(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の放射面が長方形で、前記放射面に表面電極、対向する面に裏面電極を有する超音波振動子を、分極方向を揃えて、長方形の長手方向が列方向になるように平面上のＮ行、Ｍ列（ＮとＭは正の正数）となる行列に、各行には２個以上Ｍ／２個以下の前記超音波振動子が配列され、各列には４個以上Ｎ×２個以下の前記超音波振動子が配列された超音波フェイズドアレイ送受波器であって、超音波振動子は行の間隔が水中音波の波長比で１±０．２５であり、列の間隔が水中音波の波長比で０．５±０．２５であるように行列配列され、表面電極を行毎に結線してＮ本の結線群とし、裏面電極を列毎に結線してＭ本の結線群とし、前記Ｎ本の結線群を上から１＋２Ｋ番目と、２＋２Ｋ番目（Ｋは０以上、Ｎ／２−１以下の整数）の２グループに分けて接続して順に第１の行入出力端子（Ｆ１）、第２の行入出力端子（Ｆ２）とし、前記Ｍ本の結線群を右から１＋４Ｌ番目、２＋４Ｌ番目、３＋４Ｌ番目、４＋４Ｌ番目（Ｌは０以上、Ｍ／４−１以下の整数）の４グループに分けて接続して第１の列入出力端子（Ｒ１）、第２の列入出力端子（Ｒ２）、第３の列入出力端子（Ｒ３）、第４の列入出力端子（Ｒ４）とし、前記第１の行入出力端子と前記第２の行入出力端子を第１の変成器（Ｔ１）の平衡２次回路に接続し、前記第１の列入出力端子と前記第３の列入出力端子を第２の変成器（Ｔ２）の平衡２次回路に接続し、前記第２の列入出力端子と前記第４の列入出力端子を第３の変成器（Ｔ３）の平衡２次回路に接続して成り、前記第１の変成器の1次回路から振動子配列の奇数行の接続、偶数行の接続を成し、前記第２の変成器の１次回路から奇数列の交互接続を成し、前記第３の変成器の１次回路から偶数列の交互接続を成したことを特徴とする超音波フェイズドアレイ送受波器。
【請求項２】
前記第１の変成器（Ｔ１）、前記第２の変成器（Ｔ２）、前記第３の変成器（Ｔ３）の各１次回路にそれぞれ第１の送受波切替回路（ＳＷ１）、第２の送受波切替回路（ＳＷ２）、第３の送受波切替回路（ＳＷ３）を接続し、前記第１の送受波切替回路と、前記第２の送受波切替回路と前記第３の送受波切替回路の２グループに接続を分割して切り替える送波ビーム切替回路と、前記第１の送受波切替回路から出力される受波ビーム信号と、前記第２の送受波切替回路と前記第３の送受波切替回路から出力される受波信号の位相調整と加算、減算を行う受波ビーム合成回路から出力される受波ビーム信号を切り替えて出力する受波ビーム切替回路と、前記受波ビーム切替回路から出力される受信信号を高速フーリエ変換処理する高速フーリエ変換処理回路とからなることを特徴とする請求項１に記載の超音波フェイズドアレイ送受波器。
【請求項３】
前記超音波振動子が前記行列配列されて形成してなる前記平面の中心を通り、前記放射面に対する垂線を含む前記Ｎ行配列に対して垂直な面内に前記垂線と成す角度が等しい２つの主極を有する送波縦ツインビームを生成する電気信号を前記超音波振動子に送信し、受信した受波縦ツインビームを前記受波ビーム切替回路を通り、高速フーリエ変換処理回路により受波上シングルビーム相当の周波数と受波下シングルビーム相当の周波数とに分離し、また、前記超音波振動子が前記行列配列されて形成してなる前記平面の中心を通り、前記対向する面に対する垂線を含む前記Ｍ列配列に対して垂直な面内に前記垂線と成す角度が等しい２つの主極を有する送波横ツインビームを生成する電気信号を前記超音波振動子に送信し、受信した受波横ツインビームを前記受波ビーム合成回路で、受波右シングルビームの受信信号と受波左シングルビームの受信信号とに分離し、前記受波ビーム切替回路を通り、高速フーリエ変換処理回路により受波右シングルビーム相当の周波数と受波左シングルビーム相当の周波数とに分離したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波フェイズドアレイ送受波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中超音波ビームを形成する超音波振動子のフェイズドアレイに関するもので、特に配列接続方法と駆動方式によって小型軽量化する超音波フェイズドアレイ送受波器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水中においては、超音波のドップラー効果を利用する速度計や超音波の伝搬時間を利用して海底の深さを測る測深器が多く使用されている。この種の速度計や測深器に用いられる代表的な送受波器は、ビームの先端が正方形を形成するように４つのビームを放射する直交４ビームと呼ばれるビームを持つ送受波器である。
【０００３】
直交４ビームは平面図上の配置として＋字型と×字型とがあり、俯角は６０°(鉛直線基準のビーム仰角で３０°)が代表的である。
【０００４】
従来の送受波器は、水中音波の波長の１０〜２０倍の直径を有する円盤状の超音波振動子を４個使用し、仰角を予め持たせて送受波器内に配置する構造となっている。
【０００５】
超音波ビームの指向幅は、駆動周波数と超音波振動子の外径で定まるが、ドップラー効果を大きくするための条件から指向幅と駆動周波数が設定され、ついで超音波振動子の外径が定められる。
【０００６】
従って、超音波振動子の外径の決定によって、直交４ビームを形成する超音波ドップラー送受信器の形状寸法は概ね定まる。
【０００７】
また、一つのフェイズドアレイで２ビームを形成する円盤状の超音波ドップラー送受信器は、特許文献１で開示されている。図６は、従来のフェイズドアレイ送受波器の配列図、図７は、従来のフェイズドアレイ送受波器の指向性特性図である。
【０００８】
この開示例は、図６に示すように、横方向に配列された超音波振動子に対して、ＣＯＳ（余弦）曲線上の値をウエイトＷ１〜Ｗ１０としたとき、そのビームパターンは、図７に示すようにグラフの横軸０度（即ち、超音波振動子中心の垂線方向）を中心として左右３０度両方向に超音波ビームの主極が形成される。
【０００９】
また、電気的接続を変更すれば、縦方向に対しても同様に前後３０度両方向に超音波ビームが形成される。
【００１０】
前記構造による送受波器は形状が大きいため、これを小型にすべく、各種試みがされている。例えば、矩形板状の小さな超音波振動子を平面配列し、前記円盤状の超音波振動子１個と同程度の大きさで直交４ビームを放射できる送受波器の提案がされている。
【００１１】
前記矩形板状の小さな超音波振動子を平面配列してなる送受波器は、超音波フェイズドアレイ送受波器と呼ばれ、速度や高度等の算出方法は、前記の従来の送受波器と同じであり、４つのビームの反射信号から速度や高度等が算出できる。このような超音波フェイズドアレイ送受波器は、特許文献２または特許文献３に開示されている。
【００１２】
【特許文献１】特開平４−２３８４９９号公報
【特許文献２】特開２００１−１９７５９５号公報
【特許文献３】特開２００１−３０５２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来例の超音波フェイズドアレイ送受波器を用いた場合は、矩形板状の小さな超音波振動子を振動子間の隙間を狭く設計位置に正確に多数配置する必要があるため組立が複雑で高価になるという問題があった。
【００１４】
従って、本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを課題とする。具体的には、矩形板状の小さな超音波振動子の形状と配列方法の変更及び高速フーリエ変換処理回路（以下、ＦＦＴ処理回路）を追加することにより、超音波振動子の個数が減り組立が簡単で安価な超音波フェイズドアレイ送受波器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、本発明による超音波フェイズドアレイ送受波器は、長方形の超音波振動子を用いて、水中音波の波長をλとする時、行方向をλ間隔で配列し、また列方向をλ／２間隔で配列し、ツインビームの受波信号をＦＦＴ処理で分離検出することで、超音波振動子の個数が減り、配線等組立が容易になる、超音波フェイズドアレイ送受波器を提供するものである。
【００１６】
本発明によれば、超音波の放射面が長方形で、前記放射面に表面電極、対向する面に裏面電極を有する超音波振動子を、分極方向を揃えて、長方形の長手方向が列方向になるように平面上のＮ行、Ｍ列（ＮとＭは正の正数）となる行列に、各行には２個以上Ｍ／２個以下の前記超音波振動子が配列され、各列には４個以上Ｎ×２個以下の前記超音波振動子が配列された超音波フェイズドアレイ送受波器であって、超音波振動子は行の間隔が水中音波の波長比で１±０．２５であり、列の間隔が水中音波の波長比で０．５±０．２５であるように行列配列され、表面電極を行毎に結線してＮ本の結線群とし、裏面電極を列毎に結線してＭ本の結線群とし、前記Ｎ本の結線群を上から１＋２Ｋ番目と、２＋２Ｋ番目（Ｋは０以上、Ｎ／２−１以下の整数）の２グループに分けて接続して順に第１の行入出力端子（Ｆ１）、第２の行入出力端子（Ｆ２）とし、前記Ｍ本の結線群を右から１＋４Ｌ番目、２＋４Ｌ番目、３＋４Ｌ番目、４＋４Ｌ番目（Ｌは０以上、Ｍ／４−１以下の整数）の４グループに分けて接続して第１の列入出力端子（Ｒ１）、第２の列入出力端子（Ｒ２）、第３の列入出力端子（Ｒ３）、第４の列入出力端子（Ｒ４）とし、前記第１の行入出力端子と前記第２の行入出力端子を第１の変成器（Ｔ１）の平衡２次回路に接続し、前記第１の列入出力端子と前記第３の列入出力端子を第２の変成器（Ｔ２）の平衡２次回路に接続し、前記第２の列入出力端子と前記第４の列入出力端子を第３の変成器（Ｔ３）の平衡２次回路に接続して成り、前記第１の変成器の1次回路から振動子配列の奇数行の接続、偶数行の接続を成し、前記第２の変成器の１次回路から奇数列の交互接続を成し、前記第３の変成器の１次回路から偶数列の交互接続を成したことを特徴とする超音波フェイズドアレイ送受波器が得られる。
【００１７】
また本発明によれば、前記第１の変成器（Ｔ１）、前記第２の変成器（Ｔ２）、前記第３の変成器（Ｔ３）の各１次回路にそれぞれ第１の送受波切替回路（ＳＷ１）、第２の送受波切替回路（ＳＷ２）、第３の送受波切替回路（ＳＷ３）を接続し、前記第１の送受波切替回路と、前記第２の送受波切替回路と前記第３の送受波切替回路の２グループに接続を分割して切り替える送波ビーム切替回路と、前記第１の送受波切替回路から出力される受波ビーム信号と、前記第２の送受波切替回路と前記第３の送受波切替回路から出力される受波信号の位相調整と加算、減算を行う受波ビーム合成回路から出力される受波ビーム信号を切り替えて出力する受波ビーム切替回路と、前記受波ビーム切替回路から出力される受信信号を高速フーリエ変換処理する高速フーリエ変換処理回路とからなることを特徴とする請求項１に記載の超音波フェイズドアレイ送受波器が得られる。
【００１８】
また本発明によれば、前記超音波振動子が前記行列配列されて形成してなる前記平面の中心を通り、前記表面電極が設けられた放射面に対する垂線を含む前記Ｎ行配列に対して垂直な面内に前記垂線と成す角度が等しい２つの主極を有する送波縦ツインビームを生成する電気信号を前記超音波振動子に送信し、受信した受波縦ツインビームを前記受波ビーム切替回路を通り、高速フーリエ変換処理回路により受波上シングルビーム相当の周波数と受波下シングルビーム相当の周波数とに分離し、また、前記超音波振動子が前記行列配列されて形成してなる前記平面の中心を通り、前記裏面電極が設けられた対向する面に対する垂線を含む前記Ｍ列配列に対して垂直な面内に前記垂線と成す角度が等しい２つの主極を有する送波横ツインビームを生成する電気信号を前記超音波振動子に送信し、受信した受波横ツインビームを前記受波ビーム合成回路で、受波右シングルビームの受信信号と受波左シングルビームの受信信号とに分離し、前記受波ビーム切替回路を通り、高速フーリエ変換処理回路により受波右シングルビーム相当の周波数と受波左シングルビーム相当の周波数とに分離したことを特徴とする超音波フェイズドアレイ送受波器が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
前記の如く、本発明によればフェイズドアレイ方式の超音波振動子の形状、配列間隔を変更し、ＦＦＴ処理回路を追加することにより、超音波振動子の個数が減り、組立が簡単で安価な小型の速度計や測深器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明による超音波フェイズドアレイ送受波器は、超音波振動子を、行のピッチ間隔が水中における超音波振動子の駆動周波数の波長をλとする時Ｐ＝（１±０．２５）×λ、列のピッチ間隔が水中における超音波振動子の駆動周波数の波長をλとする時Ｐ＝（０．５±０．２５）×λとなるように分極方向を揃えて平面上に行列配列する。さらに超音波振動子を、表面電極を行ごとに２つのグループに分け、裏面電極を列ごとに４つのグループに分ける。この６つのグループの入出力端子を３個の変成器を用いて回路構成する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を上げて、本発明の超音波フェイズドアレイ送受波器について図面を参照しながら、さらに詳しく説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態を示す超音波フェイズドアレイ送受波器の結線図である。図１には超音波フェイズドアレイ送受波器の超音波振動子と変成器の配列と結線と信号処理の入出力回路の構成を示している。図２は、本発明の実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器のビームを示す斜視図である。
【００２３】
最初に超音波フェイズドアレイ送受波器の動作内容の流れをまとめて示す。下記に示すａ：送波縦ツインビームの送信、ｂ：受波縦ツインビームの受信、ｃ：送波横ツインビームの送信、ｄ：受波横ツインビームの受信、の大きく４つの超音波フェイズドアレイ送受波器の動作内容がある。それぞれの動作の流れを結線図に沿って、示す。
【００２４】
ａ：送波縦ツインビームの送信
送信信号１２  →  送波ビーム切替回路５  →  第１の送受波切替回路ＳＷ１  →  第１の変成器Ｔ１  →  超音波振動子２  →  ビーム９Ａ、９Ｃ
【００２５】
ｂ：受波縦ツインビームの受信
ビーム９Ａ、９Ｃ  →  超音波振動子２  →  第１の変成器Ｔ１  →  第１の送受波切替回路ＳＷ１  →  受波ビーム信号１１Ａ、１１Ｃ  →  受波ビーム切替回路７  →  ＦＦＴ処理回路８  →  受信周波数信号１３（受波上シングルビーム相当の周波数、受波下シングルビーム相当の周波数）
【００２６】
ｃ：送波横ツインビームの送信
送信信号１２  →  送波ビーム切替回路５  →  第２の送受波切替回路ＳＷ２・第３の送受波切替回路ＳＷ３  →  第２の変成器Ｔ２・第３の変成器Ｔ３  →  超音波振動子２  →  ビーム９Ｂ、９Ｄ
【００２７】
ｄ：受波横ツインビームの受信
ビーム９Ｂ、９Ｄ  →  超音波振動子２  →  第２の変成器Ｔ２・第３の変成器Ｔ３  →  第２の送受波切替回路ＳＷ２・第３の送受波切替回路ＳＷ３  →  受波ビーム合成回路６  →  受波ビーム信号１１Ｂ、１１Ｄ  →  受波ビーム切替回路７  →  ＦＦＴ処理回路８  →  受信周波数信号１３（受波左シングルビーム相当の周波数、受波右シングルビーム相当の周波数）
【００２８】
上記ａ〜ｄの４種類の送受波を、順番に送波縦ツインビームの送信・受波縦ツインビームの受信・送波横ツインビームの送信・受波横ツインビームの受信することを１サイクルとして、繰り返えされることにより、超音波フェイズドアレイ送受波器の動作が、構成されている。
【００２９】
従来は、超音波振動子を正方形とし、行列のピッチ間隔を水中における超音波振動子の駆動周波数の波長に合致させ、λ／２として配置していたが、この場合行方向で超音波振動子間に隙間が生じ、副極が大きくなり指向性が悪くなるので、実際に製造する際、隙間は出来るだけ狭く設計位置に正確に多数配置する必要があり、指向性の乱れを避けるために、組立が複雑で高価になっていた。本発明は、行方向に並ぶ正方形の超音波振動子２個を長方形の超音波振動子１個で置き換えることで、超音波振動子の個数が半分になる。
【００３０】
超音波振動子２は、例えばＮ−６材（ＮＥＣトーキン社製  圧電セラミックス材ネペック）で構成することができる。この場合、超音波を放射する媒体を水と設定して、水中音速１５００ｍ／ｓとして計算して駆動周波数２００ｋＨｚの波長（λ）に合致させて、行のピッチ間隔は、７．５ｍｍ（λ）とし、列のピッチ間隔は、３．７５ｍｍ（λ／２）とするため、縦７．０ｍｍ、横３．２５ｍｍ、高さ約７ｍｍのブロックとし、各行と列のブロック間の隙間を０．５ｍｍとし、このブロックの縦と横の成す長方形面の２面に電極を設け一方を正極、他方を負極としたものを使用すれば良い。
【００３１】
また、超音波振動子２の個数を１２０個とし、紙面の上から下に行をＮ＝１０行、列を右から左にＭ＝２０列となるような行列を設定する。超音波振動子２の配列は、超音波振動子２の正極を表面電極にし、負極を裏面電極として表面電極が表になるように揃えて、図１のように、各行１０個、各列２０個の超音波振動子を配列するのではなく、配列した際に、外形が略円形を成す様に、各行、各列とも配列する前記超音波振動子２の個数を調整した。行のピッチ間隔は、７．５ｍｍ（λ）とし、列のピッチ間隔は、３．７５ｍｍ（λ／２）とした。図１において、配列した超音波振動子２の行について行番号を上から下へ１〜１０とし、列について列番号を右から左へ１〜２０とする。
【００３２】
表面電極は各超音波振動子２を全て行ごとに接続して１０本の横の結線３１を作り、さらに上から順に、（１＋２Ｋ）行目のグループと、（２＋２Ｋ）行目のグループ（Ｋは０以上、Ｎ／２−１以下の整数）の２つのグループに分けて横の結線３１を接続し、第１の行入出力端子Ｆ１と第２の行入出力端子Ｆ２とする。  
【００３３】
また、裏面電極は各超音波振動子２を全て列ごとに接続して２０本の縦の結線３２を作り、列を横方向に右から順に、（１＋４Ｌ）列目のグループと、（２＋４Ｌ）列目のグループと、（３＋４Ｌ）列目のグループと、（４＋４Ｌ）列目のグループ（Ｌは０以上、Ｍ／４−１以下の整数）の４つのグループに分けて縦の結線３２を接続し、第１の列入出力端子Ｒ１、第２の列入出力端子Ｒ２、第３の列入出力端子Ｒ３、第４の列入出力端子Ｒ４とする。
【００３４】
また、図１に示すように、第１の行入出力端子Ｆ１と第２の行入出力端子Ｆ２は第１の変成器Ｔ１の平衡２次回路に、第１の列入出力端子Ｒ１と第３の列入出力端子Ｒ３は第２の変成器Ｔ２、第２の列入出力端子Ｒ２と第４の列入出力端子Ｒ４は第３の変成器Ｔ３にそれぞれの平衡２次回路に順次接続し、各々の変成器の中性点は接地した。中性点の接地の目的は、耐ノイズ性能を得て表面と裏面の信号の相互干渉を防ぐと共に、変換極性の反転した振動子を直列接続した負荷と平衡回路を構成し、結果として安定した平衡信号を得ることにある。
【００３５】
更に、第１の変成器Ｔ１、第２の変成器Ｔ２、第３の変成器Ｔ３の各平衡１次回路側に第１の送受波切替回路ＳＷ１、第２の送受波切替回路ＳＷ２、第３の送受波切替回路ＳＷ３を接続した。平衡１次回路側は、送受の切替が容易な不平衡回路用巻線とし送受信号を各送受波切替回路に入出力する。以上、平衡回路を構成することにより、外来ノイズに対して強い回路構成とすることが出来る。
【００３６】
また、第１の送受波切替回路ＳＷ１、第２の送受波切替回路ＳＷ２、第３の送受波切替回路ＳＷ３は、送波信号と受波信号の流れる方向の切り替えを行う。ここで、送波ビーム切替回路５は、第１の送受波切替回路ＳＷ１、第２の送受波切替回路ＳＷ２と第３の送受波切替回路ＳＷ３の２つのグループに送る送波縦ツインビームと送波横ツインビームの送信信号１２を切り替える回路である。
【００３７】
図２は、本発明の実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器のビームを示す斜視図である。本実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器１Ｂは、ビーム９Ａとビーム９Ｃからなる送受波縦ツインビームと、ビーム９Ｂとビーム９Ｄからなる送受波横ツインビームにより送受波する。
【００３８】
また、前記第１の送受波切替回路ＳＷ１から出力されるビーム９Ａとビーム９Ｃからなる受波縦ツインビームの受波ビーム信号１１Ａ、１１Ｃは、受波ビーム切替回路７からＦＦＴ処理回路８に出力され、ＦＦＴ処理を実施し、周波数を算出する。速度計として使用する場合、停止していればドップラー周波数偏倚はなくビーム９Ａとビーム９Ｃは同じ周波数ｆｏ（ｆｏ：送信周波数）の１つの周波数が算出され、航走していれば、ビーム９Ａとビーム９Ｃの周波数はｆｏ＋Δｆ、ｆｏ−Δｆ（Δｆ：ドップラー周波数偏倚）の２つの周波数が算出される。ここで、前記の２つの周波数は、どちらのビームの周波数か判別することはできず、速度方向は演算できないが、このビーム方向の絶対速度の演算は実施できる。水中で使用する主な航走体の航走方向は前であり、波等により斜めに航走するので左右方向の速度、速度方向が測定できれば良い。
【００３９】
第２の送受波切替回路ＳＷ２と第３の送受波切替回路ＳＷ３から出力される受波信号は、受波ビーム合成回路６に出力され、第２の送受波切替回路ＳＷ２の受波信号の位相を９０度移相回路６Ｃで調整して、その調整された９０度移相回路６Ｃの受波信号と第３の送受波切替回路ＳＷ３から出力される受波信号を加算回路６Ｂで加算し、減算回路６Ａで減算し、ビーム９Ｂとビーム９Ｄからなる受波横ツインビームを受波ビーム信号１１Ｂと受波ビーム信号１１Ｄに分離して受波ビーム信号として出力する。  
【００４０】
ビーム合成の原理は、正負極性が共に交互反転している第２の送受波切替回路ＳＷ２から出力される奇数行ツインビーム信号と第３の送受波切替回路ＳＷ３から出力される偶数行ツインビームとの間に９０°の位相差を付与として加算、減算することにより、全行が位相差＋９０°ステップの配列と等価な状態になり、主極方位がビームの仰角で＋３０°または−３０°のシングルビームに合成される。行間隔と主極方位の関係は式（１）、式（２）となる。
【００４１】
（２π／λ）×（行間隔：λ／２）×ｓｉｎθｏ＝＋π／２  ・・・（１）
∴ｓｉｎθｏ＝＋１／２、θｏ＝＋３０°
（２π／λ）×（行間隔：λ／２）×ｓｉｎθｏ＝−π／２  ・・・（２）
∴ｓｉｎθｏ＝−１／２、θｏ＝−３０°
【００４２】
図３〜図５は、本発明の実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器の指向性のシミュレーションデータを示すチャート図である。
【００４３】
図３は送波ビーム切替回路５により第１の送受波切替回路ＳＷ１に送信信号を送り、図２で示したビーム９Ａとビーム９Ｃからなる送波縦ツインビームと、送波ビーム切替回路５により第２の送受波切替回路ＳＷ２と第３の送受波切替回路ＳＷ３に送信信号を送り、図２で示したビーム９Ｂとビーム９Ｄからなる送波横ツインビームをシミュレーションした結果である。図４及び図５は受波ビーム合成回路６から出力される図２に示すところのビーム９Ｂとビーム９Ｄからなる受波横ツインビームがビーム９Ｂとビーム９Ｄに分離されて受波左シングルビームと受波右シングルビームとなって出力される受波信号をシミュレーションした結果である。
【００４４】
前述した如く、本発明による超音波フェイズドアレイ送受波器は、長方形の超音波振動子を用いて、行方向をλ間隔で配列することと、ツインビームの受波信号をＦＦＴ処理で分離検出することで、超音波振動子の個数が減り、配線等組立が容易になる。
【００４５】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明による超音波フェイズドアレイ送受波器は、ドップラー効果を利用する速度計や伝搬時間を利用する測深器などの測定や測量を水中で行う計測機器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器の結線図。
【図２】本発明の実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器のビームを示す斜視図。
【図３】本発明の実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器の指向性のシミュレーションデータを示すチャート図。
【図４】本発明の実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器の指向性のシミュレーションデータを示すチャート図。
【図５】本発明の実施の形態による超音波フェイズドアレイ送受波器の指向性のシミュレーションデータを示すチャート図。
【図６】従来のフェイズドアレイ送受波器の配列図。
【図７】従来のフェイズドアレイ送受波器の指向性特性図。
【符号の説明】
【００４８】
１Ａ、１Ｂ    超音波フェイズドアレイ送受波器
２    超音波振動子
３１    横の結線
３２    縦の結線
５    送波ビーム切替回路
６    受波ビーム合成回路
６Ａ    減算回路
６Ｂ    加算回路
６Ｃ    ９０度移相回路
７    受波ビーム切替回路
８    高速フーリエ変換処理回路（ＦＦＴ処理回路）
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ    ビーム
１１Ａ、１１Ｂ、１Ｃ、１１Ｄ    受波ビーム信号
１２    送信信号
１３    受信周波数信号
Ｆ１    第１の行入出力端子
Ｆ２    第２の行入出力端子
Ｒ１    第１の列入出力端子
Ｒ２    第２の列入出力端子
Ｒ３    第３の列入出力端子
Ｒ４    第４の列入出力端子
ＳＷ１    第１の送受波切替回路    
ＳＷ２    第２の送受波切替回路    
ＳＷ３    第３の送受波切替回路    
Ｔ１    第１の変成器
Ｔ２    第２の変成器
Ｔ３    第３の変成器
【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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