CN109791177B - 用于指纹感测装置的测试模块 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于对指纹感测装置(110)进行测试的测试模块(100)，包括：导电底部元件(102)，其包括被配置成与指纹感测装置的感测表面接触的外部表面部分；导电中间元件(106)，其在与外部表面相反的一侧被连接至底部元件，该中间元件包括柔性材料，该柔性材料使底部元件能够响应于在外部表面被按压向关于底部元件的外部表面倾斜的表面时所发生的作用力而改变对齐；以及顶部元件(108)，其被配置成将测试模块连接至测试夹具。还提供了一种用于利用所描述的测试模块对指纹感测装置进行测试的方法。

Description

用于指纹感测装置的测试模块

技术领域

本发明涉及用于对指纹感测装置进行测试的测试模块。

背景技术

诸如指纹传感器的生物特征传感器在各种各样的应用中变得越来越普遍，该应用例如是计算机、智能电话、智能卡以及其它需要生物特征身份验证的应用。特别是，电容式指纹传感器已经显示出提供精确的性能，同时具有成本效益并且适于大规模制造。

虽然指纹传感器通常是以高制造精度和高产量而大批量制造的，但是仍然需要对所生产的传感器进行测试，因此需要高效的并且自动化的测试程序。此外，为了复制传感器的正常工作条件，当对传感器进行测试时，需要使用尽可能类似人类手指的测试结构来执行测试。

特别是，需要对指纹传感器进行测试，使得指纹传感器按照预期地工作，并且捕获足够高质量的图像。由于用真实的手指测试指纹传感器是不实际的，因此可以使用测试装备(test rig)，该测试装备包括具有以下图案的橡胶图章或橡胶探头(probe)：该图案使得能够验证指纹传感器的功能。

US20015/0070037公开了一种用于测试指纹感测装置的探头设备，其中被测试的装置和摄像机放置在一起，探头与被测试装置对齐，并且探头朝向传感器降低以接触目标。探头设备包括外壳，探头被安装在该外壳内，例如通过万向节结构，以使探头能够移动以适应于接触表面的不对准。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明的目标是提供一种用于准确地测试指纹感测装置的改进的测试模块。

根据本发明的第一方面，提供了用于测试指纹感测装置的测试模块，该测试模块包括：导电底部元件，其包括被配置成与指纹感测装置的感测表面接触的外部表面部分；导电中间元件，其在与外部表面相反的一侧被连接至底部元件，中间元件包括柔性材料，该柔性材料使底部元件能够响应于在外部表面被压向相对于底部元件的外部表面倾斜的表面时所发生的作用力而改变对齐；以及顶部元件，其被配置成将测试模块连接至测试夹具。

描述的测试模块可以有利地用于能够对指纹传感器进行顺序测试的自动化测试布置。即使其它布置也是可能的，但在测试布置中测试模块通常是基本上垂直对齐的，以便于测试水平对齐的感测装置。当测试时，测试模块向指纹感测装置移动，以便与感测表面接触。一旦底部元件的外部表面部分与感测表面接触，指纹图像就可以被捕获并进一步被分析，以验证指纹传感器的功能。

电容式指纹感测装置通常基于以下原理来操作：变化的电势被提供给放置在传感器上的手指。于是，能够通过指纹传感器中的感测元件检测手指的变化电势，区分指纹脊和谷，从而能够获得指纹图像。因此，为了恰当地测试指纹传感器的功能，测试模块是导电的，使得也可以向测试模块提供变化的电势。

本发明是基于以下实现：通过提供用于测试指纹感测装置的改进的测试模块，能够改进指纹传感器的功能测试，其中柔性的中间部分使得测试模块对类似于人类手指的施加压力做出响应。因此，测试模块和指纹传感器之间的接触取决于测试模块以类似于手指的方式向指纹传感器按压的力。此外，作为柔性中间部分的结果，测试模块使底部元件的对齐适应于指纹感测装置的倾斜。此处，倾斜指的是与指纹感测装置所布置的水平面的偏差。因此，对于倾斜的感测装置，也可以实现测试模块和感测装置之间的均匀接触。此外，描述的测试模块具有简单的结构，因此易于以低成本来制造。此外，由于测试模块不包含任何移动部分，因此是耐用的，从而能够承受长期使用，而不需要维护或更换。

根据本发明的一个实施方式，导电底部元件以及/或者导电中间元件可以包括被配置成连接至测试夹具的相应地电极的地电极。因此，测试模块可以复制通常可被视为接地的人类手指的特性，这使得在向测试模块提供电势时，测试模块可以相当于手指。还可以通过将底部元件的电极连接至指纹传感器所安装的印刷电路板(PCB)等的相应地电极，来将测试模块接地。

根据本发明的一个实施方式，中间元件可以是固态的。固态材料包括柔性材料，当测试模块的底部元件被按压向倾斜表面时，如果需要，柔性材料可被压缩。

此外，中间元件可以有利地由单一材料组成，这简化了感测模块的制造，并且也提供了测试模块的均匀的电特性和机械特性。

在另一个实施方式中，中间元件有利地可以是包括柔性侧壁的空心元件。因此，通过选择合适的材料和侧壁的厚度，可以实现测试模块的需要的柔性。

根据本发明的一个实施方式，柔性侧壁有利地可以是导电的。

根据本发明的一个实施方式，中间元件可以包括导电流体，例如该流体可以是凝胶。因此，通过选择中间元件所包含流体的适当的流动性，可以实现测试模块的需要的柔性。中间元件可以完全地或部分地被导电流体填充。

此外，底部元件和中间元件的导电性可以有利地对应于手指的导电性。因此，可以使测试模块的电特性模拟手指的电特性。此外，底部元件和中间元件可以具有与不同皮肤层的不同特性相对应的不同电特性，例如导电性。

在本发明的一个实施方式中，底部元件的外部表面部分可以包括被配置成由指纹感测装置检测的图案。各种测试图案可以用于对指纹感测装置的不同方面进行测试。然而，完全平坦的表面也可以用于例如对传感器的均匀性进行测试。

根据本发明的一个实施方式，底部部分的外部表面可以包括复制指纹的图案，从而便于对指纹感测装置的各种特征进行测试。然而，该图案也同样可以包括包含脊和谷的其他图案，使得能够对感测装置的选定特征进行测试。

根据本发明的一个实施方式，底部部分的外部表面可以包括多个不同的图案，从而使得可以利用一个相同的测试模块对感测装置的各种特征进行测试。

根据本发明的一个实施方式，中间部分在垂直于底部元件的外部表面部分的方向上可以是柔性的，当测试模块垂直对齐时，该方向可以被视为z方向。同样，需要复制人类手指的特性，当按压向表面(例如指纹感测装置的感测表面)时，该特性显示出一定程度的柔性。

根据本发明的一个实施方式，底部部分可以是具有弹性模量的柔性部分，该弹性模量高于中间部分的弹性模量。因此，中间部分比底部部分更软，即具有更高的柔性。各个弹性模量的这种配置的目的是允许中间部分响应于施加至底部部分的力而弯曲，同时在按压向表面时防止底部部分变形。特别是，当按压向指纹感测装置的感测表面时，底部部分的外部表面的图案不应该变形。

根据本发明的一个实施方式，中间元件以及/或者底部元件可以包括导电橡胶。利用导电橡胶，可以分别为中间元件和底部元件选择所需要的橡胶材料的机械特性和电特性。

根据本发明的一个实施方式，测试模块可以进一步包括被布置在底部元件和中间元件之间的导电膜，其中导电膜被配置成被连接至测试夹具的地电极。如上所述，至少希望测试模块的底部元件能够是电接地的。通过在底部元件和中间元件之间提供导电膜(例如金属箔等)，并且导电膜与底部元件电接触，底部元件的整个外部表面上的地电势是均匀的。因此，可以对指纹传感器进行准确地测试，而没有测试模块所引入的任何不均匀性。此外，导电膜被配置成例如通过导线或类似的导电迹线而连接至测试夹具的地电极。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于利用测试模块对指纹感测装置进行测试的方法，该测试模块包括：导电底部元件，其包括被配置成与指纹感测装置的感测表面接触的基本上平坦的外部表面部分；导电中间元件，其在与外部表面相反的一侧被连接至第一部分，第二部分包括柔性材料，该柔性材料使底部元件能够响应于在外部表面被按压向相对于底部元件的外部表面倾斜的表面时所发生的作用力而改变对齐；以及顶部元件，其被配置成将测试模块连接至测试夹具。该方法包括：在测试模块下面布置指纹感测装置；将测试模块向指纹感测装置移动，使得底部元件的外部表面部分与感测装置的感测表面接触；以及利用指纹感测装置捕获图像。

利用描述的方法和测试模块，即使感测装置倾斜，也可以对指纹感测装置进行准确地测试。

根据本发明的一个实施方式，该方法进一步包括验证指纹感测装置捕获的图像对应于底部元件的外部表面的表面图案。

本发明的第二方面的附加效果在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面而描述的效果。

当研究所附权利要求和以下描述时，本发明进一步的特征和优点将变得明显。本领域技术人员能够明白，在不背离本发明的范围的情况下，可以将本发明的不同特征组合起来，以建立以下描述的实施方式之外的实施方式。

附图说明

现在将参照示出了本发明示例实施方式的附图更详细地描述本发明的这些方面以及其它方面，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的测试模块；

图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的测试模块；

图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的测试模块；

图4示意性地示出了根据本发明的实施方式的测试模块；

图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的包括测试模块的测试布置；

图6示意性地示出了根据本发明的实施方式的测试模块；以及

图7是概括了根据本发明的实施方式的方法的一般步骤的流程图。

具体实施方式

在呈现的详细描述中，主要参照电容式指纹感测装置来描述根据本发明的系统和方法的各种实施方式。然而，描述的发明也可以适用于其它类型的指纹感测装置，例如超声波或光学指纹感测装置。

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的测试模块100。测试模块包括导电底部元件102，其包括被配置成与指纹感测装置110的感测表面接触的外部表面部分104。因此外部表面部分104指的是测试模块100的底部表面，即，面对指纹感测装置110的表面。

测试模块100进一步包括导电中间元件106，其在与外部表面104相反的一侧连接至底部元件102。中间元件106包括柔性材料，该柔性材料使底部表面102能够响应于以下作用力而改变对齐：当向着相对于底部元件102的外部表面104倾斜的表面而按压外部表面时所产生的作用力。测试模块进一步包括被配置成将测试模块100连接至测试夹具的顶部元件108。测试模块100的元件102、106、108可以彼此固定，例如通过胶水或通过利用本领域技术人员知晓的任何其它方法。

此外，即使这里将测试模块100示出为具有正方形截面，但是测试模块也可以同样具有圆形、椭圆形或任何其他合适形状的截面。

图2示意性地示出了测试模块100，该测试模块100包括第一电极202，其被配置成通过顶部元件上的连接垫(pad)204将底部元件102连接至测试夹具。可选择地，测试模块100还可以包括第二电极206，其被配置成通过顶部元件上的连接垫208将中间元件106连接至测试夹具。根据底部元件102的厚度和电特性，仅将底部元件102连接至地电势足以实现与人类手指的电特性类似的电特性。分别将底部元件和中间元件连接至测试夹具的连接元件203、205例如可以是导线，该导线可以是屏蔽的或不屏蔽的。此外，连接元件203、205可以是内部或外部的，也可以使用其它合适类型的导体。

然而，即使电极202、206被配置成连接至测试夹具的相应的地电极以使得底部元件102和中间元件106是接地的，如果需要的话，电极202、206也可以用于向测试模块100提供受控的电势。

图3示意性地示出了测试模块100，其中底部元件102的外部表面104包括图案302，这里是指纹图案302的形式。图案302用于对指纹感测装置的功能进行测试。测试模块100也可以在完全平坦的外部表面的情况下使用，例如，用以在每个像素应该提供相同响应(即，所得到的捕获图像应该是均匀的)的情况下测试指纹感测装置的均匀性。测试图案也可以包括被布置和被配置成测试感测装置的各种特征的各种几何形状。

此外，当与微观指纹图案相比时，外部表面被示出为在宏观尺度上基本上是平坦的。然而，为了复制人类手指的形状，测试表面可以具有凸出或者弯曲的外部表面。

图4示意性地示出了测试模块400的实施方式，其中导电膜402位于底部元件102和中间元件106之间。导电膜被配置成通过位于顶部元件108上的连接垫404而连接至测试夹具。导电膜402与底部元件102电接触，使得底部元件102能够保持在通过连接垫404提供给导电膜402的电势，例如，地。此外，导电膜402可与中间元件106电连接或绝缘。

图5示意性地示出了包括测试夹具502的测试布置500，其中安装了测试模块100。图5进一步示出了布置在传送带506上的多个指纹感测装置110。

为简单起见，将指纹感测装置110示出为单独的指纹传感器110。在实践中，可以在制造和装配过程中的任何点处对指纹感测装置进行测试，从晶元尺度测试到最终的感测装置被布置在电子设备(例如智能电话)中时的功能测试。这里描述的测试模块100可以有利地用于任何生产阶段的测试。

为了执行测试，通过测试夹具502的移动，测试模块100向指纹感测装置110移动，使得测试模块100的外部表面104与指纹感测装置110接触。测试模块100和指纹感测装置110之间的相互作用在图6A-B中得到进一步的详细说明，其中测试模块与倾斜的指纹感测装置110相接触。应当注意的是，为了强调测试模块100的一般特性，倾斜被夸大了。倾斜被图示为关于xy平面的倾斜，即，在z方向上与xy平面偏离。

在可压缩的中间元件106的情况下，如图6A所示，通过对与传感器装置110的升高部分相对应的中间元件的部分进行压缩来适应倾斜。中间元件106还可以包括不可压缩的流体，例如凝胶，在这种情况下中间元件106的柔性侧壁发生变形以适应倾斜，如图6B所示。

希望在底部元件102和感测装置110之间存在着均匀的压力，以提供均匀的接触。因此，中间元件106被配置成具有相对低的所获得的弹性模量(elastic modulus)，即，低的杨氏模量，使得中间元件106响应于施加在底部元件102上的力容易地调整它的形状。底部元件102也可以是柔性的，尽管底部元件的杨氏模量应该足够高以使得在测试模块100被按压向感测装置时，外部表面104上的图案不会变形。

可压缩的固体中间元件106和具有柔性侧壁的空心元件106都可以由导电橡胶材料制成。

顶部元件108通常是刚性的且实心的，以可靠地将测试模块保持在测试夹具中的适当位置。然而，本领域技术人员容易意识到顶部元件的很多不同配置是可能的，并且在本公开的范围内。

这里示出测试模块100具有比指纹传感器更大的指纹，这有利于即使指纹感测装置在xy平面内平移也确保整个感测区域被覆盖。此外，在指纹感测装置110被导电边框包围或被布置在导电边框附近的应用中，优选的是，测试模块也覆盖边框。例如，边框可以用于向手指提供信号，其中该信号进而被指纹传感器检测，以实现指纹成像。

希望防止来自测试夹具和测试布置的电气噪声和其它干扰到达测试模块100。因此，被安装至测试夹具502的顶部元件108有利地由电绝缘材料制成，使得至少底部元件102与测试夹具502是电绝缘的，或者至少不与测试夹具502的整体结构共享地连接(groundconnection)。因此，只有借助于通过顶部元件108的连接垫的受控连接，才能提供到底部元件102的电连接，以及可能的到中间元件106的电连接。因此，能够提供专用的、无噪声的地连接。在另一个实施方式中，底部元件106可以包括在其外部表面上的电极，其中该电极被配置成连接至位于指纹传感器的感测表面附近的相应地电极。例如，地电极可以位于PCB(未示出)上，指纹感测装置110被安装在该PCB上，使得当测试模块100向指纹感测装置110移动并与指纹感测装置110接触时形成地连接。因此，防止了来自测试夹具502的干扰到达指纹感测装置110。此外，也通过中间元件提供了地连接。

图7是示出根据本发明的实施方式的方法的一般步骤的流程图。将参考图5来描述图7中概括的方法，图5示出了用于对指纹感测装置110进行测试的测试布置500。

方法包括在测试模块100下面布置702指纹感测装置110，将测试模块100向指纹感测装置110移动704，使得底部元件102的外部表面部分104与感测装置110的感测表面接触，利用指纹感测装置110捕获704图像。由此，利用所描述的测试模块100以及通过对捕获的图像进行分析，例如通过将与测试模块的图案相对应的预期效果与捕获的图像进行比较，可以对指纹感测装置的功能进行测试。测试序列也可以包括捕获相同图案的多个图像。例如，可以利用指纹感测装置的不同设置捕获若干个图像。

此外，测试布置500也可以包括用于对指纹感测装置110的不同特征或方面进行测试的多个连续布置的测试模块100。

即使已经参考具体的示例性实施方式对本发明进行了描述，但许多不同的改变、修改等对于本领域技术人员而言将是明显的。并且，应当注意的是，可以以各种方式对测试模块的各部分进行省略、交换或布置，测试模块还能够执行本发明的功能。

另外，在实施本发明时本领域技术人员能够从对附图、公开内容以及所附权利要求的研究中理解并实现对公开的实施方式的变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它的元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中限定某些手段这一事实不表示不能有利地使用这些手段的组合。

Claims (14)

1.一种用于对指纹感测装置(110)进行测试的测试模块(100)，包括：

导电底部元件(102)，其包括被配置成与所述指纹感测装置的感测表面接触的外部表面部分(104)；

导电中间元件(106)，其在与所述外部表面部分相反的一侧被连接至所述底部元件，所述中间元件包括柔性材料，所述柔性材料使所述底部元件能够响应于在所述外部表面部分被按压向关于所述底部元件的外部表面倾斜的表面时所发生的作用力而改变对齐，其中所述中间元件是包括导电的柔性侧壁的空心元件，并且其中所述中间元件包括导电的流体；以及

顶部元件(108)，其由电绝缘材料制成，并且被配置成将所述测试模块连接至测试夹具。

2.根据权利要求1所述的测试模块，其中所述导电底部元件包括地电极(202)，其被配置成被连接至测试夹具的对应地电极(204)。

3.根据权利要求1所述的测试模块，其中所述流体是凝胶。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，其中所述底部元件的导电性和所述中间元件的导电性与手指的导电性相对应。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，其中所述底部元件的外部表面部分包括被配置成由指纹感测装置检测的图案。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，其中所述底部元件的外部表面部分包括复制指纹的图案。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，其中所述底部元件的外部表面部分包括多个不同的图案。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，其中所述中间元件在垂直于所述底部元件的外部表面部分的方向上是柔性的。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，其中所述底部元件是柔性的，其具有比所述中间元件的弹性模量高的弹性模量。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，其中所述中间元件包括导电橡胶。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，其中所述底部元件包括导电橡胶。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的测试模块，进一步包括被布置在所述底部元件和所述中间元件之间的导电膜，其中所述导电膜被配置成被连接至测试夹具的地电极。

13.一种用于利用测试模块(100)对指纹感测装置(100)进行测试的方法，所述测试模块包括：

导电底部元件(102)，其包括被配置成与所述指纹感测装置的感测表面接触的基本上平坦的外部表面部分；

导电中间元件(106)，其在与所述外部表面相反的一侧被连接至第一部分，第二部分包括柔性材料，所述柔性材料使所述底部元件能够响应于在所述外部表面被按压向关于所述底部元件的外部表面倾斜的表面时所发生的作用力而改变对齐，其中所述中间元件是包括导电的柔性侧壁的空心元件，并且其中所述中间元件包括导电的流体；以及

顶部元件(108)，其由电绝缘材料制成，并且被配置成将所述测试模块连接至测试夹具，

所述方法包括：

在所述测试模块下面布置(702)指纹感测装置；

将所述测试模块向所述指纹感测装置移动(704)，使得所述底部元件的所述外部表面部分与所述感测装置的感测表面接触；以及

利用所述指纹感测装置捕获(706)图像。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括验证所述指纹感测装置捕获的图像对应于所述底部元件的外部表面部分的表面图案。

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