JP6393908B2

JP6393908B2 - 超音波ソナー装置

Info

Publication number: JP6393908B2
Application number: JP2014041198A
Authority: JP
Inventors: 和樹樋口; 重雄山本; 稔若林
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: KR20150104015A; JP2015166698A; KR101615591B1

Description

本発明は、船舶に搭載され、１つの方向に送信される超音波ビームの送信方向を所定範囲の中で順次変化させながら、前記所定範囲にわたり水中の探知を行う超音波ソナー装置に関するものである。

超音波ビーム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として超音波ソナー装置が知られている（例えば、特許文献１）。超音波ソナー装置は、船舶の船底などに配置される振動子から細いビーム状の超音波ビームを送信（照射）し、その超音波ビームの反射波を振動子が受信するように構成されている。超音波ソナー装置は、１回の超音波ビームの送受信で、その船舶の周囲のうち、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。

また、超音波ソナー装置は、超音波ビームを送受信する振動子のチルト角（俯角）およびスキャン角（方位角）を自由に変更できる機構を有している。超音波ソナー装置は、例えば、振動子のチルト角を設定した状態で、その振動子のスキャン角を順次変化させることで、自船を中心として所定角度毎に振動子を回転させながら超音波ビームの送受信を順次行い、結果として予め設定された範囲にわたって水中を探知している。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表示装置に表示される。

即ち、超音波ソナー装置は、常に船舶の真下に向けて超音波ビームを送信しその反射波を受信して探知画像を表示する一般的な魚群探知機とは異なるシステムであり、超音波ビームの送信方向を能動的に変化させ、所定の範囲にわたる探知画像を表示する。

特開２０１３−２３８５６８号公報

しかしながら、常に同じ方向に向けて超音波ビームを送受信する一般的な魚群探知機に慣れた使用者が超音波ソナー装置を使用した場合、一方向に送信される超音波ビームの送信方向が能動的に変化しているイメージをつかみにくい。場合によっては、表示装置に表示される探知画像から、超音波ソナー装置がその探知画像で示される範囲を一度に探知しているかのような錯覚を使用者に与えてしまうおそれがあった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、現在探知の対象となっている方向を使用者に分かりやすく伝えることができる超音波ソナー装置を提供することである。

この目的を達成するために請求項１記載の超音波ソナー装置は、船舶に搭載され、１つの方向に送信される超音波ビームの送信方向を所定範囲の中で順次変化させながら、前記所定範囲にわたり水中の探知を行うものであって、前記探知による探知結果が前記所定範囲にわたって示された探知画像を表示手段に表示させる表示制御手段と、超音波ビームを水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子と、その振動子を駆動してその振動子からの前記超音波ビームの送信方向を順次変化させる駆動手段と、前記振動子により一の方向へ送信された超音波ビーム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、前記一の方向の探知結果を含めて示した前記探知画像を形成する第１画像形成手段と、前記駆動手段による前記振動子の駆動により順次変化する前記超音波ビームにおけるその時々の送信方向が１つの画で鳥瞰的且つ模式的に示された送信方向表示画像を形成する第２画像形成手段と、を備え、前記表示制御手段は、前記第２画像形成手段により形成され前記送信方向表示画像を前記第１画像形成手段により形成された前記探知画像と併せて前記表示手段に表示させる。

請求項２記載の超音波ソナー装置は、請求項１記載の超音波ソナー装置において、前記送信方向表示画像は、水面と、その水面における船舶の位置と、前記水面と底とに挟まれた水中部とを鳥瞰する形で模式的に示した画を表示し、その画に対して、前記駆動手段による前記振動子の駆動により順次変化する前記超音波ビームにおけるその時々の送信方向を示す送信方向画を表示するものである。

請求項３記載の超音波ソナー装置は、請求項２記載の超音波ソナー装置において、前記送信方向表示画像は、模式的に示された前記船舶の位置から前記底に向けて垂直に下した垂直線を表示するものである。

請求項４記載の超音波ソナー装置は、請求項３記載の超音波ソナー装置において、前記送信方向表示画像は、前記超音波ビームの送信方向が前記送信方向表示画像において前記船舶の位置より手前に向けられているときに前記送信方向画が前記垂直線上に表示される場合は、少なくとも送信方向画が表示される範囲において前記垂直線が消去され、前記超音波ビームの送信方向が前記送信方向表示画像において前記船舶より奥に向けられているときに前記送信方向画が前記垂直線上に表示される場合は、前記垂直線が表示され続ける。

請求項５記載の超音波ソナー装置は、請求項２から４のいずれかに記載の超音波ソナー装置において、前記送信方向表示画像は、模式的に示された前記水面に対して、模式的に位置が示された前記船舶の前後方向と左右方向とを示す線を表示するものである。

請求項６記載の超音波ソナー装置は、請求項２から５のいずれかに記載の超音波ソナー装置において、前記送信方向表示画像は、前記超音波ビームの送信方向が前記送信方向表示画像において前記船舶の位置より手前に向けられている場合に、前記超音波ビームの送信方向が前記送信方向表示画像において前記船舶の位置より奥に向けられている場合よりも、前記送信方向画の輝度又は明度を明く表示するものである。

請求項１記載の超音波ソナー装置によれば、船舶に搭載され、駆動手段により振動子が駆動されると、振動子から水中に対して１つの方向に送信される超音波ビームの送信方向が順次変化する。振動子から送信された超音波ビームは、魚等の探知対象物や海底（湖底）などにより反射され、その反射波が振動子にて受信される。そして、超音波ビームの送信方向を所定範囲の中で順次変化させながら、反射波の受信により生じる受信信号に基づいて、所定範囲にわたる水中の探知結果を示した探知画像が第１画像形成手段により形成され、その探知画像が表示制御手段によって表示手段に表示される。

加えて、この超音波ソナー装置によれば、駆動手段による振動子の駆動により順次変化する超音波ビームにおけるその時々の送信方向が１つの画で鳥瞰的且つ模式的に示された送信方向表示画像が、第２画像形成手段により形成され、その送信方向表示画像が、表示制御手段によって、探知画像と併せて表示手段に表示される。これにより、超音波ソナー装置の使用者は、送信方向表示画像を見るだけで、表示手段に表示された探知画像において、現在探知されている方向がどの方向であるかを把握することができる。よって、現在探知の対象となっている方向を使用者に分かりやすく伝えることができるという効果がある。

請求項２記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１記載の超音波ソナー装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、表示手段に表示される送信方向表示画像には、水面と、その水面における船舶の位置と、水面と底とに挟まれた水中部とを鳥瞰する形で模式的に示された画が表示され、その画に対して、駆動手段による振動子の駆動により順次変化する超音波ビームにおけるその時々の送信方向を示す送信方向画が表示される。これにより、船舶から送信される超音波ビームが水中に対してどの方向に送信されるかを、送信方向表示画像に模式的に示された水面、船舶の位置及び水中部と、送信方向画との位置関係から、使用者に直観的に分かりやすく伝えることができるという効果がある。

請求項３記載の超音波ソナー装置によれば、請求項２記載の超音波ソナー装置に奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、表示手段に表示される送信方向表示画像には、模式的に示された船舶の位置から底に向けて垂直に下した垂直線が表示されるので、使用者に対し、船舶の真下に位置する水中や底の場所を見せることができる。これにより、船舶から送信される超音波ビームが水中に対してどの方向に送信されるかを、送信方向表示画像に模式的に示された水面、船舶の位置及び水中部と、送信方向画との位置関係からだけでなく、船舶の真下に位置する水中や底の場所と送信方向画との位置関係によって、使用者により直観的に分かりやすく伝えることができるという効果がある。

請求項４記載の超音波ソナー装置によれば、請求項３記載の超音波ソナー装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、超音波ビームの送信方向が送信方向表示画像において船舶の位置より手前に向けられているときに、送信方向画が前記垂直線上に表示される場合は、少なくとも送信方向画が表示される範囲において垂直線が消去される送信方向表示画像が表示手段に表示される。これにより、送信方向画が垂直線よりも手前側にあるように使用者に見せることができるので、超音波ビームの送信方向が、船舶の位置より手前に向けられていることを使用者に強調することができる。

一方、超音波ビームの送信方向が送信方向表示画像において船舶の位置より奥に向けられているときに、送信方向画が前記垂直線上に表示される場合は、送信方向表示画像において、垂直線が表示され続ける。これにより、送信方向画が垂直線よりも奥側にあるように使用者に見せることができるので、超音波ビームの送信方向が、船舶の位置より奥に向けられていることを使用者に強調することができる。

よって、船舶から送信される超音波ビームが水中に対してどの方向に送信されるかを、使用者により直観的に分かりやすく伝えることができるという効果がある。

請求項５記載の超音波ソナー装置によれば、請求項２から４のいずれかに記載の超音波ソナー装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、送信方向表示画像には、模式的に示された水面に対して、模式的に位置が示された船舶の前後方向と左右方向とを示す線が表示される。これにより、当該線と送信方向画との位置関係から、船舶から送信される超音波ビームの送信方向が、船舶の前後方向及び左右方向に対してどの方向に向いているかを使用者により分かりやすく伝えることができるという効果がある。また、当該線により、送信方向表示画像における水面の位置をより分かりやすく使用者に伝えることができるので、超音波ビームが水面に対してどの角度で送信されているかを使用者により分かりやすく伝えることができるという効果がある。

請求項６記載の超音波ソナー装置によれば、請求項２から５のいずれかに記載の超音波ソナー装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、超音波ビームの送信方向が送信方向表示画像において船舶の位置より手前に向けられている場合に、超音波ビームの送信方向が送信方向表示画像において船舶の位置より奥に向けられている場合よりも、送信方向表示画像において送信方向画の輝度又は明度が明く表示される。

送信方向画の輝度又は明度を変化させて表示させると、送信方向画が明るく表示されれば、その送信方向画が手前にあるように使用者に見せることができ、送信方向画が暗く表示されれば、その送信方向画が奥にあるように使用者に見せることができる。

超音波ビームの送信方向が送信方向表示画像において船舶の位置より手前に向けられている場合には、送信方向画が明るく表示されるので、超音波ビームの送信方向が船舶の位置よりも手前に向けられていることを使用者に強調することができる。また、超音波ビームの送信方向が送信方向表示画像において船舶の位置より奥に向けられている場合には、送信方向画が暗く表示されるので、超音波ビームの送信方向が船舶の位置よりも奥に向けられていることを使用者に強調することができる。

本発明の一実施形態である超音波ソナー装置の構成を概略的に示す概略図である。超音波ソナー装置が搭載された船舶によって水中の探知を行う場合の状態を側面より示す模式図である。超音波ソナー装置が搭載された船舶によって水中の探知を行う場合の状態を斜視した模式図である。送受信ユニットの断面を模式的に示した断面図である。超音波装置の電気的構成を示したブロック図である。ＲＯＭに記憶される送信方向表示圧縮画像データを模式的に示した模式図である。表示装置の送信方向表示画像表示領域に表示される送信方向表示画像を模式的に示した模式図である。制御装置により実行されるソナー処理を示すフローチャートである。（ａ）〜（ｆ）は、チルト角を７０度に設定し、所定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）として全方向（３６０度）を設定した場合に、表示装置の送信方向表示画像表示領域に表示される送信方向表示画像を模式的に示した模式図であり、（ａ）は、スキャン角が０度の場合、（ｂ）は、スキャン角が７５度の場合、（ｃ）は、スキャン角が９０度の場合、（ｄ）は、スキャン角が１８０度の場合、（ｅ）は、スキャン角が２５５度の場合、（ｆ）は、スキャン角が２７０度の場合の図である。

以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態である超音波ソナー装置１２の概略について説明する。図１は、その超音波ソナー装置１２の構成を概略的に示す概略図であり、図２は、超音波ソナー装置１２が搭載された船舶１１によって水中の探知を行う場合の状態を側面より示す模式図であり、図３は、同探知を行う場合の状態を斜視した模式図である。

図１〜図３に示す通り、超音波ソナー装置１２は、船舶１１に搭載され、該船舶１１の周囲の所定範囲にわたり、水中の魚群などの探知対象物Ｇの探知を行うものである。超音波ソナー装置１２は、本体１３と、本体１３に設けられた操作ボタン１４と、本体１３に一体形成された表示装置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１３と、操作ボタン１４と、表示装置１５とは、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と昇降装置１７とは、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となっている。

超音波ソナー装置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から細いビーム状の超音波ビームＴＢを１つの方向に送信（照射）し、探知対象物Ｇや海底又は湖底などから反射された超音波ビームＴＢの反射波を送受波ユニット１６にて受信する。

超音波ソナー装置１２は、操作ボタン１４によって使用者により設定された範囲（以下「所定範囲」という）にわたり、超音波ビームＴＢの送信方向を例えば時計回り（右回り）に円を描くように順次変化させる。そして、超音波ソナー装置１２は、各々の送信方向に対して送信した超音波ビームＴＢの反射波を受信することで、所定範囲にわたり水中の探知を行う。この水中の探知結果は、反射波の受信により生じる受信信号に基づいて形成される探知画像を表示装置１５に表示することで、使用者に示される。

図１に示す通り、表示装置１５の表示画面は、画面に向かって左側３／４の領域を占める探知画像表示領域１５ａと、画面に向かって右側１／４，上側１／３の領域を占める送信方向表示画像表示領域１５ｂと、画面に向かって右側１／４，下側２／３の領域を占める探知条件表示領域１５ｃとに大別される。

探知画像表示領域１５ａは、水中の探知結果である上述した探知画像を表示する領域である。探知条件表示領域１５ｃは、使用者が操作ボタン１４を操作するなどにより設定された探知に係る各種設定条件などを表示する領域である。

送信方向表示画像表示領域１５ｂは、現在の超音波ビームＴＢの送信方向を模式的に示した送信方向表示画像を表示する領域である。この送信方向表示画像により、超音波ソナー装置１２は、現在探知の対象となっている方向を使用者に分かりやすく伝えることができるようになっている。送信方向表示画像の詳細については、図７を参照して後述する。

次いで、図４を参照して、送受信ユニット１６の詳細構成について説明する。図４は、送受信ユニット１６の断面を模式的に示した断面図である。送受信ユニット１６は、上端が開口され下端部が半球状をなす有底円筒状の下ケース２１と、下端が開口され上端部が円板上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とにより構成される。蓋体２３の上面と上ケース２２とで上側収納空間２４が形成され、蓋体２３の下面と下ケース２１とで下側収納空間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によって構成されたスキャンモータ２７が固着され、スキャンモータ２７の下面からはスキャンモータ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、下側収納空間２５の上部まで達している。

出力軸２７ａの先端には、円板上の支持板２８が設けられており、支持板２８の上面の中心部が出力軸２７ａの先端に接続されている。支持板２８の下面には、略逆Ｕ字状をなす支持フレーム２９が設けられており、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、細いビーム状の超音波ビームＴＢ（図２参照）を１つの方向に送信し、その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が固着されており、回転軸３０、振動子３１及びチルト歯車３２は、互いに一体して回転するように構成されている。

支持フレーム２９の上端部には、ステッピングモータによって構成されたチルトモータ３３が固着されている。チルトモータ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３３ａが設けられ、小歯車３３ａは、チルト歯車３２と噛合している。

スキャンモータ２７が駆動されると、出力軸２７ａが回転し、それに伴って支持板２８、支持フレーム２９、及び、回転軸３０が出力軸２７ａを軸として一体して回転することで、回転軸３０に固着された振動子３１が、やはり出力軸２７ａを軸として回転する。

これにより、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向は、船舶１１が浮かぶ水面を上面視した場合に時計回り又は反時計回りに変化させることができる。即ち、スキャンモータ２７を駆動することにより、振動子３１によって送信される超音波ビームＴＢのスキャン角（方位角）が変更される。

一方、チルトモータ３３が駆動されると、出力軸３３ａが回転し、それに伴って小歯車３３ｂが回転して、その小歯車３３ｂと噛合するチルト歯車３２が回転することで、チルト歯車３２が固着された回転軸３０がチルト歯車３２の回転に合わせて回転し、その回転軸３０に固着された振動子３１が回転軸３０を軸として回転する。

これにより、振動子３１の向く方向（振動子３１から送信される超音波ビームＴＢの送信方向）と船舶１１が浮かぶ水面とのなす角度であるチルト角（俯角）が、チルトモータ３３を駆動することによって、変更される。

次いで、図５，図６を参照して、超音波ソナー装置１２の電気的構成について説明する。図５は、超音波装置１２の電気的構成を示したブロック図である。図６は、図５に示すＲＯＭ５２に記憶される送信方向表示圧縮画像データ５２ｂを模式的に示した模式図である。

超音波ソナー装置１２の本体１３（図１参照）は、制御装置５０を有している。制御装置５０は、超音波ソナー装置１２の動作を制御するものである。制御装置５０は、図５に示す通り、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｃｅｓｉｎｇＵｎｉｔ）５１と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）５２と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）５３とを有しており、それらがバスライン５５を介して入出力ポート５４に接続されている。

入出力ポート５４には、上述した操作ボタン１４、表示装置１５、及び、昇降装置１７（図１参照）が接続されている。また、上述のスキャンモータ２７及びチルトモータ３３（図４参照）は、モータドライバ６１を介して入出力ポート５４と接続され、振動子３１（図４参照）は、送受信回路６２を介して入出力ポート５４と接続される。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムデータ５２ａに従って、超音波ソナー装置１２の動作を制御するための各種演算を実行する演算装置であり、例えば、次のような制御を実行する。

まず、ＣＰＵ５１は、電源がオンされると昇降装置１７を駆動して、船舶１１の船底から水中に送受信ユニット１６を突出させる。また、電源がオフされると昇降装置１７を駆動して、水中に出された送受信ユニット１６を船底内に戻す。

また、ＣＰＵ５１は、使用者による操作ボタン１４の操作があったことを、操作ボタン１４から入力される信号によって判断すると、その操作ボタン１４の操作に応じた制御を実行する。例えば、操作ボタン１４によって超音波ビームＴＢのチルト角が使用者により設定されると、モータドライバ６１を介してチルトモータ３３を駆動し、超音波ビームＴＢが設定されたチルト角で送信されるように制御する。

また、ＣＰＵ５１は、水中の探知を行う間、モータドライバ６１を介してスキャンモータ２７を駆動し、超音波ビームＴＢのスキャン角が、使用者により操作ボタン１４の操作によって設定された所定範囲にわたって変化するように、超音波ビームＴＢの送信方向を制御する。

また、ＣＰＵ５１は、スキャンモータ２７を駆動して超音波ビームＴＢの送信方向を１つの方向に向けると、送受信回路６２を制御して、振動子３１から超音波ビームＴＢを送信させる。ＣＰＵ５１は、探知結果として、その送信された超音波ビームＴＢの反射波を振動子３１にて受信することにより生じる受信信号を送受信回路６２から受け取ると、その受信信号に基づいて探知画像を形成し、表示装置１５の探知画像表示領域１５ａ（図１参照）にその探知画像を表示する。

また、ＣＰＵ５１は、現在の超音波ビームＴＢの送信方向を模式的に示した送信方向表示画像を、スキャンモータ２７を駆動する場合に設定した超音波ビームＴＢのスキャン角と、チルトモータ３３を駆動する場合に設定した超音波ビームＴＢのチルト角とに基づいて形成し、形成した送信方向表示画像を表示装置１５の送信方向表示画像表示領域１５ｂに表示する。

ＲＯＭ５２は、ＣＰＵ５１によって実行されるプログラムデータ５２ａを記憶するほか、固定値データ等を記憶するための書き換え不能な不揮発性のメモリである。なお、書き換え不能なＲＯＭに代えて、書き換え可能な不揮発性のメモリ（例えば、フラッシュメモリ）を用いてもよい。

ＲＯＭ５２は、固定値データとして、例えば、送信方向表示圧縮画像データ５２ｂを記憶する。送信方向表示圧縮画像データ５２ｂは、送信方向表示画像を表示装置１５に表示させるための画像データであり、超音波ビームＴＢの送信方向が取り得るチルト角およびスキャン角の組み合わせ毎に、その画像データが用意されている。具体的には、図６に示す通り、チルト角０〜９０度の範囲で５度毎に画像データが用意され、さらに、各チルト角において、スキャン角０〜３４５度の範囲で１５度毎に画像データが用意される。それぞれの画像データは、対応するチルト角及びスキャン角で示される超音波ビームＴＢの送信方向がイメージとして模式的に示される送信方向表示画像を表示する。

各画像データは、ＪＰＥＧ（ＪｏｉｎｔＰｈｏｔｇｒａｐｈｉｃＥｘｐｅｒｔｓＧｒｏｕｐ）方式などによって画像圧縮処理されている。なお、画像圧縮方式は任意のものであってよい。このように、各画像データは画像圧縮された形式でＲＯＭ５２に格納されている。よって、超音波ビームＴＢの送信方向が取り得るチルト角およびスキャン角の組み合わせ毎に画像データを用意したとしても、その画像データを格納するために必要なＲＯＭ５２の容量が大きくなり、部品コストが増大することを抑制できる。

ＲＡＭ５３は、書き換え可能な揮発性のメモリであり、ＣＰＵ５１によるプログラムの実行時に各種のデータを一時的に記憶する。ＲＡＭ５３は、送信方向表示展開画像データ５３ａ、スキャン角データ５３ｂ、チルト角データ５３ｃ、表示画像データ５３ｄを少なくとも記憶する。

送信方向表示展開画像データ５３ａは、送信方向表示画像を表示装置１５に表示させるための画像データである。ＲＯＭ５２に記憶される送信方向表示圧縮画像データ５２ｂは画像圧縮された画像であるのに対し、送信方向表示展開画像データ５３ａは、その送信方向表示圧縮画像データ５２ｂを伸長し展開した画像データである。

超音波ソナー装置５０の電源がオンされたタイミング、または、水中の探知を開始するタイミングなどで、ＣＰＵ５１により、全ての送信方向表示圧縮画像データ５２ｂが伸長され、送信方向表示展開画像データ５３ａとしてＲＡＭ５３に記憶・展開される。ＲＡＭは、ＲＯＭと比して大容量のメモリを低コストで入手可能であるため、超音波ビームＴＢの送信方向が取り得るチルト角およびスキャン角の組み合わせ毎に用意された画像データ（図６参照）をＲＡＭ５３に展開したとしても、部品コスト増大を抑えることができる。

水中の探知が行われる間、ＣＰＵ５１の制御によって、チルトモータ３３を駆動する場合に設定された超音波ビームＴＢのチルト角と、スキャンモータ２７を駆動する場合に設定された超音波ビームＴＢのスキャン角とに対応する画像データが、送信方向表示展開画像データ５３ａの中から読み出される。

具体的には、ＣＰＵ５１により、超音波ビームＴＢの送信方向がチルト角δ，スキャン角θに設定された場合、５ｎ≦δ＜５（ｎ＋１）（ｎ：０〜１８の整数）、１５ｍ≦θ＜１５（ｍ＋１）（ｍ：０〜２３の整数）である場合に、チルト角５ｎ，スキャン角１５ｍに対応する画像データが送信方向表示展開画像データ５３ａの中から読み出され、その画像データに基づいて、送信方向表示画像が表示装置１５の送信方向表示画像表示領域１５ｂに表示される。例えば、超音波ビームＴＢの送信方向がチルト角７度，スキャン角３５度に設定されていれば、チルト角５度，スキャン角３０度に対応する画像データ（図６参照）が送信方向表示展開画像データ５３ａの中から読み出され、その画像データに基づいて送信方向表示画像が送信方向表示画像表示領域１５ｂに表示される。

これにより、ＣＰＵ５１によりスキャンモータ２７やチルトモータ３３を駆動して、超音波ビームＴＢの送信方向（スキャン角，チルト角）を変化させると、その変化に応じて送信方向表示展開画像データ５３ａの中から読み出される画像データが適宜選択され、送信画像表示画像表示領域１５ｂに、現在の超音波ビームＴＢの送信方向を模式的に示した送信方向表示画像が表示されることになる。よって、超音波ソナー装置１２の使用者は、この送信方向表示画像を見るだけで、探知画像表示領域１５ａに表示された探知画像において現在探知されている方向がどの方向であるかを把握することができる。したがって、現在探知の対象となっている方向を使用者に分かりやすく伝えることができる。

また、送信方向表示画像を表示装置１７へ表示する場合に、対応する画像データをその都度ＲＯＭ５２に格納された送信方向表示圧縮画像データ５２ｂから読み出して伸長するのではなく、予めＲＡＭ５３に展開された送信方向表示展開画像データ５３ａから対応する画像データを読み出すので、その表示に要する処理時間を短くでき、素早く送信方向表示画像を表示させることができる。なお、ＣＰＵ５１の処理能力が高ければ、対応する画像データをその都度ＲＯＭ５２に格納された送信方向表示圧縮画像データ５２ｂから読み出して伸長し、その伸長した画像データを用いて送信方向表示画像を表示してもよい。

ここで、図６に示す通り、本超音波ソナー装置１２では、超音波ビームＴＢの送信方向が取り得る全てのチルト角およびスキャン角の組み合わせ毎に画像データを用意するのではなく、チルト角は５度間隔で、スキャン角は１５度間隔で対応する画像データを用意している。

これにより、送信方向表示圧縮画像データ５２ｂとしてＲＯＭ５２に記憶すべき画像データの数や、送信方向表示展開画像データ５３ａとしてＲＡＭ５３に記憶すべき画像データの数を抑制できるので、ＲＯＭ５２やＲＡＭ５３に必要な記憶容量の増大を抑えることができる。なお、送信方向表示画像は模式的な表示であり、現在探知の対象となっている方向が使用者に直観的に伝わればよいため、用意する画像データの数を抑えたとしても、問題となることはない。

ここで、本実施形態では、チルト角は５度間隔で、スキャン角は１５度間隔で対応する画像データを用意したが、用意する画像データのチルト角の間隔と、スキャン角の間隔とは、いずれも任意の間隔であってよい。また、ＲＯＭ５２やＲＡＭ５３の記憶容量を潤沢に用意できるのであれば、チルト角として設定し得る値、及び、スキャン角として設定し得る値の組み合わせ全てに対して、画像データを用意してもよい。

図５に戻り、スキャン角データ５３ｂは、超音波ビームＴＢの送信方向のスキャン角を示すデータである。チルト角データ５３ｃは、超音波ビームＴＢの送信方向のチルト角を示すデータである。電源がオンされるタイミング、又は、水中の探知が開始されるタイミングで、スキャン角データ５３ｂおよびチルト角データ５３ｃは、既に記憶された値（ＲＯＭ５２に記憶された初期値や、制御装置５０に別途設けられたフラッシュメモリに記憶された設定値など）、または、使用者による操作ボタン１４の操作により設定された角度で初期化される。

例えば、スキャン角データ５３ｂの初期化は、使用者による操作ボタン１４の操作により設定された所定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）におけるスキャン角が最も小さい値を設定することにより行う。

水中の探知が行われる間、振動子３１による１つの方向への超音波ビームＴＢの送受信が行われると、ＣＰＵ５１によってスキャン角データ５３ｂが更新される。そして、超音波ビームＴＢの送信方向のスキャン角が、その更新後のスキャン角データ５３ｂで示されるスキャン角となるように、ＣＰＵ５１の制御によってモータドライバ６１を介してスキャンモータ２７が駆動される。

スキャン角データ５３ｂの更新は、使用者による操作ボタン１４の操作により設定されたスキャン方向の送りステップ数（スキャン方向に何度ずつ超音波ビームＴＢの送信方向を進めるかを示す値）に基づいて行われる。例えば、スキャン方向の送りステップ数が５度に設定されていた場合は、スキャン角データ５３ｂに「５」を加算する。

ただし、更新後のスキャン角データ５３ｂの値が、使用者により設定された上述の所定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）を超える場合は、その所定範囲におけるスキャン角が最も小さい値を設定する。

チルト角データ５３ｃは、使用者による操作ボタン１４の操作によってチルト角の設定が変更された場合に限り、その変更後の設定値に変更され、それ以外は原則として値が維持される。チルト角データ５３ｃの値が変更された場合は、超音波ビームＴＢの送信方向のチルト角が、その更新後のチルト角データ５３ｃで示されるチルト角となるように、ＣＰＵ５１の制御によってモータドライバ６１を介してチルトモータ３３が駆動される。

スキャンモータ２７が駆動され、超音波ビームＴＢの送信方向のスキャン角がスキャン角データ５３ｂで示されるスキャン角となると（チルト角が変更される場合は、スキャン角に加えて更に、チルトモータ３３が駆動され、超音波ビームＴＢの送信方向のチルト角がチルト角データ５３ｃで示されるチルト角となると）、ＣＰＵ５１の制御によって振動子３１から超音波ビームＴＢが送信され、その反射波が該振動子３１により受信される。その受信信号に基づいて、ＣＰＵ５１により探知画像が形成され、表示装置１５に表示される。

また、探知画像の形成にあわせて、そのときのスキャン角データ５３ｂとチルト角データ５３ｃとの値から、送信方向表示展開画像データ５３ａより対応する画像データがＣＰＵ５１により読み出され、読み出された画像データに基づいて送信方向表示画像が形成されて、表示装置１５に表示される。

表示画像データ５３ｄは、表示装置１５に表示する画像の画像データである。超音波ビームＴＢの反射波を振動子３１が受信することにより生じる受信信号に基づいて形成された探知画像を表示装置１５に表示するための画像データや、現在の超音波ビームＴＢの送信方向を示した送信方向表示画像を表示装置１５に表示するための画像データであって、スキャン角データ５３ｂとチルト角データ５３ｃとの値に対応して送信方向表示展開画像データ５３ａより読み出された画像データが、この表示画像データ５３ｄとしてＲＡＭ５３に格納される。そして、表示画像データ５３ｄに従って、表示装置１５に画像が表示される。

次いで、図７を参照して、送信方向表示画像の詳細について説明する。図７は、表示装置１５の送信方向表示画像表示領域１５ｂに表示される送信方向表示画像を模式的に示した模式図である。

送信方向表示画像は、図７に示す通り、船舶１５０、その船舶１５０が浮かぶ水面１５１、海底又は湖底に見立てた底１５３、及び、水面１５１と底１５３とに挟まれた水中部１５２を、鳥瞰的に模式的に示した画を表示する。水面１５１に浮かぶ船舶１５０の位置が、送信方向表示画像において、水面１５１における船舶１５０の位置を表している。

送信方向表示画像では、実際の船舶１１（図２参照）より１つの方向に向けて細いビーム状に送信される超音波ビームＴＢの送信方向（スキャン角、チルト角）を示す送信方向画１５８が、送信方向表示画像における船舶１５０などの画に対して、その送信方向を合わせて表示される。つまり、この送信方向画１５８が、振動子３１の駆動により変化する超音波ビームＴＢの送信方向を使用者に対して示すものとなる。

このように、送信方向表示画像では、水面１５１と、その水面１５１における船舶１５０の位置と、水面１５１と底１５３とに挟まれた水中部１５２とが鳥瞰的に模式的に表示され、その画に対して、送信方向画１５８が表示される。よって、実際の船舶１１から送信される超音波ビームＴＢが水中に対してどの方向に送信されたかを、送信方向表示画像に模式的に示された水面１５１、船舶１５０の位置、及び、水中部１５２と、送信方向画１５８との位置関係から、使用者に直観的に分かりやすく伝えることができる。

また、送信方向表示画像は、模式的に示された船舶１５０の位置から底１５３に向けて垂直に下した垂直線１５７を表示している。この垂直線１５７を表示することにより、使用者に対し、船舶１５０の真下に位置する水中部１５２の場所や底１５３の場所を見せることができる。これにより、実際の船舶１１から送信される超音波ビームＴＢが水中に対してどの方向に送信されるかを、送信方向表示画像に模式的に示された水面１５１、船舶１５０の位置、及び、水中部１５２と、送信方向画１５８との位置関係からだけでなく、船舶１５１の真下に位置する水中部１５２の場所や底１５３の場所と、送信方向画１５８との位置関係によって、使用者により直観的に分かりやすく伝えることができる。

また、送信方向表示画像は、模式的に示された水面１５１に対して、模式的に位置が示された船舶１５０の前後方向を示す線１５５と、該船舶１５０の左右方向を示す線１５６とをさらに表示している。これにより、当該線１５５，１５６と、送信方向画１５８との位置関係から、実際の船舶１１から送信される超音波ビームＴＢの送信方向が、船舶１１の前後方向及び左右方向に対してどの方向に向いているかを使用者により分かりやすく伝えることができる。また、当該線１５５，１５６により、送信方向表示画像における水面１５１の位置をより分かりやすく使用者に伝えることができるので、超音波ビームＴＢが水面１５１に対してどのようなチルト角で送信されているかを使用者により分かりやすく伝えることができる。

次に、図８を参照して、制御装置５０が実行するソナー処理の詳細について説明する。図８は、ソナー処理を示すフローチャートである。ソナー処理は、電源がオンされた場合、または、水中の探知が開始される場合にＣＰＵ５１によって実行が開始される。このソナー処理は、使用者による操作ボタン１４の操作などによって水中の探知を終了するまで、継続して実行され続ける。なお、ソナー処理を実行するためのプログラムは、ＲＯＭ５２のプログラムデータ５２ａ（図５参照）に含まれる。

ソナー処理では、まず、昇降装置１７を駆動し、送受波ユニット１６を降下させる（Ｓ１）。これにより、送受波ユニット１６が船舶１１の船底から水中に突出され、振動子３１による超音波ビームＴＢの送受信が可能となる。

次いで、送信方向表示圧縮画像データ５２ｂをＲＯＭ５２から読み出し、伸長して、送信方向表示展開画像データ５３ａとしてＲＡＭ５３に展開する（Ｓ２）。そして、チルト角データ５３ｃを、使用者による操作ボタン１４の操作により設定された角度に設定し（Ｓ３）、スキャン角データ５３ｂを、使用者により設定された所定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）におけるスキャン角が最も小さい値を設定することで初期化する（Ｓ４）。

次いで、Ｓ５の処理へ移行し、スキャン角データ５３ｂ及びチルト角データ５３ｃの値に従って、モータドライバ６１を介してスキャンモータ２７及びチルトモータ３３を駆動する（Ｓ５）。これにより、振動子３１が回転され、振動子３１から送信される超音波ビームＴＢの送信方向が、スキャン角データ５３ｂ及びチルト角データ５３ｃにて設定されたスキャン角及びチルト角となる。

次いで、送受信回路６２を介して振動子３１から超音波ビームＴＢを送信し、その超音波ビームＴＢに対して探知対象物Ｇや海底又は湖底などから反射された反射波を該振動子３１にて受信する（Ｓ６）。そして、反射波の受信によって生じる受信信号に基づいて、探知画像を形成し、その画像データを表示画像データ５３ｄとして記憶する（Ｓ７）。

次いで、スキャン角データ５３ｂ及びチルト角データ５３ｃの値に対応する送信方向表示画像を形成するために、送信方向表示画像展開データ５３ａより対応する画像データを選択して読み出し、Ｓ７の処理の探知画像とあわせて表示画像データ５３ｄとして記憶する（Ｓ８）。なお、本フローチャートに図示はしていないが、表示画像データ５３ｄには、あわせて、探知に係る各種設定条件などを表示装置１５の探知条件表示領域１５ｃ（図１参照）に表示するための画像データをも含める。

そして、表示画像データ５３ｄに基づいて、画像を表示装置１５に表示する（Ｓ９）。これにより、表示装置１５の探知画像表示領域１５ａには、Ｓ７の処理にて形成された探知画像が表示され、送信方向表示画像表示領域１５ｂには、Ｓ８の処理にて選択・形成された送信方向表示画像が表示される。

次いで、スキャン角データ５３ｂを上述した方法で更新する（Ｓ１０）。即ち、使用者による操作ボタン１４の操作によりスキャン方向の送りステップ数が５度に設定されていた場合は、スキャン角データ５３ｂに「５」を加算する。

次いで、Ｓ１０の処理により更新したスキャン角データ５３ｂが、使用者により設定された所定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）を超えており、１回のスキャンが終了したか否かを判断する（Ｓ１１）。その結果、スキャンが終了していないと判断される場合（Ｓ１１：Ｎｏ）は、Ｓ５の処理に戻る。

これにより、チルト角は維持されたまま、Ｓ１０の処理により更新されたスキャン角データ５３ｂで示されるスキャン角で超音波ビームＴＢが送受信され、それに基づき探知画像および送信方向表示画像が表示装置１５に表示される。

一方、Ｓ１１の判断の結果、スキャンが終了したと判断される場合は（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、次いで、使用者による操作ボタン１４の操作によってチルト角の設定が変更されたか否かを判断する（Ｓ１２）。その結果、チルト角の設定に変更がないと判断される場合は（Ｓ１２：Ｎｏ）、Ｓ４の処理に戻る。これにより、チルト角は維持されたまま、超音波ビームＴＢの送信方向のスキャン角が、使用者により設定された所定範囲における最も小さい値に戻されたうえで超音波ビームＴＢが送受信され、それに基づき探知画像および送信方向表示画像が表示装置１５に表示される。

一方、Ｓ１２の判断の結果、チルト角の設定に変更があると判断される場合は（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、Ｓ３の処理に戻る。これにより、超音波ビームＴＢの送信方向のチルト角は使用者により設定されたチルト角に変更され、スキャン角は使用者により設定された所定範囲における最も小さい値に戻されたうえで、超音波ビームＴＢが送受信され、それに基づき探知画像および送信方向表示画像が表示装置１５に表示される。

次に、図９を参照して、上述のように構成された超音波ソナー装置１２の作用について説明する。図９は、チルト角を７０度に設定し、所定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）として全方向（３６０度）を設定した場合に、表示装置１５の送信方向表示画像表示領域１５ｂに表示される送信方向表示画像を模式的に示した模式図であり、（ａ）は、スキャン角が０度の場合、（ｂ）は、スキャン角が７５度の場合、（ｃ）は、スキャン角が９０度の場合、（ｄ）は、スキャン角が１８０度の場合、（ｅ）は、スキャン角が２５５度の場合、（ｆ）は、スキャン角が２７０度の場合を示している。

図９（ａ）〜（ｆ）に示す通り、超音波ビームＴＢの送信方向（スキャン角）が変化すると、その変化に応じて、超音波ビームＴＢの送信方向を模式的に示した送信方向表示画の表示位置が変化し、水面１５１、その水面１５１における船舶１５０の位置、水面１５１と底１５３とに挟まれた水中部１５２、垂直線１５７や線１５５，１５６との位置関係に基づいて、現在超音波ビームＴＢがどの方向に送信されているかを使用者に直観的に伝えることができ、現在探知の対象となっている方向を使用者に分かりやすく伝えることができる。

ここで、超音波ソナー装置１２では、図９（ａ）〜（ｆ）に示す通り、送信方向表示画像において、送信方向表示が１５８の輝度又は明度が、スキャン角に応じて変化するようになっている。具体的には、超音波ビームＴＢの送信方向が、送信方向表示画像において船舶１５０の位置より手前に向けられている場合（例えば、図９（ｅ））に、超音波ビームＴＢの送信方向が送信方向表示画像において船舶１５０の位置より奥に向けられている場合（例えば、図９（ｂ））よりも、送信方向表示画像において送信方向画１５８の輝度又は明度が明く表示される。

送信方向画１５８の輝度又は明度を変化させて表示させると、送信方向画１５８が明るく表示されれば、その送信方向画１５８が手前にあるように使用者に見せることができ、送信方向画１５８が暗く表示されれば、その送信方向画１５８が奥にあるように使用者に見せることができる。

超音波ビームＴＢの送信方向が送信方向表示画像において船舶１５０の位置より手前に向けられている場合には、送信方向画１５８が明るく表示されるので、超音波ビームＴＢの送信方向が船舶１５０の位置よりも手前に向けられていることを使用者に強調することができる。

また、超音波ビームＴＢの送信方向が送信方向表示画像において船舶１５０の位置より奥に向けられている場合には、送信方向画１５８が暗く表示されるので、超音波の送信方向が船舶の位置よりも奥に向けられていることを使用者に強調することができる。よって、実際の船舶１１から送信される超音波ビームＴＢが水中に対してどの方向に送信されるかを、使用者により直観的に分かりやすく伝えることができる。

また、図９（ｅ）に示すように、超音波ビームＴＢの送信方向が送信方向表示画像において船舶１５０の位置より手前に向けられているときに、送信方向画１５８が垂直線１５７上に表示される場合は、少なくとも送信方向画１５８が表示される範囲において垂直線１５７が消去される送信方向表示画像が表示される。

これにより、送信方向画１５８が垂直線１５７よりも手前側にあるように使用者に見せることができるので、超音波ビームＴＢの送信方向が、船舶１５０の位置より手前に向けられていることを使用者に強調することができる。

一方、図９（ｂ）に示すように、超音波ビームＴＢの送信方向が送信方向表示画像において船舶１５０の位置より奥に向けられているときに、送信方向画１５８が垂直線１５７上に表示される場合は、送信方向表示画像において、垂直線１５７が表示され続ける。

これにより、送信方向画１５８が垂直線１５７よりも奥側にあるように使用者に見せることができるので、超音波ビームＴＢの送信方向が、船舶１５０の位置より奥に向けられていることを使用者に強調することができる。よって、実際の船舶１１から送信される超音波ビームＴＢが水中に対してどの方向に送信されるかを、使用者により直観的に分かりやすく伝えることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記各実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

上記実施形態では、送信方向表示画像を表示させるための画像データとして、超音波ビームＴＢの各送信方向に対応した画像データを１つ１つ用意する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、送信方向画１５８とそれ以外の画とを分けてＲＯＭ５２に保存し、送信方向画１５８は超音波ビームＴＢの各送信方向に対応した画像データを１つ１つ用意し、それ以外の画は１つだけ用意するようにしてもよい。そして、送信方向表示画像を表示する場合、それ以外の画に対して、その時の超音波ビームＴＢの送信方向に対応する送信方向画１５１を合成して、送信方向表示画像を形成してもよい。これによって、画像データを記憶させるために必要なメモリの容量を抑えることができる。

上記実施形態では、チルト角を使用者により設定された角度で維持し、スキャン角を変化させながら超音波ビームＴＢの送信方向を変化させて、船舶１１の周囲の水中の探知を行う場合に、送信方向表示画面を表示させる超音波ソナー装置１２について説明したが、超音波ビームＴＢの送信方向を変化させながら水中の探知を行う超音波ソナー装置であれば、超音波ビームＴＢの送信方向の変化のさせ方はどのような方法であってもよい。例えば、スキャン角を使用者により設定された角度で維持し、チルト角を変化させながら超音波ビームＴＢの送信方向を変化させて、船舶１１下方の一定範囲の水中を探知する場合に、本発明の送信方向表示画面を表示させてもよい。

１１船舶
１２超音波ソナー装置
１５表示装置（表示手段）
３１振動子
２７スキャンモータ（駆動手段の一部）
３３チルトモータ（駆動手段の一部）
１５０船舶
１５１水面
１５２水中
１５３底
１５５船舶の前後方向を示す線
１５６船舶の左右方向を示す線
１５７垂直線
１５８送信方向画
Ｓ７（第１画像形成手段）
Ｓ８（第２画像形成手段）
Ｓ９（表示制御手段）
ＴＢ超音波ビーム

Claims

船舶に搭載され、１つの方向に送信される超音波ビームの送信方向を所定範囲の中で順次変化させながら、前記所定範囲にわたり水中の探知を行う超音波ソナー装置であって、
前記探知による探知結果が前記所定範囲にわたって示された探知画像を表示手段に表示させる表示制御手段と、
超音波ビームを水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子と、
その振動子を駆動してその振動子からの前記超音波ビームの送信方向を順次変化させる駆動手段と、
前記振動子により一の方向へ送信された超音波ビーム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、前記一の方向の探知結果を含めて示した前記探知画像を形成する第１画像形成手段と、
前記駆動手段による前記振動子の駆動により順次変化する前記超音波ビームにおけるその時々の送信方向が１つの画で鳥瞰的且つ模式的に示された送信方向表示画像を形成する第２画像形成手段と、を備え、
前記表示制御手段は、前記第２画像形成手段により形成され前記送信方向表示画像を前記第１画像形成手段により形成された前記探知画像と併せて前記表示手段に表示させることを特徴とする超音波ソナー装置。
前記送信方向表示画像は、水面と、その水面における船舶の位置と、前記水面と底とに挟まれた水中部とを鳥瞰する形で模式的に示した画を表示し、その画に対して、前記駆動手段による前記振動子の駆動により順次変化する前記超音波ビームにおけるその時々の送信方向を示す送信方向画を表示するものであることを特徴とする請求項１記載の超音波ソナー装置。
前記送信方向表示画像は、模式的に示された前記船舶の位置から前記底に向けて垂直に下した垂直線を表示するものであることを特徴とする請求項２記載の超音波ソナー装置。
前記送信方向表示画像は、
前記超音波ビームの送信方向が前記送信方向表示画像において前記船舶の位置より手前に向けられているときに前記送信方向画が前記垂直線上に表示される場合は、少なくとも送信方向画が表示される範囲において前記垂直線が消去され、
前記超音波ビームの送信方向が前記送信方向表示画像において前記船舶より奥に向けられているときに前記送信方向画が前記垂直線上に表示される場合は、前記垂直線が表示され続けることを特徴とする請求項３記載の超音波ソナー装置。
前記送信方向表示画像は、模式的に示された前記水面に対して、模式的に位置が示された前記船舶の前後方向と左右方向とを示す線を表示するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の超音波ソナー装置。
前記送信方向表示画像は、前記超音波ビームの送信方向が前記送信方向表示画像において前記船舶の位置より手前に向けられている場合に、前記超音波ビームの送信方向が前記送信方向表示画像において前記船舶の位置より奥に向けられている場合よりも、前記送信方向画の輝度又は明度を明く表示するものであることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の超音波ソナー装置。