手機作為我們每天都要使用的設備，其中有一個操作光是一天內就要重復幾十遍，沒錯，我說的就是解鎖。除了 iPhone 是單靠 Face ID 外，現在大部分的安卓手機（也包括非全面屏 iPhone）都是依賴于指紋解鎖。對于指紋解鎖，除了解鎖的速度和準確率外，指紋識別的位置也很影響日常的使用體驗，那些指紋位置特別靠下的用起來就特別難受。而剛剛發布的一加 Ace 2 Pro，就宣傳其搭載了超薄光學屏幕指紋，相比普通的短焦指紋，指紋高度提高了兩厘米，從而帶來了更好的使用體驗。那么為什么今天在各種旗艦手機上我們都還能看到短焦指紋的存在？解鎖體驗更佳的超聲波指紋為什么沒幾家在用呢？

說起屏幕指紋識別，今天的我們脫口而出的應該是短焦、超薄、超聲波這三個名詞，其中短焦和超薄都屬于光學指紋方案，應用機型更多，超聲波方案目前主要是三星、魅族、vivo、iQOO 的部分旗艦機型在使用。這倒不是因為超聲波方案研發得晚，其實我們第一次見到的屏幕指紋解鎖的手機使用的就是超聲波方案，那是在 2017 年由 vivo 展示的 vivo Xplay 6 改裝機，首發了和高通合作的超聲波屏下指紋識別技術。原理是通過屏幕下面的傳感器主動發出超聲波，穿透屏幕及玻璃到達人體皮膚，然后接收反射回來的信號，利用指紋表面與空氣密度的不同從而構建出 3D 指紋圖像，與指紋信息做比對進而解鎖。

(資料圖片僅供參考)

但是由于當時超聲波方案尚不成熟，所以次年第一臺真正的屏幕指紋量產機 vivo X20 Plus 屏幕指紋版轉為使用了美國 Synaptics 提供的光學方案。通過在屏幕下方放置光學指紋傳感器，當手指按在屏幕識別區域，光學指紋傳感器被喚起，屏幕光線穿過手機表面的玻璃蓋板，打在手指表面后被反射。隨后，被手指反射的光線原路返回，被光學指紋傳感器接收，就像拍照一樣生成指紋圖像。最后，把指紋圖像傳輸至處理器，與指紋信息做比對進而解鎖。

不過當時的光學指紋可不是我們今天所說的短焦或超薄，而是第一代準直器方案。它是通過一個個準直孔過濾其他方向的光線，最終將有效的指紋信息透過準直孔投射在感光元件上，進行指紋識別。準直器方案的好處是不容易受到其他光線干擾。之后大規模出貨的 vivo X21 便是使用的改進后的準直器方案，vivo 稱之為第二代屏幕指紋技術，供應商除了美國 Synaptics 外，還有我國的匯頂科技。

但是準直器方案的缺點就是受工藝技術水平影響，采集的指紋信息不夠多，不容易識別，解鎖速度相對較慢。于是 vivo 又和匯頂科技合作，在之后的 vivo NEX 旗艦版上使用了匯頂科技獨供的透鏡式屏下光學指紋方案，也就是我們今天所說的短焦指紋。簡單來說就是通過微型的指紋鏡頭，給手指拍照獲取指紋信息進行識別解鎖。好處是進光量大，指紋信息豐富，解鎖速度快。vivo 稱其為第三代屏幕指紋技術，在下半年 vivo 又連續推出了第四代和第五代屏幕指紋技術，都是在透鏡式光學方案上做改良，例如第四代就為短焦攝像頭配備了 F1.5 的大光圈，第五代則是將鏡頭升級為 3P 結構，同時在 SoC 上開辟指紋處理專區，通過 DSP 級優化讓解鎖速度更快。于是透鏡式方案迅速普及開來，逐漸淘汰了準直器方案。

當然透鏡式光學方案也有其缺點，由于沒有準直器過濾無效光線，其他角度的環境光線也會進入的指紋模組，容易產生干擾。而且透鏡方案的屏下指紋識別模組往往物理體積大，會擠占電池空間。那么解決方案就是將準直器方案和透鏡方案兩者的優勢結合起來，也就是我們今天所說的超薄屏下光學指紋。它通過微透鏡 + 微準直的方式，在每個準直孔的上方都集成了微透鏡，通過微透鏡獲取足夠豐富的指紋信息，這些光線進入微準直孔后，其他方向的干擾光線會被準直孔過濾掉。最終投射在指紋成像模組上的就是進光量充足、信噪比高、圖像清晰的指紋信息，不僅質量高易于識別解鎖，抗干擾能力也很強。首發超薄屏下光學指紋的是 2019 年的 11 月 5 號發布的小米 CC9 Pro，方案供應商依然是匯頂科技。

小米 CC9 Pro 所采用的全球首款超薄屏下光學指紋模組，厚度僅為傳統屏下光學指紋模組的 1/10 左右。傳統指紋模組因為體積巨大，和電池只能錯位擺放，會擠占電池空間。而超薄屏下光學指紋完全可以忽略厚度，直接疊放在電池和屏幕中間，讓手機有更多的空間放進更大容量的電池。而近年來隨著手機電池容量的增大，也就是電池尺寸的增大，使得短焦指紋模組只能被擠到屏幕底部，也就導致握持手機用拇指解鎖時往往不夠順手，被消費者廣泛吐槽。

超薄光學屏幕指紋一經發布，迅速得到了各家的采用。小米 10 系列、OPPO Find X2 系列、華為 P40 系列、一加 8 系列都拋棄了短焦指紋轉而使用超薄指紋。同時期，超聲波指紋也終于實現了量產，19 年 2 月發布的三星 S20 系列便首發搭載了高通的超聲波屏下指紋。不過當時其超聲波模組位置也很靠下，實際解鎖速度也比較一般，所以國產手機們并沒有跟進，而是在年末轉向了超薄指紋。

到了 21 年 1 月發布的三星 S21 系列上，換上了高通第二代超聲波屏下指紋技術，傳感器模組直接增大了 77%，處理速度也更快了，帶來的就是解鎖體驗的全方面升級。超聲波方案相比光學方案，穿透性更強，因此不需要擔心皮膚表面的水漬、污漬影響，識別率高，還能濕手檢測，這樣的優越性隨著三星 S21 的展現，也引來了國產廠商的跟進。

之后的魅族 18 系列和 iQOO 8 Pro 便先后采用了超聲波屏幕指紋，尤其是 iQOO，專門定制了超大的指紋模組，還引入了一次錄入功能，一按錄入即可完成，也就是我們今天知道的藍廠的超聲波 3D 廣域指紋，方案供應商仍然是高通。

目前智能手機上的屏幕指紋方案主要就是高通的超聲波指紋和匯頂的光學指紋（超薄和短焦），從成本來看，超聲波＞超薄＞短焦。按照一加的說法，超薄指紋成本要比短焦指紋高出 4 倍，超聲波顯然就更貴了，所以目前光學指紋仍然是主流之選。

當然我們疑惑的一點是，曾經使用超薄指紋的機型，為什么在今天有大量都轉而使用了短焦指紋。例如華為 P40 系列、小米 10、11 都是超薄指紋，到了華為 P60 系列和小米 12、13 就變成短焦指紋了。短焦指紋在解鎖速度上倒是沒啥問題，只是隨著電池增大，指紋模組被擠到了屏幕底端，解鎖體驗發生了倒退。

我覺得這可以從最近的驍龍 8 Gen 3 售價將進一步提高，部分廠商的高端機型將放棄采用驍龍 8 Gen 3 中一窺端倪。最近兩三年，手機的核心處理器的成本占比越來越高，而市場喜好助推了同價位采用更高配置處理器的機型獲得更好的銷售表現。所以廠商們在將更多的成本堆在處理器上后，就得想辦法在其他地方縮回來。而近些年中端機上逐漸消失的超薄指紋、金屬邊框、長焦鏡頭等等，就屬于廠商通過控制外圍成本來縮減規格。

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