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技術 超音波送受波器及び超音波探知方法

出願人 日本無線株式会社
発明者 田中正吉前田賢哉
出願日 1998年11月4日 (22年1ヶ月経過) 出願番号 1998-313774
公開日 2000年5月26日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 2000-147095
状態 特許登録済
技術分野 超音波変換器 音波、超音波を用いた位置、速度等の測定
主要キーワード 配置線 低コスト省スペース 平面投影図 独立気泡スポンジ 励振期 伝搬経路差 開口形成面 PF7
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図面 (20)

課題

従来に比べ低コスト省スペースで、複数の方向について探知監視を行える装置を実現する。

解決手段

一辺Dの正三角形から構成される正三角形格子パターンを想定し、このパターン各格子点振動子12を配置する。このパターン上で一辺が2Dの正三角形と、この正三角形を取り囲み隣接する六角形と辺を接する六角形とを想定し、前者と後者とを別々の励振用配線22−1,22−2に接続する。想定した一辺が2Dの正三角形の各頂点及びその頂点に対向する辺の中点とを通る直線群を三組想定し、各組毎に受波用配線を接続する。XZ平面にてビームを提供する振動子アレイA、XZ平面に対して−2π/3傾いた平面にてビームを提供する振動子アレイB、及びXZ平面に対して2π/3傾いた平面にてビームを提供する振動子アレイCが形成される。信号TX1,TX2の位相同相逆相交互に切り換え受波側については7個の移相回路並列に設ける。これにより3倍密度配置・7方向同時探知超音波送受波器となる。

概要

背景

魚群探知機漁船等の操業支援する装置として有用である。魚群探知機は超音波送受波装置一種であり、船底に配設した超音波送受波器を用い、水中に超音波を送信し、魚群等からのエコーを受信する。魚群探知機は、エコーの受信によって探知した魚群等の映像を、上の表示器画面上に表示させる。

魚群探知機にて用いられる超音波送受波器のビーム指向性は、通常は、船底直下の魚群を探知できるよう設計されるが、船底直下以外の方向の魚群を探知できるよう超音波送受波器のビーム方向を船底直下方向に対して傾けた設計とすることも可能である。従って、船底に複数の超音波送受波器を設け、そのうち1個の超音波送受波器のビームを船底直下方向に向け、残りの超音波送受波器のビームを船底直下方向に対して傾いた方向に向けるように設計すれば、船底直下方向を含む複数の方向における魚群の存否規模等を探知することができる。このような構成の魚群探知機は、従来から、多面魚群探知機として知られている。

また、超音波送受波器の向きを機械的に変化させることによって、超音波の送受波方向を変化させることができる。例えば、船底に設けたソナードーム内に超音波送受波器及びこれを支持しかつ回動させる首振り機構を設けることによって、所望の方向を選びその方向における魚群の存否・規模等を探知することが可能になる。この種の魚群探知機は、従来から、サーチライト式魚群探知機として知られている。

概要

従来に比べ低コスト省スペースで、複数の方向について探知・監視を行える装置を実現する。

一辺Dの正三角形から構成される正三角形格子パターンを想定し、このパターン各格子点振動子12を配置する。このパターン上で一辺が2Dの正三角形と、この正三角形を取り囲み隣接する六角形と辺を接する六角形とを想定し、前者と後者とを別々の励振用配線22−1,22−2に接続する。想定した一辺が2Dの正三角形の各頂点及びその頂点に対向する辺の中点とを通る直線群を三組想定し、各組毎に受波用配線を接続する。XZ平面にてビームを提供する振動子アレイA、XZ平面に対して−2π/3傾いた平面にてビームを提供する振動子アレイB、及びXZ平面に対して2π/3傾いた平面にてビームを提供する振動子アレイCが形成される。信号TX1,TX2の位相同相逆相交互に切り換え受波側については7個の移相回路並列に設ける。これにより3倍密度配置・7方向同時探知の超音波送受波器となる。

目的

本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、超音波送受波器を構成する超音波振動子の配置、振動子間の配線、励振ビーム合成手法等に改良を施すことにより、多面魚群探知機やサーチライト式魚群探知機に比べ低コスト及び省スペースで、複数の方向における魚群の存否や規模を同時に探知できまた当該探知方向随意に変化させることが可能な、改良された魚群探知機を提供することを目的とする。また、より広義には、本発明は、そのような魚群探知機を実現するのに適する超音波送受波器を提供し、またその超音波送受波器を用いて新規な超音波送受波装置を提供することを目的とする。本発明は、また、従来の超音波送受波器と外観上ほぼ同一の寸法の超音波送受波器により、複数方向の同時探知を可能にすることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔所定値31/2Dを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、更に、各超音波振動子アレイにて提供される送信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子を励振することにより、その方向が互いに異なる複数本の送信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行うことを特徴とする超音波探知方法

請求項2

隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値31/2Dを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、更に、各超音波振動子アレイにて提供される受信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子の受波出力を相互に結合させることにより、その方向が互いに異なる複数本の受信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行うことを特徴とする超音波探知方法。

請求項3

隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値31/2Dを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、各超音波振動子アレイにて提供される送信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子を励振し、更に、各超音波振動子アレイにて提供される受信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子の受波出力を相互に結合させることにより、その方向が互いに異なる複数本の送信ビームを同時に提供しかつその方向が互いに異なる複数本の受信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行うことを特徴とする超音波探知方法。

請求項4

請求項1又は3記載の超音波探知方法において、各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Dを以て均一になるよう、一辺の長さがDの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置し、更に、各超音波振動子アレイにて間隔3D/2で形成されている複数の振動子配置線の中から1本おきに振動子配置線を選び、互いに逆相に設定されている第1及び第2駆動信号のうち第1駆動信号により、当該選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子を励振し、第2駆動信号により、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子を励振する逆相励振動作を、超音波振動子アレイ各々についてかつ共通の第1及び第2駆動信号を用いて実行することにより、3個の超音波振動子アレイを構成しかつ超音波振動子アレイ毎に2本の送信ビームを同時形成させることを特徴とする超音波探知方法。

請求項5

請求項4記載の超音波探知方法において、上記第1及び第2駆動信号を同相にして各超音波振動子を励振する同相励振動作と、上記逆相励振動作とを、選択的に実行することを特徴とする超音波探知方法。

請求項6

請求項5記載の超音波探知方法において、上記同相励振動作及び逆相励振動作のうち一方をまず実行し、送信繰返し周期に比べ十分短い時間差を以て、他方を実行することを特徴とする超音波探知方法。

請求項7

請求項4乃至6記載の超音波探知方法において、上記第1及び第2駆動信号の周波数を変化させることにより送信ビームの向きを変化させることを特徴とする超音波探知方法。

請求項8

請求項2又は3記載の超音波探知方法において、各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Dを以て均一になるよう、一辺の長さがDの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置し、更に、各超音波振動子アレイにて間隔3D/2で形成されている複数の振動子配置線の中から1本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力と、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力との逆相合成処理を、超音波振動子アレイ各々について実行することにより、構成される3個の超音波振動子アレイにて6本の受信ビームを同時形成させることを特徴とする超音波探知方法。

請求項9

請求項8記載の超音波探知方法において、各超音波振動子アレイにおける逆相合成処理に際し、当該超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力と、他の超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力とを、各超音波振動子の位置に応じ移相して結合させることを特徴とする超音波探知方法。

請求項10

請求項9記載の超音波探知方法において、施すべき移相量に対応した初期位相を有する移相制御信号にて移相の対象たる信号を変調することにより、上記移相を行うことを特徴とする超音波探知方法。

請求項11

請求項8乃至10記載の超音波探知方法において、各振動子アレイを構成する超音波振動子の受波出力相互の同相合成処理を、上記逆相合成処理と並行して又は切り換えて実行することを特徴とする超音波探知方法。

請求項12

請求項4乃至11記載の超音波探知方法にて使用される超音波送受波器であって、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Dを以て均一になるよう、一辺の長さがDの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置された複数の超音波振動子と、上記正三角形格子パターンに距離31/2Dかつ中心間隔2×31/2Dで繰返し現れている一辺の長さが2Dの正三角形の第i番目頂点(i=1,2,3)とこの正三角形の3本の辺のうちこの頂点に対向する辺の中点とを結ぶ第1の直線、並びにこの直線に対して3D/2の距離を有する第2の直線のうち、いずれかの上に配置されている超音波振動子を、相互にかつ外部に電気的に接続することにより、第i番目の超音波振動子アレイに係る接続を提供する接続部材と、を備えることを特徴とする超音波送受波器。

請求項13

請求項12記載の超音波送受波器において、上記接続部材が、上記一辺の長さが2Dの正三角形に沿って複数の超音波振動子を電気的に接続する第1励振用配線と、第1励振用配線により接続されていない複数の超音波振動子を電気的に接続する第2励振用配線と、を含み、かつ、これら第1及び第2励振用配線が各超音波振動子アレイにより共用されており、上記複数の超音波振動子が、上記第1及び第2励振用配線のうちいずれかを介し、互いに同相又は逆相である2種類の駆動信号のうちいずれかの供給を受け励振されることを特徴とする超音波送受波器。

請求項14

請求項12又は13記載の超音波送受波器において、上記接続部材が、上記第1の直線に沿ってかつ1個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第1受波用配線と、上記第1の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第1受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第2受波用配線と、上記第2の直線に沿ってかつ1個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第3受波用配線と、上記第2の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第3受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第4受波用配線と、を含み、かつ、これら第1乃至第4受波用配線が超音波振動子アレイ毎に設けられており、上記複数の超音波振動子の受波出力が、上記第1乃至第4励振用配線のうちいずれかを介し、実現すべき受信ビームを合成するための各移相回路分配供給されることを特徴とする超音波送受波器。

請求項15

請求項13記載の超音波送受波器であって、請求項14記載の第1乃至第4受波用配線を備える超音波送受波器において、上記接続部材が、上記第1及び第2励振用配線を介し駆動信号が各超音波振動子に供給されているときには上記第1乃至第4受波用配線が接地され、そうでないときには所定の周波数の信号について上記第1及び第2励振用配線が接地されるよう、上記第1及び第2励振用配線並びに上記第1乃至第4受波用配線の電位を駆動信号の有無及び受波している周波数に応じ自動的に変化させる送受切換器を含むことを特徴とする超音波送受波器。

請求項16

請求項15記載の超音波送受波器と、同時に複数本の送信ビームが形成されるよう上記第1及び第2励振用配線を介し各超音波振動子に対し駆動信号を供給する送信側の回路と、上記第1乃至第4受波用配線を介し取り出した各超音波振動子の受波出力に基づき同時に複数本の受信ビームを合成する受信側の回路と、上記送信側の回路及び受信側の回路の動作を制御すると共に上記受信側の回路にて合成された複数本の受信ビームに係る信号に基づき超音波探知の結果を示す信号を出力する制御回路と、を備えることを特徴とする超音波送受波装置

請求項17

船舶に搭載され、水面下における魚群に関する情報を映像表示する表示器を備える魚群探知機において、請求項16記載の超音波送受波装置を備え、更に、上記超音波送受波器を上記船舶の船底に固定したことを特徴とする魚群探知機。

技術分野

0001

本発明は、魚群探知機等の超音波送受波装置において用いうる超音波送受波器に関し、更にはこの超音波送受波器を用いた超音波探知方法、超音波送受波装置及び魚群探知機に関する。

背景技術

0002

魚群探知機は漁船等の操業支援する装置として有用である。魚群探知機は超音波送受波装置の一種であり、船底に配設した超音波送受波器を用い、水中に超音波を送信し、魚群等からのエコーを受信する。魚群探知機は、エコーの受信によって探知した魚群等の映像を、上の表示器画面上に表示させる。

0003

魚群探知機にて用いられる超音波送受波器のビーム指向性は、通常は、船底直下の魚群を探知できるよう設計されるが、船底直下以外の方向の魚群を探知できるよう超音波送受波器のビーム方向を船底直下方向に対して傾けた設計とすることも可能である。従って、船底に複数の超音波送受波器を設け、そのうち1個の超音波送受波器のビームを船底直下方向に向け、残りの超音波送受波器のビームを船底直下方向に対して傾いた方向に向けるように設計すれば、船底直下方向を含む複数の方向における魚群の存否規模等を探知することができる。このような構成の魚群探知機は、従来から、多面魚群探知機として知られている。

0004

また、超音波送受波器の向きを機械的に変化させることによって、超音波の送受波方向を変化させることができる。例えば、船底に設けたソナードーム内に超音波送受波器及びこれを支持しかつ回動させる首振り機構を設けることによって、所望の方向を選びその方向における魚群の存否・規模等を探知することが可能になる。この種の魚群探知機は、従来から、サーチライト式魚群探知機として知られている。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、これら多面魚群探知機及びサーチライト式魚群探知機には、それぞれ問題点がある。まず、多面魚群探知機では、探知する方向一つに対応して一組の超音波送受波器を設ける必要があるため、使用する超音波送受波器の個数が多く、装置部品コスト、設置作業コスト、設置スペース等が大きくなる。また、サーチライト式魚群探知機では、第1に、複数の方向を同時に観測できない。第2に、首振り機構が必要であるため、装置部品コスト、設置作業コスト、保守コスト等がかさみ、また大きな設置スペースも必要である。第3に、超音波送受波器と共に首振り機構を収納するためのソナードームが必要であるため、装置部品コストがかさむ。第4に、船底から突出した位置におくソナードームは非使用時には船内に収容するようにするのが望ましく、そのため、ソナードームを昇降する昇降機構が必要になる。これは、装置部品コスト、設置作業コスト、保守コスト、設置スペース等の増大を招く。

0006

本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、超音波送受波器を構成する超音波振動子の配置、振動子間配線励振ビーム合成手法等に改良を施すことにより、多面魚群探知機やサーチライト式魚群探知機に比べ低コスト及び省スペースで、複数の方向における魚群の存否や規模を同時に探知できまた当該探知方向随意に変化させることが可能な、改良された魚群探知機を提供することを目的とする。また、より広義には、本発明は、そのような魚群探知機を実現するのに適する超音波送受波器を提供し、またその超音波送受波器を用いて新規な超音波送受波装置を提供することを目的とする。本発明は、また、従来の超音波送受波器と外観上ほぼ同一の寸法の超音波送受波器により、複数方向の同時探知を可能にすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

このような目的を達成すべく、本発明においては、共通の面上に配置されている超音波振動子群によって複数の超音波振動子アレイを形成している。また、この共通の面上に複数の超音波振動子アレイを単純に並べて形成するのではなく、相異なる超音波振動子アレイに属する超音波振動子同士が隣接することとなるよう、特定のパターンに従って、複数の超音波振動子アレイに係る超音波振動子を混在配置している(N倍密度配列)。更に、これら複数の超音波振動子アレイは、そのビーム方向が互いに異なる方向となるよう励振やビーム合成を行うべく、構成要素たる超音波振動子相互を特定のパターンに従って接続した構造とする。

0008

まず、本発明に係る超音波探知方法は、(1)隣接する一般に複数の超音波振動子がいずれも他の超音波振動子アレイを構成する超音波振動子となりかつ同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔所定値31/2Dを以て均一となるよう、形成すべき複数の超音波振動子アレイそれぞれの構成要素である超音波振動子を共通の面上に混在して配置し、(2)各超音波振動子アレイにて提供される送信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子を励振することを特徴とする。本発明に係る超音波探知方法は、また、(3)各超音波振動子アレイにて提供される受信ビームの方向が互いに異なる方向になるよう各超音波振動子の受波出力を相互に結合させることを特徴とする。本発明に係る超音波探知方法においては、このようにして、その方向が互いに異なる複数本の送信ビームを同時に提供し或いはその方向が互いに異なる複数本の受信ビームを同時に提供し、この複数の方向に関し同時に超音波探知を行う。

0009

従って、本発明によれば、複数の方向における魚群の存否や規模を同時に探知でき、また、多面魚群探知機やサーチライト式魚群探知機に比べ低コスト及び省スペースの装置で、具体的には従来の超音波送受波器と外観上ほぼ同一の寸法の超音波送受波器により、魚群探知機等の超音波送受波装置を実現することができる。

0010

本発明における超音波振動子配置パターンの代表例は、一辺の長さがDの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンである。超音波振動子配置パターンとして正三角形格子パターンを用いる場合、各超音波振動子を、隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Dを以て均一になるよう、このパターンに従い配置する。本発明では、前述のように、同じ超音波振動子アレイを構成する超音波振動子との中心間隔が所定値31/2Dを以て均一となるよう、各超音波振動子が配置されているから、各超音波振動子アレイを構成する超音波振動子を直線で結ぶと、均一の間隔3D/2を有する複数の振動子配置線が得られる。また、この振動子配置線は超音波振動子アレイ毎に異なる方向を向いており、超音波振動子配置パターンとして正三角形格子パターンを用いている場合には、超音波振動子アレイ間で振動子配置線が2π/3(rad)ずつ角度差を有している。

0011

そこで、この複数の振動子配置線の中から1本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子を第1駆動信号により励振し、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子を第2駆動信号により励振することとする。このとき、第1及び第2駆動信号が互いに逆相であれば、その超音波振動子アレイにおいては逆相励振動作が行われることになる。逆相励振時には正面方向に対して対称に2個のビームが形成されるため、正面方向(魚群探知機の場合船底直下方向)に対して開き角を有する2方向についての超音波送信が実現される。また、正三角形格子パターンの採用により得られる3個の超音波振動子アレイ各々についてこの逆相励振を行うことにより、その方向が互いに異なる合計6本の送信ビームを形成できる。更に、上述の第1及び第2駆動信号は超音波振動子アレイ間で共用できるため、励振用配線は第1駆動信号用の配線と第2駆動信号用の配線という2種類の配線のみでよい。

0012

更に、第1駆動信号と第2駆動信号とを同相にして各超音波振動子を励振する同相励振動作を、行うようにしてもよい。同相励振の場合、一般に、送信ビームは正面方向を向く。また、同相励振動作と逆相励振動作を任意に切り換えて実行するようにしてもよいが、好ましくは、同相励振動作及び逆相励振動作のうち一方をまず実行し、送信繰返し周期に比べ十分短い時間差を以て、他方を実行する。このようにすると、単一の送信繰返し周期内で相連続して即ち実質的に同時に、同相励振に係るビームと逆相励振に係るビームとを形成できる。

0013

また、逆相励振に係るビームの方向は、第1及び第2駆動信号の周波数を変化させることにより、変化させることができる。

0014

受信側については、例えば、各超音波振動子アレイに係る複数の振動子配置線の中から1本おきに振動子配置線を選び、選んだ振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力と、残りの振動子配置線上に配置されている超音波振動子の受波出力との逆相合成処理を、実行する。これによって、正面方向に対して開き角を有する方向に、受信ビームを形成できる。特に、この逆相合成処理を、超音波振動子アレイ各々について実行することにより、構成される3個の超音波振動子アレイにて6本の受信ビームを同時形成することができる。

0015

また、各超音波振動子アレイにおける逆相合成処理に際し、当該超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力と、他の超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力とを、各超音波振動子の位置に応じ移相して結合させること、即ち他の超音波振動子アレイに属する超音波振動子の受波出力を補完的に用いることにより、上記同時形成された6本の受信ビームによる各々の受波出力を、分離・独立した受波出力として、探知出力に使用できる。また、その際の移相量の制御は、施すべき移相量に対応した初期位相を有する移相制御信号にて移相の対象たる信号を変調することにより、実現できる。

0016

更に、受信側において、各振動子アレイを構成する超音波振動子の受波出力相互の同相合成処理を、逆相合成処理と並行して又は切り換えて実行するのが望ましい。なお、受信側では、形成すべきビームに対応して移相回路並列的に設けることにより、同相合成と逆相合成を同時に実行できる。

0017

本発明は、超音波探知方法としてのみでなく、超音波送受波器、超音波送受波装置、魚群探知機等としても把握できる。

0018

まず、本発明に係る超音波送受波器は、(1)隣接する超音波振動子との中心間隔が所定値Dを以て均一になるよう、一辺の長さがDの正三角形が繰返し現れる正三角形格子パターンに従い配置された複数の超音波振動子と、(2)上記正三角形格子パターンに距離31/2Dかつ中心間隔2×31/2Dで繰返し現れている一辺の長さが2Dの正三角形の第i番目頂点(i=1,2,3)とこの正三角形の3本の辺のうちこの頂点に対向する辺の中点とを結ぶ第1の直線、並びにこの直線に対して3D/2の距離を有する第2の直線のうち、いずれかの上に配置されている超音波振動子を、相互にかつ外部に電気的に接続することにより、第i番目の超音波振動子アレイに係る接続を提供する接続部材と、を備え、(3)本発明に係る超音波探知方法にて使用されることを特徴とする。

0019

本発明に係る超音波送受波器を実現するに当たって、上述の接続部材は、例えば、上記一辺の長さが2Dの正三角形に沿って複数の超音波振動子を電気的に接続する第1励振用配線と、第1励振用配線により接続されていない複数の超音波振動子を電気的に接続する第2励振用配線とを、各超音波振動子アレイにより共用する構成とする。各超音波振動子は、第1及び第2励振用配線のうちいずれかを介し、互いに同相又は逆相である2種類の駆動信号のうちいずれかの供給を受け励振される。また、上述の接続部材は、例えば、上記第1の直線に沿ってかつ1個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第1受波用配線と、上記第1の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第1受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第2受波用配線と、上記第2の直線に沿ってかつ1個おきに選んだ複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第3受波用配線と、上記第2の直線に沿って配置されている超音波振動子のうち第3受波用配線により接続されていない複数の超音波振動子を相互にかつ外部に電気的に接続する第4受波用配線とを、超音波振動子アレイ毎に設けた構成とする。各超音波振動子の受波出力は、第1乃至第4励振用配線のうちいずれかを介し、実現すべき受信ビームを合成するための各移相回路に分配供給される。更に、上述の接続部材は、例えば、第1及び第2励振用配線を介し駆動信号が各超音波振動子に供給されているときには第1乃至第4受波用配線が接地され、そうでないときには所定の周波数の信号について第1及び第2励振用配線が接地されるよう、第1及び第2励振用配線並びに第1乃至第4受波用配線の電位を駆動信号の有無及び受波している周波数に応じ自動的に変化させる送受切換器を有する構成とする。

0020

次に、本発明に係る超音波送受波装置は、(1)本発明に係る超音波送受波器と、(2)同時に複数本の送信ビームが形成されるよう第1及び第2励振用配線を介し各超音波振動子に対し駆動信号を供給する送信側の回路と、(3)第1乃至第4受波用配線を介し取り出した各超音波振動子の受波出力に基づき同時に複数本の受信ビームを合成する受信側の回路と、(4)送信側の回路及び受信側の回路の動作を制御すると共に受信側の回路にて合成された複数本の受信ビームに係る信号に基づき超音波探知の結果を示す信号を出力する制御回路と、を備えることを特徴とする。

0021

そして、本発明に係る魚群探知機は、(1)船舶に搭載され、水面下における魚群に関する情報を映像表示する表示器を備える魚群探知機であって、(2)本発明に係る超音波送受波装置を備え、更に、(3)本発明に係る超音波送受波器を上記船舶の船底に固定したことを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0022

以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。

0023

(1)素子配置
図1に、本発明の一実施形態に係る魚群探知機にて使用される超音波送受波器の構成を示す。この図に示す超音波送受波器は、コルクシート独立気泡スポンジゴムシート等の遮音材から形成されている遮音体10内に超音波振動子12を収納した構成を有している。遮音体10の片側の面には、振動子12を収納するための開口が設けられており、各振動子12は、その正電極14を外側にまた負電極16を内側に向けた状態でこの開口に収納されている。なお、図示しないが、遮音体の内部又は外縁には振動子12の正電極14や負電極16を外部に電気的に接続するための導体配線が配置される。また、やはり図示しないが、この図の超音波送受波器を水中で使用できるようにするためには、ウレタンゴムモールド等による防水構造を設ける必要がある。更に、遮音体10を支持補強するための各種構造部材を設けてもよい。

0024

更に、この実施形態では、合計117個の円形の振動子12が、略円形の遮音体10において中心間隔Dにて配置されている。遮音体10の形状や振動子12の形状・個数は、後述するアレイ形成に支障とならない限りにおいてまた必要とするビームに応じて設計的に決めることができる。

0025

この実施形態において特徴的な点の一つは、むしろ、図2に示すように、正三角形格子パターン18上の各格子点20に各振動子12を配置した点にある。ここでいう“正三角形格子パターン”とは、正三角形を繰返しの単位とする格子状のパターンである。特に、本実施形態における正三角形格子パターン18は、その一辺の長さがDの正三角形を繰返しの単位とし、遮音体10の表面に沿って想定されている仮想的なパターンである。また、ここでいう“格子点”とは、繰返しの単位となっている正三角形の頂点である。

0026

(2)素子配線
本実施形態では、正三角形格子パターン18に従い配置されている多数の振動子12を、3個の振動子アレイA,B及びCが形成されるよう、励振用配線22及び受波用配線24により相互にかつ外部に、電気的に接続している。本実施形態の特徴の一つは、励振用配線22や受波用配線24による振動子間接続パターン規則性にある。

0027

まず、励振用配線22は、振動子12の正電極14同士を接続し更にこれを外部(後述の駆動信号発生回路)に接続する配線であり、図3に示すようなパターンに従い振動子12を接続している。図3から明らかなとおり、本実施形態では、多数の振動子12の中から所定の規則(後述)に従って選んだ振動子12の正電極14に駆動信号TX1を印加するための励振用配線22−1と、他の振動子12の正電極14に駆動信号TX2を印加するための励振用配線22−2とが、設けられている。

0028

また、受波用配線24は、振動子12の負電極16同士を接続し更にこれを外部(後述のビーム合成回路)に接続する配線であり、図4図6に示すようなパターンに従い振動子12を接続している。図4図6から明らかなとおり、本実施形態では、Y軸に平行な直線に沿う振動子12同士を接続する受波用配線24−A1〜24−A4、Y軸に対して反時計回りに2π/3(rad)傾いた直線に沿う振動子12同士を接続する受波用配線24−B1〜24−B4、及びY軸に対して時計回りに2π/3(rad)傾いた直線に沿う振動子12同士を接続する受波用配線24−C1〜24−C4が、受波用配線24として設けられている。

0029

受波用配線24−X1(X=A,B,C)により接続される振動子12と受波用配線24−X2により接続される振動子12は、同一の直線上に位置している。この直線上において、受波用配線24−X1により接続される振動子12と受波用配線24−X2により接続される振動子12は、交互に位置している。同様に、受波用配線24−X3により接続される振動子12と受波用配線24−X4により接続される振動子12は、同一の直線上に位置している。この直線上において、受波用配線24−X3により接続される振動子12と受波用配線24−X4により接続される振動子12は、交互に位置している。また、受波用配線24−X1及び24−X2に係る直線と受波用配線24−X3及び24−X4に係る直線は、3D/2なる均一の間隔で交互に位置している。更に、受波用配線24−A1〜24−A4により接続されている一群の振動子12、受波用配線24−B1〜24−B4により接続されている一群の振動子12、及び受波用配線24−C1〜24−C4により接続されている一群の振動子12の間には、重複はなく、いずれの振動子12もいずれか1本の受波用配線24に接続されている。そして、受波用配線24−A1〜24−A4、24−B1〜24−B4及び24−C1〜24−C4により取り出される信号には、それぞれ、順に、RXA1〜RXA4、RXB1〜RXB4及びRXC1〜RXC4という符号が付せられている。

0030

なお、各図中のZ軸は船底直下方向(図1中の開口形成面即ち輻射面に鉛直な方向)を向いており、X軸及びY軸は輻射面に属している。X軸は、例えば、船首方向とする。

0031

(3)アレイ及びビームの形成原理
図3図6に示した配線接続態様においては、図7図9に示すパターンが繰返しの単位となって現れている。本実施形態の特徴の一つは、このような規則性を有する振動子配置及び接続関係を利用した励振/合成処理により、3個の振動子アレイを形成し、かつ最大で7本のビームを実質的に同時に形成できるようにしたことにある。

0032

まず、図3に示した励振用配線接続パターンには、一辺の長さが2Dである正三角形が均一の距離31/2Dで(中心間隔で言えば2×31/2Dで)繰返し現れており、この正三角形の頂点に位置する振動子12やこの正三角形の各辺の中点に位置する振動子12が励振用配線22−1により接続されている。図3に示した励振用配線接続パターンには、更に、当該一辺の長さが2Dである正三角形を取り巻く六角形が繰返し現れている。この六角形は、ちょうど、一辺の長さが5Dである正三角形の各頂点からそれぞれ一辺の長さがDである正三角形を切り落とした形状を有しており、隣接する六角形に対しては、切り落とした頂点に係る短い方の辺が隣接する六角形の長い方の辺の中央に接するような位置関係にある。この六角形の辺上及び頂点に位置する振動子12は、励振用配線22−2により接続されている。即ち、図3に示した励振用配線接続パターンにて繰返しの単位となっている図形は、図7図9に示すように、一辺の長さが2Dの正三角形及びこれを取り巻く六角形である。

0033

次に、図4図6に示した合計12本の受波用配線24は、接続対象としている振動子12が並んでいる方向に従い、3個のグループに分かれている。一つ目のグループは図4に示した受波用配線24−A1〜24−A4であり、二つ目のグループは図5に示した受波用配線24−B1〜24−B4であり、三つ目のグループは図6に示した受波用配線24−C1〜24−C4である。そこで、受波用配線24−A1〜24−A4によって接続されている振動子12に符号A、受波用配線24−B1〜24−B4によって接続されている振動子12に符号B、受波用配線24−C1〜24−C4によって接続されている振動子12に符号Cをそれぞれ付与することとする。図7図9中、振動子12上に記されている符号はこの符号である。

0034

このようにして作成した図7図9のうち、図7(a)によれば、符号Aが付与されている振動子12は、励振用配線22−1に接続されているもの即ち信号TX1により励振されるものと、励振用配線22−2に接続されているもの即ち信号TX2により励振されるものとに分かれている。符号Aの振動子12のうち信号TX1により励振されるものは、その一辺の長さが2Dの正三角形の頂点及びこの頂点に対向する辺の中点を通りY軸と平行な直線の上に、並んでいる。また、符号Aの振動子12のうち信号TX2により励振されるものは、信号TX1により励振されるものが並んでいる直線と平行でその直線からの距離が3D/2である他の直線の上に、並んでいる。別の言い方をすれば、信号TX1により励振される振動子12は、受波用配線24−A3又は24−A4に接続されており、信号TX2により励振される振動子12は、受波用配線24−A1又は24−A2に接続されている。

0035

このことからわかるのは、符号Aが付与されている振動子12(中心間隔=31/2D)により一つ目の振動子アレイAが形成されていることである。この振動子アレイAは、励振用配線22として励振用配線22−1及び22−2を有しており、また励振用配線22−1に接続されている振動子12と励振用配線22−2に接続されている振動子12とが前述のように相異なる直線上に位置しているから、XZ平面に沿って見た場合、送信に係る等位相面図7(b)又は(c)に示されるような形で現れる。

0036

まず、図7(b)に示した例は、信号TX1と信号TX2とが同相の例であり、この場合には等位相面は輻射面と平行になるから、振動子アレイAの送信ビームはZ軸方向を向く。

0037

次に、図7(c)に示した例は、信号TX1と信号TX2が逆相の例であり、この場合には等位相面は輻射面と平行にならず、振動子アレイAの送信ビームはZ軸方向と交差する方向を向く。Z軸に対する超音波の伝搬方向の傾き角(開き角)をθとしたとき、信号TX1により励振される一群の振動子12に係る超音波伝搬経路長と信号TX2により励振される一群の振動子12に係る超音波伝搬経路長の差、即ち伝搬経路差は、次の式

0038

例えば、D=21/2/3×λであれば送信ビームの方向はθ=±π/4(rad)となるし、D=2/3×λであれば送信ビームの方向はθ=±π/6(rad)となる。即ち、信号TX1と信号TX2が逆相であるときには、振動子アレイAの送信ビームはZ軸について対称な2方向に現れ、またその方向θは信号TX1及びTX2の周波数ひいては超音波の波長λを変えれば変わる。

0039

同様の議論は、振動子アレイAを受波に用いる際にも成り立つ。即ち、受波用配線24−A1〜24−A4にて取り出した信号RXA1〜RXA4それぞれについて同じ移相量にて移相処理を施すこと(或いは移相なしとすること)により、Z軸方向を向いた受信ビームを合成できる(同相合成)。また、信号RXA1及びRXA2を例えばπ(rad)移相させ信号RXA3及びRXA4に係る移相量を0(rad)即ち移相なしとすることによって、Z軸に対して開き角θを有する方向を向いた2本の受信ビームを合成できる(逆相合成)。また、同相合成に係る移相回路と逆相合成に係る移相回路とを並列に設けることにより、Z軸方向を向いた受信ビームとZ軸に対して開き角θを有する2本の受信ビームとを同時に合成できる。即ち、3方向について同時探知を行うことが可能になる。

0040

また、図8から、符号Bが付与されている振動子12により二つ目の振動子アレイBが形成されていることや、この振動子アレイBに関しても振動子アレイAと同様の議論が成り立つことがわかる。図9から、符号Cが付与されている振動子12により三つ目の振動子アレイCが形成されていることや、この振動子アレイCに関しても振動子アレイA及びBと同様の議論が成り立つことがわかる。従って、3個の振動子アレイを同時に動作させることにより、図10に示すように、最大で1本(同相)+2本(逆相)×3(アレイ個数)=7個の送受信ビームを実質的に同時に形成できる。図10中、BM0は各振動子アレイにおける同相励振又は同相合成により形成されるビームであり、Z軸方向を向いている。BMA1及びBMA2は振動子アレイAにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、XZ平面に属している。BMB1及びBMB2は振動子アレイBにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、XZ平面に対してZ軸回りに−2π/3(rad)回転した平面に属している。BMC1及びBMC2は振動子アレイCにおける逆相励振又は逆相合成により形成されるビームであり、XZ平面に対してZ軸回りに2π/3(rad)回転した平面に属している。

0041

受信ビームに関しては、各ビームに対応して合計7個の移相回路を設けることにより、これら7個のビームに係る受信信号を同時に合成できる。送信ビームに関しては、信号TX1及びTX2を同相にするモードと逆相にするモードとを切り換えねばならないため7個のビームを厳密に同時に形成することはできないが、振動子アレイAを例として図11に示すように、同相励振の期間T1と逆相励振の期間T2とを十分短い時間差T3を以て設けることにより、単一の送信繰返し周期T0内で7個のビームをほぼ同時に(即ち時間差T3のみで)形成できる。

0042

(4)実施形態の基本的効果
このように、本実施形態では、図1及び図2に示す規則に従い配置した振動子12を図3図6に示す規則に従い電気的に接続し、更に図7(b)及び(c)に示す原理に従い同相/逆相励振/合成を行うようにしたため、図10に示すように最大で7個のビームをほぼ同時に形成することができる。これによって、複数方向の同時乃至準同時探知が可能になる。

0043

特に、正三角形格子パターン18に従って振動子12を配置しているため、XY平面に投影したときのビーム間隔がちょうどπ/3(rad)で均一になると共に振動子密度も比較的大きくなる。そのため、船舶下の水中をくまなく網羅して観測でき、かつ、遮音体10に組み込んだ状態での超音波送受波器全体の外観は、振動子アレイを1個だけ構成した場合とさほど変わらない寸法とすることができる。これによって、低コスト及び省スペースという利点を実現できる。

0044

また、ビーム方向θが波長λ及び振動子中心間隔Dに依存しているため、振動子中心間隔Dを予め適当な値にしておき、必要に応じて信号TX1及びTX2の周波数や受波側回路の通過帯域を適宜変化させることにより、ビーム方向θを変化させることができる。

0045

更に、励振用配線22として励振用配線22−1及び22−2を設け、更にそれらによる接続パターンを図3及び図7図9に示した規則に従う繰返しパターンとしたため、各振動子アレイに対応した励振用配線を設けずに即ち2本の励振用配線22−1及び22−2のみで、3個の振動子アレイA〜Cを形成することができ、経済性が高い。

0046

また、受信ビームに対応して設けた各移相回路に、その受信ビームに対応した受波用配線24以外の受波用配線24からも信号を供給し、適宜移相してこれらを結合させることにより、信号受信利得を確保できる。その場合の各信号の移相量の例を表1に示す。この表では、合計7個のビームに対応して7個の移相回路を設け、第i番目の移相回路に対して移相制御信号LSi−1〜LSi−12を供給することによって、信号RXA1〜RXA4、RXB1〜RXB4及びRXC1〜RXC4各々についての移相量を制御するものとしている。

0047

ID=000003HE=050 WI=143 LX=0335 LY=0750
(5)装置構成
図12に、本実施形態に係る超音波送受波器を用いて構成した魚群探知機の全体の回路・機能構成を示す。この図に示す回路では、CPU等にて構成される制御回路26が、駆動信号発生回路28及び30に対し基準発振信号及びその分周比を設定する信号を供給し、駆動信号発生回路28及び30内部における基準発振信号の分周動作を制御し、更に分周により得られた信号をパルス変調することによって、図11に示したタイミングで駆動信号S1及びS2を発生させる。パワーアンプ32及び34は、これらの駆動信号S1及びS2のうち対応するものを電力増幅することによって前述の信号TX1及びTX2を発生させ、超音波送受波器36に供給する。超音波送受波器36は図1図6に示した構成を有している。超音波送受波器36はX軸を船首方向に向けZ軸を深度方向(船底直下方向)に向けて船底に配設されており、信号TX1及びTX2に応じて超音波を水中に輻射する。

0048

水中の魚群等により反射された超音波は、超音波送受波器36により受波され電気信号に変換される。得られた信号RXA1〜RXA4、RXB1〜RXB4及びRXC1〜RXC4は、プリアンプ部38により増幅され、信号RXS1〜RXS12としてビーム合成回路40に供給される。ビーム合成回路40は、制御回路26による制御の下に、これらの信号RXS1〜RXS12からビームBMA1、BMA2、BMB1、BMB2、BMC1、BMC2及びBM0に係る信号を合成する。合成された信号は、各ビームに対応して7個設けられている受信処理回路42に供給される。受信処理回路42では、ビーム合成回路40からの信号に関し、TVG(時間可変利得)回路44が超音波伝搬減衰による反射エコーベルの低下分の補正処理を施し、検波回路46が検波により直流信号に変換し、AD変換器48がこの直流信号をアナログからディジタルに変換して制御回路26に供給する。制御回路26は、各受信処理回路42から供給されるディジタル信号に基づき、表示器50の画面上に各方向における魚群の有無、規模等の情報を表示させる。使用者は、表示器50の画面表示を看取することにより、多方面についての魚群情報を得ることができる。特に、本実施形態では、制御回路26内部における映像合成処理により、図10に示した複数のビームを利用して水中の状況に関する立体的な映像を提供することができる。

0049

パワーアンプ32及び34やプリアンプ部38と超音波送受波器36との間に設けられている送受切換器52は、駆動信号TX1及びTX2が供給されているときには振動子12の負電極16を自動的に接地導体としてプリアンプ部38以降の受信側回路を超音波送受波器36から実質的に切り離し、そうでないときには振動子12の正電極14を自動的に接地導体としてパワーアンプ32及び34以前の送信側回路を超音波送受波器36から実質的に切り離すための回路である。言い換えれば、駆動信号TX1及びTX2が供給されているときには超音波送受波器36を実質的に超音波送波器としてのみ使用し、そうでないときには超音波受波器としてのみ使用することができるようにするための回路である。

0050

図13に、送受切換器52の一例構成を示す。この図の送受切換器52は送信側の回路54及び受信側の回路56から構成されている。送信側の回路54は、パワーアンプ32及び34各々とこれに対応する励振用配線22との間に、それぞれ設けられている。この回路54は、対応するパワーアンプと対応する励振用配線22との間に接続されかつ互いに逆並列接続されているダイオードD1及びD2、これらのダイオードD1及びD2の超音波送受波器36側の端に接続されているキャパシタC、このキャパシタCと接地との間に接続されているインダクタL、並びにこのインダクタLと並列にかつ互いに逆並列されているダイオードD3及びD4から構成されている。キャパシタC及びインダクタLは信号TX1及びTX2の搬送周波数即ち送信周波数f0にて直列共振するようその値が設定されている。

0051

他方、受信側の回路56は、超音波送受波器36の受波用配線24各々とこれに対応するプリアンプ58との間に、それぞれ設けられている。なお、前述のプリアンプ部38はこの合計12個のプリアンプ58により構成されている。受信側の回路56は、接地との間に接続され互いに逆並列接続されているダイオードD5及びD6から構成されている。

0052

従って、パワーアンプ32及び34を介し駆動信号TX1及びTX2(厳密にはその中の送信パルス)が供給されている期間(図11中のT1+T3+T2)には、回路54中のインダクタLの両端間短絡されると共に各受波用配線24の一端が回路56において接地される。また、それ以外の期間には、回路54中のキャパシタC及びインダクタLが受波信号中の送信周波数成分により共振するため各励振用配線22が一端接地状態になる。

0053

ビーム合成回路40は、例えば、図14に示す構成とすることができる。この図に示すビーム合成回路40は、合成すべき合計7個のビームに対応して設けられている結合器62それぞれに、局部発振回路60の発振出力である移相制御信号と共に、信号RXS1〜RXS12を入力する構成を有している。局部発振回路60は、先に表1に示したように、合計7組の移相制御信号を発生させている。即ち、ビームBMA1に対応する結合器62に対しては移相制御信号LS1−1〜LS1−12を、ビームBMA2に対応する結合器62に対しては移相制御信号LS2−1〜LS2−12を、…そしてビームBM0に対応する結合器62に対しては移相制御信号LS7−1〜LS7−12を、それぞれ供給する。各移相制御信号は、例えば、制御回路26から供給される基準発振信号を、制御回路26により設定される分周比にて分周し、更にこの分周のために用いるカウンタ初期値を適宜ずらして設定する(初期位相を与える)ことにより、発生させることができる。このようにして発生させた移相制御信号は、実現すべき移相量をその初期位相とする信号になる。

0054

各結合器62は、移相回路として動作する回路であり、例えば図15に示す構成を有している。この図に示す結合器62は、入力する信号RXS1〜RXS12それぞれに対応して設けられたバッファ64、このバッファ64を介し供給される信号RXS1〜RXS12各々とこれに対応する移相制御信号LSi−1〜LSi−12(i=1,2,…7)とを乗算結合させる乗算器66、各乗算器66の出力を加算結合させる加算器68、並びに加算器68の出力信号帯域制限を加え必要な周波数成分のみを取り出すBPF70から構成されている。

0055

各乗算器66は、図16に示すように、アナログスイッチ72及びBPF74から構成されている。スイッチ72は、供給される移相制御信号LSi−j(j=1,2,…12)に応じて信号RXSjをスイッチングする手段である。例えば、送信周波数f0が50kHzであるときには、505kHzの周波数を有する信号を移相制御信号LSi−jとして供給しスイッチングを行うことにより、移相制御信号LSi−jに従い変調された信号が得られる。この信号には、和周波数即ち505kHz+50kHz=555kHzの成分と、差周波数即ち505kHz−50kHz=455kHzの成分とが含まれており、その位相は、移相制御信号LSi−jの初期位相により決定されている。BPF74は、この信号に含まれる周波数成分のうち差周波数の成分(上述の例では455kHzの成分)を通過させる。移相制御信号LSi−jには、実現すべき移相量に相当する初期位相が付与されているから、当該移相量だけ移相された信号をBPF74ひいては乗算器66から得ることができる。

0056

(6)特性例
図17図20に、本実施形態に係る装置にて実現したビームの実例を示す。まず、図17及び図18に示す指向性パターンは、いずれも、信号TX1及びTX2を逆相としたときにXZ平面にて形成される送信ビームを示している。特に、図17は、D=21/2/3×λとなる周波数で励振したときの送信ビームが±π/4(rad)の方向を向くことを表しており、図18は、D=2/3×λとなる周波数で励振したときの送信ビームが±π/6(rad)の方向を向くことを表している。

0057

次に、図19及び図20に示す指向性パターンは、いずれも、表1中の移相制御信号LSi−1〜LSi−12に従い信号RXA1〜RXA4、RXB1〜RXB4及びRXC1〜RXC4を移相させ結合させたときに得られる受信ビームを示している。特に、図19は、D=21/2/3×λとなる周波数及びその近傍の帯域に属する信号に関しては受信ビームBMA1がπ/4(rad)の方向を向くことを表しており、図20は、D=2/3×λとなる周波数及びその近傍の帯域に属する信号に関しては受信ビームBMA1がπ/6(rad)の方向を向くことを表している。

0058

これらは、前述したビーム形成・合成の原理と一致した結果を示している。

0059

(7)補遺
なお、図1では正電極14が輻射面を向き負電極16が背面を向くよう全振動子12を配置しているが、本発明を実施するに際しては、例えば、信号TX1にて励振される振動子12については正電極14が輻射面を向き負電極16が背面を向くよう配置し、信号TX2にて励振される振動子12については正電極14が背面を向き負電極16が輻射面を向くよう配置して、輻射面側にある電極励振用電極22により接続し背面側にある電極を受波用電極24により接続するようにしてもよい。このようにした場合、信号TX1及びTX2が同相であるときには6個のビームが形成され、逆相であるときには1個のビームが形成される(即ち、同相励振時には前述の実施形態における逆相励振時と同様のビームが形成され、逆相励振時には前述の実施形態における逆相励振時と同様のビームが形成される)。なお、この場合、表1とは若干異なる移相量による移相処理が必要になるが、本願の開示を参照した同分野の技術者にとっては、この点は自明であろう。

0060

更に、振動子12の正電極14同士及び負電極16同士を接続する構成にも限定されない。例えば、振動子アレイにシェーディングを施すべく、ある振動子12とその周囲の振動子12とを直列接続するようにしてもよい。

0061

また、上述の実施形態では同相/逆相励振/合成を行っているが、本発明を実施するに際しては、逆相に限らず、異なる位相での励振/合成を行ってもよい。その場合、振動子12の中心間隔Dを均一にはせず、駆動信号間位相差に応じてずれを与えた間隔にする。また、同相励振/合成と逆相励振/合成とを使用者からの指令で又は適当な周期で自動的に切り換えるような構成としてもよい。

0062

更に、本発明を実施する際には、必ずしも、複数のビームを全て同時に合成することはなく、例えば、3個の振動子アレイのなかから適宜2個の振動子アレイを選択し、選択した2個の振動子アレイに係る4個の移相回路を使用して、4通りの受信信号を得るようにしてもよい。或いは、移相回路を各ビームに対応して設けるのを避けるため(即ち回路の小規模化のため)、ある移相回路をあるときには第1のビームの合成に使用し他の場合には第2のビームの合成に使用するといった切換を随時行うようにしてもよい。

0063

本発明は、魚群探知機の一部を構成する超音波送受波器に限定適用されるものではない。即ち、多数の方向を同時に探知・監視する必要乃至要請がある分野であれば、本発明に係る超音波送受波器乃至超音波送受波装置を適用できる。そのような例としては、例えば潮流計がある。更に、多面魚群探知機を構成する各超音波送受波器計量型魚群探知機等に使用される超音波送受波器を、本発明にかかる構成としてもよい。

図面の簡単な説明

0064

図1本発明の一実施形態における超音波送受波器の構成を示す図であり、特に(a)は振動子配置を示すXY平面図、(b)は振動子収納状態を示すI−I断面図である。
図2この実施形態における振動子配置パターンである正三角形格子パターンを概念的に示すXY平面図である。
図3この実施形態における励振用配線接続パターンである正三角形と六角形の繰返しパターンを概念的に示すXY平面図である。
図4この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイAに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すXY平面図である。
図5この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイBに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すXY平面図である。
図6この実施形態における受波用配線接続パターンのうち、振動子アレイCに係る受波用配線の接続パターンを概念的に示すXY平面図である。
図7この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に(a)は各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイAの構成を概念的に示すXY平面図、(b)は振動子アレイAにおける同相励振時の等位相面及び送信ビーム形成態様を示すXZ平面図、(c)は振動子アレイAにおける逆相励振時の等位相面及び送信ビーム形成態様を示すXZ平面図である。
図8この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイBの構成を概念的に示すXY平面図である。
図9この実施形態において励振用配線接続パターン及び受波用配線接続パターンに現れている規則性を概念的に示す図であり、特に各振動子アレイに対する各振動子の帰属関係及び振動子アレイCの構成を概念的に示すXY平面図である。
図10この実施形態におけるビーム指向性を概念的に示す図であり、特に(a)はXZ平面図、(b)はXY平面投影図である。
図11この実施形態における同相/逆相時間差励振を示すタイミングチャートである。
図12この実施形態に係る魚群探知機の全体構成を示すブロック図である。
図13この実施形態における送受切換器の構成を示す回路図である。
図14この実施形態におけるビーム合成回路の構成を示すブロック図である。
図15この実施形態における結合器の構成を示すブロック図である。
図16この実施形態における移相処理の実現手法を示す回路図である。
図17この実施形態に係る装置にて得られた送信ビームの一例を示す指向特性図である。
図18この実施形態に係る装置にて得られた送信ビームの他の一例を示す指向特性図である。
図19この実施形態に係る装置にて得られた受信ビームの一例を示す指向特性図である。
図20この実施形態に係る装置にて得られた受信ビームの他の一例を示す指向特性図である。

--

0065

12振動子、22−1,22−2励振用配線、24−A1,24−A2,…24−C4受波用配線、26制御回路、28,30駆動信号発生回路、36超音波送受波器、40ビーム合成回路、52送受切換器、A,B,C振動子アレイ、BMA1,BMA2,…BM0ビーム、D 振動子中心間隔、LS1−1〜LS1−12,LS2−1〜LS2−12,…LS7−1〜LS7−12移相制御信号、RXS1〜RXS12増幅された受信信号、S1,S2駆動信号、T0 送信繰返し周期、T1同相励振期間、T2逆相励振期間、T3同相逆相励振時間差、TX1,TX2 増幅された駆動信号。

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