目的
L12170は高出力を謳っていて大電流を流すことができるLEDなのですが、出力がどれくらいすごいのかを定量的にとらえようと思います。
指標
IR LED の出力指標には放射強度（Radiant Intensity）と放射束（Radiant Flux）があります。 放射強度と放射束は、どちらもLEDなどの光源から放射される光の量を表す物理量ですが、測定する範囲が異なります。
放射束（Radiant Flux）
放射束は、光源からあらゆる方向に放射される光のエネルギーの総量を表します。単位はワット（W）です。
- イメージ: 光源全体から発せられる光のパワーの合計です。電球が部屋全体を照らすような場合、その電球から出る光の総量が放射束に相当します。
- 用途: LEDの効率（電気エネルギーから光エネルギーへの変換効率）を評価する際や、光源が全体的にどれだけ明るいかを比較する際に使われます。
放射強度（Radiant Intensity）
放射強度は、光源から特定の狭い方向に放射される光のエネルギーの密度を表します。単位はワット毎ステラジアン（W/sr）です。
- イメージ: 懐中電灯🔦が特定の方向を強く照らすような場合、その光の集中度合いが放射強度に相当します。光源が同じ放射束を持っていても、光が特定の方向に集中しているほど放射強度は高くなります。
- 用途: 狭い範囲を明るくしたい場合や、光を遠くまで届けたい場合（例：リモコン、光通信）に重要な指標となります。LEDの配光特性（光の広がり方）を評価する際に使われます。
💡 放射強度と放射束の関係
これらの関係は、以下の式で表すことができます。
放射束（Φe） = 放射強度（Ie）×立体角（Ω）
この式は、放射強度に、光が広がっている範囲（立体角）を掛けることで、放射束（光の総量）が計算できることを示しています。例えば、半減角が狭い（光が狭い範囲に集中している）LEDは、放射束が同じでも放射強度は高くなります。これは、光のエネルギーがより小さな立体角に凝縮されているためです。
仕様
IR LED 性能比較表（修正版）
| 項目 | OSI5LA5113A | L12170 (浜松ホトニクス) |
|---|---|---|
| ピーク発光波長 | 940 nm | 870 nm |
| 放射強度 (標準) | 60 mW/sr (IF=100mA時) | 150 mW/sr (IF=200mA時) |
| 放射束 (標準) | 10 mW (IF=100mA時) | 80 mW (IF=200mA時) |
| 半減角 | 30° | 30° |
| 順電流 (最大) | 100 mA | 300 mA |
| パルス順電流 (最大) | 1 A (デューティー比1%) | 5 A (デューティー比1%) |
1. 関係式
仕様を基に、線形の近似モデルを再構築します。
OSI5LA5113A
- 放射強度: $I_{e_{OSI}} ≈ 60 [mW/sr] × \cfrac{I_F [mA]}{100 [mA]}$
- 放射束: $Φ_{e_{OSI}} ≈ 10 [mW] × \cfrac{I_F [mA]}{100 [mA]}$
L12170
- 放射強度: $I_{e_{L12}} ≈ 150 [mW/sr] × \cfrac{I_F [mA]}{200 [mA]}$
- 放射束: $Φ_{e_{L12}} ≈ 80 [mW] × \cfrac{I_F [mA]}{200 [mA]}$
2. 出力比較
同じ電流（100mA）での比較
OSI5LA5113A (IF=100mA)
- 放射強度: 60 mW/sr
- 放射束: 10 mW
L12170 (IF=100mA)
- 放射強度: $150 [mW/sr] × \cfrac{100 [mA]}{200 [mA]} $= 75 mW/sr
- 放射束: $80 [mW] × \cfrac{100 [mA]}{200 [mA]} $= 40 mW
この比較では、L12170はOSI5LA5113Aよりも放射強度で約1.25倍、放射束で4倍の出力となります。
特定の電流（218mAと655mA）での比較
OSI5LA5113A (IF=218mA)
- 放射強度: $60 [mW/sr] × \cfrac{218 [mA]}{100 [mA]} $= 130.8 mW/sr
- 放射束: $10 [mW] × \cfrac{218 [mA]}{100 [mA]} $= 21.8 mW
L12170 (IF=1090mA)
- 放射強度: $150 [mW/sr] × \cfrac{655 [mA]}{200 [mA]} $= 491.2 mW/sr
- 放射束: $80 [mW] × \cfrac{655 [mA]}{200 [mA]} $= 262 mW
この条件では、L12170はOSI5LA5113Aに比べて放射強度で約3.8倍、放射束で約12倍の出力となります。
L12170が優れている点
L12170は、OSI5LA5113Aに比べていくつかの点で優れています。
1. 高出力
L12170は、OSI5LA5113Aの約8倍の放射束（80 mW vs 10 mW）を持っており、より明るい光を放射できます。放射強度については同程度ですが、これはL12170がより多くの電流を流せることに起因します。
2. 高速応答
L12170は、遮断周波数が40 MHzと非常に高く、OSI5LA5113Aよりも高速なデータ通信や変調が可能です。OSI5LA5113Aのデータシートにはこの項目が記載されていませんが、一般的な940nm帯のLEDと比較してもL12170は高速です。
3. 許容電流の高さ
L12170は順電流が300 mA、パルス順電流が5 Aまで許容されます。これはOSI5LA5113A（順電流100 mA、パルス順電流1 A）と比較して大幅に高く、より強力なパルス駆動が可能です。これにより、さらに遠距離への光通信や、より強い赤外線照射が求められる用途に適しています。
4. ピーク発光波長
L12170の870 nmというピーク波長は、シリコンフォトダイオードの受光感度が高い領域に位置しています。一方、OSI5LA5113Aの940 nmは、リモコンなどで広く使われる波長ですが、シリコンフォトダイオードの感度は870 nmよりも低くなります。したがって、L12170は受光側の効率を考慮した場合、より有利になることがあります。
