JPS6396756A

JPS6396756A - 記憶装置

Info

Publication number: JPS6396756A
Application number: JP24282586A
Authority: JP
Inventors: Reizo Kaneko; 金子　礼三; Yoichiro Yamaguchi; 陽一郎山口; Tomoyuki Toshima; 戸島　知之; Kyosuke Yasuda; 安田　享祐
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-10-13
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1988-04-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】、産業上の利用分野本発明は、新規な方式による記憶装置に関する。

より詳細には、コンビエータ等の外部記憶装置として有
利な、極めて記憶密度の高い新規な記憶装置の構成に関
する。

従来の技術大容量の情報を記憶するいわゆるファイル記憶装置とし
て磁気記憶装置が広く利用されている。

この形式の記憶装置は比較的簡便であり、広い範囲で実
用に供されているが、昨今のコンピュータ関連技術の進
歩に従って、より大容量あるいは高密度な記憶装置が求
められている。

この要求に対応して、近年、記憶密度が磁気記憶の約１
０倍という、レーザ光を利用した光記憶装置が実用化さ
れている。光カード、ＣＤ−ＲＯＭ、追記型光デイスク
装置などがそれである。しかし、この光記憶装置も既に
実用段階にはいり、尚も更に高い記憶密度を有する記憶
装置の必要性が早くも論じられている。

発明が解決しようとする問題点即ち、光記憶装置の記憶密度の限界は、最終的に記憶媒
体に照射されるレーザ光のスポット径によって定まる。

現在使用されているレーザの波長は可視光領域であり、
レーザスポット径はサブミクロン領域にある。従って、
紫外光領域のレーザを使用すればスポット径は更に微小
となり現在よりは高密度な記憶の可能な記憶装置の実現
は可能であるが、実際には紫外光を発生する安価で長寿
命なレーザを工業的に生産することが依然として困難で
あり、また、たとえ短波長レーザ光を利用したとしても
、レンズなどの光学系の材料に大きな制約がある上に、
これによって達成することのできる波長の短縮は、現用
の可視光の波長のせいぜい１／２乃至１／３程度である
。従って、これを利用した記憶装置の記憶密度もそれ以
上には向上し得ない。

一方、異なる記憶媒体を使用するものとして、予め記録
面上に情報をピットとして記憶した記憶媒体を一方の電
極とし、検出針を他方の電極として、記憶媒体上のピッ
トの有無による両者の間の静電容量の変化を情報として
読み出す所謂静電容量方式がある。この方式は、ＶＨＤ
方式（日本ビクター社）あるいはＣＥＤ方式（米国ＲＣ
Ａ社）として既に画像情報あるいは音声情報の記録等に
用いられている。しかしながら、現在実現されている静
電容量方式は、記録面上を覆う保護層を兼ねた絶縁層表
面に検出針を直接当接して走査する方式なので、各種仕
様に機械的な外乱等に対する大きな余裕が必要で、記憶
密度の向上には限界がある。また、検出針の機械的摩耗
等により寿命あるいは信頼性も制限される。但し、静電
容量を検出する方式においては、記憶密度に理論上の限
界がなく、高密度の記憶を達成し得る可能性がある。

そこで、本発明の目的は、極めて高い記憶密度と信頼性
を有し、高速でデータを処理できる新規な記憶装置を提
供することにある。

問題点を解決するための手段即ち、本発明に従い、バイナリ信号を記憶媒体表面の記
録面上に配列したピットの有無として記憶し、該記憶媒
体に対して所定の間隙を保って対向する検出プローブに
よって、該プローブ先端と該記録面との間の静電容量の
変化若しくはトンネル電流の変化として前記記憶信号を
読み出す記憶装置であって、前記記憶媒体の記録面を、
前記プローブに対して前記ピットの配列方向に沿って移
動せしめる手段と、該プローブ先端の位置を前記記憶媒
体の記録面と垂直な方向に移動する第１手段と、該プロ
ーブ先端を、前記記憶媒体の記録面と平行に且つ記憶信
号の配列方向と直角に移動する第２手段と、前記記憶媒
体に記憶された信号の読み出し周波数よりも低い応答周
波数で、前記第１手段および第２手段を駆動して、前記
プローブ先端と前記記憶媒体表面との間隙を所定の間隔
に保つと同時に、前記記憶媒体上の任意のピットあるい
はピット列を選択的に検出するように制御する手段とを
備えることを特徴とする記憶装置が提供される。

〕」本発明に従う記憶装置は、プローブと記憶媒体との間の
静電容量あるいはこの両者の間に電圧を印加した際に生
じるトンネル電流を測定することによって情報を読み取
る方式を採用している。

静電容量方式にしても、トンネル電流方式にしても、い
ずれの場合も、記憶媒体が一方の電極を、検出プローブ
が他方の電極を形成する。また、両者に間に絶縁層が介
在することが必須である。接触型である従来の静電容量
方式では、記憶媒体の表面に絶縁性の保護層を形成し、
検出針がこの保護層の表面を滑走する構成となっていた
が、本発明に従う記憶装置では、検出プローブと記憶媒
体とは接触せず、この間の間隙が空気で満たされており
、絶縁層として利用される。

記憶装置とは異なる用途においてこのような技術を応用
した例として、トンネル電流によってプローブと試料と
の間隙の変化による試料表面の微細形状の観測方法が開
発されている（参考文献：Ｇ、ビーニッヒ、Ｈ，ローラ
ー；サイエンス、Ｖｏｌ。

１５、Ｎα１０、ｐ、１０．１９８５．１０．１）≧こ
の方法は、プローブ先端と資料の表面が一定の間隔を保
つように制御し、資料の表面形状に精密に追従するプロ
ーブの変位を増幅することによって資料表面の微細な形
状を検出するという技術的思想に基づいている。しかし
ながら、記憶装置としての利用を考えるとこの方法は高
速動作の実現が難しく、記憶装置には不利である。

また、トンネル電流°は、記憶媒体と検出プローブの先
端との間隙が１０人程度以内の極めて微細な範囲内で、
間隙の変化に対して極めて鋭敏な電流の変動を示す。従
って、外乱によるプローブ先端の変位により、読み出し
電流も鋭敏に変化する。

このようなトンネル電流を利用して読み出しを行う記憶
装置は、本発明に従う非接触検出プローブを用いた装置
によって初めて実現する。

即ち、本発明に従う記憶装置を成立させる特徴的な構成
として、検出プローブの位置決め手段の制御が、信号の
読み出し周波数よりも低い応答周波数で制御されている
ことに留意すべきである。

例えば、円板状の部材の表面にピットの有無として情報
を記憶した記憶媒体を所定の速度で回転し、この記憶媒
体と所定の間隔を保ってプローブを対向させると、ピッ
トの有無によって記憶媒体表面とプローブ先端との間の
トンネル電流が変化する。

このとき、記憶媒体の変形あるいは外乱によって検出プ
ローブが記録媒体表面に対して相対的に変位すること等
が生じることが考えられるので、プローブと記憶媒体と
の間隙がトンネル電流を有効に検出し得る範囲を保つよ
うに制御する。ただし、その応答速度は、記憶情報の読
み出し周波数よりも低（設定しであるので、プローブに
よって検出されたトンネル電流の変化から、読み出し情
報による変動以外の成分を容易に濾波することができる
。

一方、記憶媒体に対する情報の記憶操作は、既存の技術
、例えば電子ビームの利用（参考文献二千葉繍「分子を
操る技術」読売科学技術選書、７１頁、読売新聞社、１
９８６年）によって行える。この方法は、別に用意した
電子ビーム装置によってオフラインで記憶媒体にピット
を形成する方法である。また、オンラインで記憶操作を
実施するには、プローブに記憶媒体の表面を破壊するに
足るだけの電子流れを発生させる高いパルス電圧を与え
る、フィールドエミッションを利用する方法を挙げるこ
とができる。

尚、上述の如き装置は、記憶媒体とプローブ先端との間
の静電容量を検出する、いわゆる静電容量型の記憶装置
としても利用することができる。

即ち、トンネル電流効果は、１対の電極を成す記憶媒体
とプローブとの間隙が１０Å以下という極めて狭い場合
に検出し得る。従って、両者の間隙がこれを越えた場合
（例えば数１０人）は、ピットの有無による両者の間隙
の変化の検出は、トンネル電流の検出よりも、静電容量
の変化として検出することが適切となる。

従って、トンネル電流の変動を利用するか静電容量の変
化を利用するかの選択は、ある特定の記憶装置が達成し
得る、媒体とプローブとの安定な間隙の精度に依存する
。

実施例以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述するが
、以下に示すものは本発明の一実施例に過ぎず、本発明
の技術的範囲を何ら限定するものではない。

第１図は本発明の一実施例である記憶装置の構成を概略
的に示す図である。

記憶媒体１は、円板状の基板の表面に記憶すべき情報に
応じたピットを同心円状に配列し、複数のトラック１ａ
として形成したものである。

記憶装置内においては、この円板状の記憶媒体１を中心
で保持すると共に、これを回転することによって、後述
する検出ヘッド２の直下をピットが順次通過するように
構成している。このとき、記憶媒体は交換可能に構成し
てもよいが、磁気記録媒体を利用した固定ディスク装置
のように、記憶媒体と読み出し機構とを一体に構成する
ことが好ましい。何故ならば、後述のように、本発明に
従う記憶装置は極めて高い記録密度を実現すると共に、
検出プローブと記録媒体との間隙を極めて狭小に維持す
る必要があるので、記憶媒体の機械的精度に極めて高い
ものが要求されるからである。

また、本発明に従う記憶装置では、その記録密度が極め
て高いので、記憶媒体を固定としても、十分な記憶容量
を確保することができる。

第２図は、第１図に示す記憶装置の検出ヘッド２の構成
を拡大して示すものである。円板状の記憶媒体１０表面
に形成されたピットを参照番号１ｂで示している。ピッ
）ｌｂは、図中では大きく描いているが、実際にはひと
つひとつのピットは目視し得ない寸法であることはいう
までもない。

尚、この図中に示すように、以後の説明において、記憶
媒体上のピットの配列方向をＸ方向、記憶媒体表面上で
Ｘ方向と直角な方向をＸ方向、記録媒体表面と垂直な方
向を２方向と表示する。

プローブ２０は、タングステン製の線材の先端を切削し
て形成したものであり、先端部にふいて１０Ａ前後の分
解能を有する。このプローブ２０は、支持部材２１を介
して、圧電素子２２の一端に取り付けられている。圧電
素子２２は、圧電材料を多数積層して作製したものであ
り、図中に矢印で示すよう・に、印加された電圧に応じ
てｚ軸方向に伸縮するように構成されている。

圧電素子２２の他端は、接続部材２３に接続されている
。この接続部材２３は、略り字型に屈曲しており、その
他端に接続は、第１圧電素子と同様に構成された圧電素
子２４が、Ｘ方向に伸縮するように接続している。

更に、第２圧電素子２４の他端は１対の板バネ２５ａ１
２５ｂによって記憶装置全体に対して弾性支持されたヘ
ッド基板２６に接続している。また、このヘッド基板２
６は、電磁駆動アクチュエータ３０によって側面からＸ
方向に押されて移動するように構成されている。即ち、
通常は板バネ２５ａ、２５ｂによって、例えば記録媒体
１の記録面の最外周のトラック上にプローブ２０の先端
が位置するように構成し、電磁駆動アクチュエータ３０
を駆動することによって、板バネ２５ａ、２５ｂに逆ら
って、任意のトラック上にプローブ２０を移動させるこ
とができる。

こうして、この記憶装置においては、電磁駆動アクチュ
エータ３０を駆動することによって検出ヘッド２をＸ方
向に移動することができ、更に、圧電素子２２並びに２
４に電圧を印加することによって、プローブ２０を２方
向並びにＸ方向にそれぞれ移動することができる。２方
向の移動は、専らプローブ２０と記憶媒体１表面との間
隙を、後述のように一定に維持するためのものである。

また、Ｘ方向については、電磁アクチュエータ３０によ
る移動方向と第２圧電素子２４による移動方向とが重複
するが、これは電磁駆動アクチユエータ３０によるヘッ
ド２０位誼決め精度が、高密度に配列されたピットに対
して不十分であるからである。逆に、位置決め精度の低
い電磁駆動アクチュエータ３０を仕様するのは、記憶媒
体２の半径に略等しい記録面の全幅にアクセスするため
の大きな移動量と、ランダムアクセスに際してヘッドを
大きく移動させる場合に移動時間を短縮するためである
。尚、このプローブ２０の位置制御は、位置情報を予め
含ませたピット列を読むという、従来の磁気ディスク装
置あるいは光デイスク装置で利用されている既知の方法
によって実行できる。

第３図は、この記憶装置のプローブ２０の先端と記録媒
体１の記録面との関係を拡大して描いた図である。記憶
媒体１０表面には、バイナリ信号す何れか一方、即ち“
１”あるいは“Ｏ”に対応して形成されたピットＰ１〜
Ｐ３が在る。また、点線でピットの形状を示した部分Ｐ
０には、Ｐ、〜Ｐ、とは異なる信号が記録されているこ
とになる。

このような記録媒体１に対して、プローブ２０は図中の
Ｘ方向、即ちＰ、からＰ３へとアクセスしてゆく。いま
、仮にピット形成部分が“１”を示すとすると、図中の
記録領域を読んだ記憶装置は“１１０１”の４ビツトの
情報を読みだすことになる。

このとき、プローブ２０の先端と記憶媒体１の表面との
間隙り、は、微小な領域の静電容量を検出するする間隙
（例えば数１０オングストローム）あるいはトンネル電
流が発生する隙間（例えば、１０オングストローム）に
一定に保持している。実際には、検出した静電容量もし
くはトンネル電流をフィードバックし、制御回路によっ
て前述の圧電素子２２を駆動してプローブ２０を２方向
に移動する。

このとき、プローブ移動の応答周波数の上限がピット列
を検出する静電容量変化もしくはトンネル電流変化の周
波数より低く設定されている。従って、比較的簡単な濾
波回路によって、隙間り。

の変動の影響はピット列の検出信号を外乱と分離するこ
とができる。即ち、これまでに述べられたプローブ２０
のＸ方向並びにＺ方向の移動に際して、プローブの移動
動作は常に記憶情報の検出周波数よりも低い周波数で制
御する。従って、プローブ２０の移動動作によって生ず
る検出トンネル電流あるいは検出静電容量の変動は、常
に記憶情報の読み出し周波数よりも低い周波数で検出さ
れる。

そこで、読み出し周波数よりも低い適切な遮断周波数で
検出信号を濾波することによって、記憶情報のみを確実
に検出することができる。

ここで、記憶媒体のピット径を５０オングストローム、
線記憶密度１０万ｂｉｔ／ｍｍ、　　）ラック密度１０
万トラツク／ｍｍ　とすると、面記憶密度は１００億ｂ
ｉｔ／ｍｍとなる。これは一般的な光記憶装置の１万倍
以上の記憶密度に相当する。

発明の効果以上詳述のように、本発明に従う記憶装置は、従来の各
種記憶装置に比較して極めて高い記憶密度を実現するこ
とができる。

これは、第１に、ピットとして記録された情報を、トン
ネル電流の変化として検出する新規な構成によるもので
あり、また、新規な非接触型の検出機構により実現され
るものである。

また、この非接触型の検出機構の構成は、従来接触型の
検出機構を採用していたが故に限界の低かった静電容量
検出型の記憶装置にも適用することができ、この方式に
おける記憶密度をも画期的に向上することができる。

こうして、本発明により、高密度記録によるファイル記
憶装置の飛躍的な大容量化あるいは小型化を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う記憶装置の構成を概略的に示す
図であり、第２図は、第１図に示した記憶装置のプローブ移動手段
の構成を拡大して示した図であり、第３図は、第１図並
びに第２図に示した記憶装置におけるプローブ先端と記
憶媒体表面との関係を示す図である。〔主な参照番号並びに参照符号〕１・・記憶媒体、２・・検出ヘッド、２０・・プローブ、２１・・支持部材、２２・・第１圧電素子、２３・・接続部材、２４・・第２圧電素子、２５ａ、　２５ｂ　−−板ばね、２６・・ヘッド基板、３０・・電磁駆動アクチュエータ、Ｐ、、Ｐ、、Ｐ３・・ピット

Claims

【特許請求の範囲】

（１）バイナリ信号を記憶媒体表面の記録面上に配列し
たピットの有無として記憶し、該記憶媒体に対して所定
の間隙を保って対向する検出プローブによって、該プロ
ーブ先端と該記録面との間の静電容量の変化若しくはト
ンネル電流の変化として前記記憶信号を読み出す記憶装
置であって、前記記憶媒体の記録面を、前記プローブに
対して前記ピットの配列方向に沿って移動せしめる手段
と、該プローブ先端の位置を前記記憶媒体の記録面と垂直な
方向に移動する第１手段と、該プローブ先端を、前記記憶媒体の記録面と平行に且つ
記憶信号の配列方向と直角に移動する第２手段と、前記記憶媒体に記憶された信号の読み出し周波数よりも
低い応答周波数で、前記第１手段および第２手段を駆動
して、前記プローブ先端と前記記憶媒体表面との間隙を
所定の間隔に保つと同時に、前記記憶媒体上の任意のピ
ットあるいはピット列を選択的に検出するように制御す
る手段とを備えることを特徴とする記憶装置。
（２）前記第１手段が、前記プローブと該プローブを支
持する手段との間に垂直に配設された圧電素子であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の記憶装置
。
（３）前記プローブが弾性支持されており、前記第２手
段が、前記プローブと該プローブを支持する手段との間
に水平に配設された圧電素子と、少なくとも該圧電素子
を水平に移動するソレノイドとを備えることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の記憶装置
。
（４）前記記憶媒体が円板状をなし、前記ピット列が該
記憶媒体表面に同心円状に配列されて複数のトラックを
形成していることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第４項のいずれか１項に記載の記憶装置。