JP6944039B2 - 水中探知装置、および、水中探知方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中を探知するための水中探知装置、および、水中探知方法に関する。

特許文献１に開示されているように、水中探知装置として、送信用の素子でファンビームを送信し、受信用の素子でエコーを受信する構成が知られている。

特許文献１に記載の構成では、モータで送信素子と受信素子を回転するとともに、パルス方式の送受信処理を行う。特許文献１では、平面視で、送信ファンビームの領域内に受信ファンビームが完全に包含される構成が開示されている。

米国特許第９３３５４１２号

ところで、いわゆるマルチピン方式を利用した水中探知装置が知られている。このマルチピン方式においても、送信用の素子と受信用の素子をモータで鉛直軸線回りに回転させ、送信ファンビームを送信するとともに受信ファンビームを形成する場合がある。このような構成において、探知結果を画面に表示する映像更新周期を高速化するため、送信水平ビーム幅を機械走査方向としての回転方向へ拡げる必要がある。送信水平ビーム幅を拡げることで、受信ビームに含まれる反射波を迅速に検出できる結果、上記の映像更新周期を高速化できる。

ここで、水中を良い分解能で探知できるように、狭い送受信ビームを利用することは公知である。ただし、水中の音速が遅いので、上記送受信ビームを動かす（例えば、ＰＰＩソナーで送受信ビームを回転する）と、エコーを見逃すことになってしまう。このようなエコーの見逃しを抑制するための対策として、例えば、特許文献１の構成において、受信ビームを狭いままにして、送信ビームを広げることが考えられる。この構成により、送受信ビームを回転しても、良い分解能を保持して、エコーの見逃しが改善される。

しかしながら、送信ビーム幅を広くすることは、ソースレベル低下、ひいては探知距離低下を招くので、送信ビーム幅をできるだけ広げずに済む方法が望ましい。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、探知結果画像の更新周期の高速化と探知距離の低下抑制とを両立可能な水中探知装置、および、水中探知方法を提供する。

（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知装置は、所定の送信扇状領域内へ送信波を送信する送信トランスデューサであって、前記送信扇状領域が、所定の第１平面内において第１送信幅を有するとともに前記第１平面と直交する第２平面において第２送信幅を有する送信トランスデューサと、所定の受信扇状領域内における前記送信波の反射波を受信する受信トランスデューサであって、前記受信扇状領域が、前記第１平面内において第１受信幅を有するとともに前記第２平面において第２受信幅を有し、且つ、前記第２受信幅が前記第２送信幅よりも狭く、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域の一対のエッジの一方が前記受信扇状領域内に位置する受信トランスデューサと、前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させるモータと、を備えている。

（２）前記モータが所定方向に回転するとき、前記送信扇状領域の一対のエッジの前記一方のエッジは、前記回転方向に対して後側のエッジである場合がある。

（３）前記水中探知装置は、前記モータを制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記送信トランスデューサおよび前記受信トランスデューサによる水中探知時において前記モータを所定の第１速度で回転させ、且つ、前記水中探知が行われないときに前記第１速度よりも速い第２速度で前記モータを回転させる場合がある。

（４）前記制御部は、前記水中探知時および前記水中探知が行われないときの何れにおいても、前記モータを、所定の第１方向に回転させる場合がある。

（５）前記制御部は、前記水中探知時に前記モータを所定の第１方向に前記第１速度で回転させ、前記水中探知が行われないときに前記モータを前記第１方向と反対の第２方向に前記第２速度で回転させる場合がある。

（６）前記水中探知装置は、前記第２平面における前記送信扇状領域に対する前記受信扇状領域の向きを変えるように構成された向き変更機構をさらに備え、前記モータが回転方向を変えることに連動して、前記向き変更機構は、前記受信扇状領域の向きを変えることで、前記第２平面における前記受信扇状領域の位置を、前記回転方向変更前における前記送信扇状領域の前記回転方向の前側のエッジへずらす場合がある。

（７）前記水中探知装置は、所定の第２受信扇状領域内における前記送信波の反射波を受信する第２受信トランスデューサであって、前記第２受信扇状領域が、前記第１平面内において第３受信幅を有するとともに前記第２平面において第４受信幅を有し、且つ、前記第４受信幅が前記送信扇状領域の前記第２送信幅よりも狭くされ、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域の前記一対のエッジのうち、前記第１受信扇状領域内に位置するエッジとは異なる他方のエッジが前記第２受信扇状領域内に位置する第２受信トランスデューサをさらに備え、前記モータは、前記送信扇状領域、前記受信扇状領域、および、前記第２受信扇状領域を回転させる場合がある。

（８）前記水中探知装置は、前記受信トランスデューサおよび前記第２受信トランスデューサに接続された受信回路であって、前記受信トランスデューサから受信した前記受信波から受信信号を生成し、前記第２受信トランスデューサから受信した前記受信波から第２受信信号を生成する受信回路と、前記受信信号および前記第２受信信号に基づいて検出情報を生成する処理回路と、をさらに備え、前記モータが所定の第１方向に回転するとき、前記処理回路は前記受信信号に基づいて前記検出情報を生成し、前記モータが前記第１方向とは異なる第２方向に回転するとき、前記処理回路は前記第２受信信号に基づいて前記検出情報を生成する場合がある。

（９）前記水中探知装置は、所定の第２送信扇状領域内へ第２送信波を送信する第２送信トランスデューサであって、前記第２送信扇状領域が、前記第１平面内において第３送信幅を有するとともに前記第２平面において第４送信幅を有する第２送信トランスデューサをさらに備え、前記受信扇状領域の前記第２受信幅が前記第２送信扇状領域の第４送信幅よりも狭く、且つ、前記第２平面において、前記第２送信扇状領域の一対のエッジの一方が、前記受信扇状領域内に位置しており、前記モータは、前記送信扇状領域、前記受信扇状領域、および、前記第２送信扇状領域を回転させる場合がある。

（１０）前記水中探知装置は、前記送信トランスデューサおよび前記第２送信トランスデューサを駆動する処理回路をさらに備え、前記モータが第１方向に回転するとき、前記処理回路が前記送信トランスデューサを駆動し、前記モータが第１方向とは異なる第２方向に回転するとき、前記処理回路は前記第２送信トランスデューサを駆動する場合がある。

（１１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知装置は、所定の送信扇状領域内へ送信波を送信する送信トランスデューサであって、前記送信扇状領域が、所定の第１平面内において第１送信幅を有するとともに前記第１平面と直交する第２平面において第２送信幅を有する送信トランスデューサと、所定の受信扇状領域内における前記送信波の反射波を受信する受信トランスデューサであって、前記受信扇状領域が、前記第１平面内において第１受信幅を有するとともに前記第２平面において第２受信幅を有し、且つ、前記第２受信幅が前記第２送信幅よりも狭く、且つ、前記第２平面において、前記受信扇状領域の少なくとも一部が前記送信扇状領域内に位置する受信トランスデューサと、前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させるモータと、前記モータを制御する制御部であって、前記送信トランスデューサおよび前記受信トランスデューサによる水中探知時において前記モータを所定の第１速度で回転させ、且つ、前記水中探知が行われないときに前記第１速度よりも速い第２速度で前記モータを回転させる制御部と、を備えている。

（１２）前記送信扇状領域は、前記送信トランスデューサが送信する前記送信波の最大電力の半分以上の電力を有する領域であり、前記受信扇状領域は、前記受信トランスデューサの最大受信電力感度の半分以上の感度を有する領域である場合がある。

（１３）前記第１平面は鉛直面で、前記第２平面は水平面である場合がある。

（１４）
前記第１平面は、水平直線を含む面で、前記第２平面は、鉛直面である場合がある。

（１５）前記モータは、前記第２平面に垂直な軸に対して、前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させる場合がある。

（１６）前記モータは、前記送信トランスデューサと前記受信トランスデューサを回転させることで前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させる場合がある。

（１７）前記送信トランスデューサと前記受信トランスデューサは、異なるトランスデューサである場合がある。

（１８）第１水平軸に対して前記送信トランスデューサを回転させることで、前記送信トランスデューサの送波面が鉛直面に対して斜めに配置され、第２水平軸に対して前記受信トランスデューサを回転させることで、前記受信トランスデューサの受波面が鉛直面に対して斜めに配置され、前記１水平軸と前記第２水平軸が共通の鉛直面に含まれない場合がある。

（１９）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知方法装置は、所定の第１平面内において第１送信幅を有するとともに前記第１平面と直交する第２平面において第２送信幅を有する所定の送信扇状領域内へ送信波を送信し、前記第１平面内において第１受信幅を有するとともに前記第２平面において第２受信幅を有し、且つ、前記第２受信幅が前記第２送信幅よりも狭くされた所定の受信扇状領域内で、前記送信波の反射波を受信し、前記第２平面において、前記送信扇状領域の一対のエッジの一方を前記受信扇状領域内に配置し、前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させる。

（２０）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知方法は、所定の第１平面内において第１送信幅を有するとともに前記第１平面と直交する第２平面において第２送信幅を有する所定の送信扇状領域内へ送信波を送信し、前記第１平面内において第１受信幅を有するとともに前記第２平面において第２受信幅を有し、且つ、前記第２受信幅が前記第２送信幅よりも狭くされた所定の受信扇状領域内で、前記送信波の反射波を受信し、前記第２平面において、前記受信扇状領域の少なくとも一部を前記送信扇状領域内に配置し、前記送信扇状領域へ前記送信波を送信し、前記受信扇状領域内で前記反射波を受信する水中探知時において、前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を所定の第１速度で回転させ、且つ、前記水中探知が行われないときに前記第１速度よりも速い第２速度で前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させる。

本発明によれば、探知結果画像の更新周期の高速化と探知距離の低下抑制とを両立可能である。

本発明の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。 送受波ユニットの主要部の模式的な斜視図である。 送波部によって形成される送信ビームおよび受波部によって受信される受信ビームを模式的に示す図である。 （Ａ）は、水中探知装置が搭載された自船を第２平面と平行に見た平面図であって、送波部によって形成される送信扇状領域と、受波部で受信される受信扇状領域とを模式的に示している。（Ｂ）は、第２平面における送信扇状領域と受信扇状領域との関係の変形例を示す図である。（Ｃ）は、第２平面における送信扇状領域と受信扇状領域との関係の更なる変形例を示す図である。 信号処理部の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の第１変形例の主要部を説明するための模式的な平面図である。 図６に示す第１実施形態の第１変形例における処理の一例を示すフローチャートである。 第１実施形態の第２変形例の主要部を説明するための模式的な平面図である。 図８に示す第１実施形態の第２変形例における処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２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。 （Ａ）および（Ｂ）は、水中探知装置が搭載された自船を第１平面と直交する第２方向と平行に見た平面図であって、送信扇状領域と、受信扇状領域とを模式的に示しており、図１１（Ａ）は、送波部および受波部が第１方向に回転している状態を示し、図１１（Ｂ）は、送波部および受波部が第２方向に回転している状態を示している。 第２実施形態における処理の一例を示すフローチャートである。 水中探知装置が搭載された自船を第２平面と平行に見た平面図であって、送波部によって形成される送信扇状領域と、受波部で受信される受信扇状領域とを模式的に示しており、（Ａ）は、第２平面における送信扇状領域と受信扇状領域との関係の変形例を示す図である。（Ｂ）は、第２平面における送信扇状領域と受信扇状領域との関係の更なる変形例を示す図である。 第２実施形態の第２変形例の主要部を示す模式的な側面図であり、一部を断面で示している。 本発明の第３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。 送波部によって形成される送信ビームおよび受波部によって受信される受信ビームを模式的に示す図である。 （Ａ）は、水中探知装置が搭載された自船を第２平面と平行に見た平面図であって、送波部によって形成される送信扇状領域と、受波部で受信される受信扇状領域とを模式的に示している。（Ｂ）は、第２平面における送信扇状領域と２つの受信扇状領域との関係の変形例を示す図である。（Ｃ）は、第２平面における送信扇状領域と２つの受信扇状領域との関係の更なる変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態の変形例に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。 送波部および第２送波部によって形成される送信ビーム、および受波部によって受信される受信ビームを模式的に示す図である。 水中探知装置が搭載された自船を第２平面と平行に見た平面図であって、送波部によって形成される送信扇状領域と、受信扇状領域とを模式的に示している。 送受波器の主要部のさらなる変形例の主要部を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る水中探知装置を示す模式図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る水中探知装置について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態に係る水中探知装置１は、いわゆるマルチピン（ｍｕｌｔｉ−ｐｉｎｇ）方式の超音波探知装置である。このマルチピン方式は、マルチパルス（ｍｕｌｔｉ−ｐｕｌｓｅ）方式と呼ばれる場合もある。

一般的なパルス方式の水中探知装置は、送信パルス波を送波した後、その送信パルス波が探知レンジを往復する間、水中探知装置の受波部がその送信パルス波の反射波を受波する。そして、送信パルス波が探知レンジを往復する時間を経過した後、次の送信パルス波が送波される。これに対し、マルチピン方式の水中探知装置では、最初に所定周波数帯の送信パルス波が送波された後、その送信パルス波が探知レンジを往復する前に、前記所定周波数帯とは異なる周波数帯を有する次の送信パルス波が送波される。各送信パルス波の反射波は、各周波数帯に対応したフィルタによって抽出される。これにより、マルチピン方式の水中探知装置によれば、送信パルス波の送波間隔を狭くすることができるため、一般的なパルス方式の水中探知装置と比べて、物標の探知周期を速めることができる。

なお、本実施形態では、水中探知装置１がパルス方式である形態を例に説明するけれども、この通りでなくてもよい。本発明は、例えば、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式の送受信処理を行う水中探知装置に適用されてもよい。

水中探知装置１は、例えば、船舶としての自船Ｓの船底に装備され、主に魚および魚群等の対象物標の探知に用いられる。他にも、水中探知装置１は、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等に用いられる。また、この水中探知装置１によれば、詳しくは後述するように、物標の３次元的な位置および形状を把握することができる。

［全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。水中探知装置１は、図１に示すように、送受信装置２と、信号処理部３と、表示部４と、を有している。

［送受信装置の構成］
送受信装置２は、送受波ユニット５と、送受部６と、を含んでいる。

送受波ユニット５は、送波部１１（送信トランスデューサとも呼ばれる）と、受波部１３（受信トランスデューサとも呼ばれる）と、送波部１１および受波部１３を支持するブラケット１５と、回転駆動部としてのモータ１６と、回転角度検出部１８と、を有している。

図２は、送受波ユニット５の主要部の模式的な斜視図である。図３は、送波部１１によって形成される送信ビームＴＢおよび受波部１３によって受信される受信ビームＲＢを模式的に示す図である。図１〜図３を参照して、送波部１１は、パルス状の超音波を水中に送波するために設けられている。送波部１１は、送波面１１ｂを有している。この送波面１１ｂは、超音波を送波する面であり、海面下に配置されるように、自船Ｓの船底に設置されており、図示しないケースに収容されている。送波部１１は、筐体１１ｃに超音波振動子としての送波素子１１ａが１または複数取り付けられた構成を有している。本実施形態では、送波素子１１ａは、直線状に複数配列されている。すなわち、送波部１１は、リニアアレイである。

受波部１３は、筐体１３ｃに超音波振動子としての受波素子１３ａが１または複数取り付けられた構成を有している。受波部１３は、送波部１１とは離隔して設けられている。各受波素子１３ａは、受波面１３ｂを有している。受波面１３ｂは、超音波を受信するための面であり、海面下に配置されるように、自船Ｓの船底に設置されており、送波部１１とともに図示しないケースに収容されている。各受波素子１３ａは、送波部１１から送波された超音波である各送信パルス波の反射波を受信波として受波し、電気信号としてのエコー信号に変換する。本実施形態では、受波素子１３ａは、直線状に複数配列されている。すなわち、受波部１３は、リニアアレイである。

本実施形態では、送波部１１と受波部１３とは別個の部品であり、互いに異なるトランスデューサである。本実施形態では、受波部１３の受波素子１３ａの長さ（即ち横幅）は、送波部１１の送波素子１１ａの長さ（即ち横幅）よりも長く設定されている。そして、送波部１１および受波部１３は、前述したように、ブラケット１５に支持されている。ブラケット１５は、例えば、鋼材を組み合わせて形成されたフレーム部材であり、送波部１１の筐体１１ｃおよび受波部１３の筐体１３ｃに連結されている。

送波部１１は、受波部１３に対して所定の縦軸１１ｄ回りの角度位置が、所定の値に固定されている。縦軸１１ｄは、筐体１１ｃの縦方向、すなわち、複数の送波素子１１ａの並び方向に延び且つ筐体１１ｃの上面および下面の中心を貫通する軸線である。縦軸１１ｄ回りの送波部１１の角度を設定することで、後述する送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との相対位置を設定できる。

また、受波部１３は、送波部１１に対して所定の第２水平軸１３ｅ回りの角度位置が、所定の値に固定されている。第２水平軸１３ｅは、筐体１３ｃの横方向、すなわち、受波素子１３ａの幅方向に延び且つ筐体１３ｃの左右両側面の中心を貫通する軸線である。第２水平軸１３ｅ回りの受波部１３の角度を設定することで、海底面に対する受信扇状領域Ｒ１の向きを最適な向きに設定できる。

また、送波部１１は、受波部１３に対して所定の第１水平軸１１ｅ回りの角度位置が、所定の値に固定されている。第１水平軸１１ｅは、筐体１１ｃの横方向、すなわち、受波素子１１ａの幅方向に延び且つ筐体１１ｃの左右両側面の中心を貫通する軸線である。第１水平軸１１ｅ回りの送波部１１の角度を設定することで、海底面に対する送信扇状領域Ｔ１の向きを最適な向きに設定できる。

そして、第１水平軸１１ｅが含まれる鉛直面と、第２水平軸１３ｅが含まれる鉛直面は、互いに異なっている。

上述したように、第１水平軸１１ｅに対して送波部１１を回転させることで、送波部１１の送波面１１ｂが鉛直面に対して斜めに配置される。また、第２水平軸１３ｅに対して受波部１３を回転させることで、受波部１３の受波面１３ｂが鉛直面に対して斜めに配置される。そして、第１水平軸１１ｅと第２水平軸１３ｅが共通の鉛直面に含まれていない。
送波部１１および受波部１３は、モータ１６によって一体回転される。

モータ１６は、本実施形態では、鉛直方向に延びる中心軸線を回転軸線Ｌ１として、ブラケット１５とともに送波部１１および受波部１３を回転駆動させる。モータ１６は、ステッピングモータ、サーボモータ等の回転位置制御が可能なモータである。モータ１６は、信号処理部３からの動作指令を受けてこの動作指令に応じた駆動電流で駆動する。モータ１６の出力軸１６ａは、ブラケット１５に動力伝達可能に連結されており、送波部１１および受波部１３は、鉛直方向に垂直な水平面に沿って回転する。モータ１６の回転方向は、本実施形態では、一定であり、回転軸線Ｌ１回りの一方である、第１方向Ｋ１である。本実施形態では、モータ１６の回転方向固定に伴い、モータ１６に接続されたケーブルにねじれが発生しないように、スリップリングが用いられる。本実施形態では、モータ１６は、送波部１１および受波部１３を、連続的に回転させる。しかし、これに限らず、モータ１６は、所定の時間間隔毎に所定角度だけ回転し、回転後所定時間だけ停止する動作を繰り返すように、回転動作と停止とを繰り返してもよい。

水中探知時におけるモータ１６の回転速度は、通常の回転速度に設定される。この場合の通常の回転速度とは、マルチピン技術を用いてエコーを送受信するために必要な回転速度をいう。例えば、回転速度（角度／時間）は、「受波水平ビーム幅」÷「受波探査したいレンジの音波の往復伝搬時間÷高速化率」以下に設定される。

モータ１６には、回転角度検出部１８が取り付けられている。なお、回転角度検出部１８は、モータ１６に装着されていてもよいし、モータ１６から離隔して配置されていてもよい。回転角度検出部１８としては、例えばエンコーダが用いられる。しかし、これに限らず、モータ１６の回転を制御する信号を解析して角度情報に換算してもよい。具体的には、モータ１６としてステッピングモータを用いた場合において、当該ステッピングモータに入力する指令パルスの数をカウントして角度情報に換算してもよい。水中探知装置１では、回転角度検出部１８によって検出されたモータ１６の回転角度に基づいて、送波部１１および受波部１３のφ方向における角度位置が算出される。なお、φ方向は、モータ１６の回転軸線Ｌ１回りの方向である。

送波部１１は、図３に示すような３次元状の送信ビームＴＢが出力される領域である送信扇状領域Ｔ１を形成する。送信扇状領域Ｔ１は、略扇形状のファンビームである。すなわち、送波部１１は、送信扇状領域Ｔ１内で送信波を送信する。送信扇状領域Ｔ１は、送波部１１が送信する送信波の送信信号電力が最大値となる中心軸Ｔｘを含み、且つ、この送信信号電力が最大値から−３ｄＢまで半減するまでの領域である。本実施形態では、送波部１１は、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘが鉛直方向（図３におけるｚ軸方向）に対して斜めになるように、船底に設けられている。なお、送信扇状領域Ｔ１は、送信信号電力が最大値から−ｎ１ｄＢ（ｎ１は、水中探知装置１の探知対象等に応じて設定される。）低減するまでの領域であってもよい。

送信扇状領域Ｔ１は、所定の第１平面Ｐ１内において第１送信幅Ｔθ１を有するとともに、第１平面Ｐ１と直交する第２平面Ｐ２において第２送信幅Ｔθ２を有し、且つ、第２送信幅Ｔθ２よりも第１送信幅Ｔθ１が広く構成されている。送信扇状領域Ｔ１は、第１平面Ｐ１および第２平面Ｐ２の何れにおいても、扇形状に形成されている。本実施形態では、第１平面Ｐ１は、モータ１６の回転軸線Ｌ１を含む鉛直平面である。また、本実施形態では、第２平面Ｐ２は、水平面である。第１送信幅Ｔθ１は、送波部１１を中心点とする角度幅である。第２送信幅Ｔθ２は、モータ１６の回転軸線Ｌ１回りの角度幅である。

なお、上述したように、送信扇状領域Ｔ１のエッジＴｅ１，Ｔｅ２における送信信号電力が、中心軸Ｔｘにおける送信信号電力から−３ｄＢの大きさであるとき、第２送信幅Ｔθ２＜第１送信幅Ｔθ１である。一方で、例えば、送信扇状領域Ｔ１のエッジＴｅ１，Ｔｅ２における送信信号電力が、中心軸Ｔｘにおける送信信号電力から−３ｄＢよりも小さい−１０ｄＢの大きさであるとき、第２送信幅Ｔθ２＞第１送信幅Ｔθ１であってもよい。

リニアアレイの送波面１１ｂに垂直な方向であって送信扇状領域Ｔ１が形成される側の方向と水平面とがなす角度は、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度までの範囲内であれば、どのような角度であってもよい。

受波部１３は、図３に示すような３次元状の受信ビームＲＢが形成される受信扇状領域Ｒ１の信号を受信するように構成されている。受信扇状領域Ｒ１は、略扇形状のファンビームである。すなわち、受波部１３は、送信波の反射波である受信波を受信扇状領域Ｒ１内で受信する。受信扇状領域Ｒ１は、受波部１３の受信電力感度が最大値となる中心軸Ｒｘを含み、且つ、受波部１３の受信電力感度が最大値から−３ｄＢまで半減するまでの領域である。本実施形態では、受波部１３は、受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘが鉛直方向（図３におけるｚ軸方向）に対して斜めになるように、船底に設けられている。なお、受信扇状領域Ｒ１は、受信電力感度が最大値から−ｎ２ｄＢ（ｎ２は、水中探知装置１の探知対象等に応じて設定される。）低減するまでの領域であってもよい。

モータ１６は、第２平面Ｐ２に垂直な軸である回転軸線Ｌ１に対して、送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１を回転させる。具体的には、モータ１６は、送波部１１と受波部１３を回転させることで、送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１を回転させる。

本実施形態の受波部１３は、以下で詳しく説明する送受部６および信号処理部３とともにビームフォーミングを行うことにより、受波部１３のリニアアレイが利得を持つ扇型の範囲としての受信扇状領域Ｒ１内を、電子的に走査する薄い受信ビームＲＢで探知するように構成されている。

受信扇状領域Ｒ１は、第１平面Ｐ１内において第１受信幅Ｒθ１を有するとともに、第２平面Ｐ２において第２受信幅Ｒθ２を有し、且つ、第２受信幅Ｒθ２よりも第１受信幅Ｒθ１が広く構成されている。さらに、受信扇状領域Ｒ１の第２受信幅Ｒθ２は、送信扇状領域Ｔ１の第２送信幅Ｔθ２よりも狭くされている（Ｒθ２＜Ｔθ２）。受信扇状領域Ｒ１は、第１平面Ｐ１および第２平面Ｐ２の何れにおいても、扇形状に形成されている。第１受信幅Ｒθ１は、送波部１１を中心点とする角度幅である。第２受信幅Ｒθ２は、モータ１６の回転軸線Ｌ１回りの角度幅である。

なお、上述したように、受信扇状領域Ｒ１のエッジＲｅ１，Ｒｅ２における受信電力感度が、中心軸Ｒｘにおける受信電力感度から−３ｄＢの大きさであるとき、第２受信幅Ｒθ２＜第１受信幅Ｒθ１である。一方で、例えば、受信扇状領域Ｒ１のエッジＲｅ１，Ｒｅ２における受信電力感度が、中心軸Ｒｘにおける受信電力感度から−３ｄＢよりも小さい−１０ｄＢの大きさであるとき、第２受信幅Ｒθ２＞第１受信幅Ｒθ１であってもよい。

第１送信幅Ｔθ１および第１受信幅Ｒθ１は、特に限定されず、６度から９０度の範囲内であればよい。第２送信幅Ｔθ２は、例えば、３６度であるが、これに限らず、９０度未満の数十度であってもよく、第２受信幅Ｒθ２より大きければよい。第２受信幅Ｒθ２は、例えば６度に設定される。

リニアアレイの受波面１３ｂに垂直な方向であって受信扇状領域Ｒ１が形成される側の方向と水平面とがなす角度は、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度までの範囲内であれば、どのような角度であってもよい。

図４（Ａ）は、水中探知装置１が搭載された自船Ｓを第２平面Ｐ２と平行に見た平面図であって、送波部１１によって形成される送信扇状領域Ｔ１と、受波部１３で受信される受信扇状領域Ｒ１とを模式的に示している。なお、図４の各図において、自船Ｓから送信扇状領域Ｔ１の先端までの距離と、自船Ｓから受信扇状領域Ｒ１の先端までの距離が違っているけれども、この違いは、図示の便宜のためであり、実際の領域を正確に示しているわけではない。図１〜図４（Ａ）を参照して、平面視において、モータ１６の回転に伴い送波部１１および受波部１３が回転軸線Ｌ１回りを第１方向Ｋ１に回転することで、送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１が、自船Ｓ回りの全方位に亘って回転される。

水中探知装置１では、回転角度検出部１８によって検出されたモータ１６の回転角度に基づいて、回転軸線Ｌ１回りにおける送波部１１および受波部１３の回転角度位置が算出される。

第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の中心線Ｔｘは、送信扇状領域Ｔ１において送信信号電力が最も高い線である。一方、第２平面Ｐ２における回転軸線Ｌ１回りにおいて、送信扇状領域Ｔ１の一対のエッジとしての第１送信エッジＴｅ１および第２送信エッジＴｅ２は、送信扇状領域Ｔ１において送信信号電力が最も低い位置上の線である。これらの送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２における送信信号電力は、中心軸Ｔｘにおける送信信号電力の半分である。モータ１６が平面視で例えば時計回り方向としての第１方向Ｋ１に回転するとき、第１送信エッジＴｅ１は、第１方向Ｋ１の前端エッジであり、第２送信エッジＴｅ２は、第１方向Ｋ１の後端エッジである。

第２平面Ｐ２において、受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘは、受信扇状領域Ｒ１において受信電力感度が最も高い線である。一方、第２平面Ｐ２における回転軸線Ｌ１回りにおいて、受信扇状領域Ｒ１の一対のエッジとしての第１受信エッジＲｅ１および第２受信エッジＲｅ２は、受信扇状領域Ｒ１において受信電力感度が最も低い位置上の線である。これらの受信エッジＲｅ１，Ｒｅ２における受信電力感度は、本実施形態では、中心軸Ｒｘにおける受信電力感度の半分である。モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するとき、第１受信エッジＲｅ１は、第１方向Ｋ１の前端エッジであり、第２受信エッジＲｅ２は、第１方向Ｋ１の後端エッジである。

本実施形態では、第２平面Ｐ２において、受信扇状領域Ｒ１の少なくとも一部が送信扇状領域Ｔ１内に位置するように構成されている。

より具体的には、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２の一方Ｔｅ２が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されている。本実施形態では、第１方向Ｋ１の後端エッジである第２送信エッジＴｅ２が、第１方向Ｋ１の前端エッジである第１受信エッジＲｅ１と重なるように、送波部１１および受波部１３が構成されている。すなわち、第２平面Ｐ２において、第１受信エッジＲｅ１は、送信扇状領域Ｔ１における回転方向後側の第２送信エッジＴｅ２上にある。この構成では、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１とは、第２送信エッジＴｅ２と第１受信エッジＲｅ１とで重なっているけれども、他の箇所では重なっていない。また、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘは、受信扇状領域Ｒ１と重なっておらず、且つ、受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘは、送信扇状領域Ｔ１と重なっていない。

このように、第２平面Ｐ２において、第１方向Ｋ１における送信扇状領域Ｔ１の片側（より具体的には、第１方向Ｋ１の後側）に、受信扇状領域Ｒ１を寄せている。

なお、図４（Ａ）で示す送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との関係以外の関係が成立していてもよい。このような関係の一例を、図４（Ｂ）を参照して説明する。

図４（Ｂ）は、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との関係の変形例を示す図である。この変形例では、第２平面Ｐ２において、第１方向Ｋ１の後端エッジである第２送信エッジＴｅ２が、受信扇状領域Ｒ１における第１受信エッジＲｅ１以外の箇所と重なるように、送波部１１および受波部１３が構成されている。この変形例では、第２平面Ｐ２において、第２送信エッジＴｅ２と受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘとが重なっている。そして、第２平面Ｐ２において、受信扇状領域Ｒ１の略半分が、送信扇状領域Ｔ１と重なっている。第２受信エッジＲｅ２は、送信扇状領域Ｔ１と重なっていない。また、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘは、受信扇状領域Ｒ１と重なっていない。

また、図４（Ｂ）に示す関係と異なる関係が成立していてもよい。例えば、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との関係の更なる変形例を示す図４（Ｃ）を参照して、図４（Ｂ）に示す変形例と比べて、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との重なり領域がより多くされている。図４（Ｃ）に示す変形例では、第２平面Ｐ２において、第１方向Ｋ１における送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１のそれぞれの後端エッジである第２送信エッジＴｅ２および第２受信エッジＲｅ２が、互いに重なっている。送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘは、受信扇状領域Ｒ１と重なっていない。一方、受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘは、送信扇状領域Ｔ１と重なっている。このような構成により、受信扇状領域Ｒ１の全域が、送信扇状領域Ｔ１内に位置している。

次に、送受部６の構成を説明する。図１を参照して、送受部６は、送信部２１と、受信部２２（受信回路とも呼ばれる）と、を有している。

送信部２１は、信号処理部３で生成された送信パルス信号を増幅し、増幅後におけるその信号を増幅後送信パルス信号として送波部１１に印加する。これにより、送波部１１からは、増幅された各増幅後送信パルス信号に対応する各送信パルス波が送波される。具体的には、本実施形態では、送波部１１からは、第１増幅後送信パルス信号に対応する第１送信パルス波と、第２増幅後送信パルス信号に対応する第２送信パルス波と、第３増幅後送信パルス信号に対応する第３送信パルス波とが、所定の時間間隔を空けて送波される。第１〜第３送信パルス波の周波数は互いに異なっている。

受信部２２は、受波部１３が出力する電気信号としてのエコー信号を増幅し、増幅したエコー信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部２２は、デジタル信号に変換されたエコー信号を、信号処理部３へ出力する。より具体的には、受信部２２は、複数の受信回路を有している。各受信回路は、対応する受波素子１３ａによって受波された受信波を電気信号に変換して得られた各エコー信号（受信信号）に対して上述した所定の処理を行い、各エコー信号を信号処理部３に出力する。

［表示部の構成］
表示部４は、信号処理部３から出力された画像データに応じた画像を表示画面に表示する。本実施形態では、表示部４は、自船下方における海中の状態を３次元的に、俯瞰図として表示する。これにより、ユーザは、当該表示画面を見て、自船下方における海中の状態（例えば、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および位置）を推測することができる。

［信号処理部の構成］
図５は、信号処理部３の構成を示すブロック図である。図１および図５を参照して、信号処理部３は、送信信号としての送信パルス信号を生成し、送信部２１に入力する。また、信号処理部３は、受信部２２から出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処理を行う。

信号処理部３は、制御部３１と、送信タイミング制御部３２と、送信信号生成部３３と、フィルタ係数生成部３４と、エコー信号取得部３５と、画像データ生成部としてのファンエリア内探知データ生成部３６と、合成画像データ生成部としての３次元エコーデータ処理部３７と、を有している。

信号処理部３は、ハードウェア・プロセッサ３９（例えば、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ等）および不揮発性メモリ等のデバイスで構成されており、本発明の「処理回路」の一例である。例えば、ＣＰＵが不揮発性メモリからプログラムを読み出して実行することにより、信号処理部３を、制御部３１、送信タイミング制御部３２、送信信号生成部３３、フィルタ係数生成部３４、エコー信号取得部３５、ファンエリア内探知データ生成部３６、および、３次元エコーデータ処理部３７として機能させることができる。

制御部３１は、送信タイミング制御部３２、送信信号生成部３３、および、フィルタ係数生成部３４へ各種情報を出力する。

制御部３１は、送信タイミング制御部３２へ、当該送信タイミング制御部３２が第１から第３の送信トリガを出力すべきタイミングを通知する。

また、制御部３１は、送信信号生成部３３で生成すべき第１〜第３の送信パルス信号の周波数帯に関する情報を、送信信号生成部３３およびフィルタ係数生成部３４へ出力する。制御部３１は、互いに異なる３つの周波数帯である第１周波数帯、第２周波数帯、および第３周波数帯を、それぞれ、第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、および、第３送信パルス信号のそれぞれの周波数帯として、送信信号生成部３３およびフィルタ係数生成部３４へ出力する。

また、制御部３１は、エコー信号取得部３５で行われるフィルタ処理で用いられるフィルタ係数を生成するためのフィルタ仕様を、フィルタ係数生成部３４へ出力する。このようなフィルタ仕様として、通過帯域の中心周波数、通過帯域の帯域幅、阻止域の低減レベル、フィルタ長等を例示できる。

送信タイミング制御部３２は、制御部３１から指示を受けたタイミングで第１から第３の送信トリガを生成し、それらの送信トリガを順次、送信信号生成部３３およびエコー信号取得部３５へ出力する。

送信信号生成部３３は、第１〜第３送信トリガを受け取る毎に、トリガ信号に対応する第１送信パルス信号、第２送信パルス信号、および第３送信パルス信号を順に生成し、送信部２１へ出力する。送信部２１へ出力された第１から第３の送信パルス信号は、それぞれ、送信部２１によって増幅された後、第１から第３の送信パルス波として、送波部１１から送波される。

フィルタ係数生成部３４は、制御部３１から通知された第１〜第３の周波数帯に関する情報およびフィルタ仕様に基づいて、第１から第３の送信パルス波のそれぞれの反射波から得られた第１から第３のエコー信号を抽出するためのフィルタ係数を生成する。

制御部３１は、モータ１６へ指令信号を出力することで、モータ１６の動作を制御する。本実施形態では、制御部３１は、モータ１６の回転方向、回転速度、および、回転位置を制御するように構成されている。すなわち、制御部３１は、送波部１１および受波部１３の回転方向、回転速度、および、回転位置を制御するように構成されている。制御部３１は、所定の動作条件に応じた目標出力値を設定する。そして、制御部３１は、モータ１６の出力軸１６ａの回転位置を回転角度検出部１８で検出しつつ、検出された値と上記目標出力値との偏差がゼロとなるよう、モータ１６を制御する。

エコー信号取得部３５は、受波部１３側から出力されるエコー信号から、各周波数帯に対応する周波数帯のエコー信号を取得する。エコー信号取得部３５は、受波部１３が有する受波素子１３ａの個数と同じ数のエコー信号抽出部３８を有している。各エコー信号抽出部３８は、各受波素子１３ａに対応して設けられている。

各エコー信号抽出部３８で行われる処理は、エコー信号を出力する受波素子１３ａが互いに異なる受波素子１３ａであり、各受波素子１３ａからチャンネルＣＨｍ（但し、ｍ＝１，２，…，Ｍ）を介して出力するエコー信号が互いに異なるエコー信号である点を除いて、同じである。

ファンエリア内探知データ生成部３６は、各エコー信号抽出部３８から得られたＭ個のエコー信号に基づいて、ビームフォーミング処理を行う。ビームフォーミング手法の一例として、整相加算する場合を説明する。各エコー信号に所定の位相回転を施したうえで加算することにより、受信ビームＲＢを形成することができる。各エコーデータに施す位相回転量を変化させ受信ビームＲＢの指向方向を受信扇状領域Ｒ１内で変化させることにより（すなわち、電子的に走査することにより）、回転軸線Ｌ１回りの各角度φにおけるエコー強度を得ることができる。ファンエリア内探知データ生成部３６は、各距離ｒにおいて、各角度φにおけるエコー強度を得ることにより、自船を基準とした距離ｒおよび角度φによって特定される領域の各位置におけるエコー強度を算出することができる。なお、以下では、当該エコー強度を、ファンエリア内エコー強度、と称する場合もある。

そして、ファンエリア内探知データ生成部３６は、モータ１６によって回転させられることにより受信扇状領域Ｒ１がとり得る，回転軸線Ｌ１回りの複数の角度位置のそれぞれのときのファンエリア内エコー強度を算出し、それらに基づいて複数の画像データを生成する。

３次元エコーデータ処理部３７は、ファンエリア内探知データ生成部３６で生成された、回転軸線Ｌ１回りの角度位置毎の画像データを合成して合成画像データを生成する。この合成画像データは、表示部４へ出力される。そして、表示部４は、この合成画像データで特定される画像を表示する。

上記した構成により、水中探知装置１は、自船Ｓを中心とした広範囲に亘る３次元空間内の物標を探知し、当該空間内における物標の３次元的な位置を推定することができる。

［効果］
以上説明したように、本実施形態に係る水中探知装置１によると、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の一方のエッジである第２送信エッジＴｅ２が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されている。この構成によると、受信扇状領域Ｒ１は、送信扇状領域Ｔ１のうち回転軸線Ｌ１回りの回転方向の一方側（本実施形態では第１方向Ｋ１の後側）に寄せられている。この構成であれば、送波部１１から送信扇状領域Ｔ１へ送信された送信パルス波に対する受信波を、送波パルスの送信開始から十分な時間を経た上で、受信扇状領域Ｒ１で受信することができる。その結果、単に送信扇状領域Ｔ１の第２送信幅Ｔθ２を広くすることで、受信扇状領域Ｒ１で受信する信号を多くする構成と比べて、送信扇状領域Ｔ１の第２送信幅Ｔθ２を狭くできる。第２送信幅Ｔθ２を狭くすることで、送信パルス波をより遠い箇所まで到達させることができるので、最大探知距離の低下抑制を実現できる。さらに、送信扇状領域Ｔ１の第２送信幅Ｔθ２を狭くできる結果、送信扇状領域Ｔ１の送信周期、すなわち、探知結果画像の更新周期をより短くできる。その結果、探知結果画像の更新周期の高速化と探知距離の低下抑制とを両立可能な水中探知装置１を実現できる。

また、水中探知装置１によると、送信扇状領域Ｔ１の第２送信幅Ｔθ２を、従来の水中探知装置と比べて約半分まで狭くできる。その結果、送波部１１の送波感度をより高くできるので探知距離をより長くできる。さらに、第２送信幅Ｔθ２が狭いので、送波部１１の駆動時間をより短くできる。その結果、送信動作に起因する発熱量をより少なくできる。

また、水中探知装置１によると、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するとき、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の第２送信エッジＴｅ２は、第１方向Ｋ１に対して後側のエッジとなる。この構成であれば、回転方向Ｋ１における受信扇状領域Ｒ１の前側に、送信扇状領域Ｔ１をより広い範囲に配置できる。その結果、受信扇状領域Ｒ１において、送信パルス波の受信漏れが発生することをより確実に抑制しつつ、送信扇状領域Ｔ１の第２送信幅Ｔθ２をより狭くできる。

また、水中探知装置１によれば、モータ１６が、ビームフォーミングを行う面に垂直な方向へ受波部１３を回転駆動させている。これにより、水中における３次元状の範囲を適切に探知できる。

［第１実施形態の第１変形例］
図６は、第１実施形態の第１変形例の主要部を説明するための模式的な平面図である。なお、以下では、上述の実施形態と異なる点について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成には図に同様の符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。

第１実施形態では、モータ１６の回転方向が第１方向Ｋ１に固定されている。そして、回転軸線Ｌ１回りの全域に亘って水中探知装置１による水中探知が行われる。一方で、回転軸線Ｌ１回りの一部領域（例えば、９０度または１８０度等のセクタ領域）に限定して水中探知が行われる場合がある。このような場合において、回転軸線Ｌ１回りにおける非探知領域においてもモータ１６が探知領域と同様に回転する場合、無駄な時間が生じることとなる。このような無駄な時間を短縮するための構成が、第１実施形態の第１変形例では採用されている。すなわち、映像更新周期をより高くするための構成が採用されている。

図１および図６を参照して、第１実施形態の第１変形例における構成の要点は、水中探知装置１において、セクター探知モードで映像を表示しているとき以外の非探知モードにおいて、モータ１６の回転速度を上げる。そうすることで全周探知時の映像更新周期よりも本変形例における映像更新周期を上げることができる。

本変形例では、セクター探知モードにおいて、（１）モータ１６を第１速度Ｖ１で回転させることで探知エリアＳ１を機械走査→（２）非探知モードにおいて、第１速度Ｖ１より速い第２速度Ｖ２でモータ１６をより高速で回転させる（このとき映像更新はしない）→上記（１）の動作→上記（２）の動作・・・を繰り返す。

以下では、特に説明なき場合、図６に示すように、第２平面Ｐ２を見た状態を基準に説明する。本変形例では、探知エリアＳ１と非探知エリアＳ２とが設定されている。探知エリアＳ１と非探知エリアＳ２を示すデータは、信号処理部３のメモリ等に記憶されている。この探知エリアＳ１は、水中探知装置１の工場出荷時に１または複数種類設定されていてもよいし、水中探知装置１のユーザにより任意に設定されてもよい。

本変形例では、一例として、回転軸線Ｌ１回りにおいて、探知エリアＳ１と非探知エリアＳ２とが、それぞれ、１８０度設定されている。制御部３１は、探知エリアＳ１での水中探知時、第１実施形態で説明したのと同じ探知動作を行う制御を実行する。一方、制御部３１は、非探知エリアＳ２での非探知時、モータ１６は回転させるけれども、画像データ生成処理を停止する。

図６に示す本変形例では、モータ１６の回転方向は第１方向Ｋ１であり、一定である。そして、制御部３１は、送受波ユニット５を用いた水中探知時においてモータ１６を第１方向Ｋ１に所定の第１速度Ｖ１で回転させ、且つ、上記水中探知が行われないときに第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２でモータ１６を回転させる。

図７は、図６に示す第１実施形態の第１変形例における処理の一例を示すフローチャートである。以下では、探知エリアＳ１の始点Ｓ１ａから探知動作が行われる場合を例に説明する。図１、図６および図７を参照して、制御部３１は、モータ１６を制御すること等により、第１速度Ｖ１で第１方向Ｋ１へモータ１６を回転しつつ、探知制御を行う（ステップＳ１１）。これにより、送波部１１から送信扇状領域Ｔ１へ送信パルス波が送信されるとともに、受信扇状領域Ｒ１における反射波が受波部１３で受信される。

そして、制御部３１は、回転角度検出部１８が示すモータ１６の回転位置を参照し、第１方向Ｋ１において、探知エリアＳ１の終点Ｓ１ｂまで探知が行われたか否かを判定する（ステップＳ１２）。探知エリアＳ１の終点Ｓ１ｂまで未だ探知が行われていない場合（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１１の制御が繰返される。一方、探知エリアＳ１の終点Ｓ１ｂまで探知が行われた場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、制御部３１は、非探知モードに入る（ステップＳ１３）。非探知モードでは、例えば、制御部３１は、第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２で第１方向Ｋ１へモータ１６を回転させるとともに、画像データ生成処理を停止する（ステップＳ１３）。

なお、非探知モードにおいて、送波部１１からの送信パルス波は、送信されていてもよいし、送信されていなくてもよい。また、非探知モードにおいて、受波部１３での受信動作は、行われていてもよいし、行われていなくてもよい。非探知モードにおける送波部１１および受波部１３の動作パターンは、以下の４つである。すなわち、（１）送波部１１オンで受波部１３もオン、（２）送波部１１オンで受波部１３はオフ、（３）送波部１１はオフで受波部１３はオン、（４）送波部１１オフで受波部１３もオフの４つである。

制御部３１は、回転角度検出部１８が示すモータ１６の回転位置を参照し、回転軸線Ｌ１回りにおいて、探知エリアＳ１の始点Ｓ１ａまでモータ１６、送波部１１および受波部１３が到達するまでの間（ステップＳ１４でＮＯ）、ステップＳ１３の制御を繰返す。すなわち、ステップＳ１３の非探知モードが維持される。そして、回転軸線Ｌ１回りにおいて、探知エリアＳ１の始点Ｓ１ａまでモータ１６、送波部１１および受波部１３が到達すると（ステップＳ１４でＹＥＳ）、水中探知装置１の電源がオフにされない限りにおいて（ステップＳ１５でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理が繰返される。

以上説明したように、第１実施形態の第１変形例によると、水中探知時においてモータ１６が第１速度Ｖ１で回転され、且つ、水中探知が行われないときに第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２でモータ１６が回転される。この構成によると、水中探知装置１は、水中探知時には受信波を受信するのに十分な時間を確保しつつ、非探知時には、迅速に送波部１１および受波部１３を探知エリアＳ１へ戻すことができる。その結果、探知結果画像の更新周期の高速化を実現できる。

また、第１実施形態の第１変形例によると、制御部３１は、水中探知時および水中探知が行われないときの何れにおいても、モータ１６を、第１方向Ｋ１に回転させる。この構成によると、水中探知時と非探知時とでモータ１６の回転方向を変更する必要がないので、モータ１６の負荷が低くて済む。また、モータ１６の回転速度を第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２との間でより迅速に変更できる。

また、第１実施形態の第１変形例によると、受信扇状領域Ｒ１の少なくとも一部が、送信扇状領域Ｔ１内に位置している。また、制御部３１は、水中探知時においてモータ１６を第１速度Ｖ１で回転させ、且つ、水中探知が行われないときに第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２でモータ１６を回転させる。この構成によると、受信扇状領域Ｒ１での送信波の受信漏れを抑制しつつ、探知結果画像の更新周期の高速化を実現できる。

［第１実施形態の第２変形例］
図８は、第１実施形態の第２変形例の主要部を説明するための模式的な平面図である。なお、以下では、上述の実施形態および変形例と異なる点について主に説明し、上述の実施形態および変形例と同様の構成には図に同様の符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。

第１実施形態の第２変形例が第１実施形態の第１変形例と異なっている点は、探知エリアＳ１を探知している水中探知時には、制御部３１は、モータ１６を第１方向Ｋ１に第１速度Ｖ１で回転させる一方、水中探知が行われていない非探知時にモータ１６を第１方向Ｋ１と反対の第２方向Ｋ２に第２速度Ｖ２で回転させる点にある。

図９は、図８に示す第１実施形態の第２変形例における処理の一例を示すフローチャートである。以下では、探知エリアＳ１の始点Ｓ１ａから探知動作が行われる場合を例に説明する。図１、図８および図９を参照して、制御部３１は、第１速度Ｖ１で第１方向Ｋ１へモータ１６を回転しつつ、探知制御を行う（ステップＳ２１）。このときの制御は、ステップＳ１１と同じである。

そして、制御部３１は、回転角度検出部１８が示すモータ１６の回転位置を参照し、回転軸線Ｌ１回りにおいて、探知エリアＳ１の終点Ｓ１ｂまで探知が行われたか否かを判定する（ステップＳ２２）。探知エリアＳ１の終点Ｓ１ｂまで未だ探知が行われていない場合（ステップＳ２２でＮＯ）、ステップＳ２１の制御が繰返される。一方、探知エリアＳ１の終点Ｓ１ｂまで探知が行われた場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）、制御部３１は、第１速度Ｖ１よりも速い第２速度Ｖ２で第２方向Ｋ２へモータ１６を回転させるとともに、非探知モードに入る（ステップＳ２３）。このときの送波部１１および受波部１３の動作は、ステップＳ１３で説明した動作と同じである。

制御部３１は、回転角度検出部１８が示すモータ１６の回転位置を参照し、回転軸線Ｌ１回りにおいて、探知エリアＳ１の始点Ｓ１ａまでモータ１６、送波部１１および受波部１３が到達するまでの間（ステップＳ２４でＮＯ）、ステップＳ２３の制御を繰返す。そして、回転軸線Ｌ１回りにおいて、探知エリアＳ１の始点Ｓ１ａまでモータ１６、送波部１１および受波部１３が到達すると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、水中探知装置１の電源がオフにされない限りにおいて（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ２１以降の処理が繰返される。

以上説明したように、第１実施形態の第２変形例によると、第１実施形態の第１変形例と異なり、非探知モードにおいて、モータ１６を第２方向Ｋ２に回転させる。この構成であれば、モータ１６は、３６０度の角度範囲内で揺動するように回転する。このため、モータ１６を同一方向に継続して回転させるためのスリップリングが不要となる。

［第２実施形態］
図１０は、本発明の第２実施形態に係る水中探知装置１Ａの構成を示すブロック図である。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、水中探知装置１Ａが搭載された自船Ｓを第１平面Ｐ１と直交する第２平面Ｐ２と平行に見た平面図であって、送信扇状領域Ｔ１と、受信扇状領域Ｒ１とを模式的に示しており、図１１（Ａ）は、送波部１１および受波部１３が第１方向Ｋ１に回転している状態を示し、図１１（Ｂ）は、送波部１１および受波部１３が第２方向Ｋ２に回転している状態を示している。

図１０〜図１１（Ｂ）を参照して、水中探知装置１Ａが第１実施形態の水中探知装置１と異なっている点は、水中探査時に、モータ１６が第１方向Ｋ１およびこの第１方向Ｋ１と反対の第２方向Ｋ２の双方に回転する点にある。すなわち、水中探知装置１Ａは、送受波ユニット５Ａを第１方向Ｋ１に回転させつつ水中探知を行うことが可能であり、且つ、送受波ユニット５Ａを第２方向Ｋ２に回転させつつ水中探知を行うことが可能である。さらに、第２実施形態では、モータ１６の回転方向が反転するときに、送信扇状領域Ｔ１に対する受信扇状領域Ｒ１の向き（換言すれば、送信扇状領域Ｔ１に対する受信扇状領域Ｒ１の位置）が変更されるように構成されている。

水中探知装置１Ａは、水中探知装置１の構成に加えて、向き変更機構４０を有している。より具体的には、水中探知装置１Ａは、送受信装置２Ａと、信号処理部３と、表示部４と、を有している。

送受信装置２Ａは、送受波ユニット５Ａと、送受部６と、を含んでいる。

送受波ユニット５Ａは、送波部１１と、受波部１３と、ブラケット１５と、回転駆動部としてのモータ１６と、回転角度検出部１８と、向き変更機構４０と、を有している。

向き変更機構４０は、第２平面Ｐ２において送信扇状領域Ｔ１に対する受信扇状領域Ｒ１の向きを変えるように構成されている。向き変更機構４０は、モータ１６が回転軸線Ｌ１回りの回転方向を変えることに連動して、受信扇状領域Ｒ１の向きを変えることで、第２平面Ｐ２における受信扇状領域Ｒ１の位置を、回転方向変更前における回転方向の前側へずらす。

向き変更機構４０は、送波部１１に対する受波部１３の向きを変更可能な態様で送波部１１を支持する支軸４１と、支軸４１回りの受波部１３の向きを変更する向き変更モータ４２と、を有している。

支軸４１は、受波部１３の縦方向、すなわち、複数の受波素子１３ａが並ぶ方向に沿って延びる軸部であり、ブラケット１５に支持されているとともに受波部１３をこの支軸４１回りの揺動方向に回転可能に支持している。

向き変更モータ４２は、ステッピングモータ、サーボモータ等の回転位置制御が可能なモータであり、信号処理部３の制御部３１に接続される。向き変更モータ４２は、ブラケット１５に支持されたケースと、このケースから延び直接または図示しない減速機構を介して前記支軸４１に動力伝達可能に連結された出力軸と、を有している。この構成により、向き変更モータ４２は、支軸４１回りの受波部１３の向きを変更可能である。

向き変更モータ４２には、回転角度検出部４３が取り付けられており、回転角度検出部４３は、制御部３１に接続されている。回転角度検出部４３としては、例えばエンコーダが用いられる。しかし、これに限らず、向き変更モータの回転を制御する信号を解析して角度情報に換算してもよい。具体的には、向き変更モータ４２としてステッピングモータを用いた場合において、当該ステッピングモータに入力する指令パルスの数をカウントして角度情報に換算してもよい。水中探知装置１Ａでは、回転角度検出部４３によって検出された向き変更モータ４２の回転角度に基づいて、第２平面Ｐ２における、送波部１１に対する受波部１３の向きが算出される。向き変更モータ４２は、信号処理部３の制御部３１によって制御される。

制御部３１は、向き変更モータ４２へ指令信号を出力することで、向き変更モータ４２の動作を制御する。制御部３１は、向き変更モータ４２の出力軸の目標角度値を設定する。そして、制御部３１は、向き変更モータ４２の出力軸の回転位置を回転角度検出部４３で検出しつつ、検出された値と上記目標出力値との偏差がゼロとなるよう、向き変更モータ４２を制御する。

図１２は、第２実施形態における処理の一例を示すフローチャートである。図１０〜図１２を参照して、まず、送波部１１および受波部１３が第１方向Ｋ１へ回転することで水中探知を行う場合を考える。この場合、第１方向Ｋ１における送信扇状領域Ｔ１の後側に受信扇状領域Ｒ１が位置するように、制御部３１が向き変更モータ４２を制御することで、送波部１１に対する受波部１３の向きが設定される（ステップＳ３１）。このときの送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１は、図１１（Ａ）に示す通りであり、第１実施形態で示したのと同じである。なお、このときの送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との関係は、図４（Ｂ）で示す関係であってもよく、図４（Ｃ）に示す関係であってもよい。

次に、制御部３１は、モータ１６を第１方向Ｋ１に回転させるとともに、送信部２１および受信部２２を制御することで、送波部１１および受波部１３を第１方向Ｋ１に回転させつつ、送信パルス波を発射させるとともに受信波を受信する。すなわち、水中探知装置１Ａによる水中探知動作が行われる（ステップＳ３２）。

制御部３１は、予め設定された時間が経過するか、または、水中探知装置１Ａのオペレータからの指令を受けること等によって、向き変更指令を受けるまでは（ステップＳ３３でＮＯ）、モータ１６を第１方向Ｋ１に回転させつつ水中探知動作を行う（ステップＳ３２）。

一方、制御部３１が向き変更指令を検出すると（ステップＳ３３でＹＥＳ）、制御部３１は、水中探知動作を停止する（ステップＳ３４）。具体的には、制御部３１は、モータ１６の回転を停止させるとともに、信号処理部３での画像データ生成処理を停止する。

次に、第１方向Ｋ１における送信扇状領域Ｔ１の前側に受信扇状領域Ｒ１が位置するように、すなわち、第２方向Ｋ２における送信扇状領域Ｔ１の後側に受信扇状領域Ｒ１が位置するように、制御部３１が向き変更モータ４２を制御することで、送波部１１に対する受波部１３の向きが設定される（ステップＳ３５）。このときの送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１は、図１１（Ｂ）に示す通りである。具体的には、送信扇状領域Ｔ１の第１送信エッジＴｅ１と受信扇状領域Ｒ１の第２受信エッジＲｅ２とが重なるように、送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１の相対位置が設定される。このように、モータ１６が回転方向を変えることに連動して、向き変更機構４０は、受信扇状領域Ｒ１の向きを変えることで、第２平面Ｐ２における受信扇状領域Ｒ１の位置を、回転方向変更前における送信扇状領域Ｔ１の回転方向の前側のエッジＴｅ１へずらす。

この場合においても、第１実施形態の図４（Ｂ）を参照して説明したのと同様に、図１３（Ａ）に示すように、第２平面Ｐ２において、第２方向Ｋ２の後端エッジである第１送信エッジＴｅ１が、受信扇状領域Ｒ１における第２受信エッジＲｅ２以外の箇所と重なるように、受波部１３の向きが設定されてもよい。この場合、第２平面Ｐ２において、第１送信エッジＴｅ１と中心軸Ｒｘとが重なる。そして、第２平面Ｐ２において、受信扇状領域Ｒ１の半分が、送信扇状領域Ｔ１と重なる。第１受信エッジＲｅ１は、送信扇状領域Ｔ１と重ならない。また、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘは、受信扇状領域Ｒ１と重なっていない。

また、図４（Ｃ）に示す関係と同様の関係が成立していてもよい。例えば、第２方向Ｋ２への回転時における、第２平面Ｐ２での送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との関係の更なる変形例を示す図１３（Ｂ）を参照して、図１３（Ａ）に示す変形例と比べて、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との重なり領域がより多くされてもよい、図１３（Ｂ）に示す変形例では、第２平面Ｐ２において、第２方向Ｋ２における送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１のそれぞれの後端エッジである第１送信エッジＴｅ１および第１受信エッジＲｅ１が、互いに重なっている。送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘは、受信扇状領域Ｒ１と重なっていない。一方、受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘは、送信扇状領域Ｔ１と重なっている。このような配置により、受信扇状領域Ｒ１の全域が送信扇状領域Ｔ１に重なっている。

再び図１０〜図１２を参照して、次に、制御部３１は、モータ１６を第２方向Ｋ２に回転させるとともに、送信部２１を制御することで、送波部１１および受波部１３を第２方向に回転させつつ、送信パルス波を発射させるとともに受信波を受信する。すなわち、水中探知装置１Ａによる水中探知動作が行われる（ステップＳ３６）。

制御部３１は、前述したのと同様に、向き変更指令を検出するまでは（ステップＳ３７でＮＯ）、送波部１１および受波部１３を第２方向Ｋ２に回転させつつ水中探知動作を行う（ステップＳ３６）。

一方、制御部３１が向き変更指令を検出すると（ステップＳ３７でＹＥＳ）、制御部３１は、水中探知動作を停止する（ステップＳ３８）。具体的には、制御部３１は、モータ１６の回転を停止させるとともに、信号処理部３における画像データ生成処理を停止する。次に、ステップＳ３１以降の処理を繰返す。

以上説明したように、第２実施形態に係る水中探知装置１Ａによると、向き変更機構４０が設けられている。これにより、送波部１１および受波部１３が第１方向Ｋ１に回転したときと第２方向Ｋ２に回転したときの何れの場合でも、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との相対位置関係を同様にできる。また、送波部１１および受波部１３の回転方向が、第１方向Ｋ１および第２方向Ｋ２の何れか一方のみではない。このため、モータ１６の回転方向が固定されている場合に必要なスリップリングを用いずに済む。

なお、この第２実施形態では、受波部１３の向きを向き変更モータ４２で変更する形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、送波部１１を支軸４１と同様の支軸回りに回転可能に構成し、送波部１１を向き変更モータ４２で変更してもよい。送波部１１および受波部１３の少なくとも一方が向き変更モータ４２によって向きを変更されればよい。

［第２実施形態の第１変形例］
第２実施形態において、向き変更用モータ４０を省略するとともに、支軸４１と受波部１３の筐体１３ｃとの間に樹脂製のカラー等の摩擦発生部材を設け、さらに、支軸４１回りの受波部１３の回転量を一定範囲に規制するストッパが設けられていてもよい。この場合、モータ１６が回転方向を反対向きに変更する際、受波部１３において支軸４１回りに所定値以上の慣性が生じるように、モータ１６の出力軸１６ａが駆動される。これにより、上記慣性によって、第２実施形態と同様に、送波部１１に対する受波部１３の向きを変更できる。

この第２実施形態の第１変形例では、送波部１３の向きを慣性で変更する形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、送波部１１を支軸４１と同様の支軸回りに回転可能に構成し、送波部１１を慣性によって変更してもよい。送波部１１および受波部１３の少なくとも一方が慣性によって向きを変更されればよい。

［第２実施形態の第２変形例］
図１４は、第２実施形態の第２変形例の主要部を示す模式的な側面図であり、一部を断面で示している。第２実施形態の第２変形例では、受信扇状領域Ｒ１に対する送信扇状領域Ｔ１の向きを、送波部１１および受波部１３の全体を回転させることで変更するように構成されている。

具体的には、第１実施形態に示す送受波ユニット５に代えて、送受波ユニット５Ｂが設けられている。送受波ユニット５Ｂは、送波部１１と、受波部１３と、送波部１１および受波部１３を支持するブラケット１５と、回転駆動部としてのモータ１６と、回転角度検出部１８と、向き変更機構４０Ｂと、を有している。

向き変更機構４０Ｂは、モータ１６と、動力分配機構５１と、回転機構５２と、を有している。

モータ１６は、本第２実施形態では、向き変更機構４０Ｂの一部を構成している。モータ１６の出力軸１６ａは、動力分配機構５１に連結されている。

動力分配機構５１は、モータ１６の出力を、水中探知用の動力と、送波部１１および受波部１３を反転させるための反転用動力とに択一的に分配するために設けられている。動力分配機構５１は、ケース５３と、このケース５３内に収容された駆動部材５４と、ケース５３に支持され駆動部材５４を変位させるためのアクチュエータ５５と、ケース５３内においてケース５３に固定された第１従動部材５６と、ケース５３内に収容された第２従動部材５７と、を有している。

ケース５３は、中空の箱状に形成され図示しない支持部材によって回転軸線Ｌ１回りを回転可能に支持された部材である。ケース５３は、モータ１６の出力軸１６ａを貫通されており、このケース５３と相対回転可能である。

駆動部材５４は、例えば、表面および裏面に摩擦部材が形成されたクラッチディスクである。駆動部材５４の中心には、例えば雌スプラインが形成されており、この雌スプラインが、モータ１６の出力軸１６ａに形成された雄スプラインに嵌合している。これにより、駆動部材５４は、出力軸１６ａと一体回転可能且つ出力軸１６ａの軸方向に相対移動可能である。

アクチュエータ５５は、駆動部材５４を出力軸１６ａの軸方向に変位させることで、駆動部材５４と第１従動部材５６とが一体回転可能に連結された状態と、駆動部材５４と第２従動部材５７とが一体回転可能に連結された状態と、を切り替えるように構成されている。アクチュエータ５５として、電動モータにボールねじ機構が取り付けられた構成を例示できる。アクチュエータ５５は、信号処理部３の制御部３１によって駆動制御される。

第１従動部材５６は、ケース５３に固定されてケース５３と一体回転可能な円板状の例えば金属部材であり、駆動部材５４とは出力軸１６ａの軸方向に向かい合っている。第２従動部材５７は、円板状の例えば金属部材であり、駆動部材５４とは出力軸１６ａの軸方向に向かい合っている。従動部材５７は、回転機構５２の駆動ギヤ部５８に連結されている。

回転機構５２は、送波部１１および受波部１３を、水平方向回り、または水平面に対して傾斜した方向回りに回転させるために設けられている。回転機構５２は、交差軸歯車機構であり、第１従動部材５６に固定された駆動ギヤ部５８と、ブラケット１５に固定された従動ギヤ部５９と、を有している。

駆動ギヤ部５８は、軸状に形成されており、ケース５３に図示しない軸受を介して回転軸線Ｌ１回りに回転可能に支持されている。駆動ギヤ部５８の上端に、第２駆動部材５４が一体回転可能に連結されている。駆動ギヤ部５８の下端に、ギヤが設けられている。

従動ギヤ部５９は、駆動ギヤ部５８のギヤに噛み合うギヤを有している。駆動ギヤ部５８の軸線と従動ギヤ部５９の軸線とは交差しており、従動ギヤ部５９の軸線は、水平に延びているか、または水平に近い角度で傾斜して延びている。

ブラケット１５は、ケース５３に固定されたステー６０および図示しない軸受を介して、従動ギヤ部５９の軸線回りに回転可能に支持されている。

上記の構成により、水中探知のために送波部１１および受波部１３が回転軸線Ｌ１回りを回転するとき、アクチュエータ５５は、駆動部材５４を実線で示すように第１従動部材５６に連結させる。これにより、モータ１６の出力軸１６ａと一体的に駆動部材５４、第１従動部材５６、ケース５３、ステー６０、ブラケット１５、送波部１１および、受波部１３が回転軸線Ｌ１回りを回転する。

一方、回転軸線Ｌ１回りの回転方向が反転されるとき、アクチュエータ５５は、想像線である二点鎖線で示すように、駆動部材５４を第２従動部材５７に連結させる。これにより、ケース５３は、回転軸線Ｌ１回りを回転しない一方、モータ１６の出力軸１６ａの回転に伴い駆動ギヤ部５８が回転するとともに、従動ギヤ部５９が回転する。その結果、ブラケット１５、送波部１１および受波部１３は、従動ギヤ部５９の回転軸線回りを回転する。これにより、第２実施形態で説明したのと同様の、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との位置関係を実現できる。

なお、向き変更機構４０Ｂは、送波部１１および受波部１３が第１方向Ｋ１に回転するときと第２方向Ｋ２に回転するときとにおいて、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との相対位置関係が同じとなるようにする構成であればよく、上記の構成に限定されない。

［第３実施形態］
図１５は、本発明の第３実施形態に係る水中探知装置１Ｃの構成を示すブロック図である。図１６は、送波部１１によって形成される送信ビームＴＢおよび受波部１３，１４によって受信される受信ビームＲＢ，ＲＢ２を模式的に示す図である。図１７（Ａ）は、水中探知装置１Ｃが搭載された自船Ｓを第２平面Ｐ２と平行に見た平面図であって、送波部１１によって形成される送信扇状領域Ｔ１と、受波部１３，１４で受信される受信扇状領域Ｒ１，Ｒ２とを模式的に示している。

図１５〜図１７（Ａ）を参照して、水中探知装置１Ｃが第１実施形態の水中探知装置１と異なっている点は、２つの受波部１３，１４が設けられている点にある。そして、水中探知装置１Ｃでは、送波部１１および受波部１３，１４が回転軸線Ｌ１回りの第１方向Ｋ１に回転するときには受波部１３が受信扇状領域Ｒ１の受信波を受信し、且つ、送波部１１および受波部１３，１４が回転軸線Ｌ１回りの第２方向Ｋ２に回転するときには第２受波部１４（第２受信トランスデューサとも呼ばれる）が受信扇状領域Ｒ２の受信波を受信する。

送受波ユニット５Ｃは、送波部１１と、受波部１３と、第２受波部１４と、送波部１１および受波部１３，１４を支持するブラケット１５と、回転駆動部としてのモータ１６と、回転角度検出部１８と、を有している。

第２受波部１４は、受波部１３と第２受波部１４との間に送波部１１が配置されるように配置されている。第２受波部１４は、筐体１４ｃに超音波振動子としての受波素子１４ａが１または複数取り付けられた構成を有している。各受波素子１４ａは、受波面１４ｂを有している。第２受波部１４は、ブラケット１５に取り付けられている。送波部１１および受波部１３，１４は、モータ１６によってモータ１６の回転軸線Ｌ１回りを一体回転する。

第２受波部１４は、３次元状の受信ビームＲＢ２が形成された領域である第２受信扇状領域Ｒ２の信号を受信する。第２受信扇状領域Ｒ２は、略扇形状のファンビームである。すなわち、第２受波部１４は、第２受信扇状領域Ｒ２内で送信波の反射波である受信波を受信する。第２受信扇状領域Ｒ２は、回転軸線Ｌ１回りの位置が受信扇状領域Ｒ１と異なっているけれども、受信扇状領域Ｒ１の形状と同じ扇形状である。

第２受波部１４は、受波部１３と同様に、以下で詳しく説明する送受部６および信号処理部３とともにビームフォーミングを行うことにより、第２受波部１４のリニアアレイが利得を持つ扇型の範囲としての受信扇状領域Ｒ２内を、電子的に走査する薄い受信ビームで探知する。

第２受信扇状領域Ｒ２は、第１平面Ｐ１内において第３受信幅Ｒθ３を有するとともに、第２平面Ｐ２において第４受信幅Ｒθ４を有し、且つ、第４受信幅Ｒθ４よりも第３受信幅Ｒθ３が広く構成されている。さらに、第２受信扇状領域Ｒ２の第４受信幅Ｒθ４は、送信扇状領域Ｔ１の第２送信幅Ｔθ２よりも狭くされている。第２受信扇状領域Ｒ２は、第１平面Ｐ１および第２平面Ｐ２の何れにおいても、扇形状に形成されている。第３受信幅Ｒθ３は、送波部１１を中心点とする角度幅である。第４受信幅Ｒθ４は、モータ１６の回転軸線Ｌ１回りの角度幅である。

なお、上述したように、第２受信扇状領域Ｒ２のエッジＲｅ３，Ｒｅ４における受信電力感度が、中心軸Ｒ２ｘにおける受信電力感度から−３ｄＢの大きさであるとき、第４受信幅Ｒθ４＜第３受信幅Ｒθ３である。一方で、例えば、受信扇状領域Ｒ２のエッジＲｅ３，Ｒｅ４における受信電力感度が、中心軸Ｒ２ｘにおける受信電力感度から−３ｄＢよりも小さい−１０ｄＢの大きさであるとき、第４受信幅Ｒθ４＞第３受信幅Ｒθ３であってもよい。

第３受信幅Ｒθ３は、６度から９０度の範囲内であればよい。第４受信幅Ｒθ４は、例えば６度に設定される。本実施形態では、第４受信幅Ｒθ４と第２受信幅Ｒθ２は、同じ値に設定されている。

リニアアレイの受波面１４ｂに垂直な方向であって第２受信扇状領域Ｒ２が形成される側の方向と水平面とがなす角度は、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度までの範囲内であれば、どのような角度であってもよい。

第２平面Ｐ２における回転軸線Ｌ１回りにおいて、第２受信扇状領域Ｒ２の中心軸Ｒ２ｘは、第２受信扇状領域Ｒ２において受信電力感度が最も高い線である。一方、第２平面Ｐ２における回転軸線Ｌ１回りにおいて、第２受信扇状領域Ｒ２の一対のエッジとしての第３受信エッジＲｅ３および第４受信エッジＲｅ４は、第２受信扇状領域Ｒ２において受信電力感度が最も低い位置上の線である。これらの受信エッジＲｅ３，Ｒｅ４における受信電力感度は、本実施形態では、中心軸Ｒ２ｘにおける受信電力感度の−３ｄＢの強度であり、略半分の強さである。第２受信扇状領域Ｒ２は、当該第２受信扇状領域Ｒ２の受信電力感度が最大値である中心軸Ｒ２ｘを含み、且つ、この受信電力感度が最大値から−３ｄＢまで半減するまでの領域である。本実施形態では、第２受波部１４は、第２受信扇状領域Ｒ２の中心軸Ｒ２ｘが鉛直方向に対して斜めになるように、船底に設けられている。なお、第２受信扇状領域Ｒ２は、受信電力感度が最大値から−ｎ３ｄＢ（ｎ３は、水中探知装置１Ｃの探知対象等に応じて設定される。）低減するまでの領域であってもよい。第３受信エッジＲｅ３は、第１方向Ｋ１の前端エッジであり、第４受信エッジＲｅ４は、第１方向Ｋ１の後端エッジである。

本実施形態では、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２の一方が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されており、さらに、一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２の他方が、第２受信扇状領域Ｒ２内に位置するように構成されている。換言すれば、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２のうち、第１の受信扇状領域Ｒ１内に位置するエッジＴｅ２とは異なる他方のエッジＴｅ１が第２受信扇状領域Ｒ２内に位置する。より具体的には、第１方向Ｋ１の後端エッジである第２送信エッジＴｅ２が、第１方向Ｋ１の前端エッジである第１受信エッジＲｅ１と重なるように、送波部１１および受波部１３が構成されている。送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との相対位置関係は、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。

また、第２受信扇状領域Ｒ２について、第２方向Ｋ２の後端エッジである第１送信エッジＴｅ１が、第２方向Ｋ２の前端エッジである第４受信エッジＲｅ４と重なるように、送波部１１および第２受波部１４が構成されている。すなわち、第２平面Ｐ２において、第４受信エッジＲｅ４は、送信扇状領域Ｔ１における第２方向Ｋ２の後側の第１送信エッジＴｅ１上にある。この構成では、送信扇状領域Ｔ１と第２受信扇状領域Ｒ２とは、第１送信エッジＴｅ１と第４受信エッジＲｅ４とで重なっているけれども、他の箇所では重なっていない。また、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘは、第２受信扇状領域Ｒ２と重なっておらず、且つ、第２受信扇状領域Ｒ２の中心軸Ｒ２ｘは、送信扇状領域Ｔ１と重なっていない。

このように、第２平面Ｐ２において、第２方向Ｋ２における送信扇状領域Ｔ１の片側（より具体的には、第２方向Ｋ２の後側）に、第２受信扇状領域Ｒ２が寄せられている。

なお、図１７（Ａ）で示す送信扇状領域Ｔ１と第２受信扇状領域Ｒ２との関係以外の関係が成立していてもよい。このような関係の一例を、図１７（Ｂ）を参照して説明する。

図１７（Ｂ）は、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１と２つの受信扇状領域Ｒ１，Ｒ２との関係の変形例を示す図である。この変形例では、第２平面Ｐ２において、第２方向Ｋ２の後端エッジである第１送信エッジＴｅ１が、第２受信扇状領域Ｒ２における第４受信エッジＲｅ４以外の箇所と重なるように、送波部１１および第２受波部１４が構成されている。この変形例では、第２平面Ｐ２において、第１送信エッジＴｅ１と中心軸Ｒ２ｘとが重なっている。そして、第２平面Ｐ２において、第２受信扇状領域Ｒ２の半分が、送信扇状領域Ｔ１と重なっている。第３受信エッジＲｅ３は、送信扇状領域Ｔ１と重なっていない。また、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘは、第２受信扇状領域Ｒ２と重なっていない。

なお、図１７（Ｂ）に示す変形例において、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との相対位置関係は、第１実施形態の図４（Ｂ）に示す変形例と同じである。

また、図１７（Ｂ）に示す関係と異なる関係が成立していてもよい。例えば、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１と２つの受信扇状領域Ｒ１，Ｒ２との関係の更なる変形例を示す図１７（Ｃ）を参照して、図１７（Ｂ）に示す変形例と比べて、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１，Ｒ２との重なり領域がより多くされている。図１７（Ｃ）に示す変形例では、第２平面Ｐ２において、第２方向Ｋ２における送信扇状領域Ｔ１および第２受信扇状領域Ｒ２のそれぞれの後端エッジである第１送信エッジＴｅ１および第３受信エッジＲｅ３が、互いに重なっている。送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘは、第２受信扇状領域Ｒ２と重なっていない。一方、第２受信扇状領域Ｒ２の中心軸Ｒ２ｘは、送信扇状領域Ｔ１と重なっている。

なお、図１７（Ｃ）に示す変形例において、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との相対位置関係は、第１実施形態の図４（Ｃ）に示す変形例と同じである。

再び図１５〜図１７（Ａ）を参照して、モータ１６は、送波部１１、受波部１３、および、第２受波部１４を回転軸線Ｌ１の第１方向Ｋ１または第２方向Ｋ２に回りに一体的に回転させる。すなわち、モータ１６は、送信扇状領域Ｔ１、受信扇状領域Ｒ１、および、第２受信扇状領域Ｒ２を回転させる。

送受部６の受信部２２は、受波部１３，１４が択一的に出力する電気信号としてのエコー信号を増幅し、増幅したエコー信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部２２は、デジタル信号に変換されたエコー信号を、信号処理部３へ出力する。より具体的には、受信部２２は、複数の受信回路を有している。各受信回路は、対応する受波素子１３ａ，１４ａによって受波された受信波を電気信号に変換して得られた各エコー信号（受信信号）を信号処理部３に出力する。

信号処理部３の制御部３１は、受波部１３からのエコー信号と第２受波部１４からのエコー信号を送受部６から択一的に受信する。そして、信号処理部３は、受波部１３からのエコー信号（すなわち、受信信号）、または、第２受波部１４からのエコー信号（すなわち、第２受信信号）に基づいて、検出情報としての画像データを生成する。

信号処理部３は、探知エリアＳ１において送波部１１および受波部１３，１４を第１方向Ｋ１に回転させるとき、送波部１１から送信扇状領域Ｔ１へ送信パルス波を送信させるとともに、受波部１３で受信した受信波について、受信扇状領域Ｒ１での受信結果を用いてビームフォーミングを行い、探知結果を示す画像データを生成する。このとき、第２受信扇状領域Ｒ２の信号は、画像データ生成に用いられない。

一方、信号処理部３は、探知エリアＳ１において送波部１１および受波部１３，１４を第２方向Ｋ２に回転させるとき、送波部１１から送信扇状領域Ｔ１へ送信パルス波を送信させるとともに、第２受波部１４で受信した受信波について、第２受信扇状領域Ｒ２での受信結果を用いてビームフォーミングを行い、探知結果を示す画像データを生成する。このとき、受信扇状領域Ｒ１の信号は、画像データ生成に用いられない。

上記した送受波ユニット５Ｃの構成により、水中探知装置１は、自船Ｓを中心とした広範囲に亘る３次元空間内の物標を探知し、当該空間内における物標の３次元的な位置を推定することができる。

以上説明したように、第３実施形態の水中探知装置１Ｃによると、第１方向Ｋ１および第２方向Ｋ２の何れの方向に送波部１１および受波部１３，１４が回転したときでも、水中探知を行うことができる。その結果、モータ１６は、３６０度の角度範囲内で揺動するように回転することも可能である。このため、スリップリングが不要となる。さらに、送波部１１および受波部１３，１４を物理的に反転させる動作が不要である。

［第３実施形態の変形例］
図１８は、本発明の第３実施形態の変形例に係る水中探知装置１Ｄの構成を示すブロック図である。図１９は、送波部１１および第２送波部１２（第２送信トランスデューサとも呼ばれる）によって形成される送信ビームＴＢ，ＴＢ２、および、受波部１３によって受信される受信ビームＲＢを模式的に示す図である。図２０は、水中探知装置１Ｄが搭載された自船Ｓを第２平面Ｐ２と平行に見た平面図であって、送波部１１，１２および受波部１３によって形成される送信扇状領域Ｔ１，Ｔ２と、受信扇状領域Ｒ１とを模式的に示している。

図１８〜図２０を参照して、水中探知装置１Ｄが第３実施形態の水中探知装置１Ｃと異なっている点は、２つの送波部１１，１２が設けられている一方で１つの受波部１３が設けられている点にある。そして、水中探知装置１Ｄでは、送波部１１，１２および受波部１３が回転軸線Ｌ１回りの第１方向Ｋ１に回転するときには、送波部１１が送信扇状領域Ｔ１へ送信パルス波を送信する。また、送波部１１，１２および受波部１３が回転軸線Ｌ１回りの第２方向Ｋ２に回転するときには、第２送波部１２が第２送信扇状領域Ｔ２へ送信パルス波を送信する。

送受波ユニット５Ｄは、送波部１１と、第２送波部１２と、受波部１３と、送波部１１，１２および受波部１３を支持するブラケット１５と、回転駆動部としてのモータ１６と、回転角度検出部１８と、を有している。

第２送波部１２は、送波部１１と第２送波部１２との間に受波部１３が配置されるように配置されている。第２送波部１２は、筐体１２ｃに超音波振動子としての送波素子１２ａが１または複数取り付けられた構成を有している。各送波素子１２ａは、第２送波面１２ｂを有している。第２送波部１２は、ブラケット１５に取り付けられており、送波部１１，１２および受波部１３は、モータ１６によってモータ１６の回転軸線Ｌ１回りを一体回転する。

第２送波部１２は、３次元状の送信ビームＴＢ２を第２送信扇状領域Ｔ２に形成する。第２送信扇状領域Ｔ２は、略扇形状のファンビームであり、送信扇状領域Ｔ１と同様の形状を有している。すなわち、第２送波部１２は、第２送信扇状領域Ｔ２内で第２送信波を送信する。第２送信扇状領域Ｔ２は、当該第２送信扇状領域Ｔ２の送信信号電力が最大値である中心軸Ｔ２ｘを含み、且つ、この送信信号電力が最大値からが−３ｄＢまで半減するまでの領域である。本変形例では、第２送波部１２は、第２送信扇状領域Ｔ２の中心軸Ｔ２ｘが鉛直方向（図１９におけるｚ軸方向）に対して斜めになるように、船底に設けられている。なお、第２送信扇状領域Ｔ２は、送信信号電力が最大値から−ｎ４ｄＢ（ｎ４は、水中探知装置１Ｄの探知対象等に応じて設定される。）低減するまでの領域であってもよい。

第２送信扇状領域Ｔ２は、第１平面Ｐ１内において第３送信幅Ｔθ３を有するとともに、第２平面Ｐ２において第４送信幅Ｔθ４を有し、且つ、第４送信幅Ｔθ４よりも第３送信幅Ｔθ３が広く構成されている（Ｔθ４＜Ｔθ３）。第２送信扇状領域Ｔ２は、第１平面Ｐ１および第２平面Ｐ２の何れにおいても、扇形状に形成されている。本実施形態では、第３送信幅Ｔθ３は、第１送信幅Ｔθ１と同じに設定されている。また、第４送信幅Ｔθ４は、第２送信幅Ｔθ２と同じに設定されている。本実施形態では、受信扇状領域Ｒ１の第２受信幅Ｒθ２が第２送信扇状領域Ｔ２の第４送信幅Ｔθ４よりも狭く設定されている。さらに、第２平面Ｐ２において、第２送信扇状領域Ｔ２の一対のエッジＴｅ３，Ｔｅ４の一方Ｔｅ３が受信扇状領域Ｒ１内に位置している。

なお、上述したように、送信扇状領域Ｔ１のエッジＴｅ１，Ｔｅ２における送信信号電力が、中心軸Ｔｘにおける送信信号電力から−３ｄＢの大きさであるとき、第２送信幅Ｔθ２＜第１送信幅Ｔθ１である。一方で、例えば、送信扇状領域Ｔ１のエッジＴｅ１，Ｔｅ２における送信信号電力が、中心軸Ｔｘにおける送信信号電力から−３ｄＢよりも小さい−１０ｄＢの大きさであるとき、第２送信幅Ｔθ２＞第１送信幅Ｔθ１であってもよい。

また、上述したように、第２送信扇状領域Ｔ２のエッジＴｅ３，Ｔｅ４における送信信号電力が、中心軸Ｔ２ｘにおける送信信号電力から−３ｄＢの大きさであるとき、第４送信幅Ｔθ４＜第３送信幅Ｔθ３である。一方で、例えば、第２送信扇状領域Ｔ２のエッジＴｅ３，Ｔｅ４における送信信号電力が、中心軸Ｔ２ｘにおける送信信号電力から−３ｄＢよりも小さい−１０ｄＢの大きさであるとき、第４送信幅Ｔθ４＞第３送信幅Ｔθ３であってもよい。

リニアアレイの送波面１２ｂに垂直な方向であって第２送信扇状領域Ｔ２が形成される側の方向と水平面とがなす角度は、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度までの範囲内であれば、どのような角度であってもよい。

第２平面Ｐ２における回転軸線Ｌ１回りにおいて、第２送信扇状領域Ｔ２の中心軸Ｔ２ｘは、第２送信扇状領域Ｔ２において送信信号電力が最も高い線である。一方、第２平面Ｐ２における回転軸線Ｌ１回りにおいて、第２送信扇状領域Ｔ２の一対のエッジとしての第３送信エッジＴｅ３および第４送信エッジＴｅ４は、第２送信扇状領域Ｔ２において送信信号電力が最も低い位置上の線である。これらの送信エッジＴｅ３，Ｔｅ４における送信信号電力は、中心軸Ｔ２ｘにおける送信信号電力の半分である。第３送信エッジＴｅ３は、第２方向Ｋ２の後端エッジであり、第４送信エッジＴｅ４は、第２方向Ｋ２の前端エッジである。

本実施形態では、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２の一方が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されており、さらに、第２送信扇状領域Ｔ２の一対の送信エッジＴｅ３，Ｔｅ４の一方が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されている。より具体的には、第１方向Ｋ１の後端エッジである第２送信エッジＴｅ２が、第１方向Ｋ１の前端エッジである第１受信エッジＲｅ１と重なるように、送波部１１および受波部１３が構成されている。送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１との相対位置関係は、第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。

また、第２送信扇状領域Ｔ２について、第２方向Ｋ２の後端エッジである第３送信エッジＴｅ３が、第２方向Ｋ２の前端エッジである第２受信エッジＲｅ２と重なるように、第２送波部１２および受波部１３が構成されている。すなわち、第２平面Ｐ２において、第２受信エッジＲｅ２は、第２送信扇状領域Ｔ２における第２方向Ｋ２の後側の第３送信エッジＴｅ３上にある。この構成では、第２送信扇状領域Ｔ２と受信扇状領域Ｒ１とは、第３送信エッジＴｅ３と第２受信エッジＲｅ２とで重なっているけれども、他の箇所では重なっていない。また、第２送信扇状領域Ｔ２の中心軸Ｔ２ｘは、受信扇状領域Ｒ１と重なっておらず、且つ、受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒ１ｘは、第２送信扇状領域Ｔ２と重なっていない。

このように、第２平面Ｐ２において、第１方向Ｋ１における送信扇状領域Ｔ１の片側（より具体的には、第１方向Ｋ１の後側）に、受信扇状領域Ｒ１が寄せられている。また、第２方向Ｋ２における第２送信扇状領域Ｔ２の片側（より具体的には、第２方向Ｋ２の後側）に、受信扇状領域Ｒ１が寄せられている。

なお、送信扇状領域Ｔ１と受信扇状領域Ｒ１とは、第２送信エッジＴｅ２と第１受信エッジＲｅ１との接触箇所以外で接触していてもよい。また、第２送信扇状領域Ｔ２と受信扇状領域Ｒ１とは、第３送信エッジＴｅ３と第２受信エッジＲｅ２との接触箇所以外で接触していてもよい。

モータ１６は、送波部１１，１２、および、受波部１３を回転軸線Ｌ１の第１方向Ｋ１または第２方向Ｋ２に回りに一体的に回転させる。すなわち、モータ１６は、送信扇状領域Ｔ１、第２送信扇状領域Ｔ２、および、受信扇状領域Ｒ１を回転させる。

送信部２１は、信号処理部３で生成された送信パルス信号を増幅し、増幅後におけるその信号を増幅後送信パルス信号として送波部１１または第２送波部１２に択一的に印加する。これにより、送波部１１または第２送波部１２からは、増幅された各増幅後送信パルス信号に対応する各送信パルス波が送波される。

信号処理部３は、探知エリアＳ１において送波部１１，１２および受波部１３を第１方向Ｋ１に回転させるとき、送波部１１から送信扇状領域Ｔ１へ送信パルス波を送信させるとともに、受波部１３で受信した受信波について、受信扇状領域Ｒ１での受信結果を用いてビームフォーミングを行い、探知結果を示す画像データを生成する。このとき、第２送波部１２からは送信パルス波は送信されない。

一方、信号処理部３は、探知エリアＳ１において送波部１１，１２および受波部１３を第２方向Ｋ２に回転させるとき、第２送波部１２から第２送信扇状領域Ｔ２へ送信パルス波を送信させるとともに、受波部１３で受信した受信波について、受信扇状領域Ｒ１での受信結果を用いてビームフォーミングを行い、探知結果を示す画像データを生成する。このとき、送波部１１からは送信パルス波は送信されない。

上記した送受波ユニット５Ｄの構成により、水中探知装置１は、自船Ｓを中心とした広範囲に亘る３次元空間内の物標を探知し、当該空間内における物標の３次元的な位置を推定することができる。

以上説明したように、第３実施形態の水中探知装置１Ｄによると、第１方向Ｋ１および第２方向Ｋ２の何れの方向に送波部１１，１２および受波部１３が回転したときでも、水中探知を行うことができる。その結果、モータ１６は、３６０度の角度範囲内で揺動するように回転することも可能である。このため、スリップリングが不要となる。さらに、送波部１１，１２および受波部１３を物理的に反転させる動作が不要である。

［その他の変形例］
以上、本発明の実施形態および変形例について説明した。しかしながら、本発明はこれらに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（１）上述の実施形態および変形例では、送波部１１，１２がそれぞれ複数の送波素子１１ａ，１２ａを有する形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、各送波部１１，１２が１つの送信素子を有する構成であってもよい。また、受波部１３，１４がそれぞれ複数の受波素子１３ａ，１４ａを有する形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、各受波部が１つの受信素子を有する構成であってもよい。各受波部１３，１４が１つの受信素子を有する構成の場合、２次元の探知結果画像を表示部に表示することができる。

（２）また、上述の実施形態および変形例では、送信専用の送波部１１，１２と、受信専用の受波部１３，１４とが設けられる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、図２１の変形例の図に示す主要部を有する送受波器を用いて送信パルス波の送信および反射波の受信を行ってもよい。この送受波器は、１つの圧電素子６１と、圧電素子６１の表面および裏面に設けられた一対の受信用電極６２と、圧電素子６１の表面および裏面に設けられた一対の送信用電極６３と、一方の送信用電極６３に設けられた音響レンズ６４と、を有している。一対の受信用電極６２に受信部２２が接続されている。また、一対の送信用電極６３に送信部２１が接続されている。

（３）また、上述の実施形態および変形例では、自船Ｓの下方の周囲を探知する水中探知装置を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。本発明は、前方探知ソナー、右舷探知ソナー、および、左舷探知ソナー等の他の水中探知装置に適用することができる。

例えば、本発明の第４実施形態に係る水中探知装置１Ｅを示す模式図である図２２を参照して、水中探知装置１Ｅが、前方探知ソナーとして用いられてもよい。水中探知装置１Ｅは、例えば水中探知装置１，１Ａ，１Ｃ，１Ｄの何れかと同一の構成を有している。本第４実施形態では、水中探知装置１Ｅは、水中探知装置１の構成と同一の構成を有している。そして、送受ユニット５が、自船Ｓの船首に設置されている。

送受波ユニット５Ｅの送波部１１は、自船Ｓの前方に向けて送信扇状領域Ｔ１Ｅを形成する。送信扇状領域Ｔ１Ｅは、送信扇状領域Ｔ１と同様の形状であるけれども、海底面に対する向きが異なっている。また、送受波ユニット５Ｅの受波部１３は、自船Ｓの前方の受信扇状領域Ｒ１Ｅからの信号を受信する。受信扇状領域Ｒ１Ｅは、受信扇状領域Ｒ１と同様の形状であるけれども、海底面に対する向きが異なっている。本第４実施形態では、第１平面Ｐ１は、水平直線を含む面である。また、第２平面Ｐ２は、鉛直面である。送信扇状領域Ｔ１Ｅおよび受信扇状領域Ｒ１Ｅは、自船Ｓの左右に延びる水平軸線（図２２に示すｙ軸）回りを回転する。図２２に示すように、送信扇状領域Ｔ１Ｅの上方に受信扇状領域Ｒ１Ｅが位置している場合、第１方向Ｋ１は、ｙ軸回りを海面から海底に向かう方向である。一方、送信扇状領域Ｔ１Ｅの下方に受信扇状領域Ｒ１Ｅが位置した状態で探知動作が行われる場合、第２方向Ｋ２は、ｙ軸回りを海底から海面に向かう方向であり、第１方向Ｋ１とは反対向きである。

第４実施形態に係る水中探知装置１Ｅにおいても、自船Ｓの前方における探知結果画像の更新周期の高速化と探知距離の低下抑制とを両立可能である。

（４）また、上記実施形態および変形例では、ファンエリア内探知データ生成部３６におけるビームフォーミング手法として整相加算を用いることにより、受信扇状領域Ｒ１，Ｒ２内の各角度φでのエコー強度を算出した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、Ｃａｐｏｎ法、ＭＵＳＩＣ法等の適応ビームフォーミング法を用いることにより、受信扇状領域Ｒ１，Ｒ２内の各角度φでのエコー強度が算出されてもよい。これにより、整相加算を用いる場合と比べて、装置のφ方向の角度分解能を向上することができる。

（５）上記実施形態および変形例では、送波部１１をリニアアレイ状に形成したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、複数の送波素子１１ａを円弧に沿って列状に配列することで、送信扇状領域Ｔ１，Ｔ２の範囲をφ方向に拡大させ、より広範囲を探知することができるようにしたり、送信扇状領域Ｔ１，Ｔ２の範囲を維持したまま、よりソースレベルを向上させたりすることができる。

（６）上記実施形態および変形例では、受波部１３，１４をリニアアレイ状に形成したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、複数の受波素子１３ａ，１４ａを円弧に沿って列状に配列することで、受信扇状領域Ｒ１，Ｒ２の範囲をφ方向に拡大することができ、より広範囲を探知することができる。

（７）上述した実施形態および変形例では、送波部１１，１２および受波部１３，１４が１つのモータ１６によって回転駆動させられる例を挙げて説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、送波部１１，１２および受波部１３，１４が、別個のモータによって回転駆動させられてもよい。

１，１Ａ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 水中探知装置
１１ 送波部（送信トランスデューサ）
１２ 第２送波部（第２送信トランスデューサ）
１３ 受波部（受信トランスデューサ）
１４ 第２受波部（第２受信トランスデューサ）
１６ モータ
２２ 受信部（受信回路）
３１ 制御部
３９ ハードウェア・プロセッサ（処理回路）
４０，４０Ｂ 向き変更機構
Ｋ１ 第１方向
Ｋ２ 第２方向
Ｐ１ 第１平面
Ｐ２ 第２平面
Ｒ１ 受信扇状領域
Ｒ２ 第２受信扇状領域
Ｒｅ１，Ｒｅ２ 受信扇状領域の一対のエッジ
Ｒｅ３，Ｒｅ４ 第２受信扇状領域の一対のエッジ
Ｒθ１ 第１受信幅
Ｒθ２ 第２受信幅
Ｒθ３ 第３受信幅
Ｒθ４ 第４受信幅
Ｔ１ 送信扇状領域
Ｔｅ１，Ｔｅ２ 送信扇状領域の一対のエッジ
Ｔθ１ 第１送信幅
Ｔθ２ 第２送信幅
Ｔθ３ 第３送信幅
Ｔθ４ 第４送信幅
Ｖ１ 第１速度
Ｖ２ 第２速度

用語

必ずしも全ての目的または効果・利点が、本明細書中に記載される任意の特定の実施形態に則って達成され得るわけではない。従って、例えば当業者であれば、特定の実施形態は、本明細書中で教示または示唆されるような他の目的または効果・利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示されるような1つまたは複数の効果・利点を達成または最適化するように動作するように構成され得ることを想到するであろう。

本明細書中に記載される全ての処理は、1つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサを含むコンピューティングシステムによって実行されるソフトウェアコードモジュールにより具現化され、完全に自動化され得る。コードモジュールは、任意のタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体または他のコンピュータ記憶装置に記憶することができる。一部または全ての方法は、専用のコンピュータハードウェアで具現化され得る。

本明細書中に記載されるもの以外でも、多くの他の変形例があることは、本開示から明らかである。例えば、実施形態に応じて、本明細書中に記載されるアルゴリズムのいずれかの特定の動作、イベント、または機能は、異なるシーケンスで実行することができ、追加、併合、または完全に除外することができる (例えば、記述された全ての行為または事象がアルゴリズムの実行に必要というわけではない)。さらに、特定の実施形態では、動作またはイベントは、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、または複数のプロセッサまたはプロセッサコアを介して、または他の並列アーキテクチャ上で、逐次ではなく、並列に実行することができる。さらに、異なるタスクまたはプロセスは、一緒に機能し得る異なるマシンおよび/またはコンピューティングシステムによっても実行され得る。

本明細書中に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的論理ブロックおよびモジュールは、プロセッサなどのマシンによって実施または実行することができる。プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン、またはそれらの組み合わせなどであってもよい。プロセッサは、コンピュータ実行可能命令を処理するように構成された電気回路を含むことができる。別の実施形態では、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはコンピュータ実行可能命令を処理することなく論理演算を実行する他のプログラマブルデバイスを含む。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、デジタル信号プロセッサ(デジタル信号処理装置)とマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと組み合わせた1つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。本明細書中では、主にデジタル技術に関して説明するが、プロセッサは、主にアナログ素子を含むこともできる。例えば、本明細書中に記載される信号処理アルゴリズムの一部または全部は、アナログ回路またはアナログとデジタルの混合回路により実装することができる。コンピューティング環境は、マイクロプロセッサ、メインフレームコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、ポータブルコンピューティングデバイス、デバイスコントローラ、または装置内の計算エンジンに基づくコンピュータシステムを含むが、これらに限定されない任意のタイプのコンピュータシステムを含むことができる。

特に明記しない限り、「できる」「できた」「だろう」または「可能性がある」などの条件付き言語は、特定の実施形態が特定の特徴、要素および/またはステップを含むが、他の実施形態は含まないことを伝達するために一般に使用される文脈内での意味で理解される。従って、このような条件付き言語は、一般に、特徴、要素および/またはステップが1つ以上の実施形態に必要とされる任意の方法であること、または1つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素および/またはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか、または実行されるかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを意味するという訳ではない。

語句「X、Y、Zの少なくとも1つ」のような選言的言語は、特に別段の記載がない限り、項目、用語等が X, Y, Z、のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせであり得ることを示すために一般的に使用されている文脈で理解される(例: X、Y、Z)。従って、このような選言的言語は、一般的には、特定の実施形態がそれぞれ存在するXの少なくとも1つ、Yの少なくとも1つ、またはZの少なくとも1つ、の各々を必要とすることを意味するものではない。

本明細書中に記載されかつ/または添付の図面に示されたフロー図における任意のプロセス記述、要素またはブロックは、プロセスにおける特定の論理機能または要素を実装するための1つ以上の実行可能命令を含む、潜在的にモジュール、セグメント、またはコードの一部を表すものとして理解されるべきである。代替の実施形態は、本明細書中に記載された実施形態の範囲内に含まれ、ここでは、要素または機能は、当業者に理解されるように、関連する機能性に応じて、実質的に同時にまたは逆の順序で、図示または説明されたものから削除、順不同で実行され得る。

特に明示されていない限り、「一つ」のような数詞は、一般的に、1つ以上の記述された項目を含むと解釈されるべきである。従って、「〜するように設定された一つのデバイス」などの語句は、1つ以上の列挙されたデバイスを含むことを意図している。このような1つまたは複数の列挙されたデバイスは、記載された引用を実行するように集合的に構成することもできる。例えば、「以下のA、BおよびCを実行するように構成されたプロセッサ」は、Aを実行するように構成された第1のプロセッサと、BおよびCを実行するように構成された第2のプロセッサとを含むことができる。加えて、導入された実施例の具体的な数の列挙が明示的に列挙されたとしても、当業者は、このような列挙が典型的には少なくとも列挙された数(例えば、他の修飾語を用いない「2つの列挙と」の単なる列挙は、通常、少なくとも2つの列挙、または2つ以上の列挙を意味する)を意味すると解釈されるべきである。

一般に、本明細書中で使用される用語は、一般に、「非限定」用語(例えば、「〜を含む」という用語は「それだけでなく、少なくとも〜を含む」と解釈すべきであり、「〜を持つ」という用語は「少なくとも〜を持っている」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「以下を含むが、これらに限定されない。」などと解釈すべきである。) を意図していると、当業者には判断される。

説明の目的のために、本明細書中で使用される「水平」という用語は、その方向に関係なく、説明されるシステムが使用される領域の床の平面または表面に平行な平面、または説明される方法が実施される平面として定義される。「床」という用語は、「地面」または「水面」という用語と置き換えることができる。「垂直/鉛直」という用語は、定義された水平線に垂直/鉛直な方向を指します。「上側」「下側」「下」「上」「側面」「より高く」「より低く」「上の方に」「〜を越えて」「下の」などの用語は水平面に対して定義されている。

本明細書中で使用される用語の「付着する」、「接続する」、「対になる」及び他の関連用語は、別段の注記がない限り、取り外し可能、移動可能、固定、調節可能、及び/または、取り外し可能な接続または連結を含むと解釈されるべきである。接続/連結は、直接接続及び/または説明した2つの構成要素間の中間構造を有する接続を含む。

特に明示されていない限り、本明細書中で使用される、「およそ」、「約」、および「実質的に」のような用語が先行する数は、列挙された数を含み、また、さらに所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された量に近い量を表す。例えば、「およそ」、「約」及び「実質的に」とは、特に明示されていない限り、記載された数値の10%未満の値をいう。本明細書中で使用されているように、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語が先行して開示されている実施形態の特徴は、さらに所望の機能を実行するか、またはその特徴について所望の結果を達成するいくつかの可変性を有する特徴を表す。

上述した実施形態には、多くの変形例および修正例を加えることができ、それらの要素は、他の許容可能な例の中にあるものとして理解されるべきである。そのような全ての修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることを意図し、以下の特許請求の範囲によって保護される。

Claims (20)

1. 所定の送信扇状領域内へ送信波を送信する送信トランスデューサであって、前記送信扇状領域が、所定の第１平面内において第１送信幅を有するとともに前記第１平面と直交する第２平面において第２送信幅を有する送信トランスデューサと、
   所定の受信扇状領域内における前記送信波の反射波を受信する受信トランスデューサであって、前記受信扇状領域が、前記第１平面内において第１受信幅を有するとともに前記第２平面において第２受信幅を有し、且つ、前記第２受信幅が前記第２送信幅よりも狭く、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域の一対のエッジの一方が前記受信扇状領域内に位置し、且つ、前記第２平面において、前記受信扇状領域の一部が前記送信扇状領域と重ならない受信トランスデューサと、
   前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させるモータと、
   を備えている、水中探知装置。
2. 請求項１に記載の水中探知装置において、
   前記モータが所定方向に回転するとき、
   前記送信扇状領域の一対のエッジの前記一方のエッジは、前記モータの回転方向に対して後側のエッジであることを特徴とする水中探知装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の水中探知装置において、
   前記モータを制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記送信トランスデューサおよび前記受信トランスデューサによる水中探知時において前記モータを所定の第１速度で回転させ、且つ、前記水中探知が行われないときに前記第１速度よりも速い第２速度で前記モータを回転させる、水中探知装置。
4. 請求項３に記載の水中探知装置において、
   前記制御部は、前記水中探知時および前記水中探知が行われないときの何れにおいても、前記モータを、所定の第１方向に回転させる、水中探知装置。
5. 請求項３に記載の水中探知装置において、
   前記制御部は、
   前記水中探知時に前記モータを所定の第１方向に前記第１速度で回転させ、
   前記水中探知が行われないときに前記モータを前記第１方向と反対の第２方向に前記第２速度で回転させる、水中探知装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の水中探知装置において、
   前記第２平面における前記送信扇状領域に対する前記受信扇状領域の向きを変えるように構成された向き変更機構をさらに備え、
   前記モータが回転方向を変えることに連動して、前記向き変更機構は、前記受信扇状領域の向きを変えることで、前記第２平面における前記受信扇状領域の位置を、前記回転方向変更前における前記送信扇状領域の前記回転方向の前側のエッジへずらす、水中探知装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の水中探知装置において、
   所定の第２受信扇状領域内における前記送信波の反射波を受信する第２受信トランスデューサであって、前記第２受信扇状領域が、前記第１平面内において第３受信幅を有するとともに前記第２平面において第４受信幅を有し、且つ、前記第４受信幅が前記送信扇状領域の前記第２送信幅よりも狭くされ、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域の前記一対のエッジのうち、前記第１受信扇状領域内に位置するエッジとは異なる他方のエッジが前記第２受信扇状領域内に位置する第２受信トランスデューサをさらに備え、
   前記モータは、前記送信扇状領域、前記受信扇状領域、および、前記第２受信扇状領域を回転させる、水中探知装置。
8. 請求項７に記載の水中探知装置において、
   前記受信トランスデューサおよび前記第２受信トランスデューサに接続された受信回路であって、前記受信トランスデューサにより受信された前記反射波である受信波から受信信号を生成し、前記第２受信トランスデューサにより受信された前記反射波である受信波から第２受信信号を生成する受信回路と、
   前記受信信号および前記第２受信信号に基づいて検出情報を生成する処理回路と、
   をさらに備え、
   前記モータが所定の第１方向に回転するとき、前記処理回路は前記受信信号に基づいて前記検出情報を生成し、
   前記モータが前記第１方向とは異なる第２方向に回転するとき、前記処理回路は前記第２受信信号に基づいて前記検出情報を生成する、水中探知装置。
9. 請求項１または請求項２に記載の水中探知装置において、
   所定の第２送信扇状領域内へ第２送信波を送信する第２送信トランスデューサであって、前記第２送信扇状領域が、前記第１平面内において第３送信幅を有するとともに前記第２平面において第４送信幅を有する第２送信トランスデューサをさらに備え、
   前記受信扇状領域の前記第２受信幅が前記第２送信扇状領域の第４送信幅よりも狭く、且つ、前記第２平面において、前記第２送信扇状領域の一対のエッジの一方が、前記受信扇状領域内に位置しており、
   前記モータは、前記送信扇状領域、前記受信扇状領域、および、前記第２送信扇状領域を回転させる、水中探知装置。
10. 請求項９に記載の水中探知装置において、
    前記送信トランスデューサおよび前記第２送信トランスデューサを駆動する処理回路をさらに備え、
    前記モータが第１方向に回転するとき、前記処理回路が前記送信トランスデューサを駆動し、
    前記モータが第１方向とは異なる第２方向に回転するとき、前記処理回路は前記第２送信トランスデューサを駆動する、水中探知装置。
11. 所定の送信扇状領域内へ送信波を送信する送信トランスデューサであって、前記送信扇状領域が、所定の第１平面内において第１送信幅を有するとともに前記第１平面と直交する第２平面において第２送信幅を有する送信トランスデューサと、
    所定の受信扇状領域内における前記送信波の反射波を受信する受信トランスデューサであって、前記受信扇状領域が、前記第１平面内において第１受信幅を有するとともに前記第２平面において第２受信幅を有し、且つ、前記第２受信幅が前記第２送信幅よりも狭く、且つ、前記第２平面において、前記受信扇状領域の一部が前記送信扇状領域内に位置し、且つ、前記第２平面において、前記受信扇状領域の一部が前記送信扇状領域外に位置する受信トランスデューサと、
    前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させるモータと、
    前記モータを制御する制御部であって、前記送信トランスデューサおよび前記受信トランスデューサによる水中探知時において前記モータを所定の第１速度で回転させ、且つ、前記水中探知が行われないときに前記第１速度よりも速い第２速度で前記モータを回転させる制御部と、
    を備えている、水中探知装置。
12. 請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
    前記送信扇状領域は、前記送信トランスデューサが送信する前記送信波の最大電力の半分以上の電力を有する領域であり、
    前記受信扇状領域は、前記受信トランスデューサの最大受信電力感度の半分以上の感度を有する領域である、水中探知装置。
13. 請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
    前記第１平面は鉛直面で、
    前記第２平面は水平面であることを特徴とする水中探知装置。
14. 請求項１〜請求項１２の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
    前記第１平面は、水平直線を含む面で、
    前記第２平面は、鉛直面であることを特徴とする水中探知装置。
15. 請求項１〜請求項１４の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
    前記モータは、前記第２平面に垂直な軸に対して、前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させることを特徴とする水中探知装置。
16. 請求項１〜請求項１５の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
    前記モータは、前記送信トランスデューサと前記受信トランスデューサを回転させることで前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させることを特徴とする水中探知装置。
17. 請求項１〜請求項１６の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
    前記送信トランスデューサと前記受信トランスデューサは、異なるトランスデューサであることを特徴とする水中探知装置。
18. 請求項１〜請求項１７の何れか１項に記載の水中探知装置であって、
    第１水平軸に対して前記送信トランスデューサを回転させることで、前記送信トランスデューサの送波面が鉛直面に対して斜めに配置され、
    第２水平軸に対して前記受信トランスデューサを回転させることで、前記受信トランスデューサの受波面が鉛直面に対して斜めに配置され、
    前記第１水平軸と前記第２水平軸が共通の鉛直面に含まれないことを特徴とする水中探知装置。
19. 所定の第１平面内において第１送信幅を有するとともに前記第１平面と直交する第２平面において第２送信幅を有する所定の送信扇状領域内へ送信波を送信し、
    前記第１平面内において第１受信幅を有するとともに前記第２平面において第２受信幅を有し、且つ、前記第２受信幅が前記第２送信幅よりも狭くされた所定の受信扇状領域内で、前記送信波の反射波を受信し、前記第２平面において、前記送信扇状領域の一対のエッジの一方を前記受信扇状領域内に配置し、且つ、前記第２平面において、前記受信扇状領域の一部を前記送信扇状領域と重ならないように配置し、
    前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させる、水中探知方法。
20. 所定の第１平面内において第１送信幅を有するとともに前記第１平面と直交する第２平面において第２送信幅を有する所定の送信扇状領域内へ送信波を送信し、
    前記第１平面内において第１受信幅を有するとともに前記第２平面において第２受信幅を有し、且つ、前記第２受信幅が前記第２送信幅よりも狭くされた所定の受信扇状領域内で、前記送信波の反射波を受信し、前記第２平面において、前記受信扇状領域の一部を前記送信扇状領域内に配置し、且つ、前記第２平面において、前記受信扇状領域の一部を前記送信扇状領域外に配置し、
    前記送信扇状領域へ前記送信波を送信し、前記受信扇状領域内で前記反射波を受信する水中探知時において、前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を所定の第１速度で回転させ、且つ、前記水中探知が行われないときに前記第１速度よりも速い第２速度で前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を回転させる、
    水中探知方法。

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