JP7122088B2 - wide angle retro sound reflector - Google Patents
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本発明は、広い方向からの入射音波を、音波の入射方向に帰還させる、音響用コーナーリフレクターに関する。 The present invention relates to an acoustic corner reflector that returns incident sound waves from a wide range of directions in the incident direction of the sound waves.
波動により対象物を観測する場合において、検出効率を向上させるために、対象物に反射強度を増強するための標識を付加している。 In order to improve the detection efficiency when observing an object by wave motion, a label is added to the object to enhance the reflection intensity.
このような、反射強度を増強するための標識として、直交した3面の平面反射板により構成された、入射波動を、波動の入射方向に逆行させる、コーナーリフレクターが知られている(非特許文献1参照)。 As a marker for enhancing the reflection intensity, a corner reflector is known, which is composed of three plane reflectors that are perpendicular to each other and causes an incident wave to travel in the opposite direction to the incident direction of the wave (Non-Patent Document 1).
このような、入射波動の進行を、反転させ、波動の入射方向に逆行させる動作は、再帰反射あるいはレトロリフレクション(retroreflection)と呼ばれている。 Such an action of reversing the progress of the incident wave and making it go backward to the incident direction of the wave is called retroreflection.
また、3面の平面反射板を直角2等辺三角形とするコーナーリフレクターも、光学の分野において知られている(非特許文献2参照)。 In the field of optics, a corner reflector is also known in which three planar reflectors are right-angled isosceles triangles (see Non-Patent Document 2).
直交した3面の平面反射板により構成された、公知のコーナーリフレクターによると、再帰反射を実現する入射角の範囲が限定され、辺縁方向からの入射波動に対しては再帰反射動作は実現されない。 According to the known corner reflector, which is composed of three orthogonal plane reflectors, the range of incident angles that achieve retroreflection is limited, and no retroreflection operation is realized for incident waves from the edge direction. .
そこで、通常はこの対策のために、種々の方向を向かせた複数のコーナーリフレクターを併設し、広い空間に対応することとなるが、広い範囲からの入射波に対応するためには多数のコーナーリフレクターを必要とする。 Therefore, in order to deal with this problem, multiple corner reflectors facing various directions are usually installed side by side to support a wide space. Requires a reflector.
そこで本発明は、直交した3面の平面反射板により構成される、コーナーリフレクターにおける各反射板を三角形とし、3面の反射板により形成される三角錐空間を形成し、該三角錐空間内を、対象空間における音波伝搬速度よりも低い音波伝搬速度を有する媒体により充填する構成とする。 Therefore, in the present invention, each reflector in a corner reflector, which is composed of three plane reflectors that are perpendicular to each other, is triangular, a triangular pyramidal space formed by the three reflectors is formed, and the triangular pyramidal space is filled with , is filled with a medium having a sound wave propagation speed lower than the sound wave propagation speed in the object space.
公知のコーナーリフレクターは、図1に示すように3面の直角2等辺三角形反射板α、β、γにより形成される三角錐構造CR0であり、CR0の開口部である三角形開口面SP0を経由して、波動が入射あるいは再帰反射する。 A known corner reflector is a triangular pyramid structure CR0 formed by three right-angled isosceles triangular reflectors α, β, γ as shown in FIG. Wave motion is incident or retroreflected via
このような公知のコーナーリフレクターに入射した波動SAは、図2に示すように3面の反射板全ての反射を経由することにより、三次元空間内の任意の方向からの入射波動は、該波動の入射方向へ反射波SCとして逆行することから、再帰反射が実現される。 A wave S A incident on such a known corner reflector is reflected by all three reflectors as shown in FIG. Retroreflection is achieved because the reflected wave S C travels backward in the incident direction of the wave.
従って、図3に示す三次元対象空間1に対する再帰反射の実現は、入射波動が3反射面の全てを経由する必要条件と、三角錐構造CR0の幾何形状とにより、図3に示す再帰反射実現範囲内に制限さる。 Therefore, the realization of retroreflection on the three-dimensional object space 1 shown in FIG. Restricted within the scope of realization.
この、再帰反射実現範囲は、三角錐構造CR0の中心軸である直線oG方向に対してほぼ+55度と-35度の範囲となる。 This retroreflection realization range is approximately +55 degrees and −35 degrees with respect to the direction of the straight line oG, which is the central axis of the triangular pyramid structure CR 0 .
公知構成CR0において、直線oG方向からの入射角度に対する再帰反射強度の変化を、三角形開口面SP0の前面に展開する半空間につき数値計算し、等高線表示すると図4となる。
In the known configuration CR 0 , the change in retroreflection intensity with respect to the angle of incidence from the straight line oG direction is numerically calculated for the half space developed in front of the triangular
図4の結果から、公知構成においては、開口面SP0の正面方向(oG方向)に対して約55度(方向によっては約35度)の範囲内にのみ再帰反射は実現され、三角錐構造CR0のx,y,z軸方向である図4における点x,y,zが再帰反射の限界角度となる。 From the results of FIG. 4, in the known configuration, retroreflection is realized only within a range of approximately 55 degrees (approximately 35 degrees depending on the direction) with respect to the front direction ( oG direction) of the aperture surface SP0, and the triangular pyramid structure The points x, y, and z in FIG. 4, which are the x , y, and z axis directions of CR0, are the limiting angles of retroreflection.
そこで本発明においては、3面の反射板により形成される三角錐空間内を、対象空間における音波伝搬速度よりも低い音波伝搬速度を有する低音速媒体により充填する構成とする。 Therefore, in the present invention, the triangular pyramidal space formed by the three reflectors is filled with a low sound velocity medium having a sound wave propagation speed lower than that in the target space.
このように本発明は、低音速媒体により充填する構成とし、対象空間と充填財との音速差による、両者の境界面における音波の屈折を利用することにより、広い入射角に対して再帰反射を実現可能とする。 In this way, the present invention is configured to be filled with a low sound velocity medium, and by utilizing the refraction of sound waves at the interface between the target space and the filler due to the difference in sound speed between the two, retroreflection is achieved for a wide range of incident angles. Make it feasible.
本発明は、3面の直角三角形反射板により形成される三角錐空間内を、対象空間における音波伝搬速度よりも低い音波伝搬速度を有する低音速媒体により充填する構成とすることにより、最良の形態が実現される。 The best mode of the present invention is to fill the triangular pyramid space formed by the three right-angled triangular reflectors with a low sound velocity medium having a sound wave propagation velocity lower than the sound wave propagation velocity in the target space. is realized.
本発明は、図5のCRに示すように、3面の直角2等辺三角形反射板α、β、γにより形成される三角錐空間内に、対象空間における音波伝搬速度よりも低い音波伝搬速度を有する低音速媒体を充填することにより構成された反射体であり、充填媒体の表面である平面開口面SPを経由して音波が入射あるいは再帰反射する。 In the present invention, as shown in CR in FIG. 5, a sound wave propagation velocity lower than the sound wave propagation velocity in the target space is generated in the triangular pyramid space formed by the three right-angled isosceles triangular reflectors α, β, and γ. It is a reflector constructed by filling a low - temperature medium with a low sound velocity medium, and a sound wave is incident or retroreflected via a planar aperture surface SP, which is the surface of the filling medium.
本発明による構成である、図6の2に示す低音速媒体を充填する構成においては、図6の入射角(θin)と出射角(θout)として示すように、対象空間と充填財との音速差による、開口面における屈折により音波伝搬方向が偏向される。 In the configuration according to the present invention, which is filled with a low sound velocity medium shown in 2 of FIG. The direction of sound wave propagation is deflected by refraction at the aperture plane due to the sound velocity difference of .
図6において、C0>C1とすると、波動の屈折条件から、入射角(θin)と出力角(θout)との関係は、sin θin /sin θout =C0/C1となり、θin >55度となる。 In FIG. 6, if C 0 >C 1 , the relationship between the incident angle (θ in ) and the output angle (θ out ) is sin θ in /sin θ out =C 0 /C 1 from the wave refraction condition. , θ in >55 degrees.
従って、図7に示す、対象空間1を水中とし(音速C0:1500m/s)、低音速媒体2をシリコンゴムと想定(音速C1:900m/s)する数値計算結果に見られるように、再帰反射を実現する入射角度範囲は低音速媒体2の充填により大幅に拡大される。
Therefore, as can be seen from the numerical calculation results shown in FIG. , the incident angle range for achieving retroreflection is greatly expanded by filling the low-
このように、本発明により、開口面SPの正面方向に対してほぼ90度方向まで再帰反射領域は広角化され、SPの前面ほぼ全ての方向からの入射音波を再帰反射可能となる。 Thus, according to the present invention, the angle of the retroreflective area is widened to approximately 90 degrees with respect to the front direction of the aperture surface SP, and incident sound waves from almost all directions in front of the aperture surface SP can be retroreflected.
本発明による他の構成は、充填する低音速媒体2を、対象空間1における音波伝搬速度よりも低い音波伝搬速度を有する固体材料とする。
Another configuration according to the invention is that the filling
対象空間1を水中(音速:1500m/s)とすると、低い音波伝搬速度を有する固体材料としては、シリコンゴム(音速:900m/s)等がある。
Assuming that the
このように、低音速媒体2を固体材料とすることにより、再帰音波反射体の機械的強度が向上する。 Thus, by making the low-frequency medium 2 a solid material, the mechanical strength of the retrosonic wave reflector is improved.
本発明による他の構成は、充填する低音速媒体2を、対象空間1における音波伝搬速度よりも低い音波伝搬速度を有する液体材料とする。
Another configuration according to the invention is that the filling low-
対象空間1を水中とすると、低い音波伝搬速度を有する液体材料としては、シリコンオイル(音速:760m/s)あるいは四塩化炭素(音速:930m/s)等がある。
Assuming that the
このように、充填する低音速媒体2を液体材料とする構成においては、開口面に音響透過率の高い薄膜を配置し、低音速媒体2を対象空間1から分離して保持する。
In this way, in the configuration in which the low
このように、低音速媒体2を液体材料とすることにより、その低音速性により、開口面における屈折角を更に大きくし、再帰音波反射体の更なる広角化が可能となる。
In this way, by using a liquid material for the low-
本発明による他の構成は、充填する低音速媒体2よりも音響インピーダンスが大幅に高い材料により平面反射体α、β、γを、構成する。
Another configuration according to the invention consists in constructing the planar reflectors α, β, γ of a material with a significantly higher acoustic impedance than the filling
低音速媒体2を樹脂あるいは液体材料とすると、平面反射体を構成する高音響インピーダンス材料ととしては、鉄(音響インピーダンス:45x106kg/m2/s)あるいはアルミニューム(音響インピーダンス:17x106kg/m2/s)等の金属材料が有効に選択される。
If the low-
本発明による他の構成は、充填する低音速媒体2よりも音響インピーダンスが大幅に低い材料により平面反射体を、構成する。
Another configuration according to the invention consists in constructing the planar reflector from a material that has a significantly lower acoustic impedance than the filling
低音速媒体2を樹脂あるいは液体材料とすると、平面反射体を構成する低音響インピーダンス材料ととしては、空気等の気相平界面あるいは、独立気泡スポンジ等の含気複合材料が有効に選択される。
If the low-
本発明による他の構成は、図8に示す、本発明による再帰音波反射体CRを要素とし、該要素の4要素を、各要素における直交3平面の1交差軸を共通軸として接合させることにより形成される、4要素による再帰音波反射体3である。 Another configuration according to the present invention is obtained by using the retrosonic wave reflector CR according to the present invention shown in FIG. A four-element retro-sound reflector 3 is formed.
このような構成によると、図9に示すように、180度を超える、さらに広い再帰反射領域が実現される。 With such a configuration, as shown in FIG. 9, a wider retroreflective area exceeding 180 degrees is realized.
一方、低音速媒体を充填しない、公知構成CR0を要素とする構成4の場合には、図10に示す方位特性となり、図8に示す4要素による形状を採用しても、正面方向(a方向)への再帰反射強度が低下することとなり、広域への対応が不可能となる。
On the other hand, in the case of
本発明による他の構成は、図11に示す、3枚の平板反射体A,B,Cを組み合わせることにより図8に示す4要素による再帰音波反射体を構成する。 Another configuration according to the present invention is to construct a retrosonic wave reflector with four elements shown in FIG. 8 by combining three flat plate reflectors A, B, and C shown in FIG.
このような構成法によると、少ない部材数により、4要素による複合再帰音波反射体を簡単に構成することが可能となる。 According to such a construction method, it is possible to easily construct a composite retrosonic wave reflector with four elements using a small number of members.
本発明による他の構成は、図12に示すように、4要素による再帰音波反射体を、表裏両面に配置することによる8要素による再帰音波反射体5である。
Another configuration according to the present invention is, as shown in FIG. 12, an eight-element
このような構成によると、三次元の全周囲空間に適応する、再帰音波反射体が実現される。 Such a configuration provides a retro-sound reflector that adapts to all three-dimensional surrounding spaces.
本発明による他の構成は、図13に示す、4枚の平板反射体A’,B’,C’、D’を組み合わせることにより図12に示す8要素による複合再帰音波反射体を構成する。 Another configuration according to the present invention is to construct a composite retrosonic wave reflector with eight elements shown in FIG. 12 by combining four flat plate reflectors A', B', C', and D' shown in FIG.
このような構成によると、少ない部材数により、8要素による複合再帰音波反射体を簡単に構成することが可能となる。 According to such a configuration, it is possible to easily configure a composite retrosonic wave reflector with eight elements with a small number of members.
本発明による再帰音波反射体を利用することにより、再帰反射の広角化を実現し、水中土木工事等における超音波による観測において、対象物の位置あるいは形状を遠方において明瞭に把握可能となる。 By using the retrosonic wave reflector according to the present invention, a wide angle of retroreflection is realized, and the position or shape of an object can be clearly grasped from a long distance in observation by ultrasonic waves in underwater civil engineering work or the like.
1 対象空間
2 低音速媒体
3 4要素による広角再帰音波反射体
4 4要素による再帰音波反射体(低音速充填材なし)
5 8要素による広角再帰音波反射体
1
Wide angle retro sound wave reflector with 5 8 elements
Claims (11)
11. An eight-element retrosonic wave reflector characterized by comprising a combination of four flat plate reflectors.
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