JP3140933B2 - 記録再生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は記録再生装置に関す
る。より詳しくは、原子的サイズの微細なプローブを用
いて情報を記録した記録担体に情報を記録し、再生する
記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】記録
材料層にミクロンオーダ（１μｍ〜１００μｍ）の記録
単位で情報を記録する方式（以下「ミクロンオーダの記
録方式」という。）としては、磁気記録方式の他、光磁
気効果、光異性化、結晶−非結晶転移などの相変化、幾
何学的ピット（凹凸）形成などを利用する方式が知られ
ている。例えば、現在、記録材料層に約１μｍのレーザ
スポット径で記録を行い、光磁気効果を利用して再生を
行う方式（光磁気ディスク）が実用化されている。しか
し、記録容量のさらなる向上が望まれている。

【０００３】そこで最近、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）の要素技術によって原子又は分子を操作できること
を利用して、記録材料層にナノオーダ（０．１ｎｍ〜１
００ｎｍ）の記録単位で情報を記録する方式（以下「ナ
ノオーダの記録方式」という。）が活発に研究されてい
る。ナノオーダの記録方式としては、例えば電界蒸発法
による突起形成、あるいは探針で吸着原子を移動し配列
する方式、機械的加工により凹凸を形成する方式等が知
られている。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を利用し
た表面加工の手法として、探針の押圧による機械的切削
やチャージの付与などの手法が知られている。

【０００４】このようなナノオーダの記録方式によれ
ば、ミクロンオーダの記録方式に比して記録容量が飛躍
的に増えることが期待される。しかし、理想的にはさら
に容量を増加させることが望ましい。そこで、この発明
の一つの目的は、単にナノオーダの記録方式を採用した
記録担体に比して、単位面積当たりの記録密度を高める
ことができる記録担体を提供することにある。

【０００５】また、ナノオーダの記録方式を採用した記
録担体を実用化する上で、最大の問題点として、ミクロ
ンオーダの記録方式を採用したものに比して記録再生速
度が遅いことが挙げられる。

【０００６】例えば、ＳＴＭを用いたナノオーダの記録
方式を採用した記録担体において、記録材料層の表面に
トラック溝（２μｍのラインアンドスペースで溝の長さ
は３０μｍ）やトラックパターン（１０μｍ□で凹状の
もの）を設けて、位置決めおよびデータ列への追跡を行
うようにしたものが知られている（例えば特開平５−１
０９１３０号公報、特開平５−２８５４６号公報）。し
かし、このような記録担体では、トラックが離散的であ
るため位置決め等のための情報量が少なく、あまり記録
再生速度を速くすることはできない。また、そのような
トラックは記録担体の製造段階で形成され、記録材料層
に本来の記録情報を記録する段階では、さらに詳しいア
ドレス情報やトラッキング情報を書き込むことができな
い。

【０００７】これに関連して、本出願人は先に、ナノオ
ーダの記録方式を採用した記録担体において、記録材料
層に、ＳＴＭを用いて本来の記録情報とアドレス情報と
を凹凸の形で記録した記録領域と、記録を行わない平坦
な無記録領域とを交互に配置したものを提案した（特願
平５−３１６１２４号）。この記録担体によれば、記録
材料層に本来の記録情報を記録する段階でアドレス情報
を書き込むことができるので、上記トラックを設けた記
録担体に比して、ある程度記録再生速度を速くすること
ができる。しかし、アドレス情報をナノオーダの記録方
式で記録しているため、ミクロンオーダの記録方式で記
録する場合に比して、依然として記録再生速度が遅いと
いう問題がある。現状では、ナノオーダの記録方式に比
して、ミクロンオーダの記録方式の方が記録再生速度が
明らかに速く、位置精度も高いレベルにあるからであ
る。

【０００８】そこで、この発明の別の目的は、ナノオー
ダの記録方式を採用した記録担体において、記録材料層
に本来の記録情報を記録する段階でアドレス情報を書き
込むことができ、しかも記録再生速度を向上させること
ができる記録担体を提供することにある。

【０００９】また、そのような記録担体に情報を記録
し、再生を行うのに適した記録再生装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の記録再生装置は、記録担体の基板に沿って
面状に広がる単一または互いに平行な複数の記録材料層
に、プローブによって情報を記録し、再生を行う記録再
生装置であって、上記記録担体が載置面に載置されるス
テージと、上記ステージの載置面と垂直な方向に延び、
支持部材によって、上記ステージに対して所定の高さ
に、かつ、軸周りに回転自在に支持された回転軸と、上
記記録材料層に直接または基板を介して間接に対向した
とき、上記記録材料層のうちの対向した個所に１μｍ乃
至１００μｍの範囲内のミクロンオーダの寸法を持つ第
１の記録単位を形成する一方、上記第１の記録単位が表
す情報を検出することができる第１のプローブと、上記
記録材料層に直接対向したとき、上記記録材料層のうち
の対向した個所に０．１ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内の
ナノオーダの寸法を持つ第２の記録単位を形成する一
方、上記第２の記録単位が表す情報を検出することがで
きる第２のプローブと、上記回転軸に一体に取り付けら
れ、蒸気第１のプローブおよび第２のプローブを上記ス
テージに対して垂直に、かつ上記回転軸の軸心から等距
離に保持するプローブ保持材と、上記ステージに対する
上記回転軸の載置面に沿った方向の相対位置を変化させ
ることができる横方向駆動手段と、上記第１のプローブ
および第２のプローブが検出した情報を受けて、この情
報に基づいて上記横方向駆動手段によって上記ステージ
に対する上記回転軸の載置面に沿った方向の相対位置を
変化させるとともに、上記回転軸駆動手段によって上記
回転軸を回転させる制御を行う制御手段を備えたことを
特徴としている。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【作用】本明細書で用いた記録担体では、記録材料層の
うちミクロンオーダの記録方式で第１の記録情報が記録
された領域の表面に、この第１の記録情報に重ねて、ナ
ノオーダの記録方式で第２の記録情報が記録されてい
る。したがって、記録材料層に単にナノオーダの記録方
式で第２の記録情報だけが記録されている場合に比し
て、単位面積当たりの記録密度が高まる。

【００１６】ここで、第１の記録情報は１μｍ乃至１０
０μｍの範囲内のミクロンオーダの寸法を持つ第１の記
録単位で記録される一方、第２の記録情報は０．１ｎｍ
乃至１００ｎｍの範囲内のナノオーダの寸法を持つ第２
の記録単位で記録されており、記録単位の寸法が１桁以
上異なっている。したがって、第１の記録情報と第２の
記録情報のうちの一方が、他方を打ち消したり、乱した
りすることはない。

【００１７】本明細書で用いた記録担体では、面状に広
がる平行な少なくとも２層の記録材料層を備え、一方の
記録材料層の所定の領域にナノオーダの記録方式で第１
の記録情報が記録されるとともに、他方の記録材料層
の、上記第１の記録情報が記録された領域と重なる領域
にナノオーダの記録方式で第２の記録情報が記録されて
いる。したがって、１層の記録材料層に単にナノオーダ
の記録方式で第２の記録情報だけが記録されている場合
に比して、単位面積当たりの記録密度が高まる。

【００１８】ここで、ミクロンオーダの第１の記録単位
で情報を記録するためには、磁気記録方式の他、光磁気
効果、光異性化、結晶−非結晶転移などの相変化、幾何
学的ピット（凹凸）形成などを利用する記録方式を採用
することができる。また、ナノオーダの第２の記録単位
で情報を記録するためには、例えば電界蒸発法による突
起形成、あるいは探針で吸着原子を移動し配列する方
式、機械的加工により凹凸を形成する方式等を採用する
ことができる。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を利用
した表面加工の手法として、探針の押圧による機械的切
削やチャージの付与などの手法を採用することができ
る。

【００１９】また、本明細書で用いた記録担体では、上
記第１の記録情報が上記第２の記録情報のアドレスを表
すアドレス情報を構成しているので、上記第２の記録情
報のアドレス情報の記録再生は、ミクロンオーダの記録
方式と同等レベルで高速に、かつ精度良く行われる。し
たがって、１層の記録材料層に単にナノオーダの記録方
式で第２の記録情報だけが記録されている場合や、２層
の記録材料層にアドレス情報と第２の記録情報がそれぞ
れナノオーダの記録方式で記録されている場合に比し
て、記録再生速度が向上する。

【００２０】また、ミクロンオーダの記録方式で記録さ
れた第１の記録情報は、記録担体の製造段階ではなく、
本来の記録情報を記録する段階で記録され得る。したが
って、第２の記録情報のアドレスを表すアドレス情報
を、本来の記録情報を記録する段階で記録材料層に書き
込むことが可能となる。

【００２１】本発明の記録再生装置では、記録または再
生の動作時に、制御手段が回転軸駆動手段を介して回転
軸を回転させて第１のプローブと第２のプローブとを入
れ替えて、入れ替え前の第１のプローブの位置と同じ位
置に第２のプローブの位置合わせを行うことができる。
したがって、第２のプローブの位置合わせが短時間で行
われる。したがって、従来に比して、記録再生速度が向
上する。

【００２２】また、別の記録再生装置では、支持部材の
一対のアーム部が第１および第２のプローブをそれぞれ
ステージに対向するようにかつ同軸に保持しているの
で、記録または再生の動作時に、制御手段が、その記録
再生制御系統を第１のプローブに対する制御系統から第
２のプローブに対する制御系統へを切り替えるだけでも
って、第２のプローブの位置合わせを行うことができ
る。したがって、請求項４の記録再生装置に比して、さ
らに記録再生速度が向上する。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の記録担体および記録再生装
置を実施例により詳細に説明する。

【００２４】図１(a)は、この発明の一実施例の記録担
体３１の断面構造を示している。

【００２５】この記録担体３１は、表面がナノオーダで
平坦に加工されたガラス基板９０の表面に、面状に広が
る厚さ約３００ｎｍの第１の記録材料層としてのＦｅ−
Ｔｂ−Ｃｏ−Ｃｒ膜８０を備えるとともに、この膜８０
の表面に、厚さ約１００ｎｍの第２の記録材料層として
のＡｌ膜７０を備えている。

【００２６】Ｆｅ−Ｔｂ−Ｃｏ−Ｃｒ膜８０の図示の領
域には、ミクロンオーダ（１μｍ〜１００μｍ）の寸法
を持つ第１の記録単位１３ａ，１３ｂ，…を面方向に並
べて設けて第１の記録情報が記録されている。この例で
は、第１の記録単位１３ａ，１３ｂは、光磁気ヘッドを
用いて形成された面方向に約５μｍの寸法を持つ磁区
（図中、隣接する磁区をハッチングの向きを変えて表し
ている）によって構成されている。

【００２７】また、Ａｌ膜７０の、上記第１の記録情報
が記録された領域と重なる領域に、ナノオーダ（０．１
ｎｍ〜１００ｎｍ）の寸法を持つ第２の記録単位１４，
１４，…を並べて設けて第２の記録情報が記録されてい
る。この例では、第２の記録単位１４は、走査プローブ
顕微鏡（ＳＴＭ）の探針を用いてパルス印加により形成
された約１００ｎｍの径を持つピット（図中、黒点で表
す）によって構成されている。

【００２８】上記第１および第２の記録情報は、それぞ
れ光磁気再生ヘッド、ＳＴＭ装置を用いて読み出すこと
ができる。

【００２９】この記録担体３１では、第１の記録情報と
第２の記録情報とが重ねて記録されているので、１層の
記録材料層７０に単にナノオーダの記録方式で第２の記
録情報だけが記録されている場合に比して、単位面積当
たりの記録密度を高めることができる。

【００３０】図１(b)は、この発明の別の実施例の記録
担体３２の断面構造を示している。

【００３１】この記録担体３２は、表面がナノオーダで
平坦に加工されたガラス基板９０の表面に、面状に広が
る厚さ約３００ｎｍの第１の記録材料層としてのＦｅ−
Ｔｂ−Ｃｏ−Ｃｒ膜８０を備えるとともに、この膜８０
の表面に、厚さ約１００ｎｍの第２の記録材料層として
のＡｌ膜７０を備えている。

【００３２】Ｆｅ−Ｔｂ−Ｃｏ−Ｃｒ膜８０の図示の領
域には、ミクロンオーダ（１μｍ〜１００μｍ）の寸法
を持つ第１の記録単位１５ａ，１５ｂ，…を面方向に並
べて設けて第１の記録情報が記録されている。この例で
は、上記第１の記録単位１５ａ，１５ｂは、膜８０の表
面に形成された面方向に約５μｍの寸法を持つ凹溝１５
ａと、その隙間をなす部分１５ｂとで構成されている。

【００３３】また、Ａｌ膜７０の、上記第１の記録情報
が記録された領域と重なる領域に、ナノオーダ（０．１
ｎｍ〜１００ｎｍ）の寸法を持つ第２の記録単位１４，
１４，…を並べて設けて第２の記録情報が記録されてい
る。この例では、第２の記録単位１４は、走査プローブ
顕微鏡（ＳＴＭ）の探針を用いてパルス印加により形成
された約１００ｎｍの径を持つピット（図中、黒点で表
す）である。

【００３４】上記第１および第２の記録情報は、それぞ
れ光磁気再生ヘッド、ＳＴＭ装置を用いて再生すること
ができる。

【００３５】この記録担体３１では、第１の記録情報と
第２の記録情報とが重ねて記録されているので、１層の
記録材料層７０に単にナノオーダの記録方式で第２の記
録情報だけが記録されている場合に比して、単位面積当
たりの記録密度を高めることができる。

【００３６】なお、図１(a)，(b)の記録担体３１，３２
において、基板９０の材料は、ポリエステル系の樹脂、
Ｓｉ単結晶などとしても良い。また、記録材料層７０，
８０は基板９０の両面に形成することができる。これに
より、単位面積当たりの記録密度をさらに高めることが
できる。

【００３７】また、第１の記録材料層８０は、各種エネ
ルギプローブを用いてレーザ光あるいは電子線照射、局
所的磁界の印加などエネルギー束を与えることにより、
ミクロンオーダで例えばピット、局所的非晶質領域、磁
区などの記録単位列を形成できるものであれば良い。

【００３８】また、第２の記録材料層７０は、表面をナ
ノオーダで平坦にすることができるものであれば、有
機、無機、導電体、半導体、絶縁体を問わず採用するこ
とができる。

【００３９】また、第２の記録材料層として第１の記録
材料層とは別の層を特に設けず、第１の記録材料層の表
面に第２の記録情報を記録するようにしても良い。

【００４０】図２は、別の実施例の記録担体３３の断面
構造を示している。

【００４１】この記録担体３３は、両面がナノオーダで
平坦に加工されたＳｉ単結晶基板９１と、この基板９１
の裏面側に形成された、面状に広がる第１の記録材料層
としての厚さ約４μｍのγ−Ｆｅ₂Ｏ₃膜又は厚さ約０．
３μｍのＣｏ−Ｎｉ膜８１を備えている。基板９１の表
面９１ａは、第２の記録材料層として用いられるように
なっている。

【００４２】γ−Ｆｅ₂Ｏ₃膜又はＣｏ−Ｎｉ膜８１の図
示の領域には、ミクロンオーダ（１μｍ〜１００μｍ）
の寸法を持つ第１の記録単位１３ａ，１３ｂ，…を面方
向に並べて設けて第１の記録情報が記録されている。こ
の例では、第１の記録単位１３ａ，１３ｂは、磁気ヘッ
ドを用いて形成された面方向に約５μｍの寸法を持つ磁
区（図２では、隣接する磁区をハッチングの向きを変え
て表している）によって構成されている。

【００４３】また、Ｓｉ単結晶基板９１の表面９１ａ
の、上記第１の記録情報が記録された領域と重なる領域
に、ナノオーダ（０．１ｎｍ〜１００ｎｍ）の寸法を持
つ第２の記録単位１４，１４，…を並べて設けて第２の
記録情報が記録されている。この例では、第２の記録単
位１４は、走査プローブ顕微鏡（ＳＴＭ）の探針を用い
てパルス印加により形成された約１００ｎｍの径を持つ
ピット（図中、黒点で表す）である。

【００４４】上記第１および第２の記録情報は、それぞ
れ磁気ヘッド、ＳＴＭ装置を用いて再生することができ
る。

【００４５】この記録担体３３では、第１の記録情報と
第２の記録情報とが重ねて記録されているので、図１
(a)，(b)に示したものと同様に、１層の記録材料層７０
に単にナノオーダの記録方式で第２の記録情報だけが記
録されている場合に比して、単位面積当たりの記録密度
を高めることができる。

【００４６】また、Ｓｉ単結晶基板９１は、ミクロンオ
ーダの記録、再生を行うためのエネルギー束（この例で
は磁束）を透過させるので、基板９１の表面９１ａ側か
ら第１の記録材料層８１に対してミクロンオーダの記
録、再生を行うことができる。

【００４７】このとき基板の材料は、ミクロンオーダの
記録、再生を行うためのエネルギー束を透過させるもの
であれば良く、エネルギ束の種類に応じてポリエステル
系の樹脂、ガラス、単結晶などを広く採用することがで
きる。同様に、第２の記録材料層は、ミクロンオーダの
記録、再生を行うためのエネルギー束を透過させ、かつ
表面をナノオーダで平坦にすることができるものであれ
ば、有機、無機、導電体、半導体、絶縁体を問わず採用
することができる。

【００４８】図３は、さらに別の実施例の記録担体３４
を示している。この記録担体３４は、両面に記録材料層
を設けた２枚の記録担体３３Ａ，３３Ｂを、背中合わせ
に接着剤２１で貼り合わせたものである。一方の基板９
２Ａの裏面側にミクロンオーダの記録、再生を行うため
の第１の記録材料層８２Ａ、基板９２Ａの表面側にナノ
オーダの記録、再生を行うための第２の記録材料層７２
Ａが設けられている。また、他方の基板９２Ｂの裏面側
にミクロンオーダの記録、再生を行うための第１の記録
材料層８２Ｂ、基板９２Ｂの表面側にナノオーダの記
録、再生を行うための第２の記録材料層７２Ｂが設けら
れている。

【００４９】この例では、基板９２Ａ，９２Ｂの材料は
サファイア、第１の記録材料層８２Ａ，８２Ｂの材料は
Ｆｅ−Ｔｂ−Ｃｏ−Ｃｒ膜（約３００ｎｍ厚）、第２の
記録材料層７２Ａ，７２ＢはＺｎＯ蒸着膜となってい
る。なお、２枚の記録担体３３Ａ，３３Ｂの対応する各
構成要素の材料は、互いに異なっていても良い。

【００５０】Ｆｅ−Ｔｂ−Ｃｏ−Ｃｒ膜８２Ａ，８２Ｂ
の図示の領域には、光磁気ヘッドからのレーザ光１９
Ａ，１９Ｂ（図中、２０Ａ，２０Ｂは光収束系を示して
いる）を面方向に走査することによって、ミクロンオー
ダ（１μｍ〜１００μｍ）の寸法を持つ第１の記録単位
１３ａ，１３ｂ，…が形成される。これにより、第１の
記録情報が記録される。この例では、第１の記録単位１
３ａ，１３ｂは、面方向に約５μｍの寸法を持つ磁区
（図中、隣接する磁区をハッチングの向きを変えて表し
ている）によって構成される。

【００５１】また、ＺｎＯ膜７２Ａ，７２Ｂの、上記第
１の記録情報が記録された領域と重なる領域に、走査プ
ローブ顕微鏡（ＳＴＭ）のプローブ６ａ，６ｂを用いて
パルス印加することによって、ナノオーダ（０．１ｎｍ
〜１００ｎｍ）の寸法を持つ第２の記録単位１４，１
４，…が形成される。これにより、第２の記録情報が記
録される。この例では、第２の記録単位１４は、約１０
０ｎｍの径を持つピット（図中、黒点で表す）によって
構成される。

【００５２】上記第１および第２の記録情報は、それぞ
れ光磁気ヘッド、ＳＴＭ装置を用いて再生することがで
きる。

【００５３】このように２枚の記録担体３３Ａ，３３Ｂ
を貼り合わせて１枚の記録担体３４とした場合、さらに
単位面積当たりの記録密度を高めることができる。

【００５４】このとき基板の材料は、ミクロンオーダの
記録、再生を行うためのエネルギー束を透過させるもの
であれば良く、エネルギ束の種類に応じてポリエステル
系の樹脂、ガラス、単結晶などを広く採用することがで
きる。同様に、第２の記録材料層は、ミクロンオーダの
記録、再生を行うためのエネルギー束を透過させ、かつ
表面をナノオーダで平坦にすることができるものであれ
ば、有機、無機、導電体、半導体、絶縁体を問わず採用
することができる。

【００５５】また、第１の記録材料層７２Ａ，７２Ｂ
は、各種エネルギプローブを用いてレーザ光あるいは電
子線照射、局所的磁界の印加などエネルギー束を与える
ことにより、ミクロンオーダで例えばピット、局所的非
晶質領域、磁区などの記録単位列を形成できるものであ
れば良い。

【００５６】なお、接着剤２１を挟んだ第１の記録材料
層７２Ａ，７２Ｂを共通の一つの層として構成しても良
い。

【００５７】さて、図１(a)，(b)，図２，図３に示した
各記録担体に記録を行う場合、ミクロンオーダの第１の
記録単位が表す第１の記録情報の全部または一部を、ナ
ノオーダの第２の記録単位が表す第２の記録情報のアド
レス情報を構成するものとする。このようにした場合、
上記第２の記録情報のアドレス情報の記録再生は、ミク
ロンオーダの記録方式と同等レベルで高速に、かつ精度
良く行うことができる。したがって、１層の記録材料層
に単にナノオーダの記録方式で第２の記録情報だけが記
録されている場合や、２層の記録材料層にアドレス情報
と第２の記録情報がそれぞれナノオーダの記録方式で記
録されている場合に比して、記録再生速度を向上させる
ことができる。

【００５８】特に、図１(a)，図２，図３の記録担体で
は、ミクロンオーダの記録方式で記録された第１の記録
情報は、記録担体の製造段階が完了した後、本来の記録
情報を記録する段階で記録することができる。したがっ
て、第２の記録情報のアドレスを表すアドレス情報を、
本来の記録情報を記録する段階で第１の記録材料層に書
き込むことができる。

【００５９】図４は、この発明の一実施例の記録再生装
置４０を示している。

【００６０】この記録再生装置４０は、記録担体を載置
するためのステージ９を備えている。この例では、ステ
ージ９には、図１(a)に示した記録担体３１が載置され
ている。また、この記録再生装置４０は、プローブ記録
信号発生器１と、ステージの上方と下方とに設けられた
プローブ位置検知器２および１１と、プローブ駆動シス
テム３と、サーボ回路４と、バイアス電源５と、第２の
プローブとしてのナノオーダ記録用プローブ６と、第１
のプローブとしてのミクロンオーダ記録用プローブ７
と、ステージ駆動システム１０と、制御手段としてのコ
ントロール部１２を備えている。

【００６１】上記コントロール部１２はこの記録再生装
置４０全体の制御を行うようになっている。

【００６２】ミクロンオーダ記録用プローブ７は、記録
担体の記録材料層に対向したとき、その対向した箇所に
１μｍ乃至１００μｍの範囲内のミクロンオーダの寸法
を持つ第１の記録単位を形成する一方、上記第１の記録
単位が表す情報を検出することができる。

【００６３】ナノオーダ記録用プローブ６は、記録担体
の記録材料層に対向したとき、その対向した箇所に０．
１ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内のナノオーダの寸法を持
つ第２の記録単位を形成する一方、上記第２の記録単位
が表す情報を検出することができる。

【００６４】プローブ駆動システム３は、回転軸３ａ
と、回転軸駆動手段としてのステッピングモータ３ｂ
と、プローブ保持部材としての水平アーム８ａ，８ｂを
含んでいる。回転軸３ａは、鉛直方向に延び、図示しな
い支持部材によって、ステージ９に対して所定の高さ
に、かつ軸周りに回転自在に支持されている。ステッピ
ングモータ３ｂは、ヘッド交換パルスを受けて、回転軸
３ａを１８０°ずつ回転させるようになっている。水平
アーム８ａ，８ｂは、上記回転軸３ａの下端に一体に取
り付けられ、互いに反対向きに延びている。そして、そ
の先端に、それぞれナノオーダ記録用プローブ６とミク
ロンオーダ記録用プローブ７を、ステージ９に対して垂
直に、かつ上記回転軸３ａの軸心から等距離に保持して
いる。このプローブ駆動システム３は、水平方向駆動手
段としてプローブ６および７を水平方向（ＸＹ方向）に
移動させることができるとともに、プローブ６および７
を鉛直方向（Ｚ方向）に移動させることができる。

【００６５】プローブ位置検知器２および１１は、動作
すべきプローブ６または７の位置を検出して、その位置
を表す信号をサーボ回路４およびコントロール部１２へ
出力する。サーボ回路４は、記録または再生の動作時
に、プローブ６または７の実際の位置と、コントロール
部１２が出力するプローブ６または７を制御すべき位置
との差がゼロとなるように、プローブ駆動システム３を
制御する。

【００６６】ステージ駆動手段１０は、記録担体を載置
した状態のステージ９を水平方向に移動させることがで
きる。

【００６７】以下、この記録再生装置４０による記録、
再生の処理を、図６，図７および図８に示す信号タイム
チャートを参照して説明する。

【００６８】この例では、図１(a)に示した記録担体３
１にミクロンオーダの第１の記録情報とナノオーダの第
２の記録情報を記録し、再生する。第１の記録情報は第
２の記録情報のアドレス情報を表すものとする。ただ
し、それぞれを独立した情報とする場合についても同様
の処理で記録、再生が可能である。

【００６９】予め、記録担体３１をステージ９に載置
し、ステージ駆動手段１０によってステージ９を移動さ
せて、記録担体３１をプローブ駆動システム３によるプ
ローブ駆動が可能な範囲に位置させる。

【００７０】（１）記録処理 まず、記録担体３１の第１の記録材料層８０にミクロ
ンオーダの第１の記録情報として、ナノオーダの第２の
記録情報のアドレスを表すアドレス情報を記録する。

【００７１】すなわち、プローブ駆動システム３によっ
てミクロンオーダ記録用プローブ７とを対向させた状態
で、図６(a)に示すように、コントロール部１２が第２
の記録情報のアドレスを表すアドレス信号を発生する。
なお、図６(b)，(c)，(d)に示すように、ヘッド交換パ
ルスや、第２の記録情報の内容を表す記録信号（Ｖ）
（Ｉ）は発生しない。上記アドレス信号がミクロンオー
ダ記録用プローブ７に送られ、そのアドレス信号に基づ
いて記録電圧（電流）に変換される。ミクロンオーダ記
録用プローブ７は、記録担体３１の第１の記録材料層８
０のうちの対向した箇所に、この例では光磁気効果を利
用して、第１の記録単位として５μｍの寸法を持つ磁区
１３ａ，１３ｂ，…を形成する。これにより、記録担体
３１の第１の記録材料層８０に第１の記録情報として上
記アドレス情報が記録される。

【００７２】次に、記録担体３１の第２の記録材料層
７０に、ナノオーダの第２の記録情報を記録する。

【００７３】詳しくは、まず図７(a)に示すように、上
記第１の記録材料層８０に記録されたアドレス情報がミ
クロンオーダ記録用プローブ７によって読み出され、そ
のアドレス情報がコントロール部１２に送られる。その
アドレス情報に応じて、コントロール部１２はアドレス
を指定するアドレス信号をプローブ駆動システム３に送
る。プローブ駆動システム３によって、このアドレス信
号が指定する位置にミクロンオーダ記録用プローブ７が
平行移動される。

【００７４】次に、図７(b)に示すように、コントロー
ル部１２がヘッド交換パルスを発生する。このヘッド交
換パルスを受けて、プローブ駆動システム３のステッピ
ングモータ３ｂが回転軸３ａを１８０°回転させて、ミ
クロンオーダ記録用プローブ７をナノオーダ記録用プロ
ーブ６と入れ替える。続いて、プローブ位置検出器２，
１１とサーボ回路４とが、この入れ替え前にミクロンオ
ーダ記録用プローブ７が存在した位置と同じ位置にナノ
オーダ記録用プローブ６を位置合わせする。これととも
に、コントロール部１２は、その記録再生制御系統をミ
クロンオーダ記録用プローブ７に対する制御系統からナ
ノオーダ記録用プローブ６に対する制御系統に切り替え
る。

【００７５】次に、プローブ記録信号発生器１が、記録
すべき第２の記録情報の内容を表す記録信号を発生す
る。この記録信号は、図７(c)に示すように、コントロ
ール部１２によって記録電圧（Ｖ）に変換され、バイア
ス電源５を介してナノオーダ記録用プローブ６に印加さ
れる。ナノオーダ記録用プローブ６は、記録担体３１の
第２の記録材料層７０のうちの対向した箇所に、この例
では第２の記録単位として径１００ｎｍのピットを形成
する。なお、記録電圧（Ｖ）に対応して流れる記録電流
（Ｉ）は図７(d)に示すようなものである。このように
して、第２の記録材料層７０に第２の記録情報が記録さ
れる。

【００７６】なお、１つのアドレス情報に対応して第２
の記録情報を記録する範囲は、ミクロンオーダの第１の
記録単位の寸法に依存する。

【００７７】１つのアドレス情報に対応する第２の記
録情報の記録が終了すると、図７(b)に示すように、コ
ントロール部１２がヘッド交換パルスを発生する。この
ヘッド交換パルスを受けて、プローブ駆動システム３の
ステッピングモータ３ｂが回転軸３ａを１８０°回転さ
せて、ナノオーダ記録用プローブ６をミクロンオーダ記
録用プローブ７と入れ替える。これとともに、コントロ
ール部１２は、その記録再生制御系統をナノオーダ記録
用プローブ６に対する制御系統からミクロンオーダ記録
用プローブ７に対する制御系統に切り替える。

【００７８】続いて、図７(a)に示すように、上記第１
の記録材料層８０に記録された次のアドレス情報がミク
ロンオーダ記録用プローブ７によって読み出され、その
アドレス情報がコントロール部１２に送られる。そのア
ドレス情報に応じて、上述のように、ミクロンオーダ記
録用プローブ７を位置合わせした後、その位置にナノオ
ーダ記録用プローブ６が位置合わせされる。そして、再
びナノオーダ記録用プローブ６によって第２の記録材料
層７０に第２の記録情報が記録される。この繰り返しに
より、一連の記録情報が記録される。

【００７９】（２）再生処理 まず、図８(a)に示すように、上記第１の記録材料層
８０に記録されたアドレス情報がミクロンオーダ記録用
プローブ７によって読み出され、そのアドレス情報がコ
ントロール部１２に送られる。そのアドレス情報に応じ
て、コントロール部１２はアドレスを指定するアドレス
信号をプローブ駆動システム３に送る。プローブ駆動シ
ステム３によって、このアドレス信号が指定する位置に
ミクロンオーダ記録用プローブ７が平行移動される。

【００８０】次に、図８(b)に示すように、コントロ
ール部１２がヘッド交換パルスを発生する。このヘッド
交換パルスを受けて、プローブ駆動システム３のステッ
ピングモータ３ｂが回転軸３ａを１８０°回転させて、
ミクロンオーダ記録用プローブ７をナノオーダ記録用プ
ローブ６と入れ替える。続いて、プローブ位置検出器
２，１１とサーボ回路４とが、この入れ替え前にミクロ
ンオーダ記録用プローブ７が存在した位置と同じ位置に
ナノオーダ記録用プローブ６を位置合わせする。これと
ともに、コントロール部１２は、その記録再生制御系統
をミクロンオーダ記録用プローブ７に対する制御系統か
らナノオーダ記録用プローブ６に対する制御系統に切り
替える。

【００８１】次に、図８(c)に示すように、コントロー
ル部１２が再生を行うための一定電圧（再生電圧）
（Ｖ）を発生し、この再生電圧はバイアス電源５を介し
てナノオーダ記録用プローブ６に印加される。ナノオー
ダ記録用プローブ６が記録担体３１の第２の記録材料層
７０に形成されたピットに対向したとき、図８(d)に示
すように、再生電圧（Ｖ）に対応してトンネル電流（再
生電流）（Ｉ）が流れる。この再生電流の変化として再
生が行われる。

【００８２】１つのアドレス情報に対応する第２の記
録情報の再生が終了すると、図８(b)に示すように、コ
ントロール部１２がヘッド交換パルスを発生する。この
ヘッド交換パルスを受けて、プローブ駆動システム３の
ステッピングモータ３ｂが回転軸３ａを１８０°回転さ
せて、ナノオーダ記録用プローブ６をミクロンオーダ記
録用プローブ７と入れ替える。これとともに、コントロ
ール部１２は、その記録再生制御系統をナノオーダ記録
用プローブ６に対する制御系統からナノオーダ記録用プ
ローブ６に対する制御系統に切り替える。

【００８３】続いて、図８(a)に示すように、上記第１
の記録材料層８０に記録された次のアドレス情報がミク
ロンオーダ記録用プローブ７によって読み出され、その
アドレス情報がコントロール部１２に送られる。そのア
ドレス情報に応じて、上述のように、ミクロンオーダ記
録用プローブ７を位置合わせした後、その位置にナノオ
ーダ記録用プローブ６が位置合わせされる。そして、再
び第２の記録材料層７０からナノオーダ記録用プローブ
６によって第２の記録情報が再生される。この繰り返し
により、一連の記録情報が再生される。

【００８４】このように、ミクロンオーダの第１の記録
情報の全部または一部を、ナノオーダの第２の記録情報
のアドレス情報とすることによって、上記第２の記録情
報のアドレス情報の記録再生を、ミクロンオーダ記録用
プローブ７の制御系統を用いて行うことができる。した
がって、ミクロンオーダの記録方式と同等レベルで高速
に、かつ精度良く行うことができる。したがって、１層
の記録材料層に単にナノオーダの記録方式で第２の記録
情報だけを記録する場合や、２層の記録材料層にアドレ
ス情報と第２の記録情報をそれぞれナノオーダの記録方
式で記録する場合に比して、記録再生速度を向上させる
ことができる。

【００８５】しかも、この記録再生装置４０は、記録ま
たは再生の動作時に、ヘッド交換パルスによってミクロ
ンオーダ記録用プローブ７とナノオーダ記録用プローブ
６とを入れ替えて、入れ替え前のミクロンオーダ記録用
プローブ７の位置と同じ位置にナノオーダ記録用プロー
ブ６の位置合わせを行うので、ナノオーダ記録用プロー
ブ６の位置合わせを短時間で行うことができる。したが
って、さらに記録再生速度を向上させることができる。

【００８６】図５は、この発明の別の実施例の記録再生
装置５０を示している。

【００８７】この記録再生装置５０は、記録担体を載置
するための、貫通穴１９を有するステージ９Ａを備えて
いる。また、この記録再生装置５０は、プローブ記録信
号発生器１と、ステージ９Ａの下方に設けられたプロー
ブ位置検知器１１と、プローブ駆動システム３Ａと、サ
ーボ回路４と、バイアス電源５と、第２のプローブとし
てのナノオーダ記録用プローブ６と、第１のプローブと
してのミクロンオーダ記録用プローブ７と、ステージ駆
動システム１０と、制御手段としてのコントロール部１
２を備えている。なお、図４と同一の構成要素には同一
の符号を付して説明を省略する。

【００８８】プローブ駆動システム３Ａは、軸部１６ｂ
および一対のアーム部１６ａ，１６ｃを有するコの字状
の支持部材１６を含んでいる。この支持部材１６の軸部
１６ｂはステージ９Ａの側方を鉛直方向に延び、アーム
部１６ａ，１６ｃはそれぞれこの軸部１６ｂの上端側、
下端側からそれぞれステージ９Ａの上方、下方へ延びて
いる。上側のアーム部１６ａは、その先端にナノオーダ
記録用プローブ６をステージ９Ａに対向するように下向
きに保持している。一方、下側のアーム部１６ｃは、そ
の先端にミクロンオーダ記録用プローブ７をステージ９
Ａに対向するように上向きかつ上記ナノオーダ記録用プ
ローブ６と同軸に保持している。このプローブ駆動シス
テム３は、水平方向駆動手段としてプローブ６および７
を水平方向（ＸＹ方向）に移動させることができるとと
もに、プローブ６および７を鉛直方向（Ｚ方向）に移動
させることができる。

【００８９】この記録再生装置５０の記録、再生の処理
を次に説明する。なお、図４の記録再生装置の処理と同
じ箇所は適宜省略して説明する。

【００９０】この例では、図２に示した記録担体３３に
ミクロンオーダの第１の記録情報とナノオーダの第２の
記録情報を記録し、再生する。第１の記録情報は第２の
記録情報のアドレス情報を表すものとする。ただし、そ
れぞれを独立した情報とする場合についても同様の処理
で記録、再生が可能である。

【００９１】予め、記録担体３３をステージ９Ａに載置
し、ステージ駆動手段１０によってステージ９を移動さ
せて、記録担体３３の裏面側の第１の記録材料層８１が
貫通穴１９を通してミクロンオーダ記録用プローブ７に
面する範囲に位置させる。

【００９２】（１）記録処理 まず、ミクロンオーダ記録用プローブ７によって記録
担体３３の裏面側の第１の記録材料層８１に第１の記録
情報を記録する。

【００９３】次に、ナノオーダ記録用プローブ６によ
って記録担体３３の基板表面９１ａに第２の記録情報を
記録する。

【００９４】すなわち、上記第１の記録材料層８１に記
録されたアドレス情報がミクロンオーダ記録用プローブ
７によって読み出され、プローブ駆動システム３によっ
て、このアドレス信号が指定する位置にミクロンオーダ
記録用プローブ７が平行移動される。次に、コントロー
ル部１２は、その記録再生制御系統をミクロンオーダ記
録用プローブ７に対する制御系統からナノオーダ記録用
プローブ６に対する制御系統に切り替える。次に、プロ
ーブ記録信号発生器１が、記録すべき第２の記録情報の
内容を表す記録信号を発生して、コントロール部１２と
バイアス電源５とを介して記録電圧（Ｖ）がナノオーダ
記録用プローブ６に印加される。これにより、記録担体
３３の基板表面９１ａに第２の記録情報が記録される。

【００９５】１つのアドレス情報に対応する第２の記
録情報の記録が終了すると、コントロール部１２は、そ
の記録再生制御系統をナノオーダ記録用プローブ６に対
する制御系統からミクロンオーダ記録用プローブ７に対
する制御系統に切り替える。

【００９６】続いて、上記第１の記録材料層８１に記録
された次のアドレス情報がミクロンオーダ記録用プロー
ブ７によって読み出され、上記の繰り返しにより、一
連の記録情報が記録される。

【００９７】（２）再生処理 まず、上記第１の記録材料層８１に記録されたアドレ
ス情報がミクロンオーダ記録用プローブ７によって読み
出され、プローブ駆動システム３によって、このアドレ
ス信号が指定する位置にミクロンオーダ記録用プローブ
７が平行移動される。

【００９８】次に、コントロール部１２は、その記録
再生制御系統をミクロンオーダ記録用プローブ７に対す
る制御系統からナノオーダ記録用プローブ６に対する制
御系統に切り替える。次に、コントロール部１２が再生
を行うための一定電圧（再生電圧）（Ｖ）を発生して、
ナノオーダ記録用プローブ６によって再生が行われる。

【００９９】１つのアドレス情報に対応する第２の記
録情報の再生が終了すると、コントロール部１２は、そ
の記録再生制御系統をナノオーダ記録用プローブ６に対
する制御系統からナノオーダ記録用プローブ６に対する
制御系統に切り替える。上記，の繰り返しにより、
一連の記録情報が再生される。

【０１００】このように、この記録再生装置５０は、支
持部材１６の一対のアーム部１６ａ，１６ｂがプローブ
６および７をそれぞれステージ９Ａに対向するようにか
つ同軸に保持しているので、記録または再生の動作時
に、コントロール部１２が、その記録再生制御系統をミ
クロンオーダ記録用プローブ７に対する制御系統からナ
ノオーダ記録用プローブ６に対する制御系統へを切り替
えるだけでもって、ナノオーダ記録用プローブ６の位置
合わせを行うことができる。したがって、図４に示した
記録再生装置４０に比して、さらに記録再生速度を向上
させることができる。

【０１０１】なお、ミクロンオーダ記録用プローブ７と
しては、磁気記録方式の他、光磁気効果、光異性化、結
晶−非結晶転移などの相変化、幾何学的ピット（凹凸）
形成などを利用する記録方式のものを採用することがで
きる。また、ナノオーダ記録用プローブ６としては、例
えば電界蒸発法による突起形成、あるいは探針で吸着原
子を移動し配列する方式、機械的加工により凹凸を形成
する方式等のものを採用することができる。また、原子
間力顕微鏡（ＡＦＭ）を利用した表面加工の方式であっ
て、探針の押圧による機械的切削やチャージの付与など
を行うものを採用することができる。

【０１０２】また、上記各記録再生装置４０，５０の動
作説明では、それぞれ記録担体３１，３３に記録し、再
生を行うものとしたがこれに限られるものではない。記
録、再生の対象となる記録担体として図１〜図３に示し
たものの外、この発明の範囲に含まれる様々な種類の記
録担体を記録、再生の対象とすることができる。

【０１０３】

【発明の効果】以上より明らかなように、本発明の記録
再生装置では、記録または再生の動作時に、制御手段が
回転軸駆動手段を介して回転軸を回転させて第１のプロ
ーブと第２のプローブとを入れ替えて、入れ替え前の第
１のプローブの位置と同じ位置に第２のプローブの位置
合わせを行うことができる。したがって、第２のプロー
ブの位置合わせを短時間で行うことができ、従来に比し
て、記録再生速度を向上させることができる。

【０１０４】

【０１０５】

【０１０６】

【０１０７】

【０１０８】

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例の記録担体を示す図であ
る。

【図２】 この発明の別の実施例の記録担体を示す図で
ある。

【図３】 この発明のさらに別の実施例の記録担体に情
報を記録する様子を示す図である。

【図４】 この発明の一実施例の記録再生装置の構成を
示す図である。

【図５】 この発明の別の実施例の記録再生装置の構成
を示す図である。

【図６】 第１の記録情報として第２の記録情報のアド
レスを表すアドレス情報を記録するときの信号波形を示
す図である。

【図７】 上記アドレス情報に基づいて第２の記録情報
を記録するときの信号波形を示す図である。

【図８】 上記アドレス情報に基づいて第２の記録情報
を再生するときの信号波形を示す図である。

【符号の説明】

３ プローブ駆動システム ３ａ 回転軸 ６，６ａ，６ｂ ナノオーダ記録用プローブ ７ ミクロンオーダ記録用プローブ ８ａ，８ｂ アーム部 ９，９Ａ ステージ １３ａ，１３ｂ 磁区 １５ａ 凹溝 １４ ピット １６ 支持部材 ３１，３２，３２，３４ 記録担体 ７０，７２Ａ，７２Ｂ 第２の記録材料層 ８０，８１，８２Ａ，８２Ｂ 第１の記録材料層

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−50332（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−271036（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−189650（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−272279（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−139647（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−98885（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 13/08 G11B 9/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録担体の基板に沿って面状に広がる単
   一または互いに平行な複数の記録材料層に、プローブに
   よって情報を記録し、再生を行う記録再生装置であっ
   て、 上記記録担体が載置面に載置されるステージと、 上記ステージの載置面と垂直な方向に延び、支持部材に
   よって、上記ステージに対して所定の高さに、かつ軸周
   りに回転自在に支持された回転軸と、 上記記録材料層に直接または基板を介して間接に対向し
   たとき、上記記録材料層のうちの対向した箇所に１μｍ
   乃至１００μｍの範囲内のミクロンオーダの寸法を持つ
   第1記録単位を形成する一方、上記第1の記録単位が表す
   情報を検出することができる第1のプローブと、 上記記録材料層に直接対向したとき、上記記録材料層の
   うちの対向した箇所に０．１ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲
   内のナノオーダの寸法を持つ第2の記録単位を形成する
   一方、上記第2の記録単位が表す情報を検出することが
   できる第2のプローブと、 上記回転軸に一体に取り付けられ、上記第1のプローブ
   および第2のプローブを上記ステージに対して垂直に、
   かつ上記回転軸の軸心から等距離に保持するプローブ保
   持部材と、上記回転軸を回転させることができる回転軸駆動手段
   と、 上記ステージに対する上記回転軸の載置面に沿った方向
   の相対位置を変化させることができる横方向駆動手段
   と、 上記第1のプローブおよび第2のプローブが検出した情報
   を受けて、この情報に基づいて上記横方向駆動手段によ
   って上記ステージに対する上記回転軸の載置面に沿った
   方向の相対位置を変化させるとともに、上記回転軸駆動
   手段によって上記回転軸を回転させる制御を行う制御手
   段を備えたことを特徴とする記録再生装置。