專利名稱：復合功能裝置、其制造方法、觸覺信息系統(tǒng)及信息輸入裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及同時或分別檢出溫度及壓力的復合功能裝置及其制造方法，特別是涉及在以各種打印機及復印機、LBP等的記錄媒體判別或個人計算機、PDA、便攜式電話機為代表的信息機器的觸摸屏，或食品用機器人、醫(yī)療用機器人、各種產(chǎn)業(yè)用機器人或各種安全系統(tǒng)中，可以對凹凸、摩擦、壓力及溫度這些觸覺信息的每一個單獨或對其組合進行檢測的復合功能裝置及其制造方法。
背景技術：
所謂與觸覺相關聯(lián)的器件，多數(shù)是將壓力信息變換為電信號，作為其代表性的器件是利用壓敏導電彈性體等的檢測電容及檢出電阻變化的器件。比如，在特開平5-81977號公報中提出一種在壓敏導電彈性體的一方設置電極，而在另一方配置具有接觸用凸部的接觸子，利用在該觸子上施加壓力時，壓敏導電彈性體的電阻改變的觸覺傳感器。
另外，在特開平5-215625號公報(對應于USP5225959)中提出一種利用電容器原理，在電極間配置彈性體，可檢出彈性體在壓力作用下的變形引起的電容變化的觸覺傳感器。在特開平9-203671號公報中提出一種利用壓電體檢出溫度及3軸方向的壓力的觸覺傳感器。
另外，在特開平5-216568號公報中記述了一種可以同時處理溫度和壓力的觸覺輸入輸出裝置。這是將壓力傳感器、壓力執(zhí)行器及溫度傳感器做成為針狀形狀，將其一組制成一個元件進行高密度排列而用作計算機的接口(界面)。
不過，特開平5-81977號公報及特開平5-215625號公報中的觸覺傳感器可以檢測一維方向上的壓力，但不能檢出三維方向上的壓力，另外，特開平9-203671號公報可以檢出溫度及三維方向上的壓力，但不能將檢出的信號及預先選擇的壓力信息表現(xiàn)出來。另外，根據(jù)特開平9-203671號公報的發(fā)明，由于為了檢出溫度和壓力使用不同的材料，在器件的制造中就必須將檢出溫度和壓力用的不同材料在同一襯底上形成，也就存在制造過程變得復雜的問題。
另外，在特開平5-216568號公報中，是可以同時處理壓力和溫度信息，但由于使用針狀物，耐久性和可靠性方面也有問題。就是說，3種針狀傳感器和執(zhí)行器的任何一個是，與人的觸覺的分辨率，比如，指端，大概300μm，相比都要小的器件，一個針狀物是極細的。因此，其機械強度很低。所以，雖然可以檢出來自外部的信息，但是由于即使是在材料方面想出辦法，機械強度也很小，破損的危險性很高。特別是，為了傳送有關人有無位移及其大小的信號(傳送在用手指等按壓針狀的物質的前端部的狀態(tài)下手指有無位移及其大小)，必須施加很大電壓，器件本身在本身的力的作用下發(fā)生機械破損的問題一直存在。此外，過去還存在任何一個器件發(fā)生破損，作為觸覺器件的功能也就喪失了的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，其特征在于提供一種針對溫度及壓力等各種觸覺信息，在各種凹凸圖形、紙等的表面狀態(tài)、信息機器的輸入器件等的不同領域的寬廣用途中可以在便宜而不損壞器件的情況下使比較接近人具有的觸覺的信息處理成為可能的復合功能器件及觸覺信息系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明的特征在于，即使是一個檢出元件破損，也可以在確保其他元件的功能的同時，簡化制造過程。
本發(fā)明的復合功能裝置，具備與多種觸覺信息相對應的各個觸覺信息部的觸覺信息元件，上述各個觸覺信息部，包含檢出對應的上述觸覺信息的第一功能和再現(xiàn)檢出的上述觸覺信息的一部分或全部的第二功能。
在本發(fā)明的復合功能裝置的一種實施方式中，上述各個觸覺信息部，分別具有多個電極對，上述第一功能，是經(jīng)過上述電極對得到上述觸覺信息的檢出信號，上述第二功能，通過從外部電源經(jīng)過上述電極通入電力，將檢出的上述觸覺信息的一部分或全部變換為與上述檢出信號相同的物理量或不同的物理量而再現(xiàn)。
此外，本發(fā)明的復合功能裝置的特征在于，通過將金屬氧化物分割為多個部分并利用設置在各個部分上的電極，檢出不同的多個信息。
另外，本發(fā)明的復合功能裝置的制造方法，其特征在于將金屬氧化物層分割為多個部分，利用在各部分上設置的電極，檢出不同的多個信息，且獨立向襯底供給構成金屬氧化物層的金屬原料和氧原料而形成金屬氧化物層。
另外，本發(fā)明的信息輸入輸出裝置，該裝置根據(jù)有關操作對象機器的用戶的用戶鑒別結果對上述對象機器進行控制，其特征在于具有用來對操作上述對象機器的多個菜單項目進行一覽提示的菜單提示單元；在利用上述菜單提示單元提示的多個菜單項目之中，根據(jù)上述用戶以手指接觸的菜單項目的位置取得上述用戶的觸覺信息的觸覺信息取得單元；以及根據(jù)利用上述觸覺信息取得單元取得的觸覺信息元進行上述用戶的鑒別的用戶鑒別單元。
本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點可從參考下面的附圖的描述而了解，附圖中同樣或類似的部件賦予同樣的標號。


包含在說明書中并構成其一部分的附圖，示出本發(fā)明的具體實施方式
，并且與說明書一起用來對本發(fā)明的原理予以說明。
圖1為示出本發(fā)明的實施方式1的復合功能裝置(器件)中的觸覺信息元件的概略剖面圖。
圖2為示出本發(fā)明的實施方式2的復合功能裝置(器件)中的觸覺信息元件的第二例的概略剖面圖。
圖3為示出本發(fā)明的復合功能裝置(器件)中的觸覺信息元件的概略平面圖。
圖4為示出將觸覺信息元件進行一維排列構成線傳感器的樣子的概略平面圖。
圖5為示出將觸覺信息元件進行一維排列構成二維傳感器的樣子的概略平面圖。
圖6為示出本發(fā)明的復合功能裝置的測定資料的模式圖。
圖7為沿圖6的A-A’的剖面圖。
圖8為示出采用本發(fā)明的復合功能裝置的壓力檢出例的特性圖。
圖9為示出包含本發(fā)明的復合功能裝置的觸覺信息系統(tǒng)的一構成例的框圖。
圖10A至10H為示出本發(fā)明的復合功能裝置的制作步驟的概略剖面圖。
圖11A至11I為示出本發(fā)明的復合功能裝置的制作步驟的概略剖面圖。
圖12為示出本發(fā)明的實施方式3的復合功能裝置的構成的示圖。
圖13為示出檢出元件以二維方式排列構成的復合功能傳感器部的示圖。
圖14A及14B為示出本發(fā)明的實施方式4的復合功能裝置的構成的示圖。
圖15為示出本發(fā)明的實施方式5的復合功能裝置的構成的示圖。
圖16為示出用來驗證本發(fā)明的一實施方式的復合功能裝置的特性的基片圖形的平面圖。
圖17為示出用來驗證本發(fā)明的一實施方式的復合功能裝置的特性的基片圖形的剖面圖。
圖18為示出用來驗證本發(fā)明的實施方式的復合功能裝置的壓力檢測部(壓力檢測元件)的特性的示圖。
圖19A至19G為示出本發(fā)明的實施方式的復合功能裝置的制作方法的流程圖。
圖20為示出溫度及壓力信息的檢出處理的流程圖。
圖21為示出在生成本發(fā)明的實施方式的金屬氧化膜時使用的原料氣體的活化原理的示圖。
圖22為本發(fā)明的信息輸入輸出裝置的實施方式1的構成模式表示圖。
圖23為用來說明信息輸入輸出裝置的功能構成的示圖。
圖24為示出構成機器顯示兼輸入部的觸覺顯示元件的配置例的示圖。
圖25為本發(fā)明的信息輸入輸出裝置的實施方式2的構成模式表示圖。
圖26為用來說明本發(fā)明的信息輸入輸出裝置的實施方式3的功能的功能構成圖。
圖27為示出可以利用計算機實現(xiàn)信息輸入輸出裝置的功能的計算機系統(tǒng)的構成例的框圖。
具體實施例方式
首先，對復合功能裝置予以說明，之后對其組成的信息輸入輸出裝置予以說明。
<復合功能裝置>
A.實施方式(1)實施方式1下面利用圖1對本實施方式予以說明。
在圖1中示出的觸覺信息元件中，5是襯底，為硅、玻璃、金屬、塑料等材料。4是彈性體，為硅、玻璃、金屬、塑料等材料。4和5或2和4也可以使用同一材料。3是金屬氧化物，只要是強介電質或熱電體，無論是何種組成均可。1、2是電極，為方便起見，1稱為上電極，2稱為下電極。在圖1中，左端部的觸覺信息部、中央部的觸覺信息部和右端部的觸覺信息部分別檢出垂直方向的壓力、水平方向的壓力及溫度，并且具有再現(xiàn)這些觸覺信息的功能。
在將金屬氧化物材料作為鋯鈦酸鉛(以下稱其為PZT)這樣的強介電質的場合舉例時，如果以通常的薄膜技術將PZT用來制作c軸取向膜的話，利用在由電極1、2夾持的左端部處的PZT具有的壓電特性d33，藉助電極1、2可檢測在垂直方向上施加于PZT的壓力。另外，在中央部分。通過利用PZT的壓電特性d31、d15、d24等，藉助埋入PZT中的電極對可能檢測在水平方向上施加的壓力。在右端部，通過利用PZT具有的熱電性，可以依靠在電極1、2之間發(fā)生的電壓檢測溫度。
在圖1中，金屬氧化物3及下電極2分開成為3個，但也可以只有一部分分離。另外，在彈性體4使用金屬等導電材料時，在下電極2和彈性體4之間，也可以設置絕緣體是自不待言的。另外，彈性體、襯底、金屬氧化物、電極的厚度及面積，可以根據(jù)用途選擇適宜的大小。比如，某一物體以0.4至1.0kg/cm2的壓力接觸本發(fā)明的復合功能器件，在要測定室溫至±30°左右的溫度時，電極和金屬氧化物的疊層體整個的厚度，一般為大約0.001至3.0mm。
另外，從圖1左部的懸臂梁部的固定端到前端的長度，在壓力檢測時沒有限制，在再現(xiàn)壓力信息時，上下方向上的位移量在10μm以上時容易被人們感覺到。為了得到這一位移，在將PZT用作金屬氧化物時，大概從固定端到前端的長度可以為大約100μm。
下面，圖10A-H示出本實施方式的復合功能器件的制作方法。其中，利用在上電極1上具有2μm厚度的熱氧化膜(氧化硅)的硅片。將該氧化膜(在圖10A-H中省略)用作彈性體。首先，作為下電極是以PF濺射法形成Pt/Ti(Pt500nm、Ti8nm厚)，之后作為金屬氧化物(Pb、La)(Zr、Ti)O3(以下略作PLZT)以RF濺射法形成(圖10A、B)。
在本實施方式中，控制組成，成為Pb/La＝95/5原子％，Zr/Ti＝30/70原子％，膜厚為4μm。利用抗蝕劑(比如AZ4620等)，可藉助氫氟酸和硝酸的混合水溶液進行如圖10C的圖形化。對PLZT的刻蝕的深度，為500μm。在利用氧等離子除去抗蝕劑之后，形成上電極(圖10D)。上電極采用與下電極同樣的材料，膜厚也相同。
之后，以電極和金屬氧化物為準進行圖形化(圖10E、圖10F)。圖形化條件為電極利用Ar等離子體進行干式刻蝕，PLZT利用氫氟酸和硝酸的混合水溶液進行濕式刻蝕。此時在除去使用的抗蝕劑之后，對硅襯底進行刻蝕(圖10H)。此時的掩模是利用LPCVD形成的氮化硅薄膜，在利用抗蝕劑(比如AZ4620等)圖形化之后，以CF4等離子體進行刻蝕。其后，以氫氧化鉀水溶液除去硅襯底，涂覆抗蝕劑，將作為懸臂梁部分的電極通過干式刻蝕去掉。
在上述制作方法中，上下電極的材料相同，膜厚相同，但本發(fā)明不限于此。上下電極即使是使用不同的材料也沒有任何問題。作為電極，除了金屬也可以采用，比如，導電氧化物及導電聚合物等等。就懸臂梁而言，必需下電極和彈性體的疊層體的合計膜厚或楊氏模量與上電極不同，或是下電極或彈性體和上電極的面積不同，但彈性體和下電極的材料相同不相同都可以。
作為金屬氧化物，只要是強介電質或熱電體，使用什么都可以。比如，PZT、PLZT、鈦酸鋇、鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈦酸鉍及在這些之中添加金屬元素的材料，以及這些的混晶物(比如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3、0.7Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3、0.7Pb(Co1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr、Ti)O3等。
此觸覺信息元件8，如圖4或圖5所示，通過一維或二維排列，可以構成同時檢出溫度和壓力，即與人的五感中，比如，觸覺相當?shù)男畔?觸覺信息)的一維或二維的復合功能器件。
具體言之，如圖9的觸覺信息系統(tǒng)的構成例所示，在將觸覺信息元件8排列為m×n(m≥0、n≥0并且m和n不同時為0)時，由這些觸覺信息元件8組成的復合功能器件20觸及一個物體時，各個觸覺信息元件8的輸出由地址控制器21將信號發(fā)送到輸入控制電路22，在經(jīng)過放大、噪聲處理等等必要的信息處理之后，在存儲器/運算處理電路23中進行所要求的信息處理。來自經(jīng)過信息處理的各元件的輸出，保存于存儲器中，根據(jù)需要，可以利用通信電路24，比如，經(jīng)過因特網(wǎng)發(fā)送到計算機等等。另一方面，在取出已經(jīng)保存于存儲器中的信息或利用通信電路24經(jīng)過因特網(wǎng)等等發(fā)送保存于存儲器中的信息時，利用輸出控制電路25經(jīng)過地址控制器21將信號給予復合功能器件20。如果觸覺信息也電子化保存于存儲器中，則視頻信息和文字信息可以同樣處理。就是說，因為在最近引起注目的五感通信中可以處理觸覺信息，是有益的。
由此，由于壓力檢出部分，作為壓電元件，發(fā)生機械變位，通過接觸器件的表面，可以感覺保存信息。此時，溫度檢出部分，通過在上下電極間施加電壓，可以用作壓力信息的顯示部。
于是，比如，在二維排列的多個觸覺信息元件8之中的某一部分9上有某個物體接觸，之后，該物體按照箭頭所示的各種方向移動時，從地址控制器21將各觸覺信息元件8的輸出由輸入控制電路順序讀入，就可以檢出移動方向和溫度壓力信息。觸覺信息元件8的排列間隔，可以根據(jù)用途決定，比如，在檢出人的指紋等等之時，大概可以是50μm左右。另外，作為PDA等信息終端機器的觸摸屏使用時，可以只取出壓力信息，元件間隔在0.1至10mm左右就可以了。觸覺信息元件8的數(shù)目，可根據(jù)目的而定，沒有什么限制。
在顯示壓力時，通過在左端部的電極1和2之間由輸出控制電路經(jīng)地址控制器在所要求的觸覺信息元件8上施加電壓，使電極/金屬氧化物/電極的疊層體發(fā)生上下變形，改變電壓的施加方法，可以將壓力信息以振動或聲音表現(xiàn)。在水平方向的壓力的場合，利用一對電極1和電極2，也可以將上下方向的位移或振動以聲音表現(xiàn)。另外，在表現(xiàn)壓力信息的場合，比如，也可以將使這種機械位移加大的機構，和該復合功能器件進行組合。
關于溫度檢測，有測定溫度的絕對值的場合和測定溫度的相對變化的場合，在圖1中，原則上，示出的是測定相對溫度的場合的元件剖面結構的原理。就是說，利用熱電體的溫度檢出，是為了檢出相對溫度。在測定絕對溫度的場合，在檢出部周圍設置作為標準的熱敏電阻和熱電偶等溫度傳感器，或是在測定時預先將標準值輸入到運算處理電路也可以。另外，溫度的再現(xiàn)，利用檢出水平方向的壓力的部分。在壓力檢測中，是利用一對的上電極1，在溫度再現(xiàn)時是在上電極和下電極上施加脈沖電壓而產(chǎn)生熱。如金屬氧化物是不會破壞絕緣的施加電壓，則對施加電壓沒有限制。
(2)實施方式2圖2為示出本發(fā)明的復合功能元件的剖面結構的原理圖。在本實施方式中，金屬氧化物3夾著電極2裝配在彈性體4上。此彈性體，可與電極的材料相同，也可以不同。不論彈性體的材料如何，下電極的彈性體的疊層體的厚度與面積和上電極不同，或是其楊氏模量不同，藉助外部電源使懸臂梁在上下方向上變形也可以。
圖2的觸覺信息元件的平面結構示于圖3。
在此圖3中，6表示在相互交差90°的懸臂梁上裝配的電極/金屬氧化物/電極的4個疊層體構成一個元件，但只要是能夠將裝配在各懸臂梁上的電極/金屬氧化物/電極/彈性體的疊層體發(fā)出的電信號進行處理變換為必需維數(shù)的空間信息所必需的數(shù)目即可，并不一定相當于4個，即也可以是將3個懸臂梁在對象上配置3次，即相互成120°對向配置，或是2個懸臂梁在2個對象上配置2次。在圖3中，懸臂梁的中央部設置于中空部，反之也可以將懸臂梁從中央以放射狀配置是自不待言的。
另外，圖中7是由電極/金屬氧化物/電極構成的疊層體，用來檢出溫度。在此圖中，是設置于一個位置，但不限定于一個位置。也可以在檢出溫度的部分配置未圖示的與紅外線相對應的光學系統(tǒng)將來自外部的紅外線高效率地聚光。此外，在檢出相對溫度變化時，將來自在多個懸臂梁上形成的電極/金屬氧化物/電極的輸出進行比較的話，7也可省略。另外，在圖2中描述的是懸臂梁相對襯底是水平設置，但如果利用襯底、彈性體、電極及金屬氧化物的界面應力相對襯底向上側彎曲設置也沒有問題。
對于電極/金屬氧化物/電極/彈性體的疊層體的各層的厚度沒有特別的限制，一般最好是電極/疊層體＝約0.5以下。在檢測小壓力或在以大振幅位移的場合，在中空結構部上伸出的梁越長越好，當也可以根據(jù)用途由必需的機械強度、信號檢出靈敏度、必需位移量等等確定。在使用PZT作為金屬氧化物的材料時，可以使機械位移量為大約10μm以下，PZT的膜厚大概為3μm-3mm左右，懸臂梁的長度為100μm-1mm左右。另外，在懸臂梁的前端，裝配一個棒狀的物體用來感知機械變位也可以，并且也可以添加應用這一原理的機械位移的放大功能是自不待言的。
檢測溫度信息的觸覺信息部，在圖2中是在彈性體4的上部形成，但在高速測定或進行反復測定的場合，也可以將襯底做成為中空結構以減小檢出部分的熱容量。
下面對本實施方式的復合功能器件的制作方法予以說明。圖11A-I示出制作流程。
首先，在襯底Si上形成彈性體。彈性體是氧化硅，利用RF濺射法形成(圖11A)。作為下電極是利用RF濺射法對Pt/Ti減小濺射形成的薄膜，Ti的厚度為6nm，而Pt的厚度為300nm。
之后，形成金屬氧化物材料。作為形成方法可以采用通常的薄膜形成方法中的任何一種，如真空蒸鍍法、各種濺射法、MO-CVD法、溶膠凝膠法、離子束蒸鍍法、氣體噴射法等等，此處是使用溶膠凝膠法形成0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3。此時，由于一次涂覆是形成大約100nm的膜厚，需要反復進行涂覆、干燥最后得到4μm的膜厚之后，在氧氣氛圍中在650°下進行5小時的熱處理而成為金屬氧化物材料(圖11C)。上電極，采用Pt/Ti，Ti為5nm，Pt為200nm，均用濺射法形成。利用酚醛清漆系的正抗蝕劑圖形化，對Pt利用氬等離子，對Ti利用SF6等離子進行干式刻蝕(圖11E)。
之后，以氫氟酸和硝酸的混合水溶液對金屬氧化物0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3進行刻蝕(圖11F)。在低壓CVD中形成氮化硅作為掩模，采用AZ1500等的抗蝕劑在CF4等離子體中進行掩模圖形化之后，以氫氧化鉀水溶液對襯底Si進行各向異性刻蝕(圖11H)。最后，利用氫氟酸和硝酸的混合水溶液對彈性體的氧化硅進行刻蝕形成中空結構(圖11I)。
這樣制作的圖2的觸覺信息元件，可通過一維排列或二維排列使用，可用來以一維或二維方式檢出/再現(xiàn)與觸覺相關聯(lián)的壓力溫度信息。溫度壓力信號的檢出，如圖9所示，是從地址控制器21經(jīng)過進行信號放大和降噪的輸入控制電路22并在存儲器/運算處理電路23中進行必需的信號處理之后進行保存。信號的再現(xiàn)，是將保存于存儲器中的信號由輸出控制電路25經(jīng)過地址控制器21驅動復合功能器件20進行。圖3的6可根據(jù)來自輸出控制電路25的電壓分別獨立地進行上下變位，由此可以再現(xiàn)垂直/水平方向上的壓力信息。另外，再現(xiàn)的信息并不需要接觸感受，比如，控制來自輸出控制電路25的輸出的頻率也可以再現(xiàn)聲音。
本實施方式的復合功能器件，并不一定要配置成為平面形狀，配置成為曲面形狀當然也是可以的。另外，如果在這一復合功能器件中使用的材料對于可見光的透明度高時，也可以和液晶顯示那樣的影像顯示器疊置就可以重復顯示影像和觸覺信息。比如，襯底、彈性體是由光敏玻璃制作，上下電極都是由ITO等透明材料制作的話，金屬氧化物3是通常的強介電質時，可成為整體的透射率可達約50％以上的器件。在圖2所示的結構中，由于在懸臂梁部分以外是中空部分，可以更鮮明地看到影像顯示器的影像。
在對以上的復合功能器件以紙、布、皮、塑料、金屬或這些的加工品等等的物體進行按壓或摩擦的話，就可以調查接觸物體的表面狀態(tài)。當然，也可以用作各種信息處理裝置的觸摸屏及手寫輸入裝置或指紋傳感器及紅外傳感器。另外，在溫度檢出部分，與物體不接觸時，也可用作對其周圍的溫度進行計測的溫度計。另外，只將溫度檢出部分用作一維或二維的溫度傳感器時，也可測定接觸物體的溫度分布。
根據(jù)實施方式1或2的復合功能裝置，具有在同時檢出溫度及壓力等各種視覺信息的同時再現(xiàn)這些信息的功能，因此，可以在各種凹凸圖形、紙張等的表面狀態(tài)、信息機器的輸入器件等不同領域中的廣泛應用中進行更接近人所具有的觸覺的信息處理。
(3)實施方式3首先，利用圖12對本發(fā)明的實施方式3的復合功能裝置的構成予以說明。圖12為示出本發(fā)明的實施方式3的復合功能裝置的概略構成的示圖。
100是襯底，為硅、玻璃、金屬、塑料等材料。不過，在金屬、半導體等導電性材料的場合，在與襯底100相接的電極130、150及金屬氧化物材料120之間最好設置絕緣體。另外，在此圖中，電極130、150彼此是分離的，但電極對中的任何一方共用也是可以的。
另外，雖然有B部分，但在圖12中沒有描述，在電極130、150圖形化時，在這部分即使是有電極材料殘留也沒什么問題。不過，在B部分殘留的電極材料和電極140必須電分離。120是強介電質或顯示熱電性的金屬氧化物材料。在本發(fā)明中，沒必要對金屬氧化物材料進行限制，是強介電質或顯示熱電性的材料就可以，代表性的材料為鈦酸鋇、鈦酸鉍、鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈦酸鋯酸鉛、鈦酸鋯酸鑭鉛及在這些之中添加金屬元素的材料，以及這些的混晶物(比如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3、0.7Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3、0.7Pb(Co1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr、Ti)O3等。
上述金屬氧化物材料的厚度和大小，可根據(jù)用途任意設定。比如，在預定裝載于移動用信息機器的場合，在物體以0.4至1.0kg/cm左右的壓力接觸，并且測定室溫±20°左右的溫度時，金屬氧化物材料的厚度可以是0.1μm至1.0mm左右。3、4、5分別是用來測定金屬氧化物材料2的厚度方向的壓力、水平方向上的壓力及溫度的電極。此電極材料，是導電材料，可由襯底110、金屬氧化物材料120形成，并且只要具有實用的粘合強度的就可以。
在圖12中，金屬氧化物材料是以鈦酸鋯酸鑭鉛(以下稱其為PLZT)這樣的強介電質的場合為例，電極130和金屬氧化物材料PLZ120疊層的部分(以下稱其為部分A)，可利用PLZT120具有的壓電特性d33，檢測施加于在PLZT120的垂直方向上的壓力。另外，在電極140中夾持PLZT120的部分(以下稱其為部分B)利用PLZT120的壓電特性性d31、d15、d24等可檢測在PLZT120的膜的面內(nèi)方向上施加的壓力。電極150和PLZT120疊層部分(以下稱其為部分C)，與部分A的結構一樣，這一部分，利用PLZT120具有的熱電性可檢測溫度。在此部分C中，為了以高靈敏度檢測溫度，在這一部分中也可在電極150上形成溫度吸收體，并且也可以設定用來之檢出推定波長的波長濾波器。
下面利用圖19的一部分(圖19A之E或F)對本實施方式的復合功能裝置的制造方法予以說明。襯底使用具有2μm厚度的絕緣體的熱氧化膜(氧化硅)的硅片。(在圖19A-G中，沒有將硅和氧化硅分開描述)首先，作為下電極330是以RF濺射法形成Pt/Ti(Pt500nm、Ti8nm厚)(圖19A)，之后作為金屬氧化物(Pb、La)(Zr、Ti)O3(以下略作PLZT120)是以RF濺射法形成的(圖19B)。在本實施方式中，控制組成為Pb/La＝95/5原子％，Zr/Ti＝30/70原子％，膜厚為4μm。之后，利用抗蝕劑(比如AZ4620等)，可藉助氫氟酸和硝酸的混合水溶液進行如圖19C的圖形化。對PLZT120的刻蝕的深度，為500μm。在利用氧等離子除去抗蝕劑之后，形成上電極340(圖19D)。上電極340采用與下電極330同樣的材料，膜厚也相同。之后，對上電極340進行進行圖形化，在除去抗蝕劑之后，就可以制造出如圖12所示的本實施方式的復合功能裝置的110元件(圖19E)。另外，通過對上電極340、PLZT120(金屬氧化膜)及下電極330依次進行圖形化，就可以得到圖19復合功能器件所示的結構是自不待言的。
另外，在圖12中，下電極是分離結構，為了使結構與其相同，可以添加對利用圖19A的制造工序形成的下電極進行圖形化的工序。
一般，在強介電質的場合，壓電特性隨結晶方位而變化，其差異可達數(shù)倍。這一點，意味著由于強介電質的結晶取向性，在垂直方向上和水平方向上壓力的檢測靈敏度不同。為了能夠檢出紙張及布等等的表面的微妙的凹凸感覺，最好是垂直、水平方向上的靈敏度相同，不過在檢出比較大的凹凸或指紋等等時垂直方向上的檢出靈敏度更為重要的時候很多。所以，根據(jù)用途這一靈敏度差別不成問題，但在本發(fā)明中，也可以將金屬氧化物材料制造成在垂直方向上和水平方向上的壓電特性是均勻的。
此時，圖19B所示的制造工序按照以下的方式進行。使構成金屬氧化物的金屬(比如，在PLZT120的場合，Pb、La、Zr、Ti四種金屬元素)從獨立的蒸發(fā)源蒸發(fā)。比如，如是RF濺射法，就將供給包含各構成金屬的靶材(比如，金屬、金屬氧化物、有機金屬化合物及鹵化金屬等)和氧、臭氧、氧化氮等包含氧元素的物質的供氧源設置于同一成膜裝置內(nèi)，使其獨立動作。
成膜，是使包含氧元素的物質(氧成分)和包含金屬元素的物質(金屬成分)交互到達襯底，而使由金屬-氧組成的結晶面和由氧組成的結晶面交換在襯底上堆積。在PLZT的場合，Pb、La、Zi、Ti四種金屬的組成比控制為所要求的值(比如，Pb/La＝95/5原子％，Zr/Ti＝30/70原子％)。對于控制方法沒有限制。比如，在靶材和襯底之間設置狹縫和閘板，通過這一狹縫的寬度藉助閘板的啟閉可以使組分在由氧組成的面上交互堆積。這樣，通過使金屬氧化物成膜，在PLZT120的場合，就可以相對襯底垂直生長210結晶面。這對應于強介電質的極化方向相對襯底傾斜45°，由此不管是垂直水平哪一個方向來的壓力，都可以示出幾乎相同的壓電特性。
這種成膜方法，不限定于RF濺射法，如是MOCVD法，各原料氣體可以獨立供給。一般，在MOCVD法的場合，因為在原料中使用有機金屬化合物，金屬成分和有機成分分離是一個課題。因此，在本實施方式中，在將各原料氣體注入成膜容器時，將原料氣體離子化，通過加熱而分解、并且經(jīng)過這樣處理的原料氣體的金屬成分根據(jù)需要可由電極加速，使到達襯底上的金屬成分活化。
通過這種離子化、加熱、加速引起的活化，到達襯底的物質具有的金屬成分主要是帶正電荷的。其結果，由于分解產(chǎn)生的有機物成分混入的很少，并且，由于利用活化條件(比如，加速電壓)控制動能的金屬成分，具有結晶生長所必需的適宜的能量，得到的金屬氧化物材料成膜溫度也變低，并且也可以控制結晶性和取向性。另外，對于氧也通過加熱、離子化及等離子化使其活化，得到的金屬氧化物的成膜溫度可低溫化，可以控制結晶性/取向性。
將這樣制造的元件進行單獨、一維、二維或三維排列，就可檢出溫度、壓力等所謂的觸覺信息。此處，對圖13所示的二維排列的場合予以描述。另外，160相當于圖12的A的部位，170相當于圖12B的部位，而180相當于圖12的C的部位。
二維排列的多個元件200的某一部分210上有某個物體接觸，之后，該物體按照箭頭所示的各種方向移動時，通過順序讀取各個元件的輸出，就可以檢出接觸面積、移動方向和溫度壓力信息。就是說，如圖20所示，從各個元件以m×n方式排列的復合功能裝置的輸出(步驟S91)，經(jīng)地址控制器(步驟S92)，在輸入控制電路中進行放大及噪聲處理等處理之后(步驟S93)，在存儲器/運算處理電路進行壓縮等必需的信號處理并保存(步驟S94)。保存的數(shù)據(jù)，再由未圖示的計算機等進行各種處理，可以利用因特網(wǎng)等通信手段及軟盤等等存儲媒體傳送到其他計算機。
在圖13中，元件的尺寸190，可根據(jù)用途確定。比如，在通過壓力檢出人的指紋時，檢出壓力的部分的寬度大概為50μm左右就可以了。另外，在調查接觸材料的表面狀態(tài)時，元件的尺寸190可以是0.1μm至10mm左右。
(4)實施方式4圖14為示出本發(fā)明的實施方式4的復合功能裝置剖面結構的原理圖。在本實施方式中，金屬氧化物120，經(jīng)電極裝配在彈性體220上。此彈性體，可與電極130、140、150或襯底110的材料相同，也可以不同。在彈性體220與電極130、150的材料相同時，對向電極中的任何一個電極(130、150)做厚都可以。在和襯底110材料相同時，只要除掉在形成中空結構時必需的厚度即可。此彈性體，在改善各部分的機械強度的同時，對于垂直方向上的壓力，具有作為振動板的作用可改善檢出靈敏度的功能，在溫度檢出部分，具有作為防止熱量蓄積的散熱板的作用的功能。只要是適合這一用途的材料，彈性體沒有是絕緣體、半導體、單晶、多晶、非晶質等的限制，對有機材料和無機材料也沒有限制。
在圖14A中，檢測溫度及壓力的部分全都是裝配于中空結構的彈性體上，但不一定必須將全部的部分做成為中空結構，可在任意部分中形成中空結構。比如，如圖14B所示，水平方向的壓力檢測部分B，在考慮機械強度的場合，也可以不做成中空結構。根據(jù)用途可任意選擇。
檢測垂直方向上的壓力的部分的電極(兩側電極的厚度之和)和金屬氧化物疊層體整體的厚度和彈性體的厚度之比，一般最好是電極/疊層體大約＝0.5以上。兩側的電極的厚度不需要相等。由于在檢測小壓力時中空結構一方在相同壓力下位移量變?yōu)?大，檢出靈敏度可提高。檢出溫度的部分，因為元件內(nèi)易于蓄積熱量，作為中空結構使檢出部分的熱容量變小而可以進行高速測定。
圖19A至G示出實施形態(tài)3的復合功能裝置的制造方法。實施方式4的復合功能裝置的制造方法，到圖19E為止與上述方法基本相同，此處圖19B的金屬氧化物120是利用MOCVD方法制造。在圖21中示出本實施方式中使用的原料氣體的活化的原理。
290是真空容器，在未圖示的真空排氣裝置中保持內(nèi)部為減壓狀態(tài)。330是襯底托盤，可根據(jù)需要有未圖示的電路進行轉動、加熱。260是構成金屬氧化物2的金屬原材料容器。270是從260流出的原料氣體流經(jīng)的管道。原料氣體的活化，按照以下方式進行。280是加熱器，具有使流經(jīng)270的原料氣體進行熱分解的作用。280，不僅是加熱器，比如，也可以是等離子體源或離子化源，此時，在加速電極300和原料氣體管道270的前端部之間設置等離子體源和離子化源。300是加速電極，相對襯底為正電位。320是電源。
在圖21中，原料容器260只示出一種，通常，該容器根據(jù)金屬成分設置多個。由于在這種場合，為了對各個金屬成分進行最優(yōu)活化，加速電壓最好是可以獨立控制，襯底托盤做成地電位。當然，全部做成逆電位也可以是自不待言的。各個金屬成分，最好是單獨成分，但金屬氧化物2，構成金屬很多這種情況并不少見。此時，考慮到結晶構造，位于同一結晶位置的成分和原料氣體的熱分解溫度類似的成分等等也可以混合。
原料氣體，通常，采用雙二叔戊酰甲烷(bisdipivaloyl-methanate)鉛、4-叔丁氧基鋯、四異丙氧基鈦、鑭的茂基絡合物等等有機金屬化合物，其它的材料也可以是自不待言的。將這樣的原料利用氬氣等載體從未圖示的容器中導入260而進入真空容器內(nèi)。此時，比如，利用加熱器280，將原料氣體熱分解，在將分解生成的包含金屬的化學種類利用加速電壓300進行加速。由此，經(jīng)熱分解生成的包含金屬的帶有正電荷的化學種類被賦予動能而可以到達襯底。
在本實施方式中，Pb、Zr、Ti、La金屬成分全部置入獨立的原料容器260內(nèi)，對加速電極300的加速電壓，加熱器280的加熱溫度都可以獨立控制。加速電壓通常為0-10kV左右，加熱器280的加熱溫度通常為100-1000℃。另外，氧源由氧氣泵將氧氣導入到圖21的270，利用加熱器280加熱到500℃，也可以使用臭氧、氮化氧等等。成膜，比如，氧源連續(xù)地、Pb、La、Zi、Ti原料氣體周期地由未圖示的電磁閥導入到真空容器中。此時，通過金屬成分的導入時間控制金屬氧化物的組成，就可以在裝配于襯底托盤310上的襯底上形成具有結晶氧面與金屬-氧面交互疊置的結構金屬氧化物材料。這一結構，在PLZT120的場合，(111)結晶面相當于是與襯底平行生長的結晶面。
圖19E以下的工序，是在將在圖19E的工序中使用的抗蝕劑剝離，在將用來使金屬氧化物120圖形化的抗蝕劑涂敷以后，利用干式刻蝕順序對上電極340、金屬氧化物120及下電極330圖形化(圖19F)。圖形化條件為上電極340及下電極330利用Ar等離子體進行干式刻蝕，PLZT120利用氫氟酸和硝酸的混合水溶液進行濕式刻蝕。
此時在除去使用的抗蝕劑之后，對硅襯底100進行刻蝕(圖19G)。作為此時的掩模是利用LPCVD形成的氮化硅薄膜，在利用抗蝕劑(AZ1500)圖形化之后，以CF4等離子體進行刻蝕。其后，以氫氧化鉀水溶液除去硅襯底。利用掩模圖形，器件的結構可以選擇圖14A或圖14B中的任何一個。這樣一來，以制作的元件為例，如圖13所示，通過排列成為m×n矩陣，就制成本實施方式的復合功能裝置。在器件表面上，為改善對磨損等的耐久性，也可以形成保護膜。
利用以上的復合功能裝置，如圖20所示，由地址控制器、輸入控制電路、存儲器/運算處理電路構成測定系統(tǒng)。在此狀態(tài)下，在對復合功能裝置以紙、布、皮、塑料、金屬或這些的加工品等等的物體進行按壓或摩擦的話，就可以調查接觸物體的表面狀態(tài)。當然，也可以用作觸摸屏及手寫輸入裝置。另外，在溫度檢出部分，與物體不接觸時，也可用作對其周圍的溫度進行計測的溫度計。另外，只將溫度檢出部分用作二維的溫度傳感器時，也可測定接觸物體的溫度分布。
(5)實施方式5圖15為示出本發(fā)明的實施方式5的復合功能裝置的構成的示圖。
230是用來顯示影像信息的顯示器件。該器件，使用以顯示銀鹽照相及廣告畫為首的各種靜止像、CRT、有機EL、無機EL、各種液晶器件等動畫顯示的器件任何一種都可以。另外，剖面形狀不一定必須采用圖15示出的平面形狀，也可以具有半球狀等曲面形狀。
240是檢出溫度壓力信息的復合功能傳感器部。240的剖面結構可以是圖12或圖14所示的以及這些變形結構的任何一種都可以。比如，在230的影像顯示器是彩色液晶顯示器的場合，代表性的1個像素尺寸為330μm×330μm。襯底100是玻璃等透明材料，電極是ITO及ZnO等的透明電極，金屬氧化物是PZT及鈦酸鋇等透明的強介電質、熱電體。
復合功能傳感器部，疊置于影像顯示器的影像顯示面之上，影像顯示面，根據(jù)利用復合功能傳感器部檢出的信息進行影像顯示。
電極，利用濺射法等通常的薄膜形成方法制造，將其圖形化為所要求的圖形。比如，將金屬氧化物分割為3部分，按照13的1一個像素的大小，進行三分割，將溫度、壓力檢測部分的尺寸作為各部分的110μm×330μm。各部分，可檢測垂直方向上及水平方向上的壓力及溫度。當然，根據(jù)用途，溫度壓力的檢測部分，當然也可以分割為除此之外的尺寸。
利用這種結構，比如，利用溫度檢測部分，當有人接近時可檢測其體溫，使影像顯示器的開關接入，通過使與顯示于影像顯示器上的物體相同的物體接觸壓力檢測部分，可以檢測該物體的表面信息。
B.具體例下面對上述各實施方式的具體例予以說明。另外，對實施方式4及實施方式5是對于將金屬氧化物2分割為3部分的場合進行說明的，但是，比如，當然也可以分割為2或4部分。另外，對于器件制造方法，不限定于以下說明的手段，根據(jù)構成器件的材料進行選擇即可。
(1)具體例1在示于圖1的觸覺信息元件中，4、5是同一材料，都是單晶硅，其中將切割出的100面的硅片通過各向異性刻蝕加工出如圖所示的剖面形狀。3是金屬氧化物，采用(Pb、La)(Zr、Ti)O3(以下略作PLZT)。在本發(fā)明中，調整組成為Pb/La＝95/5原子％，Zr/Ti＝30/70原子％。1、2是電極，都是鈦/鉑的疊層電極。
觸覺信息元件的制作步驟，如圖10所示，首先在硅(100)單晶5上利用熱氧化形成氧化硅，作為彈性體。之后，連續(xù)以濺射法制作鈦20nm、鉑100nm作為電極2。在此電極上，以濺射法制作5μm厚度的PLZT。通過干式刻蝕使PLZT和電極2圖形化，再在檢測水平方向壓力的部分上形成深度為1μm的溝槽。如圖1所示，利用通常的光刻技術形成電極1。最后，從背面通過各向異性刻蝕，對襯底5進行刻蝕形成中空結構，利用未圖示的布線與未圖示的外部電路相連接而做成元件。
為了確認此復合功能器件的功能，將300個觸覺信息元件按照圖4進行一維排列形成線傳感器。此處，3個部分的尺寸，以制作的寬度50μm、長度300μm作成的一維排列的復合功能器件的傳感器部分的寬度為45mm。
對此傳感器部分，利用對圖6所示的硅片進行刻蝕，形成寬度a＝300μm，高度4μm，間隔b＝1mm，θ＝45°的直線條狀模式(A-A’的剖面圖如圖7所示)的器件以壓力0.5kg/cm2的壓力接觸。此時，在使圖6的B點(模式的邊緣部)與配置于該傳感器部分的左端的觸覺信息元件的垂直方向的壓力檢測部一致的情況下使傳感器部分以50μm/秒的速度沿著圖6的箭頭方向移動。信號的讀取，利用圖9的輸入控制電路22進行。此時，從配置于左端的觸覺信息元件的垂直方向上的壓力檢測部分的輸出的變化如圖8所示，確認可以得到與條狀模式與觸覺信息元件接觸的面積成比例的輸出。
此外，從觸覺信息元件發(fā)出的輸出，相應于傳感器部分的移動，順序地，從傳感器部分的左端到右端變化。之后，利用圖9的輸出控制電路25，一邊在懸臂梁部分上施加電壓，一邊以手指觸摸傳感器，可以感覺到上下的振動，并且，了在從觸覺信息元件的左端移動到右端時可以確認上下振動，可以再現(xiàn)從各個元件的輸出的時間變化。
(2)具體例2圖2示出觸覺信息元件的剖面結構原理圖，而圖11A-I示出制作步驟。
在此圖2中，襯底5是光敏玻璃，彈性體4和5采用同樣材料。1、2是電極，2是Cr/Ti/Pt，夾著金屬氧化物3的電極1由Ti/Pt構成。這些電極，每個都是利用PF濺射法形成的。在本例中，金屬氧化物是0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3，以溶膠凝膠法形成。4的厚度為5μm，金屬氧化物3的厚度為6μm。襯底5及彈性體4的圖形化采用通常的濕式刻蝕，而電極1、2及金屬氧化物3的圖形化采用通常的干式刻蝕。裝配電極1/金屬氧化物3/電極2的懸臂梁部分的長度為300μm，寬度為80μm。此懸臂梁為4個互相成90°配置。
為了研究此觸覺信息元件的性能，將元件縱橫各100個配列形成二維傳感器。另外，從距離二維傳感器的表面0.1mm設置聚合物保護膜將整個傳感器覆蓋。電極1、2，如圖9所示，利用未圖示的布線，經(jīng)地址控制器21與輸入控制電路、存儲器/運算處理電路、通信電路相連接。
使市售的復印紙FB75(FoxRiverBond制)和Xx90(Xerox制)以0.8kg/m2左右的壓力接觸本例的復合功能器件5秒鐘。之后，使其在圖5的X方向上以0.5s/m在10秒間移動。此時，測定從檢測通過5秒間的接觸在垂直方向上的壓力的部分的輸出，在FB75的場合，輸出的變動最大為32.2％。
與此相對，從檢出水平方向上的壓力的部分的輸出為輸出變動的最大相對變動幅度為為約25％。另一方面，觀察到的Xx90的輸出的相對變動幅度，在垂直方向上為約15％，水平方向上的壓力為10％的變動。另外，觀察到從溫度檢出部分輸出的由于在X方向上的移動引起的溫度上升估計為FB75最大為3.5℃溫升。在Xx90的場合最大為1.2℃的溫升。利用激光顯微鏡對此復印紙的表面進行觀察的結果是FB75大概有9.3μm的凹凸，可觀察到數(shù)10～100μm的起伏，而Xx90的凹凸為約8.9μm，間距為大約數(shù)十微米以下。這一點，與本例的復合功能器件的測定結果一致，F(xiàn)B75的表面，與Xx90相比，顯示出整個用紙的凹凸大。
根據(jù)在垂直方向上接觸5秒時的各個觸覺信息元件的檢出電壓，從外部電源對在懸臂梁上形成的疊層體施加從輸出控制電路發(fā)出的電壓，使懸臂梁向上方向彎曲。在此狀態(tài)下，以手指在傳感器表面描繪時，在FB75上整體的凹凸感強，Xx90比較平坦。這一間隔與以手指夾著兩者相搓時的凹凸間隔類似。
(3)具體例3圖12示出本發(fā)明的實施方式3的1元件的剖面結構原理圖。在此圖中，110是硅片(襯底)，此處使用的是其切割出的100面的硅片。120是金屬氧化物，采用(Pb、La)(Zr、Ti)O3。在本實施方式中，調整組成為Pb/La＝95/5原子％，Zr/Ti＝30/70原子％。
關于制造方法，在圖19A至E中示出。首先對硅片表面利用熱氧化形成氧化硅薄膜之后以濺射法制作鈦15nm、鉑150nm作為疊層電極。之后，利用通常的半導體加工技術進行圖形化，使得只留下電極130、150的一部分。
之后，利用MOVCD法形成3μm的PLZT薄膜。各金屬成分的原料氣體，采用雙二叔戊酰甲烷(bisdipivaloyl-methanate)鉛、4-叔丁氧基鋯、四異丙氧基鈦、鑭的茂基絡合物。圖21的原料容器準備4個，分別個別裝填上述有機金屬。
對于Ti、Zr成分，采用在300℃加熱的加熱器作為280。對于Pb、La成分，280設定為400℃。加速電壓，對于Pb、La成分，為2kV，對于Zr、Ti成分，為3kV。通過控制導入到260內(nèi)的氬氣的流量對金屬組成進行控制。設襯底溫度為600℃，在每分鐘轉10轉的同時，形成金屬氧化膜(PLZT膜)120。這樣生成的金屬氧化膜(PLZT膜)120，利用X線衍射顯微鏡確認了結晶面是與襯底垂直生長(111取向膜)的。另一方面，在對全部金屬成分都不施加加速電壓的場合，001結晶面相對襯底垂直取向(001取向膜)。
之后，對形成111取向膜的電極140的部分，利用氟硝酸進行濕式刻蝕，刻蝕深度為2.5μm。其后，利用RF濺射法全面形成由上述鈦和鉑構成的上電極，通過對上電極圖形化，使各個電極130、140、150分離。于是，將各個電極130、140、150，如圖9所示，利用未圖示的布線，與地址控制器、輸入控制電路換和存儲器/運算處理電路相連接而做成本實施方式的復合功能裝置。在元件的整個表面上形成絕緣性的保護膜也沒什么關系是自不待言的。另外，在本實施方式中，3個部分的尺寸，寬度為50μm、長度為300μm，將這一元件300個進行一維排列。所以，作成的復合功能器件的傳感器部分的寬度為45mm。
對此傳感器部分，利用對圖16、圖17所示的硅片進行刻蝕，形成寬度a＝300μm，高度5μm，間隔b＝1mm，θ＝45°的直線圖案的器件以壓力0.9kg/cm2的壓力接觸。此時，在使圖16的B點(模式的邊緣部)與配置于本實施方式的復合功能裝置的左端的元件的垂直方向的壓力檢測部一致的情況下使傳感器部分以50μm/秒的速度沿著圖16的箭頭方向移動。此時，從配置于左端的垂直方向上的壓力檢測部分(壓力檢出元件)的輸出的變化如圖18所示，確認可以得到與直線模式與檢出垂直方向上的壓力的部分的接觸的面積成比例的輸出。另一方面，從水平方向上的壓力檢出部分的輸出電壓為垂直方向的壓力檢出部分的約80％，其相對輸出示出與圖18相同的傾向。另外，即使是按壓硅片的壓力小到0.1kg/cm2，垂直和水平方向上都可以檢出信號。
為比較起見，對于001取向膜也利用與111取向膜一樣的方法做成器件，進行同樣的實驗。垂直方向、水平方向的相對輸出與圖18的相同，但水平方向的輸出電壓為垂直方向的輸出電壓的1/3，當按壓硅片的壓力小于0.3kg/cm2時，不能檢出水平方向的壓力。
如上所述，已經(jīng)確認，與PLZT的取向性無關，利用本實施方式的復合功能裝置，可以檢出垂直、水平方向的壓力，并且通過對取向性進行控制，可以對壓力的檢出界限進行修正。
(4)具體例4圖14示出本發(fā)明的實施方式4的復合功能裝置的剖面結構原理圖。在此圖中，襯底110是光敏玻璃，220是光敏玻璃，此處與襯底110采用同樣材料。130、140、150是電極，與220接觸的部分是Cr/Ti/Pt，中間夾著金屬氧化物120的反對側由Ti/Pt構成。這些電極的每一個都是利用PF濺射法形成的。
另外，金屬氧化物是0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3，以溶膠凝膠法形成。220的厚度為5μm，金屬氧化物120的厚度為5μm。襯底110及彈性體220的圖形化采用通常的濕式刻蝕，而電極及金屬氧化物的圖形化采用通常的干式刻蝕。一個元件的尺寸為寬度180μm，長度500μm，將其按照圖14進行三分割，A部分檢出垂直方向的壓力，B部分檢出水平方向的壓力，C部分則是檢出溫度的部分。將這一元件排列成為縱橫各200個，整個以聚合物保護膜覆蓋。電極130、140、150以未圖示的布線形成如圖20所示的結構而制成本實施方式的復合功能裝置。
使市售的復印紙FB75(FoxRiverBond制)和Xx90(Xerox制)以0.8kg/m2左右的壓力接觸本實施方式的復合功能裝置，之后，使其在圖13的X方向上以0.5s/m在10秒間移動。在FB75的場合，來自檢測在垂直方向上的壓力的部分的相對輸出最大為15.8％。與此相對，來自檢出水平方向上的壓力的部分的輸出的最大相對變動幅度為約30％。
另一方面，觀察到的Xx90的輸出的相對變動幅度，為約8.95％。所以，在圖13的Y方向上移動的場合，未檢出兩者的差異。另外，觀察到從溫度檢出部分輸出的由于在X方向上的移動引起的溫度上升估計為FB75最大為2.5℃溫升。在Xx90的場合最大為1.4℃的溫升。利用激光顯微鏡對該復印紙的表面進行觀察的結果是FB75大概有9.3μm的凹凸，可觀察到數(shù)10～100μm的起伏，而Xx90的凹凸為約8.9μm，起伏的幅度為大約數(shù)十微米以下。這一點，與本例的復合功能器件的測定結果一致，F(xiàn)B75的表面，與Xx90相比，顯示出整個用紙的凹凸大。
(5)具體例5圖15示出本發(fā)明的實施方式5的復合功能裝置的剖面結構圖。230是用來顯示影像信息的顯示器件，240是可以同時檢出溫度壓力信息的復合功能傳感器部，此部分的一個元件的剖面結構原理圖示于圖14。230是利用液晶或有機EL等的有機材料的影像顯示器件，只要是可以顯示通常的CRT等的影像信息顯示器哪一種都可以，疊層的也可以。形狀也不一定必須是圖15所示的矩形剖面形狀，疊層也可以。在本實施方式中，為顯示影像信息采用的是1個像素尺寸為330μm×330μm的彩色液晶顯示器。畫面的大小為12英寸。
在圖14中，110光敏玻璃，120采用金屬氧化物(Pb、La)(Zr、Ti)O3。在本實施方式中，調整組成成為Pb/La＝95/5原子％，Zr/Ti＝30/70原子％。220是與110相同的光敏玻璃。另外，電極材料130、140、150任何一種都是采用在氧化鋅中添加3％的鎵的材料，利用RF濺射法形成的150nm厚。
之后，將上述金屬氧化物120，在利用電子束蒸鍍獨立地將各金屬成分蒸發(fā)的同時，將經(jīng)過離子束處理的氧氣同時吹向襯底110而成膜。金屬成分的組成控制可通過改變電子束的照射時間進行。膜厚為10μm。其后，利用離子銑削(刻蝕)對金屬氧化物及下電極進行圖形化使其大小成為100μm×300μm。
此外，在檢出水平方向上的壓力的部分上，利用離子銑削形成深度為5μm的溝槽。此溝槽在圖14中是在寬度方向上形成的，但在長度方向上形成也可以。在本實施方式中，在寬度方向上從金屬氧化物的邊緣起15μm的位置處形成2個溝槽，溝槽的大小為10μm×230μm。之后，利用PF濺射法將以鎵摻雜的氧化鋅薄膜作為上電極全面形成，通過對上電極、金屬氧化物120及下電極順序進行圖形化，可分別形成檢出垂直方向的壓力、水平方向的壓力以及溫度的部分。
最后，利用濕式刻蝕將溫度壓力檢測部分的襯底110的里側去除而形成中空結構。此時，由于光敏玻璃的1部作為彈性體使用，電極130、150不會裸露。示于圖14的用來檢出壓力溫度的傳感器部及處理來自傳感器的信號的未圖示的IC電路，利用與電極130、140、150同樣的添加鎵的氧化鋅布線，在影像顯示器的影像顯示部不重合的部分連接。另外，在圖15中，彩色液晶顯示器13和檢測溫度壓力的復合功能傳感器部240以粘合劑粘合使各元件重疊。
這樣制造的本實施方式的溫度壓力檢測部分200，在利用畫筆描繪作畫畫線時，通過對各部分的檢出信號進行處理，可以根據(jù)加于臂上的壓力和動作，檢出筆壓和線寬以及筆的移動方向。由于筆壓強的部分，因摩擦而生熱量大，通過對垂直方向上的壓力溫度的組合檢出，可以檢出更微妙的筆壓變化。于是，也可以將這一信息在顯示器230上顯示。
利用以上說明的本發(fā)明的實施方式的復合功能裝置可以同時檢出溫度和壓力。由此，可以提供應用于各種凹凸模式、紙張等的表面狀態(tài)、信息機器的輸入器件等等不同領域的廣泛用途的復合功能裝置。
另外，本發(fā)明的實施方式的復合功能裝置，是利用可以對溫度及壓力任何一個都可以回應的強介電質或熱電體，通過將其分割為多個部分，可以在各個部分中處理必需的信息的裝置。此外，通過將用來檢出溫度壓力的檢出元件在同一層上構成，與將各個檢出元件以別的檢出材料檢出的場合相比，器件的制造過程可以大幅度地簡化。
此外，通過控制強介電質或熱電體的結晶取向性制造器件，就可以消除對來自不同方向的壓力的靈敏度的偏差的問題。另外，由于強介電質或熱電體，一般對可見光接近透明，所以可以對溫度壓力這一點觸覺信息和影像信息重合處理。
另外，在上述說明中，本實施方式的復合功能裝置是針對可以檢出對象物體的溫度及壓力的情況進行說明的，但利用強介電質或熱電體的特性可以檢出對象物體的加速度及角速度等等，是自不待言的。
此外，根據(jù)本實施方式，因為是將金屬氧化物分割為多個部分，通過在各個部分上設置電極可以檢出不同的多個信息的結構，所以即使是一個檢出元件破損也可以確保其他的檢出元件的功能，同時由于各個檢出元件群是利用同一材料構成的，可使制造過程簡化。
<具備復合功能裝置的信息輸入輸出裝置>
下面對利用迄今說明的復合功能裝置的信息輸入輸出裝置予以詳細說明。就是將上述的復合功能裝置作為指紋檢出器組裝到信息輸入輸出裝置的場合。
近年來，隨著通信網(wǎng)絡社會的發(fā)展，通信網(wǎng)絡及與其連接的信息處理裝置的融合日益進展。比如，對使用信息處理裝置的用戶的個人鑒別等的安全功能的必要性日益增大。
作為進行這種個人鑒別的方式，存在有種種的鑒別方式，但特別引人注目的是利用指紋等的觸覺信息的鑒別。根據(jù)這種觸覺信息(生物體信息)的鑒別，具有的特征是不可能發(fā)生由他人代替冒充鑒別、或將鑰匙或IC卡等記錄識別個人的信息的記錄媒體等物理媒體丟失的可能性。
在利用指紋進行個人鑒別中，讀取指紋內(nèi)的方式，比如在“Thermal Type Fingerprint Sensor Having Arrayed HeaterElements”(傳感器、微細機器和應用系統(tǒng)會議報告摘要集)中所示出的，有從利用光學系統(tǒng)對手指進行攝影得到的圖像認識的方式、利用傳感器對來自手指的熱及力等物理量進行計測的方式并根據(jù)這些測定量的分布認識指紋的方式等等。
另外，比如，如在日本專利第3258632號公報中記述的，鑒別指紋并將鑒別結果應用于安全功能的技術是公知的。在上述技術中，在結構上在電子機器的電源開關或動作開關上設置指紋讀取部，在電子機器接通電源時或啟動時進行指紋讀取，將根據(jù)指紋信息的生體鑒別和電子機器的啟動動作正確的進行關聯(lián)已經(jīng)成功。
于是，藉助上述指紋讀取部的指紋鑒別的結果，在判別操作電子機器的用戶不是事前登錄的合法用戶的場合，為了排除該不法用戶對電子機器的使用，電子機器可以抑制本身的啟動。
這樣，抑制電子機器的啟動本身，與單獨備有基于生體信息的鑒別機器并根據(jù)該鑒別機器的鑒別結果限制上述電子機器的功能的場合相比較，可以認為安全性得到提高。
另外，作為鑒別指紋并將其應用于安全功能的其他例子，比如，在特開2000-293253號公報中提出一種讀取利用坐標指示手段指示的指紋讀取坐標上的指紋，根據(jù)上述讀取的指紋與事前登錄的指紋信息進行比對的結果，控制電子機器的技術。
在此特開2000-293253號公報中示出的電子機器中，在對指示指紋讀取的坐標和從指紋鑒別結果得到的信息，單獨或復合使用的同時，就可以判斷用戶(操作者)是否合法而控制自己的動作。
就是說，在由指紋讀取的指示坐標認識用戶對電子機器的意圖(用戶對電子機器的操作指示)的同時，由指紋鑒別確定用戶，而將與上述確定的用戶相關的信息和上述認識的用戶的意圖聯(lián)系起來的電子機器的動作予以控制。
作為這種鑒別方法的具體例子，比如，在定型的捺印欄中指示指紋讀取坐標的場合，有捺下與得到的鑒別結果的用戶相對應的承認印的方法。
另外，利用指紋信息等鑒別個人的結果的應用例，不只限于安全相關技術。比如，這種個人鑒別，在將鑒別結果與個人的趣味傾向的信息相關聯(lián)，判斷向用戶個人提供的服務信息的種類及內(nèi)容等等之中也可以得到應用。
不過，在上述日本專利第3258632號公報中示出的具備指紋鑒別功能的電子機器(在電子機器的電源開關或動作開關上設置指紋讀取部進行個人鑒別管理的電子機器)中，存在下面說明的問題。
就是說，在上述現(xiàn)有的具備指紋鑒別功能的電子機器中。由于優(yōu)先考慮安全性，在電子機器的電源開關或動作開關上設置指紋讀取部。其結果，就有了對于用戶可能操作的使用的開關類，都必須設置上述指紋讀取部不可的問題。
另外，在向用戶提供不以安全檢查為目的的通常的服務的場合，電子機器的電源必須經(jīng)常地接通或啟動。因此，比如，在多個用戶共同使用上述電子機器的場合，用戶必須到設置開關的特定的場所去進行指紋鑒別不可。所以，利用電子機器的用戶的操作性不良，存在將煩雜的操作強加于用戶的問題。
另外，在上述特開2000-293253號公報中記述的那種利用指紋讀取坐標讀取指紋，根據(jù)將其與事前登錄的指紋信息進行比對的結果進行動作控制的現(xiàn)有的電子機器中，存在下面說明的問題。
就是說，因為上述現(xiàn)有的電子機器，是由顯示單元、指紋讀取坐標指示單元以及指紋讀取單元等構成的，在用戶將手指接觸電子機器上的指紋讀取坐標時，用戶的多個手指的接觸位置坐標，只能利用電子機器示出的視覺信息向用戶提示。
另外，在用戶的手指與電子機器接觸時的用戶的意圖(用戶對電子機器的操作指示)以及有關用戶鑒別的結果，只限于電子機器正常動作的場合，對用戶進行提示。
因此，用戶，不能直接確認自己對電子機器的操作是否可靠地執(zhí)行了，只能以電子機器側的動作正常結束與否作為判斷基準，間接確認自己的操作確實傳送到電子機器。
這樣，情況是，一直到可以確認從電子機器側發(fā)出的某種動作結束信息或動作繼續(xù)信息可以判斷電子機器已經(jīng)完全結束用戶的目的動作或動作未完成而按照原樣結束為止，用戶不了解自己的操作指示是否確實傳送給電子機器。
于是，在本信息輸入輸出裝置中，意欲解決這樣的問題。可以解決此種問題的實施方式如下所述。
<信息輸入輸出裝置的實施方式>
下面參照附圖對信息輸入輸出裝置的實施方式予以說明。
(1)實施方式1(信息輸入輸出機器100的構成)圖22為用來說明實施方式1的信息輸入輸出機器400的構成的示圖，410是機器顯示兼輸入部、420是可能選擇的偽按鈕、430是用來顯示上述偽按鈕420的內(nèi)容的顯示部位、440是提供聲音信息的揚聲器。
其中，機器顯示兼輸入部410，是用來在檢出用戶指紋的同時，將機器側是否認識用戶進行的操作的信息向用戶提供的部分。構成機器顯示兼輸入部410的觸覺信息元件的配置例示于圖24。
如圖24所示，510是觸覺信息輸出部、520、530、540是觸覺信息輸入部。機器顯示兼輸入部410，將輸出部(觸覺信息輸出部510)和輸入部(觸覺信息輸入部520～540)組合成為一個單元，將此單元配置成為矩陣狀而構成的。
另外，如圖24所示，在觸覺信息輸出部510及觸覺信息輸入部520～540中分別包含的觸覺元件，不一定要一樣大小。只要能確保為檢出用戶指紋所必需的分辨率，可根據(jù)觸覺信息輸出部510及觸覺信息輸入部520～540的功能，分別以適當?shù)拇笮嫵伞?br> 特別是，在將檢出指紋進行用戶鑒別的輸入部位的觸覺顯示元件(觸覺信息輸入部520～540)的間距與輸出部位的觸覺顯示元件(觸覺信息輸出部510)的間距相比較時，即使是觸覺信息的輸出部位的間距大于輸入部位的間距，可以充分達到其功能的場合也很多。
其原因在于，輸入部位的間距，為了防止指紋的誤檢，必需充分地小。與此相對，輸出部位，因為是用來提示確認用戶的操作是否確實傳送到機器側的信息的，只要確保信息提示所必需的間距即可。
返回圖22的說明。偽按鈕420，是由信息輸入輸出機器400向用戶進行提示的選擇按鈕，對信息輸入輸出機器400，傳送用戶的操作意圖。
顯示部430，是在用戶按下偽按鈕420的場合，將信息輸入輸出機器400執(zhí)行的動作內(nèi)容簡潔表示于各個偽按鈕420上。
揚聲器440，是用來向用戶提供音響信息(操作指導等的信息)的音響機器。
下面利用圖23示出的功能構成框圖對信息輸入輸出機器400的功能予以說明。
中央處理部450主管信息輸入輸出機器400的整體動作的控制。中央處理部450，如果從指紋鑒別部470供給用戶的鑒別信息和從輸入信息控制部490供給用戶的意圖信息，就控制聲音處理部500向用戶提供指導信息等。另外，中央處理部450，將用戶鑒別結果等輸出到觸覺信息顯示控制部460。
觸覺信息顯示控制部460，通過動作控制使從中央處理部450輸出用戶鑒別結果等在上述圖22中示出的信息輸入輸出機器400上顯示。
指紋鑒別部470，判定從輸入信息控制部490輸出的用戶的指紋是否與已經(jīng)登錄的指紋一致。
指紋數(shù)據(jù)登錄部480，為了使指紋鑒別部470可以進行指紋判定對正規(guī)的用戶的指紋進行登錄并記錄。
輸入信息控制部490，將從信息輸入輸出機器400得到的用戶指紋以及用戶的意圖(用戶對機器的操作指示)輸出到指紋鑒別部470、中央處理部450以及觸覺信息顯示控制部460。
信息輸入輸出機器400，是由上述圖23中示出的觸覺信息輸出部510及觸覺信息輸入部520～540組成的觸覺元件。
聲音處理部500，是用來進行從揚聲器440輸出規(guī)定的指導信息的處理。另外，信息輸入輸出機器400，用來進行將是否認識用戶的操作的結果經(jīng)揚聲器440用聲音傳達的處理。
(信息輸入輸出機器400的動作)下面對在用戶向對象機器指示所要求的操作時的信息輸入輸出機器400的動作予以說明。
首先，用戶按照信息輸入輸出機器400的揚聲器440發(fā)出的操作指導從對象機器上顯示的菜單一覽中選擇菜單項目。
之后，用戶對應于自己選擇的菜單項目，利用觸覺認識再次在信息輸入輸出機器400上顯示的偽按鈕420的顯示部430，按下目標偽按鈕420。另外，在顯示部430上顯示偽按鈕420的內(nèi)容。通過這一用戶的動作，信息輸入輸出機器400在認識用戶的意圖的同時，進行用戶鑒別。
關于機器顯示兼輸入部還要詳述。畫面是顯示應該進行的操作的內(nèi)容的顯示屏。偽按鈕420的結構，是通過接觸了解是按鈕的偽按鈕(不是真正的按鈕開關)，并且還有接觸該按鈕的表面而了解的顯示部430。
在圖22中，因為在偽按鈕420上有3個圓圈(○)，是第三個按鈕，或是“3”的內(nèi)容也作為觸覺信息進行顯示。利用這三個圓圈，顯示的內(nèi)容與偽按鈕420的內(nèi)容對應。
如上所述，本實施方式的信息輸入輸出機器400，是由圖23示出的功能框圖構成的，如鑒別處理開始，首先，在和用戶之間，從中央處理部450向各個構成部輸出用來進行信息(動作指示信息及指紋信息等等)收發(fā)所必需的指示命令。
此處，信息輸入輸出機器400，在僅僅執(zhí)行與用戶的信息輸入輸出功能的簡單構成的場合，在中央處理部450中，除了上述功能之外，還設置和信息輸入輸出機器400外部的裝置等的連接接口的功能。
在本實施方式中，通過中央處理部450的動作控制，聲音處理部500實施其功能，經(jīng)揚聲器440以聲音向用戶提供操作的目的及步驟、以及菜單一覽中的選擇分支(菜單項目)。
另外，對用戶也沒有必要一定要提供利用聲音處理部500及信息輸入輸出機器400的聲音信息的操作指導，也可以采用這樣的結構，即用戶根據(jù)后述的觸覺信息或視覺信息中的至少一個的信息進行對對象機器的操作。
如上所述，考慮到由揚聲器440提供的機器操作的目的，用戶判斷適宜的選擇分支。另一方面，在對象機器側，利用觸覺信息顯示控制部460控制的觸覺信息輸入輸出部410，使偽按鈕420及顯示部430成為凹凸狀態(tài)表示機器操作的目的。
其次，用戶，通過以手指觸摸顯示于機器顯示兼輸入部400上的偽按鈕420上的顯示部430的凹凸部分，在通過觸覺認識偽按鈕420的同時按下要選擇的偽按鈕420。
用戶通過按下與所希望的機器操作相對應的偽按鈕420，用戶的意圖作為操作指示傳送到對象機器。中央處理部450，根據(jù)上述指示，在確認用戶的意圖的同時，根據(jù)從按下偽按鈕420的手指可以檢出的用戶的指紋同時進行用戶鑒別。
下面示出利用信息輸入輸出機器400的用戶意圖的確認以及用戶鑒別的具體步驟。
輸入信息控制部490，根據(jù)從圖23所示的配置成為矩陣狀的觸覺信息輸入部520～540得到的輸入信息，進行對用戶信息(對機器的操作指示信息及指紋信息)的分析的動作控制，首先，輸入信息控制部490，在從輸入接觸信息的觸覺顯示元件的位置檢出選擇操作的同時，從輸入接觸信息的觸覺顯示元件的分步認識用戶的指紋信息。
此處，輸入信息控制部490，為了進行用戶選擇的檢出，比如，可以判斷觸覺信息輸入部520～540的觸覺顯示元件的輸入信號集中的位置是否是用戶按下的位置。另外，為了認識用戶的指紋信息，也可以，比如，分析觸覺顯示元件的輸入信號的分布狀態(tài)判斷指紋形狀。
輸入信息控制部490，將認識到用戶手指接觸的偽按鈕420的位置信息發(fā)送到中央處理部450和觸覺信息顯示控制部460。此時，在中央處理部450中，在使對象機器執(zhí)行的動作的切分上使用上述信息。另外，在觸覺信息顯示控制部460中，將用戶按下的選擇分支(偽按鈕420)作為觸覺信息顯示于對象機器側，并將認識到了已進行的操作這一點傳達給用戶。就是說，原本作為偽按鈕420，如果有按鈕，一接觸即可了解，顯示出與周圍不同的觸覺信息(凸狀感、阻力(肌觸)有異、存在刺激(電刺激等等))。
具體言之，比如，在用戶按下以凸狀態(tài)示出的偽按鈕420時，輸入信息控制部490使上述偽按鈕420變換為凹狀態(tài)。利用這種凹凸狀態(tài)的變化引起的觸覺信息的變化，用戶可以確認自己的操作指示已經(jīng)為對象機器認識到。
另外，輸入信息控制部490，將認識到的指紋信息發(fā)送到指紋鑒別部470。在指紋鑒別部470中，參照登錄到指紋數(shù)據(jù)登錄部480的數(shù)據(jù)，確定進行上述操作的用戶，并將該結果發(fā)送到中央處理部450。
中央處理部450，如果供給用戶選擇的偽按鈕420的位置(接觸位置)以及指紋鑒別部470進行的用戶個人的鑒別結果的話，就根據(jù)用戶對所希望的對象機器進行的操作及用戶的個人信息，決定對象機器的動作。就是說，根據(jù)用戶鑒別結果，如果判斷上述用戶是已經(jīng)登錄的正當用戶，中央處理部450就進行控制使該對象機器進行用戶選擇的按鈕的內(nèi)容的動作。
根據(jù)本實施方式，如果用戶從為了使對象機器動作而提供的菜單一覽中選擇任意的菜單項目，因為同時進行判斷上述用戶對于對象機器是否是正當用戶的用戶鑒別，所以根據(jù)上述一次選擇可以同時取得用戶的意圖和對用戶的識別(確定)，就可以大幅度提高用戶操作對象機器時的操作性。
另外，因為操作對象機器的目的及步驟以及選擇分支的菜單一覽等也可以利用聲音信息和觸覺信息向用戶提供，在用戶通過手指接觸多個菜單項目可以認識信息內(nèi)容的狀態(tài)下提示觸覺信息，參考上述聲音信息及觸覺信息，可以操作對象機器，用戶也不一定要依賴視覺信息，可以通過本來具有的自然感覺認識操作按鈕。
(2)實施方式2下面參照圖25對本信息輸入輸出裝置的實施方式2予以說明。
圖25示出的550，是不同于上述圖22示出的偽按鈕420的提示觸覺信息的偽操作按鈕。另外，440是揚聲器。
另外，由于本實施方式的信息輸入輸出機器的功能與圖23示出的實施方式1的信息輸入輸出機器400的功能基本相同，其詳細說明省略。
另外，利用聲音向用戶說明機器操作的目的及步驟以及選擇分支，向用戶提示可授受觸覺信息的偽按鈕這一點與上述實施方式1相同。
比較本實施方式和實施方式1的不同點是觸覺信息顯示控制部460對偽按鈕的提示不是利用凹凸形狀，而是利用其他觸覺信息向用戶提示。比如，觸覺信息顯示控制部460，經(jīng)過偽按鈕550對用戶的手指給予電刺激或給予溫度差的觸覺信息進行提示。
其結果，用戶可以利用基于凹凸形狀這種物理形狀變化以外的觸覺的變化的觸覺刺激，認識區(qū)域(偽按鈕550的位置)的不同。
另外，中央處理部450，在以觸覺信息向用戶側提供對象機器是否認識到用戶的操作之時，對于賦予電刺激或熱刺激等的觸覺刺激的偽按鈕550，在用戶按下按鈕之后也可不給予上述電刺激及熱刺激等觸覺刺激。
所以，根據(jù)本實施方式，用戶利用帶有上述這種觸覺刺激的偽按鈕550，可以對對象機器進行適宜的操作指示。
另外，因為可以將對象機器對于用戶的操作指示是否已經(jīng)正確認識，即對象機器是否認識到用戶的意圖的結果，以及從指紋信息判斷的用戶的鑒別結果反饋個用戶，所以用戶和對象機器的信息傳達迅速而簡易。因此，即使是利用偽操作按鈕的菜單選擇，用戶也不會不知所措而可以進行操作，可以大幅度地提高用戶的操作性。
(3)實施方式3下面對本信息輸入輸出裝置的實施方式3予以說明。
在本實施方式中，當用戶為了使對象機器進行所希望的動作，從菜單一覽之中選擇菜單項目時，與實施方式1或實施方式2中示出的觸覺信息一起，同時向用戶提示視覺信息。
圖26為示出本實施方式的信息輸入輸出機器400’的功能構成圖。在圖26中，450是中央處理部，460是觸覺信息顯示控制部，470是指紋鑒別部，480是指紋數(shù)據(jù)登錄部，490是輸入信息控制部，410是觸覺信息顯示元件，560是視覺信息顯示元件560，而570是視覺信息顯示控制部。
本實施方式的信息輸入輸出機器400’的構成與實施方式1中的構成基本相同，但在本實施方式中，在觸覺信息顯示元件410群的背后配置有向用戶提供視覺信息用的視覺信息顯示元件560。另外，在本實施方式中，備有視覺信息顯示控制部570。
另外，在以透明材料構成觸覺信息顯示元件410群時，用戶可以認識利用設置于觸覺信息顯示元件410背后的視覺信息顯示元件560顯示的文字信息及圖像信息引起的信息(用戶的意圖和用戶鑒別結果)。
另外，本實施方式，并行使用觸覺信息和視覺信息，可向用戶提供適宜的信息。不過，如上所述，視覺信息顯示元件560不限于設置于觸覺信息顯示元件410的背后。
比如，也可以采用如下的結構，即將觸覺信息顯示元件410設置于視覺信息顯示元件560的背后，用戶在從視覺信息顯示元件560取得視覺信息的同時，可以從觸覺信息顯示元件410取得觸覺信息(由于凹凸等的形狀變化引起的刺激、電刺激、或熱刺激等)。
另外，在本實施方式中，是將操作目的等作成文字信息顯示于操作機器上進行說明，圖26不包含在圖22及圖23中說明的聲音處理部500及揚聲器440，也可以具備而利用聲音對用戶進行說明。
此時，為了對用戶利用聲音進行操作指導，比如，在結構中要包含具有與在實施方式1中說明的一樣的功能的聲音處理部500及揚聲器440。此時的聲音處理部500、揚聲器440以及中央處理部450等的動作與實施方式1中說明的低阻相同。
根據(jù)本實施方式，對于用戶，在使用對象機器時提示的操作菜單一覽可與觸覺信息和聲音信息一起提供視覺信息。因此，用戶直接操作的選擇分支的偽按鈕的位置和內(nèi)容也可以文字信息和圖像信息表示。用戶對作為操作屏的機器顯示兼輸入部(觸覺信息顯示元件)410的構成容易認識。
另外，在向用戶提示對象機器對于用戶對對象機器的操作指示(按下偽按鈕420)是否已經(jīng)被對象機器側正確地認識的結果及根據(jù)指紋信息的用戶的識別結果時，通過同時并用觸覺信息和視覺信息，可以更確實有效地進行。
這樣，在本實施方式中，可以實現(xiàn)能夠通過同時并用歷來的視覺信息，可以更有效地進行信息提示，可以向用戶提供豐富的信息。
另外，通過有效利用觸覺信息，可以很自然地給用戶提供不會感到不舒服的操作感覺。
另外，本信息輸入輸出裝置，將記錄實現(xiàn)實施方式1～3的主機及終端的功能的軟件程序的記錄媒體供給系統(tǒng)或裝置，該系統(tǒng)或裝置的計算機(或CPU及MPU)通過將存放于記錄媒體中的程序代碼讀出并執(zhí)行而完成，這是自不待言的。
此時，從記錄媒體讀出的程序代碼本身可實現(xiàn)本實施方式的功能，記錄該程序代碼的記錄媒體及程序代碼構成本發(fā)明。
作為用來供給程序代碼的記錄媒體，可以使用ROM、軟盤、硬盤、光盤、磁光盤、CD-ROM、CD-R、磁帶、非易失性存儲卡等等。
另外，通過執(zhí)行計算機讀出的程序代碼，不僅可實現(xiàn)實施方式1～3的信息輸入輸出裝置的功能，而且根據(jù)該程序代碼的指示，在計算機系統(tǒng)上運行的OS等可進行實際處理的一部分或全部，根據(jù)該處理實現(xiàn)本實施方式的功能的場合也包含之內(nèi)是自不待言的。
圖27示出上述計算機系統(tǒng)650。
上述計算機系統(tǒng)650，如上述圖27所示，包括CPU651、ROM652、RAM532、鍵盤(KB)659的鍵盤控制器(KBC)655、用作顯示部的CRT顯示器(CRT)660的CRT控制器(CRTC)656、硬盤(HD)661及軟盤(FD)662的磁盤控制器(DKC)657、用來與網(wǎng)絡670相連接的網(wǎng)絡接口控制器(NIC)665，上述裝置通過系統(tǒng)總線654互連成可互相通信。
CPU651，通過執(zhí)行ROM652或HD661中記錄的軟件或由FD662供給的軟件可統(tǒng)一控制與系統(tǒng)總線654相連接的各個構成部。
就是說，CPU651進行控制，可通過按著規(guī)定的處理順序的處理程序從ROM652或HD661或FD662中讀出并執(zhí)行，而實現(xiàn)上述本實施方式的動作。
RAM653具有用作CPU651的主存或工作區(qū)的功能。
從KBC655、KB659及未圖示的定點裝置等控制指示的輸入。
CRTC356控制CRT660的顯示。
DKC657，控制對記錄啟動程序、各種應用程序、編輯文件、用戶文件、網(wǎng)絡管理程序、以及本實施方式的規(guī)定的處理程序等的HD661及FD662的訪問。
NIC658，用來在網(wǎng)絡670上的裝置或系統(tǒng)之間進行雙向數(shù)據(jù)交換。
從以上說明可以理解，本信息輸入輸出裝置，裝載有上述的復合功能裝置，通過用戶手指的接觸得到的信息，可以確實地執(zhí)行上述用戶鑒別，是操作性優(yōu)良的裝置。
更具體言之，為了確實地執(zhí)行電子機器用戶鑒別，用戶每次操作電子機器時都確定該用戶。
另外，此處，可向用戶提示伴隨多彩的觸覺信息的菜單一覽，在用戶接觸上述提示的菜單一覽的任意的菜單項目時，執(zhí)行用戶鑒別也是特征。
此外，利用本信息輸入輸出裝置，為了進行用戶操作性良好的信息輸入輸出，在用戶以手指接觸從電子機器的菜單一覽中選擇菜單項目時，對用戶給予觸覺感受的刺激，根據(jù)此觸覺刺激還可以把握可選菜單項目的位置。
另外，利用本信息輸入裝置，用戶可以確認電子計算機對用戶的操作指示的內(nèi)容是否正確地認識到。
此外，利用本信息輸入裝置，可以給予用戶在用戶利用偽按鈕對電子機器進行實際操作時的假想感覺。
如上所述，因為根據(jù)本信息輸入輸出裝置，在一覽提示用于操作對象機器的多個菜單項目的同時，在用戶以手指接觸任意的菜單項目時，可取用戶的指紋信息，進行用戶鑒別，所以可以在用戶每次意欲操作對象機器時都可以確定該用戶是何人而進行可靠的用戶鑒別。另外，在可以防止錯誤識別第三者的同時，可以不需要口令等的輸入，不會使用戶感到厭煩，可大幅度地提高用戶操作對象機器時的操作性。
本發(fā)明不限于上述實施方式，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以有各種改變和變形。因此，為了讓公眾了解本發(fā)明的保護范圍，提出了下面的權利要求。
權利要求
1.一種計算機程序，該程序用來執(zhí)行根據(jù)有關操作對象機器的用戶的用戶鑒別結果對上述對象機器進行控制的信息輸入輸出方法，其特征在于具有用來對操作上述對象機器的多個菜單項目進行一覽提示的菜單提示工序；在利用上述菜單提示工序提示的多個菜單項目之中，根據(jù)上述用戶以手指接觸的菜單項目的位置取得上述用戶的觸覺信息的觸覺信息取得工序；以及根據(jù)利用上述觸覺信息取得單元取得的觸覺信息元進行上述用戶的鑒別的用戶鑒別工序。
2.一種計算機程序，該程序用來執(zhí)行在對用戶輸出規(guī)定的觸覺信息的同時，輸入對上述輸出的觸覺信息進行的用戶反應的信息輸入輸出裝置中的信息輸入輸出方法，其特征在于具有通過上述用戶對用于操作對象機器的多個菜單項目進行手指接觸而將信息內(nèi)容作為可以認識的狀態(tài)的觸覺信息進行提示的觸覺信息輸出工序；在利用上述觸覺信息輸出單元輸出的多個菜單項目中，根據(jù)上述用戶接觸的菜單項目的位置取得上述用戶的指紋的上述觸覺信息輸入工序；以及根據(jù)利用上述觸覺信息輸入工序取得的用戶的指紋取得上述用戶意圖，并進行上述用戶的鑒別的用戶信息處理工序。
3.一種計算機可讀記錄媒體，其特征在于記錄了權利要求1中所述的程序。
全文摘要
提供一種復合功能裝置、其制造方法、觸覺信息系統(tǒng)及信息輸入裝置，針對溫度及壓力等各種觸覺信息，在各種凹凸圖形、紙等的表面狀態(tài)、信息機器的輸入器件等的不同領域的寬廣用途中可以在便宜而不損壞器件的情況下使比較接近人具有的觸覺的信息處理成為可能。為此，采用可以對溫度及壓力任何一個都可以回應的強介電質或熱電體，利用同一個觸覺信息元件可同時溫度、壓力多個信息。另外，不僅檢出信息，通過將強介電質或熱電體做成懸臂梁或雙支撐梁的中空結構，可以通過從外部電源經(jīng)過上述電極通入電力，將檢出的上述觸覺信息的一部分或全部變換為與上述檢出信號相同的物理量或不同的物理量而再現(xiàn)。
文檔編號G06F3/00GK1877510SQ20061009438
公開日2006年12月13日 申請日期2003年8月26日 優(yōu)先權日2002年8月26日
發(fā)明者金子典夫, 小楠誠 申請人:佳能株式會社