ITR8307/L24/TR8 反射型光センサー データシート - 鉛フリー、RoHS、REACH準拠 - 日本語技術文書

1. 製品概要

ITR8307/L24/TR8は、短距離検出アプリケーション向けに設計されたコンパクトな表面実装型反射光スイッチです。GaAs赤外線（IR）発光ダイオード（LED）送信部と高感度NPNシリコンフォトトランジスタ受信部を、単一の並列プラスチックパッケージ内に統合しています。この構成により、反射面に戻ってくる赤外線の強度を測定することで、反射面の有無を検出することができます。

本デバイスは、高速応答性、赤外線に対する高感度、可視波長をカットする分光感度特性により、周囲の可視光干渉の影響を受けないことが特徴です。鉛フリー（Pbフリー）で製造され、EU RoHSおよびREACH指令に準拠し、ハロゲンフリー要件（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）を満たしています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このセンサーの主な利点は、薄型プロファイル、コンパクトなフットプリント、高速の光応答性であり、これはスペースに制約のある高速アプリケーションにとって重要です。その設計は、信頼性の高い非接触物体検出が必要とされる様々な民生用電子機器やマイコン制御機器に適しています。

代表的なターゲットアプリケーションには、デジタルカメラ（レンズやカバー検出用）、ビデオカセットレコーダー（VCR）、フロッピーディスクドライブ、カセットテープレコーダー、その他の自動制御システムにおける位置検出などが含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

永久的な損傷を防ぐため、これらの限界を超えて動作させてはなりません。主な定格には、周囲温度25℃における入力（LED）電力損失75 mW、最大順方向電流（IF）50 mA、およびデューティサイクル1％でパルス幅≤100μsにおけるピーク順方向電流（IFP）1 Aが含まれます。出力（フォトトランジスタ）については、最大コレクタ電力損失は75 mW、コレクタ電流（IC）は50 mA、コレクタ-エミッタ電圧（BV_CEO）は30 Vです。動作温度範囲は-40°Cから+85°Cです。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは周囲温度（T_a）25℃で規定され、通常動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

2.2.1 入力（赤外線LED）特性

• 順方向電圧（V_F）：順方向電流（I_F）20 mAにおいて、標準値1.2 V、最大1.6 Vです。これはLED駆動回路の設計に重要です。
• ピーク波長（λ_P）：940 nmで、その発光は近赤外スペクトルに位置します。

2.2.2 出力（フォトトランジスタ）特性

• 暗電流（I_CEO）：光が入射していないときのリーク電流で、V_CE=10Vにおいて最大100 nAです。値が低いほどオフ状態の性能が優れています。
• 光電流（I_C(ON)）：LEDが動作し、光が受信部に反射されたときのコレクタ電流です。V_CE=2V、I_F=4mAの試験条件下で、0.5 mAから15.0 mAの広い範囲を持ちます。このパラメータは、ターゲット物体の反射率と距離に大きく依存します。
• 立上り/立下り時間（t_r、t_f）：標準でそれぞれ20 μsecで、センサーのスイッチング速度を定義します。

3. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下での主要パラメータ間の関係を示すいくつかのグラフが提供されています。これらは、標準的な25℃の点を超えた実際の動作を理解するために不可欠です。

3.1 赤外線LED特性

曲線は、順方向電流が周囲温度と順方向電圧にどのように変化するかを示しています。順方向電圧は負の温度係数を持ち、温度が上昇すると減少することを意味します。分光分布曲線は、940 nmでのピーク発光を確認し、ピーク波長自体も温度とともにわずかにシフトします。

3.2 フォトトランジスタ特性

重要な曲線には、コレクタ暗電流対周囲温度（温度とともに指数関数的に増加）、コレクタ電流対照度（フォトトランジスタの光強度に対する応答を示す）、およびコレクタ電流対コレクタ-エミッタ電圧が含まれます。分光感度曲線は、受信部が800-900 nm付近の赤外線に最も敏感であり、LEDの940 nm出力とよく一致していることを示しています。

3.3 センサー全体（ITR）特性

これらのグラフは、実際の反射セットアップにおけるセンサーの動作をモデル化しています。相対コレクタ電流対距離曲線はシステム設計にとって重要で、センサーと反射面（アルミ蒸着ガラスなど）の間のギャップが増加するにつれて出力信号がどのように減衰するかを示します。別の曲線は、カードがセンサーの視野を横切って移動する際の出力変動を示し、エッジ検出やスロット検出に有用です。応答時間対負荷抵抗グラフは、速度を最適化するための適切なプルアップ抵抗を選択するのに役立ちます。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

デバイスはコンパクトな表面実装パッケージで提供されます。データシートには、全長、幅、高さ、リード間隔、パッド寸法などの重要な測定値を含む詳細な寸法図が提供されています。特に指定がない限り、すべての公差は通常±0.1 mmです。エンジニアは、適切なはんだ付けと機械的な位置合わせを確保するために、PCBフットプリント設計にはこれらの正確な図面を参照する必要があります。

4.2 極性識別

パッケージには、ピン1を示すマーキングまたは特定の形状が含まれています。組立時の正しい向きは重要であり、逆接続はデバイスを損傷する可能性があります。ピン配置は、赤外線LEDのアノードとカソード、およびフォトトランジスタのコレクタとエミッタを識別します。

5. はんだ付け、実装、および保管ガイドライン

5.1 湿気感受性と保管

デバイスは湿気感受性レベル（MSL）4に格付けされています。主な取り扱い指示は以下の通りです：

• 元の密封防湿バッグ内での保管寿命：<40°C、<90% RHで12ヶ月。
• バッグを開封後、工場条件（<30°C/60%RH）で保管する場合は72時間以内に実装するか、乾燥環境（<20% RH）で保管する必要があります。
• 湿度指示カード（HIC）が20% RHを超えた場合、リフローはんだ付け前にベーキングが必要です（例：125°Cで24時間）。

5.2 リフローはんだ付け条件

推奨される鉛フリーはんだリフロー温度プロファイルが提供されています。主な注意事項は以下の通りです：

• リフローはんだ付けは最大2サイクルに制限してください。
• 加熱中のパッケージへの機械的ストレスを避けてください。
• はんだ付け後のPCBの反りを防止してください。

5.3 修理

はんだ付け後の修理は推奨されません。やむを得ない場合は、両面同時加熱用のツインヘッドはんだごてを使用して部品の両側を同時に加熱し、熱ストレスを最小限に抑えてください。デバイス特性への潜在的な影響は事前に評価する必要があります。

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包仕様

標準梱包フローは：リールあたり1000個、箱あたり15リール、段ボール箱あたり2箱です。

6.2 テーピングとリール寸法

キャリアテープ（ポケット寸法、ピッチ）とリール（直径、ハブサイズ）の詳細図面は、自動実装機のプログラミングに使用するために提供されています。

6.3 ラベル仕様

梱包ラベルには、トレーサビリティのため、顧客部品番号（CPN）、製品番号（P/N）、数量（QTY）、ロット番号（LOT No.）などのフィールドが含まれています。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

基本的なアプリケーション回路は、赤外線LEDアノードに直列に電流制限抵抗を接続することを含みます。フォトトランジスタは通常、コレクタをプルアップ抵抗（V_CC）に、エミッタをグランドに接続します。コレクタノードの電圧は、デジタルまたはアナログ出力信号として機能します。プルアップ抵抗（R_L）の値は、データシートの曲線に示されているように、出力電圧スイングと応答時間の両方に影響を与えます。

7.2 設計上の考慮事項

• 物体の反射率：センサーの出力（I_C(ON)）は、ターゲット表面の反射率に正比例します。反射率の高い材料（例：白色プラスチック、金属）は強い信号を提供しますが、暗いまたは吸収性の材料では提供されない場合があります。
• 距離と位置合わせ：検出距離は短い（通常数ミリメートル）です。センサーとターゲット経路の間の正確な機械的位置合わせは、一貫した動作にとって重要です。
• 周囲光耐性：受信部の分光感度は可視光をカットしますが、強い周囲赤外線源（例：太陽光、白熱電球）は干渉を引き起こす可能性があります。そのような環境では、光学的シールドや変調/復調技術が必要になる場合があります。
• 電気的ノイズ：ノイズの多い環境では、デバイス近傍のバイパスコンデンサと注意深いPCBレイアウトが推奨されます。

8. 技術比較と差別化

より単純なフォトトランジスタやフォトダイオードと比較して、ITR8307は送信部と受信部の両方を統合しており、光学的設計と位置合わせを簡素化します。透過型センサー（別々の部品間のビームを遮断する物体を必要とする）と比較して、反射型センサーは物体の片側で検出するというより単純な機械的設計を可能にします。その主な差別化要因は、コンパクトなSMDパッケージ、現代の環境規制（鉛フリー、ハロゲンフリー）への準拠、および温度にわたる十分に文書化された性能です。

9. 技術パラメータに基づくよくある質問（FAQ）

Q: 典型的な検出距離はどれくらいですか？

A: 距離は固定の仕様ではなく、ターゲットの反射率と必要な出力電流に依存します。"相対コレクタ電流対距離"グラフは、標準的な反射面に対して1-2 mmを超えると信号が大幅に減衰することを示しています。最短の信頼できる距離で設計してください。

Q: LEDを電圧源で直接駆動できますか？

A: いいえ。LEDは電流駆動デバイスです。供給電圧（V_F）とLEDの順方向電圧（V_CC≈ 1.2V）に基づいて、所望の値（例：20 mA）に順方向電流（I_F）を設定するために、直列の電流制限抵抗（R_limit）を使用する必要があります。R_CClimit_F= (V_F.

- V

) / I

Q: 光電流（0.5から15.0 mA）の範囲がなぜこんなに広いのですか？

A: この範囲は、LEDの出力とフォトトランジスタの感度の両方における通常の製造ばらつきを考慮しています。また、このパラメータがアプリケーションにおける特定の反射ターゲットと距離に強く依存していることを強調しています。回路設計は、絶対的な電流値に依存するのではなく、しばしば調整可能なしきい値を持つコンパレータを使用して、この範囲に対応する必要があります。

Q: MSL 4格付けはどのように解釈すればよいですか？

A: MSL 4は、標準的な工場フロア条件に72時間曝露した後、パッケージが空気から有害なレベルの湿気を吸収する可能性があることを意味します。高温リフロー工程中の"ポップコーン"現象や層間剥離を避けるために、セクション5.1で概説されている厳格な保管、取り扱い、およびベーキングガイドラインに従う必要があります。

10. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：プリンター内の用紙検出。

センサーは給紙経路の近くに取り付けることができます。反射ストリップは、センサー位置の反対側のローラーまたは固定面に配置されます。用紙がない場合、赤外線はストリップから反射して受信部に戻り、高い出力（論理HIGH）を生成します。用紙がセンサーとストリップの間を通過すると、反射光を遮断または大幅に減少させ、出力が低下します（論理LOW）。この遷移はマイクロコントローラによって検出され、用紙の存在確認、詰まり検出、またはページカウントに使用できます。高速応答時間（20 μs）により、高速給紙速度でも検出が可能です。_C11. 動作原理_C本デバイスは、変調光反射の原理で動作します。内部の赤外線LEDは940 nmの赤外線ビームを放射します。この光はパッケージから外側に向かって進みます。反射物体が短距離内にあり、LEDとフォトトランジスタの両方の視野内にある場合、放射光の一部が反射して戻ってきます。NPNフォトトランジスタは、光制御電流源として機能します。反射した赤外線光子がそのベース領域に衝突すると、電子-正孔対を生成し、実質的にベース電流を作り出します。このベース電流はトランジスタのゲインによって増幅され、はるかに大きなコレクタ電流（I

）となります。このコレクタ電流の大きさは、反射光の強度に比例し、それはターゲット物体までの距離と反射率に依存します。I

（または負荷抵抗両端の電圧）を監視することで、システムは物体の存在または近接を判断できます。