特開 2024-5621 水中探知装置

(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】P2024005621

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】水中探知装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/521 20060101AFI20240110BHJP

   G01S 15/96 20060101ALI20240110BHJP

   G01S 7/524 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G01S7/521 Z

G01S15/96

G01S7/524 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022105886

(22)【出願日】2022-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000166247

【氏名又は名称】古野電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111383

【弁理士】

【氏名又は名称】芝野 正雅

(74)【代理人】

【識別番号】100170922

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 誠

(72)【発明者】

【氏名】海老田 祐司

(72)【発明者】

【氏名】道上 法正

【テーマコード（参考）】

5J083

【Ｆターム（参考）】

5J083AA02

5J083AB01

5J083AB08

5J083AC32

5J083AF16

5J083BA01

5J083BC01

5J083BD05

5J083BD12

5J083CA03

5J083CA12

(57)【要約】

【課題】送波用の超音波振動子と受波用の超音波振動子が個別に配置される構成において、これら超音波振動子と送信回路および受信回路とを接続するケーブルの芯数を減少させることが可能な水中探知装置を提供する。
【解決手段】水中探知装置は、送信用の第１超音波振動子１１１と、受信用の第２超音波振動子１２１と、第１超音波振動子１１１に供給される送信信号を生成する送信回路２１１と、第２超音波振動子１２１から出力される受信信号を処理する受信回路２２１と、第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１と、送信回路２１１および受信回路２２１との間に介在するケーブル３０と、ケーブル３０の前段および後段にそれぞれ配置され、送信回路２１１と第１超音波振動子１１１との信号線、および、第２超音波振動子１２１と受信回路２２１との信号線を共通化させるための第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信波を送波する第１超音波振動子と、
前記送信波の反射波を受波する第２超音波振動子と、
前記第１超音波振動子に供給される送信信号を生成する送信回路と、
前記第２超音波振動子から出力される受信信号を処理する受信回路と、
前記第１超音波振動子および前記第２超音波振動子と、前記送信回路および前記受信回路との間に介在するケーブルと、
前記ケーブルの前段および後段にそれぞれ配置され、前記送信回路と前記第１超音波振動子との信号線、および、前記第２超音波振動子と前記受信回路との信号線を共通化させるための第１トラップ回路および第２トラップ回路と、を備える、
ことを特徴とする水中探知装置。

【請求項2】

請求項１に記載の水中探知装置において、
前記第１超音波振動子を有する送波器および前記第２超音波振動子を有する受波器を、同期させて回転させる駆動部と、
前記ケーブルと前記第２トラップ回路との間に配置されたスリップリングと、を備える、
ことを特徴とする水中探知装置。

【請求項3】

請求項１に記載の水中探知装置において、
前記送信回路、前記受信回路、前記第１超音波振動子および前記第２超音波振動子の組を複数備え、
前記組ごとに、前記第１トラップ回路および前記第２トラップ回路を備える、
ことを特徴とする水中探知装置。

【請求項4】

請求項１に記載の水中探知装置において、
前記第２トラップ回路は、コンデンサ方式のトラップ回路であり、
前記第２トラップ回路のコンデンサは、前記第２超音波振動子のマッチング回路のコンデンサに共用されている、
ことを特徴とする水中探知装置。

【請求項5】

請求項１に記載の水中探知装置において、
前記送信回路および前記受信回路は、それぞれ、２本の信号線を用いて信号を伝送する差動の構成である、
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、水中に送信波を送波し、その反射波に基づいて、水中の物標を探知する水中探知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水中に送信波を送波し、その反射波に基づいて、水中の物標を探知する水中探知装置が知られている。この種の水中探知装置では、たとえば、狭いビームを形成可能な超音波振動子を回転させることにより、自船周囲の物標が探知される。

【0003】

この種の水中探知装置では、たとえば、１つまたは複数の超音波振動子を有する送波器と、複数の超音波振動子を有する受波器とが、個別に配置される。水中探知装置は、送波器を回転させつつ、受波器を送波器に同期させて回転させる。このとき、受波器に配置された複数の超音波振動子からそれぞれ出力される信号に対するビームフォーミングにより、受信ビームが深さ方向にスキャンされる。こうして、自船周囲の全範囲において、エコー信号が生成される。生成されたエコー信号に基づいて、受波器からの位置とその位置のエコー強度とを対応付けたエコー画像が生成される。

【0004】

特許文献１には、この種の水中探知装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１６３８４４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記構成の水中探知装置では、操舵室等に設置された制御ユニットと、船底に設置された送波器および受波器とが、通信可能に、ケーブルで接続される。この場合、送波器および受波器のチャンネル数分の芯数がケーブルに必要となる。また、送信および受信のケーブルがともに差動である場合、チャンネル数の２倍の芯数がケーブルに必要となる。このため、ケーブルは、サイズおよびコストの両面において大きくなってしまう。

【0007】

また、上記のように、送波器および受波器が回転する構成では、ケーブルと送波器および受波器との間にスリップリングが配置される。この場合、上記のようにケーブルの芯数が多いと、スリップリングの極数も多くなる。このため、スリップリングも、サイズおよびコストの両面において大きくなってしまう。

【0008】

さらには、スリップリングおよびケーブルの前後に接続用のコネクタが配置されると、ケーブルの芯数の増加に伴い、コネクタの極数も多くなる。このため、コネクタも、サイズおよびコストの両面において大きくなってしまう。

【0009】

このように、上記構成の水中探知装置では、ケーブルの芯数の増加に伴い、ケーブル、スリップリングおよびコネクタにおいて、サイズおよびコストの増大を招く。その結果、水中探知装置もまた、大型化およびコストの上昇を招いてしまう。

【0010】

かかる課題に鑑み、本発明は、送波用の超音波振動子と受波用の超音波振動子が個別に配置される構成において、これら超音波振動子と送信回路および受信回路とを接続するケーブルの芯数を減少させることが可能な水中探知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】

【0011】

本発明の主たる態様に係る水中探知装置は、送信波を送波する第１超音波振動子と、前記送信波の反射波を受波する第２超音波振動子と、前記第１超音波振動子に供給される送信信号を生成する送信回路と、前記第２超音波振動子から出力される受信信号を処理する受信回路と、前記第１超音波振動子および前記第２超音波振動子と、前記送信回路および前記受信回路との間に介在するケーブルと、前記ケーブルの前段および後段にそれぞれ配置され、前記送信回路と前記第１超音波振動子との信号線、および、前記第２超音波振動子と前記受信回路との信号線を共通化させるための第１トラップ回路および第２トラップ回路と、を備える。

【0012】

本態様に係る水中探知装置によれば、第１トラップ回路および第２トラップ回路によって、送信回路と第１超音波振動子との信号線、および、第２超音波振動子と受信回路との信号線を共通化できる。このため、ケーブルの芯数を減少させることができる。

【0013】

本態様に係る水中探知装置は、前記第１超音波振動子を有する送波器および前記第２超音波振動子を有する受波器を、同期させて回転させる駆動部と、前記ケーブルと前記第２トラップ回路との間に配置されたスリップリングと、を備えるよう構成され得る。

【0014】

この構成によれば、上記のようにケーブルの芯数が減少するため、スリップリングの極数も減少させることができる。よって、スリップリングの小型化および低コスト化を実現できる。

【0015】

本態様に係る水中探知装置は、前記送信回路、前記受信回路、前記第１超音波振動子および前記第２超音波振動子の組を複数備え、前記組ごとに、前記第１トラップ回路および前記第２トラップ回路を備えるよう構成され得る。

【0016】

この構成によれば、組ごとに第１トラップ回路および第２トラップ回路が配置されるため、組ごとにケーブルの芯数を減少させることができる。よって、ケーブル全体の芯数を顕著に減少させることができる。

【0017】

本態様に係る水中探知装置において、前記第２トラップ回路は、コンデンサ方式のトラップ回路であり、前記第２トラップ回路のコンデンサは、前記第２超音波振動子のマッチング回路のコンデンサに共用されるよう構成され得る。

【0018】

この構成によれば、第２トラップ回路およびマッチング回路のコンデンサが共用されるため、回路構成の簡素化とコストの低減を実現できる。

【0019】

本態様に係る水中探知装置において、前記送信回路および前記受信回路は、それぞれ、２本の信号線を用いて信号を伝送する差動の構成とされ得る。

【0020】

この構成によれば、送信回路および受信回路にそれぞれ２つずつ、合計４つ設けられる信号線を、第１トラップ回路および第２トラップ回路の配置により、２つの信号線に減少させることができる。よって、ケーブルの芯数を半分に減少させることができる。

【発明の効果】

【0021】

以上のとおり、本発明によれば、送波用の超音波振動子と受波用の超音波振動子が個別に配置される構成において、これら超音波振動子と送信回路および受信回路とを接続するケーブルの芯数を減少させることが可能な水中探知装置を提供することができる。

【0022】

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、実施形態に係る、送波器によって形成される送信ビームを模式的に示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係る、受信ビームが電子的に走査される範囲であるファンエリアを模式的に示す図である。

【図4】図４は、比較例に係る、送受信回路の構成を示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係る、送受信回路の構成を示す図である。

【図6】図６は、実施形態に係る、送信回路から送信信号が出力されたときの送信信号が伝搬する経路を示す図である。

【図7】図７は、実施形態に係る、第２超音波振動子から受信信号が出力されたときの受信信号が伝搬する経路を示す図である。

【図8】図８は、実施形態に係る、送信回路、受信回路、第１超音波振動子および第２超音波振動子の組が複数ある場合の送受信回路の構成を模式的に示す図である。

【図9】図９は、変更例に係る、抵抗方式の第１トラップ回路および第２トラップ回路を用いた場合の送受信回路の構成を示す図である。

【図10】図１０は、他の変更例に係る、ダイオードスイッチ方式の第１トラップ回路および第２トラップ回路を用いた場合の送受信回路の構成を示す図である。

【図11】図１１は、さらに他の変更例に係る、送信および受信の両方がシングルエンドである場合の送受信回路の構成を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る水中探知装置は、主に魚および魚群等の物標の探知に用いられる。水中探知装置は、他にも、岩礁のような海底の起伏、人工漁礁のような構造物の探知などに用いられる。

【0025】

図１は、水中探知装置１の構成を示すブロック図である。

【0026】

図１に示すように、水中探知装置１は、船底部１０と、船上部２０と、ケーブル３０とを備える。船底部１０は、船底に設置され、船上部２０は、操舵室等の船上の位置に設置される。ケーブル３０は、船底部１０と船上部２０との間で、送信信号および受信信号を伝送するための通信ケーブルである。

【0027】

船底部１０は、送波器１１と、受波器１２と、駆動部１３と、トラップ回路部１４と、スリップリング１５とを備える。駆動部１３は、モータ１３ａと、回転角度検出部１３ｂとを備える。船上部２０は、送信部２１と、受信部２２と、信号処理ユニット２３と、トラップ回路部２４と、表示部２５と、入力部２６とを備える。

【0028】

送波器１１は、１つまたは複数の超音波振動子を備える。送波器１１は、３次元状の送信ビームＴＢを形成可能に構成される。送波器１１は、パルス状の超音波（送信パルス波）を水中に送波する。

【0029】

図２は、送波器１１によって形成される送信ビームＴＢを模式的に示す図である。

【0030】

図２において、Ｚ軸は、送波器１１から鉛直下向きに降ろした軸であり、Ｙ軸は、水平面に平行で且つ自船ＳＨ１の進行方向を示す軸である。Ｘ軸は、Ｙ軸およびＺ軸に垂直な軸である。ここでは、鉛直方向に見て送信パルス波がＸ軸に平行な方向に送波されるタイミングの送信ビームＴＢの状態が示されている。

【0031】

送波器１１は、送信ビームＴＢの中心軸Ａｘが鉛直方向（Ｚ軸方向）に対して斜めになるように、船底に設置される。送信ビームＴＢは、水平方向に角度α１１の広がりを有し、かつ、Ｚ軸を中心とする周方向に見て略扇形状を有する。角度α１１は、たとえば３０度である。これに限らず、角度α１１は、たとえば、６～９０度の範囲内に設定され得る。

【0032】

送信ビームＴＢは、鉛直下方向を０度として鉛直上方向に角度θ１の範囲で広がっている。角度θ１は、たとえば、９０度である。角度θ１は、９０度に限られるものではなく、たとえば、６０度程度であってもよい。また、送信ビームＴＢの鉛直方向の広がりは、必ずしも、鉛直下方向が境界でなくてもよい。たとえば、鉛直下方向に対して鉛直方向に３０～９０度の範囲で送信ビームＴＢが鉛直方向に広がっていてもよい。また、鉛直下方を挟んで±６０度の範囲に送信ビームＴＢが広がっていてもよい。

【0033】

図１に戻り、受波器１２は、送波器１１に対して分離して設置される。受波器１２は、複数の超音波振動子を有する。これら超音波振動子は、受波器１２の受波素子である。たとえば、受波器１２は、８つの超音波振動子を備える。各超音波振動子の受波面は、たとえば、長方形状に形成される。受波器１２に配置される超音波振動子の数は、８つに限らず、他の数であってもよい。

【0034】

受波器１２の各超音波振動子は、送波器１１から送波された送信パルス波の反射波を受波して、反射波のエコー強度に応じた受信信号を生成する。これら超音波振動子は、直線状に配列される。すなわち、受波器１２は、リニアアレイである。リニアアレイの受波面に垂直な方向であって受信ビームＲＢが形成される側の方向と水平面とがなす角度は、俯角方向を正とした場合、たとえば３０度である。ただし、この角度は、リニアアレイが鉛直方向に沿って配列されている場合の角度である０度から、リニアアレイが水平方向に沿って配列されている場合の角度である９０度までの範囲内において、他の角度であってもよい。

【0035】

モータ１３ａは、鉛直方向に平行な回転軸について、送波器１１を回転させる。これにより、送信ビームＴＢが、図２の自船ＳＨ１（Ｚ軸）を中心とした水平方向の全方位に亘って回転される。また、モータ１３ａは、送波器１１の回転に同期するように、受波器１２を、鉛直方向に平行な回転軸について回転させる。送波器１１と受波器１２は、互いに同じ方向を向くように回転する。これにより、送波器１１から送波された超音波（送信パルス波）の反射波が、受波器１２によって受波される。

【0036】

回転角度検出部１３ｂは、モータ１３ａの回転角を検出する。回転角度検出部１３ｂは、モータ１３ａに取り付けられている。回転角度検出部１３ｂは、たとえば、ロータリーエンコーダである。ただし、モータ１３ａの回転角を検出する方法は、これに限られるものではない。たとえば、モータ１３ａがステッピングモータである場合、基準位置からのステップ数に基づいて、モータ１３ａの回転角が検出されてもよい。モータ１３ａの回転角により、水平面内における所定の基準軸に対する送波器１１および受波器１２の角度位置が検出され得る。この基準軸は、たとえば、図２のＸ軸正側の軸に設定される。

【0037】

送波器１１は、上記のようにモータ１３ａによって回転させられながら、基準軸に対して所定の角度ごとに、送信ビームＴＢを形成して、超音波（送信パルス波）を送波する。また、受波器１２は、送波器１１から送信ビームＴＢが送波される各角度位置において、受信ビームＲＢを形成して反射波の受信信号を生成する。各角度位置において、信号処理ユニット２３が、受波器１２の複数の超音波振動子に対するビームフォーミングを行うことにより、鉛直方向に受信ビームＲＢが電子的に走査される。受信ビームＲＢは、ファンエリアＦＡ内において鉛直方向に電子的に走査される。

【0038】

図３は、受信ビームＲＢが電子的に走査される範囲であるファンエリアＦＡを模式的に示す図である。図３のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、図２と同様である。

【0039】

ファンエリアＦＡは、周方向の広がり角が６度程度と比較的薄く、自船ＳＨ１から鉛直方向に扇形状に広がっている。図３では、角度位置が第１角度位置α２１のときのファンエリアＦＡがＦＡ（α２１）で示され、角度位置が第２角度位置α２２のときのファンエリアＦＡがＦＡ（α２２）で示されている。

【0040】

ファンエリアＦＡの鉛直方向の角度θ２は、たとえば約９０度である。ファンエリアＦＡは、鉛直下方から水平方向に亘る範囲に形成される。ファンエリアＦＡ内を電子的に走査される受信ビームＲＢは、ファンエリアＦＡとともに、図１のモータ１３ａによって、水平面に沿ってα方向に回転させられる。これにより、自船ＳＨ１を中心とした半球形状状の３次元空間内において物標が探知され、当該空間内における物標の３次元的な位置が推定され得る。

【0041】

なお、角度θ２は、９０度に限られるものではない。また、角度θ２の境界が鉛直下方向でなくてもよい。たとえば、角度θ２が、鉛直下方向に対して３０度から９０度に亘る角度範囲であってもよい。また、角度θ２が、鉛直下方向に対し±６０度の範囲であってもよい。

【0042】

図１に戻り、トラップ回路部１４は、送波器１１に配置された１つの超音波振動子と、受波器１２に配置された１つの超音波振動子との組ごとに、トラップ回路を備える。同様に、トラップ回路部２４は、これらの超音波振動子の組ごとに、トラップ回路を備える。トラップ回路の詳細な構成および作用は、追って、図５を参照して説明する。

【0043】

スリップリング１５は、ケーブル３０とトラップ回路部１４とを電気的に接続するための回転コネクタである。すなわち、上記のように、送波器１１および受波器１２がモータ１３ａにより回転すると、これに伴い、トラップ回路部１４が一体的に回転する。つまり、送波器１１、受波器１２およびトラップ回路部１４は、共通の回転体に配置されている。スリップリング１５は、こうして回転するトラップ回路部１４と、ケーブル３０との電気的な接続を維持する。

【0044】

送信部２１は、信号処理ユニット２３で生成された所定周波数の送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を、トラップ回路部２４、ケーブル３０、スリップリング１５、トラップ回路部１４を介して、送波器１１に印加する。これにより、送波器１１から、増幅後の送信信号に対応する送信パルス波が送波される。

【0045】

受信部２２は、トラップ回路部１４、スリップリング１５、ケーブル３０、トラップ回路部２４を介して受波器１２から入力されるエコー信号（受信信号）を増幅するとともに、送信パルス波と同じ周波数成分を抽出する。さらに、受信部２２は、抽出したエコー信号をＡ／Ｄ変換し、変換後のデジタル信号（エコー信号）を、信号処理ユニット２３に出力する。

【0046】

信号処理ユニット２３は、上述の送信信号を生成し、生成した送信信号を送信部２１に出力する。また、信号処理ユニット２３は、受信部２２から入力されるエコー信号を処理し、物標の画像データを生成するための処理を行う。信号処理ユニット２３は、たとえば、パーソナルコンピュータにより構成される。信号処理ユニット２３が専用機であってもよい。信号処理ユニット２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路と、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスク等の記憶媒体を備える。記憶媒体には、水中探知のための処理を実現するためのプログラムが記憶されている。

【0047】

表示部２５は、画像を表示するためのモニタを備え、信号処理ユニット２３から出力された画像データに応じた画像を表示する。本実施形態では、表示部２５には、自船下方における海中の状態が３次元的に表示される。これにより、使用者は、当該画像を参照することで、自船下方における海中の状態（たとえば、単体魚および魚群、海底の起伏、人工漁礁のような構造物の有無及び位置）を把握できる。

【0048】

ところで、上記のように、送波器１１と受波器１２とが個別に設けられる構成では、通常、送波器１１の各超音波振動子と受波器１２の各超音波振動子に対して、それぞれ、送信信号および受信信号を伝送するための信号線が個別に設けられる。このため、この信号線の数に対応する芯線がケーブル３０に必要となり、ケーブル３０の芯数が多くなる。同様に、この信号線の数に対応する極数がスリップリング１５に必要となり、スリップリング１５の極数が多くなる。このため、ケーブル３０およびスリップリング１５が大型化し、これら部材のコストが上昇する。図１には図示していなが、ケーブル３０やスリップリング１５の前後にコネクタが配置され場合は、さらに、このコネクタについても、同様に、大型化およびコストの上昇の問題が生じる。

【0049】

本実施形態では、このような問題を解消するため、図１に示したように、ケーブル３０の前後に、トラップ回路部１４、２４が配置されている。これにより、送波器１１の各超音波振動子と受波器１２の各超音波振動子に対して、それぞれ、送信信号および受信信号を伝送するための信号線の数が減少される。以下、この構成および作用について、トラップ回路部１４、２４が配置されない場合の比較例と対照して説明する。

【0050】

図４は、比較例に係る、送受信回路の構成を示す図である。図４には、１組の超音波振動子１１１、１２１に対する回路部の構成が示されている。

【0051】

送波器１１は、超音波振動子１１１（以下、「第１超音波振動子１１１」という）と、マッチングトランス１１２とを備える。第１超音波振動子１１１は、送信信号の印加により送信パルス波（超音波）を送波する。マッチングトランス１１２は、第１超音波振動子１１１と、第１超音波振動子１１１までの送信信号の伝送系との間のインピーダンスを整合させて、送信信号を第１超音波振動子１１１に効率よく伝搬させる。

【0052】

受波器１２は、超音波振動子１２１（以下、「第２超音波振動子１２１」という）と、ＬＣマッチング回路１２２とを備える。第２超音波振動子１２１は、第１超音波振動子１１１から送波された送信パルス波の反射波を受波して、受信信号を出力する。ＬＣマッチング回路１２２は、ケーブル３０の特性インピーダンスとの関係から第２超音波振動子１２１の周波数特性が維持されるようにインピーダンスのマッチングを行う。

【0053】

送信回路２１１は、図１の送信部２１に含まれ、第１超音波振動子１１１に供給される送信信号を生成する。送信回路２１１は、ＦＥＴ２１１ａ、２１１ｂと、マッチング回路２１１ｃとを備える。ＦＥＴ２１１ａ、２１１ｂは、図１の信号処理ユニット２３から入力される所定周波数の送信信号を、電源電圧Ｖｂにより増幅する。マッチング回路２１１ｃは、第１超音波振動子１１１の周波数特性が維持されるようにインピーダンスのマッチングを行う。

【0054】

受信回路２２１は、図１の受信部２２に含まれ、第２超音波振動子１２１から出力される受信信号を処理する。受信回路２２１は、トランス２２１ａと、アンプ２２１ｂとを備える。トランス２２１ａは、第２超音波振動子１２１やケーブル３０に重畳されるコモンモードノイズを低減する。アンプ２２１ｂは、トランス２２１ａから伝搬される受信信号を増幅して、後段回路に供給する。上記のように、受信回路２２１は、後段回路として、フィルタやアンプ、Ａ／Ｄコンバータ等（図示せず）をさらに有している。

【0055】

図４の構成では、送信回路２１１および受信回路２２１が、それぞれ、２本の信号線を用いて信号を伝送する差動の構成となっている。このため、比較例の構成では、送信回路２１１に対して２本の信号線Ｌ１１、Ｌ１２が設けられ、受信回路２２１に対して２本の信号線Ｌ２１、Ｌ２２が設けられる。すなわち、１組の第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１に対する送受信に、４つの信号線Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２が設けられる。このため、１組の第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１について、ケーブル３０は４つの芯線が必要となり、スリップリング１５は４つの極が必要となる。

【0056】

したがって、第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１の組数が増加すると、ケーブル３０の芯数およびスリップリング１５の極数は、膨大な数となる。たとえば、第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１の組数が１６である場合、６４（４×１６）の芯数および極数が、ケーブル３０およびスリップリング１５に必要となる。

【0057】

図５は、実施形態に係る、送受信回路の構成を示す図である。図４と同様、図５には、１組の第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１に対する回路部の構成が示されている。

【0058】

図５に示すように、実施形態の構成では、ケーブル３０の前段および後段に、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１がそれぞれ配置されている。第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１は、送信回路２１１から送波器１１に対する送信信号の供給と、受波器１２２から受信回路２２１に対する受信信号の供給とを切り替える。これらトラップ回路は、送受切替回路や送受分離回路と称される場合もある。

【0059】

第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１は、コンデンサ方式のトラップ回路である。第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１は、送信回路２１１と第１超音波振動子１１１との間の信号線、および、第２超音波振動子１２１と受信回路２２１との間の信号線を、信号線Ｌ３１、Ｌ３２に共通化させる。

【0060】

第１トラップ回路２４１は、３つのダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃと、２つのコンデンサ２４１ｄ、２４１ｅとを備える。第２トラップ回路１４１は、３つのダイオード並列回路１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃと、２つのコンデンサ１４１ｄ、１４１ｅとを備える。２つのコンデンサ１４１ｄ、１４１ｅは、ＬＣマッチング回路１２２と共用されている。

【0061】

ダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃおよびダイオード並列回路１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃは、２つのダイオードが逆向きに並列接続されて構成される。ダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃおよびダイオード並列回路１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃは、低電圧の信号にはオープンとなり、高電圧の信号には、最大０．７Ｖ程度の電圧を生じるインピーダンスとなる。

【0062】

ダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂおよびダイオード並列回路１４１ａ、１４１ｂは、差動の一方の信号線に直列に接続されている。ダイオード並列回路２４１ｃおよびダイオード並列回路１４１ｃは、差動の２つの信号線に跨るように、それぞれ接続されている。

【0063】

図５に示すように、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１によって、送信回路２１１と第１超音波振動子１１１との間の信号線、および、第２超音波振動子１２１と受信回路２２１との間の信号線を、信号線Ｌ３１、Ｌ３２に共通化できる。これにより、図４に示した比較例に比べて、ケーブル３０に繋がる信号線の数が半分に減少する。このため、図４の比較例に比べて、ケーブル３０の芯数が半分に減少し、また、スリップリング１５の極数が半分に減少する。

【0064】

図６は、送信回路２１１から送信信号が出力されたときの送信信号が伝搬する経路を示す図である。

【0065】

図６には、送信信号が流れる経路が、太線で示されている。図示のとおり、送信信号は、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１の作用により、第１超音波振動子１１１には供給されるが、受信回路２２１および受波器１２には遮断される。

【0066】

すなわち、第１トラップ回路２４１のダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂは、送信回路２１１で生じた高電圧の送信信号を導通させる。しかし、これらダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂを導通した送信信号は、コンデンサ２４１ｄ、２４１ｅとダイオード並列回路２４１ｃとで分圧され、これにより、送信信号が受信回路２２１に回り込むことが抑制される。

【0067】

また、第２トラップ回路１４１のダイオード並列回路１４１ａ、１４１ｂは、ケーブル３０およびスリップリング１５を導通した高電圧の送信信号を導通させて、マッチングトランス１１２に供給する。しかし、ケーブル３０およびスリップリング１５を導通した送信信号は、コンデンサ１４１ｄ、１４１ｅとダイオード並列回路１４１ｃとで分圧され、これにより、送信信号が受波器１２に伝搬することが抑制される。

【0068】

さらに、第１トラップ回路２４１のダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂは、送信回路２１１で生じた低電圧のノイズ信号にはオープンとなって、このノイズ信号を遮断する。これにより、このノイズ信号が、受信回路２２１や第２超音波振動子１２１に回り込むことが抑制される。

【0069】

図７は、第２超音波振動子１２１から受信信号が出力されたときの受信信号が伝搬する経路を示す図である。

【0070】

図７には、受信信号が流れる経路が、太線で示されている。図示のとおり、受信信号は、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１の作用により、受信回路２２１には供給されるが、送信回路２１１および第１超音波振動子１１１には遮断される。

【0071】

すなわち、第２トラップ回路１４１のダイオード並列回路１４１ｃは、低電圧の受信信号に対してオープンとなって、受信信号をスリップリング１５およびケーブル３０に伝搬させる。また、第１トラップ回路２４１のダイオード並列回路２４１ｃは、ケーブル３０から供給された低電圧の受信信号に対してオープンとなって、受信信号を受信回路２２１のトランス２２１ａに伝搬させる。

【0072】

しかし、第２トラップ回路１４１のダイオード並列回路１４１ａ、１４１ｂは、ダイオード並列回路１４１ｃを通過した低電圧の受信信号に対してオープンとなって、受信信号を遮断する。これにより、受信信号が第１超音波振動子１１１に回り込むことが抑制される。

【0073】

また、第１トラップ回路２４１のダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂは、ケーブル３０を介して伝搬した低電圧の受信信号に対してオープンとなって、受信信号を遮断する。これにより、受信信号が送信回路２１１に回り込むことが抑制される。

【0074】

さらに、第２トラップ回路１４１のダイオード並列回路１４１ａ、１４１ｂは、第１超音波振動子１１１が拾ったノイズに基づく低電圧のノイズ信号に対してオープンとなって、このノイズ信号を遮断する。これにより、このノイズ信号が、受信回路２２１や第２超音波振動子１２１に回り込むことが抑制される。

【0075】

なお、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１の各素子は、送信信号および受信信号の伝搬時に上述の挙動が実現されるよう、抵抗値等のパラメータ値が調整される。

【0076】

以上のように、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１は、送信信号および受信信号を、第１超音波振動子１１１および受信回路２２１にそれぞれ供給しつつ、送信信号および受信信号が第１超音波振動子１１１および受信回路２２１以外の回路部に回り込むことを抑制する。また、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１は、送信回路２１１や第１超音波振動子１１１で生じたノイズ信号が各回路部に回り込むことを抑制する。

【0077】

図８は、送信回路２１１、受信回路２２１、第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１の組が複数ある場合の送受信回路の構成を模式的に示す図である。

【0078】

図８には、便宜上、２つの組Ｓ１、Ｓ２が図示され、これらの組Ｓ１、Ｓ２以外の組の図示は省略されている。また、図８では、便宜上、マッチングトランス１１２およびＬＣマッチング回路１２２の図示が省略されている。

【0079】

第１超音波振動子１１１の数と第２超音波振動子１２１の数が同じである場合、第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１は、余ることなく何れかの組に割り当てられる。第１超音波振動子１１１の数と第２超音波振動子１２１の数が同じでない場合、たとえば、なるべく多くの組が構成され、各組に図８と同様の構成が適用される。組に割り当てられなかった余りの超音波振動子については、図４と同様の構成が適用される。

【0080】

図８に示すように、組Ｓ１、Ｓ２ごとに第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１が配置されることにより、組Ｓ１、Ｓ２ごとにケーブル３０の芯数を減少させることができる。よって、ケーブル３０全体の芯数を顕著に減少させることができ、さらには、スリップリング１５の極数を顕著に減少させることができる。

【0081】

＜実施形態の効果＞
上記実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。

【0082】

図５～図７を参照して説明したとおり、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１をケーブル３０の前段および後段に配置することによって、送信回路２１１と第１超音波振動子１１１との間の信号線、および、第２超音波振動子１２１と受信回路２２１との間の信号線を、信号線Ｌ３１、Ｌ３２に共通化できる。このため、図４に示した比較例に比べて、ケーブル３０の芯数を減少させることができる。

【0083】

図１に示したように、水中探知装置１は、第１超音波振動子１１１を有する送波器１１および第２超音波振動子１２１を有する受波器１２を同期させて回転させる駆動部１３と、ケーブル３０と第２トラップ回路１４１（トラップ回路部１４）との間に配置されたスリップリング１５と、を備える。この構成によれば、上記のようにケーブル３０の芯数が減少するため、スリップリング１５の極数も減少させることができる。よって、スリップリング１５の小型化および低コスト化を実現できる。

【0084】

図８の構成において、水中探知装置１は、送信回路２１１、受信回路２２１、第１超音波振動子１１１および第２超音波振動子１２１の組を複数備え、組Ｓ１、Ｓ２ごとに、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１を備える。この構成によれば、組Ｓ１、Ｓ２ごとに第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１が配置されるため、組Ｓ１、Ｓ２ごとにケーブル３０の芯数を減少させることができる。よって、ケーブル３０全体の芯数を顕著に減少させることができる。

【0085】

図５に示したように、第２トラップ回路１４１は、コンデンサ方式のトラップ回路であり、第２トラップ回路１４１のコンデンサ１４１ｄ、１４１ｅは、第２超音波振動子１２１のＬＣマッチング回路１２２のコンデンサに共用されている。この構成によれば、第２トラップ回路１４１およびＬＣマッチング回路１２２のコンデンサが共用されるため、回路構成の簡素化とコストの低減を実現できる。

【0086】

図５に示したように、送信回路２１１および受信回路２２１は、それぞれ、２本の信号線（Ｌ１１、Ｌ１２／Ｌ２１、Ｌ２２）を用いて信号を伝送する差動の構成とされている。この構成によれば、図４に示した比較例の構成では、送信回路２１１および受信回路２２１にそれぞれ２つずつ、合計４つ設けられる信号線（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２）を、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１の配置により、２つの信号線Ｌ３１、Ｌ３２に減少させることができる。よって、ケーブル３０の芯数を半分に減少させることができる。

【0087】

＜変更例＞
本発明は、上記実施形態に制限されるものではない。また、本発明の実施形態は、上記構成の他に種々の変更が可能である。

【0088】

たとえば、上記実施形態では、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１が何れもコンデンサ方式のトラップ回路であったが、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１として、抵抗方式やダイオードスイッチ方式等の他の方式のトラップ回路が用いられてもよい。

【0089】

図９は、抵抗方式の第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１を用いた場合の送受信回路の構成を示す図である。

【0090】

図９の構成では、図６の構成のコンデンサ２４１ｄ、２４１ｅ、１４１ｄ、１４１ｅが、それぞれ、抵抗２４１ｆ、２４１ｇ、１４１ｆ、１４１ｇに置き換えられている。また、ＬＣマッチング回路１２２は、インピーダンス整合のためのコンデンサを単独で含んでいる。図９のその他の構成は、図６と同様である。

【0091】

図９の構成では、送信回路２１１から出力される高電圧の送信信号は、第１トラップ回路２４１の抵抗２４１ｆ、２４１ｇとダイオード並列回路２４１ｃとで分圧される。これにより、送信信号が受信回路２２１に伝搬することが抑制される。また、ケーブル３０およびスリップリング１５を伝搬した送信信号は、第２トラップ回路１４１の抵抗１４１ｆ、１４１ｇとダイオード並列回路１４１ｃとで分圧される。これにより、送信信号が第２超音波振動子１２１に伝搬することが抑制される。送受波時における送受信回路のその他の挙動は、図６の構成における挙動と同様である。

【0092】

図１０は、ダイオードスイッチ方式の第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１を用いた場合の送受信回路の構成を示す図である。

【0093】

図１０の構成では、図６の構成のダイオード並列回路２４１ｃおよびコンデンサ２４１ｄ、２４１ｅと、ダイオード並列回路１４１ｃおよびコンデンサ１４１ｄ、１４１ｅに代えて、ダイオードブリッジ回路２４１ｈ、２４１ｉ、１４１ｈ、１４１ｉが設けられている。また、ＬＣマッチング回路１２２は、インピーダンス整合のためのコンデンサを単独で含んでいる。図１０のその他の構成は、図６と同様である。

【0094】

ダイオードブリッジ回路２４１ｈ、２４１ｉ、１４１ｈ、１４１ｉは、２つのダイオードが逆向きに接続される２つの位置に、逆極性の電圧＋Ｖｃ、－Ｖｃが印加される。ダイオードブリッジ回路２４１ｈ、２４１ｉ、１４１ｈ、１４１ｉは、送信信号のような高電圧の信号は遮断し、受信信号のような低電圧の信号は伝搬させる。

【0095】

したがって、送信回路２１１から出力される送信信号は、ダイオードブリッジ回路２４１ｈ、２４１ｉおよびダイオードブリッジ回路１４１ｈ、１４１ｉでそれぞれ遮断される。これにより、送信信号が受信回路２２１や第２超音波振動子１２１に伝搬することが抑制される。送受波時における送受信回路のその他の挙動は、図６の構成における挙動と同様である。

【0096】

図９および図１０の送受信回路によっても、上記実施形態と同様、信号線Ｌ３１、Ｌ３２が送受で共通化されるため、ケーブル３０の芯数およびスリップリング１５の極数を減少させ得る。但し、図１０の構成では、船底部１０側のダイオードブリッジ回路１４１ｈ、１４１ｉに電圧＋Ｖｃ、－Ｖｃを印加する必要があるため、この電圧を供給するための芯線および極が、ケーブル３０およびスリップリング１５に必要となる。このため、その分、上記実施形態に比べて、ケーブル３０の芯数およびスリップリング１５の極数が増加する。したがって、ケーブル３０の芯数およびスリップリング１５の極数をより効果的に減少させるためには、図６または図９の構成が用いられることが好ましいと言える。

【0097】

なお、図６、図９および図１０の構成では、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１の方式が同じであったが、第１トラップ回路２４１および第２トラップ回路１４１の方式が異なっていてもよい。たとえば、第１トラップ回路２４１としてコンデンサ方式のトラップ回路が用いられ、第２トラップ回路１４１として抵抗方式のトラップ回路が用いられてもよい。

【0098】

また、図６、図９および図１０の構成では、ダイオード並列回路２４１ａ、２４１ｂがダイオードのハーフブリッジ回路であったが、これに代えて、ダイオードのフルブリッジ回路や、プッシュプル回路が用いられてもよい。

【0099】

また、図６、図９および図１０の構成では、第２超音波振動子１２１にＬＣマッチング回路１２２が接続されたが、たとえば、ケーブル３０が短かく、周波数特性の改善が不要である場合は、ＬＣマッチング回路１２２が省略されてもよい。この場合、図５のコンデンサ方式の第２トラップ回路１４１では、ＬＣマッチング回路１２２を構成するインダクタＬが省略され、コンデンサ方式の第２トラップ回路１４１を構成するコンデンサ１４１ｄ、１４１ｅがそのまま残される。

【0100】

また、図６、図９および図１０の構成において、ＬＣマッチング回路１２２がマッチングトランスに置き換えられてもよい。この場合も、図５のコンデンサ方式の第２トラップ回路１４１では、コンデンサ方式の第２トラップ回路１４１を構成するコンデンサ１４１ｄ、１４１ｅは、そのまま残されることになる。

【0101】

また、図６、図９および図１０の構成では、第１超音波振動子１１１にマッチングトランス１１２が接続されたが、たとえば、ケーブル３０が短かく、周波数特性の改善が不要である場合や、高い送信電圧が必要ない場合は、マッチングトランス１１２が省略されてもよい。また、マッチングトランス１１２に代えてＬＣマッチング回路が用いられてもよい。

【0102】

また、図５、図９および図１０の送受信回路では、送信および受信の両方が差動であったが、送信および受信の一方または両方がシングルエンドであってもよい。

【0103】

図１１は、送信および受信の両方がシングルエンドである場合の送受信回路の構成を示す図である。この場合、各組Ｓ１、Ｓ２のグランドの信号線Ｌ３２が、ケーブル３０の前段および後段において接続されて共通化される。これにより、差動の場合に比べて、ケーブル３０の芯数およびスリップリング１５の極数がさらに減少され、ケーブル２０およびスリップリング１５の小型化および低コスト化を実現できる。

【0104】

また、図５、図９および図１０の送受信回路では、送波器１１および受波器１２が回転するためにスリップリング１５が用いられたが、送波器１１および受波器１２が回転しない方式の水中探知装置では、スリップリング１５が省略される。この場合も、図５、図９および図１０の構成では、図４の比較例に比べて、ケーブル３０の芯数が減少するため、ケーブル３０を小型化でき、コストの低減を実現できる。

【0105】

また、上記のように、ケーブル３０の前後にコネクタが配置される場合は、ケーブル３０の芯数の減少により、さらに、コネクタの極数を減少させることができ、コネクタの小型化およびコストの低減を実現できる。

【0106】

この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜種々の変更可能である。

【符号の説明】

【0107】

１ 水中探知装置
１１ 送波器
１２ 受波器
１３ 駆動部
１５ スリップリング
３０ ケーブル
１１１ 第１超音波振動子
１２１ 第２超音波振動子
１２２ ＬＣマッチング回路（マッチング回路）
１４１ 第２トラップ回路
１４１ｄ、１４１ｅ コンデンサ
２１１ 送信回路
２２１ 受信回路
２４１ 第１トラップ回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】