(57)【要約】【目的】本発明の目的は、上記課題を解決し、共振周波数、許容入力電力、送受信感度およびインピーダンス等の超音波送受波素子の特性または型番を情報として出力する超音波送受波器を実現し、この情報をもとに送受信条件を設定することで、超音波送受波器内の超音波送受波素子に対して、最適な送受信をおこなう超音波探査装置を提供することである。【構成】水中に超音波を送信し、その反射波を受信する超音波送受波器において、超音波送受波器に関する情報を記憶する記憶部を具備している。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に超音波を送信し、その反射波を受信する超音波送受波器であって、
前記超音波送受波器内の超音波送受波素子に関する情報を記憶する記憶部を具備することを特徴とする超音波送受波器。
【請求項２】
前記記憶部は、受動素子で構成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項３】
前記記憶部は、メモリ素子で構成されていることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項４】
前記記憶部に記憶されている情報は、前記超音波送受波素子の共振周波数、送受波感度、許容入力電力ならびにインピーダンスなどの前記超音波送受波素子の特性であることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項５】
前記記憶部から出力される信号は、前記超音波送受波器に接続される電路に出力されることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項６】
前記記憶部から出力される信号は、前記超音波送受波素子の送受信周波数とは異なる周波数の信号であることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項７】
前記記憶部から出力される信号は、電磁的結合手段または静電的結合手段を用いて、前記超音波送受波素子を介して出力されることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項８】
前記記憶部から出力される信号は、前記超音波送受波素子の送受信周波数と一致した周波数の信号であることを特徴とする請求項１記載の超音波送受波器。
【請求項９】
前記超音波送受波素子に関する情報にもとづき、前記超音波送受波素子の送受信条件を設定する送受信条件設定部と、
前記送受信条件設定部からの制御信号により前記超音波送受波素子に送受信をおこなう送受信回路と
を具備することを特徴とする超音波探査装置。
【請求項１０】
超音波送受波器内の超音波送受波素子に関する情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部の情報にもとづき、送受信回路の送受信条件を設定する送受信条件設定部と
を具備することを特徴とする超音波探査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、水中に超音波を送信し、魚体などの水中の物体の反射波を受信して得られた反射波の反射信号にもとづき、水中の魚体や水底などの情報を映像として表示する超音波探査装置及びこの超音波探査装置の超音波送受波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水深の計測や水中の魚群を探知する超音波探査装置として、魚群探知機が一般的に利用されている。魚群探知機は、超音波送受波器、表示器、操作パネル、送受信機等で構成されており、表示器に水中の状況を断面図で表示する装置である。魚群探知機は数多くの種類の送受信周波数や送信出力が使用されており、例えば、シラスなどのように、深度が浅い場所に生息し、体長の小さい魚を探知する場合、分解能や反射率が高い２００ｋＨｚの送受信周波数を使用している。また、金目鯛のように深度の深い場所に生息している魚を探知する場合、送信出力を大きくし、水中での超音波減衰が低い２８ｋＨｚの送受信周波数を使用している。このように魚群探知機の送受信周波数や送信出力は探知する魚の大きさや水中の深度に応じて使い分けられており、その数は少なくない。従って、魚群探知機を構成する要素である超音波送受波器や送受信機は、魚群探知機の送受信周波数や送信出力に応じて数多くの種類が必要であった。
【０００３】
送受信機はシンセサイザ方式による送信機やスーパーヘテロダイン方式による受信機を用いることにより、一つの送受信機で様々な送受信周波数に対応可能となったが、超音波送受波器内の超音波送受波素子は、送受信周波数や送信出力によって、超音波送受波素子の特性である共振周波数、許容入力電力、送受信感度およびインピーダンス等が、それぞれ異なり一つの超音波送受波器では対応不可能である。このため、使用者は、超音波送受波素子の共振周波数、許容入力電力、送受信感度およびインピーダンス等を調べて、送受信機の送受信条件を手動で設定している。
【０００４】
また、魚群探知機における超音波送受波器は、通常船底に取り付けられている。その為、既設の超音波送受波器に新規の送受信機を接続する場合、送受信機の送信条件等を設定するため、船底に取り付けられている超音波送受波器内の超音波送受波素子の共振周波数、許容入力電力、送受信感度およびインピーダンス等を調べなければならない。これらの情報を調べるには、別途測定器などにより、該当する超音波送受波器内の超音波送受波素子を測定する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、超音波送受波器内の超音波送受波素子に対して、最適な送受信を行なうため、上述のように超音波送受波器内の超音波送受波素子の共振周波数、許容入力電力、送受信感度およびインピーダンス等を調べ、手動で送受信機の送受信条件を設定しなければならず、手間がかかる。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決し、共振周波数、許容入力電力、送受信感度およびインピーダンス等の超音波送受波素子の特性または型番を情報として出力する超音波送受波器を実現し、この情報をもとに送受信条件を設定することで、超音波送受波器内の超音波送受波素子に対して、最適な送受信をおこなう超音波探査装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、水中に超音波を送信し、その反射波を受信する超音波送受波器において、超音波送受波器に関する情報を記憶する記憶部を具備している。
【０００８】
次に、請求項２の発明では、前記記憶部は、受動素子で構成されている。また、請求項３の発明では、前記記憶部は、メモリ素子で構成されている。
【０００９】
また、請求項４の発明では、前記記憶部に記憶されている情報は、前記超音波送受波素子の共振周波数、許容入力電力、送受信感度およびインピーダンス等の前記超音波送受波素子の特性である。請求項５の発明では、前記記憶部から出力される情報は、前記超音波送受波器に接続される超音波信号電路を兼用して信号出力される。
【００１０】
さらに、請求項６の発明では、前記記憶部から出力される信号は、前記超音波送受波素子の送受信周波数とは異なる周波数の信号である。また、請求項７の発明では、前記記憶部から出力される信号は、電磁的結合手段または静電的結合手段を用いて、前記超音波送受波素子を介して出力されている。
【００１１】
さらに、請求項８の発明では、前記記憶部から出力される信号は、前記超音波送受波素子の送受信周波数と一致した周波数の信号である。
【００１２】
さらに、請求項９の発明では、前記超音波送受波素子に関する情報にもとづき、前記超音波送受波素子の送受信条件を設定する送受信条件設定部と、前記送受信条件設定部からの制御信号により前記超音波送受波素子に送受信をおこなう送受信回路とを具備している。
【００１３】
さらに、請求項１０の発明では、超音波送受波器内の超音波送受波素子に関する情報を記憶する記憶部と、前記記憶部の情報にもとづき、送受信回路の送受信条件を設定する送受信条件設定部とを具備している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。図１は、本発明の第１実施例の構成を説明する図である。１０は送受波器、２０は超音波送受波素子、２０ａは超音波信号電路、３０は記憶部、３０ａは情報信号電路、４０は送受信制御・表示部、４１は送受信条件設定部、４２は送受信回路、４３は制御回路、４４は表示器である。送受波器１０は、超音波送受波素子２０と記憶部３０とから構成されている。送受信制御・表示部４０は、送受信条件設定部４１、送受信回路４２、制御回路４３と表示器４４とから構成されている。
【００１５】
送受波器１０が接続されている水中探査装置、例えば、魚群探知機の電源が入ると、制御回路４３からの制御信号により、記憶部３０から情報の信号が、情報信号電路３０ａを通じて、送受信条件設定部４１に供給される。この情報の信号には、送受波器１０内にある超音波送受波素子２０の特性を示す共振周波数、許容入力電力、送受波感度およびインピ−ダンスと型番等の情報が含まれている。送受信条件設定部４１では、供給された情報の信号をもとに、接続されている超音波送受波素子２０に最適な送受信条件を設定するために、制御信号として、送受信条件を送受信回路４２に出力する。送受信回路４２では、送受信条件設定部４１からの制御信号により、超音波信号電路２０ａを介して、超音波送受波素子２０に最適な送信パルス信号を供給し、超音波送受波素子２０から海中へ超音波パルス信号を放射する。
【００１６】
海中に放射され、海中の魚体（魚群）などの反射物や海底で反射した反射波は、超音波送受波素子２０で受信され、超音波信号電路２０ａを介して、送受信回路４２に供給される。送受信回路４２は、送受信条件設定部４１で設定された受信条件の制御信号により、供給された反射波に対して、最適な受信信号処理を行い、制御回路４３に出力する。制御回路４３では、この最適な信号処理が行なわれた受信信号をＢスコープ映像化し、表示器４４に出力する。そして、表示器４４で海中の魚体（魚群）などの反射物や海底の探知映像を表示する。
【００１７】
図２は、記憶部３０に抵抗器を使用した例である。制御回路４３からの制御信号により、送受信条件設定部４１を介して、抵抗器の抵抗値が情報の信号として、情報信号電路３０ａを通じて、送受信条件設定部４１に読み取られる。この抵抗器の抵抗値は、送受波器１０内にある超音波送受波素子２０の特性を示す共振周波数、許容入力電力、送受波感度およびインピ−ダンスの情報ではなく、超音波送受波素子２０の型番に対応した値となっている。送受信条件設定部４１は、供給された情報の信号による超音波送受波素子２０の型番の情報をもとに、この超音波送受波素子２０の共振周波数や許容入力電力を図示しないメモリなど記憶回路を検索し、型番に適合した送受信条件を設定し、制御信号として、送受信回路４２に出力する。送受信回路４２は、送受信条件設定部４１からの制御信号により、超音波信号電路２０ａを介して、超音波送受波素子２０の特性に適合した最適な送信パルス信号を供給し、超音波送受波素子２０から海中へ超音波パルス信号を放射する。また、海中に放射され、海中の魚体（魚群）などの反射物や海底で反射した反射波は、超音波送受波素子２０で受信され、超音波信号電路２０ａを介して、送受信回路４２に供給されるが、ここでも超音波送受波素子２０の特性に適合した最適な受信信号処理が行われる。
【００１８】
このように記憶部３０に抵抗器を使用した場合、記憶部３０に対して別途電源供給をする必要がなく、情報信号電路３０ａの本数も少なくなる。また、抵抗器を可変抵抗器にすることにより、抵抗値を連続的に変化させることができ、型番の情報に応じた抵抗値を自由に設定できるので、数多くの超音波送受波素子２０の型番に割り当て可能であるが、その数は送受信条件設定部４１での読み取り分解能で制限される。
【００１９】
図３は、記憶部３０にディジタル・エンコーダ・スイッチを使用した例である。制御回路４３からの制御信号により、送受信条件設定部４１を介して、超音波送受波素子の型番に対応したディジタル・エンコーダ・スイッチのディジタル値（図３では、Ｄ０〜Ｄ３）が情報の信号として、情報信号電路３０ａを通じて、送受信条件設定部４１に読み取られる。この場合も前述した記憶部３０に抵抗器を使用した場合と同様に、ディジタル・エンコーダ・スイッチのディジタル値は、送受波器１０内にある超音波送受波素子２０の特性を示す共振周波数、許容入力電力、送受波感度およびインピーダンスの情報ではなく、超音波送受波素子２０の型番に対応した値となっている。送受信条件設定部４１は、供給された情報の信号による超音波送受波素子２０の型番の情報をもとに、この超音波送受波素子２０の共振周波数や許容入力電力を図示しないメモリなど記憶回路を検索し、型番に適合した送受信条件を設定し、制御信号として、送受信回路４２に出力する。送受信回路４２は、送受信条件設定部４１からの制御信号により、超音波信号電路２０ａを介して、超音波送受波素子２０の特性に適合した最適な送信パルス信号を供給し、超音波送受波素子２０から海中へ超音波パルス信号を放射する。また、海中に放射され、海中の魚体（魚群）などの反射物や海底で反射した反射波は、超音波送受波素子２０で受信され、超音波信号電路２０ａを介して、送受信回路４２に供給されるが、ここでも超音波送受波素子２０の特性に適合した最適な受信信号処理が行われる。
【００２０】
このように記憶部３０にディジタル・エンコーダ・スイッチを使用した場合も、記憶部３０に対して別途電源供給をする必要がない。また、情報信号電路３０ａの本数は増えるが、ディジタル符号を増やすことで、前述した記憶部３０に抵抗器を使用した場合のような、送受信条件設定部４１での読み取り分解能による制限はなく、確実に数多くの超音波送受波素子２０の型番に対応可能である。
【００２１】
図４は、記憶部３０にフラッシュメモリを使用した例である。３１はシリアルデータ受信回路、３２は受信コード判定回路、３３はメモリ書き込み制御回路、３４はフラッシュメモリ、３５はメモリ読み出し制御回路、３６はシリアルデータ送信回路である。
【００２２】
制御回路４３からの制御信号が、送受信条件設定部４１を介してシリアルデータ信号として、記憶部３０のシリアルデータ受信回路３１に供給される。この制御信号は、調歩同期式のシリアルデータからなる信号である。シリアルデータ受信回路３１は、供給された制御信号のスタートビットを検出し、このスタートビットに続く８ビットのコードを受信し、受信コード判定回路３２へ出力する。受信コード判定回路３２は、入力されたコード信号が、超音波送受波素子２０の様々な情報を含んだ情報の信号の送信を要求しているのか、または、フラッシュメモリ３４へ超音波送受波素子２０の様々な情報の書き込みを要求しているのかを判定する。
【００２３】
受信コード判定回路３２に供給されたコード信号が、超音波送受波素子２０の様々な情報を含んだ情報の信号の送信を要求している場合について説明する。受信コード判定回路３２は、メモリ読み出し制御回路３５を制御し、フラッシュメモリ３４に記憶されている超音波送受波素子２０の型番、共振周波数、許容入力電力、インピーダンス、送受信感度等の情報を読み出す。そして、フラッシュメモリ３４から読み出された情報は、メモリ読み出し制御回路３５を介して、シリアルデータ送信回路３６へ供給される。シリアルデータ送信回路３６は、この供給された情報にスタートビットを付加し、調歩同期式のシリアルデータとして、送受信条件設定部４１に出力する。
【００２４】
次に、受信コード判定回路３２に供給されたコード信号が、フラッシュメモリ３４へ超音波送受波素子２０の様々な情報の書き込みを要求している場合について説明する。受信コード判定回路３２は、メモリ書き込み制御回路３３を制御し、コード信号に続いて送られてくる情報の信号を、フラッシュメモリ３４の所定アドレスに書き込むことにより、超音波送受波素子２０の型番、ならびに共振周波数、許容入力電力、インピーダンス、送受信感度等の情報を更新する。
【００２５】
図５は、本発明の第２実施例の構成を説明する図である。図１と対応する部分に同一符号をつけてある。４５は送受信制御・表示部４０内にある信号分離回路、５０は送受波器１０内にある信号分離回路である。本実施例では、送受波器１０と送受信制御・表示部４０とが、超音波信号電路２０ａのみで接続されている。記憶部３０から送受信条件設定部４１に供給される情報の信号は、送受波器１０内の信号分離回路５０から超音波信号と重畳して、送受信制御・表示部４０内の信号分離回路４５に供給される。
送受信制御・表示部４０では、超音波信号電路２０ａに重畳されている記憶部３０からの情報の信号を信号周波数の違いを利用して、信号分離回路４５で分離する。そして、信号分離回路４５では、情報の信号のみを送受信条件設定部４１に出力する。送受信条件設定部４１は、供給された情報の信号による超音波送受波素子２０の情報をもとに、前述のように送受信条件を設定し、制御信号として、送受信回路４２に出力する。送受信回路４２は、送受信条件設定部４１からの制御信号により、超音波信号電路２０ａを介して、超音波送受波素子２０に最適な送信パルス信号を供給し、超音波送受波素子２０から海中へ超音波パルス信号を放射する。その後の処理は、第１実施例と同じなので省略する。
また、本第２実施例における送受波器１０内にある記憶部３０としては、前述の図４に示すような回路構成とすることができる。
【００２６】
図６は、本発明の第２実施例における送受波器１０内の信号分離回路５０の構成例である。図１と対応する部分に同一符号をつけてある。５１はローパスフィルタ、５２はバンドパスフィルタ、５３はハイパスフィルタである。送受波器１０内の信号分離回路５０は、ローパスフィルタ５１、バンドパスフィルタ５２とハイパスフィルタ５３とから構成されている。
【００２７】
以下の説明では、記憶部３０は、図４の構成となっている。
送受信制御・表示部４０内の信号分離回路４５は、記憶部３０の電源用信号、シリアルデータ信号と超音波送信パルス信号等を重畳して、送受波器１０内の信号分離回路５０に出力する。信号分離回路５０に入力された重畳信号は、各フィルタにより、電源信号、シリアルデータ信号、超音波送信パルス信号の各信号の周波数ごとに濾波され、送受波１０内の超音波送受波素子２０または記憶部３０に供給される。
【００２８】
ローパスフィルタ５１は、低周波数の信号である記憶部３０の電源信号のみを通過させるようになっている。ここを通過した信号が記憶部３０に電源を供給する。バンドパスフィルタ５２は、記憶部３０の入力信号であるシリアルデータ信号の周波数のみを濾波する。シリアルデータ信号が記憶部３０に供給され、また、情報の信号の周波数はバンドパスフィルタ５２を通過できる周波数となっているので、情報の信号は、記憶部３０からバンドパスフィルタ５２を通過し、送受信制御・表示部４０内の信号分離回路４５へ出力される。
ハイパスフィルタ５３は、通常使用される送受信制御・表示部４０内の送受信回路４２で処理される超音波周波数の最低周波数である２８ｋＨｚ以上の周波数が通過できるように設計されている。超音波送信信号は、ハイパスフィルタ５３を通過し、超音波送受波素子２０から送信される。そして、超音波送受波素子２０で受信された超音波受信信号は、ハイパスフィルタ５３を通過し、送受信制御・表示部４０内の信号分離回路４５へ出力される。本実施例では、最低周波数を２８ｋＨｚとしたが、この周波数は探査目的により適宜変更されることは言うまでもない。
【００２９】
バンドパスフィルタ５２を通過できるシリアルデータ信号の周波数は、４８００Ｈｚであり、ハイパスフィルタ５３を通過できる超音波送受信信号の周波数は、２８ｋＨｚから２００ｋＨｚなので、簡単なフィルタ構成で分離可能である。また、ハイパスフィルタ５３は、送受波器１０内の超音波送受波素子２０が、フェライト（磁性酸化物）などの磁歪振動子の場合、必要とされる。しかし、チタバリ（チタン酸バリウム）などの電歪振動子である場合、直流やシリアルデータ信号の周波数領域では、これらの電歪振動子が高インピーダンスであるため、ハイパスフィルタ５３は、省略可能であり、回路構成をより簡単にすることができる。
【００３０】
送受信制御・表示部４０内にある信号分離回路４５も、図６に示すように送受波器１０内にある信号分離回路５０と同様の構成となっている。なお、送受信回路４２の送受信端子が、コンデンサで結合されている場合、ハイパスフィルタ５３は省略可能であり、回路構成をより簡単にすることができる。
【００３１】
図７は、本発明の第２実施例における送受波器１０内の信号分離回路５０の他の構成例である。図６と対応する部分に同一符号をつけてある。６０は、信号結合部である。送受波器１０内の信号分離回路５０は、ローパスフィルタ５１のみで構成されている。ローパスフィルタ５１は、低周波数の信号である記憶部３０の電源信号のみを通過させるようになっている。ここを通過した信号が、記憶部３０に電源を供給する。記憶部３０は、信号結合部６０を介して、超音波送受波素子２０と電気・磁気的に結合した状態となっている。この信号結合部６０により、記憶部３０へ供給するシリアルデータ信号や記憶部３０から出力される情報の信号は、超音波信号電路２０ａに重畳される。
【００３２】
信号結合部６０は、超音波送受波素子２０がフェライト（磁性酸化物）などの磁歪振動子である場合、本来ある巻き線に補助巻き線を追加することで、記憶部３０と磁気結合させる。また、超音波送受波素子２０がチタバリ（チタン酸バリウム）などの電歪振動子である場合、絶縁した金属板を電歪振動子に接触させることで、記憶部３０と容量結合させている。
【００３３】
図７の実施において、送受信制御・表示部４０内にある信号分離回路４５は、図６に示すように送受波器１０内にある信号分離回路５０と同様の構成となっている。しかし、記憶部３０へ供給するシリアルデータ信号、記憶部３０から出力される情報の信号の周波数を超音波送受波素子２０の送受信信号の周波数と同じ周波数にすれば、信号分離回路４５は、図７と同じ回路構成にできる。このような回路構成にすれば、記憶部３０から出力される情報の信号は、送受信制御・表示部４０内の送受信回路４２を介して、送受信条件設定部４１に供給されるので、微弱な信号でも処理できる。したがって、記憶部３０の消費電力を少なくすることが可能である。
【００３４】
尚、第１の実施例と第２の実施例の送受波器１０内の記憶部３０において、シリアル通信を用いた方法で構成した例を説明したが、記憶部３０内のフラッシュメモリ３４のＲＯＭとして、送受波器１０内の記憶部３０への電源後、一定時間経過してから、情報の信号を出力するように記憶部３０を設計すれば、送受信条件設定部４１は図示しないシリアルデータ送信回路部分が不要となる。また、記憶部３０のシリアルデータ受信回路３１も不要となり、より安価な構成とすることができる。
【００３５】
本実施例では、記憶部３０を送受波器１０内に具備した例を説明した。しかし、送受波器１０の外部に記憶部３０を設置した場合でも、本発明の実施が可能である。また、外部のパソコン装置等の入力装置で、超音波送受波素子２０の型番の情報だけあるいは、共振周波数、許容入力電力、インピーダンス、送受信感度と型番等の情報を入力することで、記憶部３０を削除しても、本発明の実施が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の超音波送受波器は、超音波探査装置及び共振周波数、送受信感度、インピーダンスならびに許容入力電力等の超音波送受波器の情報を出力し、この情報をもとに送受信条件を設定することで、超音波送受波器内の超音波送受波素子に対して、最適な送受信をおこなえる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成を説明する図である。
【図２】本発明の第１実施例における記憶部３０に抵抗器を用いた例である。
【図３】本発明の第１実施例における記憶部３０にディジタル・エンコーダー・スイッチを用いた例である。
【図４】本発明の第１実施例における記憶部３０にフラッシュメモリを使用した例である。
【図５】本発明の第２実施例の構成を説明する図である。
【図６】本発明の第２実施例における送受波器１０内の信号分離回路５０の構成例である。
【図７】本発明の第２実施例における送受波器１０内の信号分離回路５０の他の構成例である。
【符号の説明】
１０　　　送受波器
２０　　　超音波送受波素子
２０ａ　　超音波信号電路
３０　　　記憶部
３０ａ　　情報信号電路
３１　　　シリアルデータ受信回路
３２　　　受信コード判定回路
３３　　　メモリ書き込み制御回路
３４　　　フラッシュメモリ
３５　　　メモリ読み出し制御回路
３６　　　シリアルデータ送信回路
４０　　　送受信制御・表示部
４１　　　送受信条件設定部
４２　　　送受信回路
４３　　　制御回路
４４　　　表示器
４５　　　信号分離回路
５０　　　信号分離回路
５１　　　ローパスフィルタ
５２　　　バンドパスフィルタ
５３　　　ハイパスフィルタ
６０　　　信号結合部
【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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