指紋傳感器是實現(xiàn)指紋自動采集的關(guān)鍵器件。最早的指紋識別技術(shù)是以光學(xué)傳感器為基礎(chǔ)的光學(xué)識別系統(tǒng)，識別范圍僅限于皮膚的表層，通常把它叫做第一代指紋識別技術(shù)；而采用了電容傳感器技術(shù)的第二代指紋識別系統(tǒng)實現(xiàn)了識別范圍從表皮到真皮的轉(zhuǎn)換，從而大大提高了識別的準(zhǔn)確率和系統(tǒng)的安全性，也是目前市場上大部分指紋識別設(shè)備的基礎(chǔ)。 

第一代指紋識別系統(tǒng) 

光學(xué)傳感器 

始于1971年的光學(xué)傳感器是研究最早、應(yīng)用最廣泛的指紋傳感器。其技術(shù)關(guān)鍵是光的全反射，手指置于加膜臺板（一般是硬質(zhì)塑料，不同廠家材料有異），照射到壓有指紋的玻璃表面時，反射光經(jīng)電荷耦合器件（charge coupled device，CCD）轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號，并傳輸后端進(jìn)一步處理。其中，反射光強(qiáng)度取決于兩方面因素：壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度、皮膚與玻璃間的油脂和水分。由于光線經(jīng)玻璃照射到谷的區(qū)域后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射至CCD，而射向脊的光線被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到其他地方，這樣，即可利用CCD將有深色脊和淺色谷構(gòu)成的指紋圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。當(dāng)然，為獲得較高質(zhì)量的指紋圖像，還需采用自動或手工方式調(diào)整圖像亮度等。 

光學(xué)指紋傳感器優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為抗靜電能力強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性較好、使用壽命長，能提供分辨力為500dpi（dot per inch）的圖像，特別是能實現(xiàn)較大區(qū)域的指紋圖像采集，但指紋圖像采集區(qū)域較大時所需焦距亦較長，采集設(shè)備體積需隨之增大，否則，會導(dǎo)致采集的圖像邊緣線形發(fā)生扭曲。 

光學(xué)指紋傳感局限性體現(xiàn)于潛在指印方面（潛在指印是手指在臺板上按完后留下的），不但會降低指紋圖像的質(zhì)量，嚴(yán)重時，還可能導(dǎo)致2個指印重疊，難以滿足實際應(yīng)用需要。 

光學(xué)指紋識別系統(tǒng)由于光不能穿透皮膚表層（死性皮膚層），所以只能夠掃描手指皮膚的表面，或者掃描到死性皮膚層，但不能深入真皮層。在這種情況下，手指表面的干凈程度，直接影響到識別的效果。如果，用戶手指上粘了較多的灰塵，可能就會出現(xiàn)識別出錯的情況。并且，人們按照手指，做一個指紋手模，也可能通過識別系統(tǒng)，對用戶而言，使用起來不是很安全。 

成本低一直以來被認(rèn)為是光學(xué)傳感器的最大優(yōu)勢，但由于其制造過程一致性較難保證，隨著以電容傳感器為代表的半導(dǎo)體傳感器的大規(guī)模發(fā)展，光學(xué)傳感器的成本優(yōu)勢也已經(jīng)不再明顯。雖然大多數(shù)公司還在使用光學(xué)傳感器，但其發(fā)展趨勢是新穎的、高質(zhì)量的電容指紋傳感。 

第二代指紋識別系統(tǒng) 

電容傳感器 

電容傳感器始于1998年，屬于半導(dǎo)體傳感器的一種，半導(dǎo)體指紋傳感器還包括半導(dǎo)體壓感式傳感器、半導(dǎo)體溫度感應(yīng)傳感器等，其中，應(yīng)用最廣泛的是半導(dǎo)體電容式指紋傳感器。 

電容傳感器根據(jù)指紋的嵴和峪與半導(dǎo)體電容感應(yīng)顆粒形成的電容值大小不同，來判斷什么位置是嵴什么位置是峪。其工作過程是通過對每個像素點(diǎn)上的電容感應(yīng)顆粒預(yù)先充電到某一參考電壓。當(dāng)手指接觸到半導(dǎo)體電容指紋表現(xiàn)上時，因為嵴是凸起的峪是凹下，根據(jù)電容值與距離的關(guān)系，會在嵴和峪的地方形成不同的電容值。然后利用放電電流進(jìn)行放電。因為嵴和峪對應(yīng)的電容值不同，所以其放電的速度也不同。嵴下的像素(電容量高)放電較慢，而處于峪下的像素(電容量低)放電較快。根據(jù)放電率的不同，可以探測到嵴和峪的位置，從而形成指紋圖像數(shù)據(jù)。 

與光學(xué)設(shè)備多采用人工調(diào)整改善圖像質(zhì)量不同，電容傳感器采用自動控制技術(shù)調(diào)節(jié)指紋圖像像素以及指紋局部范圍敏感程度，在不同環(huán)境下結(jié)合反饋信息生成高質(zhì)量圖像。由于提供了局部調(diào)整能力，即使對比度差的圖像（如手指壓得較輕的區(qū)域）也能被有效檢測到，并在捕捉瞬間為這些像素提高靈敏度，生成高質(zhì)量指紋圖像。 

電容指紋傳感器優(yōu)點(diǎn)為圖像質(zhì)量較好、一般無畸變、尺寸較小、易集成于各種設(shè)備。其發(fā)出的電子信號將穿過手指的表面和死性皮膚層，而達(dá)到手指皮膚的活體層（真皮層），直接讀取指紋圖案，從而大大提高了系統(tǒng)的安全性。 

電容指紋傳感器因制造工藝復(fù)雜，單位面積上傳感單元多，包含高端的IC設(shè)計技術(shù)、大規(guī)模集成電路制造技術(shù)、IC芯片封裝技術(shù)等，所以電容指紋傳感器幾乎全部是由IC技術(shù)發(fā)達(dá)的國家或地區(qū)，如美國、歐洲、臺灣等地設(shè)計、制造的。目前國內(nèi)廠家基本上沒有能力生產(chǎn)電容指紋傳感器。 

各廠商可能采用不同形式電容方法開發(fā)產(chǎn)品，技術(shù)新穎且先進(jìn)的首推瑞典FingerPrintCard公司推出的FPC1011C，是一種電容式面裝指紋傳感器。該傳感器采用了多項專利，如獨(dú)立的晶圓體信號放大、傳感器表面的保護(hù)膜等。內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換，高速的SPI接口，8PIN的軟排線可以方便的接入各種系統(tǒng)。該技術(shù)能適應(yīng)各種復(fù)雜指紋，并能在各種環(huán)境下獲得從干手指到濕手指的高質(zhì)量指紋圖像，從而顯著降低指紋識別系統(tǒng)誤識率、拒識率。 

隨著指紋識別技術(shù)的不斷發(fā)展，質(zhì)量高、功耗低、體積小的電容傳感器傳感器作為便攜式產(chǎn)品極其重要的指紋圖像采集手段，應(yīng)用日益廣泛，其市場規(guī)模以驚人速度飛速拓展。2003年11月，美國Frost & Sul Uvan發(fā)布的指紋傳感器市場調(diào)查結(jié)果表明：目前，在面向身份認(rèn)證的指紋傳感器中，傳統(tǒng)型光學(xué)傳感器占一定優(yōu)勢，受電容傳感器技術(shù)進(jìn)步和價格下降等因素的影響，電容傳感器的份額將逐漸增加，成為指紋采集技術(shù)的主流。 

光電式指紋傳感器 

光電式指紋傳感器是最先出現(xiàn)的指紋傳感器，但對于指紋技術(shù)而言，由于其固有缺陷比較明顯，已經(jīng)屬于一種相對過時的技術(shù)，金融系統(tǒng)的指紋項目已經(jīng)明確排除采用這種傳感器。 

光電式指紋傳感器的設(shè)備原理是光的全反射，這也是數(shù)碼相機(jī)的成像原理，光線照到按有指紋的玻璃上并進(jìn)行反射。反射光線由感光器件獲得，由于指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃問的油脂和水分不同，反射光線的能量也不一樣。光線經(jīng)玻璃照射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到感光器件，而射向脊的光線不發(fā)生全反射．而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣就在感光器件上就形成了指紋的圖像。 

光電式指紋傳感器根據(jù)所采用的成像芯片不同分為CCD光電式和CMOS光電式兩種。 

CCD光電式 

這種傳感器利用光線照射指紋表面的脊和谷，指紋的圖像被反射到CCD上，并被轉(zhuǎn)換成電信號輸出。由于該類產(chǎn)品的信號輸出大多是模擬信號，與處理器的接口電路比較復(fù)雜，抗干擾能力也較弱，因此已逐漸被CMOS光電式指紋傳感器所取代。 

CMOS光電式 

隨著CMOS數(shù)碼陣列光電圖像傳感器技術(shù)的不斷成熟，在光電視像轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，開始逐步取代傳統(tǒng)的CCD光電器件。與CCD光電式指紋傳感器相比，CMOS光電式指紋傳感器由CMOS光電器件取代CCD光電器件構(gòu)成。它采用數(shù)字信號輸出，抗干擾能力較強(qiáng)，與處理器的接口電路相對簡單。 

光電式指紋傳感器除了成像芯片以及相關(guān)接口電路，還包括一組棱鏡、透鏡，成像鏡等所組成的光學(xué)通道。CMOS成像芯片價格在1-3美元左右，加上光學(xué)部分，光電式指紋傳感器物料的成本也就在30-50元，所以我們可以見到市面上光電式指紋傳感器價格可以低至70-80元，但是通常價格在120-150元左右。 

(本文轉(zhuǎn)自電子工程世界：http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0306/article_713.html )