ITR20001/T 光遮断器 データシート - パッケージ 4.0x4.0x2.5mm - 順方向電圧 1.2V - ピーク波長 940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

ITR20001/Tは、非接触検出アプリケーション向けに設計された反射型光遮断器モジュールです。赤外線発光ダイオードとNPNシリコンフォトトランジスタを、コンパクトな黒色熱可塑性樹脂ハウジング内に集積しています。両素子は収束する光軸上に並べて配置されています。通常状態では、フォトトランジスタは発光部からの放射を受けません。検出ギャップに反射体が入ると、発光部からの赤外線が反射体で反射され、フォトトランジスタによって検出され、その出力状態が変化します。この原理により、信頼性の高い物体検出および位置検出が可能です。

2. 主な特徴と規格適合性

本デバイスは、電子設計において以下の利点を提供します：

• 高速応答時間：高速アプリケーションに適した迅速な検出を可能にします。
• 高感度：フォトトランジスタは、入力照度に対して強い出力信号を提供します。
• 赤外線動作：ピーク発光波長（λp）が940nmであり、人目には見えないため、環境光の干渉を低減します。
• これらの限界を超えて動作させると、永久破損を引き起こす可能性があります。すべての定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。本製品は鉛フリー、RoHSおよびEU REACH規制に準拠し、ハロゲンフリー（Br <900 ppm、Cl <900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）です。

3. デバイス構成と構造

最適な性能を得るため、モジュールは特定の材料で構成されています：

• 赤外線発光ダイオード（IR）：GaAlAs（ガリウムアルミニウムヒ素）チップを採用し、効率的な赤外線透過のための透明レンズの背後に収められています。
• フォトトランジスタ（PT）：シリコンチップを採用し、可視光を遮断してS/N比を向上させるための黒色レンズの背後に収められています。

黒色ハウジングは、物体がない場合の発光部と検出部間の内部的な光反射（クロストーク）を最小限に抑え、確実なオフ状態を保証します。

4. 絶対最大定格

Operating the device beyond these limits may cause permanent damage. All ratings are specified at an ambient temperature (Ta) of 25°C.

4.1 入力（赤外線発光部）定格

• 電力損失（Pd）：75 mW
• 逆電圧（VR）：5 V
• 連続順方向電流（IF）：50 mA
• ピーク順方向電流（IFP）：1 A（パルス幅 ≤100μs、デューティサイクル=1%）

4.2 出力（フォトトランジスタ）定格

• コレクタ電力損失（Pd）：75 mW
• コレクタ電流（IC）：20 mA
• コレクタ-エミッタ電圧（BV_CEO）：30 V
• エミッタ-コレクタ電圧（BV_ECO）：5 V

4.3 一般定格

• 動作温度（T_opr）：-40°C ～ +85°C
• 保存温度（T_stg）：-40°C ～ +85°C
• リードはんだ付け温度（T_sol）：260°C、5秒間（パッケージ本体から1/16インチの位置で測定）。

5. 電気・光学特性

これらのパラメータは、標準試験条件（Ta=25°C）下での電気的および光学的性能を定義します。

5.1 赤外線発光ダイオード（入力）特性

• 順方向電圧（V_F）：1.2 V（標準値） I_F= 20mA時。最大値は1.5V。
• 逆電流（I_R）：最大 10 μA V_R= 5V時。
• ピーク波長（λ_P）：940 nm（標準値） I_F= 20mA時。

5.2 フォトトランジスタ（出力）特性

• 暗電流（I_CEO）：最大 100 nA V_CE= 5V、照度ゼロ（E_e=0）時。これはセンサーがオフの時のリーク電流です。
• コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(sat)）：最大 0.4 V I_C= 2mA、照度1 mW/cm²時。低いV_CE(sat)はスイッチング用途に望ましい特性です。
• コレクタ電流（伝達比）：
  • I_C(ON)：最小 200 μA V_CE= 5V、I_F= 20mA時。これは物体を検出した時の電流です。
  • I_C(OFF)：最大 2 μA 同じ条件下で、物体がない時の残留電流を表します。
• スイッチング速度：
  • 立ち上がり時間（t_r）： 25 μs（標準値）
  • 立ち下がり時間（t_f）： 25 μs（標準値） V_CE=5V、I_C=100μA、R_L=100Ωで測定。

6. 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示すグラフデータが提供されています。

6.1 赤外線発光ダイオード曲線

• 順方向電流 vs. 周囲温度：温度上昇に伴う最大許容順方向電流のデレーティングを示します。
• 分光感度：940nmを中心とした狭い発光帯域を確認します。
• ピーク発光波長 vs. 温度：温度変化に伴うピーク波長のわずかなシフトを示します。
• 順方向電流 vs. 順方向電圧（IV曲線）：直列抵抗値を計算するための関係を提供します。
• 放射強度 vs. 順方向電流：駆動電流の関数としての光出力パワーを示します。
• 相対放射強度 vs. 角度変位：IR LEDの発光パターン（ビームプロファイル）を描きます。

6.2 フォトトランジスタ曲線

• コレクタ電力損失 vs. 周囲温度：フォトトランジスタの電力処理能力に関するデレーティングガイドラインを提供します。
• 分光感度：波長にわたるフォトトランジスタの応答度を示し、発光部に合わせて赤外線領域でピークを持ちます。
• 相対コレクタ電流 vs. 周囲温度：フォトトランジスタの感度が温度とともにどのように変化するかを示します。
• コレクタ電流 vs. 照度：入射光パワーと出力電流の線形関係を示す重要なグラフで、デバイスの伝達特性を定義します。
• コレクタ暗電流 vs. 周囲温度：リーク電流が温度とともにどのように増加するかを示し、高温動作において重要です。
• コレクタ電流 vs. コレクタ-エミッタ電圧：異なる照度レベル下での、フォトトランジスタの活性領域および飽和領域での動作を示す出力特性曲線です。

7. 機械的仕様とパッケージ情報

ITR20001/Tは、コンパクトで表面実装対応のパッケージに収められています。

7.1 パッケージ外形寸法

提供された図面からの主要寸法は、長さ約4.0mm、幅約4.0mm、高さ約2.5mm（リードを除く）です。リード間隔は標準的なPCB実装用に設計されています。重要な注記として、最小10.0mmのアルミ蒸着エリアが指定されており、これはPCB上の推奨キープアウトゾーンまたは放熱機能を指している可能性があります。指定されていない公差はすべて±0.25mmです。

7.2 極性識別

パッケージには、IR発光ダイオード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するためのマーキングまたは特定の形状が含まれています。設計者は、正確なピン配置情報を得るために外形図面を参照し、正しいPCBレイアウトと実装を確保する必要があります。

8. はんだ付けおよび実装ガイドライン

本デバイスは、パッケージ本体から1/16インチ（約1.6mm）の位置で測定し、260°Cで5秒間のリードはんだ付けに耐える定格です。これは、鉛フリー（Sn-Ag-Cu）はんだペーストを使用した標準的な赤外線（IR）または対流リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。熱衝撃やプラスチックハウジングへの損傷を避けるため、推奨されるリフロープロファイルに従うよう注意が必要です。使用前は、乾燥した管理された環境で保管してください。

9. 梱包および発注情報

標準梱包仕様は以下の通りです：

• 1袋あたり200個。
• 1箱あたり6袋。
• 1カートンあたり10箱。

製品ラベルには、顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、数量（QTY）、および発光強度（CAT）、主波長（HUE）、順方向電圧（REF）の各種ランキングコードのフィールドが含まれます。トレーサビリティのため、ロット番号と日付コード（月は'X'で識別）も提供されます。

10. アプリケーション提案

10.1 代表的なアプリケーション例

ITR20001/Tは、以下のような様々な非接触検出およびスイッチングアプリケーションに適しています：

• マウスおよびコピー機機構：ホイールまたはエンコーダディスクの回転検出。
• スイッチおよびスキャナーシステム：自動ドア、自動販売機の物体存在検出、またはプリンターの用紙検出。
• フロッピーディスクドライブ：過去には、書き込み保護タブやディスク挿入の検出に使用されていました。
• 一般的な非接触スイッチング：物理的な接触なしに物体検出、カウント、またはリミットセンシングを必要とするあらゆるアプリケーション。
• 直接基板実装：コンパクトなSMDパッケージにより、スペースに制約のあるPCB設計に理想的です。

10.2 設計上の考慮点

• 電流制限抵抗：IR発光ダイオードには、順方向電流（I_F）を安全な値（通常動作では20mA）に制限するための直列抵抗を使用する必要があります。R = (V_CC- V_F) / I_F.
• 負荷抵抗：通常、フォトトランジスタのコレクタと電源電圧（V_CC）の間にプルアップ抵抗が接続されます。この抵抗値（R_L）は、出力電圧スイングとスイッチング速度を決定します。小さなR_Lは高速スイッチングを提供しますが、出力電圧変動は小さくなります。
• 環境光：黒色レンズと940nmフィルタリングにより干渉は低減されますが、非常に強い環境赤外線源（例：太陽光、白熱電球）は性能に影響を与える可能性があります。過酷な環境では、シールドや光学フィルタが必要になる場合があります。
• 反射面：検出距離と信頼性は、対象物体の反射率に依存します。白または金属表面が最良の応答を提供します。暗いまたはマットな表面では、ギャップ距離を短くする必要があるかもしれません。
• アライメント：収束する光軸は特定の検出ギャップを定義します。物体は信頼性の高い検出のために、このギャップ内を通過する必要があります。

11. 技術比較と利点

機械式スイッチや他の光学センサーと比較して、ITR20001/Tは以下の明確な利点を提供します：

• 機械式スイッチとの比較：非接触動作を提供し、摩耗を排除し、より高速なスイッチング速度を可能にし、静粛な動作を実現します。接点バウンスの影響を受けません。
• フォトダイオードベースのセンサーとの比較：内蔵フォトトランジスタは電流増幅を提供し、与えられた光入力に対してより高い出力電流をもたらすため、単純なオン/オフ検出回路では追加の増幅段が不要になることがよくあります。
• 個別の発光部・検出部ペアとの比較：予めアライメントされたハウジングモジュールにより、設計と実装が簡素化され、一貫した光学的アライメントが保証され、基板スペースを節約します。内蔵の黒色ハウジングは内部クロストークを最小限に抑えます。

12. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 典型的な検出距離はどれくらいですか？

A: 検出距離は固定パラメータではありません。IR発光ダイオードへの駆動電流、対象物体の反射率、およびフォトトランジスタから必要な出力電流に依存します。設計者は、コレクタ電流 vs. 照度グラフと放射強度 vs. 順方向電流グラフを使用して、特定のギャップと反射率に対する期待される信号を計算する必要があります。

Q: IR発光ダイオードを電圧源で直接駆動できますか？

A: できません。IR発光ダイオードはダイオードであり、絶対最大定格（I_Fmax = 50mA）で規定されている過電流による損傷を防ぐために、外部の直列抵抗によって電流を制限する必要があります。

Q: 出力をマイクロコントローラに接続するにはどうすればよいですか？

A: 最も簡単な方法は、フォトトランジスタをスイッチとして使用することです。コレクタからマイクロコントローラの論理電圧（例：3.3Vまたは5V）へプルアップ抵抗（例：10kΩ）を接続します。エミッタはグランドに接続します。物体が検出されない（暗い）ときはコレクタノードはハイ（論理1）にプルアップされ、物体が光を反射してフォトトランジスタをオンにするとロー（論理0）にプルダウンされます。

Q: 応答時間が100Ωの負荷抵抗で規定されているのはなぜですか？

A> スイッチング速度は、フォトトランジスタの接合容量と負荷抵抗（R_L）によって形成されるRC時定数の影響を受けます。小さなR_L（100Ωなど）はより速い時定数を与え、デバイスの固有の速度を測定することができます。より大きな電圧スイングを得るために大きなR_Lを使用する実際のアプリケーションでは、スイッチング速度は遅くなります。

13. 動作原理

ITR20001/Tは、変調光反射の原理で動作します。内部の赤外線LEDは940nmで光を発します。この波長に感度を持つフォトトランジスタは、通常状態（物体なし）ではLEDの光ビームを直接見ることがないように配置されています。その出力は高インピーダンス/低電流状態（暗電流）のままです。反射体が発光部と検出部の間に定義されたギャップに入ると、赤外線の一部が反射され、フォトトランジスタの有効領域に入射します。この入射光はフォトトランジスタにベース電流を生成し、オン状態にして著しく高いコレクタ電流（I_C(ON)）を流します。出力ピンでのこの電流/電圧の変化が外部回路によって検出され、物体の存在を知らせます。

14. 免責事項および使用上の注意

データシートの重要な免責事項を遵守する必要があります：

• メーカーは製品材料を調整する権利を留保します。
• 本製品は出荷日から12ヶ月間、公表された仕様を満たします。
• グラフおよび標準値は参考のみであり、保証されるものではありません。
• 絶対最大定格を超えてはなりません。メーカーは誤用による損害について一切の責任を負いません。
• 本製品は、事前の協議と承認なしに、安全クリティカル、軍事、航空、自動車、医療、または生命維持用途での使用を意図していません。