(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体からなる誘電体材料に記録したデータを再生する誘電体再生装置であって、
前記データに対応した前記誘電体材料の分極状態を検出する探針と、
前記探針直下の前記誘電体材料の分極状態に対応し前記誘電体材料に形成される静電容量を前記探針により検出し、この検出結果から前記データを再生するデータ再生手段と、
前記探針に加えるバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成手段と、
前記バイアス電圧を前記探針に加える電圧印加手段と
を備え、
前記データ再生手段は、
インダクタと前記誘電体材料に形成される静電容量とで決まる共振周波数で発振し、これにより得られる高周波電界を前記探針を介して前記誘電体材料に印加する発振器と、
前記高周波電界が前記誘電体材料から抵抗なく戻る位置に配置され、前記高周波電界が前記誘電体材料から戻るリターン電極とを備えていることを特徴とする誘電体再生装置。
【請求項２】
前記バイアス電圧は前記誘電体材料の抗電界以下の直流電圧であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項３】
前記バイアス電圧生成手段は、印加する直流電圧値の設定が可能な電圧値設定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項４】
前記バイアス電圧生成手段は、印加する直流電圧の極性を反転する反転手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項５】
前記データ再生手段はＦＭ復調手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項６】
前記データ再生手段は、前記探針から前記誘電体材料を通って前記リターン電極に至る経路における静電容量を検出することを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項７】
前記誘電体材料に形成される静電容量、前記インダクタおよび前記リターン電極は、前記発振器の共振周波数を決めるための帰還回路を形成していることを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項８】
前記リターン電極は、前記探針を取り巻くように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項９】
前記リターン電極と前記誘電体材料との間には間隙が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項１０】
前記リターン電極は、前記探針が配置された側に位置する前記誘電体材料の表面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
【請求項１１】
強誘電体からなる誘電体材料にデータを記録し再生する誘電体記録再生装置であって、
（i）記録装置として、
前記誘電体材料に前記データを記録する探針と、
前記データに対応した電圧を生成する記録データ電圧生成手段と
を備え、
（ii）再生装置として、
前記データに対応した前記誘電体材料の分極状態を検出する探針と、
前記探針直下の前記誘電体材料の分極状態に対応し前記誘電体材料に形成される静電容量を前記探針により検出し、この検出結果から前記データを再生するデータ再生手段と、
前記探針に加えるバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成手段と、
前記バイアス電圧を前記探針に加える電圧印加手段と
を備え、
且つ、前記探針に対し、記録時と再生時の印加電圧を切り替える切り替え手段を備え、
前記データ再生手段は、
インダクタと前記誘電体材料に形成される静電容量とで決まる共振周波数で発振し、これにより得られる高周波電界を前記探針を介して前記誘電体材料に印加する発振器と、
前記高周波電界が前記誘電体材料から抵抗なく戻る位置に配置され、前記高周波電界が前記誘電体材料から戻るリターン電極とを備えていることを特徴とする誘電体記録再生装置。
【請求項１２】
前記切り替え手段は、前記記録時には前記データを印加し、一方再生時には前記バイアス電圧を印加する切り替えを行うことを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項１３】
前記切り替え手段は、前記記録時には前記データ及び前記バイアス電圧を印加し、一方再生時には前記バイアス電圧を印加する切り替えを行うことを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項１４】
前記バイアス電圧は前記誘電体材料の抗電界以下の直流電圧であることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項１５】
前記バイアス電圧生成手段は、印加する直流電圧値の設定が可能な電圧値設定手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項１６】
前記バイアス電圧生成手段は、印加する直流電圧の極性を反転する反転手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項１７】
前記データ再生手段はＦＭ復調手段を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項１８】
前記データ再生手段は、前記探針から前記誘電体材料を通って前記リターン電極に至る経路における静電容量を検出することを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項１９】
前記誘電体材料に形成される静電容量、前記インダクタおよび前記リターン電極は、前記発振器の共振周波数を決めるための帰還回路を形成していることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項２０】
前記リターン電極は、前記探針を取り巻くように設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項２１】
前記リターン電極と前記誘電体材料との間には間隙が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【請求項２２】
前記リターン電極は、前記探針が配置された側に位置する前記誘電体材料の表面から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の誘電体記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体の微小領域に高密度で情報を記録し再生する誘電体記録装置、誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より高密度大容量でランダムアクセスが可能な記録再生装置として、光ディスク装置やＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｃ  Ｄｒｉｖｅ）装置が知られている。また、近年、誘電体材料をナノスケールで分析するＳＮＤＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＮｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：走査型非線形誘電率顕微鏡）を利用した記録再生の技術について、本願発明者等によって提案されているところである。
【０００３】
光記録はレーザを光源とした光ピックアップを用い、ディスク表面のピット(凹凸)や相変化媒体の結晶相を形成してデータを記録し、アモルファス相の反射率の違い、或いは光磁気効果を利用してデータの再生を行う。しかしながらピックアップは大きく高速読み出しに不適であることや、記録ピットの大きさは光の回折限界で規定され、５０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２が限界とされる。
【０００４】
また、ＨＤＤに代表される磁気記録の長手記録では近年、ＧＭＲ（ＧｉａｎｔＭａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）によるＭＲヘッドが実用化されており、更に垂直磁気記録を用いることで光ディスク以上の記録密度が期待されているが、磁気記録情報の熱揺らぎや符号反転部分でのブロッホ壁の存在、更にこれらを考慮したパターンドメディアを用いても記録密度は１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２が限界とされている。
【０００５】
ＳＮＤＭは強誘電体材料の非線形誘電率を測定することで強誘電体ドメインの正負を判別できる。更にＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）等に用いられる先端に微小な探針を設けた導電性のカンチレバー(プローブ)を用いることで、サブナノメートルもの分解能を有することがわかっている。ＳＮＤＭはプローブとこれらに接続されたインダクタ及び発振器、更に探針直下の誘電体材料の容量と探針先端に近接して配置され、探針先端から誘電体材料を通過した交番電界が戻るためのリターン電極によって共振回路を形成していた。
このように従来のＳＮＤＭは分析装置として設計されたものであり、信号検出には同期検波である、例えばロックインアンプが用いられてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなＳＮＤＭでは、特段に記録再生装置としての観点から開発がなされたものではなく、例えばロックインアンプによる信号検出では参照する交流信号のための発振器が必要であり、また、検出するために時間を要するものであった。
【０００７】
従って本発明は、誘電体記録媒体にデータを記録し再生するＳＮＤＭを用いた誘電体記録装置、誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置であって、高速に記録再生が可能であり、小型で安価な装置の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、強誘電体からなる誘電体材料に記録したデータを再生する誘電体再生装置であって、前記データに対応した前記誘電体材料の分極状態を検出する探針と、前記探針直下の前記誘電体材料の分極状態に対応し前記誘電体材料に形成される静電容量を前記探針により検出し、この検出結果から前記データを再生するデータ再生手段と、前記探針に加えるバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成手段と、前記バイアス電圧を前記探針に加える電圧印加手段とを備え、前記データ再生手段は、インダクタと前記誘電体材料に形成される静電容量とで決まる共振周波数で発振し、これにより得られる高周波電界を前記探針を介して前記誘電体材料に印加する発振器と、前記高周波電界が前記誘電体材料から抵抗なく戻る位置に配置され、前記高周波電界が前記誘電体材料から戻るリターン電極とを備えている。
【０００９】
上記課題を解決するために請求項１１の発明は、強誘電体からなる誘電体材料にデータを記録し再生する誘電体記録再生装置であって、（i）記録装置として、前記誘電体材料に前記データを記録する探針と、前記データに対応した電圧を生成する記録データ電圧生成手段とを備え、（ii）再生装置として、前記データに対応した前記誘電体材料の分極状態を検出する探針と、前記探針直下の前記誘電体材料の分極状態に対応し前記誘電体材料に形成される静電容量を前記探針により検出し、この検出結果から前記データを再生するデータ再生手段と、前記探針に加えるバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成手段と、前記バイアス電圧を前記探針に加える電圧印加手段とを備え、且つ、前記探針に対し、記録時と再生時の印加電圧を切り替える切り替え手段を備え、前記データ再生手段は、インダクタと前記誘電体材料に形成される静電容量とで決まる共振周波数で発振し、これにより得られる高周波電界を前記探針を介して前記誘電体材料に印加する発振器と、前記高周波電界が前記誘電体材料から抵抗なく戻る位置に配置され、前記高周波電界が前記誘電体材料から戻るリターン電極とを備えている。
【００１０】
本発明の具体的な内容は以下の説明により明らかにされる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について以下に説明する。
【００１２】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録装置は、誘電体材料にデータを記録する誘電体記録装置であって、前記誘電体材料に前記データを記録する探針と、前記データに対応した電圧を生成する記録データ電圧生成手段と、前記誘電体材料に印加するバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成手段と、前記データに対応した電圧と前記バイアス電圧を合成し、前記探針に印加する電圧印加手段とを備える。
【００１３】
本発明の誘電体記録装置によれば、誘電体材料にデータを記録するための探針に、記録するデータに対応した電圧とバイアス用の直流電圧を加えた電圧を印加し、その印加電圧による電界により誘電体材料の探針直下の領域を所定の方向に分極させてデータを記録する。記録するデータとバイアス用の直流電圧は、例えばＯＰアンプによる加算器等が用いられる。またバイアス用の直流電圧は＋、−両方の極性の使用が可能であり、誘電体材料の記録するデータに対応した分極方向によってその極性は決定される。つまり、最初に＋面に初期化されている記録媒体にデータ記録を行う場合には、−電圧を印加することでデータが記録されるから、−のバイアス電圧を印加しておけばよい。
【００１４】
記録するデータにバイアス用の直流電圧加えることで、高速の記録動作が可能となる。また、バイアス用として交流電圧に替わって直流電圧を用いることで回路構成は簡単になり、また小型化が可能となる。更に小型化により、探針と記録媒体である誘電体材料との相対的な位置の移動は、探針に対する記録媒体の移動、例えば回転移動の他に、記録媒体に対し探針を含めた記録ヘッドを移動する形態、例えばＸ−Ｙ平面の直線移動をさせる形態を採ることができる。
【００１５】
本発明の実施の形態に係わる誘電体再生装置は、誘電体材料に記録したデータを再生する誘電体再生装置であって、前記データに対応した前記誘電体材料の分極状態を検出する探針と、前記探針により検出された前記分極状態から前記データを再生するデータ再生手段と、前記探針に加えるバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成手段と、前記バイアス電圧を前記探針に加える電圧印加手段とを備える。
【００１６】
本発明の誘電体再生装置によれば、誘電体材料に記録したデータを再生するための探針に、バイアス用の電圧として直流電圧を印加する。データ再生手段として探針直下の分極状態に対応する容量とインダクタとで形成される共振回路によるＦＭ変調された発振信号からデータを再生する。またバイアス用の直流電圧は＋、−両方の極性の使用が可能である。
【００１７】
再生のために探針に印加するバイアス電圧を直流電圧とすることで高速でＳＮ比のよい信号が再生される。これはＳＮＤＭ法において正負のドメインに対応する信号はデジタル的にＦＭ変調されたものである事に着目するとともに、本来ＳＮＤＭによる信号検出は強誘電体に抗電界より小さなバイアス電圧（抗電界より大きな電圧では記録信号が書き換えられてしまう）がかかっていれば読み出し可能であることに着目し、記録信号を読み出す際に従来のＡＣバイアスの代わりにＤＣバイアスを印加するとともに、従来のロックイン検出を使わずに、基本的にＦＭ復調のみで信号読み出しを行うものである。つまり正負の領域でＦＭ変調された周波数が概ね２値となり、これをＦＭ復調して正負の領域を電圧のＨｉ−Ｌｏｗに対応させることができる。従来のＡＣの場合の読み出し速度はその周波数に依存して率速されてしまうが、ＤＣバイアスの場合にはこのような率速はなくなるため高速での信号再生が実現可能となる。また、バイアス用として交流電圧に替わって直流電圧を用いることで回路構成は簡単になり、また小型化が可能となる。更に小型化により、探針と記録媒体である誘電体材料との相対的な位置の移動は、探針に対する記録媒体の移動、例えば回転移動の他に、記録媒体に対し探針を含めた再生ヘッドを移動する形態、例えばＸ−Ｙ平面の直線移動をさせる形態を採ることができる。
【００１８】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生装置は、誘電体材料にデータを記録し再生する誘電体記録再生装置であって、（i）記録装置として、前記誘電体材料に前記データを記録する探針と、前記データに対応した電圧を生成する記録データ電圧生成手段と、前記誘電体材料に印加するバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成手段と、前記データに対応した電圧と前記バイアス電圧を合成し、前記探針に印加する電圧印加手段とを備え、（ii）再生装置として、前記データに対応した前記誘電体材料の分極状態を検出する探針と、前記探針により検出された前記分極状態から前記データを再生するデータ再生手段と、前記探針に加えるバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成手段と、前記バイアス電圧を前記探針に加える電圧印加手段とを備え、且つ、前記探針に対し、記録時には記録する前記データ及び前記バイアス電圧を印加し、一方再生時には前記誘電体材料に対し、前記バイアス電圧を印加する切り替え手段を備える。
【００１９】
本発明の誘電体記録再生装置によれば、記録装置としては誘電体材料にデータを記録するための探針に、記録するデータに対応した電圧とバイアス用の直流電圧を加えた電圧を印加し、その印加電圧による電界により誘電体材料の探針直下の領域を所定の方向に分極させてデータを記録する。記録するデータとバイアス用の直流電圧は、例えばＯＰアンプによる加算器等が用いられる。またバイアス用の直流電圧は＋、−両方の極性の使用が可能であり、誘電体材料の記録するデータに対応した分極方向によってその極性は決定される。一方、再生装置としては誘電体材料に記録したデータを再生するための探針直下において誘電体材料にバイアス用の電圧として直流電圧を印加する。データ再生手段として探針直下の分極状態に対応する容量とインダクタとで形成される共振回路によるＦＭ変調された発振信号からデータを再生する。またバイアス用の直流電圧は＋、−両方の極性の使用が可能である。尚、探針及びバイアス電圧生成手段は記録、再生に共用されるものである。
【００２０】
記録再生のために探針に印加するバイアス電圧を直流電圧とすることで高速で記録再生が行われる。また、バイアス用として交流電圧に替わって直流電圧を用いることで回路構成は簡単になり、また小型化が可能となる。更に小型化により、探針と記録媒体である誘電体材料との相対的な位置の移動は、探針に対する記録媒体の移動、例えば回転移動の他に、記録媒体に対し探針を含めた記録再生ヘッドを移動する形態、例えばＸ−Ｙ平面の直線移動をさせる形態を採ることができる。
【００２１】
本発明の誘電体記録装置、誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置の一態様として、前記バイアス電圧は前記誘電体材料の抗電界以下の直流電圧である。
【００２２】
この態様によれば、バイアス電圧を誘電体材料の抗電界以下の直流電圧とすることで、記録、再生が高速で行われ、また記録、再生ヘッドの構成が小型になる。
【００２３】
本発明の誘電体記録装置、誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置の他の態様として、前記バイアス電圧生成手段は、印加する直流電圧値の設定が可能な電圧値設定手段を備える。
【００２４】
この態様によれば、バイアス電圧としての直流電圧を、誘電体材料に適した値に設定することが可能となる。
【００２５】
本発明の誘電体記録装置、誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置の他の態様として、前記バイアス電圧生成手段は、印加する直流電圧の極性を反転する反転手段を備える。
【００２６】
この態様によれば、バイアス電圧としての直流電圧の極性を、分極させる方向に合わせて設定することが可能となる。
【００２７】
本発明の誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置の他の態様として、前記データ再生手段はＦＭ復調手段である。
【００２８】
この態様によれば、データの再生はＦＭ復調により分極の極性判別により行う。記録されているデータはデジタルデータの２値であり、従ってＦＭ変調は２つの周波数で行われていることになる。従って、その周波数を検出することで「０」又は「１」のデジタルデータの検出を容易に行うことが可能である。
【００２９】
本発明の誘電体記録再生装置の他の態様として、前記切り替え手段は、前記記録時には前記データを印加し、一方再生時には前記バイアス電圧を印加する切り替えを行う。
【００３０】
この態様によれば、切り替え手段により記録時には記録データが探針に印加され、再生時にはバイアス電圧としての直流電圧が探針に印加される。再生時には高速の再生が可能となる。
【００３１】
本発明の誘電体記録再生装置の他の態様として、前記切り替え手段は、前記記録時には前記データ及び前記バイアス電圧を印加し、一方再生時には前記バイアス電圧を印加する切り替えを行う。記録時には記録と共に記録されるデータの再生が可能であり、再生時には高速の再生が可能となる。
【００３２】
この態様によれば、切り替え手段により記録時には記録データとこれに重畳するバイアス電圧としての直流電圧が探針に印加され、再生時にはバイアス電圧としての直流電圧が探針に印加される。
【００３３】
尚、以上に説明した誘電体記録装置、誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置において、電界を印加する電極の形状としては、針状のものや、カンチレバー状等のものが具体的な構造として知られる。これらの形状を有する電極を総称して本願では適宜「探針」と記す。
【００３４】
また、誘電体材料として、例えば強誘電体であるＬｉＴａＯ３を用い、分極の＋面と−面が１８０度のドメインの関係であるＬｉＴａＯ３のＺ面に対して記録が行われる。他の誘電体材料を用いても良いことは当然である。
【００３５】
更に、本発明の誘電体記録装置、誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置は走査型非線形誘電体測定法に基づき、前記誘電体記録媒体に情報を記録し、再生する方法を用いる。ＳＮＤＭ技術に関しては本願発明者の長康雄により、応用物理第６７巻、第３号、ｐ３２７（１９９８）に詳しく紹介されている。即ち、誘電体上を探針が走査し、誘電体の分極状態を検出するものであって、その分極方向に対応した容量が検出され、記録されたデータに対応する。また、探針から誘電体、或いは誘電体に形成した下部電極から探針に電界を印加し分極を所定の方向とすることでデータの記録が行われる。極めて高密度の記録が可能となる。
【００３６】
本発明のこのような作用、及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。
【００３７】
【実施例】
（誘電体記録装置の実施例）
本発明に係わる誘電体記録装置の実施例について、図１〜図５を参照して説明する。ここで、図１は本発明に係わる誘電体記録装置の実施例を示す図であり、図２は本発明に適用される誘電体記録媒体の例を示す図であり、図３は誘電体に対する情報の記録再生について説明するための図である。また、図４及び図５はバイアス電圧の発生手段について示す図である。
【００３８】
図１に示すように本実施例に係わる誘電体記録装置１は、誘電体記録媒体２０に電界を印加する探針１１と、印加された信号再生用の高周波電界が戻るリターン電極１２と、記録するデータを形成する記録信号入力部３１と、探針１１に印加する直流のバイアス電圧を発生する直流電圧発生部３２等を備えて構成される。
【００３９】
探針１１は、導電性の部材、或いは絶縁性部材に導電性膜を被覆したものであり、誘電体材料１７に対向する先端部は所定の半径を有する球状である。この半径は誘電体材料１７に記録データに対応して形成される分極の半径を決める大きな要素であり、１０ｎｍオーダーの極めて小さいものである。この探針１１に電圧を印加して誘電体材料１７に所定方向に分極した領域を形成してデータを記録する。
【００４０】
リターン電極１２は信号再生に用いるものであって、探針１１から誘電体材料１７に印加した信号再生用の高周波電界が戻る電極である。図１に示すように探針１１を取り巻くように設けることに限らず、高周波電界が抵抗なく戻る形状、配置であれば何れの形態リターン電極１２をも用いることが可能である。
【００４１】
誘電体記録媒体２０は基板１５上に電極１６が形成され、その上に誘電体材料１７が設けられている。誘電体材料として、例えば強誘電体であるＬｉＴａＯ３等が用いられる。また、誘電体記録媒体２０の形状として、例えばディスク形態やカード形態等がある。探針１１との相対的な位置の移動は媒体の回転によって行われ、或いは探針１１と媒体のいずれか一方が直線的に移動して行われる。
【００４２】
記録信号入力部３１は、記録すべきデータを記録フォーマットで変換し、また、付随する制御情報を付加し記録信号を生成する。エラー訂正に関する処理や、データ圧縮等の処理も含まれる。
【００４３】
直流電圧発生部３２は、探針１１と誘電体材料１７との間にバイアスの直流電圧を印加するために、所定の直流電圧を発生する。この電圧は誘電体材料の抗電界以下の電圧であって、記録信号に重畳される。また、発生する電圧値を設定する手段、極性を反転する手段が備わる。更に所定電圧のバッテリーを用いることも可能である。
【００４４】
探針１１は誘電体材料１７に接触、若しくは微小の空間を有して対向していて、探針１１の先端部の半径に対応して誘電体材料１７には分極領域が構成される。この探針１１に記録すべきデータに対応した電圧が印加された場合、電界は誘電体材料１７を経てリターン電極１２に戻る。このとき探針１１の先端部の誘電体材料１７に分極が形成され、データが分極方向に対応して記録される。再生時にはこの分極に対応した容量Ｃｓに基づいて行われる。
【００４５】
以上説明したように、本実施例ではデータの記録時には探針１１と誘電体材料１７間にバイアスとなる所定の直流電圧を印加することで、記録速度を向上することができ、また、データ用の振幅は直流電圧を加えて抗電界以上の電界を発生すればよく、小さな振幅で記録が可能である。従ってドライバの駆動容量は小さくて済み、また、電磁的ノイズの発生は少なくなる。
【００４６】
次に本発明に適用される誘電体記録媒体の一例について説明する。図２（ａ）に示すように誘電体記録媒体６はディスク形態の誘電体記録媒体であって、例えばセンターホール１０と、センターホール１０と同心円状に内側から内周エリア７、記録エリア８、外周エリア９を備えている。センターホール１０はスピンドルモータに装着する場合等に用いられる。
【００４７】
記録エリア８はデータを記録する領域であって、トラックやトラック間のスペースを有し、また、トラックやスペースには記録再生にかかわる制御情報を記録するエリアが設けられている。また、内周エリア７及び外周エリア８は誘電体記録媒体６の内周位置及び外周位置を認識するために用いられると共に、記録するデータに関する情報、例えばタイトルやそのアドレス、記録時間、記録容量等を記録する領域としても使用可能である。尚、上述した構成はその一例であって、カード形態等、他の構成を採ることも可能である。
【００４８】
また、図２（ｂ）に示すように誘電体記録媒体６は、基板１５の上に電極１６が、また、電極１６の上に誘電体材料１７が積層されて形成されている。
【００４９】
基板１５は例えばＳｉであり、その強固さと化学的安定性、加工性等において好適な材料である。電極１６は記録再生ヘッドの探針との間で電界を発生させるためのもので、誘電体材料１７に抗電界以上の電界を印加することで分極方向を決定する。データに対応して分極方向を定めることにより記録が行われる。尚、探針とは記録再生ヘッドに設けられた、誘電体材料１７に電界を印加する電極であって、例えば針状のものやカンチレバー状等のものが具体的な形状として知られる。
【００５０】
誘電体材料１７は、例えば強誘電体であるＬｉＴａＯ３を用い、分極の＋面と−面が１８０度のドメインの関係であるＬｉＴａＯ３のＺ面に対して記録が行われる。他の誘電体材料を用いても良いことは当然である。この誘電体材料１７は直流のバイアス電圧と同時に加わるデータ用の電圧によって、高速で微小な分極を形成する。
【００５１】
上述した誘電体記録媒体６に対する記録再生の原理は図３に示すように、誘電体記録媒体２０は基板１５の上に電極１６が、また電極１６の上に誘電体材料１７が設けられていて、誘電体材料１７は分極Ｐの方向によって記録データと対応付けられる。
【００５２】
探針１１と電極１６の間に誘電体材料１７の抗電界以上の電界が印加され、印加電界の方向に対応した方向を有して誘電体材料１７は分極する。その分極方向がデータに対応する。再生は分極状態に対応した容量Ｃｓを検出することで行われる。リターン電極１２は信号再生に用いるものであって、探針１１から誘電体材料１７に印加した信号再生用の高周波電界が戻る電極であって、探針１１を取り巻くように設けられている。尚、リターン電極１２は探針１１からの電界が抵抗なく戻る形状、配置であれば何れの形態でも良い。
【００５３】
次に、バイアス電圧である直流電圧の発生装置の構成例について図４及び図５を参照して説明する。
【００５４】
図４（ａ）は抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2によって電源電圧＋Ｖ0を所定の比率で分割し、抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2の接続点から分割した電圧を取り出し、バッファ３８に入力して、ローインピーダンス出力のバイアス電圧Ｖdcを得る。分割した電圧は誘電体材料の抗電界以下の電界を発生する電圧であり、電源電圧＋Ｖ0に基づき抵抗Ｒ1と抵抗Ｒ2の抵抗値は決定される。
【００５５】
図４（ｂ）は抵抗Ｒ3とツェナーダイオード３９によってバイアス電圧が決定され、抵抗Ｒ3とツェナーダイオード３９の接続点からバッファ３８に入力して、ローインピーダンス出力のバイアス電圧Ｖdcを得る。バイアス電圧はツェナーダイオード３９によって、電源電圧＋Ｖ0の変動に係わらず一定の値となる。バイアス電圧Ｖdcが抗電界以下の電界を発生する電圧となるように選定される。また、ツェナーダイオード３９により得られた電圧を更に抵抗分割して、所定の安定した電圧を形成してもよい。
【００５６】
図５（ａ）は極性反転の機能を備える直流電圧の発生装置であって、電源電圧＋Ｖ0が抵抗Ｒ4と抵抗Ｒ5によって分圧され、また、電源電圧−Ｖ0が抵抗Ｒ6と抵抗Ｒ７によって分圧されている。抵抗Ｒ4と抵抗Ｒ5の接続点と、抵抗Ｒ6と抵抗Ｒ７の接続点から分割した電圧を取り出され、スイッチ３７の端子３７a、３７bに夫々導かれる。端子３７a、３７bの何れか一方が端子３７cに接続され、バッファ３８に入力して、ローインピーダンス出力のバイアス電圧Ｖdcを得る。スイッチ３７は記録する分極方向に対応して切り替えることで、分極方向に対応した適切なバイアス電圧を誘電体材料に印加することができる。
【００５７】
図５（ｂ）はバイアス電圧を調整する機能を備える直流電圧の発生装置であって、可変抵抗器Ｒ8が電源電圧＋Ｖ0と−Ｖ0間に接続され、その中間端子からバッファ３８に入力して、ローインピーダンス出力のバイアス電圧Ｖdcを得る。中間端子は移動可能であり、移動位置によってバイアス電圧Ｖdcを調整することが可能である。抗電界が異なる誘電体材料に対応して、バイアス電圧Ｖdcの設定を容易に行うことができる。また、可変抵抗器Ｒ8を電源電圧＋Ｖ0と−Ｖ0間に接続することで極性の反転も可能である。
【００５８】
尚、バイアス電圧の発生手段は上述した構成に限ることなく同様の直流電圧を発生する装置であれば、バッテリーを含め如何なる回路構成をとることも可能である。
【００５９】
(誘電体再生装置の実施例)
本発明に係わる誘電体再生装置の実施例について、図６を参照して説明する。
【００６０】
誘電体再生装置２は、その先端部が誘電体記録媒体２０の誘電体材料１７に対向して電界を印加する探針１１と、探針１１から印加された信号再生用の高周波電界が戻るリターン電極１２と、探針１１とリターン電極１２の間に設けられるインダクタＬと、インダクタＬと探針１１の直下の誘電体材料１７に形成される、記録情報に対応して分極した部位の容量Ｃｓとで決まる共振周波数で発振する発振器１３と、探針１１に印加する直流のバイアス電圧を発生する直流電圧発生部３２と、探針１１の直下の誘電体材料１７が有する分極状態に対応した容量で変調されるＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器３３と、復調された信号からデータを検出する信号検出部３４と、復調された信号からトラッキングエラー信号を検出するトラッキングエラー検出部３５等を備えて構成される。
【００６１】
探針１１は、導電性の部材、或いは絶縁性部材に導電性膜を被覆したものであり、誘電体材料１７に対向する先端部は所定の半径を有する球状である。この半径は誘電体材料１７に記録データに対応して形成される分極の半径を決める大きな要素であり、１０ｎｍオーダーの極めて小さいものである。
【００６２】
リターン電極１２は、探針１１から誘電体材料に印加した高周波電界が戻る電極であって、探針１１を取り巻くように設けられている。尚、高周波電界が抵抗なくリターン電極１２戻るものであれば、その形状や配置は任意に設定が可能である。
【００６３】
インダクタＬは、探針１１とリターン電極１２との間に設けられていて、例えばマイクロストリップラインで形成される。インダクタＬと容量Ｃｓとで共振回路が構成される。この共振周波数ｆ＝１／２π√ＬＣｓは例えば１ＧHz程度になるようにインダクタＬのインダクタンスが決定される。
【００６４】
発振器１３は、インダクタＬと容量Ｃｓとで決定される周波数で発振する発振器である。その発振周波数は容量Ｃｓの変化に対応して変化するものであり、従って記録されているデータに対応した分極領域によって決定される容量Ｃｓの変化に対応してＦＭ変調が行われる。このＦＭ変調を復調することで記録されているデータを読み取ることができる。
【００６５】
探針１１は誘電体材料１７に接触、若しくは微小の空間を有して対向していて、探針１１の先端部の半径に対応して誘電体材料１７にはデータに対応した分極領域が形成されている。再生時には探針１１の先端部の誘電体材料１７に分極に対応した容量ＣｓがインダクタンスＬとの共振回路に加わることで、発振周波数が容量Ｃｓに依存することになり、この容量Ｃｓに基づいてＦＭ変調された発振信号を復調することで図３に示す検出電圧が出力され、記録されているデータが再生される。
【００６６】
直流電圧発生部３２は、探針１１と誘電体材料１７との間にバイアスの直流電圧を印加するために、所定の直流電圧を発生する。この電圧は誘電体材料の抗電界以下の電圧であって、発生する電圧値を設定する手段、極性を反転する手段等が備わる。更に所定電圧のバッテリーを用いることも可能である。
【００６７】
ＦＭ復調器３３は、容量Ｃｓによって変調された発振器１３の発振周波数を復調し、探針１１がトレースした部位の分極された状態に対応した波形を復元する。記録されているデータがデジタルの「０」と「１」のデータであれば、変調される周波数は２種類であり、その周波数を判別することで容易にデータの再生が行われる。
【００６８】
信号検出器３４は、ＦＭ復調器３３で復調された信号から記録されたデータを再生する。
【００６９】
トラッキングエラー検出部３５は、ＦＭ復調器３３で復調された信号から、装置を制御するためのトラッキングエラー信号を検出する。検出したトラッキングエラー信号がトラッキング機構に入力されて制御がなされる。
【００７０】
以上説明したように、本実施例ではデータの再生時には探針１１と誘電体材料１７間に所定のバイアスとなる直流電圧を印加することで、再生速度を向上することができ、また、ＳＮ比の良い信号が得られる。
【００７１】
(誘電体記録再生装置の第一の実施例)
本発明に係わる誘電体記録再生装置の実施例について、図７を参照して説明する。
【００７２】
誘電体再生装置３は、その先端部が誘電体記録媒体２０の誘電体材料１７に対向して電界を印加する探針１１と、探針１１から印加された電界が戻るリターン電極１２と、探針１１とリターン電極１２の間に設けられるインダクタＬと、インダクタＬと探針１１の直下の誘電体材料に形成される、記録情報に対応して分極した部位の容量Ｃｓとで決まる共振周波数で発振する発振器１３と、記録、再生時に回路接続を切り替えるスイッチ３０と、記録すべきデータを変換して記録用信号を発生する記録信号入力部３１と、探針１１に印加する直流のバイアス電圧を発生する直流電圧発生部３２と、探針１１の直下の誘電体材料が有する容量で変調されるＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器３３と、復調された信号からデータを検出する信号検出部３４と、復調された信号からトラッキングエラー信号を検出するトラッキングエラー検出部３５等を備えて構成される。
【００７３】
本実施例の誘電体記録再生装置３は、誘電体記録媒体２０に対する記録と再生の機能を併せ持つ装置であって、スイッチ３０によって記録と再生の回路接続を切り替えると共に、記録時と再生時に直流のバイアス電圧を印加することを特徴とする。その他の構成要素とその動作は誘電体記録装置１及び誘電体再生装置２で説明したことと同様であり、それらに関する説明は省略する。
【００７４】
まず、記録時には、スイッチ３０の端子３０aを端子３０bに接続し、記録信号入力部３１に直流電圧発生部３２を接続して、記録信号にバイアス電圧を重畳する。これにより探針１１と誘電体材料１７との間に、記録信号と共に直流のバイアス電圧が印加されることになる。従って記録速度を向上することができ、また、データ用の振幅は直流電圧を加えて抗電界以上の電界を発生すればよく、小さな振幅で記録が可能である。従ってドライバの駆動容量は小さくて済み、また、電磁的ノイズの発生は少なくなる。更に、記録信号に交流信号を加えることで、この信号に基づき、記録しながら再生することも可能である。
【００７５】
また、再生時には、スイッチ３０の端子３０aを端子３０cに接続し、探針１１と誘電体材料１７との間に直流のバイアス電圧を印加する。従って再生速度を向上することができ、また、ＳＮ比の良い信号が得られる。
【００７６】
(誘電体記録再生装置の第二の実施例)
本発明に係わる誘電体記録再生装置の実施例について、図８を参照して説明する。
【００７７】
誘電体再生装置４は、その先端部が誘電体記録媒体２０の誘電体材料１７に対向して電界を印加する探針１１と、探針１１から印加された信号再生用の高周波電界が戻るリターン電極１２と、探針１１とリターン電極１２の間に設けられるインダクタＬと、インダクタＬと探針１１の直下の誘電体材料に形成される、記録情報に対応して分極した部位の容量Ｃｓとで決まる共振周波数で発振する発振器１３と、記録、再生時に回路接続を切り替えるスイッチ３０と、記録すべきデータを変換して記録用信号を発生する記録信号入力部３１と、探針１１に印加する直流のバイアス電圧を発生する直流電圧発生部３２と、探針１１の直下の誘電体材料が有する容量で変調されるＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器３３と、復調された信号からデータを検出する信号検出部３４と、復調された信号からトラッキングエラー信号を検出するトラッキングエラー検出部３５等を備えて構成される。
【００７８】
本実施例の誘電体記録再生装置４は、誘電体記録媒体２０に対する記録と再生の機能を併せ持つ装置であって、スイッチ３０によって記録と再生の回路接続を切り替えると共に、再生時に直流のバイアス電圧を探針１１と誘電体材料１７の間に印加することを特徴とする。その他の構成要素とその動作は誘電体記録装置１及び誘電体再生装置２で説明したことと同様であり、それらに関する説明は省略する。
【００７９】
まず、記録時には、スイッチ３０の端子３０aを端子３０bに接続し、記録信号入力部３１からの記録信号を探針１１と誘電体材料１７との間に印加する。一方、再生時にはスイッチ３０の端子３０aを端子３０cに接続し、探針１１と誘電体材料１７との間に直流のバイアス電圧を印加する。従って再生速度を向上することができ、また、ＳＮ比の良い信号が得られる。
【００８０】
尚、誘電体記録再生装置３及び誘電体記録再生装置４は、共振回路を構成するインダクタＬのインダクタンスが記録信号の周波数成分に対してインダクタンス成分としての影響が少ない場合の回路構成であって、探針１１にはリターン電極１２及びインダクタＬを介して、誘電体材料１７との間に電圧が印加される形態である。インダクタンスの影響が大きな場合は次の実施例の構成を採る。
【００８１】
(誘電体記録再生装置の第三の実施例)
本発明に係わる誘電体記録再生装置の実施例について、図９を参照して説明する。本実施例はインダクタＬのインダクタンスが記録信号の周波数成分に対して大きな影響を及ぼす場合の例である。
【００８２】
誘電体再生装置５は、その先端部が誘電体記録媒体２０の誘電体材料１７に対向して電界を印加する探針１１と、探針１１から印加された信号再生用の高周波電界が戻るリターン電極１２と、探針１１とリターン電極１２の間に設けられるインダクタＬと、インダクタＬと探針１１の直下の誘電体材料に形成される、記録情報に対応して分極した部位の容量Ｃｓとで決まる共振周波数で発振する発振器１３と、記録、再生時に回路接続を切り替えるスイッチ３０及びスイッチ３６と、記録すべきデータを変換して記録用信号を発生する記録信号入力部３１と、探針１１に印加する直流のバイアス電圧を発生する直流電圧発生部３２と、探針１１の直下の誘電体材料が有する容量で変調されるＦＭ変調信号を復調するＦＭ復調器３３と、復調された信号からデータを検出する信号検出部３４と、復調された信号からトラッキングエラー信号を検出するトラッキングエラー検出部３５とを備えて構成される。
【００８３】
本実施例の誘電体記録再生装置５は、誘電体記録媒体２０に対する記録と再生の機能を併せ持つ装置であって、スイッチ３０及びスイッチ３６によって記録と再生の回路接続を切り替えると共に、再生時に直流のバイアス電圧を探針１１と誘電体材料１７の間に印加することを特徴とする。その他の構成要素とその動作は誘電体記録装置１及び誘電体再生装置２で説明したことと同様であり、それらに関する説明は省略する。
【００８４】
まず、記録時には、スイッチ３０の端子３０aを端子３０bに接続し、また、スイッチ３６の端子３６aを端子３６bに接続して記録信号入力部３１からの記録信号を探針１１と誘電体材料１７との間に印加する。スイッチ３６の端子３６bは直接探針１１に接続されるため、インダクタＬのインダクタンスの影響を避けることが可能となる。
【００８５】
一方、再生時にはスイッチ３０の端子３０aを端子３０cに接続し、また、スイッチ３６の端子３６aを端子３６cに接続してインダクタＬと容量Ｃｓとで共振回路を構成させる。探針１１と誘電体材料１７との間に直流のバイアス電圧を印加することになり、従って再生速度を向上することができ、また、ＳＮ比の良い信号が得られる。
【００８６】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う誘電体記録装置、誘電体再生装置及び誘電体記録再生装置もまた本発明の技術思想に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる誘電体記録装置の実施例の構成を示す図である。
【図２】誘電体記録媒体の例を示す図であって、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に於けるＡ−Ａの断面図である。
【図３】誘電体に対する情報の記録再生について説明するための図である。
【図４】本発明に係わるバイアス電圧の発生手段について示す図である。
【図５】本発明に係わるバイアス電圧の発生手段について示す図である。
【図６】本発明に係わる誘電体再生装置の実施例の構成を示す図である。
【図７】本発明に係わる誘電体記録再生装置の第一の実施例の構成を示す図である。
【図８】本発明に係わる誘電体記録再生装置の第二の実施例の構成を示す図である。
【図９】本発明に係わる誘電体記録再生装置の第三の実施例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・誘電体記録装置
２・・・誘電体再生装置
３、４、５・・・誘電体記録再生装置
６・・・誘電体記録媒体
７・・・内周エリア
８・・・記録エリア
９・・・外周エリア
１０・・・センターホール
１１・・・探針
１２・・・リターン電極
１３・・・発振器
１５・・・基板
１６・・・電極
１７・・・誘電体材料
２０・・・誘電体記録媒体
３０、３６、３７・・・スイッチ
３１・・・記録信号入力部
３２・・・直流電圧発生部
３３・・・ＦＭ復調器
３４・・・信号検出器
３５・・・トラッキングエラー検出部
３８・・・バッファ
３９・・・ツェナーダイオード
【図１】
0003701268.tif 000002
【図２】
0003701268.tif 000003
【図３】
0003701268.tif 000004
【図４】
0003701268.tif 000005
【図５】
0003701268.tif 000006
【図６】
0003701268.tif 000007
【図７】
0003701268.tif 000008
【図８】
0003701268.tif 000009
【図９】
0003701268.tif 000010