(57)【要約】  【課題】比較的少ない個数のスイッチング素子を用いて、超音波信号の振幅を容易に制御することのできる超音波送信装置を提供する。  【解決手段】ドライバ回路５に所定の入力信号ＩＮ１〜ＩＮ３が入力されると、振動子３の共振周期（共振周波数の逆数）の半周期ごとに、ＦＥＴ２１が所定期間だけオンすると共にＦＥＴ２２および２３が当該所定期間だけ交互にオンする。また、ＦＥＴ２１がオフである期間は、ＦＥＴ２２および２３が共にオンする。つまり、正電圧と負電圧とが共振周期の半周期ごとに交互に振動子３の両端に印加される。この結果、振動子３が振動して共振周波数の正弦波状の超音波信号が振動子３から水中に送信される。また、超音波信号の振幅の変更は、共振周期の半周期に対する上記所定期間の比率を変えることにより行われる。【選択図】  図３
2007255990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受波器の振動子から水中に超音波信号を送信する超音波送信装置であって、
一次巻線と両端に振動子が接続された二次巻線とを有するトランスと、
一次巻線の中間端子と電圧供給線との間に接続された第１のスイッチング素子と、
一次巻線の一端と接地との間に接続された第２のスイッチング素子と、
一次巻線の他端と接地との間に接続された第３のスイッチング素子と、
第１から第３のスイッチング素子をオン／オフさせる制御手段と、を備え、
前記制御手段は、振動子の共振周期の半周期ごとに、第１のスイッチング素子を所定期間だけオンさせると共に第２および第３のスイッチング素子を当該所定期間だけ交互にオンさせ、
且つ、第１のスイッチング素子がオフである期間は、第２および第３のスイッチング素子を共にオンさせ、
振動子の共振周期の半周期に対する前記所定期間の比率によって超音波信号の振幅が決められる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において、
前記送受波器は複数の振動子を備え、
前記制御手段は、予め求められた第１の値に基づいて振動子ごとに前記所定期間のタイミングを変えると共に、予め求められた第２の値に基づいて振動子ごとに前記所定期間の比率を変えることを特徴とする超音波送信装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超音波送信装置において、
前記制御手段は、送信の開始時から前記所定期間の比率を徐々に大きくし、さらに前記所定期間の比率を徐々に小さくして送信を停止することを特徴とする超音波送信装置。
【請求項４】
送受波器の振動子から水中に超音波信号を送信し、振動子で受信した受信信号に基づいて探知した水中情報を表示部に表示する水中探知装置において、
前記超音波信号は、請求項１から３のいずれかに記載の超音波送信装置によって送信されることを特徴とする水中探知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚群探知機やスキャニングソナーなどの水中探知装置で用いられる超音波送信装置および当該超音波送信装置を備えた水中探知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
魚群探知機やスキャニングソナーなどの水中探知装置は、数波から数十波程度の正弦波状の超音波信号からなるバースト波（超音波パルスともいう）を船底に取り付けた送受波器の振動子から発射し、バースト波が魚群や海底などで反射したエコー信号を振動子で検出することにより水中情報を探知する。他船の水中探知装置に悪影響を与えるおそれのある高調波の発生を抑制する上では、振動子の共振周波数と同じ周波数の正弦波信号で振動子を駆動することが望ましいが、振動子のドライバ回路の電力効率を高めるために、従来から矩形状のパルス信号で振動子が駆動されている。
【０００３】
図６は、矩形状のパルス信号で振動子を駆動するドライバ回路を示す。ドライバ回路５０において、３は振動子、５１、５２は抵抗、５３、５４はスイッチング用のトランジスタ、５５はトランスである。トランス５０の一次巻線の中間端子には電圧Ｖｂが供給される。図７はドライバ回路５０の入出力信号等を示す。入力信号ＩＮ５１、ＩＮ５２は周期がＴの正パルス列からなる信号であり、入力信号ＩＮ５２は入力信号ＩＮ５１より半周期Ｔ／２だけ遅れた信号である。周期Ｔは振動子３の共振周期（共振周波数ｆの逆数）である。入力信号ＩＮ５１、ＩＮ５２がドライバ回路５０に入力されると、それに応じてトランジスタ５３、５４がオン／オフし、ドライバ回路５０の出力信号である共振周波数ｆの駆動信号（図７（ｃ））が振動子３の両端に印加される。この結果、振動子３から正弦波状の超音波信号（図７（ｄ））が出力される。この駆動信号はＰＤＭ（Pulse Density Modulation）信号であり、超音波信号の振幅は、駆動信号の半周期に対する正電圧部（あるいは負電圧部）の比率（密度）に比例する。
【０００４】
しかしながら、この方式ではトランジスタ５３、５４が共にオフである期間が存在する。当該期間では振動子３からドライバ回路５０側を見たインピーダンスが大きいため、振動子３の両端に高周波ノイズが発生する。そのため、高周波ノイズで水中探知装置の演算部や船舶に搭載されている航海機器などが誤動作しないように、ノイズ対策が必要になる。また、高周波ノイズに振動子３の共振周波数成分が含まれている場合には超音波信号が乱れることもある。
【０００５】
図８は、上記の高周波ノイズが発生しないようにしたドライバ回路の例を示す。ドライバ回路６０において、３は振動子、６１、６３は入力信号ＩＮ６１、ＩＮ６２を所定の信号レベルのゲート入力信号に変換するレベルシフト回路、６２、６４は反転回路、６５〜６８はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＦＥＴと表す）、６９はトランスである。ここでは、ＦＥＴ６５、６７のドレインの供給電圧Ｖｂよりも高い電圧で振動子３を駆動するためにトランス６９が用いられているが、低電圧タイプの振動子を駆動する場合にはトランス６９は不要である。また、図に示すＧａ〜Ｇｄは、それぞれＦＥＴ６５〜６８のゲート入力信号である。
【０００６】
図９はドライバ回路６０の入出力信号等を示す。図中のＴは振動子３の共振周期である。ドライバ回路６０に入力信号ＩＮ６１、６２が入力されると、それに応じてＦＥＴ６５〜６８がオン／オフし、駆動信号（図９（ｅ））が振動子３の両端に印加される。この結果、振動子３から正弦波状の超音波信号（図９（ｆ））が出力される。このドライバ回路６０では、トランス６９の一次巻線の両端が、それぞれ電圧Ｖｂのラインまたは接地のいずれかと常に導通状態になっており、振動子３からドライバ回路６０側を見たインピーダンスが大きくなることがないので、上記の高周波ノイズは発生しない。下記の特許文献１には、図６〜図９に類似するドライバ回路や入出力信号が示されている。また、バースト波の開始点および終了点において発生する超音波信号の高調波成分を抑制するために、バースト波の開始点から超音波信号の振幅が徐々に大きくなるようにし、終了点に向けて振幅が徐々に小さくなるようにすること、すなわちバースト波のエンベロープ制御を行うことも提案されている。
【０００７】
図１０は、上記の高周波ノイズが発生しないようにしたドライバ回路の他の例を示す。ドライバ回路７０において、３は振動子、７１は入力信号ＩＮ７１を所定の信号レベルのゲート入力信号に変換するレベルシフト回路、７２は反転回路、７３、７４はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＦＥＴと表す）、７５はコンデンサ、７６はコイル、７７はトランスである。また、図中のＧｅはＦＥＴ７３のゲート入力信号である。ＧｆはＦＥＴ７４のゲート入力信号である。ＯＵＴは２つのＦＥＴ７３、７４の接続部の信号である。図１１はドライバ回路７０の入出力信号等を示す。図中のＴは振動子３の共振周期である。ドライバ回路７０に入力信号ＩＮ７１が入力されると、それに応じてＦＥＴ７３、７４がオン／オフし、信号ＯＵＴ（図１１（ｃ））が得られる。この信号ＯＵＴが共振周波数成分およびその高調波成分の他に直流成分を含み、しかもトランス７７の直流インピーダンスが極めて小さいので、コンデンサ７５によってトランス７７に直流電流が流れないようにしている。
【０００８】
また、コンデンサ７５と直列に接続されたコイル７６は、上述のエンベロープ制御がされていないバースト波の開始時および終了時に、トランス７７の一次側回路に大きな過渡電流が流れるのを防止する。すなわち、電力損失が発生しないようにする。さらに、コンデンサ７５、コイル７６、およびトランス７７の一次巻線からなる直列回路の共振周波数が振動子３の共振周波数と等しくなるようにして、振動子３への電力供給量が減らないようしている。この直列回路が共振周波数の信号を通過させるフィルタとして機能する結果、正弦波状の駆動信号（図１１（ｄ））が振動子３の両端に印加され、同様の波形の超音波信号（図１１（ｄ））が振動子３から出力される。このドライバ回路７０では、ＦＥＴ７３、７４のいずれか一方が常にオン状態であり、振動子３からドライバ回路７０側を見たインピーダンスが大きくなることがないので、上記の高周波ノイズは発生しない。下記の特許文献２には、２つのＦＥＴを用いたドライバ回路が示されている。
【０００９】
大気中で利用される超音波信号に関するものであるが、下記の特許文献３では、３つのＦＥＴを用いた超音波センサのドライバ回路が提案されている。図１２に示すドライバ回路８０において、８１は振動子などによって構成される超音波センサ、８２はトランス、８３はＰチャンネルＦＥＴ、８４、８５はＮチャンネルＦＥＴ、８６、８７は反転回路、８８、８９はＮＡＮＤ回路である。図１３はドライバ回路８０の入出力信号等を示す。電源制御信号（図１３（ａ））と駆動制御信号（図１３（ｂ））とがドライバ回路８０に入力されると、それに応じてＰチャンネルＦＥＴ８３とＮチャンネルＦＥＴ８４、８５とがオン／オフする（図１３（ｃ）〜（ｅ））。この結果、超音波センサ印加電圧（図１３（ｆ））が超音波センサ８１の両端に印加され、超音波信号が超音波センサ８１から出力される。
【００１０】
ここで、超音波信号が送信されない期間、すなわちエコー信号の受信期間は、ＰチャンネルＦＥＴ８３がオフ状態であるが、ＮチャンネルＦＥＴ８３、８４が共にオン状態になっており、トランス８２の一次側の両端が接地に短絡されているので、超音波センサ８１のキャパシタンスに溜まっていた静電エネルギーや超音波センサ８１の周辺の振動による電気エネルギーが共振動作を繰り返すことなく速やかに消滅する。これにより、超音波信号の停止後に残響が生じなくなり、エコー信号が正しく検出される。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１７７２７６号公報（図１、図５〜図７、図１３、図１４）
【特許文献２】特開２００４−３６１１７７号公報（図１、図２、図４）
【特許文献３】特開２００４−１５０８１５号公報（要約、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図８〜図１３に示す方式を採用することにより、上記の高周波ノイズが発生するという問題は解決される。しかしながら、図８、図９に示す方式では、４つのＦＥＴ６５〜６８が必要であるため、部品コストが嵩む。
【００１３】
図１０、図１１に示す方式では、２つのＦＥＴ７３、７４が使われるだけであるので、部品コストは安くなる。ところで、漁場や漁期に合わせて、最適な周波数の超音波信号を用いて魚群などを探知するために、振動子３の取り付けられた送受波器が交換されることがある。しかしながら、ドライバ回路７０（図１０）では、ある程度の帯域幅はあるもののフィルタ回路によって超音波信号の送信周波数が固定されるため、送受波器を交換するときにはドライバ回路７０も交換しなければならず、交換作業が面倒であるという問題がある。
【００１４】
さらに、水中探知装置では、探知距離などに応じて超音波信号の振幅を変更することがある。しかしながら、図１２、図１３に示す方式では、超音波信号の振幅は電圧Ｖｂによって決まるため、超音波信号の振幅を変えるためには可変直流電源を用いる必要があり、そうすると装置コストがアップしてしまう。また、一般的な可変直流電源の出力応答特性を考えると、数十ｋＨｚの超音波信号に対して上述のエンベロープ制御を行うことは難しいと考えられる。つまり、図１２、図１３に示す方式は、水中探知装置で利用する方式としては実用性に欠ける。
【００１５】
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、比較的少ない個数のスイッチング素子を用いて、超音波信号の振幅を容易に制御することのできる超音波送信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の発明は、送受波器の振動子から水中に超音波信号を送信する超音波送信装置であって、一次巻線と両端に振動子が接続された二次巻線とを有するトランスと、一次巻線の中間端子と電圧供給線との間に接続された第１のスイッチング素子と、一次巻線の一端と接地との間に接続された第２のスイッチング素子と、一次巻線の他端と接地との間に接続された第３のスイッチング素子と、第１から第３のスイッチング素子をオン／オフさせる制御手段と、を備える。制御手段は、振動子の共振周期の半周期ごとに、第１のスイッチング素子を所定期間だけオンさせると共に第２および第３のスイッチング素子を当該所定期間だけ交互にオンさせ、且つ、第１のスイッチング素子がオフである期間は、第２および第３のスイッチング素子を共にオンさせる。しかも、振動子の共振周期の半周期に対する上記所定期間の比率によって超音波信号の振幅が決められる。
ここで、上記の制御手段は、実施形態に示す送信波形生成部とＩ／Ｆ回路とに相当するものである。
【００１７】
このようにすることで、共振周期の半周期ごとに正電圧と負電圧とが交互に振動子の両端に上記所定期間だけ印加される。これにより、振動子が共振周波数で振動し、正弦波状の超音波信号が振動子から送信される。上記の振動子に印加される駆動信号は、例えば実施形態に示すＰＤＭ信号やＰＷＭ信号などである。ここで、振動子の共振周期の半周期に対する上記所定期間の比率によって超音波信号の振幅が決められるようになっているので、上記所定期間の比率を変更するだけで、すなわち可変直流電源を用いなくても、超音波信号の振幅を変えることができる。ひいては、後述するウエイト制御やエンベロープ制御も容易に行うことができる。また、第１のスイッチング素子がオンのときは第２または第３のスイッチング素子の一方がオンになり、第１のスイッチング素子がオフのときは第２および第３のスイッチング素子が共にオンになるようになっており、振動子からトランス側、すなわちトランスと３つのスイッチング素子で構成されるドライバ回路側を見たインピーダンスが大きくなることがないので、上述の高周波ノイズが発生することがない。さらに、ドライバ回路にはコンデンサやコイルなどからなるフィルタ回路が存在しないので、すなわちドライバ回路に周波数依存性がないので、ドライバ回路で異なる共振周波数を持つ振動子を駆動することができる。これにより、送受波器を交換するだけで、漁場や漁期に合わせて、最適な周波数の超音波信号を用いて魚群などを探知することが可能となる。さらに、４つのＦＥＴ（スイッチング素子）を必要とする、図８に示すドライバ回路と同等な機能のドライバ回路が、３つのスイッチング素子によって実現されるので、超音波送信装置の部品コストを下げることができる。
【００１８】
第１の発明においては、送受波器は複数の振動子を備え、制御手段は、予め求められた第１の値に基づいて振動子ごとに上記所定期間のタイミングを変えると共に、予め求められた第２の値に基づいて振動子ごとに上記所定期間の比率を変える。ここで、第１の値は実施形態に示す送信タイミング調整量に相当するものであり、第２の値は実施形態に示すウエイト値に相当するものである。このようにして超音波信号の遅延制御およびウエイト制御が行われることで、指向特性が制御された所定の方位への送信ビームが形成される。これにより、本発明に係る超音波送信装置をスキャニングソナーなどの超音波送信装置として使用することが可能となる。なお、上記の第２の値を各振動子で同じ値にして、ウエイト制御を行わないようにしてもよい。
【００１９】
また、第１の発明においては、制御手段は、送信の開始時から上記所定期間の比率を徐々に大きくし、さらに上記所定期間の比率を徐々に小さくして送信を停止する。このようにすることで、実施形態に示すエンベロープ制御が行われ、超音波信号の送信開始時と停止時に発生する高調波成分が抑制される。これにより、超音波信号の高調波成分が他舶の水中探知装置に与える悪影響が低減される。
【００２０】
第２の発明では、送受波器の振動子から水中に超音波信号を送信し、振動子で受信した受信信号に基づいて探知した水中情報を表示部に表示する水中探知装置において、超音波信号は、請求項１から３のいずれかに記載の超音波送信装置によって送信される。このようにすることで、本発明に係る水中探知装置においても第１の発明と同様な作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、可変直流電源を用いなくても超音波信号の振幅を制御することができ、ひいては超音波信号のウエイト制御やエンベロープ制御も容易に行うことができる。さらに、超音波送信装置のコストダウンを実現することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、水中探知装置の１つであるスキャニングソナーの構成を示すブロック図である。スキャニングソナー１では、多数の振動子３から送信される超音波の送信タイミングを振動子３ごとに制御することにより、送受波器２の周囲に傘状や扇状の超音波の送信ビームが形成される。そして、送信ビームの領域内をペンシル状の受信ビームで走査することにより、超音波が魚群などで反射したエコー信号が検出され、検出された信号に基づいて魚群などの画像が表示部１５に表示される。実際には、送受波器２に多数の振動子３が設けられているが、ここでは２つの振動子３のチャンネルだけを図示する。
【００２３】
図１において、４は振動子３を駆動する駆動信号と、振動子３で受信される受信信号とを切り換える送受信切換回路、５は振動子３の駆動信号を出力するドライバ回路、６は送信波形生成部７から出力される送信波形データをドライバ回路５の入力信号に変換するＩ／Ｆ回路、８は上記の受信信号を増幅するアンプ、９は受信信号から不要周波数成分を除去するＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、１０は受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１１はＡ／Ｄ変換器１０から出力されるデジタル信号（受信データ）を記憶するバッファメモリ、１２はバッファメモリ１１に記憶された受信データから方位ごとの受信ビームデータを生成して出力するビーム形成部、１３は受信ビームデータの信号強度を求める検波部、１４は検波部の出力信号に基づいて魚群などの画像を表示部１５に表示させる表示制御部である。
【００２４】
次に、送信系、すなわち送信波形生成部７、Ｉ／Ｆ回路６およびドライバ回路５の構成および動作について説明する。図２は送信系の各部の信号波形を示す。図中のＴは振動子３の共振周期（共振周波数ｆの逆数）である。送信波形生成部７は、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）やメモリなどから構成され、（０，１）の２値データである送信波形データを予めチャンネルごとに生成してメモリに保存する。さらに、バースト信号（複数周期の超音波信号）を振動子３から送信するときに、メモリに保存されている各チャンネルの送信波形データをクロック信号に同期させて出力する（図２（ａ）、（ｂ））。Ｉ／Ｆ回路６は、送信波形データをクロック信号で取り込み、取り込んだ信号に基づいてドライバ回路５の入力信号ＩＮ１〜ＩＮ３（図２（ｃ）〜（ｅ））を生成して出力する。
【００２５】
入力信号ＩＮ１は、初期状態ではローであり、送信波形データの２ｎ＋１（ｎ＝０，１，２，・・・）番目の「１」でハイになり、２ｎ＋２番目の「１」でローに戻る。入力信号ＩＮ２は、初期状態ではハイであり、送信波形データの４ｎ＋１番目の「１」でローになり、４ｎ＋２番目の「１」でハイに戻る。入力信号ＩＮ３は、初期状態ではハイであり、送信波形データの４ｎ＋３番目の「１」でローになり、４ｎ＋４番目の「１」でハイに戻る。入力信号ＩＮ１〜ＩＮ３がドライバ回路５に入力されると、ドライバ回路５の出力信号である駆動信号（図２（ｆ））が振動子３の両端に印加される。その結果、振動子３から正弦波状の超音波信号（図２（ｇ））が出力（送信）される。図２では、１周期分の送信波形データが１２ビットで表されているが、後述する超音波信号の振幅制御や遅延制御などを所定の精度で行えるように、実際の送信波形データは十分な長さのビット列で構成される。
【００２６】
図３はドライバ回路の構成を示す。ドライバ回路５において、３は振動子、２１〜２３はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＦＥＴと表す）、２４は入力信号ＩＮ１を所定の信号レベルのゲート入力信号に変換するレベルシフト回路、２５は中間端子２５ｃを有する一次巻線２５ａと二次巻線２５ｂとからなるトランスである。ＦＥＴ２１のドレインには電圧Ｖｂが供給され、ソースは中間端子２５ｃに接続されている。ＦＥＴ２２のドレインは一次巻線２５ａの一端に接続され、ソースは接地されている。ＦＥＴ２３のドレインは一次巻線２５ａの他端に接続され、ソースは接地されている。ＦＥＴ２１〜２３は、ゲート入力信号がハイのときオン状態（導通状態）になり、ローのときオフ状態（遮断状態）になる。なお、図示されていないが、ＦＥＴ２１のドレインと電圧Ｖｂの供給線との間あるいはＦＥＴ２１のソースと中間端子２５ｃとの間などに短絡保護用の抵抗を介在させるのが望ましい。
【００２７】
入力信号ＩＮ１〜ＩＮ３（図２（ｃ）〜（ｅ））がドライバ回路５に入力されると、トランス２５で昇圧された共振周波数ｆの駆動信号（図２（ｆ））が振動子３の両端に印加される。具体的には、入力信号ＩＮ１およびＩＮ３がハイの期間は、ＦＥＴ２１、２３がオン状態になり、駆動信号が正電圧となる。入力信号ＩＮ１およびＩＮ２がハイの期間は、ＦＥＴ２１、２２がオン状態になり、駆動信号が負電圧となる。入力信号ＩＮ２およびＩＮ３がハイの期間は、ＦＥＴ２２、２３がオン状態になり、駆動信号が０Ｖとなる。このように共振周期Ｔの半周期ごとに正電圧と負電圧とが交互に所定期間だけ振動子３に印加されることにより、振動子３が共振周波数ｆで振動（伸縮）し、正弦波状の超音波信号（図２（ｇ））が振動子３から出力される。
【００２８】
次に、超音波信号の振幅制御について説明する。上記の駆動信号はＰＤＭ信号であり、振動子３から出力される超音波信号の振幅は駆動信号の正電圧部（あるいは負電圧部）の幅Ｗ（図２（ｆ））に比例する。すなわち、共振周期Ｔの半周期に対する駆動信号の正電圧部（あるいは負電圧部）の期間（上記の所定期間）の比率を変えることにより、超音波信号の振幅を変えることができる。ここで、正電圧部（あるいは負電圧部）の幅Ｗは、送信波形データ（図２（ｂ））の２ｎ＋１番目の「１」と２ｎ＋２番目の「１」との間の「０」の個数によって定まる。所望の振幅の超音波信号を振動子３から出力させるための送信波形データは、振動子３の特性や一次巻線２５ａと二次巻線２５ｂとの巻線比などが考慮されて、送信波形生成部７で生成される。超音波信号の振幅は上記の比率に完全に正比例するわけではないが、正比例すると仮定すると、例えば、上記の「０」の個数が２ｍであるときの超音波信号の振幅は、上記の「０」の個数がｍであるときの超音波信号の振幅の｛（２ｍ＋１）／（ｍ＋１）｝倍となる。
【００２９】
以上述べたように、本実施形態では、送信波形データを変更するだけで、すなわち可変直流電源を用いなくても、超音波信号の振幅を変えることができる。この振幅制御によって、後述するウエイト制御やエンベロープ制御も容易に行うことができる。また、ＦＥＴ２１がオンのときはＦＥＴ２２、２３の一方がオンであり、ＦＥＴ２１がオフのときはＦＥＴ２２、２３が共にオンであり、振動子３からドライバ回路５側を見たインピーダンスが大きくなることがないので、上述の高周波ノイズが発生しない。さらに、ドライバ回路５にはコンデンサやコイルなどからなるフィルタ回路が存在しないので、すなわちドライバ回路５に周波数依存性がないので、上記の共振周波数ｆとは異なる共振周波数を持つ振動子をドライバ回路５で駆動することができる。さらに、４つのＦＥＴ６５〜６８を必要とするドライバ回路６０（図８）と同等な機能のドライバ回路５が、３つのＦＥＴ２１〜２３によって実現されるので、スキャニングソナー１の部品コストを下げることができる。さらに、トランス２５の一次側がプッシュプル回路で構成されているので、振動子３の両端に正負均一な振幅の駆動信号が印加される。
【００３０】
次に、超音波信号の遅延制御（位相制御）について説明する。従来から、所定の方位を向く送信ビームの形成は、振動子３から出力される超音波信号の遅延時間をチャンネルごとに制御することにより行われている。本実施形態では、送受波器２における各振動子３の位置や送信ビームの方位など応じて、送信波形データ（図２（ｂ））の先頭部の「０・・・０」の「０」の個数を増減することにより遅延制御が行われる。例えば、上記の「０」が１０個であるチャンネルの超音波信号は、「０」が９個であるチャンネルの超音波信号よりもクロック信号の１周期分だけ遅延した信号となる。したがって、上記の［０］の個数が超音波信号の送信タイミング調整量であるといえる。
【００３１】
次に、超音波信号のウエイト制御について説明する。従来から、ウエイト制御は、振動子３から出力される超音波信号の振幅の大きさを送受波器２における振動子３の位置に応じて個々に変えることにより行われており、ウエイト制御によって送信ビームの指向特性が制御される。本実施形態では、ウエイト制御は、送受波器２における振動子３の位置に応じて、振動子３ごとに上述の振幅制御を行うことによって実現される。例えば、ある振動子３の駆動信号に対しては、共振周期Ｔの半周期に対する駆動信号の正電圧部（あるいは負電圧部）の期間の比率を１．０とし、別の振動子３の駆動信号に対しては、上記の比率を０．６とすることにより、ウエイト制御が行われる。上記の１．０や０．６がいわゆるウエイト値である。
【００３２】
次に、上記の特許文献１に示される超音波信号（バースト波）のエンベローブ制御について説明する。本実施形態では、バースト波の開始位置から超音波信号の振幅が徐々に大きくなるように上述の振幅制御が行われ、バースト波の終了前から超音波信号の振幅が徐々に小さくなるように振幅制御が行われることにより、エンベロープ制御が行われる。このエンベロープ制御を行うために、駆動信号の正電圧部および負電圧部の幅Ｗ（図２（ｆ））を徐々に大きくし、且つ徐々に小さくする送信波形データが、送信波形生成部７で予め生成されて出力される。
【００３３】
図４に、エンベロープ制御などが行われた超音波信号の波形を示す。（ａ）はウエイト制御もエンベロープ制御も行われていない超音波信号の波形を示す。（ｂ）は（ａ）の超音波信号に対してエンベロープ制御が行われたときの波形を示す。（ｃ）は（ａ）の超音波信号に対してウエイト値が０．６のウエイト制御が行われたときの波形を示す。（ｄ）は（ｃ）の超音波信号に対してエンベロープ制御が行われたときの波形を示す。図中の破線はエンベロープを示す。
【００３４】
次に、アンプ８などから構成される受信系について説明する。受信系は従来からのものと同様であるので、簡単に説明する。上述の遅延制御（位相制御）されたバースト波が複数の振動子３から出力されることにより、送信ビームが送受波器２の周囲に形成される。その結果、魚群などで反射したエコー信号が振動子３で受信される。この受信信号は、送受信切替回路４を介してアンプ８で増幅され、ＢＰＦ９で受信信号からノイズなどの不要周波数成分が除去された後、Ａ／Ｄ変換器１０でデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１０での受信信号のサンプリングは、ある位相と当該位相とπ／２だけ異なる位相とで繰り返し行われる。そして、一方の位相でのデジタル信号を実部とし、他方の位相でのデジタル信号を虚部とする複素形式の受信データが順次バッファメモリ１１に格納される。
【００３５】
ビーム形成部１２は、バッファメモリ１１に格納された各チャンネルの受信データの位相補正を行い、さらに位相補正された受信データを加算することにより、各方位の受信ビームデータを順番に生成して出力する。位相補正は複素形式の受信データにｅｊθ（θは位相補正量）を乗算することにより行われる。この位相補正量θは、送受波器２における振動子３の位置や受信ビームの方位に基づいて予め算出されている。検波部１３は、受信ビームデータの実部の２乗と虚部の２乗との和の平方根を求め、これを信号強度として出力する。表示制御部１４は、受信ビームデータの検出時間および受信ビームデータの方位情報によって定められる、表示部１５の画面上の該当位置に、上記の信号強度の大小に応じた色彩で魚群などの画像を表示する。
【００３６】
以上述べた実施形態においては、振動子３の駆動信号がＰＤＭ信号である場合について説明したが、他の方式の信号、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号などを駆動信号とすることもできる。図５に示すように、振動子３の駆動に用いられると仮定した正弦波信号の振幅が比較信号である鋸波の振幅よりも大きい期間で、ＰＷＭ信号は、正弦波信号の正負に応じて、正パルスあるいは負パルスとなる。図中のＴは振動子３の共振周期である。ＰＷＭ信号の半周期（Ｔ／２）内の正パルス（あるいは負パルス）の幅の総計は、上記の正弦波信号の振幅と比例関係にあり、図２（ｆ）の駆動振動の正電圧部（あるいは負電圧部）の幅Ｗに相当する。ＰＷＭ信号が振動子３の駆動信号として用いられる場合、送信波形生成部７において、図５に示す正弦波信号と鋸波とがソフトウエア的に生成されて両者の大小比較が行われ、比較結果に基づいてＰＷＭ信号用の送信波形データが生成される。さらに、当該送信波形データに基づいて、Ｉ／Ｆ回路６が入力信号（図２（ｃ）〜（ｅ）のＩＮ１〜ＩＮ３に相当するもの）を生成して出力する。当該入力信号がドライバ回路５に入力されると、ドライバ回路５からＰＷＭ信号が駆動信号として出力される。
【００３７】
また、上記実施形態では、スキャニングソナー１においてウエイト制御などを行う場合について説明したが、ウエイト制御などは本発明の必須事項ではない。つまり、本発明はスキャニングソナー１以外の水中探知装置、例えば魚群探知機やサーチライトソナーなどでも実施することができる。例えば、超音波信号が送受波器から直下の海底に向けて発射される魚群探知機では、一般的にウエイト制御や遅延制御は行われない。また、魚群探知機では超音波信号が海底に向けて発射されるため、当該超音波信号が他船の水中探知装置に与える影響が小さく、エンベロープ制御を行う必要性も低い。なお、サーチライトソナーとは、送受波器を機械的に旋回させることによって面的な探索を行えるようにした水中探知装置である。さらに、上記実施形態では、スイッチング素子として品揃えの豊富なＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ２１〜２３を用いたが、他のスイッチング素子、例えばＰチャンネルＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】スキャニングソナーの構成を示すブロック図である。
【図２】送信系の各部の信号波形を示す図である。
【図３】ドライバ回路の構成を示す図である。
【図４】エンベロープ制御などが行われた超音波信号の波形を示す図である。
【図５】ＰＷＭ信号を示す図である。
【図６】従来の振動子のドライバ回路を示す図である。
【図７】図６のドライバ回路の入出力信号等を示す図である。
【図８】従来の他の振動子のドライバ回路を示す図である。
【図９】図８のドライバ回路の入出力信号等を示す図である。
【図１０】従来の他の振動子のドライバ回路を示す図である。
【図１１】図１０のドライバ回路の入出力信号等を示す図である。
【図１２】従来の超音波センサのドライバ回路を示す図である。
【図１３】図１２のドライバ回路の入出力信号等を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    スキャニングソナー
２    送受波器
３    振動子
５    ドライバ回路
６    Ｉ／Ｆ回路
７    送信波形生成部
２１〜２３  ＦＥＴ（スイッチング素子）
２５  トランス
【図１】
2007255990.tif 000003
【図２】
2007255990.tif 000004
【図３】
2007255990.tif 000005
【図４】
2007255990.tif 000006
【図５】
2007255990.tif 000007
【図６】
2007255990.tif 000008
【図７】
2007255990.tif 000009
【図８】
2007255990.tif 000010
【図９】
2007255990.tif 000011
【図１０】
2007255990.tif 000012
【図１１】
2007255990.tif 000013
【図１２】
2007255990.tif 000014
【図１３】
2007255990.tif 000015