ITR20002 フォトインタラプタ データシート - サイドルッキングパッケージ - 940nm波長 - 日本語技術文書

1. 製品概要

ITR20002は、コンパクトなサイドルッキング型赤外線フォトインタラプタモジュールです。黒色の熱可塑性樹脂ハウジング内に、収束光軸上に並べて配置された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内蔵しています。この構成は、エミッタと検出器間の赤外線ビーム経路を遮断することによる物体検出、位置検知、非接触スイッチングアプリケーション向けに設計されています。

1.1 主な特長と利点

• 高速応答時間：高速な検出とスイッチングを可能にし、高速アプリケーションに適しています。
• 高感度：シリコンフォトトランジスタがIRエミッタからの信頼性の高い信号検出を提供します。
• 特定の遮断波長：ピーク発光波長（λp）は940nmで、赤外線検知に最適化され、可視光の干渉を最小限に抑えます。
• 環境適合性：本製品は鉛フリーであり、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）に準拠しています。
• 収束光軸：並列配置の収束設計により、部品間のギャップにおける物体検出のためのアライメントが簡素化されます。

1.2 対象アプリケーション

本モジュールは、以下のような様々な光電センシングタスク向けに設計されています：

• マウスやコピー機の機構における動きや用紙の有無の検出。
• フロッピーディスクドライブにおけるディスク挿入やトラック位置の検知。
• 汎用非接触スイッチング。
• プリント基板（PCB）への直接実装。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的および光学的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

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値を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 入力（IR LED）：
  • 電力損失（Pd）：25°C時100 mW。周囲温度が高い場合は減額が必要です。
  • 逆電圧（VR）：5 V。これを超えるとLED接合部が破壊される可能性があります。
  • 順方向電流（IF）：連続60 mA。
  • ピーク順方向電流（IFP）：デューティサイクル1%、パルス幅≤100μsの条件で1 A。これにより、短時間の高強度パルスが可能です。
• 出力（フォトトランジスタ）：
  • コレクタ電力損失（Pc）：80 mW。これはコレクタ電流と電圧の組み合わせを制限します。
  • コレクタ電流（IC）：最大連続電流20 mA。
  • コレクタ-エミッタ電圧（BV_CEO）：35 V。ベースがオープンの状態でトランジスタに印加できる最大電圧です。
  • エミッタ-コレクタ電圧（BV_ECO）：6 V。エミッタとコレクタ間の最大逆電圧です。
• 熱的定格：
  • 動作温度（T_opr）：-25°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）：パッケージ本体から1/16インチ（1.6mm）の位置で、5秒間260°C。

2.2 電気光学特性 (Ta=25°C)

これらは、指定された試験条件下での代表的な動作パラメータです。

• 入力特性（IR LED）：
  • 順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時、通常1.2V～1.5V。これは定電流駆動回路の設計に重要です。
  • ピーク波長（λ_P）：940nm。これはIR LEDが最大の光パワーを発する波長です。
• 出力特性（フォトトランジスタ）：
  • 暗電流（I_CEO）：V_CE=20V、無照射（E_e=0）時、最大100 nA。これはオフ状態のノイズフロアを定義するリーク電流です。
  • コレクタ-エミッタ飽和電圧（V_CE(sat)）：I_C=0.04mA、I_F=40mA時、最大0.4V。トランジスタをスイッチとして使用する場合、低いV_CE(sat)が望ましいです。
  • コレクタ電流（I_C(ON)）：V_CE=5V、I_F=20mA時、0.04mA～0.9mAの範囲。このパラメータ（伝達特性）はカプラの感度を定義します。広い範囲は、ビニングされる可能性のある重要なパラメータであることを示しています。
  • 立上り/立下り時間（t_r/t_f）：特定の試験条件（V_CE=2V、I_C=100μA、R_L=100Ω）下で、それぞれ通常20μsおよび25μs。これらの値はデバイスの最大スイッチング周波数を決定します。

3. 性能曲線分析

データシートでは、IRエミッタとフォトトランジスタの両方の代表的な特性曲線が参照されています。正確なグラフはここでは再現しませんが、その重要性について説明します。

3.1 IRエミッタ曲線

これらの曲線は通常、異なる温度における順方向電流（I_F）と順方向電圧（V_F）の関係を示し、V_Fの負の温度係数を表しています。また、相対放射強度対順方向電流、およびサイドルッキングパッケージにおけるビーム広がりを理解する上で重要な角度放射パターンも示される場合があります。

3.2 フォトトランジスタ曲線

これらの曲線は回路設計に不可欠です。通常、以下が含まれます：

• コレクタ電流対コレクタ-エミッタ電圧（I_C-V_CE）：異なるレベルの照度（または異なるIR LED電流）に対する曲線群。これはトランジスタの出力特性を示し、負荷線の決定に役立ちます。
• コレクタ電流対照度（またはI_F）：この伝達曲線は感度を定量化し、与えられた入力光レベルに対してどれだけの出力電流が生成されるかを示します。
• 暗電流対温度：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、高温環境での信号対雑音比に影響を与える可能性があります。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

4.1 パッケージ外形寸法

ITR20002は、標準的なサイドルッキング型スルーホールパッケージです。データシートの寸法図は、PCBレイアウトと機械的統合に重要な測定値を提供します。主な特徴には、リード間隔、パッケージ本体寸法、および光学開口部の位置が含まれます。注記には、寸法図に別段の記載がない限り、公差は±0.25mmであると規定されています。

4.2 極性識別

スルーホールパッケージの場合、極性は通常、パッケージの物理的形状（フラットまたはノッチ）またはリードの長さによって示されます。データシートの図面には、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が明確にマークされているはずです。正しい極性は、デバイスの動作と損傷防止に不可欠です。

5. アプリケーションおよび設計ガイドライン

5.1 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では、電源に接続された電流制限抵抗でIR LEDを駆動します。フォトトランジスタは通常、コモンエミッタ構成で接続されます：コレクタは負荷抵抗（R_L）を介して電源電圧にプルアップされ、エミッタはグランドに接続されます。出力信号はコレクタから取り出されます。R_Lの値は、出力電圧スイング、速度、および消費電流に影響します。R_Lが小さいとスイッチングは速くなりますが電圧スイングは小さくなり、R_Lが大きいとスイングは大きくなりますが応答は遅くなります。

5.2 設計上の考慮点

• アライメント：並列配置の収束軸設計は、感度の高い検出領域がエミッタと検出器間のギャップにあることを意味します。信頼性の高い動作のためには、物体経路の正確な機械的アライメントが必要です。
• 環境光耐性：ハウジング内の940nmフィルタは役立ちますが、強い環境赤外線源（太陽光、白熱電球）はフォトトランジスタを飽和させる可能性があります。変調されたIR信号と同期検波を使用することで、耐性を大幅に向上させることができます。
• 電流駆動：長期信頼性のために、IR LEDは推奨I_F（例：20mA）以下で動作させてください。より高い電流（I_FPの制限内）でLEDをパルス駆動すると、検知範囲や信号強度を増加させることができます。
• 出力インターフェース：フォトトランジスタ出力は、マイクロコントローラのデジタル入力（適切なプルアップ付き）に直接入力するか、アナログアプリケーションで精密な閾値検出のためにコンパレータに入力することができます。

6. 梱包および発注情報

6.1 ラベル仕様

製品ラベルにはいくつかのコードが含まれています：

• CPN：顧客部品番号。
• P/N：メーカー製品番号（ITR20002）。
• QTY：梱包内の数量。
• CAT / HUE / REF：これらはおそらく、光度（CAT）、主波長（HUE）、順方向電圧（REF）などのパラメータに関する内部ビニングコードを指します。
• LOT No：トレーサビリティロット番号。

6.2 梱包仕様

標準梱包は、袋あたり150個、箱あたり5袋、段ボール箱あたり10箱です。この情報は、在庫計画や生産ラインへの供給に不可欠です。

7. 技術比較と製品位置付け

ITR20002は、物体検出のための古典的でコスト効果の高いソリューションです。その主な差別化要因は、特定のスロットやギャップを通過する物体を検出するように設計された、特定のサイドルッキング機械的形状と収束光軸です。反射型センサと比較して、対象物の反射率への依存度が低いため、より高い信頼性と一貫性を提供します。対向配置のエミッタと検出器を持つ透過型センサと比較して、物体が単一モジュール内でビームを遮断する、よりコンパクトな機械設計を可能にします。940nm波長は一般的な標準であり、部品の入手性、コスト、環境光除去の間で良好なバランスを提供します。

8. よくあるご質問 (FAQ)

8.1 代表的な検知距離（ギャップ）は？

データシートは、I_C(ON)の試験条件を5mm離れた位置に反射板ありと規定しています。これは、デバイスが数ミリメートル範囲の非常に短距離検出に最適化されていることを示唆しています。実際に使用可能なギャップは、IR LEDへの駆動電流、受信回路の感度、および必要な信号マージンに依存します。

8.2 電気的過渡現象からデバイスを保護するには？

IR LEDの場合、通常は単純な直列抵抗で十分です。ノイズの多い環境で動作するフォトトランジスタの場合は、コレクタとエミッタ間に小さなコンデンサ（例：1-10nF）を追加して高周波ノイズをフィルタリングすることを検討してください（これにより応答時間が遅くなることに注意）。過酷な産業環境では、入力/出力ラインに追加の外部クランプダイオードやTVSダイオードが必要になる場合があります。

8.3 回転スロットディスクの速度検知に使用できますか？

はい、これは一般的なアプリケーションです。最大スイッチング周波数は立上り/立下り時間（通常～20-25μs）によって制限され、理論的には約20 kHzまでの周波数が可能です。実際には、回路やデューティサイクルの制約により、周波数は低くなります。ディスク上のスロットとギャップが、フォトトランジスタが完全にオン/オフするのに十分な幅であることを確認してください。

9. 動作原理

ITR20002は、透過光遮断の原理で動作します。内部の赤外線発光ダイオード（IRED）は順方向バイアスされ、ピーク波長940nmで光を発します。収束軸上に配置されたNPNシリコンフォトトランジスタは、通常、経路が遮られていない場合にこの放射線を受け取ります。十分なエネルギーの光子がフォトトランジスタのベース領域に衝突し、電子-正孔対を生成します。この光電流はベース電流として作用し、トランジスタの電流増幅率（ベータ）によって増幅され、はるかに大きなコレクタ電流となります。不透明な物体がエミッタと検出器間のギャップに置かれると、光路が遮断されます。光電流が止まり、トランジスタがオフになり、コレクタ電流は非常に低い値（暗電流）まで低下します。コレクタ電流のこのオン/オフの変化が、物体の有無を示すデジタル信号を提供します。

10. 免責事項および信頼性に関する注記

この技術文書で提供される情報は、オリジナルのデータシートに基づいています。メーカーからの主な免責事項および注記は以下の通りです：

• 仕様および材料は変更されることがあります。
• 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。
• グラフおよび代表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動作させると、永久的な損傷を引き起こす可能性があります。
• 明示的な許可がない限り、本製品は安全クリティカル、軍事、航空、自動車、医療、または生命維持アプリケーションを意図していません。