JPH08287535A - 記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、複数プローブとこれに対向するディ
スク型記録媒体を用いたＳＰＭ応用によるディスク型記
録再生装置において、高速かつ高精度なプローブの位置
制御により、高密度、大容量の記録・再生の行える記録
再生装置を提供することを目的とするものである。 【構成】本発明は上記目的を達成するために、複数のプ
ローブに対してディスク型媒体を回転させ、該プローブ
と該媒体間の物理現象により生じる信号を検出して記録
・再生する記録再生装置を、少なくとも、回転駆動信号
ないしはディスク回転角に応じて複数プローブと記録媒
体間の相対的位置ずれを補正するための位置制御回路
と、その相対的位置ずれ量をストアしたメモリとで構成
し、高速かつ高精度なプローブの位置制御を行うように
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型プローブ顕微鏡
を応用した記録再生装置、特に、複数のプローブとこれ
に対向したディスク型記録媒体の構成を持つ高密度記録
再生の行える記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、米国特許ＵＳＰ４３４３９９３号
に記載されているような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（以下
ＳＴＭと略す）が開発され、金属・半導体表面の原子配
列、有機分子の配向等の観察が原子・分子スケールでな
されている。また、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物質等
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（以下ＡＦＭと略す）も開発された（米国特許ＵＳ
Ｐ４７２４３１８号）。そこでこのＳＴＭ、ＡＦＭ等の
走査型プローブ顕微鏡（以下ＳＰＭと略す）の原理を応
用し、記録媒体に対してプローブを原子、分子スケール
でアクセスし、記録再生を行うことにより、高密度メモ
リーを実現するという提案がなされている（米国特許Ｕ
ＳＰ４５７５８２２号、特開昭６３−１６１５５２号公
報、特開昭６３−１６１５５３号公報）。ＳＰＭ応用の
高密度メモリにおいてアクセスや記録再生の高速化を目
的として、半導体プロセスによって複数のプローブを基
板上に形成し、これらを用いて並列に記録再生動作を行
う装置も提案されている（特開平０１−３５７４３号公
報、特開平０１−３５７４４号公報、欧州特許公開ＥＰ
Ｏｌｌ２４０１号）。ＳＰＭ応用の高密度メモリーにお
ける記録再生の際のプローブと記録媒体の相対走査法と
しては、ＳＴＭ技術の延長上であるＸＹ方向に２次元走
査を行うラスタースキャンが一般的である。一方従来よ
り実用化されているハードディスク記録装置や光ディス
ク記録装置における記録ヘッドと記録媒体の相対走査法
である回転スキャンにおいても、記録装置の高密度化及
び小型化をめざしたモータや軸受けの高精度化、モータ
回転制御技術の高度化が進んでいる。そして、ＳＰＭ応
用の高密度メモリにおいても記録媒体をディスクタイプ
とし、プローブと記録媒体との相対走査を回転スキャン
で行なった記録再生装置に関する提案もなされている
（特開昭６３−９６７５６号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のような
ディスク型記録媒体にプローブを用いて大容量の記録再
生を行う場合、以下の問題があった。 （１）ディスク型媒体を回転させながらビット記録を行
い、また信号再生する場合プローブを媒体上で位置制御
しておく必要があった。ＳＰＭを応用したメモリの場合
ビットのサイズが、１００ｎｍ以下とたいへん小さいた
め、ディスク型媒体においては、ディスクの軸ぶれや面
ぶれによるプローブと記録媒体の相対位置変化をｎｍと
いうオーダーで抑圧する必要があった。 （２）また大容量の記録再生を実現するためには一個の
プローブが担当するエリアを大きくする必要があるの
で、プローブを大きく移動させる長ストローク移動機構
がいる。この時ディスク型媒体上でプローブのランダム
アクセスを実現するためには、プローブ移動機構を高速
に動かすと同時に、その位置決めもｎｍオーダで再現す
る必要がある。しかしながら、このように高速でかつｎ
ｍという高精度な位置制御を走査型プローブメモリで実
現したものはこれまでなかった。

【０００４】そこで本発明は、複数プローブとこれに対
向するディスク型記録媒体を用いたＳＰＭ応用によるデ
ィスク型記録再生装置において、高速かつ高精度なプロ
ーブの位置制御により、高密度、大容量の記録・再生の
行える記録再生装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、複数のプローブに対してディスク型媒体を
回転させ、該プローブと該媒体間の物理現象により生じ
る信号を検出して記録・再生する記録再生装置を、少な
くとも、回転駆動信号ないしはディスク回転角に応じて
複数プローブと記録媒体間の相対的位置ずれを補正する
ための位置制御回路と、その相対的位置ずれ量をストア
したメモリとで構成し、高速かつ高精度なプローブの位
置制御を行うようにしたものである。そして、本発明に
おいては、前記位置制御回路を、前記相対的位置ずれ量
をストアしたメモリからディスク回転に応じて相対的位
置ずれ量を出力するフィードフォワード制御回路、また
は前記フィードフォワード制御回路と、前記複数プロー
ブと記録媒体の相対的位置ずれを検出しそれを補正する
フィードバック制御回路とを組み合わせて構成すること
ができる。そしてまた、その複数プローブと記録媒体間
の高速総体移動時に、前記フィードバック制御回路から
フィードフォワード制御回路へ出力を切り替えるため、
その切り替え回路を設けてもよい。また、本発明におい
て、前記位置制御回路は、前記複数プローブと記録媒体
間の相対的位置ずれの補正をディスクの軸ぶれである位
置ずれを補正する位置制御回路として、或いはディスク
の面ぶれである間隔を制御する間隔制御回路として構成
することができる。

【０００６】

【作用】本発明は、上記したように、前記複数プローブ
と記録媒体の相対的位置ずれを検出しそれを補正するフ
ィードバック制御回路と、前記相対的位置ずれ量をスト
アしたメモリからディスク回転に応じて相対的位置ずれ
量を出力するフィードフォワード制御回路とにより構成
し、フィ−ドバック制御量が少くてすみ、安定性の向上
した記録再生装置を実現することができる。また、ディ
スク上をランダムアクセスする時には、前記フィードバ
ック制御回路の出力を停止し、フィードフォワード信号
による制御のみが作動するよう切り替え回路により出力
を切り替え、きわめて高速なアクセスを実現することが
できる。

【０００７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。 ［実施例１］図１は、本発明によるディスク型記録再生
装置の第１の実施例を示す概略構成図である。まず構成
の概略について説明する。図１において、１０１は回転
ディスク型記録媒体、１０２は記録媒体１０１に対向し
て設けられた複数のプローブである。１０３は複数プロ
ーブ１０２の中の最外周プローブを選択したトラッキン
グ専用プローブ、１０４は複数プローブ１０３とトラッ
キング専用プローブ１０３を記録媒体１０１と平行して
一体に移動させる一体移動機構である。１０５（１０５
ａ，１０５ｂ）は一体移動機構１０４を所望量動かす圧
電素子、１０６は複数プローブ１０２と記録媒体１０１
間の間隔を規定する間隔規定体、１０７は記録媒体１０
１にバイアス電圧を供給するバイアス電極、１０８はハ
ウジング、１０９はトラッキング専用プローブ１０３の
位置にくるようにして記録媒体１０１上に書き込んだト
ラッキング溝である。１１０は複数プローブ１０２にお
ける記録再生信号を並列化・多重化するためのプローブ
制御回路、１１２は中央制御回路、１１３は圧電素子１
０５に電圧を与えトラック間移動を行わせるための圧電
素子駆動回路、１１４はトラッキング専用プローブｌ０
３より出力される信号を検出するトラッキング信号検出
制御回路、１１５は記録媒体１０１にバイアス電圧を供
給するバイアス電圧回路、１１６はモータを低速駆動制
御するモータ駆動制御回路、１１７はプローブ振動回
路、１１８は位置ずれ量をストアしたメモリである。図
１において、ディスク型記録媒体を回転させる回転部は
超音波モータである。１１９は記録媒体１０１をのせる
ためのロータ、１２０はロータ１１９を回転させるため
の分割ＰＺＴを裏面に張り付けた超音波モータ用ステー
タである。ロータの回転中心には図示せぬ高精度回転玉
軸受けがあり、回転軸を規定している。またハウジング
１０８の上には図示せぬ密閉板があり、プローブと記録
媒体を一体化ユニット構造としている。

【０００８】複数のプローブ１０２とディスク記録媒体
１０１との間の記録に関する記録制御信号は次のように
やりとりされる。記録再生装置に入ったデータは符号器
１２１によリデジタル信号となる。符号化された記録情
報は中央制御回路１１２を経てプローブ制御回路１１０
に入る。これにより記録情報は並列化された記録制御信
号となりプローブ１０２に印加される。複数のプローブ
１０２に並列化された記録制御信号が印加されて、デー
タを分配した記録がなされる。一方、複数のプローブ１
０２とディスク記録媒体１０１との間の再生信号は次の
ようにやりとりされる。まず、複数のプローブ１０２か
ら、並列に複数の再生信号がプローブ制御回路１１０に
入力される。さらに、この並列再生信号は中央制御回路
１１２に入り、ここで複数本プローブからの分配された
再生信号が一本の再生信号として多重化が行われる。多
重化された再生信号は復号器１２２を通して、再生デー
タとなる。

【０００９】以下に各機構の作製方法及び設置方法等の
具体的な装置構成について説明する。複数のプローブ１
０２と一体移動機構１０４は、マイクロメカニクスと呼
ばれる微細加工技術（例えば、Ｐｅｔｅｒｓｏｎ，”Ｓ
ｉｌｉｃｏｎ ａｓ ａ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａ
ｔｅｒｉａｌ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈ
ｅ ＩＥＥＥ，７０巻，４２０頁，１９８２年参照）や
ＬＳＩ等を作製する際のマイクロエレクトロニクス技術
を用いて、例えばＳｉ等の基板上に一体に作製される。
具体的には、まず、フォトリソグラフィーにより、複数
のプローブ先端に設ける電圧印加及び再生信号検出用の
複数の導電性探針及び電気配線パターンをＳｉウェハー
上に作製し、カンチレバー形状のパターニングを行う。
同時に並列化・多重化電気回路等の周辺電気回路もＳｉ
ウェハー上のカンチレバーの配線近傍に作製する。次に
ＫＯＨ溶液による異方性エッチングを用いて、Ｓｉ基板
上に複数の一体移動１０４機構を形成し、個々に切断す
る。作製した一体移動機構１０４に積層型の圧電素子１
０５を固定枠と可動部間に挟持させる。この構成で一体
移動機構１０４は圧電素子により紙面Ｘ方向に移動する
ことができる。一体移動機構１０４を間隔規定体１０６
を介してハウジング１０８に固定する。記録媒体面と一
体移動機構１０４の傾き量は、ｌ×ｌ０Ｅ−４ｒａｄ以
下であった。作製した複数プローブの配置図を図５に示
す。本実施例では、複数プローブを両側（Ａブロック＋
Ｂブロック）に回転中心を通る一直線上に配置した。さ
らにＡブロックとＢブロックは、プローブピッチの半分
に対応する量をプローブの並んでいる方向にずらして配
置した。つまり、Ａブロックのプローブが記録再生する
領域とＢプロックのそれとは、完全に分離した領域を記
録再生するようにした。

【００１０】図５の一直線上配置の構成理由を以下に述
べる。プローブが回転中心線上を通らない位置に配置さ
れた状態で、一体移動機構１０４を動作させた場合に
は、回転中心線上の位置にないプローブは回転中心線上
にあるそれと比較して半径方向への移動距離が異なる。
このため移動距離を同一にするための、トラッキング機
構が必要とされる。このようなトラッキング機構をプロ
ーブそれぞれに設けることは、装置全体を複雑化するこ
とになる。高速化において複雑な機構にすることは避け
なければならない。本実施例では、装置構成を容易にす
るために一直線上に配置し、全プローブが半径方向へ同
一距離の移動を行うように構成配置した。電圧の供給に
ついては種々の方法が考えられる。本実施例では、導電
性のブラシを記録媒体に接触させて供給した。他の例と
して、非接触型の電気カップリング、水銀等の液体を使
った供給方法が考えられる。ディスク記録媒体１０１と
しては、プローブからの電圧印加により、局所的に導電
性が変化するようなもの、あるいは、記録媒体表面形状
が凸や凹に変化するようなものを用いる。前者の例とし
て、例えば、前述の特開昭６３−１６１５５２号公報、
特開昭６３−１６１５５３号公報にあげられたような電
気的スイッチングメモリ現象を有するＳＯＡＺ等の有機
分子からなるＬＢ膜がある。これは、ＳＴＭ構成の装置
において、探針からの電圧印加により、ＬＢ膜を構成す
るＳＯＡＺ等の有機分子の導電率が局所的に、導電率の
高いＯＮ状態と低いＯＦＦ状態の間を可逆的に遷移する
というものである。また別の記録媒体の例として、結晶
状態とアモルファス状態とで導電率が異なるＳｉ等の相
転移物質を用いることができる。これも、探針と媒体と
の間を流れる電流による熱により、局所的に表面構造を
結晶状態からアモルファス状態に相変化させるものであ
る。後者の記録媒体表面形状が凹凸に変化することによ
り記録を行うものの例として、例えば、探針−記録媒体
基板間の電圧印加の際の電界放射による探針材料の基板
への移動による凸ビット形成がある。この場合に、基板
として用いられるのは、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の
貴金属基板やｎ−ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、Ｉ
ｎＰ等の半導体基板である。探針材料として用いられる
のは、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、ｎ−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ
等の比較的電界放射を起こす電界しきい値が低いもので
ある。別の凹凸変化の記録例として、上記とは逆に、探
針からの電圧印加による記録媒体基板材料の電界蒸発に
よる凹ビット形成がある。この場合に、基板として用い
られるのは、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の貴金属基板
やｎ−ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、ＭｏＳ₂グラファイト等の半導
体・半金属基板であり、比較的電界蒸発を起こす電界し
きい値が低いものである。探針材料として用いられるの
は、例えば、Ｗ、Ｉｒ、ＴｉＣ等の金属や半導体であ
る。

【００１１】プローブによる記録媒体からの再生方法と
して、上記記録媒体のうち、前者の導電率が変化するよ
うなものに対しては、ＳＴＭの原理を用い、バイアス電
圧印加回路により、プローブ先端の探針と記録媒体との
間に再生用の電圧を印加し、間に流れる電流を検出する
ことにより行う。また、記録媒体表面形状が凹凸に変化
するものに関する再生は、ＡＦＭの原理を用い、記録媒
体表面との間に働く原子間力や分子間力により弾性変形
を生じるカンチレバーのたわみ量を検出することにより
行う。この場合複数プローブチップのセンシング構造が
前述の説明とは異なり、複数のプローブのたわみ量をそ
れぞれ検出する手段を付加し、このたわみ量検出手段か
らの出力を再生信号とする。複数のプロ−ブのたわみ量
をそれぞれ検出する手段としては、例えば特開平４−３
２１９５５号公報に示したような（１）光てこ方式のカ
ンチレバー（本実施例ではプローブにあたる）のたわみ
量検出手段において、たわみ量検出用の光ビームを複数
のカンチレバーに対して走査し、複数のカンチレバーの
たわみ量を順次検出するものや、（２）カンチレバーの
たわみ量検出手段を複数個集積化したものを用いること
ができる。以上のディスク型情報記録再生装置の記録容
量・記録再生速度等の諸元は次のとおりである。 ディスク記録媒体の外径４２ｍｍ 最内周記録領域の半径（＝回転中心からの距離）２．５
ｍｍ 最外周記録領域の半径２０ｍｍ 記録領域数＝プローブ数２０００個 記録領域幅＝プローブ間隔１５μｍ プローブ形状 幅１０μｍ、長さ１００μｍ 一記録領域中のトラック数０．６７Ｍ個 トラック 幅０．０２μｍ ビット径 ０．０ｌμｍ 一トラック中の記録容量 ０．７５Ｍｂｉｔ プローブ一本の記録領域中の記録容量 ２５ｌＭｂｉｔ 全記録容量 ０．５Ｔｂｉｔ ディスク回転速度 ４ｒｐｍ 一プローブの記録再生レート １００Ｋｂｉｔ／秒 次に図２、３により、本発明の特徴であるプローブ位置
制御方法について説明する。図２はプローブ位置制御を
行うための機能ブロックを図１から取り出したものであ
る。図２において、プローブ振動回路１１７はプローブ
を半径方向に微小振動させるウオブリング信号を発生す
る。この時トラッキング溝に沿うように移動しているト
ラッキングプローブ（図１の１０３）から得られた検出
信号には、ウオブリング信号に同期した変調信号成分が
のる。そこでこの変調信号成分を同期検波によって取り
出せば、プローブをトラッキング溝にいつも沿うように
位置制御するフィードバックトラッキング信号２０４が
得られる。トラッキング信号検出回路１１４では、ウオ
ブリング信号２０３とトラッキングプローブ検出信号２
０１の同期検波によって、位置ずれ信号が検出される。
この位置ずれ信号を積分回路２０７で積分してフィード
バックトラッキング信号２０４が得られる。この時、フ
ィードバックトラッキング信号２０４は、熱ドリフトの
ようなゆっくりしたＤＣ変化と、デイスクの軸ぶれを反
映した周期的な変位信号と、ディスクの位置再現性精度
を反映したランダム信号等が重畳した信号になってい
る。この中でディスクの軸ぶれ量を反映した、トラッキ
ング信号成分を位置ずれ量メモリ１１８にストアする。
位置ずれメモリヘのストア動作について次に説明する。
ディスクの回転を制御するモータ駆動回路（図１の１１
６）で検出されるエンコーダ信号２０２に同期して、ト
ラッキング信号検出回路１１４はフィードバックトラッ
キング信号２０４を検出回路１１４内のバッファメモリ
にストアする。（Ｘｌ、Ｘ２、Ｘ３・・・・）このバッ
ファメモリヘのストア動作は、ディスクを回転しながら
行われ回転の度にバッファメモリの値を平均化する。こ
れによりディスクの回転角（エンコーダカウンタ出力）
に対応したディスクの軸ぶれ量がストアされる。ついで
このディスク軸ぶれ量からフィードフォワードトラッキ
ング信号２０５を取り出し、モータエンコーダ出力２０
２でアドレッシングされるメモリ番地にストアする。例
えば、 ΔＸｌ＝Ｘ２−Ｘｌ、 ΔＸ２＝Ｘ３−Ｘ２、 ΔＸ３＝Ｘ４−Ｘ３・・・・ のように軸ぶれ制御信号を算出する。これをフィードフ
ォワードトラッキング信号２０５として位置ずれ量メモ
リ１１８に順次ストアする。

【００１２】次に実際のプローブの制御方法について図
３に従って説明する。図３（Ａ）は、フィードフォワー
ド制御に先立って、メモリストア動作を行っているとき
の制御ブロック構成図を表している。前述したように、
プローブ振動回路１１７はウオブリング信号２０３を発
生し、この時得られるフィードバック信号をエンコーダ
信号でアドレスされる位置ずれ量メモリ１１８のメモリ
番地にストアする。図３（Ｂ）は、プローブの位置制御
を行っているときの制御ブロック構成図を表している。
この時位置ずれ量メモリ１１８は、エンコーダ信号でア
ドレスされたメモリ番地からフィードフォワードトラッ
キング信号２０５を出力する。これにより回転に同期し
た位置ずれ補正が行える。同時にプローブ振動回路１１
７はウオブリング信号２０３を発生し、トラッキング信
号回路１１４はフイードバックトラッキング信号２０４
を発生する。これを加算器１２１で加算して圧電素子１
０５を駆動し、プローブ位置決めを行う。図３（Ｃ）
は、高速にプローブ１０２を記録媒体１０１上で回転移
動する際の制御ブロック構成図を表している。この時は
フィードバック制御系は停止し、フィードフォワード信
号による制御のみが効くようにする。この状態で回転系
の移動限界速度（機械的共振周波数）で回転移動を行
い、移動後は図３（Ｂ）の通常の位置制御モードでプロ
ーブ制御を行う。

【００１３】以下に具体的な動作例を図１に基づいて説
明する。モータ駆動制御回路１１６から位相を９０度ず
らした２つの交流電圧を超音波モータ用ステータ１２０
の下に取り付けた圧電素子に印加し、ステータ１２０に
定在波を発生させ紙面ω方向に進行波を発生させる。超
音波モータは、低速回転で安定に動作する特徴をもち本
発明の回転用モータに適する。ステータ１２０上に摩擦
接触されているロータ１１９は、高精度軸受けに拘束さ
れているので回転運動をする。速度は、モータ駆動制御
回路１１６から送る交流電圧を変えることで任意に設定
できる。本実施例での速度は、４回転／分とした。高精
度軸受けの精度は、ラジアル振れ（半径方向振れ）が
０．８μｍ、回転再現性が０．０８μｍであった。高精
度軸受けで拘束されて回転運動をするロータ１１９の回
転精度は、ラジアル振れがｌμｍ、回転再現性が０．ｌ
μｍであった。（回転再現性の定義は、複数回転させた
ときの振れ幅とした）ロータ１１９の回転で複数プロー
ブ１０２は、ロータ１１９上に接着固定されている記録
媒体１０１の表面をならうようにプローブ（記録媒体が
破壊する力よリプローブの弾性力が十分に小さい。）が
動作し、ロータ１１９の回転速度と同じ速度で記録媒体
に対し相対移動する。トラッキング用プローブ１０３の
下には、トラッキング用溝１０９が位置する。トラッキ
ング用溝１０９は、フォトリソグラフィー技術とエッチ
ングプロセス技術で幅３μｍ、深さ０．０ｌμｍの溝を
形成した。このようなディスク型媒体１０１を前述した
ような方法で位置制御した。即ち図３（Ａ）のブロック
接続にした状態で、ディスクを１０回転／分で回転し
た。この時、回転型モータからは１万パルスのエンコー
ダ出力が得られていた。そこでプローブを周波数１０Ｈ
ｚで半径方向に変調し、この時得られたフィードバック
トラッキング信号を位置ずれ量メモリにストアした。本
実施例ではサイズ１０Ｋワードのメモリを用意し、位置
ずれ量として最大２μｍの回転軸ずれを補正できるよう
にした。その後、図３（Ｂ）のブロック接続にした状態
で位置ずれ量メモリからのフィードフォワードトラッキ
ング信号とトラッキングプローブからのフィードバック
トラッキング信号を加算して位置制御を行った。

【００１４】本実施例における記録再生の例について、
図１及び図４を用いて以下に説明する。図４は、プロー
ブと記録媒体部の拡大模式図である。図１でデータを符
号器１２１でデジタル符号化する。このデータは中央制
御回路１１２に送られる。データはプローブに分散化さ
れる。例えば、プローブ番号１とプローブ番号２の下に
位置するトラック１とトラック３３６上に情報を記録す
る場合、プローブ１及び２に電圧を印加させて所望の位
置に記録する。記録媒体１０１には、＋１００ｍＶの電
圧がバイアス電圧回路１１７より印加されている。記録
媒体１０１には、前述の特開昭６３−１６１５５２号公
報、特開昭６３−１６１５５３号公報にあげられたよう
な電気的スイッチングメモリー現象を有するＳＯＡＺ２
層ＬＢ膜をｐ型Ｓｉウエハ上に累積させたものを用い
た。探針からの電圧印加により、ＬＢ膜を構成するＳＯ
ＡＺ等の有機分子の導電率が局所的に、導電率の高いＯ
Ｎ状態と低いＯＦＦ状態の間を可逆的に遷移するという
ものである。記録位置のみが導電率が変化している。一
個のプローブが受け持つトラック数は、３３５トラック
である。総トラック数は、３３５トラック／個×２００
０個（複数プローブの数）＝０．６７Ｍ個である。

【００１５】次に、トラック移動を行い隣のトラックに
移動する例を図４を用いて説明する。プローブ１とプロ
ーブ２の下にトラック２及びトラック３３６が位置する
ように一体移動機構１０４を移動させる。実際には、一
体移動機構１０４の移動により２０００個のプローブ
（不図示）が同時に移動する。一体に移動することで、
トラック移動用のアクチュエータが移動する距離が１０
μｍ程度でよく、用いるアクチュエータを小型化でき装
置固有振動数の向上がはかれる。中央制御回路１１３か
ら圧電素子制御回路１１５、圧電素子駆動回路１１４を
通して圧電素子１１５に所望の電圧を与え一体移動機構
１０４を移動させる方法をとった。移動したトラック位
置で前述と同様に所望位置に情報を記録した。再生は、
一体移動機構１０４を所望の位置に移動させて、記録に
より導電率が変化している箇所の情報を中央制御回路１
１３に送る。中央制御回路１１３は各プローブに分散記
録されていた情報を収集し、復号器１２１に送る。復号
器１２１はデータを再生する。記録再生信号のやりとり
が並列化処理されることで、２０００個のプローブに対
し高速の記録再生が可能である。以上の構成及び方法
で、前述した記録再生装置の諸元を達成することができ
た。以上説明したように、本実施例においては以下のよ
うな効果を達成することができた。 （１）フィードフォワード位置制御信号とフィードバッ
ク位置制御信号を組み合わせることにより安定な位置で
の記録再生を行うことができる。特にプローブからの検
出信号にトンネル電流信号を用いた場合、トンネル電流
はＺ方向、ＸＹ方向共に非常に検出感度が高く、ゆえに
位置ずれによる信号Ｓ／Ｎの変化が激しい。このためト
ンネル電流を検出信号として用いたフィードバックによ
る位置制御は難しかった。例えばフィードバック性能を
上げようとサーボゲインを上げると媒体の凹凸等の外乱
に対する安定性が悪くなり、うまく制御できなかった。
しかしながら本実施例のような制御方法によるとフィー
ドバック制御信号量が小さくてすむため、フィードバッ
クの安定性も増して、安定した信号の記録再生が実現で
きた。 （２）フィードフォワード位置制御信号により複数のプ
ローブを一体化したプローブヘッドの高速移動を可能に
し、ディスク型記録媒体へのアクセス性が向上した。な
お、本実施例ではフィードバック制御信号を得るために
トラッキング溝を有する記録媒体上をトラッキング専用
プローブで追従させた。しかしながらこの方法以外にも
例えば、記録媒体上のビット列に対してウオブリングト
ラッキング制御したり、ビット列の位置をずらしながら
記録し、位置ずれ制御信号を得るセクターサーボ方式に
より行っても良い。また、ディスクの回転角を検出する
のにエンコーダ出力でなく、記録媒体上のビット列を再
生したセクター情報等、ディスク上の情報からアクセス
するようにしても良い。さらに、ディスクをロードする
と自動的に計測動作を開始し、位置ずれ量を計測するよ
うにすれば、媒体を自由に取り外せるリムーバブル媒体
システムに対応できる。

【００１６】［実施例２］つぎに、本発明の実施例２に
ついて説明する、実施例２は、実施例１で示した記録再
生装置の構成で、軸受け部分を他の方法にて実施し、回
転に伴うディスク面の縦方向振動に関する位置制御を行
うようにしたものである。これを図６及び図７を用いて
説明する。図６ではその全体構成を、また図７に位置制
御のための説明図を示す。図６において、６０１は圧縮
空気を発生させるマイクロＤＣサーボモータと渦巻ファ
ン等で構成されるマイクロポンプ、６０２はマイクロポ
ンプ６０１で発生させた圧縮空気の流路となるチュー
ブ、６０３はグラファイト等の多孔質材料を精密加工し
て作製した空気軸受け部である。上述のマイクロポンプ
は、例えばマイクロメカニクスの技術を駆使した超小型
機構のポンプでもよく、限定されるものではない。実施
例１で説明した記録装置と違うところは、記録再生装置
の中にマイクロポンプ６０１を内蔵していることであ
る。マイクロポンプ６０１にて圧縮された空気がチュー
ブ６０２を通して、空気軸受け部６０３に供給される。
空気軸受け部６０３では、チューブ６０２より送られて
きた圧縮空気が無秩序に多孔質材料内を流れロータ２０
２を浮上させる静圧力が作用する。空気軸受け部６０３
とロータ２０２間の隙間ｄは、３μｍに設定している。
静圧力が作用する面は、ラップ加工と電解研磨で超平面
に加工形成している。また１０６の間隔規定体が圧電素
子からなり、Ｚ方向に駆動されるようになっている。上
述の装置構成で、実施例１と同様に記録装置を動作させ
たところ、回転位置再現性がきわめて良好で、位置補正
のためのトラッキング移動量がきわめて小さく、トラッ
キングの制御性が向上した。さらに空気軸受けは、ロー
タの軸受け部が非接触であり低振動を可能にした。した
がって、本実施例においては実施例１で行った、回転軸
ぶれに起因したプローブＸ方向のフィードフォワード補
正は行わなかった。一方、ディスク面の面ぶれに起因し
たディスク面の縦方向振動を補正データメモリでフィー
ドフォワード補正した。

【００１７】これについて図６、７により説明する。複
数のプローブ１０２は、一体の移動機構１０４により移
動する。図６においてロータ２０２の回転で複数プロー
ブ１０２が、ロータ２０２上に接着固定されている記録
媒体１０１の表面をならうような状態で記録再生装置は
動作する。先ずＺ微動信号７０１により、すべてのプロ
ーブが記録媒体を表面に接触し、記録媒体が破壊する力
より小さい力でならうように圧電素子駆動回路７０２は
圧電素子駆動信号７０３を発生し、間隔規定体１０６の
圧電素子を駆動する。この状態で、回転に伴う縦振動を
計測する。このため２つの切り替えＳＷ７０４、７０５
を計測時のポジションに切り替える。その後ＤＣモータ
ーを回転し、この時最外周に位置したプローブのＺ方向
の変位をＺ変位検出回路７０６で検出する。この時ディ
スクの回転を制御するモータ駆動回路（図１の１１６）
で検出されるエンコーダ信号２０２に同期して、プロー
ブのＺ変位信号をバッファメモリ７０７にストアする。
（Ｚｌ、Ｚ２、Ｚ３・・・・）このバッファメモリヘの
ストア動作は、ディスクを回転しながら行われ回転の度
にバッファメモリの値を平均化する。これによりディス
クの回転角（エンコーダカウンタ出力）に対応したディ
スクの面ぶれ量がストアされる。ついでこのディスク面
ぶれ量からフィードフォワード面ぶれ補正信号７０９を
取り出し、モータエンコーダ出力２０２でアドレッシン
グされる補正量メモリ７０８の該当メモリ番地にストア
する。補正量の算出は以下のように行う。即ち、 ΔＺｌ＝Ｚ２−Ｚｌ、 ΔＺ２＝Ｚ３−Ｚ２、 ΔＺ３＝Ｚ４−Ｚ３・・・・ のように面ぶれ制御信号を算出する。これをフィードフ
ォワード面ぶれ補正信号７０９として補正量メモリ７０
８に順次ストアする。その後、記録再生時には切り替え
ＳＷ７０４、７０５を制御時のポジションに切り替え
る。そして回転に伴って変化するモータエンコーダ出力
２０２に同期して、補正量メモリ７０８は面ぶれ補正信
号を発生し、圧電素子駆動回路７０２は一体型移動機構
１０４に取り付けられた２つの間隔規定体の圧電素子１
０６ａ，１０６ｂを駆動する。本実施例においては、切
り替えＳＷ７０４、７０５を計測時のポジション接続に
した状態で、ディスクを１０回転／分で回転した。この
時、ＤＣサーボモータからは１０万パルス／回転のエン
コーダ出力が得られていた。本実施例ではサイズ１０Ｋ
ワードのメモリを用意し、面ぶれ量として最大４μｍず
れを補正できるようにした。言い替えれば記録媒体とプ
ローブ面の傾き〜１０−４ｒａｄに対応できる。その
後、図７で切り替えＳＷを制御時のポジションに接続に
した状態で、プローブ位置制御を行いながらディスクを
４回転／分で回転し、記録再生を行った。本実施例にお
いては、補正量メモリからのフィードフォワード制御に
より、記録再生時のみならず、ディスクを高速に回転さ
せたランダムアクセス動作時にも記録媒体とプローブ先
端のあいだに大きな力が働いて両者を破壊することがな
かった。また記録再生時に各プローブと記録媒体のギャ
ップや力変動が大きく減少して記録時には記録電圧が安
定して印加され、また再生時には安定した信号検出が行
えたため、再現性の良い記録再生動作が実現できた。な
お、本実施例では回転に伴うプローブ先端のＺ変位変動
をＡＦＭの原理で光学的に計測した。しかしながら、本
方法だけでなく、例えば、プローブ先端の導電性ティッ
プと媒体間を流れるトンネル電流ないしは接触電流を一
定とするようなフィードバックループを形成して、この
フィードバック制御量からＺ変位変動を検出するように
しても良い。また、各プローブをＺ方向に独立に駆動で
きるようにして、補正量メモリからのフィードフォーワ
ード制御に各プローブのフィードバック制御ないしは、
全プローブをＺ方向に制御するフィードバック制御を組
み合わせればより、高精度な位置制御が実現される。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上の構成により、複数プロ
ーブとこれに対向するディスク型記録媒体を用いたＳＰ
Ｍ応用によるディスク型記録再生装置において、高速で
かつ１００ｎｍ以下の小ビットサイズに対応したｎｍ精
度の高精度なプローブの位置制御により、高密度、大容
量の記録再生装置を実現することができる。特に、本発
明は、上記した前記複数プローブと記録媒体の相対的位
置ずれを検出しそれを補正するフィードバック制御回路
と、前記相対的位置ずれ量をストアしたメモリからディ
スク回転に応じて相対的位置ずれ量を出力するフィード
フォワード制御回路とにより、フィ−ドバック制御量が
少く、安定性の向上した記録・再生を行うことができる
と共に、ランダムアクセスする時には、フィードフォワ
ード制御により、きわめて高速なアクセスを実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の装置構成図である。

【図２】図１で用いたプローブ位置制御系のブロック図
である。

【図３】図２の制御ブロックを用いた制御方法を説明す
るブロック図である。

【図４】実施例１による情報記録説明図である。

【図５】実施例１による複数プローブの配置図である。

【図６】第２実施例の装置図である。

【図７】実施例２のプローブ位置制御系のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１０１：記録媒体 １０２：複数プローブ １０３：トラッキング専用プローブ １０４：一体移動機構 １０５：圧電素子 １０６：間隔規定体 １０７：バイアス電極 １０８：ハウジング １０９：トラッキング専用溝 １１０：プローブ制御回路 １１２：中央制御回路 １１３：圧電素子駆動回路 １１４：トラッキング信号検出回路 １１５：バイアス電圧回路 １１８：位置ずれ量メモリ １１９：ロータ １２０：ステータ １２１：符号器 １２２：復号器 ２０１：トラッキングプローブ検出信号 ２０２：モータエンコーダ信号 ２０３：ウオブリング信号 ２０４：フィードバックトラッキング信号 ２０５：フィードフォワードトラッキング信号 ２０６：同期検波回路 ２０７：積分回路 ６０１：マイクロポンプ ６０２：チューブ ６０３：空気軸受け部 ７０１：Ｚ微動信号 ７０４、７０５：切り替えＳＷ ７０８：補正用メモリ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプローブに対してディスク型媒体
   を回転させ、該プローブと該媒体間の物理現象により生
   じる信号を検出して記録・再生する記録再生装置におい
   て、回転駆動信号ないしはディスク回転角に応じて複数
   プローブと記録媒体間の相対的位置ずれを補正するため
   の位置制御回路と、その相対的位置ずれ量をストアした
   メモリとを有していることを特徴とする記録再生装置。
2. 【請求項２】 前記位置制御回路は、前記相対的位置ず
   れ量をストアしたメモリからディスク回転に応じて相対
   的位置ずれ量を出力するフィードフォワード制御回路を
   有していることを特徴とする請求項１記載の記録再生装
   置。
3. 【請求項３】 前記位置制御回路は、前記フィードフォ
   ワード制御回路と、前記複数プローブと記録媒体の相対
   的位置ずれを検出しそれを補正するフィードバック制御
   回路とを組み合わせて構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の記録再生装置。
4. 【請求項４】 前記位置制御回路は、複数プローブと記
   録媒体間の高速総体移動時に前記フィードバック制御回
   路からフィードフォワード制御回路へ出力を切り替える
   ための切り替え回路を有していることを特徴とする請求
   項３に記載の記録再生装置。
5. 【請求項５】 前記位置制御回路は、前記複数プローブ
   と記録媒体間の相対的位置ずれの補正がディスクの軸ぶ
   れである位置ずれを補正する位置制御回路であることを
   特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の
   記録再生装置。
6. 【請求項６】 前記位置制御回路は、前記複数プローブ
   と記録媒体間の相対的位置ずれの補正がディスクの面ぶ
   れである間隔を制御する間隔制御回路であることを特徴
   とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の記録
   再生装置。