赤外線エミッタ LTE-2871 データシート - T-1 3/4 パッケージ - 順方向電圧 1.6V - ピーク波長 940nm - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、高性能赤外線（IR）エミッタ部品の完全な技術仕様を提供します。このデバイスは、狭い視野角内で高い放射強度を実現するように設計されており、指向性のある赤外線照明を必要とするアプリケーションに適しています。その中核的な利点は、高輝度出力のための専門的な性能特性と組み合わされたコスト効率の高い設計です。主なターゲット市場は、信頼性の高い、焦点の合った赤外線光が不可欠な産業オートメーション、センシングシステム、近接検知、および光通信リンクを含みます。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

すべての定格は、周囲温度（T_A）25°Cで規定されています。これらの限界を超えると、デバイスに永久的な損傷を与える可能性があります。

• 消費電力：90 mW
• ピーク順方向電流：1 A (パルス条件時：300 pps、10 μs パルス幅)
• 連続順方向電流（I_F）：60 mA
• 逆電圧（V_R）：5 V
• 動作温度範囲：-40°C ～ +85°C
• 保存温度範囲：-55°C ～ +100°C
• リードはんだ付け温度：260°C、5秒間 (パッケージ本体から1.6mmの位置で測定)

2.2 電気的・光学的特性

主要な性能パラメータは、特に断りのない限り、T_A=25°C、標準テスト電流 I_F= 20 mA で測定されています。

• 順方向電圧（V_F）：標準 1.6 V、最大 1.6 V (I_F=20mA時)。このパラメータは、動作時のエミッタ両端の電圧降下を定義します。
• 逆電流（I_R）：最大 100 μA (V_R=5V時)。これはデバイスが逆バイアスされたときのリーク電流を示します。
• ピーク発光波長（λ_ピーク）：940 nm。これはエミッタが最大光パワーを放射する波長であり、近赤外線スペクトルに位置します。
• スペクトル半値幅（Δλ）：50 nm。これは発光の帯域幅を指定し、スペクトル分布曲線の半値全幅（FWHM）として測定されます。
• 視野角（2θ_1/2）：16 度。この狭いビーム角は、デバイスの焦点を絞った出力を確認するもので、放射強度がピーク値の半分に低下する全角として定義されます。

3. ビニングシステムの説明

この部品は、その放射出力に基づいて性能ビンに分類されます。これにより、必要な強度レベルに基づいて選択が可能になります。主要なビニングパラメータは、開口放射照度（E_e、単位 mW/cm²）と放射強度（I_E、単位 mW/sr）であり、いずれも I_F=20mAで測定されます。

• ビン A： E_e： 0.44 - 0.96 mW/cm²； I_E： 3.31 - 7.22 mW/sr。
• ビン B： E_e： 0.64 - 1.20 mW/cm²； I_E： 4.81 - 9.02 mW/sr。
• ビン C： E_e： 0.80 - 1.68 mW/cm²； I_E： 6.02 - 12.63 mW/sr。
• ビン D： E_e： 1.12 mW/cm² (最小)； I_E： 8.42 mW/sr (最小)。これは最高出力のビンを表します。

設計者は、光パワーが検出器システムのアプリケーションの感度要件を満たすように、必要なビンコードを指定する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの動作を表すいくつかのグラフが含まれています。

4.1 スペクトル分布

スペクトル出力曲線（図1）は、明確な50nmの半値幅を持つ940nmのピーク波長を中心に鋭く分布しています。この特性は、この領域でピーク感度を持つシリコンフォトディテクタとの整合、および環境光を除去する光学フィルタとの互換性を確保するために重要です。

4.2 順方向電流対順方向電圧 (I-V 曲線)

I-V特性曲線（図3）は、半導体ダイオードの典型的な指数関数的関係を示しています。20mAでの指定順方向電圧1.6V（最大）は、定電流駆動回路を設計するために必要なデータを提供します。この曲線は、異なる動作電流での消費電力（V_F* I_F）の計算に役立ちます。

4.3 相対放射強度対順方向電流

この曲線（図5）は、光出力パワーが駆動電流とともにどのように変化するかを示しています。これは広い範囲で典型的に線形ですが、非常に高い電流では飽和や効率の低下を示す可能性があります。このデータは、絶対最大定格を超えることなく、所望の光出力を達成するための動作点を決定するために不可欠です。

4.4 温度依存性

2つの曲線が熱性能を詳細に示しています。図2は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、最大許容順方向電流がどのように低下するかを示しており、信頼性にとって重要な考慮事項です。図4は、相対放射強度を周囲温度の関数として示し、温度が上昇すると出力効率が典型的に低下することを示しており、精密センシングアプリケーションではこれを補償する必要があります。

4.5 放射パターン

極座標放射図（図6）は、16度の狭い視野角を視覚的に確認します。このパターンは、放射される赤外線の空間分布を示しており、光学アライメントを設計し、照射スポットサイズがアプリケーションのニーズを満たすことを確保するために不可欠です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージタイプと寸法

このデバイスは、改良型T-1 3/4（5mm）スルーホールパッケージを使用しています。図面からの主要な寸法注記は以下の通りです：

• すべての寸法はミリメートル単位です（括弧内にインチ単位を併記）。
• 特定の特徴が異なる公差を要求しない限り、標準公差は±0.25mm（±0.010"）です。
• パッケージフランジ下の樹脂の最大突出は1.0mm（0.039"）です。
• リード間隔は、リードがパッケージ本体から出る点で測定され、PCBフットプリント設計にとって重要です。

このパッケージは、標準的なフローはんだ付けまたは手はんだ付けプロセス用に設計されています。

5.2 極性識別

スルーホールパッケージの場合、極性は通常、パッケージリムのフラット部分または異なる長さのリード（通常、長いリードがアノード）によって示されます。正確なマーキング方式については、データシートの寸法図を参照してください。5Vの限界を超える逆バイアス印加を防ぐために、正しい極性が不可欠です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

半導体チップとエポキシレンズへの熱損傷を防ぐため、はんだ付けプロファイルの厳格な遵守が必要です。

• はんだ付け温度：リードは、最大5秒間、260°Cの温度に耐えることができます。この測定は、パッケージ本体から1.6mm（0.063"）の位置で行われます。
• プロセス推奨：フローはんだ付けの場合、予熱、保持、冷却段階を含む標準プロファイルが適用可能です。リードと本体の接合部では、260°C/5秒の限界を超えないようにしてください。
• 洗浄：洗浄が必要な場合は、パッケージのエポキシ材料と互換性のある溶剤を使用し、レンズの曇りやひび割れを避けてください。
• 保存条件：デバイスは、指定された保存温度範囲（-55°C ～ +100°C）内で、低湿度環境で、元の防湿バッグに保存し、リードの酸化を防ぐ必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

高輝度と狭ビームの組み合わせにより、このエミッタは以下に理想的です：

• 近接・存在検知：自動蛇口、石鹸ディスペンサー、ハンドドライヤー、在室検知などで使用されます。
• 産業用光学センサ：製造ラインでの物体カウント、エッジ検知、位置検知。
• 光バリア・インタラプタ：セキュリティシステムや機械の安全カーテンでの物体検知のための焦点を絞ったビームを作成します。
• 短距離データリンク：指向性光が干渉と消費電力を低減する赤外線データ伝送（IrDA）。
• 暗視照明：赤外線感度センサを備えたCCTVカメラ用の不可視光源として。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：I_Fを設定するために、定電流源またはLEDと直列の電流制限抵抗が必須です。安全設計のために最大V_電源- V_F） / I_Fを使用して抵抗値を計算します。_Fを使用します。
• 熱管理：消費電力は低いですが、高い周囲温度または最大連続電流付近で動作する場合は、デレーティング曲線に注意が必要です。PCB上で十分な通気を確保してください。
• 光学アライメント：狭いビームは、ペアのフォトディテクタまたはターゲット領域との正確な機械的アライメントを必要とします。光学設計には放射パターン図を使用してください。
• 電気的保護：最大逆電圧がわずか5Vであるため、逆電圧接続および電源ライン上の電圧トランジェントに対する保護を組み込んでください。
• ビン選択：受信機の感度とアプリケーションに必要な信号対雑音比に基づいて、適切な出力ビン（AからD）を選択してください。高いビンはより多くの光パワーを提供しますが、コストに影響を与える可能性があります。

8. 技術比較・差別化

標準的な非集光型IRエミッタと比較して、このデバイスは明確な利点を提供します：

• 狭ビームでの高い放射強度：標準エミッタはしばしば30°以上の視野角を持ち、光を広い領域に分散させます。この部品は出力を16°のビームに集中させ、軸上でより高い強度を提供し、より長い検知距離が可能になるか、同じ受信信号に対して必要な駆動電流が低減されます。
• センシングに最適化：狭いビームは、マルチセンサアレイでの光学的クロストークの可能性を低減し、意図しない表面からの反射を最小限に抑え、システムの精度と信頼性を向上させます。
• コスト効率の高い性能：より高価なレンズ付きパッケージに関連付けられることが多い焦点を絞ったビーム特性を、標準的で低コストのT-1 3/4フォーマットで提供します。

9. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q1: 開口放射照度（E_e）と放射強度（I_E）の違いは何ですか？

A1: 放射強度（I_E、単位 mW/sr）は、単位立体角あたりに放射される光パワーの尺度であり、ビームの集中度を記述します。開口放射照度（E_e、単位 mW/cm²）は、特定の距離で表面（検出器など）に入射するパワー密度であり、強度と距離の両方に依存します。I_Eはエミッタの固有の特性です；E_eはシステムの幾何学的形状に依存します。

Q2: 3.3V電源でこのエミッタを駆動できますか？

A2: はい、通常可能です。20mAでの典型的なV_Fが1.6Vの場合、直列抵抗を使用して残りの電圧（3.3V - 1.6V = 1.7V）を降下させることができます。抵抗値は R = 1.7V / 0.02A = 85 オームとなります。標準的な82または100オームの抵抗が適しており、実際の電流を再計算します。

Q3: なぜピーク波長は940nmで850nmではないのですか？

A3: 940nmは850nmと比較して人間の目には見えにくく（より暗い赤色または不可視）、目立たない照明に適しています。両方の波長はシリコンフォトダイオードによって効率的に検出されますが、感度は850nmでわずかに高くなります。選択は、可視性に対する必要性と検出器の最大応答のどちらを重視するかによります。

Q4: ビニングコード（A、B、C、D）をどのように解釈すればよいですか？

A4: ビンは、工場で測定された光出力に基づいて分類されたグループを表します。ビンDは保証された最小出力が最も高く、ビンAは最も低くなります。受信回路がすべての条件下（温度影響や経年劣化を含む）で確実に機能するために必要な最小光パワーに基づいてビンを選択してください。

10. 設計・使用事例

シナリオ: プリンタ用紙葉カウンタの設計

エミッタとフォトトランジスタは、紙の通路の反対側に配置されます。LTE-2871の狭い16°ビームが重要です。これにより、光がギャップを直接横切って検出器に焦点を合わせ、プリンタ内部機構からの散乱や反射を最小限に抑え、誤カウントを引き起こす可能性を低減します。レンズにわずかに紙粉が付着しても強い信号を提供するために、ビンCまたはDのエミッタが選択されます。駆動回路は20-40mAの定電流を使用し、受信回路は、紙が焦点を絞ったビームを遮断したときの明確な信号の低下を検出するように設計されます。周囲温度が50-60°Cに達する可能性があるプリンタ内部での確実な動作を確保するために、温度デレーティング曲線が参照されます。

11. 動作原理の紹介

赤外線エミッタは、半導体p-n接合ダイオードです。順方向バイアス（アノードにカソードに対して正の電圧を印加）されると、電子と正孔が半導体材料（通常はアルミニウムガリウムヒ素 - AlGaAsベース）の活性領域で再結合します。この再結合プロセスは、光子（光粒子）の形でエネルギーを放出します。半導体層の特定の組成が放出される光子の波長を決定します；このデバイスの場合、940nm（近赤外線範囲）になるように設計されています。改良されたパッケージには、放射光を指定された狭いビームパターンに形成し、指向性アプリケーションのために出力を平行にするエポキシレンズが組み込まれています。

12. 技術トレンド

赤外線エミッタの分野では、一般的なトレンドは、効率の向上（電気入力ワットあたりのより多くの光出力パワー）、データ通信のためのより高い動作速度の実現、自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージの開発に焦点を当てています。また、特定のセンシングアプリケーション（例：ガスセンシング）のための波長オプションの拡大、およびエミッタをドライバや制御ロジックと統合したスマートモジュールへの開発も進行中です。半導体材料におけるエレクトロルミネッセンスの基本原理は、この技術の基礎であり続けています。