(57)【要約】【課題】従来の超音波ソナー装置は、振動子から超音波を送信してから反射エコーが帰来するまでの間、振動子をその方向に指向させておく必要があるため、探知に長い時間がかかってしまう。【解決手段】振動子３１をＮ−１方向に向け、振動子３１が超音波ビームＴＢを送信する。そして、Ｎ−１方向に超音波ビームＴＢを送信した後に、振動子３１をＮ方向に向け、振動子３１が超音波ビームＴＢを送信する。また、Ｎ方向に超音波が送信された後、Ｎ−１方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、振動子３１をＮ−１方向に向け、振動子３１が所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。更に、Ｎ−１方向の反射波を受信した後、Ｎ方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、振動子３１をＮ方向に向け、振動子３１が所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。【選択図】図７
2019066208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶に搭載され、１つの方向に送信される超音波の送信方向を変化させながら、特定範囲にわたり水中の探知を行う超音波ソナー装置であって、
超音波を水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子と、
その振動子を駆動してその振動子における超音波の送受信可能な方向を変化させる駆動手段と、
その駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第１方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信する第１送信手段と、
その第１送信手段により前記第１方向に超音波を送信した後、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信する第２送信手段と、
その第２送信手段により前記第２方向に超音波が送信された後、前記第１方向において前記所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第１方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する第１受信手段と、
その第１受信手段により前記第１方向の反射波を受信した後、前記第２方向において前記所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する第２受信手段と、を備えることを特徴とする超音波ソナー装置。
【請求項２】
前記第２送信手段により超音波が送信された後、前記第２受信手段が前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ始める前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信する第３送信手段を備え、
前記第２受信手段は、前記第３送信手段により超音波が送信された後に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信するものであり、
前記第２受信手段により前記第２方向の反射波を受信した後、前記第３方向において前記所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第３方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する第３受信手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波ソナー装置。
【請求項３】
前記第３送信手段は、
前記第１受信手段により前記第１方向の反射波を受信した後、前記第２受信手段が前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ始める前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信するものであることを特徴とする請求項２に記載の超音波ソナー装置。
【請求項４】
前記第１送信手段は、前記第１受信手段により前記第１方向の反射波を受信した後、前記第２受信手段が前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ始める前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を新たな第１方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信するものであり、
前記第１受信手段は、前記新たな第１方向に超音波を送信した場合、前記第２受信手段により前記第２方向の反射波を受信した後に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記新たな第１方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信するものであり、
前記第２送信手段は、前記第２受信手段により前記第２方向の反射波を受信した後、前記第１受信手段が前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記新たな第１方向に変化させ始める前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を新たな第２方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信するものであり、
前記第２受信手段は、前記新たな第２方向に超音波を送信した場合、前記第１受信手段により前記新たな第１方向の反射波を受信した後に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記新たな第２方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信するものであることを特徴とする請求項１記載の超音波ソナー装置。
【請求項５】
前記第１送信手段により前記振動子が前記第１方向に送信する超音波の周波数と、前記第２送信手段により前記振動子が前記第２方向に送信する超音波の周波数とが非同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波ソナー装置。
【請求項６】
前記船舶からの位置とその位置からの反射波の強度に基づく探知結果とを視認可能に示した探知画像を表示する表示手段を備え、
その表示手段は、
前記所定の範囲内の位置における探知結果を、対応する位置からの反射波の強度に基づいて表示する一方、前記所定の範囲外の位置を、前記探知結果を表示する表示態様とは異なる表示態様で表示することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の超音波ソナー装置。
【請求項７】
前記所定の範囲は、前記振動子からの距離が所定の距離の範囲であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の超音波ソナー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載され、１つの方向に送信される超音波の送信方向を変化させながら、特定範囲にわたり水中の探知を行う超音波ソナー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波の送受信によって水中の魚群などの探知対象物を探知する装置の一種として超音波ソナー装置が広く知られている（例えば、特許文献１）。超音波ソナー装置は、船舶の船底などに配置される振動子から細いビーム状の超音波を送信（照射）し、そのビーム状の超音波の反射波を振動子が受信するように構成されている。１回の超音波の送受信で、その船舶の全周囲３６０度のうち１つの方向における所定角度範囲を探知することができる。
【０００３】
また、超音波ソナー装置は超音波を送受信する振動子のチルト角（俯角）及びスキャン角（方位角）を自由に変更できる機構を有している。超音波ソナー装置は、例えば、振動子のチルト角を設定した状態で、その振動子のスキャン角を変化させることで、自船を中心として所定角度毎に振動子を回転させながら超音波の送受信を順次行い、結果としてあらかじめ設定された範囲にわたって水中を探知している。このようにして行われる水中の探知結果は、探知画像として順次表示装置に表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１２６９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した超音波ソナー装置は、ある１つの方向を探知方向として探知する際に、振動子により超音波を送信してから所定の探知距離の反射エコーが帰来するまでの間、振動子をその方向に指向させている。このため、超音波ソナー装置によって自船からの距離が遠い位置を探知距離とした場合、全周囲３６０度の探知を行うには、長い時間がかかってしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、距離が遠い位置の探知に要する時間を短縮することができる超音波ソナー装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために請求項１記載の超音波ソナー装置は、船舶に搭載され、１つの方向に送信される超音波の送信方向を変化させながら、特定範囲にわたり水中の探知を行うものであって、超音波を水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子と、その振動子を駆動してその振動子における超音波の送受信可能な方向を変化させる駆動手段と、その駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第１方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信する第１送信手段と、その第１送信手段により前記第１方向に超音波を送信した後、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信する第２送信手段と、その第２送信手段により前記第２方向に超音波が送信された後、前記第１方向において前記所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第１方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する第１受信手段と、その第１受信手段により前記第１方向の反射波を受信した後、前記第２方向において前記所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する第２受信手段と、を備える。
【０００８】
請求項２記載の超音波ソナー装置は、請求項１記載の超音波ソナー装置において、前記第２送信手段により超音波が送信された後、前記第２受信手段が前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ始める前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信する第３送信手段を備え、前記第２受信手段は、前記第３送信手段により超音波が送信された後に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信するものであり、前記第２受信手段により前記第２方向の反射波を受信した後、前記第３方向において前記所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第３方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する第３受信手段を備える。
【０００９】
請求項３記載の超音波ソナー装置は、請求項２記載の超音波ソナー装置において、前記第３送信手段は、前記第１受信手段により前記第１方向の反射波を受信した後、前記第２受信手段が前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ始める前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信するものである。
【００１０】
請求項４記載の超音波ソナー装置は、請求項１記載の超音波ソナー装置において、前記第１送信手段は、前記第１受信手段により前記第１方向の反射波を受信した後、前記第２受信手段が前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記第２方向に変化させ始める前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を新たな第１方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信するものであり、前記第１受信手段は、前記新たな第１方向に超音波を送信した場合、前記第２受信手段により前記第２方向の反射波を受信した後に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記新たな第１方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信するものであり、前記第２送信手段は、前記第２受信手段により前記第２方向の反射波を受信した後、前記第１受信手段が前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記新たな第１方向に変化させ始める前に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を新たな第２方向に変化させ、前記振動子より超音波を送信するものであり、前記第２受信手段は、前記新たな第２方向に超音波を送信した場合、前記第１受信手段により前記新たな第１方向の反射波を受信した後に、前記駆動手段により前記振動子における超音波の送受信可能な方向を前記新たな第２方向に変化させ、前記振動子により前記所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信するものである。
【００１１】
請求項５記載の超音波ソナー装置は、請求項１から４のいずれかに記載の超音波ソナー装置において、前記第１送信手段により前記振動子が前記第１方向に送信する超音波の周波数と、前記第２送信手段により前記振動子が前記第２方向に送信する超音波の周波数とが非同一である。
【００１２】
請求項６記載の超音波ソナー装置は、請求項１から５のいずれかに記載の超音波ソナー装置において、前記船舶からの位置とその位置からの反射波の強度に基づく探知結果とを視認可能に示した探知画像を表示する表示手段を備え、その表示手段は、前記所定の範囲内の位置における探知結果を、対応する位置からの反射波の強度に基づいて表示する一方、前記所定の範囲外の位置を、前記探知結果を表示する表示態様とは異なる表示態様で表示する。
【００１３】
請求項７記載の超音波ソナー装置は、請求項１から６のいずれかに記載の超音波ソナー装置において、前記所定の範囲は、前記振動子からの距離が所定の距離の範囲である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の超音波ソナー装置によれば、船舶に搭載され、駆動手段により振動子が駆動されると、振動子から水中に対して１つの方向に送信される超音波の送信方向が変化する。振動子から送信された超音波は、魚等の探知対象物や海底（湖底）等により反射され、その反射波が振動子にて受信される。
【００１５】
第１送信手段によって、駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第１方向に変化させ、振動子が超音波を送信する。そして、第１送信手段により第１方向に超音波を送信した後に、第２送信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ、振動子が超音波を送信する。また、第２送信手段により第２方向に超音波が送信された後、第１方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、第１受信手段によって駆動手段が前記振動子における超音波の送受信可能な方向を第１方向に変化させ、振動子が所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。更に、第１受信手段により第１方向の反射波を受信した後、第２方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、第２受信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ、振動子が所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。
【００１６】
これにより、第２方向において超音波を送信後、所定の範囲の場所からの反射波が帰来する前に、振動子は第１方向で超音波を送受信可能な方向を向く。そして、第１方向において所定の範囲の場所からの反射波が到達すると、振動子はそれを受信することができる。また、第２方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来する前に、振動子は第２方向で超音波を送受信可能な方向を向く。よって、第２方向においても所定の範囲の場所からの反射波を受信することができる。従って、第２方向における反射波を受信するために待機する時間を第１方向における反射波を受信することに使用することができるため、探知に要する時間を短縮することができる。即ち、第１方向において超音波を送信してから第２方向において反射波を受信し終えるまでの時間を短縮することができる。よって、距離が遠い位置の探知に要する時間を短縮することができるという効果がある。
【００１７】
請求項２記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１記載の超音波ソナー装置の有する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、第２送信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ、振動子が超音波を送信した後、第２受信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ始める前に、第３送信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ、振動子が超音波を送信する。そして、第３送信手段によって超音波が送信された後に、第２手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ、振動子が所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。また、第２受信手段によって第２方向の反射波を受信した後、第３方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来するより前に、第３受信手段によって、駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ、振動子が所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。
【００１８】
これにより、第３方向において超音波を送信した後、所定の範囲内の場所からの反射波が帰来する前に、振動子は第２方向で超音波を送受信可能な方向を向く。そして、第２方向において所定の範囲の場所からの反射波が到達すると、振動子はそれを受信することができる。また、第３方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来する前に、振動子は第３方向で超音波を送受信可能な方向を向く。よって、第３方向においても所定の範囲の場所からの反射波を受信することができる。従って、第３方向における反射波を受信するために待機する時間を第２方向における反射波を受信することに使用することができるため、探知に要する時間を短縮することができる。即ち、第１方向において超音波を送信してから第２方向において反射波を受信し終えるまでの時間を短縮することができることに加えて、第２方向において超音波を送信してから第３方向において反射波を受信し終えるまでの時間を短縮することができる。つまり、第１方向において超音波を送信してから第３方向において反射波を受信し終えるまでの時間を短縮することができるという効果がある。
【００１９】
請求項３記載の超音波ソナー装置によれば、請求項２記載の超音波ソナー装置の有する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、第１受信手段によって第１方向の反射波を受信した後、第２受信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ始めるより前に、第３送信手段によって、駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ、振動子が超音波を送信する。つまり、第３送信手段により第３方向に超音波を送信するのは、第２送信手段により第２方向に超音波を送信し、第１受信手段により第１方向の反射波を受信した後となる。換言すると、第２方向に超音波が送信されてから、第３方向に超音波が送信されるまでの間に、第１受信手段により第１方向の反射波を受信するための時間が設けられる。
【００２０】
これによって、第１受信手段により第１方向の反射波を受信する前に第３送信手段により第３方向に超音波を送信する場合よりも、第１受信手段により第１方向の反射波を受信するための時間の分だけ、第３受信手段により第３方向の反射波を受信し始める時間を遅らせることができる。よって、第２受信手段により第２方向の反射波の受信が終わった後、第３受信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ始めるまでの時間を長くすることができ、第２受信手段により反射波を受信することができる時間を長くすることができる。即ち、反射波を受信する所定の範囲を長くできるという効果がある。
【００２１】
また、第２受信手段により第２方向の反射波の受信が終わった後、第３受信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第３方向に変化させ始めるまでの時間に新たな方向に超音波を送信するような構成とすることもできる。そうすることで、第３方向の反射波の受信が終わるのを待って、新たな方向に超音波を送信する必要がなくなる。従って、第３方向の反射波の受信が終わってから、新たな方向の反射波を受信し始めるまでの時間を短縮することができるという効果がある。
【００２２】
請求項４に記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１記載の超音波ソナー装置の有する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、第１受信手段により第１方向の反射波を受信した後、第２受信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を第２方向に変化させ始める前に、第１送信手段により駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を新たな第１方向に変化させ、振動子により超音波を送信する。そして、新たな第１方向に超音波を送信した場合、第２受信手段によって第２方向の反射波を受信した後に、駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向をその新たな第１方向に変化させ、振動子により所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。また、第２受信手段により前記第２方向の反射波を受信した後、第１受信手段によって駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向をその新たな第１方向に変化させ始める前に、前記第２送信手段によって、駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向を新たな第２方向に変化させ、振動子より超音波を送信する。そして、その新たな第２方向に超音波を送信した場合、第１受信手段によってその新たな第１方向の反射波を受信した後に、駆動手段が振動子における超音波の送受信可能な方向をその新たな第２方向に変化させ、振動子により所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。
【００２３】
これにより、第１方向で反射波を受信した後、第２方向で反射波を受信する前に、新たな第１方向へ超音波を送信することができ、更に、第２方向で反射波を受信した後、新たな第１方向で反射波を受信する前に、新たな第２方向へ超音波を送信することができる。また、新たな第１方向で反射波を受信した後、新たな第２方向で反射波を受信する前に、別の新たな第１方向に超音波を送信することができ、更に、新たな第２方向で反射波を受信した後、別の新たな第１方向で反射波を受信する前に、別の新たな第２方向へ超音波を送信することができる。即ち、第１方向又は第２方向のどちらか一方だけが反射波の受信を待機している状態になると、待機している方向とは別の方向に超音波が送信される。そして、これが交互に繰り返される。そのため、超音波が送信されて、常に反射波の受信を待機している方向が存在する。つまり、一の方向に送信した超音波の反射波が帰来するまでの待機時間を使って、先に別方向で送信した超音波の反射波を受信することにより、反射波の受信を待機していない状態に伴う時間の損失をなくすことができる。その結果、特定範囲にわたり水中の探知を行う際に要する時間を短縮することができるという効果がある。
【００２４】
請求項５記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波ソナー装置の有する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、第１送信手段により振動子が第１方向に送信する超音波の周波数と、第２送信手段により振動子が第２方向に送信する超音波の周波数とが非同一である。第１受信手段により第１方向における所定の範囲の場所からの反射波を受信している場合に、第２方向における所定の範囲に達しない場所からの反射波が振動子に到達しても、超音波の周波数が非同一であるため、第１方向からの反射波であるか、第２方向からの反射波であるかを区別することができる。よって、第１方向からの反射波と第２方向からの反射波との混信を防ぐことができるという効果がある。
【００２５】
請求項６に記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１から５のいずれかに記載の超音波ソナー装置の有する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、船舶からの位置とその位置からの反射波の強度に基づく探知結果とが、表示手段によって視認可能に表示される。そして、所定の範囲内の位置における探知結果は、対応する位置からの反射波の強度に基づいて表示される一方、所定の範囲外の位置は探知結果を表示する表示態様とは異なる表示態様で表示される。これにより使用者は、どの範囲が実際に探知をした範囲で、どの範囲が探知をしていない範囲であるかを認識することができる。また、実際には探知していないにもかかわらず、探知していると使用者が誤認することを防ぐことができるという効果がある。
【００２６】
請求項７に記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１から６のいずれかに記載の超音波ソナー装置の有する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、振動子からの距離が所定の距離の範囲にある場所の反射波を受信することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態である超音波ソナー装置の構成を概略的に表す概略図である。
【図２】超音波ソナー装置が搭載された船舶によって水中の探知を行う場合の状態を側面より示す模式図である。
【図３】超音波ソナー装置が搭載された船舶によって水中の探知を行う場合の状態を斜視した模式図である。
【図４】送受波ユニットの断面を模式的に示した断面図である。
【図５】超音波ソナー装置の電気的構成を示したブロック図である。
【図６】制御装置において実行されるソナー処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明における各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に示した図である。
【図８】第２実施形態において制御装置で実行されるソナー処理の一部を示すフローチャートである。
【図９】制御装置で実行されるソナー処理の一部を示すフローチャートである。
【図１０】制御装置で実行されるソナー処理の一部を示すフローチャートである。
【図１１】各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に示した図である。
【図１２】所定の範囲を７５０ｍ〜９７５ｍとした場合の各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に示した図である。
【図１３】所定の範囲を１２００ｍ〜１４２５ｍとした場合の各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に示した図である。
【図１４】従来技術における各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態である超音波ソナー装置１２の概略について説明する。図１は、その超音波ソナー装置１２の構成を概略的に示す概略図であり、図２は、超音波ソナー装置１２が搭載された船舶１１によって水中の探知を行う場合の状態を側面より示す模式図であり、図３は、同探知を行う場合の状態を斜視した模式図である。
【００２９】
図１〜図３に示す通り、超音波ソナー装置１２は、船舶１１に搭載され、該船舶１１の周囲の特定範囲にわたり、水中の魚群などの探知対象物Ｇの探知を行うものである。超音波ソナー装置１２は、本体１３と、本体１３に設けられた操作ボタン１４と、本体１３に一体形成された表示装置１５と、超音波ビームＴＢを送受信する送受波ユニット１６と、送受波ユニット１６を昇降させる昇降装置１７とを備えている。
【００３０】
本体１３と、操作ボタン１４と、表示装置１５とは、船舶１１の操舵室内に配置されるとともに、送受波ユニット１６と昇降装置１７とは、船舶１１の船底内に配置されている。そして、送受波ユニット１６は、昇降装置１７によって昇降されることで、船舶１１の船底から水中に対して出没自在となっている。
【００３１】
超音波ソナー装置１２は、送受波ユニット１６を船舶１１の船底から突出させた状態で、送受波ユニット１６から細いビーム状の超音波ビームＴＢを１つの方向に送信（照射）し、探知対象物Ｇや海底又は湖底などから反射された超音波ビームＴＢの反射波を送受波ユニット１６にて受信する。
【００３２】
図２に示すように、超音波ソナー装置１２は、操作ボタン１４によって使用者により設定されたチルト角に対して、超音波ビームＴＢを送信する。チルト角とは、水平面と後述する振動子３１の向く方向（超音波ビームＴＢの送信方向）とがなす角度である。また、図３の矢印で示すように超音波ソナー装置１２は、操作ボタン１４によって使用者により設定された方位の範囲であるスキャン角の範囲（以下「特定範囲」という）にわたり、超音波ビームＴＢの送信方向を順次変化させる。なお、スキャン角は、自船の前方先端方向を０度とし、そこから水面上視方向において時計回りにＡ度回転した方向のスキャン角をＡ度、水面上視方向において反時計回りにＡ度回転した方向のスキャン角を−Ａ度としている。
【００３３】
そして、超音波ソナー装置１２は、各々の送信方向に対して送信した超音波ビームＴＢの反射波を受信することで、特定範囲にわたり水中の探知を行う。即ち、超音波ソナー装置は、使用者により設定されたチルト角に対して、特定範囲にわたりスキャン角を変化させることにより水中の探知を行う。この水中の探知結果は、反射波の受信により生じる受信信号に基づいて形成される探知画像を表示装置１５に表示することで、使用者に示される。
【００３４】
このとき、超音波ソナー装置１２は超音波ビームＴＢの反射波のうち、超音波ソナー装置からの距離が使用者によって設定された範囲（以下「所定の範囲」という）にあるものだけを受信する。なお、本実施形態では所定の範囲を５２５ｍから７５０ｍとしているが、これに限定されるものではなく、所定の範囲は使用者により変更することができる。これにより、使用者は特定範囲の中で所定の範囲における水中の状況を知ることができるため、自船を進めるべき方向を大まかに把握することができる。
【００３５】
探知画像表示１５ａは、水中の探知結果である探知画像であり、表示装置１５に表示される。探知画像表示１５ａは、特定範囲における所定の範囲の探知画像を表示するとともに、所定の範囲より近距離の探知をしていない範囲を非探知範囲として表示している。即ち、非探知範囲を表示する部分は例えば青色で表示する（図１ではハッチングを施して表示した）のに対して、探知した範囲にはそのような処理を施さないため、非探知範囲と探知した範囲とを区別できるように構成されている。これにより、使用者は探知画像表示１５ａの中で、どの範囲が実際に探知を行った範囲であるかを認識することができる。また、探知を行っていない非探知範囲について、探知した範囲であると使用者が誤認することを防止することができる。
【００３６】
次いで、図４を参照して、送受波ユニット１６の詳細構成について説明する。図４は、送受波ユニット１６の断面を模式的に示した断面図である。送受波ユニット１６は、上端が開口され下端部が半球状をなす有底円筒状の下ケース２１と、下端が開口され上端部が円板状をなす有蓋円筒状の上ケース２２と、上ケース２２の下端開口及び下ケース２１の上端開口を閉塞する円板状の蓋体２３とにより構成される。蓋体２３の上面と上ケース２２とで上側収納空間２４が形成され、蓋体２３の下面と下ケース２１とで下側収納空間２５が形成されている。
【００３７】
蓋体２３の中央部には、貫通孔２６が形成されている。蓋体２３上の中央部にはステッピングモータによって構成されたスキャンモータ２７が固着され、スキャンモータ２７の下面からはスキャンモータ２７の出力軸２７ａが、貫通孔２６に回転可能に挿通された状態で真下に向かって延びている。出力軸２７ａの先端（下端）は、下側収納空間２５の上部まで達している。
【００３８】
出力軸２７ａの先端には、円板上の支持板２８が設けられており、支持板２８の上面の中心部が出力軸２７ａの先端に接続されている。支持板２８の下面には、略逆Ｕ字状をなす支持フレーム２９が設けられており、支持フレーム２９の下端部間には、水平に延びる回転軸３０が回転可能に架設されている。
【００３９】
回転軸３０の中央部には、細いビーム状の超音波ビームＴＢ（図２参照）を１つの方向に送信し、その送信した超音波ビームＴＢの反射波を受信可能な振動子３１が固着されている。回転軸３０における振動子３１と隣り合う位置には、略半円状のチルト歯車３２が固着されており、回転軸３０、振動子３１及びチルト歯車３２は、互いに一体して回転するように構成されている。
【００４０】
支持フレーム２９の上端部には、ステッピングモータによって構成されたチルトモータ３３が固着されている。チルトモータ３３は、チルト歯車３２側に向かって延びる出力軸３３ａを備えている。出力軸３３ａの先端には、小歯車３３ｂが設けられ、小歯車３３ｂは、チルト歯車３２と噛合している。
【００４１】
スキャンモータ２７が駆動されると、出力軸２７ａが回転し、それに伴って支持板２８、支持フレーム２９、及び、回転軸３０が出力軸２７ａを軸として一体して回転することで、回転軸３０に固着された振動子３１が、やはり出力軸２７ａを軸として回転する。このとき、スキャンモータ２７は、後述するスキャン角データ５３ａが示すスキャン角となるように振動子３１の向きを変更する。
【００４２】
これにより、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向は、船舶１１が浮かぶ水面を上面視した場合に時計回り又は反時計回りに変化させることができる。即ち、スキャンモータ２７を駆動することにより、振動子３１によって送信される超音波ビームＴＢのスキャン角（方位角）が変更される。
【００４３】
一方、チルトモータ３３が駆動されると、出力軸３３ａが回転し、それに伴って小歯車３３ｂが回転して、その小歯車３３ｂと噛合するチルト歯車３２が回転することで、チルト歯車３２が固着された回転軸３０がチルト歯車３２の回転に合わせて回転し、その回転軸３０に固着された振動子３１が回転軸３０を軸として回転する。このとき、チルトモータ３３は、後述するチルト角データ５３ｂが示すチルト角となるように振動子３１の向きを変更する。
【００４４】
これにより、振動子３１の向く方向（振動子３１から送信される超音波ビームＴＢの送信方向）と船舶１１が浮かぶ水面とのなす角度であるチルト角（俯角）が、チルトモータ３３を駆動することによって、変更される。
【００４５】
次いで、図５を参照して、超音波ソナー装置１２の電気的構成について説明する。図５は、超音波ソナー装置１２の電気的構成を示したブロック図である。
【００４６】
超音波ソナー装置１２の本体１３（図１参照）は、制御装置５０を有している。制御装置５０は、超音波ソナー装置１２の動作を制御するものである。制御装置５０は、図５に示す通り、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｃｅｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）５３とを有しており、それらがバスライン５５を介して入出力ポート５４に接続されている。
【００４７】
入出力ポート５４には、上述した操作ボタン１４、表示装置１５、及び、昇降装置１７（図１参照）が接続されている。また、上述のスキャンモータ２７及びチルトモータ３３（図４参照）は、モータドライバ６１を介して入出力ポート５４と接続され、振動子３１（図４参照）は、送受信回路６２を介して入出力ポート５４と接続される。
【００４８】
ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムデータ５２ａに従って、超音波ソナー装置１２の動作を制御するための各種演算を実行する演算装置であり、例えば、次のような制御を実行する。
【００４９】
まず、ＣＰＵ５１は、電源がオンされると昇降装置１７を駆動して、船舶１１の船底から水中に送受波ユニット１６を突出させる。また、電源がオフされると昇降装置１７を駆動して、水中に出された送受波ユニット１６を船底内に戻す。
【００５０】
また、ＣＰＵ５１は、使用者による操作ボタン１４の操作があったことを、操作ボタン１４から入力される信号によって判断すると、その操作ボタン１４の操作に応じた制御を実行する。例えば、操作ボタン１４によって超音波ビームＴＢのチルト角が使用者により設定されると、モータドライバ６１を介してチルトモータ３３を駆動し、超音波ビームＴＢが設定されたチルト角で送信されるように制御する。
【００５１】
更に、ＣＰＵ５１は超音波ビームＴＢを送信してから発生したクロック数や反射波を受信し終えてから発生したクロック数をカウントすることにより、超音波ビームＴＢを送信してから経過した時間や反射波を受信し終えてから経過した時間を測定するように構成されている。
【００５２】
ＲＯＭ５２は、ＣＰＵ５１によって実行されるプログラムデータ５２ａを記憶するほか、固定値データ等を記憶するための書き換え不能な不揮発性のメモリである。なお、書き換え不能なＲＯＭに代えて、書き換え可能な不揮発性のメモリ（例えば、フラッシュメモリ）を用いてもよい。図６に示すソナー処理を実行するプログラムは、このＲＯＭ５２にプログラムデータ５２ａの一部として記憶される。
【００５３】
ＲＡＭ５３は、書き換え可能な揮発性のメモリであり、ＣＰＵ５１によるプログラムの実行時に各種のデータを一時的に記憶する。ＲＡＭ５３は、スキャン角データ５３ａ、チルト角データ５３ｂ、表示画像データ５３ｃを少なくとも記憶する。
【００５４】
スキャン角データ５３ａは、超音波ビームＴＢの送受信方向として次に向くべきスキャン角を示すデータである。また、このスキャン角データ５３ａを使うことで、特定範囲における探知が終了したか否かを判断する。
【００５５】
チルト角データ５３ｂは、超音波ビームＴＢの送信方向のチルト角を示すデータである。電源がオンされるタイミング、又は、水中の探知が開始されるタイミングで、スキャン角データ５３ａ及びチルト角データ５３ｂは、既に記憶された値（ＲＯＭ５２に記憶された初期値や、制御装置５０に別途設けられたフラッシュメモリに記憶された設定値など）、又は、使用者による操作ボタン１４の操作により設定された角度で初期化される。
【００５６】
例えば、スキャン角データ５３ａの初期化は、使用者による操作ボタン１４の操作により設定された特定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）におけるスキャン角を特定範囲における最小値に設定することにより行う。
【００５７】
水中の探知が行われる間、スキャンモータ２７により振動子３１の向きが変更されると、ＣＰＵ５１によって振動子が次に向くべきスキャン角になるようスキャン角データ５３ａが更新される。そして、その更新されたスキャン角データ５３ａに基づいて、ＣＰＵ５１の制御によってモータドライバ６１を介してスキャンモータ２７が駆動される。これにより、超音波ビームＴＢを送信すべき方向や反射波を受信すべき方向に振動子３１を向けることができる。
【００５８】
チルト角データ５３ｂは、使用者による操作ボタン１４の操作によってチルト角の設定が変更された場合に限り、その変更後の設定値に変更され、それ以外は値が維持される。チルト角データ５３ｂの値が変更された場合は、超音波ビームＴＢの送信方向のチルト角が、その更新後のチルト角データ５３ｂで示されるチルト角となるように、ＣＰＵ５１の制御によってモータドライバ６１を介してチルトモータ３３が駆動される。
【００５９】
スキャンモータ２７が駆動され、超音波ビームＴＢの送受信方向のスキャン角がスキャン角データ５３ａで示されるスキャン角となると（チルト角が変更される場合は、スキャン角に加えて更に、チルトモータ３３が駆動され、超音波ビームＴＢの送信方向のチルト角がチルト角データ５３ｂで示されるチルト角となると）、ＣＰＵ５１の制御によって振動子３１から超音波ビームＴＢが送信又は超音波ビームＴＢの反射波が受信される。
【００６０】
表示画像データ５３ｃは、表示装置１５に表示する画像の画像データである。超音波ビームＴＢの反射波を振動子３１が受信することにより生じる受信信号に基づいて形成された探知画像を表示装置１５に表示するための画像データが、この表示画像データ５３ｃとしてＲＡＭ５３に格納される。そして、表示画像データ５３ｃに従って、表示装置１５に画像が表示される。
【００６１】
次に図６を参照して制御装置において実行されるソナー処理について説明する。図６は、そのソナー処理を示すフローチャートである。ソナー処理は、電源がオンされた場合、又は水中の探知が開始される場合にＣＰＵ５１によって実行が開始される。このソナー処理は、使用者による操作ボタン１４の操作などによって水中の探知を終了するまで、継続して実行される。
【００６２】
ソナー処理では、まず、昇降装置１７を駆動し、送受波ユニット１６を降下させる（Ｓ１）。これにより、送受波ユニット１６が船舶１１の船底から水中に突出され、振動子３１による超音波ビームＴＢの送受信が可能となる。
【００６３】
次いで、チルト角データ５３ｂを、使用者による操作ボタン１４の操作により設定された角度に設定し（Ｓ２）、スキャン角データ５３ａを、使用者により設定された特定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）におけるスキャン角が最も小さい値を設定することで初期化する（Ｓ３）。
【００６４】
次いで、Ｓ４の処理へ移行し、スキャン角データ５３ａ及びチルト角データ５３ｂの値に従って、モータドライバ６１を介してスキャンモータ２７及びチルトモータ３３を駆動する（Ｓ４）。これにより、振動子３１が回転され、振動子３１から送信される超音波ビームＴＢの送信方向が、スキャン角データ５３ａ及びチルト角データ５３ｂにて設定されたスキャン角及びチルト角となる。
【００６５】
その後、Ｓ５の処理では次に振動子を向けるべきスキャン角になるようにスキャン角データ５３ａを更新する。
【００６６】
スキャン角データ５３ａの更新は、次のように行われる。例えば、スキャンモータ２７により振動子３１の向きが変更された後、次に水面上視方向において時計回りに２０ステップ（３６度）スキャンモータ２７を駆動させたい場合は、スキャン角データ５３ａに「３６」を加算する。一方、スキャンモータ２７により振動子３１の向きが変更された後、次に水面上視方向において反時計回りに１０ステップ（１８度）スキャンモータ２７を駆動させたい場合は、スキャン角データ５３ａに「１８」を減算する。
【００６７】
Ｓ５の処理において、次に駆動すべきスキャン方向のステップ数が、水面上視方向において反時計回りに１０ステップ（１８度）である場合は、スキャン角データ５３ａに「１８」を減算する。ここで、スキャン角データ５３ａに「１８」を減算するのは、Ｓ７の処理にてスキャンモータ２７を水面上視方向において反時計回りに１０ステップ（１８度）駆動するためである。
【００６８】
次いで、Ｓ６の処理では送受信回路６２を介して振動子３１から超音波ビームＴＢを送信する（以下、この超音波ビームＴＢを送信した方向を「Ｎ方向」という）。その後、Ｓ７の処理へ移行し、スキャンモータ２７を水面上視方向において反時計回りに１０ステップ駆動する（以下、Ｎ方向からスキャンモータ２７を水面上視方向において反時計回りに１０ステップ駆動し、振動子３１が向く方向を「Ｎ−１方向」という）。即ち、Ｓ６の処理において振動子３１から超音波ビームＴＢを送信した後、振動子３１はＮ方向を向いたままの状態でその超音波ビームＴＢの反射波を受信し続けるのではなく、異なる方向（Ｎ−１方向）に向けられるのである。
【００６９】
次いで、スキャン角データ５３ａを上述した方法で更新する（Ｓ８）。即ち、次に駆動すべきスキャン方向のステップ数が水面上視方向において時計回りに２０ステップ（３６度）である場合は、スキャン角データ５３ａに「３６」を加算する。ここで、スキャン角データ５３ａに「３６」を加算するのは、Ｓ１７の処理にてスキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに２０ステップ（３６度）駆動するためである。
【００７０】
Ｓ９の処理では、Ｓ６の処理にてＮ方向に超音波ビームＴＢが送信されてから１００ｍｓが経過したか否かが判断される。詳細は図７を参照して後述するが、これはＳ５の処理にてＮ方向に超音波ビームＴＢが送信されるよりも前にＮ−１方向に送信された超音波ビームＴＢが所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最短の場所（本実施形態では５２５ｍ）に到達し、その反射波が帰来し始める時間を測定するための処理である。なお、詳細は後述するが、本実施形態ではＮ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから６００ｍｓ経過後にＮ方向に超音波ビームＴＢを送信している。そのため、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１００ｍｓ経過後にＮ−１方向からは反射波を受信し始めているが、これに限定されるものではない。例えば、Ｎ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから５００ｍｓ経過後にＮ方向に超音波ビームＴＢを送信し、その２００ｍｓ経過後にＮ−１方向で反射波を受信するようにしても良い。
【００７１】
Ｓ９の処理において、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１００ｍｓ経過していないと判断した場合（Ｓ９：Ｎｏ）は、Ｎ−１方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最短の場所（本実施形態では５２５ｍ離れた場所）からの反射波がまだ帰来していないものとして、Ｓ９の処理を繰り返す。一方、Ｓ９の処理において、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１００ｍｓ経過したと判断した場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）は、Ｎ−１方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最短の場所（本実施形態では５２５ｍ離れた場所）からの反射波が帰来し始めるものとして、その超音波ビームＴＢに対して探知対象物Ｇや海底又は湖底などから反射された反射波を該振動子３１にて受信する（Ｓ１０）。
【００７２】
Ｓ１０の処理の後、Ｓ１１の処理では、Ｓ６の処理においてＮ方向に超音波ビームＴＢを送信してから４００ｍｓが経過したか否かが判断される。詳細は図７を参照して後述するが、これはＮ−１方向に送信された超音波ビームＴＢの所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最長の場所（本実施形態では７５０ｍ離れた場所）からの反射波が帰来する時間を測定するための処理である。
【００７３】
Ｓ１１の処理において、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから４００ｍｓ経過していないと判断した場合（Ｓ１１：Ｎｏ）は、Ｎ−１方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最長の場所（本実施形態では７５０ｍ離れた場所）からの反射波がまだ帰来していないものとして、Ｓ１０の処理を繰り返す。一方、Ｓ１１の処理においてＮ方向に超音波ビームＴＢを送信してから４００ｍｓ経過したと判断した場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）は、Ｎ−１方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最長の場所（本実施形態では７５０ｍ離れた場所）からの反射が帰来したものとして、反射波の受信（Ｓ１０）を終了する。これにより、Ｎ−１方向における所定の範囲からの反射波を過不足なく受信することができる。
【００７４】
そして、反射波の受信によって生じる受信信号に基づいて、水中の探知結果である探知画像を形成する（Ｓ１２）。所定の範囲外（本実施形態では０ｍ〜５２５ｍ）を非探知範囲として、その非探知範囲にはハッチングを形成する（Ｓ１３）。その画像データを表示画像データ５３ｃとして上書きし、記憶する（Ｓ１４）。
【００７５】
そして、表示画像データ５３ｃに基づいて画像を表示装置１５に表示する（Ｓ１５）。このとき、所定の範囲外は非探知範囲としてハッチングが施された状態で表示されるため、使用者はどの範囲が実際に探知を行った範囲で、どの範囲が探知を行っていない範囲であるかを認識することができる。また、実際に探知を行っていないにも関わらず、探知をしているかのように使用者が誤認することを防止することができる。
【００７６】
次いで、Ｓ８の処理により更新したスキャン角データ５３ａが、使用者により設定された特定範囲（水中の探知を行うスキャン方向の範囲）を超えており、１回のスキャンが終了したか否かを判断する（Ｓ１６）。その結果、スキャン角データ５３ａが特定範囲を超えていないと判断した場合、即ち特定範囲内のスキャンが終了していないと判断される場合（Ｓ１６：Ｎｏ）は、Ｓ１７の処理を行う。
【００７７】
Ｓ１７の処理ではＳ８の処理で更新されたスキャン角データ５３ａに基づき、スキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに２０ステップ駆動する（以下、これにより振動子３１が向けられた方向を「Ｎ＋１方向」という）。
【００７８】
次いで、Ｓ１８の処理では、Ｎ−１方向における反射波の受信（Ｓ１０）が終了してから２００ｍｓが経過したか否かを判断する。詳細は図７を参照して後述するが、これはＮ＋１方向に向けて超音波ビームＴＢを送信するタイミングを合わせるための処理である。即ち、本実施形態では、Ｎ−１方向における反射波を受信し終えてから２００ｍｓ後にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信すると、その１００ｍｓ後にＮ方向における所定の範囲からの反射波が帰来する。そうなるように、この後行われるＳ６の処理にて超音波を送信するタイミングを合わせるためにＳ１９の処理が行われる。
【００７９】
Ｓ１８の処理において、Ｓ１０の処理で反射波を受信し終えてから２００ｍｓが経過していないと判断した場合（Ｓ１８：Ｎｏ）は、Ｓ１８の処理を繰り返す。一方、Ｓ１８の処理において、Ｓ１０の処理で反射波を受信し終えてから２００ｍｓが経過したと判断した場合は、Ｓ５の処理に戻り、スキャン角データ５３ａを更新する。
【００８０】
Ｓ１６の処理において、スキャン角データ５３ａが特定範囲を超えていると判断した場合、即ち特定範囲内のスキャンが終了したと判断される場合（Ｓ１６：Ｙｅｓ）は、Ｓ１９の処理を行う。Ｓ１９の処理では、使用者による操作ボタン１４の操作によってチルト角の設定が変更されたか否かを判断する。その結果、チルト角の設定に変更がないと判断される場合は（Ｓ１９：Ｎｏ）、Ｓ３の処理に戻る。これにより、チルト角は維持されたまま、超音波ビームＴＢの送信方向のスキャン角が、使用者により設定された特定範囲における最も小さい値に戻されたうえで超音波ビームＴＢが送受信され、それに基づき探知画像が表示装置１５に表示される。
【００８１】
一方、Ｓ１９の判断の結果、チルト角の設定に変更があると判断される場合（Ｓ１９：Ｙｅｓ）は、Ｓ２の処理に戻る。これにより、超音波ビームＴＢの送信方向のチルト角は使用者により設定されたチルト角に変更され、スキャン角は使用者により設定された特定範囲における最も小さい値に戻されたうえで、超音波ビームＴＢが送受信され、それに基づき探知画像が表示装置１５に表示される。
【００８２】
次に、図７と図１４とを参照して振動子３１から超音波ビームＴＢが送信されてから、その反射波が振動子３１により受信されるまでの時間の経過について説明する。図７は、本実施形態における各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に示した図である。図１４は、従来技術における各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に示した図である。
【００８３】
図７では、振動子３１がＮ方向に超音波ビームＴＢが送信されたタイミングを０ｍｓとして、それより前をマイナス、それよりも後をプラスで時間の経過を表示している。なお、超音波の水中での速度を１５００ｍ／ｓとし、振動子３１が反射波を受信する所定の範囲は５２５ｍから７５０ｍとしている。また、Ｎ−１方向とＮ方向とのスキャン角の差、Ｎ方向とＮ＋１方向とのスキャン角の差は、ともに１８度（１０ステップ）である。Ｎ−１方向とＮ＋１方向とのスキャン角の差は３６度（２０ステップ）である。また、本実施形態において使用するスキャンモータ２７は１ステップ駆動するのに２ｍｓの時間を要する。
【００８４】
図６において説明した通り、本実施形態では、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ−１方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１００ｍｓ経過後に、Ｎ−１方向においてＮ方向の超音波ビームＴＢより前に送信された超音波ビームＴＢの反射波の受信を開始する。そして、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから４００ｍｓ経過後にＮ−１方向での反射波の受信を終了する。その後、振動子３１の向きをＮ＋１方向に変え、Ｎ−１方向における反射波の受信を終了してから２００ｍｓ経過後にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信する。これを繰り返すことで、特定範囲にわたり探知を行う。以下、詳細を説明する。
【００８５】
図７に示した通り、Ｎ方向に振動子３１が超音波ビームＴＢを送信してから、超音波ビームＴＢが５２５ｍ先に到達しその反射波が振動子３１に帰来するまでに要する時間は、次式（１）によって表される。
【００８６】
（５２５（ｍ）×２）／１５００（ｍ／ｓ）＝７００（ｍｓ）・・・（１）
【００８７】
即ち、Ｎ方向に振動子３１が超音波ビームＴＢを送信してから、超音波ビームＴＢが５２５ｍ先に到達し、その反射波が振動子３１に帰来するまでに７００ｍｓの時間を要する。
【００８８】
そして、Ｎ方向に振動子３１が超音波ビームＴＢを送信してから、超音波ビームＴＢが７５０ｍ先に到達し、その反射波が振動子３１に帰来するまでに要する時間は、次式（２）によって表される。
【００８９】
（７５０（ｍ）×２）／１５００（ｍ／ｓ）＝１０００（ｍｓ）・・・（２）
【００９０】
即ち、Ｎ方向に振動子３１が超音波ビームＴＢを送信してから、超音波ビームＴＢが７５０ｍ先に到達し、その反射波が振動子３１に帰来するまでに１０００ｍｓの時間を要する。従って、振動子３１が超音波ビームＴＢを送信してから７００ｍｓ後から１０００ｍｓまでの期間に振動子３１が所定の範囲からの反射波を受信することとなる。これは、Ｎ−１方向、Ｎ＋１方向においても同様である。
【００９１】
ここで、振動子３１がＮ方向に超音波ビームＴＢを送信する６００ｍｓ前（−６００ｍｓ）に、振動子３１はＮ−１方向に超音波ビームＴＢを送信する。すると、振動子３１がＮ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１００ｍｓ後に、Ｎ−１方向の超音波ビームＴＢの反射波が５２５ｍ先から振動子３１に帰来する。また、振動子３１がＮ方向に超音波ビームＴＢを送信してから４００ｍｓ後には、Ｎ−１方向の超音波ビームＴＢの反射波が７５０ｍ先から振動子３１に到達する。即ち、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１００ｍｓ後から４００ｍｓ後までの間に、Ｎ−１方向における所定の範囲からの反射波が帰来する。
【００９２】
一方、Ｎ方向からＮ−１方向に振動子３１の向きを変えるためには、スキャンモータ２７を水面上視方向において反時計回りに１０ステップ（１８度）駆動する必要がある。本実施形態において使用するスキャンモータ２７は１ステップ駆動するのに２ｍｓの時間を要する。よって、Ｎ方向からＮ−１方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は、次式（３）によって表される。
【００９３】
１０（ステップ）×２（ｍｓ／ステップ）＝２０（ｍｓ）・・・（３）
【００９４】
即ち、Ｎ方向からＮ−１方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は２０ｍｓである。そのため、Ｎ方向で超音波ビームＴＢを送信した後、Ｎ−１方向における反射波が到達するまでの時間（１００ｍｓ）に、スキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きをＮ方向からＮ−１方向に変えることができる。これにより、Ｎ方向で超音波ビームＴＢを送信してから、その超音波ビームＴＢの所定の範囲からの反射波が帰来するまでの時間に、Ｎ−１方向において所定の範囲からの反射波を受信することができる。よって、Ｎ方向で超音波ビームＴＢを送信してから、その超音波ビームＴＢの所定の範囲からの反射波が帰来するまでの時間を有効に活用することができる。これは、本実施形態における所定の範囲を５２５ｍ〜７５０ｍとしたことで、０ｍ〜５２５ｍまでの距離からの反射波を受信する必要がなくなったことによるものである。即ち、超音波ビームＴＢをＮ方向に送信してから５２５ｍ先からの反射波が帰来するまでの時間に、先に超音波ビームＴＢを送信したＮ−１方向で所定の範囲からの反射波を受信する時間を確保することができるようにしたことによるものである。
【００９５】
更に、Ｎ−１方向において超音波ビームＴＢの反射波を受信終了した後（Ｎ方向への超音波ビームＴＢ送信から４００ｍｓ後）、振動子３１はＮ−１方向からＮ＋１方向へと向けられる。Ｎ−１方向からＮ＋１方向に振動子３１の向きを変えるためには、スキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに２０ステップ（３６度）駆動する必要がある。このとき、Ｎ−１方向からＮ＋１方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は、次式（４）によって表される。
【００９６】
２０（ステップ）×２（ｍｓ／ステップ）＝４０（ｍｓ）・・・（４）
【００９７】
即ち、Ｎ−１方向からＮ＋１方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は４０ｍｓである。よって、Ｎ−１方向において超音波ビームＴＢの反射波を受信した後（Ｎ方向への超音波ビームＴＢ送信から４００ｍｓ後）、振動子３１はＮ−１方向からＮ＋１方向へと向け、Ｎ方向への超音波ビームＴＢ送信から６００ｍｓ経過後にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信することができる。そして、Ｎ方向からＮ−１方向に振動子３１の向きを変えたのと同様に、Ｎ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信後Ｎ＋１方向からＮ方向に振動子３１の向きを変え、Ｎ方向において所定の範囲から帰来する超音波ビームＴＢの反射波を受信することができる。これらの動作を繰り返すことで、特定範囲にわたり探知を行うことができる。
【００９８】
これにより、Ｎ方向において超音波ビームＴＢを送信後、所定の範囲の場所からの反射波が帰来する前に、振動子３１はＮ−１方向で超音波を送受信可能な方向を向く。そして、Ｎ−１方向において所定の範囲の場所からの反射波が到達すると、振動子３１はそれを受信することができる。また、Ｎ方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来する前に、振動子３１はＮ方向で超音波を送受信可能な方向を向く。よって、Ｎ方向においても所定の範囲の場所からの反射波を受信することができる。従って、Ｎ方向における反射波を受信するために待機する時間をＮ−１方向における反射波を受信することに使用することができるため、探知に要する時間を短縮することができる。即ち、Ｎ−１方向において超音波ビームＴＢを送信してからＮ方向において反射波を受信し終えるまでの時間を短縮することができる。
【００９９】
また、Ｎ＋１方向において超音波ビームＴＢを送信した後、所定の範囲の場所からの反射波が帰来する前に、振動子３１はＮ方向で超音波ビームＴＢを送受信可能な方向を向く。そして、Ｎ方向において所定の範囲の場所からの反射波が到達すると、振動子３１はそれを受信することができる。また、Ｎ＋１方向において所定の範囲の場所からの反射波が帰来する前に、振動子３１はＮ＋１方向で超音波ビームＴＢを送受信可能な方向を向く。よって、Ｎ＋１方向においても所定の範囲の場所からの反射波を受信することができる。従って、Ｎ＋１方向における反射波を受信するために待機する時間をＮ方向における反射波を受信することに使用することができるため、探知に要する時間を短縮することができる。即ち、Ｎ−１方向において超音波ビームＴＢを送信してからＮ方向において反射波を受信し終えるまでの時間を短縮することができることに加えて、Ｎ方向において超音波を送信してからＮ＋１方向において反射波を受信し終えるまでの時間を短縮することができる。つまり、Ｎ−１方向において超音波を送信してからＮ＋１方向において反射波を受信し終えるまでの時間を短縮することができる。
【０１００】
なお、図７ではＮ＋１方向までしか記載していないが、図６に示すようにＳ５の処理からＳ１８の処理を繰り返すこともできる。即ち、Ｎ方向の反射波を受信した後、振動子３１における超音波ビームＴＢの送受信可能な方向をＮ＋１方向に変化させ始める前に、振動子３１における超音波ビームＴＢの送受信可能な方向をＮ＋２方向に変化させ、振動子３１より超音波ビームＴＢを送信するなど、超音波ビームＴＢの送信方向を順次変化させても良い。
【０１０１】
この場合、Ｎ−１方向の反射波を受信した後、振動子３１における超音波ビームＴＢの送受信可能な方向をＮ方向に変化させ始める前に、振動子３１における超音波ビームＴＢの送受信可能な方向をＮ＋１方向に変化させ、振動子３１により超音波ビームＴＢを送信する。そして、Ｎ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信した場合、Ｎ方向の反射波を受信した後に、振動子３１における超音波ビームＴＢの送受信可能な方向をＮ＋１方向に変化させ、振動子３１により所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。また、Ｎ方向の反射波を受信した後、振動子３１における超音波ビームＴＢの送受信可能な方向をＮ＋１方向に変化させ始める前に、振動子３１における超音波ビームＴＢの送受信可能な方向をＮ＋２方向に変化させ、振動子３１より超音波ビームＴＢを送信する。そして、Ｎ＋２方向に超音波ビームＴＢを送信した場合、Ｎ＋１方向の反射波を受信した後に、振動子３１における超音波ビームＴＢの送受信可能な方向をＮ＋２方向に変化させ、振動子３１により所定の範囲の場所から帰来した反射波を受信する。
【０１０２】
これにより、Ｎ−１方向の反射波を受信した後にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信する場合は、Ｎ−１方向の反射波を受信する前にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信する場合よりも、Ｎ−１方向の反射波を受信するための時間の分だけ、Ｎ＋１方向の反射波を受信し始める時間を遅らせることができる。よって、Ｎ方向の反射波の受信が終わった後、振動子３１における超音波の送受信可能な方向をＮ＋１方向に変化させ始めるまでの時間を長くすることができ、Ｎ方向で反射波を受信する時間を長くすることができる。即ち、所定の範囲を長くすることができるという効果がある。更に、その時間中に新たな方向に超音波ビームＴＢを送信することが可能となる。そうすることで、Ｎ＋１方向の反射波の受信が終わるのを待って、新たな方向に超音波ビームＴＢを送信する必要がなくなる。従って、Ｎ＋１方向の反射波の受信が終わってから、新たな方向の反射波を受信し始めるまでの時間を短縮することができる。
【０１０３】
また、Ｎ−１方向で反射波を受信した後、Ｎ方向で反射波を受信する前に、Ｎ＋１方向へ超音波ビームＴＢを送信することができ、更に、Ｎ方向で反射波を受信した後、Ｎ＋１方向で反射波を受信する前に、Ｎ＋２方向へ超音波ビームＴＢを送信することができる。また、Ｎ＋１方向で反射波を受信した後、Ｎ＋２方向で反射波を受信する前に、Ｎ＋３方向に超音波ビームＴＢを送信することができ、更に、Ｎ＋２方向で反射波を受信した後、Ｎ＋３方向で反射波を受信する前に、Ｎ＋４方向へ超音波ビームＴＢを送信することができる。即ち、１つの方向だけが反射波の受信を待機している状態になると、待機している方向とは異なる方向に超音波が送信される。そして、これが順次繰り返される。そのため、超音波が送信されて、常に反射波の受信を待機している方向が存在する。つまり、一の方向に送信した超音波の反射波が帰来するまでの待機時間を使って、先に別方向で送信した超音波の反射波を受信することにより、反射波の受信を待機していない状態に伴う時間の損失をなくすことができる。
【０１０４】
例えば、船舶の周囲３６０度について探知しようとする場合、Ｎ方向とＮ＋１方向とのスキャン角は１８度なので、全部で２０回反射波を受信する必要がある。ここで、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから、その反射波を受信し終えるまでに要する時間は図７によると１０００ｍｓである。一方、Ｎ方向の反射波を受信し終えてからＮ＋１方向の反射波を受信し終えるまでに要する時間は６００ｍｓである。よって、３６０度について探知するのに要する時間は、次式（５）で示される。
【０１０５】
１０００（ｍｓ）＋６００（ｍｓ）×１９（回）＝１２４００（ｍｓ）・・・（５）
【０１０６】
即ち、本実施形態によれば、船舶の周囲３６０度について探知しようとすると１２４００ｍｓの時間を要することになる。
【０１０７】
一方で、図１４の従来の方法では、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから所定の範囲からの反射波を受信し終えるまで、振動子３１の向きは変えられない。そのためＮ方向の送受信が終了してから、次にＮ＋１方向で送受信を行うことになる。このとき、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから、その反射波を受信し終えるまでに要する時間は１０００ｍｓである。一方、Ｎ方向の反射波を受信し終えてからＮ＋１方向の反射波を受信し終えるまでに要する時間は１１００ｍｓである。よって、船舶の周囲３６０度について探知するのに要する時間は、次式（６）で示される。
【０１０８】
１０００（ｍｓ）＋１１００（ｍｓ）×１９（回）＝２１９００（ｍｓ）・・・（６）
【０１０９】
即ち、従来の方法では、船舶の周囲３６０度について探知しようとすると、２１９００ｍｓの時間を要する。つまり、本実施形態によれば、船舶の周囲３６０度について探知するのに要する時間が、従来の方法の約５７％で済む。即ち、本発明は、探知に要する時間を短縮することができるものである。これにより、使用者が認識する探知画像と、実際の水中の状況との差を小さくすることができ、使用者は実際の水中の状況に近い探知画像を見ることができる。
【０１１０】
次いで、図８から図１１を参照して第２実施形態のおける超音波ソナー装置について説明する。第１実施形態における超音波ソナー装置では、Ｎ−１方向、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを順次送信し、Ｎ−１方向において反射波を受信する。そして、Ｎ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信し、その後、Ｎ方向において反射波を受信し、これを繰り返す。これに対し、第２実施形態における超音波ソナー装置では、Ｎ−１方向とＮ方向に超音波ビームＴＢを順次送信し、それらの反射波をそれぞれ受信した後にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信する。なお、その他の超音波ソナー装置１２の構成、及びソナー処理におけるＳ１〜Ｓ４の処理は第１実施形態と同一であり、第１実施形態におけるＳ１２〜Ｓ１６の処理と第２実施形態におけるＳ１２ａ〜Ｓ１６ａの処理、Ｓ１２ｂ〜Ｓ１６ｂの処理は同一であり、第１実施形態におけるＳ１９の処理と第２実施形態におけるＳ１９ａの処理、Ｓ１９ｂの処理は同一であるのでその説明を省略する。
【０１１１】
図８から図１０は第２実施形態において制御装置で実行されるソナー処理の一部を示すフローチャートである。ソナー処理においてＳ１〜Ｓ４の処理が行われると、続いてＳ３０の処理が行われる。
【０１１２】
Ｓ３０の処理では次に振動子を向けるべきスキャン角になるようにスキャン角データ５３ａを更新する。次に駆動すべきスキャン方向のステップ数が、水面上視方向において時計回りに１０ステップ（１８度）である場合は、スキャン角データ５３ａに「１８」を加算する。ここで、スキャン角データ５３ａに「１８」を加算するのは、Ｓ３２の処理にてスキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに１０ステップ（１８度）駆動するためである。
【０１１３】
次いで、Ｓ３１の処理では送受信回路６２を介して振動子３１から超音波ビームＴＢを送信する（以下、この超音波ビームＴＢを送信した方向を「Ｎ−１方向」という）。その後、Ｓ３２の処理へ移行し、スキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに１０ステップ駆動する（以下、Ｎ−１方向からスキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに１０ステップ駆動し、振動子３１が向く方向を「Ｎ方向」という）。
【０１１４】
次いで、スキャン角データ５３ａを上述した方法で更新する（Ｓ３３）。次に駆動すべきスキャン方向のステップ数が、水面上視方向において反時計回りに１０ステップ（１８度）である場合は、スキャン角データ５３ａに「１８」を減算する。ここで、スキャン角データ５３ａに「１８」を減算するのは、Ｓ３６の処理にてスキャンモータ２７を水面上視方向において反時計回りに１０ステップ（１８度）駆動するためである。
【０１１５】
次いで、Ｓ３１の処理にて超音波ビームＴＢが送信されてから４００ｍｓが経過したか否かが判断する（Ｓ３４）。これはＳ３１の処理にてＮ−１方向に超音波ビームＴＢが送信されてから４００ｍｓ経過後にＮ方向に超音波ビームＴＢを送信するために行う処理である。なお、Ｎ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから４００ｍｓ経過後にＮ方向に超音波ビームＴＢを送信することで、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから、Ｎ方向で反射波を受信し始める前にＮ−１方向で反射波を受信するための時間を確保することができる。
【０１１６】
Ｓ３４の処理でＳ３１の処理において超音波ビームＴＢがＮ−１方向に送信されてから４００ｍｓが経過していないと判断した場合（Ｓ３４：Ｎｏ）は、Ｓ３４の処理を繰り返す。一方、Ｓ３１の処理において超音波ビームＴＢがＮ−１方向に送信されてから４００ｍｓが経過したと判断した場合（Ｓ３４：Ｙｅｓ）は、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信する（Ｓ３５）。
【０１１７】
次にスキャンモータ２７を水面上視方向において反時計回りに１０ステップ駆動し、振動子３１をＮ−１方向に向け（Ｓ３６）、その後スキャン角データ５３ａを更新する（Ｓ３７）。次に駆動すべきスキャン方向のステップ数が、水面上視方向において時計回りに１０ステップ（１８度）である場合は、スキャン角データ５３ａに「１８」を加算する。ここで、スキャン角データ５３ａに「１８」を加算するのは、Ｓ４１の処理にてスキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに１０ステップ（１８度）駆動するためである。
【０１１８】
続いてＳ３８の処理では、Ｓ３１の処理にて超音波ビームＴＢが送信されてから７００ｍｓが経過したか否かが判断される。これは、Ｎ−１方向に送信された超音波ビームＴＢが所定の範囲（本実施形態では５２５ｍ）に到達し、その反射波が帰来し始める時間を測定するための処理である。Ｓ３８の処理において、Ｎ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから７００ｍｓ経過していないと判断した場合（Ｓ３８：Ｎｏ）は、Ｎ−１方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最短の場所（本実施形態では５２５ｍ離れた場所）からの反射波がまだ帰来していないものとして、Ｓ３８の処理を繰り返す。一方、Ｓ３８の処理において、Ｎ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから７００ｍｓ経過したと判断した場合（Ｓ３８：Ｙｅｓ）は、Ｎ−１方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最短の場所（本実施形態では５２５ｍ離れた場所）からの反射波が帰来し始めたものとして、反射波を該振動子３１にて受信する（Ｓ３９）。
【０１１９】
次にＳ４０の処理では、Ｎ−１方向への超音波ビームＴＢを送信してから１０００ｍｓが経過したか否かが判断される。これはＮ−１方向に送信された超音波ビームＴＢの所定の範囲（本実施形態では７５０ｍ）からの反射波が帰来する時間を測定するための処理である。
【０１２０】
Ｓ４０の処理において、Ｎ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから１０００ｍｓ経過していないと判断した場合（Ｓ４０：Ｎｏ）は、Ｎ−１方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最長の場所（本実施形態では７５０ｍ離れた場所）からの反射波がまだ帰来していないものとして、Ｓ３９の処理を繰り返す。一方、Ｓ４０の処理においてＮ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから１０００ｍｓ経過したと判断した場合（Ｓ４０：Ｙｅｓ）は、Ｎ−１方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最長の場所（本実施形態では７５０ｍ離れた場所）からの反射が帰来したものとして、反射波の受信（Ｓ３９）を終了する。これにより、Ｎ−１方向における所定の範囲からの反射波を過不足なく受信することができる。
【０１２１】
その後、図９に示す通りＳ１２ａの処理からＳ１６ａの処理を実行する。Ｓ１６ａの処理では、特定範囲における探知が終了したか否かを判断する。これにより、既に特定範囲における探知が終わっていた場合には、特定範囲よりも広い範囲での探知をしなくて済む。Ｓ１６ａの処理においてスキャン角データ５３ａが特定範囲を超えたと判断された場合（Ｓ１６ａ：Ｙｅｓ）は、Ｓ１９ａの処理がなされる。一方、Ｓ１６ａの処理においてスキャン角データ５３ａが特定範囲を超えていないと判断した場合（Ｓ１６ａ：Ｎｏ）は、スキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに１０ステップ駆動し（Ｓ４１）、振動子３１をＮ方向に向け、スキャン角データ５３ａを更新する（Ｓ４２）。次に駆動すべきスキャン方向のステップ数が、水面上視方向において時計回りに１０ステップ（１８度）である場合は、スキャン角データ５３ａに「１８」を加算する。ここで、スキャン角データ５３ａに「１８」を加算するのは、Ｓ４６の処理にてスキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに１０ステップ（１８度）駆動するためである。
【０１２２】
続いてＳ４３の処理では、Ｓ３５の処理にて超音波ビームＴＢが送信されてから７００ｍｓが経過したか否かが判断される。これは、Ｎ方向に送信された超音波ビームＴＢが所定の範囲（本実施形態では５２５ｍ）に到達し、その反射波が帰来し始める時間を測定するための処理である。Ｓ４３の処理において、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから７００ｍｓ経過していないと判断した場合（Ｓ４３：Ｎｏ）は、Ｎ方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最短の場所（本実施形態では５２５ｍ離れた場所）からの反射波がまだ帰来していないものとして、Ｓ４３の処理を繰り返す。一方、Ｓ４３の処理において、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから７００ｍｓ経過したと判断した場合（Ｓ４３：Ｙｅｓ）は、Ｎ方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最短の場所（本実施形態では５２５ｍ離れた場所）からの反射波が帰来し始めるものとして、反射波を振動子３１にて受信する（Ｓ４４）。
【０１２３】
次にＳ４５の処理では、Ｓ３５の処理にてＮ方向への超音波ビームＴＢを送信してから１０００ｍｓが経過したか否かが判断される。これはＮ方向に送信された超音波ビームＴＢの所定の範囲（本実施形態では７５０ｍ）からの反射波が帰来する時間を測定するための処理である。
【０１２４】
Ｓ４５の処理において、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１０００ｍｓ経過していないと判断した場合（Ｓ４５：Ｎｏ）は、Ｎ方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最長の場所（本実施形態では７５０ｍ離れた場所）からの反射波がまだ帰来していないものとして、Ｓ４４の処理を繰り返す。一方、Ｓ４５の処理においてＮ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１０００ｍｓ経過したと判断した場合（Ｓ４５：Ｙｅｓ）は、Ｎ方向における所定の範囲の内、振動子３１からの距離が最長の場所（本実施形態では７５０ｍ離れた場所）からの反射が帰来したものとして、反射波の受信（Ｓ４４）を終了する。これにより、Ｎ方向における所定の範囲からの反射波を過不足なく受信することができる。
【０１２５】
その後、図１０に示す通り、Ｓ１２ｂの処理からＳ１６ｂの処理を実行する。Ｓ１６ｂの処理においてスキャン角データ５３ａが特定範囲を超えたと判断された場合（Ｓ１６ｂ：Ｙｅｓ）は、Ｓ１９ｂの処理がなされる。一方、Ｓ１６ｂの処理においてスキャン角データ５３ａが特定範囲を超えていないと判断した場合（Ｓ１６ｂ：Ｎｏ）は、Ｓ４６の処理において、スキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに１０ステップ駆動する（以下、Ｎ方向からスキャンモータ２７を水面上視方向において時計回りに１０ステップ駆動し、振動子３１が向く方向を「Ｎ＋１方向」という）。
【０１２６】
次いで、Ｓ４７の処理では、Ｎ方向における反射波の受信（Ｓ４４）が終了してから１００ｍｓが経過したか否かを判断する。詳細は図１１を参照して後述するが、これはＮ＋１方向に向けて超音波ビームＴＢを送信するタイミングを合わせるための処理である。  
【０１２７】
Ｓ４７の処理において、Ｓ４４の処理で反射波を受信し終えてから１００ｍｓが経過していないと判断した場合（Ｓ４７：Ｎｏ）は、Ｓ４７の処理を繰り返す。一方、Ｓ４７の処理において、Ｓ４４の処理で反射波を受信し終えてから１００ｍｓが経過したと判断した場合は、Ｓ３０の処理に戻り、スキャン角データ５３ａを更新する。以下、同様に処理が繰り返される。
【０１２８】
次に、図１１を参照して第２実施形態において振動子３１から超音波ビームＴＢが送信されてから、その反射波が振動子３１により受信されるまでの時間の経過について説明する。図１１は、第２実施形態における各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に示した図である
【０１２９】
図１１では、振動子３１がＮ−１方向に超音波ビームＴＢが送信されたタイミングを０ｍｓとして、その時点からの時間の経過を表示している。なお、超音波の水中での速度を１５００ｍ／ｓとし、振動子３１が反射波を受信する所定の範囲は（５２５ｍから７００ｍ）としている。また、Ｎ−１方向とＮ方向とのスキャン角、Ｎ方向とＮ＋１方向とのスキャン角は、ともに１８度（１０ステップ）である。また、本実施形態において使用するスキャンモータ２７は１ステップ駆動するのに２ｍｓの時間を要する。
【０１３０】
上述の通り、振動子３１が超音波ビームＴＢを送信してから７００ｍｓ後から１０００ｍｓまでの期間に振動子３１が所定の範囲からの反射波を受信することとなる。これは、Ｎ方向、Ｎ＋１方向においても同様である。
【０１３１】
ここで、振動子３１がＮ方向に超音波ビームＴＢを送信する４００ｍｓ前に、振動子３１がＮ−１方向に超音波ビームＴＢを送信すると、振動子３１がＮ方向に超音波ビームＴＢを送信してから３００ｍｓ後（Ｎ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから７００ｍｓ後）に、Ｎ−１方向の超音波ビームＴＢの反射波が５２５ｍ先から振動子３１に帰来する。また、振動子３１がＮ方向に超音波ビームＴＢを送信してから６００ｍｓ後（Ｎ−１方向に超音波ビームＴＢを送信してから１０００ｍｓ後）には、Ｎ−１方向の超音波ビームＴＢの反射波が７５０ｍ先から振動子３１に到達する。即ち、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから３００ｍｓ後から６００ｍｓ後までの間に、Ｎ−１方向における所定の範囲からの反射波が帰来する。また、Ｎ−１方向で７５０ｍ先からの反射波が到達した１００ｍｓ後には、Ｎ方向において反射波が５２５ｍ先から振動子に到達する。なお、Ｎ方向での反射波の受信が終了した１００ｍｓ後には、Ｎ＋１方向に超音波ビームＴＢが送信される。
【０１３２】
一方、Ｎ方向からＮ−１方向又はＮ−１方向からＮ方向に振動子３１の向きを変えるためには、スキャンモータ２７を水面上視方向において反時計回り又は時計回りに１０ステップ（１８度）駆動する必要がある。本実施形態において使用するスキャンモータ２７は１ステップ駆動するのに２ｍｓの時間を要する。よって、Ｎ方向からＮ−１方向又はＮ−１方向からＮ方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は、上式（３）によって表される。
【０１３３】
即ち、Ｎ方向からＮ−１方向又はＮ−１方向からＮ方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は２０ｍｓである。そのため、Ｎ−１方向で超音波ビームＴＢを送信した後、Ｎ方向において超音波ビームＴＢを送信するまでの時間（４００ｍｓ）に、スキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きをＮ−１方向からＮ方向に変えることができる。また、Ｎ方向において超音波ビームＴＢを送信した後、Ｎ−１方向において反射波を受信し始めるまでの時間（３００ｍｓ）にスキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きをＮ方向からＮ−１方向に変えることができる。さらにＮ−１方向で反射波の受信が終了してから、Ｎ方向で反射波の受信を始めるまでの時間（１００ｍｓ）にスキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きをＮ−１方向からＮ方向に変えることができる。
【０１３４】
同様にＮ方向からＮ＋１方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は２０ｍｓである。そのためＮ方向で反射波を受信し終えてから、Ｎ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信するまでの時間（１００ｍｓ）にスキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きをＮ方向からＮ−１方向に変えることができる。
【０１３５】
これにより、Ｎ方向で超音波ビームＴＢを送信してから、その超音波ビームＴＢの所定の範囲からの反射波が帰来するまでの時間に、Ｎ−１方向において所定の範囲からの反射波を受信することができる。よって、Ｎ方向で超音波ビームＴＢを送信してから、その超音波ビームＴＢの所定の範囲からの反射波が帰来するまでの時間を有効に活用することができる。
【０１３６】
また、本実施形態では、Ｎ−１方向において反射波を受信し終えてから、Ｎ方向において反射波を受信し始めるまでの時間に振動子３１の向きをＮ−１方向からＮ方向に変えるだけでよい。そのため、Ｎ−１方向において反射波を受信し終えてから、Ｎ方向において反射波を受信するまでの時間を短くすることができる。これにより、Ｎ−１方向の探知結果とＮ方向の探知結果との時間的な差を小さくすることができる。一方で、Ｎ方向で反射波を受信し終えてから、Ｎ＋１方向で反射波を受信し始めるまでには、他の方向で反射波を受信することができない。よって、狭い特定範囲を探知しようとするような場合は、各方向間の時間的な差を小さくすることができるという効果が顕著に得られる。
【０１３７】
その他、第２実施形態における超音波ソナー装置１２は、第１実施形態と同一の構成によって同一の効果を奏する。
【０１３８】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、各実施形態は、それぞれ、他の実施形態が有する構成の一部又は複数部分を、その実施形態に追加し或いはその実施形態の構成の一部又は複数部分と交換等することにより、その実施形態を変形して構成するようにしても良い。また、上記実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。
【０１３９】
第１、第２実施形態では所定の範囲を５２５ｍ〜７５０ｍとしているが、これに限定されるものではない。例えば、所定の範囲を５２５ｍ〜８２５ｍとしても良い。この場合、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ−１方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１００ｍｓ経過後に、Ｎ−１方向においてＮ方向の超音波ビームＴＢより前に送信した超音波ビームＴＢの反射波を受信する。そして、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから５００ｍｓ経過後にＮ−１方向での反射波の受信を終了する。その後、振動子３１の向きをＮ＋１方向に変え、Ｎ−１方向における反射波の受信を終了してから１００ｍｓ経過後にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信する。これを繰り返すことで、特定範囲にわたり探知を行うことができる。
【０１４０】
即ち、第１実施形態ではＮ−１方向において反射波の受信を終了してから２００ｍｓ経過後にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信しているが、その時間を１００ｍｓに短縮して、その分を反射波の受信に用いるようにしても良い。これにより、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してからＮ＋１方向に超音波ビームを送信するまでの時間は、変わらなくても所定の範囲を広げることができる。
【０１４１】
また、第１実施形態において、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから、Ｎ−１方向で反射波を受信するまでの時間を変えても良い。例えば、その時間を１５０ｍｓとしても良い。この場合、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ−１方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１５０ｍｓ経過後に、Ｎ−１方向においてＮ方向の超音波ビームＴＢより前に送信した超音波ビームＴＢの反射波を受信する。そして、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから４５０ｍｓ経過後にＮ−１方向での反射波の受信を終了する。その後、振動子３１の向きをＮ＋１方向に変え、Ｎ−１方向における反射波の受信を終了してから１００ｍｓ経過後にＮ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信する。これを繰り返すことで、特定範囲にわたり探知を行うことができる。
【０１４２】
上記第１、第２実施形態では、所定の範囲を５２５ｍ〜７５０ｍとし受信を待機している方向の数を最大で２方向としているが、所定の範囲を延長し受信を待機している方向の数を増やしても良い。例えば、所定の範囲を１２００ｍ〜１４２５ｍとして、受信を待機している方向の数を最大で３方向としても良い。この場合の各方向での超音波送受信と時間との関係について、図１２を参照して説明する。図１２は、所定の範囲を７５０ｍ〜９７５ｍとした場合の各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に例示したものである。
【０１４３】
図１２に示すように、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ＋１方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから４００ｍｓ経過後に、Ｎ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ＋２方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから８００ｍｓ経過後にＮ＋２方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから、１０００ｍｓ〜１３００ｍｓ後までＮ方向で反射波を受信し、その後、振動子３１の向きをＮ＋１方向に変える。そして、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１４００ｍｓ〜１７００ｍｓ後にＮ＋１方向で反射波を受信し、その後、振動子３１の向きをＮ＋２方向に変える。そして、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１８００ｍｓ〜２１００ｍｓ後にＮ＋２方向で反射波を受信し、その後、振動子３１の向きをＮ＋３方向に変える。そして、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから２２００ｍｓ後にＮ＋３方向に超音波ビームＴＢを送信するようにして、これを繰り返しても良い。
【０１４４】
この場合、超音波ビームＴＢを送信してから所定の範囲（７５０ｍ〜９７５ｍ）からの反射波が帰来するのに要する時間は１０００ｍｓ〜１３００ｍｓである。また、Ｎ方向からＮ＋１方向、Ｎ＋１方向からＮ＋２方向、Ｎ＋２方向からＮ＋３方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は２０ｍｓである。Ｎ＋２方向からＮ方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を２０ステップ駆動するのに要する時間は４０ｍｓである。
【０１４５】
よって、Ｎ方向で超音波ビームＴＢを送信した後Ｎ＋１方向において超音波ビームＴＢを送信するまでの時間（４００ｍｓ）、Ｎ＋１方向で超音波ビームＴＢを送信した後Ｎ＋２方向において超音波ビームＴＢを送信するまでの時間（４００ｍｓ）、Ｎ方向で反射者を受信した後Ｎ＋１方向において反射波を受信するまでの時間（１００ｍｓ）、Ｎ＋１方向で反射者を受信した後Ｎ＋２方向において反射波を受信するまでの時間（１００ｍｓ）、Ｎ＋２方向で反射者を受信した後Ｎ＋３方向において超音波ビームＴＢを送信するまでの時間（１００ｍｓ）にスキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きを変えることができる。
【０１４６】
同様に、Ｎ＋２方向で超音波ビームＴＢを送信してから、Ｎ方向で反射波を受信し始めるまでの時間（１００ｍｓ）にスキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きをＮ＋２方向からＮ方向に変えることができる。
【０１４７】
受信を待機している方向の数を最大で３方向とした場合、例えば、Ｎ方向において反射波を受信した後、Ｎ＋１方向において反射波を受信する前に超音波ビームＴＢを送信するようにしても良い。この場合の各方向での超音波送受信と時間との関係について、図１３を参照して説明する。図１３は、所定の範囲を１２００ｍ〜１４２５ｍとした場合の各方向での超音波送受信と時間との関係を模式的に例示したものである。図１２において示した例では、Ｎ方向、Ｎ＋１方向、Ｎ＋２方向に超音波ビームＴＢを送信し、これら３方向の反射波を受信した後に、Ｎ＋３方向に超音波ビームＴＢを送信しているが、これに限定されるものではない。
【０１４８】
図１３に示すように、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ＋１方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから７００ｍｓ経過後に、Ｎ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ＋２方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから１４００ｍｓ経過後にＮ＋２方向に超音波ビームＴＢを送信し、振動子３１の向きをＮ方向に変える。Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから、１６００ｍｓ〜１９００ｍｓ後までＮ方向で反射波を受信し、その後、振動子３１の向きをＮ＋３方向に変える。そして、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから２１００ｍｓ経過後にＮ＋３方向に超音波ビームＴＢを送信する。その後、振動子３１の向きをＮ＋１方向に変え、Ｎ方向に超音波ビームＴＢを送信してから２３００ｍｓ〜２６００ｍｓ後（Ｎ＋１方向に超音波ビームＴＢを送信してから１６００ｍｓ〜１９００ｍｓ後）までＮ＋１方向で反射波を受信するようにして、これを繰り返しても良い。
【０１４９】
なお、この場合においてＮ方向に振動子３１が超音波ビームＴＢを送信してから、超音波ビームＴＢが１２００ｍ先に到達し、その反射波が振動子３１に帰来するまでに要する時間は、１６００ｍｓである。また、Ｎ方向に振動子３１が超音波ビームＴＢを送信してから、超音波ビームＴＢが１４２５ｍ先に到達し、その反射波が振動子３１に帰来するまでに要する時間は、１９００ｍｓである。
【０１５０】
また、Ｎ方向からＮ＋１方向、Ｎ＋１方向からＮ＋２方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は２０ｍｓである。そのため、Ｎ方向で超音波ビームＴＢを送信した後Ｎ＋１方向において超音波ビームＴＢを送信するまでの時間（７００ｍｓ）、Ｎ＋１方向で超音波ビームＴＢを送信した後Ｎ＋２方向において超音波ビームＴＢを送信するまでの時間（７００ｍｓ）にスキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きを変えることができる。
【０１５１】
更に、Ｎ＋２方向からＮ方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を２０ステップ駆動するのに要する時間は４０ｍｓである。そのためＮ＋２方向で超音波ビームＴＢを送信してから、Ｎ方向で反射波を受信し始めるまでの時間（２００ｍｓ）にスキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きをＮ＋２方向からＮ方向に変えることができる。
【０１５２】
同様に、Ｎ方向からＮ＋３方向に振動子３１の向きを変えるためにスキャンモータ２７を駆動する時間は６０ｍｓである。そのため、Ｎ方向で反射波を受信した後、Ｎ＋３方向において超音波ビームＴＢを送信するまでの時間（１００ｍｓ）に、スキャンモータ２７を駆動し振動子３１の向きをＮ方向からＮ＋３方向に変えることができる。
【０１５３】
上記第１、第２実施形態では、送信する超音波ビームの周波数については限定してないが、超音波ビームＴＢを送信する方向によって、送信する超音波ビームＴＢの周波数を変えても良い。例えば、Ｎ方向には２８８ｋＨｚの超音波ビームＴＢを送信し、その次のＮ＋１方向には２９２ｋＨｚの超音波ビームＴＢを送信するなどして、送信する方向によって交互に周波数を変えても良い。これにより、Ｎ方向で所定の範囲からの反射波を受信しているときに、Ｎ＋１方向の所定の範囲外からの反射波を誤って受信するおそれがなくなる。なお、遠距離の探知を行う場合は狭帯域バンドパスフィルタが使用されるため周波数を大きくずらす必要がない。そのため、２８８ｋＨｚと２９２ｋＨｚとのように近い周波数の超音波ビームＴＢを使用することができる。
【０１５４】
なお、指向角の狭い振動子３１を使用する場合は、同一の周波数の超音波ビームＴＢを送信してもＮ方向で所定の範囲からの反射波を受信しているときに、Ｎ＋１方向の所定の範囲外からの反射波を誤って受信するおそれは少ない。一方、指向角の広い振動子３１を使用する場合は、同一の周波数の超音波ビームＴＢを送信すると、Ｎ方向で所定の範囲からの反射波を受信しているときに、Ｎ＋１方向の所定の範囲外からの反射波を誤って受信するおそれが高くなる。そのため、指向角の広い振動子３１を使用する場合に、超音波ビームＴＢを送信する方向によって、送信する超音波ビームＴＢの周波数を変えれば、その効果をより顕著に得ることができる。
【０１５５】
超音波ビームＴＢを送信する方向によって、送信する超音波ビームＴＢの周波数を変えた場合、周波数によって反射波を受信する際の感度が異なる場合がある。そのため、反射波を受信して得られる受信信号に周波数に応じた増幅率を乗じることで、反射波を受信する際の感度の差をなくす補正をしてもよい。これにより、反射波を受信する際の感度の差の影響をなくした探知画像表示１５ａを生成することができる。
【符号の説明】
【０１５６】
１１                船舶
１２                超音波ソナー装置
１５                表示装置（表示手段）
２７                スキャンモータ（駆動手段の一部）
３１                振動子
３３                チルトモータ（駆動手段の一部）
【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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