JP4079397B2 - 記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法 - Google Patents
記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法に関し、例えばＳＴＭの原理を用いて高密度・大容量メモリ装置を構成する際のトラッキング機構及びトラッキング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、導体の電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭと略す）が開発され［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］、単結晶、多結晶を問わず実空間像の高い分解能の測定ができるようになった。
以来、先端の尖ったプローブを走査することにより様々な情報を得る走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）や、さらに基板に電気的、化学的あるいは物理的作用を及ぼす事を目的としたＳＰＭを応用した微細加工技術の研究開発が行われている。さらに、このようなＳＰＭ技術はメモリ技術にも応用されつつある。例えば、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報等には、記録層として電圧電流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電子径有機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録・再生をＳＰＭで行う方法が開示されている。この方法を用いて記録のビットサイズを直径１０［ｎｍ］とすれば、１０12ｂｉｔ／ｃｍ2の記録密度を持つ情報処理装置が実現できる。
【０００３】
さて、一般に媒体上に記録された情報を読み出す場合には、媒体上の情報列に沿って情報読み出し用のプローブを相対移動させる必要がある。
まず、情報列の位置を検出する方法として媒体上に物理的なトラックを形成し、そのトラックにプローブを沿わせる方法が知られている。
特開平１−１０７３４１号公報には記録媒体表面にトラックとしてＶ字型の溝を形成し、プローブ電極が常にこの溝の中央に位置するように制御する方法が開示されている。
また特開平１−１３３２３９号公報には記録媒体の下にトラックを導電体層で形成して、トラックにトラッキング信号を印加し、プローブから検出されるトラッキング信号に基づいてフィードバック制御を行う方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−１０７３４１号公報や特開平１−１３３２３９号公報に開示されているような媒体上に物理トラックを作成する方法は、物理トラックを設ける工程が必要になる。したがって、記録媒体の作成工程が複雑になることや、物理的な加工を行うために、記録媒体や、その基板の材質に対する制限が問題となる。
【０００５】
そこで、本発明は上記した従来のものにおける課題を解決し、記録媒体に物理的な加工を行うことなく、記録再生と共通の原理を用いて、ビット列を利用して高精度な制御が可能なトラッキングを行い、エラーがなく安定した情報の記録及び再生のできる記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法を、つぎのように構成したことを目的としている。
すなわち、本発明のトラッキング機構は、記録媒体に対しプローブを相対走査してトラッキングを行いながら前記記録媒体上に情報を記録し、前記記録媒体上に記録された情報を再生する記録再生装置のトラッキング機構であって、
前記記録媒体上を走査して該記録媒体上にトラッキングビット列を記録すると共に、該トラッキングビット列を再生するように走査する際に用いられる、一体成形された２本１組のトラッキングプローブと、
前記２本１組のトラッキングプローブの前記記録媒体の表面と平行な面内における角度を変化させることで、該２本１組のトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させる角度制御手段と、
前記記録媒体上に形成された該トラッキングプローブに対応する２本１組のトラッキングビット列を再生するように走査する手段と、
前記走査による再生出力に応じて制御信号出力手段から制御信号を出力し、該制御信号に基づいて前記記録媒体とプローブとの相対位置を制御する制御信号出力手段と、
を有することを特徴としている。
また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号出力手段が、前記２本のトラッキングプローブからの出力を比較し、比較結果に応じた符合と絶対値を持つ信号を出力する比較演算手段であることを特徴としている。
また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号出力手段が、前記２本１組のトラッキングプローブからの再生出力を保持するホールド手段と、該再生出力がしきい値を超えた時に該ホールド手段をリセットするしきい値検出手段と、を有することを特徴としている。
また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号出力手段が、前記２本１組のトラッキングプローブからの再生出力を２値化する２値化回路を有することを特徴としている。
また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号出力手段が、過去の信号の履歴を積分する積分手段と、該積分手段からの信号を増幅して制御信号として出力する増幅手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明のトラッキング方法は、記録媒体上を記録再生プローブで相対走査して該記録媒体上に情報を記録再生する記録再生装置のトラッキング方法であって、
一体成形された２本１組のトラッキングプローブで該記録媒体上を走査して該記録媒体上にトラッキングビット列を記録し、
該２本１組のトラッキングプローブの該記録媒体の表面と平行な面内における角度を変化させることで該２本１組のトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させ、
該２本１組のトラッキングプローブにより記録されたトラッキングビット列を再生するように、該２本１組のトラッキングプローブで該記録媒体上を走査し、
該トラッキングビット列の再生出力に応じて制御信号を出力し、該制御信号に基づいて該記録媒体と前記プローブとの相対位置を制御しながら、該記録再生プローブで該記録媒体上を走査し情報を記録再生することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記した構成により、記録媒体に形成されたビット列を利用して、前記記録媒体とプローブとの相対位置を高精度に制御しながらトラッキングを行うことができるため、従来のように記録媒体に物理トラックを作成するための物理的な加工を行う必要がなく、エラーの少ない安定した情報の記録及び再生が可能となる。
すなわち、本発明においては、トラッキングビット列を、例えば、２本１組のトラッキングプローブで生成し、この２本１組のトラッキングプローブを一体として記録媒体表面と平行な面内において角度を変化させることでトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させ、この状態でトラッキングビット列の再生動作を行い、トラッキングプローブによるトラッキングビット列の再生信号を比較することにより、データの記録再生と同じ方法によって高精度で、高速で安定したトラッキングが可能となる。
また、直前のトラッキングビットの再生信号をホールドすることにより、トラッキングビット列間のビット再生タイミングのずれへの対応や、トラッキングビット列を用いたアドレス情報やその他のデータの記録再生が可能となる。
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
まず、間隔ｄで並んだ２本のトラッキングプローブ１０１、１０２を用いて、トラッキングのために２列のトラッキングビット列を形成する。この後、図１に示すように２本のトラッキングプローブとトラッキングビット列の相対角度をθ変化させる。これによって、先に形成したトラッキングビット列の間隔に対する、トラッキングプローブの見かけの間隔が変化する。図１は、見かけのプローブ間隔をΔｄだけ狭くした場合の例である。もちろん、見かけのプローブ間隔をΔｄだけ広くしてもかまわない。
ここで、２本のトラッキングプローブで、記録媒体上をトラッキングビット列に対して平行な方向（矢印の方向）にバイアス電圧を印加した状態で走査すると、プローブがトラッキングビット１０３上を通過する際にプローブと記録媒体との間に電流が流れる。ここで図２に示す比較回路２０４を用いて２本のプローブによるトラッキングビット１０３の再生出力の比較を行う。
【００１０】
図３に示すように、トラッキングプローブが目標通りの位置にある場合には、比較回路２０４からのエラー信号は出力されない。しかし、図４、図５に示すようにトラッキングビット列に対して垂直方向に誤差が生じた場合、誤差の向きに応じた極性と誤差量に応じた絶対値を持つエラー信号が比較回路２０４から出力される。これを用いてｘｙ駆動ステージ６０８を制御する。
さらに、トラッキングビット列にアドレス情報やその他のデータを記録することも可能である。
また、間隔制御のための角度変化によって、２本のトラッキングプローブの間で記録再生走査方向の位置が大きくずれた場合、あるいは、２本のトラッキングプローブで別々のデータをトラッキングビット列として記録した場合は、一方のプローブのみがトラッキングビット１０３を再生する場合がある。このような場合には、直前のトラッキングビット１０３の再生信号を保持し、次のトラッキングビットが出現するまでの間、これを用いてトラッキングを行う機構を用いることで対処できる。
【００１１】
本発明を適用する記録再生装置は前記記録再生装置に限られるものではない。磁気記録再生装置、光磁気記録再生装置、近接場光記録再生装置等、他の記録再生装置にも適用可能であるが、以下に、図６を用いて、本発明を記録再生装置に適用した例の概要を説明する。
導電性を有する基板６０１上の記録層６０２からなる記録媒体６０３に対し、先端に設けられている探針６０４が接触するように、複数のプローブ６０５が配置されている。各プローブ６０５において、探針６０４は、たわむ様に弾性変形を生じる弾性体６０６により支持されている。
ここで、弾性体６０６の弾性変形の弾性定数が約０．１［Ｎ／ｍ］、弾性変形量が約１［μｍ］であるとすると、記録媒体に対する探針の接触力は約１０-7［Ｎ］程度となる。
【００１２】
制御コンピュータ６１４により制御された位置制御回路６１３からの位置制御信号を受け、記録媒体６０３に取り付けられたｘｙ駆動ステージ６０８が駆動され、プローブ６０５と記録媒体６０３とは記録媒体６０３に平行な面内において相対的に２次元方向に移動する。記録媒体６０３に対し、プローブの６０５のｘｙ方向位置を調節し、探針６０４先端が記録媒体６０３上の所望の位置になるようプローブ６０５が位置合わせされる。
上記の記録再生装置において記録媒体６０３に対しプローブ６０５を走査する際、プローブ６０５上の探針６０４先端は記録媒体６０３に対し、常に接触した状態を保つ。
【００１３】
このような接触走査方式は、探針６０４先端を記録媒体６０３に対し接触させたまま走査する場合に、記録媒体６０３の表面に凹凸があっても、弾性体６０６の弾性変形によりこれを吸収するため、探針６０４先端と記録媒体６０３表面の接触力はほぼ一定に保たれ、探針６０４先端や記録媒体６０３表面が破壊することを避けられる。この方式は個々のプローブをｚ方向に位置合わせするピエゾ素子等の手段が不必要であるため、構成が複雑にならず、特に複数のプローブを有する装置に適している。
【００１４】
また、記録媒体６０３に対する個々のプローブ６０５のｚ方向位置のフィードバック制御が不必要であるため、記録媒体６０３に対するプローブ６０５の高速走査が可能となる。
制御コンピュータ６１４により制御された角度制御回路６１５からの角度制御信号を受け、プローブ６０５に取り付けられたθ駆動ステージ６０７が駆動され、プローブ６０５と記録媒体６０３とのなす角度は、記録媒体６０３の表面と平行な面内において相対的に変化する。
制御コンピュータ６１４により制御された記録制御回路６１１から発生された記録信号が、記録系に切り替えられた切り替えスイッチ６０９を通し、各探針６０４から記録媒体６０３に印加される。このようにして、記録層６０２の探針６０４先端が接触する部分に局所的に記録が行われる。
【００１５】
上述の装置における記録層６０２としては、電圧印加により流れる電流値が変化するような材料を用いる。
具体例としては、第１に、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されているようなポリイミドやＳＯＡＺ（ビス−ｎ−オクチルスクアリリウムアズレン）等電気メモリー効果を有するＬＢ膜（＝Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔｅ法により作成された有機単分子の膜の累積膜）が挙げられる。この材料は、探針−ＬＢ膜−基板間にしきい値以上の電圧（５〜１０［Ｖ］程度）を印加すると間のＬＢ膜の導電性が変化（ＯＦＦ状態→ＯＮ状態）し、再生用のバイアス電圧（０．０１〜２［Ｖ］程度）を印加した際に流れる電流が増大するものである。
第２の具体例として、ＧｅＴｅ，ＧａＳｂ，ＳｎＴｅ等の非晶質薄膜材料が挙げられる。この材料は、探針−非晶質薄膜材料−基板間に電圧を印加し、流れる電流により発生する熱で非晶質→晶質への相転移を起こさせるものである。これにより材料の導電性が変化し、再生用のバイアス電圧を印加した際に流れる電流が増大するものである。
第３の具体例として、ＺｎやＷ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の酸化性金属・半導体材料が挙げられる。この材料は、探針−酸化性金属・半導体材料間に電圧を印加すると、流れる電流により、材料表面に吸着している水や大気中の酸素と反応し、表面に酸化膜が形成される。このため材料表面の接触抵抗が変化し、バイアス電圧を印加した際に流れる電流が減少する。
【００１６】
さて、上述のように記録が行われたビットの再生は次のように行う。スイッチ６０９により、各プローブ６０５からの信号配線を再生系に切り替えた後、バイアス電圧印加手段６１０により、探針６０４と基板６０１との間にバイアス電圧を印加し、両者の間に流れる電流を再生制御回路６１２において検出する。記録媒体６０３上の記録ビットの部分は記録がなされていない部分に比べ電流が多く（または、少なく）流れるため、再生制御回路６１２において、この電流の違いを検出し、再生信号とし、制御コンピュータ６１４に出力する。
【００１７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
以下、図面を参照しながら、前記構成の記録再生装置に対し、本発明のトラッキング機構を適用した実施例１について詳細な説明を行う。
まず、上記装置に対して、図７に示すような、１００［μｍ］間隔で一体成形された６４本のプローブからなるプローブアレイ７６５を取り付けた。これら６４本のプローブのうち、３２、３３番目の記録再生プローブ７３２、７３３をそれぞれトラッキングプローブ１０１、１０２として使用し、残りの６２本を記録再生プローブとして使用する。この状態で、トラッキングプローブ１０２の探針先端からトラッキングプローブ１０１の探針先端を見る向きをｙの正方向とし、記録媒体６０３の表面に垂直にプローブアレイ７６５から記録媒体６０３を見て、反時計周りをθの正の回転方向とし、ｙの正方向をθの負方向にπ／２［ｒａｄ］回転した向きをｘの正方向とする。
【００１８】
次に、プローブアレイ７６５で、長さ１１０［μｍ］にわたり、線速度０．１［ｍｍ／ｓ］で図１中ｘの正方向に、直線状に走査を行った。走査中、トラッキングプローブ１０２の第１の電圧パルス印加位置をトラッキングプローブ１０１の第１の電圧パルス印加位置に対して、走査方向に９００［ｎｍ］ずらして、走査方向について５０［ｎｍ］間隔で、２本のプローブそれぞれにつき、基板６０１との間に２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたトラッキングビットの直径は約１０［ｎｍ］であった。
次に、プローブアレイ７６５を図１中ｘの負方向に１１０［μｍ］、図１中ｙの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に、トラッキングビットの生成動作を行った。これを繰り返して各トラッキングプローブについて、図１中ｙ方向に１００［ｎｍ］間隔で１０列のトラッキングビット列を生成した。
【００１９】
次に、プローブアレイ７６５を元の位置に戻し、プローブアレイ７６５を記録媒体６０３に対して、記録媒体６０３の表面と平行な平面内において、トラッキングプローブ１０１の探針先端を中心として、θの正方向に０．００９［ｒａｄ］回転させた。これにより、２本のトラッキングプローブの図１中ｙ方向の間隔は４［ｎｍ］小さくなり、トラッキングプローブ１０２の探針先端は、トラッキングプローブ１０１の探針先端に対して、図１中ｘの正方向に、９００［ｎｍ］ずれた事になり、走査中、２本のプローブは同時にトラッキングビット１０３上を通過する事になる。
次に、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いてトラッキングを行いながら、残りの６２本の記録再生プローブを用いて、データビット列の記録動作を行った。
【００２０】
ここで、図２を用いて本実施例で用いたトラッキング機構について説明する。２本のトラッキングプローブから出力されたトラッキングビット再生時の電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電圧信号に変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ増幅された後、ローパスフィルタ２０３を通って、比較回路２０４へ入力される。比較回路２０４は入力された信号を比較し、その差分に応じた極性、絶対値を持つ電圧信号を出力する。この電圧信号はＰＩＤフィルタ２０５を通り、積分回路２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅回路２０７で増幅された後、位置制御信号と足し合わされて、図６におけるｘｙ駆動ステージ６０８を制御する。
トラッキングプローブ１０１、１０２と基板６０１との間に１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら長さ１００［μｍ］にわたって、図１中のｘの正方向に走査を行った。走査中、残りの記録再生プローブを用いて、基板６０１との間に、あらかじめ用意したデータ列に合わせて、各プローブ最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたデータビットの直径は約１０［ｎｍ］、ビット間隔は約５０［ｎｍ］であった。次に、プローブアレイ７６５を図１中ｘの負方向に１００［μｍ］、図１中ｙの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に走査を行い、記録動作を行った。この動作を繰り返し、各記録再生プローブについて１０列のデータビット列を生成した。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタした結果、再生エラーは認められなかった。
【００２１】
次に、トラッキングを行いながらデータビットの再生動作を行った。プローブアレイ７６５を元の位置に戻してから、プローブアレイ７６５の全プローブに１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、トラッキングプローブ１０１、１０２で上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら走査を行った。走査中、全記録再生プローブからの再生信号をモニタした。全データビットについて５０回の再生動作を行った結果、再生エラーは認められなかった。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタした結果、再生エラーは認められなかった。
【００２２】
［実施例２］
以下、図面を参照しながら、前記構成の記録再生装置に対し、本発明のトラッキング機構を適用した実施例２について詳細な説明を行う。
まず、上記装置に対して、図７に示すような、１００［μｍ］間隔で一体成形された６４本のプローブからなるプローブアレイ７６５を取り付けた。これら６４本のプローブのうち、３２、３３番目の記録再生プローブ７３２、７３３をそれぞれトラッキングプローブ１０１、１０２として使用し、残りの６２本を記録再生プローブとして使用する。この状態で、記録媒体６０３の表面に垂直にプローブアレイ７６５から記録媒体６０３を見て、反時計周りをθの正の回転方向とし、トラッキングプローブ１０２の探針先端からトラッキングプローブ１０１の探針先端を見る向きをθの負方向にπ／６［ｒａｄ］回転した向きをｙの正方向とし、ｙの正方向をθの負方向にπ／２［ｒａｄ］回転した向きをｘの正方向とする。
【００２３】
次に、プローブアレイ７６５を記録媒体６０３に対して、記録媒体６０３の表面と平行な平面内において、トラッキングプローブ１０１の探針先端を中心として、θの正方向に０．０００１［ｒａｄ］回転させてから、プローブアレイ７６５で、長さ１００［μｍ］にわたり、線速度０．１［ｍｍ／ｓ］で図８中ｘの正方向に、直線状に走査を行った。走査中、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いて、走査方向について５０［ｎｍ］間隔で、あらかじめ用意した２種類のデータにあわせて、２本のプローブそれぞれにつき、基板６０１との間に最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたトラッキングビットの直径は約１０［ｎｍ］であった。
【００２４】
次に、プローブアレイ７６５を図８中ｘの負方向に１００［μｍ］、図８中ｙの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に、トラッキングビットの生成動作を行った。これを繰り返して各トラッキングプローブについて、１００［ｎｍ］間隔で１０列のトラッキングビット列を生成した。
次に、プローブアレイ７６５を元の位置と角度に戻した。これにより、２本のトラッキングプローブの図８中ｙ方向の間隔は５［ｎｍ］大きくなり、ｘ方向の間隔は８．６［ｎｍ］小さくなったことになる。
次に、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いてトラッキングを行いながら、残りの６２本の記録再生プローブを用いて、データビット列の記録動作を行った。
【００２５】
ここで、図９を用いて本実施例で用いたトラッキング機構について説明する。２本のトラッキングプローブから出力されたトラッキングビット再生時の電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電圧信号に変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ増幅され、ローパスフィルタ２０３を通った後、しきい値回路９０１とピークホールド回路（Ｐ／Ｈ回路）９０２へ入力される。しきい値回路９０１は、信号電圧があらかじめ定められた電圧値を超えたときにピークホールド回路（Ｐ／Ｈ回路）９０２に対してリセット信号を出力する。ピークホールド回路（Ｐ／Ｈ回路）９０２は入力された電圧の最大値を比較回路２０４へ出力する。本実施例においては、２本のトラッキングプローブからの信号の入力タイミングがずれる、あるいは、トラッキングビットに抜けがあるような場合、常に直前の再生信号の最大値がホールドされているため、これをトラッキングに用いる。比較回路２０４は、入力された信号を比較し、その差分に応じた極性と絶対値を持つ電圧信号を出力する。これにより、２つのピークホールド回路が最後にホールドした信号の差分を持つ電圧信号が得られる。この電圧信号はＰＩＤフィルタ２０５を通り、積分回路２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅回路２０７で増幅された後、位置制御信号と足し合わされて、図６におけるｘｙ駆動ステージ６０８を制御する。
【００２６】
トラッキングプローブ１０１、１０２と基板６０１との間に１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら長さ１００［μｍ］にわたって、図８中ｘの正方向に走査を行った。走査中、残りの記録再生プローブを用いて、基板６０１との間に、あらかじめ用意したデータ列に合わせて、各プローブ最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたデータビットの直径は約１０［ｎｍ］、ビット間隔は約５０［ｎｍ］であった。次に、プローブアレイ７６５を図８中ｘの負方向に１００［μｍ］、図８中ｙの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に走査を行い、記録動作を行った。この動作を繰り返し、各記録再生プローブについて１０列のデータビット列を生成した。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタした結果、再生エラーは認められなかった。
【００２７】
次に、トラッキングを行いながらデータビットの再生動作を行った。プローブアレイ７６５を元の位置に戻してから、プローブアレイ７６５の全プローブに１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、トラッキングプローブ１０１、１０２で上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら走査を行った。走査中、全記録再生プローブからの再生信号をモニタした。全データビットについて５０回の再生動作を行った結果、再生エラーは認められなかった。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタした結果、再生エラーは認められなかった。
さらに、トラッキングビット列生成時に用いるデータとして、アドレス情報を示すデータを用いたところ同様の結果を得た。また、この場合、記録再生動作時に、トラッキングプローブ１０１、１０２からの再生信号をモニタしたところ、各時点でのアドレス情報を得る事ができた。
【００２８】
［実施例３］
以下、図面を参照しながら、前記構成の記録再生装置に対し、本発明のトラッキング機構を適用した実施例３について詳細な説明を行う。
まず、上記装置に対して、図７に示すような、１００［μｍ］間隔で一体成形された６４本のプローブからなるプローブアレイ７６５を取り付けた。これら６４本のプローブのうち、３２、３３番目の記録再生プローブ７３２、７３３をそれぞれトラッキングプローブ１０１、１０２として使用し、残りの６２本を記録再生プローブとして使用する。この状態で、トラッキングプローブ１０２の探針先端からトラッキングプローブ１０１の探針先端を見る向きをｙの正方向とし、記録媒体６０３の表面に垂直にプローブアレイ７６５から記録媒体６０３を見て、反時計周りをθの正の回転方向とし、ｙの正方向をθの負方向にπ／２［ｒａｄ］回転した向きをｘの正方向とする。
【００２９】
次に、プローブアレイ７６５で、長さ８０［μｍ］にわたり、線速度０．１［ｍｍ／ｓ］で図１０中ｙの正方向に、直線状に走査を行った。走査中、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いて、走査方向について４０［ｎｍ］間隔で、あらかじめ用意したアドレス情報を示す同じデータにあわせて、２本のトラッキングプローブに同時に、基板６０１との間に最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたトラッキングビットの直径は約１０［ｎｍ］であった。
次に、プローブアレイ７６５を図１０中ｙの負方向に８０［μｍ］、図１０中ｘの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に、トラッキングビットの生成動作を行った。これを繰り返して各トラッキングプローブについて、１００［ｎｍ］間隔で１０列のトラッキングビット列を生成した。
【００３０】
次に、プローブアレイ７６５を元の位置に戻し、プローブアレイ７６５を記録媒体６０３に対して、記録媒体６０３と平行な平面内において、トラッキングプローブ１０１の探針先端を中心として、θの正方向に０．００００５［ｒａｄ］回転させた。これにより、２本のトラッキングプローブの図１０中ｘ方向の間隔は５［ｎｍ］大きくなり、図１０中ｙ方向の間隔は０．０００１２５［ｎｍ］大きくなった事になる。ｙ方向の間隔の変化はトラッキングビット１０３の直径１０［ｎｍ］に対して十分に小さいため、無視できる。
次に、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いてトラッキングを行いながら、残りの６２本の記録再生プローブを用いて、データビット列の記録動作を行った。
【００３１】
ここで、図１１を用いて本実施例で用いたトラッキング機構について説明する。２本のトラッキングプローブから出力されたトラッキングビット再生時の電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電圧信号に変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ増幅された後、ローパスフィルタ２０３を通って、２値化回路１１０１で２値化を行った後、比較回路２０４へ入力される。比較回路２０４は入力された信号を比較し、その差分に応じた極性を持つ定電圧信号を出力する。これにより、２つの信号の長さの差分だけの長さを持った定電圧パルスが得られる事になる。この電圧信号はＰＩＤフィルタ２０５を通り、積分回路２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅回路２０７で増幅された後、位置制御信号と足し合わされて、図６におけるｘｙ駆動ステージ６０８を制御する。
【００３２】
トラッキングプローブ１０１、１０２と基板６０１との間に１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら長さ８０［μｍ］にわたって、図１０中ｙの正方向に走査を行った。走査中、残りの記録再生プローブを用いて、基板６０１との間に、あらかじめ用意したデータ列に合わせて、各プローブ最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたデータビットの直径は約１０［ｎｍ］、ビット間隔は約４０［ｎｍ］であった。次に、プローブアレイ７６５を図１０中ｙの負方向に８０［μｍ］、ｘの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に走査を行い、記録動作を行った。この動作を繰り返し、各記録再生プローブについて１０列のデータビット列を生成した。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタし、アドレス情報を得た。
【００３３】
次に、トラッキングを行いながらデータビットの再生動作を行った。プローブアレイ７６５を元の位置に戻してから、プローブアレイ７６５の全プローブに１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、トラッキングプローブ１０１、１０２で上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら走査を行った。走査中、全記録再生プローブからの再生信号をモニタし、アドレス情報を得た。全データビットについて５０回の再生動作を行った結果、再生エラーは認められなかった。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一体成形された２本１組のトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させて、該記録媒体上に形成された該トラッキングプローブに対応する２本１組のトラッキングビット列を再生するように走査し、該走査による再生出力に応じて制御信号を出力し、該制御信号に基づいて前記記録媒体とプローブとの相対位置を制御しながらトラッキングを行うように構成されているから、記録媒体に形成されたビット列を利用して、前記記録媒体とプローブとの相対位置を高精度に制御しながらトラッキングを行うことができ、従来のように記録媒体に物理トラックを作成するための物理的な加工を行う必要がなく、上記２本１組のトラッキングプローブによりエラーの少ない安定した情報の記録及び再生が可能となる。
また、本発明においては、直前のトラッキングビットの再生信号をホールドするように構成することにより、トラッキングビット列間のビット再生タイミングのずれへの対応や、トラッキングビット列を用いたアドレス情報やその他のデータの記録再生が可能となる。
また、本発明においては、トラッキングビット列にアドレス情報やその他のデータを記録し、トラッキングプローブによりそれらを再生できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１のトラッキング機構を説明する図である。
【図３】本発明のトラッキング機構の原理を説明する図である。
【図４】本発明のトラッキング機構の原理を説明する図である。
【図５】本発明のトラッキング機構の原理を説明する図である。
【図６】本発明を適用する記録再生装置の全体構成を説明する図である。
【図７】本発明の実施例で用いたプローブアレイの構成を説明する図である。
【図８】本発明の実施例２を説明する図である。
【図９】本発明の実施例２のトラッキング機構を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例３を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例３のトラッキング機構を説明する図である。
【符号の説明】
１０１：トラッキングプローブ
１０２：トラッキングプローブ
１０３：トラッキングビット
２０１：Ｉ／Ｖ変換回路
２０２：増幅回路
２０３：ローパスフィルタ
２０４：比較回路
２０５：ＰＩＤフィルタ
２０６：積分回路
２０７：増幅回路
６０１：基板
６０２：記録層
６０３：記録媒体
６０４：探針
６０５：プローブ
６０６：弾性体
６０７：θ駆動ステージ
６０８：ｘｙ駆動ステージ
６０９：切り替えスイッチ
６１０：バイアス印加手段
６１１：記録制御回路
６１２：再生制御回路
６１３：位置制御回路
６１４：制御コンピュータ
６１５：角度制御回路
７０１：プローブ
７０２：プローブ
７０３：プローブ
７３２：プローブ
７３３：プローブ
７６３：プローブ
７６４：プローブ
７６５：プローブアレイ
９０１：しきい値回路
９０２：ピークホールド回路
１１０１：２値化回路
【発明の属する技術分野】
本発明は記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法に関し、例えばＳＴＭの原理を用いて高密度・大容量メモリ装置を構成する際のトラッキング機構及びトラッキング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、導体の電子構造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭと略す）が開発され［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｎｇ ｅｔ ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］、単結晶、多結晶を問わず実空間像の高い分解能の測定ができるようになった。
以来、先端の尖ったプローブを走査することにより様々な情報を得る走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）や、さらに基板に電気的、化学的あるいは物理的作用を及ぼす事を目的としたＳＰＭを応用した微細加工技術の研究開発が行われている。さらに、このようなＳＰＭ技術はメモリ技術にも応用されつつある。例えば、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報等には、記録層として電圧電流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電子径有機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録・再生をＳＰＭで行う方法が開示されている。この方法を用いて記録のビットサイズを直径１０［ｎｍ］とすれば、１０12ｂｉｔ／ｃｍ2の記録密度を持つ情報処理装置が実現できる。
【０００３】
さて、一般に媒体上に記録された情報を読み出す場合には、媒体上の情報列に沿って情報読み出し用のプローブを相対移動させる必要がある。
まず、情報列の位置を検出する方法として媒体上に物理的なトラックを形成し、そのトラックにプローブを沿わせる方法が知られている。
特開平１−１０７３４１号公報には記録媒体表面にトラックとしてＶ字型の溝を形成し、プローブ電極が常にこの溝の中央に位置するように制御する方法が開示されている。
また特開平１−１３３２３９号公報には記録媒体の下にトラックを導電体層で形成して、トラックにトラッキング信号を印加し、プローブから検出されるトラッキング信号に基づいてフィードバック制御を行う方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−１０７３４１号公報や特開平１−１３３２３９号公報に開示されているような媒体上に物理トラックを作成する方法は、物理トラックを設ける工程が必要になる。したがって、記録媒体の作成工程が複雑になることや、物理的な加工を行うために、記録媒体や、その基板の材質に対する制限が問題となる。
【０００５】
そこで、本発明は上記した従来のものにおける課題を解決し、記録媒体に物理的な加工を行うことなく、記録再生と共通の原理を用いて、ビット列を利用して高精度な制御が可能なトラッキングを行い、エラーがなく安定した情報の記録及び再生のできる記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法を、つぎのように構成したことを目的としている。
すなわち、本発明のトラッキング機構は、記録媒体に対しプローブを相対走査してトラッキングを行いながら前記記録媒体上に情報を記録し、前記記録媒体上に記録された情報を再生する記録再生装置のトラッキング機構であって、
前記記録媒体上を走査して該記録媒体上にトラッキングビット列を記録すると共に、該トラッキングビット列を再生するように走査する際に用いられる、一体成形された２本１組のトラッキングプローブと、
前記２本１組のトラッキングプローブの前記記録媒体の表面と平行な面内における角度を変化させることで、該２本１組のトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させる角度制御手段と、
前記記録媒体上に形成された該トラッキングプローブに対応する２本１組のトラッキングビット列を再生するように走査する手段と、
前記走査による再生出力に応じて制御信号出力手段から制御信号を出力し、該制御信号に基づいて前記記録媒体とプローブとの相対位置を制御する制御信号出力手段と、
を有することを特徴としている。
また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号出力手段が、前記２本のトラッキングプローブからの出力を比較し、比較結果に応じた符合と絶対値を持つ信号を出力する比較演算手段であることを特徴としている。
また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号出力手段が、前記２本１組のトラッキングプローブからの再生出力を保持するホールド手段と、該再生出力がしきい値を超えた時に該ホールド手段をリセットするしきい値検出手段と、を有することを特徴としている。
また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号出力手段が、前記２本１組のトラッキングプローブからの再生出力を２値化する２値化回路を有することを特徴としている。
また、本発明のトラッキング機構は、前記制御信号出力手段が、過去の信号の履歴を積分する積分手段と、該積分手段からの信号を増幅して制御信号として出力する増幅手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明のトラッキング方法は、記録媒体上を記録再生プローブで相対走査して該記録媒体上に情報を記録再生する記録再生装置のトラッキング方法であって、
一体成形された２本１組のトラッキングプローブで該記録媒体上を走査して該記録媒体上にトラッキングビット列を記録し、
該２本１組のトラッキングプローブの該記録媒体の表面と平行な面内における角度を変化させることで該２本１組のトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させ、
該２本１組のトラッキングプローブにより記録されたトラッキングビット列を再生するように、該２本１組のトラッキングプローブで該記録媒体上を走査し、
該トラッキングビット列の再生出力に応じて制御信号を出力し、該制御信号に基づいて該記録媒体と前記プローブとの相対位置を制御しながら、該記録再生プローブで該記録媒体上を走査し情報を記録再生することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、上記した構成により、記録媒体に形成されたビット列を利用して、前記記録媒体とプローブとの相対位置を高精度に制御しながらトラッキングを行うことができるため、従来のように記録媒体に物理トラックを作成するための物理的な加工を行う必要がなく、エラーの少ない安定した情報の記録及び再生が可能となる。
すなわち、本発明においては、トラッキングビット列を、例えば、２本１組のトラッキングプローブで生成し、この２本１組のトラッキングプローブを一体として記録媒体表面と平行な面内において角度を変化させることでトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させ、この状態でトラッキングビット列の再生動作を行い、トラッキングプローブによるトラッキングビット列の再生信号を比較することにより、データの記録再生と同じ方法によって高精度で、高速で安定したトラッキングが可能となる。
また、直前のトラッキングビットの再生信号をホールドすることにより、トラッキングビット列間のビット再生タイミングのずれへの対応や、トラッキングビット列を用いたアドレス情報やその他のデータの記録再生が可能となる。
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
まず、間隔ｄで並んだ２本のトラッキングプローブ１０１、１０２を用いて、トラッキングのために２列のトラッキングビット列を形成する。この後、図１に示すように２本のトラッキングプローブとトラッキングビット列の相対角度をθ変化させる。これによって、先に形成したトラッキングビット列の間隔に対する、トラッキングプローブの見かけの間隔が変化する。図１は、見かけのプローブ間隔をΔｄだけ狭くした場合の例である。もちろん、見かけのプローブ間隔をΔｄだけ広くしてもかまわない。
ここで、２本のトラッキングプローブで、記録媒体上をトラッキングビット列に対して平行な方向（矢印の方向）にバイアス電圧を印加した状態で走査すると、プローブがトラッキングビット１０３上を通過する際にプローブと記録媒体との間に電流が流れる。ここで図２に示す比較回路２０４を用いて２本のプローブによるトラッキングビット１０３の再生出力の比較を行う。
【００１０】
図３に示すように、トラッキングプローブが目標通りの位置にある場合には、比較回路２０４からのエラー信号は出力されない。しかし、図４、図５に示すようにトラッキングビット列に対して垂直方向に誤差が生じた場合、誤差の向きに応じた極性と誤差量に応じた絶対値を持つエラー信号が比較回路２０４から出力される。これを用いてｘｙ駆動ステージ６０８を制御する。
さらに、トラッキングビット列にアドレス情報やその他のデータを記録することも可能である。
また、間隔制御のための角度変化によって、２本のトラッキングプローブの間で記録再生走査方向の位置が大きくずれた場合、あるいは、２本のトラッキングプローブで別々のデータをトラッキングビット列として記録した場合は、一方のプローブのみがトラッキングビット１０３を再生する場合がある。このような場合には、直前のトラッキングビット１０３の再生信号を保持し、次のトラッキングビットが出現するまでの間、これを用いてトラッキングを行う機構を用いることで対処できる。
【００１１】
本発明を適用する記録再生装置は前記記録再生装置に限られるものではない。磁気記録再生装置、光磁気記録再生装置、近接場光記録再生装置等、他の記録再生装置にも適用可能であるが、以下に、図６を用いて、本発明を記録再生装置に適用した例の概要を説明する。
導電性を有する基板６０１上の記録層６０２からなる記録媒体６０３に対し、先端に設けられている探針６０４が接触するように、複数のプローブ６０５が配置されている。各プローブ６０５において、探針６０４は、たわむ様に弾性変形を生じる弾性体６０６により支持されている。
ここで、弾性体６０６の弾性変形の弾性定数が約０．１［Ｎ／ｍ］、弾性変形量が約１［μｍ］であるとすると、記録媒体に対する探針の接触力は約１０-7［Ｎ］程度となる。
【００１２】
制御コンピュータ６１４により制御された位置制御回路６１３からの位置制御信号を受け、記録媒体６０３に取り付けられたｘｙ駆動ステージ６０８が駆動され、プローブ６０５と記録媒体６０３とは記録媒体６０３に平行な面内において相対的に２次元方向に移動する。記録媒体６０３に対し、プローブの６０５のｘｙ方向位置を調節し、探針６０４先端が記録媒体６０３上の所望の位置になるようプローブ６０５が位置合わせされる。
上記の記録再生装置において記録媒体６０３に対しプローブ６０５を走査する際、プローブ６０５上の探針６０４先端は記録媒体６０３に対し、常に接触した状態を保つ。
【００１３】
このような接触走査方式は、探針６０４先端を記録媒体６０３に対し接触させたまま走査する場合に、記録媒体６０３の表面に凹凸があっても、弾性体６０６の弾性変形によりこれを吸収するため、探針６０４先端と記録媒体６０３表面の接触力はほぼ一定に保たれ、探針６０４先端や記録媒体６０３表面が破壊することを避けられる。この方式は個々のプローブをｚ方向に位置合わせするピエゾ素子等の手段が不必要であるため、構成が複雑にならず、特に複数のプローブを有する装置に適している。
【００１４】
また、記録媒体６０３に対する個々のプローブ６０５のｚ方向位置のフィードバック制御が不必要であるため、記録媒体６０３に対するプローブ６０５の高速走査が可能となる。
制御コンピュータ６１４により制御された角度制御回路６１５からの角度制御信号を受け、プローブ６０５に取り付けられたθ駆動ステージ６０７が駆動され、プローブ６０５と記録媒体６０３とのなす角度は、記録媒体６０３の表面と平行な面内において相対的に変化する。
制御コンピュータ６１４により制御された記録制御回路６１１から発生された記録信号が、記録系に切り替えられた切り替えスイッチ６０９を通し、各探針６０４から記録媒体６０３に印加される。このようにして、記録層６０２の探針６０４先端が接触する部分に局所的に記録が行われる。
【００１５】
上述の装置における記録層６０２としては、電圧印加により流れる電流値が変化するような材料を用いる。
具体例としては、第１に、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されているようなポリイミドやＳＯＡＺ（ビス−ｎ−オクチルスクアリリウムアズレン）等電気メモリー効果を有するＬＢ膜（＝Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔｅ法により作成された有機単分子の膜の累積膜）が挙げられる。この材料は、探針−ＬＢ膜−基板間にしきい値以上の電圧（５〜１０［Ｖ］程度）を印加すると間のＬＢ膜の導電性が変化（ＯＦＦ状態→ＯＮ状態）し、再生用のバイアス電圧（０．０１〜２［Ｖ］程度）を印加した際に流れる電流が増大するものである。
第２の具体例として、ＧｅＴｅ，ＧａＳｂ，ＳｎＴｅ等の非晶質薄膜材料が挙げられる。この材料は、探針−非晶質薄膜材料−基板間に電圧を印加し、流れる電流により発生する熱で非晶質→晶質への相転移を起こさせるものである。これにより材料の導電性が変化し、再生用のバイアス電圧を印加した際に流れる電流が増大するものである。
第３の具体例として、ＺｎやＷ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の酸化性金属・半導体材料が挙げられる。この材料は、探針−酸化性金属・半導体材料間に電圧を印加すると、流れる電流により、材料表面に吸着している水や大気中の酸素と反応し、表面に酸化膜が形成される。このため材料表面の接触抵抗が変化し、バイアス電圧を印加した際に流れる電流が減少する。
【００１６】
さて、上述のように記録が行われたビットの再生は次のように行う。スイッチ６０９により、各プローブ６０５からの信号配線を再生系に切り替えた後、バイアス電圧印加手段６１０により、探針６０４と基板６０１との間にバイアス電圧を印加し、両者の間に流れる電流を再生制御回路６１２において検出する。記録媒体６０３上の記録ビットの部分は記録がなされていない部分に比べ電流が多く（または、少なく）流れるため、再生制御回路６１２において、この電流の違いを検出し、再生信号とし、制御コンピュータ６１４に出力する。
【００１７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
以下、図面を参照しながら、前記構成の記録再生装置に対し、本発明のトラッキング機構を適用した実施例１について詳細な説明を行う。
まず、上記装置に対して、図７に示すような、１００［μｍ］間隔で一体成形された６４本のプローブからなるプローブアレイ７６５を取り付けた。これら６４本のプローブのうち、３２、３３番目の記録再生プローブ７３２、７３３をそれぞれトラッキングプローブ１０１、１０２として使用し、残りの６２本を記録再生プローブとして使用する。この状態で、トラッキングプローブ１０２の探針先端からトラッキングプローブ１０１の探針先端を見る向きをｙの正方向とし、記録媒体６０３の表面に垂直にプローブアレイ７６５から記録媒体６０３を見て、反時計周りをθの正の回転方向とし、ｙの正方向をθの負方向にπ／２［ｒａｄ］回転した向きをｘの正方向とする。
【００１８】
次に、プローブアレイ７６５で、長さ１１０［μｍ］にわたり、線速度０．１［ｍｍ／ｓ］で図１中ｘの正方向に、直線状に走査を行った。走査中、トラッキングプローブ１０２の第１の電圧パルス印加位置をトラッキングプローブ１０１の第１の電圧パルス印加位置に対して、走査方向に９００［ｎｍ］ずらして、走査方向について５０［ｎｍ］間隔で、２本のプローブそれぞれにつき、基板６０１との間に２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたトラッキングビットの直径は約１０［ｎｍ］であった。
次に、プローブアレイ７６５を図１中ｘの負方向に１１０［μｍ］、図１中ｙの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に、トラッキングビットの生成動作を行った。これを繰り返して各トラッキングプローブについて、図１中ｙ方向に１００［ｎｍ］間隔で１０列のトラッキングビット列を生成した。
【００１９】
次に、プローブアレイ７６５を元の位置に戻し、プローブアレイ７６５を記録媒体６０３に対して、記録媒体６０３の表面と平行な平面内において、トラッキングプローブ１０１の探針先端を中心として、θの正方向に０．００９［ｒａｄ］回転させた。これにより、２本のトラッキングプローブの図１中ｙ方向の間隔は４［ｎｍ］小さくなり、トラッキングプローブ１０２の探針先端は、トラッキングプローブ１０１の探針先端に対して、図１中ｘの正方向に、９００［ｎｍ］ずれた事になり、走査中、２本のプローブは同時にトラッキングビット１０３上を通過する事になる。
次に、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いてトラッキングを行いながら、残りの６２本の記録再生プローブを用いて、データビット列の記録動作を行った。
【００２０】
ここで、図２を用いて本実施例で用いたトラッキング機構について説明する。２本のトラッキングプローブから出力されたトラッキングビット再生時の電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電圧信号に変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ増幅された後、ローパスフィルタ２０３を通って、比較回路２０４へ入力される。比較回路２０４は入力された信号を比較し、その差分に応じた極性、絶対値を持つ電圧信号を出力する。この電圧信号はＰＩＤフィルタ２０５を通り、積分回路２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅回路２０７で増幅された後、位置制御信号と足し合わされて、図６におけるｘｙ駆動ステージ６０８を制御する。
トラッキングプローブ１０１、１０２と基板６０１との間に１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら長さ１００［μｍ］にわたって、図１中のｘの正方向に走査を行った。走査中、残りの記録再生プローブを用いて、基板６０１との間に、あらかじめ用意したデータ列に合わせて、各プローブ最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたデータビットの直径は約１０［ｎｍ］、ビット間隔は約５０［ｎｍ］であった。次に、プローブアレイ７６５を図１中ｘの負方向に１００［μｍ］、図１中ｙの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に走査を行い、記録動作を行った。この動作を繰り返し、各記録再生プローブについて１０列のデータビット列を生成した。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタした結果、再生エラーは認められなかった。
【００２１】
次に、トラッキングを行いながらデータビットの再生動作を行った。プローブアレイ７６５を元の位置に戻してから、プローブアレイ７６５の全プローブに１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、トラッキングプローブ１０１、１０２で上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら走査を行った。走査中、全記録再生プローブからの再生信号をモニタした。全データビットについて５０回の再生動作を行った結果、再生エラーは認められなかった。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタした結果、再生エラーは認められなかった。
【００２２】
［実施例２］
以下、図面を参照しながら、前記構成の記録再生装置に対し、本発明のトラッキング機構を適用した実施例２について詳細な説明を行う。
まず、上記装置に対して、図７に示すような、１００［μｍ］間隔で一体成形された６４本のプローブからなるプローブアレイ７６５を取り付けた。これら６４本のプローブのうち、３２、３３番目の記録再生プローブ７３２、７３３をそれぞれトラッキングプローブ１０１、１０２として使用し、残りの６２本を記録再生プローブとして使用する。この状態で、記録媒体６０３の表面に垂直にプローブアレイ７６５から記録媒体６０３を見て、反時計周りをθの正の回転方向とし、トラッキングプローブ１０２の探針先端からトラッキングプローブ１０１の探針先端を見る向きをθの負方向にπ／６［ｒａｄ］回転した向きをｙの正方向とし、ｙの正方向をθの負方向にπ／２［ｒａｄ］回転した向きをｘの正方向とする。
【００２３】
次に、プローブアレイ７６５を記録媒体６０３に対して、記録媒体６０３の表面と平行な平面内において、トラッキングプローブ１０１の探針先端を中心として、θの正方向に０．０００１［ｒａｄ］回転させてから、プローブアレイ７６５で、長さ１００［μｍ］にわたり、線速度０．１［ｍｍ／ｓ］で図８中ｘの正方向に、直線状に走査を行った。走査中、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いて、走査方向について５０［ｎｍ］間隔で、あらかじめ用意した２種類のデータにあわせて、２本のプローブそれぞれにつき、基板６０１との間に最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたトラッキングビットの直径は約１０［ｎｍ］であった。
【００２４】
次に、プローブアレイ７６５を図８中ｘの負方向に１００［μｍ］、図８中ｙの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に、トラッキングビットの生成動作を行った。これを繰り返して各トラッキングプローブについて、１００［ｎｍ］間隔で１０列のトラッキングビット列を生成した。
次に、プローブアレイ７６５を元の位置と角度に戻した。これにより、２本のトラッキングプローブの図８中ｙ方向の間隔は５［ｎｍ］大きくなり、ｘ方向の間隔は８．６［ｎｍ］小さくなったことになる。
次に、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いてトラッキングを行いながら、残りの６２本の記録再生プローブを用いて、データビット列の記録動作を行った。
【００２５】
ここで、図９を用いて本実施例で用いたトラッキング機構について説明する。２本のトラッキングプローブから出力されたトラッキングビット再生時の電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電圧信号に変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ増幅され、ローパスフィルタ２０３を通った後、しきい値回路９０１とピークホールド回路（Ｐ／Ｈ回路）９０２へ入力される。しきい値回路９０１は、信号電圧があらかじめ定められた電圧値を超えたときにピークホールド回路（Ｐ／Ｈ回路）９０２に対してリセット信号を出力する。ピークホールド回路（Ｐ／Ｈ回路）９０２は入力された電圧の最大値を比較回路２０４へ出力する。本実施例においては、２本のトラッキングプローブからの信号の入力タイミングがずれる、あるいは、トラッキングビットに抜けがあるような場合、常に直前の再生信号の最大値がホールドされているため、これをトラッキングに用いる。比較回路２０４は、入力された信号を比較し、その差分に応じた極性と絶対値を持つ電圧信号を出力する。これにより、２つのピークホールド回路が最後にホールドした信号の差分を持つ電圧信号が得られる。この電圧信号はＰＩＤフィルタ２０５を通り、積分回路２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅回路２０７で増幅された後、位置制御信号と足し合わされて、図６におけるｘｙ駆動ステージ６０８を制御する。
【００２６】
トラッキングプローブ１０１、１０２と基板６０１との間に１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら長さ１００［μｍ］にわたって、図８中ｘの正方向に走査を行った。走査中、残りの記録再生プローブを用いて、基板６０１との間に、あらかじめ用意したデータ列に合わせて、各プローブ最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたデータビットの直径は約１０［ｎｍ］、ビット間隔は約５０［ｎｍ］であった。次に、プローブアレイ７６５を図８中ｘの負方向に１００［μｍ］、図８中ｙの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に走査を行い、記録動作を行った。この動作を繰り返し、各記録再生プローブについて１０列のデータビット列を生成した。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタした結果、再生エラーは認められなかった。
【００２７】
次に、トラッキングを行いながらデータビットの再生動作を行った。プローブアレイ７６５を元の位置に戻してから、プローブアレイ７６５の全プローブに１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、トラッキングプローブ１０１、１０２で上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら走査を行った。走査中、全記録再生プローブからの再生信号をモニタした。全データビットについて５０回の再生動作を行った結果、再生エラーは認められなかった。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタした結果、再生エラーは認められなかった。
さらに、トラッキングビット列生成時に用いるデータとして、アドレス情報を示すデータを用いたところ同様の結果を得た。また、この場合、記録再生動作時に、トラッキングプローブ１０１、１０２からの再生信号をモニタしたところ、各時点でのアドレス情報を得る事ができた。
【００２８】
［実施例３］
以下、図面を参照しながら、前記構成の記録再生装置に対し、本発明のトラッキング機構を適用した実施例３について詳細な説明を行う。
まず、上記装置に対して、図７に示すような、１００［μｍ］間隔で一体成形された６４本のプローブからなるプローブアレイ７６５を取り付けた。これら６４本のプローブのうち、３２、３３番目の記録再生プローブ７３２、７３３をそれぞれトラッキングプローブ１０１、１０２として使用し、残りの６２本を記録再生プローブとして使用する。この状態で、トラッキングプローブ１０２の探針先端からトラッキングプローブ１０１の探針先端を見る向きをｙの正方向とし、記録媒体６０３の表面に垂直にプローブアレイ７６５から記録媒体６０３を見て、反時計周りをθの正の回転方向とし、ｙの正方向をθの負方向にπ／２［ｒａｄ］回転した向きをｘの正方向とする。
【００２９】
次に、プローブアレイ７６５で、長さ８０［μｍ］にわたり、線速度０．１［ｍｍ／ｓ］で図１０中ｙの正方向に、直線状に走査を行った。走査中、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いて、走査方向について４０［ｎｍ］間隔で、あらかじめ用意したアドレス情報を示す同じデータにあわせて、２本のトラッキングプローブに同時に、基板６０１との間に最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたトラッキングビットの直径は約１０［ｎｍ］であった。
次に、プローブアレイ７６５を図１０中ｙの負方向に８０［μｍ］、図１０中ｘの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に、トラッキングビットの生成動作を行った。これを繰り返して各トラッキングプローブについて、１００［ｎｍ］間隔で１０列のトラッキングビット列を生成した。
【００３０】
次に、プローブアレイ７６５を元の位置に戻し、プローブアレイ７６５を記録媒体６０３に対して、記録媒体６０３と平行な平面内において、トラッキングプローブ１０１の探針先端を中心として、θの正方向に０．００００５［ｒａｄ］回転させた。これにより、２本のトラッキングプローブの図１０中ｘ方向の間隔は５［ｎｍ］大きくなり、図１０中ｙ方向の間隔は０．０００１２５［ｎｍ］大きくなった事になる。ｙ方向の間隔の変化はトラッキングビット１０３の直径１０［ｎｍ］に対して十分に小さいため、無視できる。
次に、トラッキングプローブ１０１、１０２を用いてトラッキングを行いながら、残りの６２本の記録再生プローブを用いて、データビット列の記録動作を行った。
【００３１】
ここで、図１１を用いて本実施例で用いたトラッキング機構について説明する。２本のトラッキングプローブから出力されたトラッキングビット再生時の電流信号はＩ／Ｖ変換回路２０１によって電圧信号に変換され、増幅回路２０２によってそれぞれ増幅された後、ローパスフィルタ２０３を通って、２値化回路１１０１で２値化を行った後、比較回路２０４へ入力される。比較回路２０４は入力された信号を比較し、その差分に応じた極性を持つ定電圧信号を出力する。これにより、２つの信号の長さの差分だけの長さを持った定電圧パルスが得られる事になる。この電圧信号はＰＩＤフィルタ２０５を通り、積分回路２０６で過去の履歴と足し合わされ、増幅回路２０７で増幅された後、位置制御信号と足し合わされて、図６におけるｘｙ駆動ステージ６０８を制御する。
【００３２】
トラッキングプローブ１０１、１０２と基板６０１との間に１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら長さ８０［μｍ］にわたって、図１０中ｙの正方向に走査を行った。走査中、残りの記録再生プローブを用いて、基板６０１との間に、あらかじめ用意したデータ列に合わせて、各プローブ最大２０４８回電圧パルスを印加した。電圧は５．５Ｖ、印加時間は０．３［μｓｅｃ］である。生成されたデータビットの直径は約１０［ｎｍ］、ビット間隔は約４０［ｎｍ］であった。次に、プローブアレイ７６５を図１０中ｙの負方向に８０［μｍ］、ｘの正方向に１００［ｎｍ］移動させてから、同様に走査を行い、記録動作を行った。この動作を繰り返し、各記録再生プローブについて１０列のデータビット列を生成した。また、走査中にトラッキングプローブ１０１、１０２のトラッキングビット再生信号をモニタし、アドレス情報を得た。
【００３３】
次に、トラッキングを行いながらデータビットの再生動作を行った。プローブアレイ７６５を元の位置に戻してから、プローブアレイ７６５の全プローブに１．５Ｖのバイアス電圧を印加し、線速度２［ｍｍ／ｓ］で、トラッキングプローブ１０１、１０２で上記トラッキング機構を用いてトラッキングを行いながら走査を行った。走査中、全記録再生プローブからの再生信号をモニタし、アドレス情報を得た。全データビットについて５０回の再生動作を行った結果、再生エラーは認められなかった。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一体成形された２本１組のトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させて、該記録媒体上に形成された該トラッキングプローブに対応する２本１組のトラッキングビット列を再生するように走査し、該走査による再生出力に応じて制御信号を出力し、該制御信号に基づいて前記記録媒体とプローブとの相対位置を制御しながらトラッキングを行うように構成されているから、記録媒体に形成されたビット列を利用して、前記記録媒体とプローブとの相対位置を高精度に制御しながらトラッキングを行うことができ、従来のように記録媒体に物理トラックを作成するための物理的な加工を行う必要がなく、上記２本１組のトラッキングプローブによりエラーの少ない安定した情報の記録及び再生が可能となる。
また、本発明においては、直前のトラッキングビットの再生信号をホールドするように構成することにより、トラッキングビット列間のビット再生タイミングのずれへの対応や、トラッキングビット列を用いたアドレス情報やその他のデータの記録再生が可能となる。
また、本発明においては、トラッキングビット列にアドレス情報やその他のデータを記録し、トラッキングプローブによりそれらを再生できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１のトラッキング機構を説明する図である。
【図３】本発明のトラッキング機構の原理を説明する図である。
【図４】本発明のトラッキング機構の原理を説明する図である。
【図５】本発明のトラッキング機構の原理を説明する図である。
【図６】本発明を適用する記録再生装置の全体構成を説明する図である。
【図７】本発明の実施例で用いたプローブアレイの構成を説明する図である。
【図８】本発明の実施例２を説明する図である。
【図９】本発明の実施例２のトラッキング機構を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例３を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例３のトラッキング機構を説明する図である。
【符号の説明】
１０１：トラッキングプローブ
１０２：トラッキングプローブ
１０３：トラッキングビット
２０１：Ｉ／Ｖ変換回路
２０２：増幅回路
２０３：ローパスフィルタ
２０４：比較回路
２０５：ＰＩＤフィルタ
２０６：積分回路
２０７：増幅回路
６０１：基板
６０２：記録層
６０３：記録媒体
６０４：探針
６０５：プローブ
６０６：弾性体
６０７：θ駆動ステージ
６０８：ｘｙ駆動ステージ
６０９：切り替えスイッチ
６１０：バイアス印加手段
６１１：記録制御回路
６１２：再生制御回路
６１３：位置制御回路
６１４：制御コンピュータ
６１５：角度制御回路
７０１：プローブ
７０２：プローブ
７０３：プローブ
７３２：プローブ
７３３：プローブ
７６３：プローブ
７６４：プローブ
７６５：プローブアレイ
９０１：しきい値回路
９０２：ピークホールド回路
１１０１：２値化回路
Claims (6)
- 記録媒体に対しプローブを相対走査してトラッキングを行いながら前記記録媒体上に情報を記録し、前記記録媒体上に記録された情報を再生する記録再生装置のトラッキング機構であって、
前記記録媒体上を走査して該記録媒体上にトラッキングビット列を記録すると共に、該トラッキングビット列を再生するように走査する際に用いられる、一体成形された２本１組のトラッキングプローブと、
前記２本１組のトラッキングプローブの前記記録媒体の表面と平行な面内における角度を変化させることで、該２本１組のトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させる角度制御手段と、
前記記録媒体上に形成された該トラッキングプローブに対応する２本１組のトラッキングビット列を再生するように走査する手段と、
前記走査による再生出力に応じて制御信号出力手段から制御信号を出力し、該制御信号に基づいて前記記録媒体とプローブとの相対位置を制御する制御信号出力手段と、
を有することを特徴とするトラッキング機構。 - 前記制御信号出力手段が、前記２本のトラッキングプローブからの出力を比較し、比較結果に応じた符合と絶対値を持つ信号を出力する比較演算手段であることを特徴とする請求項１に記載のトラッキング機構。
- 前記制御信号出力手段が、前記２本１組のトラッキングプローブからの再生出力を保持するホールド手段と、該再生出力がしきい値を超えた時に該ホールド手段をリセットするしきい値検出手段と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトラッキング機構。
- 前記制御信号出力手段が、前記２本１組のトラッキングプローブからの再生出力を２値化する２値化回路を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトラッキング機構。
- 前記制御信号出力手段が、過去の信号の履歴を積分する積分手段と、該積分手段からの信号を増幅して制御信号として出力する増幅手段と、を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のトラッキング機構。
- 記録媒体上を記録再生プローブで相対走査して該記録媒体上に情報を記録再生する記録再生装置のトラッキング方法であって、
一体成形された２本１組のトラッキングプローブで該記録媒体上を走査して該記録媒体上にトラッキングビット列を記録し、
該２本１組のトラッキングプローブの該記録媒体の表面と平行な面内における角度を変化させることで該２本１組のトラッキングプローブの見かけの間隔を変化させ、
該２本１組のトラッキングプローブにより記録されたトラッキングビット列を再生するように、該２本１組のトラッキングプローブで該記録媒体上を走査し、
該トラッキングビット列の再生出力に応じて制御信号を出力し、該制御信号に基づいて該記録媒体と前記プローブとの相対位置を制御しながら、該記録再生プローブで該記録媒体上を走査し情報を記録再生することを特徴とする記録再生装置のトラッキング方法。
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|---|---|---|---|
| JP21859298A JP4079397B2 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | 記録再生装置のトラッキング機構及びトラッキング方法 |
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- 1998-07-16 JP JP21859298A patent/JP4079397B2/ja not_active Expired - Fee Related
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