JPH09134552A

JPH09134552A - トラッキング方法と記憶装置

Info

Publication number: JPH09134552A
Application number: JP23376496A
Authority: JP
Inventors: Hajime Koyanagi; 肇小柳; Sumio Hosaka; 純男保坂; Akira Imura; 亮井村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】走査型プローブ顕微鏡の技術を応用した記憶装
置において、数十ナノメータ以下のサイズの高密度情報
の記録および／または再生を高速且つ高精度に行うため
の新規なトラッキング機構を提供すること。【解決手段】トラッキングの為の凹凸構造を表面に持つ
記録媒体と、情報の書込み読出し及び消去を行う探針を
持つ板バネと、板バネの撓み及び捩じれを検出する手段
とを有し、かつ、探針と記録媒体とを接近又は接触させ
た状態で板バネの固定端と自由端とを結ぶ方向に相対移
動させ、凹凸構造による板バネの捩じれの大きさ及び向
き、或いは撓みの大きさ及び捩じれの向きをフィードバ
ック信号としてトラッキングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報の記録および
／または再生時のトラッキング方法およびそれによる記
憶装置に係り、特に数十ナノメーター以下のサイズの記
録ビットの高速な記録および／または再生を行うのに有
効なトラッキング方法に関するものであり、超高密度フ
ァイルメモリー開発の基盤技術として利用できる。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会の進展は目覚ましく、
より多くの情報を記憶できる技術の開発が要求されてい
る。現在、ファイルメモリーの研究分野では、数十ナノ
メーター以下のサイズの高密度化を可能とする技術が求
められている。その有望な候補として、走査型トンネル
顕微鏡に代表される走査型プローブ顕微鏡の技術があ
る。その原子サイズまでの空間分解能と原子サイズまで
の微細加工を可能とする原理に着目し、記憶装置への応
用、及びその実用化が精力的に進められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】走査型プローブ顕微鏡
の技術を応用した記憶装置においては、探針を用いて、
電気的、磁気的、熱的、光学的、あるいは力学的な方
法、あるいはそれらの組合せによって、媒体表面に例え
ばナノメータサイズの情報を高密度に記録し、探針と媒
体とを接近させた状態で生じる何らかの物理現象を検出
することによって、その高密度記録された情報を再生す
る。

【０００４】この様な数十ナノメータ以下のサイズの高
密度情報の記録および／または再生を高速且つ高精度に
行うためには、数十ナノメータ以下の幅のトラックに沿
った情報の記録および／または再生が必要になる。

【０００５】本発明は、数十ナノメータ以下のサイズの
高密度情報の記録および／または再生を高速且つ高精度
に行うための記憶装置の新規なトラッキング機構を提供
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、トラッキングの為の凹凸構造を表面
に持つ記録媒体と、情報の書込み、読出しまたは消去を
行う探針付き板バネと、板バネの撓み及び捩じれの大き
さ及び向きを検出する手段とを有し、かつ、探針と記録
媒体とを接近又は接触させた状態で板バネの固定端と自
由端とを結ぶ方向に相対移動させ、凹凸構造による板バ
ネの捩じれの大きさ及び向き、或いは撓みの大きさ及び
捩じれの向きをフィードバック信号としてトラッキング
を行う手段を有した記憶装置である。また、上記構成に
加えて、トラッキングを回転座標系に沿って行う手段、
或いはトラッキングを直交座標系に沿って行う手段を設
けた記憶装置でもある。

【０００７】また、記録媒体表面のトラッキングの為の
凹凸構造がピット、マウンド、グルーブ、あるいはそれ
らの組合せである記憶装置でもある。

【０００８】また、複数のピット、マウンド、グルー
ブ、あるいはそれらの組合せから検出される板バネの捩
じれの大きさ及び向き、あるいは撓みの大きさ及び捩じ
れの向きに相当する複数の信号から、トラック中心から
のズレ量に対応する一つの信号を見出して、これをフィ
ードバック信号としてトラッキングを行う手段を有した
記憶装置でもある。

【０００９】本発明の動作を詳述すると、探針付き板バ
ネの探針と記録媒体表面を接近させると、その間に原子
間力が作用する。そこで、探針と記録媒体とを板バネの
固定端と自由端とを結ぶ方向に相対移動させながら、記
録媒体表面にあらかじめ形成されているトラッキングの
為の凹凸構造により生じる板バネの捩じれの大きさ及び
向き、或いは撓みの大きさ及び捩じれの向きを検出し、
フィードバック制御により、探針をトラックに沿って移
動させる。

【００１０】この手段を用いた場合には、数十ナノメー
タ以下の幅のトラックに沿った探針の高速な移動が可能
となり、数十ナノメータ以下のサイズの記録情報の書き
込み、読み出しまたは消去を高速且つ高精度に行える。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を具体的に
説明する。

【００１２】実施例１図１は高速且つ高精度なトラッキングを実現するための
実施例であるブロック構成を示す。この実施例では、図
２（ａ）に示す様な記録媒体表面にトラッキングのため
のグルーブ１０１を持つディスク状のシリコン製の記録
媒体１００を用いた。グルーブ１０１は半導体プロセス
により約５００ｎｍのトラックと３００ｎｍのグルーブ
とが交互に配置される形で形成された。グルーブの間に
挟まれた部分がトラック１０２になり、その部分に例え
ば、凸構造により記録情報を書き込む。

【００１３】本実施例の場合、記録情報の書き込みは、
探針と記録媒体の間に電圧パルスを印加して、探針先端
原子を電界蒸発させて、凸構造を形成することにより行
ったが、これは記録媒体上に凸構造を形成できる方法で
あれば、任意のものが採用できる。

【００１４】本発明は、勿論、本実施例の様に凹凸構造
を形成する他に、相変化膜の抵抗加熱による相変化書き
込み、磁気媒体の抵抗加熱による磁化反転、誘電体材料
を用いた電気分極反転等、他のどの様な方法にも適用可
能であり、夫々に対応した読み出し方法を取れば良い。
ただし、探針による読み出しにおいて、探針がトラック
内にあれば必ず情報を読み出せるように、記録ビットの
直径（トラックと直角方向の長さ）がトラック幅に実質
的に一致している必要がある。

【００１５】まず、図１のブロック構成図における各部
の動作の説明から行う。動径方向粗動装置９、動径方向
微動装置８、ｚ方向粗動装置７、ｚ方向微動装置６がカ
スケードに配置され、この動径方向粗動装置９の一端は
装置基部１０００に固着され、ｚ方向微動装置６の一端
は後述する板バネ 3を支持する為の保持体２０００を
保持している。

【００１６】データの記憶あるいは読み出し、例えば、
本発明にかかわる記録装置を備えたパソコンの使用者が
データを記録しようとしたときの操作に対応して、ｚ方
向粗動制御装置２０に信号on-aが加えられ、一定電圧を
積分する動作により一定の増加率の電圧が得られる。こ
れがｚ方向粗動装置７に加えられて、この電圧に対応し
た距離だけ板バネ３の一端に設けられた探針２を記録媒
体１００に接近させる。探針２がこれにより記録媒体１
００に押し付けられていくと、探針２に記録媒体１００
からの垂直抗力が作用する。この垂直抗力により記録媒
体１００の表面形状に応じて板バネ３に撓み及び捩じれ
が生じる。

【００１７】この変形は半導体レーザ４及び２軸ポジシ
ョンセンサ５で構成される光テコ検出系で検出され、そ
の検出信号は撓み／捩じれ検出回路１１へ送られる。撓
み／捩じれ検出回路１１では、得られた２軸ポジション
センサ５の出力から撓み信号と捩じれ信号が生成され
る。撓み信号はｚ方向制御部１２とデータ抽出部１３に
送られ、捩じれ信号はオフセット生成部１４へ送られ
る。

【００１８】ｚ方向制御部１２は、板バネ３の撓みが一
定になるようにｚ方向微動装置６へ駆動信号を出力し、
フィードバック制御する。このｚ方向微動装置６への出
力信号がレベル検出回路４０に設定された予定値を越え
たとき、レベル検出回路４０から信号が出されて、ｚ方
向粗動制御装置２０の積分動作を停止させるoff-a信号
となる。これによって、ｚ方向粗動装置７に加えられる
電圧はその積分値に保持される。このレベル検出回路４
０からの信号は、同時に、動径方向粗動制御装置３０の
動作を開始させる信号on-bとして利用される。

【００１９】信号on-bが加えられた動径方向粗動制御装
置３０は、動径方向粗動装置９に行き先トラック番号と
現在トラック番号との差に応じた電圧を加える。現在ト
ラック番号はデータ抽出部１３が、後述するように、デ
ータを読み取るときに、併せて、トラック番号を読み取
ることにより、この出力信号として与えられる。動径方
向微動装置８は後述するように、オフセット生成部１４
の出力が加えられて探針２がトラックから外れないよう
に微細な追従制御を行う。データ記録後、ｚ方向粗動制
御装置２０には、パソコンのＯＳからreset信号が与え
られる。これにより、ｚ方向粗動制御装置２０の保持し
ていた電圧はリセットされ、したがって、ｚ方向粗動装
置７により探針２は媒体表面から退避させられる。図１
（ｂ）はｚ方向粗動制御装置２０に対する各種の制御信
号とこれに応じた電圧変化の状態を示す。

【００２０】記録情報である凸構造が形成されている記
録媒体１００を回転駆動装置１０により高速に回転させ
ると、この凸構造による高周波の信号にフィードバック
制御が応答できず、板バネ３の撓みがこの凸構造に対応
して変化する。データ抽出部１３は、撓みの変化からそ
の凸記録情報に対応する信号を抽出してデータを読み取
る。即ち、板バネ３を探針２に作用する力が一定になる
ように制御することができないため、板バネ３は凸構造
に対応して変形を繰り返すから、これによって凸構造に
よるデータを読み取ることができる。

【００２１】勿論、ｚ方向制御部１２は、記録媒体１０
０のうねり等の緩やかな変形に対しては、フィードバッ
ク制御により板バネ３の撓みが一定になるようにｚ方向
微動装置６へ駆動信号を出力する。

【００２２】また、オフセット生成部１４は、送られて
きた捩じれ信号に応じてオフセット電圧を生成し、動径
方向微動装置８の動径方向圧電素子に印加する。板バネ
３の固定端と自由端とを結ぶ方向をトラック１０２方向
に平行に配置させることにより、この捩じれ信号はトラ
ック中心からのズレの大きさ及び向きを反映するので、
トラッキング信号として利用することが出来る。オフセ
ット生成部１４は、板バネ３の捩じれがなくなるよう
に、即ち探針２がトラック１０２に追従する様に動径方
向微動装置８へトラッキングのためのオフセット電圧を
出力する。

【００２３】次にトラッキング機構の詳細な説明を行
う。記録媒体１００面内方向の探針２の移動は、動径方
向粗動装置９及び回転駆動装置１０により、回転座標系
に沿って行う。探針２がトラック１０２からそれて、グ
ルーブ１０１の側面部分に入ると、図３（ａ）に示す様
な垂直抗力Ｎが探針２に作用する。その垂直抗力Ｎの記
録媒体１００面に平行なラテラル成分、いわゆるラテラ
ルフォースにより板バネ３は捩じれる。実際には探針２
にはその他に動摩擦力も作用し、それによる捩じれも生
じている。この影響は、トラッキングのための凹凸構造
によるラテラルフォースに対し、動摩擦力の大きさが無
視できる程小さい記録媒体及び探針材料の組合せを選択
するか、あるいは媒体表面に潤滑剤を塗ることで回避で
きる。

【００２４】図４は探針２がトラック１０２上に有る場
合と、トラック１０２からそれた場合との信号関係を模
式的に示すものである。図４（ａ）はトラック１０２の
断面形状である。図４（ｂ）は探針２の動径方向ｒの位
置と捩じれ信号の関係を表している。この信号が撓み／
捩じれ検出回路１１によりオフセット生成部１４へ出力
される。実際には、凸記録情報による捩じれも生じてい
るが、凸記録情報であるか、グルーブであるかは撓み信
号により判別することができる。すなわち、凸記録情報
であれば、これに対応した撓み信号が同時に発生するか
ら、この撓み信号が十分に大きいときは凸記録情報によ
る捩じれであることが分かる。グルーブの場合だけ、オ
フセット生成部１４は図４（ｃ）に示すように、探針２
をトラック内に戻すのに必要なオフセット電圧を動径方
向微動装置８へ出力する。これにより幅５００ｎｍのト
ラック１０２に対してトラッキング制御しながら、高速
に記録情報の書き込み、読み出し、あるいは消去を行う
ことが出来る。

【００２５】図７はこの記録情報の読み出し、トラッキ
ングの為のオフセット信号作成の働きを説明する図であ
る。記録媒体１００の表面には、図の上部に示すよう
に、記録媒体を上面から見た形で、グルーブＡとＢに挟
まれてトラックが形成され、トラック上にデータに対応
した凸記録ビットが作られている。今、このトラックと
探針とが相対的に移動する分けであるが、図の上部に矢
印付きの太い線で示すように、探針が凸記録ビット上を
通過しながら、時にトラックから脱落する。また、この
過程で撓み信号、捩じれ信号が得られる。撓み信号、捩
じれ信号の発生の時点と極性とに着目すると分かるよう
に、撓み信号が正の方向に変動し、あるレベル以上ある
時に凸記録ビットに対応するデータが得られる。撓み信
号が負の方向に変動し、かつ、捩じれ信号が存在する時
はトラックからグルーブへの斜面を落ち始めていること
を意味するから、捩じれ信号の極性に対応してトラッキ
ングの為のオフセット信号を生成することとすれば良
い。さらに、なんらかの原因で探針がグルーブへの斜面
或はグルーブに落ち込んだ状態が続くとＺ方向制御部１
２から制御信号が出されるから、この信号が長い時間続
くときはやはりオフセット信号を生成することが必要で
ある。

【００２６】この実施例ではグルーブの間に挟まれた部
分がトラックであるが、グルーブをトラックとして、グ
ルーブの底面に記録情報を書き込む場合でも、トラック
とグルーブの間に存在する急傾斜に着目した制御を行な
えば、同様なトラッキング制御を行うことが出来ること
は言うまでもない。

【００２７】また、この実施例では探針と記録媒体が接
触した、即ち原子間力顕微鏡の分野でよく使われるコン
タクトモードの場合である。もちろんノンコンタクトモ
ードやタッピングモードでも、凹凸構造からのファンデ
ルワールス力のラテラル成分による板バネの捩じれをト
ラッキング信号とすることにより、同様なトラッキング
制御を行うことが出来るのは言うまでもない。

【００２８】実施例２この実施例では、図２（ｂ）に示す様な不連続なトラッ
キングマークを持った記録媒体１１０を使用した。トラ
ッキングマークは半導体プロセス、フォトリソグラフ
ィ、あるいは走査型プローブ顕微鏡を用いたリソグラフ
ィにより形成された直径約５０ｎｍのマウンド１１１で
ある。この場合トラック１１２の幅はこのマウンド１１
１の直径とほぼ一致することになる。この様なトラック
１１２が約２００ｎｍ間隔で形成されている。本実施例
では、記録情報はトラッキングマークであるマウンド１
１１の間に書き込まれる凹構造である。この書き込み
は、探針と記録媒体の間に電圧パルスを印加して、媒体
表面原子を電界蒸発させて行った。すなわち、本実施例
によれば、平坦な記録媒体の面上にトラッキングの為の
マウンドが適当な周期で形成され、このマウンド間に信
号に対応する凹部が形成されていることになる。

【００２９】本実施例の場合も、凹凸構造を形成する他
に、相変化膜の抵抗加熱による相変化書き込み、磁気媒
体の抵抗加熱による磁化反転、誘電体材料を用いた電気
分極反転等、他のどの様な方法にも適用可能である。た
だし、探針による読み出しにおいて、探針がトラック内
にあれば必ず情報を読み出せるように、記録ビットの直
径がトラック幅にほぼ一致、若しくはトラック幅よりや
や大きいのが良いが、大きすぎると、トラック間のクロ
ストーキングの原因となる可能性がある。

【００３０】図５に示すブロック図を用いて、この実施
例の構成を説明する。エラー生成部１５以外の各ブロッ
クの動作は実施例１と同じである。また、装置の起動時
の動作及び停止時の動作も実施例１と同じである。エラ
ー生成部１５は、撓み／捩じれ検出回路１１から送られ
てくる捩じれ信号のピーク検出を行い、このピーク値を
オフセット生成部１４へ出力する。捩じれ信号はトラッ
キングマークであるマウンド１１１のみならず記録情報
である凹構造からも生じる。捩じれ信号がマウンドから
のものか、記録情報の凹構造からのものかは、板バネの
撓みの変動方向により撓み信号で判別することができ
る。この点については、実施例１と同様である。エラー
生成部１５は、撓み／捩じれ検出回路１１から送られて
くる捩じれ信号のうち、マウンドによるもののみのピー
ク検出を行い、このピーク値をオフセット生成部１４へ
出力する。

【００３１】次に、図３（ｂ）、図６によりトラッキン
グ機構の詳細な説明を行う。図３（ｂ）に示す様に、探
針２がマウンド１１１を通過する時、トラック中心から
ずれているとマウンド１１１の側面からの垂直抗力Ｎに
より板バネ３が右または左に捩じれる。

【００３２】図６は探針２がトラック１１２上に有る場
合と、トラック１１２からそれた場合との信号関係を模
式的に示すものである。図６（ａ）はマウンド１１１の
断面形状である。図６（ｂ）は探針２の動径方向ｒの位
置とマウンド１１１からの捩じれ信号のピーク値の関係
を表している。図６では、たわみ信号の波形を省略した
が、これは、マウンド１１１の形状と実質的に同じであ
る。板バネ３からの信号が撓み／捩じれ検出回路１１に
より検出されるが、この出力のうち、捩じれ信号からエ
ラー生成部１５が検出するピーク値が図６（ｂ）に示す
ものとなる。このグラフは、一つのピーク値に対して二
つの動径位置ｒが対応しているが、これは板バネ３の撓
み量で区別することができる。従って、このピーク値と
撓み信号により、ピーク値と図６（ｃ）のオフセット電
圧は一対一に対応させることができる。オフセット生成
部１４は図６（ｃ）に示すように、探針２をトラック中
心に戻すのに必要なオフセット電圧を動径方向微動装置
８へ出力する。これにより幅５０ｎｍのトラック１１２
に対してトラッキング制御を行うことが出来る。

【００３３】図８はこの記録情報の読み出し、トラッキ
ングの為のオフセット信号作成の働きを説明する図であ
る。記録媒体１１０の表面には、トラッキングのための
マウンドが作られ、このマウンドの間に記録データに対
応する凹記録ビットが形成された形でトラックが構成さ
れる。今、このトラックと探針とが相対的に移動する分
けであるが、図に矢印付きの太い線で示すように、探針
がマウンド上及び凹記録ビット上を通過しながら、時に
トラックから脱出する。また、この過程で撓み信号、捩
じれ信号が得られる。撓み信号、捩じれ信号の発生の時
点と極性とに着目すると分かるように、撓み信号が負の
方向に変動し、あるレベル以上ある時に凹記録ビットに
対応するデータが得られる。撓み信号が正の方向に変動
し、かつ、捩じれ信号が存在する時はマウンドの中心の
上を正しく移動していないことを意味するから、捩じれ
信号の極性に対応してトラッキングの為のオフセット信
号を生成することとすれば良い。このため、撓み信号、
捩じれ信号ともに、ピーク値を検出し、これを利用する
こととすれば良い。

【００３４】記録情報の書き込み、読み出し、あるい
は、消去は、以下の通常の光記録等で使用されている方
法によりトラッキング制御と分離して行うことができ
る。トラッキングマークであるマウンドをトラック一周
に一定の数だけ形成しておくことにより、記録媒体を回
転させると、このトラッキングマークが一定の周期で表
れる。従って、トラッキングマークの間のデータ領域で
記録情報の書き込み、読み出し、あるいは、消去を行う
ようにすれば、時間的にトラック信号とデータ信号を分
離できる。

【００３５】この実施例ではマウンドがトラッキングマ
ークであるが、ピットをトラッキングマークとした場合
でも、凸構造を記録情報として同様なトラッキング制御
を行うことが出来ることは言うまでもない。また、この
実施例では探針と記録媒体が接触した、即ち原子間力顕
微鏡の分野でよく使われるコンタクトモードの場合であ
るが、もちろんノンコンタクトモードやタッピングモー
ドでも、凹凸構造からのファンデルワールス力のラテラ
ル成分による板バネの捩じれをトラッキング信号とする
ことにより、同様なトラッキング制御を行うことが出来
ることは言うまでもない。

【００３６】実施例３この実施例では、図２（ｃ）に示す様なランド１２１と
トラック１２２を持った記録媒体１２０を使用した。図
２（ａ）と対比して明らかなように、ランドとトラック
とは滑らかに連続した波の繰り返しとして形成されてい
るので、より高密度の記録装置が構成できる。この構成
としたときは、図３（ｃ）に示すように、より安定な位
置である、ランド１２１間の部分をトラック１２２とし
て使用する。この例では、図３（ｂ）と逆関係になる
が、探針２がトラックから外れようとすると垂直抗力Ｎ
が発生するから、これを利用してトラッキングができ
る。

【００３７】図１２は、実施例２における図６と同様
に、探針２がトラック１２２上に有る場合と、トラック
１２２からそれた場合との信号関係を模式的に示すもの
である。図１２（ａ）はトラック１２２の断面形状であ
る。（ｂ）は探針２の動径方向ｒの位置とトラック１２
２からの捩じれ信号との関係を表している。捩じれ信号
が０になるようにサーボ制御することでトラック１２２
に対してトラッキング制御する。

【００３８】図１３は、記録情報の読み出しの働きを説
明する図である。図の上部左側に断面形状を示したよう
に、記録媒体１２０の表面には、トラッキングのための
ランドが作られ、このランド間に記録データに対応する
凹記録ビットが形成された形でトラックが構成される。
今、このトラックと探針とが相対的に移動する分けであ
るが、図に矢印付きの太い線で示すように、探針がトラ
ック上及び凹記録ビット上を通過する。この例では、探
針は最も安定な位置に配置されているから大きくトラッ
クから逸脱することはないが、図１２に示すように中心
位置からのずれに応じて捩じれ信号が発生する。また凹
記録ビットに対応して撓み信号の変化が得られる。この
撓み信号はデータとして使用される。ここでpitに対応
して表われる捩じれ信号はFig.12(b)の捩じれ信号と比
較して周波数が非常に高いものであるから動経方向制御
部１８が追従できず、結局無視されることなり、これに
より無用なトラッキング動作が行われることはない。

【００３９】図１０に、記録ビットの信号検出部を光て
こから圧電抵抗歪ゲージ１７に置き換えた実施例を示
す。この実施例では、板バネ３に圧電抵抗歪ゲージ１７
が張り付けられ、この出力が撓み／捩じれ検出回路１１
に導入される。撓み／捩じれ検出回路１１の出力のうち
捩じれ信号が動径方向制御部１８に導入され、捩じれ信
号が常に０（トラック中心）になるように制御するため
の信号を動径方向微動装置８に出力する。撓み／捩じれ
検出回路１１の出力のうち撓み信号がｚ方向制御部１２
およびデータ抽出部１３にそれぞれ導入される。ｚ方向
制御部１２では、探針２と記録媒体１２０の間に一定の
斥力が働くように、撓み信号をある一定値になるように
制御するための信号を発生し、これがｚ方向微動装置６
に加えられる。データ抽出部１３では、ｚ方向制御部１
２の処理する信号の周波数帯域より高周波側にある凹記
録ビットによる撓み信号を抽出する。

【００４０】本実施例の上述の部分以外は、図１あるい
は図５で示したものと本質的に同じであるから、説明は
省略する。また、記録情報を凸記録ビットとする場合
も、上述の部分をこれに応じて変更することで対応でき
るが、説明は省略する。

【００４１】つぎに、撓み／捩じれ検出回路１１の具体
例を図１１を参照して説明する。板バネ３は、先端の探
針２の部分を除いて、２分割されており、それぞれの部
分に、圧電抵抗歪ゲージ１７１、１７２が張り付けられ
ている。これらの抵抗Ｒ＋△Ｒ₁、Ｒ＋△Ｒ₂は、ホイー
トストンブリッジＢ₁、Ｂ₂の一辺に挿入されている。探
針２が記録媒体１２０の表面の形状に対応して追従し、
板バネ３が変形することに対応してこれらの抵抗値が変
化するから、各ホイートストンブリッジＢ₁、Ｂ₂の差動
増幅器Ｇ₁、Ｇ₂の出力ａ、ｂがこれに対応して変化す
る。差動増幅器Ｇ₁、Ｇ₂の各出力ａ、ｂを演算回路によ
り、ａ＋ｂを演算して撓み信号を、ａ−ｂを演算して捩
じれ信号を得ることができる。

【００４２】実施例４二つの探針を用いたマルチプロ−ブの実施例を図９によ
り説明する。この実施例では、図２（ｂ）に示す様な不
連続なトラッキングマ−クであるマウンド１１１をトラ
ック１１２上に持った記録媒体１１０を使用した。マウ
ンド１１１の直径は約５０ｎｍである。この様なトラッ
ク１１２が約８００μｍ間隔で形成されている。本実施
例では、記録情報はトラックとトラックの間のデ−タ領
域に書き込まれる凹構造である。この書き込みは、探針
と記録媒体の間に電圧パルスを印加して、媒体表面原子
を電界蒸発させて行った。

【００４３】この実施例では、探針Ａ及び板バネＡがト
ラッキング専用、探針Ｂ及び板バネＢが記録／再生専用
に使われる。探針Ａ及び板バネＡは実施例２と同様にマ
ウンド１１１を検出し、板バネＡの撓み及び捩じれを使
ってトラック１１２に対するトラッキングが行われる。
探針Ｂ及び板バネＢは、支持台１６に探針Ａ及び板バネ
Ａと共に固定されており、探針Ａと探針Ｂの距離は約４
００μｍになっている。従って、探針Ｂ及び板バネＢに
より、探針Ａ及び板バネＡとは独立にデ−タ領域１１３
内に情報を記録し、またその情報を再生することができ
る。この実施例の場合、記録媒体の回転中に探針Ａ及び
探針Ｂが記録媒体表面に常に接触させておくために、板
バネＡ及び板バネＢを十分に撓ませておく必要がある。
また、この様な二組の探針を複数使って、それぞれ独立
にトラッキング及び記録／再生を行うこともできる。

【００４４】本実施例においては、探針Ｂによる読み出
しを探針Ｂがデータ領域１１３内にあれば必ず情報を読
み出せるようにするために、記録ビットの直径をトラッ
ク１１２上のマウンド１１１の直径の３倍程度とするの
が良い。すなわち、トラッキングのための探針Ａがマウ
ンド１１１の両サイドの限界の位置にある場合に記録、
読み出しができるためには、この位置での探針Ｂによる
記録、読み出しができる必要があるからである。

【００４５】その他の実施例記録情報を凸及び凹構造あるいはこれと他の情報記録手
法を併用することにより多値記録の場合の実施例を説明
する。単純には凸及び凹構造を記録情報として、トラッ
キングの方法を実施例２と同様にすることで３値記録が
容易に実現できる。記録情報の書き込み、読み出し、あ
るいは、消去は、以下の通常の光記録等で使用されてい
る方法によりトラッキング制御と分離して行うことがで
きる。トラッキングマ−クであるマウンドをトラック一
周に一定の数だけ形成しておくことにより、記録媒体を
回転させると、このトラッキングマ−クが一定の周期で
表れる。従って、トラッキングマ−クの間のデ−タ領域
で記録情報の書き込み、読み出し、あるいは、消去を行
うようにすれば、時間的にトラック信号とデ−タ信号を
分離できる。この場合、トラッキング制御とは独立に、
デ−タ領域で記録情報の書き込み、読み出し、あるい
は、消去を行うことができる。探針と記録媒体の間に電
圧パルスを印加して、媒体表面原子を電界蒸発させる、
あるいは探針原子を電界蒸発させて原子を媒体表面に供
給することにより、凸及び凹構造を形成する。この凸及
び凹構造を記録情報に対応させることにより、３値記録
を行うことができる。

【００４６】凸及び凹構造の他に、記録媒体表面からの
電気的、磁気的な力をも記録情報として併用し、これを
多値データとすれば、４値以上の多値記録が実現でき
る。

【００４７】上述の各実施例はトラッキング信号となる
板バネの捩じれや撓みが、記録媒体表面の凹凸構造から
の力により生じる場合であるが、もちろんこの力が記録
媒体表面からの電気的、磁気的な力、あるいはそれらの
組合せの場合でも同様なトラッキング制御を行うことが
出来る。この場合、強誘電体を用いた電気分極媒体と導
電性探針、あるいは磁気媒体と磁性探針の組合せを用い
る。トラッキング用の分極パターンを予め媒体に形成し
ておく。この分極パターンからの電気的あるいは磁気的
な力のラテラル成分による板バネの捩じれをトラッキン
グ信号に利用することにより、実施例１、２と同様なト
ラッキング制御を行うことが出来る。

【００４８】記録情報を凹構造とする場合についてみる
と、前述の実施例では、電界蒸発によるものとしたが、
これを機械的な押圧によるものとすることもできる。例
えば、図１０の実施例において、同図（ｂ）に示すよう
に、圧電抵抗歪ゲージ17を張り付けた板バネ３をバイモ
ルフ型の圧電素子３０００を介して保持体２０００に取
り付ける。そして、凹構造の情報の記録をするときはバ
イモルフ型の圧電素子３０００に所定の電圧を印加し
て、探針２が記録媒体の表面に強く押しあてられるよう
に制御し、情報を読み出すときはバイモルフ型の圧電素
子３０００には電圧を印加することなく単なる構造物と
して圧電抵抗歪ゲージ17を張り付けた板バネ３と保持体
２０００とを連結するものとして扱えば良い。

【００４９】さらに、記録媒体と探針との相対的な移動
は、実施例１、２のように回転によるものに限らず、Ｘ
−Ｙ座標系による直線移動とする場合でも本願発明は適
用できることは云うまでもない。図１４は図１０に示す
実施例の回転スピンドル１０に代えて圧電素子によって
Ｙ方向に駆動されるステージ４０００を採用してこれを
実現したときのブロック構成を示す。このときは、動径
方向微動装置８、動径方向粗動装置９、動径方向粗動制
御装置３０が、それぞれＸ方向微動装置８、Ｘ方向粗動
装置９、Ｘ方向粗動制御装置３０に置換され、動経方向
制御部１８をｘ方向制御部１８に置換すれば良い。この
構成での動作は、回転に代えＹ方向の駆動とし、動径方
向の制御をＸ方向の制御とすれば良いから、具体的な説
明は省略する。

【００５０】また、上記すべての実施例で、探針2、板
バネ3、半導体レーザ4、2軸ポジションセンサ5、圧電抵
抗歪ゲージ17、保持体2000、バイモルフ型圧電素子300
0、および微動／粗動装置6、7、8、9の一部あるいはす
べてをスライダーに搭載して、探針2のｚ方向の制御を
スライダーで行うこともできる。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、数
十ナノメータ以下の幅のトラックに沿った探針の高速な
移動が可能となるため、数十ナノメータ以下のサイズの
記録情報の書き込み、読み出し、消去を高速且つ高精度
に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)および(b)は本発明の実施例１のブロック構
成およびその構成要素のうちｚ方向粗動制御装置の動作
を説明する波形を示す図。

【図２】（ａ）、（ｂ）および(ｃ)は本発明が適用でき
る記録媒体の例を示す図。

【図３】（ａ）、（ｂ）および(ｃ)は図２の記録媒体の
トラックマーク構造を通過する時の探針先端に作用する
抗力、及び板バネの捩じれを示す図。

【図４】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は実施例１に係る
トラック断面形状、捩じれ信号、及びオフセット電圧を
示す図。

【図５】本発明の実施例２のブロック構成を示す図。

【図６】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は実施例２に係るマ
ウンド断面形状、捩じれ信号（ピーク値）、及びオフセ
ット電圧を示す図。

【図７】実施例１における記録情報の読み出し、トラッ
キングの為のオフセット信号作成の働きを説明する図。

【図８】実施例２における記録情報の読み出し、トラッ
キングの為のオフセット信号作成の働きを説明する図。

【図９】マルチプロ−ブ構成とした実施例を説明する
図。

【図１０】a)および(b)は本発明の実施例３のブロック
構成およびその一部の変形の構成を示す図。

【図１１】本発明の実施例３の撓み／捩じれ検出回路の
構成の一例の詳細を示す図。

【図１２】実施例３における記録情報の読み出し、トラ
ッキングの為のオフセット信号作成の働きを説明する
図。

【図１３】実施例３における記録情報の読み出しの働き
を説明する図。

【図１４】本発明の他の実施例のブロック構成を示す
図。

【符号の説明】

１００、１１０、１２０…記録媒体、１０１…グルー
ブ、１１１…マウンド、１０２、１１２、１２２…トラ
ック、１２１…ランド、１１３…データ領域、２…探
針、３…板バネ、４…半導体レーザ、５…２軸ポジショ
ンセンサ、６…ｚ方向微動装置、７…ｚ方向粗動装置、
８…動径方向微動装置、９…動径方向粗動装置、１０…
回転駆動装置、１１…撓み／捩じれ検出回路、１２…ｚ
方向制御部、１３…データ抽出部、１４…オフセット生
成部、１５…エラー生成部、１６…支持台、１７…圧電
抵抗歪ゲージ、１８…動径方向制御部、２０…ｚ方向粗
動制御装置、３０…動径方向粗動制御装置、４０…レベ
ル検出回路、１７１、１７２…圧電抵抗ひずみゲージ、
１０００…装置基部、２０００…保持体、３０００…バ
イモルフ型圧電素子、４０００…Ｙ方向駆動ステージ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トラック上にトラッキングの為の第１の情
報および記録としての第２の情報とを持つ記録媒体と、
該記録媒体と相対的に移動して前記第１、第２の情報に
対応した信号を導出するための探針を保持する手段とを
備える記録装置のトラッキング方法であって、前記探針
に作用する前記第１、第２の情報に対応して前記保持手
段に作用する撓みまたは捩じれの大きさ及び向きに関す
る信号を前記保持手段にフィードバックしてトラッキン
グすることを特徴とするトラッキング方法。
【請求項２】前記探針に作用する前記第１、第２の情報
に対応して前記保持手段に作用する捩じれの大きさ及び
向きに関する信号からトラッキングの為の第１の情報
を、撓みの大きさ及び向きに関する信号から記録として
の第２の情報をそれぞれ識別する請求項１記載のトラッ
キング方法。
【請求項３】トラック上にトラッキングの為の第１の情
報および記録としての第２の情報とを持つ記録媒体と、
該記録媒体と相対的に移動して前記第１、第２の情報に
対応した信号を導出するための探針を保持する手段と、
前記探針に作用する前記第１、第２の情報に対応して前
記保持手段に作用する撓みまたは捩じれの大きさ及び向
きに関する信号を前記保持手段にフィードバックする手
段とを備える記憶装置。
【請求項４】前記探針に作用する前記第１、第２の情報
に対応して前記保持手段に作用する捩じれの大きさ及び
向きに関する信号からトラッキングの為の第１の情報
を、撓みの大きさ及び向きに関する信号から記録として
の第２の情報をそれぞれ識別する請求項３記載の記憶装
置。
【請求項５】トラック上にトラッキングの為の第１の情
報領域および記録としての第２の情報領域とを持つ記録
媒体と、該記録媒体のそれぞれの情報領域と相対的に移
動して前記第１、第２の情報に対応した信号を導出する
ための独立した探針を保持する手段とを備える記録装置
のトラッキング方法であって、前記独立した探針に作用
する前記第１、第２の情報に対応して前記保持手段に作
用する撓みまたは捩じれの大きさ及び向きに関する信号
を前記保持手段にフィードバックしてトラッキングする
ことを特徴とするトラッキング方法。
【請求項６】トラック上にトラッキングの為の第１の情
報領域および記録としての第２の情報領域とを持つ記録
媒体と、該記録媒体のそれぞれの情報領域と相対的に移
動して前記第１、第２の情報に対応した信号を導出する
ための独立した探針を保持する手段とを備える記録装置
であって、前記独立した探針に作用する前記第１、第２
の情報に対応して前記保持手段に作用する撓みまたは捩
じれの大きさ及び向きに関する信号を前記保持手段にフ
ィードバックしてトラッキングすることを特徴とする記
憶装置。
【請求項７】前記第１の情報領域と前記第２の情報領域
とが前記それぞれの探針の移動に対して分離されたルー
トである請求項６記載の記憶装置。
【請求項８】トラッキングの為の凹凸構造を表面に持つ
記録媒体と、情報の書込み、読出しあるいは消去を行う
探針を自由端に有する板バネと、板バネの撓み及び捩じ
れを検出する手段と、板バネの固定端に作用し板バネの
撓み及び捩れを制御するための制御手段とを有し、かつ
探針を記録媒体に接近又は接触させた状態で探針と記録
媒体の記録トラックとを相対移動させ、記録トラックに
関連する凹凸構造による板バネの撓みまたは捩じれの大
きさ及び向きに関する信号を前記制御手段にフィードバ
ックしてトラッキングすることを特徴とする記憶装置。
【請求項９】前記凹凸構造に代えて、記録媒体表面から
の電気的な力、磁気的な力、あるいはそれらの組合せに
よって探針に作用する力が使用される請求項８に記載の
記憶装置。
【請求項１０】前記凹凸構造に加えて、記録媒体表面か
らの電気的な力、磁気的な力、あるいはそれらの組合せ
によって探針に作用する力が使用される請求項８に記載
の記憶装置。
【請求項１１】探針と記録媒体の記録トラックとの相対
移動のトラッキングを回転座標系に沿って行う手段を有
したことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに
記載の記憶装置。
【請求項１２】探針と記録媒体の記録トラックとの相対
移動のトラッキングを直交座標系に沿って行う手段を有
したことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに
記載の記憶装置。
【請求項１３】記録媒体表面のトラッキングの為の凹凸
構造がピット、マウンド、グルーブ、あるいはそれらの
組合せであることを特徴とする請求項６ないし１０のい
ずれかに記載の記憶装置。
【請求項１４】複数のピット、マウンド、グルーブ、あ
るいはそれらの組合せから検出される板バネの撓みの信
号からトラッキングの信号のタイミングを判定し、板バ
ネの捩じれの大きさ及び向き、あるいは撓みの大きさ及
び捩じれの向きに相当する複数の信号から、トラック中
心からのズレ量に対応する一つの信号を見出して、これ
をトラッキングのフィードバック信号とすることを特徴
とする請求項１記載のトラッキング方法。
【請求項１５】トラッキングの為の凹凸構造を表面に持
つ記録媒体と、情報の書込み読出し及び消去を行う探針
付き板バネと、板バネの撓み及び捩じれを検出する手段
とを有し、かつ探針と記録媒体とを接近又は接触させた
状態で板バネの固定端と自由端とを結ぶ方向に相対移動
させ、凹凸構造による板バネの捩じれの大きさ及び向き
をフィードバック信号としてトラッキングを行う手段を
有したことを特徴とする記憶装置。
【請求項１６】探針と記録媒体との相対移動が板バネの
固定端と自由端とを結ぶ方向である請求項６ないし１０
のいずれかに記載の記憶装置。
【請求項１７】探針と記録媒体との相対移動が回転座標
系である請求項６ないし１０のいずれかに記載の記憶装
置。
【請求項１８】探針と記録媒体との相対移動が直交座標
系である請求項６ないし１０のいずれかに記載の記憶装
置。
【請求項１９】複数のピット、マウンド、グルーブ、あ
るいはそれらの組合せから検出される板バネの捩じれの
大きさ及び向き、あるいは撓みの大きさ及び捩じれの向
きに相当する複数の信号から、トラック中心からのズレ
量に対応する一つの信号を見出して、これをフィードバ
ック信号とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の
記憶装置。