超音波による海洋内部の調査技術: 水中音響力メラに使用される音響レンズの設計

摘要

海洋内部を調査する技術には超音波がよく用いられている。これは同じ波動の性質を持つ光や電磁波が水中では大きく減衰するからであり，古くからよく知られている。そのため，長らく海洋内部の調査技術は超音波の独壇場であつたが，最近では短距離であれば光や電磁波を用いた技術が使用され始めた。例えば，澤らによって光電子增倍管を用いた光通信技術が開発され，極近距離であるが高速通信が可能となった。また，戦略的イノベーションプログラム（SIP)の報告の中では，自立航行型無人潜水艇(AUV)を用いた磁気探査による資源調査などが報告されている。その他にも水中での無線電力送電などの研究成果も上がっており，近年，水中での光波や電磁波の応用が進hでいる。しかしながら,これらの技術はどれも短距離での調査，通信しか行うことができない。その理由は先に述べたとおり水中での電磁波の減衰が大きいという物理的な要因があるため，長距離化に関しては今後も大幅な改善は見込めない。そのため，やはり中長距離での海洋内部の調査には，超音波が今後も使用され続けると思われる。また，距離以外の超音波の優位点としては，透明度の低い海水，濁水などでの探査性能が良いことが挙げられる。光は透明な水であっても20m先までしか視認できない。濁水中では，濁水を形成する水中の粒子の散乱等によって更に視認距離が短くなる。一方，超音波も水中粒子の散乱等によって伝搬距離は減少するが周波数を下げることによつて粒子が波長に比べて十分小さくなることで，その影響を小さくすることができる。更に，伝搬減衰は一般的に低周波数にすれば減少するために，より遠方へ伝搬することとなる。ただし周波数を下げるということは，分解能の低下となる。そのため，調査範囲に応じて使用周波数を決定することとなる。