JP3095915B2

JP3095915B2 - 情報処理装置

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Publication number: JP3095915B2
Application number: JP04347741A
Authority: JP
Inventors: 明彦山野; 邦裕酒井; 高弘小口; 俊一紫藤; 勝則畑中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: JPH06195771A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報処理装置に関し、
特に走査型トンネル電子顕微鏡技術を用いて記録媒体に
情報を記録しまた記録媒体から情報の再生を行なう情報
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メモリ材料技術は、コンピュータおよび
その周辺機器、ビデオディスク、デジタルオーディオデ
ィスクなどのエレクトロニクス産業の分野においてその
中核をなすものであり、近年、メモリ材料の開発が極め
て活発に行なわれている。メモリとしては、従来、磁性
体や半導体を素材とした磁気メモリや半導体メモリが主
流であったが、レーザ技術の発展に伴い、有機色素やフ
ォトポリマーなどの有機薄膜を用いた光メモリが登場し
てきている。光メモリは、安価で高記録密度の記録媒体
である。

【０００３】一方、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電子顕微鏡（Scanning Tunneli
ng Microscope、以下、ＳＴＭと略す。）が開発され
［Ｇ.ビニッヒ（G. Binnig）ら、Phys. Rev. Lett., 4
9, 57(1982)］、単結晶あるいは非晶質などを問わず、
実空間像を高い分解能で測定できるようなった。さらに
ＳＴＭは、試料に対して電流による損傷を与えることな
く低電力で観測でき、大気中でも動作するという利点も
有し、広範囲な応用が期待されている。

【０００４】ＳＴＭは、金属の探針（プローブ電極）と
試料である導電性物質との間に電圧を印加して両者を１
ｎｍ程度の距離まで近付けると、両者間にトンネル電流
が流れることを利用している。この電流は両者の距離の
変化に対して指数関数的に応答するため、ＳＴＭは表面
状態に非常に鋭敏である。また、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、実空間における
全電子雲に関する種々の情報も読み取ることができる。
この際、面内方向の分解能は０.１ｎｍ程度となる。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）での高密度記録および再生
を行なうことが可能となる。

【０００５】例えば、記録層として、電圧対電流のスイ
ッチング特性にメモリ効果を有する材料、例えば共役π
電子系有機化合物やカルコゲン化合物などの薄膜層を用
い、記録、再生をＳＴＭを用いて行なう方法が提案され
ている（特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３
−１６１５５３号公報）。すなわちこれらの記録層は、
しきい値を越える電圧を印加することにより、印加時の
極性によって、２つの異なる状態間を遷移させることが
でき、これらの状態は電圧を印加しないときには安定に
存続する。そして、記録層の表面と探針との距離を一定
にしたときのトンネル電流値の相違で、どちらの状態に
あるかを検出できる。トンネル電流検出用の探針を用い
て記録層にしきい値を越える電圧を印加することができ
るから、結局、ＳＴＭの面内分解能に見合う記録密度で
情報の２値記録と再生が行なえることなる。この方法に
よれば、記録ビットのサイズを１０ｎｍとすれば、１０
¹²ビット／ｃｍ²もの大容量記録および再生が可能とな
る。

【０００６】特開平１−１９６７５１号公報には、小型
化を目的とし、複数のプローブを半導体基板上に形成
し、これと対向する記録媒体を半導体基板の面内方向に
変位させ、記録を行なう装置が示されている。例えば、
１ｃｍ角のシリコンチップ上に２５００本のプローブを
５０×５０のマトリックス配置したマルチプローブヘッ
ドと、上述したメモリ効果を有する材料とを組み合わせ
ることにより、１プローブあたり４００Ｍｂｉｔ、総記
録容量１Ｔ（テラ）ビットのデジタルデータの記録再生
が行なえるようになる。また、特開平３−５０３４６３
公報には、圧電バイモルフ型のカンチレバーをシリコン
基板上に多数作成することによりチャンネル数を増やし
て処理速度の向上を図った集積方式の大容量記憶装置が
開示されている。

【０００７】このような情報処理装置では、プローブと
記録媒体との距離を厳密に制御する必要があり、また、
莫大な数の記録ビットの中にある目標とする記録ビット
に到達するために、プローブと記録媒体間の相対位置を
精度よく制御する必要がある。なお、このような相対位
置の制御をトラッキングという。

【０００８】これまで、プローブと記録媒体との距離の
制御は、プローブと記録媒体との間に電流（トンネル電
流あるいは電界放射電流など）が流れる程度の距離にま
で両者を近接させ、この電流の流れた状態を保ったまま
でプローブを記録媒体面内方向に走査し、記録媒体表面
の凹凸および電子状態の変動に伴う電流量の増減に対応
して行なわれている。すなわち、プローブに流れる電流
を検出して電流信号中の低周波成分を抽出し、抽出結果
に基づいてプローブをＺ方向（記録媒体の法線方向）に
駆動することにより行なわれていた。このような制御を
行なった場合、記録情報の低周波成分が記録媒体の傾き
情報に影響するため、記録変調方式にＮＲＺ方式などを
採用するなどの配慮が必要となり、装置の応用面を狭め
る原因となっていた。

【０００９】また、トラッキングについて配慮を行なっ
ている例は少ないが、例えば、特開平１−１０７３４１
号公報や特開平１−１３３２３９号公報には、記憶媒体
上に予めトラック溝を形成したりトラック列を埋め込ん
でおき、これらトラック溝やトラック列を基準にしてプ
ローブを走査させる方法が示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
情報処理装置では、トンネル電流などの電流の低周波成
分によってプローブと記録媒体間の距離制御が行なわれ
るため、結果として記録変調方式などに制約を受けると
いう問題点がある。また、マルチプローブヘッドを用い
た場合においてトラッキングを行なう場合、複数のプロ
ーブのそれぞれを記録媒体上のトラック位置に制御する
方法があるが、この制御を行なうためにはそれ以前に、
マルチプローブヘッドの形成された基板と記録媒体の形
成された基板との相対的に大まかな位置合わせが必要で
ある。従来、この相対的に大まかな位置合わせは、機械
系の加工精度に依存しており、この加工精度によって、
詳細な位置合わせ（トラック溝などによる位置合わせ）
を行なう際の制御範囲が定まるようになっていた。この
ため、位置合わせにかかる時間を短縮するためには、機
械系の加工精度を高く保つ必要があり、製造コストを上
昇させる要因となっていた。

【００１１】本発明の目的は、記録媒体とプローブとの
間の３次元的な相対位置制御に関し新規の機構を提供
し、記録媒体への記録変調方式に制限を与えることな
く、かつ機械系の加工精度を高く維持する必要のない情
報処理装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の情報処理装置
は、記録媒体に対向するプローブと、前記記録媒体と前
記プローブ間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記記
録媒体と前記プローブを相対的に移動させる少なくとも
一つの移動手段と、前記移動手段による移動を制御する
移動制御手段とを有する情報処理装置において、前記記
録媒体に対向し前記プローブを支持する圧電バイモルフ
と、前記圧電バイモルフの前記記録媒体側の面に設けら
れた駆動電極及び静電容量検出専用の電極と、前記静電
容量検出専用の電極と前記記録媒体間の静電容量値を検
出する静電容量検出手段と、を備え、前記移動制御手段
は、前記静電容量検出手段の出力に基づいて、前記プロ
ーブと前記記録媒体の相対位置を制御することを特徴と
する。

【００１３】

【作用】プローブと記録媒体とを相対的に移動させてい
るとき、圧電バイモルフに設けられた静電容量検出専用
の電極と記録媒体との間の静電容量は、電極と記録媒体
との距離および記録媒体の面内方向の凹凸あるいは電子
状態の変化によって変化する。プローブが圧電バイモル
フ上に支持されていることにより静電容量検出専用の電
極とプローブの相対位置関係は変化しないので、前記静
電容量値を検出してフィードバックすることにより、静
電容量検出専用の電極と記録媒体との相対位置関係すな
わちプローブと記録媒体との相対位置関係を厳密に制御
することが可能となる。

【００１４】例えば、プローブと記録媒体との距離を制
御する場合、静電容量検出専用の電極と記録媒体の間の
静電容量値が一定となるように、静電容量値を圧電バイ
モルフの駆動回路に対してフィードバックすればよい。
この場合、記録媒体表面の凹凸や電子状態の変化があっ
たとしても、これら凹凸や変化を静電容量検出専用の電
極の大きさ程度の範囲に平均化したものとして、静電容
量値が実測される。したがって、１個の記録ビットの大
きさよりも静電容量検出専用の電極を大きくしておけ
ば、プローブの走査時にプローブ先端の描く面（以下、
走査面という）と記録媒体面との傾きによる変動のみを
検出することができる。

【００１５】また、記録媒体の表面に何らかの構造があ
れば、記録媒体の面内方向に記録媒体とプローブとを相
対的に移動させた場合に、その構造に対応して検出され
る静電容量値が変化することになる。例えば、記録媒体
表面に周期的にトラック溝を形成しておけば、トラック
溝の凹凸の大きさとトラック溝の幅と圧電バイモルフ側
の静電容量検出専用の電極の幅とによって、相対移動に
伴って、図８に示すように、検出される静電容量値が周
期的に変化する。したがって、面内方向にプローブと記
録媒体とを大きく相対移動させたとき、静電容量の変化
のピークの数を数えたりすることにより、相対的に大ま
かな位置合わせを行なうことができる。さらに、マルチ
プローブヘッド構成の場合であれば、複数の静電容量検
出専用の電極を設け、複数の静電容量検出専用の電極の
それぞれについて静電容量信号を測定しこれらの信号の
全てがピーク値もしくは所定の値になるような位置に相
対移動させるなどの制御を行なったりすることにより、
相対的に大まかな位置合わせを行なうことができること
になる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の第１の実施例の情報処理装
置の構成を示すブロック図、図２はカンチレバーの正面
図である。

【００１７】記録媒体１００は、ガラス基板１２１上に
下部電極層１０２と記録層１０３を順次積層した構成で
あって、ガラス基板１２１側を下にしてＸＹステージ１
０１の上に固定されている。記録層１０３としては、上
述した電気メモリ効果を有する材料が使用されている。
記録層１０３には、下部電極層１０２に達するまでのト
ラック溝１０４が形成されている。また、下部電極層１
０２には、バイアス電圧ＶＢ１が印加されるようになっ
ている。

【００１８】この記録媒体１００に対向するようにし
て、圧電バイモルフ型のカンチレバー１０６が設けら
れ、カンチレバー１０６の自由端側先端部には、記録層
１０３を向いたプローブ電極１０５が設けられている。
プローブ電極１０５は、先端部が極めて尖っており、記
録層１０３との間に流れるトンネル電流を検出し、また
記録層１０３に電気メモリ効果を生じさせるための電圧
を印加するためのものである。カンチレバー１０６はプ
ローブ電極１０５を支持駆動するためのものである。カ
ンチレバー１０６の寸法は、例えば、長さ３４０μｍ、
幅５０μｍ、圧さ１５μｍである。

【００１９】カンチレバー１０６には、図２に示すよう
に、プローブ電極１０５の他、バイモルフの駆動電極１
１７、プローブ電極１０５に近接し静電容量を検出する
ために使用される検出電極１１３が設けられている。検
出電極１１３は、平面パターンとして形成されたほぼ３
角形状のものであり、その大きさは記録媒体１００の記
録ビットの大きさよりも大きく設定されている。また、
プローブ電極１０５と検出電極１１３には、カンチレバ
ー１０６表面上に設けられた配線１０５ａ,１１３ａが
接続されている。ここでは簡単のため、カンチレバー１
０６を支える構造体や配線のボンディングなどは省略さ
れている。

【００２０】プローブ電極１０５は、カンチレバー１０
６上の配線１０５ａを通じて、電流電圧変換アンプ１０
７に接続されている。電流電圧変換アンプ１０７の出力
は、高域透過フィルタ１０８およびエッジ検出用コンパ
レータ１１０のそれぞれ入力に接続されている。高域透
過フィルタ１０８の出力はコンパレータ１０９に入力
し、コンパレータ１０９の出力はデータ変復調器１１１
に入力している。エッジ検出用コンパレータ１１０に
は、さらに、エッジ検出用のスレッショホルド電圧とな
る基準電圧ＶＢ２が入力している。

【００２１】データ変復調器１１１は、記録媒体に記録
すべきデータに応じて変調データを生成し、コンパレー
タ１０９から入力する変調データを復調して再生信号と
して出力するものである。データ変調器１１１の変調デ
ータ出力は記録制御部１２４を介してパルス発生部１１
２に入力し、パルス発生部１１２の出力はバイアス電圧
ＶＢ１を加算されて下部電極層１０２に印加されるよう
になっている。

【００２２】カンチレバー１０６上の検出電極１１３
は、配線１１３ａを介して静電容量検出回路１１４の入
力側に接続されている。静電容量検出回路１１４は、検
出電極１１３と記録媒体１００間の静電容量を検出する
ための公知の構成のものである。静電容量検出回路１１
４の出力は、誤差増幅器１１５に入力する。誤差増幅器
１１５には、バイアス電圧ＶＢ３も入力している。誤差
増幅器１１５の出力は、ゲインアンプ１１６を介してカ
ンチレバー１０６の駆動電極１１７に接続されている。

【００２３】さらに、記録媒体１００の面内方向（ＸＹ
方向）の位置を制御するためのトラッキング制御部１１
８が設けられている。トラッキング制御部１１８から
は、ステータス信号、アップ制御信号、ダウン制御信
号、ウォブリング信号が出力されるようになっている。
ステータス信号は、エッジ検出用コンパレータ１１０の
出力とともにアンド回路１３１に入力し、アップ制御信
号は、アンド回路１３１の出力とともに、オア回路１３
２に入力する。アップダウンカウンタ１１９が設けられ
ており、このアップダウンカウンタ１１９のアップ／ダ
ウンの制御は、オア回路１３２の出力とダウン制御信号
とによって行なわれるようになっている。すなわち、オ
ア回路１３２の出力はアップダウンカウンタ１１９のア
ップ入力単位に接続され、ダウン制御信号はダウン入力
端子に入力するようになっている。アップダウンカウン
タ１１９の出力側には、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）
変換器１２０が設けられ、Ｄ／Ａ変換器１２０の出力
は、Ｘ方向の駆動アンプ１２３に入力する。この駆動ア
ンプ１２３の出力は、ＸＹステージ１０１のＸ方向の入
力端子に接続されている。一方、トラッキング制御器１
１８からのウォブリング信号は、抵抗Ｒ１を介してＹ方
向の駆動アンプ１２２に入力し、この駆動アンプ１２２
の出力は、ＸＹステージのＹ方向の入力端子に接続され
ている。そして、両方の駆動アンプ１２２,１２３の入
力間を接続する可変抵抗ＶＲ１が設けられている。

【００２４】次に、この情報記録装置の動作について説
明する。まず、プローブ１０５と記録媒体１００との距
離の制御について説明する。この制御は、プローブ電極
１０５と記録媒体１００とを記録媒体１００の面内方向
に相対的に移動させた場合において、プローブ電極１０
５と記録媒体１００との距離を一定に保ち、記録媒体１
００表面の傾きを補正する制御である。

【００２５】静電容量検出回路１１４の出力は、誤差増
幅器１１５によって基準電圧ＶＢ３と比較され、この比
較の誤差成分はゲインアンプ１１６で増幅され、圧電バ
イモルフ型のカンチレバー１０６の駆動電極１１７にフ
ィードバックされる。このとき、静電容量値が減少した
場合にはカンチレバー１０６が記録媒体１００側にたわ
むように制御を行なうことにより、下部電極層１０２と
検出電極１１３との距離は、静電容量の検出精度の範囲
内で一定に保たれることになる。これにより、カンチレ
バー１０６上のプローブ１０５と記録媒体１００の表面
との距離が一定に保たれることになる。この距離を調整
するためには、基準電圧ＶＢ３を適宜変化させればよい
ｌ。

【００２６】次に、記録時の動作について説明する。プ
ローブ電極１０５により、図３に示すように、記録媒体
１００を２次元的に走査する（この走査のための制御に
ついては後述する）。この走査を実行している状態で、
記録制御部１２４からの指令により、例えば２値記録の
うちの記録"１"に対応した位置でパルス発生器１１２か
ら書き込みパルスを発生し、記録"０"に対応する位置で
は書き込みパルスが発生しないようにする。その結果、
記録"１"に対応する位置でのみ記録層１０３に電圧が印
加されることとなり、電気メモリ効果によって記録層１
０３の電子状態が変化し、記録の書き込みが行なわれ
る。

【００２７】次に、再生時の動作について説明する。再
生時において、記録媒体１００とプローブ電極１０５の
間にはバイアス電圧ＶＢ１が印加されているから、記録
媒体１００とプローブ電極１０５の間には、トンネル電
流が流れている。ここでプローブ電極１０５を記録時と
同様に２次元的に走査させると、記録媒体１００に記録
された情報に応じて、トンネル電流の値が変化する。プ
ローブ電極１０５に流れるトンネル電流は、電流電圧変
換アンプ１０７によって電圧信号に変換・増幅され、高
域通過フィルタ１０８によって高域周波数成分すなわち
データ情報成分を抽出される。そして、コンパレータ１
０９によってスレッショホルド電圧と比較されて２値化
されたデータに変換され、データ変復調部１１１に入力
する。

【００２８】次に、プローブ電極１０５の２次元的走査
と面内方向の位置制御について説明する。本実施例で
は、記録媒体１００の面内方向におけるプローブ電極１
０５の２次元的走査は、記録媒体１００をＸＹステージ
１０１でＸＹ各方向に駆動することによって行なわれ
る。ここでＸ方向の往復の走査のうち、往方向の走査の
ときに記録や再生が行なわれるものとする。また、プロ
ーブ電極１０５がトラック間で移動する必要がある場
合、Ｘ方向の復方向の移動中にトラックをまたがってプ
ローブ電極１０５が移動するものとする。また、走査中
に記録媒体１００のエッジ部分を検出した場合には、そ
こで走査方向を反転させることにより、プローブ１０５
が記録媒体１００から外れることがないようになってい
る。まず、記録媒体１００のエッジ部分を検出する動作
について説明する。

【００２９】上述のように、電流電圧変換アンプ１０７
からトンネル電流値に対応する電圧信号が出力され、こ
の電圧信号はエッジ検出用コンパレータ１１０に入力す
る。もしプローブ電極１０５が記録媒体１００のエッジ
部分にさしかかった場合には、トンネル電流が急激に減
少するため、前記電圧信号も急激に減少する。エッジ検
出用コンパレータ１１０は、スレッショホルド電圧であ
る基準電圧ＶＢ２とこの電圧信号とを比較することによ
り、プローブ電極１０５がエッジ位置にきたことを検出
する。ここで、エッジ位置を検出したことを表わす信号
をエッジ検出信号と呼ぶ。

【００３０】一方、ステータス信号は、記録や再生が行
なわれているときに"１"となる信号である。したがっ
て、記録再生時にエッジ検出信号が発生した場合、アン
ド回路１３１の出力が"１"となるので、アップダウンカ
ウンタ１１９は強制的にアップカウンタ動作に切り替わ
り、そして一定カウント値までアップダウンカウンタ１
１９がカウントアップしたら、アップダウンカウンタ１
１９はダウンカウンタ動作に切り替わる。また、アップ
ダウンカウンタ１１９には、トラッキング制御部１１８
からのダウン制御信号も入力するので、トラッキング制
御部１１８からもアップダウンカウンタ１１９のアップ
／ダウンを制御することができる。

【００３１】アップダウンカウンタ１１９のカウント出
力は、Ｄ／Ａ変換器１２０によりアナログ信号に変換さ
れ、これによってＸＹステージ１０１がＸ方向にΔＸだ
け駆動される。さらに、Ｄ／Ａ変換器１２０の出力は可
変抵抗ＶＲ１を介して、抵抗Ｒ１を経て入力するウォブ
リング信号と合成される。この合成信号によってＸＹス
テージ１０１がＹ方向にΔＹだけ駆動される。以上の動
作により、図３に示すように、プローブ電極１０５によ
る記録媒体１００の２次元走査が行なわれる。プローブ
電極１０５の走査方位は、走査方位制御信号によって可
変抵抗ＶＲ１を変化させ、ＸＹステージのΔＸ／ΔＹの
駆動比を変えることによって行なわれる。また、記録ビ
ット列上を適正になぞるような走査方位の検出は、ウォ
ブリング電圧をΔＹ駆動し、このときのトンネル電流
（電圧）信号のエンベロープ信号をモニタすればよい。

【００３２】なお、プローブ電極１０５がトラック溝１
０４にさしかかった場合にもエッジ検出信号が出力され
るが、プローブ電極１０５がトラック溝１０４を横断す
るように移動するのは記録・再生時以外の時であって、
このときはステータス信号は"０"となっている。したが
って、トラック溝１０４に由来するエッジ検出信号が発
生してもアップダウンカウンタ１１９が強制的にアップ
カウンタ動作に遷移することはなく、結局、トラック溝
１０４の存在によって走査方向が変わることはない。

【００３３】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図４はこの第２の実施例の情報処理装置の構成を
示すブロック図、図５はカンチレバーの正面図である。

【００３４】記録媒体２００は、ガラス基板２２２上に
下部電極層２０２と記録層２０３を順次積層した構成で
あって、ガラス基板２２２側を下にして粗動機構２２６
の上に固定されている。記録層２０３としては、上述し
た電気メモリ効果を有する材料が使用されている。記録
層２０３には、下部電極層２０２に達するまでのトラッ
ク溝１０４が形成されている。また、下部電極層２０２
には、バイアス電圧ＶＢ１が印加されるようになってい
る。粗動機構２２６は、記録媒体２００をＸＹ方向すな
わち記録媒体２００の面内方向に移動させ、かつこのＸ
Ｙ平面内で回転させるためのものである。

【００３５】記録媒体２００に対向して、マルチプロー
ブヘッド２５０が設けられている。マルチプローブヘッ
ド２５０には、複数の圧電バイモルフ型のカンチレバー
２０６が設けられており、各カンチレバー２０６は、Ｘ
Ｙステージ２０１によってＸＹ方向に微動できるように
なっている。各カンチレバー２０６の自由端側先端部に
は、記録層２０３を向いたプローブ電極２０５がそれぞ
れ設けられている。プローブ電極２０５は、先端部が極
めて尖っており、記録層２０３との間に流れるトンネル
電流を検出し、また記録層１０３に電気メモリ効果を生
じさせるための電圧を印加するためのものである。カン
チレバー２０６はプローブ電極２０５を支持駆動するた
めのものである。カンチレバー２０６の寸法は、例え
ば、長さ３４０μｍ、幅５０μｍ、圧さ１５μｍであ
る。

【００３６】カンチレバー２０６には、図５に示すよう
に、プローブ電極２０５の他、バイモルフの駆動電極２
２９、プローブ電極２０５に近接し静電容量を検出する
ために使用される検出電極２１３が設けられている。検
出電極２１３は、平面パターンとして形成されたほぼ直
線状のものであり、その延びる方向は、記録媒体１００
上のトラック溝２０４の延びる方向とほぼ平行になって
いる。また、プローブ電極２０５には、カンチレバー２
０６表面上に設けられた配線２０５ａが接続されてい
る。ここでは簡単のため、カンチレバー２０６を支える
構造体や配線のボンディングなどは省略されている。こ
こでは、図６に示すように、５行５列計２５本のカンチ
レバー２０６が形成されているものとする。

【００３７】ここで、記録媒体２００上のトラック溝２
０４の配置について説明する。上述のようにカンチレバ
ー２０６は５行５列配列で形成されているが、トラック
溝２０４は、カンチレバー２０６の配列の各列に対応し
て計５個設けられている。ここでカンチレバー２０６の
配列の各列とは、図示Ｘ方向に並んだ５個のカンチレバ
ーのことである。各トラック溝２０４は、櫛形の平面配
置となっており、櫛の各歯の間隔は、それぞれの列に属
するカンチレバー２０６の間隔と一致している。また、
各トラック溝２０４相互の間隔は、カンチレバー２０６
の行方向（図示Ｙ方向）の間隔と一致している。このよ
うにトラック溝２０４を形成することにより、記録媒体
２００とマルチプローブヘッド２５０とが適正に位置合
わせされていれば、各カンチレバー２０６とトラック溝
２０４との距離は、全て同一となる。

【００３８】プローブ電極２０５は、カンチレバー２０
６上の配線２０５ａを通じて、電流電圧変換アンプ２０
７に接続されている。電流電圧変換アンプ２０７の出力
は、高域透過フィルタ２０８、低域透過フィルタ２１６
およびエッジ検出用コンパレータ２１０のそれぞれ入力
に接続されている。高域透過フィルタ２０８の出力はコ
ンパレータ２０９に入力し、コンパレータ２０９の出力
はデータ変復調器２１１に入力している。エッジ検出用
コンパレータ２１０には、さらに、エッジ検出用のスレ
ッショホルド電圧となる基準電圧ＶＢ２が入力してい
る。

【００３９】データ変復調器２１１は、記録媒体に記録
すべきデータに応じて変調データを生成し、コンパレー
タ２０９から入力する変調データを復調して再生信号と
して出力するものである。データ変調器２１１の変調デ
ータ出力は記録制御部２２５を介してパルス発生部２１
２に入力し、パルス発生部２１２の出力はバイアス電圧
ＶＢ１を加算されて下部電極層２０２に印加されるよう
になっている。

【００４０】低域透過フィルタ２１６の出力は、オフセ
ット電圧が入力する差動アンプ２１７に入力し、差動ア
ンプ２１７の出力はサンプルホールド回路２１８の入力
に接続されている。サンプルホールド回路２１８の出力
はアンプ２２７を経て、カンチレバー２０６の駆動電極
２２９に接続されている。

【００４１】各カンチレバー２０６上の検出電極２１３
は、配線を介して静電容量検出回路２１４の入力側に接
続されている。静電容量検出回路２１４は、検出電極２
１３と記録媒体２００間の静電容量を検出するための公
知の構成のものであって、検出電極２１３ごとに設けら
れている。そして、演算回路２１５が設けられ、演算回
路２１５には、各カンチレバー２０６にそれぞれ対応す
る全ての静電容量検出回路２１４の出力が入力する。

【００４２】さらに、記録媒体２００の面内方向（ＸＹ
方向）の位置を制御するためのトラッキング制御部２１
９が設けられている。トラッキング制御部２１９から
は、ステータス信号、アップ制御信号、ダウン制御信
号、ウォブリング信号が出力されるようになっている。
ステータス信号は、エッジ検出用コンパレータ２１０の
出力とともにアンド回路２３１に入力し、アップ制御信
号は、アンド回路２３１の出力とともに、オア回路２３
２に入力する。アップダウンカウンタ２２０が設けられ
ており、このアップダウンカウンタ２２０のアップ／ダ
ウンの制御は、オア回路２３２の出力とダウン制御信号
とによって行なわれるようになっている。アップダウン
カウンタ２２０の出力側には、Ｄ／Ａ（デジタル／アナ
ログ）変換器２２１が設けられ、Ｄ／Ａ変換器２２１の
出力は、Ｘ方向の駆動アンプ２２４に入力する。この駆
動アンプ２２４の出力は、ＸＹステージ２０１のＸ方向
の入力端子に接続されている。一方、トラッキング制御
器２１９からのウォブリング信号は、抵抗Ｒ１を介して
Ｙ方向の駆動アンプ２２３に入力し、この駆動アンプ２
２３の出力は、ＸＹステージ２０１のＹ方向の入力端子
に接続されている。そして、両方の駆動アンプ２２３,
２２４の入力間を接続する可変抵抗ＶＲ１が設けられて
いる。

【００４３】次に、この情報処理装置の動作について説
明する。まず、プローブ電極２０５と記録媒体２００と
の距離の制御について説明する。

【００４４】通常、下部電極層２０２に印加されるバイ
アス電圧ＶＢ１は１００ｍＶ程度である。プローブ電極
２０５と記録媒体２００との間にはこのバイアス電圧Ｖ
Ｂ１が印加されており、両者間に２ｎＡ程度の電流が流
れるまで、カンチレバー２０６を制御して両者を接近さ
せる。プローブ電極２０５を流れる電流（主としてトン
ネル電流）は、電流電圧変換アンプ２０７によって電圧
信号に変換され、低域通過フィルタ２１６を通過する。
これにより、トンネル電流信号の中から低周波〜直流成
分すなわち記録媒体２００表面の傾きなどの情報を含む
成分が抽出される。この場合、低域通過フィルタ２１６
のカットオフ周波数は、後述するプローブ電極２０５の
走査周波数程度としておく。低域通過フィルタ２１６の
出力は、差動アンプ２１７に入力し、オフセット電圧と
比較され、その差分が差動アンプ２１７から、サンプル
ホールド回路２１８に出力される。そして、サンプルホ
ールド回路２１８の出力は、アンプ２２７を経てカンチ
レバー２０６の駆動電極２２９にフィードバックし、そ
の結果、記録媒体２００に傾きなどがあったとしても、
プローブ電極２０５と記録媒体２００との距離は、オフ
セット電圧で定める値に平均的に一定に保たれる。サン
プルホールド回路２１８を設けたことにより、記録媒体
２００に記録のためのパルス電圧を加えることとなる記
録時においても、両者間の距離は安定に保たれるように
なる。

【００４５】次に、記録時および再生時の動作について
説明する。本実施例の記録・再生動作は上述の第１の実
施例の場合と同様のものである。記録を行なう場合に
は、プローブ電極２０５により記録媒体２００を走査し
ながら、記録制御部２２５からの指令によってパルス発
生器２１２により書き込みパルスを発生させ、記録層２
０３に記録信号に応じた電圧を印加する。再生は、プロ
ーブ電極２０５で記録媒体２００を走査しながら、プロ
ーブ電極２０５に流れるトンネル電流を電流電圧変換ア
ンプ２０７で検出し、高域通過フィルタ２０８によって
高域周波数成分すなわちデータ情報成分を抽出し、コン
パレータ２０９によってスレッショホルド電圧と比較し
２値化することによって行なわれる。

【００４６】次に、プローブ電極２０５の２次元的走査
と面内方向の位置制御について説明する。まず、マルチ
プローブヘッド２５０と記録媒体２００との相対的に大
まかな位置の制御について説明する。

【００４７】最初に、各検出電極２１３によって静電容
量が検出できる程度にまで、マルチプローブヘッド２５
０と記録媒体２００との距離を接近させる。そして、粗
動機構２２６により、記録媒体２００をＸ方向に振動さ
せ、図６で示す１列目のカンチレバー２０６に対応する
検出電極２１３の全てから静電容量変化の負のピークが
検出される位置を探索し、この位置から数μｍ手前の位
置で記録媒体２００を停止させる（図７(A)）。トラッ
ク溝２０４および検出電極２１３は、いずれも行方向す
なわちＹ方向に延びた構成であるから、Ｘ方向への記憶
媒体２００の移動だけでこの作業は終了する。この動作
を行なうことにより、Ｘ方向についての大まかな位置合
わせが完了する。

【００４８】次に、粗動機構２２６により記録媒体２０
０をＹ方向に振動させ、図６で示す１行目のカンチレバ
ー２０６に対応する検出電極２１３の全てから静電容量
変化の負のピークが検出される位置を探索し、この位置
から数μｍ手前の位置で記録媒体２００を停止させる
（図７(B)）。ここまでの動作によって、ＸＹ平面内の
回転成分を除き、各カンチレバー２０６と対応するトラ
ック溝２０４との大まかな位置合わせが完了したことに
なる。

【００４９】そして、粗動機構２２６によって記録媒体
２００を再びＸ方向に振動させ、１行１列目および５行
１列目の各カンチレバー２０６の検出電極２１３で検出
される静電容量変化に関し、それぞれ同時にピークが検
出されるように、粗動機構２２６によって記録媒体２０
０をθ方向に回転させる。以上の動作により、各トラッ
ク溝２０４と各カンチレバー２０６との相対的に大まか
な位置合わせが完了したことになる（図７(C)）。

【００５０】この状態で、マルチプローブヘッド２５０
と記録媒体２００との距離を狭め、それぞれのプローブ
電極２０５からトンネル電流が検出できるようにし、上
述の記録動作、再生動作を行なえばよい。

【００５１】次に、記録媒体２００の面内方向へのプロ
ーブ電極２０５の詳細な位置制御について説明する。こ
の実施例においては、記録媒体２００の面内方向におけ
るプローブ電極２０５の２次元的走査は、相対的に大ま
かな位置合わせの済んだカンチレバー２０６をＸＹステ
ージ２０１でＸＹ各方向に駆動することによって行なわ
れる。本実施例では、上述の第１の実施例と異なってＸ
Ｙステージ２０１がカンチレバー２０６側に設けられて
いるが、その位置制御の基本的動作は、第１の実施例の
場合と同様である。ここでＸ方向の往復の走査のうち、
往方向の走査のときに記録や再生が行なわれるものとす
る。まず、記録媒体２００のエッジ部分を検出する動作
について説明する。

【００５２】電流電圧変換アンプ２０７からトンネル電
流値に対応する電圧信号が出力され、この電圧信号はエ
ッジ検出用コンパレータ２１０に入力する。もしプロー
ブ電極２０５が記録媒体２００のエッジ部分にさしかか
った場合には、トンネル電流に対応する前記電圧信号も
急激に減少するので、エッジ検出用コンパレータ２１０
は、スレッショホルド電圧である基準電圧ＶＢ２との比
較によって、プローブ電極２０５がエッジ位置にきたこ
とを検出し、エッジ検出信号を出力する。

【００５３】記録・再生時にエッジ検出信号が発生した
場合、ステータス信号が"１"であるのでアンド回路２３
１の出力が"１"となり、アップダウンカウンタ２２０は
強制的にアップカウンタ動作に切り替わり、そして一定
カウント値までカウントアップしたら、アップダウンカ
ウンタ２２０はダウンカウンタ動作に切り替わる。なお
このアップダウンカウンタ２２０は、トラッキング制御
部２１９からの信号によってもアップ／ダウンが制御さ
れる。

【００５４】アップダウンカウンタ２２０のカウント出
力は、Ｄ／Ａ変換器２２１によりアナログ信号に変換さ
れ、これによってＸＹステージ２０１がＸ方向にΔＸだ
け駆動される。さらに、Ｄ／Ａ変換器２２１の出力は可
変抵抗ＶＲ１を介して、抵抗Ｒ１を経て入力するウォブ
リング信号と合成される。この合成信号によってＸＹス
テージ２２１がＹ方向にΔＹだけ駆動される。以上の動
作により、図３に示すように、プローブ電極２０５が２
次元的に駆動され、２次元走査が行なわれる。この走査
方位は、走査方位制御信号によって可変抵抗ＶＲ１を変
化させ、ΔＸ／ΔＹの駆動比を変えることによって行な
われる。記録ビット列上を適正になぞるような走査方位
の検出は、ウォブリング電圧をΔＹ駆動し、このときの
トンネル電流（電圧）信号のエンベロープ信号をモニタ
すればよい。

【００５５】なお、プローブ電極２０５がトラック溝２
０４にさしかかった場合にもエッジ検出信号が出力され
るが、このときはステータス信号は"０"となっているの
で、トラック溝２０４に由来するエッジ検出信号が発生
してもアップダウンカウンタ２２０が強制的にアップカ
ウンタ動作に遷移することはなく、結局、トラック溝２
０４の存在によって走査方向が変わることはない。

【００５６】本実施例では、相対的に大まかな位置合わ
せに用いるトラックパターンと相対的に詳細な位置合わ
せに用いるトラッキングパターンをいずれもトラック溝
２０４として兼用しているので、記録媒体作成時の工程
数を減らすことが可能となる。もちろん、相対的に大ま
かな位置合わせに使用するトラッキングパターンと相対
的に詳細な位置制御に使用するトラッキングパターンを
記録媒体上に別々に設けることも可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、圧電バイ
モルフの記録媒体側の面に形成された静電容量検出専用
の電極と、この静電容量検出専用の電極と記録媒体間の
静電容量値を検出する静電容量検出手段とを設けること
により、静電容量検出専用の電極と記録媒体との静電容
量値およびその変化に基づいてプローブと記録媒体との
相対位置制御を行なうことが可能となって、記録媒体
への記録変調方式への制限がなくなり、転送速度の向上
を図ることが可能となり、また機械系の加工精度に対
する要求を下げることができ、コストを押えられ、大量
生産が容易に行なえるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の情報処理装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】図１の装置におけるカンチレバーの正面図であ
る。

【図３】エリア走査を説明する図である。

【図４】本発明の第２の実施例の情報処理装置の構成を
示すブロック図である。

【図５】図４の装置におけるカンチレバーの正面図であ
る。

【図６】図４の装置におけるマルチプローブヘッド上の
カンチレバーの配置を説明する図である。

【図７】(A)〜(C)は図４の装置におけるマルチプローブ
ヘッドとトラック溝との相対位置関係を示す模式図であ
る。

【図８】記録媒体とプローブが相対的に移動したときの
静電容量の変化を示す特性図である。

【符号の説明】

１００,２００記録媒体１０１,２０１ＸＹステージ１０２,２０２下部電極層１０３,２０３記録層１０４,２０４トラック溝１０５,２０５プローブ電極１０６,２０６カンチレバー１０７,２０７電流電圧変換アンプ１０８,２０８高域通過フィルタ１０９,２０９コンパレータ１１０,２１０エッジ検出用コンパレータ１１１,２１１データ変復調器１１２,２１２パルス発生器１１３,２１３検出電極１１４,２１４静電容量検出回路１１５,２１７誤差増幅器１１７,２２９駆動電極１１８,２１９トラッキング制御部１１９,２２０アップダウンカウンタ１２０,２２１Ｄ／Ａ変換器１２１,２２２ガラス基板１２４,２２５記録制御部２１５演算回路２１６低域通過フィルタ２１８サンプルホールド回路２２６粗動機構２２７アンプ２５０マルチプローブヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者畑中勝則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 (56)参考文献特開平６−76373（ＪＰ，Ａ) 特開平５−109131（ＪＰ，Ａ) 特開平５−250734（ＪＰ，Ａ) 特開平２−123541（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 9/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録媒体に対向するプローブと、前記記
録媒体と前記プローブ間に電圧を印加する電圧印加手段
と、前記記録媒体と前記プローブを相対的に移動させる
少なくとも一つの移動手段と、前記移動手段による移動
を制御する移動制御手段とを有する情報処理装置におい
て、前記記録媒体に対向し前記プローブを支持する圧電バイ
モルフと、前記圧電バイモルフの前記記録媒体側の面に設けられた
駆動電極及び静電容量検出専用の電極と、前記静電容量検出専用の電極と前記記録媒体間の静電容
量値を検出する静電容量検出手段と、を備え、前記移動制御手段は、前記静電容量検出手段の出力に基
づいて、前記プローブと前記記録媒体の相対位置を制御
することを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】前記プローブ及びそれを支持する圧電バ
イモルフは複数組設けられ、前記静電容量検出専用の電
極は各圧電バイモルフに設けられていることを特徴とす
る請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】前記移動制御手段は、前記プローブと前
記記録媒体間の距離の制御することを特徴とする請求項
１または２に記載の情報処理装置。
【請求項４】前記静電容量検出専用の電極大きさが、
前記記録媒体上の記録ビット１個の大きさよりも大きい
ことを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
【請求項５】前記移動制御手段は、前記記録媒体の面
内方向への前記プローブと前記記録媒体間の相対位置を
制御することを特徴とする請求項１または２に記載の情
報処理装置。
【請求項６】前記記録媒体にトラッキングパターンが
形成されていることを特徴とする請求項５に記載の情報
処理装置。
【請求項７】前記静電容量検出専用の電極が前記トラ
ッキングパターンの長手方向に延びた形状であることを
特徴とする請求項６に記載の情報処理装置。