آشنایی با فناوری حسگرهای اثر انگشت درون صفحه‌نمایش

نمایش خبر

فهرست اخبار
تاریخ : 1398/5/27        نویسنده: نعمت الله کمال فر
برچسب‌ها : حسگر Sensor ، Synaptics ، کوالکام Qualcomm ، حسگر اثر انگشت نوری Optical Fingerprint Sensor ، حسگر اثر انگشت کوالکام Qualcomm Fingerprint Sensors ، حسگر اثر انگشت التراسونیک Ultrasonic Fingerprint Sensor ، حسگر اثر انگشت درون صفحه‌نمایش In-Display Fingerprint Sensor

واحد خبر mobile.ir : از زمان ظهور نسل جدید تلفن‌های همراه مجهز به صفحه‌نمایش‌های تمام لمسی و فاقد صفحه‌‌کلیدهای فیزیکی، تولیدکنندگان این دستگاه‌ها در تلاش بوده‌اند تا با بهبود طراحی و بهره‌گیری از فناوری‌های جدید، به بدنه‌ای صاف و یک‌پارچه در کنار صفحه‌نمایشی بزرگ و با کم‌ترین حاشیه دست یابند. یکی از جدیدترین فناوری‌هایی که در این راه به کمک آن‌ها آمده، حسگرهای اثر انگشت با قابلیت قرارگیری در محدوده صفحه‌نمایش است. در سال‌های اخیر برخی تولیدکنندگان موفق شده‌اند این نوع حسگرها را در ساخت گوشی‌های هوشمند خود به کار گرفته‌ و کاربران را مجذوب ‌آن‌ها نمایند.

In-Display Fingerprint Sensor Technology Overview

انتقال حسگر اثر انگشت به محدوده صفحه‌نمایش

در سال‌های اخیر حسگرهای اثر انگشت با فراهم آوردن راه‌کاری کارآمد، کم‌هزینه و نسبتا امن، به پرکاربردترین و محبوب‌ترین روش احراز هویت کاربر در دستگاه‌های همراه بدل گشته‌اند. در اغلب دستگاه‌های همراه امروزی حسگر اثر انگشت یک صفحه به شکل مستطیل یا دایره‌ در بخش رویی و زیر صفحه نمایش، یا در بخش پشتی و در محل قرارگیری انگشت اشاره است. این حسگرها عمدتا از نوع خازنی بوده و برای تعبیه آن‌ها بریدگی‌ مشخصی در بدنه دستگاه ایجاد می‌شود. با توجه به تمایل کاربران و طراحان دستگاه‌های همراه بر کاهش و در صورت امکان حذف حاشیه‌های اطراف صفحه‌نمایش و همچنین حذف بریدگی‌های مختلف روی بدنه برای رسیدن به بدنه‌ای یک‌دست، مقاوم و زیبا، در سال‌های اخیر تلاش‌های گسترده‌ای به منظور تغییر جایگاه معمول حسگرهای اثر انگشت و دوربین‌های سلفی صورت گرفته است. تحقیقات مختلف نشان می‌دهد که تنها راه منطقی و عملی برای حذف این حسگرها از روی بدنه، انتقال آن‌ها به محدوده صفحه‌نمایش است.

به طور طبیعی 3 راه‌کار کلی برای جای دادن حسگرهای اثر انگشت در ناحیه صفحه‌نمایش قابل تصور است. این سه روش عبارتند از قرارگیری حسگر روی صفحه‌نمایش، زیر صفحه‌نمایش یا درون صفحه‌نمایش. تمامی این حالت‌ها توسط مهندسین و طراحان مورد بررسی قرار گرفته و برخی از نمونه‌های موفق طی دو سال اخیر برای ساخت تعدادی از دستگاه‌های همراه به کار گرفته شده‌اند. در اولین گوشی‌های هوشمندی که با بهره‌مندی از این قابلیت روانه بازار شده‌اند، حسگر اثر انگشت در زیر یا روی صفحه‌نمایش قرار گرفته است. شرکت هواوی گوشی هوشمند Honor 10 را با یک حسگر فراصوت تعبیه شده روی صفحه‌نمایش و زیر شیشه محافظ، در سال 2017 میلادی عرضه نمود. اگرچه این شرکت موفق شده بود با انتقال حسگر اثر انگشت از روی بدنه به زیر شیشه محافظ صفحه‌نمایش دستگاه یکی از بریدگی‌های بدنه را کم کند، اما این حسگر عملا در ناحیه صفحه نمایش قرار نداشته و در پایین آن جای گرفته بود.

In-Display Fingerprint Sensor Technology Overview

در اوایل سال 2018 شرکت Vivo موفق شد اولین گوشی‌ هوشمند با حسگر تعبیه شده در زیر صفحه‌نمایش را تولید و به بازار عرضه نماید. دستگاه Vivo X20 Plus UD از حسگر Clear ID ساخته شده توسط Synaptics در زیر صفحه‌نمایش خود بهره می‌برد. لازم به ذکر است که Clear ID یک حسگر نوری محسوب شده و تنها برای دستگاه‌هایی با صفحه‌نمایش‌ مبتنی بر OLED قابل استفاده است. پس از Vivo بسیاری دیگر از تولیدکنندگان تلفن‌های همراه هم‌چون سامسونگ، هواوی، وان‌پلاس و شیائومی راه‌کاری‌هایی مشابه را برای تعبیه حسگر اثر انگشت زیر صفحه‌نمایش‌ به کار گرفتند. در این نوع راه‌کارها یک حسگر اثر انگشت نوری یا فراصوت که در زیر صفحه‌نمایش قرار داده شده است، نور یا امواج صوتی را از بین LEDهای صفحه‌نمایش عبور داده و به سطح انگشت می‌تاباند. انعکاس این امواج در حسگر فراصوت به سطح حسگر بازگشته و از طریق محاسبه محل تلاقی امواج با انگشت، الگوی منحصربه‌فرد خطوط برجسته و فرو رفته انگشت کاربر قابل شناسایی خواهد بود. در حسگرهای نوری نیز پس از آن‌که در ابتدا یک تصویر دو بعدی از سطح انگشت برداشت و در حافظه ذخیره می‌شود، هر بار برای باز کردن قفل صفحه‌نمایش عکس جدیدی گرفته شده و با عکس مرجع مقایسه می‌شود پیاده‌سازی این راه‌کار در دستگاه‌های همراه امروزی نسبتا آسان و کم هزینه بوده، در نتیجه محصولاتی با طراحی زیبا، صفحه‌نمایش بسیار کم‌حاشیه و قیمت مناسب‌ را برای کاربران به ارمغان می‌آورد. اگرچه ممکن است از دقت کم‌تری برخوردار بوده و به دلیل قرارگیری حسگر در ناحیه زیر صفحه‌نمایش، اندکی بر ضخامت دستگاه بی‌افزاید.

راه‌کار سوم عبارت است از جاسازی کامل حسگر اثر انگشت در خود صفحه‌نمایش که به مراتب پیچیده‌تر بوده و در عین حال کاملا منطقی و اجتناب ناپذیر به نظر می‌رسد. این فناوری هنوز در فاز تحقیق و توسعه قرار داشته و کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند دستیابی به محصول نهایی که از نظر هزینه و کارایی برای تولید انبوه مناسب باشد، حداقل 2 سال دیگر به طول ‌بی‌انجامد. جاسازی کامل حسگر اثر انگشت درون صفحه‌نمایش می‌تواند مزایای متعددی را برای کاربران و تولیدکنندگان به همراه داشته باشد، از جمله افزایش دقت و امنیت حسگر، بهبود چشم‌گیر در سهولت استفاده، تاثیر مثبت بر طراحی و همچنین فرآیند تولید کوتاه‌تر و کم‌هزینه‌تر دستگاه‌های همراه. در چنین راه‌کاری حسگر اثر انگشت در کل یا بخش عمده‌ای از فضای صفحه‌نمایش فعال بوده و بدین ترتیب به جای یک منطقه کوچک و معین از صفحه، کاربر قادر خواهد بود با قرار دادن انگشت خود در هر نقطه از صفحه‌نمایش (یا هر قسمت از فضایی وسیع روی صفحه‌نمایش) خود را به دستگاه شناسانده و آن را قفل‌گشایی کند. علاوه بر این، گسترش فضای حسگر امکان ثبت تصاویر بزرگ‌تری از سطح انگشت را فراهم آورده و در نتیجه موجب افزایش امنیت، دقت و کارایی عملیات ثبت و شناسایی اثر انگشت خواهد شد. بدین ترتیب پتانسیل لازم برای اضافه شدن یک لایه امنیتی مضاعف از طریق احراز هویت مالک دستگاه با شناسایی هم‌زمان 2 یا چند انگشت وی فراهم خواهد آمد. این سطح بالاتر از امنیت را می‌توان برای دسترسی به فایل‌ها و اپلیکیشن‌های حساس به کار گرفت.

In-Display Fingerprint Sensor Technology Overview

بنابراین به نظر می‌رسد که بهترین راه‌کار در این زمینه، یک‌پارچه‌سازی حسگر اثر انگشت با پنل صفحه نمایش است. با وجود تمام پیچیدگی‌های چنین راه‌کاری، پیشروی به سمت آن اجتناب ناپذیر بوده و دستیابی به فناوری مناسب برای تولید انبوه آن بایستی توسط طراحان و سازندگان پنل‌های صفحه‌نمایش تحقق یابد. در چنین حالتی به جای تولید جداگانه حسگر اثر انگشت، طراحی محل قرارگیری و نصب آن روی دستگاه، این حسگر به عنوان یکی از اجزای صفحه‌نمایش در فرآیند تولید آن ساخته شده و در دل آن روی گوشی نصب خواهد گردید. بدین ترتیب ساختار داخلی دستگاه ساده‌تر گردیده، فرآیند تولید و اسمبل‌ نمودن یا مونتاژ اجزای آن سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر خواهد شد. مشابه اتفاقی که در مورد صفحات لمسی دستگاه‌های همراه افتاد. صفحه‌هایی که در گذشته به صورت جداگانه تولید گردیده و سپس روی پنل صفحه‌نمایش نصب می‌گردیدند. اما با گذشت زمان به یکی از اجزای درون‌ساز و یک‌پارچه با پنل صفحه‌نمایش بدل شدند.

حسگرهای نوری در مقابل حسگرهای فراصوت

حسگرهای نوری را می‌توان قدیمی‌ترین ابزارهای ثبت و مقایسه اثر انگشت روی تجهیزات هوشمند دانست. این نوع حسگرها با آغاز رویکرد جاسازی حسگر اثر انگشت در محدوده صفحه‌نمایش دوباره مورد توجه قرار گرفته و امروزه بیش از دیگر انواع فناوری‌های تشخیص اثر انگشت برای این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند. همان‌طور که از نام آن پیداست، این فناوری برای ثبت و تشخیص اثر انگشت بر تصاویر نوری متکی‌ست. این نوع حسگرها با تاباندن نور به سطح انگشت و برداشت تصویر آن، یک عکس 2-بعدی از اثر انگشت کاربر تولید می‌نمایند. سپس با استفاده از الگوریتم‌هایی ویژه‌ به تحلیل نواحی روشن و تاریک تصویر پرداخته و از این طریق الگوی منحصربه‌فرد اثر انگشت را شناسایی می‌کنند. در دستگاه‌هایی که از حسگر اثر انگشت نوری تعبیه شده در زیر صفحه‌نمایش بهره می‌گیرند، اشعه‌های نوری متصاعد شده از صفحه نمایش به سطح انگشت کاربر برخورد نموده و تصویر آن‌ها با عبور از فضای بین LED‌ها توسط حسگری که در زیر پنل جاسازی شده است، دریافت می‌گردد. حسگر با استفاده از اشعه‌های دریافتی، تصویر سطح انگشت را ثبت نموده و با الگوی اثر انگشت کاربر مجاز مقایسه می‌نماید.

In-Display Fingerprint Sensor Technology Overview

حسگرهای نوری درست مانند دوربین‌ها تصاویر را با رزولوشنی مشخص ثبت نموده و به طور معمول هر چه این رزولوشن بالاتر باشد، جزئیات بیش‌تری از تصویر سطح انگشت قابل تشخیص بوده و احتمال اشتباه در شناسایی اثر انگشت کاهش می‌یابد. البته حسگرهای نوری نسبت به دوربین‌ها تصاویری با کنتراست به مراتب بالاتری را تولید نموده و برای ثبت جزئیات بیشتر در آن فاصله نزدیک، از تعداد بسیار بالایی دیود در هر اینچ بهره می‌گیرند. هم‌چنین از آن‌جا که قرار گرفتن انگشت روی ناحیه حسگر موجب تاریک شدن آن قسمت می‌شود، برای ثبت تصویر مناسب و واضح، لازم است در آن ناحیه نور نسبتا شدیدی از سمت صفحه‌نمایش به بیرون تابانده شود. همین خصوصیت به یکی از معایب این نوع حسگرها بدل گشته و موجب شده است تا مالکین دستگاه‌هایی که به حسگرهای نوری زیر صفحه‌نمایش مجهز هستند، از عملکرد به نسبت ضعیف و نور آزاردهنده متصاعد شده از این دستگاه‌ها در فضاهای تاریک شاکی باشند. هم‌چنین خیس بودن سطح انگشت می‌تواند موجب انحراف نور گردیده و با کاهش کیفیت تصویر موجب کندی یا ناموفق بودن عملیات شناسایی اثر انگشت شود.

به طور کلی از آن‌جا که این نوع حسگرها نیازمند ثبت یک تصویر نوری دقیق از سطح انگشت هستند، نسبت به دیگر انواع حسگرهای اثر انگشت (هم‌چون خازنی و فراصوت) از سرعت و دقت پایین‌تری برخوردارند. به همین دلیل نیز تا چند سال پیش اثری از آن‌ها در دنیای تلفن‌های همراه نبود. اما با شروع موج پیشروی به سوی صفحه‌نمایش‌های بدون حاشیه و انتقال حسگر اثر انگشت به زیر صفحه‌نمایش، برخی تولیدکنندگان به استفاده از انواع کوچک و پیشرفته حسگرهای نوری روی آورده‌اند. چرا که جای دادن این نوع حسگرها در زیر صفحه‌نمایش‌های OLED کاری به نسبت آسان و کم‌هزینه است. Synaptics و Goodix از مهم‌ترین تولیدکنندگان حسگرهای اثر انگشت نوری برای تعبیه در زیر صفحه‌نمایش هستند که محصولات آن‌ها در دستگاه‌های متعددی از جمله Oppo K1 ،Xiaomi Mi 9 ،OnePlus 7 Pro ،Vivo Apex 2019 ،Huawei P30 Pro و Honor 20 Pro به کار رفته است.

In-Display Fingerprint Sensor Technology Overview

حسگرهای فراصوت یا Ultrasonic جدیدترین نوع حسگرهای اثر انگشت محسوب می‌شوند که در دستگاه‌های همراه به کار گرفته شده‌اند. همان‌طور که از نام آن‌ها می‌توان حدس زد، این نوع حسگرها برای شناسایی اثر انگشت از امواج صوتی با فرکانس بسیار بالا بهره می‌گیرند. سخت‌افزار این حسگرها از یک فرستنده و یک گیرنده امواج فراصوت تشکیل می‌شود. هنگامی که انگشت کاربر در مقابل حسگر قرار می‌گیرد، فرستنده یک پالس از امواج فراصوت را به سمت انگشت ارسال می‌کند. در اثر اصابت این امواج به پستی و بلندی‌های سطح انگشت کاربر، بخشی از این امواج جذب یا منحرف گردیده و بخشی دیگر به سمت حسگر باز‌ می‌گردند. گیرنده این امواج یک حسگر ویژه با قابلیت تشخیص دقیق فشارهای مکانیکی است که شدت و ضعف امواج بازگشتی از سطح انگشت را در نواحی مختلف اندازه می‌گیرد. با دریافت و تحلیل این اطلاعات، یک نقشه سه‌بعدی از سطح انگشت تولید گردیده و با الگوی انگشت کاربر مجاز مقایسه می‌شود تا هویت وی برای دستگاه احراز گردد. به اعتقاد بسیاری از کارشناسان همین قابلیت حسگرهای فراصوت در ایجاد یک نقشه سه‌بعدی از سطح انگشت، آن‌ها‌ را به گزینه‌ای امن‌تر نسبت به حسگرهای نوری و خازنی -- که تنها قادرند اثر انگشت را به صورت دو‌بعدی بررسی نمایند – بدل نموده است. هم‌چنین این نوع حسگرها به دلیل وابسته نبودن به نور، در شرایطی مانند خیس بودن سطح انگشت یا صفحه‌نمایش، کثیف بودن آن‌ها و تاریک بودن محیط، عملکرد بسیار بهتری نسبت به حسگرهای نوری دارند.

اولین بار در ماه دسامبر سال 2018 میلادی شرکت کوآلکام از حسگر اثر انگشت فراصوت سه‌بعدی خود با امکان تعبیه در زیر صفحه‌نمایش رونمایی نمود. تراشه اسنپدِرَگون 855 کوآلکام از این فناوری پشتیبانی نموده و تولیدکنندگان می‌توانند با استفاده از این SoC در دستگاه‌های همراه خود و هم‌چنین جاسازی حسگر فراصوت در زیر صفحه‌نمایش دستگاه، محصولات خود را به حسگرهای اثر انگشت فراصوت کوآلکام تجهیز نمایند. تا به امروز دستگاه‌های پرچم‌دار سال 2019 شرکت سامسونگ شامل Galaxy S10 Plus ،Galaxy S10 و Galaxy Note10 همراه با این نوع حسگرها روانه بازار گردیده‌اند. کوآلکام ادعا می‌کند که حسگرهای فراصوت این شرکت قادرند با 250 میلی‌ثانیه تاخیر و با نرخ خطای حدود 1 درصد، عملیات شناسایی اثر انگشت را انجام داده و قفل دستگاه‌ را باز نمایند. بر اساس این اطلاعات، حسگرهای فراصوت کوآلکام دقت و سرعت بیش‌تری نسبت به حسگرهای اثر انگشت نوری داشته و تقریبا عملکردی مشابه حسگرهای خازنی معمول تعبیه شده روی بدنه دستگاه‌های همراه دارند.

استفاده از حسگرهای فراصوت امکان شناسایی اثر انگشت از پشت شیشه، پلاستیک یا آلومینیوم را نیز فراهم می‌آورد. به عنوان نمونه، حسگر کوآلکام که 0.15 میلی‌متر ضخامت دارد، قادر است اثر انگشت را از پشت شیشه تا ضخامت 800 میکرومتر (0.8 میلی‌متر) و از پشت آلومینیوم تا ضخامت 650 میکرومتر (0.65 میلی‌متر) اسکن کند. بنابراین این نوع حسگرها را می‌توان به راحتی در زیر بدنه یا صفحه‌نمایش دستگاه تعبیه نمود. هم‌چنین با توجه به امکان استفاده از امواج فراصوت برای سنجش ضربان قلب و فشار خون، این نوع حسگرها پتانسیل آن را دارند که نقش یک حسگر ردیاب سلامت را نیز ایفا نمایند. علاوه بر این، راه‌کار کوآلکام برای حسگر اثر انگشت فراصوت از پروتکل‌های FIDO یا همان "اتحاد آنلاین شناسایی سریع" پشتیبانی نموده و می‌تواند برای احراز هویت آنلاین بدون نیاز به رمز عبور مورد استفاده قرار گیرد. لازم به ذکر است که به کمک استاندارد FIDO، عملیات احراز هویت آنلاین کاربر بدون نیاز به ارسال اطلاعات محرمانه اثر انگشت وی به خارج از دستگاه قابل انجام است. در مقابل این مزایا، یکی از نقاط ضعف قابل توجه حسگرهای اثر انگشت فراصوت، هزینه تولید بالاتر آن‌ها نسبت به انواع نوری و خازنی‌ است که همین مساله موجب گردیده فعلا فقط در تعدادی از دستگاه‌های گران‌قیمت و پرچم‌دار شاهد استفاده از آن‌ها باشیم. در حالی‌که طی سال جاری تعداد بسیار بیش‌تری از دستگاه‌های همراه به حسگرهای نوری تعبیه شده در زیر صفحه‌نمایش تجهیز گردیده‌اند. تا جایی‌که رد پای این نوع حسگرها را در دستگاه‌های میان‌رده نیز می‌توان مشاهده نمود.

In-Display Fingerprint Sensor Technology Overview

تعبیه حسگر اثر انگشت در پنل‌های LCD

همان‌طور که اشاره شد، برای تعبیه حسگرهای اثر انگشت در محدوده صفحه‌نمایش می‌توان از انواع نوری یا فراصوت استفاده نمود. در حال حاضر تولید حسگرهای فراصوت نسبتا محدود بوده و هزینه تمام‌شده بالایی دارند. حسگرهای نوری نیز اگرچه هزینه تولید کم‌تری دارند، اما فقط در دستگاه‌هایی با پنل صفحه‌نمایش OLED قابل استفاده هستند. این نوع پنل‌ها هم نسبت به LCDها گران‌قیمت‌تر بوده و تنها در دستگاه‌های رده‌بالا و برخی دستگاه‌های میان‌رده به کار می‌روند. به همین دلیل تا کنون امکان تجهیز دستگاه‌های ارزان‌قیمت‌تر به حسگرهای اثر انگشت تعبیه شده در محدوده صفحه‌نمایش فراهم نبوده است. اما چندی پیش خبر رسید که یک شرکت چینی موفق شده است با حل این مشکل، به فناوری لازم برای جای دادن حسگرهای اثر انگشت در صفحه‌نمایش‌های LCD دست یابد. Fortsene فناوری جدیدی را برای حسگرهای نوری تعبیه شده در محدوده صفحه‌نمایش توسعه داده است که می‌توانند با صفحات LCD کار کنند. این شرکت ادعا می‌کند که کارایی حسگرهای تولیدی بر اساس این فناوری در سطح حسگرهای خازنی معمول به کار رفته در اغلب دستگاه‌های همراه خواهد بود. از آن‌جا که اکثریت قریب به اتفاق گوشی‌های هوشمند ارزان‌قیمت به صفحات نمایش LCD مجهز هستند، این فناوری می‌تواند حسگرهای اثر انگشت تعبیه شده در صفحه‌نمایش را برای عموم کاربران به ارمغان بیاورد. البته این اتفاق در صورتی رخ خواهد داد که Fortsense بتواند این نوع حسگرها را در آینده‌ای نه چندان دور و با هزینه‌ تمام شده پایین به تولید انبوه برساند. این فناوری هنوز برای تولید تجاری آماده نبوده، اما انتظار می‌رود که محصولات مبتنی بر این فناوری تا پایان سال آینده میلادی (سال 2020) به دست مصرف‌کننده برسند.  

تبلیغات

تبلیغات

سايمان ديجيتال
هواوی Y5 Lite + سیم کارت دائمی + 32 گیگ اینترنت هدیه
ایسام