WO2005073756A1 - 魚群探知機および魚群探知機用トランスデューサ - Google Patents

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WO2005073756A1
WO2005073756A1 PCT/JP2004/000984 JP2004000984W WO2005073756A1 WO 2005073756 A1 WO2005073756 A1 WO 2005073756A1 JP 2004000984 W JP2004000984 W JP 2004000984W WO 2005073756 A1 WO2005073756 A1 WO 2005073756A1
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WO
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fish
piezoelectric element
transducer
shadow
directivity
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/000984
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hatsuyoshi Kato
Hitoshi Yoshimura
Chikai Matsuyama
Original Assignee
Air-Ism Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air-Ism Ltd. filed Critical Air-Ism Ltd.
Priority to JP2005517368A priority Critical patent/JP4058074B2/ja
Priority to PCT/JP2004/000984 priority patent/WO2005073756A1/ja
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/96—Sonar systems specially adapted for specific applications for locating fish

Definitions

  • the present invention relates to a fish finder and a fish finder transducer for detecting a school of fish by emitting ultrasonic waves into water and capturing reflected waves, for example, transmitting and receiving ultrasonic waves for fish finder.
  • a transducer equipped with a piezoelectric element is attached to the user's foot, and the result of identifying the fish shadow based on the fish detection signal obtained by the transducer is displayed on the display device held by the user on a screen for leisure. It can be used as a type fish finder.
  • a conventional fish finder emits ultrasonic waves from a ship or the like downward (substantially right below), receives reflected ultrasonic waves, detects fish schools including large and small fish, and detects terrain at the bottom of the water. It is carried out.
  • the position of a school of fish is three-dimensionally captured by mechanically rotating multiple transducers and shaking the ultrasonic beam.
  • the principle at this time is the same as the principle of radar using radio waves, and a directional ultrasonic wave is emitted from a transducer, and the ultrasonic wave reaches a school of fish, etc., depending on the time it takes to reflect and return. It measures distance but emits ultrasonic waves from one of the rotating transducers (transmitters) because the speed of ultrasonic waves used for fish finder is lower than the speed of radio waves used for radar. Then, the other ultrasonic transducer that rotates in synchronization with this receives the reflected and returned ultrasonic waves.
  • transducer transducer / receiver
  • the center line of the directivity of the transducer is directed directly below, and is mainly used to detect fish schools directly below or near the transducer.
  • the center line of the directivity is directed slightly diagonally downward with respect to the direction of travel of the ship, or at a shallow elevation angle toward the water surface.
  • a forward monitoring transducer (transducer / receiver), which is arranged at a distance, and a depth monitoring transducer (transducer / transducer), which is arranged with the directivity center line directly below the vessel, are provided at the bow. Some of these two transducers perform forward monitoring and depth monitoring (see Japanese Patent Laid-Open No. 11-118927). Then, in this ship sonar, a forward display screen by a forward monitoring transducer and a depth display screen by a depth monitoring transducer are displayed adjacently on the same screen.
  • the fish detection method that emits ultrasonic waves toward the lower part of the water surface (approximately below) cannot detect a fish school in a direction parallel to the water surface.
  • the ship there is a problem that the ship must be moved.
  • the position of the school of fish is established by mechanically rotating multiple transducers and oscillating an ultrasonic beam.
  • the method of catching it physically is only used for large fleets and research vessels, and is not suitable for a simple fish finder used by an individual user for leisure such as fishing.
  • this method mechanically rotates the transducer, which complicates the structure, increases the size of the device, and requires a lot of maintenance work. In this respect, a simple fish finder for leisure is also used. Not suitable.
  • the conventional simple fish finder for leisure which floats the transducer and floats it, mainly detects the fish school directly under or near the transducer, so that the fish school in the direction parallel to the water surface is detected. There is a problem that it cannot be caught.
  • the forward display screen (a graph showing the relationship between the distance to the obstacle in front and time) and the depth display screen (a graph showing the relationship between the distance to the water bottom and time) by the ship sonar are as follows. Although they are displayed next to each other on the same screen, the graphs displayed individually are only arranged on the same screen, so the position of the fish school is not displayed two-dimensionally in one graph.
  • an object of the present invention is to provide a fish finder and a transducer for a fish finder that can capture the position of a school of fish with a simple structure and in a multidimensional manner including directions parallel to the water surface. It is in. Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a fish finder for detecting a school of fish by emitting ultrasonic waves into water and catching reflected waves, and a transducer including a plurality of piezoelectric elements for emitting ultrasonic waves into water and receiving the reflected waves.
  • Fish shadow identification processing means for individually identifying a fish shadow for each reflected wave based on each of the reflected waves received by the plurality of piezoelectric elements in the transducer, and identification by the fish shadow identification processing means
  • a fish-shadow display processing means for performing a process of displaying the fish-shade on the screen of the display device, wherein the plurality of piezoelectric elements are arranged with their directivity center lines directed in different directions, and at least one For one vertical plane, the directivity center lines are directed in multiple directions including the direction parallel or almost parallel to the water surface within the same vertical plane, and no gap is formed in the detection range. , And it is characterized in that it is arranged in a state.
  • At least one vertical plane is stated, so the piezoelectric element for detecting near the water surface is placed inside the transducer with the directivity center line oriented in a direction parallel or almost parallel to the water surface. And at least one piezoelectric element arranged with the directivity center line downward from the piezoelectric element for near-water surface detection, and only one set (only for one vertical plane) is provided. Also, multiple sets (for multiple vertical planes) may be provided. In addition, from the viewpoint of power saving, weight reduction, and simplification of the structure, it is preferable that only one set is provided.Especially, in the case of a simple fish finder for leisure or the like, only one set is provided.
  • the detection purpose can be achieved, or the user can artificially change the direction of the transducer (therefore, the mechanical This is not a conventional detection method in which an ultrasonic beam is shaken.) By shaking the direction of the vertical surface to be detected, the user can easily grasp the position of the school of fish in three dimensions.
  • a state where no gap is formed in the detection range means that the piezoelectric elements arranged in a state where the center line of the directivity falls within the same vertical plane radiate radially at a predetermined spread angle.
  • the detection ranges of the piezoelectric elements may or may not overlap in the vertical plane to be detected. It may be continuous. From the viewpoints of power saving, weight reduction, and simplification of the structure, it is more efficient and preferable that the detection ranges of the piezoelectric elements do not overlap.
  • a plurality of piezoelectric elements are provided in the transducer with the directivity center lines oriented in different directions, and at least one of these piezoelectric elements is provided.
  • the directivity center line is oriented in multiple directions including the direction parallel or substantially parallel to the water surface within the same vertical plane, the It is possible to detect fish schools in the directions of, and moreover, since the detection range of each piezoelectric element is continuous without any gap in the vertical plane, it is possible to capture the position of the fish school in a multidimensional manner.
  • the transducer has a set of piezoelectric elements that are arranged with the directivity center lines oriented in multiple directions including the horizontal or substantially horizontal direction in the same vertical plane, It is possible to capture the position of the school of fish two-dimensionally in the vertical plane ⁇ , and when multiple sets of such piezoelectric elements are provided, that is, for multiple vertical planes, the position of the school of fish is three-dimensional. It becomes possible to catch it. Even if only one set of piezoelectric elements is provided, the user can easily change the direction of the transducer as described above to easily grasp the position of the fish school three-dimensionally. Is possible.
  • the structure is simple and lightweight, and it is used for leisure etc.
  • the maintenance is almost unnecessary, so that the maintenance work by the user is reduced, thereby achieving the above object.
  • the center line of directivity falls within the same vertical plane.
  • the piezoelectric elements arranged in a state where they are all arranged have directivity to emit ultrasonic waves at the same or substantially the same spread angle, and the angle between adjacent center lines of directivity is the spread of the ultrasonic waves. It is desirable that they are arranged so as to match or substantially match the angle.
  • the piezoelectric elements when the piezoelectric elements are arranged such that the angle between the directivity center lines of the piezoelectric elements coincides with or substantially coincides with the spread angle of the ultrasonic waves, the piezoelectric elements in the same vertical plane Since the detection ranges of the elements can be arranged without gaps, it is possible to two-dimensionally grasp the position of the school of fish in the same vertical plane and to overlap the detection ranges of each piezoelectric element in the same vertical plane. Since they can be lined up efficiently, efficient arrangement is realized from the viewpoint of power saving, weight reduction, and simplification of the structure. In addition, ghosts are generated in the fish shadow display (duplication of one fish school in the overlapping area of the detection range) Display) can be prevented or suppressed.
  • the excitation power to the piezoelectric element arranged with the directivity center line in a direction parallel or almost parallel to the water surface is directional in the other direction within the same vertical plane. It is desirable that the excitation power be smaller than the excitation power to the piezoelectric element arranged with the center line of the piezoelectric element oriented.
  • the excitation power to the piezoelectric element for detecting near the water surface is smaller than the excitation power to other piezoelectric elements, it is possible to reduce the power consumption of the entire fish finder, The service life can be extended.
  • the center line of the directivity of the piezoelectric element for detecting near the water surface is directed in a direction parallel or substantially parallel to the water surface, the ultrasonic wave emitted from this piezoelectric element is reflected by the water surface. It is. Therefore, if the same excitation power is supplied as compared with the normal case where the directivity center line is directed below the water surface (the case without reflection), the sound field strength at the same distance will be It is about twice as large. For this reason, even if the excitation power to the piezoelectric element for detecting near the water surface is smaller than the excitation power to the other piezoelectric elements, a sound field having the same strength as the other piezoelectric elements is formed.
  • the intensity of the sound field of the ultrasonic wave is about twice as large as that in the normal case where the wave is directed downward, so the same excitation power should be supplied.
  • the ultrasonic waves will reach far, and fish schools can be detected far away. Therefore, when detecting a school of fish farther in a direction parallel or substantially parallel to the water surface, the excitation power to the piezoelectric element for detecting near the water surface is smaller than the excitation power to the other piezoelectric elements. You don't have to.
  • the fish shadow display processing means uses the fish shadow individually identified for each reflected wave by the fish shadow identification processing means, using the horizontal axis as the horizontal distance and the vertical axis as the water depth. It is desirable that a configuration is adopted in which a composite display is performed on the same screen in accordance with the detection range of each piezoelectric element arranged such that the directivity center line falls within the same vertical plane.
  • corresponding to the detection range of each piezoelectric element means that each fish shadow is displayed within the range (range on the screen) corresponding to the detection range of each piezoelectric element extending at a predetermined angle from each piezoelectric element. This does not mean that a fish shadow is displayed just above the position corresponding to the directivity center line (the position on the screen).
  • the piezoelectric element for detecting near the water surface which is arranged with the directivity center line oriented in a direction parallel or almost parallel to the water surface, uses the reflection of ultrasonic waves on the water surface to perform detection.
  • the detection range is about half the angle of the piezoelectric element with the directivity center line oriented in the direction of the arrow, and the center line of the directivity of the piezoelectric element matches the center line of the detection range.
  • the center line of the directivity matches the center line of the detection range.
  • displaying a fish shadow just above the position corresponding to the center line of the directivity for example, displaying a fish shadow just above the position corresponding to the center line of the detection range, etc. Is also good. If the configuration is such that the fish shadow individually identified for each reflected wave received by each piezoelectric element is displayed in a composite on the same screen, the position of the fish school is displayed two-dimensionally on the screen. This makes it possible for the user to easily and visually grasp the position of the school of fish.
  • the fish shadow display processing means is realized by an external acquisition program previously acquired from outside the mobile phone via a network and stored in the mobile phone. It is desirable that the external acquisition program be executed to perform a process of displaying a fish shadow on a screen of a display device provided in the mobile phone.
  • the “network” is, for example, a combination of a mobile phone network and the Internet.
  • the “external acquisition program” is not a program built into the mobile phone such as a web browser, but is acquired by the user after purchasing the mobile phone from a server connected to the network and before performing the fish finder processing Means a program that is stored in the memory of a mobile phone in advance. For example, it is created in accordance with the specifications of the network connection service provided by the mobile phone company, such as “i-appli” and “EZ appli” (each trademark). JAVA application (JAVA is a registered trademark).
  • the fish shadow display can be performed by using the function of the mobile phone that the user already has.
  • the production cost of the fish finder can be reduced.
  • the fish shadow identification processing means generates a fish finder signal obtained from each reflected wave received by each of the plurality of piezoelectric elements from a water surface wave near the transducer or a water bottom topography. Sampling is performed at a sampling time interval long enough to remove high-frequency noise, and an approximation is made to hold the sampled signal value as it is for the time corresponding to the sampling time interval. In addition, it is desirable that a pseudo-sampling point having the same value as the sampled signal value as a sampling value is provided to eliminate the effect of aliasing and perform fast Fourier transform.
  • the configuration is such that fast Fourier transform is performed by providing pseudo sampling points, it is possible to remove high-frequency noise by increasing the sampling time interval, and to reduce the number of data to be sampled. Therefore, the signal processing time of the fast Fourier transform can be shortened, the high-speed processing and the power consumption associated therewith can be reduced, and a pseudo sampling point is provided, so that the sampling time interval is increased.
  • fast Fourier transform processing can be performed without being affected by aliasing described later.
  • the sampling time interval is set to be long enough to remove high-frequency noise as described above, and a fast Fourier transform is performed with pseudo sampling points, the sampling time interval is 4 It is desirably up to 8 ms.
  • the distance resolution can be set to about 3 to 6 m, which is suitable for removing high-frequency noise.
  • the following transducer for a fish finder of the present invention is exemplified.
  • the present invention relates to a fish finder transducer for use in a fish finder that detects a school of fish by emitting ultrasonic waves into water and capturing the reflected waves, wherein the ultrasonic waves are emitted into the water and the reflection of the ultrasonic waves.
  • a plurality of piezoelectric elements for receiving waves are arranged, each of which is arranged with a directivity center line in a different direction, and at least one vertical plane in the same vertical plane.
  • the present invention is characterized in that the directivity center lines are directed in a plurality of directions including a direction parallel or substantially parallel to the water surface, and are arranged in a state where no gap is formed in the detection range.
  • the piezoelectric elements arranged so that the directional center line is within the same vertical plane are all directional elements that emit ultrasonic waves at the same or substantially the same spread angle. Are arranged in such a manner that the angle between adjacent center lines of directivity coincides with or substantially coincides with the spread angle of ultrasonic waves.
  • the excitation power to the piezoelectric element arranged with the directivity center line oriented in a direction parallel or substantially parallel to the water surface is different from that of another element within the same vertical plane. It is desirable that the excitation power be smaller than the excitation power to the piezoelectric element arranged with the directivity center line directed in the direction.
  • a plurality of piezoelectric elements are provided in a transducer, each having a directivity center line directed in a different direction, and these piezoelectric elements have at least one vertical surface. Are arranged in multiple directions including the direction parallel or almost parallel to the water surface in the same vertical plane. Because the school of fish can be detected, and the detection range of each piezoelectric element is continuous without any gap in the vertical plane, the position of the school of fish can be captured in a multi-dimensional manner. Compared to the method of rotating the ultrasonic beam by rotating the beam, there is an effect that the position of the fish school can be grasped in a multi-dimensional manner with a simple structure.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fish finder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing an appearance of the fish finder of the embodiment.
  • FIG. 3 is a sectional view of the transducer of the embodiment. .
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a use state of the fish finder of the embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a detection range of each piezoelectric element in the transducer according to the embodiment and a state where ultrasonic waves emitted from the piezoelectric element for detecting near water surface are reflected on the water surface.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a flow of processing by the fish finder of the embodiment.
  • FIG. 7 shows a voltage signal (a school of fish) obtained from the received ultrasonic waves (reflected waves) of the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a detection signal.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a voltage value sampled by the fish finder of the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a processing result of the fast Fourier transform performed by the fish finder of the embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a fish shadow display screen displayed by the fish finder of the embodiment.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing a modification of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fish finder 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing an appearance of the fish finder 10.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the transducer 2 ⁇
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a use state of the fish finder 10
  • FIG. 5 is a diagram showing each piezoelectric element in the transducer 20.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a detection range of 21 and 22 and a state in which ultrasonic waves emitted from a piezoelectric element 21 for detecting near water surface are reflected by water surface 1.
  • the fish finder 10 is a transducer 20 installed underwater to transmit and receive ultrasonic waves for fish finder, and a main body 4 connected to the transducer 20 by a cable 11 0.
  • the transducer 20 is mainly used by being mounted on a user's foot by a redder holder 30, while the main body 40 is mainly used by a user's hand. is there.
  • a transducer 20 includes a first piezoelectric element 21 and a second piezoelectric element 22 for emitting ultrasonic waves into water and receiving reflected waves thereof, and 1. Ultrasonic waves are emitted into the water from the second piezoelectric elements 21 and 22 respectively. 2004/000984
  • the excitation circuits 23 and 24 generate ultrasonic excitation pulses and send them to the first and second piezoelectric elements 21 and 22, respectively, and the ultrasonic excitation pulses are received by the first and second piezoelectric elements 21 and 22, respectively.
  • Voltage amplification circuits 25 and 26 are provided to amplify signals converted from voltage from ultrasonic waves (each reflected wave). In FIG. 3, illustration of the voltage amplifier circuits 25 and 26 is omitted.
  • the transducer 20 includes a thermistor 27 for detecting a water temperature, and a voltage conversion circuit 28 for converting the water temperature detected by the thermistor 27 into a voltage.
  • the water temperature data obtained by the thermistor 27 and the voltage conversion circuit 28 is used for correcting the speed of sound in water.
  • the directivity of the ultrasonic waves emitted from the first and second piezoelectric elements 21 and 22 has a conical shape with the piezoelectric elements 21 and 22 as vertices.
  • the piezoelectric element 22 is arranged so as to be oriented in a direction parallel or substantially parallel to the surface, and serves as a piezoelectric element for detecting near the water surface.
  • the second piezoelectric element 22 has a directivity center line C 2 (see FIG. 5).
  • center line C 1 of the directivity of the first piezoelectric element 21 i.e., horizontal or substantially horizontal direction
  • Each of the piezoelectric elements 21 and 22 is arranged such that the center lines CI and C2 of the directivity fall within the same vertical plane.
  • the ultrasonic waves emitted from the first piezoelectric element 21 which is a piezoelectric element for detecting near the water surface spread in a conical shape with the piezoelectric element 21 as a vertex.
  • Generating lines indicating the outer edges of the vertical section of the cone are defined as rays K 1 and ⁇ 2.
  • the ultrasonic wave emitted obliquely upward in the vertical plane from the piezoelectric element 21 does not go straight in the direction of the ray ⁇ 1, but almost completely on the water surface 1, as shown by the dotted line in FIG.
  • the light is reflected obliquely downward and changes direction under the water along ray ⁇ 3.
  • an ultrasonic wave whose emission angle (angle from the center line C 1) is smaller than that of the ray ⁇ 1 is reflected by the water surface 1 and changes its course below the water surface.
  • the intensity of the ultrasonic wave returning to the piezoelectric element 21 after being reflected by the school of fish existing in the area between the water surface 1 and the oblique line ⁇ 3 is also about twice as high as that without the water surface 1.
  • the excitation power to the first piezoelectric element 21 can be made smaller than the excitation power to the second piezoelectric element 22.
  • the reflectivity of underwater ultrasonic waves reflected by the water surface 1 reaches about 99.9%.
  • the detection range (angle) of the piezoelectric element 21 is determined by the ultrasonic wave spread angle ⁇ i
  • the second piezoelectric element 2 2 of the detection range since the ultrasonic total angle of emission divergence angle theta 2, for example, a range, etc. of 5 degrees to 1 5 degrees. Therefore, the center line T 2 of the detection range of the piezoelectric element 22 matches the center line C 2 of the directivity of the piezoelectric element 22.
  • the main body 40 is a switching circuit 41 for switching the current between the excitation circuit 23 and the voltage amplifier circuit 25, and a switching circuit for switching the current between the excitation circuit 24 and the voltage amplifier circuit 26. 4 2 and the analog output signal of the voltage amplification circuit 25
  • A-D converter 43 which converts the analog output signal of the voltage amplifier circuit 26 into a digital signal
  • an analog output signal of the voltage converter circuit 28 which converts the analog output signal of the voltage amplifier circuit 26 into a digital signal.
  • An A-D converter 45 for converting the data into a digital signal; a battery 46 for supplying power to each section; a display device 47 such as a liquid crystal display; and processing means 50 for performing various processes required for fish detection. I have.
  • the battery 46 supplies power to the switching circuits 41 and 42, the AD converters 43 to 45, the display device 47, a CPU (not shown), and the transducer 20.
  • the excitation power supplied to the excitation circuit 23 that sends an ultrasonic excitation pulse to the first piezoelectric element 21 increases the sound field of the piezoelectric element 21 due to the reflection of the ultrasonic waves on the water surface 1 as described above. Therefore (see FIG. 5), the excitation power supplied to the excitation circuit 24 that sends the ultrasonic excitation pulse to the second piezoelectric element 22 can be reduced.
  • the processing means 50 includes transmission / reception control means 51, fish shadow identification processing means 52, and fish shadow display processing means 53.
  • the transmission / reception control means 51 controls the switching circuits 41 and 42 to switch between the emission timing of each ultrasonic wave by the first and second piezoelectric elements 21 and 22 and the reception timing of each of the reflected waves. It controls time.
  • the fish shadow identification processing means 52 is based on each fish school detection signal (each voltage signal) obtained from each ultrasonic wave (each reflected wave) received by the first and second piezoelectric elements 21 and 22 respectively. Then, the process of individually identifying the fish shadow for each reflected wave is performed.
  • This fish shadow identification processing means 52 is sufficient to remove high frequency noise from each fish finder signal obtained from each reflected wave received by the first and second piezoelectric elements 21 and 22, respectively.
  • Sampling is performed at a sampling time interval of a length (for example, 4 to 8 ms), and an approximation that holds the sampled signal value as it is for the time corresponding to the sampling time interval is performed. By providing a pseudo sampling point where the same value as the sampled signal value is used as the sampling value. 4 000984
  • the fish shadow display processing means 53 displays the fish shadow individually identified by the fish shadow identification processing means 52 for each reflected wave received by the first and second piezoelectric elements 21 and 22, and the horizontal axis indicates With the horizontal distance and the vertical axis being the water depth, the composite display is performed on the same screen (see Fig. 10) in accordance with the detection range of the first and second piezoelectric elements 21 and 22.
  • each of the means 51 to 53 included in the processing means 50 is a central processing unit (CPU) provided inside the main body 40, and one which defines the operation procedure of this CPU. Or it is realized by a plurality of programs.
  • the school of fish is detected using the school of fish 10 as follows.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the flow of processing by the fish finder 10.
  • the user mounts the transducer 20 with the redder holder 30 wound around his / her foot, and places the transducer 20 in a predetermined posture in a relatively shallow position in water. (Position shown in Fig. 3).
  • step S1 the user turns on the power of the main body 40, and starts the fish finder processing by the fish finder 10 (step S1).
  • a control signal is transmitted from the transmission / reception control means 51 of the main body 40 to the switching circuit 41, and the excitation circuit 23 is operated by the switching circuit 41, and the excitation circuit 23
  • An ultrasonic excitation pulse is generated, and the ultrasonic excitation pulse is applied to the first piezoelectric element 21 (step S2).
  • a voltage for excitation is applied with an amplitude of, for example, about 100 volts for about several milliseconds.
  • the voltage for excitation is smaller in the detection using the first piezoelectric element 21 than in the detection using the second piezoelectric element 22 because the detection using reflection on the water surface 1 is performed in the detection using the first piezoelectric element 21. May be.
  • a strong ultrasonic wave is emitted from the first piezoelectric element 21 into water for a certain period of time (about several milliseconds).
  • the above control of the ultrasonic oscillation time is performed by the transmission / reception control means 51.
  • a control signal for switching between transmission and reception is transmitted from the transmission / reception control means 51 to the switching circuit 41, and the switching circuit 41 activates the voltage amplification circuit 25.
  • the piezoelectric element 21 receives an ultrasonic wave (reflected wave) reflected from the school of fish and returning, the received ultrasonic wave is converted into a voltage signal by the piezoelectric element 21 and then a voltage amplifier circuit It is amplified by 25 and sent to the A-D converter 43 of the main unit 40 via the cable 11.
  • An example of the amplified voltage signal at this time is shown in FIG.
  • the signal in FIG. 7 is a received signal obtained by one ultrasonic wave emission for about several milliseconds.
  • a crossing current is obtained from this voltage signal, so this is rectified and further smoothed by an integrating circuit having a time constant about the oscillation period of the ultrasonic wave. This is the signal obtained by amplifying the single electrode voltage signal.
  • the above-described control of the ultrasonic reception time is performed by the transmission / reception control means 51.
  • the transmission / reception control means 51 sends the fish shadow identification processing.
  • the sampling start signal is sent to the means 52, and the fish shadow identification processing means 52 receives this signal and sends a control signal to the AD converter 43, and performs sampling for a predetermined time at a predetermined time interval.
  • the analog voltage signal amplified by the voltage amplifier circuit 25 is converted into a digital signal (step S3).
  • the sampling time interval is, for example, substantially equal to or longer than one ultrasonic emission time (about several milliseconds). At this time, the sampling time interval is shortened and the spectrum is obtained.
  • the sampling time interval is set to, for example, 8.0 ms (mm Seconds), etc., and a sufficiently long time interval.
  • the sampling time interval may be, for example, about 4.0 ms.
  • the sampling time interval is obtained as follows. Let V be the sound speed, PT / JP2004 / 000984
  • the FFT processing is performed by the fish shadow identification processing means 52 using the sampled voltage data (step S4).
  • the sampling time interval is increased to, for example, about 4 to 8 ms in order to remove high-frequency noise, so that actual sampling points are not affected by aliasing.
  • FFT is performed by setting a pseudo sampling point at (a time zone corresponding to the sampling time interval).
  • the virtual sampling value at this pseudo sampling point is the same as the voltage value actually sampled immediately before. Therefore, approximation for holding the sampled voltage value for a time corresponding to the sampling time interval as it is, that is, approximation for holding until the next sampling time is performed.
  • Aliasing refers to the sampling frequency (the reciprocal of the sampling time interval).
  • the Nyquist frequency one-half of the sampling frequency
  • FIG. Fig. 8 shows the voltage values sampled at 8.Oms intervals as an example. Further, a state where the voltage signal obtained from the received ultrasonic wave is retained and approximated in a stepwise manner is shown.
  • the number of samplings is N
  • This number of data is equal to the sampling number ⁇ .
  • the voltage signal sampled at the time interval ⁇ is used, so the number of data is 1ZM and smaller than when sampling at ⁇ t. . Therefore, FFT processing can be performed at high speed.
  • the fish shadow identification processing means 52 performs the FFT processing on the fish detection signal (voltage signal) obtained from the ultrasonic wave received by the first piezoelectric element 21 and then outputs the FFT processing result. Based on this, a process of identifying a fish shadow within the detection range of the first piezoelectric element 21 is performed.
  • this processing method will be described.
  • these are considered to be substantially equal, that is, the position of the shore: the distance d from P to the school of fish, and the distance from the transducer 20 to the school of fish are considered to be substantially equal and processing is performed. I do.
  • FIG. 9 shows an example of a graph obtained by performing this conversion process, with the horizontal axis representing distance and the vertical axis representing power.
  • the fish shadow identification processing means 52 since there is a peak at a distance of 13 m from the transducer 20, the fish shadow identification processing means 52 performs the identification processing that there is a large fish shadow at this position.
  • a relatively large spectrum appears even at a distance of 30 m or more, but since it is caused by long-period low-frequency noise, the identification processing is performed to determine that it is not a fish shadow.
  • FIG. 9 has been described as showing the signal processing result for the first piezoelectric element 21, but may be considered as the signal processing result for the second piezoelectric element 22.
  • FIG. 10 shows an example of a fish shadow display in the case of considering the latter signal processing result.
  • step S5 After performing the fish shadow identification processing by the fish shadow identification processing means 52, the fish shadow identified by the fish shadow identification processing means 52 by the fish shadow display processing means 53 is displayed on the screen of the display device 47.
  • the processing shown on the top (the screen update processing for the second and subsequent times) is performed (step S5).
  • the fish shadow display processing means 53 determines the fish shadow within the detection range (angle) of the first piezoelectric element 21 obtained as a signal processing result for the first piezoelectric element 21. A process of displaying a fish shadow in a screen area corresponding to the detection range of the first piezoelectric element 21 is performed.
  • FIG. 10 shows a fish shadow display screen 47 A that graphically displays fish shadows on the screen of the display device 47.
  • This fish shadow display screen 4 7 A (Positive direction) is the horizontal distance, and the vertical axis (downward is the positive direction) is the water depth.
  • the configuration may be such that the position of the fish shadow is indicated by numerical display together with the graph display, or that the display of the graph display and the screen of the numerical display can be switched.
  • a control signal is transmitted from the transmission / reception control means 51 of the main body 40 to the switching circuit 42 and excited by the switching circuit 42.
  • the circuit 24 is operated, and an ultrasonic excitation pulse is generated in the excitation circuit 24, and the ultrasonic excitation pulse is applied to the second piezoelectric element 22 (step S6).
  • a strong ultrasonic wave is emitted from the second piezoelectric element 22 into water for a certain period of time (about several milliseconds).
  • a control signal for switching between transmission and reception is transmitted from the transmission / reception control means 51 to the switching circuit 42, and the switching circuit 42 creates the voltage amplification circuit 26.
  • the piezoelectric element 22 receives an ultrasonic wave (reflected wave) reflected from the school of fish and returning, the received ultrasonic wave is converted into a voltage signal by the piezoelectric element 22 and then a voltage amplifier circuit. It is amplified by 26 and sent to the A-D converter 44 of the main unit 40 via the cable 11.
  • the transmission / reception control means 51 sends the fish shadow identification processing.
  • the sampling start signal is sent to the means 52, and the fish shadow identification processing means 52 receives this signal and sends a control signal to the AD converter 44, and performs sampling for a predetermined time at a predetermined time interval.
  • the analog voltage signal amplified by the voltage amplifier circuit 26 is converted into a digital signal (step S7). This sampling processing is the same as the signal processing for the first piezoelectric element 21.
  • FFT processing is performed by the fish shadow identification processing means 52 using the sampled voltage data (step S8).
  • the FFT processing is the same as the signal processing for the first piezoelectric element 21.
  • the fish shadow identification processing means 52 performs FFT processing on the fish finder signal (voltage signal) obtained from the ultrasonic waves received by the second piezoelectric element 22, and then outputs the FFT processing result. Based on this, a process of identifying a fish shadow within the detection range of the second piezoelectric element 22 is performed.
  • This fish shadow identification processing is the same as the signal processing for the first piezoelectric element 21.
  • step S9 After performing the fish shadow identification processing by the fish shadow identification processing means 52, the fish shadow identified by the fish shadow identification processing means 52 by the fish shadow display processing means 53 is displayed on the screen of the display device 47.
  • the processing shown on the top (the screen update processing for the second and subsequent times) is performed (step S9).
  • the fish shadow display processing means 53 determines the fish shadow within the detection range (angle) of the second piezoelectric element 22 obtained as a result of the signal processing for the second piezoelectric element 22.
  • a fish shadow is displayed in a graph in the screen area corresponding to the detection range of the second piezoelectric element 22.
  • the following processing is performed.
  • a description will be given assuming that a peak appears at 13 m as an example in a state as shown in FIG. 9 as a signal processing result for the second piezoelectric element 22.
  • a fish shadow 47 B indicated by a Hata mark is displayed in a range corresponding to the detection range of the second piezoelectric element 22.
  • the fish shadow 47B is positioned at a position corresponding to the center line T 2 (see FIG. 5) of the detection range of the second piezoelectric element 22 (see FIG. 5). 2 direction line).
  • the shape of the mark of the fish shadow display is not limited to the mark, but may be any shape.
  • a mark in the shape of a fish may be used.
  • the size of the mark of the fish shadow display may be all uniform as in the present embodiment, but the size of the mark may be changed so that the size of the school of fish can be grasped. For example, considering that ultrasonic waves attenuate in inverse proportion to the square of the distance d, the magnitude of the peak after removing low-frequency noise from the power in Fig. 9 is proportional to the square of the distance d. It is possible to change the size of the mark by multiplying the values to correct the magnitude relationship between the peak values.
  • step S10 When the signal processing (step S2S9) for the first piezoelectric element 21 and the second piezoelectric element 22 is completed as described above, it is determined whether to continue the fish finder processing. Then (step S10), when continuing, the process returns to the excitation processing of the first piezoelectric element 21 in step S2 again, and thereafter, step S10 is repeated until it is determined that the process is not to be continued in step S10. The processing of S 2 S 9 is repeated. On the other hand, the user performs an operation or the like to stop the fish finder detection process. If it is determined not to continue, or if the power of the main body 40 is turned off, a series of fish finder detection processing ends (step S11).
  • the first and second piezoelectric elements 21 and 22 are provided in the transducer 20 with the directivity center lines directed in different directions, respectively, and these piezoelectric elements 21 and 22 are arranged in the same vertical direction. Since the directional center lines CI and C2 (see Fig. 5) are oriented in two directions including a direction parallel or almost parallel to the water surface 1 in the plane (see Fig. 3), The fish finder 10 can detect a fish school in a plurality of directions including a horizontal or substantially horizontal direction. Moreover, since the detection range of each of the piezoelectric elements 21 and 22 is continuous without any gap in the same vertical plane, the position of the fish school can be two-dimensionally captured in this vertical plane.
  • the position of the fish school can be easily grasped three-dimensionally.
  • the structure is simple and lightweight, and it is used for leisure etc.
  • a simple fish finder 10 suitable for being performed can be realized. And since it is such a simple structure, maintenance becomes almost unnecessary, and the trouble of maintenance by a user can be reduced.
  • first and second piezoelectric elements 21 and 22 piezoelectric elements having directivity in which ultrasonic waves spread at the same emission angle (for example, ⁇ ies ⁇ io degree) are used. Since the angle ⁇ 2 (see Fig. 5) formed by the center lines C 1 and C 2 of the directivity of 22 coincides with or substantially coincides with the ultrasonic wave spread angle 0 2 of each of the piezoelectric elements 21 and 22.
  • the detection ranges of the piezoelectric elements 21 and 22 in the same vertical plane can be arranged without gaps, and the position of the fish school can be two-dimensionally grasped in the same vertical plane as described above.
  • the detection ranges of the piezoelectric elements 21 and 22 in the plane can be arranged without overlapping. Therefore, power saving and light Efficient arrangement can be realized from the viewpoints of quantification and structural simplification, and ghosting in fish shadow display (overlapping display of one fish school in the overlapping part of the detection range) can be prevented or suppressed. it can.
  • the excitation power to the first piezoelectric element 21 is reduced by the second piezoelectric element 21.
  • the power consumption of the entire fish finder 10 can be suppressed, and the battery life can be prolonged.
  • the intensity of the sound field formed by the ultrasonic waves emitted from the first piezoelectric element 21 is the intensity of the sound field generated by the second piezoelectric element 22. Since the size is about twice as large as the strength, the horizontal detection by the first piezoelectric element 21 can detect the fish school farther than the detection by the second piezoelectric element 22. it can.
  • the excitation power to the first piezoelectric element 21 is reduced to the second piezoelectric element 2. 2 and the detectable distance of the first piezoelectric element 21 can be longer than the detectable distance of the second piezoelectric element 22.
  • the fish shadow display processing means 53 performs a fish shadow identification processing based on each fish school detection signal (each voltage signal) obtained from the ultrasonic waves received by the first and second piezoelectric elements 21 and 22.
  • Each fish shadow individually identified in steps S 4 and S 8 in FIG. 6 by step 52 is made to correspond to the detection range of each piezoelectric element 21 and 22 on the same screen (the fish shadow in FIG. 10). Since the composite image is displayed in the display screen 47 A), the position of the fish school can be displayed two-dimensionally on the screen. Therefore, the user can easily grasp the position of the school of fish visually.
  • the fish shadow identification processing means 52 sets the sampling time interval long enough to remove high-frequency noise, and Since FFT processing is performed with pseudo sampling points, processing that eliminates high-frequency noise and does not cause aliasing Management can be realized.
  • the fish shadow identification processing means 52 removes high frequency noise by increasing the sampling time interval, the number of data to be sampled can be reduced, and the signal processing time of the FFT can be shortened. it can. Also, noise can be removed by simple processing, compared to the case where noise is removed using a moving average or the like. Therefore, it is possible to realize high-speed processing and to reduce the power consumption associated therewith.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be implemented within a range where the object of the present invention can be achieved. Modifications and the like are included in the present invention.
  • the voltage amplification circuits 25 and 26 are provided inside the transducer 20.
  • it may be provided on the main body 40 side.
  • the piezoelectric elements 2 1, 2 centerline C 1 of directional 2, C 2 angle monument 2 between the each ultrasonic waves emitted from the respective piezoelectric elements 2 1, 2 2 Although consistent with divergence angle theta There theta 2 (see FIG. 5), smaller than the center line CI, angle 0 theta 2 divergence the angle alpha 2 of C 2 to each other, each of the piezoelectric elements 2 1, 2 2
  • the detection ranges may be overlapped. From the viewpoints of power saving, weight reduction, structure simplification, and prevention or suppression of ghost occurrence in fish shadow display (duplicate display of one school of fish in the overlapping part of the detection range), 2 and 0 2 It is preferable to match with.
  • the spread angles S 2 of the ultrasonic waves emitted from the piezoelectric elements 21 and 22 are the same (see FIG. 5), but the spread angles are different.
  • a piezoelectric element having directivity may be arranged. In short, a gap is not formed in the detection range in the vertical plane.
  • the two piezoelectric elements 21 and 22 are provided in the transducer 20.
  • three or more piezoelectric elements are provided to perform a wider range of detection. 4000984
  • the spread angle of each ultrasonic wave emitted from the third, fourth, and fifth piezoelectric elements is S 3 , ⁇ 4 ) ⁇ 5 , and the horizontal direction and the third, fourth, and fifth piezoelectric elements
  • the detection ranges of the third, fourth, and fifth piezoelectric elements are 15 to 25 degrees, 25 to 35 degrees, and 35 to 45 degrees. Degree, etc.
  • the first piezoelectric element 21 and the second piezoelectric element 22 are configured to emit ultrasonic waves alternately with a different excitation time (see FIG. 6).
  • the characteristic frequency of the piezoelectric element 21 and the characteristic frequency of the second piezoelectric element 22 may be shifted from each other, and in this case, it is possible to easily specify in which angular range the ultrasonic wave is emitted.
  • the display device 47 and the fish shadow display processing means 53 are provided in the main body 40 (see FIG. 1).
  • the device and the fish shadow display processing means may be provided outside the main body.
  • the fish finder 200 includes the same transducer 20, a main body 240, and a mobile phone 260 as in the above embodiment.
  • the switching circuits 241 and 242, the ⁇ -D converters 243, 244 and 245, the battery 246, the transmission / reception control means 251 of the processing means 250 and the fish shadow identification processing means 252 which constitute the main body 240 are respectively constructed by It has the same configuration and function as each component having the same name.
  • the mobile phone 260 displays a display device 261 such as a liquid crystal screen, and a graph display and / or a numerical display of the position of the fish shadow as in the case of the fish shadow display screen 47A (see FIG. 10) of the embodiment. It is configured to include a fish shadow display processing means 262 performed on the screen of the device 261.
  • the fish shadow display processing means 262 includes a CPU mounted on the mobile phone 260 and 4000984
  • This external acquisition program is not a program built into the mobile phone 260 such as a web browser, but is acquired by the user after purchasing the mobile phone 260 from a server connected to the network, and the memory (non- (For example, a JAVA application created according to the “i-appli” or “EZ appli” (each trademark) which is the specification of the network connection service provided by the mobile phone company. is there. More specifically, for example, it is preferable to use a JAVA application or the like that operates in a JAVA execution environment or the like according to the CLDC (Connected Limited Device Configuration) standard.
  • This CLDC standard is a small terminal such as a mobile phone or a personal digital assistant (PDA) in the execution environment defined as a part of J AVA2ME, and its functions such as CPU and memory capacity are limited. This configuration is for devices.
  • the information necessary for the fish shadow display is transmitted from the fish shadow identification processing means 252 to the fish shadow display processing means 262 of the mobile phone 260.
  • the shadow display position information may be, for example, information in meters, or information converted into coordinate positions on the screen.).
  • information necessary for displaying the fish shadow is transmitted by using a cable (not shown) different from the cable 11 (see FIG. 2) connected to the main body 240, for example, in the mobile phone 260. It may be performed by connecting to an external keyboard connection port (external numeric keypad connection port), or a certain port may be configured to receive data from an IrDA port, USB port, Bluetooth port, or the like.
  • the mobile phone 260 already owned by the user is used. Since the fish shadow display can be performed by using the function, the production cost of the fish finder 200 can be reduced.
  • the fast Fourier transform processing of the above embodiment that is, the sampling time interval is set to be long enough to remove high-frequency noise
  • the process of performing the fast Fourier transform by providing points is not limited to the application to the case where a fish finder is detected using a transducer having a plurality of piezoelectric elements.
  • the invention of such a fish finder and the invention of a fish finder method are inherent.
  • a transducer including a piezoelectric element for emitting ultrasonic waves into water and receiving the reflected waves;
  • Fish shadow identification processing means for performing processing for identifying a fish shadow based on the reflected wave received by the piezoelectric element therein, and fish for performing processing for displaying the fish shadow identified by the fish shadow identification processing means on a screen of a display device.
  • a shadow display processing means wherein the fish shadow identification processing means removes a high frequency noise generated from a water surface wave near the transducer or a bottom terrain from a fish finder signal obtained from the reflected wave power received by the piezoelectric element.
  • a fish finder method for detecting a school of fish by emitting ultrasonic waves into the water and capturing the reflected waves, the ultrasonic waves are emitted into the water by a piezoelectric element provided in the transducer, and the reflected waves are converted by the piezoelectric element.
  • the fish detection signal obtained from the reflected wave received by the piezoelectric element may be used to determine the surface wave or water wave near the transducer.
  • Sampling is performed at a sampling time interval long enough to remove high-frequency noise generated from underwater terrain, and an approximation that holds the sampled signal value as it is for the time equivalent to the sampling time interval is performed.
  • a pseudo-sampler that uses the same value as the sampled signal value as the sampling value.
  • the fish finder and the fish finder transducer according to the present invention include, for example, a transducer mounted on a user's foot, and a result of identifying a fish shadow based on a fish finder signal obtained by the transducer.
  • it is suitable for use in a leisure-type simple fish finder for displaying on a screen with a display device held by a user.

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Abstract

水中に超音波を出射してその反射波を捉えることにより魚群を探知する魚群探知機（１０）を構成するにあたり、超音波の出射およびその反射波の受信を行う複数の圧電素子（２１），（２２）を含むトランスデューサ（２０）と、各圧電素子（２１），（２２）により受信した反射波に基づき魚影を識別する処理を行う魚影識別処理手段（５２）と、識別した魚影を表示装置（４７）の画面上に表示する処理を行う魚影表示処理手段（５３）とを設け、複数の圧電素子（２１），（２２）を、それぞれ異なる方向に指向性の中心線を向けて配置するとともに、少なくとも一つの鉛直面について、同一鉛直面内で水面に対して平行または略平行な方向を含む複数の方向に指向性の中心線を向け、かつ、探知範囲に隙間が形成されない状態で配置した。

Description

魚群探知機および魚群探知機用トランスデューサ 技術分野
この発明は、 水中に超音波を出射してその反射波を捉えることにより魚群を探 知する魚群探知機および魚群探知機明用トランスデューサに係り、 例えば、 魚群探 知用の超音波の送受信を行う圧電素子を備えたトランスデューサをユーザの足に 装着し、 このトランスデューサにより得られ書た魚群探知信号に基づき魚影を識別 した結果を、 ユーザが手に持った表示装置で画面表示するレジャー用の簡易型魚 群探知機等に利用できる。 背景技術
従来の魚群探知機では、 舶等より水面下方 （略真下方向） に向けて超音波を 発し、 反射してくる超音波を受音し、 魚の大小を含めた魚群の探知および水底の 地形の探知を行っている。
この方法の他に、 複数のトランスデューサを機械的に回転させて超音波のビー ムを振ることにより、 魚群の位置を立体的に捉えるものもある。 この際の原理は 、 電波を用いたレーダの原理と同様であり、 トランスデューサから指向性のある 超音波を発射し、 この超音波が魚群等に当たって反射して戻ってくるまでの時間 により魚群までの距離を測定するものであるが、 レーダに用いる電波の速度と比 較して魚群探知に用いる超音波の速度が遅いので、 回転する一方のトランスデュ ーサ （送波器） から超音波を出射し、 これと同期して回転する他方のトランスデ ユーサ （受波器） により、 反射して戻ってきた超音波を受信している。 特に、 水 面に平行な方向の魚群を探知する方法としては、 レーダの原理を応用し、 かつ、 超音波の音速が電磁波の速度に比べ、 1 0万分の 1以下である欠点を回避するた めに、 P P I画面を螺旋状に走引するスパイラル P P I方式の魚群探知方法が 1 9 6 6年以前から実用化されている。
また、 レジャー用の簡易型魚群探知機として、 例えば、 釣りをするユーザによ り遠方に投じられた浮きでトランスデューサ （送受波器） を水中に吊し、 このト ランスデューサの下方の魚群を探知するタイプのものがある。 このタイプの簡易 型魚群探知機は、 トランスデューサの指向性の中心線が真下に向けられ、 主とし てトランスデューサの真下またはその近傍の魚群を探知するために用いられる。 さらに、 トランスデューサを回転させずに固定的に用いて探知を行う船舶用ソ ナ一として、 指向性の中心線を船舶の進行方向に対して斜め僅か下方に向けて、 または浅い仰角で水面に向けて配置された前方監視用のトランスデューサ （送受 波器） と、 指向性の中心線を船舶の真下に向けて配置された深度監視用のトラン スデューサ （送受波器） とを船首部分に設け、 これらの二つのトランスデューサ により、 前方監視および深度監視を行うものがある （特開平 1 1— 1 1 8 9 2 7 号公報参照） 。 そして、 この船舶用ソナ一では、 前方監視用のトランスデューサ による前方表示画面と、 深度監視用のトランスデューサによる深度表示画面とが 、 同一画面上に隣接表示される。
また、 複数のトランスデューサへの励振電力の供給開始タイミングに時間差が 生じる制御を行うことにより、 複数のトランスデューサに同時に過大な電流が流 れないようにし、 船内電源にかかる瞬間的な負荷のピーク値を下げる魚群探知機 も提案されている （特開 2 0 0 3— 2 9 4 8 3 2号公報参照） 。
しかしながら、 前述したように、 水面下方 （略真下方向） に向けて超音波を発 する魚群探知方法では、 水面に平行な方向の魚群を探知することができないため 、 遠方の魚群を捉えるためには、 船舶等を移動させなければならないという問題 がある。
また、 前述したスパイラル P P I方式の魚群探知方法を含め、 複数のトランス デューサを機械的に回転させて超音波のビームを振ることにより魚群の位置を立 体的に捉える方法は、 大きな船団や調査船で用いられているのみであり、 例えば 、 釣り等のレジャーで個人ユーザが使用する簡易型魚群探知機には適さない。 さ らに、 この方法は、 トランスデューサを機械的に回転させるので、 構造が複雑化 して装置が大がかりになり、 保守の手間もかかるため、 この点でも、 レジャー用 の簡易型魚群探知機には適さない。
また、 前述した浮きでトランスデューサを吊すタイプの従来のレジャー用の簡 易型魚群探知機は、 主としてトランスデューサの真下またはその近傍の魚群を探 知するものであるから、 水面に平行な方向の魚群を捉えることができないという 問題がある。
さらに、 前述した特開平 1 1一 1 1 8 9 2 7号公報に記載された船舶用ソナー では、 前方監視用および深度監視用の二つのトランスデューサが設けられている ので、 二方向について探知を行うことができるものの、 それらの探知範囲は連続 しておらず、 探知範囲同士の間に隙間が形成されているので、 魚群の位置を鉛直 面内において 2次元的に捉えることはできない。 そして、 この船舶用ソナ一によ る前方表示画面 （前方の障害物までの距離と時間との関係を示すグラフ） と深度 表示画面 （水底までの距離と時間との関係を示すグラフ） とは、 同一画面上に隣 接表示されるが、 それぞれ個別に表示されたグラフを同一画面上に並べるだけな ので、 魚群の位置を一つのグラフで 2次元的に表示するものではない。
また、 前述した特開 2 0 0 3 - 2 9 4 8 3 2号公報で提案されている魚群探知 機では、 複数のトランスデューサへの励振電力の供給開始タイミングをずらす制 御を行うことはできるものの、 魚群の位置を簡易な構造で、 かつ、 多次元的 （2 次元的または 3次元的） に捉えるという課題を解決するものではない。
従って、 本発明の目的は、 魚群の位置を簡易な構造で、 かつ、 水面に平行な方 向も含めて多次元的に捉えることができる魚群探知機および魚群探知機用トラン スデューサを提供するところにある。 発明の開示
本発明は、 水中に超音波を出射してその反射波を捉えることにより魚群を探知 する魚群探知機において、 水中への超音波の出射およびその反射波の受信を行う 複数の圧電素子を含むトランスデューサと、 このトランスデューサ内の複数の圧 電素子によりそれぞれ受信した各反射波に基づき各反射波毎に個別に魚影を識別 する処理を行う魚影識別処理手段と、 この魚影識別処理手段により識別した魚影 を表示装置の画面上に表示する処理を行う魚影表示処理手段とを備え、 複数の圧 電素子は、 それぞれ異なる方向に指向性の中心線を向けて配置されるとともに、 少なくとも一つの鉛直面について、 同一鉛直面内で水面に対して平行または略平 行な方向を含む複数の方向に指向性の中心線を向け、 かつ、 探知範囲に隙間が形 成されなレ、状態で配置されていることを特徴とするものである。
ここで、 「少なくとも一つの鉛直面について」 とあるので、 トランスデューサ 内には、 水面に対して平行または略平行な方向に指向性の中心線を向けて配置さ れた水面近傍探知用の圧電素子と、 この水面近傍探知用の圧電素子よりも指向性 の中心線を下方に向けて配置された少なくとも一つの圧電素子との組合せが、 一 組のみ （一つの鉛直面についてのみ） 設けられていてもよく、 複数組 （複数の鉛 直面について） 設けられていてもよレ、。 なお、 省電力、 軽量化、 構造簡易化等の 観点からは、 一組のみ設けられていることが好ましく、 特に、 レジャー用等の簡 易型魚群探知機では、 一組のみであっても、 ユーザが探知対象となる鉛直面の方 向を自ら選択して定めれば、 探知目的を達することができ、 あるいはユーザ自身 がトランスデューサの向きを人為的に変化させ （従って、 前述したような機械的 に超音波ビームを振る従来の探知方法ではない。 ） 、 探知対象となる鉛直面の方 向を振ることにより、 ユーザは、 魚群の位置を容易に 3次元的に把握することが 可能となる。
また、 「探知範囲に隙間が形成されない状態」 とは、 同一鉛直面内に指向性の 中心線が収まる状態で配置された各圧電素子から所定の拡がり角度で放射状に出 射される各超音波の拡がり範囲同士の間に隙間が形成されない状態をいう。 そし て、 各圧電素子の探知範囲同士の間に隙間が形成されなければよいので、 探知対 象となる鉛直面内において、 各圧電素子の探知範囲同士が重なっていてもよく、 あるいは重なることなく連続していてもよい。 なお、 省電力、 軽量化、 構造簡易 化等の観点からは、 各圧電素子の探知範囲は重ならない方が効率的で好ましい。 このような本発明の魚群探知機においては、 トランスデューサ内に、 それぞれ 異なる方向に指向性の中心線を向けて配置された複数の圧電素子が設けられ、 こ れらの圧電素子は、 少なくとも一つの鉛直面について、 同一鉛直面内で水面に対 して平行または略平行な方向を含む複数の方向に指向性の中心線を向けて配置さ れているので、 水平または略水平方向を含め、 複数の方向の魚群を探知すること が可能となり、 しかも各圧電素子の探知範囲が鉛直面内で隙間なく連続している ため、 魚群の位置を多次元的に捉えることが可能となる。 すなわち、 トランスデ ユーサ内に、 同一鉛直面内で水平または略水平方向を含めて複数の方向に指向性 の中心線を向けて配置された一組の圧電素子が設けられている場合には、 その鉛 直面內で魚群の位置を 2次元的に捉えることが可能となり、 このような圧電素子 の組が複数組、 つまり複数の鉛直面について設けられている場合には、 魚群の位 置を 3次元的に捉えることが可能となる。 そして、 一組のみの圧電素子が設けら れている場合であっても、 前述したようにユーザがトランスデューサの向きを人 為的に変えることにより、 魚群の位置を容易に 3次元的に捉えることが可能とな る。
また、 大きな船団や調査船に用いられる魚群探知機のようにトランスデューサ を機械的に回転させて超音波のビームを振る方式ではないため、 構造が簡易で、 かつ、 軽量であり、 レジャー等に用いられる簡易型魚群探知機に適しているうえ 、 保守も殆ど不要になるため、 ユーザによる保守の手間が軽減され、 これらによ り前記目的が達成される。
さらに、 前述した魚群探知機において、 同一鉛直面内に指向性の中心線が収ま る状態で配置された各圧電素子は、 全て同一または略同一の拡がり角度で超音波 を出射する指向性を有し、 かつ、 隣り合う指向性の中心線同士のなす角度が超音 波の拡がり角度と一致または略一致する状態で配置されていることが望ましい。 このように各圧電素子の指向性の中心線同士のなす角度を、 超音波の拡がり角 度と一致または略一致させて各圧電素子を配置した場合には、 同一鉛直面内にお ける各圧電素子の探知範囲を隙間なく並べることができるので、 同一鉛直面内に おいて魚群の位置を 2次元的に把握することが可能となるとともに、 同一鉛直面 内における各圧電素子の探知範囲を重なりなく並べることができるので、 省電力 、 軽量化、 構造簡易化等の観点から、 効率的な配置が実現されるうえ、 魚影表示 におけるゴースト発生 （探知範囲の重なり部分にいる 1つの魚群の重複表示） の 防止または抑制も図られる。
また、 前述した魚群探知機において、 水面に対して平行または略平行な方向に 指向性の中心線を向けて配置された圧電素子への励振電力は、 同一鉛直面内で他 の方向に指向性の中心線を向けて配置された圧電素子への励振電力よりも少ない ことが望ましい。
このように水面近傍探知用の圧電素子への励振電力を他の圧電素子への励振電 力よりも少なくした場合には、 魚群探知機全体の電力の消費量を抑えることが可 能となり、 バッテリ寿命を長持ちさせることができるようになる。 この場合、 水 面近傍探知用の圧電素子の指向性の中心線は、 水面に対して平行または略平行な 方向に向けられているので、 この圧電素子から出射された超音波は水面で反射さ れる。 従って、 水面下方に指向性の中心線を向けた通常の場合 （反射なしの場合 ) に比べ、 同じ励振電力を供給するものとすれば、 同じ距離だけ離れた位置で、 音場の強さは約 2倍の大きさとなる。 このため、 水面近傍探知用の圧電素子への 励振電力を、 他の圧電素子への励振電力よりも少なくしても、 他の圧電素子と同 等な強さの音場が形成される。
なお、 水面に対して平行または略平行な方向に超音波を向けた場合には、 上記 のように水面での反射の影響で、 超音波の音場の強さが、 水面下方に向けた通常 の場合に比べ、 約 2倍の大きさとなるので、 同じ励振電力を供給するものとすれ ば、 水面下方に向けた通常の場合に比べ、 超音波が遠方まで到達するようになり 、 遠方まで魚群の探知が可能となる。 従って、 水面に対して平行または略平行な 方向について、 より遠方まで魚群の探知を行う場合には、 水面近傍探知用の圧電 素子への励振電力は、 他の圧電素子への励振電力よりも少なくしなくてもよい。 さらに、 前述した魚群探知機において、 魚影表示処理手段は、 魚影識別処理手 段により各反射波毎に個別に識別された魚影を、 横軸を水平距離とし、 かつ、 縦 軸を水深として、 同一鉛直面内に指向性の中心線が収まる状態で配置された各圧 電素子の探知範囲に対応させて同一画面内に複合表示する処理を行う構成とされ ていることが望ましい。
ここで、 「各圧電素子の探知範囲に対応させて」 とは、 各圧電素子から所定の 角度で拡がる各圧電素子の探知範囲に対応する範囲 （画面上における範囲） 内に 各魚影を表示すればよい趣旨であり、 必ずしも指向性の中心線に対応する位置 （ 画面上における位置） の真上に魚影を表示するという意味ではない。 特に、 水面 に対して平行または略平行な方向に指向性の中心線を向けて配置された水面近傍 探知用の圧電素子は、 水面での超音波の反射を利用して探知を行うので、 他の方 向に指向性の中心線を向けて配置された圧電素子の場合に比べ、 探知範囲が約半 分の角度になり、 圧電素子の指向性の中心線と探知範囲の中心線とは一致しない こと力ゝら、 指向性の中心線に対応する位置の真上に魚影を表示するのではなく、 例えば、 探知範囲の中心線に対応する位置の真上等に魚影を表示してもよい。 このように各圧電素子により受信した各反射波毎に個別に識別された魚影を同 一画面内に複合表示する構成とした場合には、 魚群の位置を画面上で 2次元的に 表示することが可能となり、 ユーザが魚群の位置を視覚的に容易に把握できるよ うになる。
そして、 上記のように各圧電素子により受信した各反射波毎に個別に識別され た魚影を同一画面内に複合表示する構成とした場合において、 魚影表示処理手段 は、 携帯電話機の外部からネットワークを介して予め取得されて携帯電話機に保 存された外部取得プログラムにより実現され、 この外部取得プログラムを実行し 、 携帯電話機に設けられた表示装置の画面上に魚影を表示する処理を行う構成と されていることが望ましい。
ここで、 「ネットワーク」 とは、 例えば、 携帯電話網とインターネットとの組 合せ等である。
また、 「外部取得プログラム」 とは、 WE Bブラウザ等の携帯電話機に内蔵さ れたプログラムではなく、 携帯電話機購入後にユーザにより、 ネットワークに接 続されたサーバから取得され、 魚群探知処理を行う前に予め携帯電話機のメモリ に保存しておかれるプログラムを意味し、 例えば、 携帯電話会社が提供するネッ トワーク接続サービスの仕様である 「iアプリ」 や 「E Zアプリ」 等 （各商標） に従って作成された J AV Aアプリケーション （J AV Aは、 登録商標） 等であ る。
このように携帯電話機に設けられた表示装置に魚影を表示する構成とした場合 には、 ユーザが既に所有している携帯電話機の機能を利用して魚影表示を行うこ とができるので、 魚群探知機の製造コストの低減が図られる。
また、 前述した魚群探知機において、 魚影識別処理手段は、 複数の圧電素子に よりそれぞれ受信した各反射波から得られた各魚群探知信号について、 トランス デューサの近傍の水面波または水底地形から発生する高周波雑音を除去するのに 十分な長さのサンプリング時間間隔でサンプリングを行うとともに、 サンプリン グした信号値をそのままサンプリング時間間隔に相当する時間だけ保持する近似 を行い、 この保持された時間中に、 サンプリングした信号値と同一の値をサンプ リング値とする擬似的なサンプリング点を設けることによりエリァシングの影響 を除去し、 高速フーリエ変換を行う構成とされていることが望ましい。
このようにサンプリング時間間隔を高周波雑音を除去できる程度に十分に長く 2004/000984
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とり、 かつ、 擬似的なサンプリング点を設けて高速フーリエ変換を行う構成とし た場合には、 サンプリング時間間隔を長くすることにより高周波雑音を除去する ことが可能となるうえ、 サンプリングするデータ数を少なくすることができるの で、 高速フーリェ変換の信号処理時間が短くなり、 高速処理およびそれに伴う電 力消費量削減が可能となるとともに、 擬似的なサンプリング点を設けるので、 サ ンプリング時間間隔を長くしても、 後述するエリアシングの影響を受けることな く高速フーリエ変換処理を行うことが可能となる。
そして、 上記のようにサンプリング時間間隔を高周波雑音を除去できる程度に 十分に長くとり、 かつ、 擬似的なサンプリング点を設けて高速フーリエ変換を行 う構成とした場合において、 サンプリング時間間隔は、 4〜8 m sであることが 望ましい。
このようにサンプリング時間間隔を 4〜 8 m s (ミリ秒） とした場合には、 距 離分解能を高周波雑音除去に好適な 3〜 6 m程度にすることが可能となる。 また、 以上に述べた魚群探知機に用いられるトランスデューサとして、 次のよ うな本発明の魚群探知機用トランスデューサが挙げられる。
すなわち、 本発明は、 水中に超音波を出射してその反射波を捉えることにより 魚群を探知する魚群探知機に用いる魚群探知機用トランスデューサにおいて、 水 中への超音波の出射おょぴその反射波の受信を行う複数の圧電素子を備え、 これ らの複数の圧電素子は、 それぞれ異なる方向に指向性の中心線を向けて配置され るとともに、 少なくとも一つの鉛直面について、 同一鉛直面内で水面に対して平 行または略平行な方向を含む複数の方向に指向性の中心線を向け、 かつ、 探知範 囲に隙間が形成されない状態で配置されていることを特徴とするものである。 そして、 上述した魚群探知機用トランスデューサにおいて、 同一鉛直面内に指 向性の中心線が収まる状態で配置された各圧電素子は、 全て同一または略同一の 拡がり角度で超音波を出射する指向性を有し、 かつ、 隣り合う指向性の中心線同 士のなす角度が超音波の拡がり角度と一致または略一致する状態で配置されてい T/JP2004/000984
10 ることが望ましい。
さらに、 以上に述べた魚群探知機用トランスデューサにおいて、 水面に対して 平行または略平行な方向に指向性の中心線を向けて配置された圧電素子への励振 電力は、 同一鉛直面内で他の方向に指向性の中心線を向けて配置された圧電素子 への励振電力よりも少ないことが望ましい。
以上に述べたように本発明によれば、 トランスデューサ内に、 それぞれ異なる 方向に指向性の中心線を向けて配置された複数の圧電素子が設けられ、 これらの 圧電素子は、 少なくとも一つの鉛直面について、 同一鉛直面内で水面に対して平 行または略平行な方向を含む複数の方向に指向性の中心線を向けて配置されてい るので、 水平または略水平方向を含め、 複数の方向の魚群を探知することができ 、 しかも各圧電素子の探知範囲が鉛直面内で隙間なく連続しているため、 魚群の 位置を多次元的に捉えることができるうえ、 従来のようなトランスデューサを機 械的に回転させて超音波ビームを振る方式の場合に比べ、 簡易な構造で魚群の位 置を多次元的に捉えることができるという効果がある。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の一実施形態の魚群探知機の全体構成図である。
第 2図は、 前記実施形態の魚群探知機の外観を示す概略斜視図である。
第 3図は、 前記実施形態のトランスデューサの断面図である。 .
第 4図は、 前記実施形態の魚群探知機の使用状態を示す説明図である。
第 5図は、 前記実施形態のトランスデューサ内の各圧電素子の探知範囲、 およ ぴ水面近傍探知用の圧電素子から出射された超音波が水面で反射される状態の説 明図である。
第 6図は、 前記実施形態の魚群探知機による処理の流れを示すフローチヤ一ト の図である。
第 7図は、 前記実施形態の受信超音波 （反射波） から得られた電圧信号 （魚群 探知信号） の一例を示す図である。
第 8図は、 前記実施形態の魚群探知機でサンプリングした電圧値の一例を示す 図である。
第 9図は、 前記実施形態の魚群探知機で行つた高速フーリェ変換の処理結果の 一例を示す図である。
第 1 0図は、 前記実施形態の魚群探知機で表示された魚影表示画面の一例を示 す図である。
第 1 1図は、 本発明の変形の形態を示す構成図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、 添付の図面に従ってこれを説明する。 第 1図は、 本発明の一実施形態の魚群探知機 1 0の全体構成図であり、 第 2図 は、 魚群探知機 1 0の外観を示す概略斜視図である。 また、 第 3図は、 トランス デューサ 2◦の断面図であり、 第 4図は、 魚群探知機 1 0の使用状態を示す説明 図であり、 第 5図は、 トランスデューサ 2 0内の各圧電素子 2 1， 2 2の探知範 囲、 および水面近傍探知用の圧電素子 2 1から出射された超音波が水面 1で反射 される状態の説明図である。
第 1図および第 2図において、 魚群探知機 1 0は、 水中に設置して魚群探知用 の超音波の送受信を行う トランスデューサ 2 0と、 このトランスデューサ 2 0と ケーブル 1 1で接続された本体 4 0とを備えて構成されている。 第 4図に示すよ うに、 トランスデューサ 2 0は、 主としてレッダホルダ 3 0によりユーザの足に 装着されて使用されるものであり、 一方、 本体 4 0は、 主としてユーザが手に持 つて使用するものである。
第 1図および第 3図において、 トランスデューサ 2 0は、 水中への超音波の出 射およびその反射波の受信を行う第 1の圧電素子 2 1および第 2の圧電素子 2 2 と、 これらの第 1、 第 2の圧電素子 2 1， 2 2からそれぞれ水中に超音波を出射 2004/000984
12 させるために超音波励振パルスを発生して第 1、 第 2の圧電素子 21, 22に送 る励振回路 23， 24と、 第 1、 第 2の圧電素子 21， 22によりそれぞれ受信 されて各超音波 （各反射波） から電圧に変換された信号を増幅する電圧増幅回路 25， 26とを備えている。 なお、 第 3図では、 電圧増幅回路 25, 26の図示 は省略されている。
また、 トランスデューサ 20は、 水温を検出するサーミスタ 27と、 このサー ミスタ 27により検出された水温を電圧に変換する電圧変換回路 28とを備えて いる。 これらのサーミスタ 27および電圧変換回路 28により得られた水温のデ ータは、 水中の音速の補正に用いられる。
第 3図おょぴ第 5図において、 第 1、 第 2の圧電素子 21, 22から出射され る超音波の指向性は、 各圧電素子 21， 22を頂点とする円錐状を成し、 それら の拡がり角度 Θい θ 2 (第 5図参照） は、 本実施形態では、 両者一致しており 、 例えば、 6 i= Θ 2= 10度等である。 そして、 トランスデューサ 20が正常 な使用状態 （第 3図に示す姿勢） に置かれたときに、 第 1の圧電素子 21は、 そ の指向性の中心線 C 1 (第 5図参照） が水面 1に対して平行または略平行な方向 に向くように配置されて水面近傍探知用の圧電素子となり、 第 2の圧電素子 22 は、 その指向性の中心線 C 2 (第 5図参照） 力 S、 第 1の圧電素子 21の指向性の 中心線 C 1 (つまり、 水平または略水平な方向） に対して α 2度だけ下向きにな るように配置されている。 そして、 各圧電素子 21， 22は、 これらの指向性の 中心線 C I, C 2が、 同一の鉛直面内に収まる状態に配置されている。 本実施形 態では、 各圧電素子 21， 22の指向性の中心線 C 1, C2同士のなす角度ひ 2 は、 各圧電素子 21， 22から出射される超音波の拡がり角度 0い θ 2と一致 し、 例えば、 α2= 10度等となっており、 各圧電素子 21, 22の探知範囲が 重ならず、 かつ、 隙間なく連続するようになっている。
また、 第 5図に示すように、 水面近傍探知用の圧電素子である第 1の圧電素子 21から出射された超音波は、 圧電素子 21を頂点として円錐状に拡がるため、 その円錐の鉛直方向の断面の外縁を示す母線を射線 K 1， Κ 2とする。 このとき 、 圧電素子 2 1から鉛直面内で斜め上方に出射された超音波は、 第 5図中の点線 で示すように、 射線 Κ 1の方向には直進せず、 水面 1で略完全に反射されて斜め 下方に向かい、 射線 Κ 3に沿って水面下に進路を変更する。 射線 Κ 1よりも出射 角 （中心線 C 1からの角度） が小さな超音波も、 これと同様に水面 1によって反 射されて水面下に進路を変更する。 これにより水面 1と射線 Κ 3との間に挟まれ る領域内には、 水面 1が無い場合と比較して約 2倍の強さの超音波を送り込むこ とが可能となる。 このため、 水面 1と斜線 Κ 3との間に挾まれる領域内に存在す る魚群によって反射されて圧電素子 2 1に戻ってくる超音波の強さも、 水面 1が 無い場合の約 2倍となり、 トランスデューサ 2 0より遠方の魚群の探知が容易に 可能となり、 あるいは第 1の圧電素子 2 1への励振電力を第 2の圧電素子 2 2へ の励振電力よりも少なくすることが可能となる。 なお、 水中の超音波が水面 1に よって反射される際の反射率は、 9 9 . 9 %程度にまで及ぶ。
そして、 以上のように、 第 1の圧電素子 2 1から出射された超音波は水面 1で 反射されるので、 圧電素子 2 1の探知範囲 （角度） は、 超音波の出射拡がり角度 ø iの約半分の角度となり、 例えば、 （^ 72 ) = 5度 （0度〜 5度の範囲） 等となる。 従って、 圧電素子 2 1の探知範囲の中心線 T 1と、 圧電素子 2 1の指 向性の中心線 C 1 (つまり、 水平または略水平な方向） とのなす角度 は、 例 えば、 0^ = 2 . 5度等である。
一方、 第 2の圧電素子 2 2の探知範囲 （角度） は、 超音波の出射拡がり角度 Θ 2の全角度となるので、 例えば、 5度〜 1 5度の範囲等となる。 従って、 圧電素 子 2 2の探知範囲の中心線 T 2は、 圧電素子 2 2の指向性の中心線 C 2と一致す る。
第 1図において、 本体 4 0は、 励振回路 2 3と電圧増幅回路 2 5との通電切換 を行うスィツチング回路 4 1と、 励振回路 2 4と電圧増幅回路 2 6との通電切換 を行うスイッチング回路 4 2と、 電圧増幅回路 2 5のアナログ出力信号をデジタ ル信号に変換する A— Dコンバータ 4 3と、 電圧増幅回路 2 6のアナログ出力信 号をデジタノレ信号に変換する A— Dコンバータ 4 4と、 電圧変換回路 2 8のアナ ログ出力信号をデジタル信号に変換する A— Dコンバータ 4 5と、 各部に電力を 供給するバッテリ 4 6と、 液晶画面等の表示装置 4 7と、 魚群探知に必要な各種 の処理を行う処理手段 5 0とを備えている。
パッテリ 4 6は、 スイッチング回路 4 1 , 4 2、 A— Dコンバータ 4 3〜4 5 、 表示装置 4 7、 図示されない C P U、 およびトランスデューサ 2 0に電力を供 給するものである。 そして、 第 1の圧電素子 2 1に超音波励振パルスを送る励振 回路 2 3へ供給する励振電力は、 前述したように水面 1での超音波の反射により 圧電素子 2 1の音場が強くなることから （第 5図参照） 、 第 2の圧電素子 2 2に 超音波励振パルスを送る励振回路 2 4へ供給する励振電力よりも少なくすること ができる。
処理手段 5 0は、 送受信制御手段 5 1と、 魚影識別処理手段 5 2と、 魚影表示 処理手段 5 3とを含んで構成されている。
送受信制御手段 5 1は、 スィツチング回路 4 1， 4 2を制御して第 1、 第 2の 圧電素子 2 1， 2 2による各超音波の出射タイミングとそれらの各反射波の受信 タイミングとを切り換える時間的制御を行うものである。
魚影識別処理手段 5 2は、 第 1、 第 2の圧電素子 2 1， 2 2によりそれぞれ受 信した各超音波 （各反射波） から得られた各魚群探知信号 （各電圧信号） に基づ き、 各反射波毎に個別に魚影を識別する処理を行うものである。 この魚影識別処 理手段 5 2は、 第 1、 第 2の圧電素子 2 1， 2 2によりそれぞれ受信した各反射 波から得られた各魚群探知信号について、 高周波雑音を除去するのに十分な長さ のサンプリング時間間隔 （例えば、 4〜 8 m s等） でサンプリングを行うととも に、 サンプリングした信号値をそのままサンプリング時間間隔に相当する時間だ け保持する近似を行い、 この保持された時間中に、 サンプリングした信号値と同 一の値をサンプリング値とする擬似的なサンプリング点を設けることによりエリ 4 000984
15 ァシングの影響を除去し、 高速フーリエ変換 （F F T： First Fourier
Transform) を行うものである。
魚影表示処理手段 5 3は、 第 1、 第 2の圧電素子 2 1， 2 2により受信した各 反射波毎に魚影識別処理手段 5 2により個別に識別された魚影を、 横軸を水平距 離とし、 かつ、 縦軸を水深として、 第 1、 第 2の圧電素子 2 1， 2 2の探知範囲 に対応させて同一画面 （第 1 0図参照） 内に複合表示する処理を行うものである 以上において、 処理手段 5 0に含まれる各手段 5 1〜5 3は、 本体 4 0の内部 に設けられた中央演算処理装置 （C P U) 、 およびこの C P Uの動作手順を規定 する一つまたは複数のプログラムにより実現される。
このような本実施形態においては、 以下のようにして魚群探知機 1 0を用いて 魚群探知が行われる。
第 6図には、 魚群探知機 1 0による処理の流れがフローチャートで示されてい る。 先ず、 ユーザは、 事前準備として、 第 4図に示すように、 自分の足にレッダ ホルダ 3 0を卷いてトランスデューサ 2 0を装着し、 トランスデューサ 2 0を水 中の比較的浅い位置に所定の姿勢 （第 3図の姿勢） で配置する。
続いて、 ユーザは、 本体 4 0の電源を入れ、 魚群探知機 1 0による魚群探知処 理を開始する （ステップ S 1 ) 。 魚群探知処理が開始されると、 本体 4 0の送受 信制御手段 5 1からスイッチング回路 4 1に制御信号が送信され、 スイッチング 回路 4 1によって励振回路 2 3が作動され、 励振回路 2 3で超音波励振パルスが 発生し、 この超音波励振パルスが第 1の圧電素子 2 1に加えられる （ステップ S 2 ) 。 この際、 励振のための電圧は、 例えば、 1 0 0ボルト程度の振幅で数ミリ 秒程度加えられる。 但し、 励振のための電圧は、 第 1の圧電素子 2 1による探知 では、 水面 1での反射を利用した探知となるので、 第 2の圧電素子 2 2による探 知の場合に比べ、 小さくしてもよい。 そして、 このような励振により、 強度の強 い超音波が、 第 1の圧電素子 2 1から水中に一定時間 （数ミリ秒程度） 出射され る。 以上の超音波の発振時間の制御は、 送受信制御手段 5 1により行われる。 次に、 送受信制御手段 5 1からスイッチング回路 4 1に送受信の切換を行うた めの制御信号が送信され、 スィツチング回路 4 1によって電圧増幅回路 2 5を作 動させる。 この状態で、 圧電素子 2 1が、 魚群から反射して戻ってくる超音波 （ 反射波） を受信すると、 この受信超音波は、 圧電素子 2 1により電圧信号に変換 された後、 電圧増幅回路 2 5により増幅され、 ケーブル 1 1を介して本体 4 0の A— Dコンバータ 4 3に送られる。 この際の増幅後の電圧信号の一例が、 第 7図 に示されている。 第 7図の信号は、 数ミリ秒程度の 1回の超音波の出射で得られ る受信信号である。 なお、 この電圧信号は、 圧電素子 2 1により超音波を受音す ると、 交播電流が得られるので、 これを整流し、 さらに超音波の振動周期程度の 時定数を持つ積分回路で平滑して単電極の電圧信号としたものを増幅して得られ た信号である。 以上の超音波の受信時間の制御は、 送受信制御手段 5 1により行 われる。
また、 以上のように圧電素子 2 1により超音波を受信し、 電圧信号に変換して 電圧増幅回路 2 5で増幅する処理を行っている最中に、 送受信制御手段 5 1から 魚影識別処理手段 5 2にサンプリング開始の信号が送られ、 魚影識別処理手段 5 2は、 この信号を受けて A— Dコンバータ 4 3に制御信号を送信し、 所定の時間 間隔で所定時間だけサンプリングを行い、 電圧増幅回路 2 5による増幅後のアナ ログ電圧信号を、 デジタル信号に変換する （ステップ S 3 ) 。 そして、 サンプリ ング時間間隔は、 例えば、 1回の超音波出射時間 （数ミリ秒程度） と略等しいか 、 それより長い時間間隔とする。 この際、 サンプリング時間間隔を短くしてパヮ 一.スペクトルを求めると、 水中の種々の高周波雑音を拾うので、 サンプリング 時間間隔は、 この高周波雑音を除去できるように、 例えば、 8 . 0 m s (ミリ秒 ) 程度等とし、 十分に長い時間間隔とする。 また、 雑音が少ない場合には、 例え ば、 4 . O m s程度のサンプリング時間間隔としてもよい。
なお、 サンプリング時間間隔は、 次のようにして求められる。 音速を Vとし、 P T/JP2004/000984
17
サンプリング時間間隔を Δ tとし、 測定距離の分解能を Δ dとすると、 A t = 2 X厶 dZvの関係となる。 ここで、 音速を V - 148 Om/ sとすると、 A t 1. 35 ΧΔ (1 (m s) (A dの単位は m) である。 従って、 例えば、 A d = 3 (m) で、 Δ t 4. 05 (m s) となり、 Δ d = 6 (m) で、 Δ t = 8. 10 (ms) となる。 このため、 距離分解能が 3〜 6 m程度になるようにするため、 4 ~ 8 m s程度の長いサンプリング時間間隔とすることが好ましい。
その後、 魚影識別処理手段 52により、 サンプリングした電圧データを用いて F FTの処理を行う （ステップ S 4) 。 この際、 前述したように高周波雑音を除 去するために、 サンプリング時間間隔を、 例えば 4〜8ms程度と長くしたので 、 エリアシング （aliasing) の影響が出ないように、 実際のサンプリング点の間 (サンプリング時間間隔に相当する時間帯） に、 擬似的なサンプリング点を設け て F F Tを行う。 この擬似的なサンプリング点における仮想サンプリング値は、 直前に実際にサンプリングされた電圧値と同じとする。 従って、 サンプリングし た電圧値を、 そのままサンプリング時間間隔に相当する時間だけ保持する近似、 すなわち次回のサンプリング時まで保持する近似を行ったことになる。
なお、 エリアシングとは、 サンプリング周波数 （サンプリング時間間隔の逆数 ) 力 サンプリング対象となる信号が持つスペク トルの最大周波数の 2分の 1以 下になると、 ナイキスト周波数 （サンプリング周波数の 2分の 1) の近くで、 信 号の持つスぺクトルが重なってひずみが発生し、 正確なスぺクトルが得られなく なる現象である。
また、 特に高周波雑音の多いトランスデューサ 20から 5 m付近 （第 7図の電 圧信号の立ち上がり後の初めの 6. 8ms程度） からの雑音も消去するために、 電圧信号の立ち上がりの初めの部分 Z (第 7図参照） は、 サンプリングしていな い。
以上のようにしてサンプリングを行った結果の一例が、 第 8図に示されている 。 第 8図には、 一例として 8. Om s間隔でサンプリングされた電圧値がそのま ま保持され、 受信超音波から得られた電圧信号が階段状に近似された状態が示さ れている。
そして、 以下に、 擬似的なサンプリング点を設けてエリアシングの影響を受け ずに F FTの処理を行う方法について説明する。 サンプリング時間間隔をて、 サ ンプリング数を Nとし、 サンプリングした電圧信号について F FTの処理を行つ て得られたデータを FT [n] ( n = 0 , 1, 2, 3， ···, Ν— 1) とする。 こ のデータ数は、 サンプリング数 Νと等しい。 ここで、 η = 0〜 （Ν— 1) は、 ス ぺクトルの横軸 （周波数） を示すものであり、 サンプリング周波数を f sとする と、 F FTの処理により、 周期 f sで繰り返されるスペクトルが得られるので、 その一周期分に相当する周波数を指し示すように、 0以上から f s未満の周波数 に対応する整数の指標として定めたものである。
しかし、 前述したように高周波雑音を除去するためにサンプリング時間間隔て を十分に長くするので、 サンプリング数 Nが少なくなるため、 Ft [n] の高周 波部分 (nが、 N/2となる部分、 すなわち f s/2の部分） では、 サンプリン グ定理よりスペクトルに歪み （エリアシングの現象） が生じる。
そこで、 これを避けるため、 第 8図に示すように、 サンプリングした電圧値を 保持して受信超音波による電圧信号が階段状になるような近似を行い、 その保持 した部分にもサンプリング点があるものとし、 1回の実際のサンプリングに対し 、 それと同じサンプリング値となるサンプリング点が M個 （実際のサンプリング 点を含めて M個） あるものと擬制する。 従って、 Δ t =て ZMの時間間隔で NX M個のサンプリングをしたものとみなす。
このようにして擬似的なサンプリング点を設けて F F Tの処理を行って得られ たデータ FAt [k] は、 FT [n] を用いて次の式 （1) および式 （2) のよう に表現できる。
Figure imgf000021_0001
a ヽ- 兀（M-1)k . _ 、
(k=0,1,2,"-,NM-1) ここで、 mo d (k, N) は、 kを Nで除した際の剰余である。 以上より、 パ ヮー .スペク トル S [k] は、 次の式 （3) で与えられる。
Figure imgf000021_0002
これに対応する周波数 （横軸） .の刻み Δ f は、 Δ f = 1/ (ΝΜΔ t) = 1/ (Ν τ) である。 以上のような信号処理方法により F FTの処理を行う際には、 時間間隔 τでサンプリングされた電圧信号を用いるので、 Δ tでサンプリングす る場合に比べ、 データ数が 1ZMになり、 少なくなる。 このため、 F FTの処理 を高速に行うことが可能となる。
続いて、 魚影識別処理手段 52は、 第 1の圧電素子 2 1による受信超音波から 得られた魚群探知信号 （電圧信号） についての F FTの処理を行った後、 その F F Tの処理結果に基づき、 第 1の圧電素子 2 1の探知範囲内にいる魚影を識別す る処理を行う。 以下には、 この処理方法を説明する。
比較的大きな魚群の探知では、 魚群と岸との間で反射が繰り返されるので、 岸 力 距離 dの位置にいる魚群については、 次の式 （4) で示される周波数 f にパ ヮー ·スぺクトルのピークが現れると考えることができる。
f = v/ (2 d) (4) ここで、 vは、 水中での音速 （約 1480mZs) である。 また、 岸の位置 P (第 4図参照） とトランスデューサ 20の位置とは、 厳密に言えば異なるが、 本 4 000984
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実施形態では、 これらは略等しいものと考えて、 すなわち岸の位置： Pから魚群ま での距離 dと、 トランスデューサ 2 0から魚群までの距離とは、 略等しいものと 考えて処理を行うものとする。
そこで、 上記の考え方に従って、 パワー ·スぺクトルの周波数を距離に換算す る処理を行う。 第 9図には、 この換算処理を行って得られた、 横軸を距離とし、 縦軸をパワーとするグラフの一例が示されている。 第 9図では、 トランスデュー サ 2 0から 1 3 mの距離にピークがあるので、 魚影識別処理手段 5 2は、 この位 置に大きな魚影があるとする識別処理を行う。 また、 3 0 m以上の距離にも比較 的大きなスぺクトルが現れるが、 周期の長い低周波雑音によるものであるため、 魚影ではないとする識別処理が行われる。
なお、 第 2の圧電素子 2 2による受信超音波から得られた魚群探知信号 （電圧 信号） についての F F Tの処理を行った後、 その F F Tの処理結果に基づき、 第 2の圧電素子 2 2の探知範囲内にいる魚影を識別する処理も同様である。 従って 、 上記の説明では、 第 9図は、 第 1の圧電素子 2 1についての信号処理結果を示 すものとして説明したが、 第 2の圧電素子 2 2についての信号処理結果と考えて もよく、 第 1 0図には、 後者の信号処理結果と考えた場合の魚影表示の一例が示 されている。
次に、 魚影識別処理手段 5 2による魚影識別処理を行った後に、 魚影表示処理 手段 5 3により、 魚影識別処理手段 5 2により識別された魚影を、 表示装置 4 7 の画面上に表示する処理 （2回目以降は、 画面の更新処理となる。 ） を行う （ス テツプ S 5 ) 。
この際、 魚影表示処理手段 5 3は、 第 1の圧電素子 2 1についての信号処理結 果として得られた第 1の圧電素子 2 1の探知範囲 （角度） 内にある魚影について 、 その第 1の圧電素子 2 1の探知範囲に対応する画面領域内に、 魚影をグラフ表 示する処理を行う。 第 1 0図には、 表示装置 4 7の画面上に魚影をグラフ表示し た魚影表示画面 4 7 Aが示されている。 この魚影表示画面 4 7 Aは、 横軸 （右向 きが正方向） を水平距離とし、 つ、 縦軸 （下向きが正方向） を水深としている 。 魚影表示画面 4 7 Aの画面領域内において、 第 1の圧電素子 2 1の探知範囲に 対応する範囲は、 横軸 （水平方向に相当） に対して下向きに α ι度 (例えば、 α 1 = 2 . 5度等） の方向を中心とし、 角度幅が S i/ 2度 （例えば、 ^ iZ S S 度等） の範囲 （例えば、 0度〜 5度の範囲等） であり、 一方、 第 2の圧電素子 2 2の探知範囲に対応する範囲は、 横軸に対して下向きにひ 2度 （例えば、 ひ 2 = 1 0度等） の方向を中心とし、 角度幅が θ 2度 （例えば、 0 2 = 1 0度等） の範 囲 （例えば、 5度〜 1 5度の範囲等） である。
前述した第 9図の説明では、 第 1の圧電素子 2 1についての信号処理結果で、 一例として 1 3 mにピークが現れた場合の説明を行ったが、 ここでは、 第 1の圧 電素子 2 1についての信号処理結果で、 一例としてピークが現れなかったものと する。 従って、 第 1 0図の魚影表示画面 4 7 A内における第 1の圧電素子 2 1の 探知範囲に対応する範囲内には、 魚影は表示されていない。
なお、 グラフ表示と合わせて数値表示により魚影の位置を示す構成としてもよ く、 あるいはグラフ表示の画面と数値表示の画面とを切換可能な構成としてもよ レ、。
その後、 第 1の圧電素子 2 1についての信号処理を終了すると、 第 2の圧電素 子 2 2についての信号処理に移る。
すなわち、 第 1の圧電素子 2 1についての信号処理の場合と同様にして、 先ず 、 本体 4 0の送受信制御手段 5 1からスイッチング回路 4 2に制御信号が送信さ れ、 スイッチング回路 4 2によって励振回路 2 4が作動され、 励振回路 2 4で超 音波励振パルスが発生し、 この超音波励振パルスが第 2の圧電素子 2 2に加えら れる （ステップ S 6 ) 。 これにより、 強度の強い超音波が、 第 2の圧電素子 2 2 から水中に一定時間 （数ミリ秒程度） 出射される。
次に、 送受信制御手段 5 1からスィツチング回路 4 2に送受信の切換を行うた めの制御信号が送信され、 スィツチング回路 4 2によって電圧増幅回路 2 6を作 動させる。 この状態で、 圧電素子 2 2が、 魚群から反射して戻ってくる超音波 （ 反射波） を受信すると、 この受信超音波は、 圧電素子 2 2により電圧信号に変換 された後、 電圧増幅回路 2 6により増幅され、 ケーブル 1 1を介して本体.4 0の A— Dコンバータ 4 4に送られる。
また、 以上のように圧電素子 2 2により超音波を受信し、 電圧信号に変換して 電圧増幅回路 2 6で増幅する処理を行っている最中に、 送受信制御手段 5 1から 魚影識別処理手段 5 2にサンプリング開始の信号が送られ、 魚影識別処理手段 5 2は、 この信号を受けて A— Dコンバータ 4 4に制御信号を送信し、 所定の時間 間隔で所定時間だけサンプリングを行い、 電圧増幅回路 2 6による増幅後のアナ ログ電圧信号を、 デジタル信号に変換する （ステップ S 7 ) 。 このサンプリング 処理は、 第 1の圧電素子 2 1についての信号処理の場合と同様である。
その後、 魚影識別処理手段 5 2により、 サンプリングした電圧データを用いて F F Tの処理を行う （ステップ S 8 ) 。 この F F Tの処理は、 第 1の圧電素子 2 1についての信号処理の場合と同様である。
続いて、 魚影識別処理手段 5 2は、 第 2の圧電素子 2 2による受信超音波から 得られた魚群探知信号 （電圧信号） についての F F Tの処理を行った後、 その F F Tの処理結果に基づき、 第 2の圧電素子 2 2の探知範囲内にいる魚影を識別す る処理を行う。 この魚影識別処理は、 第 1の圧電素子 2 1についての信号処理の 場合と同様である。
次に、 魚影識別処理手段 5 2による魚影識別処理を行った後に、 魚影表示処理 手段 5 3により、 魚影識別処理手段 5 2により識別された魚影を、 表示装置 4 7 の画面上に表示する処理 （2回目以降は、 画面の更新処理となる。 ） を行う （ス テツプ S 9 ) 。
この際、 魚影表示処理手段 5 3は、 第 2の圧電素子 2 2についての信号処理結 果として得られた第 2の圧電素子 2 2の探知範囲 （角度） 内にある魚影について 、 その第 2の圧電素子 2 2の探知範囲に対応する画面領域内に、 魚影をグラフ表 示する処理を行う。 ここでは、 第 2の圧電素子 22についての信号処理結果とし て、 第 9図に示すような状態で、 一例として 1 3mにピークが現れたものとして 説明を行う。
第 1 0図の魚影表示画面 4 7 A内における第 2の圧電素子 22の探知範囲に対 応する範囲内には、 例えば秦印で示された魚影 47 Bが表示されている。 この魚 影 47Bは、 本実施形態では、 一例として、 第 2の圧電素子 2 2の探知範囲の中 心線 T 2 (第 5図参照） に対応する位置 （横軸に対して下向きに角度 α2をなす 方向線） の真上に表示されるものとする。 魚影 4 7 Βは、 距離 d = 1 3mの位置 にいる魚群であり、 横軸の水平距離が d X c o s 2= 1 3 c o s l 0° で、 縦 軸の水深が h= d X s i n CK 2= 1 3 s i n 1 0° の位置に表示されている。 なお、 第 1の圧電素子 2 1の探知範囲に対応する範囲内に、 距離 dにある魚影 を表示する場合には、 横軸の水平距離が d X c o s ct iで、 縦軸の水深が h= d X s i η α の位置に表示する。
また、 魚影表示のマークの形状は、 ·印に限らず、 任意であり、 例えば魚の形 状をしたマーク等でもよい。 また、 魚影表示のマークの大きさは、 本実施形態の ように全て均一としてもよいが、 魚群の大小を把握できるようにマークの大きさ を変化させる構成としてもよい。 例えば、 超音波が距離 dの自乗に反比例して減 衰していくことを考慮し、 第 9図におけるパワーから低周波雑音を除去した後の ピークの大きさに、 距離 dの自乗に比例する値をかけてピーク値の大小関係を補 正し、 マークの大きさを変化させてもよレ、。
そして、 以上のようにして第 1の圧電素子 2 1および第 2の圧電素子 2 2につ いての信号処理 （ステップ S 2 S 9) を終了すると、 魚群探知処理を続行する か否かを判断し （ステップ S 1 0) 、 続行する場合には、 再び、 ステップ S 2の 第 1の圧電素子 2 1の励振処理に戻り、 以降、 ステップ S 1 0で続行しないと判 断されるまで、 ステップ S 2 S 9の処理を繰り返す。 一方、 ユーザにより、 魚 群探知処理を中止するための操作等が行われ、 ステップ S 1 0で魚群探知処理を 続行しないと判断された場合、 あるいは本体 40の電源が OFFにされた場合に は、 一連の魚群探知処理を終了する (ステップ S 11) 。
このような本実施形態によれば、 次のような効果がある。 すなわち、 トランス デューサ 20内に、 それぞれ異なる方向に指向性の中心線を向けて配置された第 1、 第 2の圧電素子 21， 22が設けられ、 これらの圧電素子 21, 22は、 同 一鉛直面内で水面 1に対して平行または略平行な方向を含む 2方向に指向性の中 心線 CI, C 2 (第 5図参照） を向けて配置されているので （第 3図参照） 、 魚 群探知機 10は、 水平または略水平方向を含め、 複数の方向の魚群を探知するこ とができる。 しかも各圧電素子 21， 22の探知範囲は、 同一鉛直面内で隙間な く連続しているため、 この鉛直面内で魚群の位置を 2次元的に捉えることができ る。
そして、 ユーザがトランスデューサ 20の向きを人為的に変えることにより、 魚群の位置を 3次元的に捉えることも容易にできる。
また、 大きな船団や調査船に用いられる魚群探知機のようにトランスデューサ を機械的に回転させて超音波のビームを振る方式ではないため、 構造が簡易で、 かつ、 軽量であり、 レジャー等に用いられるのに適した簡易型の魚群探知機 10 を実現できる。 そして、 このように簡易な構造であるため、 保守も殆ど不要にな り、 ユーザによる保守の手間を軽減できる。
さらに、 第 1、 第 2の圧電素子 21, 22として、 同じ出射角度 （例えば、 Θ i e s^i o度等） で超音波が拡がる指向性を有する圧電素子を採用し、 これ らの圧電素子 21, 22の指向性の中心線 C 1, C2同士のなす角度 α2 (第 5 図参照） を、 各圧電素子 21, 22の超音波の拡がり角度 Θい 02と一致また は略一致させたので、 同一鉛直面内における各圧電素子 21， 22の探知範囲を 隙間なく並べることができ、 上述したように同一鉛直面内において魚群の位置を 2次元的に把握することができることに加え、 同一鉛直面内における各圧電素子 21， 22の探知範囲を重なりなく並べることができる。 このため、 省電力、 軽 量化、 構造簡易化等の観点から、 効率的な配置を実現できるうえ、 魚影表示にお けるゴースト発生 （探知範囲の重なり部分にいる 1つの魚群の重複表示） の防止 または抑制を図ることもできる。
また、 第 1の圧電素子 2 1により、 水面 1での反射を利用した探知を行うこと ができるので （第 5図参照） 、 第 1の圧電素子 2 1への励振電力を、 第 2の圧電 素子 2 2への励振電力よりも少なくすることができ、 このようにした場合には、 魚群探知機 1 0全体の電力の消費量を抑えることができ、 バッテリ寿命を長持ち させることができる。 そして、 同じ励振電力を付与するものとすれば、 第 1の圧 電素子 2 1から出射された超音波により形成される音場の強さは、 第 2の圧電素 子 2 2による音場の強さに比べ、 約 2倍の大きさとなるので、 第 1の圧電素子 2 1による水平方向の探知では、 第 2の圧電素子 2 2による探知に比べ、 より遠方 まで魚群の探知を行うことができる。 なお、 第 1の圧電素子 2 1と第 2の圧電素 子 2 2との間で励振電力の比を調整すれば、 第 1の圧電素子 2 1への励振電力を 、 第 2の圧電素子 2 2への励振電力よりも少なくし、 かつ、 第 1の圧電素子 2 1 の探知可能距離を、 第 2の圧電素子 2 2の探知可能距離よりも長くすることもで さる。
さらに、 魚影表示処理手段 5 3は、 第 1、 第 2の圧電素子 2 1， 2 2による受 信超音波から得られた各魚群探知信号 （各電圧信号） に基づき、 魚影識別処理手 段 5 2により第 6図のステップ S 4 , S 8で個別に識別された各魚影を、 各圧電 素子 2 1 , 2 2の探知範囲に対応させて同一画面 （第 1 0図の魚影表示画面 4 7 A) 内に複合表示するので、 魚群の位置を画面上で 2次元的に表示することがで きる。 このため、 ユーザは、 魚群の位置を視覚的に容易に把握することができる また、 魚影識別処理手段 5 2は、 サンプリング時間間隔を高周波雑音を除去で きる程度に十分に長くとり、 かつ、 擬似的なサンプリング点を設けて F F Tの処 理を行うので、 高周波雑音を除去し、 かつ、 エリアシング現象を生じさせない処 理を実現できる。
そして、 魚影識別処理手段 5 2は、 サンプリング時間間隔を長くすることによ り高周波雑音を除去するので、 サンプリングするデータ数を少なくすることがで き、 F F Tの信号処理時間を短くすることができる。 また、 移動平均等を用いて 雑音除去を行う場合に比べても、 簡単な処理で雑音を除去することができる。 こ のため、 高速処理の実現おょぴそれに伴う電力消費量の削減を図ることができる なお、 本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、 本発明の目的を達成 できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
すなわち、 前記実施形態では、 電圧増幅回路 2 5 , 2 6は、 トランスデューサ 2 0の内部に設けられていたが、 トランスデューサ 2 0内にスペースが確保でき ない場合や、 トランスデューサ 2 0の軽量化や小型化を図る場合等には、 本体 4 0側に設けてもよい。
また、 前記実施形態では、 各圧電素子 2 1 , 2 2の指向性の中心線 C 1 , C 2 同士のなす角度ひ 2は、 各圧電素子 2 1 , 2 2から出射される各超音波の拡がり 角度 Θい θ 2と一致していたが （第 5図参照） 、 中心線 C I , C 2同士のなす 角度 α 2を拡がり角度 0 Θ 2よりも小さくし、 各圧電素子 2 1 , 2 2の探知範 囲が重なる構成としてもよい。 伹し、 省電力、 軽量化、 構造簡易化、 魚影表示に おけるゴースト発生 （探知範囲の重なり部分にいる 1つの魚群の重複表示） の防 止または抑制等の観点から、 2と ， 0 2とは一致させることが好ましい。 さらに、 前記実施形態では、 各圧電素子 2 1 , 2 2から出射される各超音波の 拡がり角度 Sい θ 2は、 同じ角度であつたが （第 5図参照） 、 異なる拡がり角 度となる指向性を有する圧電素子を配置してもよく、 要するに、 鉛直面内におい て探知範囲に隙間が形成されなレ、配置であればよレ、。
そして、 前記実施形態では、 トランスデューサ 2 0内には、 2個の圧電素子 2 1， 2 2が設けられていたが、 3個以上の圧電素子を設け、 より広範囲な探知を 4000984
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行うことができる構成としてもよい。 この際、 例えば、 第 3、 第 4、 第 5の圧電 素子から出射される各超音波の拡がり角度を S 3， Θ 4) θ 5とし、 水平方向と第 3、 第 4、 第 5の圧電素子の指向性の各中心線 C 3， C4, C 5 (不図示） との なす角度を α3, 4, α5とすれば、 例えば、 Θ 3= θ 4= θ 5= 10度、 α3 = 20度、 ひ4=30度、 5 = 40度とし、 第 3、 第 4、 第 5の圧電素子の各探 知範囲を 15度〜 25度、 25度〜 35度、 35度〜 45度等とすることができ る。
また、 前記実施形態では、 第 1の圧電素子 21と第 2の圧電素子 22との励振 時間をずらして交互に超音波を出射する構成とされていたが （第 6図参照） 、 第 1の圧電素子 21の特性振動数と第 2の圧電素子 22の特性振動数とをずらして もよく、 この場合にも、 どちらの角度範囲に出射した超音波かを容易に特定する ことができる。
さらに、 前記実施形態では、 本体 40内に表示装置 47および魚影表示処理手 段 53が設けられていたが （第 1図参照） 、 第 1 1図に示す魚群探知機 200の ように、 表示装置およぴ魚影表示処理手段を本体の外部に設けてもよい。
第 1 1図において、 魚群探知機 200は、 前記実施形態の場合と同じトランス デューサ 20と、 本体 240と、 携帯電話機 260とを備えて構成されている。 本体 240を構成するスイッチング回路 241 , 242、 Α— Dコンバータ 24 3, 244, 245、 バッテリ 246、 処理手段 250の送受信制御手段 251 および魚影識別処理手段 252は、 それぞれ前記実施形態の本体 40を構成する 同一名称を付された各部と同じ構成および機能を有するものである。
携帯電話機 260は、 液晶画面等の表示装置 261と、 前記実施形態の魚影表 示画面 47 A (第 10図参照） の場合と同様な魚影の位置のグラフ表示および/ または数値表示を表示装置 261の画面上に行う魚影表示処理手段 262とを含 んで構成されている。
魚影表示処理手段 262は、 携帯電話機 260に搭載された CPU、 およびこ 4000984
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の CPUの動作手順を規定する外部取得プログラムにより実現される。 この外部 取得プログラムは、 WE Bブラウザ等の携帯電話機 260に内蔵されたプロダラ ムではなく、 ユーザが、 携帯電話機 260を購入後に、 ネットワークに接続され たサーバから取得し、 携帯電話機 260のメモリ （不図示） に保存しておいたプ ログラムであり、 例えば、 携帯電話会社が提供するネットワーク接続サービスの 仕様である 「iアプリ」 や 「EZアプリ」 等 （各商標） に従って作成された J A V Aアプリケーション等である。 より具体的には、 例えば、 CLDC (Connecte d Limited Device Configuration) の規格に従った J A V A実行環境等で動作す る JAVAアプリケーション等とすることが好適である。 この CLDCの規格と は、 J AVA2MEの一部として定義されている実行環境のうち、 携帯電話機や 携帯情報端末 (PDA) 等の小型端末であって CPUやメモリ容量等の機能に制 限があるデバイスを対象としたコンフィグレーションである。
第 1 1図の魚群探知機 200のような構成とした場合には、 魚影識別処理手段 252から携帯電話機 260の魚影表示処理手段 262へ、 魚影表示に必要な情 報 （識別した魚影の表示位置情報であり、 例えば、 メートル単位のままの情報で もよく、 画面上の座標位置に換算した情報でもよい。 ) が送信される。 この際、 魚影表示に必要な情報の送信は、 本体 240に接続したケーブル 1 1 (第 2図参 照） とは別のケーブル （不図示） を、 例えば、 携帯電話機 260に設けられてい る外部キーボード接続ポート （外部テンキー接続ポート） に差し込むことにより 行ってもよく、 あるレ、は I r DAポート、 USBポート、 ブルートゥースポート 等から送り込む構成としてもよい。
第 1 1図の魚群探知機 200のように、 携帯電話機 260に設けられた表示装 置 261の画面上に魚影を表示する構成とした場合には、 ユーザが既に所有して いる携帯電話機 260の機能を利用して魚影表示を行うことができるので、 魚群 探知機 200の製造コストの低減を図ることができる。
また、 前記実施形態の高速フーリエ変換処理、 すなわちサンプリング時間間隔 を高周波雑音を除去できる程度に十分に長くとり、 かつ、 擬似的なサンプリング 点を設けて高速フーリエ変換を行う処理は、 複数の圧電素子を備えたトランスデ ユーサを用いて魚群探知を行う場合への適用に限定されるものではないので、 前 記実施形態には、 次のような魚群探知機の発明および魚群探知方法の発明が内在 している。
すなわち、 水中に超音波を出射してその反射波を捉えることにより魚群を探知 する魚群探知機において、 水中への超音波の出射およびその反射波の受信を行う 圧電素子を含むトランスデューサと、 このトランスデューサ内の圧電素子により 受信した反射波に基づき魚影を識別する処理を行う魚影識別処理手段と、 この魚 影識別処理手段により識別した魚影を表示装置の画面上に表示する処理を行う魚 影表示処理手段とを備え、 魚影識別処理手段は、 圧電素子により受信した反射波 力 ら得られた魚群探知信号について、 トランスデューサの近傍の水面波または水 底地形から発生する高周波雑音を除去するのに十分な長さのサンプリング時間間 隔でサンプリングを行うとともに、 サンプリングした信号値をそのままサンプリ ング時間間隔に相当する時間だけ保持する近似を行い、 この保持された時間中に 、 サンプリングした信号値と同一の値をサンプリング値とする擬似的なサンプリ ング点を設けることによりエリァシングの影響を除去し、 高速フーリェ変換を行 う構成とされていることを特徴とする魚群探知機の発明が内在している。
また、 水中に超音波を出射してその反射波を捉えることにより魚群を探知する 魚群探知方法において、 トランスデューサ内に設けられた圧電素子により水中に 超音波を出射し、 その反射波を圧電素子により受信した後、 圧電素子により受信 した反射波に基づき魚影を識別する処理を行う際には、 圧電素子により受信した 反射波から得られた魚群探知信号について、 トランスデューサの近傍の水面波ま たは水底地形から発生する高周波雑音を除去するのに十分な長さのサンプリング 時間間隔でサンプリングを行うとともに、 サンプリングした信号値をそのままサ ンプリング時間間隔に相当する時間だけ保持する近似を行い、 この保持された時 間中に、 サンプリングした信号値と同一の値をサンプリング値とする擬似的なサ ンプリング点を設けることによりエリアシングの影響を除去し、 高速フーリエ変 換を行うことを特徴とする魚群探知方法の発明が内在している。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明に係る魚群探知機および魚群探知機用トランスデューサ は、 例えば、 トランスデューサをユーザの足に装着し、 このトランスデューサに より得られた魚群探知信号に基づき魚影を識別した結果を、 ユーザが手に持った 表示装置で画面表示するレジャー用の簡易型魚群探知機等に用いるのに適してい る。

Claims

請 求 の 範 囲 1 . 水中に超音波を出射してその反射波を捉えることにより魚群を探知する魚群 探知機において、
前記水中への前記超音波の出射およびその反射波の受信を行う複数の圧電素子 を含むトランスデューサと、
このトランスデューサ内の前記複数の圧電素子によりそれぞれ受信した前記各 反射波に基づき前記各反射波毎に個別に魚影を識別する処理を行う魚影識別処理 手段と、
この魚影識別処理手段により識別した前記魚影を表示装置の画面上に表示する 処理を行う魚影表示処理手段とを備え、
前記複数の圧電素子は、 それぞれ異なる方向に指向性の中心線を向けて配置さ れるとともに、 少なくとも一つの鉛直面について、 同一鉛直面内で水面に対して 平行または略平行な方向を含む複数の方向に指向性の中心線を向け、 かつ、 探知 範囲に隙間が形成されない状態で配置されていることを特徴とする魚群探知機。
2 . 前記同一鉛直面内に指向性の中心線が収まる状態で配置された前記各圧電素 子は、 全て同一または略同一の拡がり角度で前記超音波を出射する指向性を有し 、 かつ、 隣り合う指向性の中心線同士のなす角度が前記超音波の拡がり角度と一 致または略一致する状態で配置されていることを特徴とする請求の範囲第 1項記 載の魚群探知機。
3 . 水面に対して平行または略平行な方向に指向性の中心線を向けて配置された 前記圧電素子への励振電力は、 前記同一鉛直面内で他の方向に指向性の中心線を 向けて配置された前記圧電素子への励振電力よりも少ないことを特徴とする請求 の範囲第 1項記載の魚群探知機。
4 . 前記魚影表示処理手段は、 前記魚影識別処理手段により前記各反射波毎に個 別に識別された前記魚影を、 横軸を水平距離とし、 かつ、 縦軸を水深として、 前 記同一鉛直面内に指向性の中心線が収まる状態で配置された前記各圧電素子の探 知範囲に対応させて同一画面内に複合表示する処理を行う構成とされていること を特徴とする請求の範囲第 1項記載の魚群探知機。
5 . 前記魚影表示処理手段は、 携帯電話機の外部からネットワークを介して予め 取得されて前記携帯電話機に保存された外部取得プログラムにより実現きれ、 こ の外部取得プログラムを実行し、 前記携帯電話機に設けられた前記表示装置の画 面上に前記魚影を表示する処理を行う構成とされていることを特徴とする請求の 範囲第 4項記載の魚群探知機。
6 . 前記魚影識別処理手段は、 前記複数の圧電素子によりそれぞれ受信した前記 各反射波から得られた各魚群探知信号について、 前記トランスデューサの近傍の 水面波または水底地形から発生する高周波雑音を除去するのに十分な長さのサン プリング時間間隔でサンプリングを行うとともに、 サンプリングした信号値をそ のまま前記サンプリング時間間隔に相当する時間だけ保持する近似を行い、 この 保持された時間中に、 サンプリングした信号値と同一の値をサンプリング値とす る擬似的なサンプリング点を設けることによりエリアシングの影響を除去し、 高 速フーリェ変換を行う構成とされていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の魚群探知機。
7 . 前記サンプリング時間間隔は、 4〜8 m sであることを特徴とする請求の範 囲第 6項記載の魚群探知機。
8 . 水中に超音波を出射してその反射波を捉えることにより魚群を探知する魚群 探知機に用いる魚群探知機用トランスデューサにおいて、
前記水中への前記超音波の出射およびその反射波の受信を行う複数の圧電素子 を備え、
これらの複数の圧電素子は、 それぞれ異なる方向に指向性の中心線を向けて配 置されるとともに、 少なくとも一つの鉛直面について、 同一鉛直面内で水面に対 して平行または略平行な方向を含む複数の方向に指向性の中心線を向け、 かつ、 探知範囲に隙間が形成されない状態で配置されていることを特徴とする魚群探知 機用トランスデューサ。
9 . 前記同一鉛直面内に指向性の中心線が収まる状態で配置された前記各圧電素 子は、 全て同一または略同一の拡がり角度で前記超音波を出射する指向性を有し 、 かつ、 隣り合う指向性の中心線同士のなす角度が前記超音波の拡がり角度と一 致または略一致する状態で配置されていることを特徴とする請求の範囲第 8項記 載の魚群探知機用トランスデューサ。
1 0 . 水面に対して平行または略平行な方向に指向性の中心線を向けて配置され た前記圧電素子への励振電力は、 前記同一鉛直面内で他の方向に指向性の中心線 を向けて配置された前記圧電素子への励振電力よりも少ないことを特徴とする請 求の範囲第 8項記載の魚群探知機用トランスデューサ。
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