(57)【要約】【課題】超音波信号送受信装置の構成を簡素化する。【解決手段】振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部３１８Ａと、前記２つの共振周波数の一方の周波数で第１の超音波信号を生成し、生成した前記第１の超音波信号を前記超音波振動部から送信する送信部３１４Ａと、前記２つの共振周波数の他方の周波数で送信されてくる第２の超音波信号を前記超音波振動部から受信する受信部３１４Ｂと、を備える超音波信号送受信装置３１０Ａとしている。【選択図】図１
2010035135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記２つの共振周波数の一方の周波数で第１の超音波信号を生成し、生成した前記第１
の超音波信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記２つの共振周波数の他方の周波数で送信されてくる第２の超音波信号を前記超音波
振動部から受信する受信部と、
を備えることを特徴とする超音波信号送受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波信号送受信装置は、通信装置であって、前記第１の超音波信号
と第２の超音波信号は通信信号で、前記第１送信部での送信、および前記受信部での受信
を非同期に制御する制御部を備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の通信装置において、前記超音波振動部と前記送信部との間および前記
超音波振動部と前記受信部との間の少なくとも１つに、所定の周波数帯域の信号を選択的
に透過するフィルタ部を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項４】
請求項２乃至３のいずれかに記載の通信装置において、前記超音波振動部と前記送信部
との間および前記超音波振動部と前記受信部との間の少なくとも１つに、インピーダンス
を整合する整合部を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１の超音波信号を前記超音波振動部から受信する第２の受信部と、
前記第２の超音波信号を前記超音波振動部により送信する第２の送信部と、
を備えることを特徴とする超音波信号送受信装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波信号送受信装置は、通信装置であって、前記第１の超音波信号
と第２の超音波信号は通信信号で、前記一方の共振周波数を用いて当該通信装置とは異な
る種別の通信装置と通信するとともに、前記他方の共振周波数を用いて当該通信装置と同
種の通信装置との間で通信する通信部と、を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項７】
請求項６に記載の通信装置であって、前記通信部は、前記超音波振動部における厚み方
向の振動モードの共振周波数と、前記厚み方向と交差する交差方向の振動モードの共振周
波数を用いて通信することを特徴とする通信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の通信装置であって、前記厚み方向の振動モードの共振周波数は、前記
交差方向の振動モードの共振周波数よりも高いことを特徴とする通信装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の通信装置であって、前記通信部は、前記２つの共
振周波数のうちの利得特性が低い方の共振周波数をより近距離での通信に使用することを
特徴とする通信装置。
【請求項１０】
請求項６〜８に記載の通信装置は、ダイバー用通信装置であって、前記通信部は、前記
一方の共振周波数を用いてタンクとの間で通信し、他方の共振周波数を用いて他のダイバ
ー用通信装置と通信することを特徴とするダイバー用通信装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のダイバー用通信装置であって、前記通信部は、前記２つの共振周波
数のうちの利得特性が低い方の共振周波数を用いて前記タンクとの間で通信することを特
徴とするダイバー用通信装置。
【請求項１２】
請求項１０乃至請求項１１のいずれかに記載のダイバー用通信装置であって、前記タン
クから送られてきた残量情報、及び、前記他のダイバー用通信装置を通じて送られてきた
他のタンクの残量情報を表示する表示部を、さらに備えることを特徴とするダイバー用通
信装置。
【請求項１３】
複数の通信装置間で通信する通信システムであって、
一方の通信装置は、
振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記２つの共振周波数の一方の周波数で第１の通信信号を生成し、生成した前記第１の
通信信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記２つの共振周波数の他方の周波数で送信される第２の通信信号を前記超音波振動部
から受信する受信部と、
を備え、
他方の通信装置は、
振動モードに応じて少なくとも前記２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記２つの共振周波数の他方の周波数で前記第２の通信信号を生成し、生成した前記第
２の通信信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記２つの共振周波数の一方の周波数で送信される前記第１の通信信号を前記超音波振
動部から受信する受信部と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の通信システムにおいて、前記２つの共振周波数のうち、前記一方の
周波数の利得特性は前記他方の周波数の利得特性よりも低く、前記一方の通信装置は、前
記他方の通信装置よりも送信出力が大きいことを特徴とする通信システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の通信システムにおいて、前記２つの共振周波数のうち、前記一方の
周波数の伝播損失は前記他方の周波数の伝播損失よりも大きく、前記一方の通信装置は、
前記他方の通信装置よりも送信出力が大きいことを特徴とする通信システム。
【請求項１６】
第１の通信信号を生成し、生成した前記第１の通信信号を、１つの超音波振動部の振動
モードに応じた２つの共振周波数の一方の周波数で前記超音波振動部から送信する送信工
程と、
前記２つの共振周波数の他方の周波数で送信される第２の通信信号を前記超音波振動部
から受信する受信工程と、
を備えることを特徴とする通信方法。
【請求項１７】
タンクに設けられたタンク用通信装置と、ダイバーに装着されるダイバー用通信装置と
を有する通信システムであって、
前記ダイバー用通信装置は、
振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記２つの共振周波数のうちの一方の共振周波数を用いて前記タンク用通信装置との
間で通信するとともに、前記２つの共振周波数のうちの他方の共振周波数を用いて他のダ
イバー用通信装置との間で通信する通信部と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項１８】
或るダイバーに装着されるダイバー用通信装置と、前記或るダイバーが使用するタンク
、及び、他のダイバーに装着される他のダイバー用通信装置との間における通信方法であ
って、
超音波振動部が有する少なくとも２つの共振周波数のうちの一方の共振周波数を用いて
前記タンクとの間で通信すること、
前記２つの共振周波数のうちの他方の共振周波数を用いて前記他のダイバー用通信装置
との間で通信すること、
を特徴とする通信方法。
【請求項１９】
請求項１において、前記第２の超音波信号の送信時点と前記受信部により当該第２の超
音波信号を受信した時点との時間差に基づいて送信信号源との距離を測定する距離測定部
を備えたことを特徴とする超音波信号送受信装置。
【請求項２０】
請求項１９において、前記第２の超音波信号を前記超音波振動部により送信する第２の
送信部を備え、当該第２の送信部による前記第２の超音波信号の送信処理と前記受信部よ
る前記第２の超音波信号の受信処理とを切り換える送受信切換部を備えたことを特徴とす
る超音波信号送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は超音波信号を送受信するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波信号を送受信する装置としては、例えば、潜水中のダイバーが、他のダイバーや
母船と通信する通信装置がある。このような通信装置では、水中でのダイバーの安全を確
保したりダイバー同士での情報交換などを行ったりしている。なお、超音波信号送受信装
置としては、下記特許文献１に示すような超音波による水中通信装置が提案されている。
また、下記特許文献２に示すように、超音波を用いて水中で通信を行い、対象物との距離
を計測する装置なども知られている
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１− ７４８４８号公報
【特許文献２】特開平１０−２６８０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記各特許文献に通信装置として開示された超音波信号送受信装置では
、２台の水中通信装置間で全二重通信を行おうとすると、２つの周波数を使用する必要が
あり、それぞれの水中通信装置や装置は、送信用の周波数に対応した超音波振動子と、受
信用の周波数に対応した超音波振動子の２つが必要であると共に、それぞれの超音波振動
子を制御するための回路等も２系統必要になった。従って、超音波振動子に関して２系統
の構成が必要であるため、装置の構成が複雑で、かつ大型となってしまう。すなわち、こ
のような水中通信装置の小型化および製造コストの低減は難しかった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波信号送受
信装置の構成を簡素化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、その主
たる発明は、振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記２つの共振周波数の一方の周波数で第１の超音波信号を生成し、生成した前記第１
の超音波信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記２つの共振周波数の他方の周波数で送信されてくる第２の超音波信号を前記超音波
振動部から受信する受信部と、
を備えることを特徴とする超音波信号送受信装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る超音波信号送受信装置となる通信装置を含む通信システムの機能構成を示す図である。
【図２】上記通信装置のハードウェア構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る超音波信号送受信装置の一実施形態であるダイブコンピュータを示す図であり、図１Ａは、ダイブコンピュータの構成を説明するブロック図である。図１Ｂは、ダイブコンピュータが有する通信部の構成を説明するブロック図である。
【図４】上記ダイブコンピュータの正面図である。
【図５】上記ダイブコンピュータにおいて、２人が潜水している時における表示部の表示例を示す図である。
【図６】図４Ａは、超音波振動子の外観を説明する斜視図である。図４Ｂは、超音波振動子の利得特性を説明する図である。図４Ｃは、超音波の伝播損失を説明する図である。
【図７】トランスミッタの構成を説明するブロック図である。
【図８】トランスミッタの外観を説明する図である。
【図９】２人潜水時における各機器の通信を説明する図である。
【図１０】図８Ａは、ダイブコンピュータとトランスミッタのペアリング時の位置関係を説明する図である。図８Ｂは、ダイブコンピュータ同士のペアリング時の位置関係を説明する図である。
【図１１】超音波振動子の利得特性の他の例を説明する図である。
【図１２】図１０Ａは、円盤状の超音波振動子を説明する図である。図１０Ｂは、矩形板状の超音波振動子を説明する図である。
【図１３】２人潜水時における各機器の通信の他の例を説明する図である。
【０００８】
バックモニタ
【図１４】本発明の第３の実施例における超音波信号送受信装置である距離測定装置の概略図である。
【図１５】上記第３の実施例における距離測定装置の機能ブロック構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＝＝＝本発明の分類分けについて＝＝
本発明は上記主たる発明に加え、以下の特徴を備えた超音波信号送受信装置も本発明の
範囲である。以下に、これらの超音波信号送受信装置の特徴を列挙し、必要に応じて作用
、効果なども付記する。なお、ここでは、本発明の実施形態を以下に説明するのに当たり
、その説明を平易するために、本発明を、主要な構成要件、あるいは発明のカテゴリ（装
置、システム、方法）に応じ、便宜的に、以下の第１の発明〜第４の発明に分類すること
にした。
【００１０】
＜第１の発明＞
第１の発明における超音波信号送受信装置は、通信装置であって、前記第１の超音波信
号と第２の超音波信号は通信信号で、前記第１送信部での送信、および前記受信部での受
信を非同期に制御する制御部を備えたこと。  
このような構成によれば、超音波振動部の振動モードに応じた２つの共振周波数のうち
、一方の周波数で第１の通信信号を送信し、他方の周波数で第２の通信信号を受信すると
共に、送信および受信は非同期に制御される。従って、通信装置は、同一の超音波振動部
で異なる周波数の信号を全二重に送受信できるため、通信装置の小型化および製造コスト
の低減を図れる。
【００１１】
上記通信装置において、前記超音波振動部と前記送信部との間および前記超音波振動部
と前記受信部との間の少なくとも１つに、所定の周波数帯域の信号を選択的に透過するフ
ィルタ部を備えること。そして、このような構成によれば、所望の周波数帯域の通信信号
を選択的に透過できることにより、通信信号の品質が向上する。
【００１２】
前記超音波振動部と前記送信部との間および前記超音波振動部と前記受信部との間の少
なくとも１つに、インピーダンスを整合する整合部を備えること。このような構成によれ
ば、整合部を設けることによりインピーダンスを整合できるため、通信信号の品質が向上
する。
【００１３】
＜第２の発明＞
第２の発明は、主たる発明に、さらに、前記第１の超音波信号を前記超音波振動部から
受信する第２の受信部と、前記第２の超音波信号を前記超音波振動部により送信する第２
の送信部と、を備えることを特徴としている。このような超音波信号送受信装置によれば
、超音波振動部が有する２つの共振周波数毎に異なる相手と通信するので、装置構成の簡
素化が図れる。
【００１４】
上記超音波信号送受信装置は、通信装置であって、前記第１の超音波信号と第２の超音
波信号は通信信号で、前記一方の共振周波数を用いて当該通信装置とは異なる種別の通信
装置と通信するとともに、前記他方の共振周波数を用いて当該通信装置と同種の通信装置
との間で通信する通信部と、を備えること。  
そして、前記通信部は、前記超音波振動部における厚み方向の振動モードの共振周波数
と、前記厚み方向と交差する交差方向の振動モードの共振周波数を用いて通信することを
特徴とする通信装置。このような通信装置によれば、厚み方向の振動モードの共振周波数
と、交差方向の振動モードの共振周波数を用いるので、それぞれの相手と確実に通信でき
る。
【００１５】
前記厚み方向の振動モードの共振周波数は、前記交差方向の振動モードの共振周波数よ
りも高いこと。この特徴によれば、超音波振動部の厚みを薄くできるので、装置の小型化
に適する。
【００１６】
上記第２の発明に属するいずれかの通信装置において、前記通信部は、前記２つの共振
周波数のうちの利得特性が低い方の共振周波数をより近距離での通信に使用すること。
【００１７】
そして、前記通信装置は、ダイバー用通信装置であって、前記通信部は、前記一方の共
振周波数を用いてタンクとの間で通信し、他方の共振周波数を用いて他のダイバー用通信
装置と通信すること。
【００１８】
前記ダイバー用通信装置であって、前記通信部は、前記２つの共振周波数のうちの利得
特性が低い方の共振周波数を用いて前記タンクとの間で通信すること。このようなダイバ
ー用通信装置によれば、他のダイバー用通信装置よりも近い場所にあることが多いタンク
との通信に、利得特性が低い方の共振周波数を用いるので効率がよい。このようなダイバ
ー用通信装置によれば、他のダイバー用通信装置よりも近い場所にあることが多いタンク
との通信に、水中で減衰し易い方の共振周波数を用いるので効率がよい。
【００１９】
前記ダイバー用通信装置であって、前記タンクから送られてきた残量情報、及び、前記
他のダイバー用通信装置を通じて送られてきた他のタンクの残量情報を表示する表示部を
、さらに備えること。このようなダイバー用通信装置によれば、タンクの残量情報が表示
されるので、残量不足を抑制できる。
【００２０】
＜第３の発明＞
また本発明は、通信システムや通信方法にも及んでいる。第３の発明は、これら通信シ
ステムや通信方法に関わる発明であり、上記第１及び第２の発明のそれぞれに対応する通
信システムや通信方法が存在する。そして、通信システムに係る発明は、
複数の通信装置間で通信する通信システムであって、
一方の通信装置は、
振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記２つの共振周波数の一方の周波数で第１の通信信号を生成し、生成した前記第１の
通信信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記２つの共振周波数の他方の周波数で送信される第２の通信信号を前記超音波振動部
から受信する受信部と、
を備え、
他方の通信装置は、
振動モードに応じて少なくとも前記２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記２つの共振周波数の他方の周波数で前記第２の通信信号を生成し、生成した前記第
２の通信信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記２つの共振周波数の一方の周波数で送信される前記第１の通信信号を前記超音波振
動部から受信する受信部と、
を備える
当該通信システムにおいて、前記２つの共振周波数のうち、前記一方の周波数の利得特
性は前記他方の周波数の利得特性よりも低く、前記一方の通信装置は、前記他方の通信装
置よりも送信出力が大きい通信システム。さらに、前記２つの共振周波数のうち、前記一
方の周波数の伝播損失は前記他方の周波数の伝播損失よりも大きく、前記一方の通信装置
は、前記他方の通信装置よりも送信出力が大きい通信システムも本発明の範囲である。
【００２１】
また、通信方法に係る発明は、第１の通信信号を生成し、生成した前記第１の通信信号
を、１つの超音波振動部の振動モードに応じた２つの共振周波数の一方の周波数で前記超
音波振動部から送信する送信工程と、
前記２つの共振周波数の他方の周波数で送信される第２の通信信号を前記超音波振動部
から受信する受信工程と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
なお、第２の発明に属する前記ダイバー用通信装置を含む通信システムも第３の発明に
含まれている。当該通信システムは、タンクに設けられたタンク用通信装置と、ダイバー
に装着されるダイバー用通信装置とを有する通信システムであって、
前記ダイバー用通信装置は、
振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記２つの共振周波数のうちの一方の共振周波数を用いて前記タンク用通信装置との
間で通信するとともに、前記２つの共振周波数のうちの他方の共振周波数を用いて他のダ
イバー用通信装置との間で通信する通信部と、
を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、前記ダイバー用通信装置を用いた通信方法に係る発明は、或るダイバーに装着さ
れるダイバー用通信装置と、前記或るダイバーが使用するタンク、及び、他のダイバーに
装着される他のダイバー用通信装置との間における通信方法であって、
超音波振動部が有する少なくとも２つの共振周波数のうちの一方の共振周波数を用いて
前記タンクとの間で通信すること、
前記２つの共振周波数のうちの他方の共振周波数を用いて前記他のダイバー用通信装置
との間で通信すること、
を特徴とする。
【００２４】
＜第４の発明＞
第４の発明は、超音波信号を距離測定用途に利用する発明であって、主たる発明におい
て、前記第２の超音波信号の送信時点と前記受信部により当該第２の超音波信号を受信し
た時点との時間差に基づいて送信信号源との距離を測定する距離測定部を備えたことを特
徴とする。  
さらに、前記第２の超音波信号を前記超音波振動部により送信する第２の送信部を備え
、当該第２の送信部による前記第２の超音波信号の送信処理と前記受信部よる前記第２の
超音波信号の受信処理とを切り換える送受信切換部を備えた超音波信号送受信装置とする
こともできる。
【実施例】
【００２５】
［第１の実施例］
上記第１の発明に分類した発明に係る実施例を第１の実施例として説明する。以下、２
台の通信装置で構成される通信システムについて図面を参照して説明する。
【００２６】
（実施形態）
図１は、通信システム３０５の機能構成を説明する図である。この通信システム３０５
は、一方の通信装置Ａ（３１０Ａ）と他方の通信装置Ｂ（３１０Ｂ）を備え、これらは超
音波を用いて互いに通信することで、水中における全二重通信を想定する。尚、通信装置
Ａ（３１０Ａ）と通信装置Ｂ（３１０Ｂ）は、送信する周波数と受信する周波数が逆であ
るが、機能構成やハードウェア構成は同一であるため、代表して通信装置Ａ（３１０Ａ）
の各機能部を説明する。また、図２は、通信装置３１０Ａのハードウェア構成を示す図で
あり、この図も参照して説明する。
【００２７】
通信装置Ａ（３１０Ａ）は、データ入力部３１２Ａ、送信部３１４Ａ、フィルタ部３１
６Ａ、圧電素子部３１８Ａ、フィルタ部３２０Ａ、受信部３２２Ａ、データ出力部３２４
Ａ、操作部３３０Ａ、制御部３３５Ａおよび電源部３４０Ａを備え、防水機能および耐水
圧機能を備えるケース（図示は略す。）に実装されている。また、この通信装置Ａ（３１
０Ａ）は、ハードウェア構成として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  
Ｕｎｉｔ）３５２、メモリ３５４、送信回路３６０、受信回路３６２およびＩ／Ｆ（Ｉｎ
ｔｅｒ  Ｆａｃｅ）３６４を備え、これらはバス３７４によりデータを授受可能に接続さ
れている。また、送信回路３６０および受信回路３６２には１つの超音波振動子３５８が
接続され、Ｉ／Ｆ３６４には、マイクロフォン３６６、イヤフォン３６８、表示部３７０
および操作ボタン３７２が接続されている。
【００２８】
データ入力部３１２Ａは、通信相手である通信装置Ｂ（３１０Ｂ）に送信すべきデータ
が入力される。本実施形態では、データ入力部３１２Ａは、通信装置Ａ（３１０Ａ）を保
持する人物の口元に配置されたマイクロフォン３６６である。この人物が発する音声は、
情報信号に変換されて送信部３１４Ａに送られる。尚、データ入力部３１２Ａに入力され
るデータは、音声データに限定されるものではなく、通信装置Ａ（３１０Ａ）を保持する
人物の脈拍や血圧等の生体に関するデータであっても良く、また、この人物が入力した種
々の情報データであっても良い。
【００２９】
送信部３１４Ａは、データ入力部１２Ａから送られる情報信号に基づいて、所定の送信
周波数（Ｆ１）の通信信号を生成し、生成した通信信号を圧電素子部３１８Ａから送信す
る。より詳細には、送信部３１４Ａは、データ入力部３１２Ａから送られる情報信号に所
定の変調処理を施し、この変調信号を周波数変換し、所定の出力まで増幅して周波数Ｆ１
の高周波信号として圧電素子部３１８Ａに送る。変調方式は限定されるものではなく、例
えば、ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式を採用できる。ま
た、本実施形態では、送信部３１４Ａは送信回路３６０により実現している。尚、送信部
３１４Ａにおいて、周波数Ｆ１，Ｆ２のうち、周波数が高い側の信号は、低い側の信号を
アップコンバートして生成しても良い。
【００３０】
フィルタ部３１６Ａは、送信部３１４Ａと圧電素子部３１８Ａとの間に介在する。この
フィルタ部３１６Ａはバンドパスフィルタであり、送信部３１４Ａから出力される高周波
信号の周波数Ｆ１を中心周波数として所定の周波数帯域の高周波信号を選択的に透過させ
、不要な周波数成分を除去する機能を有する。本実施形態では、送信回路３６０に実装さ
れる。尚、このフィルタ部３１６Ａに替えて、送信部３１４Ａと圧電素子部３１８Ａ間の
インピーダンスを整合するための整合部（図示は略す）が介在しても良く、フィルタ部３
１６Ａと整合部は直列して介在しても良い。また、フィルタ部３１６Ａと整合部の何れも
介在しない構成も想定できる。
【００３１】
圧電素子部３１８Ａは、振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数を有する超音
波振動部である。本実施形態では、圧電素子部３１８Ａとして、弾性振動により超音波を
送受信する超音波振動子３５８を採用する。この超音波振動子３５８は、セラミック材の
圧電体を２枚の電極で挟んだピエゾ素子が超音波振動を検出した場合、高周波信号に変換
して出力する。また、高周波信号が入力された場合、この高周波信号に応じた超音波振動
を生成して放射する。圧電体の形状は、例えば、所定の厚みを有する円柱体であり、共振
周波数は圧電体の形状に応じた弾性固有振動により決定される。
【００３２】
本実施形態では、種々の振動モードの中から、径方向の振動モードと厚み方向の振動モ
ードの２つを採用する。即ち、径方向の振動モードの共振周波数と厚み方向の振動モード
の共振周波数のうち、一方がＦ１であり他方がＦ２であるような超音波振動子３５８が採
用されている。本実施形態では、例えば、直径が５ｍｍでドーナツ状の円柱体において、
Ｆ１は４００ＫＨｚであり、Ｆ２は１．３ＭＨｚである圧電体を想定する。この場合、中
心周波数間は９００ＫＨｚであることから、Ｆ１およびＦ２の信号はアイソレーションさ
れるため、相互に影響を与えない。従って、送信部３１４Ａから出力される周波数Ｆ１の
高周波信号は、通信信号として情報を含む超音波に変換され、通信装置Ａ（３１０Ａ）の
外部の水中に放射される。同様にして、通信信号として情報を含み、通信装置Ｂ（３１０
Ｂ）から周波数Ｆ２で放射される超音波は、圧電素子部３１８Ａに検出されて高周波信号
に変換され、フィルタ部３２０Ａに送られる。
【００３３】
フィルタ部３２０Ａは、圧電素子部３１８Ａと受信部３２２Ａとの間に介在する。この
フィルタ部３２０Ａは、一方のフィルタ部３１６Ａと同様なバンドパスフィルタであり、
圧電素子部３１８Ａで変換された高周波信号の周波数Ｆ２を中心周波数として、所定の周
波数帯域の高周波信号を選択的に透過させることにより、不要な周波数成分を除去する機
能を有する。本実施形態では、受信回路３６２に実装される。尚、このフィルタ部３２０
Ａに替えて、圧電素子部３１８Ａと受信部３２２Ａ間のインピーダンスを整合するための
整合部（図示は略す）が介在しても良く、フィルタ部３２０Ａと整合部は直列して介在し
ても良い。また、フィルタ部３２０Ａと整合部の何れも介在しない構成も想定できる。
【００３４】
受信部３２２Ａは、圧電素子部３１８Ａから送られる周波数Ｆ２の高周波信号を受信す
る。より詳細には、受信部３２２Ａは、圧電素子部３１８Ａから送られる高周波信号Ｆ２
から変調信号を抽出し、抽出した変調信号を復調することにより変調信号に重畳された情
報信号を取得する。取得された情報信号は、データ出力部３２４Ａに送られる。また、本
実施形態では、受信部３２２Ａは受信回路３６２により実現している。尚、受信部３２２
Ａにおいて、周波数Ｆ１，Ｆ２のうち、周波数が低い側の信号は、高い側の信号をダウン
コンバートして生成しても良い。
【００３５】
データ出力部３２４Ａは、受信部３２２Ｂが取得した情報信号が出力される。本実施形
態では、データ出力部３２４Ａは、情報信号を音声に変換するイヤフォン３６８を想定す
る。このイヤフォン３６８は、通信装置Ａ（３１０Ａ）を保持する人物の耳に装着される
。尚、音声による出力には限定されず、情報信号に含まれる情報によっては、表示部３７
０により画像で出力されても良い。
【００３６】
制御部３３５Ａは、送信部３１４Ａでの送信および受信部３２２Ａでの受信を非同期に
制御する。即ち、送信部３１４Ａでの送信と受信部３２２Ａでの受信は、同時に実行され
ても良く、また、何れか一方が実行されても良い。この結果、送信と受信を全二重で行う
ことができる。本実施形態では、ＣＰＵ５２がメモリ３５４に保持された所定のプログラ
ムを実行することで、送信回路３６０および受信回路３６２の動作を制御する。
【００３７】
操作部３３０Ａは、通信装置Ａ（３１０Ａ）を保持する人物により操作され、通信装置
Ａ（３１０Ａ）の各動作を制御する。本実施形態では、操作部３３０Ａとして操作ボタン
３７２が通信装置Ａ（３１０Ａ）上に配置され、通信装置Ａ（３１０Ａ）を保持する人物
は、表示部３７０に表示される情報に応じて操作ボタン３７２を操作する。
【００３８】
電源部３４０Ａは、通信装置Ａ（３１０Ａ）の各機能部に対して電源を供給する。本実
施形態では、例えば、充電可能な二次電池を想定する。
【００３９】
通信装置Ｂ（３１０Ｂ）は、上述した通信装置Ａ（３１０Ａ）と同一の機能を有し、送
信部３１４Ｂが使用する周波数はＦ２であり、受信部２２Ｂが使用する周波数はＦ１であ
る。従って、通信装置Ａ（３１０Ａ）を保持する人物と、通信装置Ｂ（３１０Ｂ）を保持
する人物は、水中で全二重の交信を行うことができる。
【００４０】
以上述べたように、１つの超音波振動子５８の振動モードにより異なる２つの共振周波
数を送信用と受信用に用いることで、全二重の超音波通信を１つの超音波振動子３５８で
実現できる。従って、通信装置Ａ（３１０Ａ）に組み込む超音波振動子３５８は１系統で
良いため、通信装置Ａ（３１０Ａ）を構成する部品数を低減できる。この結果、通信装置
Ａ（３１０Ａ）を小型かつ軽量に構成できることに加え、製造コストの低減を図ることが
できる。
【００４１】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明したが、具体的な構成は、この実施形
態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例
えば、通信装置Ａ（３１０Ａ）および通信装置Ｂ（３１０Ｂ）の様態は、同一であっても
良く、異なっても良い。例えば、図示は略すが、通信装置Ａ（３１０Ａ）は、腕時計のよ
うにダイバーが装着可能な大きさの様態であって、通信装置Ｂ（３１０Ｂ）は母船に搭載
され、圧電素子部１８Ｂが分離されて水中に露出するような様態であることも想定できる
。このような場合、通信装置Ｂ（３１０Ｂ）は大型化できるため、電源部４０Ｂの電源容
量を大きくすることで、通信装置Ａ（３１０Ａ）に比べて送信出力を強くできる。従って
、周波数によって利得特性が変動する場合、周波数Ｆ１を利得特性が良好な周波数として
割り当て、周波数Ｆ２を利得特性が不良な周波数として割り当てることにより、利得特性
の低下を強力な送信出力により改善できる。また、水中において超音波通信で使われる周
波数（数１０ＫＨｚ〜 数ＭＨｚ）は、周波数が高くなる程、伝播損失が増大する。従っ
て、周波数Ｆ２を周波数Ｆ１よりも高い周波数に割り当てることにより、伝播損失の増大
を強力な送信出力により改善できる。
【００４２】
また、本実施形態では、通信システム５は全二重により通信したが、通信装置Ａ（３１
０Ａ）および通信装置Ｂ（３１０Ｂ）が送受信を切り替えることにより、半二重により通
信しても良い。この場合、２つの周波数Ｆ１，Ｆ２を送信と受信で切り替えるため、送信
された超音波が海底、岩礁および船舶等で反射され遅延して到達する反射エコーによる影
響を排除できる。
【００４３】
また、本実施形態では、通信システム３０５は、通信装置Ａ（３１０Ａ）および通信装
置Ｂ（３１０Ｂ）で構成されたが、２台に限定されるものではなく３台以上であっても良
い。この場合、例えば、通信装置Ａ（３１０Ａ）を親機とし、複数の通信装置Ｂ，Ｃ，・
・・を子機として、１台の親機と複数の子機との間で通信しても良い。更に、親機が複数
あっても良い。
【００４４】
［第２の実施例］
上記第２の発明に分類された発明に係る実施例を本発明の第２の実施例とした。ここで
は、より具体的に、ダイバー用通信装置の一種であるダイブコンピュータと、空気タンク
に備えられたトランスミッタ（タンク用通信装置の一種）とから構成される通信システム
を例に挙げる。
【００４５】
＜ダイブコンピュータ１について＞
図３Ａに示すように、ダイブコンピュータ１は、表示部１０と、操作部２０と、センサ
群３０と、通信部４０と、警報部５０と、コントローラ６０とを有する。このダイブコン
ピュータ１は、腕時計のようにダイバー（使用者）の手首に装着されるものであり（図９
を参照）、ダイバーズウォッチとしても用いられる。
【００４６】
表示部１０は、ダイバーに参照される情報を表示する部分であり、各種の表示素子が用
いられる。例えば、液晶表示素子やＬＥＤ表示素子が用いられる。図４に示すように、表
示部１０は、ガラスや樹脂等の透明部材１１によって覆われた状態で、ケースＣＳ１の内
部に収容されている。ダイバーは、透明部材１１を透して表示内容を視認する。図５に示
すように、このダイブコンピュータ１では、このダイブコンピュータ１を装着しているダ
イバー及び通信相手である他のダイバーについて、空気タンク２００（図８を参照）の残
量が表示される。なお、この点については後で説明する。
【００４７】
操作部２０は、ダイブコンピュータ１に所望の動作を行わせる際に、ダイバーによって
操作される部分である。図４に示すように、このダイブコンピュータ１では、ケースＣＳ
１の前面における６時の位置（腕時計の文字盤における６時に相当する位置、以下同様）
に、３つの操作ボタン２１を横並びに設けている。
【００４８】
センサ群３０は、複数種類のセンサによって構成されている。そして、検出結果はコン
トローラ６０へ出力される。これらのセンサには、ダイブコンピュータ１の使用環境を検
出するものとして、例えば圧力センサ３１や水ぬれセンサ３２が含まれる。
【００４９】
圧力センサ３１は、ダイブコンピュータ１が置かれている環境の圧力に応じた検出信号
を出力する。すなわち、圧力センサ３１は、ダイビング中において水圧に応じた検出信号
を出力する。そして、水圧は水深に応じて変化するので、コントローラ６０は、検出信号
に基づいて水深を認識できる。この圧力センサ３１は、例えば図２に示すように、ケース
ＣＳ１の前面における９時の位置に設けられている。
【００５０】
水ぬれセンサ３２は、ダイブコンピュータ１が水にぬれた状態にあるか否かを検出する
。この水ぬれセンサ３２は、ダイビング中において、ダイブコンピュータ１が水中にある
場合に対応する検出信号を出力する。水ぬれセンサ３２は２つの端子を有しており、両端
子が水を介して短絡された場合に、水ぬれ状態を示す検出信号を出力する。なお、図４で
は、一方の端子がケースＣＳ１の前面における３時の位置に設けられている。また、他方
の端子はケースＣＳ１の一部を構成する金属部分であり、一方の端子と電気的に絶縁され
た状態で設けられている。
【００５１】
通信部４０は、他の機器との間でデータ信号の送受信をするための部分である。このダ
イブコンピュータ１では、トランスミッタ１００（図７を参照）や他のダイブコンピュー
タ１と通信を行う。これらの機器は、空気中と水中のそれぞれで送受信を行う。例えば図
１０Ａ，図１０Ｂに示すように、地上や船上（すなわち空気中）ではペアリングを行う。
また、図９に示すように、水中では、空気タンク２００の残量を送受信する。なお、ペア
リングとは、通信相手となる機器同士を認識させ、制御上の時刻、クロックのタイミング
、及び、データ信号の送受信タイミングの同期をとる処理である。この通信部４０につい
ては後で説明する。
【００５２】
警報部５０は、警報動作を行う部分であり、例えばバイブレータによって構成される。
この警報部５０は、何らかの異常があった場合に、異常があった旨をダイバーに報知する
。このため、警報部５０としては、ダイバーへの報知ができればバイブレータ以外のもの
を用いてもよい。そして、警報部５０としてバイブレータを用いた場合、ダイバーは目視
によらずに異常があった旨を認識でき、直ちに対応ができる。
【００５３】
コントローラ６０は、ダイブコンピュータ１における制御の中心になる部分であり、Ｃ
ＰＵ６１とメモリ６２と水晶振動子６３とを有する。ＣＰＵ６１は、メモリ６２に記憶さ
れているファームウェアに従って動作し、各制御対象部を制御する。例えば、ＣＰＵ６１
は、所望の表示を行わせるため、表示部１０に対して表示用の制御信号を出力する。また
、前述したように、データ信号の送受信も行う。水晶振動子６３は、ダイブコンピュータ
１の時刻基準となるクロックを発生させる。この水晶振動子６３は、ＣＰＵ６１に内蔵さ
れた発振回路とともに動作する。そして、コントローラ６０は、水晶振動子６３が発生し
たクロックに基づき、そのダイブコンピュータ１における時刻情報を生成する。
【００５４】
＜通信部４０について＞
図３Ｂに示すように、通信部４０は、通信回路４１と超音波振動子４２とを有する。通
信回路４１は、第１送信回路４３ａ、第２送信回路４３ｂ、第１受信回路４４ａ、第２受
信回路４４ｂ、第１バンドパスフィルタ４５ａ、第２バンドパスフィルタ４５ｂ、第１整
合回路４６ａ、及び、第２整合回路４６ｂを有する。第１送信回路４３ａ及び第２送信回
路４３ｂは、コントローラ６０から出力されたデータ信号によって変調された変調信号を
出力する。この実施形態において、第１送信回路４３ａは、第１超音波用の変調信号を出
力する。第２送信回路４３ｂは、第２超音波用の変調信号を出力する。なお、第１超音波
及び第２超音波については後述する。第１受信回路４４ａは、変調信号から復調されたデ
ータ信号（再生されたデータ信号）をコントローラ６０へ出力する。なお、第１受信回路
４４ａに入力される変調信号は、他のダイブコンピュータ１から送信されたものである。
第２受信回路４４ｂは、第１受信回路４４ａと同様に、変調信号から復調されたデータ信
号をコントローラ６０へ出力する。そして、第２受信回路４４ｂに入力される変調信号は
、トランスミッタ１００から送信されたものである。第１バンドパスフィルタ４５ａは、
超音波振動子４２の第１共振周波数Ｆ１（図６Ｂを参照）で定められる所定周波数帯域の
信号を通過させる。第２バンドパスフィルタ４５ｂは、超音波振動子４２の第２共振周波
数Ｆ２（図６Ｂを参照）で定められる所定周波数帯域の信号を通過させる。第１整合回路
４６ａは、第１共振周波数Ｆ１の信号を扱う回路とのインピーダンスを整合させる。第２
整合回路４６ｂは、第２共振周波数Ｆ２の信号を扱う回路とのインピーダンスを整合させ
る。インピーダンスを整合させることで、インピーダンスの不整合に起因する反射が低減
される。このため、信号の送受信効率を向上させることができる。一般的に、超音波振動
子４２の第１共振周波数Ｆ１と第２共振周波数Ｆ２のインピーダンスは異なる。このため
、共振周波数Ｆ１，Ｆ２毎に整合回路４６ａ，４６ｂを設けることは、極めて有効といえ
る。また、２つの周波数同士Ｆ１，Ｆ２の分離性の向上にも寄与する。
【００５５】
超音波振動子４２は、例えば図６Ａに示すように、中央部に円形の貫通孔を有する中空
円盤状（円環状）の圧電素子によって構成される。この超音波振動子４２の大きさは、直
径が５ｍｍであり、厚さが１ｍｍである。図６Ｂに示すように、この超音波振動子４２は
、振動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数Ｆ１，Ｆ２を有する。第１共振周波数
Ｆ１は径方向の振動モードの共振周波数であり、第２共振周波数Ｆ２は厚み方向の振動モ
ードの共振周波数である。ここで、径方向は、厚み方向に対して交差する交差方向（具体
的には直交する方向）に相当する。従って、第１共振周波数Ｆ１は、交差方向の振動モー
ドの共振周波数に相当する。この超音波振動子４２では、送信回路（第１送信回路４３ａ
，第２送信回路４３ｂ）から出力された変調信号に基づいて超音波振動子４２を動作させ
ると、第１共振周波数Ｆ１の第１超音波や第２共振周波数Ｆ２の第２超音波が送信される
。また、超音波振動子４２は、第１超音波と第２超音波の何れも受信することができる。
【００５６】
この超音波振動子４２の利得特性（電気信号と超音波の変換効率の特性）に関し、第１
共振周波数Ｆ１の利得と第２共振周波数Ｆ２の利得がほぼ等しい。この場合、第１超音波
と第２超音波の送受信効率は等しくなる。
【００５７】
本実施形態において、第１共振周波数Ｆ１は４００ＫＨｚであり、第２共振周波数Ｆ２
は１．３ＭＨｚである。第１共振周波数Ｆ１が４００ＫＨｚに定められていることから、
第１バンドパスフィルタ４５ａは、４００ＫＨｚを中心周波数とする所定周波数帯域の信
号を通過させる。同様に、第２共振周波数Ｆ２が１．３ＭＨｚに定められていることから
、第２バンドパスフィルタ４５ｂは、１．３ＭＨｚを中心周波数とする所定周波数帯域の
信号を通過させる。ここで、第１共振周波数Ｆ１と第２共振周波数Ｆ２の中心周波数同士
の差は９００ＫＨｚである。このため、第１超音波と第２超音波に関し、通信に必要な帯
域を確保しつつそれぞれの信号を分離させることができる。
【００５８】
なお、図６Ｃに示すように、水中において超音波は、周波数が高いほど伝播損失が大き
くなる。従って、第１超音波よりも周波数の高い第２超音波は、同じ強さで送信されたと
しても、伝送可能な距離が第１超音波よりも短くなる。
【００５９】
図４に示すように、超音波振動子４２は、例えば金属製のパッケージ内に収められた状
態で、ケースＣＳ１の前面における１２時の位置に設けられている。すなわち、ケースＣ
Ｓ１の正面上部における幅方向（３時と９時を結ぶ方向）の中央に設けられている。これ
により、ペアリング時における超音波振動子４２同士の位置あわせを容易にしている。
【００６０】
この通信部４０において、第１送信回路４３ａ、第２送信回路４３ｂ及び超音波振動子
４２の組は、周波数の異なる第１超音波と第２超音波を送信する送信部に相当する。すな
わち、第１送信回路４３ａと超音波振動子４２の組は、第１超音波を送信する第１送信部
に相当し、第２送信回路４３Ｂと超音波振動子４２の組は、第２超音波を送信する第２送
信部に相当する。また、第１受信回路４４ａ、第２受信回路４４ｂ及び超音波振動子４２
の組は、周波数の異なる第１超音波と第２超音波を受信する受信部に相当する。すなわち
、第１受信回路４４ａと超音波振動子４２の組は、第１超音波を受信する第１受信部に相
当する。同様に、第２受信回路４４ｂと超音波振動子４２の組は、第２超音波を受信する
第２受信部に相当する。そして、コントローラ６０は、データ信号を各送信回路４３ａ，
４３ｂへ出力すること、及び、再生されたデータ信号を各受信回路４４ａ，４４ｂから受
け取ることを行う。
【００６１】
＜トランスミッタ１００について＞
次に、トランスミッタ１００について説明する。このトランスミッタ１００は、タンク
用通信装置の一種であり、例えば図８に示すように、空気タンク２００のバルブ２１０に
設けられている。そして、空気タンク２００の圧力を示すデータ信号をダイブコンピュー
タ１へ送信する。
【００６２】
トランスミッタ１００の電気的な構成は、ダイブコンピュータ１と類似している。すな
わち、図７に示すように、トランスミッタ１００は、操作部１１０と、センサ群１２０と
、通信部１３０と、コントローラ１４０とを有する。これらの各部は、ダイブコンピュー
タ１が有するものと同等の機能を有する。簡単に説明すると、操作部１１０はトランスミ
ッタ１００のモードを切り替える際等に操作される部分であり、例えば図８に示すように
、ケースＣＳ２に設けられた操作ボタン１１１によって構成される。センサ群１２０には
、第１圧力センサ１２１、第２圧力センサ１２２、及び、水ぬれセンサ１２３が含まれる
。第１圧力センサ１２１は、ダイブコンピュータ１の圧力センサ３１と同様に、トランス
ミッタ１００がおかれている環境の圧力に応じた検出信号を出力する。第２圧力センサ１
２２は、空気タンク２００の圧力に応じた検出信号を出力する。水ぬれセンサ１２３は、
トランスミッタ１００が水中にある場合に対応する検出信号を出力する。
【００６３】
通信部１３０は、ダイブコンピュータ１との間でデータ信号を送受信する。この通信部
１３０は、通信回路１３１と超音波振動子１３２を有する。そして、通信回路１３１は、
送信回路１３３と受信回路１３４とを有する。送信回路１３３は、データ信号によって変
調された変調信号を超音波振動子１３２へ出力する。受信回路１３４は、再生されたデー
タ信号をコントローラ１４０へ出力する。超音波振動子１３２は、変調信号に基づいて振
動し、超音波を出力する。この超音波振動子１３２の共振周波数は、ダイブコンピュータ
１が有する超音波振動子４２の第２共振周波数Ｆ２に揃えられている。図６Ａに示すよう
に、この超音波振動子１３２も中空円盤状をしている。
【００６４】
なお、例示した通信回路１３１では、バンドパスフィルタや整合回路を設けていないが
、これらを設けてもよい。バンドパスフィルタや整合回路を設けることで、無用な周波数
成分を除去でき、データ信号の送受信時の効率が向上する。
【００６５】
コントローラ１４０は、トランスミッタ１００における制御の中心になる部分であり、
ＣＰＵ１４１とメモリ１４２と水晶振動子１４３とを有する。ＣＰＵ１４１は、ファーム
ウェアに従って動作し、各制御対象部を制御する。水晶振動子１４３は、トランスミッタ
１００の時刻基準となるクロックを発生させる。このクロックに基づき、コントローラ１
４０はトランスミッタ１００における時刻情報を生成する。
【００６６】
このトランスミッタ１００は、空気タンク２００に設けられている。このため、大きさ
や形状に関し、ダイバーの手首に装着されるダイブコンピュータ１よりも自由度が高い。
このため、ダイブコンピュータ１よりも大きな電源を搭載でき、超音波の出力も大きくす
ることができる。
【００６７】
＜動作について＞
次に、この通信システムにおける動作について説明する。この通信システムでは、図９
に示すように、或るダイバーに装着された第１ダイブコンピュータ１Ａは、そのダイバー
が使用する第１空気タンク２００Ａに設けられた第１トランスミッタ１００Ａと通信をす
ると共に、他のダイバーに装着された第２ダイブコンピュータ１Ｂとも通信をする。一方
、第２ダイブコンピュータ１Ｂは、そのダイバーが使用する第２空気タンク２００Ｂに設
けられた第２トランスミッタ１００Ｂと通信をするとともに、第１ダイブコンピュータ１
Ａとも通信をする。そして、各ダイブコンピュータ１Ａ，１Ｂは、各空気タンク２００Ａ
，２００Ｂの残量を表示する。
【００６８】
この通信システムでは、各トランスミッタ１００Ａ，１００Ｂと対応するダイブコンピ
ュータ１Ａ，１Ｂとの通信を、第２共振周波数Ｆ２の第２超音波で行い、ダイブコンピュ
ータ１Ａ，１Ｂ同士の通信を第１共振周波数Ｆ１の第１超音波で行うことを特徴としてい
る。このように、ダイブコンピュータ１が有する超音波振動子４２から出力される第２超
音波でトランスミッタ１００と通信をさせ、第１超音波で相手方のダイブコンピュータ１
と通信させることで、それぞれの通信に超音波振動子４２を共用できる。これにより、装
置構成の簡素化が図れる。
【００６９】
このような通信を行うため、各ダイバーは、各機器を地上や船上（要するに空気中）で
ペアリングする。すなわち、或るダイバーは、第１ダイブコンピュータ１Ａと第１トラン
スミッタ１００Ａとをペアリングする。また、他のダイバーは、第２ダイブコンピュータ
１Ｂと第２トランスミッタ１００Ｂとをペアリングする。さらに、或るダイバーと他のダ
イバーは、第１ダイブコンピュータ１Ａと第２ダイブコンピュータ１Ｂとをペアリングす
る。
【００７０】
ペアリングの動作例を簡単に説明する。まず、ダイブコンピュータ１とトランスミッタ
１００のペアリングについて説明する。この場合、例えば図１０Ａに示すように、ダイブ
コンピュータ１（１Ａ，１Ｂ）の超音波振動子４２とトランスミッタ１００（１００Ａ，
１００Ｂ）の超音波振動子１３２を向かい合わせにおき、トランスミッタ１００を受信状
態とし、ダイブコンピュータ１を送信状態とする。その後、ダイブコンピュータ１からペ
アリングデータ（データ信号の一種）を送信する。すなわち、第２超音波を変調してペア
リングデータを送信する。このペアリングデータを受信したら、トランスミッタ１００は
、このペアリングデータが受信できた旨の返事（acknowledge）及び受信側のペアリング
データを返信する。この返信も第２超音波を変調して行う。この返信によって、ペアリン
グの動作が終了する。このとき、自身の時刻情報や歩度が相手側と交換されることにより
、時刻及びクロックの同期が確立する。また、相手との間で、通信を行うタイミングも定
められる。
【００７１】
ダイブコンピュータ１Ａ，１Ｂ同士のペアリングも同様である。この場合、例えば図１
０Ｂに示すように、互いの超音波振動子４２同士が向かい合うように、第１ダイブコンピ
ュータ１Ａと第２ダイブコンピュータ１Ｂとを配置し、第１ダイブコンピュータ１Ａから
第２ダイブコンピュータ１Ｂへ向けてペアリングデータを送信する。すなわち、第１超音
波を変調してペアリングデータを送信する。そして、第２ダイブコンピュータ１Ｂは、受
信できた旨の返事に加えてペアリングデータを返信する。この返信も第１超音波を変調し
て行う。このときも、自身の時刻情報や歩度が相手側と交換されることにより、時刻及び
クロックの同期が確立する。また、相手の間で、通信を行うタイミングも定められる。
【００７２】
なお、空気中における超音波の速度は、水中における速度よりも低い。この点に関し、
通信する機器同士を数ｃｍ〜数十ｃｍ程度の近距離で通信させることにより、ペアリング
にて同期される時刻の精度を高めることができる。
【００７３】
水中において、空気中にてペアリングされた機器同士は通信を行う。このとき、各機器
は、水中に存在することを条件に通信を開始する。この場合、各ダイブコンピュータ１Ａ
，１Ｂのコントローラ６０、及び、各トランスミッタ１００Ａ，１００Ｂのコントローラ
１４０は、水ぬれセンサ３２，１２３や圧力センサ３１，１２１からの出力に基づいて水
に濡れていること及び水圧を認識し、条件を満たしたら通信を開始する。この通信は、ペ
アリング時に定められたタイミングで行われる。この通信システムの通信は、半二重通信
で行われる。
【００７４】
ここで、ダイブコンピュータ１Ａ，１Ｂとトランスミッタ１００Ａ，１００Ｂ間の通信
に要する時間（すなわち、空気タンク２００の残量を取得するための通信時間）は、ダイ
ブコンピュータ１Ａ，１Ｂ同士の通信に要する時間よりも短くて済む。また、ダイブコン
ピュータ１Ａ，１Ｂとトランスミッタ１００Ａ，１００Ｂ間の通信は間欠的に行えば足り
る。このため、ダイブコンピュータ１Ａ，１Ｂとトランスミッタ１００Ａ，１００Ｂ間で
通信をしている期間は、ダイブコンピュータ１Ａ，１Ｂ同士の通信を停止してもよい。こ
のようにすると、２つの周波数間の干渉を確実に防止できる。
【００７５】
また、この通信システムでは、トランスミッタ１００とダイブコンピュータ１との通信
に、水中で減衰がし易い低い方の第２超音波（第２共振周波数Ｆ２）を用いているので効
率がよい。すなわち、相対的に通信可能な距離が短い第２超音波を、通信距離が短くなり
がちなトランスミッタ１００との通信に使用し、相対的に通信可能な距離が長い第１超音
波を、通信距離が長くなりがちな他のダイブコンピュータ１との通信に用いているので、
それぞれの超音波の特性に適した効率のよい通信が行える。加えて、トランスミッタ１０
０の通信部１３０は、ダイブコンピュータ１の通信部４０に比べて、出力の大きなものを
用いることが容易である。このため、水中での減衰を、通信部１３０の出力を大きくする
ことで補うこともできる。
【００７６】
なお、ダイバー同士の位置によっては、相手の空気タンク２００に設けられたトランス
ミッタ１００からの第２超音波を受信してしまう虞がある。このような不具合を防止する
ためには、第１トランスミッタ１００Ａから第２超音波を送信するタイミングと、第２ト
ランスミッタ１００Ｂから第２超音波を送信するタイミングとをずらせばよい。このよう
にすれば、各ダイブコンピュータ１Ａ，１Ｂは、第２超音波が送信されたタイミングに基
づき、自身が使用すべきデータを選択的に受信できる。その結果、他のダイバーの空気タ
ンク２００の残量を誤って受信してしまう不具合を防止できる。
【００７７】
＜まとめ＞
以上の説明から次のことがいえる。すなわち、各ダイブコンピュータ１Ａ，１Ｂは、振
動モードに応じて少なくとも２つの共振周波数Ｆ１，Ｆ２を有する超音波振動子４２を備
えており、一方の共振周波数Ｆ２を用いてトランスミッタ１００（タンク）との間で通信
し、他方の共振周波数Ｆ１を用いて他のダイブコンピュータ１と通信するので、１つの超
音波振動子４２を共用することができ、装置構成の簡素化が図れる。
【００７８】
また、超音波振動子４２の厚み方向の振動モードの共振周波数と、交差方向の振動モー
ドの共振周波数を用いるので、第１超音波と第２超音波における周波数の差を十分に確保
でき、それぞれの相手と確実に通信できる。
【００７９】
また、前記厚み方向の振動モードの共振周波数を、交差方向の振動モードの共振周波数
よりも高くしているので、超音波振動子４２の厚みを薄くでき、装置の小型化に適する。
また、ダイブコンピュータ１の通信部４０は、２つの共振周波数のうちの高い方の周波数
を用いてトランスミッタ１００との間で通信をしている。トランスミッタ１００は、相手
のダイブコンピュータ１よりも近い場所にあることが多いので、水中で減衰し易い高い方
の周波数を用いることで、それぞれの超音波の特性に適した効率のよい通信が行える。
【００８０】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
前述の実施形態は、主として通信システムについて記載されているが、その中には、ダ
イバー用通信装置、ダイバー用通信装置に用いられるコンピュータプログラム及びコード
、プログラムを記憶した記憶媒体、ダイバー用情報通信におけるタンク残量表示方法、異
常報知方法、同期方法、通信方法等の開示も含まれている。
【００８１】
また、一実施形態として、通信システムを説明したが、上記の実施形態は、本発明の理
解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発
明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物
が含まれることは言うまでもない。  
特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【００８２】
＜利得特性について＞
前述の実施形態では、第１共振周波数Ｆ１の利得と第２共振周波数Ｆ２の利得がほぼ等
しかったが、超音波振動子４２の形状によっては、それぞれの利得が異なる場合もある。
この場合、利得が低い方の共振周波数を用いてトランスミッタ１００（空気タンク２００
）と通信してもよい。例えば、図１１に例示する超音波振動子４２の利得特性では、第２
共振周波数Ｆ２の利得が第１共振周波数Ｆ１の利得よりも小さくなっている。このため、
第２共振周波数Ｆ２を空気タンク２００との通信に使用し、第１共振周波数Ｆ１を他のダ
イブコンピュータ１との通信に使用する。また、第１共振周波数Ｆ１の利得が、第２共振
周波数Ｆ２の利得よりも小さくなることもある。この場合には、第１共振周波数Ｆ１を空
気タンク２００との通信に使用し、第２共振周波数Ｆ２を他のダイブコンピュータ１との
通信に使用すればよい。
【００８３】
＜超音波振動子４２，１３２について＞
超音波振動子４２，１３２の形状は、前述した中空円盤状に限られない。例えば、図１
２Ａに示すように、単なる円盤状の超音波振動子４２Ａ，１３２Ａであってもよいし、図
１２Ｂに示すように、矩形板状の超音波振動子４２Ｂ，１３２Ｂであってもよい。加えて
、円柱状や角柱状であってもよい。  
また、超音波に関し、２次、３次といった高次の振動モードを用いてもよい。
【００８４】
＜通信方式について＞
前述の実施形態では、半二重通信を例示したが、共振周波数の異なる通信部４０，１３
０をさらに１組追加することにより、全二重通信を行うこともできる。  
例えば図１３に示すように、第１ダイブコンピュータ１Ａから第２ダイブコンピュータ
１Ｂへの通信を第１共振周波数Ｆ１の第１超音波で行い、第１トランスミッタ１００Ａと
第１ダイブコンピュータ１Ａの間の通信を第２共振周波数Ｆ２の第２超音波で行う。そし
て、第２ダイブコンピュータ１Ｂから第１ダイブコンピュータ１Ａへの通信を第３共振周
波数Ｆ３の第３超音波で行い、第２トランスミッタ１００Ｂと第２ダイブコンピュータ１
Ｂの間の通信を第２超音波で行う。この場合において、第２トランスミッタ１００Ｂと第
２ダイブコンピュータ１Ｂの間の通信を第４共振周波数Ｆ４の第４超音波で行ってもよい
。
【００８５】
＜他のダイバーの数について＞
前述の実施形態では、２人で潜水をする場合（他のダイバーが１人である場合）を例に
挙げた。ここで、他のダイバーは２人以上であってもよい。すなわち、自身を含む３人以
上の情報を、表示部１０で表示させてもよい。
【００８６】
＜ダイバー用通信装置について＞
前述の実施形態では、ダイバー用通信装置としてダイブコンピュータ１を例示したが、
これに限られない。すなわち、各ダイバーに装着される装置であって、互いに無線で通信
するものであれば、ダイバー用通信装置になる。
【００８７】
［第３の実施例］
本発明の第３の実施例は、上記第４の発明に分類された発明に関する実施例である。こ
の第３の実施例は、上記第１及び第２の実施例とは異なり、超音波信号を通信用途ではな
く、距離を測定するための用途でも使用する点に特徴がある。ここでは、自動車において
後方の障害物を検出する装置への適用例を挙げる。
【００８８】
図１４に第３の実施例における、超音波信号送受信装置の概略図を示した。超音波信号
送受信装置４１０ａは、自動車の距離測定装置の応用形態である。一般的な車載の距離測
定装置は、ドライバーの死角となる車のリア側の障害物との距離を測定するものであり、
例えば、シフトレバーをバックに入れたときなどに作動し、自動車４００のリアバンパー
４０１などに組み込まれた超音波振動子により、一方の周波数Ｆ２で超音波信号を送信し
、その送信信号が障害物によって反射されて超音波振動子に再び戻ってくるまでの時間を
測定するとともに、その時間と大気中の音速とに基づいて障害物４０２までの距離を計算
して、その距離を表示出力したり合成音声によって案内音声を出力したりするものである
。
【００８９】
第３の実施例における距離測定装置４１０ａは、第１及び第２の実施例と同様に、一つ
の超音波振動子によって二つの超音波信号を送信、あるいは受信できるものであり、この
例では、先の周波数Ｆ２とは異なる周波数Ｆ１の超音波信号によって距離の計算結果を含
む情報を他の装置に送信するものである。
【００９０】
図１５に、当該超音波信号送受信装置４１０ａと当該超音波信号送受信装置４１０ａと
情報通信する通信装置４１０ｂの機能ブロック構成を例示した。ＣＰＵ４１１ａとメモリ
４１２ａとによって構成されるコンピュータ本体をコントローラとしている。送信機Ａ４
１３ａは、ＣＰＵ４１１ａからの制御によって超音波振動子４１５ａを駆動し、周波数Ｆ
１あるいはＦ２の超音波信号を送信させる。受信器Ａ４１４ａは、超音波振動子４１５ａ
が受信した周波数Ｆ１あるいはＦ２の超音波信号の復号回路と復号した信号のＡ／Ｄ変換
回路などを含み、復号信号に基づくデジタルデータをＣＰＵ４１１ａに入力する。スイッ
チ４１６ａはＣＰＵ４１１ａの制御に従って超音波振動子４１５ａへの信号経路を送信機
Ａ４１３ａ側と受信機Ａ４１４ａ側とに切り換える。そして、ＣＰＵ４１１ａはシフトレ
バー４１７の操作に連動するスイッチなどから、シフトレバー４１７がバックに切り替わ
ったことを示す信号が入力されると、この超音波信号送受信装置４１０ａを起動し、スイ
ッチ４１６ａを送信機Ａ４１３ａ側に切り換え、現在の時刻情報を含んだ周波数Ｆ２の超
音波信号を送信機Ａ４１３ａに送信させ、直ちに受信機Ａ４１４ａ側にスイッチ４１６ａ
を切り換えさせる。
【００９１】
障害物４０２に反射した超音波信号は、超音波振動子４１５ａを介して受信機Ａ４１４
ａに入力され、その信号のデジタルデータがＣＰＵ４１１ａに入力される。ＣＰＵ４１１
ａは、反射信号に含まれている時刻情報と現時点での時刻とを比較し、その時間差から障
害物４０２までの距離を計算する。そして、スイッチ４１６ａを送信機Ａ４１３ａ側に切
り換えさせて、その計算結果を周波数Ｆ１で超音波振動子４１５ａに送信させる。
【００９２】
一方、周波数Ｆ１によって送信される距離情報を含んだ超音波信号を受信する装置４１
０ｂは、車載の通信装置で、例えば、超音波信号の受信機能を備えたナビゲーション装置
などが考えられる。車載通信装置４１０ｂにおいて、超音波信号を送受信する構成部分は
、超音波信号送受信装置４１０ａとほぼ同様であり、超音波振動子４１５ｂ、送信機Ｂ４
１３ｂ、受信機Ｂ４１４ｂ、信号経路の切換を行うスイッチ４１６ｂ、そして、ＣＰＵ４
１１ｂとメモリ４１２ｂを含んで車載通信装置４１０ｂを統括制御するコントローラとを
備えている。
【００９３】
車載通信装置４１０ｂのＣＰＵ４１１ｂは、超音波信号送受信装置４１０ａから周波数
Ｆ１の超音波信号を超音波振動子４１５ｂとそれに接続される受信機Ｂ４１４ｂとを介し
て受けとると、送信機Ｂ４１３ｂと超音波振動子４１５ｂとにより、その受信確認を超音
波信号送受信装置４１０ａ側に返信させるとともに、超音波信号送受信装置４１０ｂから
の超音波信号中の距離情報をモニタなどの表示装置４１７に表示出力したり、障害物４０
２との距離に応じたビープ音や合成音声による案内音声をスピーカを含む音声出力装置４
１８から出力したりしてドライバーに障害物４０２との距離を知らせる。
【００９４】
超音波信号送受信装置側４１０ａのＣＰＵ４１１ａは、時刻情報を含んだ超音波信号を
送信して、車載通信装置４１０ｂから受信確認を受け取るまでの一連の処理を高速で繰り
返し行うことで、距離を逐次更新し、その更新情報を逐次周波数Ｆ２の超音波信号によっ
て送信させ、車載通信装置４１０ｂはリアルタイムで距離に関する情報を表示したり音声
出力したりする。
【００９５】
このように、当該超音波信号送受信装置４１０ａと、これと周波数Ｆ１で通信する車載
通信装置４１０ｂとは、超音波による無線信号で情報通信することになり、双方の装置（
４１１ａ，４１０ｂ）を有線接続させるための配線作業が不要となる。したがって、車種
などを問わずに車載通信装置４１１ｂの設置場所を柔軟に設定できる。なお、このような
距離測定用途では、指向性に優れた高い周波数を使って距離を測定することが望ましい。
すなわち、Ｆ２＞Ｆ１とする。また、超音波信号送受信装置４１０ａと車載通信装置４１
１ｂとの間の車内通信では、回折しやすい低い周波数の超音波を用いることで、これらの
装置（４１１ａ，４１１ｂ）間が見通せなくても確実に情報通信することができる。
【００９６】
［その他の実施例］
本発明の超音波信号送受信装置の具体的な実施形態は、上記第１〜第３の実施例に示し
た例に限らず、例えば、第１の実施例や第２の実施例では、水中で通信する装置を例とし
て挙げたが、これらの実施例において示した装置を大気中での通信に利用することも可能
である。また、第３の実施例に示したような距離測定用途も大気中に限らない。例えば、
水中において、あるダイバーが所持するダイブコンピュータで、他のダイバーが所持する
ダイブコンピュータとの距離を測定し、その距離情報を船上に設置された通信装置に送信
するような用途が考えられる。船上の装置から特定のダイブコンピュータに他のダイブコ
ンピュータとの距離を測定する旨の指令を含んだ超音波信号を送信し、その特定のダイブ
コンピュータが他のダイバーのダイブコンピュータとの距離を測定し、その距離を再び船
上の装置に送信する、という実施形態もあり得る。このように本発明では、大気中、水中
を問わず、情報通信用途、あるいは距離測定用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１  ダイブコンピュータ、１０  表示部、１１  透明部材、
２０  操作部、２１  操作ボタン、３０  センサ群、
３１  圧力センサ、３２  水ぬれセンサ、４０  通信部、
４１  通信回路、４２  超音波振動子、
４３ａ  第１送信回路、４３ｂ  第２送信回路、
４４ａ  第１受信回路、４４ｂ  第２受信回路、
４５ａ  第１バンドパスフィルタ、４５ｂ  第２バンドパスフィルタ、
４６ａ  第１整合回路、４６ｂ  第２整合回路、５０  警報部、
６０  コントローラ、６１  ＣＰＵ、６２  メモリ、
６３  水晶振動子、１００  トランスミッタ、１１０  操作部、
１１１  操作ボタン、１２０  センサ群、１２１  第１圧力センサ、
１２２  第２圧力センサ、１２３  水ぬれセンサ、１３０  通信部、
１３１  通信回路、１３２  超音波振動子、１４０  コントローラ、
１４１  ＣＰＵ、１４２  メモリ、１４３  水晶振動子、
２００  空気タンク、２１０  バルブ、
３０５  通信システム、３１０Ａ  通信装置Ａ、３１０Ｂ  通信装置Ｂ、
３１２Ａ，３１２Ｂ  データ入力部、３１４Ａ，３１４Ｂ  送信部、
３１６Ａ，３１６Ｂ  フィルタ部、３１８Ａ，３１８Ｂ  圧電素子部、
３２０Ａ，３２０Ｂ  フィルタ部、３２２Ａ，３２２Ｂ  受信部、
３２４Ａ，３２４Ｂ  データ出力部、３３０Ａ，３３０Ｂ  操作部、
３３５Ａ，３３５Ｂ  制御部、３４０Ａ，３４０Ｂ  電源部、
３５２  ＣＰＵ、３５４  メモリ、３５８  超音波振動子、３６０  送信回路、
３６２  受信回路、３６４  Ｉ／Ｆ、３６６  マイクロフォン、
３６８  イヤフォン、３７０  表示部、３７２  操作ボタン、３７４  バス、
４００  自動車、４０２  障害物、４１０ａ  超音波信号送受信装置、
４１０ｂ  車載通信装置、４１１ａ，４１１ｂ  ＣＰＵ、
４１２ａ，４１２ｂ  メモリ
【図１４】
2010035135.tif 000003
【図１５】
2010035135.tif 000004
【図１】
2010035135.tif 000005
【図２】
2010035135.tif 000006
【図３】
2010035135.tif 000007
【図４】
2010035135.tif 000008
【図５】
2010035135.tif 000009
【図６】
2010035135.tif 000010
【図７】
2010035135.tif 000011
【図８】
2010035135.tif 000012
【図９】
2010035135.tif 000013
【図１０】
2010035135.tif 000014
【図１１】
2010035135.tif 000015
【図１２】
2010035135.tif 000016
【図１３】
2010035135.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月28日(2009.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の共振周波数および第２の共振周波数を含む少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記第１の共振周波数で第１の超音波信号を生成し、生成した前記第１の超音波信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記第２の共振周波数で送信されてくる第２の超音波信号を前記超音波振動部から受信する受信部と、
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記送信部での送信および前記受信部での受信を非同期に制御する制御部を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記超音波振動部と前記送信部との間および前記超音波振動部と前記受信部との間の少なくとも１つに、所定の周波数帯域の信号を透過するフィルタ部を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記超音波振動部と前記送信部との間および前記超音波振動部と前記受信部との間の少なくとも１つに、インピーダンスを整合する整合部を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の通信装置。
【請求項５】
前記第１の共振周波数は、前記超音波振動部の厚み方向の振動モードの共振周波数であり、前記第２の共振周波数は、前記超音波振動部の径方向の振動モードの共振周波数であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の通信装置。
【請求項６】
複数の通信装置間で通信する通信システムであって、
第１の通信装置は、
第１の共振周波数および第２の共振周波数を含む少なくとも２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記第１の共振周波数で第１の通信信号を生成し、生成した前記第１の通信信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記第２の共振周波数で送信される第２の通信信号を前記超音波振動部から受信する受信部と、
を備え、
第２の通信装置は、
少なくとも前記２つの共振周波数を有する超音波振動部と、
前記第２の共振周波数で前記第２の通信信号を生成し、生成した前記第２の通信信号を前記超音波振動部から送信する送信部と、
前記第１の共振周波数で送信される前記第１の通信信号を前記超音波振動部から受信する受信部と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る超音波信号送受信装置となる通信装置を含む通信システムの機能構成を示す図である。
【図２】上記通信装置のハードウェア構成を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る超音波信号送受信装置の一実施形態であるダイブコンピュータを示す図であり、図３Ａは、ダイブコンピュータの構成を説明するブロック図である。図３Ｂは、ダイブコンピュータが有する通信部の構成を説明するブロック図である。
【図４】上記ダイブコンピュータの正面図である。
【図５】上記ダイブコンピュータにおいて、２人が潜水している時における表示部の表示例を示す図である。
【図６】図６Ａは、超音波振動子の外観を説明する斜視図である。図４Ｂは、超音波振動子の利得特性を説明する図である。図６Ｃは、超音波の伝播損失を説明する図である。
【図７】トランスミッタの構成を説明するブロック図である。
【図８】トランスミッタの外観を説明する図である。
【図９】２人潜水時における各機器の通信を説明する図である。
【図１０】図１０Ａは、ダイブコンピュータとトランスミッタのペアリング時の位置関係を説明する図である。図１０Ｂは、ダイブコンピュータ同士のペアリング時の位置関係を説明する図である。
【図１１】超音波振動子の利得特性の他の例を説明する図である。
【図１２】図１２Ａは、円盤状の超音波振動子を説明する図である。図１２Ｂは、矩形板状の超音波振動子を説明する図である。
【図１３】２人潜水時における各機器の通信の他の例を説明する図である。
【図１４】本発明の第３の実施例における超音波信号送受信装置である距離測定装置の概略図である。
【図１５】上記第３の実施例における距離測定装置の機能ブロック構成を示す図である。