JPH1090410A - 地層探査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パラメトリック超音波送波器で側方にスキャ
ンするとメインローブの幅が広くなりサイドローブも発
生する。 【解決手段】 周波数ｆ₁とこれよりも低い周波数ｆ₂の
超音波を同時に送波し、これにより得られる２次周波数
(ｆ₁−ｆ₂)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する
地層探査機において、任意の方向にビームスキャンすべ
く、送波器(Ｓ)の各振動子で送波する超音波の位相を制
御する手段(８)を備え、該手段により、θ方向にビーム
スキャンするとき、周波数ｆ₁の超音波のスキャン方位
を(θ＋β)とし、周波数ｆ₂の超音波のスキャン方位を
(θ−β)とし、前記手段により、−θ方向にビームスキ
ャンするとき、周波数ｆ₁の超音波のスキャン方位を(−
θ−β)とし、周波数ｆ₂の超音波のスキャン方位を(−
θ＋β)とし、メインローブのビーム幅を狭め、かつサ
イドローブの発生レベルを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パラメトリック超
音波送波器を用いた地層探査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】海底下の地質や、埋没した海底ケーブル
の探査を行う地層探査装置においては、海底下に向けて
送波する超音波には１０ｋＨｚ前後の透過性の強い低周
波が用いられる。

【０００３】ところで、低周波の超音波を放射する超音
波送受波器において、検出分解能を上げるために、ビー
ム(メインビームのこと)に所望の指向角(ビーム幅が狭
い)を得ようとすれば、そのサイズは、超音波周波数に
反比例することから低周波の送受波器は極めて大きいサ
イズとなり実用的でない。

【０００４】そこで、低周波用であっても小型に構成で
きるパラメトリック超音波送受波器が供されている。そ
のパラメトリック超音波送受波器の詳細な構成および作
用については本出願人による特公平１−１６３９１号に
開示されているがここで簡単に説明する。

【０００５】図１にパラメトリック超音波送波器Ｓおよ
びこの送波器Ｓと共に用いられる超音波受波器Ｒを示し
ている。尚、前記公報に開示のパラメトリック超音波送
受波器は、ビームスキャンを想定していないため超音波
振動素子を同心円上に放射配列した構造であるが、図１
の送波器Ｓでは、ビームスキャンを行うために超音波振
動子、●を碁盤状に配列している。ここで用いた超音波
振動子は共に高周波用(それ故サイズが小形)の超音波振
動子を示し、は、縦横１６列配列され、●は、各の間に
位置し、同様に縦横１６列に配列されている。縦方向に
並ぶ１６個の各振動子は相互に接続され、には周波数ｆ
₁(100kHz)の超音波パワー信号が、●には周波数ｆ₂(90k
Hz)の超音波パワー信号がそれぞれ移相器を介して供給
される。これらの送波器Ｓおよび受波器Ｒは図２に示す
ように、送受波面を下方に向けて船底に装着される。

【０００６】今、各移相器での遅延を０とした時、各超
音波振動子から１００ｋＨｚと９０ｋＨｚの超音波が下
方に向けて同位相で放射される。その放射された２波の
超音波は水中下で合成され、加算成分(100＋90)ｋＨｚ
の超音波と差成分(100−90)ｋＨｚの超音波が生じ、差
成分の１０ｋＨｚの超音波が地層探査に供せられる。そ
の１０ｋＨｚの超音波の指向特性は、上記超音波振動子
○、●より１００ｋＨｚ、９０ｋＨｚの超音波を放射し
た時の指向特性に準じるため、高周波用の小さいサイズ
のもので指向特性の優れた低周波用の送波器とすること
ができる。

【０００７】但し、受波器Ｒは１０ｋＨｚの低周波信号
を受波するため、その全長Ｌ₃は送波器Ｓの全長Ｌ₂に比
べ大きくなり、図２に示すようにこの受波器Ｒによる、
進行方向のビーム幅θpを送波ビームのビーム幅θnと同
じにするには理論上Ｌ₃＝１０Ｌ₂となり実用的でないた
め、実際にはＬ₃はＬ₂の３倍程度の長さにされる。

【０００８】尚、１９０ｋＨｚの加算信号は減衰度が大
きく地層探査には適さないため、受信系に設けたフィル
タにより除去される。元の送波信号の周波数を１次周波
数と呼ぶのに対し、差成分として得られた超音波の周波
数を２次周波数と呼ぶ。

【０００９】図３は、の超音波振動子のみを用い、送波
周波数１００ｋＨｚ、音速１５００ｍ／ｓの条件で送波
した時の方位方向のビーム特性を示している。メインロ
ーブのビーム幅θ₁₀₀は７.０８°(−３dB)であった。

【００１０】図４は、●の超音波振動子のみを用い、送
波周波数９０ｋＨｚで他の条件は図３の場合と同一とし
た時の直下方向のビーム特性を示している。メインロー
ブのビーム幅θ₉₀は８.１０°(−３dB)であった。

【００１１】上記の１次周波数(１００ｋＨｚおよび９
０ｋＨｚ)の送波信号を同時に送波した時に得られる２
次周波数(１０ｋＨｚ)の超音波による直下方向のビーム
特性のシミュレーションを図５に示している。この図５
を見てわかるように、メインローブのビーム幅θ₁₀は図
３のものとほぼ同じになっており、パラメトリック超音
波送受波器によれば、小型(１００ｋＨｚ用)の超音波送
波器を用いて、低周波(１０ｋＨｚ)の超音波を所望の指
向特性で送波できる。つまり、図２に示したように、送
波器Ｓを用いて１００ｋＨｚの超音波を送波したときの
ビーム幅が図示したようにθm、θnであれば、２次周波
数においてもこれと同じ送波ビームが形成される。

【００１２】ところで地層探査装置で広範囲を探査しよ
うとすれば、直下方向だけでなく、ビームを左右方向に
振らす(スキャン)必要がある。ビームをスキャンするに
は周知のごとく、隣接する各移相器間で一定量の遅延を
設定する。つまり、図１に示すように、θ方向に指向ビ
ームを形成する時、１番目の送波器Ａ₁に対して２番目
の送波器Ａ₂の行路差がΔＬ短いとき、Ａ₁に比べ、Ａ₂
の送波タイミングを、ΔＬに相当する時間差Δｔ(位相
差Δθ)だけ遅らし、３番目の送波器Ａ₃は、Ａ₂に比べ
て時間差Δｔ(Ａ₁に比べ２Δｔ)だけ遅らす。

【００１３】図６、図７は、図３、図４において送波角
を４５°にビームスキャンした時のビーム指向特性図を
示している。当然、４５°方向にメインローブＭが生じ
るが、そのメインローブは図３、図４のメインローブと
比較してビーム幅が広くなっている。その理由は図１に
示したように、直下方向にビームを送波する時の送波器
Ｓの開口長Ｌ₁に対し、ビームをスキャンした時の送波
器Ｓの実質開口長Ｌ₁'が短くなるためである。又、図６
では−３０°の方位にサイドローブＳが発生し、図７で
は−３４°の方位にサイドローブＳが発生し共にメイン
ローブよりもレベルが高くなっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図６、図７における１
次周波数(１００ｋＨｚおよび９０ｋＨｚ)の送波信号を
同時に送波した時に得られる２次周波数(１０ｋＨｚ)の
超音波による方位方向のビーム特性を図８に示してい
る。この図８でわかるように、メインローブＭのビーム
幅は図６、図７のものとほぼ同じであり、直下方向の送
波に比べビーム幅がやや広くなっているため検出分解能
が低下する。又、サイドローブＳは、図６、図７に比べ
抑制されているものの、かなりの高レベルで発生する。
このサイドローブの発生レベルが高いと弱いレベルの検
出信号がサイドローブの信号に埋もれてしまい、弱いレ
ベルの信号が検出できないためにダイナミックレンジが
低下するだけでなく、像が２重に表示され像がぼやけ
る。従って従来のパラメトリック送波器Ｓは、直下方向
の探査にしか適さないという課題があった。

【００１５】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、ビームをスキャンした場合でもメ
インローブが拡がらず、かつ、サイドローブの発生レベ
ルを抑えることのできる地層探査装置を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本第１発明(請求項１)
は、周波数ｆ₁とこれよりも低い周波数ｆ₂の超音波を同
時に送波し、これにより得られる２次周波数(ｆ₁−ｆ₂)
の超音波信号のエコーに基づき地層探査する地層探査機
において、任意の方向にビームスキャンすべく、送波器
の各振動子で送波する超音波の位相を制御する手段を備
え、該手段により、θ方向にビームスキャンするとき、
周波数ｆ₁の超音波のスキャン方位を(θ＋β)とし、周
波数ｆ₂の超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記
手段により、−θ方向にビームスキャンするとき、周波
数ｆ₁の超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波
数ｆ₂の超音波のスキャン方位を(−θ＋β)とし、メイ
ンローブのビーム幅を狭めたことを特徴とする。

【００１７】本第４発明(請求項４)は、第１の超音波振
動子群(Ａ)および第２の超音波振動子群(Ｂ)を備えた超
音波送波器(Ｓ)と、前記の各超音波振動子群(Ａ，Ｂ)で
個別に所望方位に送波ビームを形成すべく、各超音波振
動子群(Ａ)，(Ｂ)にそれぞれ供給する周波数ｆ₁とこれ
よりも低い周波数ｆ₂の超音波信号を、前記各方位毎に
サンプリングデータとして記憶している位相ＲＯＭ
(１)，(１')とを備え、第１の超音波振動子群(Ａ)およ
び第２の超音波振動子群(Ｂ)により、所望のスキャン指
令角θの方位に周波数ｆ₁および周波数ｆ₂の超音波を同
時に送波し、これにより得られる２次周波数(ｆ₁−ｆ₂)
の超音波信号のエコーを超音波受波器(Ｒ)で受波して地
層探査する地層探査装置であって、前記所望のスキャン
指令角θに対して、位相ＲＯＭ(１)では(θ＋β)方向の
データを読み出し、位相ＲＯＭ(１')では(θ−β)方向
のデータを読み出し、スキャン指令角−θに対して、位
相ＲＯＭ(１)では(−θ−β)方向のデータを読み出し、
位相ＲＯＭ(１')では(−θ＋β)方向のデータを読み出
せるよう、各位相ＲＯＭ(１)，(１')には対応するデー
タを記憶させたことを特徴とする。

【００１８】

【作用】周波数ｆ₁とこれよりも低い周波数ｆ₂の超音波
を同時に送波し、これにより得られる２次周波数(ｆ₁−
ｆ₂)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する地層探
査機においては、上述したように側方にスキャンする
と、メインローブのビーム幅が直下方向に送波したとき
と比べてビーム幅が広くなり、検出分解能が低下する。
そこで本第１発明では、θ方向にビームスキャンすると
き、周波数ｆ₁の超音波のスキャン方位を(θ＋β)と
し、周波数ｆ₂の超音波のスキャン方位を(θ−β)と
し、前記手段により、−θ方向にビームスキャンすると
き、周波数ｆ₁の超音波のスキャン方位を(−θ−β)と
し、周波数ｆ₂の超音波のスキャン方位を(−θ＋β)と
することにより、このときに得られる２次周波数の超音
波信号ではメインローブのビーム幅が狭められ、これに
より、側方にビームスキャンした場合でも検出分解能が
低下することはない。

【００１９】上記の地層探査装置において、側方にスキ
ャンすると、サイドローブが出現し、像が２重に生じた
りする。ここで、請求項１の場合と同様にスキャン方位
をシフトすることにより、サイドローブの発生レベルが
抑制される。従ってこの構成を請求項２にて請求してい
る。

【００２０】以上でわかるように、請求項１の場合と同
様にスキャン方位をシフトすることにより、メインロー
ブのビーム幅を狭め、かつ、サイドローブの発生レベル
を低減できるため、この構成を請求項３にて請求してい
る。

【００２１】本発明に係わる地層探査装置としては請求
項４で示され、更に具体的な構成としては以下に示す実
施形態にて詳細に示している。

【００２２】

【発明の実施の形態】図９は、本発明の地層探査装置の
送波部の一形態を示す制御ブロック図である。Ｓは図１
で示したパラメトリック超音波送波器Ｓと同じものであ
る。１は、超音波振動子Ａ₁〜Ａ₁₆を１００ｋＨｚで励
振させるための超音波信号のデータを記憶している位相
ＲＯＭである。１'は超音波振動子Ｂ₁〜Ｂ₁₆を９０ｋＨ
ｚで励振させるための超音波信号のデータを記憶してい
る位相ＲＯＭである。これらの位相ＲＯＭ１、１'に記
憶しているデータを図１１、図１２を用いて説明する。

【００２３】１６個の位相ＲＯＭ１には、図１１に示さ
れるような振幅値ａ₁、ａ₂、ａ₃、…ａ₁₇、ａ₁₈の計１
８個のデータを記憶しており、これらのデータを所定の
速度でａ₁→ａ₂→ａ₃→…→ａ₁₇→ａ₁₈→ａ₁→の如く繰
り返して読み出せば、それぞれ１００ｋＨｚの同位相の
信号が得られ、各超音波振動子Ａ₁ないしＡ₁₆には同位
相の超音波信号が供給されるため、直下方向に１００ｋ
Ｈｚの送波ビームが形成される。

【００２４】別グループの位相ＲＯＭ１'にもそれぞれ
振幅値ａ₁、ａ₂、ａ₃、…ａ₁₇、ａ₁₈の計１８個のデー
タを記憶しており、これらのデータを前記所定の速度の
９／１０倍の速度でａ₁→ａ₂→ａ₃→…→ａ₁₇→ａ₁₈→
ａ₁→の如く繰り返して読み出せば、それぞれ９０ｋＨ
ｚの信号が得られ、各超音波振動子Ｂ₁ないしＢ₁₆によ
り直下方向に９０ｋＨｚの送波ビームが形成される。

【００２５】従って、直下方向のビーム形成のために、
各位相ＲＯＭ１，１'はａ₁〜ａ₁₈のデータを記憶してい
る。

【００２６】一方、図１に示したように、直下方向とθ
の角度をなす方向(以後、スキャン指令角θと呼ぶ)に送
波ビームを形成するとき、超音波振動子Ａ₁に対し、超
音波振動子Ａ₂では行路差(時間差でΔｔ)短く、超音波
振動子Ａ₃では時間差２Δｔ短く、超音波振動子Ａ₁₆で
は時間差１５Δｔ短くなっている。従って、超音波振動
子Ａ₁に対する位相ＲＯＭ１に図１２の左列、最上部に
示したようなデータ(１番目の振幅データａ₁がレベル０
にある)を保有している時、超音波振動子Ａ₂に対する位
相ＲＯＭ１には、前記データに比べ、前記時間差Δｔに
相当する位相差Δθ₁だけ遅れたデータを保有してい
る。

【００２７】それ故、送波ビームを−４５°〜０〜＋４
５°のスキャン範囲を１°のピッチでスキャンさせる場
合、各位相ＲＯＭ１，１'には、９１通りの波形データ
を記憶させる必要がある。但し、本装置では、スキャン
指令角θ(−４５°〜０〜＋４５°)の通りにスキャンさ
せるのではなく、超音波振動子ＡグループとＢグループ
とで、それぞれ前記スキャン指令角θから所定角度だけ
オフセットさせた角度としているため、そのオフセット
した角度に対する波形データを記憶している。このオフ
セットについては後で詳しく述べる。

【００２８】図９に示した２および２'は各位相ＲＯＭ
１、１'から読み出された超音波信号を電力増幅して各
超音波振動子Ａ，Ｂに供給する。３は、本装置において
基本となるクロックを発生するクロックパルス発生器で
ある。４は、分周器であり、クロックパルス発生器９よ
り出力されるクロックをＬ値カウントする毎にパルスを
出力するＬ進カウンタからなる。このＬは、図２に示し
た探査範囲Ｌrを決めるレンジ設定値として与えられ
る。

【００２９】図９に示した５は、距離カウンタであり、
分周器４よりの出力パルスを０〜(Ｍ−１)までカウント
するＭ進カウンタであり、そのカウント値は送波器Ｓか
らの距離を示す。ここで、クロックパルス発生器３の出
力するパルス周期τ、ＬおよびＭの関係は、例えば水中
の音速を1500ｍ／ｓ、周期τを１／750000ｓ、Ｍを1000
とすると、レンジ５０ｍのとき、 ５０・２／１５００＝Ｌ・Ｍ／750000 からＬ＝５０となる。

【００３０】図９に示した６は方位カウンタであり、距
離カウンタ５の出力するトリガパルスをスキャン範囲
(−４５°〜０°〜＋４５°)内でカウントして、スキャ
ン指令角θを１°のステップで出力する。８はオフセッ
ト回路であり、方位カウンタ６より出力されるスキャン
指令角θに対して、θ＋θ・(β／４５)とθ−θ・(β
／４５)の値を演算し、それぞれ位相ＲＯＭ１と１'に読
み出し指令角として供給される。本実施形態ではオフセ
ット角βを１.３°としており、従ってスキャン指令角
θに対して位相ＲＯＭ１および１'に供給される読み出
し指令角は次表のようになる。

【００３１】

【表１】θ θ＋θ・(β/45) θ−θ・(β/45) -45 -46.3 -43.7 -44 -45.3 -42.7 ： ： ： -１ -1.03 -0.97 ０ ０ ０ １ 1.03 0.97 ： ： ： 44 45.3 42.7 45 46.3 43.7

【００３２】従って１００ｋＨｚの信号を読み出す位相
ＲＯＭ１においては、−46.3° −45.3° … −1.03
° ０° 1.03° … 45.3° 46.3°の９１通り方位
で送波ビームが形成されるようなデータをそれぞれの位
相ＲＯＭ１に記憶している。又、９０ｋＨｚの信号を読
み出す位相ＲＯＭ１'においては、−43.7° −42.7°
… −0.97° ０° 0.97° … 42.7° 43.7°の
９１通り方位で送波ビームが形成されるようなデータを
それぞれの位相ＲＯＭ１'に記憶している。

【００３３】このように元の指令角θに対して位相ＲＯ
Ｍ１からは“＋"にオフセットしたスキャン角が読み出
され、そのオフセット角はθに比例し、θ＝−４５°、
４５°でオフセット角は最大の＋１.３°となる。一
方、位相ＲＯＭ１'からは“−"にオフセットしたスキャ
ン角が読み出され、そのオフセット角もθに比例し、θ
＝−４５°、４５°でオフセット角は−１.３°とな
る。

【００３４】９は、クロックパルス発生器１０の出力す
るクロックを０〜１７までカウントする１８進カウンタ
であり、そのカウント値は切替器１１を通じて各位相Ｒ
ＯＭ１にデータ読み出しアドレスとして供給される。従
ってクロックパルス発生器１０は、１００ｋＨｚ(Ｆ_H)
×１８のスピードでクロックを出力する。１２は、クロ
ックパルス発生器１３の出力するクロックを０〜１７ま
でカウントする１８進カウンタであり、そのカウント値
も切替器１１を通じて各位相ＲＯＭ１'にデータ読み出
しアドレスとして供給される。従ってクロックパルス発
生器１３は、９０ｋＨｚ(Ｆ_L)×１８のスピードでクロ
ックを出力する。これらのカウンタ９，１２は、距離カ
ウンタ５より出力されるトリガパルスの先頭でリセット
される。１４は、パルス発生器であり、前記トリガパル
スが入力されると、送信パルス幅分だけ前記切替器１１
をオンにする。

【００３５】図１０は図９の送波部に対する受波部を示
している。Ｒは図１に示した受波器であり、送波器Ｓの
近傍でかつその長手方向を測定船の進行方向にして装着
される。２１は、受波器Ｒの受波信号を増幅する増幅器
であり、２２は増幅器２１の増幅信号をアナログからデ
ジタルに変換するＡ／Ｄ変換器である。２３は、Ａ／Ｄ
変換器２２よりのデジタル信号を記憶する画像メモリで
あり、後記のＣＲＴ２５の画素数(Ｐ×Ｑ)×Ｉ(ビット
数)の容量のメモリを有する。２４は画像メモリ２３よ
り読み出されたデジタル信号をアナログ信号に変換する
Ｄ／Ａ変換器であり、ＣＲＴ２５は、Ｄ／Ａ変換器２４
よりの信号を画像表示する。

【００３６】２６は座標変換回路であり、図９の距離カ
ウンタ５および方位カウンタ６より得られる距離ｒおよ
び方位θをｘ，ｙの直交座標データに変換する。２７は
クロックパルス発生器であり、前記ＣＲＴ２５での１画
素の表示期間に等しい周期のクロックパルスをＸカウン
タ２８に出力する。このＸカウンタ２８は、前記クロッ
クパルスを０〜Ｐ−１までカウントするＰ(ＣＲＴの水
平画素数)進カウンタであり、カウント値がＰ−１から
０へ戻る毎にパルスをＹカウンタ２９に出力する。この
カウンタ２９は、Ｘカウンタ２８の出力するパルスを０
〜Ｑ−１までカウントするＱ(ＣＲＴの垂直画素数)進カ
ウンタである。

【００３７】３０は、クロックパルス発生器２７よりの
クロックパルスの“Ｈ"、“Ｌ"期に呼応して切り替わる
切替器であり、例えばクロックパルスの“Ｈ"期には、
座標変換回路２６よりの座標値(ｘ，ｙ)を書き込みアド
レスとして前記画像メモリ２３に供給し、クロックパル
スの“Ｌ"期には、前記Ｘカウンタ２８およびＹカウン
タ２９よりのそれぞれのカウント値Ｃx，Ｃyを読み出し
アドレスとして供給する。又、そのクロックパルスは、
画像メモリ２４に対してリード／ライト信号として供給
される。

【００３８】以上説明した地層探査装置の動作を以下説
明する。方位カウンタ６よりスキャン指令角θが０°の
とき、オフセット回路８から位相ＲＯＭ１と１'に供給
される読み出し指令角は共に０°であり、このときに得
られる送波信号のビーム特性は図５に示したものと同じ
になる。

【００３９】一方、方位カウンタ６よりスキャン指令角
θが例えば４５°のとき、オフセット回路８から位相Ｒ
ＯＭ１と１'に供給される読み出し指令角は表１に示し
たように、４６.３°と４３.７°となる。従って超音波
送波器Ａ₁〜Ａ₁₆からは４６.３°の方向に１００ｋＨｚ
の超音波が送波され、このときのビーム特性図を図１３
に示している。また超音波送波器Ｂ₁〜Ｂ₁₆からは４３.
７°の方向に９０ｋＨｚの超音波が送波され、このとき
のときのビーム特性図を図１４に示している。

【００４０】このときの２次周波数(１０ｋＨｚ)の送波
信号のビーム特性図を図１５に示している。メインロー
ブＭは、スキャン指令角度θと同じ４５°方向に発生し
ている。オフセットしないで４５°方向にスキャンした
ときの２次周波数のビーム特性図であった図８と比較す
ると、メインローブＭのビーム幅がやや狭くなり(従っ
て直下方向のときとほぼ同じビーム幅となる)、かつ、
サイドローブＳの発生レベルが抑制されていることがわ
かる。

【００４１】このように、スキャン指令角θに対して、
１００ｋＨｚ(Ｆ_H)の信号に対しては位相を＋側にシフ
トし、逆に９０ｋＨｚ(Ｆ_L)の信号に対しては位相を−
側にシフトすることで、メインローブのビーム幅の拡が
りが抑えられると共に、サイドローブの発生をも抑制す
ることができる。

【００４２】側方にスキャンすれば既述したようにメイ
ンローブのビーム幅が広くなり、サイドローブの発生レ
ベルが高くなり、その程度はスキャン角にほぼ比例す
る。従って、本実施形態のごとく、オフセット回路８に
てオフセットさせる角度を、スキャン指令角θに比例さ
せたため、全方位方向でメインローブのビーム幅を一定
にでき、かつ、サイドローブの発生も一様に抑制でき
る。

【００４３】尚、オフセット角βを大きくすることによ
り、メインローブのビーム幅を更に狭くすることができ
るが、ビーム幅が極端に狭くなると所要の送波パワーが
得られず探査できなくなる。そこで、側方にスキャンし
た時のメインローブのビーム幅が、直下方向に送波した
ときのメインローブのビーム幅にほぼ等しくなるよう、
本実施形態ではオフセット角βを１.３°としたが、こ
の値は、超音波送波器Ｓの機械的構造(振動素子の配列
など)で変化するため、各状況に応じ適宜選択すればよ
い。

【００４４】図１６は本発明の別の実施形態を示してい
る。図９では方位カウンタ６よりスキャン指令角θに対
してオフセット回路８にて位相ＲＯＭ１と１'とにオフ
セットしたスキャン読み出し角を供給したが、４５°の
スキャン指令角θが位相ＲＯＭ１に供給されたとき、各
位相ＲＯＭ１から４６.３°方向のビームが形成される
ようなデータを記憶するのであれば、図１６で示すよう
にオフセット回路８は不要である。

【００４５】尚、オフセットさせる角度を、スキャン角
に応じてリニアに変化させる替わりに、スキャン範囲に
区分し、各区分毎にステップ状に変化するオフセット角
を設定してもよい。又、オフセットさせる角度は固定値
としてもよい。例えば、スキャン指令角θ-45 -44 …
-1 ０ 1 …44 45に対し、１００ｋＨｚの信号に
対してはそれぞれ１.３°つづ＋にシフトさせ、９０ｋ
Ｈｚの信号に対してはそれぞれ１.３°つづ−にシフト
させるようにしてもよい。但し、直下方向およびスキャ
ン角が小さい場合はメインローブの拡がりおよびサイド
ローブの発生は少ないため、例えば、−１０°〜０°〜
＋１０°の範囲ではオフセットせず、−４５°〜−１０
°と１０°〜４５°の範囲でオフセットさせてもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、周波数
ｆ₁とこれよりも低い周波数ｆ₂の超音波を同時に送波
し、これにより得られる２次周波数(ｆ₁−ｆ₂)の超音波
信号のエコーに基づき地層探査する地層探査機におい
て、θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁の超
音波のスキャン方位をθからβだけ正にシフトし、周波
数ｆ₂の超音波のスキャン方位をθからβだけ負にシフ
トして同時に送波したので、このときに得られる２次周
波数のビーム特性は、メインローブのビーム幅が直下方
向に送波したときと同程度に狭められるので、検出分解
能が低下することはない。又、サイドローブの発生も抑
制されるため、像が不明瞭になるのが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 パラメトリック超音波送受波器の平面図およ
び側面図

【図２】 図１のパラメトリック超音波送受波器を用い
たときの送受波ビームを示した図

【図３】 図１のパラメトリック超音波送波器により、
１００ｋＨｚの超音波を直下方向に送波したときのビー
ム特性図

【図４】 図１のパラメトリック超音波送波器により、
９０ｋＨｚの超音波を直下方向に送波したときのビーム
特性図

【図５】 図１のパラメトリック超音波送波器により、
１００ｋＨｚと９０ｋＨｚの超音波を直下方向に同時送
波したときに得られる２次周波数におけるビーム特性図

【図６】 図１のパラメトリック超音波送波器により、
１００ｋＨｚの超音波を４５°方向に送波したときのビ
ーム特性図

【図７】 図１のパラメトリック超音波送波器により、
９０ｋＨｚの超音波を４５°方向に送波したときのビー
ム特性図

【図８】 図１のパラメトリック超音波送波器により、
１００ｋＨｚと９０ｋＨｚの超音波を４５°方向に同時
送波したときに得られる２次周波数におけるビーム特性
図

【図９】 本発明の地層探査装置の１実施形態を示した
送波部の制御ブロック図

【図１０】 本発明の地層探査装置の１実施形態を示し
た受波部の制御ブロック図

【図１１】 図９の各位相ＲＯＭに記憶されたデータを
読み出して得られた信号を示した図

【図１２】 図９の各位相ＲＯＭに記憶されたデータを
読み出して得られた信号を示した図

【図１３】 図１のパラメトリック超音波送波器によ
り、１００ｋＨｚの超音波を４６.３°方向に送波した
ときのビーム特性図

【図１４】 図１のパラメトリック超音波送波器によ
り、９０ｋＨｚの超音波を４３.７°方向に送波したと
きのビーム特性図

【図１５】 図１のパラメトリック超音波送波器によ
り、１００ｋＨｚの超音波を４６.３°方向に、同９０
ｋＨｚの超音波を４３.７°方向に、それぞれ同時に送
波したときに得られる２次周波数におけるビーム特性図

【図１６】 本発明の地層探査装置の１実施形態を示し
た送波部の制御ブロック図

【符号の説明】

１ 位相ＲＯＭ ２ 増幅器 ３ クロックパルス発生器 ４ 分周器 ５ 距離カウンタ ６ 方位カウンタ ８ オフセット回路 ９ カウンタ １０ クロックパルス発生器 １１ 切替器 １２ カウンタ １３ クロックパルス発生器 ２１ 増幅器 ２２ Ａ／Ｄ変換器 ２３ 画像メモリ ２４ Ｄ／Ａ変換器 ２５ ＣＲＴ ２６ 座標変換回路 ２７ クロックパルス発生器 ２８ Ｘカウンタ ２９ Ｙカウンタ ３０ 切替機 Ｓ 超音波送波器 Ｒ 受波器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｒ 17/00 ３３０ Ｇ０１Ｓ 7/52 Ｄ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数ｆ₁とこれよりも低い周波数ｆ₂の
   超音波を同時に送波し、これにより得られる２次周波数
   (ｆ₁−ｆ₂)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する
   地層探査装置において、 任意の方向にビームスキャンすべく、送波器の各振動子
   で送波する超音波の位相を制御する手段を備え、該手段
   により、θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁
   の超音波のスキャン方位を(θ＋β)とし、周波数ｆ₂の
   超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記手段によ
   り、−θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁の
   超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波数ｆ₂の
   超音波のスキャン方位を(−θ＋β)とし、メインローブ
   のビーム幅を狭めたことを特徴とする地層探査装置。
2. 【請求項２】 周波数ｆ₁とこれよりも低い周波数ｆ₂の
   超音波を同時に送波し、これにより得られる２次周波数
   (ｆ₁−ｆ₂)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する
   地層探査装置において、 任意の方向にビームスキャンすべく、送波器の各振動子
   で送波する超音波の位相を制御する手段を備え、該手段
   により、θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁
   の超音波のスキャン方位を(θ＋β)とし、周波数ｆ₂の
   超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記手段によ
   り、−θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁の
   超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波数ｆ₂の
   超音波のスキャン方位を(−θ＋β)とし、サイドローブ
   の発生レベルを抑制したことを特徴とする地層探査装
   置。
3. 【請求項３】 周波数ｆ₁とこれよりも低い周波数ｆ₂の
   超音波を同時に送波し、これにより得られる２次周波数
   (ｆ₁−ｆ₂)の超音波信号のエコーに基づき地層探査する
   地層探査装置において、 任意の方向にビームスキャンすべく、送波器の各振動子
   で送波する超音波の位相を制御する手段を備え、該手段
   により、θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁
   の超音波のスキャン方位を(θ＋β)とし、周波数ｆ₂の
   超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記手段によ
   り、−θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁の
   超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波数ｆ₂の
   超音波のスキャン方位を(−θ＋β)とし、メインローブ
   のビーム幅を狭め、かつサイドローブの発生レベルを抑
   制したことを特徴とする地層探査装置。
4. 【請求項４】 第１の超音波振動子群(Ａ)および第２の
   超音波振動子群(Ｂ)を備えた超音波送波器(Ｓ)と、前記
   の各超音波振動子群(Ａ，Ｂ)で個別に所望方位に送波ビ
   ームを形成すべく、各超音波振動子群(Ａ)，(Ｂ)にそれ
   ぞれ供給する周波数ｆ₁とこれによりも低い周波数ｆ₂の
   超音波信号を、前記各方位毎にサンプリングデータとし
   て記憶している位相ＲＯＭ(１)，(１')とを備え、第１
   の超音波振動子群(Ａ)および第２の超音波振動子群(Ｂ)
   により、所望のスキャン指令角θの方位に周波数ｆ₁お
   よび周波数ｆ₂の超音波を同時に送波し、これにより得
   られる２次周波数(ｆ₁−ｆ₂)の超音波信号のエコーを超
   音波受波器(Ｒ)で受波して地層探査する地層探査装置で
   あって、 前記所望のスキャン指令角θに対して、位相ＲＯＭ(１)
   では(θ＋β)方向のデータを読み出し、位相ＲＯＭ
   (１')では(θ−β)方向のデータを読み出し、スキャン
   指令角−θに対して、位相ＲＯＭ(１)では(−θ−β)方
   向のデータを読み出し、位相ＲＯＭ(１')では(−θ＋
   β)方向のデータを読み出せるよう、各位相ＲＯＭ
   (１)，(１')には対応するデータを記憶させたことを特
   徴とする地層探査装置。
5. 【請求項５】 上記βの値は、スキャン指令角θに比例
   する請求項４記載の地層探査装置。
6. 【請求項６】 上記βの値は固定値である請求項４記載
   の地層探査装置。
7. 【請求項７】 スキャン指令角θが所定角度以下ではス
   キャン指令角＝スキャン方位とし、スキャン指令角θが
   所定角度以上でスキャン方位をβに基づきシフトさせる
   請求項４記載の地層探査装置。
8. 【請求項８】 周波数ｆ₁とこれよりも低い周波数ｆ₂の
   超音波を同時に送波し、これにより得られる２次周波数
   (ｆ₁−ｆ₂)の超音波信号を得るビームスキャン方法であ
   つて、 任意の方向にビームスキャンすべく、送波器の各振動子
   で送波する超音波の位相を制御する手段を備え、該手段
   により、θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁
   の超音波のスキャン方位を(θ＋β)とし、周波数ｆ₂の
   超音波のスキャン方位を(θ−β)とし、前記手段によ
   り、−θ方向にビームスキャンするとき、周波数ｆ₁の
   超音波のスキャン方位を(−θ−β)とし、周波数ｆ₂の
   超音波のスキャン方位を(−θ＋β)とし、メインローブ
   のビーム幅を狭めたことを特徴とするビームスキャン方
   法。