JPH0562261A

JPH0562261A - 記録／再生の装置並びに方法

Info

Publication number: JPH0562261A
Application number: JP22014291A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Hatanaka; 勝則畑中; Kunihiro Sakai; 邦裕酒井; Takahiro Oguchi; 高弘小口; Akihiko Yamano; 明彦山野; Shunichi Shito; 俊一紫藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1993-03-12
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JP2994808B2

Abstract

(57)【要約】【目的】２次元走査による記録再生において、記録時
と再生時とのプロープ走査の方向を一致させる手段を必
要とせずに往復２次元走査により記録されたデータを正
しく読出すことができる記録／再生の手法の提供。【構成】記録媒体とプローブを相対的に２次元走査し
往復記録する際に、行き走査時にはバッファメモリのデ
ータをそのまま記録し、帰り走査時にはバッファメモリ
のデータを逆順に置き換えて記録する。再生時にはプロ
ーブの主走査の帰り走査の時に読出されたデータ列の配
列を入替える。又、別の形態では、記録媒体とプローブ
を相対的に２次元走査し往復記録する際に、主走査の走
査方向を示す符号を記録信号列に付加し記録する。再生
時には記録時の走査方向を示す符号を検出し、その検出
結果に基づき読出されたデータ列の配列を入替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録媒体をプローブに
より２次元走査を行ない、記録媒体とプローブの物理的
相互作用により記録再生を行なう装置、及びその記録再
生方法に関する。特にＳＴＭの原理を応用した小型高密
度な記録／再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年レーザー技術の進展に伴い、有機色
素、フォトポリマーなどの有機薄膜を用いた光メモリに
よる安価で高密度な記録媒体が登場してきた。一方、最
近、導体の表面原子の電子構造を直接観察できる走査型
トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭと略す）が開発され
［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．
Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９８２）］、単結晶、非晶質
を問わず実空間像の高い分解能の測定ができるようにな
り、しかも試料に電流による損傷を与えずに低電力で観
測できる利点も有し、更に大気中でも動作し、種々の材
料に対して用いることができるため広範囲な応用が期待
されている。

【０００３】ＳＴＭは金属の探針（プローブ電極）と導
電性物質間に電圧を加えて１ｎｍ程度の距離まで近づけ
るとトンネル電流が流れることを利用している。この電
流は両者の距離変化に非常に敏感である。トンネル電流
を一定に保つように探針を走査することにより実空間の
全電子雲に関する種々の情報をも読み取ることができ
る。このとき面内方向の分解能は０．１ｎｍ程度であ
る。

【０００４】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。例えば、特開昭６１
−８０５３６号公報に開示されている記録再生装置で
は、電子ビーム等によっ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。

【０００５】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ＳＴＭで行なう方法が、例えば特開昭６３−１６１５
５２号公報や特開昭６３−１６１５５３号公報に記載さ
れている。この方法によれば、記録のビットサイズを１
０ｎｍとすれば、１０¹²ｂｉｔ／ｃｍ² もの大容量記録
再生が可能である。

【０００６】ところで、実際の装置としてメモリ媒体へ
の記録再生を行なうためには記録層とプローブ電極との
間の間隔をトンネル電流が流れる距離に維持し、記録層
のトラック溝に沿ってプローブ電極を走査する必要があ
る。従来のプローブ電極の走査方法の例として、ビデオ
ディスク等に用いられてきた方法と同様にディスク状の
記録媒体面にスパイラル状の溝を形成し、この溝をプロ
ーブ電極がなぞるように記録再生を行う方法が、例えば
特開平１−１５１０３５号公報や特開平１−１０７３４
１号公報に提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】ディスク状の記録
媒体に形成されたスパイラル状トラック溝に沿ってデー
タを記録する方法は信号の読出しが連続的であり、その
読出し順序も記録時と同じになることからデータの記録
再生制御が容易である点では好ましい。

【０００８】しかしながら、ＳＴＭの原理を用いた記録
再生装置の場合、高密度記録の特徴を生かすと僅か１ｃ
ｍ² の記録媒体で１０¹²ｂｉｔもの記録が可能となる。
このような小さい記録媒体を高速回転させ、かつ記録層
とプローブ電極との間の距離をトンネル電流が流れる領
域（通常１ｎｍ以下）に制御する小型機構を生産性良く
低コストで提供することは困難であった。

【０００９】一方、記録媒体表面を２次元的にＸＹ走査
し記録する方法は、記録層とプローブ電極との間の距離
を高精度で維持しＸＹ走査する小型駆動機構が比較的作
り易すく生産性も良い点で好適な方法である。しかしな
がら、往復走査を利用して記録する場合プローブ走査の
折返し点を境に信号の記録方向が反転する。すなわち信
号の読出しを連続的に行うために行き走査と帰り走査の
両方を利用して記録した場合、信号列の記録方向が記録
媒体上で一走査毎に反転して書込まれる。このため記録
時と再生時とで記録媒体とプローブの相対走査方向を一
致させるための手段が必要となる。

【００１０】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
ので、その目的は上記２次元走査による記録再生におい
て、記録時と再生時とのプロープ走査の方向を一致させ
る手段を必要とせずに往復２次元走査により記録された
データを正しく読出すことができる記録／再生の手法を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
する本発明の一つの形態は、記録媒体をプローブで相対
的に折返し２次元走査を行なう手段と、前記２次元走査
の主走査の行き走査及び／又は帰り走査で記録媒体に記
録または再生するデータを一時保管しておくバッファメ
モリと、該バッファメモリに格納されたデータを前記行
き走査と帰り走査の記録又は再生に対応してデータ配列
順位を置換して記録媒体に記録又は再生する手段を有す
る。すなわち、記録媒体とプローブを相対的に２次元走
査し往復記録する際に、行き走査時にはバッファメモリ
のデータをそのまま記録し、帰り走査時にはバッファメ
モリのデータを逆順に置き換えて記録する。このことは
プローブの行き／帰り走査の方向にかかわらず、主走査
の走査方向に記録する信号列をすべて記録媒体上で同一
の方向に記録することになる。また、再生時にはプロー
ブの主走査の帰り走査の時に読出されたデータ列の配列
を入替える。これにより記録時とプローブ走査の方向を
一致させることなく正しいデータを再生できる。

【００１２】又、本発明の別の形態では、記録媒体とプ
ローブを相対的に２次元走査し往復記録する際に、主走
査の走査方向を示す符号を記録信号列に付加し記録す
る。再生時には記録時の走査方向を示す符号を検出し、
その検出結果に基づき読出されたデータ列の配列を入替
える。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例の記録再生システムを
図面を用いて説明する。図１は第１の実施例のシステム
における記録系のブロック構成図を示す。１は記録媒
体、２は基板、３は記録媒体を２次元走査するＸＹステ
ージ、４はプローブ電極である。５はプローブ電極と記
録媒体との間の間隔を駆動調整するアクチュエータで、
Ｚ位置制御回路６により適正なプローブ・媒体間距離が
得られるように制御される。１１はＸＹ走査回路で、直
線性補正回路１２を介しＸＹステージ３を２次元走査す
る。直線性補正回路１２はＸＹステージ３のアクチュエ
ータの特性を補償し、プローブ電極が記録媒体上を折返
し走査する際のヒステリシス、非直線性歪等を補正す
る。

【００１４】記録するデータは符号器７に入力する。こ
こでコード化されたデータはバッファメモリ８に転送さ
れる。バッファメモリ８ではプローブの主走査（ステー
ジのＸ軸走査）の行きもしくは帰り走査で記録される一
連のデータ列を１単位として信号順位置換回路９にコー
ド化データを転送する。

【００１５】信号順位置換回路９は双方向転送レジスタ
９２と切換えスイッチ９１により構成される。切換えス
イッチ９１はＸＹ走査回路の走査方向を表わす信号によ
り切換える。すなわち主走査の行き走査の場合は双方向
転送レジスタ９２を正順位方向に転送動作させ、切換え
スイッチ９１のａ回路を経由して書込み回路１０にデー
タを送る。また帰り走査の場合は双方向転送レジスタ９
２を逆順位に転送動作させ、切換えスイッチ９１のｂ回
路を経由して書込み回路１０に送る。書込み回路１０は
コード化データを変調し、記録媒体への書込み電圧に変
換し、プローブ電極４に印加する。

【００１６】上記の一連の動作はタイミング制御回路１
３により制御する。すなわち入力データはステージのＸ
Ｙ走査及びその走査方向に同期して、且つ一主走査に記
録されるデータ単位ごとに区切って順次記録される。そ
してこれら主走査の行き／帰り走査で記録されるデータ
は記録媒体上では各記録単位ごとに全て同じ方向に記録
される。

【００１７】図３に記録媒体上におけるデータ記録の状
態を示す。１００はプローブ電極の記録媒体上の軌跡で
ある。２００は各主走査で記録される１記録単位Ｘ₁ ，
Ｘ₂，・・・Ｘ_n である。図３に示すようにプローブ電
極が行き走査（＋Ｘ方向）に走査するときはＸ₁ ，Ｘ
₂ ，・・・Ｘ_n の順に書込みを行う。又、プローブ電極
が帰り走査（−Ｘ方向）に走査するときはＸ_n ・・・Ｘ
₂ ，Ｘ₁ の順に書込みを行なう。

【００１８】図２に第１の実施例のシステムにおける再
生系のブロック構成図を示す。１は記録媒体、２は基
板、３は記録媒体を２次元走査するＸＹステージ、４は
プローブ電極である。５はプローブ電極と記録媒体との
間の間隔を駆動調整するアクチュエータ、６はＺ位置制
御回路である。１１はＸＹ走査回路、１２は直線性補正
回路、１３はタイミング制御回路である。上記機能ブロ
ックの動作は図 1で説明した記録装置と同じである。

【００１９】記録媒体１上に物理状態の変化として記録
されているデータはプローブ電極４により検知し、読出
し回路１４により読出される。読出し回路１４はプロ
ーブ４で検出した信号をもとにデータ復調を行い、コー
ド化再生データ列としてデータ順位の置換回路９に入力
する。置換回路９は切換えスイッチ９１と双方向転送レ
ジスタ９２で構成される。この置換回路９の動作は、プ
ローブの主走査の走査方向（ステージのＸ軸走査）が行
き走査の場合は、読出し回路１４の出力データ列を切換
えスイッチ９１の回路ａを経由し正順位方向で転送レジ
スタ９２に転送される。一方、走査方向が帰り走査の場
合は、読出し回路１４の出力データ列を切換えスイッチ
９１の回路ｂを経由し逆順位方向で転送レジスタ９２に
転送される。転送レジスタ９２に一走査分のデータ列が
転送された後、これら１単位のデータ列はバッファメモ
リ８に一括格納される。バッファメモリはいわゆるＦＩ
ＦＯ構成をなし、外部に接続される装置のデータ入力速
度により必要な容量が設定される。バッファメモリに格
納されたデータ単位は順次復調器１５に出力される。復
号器１５はコード化されているデータを元のデータに逆
変換を行ないエラー訂正を行った後出力される。

【００２０】この一連の動作により、記録媒体上に図３
に示したように一主走査の記録単位毎に同方向に配列さ
れたデータ列集団にプローブの往復走査でアクセスしデ
ータを読出すことができる。

【００２１】以上説明したように本実施例によれば、記
録媒体とプローブ電極を相対的に２次元走査し往復記録
する際に、行き走査時にはデータ列をそのままの順位で
記録し、帰り走査時にはデータ列を逆の順位で記録す
る。また再生時には帰り走査の時に読出したデータ列を
逆順位に置換し出力する。この動作により記録時と再生
時において、記録媒体上でのプローブ走査の方向を一致
させる手段を用いることなく往復走査で記録されたデー
タ列を正しく再生することができる。

【００２２】又、記録媒体上には主走査方向にデータ列
がすべて同じデータ配列順序で並ぶ。すなわち、一度記
録された後はプローブの走査の折返し方向によるデータ
列の向きがない。このため本発明の記録方法で記録され
た媒体は異なるプローブ走査方式、例えば片道走査の２
次元走査、パターン認識によるデータ読出し等の異なる
読出し形式の装置で再生することも可能となる。

【００２３】次に本発明の第２の実施例の記録再生シス
テムを説明する。図４はの第２の実施例のシステムにお
ける記録系のブロック構成図を示す。１は記録媒体、２
は基板、３は記録媒体１をプローブ電極４に対し相対的
に２次元ＸＹ走査を行うＸＹステージである。５はプロ
ーブ電極４と記録媒体１との間の距離を調整するアクチ
ュエータであり、Ｚ位置調整回路６により適正な間隔が
保たれるように制御される。１１はＸＹ走査回路で、直
線性補正回路１２により行き走査と帰り走査とで生じる
ヒステリシス、直線性歪等を補償しＸＹステージ３を駆
動する。

【００２４】記録するデータは符号器７に入力する。符
号器７は入力データをコード化し、プローブの主走査の
一走査単位の長さをもつ転送レジスタ８３に送られる。
転送レジスタ８３に格納されたデータ列はバッファメモ
リ８に一時保管する。９３、９４、９５はいわゆるパラ
レル−シリアル変換レジスタである。９３にはレジスタ
８１よりデータ先頭符号がロードされる。９４にはバッ
ファメモリ８よりコード化データ列がロードされる。９
５にはレジスタ８２よりデータ末尾符号がロードされ
る。９３、９４、９５は直列に接続され、書込み回路１
０に順次転送される。書込み回路１０は先頭及び末尾符
号を含みコード化されたデータ列を変調し、書込み電圧
パルスを発生してプローブ電極４に印加する。

【００２５】上記一連の動作はプロ−ブと記録媒体との
主走査方向の動作（ＸＹステージのＸ方向走査）に同期
して行われ、行き走査と帰り走査のそれぞれにつて同様
に行われる。又、データビットの転送及び記録のタイミ
ング、プローブＸＹ走査の折返しタイミング、トラッキ
ング制御等はタイミング制御回路１３において行なわれ
る。

【００２６】図６に上記装置によって記録媒体面上に記
録されたデータ列の配置状態を示す。１００はプローブ
電極の軌跡である。２００は記録データ列、３００は先
頭符号、４００は末尾符号である。図に示されたように
各主走査の行き及び帰り走査のそれぞれについて［Ｆ
Ｂ，Ｘ₁ ，Ｘ₂ ，・・・・Ｘ_n ，ＦＥ］の順位で交互に
向きを反転して記録される。

【００２７】先頭及び末尾符号ＦＢ，ＦＥは複数のビッ
ト列で構成する。これらのビット列は入力データをコー
ド化する符号器７で用いられる符号語集合｛Ｘ｝に含ま
れないことが望ましい。この先頭及び末尾符号語のビッ
ト列の順序を置換した符号を＊ＦＢ及び＊ＦＥとする
と、ＦＢ≠ＦＥ、ＦＢ≠＊ＦＥ＊ＦＢ≠ＦＥ、＊ＦＢ≠＊ＦＥ（式１）の関係を満たすように設定する。又、ＦＢ、ＦＥは対称
ベクトルすなわち、ＦＢ＝＊ＦＢ、ＦＥ＝＊ＦＥ（式２）としてもよい。

【００２８】更に、記録データの符号語Ｘ_i （ｉ＝１，
２，・・・，ｎ）の構成ビットの順序を置換した符号語
＊Ｘ_i も符号語集合｛Ｘ｝に含まれ、Ｘ_i と＊Ｘ_i の復
号結果は同じ変換値ｙ_i を生成するように符号体系を選
んでも良い。すなわち復号マトリックスをＴとすると、Ｘ_i ∈｛Ｘ｝，＊Ｘ_i ∈｛Ｘ｝ｙ_i ＝Ｔ・Ｘ_i ＝Ｔ・（＊Ｘ_i ）（式３）とすることができる。

【００２９】図５に第２の実施例のシステムにおける再
生系のブロック構成図を示す。１は記録媒体、２は基
板、３はＸＹステージである。４はプローブ電極、５は
プローブ電極と記録媒体との間隔調整のためのアクチュ
エータ、６はＺ位置調整回路である。１１はＸＹ走査回
路、１２は直線性補正回路、１３はタイミング制御回路
である。上記の機能ブロックの動作は図１で説明した記
録装置と同じである。記録媒体に記録されたデータは読
出し回路１４で検出され、復調された後出力される。こ
の復調出力はフラグ検出回路１６と信号順位置換回路９
に接続される。フラグ検出回路１６は記録媒体に記録さ
れた先頭または末尾符号ＦＢ，ＦＥを検出する。この符
号の検出結果に基ずき信号順位置換回路９の信号置換の
方向を決定する。すなわち、先頭符号ＦＢを検出した場
合は切換えスイッチ９１をａ側に接続し読出しデータを
双方向シリアル入力−パラレル出力変換レジスタ９２に
正順位で転送する、また末尾符号ＦＥを検出した場合は
切換えスイッチ９１をｂ側に接続し読出しデータを逆順
位でレジスタ９２に転送する。レジスタ９２に転送され
た一走査に対応する一単位のデータ列はプローブ（ＸＹ
ステージ）の行きまたは帰り走査の終了毎にバッファメ
モリ８に一時保管される。このとき転送されるデータ列
は行き走査、帰り走査かに関わらず全て同一の信号順位
となる。バッファメモリ８に格納されているデータは転
送レジスタ８３から順次読出され復号器１５に入力され
る。復号器１５はコード化されたデータを元のディジタ
ル信号にエラー訂正処理等を行って復元する。

【００３０】以上説明した再生装置では各走査線毎のデ
ータの順位をビット単位で置換し、信号順序を戻して復
号したが、記録時に用いる符号語の体系を上記（式３）
で示された符号語集合を用いることによって、データの
順位を符号語単位で行い逆配置された符号語をそのまま
復号しても良い。この場合はデータ列順位の置換が符号
語の構成ビット数単位となるため高速の処理が可能とな
る。

【００３１】以上説明したように本実施例によれば、記
録媒体上をプローブ電極が相対的に２次元走査して記録
再生する装置において、再生時のプローブ主走査方向の
行き／帰り走査の向きを記録時における主走査の行き／
帰り走査の向きと一致させる必要がない。このため一主
走査毎の行き帰りタイミングを一致させる手段が不必要
となりトラッキング制御が容易となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば２次元走査による記録再
生において、記録時と再生時とのプロープ走査の方向を
一致させる手段を必要とせずに往復２次元走査により記
録されたデータを正しく読出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の記録系のブロック構成図であ
る。

【図２】第１の実施例の再生系のブロック構成図であ
る。

【図３】第１の実施例の記録方法により記録した記録媒
体上のデータ配置を示す模式図である。

【図４】第２の実施例の記録系のブロック構成図であ
る。

【図５】第２の実施例の再生系のブロック構成図であ
る。

【図６】第２の実施例の記録方法により記録媒体上に記
録されたデータ列の配置状態を示す模式図である。

【符号の説明】

１記録媒体２基板３ＸＹステージ４プローブ電極５Ｚ制御アクチュエータ６Ｚ位置制御回路７符号器８バッファメモリ９データ順位置換回路１０書込み回路１１ＸＹ走査回路１２直線性補正回路１３タイミング制御回路１４読出し回路１５復号器８１先頭語置数レジスタ８２末尾語置数レジスタ８３転送レジスタ９１切換えスイッチ９２双方向転送レジスタ９３９４９５転送レジスタ１００プローブ電極の軌跡２００記録データ列３００先頭符号４００末尾符号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山野明彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者紫藤俊一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体をプローブで相対的に折返し２
次元走査を行なう手段と、前記２次元走査の主走査の行
き走査及び／又は帰り走査で記録媒体に記録するデータ
列を一時保管しておくバッファメモリと、該バッファメ
モリに格納されたデータ列の配列順序を置換する手段
と、該置換手段から転送されたデータを前記プローブを
介して記録媒体に記録する書込み手段とを有することを
特徴とする記録装置。
【請求項２】記録媒体をプローブで相対的に折返し２
次元走査を行なう手段と、前記２次元走査の主走査の行
き走査及び／又は帰り走査で記録媒体に記録されている
データを前記プローブを介して読出す手段と、該読出し
手段により読出されたデータ列の配列順序を置換する手
段と、該置換手段から転送されたデータを一時保管して
おくバッファメモリとを有することを特徴とする再生装
置。
【請求項３】記録媒体をプローブで相対的に折返し２
次元走査を行ない信号の記録を行なう方法において、記
録媒体上における前記２次元走査の主走査方向の記録信
号列がプローブ走査の方向によらず一定の向きに並ぶこ
とを特徴とする記録方法。
【請求項４】記録媒体をプローブで相対的に折返し２
次元走査を行ない信号の再生を行なう方法において、前
記２次元走査の主走査に沿った信号列を読出すステップ
と、前記走査方向に基づき読出した信号列の信号配列順
序を置換するステップとを含むことを特徴とする再生方
法。
【請求項５】記録媒体をプローブで相対的に折返し２
次元走査を行なう手段を有し信号の記録を行なう装置に
おいて、前記２次元走査の主走査の走査方向を識別する
符合を記録する手段を有することを特徴とする記録装
置。
【請求項６】記録媒体をプローブで相対的に折返し２
次元走査を行なう手段を有し信号の再生を行なう装置に
おいて、前記２次元走査の主走査の記録時の走査方向を
検出する手段と、該走査方向を検出する手段の検出結果
に基づき読出した信号列の配列を置換する手段とを有す
ることを特徴とする再生装置。
【請求項７】記録媒体をプローブで相対的に折返し２
次元走査を行ない信号の記録を行なう方法において、前
記２次元走査の主走査の一走査に対応する記録信号列の
前後に特定の符号を付加し記録することを特徴とする記
録方法。
【請求項８】記録媒体をプローブで相対的に折返し２
次元走査を行ない信号の再生を行なう方法において、前
記２次元走査の主走査に沿った信号列を読出すステップ
と、読出した信号列から記録時の信号配列順序を検出す
るステップと、該信号配列順序の検出結果に基づき前記
信号列の読出し出力順序を変換するステップとを含むこ
とを特徴とする再生方法。
【請求項９】前記記録信号列は符号語の集合として変
調され、各符号語は該符号語を構成するビット列の並び
を逆にして得られる第２の符号語と同じ復号結果が得ら
れる変換行列により生成される符号系列で構成される請
求項７記載の方法。
【請求項１０】前記記録媒体と前記プローブとの間に
流れるトンネル電流を利用して記録又は再生を行なう請
求項１乃至９記載の装置又は方法。