フォトインタラプタ LTH-306-01 データシート - 技術文書

1. 製品概要

LTH-306-01は、信頼性の高い物体検知および位置検出のために設計された、コンパクトな非接触式光スイッチです。そのコア機能は、単一パッケージ内に収められた赤外線（IR）発光ダイオード（LED）とフォトトランジスタのペアに基づいています。物体がエミッタとディテクタの間のギャップを通過すると、IR光束が遮断され、フォトトランジスタの出力状態が変化します。この原理により、物理的な接触なしに、摩耗のない精密なスイッチングが可能となります。

本デバイスは、プリント基板（PCB）への直接実装または標準的なデュアルインチラインソケットへの挿入を可能に設計されており、設計の柔軟性を大幅に提供します。主な利点には、高速カウントやタイミングアプリケーションに不可欠な高速スイッチング速度、および機械的摩耗を排除し長期信頼性を確保する非接触性が含まれます。典型的なターゲット市場は、物体検知、紙詰まり検知、またはスロット検知が必要な産業オートメーション、民生電子機器（例：プリンター、コピー機）、セキュリティシステム、自動販売機などです。

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のあるストレスの限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。主な限界値は以下の通りです：

• 赤外線ダイオード連続順方向電流（I_F)）：60 mA。これはLEDに連続的に印加できる最大の直流電流です。
• 赤外線ダイオードピーク順方向電流：1 A（パルス幅10 μs、300パルス/秒）。これは、信号検知を強化するための短時間の高強度パルスを可能にします。
• フォトトランジスタコレクタ-エミッタ間電圧（V_CEO)）：30 V。コレクタとエミッタピン間に印加できる最大電圧です。
• 動作温度範囲：-25°C ～ +85°C。信頼性のある動作のための周囲温度範囲を指定します。
• リードはんだ付け温度：260°C、5秒間（ケースから1.6mmの距離）。これはPCB組立プロセスにおいて極めて重要です。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、周囲温度（T_A）25°Cで規定され、通常の動作条件下でのデバイスの典型的な性能を定義します。

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、通常1.2V～1.6V。これはLED駆動回路の電流制限抵抗値を計算するために使用されます。
• 逆方向電流（I_R)）：逆方向電圧（V_R）5Vにおいて、最大100 μA。これは逆バイアス時のLEDのリーク電流を示します。

2.2.2 出力（フォトトランジスタ）特性

• コレクタ-エミッタ間降伏電圧（V_(BR)CEO)）：最小30V。トランジスタが規定のコレクタ-エミッタ間電圧に耐えられることを保証します。
• コレクタ-エミッタ間暗電流（I_CEO)）：V_CE=10Vにおいて、最大100 nA。これはLEDがオフ（光なし）の時のリーク電流であり、オフ状態の信号レベルに影響を与えます。

2.2.3 カプラ（結合）特性

• オン状態コレクタ電流（I_C(ON))）：V_CE=5V、I_F=20mAにおいて、最小5.0 mA。これはLEDが完全に点灯し遮られていない時のフォトトランジスタの出力電流であり、その感度を示します。
• コレクタ-エミッタ間飽和電圧（V_CE(SAT))）：I_C=2.5mA、I_F=20mAにおいて、最大0.4V。フォトトランジスタが飽和モードのスイッチとして使用される場合、低い飽和電圧が望ましく、電圧降下を最小限に抑えます。
• 応答時間：立上り時間（t_r）は通常3-15 μs、立下り時間（t_f）は通常4-20 μs（規定の試験条件：V_CE=5V、I_C=2mA、R_L=100Ω）。これらのパラメータは、高速移動物体の検出に不可欠なデバイスのスイッチング速度と帯域幅を定義します。

3. 性能曲線分析

データシートには典型的な電気的/光学的特性曲線が参照されています。本文中に具体的なグラフは示されていませんが、この種のデバイスの標準的な曲線には通常以下が含まれます：

• 赤外線LEDの順方向電流 vs. 順方向電圧（I_F-V_F）：非線形関係を示し、動作点の決定に役立ちます。
• フォトトランジスタのコレクタ電流 vs. コレクタ-エミッタ間電圧（I_C-V_CE）：異なる照度（LED電流）レベルにおいて、バイポーラトランジスタの出力特性と同様に、出力トランジスタの動作を示します。
• 電流伝達率（CTR） vs. 順方向電流：CTRは、フォトトランジスタのコレクタ電流（I_C）とLED順方向電流（I_F）の比率です。この曲線は、駆動電流による効率の変化を示します。
• 暗電流（I_CEO）およびオン状態電流（I_C(ON))）の温度依存性

：指定された動作範囲全体で安定したシステムを設計するために不可欠な、周囲温度の変化に伴う性能の劣化または変動を示します。

これらの曲線は、設計者が動作点を最適化し、温度変化にわたる信号の完全性を確保し、デバイスの限界を理解するために不可欠です。

4. 機械的・パッケージ情報

• LTH-306-01は、PCBまたはソケット実装用に設計されています。パッケージ寸法はデータシートに記載されており、すべての寸法はミリメートル（およびインチ）で示されています。主な機械的注意点は以下の通りです：
• 寸法図に別途指定がない限り、標準公差±0.25mm（±0.010インチ）が適用されます。
• パッケージは、IRエミッタとフォトトランジスタの間に精密なギャップを持つ成形ボディを特徴としています。このギャップの正確な寸法、全高、幅、長さ、およびリード間隔は、最終製品への機械的統合において重要です。

リードは通常、はんだ付け可能な材料で作られており、スルーホール実装用に成形されています。

極性の識別は極めて重要です。デバイスには、IR 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するためのマーキング（ドット、ノッチ、異なるリード長など）があります。極性の誤った接続は部品を損傷する可能性があります。

5. はんだ付け・組立ガイドライン

絶対最大定格では、プラスチックケースから1.6mm（0.063インチ）の位置で測定した、最大5秒間のリードはんだ付け温度260°Cが規定されています。これは、フローはんだ付けまたは手はんだ付けプロセスにおける重要なパラメータです。

：指定された保管温度範囲-40°C～+100°C内の乾燥した静電気防止環境に保管し、湿気吸収（リフロー時のポップコーン現象の原因となる）やその他の劣化を防いでください。

6. アプリケーション提案

6.1 代表的なアプリケーション回路

1. 基本的なアプリケーション回路は以下を含みます：LED駆動回路_{：IR LEDと直列に接続された電流制限抵抗。抵抗値（R}limit_F）は（電源電圧 - V_F） / I_Fとして計算されます。5V電源、I_F=20mA、V_{～1.4Vの場合、R}limit
2. ≈ (5-1.4)/0.02 = 180Ω。フォトトランジスタ出力回路
   • ：フォトトランジスタは、以下の2つの一般的な構成で使用できます：スイッチモード（飽和）_{：コレクタから正電源（例：5V）へプルアップ抵抗を接続します。エミッタはグランドに接続します。光がトランジスタに当たると、トランジスタは強くオン（飽和）し、コレクタ電圧を低く（V}CE(SAT)
   • に近く）引き下げます。光が遮断されると、トランジスタはオフになり、コレクタ電圧は抵抗によってハイレベルに引き上げられます。出力はデジタル信号です。リニアモード

：コレクタ抵抗を持つエミッタ接地増幅器構成でフォトトランジスタを使用します。出力電圧は受光強度に比例して直線的に変化し、アナログ検知に有用です。

• 6.2 設計上の考慮点外来光耐性
• ：デバイスは変調されたIR光を使用しますが、強い外来IR光源（太陽光、白熱電球）は誤動作の原因となる可能性があります。パルスLED駆動と同期検出を使用する、または光学フィルターを追加することで耐性を向上させることができます。物体特性
• ：検出の信頼性は、物体のIR波長に対する不透明度に依存します。非常に薄いまたは半透明の材料は、光束を完全に遮断しない可能性があります。位置合わせ
• ：一貫した動作のためには、物体の経路とセンサーギャップの精密な機械的位置合わせが必要です。速度
• ：物体の速度とシステムに必要な応答時間が、デバイスの立上り/立下り時間（マイクロ秒範囲）と互換性があることを確認してください。電気的ノイズ

：ノイズの多い環境では、信号トレースを短く保ち、デバイス近くにバイパスコンデンサを使用し、シールドを検討してください。

7. 技術比較・差別化

機械的マイクロスイッチと比較して、LTH-306-01は明確な利点を提供します：接点バウンスなし、機械的摩耗なし、より高速なスイッチング速度、数百万サイクルにわたる高い信頼性。反射型センサーなどの他の光学センサーと比較して、透過型フォトインタラプタ（スロット型カプラ）は、一般に物体表面の反射率や色の変動の影響を受けにくく、純粋に光束の遮断に基づいたより一貫したオン/オフ信号を提供します。_{フォトインタラプタカテゴリ内での主な差別化要因は、その特定のパッケージサイズ（コンパクト設計を可能にする）、電気的特性（I}C(ON)_rで定義される感度、t_f/t

で定義される速度）、およびはんだ付けと動作温度に関する堅牢な仕様です。

8. よくある質問（FAQ）

Q: このデバイスの典型的な寿命はどれくらいですか？

A: 可動部のない固体デバイスとして、その寿命は主にLEDの出力の徐々の劣化によって決まります。仕様内で動作させた場合、通常、機械的スイッチの寿命をはるかに超え、数十万回から数百万回の動作に耐えることが多いです。

Q: LEDを電圧源で直接駆動できますか？

A: いいえ。LEDは電流制限された電源で駆動する必要があります。順方向電圧を超える電圧源に直接接続すると、過剰な電流が流れ、破損する可能性があります。常に直列の電流制限抵抗または定電流ドライバを使用してください。_{Q: オン状態コレクタ電流（I}C(ON)

）の最小値をどのように解釈すればよいですか？_CEA: これは、指定された試験条件（V_F=5V、I

=20mA）下での保証された最小出力電流です。設計では、光束が遮られていないときに有効なロジック低電圧を生成するために、回路（例：プルアップ抵抗の値）がこの最小電流で確実に動作することを確認する必要があります。

Q: 応答時間はマイクロ秒単位です。これは私のアプリケーションに十分な速さですか？

A: ほとんどの物体カウント、位置検出、および用紙検知アプリケーションでは、マイクロ秒の応答は十分すぎるほどです。例えば、1mmのギャップを1 m/sで移動する物体を検出する場合、遮断時間は1ms（1000 μs）であり、これはデバイスのスイッチング時間よりもはるかに長いです。極めて高速なアプリケーションの場合は、必要なタイミングを確認してください。

9. 実用例

シナリオ：プリンターでの紙詰まり検知

LTH-306-01は、用紙経路に沿って配置できます。ギャップを通過する用紙はIR光束がフォトトランジスタに到達することを可能にし、その出力を一つの状態（例：ロー）に保ちます。詰まりが発生すると、用紙はギャップ内で停止し、光束を遮断して出力状態を変化させます（例：ハイ）。この信号はプリンターのマイクロコントローラに送られ、動作を停止しユーザーに警告することができます。非接触検知により、用紙やセンサーへの摩耗がなく、高速応答時間により用紙が高速で移動している場合でも検知が可能です。

10. 動作原理_CLTH-306-01は透過型光センサーです。U字型パッケージの対向するアームに、赤外線発光ダイオード（IR LED）とシリコンNPNフォトトランジスタという2つの主要コンポーネントを含んでいます。IR LEDは、適切な電流で順方向バイアスされると、目に見えない赤外線を放射します。フォトトランジスタは、この特定のIR波長に感度を持つように設計されています。両者の間のギャップに物体がない場合、IR光はフォトトランジスタのベース領域に直接照射されます。この入射光は電子-正孔対を生成し、ベース電流として作用してトランジスタをオンにし、大きなコレクタ電流（I_CEO）を流します。不透明な物体がギャップに入ると、光路が遮断されます。フォトトランジスタは光を受け取らず（または大幅に減少し）、実効ベース電流はほぼゼロに低下し、トランジスタはオフになり、コレクタ電流は非常に低いリークレベル（I

）に減少します。この出力電流/電圧の変化は外部回路によって検出され、物体存在イベントとして登録されます。

11. 技術トレンド

• フォトインタラプタのような光電子部品の分野は進化を続けています。業界で観察される一般的なトレンドには以下が含まれます：小型化
• ：ますますコンパクトになる民生および産業デバイスに適合する、さらに小さなパッケージフットプリントと低プロファイルの開発。高度な集積化
• ：ヒステリシスのためのシュミットトリガ、内蔵電流制限抵抗、さらにはデジタルインターフェース（I2C）などの追加回路をチップ上に組み込み、外部設計を簡素化。性能向上
• ：より高い感度（省電力のための低いLED駆動電流を可能に）、高速オートメーションのためのより高速な応答時間、およびより優れた温度安定性。電力効率への焦点
• ：平均消費電力を最小限に抑えるために非常に低いデューティサイクルでのパルス動作を可能にする設計。バッテリー駆動アプリケーションに不可欠です。堅牢性

：ほこり、湿度、機械的衝撃などの環境要因に対する耐性の向上。