JP3716467B2 - 記録媒体並びに情報再生装置、情報記録装置及び情報記録再生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル情報を記録した記録媒体及び不揮発性メモリとして機能する記録媒体並びにそれらの情報再生装置、情報記録装置及び情報記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、ディジタル情報のＲＯＭ（Read Only Memory）記録媒体およびその情報再生装置としては、ＣＤ（Compact Disk）とそのプレーヤがある。
図２８は、その装置を概略的に示すブロック図である。
【０００３】
図２８において、符号１００がＣＤであり、符号２００がプレーヤである。
ＣＤ１００は、信号層１０１にディジタル情報としてのピット１０２が凹設されており、この信号層１０１の上面と下面とに、保護層１０３と透明プラスチック基板１０４とが貼り付けられている。
【０００４】
このようなＣＤ１００においては、トラックピッチが１．６μｍ、最短ピット長が０．９μｍに設定されている。
プレーヤ２００は、ピット１０２の有無を検出して、ＣＤ１００の情報を再生する装置であり、光ピックアップ２０１と、ＲＦアンプ２０２と、ディジタル信号処理回路２０３等を備えている。
【０００５】
すなわち、光ピックアップ２０１のレーザダイオード２１０から波長７８０ｎｍのレーザ光ＬをＣＤ１００側に照射し、反射してきたレーザ光Ｌをフォトダイオード２１１で検出する。そして、そのＲＦ信号をＲＦアンプ２０２で増幅した後、ディジタル信号処理回路２０３でディジタル処理等して、ＣＤ１００の情報を再生するようになっている。
【０００６】
しかし、上記したＣＤ１００およびそのプレーヤ２００では、レーザ光Ｌを使用して、ＣＤ１００のピット１０２を光学的に検知する構造となっているので、その光の波長の限界があり、検知精度が低い。このため、ピット１０２の大きさを小さくすることができず、ＣＤ１００に多量の情報量を記録することができない。たとえば、直径１２ｃｍのＣＤ１００では、記録可能なディジタル情報量は、６５０メガバイト程度である。
【０００７】
また、他の記録媒体およびその情報再生装置として、最近話題のＤＶＤ（Digital Video Disk）およびそのプレーヤがある。
この装置は、ＤＶＤのトラックピッチを０．８４μｍ、最短ピット長を０．４５１μｍに設定し、波長が６３５ｎｍ以内のレーザ光でピットの有無を検出することができるようになっている。したがって、ＣＤ１００に比べて、高密度で多量の情報をＤＶＤに記録することができる。しかしながら、それでも、直径１２ｃｍのＤＶＤに記録可能なディジタル情報は、３．９ギガバイト程度である。
【０００８】
これに対して、波長が青色レーザのレーザ光を用い、ＣＤやＤＶＤの情報を検知すると、検知精度は向上する。しかし、光を用いてピットを検出する以上、そこには限界があり、せいぜい、０．４５μｍ〜０．３μｍ程度の大きさのものしか検知することができない。
【０００９】
したがって、ＣＤやＤＶＤ等、従来の記録媒体およびその情報再生装置では、動画情報や音声情報等、多量の情報を記録、再生することが要求されるマルチメディア用の機器として、不十分であった。
一方、半導体の不揮発性メモリのように記録再生ができる記録媒体及びその情報記録再生装置としては、いわゆるミニディスクとそのプレーヤーがある。
【００１０】
ミニディスクの記録媒体３００は、光磁気ディスクであり、図２９に示すように、ポリカーボネート基板３０１にコルゲート状に磁性層３０２が形成され、その磁性層３０２の上に保護層３０３が設けられた構造を有する。
記録するときは、外部磁界をかけながらレーザー光を当てて熱を加え、磁化を反転させ、磁区の向きによって“１”“０”の情報を記録する。そして、再生するときは、磁性層の磁化の向きに対応して、レーザーの反射光の偏光面が、正、逆方向にわずかに回転する（カー効果）ことを利用し、レーザーを照射して、磁化の向きを読みとるものである。
【００１１】
しかしながら、ミニディスクにおいても、光を感知媒体に用いているので、光の波長の限界に逆らえることはできず、図２９に示すように、記録幅のピッチは、１．１μｍ＋０．５μｍで、約１．６μｍである。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、情報の大容量化と情報読取の高精度化とを可能にしたＲＯＭ記録媒体、及び不揮発性メモリとして機能する記録媒体、並びにそれらの情報再生装置、情報記録装置及び情報記録再生装置を提供することを目的としている。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の記録媒体は、電子を保持することによって情報を記録可能な記録媒体であって、基板と、前記基板に形成された導電層と、前記導電層に積層された絶縁層と、周囲から電気的に絶縁されるように前記絶縁層に形成された固定電極とを有し、前記固定電極は、前記電子を保持し、前記導電層は、電圧が印加されることによって前記固定電極が保持する前記電子を放電させて前記情報を消去する。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の情報記録装置は、導電層と、前記導電層に形成された絶縁層と、周囲から電気的に絶縁されるように前記絶縁層に形成され、電子を保持する固定電極とを有する記録媒体に情報を記録する情報記録装置であって、前記記録媒体の前記固定電極に電子を注入することによって前記情報を記録させる電子銃を有する。
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の情報再生装置は、導電層と、前記導電層に形成された絶縁層と、周囲から電気的に絶縁されるように前記絶縁層に形成され、電子を保持する固定電極とを有する記録媒体に記録された情報を再生する情報再生装置であって、前記固定電極に対向することによりコンデンサを構成する対向電極と、前記固定電極と前記対向電極との間の静電容量の変化を検出する検知器と、前記検知器の検知結果に基づいて、前記情報を再生する再生回路とを有する。
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の情報記録再生装置は、導電層と、前記導電層に形成された絶縁層と、周囲から電気的に絶縁されるように前記絶縁層に形成され、電子を保持する固定電極とを有する記録媒体に情報を記録すると共に、前記記憶媒体に記録された情報を再生する情報記録再生装置であって、前記記録媒体の前記固定電極に電子を注入し保持させることによって前記情報を記録させる電子銃と、前記固定電極に対向することによりコンデンサを構成する対向電極と、前記固定電極と前記対向電極との間の静電容量の変化を検出する検知器と、前記検知器の検知結果に基づいて、前記情報を再生する再生回路とを有する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１および第２発明の実施形態）
図１は、第１および第２発明の一実施形態に係る記録媒体およびその情報再生装置を示す概略図である。
【００３１】
本実施形態の情報再生装置は、ディスク１（記録媒体）を収納する収納室Ａと種々の機器を収納した機器室Ｂとに区画されている。
そして、機器室Ｂに、収納室Ａ内を真空にする真空ポンプ２が取り付けられ、収納室Ａと機器室Ｂとに、ディスク１の保護板１３を取り出しおよび取り付けるためのディスク搬送機構３が組み付けられている。また、収納室Ａには、ディスク１の情報読取を行うピックアップ４−１が装着されている。さらに、機器室Ｂには、ピックアップ４−１で読み取られた情報を再生する再生回路５と、真空ポンプ２やディスク搬送機構３を制御すると共にディスク１の信号層１２に所定電圧ＶＤＤを印加する制御部６とが設けられている。
【００３２】
ディスク１は、図２に示すように、中心部に軸孔１０を有した直径１２ｃｍの大きさの円板体であり、基板１１と信号層１２と保護板１３との三構造になっている。
具体的には、基板１１は、下面（図２下側面）にラベル等が貼り付け可能であり、その厚さは、１０００μｍ〜１２００μｍに設定されている。
【００３３】
信号層１２は、厚さが１μｍのアルミニウムで形成されており、基板１１の上にコーティングされている。そして、信号層１２の上面側には、図３および図４に示すように、複数のピット１４がトラックに沿って凹設されている。なお、基板１１をアルミニウムで構成し、信号層１２を省略することも可能である。
【００３４】
ピット１４は、信号層１２の所要箇所をプレスして、表面を凹ませることにより形成されている。ここで、信号層１２が柔らかいアルミニウムであるので、プレス作業によって、ピット１４を容易且つ高精度で形成することができる。すなわち、信号層１２をアルミニウム製にすることで、製作作業工数と製品コストの低減化を図っている。
【００３５】
保護板１３は、信号層１２のピット１４等にゴミが侵入するのを防止するための薄いアルミニウム板であり、信号層１２の上面に真空チャックされている。
すなわち、信号層１２のピット１４内を真空にし、保護板１３を信号層１２に吸着させた状態にしておくことで、ディスク１の保存時における損傷の防止と、使用時における保護板１３の取り外しとを容易にしている。
【００３６】
このようなディスク１は、図１に示す情報再生装置のディスク挿入／引抜口９を介して、収納室Ａ内に挿入することができるようになっている。
真空ポンプ２は、ディスク１の挿入時に、制御部６の制御で作動し、収納室Ａ内の空気を装置外部に排出して、収納室Ａ内を真空にするポンプである。また、この真空ポンプ２は、ディスク１の引抜時に、逆作動して、装置外部の空気を収納室Ａ内に送り込むように、制御部６によって制御される。
【００３７】
ディスク搬送機構３は、ディスク１の保護板１３の取外および取付を行い、また、サーボ７１で制御されるモータ７の回転軸７０にディスク１を装着する機構であり、収納室Ａの上面に取り付けられた固定吸着アーム３０と、アクチュエータ３１で上下動される可動吸着アーム３２とを有している。
【００３８】
具体的には、固定吸着アーム３０および可動吸着アーム３２は、その先端にゴム等の可撓性素材で形成された吸盤を有している。またアクチュエータ３１は、制御部６の制御によって、ディスク１の挿入後で真空ポンプ２の作動終了時に、可動吸着アーム３２を上昇させた後、下降させるように作動する。また、このアクチュエータ３１は、ディスク１の引抜時に、可動吸着アーム３２を上昇させ、真空ポンプ２の逆作動終了時に、可動吸着アーム３２を下降させるように作動する。
【００３９】
このようなディスク搬送機構３によって搬送されるディスク１の情報を読み取るためのピックアップ４−１は、電子銃４０と検知器４２とを備えている。
電子銃４０は、ディスク１の信号層１２の所定箇所に、電子線Ｅを打ち出すための機器であり、電子線Ｅは、電子銃４０の出力側に配置された集束コイル４１によって、集束されるようになっている。
【００４０】
検知器４２は、信号層１２から反射してきた電子線Ｅを捉えて、その強弱を検知する機器である。
図５は、この検知器４２を示す回路図である。
図５に示すように、この検知器４２は、ディスク１の信号層１２で反射した電子線Ｅの電子を捉えるアルミニウム等の金属箔４３と、出力電圧生成回路４４とを有している。
【００４１】
具体的には、金属箔４３には、負荷Ｒ１を介して制御部６からの電圧ＶＤＤが印加されている。
また、出力電圧生成回路４４は、金属箔４３と負荷Ｒ１との接続点に入力端が接続された直流除去用のコンデンサＣ１を有している。そして、このコンデンサＣ１の出力端に、トランジスタＱの動作電圧を確保するためのバイアス用抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点が接続されている。そして、この抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点には、トランジスタＱのベースが接続されている。このトランジスタＱのコレクタは、抵抗Ｒ４を介して電圧ＶＤＤに接続され、エミッタは、並列なバイパスコンデンサＣ２と抵抗Ｒ５とに接続されている。
【００４２】
これにより、金属箔４３が電子線Ｅを捉えると、電子線Ｅに対応した入力電圧Ｖｉｎが生じ、この入力電圧ＶｉｎがトランジスタＱによって、デルタ関数状の電圧パルスである出力電圧Ｖｏｕｔに変換されるようになっている。
このような検知器４２と電子銃４０とを有したピックアップ４−１の動きは、図１に示すトラッキング用およびフォーカス用のサーボ４９によって制御されるようになっている。
【００４３】
再生回路５は、ＣＤのプレーヤ等で用いられている周知の回路であり、ＲＦアンプ５０、ディジタル信号処理部５１、Ｄ／Ａ変換部５２等を備え、ピックアップ４−１からの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、ディスク１の情報を再生する。
次に、本実施形態の情報再生装置が示す動作について説明する。
【００４４】
図１に示すように、保護板１３側を上にしたディスク１を収納室Ａ内に挿入すると、真空ポンプ２が作動し、収納室Ａ内の空気が装置外部に排出されて、収納室Ａ内が真空になる。
すると、ディスク搬送機構３のアクチュエータ３１が作動し、可動吸着アーム３２が上昇して、ディスク１の上面を固定吸着アーム３０が押し付ける。これにより、ディスク１の基板１１が可動吸着アーム３２に吸着され、保護板１３が固定吸着アーム３０に吸着された状態となる。しかる後、アクチュエータ３１が逆作動し、可動吸着アーム３２が下降する。この結果、実線で示すように、固定吸着アーム３０に吸着された保護板１３が信号層１２から剥がされ、信号層１２を露出させたディスク１がモータ７の回転軸７０に嵌められる。
【００４５】
この状態で、再生回路５を作動させると、ディスク１が回転すると共に、ピックアップ４−１がディスク１上の所定位置まで移動し、信号層１２に電圧ＶＤＤが印加された状態で、ピックアップ４−１による走査が行われる。
すなわち、ピックアップ４−１の電子銃４０が、ディスク１のトラックに沿って、信号層１２に電子線Ｅを打ち出す。この電子線Ｅは、集束コイル４１によって、集束され、電圧ＶＤＤによって正極となった信号層１２に効率良く当たる。
【００４６】
このとき、電子線Ｅが信号層１２の凹状のピット１４に当たると、電子線Ｅはピット１４で散乱されるので、電子線Ｅは、検知器４２によってほとんど検知されない。逆に、電子線Ｅがピット１４以外の平面部分に当たると、電子線Ｅは検知器４２方向に反射されるので、電子線Ｅは、検知器４２で検知される。
【００４７】
したがって、電子銃４０で信号層１２のトラックに沿って走査して行くと、ピット１４の有無によって、図５に示す金属箔４３に捉えられる電子線Ｅの電子量が増減するので、入力電圧Ｖｉｎがそれに応じて変化する。
具体的には、図６の（ａ）に示すように、ピット１４部分の走査では、入力電圧Ｖｉｎがほぼ一定電圧を保持し、ピット１４以外の平面部分を走査すると、入力電圧Ｖｉｎに大きな立上り部ａが生じる。したがって、たとえば、平面部分を二値の「０」、ピット１４を「１」と設定しておくことで、信号層１２に記録されている二値化ディジタル信号が電子銃４０および検知器４２の作用によって読み取られ、その内容を示す入力電圧Ｖｉｎが出力電圧生成回路４４に入力される。
【００４８】
出力電圧生成回路４４に入力された入力電圧Ｖｉｎは、トランジスタＱによって増幅変換される。この結果、図６の（ｂ）に示すように、入力電圧Ｖｉｎの立上り部ａに対応した極めて低レベルの電圧パルスｂを有した出力電圧Ｖｏｕｔが、出力電圧生成回路４４から再生回路５へと出力され、再生回路５によって、音声再生または画像再生される。
【００４９】
再生が終了すると、図１に示すディスク搬送機構３の可動吸着アーム３２が上昇し、ディスク１を持上げて、固定吸着アーム３０に吸着されている保護板１３と信号層１２とを合致させる。これと同時に、真空ポンプ２が逆作動し、装置外部の空気が収納室Ａ内に送り込まれる。この結果、収納室Ａ内が正圧状態になり、ピット１４内のみが真空状態になるので、保護板１３が信号層１２に吸着され、ディスク１が挿入前の状態に復元される。この状態で、ディスク１を収納室Ａから引き抜いて保存する。
【００５０】
このように、本実施形態によれば、走査電子顕微鏡のように、電子銃４０から電子線Ｅをディスク１の信号層１２に打ちながら走査して、信号層１２に記録された情報を読み取る構造であるので、次のような効果を得ることができる。
すなわち、電子線Ｅによる検出精度は、図１４に示したＣＤのようにレーザ光Ｌによる検出精度に比べると、２桁以上も検出精度が高い。したがって、ディスク１の信号層１２に形成するピット１４の大きさを非常に小さくすることができる。この結果、従来のＣＤやＤＶＤに比べると、桁単位で大きい情報を記録することができるディスク１を提供することができ、しかも、その情報を高速で読み取ることができる。
【００５１】
また、ピックアップ４−１による読取動作の原理は、上記したように、走査電子顕微鏡とほぼ同様であるが、ピックアップ４−１では、電子顕微鏡のように、対物コイル、接眼コイル、偏極板等を必要としないので、構造が簡単になり、その分、電子顕微鏡に比べて、製造コストを低く抑えることができる。さらに、ピックアップ４−１とディスク１との距離はほぼ一定であり、このため、電子銃４０の電子線Ｅの強度が小さくて済み、この結果、電力消費の低減化と装置の長寿命化とを図ることができる。
【００５２】
図７は、ピックアップ４−１に適用された検知器の変形例を示す回路図である。
この検知器は、出力電圧生成回路４４のコンデンサＣ１の入力端に、ダイオードＤを接続して、接地した構造となっている。具体的には、ダイオードＤのＮ層のコンデンサＣ１の入力端に接続され、Ｐ層が接地されている。
【００５３】
これにより、電圧ＶＤＤに雷等の高電圧がかかったときに、多量の電子をＮ層に流して、このダイオードＤが保護ダイオードとして機能するようになっている。また、Ｎ層とＰ層間の容量によって、コンデンサＣ１以降の回路の容量とのカップリング調整を図ることができるようになっている。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
たとえば、本実施形態では、信号層１１および基板１２をアルミニウムで形成したが、金属であるならば、これに限るものではなく、プレスの容易なチタン合金等をも用いることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、ディスク１挿入時に収納室Ａを真空にしたが、読取精度の許容範囲で、収納室Ａの真空度を弱くすることができる。
（第３発明の実施形態）
次いで、第３発明の一実施形態に係る情報再生装置について説明する。
【００５６】
図８は、本実施形態の要部を示す概略図である。なお、図１ないし図７の部材と同一部材については、同一符号を付して説明する。
本実施形態のピックアップ４−２には、制御部６から５ボルトの電圧ＶＤＤが印加された金属体４５が設けられている。そして、この金属体４５には、図８および図９に示すように、検知回路としての出力電圧生成回路４４が接続されている。また、ディスク１の信号層１２は接地されており、この信号層１２に金属体４５を対向近接させた状態で、ピックアップ４−２を走査するようになっている。
【００５７】
これにより、金属体４５がピット１４以外の平面部分に至ると、金属体４５と信号層１２との距離が著しく短くなるので、金属体４５と信号層１２との間で、放電が発生する。したがって、金属体４５で信号層１２のトラックに沿って走査して行くと、ピット１４の有無によって、放電が生じたり、生じなかったりする。この結果、図１０の（ａ）に示すように、ピット１４部分の走査では、入力電圧Ｖｉｎがほぼ電圧ＶＤＤを保持し、ピット１４以外の平面部分を走査すると、入力電圧Ｖｉｎに大きな立下り部ｃが生じる。
【００５８】
そして、この入力電圧Ｖｉｎが出力電圧生成回路４４に入力されると、トランジスタＱによって増幅変換され、図１０の（ｂ）に示すように、立下り部ｃに対応した極めて高レベルの電圧パルスｄを有した出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。この出力Ｖｏｕｔは、出力電圧生成回路４４から再生回路５に入力される。
【００５９】
このように、本実施形態の情報再生装置によれば、電子銃や集束コイル等を用いず、金属体４５のみでピット１４の有無を検出することができるので、構造が簡単になり、この結果、製造作業工数と製品コストをさらに低減化することができる。
【００６０】
この他の構成、作用効果は上記第１および第２発明の実施形態と同様であるので、その記載は省略する。
（第３発明の他の実施形態）
次に、第３発明の他の実施形態に係る情報再生装置について説明する。
【００６１】
図１１は、本実施形態の要部を示す概略図である。なお、図８の部材と同一部材については、同一符号を付して説明する。
本実施形態のピックアップ４−３は、電圧ＶＤＤが印加された金属体４５に、検知回路としての出力電圧生成回路４６が接続されている。しかし、このピックアップ４−３は、金属体４５を信号層１２に対して放電しない距離だけ離した状態で、信号層１２のトラックに沿って走査するようになっている。
【００６２】
したがって、金属体４５と信号層１２とは、ピット１４の有無によって静電容量が変化する可変コンデンサとして機能するようになっている。このため、出力電圧生成回路４６は、図１２に示すように、上記出力電圧生成回路４４からコンデンサＣ１を取り除いた構造となっている。
【００６３】
このような構成により、金属体４５がピット１４以外の平面部分に至ると、金属体４５と信号層１２との距離が短くなるので、静電容量が増大する。したがって、金属体４５で信号層１２のトラックに沿って走査して行くと、ピット１４の有無によって、金属体４５と信号層１２で構成されるコンデンサの静電容量が大きくなったり、小さくなったりする。この結果、図１３の（ａ）に示すように、ピット１４部分の走査では、入力電圧Ｖｉｎがほぼ電圧ＶＤＤを保持し、ピット１４以外の平面部分を走査すると、入力電圧Ｖｉｎに小さな立下り部ｅが生じる。
【００６４】
そして、この入力電圧Ｖｉｎが出力電圧生成回路４６に入力されると、トランジスタＱによって増幅変換され、図１３の（ｂ）に示すように、立下り部ｅに対応したレベルの電圧パルスｆを有した出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。この出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧生成回路４６から再生回路５に入力される。
【００６５】
このように、本実施形態の情報再生装置によれば、放電現象を用いず、金属体４５と信号層１２との間の容量変化でピット１４の有無を検出することができるので、金属体４５や信号層１２の耐久性の向上を図ることができる。
その他の構成、作用効果は上記実施形態と同様であるので、その記載は省略する。
（第４発明の実施形態）
第１発明〜第３発明にかかる記録媒体は、読み出し専用の記録媒体（ＲＯＭ）であったが、以下の実施形態の記録媒体は、半導体メモリのいわゆるフラッシュメモリに相当する不揮発性メモリとして機能する記録媒体である。
【００６６】
この第２記録媒体２０は、例えば図１４、図１５に示すように、基板２１の上にアルミニウムなどの金属などで構成される導電層２２が設けられ、この導電層２２の上には酸化シリコンなどで構成される絶縁層２３が設けられ、更に、この絶縁層の上には、図１５（Ｂ）に示すように、トラックに沿って所定のピッチでアルミニウムなどの金属で構成される固定電極２４が島状に形成されており、これらの固定電極２４は、保護絶縁層２５で被覆された構造を有する。
【００６７】
この構造においては、それぞれの固定電極２４は、図１５（Ａ）に示すように、絶縁層２３と保護絶縁層２５とに被覆されて、周囲から絶縁されている。固定電極２４の長さは、０．０１μｍ、すなわち１００Å程度にすることができる。これは、光を媒体としたＤＶＤ等の限度が０．３μｍ程度であるのに比べて、数百倍の記録密度が可能であることを示す。
【００６８】
この記録媒体２０に書き込むときは、図１６に示すように、真空中で、導電層２２をＧＮＤに設定し、電子銃などをスキャンさせながら電子を所定の固定電極２４に保護絶縁層２５を通して打ち込み、マイナスに帯電させて、情報の蓄積を行う。これにより、図１７に示すように、固定電極２４は、その下の導電層２２（ＧＮＤ）との間の容量Ｃ₀ に帯電することになる。上記電子銃で電子を固定電極２４に打ち込む際、固定電極２４に打ち込まれなかった電子は、ＧＮＤに設定された下層の導電層２２に吸収され、絶縁膜２３、２５の電子帯電を防止することができる。
【００６９】
このように、固定電極２４に注入された電子は、固定電極２４が周囲から絶縁されているので、半導体メモリのＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）のフローティングゲートのように、そのまま電子を保持し、不揮発性メモリとして機能する。
【００７０】
また、固定電極に注入された電子を放電させて、情報を消去するには、次の２つの方法が考えられる。まず第１に、図１８（Ａ）に示すように、固定電極２４の下の導電層２２の電圧をＶＤＤに上げることにより、固定電極２４の電子を導電層２２に吸い取ることができ、これによりフラッシュメモリのように一括消去することができる。この電子の吸い取りは、フラッシュメモリのＦ−Ｎ電流と同じ原理で、絶縁膜を通過するトンネル電流によって行われる。このため、この消去方法を採用する場合、固定電極２４と導電層２２を隔てている絶縁層２３の厚さは薄くする。
【００７１】
もう一つの消去方法は、図１８（Ｂ）に示すように、消去ヘッドとしての導電板８０を記録媒体２０の表面に密着させ、この導電板８０にＶＤＤを印加することにより、固定電極２４の電子を導電板８０に吸い取ることができる。この場合は、導電層２２と固定電極２４を隔てている絶縁層２３の厚さを薄くする必要がない。
【００７２】
また、読み出しは、第３発明の他の実施形態と同様に、静電容量の変化を検知することにより行うことができる。この検知機構について、図１９〜図２１で説明する。なお、図１１の部材と同一部材については、同一符号を付して説明する。
【００７３】
図１９に示すように、ピックアップ４を構成する対向電極４５−１は、電圧ＶＤＤが印加され、検知回路としての出力電圧生成回路４６が接続されている。このピックアップ４は、対向電極４５−１を固定電極２４のトラックに沿って走査するようになっている。なお、図面では、対向電極２４は記録媒体２０の表面から離間した状態としているが、対向電極４５−１の面を記録媒体２０の表面に密着させていても良い。
【００７４】
対向電極４５−１を固定電極２４に近接させると、近接効果により、図１９に示すように、固定電極２４と対向電極４５−１との間には近接静電効果（容量結合）が生じる。この概念図を図２０に示す。
このような構成により、対向電極４５−１が帯電した固定電極２４と対向しているときには、対向電極４５−１が帯電していない固定電極２４と対向しているときと比較して静電容量が増大する。したがって、対向電極４５−１で固定電極２４のトラックに沿って走査して行くと、固定電極２４の帯電の有無によって、固定電極２４と対向電極４５−１で構成されるコンデンサの静電容量が大きくなったり、小さくなったりする。この結果、図２１（ａ）に示すように、帯電していない固定電極２４の走査では、入力電圧Ｖｉｎがほぼ電圧ＶＤＤを保持し、帯電した固定電極２４と近接すると、入力電圧Ｖｉｎに小さな立下り部ｇが生じる。
【００７５】
そして、この入力電圧Ｖｉｎが、例えば図２０に示すような出力電圧生成回路４６に入力されると、トランジスタＱによって増幅変換され、図２１（ｂ）に示すように、立下り部ｇに対応したレベルの電圧パルスｈを有する出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。この出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧生成回路４６から再生回路に入力される。
【００７６】
このように、本記録媒体は、電子を感知媒体に用いているため、光の波長の限界を超えた多量の情報の書き込み読込が可能である。固定電極に電子を注入することにより書き込みができ、そして、一括消去できるため、半導体のフラッシュメモリと同様の不揮発性メモリとして機能する。半導体のフラッシュメモリにおいては、Ｘ−Ｙ平面にＸ−デコーダー回路／Ｙ−デコーダー回路を装備し、マトリックス状に配置されたメモリセルを電気的に任意選択するが、本記録媒体では、例えばディスクの回転と半径方向の位置移動（一般的には、電子銃と対向電極を装備したピックアップの直接的なメカニカルな位置移動）により特定するものである。
【００７７】
この場合、書き込み、読み出し、消去は、記録媒体の物理的な形状に変化を与えないので、書き込み、読み出し、消去の回数に制限はない。
このような記録媒体の製造方法は、例えば基板２１を樹脂などで円盤状に成形し、この円盤状基板２１に蒸着などでアルミニウムなどの金属を堆積して導電層２２を形成する。次に、ＣＶＤ法などで例えば酸化シリコンなどの絶縁層を堆積する。この絶縁層２２にプレスなどで固定電極用の凹部を型押しし、この凹部にアルミニウムなどの溶融金属を流し込み、凹部を金属で埋め、固定電極を形成する。その後、ＣＶＤ等で酸化シリコンなどの保護絶縁層を形成し、固定電極を絶縁層で被覆し、本記録媒体を製造することができる。
（第５〜７発明の実施形態）
次に、上記不揮発性メモリとして機能する記録媒体の情報記録装置と情報再生装置を兼備した情報記録再生装置の一例について図２２で説明する。
【００７８】
この情報記録再生装置は、円盤状の記録媒体２０を収納する収納室Ａと種々の機器を収納した機器室Ｂとに区画されている。機器室Ｂに、収納室Ａ内を真空にする真空ポンプ２が取り付けられ、収納室Ａには、記録媒体２０に書き込み、読み出しを行うピックアップ４−４と記録媒体を装着させる回転ディスク７０が設けられている。さらに、機器室Ｂには、ピックアップ４−４で情報の書き込みを行うと共に、読み取られた情報を再生する処理回路５と、真空ポンプ２を制御すると共に記録媒体２０の導電層２２に所定電圧ＶＤＤを印加する制御部６とが設けられている。
真空ポンプ２は、記録媒体２０の挿入時に、制御部６の制御で作動し、収納室Ａ内の空気を装置外部に排出して、収納室Ａ内を真空にする。記録媒体を取り出すときは、制御部６の制御で収納室Ａを大気圧に戻すようになっている。
【００７９】
また、ピックアップ４−４は、電子銃４０と対向電極４５−１とを備えている。なお、電子銃と対向電極とをそれぞれ別のピックアップを構成するようにしても良い。
電子銃４０は、ディジタル信号処理部５１で所定の固定電極に電子線を打ち出すように制御される。
【００８０】
対向電極４５−１には、図１９、図２０に示したように、電圧ＶＤＤが印加され、また、検知回路としての出力電圧生成回路４６が接続されている。この出力電圧生成回路４６は、図２０に一例を示したように、対向電極４５−１と負荷Ｒ１との接続点に入力端が接続された直流除去用のコンデンサＣ１を有している。このコンデンサＣ１の出力端に、トランジスタＱの動作電圧を確保するためのバイアス用抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点が接続されている。そして、この抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点には、トランジスタＱのベースが接続されている。このトランジスタＱのコレクタは、抵抗Ｒ４を介して電圧ＶＤＤに接続され、エミッタは、並列なバイパスコンデンサＣ２と抵抗Ｒ５とに接続されている。
【００８１】
これにより、対向電極からの入力電圧ＶｉｎがトランジスタＱによって、デルタ関数状の電圧パルスである出力電圧Ｖｏｕｔに変換されるようになっている。このような電子銃４０と対向電極４５−１を備えるピックアップ４−４の動きは、図２２に示すトラッキング用およびフォーカス用のサーボ４９によって制御されるようになっている。
【００８２】
また、回転ディスク７０は、サーボ７１により制御されるモータ７で回転される。そして、回転ディスクに装着される記録媒体２０の導電層２２には、必要により制御部６からＶＤＤが印加されるようになっている。
処理回路５は、ＲＦアンプ５０、ディジタル信号処理部５１、Ｄ／Ａ変換部５２等を備え、ピックアップ４−４の電子銃での電子の注入の制御、及び出力電圧生成回路を介して対向電極４５−１からの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、記録媒体２０の情報を再生する。
【００８３】
このような情報記録再生装置における書き込み操作について説明すると、記録媒体２０を装置内の回転ディスク７０に装着すると、真空ポンプ２が作動して、収納室Ａ内が真空にされる。そして、記録媒体２０の導電層２２に電圧ＶＤＤが印加される。これにより、図１８（Ａ）に示すような記録の一括消去が行われる。
【００８４】
次に、処理回路５が作動して回転ディスク７０が回転すると共に、ピックアップ４−４が記録媒体２０の所定位置まで移動する。次いで、ピックアップ４−４が、記録媒体２０の半径方向に移動しつつ、トラックに沿って固定電極２４を走査しながら、処理回路５の制御で電子銃４０から所定の固定電極２４に電子を打ち込む。書き込みが終了した後、制御部６の制御で収納室Ａ内が大気圧に戻され、記録媒体２０を情報処理装置から取り出せる状態となる。
【００８５】
また、読み出し操作は、情報を記録した記録媒体２０を回転ディスク７０に装着した後、処理回路５が作動して回転ディスク７０が回転すると共に、ピックアップ４−４が記録媒体２０の所定位置まで移動する。次いで、ピックアップ４−４が、記録媒体２０の半径方向に移動しつつ、対向電極４５−１が固定電極２４を走査しながら、図１９〜図２１に示したように、書き込まれた情報を読み出す。
【００８６】
このように本情報記録再生装置は、上記記録媒体２０の情報の書き込み、消去、読み出しを１台で行える構成となっている。勿論、情報の書き込みと消去を行う情報記録装置と情報の読み出しを行う情報再生装置とを別々に構成しても良い。
【００８７】
次に、上記記録媒体及び情報再生装置の変形について説明する。図２３は、基板２１を例えばアルミニウムなどの導電性の材料で構成し、図１４に示した記録媒体２０の導電層２２を省略し、基板２１と導電層２２を兼用した構造の記録媒体２０ａを示す。これにより、単純化した構造となり、コストの低減が可能となる。
【００８８】
また、図２４は、基板２１の上に積層した導電層２２に更に絶縁層２６を設け、この絶縁層２６に形成した凹部に固定電極２４を絶縁層２６の表面からわずかに凹むように埋め込んだ構造の記録媒体２０ｂである。この構造では、固定電極２４の表面は露出しているので、固定電極２４に注入した電子が時間の経過と共に、固定電極２４の露出面から放電するおそれがある。このため、固定電極２４の露出面は、真空状態として絶縁する必要がある。そのため、保護板２７が必要となり、図１に示したような装置を用いて真空中で保護板２７を記録媒体２０ｂの上に被せ、図２４（Ｂ）に示すように、固定電極２４と保護板２７との間の空隙２８の真空を利用して大気圧で保護板２７を記録媒体２０ｂに吸着させ、固定電極２４の露出面を真空と接触させて固定電極２４を周囲から絶縁する必要がある。書き込み、再生をするときには、図１に示したような装置を用いて、真空中で保護板２７を剥離させて行う。したがって、真空中で保管するときには、このような保護板２７は必要ではない。
【００８９】
図２５に示す記録媒体２０ｃは、基板２１の上の導電層２２と、その導電層２２の上に積層された絶縁層２３の上に、固定電極２４がトラックに沿ってブロック状に固着した構造である。この構造の記録媒体２１ｃの保存方法は、固定電極２４を真空中で保存する必要があるので、同図に示すように、保存時には真空中で被せた保護板２７ｃを記録媒体２０ｃに吸着させておく。
【００９０】
また、図２６に示す記録媒体２０ｄは、固定電極２４とその下の絶縁層２３ｄとを同一形状の積層体として導電層２２の上にトラックに沿って配置した構造となっている。この構造の利点は、電子銃４０で電子を固定電極２４に注入する際に、固定電極２４に注入されなかった電子が直接導電層２２に取り込まれ、絶縁層２３ａの電子帯電を可及的に防止できることである。その他は、保存時には真空中で保管するために保護板２７ｄを必要とするなど、図２５に示す記録媒体２１ｃと同様である。
【００９１】
これらの記録媒体２０ｃ、２０ｄの一括消去は、固定電極２４が記録媒体２１ｃ、２１ｄの表面から突出しているので、例えば金属板を固定電極２４に密着させることにより、その金属板の電圧（Ｖ０）に固定電極２４を瞬間的にチャージさせることができる。この場合、金属板は、単に接触するだけでよいので、固定電極２４を破損させるおそれは少ない。その他の電子の注入、書き出しは、上記と同様にできる。
【００９２】
また、これらの記録媒体２１ｃ、２１ｄのような固定電極２４が記録媒体表面から突出している構造においては、破壊読み出しも可能である。すなわち、対向電極４５−１を固定電極２４と接触させ、直接固定電極２４の電子を対向電極４５−１に吸い上げ、その際、検知した「１」又は「０」の情報を順次、再度書き込む手法で情報を保存することができる。
【００９３】
図２７は、再生用のピックアップの変形例を示すもので、記録媒体のトラックの幅とほぼ同一の幅の車輪に複数の対向電極を固定電極のピッチと同じピッチで埋め込んだ構造のピックアップ４−５を用いる。再生するときは、このピックアップをトラックに沿って転がして走査し、対向電極４５−１と固定電極２４とを正確に対向させるものである。この場合、記録媒体の表面には、例えばタングステンなどでレール状のものをトラック間に作っておき、車輪状ピックアップが正確にトラックをいわばトロッコのように転がることができるようにしておくことができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、情報の大容量化と情報読取の高精度化とを可能にした記録媒体、並びにそれらの情報再生装置、情報記録装置及び情報記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１および第２発明の一実施形態に係る記録媒体およびその情報再生装置を示す概略図である。
【図２】図１の記録媒体を示す斜視図である。
【図３】図２の記録媒体の部分断面図である。
【図４】図２の記録媒体のピットの構造と電圧印加状態を一部破断して示す斜視図である。
【図５】図１の検知器を示す回路図である。
【図６】図５の検知器による読取時の信号波形図であり、図６の（ａ）は入力信号を示し、図６の（ｂ）は出力信号を示す。
【図７】図１の検知器の変形例を示す回路図である。
【図８】第３発明の一実施形態に係る情報再生装置の要部を示す概略図である。
【図９】図８のピックアップの出力電圧生成回路を示す回路図である。
【図１０】図８のピックアップによる読取時の信号波形図であり、図１０の（ａ）は入力信号を示し、図１０の（ｂ）は出力信号を示す。
【図１１】第３発明の他の実施形態の要部を示す概略図である。
【図１２】図１１のピックアップの出力電圧生成回路を示す回路図である。
【図１３】図１１のピックアップによる読取時の信号波形図であり、図１３の（ａ）の入力信号を示し、図１３の（ｂ）は出力信号を示す。
【図１４】第４発明の記録媒体の一例を示す部分断面図である。
【図１５】第４発明の記録媒体を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図１６】第４発明の記録媒体に書き込む様子を説明する概念図である。
【図１７】第４発明の記録媒体に書き込む状態を説明する概念図である。
【図１８】（Ａ）、（Ｂ）は、第４発明の記録媒体のそれぞれ一括消去を説明する概念図である。
【図１９】第４発明の記録媒体の読み出しを行う状態を説明する概念図である。
【図２０】第４発明の記録媒体の読み出しを行う状態を説明する概念図である。
【図２１】図１９のピックアップによる読取時の信号波形図であり、（ａ）は入力信号を示し、（ｂ）は出力信号を示す。
【図２２】第７発明の情報記録再生装置の構成を示す概略図である。
【図２３】第４発明の記録媒体の変形例を示す断面図である。
【図２４】第４発明の記録媒体の他の変形例を示すもので、（Ａ）は記録媒体、（Ｂ）は保護板を被せた状態を示すそれぞれ断面図である。
【図２５】第４発明の記録媒体の更に他の変形例を示す断面図である。
【図２６】大発明の記録媒体のまた更に他の変形例を示す断面図である。
【図２７】再生用のピックアップの変形例を示す断面図である。
【図２８】従来例に係る記録媒体およびその情報再生装置を示すブロック図である。
【図２９】いわゆるミニディスクの断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ディスク
５ 再生回路
１１ 基板
１２ 信号層
１３ 保護板
１４ ピット
４０ 電子銃
４２ 検知器
２０ 記録媒体
２１ 基板
２２ 導電層
２３ 絶縁層
２４ 固定電極
２５ 保護絶縁層
４５−１ 対向電極

Claims (5)

1. 電子を保持することによって情報を記録可能な記録媒体であって、
   基板と、
   前記基板に形成された導電層と、
   前記導電層に積層された絶縁層と、
   周囲から電気的に絶縁されるように前記絶縁層に形成された固定電極と
   を有し、
   前記固定電極は、前記電子を保持し、
   前記導電層は、電圧が印加されることによって前記固定電極が保持する前記電子を放電させて前記情報を消去する
   記録媒体。
2. 導電層と、前記導電層に形成された絶縁層と、周囲から電気的に絶縁されるように前記絶縁層に形成され、電子を保持する固定電極とを有する記録媒体に情報を記録する情報記録装置であって、
   前記記録媒体の前記固定電極に電子を注入することによって前記情報を記録させる電子銃
   を有する
   情報記録装置。
3. 前記記録媒体の前記導電層に電圧を印加し、前記記録媒体の前記固定電極に注入された前記電子を放電させて前記情報を消去する
   請求項２に記載の情報記録装置。
4. 導電層と、前記導電層に形成された絶縁層と、周囲から電気的に絶縁されるように前記絶縁層に形成され、電子を保持する固定電極とを有する記録媒体に記録された情報を再生する情報再生装置であって、
   前記固定電極に対向することによりコンデンサを構成する対向電極と、
   前記固定電極と前記対向電極との間の静電容量の変化を検出する検知器と、
   前記検知器の検知結果に基づいて、前記情報を再生する再生回路と
   を有する
   情報再生装置。
5. 導電層と、前記導電層に形成された絶縁層と、周囲から電気的に絶縁されるように前記絶縁層に形成され、電子を保持する固定電極とを有する記録媒体に情報を記録すると共に、前記記憶媒体に記録された情報を再生する情報記録再生装置であって、
   前記記録媒体の前記固定電極に電子を注入し保持させることによって前記情報を記録させる電子銃と、
   前記固定電極に対向することによりコンデンサを構成する対向電極と、
   前記固定電極と前記対向電極との間の静電容量の変化を検出する検知器と、
   前記検知器の検知結果に基づいて、前記情報を再生する再生回路と
   を有する
   情報記録再生装置。

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