CN108604295A - 用于测试指纹传感器的测试头 - Google Patents
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Abstract
一种用于测试指纹传感器的测试头(100)，该测试头(100)包括：功能层(110)，该功能层(110)的材质与该指纹传感器的类型有关，该功能层(110)包括相对的第一表面(111)与第二表面(112)，该第一表面(111)包括图案；该支撑层(120)，该支撑层(120)的材质为模拟人手柔软度的绝缘材质，该支撑层(120)与该功能层(110)通过该第二表面(112)粘接，相对于现有技术中的测试头，本申请提供的测试头(100)具有较大的灵活性，可以较大程度地模拟人手直接按压指纹传感器的效果。
Description
本申请涉及指纹传感器测试技术领域，并且更具体地，涉及一种用于测试指纹传感器的测试头。
近年来，指纹解锁几乎是智能手机、平板设备的标配，它使解锁功能更便捷，同时保障了智能设备的安全。指纹传感器输出图像质量的好坏直接影响了解锁性能，因此在生产线需要对指纹传感器图像质量进行测试与管控。业界现有的测试方法是将一个标准测试头(对于电容式指纹传感器需要接地)以一定压力按压到传感器表面，传感器触发图像采集功能，输出图像，通过图像分析对传感器成像质量进行打分，从而实现对传感器性能的管控。
由于导电硅胶材质软不损伤传感器表面，同时导电的特性更易于接地，是目前业界使用最广泛的制作标准化测试头的材料。
当前技术中的测试头的设计结构单一，无法灵活地模仿人手直接按压指纹传感器的效果，从而无法满足复杂的测试环境要求。
发明内容
本申请提供一种用于测试指纹传感器的测试头，具有较大的灵活性，可以较大程度地模拟人手直接按压指纹传感器的效果。
第一方面，提供一种用于测试指纹传感器的测试头，所述测试头包括：功能层，所述功能层的材质与所述指纹传感器的类型有关，所述功能层包括相对的第一表面与第二表面，所述第一表面包括图案；所述支撑层，所述支撑层的材质为模拟人手柔软度的绝缘材质，所述支撑层与所述功能层通过所述第二表面粘接。
所述指纹传感器的类型是针对所述指纹传感器的探测物理量来说的。具体地，所述指纹传感器的类型包括电容式指纹传感器、超声波指纹传感器，与光学指纹传感器等。
当前技术中的测试头的设计结构单一，无法灵活地模仿人手直接按压指纹传感器的效果，从而无法满足复杂的测试环境要求。
本方案提供的用于测试指纹传感器的测试头，通过采用多层结构(包括功能层与支撑层)，且使不同层模拟生物特性的不同维度(功能层包括模拟人手纹路的图案，支撑层采用模拟人手柔软度的材质)，相对于现有技术的测试头具有较大的灵活性，可以较大程度地模拟人手直接按压指纹传感器的效果。
在一种可能的实现方式中，所述第一表面上的图案包括凹凸不平的图案，例如所述第一表面上的图案为模拟人手指纹的图案，以实现类似人手触摸的图像效果。
在一种可能的实现方式中，所述测试头在测试所述指纹传感器时，所述第一表面用于按压在所述指纹传感器的指纹感应区域上。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述指纹传感器为电容式指纹传感器，所述功能层的材质为电导率稳定的导电材质，所述功能层包括用于接地的引线。
当前技术中，用于测试电容式指纹传感器的测试头是采用导电硅胶实现的，由于导电硅胶材料通过掺杂导电颗粒实现导电，因此导电硅胶的电导率随压力敏感，导致测试头的测试重复性差，影响了对指纹传感器性能的判定准确性以及产线测试效率。
而本方案提供的用于测试电容式指纹传感器的测试头，包括采用导电性能稳定的材质的功能层与采用模拟人手柔软度的材质的支撑层，且功能层可以实现接地，且接地电阻较为稳定，相对于传统的电容式测试头，具有较好的导电稳定性，从而具有较好地测试重复性，提高测试效率。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述功能层包括至少一个过孔，所述至少一个过孔使得所述第一表面与第二表面电连接，所述引线从所述第二表面上与所述至少一个过孔电连接的部位引出。
在本方案中，通过第一表面111与第二表面112之间的过孔，以及第二表面引出接地引线的方式实现功能层110的接地，使得用于测试电容式指纹传感器的测试头的接地阻抗较小且较为稳定。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一表面的图案为斜条纹，所述第一表面的边缘包括导通层，所述导通层与所述斜条纹中的每条条纹电连接。
在一种可能的实现方式中，还可以在第一表面的图案的表面做漏铜处
理，进一步在图案表面电镀一层金层，例如金层的厚度为4～6um，以防止漏铜氧化。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述功能层的材质为下列金属中的任一种：铜，金或银。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述指纹传感器为超声波指纹传感器，所述功能层的材质为其阻抗与人手阻抗相接近的材质。
在一种可能的实现方式中，所述指纹传感器为超声波指纹传感器，所述功能层的材质为聚偏二氯乙烯PVD。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述指纹传感器为光学指纹传感器，所述功能层的材质为其折射率与人手折射率相接近的材质。
在一种可能的实现方式中，所述指纹传感器为光学指纹传感器，所述功能层的材质为猪皮或乳胶。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一表面的图案为下列图案中的任一种：斜条纹，回字形或小孔。
在一种可能的实现方式中，还可以在第一表面111上设计包含汗孔、端点、弯曲等更复杂的图案，
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述支撑层的材质为下列材质中的任一种：不导电硅胶，聚二甲基硅氧烷PDMS，以及树脂类材料。
在一种可能的实现方式中，所述支撑层还可以制作成模拟人手轮廓的形状。
基于上述分析，本申请提供的用于测试指纹传感器的测试头，通过采用多层结构(包括功能层与支撑层)，且使不同层模拟生物特性的不同维度(功能层包括模拟人手纹路的图案，支撑层采用模拟人手柔软度的材质)，相对于现有技术中的测试头具有较大的灵活性，可以较大程度地模拟人手直接按压指纹传感器的效果。
图1A与图1B为本发明实施例提供的用于测试指纹传感器的测试头的示意图。
图2A、图2B与图2C为本发明实施例提供的用于测试指纹传感器的测试头的功能层上的图案的示意图。
图3为本发明实施例提供的用于测试电容式指纹传感器的测试头的示意图。
图4为利用图3所示的测试头测试电容式指纹传感器采集到的图像的示意图。
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
指纹传感器(又称Fingerprint Sensor)是实现指纹自动采集的关键器件。指纹传感器按传感原理，即指纹成像原理和技术，分为光学指纹传感器、电容式指纹传感器、超声波传感器等。
指纹传感器广泛应用于智能设备的指纹解锁或者指纹防伪检测等领域。指纹传感器输出图像质量的好坏直接影响了指纹传感器的应用性能，因此在指纹传感器的生产线需要对指纹传感器的图像质量进行测试与管控。当前，业界的测试方法是将一个标准测试头以一定压力按压到指纹传感器的指纹感应区域表面，指纹传感器触发图像采集功能，输出图像，通过图像分析对指纹传感器的成像质量进行打分，从而实现对指纹传感器的图像质量进行管控。
由于导电硅胶的材质软不损伤传感器表面，同时导电硅胶的导电特性更易于接地，导电硅胶是目前业界使用最广泛的制作标准化测试头的材料。
当前技术中的测试头的设计结构单一，无法灵活地模仿人手直接按压指纹传感器的效果，从而无法满足复杂的测试环境要求。
此外，导电硅胶是将镍包铜粉、银粉等导电颗粒均匀分布在硅胶中，通过压力使导电颗粒接触，实现导电性能。但是，由于导电硅胶通过掺杂导电颗粒实现导电，因此其电导率随压力敏感，导致测试头的测试重复性差，影响了对指纹传感器性能的判定准确性以及产线测试效率。
针对上述技术问题，本发明实施例提出一种用于测试指纹传感器的测试头，相对于现有技术中的测试头，具有较大的灵活性，可以较大程度地模拟人手直接按压指纹传感器的效果，而且也可以克服测试重复性的缺点。
图1A为本发明实施例提供的用于测试指纹传感器的测试头100的截面示意图，该测试头100包括：功能层110与支撑层120，该功能层110包括相对的第一表面111与第二表面112。为了便于体现第二表面112，在图1
中，功能层110与支撑层120之间有空隙，应理解，实际应用中，功能层110与支撑层120通过第二表面112粘接在一起，具体地，可以通过双面背胶粘接，也可以通过其他具备粘接功能的物质粘接，本发明实施例对此不作限定。应理解，也可以将功能层110与支撑层120之间的粘接物质称为测试头100的中间层。
图1B为本发明实施例提供的用于测试指纹传感器的测试头100的俯视图，具体地，该俯视图的视图方向指的是从功能层110看向支撑层120的方向。如图1B所示，在俯视图的方向上，功能层110的平面(第一表面111所在的平面)完全位于支撑层120的平面范围内。具体地，功能层110的平面(第一表面111所在的平面)的面积小于或等于支撑层120的平面的面积。
该功能层110的材质与指纹传感器的类型有关。
指纹传感器的类型是基于指纹传感器的探测物理量划分的，例如，基于探测物理量的不同，指纹传感器包括如下类型：电容式指纹传感、超声波指纹传感器与光学指纹传感器等。
具体地，当该指纹传感器为电容式指纹传感器时，该功能层110需要采用导电材质，并且是电导率稳定的材质，例如铜、金或银等导电金属材料。当该指纹传感器为超声波指纹传感器时，该功能层110需要采用阻抗与人手阻抗相接近的材质，例如聚偏二氯乙烯PVD或其他聚合物。当该指纹传感器为光学指纹传感器时，该功能层110需要采用折射率与人手折射率相接近的材质，例如猪皮、乳胶等材料。
该第一表面111包括图案。
可选地，该第一表面111包括凹凸不平的图案，例如该第一表面111包括模拟人手指纹(脊与谷)的图案，以实现类似人手触摸的图像效果。
应理解，指纹是人体表皮上突起的纹线，凸起的部分可以称为脊(或纹峭)，凹的部分可以称为谷(或纹峪)。指纹有三种基本形状：螺旋形，环形，弓形。指纹的总体特征的区域特征模式包括：核心点，三角点，式样线。指纹的局部特征(指纹上的节点)包括：终结点，分叉点，孤立点与中心点等。
具体地，该第一表面111上的图案可以为如图2A所示的回字形；或者该第一表面111上的图案可以为如图2B所示的斜条纹。
还应理解，该第一表面111上包括的图案也可以不是凹凸不平的，该第一表面111上包括的图案只要能够使得被测试的指纹传感器采集到图像即
可。
具体地，该第一表面111上的图案为如图2C所示的小孔。
需要说明的是，除了图2A、图2B与图2C所示的图案之外，根据测试需求，还可以在第一表面111上设计包含汗孔、端点、弯曲等更复杂的图案，本发明实施例对比不作限定。
应理解，当该测试头100投入应用时，该第一表面111被按压在该指纹传感器的指纹感应区域表面。
该支撑层120的材质不导电，该支撑层的材质为模拟人手柔软度的材质。
具体地，该支撑层120可以选择的材质包括但不限定于：不导电硅胶，聚二甲基硅氧烷PDMS，以及树脂类材料。
应理解，该支撑层120采用模拟人手柔软度的柔软材料，在该测试头100被按压到指纹传感器上时，使该测试头100与指纹传感器的指纹感应区域表面易于无缝贴合，从而较大程度地模拟人手触摸指纹传感器的效果。
可选地，该支撑层120可以通过注塑技术制作成规则的方块。
可选地，该支撑层120还可以制作成模拟人手轮廓的形状。
具体地，例如，结合指模的制作工艺，将该支撑层120制作为模拟人的手指轮廓的模型。
当前技术中的测试头的设计结构单一，无法灵活地模仿人手直接按压指纹传感器的效果，从而无法满足复杂的测试环境要求。
本发明实施例提供的用于测试指纹传感器的测试头，通过采用多层结构(包括功能层与支撑层)，且使不同层模拟生物特性的不同维度(功能层包括模拟人手纹路的图案，支撑层采用模拟人手柔软度的材质)，相对于现有技术中的测试头具有较大的灵活性，可以较大程度地模拟人手直接按压指纹传感器的效果。
应理解，本发明实施例的测试头100中的功能层110可以随支撑层120的形变而发生相应的形变。换句话说，功能层110的厚度很小，能够使其随支撑层120的形变而发生形变。
可选地，在一些实施例中，该指纹传感器为电容式指纹传感器，该功能层110的材质为电导率稳定的导电材质，该功能层110包括用于接地的引线。
应理解，电容式指纹传感器的工作原理为：手指的脊和谷触摸到电容传感器表面，形成一幅带有容值差异的图像，通过一定处理后输出灰度图像。
具体地，按检测电容值的不同分为自容和互容两种工作方式。自容指纹传感器的每个像素阵列是一个电容极板，指纹的脊与谷与像素阵列极板之间形成不同的电容值，从而产生图像。互容指纹传感器由Rx和Tx层组成，指纹的脊与谷落在Rx和Tx的交点上产生不同的电容值，以此产生图像。因此，用于测试电容式指纹传感器的测试头需要具备导电与接地功能。
具体地，在本发明实施例中，该功能层110的材质可以为下列金属中的任一种：铜，金或银。
具体地，在本发明实施例中，该功能层110的接地线可以从功能层110的任一位置引出。
优选地，在本发明实施例中，该功能层110包括至少一个过孔，该至少一个过孔使得该第一表面111与第二表面112电连接，用于接地的引线从该第二表面112上与该至少一个过孔电连接的位置引出。
具体地，如图3所示，图3为用于测试电容式指纹传感器的测试头的示意图。该测试头的第一表面111上的图案为如图2B所示的斜条纹。该第一表面111的边缘包括一圈的导通层，该导通层与该斜条纹图案中的每条条纹电连接。在第一表面111的四个对角上包括过孔140，过孔140与该导通层电连接，该过孔140用于电导通该第一表面111与第二表面112(图3中未示出)。用于接地的引线130从第二表面112上与过孔140电连接的位置引出，具体地，可以设置两根引线130，优选地，如图3所示，这两根引线130可以从两个对称的位置上引出。
在本发明实施例中，通过第一表面111与第二表面112之间的过孔，以及第二表面引出接地引线的方式实现功能层110的接地，使得测试头的接地阻抗较小且较为稳定。
应理解，图3中以两根用于接地的引线130为例进行描述，但实际应用中，可以根据具体情况确定接地引线130的数量，本发明实施例对此不作限定。
具体地，在本发明实施例中，可以采用当前成熟的软板工艺制程制作功能层110。
可选地，在一些实施例中，当在第一表面111上制作模仿人手纹理的图案后，还可以在该图案的表面做漏铜处理。为了防止漏铜氧化，还可以进一步在图案表面电镀一层金层，例如金层的厚度为4～6um。
具体地，当利用图3所示的测试头测试电容式指纹传感器时，电容式指纹传感器采集到的图像如图4所示。
应理解，用于测试电容式指纹传感器的测试头可以称之为电容式测试头。
当前技术中的电容式测试头是采用导电硅胶实现的，由于导电硅胶材料通过掺杂导电颗粒实现导电，因此导电硅胶的电导率随压力敏感，导致测试头的测试重复性差，影响了对指纹传感器性能的判定准确性以及产线测试效率。
而本发明实施例提供的电容式测试头，包括采用导电性能稳定的材质的功能层与采用模拟人手柔软度的材质的支撑层，且功能层可以实现接地，且接地电阻较为稳定，相对于传统的电容式测试头，具有较好的导电稳定性，从而具有较好地测试重复性，提高测试效率。
上文结合图3与图4描述了本发明实施例提供的用于测试电容式指纹传感器的测试头，但本发明实施例并非限定于此，通过适应性修整功能层110，本发明实施例提供的测试头100(如图1A与图1B所示)可以应用于任意类型的指纹传感器。
可选地，在一些实施例中，该指纹传感器为超声波指纹传感器，该功能层的材质为其阻抗与人手阻抗相接近的材质。
例如，在干燥条件下，人体阻抗约为1000～3000Ω。当所述指纹传感器为超声波指纹传感器，该功能层可以采用阻抗为1000～3000Ω的材质。应理解，人体在不同环境条件下，其阻抗可能不同，上述例子仅为示例而非限定。在实际应用中，可以采用阻抗测试仪器测量人手的阻抗，然后选择与测量阻抗相接近的材料制作功能层。具体地，该功能层的材质为聚偏二氯乙烯PVD。
应理解，超声波指纹传感器利用压电材料产生超声波信号，穿过指纹的叠层结构到达手指和表层界面处，利用超声波的反射率与界面两侧阻抗差异相关的特点可以探测指纹图像。具体地，界面两侧阻抗差异越大，超声波的反射率越大。指纹的谷处相当于是空气层，超声波到达表层介质与谷处几乎完全反射，相对的，超声波到达表层介质和脊处则大部分会透射从而形成图像的差异。
可选地，在一些实施例中，该指纹传感器为光学指纹传感器，该功能层的材质为其折射率与人手折射率相接近的材质。
实际应用中，可以利用光学仪器测量手指的折射率，然后选择与人手折射率相接近的材质制作功能层110。具体地，例如，可以选择猪皮、乳胶等仿生物特性的材料制作该功能层。
应理解，光学指纹传感器的原理为：利用指纹的脊谷对光线的反射率的差异进行成像。具体的实现器件包括LED光源、成像光路和光敏二极管探测器件(PD)。其中，PD既可以是基于互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)器件也可以是玻璃基的器件。
需要说明的是，本发明实施例提供的用于测试指纹传感器的测试头的功能层可以更换，例如，需要测试电容式指纹传感器时，将测试头的功能层更换为电容式测试头对应的功能层；需要测试超声波指纹传感器时，将测试头的功能层更换为超声波测试头对应的功能层；需要测试光学指纹传感器时，将测试头的功能层更换为光学测试头对应的功能层。
应理解，上文主要以用于测试电容式指纹传感器、超声波指纹传感器与光学指纹传感器的测试头为例进行了描述，但本发明实施例并非限定于此。只要根据指纹传感器探测的物理量的物理特性合理确定功能层的材质与设计，本发明实施例提供的用于测试指纹传感器的测试头可以应用于其他各种指纹传感器。
本发明实施例可以应用于指纹传感器的生产线或者指纹传感器在手机/平板等智能设备组装的生产线，用于对指纹图像质量进行管控，拦截图像质量不良产品，保证产品性能。
在指纹检测应用中，需要一个可以上下移动，压力可控的机械臂，机械臂末端安装本发明实施例提供的用于测试指纹传感器的测试头。指纹传感器安装在专门的载台上。通过控制机械臂，可以将测试头按压到指纹传感器的指纹感应区域表面上，指纹传感器进行指纹图像的采集。完成指纹图像的采集后，通过控制机械臂抬起测试头，完成指纹传感器的测试。具体流程为：Step1，将指纹传感器放置在载台。Step2，按压机械臂，使得测试头的第一表面压在指纹传感器的指纹感应区域表面。Step3，指纹传感器进行图像采集。Step4，采集的图像送入算法模块，该算法模块用于针对采集的图像进行评价。Step4中提及的算法，指纹传感器的不同厂家所采用的算法不同，这里不做详述。Step5，抬起机械臂，完成测试。
还应理解，本文中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不
用来限制本发明实施例的范围。
应理解，在本发明实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
- 一种用于测试指纹传感器的测试头，其特征在于，包括：功能层，所述功能层的材质与所述指纹传感器的类型有关，所述功能层包括相对的第一表面与第二表面，所述第一表面包括图案；所述支撑层，所述支撑层的材质为模拟人手柔软度的绝缘材质，所述支撑层与所述功能层通过所述第二表面粘接。
- 根据权利要求1所述的测试头，其特征在于，所述指纹传感器为电容式指纹传感器，所述功能层的材质为电导率稳定的导电材质，所述功能层包括用于接地的引线。
- 根据权利要求2所述的测试头，其特征在于，所述功能层包括至少一个过孔，所述至少一个过孔使得所述第一表面与第二表面电连接，所述引线从所述第二表面上与所述至少一个过孔电连接的部位引出。
- 根据权利要求3所述的测试头，其特征在于，所述第一表面包括的图案为斜条纹，所述第一表面的边缘包括导通层，所述导通层与所述斜条纹中的每条条纹电连接。
- 根据权利要求2至4中任一项所述的测试头，其特征在于，所述功能层的材质为下列金属中的任一种：铜，金或银。
- 根据权利要求1所述的测试头，其特征在于，所述指纹传感器为超声波指纹传感器，所述功能层的材质为其阻抗与人手阻抗相接近的材质。
- 根据权利要求6所述的测试头，其特征在于，所述功能层的材质为聚偏二氯乙烯PVD。
- 根据权利要求1所述的测试头，其特征在于，所述指纹传感器为光学指纹传感器，所述功能层的材质为其折射率与人手折射率相接近的材质。
- 根据权利要求8所述的测试头，其特征在于，所述功能层的材质为猪皮或乳胶。
- 根据权利要求1至3、5至8中任一项所述的测试头，其特征在于，所述第一表面包括的图案为下列图案中的任一种：斜条纹，回字形或小孔。
- 根据权利要求1至10中任一项所述的测试头，其特征在于，所述支撑层的材质为下列材质中的任一种：不导电硅胶，聚二甲基硅氧烷PDMS，以及树脂类材料。
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