38AM53｜第38回 臨床工学技士国家試験 過去問

正答

5

この問題のポイント

この問題では、光センサ、LED、フォトダイオード、サーモカメラの基本的な性質が問われています。

特に、可視光を利用する装置と、赤外線を検出する装置を区別することが重要です。

サーモカメラは、物体から放射される赤外線を検出して温度分布を画像化します。
そのため、通常のカメラのような外部光源を必要としません。

解説

光を扱う素子では、発光素子と受光素子の役割を整理します。

LEDは発光ダイオードです。
電流を流すと光を出しますが、レーザのように位相がそろったコヒーレント光ではありません。

太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子です。
実用上の変換効率は75～80％のような非常に高い値ではありません。

フォトカプラは、LEDとフォトトランジスタなどを組み合わせ、電気信号を光で絶縁伝達する部品です。
回路間の電気的絶縁に用いられます。

フォトダイオードは、光を電流に変換する受光素子です。
受光素子として用いる場合は、一般に逆方向バイアスまたはバイアスなしの光起電力モードで使います。順方向電圧を印加して受光素子とする、という説明は不適切です。

サーモカメラは、対象物から放射される赤外線を検出します。
暗い場所でも、対象物が赤外線を放射していれば温度分布を画像化できます。

ひっかけポイント
LEDとレーザを混同しないことが重要です。
レーザ光はコヒーレント光ですが、一般的なLED光は非コヒーレント光です。

生体計測での注意点
パルスオキシメータでは、赤色光と赤外光を出すLEDと、受光用のフォトダイオードが用いられます。フォトカプラそのものを動脈血酸素飽和度計測のセンサとして扱うわけではありません。

選択肢の確認

1．誤り。
LED光は一般に非コヒーレント光です。コヒーレント光は、位相や波長のそろったレーザ光の特徴として押さえます。

2．誤り。
太陽電池のエネルギー変換効率は75～80％ではありません。国家試験では、このような極端に高い効率の記述は誤りとして判断します。

3．誤り。
フォトカプラは、電気信号を光で伝えて回路間を絶縁する部品です。動脈血酸素飽和度計測では、発光素子としてLED、受光素子としてフォトダイオードなどが用いられます。

4．誤り。
フォトダイオードは受光素子として使う場合、一般に逆方向バイアスまたは光起電力モードで用います。順方向電圧を印加して受光素子とする、という説明は不適切です。

5．正しい。
サーモカメラは、対象物が放射する赤外線を検出して画像化します。そのため、可視光の照明のような外部光源は不要です。

覚えるポイント

• LED光は非コヒーレント光です。
• レーザ光はコヒーレント光です。
• フォトカプラは、光を利用して電気的絶縁を行う部品です。
• フォトダイオードは、受光時に逆方向バイアスまたは光起電力モードで使われます。
• サーモカメラは赤外線を検出するため、外部光源を必要としません。