2021 Fiscal Year Annual Research Report
A Study of Aspherical Convex Lens with Solid-Liquid Compound Structure for Underwater Object Imaging Using Ocean Ambient Noise
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18K04597
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| 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) |
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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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| 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 |
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| 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．
これまでに候補レンズ材料の音速精密測定を完了し，その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決定した．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，非球面凸レンズを設計した．コロナ禍によるレンズ試作の遅れのため研究期間を1年間延長し，最終年度は水槽試験によるレンズ性能の評価を行った．水槽において縮尺実験を行ったところ，設計したレンズの集束点，集束利得，解像度の計測結果は，波動解析による予測と概ね一致した．本研究の成果は，周囲雑音イメージングのための音響レンズシステムを水中航走体艇首に搭載し，広い海域に適用する礎となると考えられる．
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