指纹是如何解锁手机的，浅析指纹识别原理

（文章来源：科学角度观世界）

现在的手机解锁方式越来越高级了，从以前的输入密码解锁到2012年9月全球第一款指纹解锁手机iPhone5s的诞生，让指纹解锁真正的成为了一种潮流。指纹解锁之后，现在又推出了面容解锁，每一种解锁方式都是一种全新的技术原理，那么我们今天就来了解指纹识别原理。

在了解指纹识别原理之前，我们需要先了解一个电子元件——电容，什么是电容，电容是一种能够存储电荷的“容器”，简称一下就是电容，那么它是怎么存储电荷的呢？

电容是由两个相互靠近的导体构成的，这两个导体一般是由两片面积一样大的导体面对面平行放置，两片导体之间的间隔较小。我们以最简单的一个电容器为例，下面是一个由两片金属版面对面放置构成的一个电容器，中间隔绝着空气，那么它是如何存储电量的呢？

两块金属板将会带上不同的电荷，由于正负电荷会相互吸引，两片金属板间的电荷相互作用，将会使更多的正负电荷分别流入两片金属板，这就是一个充电的过程，当金属板积累了一定的电荷之后，电压会逐渐升高，逐渐等于电池的电压，这个时候，电池容器就相当于充满了电，不再会有电荷的流入。

当两个金属板的间距越小，正负电荷的作用力就越大，电容器能充入的电荷就越多，电容的容量也就越大，当两片金属板的间距非常小时，它们之间的电场非常强，很容易击穿它们之间的空气，从而导致放电。因此，电容器会在它们之间插入电介质，防止击穿。对于电容来说，评价的最大标准就是它的容量大小，那我们再来了解一下哪些情况会影响它的容量。

电容的容量与很多因素有关系，比如两片导体的材料，导体间的间距，介质的材料等等因素有关，当有外界因素的干扰时，很容易引起其中电荷的变化。一般情况下，只要两片电极板、电极板之间的距离、电极板之间的介质确定了，它的容量就确定了，它能够充入的电荷就是一定的。

当有外界因素干扰时，将会影响两片电极中电荷的分布，也就会影响电容的容量。例如，当有一个导体靠近电容时，由于存在对电荷的吸引，因此会增加该电容器的电容，在之前充满电荷的状态下，能够继续流入电荷，于是会存在电流的变化。通过电流的变化我们就能够检测到电容的变化。知道了这个原理，我们就能够理解指纹解锁的作用机理了。

首先，我们的手指表面是由凹凸不平的皮肤构成的，每一个人的指纹图案都不一样。因此，指纹的安全性也就有了保障。那么，指纹识别模块是如何识别我们的指纹呢？指纹传感器正是运用了我们上面说到的电容器的原理，指纹传感器上，整齐的排列着大量的边长为0.05毫米左右的微小电极形成的电容器，在每个电容器下面又有检测电容量的电路。

正是这些电极可以灵敏地捕获手指表明细微的凹凸不平。这些微小的电极就是一个个微小的电容，每一个电容都具有相同的规格，因此，在同一个电路下，它们能够储存的电量也是相同的。这些微小的电极上面用绝缘的玻璃板覆盖着，当我们的手指靠近指纹传感器时，传感器上面的电容将会受到我们手指的影响，由于我们的手指皮肤表面凹凸不平，导致对不同电极的影响也不一样。

我们的手机放在指纹识别器上时，我们手指指纹的凸面会离一些电容更近，由于我们的皮肤是导电的，因此会影响下面电容的容量，离得近的凸纹会增大下面电容器的电荷容量，而离的远的也会增加电容的容量，但是增加的没有指纹峰处那么多，因此，指纹的凹凸距离就可以被下面非常多的微笑电容所检测到。

简单地来说，电极离皮肤越近，电容越大，离得越远，电容越小，通过检测下面电容的大小便可以计算出我们指纹的形态，从而读取出我们的的指纹。当这些数据与之前录入地进行对比通过后，我们就解开了我们的手机。
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