(57)【要約】【課題】任意の方向に送波する超音波の出力を増大しながらも装置の大形化を抑制する。【解決手段】複数の送波器を環状に配置して超音波信号を送波する超音波送信装置であって、前記超音波信号を生成する送信波生成部と、前記複数の送波器と前記送信波生成部とを選択的に接続する複数のスイッチと、前記超音波信号を送波する方位を受け付けて、前記方位に対応する前記送波器を選択し、当該選択された送波器と前記送信波生成部とを接続する指令を前記スイッチに出力し、前記送信波生成部に超音波信号の出力を指令する制御部と、を備える。【選択図】図３
2015059783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送波器を環状に配置して超音波信号を送波する超音波送信装置であって、
前記超音波信号を生成する送信波生成部と、
前記複数の送波器と前記送信波生成部とを選択的に接続する複数のスイッチと、
前記超音波信号を送波する方位を受け付けて、前記方位に対応する前記送波器を選択し、当該選択された送波器と前記送信波生成部とを接続する指令を前記スイッチに出力し、前記送信波生成部に超音波信号の出力を指令する制御部と、
を備えたことを特徴とする超音波送信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波送信装置であって、
前記送信波生成部は、
複数種の電力整合部を有し、
前記制御部は、
前記送信波生成部に接続する前記送波器の数に応じて、前記送波器の全体のインピーダンスを演算し、前記演算したインピーダンスに適合する前記電力整合部を選択することを特徴とする超音波送信装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波送信装置であって、
前記送信波生成部は、
前記超音波信号を生成する波形生成部と、
前記超音波信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器に供給する電圧を制御する電圧制御部と、
前記増幅器が出力した超音波信号の電力及び電流を検出する検出部と、を有し、
前記電圧制御部は、
前記検出した電圧及び電流に応じて前記増幅器に供給する電圧を変更することを特徴とする超音波送信装置。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波送信装置であって、
前記複数の送波器は、
環状に配置された複数の第１の送波器で構成された第１の送波器アレイと、
環状に配置された複数の第２の送波器で構成されて、前記第１の送波器の下方に前記第２の送波器を配置した第２の送波器アレイと、
上下に配置された前記第１の送波器と第２の送波器をそれぞれ開閉可能な複数の第２のスイッチとを有し、
前記制御部は、
所定の入力を受け付けると、前記複数の第２のスイッチを閉じることを特徴とする超音波送信装置。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波送信装置であって、
前記複数の送波器は、
環状に配置された複数の第１の送波器で構成された第１の送波器アレイと、
環状に配置された複数の第２の送波器で構成されて、前記第１の送波器の下方に前記第２の送波器を配置した第２の送波器アレイと、
前記制御部は、
前記超音波信号を送波する方位と上下方向の角度を受け付けて、前記方位に対応する前記第１の送波器と第２の送波器を選択し、前記角度に応じた時間を演算し、前記選択された第１の送波器から第１の超音波信号を送波してから前記時間が経過した後に、前記選択された第２の送波器から第２の超音波信号を送波することを特徴とする超音波送信装置。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波送信装置であって、
前記複数の送波器は、
環状に配置された複数の第１の送波器で構成された第１の送波器アレイと、
環状に配置された複数の第２の送波器で構成されて、前記第１の送波器の下方に前記第２の送波器を配置した第２の送波器アレイと、
上下に配置された前記第１の送波器と第２の送波器とをそれぞれ前記送信波生成部と選択的に接続可能なクロスバスイッチとを有し、
前記制御部は、
前記第１の送波器と第２の送波器のそれぞれについて使用の可否を設定した送波器選択情報を保持し、前記送波器選択情報を参照して使用不能な前記第１の送波器がある場合は、使用不能な第１の送波器の下方の第２の送波器が使用可能であれば、前記第２の送波器を前記送信波生成部と接続する指令を前記クロスバスイッチに出力することを特徴とする超音波送信装置。
【請求項７】
請求項１に記載の超音波送信装置であって、
前記制御部は、
前記超音波信号を送波する方位を送信指示方位として受け付け、前記送信指示方位に対応する前記送波器を選択することを特徴とする超音波送信装置。
【請求項８】
複数の送波器を環状に配置して超音波信号を送波する超音波送信方法であって、
プロセッサとメモリを備えた制御装置が、前記超音波信号を送波する方位を受け付ける第１のステップと、
前記制御装置が、前記方位に対応する前記送波器を選択する第２のステップと、
前記制御装置が、前記複数の送波器と、超音波信号を生成する送信波生成部とを選択的に接続する複数のスイッチのいずれかに対して、前記選択された送波器と前記送信波生成部とを接続する指令を出力する第３のステップと、
前記制御装置が、前記超音波信号を生成する送信波生成部に対して、前記超音波信号の出力を指令する第４のステップと、
を含むことを特徴とする超音波送信方法。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波送信方法であって、
前記送信波生成部は、複数種の電力整合部を有し、
前記第４のステップは、
前記制御装置が、前記送信波生成部に接続する前記送波器の数に応じて、前記送波器の全体のインピーダンスを演算し、前記演算したインピーダンスに適合する前記電力整合部を選択することを特徴とする超音波送信方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の超音波送信方法であって、
前記送信波生成部は、
前記超音波信号を生成する波形生成部と、前記超音波信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器に供給する電圧を制御する電圧制御部と、前記増幅器が出力した超音波信号の電力及び電流を検出する検出部と、を有し、
前記第４のステップは、
前記電圧制御部が、前記検出した電圧及び電流に応じて前記増幅器に供給する電圧を変更することを特徴とする超音波送信方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の超音波送信方法であって、
前記複数の送波器は、
環状に配置された複数の第１の送波器で構成された第１の送波器アレイと、
環状に配置された複数の第２の送波器で構成されて、前記第１の送波器の下方に前記第２の送波器を配置した第２の送波器アレイと、を有し、
上下に配置された前記第１の送波器と第２の送波器をそれぞれ開閉可能な複数の第２のスイッチをさらに有し、
前記第３のステップは、
前記制御装置が、所定の入力を受け付けると、前記複数の第２のスイッチを閉じることを特徴とする超音波送信方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の超音波送信方法であって、
前記複数の送波器は、
環状に配置された複数の第１の送波器で構成された第１の送波器アレイと、
環状に配置された複数の第２の送波器で構成されて、前記第１の送波器の下方に前記第２の送波器を配置した第２の送波器アレイと、を有し、
前記第１のステップは、
前記制御装置が、前記超音波信号を送波する方位に加えて上下方向の角度を受け付け、
前記第２のステップは、
前記制御装置が、前記方位に対応する前記第１の送波器と前記第２の送波器を選択し、
前記第３のステップは、
前記制御装置が、前記第１の送波器及び前記第２の送波器と、超音波信号を生成する送信波生成部とを選択的に接続する複数のスイッチのいずれかに対して、前記選択された前記第１の送波器及び第２の送波器と前記送信波生成部とを接続する指令を出力し、
前記第４のステップは、
前記制御装置が、前記角度に応じた時間を演算し、前記選択された第１の送波器から第１の超音波信号を送波してから前記時間が経過した後に、前記選択された第２の送波器から第２の超音波信号を送波することを特徴とする超音波送信方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の超音波送信方法であって、
前記複数の送波器は、
環状に配置された複数の第１の送波器で構成された第１の送波器アレイと、
環状に配置された複数の第２の送波器で構成されて、前記第１の送波器の下方に前記第２の送波器を配置した第２の送波器アレイと、を有し、
上下に配置された前記第１の送波器と第２の送波器とをそれぞれ前記送信波生成部と選択的に接続可能なクロスバスイッチをさらに有し、
前記第４のステップは、
前記制御装置が、前記第１の送波器と第２の送波器のそれぞれについて使用の可否を設定した送波器選択情報を保持し、前記送波器選択情報を参照して使用不能な前記第１の送波器がある場合は、使用不能な第１の送波器の下方の第２の送波器が使用可能であれば、前記第２の送波器を送信波生成部と接続する指令を前記クロスバスイッチに出力することを特徴とする超音波送信方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の超音波送信方法であって、
前記第１のステップは、
前記制御装置が、前記超音波信号を送波する方位を送信指示方位として受け付け、
前記第２のステップは、
前記制御装置が、前記送信指示方位に対応する前記送波器を選択することを特徴とする超音波送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で超音波の送受信を行って物体の探知を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中の物体を探知する装置として、超音波を利用して物体を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術では、複数の無指向性送波子を円環状に配置して送波アレイを構成する。そして、搬送波発振器から出力した超音波を、各送波子ごとに設けた位相変調回路と波形生成回路で位相変調した後に、各出力回路で増幅して各送波子から出力される。送波アレイを構成する複数の送波子は、それぞれが出力回路と位相変調回路及び波形生成回路を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７７２６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
任意の方向で、より遠方の物体を検知するためには、出力回路及び電源回路を増強する必要が生じる。ここで、複数の送波アレイは、それぞれ出力回路を備えているため、出力回路を構成する増幅器の回路規模や実装部品が大形化すると、複数の出力回路と位相変調回路及び波形生成回路で構成された送波アレイを収容する水密構造の筐体が大形化する、という問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、任意の方向に送波する超音波の出力を増大しながらも装置の大形化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の送波器を環状に配置して超音波信号を送波する超音波送信装置であって、前記超音波信号を生成する送信波生成部と、前記複数の送波器と前記送信波生成部とを選択的に接続する複数のスイッチと、前記超音波信号を送波する方位を受け付けて、前記方位に対応する前記送波器を選択し、当該選択された送波器と前記送信波生成部とを接続する指令を前記スイッチに出力し、前記送信波生成部に超音波信号の出力を指令する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明は、スイッチを介して１以上の送波器へ超音波信号を送信することで、任意の方向に送波する超音波の出力を増大しながらも装置の大形化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施例を示し、水中音響機器の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示し、送波器アレイの一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示し、送波器選択テーブルの一例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例を示し、送波器アレイの平面図の一例である。
【図６】本発明の第１の実施例を示し、制御装置で行われる処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示し、整合部選択テーブルの一例を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４の実施例を示し、送波アレイの一例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５の実施例を示し、送波器の出力と時刻の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第６の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第６の実施例を示し、送波器選択テーブルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施形態を示し、超音波送受装置の一例を示す概略図である。超音波送受装置は、船舶５００の船体底部に搭載される水中音響機器４００と、船舶５００側に配置される制御装置で構成される。
【００１１】
水中音響機器４００は、円柱状の水密筐体を有し、水密筐体の円周上の表面に送波器アレイと受波器アレイとを備える。超音波送受装置の水中音響機器４００は、送波器アレイから超音波を出力し、被検知物体６００からの反射波を受波アレイで検知し、送波から受波までの時間に基づいて被検知物体６００までの距離を計測する。
【００１２】
図２は、本発明の第１の実施形態を示し、送波器アレイ１０の一例を示す斜視図である。送波器アレイ１０は、複数（ｎ個）の板状の送波器１−１〜１−ｎを、円筒状に配置して構成される。そして、送波器アレイ１０は、図１に示した水中音響機器４００の円柱状の水密筐体の側面となる円周上に配置される。
【００１３】
なお、図示はしないが、受波器アレイも送波器アレイ１０と同様に構成されて、水中音響機器４００の円周上に配置される。本発明の送波器アレイ１０は、複数の送波器１−１〜１−ｎが、後述するように、スイッチ部を介してひとつの送信波生成部に接続される。なお、以下では、送波器の総称を符号１で表す。
【００１４】
また、図２においては、板状の送波器１−１〜１−ｎを、円筒状に配置する例を示したが、円筒や円環に限定されるものではなく、水中音響機器４００の筐体の水平方向の断面形状等に応じて送波器１を配置すれば良い。また、送波器１の形状は、板状に限定されるものではなく、直方体や円柱などの任意の形状で構成することができる。
【００１５】
図３は、本発明の第１の実施形態を示し、超音波送受装置を構成する超音波送信装置の一例を示すブロック図である。なお、超音波送受装置は、超音波送信装置と超音波受信装置から構成され、超音波受信装置については、周知または公知の技術を適用すれば良いので、本実施例では詳述しない。
【００１６】
超音波送信装置は、制御装置１００と、送信する超音波を生成する送信波生成部１１と、送波器アレイ１０と、超音波を出力する送波器１−１〜１−ｎを選択するスイッチ部９と、入力装置及び出力装置を備えた端末１２と、を主体に構成される。
【００１７】
制御装置１００は、演算処理を行うプロセッサ１１０と、プログラムやデータを格納するメモリ１２０と、指令の入力や演算結果の出力を行う端末１２と接続するインターフェース１３０と、送信波生成部１１及びスイッチ部９に接続されるインターフェース１４０と、を含む。
【００１８】
送波器アレイ１０の送波器１−１〜１−ｎは、スイッチ部９の要素である複数の９スイッチ９−１〜９−ｎにそれぞれ接続される。そして、スイッチ部９はひとつの送信波生成部１１に接続される。スイッチ部９は、送信波生成部１１が出力する超音波信号を、スイッチ９−１〜９−ｎを介して送波器１−１〜１−ｎにそれぞれ出力する。スイッチ部９は、インターフェース１４０を介して接続された制御装置１００からの指令に応じて開閉するスイッチ９−１〜９−ｎを選択する。
【００１９】
送信波生成部１１は、ひとつの波形生成部４と、ひとつの電力増幅器６と、ひとつの電力整合部７と、電力増幅器６に電力を供給する高圧電源５とを含む。波形生成部４では制御装置１００からの指令に基づいて、予め設定された超音波信号を生成する。電力増幅器６では波形生成部４で生成された超音波信号を増幅する。電力整合部７では、電力増幅器６で増幅された超音波信号を送波器アレイ１０のインピーダンスに整合させる。
【００２０】
図３に示す制御装置１００のメモリ１２０には、送信波生成部１１、スイッチ部９及び送波器アレイ１０を制御する制御部２００と、送波器１−１〜１−ｎの位置関係を示す送波器選択テーブル２３０が格納される。
【００２１】
図３に示す制御部２００は、例えば、制御プログラムで構成され、メモリ１２０にロードされてからプロセッサ１１０によって実行される。なお、制御装置１００は、ストレージ装置（図示省略）を有していても良く、制御プログラムをこのストレージ装置からメモリ１２０へロードするようにしてもよい。制御部２００は、スイッチ部９を制御するスイッチ制御モジュール２１０と、超音波信号の送信を制御する送信制御モジュール２２０と、を含む。
【００２２】
スイッチ制御モジュール２１０は、端末１２で受け付けた送波する方位（送信指示方位）及び角度範囲から、投入するスイッチ９−１〜９−ｎと、開放するスイッチ９−１〜９−ｎを決定し、スイッチ部９に指令する。送信制御モジュール２２０は、送信波生成部１１を制御してスイッチ部９へ超音波信号を出力する。
【００２３】
制御部２００の各機能を実現するプログラム、テーブル等の情報は、図示しないストレージサブシステムや不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶デバイス、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の計算機読み取り可能な非一時的データ記憶媒体に格納することができる。
【００２４】
ここで、超音波送信装置は、端末１２を船舶５００側に設置し、制御装置１００と、送信波生成部１１と、スイッチ部９及び送波器アレイ１０を水中音響機器４００に収容する。なお、制御装置１００及び送信波生成部１１の高圧電源５については船舶５００側に設置しても良い。
【００２５】
図４は、送波器選択テーブル２３０の一例を示す図である。送波器選択テーブル２３０は、送波器アレイ１０の基準位置からの円周方向の位置を格納する角度２３０１と、当該角度に対応する送波器１−１〜１−ｎの識別子を格納する送波器番号２３０２からひとつのエントリが構成される。図５で示したように、送波器アレイ１０の基準位置を送波器１−１とし、送波器１の数をｎ＝１２とした例では、角度２３０１が３０°変化すると、送波器番号２３０２が変化する。この例では、ｎ＝１２であるので、送波器番号２３０２＝「＃１」に対応する送波器１−１の幅方向の中心が水平面内の０°で、送波器１−１の幅方向の両端が＋１５°と−１５°（３４５°）に対応する。そして、送波器番号２３０２＝「＃２」に対応する送波器１−２の幅方向の中心が、「＃１」から水平面内で３０°の位置にあることを示す。なお、制御装置１００は、送波器１−１〜１−ｎが超音波を出力可能な角度範囲よりも小さな角度範囲で制御しても良い。例えば、送波器１−１がカバーする角度範囲を３４６°〜１５°とし、送波器１−２がカバーする角度範囲を１６°〜４５°とすることができる。あるいは、送波器１−１〜１−ｎの幅方向の両端の角度が指定されたときには、当該角度をカバーする隣り合う送波器１も選択するようにしてもよい。
【００２６】
図６は、超音波送信装置の制御装置１００の制御部２００で行われる処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、制御装置１００が端末１２から超音波信号を送信する送信指示方位と角度範囲を受け付けたときに実行される。
【００２７】
制御装置１００は、端末１２から船舶５００の針路を基準とする送信指示方位と角度範囲を受け付ける（Ｓ１）。送信指示方位は、例えば、船首（針路）方向を０°とし、右舷真横を９０°として、針路を基準とする相対的な方位（または角度）で表す。本実施例では、送信指示方位に対して磁方位（または真方位）を絶対方位とする。なお、送波器１−１〜１−ｎのうちのひとつを選択する場合には、角度範囲を指定しなくても良い。
【００２８】
次に、制御装置１００は、送信方位に対応する送波器１−１〜１−ｎを、送波器選択テーブル２３０を参照して決定する（Ｓ２）。送信指示方位が９０°に対応する送波器１は、送波器選択テーブル２３０より＃４となり、送波器１−４が、送信方位に対応する送波器１として選択される。
【００２９】
さらに、制御装置１００は、角度範囲が指定されている場合には、船舶５００の針路からの角度が９０°に角度範囲を加算した値で、送波器１−１〜１−ｎを選択する。例えば、角度範囲が４０°であれば、送信方位を中心として、＋２０°〜−２０°の角度範囲の送波器１−１〜１−ｎを送波器選択テーブル２３０から選択する。この例では、送波器番号２３０２＝＃３、＃５（１−３，１−５）が選択される。
【００３０】
制御装置１００は、上記ステップＳ４で選択した送波器１−３，１−５に対応するスイッチ９−３、９−５を閉じるようスイッチ部９に指令する（Ｓ３）。スイッチ部９は、指令されたスイッチ９−３〜９−５を閉じて、送波器１−３〜１−５を送信波生成部１１に接続させる。
【００３１】
制御装置１００は、送信波生成部１１に超音波信号を出力するよう指令する（Ｓ４）。指令を受けた送信波生成部１１は、波形生成部４が所定の超音波信号を生成し、電力増幅器６で超音波信号を増幅する。そして、電力整合部７で送波器アレイ１０のインピーダンスに整合させた超音波信号をスイッチ９−３〜９−５を介して送波器１−３〜１−５から送波する。
【００３２】
以上の処理により、ひとつの送信波生成部１１の出力を、スイッチ９−１〜９−ｎを介して１以上の送波器１−１〜１−ｎへ超音波信号を送信することで、任意の方向で超音波の出力を増大しながらも装置の大形化を抑制することができる。すなわち、電力増幅器６の出力を従来例よりも増大し、送波器１−１〜１−ｎのうちのひとつから超音波信号を出力した場合、ひとつの送波器１から送波する超音波の出力は前記従来例よりも増大される。そして、本発明の超音波送信装置では、ひとつの送信波生成部１１を水中音響機器４００の筐体に収容すれば良いので、前記従来例のように送波器１−１〜１−ｎと１対１で複数の増幅器を設ける必要がなくなって、電力増幅器６の出力を増大しても筐体の大形化を防ぎながら、任意の方向に送波する超音波の出力を増大させることができるのである。
【実施例２】
【００３３】
図７は、本発明の第２の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。制御装置１００は、１以上の送波器１−１〜１−ｎを同時に選択し、超音波信号を送波することができる。複数の送波器１を使用する場合、送波器１−１〜１−ｎの全体（送波器アレイ１０全体）のインピーダンスは変化する。
【００３４】
実施例２の送信波生成部１１Ａでは、インピーダンスの異なる複数種の電力整合部７−１〜７−ｎと、電力整合部７−１〜７−ｎを選択するスイッチ部１３を備えて、超音波信号を出力する送波器１の数に応じてインピーダンスを最適化する。このため、制御装置１００のメモリ１２０には、図８で示すように、電力整合部７−１〜７−ｎのそれぞれのインピーダンスを格納した整合部選択テーブル２４０を備える。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００３５】
図８は、整合部選択テーブル２４０の一例を示す図である。整合部選択テーブル２４０は、インピーダンスを格納するインピーダンス２４０１と、電力整合部７−１〜７−ｎの識別子を格納する電力整合部番号２４０２からひとつのエントリが構成される。
【００３６】
制御装置１００は、超音波信号を送波する際に、使用する送波器１−１〜１−ｎの数から送波器アレイ１０のインピーダンスを演算する。そして、制御装置１００は、演算したインピーダンスと一致または近似する図８の整合部選択テーブル２４０のインピーダンス２４０１を選択し、選択したインピーダンス２４０１に対応する電力整合部７−１〜７−ｎ（＃１〜＃ｎ）を選択する。そして、制御装置１００は、選択した電力整合部７−１〜７−ｎのスイッチ１３−１〜１３−ｎを閉じるようにスイッチ部１３に指令する。なお、この処理は、図６に示したステップＳ４で実行すれば良い。
【００３７】
以上の処理により、複数の送波器１−１〜１−ｎで超音波信号を出力する場合、送波器アレイ１０の全体のインピーダンスを演算し、このインピーダンスに近似又は一致する整合部選択テーブル２４０の電力整合部７−１〜７−ｎを使用するので、超音波信号を効率よく出力することが可能となる。なお、スイッチ部１３で複数の電力整合部７−１〜７−ｎを組み合わせて使用するようにしても良い。
【実施例３】
【００３８】
図９は、本発明の第３の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。実施例３では、前記実施例１の電力整合部７とスイッチ部９との間に電圧電流検出部１５を設け、電力増幅器６から出力された超音波信号の電圧及び電流を検出し、検出した電圧及び電流に応じて高圧電源５が電力増幅器６に供給する電圧を変更する電圧制御部１４を備えたものである。その他の構成は前記実施例１と同様である。
【００３９】
スイッチ部９は、任意の数のスイッチ９−１〜９−ｎを短絡させて、所望の送波器１−１〜１−ｎを駆動することができる。短絡させるスイッチ９−１〜９−ｎの数に応じて送波器アレイ１０のインピーダンスは変化し、送波器アレイ１０に入力される電流が変化する。
【００４０】
そこで、電圧電流検出部１５でスイッチ部９を介して送波器アレイ１０へ入力される電圧と電流を検出してインピーダンスを算出する。そして、電圧制御部１４は、算出されたインピーダンスに基づいて最適な電圧を算出し、当該電圧を電力増幅器６へ供給するように高圧電源５の電圧を制御する。
【００４１】
以上の構成により、複数の送波器１−１〜１−ｎで超音波信号を出力する場合、送波器アレイ１０へ入力される電圧及び電流からインピーダンスを演算し、このインピーダンスに適合する電圧を電力増幅器６に供給して超音波信号を出力することが可能となる。この例では、複数の送波器１を選択した場合でも、１つの送波器１を選択した場合と同等の出力を得ることが可能となる。これにより、使用する送波器１の数に係わらず、一定の距離内の物体を探知することが可能となる。
【実施例４】
【００４２】
図１０は、本発明の第４の実施例を示し、送波アレイの一例を示す斜視図である。本実施例４の送波器アレイは、実施例１の図２に示した送波器アレイ１０の軸方向の下段（下方または水深の増大方向）に、同一の構成の送波器アレイを配置し、水平面内の同一の角度に上下２段の送波器を円環状に配置したものである。
【００４３】
図中上段の円環を構成する送波器を１ａ−１〜１ａ−ｎで示し、上段の送波器アレイ１０Ａとする。図中下段の円環を構成する送波器を１ｂ−１〜１ｂ−ｎで示し、下段の送波器アレイ１０Ｂとする。
【００４４】
図１１は、本発明の第４の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。実施例４の超音波送信装置は、実施例２に示した送信波生成部１１Ａとスイッチ部９を、上段の送波器アレイ１０Ａと下段の送波器アレイ１０Ｂにそれぞれ設け、上段の送波器アレイ１０Ａと下段の送波器アレイ１０Ｂをスイッチ１７で接続可能にし、各スイッチへの指令をスイッチ選択部１６で切り換え可能にしたものである。
【００４５】
上段の送波器アレイ１０Ａはスイッチ部９ａに接続され、スイッチ部９ａには送信波生成部１１Ａ−１からの超音波信号が入力される。なお、送信波生成部１１Ａ−１では実施例２で示したように、複数の電力整合部７−１〜７−ｎを備えてインピーダンスの整合を行う。なお、スイッチ部９ａは、スイッチ９−１〜９−ｎを有し、送波器１ａ−１〜１ａ−ｎにそれぞれ接続される。
【００４６】
下段の送波器アレイ１０Ｂはスイッチ部９ｂに接続され、スイッチ部９ｂには送信波生成部１１Ａ−２からの超音波信号が入力される。なお、送信波生成部１１Ａ−２では実施例２で示したように、複数の電力整合部７−１〜７−ｎを備えてインピーダンスの整合を行う。なお、スイッチ部９ｂには、スイッチ９−１〜９−ｎを有し、送波器１ｂ−１〜１ｂ−ｎにそれぞれ接続される。
【００４７】
スイッチ選択部１６は、制御装置１００からのスイッチ９−１〜９−ｎの選択信号を、スイッチ部９ａまたはスイッチ部９ｂの一方に出力する。また、スイッチ１７は、上段の送波器アレイ１０Ａの送波器１ａ−１〜１ａ−ｎと、下段の送波器アレイ１０Ｂの送波器１ｂ−１〜１ｂ−ｎを上下方向でそれぞれ接続する複数のスイッチを含む。
【００４８】
上段の送波器アレイ１０Ａまたは下段の送波器アレイ１０Ｂの何れかが故障すると、制御装置１００がスイッチ選択部１６に指令してスイッチ１７を閉じる。なお、この指令は端末１２等から所定の入力を受け付けたときに送信される。なお、制御部２００が送波器アレイ１０Ａ、１０Ｂの自己診断を行う場合では、制御部２００が異常を検知したときに発生する信号またはメッセージを所定の入力としてもよい。
【００４９】
スイッチ１７を閉じると、上段の送波器１ａ−１〜１ａ−ｎと下段の送波器１ｂ−１〜１ｂ−ｎがそれぞれ接続される。したがって、各角度毎に上下２段の送波器アレイ１０Ａと送波器アレイ１０Ｂがひとつの送波器として機能する。
【００５０】
これにより、上段または下段の送波器の一方が故障しても、他方の送波器で超音波信号の送波を継続することが可能となって、冗長性を確保することができる。
【００５１】
なお、本実施例４では、実施例２と同様の電力整合部７−１〜７−ｎを用いる例を示したが、実施例３に示した送信波生成部１１Ｂを用いるようにしてもよい。
【００５２】
また、送波器アレイ１０Ａ、１０Ｂ毎に送信波生成部１１Ａ−１、１１Ａ−２を設けたが、ひとつの送信波生成部１１Ａから複数の送波器アレイ１０Ａ、１０Ｂに超音波信号を供給しても良い。
【実施例５】
【００５３】
図１２は、本発明の第５の実施例を示し、送波器アレイ１０Ａの出力と送波器アレイ１０Ｂの出力と時刻の関係を示すグラフである。本実施例５では、前記実施例４の上段の送波器アレイ１０Ａと下段の送波器アレイ１０Ｂから位相差を設けた超音波信号を出力することで、超音波信号を送波器アレイの所望の上下方向に向けて送波するものである。その他の構成は、図１１に示した前記実施例４と同様である。
【００５４】
この場合、スイッチ１７はオフに設定され、スイッチ部９ａ、９ｂには、同一の角度の送波器に対応するスイッチ９−１〜９−ｎを閉じる指令が制御装置１００からスイッチ選択部１６へ指令される。ここでは、角度＝０°の送波器１ａ−１と、送波器１ｂ−１が選択された例を示す。
【００５５】
制御装置１００は、端末１２から送信指示方位と上下方向の角度を受け付ける。制御装置１００は、受け付けた上下方向の角度に応じた所定の時間Δｔを演算する。そして、制御装置１００は、上段の送波器１ａ−１の送信波生成部１１Ａに対して所定の超音波信号を出力するよう指令する。そして、演算した所定の時間Δｔ後（または前）に、下段の送波器１ｂ−１の送信波生成部１１Ａ−２に対して所定の超音波信号を出力するよう指令する。
【００５６】
これにより、図１２で示すように、時間Δｔの位相差を有する超音波信号が上下に配置した送波器１ａ−１、１ｂ−１から出力され、位相差に応じて送波される超音波の合成波を所望の角度で上下方向（深度方向）に振ることが可能となる。なお、位相差による送波の中心方向を上下方向に変化させる制御については、公知または周知の技術を用いればよく、例えば、特開平１０−９０３９５号公報の技術を利用しても良い。
【実施例６】
【００５７】
図１３は、本発明の第６の実施例を示し、超音波送信装置の一例を示すブロック図である。また、図１４は、第６の実施例を示し、送波器選択テーブルの一例を示す図である。
【００５８】
第６の実施例では、図１０に示した上下に重ねた送波器アレイ１０Ａ、１０Ｂを用い、図１１に示したスイッチ部９ａ、９ｂ、スイッチ選択部１６、スイッチ１７をクロスバスイッチ９ｃに置き換え、メモリ１２０に格納する送波器選択テーブルを２３０Ａに置き換えたもので、その他は前記実施例４と同様である。
【００５９】
まず、図１４の送波器選択テーブル２３０Ａは、送波器アレイの基準位置からの円周方向の位置を格納する角度２３０１と、上段の送波器１ａ−１〜１ａ−ｎの識別子を格納する送波器番号２３０２と、上段の送波器１ａ−１〜１ａ−ｎの利用の可否を格納する利用可否２３０３と、下段の送波器１ｂ−１〜１ｂ−ｎの識別子を格納する送波器番号２３０４と、上段の送波器１ｂ−１〜１ｂ−ｎの利用の可否を格納する利用可否２３０５と、からひとつのエントリが構成される。
【００６０】
利用可否２３０３、２３０５が「可」であれば使用可能であり、「否」であれば使用できないことを示す。利用可否２３０３、２３０５は、端末１２から設定することができる。
【００６１】
制御装置１００は、送波器アレイの角度が決定すると、送波器選択テーブル２３０Ａを参照して、該当する角度の送波器のうち上段と下段のうち使用可能な送波器を選択し、当該送波器に超音波信号を入力するようクロスバスイッチ９ｃに指令する。例えば、角度＝０°が選択されると、下段の送波器番号２３０４＝＃ｂ−１（＝１ｂ−１）が使用不能であり、上段の送波器番号２３０２＝＃ａ−１（＝１ａ−１）が使用可能であるので、上段の送波器１ａ−１を選択し、クロスバスイッチ９ｃに指令する。
【００６２】
これにより、上段または下段の送波器の一方が故障しても、他方の送波器で超音波信号の送波を継続することが可能となって、冗長性を確保することができる。
【００６３】
なお、上記実施例１〜６では、水中音響機器４００が、被検知物体６００を検出する例を示したが、これに限定されるものではなく、海底の形状や水路の形状を測定するようにしてもよい。
【００６４】
また、上記実施例１〜６では、送信波生成部１１の数が１または２の例を示したが、送信波生成部１１の数は送波器の数未満であればよい。
【００６５】
また、本発明において説明した計算機等の構成、処理部及び処理手段等は、それらの一部又は全部を、専用のハードウェアによって実現してもよい。
【００６６】
また、本実施例で例示した種々のソフトウェアは、電磁的、電子的及び光学式等の種々の記録媒体（例えば、非一時的な記憶媒体）に格納可能であり、インターネット等の通信網を通じて、コンピュータにダウンロード可能である。
【００６７】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１−１〜１−ｎ  送波器
４  波形生成部
６  電力増幅器
７  電力整合部
９、１３  スイッチ部
１００  制御装置
１１０  プロセッサ
１２０  メモリ
２００  制御部
２１０  スイッチ制御モジュール
２２０  送信制御モジュール
２３０  送波器選択テーブル
【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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