JP4799518B2

JP4799518B2 - プローブアレイ型ストレージ装置

Info

Publication number: JP4799518B2
Application number: JP2007250094A
Authority: JP
Inventors: 桂増西; 章浩古賀; 正弘桑田; 博昭中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-09-26
Also published as: JP2009080903A

Description

本発明は、複数のプローブアレイによる記録再生ヘッドを備えたストレージ装置に関し、平面内（Ｘ−Ｙ面内）の移動に関して２方向の自由度を有するマイクロＸＹステージを備えたストレージ装置における回転ずれ補正のための機構に関する。

情報化社会の発展につれて、大容量メモリ化技術への要求がますます高まっている。近年、ナノメートル以下の分解能で導電性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が開発された。また、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁性物質等の表面をＳＴＭと同様の分解能で観察可能な原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や近接視野光学顕微鏡（ＮＦＯＭ）なども開発された。これらＳＴＭ、ＡＦＭ、ＮＦＯＭ等の原理を応用し、プローブを用いて記録媒体を原子・分子スケールでアクセスして記録再生を行うことにより、高密度メモリを実現するという提案がなされている。

さらに、小型化を目的として、複数のプローブ電極を半導体基板上に形成し、これと対向する記録媒体を変位させて記録再生する装置も提案がなされている。

複数のプローブ電極を有するプローブアレイヘッドで記録媒体を走査することにより記録を行う際は、記録媒体において記録がなされるべき方向とプローブ電極の実際の走査方向とが一致していなければならない。プローブアレイヘッドで記録媒体を走査することにより再生を行う際も同様である。しかし、温度のバラツキや経年劣化等により、記録媒体を支持する弾性支持部が影響を受け、記録媒体（記録メディア）にいわゆる「回転ずれ」が発生することがある。この場合、記録／再生時において、記録媒体において記録又は再生がなされるべき方向とプローブ電極の実際の走査方向とが一致しなくなってしまうという問題がある。例えば下記特許文献１には、この問題を解決するために、モータによる回転機構で補正を行うことについて記載されている。
特許第３０４２８１７号

しかしながら、上記特許文献１のモータによる回転機構には、装置全体のサイズが大きくなってしまうことや、回転機構の駆動に要する消費電力を低く抑えられないといった問題点がある。また、回転ずれが生じたこと及びそのずれ量の検出のために、新たなセンサが必要となってしまう。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構造を有し小型であり、消費電力の少ない回転補正機構を備えたプローブアレイ型ストレージ装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点に係るプローブアレイ型ストレージ装置は、プローブ電極の位置決めに用いられる第１のサーボアドレス信号を含む第１のフィードバック情報と、データ信号と、少なくとも前記第１のフィードバック情報の第１のサーボアドレス信号と同一の第２のサーボアドレス信号を含む第２のフィードバック情報とが、記録又は再生されるべき方向に沿って配列された記録媒体と、前記記録媒体に対して書込み又は読出しを行う複数のプローブ電極を備え、前記記録媒体に対向して設けられるプローブアレイと、前記記録媒体の平面に平行な第１の方向に沿って前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に移動させる第１のアクチュエータと、前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に移動させる、互いに独立して制御が可能な複数の第２のアクチュエータと、前記プローブアレイを制御することにより前記記録媒体から前記第１のフィードバック情報及び前記第２のフィードバック情報を読み出し、前記第１のフィードバック情報が示す第１のサーボアドレス信号の値と前記第２のフィードバック情報が示す第２のサーボアドレス信号の値の大小関係から、前記記録又は再生されるべき方向と、前記プローブアレイの走査方向とのずれを検出する検出手段と、前記記録又は再生されるべき方向と、前記プローブアレイの走査方向とが一致するように、前記複数の第２のアクチュエータのそれぞれの駆動を制御する制御手段と、を具備する。

本発明によれば、簡素な構造を有し小型であり、消費電力の少ない回転補正機構を備えたプローブアレイ型ストレージ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係るプローブアレイ型ストレージ装置について、図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。

図１は、プローブアレイ型ストレージ装置の内部構造の概略を示す斜視図である。同図に示すように、本発明の実施形態に係るプローブアレイ型ストレージ装置は、複数のプローブ電極を備えたプローブアレイ１と、情報を記録する記録媒体（記録メディア）２と、記録媒体２の面に平行な少なくとも２つの軸方向に沿ってプローブアレイ１と記録媒体２とを相対移動させるために両者を駆動する静電駆動櫛歯電極アクチュエータ３ａ，３ｂと、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ３ａ，３ｂにより駆動される記録媒体２を外部の枠５に対し弾性を利用して支持する弾性支持部（梁）４ａ、４ｂとを具備する。

プローブアレイ１と記録媒体２とを相対移動させる２つの軸方向において、第１の軸方向では、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ３ａにより記録媒体２を駆動する。この第１の軸方向のことを「駆動軸方向」と称する。もう一方の第２の軸方向は、駆動軸方向に対して交差（理想的には直交）しており、この方向のことを「制御軸方向」と称する。制御軸方向では、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ（制御軸）３ｂにより記録媒体２の送り駆動が行われる。

記録媒体２と、静電駆動櫛歯電極アクチュエータ３ａ、３ｂと、弾性支持部４ａ、４ｂとを具備する部分を「マイクロＸＹステージ」と称する。マイクロＸＹステージは、平面内（Ｘ−Ｙ面内）の移動に関して２方向の自由度を有する。

書込み及び読出しを行うプローブアレイ１は、記録媒体２に対向するように配置される。プローブアレイ１を用いて記録媒体２を走査して記録又は再生を行う際は、記録媒体２上で記録又は再生されるべき方向とプローブアレイ１の走査方向とを略一致させ、記録媒体２に対して、プローブアレイ１の各ヘッド（各プローブの先端）を位置決めする必要がある。しかしながら、温度のバラツキや経年劣化等により、記録媒体２を支持する弾性支持部４ａ、４ｂが影響を受け、記録媒体２とプローブアレイ１の相対位置に回転ずれが発生し、図２に示すように記録媒体２へ記録又は再生されるべき方向とプローブアレイ１の走査方向のずれがプローブアレイ型ストレージ装置の許容範囲を超え、回転補正が必要となることがある。

本発明の実施形態では、図示しない制御部が、プローブアレイ１のプローブ電極の位置決めを行うためのフィードバック情報に基づいて適切な回転補正を行うように構成されている。これにより新たなθ方向センサを配置する必要が無くなる。

具体的には、記録媒体２は少なくとも２ヶ所に同一のフィードバック情報を備える。フィードバック情報はプローブ電極の位置決めを行うために用いられ、図３（ａ）に示すようにプリアンブル信号６、サーボアドレス信号７、サーボＡＢバースト信号８を含む。サーボＡＢバースト信号８に続いてデータ信号が記録される。

プリアンブル信号６は、ＯＮ／ＯＦＦ信号の繰り返しを有し、プローブアレイ１が走査のタイミング（同期）を取るための信号である。サーボアドレス信号７は番地（アドレス）を表現する所定ビットを有する。サーボＡＢバースト信号８は、トラックに対するヘッドの相対位置情報を得て位置制御を行うために必要な信号である。サーボＡＢバースト信号８のエリアにアクセスすると、ヘッド位置に対応した信号が出力される。この出力信号に基づいてヘッド位置をオントラックにするような位置制御が行われる。サーボＡＢバースト信号８のエリアには、例えば、同一の信号が１０回繰り返されて記録されている。データ信号９は、オントラック位置にデータ信号が記録されている。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態では記録媒体２において駆動軸方向（データ方向）の両端、すなわち左側端部と右側端部の２カ所にフィードバック情報が記録される。一方のフィードバック情報は他方のフィードバック情報に対して物理的な位置が離れていることが好ましい。なお、ここで左側端部および右側端部とは、図３（ｂ）、図６、図７における位置関係を指し、絶対的な左右関係を指すものではない。以降の説明においても同様に、実施の形態上の左右とは図面上における左右関係を指すものとして説明する。

左側端部のフィードバック情報は、プリアンブル信号６ａ，サーボアドレス信号７ａ，サーボＡＢバースト信号８ａを含み、右側端部のフィードバック情報は、プリアンブル信号６ｂ，サーボアドレス信号７ｂ，サーボＡＢバースト信号８ｂを含を含む。データ信号９はちょうど左側端部のフィードバック情報と右側端部のフィードバック情報とで挟まれたエリアに記録される。

図４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、異なるタイミングで出力されたサーボＡＢバースト信号を用いて、Δｘ＝（Ｖ_Ａ−Ｖ_Ｂ）／（Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｂ）で示される演算を行うことにより、トラックの中心からのプローブヘッド（先端）の位置ずれΔｘを観測することができる。ただし、Ａのタイミング（ゲート）で出力されるサーボＡＢバースト信号がＶ_Ａであり、Ｂのタイミング（ゲート）で出力される信号がＶ_Ｂである。

例えば、ヘッド走査軌跡が図４（ａ）に示す通りである場合、Ｖ_Ａ＝１、Ｖ_Ｂ＝０となる。したがって、サーボＡＢバースト信号の出力（ｏｕｔ）は、Δｘ＝（１−０）／（１＋０）＝１となる。

例えば、ヘッド走査軌跡が図４（ｂ）に示す通りである場合、Ｖ_Ａ＝０、Ｖ_Ｂ＝１となる。したがって、サーボＡＢバースト信号の出力（ｏｕｔ）は、Δｘ＝（０−１）／（０＋１）＝−１となる。

例えば、ヘッド走査軌跡が図４（ｃ）に示す通りである場合、すなわちこれはオントラックの場合であって、Ｖ_Ａ＝０．５、Ｖ_Ｂ＝０．５となるとすると、サーボＡＢバースト信号の出力（ｏｕｔ）は、Δｘ＝（０．５−０．５）／（０．５＋０．５）＝０となる。

このように、
図５は、プリアンブル信号、サーボアドレス信号、サーボＡＢバースト信号を含むフィードバック情報に基づいて回転補正及び並進補正を行うシーケンスを示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、図示しない検出部は、プローブアレイ１に対し記録媒体２からサーボアドレスの読み込みを行うように指示する。サーボアドレスは、図３（ｂ）に示したサーボアドレス７ａ，７ｂのことであり、記録媒体２の駆動軸方向の左右の端部に記録されている。本実施の形態においては、これら２つのアドレスの値をそれぞれ「ＡｄｄｒｅｓｓＬ」「ＡｄｄｒｅｓｓＲ」と呼ぶ。サーボアドレスが読み込まれたら、検出部はその両者を比較する（ステップＳ２）。

図６（ａ）から理解されるように、左右でサーボアドレス７ａ，７ｂの値が異なっている場合は、その大小関係に応じて記録媒体２の回転補正を行えばよい。例えば図６（ａ）の場合、ＡｄｄｒｅｓｓＬは「００１」であり、ＡｄｄｒｅｓｓＲは「０１０」であって、ＡｄｄｒｅｓｓＬ＜ＡｄｄｒｅｓｓＲであるから、検出部は、プローブアレイ１と記憶媒体２との相対的位置関係において回転ずれが生じていることを検出し、反時計回りに記録媒体２を回転させることにより補正を行う（ステップＳ４）。

逆に、ＡｄｄｒｅｓｓＬ＞ＡｄｄｒｅｓｓＲならば、時計回りに回転補正する（ステップＳ３）。

静電駆動櫛歯電極アクチュエータの駆動制御によりどのように回転補正を行うかを説明する。例えば制御軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ３ｂは、その固定電極部を３ｂ_ＵＬ，３ｂ_ＵＲ，３ｂ_ＤＬ，３ｂ_ＤＲに分割した構造となっている。マイクロＸＹステージの電気的な関係（同電位）において、制御軸用の静電駆動櫛歯電極アクチュエータ３ｂについては、固定電極部が３ｂ_ＵＬ，３ｂ_ＵＲ，３ｂ_ＤＬ，３ｂ_ＤＲに分割されていることから、これら固定電極部（以下、それぞれＶ_ＵＬ電極、Ｖ_ＵＲ電極、Ｖ_ＤＬ電極、Ｖ_ＤＲ電極という）のそれぞれに異なる電圧を印加して駆動することができる。そして図６（ｂ）は、マイクロＸＹステージにより回転補正を行う場合の各静電駆動櫛歯電極アクチュエータ３ｂへの印加電圧の関係を示している。回転補正のための制御を行う図示しない制御部は、例えば記録媒体２を反時計回りに回転させるために、Ｖ_ＵＲ電極とＶ_ＤＬ電極に一定電圧をさらに加えて印加することにより、アクチュエータの駆動が行われるようにする。印加電圧が増量されることにより、Ｖ_ＵＲ電極とＶ_ＤＬ電極の静電駆動櫛歯電極アクチュエータは、各々がより引きつけられ、これが回転力となる。図６（ｂ）では、これを（Ｖ_ＵＬ，Ｖ_ＵＲ，Ｖ_ＤＲ，Ｖ_ＤＬ）＝（０，１，１，０）として示している。なお、Ｖ_ＵＬ電極とＶ_ＤＲ電極から一定電圧をさらに減じて印加することにより駆動しても同じ結果が得られる。同様に、制御部は、記録媒体２を時計回りに回転させるときには、Ｖ_ＵＬ電極とＶ_ＤＲ電極に一定電圧をさらに加えて印加する。図６では、これを（Ｖ_ＵＬ，Ｖ_ＵＲ，Ｖ_ＤＲ，Ｖ_ＤＬ）＝（１，０，０，１）として示している。なお、Ｖ_ＵＲ電極とＶ_ＤＬ電極から一定電圧をさらに減じて印加することにより駆動しても同じ結果が得られる。

図５のステップＳ２において左右のサーボアドレス７ａ，７ｂの値が一致した場合、すなわちＡｄｄｒｅｓｓＬ＝ＡｄｄｒｅｓｓＲとなった場合には、記録媒体２の駆動軸方向の左右にあるサーボＡＢバースト信号８ａ，８ｂを互いに比較する（ステップＳ５）。上記ステップＳ２乃至Ｓ４では、大まかな回転補正を行い、ステップＳ５以降では、回転補正に加え、必要に応じて並進補正をも行うことによりオントラック状態を得る。

まずステップＳ５乃至Ｓ７では、サーボＡＢバースト信号８ａ，８ｂの大小関係に応じて記録媒体２の回転補正を行う。本実施の形態においては、これらサーボＡＢバースト信号８ａ，８ｂの値をそれぞれ「ＯｕｔＬ」「ＯｕｔＲ」と呼ぶ。例えば、図７（ａ）から分かるように、例えば、ＯｕｔＬ＞ＯｕｔＲならば反時計回りに回転補正を行う（ステップＳ７）。ＯｕｔＬ＜ＯｕｔＲならば時計回りに回転補正を行う（ステップＳ６）。

ステップＳ５において左右のサーボＡＢバースト信号８ａ，８ｂの値が一致した場合、すなわちＯｕｔＬとＯｕｔＲが一致する場合には、左右のサーボアドレス７ａ，７ｂの値が一致しており、左右のサーボＡＢバースト信号８ａ，８ｂの値も一致している状態、またはその差がプローブアレイ型ストレージ装置の許容誤差範囲内である状態である（ＡｄｄｒｅｓｓＬ＝ＡｄｄｒｅｓｓＲ，ＯｕｔＬ＝ＯｕｔＲ）。この状態ではもはや回転補正を行う必要は無いので、オントラック状態を得るために並進補正が必要であるか否かを判定する。このため、ステップＳ８において左右のサーボＡＢバースト信号８ａ，８ｂ（ＯｕｔＬ，ＯｕｔＲ）の符号から、記録媒体２をどちらの方向に並進補正するかを決定する。

例えば、ＯｕｔＬ＝ＯｕｔＲ＞０ならば下側に並進補正を行う（ステップ９）。ＯｕｔＬ＝ＯｕｔＲ＜０ならば上側に並進補正を行う（ステップ１０）。ＯｕｔＬ＝ＯｕｔＲ＝０（プローブアレイ型ストレージ装置の許容誤差範囲内である状態を含む）ならば、これはプローブアレイ１のオントラック状態が得られていることを意味し、並進補正は行わずに処理を終了する（ステップＳ１１）。

以上のように、記録媒体２とプローブアレイ１の相対位置に回転ずれが発生し、記録媒体２に対して記録又は再生が行われるべき方向とプローブアレイ１の走査方向とが一致しない場合であっても、記録媒体２に予め記録されている２つのフィードバック情報（プリアンブル信号、サーボアドレス信号、サーボＡＢバースト信号）に基づいて回転補正及び並進補正を行うことにより回転ずれを低減することができる。また、上述した本実施形態の回転機構は、モータ等による回転機構よりも簡素な構造を有し小型であり、消費電力も少ないという利点がある。

なお、本実施形態では、記録媒体２を弾性支持し、アクチュエータにより駆動するとして説明したが、記録媒体２とプローブアレイ１とを相対移動させることが目的であるから、記録媒体２を駆動させる代わりにプローブアレイ１を弾性支持し、駆動するようにしてもよい。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

プローブアレイ型ストレージ装置の内部構造の概略を示す斜視図プローブ走査方向の回転ずれを説明するための図記録媒体（記録メディア）のデータ構造を示す図ヘッド走査軌跡とサーボＡＢバースト信号の関係を説明するための図フィードバック情報（プリアンブル信号、サーボアドレス信号、サーボＡＢバースト信号）からの回転補正シーケンスを示すフローチャートサーボアドレス信号による回転補正シーケンスを説明するための図サーボＡＢバースト信号による回転及び並進補正シーケンスを説明するための図

符号の説明

１・・・プローブアレイ；
２・・・記録媒体（記録メディア）；
３ａ・・・静電駆動櫛歯電極アクチュエータ（駆動軸）；
３ｂ・・・静電駆動櫛歯電極アクチュエータ（制御軸）；
４ａ・・・弾性支持部（梁）（駆動軸）；
４ｂ・・・弾性支持部（梁）（制御軸）；
５・・・外部の枠；
６ａ，６ｂ・・・プリアンブル；
７ａ，７ｂ・・・サーボアドレス；
８ａ，７ｂ・・・サーボＡＢバースト信号；
９・・・データ信号

Claims

プローブ電極の位置決めに用いられる第１のサーボアドレス信号を含む第１のフィードバック情報と、データ信号と、少なくとも前記第１のフィードバック情報の第１のサーボアドレス信号と同一の第２のサーボアドレス信号を含む第２のフィードバック情報とが、記録又は再生されるべき方向に沿って配列された記録媒体と、
前記記録媒体に対して書込み又は読出しを行う複数のプローブ電極を備え、前記記録媒体に対向して設けられるプローブアレイと、
前記記録媒体の平面に平行な第１の方向に沿って前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に移動させる第１のアクチュエータと、
前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に移動させる、互いに独立して制御が可能な複数の第２のアクチュエータと、
前記プローブアレイを制御することにより前記記録媒体から前記第１のフィードバック情報及び前記第２のフィードバック情報を読み出し、前記第１のフィードバック情報が示す第１のサーボアドレス信号の値と前記第２のフィードバック情報が示す第２のサーボアドレス信号の値の大小関係から、前記記録又は再生されるべき方向と、前記プローブアレイの走査方向とのずれを検出する検出手段と、
前記記録又は再生されるべき方向と、前記プローブアレイの走査方向とが一致するように、前記複数の第２のアクチュエータのそれぞれの駆動を制御する制御手段と、を具備するプローブアレイ型ストレージ装置。
前記第１及び第２のフィードバック情報は、前記プローブ電極の位置決めに用いられるサーボＡＢバースト信号をさらに含み、
前記検出手段は、前記第１のフィードバック情報に含まれる第１のサーボＡＢバースト信号の値と前記第２のフィードバック情報に含まれる第２のサーボＡＢバースト信号の値の大小関係から前記記録又は再生されるべき方向と、前記プローブアレイの走査方向とのずれを検出する請求項１記載のプローブアレイ型ストレージ装置。
前記第１のフィードバック情報に含まれる第１のサーボＡＢバースト信号の値と前記第２のフィードバック情報に含まれる第２のサーボＡＢバースト信号の値との差が所定値以下である場合に、前記制御手段は、前記複数の第２のアクチュエータのそれぞれの駆動を制御して前記記録媒体と前記プローブアレイとを相対的に平行移動させることにより、前記記録又は再生されるべき方向と、前記プローブアレイの走査方向とを一致させる請求項２記載のプローブアレイ型ストレージ装置。
前記サーボアドレス信号が配置される方向に沿った第１の中心軸と、前記サーボＡＢバースト信号が配置される方向に沿った第２の中心軸とが一致し、前記第１及び第２の中心軸は、前記データ信号のオントラック位置を通ることを特徴とする請求項２又は３に記載のプローブアレイ型ストレージ装置。
前記記録媒体内の一端側端部に前記第１のフィードバック情報が記録され、前記記録媒体内の他端側端部に前記第２のフィードバック情報が記録され、前記記録媒体内の一端側端部と、前記記録媒体内の他端側端部との間に前記データ信号が記録される請求項１乃至４のいずれかに記載のプローブアレイ型ストレージ装置。