光學傳感器的發展曆史可能是最久的了
，已經有30年的曆史了。實現的原理也是最簡單的。 它(ta)主(zhu)要(yao)是(shi)利(li)用(yong)光(guang)的(de)折(zhe)攝(she)和(he)反(fan)射(she)原(yuan)理(li)
，將(jiang)手(shou)指(zhi)放(fang)在(zai)光(guang)學(xue)鏡(jing)片(pian)上(shang)，手(shou)指(zhi)在(zai)內(nei)置(zhi)光(guang)源(yuan)照(zhao)射(she)下(xia)
，光(guang)從(cong)底(di)部(bu)射(she)向(xiang)三(san)棱(leng)鏡(jing)，並(bing)經(jing)棱(leng)鏡(jing)射(she)出(chu)
，射(she)出(chu)的(de)光(guang)線(xian)在(zai)手(shou)指(zhi)表(biao)麵(mian)指(zhi)紋(wen)凹(ao)凸(tu)不(bu)平(ping)的(de)線(xian)紋(wen)上(shang)折(zhe)射(she)的(de)角(jiao)度(du)及(ji)反(fan)射(she)回(hui)去(qu)的(de)光(guang)線(xian)明(ming)暗(an)就(jiu)會(hui)不(bu)一(yi)樣(yang)。用(yong)棱(leng)鏡(jing)將(jiang)其(qi)投(tou)射(she)在(zai)電(dian)荷(he)耦(ou)合(he)器(qi)件(jian)上(shang)CMOS或者CCD上
，進而形成脊線（指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線）呈黑色、穀線（紋線之間的凹陷部分）呈白色的數字化的

、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖像。

 

 

圖1

 

光學指紋傳感器的優點主要表現為：

 

1. 抗靜電能力強、係統穩定性較好、使用壽命長

 

2. 靈敏度特別的高

 

3. 能提供高分辨率的指紋圖像（可以達到500 dpi）。

 

缺點也很明顯：

 

1、潛在指印（多次按壓）
，會降低指紋圖像的質量

 

2、台板塗層及CCD陣列會隨時間推移產生損耗，可能導致采集的指紋圖像質量下降

 

3、體積比較大，功耗控製不好

 

用途：

 

鑒於光學傳感器的體積都比較大，因此它的應用領域主要集中在指紋門鎖，保險箱，汽車指紋防盜。

 

發展：

 

光學傳感器在傳統對體積、功耗要求不是苛刻的行業中還占有很大市場份額

，但是在手機等移動終端這個大市場迷失了。

 

16年底SynapTIcs發布了FS9100這種新型的光學sensor，主要是看中了光學傳感器的穿透性（可以穿透1mm左右的glass），目標是underglass。而且隨著In Display屏內指紋識別的大趨勢，光學傳感器必然又會帶著新技術卷土重來。

 

dianrongshichuanganqiyinggaishimuqianshoujijibianxieshizhongduanshebeizuiremendele，dangran，cunzaijiheli。jirandianrongshichuanganqizhanyoulezhemedadeshichang，tayoushenmeyoushine？

 

qiyuanlishijiangdianrongganzhengheyuyikuaixinpianzhong，dangzhiwenanyaxinpianbiaomianshi，neibudianrongganceqihuigenjuzhiwenbofengyuboguerchanshengdedianhecha，congerxingchengzhiwenyingxiang。ruxiajiantu，keyibashangmiandeaoturenweishizhiwendeguheji，nametongchuanganqijiuhuixingchengbutongdedianrongcha，zheyangchuanganqijiukeyigenjuzhexiebutongdedianrongchahuachuzhiwendewenli。

 

 

電容傳感器又分為主動式和被動式，我們可以先參考下麵兩張圖。

 

主動式：

 

原理主要是通過外加的驅動信號（如Ring）jiazaidaoshouzhishangyizengqiangshouzhibiaomiandedianhe，shidixiadeganyingzhenliejieshoudianchangxinhaobingduixinhaojinxingfangda
，genjuzhiwenaotubuyizhidixiaxinpianganyingdaodedianchangyebuyizhicongerzhongxianzhiwen（如下圖）：

 

這裏寫圖片描述

 

 

被動式

 

工作原理則不一樣；其qi是shi利li用yong手shou指zhi按an在zai芯xin片pian表biao麵mian時shi

，指zhi紋wen的de波bo峰feng波bo穀gu對dui芯xin片pian內nei部bu電dian容rong上shang下xia電dian極ji電dian荷he分fen配pei的de比bi例li影ying響xiang程cheng度du來lai對dui指zhi紋wen進jin行xing重zhong現xian指zhi紋wen，無wu需xu額e外wai增zeng加jia驅qu動dong源yuan，芯xin片pian結jie構gou非fei常chang單dan純chun（如下圖），也因為無額外驅動信號，所以模組也無需外置Ring
，模組結構也非常簡單。

 

這裏寫圖片描述

 

 

 

主(zhu)動(dong)式(shi)和(he)被(bei)動(dong)式(shi)的(de)原(yuan)理(li)也(ye)很(hen)好(hao)辨(bian)別(bie)，主(zhu)動(dong)式(shi)就(jiu)是(shi)額(e)外(wai)加(jia)了(le)激(ji)勵(li)電(dian)源(yuan)。可(ke)以(yi)想(xiang)象(xiang)主(zhu)動(dong)式(shi)的(de)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)穿(chuan)透(tou)會(hui)比(bi)較(jiao)強(qiang)，但(dan)是(shi)無(wu)可(ke)厚(hou)非(fei)的(de)會(hui)帶(dai)來(lai)更(geng)多(duo)的(de)噪(zao)聲(sheng)，所(suo)以(yi)究(jiu)竟(jing)是(shi)主(zhu)動(dong)式(shi)還(hai)是(shi)被(bei)動(dong)式(shi)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)好(hao)
，不(bu)能(neng)一(yi)概(gai)而(er)論(lun)，還(hai)是(shi)要(yao)看(kan)各(ge)家(jia)的(de)技(ji)術(shu)。

 

優點：

 

1

、芯片和模組可以做的很薄

 

2、功耗更容易控製

 

缺點：

 

1
、穿透率比較低

 

2、價格相對較高

 

3、防水
、防汙性不強

 

發展：

 

電容式的傳感器到目前來說
，是使用最普遍的。但是
，眼看著指紋識別要向屏內指紋識別的方向發展，而電容式的穿透率大概在200um左(zuo)右(you)
，基(ji)本(ben)的(de)玻(bo)璃(li)蓋(gai)板(ban)都(dou)很(hen)難(nan)穿(chuan)透(tou)，而(er)且(qie)需(xu)要(yao)透(tou)明(ming)顯(xian)示(shi)的(de)物(wu)理(li)特(te)性(xing)也(ye)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)。所(suo)以(yi)，電(dian)容(rong)式(shi)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)將(jiang)來(lai)肯(ken)定(ding)還(hai)是(shi)會(hui)占(zhan)據(ju)了(le)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)大(da)片(pian)江(jiang)山(shan)，但(dan)是(shi)高(gao)端(duan)市(shi)場(chang)收(shou)到(dao)的(de)衝(chong)擊(ji)，卻(que)無(wu)能(neng)為(wei)力(li)。

 

如果把射頻傳感器劃到光學傳感器的範疇中未免有些牽強（光也是一種特殊的電磁波），射頻指紋模塊現階段包含無線電波探測與超聲波探測兩種
，

射頻傳感器原理

 

原(yuan)理(li)與(yu)探(tan)測(ce)海(hai)底(di)物(wu)質(zhi)的(de)的(de)聲(sheng)納(na)類(lei)似(si)，是(shi)靠(kao)特(te)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)信(xin)號(hao)反(fan)射(she)來(lai)探(tan)知(zhi)指(zhi)紋(wen)的(de)具(ju)體(ti)形(xing)態(tai)的(de)。這(zhe)一(yi)類(lei)指(zhi)紋(wen)模(mo)塊(kuai)最(zui)大(da)的(de)優(you)點(dian)便(bian)是(shi)手(shou)指(zhi)無(wu)需(xu)與(yu)指(zhi)紋(wen)模(mo)塊(kuai)相(xiang)接(jie)觸(chu)，因(yin)而(er)不(bu)會(hui)對(dui)手(shou)機(ji)的(de)外(wai)觀(guan)造(zao)成(cheng)太(tai)大(da)影(ying)響(xiang)。基(ji)於(yu)這(zhe)一(yi)點(dian)，射(she)頻(pin)指(zhi)紋(wen)模(mo)塊(kuai)也(ye)成(cheng)為(wei)了(le)未(wei)來(lai)指(zhi)紋(wen)識(shi)別(bie)的(de)主(zhu)要(yao)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)之(zhi)一(yi)。

 

超聲檢測原理是相同的，就是依靠反射波的時間差探知脊和穀的距離差，根據這個距離差繪製出指紋圖像。

 

超聲波傳感器原理

 

特製的晶片（稱為換能器）在電脈衝的激勵下
，產生機械振動（類似於人摸一下電門渾身一抖）
，振動產生超聲波脈衝（pulse），超聲波脈衝在傳播過程中，會被傳播介質（如人體）一部分一部分地被反射或者散射回來（echo）
，尤其是介質中物理性質不連續的地方
，（比如手機上方的一根手指），反fan射she波bo尤you為wei強qiang烈lie。反fan射she或huo散san射she回hui換huan能neng器qi的de回hui波bo
，又you使shi換huan能neng器qi產chan生sheng振zhen動dong
，這zhe種zhong振zhen動dong被bei換huan能neng器qi轉zhuan換huan為wei電dian信xin號hao，對dui於yu電dian信xin號hao進jin行xing不bu同tong的de處chu理li，可ke以yi得de到dao不bu同tong的de信xin息xi，比bi如ru傳chuan播bo介jie質zhi的de結jie構gou，有you沒mei有you運yun動dong的de物wu體ti在zai介jie質zhi中zhong，介jie質zhi的de彈dan性xing等deng等deng。

 

 

如果把超聲波的聲束想像成一條線
，那麼一次超聲PULSE-ECHO得到的通常隻有一條線的信息

，指紋至少是一個麵
，用超聲掃描的方式在不同的位置進行PULSE-ECHO就能夠得到一係列線的信息
，從而獲取整個指紋信息。醫院裏用的超聲成像設備也大多就是這樣的工作原理。

 

 

雖然從物理學角度講，可以通過力學（即按壓）或者熱學（即溫差）來實現脊和穀的判別。但是在實際實現的sensor卻沒有很大的可行性。

 

力的傳導需要一個比較硬的傳導載體
，但是如果載體比較硬，那麼指紋這麼微小的距離差異
，形成的圖像必然是模糊一片

；熱敏sensor也曾經被開發過，但是熱敏傳感器受外界溫度
、兩次按壓時間間隔影像太大，無法達到消費級電子的要求。因此這兩種傳感器都匿跡在時間的長河中。

 

其實不管是指紋傳感器，還是其他各種傳感器，運用第一性原理
，都可以找到原理的根源。對於我們這些工科生深入了解一個技術、一個行業
，都是有很大裨益。