2015年3月28日土曜日

LED光は本物では無い



 人間の目には、赤、緑、青、を感じる3種類のタンパク質が有ります。人間や動物は太陽から来る光の一番多い部分を使って物をみています。下の図の2点鎖線は太陽から来る光の波長分布です。実際には、地上に達するまでに大気の水分や酸素などで虫食い状態となりますが、これが昼間の本当の光源です。
 これに対して人工の光源はかなりいい加減な光の波長分布です。人間の目も実は赤(730nm)緑(530nm)、青(480nm)の3つの色に感じているだけで、全ての波長を感じているのでは無く、これもいい加減な色認識をしていることになります。一番太陽に近いのは白熱電球(点線)ですが、ピークが赤側にずれていて、この光で見ると赤系に見えます。昼光色のLED(実線)は青とオレンジを合わせているだけで赤色は黒っぽく見えてしまいます。昼光色の蛍光灯(破線)は紫と緑と赤を出しているので、人間の色感と同じような波長を出していますが、決して太陽と同じではありません。

 LED電球には、白熱灯か蛍光灯を一緒に使うと良いのでしょう。こうすれば本物に近い色に見えますが、最近はLEDが照明の主流になっているので、普通の生活にここまで必要かはわかりません。

 さて、人間の目は3つの色を感じています。地上で暮らす動物類の多くも3色から5色です。ところが、産総研や東京農大によればトンボの仲間は遺伝子的には15~33色もの色を見分ける能力が有るとのことです。沢山の色の識別をすることが何の利益があるのか分りません。トンボは聴覚や嗅覚が退化しているので、代わりに視覚それも色覚に頼っているのではないか、と有りました。http://www.nikkei.com/article/DGXLASDG23H67_T20C15A2CR8000/

 トンボをLED照明の中で飼うと、どんな行動をするのでしょうね。餌の色を見分けられなくなってしまうのでしょうか。

2015年3月21日土曜日

電磁波対策の3番手はWavesafeウェーブセーフ

 Wavesafeウエーブセーフは10年にわたる電磁波制御技術の成果です。最初は心臓ペースメーカー用の電磁波吸収の大型のアンテナを上市致しました。これに代わって、6年前から販売しているアイ・ピピも電磁波吸収型で、お腹の赤ちゃんへの電磁波の被曝を減らします。

 今回発表したWavesafeは、お客様から「携帯電話に貼って使えませんか」と言う質問を沢山頂いたので、それに対する解答です。皆様のお考えは、携帯電話の出す電磁波を元から断てば良いのでは、と言うことです。しかし、アイ・ピピはピンポイントで電磁波を吸収しておなかの赤ちゃんへの電磁波被曝を防ぐもので、これを携帯電話に使えば電磁波が弱くなり通話に差し支えます。アイ・ピピの吸収と、Wavesafeの導波とは電磁波への働き方が根本から違います。吸収せずに方向を替えるだけですから、Wavesafeは通話に差し支えません。

 Wavesafeの導波器としての企画は、アイ・ピピの開発直後からアンテナ技術者として持っていました。しかし、携帯電話のサイズ、特に横幅が不足で実現できないだろう、と手を付けませんでした。ところが、最近になってiPhone5以降のスマートフォンの大型液晶画面は横幅が58mmを越え、ケース裏面に広帯域のアンテナを納めることができそうです。アンテナの開発は、予想は出来ますが作ってみなければ分りませんから。これまでの知識と経験を導入し、半信半疑で始めましたが実験を繰り返すことで効果を確信しました。

 シミュレーションと言う手段も有りますが、電話器や手などの周辺条件の入力が面倒ですし、計算機の使用料金が莫大になります。従って、実際にアンテナを試作し、実測を行いながら「こうすれば、こうなるだろう」と次の試作を行い、所望の特性を得るわけです。

 このために、まずクローバー部分のテアドロップアンテナのサイズを選ぶ作業を行いました。クローバーにはアイ・ピピ開発の時の残りを4種類に手を入れて使い、新たに3種類をメーカーに発注しました。この7種を使って導波特性を確認しました。この時点ではサイズは気にせず、周波数特性だけです。アンテナはアイ・ピピの様に縦と横のテアドロップアンテナは直行しています。
 次は、スマートフォンに合わせてサイズを小さくするのですが、テアドロップが直交したアンテナで、携帯電話の使う帯域に合わせると大きすぎ、スマートフォンのサイズに合わせると周波数が高すぎて、使えない。
 しばらく悩んだ末に、90度に直交するクローバーの葉の部分のテアドロップ型アンテナを90度から狭くしてみよう。横幅が狭くなればスマートフォンの裏に付けられ、縦は長くなってもかまわないからやってみよう、となりました。電磁波技術では、アンテナの方向を偏波面と呼びます。水平偏波と垂直偏波と言う言葉は有るが、斜めにするとそれぞれが緩衝して、アンテナとして働かないのではないか、と心配しました。しかし、使ってみると問題なく働くことが分りました。Wavesafeの使っているテアドロップアンテナと斜めの配置は、横幅と周波数特製がそれぞれ許されるギリギリの値です。下の写真は、右がテアドロップが直交したWavesafeの原形です。

 このアンテナは四葉のクローバーに似ています。700MHzから2.5GHz以上までの広い周波数帯域で電磁波を制御します。アイ・ピピが電磁波を減らすのに対して、Wavesafeは電磁波をロス無く方向を変える、導波器です。携帯電話の使う電磁波を全ての周波数帯域で導波するのは、一般的な棒型アンテナでは不可能です。テアドロップアンテナの広帯域特製が必要です。
 このような導波器の考えは、電磁波の技術者は当然考えます。しかし、これまでに携帯電話を作っている大企業から出願されている特許の明細書(いずれも新規性無しで拒否されています)は、基地局に向けて電磁波を飛ばす、と言う目的ですが、明細書で注目するのは、頭に影響を与えないことを効果の一つとしています。やはり、頭は被曝させたくないのです。

 話を元に戻して、開発をどの様に行ったかをより詳細をお伝えしたいのですが、ここから先はノウハウになります。一言申したいのは、Wavesafeのパルタン星人の様な形状は、大変に手間を要した開発作業の結果であることです。この作業から、Wavesafeを販売するビーコンアソシエイツ社の村上氏に手伝って頂きました。Wavesafeは、”導波器を作ろう”と言う目標だけで作り始めました。条件は、スマートフォンの裏側に収まる大きさ、と他社製品よりも優れていること、です。村上氏と議論をしながら、導波特性が十分で、邪魔にならず、軽くて低価格である、等などユーザーに役立ち、アピールする特徴を作り出しました。結果は、Wavesafeとして製品化しています。下の写真の左は、形状を決めた後で、製造方法の検討中のものです。まだ湾曲して皺が出ており、これを無くすにも工夫が必要でした。この様に、形状の決定から製造方法の決定まで、Wavesafeはノウハウのかたまりです。

 今のところ、携帯電話の使用する周波数帯域は、音声通話は途切れの無いリアルタイム性が要求されるので、伝播特性の良い1GHz以下の帯域で行われます。Wavesafeはこの帯域での特性を特に良くしました。これより上の周波数帯域では情報通信が主で、LTE方式によるデジタル情報のやり取りは再送信が可能なので、帯域が広いが伝播特性が劣る2GHz近辺を使っています。情報通信では電話器を頭に密着させないので、Wavesafeの導波特性は低いですが大丈夫としました。これは地面近くの通信特性が低いところで送受信を行いたくないからでもあります。
 しかし、将来はLTEで音声を通信するかもしれないので、その時点でのWavesafeは1.5~2GHzでも現行の1GHz以下と同様のゲインを稼ぐことになるでしょう。
 これは、現行のWavesafeの技術の延長で行えます。
 

2015年3月9日月曜日

電磁波を除去する方法を3つ

はじめに
 今回のブログは、理工系大学を出ても、分かり難いかもしれません。それでも、出来る限りご理解頂きたく、ご説明をいたします。

[電磁波吸収体]
 電磁波吸収体は、材料のインピーダンスを377Ωに調整して空間のインピーダンスと整合させることで到来電磁波が内部に浸透し、透磁率に比例する磁気損と誘電率に比例する誘電損、および抵抗損で吸収する方式です。フェライトなどの鉄系の粉末を焼結タイルや樹脂に混ぜた磁気損失型と、カーボン粉末を使った誘電損型、です。吸収できる周波数は100MHz以上が多く、吸収する帯域幅は狭く、約1桁(例えば1GHz~10GHz)で、減衰量は20~40dB(電力で10分の1から100分の1)です。携帯電話が使う700MHz~2.1GHzの帯域では問題は有りません。

 一番のメリットは、材料の周波数特性が合えば形状にかかわらず到来電磁波を20dB程度は減衰させることができること。電磁波は吸収体電磁波の反射や特定方向への電磁波の放射を防ぐために、携帯電話の内部や、UHF帯のICタグのリーダー周辺に貼る、などに使われています。使い方は簡単ですが性能に比べて価格が高く、重く厚くて使い難いこと。対象とする電磁波の周波数に合わせて、吸収材料の組成や粒子サイズ、バインダーへの混合比などを調整する必要が有ります。

[シールド方式]
 電磁波は、空間インピーダンスが不連続なところで反射をします。シールドとは、この空間インピーダンスの不整合を利用し、空間が377Ωなのに対して、ほぼ0Ωの金属などの物体で電磁波を受けたくない空間や物を覆うものです。電磁波が導電性の板に突き当たると、空間インピーダンスはこの板の導電率が低ければ空間インピーダンスは小さくなり、シールド性能は良くなります。しかし、導電性の布やカーテンがシールドとして使われた場合は、導電率すなわち空間インピーダンスは0にならないため、シールド効果は低下してしまうわけです。
 また、シールドは空間インピーダンスの不連続面を使うので、シールドに使うカーテンや金属をアースしておいても、効果は変わりません。

 空間インピーダンスの不連続面を作るシールド効果により到来した電磁波は反射をしますが、付近に誘電率が高い物質があれば、そちらへ引き寄せられます。これは、シールドエプロンやシールド腹帯で電磁波を防ごうとしても、端の部分から反射された電磁波までが身体に浸透することを意味します。
 導電性のカーテンや金属板を使ったシールドの場合、シールドに隙間があれば浸透します。偏波面と同じ向きで、波長の2分の1以上の細い隙間が有ると、結果的に電磁波はその隙間を通り抜けることになり、シールド効果は大幅に低下します。
 つまり、携帯電話の使うUHF帯の電磁波の波長は30cm程度ですから、カーテンに縦の隙間が有ると基地局の電磁波はここをすり抜けることになります。風でカーテンがゆれたら、シールド効果はゼロになります。

[アンテナ吸収方式]
 アンテナ吸収方式とは、対象とする電磁波の周波数に共振するアンテナの給電点で電磁波のエネルギーを熱に変えて吸収します。但し、アンテナが対象とする電磁波と共振するには、波長に近い大きさが必要である上に、広い周波数帯域を一つのアンテナでカバーするのは困難です。その上に到来電磁波の偏波面に合わせたアンテナの配置も必要です。
 ダイポールアンテナは、形状が簡単でアンテナの標準となります。しかし、携帯電話が使う周波数帯域を全てカバーするには、長さを変えて何本も必要です。形帯電話用であれば、少なくとも全長15cmと7.5cmの2つを、偏波面にあわせてそれぞれを直交させて配置することになります。アンテナ方式だけは偏波面とアンテナの向きを合わせる必要が有り、この様な対処が必要になります。

 アイ・ピピが使うクローバー型のアンテナは、クローバー形状の周囲の長さが波長程度であり、アイ・ピピのように妊婦のお腹に密着して使う近傍界条件では、広い周波数帯域で電磁波を吸収する特性が有ります。2つのアンテナ素子が直交する形状で、偏波面の変化に対処します。

 アイ・ピピは電磁波吸収方式に匹敵する性能で、薄く、軽く、しなやかなアンテナ方式のシールです。

2015年3月8日日曜日

電磁波先進国

 イギリス、フランス、ロシア、アメリカや欧州各国は、妊婦さんに対する携帯電話の使用規制を発表しています。米軍の携帯電話の使用する周波数を含むマイクロ波帯の規制値は、WHOの規制値の半分(つまり倍厳しい)値で、ロシアは同じく10分の1の規制値です。

 アメリカとロシア(当時はソ連)は第2次世界大戦後の1940年代後半から50年代にかけて、冷戦による軍拡競争で電波兵器の開発に励んだ時期が有ったようです。レーダーなどの無線装置が開発されたばかりで、無線技術が急激に発達しました。この開発時にいろいろと障害が出たのでしょう。このために、人体に対する電磁波の影響を広範囲に集めたといわれています。この結果、この2国の電磁波に対する規制値が他国に比べて2~10倍厳しい値となっているのではないかと思います。
 軍用ですから、一般民衆よりも長時間電磁波の被曝を受ける可能性があるので、この様な厳しい値になっているとも考えられます。しかし、四六時中携帯電話を使っている中高生や、猛烈サラリーマンなどは軍用に匹敵する被曝環境ではないかと思います。
 今流行りのLINEなどは頭には密着させないので、頭部被曝の観点では少しだけ良いのですが、LINEの付き合いだけの閉鎖社会しか経験しないのは、気にかかります。

 ソビエト連邦の電磁波規制が世界一だったというのは、印象的です。


2番手の電磁波対策品はアイ・ピピ

 ペースセーバーは心臓ペースメーカーを使う、電磁波弱者向けの電磁波対策品でした。アイ・ピピは胎児のための電磁波対策品です。携帯電話の使いやすい電磁波の波長がたまたま人間の身体各部のサイズと近いことが不幸の原因です。
 もう一つの不幸は、女性の服装の習慣です。女性は装身具以外の身の周りの品物はバッグに入れて運びま

す。男性の様にポケットや腰のホルダーに携帯電話やスマートフォンを入れて活動すれば問題が無いのですが、女性にはバッグと言う便利な物が有り、ここに電話器を入れて運びます。男女共に腰から上、首から下は携帯電話の出す電磁波には大きな影響は受けませんが、共に下腹部は影響を受けます。特に妊婦はお腹で赤ちゃんを育てており、この近くで電磁波を出すのは良くありません。電車や自動車に乗り、優先席に腰掛けてお腹の上のバッグの底に携帯電話を入れる、この携帯電話が本人の意思に関係無く電磁波を出します。
 スマートフォンもガラケーと同じに、電車や自動車に乗っている時は数分に1回、短い時間ですが強い電磁波を発します。この電磁波を吸収するのがアイ・ピピです。

 電磁波対策品には多くの商品が売り出されています。アイ・ピピ以外はシールド方式です。この方式のエプロンや腹帯は電磁波を反射します。これは遮蔽では有りません。遮蔽は電磁波を中に入れませんが、エプロンや腹帯は反射した電磁波がシールドの縁から身体内に入り、到来した電磁波はシールドの裏側に回りこみます。シールド方式は、下腹部より上下30cmの1波長分を覆っていることが望ましいです。胸から膝までの長さが好ましいです。
 大げさなエプロンならこの条件を満足しますが、活動するには鬱陶しいですね。腹帯では大きさが足りません。アイ・ピピはアンテナとして電磁波を集め反射をしないので、縁から数cm以上の電磁波を集め、裏側には15cmくらいは回りこまず、裏側の電磁波強度を100分の1以下に減らします。

 アイ・ピピは四葉のクローバー型に銅箔でアンテナを作りこみ、アクリルサテン布でカバーした、薄くて軽いシールです。内部のアンテナは純粋に技術の話ですが、色や模様は女性デザイナーに考えて頂き、表面の被覆やパッケージ等のデザインは女性のご意見を多く取り入れました。下の写真は、使っている周波数の違いで、ドコモとAU用の大きくて黄色いアイ・ピピ、ソフトバンク用の少し小さくてピンク色のアイ・ピピです。


 発売以来、そろそろ6年に達し、苦情等は一切無く、逆に携帯電話に張る電磁波対策品が欲しいとのご希望を頂いておりました。これが、次のWavesafeウェーブセーフの開発と商品化のきっかけになりす。


2015年3月5日木曜日

ヤマダ電機様での販売が始まりました

今月よりヤマダ電機様でWAVESAFEのお取扱いが始まりました。店頭で見つからない場合には、お店の方にお問い合わせください。

2015年3月2日月曜日

テレコムエンジニアリングセンター

本日は、依頼試験の相談のために一般財団法人テレコムエンジニアリングセンターの松戸試験所を訪問しました。テレコムエンジニアリングセンターは、35年以上の歴史を持つ、日本を代表する電波機器、無線設備等の認証・試験機関です。かつては、日本唯一の指定証明機関でした。周りには梨畑が広がり、のんびりとした場所にあります。春を感じる午後でした。

テレコムエンジニアリングセンター

本日は、依頼試験の相談のために一般財団法人テレコムエンジニアリングセンターの松戸試験所を訪問しました。テレコムエンジニアリングセンターは、35年以上の歴史を持つ、日本を代表する電波機器、無線設備等の認証・試験機関です。かつては、日本唯一の指定証明機関でした。周りには梨畑が広がり、のんびりとした場所にあります。春を感じる午後