JPH0446223Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 電力と音波を可逆変換するに適したセラミツク
やフエライトのエレメントを円弧形に配列して、
音波の送波とエコーの受波を行うソナー装置があ
る。

この種のソナー装置は、送波時には上記のエレ
メントの全部または一部を励振して、あらかじめ
きめたセクタに音波を送波し、エコーを受波する
ときには、上記エレメント列の全部または一部に
誘起したエコーの電力の振幅と位相を処理して合
成し、尖鋭な受波ビームに成形し、スパイラル状
に走査して目標物体の位置と形状を鮮明にとらえ
るように構成されている。

本考案は、上記のエレメント列を全周（360度）
に配列することが不可能な構造のソナー装置、す
なわち、音波の送波と受波によるエコーの探知を
電子的の手段だけでは全周にわたつて行なうこと
が不可能な構造のソナー装置の改良に関するもの
であり、以下図面について詳細に説明する。

第１図は本考案の主要部の構成を示し、１は送
受波に用いる電力と音波の変換を行なうエレメン
ト列で、図のように数10個のエレメントを円弧形
に組上げてあり、図示してないが、ソナドームと
称する耐水ケースに収納してある。

音波の送波時には、エレメント列１のうち、必
要とする部分に音波周波数の電力を５に示した送
信回路から送り込む。

エレメント列１が図示のように全周でなく、一
部分が欠けているのは、上記の欠けたスペースに
音波ビームの送受波の方向を傾斜させる（伏角調
整と呼ぶ）ための機構を収容するためである。

このような円弧形のエレメント列１による音波
ビームの範囲は、エレメント列１が欠けている範
囲までを含めることができないが、上記の伏角調
整を行なうことによつて、音波ビームを水面から
水底の方向まで変向することができる。

エレメント列１の寸法、個数などは、目標とす
る音波ビームの尖鋭さ、強さなどによつてさだめ
られる。

例えば、音波の周波数75キロヘルツ、受波ビー
ムの幅10度、送波のための電力10キロワツトの場
合には、エレメント列の直径25センチメートル、
長さ20センチメートル、エレメント数40、材質チ
タン酸バリウムである。

２はエレメント列１の旋回シヤフトで、２０１
にて示した旋回用モータによつて、送受波を行な
うセクタを変更する。

３にて示した伏角シヤフトは、エレメント列１
の伏角を調整するために設けてあり、３０１にて
示した伏角用モータによつて、エレメント列１の
傾斜を変向する。

旋回用モータ２０１と伏角用モータ３０１の起
動と停止は４にて示した角度制御回路から供給さ
れる電力によつて行なわれるが、角度制御回路４
の動作は７にて示した送受制御回路によつて制御
される。

６は受信回路で、エレメント列１に誘起したエ
コーの信号を増幅し、そのアナログ信号をデジタ
ル値に変換（Ａ−Ｄ変換と呼ぶ）することおよび
エレメント列１の全部または一部のエレメントに
誘起したエコーの信号の振幅と位相を、受波ビー
ムができるだけ尖鋭になるように処理して合成す
るとともに、送受制御回路７の指令にもとづいて
上記の受波ビームを、あらかじめきめたセクタの
範囲をスパイラル状に走査させる。

この走査の方法は、在来の走査型のソナーと同
様に、エレメント列１のなかの複数のエレメント
のエコー信号の振幅と位相を処理して合成し、尖
鋭な受波ビームが得られるような回路構成のなか
で、上記複数のエレメントを、あらかじめきめた
セクタの範囲で、電子的に順送りをして、尖鋭な
受波ビームを上記のセクタの範囲で高速に部分的
のスパイラル状に走査するのである。

このような手順で得た走査を行なつたエコー信
号をＡ−Ｄ変換して１０にて示した主記憶回路に
記憶するのであるが、この動作は後で説明する。

書込のアドレス制御回路８は受波したエコーが
そのエコーを得た水中の目標物の相対的の位置に
なるように、１４にて示したカラーブラウン管に
表示するための、表示の場所（以下、アドレスと
呼ぶ）の制御を行なうための回路である。

このアドレスの制御の基準にするために、送受
制御回路７から書込のアドレス制御回路８に、音
波の送波と受波を行なうセクタの指定、送信回路
５の送波のためのトリガ信号、受信回路６の受波
ビームの走査を指令する信号を加えて、上記のア
ドレスを正しく設定する。

すでに説明したように、走査の指令を受けて尖
鋭な受波ビームが走査して得たエコーの信号は、
Ａ−Ｄ変換されて主記憶回路１０に記憶される。

書込のアドレス制御回路８は、座標変換の機能
を備えている。本考案においては、尖鋭な受波ビ
ームをあらかじめきめたセクタのなかでスパイラ
ル状に走査して、エコー信号の距離と方向の情報
をもつたエコー信号を得るのである。

従つて、カラーブラウン管１４の電子ビームの
映像形式が、一般のテレビジヨンのように、縦軸
と横軸の掃引線の輝点の集合形式であれば、上記
のスパイラル状にとらえたエコー信号を映像化す
るときに縦軸と横軸の掃引線（以下、ラスタと呼
ぶ）に移しかえることが必要である。

この移しかえの動作を座標変換と呼んでいる。
上記のように動作する書込のアドレス制御回路８
から座標変換を行なつたエコー信号のラスタにお
ける位置の情報を９にて示した記憶のアドレス切
換回路に加えるが、ここで１２にて示した表示の
アドレス制御回路にて作成したカラーブラウン管
１４のラスタの基準になる信号が加えられて、座
標変換した位置の信号が、ラスタの正しい位置に
現われるように配列されて、主記憶回路１０のエ
コー信号を記憶する位置が設定される。

表示のアドレス制御回路１２の出力の一部は、
１３にて示したカラーブラウン管の偏向回路に加
えられて波形成形、増幅されてカラーブラウン管
１４の電子ビームをラスタに掃引する。

このようにして作成されたラスタは、送受制御
回路７の指令に従つて受信回路６が尖鋭な受波ビ
ームによつて走査して求めたエコー信号の位置に
対応している。

以上に説明したように、エコー信号を記憶する
ときのアドレスが設定された主記憶回路１０に、
受信回路６からＡ−Ｄ変換されたエコー信号が加
えられて記憶され、記憶のアドレス切換回路９の
指令によつて、１１にて示したカラー出力回路を
介してカラーブラウン管１４の３原色の電子ビー
ムを密度変調する。

カラー出力回路１１は、主記憶回路１０の出力
のデジタル値をアナログ値に変換（以下、Ｄ−Ａ
変換と呼ぶ）する回路を含み、かつＤ−Ａ変換し
たアナログ値を３原色（赤、緑、青）の成分に分
解する回路（カラーマトリツクスと呼んでいる）
を含んでいる。

そして、Ｄ−Ａ変換し、カラーマトリツクスを
通つて、カラーブラウン管１４の映像に現われる
エコー信号の色彩は、受信回路６のＡ−Ｄ変換の
特性に対応した色彩になる。

例えば、予想される最強のエコーを赤色、中強
度のエコーを黄色、最弱のエコーを青色の映像に
する場合には、最強のエコーのときは赤色の電子
ビームのみ、中強度のエコーの時には、３色の電
子ビームを適量ずつ混合するような出力がカラー
出力回路１１からカラーブラウン管１４の３原色
の電子ビームの制御電極に加えられるのである。

１５は数値挿入回路で、受波ビームのエコーの
走査範囲（セクタ、距離、角度など）、その水域
と水温などのデジタル数値を挿入するため、それ
らのデジタル数値のラスタ上の位置を送受制御回
路７の指令によつて設定する回路、数値の形状、
寸法をきめる回路などを含み、その出力をカラー
出力回路１１に加えて、エコーの映像とデジタル
数値をスーパーポーズして表示する。

第２図は、セクタを120度とした場合で、四角
形の表示画面内に、表示の外形を円弧状にした３
個のセクタを複数方向に向けて連続的に隣接させ
た形状の一定の表示領域を設定するようにして
360度のエコーをブラウン管に同時に表示する場
合の本考案の実施例で、２０にて示したカラーブ
ラウン管の表示面に、２１，２２および２３にて
示した３個のセクタの映像と、２６，２７にて示
した伏角の角度、映像の表示範囲を示す距離を示
すデジタル数値が例示してある。

これらの映像は主記憶回路１０から読み出され
る信号の繰返し周期が、通常のカラーテレビジヨ
ン方式のように毎秒数10回以上であれば、われわ
れの目には連続して輝やいている映像にみえる
が、本実施例においては、２１に示したセクタの
映像が現れた後に２２のセクタの映像が現われ、
次に２３のセクタの映像が現われて360度の映像
が完成し、この動作が毎秒数10回の割で繰返され
るように構成してある。

例えば、セクタ２１の受持ち範囲の受波エコー
を主記憶回路１０に記憶した後に、セクタ２２の
受持ち範囲の受波エコーを主記憶回路１０に記憶
するときには、旋回用モータ２０１によつて、エ
レメント列１をセクタ２２を指向するように旋回
しなければならない。

したがつて、全セクタの受持ち範囲の受波エコ
ーの記憶が完了するまでには、数秒間ないし数10
秒間が必要である。

本考案においては、主記憶回路１０の内容が各
セクタの受持ち範囲の走査が完了して次の走査が
繰返して行われるまで保持してあるので、全セク
タの受波エコーを記憶した内容を毎秒数10回の割
合で読みだすことによつて、360度にわたる明瞭
な映像が得られるのである。

これらのセクタのなかにＡ，Ｂ，ＣおよびＤに
て示したエコーの映像があるが、すでに説明した
ように、これらのエコーの映像は、それらの強度
に応じた色彩をもつている。

２５は、本考案の装置を装備した船舶の船首な
どの基準方向を示すマークで、各セクタの指向方
向はこのマークを基準に読みとる。

２４は本船舶の近くの水域から戻つてきたノイ
ズのエコーと、波浪のエコーなどである。

２８はセクタの境界附近で、セクタ２１の受波
ビームの走査が終了してからセクタ２２の受波ビ
ームの走査が行なわれるまでの時間差によつて、
エコーに変動があつた場合には、同一の目標物か
らのエコーであつても映像例ＢとＣの位置が不連
続に表示されることもある。

このようなセクタ間の不連続性を軽減するに
は、各セクタの範囲をせばめることによつて、隣
接のセクタにエレメント列１を変向するまでの時
間を短縮すればよく、例えばセクタの範囲を60度
に選定する。

なお、上記のセクタの境界附近２８における映
像の視覚的の不連続を軽減するには、各セクタの
境界附近を隣接のセクタに重ねるように表示すれ
ばよく、この目的のためには、表示のアドレス制
御回路１２と記憶のアドレス切換回路９の動作
を、主記憶回路１０の出力が上記の目的にそうよ
うに設定すればよい。

公知のように水中を音波が伝ぱんする速度は、
毎秒約1500メータであるので、エコー探知を要す
る目標物が1500メータの距離にあるとすれば、上
記のようなセクタのなかのエコーを探知するに要
する時間はほぼ２秒間となる。

従つて、第２図に例示した３個のセクタによつ
て、360度の範囲のエコーを探知する要する時間
は約６秒となる。

もし、在来の表示装置を用いて、上記と同様の
セクタの映像を表示したと仮定すると、ブラウン
管の残光時間を過ぎたエコーの映像が消滅してし
まうので、全部のセクタを同時に観測することが
不可能である。

本考案は主記憶回路１０に各セクタのエコー信
号を記憶して後に繰返して読みだして表示するの
で、カラーテレビジヨン用のブラウン管のように
残光時間が数10分の１秒の短かいブラウン管でも
明瞭な表示が得られる。

上記の説明はエレメント列１を中心とした周囲
の目標物のエコー信号を、複数のセクタ２１，２
２，２３に分けて、連続的の映像として表示する
ことに限定したが、複数のセクタのうちの１個の
セクタのエコー信号を受波するときに、旋回シヤ
フト２と伏角シヤフト３を他の目標物の方向、例
えば水底の方向に移動させることによつて、エコ
ー信号の垂直分布を表示することができる。

図示してないが、数値挿入回路１５に、数値の
他にエコーの映像の距離と角度を計測するための
マークを発生する機能を加え、このマークに相当
する数値をブラウン管の表示面２０の適当な場所
に表示することができる。

上記の各境界付近の不連続を解決する手段とし
ては、複数のセクタの境界付近において、エコー
の映像が重なるように書込のアドレス制御回路と
表示のアドレス制御回路の両方または一方を設定
して行うようにできる。

本考案は、以上のように、ラスタ走査する表示
画面上に外周側が円弧状のセクタを複数に連続的
に方向隣接させた一定の表示領域を表示信号を得
るための記憶回路によつて設定し、これに対応さ
せた水中のセクタ範囲をスパイラル状に走査し
て、距離の変化に対してはるかに方向変化の速い
探査を行なうことにより得られたエコー信号をデ
イジタル信号に変換した後、表示信号を得るため
の記憶回路中の対応するセクタ記憶位置に、その
各セクタの境界が重なるように座標変換して記憶
させているため、表示走査と探知走査との関連づ
けを行う回路、記憶のための座標変換回路などの
構成が簡単にでき、また、探知走査用の送受波器
もセクタ分の小型のもので済ませられるため、広
範囲探知用ソナー装置を安価に提供でき、また、
各セクタの境界付近におけるエコー表示が安定し
たものを提供できるほか、探知走査のための送受
波器の伏角値をエコー信号を表示した表示領域の
外側に文字で表示しているため探知状況が一目で
わかる便利さがあるなどの特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の主要部の構成を示す。第２図
はセクタを３個に設定した本考案の表示例を示
す。 １……送受波器のエレメント列、２……エレメ
ント列の旋回シヤフト、３……エレメント列の伏
角シヤフト、２０１……旋回用モータ、３０１…
…伏角用モータ、４……角度制御回路、５……送
信回路、６……走査回路を含む受信回路、７……
送受制御回路、８……書込のアドレス制御回路、
９……記憶のアドレス切換回路、１０……主記憶
回路、１１……カラー出力回路、１２……表示の
アドレス制御回路、１３……ブラウン管の偏向回
路、１４……カラーブラウン管、１５……数値挿
入回路、２０……ブラウン管の表示面、２１……
エコー信号を書込中のセクタ、２２……書込を待
期中のセクタ、２３……書込を待期中のセクタ、
２４……エレメント列から近い水域のノイズの映
像、２５……船首などの基準方向のマーク、２６
……エレメント列の伏角の角度、２７……映像の
表示範囲を示す距離、２８……セクタの境界附
近、Ａ……エコーの映像例（セクタ２１のなか）、
Ｂ……エコーの映像余（セクタ２１のなか）、Ｃ
……エコーの映像例（セクタ２２のなか）、Ｄ…
…エコーの映像例（セクタ２３のなか）。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 音波を水中に送波し、受波ビームを走査（以
   下、探知走査という）して得られるエコー信号
   にもとづく表示信号を四角形の表示画面をもつ
   表示器に表示するソナー装置であつて、 ａ ラスタにより表示走査する前記表示画面中
   に、表示の外周側が円弧状のセクタ（以下、
   表示セクタという）を複数方向に向けて連続
   的に隣接させた形状の一定の表示領域を後記
   表示記憶手段によつて設定し、この表示領域
   内に、前記表示信号を表示する表示手段と、 ｂ 前記表示走査に対応して前記表示信号を得
   るためのデイジタル信号を記憶回路に記憶し
   ておく表示記憶手段と、 ｃ 前記表示セクタに対応する水中のセクタ
   （以下、水中セクタという）を、距離の変化
   に対してはるかに速い方向変化をもつ走査に
   よつて前記探知走査を行うセクタ探知走査手
   段と、 ｄ 前記複数方向に対応させて、前記セクタ探
   知走査手段の前記水中セクタの方向を旋回す
   ることにより、各前記表示セクタに対応する
   前記水中セクタの各々における各前記エコー
   信号を得る全セクタ探査手段と、 ｅ 前記水中セクタの各々における各前記エコ
   ー信号をＡ−Ｄ変換した後、そのエコー信号
   が得られた前記水中セクタに対応する前記記
   憶回路の記憶位置に座標変換して得られた信
   号を前記デイジタル信号として記憶する各セ
   クタの記憶手段と、 ｆ 前記探知走査を行う送受波器の伏角を数値
   の文字で表示するための文字信号を得る伏角
   文字信号手段と、 ｇ 前記表示画面中の前記表示領域の外側に前
   記文字信号による表示を行う伏角値表示手段
   と を具備することを特徴とするソナー装置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項記載のソナー
   装置であつて、前記表示セクタの各々を等しい
   セクタにする手段と前記水中セクタの各々を等
   しいセクタにする手段とを具備することを特徴
   とする装置。 ３ 実用新案登録請求の範囲第１項記載のソナー
   装置であつて、前記表示領域が円形を形成した
   ことを特徴とする装置。