JP6201159B2 - サーチライトソナー - Google Patents

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。

超音波の送受信によって水中の魚群などの探知対象物を探知する装置の一種としてサーチライトソナーが広く知られている（例えば、特許文献１）。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。

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ずつ回動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、通常、振動子を１周させるのに必要な振動子の所定角度ずつの回動数が、振動子の俯角に拘わらず一定となっている。このため、探知範囲に沿う円周が水面付近に比べて小さくなる水底付近の探知を行う場合には、振動子を所定角度ずつ回動させた際に隣り合う超音波の送受信方向の探知領域同士が広い範囲で重複するため、探知効率が悪くなってしまうという問題がある。

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、探知効率を向上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、送受波ユニットから１つの方向に送信される超音波の送信方向を、前記船舶を中心とした周方向に予め設定した設定角度ずつ変化させながら超音波を送受信することにより、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、前記設定角度は、前記超音波の送信方向の俯角が相対的に小さい場合よりも相対的に大きい場合の方が大きくなっており、前記船舶を中心とした一周分の前記超音波の送受信回数は、前記超音波の送信方向の俯角が相対的に小さい場合よりも相対的に大きい場合の方が少なくなっている。

この構成によれば、探知範囲に沿う円周が水面付近に比べて小さくなる水底付近の探知を行う場合に、超音波の送信方向を設定角度ずつ変化させた際に隣り合う超音波の送信方向の探知領域間で重複する領域が低減される。したがって、探知効率を向上することが可能となる。なお、本明細書において、俯角とは超音波の送信方向と水平面とのなす角度を意味するものとする。

上記サーチライトソナーにおいて、前記超音波の送信方向を前記設定角度ずつ変化させた際に隣り合う前記超音波の送信方向の探知領域同士は、一部が重複していることが好ましい。

この構成によれば、超音波の送信方向を設定角度ずつ変化させた際に隣り合う超音波の送信方向の探知領域間で探知漏れが発生することを抑制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、前記超音波の送信方向を前記設定角度ずつ変化させた際に隣り合う前記超音波の送信方向の探知領域同士は、接していることが好ましい。

この構成によれば、超音波の送信方向を設定角度ずつ変化させた際に隣り合う超音波の送信方向の探知領域間で重複することを抑制しつつ探知漏れの発生を抑制することが可能となる。

本発明によれば、探知効率を向上することができる。

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における超音波ビームの送信方向の俯角と振動子の送りステップとの関係を示すテーブル。 送りステップ決定処理ルーチンを示すフローチャート。 （ａ）は実施形態のサーチライトソナーによる探知領域を示す平面模式図、（ｂ）は（ａ）の側面図。 比較例のサーチライトソナーによる探知領域を示す平面模式図。

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Ｓ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、予め設定した設定角度としての後述する送りステップＭ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、船舶１１の船首１１ａを上にした状態の探知画像として表示部１５（図１参照）に表示される。

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が時計方向（右回り）に回転するため、振動子３１による超音波ビーム（図２参照）の送信方向が時計方向（右回り）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）の送信方向が時計方向（右回り）に変化するように振動子３１を動作させる駆動力の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が回転軸３０を中心に回転する。これにより、振動子３１が向く方向と水平面とのなす角度が変更されるので、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８のフローチャートで示す送りステップ決定処理用のプログラムを含む各種制御プログラムや図７のテーブル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に記憶された送りステップ決定処理用のプログラムを実行することで、主制御部５４、モーター制御部５５、探知画像形成部５６、表示制御部５７、俯角設定部５８、及び送りステップ設定部５９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６０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６１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６１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の駆動をそれぞれ制御する。モーター制御部５５は、モータードライバー６０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。

探知画像形成部５６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６１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。表示制御部５７は、探知画像形成部５６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を表示部１５に表示させる。

俯角設定部５８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）の送信方向の俯角Ｔを０度〜９０度の範囲で設定する。具体的には、俯角Ｔが０度に設定された場合には振動子３１による超音波ビームＴＢ（図２参照）の送信方向（振動子３１が向く方向）が水平方向となり、俯角Ｔが９０度に設定された場合には振動子３１による超音波ビームＴＢ（図２参照）の送信方向（振動子３１が向く方向）が垂直方向となる。送りステップ設定部５９は、俯角設定部５８によって設定された俯角Ｔと図７のテーブルとに基づいて、振動子３１をスキャンモーター２７によって回転させる際の送りステップＭを設定する。

なお、送りステップＭとは、振動子３１をスキャンモーター２７によって回転させながら超音波ビームＴＢ（図２参照）を順次送信する際の隣り合う超音波ビームＴＢの送信方向間の角度を示している。したがって、振動子３１が１回転（３６０度）する間に振動子３１から超音波ビームＴＢがＮ回送信される場合の送りステップＭは３６０／Ｎ度となる。具体的には、例えば振動子３１が１回転（３６０度）する間に振動子３１から超音波ビームＴＢが１０回送信される場合の送りステップＭは３６度となる。

また、図７には、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角Ｔと振動子３１の送りステップＭとの関係を示すテーブルが示されている。このテーブルでは、俯角Ｔが大きいほど送りステップＭ及び送りステップＭの増分が大きくなっている。すなわち、送りステップＭは、俯角Ｔが相対的に小さい場合よりも相対的に大きい場合の方が大きくなっている。

次に、制御部５０が実行する送りステップ決定処理ルーチンについて図８に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、送りステップ決定処理ルーチンは、ユーザーがサーチライトソナー１２の電源をオンにした際に制御部５０によって実行される。

さて、送りステップ決定処理ルーチンが実行されると、まず、制御部５０は、俯角Ｔが設定されたか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１の判定結果が否定判定である場合、制御部５０は、ステップＳ１の判定結果が肯定判定になるまで繰り返しステップＳ１の処理を行う。そして、ステップＳ１の判定結果が肯定判定になると、制御部５０は、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向がステップＳ１で設定された俯角Ｔとなるようにチルトモーター３３を駆動制御して振動子３１を回動させる（ステップＳ２）。

続いて、制御部５０は、ステップＳ１で設定された俯角Ｔが０度以上３０度未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３の判定結果が肯定判定である場合、制御部５０は、図７のテーブルに基づいて送りステップＭを１５度に設定した後（ステップＳ４）、送りステップ決定処理ルーチンを終了する。ステップＳ３の判定結果が否定判定である場合、制御部５０は、ステップＳ１で設定された俯角Ｔが３０度以上４５度未満であるか否かを判定する（ステップＳ５）。

ステップＳ５の判定結果が肯定判定である場合、制御部５０は、図７のテーブルに基づいて送りステップＭを１８度に設定した後（ステップＳ６）、送りステップ決定処理ルーチンを終了する。ステップＳ５の判定結果が否定判定である場合、制御部５０は、ステップＳ１で設定された俯角Ｔが４５度以上６０度未満であるか否かを判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７の判定結果が肯定判定である場合、制御部５０は、図７のテーブルに基づいて送りステップＭを２４度に設定した後（ステップＳ８）、送りステップ決定処理ルーチンを終了する。ステップＳ７の判定結果が否定判定である場合、制御部５０は、ステップＳ１で設定された俯角Ｔが６０度以上７０度未満であるか否かを判定する（ステップＳ９）。

ステップＳ９の判定結果が肯定判定である場合、制御部５０は、図７のテーブルに基づいて送りステップＭを３０度に設定した後（ステップＳ１０）、送りステップ決定処理ルーチンを終了する。ステップＳ９の判定結果が否定判定である場合、制御部５０は、ステップＳ１で設定された俯角Ｔが７０度以上８０度未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１の判定結果が肯定判定である場合、制御部５０は、図７のテーブルに基づいて送りステップＭを３６度に設定した後（ステップＳ１２）、送りステップ決定処理ルーチンを終了する。ステップＳ１１の判定結果が否定判定である場合、制御部５０は、図７のテーブルに基づいて送りステップＭを４５度に設定した後（ステップＳ１３）、送りステップ決定処理ルーチンを終了する。

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９に示す模式図に基づいて説明する。
さて、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、ユーザーが操作部１４を操作して振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角Ｔを例えば水面付近の１０度に設定すると、送りステップＭが１５度で船舶１１周りの水中の円環状の探知エリアＡの探知が行われる。探知エリアＡは、１回の超音波ビームＴＢの送受信によって探知される円形の探知領域Ｒ１の集合からなる。送りステップＭが１５度の場合、探知エリアＡは３６０度（１周）／１５度＝２４個の探知領域Ｒ１によって構成される。すなわち、探知エリアＡは、２４回の超音波ビームＴＢの送受信によって探知される。この場合、隣り合う探知領域Ｒ１同士は、それらの端部同士が若干重複する。

また、ユーザーが操作部１４を操作して振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角Ｔを例えば水底付近の６５度に設定すると、送りステップＭが３０度で船舶１１周りの水中の円環状の探知エリアＢの探知が行われる。探知エリアＢは、１回の超音波ビームＴＢの送受信によって探知される円形の探知領域Ｒ２の集合からなるとともに、探知エリアＡよりも直径が小さくなっている。探知領域Ｒ２は、探知領域Ｒ１と面積が同じになっている。そして、送りステップＭが３０度の場合、探知エリアＢは３６０度（１周）／３０度＝１２個の探知領域Ｒ２によって構成される。すなわち、探知エリアＢは、１２回の超音波ビームＴＢの送受信によって探知される。この場合、隣り合う探知領域Ｒ２同士は、それらの端部同士が若干重複する。

ここで、図１０に示すように、探知エリアＡよりも直径が小さい探知エリアＢを探知エリアＡと同じ送りステップＭで探知すると、超音波ビームＴＢの送受信回数が２倍になるため、探知領域Ｒ２同士の重複領域が著しく増加してしまう。すなわち、振動子３１による超音波ビームＴＢの無駄な送受信が行われて探知時間が長くなるので、探知効率が悪くなってしまうという問題がある。

この点、本実施形態では、超音波ビームＴＢの送信方向の俯角Ｔが１０度の場合よりも６５度の場合の方が、送りステップＭが１５度だけ大きくなっている。すなわち、超音波ビームＴＢの送信方向の俯角Ｔが１０度の場合よりも６５度の場合の方が、振動子３１による超音波ビームＴＢの送受信回数が１２回だけ少なくなっている。このため、探知エリアの大きさに応じた適切な送りステップＭで当該探知エリアの探知が行われるので、振動子３１による超音波ビームＴＢの無駄な送受信が抑制される。したがって、探知時間が無駄に長くなることが抑制されるので、探知効率が向上する。なお、一般に、超音波ビームＴＢの送信方向の俯角Ｔが大きくなるほど探知エリアの直径（大きさ）は小さくなる。

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）送りステップＭは、超音波ビームＴＢの送信方向の俯角Ｔが相対的に小さい場合よりも相対的に大きい場合の方が大きくなっている。このため、水面付近の探知エリアＡに比べて小さくなる水底付近の探知エリアＢの探知を行う場合には、振動子３１による超音波ビームＴＢの送受信回数が探知エリアＡの探知を行う場合よりも少なくなる。したがって、隣り合う探知領域Ｒ２間で重複する領域を低減することができるので、振動子３１による超音波ビームＴＢの無駄な送受信を抑制できる。この結果、探知時間が無駄に長くなることが抑制されるので、探知効率を向上することができる。

（２）探知エリアＡの探知を行う場合の隣り合う超音波ビームＴＢの送信方向の探知領域Ｒ１の端部同士及び探知エリアＢの探知を行う場合の隣り合う超音波ビームＴＢの送信方向の探知領域Ｒ２の端部同士は、それぞれ重複している。このため、探知エリアＡの探知を行う場合の隣り合う探知領域Ｒ１間及び探知エリアＢの探知を行う場合の隣り合う探知領域Ｒ２間で探知漏れが発生することを抑制することができる。

（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。
・探知エリアＡの探知を行う場合の隣り合う超音波ビームＴＢの送信方向の探知領域Ｒ１の端部同士及び探知エリアＢの探知を行う場合の隣り合う超音波ビームＴＢの送信方向の探知領域Ｒ２の端部同士は、それぞれ接するようにしてもよい。このようにすれば、探知エリアＡの探知を行う場合の隣り合う探知領域Ｒ１間及び探知エリアＢの探知を行う場合の隣り合う探知領域Ｒ２間で重複することを抑制しつつ探知漏れが発生することを抑制することができる。

・探知エリアＡの探知を行う場合の隣り合う超音波ビームＴＢの送信方向の探知領域Ｒ１同士及び探知エリアＢの探知を行う場合の隣り合う超音波ビームＴＢの送信方向の探知領域Ｒ２同士は、必ずしもそれらの一部がそれぞれ重複している必要はない。すなわち、隣り合う探知領域Ｒ１同士の間及び隣り合う探知領域Ｒ２同士の間には、隙間があってもよい。

・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。
・振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向の俯角Ｔが無段階で大きくなるほど振動子３１の送りステップＭが無段階で大きくなるようにしてもよい。

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）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、前記船舶を中心とした周方向に予め設定した設定角度ずつ変化させながら、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、前記所定角度は、前記超音波の送信方向の俯角が大きいほど大きくなることを特徴とするサーチライトソナー。

この構成によれば、探知範囲に沿う円周が水面付近に比べて小さくなる水底付近の探知を行う場合に、超音波の送信方向を設定角度ずつ変化させた際に隣り合う超音波の送信方向の探知領域間で重複する領域が低減される。したがって、探知効率を向上することができる。

（ロ）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、前記船舶を中心とした周方向に予め設定した設定角度ずつ変化させながら、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、前記船舶を中心とした一周分の前記超音波の送信回数は、前記超音波の送信方向の俯角が相対的に小さい場合よりも相対的に大きい場合の方が少なくなっていることを特徴とするサーチライトソナー。

この構成によれば、探知範囲に沿う円周が水面付近に比べて小さくなる水底付近の探知を行う場合に、超音波の送信方向を設定角度ずつ変化させた際に隣り合う超音波の送信方向の探知領域間で重複する領域が低減される。したがって、探知効率を向上することができる。

１１…船舶、１２…サーチライトソナー、Ｍ…予め設定した設定角度としての送りステップ、Ｒ１，Ｒ２…探知領域、Ｔ…俯角。

Claims (3)

1. 船舶に搭載され、送受波ユニットから１つの方向に送信される超音波の送信方向を、前記船舶を中心とした周方向に予め設定した設定角度ずつ変化させながら超音波を送受信することにより、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、
   前記設定角度は、前記超音波の送信方向の俯角が相対的に小さい場合よりも相対的に大きい場合の方が大きくなっており、前記船舶を中心とした一周分の前記超音波の送受信回数は、前記超音波の送信方向の俯角が相対的に小さい場合よりも相対的に大きい場合の方が少なくなっていることを特徴とするサーチライトソナー。
2. 前記超音波の送信方向を前記設定角度ずつ変化させた際に隣り合う前記超音波の送信方向の探知領域同士は、一部が重複してい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. 前記超音波の送信方向を前記設定角度ずつ変化させた際に隣り合う前記超音波の送信方向の探知領域同士は、接してい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。