(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記微少修正の対象となる素子を自動選択し、更に、上記変化動向に応じ上記荷重／移相量分布のなかから修正を施すべき部分領域を特定し、特定した部分領域に関連する一般に複数の素子の中から乱数的に、上記微少修正の対象となる素子を選択決定することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項２】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記第２のステップにて上記誤差の評価に用いる評価関数を自動切替し、上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記微少修正の対象となる素子を自動選択し、更に、上記変化動向に応じ上記荷重／移相量分布のなかから修正を施すべき部分領域を特定し、特定した部分領域に関連する一般に複数の素子の中から乱数的に、上記微少修正の対象となる素子を選択決定することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項３】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記指向性パターンのうち上記微少修正に係る部分を自動選択し、上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記微少修正の対象となる素子を自動選択し、更に、上記変化動向に応じ上記荷重／移相量分布のなかから修正を施すべき部分領域を特定し、特定した部分領域に関連する一般に複数の素子の中から乱数的に、上記微少修正の対象となる素子を選択決定することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項４】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記第２のステップにて上記誤差の評価に用いる評価関数を自動切替し、更に、上記シミュレーションの際に算出される誤差の最大値又は平均値を求め、求めた最大値又は平均値を過去所定期間に亘り比較することにより、上記変動傾向を導出することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項５】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記指向性パターンのうち上記微少修正に係る部分を自動選択し、更に、上記シミュレーションの際に算出される誤差の最大値又は平均値を求め、求めた最大値又は平均値を過去所定期間に亘り比較することにより、上記変動傾向を導出することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項６】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記微少修正の対象となる素子を自動選択し、更に、上記シミュレーションの際に算出される誤差の最大値又は平均値を求め、求めた最大値又は平均値を過去所定期間に亘り比較することにより、上記変動傾向を導出することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項７】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記第２のステップにて上記誤差の評価に用いる評価関数を自動切替し、更に、上記誤差の変化率を算出することによって、上記変化動向を導出することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項８】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記指向性パターンのうち上記微少修正に係る部分を自動選択し、更に、上記誤差の変化率を算出することによって、上記変化動向を導出することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項９】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記微少修正の対象となる素子を自動選択し、更に、上記誤差の変化率を算出することによって、上記変化動向を導出することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９記載の指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記微少修正の量を自動変化させることを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項１１】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記微少修正の量を自動変化させ、上記誤差が上記微少修正に伴い減少したときには当該微少修正の量を増加させ、増加したときには減少させ、上記微少修正に伴い上記誤差が減少したときであっても前所定回数内の微少修正の際に上記誤差が増加している場合には上記微少修正の量をそれまで通りに維持し、更に、上記微少修正に伴い上記誤差が増加したときであっても前所定回数内の微少修正の際に上記誤差が減少している場合には上記微少修正の量をそれまで通りに維持することを特徴とする指向性合成処理方法。
【請求項１２】
初期設定された又は前回のシミュレーションにて得られた第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる第２の荷重／移相量分布に関し、当該第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する第１のステップと、上記第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差の方が上記第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいときには当該第２の荷重／移相量分布を、そうでないときには上記第１の荷重／移相量分布を、第１の荷重／移相量分布に設定する第２のステップと、上記第１の荷重／移相量分布に基づき上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときにはその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力し、そうでない場合には上記誤差を記憶して再度上記シミュレーションを実行させる第３のステップと、を有する指向性合成処理方法において、
上記シミュレーションの繰返し実行に伴い上記誤差に現れた変動傾向に応じ、上記微少修正の量を自動変化させ、更に、上記シミュレーションにて得られた指向性パターンが上記仕様を満たすに至っていないときであっても、上記微少修正の量が所定値を下回るに至ったときには、上記シミュレーションの再度の実行を回避しその時点での上記第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力することを特徴とする指向性合成処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子アレイ、アレイアンテナ等の素子アレイにおける荷重／移相量分布を、所望の指向性パターン（仕様）に合致するよう決定する指向性合成処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】
超音波振動子アレイは、概略、図５に示すように複数の振動子１０を空間的に分散配置し、各振動子１０を結合／分配部１２により接続した構成を有している。このアレイから超音波信号を送信する際には、図示しない送信機から結合／分配部１２に電気信号を入力する。結合／分配部１２は、この信号を各振動子１０毎に与えられている重み（荷重）に従い各振動子１０に分配し、さらに各振動子１０毎に与えられている移相量に従い移相させる。各振動子１０は、供給される電気信号を超音波信号に変換する。逆に、このアレイにて超音波信号を受信する際には、受信した超音波信号を各振動子１０にて電気信号に変換し、結合／分配部１２に供給する。結合／分配部１２は、この信号を上述の移相量に従い移相させ、更に上述の荷重に従い結合（加重加算）して図示しない受信機に供給する。なお、ここでは移相機能を結合／分配部１２の一部機能としているが、これは記載の簡略化のためである。
【０００３】
各振動子１０はそれぞれその構造等により定まる固有の指向性を有しているから、振動子１０の空間的配置を与えた上で、各振動子１０に係る荷重／移相量即ち超音波振動子アレイにおける荷重／移相量分布を定めることにより、超音波振動子アレイの指向性パターンを定めることができる。従って、各振動子１０の単体での指向性、各振動子１０の空間的配置、実現すべき指向性パターン（仕様）、及び荷重／移相量分布の初期値に基づき荷重／移相量分布を決定する、という作業によって、仕様を満たす指向性パターンを有する超音波振動子アレイを設計できる。また、複数のアンテナ素子を空間的に分散配置し結合／分配器にて結合した構成を有するアレイアンテナに関し、例えば「線形計画法による導波管スロットアレイアンテナの指向性合成」（原他、電子通信学会論文誌８３年７月、Ｖｏｌ．Ｊ６６−Ｂ、Ｎｏ．７）等に開示されているように、線形計画法を用いてその設計を行う手法が知られている。この手法は、計算機によるシミュレーションで実施できるため、超音波振動子アレイ、アレイアンテナ等の装置（本願では「素子アレイ」と総称する）を設計する作業を自動化するのに役立っている。
【０００４】
しかしながら、この手法には、全般的に自由度が欠ける、という問題点があった。まず、上述の手法で設計対象とすることができるのは、素子（超音波振動子、アンテナ素子等）の形状、配置、単体での指向性がいずれも所定の条件を満たす素子アレイに限られている。更に、与えることができる仕様（設計できる指向性パターン）にも制限があり、設計作業者が思いのままの仕様を与えることができない。更に、荷重／移相量分布が解に収束したことを検出するための条件（収束判定条件）を厳密に設定しなければならず、収束判定条件を変更する上で困難性がある。また、シミュレーションの過程に、適宜、処理に関する制約条件を挿入することも、困難である。加えて、荷重／移相量分布等の初期設定内容によって解が変化してしまうことがあるし、最適解ではなく局所解に到達してしまうこともある。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の目的の一つは、素子の形状・配置・単体での指向性、設計できる指向性、収束判定条件、制約条件等の面で制約が緩く又は自由度が高い手法を提供することにある。本発明の目的の一つは、厳密な初期設定が不要で使い勝手がよく、最適解に到達しやすい手法を提供することにある。
【０００６】
本発明に係る指向性合成処理方法においては、指向性パターンに関するシミュレーションを実行する第１のステップ、微少修正の可否を判別し微少修正を実行する第２のステップ、及びシミュレーションの繰返し実行を終了するか否かの判定を行う第３のステップを、前提としている。
【０００７】
これらのステップのうち、第１のステップにおいては、第２の荷重／移相量分布に基づき素子アレイの指向性パターン及び所定の仕様に対するその誤差を算出するシミュレーションを実行する。ここでいう第２の荷重／移相量分布とは、第１の荷重／移相量分布に微少修正を施すことで得られる荷重／移相量分布であり、第１の荷重／移相量分布とは、初期設定された荷重／移相量分布又は前回のシミュレーションの結果として得られた荷重／移相量分布である。
【０００８】
第２のステップでは、第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差が第１の荷重／移相量分布に基づき算出済の誤差より小さいとき、即ち微少修正を施した後の荷重／移相量分布（第２の荷重／移相量分布）を用いたほうが誤差が小さくなることが判明したときには、それまでの第２の荷重／移相量分布を新たな第１の荷重／移相量分布として用いることにする。逆に、第２の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差が第１の荷重／移相量分布に基づき算出した誤差より大きいとき、即ち微少修正を施した後の荷重／移相量分布を用いると誤差が却って大きくなることが判明したときには、それまでの第１の荷重／移相量分布をそのまま第１の荷重／移相量分布として用い続ける。また、微少修正の対象となる素子を選択決定するに際しては、まず、誤差の変化動向に応じ荷重／移相量分布のなかから修正を施すべき部分領域を特定し、特定した部分領域に関連する一般に複数の素子の中から乱数的に、微少修正の対象となる素子を選択決定する。このように、乱数による処理を素子の決定に際して採用しているため、局所解に到達する確率が減り、最適解に到達しやすくなる。
【０００９】
更に、第３のステップでは、第１の荷重／移相量分布に基づきシミュレーションにて得られた指向性パターンが所定の仕様を満たすときに、その時点での第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力する。逆に、仕様を満たしていないときには、上記誤差を記憶して再度シミュレーションを実行させる。従って、第１のステップにおけるシミュレーションは、（原則として）仕様を満たす指向性パターンが得られるまで繰返し実行され、そのような指向性パターンが得られたときに、当該指向性パターンに係る荷重／移相量分布が出力されることになる。
【００１０】
本発明の特徴の一つは、シミュレーションの繰返し実行に伴い指向性パターンの算出結果に現れる仕様に対する誤差、特にその変動傾向に基づき、シミュレーションに関連する各種の処理を実行していることである。例えば、シミュレーションの繰返し実行に伴い誤差に現れた変動傾向に応じ、第２のステップにて誤差の評価に用いる評価関数を自動切替することや、指向性パターンのうち微小修正の対象となる部分を自動選択することや、微少修正の対象となる素子を自動選択することや、微少修正の量を自動変化させることによって、誤差の変動傾向に関する情報をシミュレーションに反映させることができる。その結果、解に迅速に収束する方向でシミュレーションが繰り返されることになるため、荷重／移相量分布等を厳密に初期設定する必要がなくなり、設計できる指向性や収束判定条件設定の自由度が高まる。
【００１１】
また、シミュレーションの繰返し実行に伴い誤差に現れる変動傾向は、シミュレーション実行時に算出している誤差を保存及び処理することにより導出できる。具体的には、シミュレーションの際に算出される誤差からの最大値又は平均値を求め過去所定期間に亘り比較することにより、誤差の変動傾向を求める。または、記憶している誤差に基づき例えば誤差の変化率の形態で導出する。好ましくは、この変化率を、算出の基礎となる回数を変えて複数通り算出し、その結果を総合することによって、変化動向を検出する。このように、変化動向及び現状況の導出の基礎となる情報は、素子の形状・配置・単体での指向性等に直接には依存しないため、これらの設定の面での制約が緩くなる。
【００１３】
更に、誤差が微少修正に伴い減少したときには微少修正の量を増加させ、増加したときには減少させることによって、解への収束を更に迅速化できる。特に、微少修正に伴い誤差が減少したときであっても前所定回数内の微少修正の際に誤差が増加している場合には微少修正の量をそれまで通りに維持し、微少修正に伴い誤差が増加したときであっても前所定回数内の微少修正の際に誤差が減少している場合には微少修正の量をそれまで通りに維持するようにすれば、誤差の変動傾向をより強く微少傾向の量に反映させることができ、解への収束を更に迅速化できる。また、微少修正の量を利用した終了条件を付加することもできる。具体的には、シミュレーションにて得られた指向性パターンが仕様を満たすに至っていないときであっても、微少修正の量が所定値を下回るに至ったときには、シミュレーションの再度の実行を回避しその時点での第１の荷重／移相量分布を合成結果として出力するようにすればよい。
【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。
【００１５】
まず、本発明の一実施形態に係る方法は、図１に示すように素子単体指向性計算部１４及び指向性合成処理部１６を備えるコンピュータ等を用いて実現することができる。素子単体指向性計算部１４は、各素子の形状や構造を示す素子形状データ、例えば素子形状・構造の種類と対応付けられている識別符号（ＩＤ）が設計作業者から与えられると、このデータに従い、素子単体での指向性を示す素子単体指向性データを発生させる。素子単体指向性データは、三次元空間内での指向性を表現できるよう角度情報及び利得情報から構成されており、指向性合成処理部１６に供給される。
【００１６】
指向性合成処理部１６には、更に、設計作業者から、三次元空間内での各素子の位置・相対的位置関係を示す素子配列データ、実現すべき指向性パターンに関する仕様を与える指向性パターンデータ、及びシミュレーションの繰返しのため初期的に与える荷重／移相量分布である荷重／移相量初期値データが、入力される。指向性合成処理部１６は、図２に示すように、これら素子単体指向性データ、素子配列データ、指向性パターンデータ及び荷重／移相量初期値データを入力し（１００）、所定の終了条件が成立するまでシミュレーションを繰返し実行し（１２４，１２６）、その結果得られた荷重／移相量初期値データを設計の結果として出力する。
【００１７】
図２においては、荷重／移相量分布に微少変更を施し、その荷重／移相量分布と素子単体指向性データ及び素子配列データとに基づき、素子アレイの指向性パターン及びこの指向性パターンが上述の仕様に対して有している誤差を算出するというシミュレーションを（１１４）、繰返し実行している。ここで算出されている誤差は、今回の微少修正を採用するか否かを判定するために使用される（１１６）。即ち、ステップ１１６では、微少変更前の荷重／移相量分布に基づき算出された指向性パターンの誤差と、微少変更後の荷重／移相量分布に基づき算出された指向性パターンの誤差とを比較する。前者よりも後者の方が小さければ、微少変更の採用によって仕様に対する誤差を低減できるため、次にステップ１１４を実行する際に“微少変更前の荷重／移相量分布”として用いるべく、微少変更を採用する（１１８）。そうでなければ微少変更は採用せず、今回“微少変更前の荷重／移相量分布”として用いた荷重／移相量分布を引き続き“微少変更前の荷重／移相量分布”として用いることとする。
【００１８】
ステップ１１４で算出した誤差は記憶しておき、次回ステップ１１４を実行する際に“微少変更前の荷重／移相量分布に基づき算出された指向性パターンの誤差”として用いる。更に、ステップ１１４及び１１６を実行するには、上記微少修正に際しどの素子の荷重・移相量を修正するのか、微少修正の量をどの程度とするのか、どのような手法で誤差を評価するのか、等を予め与えておかねばならない。本実施形態では、指向性パターンの算出結果に現れている誤差がシミュレーションの繰返しに伴いどのように変化しているのかを示す情報を、記憶している誤差に基づき導出し、その結果に基づき、微少修正の対象等をシミュレーションの繰返しの経過で適宜変更設定している。
【００１９】
まず、微少修正の対象となる素子を決定する際には、指向性合成処理部１６は、荷重に関し規格化を施した上で（１０２）、過去の誤差変化率を３通り計算する（１０４）。即ち、ステップ１１４に係るシミュレーションを繰り返したことに伴い誤差が長期的、中期的及び短期的にみてどの程度変化しているかを、記憶している誤差に基づいて算出する。指向性合成処理部１６は、ステップ１０４にて算出した誤差変化率に基づいて、ステップ１１６にて算出された指向性パターンのどの部分を微少修正に供すればよいかを判別決定し（１０６）、更にその部分に関連する１個又は複数個の素子の中から１個又は複数個の素子を自動的かつ乱数的に選び、その素子に係る荷重／移相量を微少修正の対象とする（１０８）。また、指向性合成処理部１６は、指向性パターンのどの部分を微少修正に供することとしたか又はどの素子を微少修正に供することとしたかを示す情報を、後にステップ１０６及び１０８を実行する際使用すべく、記憶する。即ち、これまでに指向性パターン中の微少修正に供しようとした箇所や微少修正に係る素子と、計算した誤差変化率とを照合することで、今回微少修正に供すべき箇所や素子を決定する。更に、局所解への収束を避けるべく、指向性合成処理部１６は、素子を選択するに際して上述のように乱数を用いている。
【００２０】
指向性合成処理部１６は、次に、記憶している過去の誤差から、各回のシミュレーションについての誤差の最大値及び平均値を算出し（１１０）、最近所定回数分のシミュレーションにおいてこれら最大値及び平均値がどのように変化しているかに応じ、最大値関数及び平均値関数のなかから一つを選んで、ステップ１０６で選択された部分の誤差を評価するための評価関数とする（１１２）。ここで選択した評価関数は、ステップ１１６にて誤差の大小を評価するために使用する関数である。従って、本実施形態では、微少修正の対象たる素子のみならず、誤差の評価にも、過去における誤差の変化動向が反映されることとなる。
【００２１】
更に、ステップ１１６及び１１８に続いて実行されるステップ１２０では、指向性合成処理部１６は、ステップ１１８の実行履歴に基づき、荷重／移相量分布の修正量を変更する。即ち、最近のシミュレーションで所定回数以上連続してステップ１１８が実行されたときには修正量を増加させ、最近のシミュレーションで所定回数以上連続してステップ１１８が実行されなかったときには減少させる。従って、本実施形態では、ステップ１１８の実行履歴を通じ、過去における誤差の変化動向を修正量に反映させることができる。
【００２２】
指向性合成処理部１６は、更に、記憶されている誤差に基づき今回のシミュレーションにおける最大誤差を計算し（１２２）、計算した最大誤差が所定値を下回るときや（１２４）、修正量が所定の微少値εを下回ったときに（１２６）、シミュレーションの繰返しを終了する。なお、図２に示した手順に、四則演算、対数演算、論理演算等を用いた制約条件を加味することもできる。
【００２３】
図３及び図４に、本実施形態に係る方法を用いて設計を行った例を示す。まず、図３に“本方式”として示した指向性パターンは、素子形状データとして波長の１／２に相当する寸法を有する矩形素子を示すデータを、素子配列データとして波長の１／２に相当する間隔にて素子を直線状に２０個配列したことを示すデータを、更に指向性パターンデータとして−９０度〜−１０度方向では−３４ｄＢ以下、０度〜２０度方向では０〜−３ｄＢ、３０度〜７０度方向では−２０〜−２３ｄＢという仕様を示すデータを、それぞれ与えた場合に、シミュレーションの繰返しにより最終的に得られた荷重／移相量分布による指向性パターンである。比較のため破線で示した従来の線形計画法と比較すると、より仕様に近い指向性パターンが得られていることがわかる。また、図４は、「準理想ビーム送受波器の最適設計」（笹倉他、海洋音響学会誌１７巻第２号）の開示に従い各データを与えた例であり、当該論文に記載されている特性に近い特性が得られていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  この実施形態における指向性合成処理部の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】  合成例を示す図である。
【図４】  合成例を示す図である。
【図５】  超音波振動子アレイの概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１４  素子単体指向性計算部、１６  指向性合成処理部。
【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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