赤外線リモコン信号の仕組み

38kHz・MARK/SPACE・受信モジュールの中身を、ゼロから整理する

エアコンのリモコン信号を「学習」して再現するためには、「信号がどういう構造になっているか」を正しく理解する必要があります。このページでは、38kHz 搬送波から受信モジュール内部の動作までを図解付きでまとめます。

1. 信号は「2段階の構造」になっている

エアコンのリモコンが出す赤外線信号は、一見「光っている／消えている」の繰り返しに見えますが、実は2つのレイヤーが重なっています。

📡レイヤー1：搬送波（38kHz）

赤外線 LED を1秒間に38,000回点滅させる「目印」です。エアコンの受信部は「この38kHzのリズムで変化している光」だけを本物の信号と認識します。

38,000回/秒＝ 1回の点滅に約 26µs（マイクロ秒）

📊レイヤー2：データ信号（MARK / SPACE）

38kHzの搬送波を「一定時間出す（MARK）」「一定時間止める（SPACE）」という時間パターンで、電源ONや温度設定などの命令を表現します。

MARKとSPACEの長さの組み合わせが「0」「1」「ヘッダー」などのデータを作ります。

図1：赤外線リモコン信号は「38kHzの搬送波を出すMARK」と「搬送波を止めるSPACE」の時間パターンでデータを表現する。MARKの中身は38kHzの高速点滅、SPACEは完全な消灯。

⚠️ よくある誤解
「MARK = GPIOをHIGHにする、SPACE = GPIOをLOWにする」と思いがちですが、これは不正確です。

MARK ＝ GPIOを38kHzでHIGH/LOW切り替え（≒ PWM動作）。赤外線LEDは高速でチカチカしている。
SPACE ＝ GPIOをLOWに固定（または一定状態を保つ）。赤外線LEDは消えている。

マイコンのGPIOでは実装上「MARK中はHIGH、SPACE中はLOW」と扱うことが多いですが、これはあくまで受信モジュールの出力信号（デジタル化後）の話です。送信側では、MARK中はGPIOを38kHzでスイッチングさせる必要があります。

2. 38kHz は「光の波の周波数」ではない

「赤外線も波だし、38kHzも波なの？どっちがどっち？」という混乱はよくあります。結論から言うと、桁が全然違います。

波の種類	周波数	何の波？	イメージ
赤外線光そのもの	約 300,000,000 MHz （300テラヘルツ）	光が空間を進むときの電磁波の振動 → 人間の目には見えない	光の「色」を決める
LEDの点滅（38kHz）	38 kHz （0.038メガヘルツ）	LEDの電源スイッチのON/OFF → リモコンの「目印」	光の「明滅」を決める

1億倍くらい違います。38kHzは「光の色（波長）を決める周波数」ではなく、あくまで「LEDをチカチカさせるスイッチングの速さ」です。

図2：赤外線光そのものの振動（300THz）と、LEDの点滅（38kHz）は全然別物。受信側は「点滅のリズム」だけを見て、光の色（300THz）自体は気にしない。

3. なぜ38kHz変調が必要なのか

ここまでで「38kHzはLEDの点滅の速さ」とわかりました。では次に、「なぜわざわざ38kHzで点滅させる必要があるのか？」という疑問に答えます。

3-1. もし38kHz変調がなかったら？

リモコンが「光る／消える」だけで信号を送ると仮定します。太陽光は「ずっと光っている」ので、受信側は「リモコンがONを送っているのか、ただ太陽が当たっているのか」わからなくなります。これでは信号として使えません。

図3：無変調だと太陽光などの環境光とリモコンの信号を区別できない。38kHz変調を使うことで、受信側は「人為的な信号だけ」を取り出せる。

3-2. 38kHz変調は「人為的な目印」

38kHz変調を使うことで、以下のように区別できます：

光源	光のパターン	周波数成分	受信側の判断
太陽光	ずっと光っている（直流）	0Hz（直流成分のみ）	38kHz成分なし → 無視
蛍光灯	50Hz/60Hz でちらつく	50Hz / 60Hz / 100Hz / 120Hz	38kHz成分なし → 無視
リモコン（本物）	38kHz で高速点滅	38kHz + その周辺	38kHz成分あり → 検出！

つまり、38kHzは「これは人間が意図的に送った信号ですよ」という目印です。受信モジュール内部のバンドパスフィルタが38kHz付近以外をカットするので、太陽光や蛍光灯のノイズは出力に影響しません。

4. 受信モジュールの中で何が起きているか

受信モジュール（PL-IRM1838Bなど）に赤外線が入ったとき、内部では以下の処理が行われています。

図4：受信モジュール内部の処理フロー。フォトダイオード→増幅→38kHzフィルタ→検波→デジタル出力。300THzの光の振動を追うのではなく、「光の強さの変化」のうち38kHz成分だけを取り出す。

4-1. なぜ太陽光を無視できるのか？

太陽光や蛍光灯は「常に光っている」（直流に近い）か、「50Hz/60Hzでちらついている」だけです。バンドパスフィルタは38kHz付近以外をカットするので、これらのノイズは出力に影響しません。

光源	光の強さの変化	受信モジュールの反応
太陽光	ほぼ一定（直流）	フィルタでカット → 無視
蛍光灯	50Hz/60Hz でちらつく	フィルタでカット → 無視
リモコン（本物）	38kHz で点滅	フィルタを通過 → 検出

5. 正しい用語の整理

これまでの説明で出てきた用語を、もう一度正確に整理します。

🔴MARK

38kHzの搬送波を出している期間

GPIOでは38kHzでHIGH/LOWを切り替える（PWM的な動作）

赤外線LEDは高速でチカチカしている

🔵SPACE

38kHzの搬送波を止めている期間

GPIOではLOWに固定（または一定状態を保つ）

赤外線LEDは消えている

💡 補足：GPIOの論理レベルとの関係
マイコンのGPIOでは、実装上「MARK中はHIGH、SPACE中はLOW」と扱うことが多いですが、これはあくまで受信モジュールの出力信号（デジタル化後）の話です。

送信側では、MARK中はGPIOを38kHzでスイッチングさせ、SPACE中はGPIOをLOWに固定します。つまり「MARK = HIGH」ではなく、「MARK = 38kHz変調中」というのが正確です。

6. エアコンリモコンの「学習方式」とは

日立の純正リモコンRAR-8P2の通信プロトコル（どのタイミングでどのデータを送るか）は公開されていません。そのため、プロトコルを解析するのではなく、純正リモコンが実際に出す信号のMARK/SPACEの時間列をそのまま記録して、同じ時間列を再送信する「学習方式」を取ります。

📝学習方式の流れ

純正リモコンのボタンを押す
受信モジュールが信号を受けて、GPIOにデジタル波形を出力
マイコンがその波形のMARKとSPACEの長さをµs単位で記録
送信時に、記録した通りの長さでMARK（38kHz変調）とSPACE（消灯）を再現

この方式ではプロトコルの詳細を知らなくても動作しますが、その分、µs単位のタイミングを忠実に記録・再現できるマイコンが必要です。これが「なぜPico 2 WHのPIOが選ばれたのか」の核心理由の一つです。

📋 まとめ

項目	正しい理解
38kHz	LEDの点滅の速さ（1秒間に38,000回ON/OFF）。光の色の周波数ではない
MARK	38kHzの搬送波を出している期間。GPIOは38kHzでスイッチング
SPACE	38kHzの搬送波を止めている期間。GPIOはLOW固定
受信モジュール	300THzの光の振動を追うのではなく、「光の強さの変化」のうち38kHz成分だけを取り出してデジタル信号に変換する
太陽光・照明	38kHz以外の周波数なので、フィルタで除外される

この理解があれば、次のステップ（マイコンでの信号読み取りと再送信）の実装が、なぜ「µs単位のタイミング制御」が重要なのか、直感的に把握できるはずです。