(57)【要約】【課題】送波器に入力する電気信号の周波数を変更することによって送波ビームのステアリングを可能とする周波数掃引方式を適用し、目標からの反射音波を収束させる音響レンズを受波器の前面に備えた水中映像取得装置において、取得した音響画像が必ずしも明瞭ではなかった。また、音響画像の虚像やノイズの原因となる、副極、グレーティングローブの抑制について、水中映像取得装置の電子回路規模の小型化を考慮した設計がなされてなかった。【解決手段】音響変換素子から送波された各超音波全てが合成される時間Ｌｓｉｎθｉ／ν以上のパルス幅を持った任意の周波数の送信信号を単数または複数個連結する水中映像取得装置により、達成できる。【選択図】図１５
2010286269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送波器と、反射音波を受波する受波器と、前記反射音波を前記受波器に収束させる音響レンズとを備えた水中映像取得装置において、
前記送波器は、入力される電気信号の周波数に基づいて、送波ビームの送信方向を掃引し、
前記電気信号は、パルス幅が少なくともＬｓｉｎθｉ／νのＰＣＷを複数個連結された信号であることを特徴とする水中映像取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中映像取得装置であって、
使用周波数帯域内の送波または受波の電圧感度を平坦化するために、前記送波器の第１の電気音響変換素子群の音響放射面または／および前記受波器の整合層を送波または受波器第２の電気音響変換素子群の音響受信面に整合層を１層ないし３層備えることを特徴とする水中映像取得装置。
【請求項３】
請求項１に記載の水中映像取得装置であって、
前記電気信号は、窓関数を乗じられた信号であることを特徴とする水中映像取得装置。
【請求項４】
請求項３に記載の水中映像取得装置であって、
前記電気信号は、前記ＰＣＷを連結前後で加算して、総パルス幅が圧縮されていることを特徴とする水中映像取得装置。
【請求項５】
送波器と、反射音波を受波する受波器と、前記反射音波を前記受波器に収束させる音響レンズとを備えた水中映像取得装置において、
前記送波器は、入力される電気信号の周波数に基づいて、送波ビームの送信方向を掃引し、
前記送波器の電極幅は、前記送波器の長さ方向について、中央部で幅が広く、端部で幅が狭いことを特徴とする水中映像取得装置。
【請求項６】
請求項１または請求項５に記載の水中映像取得装置であって、
不要な方位に発生する音圧の高いグレーティングローブを抑制するために、複数の音響反射翼を送波器の近傍に備えることを特徴とする水中映像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で超音波を物体に照射し、その反射波を受信して物体音響画像を取得する水中映像取得装置に係り、特に副極とグレーティングローブの影響を抑圧する水中映像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送波器に入力する電気信号の周波数を変更することによって送波ビームのステアリングを可能とする周波数掃引方式を適用した水中映像取得装置は、特許文献１および非特許文献１において詳しい解説がなされている。特許文献１および非特許文献１に記載の水中映像取得装置は、目標からの反射音波を収束させる音響レンズを受波器の前面に備えている。
【０００３】
周波数掃引方式は、極性を交互に反転させ配列した送波器用電気音響変換素子に、送信電気回路１ｃｈで異なる周波数の送信電気信号を入力するだけで、送波ビームのステアリングが可能である。また、周波数掃引方式は、送信方位によって周波数が異なるため、受波器１ｃｈで受波した受信信号をＦＦＴするだけで方位に分離できる小型・軽量、コストパフォーマンスに優れた方式である。
【０００４】
周波数掃引方式は、送波ビームを周波数でステアリングするため、使用周波数帯域分の送信信号が必要になる。その使用周波数帯域幅は、原理上、下限周波数をＦ１とすると上限は約２×Ｆ１のオクターブ幅になる。このため、送波器も受波器もこの周波数範囲を送受波すべく広帯域な特性が要求される。
【０００５】
使用周波数帯域を送信する広帯域信号として、特許文献２のような広帯域雑音、特許文献３のようなリニアＦＭで送信する例はあるが、具体的なパルス幅の指定がない。周波数掃引方式を用いた送波器では、送波アレイが傾斜しているため、送信エネルギーを十分確保するためには、ある程度のパルス幅が必要になる。また、特許文献２のような広帯域雑音を送波する場合、複数の周波数信号を重畳するため、送信パワーが大きくなり、送波器の許容入力パワーを超え、電子回路の規模が大きくなる。また、特許文献３のようなリニアＦＭで送信する場合は、周波数を単調かつ連続的に増加あるいは減少させるため、送信方位が連続的に変化し十分な送信エネルギーを確保できず、取得した音響画像が不明瞭なものとなる。
【０００６】
送波器の広帯域化手法としては、非特許文献２に記載の音響整合層方式があるが、周波数掃引方式に採用した例はない。
また、送波器が不要な方向に超音波を送波してしまうと、音響画像に虚像やノイズが発生する。不要な超音波は、２種類ある。ひとつは、主極より音圧レベルは下がるが、主極の周りに発生する副極である。もうひとつは、主極と同等の音圧レベルで任意の方向に発生するグレーティングローブである。
【０００７】
副極を抑制する方法として、送波器の電気音響変換素子個々独立に異なる重み付け送信信号を入力する方法が一般的である。しかしながら、送信ｃｈ数が増えるため、電子回路の規模が大きくなる短所がある。一方、グレーティングローブは、この副極抑制方法でも抑制することはできない。
【０００８】
従来、このグレーティングローブを抑制するために、（１）特許文献１記載のように、送波器用電気音響変換素子を、同一位相を有する複数の群で構成し、その群相互間に一定の位相差となる送信信号を入力する方法、（２）送波器用電気音響変換素子の振動子面を、素子配列方向に対して傾斜させスプリアス抑圧を行なう方法等を適用していた。しかしながら、送信回路のｃｈ数が増え、電気音響変換素子の配列が複雑となり、製造コストが上昇し、歩留まりが悪くなる短所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭４７−０２６１６０号公報
【特許文献２】特公昭５１−０４４７７３号公報
【特許文献３】特公昭５２−０４７６９８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】日本音響学会誌  ３１巻１２号、ｐ．７１６、１９７５年
【非特許文献２】医用超音波ハンドブック、ｐ．６１〜６３、コロナ社、１９８５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、周波数掃引を適用した水中映像取得装置において、上記課題を解決することにある。使用周波数帯内の送信エネルギーおよび送受音響性能を最適にし、更に不要な方向の超音波を抑制し、最小限の電子回路規模で音響画像の明瞭化を可能とする水中映像取得装置を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための第一の発明は、電機音響変換素子から送波された各超音波全てが合成される時間Ｌｓｉｎθｉ／ν以上のパルス幅を持った任意の周波数の送信信号を単数または複数個連結することにより、十分な送信エネルギーを確保する映像取得装置である。
【００１３】
第二の発明は、各電気音響変換素子の音響放射面側に１〜３層の音響整合層を送波器または受波器、あるいはそのどちらにも備えることにより、送波電圧感度または受波電圧感度、あるいはそのどちらの電圧感度周波数特性をフラットかつ極大化し、ひいては音響画像の明瞭化を可能とする映像取得装置である。
【００１４】
第三の発明は、電気音響変換素子の共通電極に窓関数を乗じた形状にすることならびに第一の発明の送信信号に窓関数を乗じた信号を電気音響変換素子に印加することにより、音響画像を取得するのに不要な方向に出力される副極を抑制し、電子回路規模を最小限で音響画像の明瞭化を可能とする映像取得装置である。
【００１５】
第四の発明は、送波器の近傍に音波を反射または吸収させる音響反射翼を単数または複数個配置することにより、音響画像を取得するのに不要な方向に出力されるグレーティングローブを抑制し、最小限の電子回路規模で音響画像の明瞭化を可能とする映像取得装置である。
【００１６】
更に第１、第３の発明に第２で発明した送波器を、また第１〜第３の発明に第４で発明した音響反射翼を適用し、最小限の電子回路規模で音響画像の明瞭化を可能とする映像取得装置である。
【００１７】
上述した課題は、送波器と、反射音波を受波する受波器と、前記反射音波を前記受波器に収束させる音響レンズとを備え、送波器は、入力される電気信号の周波数に基づいて、送波ビームの送信方向を掃引し、電気信号は、パルス幅が少なくともＬｓｉｎθｉ／νのＰＣＷを複数個連結された信号である水中映像取得装置により、達成できる。
【００１８】
また、送波器と、反射音波を受波する受波器と、前記反射音波を前記受波器に収束させる音響レンズとを備え、送波器は、入力される電気信号の周波数に基づいて、送波ビームの送信方向を掃引し、送波器の電極幅は、送波器の長さ方向について、中央部で幅が広く、端部で幅が狭い水中映像取得装置により、達成できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、最小限の電子回路規模で不要な方向の超音波を抑制し、明瞭な物体の像を得ることができる水中映像取得装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】周波数掃引を説明する送波器の側面図である。
【図２】超音波の送出方向に対する送波器の配置を説明する側面図である。
【図３】送波器への送信信号である。
【図４】送波ビーム形状を説明するグラフである（その１）。
【図５】整合層付送波器（受波器）の側面図である。
【図６】整合層付送波器の送波電圧感度周波数特性のグラフである。
【図７】整合層付受波器の受波電圧感度周波数特性のグラフである。
【図８】送波器の正面図および側面図である。
【図９】送波ビーム形状を説明するグラフである（その２）。
【図１０】送波器への送信信号である。
【図１１】送波ビーム形状を説明するグラフである（その３）。
【図１２】送波器に対する音響反射翼の配置図である（その１）。
【図１３】送波器に対する音響反射翼の配置図である（その２）。
【図１４】送波器に対する音響反射翼の配置図である（その３）。
【図１５】水中映像取得装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。
まず、図１を参照して、周波数掃引方式の送波器の構成を説明する。図１において、送波器１０１は、多数個のチタン酸ジルコン酸鉛からなる電気音響変換素子１０１ａをそれぞれ分極方向（Ａ）が交互に反対になるように横方向に配置し、上下両面に各電気音響変換素子共通となる電極１０１ｂ、１０１ｃを設けている。電極１０１ｂ、１０１ｃ間に送信器１０２より周波数を任意に変化させた入力電圧を印加する。これにより、超音波はある瞬間には矢印（Ｂ）に示すように、送信器１０２によって加えられた周波数によって定まる２つの方向に送出される。送波面における垂線に対する角度θは入力周波数に対応してθ１からθｎまで変化する。
【００２２】
図２において、送波器２００は、通常、２つの方向に送出された超音波のうち片方の組を使用する。このため、送波器２００は、超音波の送出方向（矢印方向）に対して送波面を傾斜させて使用するのが一般的である。電気音響変換素子２０１−１〜２０１−ｎは、電極を共通とするため、電極間に入力電圧を印加するとｎ個の電気音響変換素子２０１は、同時に振動し、音響媒体となる水中へ超音波を発生させる。
【００２３】
超音波の送出方向が角度θｉの場合、電気音響変換素子２０１−ｎと電気音響変換素子２０１−１から超音波の送出方向と垂直に引いた（Ｃ）までの距離は、送波器長をＬとして、Ｌｓｉｎθｉとなる。水中の音速をνとすると、電気音響変換素子２０１−ｎから送出した超音波が（Ｃ）までに到達する時間はＬｓｉｎθｉ／νとなる。よって電気音響変換素子２０１−１〜２０１−ｎから送出された超音波が全て合成されるためには、少なくともＬｓｉｎθｉ／νの時間（＝パルス幅）が必要となる。もしこのパルス幅が短く全ての超音波が合成しない場合、送信エネルギーが十分確保できない。その結果、超音波の出力音圧の低下や送波ビームの指向性の低下が起こり、水中映像取得装置で取得した音響画像が不明瞭となる。
【００２４】
図３を参照して、送信信号を説明する。図３において、横軸は時間（ｔ）、縦軸は振幅（Ｖ）である。送信信号は、任意の周波数の信号で各々Ｌｓｉｎθｉ／ν以上のパルス幅を持つＰＣＷ（Pulse Continuous Wave）を単数あるいは複数個連結した一定振幅の信号である。送信する周波数Ｆ１〜Ｆｎの順番は、低周波から高周波でもその逆でも、またランダムでも良い。なお、ＰＣＷは、単一周波数の音（純音）が一定時間継続するパルス状の波形である。
【００２５】
図４を参照して、送波器で生成した送波ビームを説明する。図４において、縦軸は相対密度、横軸は方位である。送波ビームの形状は、電気音響変換素子の各々の間隔や大きさ、送波器のアレイ長Ｌ、周波数等により異なるが、周波数掃引方式の送波器で生成した送波ビームの形状は概ね図４のようになる。（Ｄ）（Ｄ’）は下限周波数Ｆ１の送波ビーム、（Ｅ）（Ｅ’）は上限周波数Ｆｎ（＝２×Ｆ１）の送波ビームである。図４に示すように周波数掃引方式の送波器で生成した送波ビームは、中心方位０度を境界に左右２つ生成され、ここで（Ｄ）（Ｅ）の送波ビームを音響画像取得に用いるならば（この場合の映像取得装置の視野範囲は、約−３０〜−９０度の範囲となる）、（Ｄ’）（Ｅ’）は不要な超音波出力であるグレーティングローブとなる。
【００２６】
（Ｆ）（Ｆ’）（Ｆ−１）および（Ｆ’−１）は、３×Ｆ１の送波ビームである。図４から解るように、周波数を３×Ｆ１にすると、第１のグレーティングローブ（Ｆ’）の他に、第２、第３のグレーティングローブ（Ｆ−１）、（Ｆ’−１）が生成する。特に第２のグレーティングローブ（Ｆ−１）は、主極（Ｆ）と同じ約−３０〜−９０度の映像取得装置の視野範囲内に発生する。つまり、使用周波数範囲をＦ１〜３×Ｆ１まで拡大すると、虚像が発生し、水中映像取得装置の取得音響画像が不明瞭となる。よって、周波数掃引方式の使用周波数範囲は、下限周波数をＦ１とすると、上限周波数は概ね２×Ｆ１となる。したがって、周波数掃引方式を用いた映像取得装置の送波器、受波器は、使用周波数Ｆ１〜２×Ｆ１で最適化すればよい。
なお、（Ｇ）で示す複数のピークは、副極である。このように不要な方向に超音波を送波してしまうと、音響画像に虚像やノイズが発生する。
【００２７】
図５を参照して、整合層付送波器の構成を説明する。図５において、整合層付送波器５００は、複数の電気音響変換素子５０１の放射面側（水中の方向）に３層の音響整合層５０４ａ〜５０４ｃを備える。音響整合層５０４ａ〜５０４ｃの設計方法は、非特許文献２にあるように、音響インピーダンス（材料の密度×音速で表される物理量）を電気音響変換素子５０１の値から水の値に徐々に変化させる。音響整合層５０４ａ〜５０４ｃの材料は、エポキシ樹脂またはウレタン樹脂に金属粉等を混ぜるものが一般的であり、金属粉の量を変えることにより音響インピーダンスを変化させる。なお、音響整合層５０４は、単層であってもよい。また、整合層付受波器も同様に構成することができる。
【００２８】
整合層を備えた整合層付送波器５００は、共振が複数発生し図６に示す送波電圧感度周波数特性（Ｈ）〜（Ｊ）を有する。図６において、整合層付送波器５００は、電圧感度のフラットな領域を広げること（広帯域化）ができる。ここで、送波電圧感度周波数特性（Ｈ）〜（Ｊ）において、横軸は周波数Ｆ（Ｈｚ）、縦軸は送波電圧感度Ｓｓ（ｄＢ）である。送波電圧感度周波数特性（Ｈ）〜（Ｊ）は、それぞれ音響整合層５０４を１〜３層に変化させたときの特性である。使用周波数範囲がＦ１〜２×Ｆ１の場合、最適な音響整合層５０４の層数は１〜３層で、これ以上枚数を増やすと、感度が低下し、使用周波数範囲外の雑音が受波され、取得した音響画像の劣化を招く。
【００２９】
送波器の構成は受波器にも同様に適用でき、設計方法も、音響整合層５０４の材質も同じである。図７を参照して、音響整合層４を１〜３枚に変化させたときの受波電圧感度周波数特性を説明する。図７において、受波電圧感度周波数特性（Ｋ）〜（Ｍ）の横軸は周波数Ｆ（Ｈｚ）、縦軸は受波電圧感度Ｍｏ（ｄＢ）である。を示す。図７から解るように受波電圧感度周波数特性（Ｋ）〜（Ｍ）は、いずれも良好である。なお、使用周波数範囲がＦ１〜２×Ｆ１の場合、最適な音響整合層の層数は送波器と同じく１層〜３層である。また、上限がある理由も送波器と同じである。
【００３０】
以下、副極の抑制を説明する。まず、電気音響変換素子８０１−１〜８０１−ｎの超音波出力に重み付けをすることで副極を抑制することは知られている。具体的には、送波器８０１の中心位置にある電気音響変換素子８０１−ｎ／２の超音波出力を大きく、外側の電気音響変換素子８０１−１、８０１−ｎの超音波出力を小さくすれば良い。この重み付け関数は、ＦＦＴの窓関数と同じが最適で、ハニング、ハミング、ガウス関数等がある。水中映像取得装置は、これら関数の違いにより副極の抑制レベルが変化する。
【００３１】
各電器音響変換素子に重み付けする具体的な方法として、送波器の電気音響変換素子８０１−１〜８０１−ｎそれぞれへ入力する電圧振幅に重み付けをする方法がある。しかしながら、送信ｃｈ数が増えるため、電子回路の規模が大きくなる短所がある。
【００３２】
送信１ｃｈで副極を抑制する手法について、図８を参照して具体的に説明する。図８において、送波器８００は、ｎ個のチタン酸ジルコン酸鉛からなる電気音響変換素子８０１をそれぞれ分極方向が交互に反対になるように横方向に配置し、上下両面に各電気音響変換素子共通となる電極を設けている。電極間に発信器８０４と増幅器８０３により周波数を任意に変化させた入力電圧を印加する。
【００３３】
図８の正面図において、電気音響変換素子８０１−１〜８０１−ｎ各々の超音波出力に重み付けをするために、電極面積に重み付けの関数を乗じる。すなわち、共通電極８０２の形状は、送波器８００の中央で電気音響変換素子の送波面と同じ大きさと、送波器８００の端に行くほど幅を狭くする。つまり、共通電極８０２は、平たい菱形とする。電極面積が大きければ大きいほど大きな超音波出力を実現でき、送波器８００は、この共通電極８０２の面積を重み付け関数で各電気音響変換素子に割り付ければ、電子回路で重み付けする場合と同様の効果を得る。この重み付けの関数は、ＦＦＴの窓関数と同じが最適で、ハニング、ハミング、ガウス関数等である。なお、この共通電極８０２の面積を重み付け関数で各電気音響変換素子に割り付けるのは、一方の共通電極だけでもよい。
【００３４】
図９を参照して、電極形状に重み付けした送波器の送波ビームの形状を説明する。図９において、横軸は方位（度）、縦軸は相対感度（ｄＢ）である。図４と比較すると、副極が抑制されていることが解る。更に副極を抑制するために図３を参照して説明した入力信号（送信信号）に対し重み付けを乗じる方法があり、図１０を参照して、説明する。なお、重み付け関数は、前述と同様である。
【００３５】
図１０において、横軸は時間（ｔ）、縦軸は振幅（Ｖ）である。図１０（ａ）において、周波数の異なるＰＣＷにパルス振幅で重み付けを乗じた複数の送信信号を連結させる。これにより、送信エネルギーを最大化し、副極を抑制することができる。また、各々のパルスは重み付けを乗じているため、図１０（ａ）のように各々パルス前後の振幅は小さくなる。
このため、図１０（ｂ）のように加算振幅が大きくならない範囲であれば、複数の異なる周波数の信号を加算し、総パルス幅を圧縮できる。
【００３６】
図１１を参照して、送波器の電気音響変換用素子の電極形状および送信波形の両方に窓関数を乗じた場合の送波ビームの形状を説明する。図１１において、横軸は方位（度）、縦軸は相対感度（ｄＢ）である。図９と比較すると、副極が更に抑制されていることが解る。
【００３７】
周波数掃引では、送波器から左右対称に等価な送信波が出力される。左右２つの送信波のうち、いずれか一方を目標に照射させて映像取得に供する場合、もう一方は不要なビーム（グレーティングローブ）であって、抑制することが好ましい。しかし、素子電極の形状や送信波形に窓関数を乗じても、グレーティングローブの音圧を減じることはできない。
【００３８】
グレーティングローブの影響を抑制する最も簡単な方法は、必要とする主極のみを対象とする目標に向け、グレーティングローブの送信方向には極力何も物体を置かず、それによりグレーティングローブの反射波が受信されぬようにすることである。しかし、実際は、グレーティングローブの送信方位には壁など何かしらの物体があることが多く、そのような他物体によって反射あるいは拡散したグレーティングローブが、結果的に環境ノイズとして受信され、取得映像の画質に悪影響を及ぼす。
【００３９】
そこで、グレーティングローブを主極とは大きく異なる方位へ反射させ、グレーティングローブの一部を吸収して音圧を低減するような単数または複数の音響反射翼を、送波器の近傍に配置して、グレーティングローブの悪影響を抑制する。
【００４０】
以下、図１２ないし図１４を参照して、グレーティングローブの悪影響を抑制する方法を説明する。図１２において、送波器１２０１は、その送波面の垂線方向１２０２に対し、左右対称に送波ビームを出力する。そのうち、左側のビームを主極１２０３と定義する。水中映像取得装置は、主極１２０３を図示しない目標で反射させ、映像取得に供する。もう一方の右側ビームは、不要なグレーティングローブ１２０４である。
【００４１】
周波数掃引方式では送信周波数により送信方位が変化する。図１２（ａ）は、送信周波数が使用する最高周波数（２×Ｆ１）の場合である。主極１２０３とグレーティングローブ１２０４の送信方位は、送波面の垂線方向１２０２にそれぞれ近くなる。そのため、送波器１２０１の両端Ａ、Ｂと、主極１２０３、およびグレーティングローブ１２０４が交わる点Ｃにより定義される三角形ＡＢＣの高さＴが高くなる。
【００４２】
一方、図１２（ｂ）は、送信波が当該システムにおいて使用する最低周波数（Ｆ１）の場合である。この場合、主極１２０３とグレーティングローブ１２０４の送信方位は送波面の垂線方向１２０２から互いに離れる。同様に定義した三角形ＡＢＣ’の高さはより低くなる。
【００４３】
高周波、低周波いずれの場合においても、主極１２０３とグレーティングローブ１２０４との最終的な送信方位差を大きくし、グレーティングローブ１２０４の全部または一部が目標の方向に極力向かわないよう、送波器１２０１の近傍に音響反射翼１２０５〜１２０８を設置することが好ましい。
【００４４】
一方でこのとき、音響反射翼が主極１２０３と干渉しないよう、音響反射翼が図１２の点線で挟まれる領域（主極の音場）に入らないようにしなければならない。本実施例の場合、送波器１２０１と音響反射翼１２０５との距離を、当該システムで使用する最大周波数の時の三角形ＡＢＣの高さＴ以上に離す必要がある。
【００４５】
この三角形ＡＢＣの高さＴが大きく、あるいは使用する周波数帯域が広いためにグレーティングローブの送信方位に幅がある場合は、単数の音響反射翼ではその面積が大きくなりすぎ、実装上の問題となることがある。そのような場合、本実施例のように、音響反射翼を４枚に分割する。分割によって、より狭いスペースで効率的にグレーティングローブを反射させることができる。このとき、個々の音響反射翼１２０５、１２０６、１２０７および１２０８を、前方（目標側）に向かうほど長く、逆に目標とは反対側に向かうほど短く設計することで、反射されたグレーティングローブ１２０４が、結果的に目標とは反対の方向に向かい易い。
【００４６】
更に、目標とは大きく方位が異なる方向にグレーティングローブ１２０４を逃がしても、その方向に反射体があって環境ノイズになりやすい場合や、別の測定装置があってその測定に悪影響が出るような場合は、グレーティングローブを反射させるだけではなく、効率的にこれを吸収し、減衰させることが望ましい。
【００４７】
積極的な吸収を図１３を参照して、説明する。図１３において、９枚の音響反射翼の表面に吸音材１３０１を貼り付け、グレーティングローブの吸収を図っている。このとき、音響反射翼の枚数を多くし、各音響反射翼の間隔を狭くするほど、グレーティングローブの反射回数が増え、効率的に減衰させることができる。
【００４８】
また減衰率が十分に大きければ、図１４のように音響反射翼の出口側を閉じ、内壁に吸音材を貼り付けことで、閉構造１４０１内にグレーティングローブを閉じ込めることができる。グレーティングローブの多くは閉構造１４０１内で反射するうちに減衰し、外に漏れることはない。
【００４９】
図１５を参照して、水中映像取得装置の構成を説明する。図１５において、水中映像取得装置は、信号処理／制御装置１５０１、２台の送波器１５０３、２組の音響反射翼１５１２、音響レンズ１５０６、受波器１５０７、受信器１５０８、表示装置１５１０、パン・チルト制御装置１５１２から構成される。
【００５０】
信号処理／制御装置１５０１は、送信信号を生成する。送信信号は、信号ケーブル１５０２（ａ）、１５０２（ｂ）を介して、送波器１５０３（ａ）、１５０３（ｂ）に供給される。送波器１５０３は、電気音響変換素子にて電気音響変換を行ない、音響媒体である水中に超音波を送出する。このとき、グレーティングローブは、音響反射翼１５１２（ａ）１５１２（ｂ）にて後方に反射または吸収され抑制され、副極は、送信信号および電極形状の効果により抑制される。周波数掃引方式を採用しているため、水平方位（送波器の向きを垂直に変えれば垂直方位となる）により送出された超音波の周波数が異なる。
【００５１】
目標１５０５にて反射した超音波は、目標との距離が十分に離れていれば、ほぼ平面波１５２０として取り扱うことができ、３個の音響レンズ１５０６を介して、受波器１５０７に収束される。もし目標１５０５（ａ）が送波周波数Ｆ１の位置にある場合は、周波数Ｆ１の反射波が、そして目標１５０５（ｂ）が送波周波数Ｆｎの位置にある場合は、周波数Ｆｎの反射波が受波器１５０７に到来し、音響電気変換されることにより、音響信号が電気信号に変換される。この電気信号をＦＦＴすることにより水平方位分解できるため、水平方向の受波器１５０７はｃｈ分割しない。一方垂直方向（送波器の向きを垂直に変えれば水平方位となる）からの反射波は、音響レンズ１５０６により、受波器１５０７へ音波が収束されるが、この収束位置が垂直方位により異なる。従って、収束位置ごとに受波器１５０７を垂直方向にｃｈ分割すれば、垂直方位分解も可能となり、３次元の音響画像を取得することが可能となる。
【００５２】
受波器１５０７で音響電気変換された電気信号について、受信器１５０８は、増幅、Ａ／Ｄ変換、多重化、Ｅ／Ｏ変換する。信号ケーブル１５０９からの光信号について、信号処理／制御装置１５０１は、Ｏ／Ｅ変換、信号処理等を実施する。表示装置１５１０は、信号処理／制御装置１５０１からの３次元の音響画像を表示する。
【００５３】
また、水中映像取得装置は、船の前面、側面に固定して使用される場合が多く、水平、垂直方向に回転できるパン・チルト制御装置１５１１を装備することにより水中を広範囲に映像取得することが可能となる。
【００５４】
上述した実施例に拠れば、十分な送信エネルギーを確保するための送信方式、送受音響性能を最適化する整合層の最適構成、更に電子回路を小規模で不要な方向の超音波を抑制可能とする方式、ならびにその構造を採用することにより、電子回路規模を最小限で音響画像の明瞭化を可能とする水中映像取得装置を提供できる。
【符号の説明】
【００５５】
１０１…送波器、１０１ａ…電気音響変換素子、１０１ｂ〜ｃ…電極、１０２…送信器、２０１…送波器、２０１−１〜２０１−ｎ…電気音響変換素子、２０２…音響媒体、５００…整合層付送波器、５０１…電気音響変換素子、５０２…送信器、５０３…音響媒体、５０４…音響整合層、８０１…送波器、８０１−１〜８０１−ｎ…電気音響変換素子、８０３…増幅器、８０４…発信器、１２０１…送波器、１２０２…送波器の垂線方向、１２０３…主極、１２０４…グレーティングローブ、１２０５〜１２０８…音響反射翼、１３０１…吸音材、１４０１…閉構造、１５０１…信号処理／制御装置、１５０２…信号ケーブル、１５０３…送波器、１５０４…音響媒体、１５０５…目標、１５０７…受波器、１５０８…受信器、１５０９…信号ケーブル、１５１０…表示装置、１５１１…パン・チルト制御装置、１５１２…音響反射翼。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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