JP4353338B2 - 情報記録再生装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば走査型プローブメモリー装置などのように、複数のプローブを用い、情報記録媒体に対する情報の記録または再生を行う情報記録再生装置に関する。
小型で情報を高密度に記録することができる情報記録再生装置として、走査型プローブメモリー装置がある。
走査型プローブメモリー装置には、トンネル効果を用いたもの、原子間力を用いたもの、磁気力を用いたもの、静電力を用いたもの、非線形誘電率を用いたもの、および記録媒体の熱変形を用いたものなど、様々な種類がある。
走査型プローブメモリー装置は、通常、数十ナノメートルないし数マイクロメートル程度の先端径を有するプローブと、表面に記録面が形成された平板状の記録媒体とを備えている。走査型プローブメモリー装置は、プローブの先端を記録媒体の記録面に接近または接触させることにより、記録媒体に対し情報の記録または読み取りを行う。
また、走査型プローブメモリー装置は、プローブまたは記録媒体を記録面に対し平行な方向に移動させ、プローブと記録媒体との間の位置を変更する。これにより、プローブにより記録媒体の記録面を走査することが可能となり、多量の情報を記録面に高密度に配列することが可能となり、あるいは記録面に配列された多量の情報を連続的にまたはランダムに読み取ることが可能になる。このようなプローブまたは記録媒体の移動には、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いた電磁駆動式または静電駆動式のアクチュエータなどが用いられる。
また、走査型プローブメモリー装置の多くは、マルチプローブ方式を採用している。すなわち、走査型プローブメモリー装置の多くは、数十個あるいは数百個、さらには数千個以上のプローブを例えばマトリクス状に配置した2次元プローブヘッドを備えている。このようなプローブヘッドを用いることにより、多量の情報を記録媒体に迅速に記録することが可能となり、あるいは多量の情報を記録媒体から迅速に読み取ることが可能となる。
ところで、プローブメモリー装置の性能を高めるためには、情報記録速度および情報読み取り速度の高速化、アクチュエータの駆動による消費電力の抑制、プローブメモリー装置の小型化などが要請される。
これらの要請にバランス良く応じる1つの方法として、プローブまたは記録媒体を記録面に対し平行な方向に移動させるためのアクチュエータのストローク量を小さくするという方法がある。
例えば、アクチュエータのストローク量を小さくすることにより、アクチュエータの駆動周波数を高めることができる。これにより、プローブヘッドまたは記録媒体を記録面に対し平行な方向に高速に移動させることが可能になる。
また、アクチュエータのストローク量を小さくし、そして、アクチュエータの最低共振周波数を高く設定し、この最低共振周波数付近の周波数でアクチュエータを駆動させる。これにより、アクチュエータの駆動による消費電力を小さくすることができる。
さらに、アクチュエータのストローク量を小さくすれば、記録面に対し平行な方向に移動するプローブヘッドまたは記録媒体の移動量を小さくすることができる。これにより、記録面に対し平行な方向におけるプローブメモリー装置の長さまたは幅を小さくすることができる。
しかし、アクチュエータのストローク量を小さくすると、次のような問題が生じる。
すなわち、情報の記録容量、情報の記録密度および記録媒体における記録領域の面積を変更しないことを前提として、アクチュエータのストローク量を小さくすると、プローブの個数が増加し、プローブ間隔が小さくなる。
例えば、設計変更前のプローブメモリー装置では、記録媒体における記録領域が各辺2mmの正方形であり、アクチュエータのストローク量が200μmであり、プローブの個数が10×10(=100)個であり、互いに隣接するプローブの間隔が200μmであったとする。
このプローブメモリー装置に設計変更を行い、アクチュエータのストローク量を100μmに変更したとする。すると、プローブの個数は20×20(=200)個となり、互いに隣接するプローブの間隔は100μmとなる。
記録媒体に記録された情報を、各プローブを介して同時に読み取ることを前提とした場合、読み取り信号を復調するための復調回路などをプローブごとに設ける必要がある。しかも、配線パターンの短縮化またはノイズの低減を考慮すると、この復調回路は各プローブの近くに配置することが望まれる。この結果、プローブの個数が200個であれば、200個の復調回路をプローブヘッド上に配置することが望まれる。
互いに隣接するプローブの間隔が小さくなると、プローブヘッド上に復調回路を配置するスペースを確保することが困難になるという問題が生じる。
他方、記録媒体に記録された情報を、各プローブを介して同時に読み取ることを前提とした場合、複数のプローブからパラレルに供給される複数の読み取り信号をパラレル−シリアル変換することにより1つの読み取り信号に変換し、この1つの読み取り信号を、プローブヘッドの後段に設けられた再生回路などに送ることが望まれる。
しかし、プローブの個数が増えると、情報読み取り時に複数のプローブからパラレルに供給される読み取り信号の個数も増える。このため、読み取り信号のパラレル−シリアル変換の処理を行うために、記憶容量の大きいバッファメモリが必要になるという問題が生じる。
本発明は上記に例示したような問題点に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、プローブヘッドまたは記録媒体を記録面に対し平行な方向に移動させるためのアクチュエータのストローク量を小さくすることができる情報記録再生装置を提供することにある。
本発明の第2の課題は、プローブヘッドに設けられたプローブの個数に比し、情報読み取り時に各プローブからパラレルに供給される読み取り信号の個数を少なくすることができる情報記録再生装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明の情報記録再生装置は、記録面を有する記録媒体と、互いに近接し、前記記録媒体の記録面に対し情報の記録または読み取りを行う複数のプローブを含むプローブグループが1つまたは複数配列されたプローブヘッドと、前記記録媒体または前記プローブヘッドを前記記録面に対し平行な方向に往復移動させるために、前記記録媒体または前記プローブヘッドの移動制御を行うアクチュエータと、プローブグループごとに設けられ、前記記録媒体の記録面に記録すべき情報に対応する記録信号を前記各プローブに供給し、または前記各プローブから読み取られた情報に対応する読み取り信号を受け取る信号処理回路と、前記各プローブグループに含まれる複数のプローブのうちの1つのプローブと当該プローブグループに対応する前記信号処理回路とを接続し、かつ、前記記録媒体または前記プローブヘッドの移動制御中に、前記信号処理回路と接続するプローブを変更する切り替え手段とを備えている。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から更に明らかにされよう。
本発明の情報記録再生装置の第1実施形態である走査型プローブメモリー装置を示す断面図である。 図1中の走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示すブロック図である。 図2中のプローブグループを示す回路図である。 図1中の走査型プローブメモリー装置の情報記録処理における動作を示すフローチャートである。 図1中の走査型プローブメモリー装置の情報記録処理における動作を示す説明図である。 図1中の走査型プローブメモリー装置の情報再生処理における動作を示すフローチャートである。 本発明の情報記録再生装置の第2実施形態である走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示すブロック図である。 本発明の情報記録再生装置の第3実施形態である走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示すブロック図である。 本発明の情報記録再生装置の第4実施形態である走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示すブロック図である。 本発明の情報記録再生装置の第5実施形態である走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示すブロック図である。 本発明の第5実施形態である走査型プローブメモリー装置の情報記録処理における動作を示す説明図である。 本発明の情報記録再生装置の他の実施形態である走査型プローブメモリー装置を示す断面図である。
符号の説明
1、100 走査型プローブメモリー装置
13 記録媒体
13D 記録面
15 プローブヘッド
17A〜17D プローブ
18、101 アクチュエータ
20 プローブグループ
31 変調回路
32、34 切り替えスイッチ
35 復調回路
46、51、61、71、81 CPU
以下、本発明を実施するための最良の形態について実施形態毎に順に図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
まず、本発明の情報記録再生装置の第1実施形態である走査型プローブメモリー装置の基本的機能について説明する。
図1は、本発明の情報記録再生装置の第1実施形態である走査型プローブメモリー装置の縦断面を示している。
図1中の走査型プローブメモリー装置1は、その外形の長さおよび幅(図1中の左右方向の長さ)がそれぞれ例えば数ミリメートルないし数センチメートルであり、厚さ(図1中の上下方向の長さ)が例えば数ミリメートルである小型の装置である。
プローブメモリー装置1は、プローブ17Aないし17Dを用いて記録媒体13の記録面13D上に情報を高密度に記録することができ、小型であるにもかかわらず、膨大な記憶容量を有する。例えば、その記憶容量は、数十ギガバイトないし数百ギガバイトであり、さらにはテラバイトを超えることも可能である。
プローブメモリー装置1は、強誘電体の自発分極を利用して情報を記録する。すなわち、強誘電体材料から形成された記録層13Cを有する記録媒体13の記録面13Dにプローブ17Aないし17Dの先端を接近あるいは接触させ、プローブ17Aないし17Dを介して強誘電体の抗電界を超える電圧を印加する。これにより、強誘電体の分極方向を変化させ、情報を記録する。また、記録媒体13に記録された情報の再生は、SNDM(Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy)方式により行う。
また、プローブメモリー装置1は、アクチュエータ18を備えており、アクチュエータ18の駆動により、記録媒体13を記録面13Dに対し平行な方向に移動させることができる。一方、プローブ17Aないし17Dは、プローブヘッド15に取り付けられており、プローブヘッド15はハウジング12に固定されている。これにより、プローブ17Aないし17Dと記録媒体13との相対位置を変更することができ、プローブ17Aないし17Dにより記録面13Dを走査することができる。
また、プローブヘッド15には、20×20(=400)個のプローブ17Aないし17Dが配置されている。これにより、多量の情報を記録面13Dに迅速に記録することができ、あるいは多量の情報を記録面13Dから迅速に読み取ることができる。
次に、プローブメモリー装置1の構造について具体的に説明する。
図1に示すように、プローブメモリー装置1は、その下部に配置された平板状のハウジング11と、上部に配置されたカップ状のハウジング12とを有している。ハウジング11とハウジング12との間には空間が形成されている。
ハウジング11とハウジング12との間に形成された空間内には、記録媒体13が設けられている。記録媒体13の下面とハウジング11の上面との間には空隙が形成されている。また、記録媒体13の上面とハウジング12の下面との間にも空隙が形成されている。さらに、記録媒体13の各側面は、これに対向するハウジング12の各内側面から離れている。
記録媒体13は、アクチュエータ18の構成要素の1つである支持部材によりハウジング12に支持されている。
記録媒体13は、基板13A、電極13Bおよび記録層13Cを備えている。記録層13Cの上面が記録面13Dである。基板13Aは平板状であり、例えばSiO2から形成されている。電極13Bは例えば銅から形成されている。記録層13Cは例えばLiTaO3またはLiNbO3などの強誘電体材料から形成されている。記録層13Cおよび電極13Bはいずれも1μm以下の薄膜であることが望ましい。基板13Aは、例えばおよそ500μmないし1mm程度の厚さを有する。
記録媒体13の記録面13Dには記録領域が形成されており、情報はこの記録領域に記録される。記録領域の外形は例えば各辺が2mmの正方形である。さらに、この記録領域は、20×20(=400)個の記録単位領域に仮想的に分割されている。各記録単位領域の外形は正方形であり、例えば各辺の長さが100μmである。記録媒体13の各記録単位領域には1個のプローブ17A、17B、17Cまたは17Dが割り当てられている。
さらに、ハウジング11とハウジング12との間に形成された空間内には、プローブヘッド15が設けられている。プローブヘッド15は、記録媒体13の上方に配置されている。
プローブヘッド15は、プローブ支持基板16および20×20(=400)個のプローブ17Aないし17Dを備えている。各プローブ17Aないし17Dは、記録媒体13の記録面13Dに対し情報の記録または読み取りを行うために用いられる。各プローブ17Aないし17Dの先端径は例えばおよそ25nmである。
400個のプローブ17Aないし17Dは、プローブ支持基板16の平面上において、X方向に沿ってほぼ等間隔に20個配列され、かつY方向に沿ってほぼ等間隔に20個配列されている。なお、X方向は記録面13Dに対し平行な方向であり、Y方向は記録面13Dに対し平行でありかつX方向とほぼ直角に交わる方向である。
また、X方向に互いに隣接するプローブの先端の間隔は100μmであり、Y方向に互いに隣接するプローブの先端の間隔も100μmである。
なお、図1中のプローブ17Aないし17Dは模式的であり、図1はプローブ17Aないし17Dの個数を正確に示していない。
さらに、プローブヘッド15には、100個の初段回路ユニット30が設けられている(図2参照)。初段回路ユニット30の詳細については後述する。
さらに、ハウジング11とハウジング12との間に形成された空間内には、アクチュエータ18が設けられている。アクチュエータ18は、記録媒体13をX方向およびY方向に移動させるために、記録媒体13の移動制御を行う。
アクチュエータ18は、支持部材および駆動部を備えている。支持部材は、記録媒体13をX方向およびY方向に移動可能な状態でハウジング12に支持している。支持部材は、例えばシリコン材料を所定の形状に加工することにより形成されている。
駆動部は、電磁駆動方式の駆動機構を備えている。なお、駆動部は、電磁駆動方式の駆動機構ではなく、静電駆動方式の駆動機構を用いてもよいし、圧電駆動方式の駆動機構でもよい。
さらに、プローブメモリー装置1には、後段回路ユニット40が設けられている。後段回路ユニット40は例えばハウジング12に取り付けられている。
次に、プローブヘッド15および後段回路ユニット40の構造について具体的に説明する。
図2中の左側はプローブヘッド15の一部を示している。この図は、図1中のプローブヘッド15をその下側から見たものである。一方、図2中の右側は後段回路ユニット40の内部構造を示している。さらに、図3は、図2中の1つのプローブグループ20を構成する4つのプローブ17Aないし17Dおよび初段回路ユニット30を示している。
図2中の左側に示すように、プローブヘッド15のプローブ支持基板16上に配列された400個のプローブ17Aないし17Dは、互いに隣接した4つのプローブ17Aないし17Dを含むプローブグループ20にグルーピングされている。つまり、プローブ支持基板16上には、100個のプローブグループ20が配列されている。図2中の左側には、これらのプローブグループ20のうち、プローブ支持基板16の一部に配列された4つのプローブグループ20が描かれている。
各プローブグループ20には、初段回路ユニット30が設けられている。各プローブグループ20において、初段回路ユニット30は、当該プローブグループ20に属する4つのプローブ17Aないし17Dに包囲された位置に配置されている。
各プローブグループ20の初段回路ユニット30は接続ライン21を介してバスライン22に電気的に接続されている。接続ライン21およびバスライン22は例えばプローブ支持基板16上に形成された配線パターンである。バスライン22はプローブ支持基板16上を伸張し、その一端は後段回路ユニット40に電気的に接続されている。
図3に示すように、初段回路ユニット30は、変調回路31、切り替えスイッチ32、初段増幅器33Aないし33D、切り替えスイッチ34および復調回路35を備えている。また、図2中の右側に示すように、後段回路ユニット40は、記録回路41、シリアル−パラレル変換回路42、パラレル−シリアル変換回路43、再生回路44、バッファメモリ45およびCPU(Central Processing Unit)46を備えている。
情報を記録媒体13の記録面13Dに記録する処理(情報記録処理)を行うとき、まず、図2中の記録回路41は、記録媒体13の記録面13Dに記録すべき情報である記録データをシリアル−パラレル変換回路42に供給する。この記録データは、記録回路41からシリアル−パラレル変換回路42へ例えばおよそ1Gbps(1秒当たり1ギガビット)の速度で供給される。
シリアル−パラレル変換回路42は、この記録データを100個の記録データグループに分け、これら100個の記録データグループを100個のプローブグループ20にそれぞれ1つずつ分配する。このようなシリアル−パラレル変換回路42の処理には、バッファメモリ45が利用される。
各記録データグループは、シリアル−パラレル変換回路42からバスライン22および接続ライン21を通って各プローブグループ20の初段回路ユニット30に供給される。記録データブロックのシリアル−パラレル変換回路42から初段回路ユニット30への供給は、パラレルで同時に行われる。また、各記録データブロックは、シリアル−パラレル変換回路42から各初段回路ユニット30へ例えばおよそ10Mbpsの速度で供給される。
図3に示すように、各プローブグループ20において、初段回路ユニット30に供給された記録データグループは、変調回路31に供給される。変調回路31は、記録データグループに含まれる記録データを、記録媒体13の記録面13Dに記録するのに適した波形を有する記録信号に変換する。この記録信号は、記録媒体13の記録面13Dに記録すべき情報に対応する信号である。この記録信号は、変調回路31から切り替えスイッチ32に出力される。
切り替えスイッチ32は、各プローブグループ20に含まれる4つのプローブ17Aないし17Dのうちの1つのプローブと当該プローブグループ20に設けられた変調回路31とを接続し、かつ、記録媒体13のX方向の往復移動における移動方向が切り替わるごとに、変調回路31と接続するプローブを変更する。切り替えスイッチ32は、後段回路ユニット40に設けられたCPU46(図2参照)と、接続バス21およびバスライン22を介して電気的に接続されており、このような切り替えスイッチ32の動作はCPU46の指令に従って行われる。
変調回路31から出力された記録信号は、切り替えスイッチ32の動作に応じ、プローブ17Aないし17Dのうちのいずれか1つのプローブに供給される。そして、記録信号は、当該プローブを介して記録媒体13の記録面13Dに印加される。これにより、情報が記録媒体13の記録面13Dに記録される。
他方、記録媒体13の記録面13Dに記録された情報を再生する処理(情報再生処理)を行うときには、各プローブグループ20において、切り替えスイッチ34が、当該プローブグループ20に含まれる4つのプローブ17Aないし17Dのうちの1つのプローブと当該プローブグループ20に設けられた復調回路35とを接続し、かつ、記録媒体13のX方向の往復移動における移動方向が切り替わるごとに、復調回路35と接続するプローブを変更する。切り替えスイッチ34は、後段回路ユニット40に設けられたCPU46と、接続バス21およびバスライン22を介して電気的に接続されており、このような切り替えスイッチ34の動作はCPU46の指令に従って行われる。
記録媒体13の記録面13Dに記録された情報は、切り替えスイッチ34の動作に応じ、各プローブグループ20に属するプローブ17Aないし17Dのいずれか1つのプローブにより読み取られる。当該プローブにより読み取られた信号(読み取り信号)は、切り替えスイッチ34を介して復調回路35に供給される。
復調回路35は、切り替えスイッチ34を介して供給された読み取り信号を読み取りデータグループに変換する。すなわち、プローブにより読み取られた直後の読み取り信号は、情報読み取り方式(例えばSNDM方式)に応じたアナログ波形である。復調回路35は、この読み取り信号をバイナリーのデジタル信号である読み取りデータブロックに変換する。そして、復調回路35は、この読み取りデータブロックを接続ライン21へ出力する。
図2に示すように、プローブによる情報の読み取りおよび復調回路35による信号変換処理は、各プローブグループ20においてパラレルに同時に行われる。そして、読み取りデータブロックは、各プローブグループ20の復調回路35からパラレルに同時に出力され、後段回路ユニット40のパラレル−シリアル変換回路43に供給される。読み取りデータブロックは、復調回路35からパラレル−シリアル変換回路43に例えばおよそ10Mbpsの速度で供給される。
パラレル−シリアル変換回路45は、各復調回路35からパラレルに供給された読み取りデータブロックを、1つのシリアルデータである読み取りデータに変換する。このようなパラレル−シリアル変換回路43の処理には、バッファメモリ45が利用される。この読み取りデータは、パラレル−シリアル変換回路43から再生回路44に例えばおよそ1Gbpsの速度で供給される。
再生回路44は、読み取りデータに対しデコード処理などを行う。これにより、記録媒体13の記録面13Dに記録された情報が再生される。
以上のような情報記録処理および情報再生処理において、後段回路ユニット40に設けられたCPU46は、上述したように、切り替えスイッチ32、34の切り替えを制御する。これと同時に、CPU46は、アクチュエータ18の駆動をも制御する。
具体的には、CPU46は、情報記録処理および情報再生処理のそれぞれにおいて、アクチュエータ18を制御することにより、記録媒体13をX方向に往復移動させる。このときのアクチュエータ18のストローク量はおよそ100μmである。記録媒体13はおよそ100μmの距離をX方向に往復移動する。
そして、CPU46は、情報記録処理においては、記録媒体13が往復移動において移動方向を変える周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ32が変調回路31に接続するプローブを変更する周期とが互いに同期するように、アクチュエータ18と切り替えスイッチ32とを制御する。
また、情報再生処理においては、CPU46は、記録媒体13が往復移動において移動方向を変える周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ34が復調回路35に接続するプローブを変更する周期とが互いに同期するように、アクチュエータ18と切り替えスイッチ34とを制御する。
以下、記録媒体13が往復移動において移動方向を変える周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ32が変調回路31に接続するプローブを変更する周期とを互いに同期させる処理、および記録媒体13が往復移動において移動方向を変える周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ34が復調回路35に接続するプローブを変更する周期とを互いに同期させる処理をそれぞれ、「プローブスイッチング処理」という。
次に、情報記録処理時のプローブスイッチング処理における切り替えスイッチ32およびアクチュエータ18の動作について説明する。
情報記録処理時のプローブスイッチング処理において、各プローブグループにおける切り替えスイッチ32、およびアクチュエータ18はCPU46の制御に従い、例えば次のように動作する。
図4に示すように、まず、アクチュエータ18は、各プローブ17Aないし17Dの先端が記録媒体13の記録面13D上の記録開始位置において、記録面13Dに接近または接触するように、記録媒体13を移動させる(ステップS1)。
なお、プローブメモリー装置1は記録媒体13を記録面13Dに対し垂直な方向に移動させ、記録媒体13とプローブ17Aないし17Dとの間の上下方向における位置関係を変化させる他のアクチュエータを備えている。ステップS1において、プローブメモリー装置1は、このアクチュエータをも駆動する。
続いて、切り替えスイッチ32は、プローブ17Aと変調回路31とを接続し、変調回路31から供給される記録信号の受け取りを開始する。そして、アクチュエータ18は、記録媒体13を-X方向(例えば左方向)に100μm移動させる(ステップS2およびS3)。これにより、変調回路31から供給された記録信号がプローブ17Aを介して記録媒体13の記録面13Dに記録される。
記録媒体13が-X方向に100μm移動し終えた後、切り替えスイッチ32は、記録信号の受け取りを停止する。そして、切り替えスイッチ32は、プローブ17Aと変調回路31との接続を解除し、プローブ17Bと変調回路31とを接続する。そして、切り替えスイッチ32は、記録信号の受け取りを再開する。続いて、アクチュエータ18は、記録媒体13を+X方向(例えば右方向)に100μm移動させる(ステップS4ないしS7)。これにより、プローブ17Bを介して記録信号が記録媒体13の記録面13Dに記録される。
記録媒体13が+X方向に100μm移動し終えた後、切り替えスイッチ32は、記録信号の受け取りを停止する。そして、切り替えスイッチ32は、プローブ17Bと変調回路31との接続を解除し、プローブ17Cと変調回路31とを接続する。そして、切り替えスイッチ32は、記録信号の受け取りを再開する。続いて、アクチュエータ18は、記録媒体13を-X方向に100μm移動させる(ステップS8ないしS11)。これにより、プローブ17Cを介して記録信号が記録媒体13の記録面13Dに記録される。
記録媒体13が-X方向に100μm移動し終えた後、切り替えスイッチ32は、記録信号の受け取りを停止する。そして、切り替えスイッチ32は、プローブ17Cと変調回路31との接続を解除し、プローブ17Dと変調回路31とを接続する。そして、切り替えスイッチ32は、記録信号の受け取りを再開する。続いて、アクチュエータ18は、記録媒体13を+X方向に100μm移動させる(ステップS12ないしS15)。これにより、プローブ17Dを介して記録信号が記録媒体13の記録面13Dに記録される。
記録媒体13が+X方向に100μm移動し終えた後、切り替えスイッチ32は、記録信号の受け取りを停止する。続いて、アクチュエータ18は、記録媒体13を+Y方向に1μm移動(トラックシフト)させる(ステップS16およびS17)。
続いて、プローブメモリー装置1は、情報記録処理が終了するまで、ステップS2ないしステップS17の処理を繰り返し行う。
図5は、情報記録処理時においてプローブスイッチング処理が行われたときの各プローブグループ20におけるプローブ17Aないし17Dの走査推移を6つの場面に分けて示している。
図5において、点T1、T2、T3、T4は、プローブ17A、17B、17C、17Dの先端を示している。矢印A1、A2、A3、A4は、記録信号が記録面13Dに記録されている最中であることを示している。また、矢印A1、A2、A3、A4が示している向きは、記録面13Dに対してプローブ17A、17B、17C、17Dの先端が移動している方向を示している。線分L1、L2、L3、L3は、記録信号の記録面13Dへの記録が終了したことを示している。
なお、図5では、図1中のプローブメモリー装置1を上から下に向けて見た状態を示している。このため、図5では、プローブ17Aないし17Dの左右方向における配置が図2または図3中のプローブ17Aないし17Dの左右方向における配置とは逆になっているので注意を要する。また、図5ではプローブ17Aないし17D自体が記録媒体13上を移動しているように見えるが、実際に移動しているのは記録媒体13である。
さて、図5中の場面1は、図4中のステップS1に対応する。場面1では、各プローブ17Aないし17Dの先端T1ないしT4が、それぞれ記録開始位置(トラックの左端位置)にある。
場面2は、図4中のステップS2およびS3に対応する。場面2では、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4が、それぞれトラックの右端位置に移動している。この移動の間、プローブ17Aにより記録信号の記録が行われている。しかし、プローブ17Bない17Dによっては記録信号の記録が行われていない。
場面3は、図4中のステップS4ないしS7に対応する。場面3では、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4が、それぞれトラックの左端位置に移動している。この移動の間、プローブ17Bにより記録信号の記録が行われている。しかし、プローブ17A、17Cおよび17Dによっては記録信号の記録が行われていない。
場面4は、図4中のステップS8ないしS11に対応する。場面4では、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4が、それぞれトラックの右端位置に移動している。この移動の間、プローブ17Cにより記録信号の記録が行われている。しかし、プローブ17A、17Bおよび17Dによっては記録信号の記録が行われていない。
場面5は、図4中のステップS12ないしS15に対応する。場面5では、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4が、それぞれトラックの左端位置に移動している。この移動の間、プローブ17Dにより記録信号の記録が行われている。しかし、プローブ17Aないし17Cによっては記録信号の記録が行われていない。
場面6は、図4中のステップS16およびS17に対応する。場面6では、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4が、それぞれ下側(次のトラックの左端位置)に移動(トラックシフト)している。
図5からわかるとおり、記録媒体13はX方向に2回往復移動する。この間、記録媒体13はY方向にトラックシフト(トラックを変更するための移動)を行わない。また、記録媒体13がX方向に2回往復移動する間、記録媒体13の移動方向が変わるごとに、記録信号の記録を行うプローブが順次変更される。
次に、情報再生処理時のプローブスイッチング処理における切り替えスイッチ34およびアクチュエータ18の動作について説明する。
情報再生処理時のプローブスイッチング処理において、切り替えスイッチ34およびアクチュエータ18はCPU46の制御に従い、例えば次のように動作する。
図6に示すように、まず、アクチュエータ18は、各プローブ17Aないし17Dの先端が記録媒体13の記録面13D上の読み取り開始位置において、記録面13Dに接近または接触するように、記録媒体13を移動させる(ステップS21)。
続いて、切り替えスイッチ34は、プローブ17Aと復調回路35とを接続する。そして、アクチュエータ18は、記録媒体13を-X方向に100μm移動させる(ステップS22およびS23)。これにより、プローブ17Aにより記録媒体13の記録面13Dから情報が読み取られ、読み取り信号が復調回路35に供給される。
記録媒体13が-X方向に100μm移動し終えた後、切り替えスイッチ34は、プローブ17Aと復調回路35との接続を解除し、プローブ17Bと復調回路35とを接続する。そして、アクチュエータ18は、記録媒体13を+X方向に100μm移動させる(ステップS24およびS25)。これにより、プローブ17Bにより記録媒体13の記録面13Dから情報が読み取られ、読み取り信号が復調回路35に供給される。
記録媒体13が+X方向に100μm移動し終えた後、切り替えスイッチ34は、プローブ17Bと復調回路35との接続を解除し、プローブ17Cと復調回路35とを接続する。そして、アクチュエータ18は、記録媒体13を-X方向に100μm移動させる(ステップS26およびS27)。これにより、プローブ17Cにより記録媒体13の記録面13Dから情報が読み取られ、読み取り信号が復調回路35に供給される。
記録媒体13が-X方向に100μm移動し終えた後、切り替えスイッチ34は、プローブ17Cと復調回路35との接続を解除し、プローブ17Dと復調回路35とを接続する。そして、アクチュエータ18は、記録媒体13を+X方向に100μm移動させる(ステップS28およびS29)。これにより、プローブ17Dにより記録媒体13の記録面13Dから情報が読み取られ、読み取り信号が復調回路35に供給される。
記録媒体13が+X方向に100μm移動し終えた後、アクチュエータ18は、記録媒体13を+Y方向に1μm移動(トラックシフト)させる(ステップS30)。
続いて、プローブメモリー装置1は、情報再生処理が終了するまで、ステップS22ないしステップS30の処理を繰り返し行う。
情報再生処理時におけるプローブスイッチング処理が行われたときの各プローブグループ20におけるプローブ17Aないし17Dの走査推移は、情報記録処理時におけるプローブスイッチング処理が行われたときの各プローブグループ20におけるプローブ17Aないし17Dの走査推移と同じである(図5参照)。
以上説明したとおり、プローブメモリー装置1では、各プローブグループ20において、記録媒体13のX方向の往復移動における移動方向が変わるごとに、変調回路31または復調回路35と接続するプローブを変更する。
したがって、図3に示すように、変調回路31および復調回路35などを含む初段回路ユニット30は、プローブグループ20ごとに1つ設ければ足りる。つまり、4つのプローブ17Aないし17Dに1つの初段回路ユニット30を割り当てるだけでよい。言い換えれば、1つのプローブに1つの初段回路ユニット30を割り当てる必要がない。よって、プローブヘッド15のプローブ支持基板16上に配置すべき初段回路ユニット30の個数を減らすことができる。
それゆえ、プローブ17Aないし17Dの個数が多く、互いに隣接するプローブの間隔が小さくても、初段回路ユニット30を配置するためのスペースをプローブ支持基板16上に確保することができる。
したがって、プローブ17Aないし17Dの個数を増やし、X方向に互いに隣接するプローブの間隔を小さくすることができる。それゆえ、記録媒体13をX方向に移動させるためのアクチュエータ18のストローク量を小さくすることができる。よって、情報記録速度および情報読み取り速度の高速化、アクチュエータ18の駆動による消費電力の抑制、プローブメモリー装置1の小型化などの要請にバランス良く応じることができ、プローブメモリー装置1の性能を高めることができる。
また、プローブメモリー装置1では、各プローブグループ20において、記録媒体13のX方向の往復移動における移動方向が変わるごとに、復調回路35と接続するプローブを変更する。
これにより、情報再生処理時において、パラレル−シリアル変換回路43にパラレルに同時に供給される読み取りデータの個数を減らすことができる。
すなわち、仮に、記録媒体13の記録面13Dに記録された情報を、プローブヘッド15に設けられたすべてのプローブ17Aないし17Dを用いて同時に読み取るとすると、400個のプローブ17Aないし17Dから400個の読み取りデータがパラレル−シリアル変換回路43にパラレルに同時に供給されることになる。この結果、パラレル−シリアル変換回路43において変換処理を行うために、バッファメモリ45の記憶容量を大きくする必要がある。
しかし、プローブメモリー装置1によれば、各プローブグループ20において、記録媒体13のX方向の往復移動における移動方向が変わるごとに、復調回路35と接続するプローブを変更するので、パラレル−シリアル変換回路43にパラレルに同時に供給される読み取りデータ(読み取りデータグループ)は、100個になる。つまり、プローブヘッド15に設けられたプローブ17Aないし17Dの総数(400個)に比べ、パラレル−シリアル変換回路43に供給される読み取りデータ(読み取りデータグループ)の総数(100個)を少なくすることができる。したがって、パラレル−シリアル変換回路43において変換処理を行うのに用いるバッファメモリ45の記憶容量を小さくすることができる。
(第2実施形態)
図7は、本発明の情報記録再生装置の第2実施形態である走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示している。なお、図7において、図2に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
図7中の後段回路ユニット50に設けられたCPU51は、情報記録処理時において、記録媒体13がX方向に1回往復移動するごとに変調回路31と接続するプローブを変更するように、各プローブグループ20の切り替えスイッチ32を制御する。すなわち、CPU51は、記録媒体13が1回往復移動する周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ32が変調回路31に接続するプローブを変更する周期とを互いに同期させる。
一方、情報再生処理時において、CPU51は、記録媒体13がX方向に1回往復移動するごとに復調回路35と接続するプローブを変更するように、各プローブグループ20の切り替えスイッチ34を制御する。すなわち、CPU51は、記録媒体13が1回往復移動する周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ34が復調回路35に接続するプローブを変更する周期とを互いに同期させる。
第2実施形態では、例えば、記録媒体13が-X方向に100μm移動している間に、プローブ17Aを用いて記録面13Dに記録された情報を消去し、続いて、記録媒体13が+X方向に100μm移動している間に、プローブ17Aを用いて情報を記録する。そして、記録媒体13が1回往復移動するごとにプローブを変更しながら、このような情報消去および情報記録を繰り返し行う。この場合、記録媒体13は、X方向に4回往復移動してからY方向に1回トラックシフトするといった動きを繰り返す。
このような第2実施形態によっても、第1実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
(第3実施形態)
図8は、本発明の情報記録再生装置の第3実施形態である走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示している。なお、図8において、図2に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
図8中の後段回路ユニット60に設けられたCPU61は、情報記録処理時において、記録媒体13がX方向に1回半往復移動するごとに変調回路31と接続するプローブを変更するように、各プローブグループ20の切り替えスイッチ32を制御する。すなわち、CPU61は、記録媒体13が1回半往復移動する周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ32が変調回路31に接続するプローブを変更する周期とを互いに同期させる。
一方、情報再生処理時において、CPU61は、記録媒体13がX方向に1回半往復移動するごとに復調回路35と接続するプローブを変更するように、各プローブグループ20の切り替えスイッチ34を制御する。すなわち、CPU61は、記録媒体13が1回半往復移動する周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ34が復調回路35に接続するプローブを変更する周期とを互いに同期させる。
第3実施形態において、記録媒体13は、X方向に6回往復移動してからY方向に1回トラックシフトするといった動きを繰り返す。
このような第3実施形態によっても、第1実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
(第4実施形態)
図9は、本発明の情報記録再生装置の第4実施形態である走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示している。なお、図9において、図2に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
図9中の後段回路ユニット70に設けられたCPU71は、情報記録処理時において、記録媒体13がX方向にn回(nは2以上の整数)往復移動するごとに変調回路31と接続するプローブを変更するように、各プローブグループ20の切り替えスイッチ32を制御する。すなわち、CPU71は、記録媒体13がn回往復移動する周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ32が変調回路31に接続するプローブを変更する周期とを互いに同期させる。
一方、情報再生処理時において、CPU71は、記録媒体13がX方向にn回往復移動するごとに復調回路35と接続するプローブを変更するように、各プローブグループ20の切り替えスイッチ34を制御する。すなわち、CPU71は、記録媒体13がn回往復移動する周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ34が復調回路35に接続するプローブを変更する周期とを互いに同期させる。
このような第4実施形態によっても、第1実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
(第5実施形態)
図10は、本発明の情報記録再生装置の第5実施形態である走査型プローブメモリー装置のプローブヘッドおよび後段回路ユニットを示している。なお、図10において、図2に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
図10中のCPU81は、情報記録処理時において、切り替えスイッチ32を制御し、これにより、例えば、記録媒体13が往路中の所定区間を移動しているときに、各プローブグループ20におけるプローブ17Aと変調回路31とを接続し、記録媒体13が復路中の前記所定区間を移動しているときには、各プローブグループ20におけるプローブ17Bと変調回路31とを接続する。
一方、情報再生処理時において、CPU81は、切り替えスイッチ34を制御し、これにより、例えば、記録媒体13が往路中の所定区間を移動しているときに、各プローブグループ20におけるプローブ17Aと復調回路35とを接続し、記録媒体13が復路中の前記所定区間を移動しているときには、各プローブグループ20におけるプローブ17Bと復調回路35とを接続する。
例えば、情報記録処理時において、CPU81の制御のもと、切り替えスイッチ32およびアクチュエータ18は、図11に示すように動作する。
まず、各プローブ17Aないし17Dの先端T1ないしT4は、それぞれ記録開始位置(各トラックの左端位置)に配置される。そして、切り替えスイッチ32は、プローブ17Aと変調回路31とを接続する(場面1)。
続いて、アクチュエータ18は、記録媒体13を-X方向に50μm移動させる。これにより、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4は、各トラックの中間位置に移動する。この移動の間、プローブ17Aにより記録信号の記録が行われる(場面2)。
続いて、切り替えスイッチ32は、プローブ17Aと変調回路31との接続を解除し、プローブ17Bを変調回路31に接続する。そして、アクチュエータ18は、記録媒体13を-X方向にさらに50μm移動させる。これにより、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4は、各トラックの右端位置に移動する。この移動の間、プローブ17Bにより記録信号の記録が行われる(場面3)。
続いて、切り替えスイッチ32は、プローブ17Bと変調回路31との接続を解除し、プローブ17Aを変調回路31に接続する。そして、アクチュエータ18は、記録媒体13を+X方向に50μm移動させる。これにより、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4は、各トラックの中間位置に移動する。この移動の間、プローブ17Aにより記録信号の記録が行われる(場面4)。
続いて、切り替えスイッチ32は、プローブ17Aと変調回路31との接続を解除し、プローブ17Bを変調回路31に接続する。そして、アクチュエータ18は、記録媒体13を+X方向にさらに50μm移動させる。これにより、各プローブ17Aないし17Dの先端位置T1ないしT4は、各トラックの左端位置に移動する。この移動の間、プローブ17Bにより記録信号の記録が行われる(場面5)。
このように、情報記録処理時において、記録媒体13の-X方向の移動により、プローブ17Aおよびプローブ17Bがトラックの左端位置から中間位置までの所定区間を移動しているときには、切り替えスイッチ32はプローブ17Aと変調回路31とを接続する。一方、記録媒体13の+X方向の移動により、プローブ17Aおよびプローブ17Bがトラックの中間位置から左端位置までの所定区間を移動しているときには、切り替えスイッチ32はプローブ17Bと変調回路31とを接続する。
同様に、記録媒体13の-X方向の移動により、プローブ17Aおよびプローブ17Bがトラックの中間位置から右端位置までの所定区間を移動しているときには、切り替えスイッチ32はプローブ17Bと変調回路31とを接続する。一方、記録媒体13の+X方向の移動により、プローブ17Aおよびプローブ17Bがトラックの右端位置から中間位置までの所定区間を移動しているときには、切り替えスイッチ32はプローブ17Bと変調回路31とを接続する。
このような第5実施形態によっても、第1実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
なお、上述した各実施形態の説明では、記録面13D上において直線状のトラックがX方向に形成される場合を例にあげた。しかし、本発明はこれに限られない。例えば、トラックの形状は円弧状でもよいし、蛇行した形状であってもよい。
また、上述した各実施形態の説明では、4つのプローブ17Aないし17Dを1組にして1つのプローブグループ20を形成する場合を例にあげた。しかし、本発明はこれに限られない。2個、3個あるいは5個以上のプローブを1組にして1つのプローブグループを形成してもよい。
また、上述した各実施形態の説明では、互いに隣接し、かつマトリクス状に配列された4つのプローブ17Aないし17Dを1組にして1つのプローブグループを形成する場合を例にあげた。しかし、本発明はこれに限られない。例えば、1直線上に配列されている4つのプローブを1組にして1つのプローブグループを形成してもよい。
また、1つのプローブグループを形成するプローブは必ずしも互いに隣接していなくてもよい。例えば、同一のプローブグループに属さないプローブが、同一のプローブグループに属する2つのプローブ間に配置されているというような構成も可能である。
また、上述した各実施形態の説明では、プローブヘッド15に複数のプローブグループ20が配列されている場合を例にあげた。しかし、本発明は、プローブヘッドに設けられたプローブグループが1つの場合でも適用することができる。この場合、プローブグループにおいて、記録媒体の往復移動における移動方向が変わるごとに、復調回路と接続するプローブを変更するので、復調回路から出力される読み取りデータはシリアルデータとなる。そして、プローブグループは1つなので、このプローブグループの復調回路から出力された読み取りデータだけを後段の再生回路に供給すればよい。したがって、パラレル−シリアル変換回路、およびパラレル−シリアル変換のために必要なバッファメモリなどを排除することができる。
上述した各実施形態の説明では、記録媒体13が往復移動において移動方向を変える周期と、各プローブグループ20における切り替えスイッチ32または34がプローブを変更する周期とを互いに同期させる場合を例にあげた。しかし、記録媒体の移動制御中に切り替えスイッチによるプローブの変更を行うのであれば、記録媒体が移動方向を変える周期と、切り替えスイッチがプローブを変更する周期とは、互いに同期していなくてもよい。例えば、記録媒体のあるトラックにすでに記録された情報を消去した後に、当該トラックに別の情報を記録する場合や、記録媒体に情報を記録した後に、この記録した情報の内容の再生確認を行う場合など、1トラックについて2度以上の走査を行う場合には、記録媒体が移動方向を変える周期と、切り替えスイッチがプローブを変更する周期とは、互いに同期していなくてもよい。
また、上述した各実施形態の説明では、切り替えスイッチ32、34を含む初段回路ユニット30を、4つのプローブ17Aないし17Dに包囲された位置に配置する場合を例にあげた。しかし、本発明はこれに限られない。互いに隣接する2個のプローブ間に初段回路ユニット30を配置してもよい。
また、上述した各実施形態では、アクチュエータ18により、記録媒体13を記録面13Dに対し平行な移動させる場合を例にあげた。しかし、本発明はこれに限られない。図12に示す走査型プローブメモリー装置100のように、アクチュエータ101によりプローブヘッド15を記録面13Dに対し平行な方向に移動させてもよい。この場合には、記録媒体13をハウジング11などに固定する。
また、上述した本発明の実施形態であるプローブメモリー装置は、強誘電体材料から形成された記録層13Cを有する記録媒体13を用い、強誘電体の分極方向を変化させることにより情報を記録するといった情報記録原理を用い、情報再生原理としてはSNDM方式を用いる場合を例にあげた。しかし、本発明の情報記録再生装置において採用し得る情報記録原理および情報再生原理はこれに限られない。例えば、トンネル効果を用いたもの、原子間力を用いたもの、磁気力を用いたもの、静電力を用いたもの、または記録媒体の熱変形を用いたものなど、様々な情報記録原理および情報再生原理を採用することができる。
また、図2中のCPU46および図3中の切り替えスイッチ32、34が切り替え手段の具体例である。また、図7中のCPU51および図3中の切り替えスイッチ32、34が切り替え手段の別の具体例である。また、図8中のCPU61および図3中の切り替えスイッチ32、34が切り替え手段のさらなる別の具体例である。また、図9中のCPU71および図3中の切り替えスイッチ32、34が切り替え手段のさらなる別の具体例である。また、図10中のCPU81および図3中の切り替えスイッチ32、34が切り替え手段のさらなる別の具体例である。また、図3中の変調回路31および復調回路35がそれぞれ信号処理回路の具体例である。
また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う情報記録再生装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
本発明に係る情報記録再生装置は、例えば走査型プローブメモリー装置などのように、複数のプローブを用い、情報記録媒体に対する情報の記録または再生を行う情報記録再生装置に利用可能である。

Claims (8)

  1. 記録面を有する記録媒体と、
    互いに近接し、前記記録媒体の記録面に対し情報の記録または読み取りを行う複数のプローブを含むプローブグループが1つまたは複数配列されたプローブヘッドと、
    前記記録媒体または前記プローブヘッドを前記記録面に対し平行な方向に往復移動させるために、前記記録媒体または前記プローブヘッドの移動制御を行うアクチュエータと、
    プローブグループごとに設けられ、前記記録媒体の記録面に記録すべき情報に対応する記録信号を前記各プローブに供給し、または前記各プローブから読み取られた情報に対応する読み取り信号を受け取る信号処理回路と、
    前記各プローブグループに含まれる複数のプローブのうちの1つのプローブと当該プローブグループに対応する前記信号処理回路とを接続し、かつ、前記記録媒体または前記プローブヘッドを往復移動させるための移動制御中に、前記信号処理回路と接続するプローブを同一プローブグループに含まれる他のプローブに順次変更する切り替え手段とを備えていることを特徴とする情報記録再生装置。
  2. 前記切り替え手段は、前記記録媒体または前記プローブヘッドの往復移動における移動方向が切り替わるごとに、前記信号処理回路と接続するプローブを変更することを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
  3. 前記切り替え手段は、前記記録媒体または前記プローブヘッドが1回往復移動するごとに、前記信号処理回路と接続するプローブを変更することを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
  4. 前記切り替え手段は、前記記録媒体または前記プローブヘッドが1回半往復移動するごとに、前記信号処理回路と接続するプローブを変更することを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
  5. 前記切り替え手段は、前記記録媒体または前記プローブヘッドがn回(nは2以上の整数)往復移動するごとに、前記信号処理回路と接続するプローブを変更することを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
  6. 前記切り替え手段は、前記記録媒体または前記プローブヘッドが往路中の所定区間を移動しているときに、前記各プローブグループに含まれる第1プローブと当該プローブグループに対応する前記信号処理回路とを接続し、前記記録媒体または前記プローブヘッドが復路中の前記所定区間を移動しているときには、前記各プローブグループに含まれる第2プローブと当該プローブグループに対応する前記信号処理回路とを接続することを特徴とする請求項2に記載の情報記録再生装置。
  7. 前記切り替え手段は、前記プローブヘッドにおいて前記各プローブグループに含まれる互いに隣接する2つのプローブ間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
  8. 前記切り替え手段は、前記プローブヘッドにおいて前記各プローブグループに含まれる複数のプローブに包囲された位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の情報記録再生装置。
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