探针装置和测试固定装置制造方法
【专利摘要】本公开涉及一种探针装置和测试固定装置。所述探针装置包括：外壳；探针，具有在外壳的底表面下方延伸并可操作地附接于外壳的接触表面；支架，具有围绕至少两个轴的自由度并连接到探针；其中该探针可操作以围绕所述至少两个轴自由地移动以适应接触表面与另一个表面的未对准。本公开的实施例可以允许指纹读取器的高准确度和高精度。
【专利说明】探针装置和测试固定装置
【技术领域】
[0001]本申请一般涉及用于测试电容性阵列的探针的使用，并且更具体地涉及帮助探针做出测试主体之间的一致测试的设备。
【背景技术】
[0002]指纹传感器系统可以包括用户可以将他们的手指或其一部分应用到的指纹传感器。指纹传感器可以使手指的一个或多个特征，诸如指纹的脊和谷成像。“指纹图像”或“捕获的指纹图像”可以由从这样的图像中提取的数据集表示或类似于从这样的图像中提取的数据集，其的一个示例是脊线流(ridgeflow)图。指纹传感器系统可以被親接到处理单元(如这里下面描述的)，其可以维护指纹信息数据库，并且其可以试图针对关于来自于已知用户的已知指纹的信息匹配捕获的图像。
[0003]例如，当处理单元或其它元件针对来自于被授权用户的已知指纹匹配捕获的指纹图像时，处理单元可以响应于其采取一个或多个动作。例如，处理单元可以授权设备使用单个程序、一系列程序、选定的持续时间，直到触发指示用户不再被授权，或直到用户解除授权设备。例如，用户可以通过关闭设备、或通过将设备交给另一个用户来解除授权设备。例如，设备可以是智能电话机、平板计算设备、便携式计算机、仪器或汽车或类似设备上的触摸屏、或具有触摸设备能力的任何其它设备。
[0004]虽然指纹读取器的使用变得更多，但是缺少确保指纹读取器之间的准确性和精度的测试和校准处理和设备。因为指纹读取器依赖于记录图像和将图像与预记录的图像相比较的精度，所以任何条件的变化都可能对指纹读取器的一致功能引起难以克服的障碍。因而，甚至类似的指纹读取器由于手指类型、指纹类型、用户行为的天天变化和设备固有的电子噪声的易变性而可能不能在相同准确性级别下识别所有指纹。在行业中缺乏能够测试或校准的系统可能驱高成本并且产生劣质的指纹读取器。
实用新型内容
[0005]本公开的实施例的目的是提供一种用于测试或校准指纹读取器以确保指纹读取器的准确性和精度的设备。
[0006]一般地，指纹读取器在测试主体之间的一致性可以通过利用测试并校准指纹读取器的系统而改善。模仿手指的图或电特性、但是经由探针的制造而具有已知值的探针可以用以测试或校准指纹传感器。
[0007]改善探针与测试表面之间的一致接触可以改善测试条件。因而，根据各种实施例，一种探针装置可以包括:外壳；探针，具有在外壳的底表面下方延伸并可操作地附接于外壳的接触表面；支架，具有围绕至少两个轴的自由度并连接到探针；其中该探针可操作以围绕所述至少两个轴自由地移动以适应接触表面与另一个表面的未对准(misalignment)。
[0008]在一个实施例中，支架将探针连接到外壳。
[0009]在一个实施例中，支架包括附接到探针的内部支持结构。
[0010]在一个实施例中，支架包括通过沿着第一轴的第一连接而连接到内部支持结构的外部支持结构。
[0011]在一个实施例中，支架包括沿着与第一连接偏移90度的第二轴将外部支持结构连接到外壳的第二连接。
[0012]在一个实施例中，沿着第一轴和第二轴的连接是铰链。
[0013]在一个实施例中，沿着第一轴和第二轴的连接是一条金属片。
[0014]在一个实施例中，支架包括四条单独的金属片，所述四条单独的金属片足够柔韧以允许探针单独地弯曲四条单独的金属片的每一条，从而给予探针围绕至少2个轴的自由度。
[0015]在一个实施例中，支架是凝胶，其围绕并支持探针，从而将探针连接到外壳。
[0016]根据其它实施例，一种测试固定装置可以包括:臂，其具有上弹簧板和下弹簧板，可操作将臂的非固定端维持在基本垂直定向；探针外壳，其附接到臂的底表面；探针，其位于探针外壳内，所述探针具有从外壳延伸并可操作以接触平坦表面的接触表面；以及支架，其具有围绕至少两个轴的自由度并将探针连接到外壳；其中所述探针可操作以围绕所述至少两个轴自由地移动。
[0017]在一个实施例中，所述测试固定装置还包括与探针外壳一起定位的照相机。
[0018]在一个实施例中，所述测试固定装置还包括位于探针外壳中的第二探针。
[0019]在一个实施例中，支架包括万向节结构，包括:内部支持结构；外部支持结构；以及在内部支持结构和外部支持结构之间的多个柔性连接器，所述多个柔性连接器允许内部支持结构相对于外部支持结构运动。
[0020]在一个实施例中，臂包括:第一非导电块和第二非导电块，其夹在上弹簧板和下弹簧板之间；其中两个非导电块与位于弹簧板的端处的每一个分开；并且弹簧板操作以垂直弯曲同时将块维持在基本垂直对准。
[0021]在一个实施例中，所述测试固定装置还包括:基座支持物，其连接到两个非导电块中的、与连接到探针外壳的臂的一端相对的一个非导电块；其中基座支持物可操作以沿着Z轴移动臂；并且基座支持物可操作以在X和y方向移动整个测试固定装置。
[0022]另一个实施例可以采取用于测试电容性阵列的方法的形式，包括以下操作:向测试平台下降第一探针；将测试平台与第一探针的接触表面接触；确定第一探针与测试平台是否处于角对准；如果不处于角对准，则相对于测试平台的表面重新定位第一探针的接触表面；以及基于第一探针的电容性属性从探针中获得第一测量。
[0023]根据本公开的实施例的一个技术效果是允许指纹读取器的高的准确度和高精度。
[0024]应理解，上文一般描述及其后详细描述都用于示例和说明目的并且不一定限制本公开。并入并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的主题。说明书和附图一起用来说明本公开的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1示出应用于传感器的探针的构思图。
[0026]图2A示出与生物测定模块测试平台接触的探针的第一构思图。
[0027]图2B示出与生物测定模块测试平台接触的探针的第二构思图。
[0028]图2C示出与生物测定模块测试平台接触的探针的第三构思图。
[0029]图2D示出用于限制或阻止探针支架吸收过大力的样本结构。
[0030]图3A示出支持探针并允许探针围绕至少两个轴旋转的第一示例设备。
[0031]图3B示出支持探针并允许探针围绕至少两个轴旋转的第二示例设备。
[0032]图3C示出支持探针并允许探针围绕至少两个轴旋转的第三示例设备。
[0033]图3D示出支持探针并允许探针围绕至少两个轴旋转的第四示例设备。
[0034]图3E示出支持探针并允许探针围绕至少两个轴旋转的第五示例设备。
[0035]图4A示出用于将探针应用到指纹传感器的示例装置的第一视图。
[0036]图4B示出用于将探针应用到指纹传感器的示例装置的第二视图。
[0037]图4C示出用于将探针应用到指纹传感器的示例装置的第三视图。
[0038]图5示出描述使用指纹传感器探针的方法的示例流程图。
【具体实施方式】
[0039]一般地，这里公开的实施例可以采取用于改善手指探针应用到测试主体的一致性的装置或方法的形式。具体地，模仿手指或手指的介电特性、但是具有已知值的探针被利用以测试或校准指纹传感器。为了准确并精确地对指纹传感器水平地接触探针，支架可以用来允许指纹传感器或者探针享有围绕多个轴运动的自由度。此自由度可以允许探针或指纹传感器测试平台适应其它的表面角。
[0040]虽然参考用于指纹传感器测试平台的探针和装置讨论特定实施例，但是应当理解，实施例可以被使用或合并用于任何适合的生物测定传感器的探针和/或测试装置。因此，这里的实施例应当被认为是涵盖一般用于生物测定学传感器的探针和/或测试结构。
[0041]另外，如这里讨论的，系统可以被利用以在x、y、和z轴移动探针，以便适当地对各个指纹传感器测试平台对准、瞄准、并接合探针。此系统也可以能够在z方向吸收或控制探针对指纹传感器测试平台的力。通过利用一个或多个这些设备和处理，可以制造或校准高质量指纹传感器。
[0042]图1示出探针应用于传感器的构思图。指纹传感器系统包括介电元件112，在正常条件下，用户将手指或其一部分应用到该介电元件112以使得关联的传感器122可以生成捕获的指纹图像。例如，介电元件112可以包括或属于设备的盖玻璃元件，诸如平板计算设备、智能电话机、或类似装置的显示图像盖。盖玻璃元件可以由诸如蓝宝石、玻璃、化学处理的玻璃、塑料、树脂、或适合于这里描述的目的或功能的一些其它材料形成。在另一个实施例中，介电元件112可以是按钮或其它输入元件的一部分。输入元件可以由先前参考盖玻璃讨论的材料中的任何一个形成。任何适合的指纹传感器可以用于这里公开的实施例和技术。适合的指纹传感器包括电容性传感器、超声波传感器、光学传感器、热电传感器，等等。
[0043]在正常现场操作期间，用户将他的手指与介电元件112接触。但是，在测试或校准程序下，可以使用探针100而不是手指。探针可以是手指模型，不是真实手指，但是可以代表手指种类或一般类似于普通手指。为了实现这一点，探针100可以是可操作以具有表示手指种类的电容性属性的设备。一般地，探针可以由能够由指纹传感器以类似于真实手指的方式检测的各种材料中的任何一种形成。在一个实施例中，探针的核可以是诸如金属之类的导电材料。例如，钢、铝、或钛可以形成探针100的一部分或大部分。可替换地，也可以使用诸如导电塑料之类的其它非金属的材料。
[0044]根据各个实施例，探针100也可以包括涂层以进一步模仿或匹配手指的表面。可以便于模仿或匹配手指的某些特性或更具体地皮肤的涂层的一方面是涂层的厚度。在一些实施例中，涂层可以是在探针100上沉积的足够模拟皮肤的电特性的材料的薄层。所述层可以以各种厚度沉积或可以具有均匀厚度。在一个中示例，层可以是10微米厚。但是，应当注意涂层可以大于10微米厚或小于10微米厚。但是，在两个类似探针(即表示相似手指种类的探针)之间的涂层的厚度基本上可以是相同的厚度。
[0045]当两个类似的探针可以具有不同的涂层厚度时，诸如加或减一两微米，应当注意那是相对大的变化。例如，在应该是10微米厚涂层中单个微米的差异是10%的改变。在应该是类似或相等探针中这样的变化可能导致在测试期间劣质和/或传感器的高变化测量。因此，包括任何给定涂层的厚度的探针的各种物理尺寸可以被小心控制。
[0046]根据各个实施例，涂层可以是模拟皮肤的电特性的任何涂层。这应用于材料以及厚度。例如，涂层可以由聚(p-xylylene)聚合物制成(例如，聚对二甲苯)。虽然聚对二甲苯通常用作用于电路板等等的环境隔离物，但是它是耐用的并且允许非常薄的层的沉积和形成。聚对二甲苯也可以用作用于探针基板的水分屏蔽。聚对二甲苯具有适度地接近于皮肤、或与皮肤相同的电特性并且当被沉积在探针基板上时适度地可控。在另一个实施例中，涂层可以是二氧化钛层。在许多方面，二氧化钛也可以模拟手指的某些特性，具体地皮肤的电特性。类似地，可以利用可以在探针基板上的薄涂层中沉积的其它材料。
[0047]因为指纹读取器的工业生产通常是大批量进行的，所以可以存在相应地大量用于测试并校准每一个的探针。因而，对改善类似探针之间的一致性的控制可以改善最终指纹读取器产品。因而，在一个实施例中，可以利用二次处理来控制涂层的厚度。例如，涂层可以被机械加工或经历类似的处理以确保在类似探针之间的一致厚度。虽然所有探针可以因为各个探针可以被配置为表示各种手指种类而不相像，但是在一类中的每个探针然而可以具有相同手指的基本上相似表示。如在下面更详细地讨论的，在单个测试装置中可以使用表示多个手指种类的多个探针。
[0048]根据各个实施例，探针100可以创建要被成像的特定已知的信号。通过控制探针100的应用的规范和参数，来自于探针100的测量信号和结果图像可以与已知信号和结果图像相比较。比较的信号可以形成图像的相关的噪声图片，其可以被用在噪声消除算法中，该噪声消除算法可以补偿在校准之后捕获的图像中的噪声、模糊或其它图像误差。该处理允许指示在正常条件下的传感器的图像质量。这可以允许多个指纹读取平台的一致的证明合格、校准、和测试。
[0049]如图1所示，传感器122可以包括传感器元件124的阵列，每个可以提供描述位于传感器元件124上方的探针100的模拟信号。虽然在正常条件下，但是传感器元件124提供描述用户的指纹的模拟信号。传感器提供信号的集合，每个指示关于应用的测试主体，例如手指或探针100的信息。此信息可以是每个传感器元件124与用户手指的一部分之间的电容的测量。如一个示例，更大的电容可以指示传感器元件124上方的指纹的脊，而较低的电容可以指示传感器元件上方的指纹的谷。
[0050]可以理解，在正常条件下，指纹的传感可以在各种条件下进行。此外，许多不同的指纹可以被读取并处理。此外，许多其它处理步骤(诸如信号放大)和各个干扰(诸如固定模式噪声)可以影响系统可以适度地使用的信息的最终可行性。这里讨论某些示例处理步骤。
[0051]仍然参考图1，每个信号集合对应于各个传感器元件124、或由各个传感器元件124生成。传感器元件124可以以网格或阵列、以线、或以任何其它适合的模式布置。另外，传感器元件124可以使用扫描传感器、二维传感器，等等。
[0052]在一个实施例中，多路复用器142从传感器122的传感器元件124收集模拟信号，并且将它们一起多路复用为多个图像元素信号的集合。图像元素信号被耦接到一个或多个放大器144。放大器144接收相对弱的信号，并且放大它们以变为相对强的信号。例如，放大器144可以增加指纹图像元素信号的动态范围，因此它们覆盖可能的相对强度的范围。
[0053]此外，来自于放大器144中的输出的集合被耦接到模拟到数字(“A/D”)转换器146的对应集合的输入。A/D转换器146接收模拟输入信号并且生成表示相同的相对强度的数字输出信号。这可以具有提供数字信号148的集合的效果。例如，数字信号148每个都可以描述指纹图像元素的八比特表示。
[0054]数字信号148集总地可以被处理以提供图像114，其可以表示在正常操作下的指纹或在校准和测试期间的探针。在图中示出图像具有脊或脊线的集合。可能发生指纹传感器系统可以成功地确定图像114是否决定性地匹配或决定性地不匹配任何已知的信息。此比较可以被用于校准系统。因为探针100的属性已知，所以测量的图像和已知的图像可以被比较并且利用以调整系统以消除不需要的噪声。
[0055]在正常操作下，由图像测量的指纹可以与已知图像相比较并且指纹传感器系统可以响应于适合的匹配通知处理单元授权设备的使用(或拒绝授权设备的使用)。此比较可以通过利用探针100执行的初始校准或测试而改善，因此潜在地允许在正常操作期间指纹图114的较少操作以便准确地比较测量的图像与存储的图像。
[0056]因为探针100可以被用在各个实施例中以校准系统，所以可以期望在测试程序期间创建探针的准确并精确的测量以便将测量的图像与探针的已知图像比较。为了获得探针的准确和精确的测量，可以控制测试程序的某些特性。例如，可以控制探针相对于传感器的位置。通过读取具有不同传感器元件的探针的不同位置，更难以比较已知的图像与记录的图像。因而，通过在测试从传感器移动到传感器时保持探针相对于传感器的位置一致，探针的已知图像与探针的记录的图像的比较同样可以被保持相对一致。因此，探针的已知图像与探针的记录的图像的比较可以仅仅突出由系统产生的噪声。因而，此比较可以帮助从系统中消除此噪声。
[0057]在另一个示例中，可以控制探针与盖玻璃接触的力。类似于控制探针的位置，控制探针在盖玻璃上的力可以改善最终结果。在探针与盖玻璃之间的力的变化可以导致测量信号的不同。通过确保相对于探针100的接触力的测试之间的一致性，可以改善已知信号与来自于探针的测量的信号之间的比较。
[0058]在另一个示例中，可以控制探针的接触表面相对于盖玻璃表面的位置(例如，角度)。探针接触表面相对于盖玻璃的表面越平坦，探针的测量可以越准确和精确。例如，如果探针100不平放在盖玻璃上，则从探针100的测量的信号可以显著地不同于已知信号。通过改善系统将探针100下降到盖玻璃上的能力并且改善系统将探针的接触表面平坦地或基本上平坦放置在盖玻璃上的能力，改善来自于探针100的测量的信号。
[0059]根据各个实施例，系统可以被以两种方式测试。在一个实施例中，可以通过经由链接到传感器的测试连接与传感器模块(其可以已经被放置在电介质之下，诸如盖玻璃或输入元件)直接通信来测试系统。在另一个实施例中，可以通过经由本地软件通信来测试系统。总之，探针配件可以是相同的或者类似的。也可以注意，指纹传感器系统可以在制造处理期间在任一点被校准或测试。在一个示例中，探针可以通过将它直接应用到指纹传感器而被很早应用在制造处理中。早期应用到指纹传感器硬件可以通过简化测试实施方式而允许较大的一致性。
[0060]在另一个示例中，探针可以被应用在合并指纹传感器的电子设备的装配处理期间。在此示例中，虽然设备可以没有被完全装配，但是指纹传感器可以由设备的软件操作。另外，作为示例，探针可以被应用在指纹传感器系统完全地安装在完成的电子设备中之后。以这种方式，信号和图像可以由设备的软件从探针中获得。
[0061]图2A-C示出探针与指纹模块测试平台接触的构思图。
[0062]如上所述，探针之间的一致性可以影响指纹传感器的测试或校准，如可以以探针接触传感器模块的方式一致。各个控制和设备可以用来改善探针100应用到指纹模块测试平台220的一致性，如将参考图2A-2C讨论的。
[0063]根据某些实施例，指纹传感器测试和校准系统可以包括位于至少部分地在外壳210内部的探针100。探针可以包括可以在外壳210的底表面212下方延伸的接触表面102。探针100和外壳210可以由支架300连接。指纹测试系统可以可操作以对指纹模块测试平台220接触探针100，并且具体地探针100的接触表面102。
[0064]指纹模块测试平台220可以包括盖玻璃222。上述讨论到的电介质112可以组成盖玻璃的一部分，可以附着于盖玻璃或可以是盖玻璃外的单独的层。如图这里所示，电介质是盖玻璃层222的一部分。在盖玻璃层222下方是相应的传感器224 (上述讨论到的传感器122上面和传感器元件阵列124)。另外，这些各种层或元件的每一个可以被分开并且由粘合剂结合在一起。盖玻璃层222和传感器224可以例如由托架226A和托架226B限制在任一端。如下面更详细地讨论的，托架226A和/或托架226也可以可操作为由测试系统利用的瞄准或照准系统(同样，指纹模块测试平台220的一些其它部分可以被利用为瞄准或照准系统)。
[0065]盖玻璃层222可以具有上表面223。在测试或校准期间探针接触表面102可以接触盖玻璃上表面223。由于在包括指纹模块测试平台220或探针和它的相关组件的指纹传感器测试和校准系统的构造中的耐性层叠，探针可能不一致地接触上表面223。此不一致性可能出现在连续的指纹模块测试平台220之间。此不一致性也可以出现在不同的测试或校准系统之间。如图2A所示，探针100可以接近盖玻璃222，而具有由箭头A示出的距离与由箭头B示出的距离之间的差别。在如图2B所示的接触上，距离B可以零，而距离A为正。在一个示例中，B与A之间10有微米的差别，A在一个边角上离开表面，而B接触，探针100的整个图像可以是倾斜的，因而给出与探针100的已知图像的不良的比较。
[0066]根据各个实施例，指纹模块测试平台220可以可操作为调整探针100以便于探针接触表面102与接触表面223之间的平坦接触，接触表面223可以是盖玻璃、输入元件等等的表面(一起被称为“盖玻璃接触表面”)。在此实施例中，托架226A/226B可以被弹簧加载以使得，当探针100接触盖玻璃222时，测试平台220可以调整位置以适应探针与玻璃222之间的任何未对准。例如，测试平台220可以包括单独的弹簧228/229 (参见图2D)，其支持托架226a/226b或弹簧可以是托架226a/226b的不可分割的部分。利用由弹簧加载的托架226A/226B提供的力，盖玻璃222然后可以适应探针100的角度和/或位置。
[0067]根据各个实施例，探针接触表面102与盖玻璃接触表面223之间的差可以由支架300补偿。支架300可以可操作以调整探针100围绕多个轴的角度。此围绕多个轴的柔韧性可以允许探针100适应盖玻璃222的角度。在各个示例中，支架300可以可操作以调整探针100的角度以对盖玻璃222平放、对盖玻璃222基本平放、在探针100的一个边缘具有小于10微米的空隙(在图2B中由箭头A表示)或相对于盖玻璃222具有小于1.3度的角度(由角度C表示)。
[0068]对盖玻璃222邻接探针100可以产生来自于盖玻璃222的向上力。虽然此向上力可以被控制，但是系统可以吸收此力。在各个实施例中，支架300可以在平行于用力的向量的方向隆起或不可弯曲，允许力穿过探针100到托架300中再到外壳中并且外出到系统的其余部分，如下面更详细地讨论的，使得系统的其余部分吸收力。但是，在其它实施例中，支架300可以不是刚性的或在力的方向不是不可弯曲的。因而，在许多实施例中，支架300在力下吸收并且偏转或者力被从探针当中经由替换装置转化。
[0069]如图2D所示，设备可以被利用以限制或阻止支架300吸收过大的力。根据一个实施例，支架300可以包括探针套圈250。探针100可以滑入或滑出探针套圈250，允许探针100容易地可从系统中移除。探针套圈可以包括在探针套圈255的圆周周围延伸的垫环255。此垫环可以是可连接到这里讨论的支架。探针套圈255可以具有将探针100固定在套圈内部的固定螺钉251。探针套圈255也可以具有接合探针100的销253，此销可以允许不同大小或形状的探针被插入探针套圈255中以便全部被定到相同的角度。探针套圈可以包括帽252或与帽252接触。帽可以位于探针套圈的与探针100的接触表面102相对的一端。附着在外壳210内部的可以是弹簧258和球轴承259。弹簧258和球轴承259可以被夹持在托架257之内以使得球轴承的一侧的一部分被暴露以与帽252接触。整个托架可以是在高度上可调整以允许调整以接触帽252的螺钉的一部分。球轴承可以骑在帽252外面的弯曲表面254上。弯曲表面可以在外壳210内的各个方向延伸，以使得不管探针100通过由支架300提供的自由度旋转的方向如何，球轴承259保持与弯曲表面254接触。在某种意义上，此实施例类似于圆珠笔如何工作的构思。结果是探针100仍然可以旋轴以匹配盖玻璃222的对准，但是向上力被经由球轴承259和弹簧258向上转化并且到外壳210中并转出到系统的其余部分，而不是跨过支架300的实现围绕多个轴的自由的部分。在另一个实施例中，球轴承259、弹簧258、和托架257可以形成探针100或探针套圈250的一端。在此实施例中，帽252和表面254将形成外壳210的内部。但是，在此实施例中，表面254的轮廓将从先前实施例中反转为凹的和非凸的。这可以允许球轴承经由探针100的移动范围保持与表面254接触。
[0070]支架300可以包括各种不同的配置以允许支架300围绕多个轴可操作。图3A-E示出支持探针并且允许它围绕至少两个轴自由的示例设备。
[0071]根据各个实施例，支架300可以是万向节(gimbal)类型设备。图3A示出由万向节类型设备支持的探针。探针100可以被附接于内部支持结构305。内部支持结构305可以是附接于探针100的诸如套圈、托架、夹钳等之类的任何支持结构。支持结构305也可以与探针395是一体的。内部支持结构305可以由连接304/308被连接到外部支持结构307。连接304/308可以是允许探针100和内部支持结构305围绕轴A旋转的枢轴点或铰链。外部支持结构307可以由连接302/306被连接到外壳210。连接302/306可以是允许探针100、内部支持结构305、和外部支持结构307围绕轴B旋转的枢轴点或铰链。应当理解，连接允许内和外部支持结构相对于彼此运动。因而，此系统提供探针100围绕两个轴旋转的自由度，其又可以允许探针100适应接触表面的任何未对准。
[0072]根据各个实施例，支架300可以模仿万向节类型设备。图3B示出由允许围绕两个轴的自由度的设备支持的探针。具体地，如图3B所示的设备由一材料片组成。该材料片将探针100连接到外壳210。探针100可以被附接于内部支持结构315。内部支持结构315可以是诸如片套圈之类的附接于探针100的任何支持结构。
[0073]内部支持结构315可以由连接314/318连接到外部支持结构317。外部支持结构317可以由整体式材料片形成。连接314/318可以是由相同材料片构成的小桥。桥可以在内部支持结构315与外部支持结构317之间延伸。
[0074]连接314/318可以允许探针100和内部支持结构305围绕轴A偏转或旋转。外部支持结构317可以由连接312/316连接到外壳210。连接312/316可以是由相同材料片构成的小桥。桥可以在内部支持结构315与外部支持结构317之间延伸并且允许探针100、内部支持结构315、和外部支持结构317围绕轴B偏转或旋转。图3B所示的阴影部分表示从单个材料片切割的缝隙313以形成设备的各个元件。该材料片可以是适当强硬以支持探针100并且经受探针对盖玻璃的力的任何材料。在各个示例中，该材料片可以是弹簧钢。因而，此系统提供探针100围绕两个轴旋转的自由度，其又可以允许探针100适应接触表面的任何未对准。
[0075]在某些实施例中，支架300可以是使用类似于图3B所示设备的材料片的柔性设备。作为一个示例，图3C示出由允许围绕两个轴的自由的多个材料片支持的探针。具体地如图3C所示设备包括第一片322、第二片324、第三片326、或第四片328。片322、324、326、或328可以将探针100连接到外壳210。缝隙323被在各个片322、324、326、或328之间切割以形成设备的各个元件。缝隙323允许各个元件独立于彼此偏转或移动。在片322和326中固有的柔韧性可以允许探针100围绕轴A旋转。在片324和328中固有的柔韧性可以允许探针100围绕轴B旋转。因而，此系统提供探针100围绕两个轴旋转的自由度，其又可以允许探针100适应接触表面的任何未对准。
[0076]在其它实施例中，支架300可以是使用类似于图3B和3C所示设备的材料片的柔性设备。作为另一个示例，图3D示出由允许围绕两个轴的自由的设备支持的探针。具体地，如图3D所示的设备由一材料片组成。该材料片将探针100连接到外壳210。探针100可以被附接于内部支持结构335。内部支持结构335可以是诸如片套圈之类的附接于探针100的任何支持结构。内部支持结构335可以由连接334/338连接到外部支持结构337。外部支持结构337可以是一材料片。连接334/338可以是由相同材料片构成的小桥。桥可以在内部支持结构335与外部支持结构337之间延伸。连接334/338和材料片的自然柔韧性可以允许探针100和内部支持结构305围绕轴A偏转或旋转。外部支持结构337可以由连接332/336连接到外壳210。连接332/336可以是由相同材料片构成的小桥。桥可以在内部支持结构335与外部支持结构337之间延伸。该材料片的自然柔韧性和连接332/336可以允许探针100和内部支持结构335围绕轴B偏转或旋转。缝隙333从单个材料片切割以形成设备的各个元件。该材料片可以是适当强硬以支持探针100并且经受探针对盖玻璃的力的任何材料。在各个示例中，该材料片可以是弹簧钢。虽然图3D所示设备由于它的几何设计可以具有比图3B所示设备较小的柔韧性，但是此设备可以然而提供探针100围绕两个轴旋转的自由度，其又可以允许探针100适应接触表面的任何未对准。
[0077]根据各个实施例中，支架300可以是利用柔性材料的柔韧性的设备。例如，图3E示出由允许围绕两个轴的自由度的大的柔性材料支持的探针。具体地，如图3E所示的设备可以包括，例如，凝胶、橡胶、硅树脂或任何适当柔性的材料。柔性材料340可以围绕探针100并将探针100连接到外壳210。例如，大的橡胶压缩垫可以将探针100连接到外壳210。柔性材料340固有的柔韧性可以允许探针100围绕任何轴旋转或偏转。因而，此系统提供探针100围绕多个轴旋转的自由度，其又可以允许探针100适应接触表面的任何未对准。
[0078]一般地，支架300可以向下移动探针以尽可能接近于接触表面102而不干扰接触表面102与盖玻璃222上的上表面223的接触。如果支架300使用柔性材料或柔性设计，则诸如参考图3D上述讨论的设备之类的设备可以被利用以阻止柔性材料或柔性设计吸收对探针100施加的力。
[0079]根据各个实施例，测试装置400可以被利用以定位探针100以及将探针100驱动到指纹传感器测试平台220。图4A-C示出用于将探针应用到指纹传感器的示例装置。
[0080]图4A示出了测试装置400的同度量示例，其可以包括基座430、中间基座420、臂410、和探针外壳配件200。基座430可以可根据箭头A和B在也如图4A所示的x和y轴移动。此移动允许基座430将整个测试装置400放置在x-y平面中的任何位置。此自由度允许测试装置400定位探针外壳配件200并且在分离的指纹传感器测试平台220之间移动以便测试装配线。此自由度允许测试装置400在单个测试平台220上方定位探针100以用于测试。中间基座420可以被附接于基座430。基座430与中间基座420之间的连接可以是活动连接，允许中间基座420按照箭头B相对于基座430移动。臂410可以被可移动地附接于中间基座420。臂410可以相对于基座420按照箭头C移动。此移动允许臂410将可以被附接于臂410的底部的探针外壳配件200放置在z轴上的任何位置。此移动可以向瞄准的指纹传感器测试平台220驱动探针外壳配件200。臂可以被沿着轨道422附接于基座 420。
[0081]根据一个实施例，臂410可以是可操作以按照图4A和4B中的箭头C移动的设备。臂410也可以可操作以弯曲(诸如按照图4A和4B中的箭头D)以便吸收与盖玻璃222接触的探针100中的力输入。臂410也可以可操作以保持探针外壳配件200尽管在力下弯曲但在垂直的z轴基本上刚性。保持探针外壳配件200在垂直z轴稳定有助于在限制探针100的接触表面102与盖玻璃222的上表面223之间的角差别。为了获得此可操作性，臂410可以包括上板416和下板418。上下板416/418可以将第一块412和第二块414夹在两个板之间。可以互相隔开的块可以位于上下板416/418的每个端处。一般地，块可以对上下板416/418提供结构支持并且因此对整个臂410提供结构支持。
[0082]在此结构中，臂410—般是如图4A和4B所示的矩形。板416/418与块412/414之间的连接可以足够刚性以使得板和块不相对于彼此移动。根据各个实施例，块可以由各种不同的材料制造。例如，块可以由铝、钛、钢、各种聚合物(例如乙缩醛、尼龙等等)形成。块可以每个由不同的材料制成或他们可以用相同的材料制成。在一个示例中，第一块412可以是诸如铝之类的导电材料并且第二块414可以是诸如乙缩醛树脂(例如迭尔林)之类的低摩擦材料。在另一个示例中，第二块414可以是诸如铝之类的强硬的、轻质材料，而第一块412可以是诸如乙缩醛树脂(例如迭尔林)之类的能机械加工的、轻型的、非导电材料。板416/418可以用任何细、强硬的材料制成。在一个示例中，板可以是弹簧钢。
[0083]第二块414或附着于其的某一附件可以接合轨道422。臂410的此端可以由测试装置400驱动。因而，虽然它一般可以是可移动的，但是不一定响应于施加接近第一块412的臂的相对端上的力移动。反而，响应于施加于接近第一块412的臂的力，整个臂可以弯曲或偏转，使得臂的矩形变形成为接近平行四边形的非矩形形状。实际形状可以部分地取决于板416/418的刚度和臂的几何形状。此配置是特别有用的，因为它可以将块412/414维持在基本垂直配置，甚至在被弯曲时。因为探针外壳配件200附接于接近块412或在块412下的臂410的一端429，所以探针外壳配件200也可以将它的垂直对准维持在z轴。臂410的结构也可以被控制以使得臂响应于探针接触盖玻璃并偏转臂而将期望的反作用力给予回探针。如上所述，探针对盖玻璃的力是可以被控制用于由指纹传感器对探针的一致测量的特性。在一个实施例中，测试装置400可以将探针100过驱动到盖玻璃中一毫米。例如，板416/418的厚度和长度可以被选择以便在一毫米处施加期望的力。装置400可以将探针100过驱动到盖玻璃中任何距离，诸如大于或小于一毫米。
[0084]根据各个实施例，测试装置400可以包括具有多个探针，诸如如图4A-4C所示的探针10b和100a，的探针外壳配件200。如预先指示的，可以利用多于一个探针，例如，以表示多个手指种类。另外或可替换，多于一个类型探针可以被利用在系统中。
[0085]因而，并且如图4C所示，探针外壳配件200可以包括容纳探针10a和探针10b的外壳210。根据系统的需要，探针可以被经由线路440接地或探针可以经由线路440接收各种信号。探针100a/100b可以每个都具有如这里讨论的可操作的分开的支架300。在可替换实施例中，探针可以被经由支架300接地。
[0086]探针外壳配件200也可以包括照相机450。照相机可以被放置在外壳配件200上的任何地方。在一个示例中，照相机面向下，允许它看目标并且向测试装置400提供反馈。反馈使得测试装置400基于从照相机中提供的图像定位探针100a/100b。因此，测试装置400可以可操作以利用来自于照相机的反馈并且在指纹模块测试平台220上放置探针。如图4A-C所示，照相机可以被定位在外壳内的两个探针之间。照相机可以可替换地被放置在外壳外或者两个探针的任一侧，从而允许照相机和探针一起移动。
[0087]根据各个实施例，指纹模块测试平台220可以具有用于照相机450提示离开的视觉指示器。例如，指纹模块测试平台220可以包括目标。目标可以是位于盖玻璃222上、指纹传感器224上、盖玻璃222/指纹传感器224下、或作为一些其它特征的部分的标记。在一个示例中，目标可以是托架226a或226b。托架226a或226b可以形成整个测试平台220周围的边界。照相机可以将此整个边界可视化并且将指纹传感器的中心插入为将降低探针到的位置。
[0088]托架226a/226b可以被形成为围绕测试平台220的单个环(其可以是圆形、矩形、或另一个形状)。理解了测试平台的结构和由托架226a/226b形成的环的位置，照相机可以计算并定位指纹传感器。在另一个实施例中，托架226a/226b不形成环而是仅仅是在测试平台的任一侧上的分离的元件。然而，照相机可以利用它们的视觉图像和相对于指纹传感器的位置定位探针。托架226a/226b可以由诸如铝或不锈钢之类的导电材料制成。
[0089]因为整个配件可以在三个度(例如沿着X、y、和Z轴)可移动，所以当测试平台220被首先加载用于测试或校准时，照相机可以位于测试平台之上，向下看。照相机可以俯视测试平台并且使用目标作为它的参考。
[0090]作为示例，要被测试或校准的指纹传感器的区域可以近似于横向4.4毫米。托架226a/226b位于此区域之外。探针可以是例如，8毫米的直径。因而，探针可以大于要被测试的传感器区域。测试平台220的设计可以维持传感器区域在与托架226a/226b等距处被测试或校准。为了改善测试和校准的可重复性，探针也可以与托架226a/226b等距，这样在不同的测试器之间，探针与托架226a/226b之间存在有限的相互作用。探针100与托架226a/226b之间的相互作用可以产生一些耦合，其可以影响图像(如果未处于中心)。
[0091]因而，探针在X和y方向的位置可以通过将托架226a/226b和探针100相对于彼此为中心来改善总体测试和校准结果。照相机可以在它的模式识别软件中使用托架226a/226b作为它的参考以用于向测试装置提供定位反馈。每个测试装置400可以被训练以精确地知道从托架226a/226b到要被测试或校准测试传感器的中心有多远。通过发起一次校准可以设置永久参考，从此在照相机在它看环时可以利用该永久参考。此后软件可以知道从目标的距离和位置以定位探针100并且移动探针100降至测试平台220。
[0092]图5示出描述指纹传感器探针的方法的示例流程图。
[0093]如操作500所示，目标可以被放置在指纹读取器测试或校准装置下。更具体地，目标可以包括如上所述包括作为操作的焦点的指纹传感器的完整测试平台。因为测试或校准装置主要地功能根据由观看目标的照相机提供的反馈而工作，目标的存在可以允许系统准确地定位指纹传感器的位置。
[0094]一旦目标位于指纹读取器测试或校准装置之下，照相机可以如操作505所示定位目标。如上所指出，托架226A或托架226可以可操作为由测试系统使用的目标。照相机然后可以记录目标的图像。每个测试装置可以被训练以精确地知道从目标(例如托架226a/226b)到传感器的中心有多远。此一次校准可以在由测试装置的第一测试或校准之前实现。初始校准设置它以使得从那时起当照相机看目标时，照相机知道移动系统多远以向下放置第一探针并且移动系统多远以向下放置第二探针。
[0095]基于在操作505中提供的目标的识别，指纹读取器测试或校准装置可以分析来自于照相机图像的反馈并且利用从一次校准中获得的校准信息。测试装置然后可以根据操作510向指纹传感器移动探针。然后根据操作515，第一探针可以与指纹读取器的中心对准。此移动和对准可以由测试或校准装置在X和I轴移动的自由度来实现。
[0096]一旦探针与测试平台的指纹传感器对准后，探针可以根据操作520下降到测试平台上。此下降可以由测试或校准装置的自由度实现，具体地臂相对于中间基座在z轴移动的自由度。如操作525所示，探针然后可以接触测试平台。具体地，探针的接触表面可以接触盖玻璃的上表面，如这里已经讨论的。
[0097]一旦接触发生后，探针可以如操作530所示被过驱动到测试平台中。在一个实施例中，测试装置可以将探针过驱动到盖玻璃中一毫米。在探针与盖玻璃之间期望的力可以由此过驱动获得。在各个实施例中，测试装置可以将探针过驱动到盖玻璃中任何距离，诸如大于或小于一毫米。过驱动力可以使得测试装置的臂偏转。尽管偏转，臂可以将探针维持在基本垂直的定向。
[0098]根据操作535，探针可以相对于测试平台之上的盖玻璃的表面重新放置它的接触表面。如这里讨论的，由于由探针采用的特定支架与它的探针外壳连接，此重新放置可以由探针围绕至少两个轴享受的自由度实现。响应于对盖玻璃的力，探针可以利用轴向自由度以匹配盖玻璃的斜度与表面。
[0099]一旦充分接触，如操作540所示，可以从探针获取第一信号测量。在探针位置中，探针可以以与真实手指相同的方式接触测试平台。但是，因为探针特定地被设计为具有已知信号，所以测量的信号可以被提取并且与已知信号相比较。一旦探针信号被测量后，指纹系统可以验证它的准确性并且做出任何必需的校准以改善该准确性。
[0100]在第一探针的成功测量之后，第一探针可以如操作545所示被退回离开测试平台。整个处理可以如操作550所示在具有第二探针的相同测试平台上重复或整个处理可以在具有新传感器的新的测试平台上重复。
[0101 ] 如贯穿此文档在每个实施例、方面，示例、列表和这里包含的主题的各个描述中使用的)，字“或”预期被解释为它的包含形式内(例如，和/或)而不是它的排外形式(例如，仅仅…中的一个)，除非明确地被修改以指示仅预期列表中的一个项目(例如仅仅A、B、或C中的一个)。例如，词组A、B、或C是用来包括元素的任何组合。该词组可以意指仅仅Ao该词组可以意指仅仅B。词组可以意指仅仅C。该词组可以意指A和B。该词组可以意指A和C。该词组可以意指B和C。该词组可以意指A和B和C。此构思扩展到这里使用的任何长度的列表(例如，1、2、3...η)。
[0102] 虽然上文讨论具有呈现的特定实施例，但是上文仅仅示出了本发明的原理。本领域技术人员将认识到在没有脱离公开的精神和范围的情况下，可以做出形式和细节的改变，鉴于这里的教学，对描述的实施例的各种修改和变更对本领域技术人员是显而易见的。例如，处理步骤可以以另一个顺序、或以不同的组合执行。将因此理解，本领域的技术人员将能设计许多系统、结构和方法，虽然这里并没有明确地示出或描述，其包含公开的原理并且因此在本发明的精神和范围之内。从以上描述和附图中，本领域的技术人员将理解，示出并描述的特定实施例仅仅用于例示目的，并且对特定实施例的细节的参考不预期限制如附加权利要求书所定义的本发明的范围。
【权利要求】
1.一种探针装置，其特征在于，所述探针装置包括: 夕卜壳; 探针，具有在外壳的底表面下方延伸并可操作地附接于外壳的接触表面； 支架，具有围绕至少两个轴的自由度并连接到探针；其中 该探针可操作以围绕所述至少两个轴自由地移动以适应接触表面与另一个表面的未对准。
2.如权利要求1所述的探针装置，其特征在于，支架将探针连接到外壳。
3.如权利要求2所述的探针装置，其特征在于，支架包括附接到探针的内部支持结构。
4.如权利要求3所述的探针装置，其特征在于，支架包括通过沿着第一轴的第一连接而连接到内部支持结构的外部支持结构。
5.如权利要求4所述的探针装置，其特征在于，支架包括沿着与第一连接偏移90度的第二轴将所述外部支持结构连接到外壳的第二连接。
6.如权利要求5所述的探针装置，其特征在于，沿着第一轴和第二轴的连接是铰链。
7.如权利要求5所述的探针装置，其特征在于，沿着第一轴和第二轴的连接是一条金属片O
8.如权利要求2所述的探针装置，其特征在于，支架包括四条单独的金属片，所述四条单独的金属片足够柔韧以允许探针单独地弯曲四条单独的金属片的每一条，从而给予探针围绕至少两个轴的自由度。
9.如权利要求2所述的探针装置，其特征在于，支架是凝胶，其围绕并支持探针，从而将探针连接到外壳。
10.一种测试固定装置，其特征在于，所述测试固定装置包括: 臂，其具有上弹簧板和下弹簧板，可操作将臂的非固定端维持在基本垂直定向； 探针外壳，其附接到臂的底表面； 探针，其位于探针外壳内，所述探针具有从外壳延伸并可操作以接触平坦表面的接触表面；以及 支架，其具有围绕至少两个轴的自由度并将探针连接到外壳；其中 所述探针可操作以围绕所述至少两个轴自由地移动。
11.如权利要求10所述的测试固定装置，其特征在于，所述测试固定装置还包括与探针外壳一起定位的照相机。
12.如权利要求10所述的测试固定装置，其特征在于，所述测试固定装置还包括位于探针外壳中的第二探针。
13.如权利要求10所述的测试固定装置，其特征在于，支架包括万向节结构，包括: 内部支持结构； 外部支持结构；以及 在内部支持结构和外部支持结构之间的多个柔性连接器，所述多个柔性连接器允许内部支持结构相对于外部支持结构运动。
14.如权利要求10所述的测试固定装置，其特征在于，臂包括: 第一非导电块和第二非导电块，其夹在上弹簧板和下弹簧板之间；其中 两个非导电块与位于弹簧板的端处的每一个分开；并且 弹簧板操作以垂直弯曲同时将块维持在基本垂直对准。
15.如权利要求14所述的测试固定装置，其特征在于，所述测试固定装置还包括: 基座支持物，其连接到两个非导电块中的、与连接到探针外壳的臂的一端相对的一个非导电块；其中 基座支持物可操作以沿着z轴移动臂；并且 基座支持物可操作以在X和I方向移动整个测试固定装置。
【文档编号】G01R1/04GK204255999SQ201420496218
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】A·帕拉加达, T·L·万奥斯黛尔, S·P·豪泰灵 申请人:苹果公司