第16期“见微知著”培训课程：3D成像与传感器

iPhone X的发布将3D成像和传感带入了消费类应用“甜蜜期”。本课程深入剖析3D成像与传感核心元器件技术、应用和市场等，包括VCSEL、MEMS微镜、液体透镜、DOE、SPAD、SiPM、ToF图像传感器等核心器件。

主办单位：麦姆斯咨询

协办单位：华强电子网、上海传感信息科技有限公司

支持单位：无锡微纳产业发展有限公司、创星咖啡

一、课程简介

过去几十年里，3D成像和传感技术已经在医疗类和工业类等高端市场取得了成功。经过Kinect游戏配件和Leap motion手势控制器将3D成像和传感技术应用于消费电子领域的“初体验”后，2017年9月iPhone X的发布，苹果（Apple）公司将3D成像和传感带入了消费类应用“甜蜜期”。

2018年以来，中国的智能手机厂商，如小米、OPPO、vivo、华为都相继在旗舰机上配置不同的3D摄像头。如小米8透明探索版采用以色列公司Mantis Vision的编码结构光技术，凭借密集的点云和精确的深度信息捕捉最小的细节，真实还原扫描目标的原貌，同时有效降低处理运算量。OPPO Find X的3D传感系统采用由奥比中光提供的3D结构光技术，可实现0.1秒极速3D人脸解锁。vivo NEX双屏版成为全球首款ToF 3D人脸识别智能手机，vivo采用松下基于CCD工艺的VGA分辨率ToF图像传感器芯片，其 ToF技术有效深度信息更多（30万个深度信息点）、识别距离更远（3米）、模组所需面积/体积更小。华为在Mate 20 Pro中凭借大面阵传感器和图案化晶圆级光学元件（WLO），成为最接近苹果3D传感解决方案的厂商。智能手机市场的旺盛需求，驱动全球尤其是中国消费类3D成像和传感市场强劲增长。据Yole预测，2017~2023年的全球3D成像和传感市场复合年增长率竟然高达为82%！

然而，3D成像和传感生态链异常复杂，涉及晶圆和外延片、传感器和VCSEL等芯片、封装、光学器件、模组、软件和算法等各个产业。其中，传感器/探测器、VCSEL、光学衍射元器件（DOE）和MEMS微镜等企业承担着最为重要的核“芯”角色，需面对下游OEM厂商的参数指标要求，结合自身设计、制造等能力，与上游的晶圆和外延片、封装、软件和算法等企业协同合作。3D成像和传感核心元器件，无疑是3D成像和传感生态链健康稳定发展的最“硬核”！

智能手机作为3D成像和传感产业创新的主要载体，对核心元器件提出了不同新要求：压缩成本、减小尺寸、提高性能、满足从成像到传感功能的转变……于是，许多在其他行业成功应用的3D成像和传感元器件在消费类行业找到了爆发点：比如VCSEL、MEMS微镜、单光子雪崩二极管（SPAD）/硅光电培增管（SiPM）等等；同时，也促进了众多光学技术的不断进步，如DOE、ToF图像传感器等。这些“硬核”技术的不断精进和成功，也将回馈于更多的消费类产品（尤其是消费类机器人）、汽车、工业和医疗设备。

麦姆斯咨询开设的《3D成像与传感器培训课程》将深度讲解3D成像与传感核心元器件技术、应用和市场等，包括：红外光源——垂直腔面发射激光器（VCSEL），光束操纵元器件——MEMS微镜（静电式、电磁式、电热式、压电式）、液体透镜、衍射光学元件（DOE），光电探测器——单光子雪崩二极管（SPAD）/硅光电倍增管（SiPM）、ToF图像传感器，最后还将结合MEMS微镜仿真案例带领学员一起操作有限元设计软件COMSOL Multiphysics。本次课程的讲师均来自业内知名企业创始人或技术负责人、国内外著名高校专家教授，将同时从理论和实践两个维度为学员全面打开3D成像与传感新视野！

二、培训对象

本课程主要面向3D成像与传感产业链相关企业（包括晶圆和外延片厂商、元器件厂商、模组厂商、系统厂商和应用厂商）的技术人员和管理人员、高校师生，同时也欢迎其他希望了解3D成像与传感产业的非技术背景人员参加，如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。

三、培训时间

2019年7月19日~7月21日全天，总计3天。

授课结束后，为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。

四、培训地点

无锡市菱湖大道200号中国传感网国际创新园

五、课程内容

课程一：红外光源技术及应用：VCSEL

讲师：常州纵慧芯光半导体科技有限公司 联合创始人兼亚太区CEO 陈晓迟

从数据通信时代向3D成像和传感时代的转变，iPhone X的人脸识别发布开启了VCSEL“杀手级”应用！如今高端智能手机已经采用多颗VCSEL芯片，例如使用集成VCSEL的泛光照明器和红外点阵投影器进行3D人脸识别；利用集成VCSEL的飞行时间（ToF）测距传感器检测人脸与手机屏幕的距离。市场的高度认可，使得VCSEL领域涌入大量投资行为，老牌企业新建工厂，初创企业层出不穷，投资和并购持续火热……本课程将针对VCSEL及相关应用进行详细讲解，带领学员深入学习这项热门的红外光源技术！

课程大纲：
（1）红外光源介绍（红外LED、EEL和VCSEL）；
（2）VCSEL结构、工作原理、主要性能参数及其影响因素；
（3）VCSEL设计、制造、封装和测试的主要问题和解决方法；
（4）3D成像、激光雷达等传感领域对VCSEL提出的要求和挑战；
（5）VCSEL产业链及主要供应商情况；
（6）VCSEL应用及市场情况。

课程二：光束操纵技术及应用：MEMS微镜（非压电式）

讲师：西北工业大学 教授 乔大勇

MEMS激光雷达被业界广泛认为是最快落地的固态技术路线，因此，其核心光束操纵元器件——MEMS微镜备受企业和投资人的关注。本课程为学员深入剖析MEMS微镜的主要问题和技术难点，以及其在MEMS激光雷达、3D工业相机、手机3D摄像头等产业化应用时面临的具体要求与现实差距。

课程大纲：
（1）MEMS微镜结构；
（2）MEMS微镜工作原理；
（3）MEMS微镜设计、制造、封装和测试的主要问题和解决方法；
（4）3D视觉（MEMS激光雷达、3D工业相机、手机3D摄像头）等应用对MEMS微镜提出的要求和挑战；
（5）MEMS微镜产业链及主要供应商情况；
（6）MEMS微镜应用及市场情况。

课程三：光束操纵技术及应用：压电式MEMS微镜和液体透镜

讲师：华中科技大学 教授 余洪斌

目前，市场上在售的MEMS微镜多采用静电驱动或电磁驱动原理，而采用压电驱动的MEMS微镜将可能成为未来新方向，引起众多厂商提前布局。液体透镜采用液体作为透镜，通过改变液体的曲率来改变焦距，成为3D成像领域的研究热点之一。本课程将带领学员学习这两项前沿的光束操纵技术及应用。

课程大纲：
（1）压电MEMS微镜工作原理及其技术特性分析；
（2）压电MEMS微镜技术发展现状及其面临的问题和解决方法；
（3）压电（AIN）MEMS微镜设计和制造实例；
（4）液体透镜工作原理介绍；
（5）液体透镜技术发展现状及其面临的主要问题和解决方案；
（6）基于液体透镜的3D成像应用实例。

课程四：光束操纵技术及应用：衍射光学元件（DOE）

讲师：北京驭光科技发展有限公司 董事长兼CEO 田克汉

光学衍射元件（DOE）是3D视觉方案的核心光束操纵元器件之一。DOE可采用与传统IC芯片生产相同的光刻工艺，但对纵向尺度上的准确性要求极高，需要在深度和宽度两个不同维度进行精确控制，从而造成全球成熟DOE供应商稀缺的局面。本课程将通过深入浅出的讲解，让您领略DOE技术和应用的魅力！

课程大纲：
（1）传统光学、微纳衍射光学和三维光学介绍；
（2）DOE结构及工作原理；
（3）DOE设计、制造和组装的主要问题和解决方法；
（4）3D视觉方案对DOE提出的要求和挑战；
（5）DOE产业链及主要供应商情况；
（6）DOE应用及市场情况。

课程五：光电探测技术及应用：单光子雪崩二极管（SPAD）/硅光电培增管（SiPM）

讲师：德国海德堡大学 研究员 沈炜

光电探测器在3D成像和传感系统中扮演着将光脉冲转换成电信号的角色。SPAD工作在盖革模式下，单个光子即可使其工作状态实现开、关之间的转换，光电敏感性极高，可对单光子计数，从iPhone 7 Plus开始就使用集成了SPAD的接近传感器，用于触发人脸识别系统操作。而SiPM由多个工作在盖革模式的SPAD阵列组成，具有弱光探测应用的明显优势。SPAD/SiPM技术的成熟也将为激光雷达带来成本、体积等优势。本课程将对SPAD/SiPM的工作原理、设计、制造、封装和测试、应用和产业链进行全面探讨。

课程大纲：
（1）主要光电探测器介绍（PIN、APD、SPAD、SiPM）；
（2）SPAD/SiPM工作原理、主要性能参数及其影响因素；
（3）SPAD/SiPM设计、制造、封装和测试的主要问题和解决方法；
（4）手机3D摄像头、激光雷达、医疗成像等传感应用对SPAD/SiPM提出的要求和挑战；
（5）SPAD/SiPM产业链及主要供应商情况；
（6）SPAD/SiPM应用及市场情况。

课程六：光电探测技术及应用：ToF图像传感器

讲师：上海炬佑智能科技有限公司 系统解决方案部总监 梅健

对于3D成像与传感，消费类应用领域已经采用了三种方法：主动立体视觉、结构光、飞行时间。相比之下，飞行时间解决方案不复杂且价格便宜，只需一颗ToF图像传感器和泛光照明器就可以为系统带来3D感知功能。2019年被誉为ToF视觉方案的爆发元年，本课程将对其核心元器件——ToF图像传感器的工作原理、设计、制造、封装和测试、应用和产业链进行详细说明。

课程大纲：

（1）ToF图像传感器分类（如cwToF和pToF）和工作原理；
（2）ToF图像传感器设计、制造、封装和测试的主要问题和解决方法；
（3）ToF图像传感器产业链及主要供应商情况；
（4）ToF传感器应用案例（工业机器人、汽车激光雷达、手机3D摄像头等）及市场情况。

课程七：光学MEMS和传感器仿真技术：COMSOL Multiphysics

讲师：COMSOL中国 资深应用工程师 钟振红

在开发MEMS微镜时，工程师需要分析其动态振动和阻尼情况，因为这两方面都会极大地影响器件的运行。COMSOL Multiphysics仿真提供了分析上述因素的有效方法，能够以具有成本效益的方式，及时且准确地预测MEMS微镜性能。本课程将以MEMS微镜为实例，展示COMSOL Multiphysics在光学元器件仿真的应用解决方案，并带领您进行上机操作（需自带电脑）。

课程大纲：
（1）COMSOL Multiphysics特征功能及在光学MEMS和传感器领域的多物理场仿真设计介绍；
（2）COMSOL Multiphysics在光学器件建模及多物理场耦合分析案例实操——以MEMS微镜为例；
（3）COMSOL Multiphysics仿真APP在光学器件中的应用——MEMS微镜设计流程化拓展；
（4）COMSOL Multiphysics在其它光学MEMS和传感器中的应用及解决方案展示：如光学衍射元件（DOE）、透镜、光谱仪、光开关及相关MEMS器件。

六、师资介绍

陈晓迟，博士，常州纵慧芯光半导体科技有限公司联合创始人和亚太区CEO。美国斯坦福大学博士毕业，师从全球著名科学家James Harris教授（美国工程院院士），拥有9年以上的光电芯片研发制造经验，在Optics Express、Applied Physics Letters、IEIE Transactions on Smart Processing & Computing、CLEO、IEEE Photonics Conference、Group IV Photonics、SPIE、MRS等国际权威期刊和会议上发表文章近30篇，曾任世界著名芯片晶圆生产厂商GlobalFoundries高级研发工程师，参与全球最先进芯片生产工艺7nm研发工作。陈晓迟博士对于光电芯片有资深研究，熟知当前最新的3D传感技术应用、芯片工艺制造等，了解硅谷3D传感应用的最新进展。上游VCSEL芯片已经限制了3D摄像头模组厂商的业务发展，陈博士能对于当前状况为国内的模组厂商提出相应的解决方案，并成功带领纵慧芯光于2018年进入顶级智能手机供应链（也是到目前为止中国唯一一家在智能手机领域大规模出货的VCSEL厂商）。

乔大勇，麦姆斯咨询“最受欢迎讲师”，西北工业大学博士生导师、教授，知微传感董事长兼创始人，连续创业者，曾作为联合创始人及总经理运营西安励德微系统科技有限公司，微机电系统（MEMS）领域资深专家。他先后主持包括国家自然科学基金和863计划在内的科研项目14项，主要研究方向和研究内容包括：微光机电系统、微型能源、微纳制造工艺。在西北工业大学博士出版“十一五”国家级规划教材1部，在国内外重要学术刊物上共发表研究论文80余篇，被SCI、EI收录50余篇，获得已授权发明专利20项。

余洪斌，华中科技大学教授（楚天学者特聘教授）。2005年毕业于华中科技大学获光学工程博士学位，随后赴新加坡国立大学从事微电子（光电子）机械系统（MEMS/MOEMS）技术领域的研究工作，历任研究员和高级研究员。曾为新加坡科技局微电子研究院研究员、项目负责人（PI），同时担任新加坡国立大学机械工程系客座助理教授。一直从事基于MEMS/MOEMS技术新型功能器件（诸如微型扫描仪、微型光谱仪、微型摩擦测量仪、微型可调光阑、可变焦透镜及微型超声波器件等）的设计、制备工艺、封装测试及其系统应用方面的研究工作，同时也开展新型光学仪器和光学检测技术方面的研究。近年在Applied Physics Letters、Optics Express、Optics Letters、Sensors and Actuators B、IEEE Journal of Microelectromechanical Systems、IEEE Journal of selected topic on quantum electronics及Journal of Micromechanics and Microengineering等相关领域的国际、国内核心期刊上发表论文80余篇，撰写一书本章节并多次在相关领域国际会议上宣讲研究成果。作为核心成员申请和获授权国内、国际专利15项（8项中国专利，7项美国专利），其中两项专利成功获得商业转让，现正进行相关产品的开发。同时长期担任十余种国内、国际期刊的特邀审稿人。作为主要负责人成功获得国家自然科学基金资助，主持或参与多个研究项目，包括国家自然科学基金、新加坡教育部基金、新加坡国家研究基金、新加坡科技局项目。

田克汉，麦姆斯咨询“杰出讲师”，拥有清华大学精密仪器系本科及硕士学位，美国麻省理工学院博士学位。驭光科技创始人，任董事长兼CEO，负责整体战略以及技术开发。创立驭光科技前，他在IBM工作9年，担任（教授级）资深科学家/技术经理，拥有60余项发明专利，荣获杭州市“521”计划人才、2014年浙江省创新长期类“千人计划”、2016年国家创业人才“千人计划”。

沈炜，博士，德国海德堡大学研究员。基尔霍夫物理研究所探测传感器研发团队Deputy Group Leader。德国海德堡集成电路设计中心（ASIC Labor Heidelberg）探测传感器方向负责人。获得海德堡大学终身教职。作为半导体探测器和微电子学专家，担任多项欧盟和国际合作项目微电子学首席设计。同时也是欧盟弱光传感器路线图(Sense Project)特聘顾问专家。

梅健，本科毕业于华中科技大学电子系（现光电学院）研究生，硕士毕业于复旦大学微电子系。曾就职于亚德诺半导体技术（上海）有限公司（ADI），现任上海炬佑智能科技有限公司系统解决方案部总监。多年来，一直从事模拟芯片设计及系统应用分析设计，其研发经历主要包括光通信用超高速ADC芯片及系统设计、多线ToF激光雷达芯片及系统设计、心电（PPG、ECG等）芯片及系统设计以及3D ToF系统解决方案设计。在光电领域的信号链分析与仿真有较为宽广的视野和扎实的基础，目前正带领团队针对ToF收发芯片、镜头、激光器及相关算法进行系统级优化，并针对客户需求开发定制化的解决方案。

钟振红，麦姆斯咨询“最受欢迎讲师”， COMSOL中国应用工程师。毕业于复旦大学力学系理论与应用力学专业，长期负责 COMSOL MEMS及声学行业的技术支持和客户咨询，拥有九年以上COMSOL仿真经验。研究内容主要涉及声学、结构、AC/DC、MEMS以及光学等领域。