CN104809431A - 超声波感测装置 - Google Patents

Abstract

一种超声波感测装置包括发送单元与接收单元。该发送单元包括发送元件、第一导电结构及第二导电结构，该第一与该第二导电结构用于产生压差使得该发送元件发出超声波，该接收单元包括接收元件、第三导电结构及第四导电结构，该第三与该第四导电结构用于将接收元件接收到的超声波转换为电信号，该第三导电结构包括多条依序间隔设置且沿第一方向延伸的第一感测电极，该第一、第二及第四导电结构其中之一包括多条沿不同于第一方向的第二方向延伸且与该多条第一感测电极绝缘交叠的第二感测电极。

Description

超声波感测装置

技术领域

本发明涉及一种超声波感测装置，特别是涉及一种超声波指纹感测装置。

背景技术

现有感测装置，如指纹感测装置，按照技术分为红外式、电容式及超声波式等，其中超声波式感测装置通常包括声波发送单元、声波接收单元及用于侦测物体特征（如指纹）的薄膜晶体管阵列。然而，薄膜晶体管阵列因结构较复杂，可能导致整个感测装置的布线复杂、成本较高。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种布线较为复杂简单的超声波感测装置。

一种超声波感测装置，其包括发送单元与接收单元。该发送单元包括发送元件、第一导电结构及第二导电结构，该第一与该第二导电结构用于产生压差使得该发送元件发出超声波，该接收单元包括接收元件、第三导电结构及第四导电结构，该第三与该第四导电结构用于将接收元件接收到的超声波转换为电信号，该第三导电结构包括多条依序间隔设置且沿第一方向延伸的第一感测电极，该第一、第二及第四导电结构其中之一包括多条沿不同于第一方向的第二方向延伸且与该多条第一感测电极绝缘交叠的第二感测电极，该超声波感测装置通过该多条第一感测电极及该多条第二感测电极侦测该超声波感测装置上的物体。

一种超声波感测装置，其包括发送单元与接收单元，该发送单元包括发送元件、第一导电结构及第二导电结构，该第一与该第二导电结构用于产生压差使得该发送元件发出超声波，该接收单元包括接收元件、第三导电结构及第四导电结构，该第三与该第四导电结构用于将接收元件接收到的超声波转换为电信号，该第三导电结构包括第一感测电极，该第一、第二及第四导电结构其中之一包括第二感测电极，该第一感测电极与该第二感测电极相互绝缘且定义多个感测点，该超声波感测装置通过该第一感测电极与该第二感测电极侦测该多个感测点上的物体。

相较于现有技术，上述超声波感测装置通过相互绝缘的第一及第二感测电极侦测该超声波感测装置的物体特征，无需设置TFT阵列，结构较为简单。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的超声波感测装置的立体分解示意图。

图2是图1所示超声波感测装置的立体组装示意图。

图3是图2沿线III-III的剖面示意图。

图4是该第一实施方式一优选实施例的超声波感测装置的剖面示意图。

图5是图1所示超声波感测装置的平面示意图。

图6是图1所示超声波感测装置的使用状态示意图。

图7是图1所示超声波感测装置的等效电路示意图。

图8是图1所示超声波感测装置的驱动波形图。

图9是本发明第二实施方式的超声波感测装置的立体分解示意图。

图10是图9所示超声波感测装置的立体组装示意图。

图11是图10沿线III-III的剖面示意图。

图12是第二实施方式一优选实施例的超声波感测装置的剖面示意图。

图13是图9所示超声波感测装置的平面示意图。

图14是图9所示超声波感测装置的使用状态示意图。

图15是图9所示超声波感测装置的等效电路示意图。

图16是图9所示超声波感测装置的驱动波形图。

主要元件符号说明

超声波感测装置　　　100、200

发送单元　　　　　　110、210

接收单元　　　　　　120、220

第一绝缘层　　　　　130、230

第二绝缘层　　　　　140、240

第三绝缘层　　　　　150、250

发送元件　　　　　　111、211

第一导电结构　　　　113、213

第二导电结构　　　　115、215

接收元件　　　　　　121、221

第三导电结构　　　　123、223

第四导电结构　　　　125、225

胶体层　　　　　　　112、114、122、124、212、214、222、224

第一感测电极　　　　1231、2231

第一方向　　　　　　X

第二方向　　　　　　Y

第二感测电极　　　　1151、2251

感测点　　　　　　　P

发送部　　　　　　　1111

接收部　　　　　　　1211

扫描电路　　　　　　160、260

读取电路　　　　　　170、270

输出端　　　　　　　161、261

待测物体　　　　　　180、280

扫描信号　　　　　　K

感测周期　　　　　　S

复位时段　　　　　　S1

声波发送时段　　　　S2

声波传送与接收时段　S3

读取时段　　　　　　S4

第一时段　　　　　　S4-1

第二时段　　　　　　S4-2

超声波 U

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明第一实施方式的超声波感测装置100的立体分解示意图。该超声波感测装置100可以用于手指指纹，其包括发送单元110、接收单元120、第一绝缘层130、第二绝缘层140、及第三绝缘层150。该接收单元120设置于该发送单元110上方，该第一绝缘层130位于该发送单元110与该接收单元120之间，该第二绝缘层140位于该发送单元110远离该接收单元120的一侧，该第三绝缘层150设置于该接收单元120远离该发送单元110的一侧。

具体地，该发送单元110包括发送元件111、第一导电结构113及第二导电结构115，该第一及该第二导电结构113及115用于产生压差使得该发送元件111发出超声波。本实施方式中，该发送元件111位于该第一导电结构113与该第二导电结构115之间。该第一导电结构113位于该第二绝缘层140与该发送元件111之间，该第二导电结构115位于该发送元件111与该第一绝缘层130之间。

该接收单元120包括接收元件121、第三导电结构123及第四导电结构125。该第三及该第四导电结构123及125用于将接收元件接收到的超声波转换为电信号，使得该超声波感测装置100通过电信号侦测该超声波感测装置100上的物体(如手指)以获得物体特征（如指纹）。该第三导电结构123位于该第一绝缘层130与该接收元件121之间，该第四导电结构125位于该接收元件121与该第三绝缘层150之间。

优选地，该发送元件111及该接收元件121均为压电材料，例如聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF）。该第一、该第二及该第三绝缘层130、140及150可以为PET等塑料材料。该第一、第二、第三及第四导电结构113、115、123及125的材料为导电材料，如透明导电材料(如氧化铟锡、氧化铟锌)、银、碳纳米管或石墨烯等导电材料，但不限于以上材料。

请参阅图2及图3，图2是图1所示超声波感测装置100的立体组装示意图，图3是图2沿线III-III的剖面示意图。该第二绝缘层140、该第一导电结构113、该发送元件111、该第二导电结构115、该第一绝缘层130、该第三导电结构123、该接收元件121、该第四导电结构125及该第三绝缘层150按照上述顺序自下而上层叠设置。其中，该第一导电结构113可以通过胶体层粘接在该第二绝缘层140上，也可以直接形成在该第二绝缘层140上。该第二导电结构115与该第三导电结构123可以通过胶体层分别粘接在该第一绝缘层130的两侧，也可以分别形成于该第一绝缘层130的两侧。该第四导电结构125可以通过胶体层粘接在该第三绝缘层150上，也可以直接形成在该第三绝缘层150上。

请参阅图4，图4是本实施方式一优选实施例的超声波感测装置100的剖面示意图。该优选实施例中，该发送元件111通过胶体层112与114粘接于该第一导电结构113与该第二导电结构115之间，该接收元件121也通过胶体层122与124粘接于该第三导电结构123与该第四导电结构125之间。特别地，该胶体层112、114、122与124可以为导电胶体。

请参阅图5，图5是图1所示超声波感测装置100的平面示意图。具体地，本实施方式中，该第一导电结构113与该第四导电结构125为连续的面状导电层，该第三导电结构123包括多条依序间隔设置且沿第一方向X延伸的第一感测电极1231，该第二导电结构115包括多条沿不同于第一方向X的第二方向Y延伸且与该多条第一感测电极1231绝缘交叠的第二感测电极1151。本实施方式中，该第一方向X与该第二方向Y垂直。该第一感测电极1231与该第二感测电极1151相互绝缘且定义多个位于相交处的感测点P，该超声波感测装置100通过该第一感测电极1231与该第二感测电极1151侦测该多个感测点P上的物体(如手指)以获得物体特征（如指纹）。但是，可以理解，在变更实施方式中，可以是该第一导电结构113或第四导电结构125包括与该多条第一感测电极1231绝缘交叠的第二感测电极，而第二导电结构115为连续的面状导电层。优选地，该第一感测电极1231与该第二感测电极1151可以为长条矩形、波浪形、锯齿形等形状，但不限于上述形状。

其中，任意相邻两条第一感测电极1231之间具有间隔，且任意相邻两条第一感测电极1231之间间隔距离大于等于2um小于等于10um。每条第一感测电极1231的宽度小于60 um，优选为50um。任意相邻两条第二感测电极1151之间具有间隔，且任意相邻两条第二感测电极1151之间间隔距离大于等于2um小于等于10um。每条第二感测电极1151的宽度小于60 um，优选为50um。可以理解，相邻两个第一感测电极1231之间的间隔处也可以为空气间隙（air gap）或者被胶体或其他绝缘材质填满，相邻两个第二感测电极1151之间的间隔处也可以为空气间隙（air gap）或者被胶体或其他绝缘材质填满，这都不影响本案的技术方案。

该发送元件111包括多条依序间隔设置且沿该第二方向Y延伸的发送部1111，每一发送部1111与一该第二感测电极1151对应设置。该发送部1111也可以为长条矩形、波浪形、锯齿形等形状，但不限于上述形状。相邻两个发送部1111之间具有间隔，可以理解，相邻两个发送部1111之间的间隔处可以为空气间隙（air gap）或者被胶体或其他绝缘材质填满，这都不影响本案的技术方案。其中，任意相邻两个发送部1111之间间隔距离大于等于2um小于等于10um。每条发送部1111的宽度小于60 um，优选为50um。具体地，每一发送部1111可以与一该第二感测电极1151的形状大致相同，且平面位置相互重叠。本实施方式中，该第二感测电极1151的宽度稍微小于该发送部1111，使得该发送部1111的平面投影完全将该第二感测电极1151的平面投影完全覆盖。

该接收元件121包括多条依序间隔设置且沿该第一方向X延伸的接收部1211，每一接收部1211与一该第一感测电极1231对应设置。该接收部1211也可以为长条矩形、波浪形、锯齿形等形状，但不限于上述形状。相邻两个接收部1211之间具有间隔，可以理解，相邻两个接收部1211之间的间隔处可以为空气间隙（air gap）或者被胶体或其他绝缘材质填满，这都不影响本案的技术方案。其中，任意相邻两个接收部1211之间间隔大于等于2um小于等于10um。每条接收部1211的宽度小于60 um，优选为50um。每一接收部1211可以与一该第一感测电极1231的形状大致相同，且平面位置相互重叠。本实施方式中，该第一感测电极1231的宽度小于该接收部1211，使得该接收部1211的平面投影完全将该第一感测电极1231的平面投影完全覆盖。

请再次参阅图4，本实施方式中，由于该发送元件111与该接收元件121分别包括该多条发送部1111及多条接收部1211时，该发送部1111优选通过条状的导电胶体层114与每条第二感测电极1151粘接，该接收部1211也优选通过条状的导电胶体层122与每条第一感测电极1231粘接。

进一步地，该超声波感测装置100还包括扫描电路160及读取电路170。该扫描电路160用于提供一系列扫描信号至该第二导电结构115的多条第二感测电极1151。该扫描电路160包括多个输出端161，每一输出端161对应连接第二感测电极1151。该读取电路170用于读取该第三导电结构123的多条第一感测电极1231上的电压以侦测该超声波感测装置100上方的物体特征。

请参阅图6、图7及图8，图6是该超声波感测装置100的使用状态示意图，图7是该超声波感测装置100的等效电路示意图，图8是该超声波感测装置100的驱动波形图，其中，需要说明的是，图7及图8主要以相邻的两条（第Ti及Ti+1条）第二感测电极1151为例示意图该超声波感测装置100的等效电路及驱动波形，另外驱动波形中也仅示意出第一至第三条（第R1、R2及R3条）第一感测电极1231的波形，第四及后续第一感测电极的波形与第一至第三条的第一感测电极1231的波形类似，故不再重复示意。此外，图8中的U代表该发送元件111发出的超声波随时间的变化波形图。

使用该超声波感测装置100时，待测物体180（如手指）可以放置于该超声波感测装置100上方，该第一及第四导电结构113与125被施加固定电压（如0V），该扫描电路160依序施加扫描信号K、……至该多条第二感测电极1151，该读取电路170通过读取该多条第一感测电极1231上的电压获得该待测物体180的特征。具体地，该待测物体180可以与该超声波感测装置100的最上层（如第三绝缘层150）直接接触，也可以与该超声波感测装置100的最上层（如第三绝缘层150）具有一微小距离。

定义一感测周期S，在该感测周期S内，一条第二感测电极1151上的物体特征被侦测得到，即该第二感测电极1151的多个感测点P上的物体特征被侦测得到。可以理解，若该超声波感测装置100的第二感测电极1151的数量为N条，N为大于1的自然数，则该超声波感测装置100依序进行N个感测周期S的侦测从而可将该N条第二感测电极1151的所有感测点P上的物体特征均侦测得到。

具体地，请参阅图7，在该第i个感测周期，i为大于等于1且小于等于N的自然数，该第i个被扫描的第二感测电极1151（即第i个第二感测电极1151）的多个感测点P上的物体特征可以被侦测得到，具体地，该第i个感测周期S依序包括复位时段是S1、声波发送时段S2、声波传送与接收时段S3及读取时段S4。以下将具体以第i个感测周期S为例，对该超声波感测装置100的工作原理做详细说明。

上一感测周期S结束，则第i个感测周期S开始，首先将进入复位时段S1。在该复位时段S1，该第一及第二导电结构113与115均被施加相同的电压（如0V），使得该第一及第二导电结构113与115电位相等从而消除该发送元件111的压差，该第三及第四导电结构123与125被施加相同的电压（如0V），使得该第三及第四导电结构123与125的电位相等从而消除该接收元件121的压差。

在该声波发送时段S2，该i条第二感测电极1151被施加扫描信号K，该扫描信号K可为高电平信号，该第一导电结构113被施加不同于扫描信号K的电压的固定电压（如0V），使得该发送元件111发出超声波。

在该超声波传送与接收时段S3，该第四导电结构125被施加固定电压，且该第一感测电极1231呈浮接状态，该发送元件111发出的超声波传输至待测物体180并被该待测物体180反射后被该接收元件121接收，该接收元件121接收到超声波并将该超声波转换为电信号，并使得该第三及该第四导电结构123与125产生压差。

在该读取时段S4，该读取电路S4读取该多条第二感测电极1151的电压R1、R2、R3……判断该第二感测电极1151上的物体特征，至此该第i个感测周期S结束并将进入下一个感测周期S。具体地，当该第一感测电极1231上的电压为第一电压，该第一感测电极1231上的物体特征为凸，当该第一感测电极1231上的电压为第二电压，该第一感测电极1231上的物体特征为凹，该第一电压小于该第二电压。如图6所示，在第i个感测周期，第一及第二条第一感测电极1231上的物体特征侦测结果为凸，该第三条第一感测电极1231上的物体特征侦测结果为凹。

进一步地，当该超声波感测装置100进行完该第1至第N个感测周期S的侦测，即可将该N条第二感测电极1151上的物体特征均侦测得到，从而获得当该超声波感测装置100上的物体的所有特征，如施加到该超声波感测装置100上的手指的指纹。

需要说明的是，图7中V1与V2的波形分别代表图6所示等效电路中的V1与V2位置处的电压变化，其中读取电路170仅在读取时段对多条第一感测电极1231上的电压进行读取。

相较于现有技术，上述超声波感测装置100通过相互绝缘的第一及第二感测电极1231与1151侦测该超声波感测装置100的物体特征，无需设置TFT阵列，结构较为简单。进一步地，该发送元件111具有多个间隔设置的发送部1111，使得各发送部1111之间的超声波信号相互独立，不易相互干扰，从而提升该超声波感测装置100感测可靠性。

请参阅图9，图9是本发明第二实施方式的超声波感测装置200的立体分解示意图。该超声波感测装置200包括发送单元210、接收单元220、第一绝缘层230、第二绝缘层240、及第三绝缘层250。该接收单元220设置于该发送单元210上方，该第一绝缘层230位于该发送单元210与该接收单元220之间，该第二绝缘层240位于该发送单元210远离该接收单元220的一侧，该第三绝缘层250设置于该接收单元220远离该发送单元210的一侧。

具体地，该发送单元210包括发送元件211、第一导电结构213及第二导电结构215，该第一与该第二导电结构213及215用于产生压差使得该发送元件211发出超声波。本实施方式中，该发送元件211位于该第一导电结构213与该第二导电结构215之间。该第一导电结构213于该第二绝缘层240与该发送元件211之间，该第二导电结构215位于该发送元件211与该第一绝缘层230之间。

该接收单元220包括接收元件221、第三导电结构223及第四导电结构225。该第三与该第四导电结构223与225用于将接收元件221接收到的超声波转换为电信号，使得该超声波感测装置200通过电信号侦测该超声波感测装置200上的物体(如手指)以获得物体特征（如指纹）。该第三导电结构223位于该第二绝缘层240与该接收元件221之间，该第四导电结构225位于该接收元件221与该第三绝缘层250之间。

优选地，该发送元件211及该接收元件221均为压电材料，例如聚二氟亚乙烯（Polyvinylidene Fluoride, PVDF）。该第一、该第二及该第三绝缘层230、240与250可以为PET等塑料材料。该第一、第二、第三及第四导电结构213、215、223及225的材料为导电材料，如透明导电材料(如氧化铟锡、氧化铟锌)、银、碳纳米管或石墨烯等导电材料，但不限于以上材料。

请参阅图10及图11，图10是图9所示超声波感测装置200的立体组装示意图，图11是图10沿线XI-XI的剖面示意图。该第二绝缘层240、该第一导电结构213、该发送元件211、该第二导电结构215、该第一绝缘层230、该第三导电结构223、该接收元件221、该第四导电结构225及该第三绝缘层250按照上述顺序自下而上层叠设置。其中，该第一导电结构213可以通过胶体层粘接在该第二绝缘层240上，也可以直接形成在该第二绝缘层240上。该第二导电结构215与该第三导电结构223可以通过胶体层分别粘接在该第一绝缘层230的两侧，也可以分别形成于该第一绝缘层230的两侧。该第四导电结构225可以通过胶体层粘接在该第三绝缘层250上，也可以直接形成在该第三绝缘层250上。

请参阅图12，图12是本实施方式一优选实施例的超声波感测装置200的剖面示意图。该优选实施例中，该发送元件211通过胶体层212及214粘接于该第一导电结构213与该第二导电结构215之间，该接收元件221也通过胶体层222与224粘接于该第三导电结构223与该第四导电结构225之间。

请参阅图13，图13是图9所示超声波感测装置的平面示意图。具体地，本实施方式中，该发送元件211为连续的面状压电材料层，该接收元件221也为连续的面状压电材料层。该第一导电结构213与该第二导电结构215为连续的面状导电层，该第三导电结构223包括多条依序间隔设置且沿第一方向X延伸的第一感测电极2231，该第四导电结构225包括多条沿不同于第一方向X的第二方向Y延伸且与该多条第一感测电极2231绝缘交叠的第二感测电极2251。本实施方式中，该第一方向X与该第二方向Y垂直。该第一感测电极2231与该第二感测电极2251相互绝缘且定义多个位于相交处的感测点P，该超声波感测装置200通过该第一感测电极2231与该第二感测电极2251侦测该多个感测点P上的物体(如手指)以获得物体特征（如指纹）。优选地，该第一感测电极2231与该第二感测电极2251可以为长条矩形、波浪形、锯齿形等形状，但不限于上述形状。

其中，任意相邻两条第一感测电极2231之间具有间隔，且任意相邻两条第一感测电极2231之间间隔距离大于等于2um小于等于10um。每条第一感测电极2231的宽度小于60 um，优选为50um。任意相邻两条第二感测电极2251之间具有间隔，且任意相邻两条第二感测电极2251之间间隔距离大于等于2um小于等于10um。每条第二感测电极2251的宽度小于60 um，优选为50um。

进一步地，该超声波感测装置200还包括扫描电路260及读取电路270。该扫描电路260用于提供一系列扫描信号至该第四导电结构225的多条第二感测电极2251。该扫描电路260包括多个输出端261，每一输出端261对应连接一第二感测电极2251。该读取电路270用于读取该第三导电结构223的多条第一感测电极2231上的电压以侦测该超声波感测装置200上方的物体特征。

请参阅图14、图15及图16，图14是该超声波感测装置200的使用状态示意图，图15是该超声波感测装置200的等效电路示意图，图16是该超声波感测装置200的驱动波形图。其中，需要说明的是，图15及图16主要以相邻的两条（第Ti及Ti+1条）第二感测电极2251为例示意图该超声波感测装置200的等效电路及驱动波形，另外驱动波形中也仅示意出第一至第三条（第R1、R2及R3条）第一感测电极2231的波形。此外，U代表该发送元件111发出的超声波随时间的变化波形图。

使用该超声波感测装置200时，待测物体280（如手指）可以放置于该超声波感测装置200上方，该第一及第二导电结构213及215被施加不同的固定电压（如0V与5V），该扫描电路260依序施加扫描信号K……至该多条第二感测电极2251，该读取电路270通过读取该多条第三感测电极2231上的电压获得该待测物体的特征。具体地，该待测物体280可以与该超声波感测装置200的最上层（如第三绝缘层250）直接接触，也可以与该超声波感测装置200的最上层（如第三绝缘层250）具有一微小距离。

在该感测周期S内，一条第二感测电极2251上的物体特征被侦测得到，即该第二感测电极2251的多个感测点P上的物体特征被侦测得到。可以理解，若该超声波感测装置200的第二感测电极2251的数量为N条，N为大于1的自然数，则该超声波感测装置200依序进行N个感测周期S的侦测从而可将该N条第二感测电极S上的所有感测点P的物体特征均侦测得到。

具体地，请参阅图16，在该第i个感测周期S，i为大于等于1且小于等于N的自然数，该第i个被扫描的第二感测电极2251（即第i个第二感测电极2251）上的物体特征可以被侦测得到，具体地，该第i个感测周期S依序包括复位时段S1、声波发送时段S2、声波传送与接收时段S3及读取时段S4， i大于等于1且小于等于N。以下将具体以第i个感测周期S为例，对该超声波感测装置200的工作原理做说明。

上一感测周期（如第i-1个）结束，则第i个感测周期开始，首先将进入复位时段S1。在该复位时段S1，该第一及第二导电结构213及215均被施加相同的电压（如0V），使得该第一及第二导电结构213及215电位相等从而消除该发送元件211的压差，该第三及第四导电结构223及225被施加相同的电压（如0V），使得该第三及第四导电结构223及225的电位相等从而消除该接收元件221的压差。

在该声波发送时段S2，该第一及第二导电结构213及215被施加不同的固定电压（如0V与5V），使得该发送元件211发出超声波。

在该超声波传送与接收时段S3，该发送元件211发出的超声波传输至待测物体280并被该待测物体280反射后被该接收元件221接收，该接收元件221接收到超声波并将该超声波转换为电信号，并使得该第三及该第四导电结构223与225产生压差。

在该读取时段S4，该读取电路S4读取该多条第一感测电极2231的电压判断该第二感测电极2251上的物体特征，至此该第i个感测周期结束并将进入下一个感测周期S（如第i+1个）。具体地，该读取时段S4包括依序的第一时段S(4-1)及第二时段S(4-2)，该第一及该第二时段S(4-1)与S(4-2)该第二感测电极2251被施加扫描信号Ti，该扫描信号Ti可为高电平信号，在该第二时段S(4-2)，该读取电路270读取该多条第一感测电极2231的电压。当该第一感测电极2231上的电压为第一电压，该第一感测电极2231上的物体特征为凸，当该第一感测电极2231上的电压为第二电压，该第一感测电极2231上的物体特征为凹，该第一电压大于该第二电压。如图14所示，在第i个感测周期S，第一及第二条第一感测电极2231上的物体特征侦测结果为凸，该第三条第一感测电极2231上的物体特征侦测结果为凹。

进一步地，当该超声波感测装置200进行完该第1至第N个感测周期S的侦测，即可将该N条第二感测电极2251上的物体特征均侦测得到，从而获得当该超声波感测装置200上的物体的所有特征，如施加到该超声波感测装置200上的手指的指纹。

需要说明的是，图16中V1与V2的波形分别代表图15所示等效电路中的V1与V2位置处的电压变化，其中读取电路260仅在读取时段对多条第一感测电极1231上的电压进行读取。

相较于现有技术，上述超声波感测装置200通过相互绝缘的第一及第二感测电极2231与2251侦测该超声波感测装置200的物体特征，无需设置TFT阵列，结构较为简单。

Claims (28)

1.一种超声波感测装置，其包括发送单元与接收单元，其特征在于：该发送单元包括发送元件、第一导电结构及第二导电结构，该第一与该第二导电结构用于产生压差使得该发送元件发出超声波，该接收单元包括接收元件、第三导电结构及第四导电结构，该第三与该第四导电结构用于将接收元件接收到的超声波转换为电信号，该第三导电结构包括多条依序间隔设置且沿第一方向延伸的第一感测电极，该第一、第二及第四导电结构其中之一包括多条沿不同于第一方向的第二方向延伸且与该多条第一感测电极绝缘交叠的第二感测电极，该超声波感测装置通过该多条第一感测电极及该多条第二感测电极侦测该超声波感测装置上的物体。

2.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：该发送元件位于该第一导电结构与该第二导电结构之间。

3.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：该接收元件位于该第三导电结构与该第四导电结构之间。

4.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：该第一导电结构与该第四导电结构为连续的面状导电层，该第二导电结构包括该多条第二感测电极。

5.如权利要求4所述的超声波感测装置，其特征在于：该接收元件包括多条依序间隔设置且沿该第一方向延伸的接收部，每一接收部与一该第一感测电极对应设置。

6.如权利要求5所述的超声波感测装置，其特征在于：该第一感测电极的宽度小于该接收部，使得该接收部的平面投影完全将该第一感测电极的平面投影完全覆盖。

7.如权利要求4所述的超声波感测装置，其特征在于：该发送元件包括多条依序间隔设置且沿该第二方向延伸的发送部，每一发送部与一该第二感测电极对应设置。

8.如权利要求7所述的超声波感测装置，其特征在于：该第二感测电极的宽度小于该发送部，使得该发送部的平面投影完全将该第二感测电极的平面投影完全覆盖。

9.如权利要求1或4所述的超声波感测装置，其特征在于：该多条第二感测电极用于被依序施加扫描信号，该多条第一感测电极用于连接读取电路，使得该读取电路通过该多条第一感测电极的电压变化侦测该超声波感测装置上的物体。

10.如权利要求9所述的超声波感测装置，其特征在于：定义一感测周期，在该感测周期内，该第二感测电极上的物体特征被侦测得到，该感测周期依序包括复位时段、声波发送时段、声波传送与接收时段及读取时段，在该复位时段，该第一及第二导电结构的电位相等从而消除该发送元件的压差，该第三及第四导电结构的电位相等从而消除该接收元件的压差；在该声波发送时段，该第二感测电极被施加扫描信号，该第一及该第二导电结构电位不同使得该发送元件发出声波；在该声波传送与接收时段，该发送元件发出的声波传输至该接收元件并使得该第三及该第四导电结构产生压差；在该读取时段，该读取电路读取该多条第一感测电极的电压判断该第二感测电极上的物体特征。

11.如权利要求10所述的超声波感测装置，其特征在于：在该声波发送时段，该第一导电结构被施加固定电压，且该固定电压与该扫描信号的电压不同。

12.如权利要求10所述的超声波感测装置，其特征在于：在该声波传送与接收时段，该第四导电结构被施加固定电压，且该第一感测电极呈浮接状态。

13.如权利要求10所述的超声波感测装置，其特征在于：在该读取时段，当该第一感测电极上的电压为第一电压，该第一感测电极上的物体特征为凸，当该第二感测电极上的电压为第二电压值，该第一感测电极上的物体特征为凹，该第一电压小于该第二电压。

14.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：该第一导电结构与该第二导电结构为连续的面状导电层，该第四导电结构包括该多条第二感测电极。

15.如权利要求14所述的超声波感测装置，其特征在于：该发送元件及该接收元件均为连续的面状结构。

16.如权利要求1或14所述的超声波感测装置，其特征在于：定义一感测周期，在该感测周期内，该第二感测电极上的物体特征被侦测得到，该感测周期依序包括复位时段、声波发送时段、声波传送与接收时段及读取时段，在该复位时段，该第一及第二导电结构的电位相等从而消除该发送元件的压差，该第三及第四导电结构的电位相等从而消除该接收元件的压差；在该声波发送时段，该第一及该第二导电结构电位不同使得该发送元件发出声波；在该声波传送与接收时段，该发送元件发出的声波传输至该接收元件，使得该第三及该第四导电结构产生电信号；在该读取时段，该第二感测电极被施加扫描信号，该读取电路读取该多条第一感测电极的电压判断该第二感测电极上的物体特征。

17.如权利要求16所述的超声波感测装置，其特征在于：在该声波发送时段，该第一导电结构及该第二导电结构分别被施加不同的固定电压。

18.如权利要求16所述的超声波感测装置，其特征在于：该读取时段包括依序的第一时段及第二时段，该第一及该第二时段该第二感测电极被施加扫描信号，在该第二时段，该读取电路读取该多条第一感测电极的电压。

19.如权利要求16所述的超声波感测装置，其特征在于：在该读取时段，当该第一感测电极上的电压为第一电压，该第一感测电极上的物体特征为凸，当该第二感测电极上的电压为第二电压值，该第一感测电极上的物体特征为凹，该第一电压大于该第二电压。

20.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：任意相邻两条第一感测电极或任意相邻两条第二感测电极之间的距离大于等于2um小于等于10um。

21.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：每条第一感测电极或每条第二感测电极的宽度小于60um。

22.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：该超声波感测装置包括位于该发送元件与该接收元件之间的第一绝缘层，该第一导电结构、该发送元件、该第二导电结构、该第一绝缘层、该第三导电结构、该接收元件及该第四导电结构依序层叠设置。

23.如权利要求22所述的超声波感测装置，其特征在于：该超声波感测装置还包括第二绝缘层及第三绝缘层，该第二绝缘层设置于该第一导电结构远离该发送元件的一侧，该第三绝缘层设置于该第四导电结构远离该接收元件的一侧。

24.如权利要求23所述的超声波感测装置，其特征在于：该第一、该第二及该第三绝缘层包括PET材料。

25.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：该第一、第二、第三及第四导电结构的材料包括透明导电材料、银、碳纳米管或石墨烯。

26.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：该第一导电结构与该第二导电结构为连续的面状导电层，该第四导电结构包括该多条第二感测电极。

27.如权利要求1所述的超声波感测装置，其特征在于：该发送元件及该接收元件均包括压电材料。

28.一种超声波感测装置，其包括发送单元与接收单元，其特征在于：该发送单元包括发送元件、第一导电结构及第二导电结构，该第一与该第二导电结构用于产生压差使得该发送元件发出超声波，该接收单元包括接收元件、第三导电结构及第四导电结构，该第三与该第四导电结构用于将接收元件接收到的超声波转换为电信号，该第三导电结构包括第一感测电极，该第一、第二及第四导电结构其中之一包括第二感测电极，该第一感测电极与该第二感测电极定义多个感测点，该超声波感测装置通过该第一感测电极与该第二感测电极侦测该多个感测点上的物体。