Fingerprint sensing techniques
Techniques de capture d'empreintes digitales

Optical readers / La lecture optique

Reflection / par réflexion

Transmission / par transmission

Sweep, sweep with a roller / à balayage, avec une roulette

Touchless / sans contact

TFT

Electro-optical readers / La lecture électro-optique

Capacitance / capacitif

Silicon chips / Puces silicium

TFT

RF field / transmission RF

Pressure / pression

Resistive membrane on silicon, TFT / Membrane résistive sur puce silicium, TFT

Tactile MEMS

Thermal / Thermique

Ultra-sound / Ultrasons

Ink and paper are the tried-and-true way to take fingerprints, but technology has found ways to eliminate smudges and ink stains.
L'encre et le papier a longtemps été la méthode traditionelle pour collecter les empreintes, mais la technologie a vite permis d'éliminer les tâches.

Optical readers / La lecture optique

Reflection / Réflexion

The oldest 'live-scan' readers use frustrated refraction over a glass prism (when the skin touches the glass, the light is not reflected but absorbed). The finger is illuminated from one side with a LED while the other side transmits the image through a lens to a camera. (FTIR: frustrated total internal reflection).
La plus ancienne technique de capture d'empreinte "live" est l'usage de la réflexion totale sur un prisme en verre (lorsque la peau touche le verre, la lumière n'est plus réfléchie, elle est absorbée). Le doigt est éclairé à l'aide d'une DEL (diode électroluminescente) par un coté du prisme, tandis que l'image est récupérée de l'autre coté avec une lentille et un capteur d'image

Many companies are offering such devices, this is a common technology. Some are offering some variants less common.
Cette technologie de capture est très courante, et de nombreuses compagnies l'utilisent. Quelques-unes offrent des variantes moins courantes.

Nagoya University uses a micro-collimator instead of the fiber optic, enabling direct fingerprint comparison.
L'université de Nagoya utilise un micro-collimateur à la place de la fibre optique, afin de réaliser une comparaison directe de l'empreinte.

Reflection with sweep / Réflexion avec balayage

Kinetic Sciences and Cecrop/Sannaedle have proposed sweep optical sensors based on this principle. Cecrop seems to have abandonned this device.
Kinetic Sciences et Cecrop/Sannaedle ont proposé des capteurs optiques à balayage basé sur ce principe. Il semblerait que Cecrop ait abandonné ce produit.

Casio + Alps Electric uses a roller with the sensor inside. The roller acts like the prism.
Casio + Alps Electric utilise une roulette contenant le capteur. La roulette agit comme prisme.

As well as Digital Persona with the Firefly
Ainsi que Digital Persona et son Firefly

Reflection touchless / Réflexion sans contact

TST removed the prism by directly reading the fingerprint, so the finger does not touch anything (but still need a guide to get the right optical distance). Thales (formerly Thomson-CSF) also proposed the same, but with the use of a special powder to put on the finger.
TST a retiré le prisme en lisant directement l'empreinte, le doigt ne touche plus rien (mais cela dit, un guide est nécessaire pour obtenir la bonne distance focale). Thales (ex-Thomson-CSF) a aussi proposé la même chose, mais en utilisant une poudre spéciale à poser sur le doigt.

Transmission

It is also possible to directly read the light transmitted by the finger.
On peut aussi utiliser la lumière transmise par le doigt.

Mitsubishi proposes to read the fingerprint with a regular camera.
Mitsubishi propose de lire l'empreinte avec une caméra normale.

NEC and Delsy (and Secom?) use a CMOS camera which is the size of the finger, with a fiber optic in-between, the light is coming from the edges in this case.
NEC et Delsy (et Secom?) utilisent un capteur optique CMOS qui est nécessairement de la taille du doigt, avec une fibre optique déposée sur le capteur, la lumière provenant des bords dans ce cas.

TFT optical / TFT optique

Philips replaces the CMOS sensor by a TFT display, used as sensor. Philips has also worked with Ethentica to combine their technologies, but without known product. LG has also studied a TFT sensor.
Philips remplace le capteur CMOS par un afficheur TFT, utilisé comme capteur. Philips a également travaillé avec Ethentica pour combiner leur technologies. LG a aussi fait des recherches sur les capteurs TFT.

While Casio proposes a product.
Casio propose un produit.

A variant of TFT devices is the use of capacitance information instead of reflected light.

Electro-optical readers / La lecture électro-optique

Some polymers are able to emit light when properly excited with the proper voltage (generally quite a high voltage is required. This polymer is directly contacting a CMOS camera, which is necessarily the size of the finger. Generally, the finger acts as the ground, and the polymer emits light where the ridges touch. Ethentica and Testech propose such a solution.
Certains polymères sont capables d'émettre de la lumière lorsqu'ils sont convenablement polarisé (généralement une assez haute tension est requise). Ce polymère est directement déposé sur une caméra CMOS, qui est nécessairement de la taille du doigt. En général, le doigt sert de masse, et le polymère émet de la lumière là où les crêtes touchent. Ethentica et TestTec propose ce genre de capteur.

Capacitance / Capacité

After optical sensing, the measurement of the capacitance between the skin and the pixel is the most physical effect used to acquire fingerprints. Where there is a ridge or a valley, the distance varies, as does the capacitance. Because an electrical field is measured and the distance between the skin and the pixel must be very low to provide enough sensitivity, the coating must be as thin as possible (a few microns). A significant drawback is vulnerability to strong external electrical fields, the most dangerous being ESD (Electro-Static Discharge).
Après la lecture optique, la mesure de la capacité électrique entre la peau et le pixel est l'effet physique le plus souvent mis en oeuvre: la capacité électrique varie comme l'inverse de la distance, ce qui permet de distinguer crêtes et vallées. Comme le champ électrique mesuré entre la peau et le pixel est très faible, la protection surfacique doit être très mince (quelques microns) afin d'obtenir une sensiblité correcte. Un défaut connu est la sensibilité aux forts champs électriques, comme ceux provoqués par les décharges électrostatiques ESD.

Silicon chips + capacitance / Les puces silicium + capacité

Silicon chips can be seen as a variant of the CMOS cameras: instead of using the light, another physical effect is used.
Les puces silicium (électroniques) peuvent être vues comme une variante des cameras CMOS: au lieu d'utiliser les photons, un autre effet physique est utilisé.

Companies proposing (or having proposed) capacitance sensing:
Compagnies proposant (ou ayant proposé) des capteurs d'empreintes capacitifs:

Labs working (or having worked) on silicon capacitance sensors:
Laboratoires travaillant (ou ayant travaillés) sur les capteurs d'empreintes capacitifs:

Seoul University

Kaist

NTT

Capacitance + TFT / capacitif + TFT

Flat panel technology rather than bulk silicon has been studied by Philips Korea and some others, using capacitive sensing. This is still at the laboratory stage.
La technologie des écrans plats a été étudiée par Philips comme substitut du silicium, en utilisant un effet capacitif. C'est encore au stade de la recherche en laboratoire.

RF field / transmission RF

Sometimes confused with capacitance sensing, the only common point between RF field sensing and capacitance sensing is the "capacitance" connection of the signal.
Parfois confondu avec les capteurs capacitifs, le seul point commun entre un capteur RF et un capteur capacitif est la liaison électrique "capacitive" du signal.

A low radio frequency (RF) signal is injected into the finger, then read by the pixels on the silicon acting like antennas. The signal strenght depends on the capacitance connection, so from the distance between the skin and the pixel.
Un faible signal radiofréquence est injecté dans le doigt, puis lu par les pixels sur le silicium qui agissent comme des antennes. La puissance du signal lu dépend de la liaison capacitive, donc de la distance entre la peau et le pixel.

Companies proposing (or having proposed) capacitance sensing:
Compagnies proposant (ou ayant proposé) des capteurs d'empreintes RF:

Labs working (or having worked) on RF capacitance sensing:
Laboratoire travaillant (ou ayant travaillé) sur les capteurs d'empreintes RF:

An alternate solution consists in having connection through wires, so the finger is not mandatory directly in contact with the silicon part.
Une solution alternative consiste à avoir les connexions via des fils, ce qui évite d'avoir le doigt directement en contact avec le silicium.

Pressure / Pression

This is one of the oldest ideas, because when you put your finger on something, you apply a pressure. Piezo-electric material has existed for years, but unfortunately, the sensitivity is very low. Moreover, when you add a protective coating, the resulting image is blurred because the relief of the fingerprint is smoothed.
These problems have been solved, and now some devices using pressure sensing are available.
C'est une des plus anciennes idées, car lorsque vous posez votre doigt, vous appliquez une pression. Les matériaux piézo-électriques sont connus depuis longtemps, mais malheureusement leur sensibilité est très faible. De plus, lorsque vous ajoutez une protection surfacique, l'image résultante est floue car le relief de l'empreinte est atténué.
Ces problèmes ont été résolus, et maintenant quelques dispositifs utilisant la pression sont disponibles.

Several solutions, depending on the material, have been proposed:

Conductive membrane on silicon / Membrane conductrice sur silicium

Opsis (a french company) offered a device using a conductive membrane deposited on a CMOS chip (July 1994).
Opsis (France) a offert un dispositif utilisant une membrane conductrice déposée sur une puce CMOS (juillet 1994).

Conductive membrane on TFT / Membrane conductrice sur TFT

(April 2004) Alps Electric develops 2 fingerprint sensors. One is based on pressure.
Alps Electric développe 2 capteurs d'empreinte. L'un d'eux est basé sur la pression.

Tactile MEMS

Micro electro-mechanical devices allow engineers to make extremely tiny silicon switches. When a ridge touches a switch, it closes. But the coating remains a significant problem, and moreover, a binary image is the result, leading to minimal information. No further development has been done with this technique beyond the laboratory.
Les dispositifs micro-usinés permettent la réalisation de très petits interrupteurs. Lorsque qu'une crête touche un interrupteur, elle le ferme. Mais la protection surfacique reste un problème délicat, et de plus on obtient une simple image binaire, contenant peu d'information. Il n'existe pas encore de développement ayant dépassé le stade du laboratoire.

Thermal / Thermique

Pyro-electric material is able to convert changes in temperature into a specific voltage. This effect is quite large, and is used in infrared cameras. This type of sensor doesn't measure the difference of temperature between the skin in the ridges and valleys, because the difference is negligible. In fact, as the finger is directly placed on the material, the ridge's temperature is what's measured, as it's in contact. The valleys don't make contact, so the temperature of the pyro-electric material under the valleys remains almost unchanged. A drawback of the technique is that the image disappears quickly. When you place your finger on the sensor, there is a big change of temperature, and therefore signal, but after a short period (less than a tenth of a second), the image vanishes. The finger and the chip have reached thermal equilibrium, and as there is no change in temperature, there is no signal. This effect disappears when you sweep your finger over the sensor, because of the touch/no touch of ridge/valley.
Les matériaux pyro-électriques convertissent un changement de température en charges électriques. Cet effet est assez important, et largement utilisé dans les caméras infrarouges. Ce type de capteur ne mesure pas la différence de température de la peau des crêtes et vallées, qui est négligeable. En fait, lorsque le doigt est posé en contact avec le matériau, la température des crêtes est mesurée, car elle est en contact, à la différence des vallées qui ne le sont pas, et donc n'apporte pas de changement de température. Lorsque le doigt est placé sur le capteur, une très grosse variation de température est induite, donc on obtient beaucoup de signal, mais celui-ci disparait assez vite car l'équilibre thermique est vite atteint. Cet effet (néfaste dans le cas où on ne bouge pas) disparaît lorsque l'on balaye le doigt à la surface du capteur, car la succession des crêtes et vallées induit le changement de température du matériau.

Ultra-sound / Ultrasons

Ultra-sound fingerprint reading is not common. It may be seen as a kind of echography. Ultra-sound sensing requires quite a big device with mechanical parts, and is quite expensive. Moreover, it takes a few seconds to grab an image. It is not suited for large production volumes at low cost. Its main advantage is the reading of the derma, the sub-surface of the skin, rather than the surface.
La lecture par ultrasons d'empreinte n'est pas courante. C'est une sorte d'échographie du doigt. La lecture par ultrasons requiert un assez gros dispositif avec des parties mécaniques, et est assez cher. De plus, il faut plusieurs secondes pour capturer une image. Ce n'est pas une technique commode pour de la production de volume à faible coût. Son principal intérêt réside dans la lecture du derme, sous la surface de la peau, plutôt que la surface elle-même.

Surface impedance impediography

(2004) CrossMatch is developping a fingerprint sensor based on piezo-electric pillars glued in teflon and covered with urethan, based on ultra-sound.