赤外線と無線周波数エミッターの比較：どちらがあなたのシステムに適していますか？

赤外線エミッターと無線周波数エミッターの主な技術的違い

赤外線（IR）技術によるデータ伝送の仕組み

赤外線エミッタは、約700ナノメートルから約1ミリメートルの範囲内の光波を送信することで動作します。これはパルス変調と呼ばれる方式で、IR LEDを非常に高速にオン・オフすることによって実現されています。これらの信号は送信機と受信機の間に明確な通路が必要であり、壁やその他の固体物質を透過することができません。実はこの性質が、赤外線を特定のセキュリティ用途に適したものにしています。テレビのリモコンが本体に向かって直接指していないと作動しないことや、信号を建物内に限定する入室システムなどを考えてみてください。誰もが、自分のプライベートな通信が隣接するオフィスへ漏れることを望んでいないのです。

無線周波数（RF）技術の科学

高周波発信器は3キロヘルツから300ギガヘルツの範囲で動作し、すべての方向に広がる電磁波を放出します。これらの電磁波は実際にはほとんどの一般的な建築材料を透過できます。昨年行われたいくつかのテストでは、通常の石膏ボードを通過した際にも信号強度が約85％維持されたことが示されており、これは部屋から部屋へとデバイスを確実に接続できることを意味しています。この性質により、カバレッジが広範囲にわたり、障害物を自然に乗り越えられる必要があるような、スマートホームのコントロールセンターまたは工場の自動化システムなどの複雑なネットワーク構成において、RF技術が非常に有用になります。

赤外線の直視距離制限と障害物に対するRF信号の透過性

要素	IR 発信器	RF 発信器
障害物耐性	遮断物があると機能しない	木材、石膏ボードを透過
最大範囲	10 m（直線距離）	100 m（開放空間）
環境干渉	日光や照明が信号を妨害する	最小限（5％未満のパケット損失）

研究によると、赤外線（IR）システムは障害物のない経路に依存しているため、混雑した環境で34％高い故障率を示している（Wireless Tech Review, 2023）。一方、RFは障害物の周りを反射・回折して伝播できるため、動的な環境でも一貫した性能を維持でき、ミッションクリティカルなビル自動化システムではRFが好まれる。

IRおよびRFエミッタの通信距離、信頼性、環境耐性

実環境における信号到達距離の比較：IR（5～10m）対RF（30～100m）

ほとんどの赤外線エミッターは、直進性が必要で通常の照明条件に簡単に干渉されるため、約5〜10メートルの範囲内で最も効果的に動作します。一方、ラジオ周波数（RF）エミッターは状況が異なります。これらの装置は建物内での通信距離が約30〜100メートルに達し、特に433MHz帯のモデルでは遮るものがなければ200メートル近くまで到達可能であることが報告されています（2023年にNature誌でも言及）。このような広い範囲に対応できるため、RF技術は住宅の自動化システムや敷地全体にわたる大規模なIoTネットワークに適しています。一方で、赤外線は、信号が遠くまで届く心配をせずに、すぐ近くの機器を制御したいという用途において、依然として有効です。

RFにおけるデッドゾーンとIRシステムにおける反射の課題の理解

高周波信号は、コンクリートの壁や金属構造体といった厚い物に当たると減衰しやすく、受信が完全に途絶える厄介なデッドスポットが生じます。そのため、多くの場合、信号ブースターが必要になったり、特定の場所で機器を適切な位置に配置しなければなりません。赤外線システムも独自の問題に直面しています。光沢のある表面は特に邪魔になり、窓や鏡からの日光の反射が赤外線パルスを乱反射させ、接続が完全に途切れてしまうことがあります。このように、異なる技術が環境と相互作用する際の特有の性質があるため、適切なセットアップが非常に重要になります。RFシステムでは、伝統的なネットワーク計画が大きな差を生み出します。一方、赤外線では、機器間の視界が確保されていない限り、正常に動作させることが不可能です。

干渉源とシステム安定性への影響

両技術とも、それぞれ固有の干渉の課題があります。

• アイアール ：太陽光や白熱灯照明などの周囲の光に対して非常に感度が高い。
• RF wi-Fi、電子レンジ、Bluetoothデバイスからの電磁妨害（EMI）を受けやすい。

RFシステムは混雑した無線環境で信号の完全性を維持するためにより多くの電力を消費するのに対し、IRは短距離・バースト伝送方式であるためエネルギー使用量を最小限に抑える。また、RFは双方向通信と誤り訂正をサポートしており、不安定な条件下でも信頼性が向上する。一方、IRは単方向通信のためフィードバックが制限されるが、構造がシンプルになり、攻撃対象範囲も小さくなる。

主要データ :

メトリック	IR 発信器	RF 発信器
標準範囲	5–10m	30–100m
障害物貫通性	なし	適度
消費電力	10–24W	24–100W

これらの性能特性により、エンジニアは環境的制約や信頼性要件に基づいて発信機を選定できる。

長期間の運用におけるエネルギー効率と消費電力：IRとRFの比較

なぜ赤外線エミッタはRF代替品よりも消費電力が少ないのか

IRエミッタは、短い間隔で集中した光を送信し、実際にデータを送信するときだけオンになるため、全体として消費電力が大幅に少なくなります。これらの多くは最大でも0.5ワットから2ワット程度の範囲で動作するため、テレビリモコンや現代よく見かけるモーションセンサーなど、常時作動が必要ない機器に最適です。一方、RFシステムは他の機器からの干渉に対抗するために常に無線信号を生成し続けなければならないため、より厳しい状況にあります。最小限の能力で動作している場合でも、Energy Starの昨年の報告によると、多くのRFデバイスは依然として3ワットから10ワットの電力を消費しています。そのため、一日中継続的に使用されず、バッテリー駆動の機器においては、各システムの消費電力にこれほど大きな差があるため、赤外線技術が明らかに優れています。

ワイヤレスセンサーやリモートデバイスにおけるバッテリー寿命への影響

IR技術は他の選択肢と比べてはるかに少ない電力を消費するため、バッテリーの寿命が全体的に大幅に長くなります。BLEやZigbeeなどの技術を用いるRFベースのIoTセンサーの多くは、通常6か月から1年程度で交換が必要です。一方、占拠センサーやシンプルな警報システムなど、軽負荷の用途に使用されるIRデバイスは、小型のコイン電池で3〜5年もの間動作し続けることができます。これは、バッテリー交換のために誰もがアクセスを嫌がる場所や、コンクリートを掘り返さなければならない場所に機器が設置されている場合に非常に大きな違いとなります。エネルギー効率の高さは、時間の経過とともに蓄積するメンテナンスコストを考えると、真に価値のあるものになります。

セキュリティ、プライバシーおよび双方向通信機能

RF信号の傍受リスクとプライバシーの脆弱性

高周波信号はしばしば想定以上の距離に届くため、基本的な機器を持つ人間が最大100メートル離れた場所からでも受信できる可能性があります。昨年発表された研究では、ワイヤレス技術におけるセキュリティの脆弱性が調査され、驚くべき事実が明らかになりました。工場やプラントにおける暗号化されていないRF通信の約3分の2は、範囲内にいる誰でも盗聴可能であるというのです。確かに最近のデバイスはより優れたセキュリティ機能を備えていますが、依然として多くの古い機器が工場に設置されており、それらは盗聴に対してほとんど防御手段を持っていません。これにより、サーモスタットの調整から温度計測値まで、悪意のある攻撃者が単純なラジオスキャナーを使ってそれらを取得すれば、あらゆるものがリスクにさらされることになります。

物理的な信号閉じ込めによる赤外線の内在的なセキュリティ利点

赤外線通信は、通常5〜10メートルの範囲内で、機器間が直接見通せる環境で最も効果的に機能します。信号は壁や固体物を透過しないため、一見制限があるように思えますが、セキュリティの観点からはむしろ利点となります。赤外線が障害物を透過できないという特性により、外部からのデータ通信の傍受が非常に困難になります。ポーネモン・インスティテュートによる最近の調査では、赤外線アクセスシステムを使用している施設は、無線周波数技術に依存している施設と比較して、約82％もセキュリティ侵害が少なかったことが明らかになりました。そのため、病院では患者の医療記録の転送などに赤外線を導入するケースが増えています。また、政府機関でも建物内での安全なアクセスコードの配布手段として採用されつつあります。このように、限定された通信距離がむしろセキュリティ上の特長となり、欠点ではなくなるのです。

双方向フィードバック：RF対応 vs 赤外線の片方向制限

高周波（RF）技術により、デバイス間で双方向通信が可能になり、状態報告の送信、コマンド受信の確認、さらにはワイヤレスでのソフトウェア更新も行えます。これは、リアルタイムのフィードバックを必要とするスマートサーモスタットやクラウドに接続された工場機器などにおいて非常に重要です。一方、赤外線（IR）はこれとは異なり、基本的に一方向的に信号を送信するだけのため、テレビのリモコンなどのシンプルな用途には適していますが、それ以上の応用には向いていません。その利点は、ハッカーが侵入経路として利用できる返信経路が存在しないため、セキュリティ上の脆弱性が少なくなることです。現在、いくつかの企業がIRとRF技術を組み合わせようとしています。こうした新しいハイブリッド技術は、IRが持つ特定のサイバー脅威に対する内在的な保護機能と、RFが提供する高速な応答性の両方を活かすことを目指しています。製造業者は、安全性を損なうことなく優れた接続性を持つ製品を実現できると期待しています。

適切なエミッタの選定：使用事例、拡張性、および将来のトレンド

IRを選ぶべきタイミング：テレビリモコンなどのシンプルで低消費電力のアプリケーション

赤外線は、電池で動作し、信号を遠くまで送る必要がないシンプルな機器に非常に適しています。これらの小型赤外線部品は通常動作時に約5〜10ミリアンペアの電流を消費するため、テレビのリモコンやドア付近の動き検知センサ、照明制御スイッチなどに最適です。赤外線の特徴は、無線周波数のノイズに邪魔されにくく、信号が比較的限定された範囲に留まることです。そのため、電子機器が多く存在する環境や、医師の診察室や機密会議室など、プライバシーが特に重要となる場所で広く使用されています。

スマートホームおよびIoTにおけるRF：拡張性、壁透過性、ネットワーク統合

無線周波数技術は、壁を透過して動作可能で拡張可能なメッシュネットワークを構築できるため、スマートホームや産業用IoTシステムの両方で事実上の標準となっています。信号の到達距離は通常30〜100メートルに及び、これにより1台の中心装置が住宅や工場の複数の部屋に分散した多数のセンサーを管理できます。ただし、注意点もあります。これらのRFモジュールは連続的に比較的多くの電力を消費し、平均して約15〜30ミリアンペアを要します。このような電力消費は、長期間バッテリー駆動で動作させたい場合に問題となります。電源から離れた場所にセンサーを設置するシステムを設計する際には、バッテリー寿命が極めて重要な要素となるため、エンジニアは特に配慮が必要です。

新興のハイブリッド赤外線／RFエミッターと家電業界の変化

最近、越来越多の企業がデュアルモードエミッタに注目しています。これらの装置は、基本的な動き検出に赤外線技術を使用しつつ、実際のデータ送信には無線周波数信号を用いるものです。2024年の『IoTプロトコル研究』に発表された研究によると、これらの技術を組み合わせることで、セキュリティシステムの電力消費を約40％削減できます。その考え方は非常にシンプルです。赤外線（IR）が常時監視を担当し、無線周波数（RF）部は伝送に値する何かが発生した場合にのみ作動します。建物管理者がセキュリティを犠牲にすることなくより環境に配慮したソリューションを求めている中、このようなハイブリッド方式はますます普及しています。スマートビルディングにはローカル制御とインターネット接続の両方が必要不可欠であり、これらを効率的に連携させる方法を見出すことは、現在業界全体のホットな話題となっています。