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【科普】被譽(yù)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：6282 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(jī)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(jī)屏幕中，將進(jìn)一步改善手機(jī)交互設(shè)計(jì)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(dú)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(qiáng)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(shí)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(shí)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(dú)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(shí)現(xiàn)，每個傳感元件單獨(dú)可控，通過直接晶圓級封裝實(shí)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(jī)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(shí)體Home鍵，提升機(jī)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(dú)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(jì)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(dú)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(jì)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(diǎn)。

　　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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。未來 1 年，國產(chǎn)手機(jī)品牌的全面屏手機(jī)指紋識別方案大概率選擇后置 Coating。

　　而 FPC與國產(chǎn)手機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)算、通信和娛樂設(shè)備人機(jī)界面交互開發(fā)解決方案設(shè)計(jì)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(yàn)差，合作手機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)簡潔、無需按鍵的工業(yè)設(shè)計(jì)。

　　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(jī)魅族 MX4 Pro，一舉打破蘋果手機(jī)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(jī)廠商華為、OPPO、vivo、小米等的大量訂單。

　　魅族 2016 年旗艦機(jī) 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(jī)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(jì)公司的相關(guān)設(shè)計(jì)方案