ALS-PD70-01C/TR7 環境光センサー データシート - サイズ 4.4x3.9x1.2mm - 電圧 2.5V ～ 5.5V - 日本語技術文書

1. 製品概要

ALS-PD70-01C/TR7は、表面実装型の環境光センサーです。フラットトップのウォータークリア材で成形された小型SMDパッケージ内にフォトダイオードを内蔵しています。携帯電話やPDAなどの携帯機器におけるディスプレイバックライトの省電力化を目的とした効果的なソリューションとして設計されています。主要な特徴は、赤外線の高い除去比であり、人間の目の分光感度特性に極めて近いスペクトル応答を実現しています。

1.1 主な特長

• 人間の目の分光感度特性に近い応答。
• 様々な光源に対する感度変動が小さい。
• 広い動作温度範囲：-40°C ～ +85°C。
• 広い電源電圧範囲：2.5V ～ 5.5V。
• コンパクトサイズ：4.4mm (L) x 3.9mm (W) x 1.2mm (H)。
• RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格に準拠（Br<900ppm、Cl<900ppm、Br+Cl<1500 ppm）。

1.2 対象市場と用途

本センサーは、主に携帯型および省エネルギーを重視した電子機器を対象としています。主な用途は以下の通りです：

• TFT LCDディスプレイのバックライト制御による省電力化のための環境光検出。
• 住宅および商業用の自動照明管理システム。
• 電子看板の自動コントラスト調整。
• 自然光および人工光条件下での環境光モニタリングデバイス。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性がある限界を定義します。これらの条件を超えて動作させることは推奨されません。

• 逆方向降伏電圧（V_BR)）：35 V（I_R=100µA時）。これは、フォトダイオードが降伏前に耐えられる最大逆電圧を示します。
• 順方向電圧（V_F)）：0.5 V ～ 1.3 V（I_F=10mA時）。これは、順方向バイアス時のダイオード両端の電圧降下であり、テストには関連しますが、光導電モードでの典型的な動作ではありません。
• 動作温度（T_opr)）：-40°C ～ +85°C。
• 保管温度（T_stq)）：-40°C ～ +85°C。
• はんだ付け温度（T_sol)）：260°C。これはリフローはんだ付けプロセスにおいて重要です。

2.2 推奨動作条件

デバイスは、規定の性能を確保するために以下の条件内で動作するように設計されています。

• 動作温度（T_opr)）：-40°C ～ +85°C。

2.3 電気的・光学的特性

これらのパラメータはT_a=25°Cで測定され、センサーのコア性能を定義します。

• 暗電流（I_D)）：標準値 2 nA、最大値 10 nA（V_R=5V、E_V=0 Lux時）。これは光がない場合のわずかなリーク電流です。低照度条件下での感度にとっては、値が低いほど優れています。
• 光電流（I_L1)）：標準値 1.1 µA（V_R=5V、E_V=100 Lux、白色蛍光灯/LED光源時）。これは指定された照度下で発生する光電流です。
• 光電流（I_L2)）：標準値 9.5 µA（V_R=5V、E_V=1000 Lux、白色蛍光灯/LED光源時）。
• 光電流（I_L3)）：標準値 12 µA（V_R=5V、E_V=1000 Lux、CIE標準光源A / 2856K白熱電球時）。I_L2とI_L3の差は、センサーの異なる光源スペクトルに対する応答の違いを強調しています。
• ピーク感度波長（λ_p)）：標準値 630 nm。これはセンサーのピーク応答が可視光の赤～オレンジ領域にあることを確認し、人間の目の感度と一致しています。
• 感度波長範囲（λ））：390 nm ～ 700 nm。これは可視光スペクトルの大部分をカバーし、赤外線（IR）および紫外線（UV）を強く除去します。

3. 性能曲線分析

データシートには、設計エンジニアにとって重要ないくつかの代表的な電気光学特性曲線が参照されています。

3.1 光電流対照度特性

この曲線は、出力光電流と環境光レベル（ルクス単位）の関係を示します。広範囲にわたって通常は線形であり、アプリケーションにおける光レベルの直接的な較正を可能にします。この曲線の傾きはセンサーの応答度を表します。

3.2 暗電流対温度特性

このグラフは、暗電流（I_D）が温度とともにどのように増加するかを示しています。暗電流はノイズとして作用するため、極端な温度環境で動作するアプリケーションにおいて、正確な低照度読み取りを確保するためにこの関係を理解することが重要です。

3.3 光電流対温度特性

この曲線は、一定の照度下での光電流の温度による変動を示します。ある程度の温度依存性は予想され、全動作範囲にわたって高精度が要求される場合、温度補償回路を設計するにはこのデータが必要です。

3.4 光電流対電源電圧特性

このプロットは、推奨電源電圧範囲（2.5V ～ 5.5V）にわたる光電流出力の安定性を示しています。電圧変動にわたる安定した出力は、電源設計を簡素化します。

3.5 分光感度特性

これは最も重要なグラフの一つです。センサーの相対感度を波長に対してプロットしています。曲線は指定通り約630 nmでピークを持ち、700 nmを超えると急激に低下し、効果的なIR除去を確認できます。この曲線をCIE明所視効率関数（標準的な人間の目の応答）と比較することで、人間の目の応答に近いという主張を視覚的に検証できます。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ外形寸法

センサーは表面実装パッケージで提供されます。主要寸法は以下の通りです：

• 長さ（L）：4.4 mm ±0.1 mm
• 幅（W）：3.9 mm ±0.1 mm
• 高さ（H）：1.2 mm

データシートの詳細な機械図面には、ランドパターン設計のための正確な寸法（パッドサイズや間隔など）が記載されており、これはPCBレイアウトおよびはんだ接合部の信頼性にとって重要です。

4.2 極性識別

データシートの図面には、パッケージ本体上のカソードおよびアノードのマーキングが示されています。組立時の正しい極性方向は、回路の適切な動作に不可欠です。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けパラメータ

はんだ付け温度の絶対最大定格は260°Cです。これは、デバイスが典型的な鉛フリーリフロープロファイルに耐えられることを意味します。設計者は標準的なSMDリフローはんだ付け手法に従い、ピーク温度が260°Cを超えず、液相線以上の時間がPCB組立仕様に従って制御されるようにする必要があります。

5.2 取り扱いおよび保管

デバイスは、指定された保管温度条件（-40°C ～ +85°C）下で、元の防湿バッグ内に保管する必要があります。取り扱いおよび組立時には、標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包仕様

• 標準梱包：1バッグあたり1000個。
• カートン梱包：1カートンあたり10箱。
• リール梱包：自動実装機用に、1リールあたり1000個で提供可能。

6.2 ラベル形式およびトレーサビリティ

梱包ラベルには、トレーサビリティおよび識別のためのフィールドが含まれています：

• CPN（顧客品番）
• P/N（品番：ALS-PD70-01C/TR7）
• QTY（梱包数量）
• CAT（ランク - 性能ビニング用の可能性あり）
• HUE（ピーク波長）
• REF（参照）
• LOT No（ロット番号、トレーサビリティ用）

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

センサーは光導電モードで動作します。代表的なアプリケーション回路では、フォトダイオードを逆バイアス（カソードをV_CCに、アノードをトランスインピーダンスアンプまたはプルダウン抵抗に）接続します。発生する電流は光強度に比例します。この電流は、抵抗を使用して電圧に変換するか、より高感度・広帯域幅を得るために、より洗練されたオペアンプベースのトランスインピーダンスアンプ（TIA）を使用して電圧に変換できます。

7.2 設計上の注意点

• バイアス：逆バイアス電圧（V_R）が2.5V ～ 5.5Vの範囲内であることを確認してください。安定した読み取り値のためには安定した電源が推奨されます。
• 信号調整：出力は微小電流（マイクロアンペア）です。ノイズの混入を最小限に抑えるため、注意深いPCBレイアウトが必要です。センサーを直接的なIR光源（日光や白熱電球など）から遮蔽することで、IR除去特性により精度が向上しますが、ある程度のスペクトル依存性は残ります（I_L2とI_L3の比較を参照）。
• 較正：典型的なばらつきと人間の明るさに対する非線形知覚のため、正確なルクス測定には、既知の光源に対する最終製品の較正がしばしば必要です。
• 光学設計：ウォータークリアのフラットトップパッケージは、最終製品において、センサーが環境光の代表的なサンプルを受け取り、点光源や影の影響を受けないようにするために、光ガイドや拡散板を必要とする場合があります。

8. 技術比較および差別化

ALS-PD70-01C/TR7は、以下の主要な特徴の組み合わせによって差別化されています：

• 人間の目の応答：単純なフォトダイオードとは異なり、フィルタリングされた応答によりIR感度が最小限に抑えられ、複雑なソフトウェア補正なしで輝度知覚タスクに直接有用な出力が得られます。
• 広い電圧範囲：2.5V ～ 5.5Vの範囲により、マイクロコントローラで一般的な3.3Vおよび5Vのロジックシステムの両方で直接使用でき、レベルシフタやレギュレータが不要になります。
• 堅牢な温度性能：-40°C ～ +85°Cの指定動作範囲により、一般的な民生電子機器を超えて、自動車、産業、屋外用途に適しています。
• 規格準拠：現代の環境規制（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への完全準拠は、今日のほとんどのグローバル市場における必須要件です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 このセンサーによるルクス測定の精度はどの程度ですか？

センサーは光強度に比例した光電流を提供します。正確なルクス測定のためには、アプリケーションで使用される特定の種類の光源（例：日光、蛍光灯、LED）下で参照照度計に対して較正することが不可欠です。データシートは異なる光源下での典型的な応答を提供しており（I_L2およびI_L3を参照）、あらゆる光センサーに内在するスペクトル依存性を強調しています。

9.2 屋外の直射日光下で使用できますか？

動作温度範囲は許容しますが、直射日光には非常に高いIR成分が含まれています。センサーのIR除去特性は役立ちますが、直射日光下の照度レベル（しばしば>50,000ルクス）はセンサーまたは後段の増幅段を飽和させる可能性があります。光学減衰器（NDフィルター）または信号調整回路における注意深いレンジ選択が必要となるでしょう。

9.3 ラベル上のCATとHUEの目的は何ですか？

これらはおそらく性能ビニングを示しています。CAT（カテゴリ/ランク）は、光電流感度（例：標準テスト条件下での出力の高低）に基づいてデバイスをビニングする可能性があります。HUE（ピーク波長）は、ピーク分光感度の正確な波長（標準的な630 nm付近）に基づいてデバイスをビニングします。これにより、メーカーは大量生産においてより厳密な性能マッチングを持つセンサーを選択することができます。

10. 実用的な使用例

シナリオ：携帯機器の自動バックライト調光

ALS-PD70-01C/TR7は、機器のベゼルの小さな開口部または光ガイドの背後に配置されます。単純な抵抗を介してマイクロコントローラのアナログ-デジタル変換器（ADC）入力に接続されます。マイクロコントローラのファームウェアは、環境光レベルに対応する電圧を定期的に読み取ります。事前にプログラムされたルックアップテーブルまたはアルゴリズム（しばしば対数的な人間の知覚曲線を模倣）に基づいて、マイクロコントローラはディスプレイのLEDバックライトを駆動するPWM（パルス幅変調）のデューティサイクルを調整します。暗い部屋では、バックライトは省電力と目の疲労軽減のために暗くなります。明るい日光下では、視認性のために最大輝度まで増加します。センサーの高速応答と人間の目に似た分光感度により、様々な照明条件（オフィスの蛍光灯、家庭のLED、屋外の太陽光）下で滑らかで自然な調整が保証されます。

11. 動作原理

本デバイスはシリコンフォトダイオードです。シリコンのバンドギャップよりも大きなエネルギーを持つ光子が半導体接合に衝突すると、電子-正孔対が生成されます。逆バイアス電圧下では、これらの電荷キャリアが接合を横切って掃き出され、入射光強度に広範囲で線形比例する測定可能な光電流が生成されます。パッケージには赤外波長を減衰させる光学フィルターが組み込まれており、分光応答を人間の目の明所視応答に近似するように整形しています。

12. 業界動向

環境光センシングは成熟しているが進化し続ける技術です。現在のトレンドには以下が含まれます：

• 統合化：フォトダイオード、増幅器、ADC、およびデジタルロジック（I2C/SPIインターフェース）を単一チップに組み合わせ、デジタル光センサーを作成します。これにより設計は簡素化されますが、一部の性能や柔軟性とのトレードオフとなる可能性があります。
• 近接センシング：しばしばIR LEDと組み合わせて近接センサーを作成し、通話中のディスプレイオフなどの機能に使用されます。
• フリッカー検出：高度なセンサーは人工光のフリッカー周波数（例：LEDや蛍光灯からの）を検出でき、カメラがシャッター速度を調整してバンディング効果を低減することを可能にします。
• 超低消費電力：IoTデバイスにおける常時オンアプリケーション向けに、ナノアンペアレベルの静止電流を持つセンサーが求められています。

ALS-PD70-01C/TR7は、高性能なディスクリートソリューションを代表し、統合よりも設計の柔軟性と最適化されたアナログ性能が優先されるアプリケーション向けに、これらの要素を提供します。