光電式容積脈波 （Photoplethysmography – 以下PPG） は、低コストで非侵襲的な光学技術であり、皮膚の表面上で生理学的な測定を行います。最も広く普及しているアプリケーションの1つは、市販のスマートウォッチやスポーツブレスレットに含まれるウェアラブル心拍センサで、日常作業中に快適で継続的な脈拍のモニタリングが可能です。この記事では、生理学的測定のために Zemax OpticStudio で人間の皮膚をモデル化する方法と、ZOS-API を使用した PPG ベースの心拍センサの時間依存シミュレーションを紹介します。

PPG デバイスは、赤外・可視域の発光ダイオード （LED） と光検出器で構成されています。PPG デバイスは、組織内の血液量の変化を検出するシンプルな光学技術です。光は、血液では周囲の組織よりも強く吸収・散乱されます。そのため、血液の脈動によって、検出器の信号に逆位相の変化が生じます。

この英文の記事で恐縮ですが、設定の詳細が確認できます。OpticStudioに人間の皮膚組織モデルを実装する方法を説明し、ZOS-API アプリケーションを使用してPPG装置の測定信号を経時的にシミュレートする方法を示します。