Fingerabdrucksensor im Smartphone: Optisch vs. Ultraschall – was steckt technisch dahinter?

Kaum eine Sicherheitsfunktion nutzen Smartphone-Besitzer so oft wie den Fingerabdrucksensor: mehrmals pro Stunde, fast ohne darüber nachzudenken. Doch unter der Displayoberfläche stecken zwei grundlegend verschiedene Technologien, die sich in Erkennungsgeschwindigkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit bei nassen Fingern deutlich unterscheiden. Wer verstehen will, warum ein Galaxy-Flaggschiff den Finger auch mit Handcreme noch zuverlässig erkennt, während ein günstigeres Android-Gerät bei feuchten Händen öfter scheitert, muss sich mit optischen und Ultraschall-Fingerabdrucksensoren beschäftigen.

Optische Sensoren: Licht, Kamera, Muster

Die heute mit Abstand am weitesten verbreitete Technologie ist der optische Fingerabdrucksensor unter dem Display. Das Funktionsprinzip ist im Kern simpel: Ein kleiner Bereich der OLED-Pixel unter der Erkennungsfläche leuchtet kurz auf und beleuchtet die Fingerkuppe von unten. Ein darunterliegendes optisches Sensorarray – im Grunde eine winzige Kamera – fotografiert das reflektierte Lichtmuster der Papillarlinien. Software gleicht dieses zweidimensionale Abbild mit dem gespeicherten Referenzmuster ab.

Der große Vorteil optischer Sensoren liegt in den Herstellungskosten: Sie sind deutlich günstiger zu produzieren als Ultraschall-Alternativen und lassen sich problemlos in Mittelklasse- und sogar Einsteigergeräte integrieren. Fast jedes Android-Smartphone ohne Snapdragon-Flaggschiff-Ausstattung von Xiaomi, OnePlus, Honor oder Nothing setzt auf diese Technik. Der Nachteil: Weil das Verfahren im Grunde ein zweidimensionales Foto auswertet, lässt es sich unter Laborbedingungen leichter täuschen als eine echte 3D-Erfassung, und bei sehr nassen oder stark verschmutzten Fingern sinkt die Erkennungsrate spürbar.

Ultraschall: Die 3D-Landkarte der Fingerkuppe

Ultraschallsensoren, wie sie Qualcomm unter dem Namen 3D Sonic Sensor vermarktet und die vor allem in Samsungs Galaxy-S-Reihe seit dem Galaxy S10 zum Einsatz kommen, arbeiten nach einem völlig anderen Prinzip. Ein piezoelektrischer Sender schickt Ultraschallwellen durch das Display, die von den Rillen und Erhebungen der Haut unterschiedlich reflektiert werden. Aus den Echosignalen berechnet der Sensor eine echte dreidimensionale Tiefenkarte der Fingerkuppe – inklusive Schweißporen.

Diese 3D-Erfassung macht Ultraschallsensoren deutlich schwerer zu überlisten als optische Systeme, weil ein einfaches Foto oder ein flacher Abdruck keine ausreichende Tiefeninformation liefert. Zusätzlich funktionieren Ultraschallsensoren auch bei nassen, öligen oder leicht verschmutzten Fingern zuverlässiger, weil Schallwellen anders als Licht durch dünne Flüssigkeitsschichten hindurchdringen. Der Preis dafür: höhere Bauteilkosten und ein Glas mit spezifischen akustischen Eigenschaften, weshalb die Technik bislang fast ausschließlich Premium-Geräten vorbehalten bleibt.

Und was ist mit kapazitiven Sensoren?

Neben den beiden Under-Display-Technologien existiert noch der klassische kapazitive Sensor, der über kleine elektrische Ladungsunterschiede zwischen Hautrillen und Luft ein Muster erkennt. Apple setzt diese ältere, aber ausgereifte Technik bis heute im seitlichen Powerbutton von iPhone SE, iPad Air und iPad mini ein – nicht unter dem Display, sondern als physischer Button. Kapazitive Sensoren sind schnell und zuverlässig, benötigen aber sichtbaren Bauraum, weshalb sie bei Geräten mit randlosem Screen kaum noch eine Rolle spielen.

Sicherheit im Vergleich: Wie leicht lassen sich Sensoren täuschen?

Sicherheitsforscher haben in der Vergangenheit gezeigt, dass sich sowohl optische als auch – mit deutlich höherem Aufwand – Ultraschallsensoren unter Laborbedingungen austricksen lassen, etwa mit hochauflösenden 3D-gedruckten Nachbildungen oder speziell präparierten Silikonabdrücken. Für den Alltag bleibt jedoch entscheidend: Je genauer das erfasste Muster, desto größer der Aufwand für einen erfolgreichen Angriff. Ultraschallsensoren liegen hier durch ihre 3D-Tiefendaten spürbar vor optischen Systemen. Wer maximale Sicherheit will, sollte den Fingerabdruck ohnehin nur als zweiten Faktor neben einer starken PIN oder einem Passwort nutzen und die Displaysperre entsprechend konfigurieren – ähnlich wie es sicherheitsbewusste Nutzer auch bei der TPM-2.0-Sicherheitsarchitektur von Windows-11-Laptops gewohnt sind, wo Biometrie ebenfalls nur eine von mehreren Sicherheitsebenen darstellt.

Warum liegt der Sensor eigentlich unter dem Display?

Under-Display-Fingerabdrucksensoren wurden erst mit dem breiten Durchbruch von AMOLED-Displays praktikabel, da OLED-Pixel im Gegensatz zu LCD-Hintergrundbeleuchtung einzeln abschaltbar sind und somit gezielt Licht für die Erfassung durchlassen können. Das ist derselbe technologische Sprung, der auch andere platzsparende Lösungen wie die Under-Display-Frontkamera ermöglicht hat: Beide Verfahren verstecken Hardware buchstäblich unter dem Bildschirm, um möglichst viel Fläche für den eigentlichen Inhalt freizuhalten.

Welche Rolle spielt der Displayschutz?

Ein oft unterschätzter Faktor ist die Displayfolie oder Panzerglasfolie, die viele Nutzer zusätzlich aufkleben. Bei optischen Sensoren kann eine zu dicke oder trübe Folie die Lichtdurchlässigkeit verringern und die Erkennung verlangsamen. Ultraschallsensoren reagieren empfindlicher auf Folien mit Luftblasen, da diese die Schallübertragung stören. Hersteller empfehlen deshalb ausdrücklich zertifizierte, für den jeweiligen Sensortyp freigegebene Schutzfolien – ein Aspekt, der eng mit der Frage zusammenhängt, wie robust das darunterliegende Schutzglas selbst gegen Kratzer und Stöße ist.

Marktüberblick: Wer setzt auf welche Technik?

Ein Blick auf die aktuelle Modelllandschaft zeigt ein klares Muster. Samsung ist der konsequenteste Verfechter der Ultraschalltechnik und verbaut den Qualcomm-3D-Sonic-Sensor durchgängig in seiner Galaxy-S-Oberklasse. Google, Xiaomi, OnePlus, Honor und Nothing setzen dagegen bei nahezu allen Modellen auf optische Sensoren verschiedener Zulieferer wie Goodix oder Egis – selbst in ihren jeweiligen Topmodellen. Das liegt weniger an technischer Unfähigkeit als an einer bewussten Kosten-Nutzen-Abwägung: Die spürbaren Vorteile der Ultraschalltechnik rechtfertigen aus Sicht vieler Hersteller den Mehrpreis nicht, zumal moderne optische Sensoren mit größeren Erfassungsflächen und verbesserten Algorithmen einen Großteil des früheren Geschwindigkeitsnachteils inzwischen aufgeholt haben. Apple wiederum ist bei seinen aktuellen iPhone-Flaggschiffen komplett auf Face ID umgestiegen und verzichtet ganz auf einen Fingerabdrucksensor im Display.

Fingerabdruck oder Gesichtserkennung – was ist praktikabler?

Die Debatte zwischen Fingerabdruck- und Gesichtserkennung ist letztlich eine Frage der Nutzungssituation. Gesichtserkennungssysteme mit Tiefensensoren, wie Apples Face ID, gelten als kryptografisch sehr sicher, scheitern aber öfter an Masken, Sonnenbrillen oder schlechten Lichtverhältnissen und lassen sich naturgemäß nicht bedienen, wenn das Smartphone flach auf dem Tisch liegt. Fingerabdrucksensoren im Display punkten dagegen mit einer sehr natürlichen Handhabung beim Entsperren aus der Tasche heraus und funktionieren unabhängig von der Beleuchtung. Viele Android-Hersteller kombinieren deshalb ohnehin beide Verfahren: einen schnellen, aber weniger sicheren 2D-Gesichtsscan per Frontkamera für den Alltag und den Fingerabdrucksensor als zuverlässigere Absicherung für sensible Vorgänge wie Zahlungen oder App-Freigaben.

Wohin geht die Entwicklung?

Chiphersteller arbeiten bereits an der nächsten Generation: größere Ultraschall-Sensorflächen, die nicht mehr nur einen kleinen Bereich, sondern nahezu die gesamte untere Displayhälfte abdecken und dadurch mehrere Finger gleichzeitig erfassen können. Das würde nicht nur den Komfort erhöhen, sondern auch die Sicherheit weiter verbessern, da ein Angreifer gleich mehrere Fingermuster exakt nachbilden müsste. Parallel dazu senken Zulieferer die Fertigungskosten für Ultraschallsensoren kontinuierlich, sodass die Technik mittelfristig auch in der oberen Mittelklasse ankommen dürfte – ein Trend, der sich schon bei anderen einst exklusiven Flaggschiff-Features wie hochauflösenden Kamerasensoren beobachten ließ.

Fazit: Welche Technik ist die richtige?

Für die meisten Alltagsnutzer liefern moderne optische Sensoren völlig ausreichende Geschwindigkeit und Komfort – die Unterschiede zu Ultraschall sind im normalen Gebrauch oft kaum spürbar. Wer jedoch häufig mit nassen oder öligen Fingern entsperrt, etwa beim Sport, Kochen oder im Freien bei Regen, profitiert spürbar von der robusteren Ultraschalltechnik. Sicherheitsbewusste Käufer, die Wert auf eine schwerer zu täuschende Biometrie legen, sollten gezielt nach Geräten mit 3D-Ultraschallsensor Ausschau halten, auch wenn das meist einen Aufpreis bedeutet. Langfristig dürfte sich die Ultraschalltechnologie weiter verbreiten, da Chiphersteller die Produktionskosten kontinuierlich senken und größere Erfassungsflächen entwickeln, die künftig mehrere Finger gleichzeitig erkennen sollen.