(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響信号を透過する音響的開口部を有し、同開口部より入射した信号を伝搬する音波伝搬経路を複数本設け、同複数の音波伝搬経路を集合し、これら各経路に連通する単一の音波伝搬経路と、同単一の音波伝搬経路の終端に設けられ、前記複数の音波伝搬経路より伝搬されてくる音響信号を受信し、電気信号若しくは光信号に変換する音響センサーとを備えてなることを特徴とする受波アレイ。
【請求項２】
前記単一の音波伝搬経路及び音響センサーは２系統からなり、前記複数の音波伝搬経路にそれぞれ連通することを特徴とする請求項１記載の受波アレイ。
【請求項３】
前記複数の音響的開口部を有する音波伝搬経路及び単一の音波伝搬経路及び音響センサーからなる系統を複数系統組合せたことを特徴とする請求項１記載の受波アレイ。
【請求項４】
前記受波アレイが水中または空気中の容器内に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の受波アレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中、空気中で使用されるソーナー用、音響通信用の音響アンテナ等に用いられる受波アレイに関し、音響的開口部及び音波伝搬経路を複数備えて入射した音響信号を最少のセンサーで受信する構成として装置の構成を簡略化するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のソーナー等に用いられている受波アレイでは、指向性の鋭い受波アレイを構成するにあたり、１つのシステムで多数の音響センサーが使用されている。各音響センサーにはそれぞれ個別の系統からなる受波アンプが設けられているなど、信号処理部のハード構成が大がかりなものとなっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来用いられている受波アレイは、ソーナーの１システムにおいて指向性を高めるために多数の音響センサーが用いられ、各音響センサーの開口から入力する音響入力信号はそれぞれの系において信号処理されるので装置が大がかりとなり、装置の簡素化が望まれていた。
【０００４】
そこで、本発明では、受波アレイにおいて、音響入力信号が入射する音響的開口部を複数個設けると共に複数の音波伝搬経路で伝搬し、これら入射した音響信号を最少の音響センサーで検知できるようなシステムとして受波アレイの信号処理部を簡素化し、装置全体を小型化することのできる受波アレイを提供することを課題としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）乃至（４）の手段を提供する。
【０００６】
（１）音響信号を透過する音響的開口部を有し、同開口部より入射した信号を伝搬する音波伝搬経路を複数本設け、同複数の音波伝搬経路を集合し、これら各経路に連通する単一の音波伝搬経路と、同単一の音波伝搬経路の終端に設けられ、前記複数の音波伝搬経路より伝搬されてくる音響信号を受信し、電気信号若しくは光信号に変換する音響センサーとを備えてなることを特徴とする受波アレイ。
【０００７】
（２）前記単一の音波伝搬経路及び音響センサーは２系統からなり、前記複数の音波伝搬経路にそれぞれ連通することを特徴とする（１）記載の受波アレイ。
【０００８】
（３）前記複数の音響的開口部を有する音波伝搬経路及び単一の音波伝搬経路及び音響センサーからなる系統を複数系統組合せたことを特徴とする（１）記載の受波アレイ。
【０００９】
（４）前記受波アレイが水中または空気中の容器内に配置されていることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の受波アレイ。
【００１０】
本発明の（１）においては、音響的開口部を有する音波伝搬経路が複数本配置されるが、各音響的開口部は３次元的に任意の位置に配置できる。複数の任意の位置からの音響信号は各音波伝搬経路により伝搬されて単一の音波伝搬経路へ集合し、ここから１個の音響センサーで受信し、電気信号に変換される。従って音響センサーからの出力信号には観測空間を伝播し、各音響的開口部に伝搬してきた任意の位置の音波の情報が含まれているので、狭い受信ビームの形成が必要なソーナー用受波信号、音響通信用受波信号として使用できる。又、各音響的開口部に音圧センサーを配置する必要がないので、音圧センサーの数を少なくすることができ、また、受波アンプ、信号処理用ハードの数も少なくなり、信号処理部の小型化が可能となる。
【００１１】
本発明の（２）では、単一の音波伝搬経路及び音響センサーの系統が２系統からなっているので、各音響センサーからの出力信号が異なった波形となり、上記（１）の効果に加えて、情報量がより一層増すことができ、指向性を向上させることができる。
【００１２】
本発明の（３）では、音響的開口部の数が上記（１）の場合よりも増加し、空間を伝搬してくる音波を感知する空間的範囲を拡大することができるので、上記（１）よりも更に狭い受波ビームの形成が可能となる。
【００１３】
本発明の（４）においては、上記（３）の受波アレイを水中または空気中の容器内に配置しているので、音響センサーからの出力信号はより狭い受波ビームの形成が必要なソーナー用受波信号、音響通信用受波信号として使用できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明で提案する受波アレイは大きく分類すると、次の３つの部分で構成されている。即ち、（Ａ）音響的開口部、（Ｂ）音波伝搬経路、（Ｃ）音響センサーからなっている。（Ａ）音響的開口部は、水中、空気中等の空間を伝搬してくる音波が、減衰が少ない状態で透過できる構造となっている部分で次に説明する音波伝搬経路の端部となるものであり、３次元的に複数の位置に配置される。
【００１５】
（Ｂ）音波伝搬経路は、任意の数の任意の音響的開口部に入射した音波が、縦波、横波など弾性波として伝搬する音波伝搬経路である。又、複数個の音響的開口部に入射した音波が最少の音響センサーに伝搬するように伝搬経路が結合している。
【００１６】
（Ｃ）音響センサーは、縦波、横波など弾性波を電気信号、光信号等に変換するセンサーである。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係る受波アレイを示し、（ａ）は音波の伝搬を示す図、（ｂ）は受波アレイの側面図である。図１において、ａ１，ａ２，ａ３は音響的開口部で３次元的に複数の位置に配置されている。ｂ１，ｂ２，ｂ３は音波伝搬経路であり、図では３本の伝搬経路から構成されている。ｃ１は音波伝搬経路ｂ１，ｂ２，ｂ３を集合する音波伝搬経路であり、ｄ１は音響センサーで、音波伝搬経路ｃ１の末端に設けられている。
【００１８】
上記構成の受波アレイにおいて、空間を伝搬してくる音波Ｐが各音響的開口部ａ１，ａ２，ａ３に入射する。各音響的開口部ａ１，ａ２，ａ３に入射した音波が、音波伝搬経路ｂ１，ｂ２，ｂ３を伝搬し、音波伝搬経路ｃ１により集合される。
【００１９】
音波伝搬経路ｃ１に伝搬してきた音波が、音響センサーｄ１により受信され、電気信号若しくは光信号等に変換される。音響センサーｄ１の出力信号には、任意の位置の観測空間を伝搬し各音響的開口部ａ１，ａ２，ａ３に伝搬してきた各音波の情報が含まれており、この出力信号は、狭い受波ビームの形成などが必要なソーナー用受波信号、音響通信用受波信号として使用できる。又、音響センサーｄ１が１個で良いので受波アンプ、信号処理用ハードの数も少くなり、信号処理部を小型にすることができる。
【００２０】
図２は、本発明の実施の第２形態に係る受波アレイを示し、（ａ）は音波の伝搬を示す図、（ｂ）は受波アレイの側面図を示している。図２においては、図１の実施の第１形態の場合と同様に、音響的開口部、音波伝搬経路、音響センサーの３つの部分で構成されている。ａ１，ａ２，ａ３は音響的開口部、ｂ１，ｂ２，ｂ３は音波伝搬経路であり、図１と同様の構成である。
【００２１】
ｃ１，ｃ２は音波伝搬経路ｂ１，ｂ２，ｂ３を集合する音波伝搬経路であり２本が設けられている。ｄ１，ｄ２は音響センサーであり、それぞれ音波伝搬経路ｃ１，ｃ２の末端に設けられている。
【００２２】
上記構成の受波アレイにおいて、空間を伝搬してくる音波Ｐが各音響的開口部ａ１，ａ２，ａ３に入射する。各音響的開口部ａ１，ａ２，ａ３に入射した音波が、音波伝搬経路ｂ１，ｂ２，ｂ３を伝搬し、音波伝搬経路ｃ１，ｃ２により集合される。音波伝搬経路ｃ１，ｃ２に伝搬してきた音波が、それぞれ、音響センサーｄ１，ｄ２により受信され、電気信号若しくは光信号等に変換される。
【００２３】
音響センサーｄ１，ｄ２の出力信号には、複数の観測空間を伝搬し各音響的開口部に伝搬してきた各音波の情報が含まれており、この出力信号は、狭い受波ビームの形成などが必要なソーナー用受波信号、音響通信用受波信号として使用できる。本実施の第２形態の場合、音響センサーｄ１，ｄ２の出力信号が異なった波形となるので、実施の第１形態と比べて情報量を増すことができる。又、音響センサーもｄ１，ｄ２の２個で良いので受波アンプ、信号処理用ハードの数も少くなり、信号処理部を小型にすることができる。
【００２４】
図３は本発明の実施の第３形態に係る受波アレイを示し、（ａ）は音波の伝搬を示す図、（ｂ）は受波アレイの側面図をそれぞれ示す。図３においては、図１に示す実施の第１形態と同様に、音響的開口部、音波伝搬経路、音響センサーの３つの部分で構成されている。ａ１，ａ２，ａ３は音響的開口部、ａ１１，ａ１２，ａ１３も音響的開口部である。
【００２５】
ｂ１，ｂ２，ｂ３は音波伝搬経路、ｂ１１，ｂ１２，ｂ１３も音波伝搬経路であり、それぞれの音響的開口部に対応している経路を構成している。ｃ１は音波伝搬経路ｂ１，ｂ２，ｂ３を集合する音波伝搬経路、ｃ１１は音波伝搬経路ｂ１１，ｂ１２，ｂ１３を集合する音波伝搬経路、ｄ１，ｄ１１はそれぞれ音波伝搬経路ｃ１，ｃ１１の末端に設けられた音響センサーである。
【００２６】
上記構成の受波アレイにおいて、空間を伝搬してくる音波Ｐが各音響的開口部ａ１，ａ２，ａ３ならびにａ１１，ａ１２，ａ１３に入射する。各音響的開口部ａ１，ａ２，ａ３に入射した音波が、音波伝搬経路ｂ１，ｂ２，ｂ３を伝搬し、音波伝搬経路ｃ１により集合され、一方、各音響的開口部ａ１１，ａ１２，ａ１３に入射した音波は、音波伝搬経路ｂ１１，ｂ１２，ｂ１３を伝搬し、音波伝搬経路ｃ１１により集合される。音波伝搬経路ｃ１，ｃ１１に伝搬してきた音波が、それぞれ、音響センサーｄ１，ｄ１１により受信され、電気信号等に変換される。
【００２７】
音響センサーｄ１，ｄ１１の出力信号には、複数の観測空間を伝搬し各音響的開口部ａ１〜ａ３，ａ１１〜ａ１３に伝搬してきた各音波の情報が含まれており、この出力信号は、狭い受波ビームの形成などが必要なソーナー用受波信号、音響通信用受波信号として使用できる。
【００２８】
上記の実施の第３形態の場合、音響的開口部の数を増し、空間を伝搬してくる音波を感知する空間的な範囲を広くすることができるので、実施の第１，第２形態に比べて、さらに狭い受波ビームの形成などが可能である。又、音響センサーもｄ１，ｄ１１の２個で良いので従来と比べて受波アンプ、信号処理用ハードの数も少くなり、信号処理部を小型にすることができる。
【００２９】
図４，図５は実施の第４形態に係る受波アレイを示し、図４は正面図、図５は側面図である。実施の第１，第２，第３形態では、音響的開口部、音波伝搬経路、音響センサーの３つの部分の構成方法について示しているが、図４，図５に、受波アレイを機器等のソーナーあるいは通信用アンテナとして適用した例を示す。
【００３０】
図４，図５において、ｅは機器の外郭であり、音響的開口部、音波伝搬経路、音響センサーを表す記号は図３と同様である。音響的開口部ａ１，ａ２，ａ３ならびにａ１１，ａ１２，ａ１３が機器の外郭ｅ内の上に設けられている。実施の第３形態と同様な働きにより、音響センサーｄ１，ｄ１１から出力される信号は狭い受波ビームの形成などが必要なソーナー用受波信号、音響通信用受波信号として使用できる。又、従来の水中ソーナーと比べて音響センサーがｄ１，ｄ１１の２個で良いので外郭ｅ内での構成がコンパクトになる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の受波アレイは、（１）音響信号を透過する音響的開口部を有し、同開口部より入射した信号を伝搬する音波伝搬経路を複数本設け、同複数の音波伝搬経路を集合し、これら各経路に連通する単一の音波伝搬経路と、同単一の音波伝搬経路の終端に設けられ、前記複数の音波伝搬経路より伝搬されてくる音響信号を受信し、電気信号若しくは光信号に変換する音響センサーとを備えてなることを基本的な構成としている。このような構成により、音響センサーからの出力信号には観測空間を伝搬し、各音響的開口部に伝搬してきた任意の位置の音波の情報が含まれているので、狭い受信ビームの形成が必要なソーナー用受波信号、音響通信用受波信号として使用できる。又、各音響的開口部に音圧センサーを配置する必要がないので、音圧センサーの数を少なくすることができ、また、受波アンプ、信号処理用ハードの数も少なくなり、信号処理部の小型化が可能となる。
【００３２】
本発明の（２）では、上記（１）の発明において、単一の音波伝搬経路及び音響センサーの系統が２系統からなっているので、各音響センサーからの出力信号が異なった波形となり、上記（１）の効果に加えて、情報量がより一層増すことができる。
【００３３】
本発明の（３）では、上記（１）の発明において、前記複数の音響的開口部を有する音波伝搬経路及び単一の音波伝搬経路及び音響センサーからなる系統を複数系統組合せた構成であり、音響的開口部の数が上記（１）の場合よりも増加し、空間を伝搬してくる音波を感知する空間的範囲を拡大することができるので、上記（１）よりも更に狭い受波ビームの形成が可能となる。
【００３４】
本発明の（４）では、上記（３）の発明において、前記受波アレイが容器内に配置されているので、音響センサーからの出力信号はより狭い受波ビームの形成が必要なソーナー用受波信号、音響通信用受波信号として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る受波アレイを示し、（ａ）は音波の伝搬を示す図、（ｂ）は受波アレイの側面図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係る受波アレイを示し、（ａ）は音波の伝搬を示す図、（ｂ）は受波アレイの側面図である。
【図３】本発明の実施の第３形態に係る受波アレイを示し、（ａ）は音波の伝搬を示す図、（ｂ）は受波アレイの側面図である。
【図４】本発明の実施の第４形態に係る受波アレイの正面図である。
【図５】本発明の実施の第４形態に係る受波アレイの側面図である。
【符号の説明】
ａ１，ａ２，ａ３          音響的開口部
ａ１１，ａ１２，ａ１３    音響的開口部
ｂ１，ｂ２，ｂ３          音波伝搬経路
ｂ１１，ｂ１２，ｂ１３    音波伝搬経路
ｃ１，ｃ１１              音波伝搬経路
ｄ１，ｄ２，ｄ１１        音響センサー
ｅ                        外郭
Ｐ                        音波
【図１】
0003716110.tif 000002
【図２】
0003716110.tif 000003
【図３】
0003716110.tif 000004
【図４】
0003716110.tif 000005
【図５】
0003716110.tif 000006