納状態を示すＩ−Ｉ断面図である。
【図２】 この実施形態における振動子配置パターンである正三角形格子パターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図３】 この実施形態における励振用配線接続パターンである正三角形と六角形の繰返しパターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図４】 この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイＡに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図５】 この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイＢに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図６】 この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイＣに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図７】 この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に（ａ）は各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイＡの構成を概念的に示すＸＹ平面図、（ｂ）は振動子アレイＡにおける同相励振時の等位相面及び送信ビーム形成態様を示すＸＺ平面図、（ｃ）は振動子アレイＡにおける逆相励振時の等位相面及び送信ビーム形成態様を示すＸＺ平面図である。
【図８】 この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイＢの構成を概念的に示すＸＹ平面図である。
【図９】 この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイＣの構成を概念的に示すＸＹ平面図である。
【図１０】 この実施形態におけるビーム指向性を概念的に示す図であり、特に（ａ）はＸＺ平面図、（ｂ）はＸＹ平面投影図である。
【図１１】 この実施形態における同相／逆相時間差励振を示すタイミングチャートである。
【図１２】 この実施形態に係る魚群探知機の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】 この実施形態における送受切換器の構成を示す回路図である。
【図１４】 この実施形態におけるビーム合成回路の構成を示すブロック図である。
【図１５】 この実施形態における結合器の構成を示すブロック図である。
【図１６】 この実施形態における移相処理の実現手法を示す回路図である。
【図１７】 この実施形態に係る装置にて得られた送信ビームの一例を示す指向特性図である。
【図１８】 この実施形態に係る装置にて得られた送信ビームの他の一例を示す指向特性図である。
【図１９】 この実施形態に係る装置にて得られた受信ビームの一例を示す指向特性図である。
【図２０】 この実施形態に係る装置にて得られた受信ビームの他の一例を示す指向特性図である。
【符号の説明】
１２ 振動子、２２−１，２２−２ 励振用配線、２４−Ａ１，２４−Ａ２，…２４−Ｃ４ 受波用配線、２６ 制御回路、２８，３０ 駆動信号発生回路、３６ 超音波送受波器、４０ ビーム合成回路、５２ 送受切換器、Ａ，Ｂ，Ｃ振動子アレイ、ＢＭＡ１，ＢＭＡ２，…ＢＭ０ ビーム、Ｄ 振動子中心間隔、ＬＳ１−１〜ＬＳ１−１２，ＬＳ２−１〜ＬＳ２−１２，…ＬＳ７−１〜ＬＳ７−１２ 移相制御信号、ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２ 増幅された受信信号、Ｓ１，Ｓ２ 駆動信号、Ｔ０ 送信繰返し周期、Ｔ１ 同相励振期間、Ｔ２ 逆相励振期間、Ｔ３ 同相逆相励振時間差、ＴＸ１，ＴＸ２ 増幅された駆動信号。
【発明の属する技術分野】
本発明は、魚群探知機等の超音波送受波装置において用いうる超音波送受波器に関し、更にはこの超音波送受波器を用いた超音波探知方法、超音波送受波装置及び魚群探知機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
魚群探知機は漁船等の操業を支援する装置として有用である。魚群探知機は超音波送受波装置の一種であり、船底に配設した超音波送受波器を用い、水中に超音波を送信し、魚群等からのエコーを受信する。魚群探知機は、エコーの受信によって探知した魚群等の映像を、船上の表示器の画面上に表示させる。
【０００３】
魚群探知機にて用いられる超音波送受波器のビーム指向性は、通常は、船底直下の魚群を探知できるよう設計されるが、船底直下以外の方向の魚群を探知できるよう超音波送受波器のビーム方向を船底直下方向に対して傾けた設計とすることも可能である。従って、船底に複数の超音波送受波器を設け、そのうち１個の超音波送受波器のビームを船底直下方向に向け、残りの超音波送受波器のビームを船底直下方向に対して傾いた方向に向けるように設計すれば、船底直下方向を含む複数の方向における魚群の存否・規模等を探知することができる。このような構成の魚群探知機は、従来から、多面魚群探知機として知られている。
【０００４】
また、超音波送受波器の向きを機械的に変化させることによって、超音波の送受波方向を変化させることができる。例えば、船底に設けたソナードーム内に超音波送受波器及びこれを支持しかつ回動させる首振り機構を設けることによって、所望の方向を選びその方向における魚群の存否・規模等を探知することが可能になる。この種の魚群探知機は、従来から、サーチライト式魚群探知機として知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら多面魚群探知機及びサーチライト式魚群探知機には、それぞれ問題点がある。まず、多面魚群探知機では、探知する方向一つに対応して一組の超音波送受波器を設ける必要があるため、使用する超音波送受波器の個数が多く、装置部品コスト、設置作業コスト、設置スペース等が大きくなる。また、サーチライト式魚群探知機では、第１に、複数の方向を同時に観測できない。第２に、首振り機構が必要であるため、装置部品コスト、設置作業コスト、保守コスト等がかさみ、また大きな設置スペースも必要である。第３に、超音波送受波器と共に首振り機構を収納するためのソナードームが必要であるため、装置部品コストがかさむ。第４に、船底から突出した位置におくソナードームは非使用時には船内に収容するようにするのが望ましく、そのため、ソナードームを昇降する昇降機構が必要になる。これは、装置部品コスト、設置作業コスト、保守コスト、設置スペース等の増大を招く。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、超音波送受波器を構成する超音波振動子の配置、振動子間の配線、励振・ビーム合成手法等に改良を施すことにより、多面魚群探知機やサーチライト式魚群探知機に比べ低コスト及び省スペースで、複数の方向における魚群の存否や規模を同時に探知できまた当該探知方向を随意に変化させることが可能な、改良された魚群探知機を提供することを目的とする。また、より広義には、本発明は、そのような魚群探知機を実現するのに適する超音波送受波器を提供し、またその超音波送受波器を用いて新規な超音波送受波装置を提供することを目的とする。本発明は、また、従来の超音波送受波器と外観上ほぼ同一の寸法の超音波送受波器により、複数方向の同時探知を可能にすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成すべく、本発明においては、共通の面上に配置されている超音波振動子群によって複数の超音波振動子アレイを形成している。また、この共通の面上に複数の超音波振動子アレイを単純に並べて形成するのではなく、相異なる超音波振動子アレイに属する超音波振動子同士が隣接することとなるよう、特定のパターンに従って、複数の超音波振動子アレイに係る超音波振動子を混在配置している（Ｎ倍密度配列）。更に、これら複数の超音波振動子アレイは、そのビーム方向が互いに異なる方向となるよう励振やビーム合成を行うべく、構成要素たる超音波振動子相互を特定のパターンに従って接続した構造とする。
【０００８】
まず、本発明に係る超音波探知方法は、（１）隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値３1/2Ｄを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、（２）各超音波振動子アレイにて提供される送信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子を励振する。本発明に係る超音波探知方法は、また、（３）各超音波振動子アレイにて提供される受信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子の受波出力を相互に結合させる。本発明に係る超音波探知方法においては、このようにして、その方向が互いに異なる複数本の送信ビームを同時に提供し或いはその方向が互いに異なる複数本の受信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行う。
【０００９】
従って、複数の方向における魚群の存否や規模を同時に探知でき、また、多面魚群探知機やサーチライト式魚群探知機に比べ低コスト及び省スペースの装置で、具体的には従来の超音波送受波器と外観上ほぼ同一の寸法の超音波送受波器により、魚群探知機等の超音波送受波装置を実現することができる。
【００１０】
本発明における超音波振動子配置パターンの代表例は、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンである。超音波振動子配置パターンとして正三角形格子パターンを用いる場合、各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、このパターンに従い配置する。本発明では、前述のように、同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値３1/2Ｄを以て均一となるよう、各超音波振動子が配置されているから、各超音波振動子アレイを構成する超音波振動子を直線で結ぶと、均一の間隔３Ｄ／２を有する複数の振動子配置線が得られる。また、この振動子配置線は超音波振動子アレイ毎に異なる方向を向いており、超音波振動子配置パターンとして正三角形格子パターンを用いている場合には、超音波振動子アレイ間で振動子配置線が２π／３（ｒａｄ）ずつ角度差を有している。
【００１１】
そこで、この複数の振動子配置線の中から１本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子を第１駆動信号により励振し、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子を第２駆動信号により励振することとする。このとき、第１及び第２駆動信号が互いに逆相であれば、その超音波振動子アレイにおいては逆相励振動作が行われることになる。逆相励振時には正面方向に対して対称に２個のビームが形成されるため、正面方向（魚群探知機の場合船底直下方向）に対して開き角を有する２方向についての超音波送信が実現される。また、正三角形格子パターンの採用により得られる３個の超音波振動子アレイ各々についてこの逆相励振を行うことにより、その方向が互いに異なる合計６本の送信ビームを形成できる。更に、上述の第１及び第２駆動信号は超音波振動子アレイ間で共用できるため、励振用配線は第１駆動信号用の配線と第２駆動信号用の配線という２種類の配線のみでよい。
【００１２】
更に、第１駆動信号と第２駆動信号とを同相にして各超音波振動子を励振する同相励振動作を、行うようにしてもよい。同相励振の場合、一般に、送信ビームは正面方向を向く。また、同相励振動作と逆相励振動作を任意に切り換えて実行するようにしてもよいが、好ましくは、同相励振動作及び逆相励振動作のうち一方をまず実行し、送信繰返し周期に比べ十分短い時間差を以て、他方を実行する。このようにすると、単一の送信繰返し周期内で相連続して即ち実質的に同時に、同相励振に係るビームと逆相励振に係るビームとを形成できる。
【００１３】
また、逆相励振に係るビームの方向は、第１及び第２駆動信号の周波数を変化させることにより、変化させることができる。
【００１４】
受信側については、例えば、各超音波振動子アレイに係る複数の振動子配置線の中から１本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力と、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力との逆相合成処理を、実行する。これによって、正面方向に対して開き角を有する方向に、受信ビームを形成できる。特に、この逆相合成処理を、超音波振動子アレイ各々について実行することにより、構成される３個の超音波振動子アレイにて６本の受信ビームを同時形成することができる。
【００１５】
また、各超音波振動子アレイにおける逆相合成処理に際し、当該超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力と、他の超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力とを、各超音波振動子の位置に応じ移相して結合させること、即ち他の超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力を補完的に用いることにより、上記同時形成された６本の受信ビームによる各々の受波出力を、分離・独立した受波出力として、探知出力に使用できる。また、その際の移相量の制御は、施すべき移相量に対応した初期位相を有する移相制御信号にて移相の対象たる信号を変調することにより、実現できる。
【００１６】
更に、受信側において、各振動子アレイを構成する超音波振動子の受波出力相互の同相合成処理を、逆相合成処理と並行して又は切り換えて実行するのが望ましい。なお、受信側では、形成すべきビームに対応して移相回路を並列的に設けることにより、同相合成と逆相合成を同時に実行できる。
【００１７】
本発明は、超音波探知方法としてのみでなく、超音波送受波器、超音波送受波装置、魚群探知機等としても把握できる。
【００１８】
まず、本発明に係る超音波送受波器は、（１）隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置された複数の超音波振動子と、（２）上記正三角形格子パターンに距離３1/2Ｄかつ中心間隔２×３1/2Ｄで繰返し現れている一辺の長さが２Ｄの正三角形の第ｉ番目の頂点（ｉ＝１，２，３）とこの正三角形の３本の辺のうちこの頂点に対向する辺の中点とを結ぶ第１の直線、並びにこの直線に対して３Ｄ／２の距離を有する第２の直線のうち、いずれかの上に配置されている超音波振動子を、相互にかつ外部に電気的に接続することにより、第ｉ番目の超音波振動子アレイに係る接続を提供する接続部材と、を備え、（３）本発明に係る超音波探知方法にて使用されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る超音波送受波器を実現するに当たって、上述の接続部材は、例えば、上記一辺の長さが２Ｄの正三角形に沿って複数の超音波振動子を電気的に接続する第１励振用配線と、第１励振用配線により接続されていない複数の超音波振動子を電気的に接続する第２励振用配線とを、各超音波振動子アレイにより共用する構成とする。各超音波振動子は、第１及び第２励振用配線のうちいずれかを介し、互いに同相又は逆相である２種類の駆動信号のうちいずれかの供給を受け励振される。また、上述の接続部材は、例えば、上記第１の直線に沿ってかつ１個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第１受波用配線と、上記第１の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第１受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第２受波用配線と、上記第２の直線に沿ってかつ１個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第３受波用配線と、上記第２の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第３受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第４受波用配線とを、超音波振動子アレイ毎に設けた構成とする。各超音波振動子の受波出力は、第１乃至第４励振用配線のうちいずれかを介し、実現すべき受信ビームを合成するための各移相回路に分配供給される。更に、上述の接続部材は、例えば、第１及び第２励振用配線を介し駆動信号が各超音波振動子に供給されているときには第１乃至第４受波用配線が接地され、そうでないときには所定の周波数の信号について第１及び第２励振用配線が接地されるよう、第１及び第２励振用配線並びに第１乃至第４受波用配線の電位を駆動信号の有無及び受波している周波数に応じ自動的に変化させる送受切換器を有する構成とする。
【００２０】
次に、本発明に係る超音波送受波装置は、（１）本発明に係る超音波送受波器と、（２）同時に複数本の送信ビームが形成されるよう第１及び第２励振用配線を介し各超音波振動子に対し駆動信号を供給する送信側の回路と、（３）第１乃至第４受波用配線を介し取り出した各超音波振動子の受波出力に基づき同時に複数本の受信ビームを合成する受信側の回路と、（４）送信側の回路及び受信側の回路の動作を制御すると共に受信側の回路にて合成された複数本の受信ビームに係る信号に基づき超音波探知の結果を示す信号を出力する制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
そして、本発明に係る魚群探知機は、（１）船舶に搭載され、水面下における魚群に関する情報を映像表示する表示器を備える魚群探知機であって、（２）本発明に係る超音波送受波装置を備え、更に、（３）本発明に係る超音波送受波器を上記船舶の船底に固定したことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。
【００２３】
（１）素子配置
図１に、本発明の一実施形態に係る魚群探知機にて使用される超音波送受波器の構成を示す。この図に示す超音波送受波器は、コルクシートや独立気泡スポンジゴムシート等の遮音材から形成されている遮音体１０内に超音波振動子１２を収納した構成を有している。遮音体１０の片側の面には、振動子１２を収納するための開口が設けられており、各振動子１２は、その正電極１４を外側にまた負電極１６を内側に向けた状態でこの開口に収納されている。なお、図示しないが、遮音体の内部又は外縁には振動子１２の正電極１４や負電極１６を外部に電気的に接続するための導体配線が配置される。また、やはり図示しないが、この図の超音波送受波器を水中で使用できるようにするためには、ウレタンゴムモールド等による防水構造を設ける必要がある。更に、遮音体１０を支持補強するための各種構造部材を設けてもよい。
【００２４】
更に、この実施形態では、合計１１７個の円形の振動子１２が、略円形の遮音体１０において中心間隔Ｄにて配置されている。遮音体１０の形状や振動子１２の形状・個数は、後述するアレイ形成に支障とならない限りにおいてまた必要とするビームに応じて設計的に決めることができる。
【００２５】
この実施形態において特徴的な点の一つは、むしろ、図２に示すように、正三角形格子パターン１８上の各格子点２０に各振動子１２を配置した点にある。ここでいう“正三角形格子パターン”とは、正三角形を繰返しの単位とする格子状のパターンである。特に、本実施形態における正三角形格子パターン１８は、その一辺の長さがＤの正三角形を繰返しの単位とし、遮音体１０の表面に沿って想定されている仮想的なパターンである。また、ここでいう“格子点”とは、繰返しの単位となっている正三角形の頂点である。
【００２６】
（２）素子配線
本実施形態では、正三角形格子パターン１８に従い配置されている多数の振動子１２を、３個の振動子アレイＡ，Ｂ及びＣが形成されるよう、励振用配線２２及び受波用配線２４により相互にかつ外部に、電気的に接続している。本実施形態の特徴の一つは、励振用配線２２や受波用配線２４による振動子間接続パターンの規則性にある。
【００２７】
まず、励振用配線２２は、振動子１２の正電極１４同士を接続し更にこれを外部（後述の駆動信号発生回路）に接続する配線であり、図３に示すようなパターンに従い振動子１２を接続している。図３から明らかなとおり、本実施形態では、多数の振動子１２の中から所定の規則（後述）に従って選んだ振動子１２の正電極１４に駆動信号ＴＸ１を印加するための励振用配線２２−１と、他の振動子１２の正電極１４に駆動信号ＴＸ２を印加するための励振用配線２２−２とが、設けられている。
【００２８】
また、受波用配線２４は、振動子１２の負電極１６同士を接続し更にこれを外部（後述のビーム合成回路）に接続する配線であり、図４〜図６に示すようなパターンに従い振動子１２を接続している。図４〜図６から明らかなとおり、本実施形態では、Ｙ軸に平行な直線に沿う振動子１２同士を接続する受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４、Ｙ軸に対して反時計回りに２π／３（ｒａｄ）傾いた直線に沿う振動子１２同士を接続する受波用配線２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４、及びＹ軸に対して時計回りに２π／３（ｒａｄ）傾いた直線に沿う振動子１２同士を接続する受波用配線２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４が、受波用配線２４として設けられている。
【００２９】
受波用配線２４−Ｘ１（Ｘ＝Ａ，Ｂ，Ｃ）により接続される振動子１２と受波用配線２４−Ｘ２により接続される振動子１２は、同一の直線上に位置している。この直線上において、受波用配線２４−Ｘ１により接続される振動子１２と受波用配線２４−Ｘ２により接続される振動子１２は、交互に位置している。同様に、受波用配線２４−Ｘ３により接続される振動子１２と受波用配線２４−Ｘ４により接続される振動子１２は、同一の直線上に位置している。この直線上において、受波用配線２４−Ｘ３により接続される振動子１２と受波用配線２４−Ｘ４により接続される振動子１２は、交互に位置している。また、受波用配線２４−Ｘ１及び２４−Ｘ２に係る直線と受波用配線２４−Ｘ３及び２４−Ｘ４に係る直線は、３Ｄ／２なる均一の間隔で交互に位置している。更に、受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４により接続されている一群の振動子１２、受波用配線２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４により接続されている一群の振動子１２、及び受波用配線２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４により接続されている一群の振動子１２の間には、重複はなく、いずれの振動子１２もいずれか１本の受波用配線２４に接続されている。そして、受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４、２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４及び２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４により取り出される信号には、それぞれ、順に、ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４、ＲＸＢ１〜ＲＸＢ４及びＲＸＣ１〜ＲＸＣ４という符号が付せられている。
【００３０】
なお、各図中のＺ軸は船底直下方向（図１中の開口形成面即ち輻射面に鉛直な方向）を向いており、Ｘ軸及びＹ軸は輻射面に属している。Ｘ軸は、例えば、船首方向とする。
【００３１】
（３）アレイ及びビームの形成原理
図３〜図６に示した配線接続態様においては、図７〜図９に示すパターンが繰返しの単位となって現れている。本実施形態の特徴の一つは、このような規則性を有する振動子配置及び接続関係を利用した励振／合成処理により、３個の振動子アレイを形成し、かつ最大で７本のビームを実質的に同時に形成できるようにしたことにある。
【００３２】
まず、図３に示した励振用配線接続パターンには、一辺の長さが２Ｄである正三角形が均一の距離３1/2Ｄで（中心間隔で言えば２×３1/2Ｄで）繰返し現れており、この正三角形の頂点に位置する振動子１２やこの正三角形の各辺の中点に位置する振動子１２が励振用配線２２−１により接続されている。図３に示した励振用配線接続パターンには、更に、当該一辺の長さが２Ｄである正三角形を取り巻く六角形が繰返し現れている。この六角形は、ちょうど、一辺の長さが５Ｄである正三角形の各頂点からそれぞれ一辺の長さがＤである正三角形を切り落とした形状を有しており、隣接する六角形に対しては、切り落とした頂点に係る短い方の辺が隣接する六角形の長い方の辺の中央に接するような位置関係にある。この六角形の辺上及び頂点に位置する振動子１２は、励振用配線２２−２により接続されている。即ち、図３に示した励振用配線接続パターンにて繰返しの単位となっている図形は、図７〜図９に示すように、一辺の長さが２Ｄの正三角形及びこれを取り巻く六角形である。
【００３３】
次に、図４〜図６に示した合計１２本の受波用配線２４は、接続対象としている振動子１２が並んでいる方向に従い、３個のグループに分かれている。一つ目のグループは図４に示した受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４であり、二つ目のグループは図５に示した受波用配線２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４であり、三つ目のグループは図６に示した受波用配線２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４である。そこで、受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４によって接続されている振動子１２に符号Ａ、受波用配線２４−Ｂ１〜２４−Ｂ４によって接続されている振動子１２に符号Ｂ、受波用配線２４−Ｃ１〜２４−Ｃ４によって接続されている振動子１２に符号Ｃをそれぞれ付与することとする。図７〜図９中、振動子１２上に記されている符号はこの符号である。
【００３４】
このようにして作成した図７〜図９のうち、図７（ａ）によれば、符号Ａが付与されている振動子１２は、励振用配線２２−１に接続されているもの即ち信号ＴＸ１により励振されるものと、励振用配線２２−２に接続されているもの即ち信号ＴＸ２により励振されるものとに分かれている。符号Ａの振動子１２のうち信号ＴＸ１により励振されるものは、その一辺の長さが２Ｄの正三角形の頂点及びこの頂点に対向する辺の中点を通りＹ軸と平行な直線の上に、並んでいる。また、符号Ａの振動子１２のうち信号ＴＸ２により励振されるものは、信号ＴＸ１により励振されるものが並んでいる直線と平行でその直線からの距離が３Ｄ／２である他の直線の上に、並んでいる。別の言い方をすれば、信号ＴＸ１により励振される振動子１２は、受波用配線２４−Ａ３又は２４−Ａ４に接続されており、信号ＴＸ２により励振される振動子１２は、受波用配線２４−Ａ１又は２４−Ａ２に接続されている。
【００３５】
このことからわかるのは、符号Ａが付与されている振動子１２（中心間隔＝３1/2Ｄ）により一つ目の振動子アレイＡが形成されていることである。この振動子アレイＡは、励振用配線２２として励振用配線２２−１及び２２−２を有しており、また励振用配線２２−１に接続されている振動子１２と励振用配線２２−２に接続されている振動子１２とが前述のように相異なる直線上に位置しているから、ＸＺ平面に沿って見た場合、送信に係る等位相面は図７（ｂ）又は（ｃ）に示されるような形で現れる。
【００３６】
まず、図７（ｂ）に示した例は、信号ＴＸ１と信号ＴＸ２とが同相の例であり、この場合には等位相面は輻射面と平行になるから、振動子アレイＡの送信ビームはＺ軸方向を向く。
【００３７】
次に、図７（ｃ）に示した例は、信号ＴＸ１と信号ＴＸ２が逆相の例であり、この場合には等位相面は輻射面と平行にならず、振動子アレイＡの送信ビームはＺ軸方向と交差する方向を向く。Ｚ軸に対する超音波の伝搬方向の傾き角（開き角）をθとしたとき、信号ＴＸ１により励振される一群の振動子１２に係る超音波伝搬経路長と信号ＴＸ２により励振される一群の振動子１２に係る超音波伝搬経路長の差、即ち伝搬経路差は、次の式
【数１】
【数２】
Ｌ＝±λ／２＝（３Ｄ／２）×ｓｉｎθ
が成り立つ開き角θであり、この開き角θが送信ビームの方向となる（λ：超音波の波長）。
【００３８】
例えば、Ｄ＝２1/2／３×λであれば送信ビームの方向はθ＝±π／４（ｒａｄ）となるし、Ｄ＝２／３×λであれば送信ビームの方向はθ＝±π／６（ｒａｄ）となる。即ち、信号ＴＸ１と信号ＴＸ２が逆相であるときには、振動子アレイＡの送信ビームはＺ軸について対称な２方向に現れ、またその方向θは信号ＴＸ１及びＴＸ２の周波数ひいては超音波の波長λを変えれば変わる。
【００３９】
同様の議論は、振動子アレイＡを受波に用いる際にも成り立つ。即ち、受波用配線２４−Ａ１〜２４−Ａ４にて取り出した信号ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４それぞれについて同じ移相量にて移相処理を施すこと（或いは移相なしとすること）により、Ｚ軸方向を向いた受信ビームを合成できる（同相合成）。また、信号ＲＸＡ１及びＲＸＡ２を例えばπ（ｒａｄ）移相させ信号ＲＸＡ３及びＲＸＡ４に係る移相量を０（ｒａｄ）即ち移相なしとすることによって、Ｚ軸に対して開き角θを有する方向を向いた２本の受信ビームを合成できる（逆相合成）。また、同相合成に係る移相回路と逆相合成に係る移相回路とを並列に設けることにより、Ｚ軸方向を向いた受信ビームとＺ軸に対して開き角θを有する２本の受信ビームとを同時に合成できる。即ち、３方向について同時探知を行うことが可能になる。
【００４０】
また、図８から、符号Ｂが付与されている振動子１２により二つ目の振動子アレイＢが形成されていることや、この振動子アレイＢに関しても振動子アレイＡと同様の議論が成り立つことがわかる。図９から、符号Ｃが付与されている振動子１２により三つ目の振動子アレイＣが形成されていることや、この振動子アレイＣに関しても振動子アレイＡ及びＢと同様の議論が成り立つことがわかる。従って、３個の振動子アレイを同時に動作させることにより、図１０に示すように、最大で１本（同相）＋２本（逆相）×３（アレイ個数）＝７個の送受信ビームを実質的に同時に形成できる。図１０中、ＢＭ０は各振動子アレイにおける同相励振又は同相合成により形成されるビームであり、Ｚ軸方向を向いている。ＢＭＡ１及びＢＭＡ２は振動子アレイＡにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、ＸＺ平面に属している。ＢＭＢ１及びＢＭＢ２は振動子アレイＢにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、ＸＺ平面に対してＺ軸回りに−２π／３（ｒａｄ）回転した平面に属している。ＢＭＣ１及びＢＭＣ２は振動子アレイＣにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、ＸＺ平面に対してＺ軸回りに２π／３（ｒａｄ）回転した平面に属している。
【００４１】
受信ビームに関しては、各ビームに対応して合計７個の移相回路を設けることにより、これら７個のビームに係る受信信号を同時に合成できる。送信ビームに関しては、信号ＴＸ１及びＴＸ２を同相にするモードと逆相にするモードとを切り換えねばならないため７個のビームを厳密に同時に形成することはできないが、振動子アレイＡを例として図１１に示すように、同相励振の期間Ｔ１と逆相励振の期間Ｔ２とを十分短い時間差Ｔ３を以て設けることにより、単一の送信繰返し周期Ｔ０内で７個のビームをほぼ同時に（即ち時間差Ｔ３のみで）形成できる。
【００４２】
（４）実施形態の基本的効果
このように、本実施形態では、図１及び図２に示す規則に従い配置した振動子１２を図３〜図６に示す規則に従い電気的に接続し、更に図７（ｂ）及び（ｃ）に示す原理に従い同相／逆相励振／合成を行うようにしたため、図１０に示すように最大で７個のビームをほぼ同時に形成することができる。これによって、複数方向の同時乃至準同時探知が可能になる。
【００４３】
特に、正三角形格子パターン１８に従って振動子１２を配置しているため、ＸＹ平面に投影したときのビーム間隔がちょうどπ／３（ｒａｄ）で均一になると共に振動子密度も比較的大きくなる。そのため、船舶下の水中をくまなく網羅して観測でき、かつ、遮音体１０に組み込んだ状態での超音波送受波器全体の外観は、振動子アレイを１個だけ構成した場合とさほど変わらない寸法とすることができる。これによって、低コスト及び省スペースという利点を実現できる。
【００４４】
また、ビーム方向θが波長λ及び振動子中心間隔Ｄに依存しているため、振動子中心間隔Ｄを予め適当な値にしておき、必要に応じて信号ＴＸ１及びＴＸ２の周波数や受波側回路の通過帯域を適宜変化させることにより、ビーム方向θを変化させることができる。
【００４５】
更に、励振用配線２２として励振用配線２２−１及び２２−２を設け、更にそれらによる接続パターンを図３及び図７〜図９に示した規則に従う繰返しパターンとしたため、各振動子アレイに対応した励振用配線を設けずに即ち２本の励振用配線２２−１及び２２−２のみで、３個の振動子アレイＡ〜Ｃを形成することができ、経済性が高い。
【００４６】
また、受信ビームに対応して設けた各移相回路に、その受信ビームに対応した受波用配線２４以外の受波用配線２４からも信号を供給し、適宜移相してこれらを結合させることにより、信号受信利得を確保できる。その場合の各信号の移相量の例を表１に示す。この表では、合計７個のビームに対応して７個の移相回路を設け、第ｉ番目の移相回路に対して移相制御信号ＬＳｉ−１〜ＬＳｉ−１２を供給することによって、信号ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４、ＲＸＢ１〜ＲＸＢ４及びＲＸＣ１〜ＲＸＣ４各々についての移相量を制御するものとしている。
【００４７】
【表１】
図１２に、本実施形態に係る超音波送受波器を用いて構成した魚群探知機の全体の回路・機能構成を示す。この図に示す回路では、ＣＰＵ等にて構成される制御回路２６が、駆動信号発生回路２８及び３０に対し基準発振信号及びその分周比を設定する信号を供給し、駆動信号発生回路２８及び３０内部における基準発振信号の分周動作を制御し、更に分周により得られた信号をパルス変調することによって、図１１に示したタイミングで駆動信号Ｓ１及びＳ２を発生させる。パワーアンプ３２及び３４は、これらの駆動信号Ｓ１及びＳ２のうち対応するものを電力増幅することによって前述の信号ＴＸ１及びＴＸ２を発生させ、超音波送受波器３６に供給する。超音波送受波器３６は図１〜図６に示した構成を有している。超音波送受波器３６はＸ軸を船首方向に向けＺ軸を深度方向（船底直下方向）に向けて船底に配設されており、信号ＴＸ１及びＴＸ２に応じて超音波を水中に輻射する。
【００４８】
水中の魚群等により反射された超音波は、超音波送受波器３６により受波され電気信号に変換される。得られた信号ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４、ＲＸＢ１〜ＲＸＢ４及びＲＸＣ１〜ＲＸＣ４は、プリアンプ部３８により増幅され、信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２としてビーム合成回路４０に供給される。ビーム合成回路４０は、制御回路２６による制御の下に、これらの信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２からビームＢＭＡ１、ＢＭＡ２、ＢＭＢ１、ＢＭＢ２、ＢＭＣ１、ＢＭＣ２及びＢＭ０に係る信号を合成する。合成された信号は、各ビームに対応して７個設けられている受信処理回路４２に供給される。受信処理回路４２では、ビーム合成回路４０からの信号に関し、ＴＶＧ（時間可変利得）回路４４が超音波伝搬減衰による反射エコーレベルの低下分の補正処理を施し、検波回路４６が検波により直流信号に変換し、ＡＤ変換器４８がこの直流信号をアナログからディジタルに変換して制御回路２６に供給する。制御回路２６は、各受信処理回路４２から供給されるディジタル信号に基づき、表示器５０の画面上に各方向における魚群の有無、規模等の情報を表示させる。使用者は、表示器５０の画面表示を看取することにより、多方面についての魚群情報を得ることができる。特に、本実施形態では、制御回路２６内部における映像合成処理により、図１０に示した複数のビームを利用して水中の状況に関する立体的な映像を提供することができる。
【００４９】
パワーアンプ３２及び３４やプリアンプ部３８と超音波送受波器３６との間に設けられている送受切換器５２は、駆動信号ＴＸ１及びＴＸ２が供給されているときには振動子１２の負電極１６を自動的に接地導体としてプリアンプ部３８以降の受信側回路を超音波送受波器３６から実質的に切り離し、そうでないときには振動子１２の正電極１４を自動的に接地導体としてパワーアンプ３２及び３４以前の送信側回路を超音波送受波器３６から実質的に切り離すための回路である。言い換えれば、駆動信号ＴＸ１及びＴＸ２が供給されているときには超音波送受波器３６を実質的に超音波送波器としてのみ使用し、そうでないときには超音波受波器としてのみ使用することができるようにするための回路である。
【００５０】
図１３に、送受切換器５２の一例構成を示す。この図の送受切換器５２は送信側の回路５４及び受信側の回路５６から構成されている。送信側の回路５４は、パワーアンプ３２及び３４各々とこれに対応する励振用配線２２との間に、それぞれ設けられている。この回路５４は、対応するパワーアンプと対応する励振用配線２２との間に接続されかつ互いに逆並列接続されているダイオードＤ１及びＤ２、これらのダイオードＤ１及びＤ２の超音波送受波器３６側の端に接続されているキャパシタＣ、このキャパシタＣと接地との間に接続されているインダクタＬ、並びにこのインダクタＬと並列にかつ互いに逆並列されているダイオードＤ３及びＤ４から構成されている。キャパシタＣ及びインダクタＬは信号ＴＸ１及びＴＸ２の搬送周波数即ち送信周波数ｆ０にて直列共振するようその値が設定されている。
【００５１】
他方、受信側の回路５６は、超音波送受波器３６の受波用配線２４各々とこれに対応するプリアンプ５８との間に、それぞれ設けられている。なお、前述のプリアンプ部３８はこの合計１２個のプリアンプ５８により構成されている。受信側の回路５６は、接地との間に接続され互いに逆並列接続されているダイオードＤ５及びＤ６から構成されている。
【００５２】
従って、パワーアンプ３２及び３４を介し駆動信号ＴＸ１及びＴＸ２（厳密にはその中の送信パルス）が供給されている期間（図１１中のＴ１＋Ｔ３＋Ｔ２）には、回路５４中のインダクタＬの両端間が短絡されると共に各受波用配線２４の一端が回路５６において接地される。また、それ以外の期間には、回路５４中のキャパシタＣ及びインダクタＬが受波信号中の送信周波数成分により共振するため各励振用配線２２が一端接地状態になる。
【００５３】
ビーム合成回路４０は、例えば、図１４に示す構成とすることができる。この図に示すビーム合成回路４０は、合成すべき合計７個のビームに対応して設けられている結合器６２それぞれに、局部発振回路６０の発振出力である移相制御信号と共に、信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２を入力する構成を有している。局部発振回路６０は、先に表１に示したように、合計７組の移相制御信号を発生させている。即ち、ビームＢＭＡ１に対応する結合器６２に対しては移相制御信号ＬＳ１−１〜ＬＳ１−１２を、ビームＢＭＡ２に対応する結合器６２に対しては移相制御信号ＬＳ２−１〜ＬＳ２−１２を、…そしてビームＢＭ０に対応する結合器６２に対しては移相制御信号ＬＳ７−１〜ＬＳ７−１２を、それぞれ供給する。各移相制御信号は、例えば、制御回路２６から供給される基準発振信号を、制御回路２６により設定される分周比にて分周し、更にこの分周のために用いるカウンタの初期値を適宜ずらして設定する（初期位相を与える）ことにより、発生させることができる。このようにして発生させた移相制御信号は、実現すべき移相量をその初期位相とする信号になる。
【００５４】
各結合器６２は、移相回路として動作する回路であり、例えば図１５に示す構成を有している。この図に示す結合器６２は、入力する信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２それぞれに対応して設けられたバッファ６４、このバッファ６４を介し供給される信号ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２各々とこれに対応する移相制御信号ＬＳｉ−１〜ＬＳｉ−１２（ｉ＝１，２，…７）とを乗算結合させる乗算器６６、各乗算器６６の出力を加算結合させる加算器６８、並びに加算器６８の出力信号に帯域制限を加え必要な周波数成分のみを取り出すＢＰＦ７０から構成されている。
【００５５】
各乗算器６６は、図１６に示すように、アナログスイッチ７２及びＢＰＦ７４から構成されている。スイッチ７２は、供給される移相制御信号ＬＳｉ−ｊ（ｊ＝１，２，…１２）に応じて信号ＲＸＳｊをスイッチングする手段である。例えば、送信周波数ｆ０が５０ｋＨｚであるときには、５０５ｋＨｚの周波数を有する信号を移相制御信号ＬＳｉ−ｊとして供給しスイッチングを行うことにより、移相制御信号ＬＳｉ−ｊに従い変調された信号が得られる。この信号には、和周波数即ち５０５ｋＨｚ＋５０ｋＨｚ＝５５５ｋＨｚの成分と、差周波数即ち５０５ｋＨｚ−５０ｋＨｚ＝４５５ｋＨｚの成分とが含まれており、その位相は、移相制御信号ＬＳｉ−ｊの初期位相により決定されている。ＢＰＦ７４は、この信号に含まれる周波数成分のうち差周波数の成分（上述の例では４５５ｋＨｚの成分）を通過させる。移相制御信号ＬＳｉ−ｊには、実現すべき移相量に相当する初期位相が付与されているから、当該移相量だけ移相された信号をＢＰＦ７４ひいては乗算器６６から得ることができる。
【００５６】
（６）特性例
図１７〜図２０に、本実施形態に係る装置にて実現したビームの実例を示す。まず、図１７及び図１８に示す指向性パターンは、いずれも、信号ＴＸ１及びＴＸ２を逆相としたときにＸＺ平面にて形成される送信ビームを示している。特に、図１７は、Ｄ＝２1/2／３×λとなる周波数で励振したときの送信ビームが±π／４（ｒａｄ）の方向を向くことを表しており、図１８は、Ｄ＝２／３×λとなる周波数で励振したときの送信ビームが±π／６（ｒａｄ）の方向を向くことを表している。
【００５７】
次に、図１９及び図２０に示す指向性パターンは、いずれも、表１中の移相制御信号ＬＳｉ−１〜ＬＳｉ−１２に従い信号ＲＸＡ１〜ＲＸＡ４、ＲＸＢ１〜ＲＸＢ４及びＲＸＣ１〜ＲＸＣ４を移相させ結合させたときに得られる受信ビームを示している。特に、図１９は、Ｄ＝２1/2／３×λとなる周波数及びその近傍の帯域に属する信号に関しては受信ビームＢＭＡ１がπ／４（ｒａｄ）の方向を向くことを表しており、図２０は、Ｄ＝２／３×λとなる周波数及びその近傍の帯域に属する信号に関しては受信ビームＢＭＡ１がπ／６（ｒａｄ）の方向を向くことを表している。
【００５８】
これらは、前述したビーム形成・合成の原理と一致した結果を示している。
【００５９】
（７）補遺
なお、図１では正電極１４が輻射面を向き負電極１６が背面を向くよう全振動子１２を配置しているが、本発明を実施するに際しては、例えば、信号ＴＸ１にて励振される振動子１２については正電極１４が輻射面を向き負電極１６が背面を向くよう配置し、信号ＴＸ２にて励振される振動子１２については正電極１４が背面を向き負電極１６が輻射面を向くよう配置して、輻射面側にある電極を励振用電極２２により接続し背面側にある電極を受波用電極２４により接続するようにしてもよい。このようにした場合、信号ＴＸ１及びＴＸ２が同相であるときには６個のビームが形成され、逆相であるときには１個のビームが形成される（即ち、同相励振時には前述の実施形態における逆相励振時と同様のビームが形成され、逆相励振時には前述の実施形態における逆相励振時と同様のビームが形成される）。なお、この場合、表１とは若干異なる移相量による移相処理が必要になるが、本願の開示を参照した同分野の技術者にとっては、この点は自明であろう。
【００６０】
更に、振動子１２の正電極１４同士及び負電極１６同士を接続する構成にも限定されない。例えば、振動子アレイにシェーディングを施すべく、ある振動子１２とその周囲の振動子１２とを直列接続するようにしてもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態では同相／逆相励振／合成を行っているが、本発明を実施するに際しては、逆相に限らず、異なる位相での励振／合成を行ってもよい。その場合、振動子１２の中心間隔Ｄを均一にはせず、駆動信号間の位相差に応じてずれを与えた間隔にする。また、同相励振／合成と逆相励振／合成とを使用者からの指令で又は適当な周期で自動的に切り換えるような構成としてもよい。
【００６２】
更に、本発明を実施する際には、必ずしも、複数のビームを全て同時に合成することはなく、例えば、３個の振動子アレイのなかから適宜２個の振動子アレイを選択し、選択した２個の振動子アレイに係る４個の移相回路を使用して、４通りの受信信号を得るようにしてもよい。或いは、移相回路を各ビームに対応して設けるのを避けるため（即ち回路の小規模化のため）、ある移相回路をあるときには第１のビームの合成に使用し他の場合には第２のビームの合成に使用するといった切換を随時行うようにしてもよい。
【００６３】
本発明は、魚群探知機の一部を構成する超音波送受波器に限定適用されるものではない。即ち、多数の方向を同時に探知・監視する必要乃至要請がある分野であれば、本発明に係る超音波送受波器乃至超音波送受波装置を適用できる。そのような例としては、例えば潮流計がある。更に、多面魚群探知機を構成する各超音波送受波器や計量型魚群探知機等に使用される超音波送受波器を、本発明にかかる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態における超音波送受波器の構成を示す図であり、特に（ａ）は振動子配置を示すＸＹ平面図、（ｂ）は振動子収納状態を示すＩ−Ｉ断面図である。
【図２】 この実施形態における振動子配置パターンである正三角形格子パターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図３】 この実施形態における励振用配線接続パターンである正三角形と六角形の繰返しパターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図４】 この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイＡに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図５】 この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイＢに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図６】 この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイＣに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すＸＹ平面図である。
【図７】 この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に（ａ）は各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイＡの構成を概念的に示すＸＹ平面図、（ｂ）は振動子アレイＡにおける同相励振時の等位相面及び送信ビーム形成態様を示すＸＺ平面図、（ｃ）は振動子アレイＡにおける逆相励振時の等位相面及び送信ビーム形成態様を示すＸＺ平面図である。
【図８】 この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイＢの構成を概念的に示すＸＹ平面図である。
【図９】 この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイＣの構成を概念的に示すＸＹ平面図である。
【図１０】 この実施形態におけるビーム指向性を概念的に示す図であり、特に（ａ）はＸＺ平面図、（ｂ）はＸＹ平面投影図である。
【図１１】 この実施形態における同相／逆相時間差励振を示すタイミングチャートである。
【図１２】 この実施形態に係る魚群探知機の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】 この実施形態における送受切換器の構成を示す回路図である。
【図１４】 この実施形態におけるビーム合成回路の構成を示すブロック図である。
【図１５】 この実施形態における結合器の構成を示すブロック図である。
【図１６】 この実施形態における移相処理の実現手法を示す回路図である。
【図１７】 この実施形態に係る装置にて得られた送信ビームの一例を示す指向特性図である。
【図１８】 この実施形態に係る装置にて得られた送信ビームの他の一例を示す指向特性図である。
【図１９】 この実施形態に係る装置にて得られた受信ビームの一例を示す指向特性図である。
【図２０】 この実施形態に係る装置にて得られた受信ビームの他の一例を示す指向特性図である。
【符号の説明】
１２ 振動子、２２−１，２２−２ 励振用配線、２４−Ａ１，２４−Ａ２，…２４−Ｃ４ 受波用配線、２６ 制御回路、２８，３０ 駆動信号発生回路、３６ 超音波送受波器、４０ ビーム合成回路、５２ 送受切換器、Ａ，Ｂ，Ｃ振動子アレイ、ＢＭＡ１，ＢＭＡ２，…ＢＭ０ ビーム、Ｄ 振動子中心間隔、ＬＳ１−１〜ＬＳ１−１２，ＬＳ２−１〜ＬＳ２−１２，…ＬＳ７−１〜ＬＳ７−１２ 移相制御信号、ＲＸＳ１〜ＲＸＳ１２ 増幅された受信信号、Ｓ１，Ｓ２ 駆動信号、Ｔ０ 送信繰返し周期、Ｔ１ 同相励振期間、Ｔ２ 逆相励振期間、Ｔ３ 同相逆相励振時間差、ＴＸ１，ＴＸ２ 増幅された駆動信号。
Claims (16)
- 隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値３1/2Ｄを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、
更に、各超音波振動子アレイにて提供される送信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子を励振することにより、
その方向が互いに異なる複数本の送信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行うことを特徴とする超音波探知方法において、
各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置し、
更に、各超音波振動子アレイにて間隔３Ｄ／２で形成されている複数の振動子配置線の中から１本おきに振動子配置線を選び、互いに逆相に設定されている第１及び第２駆動信号のうち第１駆動信号により、当該選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子を励振し、第２駆動信号により、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子を励振する逆相励振動作を、超音波振動子アレイ各々についてかつ共通の第１及び第２駆動信号を用いて実行することにより、３個の超音波振動子アレイを構成しかつ超音波振動子アレイ毎に２本の送信ビームを同時形成させることを特徴とする超音波探知方法。 - 隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値３1/2Ｄを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、
各超音波振動子アレイにて提供される送信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子を励振し、
更に、各超音波振動子アレイにて提供される受信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子の受波出力を相互に結合させることにより、
その方向が互いに異なる複数本の送信ビームを同時に提供しかつその方向が互いに異なる複数本の受信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行うことを特徴とする超音波探知方法において、
各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置し、
更に、各超音波振動子アレイにて間隔３Ｄ／２で形成されている複数の振動子配置線の中から１本おきに振動子配置線を選び、互いに逆相に設定されている第１及び第２駆動信号のうち第１駆動信号により、当該選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子を励振し、第２駆動信号により、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子を励振する逆相励振動作を、超音波振動子アレイ各々についてかつ共通の第１及び第２駆動信号を用いて実行することにより、３個の超音波振動子アレイを構成しかつ超音波振動子アレイ毎に２本の送信ビームを同時形成させることを特徴とする超音波探知方法。 - 請求項１又は２記載の超音波探知方法において、
上記第１及び第２駆動信号を同相にして各超音波振動子を励振する同相励振動作と、上記逆相励振動作とを、選択的に実行することを特徴とする超音波探知方法。 - 請求項３記載の超音波探知方法において、
上記同相励振動作及び逆相励振動作のうち一方をまず実行し、送信繰返し周期に比べ十分短い時間差を以て、他方を実行することを特徴とする超音波探知方法。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波探知方法において、
上記第１及び第２駆動信号の周波数を変化させることにより送信ビームの向きを変化させることを特徴とする超音波探知方法。 - 隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値３ 1/2 Ｄを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレ イそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、
更に、各超音波振動子アレイにて提供される受信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子の受波出力を相互に結合させることにより、
その方向が互いに異なる複数本の受信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行うことを特徴とする超音波探知方法において、
各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置し、
更に、各超音波振動子アレイにて間隔３Ｄ／２で形成されている複数の振動子配置線の中から１本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力と、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力との逆相合成処理を、超音波振動子アレイ各々について実行することにより、
構成される３個の超音波振動子アレイにて６本の受信ビームを同時形成させることを特徴とする超音波探知方法。 - 隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値３ 1/2 Ｄを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、
各超音波振動子アレイにて提供される送信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子を励振し、
更に、各超音波振動子アレイにて提供される受信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子の受波出力を相互に結合させることにより、
その方向が互いに異なる複数本の送信ビームを同時に提供しかつその方向が互いに異なる複数本の受信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行うことを特徴とする超音波探知方法において、
各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置し、
更に、各超音波振動子アレイにて間隔３Ｄ／２で形成されている複数の振動子配置線の中から１本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力と、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力との逆相合成処理を、超音波振動子アレイ各々について実行することにより、
構成される３個の超音波振動子アレイにて６本の受信ビームを同時形成させることを特徴とする超音波探知方法。 - 請求項６又は７記載の超音波探知方法において、
各超音波振動子アレイにおける逆相合成処理に際し、当該超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力と、他の超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力とを、各超音波振動子の位置に応じ移相して結合させることを特徴とする超音波探知方法。 - 請求項８記載の超音波探知方法において、
施すべき移相量に対応した初期位相を有する移相制御信号にて移相の対象たる信号を変調することにより、上記移相を行うことを特徴とする超音波探知方法。 - 請求項６乃至９のいずれかに記載の超音波探知方法において、
各振動子アレイを構成する超音波振動子の受波出力相互の同相合成処理を、上記逆相合成処理と並行して又は切り換えて実行することを特徴とする超音波探知方法。 - 請求項１乃至１０のいずれかに記載の超音波探知方法にて使用される超音波送受波器であって、
隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Ｄを以て均一になるよう、一辺の長さがＤの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置された複数の超音波振動子と、
上記正三角形格子パターンに距離３ 1/2 Ｄかつ中心間隔２×３ 1/2 Ｄで繰返し現れている一辺の長さが２Ｄの正三角形の第ｉ番目の頂点（ｉ＝１，２，３）とこの正三角形の３本の辺のうちこの頂点に対向する辺の中点とを結ぶ第１の直線、並びにこの直線に対して３ Ｄ／２の距離を有する第２の直線のうち、いずれかの上に配置されている超音波振動子を、相互にかつ外部に電気的に接続することにより、第ｉ番目の超音波振動子アレイに係る接続を提供する接続部材と、
を備えることを特徴とする超音波送受波器。 - 請求項１１記載の超音波送受波器において、
上記接続部材が、上記一辺の長さが２Ｄの正三角形に沿って複数の超音波振動子を電気的に接続する第１励振用配線と、第１励振用配線により接続されていない複数の超音波振動子を電気的に接続する第２励振用配線と、を含み、かつ、これら第１及び第２励振用配線が各超音波振動子アレイにより共用されており、
上記複数の超音波振動子が、上記第１及び第２励振用配線のうちいずれかを介し、互いに同相又は逆相である２種類の駆動信号のうちいずれかの供給を受け励振されることを特徴とする超音波送受波器。 - 請求項１１又は１２記載の超音波送受波器において、
上記接続部材が、上記第１の直線に沿ってかつ１個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第１受波用配線と、上記第１の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第１受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第２受波用配線と、上記第２の直線に沿ってかつ１個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第３受波用配線と、上記第２の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第３受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第４受波用配線と、を含み、かつ、これら第１乃至第４受波用配線が超音波振動子アレイ毎に設けられており、
上記複数の超音波振動子の受波出力が、上記第１乃至第４励振用配線のうちいずれかを介し、実現すべき受信ビームを合成するための各移相回路に分配供給されることを特徴とする超音波送受波器。 - 請求項１２記載の超音波送受波器であって、請求項１３記載の第１乃至第４受波用配線を備える超音波送受波器において、
上記接続部材が、上記第１及び第２励振用配線を介し駆動信号が各超音波振動子に供給されているときには上記第１乃至第４受波用配線が接地され、そうでないときには所定の周波数の信号について上記第１及び第２励振用配線が接地されるよう、上記第１及び第２励振用配線並びに上記第１乃至第４受波用配線の電位を駆動信号の有無及び受波している周波数に応じ自動的に変化させる送受切換器を含むことを特徴とする超音波送受波器。 - 請求項１４記載の超音波送受波器と、
同時に複数本の送信ビームが形成されるよう上記第１及び第２励振用配線を介し各超音波振動子に対し駆動信号を供給する送信側の回路と、
上記第１乃至第４受波用配線を介し取り出した各超音波振動子の受波出力に基づき同時に複数本の受信ビームを合成する受信側の回路と、
上記送信側の回路及び受信側の回路の動作を制御すると共に上記受信側の回路にて合成された複数本の受信ビームに係る信号に基づき超音波探知の結果を示す信号を出力する制御回路と、
を備えることを特徴とする超音波送受波装置。 - 船舶に搭載され、水面下における魚群に関する情報を映像表示する表示器を備える魚群探知機において、
請求項１５記載の超音波送受波装置を備え、更に、上記超音波送受波器を上記船舶の船底に固定したことを特徴とする魚群探知機。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
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| JP4968847B2 (ja) * | 2008-01-23 | 2012-07-04 | Ｎｅｃトーキン株式会社 | 超音波フェイズドアレイ送受波器 |
| JP5469996B2 (ja) * | 2009-10-20 | 2014-04-16 | 古野電気株式会社 | 超音波送波装置及びドップラー速度計 |
| KR102052257B1 (ko) * | 2018-01-04 | 2019-12-04 | 재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단 | 송수신 가능한 초음파 시스템 및 그 방법 |
| CN109782291B (zh) * | 2018-12-25 | 2021-02-09 | 中国科学院声学研究所 | 一种平面阵换能器阵列及多模态的相控装置 |
-
1998
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103969653A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-08-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种五波束探鱼仪换能器相控装置 |
| CN103969653B (zh) * | 2014-05-09 | 2016-06-29 | 哈尔滨工程大学 | 一种五波束探鱼仪换能器相控装置 |
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