JPH08306088A

JPH08306088A - 記録情報の再生装置及び再生方法

Info

Publication number: JPH08306088A
Application number: JP12947695A
Authority: JP
Inventors: Yuuko Morikawa; 有子森川; Junji Oyama; 淳史大山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、プローブが記録ビットからずれない
で走査されている場合は勿論のこと、それが記録ビット
からずれた場合においても、記録ビットの検出漏れが生
じず、正確な検出をすることのできる記録情報の再生装
置及び再生方法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、記録媒体
に対して弾性体で支持したプローブを走査し、その弾性
体のたわみ量を検出して記録情報の再生を行う再生装置
において、前記記録媒体と前記プローブとの間に働く力
による、前記弾性部材の前記プローブの走査面に垂直な
方向の変位量及び平行な方向の変位量を同時に検出する
変位量検出手段と、前記プローブの走査面に垂直な方向
の変位量及び平行な方向の変位量から前記弾性部材が前
記記録媒体表面から受ける力を求める演算処理手段とに
より、そのプローブの変位量の絶対値を再生信号に変換
して記録ビットの検出漏れが生じず正確な検出のできる
記録情報の再生装置を実現したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録媒体に対して弾性
体で支持したプローブを走査し、その弾性体のたわみ量
を検出して記録情報の再生を行う、記録情報の再生装置
及び再生方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年情報化社会の発展につれ、大容量メ
モリの開発が極めて活発に行われている。メモリに要求
される性能は―般に１）高密度で記録容量が大きい２）記録再生の応答速度が速い３）消費電力が少ない４）生産性が高く、価格が安い等が挙げられ、現在もこうした性能を実現するメモリー
方式やメモリー媒体の開発が極めて活発に進められてい
る。従来、メモリーの中心は磁性体、半導体を素材とし
た磁気メモリー、半導体メモリーであったが、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安価で高密度な光メモリーが登場
している。現在これらのメモリーをさらに高密度で大容
量にするために単位メモリービットの微細化に向けての
技術開発が進められているが、これらの従来のメモリー
とは全く別の原理に基づくメモリーの提案もされてい
る。たとえば、個々の有機分子に論理素子やメモリー素
子の機能を持たせた分子電子デバイスの概念もそのひと
つである。分子電子デバイスは単位メモリービットの微
細化を極限まで進めたものと見ることができるが、これ
迄個々の分子に如何にアクセスするかが問題とされてき
た。

【０００３】また、最近では走査型トンネル顕微鏡（Ｓ
ＴＭ）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａｌ．、
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９、５７（１９８
２））単結晶、非晶質を問わず実空間の高い分解能の測
定ができるようになった。ＳＴＭは金属の探針（プロー
ブ電極）と導電性物質の間に電圧を加えて１０オングス
トローム程度の距離まで近付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
常に敏感であり、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表面構造を描くことがで
きると同時に表面原子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。これによると面内方向の分解
能は１オングストローム程度である。したがってＳＴＭ
の原理を応用すれば充分に原子オーダー（数オングスト
ローム）で高密度記録再生を行うことが可能である。そ
して、これによる記録再生方法として粒子線（電子線、
イオン線）あるいはＸ線等の高エネルギー電磁波及び可
視・紫外光等のエネルギー線を用いて適当な記録層の表
面状態を変化させて記録を行いＳＴＭで再生する方法
や、記録層として電流電圧特性にメモリー効果を有する
スイッチング特性を示す材料、例えばπ電子系有機化合
物やカルコゲン化物類の薄膜層を用いて記録再生をＳＴ
Ｍを用いて行う方法等が堤案されている。そのほか、プ
ローブ電極−記録媒体間の電圧印加の際の電界蒸発等に
よるプローブ電極先端材料の基板への移動による凸ビッ
ト形成（Ｍａｍｉｎｅｔ．ａｌ．、Ｐｈｙｓ．Ｒ
ｅｖ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６５ｐ．２４１８（１
９９０））、酸化物形成による凸ビット形成や電圧印加
による記録媒体材料の電界蒸発による凹ビット形成（Ａ
ｌｂｒｅｃｈｔｅｔ．ａｌ．、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５５ｐ．１７２（１９
８９））、さらにはプローブによる機械的加工による凹
ビット形成（ｖａｎＬｏｅｎｅｎｅｔ．ａｌ．、Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５５
ｐ．１３１２（１９８９）がある。一方、媒体表面とプ
ローブ間の距離を両者が流れる電流以外の量によって一
定に制御する方法が考えられ、そのひとつとして両者間
に働く原子間力によって距離を制御する原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）の利用が特開平１−２４５４４５号公報に開
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したＡＦＭの原理
を用いて、記録媒体表面が凹又は凸に変化した形状に形
成された記録ビットの再生を行なう場合、記録媒体表面
の凹又は凸形状の記録ビットは、プローブ電極を保持し
た弾性部材がプローブ電極の走査面に垂直な方向へたわ
む量を検出することによって行なわれる。このプローブ
の走査において、プローブ電極が図５の軌跡ａに示され
ているように記録ビットに沿って記録媒体表面上を走査
されている状態では、プローブ電極を保持した弾性部材
はプローブの走査面に垂直な方向へは充分にたわみ、か
つそのたわみ量の大きさもほぼ一定しているため、記録
ビットを安定に再生することが可能である。しかしなが
ら、一方ドリフト等の影響を受け、プローブ電極が図５
の軌跡ｂに示されているように記録ビットからはずれた
軌跡に沿って走査されているような場合、プローブ電極
を保持する弾性部材は充分にたわまず、また、たわみ量
も一定しないため、記録ビットの検出漏れが生じ、正確
で安定な再生が行なわれないという問題が生じる。

【０００５】そこで、本発明は、上記問題を解決し、プ
ローブが記録ビットからずれないで走査されている場合
は勿論のこと、それが記録ビットからずれた場合におい
ても、記録ビットの検出漏れが生じず、正確な検出をす
ることのできる記録情報の再生装置及び再生方法を提供
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、記録媒体に対して弾性体で支持したプロ
ーブを走査し、その弾性体のたわみ量を検出して記録情
報の再生を行う再生装置において、前記記録媒体と前記
プローブとの間に働く力による、前記弾性部材の前記プ
ローブの走査面に垂直な方向の変位量及び平行な方向の
変位量を同時に検出する変位量検出手段と、前記プロー
ブの走査面に垂直な方向の変位量及び平行な方向の変位
量から前記弾性部材が前記記録媒体表面から受ける力を
求める演算処理手段とにより、そのプローブの変位量の
絶対値を再生信号に変換して記録ビットの検出漏れが生
じず正確な検出のできる記録情報の再生装置を実現した
ものである。本発明においては、その変位量の検出は、
その弾性部材の該プローブの走査面に垂直な方向の変位
量及び平行な方向の変位量を４分割センサーを用いて同
時に検出することができ、また、その演算処理は、その
弾性部材の前記記録媒体表面との間に働く力Ａを次の式
（１）を演算処理して求めることが可能である。Ａ²＝ａＸ²＋ｂＺ² （１）但し、Ｚはプローブの走査面に垂直な方向の変位量Ｘはプローブの走査面に平行な方向の変位量ａ、ｂは定数本発明のプローブは、それぞれに間隔設定手段を有する
複数個のプローブで構成することができ、また、その記
録媒体は、回転体上に設置して設けてもよい。さらに、
本発明の記録情報の再生方法は、前記記録媒体と前記プ
ローブとの間に働く力による、前記弾性部材の前記プロ
ーブの走査面に垂直な方向の変位量及び平行な方向の変
位量を同時に検出して、これらの変位量を演算処理し、
そのプローブの変位量の絶対値を再生信号に変換して記
録情報を再生することにより行われる。

【０００７】

【作用】本発明は、上記したように記録媒体と前記プロ
ーブとの間に働く力による、前記弾性部材の前記プロー
ブの走査面に垂直な方向の変位量及び平行な方向の変位
量を同時に検出して、これらの変位量を演算処理し、そ
のプローブの変位量の絶対値を再生信号に変換して記録
情報を再生するようにしたものであるから、記録ビット
からずれたプローブ走査においても、記録ビットの検出
漏れが生じず、正確な検出が行える。すなわち、本発明
は、記録媒体表面が凹又は凸に変化した記録ビットを再
生する際に、図７に示されるように、プローブを保持し
た弾性部材のプローブの走査面に垂直な方向へのたわみ
（図７（ａ））と平行な方向へのねじれ（図７（ｂ））
とを同時に検出し、そのプローブの変位量の絶対値を再
生信号に変換して記録情報を再生するようにしたもので
ある。

【０００８】本発明に於て記録媒体は、プローブに対向
配置され、該プローブと記録媒体間の間隔を制御し、該
制御状態で前記プローブと記録媒体間に電圧を印加する
と、該記録媒体表面に、電界蒸発による凹、又は電界放
射や酸化物形成による凸の記録ビットが形成される。か
かる記録ビットが形成された記録媒体表面をプローブが
走査すると、記録ビット上ではプローブと記録媒体表面
との間の距離の変化に応じてプローブを保持する弾性部
材は、プローブの走査面に垂直な方向の変位量Ｚ（たわ
み）及びプローブの走査面に平行な方向の変位量Ｘ（ね
じれ）が生じる。かかるたわみ及びねじれによるプロー
ブの変位量を位置検出素子により同時に検出し、演算処
理によってかかるプローブの変位量の絶対値を再生信号
に変換することで、記録ビットを再生する。

【０００９】本発明において、プローブを保持する弾性
部材のたわみ及びねじれによる変位量を検出する方法と
しては、たわみ及びねじれを同時に検出することが可能
であれば何ら制限されるものではないが、より簡易な方
法を用いる上で、４分割センサーによる光位置検出器を
用いた光てこ方式を用いることが挙げられる。記録ビッ
トをプローブが走査したときの、４分割センサーによる
光位置検出器の検出面上でのスポットの動きの１例を図
６に示す。プローブを保持する弾性部材がたわみだけで
なく、ねじれも生じて変形すると、光位置検出器の検出
面上をスポットは角度θの傾きを有した動きになる。即
ち、たわみによるスポットの動き量Ｚ、ねじれによるス
ポットの動き量Ｘが検出される。プローブと記録媒体表
面の間の力は、たわみ及びねじれによるスポットの動き
量Ｘ、Ｚから式（１）を演算処理によって求めることが
可能である。Ａ²＝ａＸ²＋ｂＺ² （１）但し、ａ、ｂは定数かかる演算処理によリプローブと記録媒体表面の間に働
く力の絶対値を再生信号に変換することで、記録ビット
を正確に、再生することが可能である。

【００１０】また、本発明は後の実施例でも述べるよう
に、その記録手段としてはプローブを介して、電圧印加
により記録媒体表面に記録ビットを形成する手段を採用
することができ、この場合にはプローブ表面に電極層を
形成し、プローブ電極を構成する。さらにプローブ電極
は弾性部材により支持されている。弾性体としては、た
とえば、両持ち梁の中央や片持ち梁の自由端側にプロー
ブ電極を設けるなどが挙げられる。また、梁の材料とし
ては、Ａｕ、Ｎｉ、ＳＵＳなどの箔を用いるのがよく、
さらに微小な梁を作るには、マイクロメカニクスでよく
行なわれるＳｉＯ₂薄膜などが挙げられる。また、プロ
ーブ電極と記録媒体との間に働く力は非常に小さいの
で、プローブ電極及び弾性支持体の質量はできるだけ小
さくしたほうが好ましく、また、変化を大きくするため
に弾性支持体は柔らかく、しかも外部からの振動に対し
ては強いことが好ましい。本発明では、ＳｉＯ₂基板上
にＳｉをフォーカストイオンビームで打ち込み、Ｓｉの
上に選択的にＳｉを結晶させ、Ａｕを蒸着して導電性処
理を行なったプローブを用いているが、プローブの形状
や処理方法は何らこれに限定するものではない。

【００１１】

【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、本発明の実施例１の記録再生装置
を示すブロック構成図である。１は記録媒体、２は記録
媒体１に対向して設けられたプローブ電極、３はプロー
ブ電極２が取付けられている片持ち梁、４は片持ち梁３
の支持体である。この片持ち梁３によってプローブ電極
２はＺ軸方向に変位できるようになっている。記録媒体
１はｘｙｚ微動装置５によってｘ、ｙ及びｚ軸方向に微
小量動かすことができ、さらにｘｙｚ粗動装置６によっ
て動かすことができる。片持ち梁の支持体４とｘｙｚ粗
動装置６はベース７に固定されている。ベース７は図示
されていないが、除震台上に設置してある。ｘｙｚ粗動
装置６はｘｙｚステージを使用している。プローブ電極
２と記録媒体１は、記録用の電圧を印加する電圧印加回
路に接続されている。ｘｙｚ微動装置５及びｘｙｚ粗動
装置６は制御回路８、９によってそれぞれ駆動される。
これらの回路と、電圧印加回路１０はマイクロコンピュ
ータ１１と接続され、制御される。本実施例では記録媒
体として、Ｓｉ（１１１）基板を用いた。かかるＳｉ基
板はＳｂドープのｎタイプで抵抗率は０．０ｌΩ／ｃｍ
であった。かかる基板を１０％のＨＦ溶液に５秒間浸
し、表面の自然酸化膜を取り除いて用いた。プローブ電
極は、従来公知の異方性エッチングで作成したＳｉＯ２
の片持ち梁３の一端にＳｉイオンを打ち込み、このＳｉ
上に選択的にＳｉを結晶成長させて、先端の鋭利なピラ
ミッド状の結晶２０２を形成した後、Ａｕを真空蒸着法
により厚さ３００オングストローム蒸着し、導電層２０
１を形成して作成した。

【００１２】次に記録、再生の具体的な仕方について述
べる。記録媒体１をｘｙｚ微動装置５の上に固定した
後、ｘｙｚ粗動装置６、そしてｘｙｚ微動装置５を駆動
し、記録媒体１をプローブ電極２に近付ける。プローブ
電極２と記録媒体１が接近すると両者の間に力が働き、
この力によって片持ち梁３が変形する。この変形量をレ
ーザービームの片持ち梁での反射ビームのスポットのず
れを光位置検出器で検出する光てこ方式を用いて検出す
る。以後の走査では、プローブ電極２と記録媒体１とを
両者間に斥力（具体的には１０^-8［Ｎ］程度）が働く距
離まで接近させる。この状態でｘｙｚ微動装置５は記録
媒体１の軸方向の位置を固定させ、ｘ軸及びｙ軸方向に
記録媒体１を移動させることにより、プローブ電極２で
記録媒体１上を走査させる。情報記録時には、この走査
中に記録情報に応じて、所定の位置で、前述したプロー
ブ電極−記録媒体間の電圧印加の際の電界蒸発等による
プローブ電極先端材料の基板への移動による凸ビット形
成、酸化物形成による凸ビット形成や電圧印加による記
録媒体材料の電界蒸発による凹ビット形成、プローブに
よる機械的加工による凹ビット形成により、情報を記録
していく。

【００１３】本実施例に於ては、記録媒体に図４に示し
た波形を持つ矩形波パルス電圧をプローブ電極２と記録
媒体１との間に周期的に印加した。上述した方法で、情
報を記録した後、まず、図５のａのような軌跡を描くよ
うに、プローブ電極を走査し、プローブ電極を保持する
弾性部材のたわみ及び／又はねじれ量を４分割センサー
を用いた光位置検出器によって検出し、光位置検出器上
を動いたスポットの距離を上述した方法で演算処理を行
なった値を、再生信号として記録ビットの再生をおこな
ったところ、情報を記録したときと同様の周期で、高さ
ｌｎｍの凸形状を有する記録ビットが再生され、記録ビ
ットの検出もれをすることなく、安定に情報を再生する
ことができた。次に、プローブ電極の走査パターンの軌
跡が図５のｂとなるように記録ビットからずらして、プ
ローブ電極を走査し、前述したように、プローブ電極を
保持する弾性部材のたわみ及び／又はねじれ量を４分割
センサーを用いた光位置検出器によって検出し、上述の
演算処理を行ない、再生信号として記録ビットの再生を
行なったところ、かかるプローブ電極の走査パターンに
おいても、情報を記録したときと同様の周期で、高さｌ
ｎｍの凸形状を有する記録ビットが再生され、記録ビッ
トの検出もれをすることなく、安定に情報を再生するこ
とができた。

【００１４】［実施例２］図２は、本発明の実施例２の
記録再生装置を示すブロック構成図である。本実施例で
は実施例１で用いた片持ち梁の形成方法及び、プローブ
電極の形成方法によって１辺のＳｉ基板上に長さ１００
μｍ、幅２０μｍ、厚さｌμｍのＳｉＯ₂の片持ち梁を
複数個形成し、それぞれの片持ち梁の先端にプローブ電
極を設けている。本実施例の記録再生装置では図２に示
されるように、片持ち梁が形成されたＳｉ基板４を支持
台１４に固定している。支持台１４は少なくとも３個の
圧電素子１５を介してベース７に取付けられている。こ
れらの圧電素子１５はマイクロコンピュータ１１によっ
て制御された圧電素子制御回路１８によって個々に駆動
される。また、個々のプローブ電極の変位量はレーザー
光源１２からのレーザービームを反射ミラー１６、ビー
ムスプリッタ１７を介してプローブ電極上へ順次走査
し、ビームスプリッタ１７を介した反射ビームを光位置
検出装置１３を用いて、かかるプローブ電極を保持する
弾性部材の変位量を順次、検出することができる。その
他の構成は実施例１で用いられたものと同じである。

【００１５】本実施例の操作は、まず、実施例１と同様
にして記録媒体とプローブ電極を接近させる。この際、
個々のプローブ電極に設けられている圧電素子を制御し
て、全プローブ電極が一様に記録媒体に接近するように
調節し、全プローブをプローブ電極２と記録媒体１とを
両者間に斥力（具体的には１０^-8［Ｎ］程度）が働く距
離まで接近させる。この状態下で各プローブ電極２につ
いて実施例１と同様の記録、再生操作を行なった。その
結果、本実施例に於ても、記録ビットの検出漏れはな
く、安定かつ確実に情報を再生することが可能であっ
た。

【００１６】［実施例３］図３に、本発明の実施例３を
示す。本実施例においては、図３に示されるように記録
媒体１が回転型であり、記録媒体１を回転体１９上に設
置し、かかる回転体１９は、マイクロコンピュータ１１
で制御された制御装置２０を用いて回転させることによ
り、記録、再生をおこなった。記録、再生の方法に関し
ては実施例１と同様である。本実施例に於ても、記録ビ
ットの検出漏れはなく、安定かつ確実に情報を再生する
ことが可能であった。

【００１７】（比較例）実施例１と同様の記録媒体及び
記録再生装置を用いて、以下のような実験を行なった。
まず、記録ビットを実施例１と同様にして形成し、図５
のａのような軌跡を描くように、プローブ電極を走査し
た。但し、このときのプローブ電極の変位量はＺ方向の
みを検出して行なった。かかる状態では、記録ビットの
検出漏れはなかったが、次に、プローブ電極の走査パタ
ーンの軌跡が図５のｂのように記録ビットからずらし
て、再生を行なったところ、プローブ電極の変位量の検
出がＺ方向のみでは、充分な再生信号を得られない記録
ビットが存在した。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上のように記録媒体表面が
凹又は凸に変化した記録ビットを再生する際に、記録媒
体に対向配置されたプローブ電極を保持する弾性部材の
プローブの走査面に垂直な方向の変位量（たわみ）及び
その平行な方向の変位量（ねじれ）を同時に検出し、こ
れらを演算処理して得られたプローブと記録媒体表面の
間の力を再生信号に変換して記録情報を再生するように
したものであるから、プローブが記録ビットからずれな
いで走査されている場合は勿論のこと、それが記録ビッ
トからずれた場合においても、記録ビットの検出漏れが
生じず、正確な検出により記録情報の再生を行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の情報記録再生装置を図解的
に示した概略図である。

【図２】本発明の実施例２の情報記録再生装置を図解的
に示した概略図である。

【図３】本発明の実施例３の情報記録再生装置を図解的
に示した概略図である。

【図４】記録用のパルス電圧波形である。

【図５】情報を記録した記録媒体上を走査させたプロー
ブの軌跡と、記録ビット上でのプローブを保持する弾性
部材のたわみ及びねじれを表す該略図である。

【図６】光位置検出器の検出面上でのスポットの動きを
示す概略図である。

【図７】プローブの弾性部材のたわみ及びねじれに対す
るレーザービームの反射ビームの偏向と光位置検出器の
検出面上でのスポットの動きを示す概略図である。

【符号の説明】

１記録媒体２プローブ電極３片持ち梁４片持ち梁の支持体 ‐ ５ｘｙｚ微動装置６ｘｙｚ粗動装置７ベース８ｘｙｚ微動装置の制御回路９ｘｙｚ粗動装置の制御回路１０電圧印加回路１１マイクロコンピュータ１２レーザー光源１３光位置検出装置１４圧電素子１５支持台１６走査ミラー１７ビームスプリッタ１８制御回路１９回転モーター２０制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体に対して弾性体で支持したプロ
ーブを走査し、その弾性体のたわみ量を検出して記録情
報の再生を行う再生装置において、前記記録媒体と前記
プローブとの間に働く力による、前記弾性部材の前記プ
ローブの走査面に垂直な方向の変位量及び平行な方向の
変位量を同時に検出する変位量検出手段と、前記プロー
ブの走査面に垂直な方向の変位量及び平行な方向の変位
量から前記弾性部材が前記記録媒体表面から受ける力を
求める演算処理手段とを有することを特徴とする記録情
報の再生装置。
【請求項２】前記変位量検出手段は、その弾性部材の
該プローブの走査面に垂直な方向の変位量及び平行な方
向の変位量を４分割センサーを用いて同時に検出するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
記録情報の再生装置。
【請求項３】前記演算処理手段は、その弾性部材の前
記記録媒体表面との間に働く力Ａを次の式（１）を演算
処理して求めることを特徴とする請求項１に記載の記録
情報の再生装置。Ａ²＝ａＸ²＋ｂＺ² （１）但し、Ｚはプローブの走査面に垂直な方向の変位量Ｘはプローブの走査面に平行な方向の変位量ａ、ｂは定数
【請求項４】前記プローブは、それぞれに間隔設定手
段を有する複数個のプローブで構成されていることを特
徴とする請求項１に記載の記録情報の再生装置。
【請求項５】前記記録媒体は、回転体上に設置されて
いることを特徴とする請求項１記載の記録情報の再生装
置。
【請求項６】記録媒体に対して弾性体で支持したプロ
ーブを走査し、その弾性体のたわみ量を検出して記録情
報の再生を行う再生方法において、前記記録媒体と前記
プローブとの間に働く力による、前記弾性部材の前記プ
ローブの走査面に垂直な方向の変位量及び平行な方向の
変位量を同時に検出して、これらの変位量を演算処理
し、そのプローブの変位量の絶対値を再生信号に変換し
て記録情報を再生する再生方法。