に

指紋センサーを搭載したスマートフォンが市場に殺到しましたが、これらのセンサーが予算セグメントのスマートフォンに普及し始めてからそれほど長くはありませんでした。これらのセンサーは、最近、より高速で安全になっています。その結果、これらのセンサーは主に最近のスマートフォンのセキュリティに使用されています。

スマートフォン業界での激しい競争と進化するテクノロジーにより、私たちはその段階に入り、1日おきに新しいイノベーションに出くわしました。指紋センサーも遠く離れており、現在の流行語はディスプレイ内の指紋センサーです。Xiaomi、Realme、Oppoなどのスマートフォンメーカーは、テクノロジーがフラッグシップデバイスだけに限定されないことを確認しています。

Realme X、Redmi K20、OPPO K3などの最近のデバイスは、消化しにくい価格でインディスプレイ指紋スキャナーを提供しています。これらすべてを念頭に置いて、このインディスプレイ指紋センサーテクノロジーとは何か、そしてそれがどのように機能するかを調べてみましょう。

歴史

すべてが始まった最初から始めましょう。モバイルデバイスの指紋リーダーの歴史に飛び込むと、2004年に発売された「PantechGI100」にたどり着きます。このデバイスには、この種の最初の指紋リーダーが搭載されていました。トレンド「G900とG500」に続く次のデバイスは、2007年に東芝などから来ました。その後、HTC、Acer、Motorolaなどのメーカーがそれぞれのデバイスでリーグに参加しました。 Appleも2013年にパーティーに参加し、iPhone5sに指紋センサーが搭載されました。と呼ばれるクパチーノを拠点とする巨人は、それをTouchIDと呼び続けました。それ以来、指紋センサー技術はいくつかの大きな変化を遂げました。

技術愛好家は、3つの異なる指紋認証技術が機能していることを知っているかもしれません。しかし、インディスプレイ指紋技術は現在、2つのメリットしかありません。

全体像を把握する前に、背後にある作業の基本的なテクノロジーを理解しましょう。すべての指紋センサーは、指の固有の追跡隆起と線を追跡することによって機能します。ただし、この追跡プロセスでは、光学スキャン、容量性スキャン、超音波スキャンなど、さまざまなテクノロジーが機能している可能性があります。

指紋スキャナーの種類

1. 光学スキャナー（インディスプレイ指紋センサーで使用）
2. 超音波スキャナー（インディスプレイ指紋スキャナーで使用）
3. 静電容量式スキャナー

インディスプレイ光学スキャナー

光学スキャナーはかなり前から存在しており、指紋認証の最も古い方法です。ただし、インディスプレイ光学センサーはスマートフォンにとって比較的新しいものです。MWC2018で展示されたコンセプトデバイスであるVivoApexは、スマートフォン業界で多くの注目を集めました。このデバイスは、米国を拠点とするセンサーメーカーであるSynapticsによって開発された光学指紋センサーである「CLEARID9500」を備えていました。その後、「Vivo X20PlusUD」と呼ばれる新しいデバイスで消費者に提供されました。新しいデザインはすぐにOPPO、Samsung、Huaweiなどの企業に採用されました。私たちが目にする指紋センサーのほとんどは光学指紋センサーであり、Arduino、Raspberry pi、その他のマイクロコントローラーと簡単に接続できます。

光学指紋センサーの動作

このテクノロジーは、指紋の画像をキャプチャし、現在の指紋が保存されている画像と一致するかどうかをさらに分析することに依存しています。電荷結合素子（CCD）は、光センサ、デジタルカメラやビデオカメラに使用されるのと同じセンサの中心に座っています。知らない人のために、CCDはフォトサイトと呼ばれる感光性ダイオードのアレイであり、光子に応答して電気信号を生成します。

センサーに指を置くとすぐに、発光ダイオード（LED）のアレイが点灯して尾根と隙間を照らし、CCDカメラが同じ画像をすばやくキャプチャします。 CCDシステムは、指の反転画像を生成します。暗い領域は反射光が多いことを表し（指の隆起）、明るい領域は反射光が少ないことを表します（隆起の間の谷）。キャプチャされた画像は、保存された画像と比較されます。

使用されている技術が2D画像をキャプチャし、高品質の画像がこのセキュリティを突破する可能性があるため、光学センサーは簡単にだまされます。この技術は、バックプレーンにギャップがあるOLEDディスプレイでのみ機能することは注目に値します。当初、ディスプレイ内の指紋センサーは、現在ほど信頼性が高く、高速ではありませんでした。しかし、最近ではこれらのセンサーを支持して状況が変化しています。

インディスプレイ超音波スキャナー

超音波センサーは、使用されている最新の指紋技術です。名前が示すように、これらのセンサーは高周波超音波を利用して指紋をマッピングします。サムスンはクアルコムと提携して、インディスプレイ超音波指紋センサーを備えた最初のデバイス「ギャラクシーS10 / S10 +」を発表しました。このデバイスは、SenseIDの反復であるQualcommの3DSonicセンサーを最初に搭載したものでもあります。

クアルコムの最新の超音波技術は、最大800ミクロンの厚さのガラスを通して機能します。同社は、静電容量式指紋スキャナーが達成できるものに近い、ロック解除の250ミリ秒の遅延を主張しています。

超音波指紋センサーの動作

これらのスキャナーのハードウェアは、超音波送信機と受信機で構成されています。センサーに指先を置くとすぐにスキャンプロセスが開始されます。超音波パルスは、指先の隆起と谷に衝突する送信機によって送信され、脈圧の一部は吸収され、一部はセンサーに跳ね返されます。パルスの吸収と跳ね返りの量は、指紋の変化によって異なります。さらに移動すると、機械的応力を検出できるセンサーを使用して、スキャナーのさまざまなポイントで戻る超音波パルスの強度を計算します。これらのスキャナーは詳細な詳細情報を取得し、スキャンされた指紋の詳細な3Dレプリカを作成します。

これらのスキャナーはディスプレイの下にあるので。超音波センサーからの波は、指に届く前に、ディスプレイのバックプレーン、ガラス、保護カバーを通過する必要があります。したがって、メーカーはディスプレイに使用されるガラスが厚すぎないことを確認します。そうは言っても、この技術が正しく機能するのを妨げる可能性のあるスクリーンプロテクターなどの追加の保護を追加しないことをお勧めします。

利用可能な技術の中で最も高価な超音波センサーを備えたデバイスは多くありません。Samsung Galaxy S10 / 10 +などの主力デバイスには、超音波センサーが搭載されています。ただし、このテクノロジーが予算セグメントに浸透するまでにはまだ時間がかかります。

静電容量式スキャナー

静電容量センサーは、最近最も広く使用されているセンサーであり、遭遇する他のすべてのデバイスで見つけることができます。これらのセンサーは、電気エネルギーを蓄えるために使用される電子部品であるコアコンポーネントとしてコンデンサーを使用します。このテクノロジーは現在、ディスプレイ内の指紋スキャンには使用されていません。

静電容量式指紋センサーの動作

これらのセンサーも指紋の尾根と谷をスキャンします。ただし、この場合、光の代わりに電流を使用してデータを収集します。指紋の詳細を収集するために、コンデンサのアレイがスキャン面の下に配置されます。スキャン面に指先を置くと、コンデンサに蓄積された電荷が変化します。この電荷の違いは、アナログ-デジタルコンバータによってさらに記録されるオペアンプ積分回路によって追跡されます。

キャプチャされたデータは認証に使用されます。静電容量センサーの能力は、コンデンサーの数の増加とともに増加することは注目に値します。これらのスキャナーは、より優れたセキュリティを提供し、高速で、だまされるのはめちゃくちゃ難しいです。静電容量センサーは光学センサーに比べてコストが高く、当時の主力デバイスでのみ使用されていました。さらに、これは2019年であり、静電容量センサーはスマートフォン業界のすべてのセグメントに浸透しています。静電容量式タッチパッドは安価で、どのデバイスにも簡単に統合できます。

アルゴリズムと暗号化

データを安全な場所に保存することが重要であると言っても、スキャンはプロセスの半分にすぎません。このプロセスでは、スキャンされたデータを解釈し、さらにそれをプロセッサに送信する専用のICがセンサーに追加されます。安全な場所にはアクセスできず、root化でさえ侵入を助けることはできません。メーカーごとに異なるアプローチがあり、異なるアルゴリズムを使用して主要な指紋の特性を識別します。一般に、これらのアルゴリズムは、指紋の線が2つに終了または分割される、特徴点と呼ばれる非常に特殊な機能を探します。したがって、スキャナーは指紋全体を再度スキャンする代わりに、これらの特徴を一致させることができます。これにより、プロセス全体が少し速くなります。

さらに進んで、これらのセンサーメーカーは保管用に別々のシステムを持っています。ARMは、メインプロセッサ内の安全な場所にデータを格納するTrusted Execution Environment（TEE）ベースのTrustZoneテクノロジを使用しています。反対側のQualcommは、秘密の暗号化キーとパスワードを保護するためにQualcomm Secure Execution Environment（QSEE）を使用します。これらのシステムの名前は異なる場合がありますが、すべてのシステムには、データを保護するという共通の目標があります。

光学と超音波のどちらが良いですか？

もちろん、超音波スキャナーは3Dスキャンプロセスの恩恵を受けるので優れていますが、光学スキャナーは前述のように2Dスキャンが可能です。これらに加えて、超音波センサーはサイズが非常に小さく、クアルコムの最新の3Dソニックセンサーはわずか0.2mmです。これらのセンサーのスモールフォームファクターは、スリムでベゼルのないデバイスに対する現在の需要を満たしています。さらに進んで、これらのセンサーは、ほこり、グリース、濡れた手による影響も受けません。

しかし、超音波センサーを利用するデバイスは多くなく、それは完全に製造コストに関係しています。これらのセンサーは高価であり、現時点では一部のデバイスのフラッグシップデバイスでのみ使用できます。

インディスプレイ指紋スキャナーを備えた最近のデバイスは何ですか？

さて、あなたは現在の技術とその働きに気づいています。インディスプレイ指紋センサーを備えた最近のデバイスとそのタイプを知っていれば、さらに良いでしょう。

光学式インディスプレイスキャナーを備えたデバイス	超音波インディスプレイスキャナーを備えたデバイス
Redmi K20 / k20 Pro	サムスンギャラクシーS10 / S10 +
レルムX
One Plus 7/7 Pro
OPPO K3
サムスンギャラクシーA50 / A70 / A80
OPPO K1
Vivo V15 Pro
One Plus 6T
Huawei P30 Pro
Xiaomi Mi 9