JPH07334649A - 指紋入力装置 - Google Patents

指紋入力装置

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JPH07334649A
JPH07334649A JP6129390A JP12939094A JPH07334649A JP H07334649 A JPH07334649 A JP H07334649A JP 6129390 A JP6129390 A JP 6129390A JP 12939094 A JP12939094 A JP 12939094A JP H07334649 A JPH07334649 A JP H07334649A
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light
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JP6129390A
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Inventor
Kazuo Kimura
一夫 木村
Shigeto Koda
成人 幸田
Masamichi Okamura
正通 岡村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 指紋照合精度を高めるために、指紋入力部の
汚れに対して耐性が強く、高コントラストな指紋画像を
撮像できる指紋入力装置を提供する。 【構成】 指106を接したガラスプリズム102面に
近赤外光源101から、第1の波長選択手段104を通
して波長580nm〜1600nmの近赤外光領域の照
明光を選択して入射する。一方、ガラスプリズム102
からの反射光を、第2の波長選択手段105を通して選
択し、同じく波長580nm〜1600nmの近赤外光
領域でカメラ103により撮像する。このように、近赤
外光領域で撮像することにより、ガラスプリズム102
面の汚れによる散乱の効果を減少させ、高コントラスト
な撮像を実現する。さらに、上記の波長選択手段10
4,105の透過波長を、580nm〜1600nmの
範囲で可変にすることにより、汚れに対してフレキシブ
ルとし、一層高コントラストな撮像を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、携帯電話機等の盗難、
無断使用の問題解決のために、機器使用に際してのセキ
ュリティチェックなどに好適に用いることができる指紋
入力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の指紋照合技術として、特開昭61
−221883号(富士通、井垣他)記載の“個人照合
方法および装置”では、照合を目的とする被検体が、レ
プリカでない生体であることを確認するために、440
nm〜580nmの短波長帯の光センサと、630nm
より長い波長領域の光センサの2種類の異なる波長帯の
光センサを備え、これら2種類の光センサの出力を比較
することにより、人の皮膚の光学特性が580nm以下
の可視光領域において押圧により反射率が大きく変化す
ることを利用して被検体が生体であるか否かを検知する
機能を付加している。ただし、実際の指紋画像の入力は
従来通りに可視光領域の光源を用いた撮像で行ってい
る。
【0003】さらに、上記参考文献以外の従来の指紋撮
像技術として、例えば、参考文献、特開昭62−212
892号(三菱電機、池端ら)記載の“指紋パターン入
力装置”等では、その撮像に関して、特に指紋入力部の
汚れに対して最適な光源波長については検討しておら
ず、撮像に関する波長については特定せずに、可視光領
域の光源を用いることを前提に指紋撮像を行なってい
た。
【0004】一方、指紋入力部の汚れに対策を施した従
来の個人認証装置として、例えば特開昭63−1759
79号(東芝、斉藤悦生)記載の“個人認証装置”で
は、指紋入力部に帯状の光透過性部材を配置し、この光
透過性部材を指紋入力毎に1指紋パタン分移動させるこ
とにより、指紋入力部を常に清潔に保ち、安定な指紋入
力動作を行なっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の指紋撮像技
術では、いずれも撮像に可視光領域の光源波長を用いて
いるため、ガラスプリズム等の指紋入力部の汚れに対す
る散乱の効果が大きくなり、被検体である指が無い場合
での反射光が減衰し、高コントラストな撮像が困難であ
った。従って、指紋入力部が汚れた場合では、誤った指
紋画像を検出し、その指紋確認率が低下するという問題
があった。そこで、指紋入力部の光透過部材を移動させ
るようにした場合では、そのための機構が大きくなり応
用分野が限定されてしまう。
【0006】近年、携帯電話機を用いた電気通信の発展
に伴い、その盗難、無断使用が問題となっている。これ
らの問題解決のために、機器使用に際してのセキュリテ
ィチェックが必須の課題となっている。このようなセキ
ュリティチェックに指紋入力装置は好適なものであり、
機構の大型化を伴わないような指紋確認率の向上が望ま
れている。
【0007】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、指紋確認率を高めるため
に、指紋入力部の汚れに対して、耐性が強く、高コント
ラストな指紋撮像が行える指紋入力装置を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、指紋撮像の照明に用いる光源と、指紋
を検出するための指紋入力光学系と、撮像のための光学
系と、同じく撮像のための光検出手段を具備する指紋入
力装置において、撮像に波長580nm〜1600nm
の近赤外光領域の光を用いることを特徴とする。
【0009】具体的には、上記光源として、波長580
nm〜1600nmの近赤外光領域の光源を用いるか、
あるいは、上記光源が、波長580nm〜1600nm
の近赤外光領域の波長選択手段を具備するものとする。
【0010】あるいはまた、撮像のための光検出手段と
して、波長580nm〜1600nmの近赤外光領域に
感度を有する光検出手段を用いるか、あるいは、撮像の
ための光検出手段が、波長580nm〜1600nmの
近赤外光領域の波長選択手段を具備するものとする。
【0011】また、上記の光源の波長選択手段あるいは
光検出手段の波長選択手段が、光源の波長あるいは撮像
光の波長を可変とするものとするのが、指紋確認率を高
める上で好適である。
【0012】また、上記の光源もしくは波長選択手段も
しくは光検出手段の設定波長を生体特有の物質の吸収波
長とするか、あるいは、上記の波長選択手段の透過波長
を走査するのが、指紋照合の信頼性を高める上で好適で
ある。
【0013】
【作用】本発明の指紋入力装置では、指紋入力光学系に
光源からの光を入射し、その反射像を撮像のための光学
系を介して光検出手段により撮像する際に、波長580
nm〜1600nmの近赤外光領域の光源を用い、ある
いは、波長580nm〜1600nmの近赤外光領域に
感度を有する光検出手段を用い、あるいは、波長580
nm〜1600nmの近赤外光領域の波長選択手段を用
いて、波長580nm〜1600nmの近赤外光領域で
撮像を行なうことにより、指紋入力光学系に付着した汚
れに起因する散乱の効果を減少させ、高コントラストな
撮像を実現する。
【0014】また、上記の波長選択手段を、光源の波
長、あるいは、光検出手段の感度波長を580nm〜1
600nmの範囲で可変にする手段とすることにより、
汚れに対してフレキシブルとし、一層高コントラストな
撮像を可能にする。
【0015】さらに、上記の光源もしくは波長選択手段
もしくは光検出手段の設定波長を生体特有の物質の吸収
波長とすることにより、生体か否かの判断を可能とす
る。あるいは、上記の波長選択手段の透過波長を走査す
ることにより、指紋の蛍光像を得、生体か否かの判断を
可能とする。これらの判断によって、指紋照合の信頼性
を高める。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて詳
細に説明する。
【0017】(発明の原理)まず、本発明の原理を、図
1を参照して詳しく説明する。101は近赤外光源であ
り、波長580nm〜1600nm帯の平行光を発生す
る。この近赤外光源101は、半導体レーザー、波長可
変半導体レーザー、発光ダイオード、タングステンラン
プなどを用いて構成する。近赤外光源101からの照明
光は、第1の波長選択手段である波長可変フィルタ10
4を透過し、ある単一の波長に選択され、ガラスプリズ
ム102へ入射される。ガラスプリズム102には、被
検体である指106を接しておく。このとき、指紋の凹
部108では指106はガラスプリズム102には直接
接しておらず、そのプリズム102と指106の界面に
は空気が存在することになる。空気の屈折率はほぼ1.
0であり、ガラスプリズム102の屈折率が約1.5で
あるので、光源101からの光の入射角をその両者の屈
折率で決まる臨海角以上に設定しておけば全反射の条件
が成立し、入射光はガラスプリズム102において、ほ
とんど損失無しに全反射する。一方、指紋の凸部107
では、指106が直接ガラスプリズム102に接するた
め、その入射光は指で吸収、または、散乱され、大きな
損失を受ける。すなわち、指紋の凸部107からの反射
光は、指紋の凹部108からの反射光に比較して減衰す
る。前記の動作のように、ガラスプリズム102からの
反射光は、指紋の凹凸の情報を反射光強度差に変換した
ものであるから、この反射光をカメラ103で撮像する
ことにより指紋の凹凸の像を得ることができる。
【0018】105はカメラの前に設置された波長選択
手段である第2の波長可変フィルタであり、通常の動作
では、第1の波長可変フィルタ104の選択波長と同一
の波長帯を選択し、動作させる。しかし、第1の波長可
変フィルタ104と第2の波長可変フィルタ105の透
過波長帯を相互に変えることにより、具体的には、第1
の波長可変フィルタ104の透過波長帯をある波長に設
定し、第2の波長可変フィルタ105の透過波長帯を走
査することにより、被検体(指紋)の蛍光像が撮像でき
るので、被検体が生体であるか否かについての判定も可
能である。
【0019】109は信号処理装置、および、光源10
1や波長選択手段(波長可変フィルタ)104、105
の周辺機器駆動装置である。前記信号処理装置109に
より、カメラ103で撮像した指紋画像データを取り込
み、画像処理するとともに、光源101の波長や波長可
変フィルタ104、105の透過波長特性をフレキシブ
ルに設定し、ガラスプリズム102の汚れに対して影響
されにくい高コントラストな指紋撮像を実現する。
【0020】具体的な指紋撮像に用いる光源101およ
び波長可変フィルタ104、105の波長設定手法は、
次の通りである。指紋撮像用に用いるガラスプリズム1
02の汚れは、そのほとんどが指に付着した汗や油であ
り、その汚れの粒形はおよそ数μm〜数100μmであ
る。このため、図1に示す指紋入力部(ガラスプリズム
102)のガラス−空気界面での反射光は、その付着粒
子により散乱される。その散乱特性は、波長の4乗にほ
ぼ反比例するレイリー散乱特性が一般的である。従っ
て、実際のガラスプリズム102からの反射光特性は、
図2に示すように、波長が短くなればその散乱の効果が
大きくなり、ガラスプリズム102からの全反射光が減
衰することになる。図2は、汚れの付着したガラスプリ
ズムからの反射光の実験結果の一例であり、図中の1t
ime、3times、10timesは、ガラスプリ
ズムに指を接した回数を表している。この回数が多いほ
どガラスプリズムに付着した汚れ(汗、油等)が多く付
着していることになる。
【0021】一方、指からの反射率スペクトルは、図3
に示すように波長が長くなればその反射率が減少する傾
向にある。この原因は、参考文献、「深沢要、“LAS
ERACPUNCTURE−レーザー鍼その基礎と臨床
−(レーザー鍼の基礎)”、O pulse E、N
o.95、pp.70−75、1987年10月」によ
れば、主に生体中の水分による吸収によるものと推測さ
れる。
【0022】このように、汚れの付着したガラスプリズ
ムの反射特性と、被検体である指の反射特性は、その波
長特性において相反する特性を有しており、波長が長く
なれば長くなるほどその両者の反射光の比が大きくな
り、高コントラストな撮像が可能になる。従って、実際
の応用で想定される汚れの付着したガラスプリズムを用
いて指紋撮像を行なう場合では、可視光より相対的に波
長の長い近赤外光を用いたほうが高コントラストな撮像
が可能になる。例えば、図2、図3の結果を比較すると
(図4参照)、光源波長を580nm以上に設定すれ
ば、コントラスト比が最低1以上の撮像が可能となる。
また、この場合において、撮像面でのコントラスト比を
なるべく大きくしたい場合は、波長はなるべく長く設定
すればよい。具体的には、図2〜図4で波長の最も長い
1600nmに設定すれば、そのコントラスト比を約
1.5と最も大きくできる。
【0023】一方、撮像する画像の空間的な解像度を決
定するのは光源波長であり、波長が短ければその空間的
解像度は改善され、高精細な撮像が原理的に可能にな
る。すなわち、画像の空間解像度の面では近赤外光より
も波長の短い可視光の方が有利である。しかしながら、
今回の応用では、指紋撮像が目的でありその凹凸のピッ
チはおよそ500μm程度である。従って、その撮像に
要する空間的解像度は10μm程度以下あれば十分であ
る。従って、指紋撮像については、撮像に用いる光源波
長は少なくとも数μm以下の近赤外光であれば十分な解
像度を実現できる。したがって、プリズムの汚れに対し
て散乱効果の強い可視光を用いるよりも、散乱効果の小
さい近赤外光領域の光を用いる方が、コントラストの高
い撮像が可能となり、より現実的な指紋入力装置を実現
できる利点がある。
【0024】なお、近赤外光領域で撮像を行うために
は、少なくとも光源側または撮像側の一方の光の波長を
近赤外光領域にすれば良い。また、近赤外光源101の
波長もしくはカメラの感度波長が580〜1600nm
の範囲に設定されたものを用いれば、波長を可変にする
必要が無い場合では第1のあるいは第2の波長選択手段
104,105は不要となる。また、近赤外光源101
が波長可変半導体レーザーのように、発光波長を可変で
きるものであれば、波長可変の場合でも第1の波長選択
手段104が不要になる。
【0025】(実施例1)本発明の第1の実施例を示
す。上記原理の説明で参照した図1は、本発明の第1の
実施例を示している。101は近赤外光源であり、半導
体レーザー、あるいは、近赤外発光ダイオード、あるい
は、タングステンランプなどで構成され、波長580n
m〜1600nm帯を含む平行光を発生する。104は
第1の波長選択手段であり、回折格子や液晶ファブリペ
ローエタロン等の波長可変フィルタなどで構成される。
この第1の波長選択手段104は、主に光源101の波
長をある一定の波長に選択する手段であり、半導体レー
ザーなどのように発光波長が一定である場合は必ずしも
必要としない。しかし、近赤外光源101に、発光波長
分布を有する近赤外発光ダイオード、あるいは、タング
ステンランプなどを用いる場合では、光源の波長を可変
に設定する、あるいは、ある単色光を選択する、あるい
は、複数の単色光の組み合わせ光を選択する場合に必要
である。なお、本実施例では、近赤外光源101とし
て、発光波長分布が近赤外光領域の他に可視光領域等を
含むような近赤外光源を利用できる利点がある。
【0026】102はガラスプリズムであり、通常、被
検体(指)が無い状態では、第1の波長選択手段104
を通して光源101から入射される入射光が全反射する
ように設置する。
【0027】105は撮像のための受光系の第2の波長
選択手段であり、具体的には、第1の波長選択手段と同
様、回折格子や液晶ファブリペローエタロン等の波長可
変フィルタなどで構成され、カメラ103の前に設置さ
れる。通常の動作では、第1の波長選択手段104と第
2の波長選択手段105の透過波長帯は、同一の透過波
長帯を選択する。この場合では、指紋の像がカメラ10
3で直接撮像できる。このとき、波長選択手段104、
105を用い撮像に用いる光の波長を走査し、そのそれ
ぞれの波長で撮像した指紋像を信号処理装置109で比
較することにより、ガラスプリズム102の汚れに耐性
の高い指紋像を撮像することができる。
【0028】また、上記原理の説明したと同様、波長選
択手段104、105を用い波長を走査すれば、光源の
波長範囲内での複数の波長で測定した指紋画像スペクト
ルも測定可能である。
【0029】さらに、光源の波長を第1の波長選択手段
104である特定の波長で固定し、第2の波長選択手段
105で撮像波長を走査すれば、指紋の蛍光像が測定で
きる。
【0030】上記、光源、あるいは、撮像に用いる波長
を、生体特有なヘモグロビンの吸収波長(約930n
m)、あるいは、脂肪の吸収波長(約930nm)、あ
るいは、水の吸収波長(約970nm)に設定すれば、
その物質に特有な指紋像が撮像でき、生体でない物体
(レプリカ)との区別も可能となる。
【0031】(実施例2)図5に、本発明の第2の実施
例を示す。本構成は、図1の第1の実施例における第1
の波長選択手段104が無い構成例であり、他は第1の
実施例と同一である。第1の実施例に示した第1の波長
選択手段104は、主に近赤外光源101の波長をある
一定の波長に選択する手段であり、光源101に半導体
レーザーなどのように発光波長が一定である光源を用い
た場合では必ずしも必要としない。また、光源101が
発光波長分布を有する場合でも、波長選択手段105に
より撮像波長を選択可能であるので、第1の実施例と同
様に、複数の波長で測定した指紋画像スペクトルも測定
可能である。
【0032】さらに、波長選択手段105で撮像波長を
走査すれば、指紋の蛍光像も実施例1で示した動作同
様、測定できる。
【0033】本構成は、波長選択手段の数を、第1の実
施例の構成に比較して1個に減らすことができるので、
その制御も容易であるばかりでなく、製造コストも削減
できる利点がある。
【0034】(実施例3)図6に、本発明の第3の実施
例を示す。本構成は、図1の第1の実施例における第2
の波長選択手段105が無い構成例であり、他は第1の
実施例と同様である。波長選択手段104は、主に近赤
外光源101の波長をある一定の波長に選択する。この
波長選択手段104の透過波長を走査することにより、
第1の実施例と同様に、複数の波長で測定した指紋画像
スペクトルが測定可能である。
【0035】本構成は、波長選択手段の数を第1の実施
例に示した構成に比較して1個に減らすことができるの
で、その制御も容易であるばかりでなく、製造コストを
削減できる利点がある。
【0036】(実施例4)図7に、本発明の第4の実施
例を示す。本実施例は、第1の実施例のガラスプリズム
102を用いず、平面ガラス基板115上に光センサ1
14を2次元状にアレイ化した2次元光センサ116を
用いて構成した薄型指紋撮像モジュールの構成例であ
る。
【0037】110は近赤外の平面光源であり、111
は平面光源110からの光の波長選択手段(回折格子、
あるいは、波長可変フィルタ)である。113はコリメ
ート光学系であり、波長選択手段111からの光を通過
させることにより平行光を発生する手段である。具体的
には、光ファイバを複数本束ねて構成した光ファイバプ
レート等の光学系で構成される。
【0038】116は透過型2次元光センサであり、ガ
ラス基板115上に遮光膜112を堆積した光センサ1
14を、2次元アレイ状(正方格子状、あるいは、三角
格子状、あるいは、六角格子状)に配列し、そのそれぞ
れの光センサ114から出力される信号電極を周辺回路
117へ接続する構成を有している。この周辺回路11
7では、各々の光センサからの出力電気信号を信号処理
装置109へ送信するための信号変換を行なう。遮光膜
112は、光源110から直接入射する入射光を遮光す
る機能を有しており、被検体である指紋からの信号のみ
を検出するように構成されている。
【0039】被検体である指106は、2次元光センサ
116が形成されたガラス基板115の面の反対側の面
上に接するように置く。平面光源110からの入射光
は、光センサ114間の隙間を通って入射し、指紋の凹
部108では、ガラスと空気の界面で反射され、その反
射光が光センサ114へ到達する。その反射光の強度
は、ガラスの屈折率約1.5と空気の屈折率約1.0の
屈折率差の2乗に比例し、強い反射を生じる。
【0040】一方、指紋の凸部107では、入射光のほ
とんどが指106により吸収され、その反射光は減衰す
る。この指紋の凸部107と凹部108の反射光の差を
各光センサ114で直接検出し、指紋の2次元画像を撮
像する。
【0041】なお、第1の実施例と同様、波長選択手段
111を用いて波長を選択することにより、ガラス基板
の汚れに対して、耐性の高い、高コントラストな撮像が
実現できる。
【0042】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
指紋入力装置によれば、指紋入力部の汚れに対して影響
の少ない波長の光、具体的には近赤外光を用いて指紋を
撮像するようにしたので、指紋入力部の汚れに対して耐
性の強い、高コントラストな指紋撮像が可能になる。従
って、指紋の誤認識に至る確率が減少できる利点が得ら
れる。
【0043】また、近赤外光を得るために波長選択手段
を用い、さらに、その波長選択手段による指紋撮像波長
を可変にした場合には、様々な汚れに対してフレキシブ
ルに対応でき、安定かつ、高コントラストな指紋撮像が
可能になる。
【0044】また、光源の波長、あるいは、光検出手段
の光検出波長、あるいは、波長選択手段の透過波長を生
体特有の吸収波長に設定した場合には、被検体が生体で
あるか否かを識別することができ、指紋照合の信頼性を
高めることができる。
【0045】さらに、波長選択手段の透過波長を走査す
るようにした場合には、指紋の蛍光像を撮像することが
できるので、レプリカなどを用いて悪用に対して耐性の
ある指紋入力装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す構成図
【図2】本発明の動作原理を説明する図であって、汚れ
の付着したガラスプリズムからの反射光スペクトル図
【図3】本発明の動作原理を説明する図であって、指か
らの反射光スペクトル図
【図4】図2と図3の比較スペクトル図
【図5】本発明の第2の実施例を示す構成図
【図6】本発明の第3の実施例を示す構成図
【図7】本発明の第4の実施例を示す構成図
【符号の説明】
101…近赤外光源 102…ガラスプリズム 103…カメラ 104…第1の波長選択手段(波長可変フィルタ) 105…第2の波長選択手段(波長可変フィルタ) 106…指(被検体) 107…指紋の凸部 108…指紋の凹部 109…信号処理装置および周辺機器駆動装置 110…近赤外光源 111…波長選択手段 112…遮光膜 113…コリメート光学系 114…光センサ 115…ガラス基板 116…2次元光センサ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 指紋撮像の照明に用いる光源と、指紋を
    検出するための指紋入力光学系と、撮像のための光学系
    と、同じく撮像のための光検出手段を具備する指紋入力
    装置において、 撮像に波長580nm〜1600nmの近赤外光領域を
    用いることを特徴とする指紋入力装置。
  2. 【請求項2】 光源として、波長580nm〜1600
    nmの近赤外光領域の光源を用いることを特徴とする請
    求項1記載の指紋入力装置。
  3. 【請求項3】 光源が、波長580nm〜1600nm
    の近赤外光領域の波長選択手段を具備することを特徴と
    する請求項1記載の指紋入力装置。
  4. 【請求項4】 撮像のための光検出手段として、波長5
    80nm〜1600nmの近赤外光領域に感度を有する
    光検出手段を用いることを特徴とする請求項1記載の指
    紋入力装置。
  5. 【請求項5】 撮像のための光検出手段が、波長580
    nm〜1600nmの近赤外光領域の波長選択手段を具
    備することを特徴とする請求項1記載の指紋入力装置。
  6. 【請求項6】 光源が、光源波長を可変とするものであ
    ることを特徴とする請求項2記載の指紋入力装置。
  7. 【請求項7】 波長選択手段が、透過波長を可変とする
    ものであることを特徴とする請求項3または請求項5記
    載の指紋入力装置。
  8. 【請求項8】 光源もしくは波長選択手段もしくは光検
    出手段の設定波長を生体特有の物質の吸収波長としたこ
    とを特徴とする請求項2または請求項3または請求項4
    または請求項5記載の指紋入力装置。
  9. 【請求項9】 光源波長もしくは波長選択手段の透過波
    長を走査することを特徴とする請求項6または請求項7
    記載の指紋入力装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6888956B2 (en) 2000-07-25 2005-05-03 Nec Electroncs Corporation Fingerprint authentication apparatus
JP2008181544A (ja) * 2001-06-13 2008-08-07 Tst Biometrics Holding Ag 天然のままの皮膚を識別するための装置及び方法
US8854179B2 (en) 2006-04-10 2014-10-07 Electrolux Home Products Corporation N.V. Household appliance with fingerprint sensor

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