曾幾何時(shí)，指紋識(shí)別都是iPhone或Android頂配旗艦機(jī)的專利，誰又能想到哪怕是699元的手機(jī)都用上了這個(gè)技術(shù)呢？不過，都是指紋，它們背后的技術(shù)和原理還是有著很大不同，全新的隱藏式指紋模塊也已經(jīng)箭在弦上。那么，未來的指紋識(shí)別又將是怎樣的體驗(yàn)?zāi)兀?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2017/05/06/dnah201702dnah20170233-1-l.jpg" style="">

追溯指紋手機(jī)的歷史

提起指紋識(shí)別，很多用戶首先就會(huì)想到蘋果在2013年推出的iPhone5s。誠然，iPhone 5s的指紋識(shí)別體驗(yàn)在當(dāng)時(shí)堪稱完美，但它卻并非第一款集成指紋識(shí)別功能的手機(jī)。

早在15年前（1998年），西門子就曾展示過集成指紋識(shí)別模塊的原型機(jī)，采用Bromba公司的刮擦式（滑動(dòng)式）指紋識(shí)別技術(shù)，可惜最終沒能量產(chǎn)上市。2000年，法國品牌SAGEM推出了業(yè)內(nèi)首款量產(chǎn)的指紋識(shí)別手機(jī)（圖1），可惜當(dāng)年的指紋并非用于加密，只是用于驗(yàn)證PIN碼，成本高又沒有意義，所以在隨后的功能機(jī)時(shí)代就鮮有涉獵的品牌了（富士通算是對(duì)指紋情有獨(dú)鐘的品牌，在功能機(jī)時(shí)代推出過十余款帶指紋的手機(jī)）。

步入智能機(jī)時(shí)代后，摩托羅拉旗下的Atrix 4G（國內(nèi)又稱MB860，2011年上市）成為了首款集成指紋模塊的智能手機(jī)，它采用了來自AuthenTec的刮擦式指紋識(shí)別技術(shù)，并與電源鍵合二為一（圖2）?？上В?dāng)年的刮擦式指紋技術(shù)的體驗(yàn)和識(shí)別率都很差，再加上當(dāng)時(shí)的Android系統(tǒng)并沒針對(duì)指紋功能進(jìn)行優(yōu)化，所以這款手機(jī)并沒有引起太大的波瀾。真正讓大家記住Atrix 4G的，還是其為業(yè)內(nèi)首款搭載雙核處理器的手機(jī)身份。

2013年上市的iPhone 5s，才算是真正定義和規(guī)范了指紋識(shí)別功能在智能手機(jī)領(lǐng)域的體驗(yàn)?zāi)Ｊ胶凸δ苌系陌l(fā)展方向。

在此之前的指紋識(shí)別技術(shù)都還停留在刮擦式，需要將手機(jī)緩慢地劃過指紋模塊，待傳感器采集所有指紋信息后才能和系統(tǒng)內(nèi)保存的完整指紋圖像進(jìn)行比對(duì)，從而完成解鎖。速度慢不說，準(zhǔn)確率也難以保證。

而iPhone 5s則首次引入了正面按壓式的指紋識(shí)別技術(shù)，同時(shí)還將指紋功能與Touch ID有機(jī)結(jié)合，不僅可以用于開機(jī)解鎖，還能用于替代支付密碼（圖3）。至此，指紋解鎖、指紋加密、指紋支付，這三大功能就成為了指紋識(shí)別的三駕馬車。

誰是幕后英雄

還記得MOTO Atrix 4G嗎？給這款手機(jī)提供指紋識(shí)別技術(shù)的AuthenTec公司，在2012年正式發(fā)布了正面按壓式的指紋識(shí)別技術(shù)，于是iPhone5s就成為了第一個(gè)“吃螃蟹的手機(jī)”，結(jié)果大獲成功。蘋果為了保持技術(shù)的領(lǐng)先，直接將AuthenTec公司收購，斷絕了Android陣營的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們也使用AuthenTec按壓式指紋技術(shù)的念想。

因此，雖然隨后三星Galaxy S5、HTC One Max和vivo Xplay 3S等旗艦機(jī)也都引入了指紋識(shí)別技術(shù)，但它們卻只能采用來自Synaptics（原Validity，后被Synaptics收購）和瑞典的FingerPrintCard（FPC）公司旗下過時(shí)的刮擦式指紋識(shí)別技術(shù)，只是S5（Synaptics方案）將刮擦式指紋模塊放在了前面并與Home鍵合二為一（圖4），而One Max（Synaptics方案）和Xplay 3S（FPC方案）則將其放在了手機(jī)背面。

還好，在蘋果的“技術(shù)壟斷”維持了一年左右的時(shí)間后，F(xiàn)PC和國內(nèi)的GOOdix（匯頂）公司就先后打破了按壓式指紋識(shí)別的技術(shù)壁壘。其中，華為Mate 7是FPC按壓式指紋技術(shù)的客戶代表，將其安置在了手機(jī)背面，并提出了“息屏解鎖”概念（圖5）。而魅族MX4 Pro則和Goodix聯(lián)手，成為了第一款將按壓式指紋模塊和Home鍵結(jié)合的Android手機(jī)（圖6），在體驗(yàn)上無限接近于iPhone家族。

隨后，Synaptics也推出了按壓式指紋識(shí)別技術(shù)，并被當(dāng)年的三星Galaxy S6家族所武裝?？上В?dāng)時(shí)Synaptics的按壓式指紋技術(shù)還不夠成熟，芯片表面無法覆蓋藍(lán)寶石且凸出于機(jī)身表面（圖7），所以很容易被磨花而影響識(shí)別效率。

截至目前為止，AuthenTec只為蘋果所用，三星是Synaptics的主要客戶，F(xiàn)PC網(wǎng)羅了除三星以外的絕大多數(shù)Android客戶資源，而Goodix則相對(duì)小眾（見表）。

誰在影響指紋識(shí)別率

如今幾乎所有的新款智能手機(jī)都將指紋識(shí)別技術(shù)納為標(biāo)配，但不同品牌型號(hào)手機(jī)的指紋識(shí)別成功率卻有高有低，有些手機(jī)哪怕手指沾水也能成功解鎖（濕手解鎖），有些卻必須擦拭干凈才能識(shí)別。這又是怎么回事呢？

電容式指紋方案

目前智能手機(jī)領(lǐng)域的指紋識(shí)別技術(shù)主要以電容式指紋方案以及射頻式指紋方案為主。其中，電容式指紋方案的原理是利用硅晶元與導(dǎo)電的皮下電解液形成電場(chǎng)，通過指紋的山谷和山脊之間的凹凸來形成指紋圖像（圖8）。這個(gè)方案成本低、適用性強(qiáng)，只是對(duì)臟手或濕手指的識(shí)別率一般。

射頻式指紋方案

為了提升臟手或濕手下的識(shí)別成功率，射頻式指紋方案就此出爐。它可細(xì)分為無線電波探測(cè)與超聲波探測(cè)兩種，而超聲波探測(cè)則是時(shí)下的主流技術(shù)。簡(jiǎn)單來說，超聲波Sense ID指紋識(shí)別是由高通主導(dǎo)的技術(shù)。它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，以及皮膚與空氣對(duì)于聲波阻抗的差異來區(qū)分指紋嵴與峪所在的位置，實(shí)現(xiàn)指紋的采集與識(shí)別工作（圖10），并提升濕手情況下識(shí)別的成功率（圖11）。

實(shí)際上，超聲波指紋方案的優(yōu)勢(shì)不僅限于此。利用超聲波的特性，這種指紋方案甚至不需要電容傳感器或者按鈕，可直接隱藏在多種材質(zhì)表面之下，比如玻璃、塑料甚至金屬。翻譯過來，就是無需在手機(jī)的屏幕玻璃或機(jī)身上開孔！

擴(kuò)展閱讀

電容式指紋方案的基本構(gòu)成為保護(hù)層（藍(lán)寶石玻璃、玻璃、陶瓷或者涂層）、金屬環(huán)、指紋傳感器等等（圖9）。傳感器和軟件層面的算法將決定指紋識(shí)別的成功率；而保護(hù)層的作用是防止因劃傷傳感器導(dǎo)致靈敏度降低，現(xiàn)在公認(rèn)最佳的保護(hù)層材料就是藍(lán)寶石；至于金屬環(huán)則是可有可無的存在了，曾經(jīng)它的用途是檢測(cè)手指和傳遞信號(hào)，但如今已經(jīng)出現(xiàn)了無需金屬環(huán)的指紋方案，而且不會(huì)影響到識(shí)別率。

隱藏式指紋時(shí)代來臨

在指紋模塊的位置之爭(zhēng)中，正面指紋的設(shè)計(jì)正占據(jù)越來越大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，正面指紋也正在從傳統(tǒng)的實(shí)體按鍵（Home鍵可以按下，如iPhone 6s）向輕觸式按鍵（如一加3、iPhone 7和OPPO R9s，Home鍵無法按下）的轉(zhuǎn)型期。

這種轉(zhuǎn)型的優(yōu)勢(shì)是無須擔(dān)心實(shí)體按鍵的耗損和掉漆等問題，壽命更持久。輕觸按鍵的設(shè)計(jì)也更能保證手機(jī)屏幕玻璃的整體性，可進(jìn)一步提升顏值。特別是在射頻式指紋方案（聲波）的幫助下，可以讓傳感器完全隱藏于玻璃之內(nèi)，讓指紋模塊和屏幕玻璃面板結(jié)合為一個(gè)整體。

作為超聲波指紋識(shí)別技術(shù)的代表，小米5s就實(shí)現(xiàn)了指紋模塊的“半隱藏”。它的Home鍵（指紋模塊）和屏幕就是“連體設(shè)計(jì)”，沒有任何開孔。但是，小米5s卻在Home鍵“挖出”了一個(gè)凹槽（圖12），官方的解釋是為了方便用戶定位，輕松找到Home鍵（指紋）對(duì)應(yīng)的位置。

事實(shí)果真如此嗎？

答案并沒有這么簡(jiǎn)單?，F(xiàn)階段手機(jī)屏幕玻璃的厚度多在0.5mm左右，而超聲波指紋識(shí)別技術(shù)的穿透量則約為0.3mm～0.4mm，小米5s“挖坑”的另一個(gè)目的就是保證聲波穿透的余量和識(shí)別率。那么，如何才能真正做到無孔無坑的全隱藏式指紋模塊設(shè)計(jì)呢？

現(xiàn)階段有3個(gè)解決思路（圖13）：

其一是將手機(jī)屏幕玻璃從內(nèi)部掏個(gè)洞，然后將超聲波指紋傳感器塞進(jìn)去，減小傳感器與玻璃表面之間的距離；

其二是將整個(gè)傳感器都集成進(jìn)玻璃之中：

其三則是將傳感器老老實(shí)實(shí)地放在玻璃之下。

顯而易見，前兩種需要對(duì)玻璃進(jìn)行深加工，而手機(jī)屏幕玻璃本來就很薄，這種“手術(shù)”的成本和良品率很難保證。因此，采用第三種思路，并想辦法提升傳感器的穿透量即可。

好消息是，Synaptics最近就曝光了一款最新的光學(xué)指紋傳感器FS9100，它最大的特色就是可透過1mm蓋板玻璃進(jìn)行掃描，而這個(gè)厚度別說是手機(jī)屏幕了，就連平板電腦的屏幕玻璃都不在話下。這意味著，應(yīng)用該傳感器的手機(jī)能真正做到不在屏幕挖坑和開孔就能獲得完美的指紋識(shí)別效果（圖14）。據(jù)悉，F(xiàn)S9100將于今年Q1出樣，Q3量產(chǎn)，年底就能看到相關(guān)的手機(jī)產(chǎn)品了。

小結(jié)

有消息稱蘋果新iPhon可能會(huì)干掉Home鍵，直接將指紋識(shí)別模組集成在玻璃下方（圖15）。可以預(yù)見，未來的智能手機(jī)都將逐漸過渡到這種隱藏式的指紋識(shí)別設(shè)計(jì)上。隨著指紋識(shí)別技術(shù)的不斷革新，相信在不遠(yuǎn)的將來，整塊屏幕都能用于指紋識(shí)別（無需找到指紋識(shí)別的指定點(diǎn)）也將不是夢(mèng)想。