JPH06309707A - 静電容量型情報記録再生ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録媒体に対向する電極針を介して、記録媒
体に静電容量変化を生じさせるための電圧印加および／
または記録媒体に記録された情報を静電容量の変化とし
て検出する操作を行なう静電容量型情報記録再生ヘッド
において、電極針を記録媒体との距離が変わる方向に移
動させるアクチュエータを設けた際の静電容量検出分解
能の低下を防止する。 【構成】 電極針15に接続するリード線14およびピック
アップ回路を収納した筺体13を導波管構造17内に収める
一方、アクチュエータとしてのピエゾ素子28はこの導波
管構造17の外側に配置し、導波管構造17内に突出した絶
縁性の針固定台16を介してピエゾ素子28と電極針15とを
連結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録媒体に凹凸や分極
の向きの形等で記録された情報を静電容量の変化として
検出する情報再生装置、あるいは記録媒体に電圧を印加
して分極を生じさせる等の記録操作を行なう情報記録装
置において用いられる、静電容量型情報記録再生ヘッド
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像信号や音声信号等の各種情報を記録
したり、さらにはコンピュータ用データメモリとして使
用される情報記録媒体として従来より、情報をピット等
の凹凸の形で記録し、記録情報の再生はこの凹凸による
静電容量の変化を検出することによってなされるものが
知られている（例えば特開昭４７−３７４０３号公報参
照）。

【０００３】また、記録、再生および消去可能でかつ超
高密度記録可能な情報記録媒体として、特開昭５７−２
７４４７号公報に示されるように、半導体層とこの半導
体層上に形成された強誘電体の層とを有し、この強誘電
体の分極の方向により情報を記録するものが知られてい
る。この情報記録媒体への記録は、導電性ヘッドを強誘
電体層上で移動させつつ該層に電圧を印加することによ
り、この強誘電体層の所定部分のみを選択的に所定方向
に分極させて行なわれる。またこの情報記録媒体からの
情報再生は、上記強誘電体の分極のために半導体層中に
形成される空乏層による記録媒体の静電容量変化を検出
することにより行なわれる。

【０００４】これらの記録媒体から記録情報を再生する
ためのヘッドは、基本的に、発振器あるいは共振器の主
にコイル部分や検波器等を含む回路基板部と、記録媒体
に対向する状態で配された電極針とを有するものであ
る。また上述のように強誘電体層を分極させる記録ヘッ
ドも、電圧印加用の電極針を備えている。なお本明細書
においては、この情報記録用または情報再生用、さらに
はそれらに兼用されるヘッドを「情報記録再生ヘッド」
と称する。

【０００５】従来、この種の情報記録再生ヘッドとして
は、例えば特開昭４７−３７４０３号公報に開示されて
いるように、電極針を記録媒体に接触させるタイプのも
のが広く知られているが、それを使用する場合は電極針
と記録媒体の摩耗が避けられない。またこの場合は、電
極針と記録媒体との接触により生じた静電気が、情報再
生信号にノイズを発生させるという問題も認められる。

【０００６】そこで、例えば特開昭５７−１０５８３４
号公報に示されるように、情報記録再生ヘッドに電極針
とは別の導体片を設けて、この導体片と記録媒体との間
の静電容量を検出する一方、電磁コイル等のアクチュエ
ータによりヘッドを記録媒体との距離が変化する方向に
移動自在とし、上記の検出静電容量が一定値を取るよう
にヘッドを移動させて、電極針を記録媒体から一定間隔
離すようにしたサーボ制御装置も提案されている。

【０００７】また上述のようなヘッドの位置決め制御を
行なう場合、例えば本出願人による特願平５−４８３５
６号明細書に示されるように、ヘッド移動用アクチュエ
ータの駆動信号に高周波のパイロット信号（加振信号）
を混入させることも行なわれている。つまりそのように
すれば、ヘッドがこの加振信号の周波数で高速微振動す
るようになり、静電容量検出信号に混入した加振信号の
振幅を検出することにより、電極針と記録媒体間の静電
容量を電極針と記録媒体間の距離で微分した値が求めら
れるようになる。そしてこの微分値が所定値に保たれる
ように上記アクチュエータの駆動を制御すれば、電極針
周辺の浮遊容量が変化したり、電極針の姿勢が変化して
それと記録媒体間の距離に対する静電容量の値が変化し
ても、サーボ信号のＳ／Ｎの劣化を抑えることができ
る。

【０００８】その理由は、以下の通りである。電極針と
記録媒体間の静電容量Ｃは平行平板コンデンサの並列接
続と考えられ、したがってこれら両者間の距離をｚとす
ると、Ｃは１／ｚ² に比例する。この場合、ｚの値の大
きいところでは、ｚの変化に伴なう変化の度合いは、Ｃ
よりも微分値ｄＣ／ｄｚの方が小さい。つまりｄＣ／ｄ
ｚにおいては、信号は電極針先端の狭い範囲から記録媒
体間の容量変化を反映しているのに対し、Ｃにおいて
は、電極針先端の比較的広い範囲から記録媒体間の容量
変化を反映している。サーボ制御において欲しい情報
は、電極針先端と記録媒体間の距離に相当する信号であ
るから、その信号としてはＣの値よりも、ｄＣ／ｄｚの
方がより好ましいといえる。

【０００９】上述のように、電極針周辺の浮遊容量が変
化したり、電極針の姿勢が変化してそれと記録媒体間の
距離に対する静電容量の値が変化しても、サーボ信号の
Ｓ／Ｎの劣化を抑えることができれば、電極針と記録媒
体間の距離を、高密度記録を実現する上で不可欠なサブ
ミクロン（μｍ以下）の微小領域においても安定に制御
することができる。

【００１０】なお、以上は情報再生の場合について説明
したが、電極針を介して記録媒体に高電圧パルスを印加
して情報記録を行なう場合も、このパルスのOFF 時には
上述の再生状態が実現されるので、このときのＣあるい
はｄＣ／ｄｚの値をサンプルホールドしてアクチュエー
タ駆動系に印加することにより、再生時と同様のフィー
ドバック系を実現することができる。またそれ以外に、
パルスのON−OFF 時のＣあるいはｄＣ／ｄｚの平均値に
一定の係数を乗じた値をフィードバックしてもよい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように加振信号
によりヘッドを微振動させる場合も、またそうでない場
合も、電極針の位置決め制御を行なうために、それを記
録媒体との間の距離が変わる方向に移動させるアクチュ
エータを設けた場合には、静電容量分解能が１桁以上低
下するという問題が認められる。

【００１２】そこで本発明は、上述のようなアクチュエ
ータを設けても、電極針と記録媒体間の静電容量を高分
解能で検出することができる静電容量型情報記録再生ヘ
ッドを提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による静電容量型
情報記録再生ヘッドは、前述したように記録媒体に対向
する電極針を介して、記録媒体に静電容量変化を生じさ
せるための電圧印加および／または記録媒体に記録され
た情報を静電容量の変化として検出する（その微分値を
検出する場合も含むものとする）操作を行なう静電容量
型情報記録再生ヘッドにおいて、電極針に接続する導体
部分が導波管構造内に収められる一方、この電極針が、
上記導波管構造の外側から内側に突出した絶縁体からな
る針固定台に固定され、そして、導電性部分を有して電
極針を記録媒体との距離が変わる方向に移動させるアク
チュエータは、上記針固定台の、導波管構造の外側にあ
る部分に連結されていることを特徴とするものである。

【００１４】

【作用および発明の効果】本発明者等の研究によると、
従来装置において電極針駆動用アクチュエータを設けた
際に静電容量分解能が低下するという不具合は、一般に
このアクチュエータが導電性部分を含むものであるた
め、その導電性部分がヘッドの共振器構造に近接配置さ
れたとき、浮遊容量が増大した形になって静電容量検出
感度が低下する、ということに因るものであることが分
かった。

【００１５】そこで上記の構成におけるように、ヘッド
の共振器のＬ（インダクタンス）分が導波管構造および
その中に配された導体（電極針からのリード線等）によ
って構成される構造において、前述のように導電性部分
を含むアクチュエータを導波管構造の外側に配置してお
けば、このアクチュエータが共振器のＬ分に影響を及ぼ
すことがなくなる。そうであれば、このＬ分の変動によ
り静電容量検出感度が低下することが無くなって、静電
容量を高分解能の下に検出可能となる。

【００１６】なお、上述のようにアクチュエータを導波
管構造の外側に配置しても、その駆動力は針固定台を介
して電極針に伝達されるから、このアクチュエータによ
って電極針を駆動可能である。そしてこの針固定台は絶
縁体から形成されているので、この針固定台の一部が導
波管構造内に存在しても、それが共振器のＬ分に影響を
及ぼすことはない。

【００１７】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施例による静
電容量型情報記録再生ヘッドを示すものであり、また図
２はこの静電容量型情報記録再生ヘッドの電気回路を示
している。

【００１８】図１に示されるように、情報をピット等の
凹凸、あるいは分極の向きの形で記録しているディスク
状の情報記録媒体11は、高速回転されるターンテーブル
12上に固定される。また、発振器あるいは共振器の主に
コイル部分や検波器等を含む回路基板部を収納した筺体
13からはリード線14が延ばされ、このリード線14の先端
には電極針15が取り付けられている。この電極針15は、
その先端が情報記録媒体11の表面に対向する状態にし
て、針固定台16に保持されている。そして上記回路基板
部等からなるピックアップ回路からは、後述のようにし
て静電容量検出信号Ｓｄが出力される。

【００１９】上記筺体13は、導波管構造17内に収められ
ている。また針固定台16は例えばナイロン樹脂、ガラス
エポキシ等の絶縁性材料から形成され、その一端は上記
導波管構造17の外側に位置しているが、他端側がこの導
波管構造17の一部を突き抜けて内側に突出し、この他端
部分に電極針15を固定している。そしてこの針固定台16
の導波管構造17外に突出した部分には、該針固定台16を
上下に、つまり情報記録媒体11との距離を変える方向に
移動させるアクチュエータとしての積層型ピエゾ素子28
が連結されている。このピエゾ素子28は、台座18を介し
て導波管構造17の外側に保持されている。

【００２０】次に図２を参照して、上記ピックアップ回
路の構成について説明する。このピックアップ回路は基
本的に、ＵＨＦ発振器20、共振回路21および検波回路22
からなる。共振回路21は、前記筺体13内に配されたコイ
ル分とリード線14によるコイル分Ｌ１と、電極針15周辺
の浮遊容量Ｃ１と、情報記録媒体11の記録情報に応じて
変化する該記録媒体11と電極針15との間の静電容量Ｃ２
と、可変容量コンデンサＣv とによって構成されたＬＣ
共振回路であり、その共振周波数ｆo は約１ＧＨｚであ
る。一方検波回路22は、前記コイルＬ１と結合するコイ
ルＬ２、ダイオードＤ、コンデンサＣ３および抵抗Ｒか
ら構成されている。

【００２１】ＵＨＦ発振器20からコイルＬ３を介して共
振回路21に、上記共振周波数ｆo に近い周波数の搬送波
信号が注入されると、静電容量Ｃ２に応じて共振周波数
ｆoが変化することにより、この搬送波信号が振幅変調
を受ける。そこでこの搬送波信号を検波回路22で検波す
ることにより、上記静電容量Ｃ２の変化分を示す（つま
り記録情報を示す）信号Ｓｄが得られる。

【００２２】なおこの信号Ｓｄは記録情報の再生に利用
される他、自動周波数制御（ＡＦＣ）回路23にも入力さ
れる。この自動周波数制御回路23は信号ＳｄのＤＣ〜数
ｋＨｚの低周波成分の変動（これは例えば前記浮遊容量
Ｃ１の変化等に起因する）を抑えるように可変容量コン
デンサＣv の容量を変化させる。それにより、上述のよ
うな低周波領域での共振周波数ｆo の変動が防止され
る。

【００２３】また本装置では、上記自動周波数制御回路
23が出力する電圧信号Ｓ１が加算点24に入力され、そこ
で、基準信号発生回路25が出力する基準信号Ｓ２から該
信号Ｓ１が減算される。これら両信号Ｓ１とＳ２との偏
差を示す偏差信号Ｓ３は、自動高さ制御（ＡＨＣ）回路
26に入力される。この自動高さ制御回路26は、偏差信号
Ｓ３に応じた駆動制御信号Ｓ４をピエゾドライバ27に入
力する。このピエゾドライバ27は、前述したピエゾ素子
28を駆動するものである。このピエゾドライバ27が上記
の駆動制御信号Ｓ４に基づいて、両信号Ｓ１とＳ２との
偏差を解消するように駆動制御されることにより、電極
針15が常に情報記録媒体11から所定距離浮上した状態に
維持される。

【００２４】ここで、以上説明した電極針15と情報記録
媒体11との距離を一定に保つ追値制御系が例えば３ｋＨ
ｚの帯域を有する場合、可変容量コンデンサＣv の容量
を変化させるフィードバック制御系の帯域はそれ以上、
つまり例えば10ｋＨｚとなるように設定し、そして再生
信号の帯域はさらにそれ以上となるように設定する。以
上のようにすることにより、回転しているディスク状の
情報記録媒体11の表面から0.数μｍ〜0.0 数μｍ離れた
位置に電極針15を浮上させながら、記録情報を再生する
ことができる。

【００２５】なお、本装置においては、上記の通り電極
針15と情報記録媒体11との間の距離が常に一定に保たれ
るから、可変容量コンデンサＣv の容量を変化させて共
振周波数ｆo を一定に保つ制御は特に行なわれなくても
構わない。またその場合、自動周波数制御回路23はバイ
パスさせてよい。

【００２６】本装置においては、電極針15に接続するリ
ード線14およびピックアップ回路が導波管構造17内に収
められる一方、導電性部分を有するピエゾ素子28は導波
管構造17の外に配設されている。したがって、このピエ
ゾ素子28が、導波管構造17内に配されている共振器構造
のＬ（インダクタンス）分に影響を及ぼすことがなくな
る。そうであれば、このＬ分の変動により静電容量検出
感度が低下することが無くなって、静電容量Ｃ２を高分
解能の下に検出可能となる。

【００２７】次に図３を参照して、本発明の第２実施例
について説明する。なおこの図３において、図１中の要
素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについ
ての重複した説明は省略する。この第２実施例装置は第
１実施例装置と比べると、電極針15の固定構造およびピ
エゾ素子28の配設構造は同じで、ピックアップ回路の構
成が異なるものであり、図３はそのピックアップ回路を
示している。

【００２８】この図３の回路において自動周波数制御回
路23が出力する電圧信号Ｓ１は、電極針15の位置決め制
御のためにパイロット信号振幅検出器30に入力される。
パイロット信号振幅検出器30はこの信号Ｓ１に含まれる
後述のパイロット信号成分の振幅を求め、その振幅を示
す信号Ｓ５を加算点31に入力する。この加算点31におい
ては、第２基準信号発生回路34が出力する基準信号Ｓ６
から該信号Ｓ５が減算される。これら両信号Ｓ６とＳ５
との偏差を示す偏差信号Ｓ７は自動高さ制御回路26に入
力され、この自動高さ制御回路26は偏差信号Ｓ７に応じ
た駆動制御信号Ｓ10を出力する。この駆動制御信号Ｓ10
は加算点33に入力される。加算点33においては、パイロ
ット信号発生器35が出力する所定周波数の高周波パイロ
ット信号（加振信号）Ｓ９と上記駆動制御信号Ｓ10とが
加算され、加算後の信号Ｓ４がピエゾドライバ27に入力
される。このピエゾドライバ27はピエゾ素子28を、上記
信号Ｓ４に基づいて駆動する。

【００２９】上記のように電極針15の自動高さ制御ルー
プ内に高周波パイロット信号Ｓ９を混入させると、電極
針15は情報記録媒体11からの距離が変わる方向に微振動
する。そこでこの微振動により、微分値ｄＣ／ｄｚ（Ｃ
は電極針15と情報記録媒体11間の静電容量、ｚはこれら
両者間の距離）に応じた信号Ｓ１の変化がもたらされ
る。上記パイロット信号振幅検出器30が検出するパイロ
ット信号成分の振幅は、この微分値ｄＣ／ｄｚに対応す
るものであり、この微分値ｄＣ／ｄｚを示す信号Ｓ５と
基準信号Ｓ６が担持する基準値との偏差が解消するよう
にピエゾ素子28が駆動制御されることにより、電極針15
が常に情報記録媒体11から所定距離浮上した状態に維持
される。

【００３０】なお上記のパイロット信号は、可変容量コ
ンデンサＣv の容量を変化させるフィードバック制御系
の帯域（例えば50ｋＨｚ）内で、電極針15の位置決めサ
ーボゲインが１未満となる周波数領域（例えば30ｋＨ
ｚ）の微小信号とされる。

【００３１】またこの場合も、電極針15と情報記録媒体
11との間の距離が常に一定に保たれるから、可変容量コ
ンデンサＣv の容量を変化させて共振周波数ｆo を一定
に保つ制御は特に行なわれなくても構わない。またその
場合、自動周波数制御回路23はバイパスさせてよい。

【００３２】このように第２実施例においては、微分値
ｄＣ／ｄｚを所定値に保つように制御がなされるので、
電極針15の周辺の浮遊容量が変化したり、電極針15の姿
勢が変化してそれと記録媒体11間の距離に対する静電容
量Ｃの値が変化しても、その影響を低く抑えることがで
き、電極針15と記録媒体11の距離を、高密度記録を実現
する上で不可欠なサブミクロン（μｍ以下）の微小な領
域、例えば0.2 μｍ〜0.01μｍ程度においても安定に制
御可能となる。その理由は、先に詳しく説明した通りで
ある。

【００３３】上記構成の第２実施例装置においても、電
極針15に接続するリード線14およびピックアップ回路が
導波管構造17内に収められる一方、導電性部分を有する
ピエゾ素子28は導波管構造17の外に配設されている。し
たがって、このピエゾ素子28が、導波管構造17内に配さ
れている共振器構造のＬ（インダクタンス）分に影響を
及ぼすことがなくなる。そうであれば、このＬ分の変動
により静電容量検出感度が低下することが無くなって、
静電容量Ｃ２および静電容量微分値ｄＣ／ｄｚを高分解
能の下に検出可能となる。

【００３４】なお以上説明した２つの実施例において
は、図１に示される通りピエゾ素子28が単に導波管構造
17の外側に配設されているが、このピエゾ素子28を導波
管構造17の一部で遮蔽するようにしてもよい。また、共
振回路21に注入される搬送波信号の周波数が、前述した
ように約１ＧＨｚの場合、導波管構造17の断面寸法は２
ｃｍ×３ｃｍ程度が適当であるから、針固定台16の長さ
も２〜３ｃｍ程度に形成すればよい。

【００３５】また図１に示した構成においては、ピエゾ
素子28が台座18と針固定台16とで挟まれた構造になって
いるので、ピエゾ素子28の機械的共振点が両端の機械的
拘束により低下する。そこで、このピエゾ素子28等のア
クチュエータを組み込んだ後の機械的共振点が加振周波
数より十分に高く、また共振により入力パイロット信号
Ｓ９に対する駆動効率が十分に高くなるように、自己共
振点がパイロット信号Ｓ９の周波数の２倍以上であるア
クチュエータを選択使用するのが望ましい。例えば上記
第２実施例のように、電極針の位置決め制御用のアクチ
ュエータを電極針加振用に共用し、それを積層型ピエゾ
素子で構成する場合は、一般に、駆動レンジが数μｍ程
度、自己共振点が100 ｋＨｚ以上とする必要があるの
で、そのピエゾ素子の厚みは３〜10ｍｍ程度となる。

【００３６】一方針固定台16としては、上下方向（つま
り電極針15と情報記録媒体11との距離方向）の共振点
が、電極針15の位置決めサーボ制御の帯域および、加振
周波数近傍に存在しないものとを用いるのが望ましい。
より好ましくは、この針固定台16として、上記加振周波
数以下の機械的共振点を有しない構造のもの、つまり加
振周波数をｆ、音速をｃとして、ｃ／２ｆ以下の高さの
ものを使用するとよい。

【００３７】また針固定台16に対して、加振方向と直角
な方向には意図的に機械的共振点を設け、加振用アクチ
ュエータを用いてこの方向に振動させてもよい。これ
は、針固定台16を加振方向と直角な方向に梁構造とする
ことにより、容易に実現可能である。そのようにするこ
とにより、トラッキング方向のサーボ信号を得ることも
可能となる。

【００３８】なお電極針15をパイロット信号Ｓ９によっ
て加振すると、電極針15と情報記録媒体11との間の距離
のみならず、電極針15、リード線14と導波管構造17、グ
ランド間の距離も変動するので、厳密にはこの後者の距
離変動が静電容量検出信号に対して外乱となる。しか
し、上記各実施例においては、リード線14はもともと導
波管構造17の中心導体として配置されており、電極針15
と情報記録媒体11間の距離と比較して数桁以上離れたと
ころでの微振動のため、この外乱によるノイズは現実に
は無視できる程度のものとなる。

【００３９】以上、情報再生用ヘッドに適用された実施
例について説明したが、本発明は情報記録用ヘッドに対
しても同様に適用可能である。また本発明は、情報記録
媒体を回転させる場合に限らず、情報記録媒体をラスタ
ースキャンするように構成された装置に対しても適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による静電容量型情報記録
再生ヘッドの一部破断側面図

【図２】上記第１実施例装置の電気回路図

【図３】本発明の第２実施例による静電容量型情報記録
再生ヘッドの電気回路図

【符号の説明】

11 情報記録媒体 13 筺体 14 リード線 15 電極針 16 針固定台 17 導波管構造 20 ＵＨＦ発振器 21 検波回路 23 自動周波数制御回路 24、31、33 加算点 25、34 基準信号発生回路 26 自動高さ制御回路 27 ピエゾドライバ 28 ピエゾ素子 30 パイロット信号振幅検出器 34 パイロット信号発生器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体に対向する電極針を介して、記
   録媒体に静電容量変化を生じさせるための電圧印加およ
   び／または記録媒体に記録された情報を静電容量の変化
   として検出する操作を行なう静電容量型情報記録再生ヘ
   ッドにおいて、 前記電極針に接続する導体部分が導波管構造内に収めら
   れ、 前記電極針が、前記導波管構造の外側から内側に突出し
   た絶縁体からなる針固定台に固定され、 この針固定台の、前記導波管構造の外側にある部分に、
   導電性部分を有し電極針を前記記録媒体との距離が変わ
   る方向に移動させるアクチュエータが連結されているこ
   とを特徴とする静電容量型情報記録再生ヘッド。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータの駆動信号に高周波
   の加振信号を混入させる手段が設けられ、 このアクチュエータとして、自己共振点が前記加振信号
   の周波数の２倍以上であるものが用いられていることを
   特徴とする請求項１記載の静電容量型情報記録再生ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記針固定台の高さが、前記加振信号の
   周波数をｆ、音速をｃとして、ｃ／２ｆ以下とされてい
   ることを特徴とする請求項１または２記載の静電容量型
   情報記録再生ヘッド。