JPH1090395A - Control method for wave transmission from spherical array and spherical-array wave transmitter - Google Patents

Control method for wave transmission from spherical array and spherical-array wave transmitter

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JPH1090395A
JPH1090395A JP24771696A JP24771696A JPH1090395A JP H1090395 A JPH1090395 A JP H1090395A JP 24771696 A JP24771696 A JP 24771696A JP 24771696 A JP24771696 A JP 24771696A JP H1090395 A JPH1090395 A JP H1090395A
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phasing
transmission
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spherical
elements
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Akihisa Fukami
明久 深見
Toshiya Masuda
俊也 増田
Hisahiro Arao
寿浩 新穂
Miwako Ooishi
魅和子 大石
Yasuhiro Hashimoto
康広 橋本
Yoshinobu Kanda
義信 神田
Yoshisuke Funazaki
好助 船崎
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a control method in which composite spherical sound waves are transmitted from a spherical-array wave transmitter at a desired wave transmission beam width and with wave transmission directivity as a wave- transmission central direction. SOLUTION: In a delay-amount computing circuit 707, the three-dimensional position coordinates 711 of every wave-transmitting element from a coordinate memory 708 are referred to, and a delay amount 712 with reference to a transmitting signal to every wave-transmitting element is computed on the basis of a virtual sphere radius which is set from the outside in order to control a wave-transmitting operation and on the basis of a relative horizontal/vertical direction deviation angle in the wave-transmitting central direction with reference to a phasing-range central direction. As a result, composite spherical sound waves can be transmitted toward a desired wave-transmitting central direction from a wave-transmitting element group 706.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ソーナーや超音波
診断装置等から送波が行われる際での送波制御方法に係
わり、特に球面アレイ送波器から、任意の送波ビーム幅
を以て、しかも所望の送波中心方向を以て送波が行われ
るようにした球面アレイからの送波制御方法、更には、
その球面アレイ送波器自体の構成に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission control method when a signal is transmitted from a sonar, an ultrasonic diagnostic apparatus, or the like. Moreover, a transmission control method from a spherical array in which transmission is performed with a desired transmission center direction, and further,
This relates to the configuration of the spherical array transmitter itself.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばソーナー装置に送波器として球面
アレイ送波器が具備されている場合に、そのソーナー装
置から送出されるの送波信号に対し所望の指向性を付与
するに際しては、整相処理が基本的に利用されているの
が実情である。ここにいう球面アレイ送波器とは、図9
に示すように、球半径がRとされた球面上に多数所定に
配列されている送波素子群101のうちから、水平開口
角θM および垂直開口角φN の範囲内に含まれている水
平方向M個、垂直方向N個の送波素子群102が整相対
象として任意に選択可とされた送波器として定義され
る。また、整相処理とは、図10に示すように、そのよ
うに選択された送波素子群102からの送波状態が、M
×N個の送波素子からなる平面アレイ送波器201から
の送波状態と恰も等価(音波の伝幡行程差が存在しない
状態)となるべく、送波素子群102内に含まれている
送波素子各々に対し、その位置に応じた整相量τmnを遅
延量として付与するための処理として定義される。より
具体的に説明すれば、送波素子群102内に含まれてい
る送波素子各々への送信信号に対しては、送波素子がそ
の中央部に位置している程に大きな遅延量が、また、外
周端部側に位置している程に小さな遅延量が与えられる
ことによって、平面アレイ送波器201からの送波状態
と等価な送波状態が実現されているものである。
2. Description of the Related Art For example, when a sonar device is provided with a spherical array transmitter as a transmitter, a desired directivity is imparted to a transmission signal transmitted from the sonar device. The fact is that phase processing is basically used. Here, the spherical array transmitter is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, among the plurality of transmitting element groups 101 arranged in a predetermined manner on a spherical surface having a spherical radius of R, horizontal transmitting angles included in the range of the horizontal opening angle θ M and the vertical opening angle φN are included. A group of M transmitting elements 102 in the direction M and N in the vertical direction is defined as a transmitter arbitrarily selectable as a phasing target. In addition, the phasing process means that, as shown in FIG. 10, the transmission state from the transmitting element group 102 thus selected is M
The transmission state included in the transmission element group 102 is set to be equivalent to the transmission state from the planar array transmitter 201 including × N transmission elements (a state in which there is no difference in the propagation path of the sound wave). It is defined as a process for giving a phasing amount τ mn corresponding to the position as a delay amount to each wave element. More specifically, for a transmission signal to each of the transmitting elements included in the transmitting element group 102, the larger the transmitting element is located at the center thereof, the larger the amount of delay is. In addition, by providing a smaller delay amount as it is located closer to the outer peripheral end, a transmission state equivalent to the transmission state from the planar array transmitter 201 is realized.

【0003】ところで、送波素子群102に対し整相処
理が行われる際での送波ビーム幅は以下の数式1として
近似され得る。
[0003] The transmission beam width when the phasing process is performed on the transmission element group 102 can be approximated by the following equation (1).

【0004】[0004]

【数1】 (Equation 1)

【0005】送波ビーム幅BW は送信信号(送波信号)
波長λに比例している一方、送波開口長Lに反比例して
いることが知られているわけである。ここで、水平開口
長、垂直開口長はそれぞれ2Rsin(θM /2)、2Rsin
N /2)として算出され得ることから、送波ビーム幅B
W は送波開口角θM ,φN に依存するものであることが
判る。
The transmission beam width B W is the transmission signal (transmission signal)
It is known that while being proportional to the wavelength λ, it is inversely proportional to the transmission aperture length L. Here, the horizontal opening length and the vertical opening length are 2Rsin (θ M / 2) and 2Rsin, respectively.
N / 2), the transmission beam width B
It can be seen that W depends on the transmission aperture angles θ M and φ N.

【0006】一方、整相処理が行われない場合、球面ア
レイ送波器からの送波ビーム幅は送信信号波長λおよび
送波開口角θM ,φN に比例することが知られている。
結局、整相処理が行われるか否かに拘らず、球面アレイ
送波器からの送波ビーム幅は送波開口角に依存している
ものである。
On the other hand, when the phasing process is not performed, it is known that the transmission beam width from the spherical array transmitter is proportional to the transmission signal wavelength λ and the transmission aperture angles θ M and φ N.
After all, regardless of whether or not the phasing process is performed, the transmission beam width from the spherical array transmitter depends on the transmission aperture angle.

【0007】送波ビーム幅が以上のような状況にあるの
に対し、球面アレイ送波器から送出される送波信号レベ
ルは送波面積、即ち、球半径および送波開口長に比例し
たものとなっている。
While the transmission beam width is in the above situation, the transmission signal level transmitted from the spherical array transmitter is proportional to the transmission area, that is, the sphere radius and the transmission aperture length. It has become.

【0008】なお、この種送波技術に関するものとして
は、特開昭64−15682号公報や特開平4−326
082号公報が挙げられる。前者公報による場合、送受
波器としての音響アレー素子配列は、その構成要素とし
ての送受波素子各々が送波素子と受波素子とに特殊パタ
ーン配列として分割されることによって、素子数の減少
が図られつつも、必要とされる分解能が維持されたもの
となっている。また、後者公報による場合には、個々の
配列素子からの受波信号を複数本束ねて、複数群に分割
する際に、1つの素子の受波信号を任意の1個以上の群
に属させることによって、結果として、複数ビーム同時
形成が行われるに際し、大きなサイドローブの発生が抑
制されたものとなっている。
[0008] Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 64-15682 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-326 disclose this kind of transmission technology.
No. 082. In the case of the former publication, the acoustic array element array as a transmitter / receiver has a reduction in the number of elements as each of the transmitting / receiving elements as its constituent elements is divided into a transmitting element and a receiving element as a special pattern array. Although required, the required resolution is maintained. In the case of the latter publication, when a plurality of received signals from individual array elements are bundled and divided into a plurality of groups, the received signals of one element belong to one or more arbitrary groups. As a result, generation of large side lobes is suppressed when multiple beams are simultaneously formed.

【0009】[0009]

【発明の解決しようとする課題】以上のような事情か
ら、これまで、球面アレイ送波器から送波が行われるに
際しては、送信信号波長・球半径R・送波開口角は送波
ビーム幅と送波信号レベルとの妥協点として設定される
必要があったものである。その際、送信信号波長・球半
径等にはその値に一般に物理的制約があり、これがため
に、送波ビーム幅、送波信号レベル両者を任意に設定す
ることは困難となっているのが実情である。また、その
ような不具合に加え、球面アレイ送波器においては、図
11に示すように、整相対象範囲301,302各々に
応じて送波中心方向303,304が整相範囲中心方向
として一義的に定められており、したがって、送波中心
方向は整相対象範囲の選択的切替えにより一義的に設定
可能であるにしても、送波中心方向をステップ状にしか
選択し得ないものとなっている。換言すれば、ある整相
対象範囲が固定的に選択された状態では、その整相対象
範囲に応じた送波中心方向を中心として、その近傍にあ
る大きさの立体角の範囲内で方向が任意にずれた送波中
心方向を設定し得なかったものである。更に、これまで
にあっては、送波指向性を改善するには、各送波素子出
力に重み付けを行うシェーディングが用いられていた
が、このシェーディングにより送波信号レベルの損失が
生じていたのが実情である。これは、送波に際しシェー
ディングを用いた場合、重み付けに応じて送波素子各々
の出力を小さく押える必要があり、したがって、ハミン
グシェーディングのように、内側に位置している送波素
子に大きな重み付けを行い、送波素子が外側に位置して
いる程にその送波素子に小さな重み付けが行われるよう
なシェーディングでは、最も外側に位置している送波素
子各々が送波に寄与することは、殆ど期待され得ないと
いうものである。
Under the circumstances described above, when a wave is transmitted from a spherical array transmitter, the transmission signal wavelength, the sphere radius R, and the transmission aperture angle are determined by the transmission beam width. And the transmission signal level had to be set as a compromise. At that time, there are generally physical restrictions on the values of the transmission signal wavelength, the radius of the sphere, and the like, which makes it difficult to arbitrarily set both the transmission beam width and the transmission signal level. It is a fact. In addition, in addition to such inconveniences, in the spherical array transmitter, as shown in FIG. 11, the transmission center directions 303 and 304 are uniquely defined as the phasing range center directions according to the phasing target ranges 301 and 302, respectively. Therefore, even if the transmission center direction can be uniquely set by selectively switching the phasing target range, the transmission center direction can be selected only in a stepwise manner. ing. In other words, in a state where a certain phasing target range is fixedly selected, the direction is set within the range of a solid angle of a size near the center of the transmission center direction corresponding to the phasing target range. An arbitrarily shifted transmission center direction could not be set. Further, until now, in order to improve the transmission directivity, shading for weighting the output of each transmitting element has been used. However, this shading causes a loss in the transmission signal level. Is the actual situation. This means that when shading is used for transmitting, it is necessary to keep the output of each transmitting element small according to the weighting, and therefore, as in hamming shading, a large weight is applied to the transmitting elements located inside. In shading such that the smaller the weight of the transmitting element is, the more the transmitting element is located on the outside, it is almost impossible for each of the outermost transmitting elements to contribute to the transmission. It cannot be expected.

【0010】本発明の第1の目的は、球面アレイ送波器
における基本パラメータとしての送信信号波長・球半径
・送波開口角が固定的に設定された状態で、整相対象範
囲内に含まれている送波素子各々への遅延量が所望に制
御されることによって、所望の送波ビーム幅および送波
中心方向としての送波指向性を以て、球面アレイ送波器
から合成球面音波の送波が行われ得る球面アレイからの
送波制御方法、更には、そのような送波制御が可とされ
た球面アレイ送受波器を供するにある。本発明の第2の
目的はまた、球面アレイ送波器における基本パラメータ
としての送信信号波長・球半径・送波開口角が固定的に
設定された状態で、整相対象範囲内に含まれている送波
素子各々への遅延量が所望に制御されることによって、
所望の送波ビーム幅および送波中心方向としての送波指
向性を以て、しかも送波信号レベルの損失少なくして、
球面アレイ送波器からの送波が行われ得る球面アレイか
らの送波制御方法、更には、そのような送波制御が可と
された球面アレイ送受波器を供するにある。
A first object of the present invention is to include a transmission signal wavelength, a sphere radius, and a transmission aperture angle as basic parameters in a spherical array transmitter, which are included in a range to be phased. By controlling the amount of delay to each transmitting element as desired, the transmission of the combined spherical sound wave from the spherical array transmitter with the desired transmission beam width and the transmission directivity as the transmission center direction. It is an object of the present invention to provide a method of controlling the transmission of waves from a spherical array in which waves can be performed, and to provide a spherical array transducer capable of such transmission control. A second object of the present invention is to include a transmission signal wavelength, a sphere radius, and a transmission aperture angle as basic parameters in a spherical array transmitter, which are included in a phasing target range. By controlling the amount of delay to each transmitting element as desired,
With the desired transmit beam width and transmit directivity as the transmit center direction, and with less loss of transmit signal level,
It is an object of the present invention to provide a method of controlling a wave transmission from a spherical array in which a wave can be transmitted from a spherical array transmitter, and a spherical array transmitter / receiver in which such transmission control is enabled.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的は、基本的に
は、球半径がRとされた実球面上に多数配列されている
送波素子群のうちから、整相対象として任意に一部選択
された、水平開口角θMおよび垂直開口角φN の範囲内
に含まれている水平方向M個、垂直方向N個の送波素子
群から、送波ビーム幅、送波中心方向各々が所望に設定
された状態として合成球面音波の送波が行われるに際し
て、水平/垂直開口長が同一として、外部から仮想球半
径R′(≠R)と整相範囲中心方向に対する送波中心方
向の相対水平/垂直方向ずれ角度とが任意に設定される
度に、実球面上での整相対象送波素子各々の位置座標が
予め知れているものとして、整相対象送波素子各々から
整相範囲中心方向に延ばされた延長線の仮想球面との交
点位置が該整相対象送波素子に対応する仮想送波素子の
位置座標として求められた後、実球面上での整相対象送
波素子各々に対応する遅延量が、該整相対象送波素子か
ら、整相範囲中心方向に延ばされた延長線上での、整相
範囲中心方向と直交し、かつ実球中心を含む整相基準面
までの直線距離と、該整相対象送波素子に対応する仮想
送波素子から、上記ずれ方向/角度に応じて傾斜された
状態の整相基準面に直交すべく延ばされた延長線上での
該整相基準面までの直線距離との差にもとづき求められ
た上、整相対象送波素子各々への送信信号は、該整相対
象送波素子対応に求められている遅延量分だけ遅延され
つつ、該整相対象送波素子対応に予め計算記憶されてい
るシェーディング係数により重み付けされた状態とし
て、該整相対象送波素子から音波として送波されること
で達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is basically to arbitrarily select a part of a plurality of transmitting elements arranged on a real spherical surface having a spherical radius as an object of phase adjustment. From the selected horizontal and vertical transmitting angles θ M and N included in the range of the selected horizontal aperture angle θ M and vertical aperture angle φ N , the transmission beam width and the transmission center direction are respectively When the transmission of the synthetic spherical sound wave is performed in a desired state, the horizontal / vertical aperture lengths are assumed to be the same, and the virtual sphere radius R ′ (RR) and the transmission center direction with respect to the phasing range center direction are externally determined. Each time the relative horizontal / vertical deviation angle is set arbitrarily, the position coordinates of each of the phasing target transmitting elements on the real spherical surface are known in advance, and the phasing from each of the phasing target transmitting elements is performed. The position of the intersection of the extension line extending toward the center of the range with the virtual spherical surface is determined by the After being obtained as the position coordinates of the virtual transmitting element corresponding to the element, the delay amount corresponding to each of the phasing target transmitting elements on the real spherical surface is shifted from the phasing target transmitting element toward the center of the phasing range. On the extension line extended to, the linear distance to the phasing reference plane orthogonal to the phasing range center direction and including the center of the real sphere, and from the virtual transmitting element corresponding to the phasing target transmitting element , Based on a difference from a linear distance to the phasing reference plane on an extension line extending perpendicular to the phasing reference plane inclined in accordance with the above-mentioned shift direction / angle, and The transmission signal to each of the phase-target transmitting elements is a shading coefficient calculated and stored in advance for the phase-targeting transmitting element while being delayed by the delay amount required for the phase-targeting transmitting element. As a sound wave from the phasing target transmitting element as a state weighted by It is achieved by being done.

【0012】また、球面アレイ送波器自体の構成として
は、外部から任意に設定される仮想球半径R′(≠R)
と整相範囲中心方向に対する送波中心方向の相対水平/
垂直方向ずれ角度とにもとづき、予め知れている実球面
上での整相対象送波素子各々の位置座標が参照されつ
つ、実球面上での整相対象送波素子各々に対応する遅延
量を計算する遅延量計算回路と、該遅延量計算回路から
の遅延量にもとづき、整相対象送波素子各々への送信信
号波形を遅延制御された状態として生成する波形生成器
と、該波形生成器からの送信信号波形を整相対象送波素
子対応に記憶する遅延波形記憶器と、整相対象送波素子
対応にシェーディング係数が予め計算記憶されているシ
ェーディング係数テーブルと、送信同期信号に同期して
上記遅延波形記憶器から一斉に読み出される送信信号波
形に対し、上記シェーディング係数テーブルからのシェ
ーディング係数により整相対象送波素子対応に重み付け
を行う乗算器と、該乗算器からの、重み付け後の送信信
号波形を整相対象送波素子対応にアナログ変換するD/
A変換器と、該D/A変換器からのアナログ化送信信号
波形を整相対象送波素子対応に電力増幅した上、該整相
対象送波素子に印加する電力増幅器とを少なくとも含む
べく構成されることで達成される。
The configuration of the spherical array transmitter itself includes a virtual sphere radius R '(≠ R) arbitrarily set from the outside.
And the relative horizontal /
Based on the vertical deviation angle, the delay amount corresponding to each of the phasing target transmitting elements on the real sphere is referred to while the position coordinates of each of the phasing target transmitting elements on the real sphere known in advance are referred to. A delay amount calculating circuit for calculating, a waveform generator for generating a transmission signal waveform to each of the phasing target transmitting elements as a delay controlled state based on the delay amount from the delay amount calculating circuit, and the waveform generator A delay waveform storage for storing the transmission signal waveform from the corresponding to the phasing target transmitting element, a shading coefficient table in which the shading coefficient is calculated and stored in advance for the phasing target transmitting element, and a A multiplier for weighting the transmission signal waveforms read out from the delay waveform storage all at once according to the shading coefficients from the shading coefficient table in accordance with the phasing target transmitting elements. From adder, analog converts the transmission signal waveform after weighting phasing target wave sending element corresponding D /
A power converter configured to include at least an A converter and a power amplifier that power-amplifies an analog transmission signal waveform from the D / A converter corresponding to the phasing target transmitting element and then applies the power amplifier to the phasing target transmitting element. It is achieved by being done.

【0013】更に、整相対象送波素子各々から送波が行
われるに際して、整相対象送波素子群の外周囲に仮想送
波素子が恰も付加され、それら仮想送波素子各々に対す
るシェーディング係数が併せて計算されるものとして、
整相対象送波素子対応にシェーディング係数が予め計算
記憶されている場合は、送波信号レベルの損失少なくし
て、球面アレイ送波器からの送波が行われ得るものであ
る。
Further, when a wave is transmitted from each of the phasing target transmitting elements, a virtual transmitting element is added to the periphery of the phasing target transmitting element group, and a shading coefficient for each of the virtual transmitting elements is set. In addition,
When the shading coefficient is calculated and stored in advance for each of the phasing target transmitting elements, the transmission from the spherical array transmitter can be performed with less loss of the transmission signal level.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1か
ら図8により説明する。先ず本発明を具体的に説明する
に先立って、その理論的背景について説明すれば、図2
は球面アレイ送波器における整相対象送波素子群と外部
から任意に設定される仮想球面との関係を示したもので
ある。図示のように、球面アレイ送波器401の実球面
(球半径(既知)=R)上における整相対象送波素子40
8各々への送信信号が適当に遅延制御された状態で、そ
れら整相対象送波素子408各々に印加される場合は、
仮想球面407の形成、したがって、仮想球半径(=
R′≠R)405・送波器開口角406を様々に変化さ
せることが可能となり、所望の送波ビーム幅の球面音波
が合成され得るというものである。これは、球面アレイ
送波器401、即ち、球半径402および送波開口角4
03で規定される実球面上に整相対象送波素子408群
が配列されているものとして、その際での整相範囲送波
開口長404と等しくなるべく、仮想球半径405およ
び仮想送波開口角406を持つ仮想球面407を想定し
た上、整相対象送波素子408群がその仮想球面407
上の仮想送波素子409群と等価な送波状態を形成する
よう、整相対象送波素子408各々に対する遅延量41
0が予め算出された上、それら整相対象送波素子408
各々への送信信号がその遅延量41分遅延された状態
で、整相対象送波素子408各々に印加されることによ
って、仮想球面407から送出された球面音波を形成し
得ることによるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, prior to specifically describing the present invention, its theoretical background will be described.
Shows the relationship between the phasing target transmitting element group in the spherical array transmitter and the virtual spherical surface arbitrarily set from the outside. As shown in the figure, the phasing target transmitting element 40 on the real spherical surface (spherical radius (known) = R) of the spherical array transmitter 401 is shown.
8 is applied to each of the phasing target transmitting elements 408 in a state where the transmission signal to each of them is appropriately controlled in delay,
The formation of the virtual sphere 407, and therefore the virtual sphere radius (=
R '≠ R) 405. The transmitter aperture angle 406 can be varied in various ways, and a spherical sound wave having a desired transmission beam width can be synthesized. This is a spherical array transmitter 401, ie, a sphere radius 402 and a transmit aperture angle of 4
Assuming that the phasing target transmitting elements 408 are arranged on the real spherical surface defined by the reference numeral 03, the virtual sphere radius 405 and the virtual transmitting aperture Assuming a virtual spherical surface 407 having an angle 406, the group of transmitting elements for phase adjustment 408 is
The delay amount 41 for each of the phasing target transmitting elements 408 so as to form a transmission state equivalent to the above virtual transmitting elements 409 group.
0 is calculated in advance and the phasing target transmitting elements 408
This is because a spherical sound wave transmitted from the virtual spherical surface 407 can be formed by applying the transmission signal to each of them to each of the phasing target transmitting elements 408 with a delay amount of 41 minutes. .

【0015】なお、送波水平開口角(既知)403、送
波垂直開口角(既知)403がそれぞれθM /2、φN /2
である場合に、仮想球半径(=R′)405と送波水平
開口角(=θ′M /2)406および送波垂直開口角(=
φ′N /2)406は、以下の関係式を以て関係付けら
る。
The transmission horizontal aperture angle (known) 403 and the transmission vertical aperture angle (known) 403 are θ M / 2 and φ N / 2, respectively.
, The virtual sphere radius (= R ′) 405, the transmission horizontal aperture angle (= θ ′ M / 2) 406, and the transmission vertical aperture angle (=
φ ′ N / 2) 406 is related by the following relational expression.

【0016】[0016]

【数2】 (Equation 2)

【0017】即ち、仮想球半径405、または送波水平
開口角406および送波垂直開口角406の何れか一方
が外部から任意に設定されることで、仮想球面407は
それに応じて一義的に設定され得るものである。
That is, the virtual spherical radius 405 or one of the transmission horizontal aperture angle 406 and the transmission vertical aperture angle 406 is arbitrarily set from the outside, so that the virtual spherical surface 407 is uniquely set accordingly. Can be done.

【0018】また、図3に示すように、整相範囲中心方
向503からある方向に角度505分だけずれた状態と
して、送波中心方向504が所望に設定される必要があ
る場合には、整相範囲中心方向503に対するその送波
中心方向504の相対水平/垂直方向ずれ角度が外部か
ら設定された上、整相基準面501がその送波中心方向
504と直交すべく傾斜され、これを新たな整相基準面
502として、整相対象送波素子各々について、距離△
ymn,Δy′mn間の差が音波伝幡上での遅延量τmnとし
て算出された上、送信信号がその遅延量τmnだけ遅延さ
れた状態で該当送波素子に印加されることによって、所
望とする送波中心方向504に合成球面音波を送波し得
るものである。
Further, as shown in FIG. 3, when the transmission center direction 504 needs to be set as desired while being shifted from the phasing range center direction 503 by a certain angle 505 in a certain direction, The relative horizontal / vertical shift angle of the transmission center direction 504 with respect to the phase range center direction 503 is set from the outside, and the phasing reference plane 501 is inclined so as to be orthogonal to the transmission center direction 504. As a simple phasing reference plane 502, the distance △
The difference between ymn and Δy'mn is calculated as the delay amount τmn on the sound wave propagation, and the transmission signal is applied to the corresponding transmitting element in a state delayed by the delay amount τmn. The synthetic spherical sound wave can be transmitted in the transmission center direction 504.

【0019】更に、図4に示すように、整相対象送波素
子各々から送波が行われるに際して、整相対象送波素子
群601の外周囲に仮想送波素子群602が恰も付加さ
れているものとして、それら仮想送波素子群602に対
するシェーディング係数が併せて計算されるものとし
て、整相対象送波素子対応にシェーディング係数が予め
計算記憶されている場合は、整相対象送波素子各々に対
するシェーディング係数は全体的に大として計算記憶さ
れる結果として、送波信号のレベル損失少なくして送波
が行われ得るものである。
Further, as shown in FIG. 4, when a wave is transmitted from each of the phasing target transmitting elements, a virtual transmitting element group 602 is added around the phasing target transmitting element group 601. Assuming that the shading coefficient for the virtual transmitting element group 602 is also calculated, if the shading coefficient is calculated and stored in advance corresponding to the phasing target transmitting element, Is calculated and stored as a large value as a whole, and as a result, transmission can be performed with a reduced level loss of the transmission signal.

【0020】さて、本発明を具体的に説明すれば、図1
は本発明による球面アレイ送波器の一例での概要構成を
示したものである。既述の図9に示した場合と同様に、
水平方向M個、垂直方向N個の送波素子(群)706を
整相送波素子群として、その構成と動作を簡単ながら説
明すれば以下のようである。即ち、座標メモリ708上
には、少なくとも送波素子群706を構成している送波
素子各々の3次元位置座標が予め記憶されているものと
して、送波制御上、必要とされるパラメータ(後述)は
送波制御信号710として外部から任意に設定される
が、遅延量計算回路707では、座標メモリ708から
の、送波素子各々の3次元位置座標711が参照されつ
つ、その送波制御信号710にもとづきそれら送波素子
各々に対応する遅延量712が計算されるとともに、シ
ェーディング上、必要とされる(m,n)制御信号713が
シェーディング係数テーブル710に対し発生されるも
のとなっている。波形生成器701ではまた、遅延量計
算回路707からの遅延量712にもとづき送波素子各
々への送信信号波形714が遅延制御された状態として
生成された上、送波素子対応遅延波形記憶器702に記
憶されているものである。したがって、送波素子対応遅
延波形記憶器702に送信信号波形714が記憶されて
いる状態で、送信同期信号発生回路721から送信同期
信号722が発生されれば、その送信同期信号722に
同期して遅延波形記憶器702からは送信信号波形71
5が一斉に読み出されるが、これら送信信号波形715
に対しては重み付けが行われるべく、送波素子対応乗算
器703では、シェーディング係数テーブル710から
のシェーディング係数716との間で乗算が行われてい
るものである。乗算器703各々からの、重み付け後の
送信信号波形717は、その後、送波素子対応D/A変
換器704によりアナログ化送信信号波形718に変換
された後、送波素子対応電力増幅器705を介し電力増
幅後送信信号波形719として得られた上、対応送波素
子に印加されることによって、電力増幅後送信信号波形
719は対応送波素子706での電気―音響変換機能に
より音波720として外部に送出される結果として、所
望の送波中心方向に向けて合成球面音波を送波し得るも
のである。
Now, the present invention will be described in detail with reference to FIG.
1 shows a schematic configuration of an example of a spherical array transmitter according to the present invention. As in the case shown in FIG. 9 described above,
The configuration and operation of M (horizontal direction) and N (vertical direction) transmitting elements (group) 706 as a phasing transmitting element group will be briefly described as follows. That is, on the coordinate memory 708, at least the three-dimensional position coordinates of each of the transmitting elements constituting the transmitting element group 706 are stored in advance, and parameters required for transmitting control (described later) ) Is arbitrarily set from the outside as the transmission control signal 710, but the delay amount calculation circuit 707 refers to the three-dimensional position coordinates 711 of each of the transmission elements from the coordinate memory 708, and The delay amount 712 corresponding to each of the transmitting elements is calculated based on 710, and the (m, n) control signal 713 required for shading is generated for the shading coefficient table 710. . In the waveform generator 701, a transmission signal waveform 714 to each of the transmitting elements is generated in a state where the delay is controlled based on the delay amount 712 from the delay amount calculating circuit 707, and the transmitting element corresponding delay waveform storage 702 is also provided. Is stored. Therefore, if the transmission synchronization signal generation circuit 721 generates the transmission synchronization signal 722 while the transmission signal waveform 714 is stored in the transmission element corresponding delay waveform storage 702, the transmission synchronization signal 722 is synchronized with the transmission synchronization signal 722. From the delay waveform storage 702, the transmission signal waveform 71
5 are read all at once.
Is multiplied with the shading coefficient 716 from the shading coefficient table 710 in the multiplier 703 corresponding to the transmitting element so that weighting is performed. The transmission signal waveform 717 after weighting from each of the multipliers 703 is then converted into an analog transmission signal waveform 718 by the D / A converter 704 corresponding to the transmission element, and then transmitted through the power amplifier 705 corresponding to the transmission element. After being obtained as the power amplified transmission signal waveform 719 and being applied to the corresponding transmitting element, the power amplified transmitting signal waveform 719 is output to the outside as a sound wave 720 by the electro-acoustic conversion function of the corresponding transmitting element 706. As a result, the combined spherical acoustic wave can be transmitted toward a desired transmission center direction.

【0021】以上のように、遅延量計算回路707は本
発明に直接係るものとされているが、その一例での構成
を図5に示す。これによる場合、制御部805からは、
シェーディング上、必要とされる(m,n)制御信号713
がシェーディング係数テーブル710に対し発生されて
いる他、仮想球半径計算部801では、送波制御信号7
10として設定されているパラメータより、例えば球半
径402や送波開口角403、仮想送波開口角406が
抽出された上、既述の数式2により仮想球半径405が
計算されたものとなっている。仮想送波素子位置座標計
算部802ではまた、パラメータより抽出された球半径
402、送波開口角403および仮想送波開口角406
と、仮想球半径計算部801からの仮想球半径405
と、座標メモリ708からの、送波素子各々の3次元位
置座標711とにもとづき、仮想球面407上での仮想
送波素子各々の位置座標803が以下の数式により計算
されるものとなっている。
As described above, the delay amount calculation circuit 707 is directly related to the present invention. FIG. 5 shows an example of the configuration. In this case, from the control unit 805,
(M, n) control signal 713 required for shading
Is generated for the shading coefficient table 710, and the virtual sphere radius calculation unit 801 calculates the transmission control signal 7
For example, the sphere radius 402, the transmission aperture angle 403, and the virtual transmission aperture angle 406 are extracted from the parameter set as 10, and the virtual sphere radius 405 is calculated by the above-described Expression 2. I have. The virtual transmitting element position coordinate calculation unit 802 further includes a sphere radius 402, a transmitting aperture angle 403, and a virtual transmitting aperture angle 406 extracted from the parameters.
And the virtual sphere radius 405 from the virtual sphere radius calculation unit 801
And the three-dimensional position coordinates 711 of each transmitting element from the coordinate memory 708, the position coordinates 803 of each virtual transmitting element on the virtual spherical surface 407 are calculated by the following formula. .

【0022】[0022]

【数3】 (Equation 3)

【0023】更に、遅延量計算部804では、位置座標
803および3次元位置座標711の他、パラメータよ
り抽出された相対水平/垂直方向ずれ角度tb,φtbにも
とづき、所望の仮想球面波となるべく、送波素子対応に
遅延量712が以下の数式により所定に計算された上、
波形生成器701に送出されているものである。
Further, in addition to the position coordinates 803 and the three-dimensional position coordinates 711, the delay amount calculation unit 804 further calculates a desired virtual spherical wave based on the relative horizontal / vertical deviation angles tb and φtb extracted from the parameters. The delay amount 712 corresponding to the transmitting element is calculated in advance by the following equation.
This is sent to the waveform generator 701.

【0024】[0024]

【数4】 (Equation 4)

【0025】ところで、以上の遅延量計算回路707と
同様、シェーディング係数テーブル710もまた、本発
明に直接係るものとされているが、その一例での構成を
図6に示す。これによる場合、シェーディング係数記憶
部901からは、(m,n)制御信号713より送波素子対
応にシェーディング係数716が外部に読出し可とされ
ているが、その読出しに先立って、シェーディング係数
記憶部901には、シェーディング係数計算部902に
より計算されたシェーディング係数が事前記憶されるも
のとなっている。そのシェーディング係数計算部902
では、例えば窓関数がハミング窓である場合、以下の数
式によりシェーディング係数wmnが計算されているもの
である。
By the way, like the delay amount calculating circuit 707, the shading coefficient table 710 is also directly related to the present invention. FIG. 6 shows an example of the configuration. In this case, the shading coefficient storage unit 901 allows the shading coefficient 716 to be externally readable from the (m, n) control signal 713 corresponding to the transmitting element. However, prior to the reading, the shading coefficient storage unit In 901, the shading coefficient calculated by the shading coefficient calculator 902 is stored in advance. The shading coefficient calculator 902
For example, when the window function is a Hamming window, the shading coefficient wmn is calculated by the following equation.

【0026】[0026]

【数5】 (Equation 5)

【0027】そのシェーディング係数計算の際に、整相
対象送波素子群の外周囲に仮想送波素子602が付加さ
れているものとして、整相対象送波素子対応にシェーデ
ィング係数が計算記憶されるとすれば、仮想送波素子群
602が想定されたことによって、例えばハミング窓の
ように、中央が大となる窓関数を用いた場合、仮想送波
素子群602内側に存在している整相対象送波素子群に
対するシェーディング係数は、仮想送波素子群602が
想定されていない場合に比し全体的に大として計算され
得る結果、送波信号レベルの損失は低減化され得るもの
である。
At the time of calculating the shading coefficient, assuming that the virtual transmitting element 602 is added to the outer periphery of the phasing target transmitting element group, the shading coefficient is calculated and stored corresponding to the phasing target transmitting element. If the virtual transmitting element group 602 is assumed, and a window function having a large center such as a Hamming window is used, the phasing existing inside the virtual transmitting element group 602 is assumed. The shading coefficient for the target transmitting element group can be calculated as a whole larger than when the virtual transmitting element group 602 is not assumed, so that the loss of the transmitted signal level can be reduced.

【0028】最後に、本発明に係る送波指向性について
の計算機シミュレーション例を図7,図8にそれぞれ示
す。本例では、球面アレイ送波器の球半径RはR=0.
5m、送信信号波長λはλ=2.38cm、整相送波素
子範囲は水平方向がM=54列、垂直方向がN=54
行、窓関数はハミング窓とされ、また、仮想送波素子
は、既述の仮想送波素子群602のように、整相対象送
波素子群の最外周位置に位置している送波素子各々の外
側に1素子づつ隣接する状態で配置された場合が想定さ
れたものとなっている。
Finally, FIGS. 7 and 8 show computer simulation examples of the transmission directivity according to the present invention, respectively. In this example, the spherical radius R of the spherical array transmitter is R = 0.
5 m, transmission signal wavelength λ is 2.38 cm, and the phasing transmission element range is M = 54 columns in the horizontal direction and N = 54 in the vertical direction.
The row and window functions are hamming windows, and the virtual transmitting element is a transmitting element located at the outermost peripheral position of the phasing target transmitting element group like the virtual transmitting element group 602 described above. It is assumed that the elements are arranged adjacent to each other one by one.

【0029】さて、図7には、送波ビーム幅が40°、
50°、60°となるべく、遅延量計算回路707で遅
延量が計算された場合での送波指向性をそれぞれ実線表
示、破線表示、点線表示として示す。これより、送波ビ
ーム幅が遅延量計算回路707により制御可であること
が判る。また、図8には、整相範囲中心方向に対し送波
中心方向が0°、20°、−20°となるべく、遅延量
計算回路707で遅延量が計算された場合での送波指向
性をそれぞれ実線表示、破線表示、点線表示として示
す。これより、送波中心方向が遅延量計算回路707に
より制御可であることが判る。
FIG. 7 shows that the transmission beam width is 40 °,
The transmission directivity when the delay amount is calculated by the delay amount calculation circuit 707 to be 50 ° and 60 ° is shown as a solid line display, a broken line display, and a dotted line display, respectively. This indicates that the transmission beam width can be controlled by the delay amount calculation circuit 707. FIG. 8 shows the transmission directivity when the delay amount is calculated by the delay amount calculation circuit 707 so that the transmission center direction is 0 °, 20 °, and −20 ° with respect to the phasing range center direction. Are shown as a solid line display, a broken line display, and a dotted line display, respectively. This indicates that the transmission center direction can be controlled by the delay amount calculation circuit 707.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上、説明したように、請求項1,2に
よる場合には、球面アレイ送波器における基本パラメー
タとしての送信信号波長・球半径・送波開口角が固定的
に設定された状態で、整相対象範囲内に含まれている送
波素子各々への遅延量が所望に制御されることによっ
て、所望の送波ビーム幅および送波中心方向としての送
波指向性を以て、球面アレイ送波器から合成球面音波の
送波が行われ得る球面アレイからの送波制御方法、更に
は、そのような送波制御が可とされた球面アレイ送受波
器が、また、請求項3,4による場合は、球面アレイ送
波器における基本パラメータとしての送信信号波長・球
半径・送波開口角が固定的に設定された状態で、整相対
象範囲内に含まれている送波素子各々への遅延量が所望
に制御されることによって、所望の送波ビーム幅および
送波中心方向としての送波指向性を以て、しかも送波信
号レベルの損失少なくして、球面アレイ送波器からの送
波が行われ得る球面アレイからの送波制御方法、更に
は、そのような送波制御が可とされた球面アレイ送受波
器がそれぞれ得られたものとなっている。
As described above, according to the first and second aspects, the transmission signal wavelength, the sphere radius, and the transmission aperture as the basic parameters in the spherical array transmitter are fixedly set. In this state, the amount of delay to each of the transmitting elements included in the phasing target range is controlled as desired, so that a desired transmitting beam width and a transmitting directivity as a transmitting center direction are obtained. 4. A method of controlling transmission of light from a spherical array capable of transmitting a combined spherical acoustic wave from an array transmitter, and a spherical array transmitter / receiver in which such transmission control is enabled. , 4, the transmission elements included in the phasing target range with the transmission signal wavelength, the sphere radius, and the transmission aperture angle as the basic parameters in the spherical array transmitter being fixedly set. The amount of delay to each is controlled as desired Therefore, with the desired transmission beam width and the transmission directivity as the transmission center direction, and with a reduced loss of the transmission signal level, the transmission from the spherical array from the spherical array transmitter can be performed. A transmission control method and a spherical array transmitter / receiver in which such transmission control is enabled are obtained.

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

【図1】図1は、本発明による球面アレイ送波器の一例
での概要構成を示す図
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an example of a spherical array transmitter according to the present invention.

【図2】図2は、球面アレイ送波器における整相対象送
波素子群と外部から任意に設定される仮想球面との関係
を示す図
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a phasing target transmitting element group in a spherical array transmitter and a virtual spherical surface arbitrarily set from the outside;

【図3】図3は、送波中心方向を所望に制御するための
方法を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a method for controlling a transmission center direction as desired.

【図4】図4は、整相対象送波素子群の外周囲に仮想送
波素子群を付加することによって、送波信号レベルの損
失を低減化する方法を説明するための図
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of reducing a loss of a transmission signal level by adding a virtual transmission element group to an outer periphery of a phasing target transmission element group;

【図5】図5は、本発明による球面アレイ送波器の1構
成要素としての遅延量計算回路の一例での構成を示す図
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an example of a delay amount calculating circuit as one component of the spherical array transmitter according to the present invention;

【図6】図6は、本発明による球面アレイ送波器の1構
成要素としてのシェーディング係数テーブルの一例での
構成を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an example of a shading coefficient table as one component of the spherical array transmitter according to the present invention;

【図7】図7は、本発明に係る送波指向性についての計
算機シミュレーション例を示す図(その1)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a computer simulation on the transmission directivity according to the present invention (part 1);

【図8】図8は、同じく本発明に係る送波指向性につい
ての計算機シミュレーション例を示す図(その2)
FIG. 8 is a diagram showing an example of a computer simulation on the transmission directivity according to the present invention (part 2);

【図9】図9は、球面アレイ送波器一般の構成を説明す
るための図
FIG. 9 is a diagram for explaining a general configuration of a spherical array transmitter.

【図10】図10は、球面アレイ送波器から送波が行わ
れる際での整相処理を説明するための図
FIG. 10 is a diagram for explaining a phasing process when a wave is transmitted from a spherical array transmitter.

【図11】図11は、球面アレイ送波器上に整相対象範
囲が設定される度に、整相範囲中心方向が一義的に定ま
ることを説明するための図
FIG. 11 is a diagram for explaining that the phasing range center direction is uniquely determined each time the phasing target range is set on the spherical array transmitter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

701…波形生成器、702…遅延波形記憶器、703
…乗算器、704…D/A変換器、705…電力増幅
器、706…送波素子(群)、707…遅延量計算回
路、708…座標メモリ、710…シェーディング係数
テーブル
701: Waveform generator, 702: Delayed waveform storage, 703
.., Multiplier 704, D / A converter, 705, power amplifier, 706, transmitting element (group), 707, delay amount calculating circuit, 708, coordinate memory, 710, shading coefficient table

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 魅和子 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 橋本 康広 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 神田 義信 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 船崎 好助 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Kazuko Oishi 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Hitachi, Ltd.Information Communication Division (72) Inventor Yasuhiro Hashimoto 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Address Co., Ltd.Hitachi, Ltd.Information and Communication Division (72) Inventor Yoshinobu Kanda 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa PrefectureInformation and Communication Division of Hitachi, Ltd. (72) Inventor Yoshisuke Funazaki Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 216 Totsukacho In the Information and Communication Division, Hitachi, Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 球半径がRとされた実球面上に多数配列
されている送波素子群のうちから、整相対象として任意
に一部選択された、水平開口角θM および垂直開口角φ
N の範囲内に含まれている水平方向M個、垂直方向N個
の送波素子群から、送波ビーム幅、送波中心方向各々が
所望に設定された状態として合成球面音波の送波が行わ
れるようにした球面アレイからの送波制御方法であっ
て、水平/垂直開口長が同一として、外部から仮想球半
径R′(≠R)と整相範囲中心方向に対する送波中心方
向の相対水平/垂直方向ずれ角度とが任意に設定される
度に、実球面上での整相対象送波素子各々の位置座標が
予め知れているものとして、整相対象送波素子各々から
整相範囲中心方向に延ばされた延長線の仮想球面との交
点位置が該整相対象送波素子に対応する仮想送波素子の
位置座標として求められた後、実球面上での整相対象送
波素子各々に対応する遅延量が、該整相対象送波素子か
ら、整相範囲中心方向に延ばされた延長線上での、整相
範囲中心方向と直交し、かつ実球中心を含む整相基準面
までの直線距離と、該整相対象送波素子に対応する仮想
送波素子から、上記相対水平/垂直方向ずれ角度に応じ
て傾斜された状態の整相基準面に直交すべく延ばされた
延長線上での該整相基準面までの直線距離との差にもと
づき求められた上、整相対象送波素子各々への送信信号
は、該整相対象送波素子対応に求められている遅延量分
だけ遅延されつつ、該整相対象送波素子対応に予め計算
記憶されているシェーディング係数により重み付けされ
た状態として、該整相対象送波素子から音波として送波
されるようにした球面アレイからの送波制御方法。
1. A horizontal aperture angle θ M and a vertical aperture angle, which are arbitrarily partially selected as phasing targets from among a large number of transmitting elements arranged on a real spherical surface having a spherical radius of R. φ
From the M number of transmitting elements in the horizontal direction and the N transmitting elements in the vertical direction included in the range of N, the transmission of the combined spherical acoustic wave is performed with the transmission beam width and the transmission center direction set as desired. A method for controlling the transmission of waves from a spherical array, wherein the horizontal / vertical aperture lengths are the same, and the imaginary sphere radius R ′ (≠ R) and the relative position of the center of the transmission wave with respect to the center of the phasing range are externally determined. Every time the horizontal / vertical direction deviation angle is set arbitrarily, it is assumed that the position coordinates of each of the phasing target transmitting elements on the real spherical surface are known in advance, and the phasing range is set from each of the phasing target transmitting elements. After the position of the intersection of the extension line extended in the center direction with the virtual spherical surface is determined as the position coordinates of the virtual transmitting element corresponding to the phase adjusting target transmitting element, the phase adjusting target transmission on the real spherical surface is performed. The delay amount corresponding to each of the elements is shifted from the phasing target transmitting element toward the phasing range center. On the extension line extended to, the linear distance to the phasing reference plane orthogonal to the phasing range center direction and including the center of the real sphere, and from the virtual transmitting element corresponding to the phasing target transmitting element And a linear distance to the phasing reference plane on an extended line perpendicular to the phasing reference plane inclined in accordance with the relative horizontal / vertical direction shift angle. Above, the transmission signal to each of the phasing target transmitting elements is calculated and stored in advance for the phasing target transmitting element while being delayed by the delay amount required for the phasing target transmitting element. A method for controlling transmission from a spherical array, wherein the state is weighted by a shading coefficient and transmitted as sound waves from the transmission element for phasing.
【請求項2】 球半径がRとされた実球面上に多数配列
されている送波素子群のうちから、整相対象として任意
に一部選択された、水平開口角θM および垂直開口角φ
N の範囲内に含まれている水平方向M個、垂直方向N個
の送波素子群から、送波ビーム幅、送波中心方向各々が
所望に設定された状態として合成球面音波の送波が行わ
れるべく構成された球面アレイ送波器であって、外部か
ら任意に設定される仮想球半径R′(≠R)と整相範囲
中心方向に対する送波中心方向の相対水平/垂直方向ず
れ角度とにもとづき、予め知れている実球面上での整相
対象送波素子各々の位置座標が参照されつつ、実球面上
での整相対象送波素子各々に対応する遅延量を計算する
遅延量計算回路と、該遅延量計算回路からの遅延量にも
とづき、整相対象送波素子各々への送信信号波形を遅延
制御された状態として生成する波形生成器と、該波形生
成器からの送信信号波形を整相対象送波素子対応に記憶
する遅延波形記憶器と、整相対象送波素子対応にシェー
ディング係数が予め計算記憶されているシェーディング
係数テーブルと、送信同期信号に同期して上記遅延波形
記憶器から一斉に読み出される送信信号波形に対し、上
記シェーディング係数テーブルからのシェーディング係
数により整相対象送波素子対応に重み付けを行う乗算器
と、該乗算器からの、重み付け後の送信信号波形を整相
対象送波素子対応にアナログ変換するD/A変換器と、
該D/A変換器からのアナログ化送信信号波形を整相対
象送波素子対応に電力増幅した上、該整相対象送波素子
に印加する電力増幅器と、を少なくとも含む構成の球面
アレイ送波器。
2. A horizontal aperture angle θ M and a vertical aperture angle, which are arbitrarily partially selected as phasing targets from among a large number of transmitting elements arranged on a real spherical surface having a spherical radius of R. φ
From the M number of transmitting elements in the horizontal direction and the N transmitting elements in the vertical direction included in the range of N, the transmission of the combined spherical acoustic wave is performed with the transmission beam width and the transmission center direction set as desired. A spherical array transmitter configured to be operated, wherein a virtual sphere radius R '(≠ R) arbitrarily set from the outside and a relative horizontal / vertical shift angle in a transmission center direction with respect to a phasing range center direction. The delay amount for calculating the delay amount corresponding to each of the phasing target transmitting elements on the real sphere while referring to the position coordinates of each of the phasing target transmitting elements on the real sphere known in advance. A calculation circuit, a waveform generator for generating a transmission signal waveform to each of the phasing target transmission elements as a delay-controlled state based on the delay amount from the delay amount calculation circuit, and a transmission signal from the waveform generator. Delayed waveform memory for storing waveforms corresponding to the phasing target transmitting elements And a shading coefficient table in which shading coefficients are preliminarily calculated and stored in correspondence with the phasing target transmitting element, and the shading coefficient for the transmission signal waveform read out from the delay waveform storage simultaneously in synchronization with the transmission synchronization signal. A multiplier that weights the phase-matching transmitting element with a shading coefficient from a table, and a D / A converter that converts the weighted transmission signal waveform from the multiplier to a phase-matching transmitting element in an analog manner When,
A power amplifier for power-amplifying the analogized transmission signal waveform from the D / A converter corresponding to the phase-matching transmission element and applying the power amplifier to the phase-matching transmission element. vessel.
【請求項3】 球半径がRとされた実球面上に多数配列
されている送波素子群のうちから、整相対象として任意
に一部選択された、水平開口角θM および垂直開口角φ
N の範囲内に含まれている水平方向M個、垂直方向N個
の送波素子群から、送波ビーム幅、送波中心方向各々が
所望に設定された状態として合成球面音波の送波が行わ
れるようにした球面アレイからの送波制御方法であっ
て、水平/垂直開口長が同一として、外部から仮想球半
径R′(≠R)と整相範囲中心方向に対する送波中心方
向の相対水平/垂直方向ずれ角度とが任意に設定される
度に、実球面上での整相対象送波素子各々の位置座標が
予め知れているものとして、整相対象送波素子各々から
整相範囲中心方向に延ばされた延長線の仮想球面との交
点位置が該整相対象送波素子に対応する仮想送波素子の
位置座標として求められた後、実球面上での整相対象送
波素子各々に対応する遅延量が、該整相対象送波素子か
ら、整相範囲中心方向に延ばされた延長線上での、整相
範囲中心方向と直交し、かつ実球中心を含む整相基準面
までの直線距離と、該整相対象送波素子に対応する仮想
送波素子から、上記相対水平/垂直方向ずれ角度に応じ
て傾斜された状態の整相基準面に直交すべく延ばされた
延長線上での該整相基準面までの直線距離との差にもと
づき求められた上、整相対象送波素子各々への送信信号
は、該整相対象送波素子対応に求められている遅延量分
だけ遅延されつつ、整相対象送波素子群の外周囲に仮想
送波素子が付加されているものとして整相対象送波素子
対応に予め計算記憶されているシェーディング係数によ
り重み付けされた状態として、該整相対象送波素子から
音波として送波されるようにした球面アレイからの送波
制御方法。
3. A horizontal aperture angle θ M and a vertical aperture angle, which are arbitrarily partially selected as phasing targets from among a large number of transmitting element groups arranged on a real spherical surface having a spherical radius of R. φ
From the M number of transmitting elements in the horizontal direction and the N transmitting elements in the vertical direction included in the range of N, the transmission of the combined spherical acoustic wave is performed with the transmission beam width and the transmission center direction set as desired. A method for controlling the transmission of waves from a spherical array, wherein the horizontal / vertical aperture lengths are the same, and the imaginary sphere radius R ′ (≠ R) and the relative position of the center of the transmission wave with respect to the center of the phasing range are externally determined. Every time the horizontal / vertical direction deviation angle is set arbitrarily, it is assumed that the position coordinates of each of the phasing target transmitting elements on the real spherical surface are known in advance, and the phasing range is set from each of the phasing target transmitting elements. After the position of the intersection of the extension line extended in the center direction with the virtual spherical surface is determined as the position coordinates of the virtual transmitting element corresponding to the phase adjusting target transmitting element, the phase adjusting target transmission on the real spherical surface is performed. The delay amount corresponding to each of the elements is shifted from the phasing target transmitting element toward the center of the phasing range. On the extension line extended to, the linear distance to the phasing reference plane orthogonal to the phasing range center direction and including the center of the real sphere, and from the virtual transmitting element corresponding to the phasing target transmitting element And a linear distance to the phasing reference plane on an extended line perpendicular to the phasing reference plane inclined in accordance with the relative horizontal / vertical direction shift angle. Above, the transmission signal to each of the phasing target transmitting elements is virtually transmitted around the phasing target transmitting element group while being delayed by the delay amount required for the phasing target transmitting element. A spherical array that is transmitted as a sound wave from the phasing target transmitting element in a state where the elements are added and weighted by a shading coefficient previously calculated and stored for the phasing target transmitting element. Transmission control method from
【請求項4】 球半径がRとされた実球面上に多数配列
されている送波素子群のうちから、整相対象として任意
に一部選択された、水平開口角θM および垂直開口角φ
N の範囲内に含まれている水平方向M個、垂直方向N個
の送波素子群から、送波ビーム幅、送波中心方向各々が
所望に設定された状態として合成球面音波の送波が行わ
れるべく構成された球面アレイ送波器であって、外部か
ら任意に設定される仮想球半径R′(≠R)と整相範囲
中心方向に対する送波中心方向の相対水平/垂直方向ず
れ角度とにもとづき、予め知れている実球面上での整相
対象送波素子各々の位置座標が参照されつつ、実球面上
での整相対象送波素子各々に対応する遅延量を計算する
遅延量計算回路と、該遅延量計算回路からの遅延量にも
とづき、整相対象送波素子各々への送信信号波形を遅延
制御された状態として生成する波形生成器と、該波形生
成器からの送信信号波形を整相対象送波素子対応に記憶
する遅延波形記憶器と、整相対象送波素子群の外周囲に
仮想送波素子が付加されているものとして整相対象送波
素子対応にシェーディング係数が予め計算記憶されてい
るシェーディング係数テーブルと、送信同期信号に同期
して上記遅延波形記憶器から一斉に読み出される送信信
号波形に対し、上記シェーディング係数テーブルからの
シェーディング係数により整相対象送波素子対応に重み
付けを行う乗算器と、該乗算器からの、重み付け後の送
信信号波形を整相対象送波素子対応にアナログ変換する
D/A変換器と、該D/A変換器からのアナログ化送信
信号波形を整相対象送波素子対応に電力増幅した上、該
整相対象送波素子に印加する電力増幅器と、を少なくと
も含む構成の球面アレイ送波器。
4. A horizontal aperture angle θ M and a vertical aperture angle arbitrarily selected as a phasing target from among a large number of transmitting element groups arranged on a real spherical surface having a spherical radius of R. φ
From the M number of transmitting elements in the horizontal direction and the N transmitting elements in the vertical direction included in the range of N, the transmission of the combined spherical acoustic wave is performed with the transmission beam width and the transmission center direction set as desired. A spherical array transmitter configured to be operated, wherein a virtual sphere radius R '(≠ R) arbitrarily set from the outside and a relative horizontal / vertical shift angle in a transmission center direction with respect to a phasing range center direction. The delay amount for calculating the delay amount corresponding to each of the phasing target transmitting elements on the real sphere while referring to the position coordinates of each of the phasing target transmitting elements on the real sphere known in advance. A calculation circuit, a waveform generator for generating a transmission signal waveform to each of the phasing target transmission elements as a delay-controlled state based on the delay amount from the delay amount calculation circuit, and a transmission signal from the waveform generator. Delayed waveform memory for storing waveforms corresponding to the phasing target transmitting elements And a shading coefficient table in which shading coefficients are calculated and stored in advance corresponding to the phasing target transmitting element assuming that a virtual transmitting element is added to the outer periphery of the phasing target transmitting element group, and a transmission synchronization signal. A multiplier for weighting the transmission signal waveforms read out simultaneously from the delay waveform storage in synchronization with the shading coefficients from the shading coefficient table in accordance with the phase-matching transmitting element; A D / A converter for converting the subsequent transmission signal waveform into an analog signal corresponding to the phasing target transmitting element, and power-amplifying the analogized transmission signal waveform from the D / A converter corresponding to the phasing target transmitting element. And a power amplifier applied to the phasing target transmitting element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001343450A (en) * 2000-06-02 2001-12-14 Furuno Electric Co Ltd Underwater detecting device
JP2015059783A (en) * 2013-09-18 2015-03-30 株式会社日立製作所 Ultrasonic wave transmission device and ultrasonic wave transmission method

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