In

Smartphones met vingerafdruksensoren hebben de markt overspoeld, maar het is niet lang geleden dat deze sensoren smartphones in het budgetsegment bereikten. Deze sensoren zijn de laatste tijd sneller en veiliger geworden. Hierdoor worden deze sensoren tegenwoordig vooral gebruikt voor smartphonebeveiliging.

De moordende concurrentie in de smartphonebranche en de zich ontwikkelende technologie hebben ons in die fase gebracht, waarin we om de dag een nieuwe innovatie tegenkomen. Vingerafdruksensoren zijn ook ver weg, met het huidige modewoord in-display vingerafdruksensoren. Smartphonefabrikanten zoals Xiaomi, Realme en Oppo hebben ervoor gezorgd dat de technologie niet alleen beperkt is tot vlaggenschipapparaten.

Recente apparaten zoals Realme X, Redmi K20 en OPPO K3 bieden ingebouwde vingerafdrukscanners aan tegen een prijs die moeilijk te verteren is. Laten we, met dat alles in gedachten, eens kijken wat deze in-display vingerafdruksensortechnologie is en hoe deze werkt.

Geschiedenis

Laten we beginnen vanaf het begin toen het allemaal begon. Een duik in de geschiedenis van vingerafdruklezers op mobiele apparaten brengt ons bij de ' Pantech GI100 ', gelanceerd in 2004. Dit apparaat was uitgerust met een vingerafdruklezer, de eerste in zijn soort. De volgende apparaten die de trend ' G900 en G500 ' volgden, kwamen van Toshiba in 2007. Later kwamen fabrikanten als HTC, Acer en Motorola bij de competitie met hun respectievelijke apparaten. Ook Apple sloot zich in 2013 bij de partij aan en de iPhone 5s kreeg een vingerafdruksensor. De in Cupertino gevestigde gigant die belde, noemde het Touch ID. Sindsdien hebben vingerafdruksensortechnologieën een aantal grote veranderingen ondergaan.

Technische enthousiastelingen weten misschien dat er drie verschillende technologieën voor vingerafdrukverificatie in gebruik zijn. Maar de vingerafdruktechnologie op het display profiteert momenteel alleen van de twee.

Voordat we ingaan op het grote geheel, kunnen we de basistechnologie in werken erachter begrijpen. Alle vingerafdruksensoren werken door die unieke volgruggen en lijnen op uw vingers te volgen. Bij dit volgproces kunnen echter verschillende technologieën aan het werk zijn, waaronder optisch scannen, capacitief scannen of ultrasoon scannen.

Soorten vingerafdrukscanners

1. Optische scanners (gebruikt in vingerafdruksensoren op het display)
2. Ultrasone scanners (gebruikt in vingerafdrukscanners op het display)
3. Capacitieve scanners

In-display optische scanners

Optische scanners bestaan ​​al een tijdje en zijn de oudste methoden voor vingerafdrukverificatie. In-display optische sensoren zijn echter relatief nieuw voor smartphones. Vivo Apex, een conceptapparaat dat op MWC 2018 werd getoond, trok veel hoofden in de smartphonebranche. Het apparaat bevatte 'CLEAR ID 9500', een optische vingerafdruksensor ontwikkeld door Synaptics, de Amerikaanse sensormaker. Het werd later naar de consument gebracht in een nieuw apparaat genaamd 'Vivo X20 Plus UD'. Het nieuwe ontwerp werd al snel overgenomen door bedrijven als OPPO, Samsung, Huawei en meer. Het grootste deel van de vingerafdruksensor die we zien, is een optische vingerafdruksensor en ze kunnen eenvoudig worden gekoppeld aan Arduino, Raspberry pi en andere microcontrollers.

Werking van optische vingerafdruksensor

De technologie is gebaseerd op het vastleggen van een afbeelding van uw vingerafdruk en verder analyseren of de huidige vingerafdruk overeenkomt met de opgeslagen afbeelding. Een charge-coupled device (CCD) zit in het hart van een optische sensor, dezelfde sensor die wordt gebruikt in digitale camera's en camcorders. Voor mensen die het niet weten, is een CCD een reeks lichtgevoelige diodes, fotosites genaamd, die elektrische signalen genereren als reactie op lichtfotonen.

Zodra u uw vinger op de sensor plaatst, licht een reeks lichtgevende diodes (LED's) op om de richels en spleten te verlichten en een CCD-camera legt hiervan snel een beeld vast. Het CCD-systeem genereert een omgekeerd beeld van de vinger, met donkere gebieden die meer gereflecteerd licht vertegenwoordigen (de ribbels van de vinger) en lichtere gebieden die minder gereflecteerd licht vertegenwoordigen (de dalen tussen de richels). De gemaakte afbeelding wordt vervolgens vergeleken met de opgeslagen afbeelding.

De optische sensoren zijn gemakkelijk voor de gek te houden, aangezien de gebruikte technologie een 2D-afbeelding vastlegt en een afbeelding van goede kwaliteit deze beveiliging mogelijk kan doorbreken. Het is vermeldenswaard dat de technologie alleen werkt met OLED-schermen, waar er gaten in de backplane zijn. Aanvankelijk waren vingerafdruksensoren op het display niet zo betrouwbaar en snel als nu. Maar de laatste tijd zijn er dingen veranderd ten gunste van deze sensoren.

In-display ultrasone scanners

Ultrasone sensoren zijn de nieuwste vingerafdruktechnologieën die worden gebruikt. Zoals de naam al doet vermoeden, maken deze sensoren gebruik van hoogfrequent ultrasoon geluid om uw vingerafdruk in kaart te brengen. Samsung werkte samen met Qualcomm om het eerste apparaat met een ingebouwde ultrasone vingerafdruksensor de 'Galaxy S10 / S10 +' te brengen. Het apparaat was ook het eerste met de 3D Sonic-sensor van Qualcomm, een iteratie van Sense ID.

De nieuwste ultrasone technologie van Qualcomm werkt door glas met een dikte tot 800 micron. Het bedrijf claimt een wachttijd van 250 milliseconden voor ontgrendeling, wat dicht in de buurt komt van wat een capacitieve vingerafdrukscanner kan bereiken.

Werking van ultrasone vingerafdruksensor

De hardware van deze scanners bestaat uit een ultrasone zender en ontvanger. Het scanproces begint zodra een vingertop op de sensor wordt geplaatst. Een ultrasone puls wordt uitgezonden door de zender die botst met de richels en dalen op de vingertop, een deel van de pulsdruk wordt geabsorbeerd en een deel ervan wordt teruggekaatst naar de sensor. De mate van absorptie en terugkaatsen van de pols varieert met verschillende vingerafdrukken. Verderop wordt een sensor gebruikt die mechanische spanning kan detecteren, om de intensiteit van de terugkerende ultrasone puls op verschillende punten op de scanner te berekenen. Deze scanners krijgen gedetailleerde, diepgaande informatie, wat resulteert in een gedetailleerde 3D-replica van de gescande vingerafdruk.

Omdat deze scanners onder het scherm liggen. De golven van ultrasone sensoren moeten door de achterplaat, het glas en de beschermkap van het scherm reizen voordat ze uw vinger bereiken. Daarom zorgen fabrikanten ervoor dat het glas dat voor de weergave wordt gebruikt, niet te dik is. Dat gezegd hebbende, is het raadzaam om geen extra bescherming toe te voegen, zoals een screenprotector, waardoor deze technologie mogelijk niet goed werkt.

Niet veel apparaten worden geleverd met een ultrasone sensor, de duurste beschikbare technologie. Vlaggenschipapparaten zoals de Samsung Galaxy S10 / 10 + zijn uitgerust met een ultrasone sensor. Het duurt echter nog even voordat we deze technologie in het budgetsegment zien doordringen.

Capacitieve scanners

Capacitieve sensoren zijn tegenwoordig de meest gebruikte sensoren en zijn te vinden op elk ander apparaat dat je tegenkomt. Deze sensoren gebruiken condensatoren als de kerncomponent, een elektronische component die wordt gebruikt voor het opslaan van elektrische energie. De technologie wordt momenteel niet gebruikt voor het scannen van vingerafdrukken op het display.

Werking van capacitieve vingerafdruksensor

Ook deze sensoren scannen de ruggen en dalen op vingerafdrukken. In dit geval wordt echter elektrische stroom gebruikt om gegevens te verzamelen in plaats van licht. Een reeks condensatoren wordt onder het scanoppervlak geplaatst om vingerafdrukdetails te verzamelen. Wanneer een vingertop op het scanoppervlak wordt geplaatst, verandert de lading die op de condensator is opgeslagen. Dit verschil in lading wordt gevolgd door een op-amp integratorcircuit dat verder wordt geregistreerd door een analoog-naar-digitaal-omzetter.

De vastgelegde gegevens worden gebruikt voor authenticatie. Het is vermeldenswaard dat het vermogen van capacitieve sensoren toeneemt naarmate het aantal condensatoren toeneemt. Deze scanners bieden een betere beveiliging, zijn snel en waanzinnig moeilijk om voor de gek te houden. Capacitieve sensoren zijn duurder in vergelijking met optische sensoren en werden destijds alleen in vlaggenschipapparaten gebruikt. Bovendien is dit 2019 en zijn capacitieve sensoren doorgedrongen tot alle segmenten in de smartphonebranche. Capacitieve touchpads zijn goedkoop en kunnen eenvoudig door elk apparaat worden geïntegreerd.

Algoritme en cryptografie

Scannen is slechts het halve proces, al is het belangrijk om de gegevens op een veilige plek op te slaan. Voor dit proces wordt een speciale IC aan de sensor toegevoegd die de gescande gegevens interpreteert en verder naar de processor verzendt. De beveiligde plek is onbereikbaar en zelfs rooten kan niet helpen om in te breken. Elke fabrikant heeft een andere aanpak en gebruikt verschillende algoritmen om de belangrijkste vingerafdrukkenmerken te identificeren. Over het algemeen zoeken deze algoritmen naar zeer specifieke kenmerken, de zogenaamde minutiae, waarbij de regels in uw vingerafdruk eindigen of in tweeën worden gesplitst. Daarom kan de scanner deze details matchen in plaats van de hele vingerafdruk opnieuw te scannen. Dat maakt het hele proces een beetje sneller.

Verderop hebben deze sensorfabrikanten aparte opslagsystemen. ARM maakt gebruik van de op Trusted Execution Environment (TEE) gebaseerde TrustZone-technologie die gegevens op een veilige plaats in de hoofdprocessor opslaat. Qualcomm aan de andere kant gebruikt Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) voor het beveiligen van private encryptiesleutels en wachtwoorden. Deze systemen hebben misschien verschillende namen, maar ze hebben allemaal een gemeenschappelijk doel: gegevens beschermen.

Wat is beter optisch of ultrasoon?

Ultrasone scanners zijn natuurlijk beter omdat ze profiteren van het 3D-scanproces, terwijl optische scanners gewoon 2D-scannen kunnen, zoals eerder vermeld. Daarnaast zijn ultrasone sensoren extreem klein van formaat, de nieuwste 3D-sonische sensor van Qualcomm meet slechts 0,2 mm. De kleine vormfactor van deze sensoren voldoet aan de huidige vraag naar dunne en randloze apparaten. Verdergaand worden deze sensoren ook niet beïnvloed door stof, vet of natte handen.

Er zijn echter niet veel apparaten die gebruik maken van ultrasone sensoren en dat heeft volledig te maken met fabricagekosten. Deze sensoren zijn duur en zijn vanaf nu alleen beschikbaar op geselecteerde vlaggenschipapparaten.

Wat zijn de recente apparaten met vingerafdrukscanners in het display?

Nu u zich bewust bent van de huidige technologieën en hun werking. Het zou nog beter zijn als u op de hoogte bent van de recente apparaten met ingebouwde vingerafdruksensoren en hun type.

Apparaten met optische in-display-scanners	Apparaten met ultrasone scanners in het display
Redmi K20 / k20 Pro	Samsung Galaxy S10 / S10 +
Realme X
Een Plus 7/7 Pro
OPPO K3
Samsung Galaxy A50 / A70 / A80
OPPO K1
Vivo V15 Pro
Een Plus 6T
Huawei P30 Pro
Xiaomi Mi 9