浅谈手机屏幕指纹，手机知识早知道买不错

随着智能手机全面屏设计的普及，传统的电容式指纹识别逐渐被屏下指纹技术替代。这一革命性技术不仅改变了手机解锁的逻辑，更重新定义了人机交互的美学标准。在这场技术迭代中，准直器光学方案、短焦透镜方案、超薄光学方案与超声波方案构成了四条创新路径，塑造了当下手机解锁生物识别技术的市场格局。

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一、超声波方案的首次试水

早在2016年年初，乐视就曾发布业界首款搭载超声波指纹识别模块的概念机型乐MAX 2，是全球首款采用超声波金属指纹识别的产品，不过模组依然在手机背部，而不是屏幕解锁方式。

2016年年中高通与vivo联合研发的超声波指纹方案首次亮相于vivo Xplay 6改装机，其技术原理具有革命性意义：

• 发射40kHz超声波穿透屏幕玻璃

• 利用皮肤纹路与空气的声阻抗差异构建3D模型

• 支持0.3mm厚度的屏幕覆盖

但2017年的工程样机暴露出致命缺陷：

1. 超声波传感器信噪比仅52dB，导致误识率达1/1000

2. 低温环境（<5℃）识别成功率骤降至67%

3. 模组厚度4.8mm，无法适配主流手机结构设计
   这使得vivo在2018年X20 Plus UD量产时转向Synaptics的准直器光学方案，超声波技术进入长达两年的蛰伏期。

二、光学指纹迭代革命

第一代准直器方案（2018）

最早量产的vivo X20 Plus UD（2018年1月24日）采用了Synaptics（新思国际）的屏下指纹传感器——Clear ID FS9500，基于光学技术实现，类似微距相机的识别原理，其核心由200万像素CCD传感器与3P光学镜头组成。当用户在0.3mm厚度的OLED屏下按压时，屏幕特定区域会点亮300nit蓝光，通过微距镜头采集指纹脊线在硅胶层（厚度仅0.01mm）的反射图像。

技术特征：

• 在CMOS传感器上方铺设0.2mm厚不锈钢准直层

• 每个准直孔直径15μm，间距30μm

• 仅能捕捉垂直反射光，有效规避环境光干扰

典型机型vivo X21的实测数据显示：

• 解锁速度680ms（按压到亮屏）

• 干手指识别成功率82%

• 贴膜后误识率升高至1/20000

第二代短焦透镜方案（2018年底）
vivo NEX旗舰版搭载的汇顶GL3563方案实现关键突破：

• 采用双凸透镜结构（EFL=3.2mm）

• 引入双像素对焦技术

• F1.8光圈提升30%进光量

技术优势：

1. 解锁速度提升至380ms

2. 支持心率检测（误差±5bpm）

3. 模组厚度缩减至2.5mm

第三代超薄光学方案（2019）
小米CC9 Pro首发的汇顶GM185方案带来结构革命：

• 微透镜阵列（MLA）与微准直器（MCA）的叠层设计

• 模组厚度0.25mm，重量仅0.68g

• 可堆叠在电池与屏幕之间

这项创新使4000mAh电池机型屏占比提升3.2%，直接推动2020年旗舰机普遍采用超薄方案。

三、超声波技术的二次崛起

2020年三星Galaxy S20系列首次量产高通第一代超声波升级版3D Sonic Max 方案，但初期表现平庸。

2021年3D Sonic Gen2 推出打破了超声波指纹的屏障。

1. 传感器面积增大77%至8x8mm

2. 采用自适应阈值算法

3. 支持单次按压录入

三星 S21 系列，魅族18系列，以及iQOO 8 Pro都采样了此方案。

国产超声波方案崛起

汇顶科技的超声波方案具备优异信噪比、强穿透力，支持油手、湿手解锁，同时大幅提升生物识别安全性。更重要的是，汇顶科技拥有自主知识产权，使得超声波指纹技术的成本大幅降低。

最近热门vivo x100Ultra 、x200pro。小米15系列、一加13等都是搭载了汇顶科技方案。

结语

现阶段三套方案都在实行，可见各有优势，未来短焦方案依然会凭借低价的性价比主导中低端市场，而高端机型的超薄方案会逐渐转变超声波方案，在需求驱动下逐渐渗透旗舰市场。