(57)【要約】  【課題】広範囲を探知することのできるスキャニングソナーを提供する。  【解決手段】球形の送受波器１の振動子から超音波を送信することにより、送受波器１の周囲に傘状の送信ビームＴＢが形成される。また、スキャニングソナーの受信ビーム形成部で送受波器１の各振動子の受信信号の位相や受信開口の大きさなどを制御することによって、受信ビームＲＢが形成される。この受信ビームＲＢは、その俯角が送信ビームＴＢの俯角αと等しくなるように形成される。また、受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶは、探知距離Ｄが長くなるに従って小さくなるように制御される。【選択図】  図７
2006105850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子を方位方向および方位方向に直交する直交方向に配列した送受波器と、複数の振動子を駆動して超音波の送信ビームを水中の放射面の各方位へ送信する送信制御手段と、複数の振動子で受信される受信信号を合成して方位別の受信ビームの信号を形成する受信制御手段と、当該信号に基づいて探知対象物の探知情報を表示部に表示させる表示制御手段と、を備えたスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記受信ビームの主軸が前記放射面と一致するように制御すると共に、前記放射面内における前記受信ビームの広がり角および前記放射面に直交する方向における前記受信ビームの広がり角の少なくとも１つの広がり角を所定の条件に基づいて変えるように制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項２】
請求項１に記載のスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記放射面内における前記受信ビームの広がり角または前記放射面に直交する方向における前記受信ビームの広がり角のいずれか一方の広がり角を所定の条件に基づいて変えるように制御し、他方の広がり角を一定に保持するように制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項３】
複数の振動子を方位方向および方位方向に直交する直交方向に配列した送受波器と、複数の振動子を駆動して所定の俯角を有する超音波の送信ビームを水中の放射面の各方位へ送信する送信制御手段と、複数の振動子で受信される受信信号を合成して方位別の受信ビームの信号を形成する受信制御手段と、当該信号に基づいて探知対象物の探知情報を表示部に表示させる表示制御手段と、を備えたスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記受信ビームの俯角が前記送信ビームの俯角と等しくなるように制御すると共に、前記放射面に直交する方向における前記受信ビームの広がり角を探知距離が長くなるに従って小さくなるように制御し、前記放射面内における前記受信ビームの広がり角を一定に保持するように制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項４】
請求項３に記載のスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記放射面に直交する方向における各探知距離での前記受信ビームの幅が一定となるように当該方向における当該受信ビームの広がり角を制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のスキャニングソナーにおいて、
前記合成される受信信号は所定の周期でサンプリングされ、前記受信制御手段は、サンプリングされたデータごとに前記放射面に直交する方向における前記受信ビームの広がり角を制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項６】
請求項１または請求項３に記載のスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記放射面に直交する方向における前記受信ビームの広がり角を当該受信ビームの形成に寄与する前記直交方向に配列された振動子の受信信号の数を増減することによって制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項７】
複数の振動子を方位方向および方位方向に直交する直交方向に配列した送受波器と、複数の振動子を駆動して超音波の送信ビームを鉛直面または鉛直面に対して所定の角度で傾斜した傾斜面である水中の放射面の各方位へ送信する送信制御手段と、複数の振動子で受信される受信信号を合成して方位別の受信ビームの信号を形成する受信制御手段と、当該信号に基づいて探知対象物の探知情報を表示部に表示させる表示制御手段と、を備えたスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記受信ビームの主軸が前記放射面と一致するように制御すると共に、前記放射面内における前記受信ビームの広がり角を当該受信ビームの方位と鉛直下方とのなす角が大きくなるに従って小さくなるように制御し、前記放射面に直交する方向における当該受信ビームの広がり角を一定に保持するように制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項８】
請求項７に記載のスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記放射面に直交する方向における前記受信ビームの広がり角を一定に保持することに代えて、当該広がり角を探知距離が長くなるに従って小さくなるように制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項９】
請求項７に記載のスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記放射面に直交する方向における前記受信ビームの広がり角を一定に保持することに代えて、当該広がり角を前記受信ビームの方位と鉛直下方とのなす角が大きくなるに従って小さくなるように制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【請求項１０】
請求項１または請求項７に記載のスキャニングソナーにおいて、
前記受信制御手段は、前記放射面内における前記受信ビームの広がり角を当該受信ビームの形成に寄与する前記方位方向に配列された振動子の受信信号の数を増減することによって制御することを特徴とするスキャニングソナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スキャニングソナー、特に受信ビームの制御に特徴を有するスキャニングソナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲の魚群の大きさおよび位置を探知できることから、スキャニングソナーは漁撈において広く用いられている。図１１は、スキャニングソナーで船舶の周囲の探知を行う例を示す図である。Ｔは、船舶の底部に取り付けられた円筒形の送受波器であり、円筒の周方向および上下方向に沿って多数の振動子が取り付けられている。ＴＢは傘形の送信ビーム、ＲＢはペンシル形の受信ビームである。受信ビームＲＢは、例えば、方位方向に６４本の分解能で形成される。そして、送受波器Ｔの振動子から一斉に全方位に向けて送信ビームＴＢを放射し、各方位の受信ビームＲＢによって受信される魚群などからのエコー信号をスキャニングソナーで解析することによって探知画像データを求める。一方、距離方向については、時間軸上のサンプリング周期に応じた分解能で送信ビームＴＢ内の各領域Ｐの探知画像データが順次生成される。また、送信ビームＴＢの俯角αを変えることによって、探知範囲を変更することもできる。上記の送信ビームＴＢおよび受信ビームＲＢの形成方法などについては、後記の特許文献４に示されている。
【０００３】
上記のスキャニングソナーでは、一般的に、遠距離の探知では、受信ビームＲＢのエネルギー密度を上げる方が探知性能の点で有利であるので、幅の狭い（広がり角の小さい）受信ビームＲＢが用いられる。また、海面や海底からの反射の影響を受け難くする点からも受信ビームＲＢの幅を絞ることは有益である。一方、近距離の探知では、受信ビームＲＢの幅を絞ると受信ビームＲＢのカバーできる範囲が小さくなるので、幅の広い（広がり角の大きい）受信ビームが用いられる。このため、幅の狭い受信ビームＲＢを用いて遠距離の探知が行われるときには、近距離に位置する魚群の探知漏れが生じることがある。そこで、水平方向の探知を行う場合、超音波を送信してからの経過時間が長くなる（探知距離が長くなる）に従って受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶを小さくすることにより、海面や海底からの反射の影響を受けることなく、広範囲且つ遠距離までの探知を可能にすることが提案されている（例えば、特許文献１）。また、受信ビームＲＢの俯角αと上下方向の広がり角θＶとを、超音波を送信してからの経過時間が長くなる（探知距離が長くなる）に従って連動させて徐々に小さくすることにより、同様の目的を達成することも提案されている（例えば、特許文献２，３）。
【０００４】
図１２は、スキャニングソナーで縦方向の探知を行う例を示す図であり、矢印で示す船首方位に対してベアリング角βをなす鉛直面内での探知範囲を示している。図１２（ａ）は上述の円筒形の送受波器Ｔを用いた場合の例を示す。図１２（ｂ）は、表面に多数の振動子を有する球形の送受波器Ｔａを用いた場合の例を示す。図において、ＴＢは扇形の送信ビーム、ＲＢはペンシル形の受信ビームである。この縦方向の探知では、縦方向に扇状に広がる範囲を探知する。但し、円筒形の送受波器Ｔでは、真下方向へは送信ビームＴＢおよび受信ビームＲＢを形成できないので、真下付近は探知対象外となる。また、ベアリング角βを変えることにより、縦方向の探知範囲を変更することもできる。上記の扇形の送信ビームＴＢの形成方法などについては、後記の特許文献４に示されている。
【０００５】
図１３（ａ）は上記の縦方向の探知での各方位の受信ビームを示す図であり、図１３（ｂ）はスキャニングソナーの表示部に表示される探知画像を示す図である。図において、５０は海面、５１は海底、Ｆ１，Ｆ２は海底５１の近くにいる魚群、Ｐ１〜Ｐ５は海底５１の位置を示す。Ｐ１は送受波器Ｔａの鉛直下方の位置であり、Ｑ３１は送受波器Ｔａからの距離がＰ３と等しい位置である。また、受信ビームＲＢ１２とＲＢ１３とは受信ビームＲＢ１１に対して左右対称であるので、受信ビームＲＢ１３については説明を省略する。位置Ｐ１においては、海底５１の画像Ｇ０は、送受波器ＴａからＰ２までの距離とＰ１までの距離との差に相当する厚さで表示部に表示される。また、海底５１の画像Ｇ０の上方に魚群Ｆ１の画像Ｇ１も表示される。
【０００６】
一方、受信ビームＲＢ１１とＲＢ１２との広がり角θＶ１１は等しいので、鉛直下方とのなす角が大きい方位における受信ビームＲＢ１２では、送受波器ＴａからＰ３までの距離とＰ５までの距離との差（Ｑ３１，Ｐ５間の距離）が大きくなる。このため、魚群Ｆ２は送受波器Ｔａ，Ｐ３間の距離を半径とする円弧Ｓ３１の右側に位置することになり、魚群Ｆ２からのエコー信号は、海底５１からのエコー信号の受信中に受信される。また、魚群Ｆ２からのエコー信号は、一般的には海底５１からのエコー信号に比べて信号レベルが小さいので、海底５１からのエコー信号中に埋もれてしまう。従って、Ｐ３、Ｐ５の略中間位置Ｐ４においては、海底５１の画像Ｇ０だけが、Ｑ３１，Ｐ５間の距離に相当する厚さで表示部に表示される。
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１８０４８４号公報（第１頁右欄第１行〜第２頁右上欄第１９行）
【特許文献２】特開平９−１５３２５号公報（請求項１、段落０００９〜００１７）
【特許文献３】特開平９−８０１４７号公報（請求項１、段落０００９〜００１８）
【特許文献４】特開２００３−３３７１７１（段落００２０〜００３１、図１〜図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜３には、方位別の受信ビーム、受信ビームの横方向の広がり角の制御、および上述の縦方向の探知については何ら示されていない。このため、スキャニングソナーに適用することができないという問題、および魚群Ｆ１，Ｆ２が海底５１から等距離にいるにもかかわらず（図１３）、魚群Ｆ２を探知することができないという問題もある。さらに、上記特許文献２、３に示されるものにおいては、超音波が送信される俯角については何ら言及されていないが、探知距離が短いときは受信ビームの俯角を大きくし、探知距離が長いときは受信ビームの俯角を小さくする。このため、超音波が送信されていない方向に対して形成された受信ビームに基づいて魚群の探知が行われることもあるので、本来探知できるはずの魚群を探知できなくなるという問題も生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その課題とするところは、受信ビームの広がり角を制御することにより、広範囲を探知することのできるスキャニングソナーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明では、複数の振動子を方位方向および方位方向に直交する直交方向に配列した送受波器と、複数の振動子を駆動して超音波の送信ビームを水中の放射面の各方位へ送信する送信制御手段と、複数の振動子で受信される受信信号を合成して方位別の受信ビームの信号を形成する受信制御手段と、当該信号に基づいて探知対象物の探知情報を表示部に表示させる表示制御手段と、を備えたスキャニングソナーにおいて、受信制御手段は、受信ビームの主軸が放射面と一致するように制御すると共に、放射面内における受信ビームの広がり角および放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角の少なくとも１つの広がり角を所定の条件に基づいて変えるように制御する。ここで「方位」とは、水平面内における角度位置に限らず、図１１に示す傘形の円周方向の位置や図１２に示す扇形の円弧方向における位置をも含む概念である。また、「方位方向」とは、上記の方位が変化する方向をいう。この点については、以下の第２および第３の発明でも同様である。
【００１１】
まず、受信制御手段が上記受信ビームの２つの広がり角のいずれか一方の広がり角を所定の条件に基づいて変えるように制御し、他方の広がり角を一定に保持するように制御する場合について説明する。上記のようにすることで、例えば、傘形の送信ビームを用いて送受波器の周囲を探知する場合には、送信ビームの放射面内における受信ビームの広がり角を一定にして上記放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角を所定の条件で（例えば、探知距離に応じて）大きくまたは小さくすることにより、探知距離が短いときは、広範囲を探知することができるので、魚群探知の効率化を図ることができる。一方、探知距離が長いときは、魚群などのエコー信号、すなわち受信ビーム信号のエネルギー密度の低下が防止されるので、遠距離に位置する魚群などを高い確率で探知することができる。また、縦方向の探知を行う場合には、送信ビームの放射面に直行する方向における受信ビームの広がり角を一定にして上記放射面内における受信ビームの広がり角を所定の条件で（例えば、方位別の受信ビームの方位と鉛直下方とのなす角に応じて）大きくまたは小さくすることにより、鉛直下方とのなす角の大きい方位に位置する海底近くの魚群を探知することが可能となる。一方、鉛直下方とのなす角の小さい方位においては、少ない数の受信ビームで広い範囲を探知することができる。さらに、受信ビームの主軸が上記放射面と一致するように制御されるので、超音波が送信された方向に位置する魚群などを確実に探知することができる。次に、受信制御手段が上記受信ビームの２つの広がり角を共に所定の条件に基づいて変えるように制御する場合について説明する。上記のようにすることで、例えば、縦方向の探知を行う場合には、送信ビームの放射面内における受信ビームの広がり角を所定の条件で（例えば、方位別の受信ビームの方位と鉛直下方とのなす角に応じて）大きくまたは小さくすると共に、送信ビームの放射面に直行する方向における受信ビームの広がり角を所定の条件で（例えば、探知距離に応じて）大きくまたは小さくすることにより、上述の傘形の送信ビームを用いて送受波器の周囲を探知する場合の効果および縦方向の探知を行う場合の効果が共に得られる。
【００１２】
第２の発明では、複数の振動子を方位方向および方位方向に直交する直交方向に配列した送受波器と、複数の振動子を駆動して所定の俯角を有する超音波の送信ビームを水中の放射面の各方位へ送信する送信制御手段と、複数の振動子で受信される受信信号を合成して方位別の受信ビームの信号を形成する受信制御手段と、当該信号に基づいて探知対象物の探知情報を表示部に表示させる表示制御手段と、を備えたスキャニングソナーにおいて、受信制御手段は、受信ビームの俯角が送信ビームの俯角と等しくなるように制御すると共に、放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角を探知距離が長くなるに従って小さくなるように制御し、放射面内における受信ビームの広がり角を一定に保持するように制御する。ここで、「所定の俯角」は、角度が０度である俯角も含む。
【００１３】
このようにすることで、探知距離が短いときは、送信ビームの放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角（実施形態に示す上下方向の広がり角）が大きいので、広範囲を探知することができ、魚群探知の効率化を図ることができる。一方、探知距離が長いときは、上記広がり角が小さいので、魚群などのエコー信号、すなわち受信ビーム信号のエネルギー密度の低下が防止され、遠距離に位置する魚群などを高い確率で探知することができる。さらに、特許文献２，３に示されるように上記広がり角と受信ビームの俯角とを連動させて変化させずに、受信ビームの俯角が送信ビームの俯角と等しくなるように制御されるので、超音波が送信された方向に位置する魚群などを確実に探知することができる。尚、送信ビームの放射面内における受信ビームの広がり角（実施形態に示す左右方向の広がり角）が一定に保持されるのは、方位別の受信ビームが送信ビームの放射面内において隙間なく形成されるからである。
【００１４】
第２の発明の実施形態においては、受信制御手段は、放射面に直交する方向における各探知距離での受信ビームの幅が一定となるように当該方向における当該受信ビームの広がり角を制御することができる。このようにすることで、各探知距離での受信ビームは一定の幅の平行ビームとなるので、探知範囲の境界が明確になると共に、平行ビームの境界内にいる魚群を確実に探知することができる。また、俯角を変えて探知範囲を変更する場合、変更前の俯角と平行ビームの幅とに基づいて、探知漏れがなく、且つ探知範囲の重複の少ない新たな探知範囲を容易に決定することができるので、魚群探知の効率化を図ることができる。
【００１５】
また、第２の発明の実施形態においては、合成される受信信号は所定の周期でサンプリングされ、受信制御手段は、サンプリングされたデータごとに放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角を制御することができる。このようにすることで、探知距離に応じた理想的な受信ビームを木目細かく形成することができる。
【００１６】
第１または第２の発明の実施形態においては、受信制御手段は、放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角を当該受信ビームの形成に寄与する直交方向に配列された振動子の受信信号の数を増減することによって制御することができる。このように受信ビームの形成に寄与する受信信号の数を増減する（受信開口を大きく、または小さくする）ことによって上記広がり角を制御するので、受信開口内の各振動子の受信信号の振幅を制御する振幅制御に比べて、受信ビームの信号レベルを低下させることなく、上記広がり角を広いレンジにおいて高い自由度で変えることができる。
【００１７】
第３の発明では、複数の振動子を方位方向および方位方向に直交する直交方向に配列した送受波器と、複数の振動子を駆動して超音波の送信ビームを鉛直面または鉛直面に対して所定の角度で傾斜した傾斜面である水中の放射面の各方位へ送信する送信制御手段と、複数の振動子で受信される受信信号を合成して方位別の受信ビームの信号を形成する受信制御手段と、当該信号に基づいて探知対象物の探知情報を表示部に表示させる表示制御手段と、を備えたスキャニングソナーにおいて、受信制御手段は、受信ビームの主軸が放射面と一致するように制御すると共に、放射面内における受信ビームの広がり角を当該受信ビームの方位と鉛直下方とのなす角が大きくなるに従って小さくなるように制御し、放射面に直交する方向における当該受信ビームの広がり角を一定に保持するように制御する。
【００１８】
このようにすることで、受信ビームの方位と鉛直下方とのなす角が大きい方位では、送信ビームの放射面内における受信ビームの広がり角が小さいので、当該方位の受信ビームが海底からのエコー信号の影響を受ける範囲が狭くなり、海底近くの魚群などを探知することが可能となる。つまり、広範囲を探知することが可能となる。一方、受信ビームの方位と鉛直下方とのなす角が小さい方位では、上記広がり角が大きいので、少ない数の受信ビームで広い範囲を探知することができる。さらに、受信ビームの主軸が上記放射面と一致するように制御されるので、超音波が送信された方向に位置する魚群などを確実に探知することができる。尚、送信ビームの放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角が一定に保持されるのは、広がり角を可変制御しなくても所定の範囲に位置する魚群などを探知することができるからである。
【００１９】
第３の発明の変形例として、受信制御手段は、放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角を一定に保持することに代えて、当該広がり角を探知距離が長くなるに従って小さくなるように制御してもよい。このようにすることで、上記第２の発明と同様の効果がさらに得られる。
【００２０】
第３の発明の変形例として、受信制御手段は、放射面に直交する方向における受信ビームの広がり角を一定に保持することに代えて、当該広がり角を受信ビームの方位と鉛直下方とのなす角が大きくなるに従って小さくなるように制御してもよい。このようにすることで、海底からのエコー信号によって海底近くの探知範囲が狭くなることの多い鉛直下方とのなす角が大きい方位において、送信ビームの放射面に直交する方向における受信ビームの幅が広くならないので、送信ビームの放射面が鉛直面に対して傾斜しているときでも、海底近くの魚群などをより確実に探知することが可能となる。
【００２１】
第１または第３の発明の実施形態においては、受信制御手段は、放射面内における受信ビームの広がり角を当該受信ビームの形成に寄与する方位方向に配列された振動子の受信信号の数を増減することによって制御することができる。このように受信ビームの形成に寄与する受信信号の数を増減する（受信開口を大きく、または小さくする）ことによって上記広がり角を制御するので、受信開口内の各振動子の受信信号の振幅を制御する振幅制御に比べて、受信ビームの信号レベルを低下させることなく、上記広がり角を広いレンジにおいて高い自由度で変えることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、スキャニングソナーで広範囲を探知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図１は球形の送受波器の外観を示す図である。この送受波器１は、図１２（ｂ）の送受波器Ｔａと同じものであり、球形の本体１ａの表面には多数の振動子（超音波トランスデューサ）２が設けられている。各振動子２は、配置が均一となるように、例えば、本体１ａの球面に内接する正２０面体（各面は正三角形）の頂点や正２０面体の辺を球面に投影した線上の点などに配置されている。また、各振動子２は、振動子２の超音波に対する指向性特性の主軸が本体１ａの球面の法線と一致するように、本体１ａに取り付けられている。１ｂは送受波器１を船舶の底部に支持するためのパイプであり、パイプ１ｂの中空部には各振動子２とスキャニングソナーの回路部とを接続する配線が収容されている。また、不図示の昇降機構により送受波器１を昇降させることもできる。図では、数十個の振動子２が図示されているが、一般的には数百個の振動子２が送受波器１に取り付けられる。
【００２４】
図２は球形の送受波器１での送信ビームを示す図であり、以下では、送受波器１を地球に例えて説明する。図において、Ｎは地球の北極に相当する送受波器１上の位置を表す。送受波器１の鉛直面内における、開口角（以下、鉛直開口角という）をφＶＴとする開口（以下、鉛直開口という）に含まれる振動子２（地球に例えると、例えば、北緯４５度から南緯４５度の範囲に位置する振動子２）に印加する送信信号を、振動子２の鉛直方向における位置に応じて図の矢印の長さに相当する時間だけ遅延させ、各振動子２から出力される超音波の位相を合わせることによって、送信ビームＴＢが送受波器１の全周に形成される。また、鉛直開口を下方にα度だけ回転させれば、俯角がαの傘形の送信ビームＴＢａが形成される。
【００２５】
図３は球形の送受波器１での受信ビームを示す図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、水平面内における開口角（以下、水平開口角という）をφＨとする開口（以下、水平開口という）および鉛直開口角をφＶとする鉛直開口とで規定される範囲（以下、この範囲を受信開口という）に含まれる振動子２ａなどの受信信号の位相を制御することよって、ペンシル形の受信ビームＲＢが形成される。具体的には、上記受信開口内の振動子２ａなどの水平面内における位置に応じて図３（ａ）の矢印の長さに相当する時間だけ各振動子２ａなどの受信信号の位相を遅延させると共に、上記受信開口内の振動子２ｐなどの鉛直方向における位置に応じて図３（ｂ）の矢印の長さに相当する時間だけ各振動子２ｐなどの受信信号の位相を遅延させる。尚、上記の受信開口の形状は矩形状となるが、受信開口の形状を楕円状などにしてもよい。
【００２６】
図３（ｃ）は受信ビームＲＢを上方から見た図であり、上記の水平開口の位置を水平面内で変えることで、他の方位の受信ビーム、例えば受信ビームＲＢａを形成することができる。図３（ｄ）は受信ビームＲＢを側方から見た図であり、鉛直開口を下方にα度だけ回転させることで、俯角がαの受信ビームＲＢｂを形成することができる。受信ビームＲＢは、２つの方向（上下方向および左右方向）において広がり角を持つ。θＨは左右方向における（水平面内における）広がり角であり、θＶは上下方向における（鉛直面内における）広がり角である。また、２つの広がり角θＨおよびθＶの２等分線が、受信ビームＲＢの指向特性の主軸となる。尚、図では、広がり角θＨ、θＶを頂角とする二等辺三角形に近い形状で受信ビームＲＢが示されているが、実際の受信ビームの形状は、より丸みを帯びた形状である。この点については、以下の説明でも同様である。
【００２７】
広がり角θＨ、θＶは、上記の受信信号の位相制御によってペンシル型の受信ビームＲＢを形成することで所定の角度になる。さらに、各振動子２の受信信号の振幅を制御する振幅制御、または上記受信開口の大きさを制御する受信開口制御によっても、広がり角θＨ、θＶの大きさを制御することができる。広がり角θＨとθＶとの制御方法は同様であるので、ここでは左右方向の広がり角θＨの制御について主に説明する。
【００２８】
まず、特許文献２，３にも示されている振幅制御について説明する。振幅制御は、受信ビームＲＢの形成に寄与する各振動子２ａ〜２ｅ（図３（ａ））の受信信号の振幅を制御することで、具体的には、受信信号に乗算するウエイトを変えることで、広がり角θＨを制御する。例えば、図３（ｅ）に示すように、各振動子２ａ〜２ｅの受信信号に乗算するウエイトを振動子２の位置が水平開口の中央から離れるに従って小さくする。ここで、振動子２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅの受信信号に乗算するウエイトを大きくすれば広がり角θＨは小さくなり、ウエイトを小さくすれば広がり角θＨは大きくなる。従って、全ての振動子２ａ〜２ｅの受信信号に乗算するウエイトを１にすると、広がり角θＨは最小となる。同様にして、受信ビームＲＢの形成に寄与する各振動子２ｐ、２ｑ、２ｃ、２ｒ、２ｓ（図３（ｂ））の受信信号に乗算するウエイトを変えることで、上下方向の広がり角θＶを制御する。
【００２９】
次に、受信開口制御について説明する。受信開口制御は、受信ビームＲＢの形成に寄与する振動子２を規定する受信開口を拡大または縮小することで、広がり角θＨの大きさを制御する。すなわち、水平開口を大きくすることによって、広がり角θＨを小さくする。また、水平開口を小さくすることによって、広がり角θＨを大きくする。同様にして、鉛直開口を拡大または縮小することで、上下方向の広がり角θＶを制御する。受信開口制御では受信開口の大きさを自由に拡大または縮小することができるので、振幅制御に比べて、受信ビームの信号レベルを低下させることなく、広がり角θＨ、θＶを広いレンジにおいて高い自由度で変えることができる。本発明のスキャニングソナーは、記憶容量の大きいバッファメモリ１１ａ（図４）を備え、多数の振動子２の受信信号を一時的に保存することができるので、性能の高い受信開口制御を採用している。このことは、振幅制御を採用すること、または受信開口制御と振幅制御とを併用することを排除するものではない。
【００３０】
図４は、本発明に係るスキャニングソナー（以下、装置ともいう）の構成を示すブロック図である。制御部３は、ＣＰＵ、メモリなどから構成され、不図示の操作部から入力されたデータや予めメモリに設定されているデータなどに基づいて、装置の各部を制御する。
【００３１】
送信ビーム形成部６は、送信信号生成回路６ｂと遅延回路６ａとからなる。送信信号生成回路６ｂは、所定の周波数、例えば４０ｋＨｚの正弦波の送信信号を生成し、数ｍ秒程度だけ出力する。つまり、送信信号をパルス的に発生させる。振動子２ごとに設けられた遅延回路６ａは、図２に示すように、制御部２０から指示された送信ビームＴＢの俯角αに基づいて鉛直開口の位置を決め、振動子２の上下方向の位置に応じた時間だけ上記の送信信号を遅延させる。遅延回路６ａから出力される送信信号は、送信アンプ５で増幅され、送受信切換回路４を介して送受波器１の振動子２を駆動する。この結果、各振動子２から超音波が一斉に水中に送信され、送受波器１の周囲に傘形の送信ビームＴＢが形成される。以下の説明では、振動子２ごとの送信または受信の系統をチャンネルとよぶことにする。
【００３２】
次に、受信系について説明する。各振動子２が受信した受信信号は、チャンネルごとに送受信切換回路４を介して受信アンプ７で増幅される。増幅された受信信号は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）８で上述の送信信号の周波数を含む所定の帯域幅以外の周波数の信号成分がノイズとして除去された後、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器９は、所定のサンプリング周期で、送信信号の周波数と同じ周波数の内部的な正弦波信号の第１位相と、第１位相と９０度だけ位相の異なる第２位相とで受信信号をサンプリングし、サンプリングした信号（サンプルデータ）を順次出力する。第１位相でサンプリングされた信号をＩ信号、第２位相でサンプリングされた信号をＱ信号、Ｉ＋ｊＱ（ｊは虚数単位）をＩＱ信号とよぶ。このＩ信号とＱ信号とで表される受信信号に対して後続の回路で各種の演算が施される。例えば、後述の受信ビーム信号の形成時には、受信信号にｅｘｐ（ｊθＣ）を乗算することによって、受信信号の位相がθＣだけ補正される。
【００３３】
ゲイン調整部１０は、水中の同一の反射物（例えば、探知対象物である魚群）からのエコー信号の振幅が送受波器１と反射物との距離に依存することなく一定となるように、受信信号の増幅率を調整する。すなわち、受信信号のサンプルデータのそれぞれに送信ビームを送信してからの経過時間に応じた増幅率を乗算することによって、受信信号の振幅を調整する。このゲイン調整部１０から出力される各チャンネルのサンプルデータは、一旦受信ビーム形成部１１のバッファメモリ１１ａに格納される。
【００３４】
受信ビーム形成部１１は、バッファメモリ１１ａ、位相補正回路１１ｂ、ウエイト乗算回路１１ｃ、加算回路１１ｄ、制御回路１１ｅ、係数メモリ１１ｆ、およびＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）とメモリとからなるＤＳＰ部１１ｇから構成される。まず、受信ビーム形成部１１の概要について説明する。上記のバッファメモリ１１ａに格納された各チャンネルのサンプルデータは、制御回路１１ｅからのアドレス信号などによって読み出される。バッファメモリ１１ａから読み出された各チャンネルのサンプルデータに対して、位相補正回路１１ｂで係数メモリ１１ｆから出力されるチャンネルごとの位相補正量θＣによって位相の補正（位相制御）が行われ、さらに、ウエイト乗算回路１１ｃで係数メモリ１１ｆから出力されるチャンネルごとのウエイトｗ（１または０）が乗算される。そして、加算回路１１ｄで各チャンネルの受信信号（サンプルデータ）を加算することによって、受信ビーム信号が形成される。
【００３５】
次に、受信ビーム形成部１１の各部について説明する。図５は係数メモリ１１ｆに記憶されている係数テーブルの一例を示す図であり、図６はＤＳＰ部１１ｇのメモリに記憶されている広がり角テーブルの一例を示す図である。係数テーブル６１には、方位別の受信ビーム信号ごとに、各チャンネルの受信信号の位相補正量θＣ（図３（ａ）、（ｂ）の矢印の長さに相当）およびＡ／Ｄ変換器９でサンプリングされたサンプルデータごとの各チャンネルの受信信号に乗算するウエイトｗ（１または０）が記憶されている。図５において、位相補正量θＣの最初の添字は受信ビーム信号の番号を示し、２番目の添字はチャンネルの番号を示す。ウエイトｗの最初の添字は受信ビーム信号の番号を示し、２番目の添字はサンプルデータの番号を示し、３番目の添字はチャンネルの番号を示す。また、サンプルデータ＃１ウエイトは最初にサンプリングされたサンプルデータに乗算するウエイトであり、サンプルデータ＃ｊウエイトはｊ番目（最後）にサンプリングされたサンプルデータに乗算するウエイトである。
【００３６】
次に、サンプルデータごとにウエイトデータを記憶する理由について説明する。後述するように、本発明では、超音波を送信した後の、魚群などからのエコー信号を受信する受信期間において、受信ビームの左右方向の広がり角θＨ（図３（ｃ））を一定に保持するが、上下方向の広がり角θＶ（図３（ｄ））を探知距離に応じて動的に制御する。そのため、制御部３は、不図示の操作部から指定された探知距離のデータに基づいて、最短探知距離から最長探知距離の範囲の各探知距離での受信ビームの上下方向の所望の広がり角θＶを算出する。また、各探知距離とＡ／Ｄ変換器９から順次出力されるサンプルデータの番号とは対応関係にあるので、各探知距離での広がり角θＶはサンプルデータごとの広がり角θＶといえる。制御部３によって計算された、サンプルデータごとの上下方向の広がり角θＶのデータは、広がり角テーブル６２としてＤＳＰ部１１ｇのメモリに書き込まれる。
【００３７】
上記の係数テーブル６１では、受信ビームを形成するチャンネル、すなわち受信開口に含まれるチャンネルのウエイトｗは１に設定され、受信ビームを形成しないチャンネルのウエイトｗは０に設定される。そして、サンプルデータごとに各チャンネルのウエイトｗを１または０とすることで、上述の受信開口の大きさが制御され、延いてはサンプルデータごとに受信ビームの上下方向の広がり角θＶが制御される。尚、位相補正量θＣがサンプルデータごとに係数テーブル６１に記憶されていないのは、位相補正量θＣは、上下方向における広がり角θＶの動的な制御に直接的な影響を与えないからである。
【００３８】
次に、係数テーブル６１の生成について説明する。ＤＳＰ部１１ｇのメモリには、上記の広がり角テーブル６２の他に、制御部３から受信した、各振動子２の送受波器１の本体１ａ表面における位置（座標）、受信ビームの俯角、および各受信ビームの方位などのデータが記憶されている。ＤＳＰ部１１ｇは、上記のデータに基づいて上述の位相補正量θＣを算出する。さらに、ＤＳＰ部１１ｇは、上記のデータに基づいて、サンプルデータごとの上下方向の広がり角θＶが広がり角テーブル６２の広がり角θＶ１などと等しくなり、且つ左右方向の広がり角θＨが一定値となるように、各受信ビームを形成する受信開口の位置および大きさを決め、受信開口に含まれるチャンネルのウエイトｗを１と決定し、それ以外のチャンネルのウエイトｗを０と決定する。そして、算出された位相補正量θＣと決定されたウエイトｗとをＤＳＰ部１１ｇが係数メモリ１１ｆに書き込むことで、係数テーブル６１が生成される。ここでは、サンプルデータごとにウエイトｗを決定しているが、ＤＳＰ部の演算処理の負荷を減らすために連続する複数のサンプルデータで同じウエイトｗを共用するようにしてもよい。また、上記の係数テーブル６１および広がり角テーブル６２は、探知距離、送受信ビームの俯角などの探知条件が変更されたときに生成される。
【００３９】
制御回路１１ｅは、発振回路、メモリ、タイミング回路などを内蔵している。送信ビーム形成部６から超音波を送信した旨の通知を受取ると、制御回路１１ｅは、発振回路から出力されるパルスの計数を開始する。そして、計数値（この計数値は超音波を送信してからの経過時間を示す）に従って、制御回路１１ｅは、バッファメモリ１１ａへサンプルデータを書き込むためのアドレス信号、バッファメモリ１１ａからサンプルデータを読み出すためのアドレス信号、読み出されたサンプルデータに用いられる係数テーブル６１中の位相補正量θＣとウエイトｗとを係数メモリ１１ｆから読み出すためのアドレス信号、および読み書き動作のための制御信号などを出力する。
【００４０】
そして、バッファメモリ１１ａから読み出されたサンプルデータに対して、位相補正回路１１ｂで係数テーブル６１から読み出された該当する位相補正量θＣによって位相の補正が行われ、さらにウエイト乗算回路１１ｃで係数テーブル６１から読み出された該当するウエイトｗが乗算される。例えば、チャンネル番号２の受信データの最初のサンプルデータを用いて番号２の受信ビーム信号を形成する場合には、位相補正量θＣとしてθＣ(2,2)（図５）が使用され、ウエイトｗとしてｗ(2,1,2)（この値は１である）が使用される。さらに、位相補正およびウエイト乗算の行われた各チャンネルの受信信号を加算回路１１ｄで加算することで、各方位の受信ビーム信号が生成され、加算回路１１ｄから順次出力される。上記のように、受信開口を形成するチャンネルの受信信号に対して位相制御および受信開口制御を行い、さらに加算することによって、すなわち受信信号を合成することによって、左右方向の広がり角θＨが一定であり、且つ上下方向の広がり角θＶが探知距離に応じて動的に変化する各方位の受信ビームが形成される。
【００４１】
検波部１２は、各方位の受信ビーム信号の振幅、すなわち受信ビーム信号の実数成分（Ｉ信号）の２乗と虚数成分（Ｑ信号）の２乗との和の平方根を求めることによって、各方位の受信ビーム信号（エコー信号）の包絡線の信号を得る。この信号の大きさは、魚群の大きさや粗密の度合いなどに比例する。画像処理部１３は、検波部１２から出力される信号に対して画像処理を施すことによって、魚群の大きさや粗密、方位、距離に応じた魚群の画像を表示部１４に表示する。
【００４２】
図７は浅海での魚群探知における受信ビームの制御を示す図である。図７（ａ）は１つの方位の受信ビームを側方から見た図であり、図７（ｂ）は受信ビームを上方から見た図である。図において、５０は海面、５１は海底、Ｈは送受波器１と海底５１との距離を示す。距離Ｈは、送受波器１から鉛直下方に超音波を送信し、海底５１からのエコー信号を受信するまでの時間を計測することによって、または測深計を用いることによって求められる。また、矢印ＴＢは、１つの方位での、送受波器１から俯角αで送信される傘形の送信ビームを示す。厳密には、送信ビームＴＢの指向特性の主軸面（送信ビームＴＢの放射面ともいう）を示す。
【００４３】
ＲＢ１〜ＲＢ３は、１つの方位の受信ビームであって、それぞれ探知距離Ｄ１〜Ｄ３での受信ビーム示す。受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３の上下方向の広がり角θＶ１〜θＶ３は、探知距離Ｄ１〜Ｄ３が長くなるに従って小さくなっている。また、受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶの２等分線（すなわち、受信ビームＲＢの指向特性の主軸）は、送信ビームＴＢの放射面と一致するようになっている。つまり、受信ビームＲＢの俯角は送信ビームＴＢの俯角αに等しい。尚、上記の説明では、サンプルデータごとに受信ビームが形成される、すなわちサンプルデータごとに受信ビームの上下方向の広がり角θＶが制御されるとしたが、ここでは図示の都合上、３つの探知距離Ｄ１〜Ｄ３での、すなわち３つのサンプルデータに対する受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３が図示されている。
【００４４】
次に、受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶの制御について説明する。制御部３は、探知距離Ｄのときに受信ビームＲＢが海底５１での反射の影響を受ける上下方向の広がり角θＶを下記の式（１）によって算出する。
Ｄ・ｓｉｎ（α＋θＶ／２）＝Ｈ      （１）
さらに、受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶは、海底５１での反射の影響の他にも、受信ビームＲＢのエネルギー密度、送信ビームＴＢの上下方向の広がり角、海面５０での反射の影響なども考慮して決定される。
【００４５】
例えば、広がり角θＶ１の受信ビームＲＢ１では十分なエネルギー密度が得られない（振動子２の受信信号のレベルが小さ過ぎる）場合には、上下方向の広がり角θＶ１をより小さくした受信ビームＲＢ１ａ（図７（ａ）で破線で示す）が形成されることもある。以上のことを考慮して、制御部３は、上述のように、探知距離Ｄごとの、すなわちサンプルデータごとの上下方向の広がり角θＶを計算し、計算結果を広がり角テーブル６２（図６）としてＤＳＰ部１１ｇのメモリに書き込む。さらに、ＤＳＰ部１１ｇは、上述のように、広がり角テーブル６２および各振動子２の送受波器１の本体１ａ表面における位置（座標）などのデータを用いて、係数テーブル６１（図５）を生成する。
【００４６】
一方、受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３の左右方向の広がり角θＨ（図７（ｂ））は、探知距離Ｄに関係なく一定である。このように受信ビームＲＢの左右方向の広がり角θＨを探知距離Ｄに関係なく一定としているのは、送受波器１の全方位に隙間なく受信ビームＲＢが形成されるので、広がり角θＨを動的に変更する必要がないからである。図７（ｂ）では、受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３と、隣接する２つの受信ビームとが図示されているが、他の方位にも同様な受信ビームが形成されている。
【００４７】
そして、俯角αの超音波の送信ビームＴＢが送受波器１の周囲に放射された後に、振動子２で受信した魚群などからのエコー信号を解析することによって魚群探知が行われる。受信期間においては、各振動子２で受信された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器９によって所定の周期でサンプリングされる。そして、受信ビーム形成部１１は、Ａ／Ｄ変換器９から順次出力されるサンプルデータから、各探知距離Ｄでの受信ビーム信号を形成し、順次出力する。受信ビーム信号は、上述のように、各チャンネルのサンプルデータに対して係数テーブル６１に記憶されている位相補正量θＣで位相を補正し、さらにウエイトｗを乗算し、その後加算することによって形成される。ここで、上記の係数テーブル６１には、探知距離Ｄ１〜Ｄ３での上下方向の広がり角をθＶ１〜θＶ３にするためのウエイトｗのデータが記憶されているので、図に示す受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３が形成される。
【００４８】
以上述べたように、探知距離Ｄが長くなるに従って受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶが小さくなるように、広がり角θＶが制御される。また、広がり角θＶの制御に際しては、送受波器１から海底５１までの距離Ｈなども考慮される。この結果、短距離では広い範囲を探知することができ、遠距離の探知ではエコー信号のエネルギー密度の低下を防止することができる。また、海面５０および海底５１からの反射の影響を受けることなく探知を行うこともできる。さらに、上下方向の広がり角θＶは探知距離Ｄに応じて動的に制御されるが、受信ビームＲＢの俯角は一定であり、送信ビームＴＢの俯角αと等しくなるように制御されるので、超音波が送信された方向に位置する魚群などを確実に探知することができる。
【００４９】
さらに、Ａ／Ｄ変換器９から出力されるサンプルデータごとに受信ビームＲＢが形成されるので、上下方向の広がり角θＶを木目細かく制御することができ、理想的な形状の受信ビームＲＢを形成することができる。尚、上述のように連続する複数のサンプルデータで共通の位相補正量θＣおよびウエイトｗのデータを用いる場合には、例えば５０ｍ秒経過するたびに（水中での音速を１５００ｍ／秒とすると、探知距離が７５ｍ増加するたびに）、上下方向の広がり角θＶが小さくなっていく。
【００５０】
図８（ａ）は、海底が十分に深い所で魚群を探知するときの受信ビームの制御を示す図である。ここでは、送受波器１と海底との距離を考慮して受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶを制御する必要はない。図７の場合と同様に、ＲＢ１〜ＲＢ３は、１つの方位の受信ビームであって、それぞれ探知距離Ｄ１〜Ｄ３での受信ビームを示す。受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３の上下方向の広がり角θＶ１〜θＶ３は、探知距離Ｄ１〜Ｄ３が長くなるに従って小さくなっている。また、受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶの２等分線は、送信ビームＴＢの放射面と一致するようになっている。つまり、受信ビームＲＢの俯角は送信ビームＴＢの俯角αに等しい。従って、図７の場合と同様の効果が得られる。
【００５１】
尚、上記の説明では、サンプルデータごとに受信ビームが形成される、すなわちサンプルデータごとに受信ビームの上下方向の広がり角θＶが制御されるとしたが、ここでは図示の都合上、３つの探知距離Ｄ１〜Ｄ３での、すなわち３つのサンプルデータに対する受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３が図示されている。また、図示は省略されているが、受信ビームＲＢの左右方向の広がり角は、探知距離Ｄに関係なく一定に保持されている。
【００５２】
図８（ｂ）は、図８（ａ）の場合において、各探知距離Ｄ１〜Ｄ３での受信ビームの上下方向の幅が一定になるように制御された受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３を示す図である。ここでは、各探知距離Ｄにおける受信ビームの上下方向の幅Ｌが一定になるように、すなわち下記の式（２）を満たすように、受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶが制御される。
Ｄ１・ｔａｎ（θＶ１／２）＝Ｄ２・ｔａｎ（θＶ２／２）＝
Ｄ３・ｔａｎ（θＶ３／２）＝Ｄ・ｔａｎ（θＶ／２）＝Ｌ／２    （２）
【００５３】
上記の上下方向の広がり角θＶを木目細かく制御することによって、具体的には、サンプルデータごとに上下方向の広がり角θＶを順次小さくしていくことによって、探知距離Ｄ１よりも遠い各探知距離Ｄでの受信ビームＲＢの上下方向の幅Ｌは一定となり、平行ビームＰＢが形成されることになる。この結果、探知範囲の境界が明確になると共に、平行ビームＰＢの境界内にいる魚群を確実に探知することができる。また、俯角を変えて探知範囲を変更するときにも、変更前の俯角と平行ビームＰＢの幅Ｌとに基づいて、探知漏れがなく、且つ探知範囲の重複の少ない新たな探知範囲を容易に決定することができる。この場合も、制御部３は、送信ビームＴＢの俯角、送受波器１と海面５０との距離などを考慮して平行ビームＰＢの幅Ｌを決め、幅Ｌの平行ビームＰＢを実現するための広がり角テーブル６２を生成する。さらに、ＤＳＰ部１１ｇは、広がり角テーブル６２などに基づいて、幅Ｌの平行ビームＰＢを実現するための係数テーブル６１を生成する。そして、この係数テーブル６１に基づいて、受信ビームの上下方向の広がり角θＶが制御される。
【００５４】
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態においても、先の実施形態と同じ球形の送受波器１（図１）を備えたスキャニングソナー（図４）が用いられる。先の実施形態では、所定の俯角αの送信ビームＴＢを用いて送受波器１の周囲の探知が行われたが、本実施形態では、図１３と同様に縦方向の探知が行われる。
【００５５】
図９（ａ）は、送信ビーム（不図示）が放射された鉛直面内における各方位の受信ビームＲＢ１〜ＲＢ５を示す図である。図９（ｂ）は、スキャニングソナーの表示部１４に表示される探知画像を示す図である。図において、５０は海面、５１は海底、Ｆ１，Ｆ２は海底５１の近くにいる魚群、Ｐ１〜Ｐ５は海底５１の位置を示す。Ｐ１は送受波器１の鉛直下方の位置である。Ｑ３，Ｑ４は、送受波器１からの距離がそれぞれＰ３，Ｐ４と等しい位置である。また、受信ビームＲＢ２，ＲＢ３と受信ビームＲＢ４，ＲＢ５とは、受信ビームＲＢ１に対して左右対称であるので、受信ビームＲＢ４，ＲＢ５については説明を省略する。次に、図９と図１３との関係について説明する。魚群Ｆ１、Ｆ２の位置は両図で同じである。図９の受信ビームＲＢ１は図１３の受信ビームＲＢ１１と同じである。図９の受信ビームＲＢ２，ＲＢ３は図１３の受信ビームＲＢ１２を２つに分割したものである。
【００５６】
また、受信ビームＲＢ１〜ＲＢ３の上下方向の広がり角θＶ１〜θＶ３には、下記の式（３）に示す関係が成立する。
θＶ１＞θＶ２＞＝θＶ３        （３）
θＶ２がθＶ３以上となっているのは、受信ビームＲＢ２，ＲＢ３は互いに隣接する受信ビームであり、広がり角θＶの制御の都合で両者が等しくなる場合があるからである。尚、図示はされていないが、本実施形態でも、受信ビームＲＢの左右方向の広がり角θＨは一定に保持されると共に、受信ビームＲＢの指向特性の主軸は送信ビームの放射面内に存在する。また、本実施形態の上下方向の広がり角θＶ、左右方向の広がり角θＨは、それぞれ送信ビームの放射面内における広がり角、放射面に直交する方向における広がり角とも表現できる。それに対し、先の実施形態の上下方向の広がり角θＶ、左右方向の広がり角θＨは、それぞれ送信ビームの放射面に直交する方向における広がり角、放射面内における広がり角とも表現できる。
【００５７】
図９と図１３との対応関係から、位置Ｐ１においては、海底５１の画像Ｇ０および魚群Ｆ１の画像Ｇ１は、図１３（ｂ）と同様に表示部１４に表示される。一方、受信ビームＲＢ２、ＲＢ３の広がり角θＶ２、θＶ３は、図１３の受信ビームＲ１２の広がり角θＶ１１の略半分になっているので、海底５１からのエコー信号の影響を受ける領域、すなわち送受波器１、Ｐ３間の距離を半径とする円弧Ｓ３の右側の部分および送受波器１、Ｐ４間の距離を半径とする円弧Ｓ４の右側の部分が、図１３の海底５１からのエコー信号の影響を受ける領域（円弧Ｓ３１の右側の部分）よりも小さくなる。この結果、図１３では海底５１からのエコー信号の影響を受ける領域に位置していた魚群Ｆ２が、図９では海底５１からのエコー信号の影響を受けない領域に位置することとなり、魚群Ｆ２の画像Ｇ２が表示部１４に表示される。また、同様の理由で、位置Ｐ３〜Ｐ５における、海底５１からのエコー信号の画像Ｇ０の厚さは、図１３の場合よりも薄くなる。
【００５８】
本実施形態では、受信ビームＲＢの方位が鉛直下方から離れるに従って（受信ビームＲＢの方位と鉛直下方とのなす角が大きくなるに従って）、受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶが小さくなるようにしている。この結果、鉛直下方から離れた方位の受信ビームＲＢ２，ＲＢ３においても、海底５１からのエコー信号の影響を受ける領域が小さくなり、すなわち海底５１からのエコー信号によって海底５１の近くの魚群の探知が妨げられる範囲が狭くなり、従来、探知することができなかった海底５１近くの魚群を探知することが可能となる。
【００５９】
次に、受信ビームの制御方法について説明する。図１０は、本実施形態の係数テーブルおよび広がり角テーブルの一例を示す図である。図において、位相補正量θＣおよびウエイトｗの最初の添字は受信ビーム信号の番号を示し、２番目の添字はチャンネルの番号を示す。本実施形態では、図９（ａ）に示すように、各方位の受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶは、探知距離に関係なく一定である。従って、係数テーブル６１ａには、受信ビーム信号ごとに、各チャンネルの受信信号の位相補正量θＣおよび各チャンネルの受信信号に乗算するウエイトｗが記憶されており、先の実施形態の係数テーブル６１（図５）のように、サンプルデータごとにはウエイトｗは記憶されていない。
【００６０】
一方、図９（ａ）に示すように、各方位の受信ビームＲＢの上下方向の広がり角θＶは、受信ビームＲＢの方位に応じて異なる。従って、広がり角テーブル６２ａには、海底５１からのエコー信号の影響を受ける領域を所定の大きさ以下にする、上下方向の広がり角θＶが受信ビーム信号ごとに記憶されている。この広がり角テーブル６２ａは、先の実施形態と同様に、制御部３によって生成され、受信ビーム形成部１１のＤＳＰ部１１ｇのメモリに書き込まれる。また、係数テーブル６１ａも、先の実施形態と同様に、ＤＳＰ部１１ｇによって生成され、係数メモリ１１ｆに書き込まれる。そして、この係数テーブル６１ａを用いて受信ビーム信号を受信ビーム形成部１１で生成することで、図９（ａ）に示す受信ビームＲＢが形成される。
【００６１】
以上述べた実施形態においては、球形の送受波器１を用いたスキャニングソナーについて説明したが、図１１および図１２（ａ）に示す円筒型の送受波器Ｔを備えたスキャニングソナーでも、本発明を実施することができる。但し、円筒形の送受波器Ｔでは、真下方向へは送信ビームおよび受信ビームを形成できないので、真下付近は探知対象外となる。また、上記第１の実施形態では、図７に示すように、所定の俯角αの傘形の送信ビームＴＢが用いられる場合について説明したが、送信ビームの俯角が０度である場合であっても、本発明を実施することができる。
【００６２】
さらに、上記第２の実施形態では、受信ビームＲＢの左右方向の広がり角θＨを一定の角度に保持するようにしたが、第１の実施形態のように、探知距離が長くなるに従って広がり角θＨを小さくするようにしてもよい。さらに、上記第２の実施形態では、鉛直面内において形成された送信ビームを用いて縦方向の探知を行う場合について説明したが、送信ビームが鉛直面に対して所定の角度で傾斜している場合にも、本発明を適用することができる。その場合には、受信ビームも当該傾斜した面において形成される。また、上記の傾斜角度が大きくなると、受信ビームＲＢの方位と鉛直下方（正確に表現すると、送信ビームの放射面の中心角の２等分線）とのなす角が大きくなるに従って、受信ビームＲＢの左側と右側とで海底からのエコーを受信するタイミングの差が大きくなり、海底近くの魚群を探知できなくなるという問題が生じる。従って、そのような場合には、受信ビームＲＢの方位と鉛直下方とのなす角が大きくなるに従って、受信ビームＲＢの左右方向の広がり角θＨを小さくすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】球形の送受波器の外観を示す図である。
【図２】球形の送受波器での送信ビームを示す図である。
【図３】球形の送受波器での受信ビームを示す図である。
【図４】スキャニングソナーの構成を示すブロック図である。
【図５】係数テーブルの一例を示す図である。
【図６】広がり角テーブルの一例を示す図である。
【図７】第１の実施形態での受信ビームを示す図である。
【図８】第１の実施形態での受信ビームを示す図である。
【図９】第２の実施形態での受信ビームおよび探知画像を示す図である。
【図１０】第２の実施形態での係数テーブルおよび広がり角テーブルの一例を示す図である。
【図１１】スキャニングソナーで船舶の周囲の探知を行う例を示す図である。
【図１２】スキャニングソナーで縦方向の探知を行う例を示す図である。
【図１３】従来の受信ビームおよび探知画像を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１    送受波器
２    振動子
３    制御部
６    送信ビーム形成部
９    Ａ／Ｄ変換器
１１  受信ビーム形成部
１３  画像処理部
１４  表示部
６１，６１ａ  係数テーブル
６２，６２ａ  広がり角テーブル
【図１】
2006105850.tif 000003
【図２】
2006105850.tif 000004
【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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