JP3581421B2 - 情報処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＳＴＭの原理を応用した高密度な記録・再生を行う情報処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、メモリ材料の用途はコンピュータおよびその関連機器、ビデオディスク、デジタルオーディオディスク等のエレクトロニクス産業の中核をなすものであり、その材料開発も極めて活発に進んでいる。
従来までは磁性体や半導体を素材とした磁気メモリ、半導体メモリが主であったが、レーザー技術の進展に伴い有機色素、フォトポリマなどの有機薄膜を用いた光メモリによる安価で高密度な記録媒体も登場してきた。
更に最近、試料表面原子の電子構造を著しく高い分解能（ナノメートル以下）で直接観測できる走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと略す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．．４９（１９８２）５７）、このＳＴＭの原理を応用した原子、分子サイズでの超高密度記録再生が可能なメモリシステムの実用化が積極的に進められている。
前記ＳＴＭはプローブ（探針）電極を媒体表面にｌｎｍ程度以下まで近づけるとプローブ先端と媒体表面との間に印加した電圧に応じてトンネル電流が流れることを利用している。この電流は両者の距離変化に非常に敏感である。トンネル電流を一定に保つようにプローブを走査することにより実空間の全電子雲に関する種々の情報をも読み取ることができる。
また、ＳＴＭを用いた解析は導電性材料に限らず、導電性材料の表面に薄く形成された絶縁膜の構造解析にも応用され始めている。更に最近は電流に限らず、プローブ／媒体表面間に生じる種々の物理現象（原子間力、磁力など）を利用した表面構造観察や局所的な物理量測定も試みられている。
これらＳＴＭファミリはマイクロプローブを走査することから走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）と呼ばれている。
いずれの場合も、面内方向の分解能はナノメートルないしサブナノメートルである。上述した超高密度メモリはこの著しく高い空間分解能を適用したもので、記録媒体上に物理的変形、或いは媒体表面の電子状態の変化を与えることによって情報を記録し、プローブ走査によって再生するものである。
例えば、媒体とプローブ間にパルス電圧（例えば波高値３〜８Ｖ、パルス幅１〜１００μｓ）を印加することにより、グラファイト表面上に微小ホール（例えば直径４ｎｍ程度）、或いはＡｕなどの金属表面上に微小突起（例えば直径１０ｎｍ程度）を記録ビットとして形成することができる。また、記録層として、導電率変化のスイッチング特性に対してメモリ効果を持つ材料、例えばπ電子系有機化合物、カルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録・再生をＳＴＭで行う方法が特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報等に開示されている。
この方法によれば、記録のビットサイズを１０ｎｍとすれば、１Ｔｅｒａ ｂｉｔ／ｃｍ２もの高密度大容量記録再生が可能である。更に、プローブ電極の支持・変位機構としてはカンチレバー形状のもの（公開特許公報昭６２−２８１１３８号公報）があり、書き込みや読みだし回路があらかじめ形成されているＳｉ基板上に多数のプローブユニットを作製、集積化することを可能としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の走査機構を用いてそのまま走査周波数を上げてプローブ走査の高速化を図ろうとすると、走査機構が持つ共振点での共振現象の影響が無視できなくなるという問題が生じる。
すなわち、実際の装置としてＳＰＭや記録再生装置を構成する場合に、記録媒体とプローブ電極との間をトンネル電流が流れる距離に維持し、プローブ電極を記録媒体に対し相対的に移動（走査）する機構が必要であり、従来からプローブ電極の走査機構として、平行板バネと積層ピエゾ素子で構成したステージや、分割電極を有した円筒型のピエゾ素子などが用いられている。
このような従来装置においてデータの記録再生速度の向上を図るためには、走査周波数の高速化が要求される。そのため、特にＸＹ方向での２次元走査を行う場合に走査周波数の高いＸ軸方向（主走査方向）の往復走査の折り返しで生じる高次の周波数成分が走査機構やプローブ支持機構の共振を引き起こす場合がある。この振動は媒体／プローブ間隙や走査変位を変調し、検出信号強度や記録ビット位置などを読み誤まらせ記録再生エラーの原因となる。
例えば平行バネと積層ピエゾ素子を用いた走査機構では共振周波数は通常のＳＰＭで用いられている構成で１〜８ＫＨｚ程度の値を持っている。
このときＳＰＭの画像に共振点の影響無く動作できる最大走査周波数は１０〜１００Ｈｚ程度である。
可動部を軽量化できる円筒ピエゾ素子を用いた走査機構でも共振周波数は１０〜５０ＫＨｚであり、最大走査周波数は１００〜３００Ｈｚ程度である。
上記走査機構を記録装置に適用する場合、応用する製品により異なるがｌＭｂｐｓのビットレートを得るためには５ＫＨｚ以上の走査周波数が必要となる。この場合、走査機構の共振による影響を少なくするために走査機構の小型・軽量化によつて剛性を高め共振周波数を上げ、またダンピング機構を付加し共振のＱ値を下げることなどが行われている。
しかし上述の走査速度を得るためには走査機構の共振点近傍の周波数で駆動することになり、このような状況では走査駆動波形の僅かな歪でも共振周波数での不整振動を引き起こしてしまう。
また、外部から混入する振動性の雑音によって走査機構の共振点での振動が生じるため、走査機構の共振周波数近傍において特に減衰の大きい除振機構が必要となる。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題を解決し、走査機構が持つ固有振動数近傍の高周波数で高速走査し記録再生を安定して行うことのできる情報処理装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、走査機構が安定な共振振動を行い、走査機構の装置構成および構成部材の特性から得られる最高の周波数で高速走査できるようにしたものである。
すなわち、本発明の情報処理装置は、プローブとこれに近接させて対向させた記録媒体との間の物理現象から生じる微細信号を検出して、情報の記録・再生を行う情報処理装置において、走査機構の固有振動数により共振しプローブを回転運動乃至は楕円運動させる第一の走査機構と、この回転運動乃至は楕円運動するプローブを記録媒体に対して相対的に並進させる第二の走査機構とを備えたことを特徴とするものである。
本発明において、前記第一の走査機構によるプローブの回転運動乃至は楕円運動は、駆動信号によりＸ方向およびＹ方向に単振動するように構成したプローブのＸＹ駆動機構においてその駆動信号の位相をずらせることにより行うことができ、また、それを１２．５ＫＨという高い周波数により行うことができる。また、前記プローブは、その対向する記録媒体との間隙を１ｎｍ以下まで近接して構成されている。
また、本発明の情報処理装置は、一組のプローブと記録媒体からなるメモリユニットを複数設けて構成されたメモリブロックを備えるように構成してもよい。
そして、そのプローブの構成としては、基板上に複数のプローブ電極を設けたプローブユニットを構成し、そのプローブユニットは振動体であるＸＹステージ上に固定して構成することができる。
【０００６】
【作用】
本発明は、上記したように走査機構が持つ固有振動数近傍の周波数での回転運動乃至は楕円運動とその並進との合成動作によつて、安定に高速でプローブ走査を行えるようにしたものである。
本発明においては、前記回転運動において、そのＸ軸成分、すなわち主走査方向への単振動（往復動）に関して往路ないし復路のいずれか一方で記録ないし再生を行えば、同一領域を重複してアクセスすることなく記録媒体上を走査すことができる。
また、それを等角速度で円運動を行えば、単位時間あたりのプローブ移動量が―定であるためプローブ位置管理が時間軸上で容易に行なえる。即ち、位置の変化量が時間に比例するので、例えばプローブ移動期間に応じて一定周波数のクロックをカウントするだけでプローブ位置を把握することができる。
記録再生に関しても等速走査により、一定時間間隔で記録操作を行えば記録ビットは媒体上で等間隔に並び、再生時にも媒体上に等間隔に並ぶ情報が一定時間間隔で読み出すことができる。
更に従来の直線的なプローブの往復動走査の場合に問題となった走査軌跡のなかで速度が急変する箇所や、折り返し点がないため、このような速度急変部所で発生しがちな共振振動の発生が防止される。
【０００７】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明を行う。
［実施例１］
図１は本発明の実施例１に関わる記録再生装置の構成概略図であり、図２はその回転走査駆動回路部で得られる信号を示す波形図、図３はプローブ走査の様子を示す説明図である。
まず図１に示す記録再生装置の各構成要素について詳しく説明する。
図において、１はプローブ、２は円筒型ピエゾ素子である。
分割電極を有した円筒型ピエゾ素子２はＺ方向駆動部２ａとＸＹ方向駆動部２ｂから構成されている。
Ｚ方向駆動部２ａはドライブ回路９に接続され、サーボ回路８から送られてくる信号Ｖｚに応じてプローブ電極１を図示Ｚ軸方向に移動させる。
同様にＸＹ方向駆動部２ｂはドライブ回路１６に接続され回転走査駆動回路１４の出力信号Ｖｘ、Ｖｙに応じて図示Ｘ軸方向およびＹ軸方向にプローブを移動させる。
【０００８】
５はＸＹステージである。リニアアクチュエータ６はドライブ回路１７によって駆動され、並進走査駆動回路１５の出力信号に応じてＸＹステージ５はＸおよびＹ軸方向に移動する。
なお基板４上に形成された記録媒体３はＸＹステージ５上に載置されている。
また、７は電流電圧変換回路、８はサーボ回路、９はドライブ回路である。
電流電圧変換回路７はプローブ電極１と記録媒体３間に流れる電流Ｉを検出して電圧信号Ｖに変換する。
サーボ回路８は係る信号を用いて所定の演算を行うことによりドライブ電圧Ｖｚを算出しドライブ回路９によって直流増幅した信号をピエゾ素子２に出力する。また、１１はバイアス発生回路、１２はデータ符号化回路、１３はデータ復号回路である。
バイアス回路１１はタイミング回路１０からの制御信号に応じて、読みだしバイアス電圧Ｖｂおよび記録パルス電圧Ｖｐを発生し、所望の電圧を記録媒体３に印加するものである。
データ符号化回路１２は外部から送られてくる記録データＤに符号化処理を施しタイミング回路１０が管理するタイミングに基づいてバイアス発生回路１１を制御する。データ復号回路１３は電流電圧変換回路７から送られてくる電圧信号Ｖから記録媒体３に記録された記録データＤを復調し外部に出力する。
また１０はタイミング回路、１４は回転走査駆動回路、１５は並進走査駆動回路である。
回転走査駆動回路１４、並進走査駆動回路１５はプローブ走査の為の駆動波形を生成する回路で、タイミング回路１０が発生する基準クロックに同期して動作する。
但しこの基準クロックはピエゾ素子２の固有振動数近傍に設定されている。なお、データの書き込みや読みだしもタイミング回路１０からの制御信号に同期して実行される。
【０００９】
次に記録再生装置の動作について図１および図２、図３を参照して説明する。サーボ回路８の出力信号Ｖｚによってプローブ１と記録媒体３表面との間の距離が一定に保たれたまま、ピエゾ素子２のＸＹ方向駆動部２ｂおよびリニアアクチュエータ６の変位によってプローブ１は記録媒体３と平行な方向に走査される。具体的にはＶｘ信号、Ｖｙ信号として図２に示すような位相がπ／２ずれた正弦波が回転走査駆動回路１４から出力され、ピエゾ素子２のＸ軸走査用分割電極、Ｙ軸用分割電極、それぞれに印加される。
その結果、プローブ走査軌跡２０は図３のように円を描く。但し、正弦波の周波数はピエゾ素子の固有振動数（およそ１３ＫＨｚ）に近い１２．５ＫＨｚ（周期Ｔ＝８ｍｓ）とした。リニアアクチュエータヘの出力信号Ｖｄは周期Ｔ毎にステップ的に変化しＸＹステージ５をＹ軸方向に並進させる、プローブ位置は図３の矢印２１のように変化する。
このとき隣接する円運動によるブローブ軌跡が重なることから、記録ビットの生成や記録データの読みだしを行うのは回転走査の半周程度にとどめるのが好ましい。また、半周以下（Ｔ／２以下）であればより好ましい。ここではＶｘが単調増加する期間Ａに対し前後ｔＦ、ｔＢだけ期間を減じた期間Ｂの間、タイミング回路１０内部でＸＥＮＢ信号がアクティブになり、記録再生処理を行うためのクロックＸＣＬＫ（周期ｔＣＫ）が生成される。なお、並進走査によるＸＹステージ５のステップ的な変位はＸＥＮＢがアクティブでない期間に行われる。
情報の記録は、プローブ走査によってプローブ１が記録媒体３上の所望位置に達したことをタイミング回路１０からの信号によって検知し、上述したクロックＸＣＬＫに同期して、プローブ／媒体間に電気的な処理を記録媒体３に加え、符号化された記録データＤに対応する記録ビット２２を媒体３上に形成する方法をとる。情報の再生はプローブと媒体との接近によって生じる物理現象を測定することによって行う。
ここでは具体的には、特開昭６３−１６１５５２号公報及び特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されている記録媒体である金電極上に積層されたＳＯＡＺ色素有機薄膜（２層膜）を記録媒体３として用い、バイアス発生回路１１で発生するパルス電圧によって記録ビットを媒体上に書き込み、プローブ電流を電流電圧変換回路７によって電圧信号として検出しデータを再生している。
上述した装置を用いて記録再生を行えば、連続する記録ビット形成は等時間間隔ｔＣＫで行われる。回転走査を等速で行った場合、記録ビット間距離は２・Ｒ・ｓｉｎ（π・ｔＣＫ／Ｔ）で表される。
例えばＲ＝０．５μｍ、Ｔ＝８ｍｓ、ｔＣＫ＝２５μｓとしたところ、約１０ｎｍ間隔でビットが形成された。記録ビットが媒体上に等間隔で形成されているために、再生時の検出信号でも記録ビットに対応する信号は等時間間隔となる。このことは、プローブ位置管理が容易になるばかりでなく、検出信号のフィルタリング処理などを行う場合、簡易な電気回路でＳ／Ｎの向上を図ることを可能にする。
【００１０】
また一方、上述した装置においては、記録ビットの形成されていない媒体表面でプローブ走査を行い寄生振動によるプローブのＺ軸方向への変動を観測したが、繰り返し周波数１２．５ＫＨｚと高速なプローブ走査にもかかわらず変動は検出限界以下であった。
なお、回転運動に関して、Ｘ軸方向とＹ軸方向の振幅は必ずしも全く同じである必要はない。
すなわち楕円であっても本発明の効果は得られる。また、上述の実施例では並進運動が直線的な場合を示したが、勿論、回転走査より充分に大きな曲率の曲線に沿って並進させることも可能である。即ち半径がｍｍないしｃｍオーダーのディスク形状の記録媒体を選び、ディスクの中心点の回りに同心円状に記録領域を形成し、円周方向をＹ軸とした並進運動を行うことで本発明を適用することができる。更に、並進動はステップ的な変位に限定されるものではなく、連続的に変位しても良い。
この場合は回転と並進による合成されたプローブ走査の軌跡は図４のようになる。図中、実線が記録再生の行われる期間の走査軌跡を示し、破線が記録再生の行われない期間を示す並進運動は回転走査領域を更新するものであれば良く、方向や機構などによって限定されるものではない。
また、上記実施例では電圧印加によって記録ビットを形成し、プローブ電流によってこれを読みだしたが、上述したプローブ走査機構を他の方式、例えばプローブを媒体に押しつけて形成した圧痕や光ビームによる媒体の形状変化などを記録ビットとして用い、プローブ／媒体間に働く作用力を測定してこれを読み出す場合などにも容易に適用することができる。プローブを用いた超高密度記録再生装置であれば、その記録再生の方法や手段は本発明を何等制限するものではない。
【００１１】
［実施例２］
図５は本発明の実施例２である記録再生装置の構成概略を示すブロック図である。
６１は入力データを記憶するメモリブロックで、その詳細な構成については図６にもとづいて後述する。６３は入力データを符号信号化処理する回路、６４はマルチプレクサ、６５はデマルチプレクサ、６６は符号化された信号を復号する復号処理回路、６８はメモリブロックを構成するメモリの１ユニット、６９はプローブ走査を制御する回路で回転走査や並進のための信号を駆動機構に対して出力する。
入力されたデータは符号化処理回路６３によって符号化処理を施された後、マルチプレクサ６４によって分割され、メモリブロック６１内の所定のメモリユニットに記録、蓄積される。
再生時は、デマルチプレクサ６５によってもとの連続したデータ列に戻された後、復号処理回路６６を経由してデータ出力が行われる。なお、リアルタイムの連続データを扱うために、プローブ走査による記録ないし再生を行う過程で機構上生じるデッドタイム（例えばプローブのトラック間や記録領域間の移動時間）中のデータ損失を避けるためにバッファ機能がデータの入出力部の両方に、すなわち符号化処理回路６３、復号処理回路６６に設けられている。
また、マルチプレクサ６４、デマルチプレクサ６５は共にタイミングコントローラ６２によって制御されている。
メモリブロック６１は走査プローブによって記録媒体上の所望位置、領域での情報の記録再生を行う特徴を有している。本実施例では図６にその構成を示すメモリブロックを用いた。以下、図６を用いてメモリブロックの説明を行う。図中、複数のプローブ電極７１はそれぞれ、弾性体からなるカンチレバー７２によって支持され、記録媒体７３に対して近接して配置される。
メモリユニットの１単位は対向する一組のプローブ電極７１と記録媒体７３によって構成される。記録媒体７３は支持基板７４上に形成され、またその表面には記録領域を選択、及び走査時のトラッキングを行うためのガイド溝７５が設けられている。プローブ位置コントローラ６９は圧電体からなる駆動素子７７、７８に接続され、プローブユニット基板が設置されたステージ７９を変位させ、プローブ／媒体間隙（Ｚ方向距離）及びプローブ走査（ＸＹ方向移動、位置）を制御するための回路である。ステージ走査の詳細は図７、図８を用いて後述する。
データの記録再生は実施例１と同様にして行う。
即ち、特開昭６３−１６１５５２号公報及び特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されている記録媒体である金電極上に積層されたＳＯＡＺ色素有機薄膜（２層膜）を記録媒体７３として用い、電圧印加回路８３で発生するパルス電圧によって記録ビットを媒体上に書き込み、プローブ電流を検出し、切り替え回路８０、波形成形回路８１を通して記録したデータを再生している。
なお、プローブ電流値はＺ方向位置制御情報としてプローブ位置コントローラ６９にも入力される。タイミングコントローラ８２はプローブ位置コントローラ６９、記録再生用電圧印加回路８３、切り換え回路８０に接続され、データの時分割管理、記録信号の各プローブヘの振り分けを管理する。
ここで用いられるプローブ電極を含むマルチのレバー形状のプローブユニットは次のようにして作製される。熱酸化によりＳｉ基板の表面に厚さ０．３μｍのＳｉＯ２膜を生成し、長さ１００μｍ、幅２０μｍの複数のレバー形状をパターニングする。次に、プローブ電極への電気信号配線パターンを形成し、基板裏面からＫＯＨ水溶液によって異方性エッチングを行い、カンチレバーを形成する。続いて、炭素等の電子ビームデポジション法によってレバー先端に高さ７μｍのプローブ電極７１を設け、プローブユニット基板７６上にマルチプローブユニットを形成する。
【００１２】
走査機構の詳細を図７、図８を用いて説明する。
図７はステージ７９のＸ方向の駆動機構部分の平面図を表し、図８は図７のＡ―Ａ’に沿った断面図である。
プローブユニット７６は、支持部材７０に一端を固定された平行ヒンジ８５により運動方向を拘束された振動体であるＸＹステージ７９上に固定され、ステージ７９はこれに振動エネルギを与えるピエゾ素子７８ａを介して錘８６ａに結合され、またその変位を検知するピエゾ素子７８ｂを介して錘８６ｂに結合されている。ステージ７９はピエゾ素子７８ａが伸張と収縮を反復することにより振動する。錘８６ａはステージ７９よりも大きな慣性質量を持っており、ピエゾ素子７８ａの伸張・収縮振動のエネルギは殆どステージ７９に伝達する。
また、ステージ７９の振動は同時にピエゾ素子７８ｂに伝えられる。ピエゾ素子７８ｂも一端を錘８６ｂで支持されているので慣性質量の大きな差によりこのステージ７９の振動は殆どピエゾ素子７８ｂを伸張・収縮させることに使用される。
この走査機構を最初に起動するときは錘８６ａ、８６ｂは静止している。
ピエゾ素子７８ａに発振電圧を加えると上述したようにステージ７９が振動を始める。ピエゾ素子７８ｂを用いてステージ７９の振動状態を検出しピエゾ素子７８ａの駆動位相とピエゾ素子７８ｂの検出位相の位相差が振動体ステージ７９の共振条件と成るように駆動の発振周波数を制御する。
この走査機構が共振条件になると錘８６ａ、８６ｂも振動を始め、ステージ７９と錘８６ａ、８６ｂは殆ど同相で変位するようになる。
このときの振動は非常に安定でピエゾ素子７８ａから供給される振動エネルギは最小となる。
Ｙ方向の駆動機構（不図示）も同一の構成をとる。
但しＸ方向駆動機構のピエゾ素子７８ａに相当するＹ方向の振動エネルギを与えるピエゾ素子の駆動位相をピエゾ素子７８ｂで検出される位相にたいしてπ／２だけ進むように制御する。この点を除けば駆動方法も同一とした。
【００１３】
上述のＸ、Ｙ方向の駆動機構によってステージ７９はＸＹ面内で回転運動を行う。
一方、図６に示すように記録媒体側に設けられたリニアアクチュエータ８４によって記録媒体７３は基板７４およびＺ方向駆動素子７７ごとＸあるいはＹ方向に直線的に変位する。
上記回転運動と同期してＹ方向に記録媒体７３が直線的に変位することによって、図９にプローブ軌跡８７を示すようなプローブ電極７１と記録媒体７３の相対的変位が実現される。
図９中、７５はトラッキング溝であり、８８は記録媒体７３上に記録されたビットを表す。また実施例１同様、プローブ軌跡８７のうち実線が記録再生処理を行う期間に対応する。記録再生処理期間以外、或いはプローブが相対的に並進している間は記録再生処理が行われないデッドタイムとなる。
本実施例では、図５で示したメモリブロックを２つ以上、具体的には３つのグループに分け、それぞれのグループで生じる上記デッドタイムを相殺するように駆動の位相を２π／３、互いにずらして動作させている。
これらは全てプローブ位置コントローラ６９で制御している。
以上述べてきた本発明の実施例である記録再生装置は、プローブ数１９２０本、回転走査周波数５００Ｈｚ、主走査幅ｌμｍ、ビット径５ｎｍ、ビット間隔１０ｎｍの密度で記録を行い、全体で１９２Ｍｂｐｓ、１ユニットあたり１００ＫＨｚの記録再生速度を有している。
係る記録再生装置において、プローブ走査駆動のエネルギが著しく低減されていることだけでなく、記録媒体上のビット間隔が等間隔になっているのは実施例１同様である。また、記録時の信号間隔に限らず、再生時に検出されるビット信号も一定時間間隔となるため、本実施例でしめすように信号処理系をマルチプレックスし管理することが容易に実現されている。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように走査機構が持つ固有振動数近傍の周波数での回転運動乃至は楕円運動とその並進との合成動作によつてプローブの走査を行うことにより、高速でプローブ走査を安定に行うことができる。。
また、記録ビット位置が記録媒体上に等間隔とすることができ、信号処理系の単純化や信号のマルチプレックス管理を容易に実現することができる。
更に従来の直線的なプローブの往復動走査の場合に問題となった走査軌跡のなかで速度が急変する箇所や、折り返し点をなくすことができ、速度急変部所で発生しがちな共振振動の発生を防止することができる。
また、本発明のプローブ走査における回転運動は動作周波数が走査系の固有振動数近傍に固定され、振幅も一定でよいため走査機構の駆動には単純な構成の回路を適用することができる。さらに、共振を利用した一定振幅の発振を用いているために駆動系への注入エネルギを、従来のＳＰＭ等で用いられていた直線的なラスタ走査などに較べて大幅に低減することができ、記録再生装置の電源容量を小さくすることが可能となり、上記駆動回路の単純化と相まって装置全体の簡易化や小型化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１における回転走査駆動回路の動作を説明する信号図である。
【図３】本発明の実施例１における記録媒体上のプローブ走査の軌跡を示す概念図。
【図４】本発明の実施例１における回転走査と並進走査を連続的に行ったときのプローブ軌跡を示す概念図。
【図５】本発明の実施例２における記録再生装置の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の実施例２におけるメモリブロックの構成を示す概略図。
【図７】本発明の実施例２におけるＸ方向のステージ走査機構を示す平面図。
【図８】本発明の実施例２におけるＸ方向のステージ走査機構を示す断面図。
【図９】本発明の実施例２におけるプローブ走査軌跡を示す概念図。
【符号の説明】
１ プローブ電極
２ ピエゾ素子
２ａ Ｚ方向駆動部
２ｂ ＸＹ方向駆動部
３ 記録媒体
４ 基板
５ ＸＹステージ
６ リニアアクチュエータ
７ Ｉ−Ｖ変換回路
８ サーボ回路
９ ドライブ回路
１０ タイミング回路
１１ バイアス発生回路
１２ データ符号化回路
１３ データ複号回路
１４ 回転走査駆動回路
１５ 並進走査駆動回路
１６ ドライブ回路
１７ ドライブ回路
６１ メモリブロック
６２ タイミングコントローラ
６３ 符号化処理部
６４ マルチプレクサ
６５ デマルチプレクサ
６６ 複号処理部
６８ メモリユニット
６９ プローブ位置コントローラ
７０ 支持部材
７１ プローブ電極
７２ カンチレバー
７３ 記録媒体
７４ 基板
７５ トラッキング溝
７６ プローブユニット基板
７７ Ｚ方向駆動素子
７８ ＸＹ方向駆動素子
７８ａ ピエゾ素子
７８ｂ ピエゾ素子
７９ ステージ
８０ 切り替え回路
８１ 波形成形回路
８２ タイミングコントローラ
８３ 記録再生用電圧印加回路
８４ リニアアクチュエータ
８５ 平行ヒンジ
８６ａ 錘
８６ｂ 錘
【産業上の利用分野】
本発明は、ＳＴＭの原理を応用した高密度な記録・再生を行う情報処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、メモリ材料の用途はコンピュータおよびその関連機器、ビデオディスク、デジタルオーディオディスク等のエレクトロニクス産業の中核をなすものであり、その材料開発も極めて活発に進んでいる。
従来までは磁性体や半導体を素材とした磁気メモリ、半導体メモリが主であったが、レーザー技術の進展に伴い有機色素、フォトポリマなどの有機薄膜を用いた光メモリによる安価で高密度な記録媒体も登場してきた。
更に最近、試料表面原子の電子構造を著しく高い分解能（ナノメートル以下）で直接観測できる走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと略す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ．ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．．４９（１９８２）５７）、このＳＴＭの原理を応用した原子、分子サイズでの超高密度記録再生が可能なメモリシステムの実用化が積極的に進められている。
前記ＳＴＭはプローブ（探針）電極を媒体表面にｌｎｍ程度以下まで近づけるとプローブ先端と媒体表面との間に印加した電圧に応じてトンネル電流が流れることを利用している。この電流は両者の距離変化に非常に敏感である。トンネル電流を一定に保つようにプローブを走査することにより実空間の全電子雲に関する種々の情報をも読み取ることができる。
また、ＳＴＭを用いた解析は導電性材料に限らず、導電性材料の表面に薄く形成された絶縁膜の構造解析にも応用され始めている。更に最近は電流に限らず、プローブ／媒体表面間に生じる種々の物理現象（原子間力、磁力など）を利用した表面構造観察や局所的な物理量測定も試みられている。
これらＳＴＭファミリはマイクロプローブを走査することから走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）と呼ばれている。
いずれの場合も、面内方向の分解能はナノメートルないしサブナノメートルである。上述した超高密度メモリはこの著しく高い空間分解能を適用したもので、記録媒体上に物理的変形、或いは媒体表面の電子状態の変化を与えることによって情報を記録し、プローブ走査によって再生するものである。
例えば、媒体とプローブ間にパルス電圧（例えば波高値３〜８Ｖ、パルス幅１〜１００μｓ）を印加することにより、グラファイト表面上に微小ホール（例えば直径４ｎｍ程度）、或いはＡｕなどの金属表面上に微小突起（例えば直径１０ｎｍ程度）を記録ビットとして形成することができる。また、記録層として、導電率変化のスイッチング特性に対してメモリ効果を持つ材料、例えばπ電子系有機化合物、カルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録・再生をＳＴＭで行う方法が特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報等に開示されている。
この方法によれば、記録のビットサイズを１０ｎｍとすれば、１Ｔｅｒａ ｂｉｔ／ｃｍ２もの高密度大容量記録再生が可能である。更に、プローブ電極の支持・変位機構としてはカンチレバー形状のもの（公開特許公報昭６２−２８１１３８号公報）があり、書き込みや読みだし回路があらかじめ形成されているＳｉ基板上に多数のプローブユニットを作製、集積化することを可能としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の走査機構を用いてそのまま走査周波数を上げてプローブ走査の高速化を図ろうとすると、走査機構が持つ共振点での共振現象の影響が無視できなくなるという問題が生じる。
すなわち、実際の装置としてＳＰＭや記録再生装置を構成する場合に、記録媒体とプローブ電極との間をトンネル電流が流れる距離に維持し、プローブ電極を記録媒体に対し相対的に移動（走査）する機構が必要であり、従来からプローブ電極の走査機構として、平行板バネと積層ピエゾ素子で構成したステージや、分割電極を有した円筒型のピエゾ素子などが用いられている。
このような従来装置においてデータの記録再生速度の向上を図るためには、走査周波数の高速化が要求される。そのため、特にＸＹ方向での２次元走査を行う場合に走査周波数の高いＸ軸方向（主走査方向）の往復走査の折り返しで生じる高次の周波数成分が走査機構やプローブ支持機構の共振を引き起こす場合がある。この振動は媒体／プローブ間隙や走査変位を変調し、検出信号強度や記録ビット位置などを読み誤まらせ記録再生エラーの原因となる。
例えば平行バネと積層ピエゾ素子を用いた走査機構では共振周波数は通常のＳＰＭで用いられている構成で１〜８ＫＨｚ程度の値を持っている。
このときＳＰＭの画像に共振点の影響無く動作できる最大走査周波数は１０〜１００Ｈｚ程度である。
可動部を軽量化できる円筒ピエゾ素子を用いた走査機構でも共振周波数は１０〜５０ＫＨｚであり、最大走査周波数は１００〜３００Ｈｚ程度である。
上記走査機構を記録装置に適用する場合、応用する製品により異なるがｌＭｂｐｓのビットレートを得るためには５ＫＨｚ以上の走査周波数が必要となる。この場合、走査機構の共振による影響を少なくするために走査機構の小型・軽量化によつて剛性を高め共振周波数を上げ、またダンピング機構を付加し共振のＱ値を下げることなどが行われている。
しかし上述の走査速度を得るためには走査機構の共振点近傍の周波数で駆動することになり、このような状況では走査駆動波形の僅かな歪でも共振周波数での不整振動を引き起こしてしまう。
また、外部から混入する振動性の雑音によって走査機構の共振点での振動が生じるため、走査機構の共振周波数近傍において特に減衰の大きい除振機構が必要となる。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題を解決し、走査機構が持つ固有振動数近傍の高周波数で高速走査し記録再生を安定して行うことのできる情報処理装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、走査機構が安定な共振振動を行い、走査機構の装置構成および構成部材の特性から得られる最高の周波数で高速走査できるようにしたものである。
すなわち、本発明の情報処理装置は、プローブとこれに近接させて対向させた記録媒体との間の物理現象から生じる微細信号を検出して、情報の記録・再生を行う情報処理装置において、走査機構の固有振動数により共振しプローブを回転運動乃至は楕円運動させる第一の走査機構と、この回転運動乃至は楕円運動するプローブを記録媒体に対して相対的に並進させる第二の走査機構とを備えたことを特徴とするものである。
本発明において、前記第一の走査機構によるプローブの回転運動乃至は楕円運動は、駆動信号によりＸ方向およびＹ方向に単振動するように構成したプローブのＸＹ駆動機構においてその駆動信号の位相をずらせることにより行うことができ、また、それを１２．５ＫＨという高い周波数により行うことができる。また、前記プローブは、その対向する記録媒体との間隙を１ｎｍ以下まで近接して構成されている。
また、本発明の情報処理装置は、一組のプローブと記録媒体からなるメモリユニットを複数設けて構成されたメモリブロックを備えるように構成してもよい。
そして、そのプローブの構成としては、基板上に複数のプローブ電極を設けたプローブユニットを構成し、そのプローブユニットは振動体であるＸＹステージ上に固定して構成することができる。
【０００６】
【作用】
本発明は、上記したように走査機構が持つ固有振動数近傍の周波数での回転運動乃至は楕円運動とその並進との合成動作によつて、安定に高速でプローブ走査を行えるようにしたものである。
本発明においては、前記回転運動において、そのＸ軸成分、すなわち主走査方向への単振動（往復動）に関して往路ないし復路のいずれか一方で記録ないし再生を行えば、同一領域を重複してアクセスすることなく記録媒体上を走査すことができる。
また、それを等角速度で円運動を行えば、単位時間あたりのプローブ移動量が―定であるためプローブ位置管理が時間軸上で容易に行なえる。即ち、位置の変化量が時間に比例するので、例えばプローブ移動期間に応じて一定周波数のクロックをカウントするだけでプローブ位置を把握することができる。
記録再生に関しても等速走査により、一定時間間隔で記録操作を行えば記録ビットは媒体上で等間隔に並び、再生時にも媒体上に等間隔に並ぶ情報が一定時間間隔で読み出すことができる。
更に従来の直線的なプローブの往復動走査の場合に問題となった走査軌跡のなかで速度が急変する箇所や、折り返し点がないため、このような速度急変部所で発生しがちな共振振動の発生が防止される。
【０００７】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明を行う。
［実施例１］
図１は本発明の実施例１に関わる記録再生装置の構成概略図であり、図２はその回転走査駆動回路部で得られる信号を示す波形図、図３はプローブ走査の様子を示す説明図である。
まず図１に示す記録再生装置の各構成要素について詳しく説明する。
図において、１はプローブ、２は円筒型ピエゾ素子である。
分割電極を有した円筒型ピエゾ素子２はＺ方向駆動部２ａとＸＹ方向駆動部２ｂから構成されている。
Ｚ方向駆動部２ａはドライブ回路９に接続され、サーボ回路８から送られてくる信号Ｖｚに応じてプローブ電極１を図示Ｚ軸方向に移動させる。
同様にＸＹ方向駆動部２ｂはドライブ回路１６に接続され回転走査駆動回路１４の出力信号Ｖｘ、Ｖｙに応じて図示Ｘ軸方向およびＹ軸方向にプローブを移動させる。
【０００８】
５はＸＹステージである。リニアアクチュエータ６はドライブ回路１７によって駆動され、並進走査駆動回路１５の出力信号に応じてＸＹステージ５はＸおよびＹ軸方向に移動する。
なお基板４上に形成された記録媒体３はＸＹステージ５上に載置されている。
また、７は電流電圧変換回路、８はサーボ回路、９はドライブ回路である。
電流電圧変換回路７はプローブ電極１と記録媒体３間に流れる電流Ｉを検出して電圧信号Ｖに変換する。
サーボ回路８は係る信号を用いて所定の演算を行うことによりドライブ電圧Ｖｚを算出しドライブ回路９によって直流増幅した信号をピエゾ素子２に出力する。また、１１はバイアス発生回路、１２はデータ符号化回路、１３はデータ復号回路である。
バイアス回路１１はタイミング回路１０からの制御信号に応じて、読みだしバイアス電圧Ｖｂおよび記録パルス電圧Ｖｐを発生し、所望の電圧を記録媒体３に印加するものである。
データ符号化回路１２は外部から送られてくる記録データＤに符号化処理を施しタイミング回路１０が管理するタイミングに基づいてバイアス発生回路１１を制御する。データ復号回路１３は電流電圧変換回路７から送られてくる電圧信号Ｖから記録媒体３に記録された記録データＤを復調し外部に出力する。
また１０はタイミング回路、１４は回転走査駆動回路、１５は並進走査駆動回路である。
回転走査駆動回路１４、並進走査駆動回路１５はプローブ走査の為の駆動波形を生成する回路で、タイミング回路１０が発生する基準クロックに同期して動作する。
但しこの基準クロックはピエゾ素子２の固有振動数近傍に設定されている。なお、データの書き込みや読みだしもタイミング回路１０からの制御信号に同期して実行される。
【０００９】
次に記録再生装置の動作について図１および図２、図３を参照して説明する。サーボ回路８の出力信号Ｖｚによってプローブ１と記録媒体３表面との間の距離が一定に保たれたまま、ピエゾ素子２のＸＹ方向駆動部２ｂおよびリニアアクチュエータ６の変位によってプローブ１は記録媒体３と平行な方向に走査される。具体的にはＶｘ信号、Ｖｙ信号として図２に示すような位相がπ／２ずれた正弦波が回転走査駆動回路１４から出力され、ピエゾ素子２のＸ軸走査用分割電極、Ｙ軸用分割電極、それぞれに印加される。
その結果、プローブ走査軌跡２０は図３のように円を描く。但し、正弦波の周波数はピエゾ素子の固有振動数（およそ１３ＫＨｚ）に近い１２．５ＫＨｚ（周期Ｔ＝８ｍｓ）とした。リニアアクチュエータヘの出力信号Ｖｄは周期Ｔ毎にステップ的に変化しＸＹステージ５をＹ軸方向に並進させる、プローブ位置は図３の矢印２１のように変化する。
このとき隣接する円運動によるブローブ軌跡が重なることから、記録ビットの生成や記録データの読みだしを行うのは回転走査の半周程度にとどめるのが好ましい。また、半周以下（Ｔ／２以下）であればより好ましい。ここではＶｘが単調増加する期間Ａに対し前後ｔＦ、ｔＢだけ期間を減じた期間Ｂの間、タイミング回路１０内部でＸＥＮＢ信号がアクティブになり、記録再生処理を行うためのクロックＸＣＬＫ（周期ｔＣＫ）が生成される。なお、並進走査によるＸＹステージ５のステップ的な変位はＸＥＮＢがアクティブでない期間に行われる。
情報の記録は、プローブ走査によってプローブ１が記録媒体３上の所望位置に達したことをタイミング回路１０からの信号によって検知し、上述したクロックＸＣＬＫに同期して、プローブ／媒体間に電気的な処理を記録媒体３に加え、符号化された記録データＤに対応する記録ビット２２を媒体３上に形成する方法をとる。情報の再生はプローブと媒体との接近によって生じる物理現象を測定することによって行う。
ここでは具体的には、特開昭６３−１６１５５２号公報及び特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されている記録媒体である金電極上に積層されたＳＯＡＺ色素有機薄膜（２層膜）を記録媒体３として用い、バイアス発生回路１１で発生するパルス電圧によって記録ビットを媒体上に書き込み、プローブ電流を電流電圧変換回路７によって電圧信号として検出しデータを再生している。
上述した装置を用いて記録再生を行えば、連続する記録ビット形成は等時間間隔ｔＣＫで行われる。回転走査を等速で行った場合、記録ビット間距離は２・Ｒ・ｓｉｎ（π・ｔＣＫ／Ｔ）で表される。
例えばＲ＝０．５μｍ、Ｔ＝８ｍｓ、ｔＣＫ＝２５μｓとしたところ、約１０ｎｍ間隔でビットが形成された。記録ビットが媒体上に等間隔で形成されているために、再生時の検出信号でも記録ビットに対応する信号は等時間間隔となる。このことは、プローブ位置管理が容易になるばかりでなく、検出信号のフィルタリング処理などを行う場合、簡易な電気回路でＳ／Ｎの向上を図ることを可能にする。
【００１０】
また一方、上述した装置においては、記録ビットの形成されていない媒体表面でプローブ走査を行い寄生振動によるプローブのＺ軸方向への変動を観測したが、繰り返し周波数１２．５ＫＨｚと高速なプローブ走査にもかかわらず変動は検出限界以下であった。
なお、回転運動に関して、Ｘ軸方向とＹ軸方向の振幅は必ずしも全く同じである必要はない。
すなわち楕円であっても本発明の効果は得られる。また、上述の実施例では並進運動が直線的な場合を示したが、勿論、回転走査より充分に大きな曲率の曲線に沿って並進させることも可能である。即ち半径がｍｍないしｃｍオーダーのディスク形状の記録媒体を選び、ディスクの中心点の回りに同心円状に記録領域を形成し、円周方向をＹ軸とした並進運動を行うことで本発明を適用することができる。更に、並進動はステップ的な変位に限定されるものではなく、連続的に変位しても良い。
この場合は回転と並進による合成されたプローブ走査の軌跡は図４のようになる。図中、実線が記録再生の行われる期間の走査軌跡を示し、破線が記録再生の行われない期間を示す並進運動は回転走査領域を更新するものであれば良く、方向や機構などによって限定されるものではない。
また、上記実施例では電圧印加によって記録ビットを形成し、プローブ電流によってこれを読みだしたが、上述したプローブ走査機構を他の方式、例えばプローブを媒体に押しつけて形成した圧痕や光ビームによる媒体の形状変化などを記録ビットとして用い、プローブ／媒体間に働く作用力を測定してこれを読み出す場合などにも容易に適用することができる。プローブを用いた超高密度記録再生装置であれば、その記録再生の方法や手段は本発明を何等制限するものではない。
【００１１】
［実施例２］
図５は本発明の実施例２である記録再生装置の構成概略を示すブロック図である。
６１は入力データを記憶するメモリブロックで、その詳細な構成については図６にもとづいて後述する。６３は入力データを符号信号化処理する回路、６４はマルチプレクサ、６５はデマルチプレクサ、６６は符号化された信号を復号する復号処理回路、６８はメモリブロックを構成するメモリの１ユニット、６９はプローブ走査を制御する回路で回転走査や並進のための信号を駆動機構に対して出力する。
入力されたデータは符号化処理回路６３によって符号化処理を施された後、マルチプレクサ６４によって分割され、メモリブロック６１内の所定のメモリユニットに記録、蓄積される。
再生時は、デマルチプレクサ６５によってもとの連続したデータ列に戻された後、復号処理回路６６を経由してデータ出力が行われる。なお、リアルタイムの連続データを扱うために、プローブ走査による記録ないし再生を行う過程で機構上生じるデッドタイム（例えばプローブのトラック間や記録領域間の移動時間）中のデータ損失を避けるためにバッファ機能がデータの入出力部の両方に、すなわち符号化処理回路６３、復号処理回路６６に設けられている。
また、マルチプレクサ６４、デマルチプレクサ６５は共にタイミングコントローラ６２によって制御されている。
メモリブロック６１は走査プローブによって記録媒体上の所望位置、領域での情報の記録再生を行う特徴を有している。本実施例では図６にその構成を示すメモリブロックを用いた。以下、図６を用いてメモリブロックの説明を行う。図中、複数のプローブ電極７１はそれぞれ、弾性体からなるカンチレバー７２によって支持され、記録媒体７３に対して近接して配置される。
メモリユニットの１単位は対向する一組のプローブ電極７１と記録媒体７３によって構成される。記録媒体７３は支持基板７４上に形成され、またその表面には記録領域を選択、及び走査時のトラッキングを行うためのガイド溝７５が設けられている。プローブ位置コントローラ６９は圧電体からなる駆動素子７７、７８に接続され、プローブユニット基板が設置されたステージ７９を変位させ、プローブ／媒体間隙（Ｚ方向距離）及びプローブ走査（ＸＹ方向移動、位置）を制御するための回路である。ステージ走査の詳細は図７、図８を用いて後述する。
データの記録再生は実施例１と同様にして行う。
即ち、特開昭６３−１６１５５２号公報及び特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されている記録媒体である金電極上に積層されたＳＯＡＺ色素有機薄膜（２層膜）を記録媒体７３として用い、電圧印加回路８３で発生するパルス電圧によって記録ビットを媒体上に書き込み、プローブ電流を検出し、切り替え回路８０、波形成形回路８１を通して記録したデータを再生している。
なお、プローブ電流値はＺ方向位置制御情報としてプローブ位置コントローラ６９にも入力される。タイミングコントローラ８２はプローブ位置コントローラ６９、記録再生用電圧印加回路８３、切り換え回路８０に接続され、データの時分割管理、記録信号の各プローブヘの振り分けを管理する。
ここで用いられるプローブ電極を含むマルチのレバー形状のプローブユニットは次のようにして作製される。熱酸化によりＳｉ基板の表面に厚さ０．３μｍのＳｉＯ２膜を生成し、長さ１００μｍ、幅２０μｍの複数のレバー形状をパターニングする。次に、プローブ電極への電気信号配線パターンを形成し、基板裏面からＫＯＨ水溶液によって異方性エッチングを行い、カンチレバーを形成する。続いて、炭素等の電子ビームデポジション法によってレバー先端に高さ７μｍのプローブ電極７１を設け、プローブユニット基板７６上にマルチプローブユニットを形成する。
【００１２】
走査機構の詳細を図７、図８を用いて説明する。
図７はステージ７９のＸ方向の駆動機構部分の平面図を表し、図８は図７のＡ―Ａ’に沿った断面図である。
プローブユニット７６は、支持部材７０に一端を固定された平行ヒンジ８５により運動方向を拘束された振動体であるＸＹステージ７９上に固定され、ステージ７９はこれに振動エネルギを与えるピエゾ素子７８ａを介して錘８６ａに結合され、またその変位を検知するピエゾ素子７８ｂを介して錘８６ｂに結合されている。ステージ７９はピエゾ素子７８ａが伸張と収縮を反復することにより振動する。錘８６ａはステージ７９よりも大きな慣性質量を持っており、ピエゾ素子７８ａの伸張・収縮振動のエネルギは殆どステージ７９に伝達する。
また、ステージ７９の振動は同時にピエゾ素子７８ｂに伝えられる。ピエゾ素子７８ｂも一端を錘８６ｂで支持されているので慣性質量の大きな差によりこのステージ７９の振動は殆どピエゾ素子７８ｂを伸張・収縮させることに使用される。
この走査機構を最初に起動するときは錘８６ａ、８６ｂは静止している。
ピエゾ素子７８ａに発振電圧を加えると上述したようにステージ７９が振動を始める。ピエゾ素子７８ｂを用いてステージ７９の振動状態を検出しピエゾ素子７８ａの駆動位相とピエゾ素子７８ｂの検出位相の位相差が振動体ステージ７９の共振条件と成るように駆動の発振周波数を制御する。
この走査機構が共振条件になると錘８６ａ、８６ｂも振動を始め、ステージ７９と錘８６ａ、８６ｂは殆ど同相で変位するようになる。
このときの振動は非常に安定でピエゾ素子７８ａから供給される振動エネルギは最小となる。
Ｙ方向の駆動機構（不図示）も同一の構成をとる。
但しＸ方向駆動機構のピエゾ素子７８ａに相当するＹ方向の振動エネルギを与えるピエゾ素子の駆動位相をピエゾ素子７８ｂで検出される位相にたいしてπ／２だけ進むように制御する。この点を除けば駆動方法も同一とした。
【００１３】
上述のＸ、Ｙ方向の駆動機構によってステージ７９はＸＹ面内で回転運動を行う。
一方、図６に示すように記録媒体側に設けられたリニアアクチュエータ８４によって記録媒体７３は基板７４およびＺ方向駆動素子７７ごとＸあるいはＹ方向に直線的に変位する。
上記回転運動と同期してＹ方向に記録媒体７３が直線的に変位することによって、図９にプローブ軌跡８７を示すようなプローブ電極７１と記録媒体７３の相対的変位が実現される。
図９中、７５はトラッキング溝であり、８８は記録媒体７３上に記録されたビットを表す。また実施例１同様、プローブ軌跡８７のうち実線が記録再生処理を行う期間に対応する。記録再生処理期間以外、或いはプローブが相対的に並進している間は記録再生処理が行われないデッドタイムとなる。
本実施例では、図５で示したメモリブロックを２つ以上、具体的には３つのグループに分け、それぞれのグループで生じる上記デッドタイムを相殺するように駆動の位相を２π／３、互いにずらして動作させている。
これらは全てプローブ位置コントローラ６９で制御している。
以上述べてきた本発明の実施例である記録再生装置は、プローブ数１９２０本、回転走査周波数５００Ｈｚ、主走査幅ｌμｍ、ビット径５ｎｍ、ビット間隔１０ｎｍの密度で記録を行い、全体で１９２Ｍｂｐｓ、１ユニットあたり１００ＫＨｚの記録再生速度を有している。
係る記録再生装置において、プローブ走査駆動のエネルギが著しく低減されていることだけでなく、記録媒体上のビット間隔が等間隔になっているのは実施例１同様である。また、記録時の信号間隔に限らず、再生時に検出されるビット信号も一定時間間隔となるため、本実施例でしめすように信号処理系をマルチプレックスし管理することが容易に実現されている。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように走査機構が持つ固有振動数近傍の周波数での回転運動乃至は楕円運動とその並進との合成動作によつてプローブの走査を行うことにより、高速でプローブ走査を安定に行うことができる。。
また、記録ビット位置が記録媒体上に等間隔とすることができ、信号処理系の単純化や信号のマルチプレックス管理を容易に実現することができる。
更に従来の直線的なプローブの往復動走査の場合に問題となった走査軌跡のなかで速度が急変する箇所や、折り返し点をなくすことができ、速度急変部所で発生しがちな共振振動の発生を防止することができる。
また、本発明のプローブ走査における回転運動は動作周波数が走査系の固有振動数近傍に固定され、振幅も一定でよいため走査機構の駆動には単純な構成の回路を適用することができる。さらに、共振を利用した一定振幅の発振を用いているために駆動系への注入エネルギを、従来のＳＰＭ等で用いられていた直線的なラスタ走査などに較べて大幅に低減することができ、記録再生装置の電源容量を小さくすることが可能となり、上記駆動回路の単純化と相まって装置全体の簡易化や小型化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１における回転走査駆動回路の動作を説明する信号図である。
【図３】本発明の実施例１における記録媒体上のプローブ走査の軌跡を示す概念図。
【図４】本発明の実施例１における回転走査と並進走査を連続的に行ったときのプローブ軌跡を示す概念図。
【図５】本発明の実施例２における記録再生装置の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の実施例２におけるメモリブロックの構成を示す概略図。
【図７】本発明の実施例２におけるＸ方向のステージ走査機構を示す平面図。
【図８】本発明の実施例２におけるＸ方向のステージ走査機構を示す断面図。
【図９】本発明の実施例２におけるプローブ走査軌跡を示す概念図。
【符号の説明】
１ プローブ電極
２ ピエゾ素子
２ａ Ｚ方向駆動部
２ｂ ＸＹ方向駆動部
３ 記録媒体
４ 基板
５ ＸＹステージ
６ リニアアクチュエータ
７ Ｉ−Ｖ変換回路
８ サーボ回路
９ ドライブ回路
１０ タイミング回路
１１ バイアス発生回路
１２ データ符号化回路
１３ データ複号回路
１４ 回転走査駆動回路
１５ 並進走査駆動回路
１６ ドライブ回路
１７ ドライブ回路
６１ メモリブロック
６２ タイミングコントローラ
６３ 符号化処理部
６４ マルチプレクサ
６５ デマルチプレクサ
６６ 複号処理部
６８ メモリユニット
６９ プローブ位置コントローラ
７０ 支持部材
７１ プローブ電極
７２ カンチレバー
７３ 記録媒体
７４ 基板
７５ トラッキング溝
７６ プローブユニット基板
７７ Ｚ方向駆動素子
７８ ＸＹ方向駆動素子
７８ａ ピエゾ素子
７８ｂ ピエゾ素子
７９ ステージ
８０ 切り替え回路
８１ 波形成形回路
８２ タイミングコントローラ
８３ 記録再生用電圧印加回路
８４ リニアアクチュエータ
８５ 平行ヒンジ
８６ａ 錘
８６ｂ 錘
Claims (6)
- プローブをこれに近接させて対向させた記録媒体に対して走査し、その物理現象から生じる微細信号を検出して情報の記録・再生を行う情報処理装置において、走査機構の固有振動数により共振しプローブを回転運動乃至は楕円運動させる第一の走査機構と、この回転運動乃至は楕円運動するプローブを記録媒体に対して相対的に並進させる第二の走査機構とを備えていることを特徴とする情報処理装置。
- 前記第一の走査機構によるプローブの回転運動乃至は楕円運動は、駆動信号によりＸ方向およびＹ方向に単振動するように構成されたＸＹ駆動機構の、そのＸ方向とＹ方向の駆動信号の位相をずらせることによって行われることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
- 前記プローブは、その対向する記録媒体との間隙を１ｎｍ以下まで近接させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の情報処理装置。
- 前記情報処理装置は、一組のプローブと記録媒体からなるメモリユニットを複数設けて構成されたメモリブロックを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
- 前記プローブは、基板上に複数のプローブ電極を設けてプローブユニットを構成していることを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
- 前記プローブユニットは、振動体であるＸＹステージ上に固定されていることを特徴とする請求項５に記載の情報処理装置。
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