特開 2022-23594 超音波ソナー装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022023594

(43)【公開日】2022-02-08

(54)【発明の名称】超音波ソナー装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 15/60 20060101AFI20220201BHJP

   G01S 7/62 20060101ALI20220201BHJP

   G01S 15/96 20060101ALI20220201BHJP

【ＦＩ】

G01S15/60

G01S7/62 B

G01S15/96

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020126637

(22)【出願日】2020-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000243364

【氏名又は名称】本多電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100174757

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 伸一郎

(72)【発明者】

【氏名】樋口 和樹

【テーマコード（参考）】

5J083

【Ｆターム（参考）】

5J083AA02

5J083AB01

5J083AB20

5J083AC30

5J083AD01

5J083AD12

5J083AD17

5J083AE04

5J083AE10

5J083AF16

5J083BD08

5J083BD11

5J083DA01

5J083EA10

5J083EA12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】所定範囲にわたり水中の探知を行うソナー機能と所定深度での潮流の速度を計測する潮流計機能とを短時間で実現できる超音波ソナー装置を提供すること。
【解決手段】回転制御された超音波ビームの方位角が、潮流計機能において使用する超音波ビームの送信方向の方位角（ここで「所定方位角」という）であるかをモータ制御７１にて判断する。そして、超音波ビームの方位角が所定方位角以外であると判断される場合には、選択フラグに「ソナー」を設定し、ソナー処理７２を実行する。一方、超音波ビームの方位角が所定方位角であると判断される場合には、選択フラグに「潮流」を設定し、潮流計測処理７３を実行する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶に搭載され、ビーム状に送信される超音波の方位角を回転させながら、所定範囲にわたり水中の探知を行う超音波ソナー装置であって、
ビーム状の超音波を水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子と、
その振動子より第１送信条件にて超音波を送信し、その送信された超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて、前記水中の探知結果を示した探知画像を形成する第１処理手段と、
前記振動子より第２送信条件にて超音波を送信し、その送信された超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて、所定深度における潮流の速度を算出して出力する第２処理手段と、
前記振動子から送信される超音波の方位角を変化させる変化手段と、
その変化手段を駆動して、前記超音波の方位角を回転制御する回転制御手段と、
その回転制御手段により回転制御された前記超音波の方位角が所定方位角であるかを判断する方位角判断手段と、
その方位角判断手段により前記超音波の方位角が前記所定方位角以外であると判断される場合には前記第１処理手段を実行し、前記方位角判断手段により前記超音波の方位角が前記所定方位角であると判断される場合には前記第２処理手段を実行するように、処理を切換制御する処理切替手段と、を備えることを特徴とする超音波ソナー装置。

【請求項2】

前記処理切替手段により前記第２処理手段に切り替えて処理が実行される場合に、その第２処理手段の実行が行われる前に所定時間ウエイト処理を実行するウエイト処理実行手段を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波ソナー装置。

【請求項3】

前記第１処理手段において超音波を送信する場合の前記超音波の俯角を設定する俯角設定手段を備え、
前記第２処理手段は、前記超音波の俯角を前記俯角設定手段により設定された俯角とすることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波ソナー装置。

【請求項4】

前記第２処理手段は、算出した前記潮流の速度の向きと大きさを前記探知画像に対して模式的に表した潮流画像を形成し、
前記超音波ソナー装置は、
前記探知画像に対して前記潮流画像をオーバーレイ表示するように画像合成を行う画像合成手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波ソナー装置。

【請求項5】

前記第２処理手段は、所定深度として複数の深度における潮流の速度を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の超音波ソナー装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、船舶に搭載され、ビーム状に送信される超音波の方位角を回転させながら、所定範囲にわたり水中の探知を行う超音波ソナー装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

超音波の送受信によって水中の魚群などの探知対象物を探知する装置として超音波ソナー装置が知られている（例えば、特許文献１）。超音波ソナー装置は、船舶の船底などに配置される振動子から細いビーム状の超音波を送信（照射）し、そのビーム状の超音波の反射波を振動子が受信するように構成されている。

【0003】

そして、超音波ソナー装置は、超音波を送受信する振動子の俯角および方位角を自由に変更できる機構を有している。超音波ソナー装置は、例えば、振動子の俯角を設定した状態で、その振動子の方位角を変化させることで、自船を中心として所定角度毎に振動子を回転させながら超音波の送受信を順次行い、結果として予め設定された所定範囲にわたって水中を探知するソナー機能を実現する。このソナー機能では、このようにして行われる水中の探知結果を探知画像として順次表示装置に表示する。

【0004】

即ち、超音波ソナー装置は、常に船舶の真下に向けて超音波を送信しその反射波を受信して探知画像を表示する一般的な魚群探知機とは異なるシステムであり、超音波の送信方向を能動的に変化させ、所定範囲にわたる探知画像を表示するものである。

【0005】

一方で、この超音波ソナー装置に設けられた振動子と同一の機構を利用して、水中に対して複数の方向に超音波を送信し、水中の散乱物等から反射された反射波のドップラシフト量に基づいて、所定の深度における潮流の速度を計測する潮流計が知られている（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４７８１２４０号公報

【特許文献2】特許第３８８１２０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

この潮流計と超音波ソナー装置とは、上述した通り同一の振動子の機構を利用しているため、発明者は、超音波ソナー装置に設けられた１つの振動子の機構を利用して、超音波ソナー装置におけるソナー機能を実現しながら、潮流の速度を計測する潮流計機能を同時に実現する構想に至った。

【0008】

しかしながら、従来は、超音波ソナー装置のソナー機能として振動子を所定範囲に亘って回転させながら超音波を送受信した後に、潮流計機能として振動子を複数方向に順次移動させて超音波を送受信するといったように、ソナー機能と潮流計機能とを完全に別のタイミングで処理していた。このため、例えば、ソナー機能の処理に２秒、潮流計機能の処理に２秒かかるような場合、合計で４秒の処理時間を要することになり、両方の機能を実現するまでに長い時間を要するという問題点があった。

【0009】

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、所定範囲にわたり水中の探知を行うソナー機能と所定深度での潮流の速度を計測する潮流計機能とを短時間で実現できる超音波ソナー装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的を達成するために請求項１記載の超音波ソナー装置は、船舶に搭載され、ビーム状に送信される超音波の方位角を回転させながら、所定範囲にわたり水中の探知を行うものであって、ビーム状の超音波を水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子と、その振動子より第１送信条件にて超音波を送信し、その送信された超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて、前記水中の探知結果を示した探知画像を形成する第１処理手段と、前記振動子より第２送信条件にて超音波を送信し、その送信された超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて、所定深度における潮流の速度を算出して出力する第２処理手段と、前記振動子から送信される超音波の方位角を変化させる変化手段と、その変化手段を駆動して、前記超音波の方位角を回転制御する回転制御手段と、その回転制御手段により回転制御された前記超音波の方位角が所定方位角であるかを判断する方位角判断手段と、その方位角判断手段により前記超音波の方位角が前記所定方位角以外であると判断される場合には前記第１処理手段を実行し、前記方位角判断手段により前記超音波の方位角が前記所定方位角であると判断される場合には前記第２処理手段を実行するように、処理を切換制御する処理切替手段と、を備える。

【0011】

請求項２記載の超音波ソナー装置は、請求項１記載の超音波ソナー装置において、前記処理切替手段により前記第２処理手段に切り替えて処理が実行される場合に、その第２処理手段の実行が行われる前に所定時間ウエイト処理を実行するウエイト処理実行手段を備える。

【0012】

請求項３記載の超音波ソナー装置は、請求項１又は２記載の超音波ソナー装置において、前記第１処理手段において超音波を送信する場合の前記超音波の俯角を設定する俯角設定手段を備え、前記第２処理手段は、前記超音波の俯角を前記俯角設定手段により設定された俯角とする。

【0013】

請求項４記載の超音波ソナー装置は、請求項１から３のいずれかに記載の超音波ソナー装置において、前記第２処理手段は、算出した前記潮流の速度の向きと大きさを前記探知画像に対して模式的に表した潮流画像を形成し、前記超音波ソナー装置は、前記探知画像に対して前記潮流画像をオーバーレイ表示するように画像合成を行う画像合成手段を備える。

【0014】

請求項５記載の超音波ソナー装置は、請求項１から４のいずれかに記載の超音波ソナー装置において、前記第２処理手段は、所定深度として複数の深度における潮流の速度を算出する。

【発明の効果】

【0015】

請求項１記載の超音波ソナー装置によれば、船舶に搭載されて、以下の効果を奏する。即ち、第１処理手段によって、第１送信条件にてビーム状の超音波が水中に送信され、その反射波が振動子により受信されて生じる受信信号に基づいて、水中の探知結果を示した探知画像が形成されて、ソナー機能が実現される。また、第２処理手段によって、第２送信条件にてビーム状の超音波が水中に送信され、その反射波が振動子により受信されて生じる受信信号に基づいて、所定深度における潮流の速度が算出され出力されて、潮流計機能が実現される。振動子から送信される超音波の方位角は変化手段により変化され、回転駆動手段によって変化手段が駆動されることにより、超音波の方位角が回転制御される。ここで、その回転制御手段により回転制御された超音波の方位角が所定方位角であるかが、方位角判断手段により判断される。そして、その方位角判断手段により超音波の方位角が所定方位角以外であると判断される場合には、処理切替手段の切替制御によって第１処理手段が実行される。一方、方位角判断手段により超音波の方位角が所定方位角であると判断される場合には、処理切替手段の切替制御によって第２処理手段が実行される。これにより、振動子の方位角が回転制御手段により１方向に回転する中で、第１処理手段と第２処理手段とが切り替えられながら実行されるので、ソナー機能と潮流計機能とを短時間で実現できるという効果がある。

【0016】

請求項２記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１記載の超音波ソナー装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、処理切替手段により第２処理手段に切り替えて処理が実行される場合に、その第２処理手段の実行が行われる前に所定時間ウエイト処理がウエイト処理実行手段によって実行される。一般的に、潮流計機能において、潮流の速度を精度よく算出するために高い周波数分解能を必要とするため、超音波として長時間のバースト波を振動子より出力するので、大きな送信電力が必要となる。ウエイト処理実行手段により所定時間のウエイト処理が実行されることによって、第２処理手段により第２送信条件にて振動子から超音波が送信される前に、振動子に電力を供給する送信コンデンサのチャージ時間を、十分に確保できるという効果がある。

【0017】

請求項３記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１又は２記載の超音波ソナー装置に奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、第１処理手段において超音波を送信する場合の超音波の俯角が俯角設定手段により設定される。そして、第２処理手段が実行される場合においても、超音波の俯角は俯角設定手段により設定された俯角とされる。つまり、処理切替手段により、第１処理手段から第２処理手段へ、又は、第２処理手段から第１処理手段へ処理が切り替えられる場合であっても、俯角は固定されるので、切り替え時に俯角を変更する必要がない。よって、振動子を動かして俯角を変更する時間を不要とするので、ソナー機能と潮流計機能とをより短時間で実現できるという効果がある。

【0018】

請求項４記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１から３のいずれかに記載の超音波ソナー装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、第２処理手段によって、算出された潮流の速度の向きと大きさを探知画像に対して模式的に表した潮流画像が形成される。そして、探知画像に対して潮流画像をオーバーレイ表示するように、画像構成手段によって画像合成される。これにより、探知画像に対して模式的に潮流の速度が表示されるので、探知画像に表示された探知物と、潮流の速度との関係を、使用者が視覚的に把握し易くできるという効果がある。

【0019】

請求項５記載の超音波ソナー装置によれば、請求項１から４のいずれかに記載の超音波ソナー装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、第２処理手段によって、所定深度として複数の深度における潮流の速度が算出されるので、探知画像に表示された探知物と、複数の深度における潮流の速度との関係を使用者が把握できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態である超音波ソナー装置の構成を概略的に示す概略図である。

【図2】同超音波ソナー装置が搭載された船舶によって水中の探知及び潮流の速度の計測を行う場合の状態を側面より示す模式図である。

【図3】（ａ）は、同探知及び同計測を行う場合の状態を斜視した模式図であり、（ｂ）は、同探知を行うための超音波ビームの送信方向と、同計測を行うための超音波ビームの送信方向と、同探知及び同計測を同時に行う超音波ソナー装置における超音波ビームの送信方向とを模式的に示した模式図である。

【図4】同超音波ソナー装置の送受波ユニットの断面を模式的に示した断面図である。

【図5】同超音波ソナー装置の電気的構成を示したブロック図である。

【図6】同超音波ソナー装置の構成を機能的に示した機能的ブロック図である。

【図7】同超音波ソナー装置の制御装置のＣＰＵが実行するメイン処理を示すフローチャートである。

【図8】同ＣＰＵが実行するモータ制御処理を示すフローチャートである。

【図9】同ＣＰＵが実行する潮流計測処理を示すフローチャートである。

【図10】同ＣＰＵが実行するソナー処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１～図３を参照して、本発明の一実施形態である超音波ソナー装置１２の概略について説明する。図１は、その超音波ソナー装置１２の構成を概略的に示す概略図であり、図２は、超音波ソナー装置１２が搭載された船舶１１によって水中の探知及び潮流の速度の計測を行う場合の状態を側面より示す模式図であり、図３（ａ）は、同探知及び同計測を行う場合の状態を斜視した模式図であり、図３（ｂ）は、同探知を行うための超音波ビームＴＢ１の送信方向と、同計測を行うための超音波ビームＴＢ２の送信方向と、同探知及び同計測を同時に行う超音波ソナー装置１２における超音波ビームＴＢ１，ＴＢ２の送信方向とを模式的に示した模式図である。

【0022】

図１～図３に示す通り、超音波ソナー装置１２は、船舶１１に搭載され、該船舶１１の周囲の所定範囲にわたり、水中の魚群などの探知対象物ＧＦの探知を行うソナー機能を有するものである。また、超音波ソナー装置１２は、ソナー機能を実現するために設けられた後述する１つの送受波ユニット１６（より具体的には、図４に示す振動子３１）を使用して、所定深度での潮流の速度を計測する潮流計機能も併せて有している。

【0023】

超音波ソナー装置１２は、本体１３と、本体１３に設けられた操作ボタン１４と、本体１３に一体形成された表示装置１５と、超音波ビームＴＢを送受信する送受波ユニット１６と、送受波ユニット１６を昇降させる昇降装置１７とを備えている。

【0024】

本体１３と、操作ボタン１４と、表示装置１５とは、船舶１１の操舵室内に配置されるとともに、送受波ユニット１６と昇降装置１７とは、船舶１１の船底内に配置されている。そして、送受波ユニット１６は、昇降装置１７によって昇降されることで、船舶１１の船底から水中に対して出没自在となっている。

【0025】

操作ボタン１４は、使用者によって操作可能なボタンであり、使用者が超音波ソナー装置１２に対し各種設定を行う場合に操作されるものである。例えば、ソナー機能により水中を探知する範囲（以下「所定範囲」という）や、超音波ビームＴＢを回転させながら送信するときの送り角度、超音波ビームＴＢを送信する俯角、潮流計機能のオン／オフや、潮流の速度を計測するする深度（水深）（以下、「所定深度」とも言う）等が、操作ボタン１４によって使用者により設定される。

【0026】

超音波ソナー装置１２は、図２に示すように、送受波ユニット１６を船舶１１の船底から突出させた状態で、送受波ユニット１６から細いビーム状の超音波ビームＴＢを１つの方向に送信（照射）し、探知対象物ＧＦや、プランクトン等の散乱体ＧＯ、海底又は湖底などから反射された超音波ビームＴＢの反射波を送受波ユニット１６にて受信する。

【0027】

送受波ユニット１６は、全周型ソナーによって構成されており、送受波ユニット１６により送受信される超音波ビームＴＢの方位角δ（スキャン角、図３参照）と俯角θ（チルト角、図２参照）とを変更できる。

【0028】

ここで、方位角δ（スキャン角）とは、船舶１１が浮かぶ水面を上面視した場合の超音波ビームＴＢの送受信方向を表す角度である。本実施形態では、上記水面を上面視した場合に、船舶１１の前方方向（船舶１１が前進する方向、船首方向）に超音波ビームＴＢを送受信するときを０度とし、超音波ビームＴＢの送受信方向が船舶１１の時計回りに変化するにつれて方位角δが増加するように、方位角δの大きさを定義する。

【0029】

また、俯角θ（チルト角）とは、超音波ビームＴＢの送受信方向と船舶１１が浮かぶ水面（水平面）とがなす角度であり、超音波ビームＴＢを水面（水平面）と平行に送受信する場合を０度とし、超音波ビームＴＢの送受信方向が水面（水平面）から離れて水面と垂直な方向に向くにつれて俯角θが増加するように、俯角θの大きさを定義する。

【0030】

図３（ｂ）に示す通り、超音波ソナー装置１２は、操作ボタン１４によって使用者により設定された所定範囲にわたり（図３（ｂ）では所定範囲を全周として示す）、超音波ビームＴＢ１を１００μ秒～２００μ秒と短いバースト波となる第１送信条件で、送信方向の俯角θを設定値に固定したまま、方位角δを例えば時計回り（右回り）に設定された送り角δ１で送って順次回転させながら、送信する。

【0031】

そして、超音波ソナー装置１２は、各々の送信方向に対して送信した超音波ビームＴＢ１の反射波を受信することで、所定範囲にわたり水中の探知を行う。この水中の探知結果は、反射波の受信により生じる受信信号に基づいて形成される探知画像８１を表示装置１５に表示することで、使用者に示さる。これにより、超音波ソナー装置１２は、ソナー機能を実現する。

【0032】

また、超音波ソナー装置１２は、超音波ビームＴＢ１の送信方向を時計回りで回転させる中で、その送信方向の方位角δが所定の４方向の方位角（例えば、０度、９０度、１８０度及び２７０度）のいずれかと一致した場合、超音波ビームＴＢ２を、第１送信条件ではなく、１０ｍ秒～３０ｍ秒と長いバースト波となる第２送信条件に切り替えて、その送信方向に送信する。このとき、送信方向の俯角θは、ソナー機能に対して使用者により設定された俯角と同一とする。

【0033】

そして、超音波ソナー装置１２は、上述の４方向毎に、その方向に送信された超音波ビームＴＢ２において、水塊中の散乱体ＧＯ等から反射された超音波ビームＴＢ２の反射波を送受波ユニット１６にて受信する。超音波ソナー装置１２は、受信した各反射波において、所定深度から反射された反射波のドップラシフト周波数を導出し、その導出したドップラシフト周波数に基づいて、その所定深度における潮流の速度を算出することで、潮流計機能を実現する。

【0034】

超音波ソナー装置１２は、複数方向（本実施形態では４方向）に送受信された超音波ビームＴＢ２のドップラシフト周波数に基づいて潮流の速度を算出することにより、潮流の速度の速さと方向（ベクトル）が把握できる。なお、本実施形態では４方向に超音波ビームＴＢ２を送受信して潮流の速度を算出するが、潮流の速度を算出するために送受信する超音波ビームＴＢ２の送受信方向は、２以上の方向であればよい。また、超音波ビームＴＢの送受信方向の方位角δは、必ずしも、０度、９０度、１８０度及び２７０度に固定されるものではない。

【0035】

このようにして、所定深度における潮流の速度が算出されると、その算出された潮流の速度が、ソナー機能で形成された探知画像８１に対して視覚的に分かるように、その潮流の速度の向きと大きさとを探知画像８１に対して模式的に表した潮流画像８２ａ～８２ｃが形成される。そして、この潮流画像８２ａ～８２ｃが探知画像８１に対してオーバーレイ表示されるように、画像合成が行われる。潮流画像８２ａ～８２ｃについては、図１を参照して後述する。

【0036】

次いで、図４を参照して、送受波ユニット１６の詳細構成について説明する。図４は、送受波ユニット１６の断面を模式的に示した断面図である。送受波ユニット１６は、上端が開口され下端部が半球状をなす有底円筒状の下ケース２１と、下端が開口され上端部が円板上をなす有蓋円筒状の上ケース２２と、上ケース２２の下端開口及び下ケース２１の上端開口を閉塞する円板状の蓋体２３とにより構成される。蓋体２３の上面と上ケース２２とで上側収納空間２４が形成され、蓋体２３の下面と下ケース２１とで下側収納空間２５が形成されている。

【0037】

蓋体２３の中央部には、貫通孔２６が形成されている。蓋体２３上の中央部にはステッピングモータによって構成されたスキャンモータ２７が固着され、スキャンモータ２７の下面からはスキャンモータ２７の出力軸２７ａが、貫通孔２６に回転可能に挿通された状態で真下に向かって延びている。出力軸２７ａの先端（下端）は、下側収納空間２５の上部まで達している。

【0038】

出力軸２７ａの先端には、円板上の支持板２８が設けられており、支持板２８の上面の中心部が出力軸２７ａの先端に接続されている。支持板２８の下面には、略逆Ｕ字状をなす支持フレーム２９が設けられており、支持フレーム２９の下端部間には、水平に延びる回転軸３０が回転可能に架設されている。

【0039】

回転軸３０の中央部には、細いビーム状の超音波ビームＴＢ（図２参照）を１つの方向に送信し、その送信した超音波ビームＴＢの反射波を受信可能な振動子３１が固着されている。回転軸３０における振動子３１と隣り合う位置には、略半円状のチルト歯車３２が固着されており、回転軸３０、振動子３１及びチルト歯車３２は、互いに一体して回転するように構成されている。

【0040】

支持フレーム２９の上端部には、ステッピングモータによって構成されたチルトモータ３３が固着されている。チルトモータ３３は、チルト歯車３２側に向かって延びる出力軸３３ａを備えている。出力軸３３ａの先端には、小歯車３３ｂが設けられ、小歯車３３ｂは、チルト歯車３２と噛合している。

【0041】

スキャンモータ２７が駆動されると、出力軸２７ａが回転し、それに伴って支持板２８、支持フレーム２９、及び、回転軸３０が出力軸２７ａを軸として一体して回転することで、回転軸３０に固着された振動子３１が、やはり出力軸２７ａを軸として回転する。

【0042】

これにより、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向は、船舶１１が浮かぶ水面を上面視した場合に時計回り又は反時計回りに変化させることができる。即ち、スキャンモータ２７を駆動することにより、振動子３１によって送信される超音波ビームＴＢの方位角（スキャン角）δが変更される。

【0043】

一方、チルトモータ３３が駆動されると、出力軸３３ａが回転し、それに伴って小歯車３３ｂが回転して、その小歯車３３ｂと噛合するチルト歯車３２が回転することで、チルト歯車３２が固着された回転軸３０がチルト歯車３２の回転に合わせて回転し、その回転軸３０に固着された振動子３１が回転軸３０を軸として回転する。

【0044】

これにより、振動子３１の向く方向（振動子３１から送信される超音波ビームＴＢの送信方向）と船舶１１が浮かぶ水面とのなす角度である俯角（チルト角）θが、チルトモータ３３を駆動することによって、変更される。

【0045】

次いで、図５，図６を参照して、超音波ソナー装置１２の電気的構成及び機能的構成について説明する。まず、図５は、超音波ソナー装置１２の電気的構成を示したブロック図である。

【0046】

超音波ソナー装置１２の本体１３（図１参照）は、制御装置５０を有している。制御装置５０は、超音波ソナー装置１２の動作を制御するものである。制御装置５０は、図５に示す通り、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１と、フラッシュメモリ５２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５３とを有しており、それらがバスライン５５を介して入出力ポート５４に接続されている。

【0047】

入出力ポート５４には、上述した操作ボタン１４、表示装置１５、及び、昇降装置１７（図１参照）が接続されている。また、上述のスキャンモータ２７及びチルトモータ３３（図４参照）は、モータドライバ６１を介して入出力ポート５４と接続され、振動子３１（図４参照）は、送受信回路６２を介して入出力ポート５４と接続される。

【0048】

ＣＰＵ５１は、フラッシュメモリ５２に記憶されたプログラムデータ５２ａに従って、超音波ソナー装置１２の動作を制御するための各種演算を実行する演算装置であり、例えば、図７～図１０に示す各種処理を実行する。これらの処理については、図７～図１０を参照しながら後述する。また、ＣＰＵ５１は、これらの各種処理以外にも、超音波ソナー装置１２の各種機能を実現するための種々の制御を実行する。

【0049】

例えば、ＣＰＵ５１は、使用者による操作ボタン１４の操作があったことを、操作ボタン１４から入力される信号によって判断すると、その操作ボタン１４の操作に応じた制御を実行する。例えば、操作ボタン１４の操作によって各種設定値の変更があった場合、その設定変更に係る画面の表示や、変更後の設定値の入力受付、変更後の設定値のフラッシュメモリ５２への記憶等の処理を実行する。

【0050】

フラッシュメモリ５２は、ＣＰＵ５１によって実行されるプログラムデータ５２ａを記憶するほか、各種設定値など固定値データ等を記憶するための書き換え可能な不揮発性のメモリである。なお、プログラムデータ５２ａは、フラッシュメモリ５２ではなく、別途書き換え不能なＲＯＭを用意してそちらに記憶させてもよい。

【0051】

フラッシュメモリ５２は、各種設定値として、例えば、ソナー俯角データ５２ｂ、ソナー送り角データ５２ｃ、潮流計測深度データ５２ｄを記憶する。なお、これらを含む各種設定値は、上述した通り、操作ボタン１４の操作によって使用者により変更可能に構成されている。

【0052】

ソナー俯角データ５２ｂは、ソナー機能において送信する超音波ビームＴＢ１の送信方向の俯角θを設定するための設定値である。ソナー俯角データ５２ｂにおいて、俯角θの値を０度に近い値に設定するほど、広範囲にわたって水中の探知が可能となり、俯角θの値を９０度に近い値に設定するほど、船舶１１直下の狭い範囲で水中の探知が可能となる。本実施形態に係る超音波ソナー装置１２では、潮流計機能において送信する超音波ビームＴＢ２においても、ソナー俯角データ５２ｂにより設定された俯角θで送信するように構成されている。

【0053】

ソナー送り角データ５２ｃは、超音波ビームＴＢの送信方向の方位角δを時計回り（右回り）に回転させるときの送り角δ１を設定するための設定値である。ＣＰＵ５１は、超音波ビームＴＢの送信およびその反射波の受信を行うと、スキャンモータ２７を駆動し、振動子３１の方位角δを時計回りに送り角δ１だけ回転させることで、超音波ビームＴＢの送信方向の方位角δも時計回りに送り角δ１だけ回転させる。送り角δ１を小さく設定すれば、より詳細に水中の探知が可能となる一方、所定範囲にわたる水中の探知に時間がかかる。一方、送り角δ１を大きく設定すれば、水中の探知が荒くなる一方で、所定範囲にわたる水中の探知が短時間で可能となる。

【0054】

潮流計測深度データ５２ｄは、潮流の速度を計測する所定深度を設定する設定値である。潮流計機能では、潮流計測深度データ５２ｄにより設定された所定深度における潮流の速度を計測する。潮流計測深度データ５２ｄは、複数の所定深度（例えば、最大で３つの所定深度）を設定可能としており、複数の所定深度が設定された場合は、各々の所定深度での潮流の速度が計測されるように、超音波ソナー装置１２は構成されている。

【0055】

なお、フラッシュメモリ５２に記憶される各種設定値としては、これらの他、ソナー機能において水中の探知を行う所定範囲を設定するための設定値や、潮流計機能のオン・オフを設定するための設定値が設けられている。

【0056】

ソナー機能において水中の探知を行う所定範囲を設定するための設定値では、同所定範囲を超音波ビームＴＢ１の方位角δで設定する。たとえば、同所定範囲として４５度～１３５度で設定された場合、超音波ビームＴＢ１の送信方向を方位角４５度～１３５度の範囲で回転させることで、その範囲における水中の探知が行われる。また、同所定範囲として０度～０度で設定された場合は、超音波ビームＴＢの送信方向を全方位角の範囲で回転させる。つまり、超音波ビームＴＢは、全周にわたって回転しながら送信される。これにより、船舶１１（の送受波ユニット１６）を中心とした全周にわたって水中の探知が行われる。

【0057】

そして、ソナー機能に対して設定された同所定範囲に、潮流計機能において使用する超音波ビームＴＢ２の送信方向の少なくとも一部が含まれる場合、その送信方向において、超音波ビームＴＢ１から切り替えて超音波ビームＴＢ２を送受信する。この処理の詳細については、後述する。一方、ソナー機能に対して設定された同所定範囲に、潮流計機能において使用する超音波ビームＴＢ２の送信方向の少なくとも一部が含まれない場合、ＣＰＵ５１は、ソナー機能における超音波ビームＴＢ１の送受信を所定範囲に対して行った後、超音波ビームＴＢ２の送信方向まで振動子３１の方位角を変更させたうえで、超音波ビームＴＢ２を送受信する。これにより、ソナー機能に対して設定された同所定範囲に、潮流計機能において使用する超音波ビームＴＢ２の送信方向の少なくとも一部が含まれない場合であっても、確実に潮流計機能を実現できる。

【0058】

ＲＡＭ５３は、書き換え可能な揮発性のメモリであり、ＣＰＵ５１によるプログラムの実行時に各種のデータを一時的に記憶する。ＲＡＭ５３は、例えば、選択フラグ５３ａを少なくとも記憶する。

【0059】

選択フラグ５３ａは、超音波ビームＴＢとして第１送信条件で送信される超音波ビームＴＢ１を水中へ送信し、その反射波を受信して探知画像８１を形成するソナー処理を実行するか、超音波ビームＴＢとして第２送信条件で送信された超音波ビームＴＢ２を水中へ送信し、その反射波を受信して所定深度における潮流の速度を計測する潮流計測処理を実行するかを示すフラグである。選択フラグ５３ａは、これから送信する超音波ビームＴＢの方位角δに応じて、つまり、振動子３１が向く方位角に応じて、ソナー処理を実行する場合に「ソナー」、潮流計測処理を実行する場合に「潮流」が設定される。

【0060】

次いで、図６は、超音波ソナー装置１２の構成を機能的に示した機能ブロック図である。制御装置５０は、ＣＰＵ５１により実行される各種処理によって、主として、モータ制御７１、ソナー処理７２、潮流計測処理７３、画像合成７４の各種機能を実現する。

【0061】

モータ制御７１は、図８に示すモータ制御処理をＣＰＵ５１が実行することによって実現される。モータ制御７１の詳細については、図８を参照しながら後述するが、概略を説明すると、超音波ビームＴＢの送信方向を制御するために、振動子３１を回転動作させるスキャンモータ２７及びチルトモータ３３を制御するモータ位置信号を、モータドライバ６１に対して出力する。

【0062】

なお、モータドライバ６１は、制御装置５０から出力されたモータ位置信号に基づいて、スキャンモータ２７又はチルトモータ３３に対してこれらのモータを動かすためのステップ制御信号を送信する。スキャンモータ２７及びチルトモータ３３は、このステップ制御信号に基づいて駆動され、振動子３１を回転動作させる。

【0063】

また、モータ制御７１は、超音波ビームＴＢの送信方向の方位角δに基づいて、超音波ビームＴＢを第１送信条件で送信される超音波ビームＴＢ１として送受信してソナー機能を動作させるか、第２送信条件で送信される超音波ビームＴＢ２として送受信して潮流計機能を動作させるか、を決定する。モータ制御７１は、その決定結果を、選択フラグ５３ａに「ソナー」又は「潮流」として設定し、設定後の選択フラグ５３ａをソナー処理７２及び潮流計測処理７３に送信する。

【0064】

ソナー処理７２は、選択フラグ５３ａが「ソナー」に設定されている場合に動作するものであり、送信制御（ソナー用）７２ａと受信信号処理（ソナー用）７２ｂとにより少なくとも構成される。送信制御（ソナー用）７２ａは、第１送信条件で超音波ビームＴＢ１を送信するように送受波ユニット１６（厳密には送受信回路６２）に超音波電気信号を送信する。受信信号処理（ソナー用）７２ｂは、超音波ビームＴＢ１の反射波を送受波ユニット１６によって受信することによって送受信回路６２にて生成される受信信号を、超音波電気信号として取得し、探知画像８１を形成する。なお、ソナー処理７２の詳細は、図１０を参照して後述する。

【0065】

潮流計測処理７３は、選択フラグ５３ａが「潮流」に設定されている場合にソナー処理７２から切り替えて動作されるものであり、送信制御（潮流用）７３ａと受信信号処理（潮流用）７３ｂとにより少なくとも構成される。送信制御（潮流用）７３ａは、第２送信条件で超音波ビームＴＢ２を送信するように送受波ユニット１６（厳密には送受信回路６２）に超音波電気信号を送信する。受信信号処理（潮流用）７３ｂは、超音波ビームＴＢ２の反射波を送受波ユニット１６によって受信することによって送受信回路６２にて生成される受信信号を、超音波電気信号として取得する。

【0066】

また、受信信号処理（潮流用）７３ｂは、４方向において超音波ビームＴＢ２を送受信すると、その４方向の受信信号から、潮流計測深度データ５２ｄにて設定された所定深度における潮流の速度を算出する。さらに、受信信号処理（潮流用）７３ｂは、算出された潮流が、ソナー機能で形成された探知画像８１に対して視覚的に分かるように、その潮流の速度の向きと大きさとを探知画像８１に対して模式的に表した潮流画像８２ａ～８２ｃを形成する。なお、潮流計測処理７３の詳細は、図９を参照して後述する。

【0067】

画像合成７４は、ソナー処理７２にて形成された探知画像８１に対して、潮流計測処理７３にて形成された潮流画像８２ａ～８２ｃをオーバーレイ表示させるように、画像合成を行う。画像合成された画像は、表示装置１５の表示領域１５ａ（図１参照）に表示される。

【0068】

次に、図７～図１０を参照して、超音波ソナー装置１２の機能を実現するためにＣＰＵ５１にて実行される主要な処理について説明する。なお、ここでは、フラッシュメモリ５２において、潮流計機能のオン・オフの設定値がオンに設定され、また、ソナー機能において水中の探知を行う所定範囲の設定値が０度～０度、即ち、全周に設定されている場合を前提として説明する。

【0069】

図７は、ＣＰＵ５１が実行するメイン処理を示すフローチャートである。メイン処理は、電源がオンされた場合、または、使用者による操作ボタン１４の操作などによってソナー機能が開始される場合にＣＰＵ５１によって実行が開始される。このメイン処理は、使用者による操作ボタン１４の操作などによってソナー機能を終了するまで、継続して実行され続ける。

【0070】

メイン処理では、まず、昇降装置１７を駆動し、送受波ユニット１６を降下させる（Ｓ１１）。これにより、送受波ユニット１６が船舶１１の船底から水中に突出され、振動子３１による超音波ビームＴＢの送受信が可能となる。

【0071】

次いで、モータ制御処理を実行する（Ｓ１２）。ここで、図８を参照して、モータ制御処理（Ｓ１２）について説明する。図８は、ＣＰＵ５１が実行するモータ制御処理（Ｓ１２）を示すフローチャートである。モータ制御処理（Ｓ１２）は、モータドライバ６１に対してモータ位置信号を送信することで、送受波ユニット１６に設けられたスキャンモータ２７及びチルトモータ３３を駆動して、振動子３１の向きを制御するものである。

【0072】

モータ制御処理（Ｓ１２）が開始されると、まず、現在が初期化された段階であるか否かを判断する（Ｓ３１）。初期化された段階とは、（ａ）電源が投入された段階、（ｂ）使用者による操作ボタン１４の操作などによってソナー機能が開始された段階、又は、（ｃ）使用者による操作ボタン１４の操作などによってソナー俯角データ５２ｂが変更された段階、のいずれかのことである。

【0073】

Ｓ３１の処理の結果、初期化された段階であると判断される場合は（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、振動子３１の俯角がソナー俯角データ５２ｂに設定された俯角となるように、モータ位置信号をモータドライバ６１に対して出力する（Ｓ３２）。さらに、振動子３１の方位角が初期位置（ここでは、０度）となるように、モータ位置信号をモータドライバ６１に対して出力する（Ｓ３３）。

【0074】

これにより、モータドライバ６１が、ステップ制御信号をチルトモータ３３とスキャンモータ２７とへ出力し、振動子３１の俯角がソナー俯角データ５２ｂに設定された俯角とされ、振動子３１の方位角が初期位置０度とされる。よって、以後、振動子３１から送信される超音波ビームＴＢは、ソナー俯角データ５２ｂに設定された俯角θで送信される。また、その超音波ビームＴＢは、方位角δの初期位置として、まず０度の位置から送信される。

【0075】

一方、Ｓ３１の処理の結果、初期化された段階ではないと判断される場合は（Ｓ３１：Ｎｏ）、振動子３１の方位角を、ソナー送り角データ５２ｃにて示された送り角δ１だけ送るように、モータ位置信号をモータドライバ６１に対して出力する（Ｓ３４）。これにより、モータドライバ６１が、ステップ制御信号をスキャンモータ２７へ出力し、振動子３１の方位角が送り角δ１だけ時計回り（右回り）に回転される。よって、超音波ビームＴＢの方位角δは、Ｓ３４の処理が繰り返されることにより、送り角δ１ずつ時計回り（右回り）に回転制御されることとなる。

【0076】

Ｓ３３の処理、又は、Ｓ３４の処理が終了すると、次に、Ｓ３３の処理、又は、Ｓ３４の処理によって得られた超音波ビームＴＢの方位角δが、潮流の速度を算出するために送受信する超音波ビームＴＢ２の所定の４つの方位角（０度、９０度、１８０度及び２７０度）のいずれかとなったか否かを判断する（Ｓ３５）。

【0077】

なお、超音波ビームＴＢの送信方向の方位角δは、ソナー送り角データ５２ｃにて示された送り角δ１ずつ送られることとなるため、Ｓ３３の処理、又は、Ｓ３４の処理によって得られた超音波ビームＴＢの方位角δが、０度～δ１度、９０度～（９０＋δ１）度、１８０度～（１８０＋δ１）度、２７０度～（２７０＋δ１）度のいずれかの範囲に入った場合に、Ｓ３５の処理では、潮流の速度を算出するために送受信する超音波ビームＴＢ２の所定の４つの方位角のいずれかとなったと判断する。

【0078】

Ｓ３５の処理の結果、超音波ビームＴＢの方位角δが、潮流の速度を算出するために送受信する超音波ビームＴＢ２の所定の４つの方位角のいずれかとなったと判断される場合は（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、選択フラグ５３ａを「潮流」に設定して（Ｓ３６）、メイン処理に戻る。一方、Ｓ３５の処理の結果、超音波ビームＴＢの方位角δが、潮流の速度を算出するために送受信する超音波ビームＴＢ２の所定の４つの方位角のいずれにもなっていないと判断される場合は（Ｓ３５：Ｎｏ）、選択フラグ５３ａを「ソナー」に設定して（Ｓ３７）、メイン処理に戻る。

【0079】

図７に戻り、メイン処理の説明を続ける。モータ制御処理（Ｓ１２）を終了すると、次に、モータ制御処理（Ｓ１２）にて設定された選択フラグ５３ａを判断する（Ｓ１３）。Ｓ１３の処理の結果、選択フラグ５３ａが「潮流」であると判断される場合に（Ｓ１３：「潮流」）、まず、５０ミリ秒のウエイト処理を実行する（Ｓ１４）。この処理は、次に実行する潮流計測処理（Ｓ１５）において、１０ｍ秒～３０ｍ秒と長いバースト波を超音波ビームＴＢ２として送信することになるので、大きな送信電力が必要となることに備えたものである。即ち、潮流計測処理では、大きな送信電力が必要となる。よって、５０ミリ秒のウエイト処理を実行することで、その期間、別途設けられた送信電力を蓄えるための送信コンデンサのチャージ（充電）時間を十分に確保できる。

【0080】

そして、５０ミリ秒のウエイト処理（Ｓ１４）を実行後、潮流計測処理を実行する（Ｓ１５）。ここで、図９を参照して、潮流計測処理（Ｓ１５）について説明する。図９は、ＣＰＵ５１が実行する潮流計測処理（Ｓ１５）を示すフローチャートである。潮流計測処理は、潮流計機能を実現するために、第２送信条件にて超音波ビームＴＢ２を送信し、水中の散乱体ＧＯからの超音波ビームＴＢ２の反射波を受信して得られた受信信号から、所定深度での潮流の速度を算出する処理である。

【0081】

この潮流計測処理（Ｓ１５）が実行されると、まず、潮流計測用の超音波送信条件として、第２送信条件を設定する（Ｓ５１）。第２送信条件とは、具体的には、１０ｍ秒～３０ｍ秒と長いバースト波である。次いで、Ｓ５１の処理にて設定された第２送信条件にて、超音波ビームＴＢ２を送信するように、超音波電気信号を送受信回路６２に送信する（Ｓ５２）。送受信回路６２は、この超音波電気信号を受けて送受波ユニット１６の振動子３１を駆動し、第２送信条件にて超音波ビームＴＢ２を送信する。

【0082】

なお、このときの超音波ビームＴＢ２の送信方向の俯角θは、図８に示すモータ制御処理（Ｓ１２）のＳ３２の処理によって、ソナー俯角データ５２ｂからソナー機能のために設定された俯角である。また、このときの超音波ビームＴＢ２の送信方向の方位角δは、同モータ制御処理（Ｓ１２）のＳ３５の処理によって、潮流の速度を算出するために送受信する超音波ビームＴＢ２の所定の４つの方位角のいずれかとなったと判断された場合の、その方位角である。

【0083】

ここで、Ｓ５１及びＳ５２の処理が、図６に示した送信制御（潮流用）７３ａに該当する。

【0084】

次いで、振動子３１が水中の散乱体ＧＯから反射された超音波ビームＴＢ２の反射波を受信することによって、送受信回路６２により生成された受信信号（超音波電気信号）を、送受信回路６２より受信する（Ｓ５３）。そして、反射波の受信によって生じる受信信号に基づいて周波数解析を実行し、ドップラシフト量を算出して、潮流計測深度データ５２ｄにより設定された所定深度における潮流の速度ｖを算出する（Ｓ５４）。

【0085】

ここで、Ｓ５４により算出される潮流の速度ｖは、超音波ビームＴＢ２の送受信によって算出されるものであり、それによって算出される潮流の速度ｖは、超音波ビームＴＢ２の送信方向（俯角θと方位角δとで示される方向）と同一方向の成分となる。

【0086】

そこで、Ｓ５４の処理に次ぐＳ５５の処理では、水面（水平面）に対して平行に流れる潮流の速度を求めるために、Ｓ５４の処理で算出した潮流の速度ｖに対して、以下の式（１）による俯角補正を行い、潮流の速度の俯角０度（水平方向）と方位角δとで示される方向の成分ｖ’を算出する（Ｓ５５）。Ｓ５５の処理で算出された潮流の速度の成分ｖ’は、ＲＡＭ５３に一時的に保持される。

【0087】

ｖ’＝ｖ／ｃｏｓθ ・・・（１）
次に、４方向（方位角０度、９０度、１８０度及び２７０度）の超音波ビームＴＢ２の送受信が完了したか否かを判断し（Ｓ５６）、完了していなければ（Ｓ５６：Ｎｏ）、メイン処理に戻る。一方、４方向の超音波ビームＴＢ２の送受信が完了している場合は（Ｓ５６：Ｙｅｓ）、これら４方向の超音波ビームＴＢ２のそれぞれの反射波のドップラシフト量から、潮流計測深度データ５２ｄにて設定された所定深度における、俯角０度と各方位角δ（０度、９０度、１８０度及び２７０度）とで示される４つの方向の潮流の速度の成分ｖ’がそれぞれ算出された状態にある。そこで、所定深度毎に、これら４つの方向の潮流の速度の成分ｖ’をベクトル合成することで、各所定深度での潮流の速度（向きと大きさ）をそれぞれ算出する（Ｓ５７）。

【0088】

そして、Ｓ５７の処理により算出された各所定深度における潮流の速度を示す潮流画像８２ａ～８２ｃを形成して（Ｓ５８）、メイン処理に戻る。ここで、潮流画像８２ａ～８２ｃは、Ｓ５７の処理により算出された潮流の速度が、ソナー機能で形成された探知画像８１に対して視覚的に分かるように、その潮流の速度の向きと大きさとを探知画像８１に対して模式的に表したものである。

【0089】

ここで図１を参照して、潮流画像８２ａ～８２ｃの詳細について説明する。なお、ここでは、所定深度として３つの深度における潮流の速度がＳ５７の処理により算出されたものとする。図１に示す通り、表示装置１５の表示領域１５ａには、ソナー機能により得られた探知画像８１が表示されるとともに、所定深度毎に算出された潮流の速度が、それぞれ潮流画像８２ａ～８２ｃとして、探知画像８１に対してオーバーレイ表示される。

【0090】

各潮流画像８２ａ～８２ｃは、それぞれ、探知画像８１の中心（船舶が表示されている位置）から円周に向けて棒状に延びている。その延びる方向が、その探知画像８１に対して潮流が流れる向きを示す。また、また潮流画像８２ａ～８２ｃのそれぞれにおいて、潮流が流れる向きにそって棒状に伸びている長さが、潮流の速度の大きさを相対的に表している。

【0091】

これら潮流画像８２ａ～８２ｃが、探知画像８１に対してオーバーレイ表示されることにより、潮流の速度の向きと大きさが、ソナー機能で形成された探知画像８１に対して視覚的に分かるように表示されるので、探知画像８１に表示された探知物と、潮流の速度との関係を、使用者が視覚的に把握し易くできる。

【0092】

ここで、Ｓ５３～Ｓ５８の処理が、図６に示した受信信号処理（潮流用）７３ｂに該当する。

【0093】

図７に戻り、メイン処理の説明を続ける。Ｓ１３の処理の結果、選択フラグ５３ａが「ソナー」であると判断される場合に（Ｓ１３：「ソナー」）、ソナー処理を実行する（Ｓ１６）。ここで、図１０を参照して、ソナー処理（Ｓ１６）について説明する。図１０は、ＣＰＵ５１が実行するソナー処理（Ｓ１６）を示すフローチャートである。ソナー処理は、ソナー機能を実現するために、第１送信条件にて超音波ビームＴＢ１を送信し、探知対象物ＧＦ等からの超音波ビームＴＢ１の反射波を受信して得られた受信信号から、探知結果として探知画像８１を生成する処理である。

【0094】

このソナー処理（Ｓ１６）が実行されると、まず、ソナー用の超音波送信条件として、第１送信条件を設定する（Ｓ７１）。第１送信条件とは、具体的には、１００μ秒～２００μ秒と短いバースト波である。次いで、Ｓ７１の処理にて設定された第１送信条件にて、超音波ビームＴＢ１を送信するように、超音波電気信号を送受信回路６２に送信する（Ｓ７２）。送受信回路６２は、この超音波電気信号を受けて送受波ユニット１６の振動子３１を駆動し、第１送信条件にて超音波ビームＴＢ１を送信する。ここで、Ｓ７１及びＳ７２の処理が、図６に示した送信制御（ソナー用）７２ａに該当する。

【0095】

次いで、振動子３１が水中の探知対象物ＧＦや海底又は湖底などから反射された超音波ビームＴＢ１の反射波を受信することによって、送受信回路６２により生成された受信信号（超音波電気信号）を、送受信回路６２より受信する（Ｓ７３）。そして、Ｓ７３の処理により受信した受信信号に基づいて探知画像８１（図１参照）を形成し（Ｓ７４）、メイン処理へ戻る。ここで、Ｓ７３及びＳ７４の処理が、図６に示した受信信号処理（ソナー用）７２ｂに該当する。

【0096】

図１に戻り、メイン処理の説明を続ける。潮流計測処理（Ｓ１５）又はソナー処理（Ｓ１６）の後、ソナー処理（Ｓ１６）にて形成された探知画像８１に対し、潮流計測処理（Ｓ１５）にて形成された潮流画像８２ａ～８２ｃを合成してオーバーレイ表示させた画像を生成する画像合成処理を実行する（Ｓ１７）。ここで合成された画像は、表示装置１５に送られて表示装置１５の表示領域１５ａに表示される。

【0097】

Ｓ１７の処理の後、Ｓ１２の処理に戻り、ソナー機能が終了されるまで、Ｓ１２～Ｓ１７の処理を繰り返しループする。

【0098】

以上説明したように、本発明の一実施形態である超音波ソナー装置１２によれば、ソナー処理７２によって、第１送信条件にて超音波ビームＴＢ１が水中に送信され、その反射波が振動子３１により受信されて生じる受信信号に基づいて、水中の探知結果を示した探知画像８１が形成されて、ソナー機能が実現される。また、潮流計測処理によって、第２送信条件にて超音波ビームＴＢ２が水中に送信され、その反射波が振動子３１により受信されて生じる受信信号に基づいて、所定深度における潮流の速度が算出され出力されて、潮流計機能が実現される。振動子３１から送信される超音波ビームＴＢの方位角δはスキャンモータ２７によって変化され、モータ制御７１によりスキャンモータ２７が駆動されることにより、超音波ビームＴＢの方位角δが回転制御される。

【0099】

ここで、その回転制御された超音波ビームＴＢの方位角が、潮流計機能において使用する超音波ビームＴＢ２の送信方向の方位角（ここで「所定方位角」という）であるかが、図８に示すモータ制御処理（Ｓ１２）のＳ３５の処理によって判断される。そして、超音波ビームＴＢの方位角δが所定方位角以外であると判断される場合には、選択フラグ５３ａに「ソナー」が設定されて、ソナー処理７２が実行される。一方、超音波ビームＴＢの方位角δが所定方位角であると判断される場合には、選択フラグ５３ａに「潮流」が設定されて、潮流計測処理７３が実行される。これにより、振動子３１の方位角が１方向に回転する中で、ソナー処理７２と潮流計測処理７３とが切り替えられながら実行されるので、ソナー機能と潮流計機能とを短時間で実現できる。

【0100】

また、選択フラグ５３ａによって潮流計測処理７３に切り替えて処理が実行される場合に、その潮流計測処理７３の実行が行われる前に所定時間（上記実施形態では５０ミリ秒）ウエイト処理が実行される（図７に示すメイン処理のＳ１４）。一般的に、潮流計機能において、潮流の速度を精度よく算出するために高い周波数分解能を必要とするため、超音波ビームＴＢ２として長時間のバースト波を振動子３１より出力するので、大きな送信電力が必要となる。ここで、所定時間のウエイト処理が実行されることによって、潮流計測処理７３により第２送信条件にて振動子３１から超音波ビームＴＢ２が送信される前に、振動子３１に電力を供給する送信コンデンサのチャージ時間を、十分に確保できる。

【0101】

また、ソナー処理７２において超音波ビームＴＢ１を送信する場合の超音波の俯角θがソナー俯角データ５２ｂにより設定される。そして、潮流計測処理７３が実行される場合においても、超音波ビームＴＢ２の俯角θはソナー俯角データ５２ｂにより設定された俯角θのままとされる。つまり、選択フラグ５３ａによってソナー処理７２から潮流計測処理７３へ、又は、潮流計測処理７３からソナー処理７２へ処理が切り替えられる場合であっても、俯角θは固定されるので、切り替え時に俯角θを変更する必要がない。よって、振動子３１を動かして俯角θを変更する時間を不要とするので、ソナー機能と潮流計機能とをより短時間で実現できる。

【0102】

また、潮流計測処理７３によって、算出された潮流の速度の向きと大きさを探知画像８１に対して模式的に表した潮流画像８２ａ～８２ｃが形成される。そして、探知画像８１に対して潮流画像８２ａ～８２ｃをオーバーレイ表示するように、図７に示すメイン処理のＳ１７の処理により、画像合成される。これにより、探知画像８１に対して模式的に潮流の速度が表示されるので、探知画像８１に表示された探知物と、潮流の速度との関係を、使用者が視覚的に把握し易くできる。

【0103】

また、潮流計測深度データ５２ｄによって、潮流の速度を計測する所定深度として複数の深度が設定され、潮流計測処理７３によって、所定深度として設定された複数の深度における潮流の速度が算出されるので、探知画像８１に表示された探知物と、複数の深度における潮流の速度との関係を使用者が把握できる。

【0104】

なお、図７～図１０の説明では、フラッシュメモリ５２において、潮流計機能のオン・オフの設定値がオンに設定され、また、ソナー機能において水中の探知を行う所定範囲の設定値が０度～０度、即ち、全周に設定されている場合を前提として説明した。

【0105】

一方、潮流計機能がオフに設定されていた場合は、図８に示したモータ制御処理（Ｓ１２）において、Ｓ３５の処理を省略し、選択フラグ５３ａを常に「ソナー」に設定すればよい。

【0106】

また、ソナー機能において水中の探知を行う所定範囲の設定値を、全周ではなく、一部の範囲（例えば、９０度～２７０度）とした場合、モータ制御処理（Ｓ１２）のＳ３４の処理において、設定された所定範囲の中で方位角δを送り角δ１ずつ進めていけばよい。ただし、潮流計機能において使用する超音波ビームＴＢ２の送信方向の少なくとも一部が含まれない場合、一度、所定範囲にわたって超音波ビームＴＢ１の送受信を行った後、その所定範囲に含まれていない超音波ビームＴＢ２の送信方向の方位角となるまでスキャンモータ２７を駆動して振動子３１を回転させ、その方位角で超音波ビームＴＢ２の送受信を行えばよい。また、所定範囲に含まれてない超音波ビームＴＢ２の送信方向が複数ある場合は、順次、その送信方向の方位角となるようにスキャンモータ２７を駆動して振動子３１を回転させ、各々の方位角で超音波ビームＴＢ２の送受信を行えばよい。

【0107】

そして、全ての超音波ビームＴＢ２の送信方向に対して超音波ビームＴＢ２の送受信が行えたら、再び、所定範囲にわたって超音波ビームＴＢ１の送受信を行えばよい。その所定範囲に超音波ビームＴＢ２の送信方向が含まれていれば、振動子３１の方位角が、その超音波ビームＴＢ２の送信方向の方位角となったときに、選択フラグ５３ａを「潮流」に設定して、その方向の超音波ビームＴＢ２の送受信を行えばよい。

【0108】

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記各実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

【0109】

また、上記実施形態では、超音波ビームＴＢの送信条件である第１送信条件および第２送信条件との間で、バースト波の長さ（時間）を変化させて設定する場合について説明したが、必ずしもこれだけに限られるものではなく、超音波の振幅や周波数を変化させて設定するものであってもよい。

【0110】

また、上記実施形態では、潮流計測処理７３により、算出した潮流の速度の向きと大きさを探知画像８１に対して模式的に表した潮流画像８２ａ～８２ｃを形成し、その潮流画像８２ａ～８２ｃを探知画像８１に対してオーバーレイ表示する場合について説明したが、算出した潮流の速度の出力方法はこれに限られるものではない。例えば、潮流画像８２ａ～８２ｃとあわせて、又は、潮流画像８２ａ～８２ｃに代えて、従来の潮流計のように、潮流の速度の向きと大きさを数値等の文字で表示するものであってもよい。当該文字での表示は、探知画像８１に対してオーバーレイ表示されるものであってもよいし、探知画像８１の表示領域とは別の領域に表示されるものであってもよい。

【符号の説明】

【0111】

１１ 船舶
１２ 超音波ソナー装置
３１ 振動子
２７ スキャンモータ（変化手段）
５３ａ 選択フラグ（処理切替手段の一部）
８１ 探知画像
８２ａ～８２ｃ 潮流画像
Ｓ１３ （処理切替手段の一部）
Ｓ１４ （ウエイト処理実行手段）
Ｓ１５ 潮流計測処理（第２処理手段）
Ｓ１６ ソナー処理（第１処理手段）
Ｓ１７ （画像合成手段）
Ｓ３２ （俯角設定手段）
Ｓ３４ （回転制御手段）
Ｓ３５ （方位角判断手段）
ＴＢ 超音波ビーム
ＴＢ１ 第１送信条件での超音波ビーム
ＴＢ２ 第２送信条件での超音波ビーム
δ 超音波ビームの方位角
θ 超音波ビームの俯角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】