JP4435193B2 - プローブメモリ装置に搭載される位置決めシステムとその位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、プローブメモリ装置に用いられるプローブヘッドの位置決め装置とその位置決め方法に関する。

一般に、電子機器に搭載される記録装置として、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）方式のメモリ装置が知られている。通常のＨＤＤ方式の記録メディアは、円板形状を成し、スピンドルモータ等により高速に回転させられている。この記録メディアに対して記録再生を行うプローブヘッド部は、回動するアーム先端に設けられて記録面と対向している。記録メディアには、中心から放射線状に一定間隔で特定のパターンが配置されている。このパターン部分には、プローブヘッド部を記録メディアに対して位置決めするための位置に関するフィードバック情報（サーボパターン）が記載されている。

また、特許文献１によれば、粗動機構に固定された記録メディアと、この記録メディアに対向して配置される移動可能なプローブとを備える情報記録再生装置が提案されている。この記録メディアは、ガラス基板上に平滑な記録層が設けられ、ｘｙ面内で粗動するＸＹ方向粗動機構上に記録メディアが載置される。この記録メディアの上方には、ｘｙ方向微動機構とｚ方向微動機構とが積重して配置され、その下面には記録面と対向する１つのプローブが設けられている。

このような記録メディアは、記録させる情報量の増大を実現するためには、記録密度を高めるような集積化を行うことが好ましい。しかし高密度化の技術を見出すことは容易なことではなく、単に記録面の面積を大きくすることで対処することが考えられる。しかし、実用化するにあたっては、情報の書き込み速度や読み出し速度の高速化を図る必要があり、１つのプローブの移動可能な範囲や移動速度は限られているため、多数のプローブを用いることが想定される。

この多数のプローブを例えば、マトリックスに配置した場合、プローブ列を有する複数のプローブが、記録／読み出しする複数の箇所（極小的な記録領域）に、同時に又は連続的に正対しなければならないため、ＸＹ方向に対して正確に位置決めを行わなければならない。

この位置決めに関して、例えば特許文献２には、プローブとステージとの相対的な位置制御を行う位置決め装置が提案されている。この位置決め装置は、ステージ上に固定される四角形状の記録メディアの記録領域（記録面）の周囲四方のそれぞれに、一定なピッチの鋸歯形状の目盛り部に設けて、位置検出用プローブを近接させた構成である。位置検出用プローブは、積層型圧電アクチュエータでＸＹ方向に移動するプローブ側基板に固定されている。この位置決め装置は、４つの目盛り部に近接する各プローブにより、位置ずれを検出している。
特許第３１０５９８７号公報 特開平９−２６４２７号公報

通常、前述した特許文献２の位置決め装置のように、ＸＹ方向の位置検出を行う場合には、記録面に対して、互いに直交する２つの軸方向（ＸＹ方向）にそれぞれ一対の位置出し用パターンを設けている。即ち、記録領域の周囲四方に位置出し用パターンを設けられている。また従来では、位置検出処理の短時間化を実現するために、位置検出が間隔を空けて行われる手法も用いられている。

前述したアレイ状に配置される複数のプローブヘッドに対応する四角形の記録メディアの記録容量を増加させるためには、更なる集積化（微細化）や記録面積の増大が図られる。これに対して、特にＹ方向即ち、トラック方向における位置検出について、未検出状態を無くして連続的で正確な位置検出が要求されている。

そこで本発明は、アレイ状に配置される複数のプローブヘッドを備え、短時間で正確な記録位置に移動させて、高記録密度で且つ高速な転送速度を実現するプローブアレイ型ストレージシステムの位置決め装置とその位置決め方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に従い、予め定めたデータ方向に情報を記録するための四角形の記録領域、前記データ方向と同方向の走査移動方向で前記記憶領域における両外側にそれぞれに設けられた第１の領域及び第２の領域、及び該第１，第２の領域内のそれぞれに、位置決めを行うための、頂部を有する複数の突起部が連続し、前記データ列と直交するトラック方向に配列された第１のパターンと、前記第１のパターンと同等な連続する複数の突起部が並列し、且つ前記第１のパターンにおける前記突起部のそれぞれの前記頂部間の中間位置に頂部が配置されるように配列される第２のパターンと、で構成されるフィードバック情報を表す位置決め用パターンを有する記録メディアと、前記記録メディアに対向して配置され、前記記録領域に情報を記録、再生及び消去を行う行列配置された複数の第１のプローブと、前記第１領域及び第２の領域の前記位置決め用パターンから前記列の方向を示唆する再生信号を生成するための第２のプローブとを備えるプローブヘッド部と、前記記録メディアと前記プローブヘッド部と間の相対位置を移動させるアクチュエータ部と、を具備するプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステムを提供する。

さらに、複数のプローブがアレイ配置されたプローブヘッド部と、前記プローブヘッド部と対向して近接する前記プローブにより情報の書き込み、読み出し及び消去が行われる記録メディアとで構成されるプローブメモリ装置の位置決め方法であって、一自由度方向に関し一定の周波数で前記記録メディアを往復運動させて、前記記録メディア上の記録領域を挟んだ両側に設けた２つのサーボ領域に配置される、位置決めを行うための少なくとも２列の位置決め用パターンに前記プローブを近接させて、互いに位相が１８０°異なる鋸波の第１の再生信号及び第２の再生信号を生成し、前記第１及び第２の再生信号の差分値を、該第１及び第２の再生信号の加算値で除して、Ｏとなった際に前記情報の前記書き込み、前記読み出し及び前記消去を行うプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステムの位置決め方法を提供する。

本発明によれば、複数のプローブがアレイ状に配置されるプローブヘッドを備え、短時間で正確な記録位置に移動させて、高記録密度で且つ高速な転送速度を実現するプローブメモリ装置の位置決め装置とその位置決め方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に従う第１の実施形態に係る位置決めシステムが搭載されるプローブメモリ装置の概略的な構成例を示す。図２は、プローブアレイと記録メディアを含むステージ側の概念的な構成例を示す図である。以下の説明及び図面において、四角形の記録領域の対向する２組の辺における、辺に沿った互いに直交する方向において、一方の方向をＸ方向又はデータ方向（データが記録される方向）とし、他方の方向をＹ方向又はトラック方向と称している。

本実施形態のプローブメモリ装置は、大別して、情報を記録するための記録再生部である記録メディア１と、その情報の書き込み及び読み出しを行うプローブアレイ（プローブヘッド部）２と、記録メディア１の移動及び位置検出及び位置制御を行う移動機構１００と、プローブアレイ機構２０１により各プローブ２１が選択及び駆動され、それらのプローブ２１に対して情報の書き込み処理及び読み出し処理を行う情報処理部２００と、インターフェイス機能を備える入出力部１２と、で構成される。

本実施形態に係るプローブメモリ装置において、情報を書き込む又は読み出す際に、記録メディア１とプローブヘッド部２は、特定の周波数（例えば、超音波）が印加されて、その振動により１軸方向に往復運動（例えば、データ方向における走査移動）されている。従って、本実施形態における位置決めは、これと直交するＹ方向（トラック方向）に対して、データが記録されるトラック上を列配置された複数のプローブがそのトラックから外れることなく走査移動する位置にプローブヘッド部を移動させることをいう。その移動の際に、サーボ領域からの情報に基づいて、記録メディア１とプローブヘッド部２間の相対位置情報を取得し、この相対位置情報を制御部にて処理し、アクチュエータ３に対して位置補正を行うフィートバック制御が行われる。この超音波により記録メディア１は、振動駆動（往復動作）され、プローブヘッド部２の少なくとも１本のプローブ２１は、サーボ領域に対して情報を読み取り可能に相対している。

従って以下の説明における本実施形態は、ＸＹ方向の２軸の移動ではなく、Ｙ方向に対する位置決め及び移動について説明しており、Ｘ方向の移動は、Ｙ方向の傾きを調整した際のプローブの走査範囲を補正するための移動を示唆している。

このプローブメモリ装置において、記録メディア１が設けられたステージ１０１は、ＸＹ方向の粗動移動及び微動移動を行い、多数のプローブが設けられているプローブヘッド部２は、ステージ１０１と対向してＺ方向に移動する構成であるものとする。勿論、ステージ１０１とプローブヘッド部２が相対的に移動可能であればよいため、この構成とは、それぞれ逆の移動であってもよいし、一方は固定され、他方が三次元方向（ＸＹＺ方向）に移動する構成であってもよい。また、Ｚ方向の移動は、即ち、プローブ２１と記録領域との距離調整は、静電アクチュエータ及び静電ドライバ部等を用いて行うが、本実施形態では、Ｙ方向の移動に関する技術であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

図２に示すプローブメモリ装置において、四角形状の記録メディア１は、ステージ１０１の枠体１３に設けられたガイド機構５にトラック方向（Ｙ方向）に揺動可能（移動）に支持されている。ガイド機構５は、弾性を有する形状又は弾性部材により形成されている。尚、必要であればデータ方向（Ｘ方向）に揺動可能に支持するガイド機構を備えてもよい。

記録メディア１は、図３に示すように、データ領域３２を中心として、両側（例えば、Ｘ方向における両端側）には、位置検出を行うための後述するサーボパターン（フィードバック情報）が形成された第１のサーボ領域３１と第２のサーボ領域３３がそれぞれ配置される。

これらの第１，第２のサーボ領域３１，３３においては、後述する図４（ｃ）に示す２列のサーボパターンＡ，Ｂが一組として、図３に示すように例えば、１０組を並べて配置することにより、１０回の位置検出を繰り返し連続的に行い、その平均値から検出ミスや誤差を排除して正確な検出結果を得ることができる。

また、第１のサーボ領域３１の両側には、第１及び第２のアドレス領域が設けられ、第２のサーボ領域３３の両側には、第３及び第４のアドレス領域がそれぞれ設けられている。本実施形態では、これらのアドレス領域は、プローブヘッド部がデータ方向のいずれの方向（図３の紙面上の左から右又は左から右）からも移動してシーク動作が行えるようにデータ領域の両側に配置している。勿論、必ずしもアドレス領域をデータ領域の両側に配置する必要はなく、少なくとも一方に配置すればよい。

移動機構１００について説明する。図１及び図２に示すように、移動機構１００は、記録メディア１を弾性的にステージの枠体１３に支持するガイド機構５と、後述するアクチュエータ３と、アクチュエータ３を駆動するドライバ部６と、位置センサ４と、位置センサ４による距離測定を行う測定回路８と、測定回路８からの測定値によるフィードバック制御を行う制御部９と、で構成される。

記録メディア１が固着される枠体１３のＹ方向の両辺側には、略中央に一対の積層型圧電アクチュエータ（以下、アクチュエータと称する）３がそれぞれ配置される。さらに、アクチュエータ３の両側（Ｘ方向）で第１サーボ領域３１及び第２のサーボ領域３３にそれぞれ近接する位置にＹ方向の変位を検出するための、２対の位置センサ４が配置される。

位置センサ４は例えば、赤外光等を用いて光学的に位置を検出する非接触タイプのセンサが好適する。これらの位置センサ４は、記録メディアの振幅が所定幅以上となったかどうかを検出する。

プローブヘッド部２は、記録メディア１と略同程度又は、アクチュエータ３まで覆う対向面積を有し、その対向面側に複数例えば、１，０２４本×１，０２４本のマトリックス状にアレイ配置されたプローブ２１を備えている。これらのプローブ２１は、記録メディア１に対する記録再生の用途と、位置決め用サーボの用途に分かれて別々に備えられている。本実施形態では、記録再生の用途のプローブ２１は制御部７によりプローブ選択の切り換え動作が制御されるスイッチ１１を介して信号処理部に接続される。位置決め用サーボの用途のプローブ２１は、直接信号処理回路１０に接続されている。記録メディア１とプローブヘッド部２は、互いに相対的に動かされ、例えば、記録メディア１をアクチュエータ３を用いて、平面内にＸ−Ｙ２自由度で移動させる。勿論、反対に配置、即ち記録メディア１をストレージ側に固定子を設け、プローブヘッド部２側にアクチュエータを設けて、Ｘ−Ｙ２自由度を移動させてもよい。

次に図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、本実施形態の記録メディア１におけるサーボ領域とサーボパターンについて説明する。
図４（ａ），（ｃ）には、本実施形態におけるサーボパターンの一例を示し、図４（ｂ）には信号処理回路１０に入力されるサーボパターンの検出信号の信号レベルを示し、図４（ｄ）には、サーボ領域３１，３２（第１及び第２のサーボ領域）とデータ領域３２に対するプローブの概念的な配置例を示す。

本実施形態において、図４（ｄ）に示すように、データ領域３２は、サーボ領域３１，３３のｎ倍の面積（長さ）を有している。このデータ領域３２には、記録再生用のプローブ２１がｎ個配分される。各サーボ領域３１，３３には、それぞれサーボパターンを検出するために１サーボ領域当たりに少なくともの専用のプローブ２１が１つ配分されている。

従って、データ領域は、サーボ領域と同じ面積（長さ）の領域に分割され、各プローブ２１は、それぞれ対応する領域にアクセス動作する。１つのプローブ２１が受け持つ各領域には、記録ドットのサイズに応じて、数百〜数千の記録ドットが形成されている。一方、サーボ領域に形成するサーボパターンは、記録ドットのサイズでサーボ情報を設けることはできないため、１個の凸部分のサーボパターンが数十個〜数百個の記録ドットの列を担当する。

本実施形態では、図４（ａ）に示すように、２列のサーボパターンＡ，Ｂがトラック方向（Ｙ方向）に向かって配列される。図示する二重丸は上方から見たパターン１個の形状を示しており、横方向から見た形状は、内側の小丸を頂部とする台形形状又は、半球形状の突起である。尚、サーボパターンＡ，Ｂは、図３で示したようにデータ領域を挟んで反対側にも設けられている。サーボパターンＡは、サーボパターンＢとは、１８０°位相をずらして形成されている。

従って、図４（ｂ）に示すように、信号処理回路１０に入力される信号レベルは、再生信号Ａと再生信号Ｂとの絶対値の差は「０」となる。この時の位置決めポイントは、信号レベルの最大値と最小値即ち、プローブ先端のＺ軸方向の移動における最高位置と最低位置である。 尚、本実施形態では、これらのサーボパターンとしては、１つの突起（再生信号でいえば１周期）として２０ｎｍ程度を想定している。

また、図４（ａ）は、互いに平行となるように図示されるＡ層とＢ層が、僅かに斜めに傾いた状態でトラック方向（図３に示すＹ方向）に移動した場合にも、図４（ｂ）に示す信号レベルの位置決めポイントに僅かな位相ずれが発生するが、判断がつきにくい場合がある。

そこで、図４（ｃ）に示すように、各サーボパターンの突起の頂部をＸ方向（データ方向）に長く、例えば長方形になるように形成する。従って、パターン１個の形状は、上から見て楕円形状で、横方向から見ると、Ｙ方向に比べてＸ方向に２倍以上の長い台形形状又は、両端が丸められた蒲鉾形状（又は、台形の斜面部分が曲面の形状）を成している。

その理由としては、図４（ａ）に示したようなドット型のサーボパターンを繰り返し形成する。その際、信号レベルの強弱情報は、プローブが振動（往復動作）する方向（例えばＸ方向）に関しては、一定値が保持される。

また、その振動と直交する方向（Ｙ方向）に対しては、距離（位置決めしたい位置からのズレ量）に応じて、信号値が線形的に変化することが望ましい。但し、実際には、サーボパターンの凸形状がドット型（上方から見て円形）であれば、プローブヘッドの振動（往復動作）方向に関しても、信号値の変化が生じる。そのため、図４（ｃ）に示すように、Ｘ方向の振動（往復動作）側のサーボパターン量（又はパターンの長さ）をＹ方向のサーボパターン量（又はパターンの長さ）に対して、少なくとも整数倍で２倍以上の長さとなるように設けることにより、信号の誤認識を防ぐことができる。

図５には、サーボパターンを用いた位置決めシステムについて説明する。この位置決めシステムは、サーボパターンの突起を検出するプローブ２１と、処理回路１０に含まれるサーボパターンの読み取り処理回路２２と、処理回路１０からの位置結果によりフィードバック位置補正信号を出力する制御部７と、前記補正信号によりアクチュエータ３を駆動制御するドライバ部６と、アクチュエータ３とで構成される。これらの構成部位は、前述した図１に示す構成部位の一部を抜き出して記載したものである。

読み取り処理回路２２は、プローブ２１が検出した図４（ｂ）に示した信号レベルの再生信号を入力するサンプリング部２３と、サーボパターンＡによる再生信号Ｖａを入力して、後段の回路に振り分けて出力するデータＶａ処理部２４と、サーボパターンＢによる再生信号Ｖｂを入力して、後段の回路に振り分けて出力するデータＶｂ処理部２５と、再生信号Ｖａと再生信号Ｖｂを加算（加算値）する加算回路２６と、再生信号Ｖａと再生信号Ｖｂとの差分（減算値）を求める減算回路２７と、減算値を加算値で除する除算回路２８とで構成される。読み取り処理回路２２は、図５においては、別体として取り出して記載しているが、通常は制御部７内に含まれているものとする。

具体例として、例えば、１）サーボパターンＡからの再生信号Ｖａ、サーボパターンＢからの再生信号Ｖｂを生成する。但し、再生信号は、振幅１Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘであり、Ｖｍｉｎ＜Ｖａ、Ｖｂ＜Ｖｍａｘとする。サーボパターンＡとサーボパターンＢは、位相が１８０度ずれている。すなわち図４（ｂ）に示すように、再生信号ＶａがＶｍｉｎ時に、再生信号Ｖｂは、Ｖｍａｘとなる。２）再生信号処理により、Ｄｉｖ＝（Ｖａ−Ｖｂ）／（Ｖａ＋Ｖｂ）を算出する。図４（ｃ）示すようなＡ層の位置にプローブ２１が存在してトラックと位置が合うと、Ｄｉｖ＝Ｏとなる。

一方、記録メディアに対してプローブヘッド部２に傾きが生じていた場合には、Ｄｉｖ＞Ｏとなり、プローブ２１の列傾きをトラック番号が若い方に合わせるように修正する必要がある。Ｄｉｖ＜０の場合は、逆方向に修正する。４）情報が未記録な状態においては、サーボ情報が得られ、データ領域には情報がない。プローブ２１でサーボ信号を読み取り、Ｄｉｖ＝０の位置を、トラック位置として、記録情報を書き込む。

従来技術において、記録メディアの微細化や記録面積の増大によって、プローブの移動量の増加や位置決め精度が精微となるにつれて、プローブ部の機械的な性質（剛性、共振点）の影響が重要となっている。例えば、現在の、２．５インチ〜０．８５インチのＨＤＤにおいて、プローブ部の機械的な制御帯域は、約１ｋＨｚ前後程度であり、この帯域を大きく向上させることは、プローブ部の機械的なサイズ、材料的な特性などから、容易では無い。一方、転送レートを向上させ、特定の性能（２００Ｍｂｐｓ〜）を実現するには、プローブヘッド部２を記録メディア１に対して、特定の速度・周波数以上で振動（Ｘ方向における走査動作）させる必要がある。

サーボ情報に基づき、特定の計算にて、フィードバックをかけるための情報取得（サンプリング）は、少なくとも、作用の２倍以上、出来れば１０倍程度が望ましい。そこで、サーボ領域において、一連のサーボパターンを複数回、プローブの走査移動の方向に沿って、出現するように配置している。

次に、図６に示すフローチャートを参照して、プローブメモリ装置における「初期化」について説明する。
まず、制御部７にユーザから初期化命令が指示される（ステップＳ１）。制御部７は、各構成部位に電源供給を開始し、プローブヘッド部２の温度を変化させる（ステップＳ２）。この時、図示しない温度センサを用いて、予め定めた時間の経過後又は、予め定めた期間毎に温度を測定し記録する（ステップＳ３）。

次に、プローブヘッド部２における予め定められたプローブ２１は、現在のトラック位置を検出するために一回の走査移動（スキャン）を行い（ステップＳ４）、現在のトラック位置を認識する。尚、設定等によっては、この走査結果に基づき、初期位置に指定されたトラック位置に移動する制御であってもよい。

次に、調整として試し書きを行うためのメディア１上の場所（トラック）が指定され（ステップＳ５）、プローブ２１をそのトラックまで移動させる（ステップＳ６）。次に、Ｚ方向の移動を行い、プローブ２１と記録面との適切な距離まで移動する（ステップＳ７）。

次に、記録対象となるトラックに対して試し書きとして、ダミー情報を記録させ（ステップＳ８）、その後、ダミー情報を再生する（ステップＳ９）。その再生結果（再生信号）に対してＥＢＲ（Ｅｒｒｏｒ Ｂｉｔ Ｒａｔｅ）の良否を判定する（ステップＳ１０）。この判定で、まだＥＢＲが所望するレベルに達していない場合には（ＮＯ）、ステップＳ７に戻り、再度Ｚ方向の移動を行い、プローブ２１と記録面との距離を調整して、ダミー情報の記録再生を行う。一方、ＥＢＲが所望するレベルに達していた場合には（ＹＥＳ）、Ｚ方向値（プローブ２１と記録面との距離）を図示しない制御部７のメモリに記録して（ステップＳ１１）、温度変化を終了し（ステップＳ１２）、この初期化シーケンスを終了する。

次に、図７に示すフローチャートを参照して、プローブメモリ装置における「記録」処理について説明する。
まず、制御部７は、ユーザの指示による記録動作を開始する命令を各構成部位に送信する（ステップＳ２１）。最初に、プローブヘッド部２の温度を測定し記録する（ステップＳ２２）。その後、測定された温度に対して、初期設定時に記録されたＺ方向値を参照して、Ｚ方向の移動を行う（ステップＳ２３）。移動終了後に、現在のトラック位置を検出するために一回の走査移動（スキャン）を行い（ステップＳ２４）、現在のトラック位置を認識する。

次に、制御部７は、ユーザが記録させる情報に応じて、メディア１上の記録場所（トラック番号等）を指定して（ステップＳ２５）、トラックの移動（Ｙ方向移動）を開始する（ステップＳ２６）。この時、位置センサ４によりステージ１０１に対する記録メディア１の粗動経過を測定する（ステップＳ２７）。

さらに、トラック移動を行い（ステップＳ２８）、指定されたトラックに到達したか否かの位置確認を行う（ステップＳ２９）この位置確認で、まだ指定されたトラックに到達していない場合には（ＮＯ）、ステップＳ２８に戻り移動を継続する。一方、指定されたトラックに到達したのであれば（ＹＥＳ）、その移動を停止し、次に、指定されたビット位置に移動する（ステップＳ３０）。その後、指定されたビットに情報を記録し（ステップＳ３１）、さらに、パリティを付与して（ステップＳ３２）、一連の記録動作を終了する。

次に、図８に示すフローチャートを参照して、プローブメモリ装置における「再生」処理について説明する。
まず、制御部７は、ユーザの指示による再生動作を開始する命令を各構成部位に送信する（ステップＳ４１）。最初に、プローブヘッド部２の温度を測定し記録する（ステップＳ４２）。その後、測定された温度に対して、初期設定時に記録されたＺ方向値を参照して、Ｚ方向の移動を行う（ステップＳ４３）。移動終了後に、現在のトラック位置を検出するために一回の走査移動（スキャン）を行い（ステップＳ４４）、現在のトラック位置を認識する。次に、制御部７は、ユーザが再生させる情報が記録されているメディア１上の記録場所（トラック番号等）を指定して（ステップＳ４５）、トラックの移動（Ｙ方向移動）を開始する（ステップＳ４６）。

この時、位置センサ４によりステージ１０１に対する記録メディア１の粗動経過を測定する（ステップＳ４７）。さらに、トラック移動を行い（ステップＳ４８）、指定されたトラックに到達したか否かの位置確認を行う（ステップＳ４９）この位置確認で、まだ指定されたトラックに到達していない場合には（ＮＯ）、ステップＳ４８に戻り移動を継続する。一方、指定されたトラックに到達したのであれば（ＹＥＳ）、その移動を停止し、次に、指定されたビット位置に移動する（ステップＳ５０）。

その後、指定された情報を読み出す（ステップＳ５１）。読み出した情報に対してＥＢＲにおける良否を判定する（ステップＳ５２）。この判定で読み出した情報が良好でなければ（ＮＯ）、ステップＳ４８に戻り、ビット位置を再設定する。一方、読み出した情報がＥＢＲに対して良好であれば（ＹＥＳ）、次に付与されているパリティを確認する（ステップＳ５３）。このパリティが指定されたものでなければ（ＮＯ）、ステップＳ４８に戻り、再度トラックを移動させて位置確認を行う。一方、パリティが指定されたものであれば（ＹＥＳ）、所望する情報であると判断して信号処理部１０で処理して、外部機器例えば、ＣＰＵ等の演算処理デバイスに出力し、一連の再生シーケンスを終了する。

次に、図９に示すフローチャートを参照して、プローブメモリ装置における「消去」処理について説明する。
まず、制御部７は、ユーザの指示による消去動作を開始する命令を各構成部位に送信する（ステップＳ６１）。最初に、プローブヘッド部２の温度を測定し記録する（ステップＳ６２）。その後、測定された温度に対して、初期設定時に記録されたＺ方向値を参照して、Ｚ方向の移動を行う（ステップＳ６３）。移動終了後に、現在のトラック位置を検出するために一回の走査移動（スキャン）を行い（ステップＳ６４）、現在のトラック位置を認識する。

次に、制御部７は、ユーザが消去させる情報が記録されているメディア１上の記録場所（トラック番号等）を指定して（ステップＳ６５）、トラックの移動（Ｙ方向移動）を開始する（ステップＳ６６）。この時、位置センサ４によりステージ１０１に対する記録メディア１の粗動経過を測定する（ステップＳ６７）。

さらに、トラック移動を行い（ステップＳ６８）、指定されたトラックに到達したか否かの位置確認を行う（ステップＳ６９）この位置確認で、まだ指定されたトラックに到達していない場合には（ＮＯ）、ステップＳ６８に戻り移動を継続する。一方、指定されたトラックに到達したのであれば（ＹＥＳ）、その移動を停止し、次に、指定されたビット位置に移動する（ステップＳ７０）。その後、指定されたビットに情報を消去し（ステップＳ７１）、一連の消去動作を終了する。

以上のように構成されたプローブメモリ装置は、記録メディア１上のサーボ領域に設けたサーボパターンを利用して位置決めを実施するために、記録メディア１とプローブヘッド部２は、１軸方向に特定の周波数の振動により往復運動（走査移動）されている。その際に、サーボ領域からの情報に基づいて、記録メディア１とプローブヘッド部２間の相対位置情報を取得し、この相対位置情報を制御部にて処理し、アクチュエータ２に対して位置補正を行うフィートバック制御が行われている。

本実施形態に従うプローブメモリ装置は、研究開発フェーズであるが、従来のストレージ機構に比べて、記録密度限界を大きく上に引き延ばすブレイクスルー技術と成り得る。

次に、第２の実施形態について説明する。
前述した実施形態では、複数の連続した突起によるパターンの位相をずらして二列のサーボパターンについて説明した。このようなサーボパターンは、サイン波的な変化を持つ再生信号を利用していた。サーボパターンからの理想的な再生信号は図１０に示すように三角波が望ましい。具体的には、三角波は図１１（ａ）に示すように、例えば、サーボ領域３１及びサーボ領域３３において、１８０°の位相ずれを有する２つの三角波が得られるパターンＡ，Ｂを設ける。これらのパターンＡ，Ｂは、図１２に示すように、サーボ領域に対して山型に多値記録を行うものである。尚、図１１（ｂ）には、同図（ａ）の点線で囲まれた部分の三角波の谷部分を示している。

そこで、ＲＲＡＭという新規な記録原理を有する多値記録メモリ装置が注目されてきている。これは、比較的容易に作成することができるにもかかわらず消費電力、記録密度、スイッチングスピード、オン／オフ比等のいずれの性能も優れているといったことが判明しつつあるからである。ＲＲＡＭ（抵抗変化型ＲＡＭ）と称される素子すべてで確認されているわけではないが、ＮｉＯ、ＰｒＣａＭｎＯの他、ＺｎＭｎ_２０_４等では、“１”と“０”以外の中間値も記録することができる。これらの媒体を記録部だけでなくサーボパターンの構成にも使用する場合を説明する。

書き込み再生プローブは、例えば先端が先鋭化され、電子発生源あるいはホットエレクトロン源が接続される。この記録メディアは、基板上に下地電極層、記録層及び表面保護層による積層構造となっている。

これらのうち、下地電極層は接地されている。この記録メディアに書き込む場合には、図１２に示すように、プローブ２１から記録面にパルス電流を印加することにより記録部（記録層）の材料を相変化させることにより、相変化が深さ方向にジグザグ（上下に鋭角に曲折するパターン）になるように実施する。

また、読み出しを行う場合には、記録メディアの材料の相変化を起こさない程度の微少な電流を印加し、その抵抗成分を読み取ることにより情報を読み出す。尚、図１０及び図１１（ａ）においては、深さ方向で深い浅いを左右に振った三角波として便宜上、記載しているが、実際には、図１２に示すように深さ方向にジグザグするように材料を相変化させて、取り出した再生信号は、信号レベルが大小で鋭角に曲折する三角波として生成される。

次に、第２の実施形態に係る記録メディアの製造方法について説明する。
ベース基板は、Ｓｉ基板を用いる。このＳｉ基板上に、下地電極層となるＴｉ膜及びＰｔ膜が順次、積層させて約５０ｎｍの膜厚になるように蒸着形成する。下地電極層上には、ＲＦマグネトロンスパッタリングを用いて、膜厚２０ｎｍのＮｉＯ膜を形成する。プロセス条件としては、Ａｒ：９５％，０：２５％雰囲気下で、基板温度３００℃から６００℃の範囲として、記録層ＮｉＯとなるように組成を調整したターゲットを用いて、成膜した。

さらに、記録メディアのサーボ領域となる部分には、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のプローブのような尖った先端と高精度の位置制御ができるステージを持つ電圧印加装置を用いて異なる電圧のパルス波を印加して図１２に示すような所定の抵抗値を記録させる。

理想的なサーボパターンは、図１０に模式的に示すように、ｙ方向に１０〜２０列毎に１周期を形成するような三角波パターンであり、Ｘ方向に一定の周期で振動させたときにサーボパターンからの読出し信号により、どの程度ずれているかを把握できる。

このとき微小な範囲でサーボパターン自体が大幅に抵抗変化すると位置特定が難しくなるので、サーボパターンには向かない。ＮｉＯ等のＲＲＡＭに使用されるような記録媒体ではフィラメント（細線）的導電パスを形成するため、そのままサーボパターンに利用することは難しい。

そこで、このｙ方向の三角波を形成するためＲＲＡＭ記録原理の中間値を利用し、図１２に示すように、最も高抵抗（“０”）の記録ビットのすぐ隣に１０％抵抗値（“０．１”）を、さらに隣に２０％抵抗値（“０．２”）を記録するというように、抵抗値をグラデーションのように変化させながらサーボパターンを形成する。

ここでは、このような記録を行うため、記録部分のプローブと同等もしくはこれより細いプローブを備え、位置制御性の高いステージを持つ製造装置を用いて行う。Ｙ方向の三角波を形成する際、端から順に書いてもよいが、一度最も低抵抗の部分（“１”）を書いてしまうとその付近で電流集中が起きてしまうため所定の位置に所定の抵抗を形成するのが難しくなる。

そこで、高抵抗の部分から順に低抵抗の部分を記録する。ＮｉＯ等のＲＲＡＭに使用されるような記録媒体ではフィラメント（細線）的導電パスを形成し、隙間なく隣接した領域に別の抵抗値を記録することは一般に難しい。

しかしながら、サーボ用のプローブが記録再生用のプローブより太く隣接サーボ記録ドットにまたがるような構造にすれば、サーボ部のプローブが感知する電気抵抗は滑らかにＹ方向に連なるように再生信号を生成することができる。極限まで記録密度を上げた記録部と同等の記録ピッチでこのような山型の変化を形成すると、さらに好ましい。

また、高抵抗と低抵抗の書き分けは、電圧を変える方法と電流のパルス幅を変える方法と２種類ある。一方、Ｘ方向には急峻なパターンであるほうが好ましい。

本実施形態によれば、サーボパターンのなだらかな変化と急峻な変化を自在に選ぶことができる。なお、上第１の実施形態では、記録メディア上にサーボパターンを形成して、後にプローブヘッド部と組み合わせるという方法について説明したが、媒体とプローブヘッド部とを組み合わせてからサーボ用プローブを用いてサーボパターンをセルフ的に形成するという方法も考えられ、これを否定するものではない。

以上説明したように、本実施形態によれば、山型に漸次的に変化する多値記録を行い、三角波のサーボパターン再生信号を生成することにより、より高密度に情報を記録する記録メディアに対して好適する。

＜付記＞ 尚、以下にプローブメモリ装置における記録メディアの駆動（往復運動）等について概念的に説明する。

プローブメモリ装置は、半導体製造技術やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術等を用いて形成される。対向して配置されるプローブヘッド部２及び記録メディア１は、圧電アクチュエータと静電アクチュエータによる伸縮動作及び押し付け動作により駆動される。プローブヘッド部２及び記録メディア１は、何れか一方又は、両方が駆動されてもよい。本実施形態では、記録メディア１が駆動（往復運動及びシーク動作）を行う構成例により説明している。

これらのアクチュエータは、記録メディア１を取り囲む枠部に設けられる。記録メディア１は、枠部の内側に弾性を有するガイド機構（又は弾性部材）により懸架されている。アクチュエータは、例えば圧電素子と電極により構成されている。本実施形態では、２つの対向する辺にそれぞれＸ方向用圧電アクチュエータが設けられている。さらに、これらと直交する２つの辺にそれぞれＹ方向用圧電アクチュエータを設けてもよい。

また、各プローブには、Ｚ軸用静電アクチュエータが設けられている。プローブは、ＡＦＭの原理を適用した片持ち針（又は、突起部）の形状を成し、その針先が記録メディアの記録面に形成された穴又は溝の凹凸により上下動して“１”、“０”の情報を読み出している。片持ち針の場合には、引力領域又は斥力領域にて使用され、その変動（位置）によりデータ“１”、“０”として検出している。

プローブヘッド部に形成されるプローブと、記録メディアの記録面は、位置センサにより検出された検出結果を用いて、均一な距離（間隔）で保持される。アクチュエータのうち、静電アクチュエータは、プローブと記録面及びサーボ領域面との間の押し付け力を調整し、且つ圧電アクチュエータによる往復動作の推進力を調整する。このようなアクチュエータを用いて、プローブがサーボ領域に設けられたサーボパターンに宛がわれて、適正な位置検出データ（再生信号）読み取っている。ガイド機構は、バネ等の弾性形状を成し、アクチュエータの動作に反発する形態で記録メディアを枠体に弾性的に支持する。

本実施形態としては、例えば、両側にサーボ領域が形成されている記録メディアと、圧電材料及び金属材料により形成されるアクチュエータと、ガイド機構と、アクチュエータを駆動するドライバと、ドライバを制御する制御部と、位置センサとで構成される。

位置センサは、記録メディアとアクチュエータとの間に設けられ、何れかに基準位置（例えば、ＸＹ座標の原点）を定めて、その原点に対する現在位置と、目標位置までの間の水平距離と、Ｘ−Ｙ平面内部でのねじれ量（距離差により求める）を算出する。この位置センサは、例えば、記録メディアの四隅に配置され、それぞれに静電容量を測定し、対向して設けた検出部に対するズレ量を利用する静電容量型センサを用いることができる。また他にも、対向面積の変化により熱伝導率が変化することから同様に対向して設けた検出部のズレ量検出を利用する熱量利用型センサ等を用いることができる。位置センサは、プローブと記録面との位置（Ｘ−Ｙ平面上）を測定する。

このような構成において、静電アクチュエータが発生する押し付け力が十分に作用していない場合には、圧電アクチュエータと記録メディアとの間に働く押し付け力は弱くなり、記録メディアに伝達される発生力は小さくなる。一方、静電アクチュエータの押し付け力が大きい場合には、圧電アクチュエータが記録メディアに押し付けられるように働き、プローブが記録メディアの記録面との間隔が調整されて、超音波による往復移動が行われる。圧電アクチュエータは、発生力が大きい反面、変位量は小さいというトレードオフを有している。

本実施形態では、プローブヘッド部及び記録メディアの移動に対しては、所謂、公知な超音波モータの動作原理を用いている。この動作原理は、超音波振動を利用して摩擦駆動する。超音波が加えられた振動体に押し付けられた物体は、運動の時定数に比べて超音波周波数が高くなるため、超音波の１周期の振幅のある位置で接触することとなる。この接触する部分がだ円運動又は直線的な往復運動すれば、物体は推力を受ける。この推進における速度や変位量は駆動電圧波形を制御することができる。

本実施形態では、Ｘ方向（データ方向）に記録メディアが予め定めた範囲で往復運動を行っており、列に配置されたプローブがその往復運動している記録領域上の穴（又は溝の凹凸）列に重なるように宛がわれる。その際に、その穴列に列配置されたプローブが一致して重なるように、特にデータ方向に傾きが発生しないように、サーボパターンを基準に位置検出を行い、位置補正を行って記録／再生動作を実施する。従って、本実施形態による位置検出は、Ｙ方向（トラック方向）に位置補正するための位置検出であればよく、従来のＸＹ平面における一点の座標位置（目標位置）の検出とは異なっている。尚、本実施形態では、１つのデータ領域の両側にそれぞれサーボ領域を設けた構成であったが、必ずしも両端に設ける必要はなく、例えば、複数のデータ領域が並ぶような構成であれば、それらの間に少なくとも２つのサーボ領域を配置することもできる。

以上説明した本実施形態によれば、記憶領域の両側に位置に関するフィードバック情報を備えたサーボ領域を配置した記録メディアと、複数のプローブをアレイ状に配置したプローブヘッド部と、を対向させて相対的に何れか一方を一自由度方向に関し一定の周波数で振動（往復運動）させる。プローブヘッド部は、位置決めを受け持つサーボ用プローブと、情報の記録再生を受け持つ記録再生用プローブに分類され、サーボ用プローブは、前記サーボ領域の内にある。同時に複数本のプローブにてアクセスすることにより、ストレージシステムとしての転送レート向上を実現する。

本発明に従う第１の実施形態に係るプローブメモリ装置の位置決め装置を用いるプローブメモリ装置の概略的な構成例を示す図である。 プローブアレイと記録メディアを含むステージ側の概念的な構成例を示す図である。 記録メディアにおけるデータ領域とサーボ領域の位置関係を示す図である。 図４（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に従う記録メディアにおけるサーボ領域とサーボパターンについて説明するための図である。 第１の実施形態に従うサーボパターンを用いた位置制御系体について説明するための図である。 第１の実施形態に従うプローブメモリ装置における「初期化」について説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に従うプローブメモリ装置における「記録」について説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に従うプローブメモリ装置における「再生」について説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態に従うプローブメモリ装置における「消去」について説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態に従う記録メディアのサーボパターンを示す図である。 第２の実施形態に従う記録メディアのサーボ領域に形成されるサーボパターンの一例を示す図である。 第２の実施形態に従う記録メディアのサーボ領域に形成される多値記録によるサーボパターンについて説明するための図である。

符号の説明

１…記録メディア、２…プローブアレイ（プローブヘッド部）、３…アクチュエータ、４…位置センサ、５…ガイド機構、６…ドライバ部、７，９…制御部、８…測定回路、１０…信号処理部、１１…スイッチ、１２…入出力部、１３…枠体、１４…外部機器、１５…、１６…、１７…、１８…、１９…、２０…、２１…プローブ（ヘッド）、２２…読み取り処理回路、２３…サンプリング部、２４…データＶａ処理部、２５…データＶｂ処理部、２６…加算回路、２７…減算回路、２８…除算回路、１００…移動機構、１０１…ステージ、２００…情報処理部、２０１…プローブアレイ機構。

Claims (9)

1. 予め定めたデータ方向に情報を記録するための四角形の記録領域、前記データ方向と同方向の走査移動方向で前記記憶領域における両外側にそれぞれに設けられた第１の領域及び第２の領域、及び該第１，第２の領域内のそれぞれに、位置決めを行うための、
   頂部を有する複数の突起部が連続し、前記データ列と直交するトラック方向に配列された第１のパターンと、
   前記第１のパターンと同等な連続する複数の突起部が並列し、且つ前記第１のパターンにおける前記突起部のそれぞれの前記頂部間の中間位置に頂部が配置されるように配列される第２のパターンと、で構成されるフィードバック情報を表す位置決め用パターンを有する記録メディアと、
   前記記録メディアに対向して配置され、前記記録領域に情報を記録、再生及び消去を行う行列配置された複数の第１のプローブと、前記第１領域及び第２の領域の前記位置決め用パターンから前記列の方向を示唆する再生信号を生成するための第２のプローブとを備えるプローブヘッド部と、
   前記記録メディアと前記プローブヘッド部と間の相対位置を移動させるアクチュエータ部と、を具備することを特徴とするプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステム。
2. 前記位置決め用パターンにおいて、
   前記第１のパターンと前記第２のパターンとが組となって、前記第１領域内及び第２の領域内に複数組が配置されることを特徴とする請求項１に記載のプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステム。
3. 前記位置決め用パターンにおいて、
   前記突起部における前記頂部は、前記トラック方向の長さに対して、前記データ方向に整数倍で２倍以上の長さを有することを特徴とする請求項２に記載のプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステム。
4. 前記記録メディアは、ある一定の周波数で振動駆動され、データ方向に対して往復動作することを特徴とする請求項１に記載のプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステム。
5. 予め定めたデータ方向に情報を記録するための四角形の記録領域、前記データ方向と同方向の走査移動方向で前記記憶領域における両外側にそれぞれに設けられた第１の領域及び第２の領域、及び該第１，第２の領域内のそれぞれに位置決めを行うために、
   前記第１領域及び第２の領域が前記記録メディアのベース基板上に、下地電極層、記録層及び表面保護層による積層構造に形成され、前記記録層に対して前記表面保護層から電流値が線形的に増減変化する多値のパルス電流を前記データ列と直交するトラック方向に移動しつつ印加することにより、前記記録層の材料が深さ方向で上下に鋭角に曲折するパターンになるように相変化させた第１のパターンと、
   前記第１のパターンと同等に前記相変化させた深さ方向で上下に鋭角に曲折するパターンが並列し、且つ前記第１のパターンにおける最大値と１８０°位相がずれた位置に最大値を持つように形成された第２のパターンと、で構成されるフィードバック情報を表す位置決め用パターンを有する記録メディアと、
   前記記録メディアに対向して配置され、前記記録領域に情報を記録、再生及び消去を行う行列配置された複数の第１のプローブと、前記第１領域及び第２の領域の前記位置決め用パターンから前記列の方向を示唆する再生信号を生成するための第２のプローブとを備えるプローブヘッド部と、
   前記記録メディアと前記プローブヘッド部と間の相対位置を移動させるアクチュエータ部と、を具備することを特徴とするプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステム。
6. 予め定めたデータ方向に情報を記録するための四角形の記録領域、前記データ方向と同方向の走査移動方向で前記記憶領域における両外側にそれぞれに設けられた第１の領域及び第２の領域、及び該第１，第２の領域内にそれぞれに設けられた位置決めを行うためのフィードバック情報を表す位置決め用パターンを有する記録メディアと、
   前記記録メディアに対向して配置され、前記記録領域に情報を記録、再生及び消去を行う行列配置された複数の第１のプローブと、前記第１領域及び第２の領域の前記位置決め用パターンから前記列の方向を示唆する再生信号を生成するための第２のプローブとを備えるプローブヘッド部と、
   前記記録メディアと前記プローブヘッド部と間の相対位置を移動させるアクチュエータ部と、
   前記第１及び第２のプローブが位置決め用パターンに基づき、検出したそれぞれの再生信号を入力するサンプリング部と、
   前記第１のプローブが検出した第１の再生信号を入力して、後段の回路に振り分けて出力する第１のデータ処理部と、
   前記第２のプローブが検出した第２の再生信号を入力して、後段の回路に振り分けて出力する第２のデータ処理部と、
   前記第１の再生信号と前記第２の再生信号を加算して加算値を求める加算回路と、
   前記第１の再生信号と前記第２の再生信号を減算して減算値を求める減算回路と、
   前記減算値を前記加算値で除する除算回路と、で構成される読み取り処理回路を具備し、
   前記位置決め用パターンによる位置決めが正しい際に、前記除算回路が０を出力することを特徴とするプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステム。
7. 前記データ方向における前記記録領域の長さは、前記第１，第２の領域の長さの整数倍を有し、前記第１，第２の領域内に１つのプローブが配置された際に、前記記録領域には、前記整数倍個のプローブが配置され、
   前記記録メディアの往復運動時に、サーボ領域の長さに合わせることにより、１スキャンにより、前記データ領域の全部の長さにわたり、スキャンすることを特徴とする請求項１に記載のプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステム。
8. 複数のプローブがアレイ配置されたプローブヘッド部と、前記プローブヘッド部と対向して近接する前記プローブにより情報の書き込み、読み出し及び消去が行われる記録メディアとで構成されるプローブメモリ装置の位置決め方法であって、
   一自由度方向に関し一定の周波数で前記記録メディアを往復運動させて、
   前記記録メディア上の記録領域を挟んだ両側に設けた２つのサーボ領域に配置される、位置決めを行うための少なくとも２列の位置決め用パターンに前記プローブを近接させて、互いに位相が１８０°異なる鋸波の第１の再生信号及び第２の再生信号を生成し、前記第１及び第２の再生信号の差分値を、該第１及び第２の再生信号の加算値で除して、Ｏとなった際に前記情報の前記書き込み、前記読み出し及び前記消去を行うことを特徴とするプローブメモリ装置に搭載される位置決めシステムの位置決め方法。
9. 前記プローブヘッド部は、前記記録メディアに対して、前記周波数で振動駆動され、前記プローブヘッド部の少なくとも１つのプローブが前記位置決め用パターンに対して相対していることを特徴とする請求項８に記載の位置決めシステムの位置決め方法。

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