なぜ、赤外線通信は光が遮られると通信出来なくなる？

質問

赤外線通信について、お伺い致します。
自分の知っている赤外線通信は「携帯電話のＩＲ通信」や「テレビリモコン」などですが、これらは光が遮られると（肉眼では見えませんが）通信出来なくなると思うんですが、なぜですか？
「赤外線＝電磁波の一種」なので、多少遮られても問題無い様にも思えるのですが、どうでしょう。
きっと、自分の赤外線に対する理解の仕方が間違っていると思うのですが・・・

回答No.8

oyaoya65 · ベストアンサー

#2,#5,#7です。

A#7の補足の質問について
>赤外線でデータ通信を行う場合、どの様にデータのやりとり（送受信）をしているのですか？

>自分で思っていたのは、赤外線通信も電波と同じ様に搬送波にデータを乗せて、変調して送信⇔受信だと思っていたのですが、違いそうですね。

>ひょっとして、光のON⇔OFFでデータのH⇔L（0⇔1）を認識してたりするのですか？
高速なデータは搬送波（赤外線）を１でON(送り出す)、0でOFF（遮断）して通信するオンオフキーイング(OOK)方式ですね。デジタルデータの0/1をそのまま光のON/OFFとして通信します。
1と0を何ビットか組み合わせて何通りかの振幅に対応させたり位相に対応させることで従来の変調方式にも対応させられます。
光の強弱による変調も可能ですが雑音の影響を受けやすく通信の品質を保証できませんので、基本は光（赤外線）のON/OFFのデジタル通信ですね。光ファイバー通信も光のON/OFFによるベースバンド変調方式ですね。
赤外線通信の規格にIrDA DATA規格があり、通信速度によって色々な規格が設けられています。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B5%A4%E5%A4%96%E7%B7%9A%E9%80%9A%E4%BF%A1

光通信方式では近赤外線（波長はおよそ0.7～2.5μm）を使います。可視光の光の波長に近いため光通信の技術や光素子の技術が使えることが理由です。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B5%A4%E5%A4%96%E7%B7%9A#.E8.B5.A4.E5.A4.96.E7.B7.9A.E9.80.9A.E4.BF.A1

送信側は赤外線発光ダイオードや赤外線レーザーダイオードです。
普通の光ファイバー通信の発光ダイオードやレーザーダイオードと同じですね。
受信側にはフォトダイオード、フォトトランジスタなどのフォトセンサーですね。
パソコン間通信（LAN接続）やパソコンと周辺機器との通信、携帯電話間の通信、リモコン通信、ゲーム機器間のなどの赤外線無線通信やデータ伝送で使われています。
赤外線通信は減衰が大きい（ストーブなどの熱も赤外線ですが離れれば温まりにくいですし、霧が出れば光線が遠くまで届かないように赤外線も戸外の雨や霧の中を伝わりにくいですね）ので、屋内でのTVなどのリモコン程度の短い距離の通信に使われます。
リモコンの通信でのデーターは低速ですが、徐々に高速の伝送方式を可能にする通信技術や素子が開発され、高速赤外線通信の通信規格が制定され続けていますね。

お礼

何度もご回答、ありがとうございます。
本当に参考になります。
赤外線通信は色々な規格がありますね。
共通して言えることは、「光が遮られると通信出来ない」「減衰が大きい」と言う事ですかね。
自分でももっと勉強したいと思います。
何度も本当にありがとうございました。

回答No.7

oyaoya65

#2、#5です。
A#5の補足質問について
(1)、赤外線通信時にも「電界・磁界」は、発生していますよね。であれば、例えば紙や木箱などなどで完全におおった場合、「光」は届かなくても「電界・磁界」の働きで通信出来るような気がするのですが、いかがでしょうか？

赤外線も光線の一種で、電磁波に属しますが波長（周波数、振動数）によって性質が大きく異なります。電磁波の種類を周波数と波長と利用の仕方をまとめた表が次のURLにありますのでご覧下さい。
http://www.hepco.co.jp/ato_env_ene/environment/electromagnetic/difference.html

この中にも書かれていますが電界・磁界（併せて電磁界という）と電磁波とは同じように考えられていますが性質が大きく違います。電界や磁界は（家庭の交流の50Hzや60Hzの電流や電圧によって発生する電磁界のように）周波数が低くなると減衰が激しく遠方まで伝わりません（発生源の近くにだけ存在）。電波は電界と磁界が一対となって遠方まで届きます。
しかし電波も周波数が高くなると電波そのものが発生させられません。周波数が高くなると導体中に電気が流れなくなる（表皮効果）ため発生回路が作れないことやその電波の電界・磁界を受信するアンテナ（一種の共振器で導体で作ことになる、しかし導体に高い周波数の電流が流れない）が作れない。電波は横波の直交する電界と磁界の平面波のペアでエネルギーを伝播します。一方、光線（赤外線を含む）は振動数は電波に比べ周波数は非常に高く、波長は非常に短い横波で振動面（偏波面）を持っています。特定の振動面の偏光格子スリットを通り抜けることができます。電波は個細かは導体格子スリットを通り抜けられませんが、光線（赤外線を含む）は偏光面を合わせてやれば偏光格子を通り抜けられます。光線の横波の伝播は、電界や磁界によるエネルギー伝播ではなく、振動数による波動エネルギー伝播のようです。同じ電磁波でも、エネルギー伝播の観点からは、光線（赤外線を含む）は、X線やガンマ線のような放射線などの電磁波の性質と同じく波動エネルギー伝播の性質をもった伝播で、波長が極めて短く（振動数が高く）次のURLにもあるようにE=hνで表され、明らかに電磁界エネルギー=(1/2){εE^2+B^2/μ}（電界と磁界のエネルギーの和）とは異なります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E3%82%A8%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%83%BC

(2)、性質の違いから赤外線（光）と電波は、ひとまず「別物」と考えた方がよろしいのでしょうか？

別物と考えた方がいいですね。

電波はプラスチックやヒダのあるカーテンなどの壁をロスなく通過しますが、光線と同様な性質をもつ赤外線はほとんど通過できません。

お礼

ご回答、ありがとうございます。
また、非常に興味深いサイトもご紹介くださいまして、ありがとうございます。
＞周波数が高くなると導体中に電気が流れなくなる（表皮効果）ため発生回路が作れない
なるほど。そんな理由があったのですか・・・
＞光線の横波の伝播は、電界や磁界によるエネルギー伝播ではなく、振動数による波動エネルギー伝播のようです
なるほど。
赤外線（光）と電波は別物の様ですね。

また１つ疑問があるのですが・・・
赤外線でデータ通信を行う場合、どの様にデータのやりとり（送受信）をしているのですか？
自分で思っていたのは、赤外線通信も電波と同じ様に搬送波にデータを乗せて、変調して送信⇔受信だと思っていたのですが、違いそうですね。
ひょっとして、光のON⇔OFFでデータのH⇔L（0⇔1）を認識してたりするのですか？
続けての質問になってしまい大変恐縮ですが、時間の空いた時にでもご教授いただけると大変ありがたいです。
よろしくお願い致します。

回答No.6

harbar

＞(1)、赤外線通信時にも「電界・磁界」は、発生していますよね。

赤外線も3THz～370THzの電波ですから電界／磁界は発生します。

＞であれば、例えば紙や木箱などなどで完全におおった場合、「光」は届かなくても「電界・磁界」の働きで通信出来るような気がするのですが、いかがでしょうか？

ちょっとよくわからないので、他の方の補足回答をお願いしたいのですが、たとえばパトカーの無線（主に超短波／極超短波）などは指向性を持たせないで、全方向に電波（すなわち電界と磁界のセット）を出して（受けて）いますよね。

ですから、赤外線も強力な無指向性の電波（電界／磁界）を発生させれば理論上可能と思われますが、周波数が高くなるので、障害物を通り抜ける力は弱くなります。（長波は水中でも届く！）から、なかり大電力でないとダメではないしょうか？

＞(2)、性質の違いから赤外線（光）と電波は、
上述のとおり、3THz～370THzの電波です

以上足りないところが多々あるかと思いますが、まず口火を切らせていただきます。

お礼

ご回答くださいまして、ありがとうございます。
大変参考になります。
＞周波数が高くなるので、障害物を通り抜ける力は弱くなります
なるほど。電波にはそういう傾向があるのですね。勉強になります。
ありがとうございました。

回答No.5

oyaoya65

#2です。
A#2を補足します。

赤外線は電波に比べ格段に波長が短く直進性があります。
しかし太陽の光のように四方八方に放出できますし、光線を細く絞れば一本の線のようにも、あるていどの太さの光束にも出来ます。赤外線でも人の身体のように体温があれば四方八方に赤外線を出していますし、赤外線やぐらコタツでもやぐらの中に広く赤外線が広がるように放出しています。リモコンに使われる赤外線自体は（波長が短いので）直進性がありますので、何かで光線の通り道を遮られればその影となった方向には赤外線が届きません。リモコンで使われる赤外線は、ビーム状の細い光線束にすると受け側の赤外線センサーに正確に位置合わせが必要になるので、一あわせがしやすいように赤外線の光線束にある程度の束の光線束の指向性(懐中電灯の光の照射範囲のように)をもたせ、20度前後の広がりを持った範囲内に、受光側センサーが入れば通信が可能なようにしてあるかと思います。しかしリモコンに使われる赤外線は光線とおなじですから直進性があり、遮られるとその影に入ったエリアとは赤外線通信は出来ませんね。

お礼

続けてのご回答、ありがとうございます。
丁寧にご解説いただき、ほんとありがたいです。
２点ほど、疑問があります。
(1)、赤外線通信時にも「電界・磁界」は、発生していますよね。であれば、例えば紙や木箱などなどで完全におおった場合、「光」は届かなくても「電界・磁界」の働きで通信出来るような気がするのですが、いかがでしょうか？
(2)、性質の違いから赤外線（光）と電波は、ひとまず「別物」と考えた方がよろしいのでしょうか？
きっと自分の考え方・認識が間違っていると思いますが・・・
手の空いたときで構いませんので、ご教授いただけるとありがたいです。

回答No.4

trytobe

電磁波は、その波長によって、障害物の裏に回り込めるかどうか（回折するかどうか）の程度がかわります。

日本のラジオ放送でも、ＦＭはビルなどに遮られるとすぐに聞き取りにくくなるのに対して、ＡＭのほうは比較的マシ（聞き取れるレベルを保てる）のが実感できるかと思います。これも、日本ではＡＭのほうが波長が長く障害物を越えて回り込みやすい（回折しやすい）電磁波を使っているからです。（ＡＭは数百ｍ、ＦＭは数ｍ）

総務省 電波利用ホームページ 周波数帯ごとの主な用途と電波の特徴
http://www.tele.soumu.go.jp/j/adm/freq/search/myuse/summary/index.htm

同様に、電磁波でも可視光線や赤外線は、ラジオ放送などの電磁波（電波）に比べて桁違いに小さい波長のものです（可視光線で400～700ｎｍくらい、700～2500nmくらい）。そのため、ミリ波の電波よりも３桁近く波長が短く、障害物を回り込みにくく、簡単に遮られてしまうのです。

お礼

ご回答、ありがとうございます。
分かり易いサイトをご紹介くださり、ありがとうございます。
「光の部類の電磁波は直進性が強い」という事ですね。
勉強になります。ありがとうございました。

回答No.3

harbar

＃１さん＃２さんのおっしゃる通り、赤外線も電波の一種なので、
直進性があり、物で遮ると届かなくなる、というのも一理あります。

しかし、意外とにぶくて、あさっての方向に赤外線を出したつもり
でも反応するリモコンもあることも確かです。

赤外線は指向性もありますが、発散もしやすいので、遮ったものが
あっても、別経路で届くことがあります。

ではなぜ、手（障害物）で遮ると、届かないリモコンがあるのです
かですが、実は赤外線の発光部のプラスチックの部分が、“）”状
にレンズのように加工してあものがあります、というか私はしました。

どうしても誤送信は極力さけ、使用者は受信機にほぼ間違いなく
向けて送信するリモコン・・・カラオケのリモコンです。

この場合、プラスチックの部品の成型の形を変えるだけなので、ほぼ
コストの上昇も考えなくてすみ、かつ指向性が格段と上昇しますので、
上記の例をみて、汎用性のあるその他のリモコンにも採用され、もと
もと指向性があるものを、より強くしているもののと考えられます。

お礼

ご回答、ありがとうございます。
なるほど！　赤外線送出部の丸みはそんな意味があったのですね！
ほんと、色々な事が分かり、大変勉強になります。
ありがとうございました。

回答No.2

oyaoya65

赤外線は、TVのなどの電波の波長が数10cmから数m位なのに対して、数100nm(1ナノメータ=1/1000000ミリメータ)の波長なので、指向性が強く直進性があって光のビームのような狭い線に沿って、赤外線のみえない通路を通って通信をしています。なので光の通路をさえぎれば通信が出来なくなるわけです。
よく００７などがライフル銃で標的を狙うとき赤い光線を標的にあてて（赤外線照準器など）狙撃するシーンがあるかと思いますが、赤外線や赤いレーザー光線のビームは細いですね。さえぎられれば標的に光線が照射できません。これと同じく、赤外線リモコンでも赤外線発光ダイオードを光源として使いますので赤外光線のビーム幅も余り太く広がっていないので、手などでさえぎると通信できなくなったりすると言うことです。

お分かりでしょうか？

お礼

ご回答、ありがとうございます。
大変勉強になります。
「波長が短いので直進性がある」
「赤外線＝光の一種」ということですね。
しかし、若干疑問が残ります。
その内容は別のお礼メールに記入させていただこうと思います。
ありがとうございました。

回答No.1

ultraCS

赤外線=電磁波の一種ですが、赤外線は光に近い性質を持っているので回り込みとか透過能力がないからです。

懐中電灯を手で覆うと光が出ないのと同じですね。

お礼

早々の回答、ありがとうございます。
勉強になります。