JP4098689B2 - 誘電体再生装置、誘電体記録装置及び誘電体記録再生装置 - Google Patents

Description

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。

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（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。

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／ｉｎｃｈ^２が限界とされる。

また、ＨＤＤに代表される磁気記録の長手記録では近年、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ 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／ｉｎｃｈ^２が限界とされている。

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。

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と同期検波をするために時間を要するものであり、また、回路的にも大規模なものであった。

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を用いた誘電体再生装置、誘電体記録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、小型で集積化が可能な記録再生ヘッドを備えた装置の提供を課題とする。

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、前記探針に印加する交流信号を発生する交流信号発生手段と、前記誘電体材料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の位相情報に基づいてデータを再生するデータ再生手段を備える誘電体再生装置であることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、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記録信号を生成する記録信号生成手段と、前記記録信号に重畳する交流信号を発生する交流信号発生手段と、前記記録交流信号が重畳された前記記録信号を前記探針に印加する印加手段と、前記誘電体材料の記録される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の位相情報に基づいてデータを再生するデータ再生手段を備える誘電体記録装置であることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、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）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、前記探針に印加する交流信号を発生する交流信号発生手段と、前記誘電体材料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の位相情報に基づいてデータを再生するデータ再生手段とを備え、（ii）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探針に印加する印加手段とを備え、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る誘電体記録再生装置であることを特徴とする。

本発明の実施の形態について以下に説明する。

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、前記探針に印加する交流信号を発生する交流信号発生手段と、前記誘電体材料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の位相情報に基づいてデータを再生するデータ再生手段とを備える。

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、参照用の交流信号を印加し、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りＦＭ変調された発振信号をＦＭ復調し、その復調された信号の位相情報に基づいてデータを再生する。尚、本願において位相情報に基づいてデータを再生する復調を適宜「ＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）復調」と記す。

ＦＭ復調によって復調された信号は、誘電体材料からなる誘電体記録媒体に記録された正負の分極ドメインに対応して、参照用の交流信号が位相シフトしたものとなり、これらの位相差は理論的にπとなる。即ち、正負の分極ドメインにおける微分容量変化は正負の符号が逆の関係になり、周波数変化は正負の分極ドメインとも同じであるが位相はπずれたものとなる。

この位相差を検出してデータを再生するため、再生速度がロックインアンンプ等を用いた同期検波に比べて極めて高速になるものである。また、回路の規模も小さなもので実現でき、小型化、集積化が可能となる。更に探針を複数備えることもできる。この場合、参照用の交流信号は夫々の探針に対して異なるように設定され、また、夫々の信号が干渉しないようにフィルタで分離する必要がある。

また、小型化が可能であるため、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。また、ＦＭ復調された信号強度からトラッキングのための信号を得ることができる。

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記録信号を生成する記録信号生成手段と、前記記録信号に重畳する交流信号を発生する交流信号発生手段と、前記記録交流信号が重畳された前記記録信号を前記探針に印加する印加手段と、前記誘電体材料の記録される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の位相情報に基づいてデータを再生するデータ再生手段を備える。

本発明の誘電体記録装置によれば、探針にデータと参照用の交流信号を重畳した電圧を印加し、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。記録動作を行うと共に記録しながら再生を可能とし、記録状態を確認しながら記録動作を行うことができる。再生方法は上述したことと同様にＦＭ復調の信号の位相情報に基づいて行われる。その他の作用効果は上述したことと同様である。

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）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、前記探針に印加する交流信号を発生する交流信号発生手段と、前記誘電体材料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の位相情報に基づいてデータを再生するデータ再生手段とを備え、（ii）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探針に印加する印加手段とを備え、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る。

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に、探針にデータに対応した電圧を印加し、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。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に、参照用の交流信号を印加する。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をＦＭ復調し、復調された信号の位相情報に基づいて再生する。尚、探針及び交流信号発生手段は記録、再生に共用されるものであり、記録、再生における探針への印加電圧は切り替え手段によって行われる。尚、記録、再生におけるその他の作用効果は上述した記録時、再生時の作用効果と同様である。

本発明の誘電体再生装置、誘電体記録装置及び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、前記交流信号と前記復調手段により復調された信号との位相差に基づいてデータ再生を行う。

この態様によれば、データ再生に適用するＰＳＫ復調の一例であって、ＦＭ復調された交流信号成分は分極ドメインの正負によって、位相がπだけ異なる状態になる。従って、元となる交流信号発生手段からの交流信号とＦＭ復調された交流信号成分の位相を比較することでデータを再生することができる。位相の比較を行うことで再生ができるので、ロックインアンプ等を用いた同期検波に比べて高速の再生が可能となる。また、回路規模も小さくなり、ヘッドの集積化も可能である。

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、前記データ再生手段は、前記復調手段により復調された相前後する二つのデータの位相を比較してデータ再生を行う。

この態様によれば、データ再生に適用するＰＳＫ復調の一例である遅延検波方式であって、一つのデータサイクル毎に、相前後する二つのデータの位相を順次比較し、相前後した二つのデータ間に位相の相違がなければ二つのデータは同じものと判断され、位相の相違があれば二つのデータは異なるものと判断する。位相の比較を行うことで再生ができるので、高速の再生が可能となる。また、回路規模も小さくなり、ヘッドの集積化も可能である。

本発明の誘電体記録再生装置の一態様として、前記切り替え手段は、前記探針に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交流信号を印加する切り替えを行う。

この態様によれば、記録時はデータが探針に印加され、再生時は交流信号が探針に印加される。再生時においてＦＭ復調された交流信号成分の位相情報に基づいて高速でデータの再生を行うことができる。

本発明の誘電体記録再生装置の他の態様として、当該誘電体記録再生装置は前記探針に前記交流信号を重畳する構成を備え、前記切り替え手段は、前記探針に前記記録時には前記データと前記交流信号を印加し、一方再生時には前記交流信号を印加する切り替えを行う。

この態様によれば、記録時はデータとこのデータに重畳された交流信号が探針に印加され、再生時は交流信号のみが探針に印加される。記録時はデータを記録すると共にＦＭ復調された交流信号成分の位相情報に基づいて、記録中のデータを再生し記録状態を確認することができる。また再生時においてＦＭ復調された交流信号成分の位相情報に基づいて高速でデータの再生を行うことが可能となる。

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。

また、誘電体材料として、例えば強誘電体であるＬｉＴａＯ_３を用い、分極の＋面と−面が１８０度のドメインの関係であるＬｉＴａＯ_３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。

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。

このようなＳＮＤＭ技術を適用した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における再生原理について、補足的に説明する。データは、誘電体材料に、誘電体材料（強誘電体材料）の分極方向として記録されている。誘電体材料の非線形誘電率は、誘電体材料の分極方向がプラスであるかマイナスであるかによって変化する。誘電体材料の非線形誘電率の変化は、誘電体材料に交番電界を印加した状態で誘電体材料の微分容量の変化を検出することによって計測することができる。例えば、分極方向がプラスの場合には、交番電界の増加に伴って、微分容量が小さくなる。一方、分極方向がマイナスの場合には、交番電界の増加に伴って、微分容量が大きくなる。したがって、交番電界を印加したときの微分容量の変化を示す信号を生成すれば、この信号の位相は、分極方向がプラスのときとマイナスのときとで、π異なることになる。よって、この信号の位相の相違を検出することにより、分極方向のプラス・マイナスを知ることができ、誘電体材料に記録されたデータの再生を実現することができる。

より具体的に説明すると、交流信号発生手段は、交流信号を生成し、これを誘電体材料に印加する。これにより、誘電体材料内に交番電界が形成される。この交番電界の強度は、誘電体材料の抗電界よりも小さい。また、交番電界（交流信号）の周波数は、後述する発振手段の発振周波数よりも十分に小さく、最大でも発振手段の発振周波数の１％程度の周波数であることが望ましく、例えば、５ｋＨｚ程度であることが望ましい。

誘電体材料内の交番電界の周期的な変化に伴い、誘電体材料の容量も周期的に変化する。誘電体材料の容量は、誘電体材料の非線形誘電率に対応するため、非線形的に変化する。しかも、このときの誘電体材料の微分容量の変化は、誘電体材料の分極方向がプラスかマイナスかによって相違する。すなわち、上述したように、分極方向がプラスの場合には、交番電界の増加に伴って、微分容量が小さくなり、分極方向がマイナスの場合には、交番電界の増加に伴って、微分容量が大きくなる。

このような状態の下で、探針は、データに対応して形成された誘電体材料の分極状態の相違に対応して相違する誘電体材料の容量を検出する。そして、発振手段は、探針を介して検出された誘電体材料の容量によって周波数変調された信号を生成し、この信号を発振信号として出力する。この発振信号は、交番電界によって周期的に変化する誘電体材料の容量によって周波数変調されている。ここで、発振信号の周波数は交番電界の周波数と比較して十分に高く、例えば１０ＭＨｚから１０ＧＨｚ程度（さらに一例をあげれば１ＧＨｚ程度）であることが望ましく、また、発振信号の振幅は、交番電界の変化幅と比較して十分に小さいことが望ましい。この場合、発振信号は、交番電界の変化に伴う誘電体材料の微分容量の変化を示す成分を含むものとなる。

復調手段は、この発振信号を、例えばＦＭ復調する。復調手段により復調された信号は、交番電界の変化に伴う誘電体材料の微分容量の変化に対応して、その振幅が変化する信号となる。上述したように、誘電体材料の分極方向がプラスの場合には、交番電界の増加に伴って、微分容量が小さくなり、分極方向がマイナスの場合には、交番電界の増加に伴って、微分容量が大きくなる。それゆえ、復調手段により復調された信号は、誘電体材料の分極方向がプラスかマイナスかによって、その位相が１８０度（π）ずれる。

データ再生手段は、復調手段により復調された信号の、このような位相情報に基づいて、誘電体材料の分極方向を認識し、データを再生する。例えば、交流信号と、復調手段により復調された信号とを比較して、その位相差に基づいて、誘電体材料の分極方向を認識し、データを再生してもよい。または、復調手段により復調された信号中の相前後する２つのサイクルを比較して、両サイクル間の位相差に基づいて誘電体材料の分極方向を認識し、データを再生してもよい。

このように、信号の位相差に基づいてデータの再生を実現できるので、ロックインアンプを利用して位相検波を行う場合と比較して、データの再生処理が高速になる。また、シンプルな回路によってかかるデータの再生処理を実現することが可能となるので、本発明の誘電体再生装置、誘電体記録装置または誘電体記録再生装置のすべてまたはほとんどの構成要素を小型のヘッド内に組み込むことが可能となる。

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。

（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１〜図６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再生装置の実施例の構成を示す図である。また、図２は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はＰＳＫ復調における分極状態とＦＭ復調信号と参照信号との関係を示す図であり、図５及び図６は位相情報に基づくデータ再生の形態を示す図である。

図１に示すように本実施例に係わる誘電体再生装置１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に印加する交流信号を発生する交流信号発生部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再生するＰＳＫ復調器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。

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。

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。

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。

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。

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ＬｉＴａＯ_３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。

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。

交流信号発生部３２は、探針１１と誘電体材料１７との間に印加する交流信号を生成する。この交流信号が強誘電体材料１７に印加されることにより、強誘電体材料１７内に交番電界が形成され、これにより、強誘電体材料１７の容量Ｃｓが周期的に変化する。そして、発振器１３の周波数は、このときの容量Ｃｓの変化に対応して変化する。また、交流信号発生部３２により生成された交流信号は、ＰＳＫ復調器３４におけるＰＳＫ復調処理に用いられる。

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に対応して変調される周波数をＦＭ復調する。

ＰＳＫ復調器３４は、ＦＭ復調器３３で復調された信号の交流信号成分と印加した交流信号発生部３２からの交流信号の位相情報から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、誘電体材料からなる誘電体記録媒体に記録された正負の分極ドメインに対応して、参照用の交流信号が位相シフトしたものとなり、これらの位相差は理論的にπとなる。即ち、正負の分極ドメインにおける微分容量変化は正負の符号が逆の関係になり、周波数変化は正負の分極ドメインとも同じであるが位相はπずれたものとなる。この位相関係からデータを再生する。

トラッキングエラー検出部３５は、ＦＭ復調器３３で復調された信号レベルから、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。

以上説明したように、本実施例ではデータの再生に交流信号とＦＭ復調された交流信号成分との位相情報に基づきデータを再生するので、例えばロックインアンプ等の同期検波する方式に比べて高速で再生することが可能となる。また、回路の規模も小さなもので実現でき、小型化、集積化が可能となる。更に探針を複数備えることもできる。この場合、参照用の交流信号は夫々の探針に対して異なるように設定され、また、夫々の信号が干渉しないようにフィルタで分離する必要がある。

また、小型化が可能であるため、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。

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。

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。

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。

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が決定される。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。

誘電体材料１７は、例えば強誘電体であるＬｉＴａＯ_３を用い、分極の＋面と−面が１８０度のドメインの関係であるＬｉＴａＯ_３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。

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は分極の方向によって記録データと対応付けられる。

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。即ち、容量Ｃｓが係わる発振周波数の変化を検出することでデータの再生が行われる。リターン電極１２は、探針１１から誘電体材料１７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。

次に、ＰＳＫ復調について図４〜図６を参照して説明する。まず、図４（ａ）は誘電体材料１７に＋方向の分極Ｐ（＋）と−方向の分極Ｐ（−）の分極ドメインがデータに対応して形成されているとする。また、探針１１が走査している状態で参照用の交流信号が図４（ｂ）に示す状態であるとすると、ＦＭ復調された交流信号成分は図４（ｃ）に示すように、分極ドメインの（＋）、（−）によって周波数は同一であるが位相がπだけ異なった信号として検出される。従ってこの位相差に基づいて分極ドメイン方向、即ち記録されているデータを再生することが可能となる。

図５はＰＳＫ復調の一例であって、位相比較器２１によって参照信号（交流信号発生部３２の交流信号）と再生信号（ＦＭ復調された交流信号成分）の位相が比較され、同相であれば例えばデータ「１」が出力され、逆相であればデータ「０」が出力される。

また、図６は遅延検波方式であるＰＳＫ復調の例であって、１データ単位に相当するクロックによって遅延回路２２で再生信号が遅延される。遅延された再生信号と次の再生信号が位相比較器２１によって位相が比較され、これら２つの信号が同相であれば同一データであると判断される。例えば始めのデータが「１」であれば次のデータも「１」であり、「０」であれば「０」となる。一方、逆相であれば異なるデータであると判断され、例えば始めのデータが「１」であれば次のデータは「０」であり、「０」であれば「１」となる。

上述したように、ＰＳＫ復調は位相情報に基づいてデータを再生するため、高速の再生が可能となるものである。

(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７を参照して説明する。

本実施例の誘電体記録装置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、記録すべきデータを変換して記録信号を発生する記録信号入力部３１と、探針１１に記録信号に重畳して印加する交流信号を発生する交流信号発生部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ＰＳＫ復調器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。

誘電体記録装置２は誘電体記録媒体２０に対してデータを記録すると同時に再生を行い、データの記録状態を確認しながら記録動作を行うことが可能となる装置である。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。この記録信号入力部３１で生成された信号と交流信号発生部３２の交流信号が重畳され、探針１１と誘電体材料１７との間に印加されることでデータの記録が行われる。また、再生動作は上述した誘電体再生装置１と同様にＰＳＫ復調により行われる。その他の構成要素とその作用、効果は誘電体再生装置１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。

(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８を参照して説明する。

誘電体記録再生装置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信号を発生する記録信号入力部３１と、探針１１に印加する交流信号を発生する交流信号発生部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ＰＳＫ復調器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。

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、記録時と再生時に交流信号を印加することを特徴とする。この交流信号はＰＳＫ復調における位相情報を提供する。その他の構成要素とその作用、効果は誘電体再生装置１及び誘電体記録装置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。

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に交流信号発生部３２を接続して、記録信号に交流信号を重畳する。これにより探針１１と誘電体材料１７との間に、記録信号と共に交流信号が印加されることになる。

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との間に交流信号を印加する。この交流信号はＰＳＫ復調における位相情報を提供するものであり、高速の再生動作を可能にする。

(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９を参照して説明する。

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信号を発生する記録信号入力部３１と、探針１１に印加する交流信号を発生する交流信号発生部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ＰＳＫ復調器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。

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、再生時に交流信号を探針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作用、効果は誘電体再生装置１及び誘電体記録装置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。

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との間に交流信号を印加する。この交流信号はＰＳＫ復調における位相情報を提供するものであり、高速の再生動作を可能にする。

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。

(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１０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。

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信号を発生する記録信号入力部３１と、探針１１に印加する交流信号を発生する交流信号発生部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ＰＳＫ復調器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等とを備えて構成される。

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、再生時に交流信号を探針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作用、効果は誘電体記録装置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。

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。

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との間に交流信号を印加することになり、この交流信号はＰＳＫ復調における位相情報を提供するものであり、高速の再生動作を可能にする。

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。

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。 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。 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。 ＰＳＫ復調における分極状態とＦＭ復調信号と参照信号との関係を示す図である。 位相情報に基づくデータ再生の一形態を示す図である。 位相情報に基づくデータ再生の一形態を示す図である。 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。 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。 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。 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・・・誘電体再生装置
２・・・誘電体記録装置
３、４、５・・・誘電体記録再生装置
６・・・誘電体記録媒体
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
２１・・・位相比較器
２２・・・遅延回路
３０、３６、３７・・・スイッチ
３１・・・記録信号入力部
３２・・・交流信号発生部
３３・・・ＦＭ復調器
３４・・・ＰＳＫ復調器
３５・・・トラッキングエラー検出部

Claims (17)

1. 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、
   前記探針に印加する交流信号を発生する交流信号発生手段と、
   前記誘電体材料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の位相情報に基づいて、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）復調を用いて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。
2. 前記データ再生手段は、前記交流信号と前記復調手段により復調された信号との位相差に基づいてデータ再生を行うこと
   を特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
3. 前記データ再生手段は、前記復調手段により復調された相前後する２つのデータの位相を比較してデータ再生を行うこと
   を特徴とする請求項１に記載の誘電体再生装置。
4. 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記録信号を生成する記録信号生成手段と、
   前記記録信号に重畳する交流信号を発生する交流信号発生手段と、
   前記記録交流信号が重畳された前記記録信号を前記探針に印加する印加手段と、
   前記誘電体材料の記録される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の位相情報に基づいて、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）復調を用いて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記録装置。
5. 前記データ再生手段は、前記交流信号と前記復調手段により復調された信号との位相差に基づいてデータ再生を行うこと
   を特徴とする請求項４に記載の誘電体記録装置。
6. 前記データ再生手段は、前記復調手段により復調された相前後する２つのデータの位相を比較してデータ再生を行うこと
   を特徴とする請求項４に記載の誘電体記録装置。
7. 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）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、
   前記探針に印加する交流信号を発生する交流信号発生手段と、
   前記誘電体材料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の位相情報に基づいて、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）復調を用いてデータを再生するデータ再生手段と
   を備え、
   （ii）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探針に印加する印加手段と
   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ること
   を特徴とする誘電体記録再生装置。
8. 前記切り替え手段は、前記探針に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交流信号を印加する切り替えを行うこと
   を特徴とする請求項７に記載の誘電体記録再生装置。
9. 当該誘電体記録再生装置は前記探針に前記交流信号を重畳する手段を備え、前記切り替え手段は、前記探針に前記記録時には前記データと前記交流信号を印加し、一方再生時には前記交流信号を印加する切り替えを行うこと
   を特徴とする請求項７に記載の誘電体記録再生装置。
10. 前記データ再生手段は、前記交流信号と前記復調手段により復調された信号との位相差に基づいてデータ再生を行う
    を特徴とする請求項７に記載の誘電体記録再生装置。
11. 前記データ再生手段は、前記復調手段により復調された相前後する２つのデータの位相を比較してデータ再生を行うこと
    を特徴とする請求項７に記載の誘電体記録再生装置。
12. 前記探針は、前記データに対応して形成された前記誘電体材料の分極状態の相違に対応して相違する前記誘電体材料の容量を検出し、前記発振手段は、前記交流信号が印加された状態で前記探針を介して検出された誘電体材料の容量によって周波数変調された信号を生成し、この信号を前記発振信号として出力することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の誘電体再生装置。
13. 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１ないし３および１２のいずれかに記載の誘電体再生装置。
14. 前記探針は、前記データに対応して形成された前記誘電体材料の分極状態の相違に対応して相違する前記誘電体材料の容量を検出し、前記発振手段は、前記交流信号が印加された状態で前記探針を介して検出された誘電体材料の容量によって周波数変調された信号を生成し、この信号を前記発振信号として出力することを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の誘電体記録装置。
15. 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４ないし６および１４のいずれかに記載の誘電体記録装置。
16. 前記再生装置における前記探針は、前記データに対応して形成された前記誘電体材料の分極状態の相違に対応して相違する前記誘電体材料の容量を検出し、前記発振手段は、前記交流信号が印加された状態で前記探針を介して検出された誘電体材料の容量によって周波数変調された信号を生成し、この信号を前記発振信号として出力することを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかに記載の誘電体記録再生装置。
17. 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７ないし１１および１６のいずれかに記載の誘電体記録再生装置。

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