JPH0344269B2 - - Google Patents

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JPH0344269B2
JPH0344269B2 JP58234121A JP23412183A JPH0344269B2 JP H0344269 B2 JPH0344269 B2 JP H0344269B2 JP 58234121 A JP58234121 A JP 58234121A JP 23412183 A JP23412183 A JP 23412183A JP H0344269 B2 JPH0344269 B2 JP H0344269B2
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JP
Japan
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lens
acoustic
plane
electroacoustic transducer
sound wave
Prior art date
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Application number
JP58234121A
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Japanese (ja)
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JPS59120976A (en
Inventor
Eiburahamu Kuritsutsu Jeikobu
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Unisys Corp
Original Assignee
Unisys Corp
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Publication date
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Publication of JPS59120976A publication Critical patent/JPS59120976A/en
Publication of JPH0344269B2 publication Critical patent/JPH0344269B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は一般にソナー装置で使用される電気音
響変換装置に関し、より詳細には視準音響レンズ
を使用している多数のソナービームを受けること
のできる電気音響変換装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates generally to electroacoustic transducers used in sonar devices, and more particularly to electroacoustic transducers used in sonar devices, and more particularly to electroacoustic transducers for receiving multiple sonar beams using collimated acoustic lenses. The present invention relates to an electroacoustic transducer that can be used.

先行技術の説明 ソナー装置は例えば1966年発行のJack Kritz
およびSeymour D.Lernerによる米国特許第
3257638号「ドツプラ航法装置」に記載されてい
るように、船舶から或る所望の方向で投射された
音エネルギーの狭いビームを使用しこれらの方向
から反射エネルギーを受ける。従来これらのビー
ムは伝搬される。または受信しようとする音波の
波長と比較して大きい直径を有する電圧円板を振
動させることによつて発生される。多数のビーム
を使用する場合変換装置組立体は多数の必要な素
子を収容するため拡大しなければならない。先行
技術の多ビーム変換装置は特に小型の船舶上で据
付けが困難であり、ゲート弁が大きく所望構造支
持部材が強いため据付けコストが増加する。従つ
て据付けを容易にし付随コストを軽減する相対的
にコンパクトな多ビーム変換装置が必要である。
Description of the Prior Art Sonar devices are e.g. Jack Kritz published in 1966.
and Seymour D. Lerner, U.S. Patent No.
No. 3,257,638, Dotsupura Navigation System, uses a narrow beam of sound energy projected from a ship in certain desired directions and receives reflected energy from these directions. Conventionally these beams are propagated. or by vibrating a voltage disk having a large diameter compared to the wavelength of the sound waves to be received. If multiple beams are used, the converter assembly must be enlarged to accommodate the large number of necessary elements. Prior art multi-beam converters are difficult to install, especially on small vessels, and the large gate valves and strong required structural support members increase installation costs. Accordingly, there is a need for a relatively compact multi-beam conversion device that facilitates installation and reduces associated costs.

本発明の発明者による1982年3月5日出願の先
行出願SN354973「ソナー装置用多ビームレンズ変
換装置(Multiple Beam Lens Transducer For
Sonar Systems)」には、多数のソナービームを
送信および受信するコンパクトな装置が記載され
ている。音響レンズは所望の方向で入射する平面
波を入射ビームと関連したレンズの焦点領域に中
心付けされた球殻セグメントに配設した電気音響
変換装置に方向付ける。電気音響変換装置は音響
レンズによつて所望の方向で現れる平面波に変換
される球面波を送信する。
Prior application SN354973 filed on March 5, 1982 by the inventor of the present invention "Multiple Beam Lens Transducer For
Sonar Systems) describes a compact device that transmits and receives multiple sonar beams. The acoustic lens directs an incident plane wave in a desired direction onto an electroacoustic transducer disposed in a spherical shell segment centered on the focal region of the lens associated with the incident beam. The electroacoustic transducer transmits a spherical wave which is converted by an acoustic lens into a plane wave appearing in a desired direction.

この変換装置の製造は球殻セグメントの形式で
圧電セラミツク結晶素子を製作する必要性から生
じるある程度の困難と経費を伴なう。
The manufacture of this transducer involves a certain degree of difficulty and expense resulting from the need to fabricate piezoceramic crystal elements in the form of spherical shell segments.

発明の要約 本発明の目的はソナー装置用多ビームレンズ変
換装置のコンパクトな構成を維持するとともに球
殻セグメントの形状の電気音響変換装置の必要性
を排除することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to maintain a compact construction of a multi-beam lens transducer for a sonar device while eliminating the need for an electroacoustic transducer in the form of spherical shell segments.

本発明の原理を実施するソナー変換装置は、入
射平面音波をその焦点面の焦点領域で収束する音
波に変換する手段を備えている。異なる所定方向
で入射する平面波は異なる焦点領域に収束され
る。焦点領域から放射される音波はこれらの所定
方向で放射される平面音波に変換される。平面を
有する電気音響変換装置を使用して音波を受信お
よび送信する。変換装置の平面で同相の集束音波
を与える手段が設けられている。変換装置の平面
によつて放射される音波は所定方向で平面波とし
て本発明装置から放射される発散ビームに変換さ
れる。
A sonar conversion device embodying the principles of the invention includes means for converting an incident planar sound wave into a convergent sound wave at a focal region of its focal plane. Plane waves incident in different predetermined directions are focused on different focal regions. Sound waves emitted from the focal region are converted into plane sound waves emitted in these predetermined directions. Receiving and transmitting sound waves using an electroacoustic transducer having a flat surface. Means are provided for providing focused sound waves that are in phase in the plane of the transducer. The sound waves emitted by the plane of the converting device are converted in a predetermined direction as plane waves into a diverging beam emitted from the device according to the invention.

本発明の好適な実施例は複数の所定方向から入
射する平面波を入射方向との対応する関係で複数
の焦点領域に集束する2重凹面音響レンズを備え
ている。シリコーンゴムの媒体はレンズの内面に
結合している。ゴム中の低い音の速度によつて短
い焦点距離が生じよつて組立体の奥行きが低減さ
れる。球面を有する音響レンズは集束音波を視準
して3つの圧電セラミツク結晶変換装置の平面で
平面波を発生するように位置決めされている。視
準レンズと変換装置の平面の間にはエポキシ整合
部が位置決めされている。整合部は視準レンズの
低音響インピーダンスを結晶に与えるため高い値
に変換することによつて結晶の電気端子で測定し
た場合有利な電気的特性を与える。アルミニウム
背板は変換装置の後ろに位置決めされている。背
板は結晶に対して構造的強さおよび熱伝達の両方
を与える。変換装置の平面は2重凹面レンズの中
心軸から各々15度傾斜したビームを受信および送
信するように位置決めされている。
A preferred embodiment of the present invention includes a double concave acoustic lens that focuses plane waves incident from a plurality of predetermined directions onto a plurality of focal areas in corresponding relation to the direction of incidence. A silicone rubber medium is bonded to the inner surface of the lens. The low speed of sound in the rubber results in a short focal length and reduces the depth of the assembly. An acoustic lens having a spherical surface is positioned to collimate the focused sound waves to generate plane waves at the planes of the three piezoelectric ceramic crystal transducers. An epoxy alignment is positioned between the collimating lens and the plane of the transformer. The matching section converts the low acoustic impedance of the collimating lens to a higher value to impart advantageous electrical properties to the crystal's electrical terminals when measured at the crystal's electrical terminals. An aluminum backplate is positioned behind the converter. The backplate provides both structural strength and heat transfer to the crystal. The planes of the transducer are positioned to receive and transmit beams each tilted 15 degrees from the central axis of the double concave lens.

好適な実施例の説明 本発明の好適な実施例を添付図面を参照して以
下説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

本発明は所要開口対波長比を与える音響レンズ
の形式で1つの開口を備えた多ビーム変換装置を
構成する方法に関するものである。音響レンズの
集束作用を示す音波線図を第1図に示す。水媒体
11中を伝搬する入射平面波10の平行線は音響
レンズ12上に衝突する。入射平面波を集束する
ため音響レンズ12は2重凹面を選択し音の速度
が水11および隣接媒体13中より大きい媒体で
構成されている。集束作用は、ビームがレンズに
入る際ビームが最初に低屈折率レンズの表面に対
する法線から離れて曲がり、次いでレンズから出
る際に法線に向かつて曲がることによつて生じ
る。従つて入射平面波10はこのように構成され
たレンズによつて焦点14に集束される。逆に音
波によりレンズ12を照射する14の点源は平行
線10によつて示した平面波を投射させる。この
態様で構成したレンズの特性は、平面波の入射の
方向とレンズの焦点面中の関連した焦点の間の唯
一の対応関係である。異なる方向から入射する視
準ビームは異なる焦点を有するようになつてい
る。例えば平行線15で示した平面波は第2焦点
16で集束される。こうして多数のこのような焦
点がレンズ12の焦点面16aにあり、各焦点は
音波の受信または投射に対して異なるビーム方向
を定めている。従つて種々の焦点に設置した多数
の小型電気音響変換装置を使用して音ビームを送
信および受信して、ビーム幅がレンズ直径によつ
て特徴づけられるようにすることができる。
The present invention relates to a method of constructing a multi-beam conversion device with one aperture in the form of an acoustic lens providing the required aperture-to-wavelength ratio. A sound wave diagram showing the focusing effect of an acoustic lens is shown in FIG. Parallel lines of the incident plane wave 10 propagating in the aqueous medium 11 impinge on the acoustic lens 12 . In order to focus the incident plane wave, the acoustic lens 12 has a double concave surface and is made of a medium in which the speed of sound is greater than that of the water 11 and the adjacent medium 13. The focusing effect is caused by the beam first bending away from the normal to the surface of the low index lens as it enters the lens, and then towards the normal as it exits the lens. The incident plane wave 10 is therefore focused onto a focal point 14 by the lens configured in this way. Conversely, 14 point sources illuminating the lens 12 with sound waves project plane waves as indicated by parallel lines 10. A property of a lens constructed in this manner is the unique correspondence between the direction of plane wave incidence and the associated focal point in the focal plane of the lens. Collimated beams entering from different directions are arranged to have different foci. For example, a plane wave indicated by parallel lines 15 is focused at a second focal point 16 . Thus, there are a number of such focal points at the focal plane 16a of the lens 12, each focal point defining a different beam direction for reception or projection of sound waves. It is therefore possible to transmit and receive a sound beam using a large number of miniature electroacoustic transducers placed at different focal points, such that the beam width is characterized by the lens diameter.

このような構成の実現に対する主要な障害は、
小型変換装置が大きなパワーレベルで動作するこ
とができないということである。変換装置の付近
の媒体13中の音の強さ(ワツト/単位面積)は
小さな変換装置表面積のため強く、媒体のキヤビ
テーシヨンおよび崩壊を生じる。さらに変換装置
損失によつて生じる熱消失は小さな変換装置面に
限定され、大きな電力が供給された場合高温を発
生させる。本発明は焦点の前方に設置したはるか
に大きな表面積を有する大型変換装置を使用して
いる。音波を受信および送信する平面18を有す
る電気音響変換装置17は焦点14とレンズ12
の間に配設されている。電気音響変換装置17と
レンズ12の間に配設されたレンズ19は電気音
響変換装置17の面18に同相の音波線を与え
る。レンズ19は収束線を屈折させ電気音響変換
装置17の平面18に垂直にそれらを方向付ける
ことによつてこれを達成する。レンズ19を構成
している物質は媒体13の音の速度より大きな音
の速度を有しており、また不所望の反射を最小に
するため好ましくは媒体13の音響インピーダン
スに近い特定の音響インピーダンスを有してい
る。上記によつてレンズ12によつて受信される
ほとんど全ての音響エネルギーを電気音響変換装
置17によつて電気エネルギーに変換するのに利
用することができる。逆に送信する際は、レンズ
19と共動する変換装置17は焦点14がソース
であるかのように音波線を投射する。この構成に
よつて得られる利点は焦点の位置の小さな変化が
性能を大幅に変化させることがないということで
ある。というのは全ての音波線はほんのわずかな
位相ずれ干渉で変換装置17によつて引続き傍受
されるためである。焦点に直接置いた小型変換装
置素子によつて焦点位置の小さな変化は捕獲エネ
ルギーの大きな変化を生じさせることができる。
もう1つの利点として、装置はレンズ12の後ろ
で媒体13中で焦点面まで延長する必要がないの
で、装置全体の奥行きが低減される。
The main obstacles to realizing such a configuration are:
This means that small converters cannot operate at large power levels. The sound intensity (watts/unit area) in the medium 13 in the vicinity of the transducer is high due to the small transducer surface area, resulting in cavitation and collapse of the medium. Furthermore, the heat dissipation caused by converter losses is limited to a small converter surface and generates high temperatures when large power is applied. The present invention uses a large transducer with a much larger surface area placed in front of the focal point. An electroacoustic transducer 17 having a plane 18 for receiving and transmitting sound waves has a focal point 14 and a lens 12
is placed between. A lens 19 disposed between the electroacoustic transducer 17 and the lens 12 provides in-phase sound waves to the surface 18 of the electroacoustic transducer 17 . Lens 19 accomplishes this by refracting the converging lines and orienting them perpendicular to plane 18 of electroacoustic transducer 17. The material making up the lens 19 has a sound velocity greater than the sound velocity of the medium 13 and preferably has a specific acoustic impedance close to that of the medium 13 to minimize unwanted reflections. have. By means of the above, almost all the acoustic energy received by the lens 12 can be used to convert into electrical energy by the electroacoustic transducer 17. Conversely, when transmitting, the transducer 17 in cooperation with the lens 19 projects the acoustic beam as if the focal point 14 were the source. The advantage provided by this configuration is that small changes in focal spot position do not significantly change performance. This is because all sound waves are subsequently intercepted by the transducer 17 with only slight phase-shift interference. With a small transducer element placed directly at the focus, small changes in focus position can produce large changes in captured energy.
Another advantage is that the device does not have to extend behind the lens 12 into the medium 13 to the focal plane, reducing the overall depth of the device.

電気音響変換装置17の平面18に同相の音波
線を与えるのに必要なレンズ19の曲率は第2図
を参照して決定することができる。焦点14に向
かつて方向付けられた音波線20はレンズ19の
面に衝突する。レンズ19が無い場合音波線20
は伝搬速度がCMである媒体13を介して焦点1
4に対する距離Rを進む。レンズ19が存在する
場合音波線20は伝搬速度がCLであるレンズ媒
体を介して焦点14を介して引いたY軸21に対
する距離Xを進む。レンズ19によつて屈折した
全ての音波線が同相でY軸21に到着するにはレ
ンズが存在しなかつた場合個々の音波数によつて
媒体13中で経験されたであろう伝搬時間tnは、
該音波線がレンズ物質を横断するのにかかる時間
tLに付加的定数Kを加算したものに等しくなけれ
ばならない。
The curvature of the lens 19 necessary to provide in-phase sound waves to the plane 18 of the electroacoustic transducer 17 can be determined with reference to FIG. The sound wave rays 20 directed toward the focal point 14 impinge on the surface of the lens 19 . If there is no lens 19, the sound wave rays 20
is the focal point 1 through the medium 13 whose propagation speed is C M
Proceed a distance R relative to 4. When lens 19 is present, acoustic ray 20 travels a distance X relative to the Y-axis 21 drawn through focal point 14 through the lens medium with a propagation velocity of C L . For all sound wave rays refracted by lens 19 to arrive in phase at Y-axis 21, the propagation time t n that would have been experienced by each sound wave number in medium 13 if the lens were not present. teeth,
The time it takes for the sound ray to traverse the lens material
It must be equal to t L plus an additive constant K.

従つて tn=R/Cn=tL+K=X/CL+K 従つて (R/Cn2=(X/CL+K)2=(1/CL(X+CLK)
2 ピタゴラスの定理R2=X2+Y2によつて R2/Cn2=X2+Y2/Cn2=1/CL2(X+CLK)2 よつて X2+Y2=(Cn/CL2(X+CLK)2 これはCn/CLに等しい偏心度およびCLKに等しい 準線を有する円錐曲線に対する周知の式である。
レンズ19の物質は媒体13より高い伝搬速度を
有しているのでCn/CLは1より小さく従つて曲線は 楕円である。
Therefore, t n =R/C n =t L +K=X/C L +K Therefore, (R/C n ) 2 = (X/C L +K) 2 = (1/C L (X+C L K)
) 2By the Pythagorean theorem R 2 = _ _ _ _ _ _ _ C L ) 2 (X+C L K) 2 This is the well-known formula for a conic section with eccentricity equal to C n /C L and directrix equal to C L K.
Since the material of lens 19 has a higher propagation velocity than medium 13, C n /C L is less than 1 and the curve is elliptical.

レンズ19の楕円形は当該領域に渡つて最も良
く適合するように半径を選択した球によつて近似
させることができる。
The elliptical shape of lens 19 can be approximated by a sphere whose radius is chosen to best fit over the region.

本発明を実現する代表的な設計を第3図に示
す。直径17.14cm(6.75インチ)、中心厚さ0.95cm
(0.376インチ)、内半径18.2cm(7.18インチ)およ
び外半径60.5cm(23.82インチ)の合成フオーム
のソリツドレンズ25はその外面で水と接触して
おりその内面でシリコーンゴムの媒体26に結合
している。図の構成は各々レンズ25の中心軸2
7から15度離れて水中で方向付けられた3つの送
信または受信ビームを与える。ゴム中の低い音の
速度によつて27.71cm(10.91インチ)の短い焦点
距離28が生じ従つて組立体の奥行きが低減され
る。対角29は33度である。
A representative design implementing the invention is shown in FIG. Diameter 17.14cm (6.75 inches), center thickness 0.95cm
(0.376 inches), with an inner radius of 18.2 cm (7.18 inches) and an outer radius of 60.5 cm (23.82 inches), a synthetic foam solid lens 25 is in contact with water on its outer surface and bonded to a silicone rubber medium 26 on its inner surface. There is. The configuration in the figure is the central axis 2 of each lens 25.
Gives three transmit or receive beams oriented 7 to 15 degrees apart underwater. The low speed of sound in the rubber results in a short focal length 28 of 10.91 inches, thus reducing the depth of the assembly. Diagonal 29 is 33 degrees.

参照番号30のような3つの圧電セラミツク結晶
の各々はビームを受信および送信する平面を有し
ており各結晶は6.35cm(2.5インチ)の直径を有
している。各結晶はレンズ25の中心軸27から
10.5度離れて配設されている。結晶は各々122K
Hzで共振するような厚さのものであり金属支持部
材31に結合されている。レンズ25と同じ合成
フオーム物質で構成された32のような視準レン
ズは結晶の平面に与えるため集束ビームの音波線
を視準する。各視準レンズの楕円面は33のよう
な焦点の4.7cm(1.85インチ)前に中心付けられ
た半径5.46cm(2.15インチ)の球面によつて近似
させる。各結晶とその関連した視準レンズの間に
は好ましくはエポキシで構成した34のようなプ
ラスチツク整合部を挿入する。各整合部は直径
6.35cm(2.5インチ)で、4分の1波長(この実
施例では4分の1波長、0.53cm(0.21インチ))
の奇数倍に等しい厚さを有している。整合部は低
音響インピーダンスを結晶に与えるため高い値に
変換することによつて結晶の電気端子で測定した
場合有利な電気的特性を与える。整合部は結晶と
視準レンズの間で音響インピーダンス整合を生じ
る。本質的に整合部には2つの目的がある。すな
わち係合部は帯域幅を広げ変換装置の効率を増加
させる(「圧電セラミツク変換装置の性能に対す
るバツキングおよび整合の効果(The Effect of
Backing and Matching on the Performance
of Piezoelectric Ceramic Transducers)」
George Kossoff、 I.E.E.E.Transactions on
Sonics and Ultrasonics、Volume SU−13、No.
1、March1966参照)。受信面の反対の各結晶の
面には、直径6.35cm(25インチ)で2分の1波長
(この場合は2.59cm(1.02インチ))の整数倍の厚
さを有している金属、好ましくはアルミニウムで
構成されている35のような背板を配設する。背
板は結晶に対して構造的強さおよび熱伝達の両方
を与え、動作周波数で本質的に透明である。透明
度、すなわち波の透過に対する無視できる効果は
2つの境界を横断する波に対する標準音透過係数
式に従つ(例えば音響学の基礎(Fundamentals
of Acoustics)、pp.149〜153、Kinsler、Frey、
Wiley、1950参照)。背板から熱伝導のみを望む
場合は該板を薄くしてもよい。
Each of the three piezoceramic crystals, such as 30, has a beam receiving and transmitting plane, and each crystal has a diameter of 2.5 inches. Each crystal starts from the central axis 27 of the lens 25.
They are placed 10.5 degrees apart. Each crystal is 122K
It has a thickness such that it resonates at Hz, and is coupled to a metal support member 31. A collimating lens such as 32, constructed of the same synthetic foam material as lens 25, collimates the acoustic rays of the focused beam to the plane of the crystal. The ellipsoidal surface of each collimating lens is approximated by a spherical surface of radius 5.46 cm (2.15 inches) centered 4.7 cm (1.85 inches) in front of the focal point, such as 33. A plastic matching section, such as 34, preferably constructed of epoxy, is inserted between each crystal and its associated collimating lens. Each matching part has a diameter
6.35 cm (2.5 inches), quarter wavelength (in this example, quarter wavelength, 0.53 cm (0.21 inch))
has a thickness equal to an odd multiple of . The matching section provides advantageous electrical properties when measured at the electrical terminals of the crystal by converting it to a high value to provide the crystal with a low acoustic impedance. The matching section creates an acoustic impedance match between the crystal and the collimating lens. Essentially, the alignment section has two purposes. That is, the engagement portion widens the bandwidth and increases the efficiency of the transducer (see "The Effect of Bucking and Matching on the Performance of Piezoelectric Ceramic Transducers").
Backing and Matching on the Performance
of Piezoelectric Ceramic Transducers)
George Kossoff, IEEETransactions on
Sonics and Ultrasonics, Volume SU−13, No.
1, see March 1966). The face of each crystal opposite the receiving face is coated with a metal, preferably 6.35 cm (25 inches) in diameter and having a thickness that is an integer multiple of a half wavelength (in this case 2.59 cm (1.02 inches)). A back plate such as No. 35 is provided, which is made of aluminum. The backplate provides both structural strength and heat transfer to the crystal and is essentially transparent at operating frequencies. Transparency, a negligible effect on wave transmission, follows the standard sound transmission coefficient equation for waves crossing two boundaries (e.g. Fundamentals
of Acoustics), pp. 149-153, Kinsler, Frey,
(see Wiley, 1950). If only heat conduction from the back plate is desired, the plate may be made thinner.

背板は別の方法として結晶の受信および送信面
と接触して位置決めしてもよい。その場合整合部
は背板と視準レンズの間で使用して該板とレンズ
の間で音響インピーダンス整合を与えてもよい。
The backplate may alternatively be positioned in contact with the receiving and transmitting surfaces of the crystal. A matching section may then be used between the back plate and the collimating lens to provide acoustic impedance matching between the plate and the lens.

視準レンズはその媒体を横断する音波線がY軸
21で同相であるように構成されているので(第
2図参照)、音波線は必然的に媒体中でY軸21
に平行な任意の線で同相である。従つてレンズの
平面からすぐ現れる音波線は同相であり結晶の平
面への途中で均一な厚さの媒体を通過する際もそ
のままである。
Since the collimating lens is configured such that the sound rays traversing the medium are in phase with the Y-axis 21 (see Figure 2), the sound rays are necessarily in phase with the Y-axis 21 in the medium.
is in phase with any line parallel to . Therefore, the sound wave rays emerging immediately from the plane of the lens are in phase and remain so as they pass through a medium of uniform thickness on their way to the plane of the crystal.

本発明の好適な実施例を説明したが、使用した
言葉は説明のためで限定するものではなく、広い
見地から本発明の真の範囲と精神から逸脱するこ
となく特許請求の範囲内で変更が可能であること
を理解されたい。
Although preferred embodiments of the invention have been described, the language used is intended to be illustrative and not limiting, and it is understood that changes may be made within the scope of the claims without departing from the true scope and spirit of the invention in broad terms. I hope you understand that it is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は2重凹面音響レンズ、平面を有してい
る電気音響変換装置、およびその間に配設した視
準音響レンズの概略図でレンズの作用を示す音波
線図を重ねたものであり、第2図はレンズの曲率
を計算するのに使用する視準音響レンズに衝突す
る音波線の概略図、第3図は本発明の好適な実施
例の断面図である。 図中、10……入射平面波、11……水、12
……音響レンズ、14,16……焦点、17……
電気音響変換装置、18……平面、19……レン
ズ。
FIG. 1 is a schematic diagram of a double concave acoustic lens, an electroacoustic transducer having a flat surface, and a collimated acoustic lens disposed between them, with a sound wave diagram superimposed to show the action of the lens. FIG. 2 is a schematic illustration of a sound wave impinging on a collimated acoustic lens used to calculate the curvature of the lens, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of the invention. In the figure, 10...incident plane wave, 11...water, 12
...acoustic lens, 14, 16...focal point, 17...
Electroacoustic transducer, 18...plane, 19...lens.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ソナー装置用の視準装置を備えた多ビームレ
ンズ変換装置において、入射平面音波をその焦点
面の焦点領域で収束する音波に変換して異なる所
定方向で入射する平面波が異なる焦点領域に収束
するようにし、上記焦点領域から放射される音波
を上記所定方向でレンズ手段から放射する平面音
波に変換する中心軸を有するレンズ手段と、音波
を受信および送信する平面を有している複数の電
気音響変換装置と、上記電気音響変換装置の上記
平面に同相の音波線を与え、;上記音波線は上記
所定方向で上記レンズ手段に入射する上記平面波
に対する上記レンズ手段の集束作用によつて発生
される音波から発生しており、上記電気音響変換
装置の上記平面によつて放射される音波を上記レ
ンズ手段によつて上記所定方向で放射される上記
平面音波に変換される音波に変換する同相手段と
を備えていることを特徴とする上記装置。 2 特許請求の範囲第1項に記載の装置におい
て、上記レンズ手段は、水の音響伝搬速度より大
きな音響伝搬速度を有する物質で構成された2重
凹面音響レンズと、上記レンズと上記同相手段の
間に位置決めされた上記レンズ物質の上記音響伝
搬速度より小さい音響伝搬速度を有する音響伝搬
媒体とを備えていることを特徴とする上記装置。 3 特許請求の範囲第2項に記載の装置におい
て、上記同相手段は、上記所定方向で上記レンズ
手段に入射する上記平面波に対する上記レンズ手
段の集束作用によつて発生される上記音波線を実
質的に視準する複数の視準音響レンズを備えてお
り、上記実質的に視準された音波線は上記電気音
響変換装置の上記平面にほぼ垂直であることを特
徴とする上記装置。 4 特許請求の範囲第3項に記載の装置におい
て、上記同相手段はさらに、上記電気音響変換装
置と上記視準音響レンズの間に位置決めされて上
記電気音響変換装置と上記視準音響レンズの間で
音響インピーダンス整合を与える整合手段を備え
ていることを特徴とする上記装置。 5 特許請求の範囲第4項に記載の装置におい
て、さらに、上記平面の反対の上記変換装置の面
に隣接して位置決めされて音響信号を送信し熱を
伝達し構造的強さを与える背板手段を備えている
ことを特徴とする上記装置。 6 特許請求の範囲第3項に記載の装置におい
て、上記同相手段はさらに、上記電気音響変換装
置と上記視準音響レンズの間に位置決めされて音
響信号を送信し熱を伝達し構造的強さを与えるウ
インドー手段と、上記ウインドー手段と上記視準
音響レンズの間に位置決めされて上記ウインドー
手段と上記視準音響レンズの間で音響インピーダ
ンス整合を与える整合手段とを備えていることを
特徴とする上記装置。 7 特許請求の範囲第3項に記載の装置におい
て、上記視準音響レンズは、上記2重凹面音響レ
ンズに対面する楕円面と、上記電気音響変換装置
の上記平面に対面し平行な平面とを備えているこ
とを特徴とする上記装置。 8 特許請求の範囲第3項に記載の装置におい
て、上記視準音響レンズは、上記2重凹面音響レ
ンズに対面する球面と、上記電気音響変換装置の
上記平面に対面し平行な平面とを備えていること
を特徴とする上記装置。 9 特許請求の範囲第4項に記載の装置におい
て、上記視準音響レンズは、上記2重凹面音響レ
ンズに対面する楕円面と、上記電気音響変換装置
の上記平面に対面し平行な平面とを備えているこ
とを特徴とする上記装置。 10 特許請求の範囲第4項に記載の装置におい
て、上記視準音響レンズは、上記2重凹面音響レ
ンズに対面する球面と、上記電気音響変換装置の
上記平面に対面し平行な平面とを備えていること
を特徴とする上記装置。 11 特許請求の範囲第7項または第4項に記載
の装置において、上記電気音響変換装置は円筒状
となつており、かつ上記整合手段は入射音波の1/
4波長の奇数倍の厚さを有する円筒状を備えてい
ることを特徴とする上記装置。 12 特許請求の範囲第5項に記載の装置におい
て、上記背板手段は上記入射音波の半波長の整数
倍の厚さを有する円筒体を備えていることを特徴
とする上記装置。 13 特許請求の範囲第1項に記載の装置におい
て、上記電気音響変換装置はそれぞれ圧電気セラ
ミツク結晶体であり、各結晶体は2重凹音響レン
ズの中心軸から10.5度傾斜していることを特徴と
する上記装置。
[Claims] 1. In a multi-beam lens conversion device equipped with a collimation device for a sonar device, an incident plane sound wave is converted into a sound wave that converges in the focal region of its focal plane, so that plane waves incident in different predetermined directions are lens means having a central axis for converging on different focal areas and converting sound waves emitted from said focal areas into planar sound waves emitted from said lens means in said predetermined direction; and a flat surface for receiving and transmitting sound waves. a plurality of electroacoustic transducers; applying sound wave rays of the same phase to the plane of the electroacoustic transducer; the sonic rays having a focusing action of the lens means on the plane waves incident on the lens means in the predetermined direction; a sound wave emitted by the plane of the electroacoustic transducer, which is converted by the lens means into the plane sound wave emitted in the predetermined direction; and in-phase means for converting into. 2. In the device according to claim 1, the lens means includes a double concave acoustic lens made of a material having an acoustic propagation velocity higher than that of water, and a combination of the lens and the in-phase means. an acoustic propagation medium having an acoustic propagation velocity less than the acoustic propagation velocity of the lens material positioned therebetween. 3. The device according to claim 2, wherein the in-phase means substantially focuses the sound wave rays generated by the focusing action of the lens means on the plane waves incident on the lens means in the predetermined direction. 3. A plurality of collimated acoustic lenses collimated to a plane of the electroacoustic transducer, the substantially collimated acoustic ray being substantially perpendicular to the plane of the electroacoustic transducer. 4. The apparatus of claim 3, wherein the in-phase means is further positioned between the electro-acoustic transducer and the collimating acoustic lens so as to The device as described above, characterized in that it comprises matching means for providing acoustic impedance matching at. 5. The apparatus of claim 4, further comprising a back plate positioned adjacent a face of the transducer opposite the plane to transmit acoustic signals, transfer heat and provide structural strength. The above device characterized in that it comprises means. 6. The apparatus of claim 3, wherein said in-phase means is further positioned between said electro-acoustic transducer and said collimated acoustic lens to transmit acoustic signals, transfer heat and improve structural strength. and matching means positioned between the window means and the collimating acoustic lens to provide acoustic impedance matching between the window means and the collimating acoustic lens. The above device. 7. In the device according to claim 3, the collimating acoustic lens has an elliptical surface facing the double concave acoustic lens and a plane facing and parallel to the plane of the electroacoustic transducer. The above-mentioned device is characterized by comprising: 8. In the device according to claim 3, the collimating acoustic lens includes a spherical surface facing the double concave acoustic lens, and a flat surface facing and parallel to the flat surface of the electroacoustic transducer. The above-mentioned device is characterized in that: 9. In the device according to claim 4, the collimating acoustic lens has an elliptical surface facing the double concave acoustic lens and a plane facing and parallel to the plane of the electroacoustic transducer. The above-mentioned device is characterized by comprising: 10 In the device according to claim 4, the collimating acoustic lens includes a spherical surface facing the double concave acoustic lens, and a flat surface facing and parallel to the flat surface of the electroacoustic transducer. The above-mentioned device is characterized in that: 11. In the device according to claim 7 or 4, the electroacoustic transducer has a cylindrical shape, and the matching means converts 1/1/2 of the incident sound wave.
The device described above has a cylindrical shape having a thickness that is an odd multiple of four wavelengths. 12. The device according to claim 5, wherein the back plate means comprises a cylindrical body having a thickness that is an integral multiple of a half wavelength of the incident sound wave. 13. In the device according to claim 1, each of the electroacoustic transducers is a piezoelectric ceramic crystal, and each crystal is inclined by 10.5 degrees from the central axis of the double concave acoustic lens. The above device is characterized by:
JP58234121A 1982-12-27 1983-12-12 Multi-beam lens converting device with collimating device for sonar device Granted JPS59120976A (en)

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US4001766A (en) * 1975-02-26 1977-01-04 Westinghouse Electric Corporation Acoustic lens system
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NO161710B (en) 1989-06-05
ES8500543A1 (en) 1984-10-01
ES528408A0 (en) 1984-10-01
EP0112688A2 (en) 1984-07-04
EP0112688A3 (en) 1985-04-03
NO834829L (en) 1984-06-28
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