超薄指纹 VS 短焦指纹，超薄指纹为什么成「稀罕物」了？

手机作为我们每天都要使用的设备，其中有一个操作光是一天内就要重复几十遍，没错，我说的就是解锁。除了 iPhone 是单靠 Face ID 外，现在大部分的安卓手机（也包括非全面屏 iPhone）都是依赖于指纹解锁。对于指纹解锁，除了解锁的速度和准确率外，指纹识别的位置也很影响日常的使用体验，那些指纹位置特别靠下的用起来就特别难受。而刚刚发布的一加 Ace 2 Pro，就宣传其搭载了超薄光学屏幕指纹，相比普通的短焦指纹，指纹高度提高了两厘米，从而带来了更好的使用体验。那么为什么今天在各种旗舰手机上我们都还能看到短焦指纹的存在？解锁体验更佳的超声波指纹为什么没几家在用呢？

说起屏幕指纹识别，今天的我们脱口而出的应该是短焦、超薄、超声波这三个名词，其中短焦和超薄都属于光学指纹方案，应用机型更多，超声波方案目前主要是三星、魅族、vivo、iQOO 的部分旗舰机型在使用。这倒不是因为超声波方案研发得晚，其实我们第一次见到的屏幕指纹解锁的手机使用的就是超声波方案，那是在 2017 年由 vivo 展示的 vivo Xplay 6 改装机，首发了和高通合作的超声波屏下指纹识别技术。原理是通过屏幕下面的传感器主动发出超声波，穿透屏幕及玻璃到达人体皮肤，然后接收反射回来的信号，利用指纹表面与空气密度的不同从而构建出 3D 指纹图像，与指纹信息做比对进而解锁。

但是由于当时超声波方案尚不成熟，所以次年第一台真正的屏幕指纹量产机 vivo X20 Plus 屏幕指纹版转为使用了美国 Synaptics 提供的光学方案。通过在屏幕下方放置光学指纹传感器，当手指按在屏幕识别区域，光学指纹传感器被唤起，屏幕光线穿过手机表面的玻璃盖板，打在手指表面后被反射。随后，被手指反射的光线原路返回，被光学指纹传感器接收，就像拍照一样生成指纹图像。最后，把指纹图像传输至处理器，与指纹信息做比对进而解锁。

不过当时的光学指纹可不是我们今天所说的短焦或超薄，而是第一代准直器方案。它是通过一个个准直孔过滤其他方向的光线，最终将有效的指纹信息透过准直孔投射在感光元件上，进行指纹识别。准直器方案的好处是不容易受到其他光线干扰。之后大规模出货的 vivo X21 便是使用的改进后的准直器方案，vivo 称之为第二代屏幕指纹技术，供应商除了美国 Synaptics 外，还有我国的汇顶科技。

但是准直器方案的缺点就是受工艺技术水平影响，采集的指纹信息不够多，不容易识别，解锁速度相对较慢。于是 vivo 又和汇顶科技合作，在之后的 vivo NEX 旗舰版上使用了汇顶科技独供的透镜式屏下光学指纹方案，也就是我们今天所说的短焦指纹。简单来说就是通过微型的指纹镜头，给手指拍照获取指纹信息进行识别解锁。好处是进光量大，指纹信息丰富，解锁速度快。vivo 称其为第三代屏幕指纹技术，在下半年 vivo 又连续推出了第四代和第五代屏幕指纹技术，都是在透镜式光学方案上做改良，例如第四代就为短焦摄像头配备了 F1.5 的大光圈，第五代则是将镜头升级为 3P 结构，同时在 SoC 上开辟指纹处理专区，通过 DSP 级优化让解锁速度更快。于是透镜式方案迅速普及开来，逐渐淘汰了准直器方案。

当然透镜式光学方案也有其缺点，由于没有准直器过滤无效光线，其他角度的环境光线也会进入的指纹模组，容易产生干扰。而且透镜方案的屏下指纹识别模组往往物理体积大，会挤占电池空间。那么解决方案就是将准直器方案和透镜方案两者的优势结合起来，也就是我们今天所说的超薄屏下光学指纹。它通过微透镜 + 微准直的方式，在每个准直孔的上方都集成了微透镜，通过微透镜获取足够丰富的指纹信息，这些光线进入微准直孔后，其他方向的干扰光线会被准直孔过滤掉。最终投射在指纹成像模组上的就是进光量充足、信噪比高、图像清晰的指纹信息，不仅质量高易于识别解锁，抗干扰能力也很强。首发超薄屏下光学指纹的是 2019 年的 11 月 5 号发布的小米 CC9 Pro，方案供应商依然是汇顶科技。

小米 CC9 Pro 所采用的全球首款超薄屏下光学指纹模组，厚度仅为传统屏下光学指纹模组的 1/10 左右。传统指纹模组因为体积巨大，和电池只能错位摆放，会挤占电池空间。而超薄屏下光学指纹完全可以忽略厚度，直接叠放在电池和屏幕中间，让手机有更多的空间放进更大容量的电池。而近年来随着手机电池容量的增大，也就是电池尺寸的增大，使得短焦指纹模组只能被挤到屏幕底部，也就导致握持手机用拇指解锁时往往不够顺手，被消费者广泛吐槽。

超薄光学屏幕指纹一经发布，迅速得到了各家的采用。小米 10 系列、OPPO Find X2 系列、华为 P40 系列、一加 8 系列都抛弃了短焦指纹转而使用超薄指纹。同时期，超声波指纹也终于实现了量产，19 年 2 月发布的三星 S20 系列便首发搭载了高通的超声波屏下指纹。不过当时其超声波模组位置也很靠下，实际解锁速度也比较一般，所以国产手机们并没有跟进，而是在年末转向了超薄指纹。

到了 21 年 1 月发布的三星 S21 系列上，换上了高通第二代超声波屏下指纹技术，传感器模组直接增大了 77%，处理速度也更快了，带来的就是解锁体验的全方面升级。超声波方案相比光学方案，穿透性更强，因此不需要担心皮肤表面的水渍、污渍影响，识别率高，还能湿手检测，这样的优越性随着三星 S21 的展现，也引来了国产厂商的跟进。

之后的魅族 18 系列和 iQOO 8 Pro 便先后采用了超声波屏幕指纹，尤其是 iQOO，专门定制了超大的指纹模组，还引入了一次录入功能，一按录入即可完成，也就是我们今天知道的蓝厂的超声波 3D 广域指纹，方案供应商仍然是高通。

目前智能手机上的屏幕指纹方案主要就是高通的超声波指纹和汇顶的光学指纹（超薄和短焦），从成本来看，超声波＞超薄＞短焦。按照一加的说法，超薄指纹成本要比短焦指纹高出 4 倍，超声波显然就更贵了，所以目前光学指纹仍然是主流之选。

当然我们疑惑的一点是，曾经使用超薄指纹的机型，为什么在今天有大量都转而使用了短焦指纹。例如华为 P40 系列、小米 10、11 都是超薄指纹，到了华为 P60 系列和小米 12、13 就变成短焦指纹了。短焦指纹在解锁速度上倒是没啥问题，只是随着电池增大，指纹模组被挤到了屏幕底端，解锁体验发生了倒退。

我觉得这可以从最近的骁龙 8 Gen 3 售价将进一步提高，部分厂商的高端机型将放弃采用骁龙 8 Gen 3 中一窥端倪。最近两三年，手机的核心处理器的成本占比越来越高，而市场喜好助推了同价位采用更高配置处理器的机型获得更好的销售表现。所以厂商们在将更多的成本堆在处理器上后，就得想办法在其他地方缩回来。而近些年中端机上逐渐消失的超薄指纹、金属边框、长焦镜头等等，就属于厂商通过控制外围成本来缩减规格。

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