位置検出装置
【課題】外部電源が不要な位置検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の位置検出装置は、磁化を有する磁性体層と、この磁性体層上に形成されスピン軌道相互作用を有する材料を含む導電パターン膜と、を含む。導体パターン膜は、磁性体層の磁化方向に交差する方向に延在し、かつ互いに平面上で交差する複数本の導体線からなる。磁性体層の任意の箇所が加熱又は冷却されることにより、磁性体層中の温度を変調し、スピンゼーベック効果を誘起することで、導電パターン膜中に電場を発生させ、それに伴う電位変化から温度変調の２次元位置と大きさの情報を推定可能である。
【解決手段】本発明の位置検出装置は、磁化を有する磁性体層と、この磁性体層上に形成されスピン軌道相互作用を有する材料を含む導電パターン膜と、を含む。導体パターン膜は、磁性体層の磁化方向に交差する方向に延在し、かつ互いに平面上で交差する複数本の導体線からなる。磁性体層の任意の箇所が加熱又は冷却されることにより、磁性体層中の温度を変調し、スピンゼーベック効果を誘起することで、導電パターン膜中に電場を発生させ、それに伴う電位変化から温度変調の２次元位置と大きさの情報を推定可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱の生成した位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元的な位置情報を検出可能な素子は、タッチパネルなどのユーザーインターフェースや、センサ・カメラなどの画像・情報取得装置など、様々なデバイスで活用されている。したがって、そのような２次元的な位置情報を検出可能な素子は、今後もクラウド社会におけるサイバー空間と実空間との間の接点として、ますます重要なものになると考えられる。
【０００３】
例えば、タッチパネル方式に関しては、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式など、多くの方式が提案・実証されている。
【０００４】
抵抗膜方式では、上部導電膜と下部導電膜とを近接配置し、これらのいずれか一方にバイアス電圧を印加した状態で待機させておく。ここで、外部からタッチによる圧力が加わると、タッチしたポイントで上部導電膜と下部導電膜とが接触・通電することから、その地点での電位を計測することで、座標を決定することができる。
【０００５】
静電容量方式では、パネル上に配置された電極もしくは導電膜に、駆動電圧を適切に印加した状態で待機させておく。ここで、指などでパネルをタッチすると、これが静電容量の変化が生じさせることから、これに付随した電圧変化を多地点で読み取ることで、タッチされたポイントを検出することができる。
【０００６】
赤外線方式では、パネル上の一端に赤外線発光素子（ＬＥＤ）、他端に赤外線受光素子（フォトトランジスタ）を、それぞれアレイ状に配置し、赤外線を連続的に走査した状態で待機させておく。ここで、外部から指などが近づくと、これによって赤外線が遮断され、該当する位置のフォトトランジスタがＯＦＦになることから、タッチされたポイントを検出することができる。
【０００７】
特許文献１、２は、後述するごとく、それぞれ、本発明においても利用するスピンゼーベック効果などを利用した熱／スピン流変換素子、スピントロニクスデバイスを開示している。
【０００８】
特許文献３は、抵抗膜式タッチパネルの一例を開示している。また、非特許文献１は、スピンゼーベック理論について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３００７０号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５８２４号公報
【特許文献３】特開２０１０−０５５４５３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Physical Review B 81, 214418
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式等のタッチパネルでは、位置を検出するためにバイアス電圧印加や光学的走査等のプローブ駆動手段に外部電源を必要とすることから、待機電力が大きくなる。このため、電力供給が難しい場面では、そのようなタッチパネルの利用が制限される。そして、電池を用いた場合でも、その交換などの保守・管理負担が避けられない。将来的なセンサネットワークやユビキタス端末など、屋内・屋外問わず様々な場面での利用が期待される状況においては、電源が不要、もしくは実効的な発電機能が組み込まれた位置検出手段が求められる。
【００１２】
それ故、本発明の課題は、外部電源が不要な位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、磁化を有する磁性体層と、この磁性体層上に形成され、スピン軌道相互作用を有する材料を含む導体パターン膜であって、磁性体層の磁化方向に交差する方向に延在し、かつ互いに平面上で交差する複数本の導体線からなる前記導体パターン膜と、を含む位置検出装置が得られる。
【００１４】
具体的には、位置情報入力手段を用いて磁性体層の一部を加熱または冷却することで、磁性体層中に局所的な温度勾配を生じさせ、これによって駆動されるスピン流（スピンゼーベック効果）を、導体パターン膜中に誘起される熱起電力から読み取ることで、発熱が生じた場所の２次元座標の位置（２次元位置）を特定する。これによって、位置情報の入力が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による位置検出装置では、外部からの熱によって位置入力を行うことから、体温や環境熱などを用いれば、外部電源が不要な位置検出手段を提供できる。これにより、簡便な構成による低待機電力のタッチパネルやイメージセンサなどへの応用が可能となる。また、塗布プロセスや印刷プロセスなどを利用することが可能で、低コスト基板への大面積実装にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はスピンゼーベック効果の原理を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の第1の実施形態に係る位置検出装置における電圧計を用いた位置検出方法を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置おける位置検出動作を説明する図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置における、高分解能な位置決定方法を説明する図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施例による位置検出装置を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例の変形例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置の他の動作例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図１４】本発明の第４の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図。
【図１７】本発明の第６の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図１９】本発明の第７の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第８の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図２１】本発明の第８の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の位置検出装置は、平面上の加熱された箇所または平面上の発熱した箇所を特定する装置であって、温度勾配から熱起電力を生成するスピンゼーベック効果を用いる。本発明の位置検出装置は、後述するいずれの実施形態においても、このスピンゼーベック効果による位置検出素子（熱電変換部）を有している。
【００１８】
さらに、本発明は、位置検出素子（熱電変換部）と、これとは別体に設けられ、熱電変換部の平面上の任意の箇所を加熱する加熱手段を含む位置検出システム、もしくは、熱電変換部と一体に形成され、種々の形態のエネルギーを受けて平面上の任意の箇所が発熱するエネルギー態様のインターフェース手段とを有する位置検出装置を提案する。
【００１９】
[原理]
本発明の位置検出装置は、発熱部分の２次元座標の位置を特定する素子であって、温度勾配から熱起電力を生成するスピンゼーベック効果を用いる。
【００２０】
図１は、上記特許文献１などで示されているスピンゼーベック効果の基本的な構成・原理を示す図である。基本的な素子構造は、基板上に成膜した磁化Ｍを有する磁性体層と、その磁性体層の上部に配置された金属ワイヤ膜とからなる。このような構造に対して面直方向の温度勾配を図面ｚ方向に印加した場合、金属ワイヤ膜と磁性体層との間の界面にスピン流が誘起される。このスピン流を、金属ワイヤ膜における逆スピンホール効果によって電気的な起電力信号に変換することで、「温度勾配から熱起電力を生成する熱電変換」が可能となる。
【００２１】
上記非特許文献１（Physical Review B 81, 214418）などで示されている微視的なスピンゼーベック理論によると、金属ワイヤ膜／磁性体界面において誘起されるスピン流Ｊｓは、この界面における「金属膜の電子温度Ｔｅ」と「磁性体のマグノン温度Ｔｍ」の間の温度差ΔＴｍe＝|Ｔｍ−Ｔｅ|によって駆動されることが分かっている。ここで、マグノン温度Ｔｍとは、スピンの熱運動の激しさを表すパラメータに相当する。これにより、スピン流Ｊｓは、以下の数式（１）のように、ΔＴｍeに比例する（ezは面直方向の単位ベクトル）。
Ｊｓ∝ΔＴｍe ez＝（Ｔｍ−Ｔｅ）ez ・・・ （１）
【００２２】
図１（ａ）のように、素子全体が一様な温度にある熱平衡状態においては、電子温度Ｔeとマグノン温度Ｔｍは常に等しく（ΔＴｍe＝０）、スピン流は駆動されない。したがって、金属ワイヤ膜において起電力は生じない。
【００２３】
これに対し、図１（ｂ）のように、素子の上部面（金属ワイヤ膜側）を一様に加熱し、素子の上面と底面の間に温度差ΔＴを印加した場合を考える。このとき電子温度Ｔｅとマグノン温度Ｔｍは、周囲に生じる温度勾配分布との非局所的な相互作用を通して、それぞれ異なるメカニズムで温度変調を受ける結果、加熱部近傍の界面で有限の電子-マグノン温度差ΔＴｍe＝|Ｔｍ−Ｔｅ|≠０が生じることになる。従って、この温度差ΔＴｍｅを駆動源として、磁性体層から金属パターン膜へと界面スピン流Ｊｓがポンピングされる。以上が、先に述べたスピンゼーベック効果の微視的な駆動メカニズムである。
【００２４】
この熱駆動されたスピン流Ｊｓが、金属パターン膜中の逆スピンホール効果によって電場信号ＥISHEに変換されることで、金属パターン膜の端部間には起電力信号Ｖが生じる。ここで、電場ＥISHEとスピン流Ｊｓ、磁化Ｍとの関係は、以下の数式（２）で与えられる。
ＥISHE＝（θSHρ）Ｊs×Ｍ／｜Ｍ｜ ・・・ （２）
【００２５】
ここで、θSHはスピンホール角（電流-スピン流間の変換効率に相当）、ρは金属パターン膜のシート抵抗を表す。この数式（２）が示すように、熱誘起された電場ＥISHEは、スピン流Ｊsと磁化Ｍの両方に垂直な方向に生じる。従って、金属パターン膜面において生じる熱起電力Ｖも、スピン流及び温度勾配の方向（ｚ方向）と磁化方向（ｘ方向）にそれぞれ垂直な方向（ｙ方向）において、大きな値を有する。
【００２６】
図１（ｂ）では、上部面（金属パターン膜側）が一様に加熱された状況を仮定したが、この面の一部のみが局所的に加熱された場合でも、同様の熱起電力を観測することができる。この状況を図１（ｃ）に示した。この場合、加熱された部分でのみ局所的に界面スピン流Ｊsが駆動され、局所電場ＥISHEが誘起される。
【００２７】
本発明では、この局所的に生じるスピンゼーベック効果を利用して位置検出を行う。
【００２８】
［第１の実施形態］
[構成]
図２は、本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置の基本素子構造を示す図である。図２において、（ａ）は位置検出装置の斜視図であり、（ｂ）は位置検出装置の加熱地点を含む断面図であり、（ｃ）は位置検出装置の平面図である。
【００２９】
図示の位置検出装置の基本素子の最小構成単位は、磁性体層２と、この磁性体層２の上部に設けられた金属パターン膜５とからなる。また、必要に応じて、位置検出装置の基本素子は、磁性体層２を支える基板４、および素子を保護するカバー層３を用いる。
【００３０】
本第１の実施形態に係る位置検出装置では、２次元位置を電気的に検出するための金属パターン膜５の形状として、図面のｘ方向とｙ方向をそれぞれ長手（線）方向とするメッシュ形状を採用する。図２（ａ）では、金属パターン膜５の一例として、８×８本の金属線によって構成されるメッシュ構造を採用しており、ここでは、図２（ｃ）に示されるように、ｘ方向に伸びた金属線を上から金属線１〜８、ｙ方向に伸びた金属線を左から金属線Ａ〜Ｈと定義している。
【００３１】
この金属パターン膜５のメッシュ形状のように、金属膜内に複数の穴（非電導領域）を有するパターニング構造を用いることで、スピンゼーベック効果によって生じた逆スピンホール電場信号ＥISHEを、周縁部の電圧変化として効果的に検出することが可能となる。また、このように一体となった金属パターン膜５の構造は、金属マスク法や光リソグラフィ法、印刷法など、簡単なプロセスにより容易にパターニングができることから、生産性の高い素子作製が可能となる。なお、金属パターン膜５の形状は、ここで示したメッシュ形状に限定されない。
【００３２】
以下では、これらの各構成要素において、望ましい材料・構造・作製方法などについて説明する。
【００３３】
磁性体層２は、膜面（図２のｘｙ面）に平行な一方向の磁化を有しているものとする。スピンゼーベック効果の発現に必要な対称性を満たすために、磁性体層２は、金属パターン膜５における金属線１〜８の長手方向（ｘ方向）に対しても、金属線Ａ〜Ｈの長手方向（ｙ方向）に対しても、有限な角度をもつ方向に磁化を有するものとする。具体的には、ＸＹ面内で３０〜６０°、１２０〜１５０°、−３０〜−６０°、−１２０〜−１５０°のいずれかの範囲内の磁化方向を有することが望ましい。特に、ｘ方向とｙ方向の中間（ｘｙ面内の４５°、１３５°、−４５°、−１３５°のいずれか）に磁化方向を有することが最も望ましい。
【００３４】
金属パターン膜５に生じる熱起電力信号によって高い分解能を有する位置検出機能を実現するためには、これに接する磁性体層２の材料として、電気伝導性の低い材料を採用することが望ましい。加えて、磁性体層２の材料としては、（１）熱が逃げるのを防いで（温度差を保持して）高感度な熱起電力を生成する、（２）熱拡散を抑制して高い位置検出分解能を実現する、という２つの目的から、熱伝導率の小さい材料を用いることが望ましい。以上の理由から、本第１の実施形態では、伝導電子による導電性が無く、熱伝導も小さな磁性絶縁体を用いる。
【００３５】
磁性体層２の具体的な材料としては、例えばガーネットフェライト、スピネルフェライトなどの酸化物磁性材料を適用することができる。このようなガーネット磁性体は、引き上げ法やブリッジマン法といった融液からの結晶成長法などで作製できるほか、液相エピタキシャル成長法によっても結晶薄膜が作製できる。また、例えば、有機金属堆積法（ＭＯＤ法）、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）といった塗布・印刷ベースの成膜方法によっても、磁性体層２を基板４上に成膜することができる。このような生産性の高い成膜法を用いれば、大面積基板にも一括成膜することが可能で、低コストな位置検出装置の実装が可能となる。
【００３６】
また、ＹＩＧなどのガーネット膜は、広い波長範囲で透過性が高いことから、タッチパネル素子のように、ディスプレイ等と組み合わせて用いる透明な位置入力デバイスとしての応用に特に適している。
【００３７】
さらに、磁性体層２として保磁力を有する磁性材料を用いれば、一旦外部磁場などで磁化方向を初期化しておくことで、ゼロ磁場の下でも動作可能な素子が得られる。
【００３８】
金属パターン膜５は、逆スピンホール効果を用いて熱起電力を取り出すために、スピン軌道相互作用を有する材料を含んでいる。例えば、金属パターン膜５の材料としては、スピン軌道相互作用の比較的大きなＡｕやＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒなどの金属材料、またはそれらを含有する合金材料を用いる。また、金属パターン膜５の材料としては、Ｃｕなどの低コスト・低抵抗金属に、上記のようなスピン軌道相互作用を有する不純物を少量（１〜１０％程度）ドープした材料を用いた場合でも、熱起電力を取り出すことができる。
【００３９】
このような金属パターン膜５は、金属マスク法や光リソグラフィ法などのパターニングプロセスと併用して、スパッタや蒸着などの方法で成膜する。また、金属パターン膜５は、インクジェット法やスクリーン印刷法などの方法でも作製できる。
【００４０】
ここで、スピン流を高い効率で無駄なく電気に変換するためには、金属パターン膜５の厚さは、少なくとも金属材料のスピン拡散長以上に設定するのが好ましい。例えば、金属パターン膜５の材料が、Ａｕであれば５０ｎｍ以上、Ｐｔであれば１０ｎｍ以上に設定するのが望ましい。ただし、本第１の実施形態のように熱起電力を電圧信号として電位計で読み取る用途では、シート抵抗ρが大きいほうが望ましく、このため金属パターン膜５が薄いほどより大きな電圧出力が得られる。これら両方を考慮すると、金属パターン膜５の厚さは、金属材料のスピン拡散長程度が最も望ましい。例えば、金属パターン膜５の材料が、Ａｕであれば５０〜１００ｎｍ程度、Ｐｔであれば１０〜３０ｎｍ程度に設定する。
【００４１】
なお、タッチパネル素子のように透明な位置入力デバイスとして用いる場合、金属パターン膜５の占有率（金属材料と空気によって構成されるパターン膜の中で、金属材料が占める割合）は、５０％以下が望ましく、２０％以下であることがより望ましい。具体的には、本第１の実施形態のようなメッシュ形状の金属パターン膜５の場合、金属線の幅が、隣り合う金属線間の間隔の半分以下であることが望ましく、５分の１以下であることがより望ましい。
【００４２】
上述したように、金属パターン膜５は、磁性体層２上に形成され、スピン軌道相互作用を有する材料を含む導電パターン膜であって、磁性体層２の磁化方向に交差する方向に延在し、かつ互いに平面上で交差する複数本の導体線からなる、導体パターン膜である。そして、上述したように、金属パターン膜（導体パターン膜）５の厚さが非常に薄く、抵抗が大きいので、複数本の導体線が平面上で交差していても、電圧出力を得ることができる。
【００４３】
カバー層３は、素子の保護のために、必要に応じて用いる。具体的な構成に関しては、カバー層３は、素子（熱起電力生成部）を保護可能できる材料・構造であれば、詳細は問わない。例えば、カバー層３の材料として、アクリル系樹脂やポリイミドなどの有機樹脂材料を用いれば、印刷・塗布プロセスでカバー層３を作成することができる。ただし、感度が重要となる用途では、入力された熱を磁性体層２に効果的に伝えるために、カバー層３の材料としては、面直方向に熱伝導率の大きな材料か、膜厚が小さくても素子の保護が可能となるような材料を用いることが望ましく、膜厚は２００μｍ以下が望ましい。
【００４４】
基板４としては、磁性体層２や金属パターン膜５を支えることができるものであれば、材料や構造は問わない。基板４の材料としては、例えば石英ガラス等のアモルファス絶縁体や、ポリイミド等の有機樹脂材料などを用いることができる。また、基板４は、必ずしも板状の形状である必要はない。
【００４５】
周囲環境からの流入する熱や温度揺らぎが大きく、これによる背景雑音や誤動作といった影響が大きい場合には、基板４の材料として、熱伝導率が小さな材料を用いるか、厚みが十分大きな構造を用いて十分な熱容量を確保することが好ましい。
【００４６】
なお、磁性体層２を直接固定して安定して利用できるような利用環境下や、磁性体層２自体が十分大きな熱容量を有する場合には、基板４は無くてもよい。
【００４７】
〔基本動作および検出方法の説明〕
次に、本発明の第１の実施形態による位置検出装置における位置情報の検出方法について説明する。
【００４８】
まず、前述のように、温度勾配が印加されない熱平衡状態では、金属パターン膜５の電子温度Ｔｅと磁性体層２のマグノン温度Ｔｍは等しい一定値を取る。このため、スピンゼーベック効果（電子―マグノン温度差ΔＴme）によるスピン流は駆動されず、熱起電力も生じない（Ｖ1〜Ｖ8 ，ＶA〜ＶH＝０Ｖ）。
【００４９】
ここで、図２（ａ）に示すように、外部から何らかの加熱（または冷却）手段１０によって磁性体層２の一部を加熱（冷却）すると、その周辺に局所的な温度勾配が生じる。これによる局所的スピンゼーベック効果の結果、図２（ｂ）の断面図のように、加熱地点近傍の金属パターン膜５／磁性体層２界面において、スピン流が誘起される。このスピン流は、金属パターン膜５における逆スピンホール効果を通して、局所的な電場信号ＥISHEを生成し、電気的に測定可能な起電力信号へと変換される。この熱起電力信号を、素子周縁部の電位（電圧）分布の変化を計測することで、発熱が生じた２次元座標の位置を特定することができる。尚、本発明における「加熱」としては、「冷却」をも、負の過熱として含むものとする。
【００５０】
位置情報を検出するには、金属パターン膜５において生じる熱起電力を評価する必要がある。評価方法は様々だが、本第１の実施形態では、図３のように、金属パターン膜５を構成する金属線１〜８、金属線Ａ〜Ｈのそれぞれにおいて、これら両端の間の各電圧差（Ｖ1〜Ｖ8 ，ＶA〜ＶH）を熱起電力として測定し、２次元位置推定のための参照信号として記録できるようにする。
【００５１】
素子面内のどの２次元位置で加熱が生じたかの決定（すなわち、位置情報の入力）は、１６個の電圧信号の大きさを相対的に比較することによって実現される。ここでは、主に電圧信号ＶA〜ＶHはｘ座標の決定に（図３（ｂ））、電圧信号Ｖ1〜Ｖ8 はｙ座標の決定に（図３（ａ））それぞれ利用される。具体的には、加熱が生じた地点に近い金属線（Ａ〜Ｈ、１〜８のいずれか）において、大きな電圧信号が観測されることから、これによって加熱地点のｘ座標、ｙ座標の決定が可能となる。
【００５２】
なお、図３(ａ)ではＶ1〜Ｖ8 を、図３(ｂ)ではＶA〜ＶHを、それぞれ一括して検出する実施形態を示しているが、電圧信号の検出方法はこれに限られず、１６個の電圧信号を一つずつ測定してもよい。また逆に、電圧計のインピーダンスが十分大きく、それぞれの電圧計測の間の相互影響が小さい場合は、１６個の電圧信号を一括で測定してもよい。
【００５３】
なお、この方法で検出できる情報は、２次元位置情報のみに限られない。スピンゼーベック現象に基づいて生じる熱起電力の大きさは、近似的には加熱部分の温度上昇量に比例することから、電圧信号（Ｖ1〜Ｖ8 ，ＶA〜ＶH）の大きさから、この温度上昇量の推定が可能となる。加えて、温度上昇が生じた場所の空間的な広がりについても、複数の電圧信号から推定することができる。
【００５４】
〔具体的な位置検出動作〕
図４に、加熱位置に応じた熱起電力生成の具体例を示す。この図４では主に、金属パターン膜５の中の金属線Ａ〜Ｈに生じる熱起電力から、ｘ座標の位置を検出する方法について述べる。
【００５５】
図４（ａ）のように、外部から加熱手段１０によってある地点（ここでは一例として、金属線３と金属線Ｃの交点）が加熱された場合を考える。このとき、この近傍での温度上昇の空間分布を反映して、加熱地点を中心とした有限な電子-マグノン温度差ΔＴmeが、図４(ｂ)のように生成される。
【００５６】
これによるスピンゼーベック効果よって金属線／磁性体層の界面ではスピン流が駆動され、金属線Ａ〜Ｈのそれぞれにおいて熱起電力が生成される。なお、これら金属線の両端での出力電圧信号ＶA〜ＶHは、金属線の全体に渡ってこのスピンゼーベック効果（局所電場ＥISHE）を積算（積分）した信号として現れる（図４の右上図参照）。この結果、信号Ｖは、図４(ｃ)に示すように、温度上昇の空間分布（ｘ座標依存性）にほぼ比例したものとなり、加熱地点に近い金属線ほど大きな電圧信号を示す。ただし実際の実験では、金属線同士の交点における電気的な相互干渉によって、このような比例関係からずれる場合がある。
【００５７】
図４では一例として、金属線Ｃ上で加熱が生じた場合を示したが、加熱が生じた位置によって、金属線Ａ〜Ｈで生じる電圧信号の分布が大きく異なる。したがって、この起電力分布を測定・記録し、それから温度上昇の空間分布（ｘ座標依存性）を逆に解析・推定することによって、加熱が生じたＸ位置を決定することができる。
【００５８】
なお、図４では代表的な位置検出例のみを示しているが、実際にはより細かい（高分解能な）位置検出も可能である。
【００５９】
例えば、図５に示すように、金属線Ｃと金属線Ｄの間のある点が加熱された場合を考える。このとき、電圧信号ＶCとＶDに着目する。図５(ａ)のように、金属線Ｃに近い点が加熱された場合は、ＶC＞ＶDとなる。図５(ｂ)のように、金属線Ｄに近い点が加熱された場合は、ＶC＜ＶDとなる。図５(ｃ)のように、金属線Ｃと金属線Ｄの中間点が加熱された場合は、ＶC＝ＶDとなる。このように、電圧信号ＶCとＶDの大きさを調べることで、金属線Ｃと金属線Ｄとの間において、より細かい位置の特定が可能となる。
【００６０】
以上、図４、図５に基づいて、金属線Ａ〜Ｈの測定によるｘ方向位置の検出手順について説明した。なお、同様の方法を金属線１〜８について当てはめると、ｙ方向位置についての位置検出も可能となる。このようにして、金属線Ａ〜Ｈ、金属線１〜８の熱起電力から、加熱が生じた２次元位置を特定することができる。
【００６１】
加熱手段１０としては、熱を持つものであれば何でも利用できることから、体温を持つ指や、先端が加熱されたペンなどで位置情報の入力が可能となる。待機時に電圧等のバイアス印加が不要であることから、待機電力の極めて小さなユーザーインターフェースなどに利用できる。
【００６２】
なお、本第１の実施形態での位置入力の動作原理は、磁性体層の温度分布を局所的に変化させることであることから、加熱手段１０の代わりに冷却手段を用いてもよい。例えば、位置検出装置をＩＴ機器などの高温熱源に貼り付けてあらかじめ加熱しておき、外部から室温の冷却手段を近づけることでも、局所的に温度分布を変化させることが可能となる。
【００６３】
また、図２では、金属パターン膜５／磁性体層２／基板４の順で積層した素子構造を示したが、金属パターン膜５と磁性体層２の積層順を逆転して、磁性体層２／金属パターン膜５／基板４の積層構造を採用してもよい。このような素子構造では、磁性体層２として熱伝導率の小さな磁性絶縁体材料を用いることができることから、上部から加熱手段１０で加熱された場合に、水平（ｘｙ）方向への熱の広がりが小さく抑えられ、空間分解能を向上させる効果を示す。
【００６４】
［実施例１］
次に、図６を参照して、本発明の具体的な第１の実施例に係る位置検出装置について説明する。
【００６５】
第１の実施例に係る位置検出装置の素子構造において、図６(ａ)の斜視図に示すように、磁性体層２としてはスラブ形状のイットリウム鉄ガーネット（以後「ＹＩＧ」と呼ぶ。組成はＹ3Ｆｅ5Ｏ12）層を、金属パターン膜５としてはＰｔからなるメッシュ形状の金属膜をそれぞれ用いている。なお、本第１の実施例に係る位置検出装置では、基板４とカバー層３とは用いていない。
【００６６】
ＹＩＧ層２は、焼結法によって作製された厚さ１ｍｍの多結晶スラブで、サイズは８×８ｍｍ２のものを用いている。スラブの表面は、Ｐｔとの良好な界面を得るために、あらかじめアルミナペーストで研磨を行っている。
【００６７】
このＹＩＧスラブの上に、パターニングのための金属マスクを介して、スパッタ法によりＰｔメッシュ膜５を成膜している。Ｐｔメッシュ膜５の厚さは、１５ｎｍであり、ｘ方向とｙ方向に伸びる８本ずつ（計１６本）のＰｔワイヤによって構成されている。このＰｔワイヤの長さは５ｍｍ、幅は０．１ｍｍで、隣り合うＰｔワイヤ間の間隔は０．７ｍｍである。
【００６８】
本第１の実施例の位置検出装置では、スピンゼーベック効果による熱電変換対称性の実験的検証のため、ＹＩＧ層２の磁化方向を、外部磁場Ｈの印加によって反転制御できるような実験セットアップを用いている。ここで、外部磁場Ｈの方向（すなわちＹＩＧ層２の磁化方向）は、Ｐｔメッシュ形状の２軸（ｘ軸およびｙ軸）に対して中間方向（ｘｙ面の４５度方向、もしくは−１３５度方向）になるよう設定されている。
【００６９】
このような位置検出装置に対して、外部から局所加熱を行うことで、位置情報を入力する。ここでは、加熱手段１０として、波長６７０ｎｍ、出力３００ｍＷのレーザー光をＰｔワイヤ／ＹＩＧスラブに対して照射する。
【００７０】
図６では一例として、金属線（Ｐｔワイヤ）２およびＧとが交差する場所にレーザー光を照射し、この地点を局所加熱した状況を示している。本実験では、この加熱地点の２次元座標の位置を、Ｐｔワイヤで生成される熱起電力によって検出する。
【００７１】
まず、ｙ座標推定のための参照信号を得るために、図６(ａ)に示すように、金属線１〜８それぞれの両端で生じる電圧信号（Ｖ1〜Ｖ8 ）を測定した。図６(ｂ)には、この電圧信号の測定値を、横軸を外部磁場Ｈとしてプロットしたグラフを示している。加熱位置近傍の金属線１，２，３において、大きな熱起電力信号が明確に観測されている。また、外部磁場によって磁化方向を反転させると、熱起電力の符号が反転する様子も示されている。図６(ｃ)は、この８本の金属線両端における電圧出力の絶対値を、横軸を金属線のｙ座標としてプロットしたグラフを示している。このようにして、電圧信号Ｖ1〜Ｖ8 の測定値から加熱が生じたｙ座標を推定することが可能となる。
【００７２】
同様にして、ｘ座標推定のための参照信号を得るために、図６(ｄ)に示すように、金属線Ａ〜Ｈそれぞれの両端で生じる電圧信号（ＶA〜ＶH）を測定し、図６(ｅ)、図６(ｆ)に示す電圧信号を得た。これらから、加熱が生じたｘ座標を推定することが可能となる。
【００７３】
以上の手順によって、加熱地点の２次元座標の位置の決定が可能となる。図６では特定の地点を加熱した場合の出力電圧の生成分布について示したが、異なる地点が加熱された場合、それに対応して異なる出力電圧の生成分布が得られる。
【００７４】
異なる加熱場所に対応して、異なる電圧生成分布が得られることから、これを利用した位置情報入力機能が実現される。
【００７５】
［変形例］
上記の第１の実施例では、磁性体層２としてスラブ材料を用いたが、磁性体層２は薄膜であっても構わない。
【００７６】
図７は、磁性体層２として薄膜磁性体を用いた、本発明の第１の実施例の変形例の位置検出装置を示す斜視図である。
【００７７】
本変形例の位置検出装置では、磁性体層２として、Ｙサイトの一部をＢｉで置換したイットリウム鉄ガーネット（以降、「Ｂｉ：ＹＩＧ」。組成はＢｉＹ２Ｆｅ５Ｏ１２）膜を用いる。金属パターン膜５にはＰｔ膜を用いる。ここで、Ｂｉ：ＹＩＧ膜２の厚さは６５ｎｍ、Ｐｔ膜５の厚さは１０ｎｍとする。
【００７８】
基板４としては膜厚５00μｍの石英ガラス基板を、カバー層３としては膜厚１００μｍの合成サファイア板を用いる。加熱手段１０としては、先端が４０℃に加熱されたペンを用いる。
【００７９】
Ｂｉ：ＹＩＧからなる磁性体層２は、有機金属分解法（ＭＯＤ法）によって成膜する。溶液は（株）高純度化学研究所製のＭＯＤ溶液を用いる。この溶液中では、適切なモル比率（Ｂｉ：Ｙ：Ｆｅ＝１：２：５）からなる金属原材料が酢酸エステルに３％の濃度で溶解されている。この溶液をスピンコート（回転数１００ｒｐｍ、３０ｓ回転）で石英ガラス基板上に塗布し、１５０℃のホットプレートで５分間乾燥させた後、電気炉中で７２０℃の高温で14時間焼結させる。これにより、石英ガラス基板上に膜厚約６５nmのＢｉ：ＹＩＧ（BiＹ２Fe５Ｏ１２）膜が形成される。
【００８０】
その後、Ｐｔによるメッシュ構造からなる金属パターン膜５を、金属マスクを通してスパッタにより成膜する。最後に、これらの上に、カバー層３として、厚さ１００μｍの合成サファイア板をかぶせて金属パターン膜／磁性体層を保護する。
【００８１】
（第１の実施形態の別の起電力計測方法）
上記の第１の実施形態では、図３のように、金属線の両端間の電圧信号（Ｖ1〜Ｖ8 ，ＶA〜ＶH）を計測する位置検出方法を説明したが、熱起電力の計測方法はこれに限られない。例えば、図８のように、金属パターン膜５のある一点（図８では右下の端点）をグラウンドに接地して、これを基準としてその他の周縁部の電位を計測することでも、位置検出が可能となる。
【００８２】
［第２〜第５の実施の形態］
第１の実施形態では、位置情報の入力に加熱手段１０を利用したが、位置検出素子の中に、外部トリガーによって熱を発生させる仕組みを内蔵させれば、その他の手段でも位置情報の入力が可能となる。実際、熱は最も一般的なエネルギー形態であり、電磁波や振動などの様々なエネルギーも、最終的に熱になることが多い。さらには、物質間の化学反応や相変化などでも熱が生成される。そこで、第１の実施形態で示した熱センサを応用すれば、様々な形態のセンサを構成することができる。以下では、電磁波センサ、接触（摩擦熱）検知センサ、ガスセンサ、圧力センサなどへの応用について示す。
【００８３】
［第２の実施形態：電磁波検知による位置検出装置］
図９は、本発明の第２の実施形態である電磁波センサの斜視図および平面図を示す。第１の実施形態の位置検出装置との違いは、図示の電磁波センサは、金属パターン膜／磁性体層の上に、絶縁材料からなる絶縁層（スペーサー層）３２を挟んで、新たに電磁波吸収膜３１を配置した点にある。
【００８４】
このような構造の電磁波センサに対し、図９に示すように外部から電磁波３０が照射されると、電磁波３０が電磁波吸収膜３１によって吸収され、その位置で発熱が生じる。この発熱による熱起電力を、金属パターン膜で測定・記録することで、電磁波が照射された２次元位置を特定することができる。
【００８５】
ここで、電磁波吸収膜３１としては、電磁波３０をよく吸収して発熱する材料を用いる。具体的な材料の選択は波長に依存するが、電磁波吸収膜３１は、例えば赤外線であれば金黒膜（金の超微粒子膜）やニッケル・クロム合金膜など、可視光であればＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2）膜やフラーレン膜などが利用できる。また、カーボンブラックやカーボンナノチューブなどからなるカーボン膜などは、塗布・印刷による成膜にも適しており、赤外〜可視域の広い範囲で利用できる。
【００８６】
絶縁層（スペーサー層）３２は、金属パターン膜５での熱起電力生成動作を妨げないための絶縁層の役割を果たす。電磁波吸収膜３１自体が絶縁体である場合は、スペーサー層３２は無くてもよい。
【００８７】
電磁波吸収膜３１を覆うカバー層３（図９には図示せず）には、電磁波３０をできるだけ透過する材料を用いる。必要に応じて、カバー層３の上部に波長フィルタを設けることで、特定の波長のみを検出するようにすることもできる。また、カバー層３の上部に部分反射鏡を設けて、カバー層３の厚みを最適化することで、特定の波長に対して機能する共振器を構成し、電磁波検出感度を向上することもできる。
【００８８】
なお、感度が重要となる用途では、これら電磁波吸収膜３１、絶縁層３２、カバー層３としては、入力された熱を磁性体層２に効果的に伝えるために、面直方向に熱伝導率の大きな材料か、膜厚が小さくても素子の保護が可能となるような材料を用いることが望ましく、膜厚はそれぞれ１００μｍ以下が望ましい。感度・分解能を両立するさらに望ましい形態としては、これらの層において、面直方向に高い熱伝導を有し、面内方向に低い熱伝導を有する材料・構造を採用する。具体的には、面直方向に配向したカーボンファイバー等のフィラーを埋め込んだ材料を用いたり、面内でピクセルごとに材料を分割した（切り込みを入れた）構造を利用したりして、異方的な伝熱構造を実現する。
【００８９】
以上の原理により、非常に簡単な素子構成により、外部電源不要なイメージセンサなどへの応用が可能となる。
【００９０】
［実施例２］
図１０は、本発明の具体的な第２の実施例による電磁波センサ（位置検出装置）を示す斜視図である。
【００９１】
本第２の実施例では、第１の実施例と同様に、磁性体層２としては厚さ１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。
【００９２】
ここでは電磁波３０として、波長１０μｍ程度の赤外線を利用する。電磁波吸収膜３１としては、この波長の電磁波を効率的に吸収できるカーボンブラック膜を利用する。電磁波吸収膜３１の膜厚は２００ｎｍとする。基板４（図１０では図示せず）としては膜厚５00μｍの石英ガラス基板を、スペーサー層３２としては膜厚２００ｎｍのポリイミド層を、カバー層３（図１０では図示せず）としては膜厚５０μｍのアクリル樹脂を用いる。
【００９３】
作製方法としては、まずＹＩＧ層２上にＰｔメッシュ膜５をスパッタにより成膜し、そのＰｔメッシュ膜５の上にポリイミド層３２を原料溶液の塗布・乾燥により成膜する。さらに、ポリイミド層３２の上に、電磁波吸収膜である膜厚２００ｎｍのカーボンブラック膜３１を、原材料のスピンコートにより全体に塗布成膜する。最後に、これらの上に、アクリル材料としてポリメタクリル酸メチルを溶かした有機溶液を塗布し、１００℃程度の高温で乾燥させ、厚さ１００μｍのカバー層３（図１０では図示せず）を作成する。
【００９４】
このような構成の赤外線センサを活用することにより、非常に簡単な構成で、監視用の赤外線カメラやサーモグラフィなどを構成することができる。
【００９５】
［第３の実施形態：摩擦熱検知による位置検出装置］
図１１は、本発明の第３の実施形態である接触検知センサ（もしくは摩擦熱センサ）の斜視図および平面図である。この素子は、第１の実施形態で示した位置検出装置において、カバー層３の代わりに、摩擦熱発生体４１を用いている。第２の実施形態と同様に、必要に応じてスペーサー層３２を挿入する。
【００９６】
このような構造の接触検知センサに対し、図１１のように、摩擦熱発生手段４０で摩擦熱発生体４１の一部を擦るなどして接触させると、この摩擦熱発生体４１の接触部において発熱が生じる。この熱を、第１の実施形態で説明した位置検出装置によって検知することで、接触が生じた２次元位置を測定・記録することができる。
【００９７】
摩擦熱発生体４１の表面は、摩擦熱発生手段４０との接触によって発熱が生じるよう、表面を適切に加工する。また、表面で発生した熱を効率よく磁性体層２へ伝えるため、摩擦熱発生体４１は、保護膜として機能する範囲でできるだけ薄くするか、熱伝導率の高い材料で構成することが望ましい。
【００９８】
このような素子により、外部電源が不要で待機電力ゼロのユーザーインターフェースが実現される。例えばペンで摩擦熱発生体３１を擦ることによる文字入力などが可能となる。
【００９９】
なお、摩擦熱の発生方法については、ここで示した方法に限られない。他の形態としては、例えば摩擦熱発生体４１として外部からの圧力や振動によって摩擦熱を発生する機械部品で構成することで、荷重や衝撃を摩擦熱発生手段４０として用いた位置検出装置を構成することもできる。
【０１００】
［実施例３］
図１２は、本発明の具体的な第３の実施例による接触検知センサ（位置検出装置）を示す斜視図である。
【０１０１】
本第３の実施例では、上記第１の実施例と同様に、磁性体層２としては厚さ１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。
【０１０２】
ここでは摩擦熱発生体４１として、表面に小さな凹凸を有して粗面となっている合成サファイアを用いる。摩擦熱発生体４１の膜厚は２００ｎｍとする。摩擦熱発生手段４０には先端がアルミナでコートされたペンを用いる。基板４としては膜厚５００μｍの石英ガラス基板を、絶縁層（スペーサー層）３２にはポリイミド樹脂を用いる。
【０１０３】
［第４の実施形態：ガス検知による位置検出装置］
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る浮遊体センサを示す斜視図および平面図である。第１の実施形態との違いは、図示の浮遊体センサは、金属パターン膜／磁性体層の上に、絶縁材料である絶縁層（スペーサー層）３２を介して、新たに浮遊体吸着用の浮遊体検知膜（触媒膜）５１を配置した点にある。
【０１０４】
この浮遊体検知膜（触媒膜）５１としては、例えば特定の浮遊体（ガス）５０が吸着した場合に、発熱を伴う化学反応を生じる触媒など、公知の化学材料を用いることができる。その他、浮遊体検知膜（触媒膜）５１として、触媒を含有する多孔質体を含む膜を用いることもできる。絶縁層（スペーサー層）３２は、金属パターン膜５での熱起電力生成動作を妨げないための絶縁層の役割を果たすが、用いる浮遊体検知膜（触媒膜）５１によっては必ずしも必要ない。また、ガスによっては、磁性体層２もしくは金属パターン膜５を直接、浮遊体検知膜として利用することもできる。
【０１０５】
このような構造の浮遊体センサに対し、外部からガスなどの浮遊体５０が飛来した場合、浮遊体検知膜（触媒膜）５１に吸着した地点で化学反応に伴う発熱が生じ、磁性体層２の一部が加熱される。この熱を、第１の実施形態で説明した位置検出装置によって検知することで、浮遊体が吸着した２次元位置を測定・記録することができる。
【０１０６】
これにより、簡便な構成で、外部電源不要な大面積浮遊体センサなどが実現できる。なお、実際には、浮遊体５０は気体に限らず、液体や固体（粉塵）などを想定してもよい。また、浮遊体検知の原理についても、浮遊体吸着に伴って発熱が生じるものであれば、詳細は問わない。
【０１０７】
［実施例４］
図１４は、本発明の具体的な第４の実施例による浮遊体センサを示す斜視図である。
【０１０８】
本第４の実施例では、第１の実施例と同様に、磁性体層２としては厚さ１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。これらは、膜厚５００μｍの石英ガラス基板４（図１４中では図示せず）の上に、前述の第１の実施例と同様の方法で成膜する。
【０１０９】
ここでは浮遊体５０として水素ガスを想定し、金属パターン膜５として用いるＰｔ膜が、水素ガス検知を行う触媒として、浮遊体検知膜５１を兼ねている。
【０１１０】
［第５の実施形態：圧力検知による位置検出装置］
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る位置検出装置を示す図である。これまでの実施形態との違いは、図示の位置検出装置は、基板４と磁性体層２との間に、ドットスペーサ５３を介して配置された上部発熱層６１及び下部発熱層６２を有する点にある。
【０１１１】
ここで、上部発熱層６１と下部発熱層６２としては、互いに接することで発熱を生じるような材料の組み合わせを用いる。
【０１１２】
また、ドットスペーサ５３は、待機時にこれらを空間的に隔離する役割を果たす。ドットスペーサ５３の材料としては、有機樹脂などの熱伝導率が小さなものを用いる。
【０１１３】
これに対して外部から圧力印加手段６０が加わると、上部発熱層６１が下方に歪み、上部発熱層６１と下部発熱層５２と部分的に接触する。この結果、接触した部分のみ局所的な発熱が生じることから、この熱を第１の実施形態で説明した位置検出装置によって検知することで、圧力が加わった２次元位置を測定・記録することができる。
【０１１４】
上部発熱層６１と下部発熱層６２が接触することによる発熱の原理としては、以下のように様々なものが利用できる。
【０１１５】
例えば、化学反応する２つの材料を、上部発熱層６１および下部発熱層６２に利用することができる。これにより、これらが接触した場所で化学反応が生じ、局所的な反応熱が生じる。
【０１１６】
また、上部発熱層６１と下部発熱層６２との間に外部からバイアス電圧を印加した状態で待機させ、上部発熱層６１と下部発熱層６２が接触した場所でのみ電流が流れるような構成にしてもよい。この場合、この部分の電気抵抗によるオーミック発熱を位置入力に利用できる。
【０１１７】
さらに、上部発熱層６１を下部発熱層６２に押し付けた際の圧力（もしくは歪み）をトリガーとして発熱を生じさせることもできる。例えば、圧力印加に起因する化学反応や相変化に伴って生じる反応熱・潜熱などを、同様の方法で測定することで位置検出が可能となる。
【０１１８】
この他、下記実施例に示すように上部発熱層６１と下部発熱層６２が接触した際の摩擦熱を利用することもできる。
【０１１９】
［第６〜第８の実施形態］
これまでの実施形態では、外部の熱あるいは熱勾配が存在しない平衡状態での待機の下で、外部から熱が加わる位置を、金属パターン膜に生じる熱起電力を通して検出していた。このような素子を用いれば、外部電源のない状況下でも、待機電力ゼロで利用できるインターフェースが利用できる。
【０１２０】
ただし、これらの方法では、外部から素子を加熱する手段を利用する必要があることから、それが難しい状況下では利用が制限される。
【０１２１】
一方、身の回りには、体温やディスプレイ、ＩＴ機器など、様々な定常熱源や定常温度勾配が存在する。このような温度勾配を有効活用すれば、外部からの加熱を用いなくても、有用なインターフェースを構成することができる。
【０１２２】
残りの３つの実施形態では、このようにあらかじめ定常熱源あるいは定常温度勾配が利用できる状況での位置検出装置について説明する。
【０１２３】
［第６の実施形態：圧力検知による位置検出装置］
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。上記の第５の実施形態と同様に、この実施形態でも、圧力の印加によって位置検出を行う。
【０１２４】
第５の実施形態と大きく異なる点として、本第６の実施形態では、基板４の代わりに、室温より高い（もしくは低い）温度を有する熱源５８を利用している。このような熱源としては、例えばディスプレイや、ＩＴ機器の側面、太陽光が当たる建築物の壁や窓など、様々なものが利用できる。
【０１２５】
次に、第６の実施形態に係る位置検出装置の動作原理について説明する。
【０１２６】
本第６の実施形態に係る位置検出装置では、熱源５８の上部に、ドットスペーサ５３を介して、金属パターン膜／磁性体層が配置されている。待機時には、金属パターン膜／磁性体層と熱源とは、ドットスペーサ５３によって空間的に分離している。ドットスペーサ５３の材料としては、有機樹脂などの熱伝導率が小さなものを用いる。これにより、金属パターン膜／磁性体層と熱源５８との間では、待機時には熱の移動が小さく、互いに異なる温度分布を取り得るものとする。
【０１２７】
この状況で、図１６のように、外部からある一点に圧力印加手段７０が印加されると、この部分で熱源５８と金属パターン膜／磁性体層とが接触し、これらの間に大きな熱移動が生じる。これによって、金属パターン膜／磁性体層が局所的に加熱され、これに伴う温度分布の変化を、第１の実施形態と同様の方法で、金属パターン膜５における熱起電力変化から検出することができる。
【０１２８】
［実施例６］
図１７は、本発明の具体的な第６の実施例による位置検出装置を示す図である。
【０１２９】
熱源５８としては、温度が４０℃と、室温以上に設定されているディスプレイの表面を利用する。
【０１３０】
本第６の実施例では、磁性体層２としては厚さ０．１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。これらは、上記の合成サファイア板の上に、前述の第１の実施例と同様の方法で成膜する。その後、これを熱源５８の上部に、アクリルウレタン樹脂からなる直径１０μｍのドットスペーサ５３を介して配置する。
【０１３１】
待機時には、Ｐｔ／ＹＩＧと、熱源５８とは、アクリルウレタン樹脂のドットスペーサ５３によって、空間的に分離して配置されている。このとき、これらの間の熱の移動は小さい。これらは、外部から圧力印加用のペン７０によって押し付けられることによって互いに接触し、大きな熱移動を生じる。
【０１３２】
［第７の実施形態：接触検知による位置検出装置］
図１８は、本発明の第７の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【０１３３】
図示の位置検出装置の素子形態としては、第１の実施形態とほぼ同じだが、ここでも基板４の代わりに、室温より高い（もしくは低い）温度を有する熱源５８を利用している。この結果、待機時には、素子には熱源５８の影響で、定常的な面直温度勾配が生じている。
【０１３４】
この状態で、室温の局所冷却手段８０が押し当てられると、この部分で局所的に放熱（冷却）が促進されることから、金属パターン膜／磁性体層に印加される温度勾配が局所的に大きくなり、スピン流に伴う電場が増大する。これに伴う電位分布の変化を、第１の実施形態と同様の方法で検出することにより、位置情報の推定が可能となる。
【０１３５】
［実施例７］
図１９は、本発明の具体的な第７の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【０１３６】
本第７の実施例では、磁性体層２としては厚さ０．１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。
【０１３７】
熱源５８としては、温度が４０℃と、室温以上に設定されているディスプレイの表面を利用する。カバー層３（図１９では図示せず）には、厚さ１００μｍの合成サファイア板を用いる。
【０１３８】
さらに、冷却手段８０として、室温のペンを用いる。
【０１３９】
［第８の実施形態：磁場などの検知による位置検出装置］
これまでの実施形態では、外部からの磁性体層の加熱、すなわち格子温度の変調を利用した位置検出手法について説明してきたが、定常温度勾配を利用できる状況では、外部からの加熱で格子温度Ｔｐ（通常の意味での温度）を変える代わりに、他の様々な自由度によってマグノン温度Ｔｍ（マグノンの熱運動の激しさを表す有効温度パラメータ）の方を変調することでも、位置検出応用が可能となる。
【０１４０】
図２０は、そのような第８の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。図示の位置検出装置の基本的な素子構成は、第７の実施形態とほぼ同じで、温度勾配が存在する状況下での定常スピン流を利用する。第７の実施形態との構成上の唯一の違いは、図示の位置検出装置は、局所冷却手段８０の代わりに磁気特性変調手段９０を用いる点にある。
【０１４１】
磁気特性変調手段９０としては、局所的な電場・磁場や、局所的な圧力、電磁波を利用することができる。これにより、マグノンが感じる有効ポテンシャルが実効的に変調される結果、前述したマグノン温度Ｔｍが変調される。これにより、格子温度Ｔｐとマグノン温度Ｔｍの差が局所的に変化することから、これに伴う熱起電力の変化を金属パターン膜５中で観測することにより、位置情報の取得が可能となる。
【０１４２】
［実施例８］
図２１は、局所磁場によるマグノン変調を利用した本発明の具体的な第８の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【０１４３】
本第８の実施例による位置検出装置では、磁性体層２としては厚さ０．１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。
【０１４４】
熱源５８としては、温度が４０℃と、室温以上に設定されているディスプレイの表面を利用する。
【０１４５】
磁気特性変調手段９０としては、先端にフェライト磁石を有するペンを用いる。これによって、マグノン温度Ｔｍを変調して、位置入力を行う。
【０１４６】
上述して本発明の実施形態（実施例）の効果について説明する。
【０１４７】
本発明の実施形態（実施例）で示した構造により、外部電源が不要な位置検出装置が可能となり、簡便な構成による低待機電力のタッチパネルやイメージセンサなどを実現することができる。また、塗布プロセスや印刷プロセスなどを利用することが可能で、低コスト基板への大面積実装にも適している。
【０１４８】
以上、実施形態（実施例）を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態（実施例）に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【０１４９】
２ 磁性体層
３ カバー層
４ 基板
５ 金属パターン膜（導体パターン膜）
１０ 加熱手段
３０ 電磁波
３１ 電磁波吸収膜
３２ スペーサー層
４０ 摩擦熱発生手段
４１ 摩擦熱発生体
５０ 浮遊体（ガス）
５１ 浮遊体検知膜（触媒膜）
５３ ドットスペーサ
６０ 圧力印加手段
６１ 上部発熱層
６２ 下部発熱層
７０ 圧力印加手段
８０ 局所冷却手段
９０ 磁気特性変調手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱の生成した位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元的な位置情報を検出可能な素子は、タッチパネルなどのユーザーインターフェースや、センサ・カメラなどの画像・情報取得装置など、様々なデバイスで活用されている。したがって、そのような２次元的な位置情報を検出可能な素子は、今後もクラウド社会におけるサイバー空間と実空間との間の接点として、ますます重要なものになると考えられる。
【０００３】
例えば、タッチパネル方式に関しては、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式など、多くの方式が提案・実証されている。
【０００４】
抵抗膜方式では、上部導電膜と下部導電膜とを近接配置し、これらのいずれか一方にバイアス電圧を印加した状態で待機させておく。ここで、外部からタッチによる圧力が加わると、タッチしたポイントで上部導電膜と下部導電膜とが接触・通電することから、その地点での電位を計測することで、座標を決定することができる。
【０００５】
静電容量方式では、パネル上に配置された電極もしくは導電膜に、駆動電圧を適切に印加した状態で待機させておく。ここで、指などでパネルをタッチすると、これが静電容量の変化が生じさせることから、これに付随した電圧変化を多地点で読み取ることで、タッチされたポイントを検出することができる。
【０００６】
赤外線方式では、パネル上の一端に赤外線発光素子（ＬＥＤ）、他端に赤外線受光素子（フォトトランジスタ）を、それぞれアレイ状に配置し、赤外線を連続的に走査した状態で待機させておく。ここで、外部から指などが近づくと、これによって赤外線が遮断され、該当する位置のフォトトランジスタがＯＦＦになることから、タッチされたポイントを検出することができる。
【０００７】
特許文献１、２は、後述するごとく、それぞれ、本発明においても利用するスピンゼーベック効果などを利用した熱／スピン流変換素子、スピントロニクスデバイスを開示している。
【０００８】
特許文献３は、抵抗膜式タッチパネルの一例を開示している。また、非特許文献１は、スピンゼーベック理論について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３００７０号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５８２４号公報
【特許文献３】特開２０１０−０５５４５３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Physical Review B 81, 214418
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式等のタッチパネルでは、位置を検出するためにバイアス電圧印加や光学的走査等のプローブ駆動手段に外部電源を必要とすることから、待機電力が大きくなる。このため、電力供給が難しい場面では、そのようなタッチパネルの利用が制限される。そして、電池を用いた場合でも、その交換などの保守・管理負担が避けられない。将来的なセンサネットワークやユビキタス端末など、屋内・屋外問わず様々な場面での利用が期待される状況においては、電源が不要、もしくは実効的な発電機能が組み込まれた位置検出手段が求められる。
【００１２】
それ故、本発明の課題は、外部電源が不要な位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、磁化を有する磁性体層と、この磁性体層上に形成され、スピン軌道相互作用を有する材料を含む導体パターン膜であって、磁性体層の磁化方向に交差する方向に延在し、かつ互いに平面上で交差する複数本の導体線からなる前記導体パターン膜と、を含む位置検出装置が得られる。
【００１４】
具体的には、位置情報入力手段を用いて磁性体層の一部を加熱または冷却することで、磁性体層中に局所的な温度勾配を生じさせ、これによって駆動されるスピン流（スピンゼーベック効果）を、導体パターン膜中に誘起される熱起電力から読み取ることで、発熱が生じた場所の２次元座標の位置（２次元位置）を特定する。これによって、位置情報の入力が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による位置検出装置では、外部からの熱によって位置入力を行うことから、体温や環境熱などを用いれば、外部電源が不要な位置検出手段を提供できる。これにより、簡便な構成による低待機電力のタッチパネルやイメージセンサなどへの応用が可能となる。また、塗布プロセスや印刷プロセスなどを利用することが可能で、低コスト基板への大面積実装にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はスピンゼーベック効果の原理を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の第1の実施形態に係る位置検出装置における電圧計を用いた位置検出方法を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置おける位置検出動作を説明する図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置における、高分解能な位置決定方法を説明する図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１の実施例による位置検出装置を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例の変形例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置の他の動作例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図１４】本発明の第４の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図。
【図１７】本発明の第６の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図１９】本発明の第７の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第８の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【図２１】本発明の第８の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の位置検出装置は、平面上の加熱された箇所または平面上の発熱した箇所を特定する装置であって、温度勾配から熱起電力を生成するスピンゼーベック効果を用いる。本発明の位置検出装置は、後述するいずれの実施形態においても、このスピンゼーベック効果による位置検出素子（熱電変換部）を有している。
【００１８】
さらに、本発明は、位置検出素子（熱電変換部）と、これとは別体に設けられ、熱電変換部の平面上の任意の箇所を加熱する加熱手段を含む位置検出システム、もしくは、熱電変換部と一体に形成され、種々の形態のエネルギーを受けて平面上の任意の箇所が発熱するエネルギー態様のインターフェース手段とを有する位置検出装置を提案する。
【００１９】
[原理]
本発明の位置検出装置は、発熱部分の２次元座標の位置を特定する素子であって、温度勾配から熱起電力を生成するスピンゼーベック効果を用いる。
【００２０】
図１は、上記特許文献１などで示されているスピンゼーベック効果の基本的な構成・原理を示す図である。基本的な素子構造は、基板上に成膜した磁化Ｍを有する磁性体層と、その磁性体層の上部に配置された金属ワイヤ膜とからなる。このような構造に対して面直方向の温度勾配を図面ｚ方向に印加した場合、金属ワイヤ膜と磁性体層との間の界面にスピン流が誘起される。このスピン流を、金属ワイヤ膜における逆スピンホール効果によって電気的な起電力信号に変換することで、「温度勾配から熱起電力を生成する熱電変換」が可能となる。
【００２１】
上記非特許文献１（Physical Review B 81, 214418）などで示されている微視的なスピンゼーベック理論によると、金属ワイヤ膜／磁性体界面において誘起されるスピン流Ｊｓは、この界面における「金属膜の電子温度Ｔｅ」と「磁性体のマグノン温度Ｔｍ」の間の温度差ΔＴｍe＝|Ｔｍ−Ｔｅ|によって駆動されることが分かっている。ここで、マグノン温度Ｔｍとは、スピンの熱運動の激しさを表すパラメータに相当する。これにより、スピン流Ｊｓは、以下の数式（１）のように、ΔＴｍeに比例する（ezは面直方向の単位ベクトル）。
Ｊｓ∝ΔＴｍe ez＝（Ｔｍ−Ｔｅ）ez ・・・ （１）
【００２２】
図１（ａ）のように、素子全体が一様な温度にある熱平衡状態においては、電子温度Ｔeとマグノン温度Ｔｍは常に等しく（ΔＴｍe＝０）、スピン流は駆動されない。したがって、金属ワイヤ膜において起電力は生じない。
【００２３】
これに対し、図１（ｂ）のように、素子の上部面（金属ワイヤ膜側）を一様に加熱し、素子の上面と底面の間に温度差ΔＴを印加した場合を考える。このとき電子温度Ｔｅとマグノン温度Ｔｍは、周囲に生じる温度勾配分布との非局所的な相互作用を通して、それぞれ異なるメカニズムで温度変調を受ける結果、加熱部近傍の界面で有限の電子-マグノン温度差ΔＴｍe＝|Ｔｍ−Ｔｅ|≠０が生じることになる。従って、この温度差ΔＴｍｅを駆動源として、磁性体層から金属パターン膜へと界面スピン流Ｊｓがポンピングされる。以上が、先に述べたスピンゼーベック効果の微視的な駆動メカニズムである。
【００２４】
この熱駆動されたスピン流Ｊｓが、金属パターン膜中の逆スピンホール効果によって電場信号ＥISHEに変換されることで、金属パターン膜の端部間には起電力信号Ｖが生じる。ここで、電場ＥISHEとスピン流Ｊｓ、磁化Ｍとの関係は、以下の数式（２）で与えられる。
ＥISHE＝（θSHρ）Ｊs×Ｍ／｜Ｍ｜ ・・・ （２）
【００２５】
ここで、θSHはスピンホール角（電流-スピン流間の変換効率に相当）、ρは金属パターン膜のシート抵抗を表す。この数式（２）が示すように、熱誘起された電場ＥISHEは、スピン流Ｊsと磁化Ｍの両方に垂直な方向に生じる。従って、金属パターン膜面において生じる熱起電力Ｖも、スピン流及び温度勾配の方向（ｚ方向）と磁化方向（ｘ方向）にそれぞれ垂直な方向（ｙ方向）において、大きな値を有する。
【００２６】
図１（ｂ）では、上部面（金属パターン膜側）が一様に加熱された状況を仮定したが、この面の一部のみが局所的に加熱された場合でも、同様の熱起電力を観測することができる。この状況を図１（ｃ）に示した。この場合、加熱された部分でのみ局所的に界面スピン流Ｊsが駆動され、局所電場ＥISHEが誘起される。
【００２７】
本発明では、この局所的に生じるスピンゼーベック効果を利用して位置検出を行う。
【００２８】
［第１の実施形態］
[構成]
図２は、本発明の第１の実施形態に係る位置検出装置の基本素子構造を示す図である。図２において、（ａ）は位置検出装置の斜視図であり、（ｂ）は位置検出装置の加熱地点を含む断面図であり、（ｃ）は位置検出装置の平面図である。
【００２９】
図示の位置検出装置の基本素子の最小構成単位は、磁性体層２と、この磁性体層２の上部に設けられた金属パターン膜５とからなる。また、必要に応じて、位置検出装置の基本素子は、磁性体層２を支える基板４、および素子を保護するカバー層３を用いる。
【００３０】
本第１の実施形態に係る位置検出装置では、２次元位置を電気的に検出するための金属パターン膜５の形状として、図面のｘ方向とｙ方向をそれぞれ長手（線）方向とするメッシュ形状を採用する。図２（ａ）では、金属パターン膜５の一例として、８×８本の金属線によって構成されるメッシュ構造を採用しており、ここでは、図２（ｃ）に示されるように、ｘ方向に伸びた金属線を上から金属線１〜８、ｙ方向に伸びた金属線を左から金属線Ａ〜Ｈと定義している。
【００３１】
この金属パターン膜５のメッシュ形状のように、金属膜内に複数の穴（非電導領域）を有するパターニング構造を用いることで、スピンゼーベック効果によって生じた逆スピンホール電場信号ＥISHEを、周縁部の電圧変化として効果的に検出することが可能となる。また、このように一体となった金属パターン膜５の構造は、金属マスク法や光リソグラフィ法、印刷法など、簡単なプロセスにより容易にパターニングができることから、生産性の高い素子作製が可能となる。なお、金属パターン膜５の形状は、ここで示したメッシュ形状に限定されない。
【００３２】
以下では、これらの各構成要素において、望ましい材料・構造・作製方法などについて説明する。
【００３３】
磁性体層２は、膜面（図２のｘｙ面）に平行な一方向の磁化を有しているものとする。スピンゼーベック効果の発現に必要な対称性を満たすために、磁性体層２は、金属パターン膜５における金属線１〜８の長手方向（ｘ方向）に対しても、金属線Ａ〜Ｈの長手方向（ｙ方向）に対しても、有限な角度をもつ方向に磁化を有するものとする。具体的には、ＸＹ面内で３０〜６０°、１２０〜１５０°、−３０〜−６０°、−１２０〜−１５０°のいずれかの範囲内の磁化方向を有することが望ましい。特に、ｘ方向とｙ方向の中間（ｘｙ面内の４５°、１３５°、−４５°、−１３５°のいずれか）に磁化方向を有することが最も望ましい。
【００３４】
金属パターン膜５に生じる熱起電力信号によって高い分解能を有する位置検出機能を実現するためには、これに接する磁性体層２の材料として、電気伝導性の低い材料を採用することが望ましい。加えて、磁性体層２の材料としては、（１）熱が逃げるのを防いで（温度差を保持して）高感度な熱起電力を生成する、（２）熱拡散を抑制して高い位置検出分解能を実現する、という２つの目的から、熱伝導率の小さい材料を用いることが望ましい。以上の理由から、本第１の実施形態では、伝導電子による導電性が無く、熱伝導も小さな磁性絶縁体を用いる。
【００３５】
磁性体層２の具体的な材料としては、例えばガーネットフェライト、スピネルフェライトなどの酸化物磁性材料を適用することができる。このようなガーネット磁性体は、引き上げ法やブリッジマン法といった融液からの結晶成長法などで作製できるほか、液相エピタキシャル成長法によっても結晶薄膜が作製できる。また、例えば、有機金属堆積法（ＭＯＤ法）、ゾルゲル法、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）といった塗布・印刷ベースの成膜方法によっても、磁性体層２を基板４上に成膜することができる。このような生産性の高い成膜法を用いれば、大面積基板にも一括成膜することが可能で、低コストな位置検出装置の実装が可能となる。
【００３６】
また、ＹＩＧなどのガーネット膜は、広い波長範囲で透過性が高いことから、タッチパネル素子のように、ディスプレイ等と組み合わせて用いる透明な位置入力デバイスとしての応用に特に適している。
【００３７】
さらに、磁性体層２として保磁力を有する磁性材料を用いれば、一旦外部磁場などで磁化方向を初期化しておくことで、ゼロ磁場の下でも動作可能な素子が得られる。
【００３８】
金属パターン膜５は、逆スピンホール効果を用いて熱起電力を取り出すために、スピン軌道相互作用を有する材料を含んでいる。例えば、金属パターン膜５の材料としては、スピン軌道相互作用の比較的大きなＡｕやＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒなどの金属材料、またはそれらを含有する合金材料を用いる。また、金属パターン膜５の材料としては、Ｃｕなどの低コスト・低抵抗金属に、上記のようなスピン軌道相互作用を有する不純物を少量（１〜１０％程度）ドープした材料を用いた場合でも、熱起電力を取り出すことができる。
【００３９】
このような金属パターン膜５は、金属マスク法や光リソグラフィ法などのパターニングプロセスと併用して、スパッタや蒸着などの方法で成膜する。また、金属パターン膜５は、インクジェット法やスクリーン印刷法などの方法でも作製できる。
【００４０】
ここで、スピン流を高い効率で無駄なく電気に変換するためには、金属パターン膜５の厚さは、少なくとも金属材料のスピン拡散長以上に設定するのが好ましい。例えば、金属パターン膜５の材料が、Ａｕであれば５０ｎｍ以上、Ｐｔであれば１０ｎｍ以上に設定するのが望ましい。ただし、本第１の実施形態のように熱起電力を電圧信号として電位計で読み取る用途では、シート抵抗ρが大きいほうが望ましく、このため金属パターン膜５が薄いほどより大きな電圧出力が得られる。これら両方を考慮すると、金属パターン膜５の厚さは、金属材料のスピン拡散長程度が最も望ましい。例えば、金属パターン膜５の材料が、Ａｕであれば５０〜１００ｎｍ程度、Ｐｔであれば１０〜３０ｎｍ程度に設定する。
【００４１】
なお、タッチパネル素子のように透明な位置入力デバイスとして用いる場合、金属パターン膜５の占有率（金属材料と空気によって構成されるパターン膜の中で、金属材料が占める割合）は、５０％以下が望ましく、２０％以下であることがより望ましい。具体的には、本第１の実施形態のようなメッシュ形状の金属パターン膜５の場合、金属線の幅が、隣り合う金属線間の間隔の半分以下であることが望ましく、５分の１以下であることがより望ましい。
【００４２】
上述したように、金属パターン膜５は、磁性体層２上に形成され、スピン軌道相互作用を有する材料を含む導電パターン膜であって、磁性体層２の磁化方向に交差する方向に延在し、かつ互いに平面上で交差する複数本の導体線からなる、導体パターン膜である。そして、上述したように、金属パターン膜（導体パターン膜）５の厚さが非常に薄く、抵抗が大きいので、複数本の導体線が平面上で交差していても、電圧出力を得ることができる。
【００４３】
カバー層３は、素子の保護のために、必要に応じて用いる。具体的な構成に関しては、カバー層３は、素子（熱起電力生成部）を保護可能できる材料・構造であれば、詳細は問わない。例えば、カバー層３の材料として、アクリル系樹脂やポリイミドなどの有機樹脂材料を用いれば、印刷・塗布プロセスでカバー層３を作成することができる。ただし、感度が重要となる用途では、入力された熱を磁性体層２に効果的に伝えるために、カバー層３の材料としては、面直方向に熱伝導率の大きな材料か、膜厚が小さくても素子の保護が可能となるような材料を用いることが望ましく、膜厚は２００μｍ以下が望ましい。
【００４４】
基板４としては、磁性体層２や金属パターン膜５を支えることができるものであれば、材料や構造は問わない。基板４の材料としては、例えば石英ガラス等のアモルファス絶縁体や、ポリイミド等の有機樹脂材料などを用いることができる。また、基板４は、必ずしも板状の形状である必要はない。
【００４５】
周囲環境からの流入する熱や温度揺らぎが大きく、これによる背景雑音や誤動作といった影響が大きい場合には、基板４の材料として、熱伝導率が小さな材料を用いるか、厚みが十分大きな構造を用いて十分な熱容量を確保することが好ましい。
【００４６】
なお、磁性体層２を直接固定して安定して利用できるような利用環境下や、磁性体層２自体が十分大きな熱容量を有する場合には、基板４は無くてもよい。
【００４７】
〔基本動作および検出方法の説明〕
次に、本発明の第１の実施形態による位置検出装置における位置情報の検出方法について説明する。
【００４８】
まず、前述のように、温度勾配が印加されない熱平衡状態では、金属パターン膜５の電子温度Ｔｅと磁性体層２のマグノン温度Ｔｍは等しい一定値を取る。このため、スピンゼーベック効果（電子―マグノン温度差ΔＴme）によるスピン流は駆動されず、熱起電力も生じない（Ｖ1〜Ｖ8 ，ＶA〜ＶH＝０Ｖ）。
【００４９】
ここで、図２（ａ）に示すように、外部から何らかの加熱（または冷却）手段１０によって磁性体層２の一部を加熱（冷却）すると、その周辺に局所的な温度勾配が生じる。これによる局所的スピンゼーベック効果の結果、図２（ｂ）の断面図のように、加熱地点近傍の金属パターン膜５／磁性体層２界面において、スピン流が誘起される。このスピン流は、金属パターン膜５における逆スピンホール効果を通して、局所的な電場信号ＥISHEを生成し、電気的に測定可能な起電力信号へと変換される。この熱起電力信号を、素子周縁部の電位（電圧）分布の変化を計測することで、発熱が生じた２次元座標の位置を特定することができる。尚、本発明における「加熱」としては、「冷却」をも、負の過熱として含むものとする。
【００５０】
位置情報を検出するには、金属パターン膜５において生じる熱起電力を評価する必要がある。評価方法は様々だが、本第１の実施形態では、図３のように、金属パターン膜５を構成する金属線１〜８、金属線Ａ〜Ｈのそれぞれにおいて、これら両端の間の各電圧差（Ｖ1〜Ｖ8 ，ＶA〜ＶH）を熱起電力として測定し、２次元位置推定のための参照信号として記録できるようにする。
【００５１】
素子面内のどの２次元位置で加熱が生じたかの決定（すなわち、位置情報の入力）は、１６個の電圧信号の大きさを相対的に比較することによって実現される。ここでは、主に電圧信号ＶA〜ＶHはｘ座標の決定に（図３（ｂ））、電圧信号Ｖ1〜Ｖ8 はｙ座標の決定に（図３（ａ））それぞれ利用される。具体的には、加熱が生じた地点に近い金属線（Ａ〜Ｈ、１〜８のいずれか）において、大きな電圧信号が観測されることから、これによって加熱地点のｘ座標、ｙ座標の決定が可能となる。
【００５２】
なお、図３(ａ)ではＶ1〜Ｖ8 を、図３(ｂ)ではＶA〜ＶHを、それぞれ一括して検出する実施形態を示しているが、電圧信号の検出方法はこれに限られず、１６個の電圧信号を一つずつ測定してもよい。また逆に、電圧計のインピーダンスが十分大きく、それぞれの電圧計測の間の相互影響が小さい場合は、１６個の電圧信号を一括で測定してもよい。
【００５３】
なお、この方法で検出できる情報は、２次元位置情報のみに限られない。スピンゼーベック現象に基づいて生じる熱起電力の大きさは、近似的には加熱部分の温度上昇量に比例することから、電圧信号（Ｖ1〜Ｖ8 ，ＶA〜ＶH）の大きさから、この温度上昇量の推定が可能となる。加えて、温度上昇が生じた場所の空間的な広がりについても、複数の電圧信号から推定することができる。
【００５４】
〔具体的な位置検出動作〕
図４に、加熱位置に応じた熱起電力生成の具体例を示す。この図４では主に、金属パターン膜５の中の金属線Ａ〜Ｈに生じる熱起電力から、ｘ座標の位置を検出する方法について述べる。
【００５５】
図４（ａ）のように、外部から加熱手段１０によってある地点（ここでは一例として、金属線３と金属線Ｃの交点）が加熱された場合を考える。このとき、この近傍での温度上昇の空間分布を反映して、加熱地点を中心とした有限な電子-マグノン温度差ΔＴmeが、図４(ｂ)のように生成される。
【００５６】
これによるスピンゼーベック効果よって金属線／磁性体層の界面ではスピン流が駆動され、金属線Ａ〜Ｈのそれぞれにおいて熱起電力が生成される。なお、これら金属線の両端での出力電圧信号ＶA〜ＶHは、金属線の全体に渡ってこのスピンゼーベック効果（局所電場ＥISHE）を積算（積分）した信号として現れる（図４の右上図参照）。この結果、信号Ｖは、図４(ｃ)に示すように、温度上昇の空間分布（ｘ座標依存性）にほぼ比例したものとなり、加熱地点に近い金属線ほど大きな電圧信号を示す。ただし実際の実験では、金属線同士の交点における電気的な相互干渉によって、このような比例関係からずれる場合がある。
【００５７】
図４では一例として、金属線Ｃ上で加熱が生じた場合を示したが、加熱が生じた位置によって、金属線Ａ〜Ｈで生じる電圧信号の分布が大きく異なる。したがって、この起電力分布を測定・記録し、それから温度上昇の空間分布（ｘ座標依存性）を逆に解析・推定することによって、加熱が生じたＸ位置を決定することができる。
【００５８】
なお、図４では代表的な位置検出例のみを示しているが、実際にはより細かい（高分解能な）位置検出も可能である。
【００５９】
例えば、図５に示すように、金属線Ｃと金属線Ｄの間のある点が加熱された場合を考える。このとき、電圧信号ＶCとＶDに着目する。図５(ａ)のように、金属線Ｃに近い点が加熱された場合は、ＶC＞ＶDとなる。図５(ｂ)のように、金属線Ｄに近い点が加熱された場合は、ＶC＜ＶDとなる。図５(ｃ)のように、金属線Ｃと金属線Ｄの中間点が加熱された場合は、ＶC＝ＶDとなる。このように、電圧信号ＶCとＶDの大きさを調べることで、金属線Ｃと金属線Ｄとの間において、より細かい位置の特定が可能となる。
【００６０】
以上、図４、図５に基づいて、金属線Ａ〜Ｈの測定によるｘ方向位置の検出手順について説明した。なお、同様の方法を金属線１〜８について当てはめると、ｙ方向位置についての位置検出も可能となる。このようにして、金属線Ａ〜Ｈ、金属線１〜８の熱起電力から、加熱が生じた２次元位置を特定することができる。
【００６１】
加熱手段１０としては、熱を持つものであれば何でも利用できることから、体温を持つ指や、先端が加熱されたペンなどで位置情報の入力が可能となる。待機時に電圧等のバイアス印加が不要であることから、待機電力の極めて小さなユーザーインターフェースなどに利用できる。
【００６２】
なお、本第１の実施形態での位置入力の動作原理は、磁性体層の温度分布を局所的に変化させることであることから、加熱手段１０の代わりに冷却手段を用いてもよい。例えば、位置検出装置をＩＴ機器などの高温熱源に貼り付けてあらかじめ加熱しておき、外部から室温の冷却手段を近づけることでも、局所的に温度分布を変化させることが可能となる。
【００６３】
また、図２では、金属パターン膜５／磁性体層２／基板４の順で積層した素子構造を示したが、金属パターン膜５と磁性体層２の積層順を逆転して、磁性体層２／金属パターン膜５／基板４の積層構造を採用してもよい。このような素子構造では、磁性体層２として熱伝導率の小さな磁性絶縁体材料を用いることができることから、上部から加熱手段１０で加熱された場合に、水平（ｘｙ）方向への熱の広がりが小さく抑えられ、空間分解能を向上させる効果を示す。
【００６４】
［実施例１］
次に、図６を参照して、本発明の具体的な第１の実施例に係る位置検出装置について説明する。
【００６５】
第１の実施例に係る位置検出装置の素子構造において、図６(ａ)の斜視図に示すように、磁性体層２としてはスラブ形状のイットリウム鉄ガーネット（以後「ＹＩＧ」と呼ぶ。組成はＹ3Ｆｅ5Ｏ12）層を、金属パターン膜５としてはＰｔからなるメッシュ形状の金属膜をそれぞれ用いている。なお、本第１の実施例に係る位置検出装置では、基板４とカバー層３とは用いていない。
【００６６】
ＹＩＧ層２は、焼結法によって作製された厚さ１ｍｍの多結晶スラブで、サイズは８×８ｍｍ２のものを用いている。スラブの表面は、Ｐｔとの良好な界面を得るために、あらかじめアルミナペーストで研磨を行っている。
【００６７】
このＹＩＧスラブの上に、パターニングのための金属マスクを介して、スパッタ法によりＰｔメッシュ膜５を成膜している。Ｐｔメッシュ膜５の厚さは、１５ｎｍであり、ｘ方向とｙ方向に伸びる８本ずつ（計１６本）のＰｔワイヤによって構成されている。このＰｔワイヤの長さは５ｍｍ、幅は０．１ｍｍで、隣り合うＰｔワイヤ間の間隔は０．７ｍｍである。
【００６８】
本第１の実施例の位置検出装置では、スピンゼーベック効果による熱電変換対称性の実験的検証のため、ＹＩＧ層２の磁化方向を、外部磁場Ｈの印加によって反転制御できるような実験セットアップを用いている。ここで、外部磁場Ｈの方向（すなわちＹＩＧ層２の磁化方向）は、Ｐｔメッシュ形状の２軸（ｘ軸およびｙ軸）に対して中間方向（ｘｙ面の４５度方向、もしくは−１３５度方向）になるよう設定されている。
【００６９】
このような位置検出装置に対して、外部から局所加熱を行うことで、位置情報を入力する。ここでは、加熱手段１０として、波長６７０ｎｍ、出力３００ｍＷのレーザー光をＰｔワイヤ／ＹＩＧスラブに対して照射する。
【００７０】
図６では一例として、金属線（Ｐｔワイヤ）２およびＧとが交差する場所にレーザー光を照射し、この地点を局所加熱した状況を示している。本実験では、この加熱地点の２次元座標の位置を、Ｐｔワイヤで生成される熱起電力によって検出する。
【００７１】
まず、ｙ座標推定のための参照信号を得るために、図６(ａ)に示すように、金属線１〜８それぞれの両端で生じる電圧信号（Ｖ1〜Ｖ8 ）を測定した。図６(ｂ)には、この電圧信号の測定値を、横軸を外部磁場Ｈとしてプロットしたグラフを示している。加熱位置近傍の金属線１，２，３において、大きな熱起電力信号が明確に観測されている。また、外部磁場によって磁化方向を反転させると、熱起電力の符号が反転する様子も示されている。図６(ｃ)は、この８本の金属線両端における電圧出力の絶対値を、横軸を金属線のｙ座標としてプロットしたグラフを示している。このようにして、電圧信号Ｖ1〜Ｖ8 の測定値から加熱が生じたｙ座標を推定することが可能となる。
【００７２】
同様にして、ｘ座標推定のための参照信号を得るために、図６(ｄ)に示すように、金属線Ａ〜Ｈそれぞれの両端で生じる電圧信号（ＶA〜ＶH）を測定し、図６(ｅ)、図６(ｆ)に示す電圧信号を得た。これらから、加熱が生じたｘ座標を推定することが可能となる。
【００７３】
以上の手順によって、加熱地点の２次元座標の位置の決定が可能となる。図６では特定の地点を加熱した場合の出力電圧の生成分布について示したが、異なる地点が加熱された場合、それに対応して異なる出力電圧の生成分布が得られる。
【００７４】
異なる加熱場所に対応して、異なる電圧生成分布が得られることから、これを利用した位置情報入力機能が実現される。
【００７５】
［変形例］
上記の第１の実施例では、磁性体層２としてスラブ材料を用いたが、磁性体層２は薄膜であっても構わない。
【００７６】
図７は、磁性体層２として薄膜磁性体を用いた、本発明の第１の実施例の変形例の位置検出装置を示す斜視図である。
【００７７】
本変形例の位置検出装置では、磁性体層２として、Ｙサイトの一部をＢｉで置換したイットリウム鉄ガーネット（以降、「Ｂｉ：ＹＩＧ」。組成はＢｉＹ２Ｆｅ５Ｏ１２）膜を用いる。金属パターン膜５にはＰｔ膜を用いる。ここで、Ｂｉ：ＹＩＧ膜２の厚さは６５ｎｍ、Ｐｔ膜５の厚さは１０ｎｍとする。
【００７８】
基板４としては膜厚５00μｍの石英ガラス基板を、カバー層３としては膜厚１００μｍの合成サファイア板を用いる。加熱手段１０としては、先端が４０℃に加熱されたペンを用いる。
【００７９】
Ｂｉ：ＹＩＧからなる磁性体層２は、有機金属分解法（ＭＯＤ法）によって成膜する。溶液は（株）高純度化学研究所製のＭＯＤ溶液を用いる。この溶液中では、適切なモル比率（Ｂｉ：Ｙ：Ｆｅ＝１：２：５）からなる金属原材料が酢酸エステルに３％の濃度で溶解されている。この溶液をスピンコート（回転数１００ｒｐｍ、３０ｓ回転）で石英ガラス基板上に塗布し、１５０℃のホットプレートで５分間乾燥させた後、電気炉中で７２０℃の高温で14時間焼結させる。これにより、石英ガラス基板上に膜厚約６５nmのＢｉ：ＹＩＧ（BiＹ２Fe５Ｏ１２）膜が形成される。
【００８０】
その後、Ｐｔによるメッシュ構造からなる金属パターン膜５を、金属マスクを通してスパッタにより成膜する。最後に、これらの上に、カバー層３として、厚さ１００μｍの合成サファイア板をかぶせて金属パターン膜／磁性体層を保護する。
【００８１】
（第１の実施形態の別の起電力計測方法）
上記の第１の実施形態では、図３のように、金属線の両端間の電圧信号（Ｖ1〜Ｖ8 ，ＶA〜ＶH）を計測する位置検出方法を説明したが、熱起電力の計測方法はこれに限られない。例えば、図８のように、金属パターン膜５のある一点（図８では右下の端点）をグラウンドに接地して、これを基準としてその他の周縁部の電位を計測することでも、位置検出が可能となる。
【００８２】
［第２〜第５の実施の形態］
第１の実施形態では、位置情報の入力に加熱手段１０を利用したが、位置検出素子の中に、外部トリガーによって熱を発生させる仕組みを内蔵させれば、その他の手段でも位置情報の入力が可能となる。実際、熱は最も一般的なエネルギー形態であり、電磁波や振動などの様々なエネルギーも、最終的に熱になることが多い。さらには、物質間の化学反応や相変化などでも熱が生成される。そこで、第１の実施形態で示した熱センサを応用すれば、様々な形態のセンサを構成することができる。以下では、電磁波センサ、接触（摩擦熱）検知センサ、ガスセンサ、圧力センサなどへの応用について示す。
【００８３】
［第２の実施形態：電磁波検知による位置検出装置］
図９は、本発明の第２の実施形態である電磁波センサの斜視図および平面図を示す。第１の実施形態の位置検出装置との違いは、図示の電磁波センサは、金属パターン膜／磁性体層の上に、絶縁材料からなる絶縁層（スペーサー層）３２を挟んで、新たに電磁波吸収膜３１を配置した点にある。
【００８４】
このような構造の電磁波センサに対し、図９に示すように外部から電磁波３０が照射されると、電磁波３０が電磁波吸収膜３１によって吸収され、その位置で発熱が生じる。この発熱による熱起電力を、金属パターン膜で測定・記録することで、電磁波が照射された２次元位置を特定することができる。
【００８５】
ここで、電磁波吸収膜３１としては、電磁波３０をよく吸収して発熱する材料を用いる。具体的な材料の選択は波長に依存するが、電磁波吸収膜３１は、例えば赤外線であれば金黒膜（金の超微粒子膜）やニッケル・クロム合金膜など、可視光であればＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ2）膜やフラーレン膜などが利用できる。また、カーボンブラックやカーボンナノチューブなどからなるカーボン膜などは、塗布・印刷による成膜にも適しており、赤外〜可視域の広い範囲で利用できる。
【００８６】
絶縁層（スペーサー層）３２は、金属パターン膜５での熱起電力生成動作を妨げないための絶縁層の役割を果たす。電磁波吸収膜３１自体が絶縁体である場合は、スペーサー層３２は無くてもよい。
【００８７】
電磁波吸収膜３１を覆うカバー層３（図９には図示せず）には、電磁波３０をできるだけ透過する材料を用いる。必要に応じて、カバー層３の上部に波長フィルタを設けることで、特定の波長のみを検出するようにすることもできる。また、カバー層３の上部に部分反射鏡を設けて、カバー層３の厚みを最適化することで、特定の波長に対して機能する共振器を構成し、電磁波検出感度を向上することもできる。
【００８８】
なお、感度が重要となる用途では、これら電磁波吸収膜３１、絶縁層３２、カバー層３としては、入力された熱を磁性体層２に効果的に伝えるために、面直方向に熱伝導率の大きな材料か、膜厚が小さくても素子の保護が可能となるような材料を用いることが望ましく、膜厚はそれぞれ１００μｍ以下が望ましい。感度・分解能を両立するさらに望ましい形態としては、これらの層において、面直方向に高い熱伝導を有し、面内方向に低い熱伝導を有する材料・構造を採用する。具体的には、面直方向に配向したカーボンファイバー等のフィラーを埋め込んだ材料を用いたり、面内でピクセルごとに材料を分割した（切り込みを入れた）構造を利用したりして、異方的な伝熱構造を実現する。
【００８９】
以上の原理により、非常に簡単な素子構成により、外部電源不要なイメージセンサなどへの応用が可能となる。
【００９０】
［実施例２］
図１０は、本発明の具体的な第２の実施例による電磁波センサ（位置検出装置）を示す斜視図である。
【００９１】
本第２の実施例では、第１の実施例と同様に、磁性体層２としては厚さ１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。
【００９２】
ここでは電磁波３０として、波長１０μｍ程度の赤外線を利用する。電磁波吸収膜３１としては、この波長の電磁波を効率的に吸収できるカーボンブラック膜を利用する。電磁波吸収膜３１の膜厚は２００ｎｍとする。基板４（図１０では図示せず）としては膜厚５00μｍの石英ガラス基板を、スペーサー層３２としては膜厚２００ｎｍのポリイミド層を、カバー層３（図１０では図示せず）としては膜厚５０μｍのアクリル樹脂を用いる。
【００９３】
作製方法としては、まずＹＩＧ層２上にＰｔメッシュ膜５をスパッタにより成膜し、そのＰｔメッシュ膜５の上にポリイミド層３２を原料溶液の塗布・乾燥により成膜する。さらに、ポリイミド層３２の上に、電磁波吸収膜である膜厚２００ｎｍのカーボンブラック膜３１を、原材料のスピンコートにより全体に塗布成膜する。最後に、これらの上に、アクリル材料としてポリメタクリル酸メチルを溶かした有機溶液を塗布し、１００℃程度の高温で乾燥させ、厚さ１００μｍのカバー層３（図１０では図示せず）を作成する。
【００９４】
このような構成の赤外線センサを活用することにより、非常に簡単な構成で、監視用の赤外線カメラやサーモグラフィなどを構成することができる。
【００９５】
［第３の実施形態：摩擦熱検知による位置検出装置］
図１１は、本発明の第３の実施形態である接触検知センサ（もしくは摩擦熱センサ）の斜視図および平面図である。この素子は、第１の実施形態で示した位置検出装置において、カバー層３の代わりに、摩擦熱発生体４１を用いている。第２の実施形態と同様に、必要に応じてスペーサー層３２を挿入する。
【００９６】
このような構造の接触検知センサに対し、図１１のように、摩擦熱発生手段４０で摩擦熱発生体４１の一部を擦るなどして接触させると、この摩擦熱発生体４１の接触部において発熱が生じる。この熱を、第１の実施形態で説明した位置検出装置によって検知することで、接触が生じた２次元位置を測定・記録することができる。
【００９７】
摩擦熱発生体４１の表面は、摩擦熱発生手段４０との接触によって発熱が生じるよう、表面を適切に加工する。また、表面で発生した熱を効率よく磁性体層２へ伝えるため、摩擦熱発生体４１は、保護膜として機能する範囲でできるだけ薄くするか、熱伝導率の高い材料で構成することが望ましい。
【００９８】
このような素子により、外部電源が不要で待機電力ゼロのユーザーインターフェースが実現される。例えばペンで摩擦熱発生体３１を擦ることによる文字入力などが可能となる。
【００９９】
なお、摩擦熱の発生方法については、ここで示した方法に限られない。他の形態としては、例えば摩擦熱発生体４１として外部からの圧力や振動によって摩擦熱を発生する機械部品で構成することで、荷重や衝撃を摩擦熱発生手段４０として用いた位置検出装置を構成することもできる。
【０１００】
［実施例３］
図１２は、本発明の具体的な第３の実施例による接触検知センサ（位置検出装置）を示す斜視図である。
【０１０１】
本第３の実施例では、上記第１の実施例と同様に、磁性体層２としては厚さ１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。
【０１０２】
ここでは摩擦熱発生体４１として、表面に小さな凹凸を有して粗面となっている合成サファイアを用いる。摩擦熱発生体４１の膜厚は２００ｎｍとする。摩擦熱発生手段４０には先端がアルミナでコートされたペンを用いる。基板４としては膜厚５００μｍの石英ガラス基板を、絶縁層（スペーサー層）３２にはポリイミド樹脂を用いる。
【０１０３】
［第４の実施形態：ガス検知による位置検出装置］
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る浮遊体センサを示す斜視図および平面図である。第１の実施形態との違いは、図示の浮遊体センサは、金属パターン膜／磁性体層の上に、絶縁材料である絶縁層（スペーサー層）３２を介して、新たに浮遊体吸着用の浮遊体検知膜（触媒膜）５１を配置した点にある。
【０１０４】
この浮遊体検知膜（触媒膜）５１としては、例えば特定の浮遊体（ガス）５０が吸着した場合に、発熱を伴う化学反応を生じる触媒など、公知の化学材料を用いることができる。その他、浮遊体検知膜（触媒膜）５１として、触媒を含有する多孔質体を含む膜を用いることもできる。絶縁層（スペーサー層）３２は、金属パターン膜５での熱起電力生成動作を妨げないための絶縁層の役割を果たすが、用いる浮遊体検知膜（触媒膜）５１によっては必ずしも必要ない。また、ガスによっては、磁性体層２もしくは金属パターン膜５を直接、浮遊体検知膜として利用することもできる。
【０１０５】
このような構造の浮遊体センサに対し、外部からガスなどの浮遊体５０が飛来した場合、浮遊体検知膜（触媒膜）５１に吸着した地点で化学反応に伴う発熱が生じ、磁性体層２の一部が加熱される。この熱を、第１の実施形態で説明した位置検出装置によって検知することで、浮遊体が吸着した２次元位置を測定・記録することができる。
【０１０６】
これにより、簡便な構成で、外部電源不要な大面積浮遊体センサなどが実現できる。なお、実際には、浮遊体５０は気体に限らず、液体や固体（粉塵）などを想定してもよい。また、浮遊体検知の原理についても、浮遊体吸着に伴って発熱が生じるものであれば、詳細は問わない。
【０１０７】
［実施例４］
図１４は、本発明の具体的な第４の実施例による浮遊体センサを示す斜視図である。
【０１０８】
本第４の実施例では、第１の実施例と同様に、磁性体層２としては厚さ１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。これらは、膜厚５００μｍの石英ガラス基板４（図１４中では図示せず）の上に、前述の第１の実施例と同様の方法で成膜する。
【０１０９】
ここでは浮遊体５０として水素ガスを想定し、金属パターン膜５として用いるＰｔ膜が、水素ガス検知を行う触媒として、浮遊体検知膜５１を兼ねている。
【０１１０】
［第５の実施形態：圧力検知による位置検出装置］
図１５は、本発明の第５の実施形態に係る位置検出装置を示す図である。これまでの実施形態との違いは、図示の位置検出装置は、基板４と磁性体層２との間に、ドットスペーサ５３を介して配置された上部発熱層６１及び下部発熱層６２を有する点にある。
【０１１１】
ここで、上部発熱層６１と下部発熱層６２としては、互いに接することで発熱を生じるような材料の組み合わせを用いる。
【０１１２】
また、ドットスペーサ５３は、待機時にこれらを空間的に隔離する役割を果たす。ドットスペーサ５３の材料としては、有機樹脂などの熱伝導率が小さなものを用いる。
【０１１３】
これに対して外部から圧力印加手段６０が加わると、上部発熱層６１が下方に歪み、上部発熱層６１と下部発熱層５２と部分的に接触する。この結果、接触した部分のみ局所的な発熱が生じることから、この熱を第１の実施形態で説明した位置検出装置によって検知することで、圧力が加わった２次元位置を測定・記録することができる。
【０１１４】
上部発熱層６１と下部発熱層６２が接触することによる発熱の原理としては、以下のように様々なものが利用できる。
【０１１５】
例えば、化学反応する２つの材料を、上部発熱層６１および下部発熱層６２に利用することができる。これにより、これらが接触した場所で化学反応が生じ、局所的な反応熱が生じる。
【０１１６】
また、上部発熱層６１と下部発熱層６２との間に外部からバイアス電圧を印加した状態で待機させ、上部発熱層６１と下部発熱層６２が接触した場所でのみ電流が流れるような構成にしてもよい。この場合、この部分の電気抵抗によるオーミック発熱を位置入力に利用できる。
【０１１７】
さらに、上部発熱層６１を下部発熱層６２に押し付けた際の圧力（もしくは歪み）をトリガーとして発熱を生じさせることもできる。例えば、圧力印加に起因する化学反応や相変化に伴って生じる反応熱・潜熱などを、同様の方法で測定することで位置検出が可能となる。
【０１１８】
この他、下記実施例に示すように上部発熱層６１と下部発熱層６２が接触した際の摩擦熱を利用することもできる。
【０１１９】
［第６〜第８の実施形態］
これまでの実施形態では、外部の熱あるいは熱勾配が存在しない平衡状態での待機の下で、外部から熱が加わる位置を、金属パターン膜に生じる熱起電力を通して検出していた。このような素子を用いれば、外部電源のない状況下でも、待機電力ゼロで利用できるインターフェースが利用できる。
【０１２０】
ただし、これらの方法では、外部から素子を加熱する手段を利用する必要があることから、それが難しい状況下では利用が制限される。
【０１２１】
一方、身の回りには、体温やディスプレイ、ＩＴ機器など、様々な定常熱源や定常温度勾配が存在する。このような温度勾配を有効活用すれば、外部からの加熱を用いなくても、有用なインターフェースを構成することができる。
【０１２２】
残りの３つの実施形態では、このようにあらかじめ定常熱源あるいは定常温度勾配が利用できる状況での位置検出装置について説明する。
【０１２３】
［第６の実施形態：圧力検知による位置検出装置］
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図である。上記の第５の実施形態と同様に、この実施形態でも、圧力の印加によって位置検出を行う。
【０１２４】
第５の実施形態と大きく異なる点として、本第６の実施形態では、基板４の代わりに、室温より高い（もしくは低い）温度を有する熱源５８を利用している。このような熱源としては、例えばディスプレイや、ＩＴ機器の側面、太陽光が当たる建築物の壁や窓など、様々なものが利用できる。
【０１２５】
次に、第６の実施形態に係る位置検出装置の動作原理について説明する。
【０１２６】
本第６の実施形態に係る位置検出装置では、熱源５８の上部に、ドットスペーサ５３を介して、金属パターン膜／磁性体層が配置されている。待機時には、金属パターン膜／磁性体層と熱源とは、ドットスペーサ５３によって空間的に分離している。ドットスペーサ５３の材料としては、有機樹脂などの熱伝導率が小さなものを用いる。これにより、金属パターン膜／磁性体層と熱源５８との間では、待機時には熱の移動が小さく、互いに異なる温度分布を取り得るものとする。
【０１２７】
この状況で、図１６のように、外部からある一点に圧力印加手段７０が印加されると、この部分で熱源５８と金属パターン膜／磁性体層とが接触し、これらの間に大きな熱移動が生じる。これによって、金属パターン膜／磁性体層が局所的に加熱され、これに伴う温度分布の変化を、第１の実施形態と同様の方法で、金属パターン膜５における熱起電力変化から検出することができる。
【０１２８】
［実施例６］
図１７は、本発明の具体的な第６の実施例による位置検出装置を示す図である。
【０１２９】
熱源５８としては、温度が４０℃と、室温以上に設定されているディスプレイの表面を利用する。
【０１３０】
本第６の実施例では、磁性体層２としては厚さ０．１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。これらは、上記の合成サファイア板の上に、前述の第１の実施例と同様の方法で成膜する。その後、これを熱源５８の上部に、アクリルウレタン樹脂からなる直径１０μｍのドットスペーサ５３を介して配置する。
【０１３１】
待機時には、Ｐｔ／ＹＩＧと、熱源５８とは、アクリルウレタン樹脂のドットスペーサ５３によって、空間的に分離して配置されている。このとき、これらの間の熱の移動は小さい。これらは、外部から圧力印加用のペン７０によって押し付けられることによって互いに接触し、大きな熱移動を生じる。
【０１３２】
［第７の実施形態：接触検知による位置検出装置］
図１８は、本発明の第７の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。
【０１３３】
図示の位置検出装置の素子形態としては、第１の実施形態とほぼ同じだが、ここでも基板４の代わりに、室温より高い（もしくは低い）温度を有する熱源５８を利用している。この結果、待機時には、素子には熱源５８の影響で、定常的な面直温度勾配が生じている。
【０１３４】
この状態で、室温の局所冷却手段８０が押し当てられると、この部分で局所的に放熱（冷却）が促進されることから、金属パターン膜／磁性体層に印加される温度勾配が局所的に大きくなり、スピン流に伴う電場が増大する。これに伴う電位分布の変化を、第１の実施形態と同様の方法で検出することにより、位置情報の推定が可能となる。
【０１３５】
［実施例７］
図１９は、本発明の具体的な第７の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【０１３６】
本第７の実施例では、磁性体層２としては厚さ０．１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には厚さ１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。
【０１３７】
熱源５８としては、温度が４０℃と、室温以上に設定されているディスプレイの表面を利用する。カバー層３（図１９では図示せず）には、厚さ１００μｍの合成サファイア板を用いる。
【０１３８】
さらに、冷却手段８０として、室温のペンを用いる。
【０１３９】
［第８の実施形態：磁場などの検知による位置検出装置］
これまでの実施形態では、外部からの磁性体層の加熱、すなわち格子温度の変調を利用した位置検出手法について説明してきたが、定常温度勾配を利用できる状況では、外部からの加熱で格子温度Ｔｐ（通常の意味での温度）を変える代わりに、他の様々な自由度によってマグノン温度Ｔｍ（マグノンの熱運動の激しさを表す有効温度パラメータ）の方を変調することでも、位置検出応用が可能となる。
【０１４０】
図２０は、そのような第８の実施形態に係る位置検出装置を示す斜視図および平面図である。図示の位置検出装置の基本的な素子構成は、第７の実施形態とほぼ同じで、温度勾配が存在する状況下での定常スピン流を利用する。第７の実施形態との構成上の唯一の違いは、図示の位置検出装置は、局所冷却手段８０の代わりに磁気特性変調手段９０を用いる点にある。
【０１４１】
磁気特性変調手段９０としては、局所的な電場・磁場や、局所的な圧力、電磁波を利用することができる。これにより、マグノンが感じる有効ポテンシャルが実効的に変調される結果、前述したマグノン温度Ｔｍが変調される。これにより、格子温度Ｔｐとマグノン温度Ｔｍの差が局所的に変化することから、これに伴う熱起電力の変化を金属パターン膜５中で観測することにより、位置情報の取得が可能となる。
【０１４２】
［実施例８］
図２１は、局所磁場によるマグノン変調を利用した本発明の具体的な第８の実施例による位置検出装置を示す斜視図である。
【０１４３】
本第８の実施例による位置検出装置では、磁性体層２としては厚さ０．１ｍｍのＹＩＧ層、金属パターン膜５には１０ｎｍのＰｔメッシュ膜を用いる。
【０１４４】
熱源５８としては、温度が４０℃と、室温以上に設定されているディスプレイの表面を利用する。
【０１４５】
磁気特性変調手段９０としては、先端にフェライト磁石を有するペンを用いる。これによって、マグノン温度Ｔｍを変調して、位置入力を行う。
【０１４６】
上述して本発明の実施形態（実施例）の効果について説明する。
【０１４７】
本発明の実施形態（実施例）で示した構造により、外部電源が不要な位置検出装置が可能となり、簡便な構成による低待機電力のタッチパネルやイメージセンサなどを実現することができる。また、塗布プロセスや印刷プロセスなどを利用することが可能で、低コスト基板への大面積実装にも適している。
【０１４８】
以上、実施形態（実施例）を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態（実施例）に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【０１４９】
２ 磁性体層
３ カバー層
４ 基板
５ 金属パターン膜（導体パターン膜）
１０ 加熱手段
３０ 電磁波
３１ 電磁波吸収膜
３２ スペーサー層
４０ 摩擦熱発生手段
４１ 摩擦熱発生体
５０ 浮遊体（ガス）
５１ 浮遊体検知膜（触媒膜）
５３ ドットスペーサ
６０ 圧力印加手段
６１ 上部発熱層
６２ 下部発熱層
７０ 圧力印加手段
８０ 局所冷却手段
９０ 磁気特性変調手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化を有する磁性体層と、
該磁性体層上に形成され、スピン軌道相互作用を有する材料を含む導電パターン膜であって、前記磁性体層の磁化方向に交差する方向に延在し、かつ互いに平面上で交差する複数本の導体線からなる前記導体パターン膜と、
を含む位置検出装置であって、
前記磁性体層の任意の箇所が加熱又は冷却されることにより、前記導電パターン膜および前記磁性体層中の有効温度を変調し、スピンゼーベック効果を誘起することで、前記導電パターン膜中に電場を発生させ、それに伴う電位変化から温度変調の２次元位置と大きさの情報を推定可能としたことを特徴とする、位置検出装置。
【請求項２】
前記導電パターン膜は、膜面内に複数の非導電領域を含むことを特徴とする、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記導電パターン膜は、メッシュ形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記磁性体層の磁化方向は、前記導電パターン膜のメッシュ形状が有する２つの軸のいずれに対しても平行でないことを特徴とする、請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記導電パターン膜の周縁部に、電圧を読み取るための複数の端子を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記磁性体層を局所的に加熱もしくは冷却することで、位置情報を入力する位置情報入力手段を更に含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記導体パターン膜を介して前記磁性体層上に配置された電磁波吸収膜をさらに含み、
前記位置情報入力手段は、前記電磁波吸収膜に電磁波を照射する電磁波照射手段からなることを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記導体パターン膜を介して前記磁性体層上に配置された摩擦熱発生体をさらに含み、
前記位置情報入力手段は、前記摩擦熱発生体に摩擦熱を発生させる摩擦熱発生手段からなることを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記導体パターン膜を介して前記磁性体層上に配置された浮遊体検知層をさらに含み、
前記位置情報入力手段は、前記浮遊体検知層上に飛来する浮遊体からなることを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記磁性体層に対して温度勾配を印加する手段をさらに備え、
前記位置情報入力手段は、有効温度分布を変調することを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項１】
磁化を有する磁性体層と、
該磁性体層上に形成され、スピン軌道相互作用を有する材料を含む導電パターン膜であって、前記磁性体層の磁化方向に交差する方向に延在し、かつ互いに平面上で交差する複数本の導体線からなる前記導体パターン膜と、
を含む位置検出装置であって、
前記磁性体層の任意の箇所が加熱又は冷却されることにより、前記導電パターン膜および前記磁性体層中の有効温度を変調し、スピンゼーベック効果を誘起することで、前記導電パターン膜中に電場を発生させ、それに伴う電位変化から温度変調の２次元位置と大きさの情報を推定可能としたことを特徴とする、位置検出装置。
【請求項２】
前記導電パターン膜は、膜面内に複数の非導電領域を含むことを特徴とする、請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記導電パターン膜は、メッシュ形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記磁性体層の磁化方向は、前記導電パターン膜のメッシュ形状が有する２つの軸のいずれに対しても平行でないことを特徴とする、請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記導電パターン膜の周縁部に、電圧を読み取るための複数の端子を有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記磁性体層を局所的に加熱もしくは冷却することで、位置情報を入力する位置情報入力手段を更に含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記導体パターン膜を介して前記磁性体層上に配置された電磁波吸収膜をさらに含み、
前記位置情報入力手段は、前記電磁波吸収膜に電磁波を照射する電磁波照射手段からなることを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記導体パターン膜を介して前記磁性体層上に配置された摩擦熱発生体をさらに含み、
前記位置情報入力手段は、前記摩擦熱発生体に摩擦熱を発生させる摩擦熱発生手段からなることを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記導体パターン膜を介して前記磁性体層上に配置された浮遊体検知層をさらに含み、
前記位置情報入力手段は、前記浮遊体検知層上に飛来する浮遊体からなることを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記磁性体層に対して温度勾配を印加する手段をさらに備え、
前記位置情報入力手段は、有効温度分布を変調することを特徴とする、請求項６に記載の位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−３６８９０（Ｐ２０１３−３６８９０Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７３９１６（Ｐ２０１１−１７３９１６）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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