JP2008508539A - 船舶搭載用ソナー画像システム - Google Patents

Abstract

船舶のためのソナー画像システムが開示される。ソナー画像システムは、船舶に連結された送受波器を備え、送受波器は、少なくとも１つのサイドスキャニング素子と、少なくとも１つのボトムスキャニング素子と、を備える。また、ソナー画像システムは、送受波器に連結され、ソナー画像を表示するよう構成された電子制御ヘッドユニットを備える。下方音響素子は円形であってもよく、サイドスキャン音響素子は矩形であってもよい。船舶のモータにおけるスパークプラグまたは他の動作によって発生するノイズを除去するためのソフトウェアフィルタが設けられても良い。

Description

発明の詳細な説明

［関連特許出願のクロスリファレンス］
本特許出願は、２００４年８月２日に出願された米国仮特許出願第６０／５９８，３２６号並びに２００５年８月２日に出願された通常の米国特許出願第 号の利益を主張し、その教唆および開示を全体として参照により本明細書に組み込む。
［発明の分野］
本発明は、一般的に、魚群探知機、ソナー測深機などの、スポーツフィッシング用で使用されるソナー画像システムに関する。さらに具体的には、本発明は、船舶の真下ではなく船舶の側方両側の水中環境を画像化するサイドスキャンソナー画像システムに関する。
［発明の背景］
従来より、音波を発信するソナーデバイスは、魚、構造物、および障害物などの水中物、および水底に関する情報を得るために使われてきた。音波は船の底面に取り付けられた送受波器から水中に進む。音波はソナーデバイスから拡散パターンで発信される。音波が水中物に当たると、反射エコーを生じる。送受波器は反射エコーを受信して、ソナーデバイスが受信したエコーを解析する。魚や他の水中物の位置を特定するために、ディスプレイデバイスが受信したエコーの描画を表示する。

周知のサイドスキャンソナーデバイスにおいては、船舶によって曳航される船（例えば、「曳航体」）に送受波器が設置される。曳航体は長いケーブルでソナーディスプレイに連結される。ケーブルの長さは水深および他の条件によって変わる。典型的なアプリケーションの場合、ケーブルの長さは５０フィート以上である。さらに、ケーブルが数百フィートあるいは数千フィートもの長さになることも珍しいことではない。当業者は理解できるであろうが、漁師または娯楽上の使用者がサイドスキャン画像を取得することを望んでも、このような構成が障害になるであろう。例えば、船舶を様々な方向に操作または旋回することは難しく、またソナーケーブルが釣り用具または他のレジャー用品に絡まる。当該周知の曳航体送受波器は水の底から一定の距離に維持される。この距離は所望もしくは最適な分解能と視界を得ることを目的としたものである。船舶が移動するとともに水深が変化することに応じて送受波器から水底までの距離が変わることから、一定の距離に維持しなければならないことが、周知の送受波器をサイドスキャン用に改造すること（または周知のサイドスキャン送受波器を船舶に搭載すること）を不可能にしているとはいえないまでも、妨げている。

従って、フレキシブルケーブルに連結して船舶の後方で曳航されるのではなく、船舶に連結されたソナー画像システムを提供することが好ましいであろう。また、モータ（例えば、トローリングモータなど）、船舶のトランソム、または船舶の船体に搭載可能なソナー画像システムを提供することが好ましいであろう。また、水底の深さの変化に応じて最適な性能が得られるよう、複数の共振周波数で作動可能なソナー画像システムを提供することが好ましいであろう。一または複数の上記の好ましい特徴もしくは他の有利な特徴を備える船舶搭載用のソナー画像システムを提供することが望ましいであろう。
［発明の概要］
上記事項に鑑みて、本発明の目的は、漁船などの船舶に接続できる、新規で改良されたソナー画像システムを提供することである。別の目的は、船舶の側方両側の水中環境の画像を提供する新規で改良されたソナー画像システムを提供することである。本発明のさらに別の目的は、船舶の下方の水中環境の画像を追加的に提供する新規で改良されたソナー画像システムを提供することである。

本発明のシステムは、従来の曳航体式サイドスキャンソナーシステムより優れたいくつかの利点を実現する。送受波器曳航体を水中に入れるための装備の必要がなく、ケーブルの取り扱い上の面倒や絡みがなく、曳航体を正確な深度に維持して水底に衝突しないようにするために精密な速度制御の必要がなく、ボートを旋回したいときに曳航体が水底に当たらないように面倒な大回りをする必要がなく、釣りをしているときにラインやケーブルが絡む心配をしなくてもよいため、より便利である。本発明のシステムは後退中の船舶において画像化を行うためにも使用できる。

また、本発明のシステムは、従来のサイドスキャンソナーシステムよりも安全である。曳航体が障害物に引っかかったり、または送受波器を紛失する可能性はなくなる。釣りは、ほとんどの場合、水底の***、断崖、および水中構造物付近で行われる。ほとんどの天然湖および特に人工湖には岩や切り株、立木があり、これらは曳航体に引っかかって、装置を損傷させたり、または紛失させたりする可能性がある。

加えて、本発明のシステムはより広い有効受信範囲を提供する。本発明の船舶に搭載の送受波器は船の旋回半径を制限せず、岸および構造物近傍を画像化することを可能にする。このため、より速くて、より完全な画像化が可能となる。本システムはまたより正確な標的の位置割り出しも可能にする。送受波器を船舶に搭載することで、精密な標的の位置割り出しを可能にする。曳航式サイドスキャンシステムでは、乗組員はケーブルをどれくらい出して、曳航体がどれくらいの深さに配置されたかを考慮して、標的がボートのどれくらい後方にあるかを判定しなければならない。本発明の船舶搭載システムでは、これが検討要素とはならない。さらにより正確な画像を提供するために、本発明のシステムはサイド画像送受波器とＧＰＳアンテナとのＸＹ座標距離を計算するために必要なオフセットを提供する。また、本発明のシステムは、いくつかの場合においては、いくつかの標的に対して、より良い側面を持つ。何故なら、水面からの視点の方が、水底から固定距離に配置される曳航式サイドスキャンソナーよりも、***の上方および穴の内部に至るまでより良く「見える」ことになるためである。また、本発明のシステムは、カヌー、カヤックその他のパーソナル・ウォータークラフトなどの、より小型の船舶にも搭載できる。

本発明の好適な一実施例においては、本システムは船舶に送受波器を搭載する手法を補正する特徴を含む。水底から一定の距離の箇所でデータ収集を行い（どの水深でも同じアスペクト角）、曳航体の動きが荒海では船舶の動きとは切り離される曳航体を使用する場合とは異なり、本発明のシステムはこれらの差を補償する。本発明の好適な一実施例においては、サイド画像素子の下方向に傾けられた角度は約２０度から約３０度に上がる。これにより、より広い方向においてより良い有効受信範囲が提供される。また好適な一実施例においては、サイド素子は、２種類の周波数になるように構成される。これにより、有効受信範囲と分解能との間のトレードオフが提供される。また、好適な一実施例においては、送受波器の素子シールドとソフトウェアフィルタが設けられる。これにより、例えば、スパークプラグや電気システムのＥＭＩ（ソレノイド、ＶＨＦラジオ、電気モータなど）などによる船舶のノイズ源が排除される。本発明の好適な一実施例においては、本システムは、浮遊油槽セルフレベリングを利用した、受動的ヨーイング、送受波器傾斜の最小化または補償機構を有する。別の実施例においては、本システムは、傾斜センサおよびモータを介しての、能動的ヨーイング、送受波器傾斜の最小化または補償機構を有する。

本発明の実施例によって提供される従来のサイドスキャンよりも優れた追加の特徴は、サイドビームによる魚の探知とアラームとを含む。典型的なサイドスキャンシステムは魚を不要なノイズとみなす。画像を記憶し、すでに記憶した画像を見直し、不要な画像を消去するとともに、画像をコンピュータにダウンロードする能力をもつデジタルカメラと同様のスクリーンキャプチャと再生機能も本発明の実施例において提供される。典型的なデータ記録の場合と異なり、ユーザーがスクリーン上の画像を見たときに、ユーザーは単にキャプチャボタンを押せばよい。ユーザーが標的を見る前から記録を開始しなければならないことはない。好適な実施例は、ユーザーが一度に右側もしくは左側だけを見て、しかも、カーソルまたはタッチスクリーンのいずれかを使用してあるエリアにズームインできるズーム機能も提供する。さらに、色、コントラスト、輝度、自動補正、輪郭検出等に関して、ユニットまたは後処理のいずれかにより標準的な画像補正ソフトウェア（アルゴリズム）を使うことも可能になる。

本発明の好適な一実施例においては、サイド画像とともにダウンビームが提供される。これはより（側方両側および下方の）完全なボート周辺情報が提供される。これは１ビームに限定されない。一実施例においては、２００ｋＨｚ／５０ｋＨｚの２種類のビームが利用される。別の実施例では、４種類のビームまたはさらに６種類のビームが利用されうる。好適な実施例においては、少なくとも１つの画面がダウンビームとサイド画像の両方を表示する。これにより、陰影情報の長さを、水中の標的のサイズに、よりよく関係付けることができる。また、これは標的の位置を素早く確認する手段にもなる。標的が側方にずれた後、ボートを標的の真上に動かして、正確な位置割り出しのためにダウンビームの範囲内に入れることができる。

さらに別の好適な一実施例では、ＧＰＳ画像もサイド画像とともに提供される。当該実施例では、カーソルモードにおいて、ユーザーが、スクリーン画像上でカーソルを対象標的の上に移動させて、構造物の位置に向かう航路位置を設定できる。ＧＰＳの履歴は、後方距離を判定するのに使用されても良い。また、ソナーは、側方距離を判定するのに使用されてもよい。ＧＰＳ速度は、標的のより正確な前後寸法を提供するのに必要なスクリーンのスクロール速度を提供するために使用されてもよい。ＧＰＳまたは速度センサがない場合、速いスクロール速度と遅い船舶速度は、標的の長さを長くさせる。遅いスクロール速度と速い船舶速度は、標的の長さを短くさせる。ユニットにおいて、コンポジット・モザイク画像が、生成されるか、あるいは後で後処理されうるように、スクリーンキャプチャの角がマークされるようにしてもよい。好ましくは、サイド画像とナビゲーション情報との両方を示す１つの画面が提供される。これにより、航路がたどりやすくなるとともに、効果的な領域範囲が提供されやすくなる。

以上の目的に沿って、本発明の実施例は、船舶に連結された送受波器を有する船舶用ソナー画像システムを提供する。好ましくは、本システムは、少なくとも１つのサイドスキャニング素子と、少なくとも１つのボトムスキャニング素子と、ソナー画像を表示するように構成された送受波器に連結される電子制御ヘッドユニットとを有する。本発明の一実施例においては、ソナー画像システムは、円形の下方音響素子と矩形の音響素子とを有する。さらに、本発明は、船舶のモータにおけるスパークプラグまたは他の動作によって発生するノイズを除去するように構成されたソフトウェアフィルタに関する。

発明の他の側面、目的、および利点は、添付の図面に照らして以下の詳細な説明を読めばより明らかになるであろう。
明細書に組み込まれ、その一部をなす添付の図面は、本発明のいくつかの側面を例示し、明細書における記述とともに、本発明の原理の説明に役立つ。

以下では、所定の好適な実施例に関連付けて本発明につき説明するが、本発明をそれら実施例に制限する意図ではない。反対に、添付の請求項で定義される発明の精神および範囲に含まれるすべての代替例、変形例、並びに均等物を含むことが意図される。
［発明の詳細な説明］
ここで図面を参照すると、図１は水底１６を有する水１４の水面１２に浮かぶ（船舶１０として示される）船を図示している。ソナー画像システム１８は、（例えば、船舶１０の後方でフレキシブルケーブルによって曳航されるのではなく）船舶１０に搭載または連結される。ソナー画像システム１８は、船舶の下方および船舶の側方両側の水をスキャンするように構成されている（すなわち、ボート搭載サイドスキャンソナーシステムと言える）。ソナー画像システム１８は船舶１０に配置される電子制御ヘッドユニット２２に連結されるトランスポンダまたは送受波器２０を備える。ソナー画像システム１８は、音波を発信し、ソナー反射波を受信して表示するという手法で、魚や他の水中物があるか水体１４を繰返しスキャンする。前の発信から受信までの時間は判定対象の水深の関数である。

図２から図１１に示されているように、送受波器２０は、ハウジング２４と、（サイドスキャン素子２６と下方スキャン素子２８として示される複数の音響素子の形式の）ソナーアレイと、上記ハウジングおよび音響素子を電子制御ヘッドユニット２２に連結するケーブル３０と、を含む。音響素子は、水１４をスキャンするために、具体的には、魚および他の水中物の位置を特定し、水の水底１６（図１参照）に関する特徴を検出するために、電子制御ヘッドユニット２２によって操作される送信機および受信機で音波を送受信するように構成される。音波ビームまたはソナー波ビームは音響素子の構成に基づいて発信される。

ハウジング２４は上側ハウジング部３６と下側ハウジング部３８とを備える。上側ハウジング部３６は、上側ハウジング部３６の前部から延出した一対の取り付け部材４０を有する。上側ハウジング部３６と下側ハウジング部３８とは、ともに、ハウジングアセンブリの構造的な支持を実現するとともに、音響素子の配置、位置決め、支持を実現するため、ハウジングの内部に向かって延出した突起を有する。一連の突起４２は、サイドスキャン素子２６を受ける受け台として構成されたＶ字形の凹部または切欠４４を有する。凹部４４は、特定の望ましい所定の音響ビーム性能を実現する位置および向き（方向）に、矩形のサイドスキャン素子２６を支持するように構成（成形および配置）される。

ハウジング２４は様々な方法のいずれかによって船舶１０に連結される。ハウジング２４は、ハウジングの側方どちら側にも障害物がないように（すなわち、音響素子の作動の障害になる、またはその性能に悪影響を及ぼす障害物がないように）、船舶１０に連結される。好適な一実施例においては、ハウジング２４が船舶の下に約０．２５インチ張り出すように、ハウジング２４は、船舶の中心線に沿って船舶１０に連結される。例示的な実施例においては、上側ハウジング３６の取り付け部材４０が、トローリングモータに連結された取り付けブラケット４６に連結される。他の一実施例においては、取り付け部材４０は、（例えば、船体における穴に通された支持シャフトを用いること等により）船舶１０の船体部を介して取り付けられる。他の一実施例においては、取り付け部材は、船舶１０のトランソムに連結されたブラケットに連結される。上記の代わりに、ハウジングは、船舶における種々の箇所のいずれかに連結されても良いし、水面下における種々の深さのいずれかに配置されるよう船舶に連結されても良い。上側ハウジング部３６は、（例えば、スナップフィット嵌合、接着、超音波溶接、融着、熱溶接、ねじ・ボルト・リベット等の留め具などを用いた）様々な従来の方法のいずれかによって、下側ハウジング部３８に連結されうる。図５に図示するように、ハウジング２４の一実施例においては、取り付けチャネル２７で受けられる取り付けリブ２５を利用して、上側および下側ハウジング部３６、３７の両者を位置決めする。一実施例においては、リブ２５が、例えば超音波溶接等の手法でチャネル２７内に溶接される。

サイドスキャン素子２６はハウジング２４の側方両側に沿って配置され、ソナービームまたは音響ビーム４７で送受波器２０（および船舶１０）の側方両側の水中をスキャンするように構成される。

サイドスキャン素子２６の寸法は、所望のソナービームパルス４７が提供されるように構成される。発信される音響ビームによって生み出される波面のサイズが反射エコーの分解能に影響を及ぼすため、この波面のサイズは、ソナーデバイスによって表示される水中物の画像の質にも影響を及ぼす。一般的に、広いビームは拡散された反射エコーを提供する。この拡散された反射エコーは船舶周囲の広い領域内での魚の有無を表示させるのに特に適している。魚に関して表示される信号は「フィッシュアーチ」または他の示標もしくはアイコンといわれる。他方で、より狭いビームはより詳細な反射エコーまたは水中物を表す信号を提供する。狭いビームは、小さい領域をカバーするにすぎないが、水中物に関する追加的な定義情報を提供する。それゆえ、より広いビームは船舶周囲の広い領域内での魚の群れの存在や他の水中物の存在に関する表示を提供させるのに役立つ。狭いビームは水中物または水底に関する詳細情報を提供させるのに役立つ。

ソナービームは、対応する音響素子の寸法が大きくなるほど狭くなる（それによってよりよい分解能を提供する）。また、ソナービームは、対応する音響素子の寸法が小さくなるほど広くなる（例えば、高さを低くすると鉛直方向の角度が比較的広くなり、長さを長くすると、水平方向の角度が比較的狭くなる）。例示的な一実施例では、水平方向のビーム幅が狭くなり、鉛直方向のビーム幅が広くなるように、サイドスキャン素子２６は構成される。好適な一実施例においては、サイドスキャン素子は矩形である。特に好適な実施例における矩形のサイドスキャン素子２６においては、その長さが約３インチから約７インチで、その幅が約０．１２５インチから約０．５０インチである。特に好適な実施例における矩形のサイドスキャン素子２６においては、その長さが約４．５インチで、その幅が約０．２５インチである。図１に概略的に示されたこのような特に好適な実施例では、サイドスキャン素子２６は、水平方向の角度４９が約２度で、鉛直方向の角度５１が約５０度の音響ビーム４７を発信する。

図１、図４、図６、および図７に示されているように、サイドスキャン素子２６は、その露出面４８が所定の方向に向かって所定の角度を持って向くように、ハウジング２４内の突起４２によって、支持される（例えば、捕捉される、把持される、保持される等）。例示的な一実施例においては、サイドスキャン素子２６の露出面が、送受波器２０と反対側の外側に向くとともに、水底の方向（例えば、船舶１０および水面よりも下方向）に向くように、サイドスキャン素子２６がハウジングによって支持される。好適な一実施例において、サイドスキャン素子２６は、その共振周波数に応じて、下方向に約２０度から約４０度傾けられる。特に好適な一実施例では、サイドスキャン素子２６は、約２６０ｋＨｚから約４６２ｋＨｚの共振周波数の場合においては、下方向に約３０度傾いた方向に向けられる。他の実施例においては、サイドスキャン素子は、送受波器を使用しようとする水の水底のタイプ（例えば、湖、河川、海等）に応じて、また、（例えば、音響素子のサイズと寸法によって決まる）送受波器によるソナービームの構成に応じて、様々な傾きおよび方向となるよう取り付けられる。好ましくは、サイドスキャン素子２６はエポキシ樹脂を使ってハウジング２４に連結される。別の方法としては、サイドスキャン素子は、様々な接着剤、結合材料もしくは接合材料、またあるいは、結合技術もしくは接合技術のいずれかを用いてハウジングに連結される。

好適な一実施例においては、サイドスキャン素子２６は、圧電性セラミックから作られる。特に好適な一実施例においては、サイドスキャン素子は、英国のモーガン・エレクトロ・セラミック社が市販しているジルコン酸チタン酸鉛（「ＰＺＴ」）を用いて構成される。他の実施例においては、サイドスキャン素子は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換できるとともに、機械エネルギーを電気エネルギーに変換できる様々な圧電性材料のうちのいずれかから作られる。

音響シールド５０（例えば、シールディング、デカプラー、バリア、吸収体など）がサイドスキャン素子２６の１面を除く他の全面を囲んでいる。これにより、所望のスキャン方向以外の方向に音響素子からソナーパルス送信されることや、所望のスキャン方向以外の方向からのソナー反射波を音響素子が受信することを防止する。音響シールド５０は、コルク、発泡材、ポリマー、またはその他の低密度材料などの、ソナーエネルギーの不良伝道体である様々な材料のうちのいずれかから作ることができる。

下方スキャン素子２８は、ハウジング２４の底中央部に沿って配置される。下方スキャン素子２８は、ソナーまたは音響ビーム５３（図１参照）で送受波器２０（および船舶１０）の下方の水中をスキャンするように構成される。好適な一実施例において、下方スキャン素子２８は、互いに連結された一対の送受波器素子を備える。他の実施例においては、下方スキャン素子は単一の素子または２個よりも多い個数の素子を備える。

下方スキャン素子２８の寸法は、所望のソナービームパルスを提供できるように構成される。例示的な一実施例においては、下方スキャン素子２８は、（例えば、所望または最適な分解能を得るため）比較的ビーム幅の狭いソナービームを提供するように構成される。好適な一実施例においては、下方スキャン素子２８は、円筒形状を有している。特に好適な一実施例における円筒形の下方スキャン素子２８では、その直径が約１インチから約２インチで、その高さが約０．２インチから約０．５インチである。特に好適な一実施例における円筒形の下方スキャン素子２８では、その直径が約１．６７インチで、その高さが約０．４２５インチである。図１に示すこのように特に好適な一実施例においては、下方スキャン素子２８は、約２０度の角度５５で音響ビーム５３を発信する。他の実施例においては、サイドスキャン素子と下方スキャン素子は、所望の性能、製造、およびコストに基づいて、様々な寸法、位置、および傾きを持ちうる。

下方スキャン素子２８は、その露出面５４が所定の方向に向かって所定の角度を持って向くように、ハウジング２４内の突起５２によって、支持される（例えば、捕捉される、把持される、保持される等）。例示的な一実施例においては、下方スキャン素子２８の露出面が送受波器２０から鉛直方向上の下側の水底に向くように、下方スキャン素子２８がハウジングによって支持される。好ましくは、下方スキャン素子２８はエポキシ樹脂を使ってハウジング２４に連結される。別の方法として、下方スキャン素子は、様々な接着剤、結合材料もしくは接合材料、またあるいは、結合技術もしくは接合技術のいずれかを用いてハウジングに連結される。

好適な一実施例においては、下方スキャン素子２８はセラミックから作られる。特に好適な一実施例においては、下方スキャン素子２８は、英国のモーガン・エレクトロ・セラミック社が市販しているジルコン酸チタン酸鉛（「ＰＺＴ」）を用いて構成される。他の実施例においては、下方スキャン素子は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換できるとともに、機械エネルギーを電気エネルギーに変換できる様々な圧電性材料のうちのいずれかから作られる。

音響シールド５６（例えば、シールディング、デカプラー、バリア、吸収体など）が下方スキャン素子２８の１面を除く他の全面を囲んでいる。これにより、所望のスキャン方向以外の方向に音響素子からソナーパルス送信されることや、所望のスキャン方向以外の方向からのソナー反射波を音響素子が受信することを防止する。音響シールド５６は、コルク、発泡材、ポリマー、またはその他の低密度材料などの、ソナーエネルギーの不良伝道体である様々な材料のうちのいずれかから作ることができる。

水底反射により戻ってくる反射ソナー信号は水底１６に関する詳細情報を有している。側方反射により戻ってくる反射ソナー信号は船舶１０の側方両側における側方および水底１６に関する詳細情報を有している。ソナー反射波データは、伝達され、あるいは、送られて、送受波器２０において処理され、音波ビームの受信反射エコーを表す画像またはシンボルを表示させるために電子制御ヘッドユニット２２に伝達され、あるいは、送られる。音響パルスの送信と反射エコーの受信とが１回の送受信サイクルであり、本明細書においては、このサイクルをＴ／Ｒサイクルという。音響パルスの波面は送受波器２０から水１４の水底１６にまで進み、次いで、反射されることで送受波器に戻る。送受波器は、音波ビームの反射エコーを受信する。Ｔ／Ｒサイクルの期間は水深によって変わる。典型的には、送受信のＴ／Ｒサイクルは、水深が深い場合で１秒あたり２回から４回であり、水深が浅い場合には３０分の１秒のように、より頻繁になる。

好適な一実施例においては、送受波器２０は電子機器をまったく備えていない。むしろ電子機器は電子制御ヘッドユニット２２に配置される。その画像は、水底の地形、または、水底に沿って存在する物体（例えば、魚）、もしくは水中の物体（例えば、魚）などを含む。ディスプレイには情報対象となる事柄（例えば、水深、水温、船舶１０の速度等）も表示されてもよい。

図１２に示すように、電子制御ヘッドユニット２２は電源に連結される。電子制御ヘッドユニット２２は、ユーザー・インターフェース（５８、６０、および６２）と、マイクロプロセッサ６４と、コプロセッサ６６と、第１サイドスキャン回路６８と、第２サイドスキャン回路７０と、ボトムスキャン回路７２と、を備える。ユーザー・インターフェースは、ユーザーがディスプレイのメニューを通して水深範囲、感度、魚探アラームなどのパラメータを入力できるように構成される。ユーザー・インターフェースが、キーパッド５８と、ブザー６０と、ディスプレイ６２と、を含むことが示されている。その代わりに、ユーザー・インターフェースは、スイッチ、または、押しボタンなどを備えてもよい。

マイクロプロセッサ６４は、ユーザー・インターフェースに連結されている。マイクロプロセッサ６４は、コプロセッサ６６からのデータを処理する（例えば、表示される情報の制御、表示する情報のフォーマット、演算アルゴリズムの実行などを行う）ように構成される。マイクロプロセッサ６４は、様々な入出力、制御、分析、および本明細書に記載されたその他の機能を実行するように構成された、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはその他のデジタルおよびアナログ回路、もしくはデジタル回路あるいはアナログ回路であってもよい。一実施例においては、マイクロプロセッサ６４は、本明細書に記載された機能を実行するソフトウェアを実装可能なメモリー（例えば、不揮発性メモリー）を有する。電子制御ヘッドユニット２２のマイクロプロセッサ６４は、プログラムされたアルゴリズム（例えば、ディファレンシャル・アンプリチュード・フィルタリング（エンジン・スパーク・ノイズの除去）など）、最善の画像を得るための時間変化利得の最適化、魚探アルゴリズム、分解能を高めるための発信時におけるアンチリンギングパルス、傾き角度範囲情報を補正するための下方向のビーム（ダウンビーム）の深さの使用、など）を実行する。好適な一実施例においては、ソフトウェア・フィルター・アルゴリズムが設けられる。これにより、船舶の作動において一般的な所定のノイズ（および、具体的には、スパークプラグによって生じるノイズ）がフィルタリングされる。

特に好適な一実施例におけるソナー画像システム１８の操作中においては、振幅の読取値が約０．７５インチおきに取得される。これにより、１００フィートの水深に対して１６００の読取値が得られるようになる。最後の送受信サイクル（Ｔ／Ｒサイクル）から０．７５インチの振幅読取値がコンピュータのメモリーに保存される。これら０．７５インチ毎の振幅読取値、現在および前の振幅読取値の各々について、ソフトウェアは次のテストを行う。「現在の読取値」−「前の読取値」＞ｘであるか。ＹＥＳの場合には、「前の読取値」を「現在の読取値」の代わりに使う。ＮＯの場合には、現在の読取値を使用する。また、マイクロプロセッサ６４は、信号をフィルタリングし、水底および魚からのソナーの標的反射波を分類し、表示範囲パラメータを計算してから、処理した信号をＬＣＤディスプレイのスクリーンに送る。ディスプレイ６２は例えばグラフィック・ディスプレイが好ましいが、画素数に関しては限定されない。ＬＥＤ、自動点滅器、Ａスコープ、およびデジタルセグメントなどの他のディスプレイが代わりに使用されてもよい。電子制御ヘッドユニット２２には（例えば、電子制御ヘッドユニット２２専用のバッテリ、マリン用バッテリなどの）バッテリから電力が供給されてもよい。

コプロセッサ６６はマイクロプロセッサ６４に連結されている。コプロセッサ６６は、データを収集、処理するとともに、データをマイクロプロセッサ６４に渡すように（例えば、送信周波数を生成し、アナログデータをＡ／Ｄコンバータを用いてデジタルに変換してマイクロプロセッサ６４に送るように）構成される。コプロセッサ６４は、本明細書に記載された機能を実行するように構成された、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはその他のデジタルおよびアナログ回路、もしくはデジタル回路あるいはアナログ回路であってもよい。一実施例においては、コプロセッサ６６は、本明細書に記載された機能を実行するソフトウェアを実装可能なメモリー（例えば、不揮発性メモリー）を有する。

第１サイドスキャン回路６８は、コプロセッサ６６に連結される。第１サイドスキャン回路６８は、一方のサイドスキャン素子を作動させるように構成される。第１サイドスキャン回路６８は、受信機７４と、送信機７６と、送受信スイッチ（すなわち、Ｔ／Ｒスイッチ７８）と、を備える。第２サイドスキャン回路７０は、コプロセッサ６６に連結される。第２サイドスキャン回路７０は、他方のサイドスキャン素子を作動させるように構成される。第２サイドスキャン回路７０は、受信機８６と、送信機８８と、送受信スイッチ（すなわち、Ｔ／Ｒスイッチ９０）とを備える。ボトムスキャン回路７２は、コプロセッサ６６に連結される。ボトムスキャン回路７２は、ボトムスキャン素子を作動させるように構成される。ボトムスキャン回路７２は、受信機８０と、送信機８２と、送受信スイッチ（すなわち、Ｔ／Ｒスイッチ８４）と、を備える。

受信機７４、８０、８６は、信号を増幅するよう構成される。受信機７４、８０、８６は、信号フィルタリング、（例えば、搬送波周波数の除去などの）ベースバンドの整流、（例えば、出力時における範囲を広げるための）対数変換を行い、好ましくは可変の受信機帯域幅を提供する。送信機７６、８２、８８は、音響素子を駆動させるよう構成される。送信機７６、８２、８８は、好ましくは可変の送信出力を提供する。また、送信機７６、８２、８８は、好ましくは高電圧で当該送信出力を提供する。Ｔ／Ｒスイッチ７８、８４、９０は、第１サイドスキャン回路６８を送信モードと受信モードとに切り換えるように構成される。

好適な一実施例においては、電子制御ヘッドユニット２２は、意図する水深および所望の分解能に依存して、一または複数の共振周波数で作動するように構成される。このような複数の周波数での作動は、送受波器と水１４の水底１６との間の距離が変化することによって生じる、船舶１０に送受波器を取り付ける場合の欠点を補うことを意図している。２種類の共振周波数と、約４．５インチ×約０．２５インチのサイドスキャン音響素子とを用いる場合に特に好適な一実施例においては、電子制御ヘッドユニット２２は、２６０ｋＨｚの共振周波数（例えば、深い水深と遠距離とのための広い音波ビーム）と、４６２ｋＨｚの共振周波数（例えば、浅い水深と近距離とのための狭い音波ビーム）と、において作動するように構成される。一実施例において提供される下方向のビームは、２００ｋＨｚ／５０ｋＨｚの２種類のビームを利用する。他の実施例では４種類のビームまたはさらに６種類のビームを利用してもよい。好適な実施例においては、ディスプレイにおける少なくとも１つの表示がダウンビーム画像とサイド画像との両方を表す。これにより、陰影情報の長さを、水中の標的のサイズに、よりよく関係付けられる。

図１は、ソナー画像システム１８の作動時における本発明の特徴を図示するために、水１４の断面図を示している。さらに図１２に示されるように、ソナー画像システム１８では、サイドスキャン素子２６から音波ビーム４７を発信し、下方スキャン素子２８から音波ビーム５３を発信する。受信機７４、８０、８６が、送受波器２０を通してのソナー反射波の受信を開始する。音波ビーム４７、５３は水底面１６に至るまで伝搬して、ソナー反射波の反射が起きる。送受波器２０は受信したソナー反射波を受信機７４、８０、８６に伝達する。前のサイクルによって水深が判定され、図示する実施例では、ディスプレイ６２に水深が表示されるとともに、サイクルの時間を求めるためにその水深がコントローラに供給される。前に判定した水深を用いて、コントローラは、音響エネルギー信号４７、５３が水底１６に到達して返ってくるまでのおおよその移動時間を判定する。所定の割合の当該移動時間で、反射ソナーは送受波器近傍の箇所に到達する。水底１６の反射から戻る反射ソナーは、水底１６に関する詳細情報を有する。コントローラは、スイッチに送信モードから受信モードに受領モードを変更するよう指示する。そして、受信機７４、８０、８６は反射ソナー用の音響素子を使用する。ソナー画像システム１８は、次のＴ／Ｒサイクルが始まるまで、狭い音波ビームモードでの受信を続ける。ディスプレイ６２に象徴シンボルが表示されるよう、受信されたソナー反射波はコントローラによって処理される。こうしてＴ／Ｒサイクルは、前のサイクルによって新規に判定された水深を用いながら、繰り返される。

そして、ダウンビーム素子およびサイドスキャン素子からのソナー画像がディスプレイ６２に表示される。これらの画像はグレースケールまたはカラーで表示されてもよい。船舶１０の位置も画像に示される。利用者がダウンビームソナー情報を表示させることだけを選択する場合、履歴情報は船舶の位置の左側に示されるのが一般的である。このようにすることで、ディスプレイ６２は、船舶１０が前進している場合には、船舶１０の真下および背後の画像を示す。ユーザーは、サイドスキャンソナー画像のみ、一方のサイドスキャン素子からの画像のみ、あるいは、側方両側と下方との両方からの画像を表示させることもできる。ディスプレイ６２は、水深、船舶１０の速度、範囲などの情報を示すように構成（または構成可能に）されていてもよい。

特に好適な一実施例においては、マイクロプロセッサ６４に位置情報を提供するＧＰＳ受信機９２が含まれている。この情報は、海図や進路の作成機能やその他のナビゲーション機能を提供するために使用されうる。さらに正確な画像を提供するために、本発明のシステムは、サイド画像送受波器とＧＰＳアンテナとの間のＸＹ座標距離を計算するのに必要なオフセットを提供する。一実施例においては、カーソルモードにおいて、ユーザーが、ディスプレイ６２上のカーソルをスクリーン画像上の対象標的に移動させて、構造物の位置に向かう航路位置を設定できる。ＧＰＳの履歴は、後方距離を判定するのに使用されてもよい。また、ソナーは、側方距離を判定するのに使用されてもよい。一実施例においては、ＧＰＳ速度は、標的のより正確な前後寸法を提供するのに必要なスクリーンのスクロール速度を提供するために使用される。ＧＰＳまたは速度センサがない場合、速いスクロール速度と遅い船舶速度は、標的の長さを長くさせる。遅いスクロール速度と速い船舶速度は、標的の長さを短くさせる。ユニット２２において、コンポジット・モザイク画像が、生成されるか、あるいは後で後処理されうるように、スクリーンキャプチャの角がマークされるようにしてもよい。好ましくは、サイド画像とナビゲーション情報との両方を示す１つの画面が提供される。これにより、航路がたどりやすくなるとともに、効果的な領域範囲が提供されやすくなる。

用語は、広義の語であり、狭義の語でないことに留意することが重要である。これらの構成要素は、様々な製品または装置のいずれとも併用することができ、魚探アプリケーションとの併用に用途が限定されることはない。例えば、船舶に搭載することは、船舶に直接装着されるデバイスに制限することを意図したものではなく、船舶に装着される（例えば、トローリングモータなどの）モータなどに装着されるデバイスも含む意図である。

好適な並びにその他の例示的な実施例として示された船舶搭載用のソナー画像システムの素子の構成および配列は、単なる例証であることに留意することも重要である。本開示では本発明の幾つかの実施例のみを詳しく説明してきたが、本開示を閲覧する当業者は、請求項に挙げられる主題における新規な教唆および利点から大きく逸脱することなく、数多くの変更を加えること（例えば、様々な構成要素のサイズ、寸法、構造、形状、および比率、パラメータの値、取り付け上の配置、材料、色、向き、などに変更を加えること）が可能であることを容易に理解するであろう。例えば、送受波器は、画像の分解能、魚探、および送受波器の長さに基づいて選択された、範囲、深度、前後のビーム幅に関して最適化された、２つの相対する鉛直方向のビームの形式をとる、２種類の周波数での単一素子サイドビームを提供することが好ましい。

一体的に構成されるものとして示された構成要素は、複数の部品あるいは要素から構成されるものであってもよい。また、複数の部品として示された構成要素は一体的に構成されてもよい。インターフェースのオペレーションは、変更または変化させてもよい。システムにおける構造および／または部材もしくコネクタもしくは他の構成要素の長さや幅を変えてもよい。（例えば、嵌合スロットの数、または、嵌合スロットのサイズ、または、嵌合のタイプを変えることによって）構成要素間で提供される調整位置の性質もしくは数を変えてもよい。システムの構成要素および／またはアセンブリは、多様な色、材質、および組み合わせのいずれかを備えた、十分な強度もしくは耐久性を持つ、多様な材料のうちのいずれかを用いて、構成できることに留意するべきである。従って、当該すべての変更は、添付の請求項で定義される本発明の範囲に含まれることが意図されている。

いずれのプロセスまたは方法ステップの順番もしくは順序も、他の実施例においては、変更または再設定されうる。請求項における、いずれのミーンズ・プラス・ファンクション項も、記載された機能を発揮するものとして本明細書に記載された構造と構造上の均等物だけでなく、均等の構造物をも包含することが意図されている。好適な並びにその他の例示的な実施例における構成、作動条件ならびに配列に関しては、添付の請求項において明示された本発明の精神から逸脱することなく、他のものへの置換、変更、変化および／または省略が行われても良い。

本明細書で引用した、刊行物、特許出願、並びに特許を含む全ての参照文献については、各参照文献が全体として参照により本明細書に組み込まれることが個別具体的に明示されていた場合と同様に、本明細書に参照により組み込まれる。

本発明に関して説明する文脈において（特に以下の請求項の文脈において）、「ａ」（１つの）、「ａｎ」（１つの）、「ｔｈｅ」（その、前記）の用語、並びに同様な指示語を使用していることは、本明細書で別段に指摘がない限り、または文脈上明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を含むものとして解釈されるべきである。「備える」、「持つ」、「有する」、および「含む」という用語は、別段の注記がない限り、非限定的な用語として（すなわち、「含むが、それだけに限定されない」ことを意味するものとして）解釈されるべきである。本明細書における数値範囲の記載は、本明細書で別段の指摘がない限り、単にその数値範囲内にある個々の数値の夫々を個別に述べるための簡略法として役立てることを意図しており、個々の数値の夫々は、これらの数値夫々が本明細書に個別に記載された場合と同様に、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載された全ての方法は、本明細書で別段の指摘がない限り、または文脈により明らかな矛盾がない限り、いかなる適切な順番で実行されてもよい。本明細書において提供されたあらゆる例、または例示的表現（例えば、「など」）は、単に本発明をより明確に例証することを意図しており、別段の明示がない限り、本発明の範囲に制限を課すものではない。本明細書におけるいかなる文言も、請求項に記載されていない要素を本発明の実施に不可欠であると指摘するものと解釈してはならない。

本発明を実施するために本発明者が知る最善の態様を含む、本発明の好適な実施例が本明細書に記載されている。上記の記載を読めば、これらの好適な実施例の変形例が当業者には明らかになるであろう。本発明者は当業者が当該変形例を適切に採用することを予期している。また、本発明者は本発明が本明細書で具体的に説明された態様以外の態様で実施されうることを意図している。従って、本発明は、適用法が認める限りにおいて、本明細書に添付の請求項で挙げる主題に関する全ての変更物および均等物を含む。さらに、本明細書で別段の指摘がない限り、または文脈による明らかな矛盾がない限り、本発明に関するあらゆる変形例における前述の構成要素のあらゆる組み合わせが本発明に含まれる。

本発明のソナー画像システムが搭載された魚船に関する一実施例を示した等角投影図である。 本発明の教示に従い構成した送受波器モジュールの一実施例の分解された底面部を示した等角投影図である。 図２の送受波器モジュールを組み立てた状態を示す側面図である。 図３の組み立てた状態の送受波器モジュールを切断線４−４で切断した端断面図である。 図４の組み立てた状態の送受波器モジュールのハウジングの接合部における部分Ａを切り取って示す部分断面図である。 図２の送受波器モジュールの底面部を完全に分解した状態を示す等角投影図である。 下方に向けられるソナー素子の配置を示す、上側ハウジングアセンブリを部分的に分解した状態を示す等角投影図である。 下方に向けられるソナー素子とサイドスキャンソナー素子の配置を示す、上側ハウジングアセンブリを部分的に分解した状態を示す等角投影図である。 本発明のソナー画像システムでの使用に適した、下方に向けられるソナー素子の一実施例を分解した状態を示す等角投影図である。 本発明のソナー画像システムでの使用に適した、サイドスキャンソナー素子の一実施例を分解した状態を示す等角投影図である。 本発明のソナー画像システムに適用されるケーブルアタッチメントの一実施例を示す等角投影図である。 本発明のソナー画像システムの一実施例を簡略化して示すシステムブロック図である。

Claims (25)

1. 送受波器アセンブリであって、当該送受波器アセンブリを船舶に取り付けることが可能に構成された取り付け部材を有するハウジングを有し、当該送受波器アセンブリは、サイドスキャンソナー画像を提供するために前記ハウジング内に配置された少なくとも１つのサイドスキャン音響素子を有する、送受波器アセンブリと、
   電子制御ヘッドであって、前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子を制御するために前記送受波器アセンブリに動作可能に連結され、当該電子制御ヘッドは、サイドスキャンソナー画像を表示させるためのユーザー・インターフェースを有する、電子制御ヘッドと、
   を備える、ソナー画像システム。
2. 反対側のサイドスキャンソナー画像を提供するために前記ハウジング内に配置された第２サイドスキャン音響素子をさらに備えた、
   請求項１記載のソナー画像システム。
3. 前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子が、前記ハウジング内において、約２０度から約４０度下方向に傾けられた角度にて配置された、
   請求項１記載のソナー画像システム。
4. 前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子が、前記ハウジング内において、約３０度下方向に傾けられた角度にて配置された、
   請求項３記載のソナー画像システム。
5. 前記電子制御ヘッドが、前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子を２種類の周波数で作動するように制御する、
   請求項１記載のソナー画像システム。
6. 前記制御ヘッドが、前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子を約２６０ｋＨｚの共振周波数で作動するように制御することで、深い水深と遠距離を画像化する広い音波ビームを提供する、
   請求項１記載のソナー画像システム。
7. 前記制御ヘッドが、前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子を約４６２ｋＨｚの共振周波数で作動するように制御することで、浅い水深と近距離用の狭い音波ビームを提供する、
   請求項１記載のソナー画像システム。
8. 前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子が、広い鉛直方向の角度と狭い水平方向の角度とを持つ音波を生成するように構成された、
   請求項１記載のソナー画像システム。
9. 前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子が、約３インチから約７インチの長さと、約０．１２５インチから約０．５インチの幅と、を有する矩形である、
   請求項８記載のソナー画像システム。
10. 前記長さが約４．５インチで、前記幅が約０．２５インチである、
    請求項９記載のソナー画像システム。
11. さらに、前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子の１面を除く他の全面を囲む音響シールドを備える、
    請求項８のソナー画像システム。
12. 前記ハウジング内に配置された少なくとも１つの下方スキャン音響素子をさらに備える、
    請求項１記載のソナー画像システム。
13. 前記ハウジング内に配置された２つの下方スキャン音響素子をさらに備える、
    請求項１２記載のソナー画像システム。
14. 前記少なくとも１つの下方スキャン音響素子が円筒形状を有している、
    請求項１２記載のソナー画像システム。
15. 前記少なくとも１つの下方スキャン音響素子が、約１インチから２インチの直径と、約０．２インチから約０．５インチの高さと、を有する、
    請求項１４記載のソナー画像システム。
16. 前記少なくとも１つの下方スキャン音響素子が、約２０度のビーム角度を持つ音響パルスを生成する、
    請求項１２記載のソナー画像システム。
17. 前記電子制御ヘッドが、前記少なくとも１つの下方スキャン音響素子を少なくとも２種類の周波数にて作動するように制御する、
    請求項１２記載のソナー画像システム。
18. 前記送受波器アセンブリが、送受波器ヨーイング補償手段を有する、
    請求項１２記載のソナー画像システム。
19. 前記電子制御ヘッドが、船舶のノイズ源をフィルタリングする手段を有する、
    請求項１記載のソナー画像システム。
20. 前記電子制御ヘッドに作動可能に連結して、前記電子制御ヘッドに対して位置情報を提供するＧＰＳ受信機をさらに備える、
    請求項１記載のソナー画像システム。
21. 送受波器アセンブリを船舶に取り付けることが可能に構成された取り付け部材を有するハウジングと、
    サイドスキャンソナー画像を提供するため前記ハウジング内に配置された少なくとも１つのサイドスキャン音響素子と、
    を備える、送受波器アセンブリ。
22. 前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子が、前記ハウジング内において、約２０度下方向に傾けられた角度にて配置された、
    請求項２１記載の送受波器アセンブリ。
23. 前記少なくとも１つのサイドスキャン音響素子が、広い鉛直方向の角度と狭い水平方向の角度とを持つ音波を生成するように構成された寸法を有する矩形である、
    請求項２１記載の送受波器アセンブリ。
24. 下方スキャンソナー画像を提供するため前記ハウジング内に配置された少なくとも１つの下方スキャン音響素子をさらに備える、
    請求項２１記載の送受波器アセンブリ。
25. 船舶の下方向および各側方向のソナー画像を提供するための送受波器アセンブリであって、
    前記送受波器アセンブリを船舶に取り付けることが可能に構成された取り付け部材を有するハウジングと、
    船舶の各側方向のサイドスキャンソナー画像を提供するため前記ハウジング内に配置された一対のサイドスキャン音響素子と、
    船舶の下方向の下方スキャンソナー画像を提供するため前記ハウジング内に配置された少なくとも１つの下方スキャン音響素子と、
    を備えた、送受波器アセンブリ。

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