赤外線センサの調査・研究

主旨
赤外線センサの種類
指向特性
赤外線センサと送信機（詳細）
赤外線センサ信号処理回路

システム主要構成部品のひとつである赤外線センサについてその基本性能及び特性を調査する。

　量子型
フォトンを吸収しキャリアを励起することによって直接赤外線を検出するセンサである。このセンサは後に述べる熱型センサより100〜1000倍の検出能力を持つが、動作温度が低いため通常は液体窒素などで冷却の必要があるため、ＭＩＲＳでの利用は望めない。

　熱型
エネルギー吸収による温度変化を利用するもの。素子としては、熱電対サーミスタ・ボロメータ、焦電型素子などがある。特に焦電型素子は比較的感度が高く、構造が簡単なのでよく用いられる。

　◎赤外線センサの利点は、主に”赤外線は可視光線に比べて空気中の透過率が高い”ということ。（しかし、波長によっては透過率が低い赤外線もある)

赤外線ＬＥＤ　ＴＬＮ１０５Ｂ
◎特徴　・放射強度が大きい。
　　　　・指向特性が広い。
　　　　・光出力の直線性が良く、パルス動作、高周波による変調が可能。

理論値による指向特性

実験によりとったデータによる指向特性

2,赤外線受信機の指向特性について

性能
赤外線受信機は、受信した光の強度を測定できないため、送信機と受信機の間の距離を知ることは出来ない、つまり、得られる情報は少ないのである。 図１に示す送信機を用いて、図２の光学系においてリモコンセンサの出力信号が下記の各項目を満足すること。

直線受信距離特性
図２において、Ｌ＝0.2〜5ｍ、Ee＜10lx(※3)、φ＝0°のとき、出力信号が１ー４項の電気的特性を満足すること。

指向角受信距離特性
図２において、Ｌ＝0.2〜3ｍ、Ee＜10lx、Ｘ方向φ≦30°、Ｙ方向θ＝0°のとき１ー４項の電気的特性を満足すること。
又、Ｌ＝0.2〜3ｍ、Ee＜10lx、Ｘ方向φ＝0°、Ｙ方向θ≦15°のとき１ー４項の電気的特性を満足すること。

　 ※3)　受光面照度を示す。

図１　送信機

図２　光学系

理論値による赤外線受信機の指向特性

１−６　指向角特性

X方向特性

Y方向特性

実験によってとったデータによる赤外線受信機の指向特性

（注）実験では赤外線送信機を固定して指向特性を調べたものである。

X方向特性

　　　送信機

最大定格（Ｔa=25）

項　　　目	記号	定格	単位
直流順電流	IF	100	mA
直流順電流低減率（Ｔa>25℃）	ΔIF/℃	-1.33	mA/℃
パルス順電流	IFP(注）	1	A
直流逆電圧	VR	5	V
許容損失	PD	150	mW
動作温度	Topr	-20〜75	℃
保存温度	Tstg	-30〜100	℃

（注）パルス幅≦100μs，繰り返し周波数＝100Ｈz

電気的特性（Ta=25℃)

項目	記号	測定条件	最小	標準	最大	単位
順電圧	VF	IF=100mA	---	1.35	1.5	V
逆電圧	IR	VR=5V	---	---	10	μA
放射強度	IE	IF=50mA	12	20	---	mW/sr
光出力	PO	IF=50mA	---	11	---	mW
端子間容量	CT	VR=0,f=1MHz	---	20	---	pF
ピーク発光波長	λP	IF=50mA	---	950	---	nm
スペクトル半値幅	Δλ	IF=50mA	---	50	---	nm
半値角	θ1/2	IF=50mA	---	±23.5	---	°

波長特性（標準値）(IF=50mA,Ta=25℃)

外形

センサ

定格及び特性

構成図

１−２　絶対最大定格

項目	記号	定格値	単位
電源電圧	Vcc	0〜6.0	V
動作温度	Topr	-10〜+60 ※1	℃
保存温度	Tstg	-20〜+70	℃
保存温度	Tsol	260 ※2	℃

※1 )結露なきこと。　　※2 )樹脂端面より下部の位置で5秒間

１−３　推奨動作条件

項目	記号	動作条件	単位
電源電圧	Vcc	4.7〜5.3	V

１−４　電気的特性　（特に指定の無い限りＴa=25℃,Ｖcc=5V)

項目	記号	MIN	TYP	MAX	単位	備考
消費電流	Icc	---	2.8	4.5	mA	入力光なし、出力端子OPEN
ハイレベル出力電圧	VOH	Vcc-0.2	---	---	V	※2,出力端子OPEN
ローレベル出力電圧	VOL	---	0.45	0.6	V	※2,ﾌﾟﾙｱｯﾌﾟ抵抗ｋΩ
ハイレベルパルス幅	T1	400	---	800	μS	※2
ローレベルパルス幅	T2	400	---	800	μS	※2
B.P.F.中心周波数	f0	---	38	---	kHz

※2) 下図に示すバースト波を、図１に示す送信機にて送信するものとする。

バースト波

赤外線センサ外形図1

赤外線センサ外形図２

回路構成

・割り込み信号部は、赤外線センサー受光部からの信号に変化が生じたときに割り込み信号を出すと思う。信号自体は、一発パルスではなく他の波形になると思われる。