JPH0337799B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は水中聴音器に関し、特に検出素子と
して光学的導波管トランスデユーサを使用した水
中聴音器を提案するものである。

従来から、曳航型水中聴音器アレイ、固定型の
沿岸又は深海アレイ及び魚雷案内システム等で使
用される水中聴音器の改良に関する研究が多々な
されてきた。圧電気トランスデユーサがこれらの
システムに実用化されたが、多くの問題点を有し
ていた。曳航型アレイシステムは250チヤンネル
のオーダーのチヤンネルを有し、各トランスデユ
ーサチヤンネルは25ワツトのオーダーの電力を消
費するから、その結果として、曳航型アレイでは
約６キロワツトの電力が浪費される。更に、圧電
気トランスデユーサは数百ヘルツかそれ以下のオ
ーダーの低音響周波数の低効率の装置であり、こ
れらの周波数にて不均一な応答性を示す。これに
加えるに、これらのシステムは高コストであり、
その複雑さの故に信頼性の点で問題があつた。圧
電気トランスデユーサは絶縁オイルを含む水密的
な容器内にシールされている。トランスデユーサ
は湿気を帯び、機能を停止すると動作不能にな
る。従つて、トランスデユーサが水中下において
適切に動作するためには容器の密封シールを十分
に保つ必要がある。

従来の検出システムが上述の欠点を有するため
に、フアイバー光学型位相変調トランスデユーサ
の開発が注目されている。しかし、そのようなト
ランスデユーサは、特に低周波数において、温度
変化のような環境因子に敏感である。１℃の温度
変化に対するフアイバー光学材料の位相応答性は
1Pa（パスカル）の圧力変化に対する応答性より
も10⁶倍以上も大きい。従つて、温度変動及びそ
れから生ずる位相シフトがそのような位相変調シ
ステムに重大な妨害を与える。

更に、従来の水中聴音器システムはトランスデ
ユーサ素子と信号プロセツサユニツトとの間に電
気的導体を使用しており、はんだ連結点の腐食及
び連結ピンのゆるみのために電気的導通性の問題
が生ずる。近傍のチヤンネル間のクロストーク及
び電磁気的干渉がそのような従来のシステムの性
能に有害な影響を及ぼす。更に、従来の殆どの水
中聴音器システムは、信号プロセツサに伝達する
ために十分な信号強度を得るためにトランスデユ
ーサに又はその近傍に位置させたプリアンプを使
用する必要がある。従来の水中聴音器の欠点につ
いては、米国特許第3831137号の「音響−光学水
中検出器」において更に議論されている。

光フアイバー導波管技術における最近の進歩
は、エツチングされた光フアイバー間のモード変
換の概念を使用した光結合器の進歩をもたらし
た。光フアイバーにおけるモード変換の概念は比
較的周知の技術である。光結合器に関する限り、
光フアイバーにおけるモード変換は、応用物理レ
ター（Applied Physic Letters）1976年10月号
の「多モード光フアイバー用の方向結合器」と称
するエル・ジユンノム（L.Jeunhomme）らの論
文に議論されている。多モード光フアイバーから
の結合エネルギーについての実験に関するシステ
ムがそこに開示されている。そのシステムには光
フアイバーをその間に配設した対向するリツプル
面を有するアルミニウム格子が使用されている。
システム及びその実験はモード変換及び光フアイ
バーからのエネルギーの光結合の研究に直接関連
するが、音響信号を検出する光水中聴音器には関
連がない。その中で開示されたシステムは固定さ
れた下格子を有し、上格子は機械的なネジ配設に
より所定位置に固定されている。２個の格子間の
相対的位置は手動で調節して導波管からの結合を
最適に設定することができる。この装置の音響信
号の検出に関する応用は未だ考えられていない。
また、そのシステムがそのような応用に使用する
ことができることは何ら開示されず、示唆されて
いない。

「音響エネルギーを直接エネルギーに変換する
トランスデユーサ」と称するヒユレンワイダー
（Fulenwider）らの米国特許第4071753号には、
その中を光が透過する光導波管が使用されたトラ
ンスデユーサが開示されている。その第６図に示
す如く、光フアイバーを通過する光は導波管を曲
げることによつて変調される。光フアイバーは２
個の固定支台にまたがつて配置されており、振動
板が光導波管の裸部分の垂下部材により支台間の
導波管に結合されている。そして、振動板の位置
に変調が光フアイバーの曲げを生じさせる。光フ
アイバーの曲げはそれを伝送される光の変調をも
たらす。

この発明は動作原理として光フアイバーの微小
曲げ減衰の原理を使用した光工学的水中聴音器ト
ランスデユーサを提供するものである。このトラ
ンスデユーサは、横方向に沿つて配設され所定の
第１のリツプルピツチを有する第１のリツプル面
を備えた第１のリツジ部材を有する。第２のリツ
ジ部材は横方向に沿つて配設され所定の第２のリ
ツプルピツチを有する第２のリツプル面を具備す
る。このリツプル面は、上記同時係属出願に係る
明細書に記載されているように、同一のリツプル
ピツチ又は異なるリツプルピツチを有する。

光フアイバー導波管が２個のリツプル面間に配
設されている。弾性手段が第１及び第２のリツジ
部材に連結されていて横方向へのリツジ部材の移
動を制限している。弾性手段はリツジ部材間の軸
（リツプル面に垂直）に沿つてリツジ部材を移動
させることができ、これにより導波管を圧縮する
ことができる。弾性手段は平坦なばね又は板ばね
装置等、リツジ部材に連結されて導波管に機械的
な予備応力の付勢を与えることができるものであ
ればよい。リツプル面はこのように横方向には不
動だが縦方向には弾性的に変形可能に位置する。

更に、この発明は調節手段を有し、この調節手
段は第１及び第２のリツジ部材の横方向の相対的
位置を調節する。調節手段は２個のリツプル面の
横方向の相対的位置を調節することができる。リ
ツプル面の相対的位置の調節により、トランスデ
ユーサの感度が制御される。

以下本発明の一実施例について添付の図面を参
照して説明する。各図において同一物には同一符
号を付してある。第１図には本発明に係る水中聴
音器トランスデユーサの一実施例の斜視図が示さ
れている。トランスデユーサ２０は第１のリツプ
ル面即ち、波状面２３を備えた第１のリツジ部材
２１を有する。第１のリツプル面２３は第１の所
定のリツプルピツチを有する。第２の所定のリツ
プルピツチを有する第２のリツプル面２４を備え
た第２のリツジ部材２２が第１のリツジ部材２１
の近傍に配設されている。リツプル面２３，２４
は同一のリツプルピツチ又は関連のある異なるリ
ツプルピツチを有する。２個のリツジ部材２１，
２２はリツプル面２３，２４が平行となり相互に
並置されるように配設されている。光学的導波管
３２（第２図参照）がリツジ部材２１，２２間の
リツプル面２３，２４の領域内に配設されてい
る。

第１及び第２のリツプル面２３，２４は各リツ
ジ部材２１，２２の横方向に沿つて配設されてい
る。１対のガイド面２５ａ，２５ｂが両者間に微
小歯のラツク等を配設するように、第２のリツジ
部材２２内にリツプル面２４に平行の方向に沿つ
て配設されている。平坦なスプリング部材又は２
個の板ばね２６，２７のような弾性手段が各リツ
ジ部材２１，２２にそれらの一端部に沿つて取付
けられている。２個の板ばね２６，２７は領域２
８内でスポツト溶接２９等により相互に固定され
ている。一方、２個の板ばね２６，２７の替り
に、適宜の形状に折り曲げた１個の板ばねを設け
てもよい。板ばね３４，３５のような第２の弾性
手段が各リツジ部材２１，２２の反対側の端部に
配設されている。２個の板ばね３４，３５もスポ
ツト溶接３７により領域３６内で相互に固定され
ている。

複数個の調節ねじ３０，３８がいずれも第１及
び第２のリツジ部材２１，２２の一部として配設
されている。調節ねじ３０は第１のリツジ部材２
１を板ばね２６に固定するように設けられてい
る。同様に調節ねじ３８は第１のリツジ部材２１
の他端にて同様の機能を有している。また同様の
ねじ（図示せず）が第２のリツジ部材２２をその
板ばね２７，３４に固定する。調節ねじ３０，３
８は第１のリツジ部材２１と第２のリツジ部材２
２との相対的な横方向位置を調節する手段として
も機能する。これは、順次、トランスデユーサ２
０の感度を制御するリツプル面２３，２４の相対
的位置を調節する。

第２図は第１図に示すトランスデユーサ２０の
分解斜視図である。第２図はトランスデユーサ２
０の内側部分の構成をより詳細に示す。光フアイ
バー導波管３２が第２のリツプル面２４を横切つ
て配置されているのがわかる。導波管３２はリツ
プル面２４を複数回交叉している。これはトラン
スデユーサ２０の感度を増加させる。ガイド面２
５ａ，２５ｂも詳細に示されている。

第３図は第１図の−線によるトランスデユ
ーサ２０の端部断面図である。リツプル面２３，
２４及びそれらの間に配設された導波管３２の相
対的位置がより明確に示されている。リツプル面
２３，２４はそれらのリツプル間の相対的な間隔
が等しいように図示されているが、前述の如く、
これは必ずしも必要ではない。導波管３２はリツ
ジ部材２１，２２によつてリツプル面２３，２４
の間で押圧され変形される。これにより、リツプ
ル面が導波管３２に接触する領域において、導波
管３２を伝送される光の微小曲げ減衰が引き起こ
される。

次に、動作について説明する。第１図に示すト
ランスデユーサ２０は２個のリツプル面２３，２
４がそれらの間の光学的導波管３２を押圧し変形
させる。板バネは導波管３２における多モード減
衰を制御するために、適当な大きさの付勢力を与
える。２個のリツプル面２３，２４の相対的な位
置は２個のリツジ部材２１，２２を矢印３３にて
示す長手方向に沿つて相対的にスライドさせるこ
とによつて調節される。２個のリツプル面２３，
２４の相対的位置の調節はトランスデユーサ２０
の全体的な感度に影響を及ぼす。トランスデユー
サの力感度は２個のリツプル面２３，２４の相対
的位置の関数であり、特に、リツプル面２３，２
４と導波管３２との接触点間の間隔の関数であ
る。レーザー光のような光信号を導波管３２の一
端に供給し、その他端にて信号を検出することに
より、所定の動作感度が決定され一旦求められた
後は、２個のリツジ部材２１，２２は調節ねじ３
０，３８により相互に固定され面内に嵌め込まれ
る。弾性手段及び調節ねじ３０，３８の使用は長
手方向３３に沿リツジ部材の移動を制限するよう
に作用する一方、リツジ部材２１，２２間の垂直
軸に沿うリツジ部材の移動を可能とし、これによ
り導波管３２を押圧し変形させることができる。

その結果、リツジ部材は第１回の矢印３１にて
示すように与えられた音響信号等の適用に基づ
き、導波管３２を自由に押圧する。加えて、板ば
ね２６，２７，３４，３５はトランスデユーサ２
０の感度を最大にするために導波管３２に予め押
圧力を印加するように選択されている。与えられ
た音響信号により、導波管３２が更に押圧され又
はゆるめられ、この押圧又は弛緩が導波管３２を
介して伝送される光の微小曲げ減衰に変調され
る。この結果、変調した光信号が導波管３２を介
して伝送され、これにより与えられた音響信号の
示度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る水中聴音器の斜視図、
第２図は第１図の水中聴音器の分解斜視図、第３
図は第１図の−線によるトランスデユーサの
端部の断面図である。 ２０……トランスデユーサ、２１，２２……リ
ツジ部材、２３，２４……リツプル面、２５ａ，
２５ｂ……ガイド面、２６，２７，３４，３５…
…板ばね、３２……導波管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 横方向に沿つて配設され所定の第１のリツプ
   ルピツチを有する第１のリツプル面を備えた第１
   のリツジ部材と、 前記横方向に沿つて配設され所定の第２のリツ
   プルピツチを有する第２のリツプル面を備えた第
   ２のリツジ部材と、 前記第１及び第２のリツプル面間に配設された
   光フアイバー導波管と、 前記第１及び第２のリツジ部材の前記横方向に
   沿う移動を制限する一方、前記第１及び第２のリ
   ツジ部材の両者を結ぶ軸に沿う移動を可能に第１
   及び第２のリツジ部材に連結され、前記フアイバ
   ー導波管を押圧し変形させる弾性手段と、 を有することを特徴とする水中聴音器トランスデ
   ユーサ。 ２ 前記第１及び第２のリツジ部材の前記横方向
   に沿う相対的位置を調節して前記リツプル面の前
   記横方向に沿う相対的位置を調節することにより
   前記トランスデユーサの感度を制御する調節手段
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のトランスデユーサ。 ３ 前記弾性手段は前記リツジ部材に連結され前
   記導波管に機械的な予備応力の付勢力を与える複
   数個の板ばねを有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載のトランスデユー
   サ。 ４ 前記弾性手段は前記リツジ部材に連結され前
   記導波管に機械的な予備応力の付勢力を与える平
   坦なスプリング手段を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のトランスデユーサ。 ５ 前記第１及び第２のリツプルピツチは等しい
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のト
   ランスデユーサ。 ６ 前記リツジ部材の一方のリツプル面の近傍に
   配設され前記導波管を前記リツプル面に対して所
   定の位置に固定する複数個のガイド面を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載のトランスデユーサ。