JP5600678B2 - スワッスビーム用音響変換器 - Google Patents
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Description
好ましくは、能動音響要素は、凹状半円筒放射面の周囲に配置され、各要素は、円筒軸から半径分等しく間隔をあけている。
好ましくは、能動音響要素の配列は、実質的に連続する放射面を提供するように配置される。
好ましくは、能動音響要素は、支持構造体内において、相互に音響的に隔離されている。
本発明の第2及び第3の態様は、本発明の第1の態様に関して述べられたいずれか一つの又はそれより多い特徴を有していてもよい。
名詞につづいてここで用いられる「(s)」は、名詞の複数及び/又は単数の形態を意味する。
本発明は、前述にあり、さらに、後述が例示のみである構成を認識する。
本発明の好ましい実施形態が例示のみとして、以下の図面を参照して説明される。
本発明は、音響スワッスビームを生成及び/又は受信する音響変換器に関する。本記載に関して、スワッスビームは、典型的には、一つの方向について広角をカバーし、その垂直方向について狭い又は代わりに制御可能な幅又は焦点を有する遠方音響ビームである。この文脈における遠方は、一般的には、変換器の大きさ及び動作周波数の波長よりもかなり大きい距離である。音響変換器は、例えば可聴範囲又は超音波の周波数を含む、所望の動作周波数で音波を生成し、受信するように構成される。
各能動音響要素104は、音響ビームを生成するように駆動され、全域にわたる遠方スワッスビーム108は個々の音響ビームすべての重ね合わせであることが理解される。図示されるように、スワッスビーム108は、変換器の長手軸に垂直な面において広角又は広視野(FOV:Field of View)である。変換器100のFOVは、音響能動要素104により形成される音響孔の開口の大きさに依存する。好ましい形態では、音響変換器は、FOV内で実質的に均一の遠方音響強度を有するスワッスビームを発射可能である。
図3A及び3Bを参照して、第1の好ましい形態の単一チャネル音響変換器200が説明される。第1の好ましい形態において、音響変換器200は、音響スワッスビームを防止及び/又は受信するための細長状凹状放射面206を提供するように配置された複数の能動音響要素204の配列を支持する支持構造体202を備える。好ましくは、能動音響要素204は、所定の動作周波数又は動作周波数範囲のための所定の直径を有する凹状円筒放射面を提供するように、凹状円筒配置の状態にある。支持構造体は、適切な既知の変換器配列支持素材又は所定位置に能動音響要素の配列を支持するための機械システムのいかなる形態であってもよい。第1の好ましい形態において、支持構造体は、能動音響要素204を互いに音響的に隔離するように、能動音響要素204の中又は周りに提供される。支持構造体は、当業者によって理解されるいかなる遮音素材を備える。例示のみとして、支持構造体は、硬質多孔性ポリマー素材で形成されてもよい。
図4A及び4Bを参照して、第2の好ましい形態における音響変換器300が説明される。第2の好ましい形態の音響変換器300は、第一の好ましい形態における音響変換器200と構造において実質的に同一であり、同様の部品には、同様の参照番号が付されている。主要な相違点は、音響変換器300は、以下に詳述するビーム操縦及び可変スワッスビーム幅制御方式の電子ビーム制御機能を有する多チャネル変換器であることである。
本発明の音響変換器の凹状細長状放射面は、代わりに、凹状又は好ましくは円筒凹状の放射面に合致する能動音響要素の他の配列の配置又は構成により形成されてもよい。能動音響要素は、好ましくは、連続又は実質的に連続的な放射面を集合的に形成することが理解される。しかしながら、所定の用途に最適な設計でなくとも、音響変換器は、集合的な放射面を形成する能動要素の配列の前面間の間隔をあけてもなお動作してもよい。
本発明の音響変換器は、好ましくは、小孔を介して高出力スワッスビームを生成及び/又は受信するように構成される。このタイプの音響変換器は、水中音波探知機、又は他のいかなる水中音響装置又は用途に用いることができる。加えて、音響変換器は、水又は空気を含むいかなる音響媒体内で動作することができる。例えば、音響変換器は、音声用途における空気音響効果用広角音響変換器として用いることができる。
前述した本発明は、その好ましい形態を含む。以下の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲から逸脱することなく本発明に対する変更がなされてもよい。
Claims (18)
- 遠方音響スワッスビームを水を通して発射する水中スワッスビーム音響変換器において、
関連する音響孔を有する細長状凹状放射面を集合的に提供するように構成される能動音響要素の配列を備え、各能動音響要素は前記放射面から、個々の音響ビームを前記変換器の近傍焦点ゾーンに向けて発射するように動作可能であり、
前記能動音響要素と電気的に接続し、且つ前記能動音響要素のそれぞれを駆動して、前記個々の音響ビームすべての重ね合わせである遠方音響スワッスビームであって、前記焦点ゾーンを越えた遠方において前記放射面の長手方向に垂直な面における広視野を有し、音響強度が前記視野内で実質的に均一であるように、遠方音響スワッスビームを、前記変換器から水を通して発射するための電気駆動信号を生成する制御システムを備え、
前記制御システムは、更に、前記放射面によって受信される反射されたスワッスビームに応答して生成される前記能動音響要素からの電気信号を受信及び処理する、
ことを特徴とする水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記放射面は、半円筒の周外面に実質的に一致する凹状半円筒放射面であり、
前記能動音響要素は、前記凹状半円筒放射面の周囲に配置され、各要素は、前記放射面で互いに等しく間隔をあけている、
請求項1に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記能動音響要素の配列は、実質的に連続する放射面を提供するように配置される、
請求項1又は2に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 各能動音響要素は、電気的に励振可能な電極間に結合される能動音響素材を備える音響変換器要素であり、
各音響要素は、能動音響素材に直接的又は間接的に結合される1又は2以上の整合層を備え、前記整合層は、前記変換器と音響ビームが伝搬する水との間のインピーダンス整合を提供するように構成される、
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 各能動音響要素は、前記放射面と前記能動音響素材との間に位置している整合層を備える、
請求項4に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記能動音響要素は、支持構造体内において、相互に音響的に隔離されている、
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記配列内の各能動音響要素は、まっすぐ且つ細長状であり、
各能動音響要素の長さは、実質的に前記放射面の全長にわたって延びる、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記変換器は、前記放射面の長手軸の方向について、実質的に固定された幅を有するスワッスビームを生成するように構成される、
請求項7に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 各まっすぐ且つ細長状の能動音響要素は、前記変換器の長さに沿って、互いから音響的及び電気的に隔離されるライン状の複数の個々の能動音響要素から集合的に形成され、
前記個々の能動音響要素のラインは、前記変換器の長さに沿って、互いに整列して並べられ、それにより、前記変換器の長さに沿った能動音響要素の一連の選択的に動作可能な凹状配列セグメントを提供する
請求項7に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記制御システムは、能動音響要素の1又は2以上の前記凹状配列セグメントのいずれかを活性化又は非活性化するように動作可能であり、それにより、前記放射面の有効長さを制御し、その結果、前記放射面の長手軸方向における伝搬されるスワッスビームの幅を制御する、
請求項9に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記制御システムは、能動音響要素の前記凹状配列セグメントに差動位相駆動信号を加えるように動作可能であり、それにより、前記放射面の長手軸を横切る軸の周囲の所望の方向に、伝搬されるスワッスビームを操縦する、
請求項9又は10に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記能動音響要素は、前記制御システムにより所定の動作周波数で駆動され、前記能動音響要素の配列は、前記放射面の周囲の隣接する音響要素間の中心間距離が前記動作周波数の波長の約1/2より大きくないように配置される、
請求項1ないし11のいずれか1項に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 前記放射面は、音響スワッスビームが発射され又は受信される前記音響孔を形成し、
前記変換器は更に、前記音響孔を少なくとも部分的に充填するように配置された1又は2以上の保護層を有し、前記放射面は、前記1又は2以上の保護層を介して、前記発射又は受信された音響スワッスビームが伝搬する水に間接的に露出する、
請求項1ないし12のいずれか1項に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 少なくとも1つの前記保護層は、前記変換器が水中で動作可能とするために、水中で音響的透明となるように作成されたゴムから形成される、
請求項13に記載の水中スワッスビーム音響変換器。 - 遠方音響スワッスビームを水を通して発射する方法において、
請求項1ないし7のいずれか1項に記載の水中スワッスビーム音響変換器を水中に露出し、
前記変換器の前記能動音響要素の配列を、前記変換器の前記放射面の長手方向に垂直な面における広視野を有する遠方スワッスビームを水を通して発射するために、駆動し、前記スワッスビームの遠方音響強度は、前記視野内で実質的に均一である、
ことを特徴とする、音響スワッスビームを発射する方法。 - 前記変換器は、前記変換器の長さに沿った、能動音響要素の一連の選択的に動作可能な凹状配列セグメントにより形成されている、
請求項15に記載の遠方音響スワッスビームを水を通して発射する方法。 - 前記遠方音響スワッスビームを水を通して発射する方法は更に、
選択された数の隣接する凹状配列セグメントを駆動するステップを備え、これにより、前記放射面の有効長さを制御し、その結果、前記放射面の長手軸方向における伝搬されるスワッスビームの幅を制御する、
請求項16に記載の遠方音響スワッスビームを水を通して発射する方法。 - 前記遠方音響スワッスビームを水を通して発射する方法は更に、
前記凹状配列セグメントに差動位相駆動信号を加えることで、前記放射面の長手軸を横切る軸の周囲の所望の方向に、伝搬されるスワッスビームを操縦するステップを備えている、
請求項16又は17に記載の遠方音響スワッスビームを水を通して発射する方法。
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