超声波指纹识别-超声波指纹识别缺点

9月27日下午，小米秋季新品发布会正式召开。本次发布会的最大亮点莫过于万众期待的旗舰手机——小米5s发布，该机除了使用顶尖的配置，还加入了超声波指纹识别、超感光相机等黑科技，售价方面是元起。同场发布的还有元起的小米。

从设计上来看，小米5s看上去就像是一台经过了金属拉丝的6s。小米5s提供四种配色，提供玫瑰金、金色、银色、深灰色四种配色，正面使用25d弧面玻璃，背面均使用金属机身打造。雷军特别提到和小米5最大的不同是，小米5s又重新回归了金属机身是因为陶瓷机身工艺难度太大。

先看看配置总览，小米5s配备了515英寸p屏幕，内核搭载高通骁龙821处理器，3GB4GB内存，存储空间有64GB、128GB版本；提供万后置摄像头，400万前置摄像头，电池容量为mAh（支持快充），具备接口、双卡双待，新一代UFS20高速闪存，支持4G，全功能NFC等功能。

除了这些常规配置，雷军这次为小米5s着重介绍了两项新的黑科技

首先是无孔式超声波指纹识别。这种指纹技术无需在前面板玻璃上开孔，采用完整的一体化无缝式面板。通过超声波扫描，识别指纹独特3D特征，特有个微震传感器探测。因此用户在使用时，直接按在玻璃即可进行识别。而为了让用户找到指纹识别的位置，小米5s还是做了一个类似键的凹槽。

第二项是拍照方面的超感光相机。雷军解释了因为相机感光元件面积越大，成像质量越好。小米5s采用123英寸的感光元件，尺寸堪比卡片相机。传感器是索尼IMX378，单像素进光量比大61。因为进光量的提升，即使在逆光和暗光下，表现依然出色。

售价方面，雷军笑说小米维持了优良传统，3GB64GB版本元，4GB128GB版本元。另外，同场还有57英寸p屏幕的小米亮相。配置方面，同样搭载高通骁龙821处理器，电池提升为mAh（支持快充）。而摄像头更升级到双万像素摄像头，两个镜头可以单独使用，也可以同时工作。

用的黑白传感器，拍出更高品质的黑白照片。特别注意的是，指纹识别还是后置，并没有采用最新的超声波指纹。4GB64GB版本售价元，6GB128GB版本售价元。

两款产品会在9月29日在小米官网、线下的小米之家都会同步发售。另外小米还和京东合作，过去一个月的小米新品，都会在29日零点京东开卖。

向左转向右转

超声波指纹识别技术（亦称超声波）

其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。超声波技术所使用的超声波频率为1x104Hz109Hz，能量被控制在对人体无损的程度与医学诊断的强度相同。

超声波指纹识别的优势在于可以识别指纹的3D纹路，采集更精细的指纹数据，而电容式的识别是2D图像。另外一点优势是可以置于塑料、金属、玻璃等多种材料之下，不对机身外观造成影响，减少开孔，不受汗水、油污的影响。

常规指纹识别的原理是电容式信号感测，核心是电信号。手指人体的微电场与电容传感器之间形成微电流，指纹嵴与峪波峰与波谷间会有高低电容差，这也是描绘指纹图像的基础。但是由于人体自带的电流很小，指纹识别芯片检测到的信号偏弱，也就需要增强电流信号。以及多数手机的指纹识别模组的四周的金属圆环就起到增强电流的作用，同时也用来检测是否有放置手指，然后指纹识别检测电容阵列通电长期通电的话，电容元器件会有损耗。

苹果采用来自三星的屏幕，为什么苹果要选择作为旗下最高端产品的屏幕呢？显示效果是一方面，坊间传闻的屏下指纹，也很可能是选择的原因。但为何能实现屏下指纹，而不行？

然而没那么简单，做屏下指纹识别很难。这是由于LCD是被动发光，通过底部的LED背光源透过TFT发光。这层TFT本身并不是那么透光，如果不做改动，直接把手指放上去，屏幕底下的传感器很难识别到指纹。因此如果用做屏下光学指纹识别，必须给TFT层做技术改进，如加一些缝隙或是打开一个区域，让LED背光照上来。但即使这样，LED背光光源也会很大的干扰指纹反射的光线。所以屏下光学指纹识别很难实现。

而则是主动发光，理论上说可以精确控制到每一个子像素点所以材质的屏幕是更理想的发射光光源，此外，显示模组更薄，也可以减轻由于放置屏下指纹传感器带来的整体机身变厚的问题。

目前产业链有三种利用屏幕的开发方向：1，直接在屏幕下方布置一个传感器，利用的子像素之间缝隙让光线穿透过去，进而识别指纹；2，缩小传感器，插入的像素点之间；3，将传感器做成透明的，直接贴装于屏幕上方，将光学指纹识别做成一层识别层。

在光学屏下指纹识别方面，很多公司已经开始做出了尝试，并有了初步结果。汇顶科技就展示过利用屏幕实现屏下指纹识别的案例，演示机型为三星和6。而汇顶科技就是在屏幕下方布置了一个传感器，根据汇顶科技在美帝注册的专利：玄机就在这三张图里了。

目前大规模应用的超声波指纹识别手机并不太多，主要是乐视的2和小米5s。2将指纹放在了后面，而小米5s则是在正面，当时超声波还穿透不了太厚的玻璃，最厚大约是04mm左右，而手机盖板玻璃厚度大约为06mm09mm，因此04mm的有效厚度不足以穿透玻璃显示屏（06mm03mm）的厚度。小米只好和蓝思科技商量，给前面板玻璃多挖一块走，这样才能保证超声波能穿透，因此把指纹识别区域的玻璃削薄了一些。

根据高通官网公开的资料显示，新一代的可以穿透12mm的屏幕或065mm的铝或08mm的玻璃。这样的穿透能力，用在目前的玻璃或屏幕上也够了。

但为什么还没开始在量产的X20等手机上使用？这是因为还需要时间优化算法。新技术从发布到正式应用还需要一个调试的过程，指纹识别是一项对安全性要求相对较高的生物识别技术，因此需要时间对算法优化以提高安全性、识别速度、识别率等。

然而FPC刚发布的方案更丧心病狂，FPC称，不管手是干的还是湿的，不管你屏幕是还是LCD的，甚至不管你表面材质是不是玻璃，我们都能识别。能穿透多厚呢？20mm！20mm！20mm！重要的事情说三遍。作为对比，高通初代是04mm，二代也就能穿透12mm。FPC能穿透的厚度是高通的16倍多。

FPC新技术的优势包括：

1、支持智能手机（任何其他设备）干净正面外观设计，可用于显示，并且还包含指纹识别功能，以最优化屏幕与手机的比例；

2、全屏幕可用于指纹识别。无需在视觉上或物理上突出智能手机的特定区域做为指纹识别；

3、该技术能够在不同的表面材质捕获指纹，如在厚玻璃和金属运行。当手指湿润或手指淹没在水下时，它也能够运作，这种技术在所有不同的玻璃厚度下工作得很好，即使是市场上最厚的玻璃；

4、这独特的技术在LCD面板以及面板同样能够出色运作。

FIG21A和FIG21B从俯视和侧视两个角度说明了指纹识别传感器放置的地方。

FIG24从微观角度则说明了光线是如何穿透屏幕的，最上面的就是手指；偏上这层灰色区域就是手机的屏幕部分。透过屏幕的小孔，汇顶称之为“准直孔”，手指反射回的光线光学传感器搜集、处理。

怎么保证光线搜集到的就是来自指纹的反光呢？这就需要对光线准直处理。如图FIG27，汇顶定制了专门的微透镜阵列、光学空间滤光器阵列，微透镜阵列需要经过（微机电系统）技术处理或化学处理。这两个阵列能够保证进入传感器的光线基本都是来自指纹的反光，而非屏幕或是阳光。

另一个屏下指纹识别方向则是利用超声波指纹识别

高通方案称其为，指纹识别的龙头企业FPC也刚刚发布了他们的方案。超声波既不需要感光元件也不需要电容感应，因此更适合做屏下指纹识别。演示机使用的全屏幕指纹识别，采用的正是高通的方案以及欧菲的模组。