JP7246251B2 - 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、モータで送波素子と受波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波として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送信幅よりも広く、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域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、前記送信扇状領域は、前記第２平面において、前記所定方向に対して、前記受信扇状領域の前半分側に位置している場合がある。

（３）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方向に回転させる場合がある。

（６）前記第２平面における前記受信扇状領域に対する前記送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、前記送信扇状領域の向きを変えることで、前記第２平面における前記送信扇状領域の位置を、前記回転方向の変更前の前記回転方向に対して、前記受信扇状領域の後半分側へずらす場合がある。

（７）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波として受信する第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送信幅よりも広く、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域が前記第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、前記モータが前記所定方向に回転するとき、前記送信扇状領域は、前記第２平面において、前記所定方向に対して、前記第２受信扇状領域の後半分側に位置している場合がある。

（８）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おいて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において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）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４送信幅よりも広く、且つ、前記第２平面において、前記第２送信扇状領域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、前記モータが前記所定方向に回転するとき、前記第２送信扇状領域は、前記第２平面において、前記所定方向に対して、前記受信扇状領域の後半分側に位置している場合がある。

（１０）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、前記モータが所定の第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送信トランスデューサを駆動する場合がある。

（１１）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一方は、前記所定方向における前記受信扇状領域の前側のエッジに位置している場合がある。

（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）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、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、前記送波面に垂直な方向と前記受波面に垂直な方向とは、異なる方向である場合がある。

（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送信幅よりも広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波として受信し、前記第２平面において、前記送信扇状領域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。

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平面と垂直な方向から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平面と垂直な方向から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。 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。 水中探知装置が搭載された自船を第２平面と垂直な方向から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。 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平面と垂直な方向から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。

パルス方式のうちマルチピン方式以外の一般的なパルス方式の水中探知装置は、送信パルス波（送信波）を送信した後、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信波として受信する。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信される。これに対し、パルス方式のうち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信された後、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信される。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がマルチピン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、マルチピン方式以外の一般的なパルス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く、また、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、送信トランスデューサとして構成される送波部１１と、受信トランスデューサとして構成される受波部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、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信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、超音波を送信する面であり、送波部１１は、送波面１１ｂが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。受波部１３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、受波部１３は、受波面１３ｂが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。受波部１３の各受波素子１３ａは、送波部１１から送信された超音波である各送信パルス波（各送信波）の反射波を受信波として受信し、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、送波部１１の送波素子１１ａの長さ（即ち横幅）は、受波部１３の受波素子１３ａ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、所定の角度の値の位置に固定されている。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、所定の角度の値の位置に固定されている。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、所定の角度の値の位置に固定されている。第１水平軸１１ｅは、筐体１１ｃの横方向、すなわち、送波素子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、鉛直方向に広がって第１水平軸１１ｅが含まれる鉛直面と、鉛直方向に広がって第２水平軸１３ｅが含まれる鉛直面とは、互いに異なっている。即ち、第１水平軸１１ｅを含む鉛直面と第２水平軸１３ｅを含む鉛直面とは、互いに異なる鉛直面として構成され、第１水平軸１１ｅと第２水平軸１３ｅとは、共通の鉛直面に含まれないように構成されている。

上述したように、水中探知装置１は、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、水中探知装置１は、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とが共通の鉛直面に含まれていない。このため、水中探知装置１においては、送波面１１ｂ及び受波面１３ｂがいずれも鉛直面に対して斜めに配置され、且つ、送波面１１ｂに垂直な方向と受波面１３ｂに垂直な方向とが、平行な方向ではなく、互いに異なる方向である。また、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、一定の所定方向であり、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内へ送信波を送信する。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。即ち、送信扇状領域Ｔ１は、送波部１１が送信する送信波の最大電力の半分以上の電力を有する領域である。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を中心点とする水平軸回りの角度幅である。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、受信扇状領域Ｒ１内における送信波の反射波である受信波を受信する。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。即ち、受信扇状領域Ｒ１は、受波部１３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。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よりも広く構成されている（即ち、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、受波部１３を中心点とする水平軸回りの角度幅である。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受信幅Ｒθ２は、例えば、３６度であるが、これに限らず、９０度未満の角度であってもよく、第２送信幅Ｔθ２より大きければよい。それに対して、第２送信幅Ｔθ２は、例えば、６度である。

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と垂直な方向から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、送信扇状領域Ｔ１が受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されている。即ち、送信扇状領域Ｔ１は、受信扇状領域Ｒ１に含まれるように位置している。

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の両方が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されている。そして、本実施形態では、送信扇状領域Ｔ１は、受信扇状領域Ｒ１内において、第２受信幅Ｒθ２の角度幅の範囲における略中央付近の角度位置に位置している。また、本実施形態では、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘと受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘとが重なっておらず、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘが、受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘに対して、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の前側）に少しずれている。このため、水中探知装置１では、モータ１６が第１方向Ｋ１（所定方向）に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内において、モータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における前側に位置しているように、送波部１１及び受波部１３が構成されている。尚、本実施形態では、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘと受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘとが重なっていない形態を例示したが、この通りでなくてもよい。即ち、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘと受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘとが重なった形態が実施されてもよい。

なお、図４（Ａ）では、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内において、第２受信幅Ｒθ２の角度幅の範囲における略中央付近の角度位置に位置している形態を例示したが、この通りでなくてもよい。即ち、図４（Ａ）に示す送信扇状領域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、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内に位置しているとともに、図４（Ａ）に示す形態よりも、送信扇状領域Ｔ１の中心軸Ｔｘが、受信扇状領域Ｒ１の中心軸Ｒｘに対して、第１方向Ｋ１における更に前側に大きくずれている。このため、この変形例では、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内において、モータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における十分に前側に位置しているように、送波部１１及び受波部１３が構成されている。また、この変形例では、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、第２平面Ｐ２において、モータ１６の回転方向に対して、受信扇状領域Ｒ１の前半分側に位置しているように、送波部１１及び受波部１３が構成されている。

また、更に、図４（Ｂ）に示す関係と異なる関係が成立していてもよい。図４（Ｃ）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との関係の更なる変形例を示す図である。図４（Ｃ）に示す変形例は、図４（Ｂ）に示す変形例と比べて、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内において、第１方向Ｋ１における更に前側にずれている。より具体的には、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のそれぞれの前端エッジである第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。即ち、モータ１６が第１方向Ｋ１（所定方向）に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１の一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２の一方の送信エッジＴｅ１は、モータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における受信扇状領域Ｒ１の前側の受信エッジＲｅ１に位置しているように、送波部１１及び受波部１３が構成されている。このような構成により、この変形例では、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内において、モータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における前端側に位置しているように、送波部１１及び受波部１３が構成されている。そして、この変形例では、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、第２平面Ｐ２において、モータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）に対して、受信扇状領域Ｒ１の前半分側に位置しているように、送波部１１及び受波部１３が構成されている。

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（送信波）が送信される。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信される。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によって受信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から送信される。

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としての各受信波から得られた第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に垂直な水平軸線回りの各角度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、上記の水平軸線回りの各角度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および上記の水平軸線回りの角度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。

また、上述したように水中探知装置１が動作することで、本実施形態の水中探知方法が実施される。即ち、水中探知装置１が動作することで実施される水中探知方法においては、まず、所定の第１平面Ｐ１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を有する所定の送信扇状領域Ｔ１内へ送信波が送信される。更に、第１平面Ｐ１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が第２送信幅Ｔθ２よりも広くされた所定の受信扇状領域Ｒ１内で、送信波の反射波が受信波として受信される。そして、本実施形態の水中探知方法においては、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１が受信扇状領域Ｒ１内に配置され、送信扇状領域Ｔ１および受信扇状領域Ｒ１が回転するように構成される。

［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、受信扇状領域Ｒ１の第２受信幅Ｒθ２が送信扇状領域Ｔ１の第２送信幅Ｔθ２よりも広く、且つ、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されている。この構成であれば、送信扇状領域Ｔ１及び受信扇状領域Ｒ１が高速で回転する場合であっても、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（送信波）に対する受信波を、送信パルス波の送信開始から十分な時間を経た上で、広い第２受信幅Ｒθ２の受信扇状領域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を狭くしても受信波を迅速に受信できる結果、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大幅に狭くできる。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は、受信扇状領域Ｒ１内において、第１方向Ｋ１における前側に位置している。この構成であれば、受信扇状領域Ｒ１内におけるモータ１６の回転方向の前側に、送信扇状領域Ｔ１を配置できる。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（即ち、送波部１１及び受波部１３による水中探知時）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信波として受波部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、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１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、制御部３１が、探知エリアＳ１を探知している水中探知時には、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は、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１方向Ｋ１と反対の方向である第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１方向Ｋ１と反対の第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と垂直な方向から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、受信扇状領域Ｒ１に対する送信扇状領域Ｔ１の向き（換言すれば、受信扇状領域Ｒ１に対する送信扇状領域Ｔ１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における受信扇状領域Ｒ１に対する送信扇状領域Ｔ１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、送信扇状領域Ｔ１の向きを変えることで、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１の位置を、回転方向変更の前における回転方向の後側へずらす。即ち、向き変更機構４０は、モータ１６による回転方向の変更に連動して送信扇状領域Ｔ１の向きを変え、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１の位置を、回転方向の変更前の回転方向に対して、受信扇状領域Ｒ１の前半分側から後半分側へずらす。

向き変更機構４０は、受波部１３に対する送波部１１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回りの送波部１１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、送波部１１の縦方向、すなわち、複数の送波素子１１ａ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送波部１１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回りの送波部１１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４２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、受波部１３に対する送波部１１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における受信扇状領域Ｒ１の前側（即ち、前半分側）に送信扇状領域Ｔ１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、受波部１３に対する送波部１１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、例えば、図１１（Ａ）に示す通りであり、第１実施形態における更なる変形例（図４（Ｃ）に示す変形例）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（Ａ）で示す関係であってもよく、図４（Ｂ）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における受信扇状領域Ｒ１の後側（即ち、後半分側）に送信扇状領域Ｔ１が位置するように、すなわち、第２方向Ｋ２における受信扇状領域Ｒ１の前側（即ち、前半分側）に送信扇状領域Ｔ１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、受波部１３に対する送波部１１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、例えば、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２送信エッジＴｅ２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、送信扇状領域Ｔ１の向きを変えることで、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１の位置を、回転方向変更の前における受信扇状領域Ｒ１の回転方向の後端側へずらす。尚、向き変更機構４０の構成は、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１の位置を、回転方向の変更前の回転方向に対して、受信扇状領域Ｒ１の後端側へずらす構成に限られなくても良い。向き変更機構４０は、第２平面Ｐ２における送信扇状領域Ｔ１の位置を、回転方向の変更前の回転方向に対して、受信扇状領域Ｒ１の前半分側から後半分側へずらすように構成されていればよい。

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、送波部１１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、受波部１３を支軸４１と同様の支軸回りに回転可能に構成し、受波部１３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と送波部１１の筐体１１ｃ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回りの送波部１１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、送波部１１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、受波部１３に対する送波部１１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、受波部１３を支軸４１と同様の支軸回りに回転可能に構成し、受波部１３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１３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。第２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従動部材５７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１４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１５は、送波部１１によって形成される送信ビームＴＢと、受波部１３によって受信される受信ビームＲＢと、第２受波部１４によって受信される受信ビームＲＢ２とを模式的に示す図である。図１６は、水中探知装置１Ｃが搭載された自船Ｓを第２平面Ｐ２と垂直な方向から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、第２受波部１４で受信される受信扇状領域Ｒ２とを模式的に示している。

図１４～図１６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、受信トランスデューサとして構成される受波部１３に加え、第２受信トランスデューサとして構成される第２受波部１４（以下、第２受波部１４を単に受波部１４とも称する）が設けられている点にある。即ち、水中探知装置１Ｃには、２つの受波部１３，１４が設けられている。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回りの所定方向である第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内における送信波の反射波を受信波として受信する。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よりも広く構成されている（即ち、Ｒθ４＞Ｔθ２）。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、第２受波部１４を中心点とする水平軸回りの角度幅である。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、３６度であるが、これに限らず、９０度未満の角度であってもよく、第２送信幅Ｔθ２より大きければよい。尚、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が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するとともに、第２受信扇状領域Ｒ２内にも位置するように構成されている。即ち、送信扇状領域Ｔ１は、受信扇状領域Ｒ１に含まれるとともに第２受信扇状領域Ｒ２にも含まれるように位置している。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の両方が、受信扇状領域Ｒ１内に位置するとともに第２受信扇状領域Ｒ２内に位置するように構成されている。

また、本実施形態では、モータ１６が第１方向Ｋ１（所定方向）に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における前側に位置し、第２受信扇状領域Ｒ２内においてモータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における後側に位置しているように、送波部１１、受波部１３、及び第２受波部１４が構成されている。即ち、モータ１６が第１方向Ｋ１（所定方向）に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、第２平面Ｐ２において、モータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）に対して、受信扇状領域Ｒ１の前半分側に位置し、第２受信扇状領域Ｒ２の後半分側に位置しているように、送波部１１、受波部１３、及び第２受波部１４が構成されている。そして、モータ１６が第１方向と反対の第２方向Ｋ２に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、第２受信扇状領域Ｒ２内においてモータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における前側に位置し、受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における後側に位置しているように、送波部１１、受波部１３、及び第２受波部１４が構成されている。即ち、モータ１６が第２方向Ｋ２に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、第２平面Ｐ２において、モータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）に対して、第２受信扇状領域Ｒ２の前半分側に位置し、受信扇状領域Ｒ１の後半分側に位置しているように、送波部１１、受波部１３、及び第２受波部１４が構成されている。

また、本実施形態では、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のそれぞれの前端エッジである第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とともに、第１方向Ｋ１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２送信エッジＴｅ２および第４受信エッジＲｅ４が、互いに重なっている。そして、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のそれぞれの前端エッジである第２送信エッジＴｅ２および第４受信エッジＲｅ４が、互いに重なっているとともに、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。即ち、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１の一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２の一方でモータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における前側の送信エッジＴｅ１は、モータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における受信扇状領域Ｒ１の前側の受信エッジＲｅ１に位置している。そして、モータ１６が第２方向Ｋ２に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１の一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２の他方でモータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における前側の送信エッジＴｅ２は、モータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における第２受信扇状領域Ｒ２の前側の受信エッジＲｅ４に位置している。このため、本実施形態では、送信扇状領域Ｔ１は、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するときには受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における前端側に位置し、モータ１６が第２方向Ｋ２に回転するときには第２受信扇状領域Ｒ２内においてモータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における前端側に位置しているように、送波部１１、受波部１３、及び第２受波部１４が構成されている。

再び図１４～図１６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回りにまたは第２方向Ｋ２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及び第２受波部１４に接続されており、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によって受信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。

上記の構成により、本実施形態では、受信部２２は、受波部１３において受信した受信波からエコー信号としての受信信号を生成し、第２受波部１４において受信した受信波からエコー信号としての第２受信信号を生成する受信回路を構成している。そして、ハードウェア・プロセッサ３９を含む信号処理部３は、受信信号および第２受信信号に基づいて画像データとしての検出情報を生成する処理回路を構成している。

また、本実施形態では、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。即ち、本実施形態では、モータ１６が所定の第１方向Ｋ１に回転するとき、処理回路としての信号処理部３は、受波部１３において受信した受信波から生成されたエコー信号としての受信信号に基づいて、画像データとしての検出情報を生成する。尚、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。即ち、本実施形態では、モータ１６が第１方向Ｋ１とは異なる第２方向Ｋ２に回転するとき、処理回路としての信号処理部３は、第２受波部１４において受信した受信波から生成されたエコー信号としての第２受信信号に基づいて、画像データとしての検出情報を生成する。尚、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１Ｃ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１７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１８は、送波部１１によって形成される送信ビームＴＢと、第２送波部１２によって形成される送信ビームＴＢ２と、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１９は、水中探知装置１Ｄが搭載された自船Ｓを第２平面Ｐ２と垂直な方向から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、第２送波部１２によって形成される第２送信扇状領域Ｔ２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。

図１７～図１９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、送信トランスデューサとして構成される送波部１１に加え、第２送信トランスデューサとして構成される第２送波部１２（以下、第２送波部１２を単に送波部１２とも称する）が設けられている一方で、受波部１３は１つのみ設けられている点にある。即ち、水中探知装置１Ｄには、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。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回りの所定方向である第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内へ第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１８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。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。第３送信幅Ｔθ３は、第２送波部１２を中心点とする水平軸回りの角度幅である。第４送信幅Ｔθ４は、モータ１６の回転軸線Ｌ１回りの角度幅である。また、本変形例では、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。本変形例では、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よりも広く設定されている（即ち、Ｒθ２＞Ｔθ４）。さらに、第２平面Ｐ２において、第２送信扇状領域Ｔ２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。

本変形例では、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１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も、受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されている。即ち、送信扇状領域Ｔ１が受信扇状領域Ｒ１に含まれるとともに、第２送信扇状領域Ｔ２も受信扇状領域Ｒ１に含まれている。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の両方が受信扇状領域Ｒ１内に位置するとともに、第２送信扇状領域Ｔ２の一対の送信エッジＴｅ３，Ｔｅ４の両方も受信扇状領域Ｒ１内に位置するように構成されている。

また、本変形例では、モータ１６が第１方向Ｋ１（所定方向）に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における前側に位置し、第２送信扇状領域Ｔ２が、受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における後側に位置しているように、送波部１１、第２送波部１２、及び受波部１３が構成されている。即ち、モータ１６が第１方向Ｋ１（所定方向）に回転するとき、第２平面Ｐ２において、モータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）に対して、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１の前半分側に位置し、第２送信扇状領域Ｔ２が、受信扇状領域Ｒ１の後半分側に位置しているように、送波部１１、第２送波部１２、及び受波部１３が構成されている。そして、モータ１６が第１方向Ｋ１と反対の第２方向Ｋ２に回転するとき、第２送信扇状領域Ｔ２が、受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における前側に位置し、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における後側に位置しているように、送波部１１、第２送波部１２、及び受波部１３が構成されている。即ち、モータ１６が第２方向Ｋ２に回転するとき、第２平面Ｐ２において、モータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）に対して、第２送信扇状領域Ｔ２が、受信扇状領域Ｒ１の前半分側に位置し、送信扇状領域Ｔ１が、受信扇状領域Ｒ１の後半分側に位置しているように、送波部１１、第２送波部１２、及び受波部１３が構成されている。

また、本変形例では、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のそれぞれの前端エッジである第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とともに、第１方向Ｋ１における第２送信扇状領域Ｔ２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４送信エッジＴｅ４および第２受信エッジＲｅ２が、互いに重なっている。そして、第２平面Ｐ２において、第２方向Ｋ２における第２送信扇状領域Ｔ２および受信扇状領域Ｒ１のそれぞれの前端エッジである第４送信エッジＴｅ４および第２受信エッジＲｅ２が、互いに重なっているとともに、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。即ち、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するとき、送信扇状領域Ｔ１の一対の送信エッジＴｅ１，Ｔｅ２の一方でモータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における前側の送信エッジＴｅ１は、モータ１６の回転方向における受信扇状領域Ｒ１の前側の受信エッジＲｅ１に位置している。そして、モータ１６が第２方向Ｋ２に回転するとき、第２送信扇状領域Ｔ２の一対の送信エッジＴｅ３，Ｔｅ４の一方でモータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における前側の送信エッジＴｅ４は、モータ１６の回転方向における受信扇状領域Ｒ１の前側の受信エッジＲｅ２に位置している。このため、本変形例では、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するときには、送信扇状領域Ｔ１が受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第１方向Ｋ１）における前端側に位置し、モータ１６が第２方向Ｋ２に回転するときには、第２送信扇状領域Ｔ２が受信扇状領域Ｒ１内においてモータ１６の回転方向（第２方向Ｋ２）における前端側に位置しているように、送波部１１、第２送波部１２、及び受波部１３が構成されている。

再び図１７～図１９を参照して、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。

信号処理部３は、送信パルス信号を生成することで、送信部２１を介して、送信パルス波を送信させるように送波部１１及び第２送波部１２を駆動する。より具体的には、信号処理部３が送信パルス信号を生成すると、送信部２１が、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信される。

上記の構成により、本変形例では、ハードウェア・プロセッサ３９を含む信号処理部３は、送波部１１及び第２送波部１２を駆動する処理回路を構成している。また、本変形例では、処理回路としての信号処理部３は、モータ１６が第１方向Ｋ１に回転するときには送波部１１を駆動し、モータ１６が第１方向Ｋ１とは異なる第２方向Ｋ２に回転するときには第２送波部１２を駆動するように構成されている。

より具体的には、信号処理部３は、モータ１６を第１方向Ｋ１に回転させ、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ように送波部１１を駆動する。さらに、信号処理部３は、送波部１１から送信パルス信号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、モータ１６を第２方向Ｋ２に回転させ、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ように第２送波部１２を駆動する。さらに、信号処理部３は、第２送波部１２から送信パルス信号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１Ｄ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実施形態の変形例の水中探知装置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つの送波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つの受波素子を有する構成であってもよい。各受波部１３，１４が１つの受波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２０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２１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５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５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。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。第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、第２平面Ｐ２において、受信扇状領域Ｒ１Ｅの第２受信幅Ｒθ２が、送信扇状領域Ｔ１Ｅの第２送信幅Ｔθ２よりも広く構成され、第２平面Ｐ２において、送信扇状領域Ｔ１Ｅが、受信扇状領域Ｒ１Ｅ内に位置するように、送波部１１及び受波部１３が構成されている。また、水中探知装置１Ｅにおいては、送波部１１の送波面１１ｂ及び受波部１３の受波面１３ｂがいずれも鉛直面に対して斜めに配置され、且つ、送波面１１ｂに垂直な方向と受波面１３ｂに垂直な方向とが、平行な方向ではなく、互いに異なる方向である。

第４実施形態では、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２１に示すｙ軸）回りを回転する。図２１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内における回転軸線Ｌ１に垂直な水平軸線回りの各角度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内における上記の水平軸線回りの各角度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、装置における上記の水平軸線回りの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１１，１２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，１２ａ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
３ 信号処理部（処理回路）
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
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

Claims (18)

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波として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送信幅よりも広く、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域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、
   前記モータが所定方向に回転するとき、
   前記送信扇状領域は、前記第２平面において、前記所定方向に対して、前記受信扇状領域の前半分側に位置しており、
   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４送信幅よりも広く、且つ、前記第２平面において、前記第２送信扇状領域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、
   前記モータが前記所定方向に回転するとき、
   前記第２送信扇状領域は、前記第２平面において、前記所定方向に対して、前記受信扇状領域の後半分側に位置していることを特徴とする、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。
3. 請求項２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。
4. 請求項２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方向に回転させる、水中探知装置。
5. 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波として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送信幅よりも広く、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域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、
   前記第２平面における前記受信扇状領域に対する前記送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、前記送信扇状領域の向きを変えることで、前記第２平面における前記送信扇状領域の位置を、前記回転方向の変更前の前記回転方向に対して、前記受信扇状領域の後半分側へずらす、水中探知装置。
6. 請求項１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波として受信する第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送信幅よりも広く、且つ、前記第２平面において、前記送信扇状領域が前記第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、
   前記モータが前記所定方向に回転するとき、
   前記送信扇状領域は、前記第２平面において、前記所定方向に対して、前記第２受信扇状領域の後半分側に位置していることを特徴とする、水中探知装置。
7. 請求項６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おいて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において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、水中探知装置。
8. 請求項１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、
   前記モータが所定の第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送信トランスデューサを駆動する、水中探知装置。
9. 請求項１～請求項８の何れか１項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一方は、前記所定方向における前記受信扇状領域の前側のエッジに位置していることを特徴とする水中探知装置。
10. 請求項１～請求項９の何れか１項に記載の水中探知装置において、
    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。
11. 請求項１～請求項１０の何れか１項に記載の水中探知装置において、
    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。
12. 請求項１～請求項１０の何れか１項に記載の水中探知装置において、
    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。
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において、
    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。
14. 請求項１～請求項１３の何れか１項に記載の水中探知装置において、
    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。
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において、
    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。
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において、
    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、
    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、
    前記送波面に垂直な方向と前記受波面に垂直な方向とは、異なる方向であることを特徴とする水中探知装置。
17. 所定の第１平面において第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送信幅よりも広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波として受信し、前記第２平面において、前記送信扇状領域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、
    前記送信扇状領域および前記受信扇状領域を所定方向に回転させるとき、
    前記送信扇状領域を、前記第２平面において、前記所定方向に対して、前記受信扇状領域の前半分側に配置し、
    前記第１平面において第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送信扇状領域内へ第２送信波を送信し、
    前記受信扇状領域の前記第２受信幅が前記第４送信幅よりも広く、
    前記第２平面において、前記第２送信扇状領域を前記受信扇状領域内に配置し、
    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、
    前記送信扇状領域、前記受信扇状領域、および、前記第２送信扇状領域を前記所定方向に回転させるとき、
    前記第２送信扇状領域を、前記第２平面において、前記所定方向に対して、前記受信扇状領域の後半分側に配置する、水中探知方法。
18. 所定の第１平面において第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送信幅よりも広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波として受信し、前記第２平面において、前記送信扇状領域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、
    前記送信扇状領域および前記受信扇状領域の回転方向を変えることに連動して、前記第２平面における前記受信扇状領域に対する前記送信扇状領域の向きを変えることで、前記第２平面における前記送信扇状領域の位置を、前記回転方向の変更前の前記回転方向に対して、前記受信扇状領域の後半分側へずらす、水中探知方法。

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