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【科普】被譽為未來主流：超聲波指紋識別技術(shù)可以這樣來理解！

編輯：liuchang 2017-12-18 10:07:10 瀏覽：5918 來源：未知

　　隨著指紋識別的廣泛應(yīng)用，尤其是在移動支付領(lǐng)域的應(yīng)用，指紋識別的安全性問題開始受到關(guān)注。

　　目前智能手機使用的電容式指紋傳感器捕捉的是手指表面的二維圖像，損失了指紋紋理深度的特征。

　　用黏土制造假指紋用于解鎖：

　　超聲波指紋技術(shù)原理

　　超聲波指紋技術(shù)的工作原理是由指紋識別芯片發(fā)射超聲波脈沖，對指紋進(jìn)行采樣，傳感器通過分析反射回的脈沖獲取指紋三維特征。

　　超聲波脈沖可以穿透玻璃、藍(lán)寶石屏幕進(jìn)行掃描，所以傳統(tǒng)的指紋識別 Home 鍵可以直接集成到手機屏幕中，將進(jìn)一步改善手機交互設(shè)計空間。

　　超聲波指紋識別傳感器不但可以掃描到指紋表面，還能掃描溝壑深度及底層組織，安全性大大提高。

　　超聲波指紋采集是一種新型技術(shù)，其原理是利用超聲波具有穿透材料的能力，且隨材料的不同產(chǎn)生大小不同的回波（超聲波到達(dá)不同材質(zhì)表面時，被吸收、穿透與反射的程度不同）。

　　具體來講，該指紋識別芯片表面的換能器可以發(fā)射出一股超聲波脈沖，可以對指紋進(jìn)行更深入的分析采樣，甚至能滲透到皮膚表面之下識別出指紋獨特的3D特征，脈沖在抵達(dá)手指表面后會被反射，傳感器可利用反射回來的脈沖獲取到指紋的三維信息。

　　因此，利用皮膚與空氣對于聲波阻抗的差異，就可以區(qū)分指紋嵴與峪所在的位置。

　　超聲波技術(shù)所使用的超聲波頻率為1×104Hz-1×109Hz，能量被控制在對人體無損的程度（與醫(yī)學(xué)診斷的強度相同）。

　　超聲波技術(shù)產(chǎn)品能夠達(dá)到最好的精度，它對手指和平面的清潔程度要求較低，但其采集時間會明顯地長于前述兩類產(chǎn)品，而且價格昂貴，也并不能做到活體指紋識別，所以目前使用稀少。

　　超聲波傳感器實現(xiàn)了聲能和電能的相互轉(zhuǎn)換，是指將超聲波范圍內(nèi)一定振動頻率的聲音信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的可檢測電信號或者將確定交變頻率的電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的聲音的能量轉(zhuǎn)換器件。傳統(tǒng)由壓電材料制造超聲波傳感器，主要是利用材料的壓電效應(yīng)來實現(xiàn)換能。

　　MEMS傳感器平臺供應(yīng)商應(yīng)——InvenSense，2016年發(fā)布了UltraPrint：一款基于InvenSense CMOS-MEMS平臺（ICMP）制造的超聲波指紋成像解決方案，其壓電材料為氮化鋁（AlN）。通過對其平臺添加氮化鋁壓電工藝能力，使得獨特的壓電MEMS超聲換能器(pMUT)和傳感器陣列的批量生產(chǎn)得以實現(xiàn)，每個傳感元件單獨可控，通過直接晶圓級封裝實現(xiàn)CMOS ASCI電路的整合。

3D MEMS指紋傳感器

　　2015 年，高通發(fā)布了驍龍 Sense ID 指紋識別技術(shù)，Sense ID 包括驍龍?zhí)幚砥骷扔心K，超聲波傳感器和加密芯片三個模塊。

　　其中，超聲波傳感器承載指紋成像功能，技術(shù)授權(quán)給其他傳感器廠商；加密新品負(fù)責(zé)將超聲波傳感器上的信息傳回處理器處理。

　　高通超聲波Sense ID最大的特色手機不需要電容傳感器或者按鈕，可以隱藏于多種材質(zhì)表面之下，比如玻璃、塑料甚至金屬。

微軟專利示意圖

　　在去年，微軟曾經(jīng)申請過一款關(guān)于指紋識別的專利。根據(jù)微軟 WIPO 專利介紹，這款指紋識別系統(tǒng)將直接集成在 LCD和 OLED 屏幕下面。

　　把指紋識別集成在玻璃面板下面，主要是為了砍掉實體Home鍵，提升機身的一體性和輕薄化。根據(jù)之前的外媒報道，蘋果也申請過類似的專利，未來的iPhone可能也會取消Home鍵，把指紋傳感器嵌到屏幕下方。

　　超聲波指紋識別優(yōu)勢

　　按壓電容傳感器做出的是二維指紋圖像，而超聲波掃描可以對指紋進(jìn)行更深入的分析采樣，甚至能滲透到皮膚表面之下識別出指紋獨特的3D特征，包括指紋脊線和汗毛孔等。這樣能夠產(chǎn)生細(xì)節(jié)豐富，難于仿制的指紋表面圖。

　　無需接觸，不需要電容傳感器或者按鈕，可以隱藏于多種材質(zhì)表面之下，比如玻璃、塑料甚至金屬等。

　　掃描指紋的精度也不受手指污垢、油脂以及汗水的影響。

　　全球主要指紋芯片設(shè)計公司情況

　　美國 Authen Tec

　　美國 Authen Tec 在 2012 年之前一直是全球指紋識別芯片龍頭，當(dāng)時市場上的指紋識別芯片幾乎是由 Authen Tec 和 FPC 兩家企業(yè)壟斷，并且 Authen Tec 市場份額遠(yuǎn)超瑞典FPC，份額比大約為 8:2。

　　但在 2012 年被蘋果收購后，獨家供應(yīng)蘋果，此時 FPC 加大研發(fā)投入、拓展市場，成為全球指紋識別新龍頭。

　　而 Authen Tec 從 iPhone5S 開始一直到 iPhone7，一直為蘋果提供正面藍(lán)寶石按壓指紋識別設(shè)計方案（簡稱 Touch ID）得到市場一直好評，成為智能終端加速推廣使用指紋識別的轉(zhuǎn)折點。

　　Authen Tec 現(xiàn)在也在研發(fā)屏下指紋識別，但是進(jìn)展似乎并不順利，根據(jù)目前曝光的 iPhone8，指紋識別大概率設(shè)臵在電源鍵上，也就是在手機側(cè)面，說明 Authen Tec 的屏下指紋識別技術(shù)目前并未達(dá)到蘋果要求。選擇側(cè)面指紋識別是蘋果為了全面屏，而作出的無奈選擇。

　　Fingerprint Card （FPC）

　　瑞典 Fingerprint Card（FPC）是一家瑞典生物識別傳感器科技公司，主要開發(fā)、生產(chǎn)和銷售指紋識別技術(shù)，主打背面按壓式 coating 指紋識別方案。

　　在國內(nèi)廠商崛起之前，除了蘋果、三星，其他手機廠商幾乎都是使用 FPC 的指紋識別芯片。

　　到 2016 年為止，還是全球指紋芯片出貨量最大的公司，但市場份額正在被以匯頂科技為代表的國內(nèi)廠商所蠶食。而且國內(nèi)廠商提供的指紋識別芯片性價比較高，對 FPC 沖擊較大。

　　據(jù)業(yè)內(nèi)人士表示，最快也要到 2018 年下半年屏下超聲波和光學(xué)指紋識別才能實現(xiàn)量產(chǎn)。未來 1 年，國產(chǎn)手機品牌的全面屏手機指紋識別方案大概率選擇后置 Coating。

　　而 FPC與國產(chǎn)手機品牌一直有深度合作，特別是 Coating 方案指紋識別，國產(chǎn)旗艦機大多都選擇與 FPC 合作。從下表可以看出使用背部 Coating 方案指紋識別的大多數(shù)都是用的是FPC 的方案。

　　同時，F(xiàn)PC 又主打背面按壓式 Coating 指紋識別方案，全面屏手機背部指紋識別的這部分市場份額，F(xiàn)PC 將有望繼續(xù)保持領(lǐng)先。

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Synaptics

　　Synaptics 成立于 1986 年，是一家全球領(lǐng)先的移動計算、通信和娛樂設(shè)備人機界面交互開發(fā)解決方案設(shè)計制造公司。

　　2013 年 Synaptics 以 2.55 億美元收購收購 Validity 之后，Synaptics 便開始涉足指紋識別行業(yè)。初期提供的刮擦式識別方案體驗差，合作手機廠商主要是三星和 HTC。

　　2015 年初 Synaptics 才能夠提供按壓式指紋識別，目前主要是三星和國內(nèi)二線手機廠商聯(lián)想、金立等在使用。

　　2016 年，Synaptics 宣布旗下的第三代 Natural ID 玻璃內(nèi)層（under-glass）指紋傳感器Natural ID FS4500 已經(jīng)從 9 月份開始出樣。

　　同年，Synaptics 又宣布推出業(yè)內(nèi)首款面向智能手機和平板電腦的光學(xué)指紋傳感器的 Natural ID™系列生物認(rèn)證解決方案 FS9100，該方案可穿透 1mm 的完整蓋板玻璃完成高分辨率掃描，并實現(xiàn)簡潔、無需按鍵的工業(yè)設(shè)計。

　　匯頂科技

　　匯頂科技 2013 年進(jìn)入指紋識別市場，是目前唯一能夠提供鍍膜、蓋板（玻璃、藍(lán)寶石、陶瓷）、隱藏式（IFS）、活體指紋檢測全系列芯片的公司，目前主打產(chǎn)品是玻璃蓋板指方案和 IFS 方案。

　　2014 年與魅族合作推出前臵按壓式指紋識別手機魅族 MX4 Pro，一舉打破蘋果手機在前臵按壓式指紋識別的壟斷。之后，匯頂科技又憑借技術(shù)和成本優(yōu)勢，獲得國內(nèi)一線手機廠商華為、OPPO、vivo、小米等的大量訂單。

　　魅族 2016 年旗艦機 PRO6 Plus 搭載了匯頂?shù)幕铙w指紋識別芯片；華為 P10、小米 6 都使用匯頂科技的 PC1268隱藏式指紋識別解決方案（IFS 方案）。

　　匯頂科技同樣也布局屏下指紋識別，在西班牙巴塞羅那 MWC 2017 上，匯頂科技發(fā)布了顯示屏內(nèi)指紋識別技術(shù)，技術(shù)方案是針對 AMOLED 屏研發(fā)的，不能再 LCD 屏幕使用。

　　同時，匯頂科技布局了 PC 端和更多人機交互入口，2017 年 5 月 23 日，華為發(fā)布的MateBook X 也搭載了匯頂?shù)闹讣y芯片。5 月 29 日，華碩 ZenBook Flip S 旗艦筆記本電腦也采用了匯頂科技指紋方案

　　思立微

　　思立微目前已經(jīng)擁有 coating 指紋識別方案、陶瓷/玻璃/藍(lán)寶石蓋板指紋識別方案，主打產(chǎn)品還是后臵的 coating 指紋識別方案。

　　思立微的母公司是格科微，得益于思立微本身在觸控領(lǐng)域的積累和格科微在攝像頭領(lǐng)域的影響力，眾多指紋識別模組廠商都與思立微有合作（合力泰、信利、碩貝德等）。

　　指紋識別芯片設(shè)計公司的相關(guān)設(shè)計方案