JP4111655B2 - 情報記録再生装置及び情報再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブ顕微鏡を応用した情報記録再生装置及び情報再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報記録再生装置或いは情報再生装置として、プローブ顕微鏡を応用して高密度化を図ったものがある。この場合、光プローブ形状に製造誤差や経時変化などがあると、光プローブと記録媒体との間隔を一定に維持できず、所定の記録密度を得ることが困難となる。そこで、光プローブの形状のばらつきや経時変化などの光プローブの分解能を変化させる原因があっても、所定の記録密度を維持できるようにした高密度情報記録再生装置が、例えば、特開平１０−１７２１７２号公報により提案されている（第１の従来例）。
【０００３】
この第１の従来例によれば、図１８に示すように、記録媒体１上に異なる周期Λ１，Λ２を有する周期パターン２，３を設け、これらの周期パターン２，３を光プローブ４で検出し、得られる信号を周波数分析して比較し、光プローブ４と記録媒体１との間隔Ｈを検出するようにしている。５は半導体レーザ、６はレンズである。また、光プローブ４は、コア７ａを有する光ファイバ７の先端の突起７ｂ部分により形成され、金属膜８で覆われている。９は光検出器である。
【０００４】
このような構成によれば、周期パターン２，３を光プローブ４が走査した時の光量変化の基本波成分Ｉの大きさは、記録媒体１と光プローブ４との間隔Ｈが小さい場合には図１９中にＨ：小で示すようになり、間隔Ｈが大きい場合には図１９中にＨ：大で示すようになる。即ち、距離Ｈが大きいと高い空間周波数Ｋの成分が小さくなることから、これらの周期パターン２，３を走査して光量変化の基本成分の差をとることにより、光プローブ４と周期パターン２，３（従って、記録媒体１）との距離Ｈを測定できる。
【０００５】
ここに、周期パターン２，３の空間周波数Ｋ１，Ｋ２は、
Ｋ１＝２π／Λ１， Ｋ２＝２π／Λ２
から求められる。
【０００６】
また、先端から光を放つ光ファイバをプローブとして用いた情報記録再生装置の提案例もある（第２の従来例）。この第２の従来例について図２０ないし図２２を参照して説明する。まず、先端から光を放つ光ファイバをプローブ１１とし、図２０に示すようにスライダ１２に載せる。スライダ１２は例えば基板１３と記録層，保護層１４等からなる記録媒体１５と接触しないフライングスライダでもよいし、接触するコンタクトスライダでもよい。ここでは、サスペンション１６、アーム１７及びアームモータ（図示せず）を介して、記録媒体１５を回転させるためのスピンドルモータと同一の基板に固定されている。ただし、スライダ１２はアームモータにより記録媒体１５のトラッキング方向に移動可能とされている。これらのスライダ１２の働きにより記録媒体１５が回転中は、記録媒体１５とプローブ１１の先端との距離は安定して数十ｎｍに保たれる。
【０００７】
記録媒体１５表面或いは表面近傍には図２１に示すように円周方向（トラック方向）にマークピット１８が並んでおり、情報が書き込まれている。記録媒体１５は回転するので、マークピット１８の中心線上にプローブ１１の先端が来るようにプローブ１１をトラッキングさせないと、正しい情報の書き込み又は読み出しができない。
【０００８】
図２２は図２０に示したプローブ１１付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。コア１９ａとクラッド１９ｂとを有する光ファイバ構造のプロ−ブ１１は、その上端根元側はコモン電極２０部分を介してスライダ１２に固定され、記録媒体１５に対向する先端１１ａ側は自由になっている、いわゆる片持ち梁構造とされている。先端１１ａがエッチングなどにより細く先鋭化されている。先端１１ａの小さな開口からのみ光が出るように遮光金属膜２１がプローブ１１周辺に全面的に被覆されている。この開口は光ファイバ中を伝播する光の波長以下の開口径になっており、この開口からいわゆる近接場光（“エバネッセント光”とも言う）を発する。また、この提案例では、片持ち梁構造を持つプローブであればよいので、特に近接場光を発するプローブに限らず、開口径が使用する波長より大きいもの、例えば、内部集光型プローブでもよい。この光により記録媒体１５に対する情報の書き込み又は読み出しを行う。プローブ１１に被覆されている遮光金属膜２１は接地されている。
【０００９】
また、スライダ１２が使用されるときの記録媒体１５の半径方向（トラッキング方向）に、プローブ１１を挟むように一対の電極２２，２３が設けられている。これらの電極２２，２３はスライダ１２内に固定されている。これらの電極２２，２３とプローブ１１のコモン電極２０（遮光金属膜２１）との間に各々別々の電圧Ｖ1，Ｖ2を印加する。これにより、電極２４又は２５とプローブ１１との間に静電引力が働き、プローブ１１は片持ち梁となりその先端１１ａが記録媒体１５の半径方向にスイングする。これにより、トラッキングに必要なプローブ１１の先端１１ａの移動（アクチュエーション）が行われる。
【００１０】
図２２において、▲１▼の方向にプローブ１１の先端１１ａを動かすときは電極２２にのみ電圧Ｖ1を印加し、電極２３には電圧Ｖ2を印加しない。また、▲２▼の方向にプローブ１１の先端１１ａを動かすときは、その逆であり、電極２３にのみ電圧Ｖ2を印加し、電極２２には電圧Ｖ1を印加しない。この時の▲１▼の方向の静電引力Ｆ1は(１)式、▲２▼の方向の静電引力Ｆ2は(２)式で表される。
【００１１】
【数１】
【００１２】
これらの式中、Ｃ1，Ｃ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の静電容量、Ｓ1，Ｓ2は静電容量Ｃ1，Ｃ2の等価的面積、ｄ1，ｄ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の距離、εaは空気の誘電率を表す。また、静電容量Ｃ1，Ｃ2は、
Ｃ1 ＝εa・Ｓ1／ｄ1 …………(３)
Ｃ2 ＝εa・Ｓ2／ｄ2 …………(４)
のように仮定した。
【００１３】
これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例する。
【００１４】
プローブ１１の先端１１ａを動かすための電圧の印加方法として、上記のように移動させたい方向の電極にのみ電圧を印加する方法の他に、両方の電極２２，２３にバイアス電圧Ｖｂと制御電圧ΔＶとを重畳させて同時に印加させる方法がある。即ち、
Ｖ1 ＝Ｖb＋ΔＶ ………(５)
Ｖ2 ＝Ｖb−ΔＶ ………(６)
で示すような電圧Ｖ1，Ｖ2を印加し、制御電圧ΔＶを変動させることにより、プローブ１１の先端１１ａを動かす。
【００１５】
従って、プローブ１１に働く力Ｆは(７)式で示される。
【００１６】
【数２】
【００１７】
ただし、
Ｓ1 ＝Ｓ2 ………(８)
ｄ1 ≒ｄ2 ＝ｄ ………(９)
と仮定した。
【００１８】
このようにすると静電引力は制御電圧ΔＶに比例するので、制御しやすくなる。
【００１９】
また、第３の従来例として図２３に示すような提案例がある。まず、レーザ光源３１は連続発振（ＣＷ）しており、その光はカップリングレンズ３２により光ファイバ３３の端面に集光されてそのコア内に入る。その光は先端が先鋭化されている光ファイバ３３の先端のごく近傍（数十ｎｍ）に近接場光として存在する。また、この提案例では、片持ち梁構造を持つプローブであればよいので、特に近接場光を発するプローブに限らず、開口径が使用する波長より大きいもの、例えば、内部集光型プローブでもよい。従って、光ファイバ先端近傍に存在する光は特に近接場光のみに限られるものではなく、内部集光型プローブ先端から発する伝播光でもよいし、或いは、伝播光と近接場光とが混在した光でもよい。記録媒体３４はスピンドルモータ３５により回転される。記録媒体３４の表面には透過率のコントラストを持つ領域（マーク）により情報が記録されている。プローブ３６として機能する光ファイバ３３の先端を記録媒体３４の表面から数十ｎｍ以下の距離に近づけると、プローブ３６の先端から染み出している近接場光は記録媒体３４に伝播し、先のマークの透過率に対応したパワーを持つ透過光が記録媒体３４のプローブ３６とは反対側に出てくる。この光はカップリングレンズ３７を通してフォトマルチプライア（ＰＭＴ）３８に入る。ＰＭＴ３８は入射した光を電気信号に変換し、この信号はプリアンプ３９で増幅された後、２値化回路４０でデジタル情報に変換され、コンピュータ４１に入力され、記録媒体３４上の情報が読み取られる。記録媒体３４はプローブ３６と相対運動をしているので、円周方向（トラック方向）に並んでいるマークに記録されている情報が時系列にコンピュータ４１に貯えられていく。
【００２０】
記録媒体３４が書き込み可能なものであれば、同じようにデータを書き込むこともできる。必要な書き込みパルスがコンピュータ４１によりＬＤドライバ４２に与えられ、これがレーザ光源３１を駆動して、記録媒体３４の表面に情報を書き込んでいく。
【００２１】
この際、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間隔は数十ｎｍにしなければならない。実際の記録媒体３４は凹凸があり、記録媒体３４も回転に伴い面ぶれを起こして上下動するのが普通なので、この間隔を一定にするように制御を行う必要がある。この制御のために、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端に原子間力に基づくシアフォースや静電引力を利用する。
【００２２】
ここに、プローブ３６は水晶振動子４３の片方の片持ち梁に接着されている。水晶振動子４３はＬ字型のホルダ４４を介して積層圧電素子４５に接続されている。積層圧電素子４５は耐摺動パッド４６の上に接続されている。耐摺動パッド４６は記録媒体３４の表面に接触している。記録媒体３４が回転すると、記録媒体３４上を耐摺動パッド４６が摺動し、記録媒体３４とプローブ３６との間で相対運動が生じる。積層圧電素子４５は電圧を印加するとＺ方向に伸び縮みするので、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離を変えることができる。
【００２３】
水晶振動子４３は圧電素子４７によりその共振周波数で加振される。記録媒体３４の表面がプローブ３６の先端に近づくと、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間に原子間力に基づくシアフォースや静電引力が働く。この力が記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子４７により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子４３に生じる電圧は差動増幅器４８で増幅され、ロックインアンプ４９に入力される。ロックインアンプ４９は振動周波数に同期して水晶振動子の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプ４９の出力はＡ／Ｄ変換器５１を介してコンピュータ４１に取り込まれる。コンピュータ４１はプローブ３６と記録媒体３４の表面との間の所望の距離に対応する基準値との差から、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。Ｄ／Ａ変換器５２でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、パワーアンプ５３により増幅されて、積層圧電素子４５に入力される。これにより、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離がコンピュータ４１により制御される。
【００２４】
ここに、耐摺動パッド４６も含めてその上に搭載されている物全体をスライダ５４と呼ぶ。スライダ５４は図示しないサスペンション、アーム、アームモータを介してスピンドルモータ３５が固定されている基板に固定されている（図２０に示した構成参照）。但し、スライダ５４はアームモータによりトラッキング方向には移動できる。また、サスペンションによりＺ方向に上下動可能とされている。しかし、サスペンションによりスライダ５４は適当な力で記録媒体３４表面に押し付けられており、耐摺動パッド４６は記録媒体３４表面に接触している。
【００２５】
以上のような情報記録再生装置が待機状態にある時は、プローブ３６と記録媒体３４とが接触しないようにプローブ３６は記録媒体３４から遠くに離しておく。よって、上述したように書き込み或いは読み取り動作を始める前に、プローブ３６を記録媒体３４表面に近づける作業が必要となる。
【００２６】
この際、上述したようにプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離をシアフォースのみで知ろうとすると、両者間の距離が数十ｎｍに近づくまで、記録媒体３４表面へのプローブ３６の接近を知ることができない。これにより衝突が生じ易い。そこで、第３の従来例による提案では、プローブ３６と記録媒体３４表面との間に電位差を生じさせることによりこれを解決するようにしている。
【００２７】
その前提として、プローブ３６はその先端まで導電性の物であることと記録媒体３４もまた導電性の物であることが必要である。近接場光測定に用いられる光ファイバ３３を利用したプローブ３６は、クラッドからの光の放出がノイズとなるので、これを防ぐために、クラッド上に金属コートが施されているので、一般的に前者の条件は満たしている。また、記録媒体３４も光磁気材料、相変化材料などは導体又は半導体であり比抵抗が低いので、多くの場合、後者の条件も満たしている。
【００２８】
このような前提の下、コンピュータ４１で切換え制御可能なスイッチ５５を設ける。まず、スイッチ５５により電圧Ｖａの電源５６をプローブ３６の金属遮光膜に接続する。金属膜は光ファイバ３３全体に付着させることができるので、光ファイバ３３（プローブ３６）の根元に電源５６を接続することでプローブ３６の先端に電圧Ｖaを印加することができる。記録媒体３４はスピンドルモータ３５の軸を介して、基準電位（接地）に接続させておく。
【００２９】
このようにしておくと光ファイバ３３（プローブ３６）先端の金属膜と記録媒体３４表面間に電圧Ｖaが印加される。従って、両者間に静電引力が働く。静電引力は電圧Ｖaの２乗に比例し、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離ｄの２乗に逆比例する。一方、原子間力、即ちシアフォースはプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離ｄの指数関数で減少する。従って、静電引力は距離ｄに対する減衰がシアフォースに比べて遥かに緩やかであるため、プローブ３６と記録媒体３４表面間の距離ｄが大きくても両者の接近を水晶振動子４３の振幅の減少として捉えることができる。この距離ｄは電圧Ｖaの値にもよるが、数十Ｖの場合、プローブ３６と記録媒体３４表面間の距離が数十μｍ程度でも水晶振動子４３の振幅減少を捉えることができる。どの程度のプローブ３６と記録媒体３４表面間の距離から、両者の接近を捉えるかは、電圧Ｖaにより調整可能である。より遠くから両者の接近を捉えたい場合は電圧Ｖaを大きくすればよい。
【００３０】
待機時は、スライダ５４は記録媒体３４上に接触している。この時、スピンドルモータ３５は回転又は停止しているが、プローブ３６と記録媒体３４表面とが接触する危険性を考えると停止している方が好ましい。
【００３１】
書き込み・読み取りを行う前に、プローブ３６と記録媒体３４との間に電圧Ｖaを印加した状態で、圧電素子４７により水晶振動子４３、プローブ３６を共振周波数で加振し、水晶振動子４３の出力からプローブ３６の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで、プローブ３６を記録媒体３４表面に近づける。振幅が小さくなったところで、積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させることを停止する。さらにプローブ３６と記録媒体３４との間の電位差をなくし、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピードで微動のアクチュエータ（圧電素子など）により、プローブ３６の先端と記録媒体３４表面との間の距離が所望の距離になるように両者を接近させ、この後、書き込み・読み取りを始める。
【００３２】
一例として、待機時は、プローブ３６の先端と耐摺動パッド４６の表面（パッドは記録媒体３４表面に接触するので、記録媒体３４表面と同じ高さになる）が約０．５μｍになるように予めスライダ５４を作製しておく。そして、例えば、電圧Ｖａを２Ｖ程度とし、水晶振動子４３の出力からプローブ３６の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードでプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させる。
【００３３】
プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が２００ｎｍ位になると、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の静電引力により水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させることを停止する。２００ｎｍ程度からプローブ３６と記録媒体３４表面との接近を検知し停止させれば、検知から停止までの間のオーバーランによりプローブ３６と記録媒体３４表面とが衝突することはない。従って、比較的速い速度（約０．１μｍ／ｓ）で最初のアプローチを行うことができる。
【００３４】
さらに、今度はスイッチ５５を接地側に切換える。これにより、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の電位差はなくなり、両者には静電引力は働かなくなる。この後、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピード（約１０ｎｍ／ｓ）でプローブ３６の先端と記録媒体３４表面とを接近させていく。数十ｎｍ程度までプローブ３６と記録媒体３４表面とが接近すると、プローブ３６と記録媒体３４表面との間のシアフォースにより水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。所望の距離まで両者が近づいたところで、これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の変位を停止する。この時はアプローチの速度が前の段階より遅くなっているので、オーバーランが少なくなる。従って、停止時のプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が小さくなっても両者が衝突することはない。この後、書き込み・読み取りを始める。
【００３５】
このように、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きい時は速いスピードで両者を接近させつつ、静電引力を用いてプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きい段階から両者の接近を捉えることにより衝突を防ぐことができる。プローブ３６と記録媒体３４表面との間の電位差と接近速度とを段階的に小さくすることで、以上のシーケンスを行うことができる。最後のアプローチでは両者間の電圧印加をなくしてシアフォースによるプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離検出を行ってアプローチを終了する。
【００３６】
シアフォースだけのプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離検出の場合は、数十ｎｍに接近してからでないと両者の接近を検知できないので、アプローチの最初から数十ｎｍ／ｓなる非常にゆっくりとした速度でアプローチを行う必要があり、書き込み・読み取り動作の開始までに非常に時間がかかった。しかし、第３の従来例による方法により、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離に対応した接近速度を選ぶことができるので、書き込み・読み取り開始までの時間を短縮することができる。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第２の従来例による場合、電極２２，２３に印加する電圧Ｖ1，Ｖ2は(５)(６)式で示したようにプローブ１１をトラッキング方向に移動させるための制御電圧ΔＶとバイアス電圧Ｖbとを重畳させた電圧となっている。この場合、制御電圧ΔＶ或いはバイアス電圧Ｖbはフローティングとなるため、電位の安定など回路構成上困難が伴ってしまう。
【００３８】
そこで、本発明は、プローブをトラッキングさせるための制御電圧の安定性を向上させ得る上に回路構成も単純化させ得る情報記録再生装置及び情報再生装置を提供することを第１の目的とする。
【００３９】
また、第２の従来例によれば、電極２２，２３に電圧を印加する方法として、プローブ１１を移動させたい方向の電極２２又は２３のみに電圧を印加する方法と、両方の電極２２，２３にバイアス電圧Ｖbと制御電圧ΔＶとを重畳させて印加する方法とが示されており、後者の方が制御性がよいといえる。しかし、装置として求められるのは制御性だけでなく、できるだけ低電圧で駆動できることが望まれる。特に高周波での応答性が求められる制御電圧に関しては、低電圧である方が高速な回路を実現しやすい。
【００４０】
そこで、本発明は、制御性のみでなく制御電圧の低電圧化を確実にできる条件を特定し、回路の負担（コスト、消費電力、サイズ）を低減させ得る情報記録再生装置及び情報再生装置を提供することを第２の目的とする。
【００４１】
さらに、第３の従来例による場合、記録媒体３４に対する素早いアプローチを達成するためにプローブ３６に直流電圧Ｖａを印加させるようにしている。また、第２の従来例では、プローブ１１をトラッキングさせるための電極２２又は２３と、プローブ１１との間にバイアス電圧Ｖbを印加させるようにしている。これは制御電圧ΔＶの低電圧化や電圧に対するプローブ１１の動きに直線性を持たせるためである。このため、第３の従来例のように素早いアプローチを達成するためにプローブ３６に直流電圧Ｖaを印加すると適切なバイアス条件から外れてしまう。
【００４２】
さらに、第１の従来例においては、プローブ４先端と記録媒体１表面の距離を測定するために記録媒体１に空間周波数の異なるパターン２，３を設ける必要があり、記録密度が低くなってしまう。また、得られた信号を周波数分析する必要があり、これらの処理に時間がかかり、充分なスピードで、距離を制御することができない。
【００４３】
そこで、本発明は、第２の目的による制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突が少なく、かつ、アプローチの動作速度の高速化とを同時に実現し、さらには、特別な波長や記録媒体上に設けるパターンや、時間のかかる信号処理なども必要としない情報記録再生装置及び情報再生装置を提供することを第３の目的とする。
【００４４】
さらには、本発明は、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る情報記録再生装置及び情報再生装置を提供することを第４の目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を備える。
【００４６】
従って、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性が増し、回路構成も単純化できる。
【００４７】
請求項２記載の発明は、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている。
【００４８】
従って、バイアス電圧の電圧値を適正に設定することで、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【００４９】
請求項３記載の発明は、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加御手段と、を備える。
【００５０】
従って、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【００５１】
請求項４記載の発明は、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を備える。ここに、「プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用」とは、プローブから記録媒体への作用或いは記録媒体からプローブへの作用を意味する。
【００５２】
従って、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性が増し、回路構成も単純化できる。
【００５３】
請求項５記載の発明は、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている。ここに、「プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用」とは、プローブから記録媒体への作用或いは記録媒体からプローブへの作用を意味する。
【００５４】
従って、バイアス電圧の電圧値を適正に設定することで、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【００５５】
請求項６記載の発明は、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、を備える。ここに、「プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用」とは、プローブから記録媒体への作用或いは記録媒体からプローブへの作用を意味する。
【００５６】
従って、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【００５７】
請求項７記載の発明は、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を備える。
【００５８】
従って、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性が増し、回路構成も単純化できる。
【００５９】
請求項８記載の発明は、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている。
【００６０】
従って、バイアス電圧の電圧値を適正に設定することで、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【００６１】
請求項９記載の発明は、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、を備える。
【００６２】
従って、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【００６３】
請求項１０記載の発明は、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を備える。
【００６４】
従って、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性が増し、回路構成も単純化できる。
【００６５】
請求項１１記載の発明は、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている。
【００６６】
従って、バイアス電圧の電圧値を適正に設定することで、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【００６７】
請求項１２記載の発明は、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、を備える。
【００６８】
従って、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【００６９】
請求項１３記載の発明は、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、を備える。
【００７０】
従って、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る。
【００７１】
請求項１４記載の発明は、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、を備える。ここに、「プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用」とは、プローブから記録媒体への作用或いは記録媒体からプローブへの作用を意味する。
【００７２】
従って、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る。
【００７３】
請求項１５記載の発明は、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、を備える。
【００７４】
従って、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る。
【００７５】
請求項１６記載の発明は、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、を備える。
【００７６】
従って、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る。
【００７７】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には図２０ないし図２２に示した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。
【００７８】
コア１９ａとクラッド１９ｂとを有する光ファイバ構造のプロ−ブ１１は、その上端根元側はコモン電極２０部分を介してスライダ１２に固定され、記録媒体１５に対向する先端１１ａ側は自由になっている、いわゆる片持ち梁構造とされている。先端１１ａはエッチングなどにより細く先鋭化されている。先端１１ａの小さな開口からのみ光が出るように遮光金属膜２１がプローブ１１周辺に全面的に被覆されている。この開口は光ファイバ中を伝播する光の波長以下の開口径になっており、この開口からいわゆる近接場光を発する。もっとも、このような近接場光を発するプローブ以外のプローブの場合であっても、同様な構造を取るプローブの場合であれば適用できる。例えば、開口径が使用する波長より大きい内部集光型プローブでもよい。この光により記録媒体１５に対する情報の書き込み又は読み出しを行う。プローブ１１に被覆されている遮光金属膜２１と接地との間にはバイアス電圧Ｖｂを印加するバイアス電圧印加手段としての電源６１が接続されている。このバイアス電圧Ｖbは正負何れであってもよい。
【００７９】
また、スライダ１２が使用されるときの記録媒体１５の半径方向（トラッキング方向）に、プローブ１１を挟むように一対の電極２２，２３が設けられている。これらの電極２２，２３はスライダ１２内に固定されている。これらの電極２２，２３とプローブ１１のコモン電極２０（遮光金属膜２１）との間に各々別々の電圧Ｖ1，Ｖ2を印加する。この電圧Ｖ1，Ｖ2を生成するため、電極２２，２３と接地との間には、各々電圧Ｖ1e，Ｖ2eなる制御電圧印加手段としての電源６２，６３が接続されている。従って、電圧Ｖ1，Ｖ2は電源６１によるバイアス電圧Ｖbと電源６２，６３による電圧Ｖ1e，Ｖ2eとの重畳電圧として印加されるもので、これらの電源６１，６２，６３が電圧印加手段として作用する。ここに、これらの電源６１，６２，６３の基準電圧は接地で共通されている。
【００８０】
これにより、電極２２又は２３とプローブ１１との間に静電引力が働き、プローブ１１は片持ち梁となりその先端１１ａが記録媒体１５の半径方向にスイングする。これにより、トラッキングに必要なプローブ１１の先端１１ａの移動が行われる。
【００８１】
図１において、▲１▼の方向の静電引力Ｆ1は(１０)式、▲２▼の方向の静電引力Ｆ2は(１１)式で表される。
【００８２】
【数３】
【００８３】
これらの式中、Ｃ1，Ｃ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の静電容量、Ｓ1，Ｓ2は静電容量Ｃ1，Ｃ2の等価的面積、ｄ1，ｄ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の距離、εaは空気の誘電率を表す。また、静電容量Ｃ1，Ｃ2は、
Ｃ1 ＝εa・Ｓ1／ｄ1 …………(１２)
Ｃ2 ＝εa・Ｓ2／ｄ2 …………(１３)
のように仮定した（即ち、(３)(４)式と同じ仮定である）。
【００８４】
これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例する。
【００８５】
ここに、電源６２，６３による電圧Ｖ1e，Ｖ2eを(１４)(１５)式のような電圧とし、
Ｖ1e＝−ΔＶ ………(１４)
Ｖ2e＝＋ΔＶ ………(１５)
これらの電圧ΔＶを変動させることで、プローブ１１の先端１１ａを動かす。この場合に電極２２とプローブ１１との間の電位差Ｖ1、電極２３とプローブ１１との間の電位差Ｖ2は、
Ｖ1 ＝Ｖb＋ΔＶ ………(１６)
Ｖ2 ＝Ｖb−ΔＶ ………(１７)
で示すになる。
【００８６】
従って、プローブ１１に働く力Ｆは(１８)式で示される。
【００８７】
【数４】
【００８８】
ただし、
Ｓ1 ＝Ｓ2 ………(１９)
ｄ1 ≒ｄ2 ＝ｄ ………(２０)
と仮定した。
【００８９】
このようにすると静電引力は制御電圧ΔＶに比例するので、制御しやすくなる。
【００９０】
ここに、本実施の形態によれば、バイアス電圧Ｖbは制御電圧ΔＶ用の電圧Ｖ1e，Ｖ2eとは独立に設けられた電圧であり、かつ、これらの基準電圧は接地（ＧＮＤ）で共通であるので、電位の安定性が前述した第２の従来例の場合に比べて増し、また、回路構成も単純になる。
【００９１】
本発明の第二の実施の形態を図１に基づいて説明する。構成については、第一の実施の形態で説明したので、説明を省略する。
【００９２】
まず、▲１▼の方向にプローブ１１を動かすときは電圧Ｖ1eのみを印加し、電圧Ｖ2eは印加しない。また、▲２▼の方向にプローブ１１を動かすときは、その逆である。この時の▲１▼方向の静電引力Ｆ1は(２１)式、▲２▼方向の静電引力Ｆ2は(２２)式で表される。
【００９３】
【数５】
【００９４】
これらの式中、Ｃ1，Ｃ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の静電容量、Ｓ1，Ｓ2は静電容量Ｃ1，Ｃ2の等価的面積、ｄ1，ｄ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の距離、εaは空気の誘電率を表す。また、静電容量Ｃ1，Ｃ2は、
Ｃ1 ＝εa・Ｓ1／ｄ1 …………(２３)
Ｃ2 ＝εa・Ｓ2／ｄ2 …………(２４)
のように仮定した（即ち、(３)(４)式と同じ仮定である）。
【００９５】
これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例する。
【００９６】
ここで、▲１▼の方向に動く場合を考えると、電圧Ｖ2eは印加しない。また、ｄ1＝ｄ2＝ｄ，Ｓ1＝Ｓ2＝Ｓと書き直すものとする。プローブ１１を制御するために、ダイナミックに変化する電圧をＶaとすると、
Ｖ1e＝Ｖa
となり、プローブ１１に働く力Ｆは(２１)式だけとなるので、(２５)式で表される。
【００９７】
【数６】
【００９８】
次に、図１に示すように、電極２２，２３とプローブ１１との間にバイアス電圧Ｖbがあり、各々の電極２２，２３に印加されるプローブ１１を制御する制御電圧Ｖ1e，Ｖ2eが極性が異なり絶対値が同じ電圧の場合を考える。即ち、Ｖ1e＝−Ｖa，Ｖ2e＝＋Ｖaとすると、▲１▼方向の静電引力Ｆ1は(２６)式、▲２▼方向の静電引力Ｆ2は(２７)式で表される。
【００９９】
【数７】
【０１００】
両方の静電引力を合わせてプローブ１１に働く力Ｗは、(２８)式で表される。
【０１０１】
【数８】
【０１０２】
ここに、Ｗ＞Ｆを満足するための条件は、(２９)式で表される。
【０１０３】
【数９】
【０１０４】
よって、バイアス電圧Ｖbは、制御電圧Ｖaに対して
Ｖb＞Ｖa／４ ………(３０)
を満たせばよいこととなる。
【０１０５】
即ち、プローブ１１の位置を制御する制御電圧Ｖaの１／４以上のバイアス電圧Ｖbを印加すると、このバイアス電圧Ｖbを印加しないで制御電圧Ｖaだけをダイナミックに変化させてプローブ１１を動かすための制御を行う場合の力よりも、バイアス電圧Ｖbを印加した上で制御電圧Ｖaをダイナミックに変化させてプローブ１１を動かすための制御を行う場合の力の方が大きくなる。逆に言うと、(３０)式の条件を満たせば、同じ力を得るのにより低電圧の制御電圧Ｖaで済むことになる。この制御電圧Ｖaはプローブ１１のトラッキングを行うために高速に変動しなければいけないので、この電圧値が小さくなることで駆動回路の負担を小さくすることができる。また、バイアス電圧Ｖbは単なる直流電圧なので、高電圧な回路を構成することは制御電圧Ｖａを高電圧にする場合よりも遥かに簡単である。
【０１０６】
このように、本実施の形態によれば、(３０)式の条件を満たすようにバイアス電圧Ｖbの電圧値を設定したので、このバイアス電圧Ｖbを印加する効果として、電圧に対する静電引力の直線性が良くなるだけでなく、駆動回路の負担を軽減させ得る効果を持つ。この結果、プローブ１１をトラッキングさせるためにダイナミックに変動する制御電圧Ｖaの電圧を低電圧化できることにより、制御電圧Ｖaを出力する回路の負担（コスト、消費電力、サイズ）を低減させることができる。
【０１０７】
本発明の第三の実施の形態を図２及び図３に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には図２３及び図１に示した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を用いて示す。
【０１０８】
まず、レーザ光源３１は連続発振しており、その光はカップリングレンズ３２により光ファイバ３３の端面に集光されてそのコア内に入る。その光は先端が先鋭化されている光ファイバ３３の先端のごく近傍（数十ｎｍ）に近接場光として存在する。記録媒体３４はスピンドルモータ３５により回転される。記録媒体３４の表面には透過率のコントラストを持つ領域（マーク）により情報が記録されている。プローブ３６として機能する光ファイバ３３の先端を記録媒体３４の表面から数十ｎｍ以下の距離に近づけると、プローブ３６の先端から染み出している近接場光は記録媒体３４に伝播し、先のマークの透過率に対応したパワーを持つ透過光が記録媒体３４のプローブ３６とは反対側に出てくる。この光はカップリングレンズ３７を通してフォトマルチプライア（ＰＭＴ）３８に入る。ＰＭＴ３８は入射した光を電気信号に変換し、この信号はプリアンプ３９で増幅された後、２値化回路４０でデジタル情報に変換され、コンピュータ４１に入力され、記録媒体３４上の情報が読み取られる。記録媒体３４はプローブ３６と相対運動をしているので、円周方向（トラック方向）に並んでいるマークに記録されている情報が時系列にコンピュータ４１に貯えられていく。
【０１０９】
記録媒体３４が書き込み可能なものであれば、同じようにデータを書き込むこともできる。必要な書き込みパルスがコンピュータ４１によりＬＤドライバ４２に与えられ、これがレーザ光源３１を駆動して、記録媒体３４の表面に情報を書き込んでいく。
【０１１０】
この際、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間隔は数十ｎｍにしなければならない。実際の記録媒体３４は凹凸があり、記録媒体３４も回転に伴い面ぶれを起こして上下動するのが普通なので、この間隔を一定にするように制御を行う必要がある。この制御のために、本実施の形態でも、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端に原子間力に基づくシアフォースや静電引力を利用する。
【０１１１】
ここに、プローブ３６は水晶振動子４３の片方の片持ち梁に接着されている。水晶振動子４３はＬ字型のホルダ４４を介して積層圧電素子４５に接続されている。積層圧電素子４５は耐摺動パッド４６の上に接続されている。耐摺動パッド４６は記録媒体３４の表面に接触している。記録媒体３４が回転すると、記録媒体３４上を耐摺動パッド４６が摺動し、記録媒体３４とプローブ３６との間で相対運動が生じる。積層圧電素子４５は電圧を印加するとＺ方向に伸び縮みするので、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離を変えることができる。
【０１１２】
水晶振動子４３は圧電素子４７によりその共振周波数で加振される。記録媒体３４の表面がプローブ３６の先端に近づくと、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間に原子間力に基づくシアフォースや静電引力が働く。この力が記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子４７により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子４３に生じる電圧は差動増幅器４８で増幅され、ロックインアンプ４９に入力される。ロックインアンプ４９は振動周波数に同期して水晶振動子の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプ４９の出力はＡ／Ｄ変換器５１を介してコンピュータ４１に取り込まれる。コンピュータ４１はプローブ３６と記録媒体３４の表面との間の所望の距離に対応する基準値との差から、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。Ｄ／Ａ変換器５２でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、パワーアンプ５３により増幅されて、積層圧電素子４５に入力される。これにより、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離がコンピュータ４１により制御される。
【０１１３】
ここに、耐摺動パッド４６も含めてその上に搭載されている物全体をスライダ５４と呼ぶ。スライダ５４は図示しないサスペンション、アーム、アームモータを介してスピンドルモータ３５が固定されている基板に固定されている（図２０に示した構成参照）。但し、スライダ５４はアームモータによりトラッキング方向には移動できる。また、サスペンションによりＺ方向に上下動可能とされている。しかし、サスペンションによりスライダ５４は適当な力で記録媒体３４表面に押し付けられており、耐摺動パッド４６は記録媒体３４表面に接触している。
【０１１４】
一方、プローブ３６の先端を記録媒体３４のマーク列（トラック）にトラッキングさせるためには、トラッキングアクチュエータが必要となる。このトラッキングのために、第一又は二の実施の形態で説明したように、静電引力を利用するものである。従って、プローブ３６付近の構成としては、図１に示したプローブ１１の場合と同様な構成とされている。即ち、プローブ３６をトラッキング方向に挟むように一対の電極２２，２３が設けられ、これらの電極２２，２３に電圧を印加してプローブ３６と電極２２又は２３との間に働く力でプローブ３６の先端３６ａを曲げてトラッキングを行う。
【０１１５】
図３は、電極２２，２３部分周辺をトラッキング方向に断面し拡大して示す断面構造図である。これらの電極２２，２３には、各々重畳電圧印加手段として作用する３入力加算アンプ７１ａ，７１ｂの出力側が接続されている。加算アンプ７１ａの入力側にはプローブ３６に選択的に印加させるための接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとの電源７２，７３，７４が接続され、加算アンプ７１ｂの入力側には接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとの電源７２，７３，７５が接続されている。従って、一方の電極２２に印加される電圧Ｖ1eはプローブ３６に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとが重畳された電圧となる。他方の電極２３に印加される電圧Ｖ2eはプローブ３６に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとが重畳された電圧となる。プローブ３６のトラッキングは制御電圧＋Ｖa，−Ｖaを変化させることにより行う。制御電圧＋Ｖa，−Ｖaから独立させたバイアス電圧Ｖｂを重畳させて印加させるのは、第一、二の実施の形態で説明したように制御電圧＋Ｖa，−Ｖaに対する静電引力の直線性の向上と、低電圧化を図るためである。また、プローブ３６には接近用電圧Ｖap又は接地電圧が印加される。何れの電圧を印加するかについては、後述する。
【０１１６】
以上のような情報記録再生装置が待機状態にある時は、プローブ３６と記録媒体３４とが接触しないようにプローブ３６は記録媒体３４から遠くに離しておく。よって、上述したように書き込み或いは読み取り動作を始める前に、プローブ３６を記録媒体３４表面に近づける作業が必要となる。
【０１１７】
この際、上述したようにプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離をシアフォースのみで知ろうとすると、両者間の距離が数十ｎｍに近づくまで、記録媒体３４表面へのプローブ３６の接近を知ることができない。これにより衝突が生じ易い。そこで、本実施の形態では、第３の従来例による提案の場合と同様に、プローブ３６と記録媒体３４表面との間に電位差を生じさせることによりこれを解決している。
【０１１８】
その前提として、プローブ３６はその先端まで導電性の物であることと記録媒体３４もまた導電性の物であることが必要である。近接場光測定に用いられる光ファイバ３３を利用したプローブ３６は、クラッド１９ｂからの光の放出がノイズとなるので、これを防ぐために、クラッド１９ｂ上に金属コートが遮光金属膜２１として施されているので、一般的に前者の条件は満たしている。また、記録媒体３４も光磁気材料、相変化材料などは導体又は半導体であり比抵抗が低いので、多くの場合、後者の条件も満たしている。
【０１１９】
このような前提の下、コンピュータ４１で切換え制御可能なスイッチ７６を設け、電源７２側と接地側とを切換え自在とする。この電源７２により接近用電圧印加手段が構成されている。まず、スイッチ７６により接近用電圧Ｖapの電源７２をプローブ３６の遮光金属膜２１（コモン電極２０）に接続する。遮光金属膜２１は光ファイバ３３全体に付着させることができるので、光ファイバ３３（プローブ３６）の根元に電源７２を接続することでプローブ３６の先端に接近用電圧Ｖapを印加することができる。記録媒体３４はスピンドルモータ３５の軸を介して、基準電位（接地）に接続させておく。
【０１２０】
このようにしておくと光ファイバ３３（プローブ３６）先端の遮光金属膜２１と記録媒体３４表面間に接近用電圧Ｖapが印加される。従って、両者間に静電引力が働く。このとき、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離ｄが２０ｎｍ以下にならないと、原子間力、即ちシアフォースは十分に働かない。しかるに、静電引力は接近用電圧Ｖapの２乗に比例し、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離ｄの２乗に逆比例するので、シアフォースより遥かに離れた位置から働く。従って、静電引力は距離ｄに対する減衰がシアフォースに比べて遥かに緩やかであるため、プローブ３６と記録媒体３４表面間の距離ｄが大きくても両者の接近を水晶振動子４３の振幅の減少として捉えることができる。この距離ｄは接近用電圧Ｖapの値にもよるが、数十Ｖの場合、プローブ３６と記録媒体３４表面間の距離が数十μｍ程度でも水晶振動子４３の振幅減少を捉えることができる。どの程度のプローブ３６と記録媒体３４表面間の距離から、両者の接近を捉えるかは、接近用電圧Ｖapにより調整可能である。より遠くから両者の接近を捉えたい場合は接近用電圧Ｖapを大きくすればよい。
【０１２１】
この場合、本実施の形態によれば、電極２２，２３に印加する電圧Ｖ1e，Ｖ2eはプローブ３６に対する接近用電圧Ｖapの増減に対して同じ値で連動するので、プローブ３６と電極２２，２３との間の電位差はプローブ３６に対する接近用電圧Ｖapの増減に無関係である。従って、プローブ３６と電極２２，２３との間の電位差はバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaとのみにより決まるので、プローブ３６のトラッキング動作に接近用電圧Ｖapは影響しない。
【０１２２】
待機時は、スライダ５４は記録媒体３４上に接触している。この時、スピンドルモータ３５は回転又は停止しているが、プローブ３６と記録媒体３４表面とが接触する危険性を考えると停止している方が好ましい。
【０１２３】
書き込み・読み取りを行う前に、プローブ３６と記録媒体３４との間に接近用電圧Ｖapを印加した状態で、圧電素子４７により水晶振動子４３、プローブ３６を共振周波数で加振し、水晶振動子４３の出力からプローブ３６の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで、プローブ３６を記録媒体３４表面に近づける。振幅が小さくなったところで、積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させることを停止する。さらにプローブ３６と記録媒体３４との間の電位差をなくし、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピードで微動のアクチュエータ（圧電素子など）により、プローブ３６の先端と記録媒体３４表面との間の距離が所望の距離になるように両者を接近させ、この後、書き込み・読み取りを始める。
【０１２４】
一例として、待機時は、プローブ３６の先端と耐摺動パッド４６の表面が約０．５μｍになるように予めスライダ５４を作製しておく。そして、例えば、接近用電圧Ｖapを２Ｖ程度とし、水晶振動子４３の出力からプローブ３６の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードでプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させる。
【０１２５】
プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が２００ｎｍ位になると、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の静電引力により水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させることを停止する。２００ｎｍ程度からプローブ３６と記録媒体３４表面との接近を検知し停止させれば、検知から停止までの間のオーバーランによりプローブ３６と記録媒体３４表面とが衝突することはない。従って、比較的速い速度（約０．１μｍ／ｓ）で最初のアプローチを行うことができる。
【０１２６】
さらに、今度はスイッチ７６を接地側に切換える。これにより、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の電位差はなくなり、両者には静電引力は働かなくなる。この後、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピード（約１０ｎｍ／ｓ）でプローブ３６の先端と記録媒体３４表面とを接近させていく。数十ｎｍ程度までプローブ３６と記録媒体３４表面とが接近すると、プローブ３６と記録媒体３４表面との間のシアフォースにより水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。所望の距離まで両者が近づいたところで、これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の変位を停止する。この時はアプローチの速度が前の段階より遅くなっているので、オーバーランが少なくなる。従って、停止時のプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が小さくなっても両者が衝突することはない。この後、書き込み・読み取りを始める。
【０１２７】
このように、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きい時は速いスピードで両者を接近させつつ、静電引力を用いてプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きい段階から両者の接近を捉えることにより衝突を防ぐことができる。プローブ３６と記録媒体３４表面との間の電位差と接近速度とを段階的に小さくすることで、以上のシーケンスを行うことができる。最後のアプローチでは両者間の電圧印加をなくしてシアフォースによるプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離検出を行ってアプローチを終了する。
【０１２８】
シアフォースだけのプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離検出の場合は、数十ｎｍに接近してからでないと両者の接近を検知できないので、アプローチの最初から数十ｎｍ／ｓなる非常にゆっくりとした速度でアプローチを行う必要があり、書き込み・読み取り動作の開始までに非常に時間がかかった。しかし、本実施の形態によれば、第３の従来例による場合と同様に、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離に対応した接近速度を選ぶことができるので、書き込み・読み取り開始までの時間を短縮することができる。
【０１２９】
具体的には、積層圧電素子４５としては数十Ｖで５００μｍ程度の変位を得るために、厚さ２ｍｍ程度で２０〜３０層程度の積層数のものを用いる。電圧を印加すると積層圧電素子の厚さが増えるタイプのものでもよいが、待機時や、電源オフ時にプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きくなるようにするために、電圧を印加すると厚みが減るタイプを用いることが好ましい。
【０１３０】
なお、本実施の形態では、最後のアプローチで、プローブ３６と記録媒体３４表面間の電位差をなくすようにしたが、これに限られない。例えば、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチ段階での接近用電圧Ｖapよりもさらに電圧値を下げ、接近用電圧Ｖapを印加したままで静電引力を働かせ、アプローチを終了させるようにしてもよい。そして、接近用電圧Ｖapを印加し、静電引力を検出しながらプローブ３６と記録媒体３４表面間の距離を一定に保ちながら記録媒体３４への書き込み・読み取りを行わせることができる。また、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチの段階での電圧よりも更に電圧を下げなくても同様の動作を行うことができる。
【０１３１】
このように、本実施の形態によれば、素早いアプローチを実現するためにプローブ３６に印加する接近用電圧Ｖapが、バイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaによるトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上に影響を及ぼすことがない。従って、素早いアプローチとトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上とを両立させることができる。また、素早いアプローチを実現するために、第１の従来例の如く特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもない。
【０１３２】
なお、これらの第一ないし第三の実施の形態では、記録媒体１５，３４としてデータ列が円周状に並ぶ円盤状のディスクを想定したが、これに限らず、データ列が直線状に並ぶカード上の記録媒体であってもよい。
【０１３３】
本発明の第四の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には、前述した第一の実施の形態の情報記録再生装置の場合と同様であるが、光ファイバ構造のプローブ１１に代えて、導電性のプローブ８１が用いられている。
【０１３４】
先端８１ａが非常に鋭利に、例えばその曲率半径が１００ｎｍ以下に形成された導電性のプロ−ブ８１は、その上端根元側はコモン電極２０部分を介してスライダ１２に固定され、記録媒体８２に対向する先端８１ａ側は自由になっている、いわゆる片持ち梁構造とされている。先端８１ａはエッチングや電解研磨法などにより細く先鋭化されている。このプローブ８１と記録媒体８２との間に所定のバイアス電圧Ｖｂを印加し、プローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２の表面との間の距離が１０ｎｍ以下になると、両者間にトンネル電流が流れる。
【０１３５】
記録媒体８２としては、例えば、記録層８３の抵抗が低い材料で形成され、その下地に導電性の薄膜或いは基板による導電層８４を有する構成が考えられる。図５に記録媒体８２の構成例を示す。記録層８３はとしては相変化材料が挙げられる。例えば、ＧｅＴｅＳｂ薄膜或いはＡｇＩｎＳｂＴｅ薄膜が考えられる。これらの膜をスパッタリング法などで成膜した場合、その膜はアモルファス相になる。この膜に、前述した方法によりトンネル電流を流す。すると、電流の流れたところでジュール熱が発生し、その部分が多結晶化する。このようにしてアモルファス相のフィールドに多結晶相のマークを書くことができる。このマークの有無により情報を書き込むことができる。これらの膜が多結晶相の場合の比抵抗とアモルファス相の場合の比抵抗が異なる。従って、プローブ８１の先端８１ａと記録層８３の表面との距離が一定であっても、抵抗値が異なるので、多結晶層の上にプローブ８１の先端８１ａがある場合のトンネル電流の方がアモルファス層のそれよりも大きくなる。この電流値はバイアス電圧Ｖbと導電性のプローブ８１との間に設けた電流計８５により測定することができる。これにより書き込んだマークを読み取ることができる。なお、読み取る時の電流は書き込む時の電流よりも少なくした方がよい。
【０１３６】
別な方法としては、スパッタリング法による成膜後の記録層８３を１回別な方法で全面多結晶化し、前述の場合と同じ方法で、多結晶のフィールドにアモルファス相のマークを書き込み、読み取るようにすることもできる。また、記録層８３の材料としてはキノン環とヒドロキノン環を両端に有する有機分子であってもよい(1994年第５５回応用物理学界学術講演会における発表20ｐ-Ｑ-9に記載)。
【０１３７】
プローブ８１と記録媒体８２の導電層８４及び接地との間にはバイアス電圧Ｖｂを印加するバイアス電圧印加手段としての電源６１が接続されている。このバイアス電圧Ｖｂは正負何れであってもよい。
【０１３８】
また、スライダ１２が使用されるときの記録媒体８２の半径方向（トラッキング方向）に、プローブ８１を挟むように一対の電極２２，２３が設けられている。これらの電極２２，２３はスライダ１２内に固定されている。これらの電極２２，２３とプローブ８１のコモン電極２０（導電性のプローブ８１自身）との間に各々別々の電圧Ｖ1，Ｖ2を印加する。この電圧Ｖ1，Ｖ2を生成するため、電極２２，２３と接地との間には、各々電圧Ｖ1e，Ｖ2eなる制御電圧印加手段としての電源６２，６３が接続されている。従って、電圧Ｖ1，Ｖ2は電源６１によるバイアス電圧Ｖｂと電源６２，６３による電圧Ｖ1e，Ｖ2eとの重畳電圧として印加されるもので、これらの電源が電圧印加手段として作用する。ここに、これらの電源６１，６２，６３の基準電圧は接地で共通されている。
【０１３９】
これにより、電極２２又は２３と導電性のプローブ８１との間に静電引力が働き、導電性のプローブ８１は片持ち梁となりその先端８１ａが記録媒体８２の半径方向にスイングする。これにより、トラッキングに必要なプローブ８１の先端８１ａの移動が行われる。
【０１４０】
図４における、▲１▼の方向の静電引力Ｆ1は前述した(１０)式、▲２▼の方向の静電引力Ｆ2は前述した(１１)式で表される。これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例することが分かる。ここに、電源６２，６３による電圧Ｖ1e，Ｖ2eを前述した(１４)(１５)式のような電圧とし、これらの電圧ΔＶを変動させることで、導電性のプローブ８１の先端８１ａを動かす。この場合に各々の電極２２，２３と導電性のプローブ８１との間の電位差Ｖ1，Ｖ2は、前述した（１６）（１７）式で示すになる。従って、導電性のプローブ８１に働く力Ｆは前述した(１８)式で示される。このようにすると静電引力は制御電圧ΔＶに比例するので、制御しやすくなる。
【０１４１】
ここに、本実施の形態によれば、バイアス電圧Ｖbは制御電圧ΔＶ用の電圧Ｖ1e，Ｖ2eとは独立に設けられた電圧であり、かつ、これらの基準電圧は接地（ＧＮＤ）で共通であるので、電位の安定性が前述した第２の従来例の場合に比べて増し、また、回路構成も単純になる。
【０１４２】
また、バイアス電圧Ｖｂは、静電引力が制御電圧ΔＶに比例し、制御しやすくするためと、記録媒体８２と導電性のプローブ８１との間にトンネル電流を流すための両方の役目がある。両者の役目が両立するように電圧或いはプローブ８１の形状・寸法を定める必要がある。
【０１４３】
本発明の第五の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。構成については、第四の実施の形態で説明したので、説明を省略する。
【０１４４】
まず、▲１▼の方向に導電性のプローブ８１を動かすときは電圧Ｖ1eのみを印加し、電圧Ｖ2eは印加しない。また、▲２▼の方向に導電性のプローブ８１を動かすときは、その逆である。この時の▲１▼方向の静電引力Ｆ1は前述した(２１)式、▲２▼方向の静電引力Ｆ2は前述した(２２)式で表される。これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例することが分かる。
【０１４５】
ここで、▲１▼の方向に動く場合を考えると、電圧Ｖ2eは印加しない。また、ｄ1＝ｄ2＝ｄ，Ｓ１＝Ｓ2＝Ｓと書き直すものとする。プローブ８１を制御するために、ダイナミックに変化する電圧をＶaとすると、
Ｖ1e＝Ｖa
となり、導電性のプローブ８１に働く力Ｆは前述した(２１)式だけとなるので、前述した(２５)式で表される。
【０１４６】
次に、図４に示すように、電極２２，２３とプローブ８１との間にバイアス電圧Ｖbがあり、各々の電極２２，２３に印加されるプローブ８１を制御する制御電圧Ｖ1e，Ｖ2eの極性が異なり絶対値が同じ電圧の場合を考える。即ち、Ｖ1e＝−Ｖa，Ｖ2e＝＋Ｖaとすると、▲１▼方向の静電引力Ｆ1は前述した(２６)式、▲２▼方向の静電引力Ｆ2は前述した(２７)式で表される。両方の静電引力を合わせて導電性のプローブ８１に働く力Ｗは、前述した(２８)式で表される。
【０１４７】
よって、バイアス電圧Ｖbは、制御電圧Ｖaに対して前述した(３０)式、即ち、
Ｖb＞Ｖa／４……(３０)
を満たせばよいこととなる。
【０１４８】
即ち、導電性のプローブ８１の位置を制御する制御電圧Ｖaの１／４以上のバイアス電圧Ｖbを印加すると、このバイアス電圧Ｖbを印加しないで制御電圧Ｖaだけをダイナミックに変化させて導電性のプローブ８１を動かすための制御を行う場合の力よりも、バイアス電圧Ｖbを印加した上で制御電圧Ｖaをダイナミックに変化させて導電性のプローブ８１を動かすための制御を行う場合の力の方が大きくなる。逆に言うと、前述した(３０)式の条件を満たせば、同じ力を得るのにより低電圧の制御電圧Ｖaで済むことになる。この制御電圧Ｖaはプローブ８１のトラッキングを行うために高速に変動しなければいけないので、この電圧値が小さくなることで駆動回路の負担を小さくすることができる。また、バイアス電圧Ｖbは単なる直流電圧なので、高電圧な回路を構成することは制御電圧Ｖaを高電圧にする場合よりも遥かに簡単である。
【０１４９】
このように、本実施の形態によれば、前述した(３０)式の条件を満たすようにバイアス電圧Ｖbの電圧値を設定したので、このバイアス電圧Ｖbを印加する効果として、電圧に対する静電引力の直線性が良くなるだけでなく、駆動回路の負担を軽減させ得る効果を持つ。この結果、導電性のプローブ８１をトラッキングさせるためにダイナミックに変動する制御電圧Ｖaの電圧を低電圧化できることにより、制御電圧Ｖaを出力する回路の負担（コスト、消費電力、サイズ）を低減させることができる。
【０１５０】
本発明の第六の実施の形態を図６及び図７に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には、前述した図４、図５及び図２３で示した情報記録再生装置の場合と同様であり、同一部分は同一符号を用いて示す。
【０１５１】
前述した第四の実施の形態で述べたような導電性で、先端８１ａが非常に鋭く加工されたプローブ８１には、電流計８６とスイッチ８７とを介して電源８８による接近用電圧Ｖap或いはパルス電圧源８９によるパルス電圧又は接地電位が印加されるようになっている。記録媒体８２はスピンドルモータ３５により回転される。記録媒体８２の表面には比抵抗のコントラストを持つ領域（マーク）により情報が記録されている。導電性のプローブ８１の先端８１ａを記録媒体８２の表面から十ｎｍ以下の距離に近づけると、プローブ８１の先端８１ａから記録媒体８２にトンネル電流が流れる、これにより、前述のマークの比抵抗に対応したトンネル電流値が電流計８６により検出される。この出力は、２値化回路９０でデジタル情報に変換され、コンピュータ４１に入力され、記録媒体８２上の情報が読み取られる。記録媒体８２は導電性のプローブ８１と相対運動をしているので、円周方向（トラック方向）に並んでいるマークに記録されている情報が時系列にコンピュータ４１に貯えられていく。
【０１５２】
記録媒体８２が書き込み可能なもの、即ち、前述した実施の形態で述べたようなトンネル電流値により、記録層８３の比抵抗が変化するようなものであれば、同じようにデータを書き込むこともできる。必要な書き込みパルス信号がコンピュータ４１によりパルス電圧源８９に与えられ、これがパルス電圧源８９を駆動して、導電性のプローブ８１の先端から記録媒体８２の表面にトンネル電流を流し、このジュール熱により記録媒体８２の記録層８３の比抵抗を変化させ、情報を書き込んでいく。
【０１５３】
この際、記録媒体８２の表面と導電性のプローブ８１の先端との間隔は十ｎｍ以下にしなければならない。実際の記録媒体８２は凹凸があり、記録媒体８２も回転に伴い面ぶれを起こして上下動するのが普通なので、この間隔を一定にするように制御を行う必要がある。この制御のために、本実施の形態でも、記録媒体８２の表面と導電性のプローブ８１の先端８１ａに原子間力に基づくシアフォースや静電引力を利用する。
【０１５４】
ここに、導電性のプローブ８１は水晶振動子４３の片方の片持ち梁に接着されている。水晶振動子４３はＬ字型のホルダ４４を介して積層圧電素子４５に接続されている。積層圧電素子４５は耐摺動パッド４６の上に接続されている。耐摺動パッド４６は記録媒体８２の表面に接触している。記録媒体８２が回転すると、記録媒体８２を耐摺動パッド４６が摺動し、記録媒体８２とプローブ８１との間で相対運動が生じる。積層圧電素子４５は電圧を印加するとＺ方向に伸び縮みするので、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離を変えることができる。
【０１５５】
水晶振動子４３は圧電素子４７によりその共振周波数で加振される。記録媒体８２の表面がプローブ８１の先端８１ａに近づくと、記録媒体８２の表面とプローブ８１の先端８１ａとの間に原子間力に基づくシアフォースや静電引力が働く。この力が記録媒体８２の表面とプローブ８１の先端８１ａとの間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子４７により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子４３に生じる電圧は差動増幅器４８で増幅され、ロックインアンプ４９に入力される。ロックインアンプ４９は振動周波数に同期して水晶振動子４３の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプ４９の出力はＡ／Ｄ変換器５１を介してコンピュータ４１に取り込まれる。コンピュータ４１は導電性のプローブ８１と記録媒体８２の表面との間の、所望の距離に対応する基準値との差から、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。Ｄ／Ａ変換器５２でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、パワーアンプ５３により増幅されて、積層圧電素子４５に入力される。これにより、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離がコンピュータ４１により制御される。
【０１５６】
ここに、耐摺動パッド４６も含めてその上に搭載されている物全体をスライダ５４と呼ぶ。スライダ５４は図示しないサスペンション、アーム、アームモータを介してスピンドルモータ３５が固定されている基板に固定されている（図２０に示した構成参照）。但し、スライダ５４はアームモータによりトラッキング方向には移動できる。また、サスペンションによりＺ方向に上下動可能とされている。しかし、サスペンションによりスライダ５４は適当な力で記録媒体８２の表面に押し付けられており、耐摺動パッド４６は記録媒体８２の表面に接触している。
【０１５７】
一方、導電性のプローブ８１の先端８１ａを記録媒体８２のマーク列（トラック）にトラッキングさせるためには、トラッキングアクチュエータが必要となる。このトラッキングのために、第四又は第五の実施の形態で説明したように、静電引力を利用するものである。従って、プローブ８１付近の構成としては、図４に示した導電性のプローブ８１の場合と同様な構成とされている。即ち、導電性のプローブ８１をトラッキング方向に挟むように一対の電極２２，２３が設けられ、これらの電極２２，２３に電圧を印加してプローブ８１と電極２２，２３との間に働く力で導電性のプローブ８１の先端８１ａを曲げてトラッキングを行う。
【０１５８】
図７は、電極２２，２３部分周辺をトラッキング方向に断面し拡大して示す断面構造図である。これらの電極２２，２３には、各々重畳電圧印加手段として作用する３入力加算アンプ７１ａ，７１ｂの出力側が接続されている。一つの加算アンプ７１ａの入力側にはプローブ８１に選択的に印加させるための接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとの電源７２，７３，７４が接続され、もう一方の加算アンプ７１ｂの入力側には接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとの電源７２，７３，７５が接続されている。従って、一方の電極２２に印加される電圧Ｖ1eは導電性のプローブ８１に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとが重畳された電圧となる。他方の電極２３に印加される電圧Ｖ2eはプローブ８１に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとが重畳された電圧となる。導電性のプローブ８１のトラッキングは制御電圧＋Ｖa，−Ｖaを変化させることにより行う。制御電圧＋Ｖa，−Ｖaから独立させたバイアス電圧Ｖbを重畳させて印加させるのは、第一、第二の実施の形態で説明したように制御電圧＋Ｖa，−Ｖaに対する静電引力の直線性の向上と、低電圧化を図るためである。また、導電性のプローブ８１には接近用電圧Ｖap又は接地電圧が印加される。何れの電圧を印加するかについては、後述する。
【０１５９】
以上のような情報記録再生装置が待機状態にある時は、導電性のプローブ８１と記録媒体８２とが接触しないようにプローブ８１は記録媒体８２から遠くに離しておく。よって、上述したように書き込み或いは読み取り動作を始める前に、導電性のプローブ８１を記録媒体８２表面に近づける作業が必要となる。
【０１６０】
この際、上述したように導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離をシアフォースのみで知ろうとすると、両者間の距離が数十ｎｍに近づくまで、記録媒体８２表面へのプローブ８１の接近を知ることができない。これにより衝突が生じ易い。そこで、本実施の形態では、第３の従来例による提案の場合と同様に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間に電位差を生じさせることによりこれを解決している。
【０１６１】
その前提として、プローブ８１はその先端８１ａまで導電性の物であることと記録媒体８２もまた導電性の物であることが必要である。前者の条件は当然、満たしている。また、記録媒体８２も光磁気材料、相変化材料などは導体又は半導体であり比抵抗が低いので、多くの場合、後者の条件も満たしている。
【０１６２】
このような前提の下、コンピュータ４１で切換え制御可能なスイッチ８７を設け、接近用電圧Ｖapの電源８８側と接地側とパルス電圧源８９側とを切換え自在とする。この接近用電圧Ｖapの電源８８により接近用電圧印加手段が構成されている。まず、スイッチ８７により接近用電圧Ｖapの電源８８を導電性のプローブ８１に接続する。このプローブ８１の根元に電源８８を接続することでプローブ８１の先端８１ａに接近用電圧Ｖapを印加することができる。記録媒体８２の導電層８４はスピンドルモータ３５の軸を介して、基準電位（接地）に接続させておく。
【０１６３】
このようにしておくと導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間に接近用電圧Ｖapが印加される。従って、両者間に静電引力が働く。このとき、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄが２０ｎｍ以下にならないと、原子間力、即ちシアフォースは十分に働かない。しかるに、静電引力は接近用電圧Ｖapの２乗に比例し、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄの２乗に逆比例するので、シアフォースより遥かに離れた位置から働く。従って、静電引力は距離ｄに対する減衰がシアフォースに比べて遥かに緩やかであるため、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄが大きくても両者の接近を水晶振動子４３の振幅の減少として捉えることができる。この距離ｄは接近用電圧Ｖapの値にもよるが、数十Ｖの場合、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が数十μｍ程度でも水晶振動子４３の振幅減少を捉えることができる。どの程度のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離から、両者の接近を捉えるかは、接近用電圧Ｖapにより調整可能である。より遠くから両者の接近を捉えたい場合は接近用電圧Ｖapを大きくすればよい。
【０１６４】
この場合、本実施の形態によれば、電極２２，２３に印加する電圧Ｖ1e，Ｖ2eは導電性のプローブ８１に対する接近用電圧Ｖapの増減に対して同じ値で連動するので、プローブ８１と電極２２，２３との間の電位差はプローブ８１に対する接近用電圧Ｖapの増減に無関係である。従って、プローブ８１と電極２２，２３との間の電位差はバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaとのみにより決まるので、導電性のプローブ８１のトラッキング動作に接近用電圧Ｖapは影響しない。
【０１６５】
待機時は、スライダ５４は記録媒体８２上に接触している。この時、スピンドルモータ３５は回転又は停止しているが、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面とが接触する危険性を考えると停止している方が好ましい。
【０１６６】
書き込み・読み取りを行う前に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２との間に接近用電圧Ｖapを印加した状態で、圧電素子４７により水晶振動子４３、導電性のプローブ８１を共振周波数で加振し、水晶振動子４３の出力からプローブ８１の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで、プローブ８１を記録媒体８２表面に近づける。振幅が小さくなったところで、積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させることを停止する。さらにプローブ８１と記録媒体８２との間の電位差をなくし、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピードで微動のアクチュエータ（圧電素子など）により、プローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２表面との間の距離が所望の距離になるように両者を接近させ、この後、書き込み・読み取りを始める。
【０１６７】
一例として、待機時は、導電性のプローブ８１の先端８１ａと耐摺動パッド４６の表面が約０．５μｍになるように予めスライダ５４を作製しておく。そして、例えば、接近用電圧Ｖapを２Ｖ程度とし、水晶振動子４３の出力からプローブ８１の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードでプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させる。
【０１６８】
プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が２００ｎｍ位になると、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の静電引力により水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させることを停止する。２００ｎｍ程度からプローブ８１と記録媒体８２表面との接近を検知し停止させれば、検知から停止までの間のオーバーランによりプローブ８１と記録媒体８２表面とが衝突することはない。従って、比較的速い速度（約０．１μｍ／ｓ）で最初のアプローチを行うことができる。
【０１６９】
さらに、今度はスイッチ８７を接地側に切換える。これにより、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の電位差はなくなり、両者には静電引力は働かなくなる。この後、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピード（約１０ｎｍ／ｓ）でプローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２表面とを接近させていく。
【０１７０】
数十ｎｍ程度までプローブ８１と記録媒体８２表面とが接近すると、プローブ８１と記録媒体８２表面との間のシアフォースにより水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。所望の距離まで両者が近づいたところで、これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の変位を停止する。この時はアプローチの速度が前の段階より遅くなっているので、オーバーランが少なくなる。従って、停止時のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が小さくなっても両者が衝突することはない。この後、書き込み・読み取りを始める。書き込みを行う時は、スイッチ８７により導電性のプローブ８１とパルス電圧源８９とを接続し、パルス電圧に基づくトンネル電流が導電性のプローブ８１から記録媒体８２の記録層８３に流れるようにする。これにより、電流が流れた部分の比抵抗の変化が生じる。例えば記録層８３が相変化材料の場合、アモルファス相のフィールドに多結晶相のマークを書くことができるし、或いは多結晶のフィールドにアモルファス相のマークを書き込むことができる。マークを読み取る時は電源８による接近用電圧Ｖapを印加する。しかし、この電圧値はアプローチの時の電圧値とは異なる、読み取りに適したトンネル電流値を得られ電圧値にする必要がある。即ち、読み取りのトンネル電流により記録マークの相状態が変化しないような電圧値にする必要がある。一般的にはアプローチの時の電圧よりも小さい値にする。
【０１７１】
このように、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きい時は速いスピードで両者を接近させつつ、静電引力を用いてプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きい段階から両者の接近を捉えることにより衝突を防ぐことができる。プローブ８１と記録媒体８２表面との間の電位差と接近速度とを段階的に小さくすることで、以上のシーケンスを行うことができる。最後のアプローチでは両者間の電圧印加をなくしてシアフォースによるプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離検出を行ってアプローチを終了する。
【０１７２】
シアフォースだけの導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離検出の場合は、数十ｎｍに接近してからでないと両者の接近を検知できないので、アプローチの最初から数十ｎｍ／ｓなる非常にゆっくりとした速度でアプローチを行う必要があり、書き込み・読み取り動作の開始までに非常に時間がかかった。しかし、本実施の形態によれば、第３の従来例による場合と同様に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離に対応した接近速度を選ぶことができるので、書き込み・読み取り開始までの時間を短縮することができる。
【０１７３】
具体的には、積層圧電素子４５としては数十Ｖで５００μｍ程度の変位を得るために、厚さ２ｍｍ程度で２０〜３０層程度の積層数のものを用いる。電圧を印加すると積層圧電素子の厚さが増えるタイプのものでもよいが、待機時や、電源オフ時にプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きくなるようにするために、電圧を印加すると厚みが減るタイプを用いることが好ましい。
【０１７４】
なお、本実施の形態では、最後のアプローチで、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間の電位差をなくすようにしたが、これに限られない。例えば、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチ段階での接近用電圧Ｖapよりもさらに電圧値を下げ、接近用電圧Ｖapを印加したままで静電引力を働かせ、アプローチを終了させるようにしてもよい。そして、接近用電圧Ｖａｐを印加し、静電引力を検出しながら導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間の距離を一定に保ちながら記録媒体８２への書き込み・読み取りを行わせることができる。また、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチの段階での電圧よりも更に電圧を下げなくても同様の動作を行うことができる。
【０１７５】
このように、本実施の形態によれば、素早いアプローチを実現するために導電性のプローブ８１に印加する接近用電圧Ｖapが、バイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaによるトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上に影響を及ぼすことがない。従って、素早いアプローチとトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上とを両立させることができる。また、素早いアプローチを実現するために、第１の従来例の如く特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもない。
【０１７６】
なお、これらの第四ないし第六の実施の形態では、記録媒体としてデータ列が円周状に並ぶ円盤状のディスクを想定したが、これに限らず、データ列が直線状に並ぶカード上の記録媒体であってもよい。
【０１７７】
本発明の第七の実施の形態を図８及び図９に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には、前述した第四の実施の形態の情報記録再生装置の場合と同様であるが、再生専用の情報再生装置に適用されており、同一部分は同一符号を用いて示す。
【０１７８】
先端９１ａが非常に鋭利に、例えばその曲率半径が１００ｎｍ以下の導電性のプロ−ブ９１は、その上端根元側はコモン電極２０部分を介してスライダ１２に固定され、記録媒体９２に対向する先端９１ａ側は自由になっている、いわゆる片持ち梁構造とされている。先端９１ａはエッチングや電解研磨法などにより細く先鋭化されている。このプローブ９１は、プローブ９１全体が導電性物質で構成されている必要はない。例えば非導電性の先鋭化された針に導電性物質をスパッタなどによりコートしたものでもよい。先端９１ａ部分も前述した第一の実施の形態（図1）のプローブ１１のように、先端の一部に非導電性材料が露出していてもよい。
【０１７９】
本実施の形態の構成で記録媒体９２の情報を読み取る動作を図９で説明する。このプローブ９１は図示しない水晶振動子に接続され、水晶振動子は図示しない圧電素子に接続されている。スライダ１２全体は探針-記録媒体間制御用圧電素子(以下、距離制御用圧電素子)９３に接続され、これによりプローブ９１は記録媒体９２に対して上下移動が可能である。記録媒体９２は基板９４と記録層９５とからなり、記録層９５上には記録した情報に対応したピット(窪み)９６が形成されている。これは突起であってもよい。記録層９５は電荷が帯電しないように導電性材料や半導電性材料であることが好ましい。
【０１８０】
水晶振動子は圧電素子によりその共振周波数で加振される。記録媒体９２の表面がプローブ９１の先端９１ａに近づくと、記録媒体９２の表面とプローブ９１の先端９１ａとの間に原子間力に基づくシアフォースが働く。この力が記録媒体９２の表面とプローブ９１の先端９１ａとの間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子に生じる電圧は図示しない差動増幅器で増幅され、図示しないロックインアンプに入力される。ロックインアンプは振動周波数に同期して水晶振動子の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプの出力は図示しないＡ／Ｄ変換器を介して図示しないコンピュータに取り込まれる。コンピュータはプローブと記録媒体の表面との間の、所望の距離に対応する基準値との差から、プローブと記録媒体の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。図示しないＤ／Ａ変換器でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、図示しないパワーアンプにより増幅されて、積層圧電素子に入力される。これにより、プローブ９１と記録媒体９２の表面との間の距離がコンピュータにより一定に制御される。プローブ９１の先端９１ａと記録媒体９２が相対的に移動(走査)すると時系列に記録ピット９６がプローブ９１の先端９１ａの下にくる。記録ピット９６のところではプローブ９１の先端９１ａと記録媒体９２表面の距離が大きくなるので、これを一定にしようとコンピュータがパワーアンプ９７を介して距離制御用圧電素子９３を制御する。コンピュータが距離制御用圧電素子９３を制御する信号から記録媒体９２表面の凹凸の情報を得ることができる。即ち、記録された情報を知ることができる。
【０１８１】
また、別な方法で記録媒体状の情報を読み取ることができる。即ち、図９に示したような所謂フィードバック制御は行わない。すると、走査が行われると、プローブ９１の先端９１ａと記録媒体９２との間の距離が、記録ピット９６がプローブ９１の先端９１ａの下にきた時は距離が大きくなり、それ以外のところでは小さくなるようにする。これにより、記録ピット９６がプローブ９１の先端９１ａの下にきた時は水晶振動子(従って、プローブ９１)の振幅は大きくなり、それ以外のところでは小さくなる。この振幅を増幅するロックインアンプの出力から記録媒体９２表面の凹凸の情報を得ることができる。即ち、記録された情報を知ることができる。なお、このピットはＣＤ−ＲＯＭ作製に使われているスタンパにより作製することができる。
【０１８２】
図９においても各電圧Ｖb、Ｖ1e、Ｖ2eの接続関係は第四の実施の形態の場合と同じである。従って、このような構成により、第四の実施の形態と同じようにトラッキング動作を行う静電引力が制御電圧ΔＶに比例するので、制御しやすくなる。さらに、バイアス電圧Ｖbは制御電圧ΔＶ用の電圧Ｖ1e，Ｖ2eとは独立に設けられた電圧であり、かつ、これらの基準電圧は接地（ＧＮＤ）で共通であるので、電位の安定性が前述した第２の従来例の場合に比べて増し、また、回路構成も単純になる。
【０１８３】
また、本実施の形態に関しても、前述した第五の実施の形態の場合と同様に、前述した(３０)式の条件を満たすようにバイアス電圧Ｖbと制御電圧Ｖaとの関係を設定することが望ましい。即ち、プローブ９１の位置を制御する制御電圧Ｖaの１／４以上のバイアス電圧Ｖbを印加すると、このバイアス電圧Ｖbを印加しないで制御電圧Ｖaだけをダイナミックに変化させてプローブ９１を動かすための制御を行う場合の力よりも、バイアス電圧Ｖｂを印加した上で制御電圧Ｖaをダイナミックに変化させてプローブ９１を動かすための制御を行う場合の力の方が大きくなる。逆に言うと、前述した(３０)式の条件を満たせば、同じ力を得るのにより低電圧の制御電圧Ｖaで済むことになる。この制御電圧Ｖaはプローブ９１のトラッキングを行うために高速に変動しなければいけないので、この電圧値が小さくなることで駆動回路の負担を小さくすることができる。また、バイアス電圧Ｖbは単なる直流電圧なので、高電圧な回路を構成することは制御電圧Ｖaを高電圧にする場合よりも遥かに簡単である。このように前述した(３０)式の条件を満たすようにバイアス電圧Ｖbの電圧値を設定することで、このバイアス電圧Ｖbを印加する効果として、電圧に対する静電引力の直線性が良くなるだけでなく、駆動回路の負担を軽減させ得る効果を持つ。この結果、プローブ９１をトラッキングさせるためにダイナミックに変動する制御電圧Ｖaの電圧を低電圧化できることにより、制御電圧Ｖaを出力する回路の負担（コスト、消費電力、サイズ）を低減させることができる。
【０１８４】
本発明の第八の実施の形態を図１０及び図１１に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には、前述した図６及び図７で示した情報記録再生装置の場合と同様であり、同一部分は同一符号を用いて示す。
【０１８５】
前述したような導電性で、先端８１ａが非常に鋭く加工されたプローブ８１には、スイッチ８７を介して接近用電圧Ｖapの電源８８或いは接地電位が印加されるようになっている。記録媒体８２はスピンドルモータ３５により回転される。記録媒体８２上には記録した情報に対応したピット(窪み)が形成されている。これは突起であってもよい。導電性のプローブ８１の先端８１ａを記録媒体８２の表面から数十ｎｍ以下の距離に近づけると、先に述べたシアフォースの働きで水晶振動子４３(従って、プローブ８１)の振動振幅が小さくなる。この振動振幅を一定にしようとして積層圧電素子４５を制御する。この制御信号、或いは水晶振動子４３の振動振幅を増幅したロックインアンプ４９の出力がプローブ８１直下のピットの有無により変化する。この出力は、２値化回路でデジタル情報に変換され、コンピュータ４１に入力され、記録媒体８２上の情報が読み取られる。記録媒体８２は導電性のプローブ８１と相対運動をしているので、円周方向（トラック方向）に並んでいるマークに記録されている情報が時系列にコンピュータ４１に貯えられていく。
【０１８６】
この際、記録媒体８２の表面と導電性のプローブ８１の先端８１ａとの間隔は十ｎｍ以下にしなければならない。実際の記録媒体８２は凹凸があり、記録媒体８２も回転に伴い面ぶれを起こして上下動するのが普通なので、この間隔を一定にするように制御を行う必要がある。この制御のために、本実施の形態でも、記録媒体８２の表面とプローブ８１の先端８１ａに原子間力に基づくシアフォースや静電引力を利用する。
【０１８７】
ここに、導電性のプローブ８１は水晶振動子４３の片方の片持ち梁に接着されている。水晶振動子４３はＬ字型のホルダ４４を介して積層圧電素子４５に接続されている。積層圧電素子４５は耐摺動パッド４６の上に接続されている。耐摺動パッド４６は記録媒体８２の表面に接触している。記録媒体８２が回転すると、記録媒体８２を耐摺動パッド４６が摺動し、記録媒体８２とプローブ８１との間で相対運動が生じる。積層圧電素子４５は電圧を印加するとＺ方向に伸び縮みするので、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離を変えることができる。
【０１８８】
水晶振動子４３は圧電素子４７によりその共振周波数で加振される。記録媒体８２の表面が導電性のプローブ８１の先端８１ａに近づくと、記録媒体８２の表面と導電性のプローブ８１の先端８１ａとの間に原子間力に基づくシアフォースや静電引力が働く。この力が記録媒体８２の表面とプローブ８１の先端８１ａとの間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子４７により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子４３に生じる電圧は差動増幅器で増幅され、ロックインアンプ４９に入力される。ロックインアンプ４９は振動周波数に同期して水晶振動子４３の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプ４９の出力はＡ／Ｄ変換器５１を介してコンピュータ４１に取り込まれる。コンピュータ４１はプローブ８１と記録媒体８２の表面との間の所望の距離に対応する基準値との差から、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。Ｄ／Ａ変換器５２でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、パワーアンプ５３により増幅されて、積層圧電素子４５に入力される。これにより、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離がコンピュータ４１により制御される。
【０１８９】
ここに、耐摺動パッド４６も含めてその上に搭載されている物全体をスライダ５４と呼ぶ。スライダ５４は図示しないサスペンション、アーム、アームモータを介してスピンドルモータ３５が固定されている基板に固定されている（図２０に示した構成参照）。但し、スライダ５４はアームモータによりトラッキング方向には移動できる。また、サスペンションによりＺ方向に上下動可能とされている。しかし、サスペンションによりスライダ５４は適当な力で記録媒体表面に押し付けられており、耐摺動パッド４６は記録媒体８２表面に接触している。
【０１９０】
一方、導電性のプローブ８１の先端８１ａを記録媒体８２のマーク列（トラック）にトラッキングさせるためには、トラッキングアクチュエータが必要となる。このトラッキングのために、前述の第七の実施の形態で説明したように、静電引力を利用するものである。従って、プローブ８１付近の構成としては、図５に示した導電性プローブの場合と同様な構成とされている。即ち、導電性プローブをトラッキング方向に挟むように一対の電極２２，２３が設けられ、これらの電極２２，２３に電圧を印加してプローブ８１と電極２２，２３との間に働く力でプローブ８１の先端８１ａを曲げてトラッキングを行う。
【０１９１】
図１１は、電極２２，２３部分周辺をトラッキング方向に断面し拡大して示す断面構造図である。これらの電極２２，２３には、各々重畳電圧印加手段として作用する３入力加算アンプ７１ａ，７１ｂの出力側が接続されている。一つの加算アンプ７１ａの入力側にはプローブ８１に選択的に印加させるための接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとの電源７２，７３，７４が接続され、もう一方の加算アンプ７１ｂの入力側には接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとの電源７２，７３，７５が接続されている。従って、一方の電極２２に印加される電圧Ｖ1eは導電性のプローブ８１に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとが重畳された電圧となる。他方の電極に印加される電圧Ｖ2eはプローブ８１に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとが重畳された電圧となる。導電性のプローブ８１のトラッキングは制御電圧＋Ｖa，−Ｖaを変化させることにより行う。制御電圧＋Ｖa，−Ｖaから独立させたバイアス電圧Ｖbを重畳させて印加させるのは、前述の第一、第二の実施の形態で説明したように制御電圧＋Ｖa，−Ｖaに対する静電引力の直線性の向上と、低電圧化を図るためである。また、導電性のプローブ８１には接近用電圧Ｖap又は接地電圧が印加される。何れの電圧を印加するかについては、後述する。
【０１９２】
以上のような情報記録再生装置が待機状態にある時は、導電性のプローブ８１と記録媒体８２とが接触しないようにプローブ８１は記録媒体８２から遠くに離しておく。よって、上述したように書き込み或いは読み取り動作を始める前に、プローブ８１を記録媒体８２表面に近づける作業が必要となる。
【０１９３】
この際、上述したようにプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離をシアフォースのみで知ろうとすると、両者間の距離が数十ｎｍに近づくまで、記録媒体８２表面へのプローブ８１の接近を知ることができない。これにより衝突が生じ易い。そこで、本実施の形態では、第３の従来例による提案の場合と同様に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間に電位差を生じさせることによりこれを解決している。
【０１９４】
その前提として、導電性のプローブ８１はその先端８１ａまで導電性の物であることと記録媒体８２もまた導電性の物であることが必要である。前者の条件は当然、満たしている。また、記録媒体８２も光磁気材料、相変化材料などは導体又は半導体であり比抵抗が低いので、多くの場合、後者の条件も満たしている。
【０１９５】
このような前提の下、コンピュータ４１で切換え制御可能なスイッチ８７を設け、接近用電圧Ｖapの電源８８側と接地側とを切換え自在とする。この接近用電圧Ｖapの電源８８により接近用電圧印加手段が構成されている。まず、スイッチ８７により接近用電圧Ｖapの電源８８を導電性のプローブ８１に接続する。このプローブ８１の根元に接近用電圧Ｖapの電源８８を接続することで導電性のプローブ８１の先端８１ａに接近用電圧Ｖapを印加することができる。記録媒体８２の導電層８４はスピンドルモータ３５の軸を介して、基準電位（接地）に接続させておく。
【０１９６】
このようにしておくと導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間に接近用電圧Ｖapが印加される。従って、両者間に静電引力が働く。このとき、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄが２０ｎｍ以下にならないと、原子間力、即ちシアフォースは十分に働かない。しかるに、静電引力は接近用電圧Ｖapの２乗に比例し、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄの２乗に逆比例するので、シアフォースより遥かに離れた位置から働く。従って、静電引力は距離ｄに対する減衰がシアフォースに比べて遥かに緩やかであるため、プローブ８１と記録媒体８２表面間の距離ｄが大きくても両者の接近を水晶振動子４３の振幅の減少として捉えることができる。この距離ｄは接近用電圧Ｖapの値にもよるが、数十Ｖの場合、プローブ８１と記録媒体８２表面間の距離が数十μｍ程度でも水晶振動子４３の振幅減少を捉えることができる。どの程度のプローブ８１と記録媒体８２表面間の距離から、両者の接近を捉えるかは、接近用電圧Ｖapにより調整可能である。より遠くから両者の接近を捉えたい場合は接近用電圧Ｖapを大きくすればよい。
【０１９７】
この場合、本実施の形態によれば、電極２２，２３に印加する電圧Ｖ1e，Ｖ2eは導電性のプローブ８１に対する接近用電圧Ｖapの増減に対して同じ値で連動するので、プローブ８１と電極２２，２３との間の電位差はプローブ８１に対する接近用電圧Ｖapの増減に無関係である。従って、プローブ８１と電極２２，２３との間の電位差はバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaとのみにより決まるので、プローブ８１のトラッキング動作に接近用電圧Ｖapは影響しない。
【０１９８】
待機時は、スライダ５４は記録媒体８２上に接触している。この時、スピンドルモータ３５は回転又は停止しているが、プローブ８１と記録媒体８２表面とが接触する危険性を考えると停止している方が好ましい。
【０１９９】
書き込み・読み取りを行う前に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２との間に接近用電圧Ｖapを印加した状態で、圧電素子４７により水晶振動子４３、プローブ８１を共振周波数で加振し、水晶振動子４３の出力からプローブ８１の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで、プローブ８１を記録媒体８２表面に近づける。振幅が小さくなったところで、積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させることを停止する。さらに、導電性のプローブ８１と記録媒体８２との間の電位差をなくし、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピードで微動のアクチュエータ（圧電素子など）により、プローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２表面との間の距離が所望の距離になるように両者を接近させ、この後、書き込み・読み取りを始める。
【０２００】
一例として、待機時は、プローブ８１の先端８１ａと耐摺動パッド４６の表面が約０．５μｍになるように予めスライダ５４を作製しておく。そして、例えば、接近用電圧Ｖapを２Ｖ程度とし、水晶振動子４３の出力からプローブ８１の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで導電性のプローブ８１と記録媒体８２の表面とを接近させる。
【０２０１】
プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が２００ｎｍ位になると、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の静電引力により水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させることを停止する。２００ｎｍ程度からプローブ８１と記録媒体８２表面との接近を検知し停止させれば、検知から停止までの間のオーバーランによりプローブ８１と記録媒体８２表面とが衝突することはない。従って、比較的速い速度（約０．１μｍ／ｓ）で最初のアプローチを行うことができる。
【０２０２】
さらに、今度はスイッチ８７を接地側に切換える。これにより、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の電位差はなくなり、両者には静電引力は働かなくなる。この後、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピード（約１０ｎｍ／ｓ）でプローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２表面とを接近させていく。
【０２０３】
数十ｎｍ程度までプローブ８１と記録媒体８２表面とが接近すると、プローブ８１と記録媒体８２表面との間のシアフォースにより水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。所望の距離まで両者が近づいたところで、これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の変位を停止する。この時はアプローチの速度が前の段階より遅くなっているので、オーバーランが少なくなる。従って、停止時のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が小さくなっても両者が衝突することはない。この後、読み取りを始める。
【０２０４】
このように、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きい時は速いスピードで両者を接近させつつ、静電引力を用いてプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きい段階から両者の接近を捉えることにより衝突を防ぐことができる。プローブ８１と記録媒体８２表面との間の電位差と接近速度とを段階的に小さくすることで、以上のシーケンスを行うことができる。最後のアプローチでは両者間の電圧印加をなくしてシアフォースによるプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離検出を行ってアプローチを終了する。
【０２０５】
シアフォースだけのプローブ８１と記録媒体８２表面との間の、距離検出の場合は、数十ｎｍに接近してからでないと両者の接近を検知できないので、アプローチの最初から数十ｎｍ／ｓなる非常にゆっくりとした速度でアプローチを行う必要があり、書き込み・読み取り動作の開始までに非常に時間がかかった。しかし、本実施の形態によれば、第３の従来例による場合と同様に、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離に対応した接近速度を選ぶことができるので、書き込み・読み取り開始までの時間を短縮することができる。
【０２０６】
具体的には、積層圧電素子４５としては数十Ｖで５００μｍ程度の変位を得るために、厚さ２ｍｍ程度で２０〜３０層程度の積層数のものを用いる。電圧を印加すると積層圧電素子４５の厚さが増えるタイプのものでもよいが、待機時や、電源オフ時にプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きくなるようにするために、電圧を印加すると厚みが減るタイプを用いることが好ましい。
【０２０７】
なお、本実施の形態では、最後のアプローチで、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間の電位差をなくすようにしたが、これに限られない。例えば、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチ段階での接近用電圧Ｖapよりもさらに電圧値を下げ、接近用電圧Ｖapを印加したままで静電引力を働かせ、アプローチを終了させるようにしてもよい。そして、接近用電圧Ｖapを印加し、静電引力を検出しながらプローブ８１と記録媒体８２表面間の距離を一定に保ちながら記録媒体８２への読み取りを行わせることができる。また、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチの段階での電圧よりも更に電圧を下げなくても同様の動作を行うことができる。
【０２０８】
このように、本実施の形態によれば、素早いアプローチを実現するために導電性のプローブ８１に印加する接近用電圧Ｖapが、バイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaによるトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上に影響を及ぼすことがない。従って、素早いアプローチとトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上とを両立させることができる。また、素早いアプローチを実現するために、第１の従来例の如く特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもない。
【０２０９】
なお、これらの第七及び第八の実施の形態では、記録媒体８２としてデータ列が円周状に並ぶ円盤状のディスクを想定したが、これに限らず、データ列が直線状に並ぶカード上の記録媒体であってもよい。
【０２１０】
本発明の第九の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、構造的には第一の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。
【０２１１】
本実施の形態においては、プローブ１１のコモン電極２０（遮光金属膜２１）と接地との間にはバイアス電圧Ｖbの電源６１と接近用電圧Ｖapの電源７２とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１００により選択自在に接続されている。一方、一対の電極２２，２３に関して、電極２２と接地との間には制御電圧−Ｖaの電源７４と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０１により選択自在に接続され、電極２３と接地との間には制御電圧＋Ｖaの電源７５と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０２により選択自在に接続されている。ここに、これらのスイッチ１００，１０１，１０２はプローブ１１を記録媒体３４に接近させる時と接近させた後とで切換えられるもので、これらの電源６１，７２，７４，７５とスイッチ１００，１０１，１０２とにより、接近時電圧印加手段と接近後電圧印加手段とが構成されている。
【０２１２】
このような構成において、プローブ１１を記録媒体３４にアプローチさせる時には、スイッチ１００の切換えによりプローブ１１には接近用電圧Ｖapを印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０１，１０２の切換えにより接地電圧を印加する。そして、アプローチ完了後は、スイッチ１００の切換えによりプローブ１１にはバイアス電圧Ｖbを印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０１，１０２の切換えによりトラッキング制御電圧±Ｖaを印加する。
【０２１３】
このようにすることで、アプローチ時はプローブ１１の先端１１ａと記録媒体３４との間の静電引力により遠方から両者の接近を検知するに適した接近用電圧Ｖapを設定することができる。また、バイアス電圧Ｖbはトラッキング制御電圧±Ｖaに必要とされるダイナミックレンジ（ダイナミックに変動しなければいけない電圧値幅）が小さくなるように設定することができる。これらの電圧Ｖap，Ｖbは独立に設定することができるので、各々の最適値を選ぶことができる。
【０２１４】
本発明の第十の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には前述の第九の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。本実施の形態では、電源７２とスイッチ１０１，１０２の非電源側端子との間が接続されている。即ち、電極２２，２３に対しても電源７２が接続可能とされている。
【０２１５】
このような構成において、プローブ１１を記録媒体３４にアプローチさせる時には、スイッチ１００の切換えによりプローブ１１には接近用電圧Ｖapを印加し、電極２２，２３にもスイッチ１０１，１０２１の切換えにより接近用電圧Ｖapを印加する。アプローチ完了後は、スイッチ１００の切換えによりプローブ１１にはバイアス電圧Ｖbを印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０１，１０２の切換えによりトラッキング制御電圧±Ｖaを印加する。
【０２１６】
このようにすることで、アプローチ時はプローブ１１の先端１１ａと記録媒体３４間の静電引力により遠方から両者の接近を検知するに適した接近用電圧Ｖapを設定することができる。また、バイアス電圧Ｖbはトラッキング制御電圧±Ｖaに必要とされるダイナミックレンジ（ダイナミックに変動しなければいけない電圧値幅）が小さくなるように設定することができる。これらの電圧Ｖap，Ｖbは独立に設定することができるので、各々の最適値を選ぶことができる。また、図１２に示した例では、アプローチ時にプローブ１１と電極２２，２３との間に接近用電圧Ｖapの電位差がある。従って、アプローチ時に外部からの衝撃などでプローブ１１がどちらかの電極２２又は２３に接近し、この電位差による静電引力によりプローブ１１が電極２２又は２３に引き込まれることがある。本実施の形態によれば、アプローチ時のプローブ１１と電極２２，２３との間の電位差はないので、このようなことはない。
【０２１７】
本発明の第十一の実施の形態を図１４に基づいて説明する。本実施の形態は、構造的には第一の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。
【０２１８】
本実施の形態においては、プローブ１１のコモン電極２０（遮光金属膜２１）と接地との間には接近用電圧Ｖapの電源７２と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０３により選択自在に接続されている。一方、一対の電極２２，２３に関して、電極２２と接地との間は制御電圧−Ｖaの電源７４とバイアス電圧Ｖbの電源６１との２入力加算アンプ１０４による重畳電圧と接地電圧とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０５により選択自在に接続され、電極２３と接地との間は制御電圧＋Ｖaの電源７５とバイアス電圧Ｖbの電源６１との２入力加算アンプ１０６による重畳電圧と接地電圧とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０７により選択自在に接続されている。ここに、これらのスイッチ１０３，１０５，１０７はプローブ１１を記録媒体３４に接近させる時と接近させた後とで切換えられるもので、これらの電源６１，７２，７４，７５とスイッチ１０３，１０５，１０７と２入力加算アンプ１０４，１０６とにより、接近時電圧印加手段と接近後電圧印加手段とが構成されている。
【０２１９】
このような構成において、プローブ１１を記録媒体３４にアプローチさせる時には、スイッチ１０３の切換えによりプローブ１１には接近用電圧Ｖapを印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０５，１０７の切換えにより接地電圧を印加する。アプローチ完了後は、スイッチ１０３の切換えによりプローブ１１には接地電圧を印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０５，１０７の切換えによりトラッキング制御電圧±Ｖaとバイアス電圧Ｖbとを重畳した電圧を印加する。
【０２２０】
このようにすることで、アプローチ時はプローブ１１の先端１１ａと記録媒体３４との間の静電引力により遠方から両者の接近を検知するに適したアプローチ電圧Ｖapを設定することができる。また、バイアス電圧Ｖbはトラッキング制御電圧±Ｖaに必要とされるダイナミックレンジ（ダイナミックに変動しなければいけない電圧値幅）が小さくなるように設定することができる。これらの電圧Ｖap，Ｖbは独立に設定することができるので、各々の最適値を選ぶことができる。
【０２２１】
本発明の第十二の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には前述の第十一の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。本実施の形態では、電源７２とスイッチ１０５，１０７の非電源側端子との間が接続されている。即ち、電極２２，２３に対しても電源７２が接続可能とされている。
【０２２２】
このような構成において、プローブ１１を記録媒体３４にアプローチさせる時には、スイッチ１０３の切換えによりプローブ１１には接近用電圧Ｖapを印加し、電極２２，２３にもスイッチ１０５，１０７の切換えにより接近用電圧Ｖapを印加する。アプローチ完了後は、スイッチ１０３の切換えによりプローブ１１には接地電圧を印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０５，１０７の切換えによりトラッキング制御電圧±Ｖaとバイアス電圧Ｖbとを重畳した電圧を印加する。
【０２２３】
このようにすることで、アプローチ時はプローブ１１の先端１１ａと記録媒体３４との間の静電引力により遠方から両者の接近を検知するに適したアプローチ電圧Ｖapを設定することができる。また、バイアス電圧Ｖbはトラッキング制御電圧±Ｖaに必要とされるダイナミックレンジ（ダイナミックに変動しなければいけない電圧値幅）が小さくなるように設定することができる。これらの電圧Ｖap，Ｖbは独立に設定することができるので、各々の最適値を選ぶことができる。また、図１４に示した例では、アプローチ時にプローブ１１と電極２２，２３との間に接近用電圧Ｖap分の電位差がある。従って、アプローチ時に外部からの衝撃などでプローブ１１がどちらかの電極２２又は２３に接近し、この電位差による静電引力によりプローブ１１が電極２２又は２３に引き込まれることがある。本実施の形態によれば、アプローチ時のプローブ１１と電極２２，２３との間の電位差はないので、このようなことはない。
【０２２４】
本発明の第十三の実施の形態を図１６に基づいて説明する。本実施の形態は、構造的には第四の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。即ち、プローブとして光ファイバを用いていない導電性のプローブ８１を用いた場合への適用例である。
【０２２５】
本実施の形態においては、導電性のプローブ８１のコモン電極２０と接地との間には電流計８５を介してバイアス電圧Ｖbの電源６１と接近用電圧Ｖapの電源７２とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１１０により選択自在に接続されている。一方、一対の電極２２，２３に関して、図１２で説明した場合と同様に、電極２２と接地との間には制御電圧−Ｖaの電源７４と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０１により選択自在に接続され、電極２３と接地との間には制御電圧＋Ｖaの電源７５と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０２により選択自在に接続されている。ここに、これらのスイッチ１１０，１０１，１０２はプローブ１１を記録媒体３４に接近させる時と接近させた後とで切換えられるもので、これらの電源６１，７２，７４，７５とスイッチ１００，１０１，１０２とにより、接近時電圧印加手段と接近後電圧印加手段とが構成されている。
【０２２６】
即ち、プローブ８１とこのプローブ８１に電圧を印加する電源６１又は７２との間にプローブ８１から記録媒体８２に流れるトンネル電流を測定する電流計８５を設けている点以外は、図１２に示した場合と同じであり、プローブ８１及び電極２２，２３への電圧印加方法及びその効果も特に説明しないが同様である。
【０２２７】
また、用いているプローブ８１と電流計８５以外はそのままにして、プローブ８１と電極２２，２３への電圧印加方法を図１３ないし図１５に示した場合と同様な構成にすることができる。その電圧印加方法及びその効果も特に説明しないが同様である。
【０２２８】
本発明の第十四の実施の形態を図１７に基づいて説明する。本実施の形態は、構造的には第七の実施の形態で説明した情報再生装置に準ずるものであり、図８及び図９に示した部分と同一部分は同一符号を付して示す。即ち、プローブとして光ファイバを用いていない導電性のプローブ９１を用いた場合への適用例でありアフォースを検出するための図示しない水晶振動子がプローブ９１に接続されている。また、特に必須ではないが、得られたシアフォース信号からプローブ９１の先端９１ａと記録媒体表面間の距離を一定にするための距離制御用圧電素子９３とこれをドライブするパワーアンプ９７を設けている。パワーアンプ９７はシアフォースの信号に基づきコンピュータからの制御信号により制御されている。この制御信号はアナログ回路で構成される帰還制御回路からの信号であってもよい。
【０２２９】
プローブ９１及び電極２２，２３への電圧印加方法及びその効果は、前述の図１２や図１６で説明した場合と同じであるので、省略する。
【０２３０】
また、用いているプローブ９１、水晶振動子、距離制御用圧電素子９３、パワーアンプ９７と制御信号以外はそのままにして、プローブ９１と電極２２，２３への電圧印加方法を図１３ないし図１５に示した場合と同様な構成にすることができる。その電圧印加方法及びその効果も特に説明しないが同様である。
【０２３１】
なお、前述した各実施の形態においては、記録材料として光や電流等で生じる熱により相変化を生じ、その反射率や抵抗値が変わる相変化材料や有機材料を挙げたが、特にこれに限定されることはなく、例えば光や電流等により記録層の表面に突起又は窪みができるような材料であってもよい。或いは元々記録層表面にある凹凸が書き込むことにより消えるようなものでもよい。
【０２３２】
或いは、プローブ先端に、原子や分子を吸着させて、これを所望の記録媒体状の場所に運んだ後、前記原子や分子を記録媒体表面に載せることにより記録媒体に情報を書き込む方法にも本発明を適用することができる。
【０２３３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向にプローブを挟むように設けられた一対の電極にプローブ先端をトラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、プローブに制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを備えるので、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性を向上させ、回路構成も単純化させることができる。
【０２３４】
請求項２記載の発明によれば、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、バイアス電圧の電圧値を、このバイアス電圧を印加しない場合にプローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値となるように適正に設定したので、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【０２３５】
請求項３記載の発明によれば、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２３６】
請求項４記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向にプローブを挟むように設けられた一対の電極にプローブ先端をトラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、プローブに制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを備えるので、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性を向上させ、回路構成も単純化させることができる。
【０２３７】
請求項５記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、バイアス電圧の電圧値を、このバイアス電圧を印加しない場合にプローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値となるように適正に設定したので、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【０２３８】
請求項６記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２３９】
請求項７記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向にプローブを挟むように設けられた一対の電極にプローブ先端をトラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、プローブに制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを備えるので、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性を向上させ、回路構成も単純化させることができる。
【０２４０】
請求項８記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、バイアス電圧の電圧値を、このバイアス電圧を印加しない場合にプローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値となるように適正に設定したので、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【０２４１】
請求項９記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２４２】
請求項１０記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向にプローブを挟むように設けられた一対の電極にプローブ先端をトラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、プローブに制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを備えるので、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性を向上させ、回路構成も単純化させることができる。
【０２４３】
請求項１１記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、バイアス電圧の電圧値を、このバイアス電圧を印加しない場合にプローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値となるように適正に設定したので、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【０２４４】
請求項１２記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２４５】
請求項１３記載の発明によれば、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現することができる。
【０２４６】
請求項１４記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う記録再生装置において、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現することができる。
【０２４７】
請求項１５記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う記録再生装置において、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現することができる。
【０２４８】
請求項１６記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一，二の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図２】本発明の第三の実施の形態による情報記録再生装置の構成をブロック的に示す構成図である。
【図３】プローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図４】本発明の第四，五の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図５】記録媒体を含めてそのプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図６】本発明の第六の実施の形態による情報記録再生装置の構成をブロック的に示す構成図である。
【図７】そのプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図８】本発明の第七の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図９】記録媒体を含めてそのプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１０】本発明の第八の実施の形態による情報記録再生装置の構成をブロック的に示す構成図である。
【図１１】そのプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１２】本発明の第九の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１３】本発明の第十の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１４】本発明の第十一の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１５】本発明の第十二の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１６】本発明の第十三の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１７】本発明の第十四の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１８】第１の従来例によるプローブ付近の構成を示す側面図である。
【図１９】そのパターン走査に伴う空間周波数Ｋと光量変化の基本波成分Ｉとの関係を示す特性図である。
【図２０】第２の従来例による情報記録再生装置の構成を示す概略側面図である。
【図２１】そのマークピット走査の様子を示す模式的斜視図である。
【図２２】プローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図２３】第３の従来例による情報記録再生装置の構成をブロック的に示す構成図である。
【符号の説明】
１１ プローブ
１５ 記録媒体
２２，２３ 電極
３４ 記録媒体
３６ プローブ
６１ バイアス電圧印加手段
６２，６３ 制御電圧印加手段
７１ａ，７１ｂ 重畳電圧印加手段
７２ 接近用電圧印加手段
８１ プローブ
８２ 記録媒体
９１ プローブ
９２ 記録媒体
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブ顕微鏡を応用した情報記録再生装置及び情報再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報記録再生装置或いは情報再生装置として、プローブ顕微鏡を応用して高密度化を図ったものがある。この場合、光プローブ形状に製造誤差や経時変化などがあると、光プローブと記録媒体との間隔を一定に維持できず、所定の記録密度を得ることが困難となる。そこで、光プローブの形状のばらつきや経時変化などの光プローブの分解能を変化させる原因があっても、所定の記録密度を維持できるようにした高密度情報記録再生装置が、例えば、特開平１０−１７２１７２号公報により提案されている（第１の従来例）。
【０００３】
この第１の従来例によれば、図１８に示すように、記録媒体１上に異なる周期Λ１，Λ２を有する周期パターン２，３を設け、これらの周期パターン２，３を光プローブ４で検出し、得られる信号を周波数分析して比較し、光プローブ４と記録媒体１との間隔Ｈを検出するようにしている。５は半導体レーザ、６はレンズである。また、光プローブ４は、コア７ａを有する光ファイバ７の先端の突起７ｂ部分により形成され、金属膜８で覆われている。９は光検出器である。
【０００４】
このような構成によれば、周期パターン２，３を光プローブ４が走査した時の光量変化の基本波成分Ｉの大きさは、記録媒体１と光プローブ４との間隔Ｈが小さい場合には図１９中にＨ：小で示すようになり、間隔Ｈが大きい場合には図１９中にＨ：大で示すようになる。即ち、距離Ｈが大きいと高い空間周波数Ｋの成分が小さくなることから、これらの周期パターン２，３を走査して光量変化の基本成分の差をとることにより、光プローブ４と周期パターン２，３（従って、記録媒体１）との距離Ｈを測定できる。
【０００５】
ここに、周期パターン２，３の空間周波数Ｋ１，Ｋ２は、
Ｋ１＝２π／Λ１， Ｋ２＝２π／Λ２
から求められる。
【０００６】
また、先端から光を放つ光ファイバをプローブとして用いた情報記録再生装置の提案例もある（第２の従来例）。この第２の従来例について図２０ないし図２２を参照して説明する。まず、先端から光を放つ光ファイバをプローブ１１とし、図２０に示すようにスライダ１２に載せる。スライダ１２は例えば基板１３と記録層，保護層１４等からなる記録媒体１５と接触しないフライングスライダでもよいし、接触するコンタクトスライダでもよい。ここでは、サスペンション１６、アーム１７及びアームモータ（図示せず）を介して、記録媒体１５を回転させるためのスピンドルモータと同一の基板に固定されている。ただし、スライダ１２はアームモータにより記録媒体１５のトラッキング方向に移動可能とされている。これらのスライダ１２の働きにより記録媒体１５が回転中は、記録媒体１５とプローブ１１の先端との距離は安定して数十ｎｍに保たれる。
【０００７】
記録媒体１５表面或いは表面近傍には図２１に示すように円周方向（トラック方向）にマークピット１８が並んでおり、情報が書き込まれている。記録媒体１５は回転するので、マークピット１８の中心線上にプローブ１１の先端が来るようにプローブ１１をトラッキングさせないと、正しい情報の書き込み又は読み出しができない。
【０００８】
図２２は図２０に示したプローブ１１付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。コア１９ａとクラッド１９ｂとを有する光ファイバ構造のプロ−ブ１１は、その上端根元側はコモン電極２０部分を介してスライダ１２に固定され、記録媒体１５に対向する先端１１ａ側は自由になっている、いわゆる片持ち梁構造とされている。先端１１ａがエッチングなどにより細く先鋭化されている。先端１１ａの小さな開口からのみ光が出るように遮光金属膜２１がプローブ１１周辺に全面的に被覆されている。この開口は光ファイバ中を伝播する光の波長以下の開口径になっており、この開口からいわゆる近接場光（“エバネッセント光”とも言う）を発する。また、この提案例では、片持ち梁構造を持つプローブであればよいので、特に近接場光を発するプローブに限らず、開口径が使用する波長より大きいもの、例えば、内部集光型プローブでもよい。この光により記録媒体１５に対する情報の書き込み又は読み出しを行う。プローブ１１に被覆されている遮光金属膜２１は接地されている。
【０００９】
また、スライダ１２が使用されるときの記録媒体１５の半径方向（トラッキング方向）に、プローブ１１を挟むように一対の電極２２，２３が設けられている。これらの電極２２，２３はスライダ１２内に固定されている。これらの電極２２，２３とプローブ１１のコモン電極２０（遮光金属膜２１）との間に各々別々の電圧Ｖ1，Ｖ2を印加する。これにより、電極２４又は２５とプローブ１１との間に静電引力が働き、プローブ１１は片持ち梁となりその先端１１ａが記録媒体１５の半径方向にスイングする。これにより、トラッキングに必要なプローブ１１の先端１１ａの移動（アクチュエーション）が行われる。
【００１０】
図２２において、▲１▼の方向にプローブ１１の先端１１ａを動かすときは電極２２にのみ電圧Ｖ1を印加し、電極２３には電圧Ｖ2を印加しない。また、▲２▼の方向にプローブ１１の先端１１ａを動かすときは、その逆であり、電極２３にのみ電圧Ｖ2を印加し、電極２２には電圧Ｖ1を印加しない。この時の▲１▼の方向の静電引力Ｆ1は(１)式、▲２▼の方向の静電引力Ｆ2は(２)式で表される。
【００１１】
【数１】
これらの式中、Ｃ1，Ｃ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の静電容量、Ｓ1，Ｓ2は静電容量Ｃ1，Ｃ2の等価的面積、ｄ1，ｄ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の距離、εaは空気の誘電率を表す。また、静電容量Ｃ1，Ｃ2は、
Ｃ1 ＝εa・Ｓ1／ｄ1 …………(３)
Ｃ2 ＝εa・Ｓ2／ｄ2 …………(４)
のように仮定した。
【００１３】
これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例する。
【００１４】
プローブ１１の先端１１ａを動かすための電圧の印加方法として、上記のように移動させたい方向の電極にのみ電圧を印加する方法の他に、両方の電極２２，２３にバイアス電圧Ｖｂと制御電圧ΔＶとを重畳させて同時に印加させる方法がある。即ち、
Ｖ1 ＝Ｖb＋ΔＶ ………(５)
Ｖ2 ＝Ｖb−ΔＶ ………(６)
で示すような電圧Ｖ1，Ｖ2を印加し、制御電圧ΔＶを変動させることにより、プローブ１１の先端１１ａを動かす。
【００１５】
従って、プローブ１１に働く力Ｆは(７)式で示される。
【００１６】
【数２】
ただし、
Ｓ1 ＝Ｓ2 ………(８)
ｄ1 ≒ｄ2 ＝ｄ ………(９)
と仮定した。
【００１８】
このようにすると静電引力は制御電圧ΔＶに比例するので、制御しやすくなる。
【００１９】
また、第３の従来例として図２３に示すような提案例がある。まず、レーザ光源３１は連続発振（ＣＷ）しており、その光はカップリングレンズ３２により光ファイバ３３の端面に集光されてそのコア内に入る。その光は先端が先鋭化されている光ファイバ３３の先端のごく近傍（数十ｎｍ）に近接場光として存在する。また、この提案例では、片持ち梁構造を持つプローブであればよいので、特に近接場光を発するプローブに限らず、開口径が使用する波長より大きいもの、例えば、内部集光型プローブでもよい。従って、光ファイバ先端近傍に存在する光は特に近接場光のみに限られるものではなく、内部集光型プローブ先端から発する伝播光でもよいし、或いは、伝播光と近接場光とが混在した光でもよい。記録媒体３４はスピンドルモータ３５により回転される。記録媒体３４の表面には透過率のコントラストを持つ領域（マーク）により情報が記録されている。プローブ３６として機能する光ファイバ３３の先端を記録媒体３４の表面から数十ｎｍ以下の距離に近づけると、プローブ３６の先端から染み出している近接場光は記録媒体３４に伝播し、先のマークの透過率に対応したパワーを持つ透過光が記録媒体３４のプローブ３６とは反対側に出てくる。この光はカップリングレンズ３７を通してフォトマルチプライア（ＰＭＴ）３８に入る。ＰＭＴ３８は入射した光を電気信号に変換し、この信号はプリアンプ３９で増幅された後、２値化回路４０でデジタル情報に変換され、コンピュータ４１に入力され、記録媒体３４上の情報が読み取られる。記録媒体３４はプローブ３６と相対運動をしているので、円周方向（トラック方向）に並んでいるマークに記録されている情報が時系列にコンピュータ４１に貯えられていく。
【００２０】
記録媒体３４が書き込み可能なものであれば、同じようにデータを書き込むこともできる。必要な書き込みパルスがコンピュータ４１によりＬＤドライバ４２に与えられ、これがレーザ光源３１を駆動して、記録媒体３４の表面に情報を書き込んでいく。
【００２１】
この際、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間隔は数十ｎｍにしなければならない。実際の記録媒体３４は凹凸があり、記録媒体３４も回転に伴い面ぶれを起こして上下動するのが普通なので、この間隔を一定にするように制御を行う必要がある。この制御のために、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端に原子間力に基づくシアフォースや静電引力を利用する。
【００２２】
ここに、プローブ３６は水晶振動子４３の片方の片持ち梁に接着されている。水晶振動子４３はＬ字型のホルダ４４を介して積層圧電素子４５に接続されている。積層圧電素子４５は耐摺動パッド４６の上に接続されている。耐摺動パッド４６は記録媒体３４の表面に接触している。記録媒体３４が回転すると、記録媒体３４上を耐摺動パッド４６が摺動し、記録媒体３４とプローブ３６との間で相対運動が生じる。積層圧電素子４５は電圧を印加するとＺ方向に伸び縮みするので、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離を変えることができる。
【００２３】
水晶振動子４３は圧電素子４７によりその共振周波数で加振される。記録媒体３４の表面がプローブ３６の先端に近づくと、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間に原子間力に基づくシアフォースや静電引力が働く。この力が記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子４７により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子４３に生じる電圧は差動増幅器４８で増幅され、ロックインアンプ４９に入力される。ロックインアンプ４９は振動周波数に同期して水晶振動子の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプ４９の出力はＡ／Ｄ変換器５１を介してコンピュータ４１に取り込まれる。コンピュータ４１はプローブ３６と記録媒体３４の表面との間の所望の距離に対応する基準値との差から、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。Ｄ／Ａ変換器５２でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、パワーアンプ５３により増幅されて、積層圧電素子４５に入力される。これにより、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離がコンピュータ４１により制御される。
【００２４】
ここに、耐摺動パッド４６も含めてその上に搭載されている物全体をスライダ５４と呼ぶ。スライダ５４は図示しないサスペンション、アーム、アームモータを介してスピンドルモータ３５が固定されている基板に固定されている（図２０に示した構成参照）。但し、スライダ５４はアームモータによりトラッキング方向には移動できる。また、サスペンションによりＺ方向に上下動可能とされている。しかし、サスペンションによりスライダ５４は適当な力で記録媒体３４表面に押し付けられており、耐摺動パッド４６は記録媒体３４表面に接触している。
【００２５】
以上のような情報記録再生装置が待機状態にある時は、プローブ３６と記録媒体３４とが接触しないようにプローブ３６は記録媒体３４から遠くに離しておく。よって、上述したように書き込み或いは読み取り動作を始める前に、プローブ３６を記録媒体３４表面に近づける作業が必要となる。
【００２６】
この際、上述したようにプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離をシアフォースのみで知ろうとすると、両者間の距離が数十ｎｍに近づくまで、記録媒体３４表面へのプローブ３６の接近を知ることができない。これにより衝突が生じ易い。そこで、第３の従来例による提案では、プローブ３６と記録媒体３４表面との間に電位差を生じさせることによりこれを解決するようにしている。
【００２７】
その前提として、プローブ３６はその先端まで導電性の物であることと記録媒体３４もまた導電性の物であることが必要である。近接場光測定に用いられる光ファイバ３３を利用したプローブ３６は、クラッドからの光の放出がノイズとなるので、これを防ぐために、クラッド上に金属コートが施されているので、一般的に前者の条件は満たしている。また、記録媒体３４も光磁気材料、相変化材料などは導体又は半導体であり比抵抗が低いので、多くの場合、後者の条件も満たしている。
【００２８】
このような前提の下、コンピュータ４１で切換え制御可能なスイッチ５５を設ける。まず、スイッチ５５により電圧Ｖａの電源５６をプローブ３６の金属遮光膜に接続する。金属膜は光ファイバ３３全体に付着させることができるので、光ファイバ３３（プローブ３６）の根元に電源５６を接続することでプローブ３６の先端に電圧Ｖaを印加することができる。記録媒体３４はスピンドルモータ３５の軸を介して、基準電位（接地）に接続させておく。
【００２９】
このようにしておくと光ファイバ３３（プローブ３６）先端の金属膜と記録媒体３４表面間に電圧Ｖaが印加される。従って、両者間に静電引力が働く。静電引力は電圧Ｖaの２乗に比例し、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離ｄの２乗に逆比例する。一方、原子間力、即ちシアフォースはプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離ｄの指数関数で減少する。従って、静電引力は距離ｄに対する減衰がシアフォースに比べて遥かに緩やかであるため、プローブ３６と記録媒体３４表面間の距離ｄが大きくても両者の接近を水晶振動子４３の振幅の減少として捉えることができる。この距離ｄは電圧Ｖaの値にもよるが、数十Ｖの場合、プローブ３６と記録媒体３４表面間の距離が数十μｍ程度でも水晶振動子４３の振幅減少を捉えることができる。どの程度のプローブ３６と記録媒体３４表面間の距離から、両者の接近を捉えるかは、電圧Ｖaにより調整可能である。より遠くから両者の接近を捉えたい場合は電圧Ｖaを大きくすればよい。
【００３０】
待機時は、スライダ５４は記録媒体３４上に接触している。この時、スピンドルモータ３５は回転又は停止しているが、プローブ３６と記録媒体３４表面とが接触する危険性を考えると停止している方が好ましい。
【００３１】
書き込み・読み取りを行う前に、プローブ３６と記録媒体３４との間に電圧Ｖaを印加した状態で、圧電素子４７により水晶振動子４３、プローブ３６を共振周波数で加振し、水晶振動子４３の出力からプローブ３６の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで、プローブ３６を記録媒体３４表面に近づける。振幅が小さくなったところで、積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させることを停止する。さらにプローブ３６と記録媒体３４との間の電位差をなくし、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピードで微動のアクチュエータ（圧電素子など）により、プローブ３６の先端と記録媒体３４表面との間の距離が所望の距離になるように両者を接近させ、この後、書き込み・読み取りを始める。
【００３２】
一例として、待機時は、プローブ３６の先端と耐摺動パッド４６の表面（パッドは記録媒体３４表面に接触するので、記録媒体３４表面と同じ高さになる）が約０．５μｍになるように予めスライダ５４を作製しておく。そして、例えば、電圧Ｖａを２Ｖ程度とし、水晶振動子４３の出力からプローブ３６の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードでプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させる。
【００３３】
プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が２００ｎｍ位になると、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の静電引力により水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させることを停止する。２００ｎｍ程度からプローブ３６と記録媒体３４表面との接近を検知し停止させれば、検知から停止までの間のオーバーランによりプローブ３６と記録媒体３４表面とが衝突することはない。従って、比較的速い速度（約０．１μｍ／ｓ）で最初のアプローチを行うことができる。
【００３４】
さらに、今度はスイッチ５５を接地側に切換える。これにより、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の電位差はなくなり、両者には静電引力は働かなくなる。この後、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピード（約１０ｎｍ／ｓ）でプローブ３６の先端と記録媒体３４表面とを接近させていく。数十ｎｍ程度までプローブ３６と記録媒体３４表面とが接近すると、プローブ３６と記録媒体３４表面との間のシアフォースにより水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。所望の距離まで両者が近づいたところで、これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の変位を停止する。この時はアプローチの速度が前の段階より遅くなっているので、オーバーランが少なくなる。従って、停止時のプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が小さくなっても両者が衝突することはない。この後、書き込み・読み取りを始める。
【００３５】
このように、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きい時は速いスピードで両者を接近させつつ、静電引力を用いてプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きい段階から両者の接近を捉えることにより衝突を防ぐことができる。プローブ３６と記録媒体３４表面との間の電位差と接近速度とを段階的に小さくすることで、以上のシーケンスを行うことができる。最後のアプローチでは両者間の電圧印加をなくしてシアフォースによるプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離検出を行ってアプローチを終了する。
【００３６】
シアフォースだけのプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離検出の場合は、数十ｎｍに接近してからでないと両者の接近を検知できないので、アプローチの最初から数十ｎｍ／ｓなる非常にゆっくりとした速度でアプローチを行う必要があり、書き込み・読み取り動作の開始までに非常に時間がかかった。しかし、第３の従来例による方法により、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離に対応した接近速度を選ぶことができるので、書き込み・読み取り開始までの時間を短縮することができる。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第２の従来例による場合、電極２２，２３に印加する電圧Ｖ1，Ｖ2は(５)(６)式で示したようにプローブ１１をトラッキング方向に移動させるための制御電圧ΔＶとバイアス電圧Ｖbとを重畳させた電圧となっている。この場合、制御電圧ΔＶ或いはバイアス電圧Ｖbはフローティングとなるため、電位の安定など回路構成上困難が伴ってしまう。
【００３８】
そこで、本発明は、プローブをトラッキングさせるための制御電圧の安定性を向上させ得る上に回路構成も単純化させ得る情報記録再生装置及び情報再生装置を提供することを第１の目的とする。
【００３９】
また、第２の従来例によれば、電極２２，２３に電圧を印加する方法として、プローブ１１を移動させたい方向の電極２２又は２３のみに電圧を印加する方法と、両方の電極２２，２３にバイアス電圧Ｖbと制御電圧ΔＶとを重畳させて印加する方法とが示されており、後者の方が制御性がよいといえる。しかし、装置として求められるのは制御性だけでなく、できるだけ低電圧で駆動できることが望まれる。特に高周波での応答性が求められる制御電圧に関しては、低電圧である方が高速な回路を実現しやすい。
【００４０】
そこで、本発明は、制御性のみでなく制御電圧の低電圧化を確実にできる条件を特定し、回路の負担（コスト、消費電力、サイズ）を低減させ得る情報記録再生装置及び情報再生装置を提供することを第２の目的とする。
【００４１】
さらに、第３の従来例による場合、記録媒体３４に対する素早いアプローチを達成するためにプローブ３６に直流電圧Ｖａを印加させるようにしている。また、第２の従来例では、プローブ１１をトラッキングさせるための電極２２又は２３と、プローブ１１との間にバイアス電圧Ｖbを印加させるようにしている。これは制御電圧ΔＶの低電圧化や電圧に対するプローブ１１の動きに直線性を持たせるためである。このため、第３の従来例のように素早いアプローチを達成するためにプローブ３６に直流電圧Ｖaを印加すると適切なバイアス条件から外れてしまう。
【００４２】
さらに、第１の従来例においては、プローブ４先端と記録媒体１表面の距離を測定するために記録媒体１に空間周波数の異なるパターン２，３を設ける必要があり、記録密度が低くなってしまう。また、得られた信号を周波数分析する必要があり、これらの処理に時間がかかり、充分なスピードで、距離を制御することができない。
【００４３】
そこで、本発明は、第２の目的による制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突が少なく、かつ、アプローチの動作速度の高速化とを同時に実現し、さらには、特別な波長や記録媒体上に設けるパターンや、時間のかかる信号処理なども必要としない情報記録再生装置及び情報再生装置を提供することを第３の目的とする。
【００４４】
さらには、本発明は、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る情報記録再生装置及び情報再生装置を提供することを第４の目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を備える。
【００４６】
従って、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性が増し、回路構成も単純化できる。
【００４７】
請求項２記載の発明は、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている。
【００４８】
従って、バイアス電圧の電圧値を適正に設定することで、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【００４９】
請求項３記載の発明は、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加御手段と、を備える。
【００５０】
従って、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【００５１】
請求項４記載の発明は、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を備える。ここに、「プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用」とは、プローブから記録媒体への作用或いは記録媒体からプローブへの作用を意味する。
【００５２】
従って、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性が増し、回路構成も単純化できる。
【００５３】
請求項５記載の発明は、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている。ここに、「プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用」とは、プローブから記録媒体への作用或いは記録媒体からプローブへの作用を意味する。
【００５４】
従って、バイアス電圧の電圧値を適正に設定することで、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【００５５】
請求項６記載の発明は、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、を備える。ここに、「プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用」とは、プローブから記録媒体への作用或いは記録媒体からプローブへの作用を意味する。
【００５６】
従って、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【００５７】
請求項７記載の発明は、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を備える。
【００５８】
従って、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性が増し、回路構成も単純化できる。
【００５９】
請求項８記載の発明は、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている。
【００６０】
従って、バイアス電圧の電圧値を適正に設定することで、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【００６１】
請求項９記載の発明は、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、を備える。
【００６２】
従って、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【００６３】
請求項１０記載の発明は、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、を備える。
【００６４】
従って、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性が増し、回路構成も単純化できる。
【００６５】
請求項１１記載の発明は、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている。
【００６６】
従って、バイアス電圧の電圧値を適正に設定することで、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【００６７】
請求項１２記載の発明は、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、を備える。
【００６８】
従って、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【００６９】
請求項１３記載の発明は、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、を備える。
【００７０】
従って、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る。
【００７１】
請求項１４記載の発明は、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、を備える。ここに、「プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用」とは、プローブから記録媒体への作用或いは記録媒体からプローブへの作用を意味する。
【００７２】
従って、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る。
【００７３】
請求項１５記載の発明は、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う記録再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、を備える。
【００７４】
従って、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る。
【００７５】
請求項１６記載の発明は、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、を備える。
【００７６】
従って、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現し得る。
【００７７】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には図２０ないし図２２に示した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。
【００７８】
コア１９ａとクラッド１９ｂとを有する光ファイバ構造のプロ−ブ１１は、その上端根元側はコモン電極２０部分を介してスライダ１２に固定され、記録媒体１５に対向する先端１１ａ側は自由になっている、いわゆる片持ち梁構造とされている。先端１１ａはエッチングなどにより細く先鋭化されている。先端１１ａの小さな開口からのみ光が出るように遮光金属膜２１がプローブ１１周辺に全面的に被覆されている。この開口は光ファイバ中を伝播する光の波長以下の開口径になっており、この開口からいわゆる近接場光を発する。もっとも、このような近接場光を発するプローブ以外のプローブの場合であっても、同様な構造を取るプローブの場合であれば適用できる。例えば、開口径が使用する波長より大きい内部集光型プローブでもよい。この光により記録媒体１５に対する情報の書き込み又は読み出しを行う。プローブ１１に被覆されている遮光金属膜２１と接地との間にはバイアス電圧Ｖｂを印加するバイアス電圧印加手段としての電源６１が接続されている。このバイアス電圧Ｖbは正負何れであってもよい。
【００７９】
また、スライダ１２が使用されるときの記録媒体１５の半径方向（トラッキング方向）に、プローブ１１を挟むように一対の電極２２，２３が設けられている。これらの電極２２，２３はスライダ１２内に固定されている。これらの電極２２，２３とプローブ１１のコモン電極２０（遮光金属膜２１）との間に各々別々の電圧Ｖ1，Ｖ2を印加する。この電圧Ｖ1，Ｖ2を生成するため、電極２２，２３と接地との間には、各々電圧Ｖ1e，Ｖ2eなる制御電圧印加手段としての電源６２，６３が接続されている。従って、電圧Ｖ1，Ｖ2は電源６１によるバイアス電圧Ｖbと電源６２，６３による電圧Ｖ1e，Ｖ2eとの重畳電圧として印加されるもので、これらの電源６１，６２，６３が電圧印加手段として作用する。ここに、これらの電源６１，６２，６３の基準電圧は接地で共通されている。
【００８０】
これにより、電極２２又は２３とプローブ１１との間に静電引力が働き、プローブ１１は片持ち梁となりその先端１１ａが記録媒体１５の半径方向にスイングする。これにより、トラッキングに必要なプローブ１１の先端１１ａの移動が行われる。
【００８１】
図１において、▲１▼の方向の静電引力Ｆ1は(１０)式、▲２▼の方向の静電引力Ｆ2は(１１)式で表される。
【００８２】
【数３】
これらの式中、Ｃ1，Ｃ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の静電容量、Ｓ1，Ｓ2は静電容量Ｃ1，Ｃ2の等価的面積、ｄ1，ｄ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の距離、εaは空気の誘電率を表す。また、静電容量Ｃ1，Ｃ2は、
Ｃ1 ＝εa・Ｓ1／ｄ1 …………(１２)
Ｃ2 ＝εa・Ｓ2／ｄ2 …………(１３)
のように仮定した（即ち、(３)(４)式と同じ仮定である）。
【００８４】
これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例する。
【００８５】
ここに、電源６２，６３による電圧Ｖ1e，Ｖ2eを(１４)(１５)式のような電圧とし、
Ｖ1e＝−ΔＶ ………(１４)
Ｖ2e＝＋ΔＶ ………(１５)
これらの電圧ΔＶを変動させることで、プローブ１１の先端１１ａを動かす。この場合に電極２２とプローブ１１との間の電位差Ｖ1、電極２３とプローブ１１との間の電位差Ｖ2は、
Ｖ1 ＝Ｖb＋ΔＶ ………(１６)
Ｖ2 ＝Ｖb−ΔＶ ………(１７)
で示すになる。
【００８６】
従って、プローブ１１に働く力Ｆは(１８)式で示される。
【００８７】
【数４】
ただし、
Ｓ1 ＝Ｓ2 ………(１９)
ｄ1 ≒ｄ2 ＝ｄ ………(２０)
と仮定した。
【００８９】
このようにすると静電引力は制御電圧ΔＶに比例するので、制御しやすくなる。
【００９０】
ここに、本実施の形態によれば、バイアス電圧Ｖbは制御電圧ΔＶ用の電圧Ｖ1e，Ｖ2eとは独立に設けられた電圧であり、かつ、これらの基準電圧は接地（ＧＮＤ）で共通であるので、電位の安定性が前述した第２の従来例の場合に比べて増し、また、回路構成も単純になる。
【００９１】
本発明の第二の実施の形態を図１に基づいて説明する。構成については、第一の実施の形態で説明したので、説明を省略する。
【００９２】
まず、▲１▼の方向にプローブ１１を動かすときは電圧Ｖ1eのみを印加し、電圧Ｖ2eは印加しない。また、▲２▼の方向にプローブ１１を動かすときは、その逆である。この時の▲１▼方向の静電引力Ｆ1は(２１)式、▲２▼方向の静電引力Ｆ2は(２２)式で表される。
【００９３】
【数５】
これらの式中、Ｃ1，Ｃ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の静電容量、Ｓ1，Ｓ2は静電容量Ｃ1，Ｃ2の等価的面積、ｄ1，ｄ2はプローブ１１と電極２２，２３との間の各々の距離、εaは空気の誘電率を表す。また、静電容量Ｃ1，Ｃ2は、
Ｃ1 ＝εa・Ｓ1／ｄ1 …………(２３)
Ｃ2 ＝εa・Ｓ2／ｄ2 …………(２４)
のように仮定した（即ち、(３)(４)式と同じ仮定である）。
【００９５】
これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例する。
【００９６】
ここで、▲１▼の方向に動く場合を考えると、電圧Ｖ2eは印加しない。また、ｄ1＝ｄ2＝ｄ，Ｓ1＝Ｓ2＝Ｓと書き直すものとする。プローブ１１を制御するために、ダイナミックに変化する電圧をＶaとすると、
Ｖ1e＝Ｖa
となり、プローブ１１に働く力Ｆは(２１)式だけとなるので、(２５)式で表される。
【００９７】
【数６】
次に、図１に示すように、電極２２，２３とプローブ１１との間にバイアス電圧Ｖbがあり、各々の電極２２，２３に印加されるプローブ１１を制御する制御電圧Ｖ1e，Ｖ2eが極性が異なり絶対値が同じ電圧の場合を考える。即ち、Ｖ1e＝−Ｖa，Ｖ2e＝＋Ｖaとすると、▲１▼方向の静電引力Ｆ1は(２６)式、▲２▼方向の静電引力Ｆ2は(２７)式で表される。
【００９９】
【数７】
両方の静電引力を合わせてプローブ１１に働く力Ｗは、(２８)式で表される。
【０１０１】
【数８】
ここに、Ｗ＞Ｆを満足するための条件は、(２９)式で表される。
【０１０３】
【数９】
よって、バイアス電圧Ｖbは、制御電圧Ｖaに対して
Ｖb＞Ｖa／４ ………(３０)
を満たせばよいこととなる。
【０１０５】
即ち、プローブ１１の位置を制御する制御電圧Ｖaの１／４以上のバイアス電圧Ｖbを印加すると、このバイアス電圧Ｖbを印加しないで制御電圧Ｖaだけをダイナミックに変化させてプローブ１１を動かすための制御を行う場合の力よりも、バイアス電圧Ｖbを印加した上で制御電圧Ｖaをダイナミックに変化させてプローブ１１を動かすための制御を行う場合の力の方が大きくなる。逆に言うと、(３０)式の条件を満たせば、同じ力を得るのにより低電圧の制御電圧Ｖaで済むことになる。この制御電圧Ｖaはプローブ１１のトラッキングを行うために高速に変動しなければいけないので、この電圧値が小さくなることで駆動回路の負担を小さくすることができる。また、バイアス電圧Ｖbは単なる直流電圧なので、高電圧な回路を構成することは制御電圧Ｖａを高電圧にする場合よりも遥かに簡単である。
【０１０６】
このように、本実施の形態によれば、(３０)式の条件を満たすようにバイアス電圧Ｖbの電圧値を設定したので、このバイアス電圧Ｖbを印加する効果として、電圧に対する静電引力の直線性が良くなるだけでなく、駆動回路の負担を軽減させ得る効果を持つ。この結果、プローブ１１をトラッキングさせるためにダイナミックに変動する制御電圧Ｖaの電圧を低電圧化できることにより、制御電圧Ｖaを出力する回路の負担（コスト、消費電力、サイズ）を低減させることができる。
【０１０７】
本発明の第三の実施の形態を図２及び図３に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には図２３及び図１に示した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を用いて示す。
【０１０８】
まず、レーザ光源３１は連続発振しており、その光はカップリングレンズ３２により光ファイバ３３の端面に集光されてそのコア内に入る。その光は先端が先鋭化されている光ファイバ３３の先端のごく近傍（数十ｎｍ）に近接場光として存在する。記録媒体３４はスピンドルモータ３５により回転される。記録媒体３４の表面には透過率のコントラストを持つ領域（マーク）により情報が記録されている。プローブ３６として機能する光ファイバ３３の先端を記録媒体３４の表面から数十ｎｍ以下の距離に近づけると、プローブ３６の先端から染み出している近接場光は記録媒体３４に伝播し、先のマークの透過率に対応したパワーを持つ透過光が記録媒体３４のプローブ３６とは反対側に出てくる。この光はカップリングレンズ３７を通してフォトマルチプライア（ＰＭＴ）３８に入る。ＰＭＴ３８は入射した光を電気信号に変換し、この信号はプリアンプ３９で増幅された後、２値化回路４０でデジタル情報に変換され、コンピュータ４１に入力され、記録媒体３４上の情報が読み取られる。記録媒体３４はプローブ３６と相対運動をしているので、円周方向（トラック方向）に並んでいるマークに記録されている情報が時系列にコンピュータ４１に貯えられていく。
【０１０９】
記録媒体３４が書き込み可能なものであれば、同じようにデータを書き込むこともできる。必要な書き込みパルスがコンピュータ４１によりＬＤドライバ４２に与えられ、これがレーザ光源３１を駆動して、記録媒体３４の表面に情報を書き込んでいく。
【０１１０】
この際、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間隔は数十ｎｍにしなければならない。実際の記録媒体３４は凹凸があり、記録媒体３４も回転に伴い面ぶれを起こして上下動するのが普通なので、この間隔を一定にするように制御を行う必要がある。この制御のために、本実施の形態でも、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端に原子間力に基づくシアフォースや静電引力を利用する。
【０１１１】
ここに、プローブ３６は水晶振動子４３の片方の片持ち梁に接着されている。水晶振動子４３はＬ字型のホルダ４４を介して積層圧電素子４５に接続されている。積層圧電素子４５は耐摺動パッド４６の上に接続されている。耐摺動パッド４６は記録媒体３４の表面に接触している。記録媒体３４が回転すると、記録媒体３４上を耐摺動パッド４６が摺動し、記録媒体３４とプローブ３６との間で相対運動が生じる。積層圧電素子４５は電圧を印加するとＺ方向に伸び縮みするので、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離を変えることができる。
【０１１２】
水晶振動子４３は圧電素子４７によりその共振周波数で加振される。記録媒体３４の表面がプローブ３６の先端に近づくと、記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間に原子間力に基づくシアフォースや静電引力が働く。この力が記録媒体３４の表面とプローブ３６の先端との間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子４７により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子４３に生じる電圧は差動増幅器４８で増幅され、ロックインアンプ４９に入力される。ロックインアンプ４９は振動周波数に同期して水晶振動子の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプ４９の出力はＡ／Ｄ変換器５１を介してコンピュータ４１に取り込まれる。コンピュータ４１はプローブ３６と記録媒体３４の表面との間の所望の距離に対応する基準値との差から、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。Ｄ／Ａ変換器５２でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、パワーアンプ５３により増幅されて、積層圧電素子４５に入力される。これにより、プローブ３６と記録媒体３４の表面との間の距離がコンピュータ４１により制御される。
【０１１３】
ここに、耐摺動パッド４６も含めてその上に搭載されている物全体をスライダ５４と呼ぶ。スライダ５４は図示しないサスペンション、アーム、アームモータを介してスピンドルモータ３５が固定されている基板に固定されている（図２０に示した構成参照）。但し、スライダ５４はアームモータによりトラッキング方向には移動できる。また、サスペンションによりＺ方向に上下動可能とされている。しかし、サスペンションによりスライダ５４は適当な力で記録媒体３４表面に押し付けられており、耐摺動パッド４６は記録媒体３４表面に接触している。
【０１１４】
一方、プローブ３６の先端を記録媒体３４のマーク列（トラック）にトラッキングさせるためには、トラッキングアクチュエータが必要となる。このトラッキングのために、第一又は二の実施の形態で説明したように、静電引力を利用するものである。従って、プローブ３６付近の構成としては、図１に示したプローブ１１の場合と同様な構成とされている。即ち、プローブ３６をトラッキング方向に挟むように一対の電極２２，２３が設けられ、これらの電極２２，２３に電圧を印加してプローブ３６と電極２２又は２３との間に働く力でプローブ３６の先端３６ａを曲げてトラッキングを行う。
【０１１５】
図３は、電極２２，２３部分周辺をトラッキング方向に断面し拡大して示す断面構造図である。これらの電極２２，２３には、各々重畳電圧印加手段として作用する３入力加算アンプ７１ａ，７１ｂの出力側が接続されている。加算アンプ７１ａの入力側にはプローブ３６に選択的に印加させるための接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとの電源７２，７３，７４が接続され、加算アンプ７１ｂの入力側には接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとの電源７２，７３，７５が接続されている。従って、一方の電極２２に印加される電圧Ｖ1eはプローブ３６に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとが重畳された電圧となる。他方の電極２３に印加される電圧Ｖ2eはプローブ３６に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとが重畳された電圧となる。プローブ３６のトラッキングは制御電圧＋Ｖa，−Ｖaを変化させることにより行う。制御電圧＋Ｖa，−Ｖaから独立させたバイアス電圧Ｖｂを重畳させて印加させるのは、第一、二の実施の形態で説明したように制御電圧＋Ｖa，−Ｖaに対する静電引力の直線性の向上と、低電圧化を図るためである。また、プローブ３６には接近用電圧Ｖap又は接地電圧が印加される。何れの電圧を印加するかについては、後述する。
【０１１６】
以上のような情報記録再生装置が待機状態にある時は、プローブ３６と記録媒体３４とが接触しないようにプローブ３６は記録媒体３４から遠くに離しておく。よって、上述したように書き込み或いは読み取り動作を始める前に、プローブ３６を記録媒体３４表面に近づける作業が必要となる。
【０１１７】
この際、上述したようにプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離をシアフォースのみで知ろうとすると、両者間の距離が数十ｎｍに近づくまで、記録媒体３４表面へのプローブ３６の接近を知ることができない。これにより衝突が生じ易い。そこで、本実施の形態では、第３の従来例による提案の場合と同様に、プローブ３６と記録媒体３４表面との間に電位差を生じさせることによりこれを解決している。
【０１１８】
その前提として、プローブ３６はその先端まで導電性の物であることと記録媒体３４もまた導電性の物であることが必要である。近接場光測定に用いられる光ファイバ３３を利用したプローブ３６は、クラッド１９ｂからの光の放出がノイズとなるので、これを防ぐために、クラッド１９ｂ上に金属コートが遮光金属膜２１として施されているので、一般的に前者の条件は満たしている。また、記録媒体３４も光磁気材料、相変化材料などは導体又は半導体であり比抵抗が低いので、多くの場合、後者の条件も満たしている。
【０１１９】
このような前提の下、コンピュータ４１で切換え制御可能なスイッチ７６を設け、電源７２側と接地側とを切換え自在とする。この電源７２により接近用電圧印加手段が構成されている。まず、スイッチ７６により接近用電圧Ｖapの電源７２をプローブ３６の遮光金属膜２１（コモン電極２０）に接続する。遮光金属膜２１は光ファイバ３３全体に付着させることができるので、光ファイバ３３（プローブ３６）の根元に電源７２を接続することでプローブ３６の先端に接近用電圧Ｖapを印加することができる。記録媒体３４はスピンドルモータ３５の軸を介して、基準電位（接地）に接続させておく。
【０１２０】
このようにしておくと光ファイバ３３（プローブ３６）先端の遮光金属膜２１と記録媒体３４表面間に接近用電圧Ｖapが印加される。従って、両者間に静電引力が働く。このとき、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離ｄが２０ｎｍ以下にならないと、原子間力、即ちシアフォースは十分に働かない。しかるに、静電引力は接近用電圧Ｖapの２乗に比例し、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離ｄの２乗に逆比例するので、シアフォースより遥かに離れた位置から働く。従って、静電引力は距離ｄに対する減衰がシアフォースに比べて遥かに緩やかであるため、プローブ３６と記録媒体３４表面間の距離ｄが大きくても両者の接近を水晶振動子４３の振幅の減少として捉えることができる。この距離ｄは接近用電圧Ｖapの値にもよるが、数十Ｖの場合、プローブ３６と記録媒体３４表面間の距離が数十μｍ程度でも水晶振動子４３の振幅減少を捉えることができる。どの程度のプローブ３６と記録媒体３４表面間の距離から、両者の接近を捉えるかは、接近用電圧Ｖapにより調整可能である。より遠くから両者の接近を捉えたい場合は接近用電圧Ｖapを大きくすればよい。
【０１２１】
この場合、本実施の形態によれば、電極２２，２３に印加する電圧Ｖ1e，Ｖ2eはプローブ３６に対する接近用電圧Ｖapの増減に対して同じ値で連動するので、プローブ３６と電極２２，２３との間の電位差はプローブ３６に対する接近用電圧Ｖapの増減に無関係である。従って、プローブ３６と電極２２，２３との間の電位差はバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaとのみにより決まるので、プローブ３６のトラッキング動作に接近用電圧Ｖapは影響しない。
【０１２２】
待機時は、スライダ５４は記録媒体３４上に接触している。この時、スピンドルモータ３５は回転又は停止しているが、プローブ３６と記録媒体３４表面とが接触する危険性を考えると停止している方が好ましい。
【０１２３】
書き込み・読み取りを行う前に、プローブ３６と記録媒体３４との間に接近用電圧Ｖapを印加した状態で、圧電素子４７により水晶振動子４３、プローブ３６を共振周波数で加振し、水晶振動子４３の出力からプローブ３６の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで、プローブ３６を記録媒体３４表面に近づける。振幅が小さくなったところで、積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させることを停止する。さらにプローブ３６と記録媒体３４との間の電位差をなくし、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピードで微動のアクチュエータ（圧電素子など）により、プローブ３６の先端と記録媒体３４表面との間の距離が所望の距離になるように両者を接近させ、この後、書き込み・読み取りを始める。
【０１２４】
一例として、待機時は、プローブ３６の先端と耐摺動パッド４６の表面が約０．５μｍになるように予めスライダ５４を作製しておく。そして、例えば、接近用電圧Ｖapを２Ｖ程度とし、水晶振動子４３の出力からプローブ３６の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードでプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させる。
【０１２５】
プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が２００ｎｍ位になると、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の静電引力により水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ３６と記録媒体３４表面とを接近させることを停止する。２００ｎｍ程度からプローブ３６と記録媒体３４表面との接近を検知し停止させれば、検知から停止までの間のオーバーランによりプローブ３６と記録媒体３４表面とが衝突することはない。従って、比較的速い速度（約０．１μｍ／ｓ）で最初のアプローチを行うことができる。
【０１２６】
さらに、今度はスイッチ７６を接地側に切換える。これにより、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の電位差はなくなり、両者には静電引力は働かなくなる。この後、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピード（約１０ｎｍ／ｓ）でプローブ３６の先端と記録媒体３４表面とを接近させていく。数十ｎｍ程度までプローブ３６と記録媒体３４表面とが接近すると、プローブ３６と記録媒体３４表面との間のシアフォースにより水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。所望の距離まで両者が近づいたところで、これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の変位を停止する。この時はアプローチの速度が前の段階より遅くなっているので、オーバーランが少なくなる。従って、停止時のプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が小さくなっても両者が衝突することはない。この後、書き込み・読み取りを始める。
【０１２７】
このように、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きい時は速いスピードで両者を接近させつつ、静電引力を用いてプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きい段階から両者の接近を捉えることにより衝突を防ぐことができる。プローブ３６と記録媒体３４表面との間の電位差と接近速度とを段階的に小さくすることで、以上のシーケンスを行うことができる。最後のアプローチでは両者間の電圧印加をなくしてシアフォースによるプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離検出を行ってアプローチを終了する。
【０１２８】
シアフォースだけのプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離検出の場合は、数十ｎｍに接近してからでないと両者の接近を検知できないので、アプローチの最初から数十ｎｍ／ｓなる非常にゆっくりとした速度でアプローチを行う必要があり、書き込み・読み取り動作の開始までに非常に時間がかかった。しかし、本実施の形態によれば、第３の従来例による場合と同様に、プローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離に対応した接近速度を選ぶことができるので、書き込み・読み取り開始までの時間を短縮することができる。
【０１２９】
具体的には、積層圧電素子４５としては数十Ｖで５００μｍ程度の変位を得るために、厚さ２ｍｍ程度で２０〜３０層程度の積層数のものを用いる。電圧を印加すると積層圧電素子の厚さが増えるタイプのものでもよいが、待機時や、電源オフ時にプローブ３６と記録媒体３４表面との間の距離が大きくなるようにするために、電圧を印加すると厚みが減るタイプを用いることが好ましい。
【０１３０】
なお、本実施の形態では、最後のアプローチで、プローブ３６と記録媒体３４表面間の電位差をなくすようにしたが、これに限られない。例えば、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチ段階での接近用電圧Ｖapよりもさらに電圧値を下げ、接近用電圧Ｖapを印加したままで静電引力を働かせ、アプローチを終了させるようにしてもよい。そして、接近用電圧Ｖapを印加し、静電引力を検出しながらプローブ３６と記録媒体３４表面間の距離を一定に保ちながら記録媒体３４への書き込み・読み取りを行わせることができる。また、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチの段階での電圧よりも更に電圧を下げなくても同様の動作を行うことができる。
【０１３１】
このように、本実施の形態によれば、素早いアプローチを実現するためにプローブ３６に印加する接近用電圧Ｖapが、バイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaによるトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上に影響を及ぼすことがない。従って、素早いアプローチとトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上とを両立させることができる。また、素早いアプローチを実現するために、第１の従来例の如く特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもない。
【０１３２】
なお、これらの第一ないし第三の実施の形態では、記録媒体１５，３４としてデータ列が円周状に並ぶ円盤状のディスクを想定したが、これに限らず、データ列が直線状に並ぶカード上の記録媒体であってもよい。
【０１３３】
本発明の第四の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には、前述した第一の実施の形態の情報記録再生装置の場合と同様であるが、光ファイバ構造のプローブ１１に代えて、導電性のプローブ８１が用いられている。
【０１３４】
先端８１ａが非常に鋭利に、例えばその曲率半径が１００ｎｍ以下に形成された導電性のプロ−ブ８１は、その上端根元側はコモン電極２０部分を介してスライダ１２に固定され、記録媒体８２に対向する先端８１ａ側は自由になっている、いわゆる片持ち梁構造とされている。先端８１ａはエッチングや電解研磨法などにより細く先鋭化されている。このプローブ８１と記録媒体８２との間に所定のバイアス電圧Ｖｂを印加し、プローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２の表面との間の距離が１０ｎｍ以下になると、両者間にトンネル電流が流れる。
【０１３５】
記録媒体８２としては、例えば、記録層８３の抵抗が低い材料で形成され、その下地に導電性の薄膜或いは基板による導電層８４を有する構成が考えられる。図５に記録媒体８２の構成例を示す。記録層８３はとしては相変化材料が挙げられる。例えば、ＧｅＴｅＳｂ薄膜或いはＡｇＩｎＳｂＴｅ薄膜が考えられる。これらの膜をスパッタリング法などで成膜した場合、その膜はアモルファス相になる。この膜に、前述した方法によりトンネル電流を流す。すると、電流の流れたところでジュール熱が発生し、その部分が多結晶化する。このようにしてアモルファス相のフィールドに多結晶相のマークを書くことができる。このマークの有無により情報を書き込むことができる。これらの膜が多結晶相の場合の比抵抗とアモルファス相の場合の比抵抗が異なる。従って、プローブ８１の先端８１ａと記録層８３の表面との距離が一定であっても、抵抗値が異なるので、多結晶層の上にプローブ８１の先端８１ａがある場合のトンネル電流の方がアモルファス層のそれよりも大きくなる。この電流値はバイアス電圧Ｖbと導電性のプローブ８１との間に設けた電流計８５により測定することができる。これにより書き込んだマークを読み取ることができる。なお、読み取る時の電流は書き込む時の電流よりも少なくした方がよい。
【０１３６】
別な方法としては、スパッタリング法による成膜後の記録層８３を１回別な方法で全面多結晶化し、前述の場合と同じ方法で、多結晶のフィールドにアモルファス相のマークを書き込み、読み取るようにすることもできる。また、記録層８３の材料としてはキノン環とヒドロキノン環を両端に有する有機分子であってもよい(1994年第５５回応用物理学界学術講演会における発表20ｐ-Ｑ-9に記載)。
【０１３７】
プローブ８１と記録媒体８２の導電層８４及び接地との間にはバイアス電圧Ｖｂを印加するバイアス電圧印加手段としての電源６１が接続されている。このバイアス電圧Ｖｂは正負何れであってもよい。
【０１３８】
また、スライダ１２が使用されるときの記録媒体８２の半径方向（トラッキング方向）に、プローブ８１を挟むように一対の電極２２，２３が設けられている。これらの電極２２，２３はスライダ１２内に固定されている。これらの電極２２，２３とプローブ８１のコモン電極２０（導電性のプローブ８１自身）との間に各々別々の電圧Ｖ1，Ｖ2を印加する。この電圧Ｖ1，Ｖ2を生成するため、電極２２，２３と接地との間には、各々電圧Ｖ1e，Ｖ2eなる制御電圧印加手段としての電源６２，６３が接続されている。従って、電圧Ｖ1，Ｖ2は電源６１によるバイアス電圧Ｖｂと電源６２，６３による電圧Ｖ1e，Ｖ2eとの重畳電圧として印加されるもので、これらの電源が電圧印加手段として作用する。ここに、これらの電源６１，６２，６３の基準電圧は接地で共通されている。
【０１３９】
これにより、電極２２又は２３と導電性のプローブ８１との間に静電引力が働き、導電性のプローブ８１は片持ち梁となりその先端８１ａが記録媒体８２の半径方向にスイングする。これにより、トラッキングに必要なプローブ８１の先端８１ａの移動が行われる。
【０１４０】
図４における、▲１▼の方向の静電引力Ｆ1は前述した(１０)式、▲２▼の方向の静電引力Ｆ2は前述した(１１)式で表される。これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例することが分かる。ここに、電源６２，６３による電圧Ｖ1e，Ｖ2eを前述した(１４)(１５)式のような電圧とし、これらの電圧ΔＶを変動させることで、導電性のプローブ８１の先端８１ａを動かす。この場合に各々の電極２２，２３と導電性のプローブ８１との間の電位差Ｖ1，Ｖ2は、前述した（１６）（１７）式で示すになる。従って、導電性のプローブ８１に働く力Ｆは前述した(１８)式で示される。このようにすると静電引力は制御電圧ΔＶに比例するので、制御しやすくなる。
【０１４１】
ここに、本実施の形態によれば、バイアス電圧Ｖbは制御電圧ΔＶ用の電圧Ｖ1e，Ｖ2eとは独立に設けられた電圧であり、かつ、これらの基準電圧は接地（ＧＮＤ）で共通であるので、電位の安定性が前述した第２の従来例の場合に比べて増し、また、回路構成も単純になる。
【０１４２】
また、バイアス電圧Ｖｂは、静電引力が制御電圧ΔＶに比例し、制御しやすくするためと、記録媒体８２と導電性のプローブ８１との間にトンネル電流を流すための両方の役目がある。両者の役目が両立するように電圧或いはプローブ８１の形状・寸法を定める必要がある。
【０１４３】
本発明の第五の実施の形態を図４及び図５に基づいて説明する。構成については、第四の実施の形態で説明したので、説明を省略する。
【０１４４】
まず、▲１▼の方向に導電性のプローブ８１を動かすときは電圧Ｖ1eのみを印加し、電圧Ｖ2eは印加しない。また、▲２▼の方向に導電性のプローブ８１を動かすときは、その逆である。この時の▲１▼方向の静電引力Ｆ1は前述した(２１)式、▲２▼方向の静電引力Ｆ2は前述した(２２)式で表される。これより、静電引力は電圧の２乗に比例し、距離の２乗に反比例することが分かる。
【０１４５】
ここで、▲１▼の方向に動く場合を考えると、電圧Ｖ2eは印加しない。また、ｄ1＝ｄ2＝ｄ，Ｓ１＝Ｓ2＝Ｓと書き直すものとする。プローブ８１を制御するために、ダイナミックに変化する電圧をＶaとすると、
Ｖ1e＝Ｖa
となり、導電性のプローブ８１に働く力Ｆは前述した(２１)式だけとなるので、前述した(２５)式で表される。
【０１４６】
次に、図４に示すように、電極２２，２３とプローブ８１との間にバイアス電圧Ｖbがあり、各々の電極２２，２３に印加されるプローブ８１を制御する制御電圧Ｖ1e，Ｖ2eの極性が異なり絶対値が同じ電圧の場合を考える。即ち、Ｖ1e＝−Ｖa，Ｖ2e＝＋Ｖaとすると、▲１▼方向の静電引力Ｆ1は前述した(２６)式、▲２▼方向の静電引力Ｆ2は前述した(２７)式で表される。両方の静電引力を合わせて導電性のプローブ８１に働く力Ｗは、前述した(２８)式で表される。
【０１４７】
よって、バイアス電圧Ｖbは、制御電圧Ｖaに対して前述した(３０)式、即ち、
Ｖb＞Ｖa／４……(３０)
を満たせばよいこととなる。
【０１４８】
即ち、導電性のプローブ８１の位置を制御する制御電圧Ｖaの１／４以上のバイアス電圧Ｖbを印加すると、このバイアス電圧Ｖbを印加しないで制御電圧Ｖaだけをダイナミックに変化させて導電性のプローブ８１を動かすための制御を行う場合の力よりも、バイアス電圧Ｖbを印加した上で制御電圧Ｖaをダイナミックに変化させて導電性のプローブ８１を動かすための制御を行う場合の力の方が大きくなる。逆に言うと、前述した(３０)式の条件を満たせば、同じ力を得るのにより低電圧の制御電圧Ｖaで済むことになる。この制御電圧Ｖaはプローブ８１のトラッキングを行うために高速に変動しなければいけないので、この電圧値が小さくなることで駆動回路の負担を小さくすることができる。また、バイアス電圧Ｖbは単なる直流電圧なので、高電圧な回路を構成することは制御電圧Ｖaを高電圧にする場合よりも遥かに簡単である。
【０１４９】
このように、本実施の形態によれば、前述した(３０)式の条件を満たすようにバイアス電圧Ｖbの電圧値を設定したので、このバイアス電圧Ｖbを印加する効果として、電圧に対する静電引力の直線性が良くなるだけでなく、駆動回路の負担を軽減させ得る効果を持つ。この結果、導電性のプローブ８１をトラッキングさせるためにダイナミックに変動する制御電圧Ｖaの電圧を低電圧化できることにより、制御電圧Ｖaを出力する回路の負担（コスト、消費電力、サイズ）を低減させることができる。
【０１５０】
本発明の第六の実施の形態を図６及び図７に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には、前述した図４、図５及び図２３で示した情報記録再生装置の場合と同様であり、同一部分は同一符号を用いて示す。
【０１５１】
前述した第四の実施の形態で述べたような導電性で、先端８１ａが非常に鋭く加工されたプローブ８１には、電流計８６とスイッチ８７とを介して電源８８による接近用電圧Ｖap或いはパルス電圧源８９によるパルス電圧又は接地電位が印加されるようになっている。記録媒体８２はスピンドルモータ３５により回転される。記録媒体８２の表面には比抵抗のコントラストを持つ領域（マーク）により情報が記録されている。導電性のプローブ８１の先端８１ａを記録媒体８２の表面から十ｎｍ以下の距離に近づけると、プローブ８１の先端８１ａから記録媒体８２にトンネル電流が流れる、これにより、前述のマークの比抵抗に対応したトンネル電流値が電流計８６により検出される。この出力は、２値化回路９０でデジタル情報に変換され、コンピュータ４１に入力され、記録媒体８２上の情報が読み取られる。記録媒体８２は導電性のプローブ８１と相対運動をしているので、円周方向（トラック方向）に並んでいるマークに記録されている情報が時系列にコンピュータ４１に貯えられていく。
【０１５２】
記録媒体８２が書き込み可能なもの、即ち、前述した実施の形態で述べたようなトンネル電流値により、記録層８３の比抵抗が変化するようなものであれば、同じようにデータを書き込むこともできる。必要な書き込みパルス信号がコンピュータ４１によりパルス電圧源８９に与えられ、これがパルス電圧源８９を駆動して、導電性のプローブ８１の先端から記録媒体８２の表面にトンネル電流を流し、このジュール熱により記録媒体８２の記録層８３の比抵抗を変化させ、情報を書き込んでいく。
【０１５３】
この際、記録媒体８２の表面と導電性のプローブ８１の先端との間隔は十ｎｍ以下にしなければならない。実際の記録媒体８２は凹凸があり、記録媒体８２も回転に伴い面ぶれを起こして上下動するのが普通なので、この間隔を一定にするように制御を行う必要がある。この制御のために、本実施の形態でも、記録媒体８２の表面と導電性のプローブ８１の先端８１ａに原子間力に基づくシアフォースや静電引力を利用する。
【０１５４】
ここに、導電性のプローブ８１は水晶振動子４３の片方の片持ち梁に接着されている。水晶振動子４３はＬ字型のホルダ４４を介して積層圧電素子４５に接続されている。積層圧電素子４５は耐摺動パッド４６の上に接続されている。耐摺動パッド４６は記録媒体８２の表面に接触している。記録媒体８２が回転すると、記録媒体８２を耐摺動パッド４６が摺動し、記録媒体８２とプローブ８１との間で相対運動が生じる。積層圧電素子４５は電圧を印加するとＺ方向に伸び縮みするので、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離を変えることができる。
【０１５５】
水晶振動子４３は圧電素子４７によりその共振周波数で加振される。記録媒体８２の表面がプローブ８１の先端８１ａに近づくと、記録媒体８２の表面とプローブ８１の先端８１ａとの間に原子間力に基づくシアフォースや静電引力が働く。この力が記録媒体８２の表面とプローブ８１の先端８１ａとの間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子４７により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子４３に生じる電圧は差動増幅器４８で増幅され、ロックインアンプ４９に入力される。ロックインアンプ４９は振動周波数に同期して水晶振動子４３の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプ４９の出力はＡ／Ｄ変換器５１を介してコンピュータ４１に取り込まれる。コンピュータ４１は導電性のプローブ８１と記録媒体８２の表面との間の、所望の距離に対応する基準値との差から、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。Ｄ／Ａ変換器５２でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、パワーアンプ５３により増幅されて、積層圧電素子４５に入力される。これにより、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離がコンピュータ４１により制御される。
【０１５６】
ここに、耐摺動パッド４６も含めてその上に搭載されている物全体をスライダ５４と呼ぶ。スライダ５４は図示しないサスペンション、アーム、アームモータを介してスピンドルモータ３５が固定されている基板に固定されている（図２０に示した構成参照）。但し、スライダ５４はアームモータによりトラッキング方向には移動できる。また、サスペンションによりＺ方向に上下動可能とされている。しかし、サスペンションによりスライダ５４は適当な力で記録媒体８２の表面に押し付けられており、耐摺動パッド４６は記録媒体８２の表面に接触している。
【０１５７】
一方、導電性のプローブ８１の先端８１ａを記録媒体８２のマーク列（トラック）にトラッキングさせるためには、トラッキングアクチュエータが必要となる。このトラッキングのために、第四又は第五の実施の形態で説明したように、静電引力を利用するものである。従って、プローブ８１付近の構成としては、図４に示した導電性のプローブ８１の場合と同様な構成とされている。即ち、導電性のプローブ８１をトラッキング方向に挟むように一対の電極２２，２３が設けられ、これらの電極２２，２３に電圧を印加してプローブ８１と電極２２，２３との間に働く力で導電性のプローブ８１の先端８１ａを曲げてトラッキングを行う。
【０１５８】
図７は、電極２２，２３部分周辺をトラッキング方向に断面し拡大して示す断面構造図である。これらの電極２２，２３には、各々重畳電圧印加手段として作用する３入力加算アンプ７１ａ，７１ｂの出力側が接続されている。一つの加算アンプ７１ａの入力側にはプローブ８１に選択的に印加させるための接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとの電源７２，７３，７４が接続され、もう一方の加算アンプ７１ｂの入力側には接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとの電源７２，７３，７５が接続されている。従って、一方の電極２２に印加される電圧Ｖ1eは導電性のプローブ８１に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとが重畳された電圧となる。他方の電極２３に印加される電圧Ｖ2eはプローブ８１に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとが重畳された電圧となる。導電性のプローブ８１のトラッキングは制御電圧＋Ｖa，−Ｖaを変化させることにより行う。制御電圧＋Ｖa，−Ｖaから独立させたバイアス電圧Ｖbを重畳させて印加させるのは、第一、第二の実施の形態で説明したように制御電圧＋Ｖa，−Ｖaに対する静電引力の直線性の向上と、低電圧化を図るためである。また、導電性のプローブ８１には接近用電圧Ｖap又は接地電圧が印加される。何れの電圧を印加するかについては、後述する。
【０１５９】
以上のような情報記録再生装置が待機状態にある時は、導電性のプローブ８１と記録媒体８２とが接触しないようにプローブ８１は記録媒体８２から遠くに離しておく。よって、上述したように書き込み或いは読み取り動作を始める前に、導電性のプローブ８１を記録媒体８２表面に近づける作業が必要となる。
【０１６０】
この際、上述したように導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離をシアフォースのみで知ろうとすると、両者間の距離が数十ｎｍに近づくまで、記録媒体８２表面へのプローブ８１の接近を知ることができない。これにより衝突が生じ易い。そこで、本実施の形態では、第３の従来例による提案の場合と同様に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間に電位差を生じさせることによりこれを解決している。
【０１６１】
その前提として、プローブ８１はその先端８１ａまで導電性の物であることと記録媒体８２もまた導電性の物であることが必要である。前者の条件は当然、満たしている。また、記録媒体８２も光磁気材料、相変化材料などは導体又は半導体であり比抵抗が低いので、多くの場合、後者の条件も満たしている。
【０１６２】
このような前提の下、コンピュータ４１で切換え制御可能なスイッチ８７を設け、接近用電圧Ｖapの電源８８側と接地側とパルス電圧源８９側とを切換え自在とする。この接近用電圧Ｖapの電源８８により接近用電圧印加手段が構成されている。まず、スイッチ８７により接近用電圧Ｖapの電源８８を導電性のプローブ８１に接続する。このプローブ８１の根元に電源８８を接続することでプローブ８１の先端８１ａに接近用電圧Ｖapを印加することができる。記録媒体８２の導電層８４はスピンドルモータ３５の軸を介して、基準電位（接地）に接続させておく。
【０１６３】
このようにしておくと導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間に接近用電圧Ｖapが印加される。従って、両者間に静電引力が働く。このとき、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄが２０ｎｍ以下にならないと、原子間力、即ちシアフォースは十分に働かない。しかるに、静電引力は接近用電圧Ｖapの２乗に比例し、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄの２乗に逆比例するので、シアフォースより遥かに離れた位置から働く。従って、静電引力は距離ｄに対する減衰がシアフォースに比べて遥かに緩やかであるため、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄが大きくても両者の接近を水晶振動子４３の振幅の減少として捉えることができる。この距離ｄは接近用電圧Ｖapの値にもよるが、数十Ｖの場合、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が数十μｍ程度でも水晶振動子４３の振幅減少を捉えることができる。どの程度のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離から、両者の接近を捉えるかは、接近用電圧Ｖapにより調整可能である。より遠くから両者の接近を捉えたい場合は接近用電圧Ｖapを大きくすればよい。
【０１６４】
この場合、本実施の形態によれば、電極２２，２３に印加する電圧Ｖ1e，Ｖ2eは導電性のプローブ８１に対する接近用電圧Ｖapの増減に対して同じ値で連動するので、プローブ８１と電極２２，２３との間の電位差はプローブ８１に対する接近用電圧Ｖapの増減に無関係である。従って、プローブ８１と電極２２，２３との間の電位差はバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaとのみにより決まるので、導電性のプローブ８１のトラッキング動作に接近用電圧Ｖapは影響しない。
【０１６５】
待機時は、スライダ５４は記録媒体８２上に接触している。この時、スピンドルモータ３５は回転又は停止しているが、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面とが接触する危険性を考えると停止している方が好ましい。
【０１６６】
書き込み・読み取りを行う前に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２との間に接近用電圧Ｖapを印加した状態で、圧電素子４７により水晶振動子４３、導電性のプローブ８１を共振周波数で加振し、水晶振動子４３の出力からプローブ８１の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで、プローブ８１を記録媒体８２表面に近づける。振幅が小さくなったところで、積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させることを停止する。さらにプローブ８１と記録媒体８２との間の電位差をなくし、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピードで微動のアクチュエータ（圧電素子など）により、プローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２表面との間の距離が所望の距離になるように両者を接近させ、この後、書き込み・読み取りを始める。
【０１６７】
一例として、待機時は、導電性のプローブ８１の先端８１ａと耐摺動パッド４６の表面が約０．５μｍになるように予めスライダ５４を作製しておく。そして、例えば、接近用電圧Ｖapを２Ｖ程度とし、水晶振動子４３の出力からプローブ８１の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードでプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させる。
【０１６８】
プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が２００ｎｍ位になると、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の静電引力により水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させることを停止する。２００ｎｍ程度からプローブ８１と記録媒体８２表面との接近を検知し停止させれば、検知から停止までの間のオーバーランによりプローブ８１と記録媒体８２表面とが衝突することはない。従って、比較的速い速度（約０．１μｍ／ｓ）で最初のアプローチを行うことができる。
【０１６９】
さらに、今度はスイッチ８７を接地側に切換える。これにより、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の電位差はなくなり、両者には静電引力は働かなくなる。この後、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピード（約１０ｎｍ／ｓ）でプローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２表面とを接近させていく。
【０１７０】
数十ｎｍ程度までプローブ８１と記録媒体８２表面とが接近すると、プローブ８１と記録媒体８２表面との間のシアフォースにより水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。所望の距離まで両者が近づいたところで、これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の変位を停止する。この時はアプローチの速度が前の段階より遅くなっているので、オーバーランが少なくなる。従って、停止時のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が小さくなっても両者が衝突することはない。この後、書き込み・読み取りを始める。書き込みを行う時は、スイッチ８７により導電性のプローブ８１とパルス電圧源８９とを接続し、パルス電圧に基づくトンネル電流が導電性のプローブ８１から記録媒体８２の記録層８３に流れるようにする。これにより、電流が流れた部分の比抵抗の変化が生じる。例えば記録層８３が相変化材料の場合、アモルファス相のフィールドに多結晶相のマークを書くことができるし、或いは多結晶のフィールドにアモルファス相のマークを書き込むことができる。マークを読み取る時は電源８による接近用電圧Ｖapを印加する。しかし、この電圧値はアプローチの時の電圧値とは異なる、読み取りに適したトンネル電流値を得られ電圧値にする必要がある。即ち、読み取りのトンネル電流により記録マークの相状態が変化しないような電圧値にする必要がある。一般的にはアプローチの時の電圧よりも小さい値にする。
【０１７１】
このように、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きい時は速いスピードで両者を接近させつつ、静電引力を用いてプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きい段階から両者の接近を捉えることにより衝突を防ぐことができる。プローブ８１と記録媒体８２表面との間の電位差と接近速度とを段階的に小さくすることで、以上のシーケンスを行うことができる。最後のアプローチでは両者間の電圧印加をなくしてシアフォースによるプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離検出を行ってアプローチを終了する。
【０１７２】
シアフォースだけの導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離検出の場合は、数十ｎｍに接近してからでないと両者の接近を検知できないので、アプローチの最初から数十ｎｍ／ｓなる非常にゆっくりとした速度でアプローチを行う必要があり、書き込み・読み取り動作の開始までに非常に時間がかかった。しかし、本実施の形態によれば、第３の従来例による場合と同様に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離に対応した接近速度を選ぶことができるので、書き込み・読み取り開始までの時間を短縮することができる。
【０１７３】
具体的には、積層圧電素子４５としては数十Ｖで５００μｍ程度の変位を得るために、厚さ２ｍｍ程度で２０〜３０層程度の積層数のものを用いる。電圧を印加すると積層圧電素子の厚さが増えるタイプのものでもよいが、待機時や、電源オフ時にプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きくなるようにするために、電圧を印加すると厚みが減るタイプを用いることが好ましい。
【０１７４】
なお、本実施の形態では、最後のアプローチで、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間の電位差をなくすようにしたが、これに限られない。例えば、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチ段階での接近用電圧Ｖapよりもさらに電圧値を下げ、接近用電圧Ｖapを印加したままで静電引力を働かせ、アプローチを終了させるようにしてもよい。そして、接近用電圧Ｖａｐを印加し、静電引力を検出しながら導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間の距離を一定に保ちながら記録媒体８２への書き込み・読み取りを行わせることができる。また、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチの段階での電圧よりも更に電圧を下げなくても同様の動作を行うことができる。
【０１７５】
このように、本実施の形態によれば、素早いアプローチを実現するために導電性のプローブ８１に印加する接近用電圧Ｖapが、バイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaによるトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上に影響を及ぼすことがない。従って、素早いアプローチとトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上とを両立させることができる。また、素早いアプローチを実現するために、第１の従来例の如く特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもない。
【０１７６】
なお、これらの第四ないし第六の実施の形態では、記録媒体としてデータ列が円周状に並ぶ円盤状のディスクを想定したが、これに限らず、データ列が直線状に並ぶカード上の記録媒体であってもよい。
【０１７７】
本発明の第七の実施の形態を図８及び図９に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には、前述した第四の実施の形態の情報記録再生装置の場合と同様であるが、再生専用の情報再生装置に適用されており、同一部分は同一符号を用いて示す。
【０１７８】
先端９１ａが非常に鋭利に、例えばその曲率半径が１００ｎｍ以下の導電性のプロ−ブ９１は、その上端根元側はコモン電極２０部分を介してスライダ１２に固定され、記録媒体９２に対向する先端９１ａ側は自由になっている、いわゆる片持ち梁構造とされている。先端９１ａはエッチングや電解研磨法などにより細く先鋭化されている。このプローブ９１は、プローブ９１全体が導電性物質で構成されている必要はない。例えば非導電性の先鋭化された針に導電性物質をスパッタなどによりコートしたものでもよい。先端９１ａ部分も前述した第一の実施の形態（図1）のプローブ１１のように、先端の一部に非導電性材料が露出していてもよい。
【０１７９】
本実施の形態の構成で記録媒体９２の情報を読み取る動作を図９で説明する。このプローブ９１は図示しない水晶振動子に接続され、水晶振動子は図示しない圧電素子に接続されている。スライダ１２全体は探針-記録媒体間制御用圧電素子(以下、距離制御用圧電素子)９３に接続され、これによりプローブ９１は記録媒体９２に対して上下移動が可能である。記録媒体９２は基板９４と記録層９５とからなり、記録層９５上には記録した情報に対応したピット(窪み)９６が形成されている。これは突起であってもよい。記録層９５は電荷が帯電しないように導電性材料や半導電性材料であることが好ましい。
【０１８０】
水晶振動子は圧電素子によりその共振周波数で加振される。記録媒体９２の表面がプローブ９１の先端９１ａに近づくと、記録媒体９２の表面とプローブ９１の先端９１ａとの間に原子間力に基づくシアフォースが働く。この力が記録媒体９２の表面とプローブ９１の先端９１ａとの間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子に生じる電圧は図示しない差動増幅器で増幅され、図示しないロックインアンプに入力される。ロックインアンプは振動周波数に同期して水晶振動子の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプの出力は図示しないＡ／Ｄ変換器を介して図示しないコンピュータに取り込まれる。コンピュータはプローブと記録媒体の表面との間の、所望の距離に対応する基準値との差から、プローブと記録媒体の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。図示しないＤ／Ａ変換器でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、図示しないパワーアンプにより増幅されて、積層圧電素子に入力される。これにより、プローブ９１と記録媒体９２の表面との間の距離がコンピュータにより一定に制御される。プローブ９１の先端９１ａと記録媒体９２が相対的に移動(走査)すると時系列に記録ピット９６がプローブ９１の先端９１ａの下にくる。記録ピット９６のところではプローブ９１の先端９１ａと記録媒体９２表面の距離が大きくなるので、これを一定にしようとコンピュータがパワーアンプ９７を介して距離制御用圧電素子９３を制御する。コンピュータが距離制御用圧電素子９３を制御する信号から記録媒体９２表面の凹凸の情報を得ることができる。即ち、記録された情報を知ることができる。
【０１８１】
また、別な方法で記録媒体状の情報を読み取ることができる。即ち、図９に示したような所謂フィードバック制御は行わない。すると、走査が行われると、プローブ９１の先端９１ａと記録媒体９２との間の距離が、記録ピット９６がプローブ９１の先端９１ａの下にきた時は距離が大きくなり、それ以外のところでは小さくなるようにする。これにより、記録ピット９６がプローブ９１の先端９１ａの下にきた時は水晶振動子(従って、プローブ９１)の振幅は大きくなり、それ以外のところでは小さくなる。この振幅を増幅するロックインアンプの出力から記録媒体９２表面の凹凸の情報を得ることができる。即ち、記録された情報を知ることができる。なお、このピットはＣＤ−ＲＯＭ作製に使われているスタンパにより作製することができる。
【０１８２】
図９においても各電圧Ｖb、Ｖ1e、Ｖ2eの接続関係は第四の実施の形態の場合と同じである。従って、このような構成により、第四の実施の形態と同じようにトラッキング動作を行う静電引力が制御電圧ΔＶに比例するので、制御しやすくなる。さらに、バイアス電圧Ｖbは制御電圧ΔＶ用の電圧Ｖ1e，Ｖ2eとは独立に設けられた電圧であり、かつ、これらの基準電圧は接地（ＧＮＤ）で共通であるので、電位の安定性が前述した第２の従来例の場合に比べて増し、また、回路構成も単純になる。
【０１８３】
また、本実施の形態に関しても、前述した第五の実施の形態の場合と同様に、前述した(３０)式の条件を満たすようにバイアス電圧Ｖbと制御電圧Ｖaとの関係を設定することが望ましい。即ち、プローブ９１の位置を制御する制御電圧Ｖaの１／４以上のバイアス電圧Ｖbを印加すると、このバイアス電圧Ｖbを印加しないで制御電圧Ｖaだけをダイナミックに変化させてプローブ９１を動かすための制御を行う場合の力よりも、バイアス電圧Ｖｂを印加した上で制御電圧Ｖaをダイナミックに変化させてプローブ９１を動かすための制御を行う場合の力の方が大きくなる。逆に言うと、前述した(３０)式の条件を満たせば、同じ力を得るのにより低電圧の制御電圧Ｖaで済むことになる。この制御電圧Ｖaはプローブ９１のトラッキングを行うために高速に変動しなければいけないので、この電圧値が小さくなることで駆動回路の負担を小さくすることができる。また、バイアス電圧Ｖbは単なる直流電圧なので、高電圧な回路を構成することは制御電圧Ｖaを高電圧にする場合よりも遥かに簡単である。このように前述した(３０)式の条件を満たすようにバイアス電圧Ｖbの電圧値を設定することで、このバイアス電圧Ｖbを印加する効果として、電圧に対する静電引力の直線性が良くなるだけでなく、駆動回路の負担を軽減させ得る効果を持つ。この結果、プローブ９１をトラッキングさせるためにダイナミックに変動する制御電圧Ｖaの電圧を低電圧化できることにより、制御電圧Ｖaを出力する回路の負担（コスト、消費電力、サイズ）を低減させることができる。
【０１８４】
本発明の第八の実施の形態を図１０及び図１１に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には、前述した図６及び図７で示した情報記録再生装置の場合と同様であり、同一部分は同一符号を用いて示す。
【０１８５】
前述したような導電性で、先端８１ａが非常に鋭く加工されたプローブ８１には、スイッチ８７を介して接近用電圧Ｖapの電源８８或いは接地電位が印加されるようになっている。記録媒体８２はスピンドルモータ３５により回転される。記録媒体８２上には記録した情報に対応したピット(窪み)が形成されている。これは突起であってもよい。導電性のプローブ８１の先端８１ａを記録媒体８２の表面から数十ｎｍ以下の距離に近づけると、先に述べたシアフォースの働きで水晶振動子４３(従って、プローブ８１)の振動振幅が小さくなる。この振動振幅を一定にしようとして積層圧電素子４５を制御する。この制御信号、或いは水晶振動子４３の振動振幅を増幅したロックインアンプ４９の出力がプローブ８１直下のピットの有無により変化する。この出力は、２値化回路でデジタル情報に変換され、コンピュータ４１に入力され、記録媒体８２上の情報が読み取られる。記録媒体８２は導電性のプローブ８１と相対運動をしているので、円周方向（トラック方向）に並んでいるマークに記録されている情報が時系列にコンピュータ４１に貯えられていく。
【０１８６】
この際、記録媒体８２の表面と導電性のプローブ８１の先端８１ａとの間隔は十ｎｍ以下にしなければならない。実際の記録媒体８２は凹凸があり、記録媒体８２も回転に伴い面ぶれを起こして上下動するのが普通なので、この間隔を一定にするように制御を行う必要がある。この制御のために、本実施の形態でも、記録媒体８２の表面とプローブ８１の先端８１ａに原子間力に基づくシアフォースや静電引力を利用する。
【０１８７】
ここに、導電性のプローブ８１は水晶振動子４３の片方の片持ち梁に接着されている。水晶振動子４３はＬ字型のホルダ４４を介して積層圧電素子４５に接続されている。積層圧電素子４５は耐摺動パッド４６の上に接続されている。耐摺動パッド４６は記録媒体８２の表面に接触している。記録媒体８２が回転すると、記録媒体８２を耐摺動パッド４６が摺動し、記録媒体８２とプローブ８１との間で相対運動が生じる。積層圧電素子４５は電圧を印加するとＺ方向に伸び縮みするので、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離を変えることができる。
【０１８８】
水晶振動子４３は圧電素子４７によりその共振周波数で加振される。記録媒体８２の表面が導電性のプローブ８１の先端８１ａに近づくと、記録媒体８２の表面と導電性のプローブ８１の先端８１ａとの間に原子間力に基づくシアフォースや静電引力が働く。この力が記録媒体８２の表面とプローブ８１の先端８１ａとの間のばねとして働き、この振動系全体の共振周波数が変化する。しかし、圧電素子４７により、加振されている周波数は以前と変わらないので、振動系全体は共振状態から外れ、これにより振動の振幅は小さくなる。水晶振動子４３に生じる電圧は差動増幅器で増幅され、ロックインアンプ４９に入力される。ロックインアンプ４９は振動周波数に同期して水晶振動子４３の振幅を直流電圧に増幅・変換する。ロックインアンプ４９の出力はＡ／Ｄ変換器５１を介してコンピュータ４１に取り込まれる。コンピュータ４１はプローブ８１と記録媒体８２の表面との間の所望の距離に対応する基準値との差から、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離を制御する数値を計算し、出力する。Ｄ／Ａ変換器５２でこの出力値がアナログ電圧に変換された後、パワーアンプ５３により増幅されて、積層圧電素子４５に入力される。これにより、プローブ８１と記録媒体８２の表面との間の距離がコンピュータ４１により制御される。
【０１８９】
ここに、耐摺動パッド４６も含めてその上に搭載されている物全体をスライダ５４と呼ぶ。スライダ５４は図示しないサスペンション、アーム、アームモータを介してスピンドルモータ３５が固定されている基板に固定されている（図２０に示した構成参照）。但し、スライダ５４はアームモータによりトラッキング方向には移動できる。また、サスペンションによりＺ方向に上下動可能とされている。しかし、サスペンションによりスライダ５４は適当な力で記録媒体表面に押し付けられており、耐摺動パッド４６は記録媒体８２表面に接触している。
【０１９０】
一方、導電性のプローブ８１の先端８１ａを記録媒体８２のマーク列（トラック）にトラッキングさせるためには、トラッキングアクチュエータが必要となる。このトラッキングのために、前述の第七の実施の形態で説明したように、静電引力を利用するものである。従って、プローブ８１付近の構成としては、図５に示した導電性プローブの場合と同様な構成とされている。即ち、導電性プローブをトラッキング方向に挟むように一対の電極２２，２３が設けられ、これらの電極２２，２３に電圧を印加してプローブ８１と電極２２，２３との間に働く力でプローブ８１の先端８１ａを曲げてトラッキングを行う。
【０１９１】
図１１は、電極２２，２３部分周辺をトラッキング方向に断面し拡大して示す断面構造図である。これらの電極２２，２３には、各々重畳電圧印加手段として作用する３入力加算アンプ７１ａ，７１ｂの出力側が接続されている。一つの加算アンプ７１ａの入力側にはプローブ８１に選択的に印加させるための接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとの電源７２，７３，７４が接続され、もう一方の加算アンプ７１ｂの入力側には接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとの電源７２，７３，７５が接続されている。従って、一方の電極２２に印加される電圧Ｖ1eは導電性のプローブ８１に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖaとが重畳された電圧となる。他方の電極に印加される電圧Ｖ2eはプローブ８１に印加される接近用電圧Ｖap又は接地電圧とバイアス電圧Ｖbと制御電圧＋Ｖaとが重畳された電圧となる。導電性のプローブ８１のトラッキングは制御電圧＋Ｖa，−Ｖaを変化させることにより行う。制御電圧＋Ｖa，−Ｖaから独立させたバイアス電圧Ｖbを重畳させて印加させるのは、前述の第一、第二の実施の形態で説明したように制御電圧＋Ｖa，−Ｖaに対する静電引力の直線性の向上と、低電圧化を図るためである。また、導電性のプローブ８１には接近用電圧Ｖap又は接地電圧が印加される。何れの電圧を印加するかについては、後述する。
【０１９２】
以上のような情報記録再生装置が待機状態にある時は、導電性のプローブ８１と記録媒体８２とが接触しないようにプローブ８１は記録媒体８２から遠くに離しておく。よって、上述したように書き込み或いは読み取り動作を始める前に、プローブ８１を記録媒体８２表面に近づける作業が必要となる。
【０１９３】
この際、上述したようにプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離をシアフォースのみで知ろうとすると、両者間の距離が数十ｎｍに近づくまで、記録媒体８２表面へのプローブ８１の接近を知ることができない。これにより衝突が生じ易い。そこで、本実施の形態では、第３の従来例による提案の場合と同様に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間に電位差を生じさせることによりこれを解決している。
【０１９４】
その前提として、導電性のプローブ８１はその先端８１ａまで導電性の物であることと記録媒体８２もまた導電性の物であることが必要である。前者の条件は当然、満たしている。また、記録媒体８２も光磁気材料、相変化材料などは導体又は半導体であり比抵抗が低いので、多くの場合、後者の条件も満たしている。
【０１９５】
このような前提の下、コンピュータ４１で切換え制御可能なスイッチ８７を設け、接近用電圧Ｖapの電源８８側と接地側とを切換え自在とする。この接近用電圧Ｖapの電源８８により接近用電圧印加手段が構成されている。まず、スイッチ８７により接近用電圧Ｖapの電源８８を導電性のプローブ８１に接続する。このプローブ８１の根元に接近用電圧Ｖapの電源８８を接続することで導電性のプローブ８１の先端８１ａに接近用電圧Ｖapを印加することができる。記録媒体８２の導電層８４はスピンドルモータ３５の軸を介して、基準電位（接地）に接続させておく。
【０１９６】
このようにしておくと導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間に接近用電圧Ｖapが印加される。従って、両者間に静電引力が働く。このとき、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄが２０ｎｍ以下にならないと、原子間力、即ちシアフォースは十分に働かない。しかるに、静電引力は接近用電圧Ｖapの２乗に比例し、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離ｄの２乗に逆比例するので、シアフォースより遥かに離れた位置から働く。従って、静電引力は距離ｄに対する減衰がシアフォースに比べて遥かに緩やかであるため、プローブ８１と記録媒体８２表面間の距離ｄが大きくても両者の接近を水晶振動子４３の振幅の減少として捉えることができる。この距離ｄは接近用電圧Ｖapの値にもよるが、数十Ｖの場合、プローブ８１と記録媒体８２表面間の距離が数十μｍ程度でも水晶振動子４３の振幅減少を捉えることができる。どの程度のプローブ８１と記録媒体８２表面間の距離から、両者の接近を捉えるかは、接近用電圧Ｖapにより調整可能である。より遠くから両者の接近を捉えたい場合は接近用電圧Ｖapを大きくすればよい。
【０１９７】
この場合、本実施の形態によれば、電極２２，２３に印加する電圧Ｖ1e，Ｖ2eは導電性のプローブ８１に対する接近用電圧Ｖapの増減に対して同じ値で連動するので、プローブ８１と電極２２，２３との間の電位差はプローブ８１に対する接近用電圧Ｖapの増減に無関係である。従って、プローブ８１と電極２２，２３との間の電位差はバイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaとのみにより決まるので、プローブ８１のトラッキング動作に接近用電圧Ｖapは影響しない。
【０１９８】
待機時は、スライダ５４は記録媒体８２上に接触している。この時、スピンドルモータ３５は回転又は停止しているが、プローブ８１と記録媒体８２表面とが接触する危険性を考えると停止している方が好ましい。
【０１９９】
書き込み・読み取りを行う前に、導電性のプローブ８１と記録媒体８２との間に接近用電圧Ｖapを印加した状態で、圧電素子４７により水晶振動子４３、プローブ８１を共振周波数で加振し、水晶振動子４３の出力からプローブ８１の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで、プローブ８１を記録媒体８２表面に近づける。振幅が小さくなったところで、積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させることを停止する。さらに、導電性のプローブ８１と記録媒体８２との間の電位差をなくし、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピードで微動のアクチュエータ（圧電素子など）により、プローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２表面との間の距離が所望の距離になるように両者を接近させ、この後、書き込み・読み取りを始める。
【０２００】
一例として、待機時は、プローブ８１の先端８１ａと耐摺動パッド４６の表面が約０．５μｍになるように予めスライダ５４を作製しておく。そして、例えば、接近用電圧Ｖapを２Ｖ程度とし、水晶振動子４３の出力からプローブ８１の振動振幅を常に監視しつつ、ランプレートの速い電圧を積層圧電素子４５に印加して速いスピードで導電性のプローブ８１と記録媒体８２の表面とを接近させる。
【０２０１】
プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が２００ｎｍ位になると、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の静電引力により水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の電圧をホールドしてプローブ８１と記録媒体８２表面とを接近させることを停止する。２００ｎｍ程度からプローブ８１と記録媒体８２表面との接近を検知し停止させれば、検知から停止までの間のオーバーランによりプローブ８１と記録媒体８２表面とが衝突することはない。従って、比較的速い速度（約０．１μｍ／ｓ）で最初のアプローチを行うことができる。
【０２０２】
さらに、今度はスイッチ８７を接地側に切換える。これにより、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の電位差はなくなり、両者には静電引力は働かなくなる。この後、ランプレートの遅い電圧を積層圧電素子４５に印加して遅いスピード（約１０ｎｍ／ｓ）でプローブ８１の先端８１ａと記録媒体８２表面とを接近させていく。
【０２０３】
数十ｎｍ程度までプローブ８１と記録媒体８２表面とが接近すると、プローブ８１と記録媒体８２表面との間のシアフォースにより水晶振動子４３の振動振幅が小さくなる。所望の距離まで両者が近づいたところで、これをコンピュータ４１が捉えて積層圧電素子４５の変位を停止する。この時はアプローチの速度が前の段階より遅くなっているので、オーバーランが少なくなる。従って、停止時のプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が小さくなっても両者が衝突することはない。この後、読み取りを始める。
【０２０４】
このように、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きい時は速いスピードで両者を接近させつつ、静電引力を用いてプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きい段階から両者の接近を捉えることにより衝突を防ぐことができる。プローブ８１と記録媒体８２表面との間の電位差と接近速度とを段階的に小さくすることで、以上のシーケンスを行うことができる。最後のアプローチでは両者間の電圧印加をなくしてシアフォースによるプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離検出を行ってアプローチを終了する。
【０２０５】
シアフォースだけのプローブ８１と記録媒体８２表面との間の、距離検出の場合は、数十ｎｍに接近してからでないと両者の接近を検知できないので、アプローチの最初から数十ｎｍ／ｓなる非常にゆっくりとした速度でアプローチを行う必要があり、書き込み・読み取り動作の開始までに非常に時間がかかった。しかし、本実施の形態によれば、第３の従来例による場合と同様に、プローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離に対応した接近速度を選ぶことができるので、書き込み・読み取り開始までの時間を短縮することができる。
【０２０６】
具体的には、積層圧電素子４５としては数十Ｖで５００μｍ程度の変位を得るために、厚さ２ｍｍ程度で２０〜３０層程度の積層数のものを用いる。電圧を印加すると積層圧電素子４５の厚さが増えるタイプのものでもよいが、待機時や、電源オフ時にプローブ８１と記録媒体８２表面との間の距離が大きくなるようにするために、電圧を印加すると厚みが減るタイプを用いることが好ましい。
【０２０７】
なお、本実施の形態では、最後のアプローチで、導電性のプローブ８１と記録媒体８２表面間の電位差をなくすようにしたが、これに限られない。例えば、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチ段階での接近用電圧Ｖapよりもさらに電圧値を下げ、接近用電圧Ｖapを印加したままで静電引力を働かせ、アプローチを終了させるようにしてもよい。そして、接近用電圧Ｖapを印加し、静電引力を検出しながらプローブ８１と記録媒体８２表面間の距離を一定に保ちながら記録媒体８２への読み取りを行わせることができる。また、最後のアプローチにおいて、一つ前のアプローチの段階での電圧よりも更に電圧を下げなくても同様の動作を行うことができる。
【０２０８】
このように、本実施の形態によれば、素早いアプローチを実現するために導電性のプローブ８１に印加する接近用電圧Ｖapが、バイアス電圧Ｖbと制御電圧−Ｖa，＋Ｖaによるトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上に影響を及ぼすことがない。従って、素早いアプローチとトラッキング制御電圧の低電圧化、トラッキング制御電圧に対する直線性の向上とを両立させることができる。また、素早いアプローチを実現するために、第１の従来例の如く特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもない。
【０２０９】
なお、これらの第七及び第八の実施の形態では、記録媒体８２としてデータ列が円周状に並ぶ円盤状のディスクを想定したが、これに限らず、データ列が直線状に並ぶカード上の記録媒体であってもよい。
【０２１０】
本発明の第九の実施の形態を図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、構造的には第一の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。
【０２１１】
本実施の形態においては、プローブ１１のコモン電極２０（遮光金属膜２１）と接地との間にはバイアス電圧Ｖbの電源６１と接近用電圧Ｖapの電源７２とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１００により選択自在に接続されている。一方、一対の電極２２，２３に関して、電極２２と接地との間には制御電圧−Ｖaの電源７４と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０１により選択自在に接続され、電極２３と接地との間には制御電圧＋Ｖaの電源７５と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０２により選択自在に接続されている。ここに、これらのスイッチ１００，１０１，１０２はプローブ１１を記録媒体３４に接近させる時と接近させた後とで切換えられるもので、これらの電源６１，７２，７４，７５とスイッチ１００，１０１，１０２とにより、接近時電圧印加手段と接近後電圧印加手段とが構成されている。
【０２１２】
このような構成において、プローブ１１を記録媒体３４にアプローチさせる時には、スイッチ１００の切換えによりプローブ１１には接近用電圧Ｖapを印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０１，１０２の切換えにより接地電圧を印加する。そして、アプローチ完了後は、スイッチ１００の切換えによりプローブ１１にはバイアス電圧Ｖbを印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０１，１０２の切換えによりトラッキング制御電圧±Ｖaを印加する。
【０２１３】
このようにすることで、アプローチ時はプローブ１１の先端１１ａと記録媒体３４との間の静電引力により遠方から両者の接近を検知するに適した接近用電圧Ｖapを設定することができる。また、バイアス電圧Ｖbはトラッキング制御電圧±Ｖaに必要とされるダイナミックレンジ（ダイナミックに変動しなければいけない電圧値幅）が小さくなるように設定することができる。これらの電圧Ｖap，Ｖbは独立に設定することができるので、各々の最適値を選ぶことができる。
【０２１４】
本発明の第十の実施の形態を図１３に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には前述の第九の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。本実施の形態では、電源７２とスイッチ１０１，１０２の非電源側端子との間が接続されている。即ち、電極２２，２３に対しても電源７２が接続可能とされている。
【０２１５】
このような構成において、プローブ１１を記録媒体３４にアプローチさせる時には、スイッチ１００の切換えによりプローブ１１には接近用電圧Ｖapを印加し、電極２２，２３にもスイッチ１０１，１０２１の切換えにより接近用電圧Ｖapを印加する。アプローチ完了後は、スイッチ１００の切換えによりプローブ１１にはバイアス電圧Ｖbを印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０１，１０２の切換えによりトラッキング制御電圧±Ｖaを印加する。
【０２１６】
このようにすることで、アプローチ時はプローブ１１の先端１１ａと記録媒体３４間の静電引力により遠方から両者の接近を検知するに適した接近用電圧Ｖapを設定することができる。また、バイアス電圧Ｖbはトラッキング制御電圧±Ｖaに必要とされるダイナミックレンジ（ダイナミックに変動しなければいけない電圧値幅）が小さくなるように設定することができる。これらの電圧Ｖap，Ｖbは独立に設定することができるので、各々の最適値を選ぶことができる。また、図１２に示した例では、アプローチ時にプローブ１１と電極２２，２３との間に接近用電圧Ｖapの電位差がある。従って、アプローチ時に外部からの衝撃などでプローブ１１がどちらかの電極２２又は２３に接近し、この電位差による静電引力によりプローブ１１が電極２２又は２３に引き込まれることがある。本実施の形態によれば、アプローチ時のプローブ１１と電極２２，２３との間の電位差はないので、このようなことはない。
【０２１７】
本発明の第十一の実施の形態を図１４に基づいて説明する。本実施の形態は、構造的には第一の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。
【０２１８】
本実施の形態においては、プローブ１１のコモン電極２０（遮光金属膜２１）と接地との間には接近用電圧Ｖapの電源７２と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０３により選択自在に接続されている。一方、一対の電極２２，２３に関して、電極２２と接地との間は制御電圧−Ｖaの電源７４とバイアス電圧Ｖbの電源６１との２入力加算アンプ１０４による重畳電圧と接地電圧とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０５により選択自在に接続され、電極２３と接地との間は制御電圧＋Ｖaの電源７５とバイアス電圧Ｖbの電源６１との２入力加算アンプ１０６による重畳電圧と接地電圧とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０７により選択自在に接続されている。ここに、これらのスイッチ１０３，１０５，１０７はプローブ１１を記録媒体３４に接近させる時と接近させた後とで切換えられるもので、これらの電源６１，７２，７４，７５とスイッチ１０３，１０５，１０７と２入力加算アンプ１０４，１０６とにより、接近時電圧印加手段と接近後電圧印加手段とが構成されている。
【０２１９】
このような構成において、プローブ１１を記録媒体３４にアプローチさせる時には、スイッチ１０３の切換えによりプローブ１１には接近用電圧Ｖapを印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０５，１０７の切換えにより接地電圧を印加する。アプローチ完了後は、スイッチ１０３の切換えによりプローブ１１には接地電圧を印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０５，１０７の切換えによりトラッキング制御電圧±Ｖaとバイアス電圧Ｖbとを重畳した電圧を印加する。
【０２２０】
このようにすることで、アプローチ時はプローブ１１の先端１１ａと記録媒体３４との間の静電引力により遠方から両者の接近を検知するに適したアプローチ電圧Ｖapを設定することができる。また、バイアス電圧Ｖbはトラッキング制御電圧±Ｖaに必要とされるダイナミックレンジ（ダイナミックに変動しなければいけない電圧値幅）が小さくなるように設定することができる。これらの電圧Ｖap，Ｖbは独立に設定することができるので、各々の最適値を選ぶことができる。
【０２２１】
本発明の第十二の実施の形態を図１５に基づいて説明する。本実施の形態は、基本的には前述の第十一の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。本実施の形態では、電源７２とスイッチ１０５，１０７の非電源側端子との間が接続されている。即ち、電極２２，２３に対しても電源７２が接続可能とされている。
【０２２２】
このような構成において、プローブ１１を記録媒体３４にアプローチさせる時には、スイッチ１０３の切換えによりプローブ１１には接近用電圧Ｖapを印加し、電極２２，２３にもスイッチ１０５，１０７の切換えにより接近用電圧Ｖapを印加する。アプローチ完了後は、スイッチ１０３の切換えによりプローブ１１には接地電圧を印加し、電極２２，２３にはスイッチ１０５，１０７の切換えによりトラッキング制御電圧±Ｖaとバイアス電圧Ｖbとを重畳した電圧を印加する。
【０２２３】
このようにすることで、アプローチ時はプローブ１１の先端１１ａと記録媒体３４との間の静電引力により遠方から両者の接近を検知するに適したアプローチ電圧Ｖapを設定することができる。また、バイアス電圧Ｖbはトラッキング制御電圧±Ｖaに必要とされるダイナミックレンジ（ダイナミックに変動しなければいけない電圧値幅）が小さくなるように設定することができる。これらの電圧Ｖap，Ｖbは独立に設定することができるので、各々の最適値を選ぶことができる。また、図１４に示した例では、アプローチ時にプローブ１１と電極２２，２３との間に接近用電圧Ｖap分の電位差がある。従って、アプローチ時に外部からの衝撃などでプローブ１１がどちらかの電極２２又は２３に接近し、この電位差による静電引力によりプローブ１１が電極２２又は２３に引き込まれることがある。本実施の形態によれば、アプローチ時のプローブ１１と電極２２，２３との間の電位差はないので、このようなことはない。
【０２２４】
本発明の第十三の実施の形態を図１６に基づいて説明する。本実施の形態は、構造的には第四の実施の形態で説明した情報記録再生装置に準ずるものであり、同一部分は同一符号を付して示す。即ち、プローブとして光ファイバを用いていない導電性のプローブ８１を用いた場合への適用例である。
【０２２５】
本実施の形態においては、導電性のプローブ８１のコモン電極２０と接地との間には電流計８５を介してバイアス電圧Ｖbの電源６１と接近用電圧Ｖapの電源７２とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１１０により選択自在に接続されている。一方、一対の電極２２，２３に関して、図１２で説明した場合と同様に、電極２２と接地との間には制御電圧−Ｖaの電源７４と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０１により選択自在に接続され、電極２３と接地との間には制御電圧＋Ｖaの電源７５と接地とがコンピュータにより切換え可能なスイッチ１０２により選択自在に接続されている。ここに、これらのスイッチ１１０，１０１，１０２はプローブ１１を記録媒体３４に接近させる時と接近させた後とで切換えられるもので、これらの電源６１，７２，７４，７５とスイッチ１００，１０１，１０２とにより、接近時電圧印加手段と接近後電圧印加手段とが構成されている。
【０２２６】
即ち、プローブ８１とこのプローブ８１に電圧を印加する電源６１又は７２との間にプローブ８１から記録媒体８２に流れるトンネル電流を測定する電流計８５を設けている点以外は、図１２に示した場合と同じであり、プローブ８１及び電極２２，２３への電圧印加方法及びその効果も特に説明しないが同様である。
【０２２７】
また、用いているプローブ８１と電流計８５以外はそのままにして、プローブ８１と電極２２，２３への電圧印加方法を図１３ないし図１５に示した場合と同様な構成にすることができる。その電圧印加方法及びその効果も特に説明しないが同様である。
【０２２８】
本発明の第十四の実施の形態を図１７に基づいて説明する。本実施の形態は、構造的には第七の実施の形態で説明した情報再生装置に準ずるものであり、図８及び図９に示した部分と同一部分は同一符号を付して示す。即ち、プローブとして光ファイバを用いていない導電性のプローブ９１を用いた場合への適用例でありアフォースを検出するための図示しない水晶振動子がプローブ９１に接続されている。また、特に必須ではないが、得られたシアフォース信号からプローブ９１の先端９１ａと記録媒体表面間の距離を一定にするための距離制御用圧電素子９３とこれをドライブするパワーアンプ９７を設けている。パワーアンプ９７はシアフォースの信号に基づきコンピュータからの制御信号により制御されている。この制御信号はアナログ回路で構成される帰還制御回路からの信号であってもよい。
【０２２９】
プローブ９１及び電極２２，２３への電圧印加方法及びその効果は、前述の図１２や図１６で説明した場合と同じであるので、省略する。
【０２３０】
また、用いているプローブ９１、水晶振動子、距離制御用圧電素子９３、パワーアンプ９７と制御信号以外はそのままにして、プローブ９１と電極２２，２３への電圧印加方法を図１３ないし図１５に示した場合と同様な構成にすることができる。その電圧印加方法及びその効果も特に説明しないが同様である。
【０２３１】
なお、前述した各実施の形態においては、記録材料として光や電流等で生じる熱により相変化を生じ、その反射率や抵抗値が変わる相変化材料や有機材料を挙げたが、特にこれに限定されることはなく、例えば光や電流等により記録層の表面に突起又は窪みができるような材料であってもよい。或いは元々記録層表面にある凹凸が書き込むことにより消えるようなものでもよい。
【０２３２】
或いは、プローブ先端に、原子や分子を吸着させて、これを所望の記録媒体状の場所に運んだ後、前記原子や分子を記録媒体表面に載せることにより記録媒体に情報を書き込む方法にも本発明を適用することができる。
【０２３３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向にプローブを挟むように設けられた一対の電極にプローブ先端をトラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、プローブに制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを備えるので、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性を向上させ、回路構成も単純化させることができる。
【０２３４】
請求項２記載の発明によれば、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、バイアス電圧の電圧値を、このバイアス電圧を印加しない場合にプローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値となるように適正に設定したので、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【０２３５】
請求項３記載の発明によれば、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２３６】
請求項４記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向にプローブを挟むように設けられた一対の電極にプローブ先端をトラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、プローブに制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを備えるので、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性を向上させ、回路構成も単純化させることができる。
【０２３７】
請求項５記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、バイアス電圧の電圧値を、このバイアス電圧を印加しない場合にプローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値となるように適正に設定したので、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【０２３８】
請求項６記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２３９】
請求項７記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向にプローブを挟むように設けられた一対の電極にプローブ先端をトラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、プローブに制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを備えるので、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性を向上させ、回路構成も単純化させることができる。
【０２４０】
請求項８記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、バイアス電圧の電圧値を、このバイアス電圧を印加しない場合にプローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値となるように適正に設定したので、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【０２４１】
請求項９記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２４２】
請求項１０記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向にプローブを挟むように設けられた一対の電極にプローブ先端をトラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、プローブに制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段とを備えるので、バイアス電圧は制御電圧とは独立した電圧であり、かつ、これらの電圧の基準電圧を共通にとれるので、制御電圧の安定性を向上させ、回路構成も単純化させることができる。
【０２４３】
請求項１１記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、バイアス電圧の電圧値を、このバイアス電圧を印加しない場合にプローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値となるように適正に設定したので、静電引力の直線性を向上させ得る上に、トラッキングのための制御電圧を低電圧化させることができ、この制御電圧を出力する回路の負担を低減させることができる。
【０２４４】
請求項１２記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、プローブを記録媒体に接近させる時のみプローブに対して接近用電圧を印加することによりアプローチ動作の高速化を図ることができ、このために特別なパターンを用いる必要がなく、かつ、信号処理時間が長くなることもなく、この際、電極に対しては制御電圧とバイアス電圧と接近用電圧とが重畳して印加されるが、接近用電圧の増減に対して電極に対する印加電圧が同じ値で連動するので、制御電圧とバイアス電圧とによる電位差に影響を及ぼすことがなく、トラッキング動作に関する制御性の向上とその制御電圧の低電圧化を図ることができる。
【０２４５】
請求項１３記載の発明によれば、プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現することができる。
【０２４６】
請求項１４記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う記録再生装置において、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現することができる。
【０２４７】
請求項１５記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う記録再生装置において、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現することができる。
【０２４８】
請求項１６記載の発明によれば、プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、特別なパターンを記録媒体に作製したり、信号処理時間が長くなるなどの不具合を伴うことなく、トラッキングの制御性の向上と制御電圧の低電圧化と、プローブ先端と記録媒体との間の衝突の回避と、動作速度の高速化とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一，二の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図２】本発明の第三の実施の形態による情報記録再生装置の構成をブロック的に示す構成図である。
【図３】プローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図４】本発明の第四，五の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図５】記録媒体を含めてそのプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図６】本発明の第六の実施の形態による情報記録再生装置の構成をブロック的に示す構成図である。
【図７】そのプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図８】本発明の第七の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図９】記録媒体を含めてそのプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１０】本発明の第八の実施の形態による情報記録再生装置の構成をブロック的に示す構成図である。
【図１１】そのプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１２】本発明の第九の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１３】本発明の第十の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１４】本発明の第十一の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１５】本発明の第十二の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１６】本発明の第十三の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１７】本発明の第十四の実施の形態のプローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図１８】第１の従来例によるプローブ付近の構成を示す側面図である。
【図１９】そのパターン走査に伴う空間周波数Ｋと光量変化の基本波成分Ｉとの関係を示す特性図である。
【図２０】第２の従来例による情報記録再生装置の構成を示す概略側面図である。
【図２１】そのマークピット走査の様子を示す模式的斜視図である。
【図２２】プローブ付近を半径方向に断面し拡大して示す断面構造図である。
【図２３】第３の従来例による情報記録再生装置の構成をブロック的に示す構成図である。
【符号の説明】
１１ プローブ
１５ 記録媒体
２２，２３ 電極
３４ 記録媒体
３６ プローブ
６１ バイアス電圧印加手段
６２，６３ 制御電圧印加手段
７１ａ，７１ｂ 重畳電圧印加手段
７２ 接近用電圧印加手段
８１ プローブ
８２ 記録媒体
９１ プローブ
９２ 記録媒体
Claims (16)
- プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、
前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、
前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている、
ことを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、
前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、
前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている、
ことを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、
前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、
前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている、
ことを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極に前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧を印加する制御電圧印加手段と、
前記プローブに前記制御電圧とは独立したバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報再生装置。 - プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極と前記プローブとの間に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧とこの制御電圧とは独立したバイアス電圧とを重畳して印加する電圧印加手段とを備え、
前記バイアス電圧の電圧値が、このバイアス電圧を印加しない場合に前記プローブが所望の力を受けるために必要な制御電圧の電圧値の１／４より大きな値に設定されている、
ことを特徴とする情報再生装置。 - プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
これらの電極に、前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧と、前記プローブを前記記録媒体に接近させるための接近用電圧とを重畳して印加する重畳電圧印加手段と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させる時のみ前記プローブに前記接近用電圧を印加する接近用電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報再生装置。 - プローブから記録媒体に与えるエネルギーにより前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間での一方から他方への作用により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間に流れるトンネル電流により前記記録媒体に対する情報の記録又は再生を行う情報記録再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報記録再生装置。 - プローブと記録媒体との間に働くシアフォースにより前記記録媒体に対する情報の再生を行う情報再生装置において、
前記記録媒体上のデータ列が並ぶトラック方向と直交するトラッキング方向に前記プローブを挟むように設けられた一対の電極と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させる時には、前記プローブには前記接近用電圧を印加し前記電極には接地電圧又は前記接近用電圧を印加する接近時電圧印加手段と、
前記プローブを前記記録媒体に接近させた後には、前記プローブと前記電極との間の電位差が前記プローブ先端を前記トラッキング方向に変位させるための制御電圧と、この制御電圧とは独立したバイアス電圧とが重畳された電圧になるように電圧を印加する接近後電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする情報再生装置。
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| JP2001084657A (ja) | 2001-03-30 |
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