(57)【要約】パラボリック形送信機（１）及びパラボリック形受信機（３）を利用して水中を探査するための方法である。これらの送信機（１）及び受信機（３）は両方とも下側が開き海水面の下に浸漬されている。送信機（１）の両方の電極（１５）間に発生する電気的ブレイクダウン放電は、一次信号及び「キャビテーションバブルパルス」と呼ばれるパルスを発生する。この方法は、遅延時間（ｔ）及び結果として送信機の音響効率を最適化するように「スパークギャップ」の値（電極間の距離ｄ）を適当に調整して、静電気エネルギーをバブル内破信号に転送することによって、一次信号（１３”）を妨げるようにキャビテーションバブルの内破によって引き起こされる信号（２３）を高めることにある。
2006506637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バブル内破効果を利用する水中探査用の音響エコーグラフ法であって、
水中に浸漬され底面が開放しているパラボリック形送信機（１）を実現するステップであって、前記送信機はエネルギーが前記送信機の壁を通って分散するのを防ぐのに十分な厚さを有すると共に、焦点（Ｆ）に関して対称的に配列された２つの電極（１５）間に現れる電気放電が発生したバブルの膨張が、前記送信機（１）が形成した放物面の壁によって妨げられないように十分に長く選択される所定の焦点距離を与え、前記電極（１５）は前記電極を結合する線の方向に調整可能であって、前記電極の相互距離（ｄ）を増加又は減少することを可能にするステップと、
底面が開放し、水中に浸漬されると共に受信機（３）のほぼ焦点に配列される圧力センサ（１７）を有するパラボリック形受信機（３）を実現するステップと、
静電気エネルギーを前記電極（１５）に供給し、電気的トリガ信号を受信機手段（４）に送信する、制御機能及びエネルギーを供給する機能を有する電子ユニット（２）に前記送信機（１）を接続するステップと、
受信された信号に関連したオシログラム形の図を得るため、及び／又は前記受信された信号の音像を取得するために、前記受信機（３）をデータ処理手段及びディスプレイ手段（４，５，６，７，８）に接続するステップと、
ある値の静電気エネルギー（Ｅ）が電極（１５）に供給されると仮定し、かつ水中にある程度の濃度の塩分があると仮定する場合、前記２つの電極（１５）間の距離（ｄ）は、最大遅延時間（ｔ）がブレイクダウン電気放電の発生と同じ放電の間に形成されたバブルの内破による信号との間に得られるように調整され、前記バブル内破信号の前記最大遅延時間は、静電気エネルギー（Ｅ）と前記バブル内破信号（２３）の音響エネルギーとの間の比率によって与えられた最大音響効率の値と明確に相関され、かつこれらの条件のもとで、前記ブレイクダウン放電によって直接発生された一次信号（１３”）の振幅が最小にすなわち無視できるようになる、最後のステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記受信機（３）と前記送信機（１）との間の距離及び／又は前記エネルギー（Ｅ）が海底の下の調査が行われる領域の深さに基づいて探査動作の間に全て調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極がタングステンから作られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記使用される圧力センサ（１７）が、例えば約４００ｋＨｚの値まで平坦な周波数応答を有する圧電セラミックから作られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
海底、堆積物、考古学的な発見物、及び／又は海底からある距離の水中に浸漬された物体上のバブル内破信号の反射によって発生されたエコーをより良く受信するために、前記受信機（３）の向きを変化することができることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
音像を得るために平行な直線に沿って実行される様々なスキャニング動作を含む、及び／又は仮想の物体又は検出、分析、若しくは表示される可能な考古学的な発見物を通過する縦方向の線上に存在する位置を含む横方向の線に沿って得られた幾つかの測定値を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
マップの形態で、すなわち音響強度などの音響パラメータの平面又は三次元分布として得られた前記音像が、高分解能の音像を提供するに適した、実験室のベースンの中の縮尺模型上で開発された信号処理用ソフトウェアによって導き出され、かつ選択された模型の縮尺及び周波数領域は、物理的な類似性の検討に基づいて、実際の条件を含むように結果を推定することができることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
先行する請求項のいずれかに記載のバブル内破効果に基づいて、音響エコーグラフ法を実行する装置であって、
調節手段（１９）によって調整することができる相互距離において対向するように、焦点（Ｆ）に対してほぼ対称的に配列された２つの電極（１５）に静電気エネルギー（Ｅ）を供給するために使用される制御ユニット（２）と接続されたパラボリック形送信機（１）と、
適切なトリガ信号によってトリガされるデータ処理及び表示手段（４，５，６，７，８）に接続され、受信機（３）のほぼ焦点に配置された圧力センサ（１７）を含むパラボリック形受信機（３）と、
を備え、
前記電極（１５）間の相互距離（ｄ）が請求項１〜７の方法に基づいて調整され、前記送信機（１）の壁の厚さにより、前記受信機（３）に向かって直接送信される前記壁を通過するバブル内破信号がほとんど無視できるようにされ、かつ前記送信機（１）の焦点距離が、バブルが最大寸法（Ｒ）に達するまでバブルの形成を妨げないように選択される、
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記電極（１５）がタングステンから作られることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記調節手段（１９）がマイクロメータネジであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記センサ（１７）が約４００ｋＨｚまで平坦な周波数応答を有する圧電セラミックであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記電子ユニット（２）から送られた前記適切なトリガ信号によってトリガされる前記データ処理及び表示手段が、ＡＤＣフィルタ（４）、ＤＳＰマイクロプロセッサ用カード（５）、専用のパーソナルコンピュータ（６）、音像を見るための表示モニタ（７）、メモリ（８）、及びエコーを構成するアナログ信号をオシログラムの形式で表示するための可視化手段を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記パラボリック形送信機（１）が、適当な材料、例えばアルミニウムのブロックを形成し、任意の適当な形態、例えば円筒形の形態を取ることができるそのようなブロックを旋削することによって得られることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記受信機（３）が前記受信機の向きを変えることができる機械的な関節でつながったジョイントシステムを有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１５】
電気音響トランスジューサ（１；３）の相互距離を調整するための水平なガイドレールを有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、海底を探査（調査）するために使用される高出力で高分解能な超音波による方法に関し、さらに、本発明はその方法を実行する装置にも関係する。この装置は、探査信号を発生させるために電極間に放電を生じさせるように、その焦点の周りに適切に配置された一対の電極を有する、音波のパラボリック形（すなわち、放物面状）送信機を備えている。この装置は、形状は同様に放物面状でその焦点の中に配置された音圧センサを有し、また物体及び海底の堆積物の下に埋もれた他の不均一な物体によって反射された信号を収束するように送信機に適切に結合された受信機も備えている。この装置又は機器は単純化されているが、同時に、本願の同じ発明者によって発明され、幾つかの「国家的な」特許［出願人（米国を除く）：Consiglio Nazionale delle Ricerche；発明者：Cannelli G.B.及びD'Ottavi E.名称：「Echographic technique-based method and apparatus to detect structures and anomalies of the subsoil and/or sea bottom and the like」：米国特許第４，８９９，８４５号（１９９０年２月１３日）；欧州特許第０３２０４６６号（９２年６月１０日）；ドイツ特許第３８７１９２２号（９２年１２月３日）；カナダ特許第１，３１６，２４９号（１９９３年４月１３日）］の中で開示された超音波エコー図システムの革新的で改良された装置である。これらの特許は、深さが浅い土壌探査また特に考古学的な調査のためのみにうまく使用されてきた。
【０００２】
これに反して、本願のシステムは、海底調査を高分解能で行うように適切に案出されており、研究組織「Consiglio Nazionale delle Ricerche（ＣＮＲ）」の一部を構成する協会「Istituto di Acustica（O.M. Corbino）」において得られたごく最近の研究結果に基づいている。この研究結果では、対応する実験が、Laboratory of Underwater Acousticsの較正ベースン（calibration basin）を用いることによって、極めて好ましい状態で処理されている。
【背景技術】
【０００３】
幾つかの市販のソナー式の装置は、特に海洋地質学の分野で、海底及びその下側の層を探査するために使用される。この分野では、多数の研究が堆積物の性質及び分布に関する情報を得ようとしている。堆積物を通って伝搬する音波の動作は理解するには複雑であり、特に音響エネルギーの吸収は水柱（water column）におけるよりも、とりわけ高い周波数に対応する周波数帯域では一層大きいことが周知である。従来の音響システムは、海底堆積物の上層を探査するといった全ての可能な環境状況を満たすには不十分であると思われ、このことは、特に考古学的な研究目的の探査の間では事実である。現在では、この目的に対して、堆積物の中を貫通する十分な能力を持った高分解能の音響装置は存在しない。この種の研究を実行できるためには、音響探査パルスに関して次のような２つの重要な必要条件が存在するが、残念なことに、それらは相反することが多い。すなわち、１）まさに寸法が小さく、堆積物の上層の中に隠れてしまうような不規則性を可視化できるように高い分解能を得るために、高周波数が必要とされること、２）より深い部位を検出するために十分な透過率が必要とされることであり、このことは、より低い周波数及びより高い音響出力を使用する必要があることを意味する。このため、自由に使える広い帯域の周波数スペクトル（例えば、数ｋＨｚから数百ｋＨｚまで）及び同時に適当な音響出力を有する音響ソースを備える必要がある。実際に、市販の音響システムは、これらの要求事項を同時に満たすことはなく、結果としてそれらのシステムは、実験条件及び海洋の環境状況の広い範囲で使用できない。
【０００４】
「スパーカー（sparker）」式のパラボリック音響ソースに関しては、−それは前述したエコーグラフシステムの一部を形成し、単独で考えると、従来技術の他の特許の中で既に開示されている（Cannelli G.B、D'Ottavi E.及びSantoboni S.による「Electroacoustic pulse source for high-resolution seismic prospecting」という名称の米国特許第４，７３４，８９４号、１９８８年３月２９日；カナダ特許第１２５００４０号、１９８９年２月１４日；欧州特許第０２３０４１５号、９１年７月２４日；及び日本特許第８７５５／９２号、１９９２年２月１８日を参照のこと）−、電気スパークが発生した音波を十分に焦点に集めて、主軸に沿って伝搬した信号はある周波数帯域では高出力であるという特徴を示すが、下記の理由のために、それは海洋探査に関しては適当でないと思われる。そのソースが発生した音波は、「一次パルス」によって特徴付けられる。この一次パルスの後に、時間領域内に無作為に現れるキャビテーションバブル（cavitation bubble）による１つ以上の二次パルスが続く。これにより、堆積物の中に埋もれた物体に起因する、海底によって反射されたパルスを、ノイズとして現れたキャビテーションによる信号から識別することができる。この欠点は、先行するエコーグラフシステムが土壌の中に形成されたアンティークキャビティ（antique cavity）を検出することを防止しないことである。その理由は、そのシステムはどのような場合でも、前記キャビティを検出するために、キャビティの空気−土壌の界面によって反射された信号を、例えこの信号がキャビテーション効果によって妨げられても、受信することができるためである（例えば、この同じ発明者に対して交付された米国特許第４，８９９，８４５号、１９９０年２月１３日、の図７を参照のこと）。このため、本願の装置の同じ発明者は、他の発明者と一緒に、エコーグラフ装置の中に１つのパラボリックソースの代わりに適当に調整されたパラボリックソースのアレイを含ませることによって、一次信号に対するキャビテーション信号を最小にするように試みた。このことは、幾つかの国家的な特許の中でも開示されていた［Cannelli G.B.及びD'Ottavi E.、「Method of high-resolution sea bottom prospecting and tuned array of paraboloidal electroacoustic transducers to carry out such method」；日本特許第５−５０５２３５号（１９９３年８月５日）、米国特許第５，３９８，２１７号（１９９５年３月１４日）、欧州特許第０４９１７７５号（１９９５年２月２２日）；カナダ特許第２，０６５，４５７号（１９９８年７月１４日）］。このアレイによって、時間領域内の信号の改良が行われるが、それは音響効率が低いこと（放射された音響エネルギーと静電気の入力エネルギーとの間の比率として定義される）及び周波数帯域が高分解能に対してかなり制限されて不十分であることといった欠点を示している。後者は、海底堆積物の上層の中に隠れた小さな物体を検出するためには必須である。さらに、この装置は多数の送信トランスジューサを必要とするため、法外な費用がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、より高い音響効率、より大きな音響帯域、高分解能（堆積物の上層の中にある物体を識別するため）、高出力（海底の中へ透過するため）及び単純な構造（例えば、２つの電極間の電気放電をトリガ（起動）するために第３の電極を必要としないこと）を得ることを目的とする方法及び関連する装置を提供することである。
【０００６】
さらに別の目的には、商業的に極めて魅力的なレベルまで費用を低減させることが含まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、海底探査において使用される、下記のステップを含む音響エコーグラフ法によって達成される。すなわちこの方法には、
水中に浸漬され底面が開放しているパラボリック形送信機を実現するステップであって、前記送信機はエネルギーが前記送信機の壁を通って分散するのを防ぐのに十分な厚さを有すると共に、焦点Ｆに関して対称的に配列された２つの電極間に現れる電気放電が発生したバブルの膨張が、前記送信機が形成した放物面の壁によって妨げられないように十分に長く選択される所定の焦点距離を与え、前記電極は前記電極を結合する線の方向に調整可能であって、前記電極の相互距離ｄを増加又は減少することを可能にするステップと、
底面が開放し、水中に浸漬されると共に受信機のほぼ焦点に配列される音響圧力センサを有するパラボリック形受信機を実現するステップと、
静電気エネルギーを前記電極に供給し、電気的トリガ信号を受信機手段に送信する、制御機能及びエネルギーを供給する機能を有するユニットに前記送信機を接続するステップと、
受信された信号に関連したオシログラム形の図を得るため、及び／又は音像を取得するために、前記受信機をデータ処理手段及びディスプレイ手段に接続するステップと、
ある値の静電気エネルギーＥが電極に供給されると仮定し、かつ水中にある程度の濃度の塩分があると仮定する場合、前記２つの電極間の距離ｄは、最大遅延時間ｔがブレイクダウン電気放電の発生と同じ放電の間に形成されたバブルの内破による信号との間に得られるように調整され、バブル内破信号の前記最大遅延時間は、静電気エネルギーＥとバブル内破信号の音響エネルギーとの間の比率によって与えられた最大音響効率の値と明確に相関され、かつこれらの条件のもとで、ブレイクダウン放電によって直接発生された一次信号の振幅が最小にすなわち無視できるようになる、最後のステップと、
が含まれる。
【０００８】
さらに、本発明は、装置の独立クレームの中で定義されているように、この音響エコーグラフ法を実際に実現するために利用される装置にも関係する。
【０００９】
音響エコーグラフ法及びそれぞれの装置の特定のまた好ましい限定されない変形例及び実施形態は、装置及び方法に関する独立クレームの主体を形成する。
【００１０】
本発明はここで図面を参照してより詳細に説明される。これらの図面は例証となる方法で示されているが、これらに限定されることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明者が行った研究の細部に入る前に、図１を参照しながら、本発明の装置を簡単に説明する。この装置は、電子制御ユニット２に接続された、音響ソースを形成するパラボリック形送信機１を含む。この送信機１は、受信機３から適当な距離だけ間隔を空けて配置され、この距離は探査の深さに従って調整可能である。放物面体の送信機１は、制御ユニット２の一部を構成する、図示されていないコンデンサバンク（コンデンサアレイ）によって付勢される。コンデンサバンクは静電気エネルギーを送信機１に供給し、送信機１は同じ電子制御ユニット２の補助によってそのエネルギーを音響エネルギーに変換する。受信機すなわち受信放物面体３は、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）４に接続される。このアナログ−ディジタル変換器４は、トリガ信号を制御ユニット２から電気信号の形式で受信し、専用のＰＣ６によって連続した処理を行うために、ディジタルデータをマイクロプロセッサ用カード（ＤＳＰ）５に送信する。ＰＣ６は、調査結果を検出された発見物９の音像の形式でモニタ７上に表示する。参照番号８は、データを記憶するために使用されるメモリを示す。発見物９は、海底１０の中の堆積物１１が形成した層の内部に埋もれている。参照番号１２は、海面を示す。この場合、下記の詳細な記述の中でさらに説明されるように、パラボリック形電気音響トランスジューサ１及び３は、下側が開き完全に水中に浸漬されていることに注意されたい。
【００１２】
ここで、本発明の基礎を形成する原理を説明する。この原理は、小形の模型上で行われた研究及び外洋で直面した実際の状態の両方から考え出された。
【００１３】
「キャビテーションバブル」上で発明者が行った組織的な研究から導き出された最近の結果により、「バブル内破（bubble implotion）」による解決策と呼ばれた、パラボリック形（すなわち、放物面状の）ソースによる技術の中で極めて好都合な解決策を発見することができた。実際に、パラボリック形ソースの電気機械的なパラメータを適切に選択することによって、静電気エネルギーのかなりの部分を１つのパルスに集中させること、より正確には、キャビテーションバブルを崩壊させることによって生成された、以前はノイズ（外乱）として考えられたこのエネルギーを正確にそのパルスに集中させることが可能となることが見出された。この新しい方法は、「アレイ」に基づいている従来の方法よりもより単純で一層有利であるように思われる。その理由は、新しい方法が、極めて広い周波数帯域を持つと共に、より大きなパワー及び効率を有する音響パルスを、１つのトランスジューサを用いて提供できるからである。このことは、実際に市販されたソナー式のどのような装置の中にも見出すことができない。従って、このシステムは、海底堆積物を探査（調査）するための２つの基本的な必要条件、すなわち、上層に埋もれた寸法が小さい物体を検出するための高い分解能、及び海底中により深く突き通すことが必要な場合の十分な出力、を満たすために好適である。さらに、本発明によるパラボリック形送信機１は、先行する従来技術のものよりも大いに単純で安価である。その理由は、主電極の間に挿入された第３の電極を必要としないからである。この第３の電極は、電気放電を引き起こすために、パラボリック形キャビティの中に含まれた絶縁性の液体を事前イオン化するために使用される（米国特許第４，７３４，８９４号を参照のこと）。実際に、本願の場合は、放物面体１は直接海水に浸漬され、海水はある程度導電性であるため、媒体を予備的にイオン化することなく電気放電を引き起こすことができる。
【００１４】
さらに、放物面状の受信用トランスジューサ３に関しては、以前のエコーグラフと比較すると、単純化及び改良がなされている。先ず第１に、本願のトランスジューサは、十分な液体を保持するために、従来技術の放物面の底部を閉じるために使用されるようなネオプレン薄膜を必要としないことである。その理由は、送信用の放物面体自身と同様に、本願の放物面体３も海水中に直接浸漬されるからである。その上、圧電センサに接続された複雑な機構は、音響信号を受信するために圧電センサを焦点の周りの最も適当な位置に配置することができ、このことは、土壌−常に完全な平面ではない−を探査する用途には必須のものであったが、現在では、機械的な関節ジョイント式のより簡単な外部装置に置き換えられている。この外部装置は、放物面体全体が水中に浸漬される場合、それを適当に方向付けることができる。受信機３側のこの関節ジョイントの部分は、図８に参照番号２１として示されている。
【００１５】
キャビテーションバブルの発生、成長、及び崩壊についての物理的な現象並びにパラボリック形のバブル内破ソースを実現することができる技術に関する簡単な説明がここで与えられる。
【００１６】
スパーカーの電気回路を閉じた後で、電気放電が放物面の焦点の両側に配置された２つの電極（図７）の間に閃光を発し、これにより、現れた極めて高い温度勾配の結果として、気化された液体の勢いのある膨張が引き起こされる。この衝撃波１３（「ブレイクダウン」）は、圧縮パルス及びそれに続く希薄化パルス（rarefaction pulse）の形態で、時間の関数としてオシログラム上に現れ、「一次」パルスと呼ばれる。従来のスパーカー装置では、そのパルスの振幅は、通常「キャビテーション」パルスと呼ばれる次に続くパルス１４よりも高いかそれに匹敵する（図２を参照）。適切に設計されたパラボリック形スパーカーのソースを使用して発明者が水中で行った第１の試験は、キャビテーションパルス１４に対する一次パルス１３の相対的な振幅を制御及び変化させる可能性を実証した。特に、複数のキャビテーション１４を最小にすることができ、これにより、送信された信号のいわゆる「痕跡」が２つのパルス、すなわち、一次信号１３’と不適切に「キャビテーション信号」と呼ぶ信号１４’（図３を参照）しか含まないように、痕跡を単純化することができる。第２のパルスの発生は、蒸気バブルの内破により正確に起因するものであり、本発明者自身が展開した理論的なモデルに基づいて説明され、実験に基づいた試験によって支持されている。このモデルを下記のように要約することができる。電気放電がプラズマを発生し、今度はこのプラズマが電極間を流れる電流を増加させると、液体の温度は僅か数立方ミリメータの体積の中で急激に増加する（電極間のスパークギャップ内に局所集中される）。このことが、初期の衝撃波を形成すると仮定される蒸気バブルの形成及び大きさの急激な増加の原因となる。一次信号を増加させる現象のこの最初の部分は持続時間が極めて短く、蒸気バブルの慣性による遅い膨張がその後に続く。この膨張は極めて小さい寸法から始まり、半径の最大値Ｒに達するまで膨張する。この直後に、バブルが最大値Ｒと比べた場合無視できるほど小さい点状の大きさに再び達するまで、バブルはその中心に向かって次第に増加する速度で崩壊し始める。この時点で、実際の破裂として現れる付随する圧力の増加が伴う、激しい反転動作が発生する。これはいわゆるバブルの崩壊であり、「バブル内破パルス」と呼ばれる第２のパルスを発生する。このバブル内破パルスは、バブルの中心に向かうバブル壁速度（bubble wall velocity）がバブル内に含まれた飽和蒸気の中で音速に匹敵する値に到達したときに発生する。
【００１７】
パラボリック形のバブル内破ソース、すなわち、蒸気バブルの崩壊によって発生した第２のパルスの中にほとんど全てのエネルギーを集中させるに適したトランスジューサを得るためには、電気機械的なパラメータが適切に変更されたパラボリック形のトランスジューサに対して、海水のベースン(basin)の中で、その後実験室のベースンの中で行われた試験によって、発明者が導き出した実験的に確立した設計図を利用することが必要である。この例は、図４で与えられる。図４は、静電気エネルギーの値は同じ（一定）にして、電極間の距離の様々な値（スパークギャップ）に対して、パラボリック形のスパーカーソースが送信した一連の音響信号（時間の関数としての音圧の相対的な振幅）を示す。１０ｍｍを超えるスパークギャップの値に対して、オシログラムは僅か１つのパルス、すなわち、蒸気バブルの内破に起因する１つのパルスしか示さず、また一次（すなわち、ブレイクダウン）パルスは完全に無視できることが分かる。しかしながら、３０ｍｍの限界値を超えるスパークギャップの値に対しては、前者の信号は消えている。その理由は、この環境では、蒸気バブルを発生させるために必要な温度勾配を生成するための条件が、もはや存在しないためである。スパークギャップが１０ｍｍ未満の場合、一次（ブレイクダウン）信号が同じように現れて、この信号がシステムに供給された静電気エネルギーの一部を消費するため、蒸気バブルに利用可能なエネルギーを減少させてしまう。
【００１８】
蒸気バブルの中に蓄積され、崩壊が発生する瞬間に照射される音響エネルギーの形態でほぼ戻される機械的なエネルギーにリンクされた重要なパラメータは、いわゆる「遅延時間」、すなわち、ブレイクダウンとバブルパルスの発生との間の時間間隔である。この時間間隔は、送信用トランスジューサの音響効率と相関される。図４では、例えば、スパークギャップが２５ｍｍに等しい場合、遅延時間が最大になり、これは振幅が最大のバブル内破信号にも相当する。図４に示したものに類似しているが、異なる値の静電気エネルギーに相当する、実験室のベースンの中で理想的な条件のもとで組織的に行われた試験から得られた様々なオシログラムを分析することによって、図５のグラフ及び水の塩分の異なる条件のもとで得られた同様のグラフ（図示せず）の中に要約することができる実験に基づく関係を導き出すことができた。この実験による法則は、バブルの理論的なモデルによって確認されており、システムに送られた様々な値の静電気エネルギーに対する遅延時間を、電極間の距離の関数として示している。図５の曲線は、図４の試験を実行するために海水の中で使用されるトランスジューサと比較すると寸法が小さいパラボリック形のトランスジューサに対応する。その理由は、前者のトランスジューサは、試験を実験室のベースンの中で行う場合、はるかに扱いやすいからである。
【００１９】
さらに、実験室のベースンの中に含まれる塩分濃度は、海水の濃度よりも少なかったが、図５のグラフに示した法則の一般的な妥当性を少しも無効にすることはない。その理由は、図５のグラフは、水の塩分濃度が高くなる場合は、スパークギャップの値をより高い方に単に平行移動されるためである。同図は、静電気エネルギーの値（Ｅ＝（１／２）ＣＶ2）の代わりに、電気制御ユニットが使用するコンデンサアレイ（コンデンサバンク）のキャパシタンスＣの値も示している。しかしながら、この静電気エネルギーの値は、スパーカーの電極に加えられた電位差Ｖ＝２２５０Ｖの知識によって容易に得ることができる。時間遅延及びその結果としてのトランスジューサの音響効率は、電極間に存在する距離の単調な関数ではなく、逆にこの時間遅延はスパークギャップの明確な値に対して最大値に達することは注目することができる。このスパークギャップの値は、容量−すなわちエネルギー−が増加するとスパークギャップのより大きな値に向かってシフトする。これらの実験に基づく結果は、下記の理論的な関係式に一致している。
η＝５．４５５ｔ3［ｐ−ｐｖ（Ｔ）］5/2／（ρ3/2Ｅ）        （１）
関係式（１）は、温度Ｔにおける環境の圧力とバブル内の飽和蒸気の圧力との間の差分ｐ−ｐｖ（Ｔ）、液体の密度ρ、及び遅延時間ｔの関数として、（照射された音響エネルギーも考慮して）バブルの中に蓄積された機械的なエネルギーの中の電気エネルギーＥの変換効率ηを表す。遅延時間に効率が高く依存していることは、直接的に明白である。この関係式は、本発明者によってより簡単な式から導き出され、初期の半径Ｒから始まり無視できる大きさにその寸法が減少するまでの、飽和蒸気のバブルの崩壊時間を与える。これは最初、紅茶用のやかんの中に形成された蒸気のバブルから放射された音を説明するために、Lord Rayleighによって得られた（Lord Rayleighによる「On the pressure developed in a liquid during the collapse of a spherical cavity」、Phil.Mag. （１９１７）、３４巻、ページ９４〜９８、を参照のこと）。
【００２０】
要約すると、関係式（１）は、システムに供給された同じ静電気エネルギーに対して、また一定の圧力及び温度に対して、時間遅延の増加がバブル内に蓄積された機械的なエネルギーの中の電気エネルギーＥの変換効率を顕著に増加させる原因となることが分かる。ここで、機械的なエネルギーには、ソースの音響効率が含まれる。このため、「ｔ」を最大化することは、バブル内破ソースの効率を最適化するために本発明の方法が準拠する基本原理を構成する。このソースを実現するために、一般に、次の方法が行われる。壁を通過するエネルギーの分散を防ぐために十分な厚さを有し、バブルが放物面体の壁によって妨げられずに焦点の周りに自由に成長できるように十分長い（例えば、３ｃｍ以上）所定の焦点距離を有する金属の放物面体を製造した後で、２つのタングステンの電極が設けられる。これらの電極は、マイクロメータネジによる適当な外部手段を用いて、焦点を調整することができる。２つの電極間の距離「ｄ」（ｍｍ表示）は、この目的のために図５のグラフ（横座標＝スパークギャップ；縦座標＝遅延時間（ｍｓ））に示した法則を利用して、また水の他の塩分濃度の条件に基づいて得ることができるさらに別のグラフを利用して、音響効率すなわち遅延時間を最大にするように選択する必要がある。供給エネルギーの値（電極に与えられた電位差を固定した後の明確なキャパシタンスの値に相当する）が一旦選択されると、遅延時間の最大値に相当するスパークギャップの値がグラフから得られる。
【００２１】
本発明の全ての可能な具体化の例証となるが拘束されることはない実施例として、図６の写真で示した実験用の試作品の特徴を説明する。図６は、「Laboratorio di Acustica Subacquea」（水中音響学用ラボ）の較正用ベースンの端部に配置された送信及び受信用のトランスジューサを示す。この試作品は、海底考古学の用途に対して適切に作られており、数メータから数十メータまでの間隔から成る海底下の深さをカバーする。このため、２つのトランスジューサ間の距離は、海中の探査の間にかなり小さい値（約５０ｃｍ）に調整される。探査の深さをより大きくするためには、トランスジューサを妥当な支持体すなわち機械的なガイド上をスライドさせることによって、この距離を適当に増加させる。図７に概略的に示した送信用トランスジューサ１は、次の幾何学的な寸法、すなわち、高さ＝１１ｃｍ；ベースの内側の直径＝２０ｃｍ；焦点距離＝１０ｃｍ、を有している。タングステン電極１５は半球形の形状であり、半径は５ｃｍである。さらに、これらの電極は、同じトランスジューサを用いて海水（塩分濃度＝３．４％）の中で実行された試験を示す図４のオシログラムからも分かるように、７２０ジュールに相当するエネルギーに対して最大の遅延時間を発生するように、互いにから距離ｄ＝２５ｍｍ離して配置されている。
【００２２】
放物面体は、アルミニウム（寸法：１１ｃｍｘ２２ｃｍ）の重厚なシリンダ１６を旋削することによって得られた。これにより、この放物面体は、壁を通って後方に透過することによる音響エネルギーの分散を防止するに十分な厚さであった。図８に概略的に示した受信用トランスジューサも同様にアルミニウムから作られ、次のような幾何学的な寸法、すなわち、高さ＝２２ｃｍ、ベースの内側の直径＝２０ｃｍ、焦点距離＝１．２ｃｍ、肉厚＝約１ｃｍ、を有する。焦点に配置されたセラミック１７の周波数応答は、約４００ｋＨｚまで平坦である。ここで、図７及び図８に注意を向ける。これらの図面において、参照番号２０は水で占められたパラボリック形の内部領域を示し、参照番号１８は電極の絶縁コーディング、参照番号１９はスパークギャップ調整ネジ、参照番号１６はソース（すなわち、送信機１）の放物面体を形成するアルミニウムのブロックを示し、さらに、参照番号２１は受信機３を方向付けるための機械的なジョイントを動かすために使用するカプリング手段を示す。参照番号２２は、水で占められた受信機３のパラボリック形の内部領域を示す。図９のグラフは、「バブル内破式」トランスジューサの試作品が発生した、それぞれ時間領域（ａ）及び周波数領域（ｂ）における音波の典型的な特徴を示す。信号は、前述した受信用放物面体３を用いることによって、放物面体１の軸に沿って１メータの距離で検出された（この時、放物面体１は実験室の較正用ベースンの水中に浸漬されていた）。この事例では、供給された静電気エネルギーは５０６ジュールに等しく、印加された電位差は２２５０Ｖであり、一方キャパシタンスは２００μＦの値に固定された。トランスジューサ１が照射したほとんど全ての音響エネルギーがバブルの内破による第２のパルス２３に集中されるのに対して、一次（すなわち、ブレイクダウン）信号１３”はほぼ無視できることが明らかに理解できる。さらに、周波数スペクトルは、約５０ｋＨｚまで低下した極めて強いスペクトル成分、及び１００ｋＨｚから約４００ｋＨｚまでの、変動が数ｄＢ内の広くほとんど平坦な周波数間隔を示す。ソナー式のどのような市販の装置も、広く同時に海底に浸透するために必要な低い周波数において極めて強い成分に富んだ周波数帯域を発生することはできない。
【００２３】
図１０（ａ）には、実験室のベースンの中で得られた典型的な試験結果が図示されている。この状態では、超音波システムの全体が深さが６メータのベースンの底から上の約１．５ｍの水中に浸漬された円筒形の標的（直径＝１４ｃｍ）の上を探査するように配置された。時系列順に、一次信号１３”’；受信用の放物面体の壁によって横方向に受信及び減衰されたバブル内破信号２３’；標的のエコー２４；及び最後にベースンの底によるエコー２５が存在することに気付く。
【００２４】
このオシログラムは、標的の上をスキャンする間に行われた２９個の測定値の組の一部を構成し、標的を縦方向に通過するエコーグラフの位置に相当する。しかしながら、標的の音像を得るためには、標的に対して行われる全てのスキャニング動作の全信号を十分に処理することが必要である。図１０（ｂ）は、この方法で得られた信号を適当に処理（「ビーム形成」）した後の標的の音像を示す。このために、本願の発明者は、高分解能の音像を提供するに適した、このエコーグラフ用の信号処理ソフトウェアを開発した。これらの音像には、海底の巨視的な異形及び実験室のベースン内の縮尺模型を用いて行われるシミュレーション実験用の小形の標的に関する像が含まれる。後者の場合では、模型の縮尺及び周波数領域は、物理的な類似性の検討を行って、結果を実在の事物に適用できるように推定できる方法で選択される。実際に、これらの実験のカテゴリーは関係する縮尺及び周波数帯域とは異なるが、それらは共通した同じ物理的な取り組み方を有する、すなわち、適当なセンサによって検出可能な情報を提供するに適した音響エネルギーを拡散及び反射させる関連する物体及び構造体との音波の相互作用を有する。この情報がマップの形式で、すなわち、適当な音響パラメータ（例えば、音響強度）の平面又は三次元的な分布として与えられる場合、分析される（又は検出される）物体の形状及び構造と直接的な相関を有するいわゆる音像が得られる。図１１には、浅い海のベースンの中で本発明のエコーグラフを用いて行われたスキャニングによって得られた音像の２つの例が示されている。これらの像は、相互の距離が５ｍの位置で行われた２つの平行したスキャニング動作に関連する。これらの図面では、海底２６の下側にある幾つかの不均一体、特に、両方のスキャニング像の中に現れ、海底の約１．５ｍ下側に埋もれたアーチ状の構造体２７を見ることができる。このアーチ状の構造体は、恐らく、現在は堆積物の中に埋もれているローマ時代の港の古代の建物の一部を形成していたものである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
最後に、本発明が有効に利用される最も重要な用途について記載する。このシステムは、海底の浅い深さ（０〜５０ｍ）及び中程度の深さ（５０〜１００ｍ）、又は適切に設計されある大きさに作られる場合は、一層大きな深さで探査を行うことができるように多目的に使用できる。
【００２６】
このシステムは、主として、海の堆積物の中の異形及び不均一性の探査を可能にするために、また海底に埋もれた金属の団塊又は考古学上の発見物の探査に関する鉱物学的な用途などの、堆積物を含む全ての用途に対して考え出されている。
【００２７】
しかしながら、このシステムは、高い分解能及び出力が長距離を信号が伝搬するために必要とされる海洋学的な探査にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるエコーグラフ装置の全体的な概略図である。
【図２】従来の「スパーカー」ソース（送信機）が発生した時間領域内の音波である。
【図３】パラボリック形の「スパーカー」ソースが発生した、第１の信号及び第２の信号のみから構成する時間領域内の音波である。
【図４】電極間の様々な距離（「スパーカーギャップ」）ｄに対して本発明のパラボリック形（すなわち、放物面状の）ソースが放射した、時間領域内の幾つかの音響信号である。
【図５】コンデンサバンクの容量値（Ｃ）を固定し、また一次パルスとバブルの内破との間の遅延時間を最大にする、又は換言すると、音響ソースの効率を最大にする距離の値（ｄ）を選択した後で、「バブル内破」式の放物面状のスパーカーソース（すなわち、送信機）を設計できるようにする、実験的に確立された関係式である。
【図６】発明者がLaboratory of Underwater Acousticsのベースン上に据え付けたエコーグラフ装置の実験用の試作品である。
【図７】図６に示した実験用の試作品の一部を形成する、「バブル内破」式のパラボリック形（すなわち、放物面状の）ソース（送信機）の垂直面に沿った概略断面図である。
【図８】図６に示した実験用の試作品の一部を形成する、パラボリック形受信機の垂直方向の概略断面図である。
【図９】それぞれ時間領域（ａ）及び周波数領域（ｂ）において、パラボリック形送信機が発生した「バブル内破」式音波の特徴を示す図であり、図９（ａ）はボルトの振幅を示し、図９（ｂ）はｄＢ（縦軸）によって相対振幅を示す図である。
【図１０】実験室のベースン内で実行された典型的な試験の実施例を示す図である。ここで、Ｔは音像がＢで示されたベースンの底部から一定の距離において水中に浸漬されたチューブの音像を示す。特に図１０（ａ）の音響パルスは、装置（エコーグラフ）の位置が目標（Ｔ）を通過する垂直面に沿って取り込まれた状態を示し、図１０（ｂ）は、「音像」Ｔ及びＢを再構成することを可能にする２９個の完全なスキャニングの測定値から得られた。
【図１１】浅い海底において行われた２つの平行した探査動作の結果を、音像の形式で示す図である。これらの結果は、恐らく古代ローマの港の建物の一部を構成する、海底の約１．５メータ下側で捜し出されたアンティークなアーチ状の構造体が存在していることを強調している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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