2019 Fiscal Year Research-status Report
海中周囲雑音による海中物体画像化のための固体－液体複合凸型非球面音響レンズの研究
| Project/Area Number |
18K04597
|
|---|
| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
|---|
Principal Investigator |
森 和義 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 教授 (70259894)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 海洋科学 / 海洋工学 / 海洋探査 / 音響レンズ / 海中周囲雑音 / 物体映像化 / 非球面レンズ / 凸レンズ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
従来の海中音響映像化装置において周囲雑音は探知を乱す妨害音と見なされてきた．しかし，海中周囲雑音を音源として積極的に活用する革新的なアイディアが提唱されている．この手法はアクティブでもパッシブでもない第3の新しい方式であり，周囲雑音イメージングとも呼ばれている．申請者は，世界で初めて音響レンズを導入した実験装置を開発し，テッポウエビに代表される沿岸域生物雑音を利用して無音物体の2次元画像の取得に成功した．本手法をより広い海域において適用するには，自律型無人潜水艇などの水中航走体艇首に音響レンズを実装することが必要である．しかし，プラスチック材等の単一固体凸形レンズでは内部減衰により音波が十分に集束しない．本研究では，固体を薄い外殻とし，内部に減衰の小さい液体を用いた固体－液体複合凸型レンズを提案する．
昨年度完了する予定であった候補レンズ材料の音速精密測定が遅れていたが，今年度前半に完了した．また今年度の後半には，測定結果を基に屈折率を求め，音線解析によって無収差化を施して最適化した非球面凸レンズ形状を検討した．さらに時間領域差分法による波動解析を行って利得や解像度等のレンズ性能を予測し，非球面凸レンズの設計が完了した．しかしながら，今年度行う予定であった水槽試験によるレンズ性能の評価には至っていない．本研究を完遂するには，レンズを試作して水槽による縮尺実験を行い，集束点，集束利得，解像度等について設計値に合致するか評価を行う必要がある．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
昨年度に予定していた候補材料選定，音速精密測定が遅れて今年度前半まで行った．レンズ材料として，固体ではシンタクチックフォーム3種，液体ではフロリナート1種を選定した．それらの音速をシングアラウンド法による精密測定を行い，温度依存性を明らかにした．今年度後半はレンズ形状設計を行った．得られた音速測定結果から対象海域の温度における屈折率を推定し，音線解析を行って無収差化を施した非球面レンズ形状を決定した．そして，このレンズに対して時間領域差分法による波動解析を進め，集束点，集束利得および解像度等のレンズ性能を予測した．今後は，設計レンズに対して縮尺実験を行って評価する予定である．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，水槽による縮尺実験を行って，設計したレンズの性能評価を行う．まず，決定された非球面レンズ形状に従ってシンタクチックフォームを切削加工し，レンズ試作を行う．次に，レンズを固定しフロリナートを満たす容器およびハイドロフォンを固定するための治具を製作する．水槽実験では，この容器を水中に沈め，レンズ前方から音波を照射し，レンズ後方のフロリナート内に形成される焦点領域の音場をハイドロフォンを移動させながら計測する．最終的には，集束点，集束利得および解像度等が，設計値と一致するか検証を進める予定である．また，得られた成果を内外の学会で発表する予定である．
|
| Causes of Carryover |
初年度において音響レンズの固体材料として想定していたシンタクチックフォームについて，メーカー厚意により音速測定用の小試料が無償提供された．また，今年度予定していた水槽試験に利用するための試作レンズは，材料の音速測定およびレンズ設計が今年度末まで遅れたために製作できなかった．これより次年度使用額が生じており，翌年度に請求した助成金と合わせて，引き続き試作レンズの製作費に使用する計画である．
|
