(57)【要約】【課題】誘電体材料を記録媒体として用いた記録媒体に対し、記録再生ヘッドのコンパクト化と記録密度及び記録再生速度の向上を実現する。【解決手段】誘電体記録媒体ユニット３は、誘電体記録再生ヘッド１、誘電体記録再生ヘッド１のトラッキング機構１４、誘電体記録再生ヘッド１の探針１１に対向して配置された誘電体記録媒体２０、誘電体記録媒体２０を平行移動させるＸ−Ｙステージ２１がパッケージ１９内に格納され、パッケージ１９には外部装置と電気的接続を可能とする電気接続部２２、外部装置と機械的接続を可能とする機械接続部２３を備える。誘電体記録再生ヘッド１は探針１１、探針１１から印加された電界が戻るリターン電極１２、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、発振器１３とで構成される。【選択図】　　図４
2004014016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体記録媒体を構成する誘電体材料に電界を印加する第一の電極と、
前記第一の電極に印加された電界が戻るための第二の電極と、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に設けられるインダクタと、
前記インダクタと、少なくとも前記第一の電極の直下の誘電体材料の分極による容量とで形成される共振周波数で発振する発振器と
が導電体材料により接続されて成ることを特徴とする誘電体記録再生ヘッド。
【請求項２】
前記第一の電極と前記第二の電極と前記発振器は、同一構造体に設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の誘電体記録再生ヘッド。
【請求項３】
誘電体記録媒体を構成する誘電体材料に電界を印加する複数の第一の電極と、
前記複数の第一の電極に印加された電界が戻るための第二の電極と、
前記第一の電極と前記第二の電極との間に設けられるインダクタと、
前記インダクタと、少なくとも前記第一の電極の直下の誘電体材料の分極による容量とで形成される共振周波数で発振する発振器と、
前記発振器と、前記複数の第一の電極探針の夫々に信号を供給する信号供給源との間に設けられた低域遮断フィルタと
が導電体材料により接続されて成ることを特徴とする誘電体記録再生ヘッド。
【請求項４】
前記複数の第一の電極と前記第二の電極と前記発振器と、前記低域遮断フィルタは、同一構造体に設けられていること
を特徴とする請求項３に記載の誘電体記録再生ヘッド。
【請求項５】
当該誘電体記録再生ヘッドの大きさは、前記発振器が発振する発振波長よりも小さく、且つ前記発振波長が３０ｍｍより長い場合は、前記大きさは３０ｍｍより小さいこと
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項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を構成する部材の全部、又は一部が集積化されていること
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】
当該誘電体記録再生ヘッドは、走査型非線形誘電体測定法に基づき、前記誘電体材料に情報を記録し、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６のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッド。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドと誘電体材料からなる誘電体記録媒体とが所定の位置関係を有してパッケージ内に封入されていること
を特徴とする誘電体記録媒体ユニット。
【請求項９】
前記誘電体記録媒体は両面に記録媒体となる誘電体材料が設けられていること
を特徴とする請求項８に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１０】
前記誘電体材料は強誘電体材料であること
を特徴とする請求項８及び請求項９のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１１】
前記強誘電体材料はＬｉＴａＯ３であること
を特徴とする請求項１０に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１２】
前記誘電体記録媒体と、前記誘電体記録再生ヘッドの探針のいずれか一方を、他の一方に対して相対的に直線移動させる移動手段を備えること
を特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１３】
前記誘電体記録媒体を、前記誘電体記録再生ヘッドの探針に対して相対的に移動する回転機構を備えること
を特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１４】
前記誘電体記録再生ヘッドの探針を、前記誘電体記録媒体に記録された情報トラックをトラッキングさせるトラッキング手段を備えること
を特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１５】
前記誘電体記録再生ヘッドの探針と前記誘電体記録媒体を構成する誘電体材料とは所定の間隔を有して配置されていること
を特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１６】
前記誘電体記録再生ヘッドの探針と前記誘電体記録媒体を構成する誘電体材料とは所定の間隔を有し、且つその間に潤滑剤が設けられていること
を特徴とする請求項１５に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１７】
前記潤滑剤は絶縁材であること
を特徴とする請求項１６に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１８】
前記潤滑剤はフッ素系の潤滑剤であること
を特徴とする請求項１６に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項１９】
前記パッケージ内には不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求項８から請求項１８のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項２０】
前記パッケージには、当該パッケージを他の筐体に取り付ける際に前記筐体から伝達される振動を遮断する防振手段が設けられていること
を特徴とする請求項８から請求項１９のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項２１】
前記パッケージには、他の筐体に対し着脱自在の電気的接続手段を有すること
を特徴とする請求項８から請求項２０のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニット。
【請求項２２】
記録媒体として誘電体材料を用いる誘電体記録再生装置であって、
請求項８から請求項２１のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニットと、情報を記録し再生する際に、データに重畳される交流信号を発生する交流信号発生手段と、
記録再生信号を処理する信号処理手段と、
前記誘電体記録媒体ユニット内の機構部の制御信号を生成する制御信号生成手段と、
前記誘電体記録媒体ユニット内の機構部を、前記制御信号生成手段による制御信号に基づき駆動する駆動手段と
を備えることを特徴とする誘電体記録再生装置。
【請求項２３】
記録再生情報を一時記憶する半導体メモリを備えること
を特徴とする請求項２２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、特に強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再生ヘッド及び誘電体記録媒体ユニット並びに誘電体記録再生装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、多くの種類の誘電体材料や圧電材料が開発され、超音波素子や光素子及びメモリ等に多く用いられている。それに伴い、誘電体材料の残留分極分布や圧電材料の局所異方性の計測が行える方法の開発と共に、その技術を適用して誘電体材料に情報を記録し、再生する技術の開発が進められているところである。
【０００３】
さて、従来より情報の高密度記録再生に係わる技術として、磁気記録、熱記録、強誘電体記録等が提案されている。
【０００４】
ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｃ　Ｄｒｉｖｅ）に代表される磁気記録の長手記録では、熱揺らぎにより記録密度が１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２程度が限界とされている。
【０００５】
また、熱記録として記録媒体にポリマーを用い、プローブ先端にマイクロヒータを形成したもの、或いは電子放出源を用い、記録媒体に相変化材料を用いたもの、更には近接場光を用い、記録媒体に相変化材料を用いたものなどがある。しかしながらこれらの方法は、熱伝導が介在するために記録密度は５００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２〜１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ２が限界とされている。
【０００６】
また、強誘電体を記録媒体とし、プローブヘッドで電圧印加により記録を行い、再生に際にはプローブヘッドから電圧を印加し、圧電振動によって記録した情報を再生するシステムがある。この場合、再生時の信号転送レートはプローブヘッドが取り付けられているカンチレバーの共振周波数で決まるため、最大でも数Ｍｂｉｔ／Ｓｅｃ程度しか得られない。
【０００７】
また、特開平１０−３３４５２５に針状電極に電圧を印加し、記録媒体の針状電極に対応した位置に電荷を移動し、または自発分極の反転により情報を記録する装置についての技術の開示がされている。しかしながら記録再生速度はＭＨｚのオーダーにとどまるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、誘電体材料を記録媒体として用いた記録媒体に対し、記録再生ヘッドのコンパクト化と記録密度及び記録再生速度の向上を実現する誘電体記録再生ヘッド及び誘電体記録媒体ユニット並びに誘電体記録再生装置の提供を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体記録再生ヘッドは上記課題を解決するために、誘電体記録媒体を構成する誘電体材料に電界を印加する第一の電極と、前記第一の電極に印加された電界が戻るための第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に設けられるインダクタと、前記インダクタと、少なくとも前記第一の電極の直下の誘電体材料の分極による容量とで形成される共振周波数で発振する発振器とが導電体材料により接続されて成る。
【００１０】
本発明の誘電体記録再生ヘッドによれば、誘電体記録媒体の誘電体材料に電界を印加して情報を記録し、または再生する第一の電極と、第一の電極から印加される高周波電界が戻る第二の電極と、第一の電極の直下の誘電体材料の分極状態に対応した容量とで共振回路を構成するインダクタと、共振回路の共振周波数で発振する発振器を導電体材料により接続してヘッドが構成される。
【００１１】
特に再生にはＳＮＤＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：走査型非線形誘電率顕微鏡）の技術を適用する。ＳＮＤＭ再生技術に関しては本願発明者の長康雄により、応用物理第２巻、第３号、ｐ３２７（１９９６）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。尚、探針は記録用、再生用の単独の用途に限らず、記録再生用として共用可能である。
【００１２】
尚、第一の電極の形状として、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第一の電極を総称して本願では適宜「探針」と記す。
【００１３】
本発明の誘電体記録再生ヘッドの一態様では、前記第一の電極と前記第二の電極と前記発振器は、同一構造体に設けられる。
【００１４】
この態様によれば、極めて密接させて配置し共通の構造体上に極めてコンパクトに誘電体記録再生ヘッドが構成される。
【００１５】
本発明の誘電体記録再生ヘッドは上記課題を解決するために、誘電体記録媒体を構成する誘電体材料に電界を印加する複数の第一の電極と、前記複数の第一の電極に印加された電界が戻るための第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に設けられるインダクタと、前記インダクタと、少なくとも前記第一の電極の直下の誘電体材料の分極による容量とで形成される共振周波数で発振する発振器と、前記発振器と、前記複数の第一の電極探針の夫々に信号を供給する信号供給源との間に設けられた低域遮断フィルタとが導電体材料により接続されて成る。
【００１６】
本発明の誘電体記録再生ヘッドによれば、誘電体記録媒体の誘電体材料に電界を印加して情報を記録し、または再生する複数の第一の電極と、夫々の第一の電極から印加される高周波電界が戻る第二の電極と、少なくとも第一の電極の直下の誘電体材料の分極状態に対応した容量とで共振回路を構成するインダクタと、共振回路の共振周波数で発振する発振器と、発振器と記録再生のためにそれぞれの第一の電極に印加する信号の供給源との間に低域遮断用のフィルタとを設け、これら構成部材を導電体材料により接続してヘッドが構成される。
【００１７】
記録再生にはＳＮＤＭの技術を適用する。また、低域遮断フィルタはインダクタと容量で構成される。
【００１８】
本発明の誘電体記録再生ヘッドの一態様では、前記複数の第一の電極と前記第二の電極と前記発振器と、前記低域遮断フィルタは、同一構造体に設けられる。
【００１９】
この態様によれば、極めて密接させて配置し共通の構造体上に極めてコンパクトに誘電体記録再生ヘッドが構成される。
【００２０】
本発明の誘電体記録再生ヘッドの他の態様では、当該誘電体記録再生ヘッドの大きさは、前記発振器が発振する発振波長よりも小さく、且つ前記発振波長が３０ｍｍより長い場合は、前記大きさは３０ｍｍより小さいこと。
【００２１】
この態様によれば、インピーダンスマッチングの条件に余裕がえられ、インピーダンスマッチングを容易に行うことが可能となる。例えば共振周波数が１ＧＨｚであるとすればその波長は約３０ｃｍであり、従ってヘッドの大きさは３ｃｍ立方程度の大きさとする。また周波数が低い場合はその波長は十分に長くなるので、ヘッドの大きさは３０ｃｍより小さなものとする。このように発振波長に対してヘッドのサイズが小さければ、インピーダンスマッチングが容易になり、ヘッドの設計、部品の配置、調整等に余裕が生じる。
【００２２】
本発明の誘電体記録再生ヘッドの他の態様では、当該誘電体記録再生ヘッドを構成する部材の全部、又は一部が集積化されていること。
【００２３】
この態様によれば、誘電体記録再生ヘッドの構成部材である第一の電極、第二の電極、インダクタ、発振器、更にフィルタは、例えばＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）の技術で集積化され、極めてコンパクトなヘッドが形成される。
【００２４】
本発明の誘電体記録再生ヘッドの他の態様では、当該誘電体記録再生ヘッドは、走査型非線形誘電体測定法に基づき、前記誘電体材料に情報を記録し、再生するヘッドであること。
【００２５】
この態様によれば、誘電体記録媒体の誘電体材料に走査型非線形誘電体測定法（ＳＮＤＭ）の技術により、誘電体の分極状態を検出することで記録されている情報が再生され、電界を印加することで情報を記録することが可能となる。極めて微小な領域に情報を記録し、再生することができる。
【００２６】
本発明の誘電体記録再生ユニットは上記課題を解決するために、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の誘電体記録再生ヘッドと誘電体材料からなる誘電体記録媒体とが所定の位置関係を有してパッケージ内に封入される。
【００２７】
本発明の誘電体記録媒体ユニットによれば、記録再生用のヘッドと誘電体材料による記録媒体とがパッケージ化され、このパッケージを記録再生装置本体に着脱して記録媒体の交換等の取り扱いが可能となる。また、ヘッドと媒体が常に一組になっているので安定性に優れる。
【００２８】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの一態様では、前記誘電体記録媒体は両面に記録媒体となる誘電体材料が設けられている。
【００２９】
この態様によれば、一方の面だけに誘電体材料が設けられているものに比べ大記憶容量の記録媒体となる。
【００３０】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記誘電体材料は強誘電体材料である。
【００３１】
この態様によれば、強誘電体材料を媒体材料として用いる。
【００３２】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記強誘電体材料はＬｉＴａＯ３である。
【００３３】
この態様によれば、誘電率が低いために探針での電界印加でも分極反転が容易であるＬｉＴａＯ３を媒体材料として用い、分極の＋面と−面が１８０度のドメインの関係であるＬｉＴａＯ３のＺ面に対して記録を行うように、所定の方法により誘電体記録媒体としての形態に容易に構成できる。
【００３４】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記誘電体記録媒体と、前記誘電体記録再生ヘッドの探針のいずれか一方を、他の一方に対して相対的に直線移動させる移動手段を備える。
【００３５】
この態様によれば、記録媒体とヘッドのいずれか一方が、例えばＸ−Ｙステージ等に載置され、２次元方向の直線移動が行われる。記録媒体には直線状にデータが記録される。
【００３６】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記誘電体記録媒体を、前記誘電体記録再生ヘッドの探針に対して相対的に移動する回転機構を備える。
【００３７】
この態様によれば、記録媒体はディスク状に形成され、これを回転させることでヘッドとの相対的な移動が行われる。
【００３８】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記誘電体記録再生ヘッドの探針を、前記誘電体記録媒体に記録された情報トラックをトラッキングさせるトラッキング手段を備える。
【００３９】
この態様によれば、ヘッドの探針は記録媒体のトラックを正確にトレースすることが可能となる。
【００４０】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記誘電体記録再生ヘッドの探針と前記誘電体記録媒体を構成する誘電体材料とは所定の間隔を有して配置されている。
【００４１】
この態様によれば、ヘッドの探針と記録媒体は非接触であり、探針と記録媒体の耐久性が向上する。
【００４２】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記誘電体記録再生ヘッドの探針と前記誘電体記録媒体を構成する誘電体材料とは所定の間隔を有し、且つその間に潤滑剤が設けられている。
【００４３】
この態様によれば、ヘッドの探針と記録媒体は非接触であり、更に潤滑剤が充填されているので探針と記録媒体の耐久性が更に向上する。
【００４４】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記潤滑剤は絶縁材である。
【００４５】
この態様によれば、探針は他の導電性部材からの絶縁性が確保され、記録するデータに対応した電界が誘電体材料に印加される。
【００４６】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記潤滑剤はフッ素系の潤滑剤である。
【００４７】
この態様によれば、潤滑剤として潤滑性に優れ、化学的にも安定なフッ素系の潤滑剤が用いられる。
【００４８】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記パッケージ内には不活性ガスが充填されている。
【００４９】
この態様によれば、パッケージ内に封入されている探針や記録媒体等の化学的安定度が向上する。
【００５０】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記パッケージには、当該パッケージを他の筐体に取り付ける際に前記筐体から伝達される振動を遮断する防振手段が設けられている。
【００５１】
この態様によれば、車両等に積載する場合のように外的振動が多い環境においても、パッケージ内の夫々の機構部に対して、振動が伝達することが低減され、エラーの少ないデータの記録再生が行われる。
【００５２】
本発明の誘電体記録媒体ユニットの他の態様では、前記パッケージには、他の筐体に対し着脱自在の電気的接続手段を有する。
【００５３】
この態様によれば、当該誘電体記録媒体ユニットを、電源回路や処理回路等を備える他の装置の筐体に対して容易に電気的接続をとり、或いは分離することが可能となり、誘電体記録媒体ユニットの装置に対する交換性が確保される。
【００５４】
本発明の誘電体記録再生装置は上記課題を解決するために、記録媒体として誘電体材料を用いる誘電体記録再生装置であって、請求項８から請求項２１のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体ユニットと、情報を記録し再生する際に、データに重畳される交流信号を発生する交流信号発生手段と、記録再生信号を処理する信号処理手段と、前記誘電体記録媒体ユニット内の機構部の制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記誘電体記録媒体ユニット内の機構部を、前記制御信号生成手段による制御信号に基づき駆動する駆動手段とを備える。
【００５５】
本発明の誘電体記録再生装置によれば、請求項４から請求項１７に記載の誘電体記録媒体ユニットを、交換性を有する記録媒体として用い、この誘電体記録媒体ユニットの記録再生動作を行わせる各種電気的手段を備えた装置とからなる誘電体記録再生装置である。誘電体記録媒体ユニットと装置とは着脱容易な構造の機械的接続手段により、装着、分離が行われる。また、当該誘電体記録再生装置を他の装置に装着するための機構部が設けられていても良い。
【００５６】
本発明の誘電体記録再生装置の一態様では、記録再生情報を一時記憶する半導体メモリを備える。
【００５７】
この態様によれば、記録媒体に記録するデータ、或いは再生したデータを一時この半導体メモリに記憶させ、記録再生のタイミングを図って順次ヘッドにデータを送り、または外部にデータを出力する。また、データのフォーマット化、暗号化、復号化のためのデータ記憶部として用いられる。
【００５８】
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の形態から明らかにされる。
【００５９】
【発明の実施の形態】
（誘電体記録再生ヘッドの第一実施形態）
本発明に係わる誘電体記録再生ヘッドの第一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
【００６０】
図１に示すように誘電体記録再生ヘッド１は、その先端部が誘電体記録媒体の誘電体材料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、少なくともインダクタ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（例えば図２に示す容量Ｃｓ）とで決まる共振周波数で発振する発振器１３とで構成され、これら構成要素は共通した基材１８に一体として形成される。
【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、記録密度を決定するので、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に所定方向に分極した領域を形成してデータを記録し、一方、分極に対応した容量に基づいて記録されているデータをピックアップする。
【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は図示するようなリング形状に限ることはなく、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。
【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。ここで、発振周波数ｆに対して影響を与えるのは、容量Ｃｓの他にいわゆる浮遊容量Ｃ０があることは言うまでもない。ただし、本発明においては、記録再生ヘッドとしての構成を浮遊容量をも考慮してコンパクトに配置する構成としているために、ＳＮＤＭによる信号再生時にはＣ０は事実上定数と見なすことができる。信号再生においてｆを変化させるのはＣｓの容量変化ΔＣｓであるため、ここでは簡略的に共振周波数をＣｓとＬの関数として表現したが、実際にはＣｓはＣ０を含んでおり、ここでのＣｓはＣｓ＋Ｃ０の意味合いを有するものである。
【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】
基材１８は、探針１１とリターン電極１２とインダクタＬと発振器１８を一体として構成し保持する。基材１８を導電体で形成したケース状とし電磁波遮蔽の効果をもたらすようにしても良い。
【００６６】
また、一体としたヘッドの大きさは、共振周波数の波長よりも小さく、例えば共振周波数が１ＧＨｚであるとすればその波長は約３０ｃｍであり、従ってヘッドの大きさは３ｃｍ立方程度の大きさとする。また周波数が低い場合はその波長は十分に長くなるので、ヘッドの大きさは３０ｃｍより小さなものとする。このように発振波長に対してヘッドのサイズが小さければ、インピーダンスマッチングが容易になり、ヘッドの設計、部品の配置、調整等に余裕が生じる。
【００６７】
尚、探針１１が一本の場合、誘電体記録媒体側から記録データやそれに重畳する交流信号が印加され、探針１１は接地される形態と、誘電体記録媒体側が接地され、探針１１に記録データやそれに重畳する交流信号が印加される形態をとることができる。
【００６８】
ここで図２を参照して、探針１１とリターン電極１２と誘電体記録媒体の関係について説明する。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。誘電体材料１７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ように設けられる。
【００６９】
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Ｐ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２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。一方、データを記録する場合は、データに対応した電圧を電極１１に印加することで誘電体材料１７の分極方向を決定することで行われる。ここでの電圧は誘電体材料の抗電界以上の電界を生じる電圧であることはいうまでもない。
【００７０】
（誘電体記録再生ヘッドの第二実施形態）
次に本発明に係わる誘電体記録再生ヘッドの第二実施形態について図３を参照して説明する。
【００７１】
誘電体記録再生ヘッド２は、その先端部が誘電体記録媒体の誘電体材料に対向して電界を印加する複数の探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃから印加された電界が戻るリターン電極１２と、探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃとリターン電極１２の間に設けられるインダクタＬと、ローカットフィルタを構成するインダクタＬａ、Ｌｂ、Ｌｃと容量Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃと、インダクタＬと探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃ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とで構成され、これら構成要素は共通した基材１８に一体として形成される。
【００７２】
探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃ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、記録密度を決定するので、１０ｎｍオーダーの極めて小さいものである。この探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃに電圧を印加して誘電体材料に所定方向に分極した領域を形成してデータを記録し、一方、分極に対応した容量に基づいて記録されているデータをピックアップする。尚、探針の数は図示した３本に限ることはない。
【００７３】
リターン電極１２は、探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃ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１１ａ、１１ｂ、１１ｃを取り巻くように設けられている。尚、リターン電極１２は図示するようなリング形状に限ることはなく、探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃからの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でも良い。
【００７４】
インダクタＬは、探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃ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。
【００７５】
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。各探針は夫々、対応する分極状態の容量Ｃｓで発振し重畳されるので、各探針には夫々異なる交流信号が印加され、この交流信号に基づいて同期検波し、各探針が再生する信号を分離する。
【００７６】
インダクタＬａ、Ｌｂ、Ｌｃと容量Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃは、各探針に印加される交流信号やデータが発振器１３と干渉を起こすことを防止するために設けられたローカットフィルタを構成している。複数の探針を用いる場合、夫々の探針に対して記録データや、再生時の同期検波用の交流信号を印加する必要があり、この信号が発振器１３に漏れ込むことを防止するためである。
【００７７】
基材１８は、探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、リターン電極１２と、インダクタＬとインダクタＬａ、Ｌｂ、Ｌｃと、容量Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃと、発振器１８を一体として構成し保持する。基材１８を導電体で形成したケース状とし電磁波遮蔽の効果をもたらすようにしても良い。また、インダクタＬａ、Ｌｂ、Ｌｃは基材１８外に配置するようにしても良い。
【００７８】
また、一体としたヘッドの大きさは、共振周波数の波長よりも小さく、例えば共振周波数が１ＧＨｚであるとすればその波長は約３０ｃｍであり、従ってヘッドの大きさは３ｃｍ立方程度の大きさとする。また周波数が低い場合はその波長は十分に長くなるので、ヘッドの大きさは３０ｃｍより小さなものとする。このように発振波長に対してヘッドのサイズが小さければ、インピーダンスマッチングが容易になり、ヘッドの設計、部品の配置、調整等に余裕が生じる。
【００７９】
第一実施形態及び第二実施形態の誘電体記録再生ヘッドは、夫々の構成する部材の全部、又は一部を集積化技術、例えばＭＭＩＣ技術によって回路を含めた集積化をする。例えば探針や探針を保持する保持部、リターン電極等の機構部と、インダクタや発振回路、更にはフィルタを含めた電気回路部を一体として集積する。この集積化により小型軽量で高性能の誘電体記録再生ヘッドが形成される。
【００８０】
（誘電体記録媒体ユニットの第一実施形態）
本発明に係わる誘電体記録媒体ユニットの第一実施形態について図４を参照して説明する。本実施形態は誘電体記録再生ヘッドの第一実施形態で説明した誘電体記録再生ヘッド１と誘電体記録媒体２０をＸ−Ｙ方向に移動可能にしてパッケージに封入し、着脱、交換可能なユニットである。
【００８１】
誘電体記録媒体ユニット３は、誘電体記録再生ヘッド２と、誘電体記録再生ヘッド１のトラッキング機構１４と、誘電体記録再生ヘッド１の探針１１に対向して配置された誘電体記録媒体２０と、誘電体記録媒体２０を平行移動させるＸ−Ｙステージ２１がパッケージ１９内に格納され、更にパッケージ１９には外部装置と電気的接続を可能とする電気接続部２２と、外部装置と機械的接続を可能とする機械接続部２３を備えて構成される。
【００８２】
トラッキング機構１４は、探針１１が誘電体記録媒体２０の記録トラックをトレースする機構である。探針１１により再生された信号から検出されたトラッキングエラー信号に基づき、誘電体記録再生ヘッド１の位置、或いは直接探針１１の位置を制御する。
【００８３】
Ｘ−Ｙステージ２１は、誘電体記録媒体２０をその上に載置し、誘電体記録媒体２０の位置を定める。直線状に複数本のトラックを有する誘電体記録媒体２０をトラック方向とその直角方向に精密に送り、記録再生位置を定める。
【００８４】
電気接続部２２は、パッケージ１９に設けられていて誘電体記録再生ヘッド１内のリターン電極１２や発振器１３、トラッキング機構１４、誘電体記録媒体２０の電極１６、Ｘ−Ｙステージ２１等と外部装置との電気的接続をとる。
【００８５】
機械的接続部２３は、パッケージ１９に設けられていて、外部装置と機械的に固定する。電気接続部２２と機械的接続部２３を一体として構成し、機械的な装着動作により電気的接続も取れるようにしても良い。また、機械的接続部２３には防振構造が設けられていて、パッケージ１９に外部装置からの振動が伝わらないようにし、振動による誘電体記録媒体ユニット３の誤動作を防止する。車載用として適用可能となる。
【００８６】
また、パッケージ１９内には窒素等の不活性ガス２４が充填されていて、パッケージ１９内の探針１１や誘電体記録媒体２０の表面に化学的変化が生じない安定した状態を保つ個予が可能となる。
【００８７】
尚、図３に示す誘電体記録再生ヘッド２を誘電体記録再生ヘッド１に替えて用いても良いことは当然である。この場合、各々の探針に供給する同期検出用の交流信号を印加する手段を備える必要がある。
【００８８】
（誘電体記録媒体ユニットの第二実施形態）
本発明に係わる誘電体記録媒体ユニットの第二実施形態について図５〜図７を参照して説明する。本実施形態は誘電体記録再生ヘッドの第一実施形態で説明した誘電体記録再生ヘッド２と誘電体記録媒体２０を回転可能にしてパッケージに封入し、着脱、交換可能なユニットである。
【００８９】
図５に示すように本実施形態に係わる誘電体記録媒体ユニット４は、第一実施形態で説明した誘電体記録媒体ユニット３に対して、記録媒体としてディスク状の誘電体記録媒体２５を用い、モータ２６により誘電体記録媒体２５を回転させて記録再生を行うことにおいて異なる。従って同一の構成要素についての説明は省略する。
【００９０】
ディスク状の誘電体記録媒体２５には同心円の記録トラック、或いはスパイラル状の記録トラックが設けられていて、モータ２６により所定の回転数で回転し、また、誘電体記録再生ヘッド１はスライダ２７により、誘電体記録媒体２５の半径方向に移動し、位置制御がなされる。また、トラッキングは探針１１により再生された信号から検出されたトラッキングエラー信号に基づき、周波数の低い成分についてはスライダ２７により誘電体記録再生ヘッド２をディスク直径方向に移動制御し、高い成分については直接探針１１の位置を制御することで行うことが可能である。
【００９１】
尚、図３に示す誘電体記録再生ヘッド３を誘電体記録再生ヘッド２に替えて用いても良い。この場合、各の探針に供給する同期検出用の交流信号を印加する手段を備える必要がある。さらに記録再生位置を制御するためのＸ−Ｙステージの他に、記録媒体と探針の接触圧力、又は間隔を制御することを目的としたＺ方向の調節機構を設けても良いことは言うまでもない。
【００９２】
誘電体記録媒体２５は図６に示すように、両面に誘電体材料１７ｄ、１７ｅを有する誘電体記録媒体２５ａがある。中心層の基板１５をはさんで電極１６ｄ、１６ｅがあり、夫々の面に誘電体材料１７ｄ、１７ｅの記録再生層が設けられている。電極１６ｄ、１６ｅとはモータ２６の回転軸２７を介して電気的接続が採られる。回転軸２７からは、例えばスリップリングを介して信号の入力や接地が可能である。
【００９３】
また、図７は探針１１が誘電体材料１７に対して距離ｄ０を有して対向している場合であって、その間隙を埋めるために潤滑剤３８が塗布されている。潤滑剤３８としては例えばフッ素系の絶縁性の潤滑剤が好適に用いられる。探針１１及び誘電体材料１７の磨耗を防止する。尚、誘電体記録媒体ユニット３に於いても同様の構成を採ることができる。
【００９４】
誘電体記録媒体２０と探針１１は、記録再生のため相対的な移動動作を行う必要があるが、誘電体記録媒体２０は、例えば回転手段によって回転し、或いはＸ−Ｙステージによって平面状を直線的に移動させられる。このとき探針１１は誘電体記録媒体２０に対向して保持されなくてはならない。
【００９５】
その手段として、例えばＨＤＤのようにサスペンションアームを用いる形態がある。この場合、サスペンションアームの慣性を少なくするために、探針１１と発振器１３とを分離し、重心がサスペンションアームの回転軸にくるように配置する。また、探針１１と発振器１３とを分離させない場合は、バランスウエイトを回転軸とは反対側に配置し、これらによる重心がサスペンションアームの回転軸にくるように配置することで、ヘッドの高速応答性が得られる。
【００９６】
（誘電体記録再生装置の実施形態）
本発明の誘電体記録再生装置の実施形態について図８〜図１０を参照して説明する。ここで図８は誘電体記録再生ヘッドの第一実施形態を用いた誘電体記録再生装置の構成例を示し、図９は誘電体記録再生ヘッドの第二実施形態を用いた誘電体記録再生装置の構成例を示し、また、図１０は誘電体記録再生装置の回路ブロックの構成を示す図である。
【００９７】
図８に示すように探針１１が一本の場合の誘電体記録再生装置は、誘電体記録媒体ユニット３に、記録再生時の入力信号を切り替えるスイッチ３０により記録時には記録信号入力部３１と交流信号発生装置３２が接続され、誘電体記録媒体２０の電極１６に供給される。一方、再生時には交流信号発生装置３２だけが接続される。
【００９８】
記録時には記録信号入力部３１からの記録信号が交流信号発生装置３２の交流信号に重畳されて電極１６に供給され、探針１１と電極１６の間の電界によって誘電体材料１７の探針１１直下の領域の分極が決定され、その分極方向が固定されて記録データとなる。このとき発振器１３はインダクタＬと容量Ｃｓで決定される共振周波数で発振し、容量Ｃｓによってその周波数が変調される。このＦＭ変調波はＦＭ復調器３３で復調され検波器３４に入力される。また、検波器３４には交流信号発生装置３２からの交流信号が入力され、その信号を基準としてＦＭ復調器３３で復調された信号の同期検波が行われ、記録されたデータが再生される。即ち、記録しながら記録状態を監視することが可能である。
【００９９】
再生時には記録信号入力部３１はスイッチ３０により切り離され、交流信号のみが電極１６に供給さる。既にデータに対応して分極されている領域の容量ＣｓとインダクタＬとで形成される共振周波数で発振器１３は発振する。従って発振信号は容量ＣｓによりＦＭ変調がなされ、この信号がＦＭ復調器３３で復調され検波器３４に入力される。また、検波器３４には交流信号発生装置３２からの交流信号が入力され、その信号を基準としてＦＭ復調器３３で復調された信号の同期検波が行われ、記録されたデータが再生される。
【０１００】
尚、検波器３４には例えばロックインアンプ等の同期検波装置が用いられる。また、記録信号及び交流信号は探針１１側から入力することも可能であるが、発振器１３に対する信号の漏れ込みを防ぐために、フィルタを設ける必要がある。また、このときは電極１６が接地される。
【０１０１】
次に図９に探針１１が複数本の場合の誘電体記録再生装置の再生装置としての構成を示す。例えば３本の探針１１ａ、１１ｂ、１１ｃがあり、誘電体記録媒体４０は夫々の探針に対応して誘電体材料１７ａ、１７ｂ、１７ｃがある。
【０１０２】
交流信号ｆａ、ｆｂ、ｆｃは夫々インダクタＬａ、Ｌｂ、Ｌｃを介して各電極に供給され、また、各電極と発振器１３は容量Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを介して接続される。インダクタＬａ、Ｌｂ、Ｌｃと容量Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃは発振器１３に対してローカットフィルタを形成し、交流信号が発振器１３に対して影響を及ぼさないようにしている。
【０１０３】
再生の場合、既にデータに対応して分極されている各探針に対応する領域の容量ＣｓとインダクタＬとで形成される共振周波数で発振器１３は発振する。従って発振信号は容量ＣｓによりＦＭ変調がなされ、この信号がＦＭ復調器３３で復調され検波器３４に入力される。また、検波器３４には交流信号発生装置３２からの交流信号が入力され、その信号を基準としてＦＭ復調器３３で復調された信号の同期検波が行われ、記録されたデータが再生される。即ち、交流信号ｆａ、ｆｂ、ｆｃが検波器３４に入力され同期検波が行われるので、夫々の探針が再生したデータを分離して出力することが可能となる。
【０１０４】
また記録は、交流信号ｆａ、ｆｂ、ｆｃに記録信号を重畳して、夫々の探針に印加することで行うことができる。その他、動作、作用は図８の誘電体記録再生装置と同様である。
【０１０５】
次に誘電体記録再生装置のシステム構成について図１０を参照して説明する。誘電体記録再生装置５は、例えば図５に示すような誘電体記録媒体ユニット４ａを外部装置６に着脱自在な装着手段で一体化して構成される。
【０１０６】
誘電体記録媒体ユニット４ｂは誘電体記録媒体２０と、ヘッド４１と、ヘッド４１の位置決め機構４２とトラッキング機構４３と、誘電体記録媒体２０の位置決め機構４４とスピンドル機構４５と、発振器１３を備える。
【０１０７】
また、外部装置６にはデータや制御信号の入出力を制御するインターフェース部５１と、装置全体の動作制御を行うシステム制御部５２と、記録再生時の同期検波用の信号として用いられる交流信号を発生する交流信号発生部５３と、再生される信号や記録する信号の処理を行う信号処理部５４と、ヘッド４１や誘電体記録媒体２０の位置の制御や、記録再生動作を行わせるための駆動部５５と、装置において必要な電源を生成する電源部５６と、データを一時記憶する半導体メモリからなる記憶部５７を備えて構成される。
【０１０８】
また、誘電体記録媒体ユニット４ｂは
電気的接続部２２により電源、再生信号、記録信号、制御信号等が外部装置６と接続され、また機械的接続部２３により、外部装置６に容易に着脱可能となっていて、防振構造を機械的接続部２３に備えることで外部装置６からの振動は遮断される。また、外部装置６は更に他の機器に装着するために装着手段が設けられていても良い。
【０１０９】
動作制御の例として、例えばヘッド４１のトラッキングサーボは、再生された信号から信号処理部５４においてトラッキングエラー信号を検出し、システム制御部５２で、実際に制御すべき量を求めて駆動部５５に伝達し、駆動部５５からの駆動信号で位置決め機構４２とトラッキング機構４３を駆動する。
【０１１０】
また、信号処理部５４では記録すべきデータのフォーマット化や暗号化等を行い、再生するデータのエラー訂正や復号化等を行う。
【０１１１】
また、記憶部５７を備えることでインターフェース部５１を介して入力される記録すべきデータを一時記憶しておくことが可能となり、誘電体記録媒体ユニット４ｂとの間で記録タイミングの調整を図りながら記録していくことができる。また、再生データを一時記憶し、出力タイミングを図りながら外部に出力していくことができる。
【０１１２】
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及び誘電体記録媒体ユニット並びに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。
【０１１３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、ＳＮＤＭの技術を記録再生に用いることで純電気的な記録再生が可能となると共に、究極的には強誘電体結晶の格子レベルでの高密度の記録と、高速での記録再生が可能となる。
【０１１４】
また、ヘッド構成部品と誘電体材料を小型のパッケージに収納しているため、信頼性が高く、操作性の良い不揮発性の大容量メモリが実現する。
【０１１５】
ヘッド構成部品が近接しているため、浮遊容量が小さくデータの記録再生、転送レートが向上する。
【０１１６】
また、誘電体材料と探針先端部に潤滑剤を設けたので、媒体の耐摩耗性、探針先端部と媒体の接触性が向上する。
【０１１７】
更に、ヘッド構成部品、誘電体材料を小型のパッケージに納め、このパッケージを誘電体記録再生装置の筐体に防振対策を行って取り付けているので、外部から振動が加わる環境においても信頼性の高い記録再生が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体記録再生ヘッドの第一実施形態の構成を示す図である。
【図２】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３】本発明の誘電体記録再生ヘッドの第二実施形態の構成を示す図である。
【図４】本発明の誘電体記録媒体ユニットの第一実施形態の構成を示す図である。
【図５】本発明の誘電体記録媒体ユニットの第二実施形態の構成を示す図である。
【図６】表裏両面に強誘電体の記録層を設けたディスク状記録媒体の一例を示す図である。
【図７】誘電体の記録層と探針間に潤滑剤を充填した状態を示す図である。
【図８】誘電体記録媒体ユニットの第一実施形態を用いた誘電体記録再生装置の構成例を示す図である。
【図９】誘電体記録媒体ユニットの第二実施形態を用いた誘電体記録再生装置の構成例を示す図である。
【図１０】本発明に係わる誘電体記録再生装置の回路ブロックの構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２・・・誘電体記録再生ヘッド
３、４・・・誘電体記録媒体ユニット
５・・・記録再生装置
６・・・外部装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・探針
１２・・・リターン電極
１３・・・発振器
１４・・・トラッキング機構
１５・・・基板
１６、１６ｄ、１６ｅ・・・電極
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ・・・誘電体材料
１８・・・基材
１９・・・パッケージ
２０、４０・・・強誘電体記録媒体
２１・・・Ｘ−Ｙステージ
２２・・・電気接続部
２３・・・機械接続部
２４・・・不活性ガス
２５・・・ディスク
２６・・・モータ
２７・・・スライダ
３０・・・スイッチ
３１・・・記録信号入力部
３２・・・交流信号発生装置
３３・・・ＦＭ復調器
３４・・・検波器
３８・・・潤滑剤
【図１】
2004014016.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004014016.tif 000006
【図５】
2004014016.tif 000007
【図６】
2004014016.tif 000008
【図７】
2004014016.tif 000009
【図８】
2004014016.tif 000010
【図９】
2004014016.tif 000011
【図１０】
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