Es hängt von den LEDs ab, ob 3 V noch reichen. Mit roten LEDs sollte es eigentlich noch reiche: ca. 2 V für die LED, 100 mV für den Transitor für die Stellen und dann noch 900 mV für den IO Pin und Vorwiderstand.

Bei den Spannungsreglern gibt es "normale" und low Drop Regler. Bei den normalen braucht man so 2-3 V mehr als nachher am Ausgang, bei low Drop Reglern reicht 0,2-1 V (meist 0,5 V) mehr. Da sollten also 4 V bzw. 3 Zellen ausreichen für einen 3,3 V low-drop Regler.

Mit dem Aufwachen über Interrupt ist das im Prinzip schon richtig gedacht, nur braucht die IR-LED vermutlich mehr Strom als der µC, selbst wenn der läuft. Die sparsamere Wahl wäre da vermutlich den µC jeweils nach einer bestimmten Zeit (z.B. 10 ms) aufwachen zu lassen, dann einmal kurz die LED anschalten für etwa 0,5 ms und dann messen. In dem Beispiel sind dann LED und µC für etwa 1/20 der Zeit aktiv. Wie oft man das machen muss hängt von der nötigen Reaktionszeit ab.