JPH04168641A - Information reading and/or input device - Google Patents

Information reading and/or input device

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Publication number
JPH04168641A
JPH04168641A JP29355390A JP29355390A JPH04168641A JP H04168641 A JPH04168641 A JP H04168641A JP 29355390 A JP29355390 A JP 29355390A JP 29355390 A JP29355390 A JP 29355390A JP H04168641 A JPH04168641 A JP H04168641A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
signal
input device
output
probe electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP29355390A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Yamano
明彦 山野
Akira Kuroda
亮 黒田
Hiroyasu Nose
博康 能瀬
Toshihiko Miyazaki
俊彦 宮崎
Takahiro Oguchi
小口 高弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP29355390A priority Critical patent/JPH04168641A/en
Publication of JPH04168641A publication Critical patent/JPH04168641A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To prevent collision between a probe electrode and an object and S/N ratio and environmental resistance to be improved by outputting a signal for controlling a probe-drive means of different input/output characteristics according to information obtained from an interval control means which is detected by a detection means. CONSTITUTION:This device is provided with a current amplifier circuit 101 which detects current flowing between a recording medium 112 and a probe electrode 111 and then converts it into voltage signal for output and a piezo element 113 for driving the probe electrode 111 to control distance between the recording medium 112 and the probe electrode 111. Also, a voltage signal which is output from the current amplifier circuit 101 and a specified threshold voltage are compared and an interval control circuit 100 for outputting signal to control drive of the piezo element 113 using different control variables according to the level relationship, thus preventing collision between the probe and an object and obtaining a recording/reproduction device which has an improved S/N ratio and has an improved environmental resistance which is not affected by smear etc. which is adhered on the surface of the object.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は走査型トンネル顕微鏡等及びその技術を応用し
た情報読取および/または入力装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a scanning tunneling microscope, etc., and an information reading and/or input device to which the technology is applied.

[従来の技術] 近年、横分解能0.1ナノメートル、縦分解能0.01
ナノメートルを有する走査型トンネル顕微!l(Sca
nning  TunnelingMi crosco
pe ;以下、STMと略す)が発明された。STMは
1ナノメートル程度の距離まで近接させた導電性探針と
導電性物買との間に電圧を印加し、両者の間に流れるt
′tLを検知することにより、導電性物賀の表面の形状
や、電子分布状態に関する種々の情報を得ることか可能
である[G、Binning  et  al、。
[Conventional technology] In recent years, the horizontal resolution is 0.1 nanometer and the vertical resolution is 0.01 nanometer.
Scanning tunneling microscope with nanometers! l(Sca
nnning TunnelingMi crosco
pe; hereinafter abbreviated as STM) was invented. In STM, a voltage is applied between a conductive probe and a conductive material that are brought close to each other within a distance of about 1 nanometer, and the t flowing between the two is applied.
By detecting 'tL, it is possible to obtain various information regarding the surface shape of the conductive material and the state of electron distribution [G, Binning et al.

Phys、Rev、Lett、49 (1982)57
]。したがって、STMの原理を応用すれば十分に原子
オーダー(サブ・ナノメートル)での高密度記録再生を
行なうことが可能である。
Phys, Rev. Lett, 49 (1982) 57
]. Therefore, by applying the principle of STM, it is possible to sufficiently perform high-density recording and reproduction on the atomic order (sub-nanometer).

例えば、特開昭61−80536号に開示されている記
録再生装置では、電子ビーム等によフて媒体表面に吸着
した原子粒子を取り除き書き込みを行ない、STMによ
りこのデータを再生している。また、USP4,575
,822に開示されているように、記録媒体表面とプロ
ーブ電極との間に流れるトンネル電流を用いて、媒体表
面に形成された誘電体層に電荷を注入し記録する。ある
いは、レーザ光、電子ビーム、粒子線等を用いて媒体表
面の物理的、ないし磁性的な崩壊によって記録する方法
が提案されている。
For example, in the recording and reproducing apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-80536, writing is performed by removing atomic particles adsorbed to the surface of the medium using an electron beam or the like, and this data is reproduced using STM. Also, USP4,575
, 822, a tunnel current flowing between the recording medium surface and a probe electrode is used to inject charges into a dielectric layer formed on the medium surface and perform recording. Alternatively, a method has been proposed in which recording is performed by physically or magnetically collapsing the medium surface using a laser beam, an electron beam, a particle beam, or the like.

一方、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電子系有機化合物や
カルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記録・再生をS
TMで行なう方法が提案されている[特開昭63−16
1552号公報、特開昭63−161553号公報コ。
On the other hand, by using a thin film layer of a material that has a memory effect on the switching characteristics of voltage and current, such as a π-electron organic compound or a chalcogen compound, as the recording layer, recording and reproduction can be performed using S.
A method using TM has been proposed [Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-16]
No. 1552, JP-A-63-161553.

号公報法によれば、記録のビットサイズを10nmとす
れば、10”b i t/am’もの大容量記録再生が
可能である。
According to the method of the publication, if the recording bit size is 10 nm, it is possible to record and reproduce a large capacity of 10"bit/am'.

このような記録再生装置でのプローブ電極と記録媒体の
距離の制御に関しては特開平1−53363号公報や特
開平1−133239号公報等で開示されている。
Control of the distance between the probe electrode and the recording medium in such a recording/reproducing apparatus is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-53363 and 1-133239.

このような従来技術においては、記録媒体とプローブ電
極の間隔の制御に3411図のブロック図で表わされる
ような回路が使用されている。この回路では、プローブ
電極走査時において、記録媒体の表面形状および電子状
態の違いによらずにプローブ電極1111と記録媒体1
!12の間に流れる電流が一定になるように、オフセッ
ト電圧と、プローブ電極と記録媒体の間に流れる電流と
を比較しその誤差をプローブ電極と記録媒体の間隔制御
をしているピエゾ素子等の駆動手段1113に入力して
フィードバック制御している。そして記録時には、サン
プルホールド回路1107を用いて、記録信号(パルス
電圧等)か入力されている間、プローブ電$it i 
t iと記録媒体1112の距離が変化しないように駆
動手段1113への出力信号を一定に保つように制御し
、再生時にはサンプルホールド回路1107をホールド
させずに記録媒体1112の表面形状および電子状態の
変動にプローブ電極1111が常に追従するように制御
される。
In such conventional technology, a circuit as shown in the block diagram of FIG. 3411 is used to control the distance between the recording medium and the probe electrode. In this circuit, during probe electrode scanning, the probe electrode 1111 and the recording medium 1
! In order to keep the current flowing between 12 and 12 constant, the offset voltage is compared with the current flowing between the probe electrode and the recording medium, and the error is calculated using a piezo element, etc. It is input to the driving means 1113 for feedback control. During recording, a sample hold circuit 1107 is used to hold the probe voltage while the recording signal (pulse voltage, etc.) is being input.
The output signal to the driving means 1113 is controlled to be kept constant so that the distance between the recording medium 1112 and the recording medium 1112 does not change, and the surface shape and electronic state of the recording medium 1112 are controlled without holding the sample and hold circuit 1107 during playback. The probe electrode 1111 is controlled so as to always follow the fluctuation.

また、記録媒体の表面凹凸が記録による電子状態の変動
に比べて無視できるほど小さいか、記録操作によって形
状に変化のない記録媒体を用いる場合には、第12図の
ブロック図で表わされるような回路が使用され、走査速
度の向上が図られている。この回路においては、記録媒
体1212とプローブ1ii1211の間に流れる電流
を電流アンプ1201によって検知し、高域通過回路1
202と低域通過回路1203とによって検知信号を記
録再生信号の帯域成分と電流値の変動の平均的な成分と
に分け、プローブ電極1211と記録媒体1212の間
に流れる電流の平均値が一定となるように距離制御機構
1213への駆動信号を出力している。そして記録時に
は、サンプルホールド回路1207を用いて、記録信号
(パルス電圧等)が図示せぬ電圧印加回路に入力されて
いる間、プローブ電極1211と記録媒体1212の距
離が変化しないように駆動手段1213への出力信号を
一定に保つように制御し、再生時にはサンプルホールド
回路1207をホールドさせずに記録媒体1212の表
面形状および電子状態の変動の平均値にプローブ電極1
211が常に追従するようにされている。
In addition, when using a recording medium whose surface unevenness is negligibly small compared to changes in the electronic state due to recording, or whose shape does not change due to recording operations, it is necessary to use a recording medium as shown in the block diagram of FIG. circuits are used to increase scanning speed. In this circuit, a current flowing between a recording medium 1212 and a probe 1ii 1211 is detected by a current amplifier 1201, and a high-pass circuit 1
202 and a low-pass circuit 1203, the detection signal is divided into a band component of the recording/reproduction signal and an average component of current value fluctuation, so that the average value of the current flowing between the probe electrode 1211 and the recording medium 1212 is constant. A drive signal is output to the distance control mechanism 1213 so that During recording, the drive means 1213 uses the sample hold circuit 1207 to prevent the distance between the probe electrode 1211 and the recording medium 1212 from changing while the recording signal (pulse voltage, etc.) is input to a voltage application circuit (not shown). The sample and hold circuit 1207 is controlled to keep the output signal constant during playback, and the probe electrode 1 is adjusted to the average value of the fluctuations in the surface shape and electronic state of the recording medium 1212.
211 always follows.

[発明が解決しようとしている課題] しかしながら、上述従来例の、記録媒体とプローブt8
iの間に流れる電流を一定とする制御では、プローブ電
極の走査時においてプローブ電極と記録媒体の衝突を避
けるためにはフィードバック系の応答を速めねばならな
いが、そうするとオーバーシュートが大きくなり、第1
3図に示すようにプローブ電極1311の動きが不安定
になりS/Nが悪化してしまう。そして記録媒体表面上
に汚れ(有機物)等の非導電性物買が付着・吸着した場
合には、記録媒体とプローブ電極との間に電流が流れな
くなるためにプローブ電極が記録媒体に衝突する。
[Problem to be solved by the invention] However, the recording medium and probe t8 of the above-mentioned conventional example
In the control where the current flowing during the period i is constant, the response of the feedback system must be accelerated in order to avoid collision between the probe electrode and the recording medium during scanning of the probe electrode, but this increases the overshoot and the first
As shown in FIG. 3, the movement of the probe electrode 1311 becomes unstable and the S/N ratio deteriorates. If non-conductive substances such as dirt (organic matter) are attached or adsorbed onto the surface of the recording medium, the probe electrode collides with the recording medium because no current flows between the recording medium and the probe electrode.

また、記録媒体とプローブ電極の間に流れる電流変化の
平均値が一定となるような制御では、記録によって記録
媒体の表面に凹凸が生じるような媒体を用いた場合、お
よび記録媒体上に記録によって生じる電導環の変化に比
べて無視できない程度の傷や下地電極基板の作成むら等
による構造変化がある場合には、プローブ電極と記録媒
体の衝突は避けられない。
In addition, when controlling the average value of the current change flowing between the recording medium and the probe electrode to be constant, when a medium whose surface is uneven due to recording is used, and when the surface of the recording medium is uneven due to recording, If there is a structural change due to scratches or uneven formation of the underlying electrode substrate that is not negligible compared to the change in the conductive ring that occurs, collision between the probe electrode and the recording medium is unavoidable.

このように、従来の記録および/または再生装置におい
ては、プローブ電極の損傷や不安定なプローブ電極の位
置変動によるS/Nの悪化、記録再生の誤り率の悪化、
プローブ電極の寿命の短縮化、装置の使用環境の限定等
がおきる場合がありた。
As described above, in conventional recording and/or reproducing devices, damage to the probe electrode or unstable positional fluctuation of the probe electrode causes deterioration of the S/N ratio, deterioration of the recording/reproduction error rate,
In some cases, the life of the probe electrode may be shortened and the environment in which the device can be used may be limited.

本発明の目的は、上述従来技術の応用発明でありこのよ
うな従来技術に鑑み、情報読取および/または入力装置
において、プローブと物体間の距離を安定して制御でき
るようにし、もってプローブ電極と物体間の衝突防止、
S/Nの向上、および耐環境性の向上を図ることにある
An object of the present invention is to apply the above-mentioned prior art, and in view of such prior art, it is an object of the present invention to stably control the distance between a probe and an object in an information reading and/or input device, thereby improving the distance between the probe electrode and the object. Preventing collisions between objects,
The objective is to improve S/N and environmental resistance.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため本発明では、物体に対向して配
置されるプローブと、物体からプローブを介して情報を
検知する検知手段と、プローブと物体との距離を調整す
べくプローブを駆動するプローブ゛駆動手段と、検知手
段が検知した情報に基づきプローブ駆動手段を制御する
ための信号を出力する間隔制御手段とを僅えた情報読取
および/または入力装置において、 間隔制御手段を、検知手段が検知した情報に応じて、異
なる入出力特性の、プローブ駆動手段を制御するための
信号を出力するものであるようにしている。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a probe disposed facing an object, a detection means for detecting information from the object via the probe, and a distance between the probe and the object. In an information reading and/or input device, the information reading and/or input device includes a probe drive means for driving the probe to adjust the probe, and an interval control means for outputting a signal for controlling the probe drive means based on information detected by the detection means, The interval control means outputs signals for controlling the probe driving means having different input/output characteristics depending on the information detected by the detection means.

間隔制御手段は、例えば、検知手段が検知した情報に応
じた信号の強度が閾値信号の強度を越えティる場合に、
プローブ駆動手段を制御するための信号の出力を一定に
制限するもの、あるいは、検知手段が検知した情報に応
じた信号と閾値信号との比較結果に応じて異なる増幅度
や時定数でプローブ駆動手段を制御するための信号を出
力するものとして構成することができる。異なる時定数
でプローブ駆動手段を制御するための信号を出力するた
めには、例えば、ピークホールド回路を利用することが
できる。
The interval control means, for example, when the intensity of the signal according to the information detected by the detection means exceeds the intensity of the threshold signal,
A device that limits the output of the signal for controlling the probe drive means to a certain level, or a probe drive device that uses different amplification degrees and time constants depending on the comparison result between the signal corresponding to the information detected by the detection means and the threshold signal. It can be configured to output a signal for controlling. For example, a peak hold circuit can be used to output signals for controlling the probe driving means with different time constants.

[作用コ この構成においては、物体からプローブを介して得た情
報に応じ、異なる入出力特性(制御変数)で制御信号を
発生させ、これによってプローブ駆動手段を制御するよ
うにしている0例えば所望の物体プローブ電極間距離に
対して、プローブと物体とが接近する方向にプローブ駆
動手段を駆動するときと離れる方向に駆動する時とで、
従来はリニアで一定した出力特性で制御信号を発生させ
ていたのに対し、本発明では例えば両者で入出力特性が
異なるようにする。
[Operation] In this configuration, control signals are generated with different input/output characteristics (control variables) according to information obtained from the object via the probe, and the probe driving means is controlled thereby. With respect to the object-probe electrode distance, when the probe driving means is driven in the direction in which the probe and the object approach, and when it is driven in the direction in which the probe and the object move away,
Conventionally, control signals were generated with linear and constant output characteristics, but in the present invention, for example, the input and output characteristics are different between the two.

したがって、この入出力特性を適当に設定することによ
り、プローブの物体方向への移動量の制限、衝突回避の
高速化、プローブ・記録媒体間距離の制御の安定化等が
図られ、物体上に汚れや傷、記録媒体の作製むらによる
表面凹凸等があってもプローブと物体の衝突が回避され
る。その結果、プローブ電極の耐久性、および装置の耐
環境性が向上し安定な情報読取及び/または入力が行な
われる。
Therefore, by appropriately setting these input/output characteristics, it is possible to limit the amount of movement of the probe toward the object, speed up collision avoidance, and stabilize the control of the distance between the probe and the recording medium. Collision between the probe and the object is avoided even if there is dirt, scratches, or surface irregularities due to uneven manufacturing of the recording medium. As a result, the durability of the probe electrode and the environmental resistance of the device are improved, and stable information reading and/or input can be performed.

[実施例コ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。[Example code] Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.

嶌]l江土 zi図は本発明の第1の実施例に係る記録再生装置にお
けるプローブ電極と記録媒体との間の間隔を制御する制
御系のブロック図である。この制御系は、記録媒体11
2とプローブ電極111との間に流れる電流を検知して
電圧信号に変換して出力する電流アンプ回路101と、
記録媒体112とプローブ電8il 11との間の距離
を制御すへくプローブ電極111を駆動するピエゾ素子
113と、電流アンプ回路101が出力する電圧信号と
所定の閾値電圧とを比較し、その大小関係に応じて異な
る制御変数を用いてピエゾ素子113の駆動を制御する
ための信号を出力する間隔制御回路100とを備える。
Figure 1 is a block diagram of a control system for controlling the distance between the probe electrode and the recording medium in the recording/reproducing apparatus according to the first embodiment of the present invention. This control system controls the recording medium 11
a current amplifier circuit 101 that detects a current flowing between the probe electrode 111 and the probe electrode 111, converts it into a voltage signal, and outputs the voltage signal;
To control the distance between the recording medium 112 and the probe electrode 11, the piezo element 113 that drives the probe electrode 111 compares the voltage signal output by the current amplifier circuit 101 with a predetermined threshold voltage, and determines its magnitude. The interval control circuit 100 outputs a signal for controlling the drive of the piezo element 113 using different control variables depending on the relationship.

間隔制御回路100は、電流アンプ回路101にそれぞ
れ接続されたバイパスフィルタ102、ローパスフィル
タ103、および信号処理回路i04、ならびに、ロー
パスフィルタ103の出力側に接続された位相補償回路
105、位相補償回路105の出力に対し所定のオフセ
ット電圧を与える誤差増幅器106、誤差増幅器106
の出力側に接続された増幅回路109、バイパスフィル
タ102の出力側に接続された出力制限回路110、出
力制限回路110の出力側に接続された増幅回路108
、増幅回路108と109の出力を加算する加算器11
4、加算器114の圧力側に接続されたサンプルホール
ド回路107を備える。出力制限回路110は、第2図
に示すような入出力特性を有する。
The interval control circuit 100 includes a bypass filter 102, a low-pass filter 103, and a signal processing circuit i04 connected to the current amplifier circuit 101, and a phase compensation circuit 105 and a phase compensation circuit 105 connected to the output side of the low-pass filter 103. an error amplifier 106 that provides a predetermined offset voltage to the output of the error amplifier 106;
an amplifier circuit 109 connected to the output side of the bypass filter 102, an output limiting circuit 110 connected to the output side of the bypass filter 102, and an amplifier circuit 108 connected to the output side of the output limiting circuit 110.
, an adder 11 that adds the outputs of the amplifier circuits 108 and 109.
4. A sample and hold circuit 107 connected to the pressure side of the adder 114 is provided. The output limiting circuit 110 has input/output characteristics as shown in FIG.

この構成において、電流アンプ回路101が出力する電
圧信号は、バイパスフィルタ102、ローパスフィルタ
103、信号処理回路104にそれぞれ入力される。そ
して、ローパスフィルタ103の出力は位相補償回路1
05を経由してから誤差増幅器106においてオフセッ
ト電圧が与えられ、そして増幅回路109で増幅された
後に加算器114に入力される。バイパスフィルタ10
2の出力は、出力制限回路110に入力され、その出力
は増幅回路108によって増幅され加算1i!114に
入力される。加算器114では増幅器108と増幅器1
09の出力が加算され、その加算された出力は、サンプ
ルホールド回路107を介してピエゾ素子113の記録
媒体112とプローブ電極111との距離方向(以下、
Z軸方向と称する)を制御する制御入力へ出力される。
In this configuration, the voltage signal output from the current amplifier circuit 101 is input to the bypass filter 102, the low-pass filter 103, and the signal processing circuit 104, respectively. The output of the low-pass filter 103 is output from the phase compensation circuit 1.
05, an offset voltage is applied to the error amplifier 106, and after being amplified by the amplifier circuit 109, it is input to the adder 114. Bypass filter 10
The output of 1i!2 is input to the output limiting circuit 110, and the output is amplified by the amplifier circuit 108 and added 1i! 114. In adder 114, amplifier 108 and amplifier 1
09 are added, and the added output is sent to the piezo element 113 in the distance direction between the recording medium 112 and the probe electrode 111 (hereinafter referred to as
(referred to as the Z-axis direction).

これにより、プローブ@8i111は、記録時を除いて
記録媒体112の基板の傾き等の低周波の信号成分には
リニアに追従するとともに、記録信号およびそれと同程
度以上の周波数成分を持った傷やごみ等による信号変化
に対しては、出力制限回路110の入出力特性により、
プローブ電極111が記録媒体112から離れる方向へ
の信号変化については信号変化に追従してプローブ電極
111と記録媒体112との衝突を避け、接近する方向
への信号変化についてはある限度でプローブ電極111
の動きが制限され衝突が回避される。もちろん、出力制
限回路110の出力が正符号の時にプローブ電極111
が記録媒体112に接近するように設計しておく。
As a result, the probe @8i111 linearly follows low-frequency signal components such as the tilt of the substrate of the recording medium 112 except during recording, and also detects scratches and scratches with frequency components of the same or higher frequency as the recorded signal. Due to the input/output characteristics of the output limiting circuit 110, the signal changes due to dust etc.
When the signal changes in the direction in which the probe electrode 111 moves away from the recording medium 112, the probe electrode 111 follows the signal change to avoid collision between the probe electrode 111 and the recording medium 112, and when the signal changes in the direction in which the probe electrode 111 approaches the recording medium 112, the probe electrode 111 follows the signal change within a certain limit.
movement is restricted and collisions are avoided. Of course, when the output of the output limiting circuit 110 has a positive sign, the probe electrode 111
is designed so that it approaches the recording medium 112.

出力制限回路110は、第10図に示すように、オペア
ンプOPと2個のツェナーダイオードD、およびり、を
用いて非常に簡単に構成でき、かつ抵抗R,とR2で増
幅度を決めツェナーダイオードD1とD2の特性を選ぶ
だけで実現することができる。これによれば、この回路
を付加することによるコスト上昇が少ないという利点を
有する。
As shown in FIG. 10, the output limiting circuit 110 can be constructed very easily by using an operational amplifier OP and two Zener diodes D and 2, and the amplification degree is determined by resistors R and R2. This can be achieved by simply selecting the characteristics of D1 and D2. This has the advantage that the cost increase due to adding this circuit is small.

実施例2 第3図は本発明の第2の実施例に係る記録再生装置にお
けるプローブ電極と記録媒体との間の間隔を制御する制
御系のブロック図である。
Embodiment 2 FIG. 3 is a block diagram of a control system for controlling the distance between a probe electrode and a recording medium in a recording/reproducing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

この場合、電流アンプ回路101によって検知され電圧
信号に変えられた記録媒体112とプローブ電8i11
 tとの間に流れる電流の信号は、A/D変換回路31
4によってデジタル信号に変換され、デジタルシグナル
プロセッサ315に入力される。そして、記録信号およ
びそれと同程度以上の周波数成分を持った傷やごみ等に
よる信号変化に対しては通過帯域内で第4図に示すよう
な入出力特性を持つように演算されて出力され、その出
力はD/A変換回路316によりアナログ信号に変換さ
れる。その信号は増幅器317で増幅され、プローブ電
極111を三次元的に制御しているピエゾ素子113の
Z軸方向を制御する入力へ出力される。これによりプロ
ーブ電極111は記録媒体112から離れる方向にはゲ
インが高いため高速に応答し、プローブ電極111が記
録媒体+12に接近する方向にはゲインか低いため移動
量が制限されプローブ電極111は記録媒体112に衝
突しない。
In this case, the recording medium 112 detected by the current amplifier circuit 101 and converted into a voltage signal and the probe voltage 8i11
The signal of the current flowing between the A/D conversion circuit 31 and
4 is converted into a digital signal and input to the digital signal processor 315. Then, for the recording signal and signal changes due to scratches, dirt, etc. having frequency components of the same order of magnitude or higher, the signal is calculated and output within the pass band so as to have input/output characteristics as shown in Fig. 4. The output is converted into an analog signal by a D/A conversion circuit 316. The signal is amplified by an amplifier 317 and output to an input that controls the Z-axis direction of the piezo element 113 that three-dimensionally controls the probe electrode 111. As a result, the probe electrode 111 has a high gain in the direction away from the recording medium 112, so it responds quickly, and in the direction where the probe electrode 111 approaches the recording medium +12, the gain is low, so the amount of movement is limited, and the probe electrode 111 can record. It does not collide with the medium 112.

なお、本実施例に示した回路構成自体は何ら本発明を限
定するものではなく、第4図で示した特性も、たとえば
第5図で示すように、極性の片側たけにおいて、入力信
号の大きさに対し出力信号の増幅度が非線形に変化する
ような特性とすることも可能である。
Note that the circuit configuration shown in this embodiment itself does not limit the present invention in any way, and the characteristics shown in FIG. On the other hand, it is also possible to adopt a characteristic in which the amplification degree of the output signal changes nonlinearly.

デジタルシグナルプロセッサ315の、記録信号および
それと同程度以上の周波数成分を持った傷やごみ等によ
る信号変化に対する通過帯域内における入出力特性を第
4図に示すようなものとした場合には、駆動信号の飽和
点がなく、増幅度の変曲点を入力信号の小さいところに
移動して増幅度の変化率を下げたために変曲点でのアク
チュエータの残留振動等がなく動きが滑らかで、S/N
が高いという利点がある。
If the input/output characteristics of the digital signal processor 315 in the pass band for the recording signal and signal changes due to scratches, dust, etc. having frequency components of the same order of magnitude or higher are as shown in FIG. There is no signal saturation point, and the inflection point of the amplification degree is moved to a place where the input signal is small to lower the rate of change of the amplification degree, so there is no residual vibration of the actuator at the inflection point, and the movement is smooth. /N
It has the advantage of being high.

また、第5図で示した特性を持たせた場合には、入力信
号の小さいところでは応答が少なくなるため系が安定で
S/Nが高いという利点がある。
Furthermore, when the characteristics shown in FIG. 5 are provided, there is an advantage that the system is stable and the S/N ratio is high because the response is small when the input signal is small.

実施例3 第6図は本発明の第3の実施例に係る記録再生装置の構
成を示すブロック図である。第8図および第9図は、再
生時と記録時における第6図の記録再生装置の各信号線
の波形例をそれぞれ示す。
Embodiment 3 FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a recording/reproducing apparatus according to a third embodiment of the present invention. 8 and 9 show examples of waveforms of each signal line of the recording/reproducing apparatus of FIG. 6 during reproduction and recording, respectively.

木実−施例では、プローブ電極111と記録媒体表面6
21間の間隙を制御する回路において、間隙制御の方向
性によって追従の時定数を異ならせるようにしており、
そのためにピークホールド回路を用いることを特徴とし
ている。それにより、第7図のプローブ電極111先端
の軌跡723で示されるように、プローブ電極1!1の
記録媒体112方向への移動速度が遅くなり、プローブ
電極111が記録媒体112から離れる方向の追従スピ
ードか高まる。したがって、記録媒体112表面に急峻
な凸部かあっても速い時定数でプローブ電極111は回
避し、またプローブ電極111かデータヒツトの凸部を
外れた際には遅い時定数で記録媒体112表面に接近す
る。また、記録ビット間でのプローブ電極111の記録
媒体112への追従か抑えられるため無駄なプローブ電
極111の動きが無い。
In the wooden example, the probe electrode 111 and the recording medium surface 6
In the circuit that controls the gap between
For this purpose, it is characterized by the use of a peak hold circuit. As a result, as shown by the locus 723 of the tip of the probe electrode 111 in FIG. Speed increases. Therefore, even if there is a steep convex part on the surface of the recording medium 112, the probe electrode 111 can be avoided with a fast time constant, and when the probe electrode 111 is off the convex part of the data hit, it can be moved onto the surface of the recording medium 112 with a slow time constant. approach. Further, since the probe electrode 111 can be suppressed from following the recording medium 112 between recording bits, there is no unnecessary movement of the probe electrode 111.

第6図において、619は記録媒体の基板、620は基
板619上に設けらゎた下部電極層、621は下部電極
層620上に形成された記録層、111はプローブ電極
である。113は円筒型のPZTアクチュエータであり
、プローブ電極111を記録層621上のデータ列に沿
って走査するためのもので、X、Y、及びZ方向にそれ
ぞれ2μmまで移動できる。記録層621上のデータ列
は、第7図に示すような記録ビット722によって構成
される。
In FIG. 6, 619 is a substrate of a recording medium, 620 is a lower electrode layer provided on the substrate 619, 621 is a recording layer formed on the lower electrode layer 620, and 111 is a probe electrode. A cylindrical PZT actuator 113 is used to scan the probe electrode 111 along a data row on the recording layer 621, and can move up to 2 μm in each of the X, Y, and Z directions. The data string on the recording layer 621 is composed of recording bits 722 as shown in FIG.

プローブ電極111は電流アンプ6o1に接続される。Probe electrode 111 is connected to current amplifier 6o1.

電流アンプ601の出力はサンプルホールド回路607
に入力される。サンプルホールド回路の出力信号aはピ
ークホールド回路614及び高域通過フィルタ602に
それぞれ入力される。ピークホールド回路614の出力
すは誤差増幅器606と低域通過フィルタ603に接続
される。誤差増幅器606の出力は円筒型PZT113
のΔZ(Z方向)駆動電極に接続される。
The output of the current amplifier 601 is sent to the sample hold circuit 607
is input. The output signal a of the sample hold circuit is input to a peak hold circuit 614 and a high pass filter 602, respectively. The output of peak hold circuit 614 is connected to error amplifier 606 and low pass filter 603. The output of the error amplifier 606 is a cylindrical PZT113
is connected to the ΔZ (Z direction) drive electrode of.

一方、低域通過フィルタ603の出力は減衰器V Rr
 を通じてフンパレータ615に入力される。高域通過
フィルタ602の出力dはコンパレータ615のもう一
方の入力に接続される。さらに、コンパレータ615の
出力eはデータ変復調部617のデータ復調器に入力さ
れる。データ変復調部617のデータ変調出力はパルス
発生器616に接続され、パルス発生器616の出力は
DCバイアス電圧VBIと合成して記録媒体電極(下部
電極層620)に接続される。
On the other hand, the output of the low-pass filter 603 is the attenuator V Rr
The signal is input to the frequency parator 615 through the filter. The output d of high-pass filter 602 is connected to the other input of comparator 615. Further, the output e of the comparator 615 is input to a data demodulator of a data modulation/demodulation section 617. The data modulation output of the data modulation/demodulation section 617 is connected to a pulse generator 616, and the output of the pulse generator 616 is combined with the DC bias voltage VBI and connected to the recording medium electrode (lower electrode layer 620).

プローブ電極111と記録媒体112表面との距離の制
御は、その間に流れるトンネル電流の値をピークホール
ドした信号すを誤差増幅器606により基準電圧VB2
と比較し円筒型PZTをΔ2駆動することにより行なう
The distance between the probe electrode 111 and the surface of the recording medium 112 is controlled by using an error amplifier 606 to generate a reference voltage VB2 using a signal that peak-holds the value of the tunnel current flowing between them.
This is done by driving the cylindrical PZT by Δ2.

この制御により、プローブ電極111はデータ列の凸部
分または電子状態の最も高い部分を包絡するように走査
する。
By this control, the probe electrode 111 scans so as to envelop the convex part of the data string or the part with the highest electronic state.

次に、再生時における動作を各信号の状態を表わす第8
図のタイミングチャートを用いて説明する。
Next, the operation during playback is shown in the eighth section, which represents the state of each signal.
This will be explained using the timing chart shown in the figure.

プローブ電極111を流れるトンネル電流は電流アンプ
601により検知され電圧値に変換されて増幅された後
、サンプルホールド回路607でサンプルホールドされ
る。サンプルホールド回路607は再生時にはスルー状
態となっている。
The tunnel current flowing through the probe electrode 111 is detected by a current amplifier 601, converted to a voltage value, amplified, and then sampled and held by a sample and hold circuit 607. The sample hold circuit 607 is in a through state during reproduction.

そのサンプルホールド出力aは、高域通過フィルタ60
2により高域周波数成分すなわちデータ情報成分dが抽
出され、コンパレータ615において、適当に減衰され
たデータ列のエンベロープ信号Cと比較され、これによ
り2値化データeが得られる。ここで、エンベロープ信
号Cは、ピークホールド出力すを低域通過フィルタ60
3て積分したものである。得られた2値化データeは、
データ変復調部617において復調され、再生情報が得
られる。
The sample-and-hold output a is passed through a high-pass filter 60
2, a high frequency component, that is, a data information component d is extracted, and compared with an appropriately attenuated envelope signal C of the data string in a comparator 615, thereby obtaining binarized data e. Here, the envelope signal C is passed through a low-pass filter 60 with a peak hold output.
3. The obtained binarized data e is
The data is demodulated in a data modulation/demodulation section 617 to obtain reproduction information.

続いて、記録時における動作を第9図のタイミングチャ
ートを用いて説明する。
Next, the operation during recording will be explained using the timing chart of FIG.

プローブ電極制御部618からのサンプルホールド制御
信号fをデータ書込みクロックに同期してホールド状態
とし、パルス発生器616より書込みパルスgを発生す
ることにより、書込みを行なう。
Writing is performed by holding the sample hold control signal f from the probe electrode control unit 618 in synchronization with the data write clock, and generating a write pulse g from the pulse generator 616.

なお本実施例の回路系は何ら本発明を限定するものでは
なく、電流アンプ601とサンプルホールド回路607
の間に対数変換アンプを介する、デジタルシグナルブロ
セ、ツサで回路系を構成する等種々の方法が通用できる
Note that the circuit system of this embodiment does not limit the present invention in any way;
Various methods can be used, such as using a logarithmic conversion amplifier in between, configuring a circuit system with a digital signal processor, and a connector.

本実施例によれば、走査速度を高めてもプローブ電極の
動きが安定に制御されるため、記録再生の転送速度を向
上させることができる。
According to this embodiment, the movement of the probe electrode is stably controlled even when the scanning speed is increased, so that the transfer speed of recording and reproduction can be improved.

【形1 記録媒体に用いる記録層としては、プローブを記録層と
の間に流れるトンネル電流により記録層に書き込まれた
情報を検出できるものであればどのような材料でも用い
ることができる。たとえは、表面に凹凸を形成し記録す
るものではHOPG (H4ghly−Oriente
d−Pyrolytic−Graphite)1開基板
、Siウェハ、真空蒸着またはエピタキシャル成長させ
たAu、Ag、Pt、Mo、Cuなどの金属薄膜、Rh
 25Z r 7s、CO2ST b asなどのガラ
ス金属が挙げられる。表面の電子状態により記録するも
のではアモルファスSi、π電子系有機化合物やカルコ
ゲン化合物類の薄膜層等が挙げられる。
[Type 1] Any material can be used as the recording layer used in the recording medium as long as information written in the recording layer can be detected by a tunnel current flowing between the probe and the recording layer. An example is HOPG (H4ghly-Oriente), which records by forming unevenness on the surface.
d-Pyrolytic-Graphite) 1 Open substrate, Si wafer, vacuum-deposited or epitaxially grown metal thin film such as Au, Ag, Pt, Mo, Cu, Rh
Examples include glass metals such as 25Zr7s and CO2STbas. Examples of those that record based on the electronic state of the surface include amorphous Si, a thin film layer of a π-electron organic compound, and a chalcogen compound.

また、記録媒体の形状及び基板材料としては、あらゆる
形態のものが通用できる。例えば、形状としては、カー
ド状、テープ状、ディスク状等の基板を挙げることがで
きる。また、材料としてはHOPG、マイカなどの襞間
性結晶基板、Si。
In addition, any shape of the recording medium and material of the substrate can be used. For example, the shape of the substrate may be a card shape, a tape shape, a disk shape, or the like. Materials include HOPG, interfold crystal substrates such as mica, and Si.

サファイア、MgOなどの表面を研磨した結晶基板、溶
融石英、コーニング社7059番ガラスなどの基板等が
挙げられる。さらにテープ状媒体の基板材料としても用
いることができる材料として、ボリカーホネート、アク
リル、PEEK、PET、ナイロンなどが挙げられる。
Examples include surface-polished crystal substrates such as sapphire and MgO, substrates such as fused silica, and Corning No. 7059 glass. Materials that can also be used as substrate materials for tape-shaped media include polycarbonate, acrylic, PEEK, PET, and nylon.

尚、記録再生装置の他、同様にSTMにも本発明は通用
できる。また、上述各装置は記録又は再生のみの装置で
あっても良いことはいうまでもない。
In addition to the recording/reproducing apparatus, the present invention is also applicable to STM. Furthermore, it goes without saying that each of the above-mentioned devices may be a device that only performs recording or reproduction.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、プローブと物体と
の衝突が防止され、プローブ電極および物体の損傷がな
いので、S/Nが良く、物体面上に付着した汚れ等にも
影響されない耐環境性に優れた記録および/または再生
装置を提供することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the collision between the probe and the object is prevented, and the probe electrode and the object are not damaged, so the S/N is good and dirt etc. attached to the object surface is prevented. Therefore, it is possible to provide a recording and/or reproducing device that is not affected by the environment and has excellent environmental resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の第1の実施例に係る記録再生装置に
おけるプローブ電極と記録媒体との間の間隔を制御する
制御系のブロック図、 第2図は、第1図の装置における出力制限回路の入出力
特性図、 第3図は、本発明の第2の実施例に係る記録再生装置に
おけるプローブ電極と記録媒体との間の間隔を制御する
制御系のブロック図、 第4図および第5図は、それぞれ第3図の装置における
信号f酸成分での入出力特性図、第6図は、本発明の第
3の実施例に係る記録再生装置の構成を示すブロック図
、 第7図は、第6図の装置におけるプローブ電極の記録媒
体上の動きを示す概略図、 第8図は、第6図の装置の再生時の各信号線のタイミン
グチャート、 第9図は、第6図の装置の記録時の各信号線のタイミン
グチャート、 第10図は、第1図の装置における出力制限回路の構成
例を示す回路図、 第11図は、従来例に係るプローブ電極と記録媒体の制
御に用いられる回路系のブロック図、第12図は、他の
従来例に係るプローブ電極と記録媒体の制御に用いてい
た回路系のブロック図、そして 第13図は、従来の制御系でのプローブ電極の記録媒体
上での動きを示す概略図である。 101.601 :電流アンプ、102:バイパスフィ
ルタ、103:ローパスフィルタ、104:信号処理回
路、1o5:位相補償回路、106.606+誤差増幅
器、107,607・サンプルホールド回路、108,
109.317:増幅器、2,110:出力制限回路、
111ニブローブ電極、112:記録媒体、113,6
13:ピエゾ素子、314二A/D変換器、315:デ
ジタルシグナルプロセッサ、316 : D/A変換器
、614:ピークホールド回路、603:低域通過型フ
ィルタ、615:コンパレータ、602;高域通過型フ
ィルタ、616:データ書込み用パルス発生器、618
ニブロ一ブ電極制御部、417:データ変復調部、71
9:媒体の基板、720:下部電極層、721:記録層
、722.記録ビット、723ニブローブ電極の軌跡。 第7図 第8図 =フ・O−フ走−瞥貨日一 第1○図
FIG. 1 is a block diagram of a control system for controlling the distance between a probe electrode and a recording medium in a recording/reproducing apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an output of the apparatus shown in FIG. 1. FIG. 3 is an input/output characteristic diagram of the limiting circuit, and FIG. 5 is an input/output characteristic diagram of the signal f acid component in the apparatus shown in FIG. 3, and FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a recording/reproducing apparatus according to a third embodiment of the present invention. 6 is a schematic diagram showing the movement of the probe electrode on the recording medium in the device shown in FIG. 6, FIG. 8 is a timing chart of each signal line during reproduction in the device shown in FIG. 6, and FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of the output limiting circuit in the device shown in FIG. 1. FIG. 11 is a probe electrode and recording medium according to the conventional example. FIG. 12 is a block diagram of the circuit system used to control the probe electrode and recording medium according to another conventional example, and FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the movement of a probe electrode on a recording medium. 101.601: Current amplifier, 102: Bypass filter, 103: Low pass filter, 104: Signal processing circuit, 1o5: Phase compensation circuit, 106.606 + error amplifier, 107,607・Sample hold circuit, 108,
109.317: Amplifier, 2,110: Output limiting circuit,
111 nib lobe electrode, 112: recording medium, 113, 6
13: piezo element, 314 two A/D converters, 315: digital signal processor, 316: D/A converter, 614: peak hold circuit, 603: low pass filter, 615: comparator, 602; high pass Type filter, 616: Data writing pulse generator, 618
Nibrob electrode control section, 417: Data modulation/demodulation section, 71
9: Substrate of medium, 720: Lower electrode layer, 721: Recording layer, 722. Recording bit, 723 nib lobe electrode trajectory. Fig. 7 Fig. 8 = Fu・O-fu-shu-betsukainichi 1st ○

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)物対に対向して配置されるプローブと、物体から
プローブを介して情報を検知する検知手段と、プローブ
と物体との距離を調整すべくプローブを駆動するプロー
ブ駆動手段と、検知手段が検知した情報に基づきプロー
ブ駆動手段を制御するための信号を出力する間隔制御手
段とを備えた情報読取および/または入力装置において
、 間隔制御手段は、検知手段が検知した情報に応じて、異
なる入出力特性で、プローブ駆動手段を制御するための
信号を出力するものであることを特徴とする情報読取お
よび/または入力装置。
(1) A probe placed opposite the object, a detection means for detecting information from the object via the probe, a probe drive means for driving the probe to adjust the distance between the probe and the object, and a detection means In the information reading and/or input device, the interval control means outputs a signal for controlling the probe driving means based on the information detected by the detection means, and the interval control means has different values depending on the information detected by the detection means. An information reading and/or input device characterized in that it has input/output characteristics and outputs a signal for controlling probe driving means.
(2)間隔制御手段は、検知手段が検知した情報に応じ
た信号の強度が閾値信号の強度を越えている場合に、プ
ローブ駆動手段を制御するための信号の出力を一定に制
限するものであることを特徴とする、請求項1記載の情
報読取および/または入力装置。
(2) The interval control means limits the output of the signal for controlling the probe drive means to a certain level when the intensity of the signal corresponding to the information detected by the detection means exceeds the intensity of the threshold signal. Information reading and/or input device according to claim 1, characterized in that:
(3)間隔制御手段は、検知手段が検知した情報に応じ
た信号と閾値信号との比較結果に応じて異なる増幅度で
プローブ駆動手段を制御するための信号を出力するもの
であることを特徴とする、請求項1記載の情報読取およ
び/または入力装置。
(3) The interval control means outputs a signal for controlling the probe driving means with different amplification degrees depending on the comparison result between the signal corresponding to the information detected by the detection means and the threshold signal. The information reading and/or input device according to claim 1.
(4)間隔制御手段は、検知手段が検知した情報に応じ
た信号と閾値信号との比較結果に応じて異なる時定数で
プローブ駆動手段を制御するための信号を出力するもの
であることを特徴とする、請求項1記載の情報読取およ
び/または入力装置。
(4) The interval control means outputs a signal for controlling the probe driving means with a different time constant depending on the comparison result between the signal corresponding to the information detected by the detection means and the threshold signal. The information reading and/or input device according to claim 1.
(5)間隔制御手段は、異なる時定数でプローブ駆動手
段を制御するための信号を出力するためにピークホール
ド回路を有することを特徴とする、請求項4記載の情報
読取および/または入力装置。
(5) The information reading and/or input device according to claim 4, wherein the interval control means has a peak hold circuit for outputting signals for controlling the probe driving means with different time constants.
(6)物体に対向して配置されるプローブと、物体から
プローブを介して情報を検知する検知手段と、プローブ
と物体との距離を調整すべくプローブを駆動するプロー
ブ駆動手段と、検知手段が検知した情報に基づきプロー
ブ駆動手段を制御する間隔制御手段とを備えた情報読取
及び/又は入力装置において、 間隔制御手段は前記プローブが物体に接近する方向の動
きを、前記プローブが物体から離れる方向の動きに対し
て低速になるよう、あるいはより制限するよう前記プロ
ーブ駆動手段を制御することを特徴とする情報読取及び
/又は入力装置。
(6) A probe disposed facing the object, a detection means for detecting information from the object via the probe, a probe drive means for driving the probe to adjust the distance between the probe and the object, and a detection means. In the information reading and/or input device, the distance control means controls the movement of the probe in the direction in which the probe approaches the object and the movement in the direction in which the probe moves away from the object. An information reading and/or input device characterized in that the probe driving means is controlled to slow down or to further restrict the movement of the probe.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007524841A (en) * 2003-07-01 2007-08-30 タイアックス エルエルシー Capacitive position sensor and sensing method

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