JPS58158571A - ソナ−・システム用多ビ−ム・レンズ変換器 - Google Patents

ソナ−・システム用多ビ−ム・レンズ変換器

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JPS58158571A
JPS58158571A JP58002366A JP236683A JPS58158571A JP S58158571 A JPS58158571 A JP S58158571A JP 58002366 A JP58002366 A JP 58002366A JP 236683 A JP236683 A JP 236683A JP S58158571 A JPS58158571 A JP S58158571A
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JP
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lens
acoustic
focal
window
plane
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JP58002366A
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ジエイコブ・エイブラハム・クリツツ
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Sperry Rand Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/004Mounting transducers, e.g. provided with mechanical moving or orienting device
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 本発明は、一般的に、ソナー・システムに使用される電
気/音響変換器に関するもので、さらに具体的には、多
ソナー・ビーム適合可能な電気/音響変換器に関するも
のである。
(2)先行技術についての説明 ソナー・システムは、船舶からある所望の方向に投射さ
れた音エネルギーの細いビーム全利用し、これらの方向
から反射されるエネルギーを受信するものであり、例え
ば、米国特許第3,257、658号であって、196
6年、ジャックφクリツツ、およびセイマー・D・ラー
ナーによるドプラ航法方式に開示されたようなものであ
る。
従来、これらのビームは、伝播した、おるいは受信しよ
うとする音波の波長に比較して大いなる径を有する振動
圧電板によって発生される。
多ピーノ、全利用する場合、変換器のアセンブリは、多
数の必要彦素子を適合させるよう拡大されねばならない
。先行技術の多ビーム変換器は、取り付け、特に小型船
舶への取シ付けに困難を生じ、また、より大きたゲート
弁、および必要なより強い構造支持体による取υ付は費
用の増大を生じさせる。従って、取り付けを容易にし、
付随する費用を軽減する、比較的にコンパクトな多ビー
ム変換器が必要とされる。
(3)本発明の概要 本発明の原理に従って、ある特定の方向から音響レンズ
上に入射する平面波は、該レンズの焦点面上の焦点領域
に向けられる。該焦点領域の一点に芯づけされた球状殻
セグメント上に構成される電気/音響変換器は、該焦点
領域に向けられた全音響エネルギーを実質的に傍受する
ための大きな面を備えている。この電気/音響変換器は
、送信中、該変換器の関連した焦点領域がその信号源で
あるかのごとく、球面波を輻射する。そのような球面波
は、そこから球面波が発生したと思われる焦点領域に相
当する方向で音響レンズによって平面波に変換される。
本発明のある良好な実施例では、前記レンズは、両面凹
状の固体ポリスチレンであり、シリコーン・ラバーの内
媒体に接合されている。三つの圧電水晶変換器が、それ
ぞれ中心のレンズ軸から15度離れて、ビームを受信、
あるいは変換するよう置かれている。各水晶とシリコー
ン・ラバーの内媒体との間をさえぎって金属製窓があり
、プラスチック整合部に従属している。
(4)良好な実施例についての説明 本発明は、波長比率に対して必要な開口會与える音響的
レンズの型式で一つの開口を用いる多ビーム変換器を構
成する装置に関するものである。
音響レンズの集束作用を描いた線図が第1図に示されて
いる。水の媒体11を伝播する入射平面音波10の平行
線は、前記音響レンズ12に当る。入射平面波を集束す
るため、前記レンズは、両面凹状に選定され、音速が、
水および他の隣接する媒体13におけるより大きくなる
ある媒体で構成されている。前記集束作用は、まず、前
記ビームが前記レンズに入射する際、該ビームは、常態
からより低い屈折率のレンズ面へと屈折し、次いで、該
ビームが前記レンズから放出する際、常態へと屈折する
ことから起る。従って、入射平面音波10は、このよう
に構成された前記レンズによって焦点14に集束される
。逆に、前記レンズを音波で照射している14の点源に
よって平行#J10で描かれた平面波が投射される。こ
の態様で構成されたレンズの特徴は、平面波の入射方向
と前記レンズの焦点面における関連した焦点との独特な
相応関係である。簡単に言えば、異なる方向から入射す
る平面波は、異なる焦点を有しているというコトテアル
・例えば、方向15から入射する平面波は、点16で集
束される。従って、多数のこのような焦点が焦点面にあ
り、その各々の焦点は音波を受信、もしくは投射するた
めの異なるビーム方向を定めることができる。次いで、
異りる焦点に置かれた多数の小型電気/音響変換器は、
音響ビームを送信、および受信するのに利用することが
でき、前記ビームの巾は前記レンズの直径によって特徴
づけられるようにしている。
この装置を実現する上の主な問題は、前記小型変換器を
顕著な電力レベルで動作できないことである。変換器近
辺における媒体13での音の強度(単位面積当りのワッ
ト)は、該変換器の面が小さいため非常に強く、媒体の
空洞化、および破壊を生じさせる。さらに、変換器の損
失によって生ずる熱消散が前記小型変換器面に閉じ込め
られ、顕著な電力が供給された場合、高温を発生させる
。本発明においては、かなりな面を有する大型変換器が
用いられ、前記焦点の前方に置かれている。電気/音響
変換器17は球状殻セグメントの型式で成形されており
、その半径は、所望の焦点に位置している。面要素は全
て、球状のため、前記焦点から同じ距離にあるので、前
記電気/音響変換器17に当る線は、前記面において全
て同相である。従って、レンズ12で受信する音響エネ
ルギーは、全て、前記変換器により電気エネルギーへ変
換可能である。逆に、送信機として動作させる際に、該
変換器は、前記焦点14がその信号源であるかのごとく
、球面波を輻射する。この装置によって得られる別の利
点は、焦点位置における小さな変化は、性能における急
激な変化を生じさせないことだが、その理由は、わずか
な位相ずれの干渉のみで全音響線が依然として前記交換
器によって包含されているためである。小型変換器の素
子を直接焦点に置くことによって、焦点位置における小
さな変化が捕捉されたエネルギーにおける大きな変化を
生じさせることができる。さらに別の利点は、前記レン
ズの後方にある媒体13における距離は前記焦点にまで
達する必要がないため、前記変換器の奥行き金浅くする
ことで実現される。
本発明を具体化している代表的な構成が第2図に示され
ている。架橋ポリスチレンから成る固体レンズ18は、
直径3.375インチ(但シ、1インチは約254セン
チ)、中心の厚さ0.18フインチ、外曲率半径13.
3インチ、および円曲率半径374インチであり、その
外面は水と接触しており、内面はシリコーン・ゴムの媒
体19に接合されている。図示の装置によって、前記レ
ンズの中心軸から各々15度離れた三つの送信、および
受信ピーノ・ヲ与えている。この場合に、ラバー中の低
い音速によって、5.52インチという短かい焦点距離
20を与えており、従って、アセンブリの奥行きを、さ
らに浅くする。挟角21は37度である。三つの球状殻
セグメント圧電水晶のうち、その−っは焦点に芯づけさ
れた水晶22であり、もう−っは外曲率半径158フイ
ンチの焦点23となっており、それらが400キロΦヘ
ルツで共振するような厚さとがってぃるが、前記水晶は
、金属製支持体24に接合されている。各水晶と前記シ
リコーン書ラバーの媒体とをさえぎって、まず、プラス
チックの整合部26に従属する金属製窓25がある。該
金堺製窓は、半波長(この場合、0.311インチ)の
整数倍の厚さを有するアルミニウム球状殻セグメントで
、前記水晶に対して、構造的強度、および熱伝達相方を
与え、動作周波数で実質的に透過させる。この場合、透
過とは、すなわち、音波が2つの境界を横切るだめの標
準音波伝送係数から、音波を送信する際の無視できる効
果が生ずることを言う。(例えば、1950年発刊のキ
ンズラー、およびフレイ、ウィリー著“音響学の基礎”
の149頁から153頁會参照されたい。)前記整合部
26は、やはり球状殻セグメントだが、1/4波長(本
実施例においては、0065インチ)の奇数倍に等しい
厚さを有している。該整合部は、前記水晶の電気端子で
測定される際、前記ラバーの低音響インピーダンスを該
水晶に与えるためのより高い値に変換することによって
、良好な電気的特徴を与える。本質的に、二つの目的が
前記整合部によってかな見られる。すなわち、帯域巾金
広げ、前記変換器の効率性金高めるのである。(196
6年3月発刊のジョーク・コック著、[ソニックス、お
よび超音波学に関するIBEB Transactio
ns J 5U−13巻、第1号、6圧電磁器の性能に
関するバッキング、および整合の効果”を参照されたい
。) 本発明は、その良好な実施例で説明されてきたが、使用
された用語は、説明のための用語であって制限するもの
ではなく、本発明の真の範囲、および精神から逸脱せず
に、それより広い観点において、添付の特許請求の範囲
内で種々の変更がなされうること全理解されたい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、両面凹状の音響レンズ、および関連する球状
殻セグメントの電気/音響変換器を    ゛前記レン
ズの焦点作用を描く重畳線図と共に示した概要図であり
、第2図は、本発明の良好な実施例の横断面図である。 図中、10は入射平面音波、11は水の媒体、12は音
響レンズ、13は後方隣接媒体、14は入射平面音波の
焦点、15は1例としてのある入射波、16はその焦点
、17は電気/音響変°換器、18は固体L/ンズ、1
9はその隣接媒体であるシリコーン・ラバー、2oは焦
点距離、21は挟角、22は三つの球状殻セグメントの
うちの1つの水晶、23は焦点の−っ、24は金属製支
持体、25は金属製窓、26はプラスチック整合部を、
夫々、示す。 特許出願人代理人 飯 1)伸 行

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 特許請求事項 (1)  複数のソナー・ビームを送信および受信する
    ための装置において、中心軸を有するレンズ装置であっ
    て、入射平面音波をその焦点面上の焦点領域に収斂させ
    る音波に変換させ、異なる所定の方向に入射する平面波
    が異なる焦点領域に収斂させるようにし、かつ該焦点領
    域から発せられた音波を前記所定の方向にある前記レン
    ズ装置から輻射する平面音波に変換させる前記レンズ装
    置と、前記焦点領域に中心を有する球状殻セグメント附
    近に置かれ、集束された音響全受信すべく位置決めされ
    た複数の電気/音響変換器とを備えていることを特徴と
    するソナーシステム用多ビームレンズ変換器。 (2、特許請求の範囲第1項に記載の装置であって、前
    記レンズ装置は水の音響伝播速度よりも速い音響伝播速
    度を有する拐料で構成された両面凹状音響レンズと、該
    レンズの材料を有する音響伝播速度より遅い音響伝播速
    度を有し、前記レンズと前記複数音響変換器との間に位
    置決めされた音響伝播媒体とを備えていることを特徴と
    する上記装置。 (3)特許請求の範囲第2項に記載の装@UCおいて、
    前記変換器と前記音響伝播媒体との間に位置決めされ、
    音響信号を伝播し、熱を伝達し、さらに構造的強度を与
    える窓装置と、該窓装置と前記音響伝播媒体との間に位
    置決めされ、該窓装置と該音響伝播媒体間に音響インピ
    ーダンス整合を与える整合装置と金さらに備えているこ
    とを特徴とする上記装置。 (4)特許請求の範囲第2項に記載の装置において、前
    記両面凹状音響レンズはボリスチシンとなっていること
    全特徴とする上記装置。 (5)特許請求の範囲第2項に記載の装置において、前
    記音響伝播媒体はシリコーン・ラバーとなっていること
    を特徴とする上記装!。 (6)特許請求の範囲第3項に記載の装置において、前
    記窓装置は入射音波の半波長全整数倍した厚さを有する
    球状殻セグメントとなっている、ことヲ、マた、前記整
    合装置は前記入射音波の1/4波長を奇数倍した厚さを
    有する球状殻セグメントとなっていることを特徴とする
    上記装置。 (7)特許請求の範囲第3項に記載の装置において、前
    記窓装置は金属となっていることを特徴とする上記装置
    。 (8)特許請求の範囲第3項に記載の装置において、前
    記整合装置はプラスチックとなっていることを特徴とす
    る上記装置。 (9)特許請求の範囲第7項に記載の装置において、前
    記金属はアルミニウムとなっていることを特徴とする上
    記装置。 00)特許請求の範囲第8項に記載の装置において、前
    記プラスチックはエポキシとなっていることを特徴とす
    る上記装置。 01)特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、第4項
    、第5項、第6項、第7項、第8項、第9項、および第
    10項に記載の装置において、前記変換器は、各々、圧
    電水晶となっていることを特徴とする上記装置。 02、特許請求の範囲第11項に記載の装置において、
    前記圧電水晶は3個あり、各々、前記レンズ装置の前記
    中心軸から15度離れて位置決めされていることを特徴
    とする上記装置。
JP58002366A 1982-03-05 1983-01-12 ソナ−・システム用多ビ−ム・レンズ変換器 Granted JPS58158571A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/354,973 US4450542A (en) 1982-03-05 1982-03-05 Multiple beam lens transducer for sonar systems
US354973 1982-03-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58158571A true JPS58158571A (ja) 1983-09-20
JPH0344268B2 JPH0344268B2 (ja) 1991-07-05

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ID=23395693

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JP58002366A Granted JPS58158571A (ja) 1982-03-05 1983-01-12 ソナ−・システム用多ビ−ム・レンズ変換器

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US (1) US4450542A (ja)
EP (1) EP0088569B1 (ja)
JP (1) JPS58158571A (ja)
DE (1) DE3381480D1 (ja)
ES (1) ES8403688A1 (ja)
NO (1) NO166468C (ja)

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EP0088569A2 (en) 1983-09-14
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