(57)【要約】【課題】誘電体記録媒体の表面と平行な分極方向を有する分極ドメインを形成して多値の情報を記録する誘電体記録再生ヘッドと、この誘電体記録再生ヘッドを適用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を提供する。【解決手段】誘電体記録再生ヘッド１は、探針１１と、探針１１から印加された電界の高周波成分が戻るリターン電極１２と、リターン電極１２の下方に設けられたバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂとを備える。探針１１と各バイアス電極間に抗電界以上の電圧を印加して、誘電体記録媒体の表面と平行な分極方向を有する分極ドメインを形成する。分極方向は電圧を印加するバイアス電極を選択することによって決定され、４種のデータが誘電体記録媒体の所定部位に記録され、多値記録が可能となる。また、バイアス電極間に電圧を印加することで形成される誘電体記録媒体の表面と平行な電界によって分極ドメインの分極方向が検出され、データの読み取りが行われる。【選択図】    図１
2004178750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体記録媒体にデータを記録し、再生する誘電体記録再生ヘッドであって、
記録時には前記データに対応して前記誘電体記録媒体に電界を印加し、再生時には前記誘電体記録媒体の分極状態を検出する探針と、
前記探針の周囲に設けられ、前記誘電体記録媒体の表面に平行な電界を形成する複数のバイアス電極と、
前記探針に印加する電界の高周波成分が戻るためのリターン電極と
を備えることを特徴とする誘電体記録再生ヘッド。
【請求項２】
前記バイアス電極は前記探針を挟んで複数のバイアス電極対を成し、当該複数のバイアス電極対の夫々は所定の角度を有して配置されていること
を特徴とする請求項１に記載の誘電体記録再生ヘッド。
【請求項３】
前記複数のバイアス電極対は２つの直交したバイアス電極対であること
を特徴とする請求項２に記載の誘電体記録再生ヘッド。
【請求項４】
前記バイアス電極は前記探針を挟んで複数のバイアス電極対を成し、当該複数のバイアス電極対の夫々は所定の角度を有して配置されていると共に、夫々のバイアス電極対に印加する所定の位相差を有する交流電圧を生成する交流電圧生成手段を備えること
を特徴とする請求項１に記載の誘電体記録再生ヘッド。
【請求項５】
前記複数のバイアス電極の対は２つの直交したバイアス電極対であり、且つ、前記交流電圧生成手段は前記２つの直交したバイアス電極対に印加する位相差が９０度の交流電圧を生成すること
を特徴とする請求項４に記載の誘電体記録再生ヘッド。
【請求項６】
当該誘電体記録再生ヘッドは非線形誘電率測定法に基づき、誘電体記録媒体にデータを記録し再生するヘッドであること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッド。
【請求項７】
誘電体記録媒体にデータを記録する誘電体記録装置であって、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドと、
前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生成手段と、
前記記録信号を前記誘電体記録再生ヘッドの探針とバイアス電極との間に印加する電圧印加手段と
を備えることを特徴とする誘電体記録装置。
【請求項８】
誘電体記録媒体に記録したデータを再生する誘電体再生装置であって、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドと、
前記誘電体記録再生ヘッドのバイアス電極に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、
前記誘電体記録媒体の分極状態に応じて発振する発振手段と、
前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、
前記復調手段により復調された信号と前記交流電圧生成手段の交流電圧とからデータを再生するデータ再生手段と
を備えることを特徴とする誘電体再生装置。
【請求項９】
前記データ再生手段は同期検波によるデータ再生であること
を特徴とする請求項８に記載の誘電体再生装置。
【請求項１０】
前記データ再生手段はロックインアンプであること
を特徴とする請求項９に記載の誘電体再生装置。
【請求項１１】
誘電体記録媒体にデータを記録し再生するための、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドを用いた誘電体記録再生装置であって、
（ｉ）記録装置として、
前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生成手段と、
前記記録信号を前記誘電体記録再生ヘッドの探針とバイアス電極との間に印加する電圧印加手段と
を備え、
（ｉｉ）再生装置として、
前記誘電体記録再生ヘッドのバイアス電極に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、
前記誘電体記録媒体の分極状態に応じて発振する発振手段と、
前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、
前記復調手段により復調された信号と前記交流電圧生成手段の交流電圧とからデータを再生するデータ再生手段と
を備え、且つ、
前記誘電体記録再生装置の探針とバイアス電極間に、記録時には前記記録信号生成手段による記録信号を印加し、一方、再生時には前記交流電圧生成手段による交流電圧を印加する切り替え手段を備えること
を特徴とする誘電体記録再生装置。
【請求項１２】
前記データ再生手段は同期検波によるデータ再生であること
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１３】
前記データ再生手段はロックインアンプであること
を特徴とする請求項１２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多値で情報を記録し再生する誘電体記録再生ヘッド、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、誘電体記録媒体をナノスケールで分析するＳＮＤＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  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は強誘電体記録媒体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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、従来のＳＮＤＭの技術を適用した記録再生装置は、プローブとこれらに接続されたインダクタ及び発振器、探針先端から誘電体記録媒体を通過した高周波電界が戻るためのリターン電極でヘッドが形成されている。プローブ直下の誘電体記録媒体の容量とインダクタとによって共振回路が形成され、誘電体記録媒体の垂直方向の分極状態による発振周波数の変動を検出することで再生が行われ、また、プローブから誘電体記録媒体の垂直方向に電界を印加してデータに対応した分極状態を形成することでデータの記録が行われる。即ち、情報は垂直の分極方向に対応した「０」又は「１」の２値の記録再生である
従って本発明は、ＳＮＤＭ法を用いた記録再生に関し、記録容量を増大させるために、誘電体記録媒体の表面に平行な分極方向を有する分極ドメインを形成して多値記録することが可能な誘電体記録再生ヘッドと、この誘電体記録再生ヘッドを適用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の提供を課題とする。
【０００７】
【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に記載の発明は、誘電体記録媒体にデータを記録し、再生する誘電体記録再生ヘッドであって、記録時には前記データに対応して前記誘電体記録媒体に電界を印加し、再生時には前記誘電体記録媒体の分極状態を検出する探針と、前記探針の周囲に設けられ、前記誘電体記録媒体の表面に平行な電界を形成する複数のバイアス電極と、前記探針に印加する電界の高周波成分が戻るためのリターン電極とを備える誘電体記録再生ヘッドであることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項７に記載の発明は、誘電体記録媒体にデータを記録する誘電体記録装置であって、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドと、前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生成手段と、前記記録信号を前記誘電体記録再生ヘッドの探針とバイアス電極との間に印加する電圧印加手段とを備える誘電体記録装置であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項８に記載の発明は、誘電体記録媒体に記録したデータを再生する誘電体再生装置であって、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドと、前記誘電体記録再生ヘッドのバイアス電極に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、前記誘電体記録媒体の分極状態に応じて発振する発振手段と、前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、前記復調手段により復調された信号と前記交流電圧生成手段の交流電圧とからデータを再生するデータ再生手段とを備える誘電体再生装置であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項１１に記載の発明は、誘電体記録媒体にデータを記録し再生するための、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドを用いた誘電体記録再生装置であって、（ｉ）記録装置として、前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生成手段と、前記記録信号を前記誘電体記録再生ヘッドの探針とバイアス電極との間に印加する電圧印加手段とを備え、（ｉｉ）再生装置として、前記誘電体記録再生ヘッドのバイアス電極に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、前記誘電体記録媒体の分極状態に応じて発振する発振手段と、前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、前記復調手段により復調された信号と前記交流電圧生成手段の交流電圧とからデータを再生するデータ再生手段とを備え、且つ、前記誘電体記録再生装置の探針とバイアス電極間に、記録時には前記記録信号生成手段による記録信号を印加し、一方、再生時には前記交流電圧生成手段による交流電圧を印加する切り替え手段を備える誘電体記録再生装置であることを特徴とする。
【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再生ヘッドは、誘電体記録媒体にデータを記録し、再生する誘電体記録再生ヘッドであって、記録時には前記データに対応して前記誘電体記録媒体に電界を印加し、再生時には前記誘電体記録媒体の分極状態を検出する探針と、前記探針の周囲に設けられ、前記誘電体記録媒体の表面に平行な電界を形成する複数のバイアス電極と、前記探針に印加する電界の高周波成分が戻るためのリターン電極とを備える。
【００１３】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生ヘッドによれば、誘電体記録媒体にデータを記録し、又は再生するために、その先端を誘電体記録媒体に対向させる探針と、誘電体記録媒体の表面に平行なバイアス電界を印加するための複数のバイアス電極が探針の周囲に設けられている。また、探針に印加する電界の高周波成分が戻るためのリターン電極を備える。
【００１４】
探針とバイアス電極間に電圧を印加し、この電圧によって生じる電界により、誘電体記録媒体の表面に平行な分極方向を有する分極ドメインが形成される。分極方向は探針とバイアス電極で決定される方向であり、データの記録が分極ドメインの分極方向として記録される。従って、分極方向として、例えば４つの方向が可能であれば、４種類のデータが所定の部位に記録することが可能となり、多値記録が行われる。
【００１５】
また、バイアス電極と接地間、或いは所定の２つのバイアス電極間に電圧を印加することで、誘電体記録媒体の表面に平行な電界を形成することができ、その電界の方向によって対応する分極ドメインの分極方向が検出される。従って分極方向として記録されたデータの再生が可能となる。また、電界の方向は複数のバイアス電極と夫々に印加される位相の異なる交流電圧で決定することも可能である。
【００１６】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生ヘッドの一態様として、前記バイアス電極は前記探針を挟んで複数のバイアス電極対を成し、当該複数のバイアス電極対の夫々は所定の角度を有して配置されている。
【００１７】
この態様によれば、バイアス電極は探針を挟んで対を形成していて、その対は複数設けられる。従ってバイアス電極による誘電体記録媒体の表面に平行な電界は探針を中心として形成される。
【００１８】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生ヘッドの他の態様として、前記複数のバイアス電極対は２つの直交したバイアス電極対である。
【００１９】
この態様によれば、バイアス電極による誘電体記録媒体の表面に平行な電界は探針を中心として４つの方向に決定される。
【００２０】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生ヘッドの他の態様として、前記バイアス電極は前記探針を挟んで複数のバイアス電極対を成し、当該複数のバイアス電極対の夫々は所定の角度を有して配置されていると共に、夫々のバイアス電極対に印加する所定の位相差を有する交流電圧を生成する交流電圧生成手段を備える。
【００２１】
この態様によれば、バイアス電極は前記探針を挟んで複数のバイアス電極対を形成していて、夫々のバイアス電極対に所定の位相差を有する交流電圧が印加される。バイアス電極対の交差角度と交流電圧の位相差を所定の関係に設定することで誘電体記録媒体の表面に平行な回転電界が形成され、分極ドメインの分極方向を連続して容易に求めることが可能となる。
【００２２】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生ヘッドの他の態様として、前記複数のバイアス電極の対は２つの直交したバイアス電極対であり、且つ、前記交流電圧生成手段は前記２つの直交したバイアス電極対に印加する位相差が９０度の交流電圧を生成する。
【００２３】
この態様によれば、バイアス電極対は直交した２つであり、夫々のバイアス電極対には位相差が９０度異なる交流電圧が印加される。探針を中心として、４つの分極方向の検出に好適である。
【００２４】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生ヘッドの他の態様として、当該誘電体記録再生ヘッドは非線形誘電率測定法に基づき、誘電体記録媒体にデータを記録し再生するヘッドである。
【００２５】
この態様によれば、誘電体記録媒体の表面に平行な分極方向を有する分極ドメインが形成され、高密度でデータを記録し、再生が可能である。
【００２６】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録装置は、誘電体記録媒体にデータを記録する誘電体記録装置であって、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドと、前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生成手段と、前記記録信号を前記誘電体記録再生ヘッドの探針とバイアス電極との間に印加する電圧印加手段とを備える。
【００２７】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録装置によれば、上述した誘電体記録再生ヘッドの探針とバイアス電極間に、記録信号生成手段で生成された、記録すべきデータに対応した信号を印加することで、誘電体記録媒体の表面に平行であって探針とバイアス電極とで決定される分極方向を有する分極ドメインが形成され、データが分極ドメインの分極方向として記録される。
【００２８】
本発明の実施の形態に係わる誘電体再生装置は、誘電体記録媒体に記録したデータを再生する誘電体再生装置であって、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドと、前記誘電体記録再生ヘッドのバイアス電極に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、前記誘電体記録媒体の分極状態に応じて発振する発振手段と、前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、前記復調手段により復調された信号と前記交流電圧生成手段の交流電圧とからデータを再生するデータ再生手段とを備える。
【００２９】
本発明の実施の形態に係わる誘電体再生装置によれば、上述した誘電体記録再生ヘッドの探針とバイアス電極間、又は２つのバイアス電極間に交流電圧を印加することで、誘電体記録媒体の表面に平行な電界が形成され、その電界の方向に対応した分極方向を有する分極ドメインが検出される。その分極ドメインの分極状態に対応した容量に基づいて発振信号が得られ、この容量に基づいてＦＭ変調された発振信号を復調し、復調した信号と印加した交流電圧とから記録されているデータを再生することができる。
【００３０】
本発明の実施の形態に係わる誘電体再生装置の一態様として、前記データ再生手段は同期検波によるデータ再生である。
【００３１】
この態様によれば、容量に基づいてＦＭ変調された発振信号の復調信号からのデータ再生は、印加した交流電圧との位相に基づく同期検波によって行われる。
【００３２】
本発明の実施の形態に係わる誘電体再生装置の他の態様として、前記データ再生手段はロックインアンプである。
【００３３】
この態様によれば、容量に基づいてＦＭ変調された発振信号の復調信号からのデータ再生は、印加した交流電圧との位相に基づくロックインアンプによって行われる。
【００３４】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生装置は、誘電体記録媒体にデータを記録し再生するための、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドを用いた誘電体記録再生装置であって、（ｉ）記録装置として、前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生成手段と、前記記録信号を前記誘電体記録再生ヘッドの探針とバイアス電極との間に印加する電圧印加手段とを備え、（ｉｉ）再生装置として、前記誘電体記録再生ヘッドのバイアス電極に印加する交流電圧を生成する交流電圧生成手段と、前記誘電体記録媒体の分極状態に応じて発振する発振手段と、前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、前記復調手段により復調された信号と前記交流電圧生成手段の交流電圧とからデータを再生するデータ再生手段とを備え、且つ、前記誘電体記録再生装置の探針とバイアス電極間に、記録時には前記記録信号生成手段による記録信号を印加し、一方、再生時には前記交流電圧生成手段による交流電圧を印加する切り替え手段を備える。
【００３５】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生装置によれば、上述した誘電体記録装置と誘電体再生装置との機能を備え、記録装置としての動作と再生装置としての動作の選択は、探針とバイアス電極間に、記録時には前記記録信号生成手段による記録信号を印加し、一方、再生時には前記交流電圧生成手段による交流電圧を印加することを切り替え手段によって切り替えることで行われる。
【００３６】
本発明の実施の形態に係わる誘電体記録再生装置の一態様として、前記データ再生手段は同期検波によるデータ再生である。
【００３７】
この態様によれば、容量に基づいてＦＭ変調された発振信号の復調信号からのデータ再生は、印加した交流電圧との位相に基づく同期検波によって行われる。
【００３８】
本発明の実施の形態に係わる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ロックインアンプである。
【００３９】
この態様によれば、容量に基づいてＦＭ変調された発振信号の復調信号からのデータ再生は、印加した交流電圧との位相に基づくロックインアンプによって行われる。
【００４０】
尚、以上に説明した誘電体記録再生ヘッド、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、電界を印加する探針の形状としては、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。
【００４１】
また、誘電体記録媒体として、例えば強誘電体であるＬｉＴａＯ３やＰＺＴ等が好適に用いられる。他の誘電体記録媒体を用いても良いことは当然である。
【００４２】
更に、本発明の誘電体記録再生ヘッド、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率顕微鏡法に基づき、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、探針から誘電体に電界を印加し分極ドメインを形成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。
【００４３】
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。
【００４４】
【実施例】
（誘電体記録再生ヘッドの実施例）
本発明に係わる誘電体記録再生ヘッドの実施例について、図１〜図４を参照して説明する。ここで、図１は誘電体記録再生ヘッドの実施例を示す図であって、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は側面図である。また、図２は誘電体記録再生ヘッドの電極の配置と印加電圧との関係を示す図であり、図３は誘電体記録再生ヘッドの作動状態を示す図であり、図４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。
【００４５】
図１に示すように本実施例に係わる誘電体記録再生ヘッド１の構成は、その先端部が誘電体記録媒体２０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の高周波成分が戻るリターン電極１２と、リターン電極１２の下方に設けられたバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂを備える。
【００４６】
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、誘電体記録媒体２０に対向する先端部は所定の半径を有する球状である。この半径は誘電体記録媒体２０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。また、探針１１として、針状のものや、カンチレバー状等のものがある。また、誘電体記録媒体２０として、例えば強誘電体であるＬｉＴａＯ３やＰＺＴ等が好適に用いられる。
【００４７】
リターン電極１２は、探針１１から誘電体記録媒体２０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。
【００４８】
バイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂは、誘電体記録媒体２０の表面と平行な成分を有する電界を印加する電極であって、バイアス電極１３ａとバイアス電極１３ｂ、及びバイアス電極１４ａとバイアス電極１４ｂは夫々、探針１１を挟んで対をなしている。また、夫々の対は直交している状態に配置されている。即ち、夫々の電極は探針１１を中心とした所定の円周上に９０度毎に配置されている。これらバイアス電極は誘電体記録媒体２０の表面から、例えば１ｍｍ程離して上方に設けられる。
【００４９】
図１に示したように配置されたバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに対して、図２に示すようにバイアス電極１３ａには交流信号発生器１５ａから電圧Ｖ１が印加され、また、バイアス電極１３ｂには交流信号発生器１５ｂから電圧−Ｖ１が印加される。また、バイアス電極１４ａには交流信号発生器１６ａから電圧Ｖ２が印加され、バイアス電極１４ｂには交流信号発生器１６ｂから電圧−Ｖ２が印加される。更に、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とは位相差が９０度の交流信号である。即ち、Ｖ１＝Ｖ１０ｓｉｎωｔ、Ｖ２＝Ｖ２０ｃｏｓωｔである。
【００５０】
バイアス電極１３ａにＶ１＝Ｖ１０ｓｉｎωｔが、また、バイアス電極１３ｂに−Ｖ１＝−Ｖ１０ｓｉｎωｔが印加されることで、バイアス電極１３ａとバイアス電極１３ｂ間の電圧はＶ１−（−Ｖ１）＝２Ｖ１＝２Ｖ１０ｓｉｎωｔとなり、この電圧２Ｖ１とバイアス電極１３ａ及びバイアス電極１３ｂ間の距離に基づく電界１７（Ｅ１＝Ｅ１０ｓｉｎωｔ）が、Ｚ軸方向であって誘電体記録媒体２０の表面と平行に生じる。
【００５１】
同様に、バイアス電極１４ａにＶ２＝Ｖ２０ｃｏｓωｔが、また、バイアス電極１４ｂに−Ｖ２＝Ｖ２０ｃｏｓωｔが印加されることで、バイアス電極１４ａとバイアス電極１４ｂ間の電圧はＶ２−（−Ｖ２）＝２Ｖ２＝２Ｖ２０ｃｏｓωｔとなり、この電圧２Ｖ２とバイアス電極１４ａ及びバイアス電極１４ｂ間の距離に基づく電界１８（Ｅ２＝Ｅ２０ｃｏｓωｔ）が、Ｘ軸方向であって誘電体記録媒体２０の表面と平行に生じる。
【００５２】
電界１７（Ｅ１＝Ｅ１０ｓｉｎωｔ）と電界１８（Ｅ２＝Ｅ２０ｃｏｓωｔ）は位相差が９０度であり、また、その方向は直交しているので、合成される電界は誘電体記録媒体２０の表面と平行な回転電界となる。この回転電界が誘電体記録媒体２０の表面に印加されることで、誘電体記録媒体２０の表面に平行に形成されている分極ドメインにバイアスをかけることになり、分極ドメインの分極方向と回転電界の方向が一致したところで、分極状態に対応した容量が検出されることになる。
【００５３】
また、交流信号発生器に換わり、探針１１と所定のバイアス電極に記録すべきデータに対応した電圧を印加することで、選択されたバイアス電極と探針１１とで決定される分極方向を有する分極ドメインを形成することが可能となる。その分極ドメインは誘電体記録媒体２０の表面に平行であって、その方向は探針１１とバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂのいずれかの組み合わせで決定される方向の４種がある。従って、誘電体記録媒体２０の所定に部位に４つの方向のうちの何れか１つの方向に分極ドメインの分極方向を定めることで４つのうちの１つを記録する多値記録が可能となるものである。即ち、例えばＺ軸方向を（０，０）、Ｘ軸方向を（０，１）、−Ｚ軸方向を（１，０）、−Ｘ軸方向を（１，１）に対応付けることで、誘電体記録媒体２０の所定に部位に２ビット（４種類）のデータを記録することができる。さらに、従来のＳＮＤＭ記録再生装置と同じく誘電体記録媒体２０に裏面電極を形成し、探針と誘電体記録媒体２０との間に垂直方向の電界を印加可能となるような構成としておけば、前記±Ｘ、±Ｚの４値に±Ｙ方向を加えて合計６値の記録再生が可能となる。
【００５４】
図３は分極ドメインの分極方向を検出する方法を示していて、バイアス電極１３ａ、１３ｂに関して図示されている。バイアス電極１４ａ、１４ｂに関しても同様である。探針１１とリターン電極１２の間にインダクタタンスがＬのインダクタ１９が設けられていて、探針１１の直下の分極ドメインの状態に対応した容量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１９のインダクタンスＬが決定される。
【００５５】
バイアス電極１３ａ、１３ｂに夫々電圧Ｖ１、電圧−Ｖ１が印加された状態で、これが発生する電界に沿って誘電体記録媒体が分極されていたとすると、発振器３１は共振周波数ｆ＝１／２π√ＬＣｓで発振する。印加する電界が回転することによってＣｓも変化し、従って、発振周波数はＣｓの変化によって変調されたＦＭ変調信号となる。このＦＭ変調信号を電圧Ｖ１の位相に基づいて復調することにより、分極ドメインの分極方向を検出することができる。即ち、その検出された方向に応じて４種のデータのうちの一つを決定することができ、多値記録されたデータを再生することが可能となる。電圧Ｖ１の周波数は例えば５〜８ＫＨｚである。尚、電界Ｅ３は探針１１からバイアス電極に戻る電界であって、容量Ｃｓをその経路中に含む。また、電界Ｅ４は発振器３１が発振する高い周波数がリターン電極１２に戻る電界である。
【００５６】
上述した誘電体記録媒体２０に対する記録再生の原理は図４に示すように、誘電体記録媒体２０は、その表面に平行に分極ドメインが設けられていてその分極方向Ｐの方向によって記録データと対応付けられる。図４にはＺ軸方向のみが図示されているが、Ｚ軸方向に直角なＸ軸方向にも同様である。さらに、Ｘ及びＺに対して垂直であるＹ方向への記録再生を利用する場合についても同様である。
【００５７】
記録は、探針１１とバイアス電極１３ａ、バイアス電極１３ｂの間に誘電体記録媒体２０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記録媒体２０は分極する。その分極方向はデータに対応し、例えば図２に示すＺ軸方向、Ｘ軸方向、−Ｚ軸方向、−Ｘ軸方向の４つの方向がある。
【００５８】
再生は分極状態に対応した容量Ｃｓを検出して、即ち上述したように容量Ｃｓの変化に対応する発振周波数の変化を検出して行われる。リターン電極１２は、探針１１から誘電体記録媒体２０に印加した高周波成分の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。
【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５を参照して説明する。図５に示すように誘電体再生装置２は、誘電体記録媒体２０の分極ドメインを探査する探針１１と、探針１１に加わる高周波成分の電界が戻るリターン電極１２と、誘電体記録媒体２０に回転電界を印加するバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂとを備える誘電体記録再生ヘッド１を有し、また、探針１１とリターン電極１２の間に設けられるインダクタ１９と、インダクタ１９と探針１１の直下の誘電体記録媒体２０に形成される、記録情報に対応して分極ドメインの容量Ｃｓとで決まる共振周波数で発振する発振器３１と、バイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに印加する交流信号を発生する交流信号発生器１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂと、探針１１の直下の誘電体記録媒体２０が有する分極ドメイン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３２と、復調された信号からデータを再生する同期検波器３３、３４等を備えて構成される。
【００６０】
探針１１は誘電体記録媒体２０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記録媒体２０にはデータに対応した分極ドメインが形成されている。再生時には探針１１の先端部の誘電体記録媒体２０の分極に対応した容量Ｃｓがインダクタ１９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る。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４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。
【００６１】
交流信号発生器１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは、バイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに印加する交流信号を発生する。これらの交流信号は図２を参照して説明したように、誘電体記録媒体２０の表面に、これと平行な回転電界を形成する。この回転電界と誘電体記録媒体２０の分極ドメインの分極方向が一致したところで、分極状態に対応した容量Ｃｓが検出されることになる。尚、この交流信号はＦＭ復調された信号から同期検波によりデータを再生するときの参照信号として用いられる。これらの交流信号の周波数は、例えば５〜８ＫＨｚであるが、データの転送レートのためには高い周波数であることが好ましい。
【００６２】
インダクタ１９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１９のインダクタンス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１９のインダクタンスＬが決定される。
【００６３】
誘電体記録媒体２０は、例えば強誘電体であるＬｉＴａＯ３やＰＺＴ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。
【００６４】
発振器３１は、インダクタンス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ドメインの分極方向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】
ＦＭ復調器３２は、容量Ｃｓによって変調された発振器３１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に対応して変調される周波数をＦＭ復調する。
【００６６】
同期検波器３３、３４は、ＦＭ復調器３２で復調された信号と印加した交流信号発生器１５ａ、１６ａからの交流信号に基づき記録されたデータを再生する。ＦＭ復調によって復調された信号は、誘電体記録媒体２０に記録された４つの分極ドメインの分極方向に対応して、参照用の交流信号によって、その分極方向が検出され、多値記録されたデータを再生する。尚、同期検波器として、例えばロックインアンプ等が好適に用いられる。
【００６７】
以上説明したように、本実施例の誘電体再生装置によれば、誘電体記録媒体の表面に形成された、表面に平行な分極ドメインの分極方向を検出することが可能となり、従って分極方向に対応させて記録した多値データの再生を可能とする。
【００６８】
（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６を参照して説明する。図６に示すように誘電体記録装置３は、誘電体記録媒体２０の分極ドメインを探査する探針１１と、探針１１に加わる高周波成分の電界が戻るリターン電極１２と、誘電体記録媒体２０にデータに対応した分極ドメインを形成するための電圧を印加するバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂとを備える誘電体記録再生ヘッド１と、記録するデータを形成する記録信号発生器３８等を備えて構成される。
【００６９】
探針１１は誘電体記録媒体２０に接触、若しくは微小の空間を有して対向している。探針１１とバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂのいずれか１つのバイアス電極との間に電圧を印加することで、そのバイアス電極と探針１１とを結ぶ方向に、電界が発生し、その電界に沿って誘電体記録媒体２０の表面と平行に分極ドメインが形成される。
【００７０】
記録信号発生器３８は、バイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに印加するデータを生成し、夫々のバイアス電極に供給する。生成されるデータは所定の記録フォーマットで変換され、また、付随する制御情報やエラー訂正に関する処理、データ圧縮等の処理がなされたものを含んでいても良い。
【００７１】
記録信号発生器３８からはバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに、データに対応して電界が発生する電圧が供給される。例えば図２に示す＋Ｚ軸方向に電界を発生させるためには、バイアス電極１３ｂに（＋）の電圧及びバイアス電極１３ａに（−）の電圧を供給する。探針１１とバイアス電極１３ａ、１３ｂの間に発生する電界によって誘電体記録媒体２０の表面と平行に、分極方向が＋Ｚ軸方向の分極ドメインが形成される。また、−Ｚ軸方向、＋Ｘ軸方向、−Ｘ軸方向についても同様である。尚、印加する電圧は誘電体記録媒体２０の抗電界以上の電界が発生する電圧である。
【００７２】
上述したように、誘電体記録装置３は４つの方向のうち一つの方向の分極ドメインを誘電体記録媒体２０の所定の部位に形成することができるので、多値記録が可能となる。即ちＺ軸方向を（０，０）、Ｘ軸方向を（０，１）、−Ｚ軸方向を（１，０）、−Ｘ軸方向を（１，１）とすれば、２ビットの情報を分極ドメインの方向に対応付けて記録することができる。
【００７３】
（誘電体記録再生装置の実施例）
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。図７に示すように誘電体記録再生装置４は、記録系として誘電体記録媒体２０の分極ドメインを探査する探針１１と、探針１１に加わる高周波成分の電界が戻るリターン電極１２と、誘電体記録媒体２０にデータに対応した分極ドメインを形成するための電圧を印加するバイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂとを備える誘電体記録再生ヘッド１と、記録するデータを形成する記録信号発生器３８等を備え、再生系として上記誘電体記録再生ヘッド１の他に探針１１とリターン電極１２の間に設けられるインダクタ１９と、インダクタ１９と探針１１の直下の誘電体記録媒体２０に形成される、記録情報に対応して分極ドメインの容量Ｃｓとで決まる共振周波数で発振する発振器３１と、バイアス電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに印加する交流信号を発生する交流信号発生器１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂと、探針１１の直下の誘電体記録媒体２０が有する分極ドメイン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３２と、復調された信号からデータを再生する同期検波器３３、３４、更に記録時と再生時にバイアス電極に印加する電圧を切り替えるためのＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４等を備えて構成される。
【００７４】
ＳＷ１〜ＳＷ４は記録時と再生時に一緒に切り替えられる。例えばＳＷ１は記録時には記録信号発生器３８の信号がバイアス電極１３ａに印加され、再生時には交流信号発生器１５ａの信号がバイアス電極１３ａに印加されるように切り替えられる。この切り替えによって記録時には記録データに基づいた電圧がバイアス電極１３ａに印加されて、探針１１とバイアス電極１３ａの方向に分極ドメインが形成され、再生時には交流信号に基づいた電圧がバイアス電極１３ａに印加されて分極ドメインの形成方向が検出される。ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４についても同様である。
【００７５】
尚、その他の各構成要素の動作、作用は誘電体再生装置２及び誘電体再生装置３で説明したことと同様であり、ここでの再度の説明は省略する。
【００７６】
次に図８を参照して、同期検波に用いられる同期検波器の一例としてロックインアンプについて説明する。ロックインアンプ５の構成は図８に示すように、入力端子Ｔ１、Ｔ２と、増幅器５１と、波形整形器５２と、同相分配器５３、５４と、９０度移相器５５と、乗算器である混合器５６、５７と、低域通過フィルタ５８、５９と、出力端子Ｔ３、Ｔ４とによって構成されている。
【００７７】
増幅器５１は、入力端子Ｔ１を介して入力される復調信号を増幅して同相分配器５３に出力する。同相分配器５３は、増幅された復調信号を同相分配して混合器５６と混合器５７に出力する。一方、波形整形器５２は、入力端子Ｔ２を介して入力された基準信号を方形波に整形して同相分配器５４に出力する。同相分配器５４は、波形整形器５２から出力される基準信号を同相で分配して混合器５７と９０度移相器５５に出力する。９０度移相器５５は、基準信号を基準信号の周波数において９０度だけ移相して混合器５６に出力する。混合器５６は、復調信号と９０度だけ移相された基準信号を乗算して混合し、前記復調信号の周波数と前記基準信号の周波数の和と差の周波数を有する信号に変換して低域通過フィルタ５８に出力する。低域通過フィルタ５８は、入力される混合後の信号のうちの直流信号のみを通過させて出力端子Ｔ３に出力電圧Ｖａ１を出力する。混合器５７は、基準信号と復調信号とを乗算して混合し、前記復調信号の周波数と前記基準信号の周波数の和と差の周波数を有する信号に変換して、低域通過フィルタ５９に出力する。低域通過フィルタ５９は、入力される混合後の信号のうちの直流信号のみを通過させて出力端子Ｔ４に出力電圧Ｖａ２を出力する。
【００７８】
このような機能の回路によりピックアップされた信号は、交流信号発生器１５ａ、１６ａの交流信号を同期信号として再生され、記録されている情報を再現する。尚、同期検波に用いられる手段はこの構成のロックインアンプに限ることはなく、他の同期検波手段を用いても良い。
【００７９】
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再生ヘッド、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再生ヘッドの実施例を示す図である。
【図２】本発明に係わる誘電体記録再生ヘッドの電極の配置と印加電圧との関係を示す図である。
【図３】本発明に係わる誘電体記録再生ヘッドの作動状態を示す図である。
【図４】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５】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６】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７】本発明に係わる誘電体記録再生装置の実施例の構成を示す図である。
【図８】同期検波器であるロックインアンプの構成について示す図である。
【符号の説明】
１・・・誘電体記録再生ヘッド
２・・・誘電体再生装置
３・・・誘電体記録装置
４・・・誘電体記録再生装置
１１・・・探針
１２・・・リターン電極
１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ・・・バイアス電極
１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ・・・交流信号発生器
１７、１８・・・電界
１９・・・インダクタ
２０・・・誘電体記録媒体
３１・・・発振器
３２・・・ＦＭ復調器
３３、３４・・・同期検波器
３８・・・記録信号発生器
５１・・・増幅器
５２・・・波形整形器
５３、５４・・・同相分配器
５５・・・９０度移相器
５６、５７・・・混合器
５８、５９・・・ＬＰＦ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004178750.tif 000008
【図７】
2004178750.tif 000009
【図８】
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