JPH0981977A

JPH0981977A - 記録再生装置

Info

Publication number: JPH0981977A
Application number: JP8052363A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takeda; 俊彦武田; Susumu Yasuda; 進安田; Akira Kuroda; 亮黒田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-03-28
Also published as: DE69608180D1; EP0753824B1; DE69608180T2; US5751684A; EP0753824A1

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、プローブ先端と記録面との間隔がプ
ローブごとに異なっていても、あるいは装置の使用環境
変化によりその間隔が変化しても、個々のプローブに対
する複雑なしきい値制御や間隔制御を行わず、かつ２値
化処理時のしきい値を変化させずに、正確なビット認識
を実現できる信号処理手段を有す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、記録ビッ
トが形成された記録媒体の記録面にプローブを走査し、
該プローブを介して検出した信号を予め設定したしきい
値と比較することにより記録ビットの検出を行う記録再
生装置において、前記プローブによりビット部以外の記
録面で検出された信号強度に基づいて、しきい値を設定
し、ビット再生中の任意の時刻におけるビット部で検出
された信号強度を該しきい値により２値化処理すること
により記録ビットの検出を行う信号処理手段を有してい
ることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡の原理を用いて情報の記録及び再生をする記録再生
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、米国特許第４３４３９９３号明細
書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、絶縁物質の
表面をＳＴＭと同様の分解能の観察可能な原子間力顕微
鏡（以下ＡＦＭと略す）も開発された（米国特許第４７
２４３１８号明細書）。そこで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
て、記録媒体に対してプローブを原子・分子スケールで
アクセスして、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（特開昭６３
−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公
報）。記録再生装置は、記録面に近接させたプローブ先
端と記録面との間の相互作用の大きさと予め設定してお
いたしきい値とを比較しするしきい値処理によりビット
検出を行う方法が考えられる。例えば、ビット部とビッ
ト部以外で導電率に違いがある場合、ビットを再生する
ためには、導電性を有するプローブと、記録媒体間に電
圧を印加しながらプローブを記録面上を走査した際にプ
ローブに流れた微小な電流（例えばトンネル電流）の値
と、しきい値とを比較することにより行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな記録再生装置においては、つぎのようにビットとビ
ット以外の誤認を生じるという問題があった。すなわ
ち、上記プローブ先端と記録面との相互作用の大きさ
は、一般に両者の間隔のわずかな変化で大きく変化す
る。従って、記録再生装置を使用する環境（温度、湿度
等）の違いによりプローブ先端と記録面との間隔が変化
した場合、その変化量の大きさいかんによってはしきい
値処理がうまく機能せず、ビット以外をビットと認識す
るといった誤認の問題があった。このようなビットの誤
認が生じる状態を図６を用いて説明する。ある環境（以
下、環境１と呼ぶ）下で２つのビット（以下、ビット列
１と呼ぶ）中心を結んだ直線上をプローブを走査させ、
ビット検出を行ったとする。この際、プローブが検出し
たプローブ先端と記録面との相互作用の大きさ（Ｉ）の
分布が図６（ａ）の様になったとする。なお、ｘｌとｘ
２は記録面上のビットの中心位置のｘ座標値とする。し
きい値の大きさを図６（ａ）のＩｔｈ（破線部）に設定
して相互作用の大きさＩを２値化処理すれば、２つのビ
ットのみ認識でき、ビットの誤認は生じていない（図６
（ｂ）参照）。しかし、プローブ先端と記録面との間隔
が前記環境１の場合よりも小さくなった環境下で、ビッ
ト列１の再生する場合を想定する。この場合、プローブ
先端と記録面間の相互作用の大きさが、環境１の場合よ
り全体的に大きくなる。極端な場合、その相互作用の大
きさがビット領域以外でもしきい値Ｉｔｈに近い大きさ
になる場合がある（図６（ｃ）参照）。この状態で２値
化処理を実行すると、ビット領域以外もビットと認識す
るビットの誤認（図６（ｄ）参照）が生じる場合があ
る。一方、プローブ先端と記録面との間隔が前記環境１
の場合よりも大きくなった環境下で、ビット列１の再生
する場合を想定する。この場合、プローブ先端と記録面
間の相互作用の大きさが、環境１の場合より全体的に小
さくなる。極端な場合、その相互作用の大きさがビット
部でもしきい値Ｉｔｈより小さくなる場合がある（図６
（ｅ）参照）。この状態で２値化処理を実行すると、ビ
ットの認識ができない場合（図６（ｆ）参照）がある。
記録面とプローブ先端間の間隔の変化は上述したような
場合だけではない。例えば、プローブ先端に物質の付着
（例えば記録媒体自身）してしまい、その結果、記録面
とプローブ先端間の距離が変化する場合がある。このよ
うなビットの誤認の回避は、ビット再生のたびに変化す
るプローブ先端と記録面との間隔に応じてしきい値を制
御させたり、その間隔を所望の大きさに制御することで
原理的には可能である。しかし、記録再生装置に高速再
生、並列再生を実現させるために、複数のプローブを用
いる場合がある。このように複数のプローブを用いる場
合、個々のプローブ先端と記録面との間隔は一般にすべ
て同じにならない。このような場合、正確なビット認識
を実現するために、しきい値制御や間隔制御を一つの制
御用コンピュータにより、一つ一つのプローブに対して
行う事がある。しかし、この場合、その制御が複雑にな
り、また多くの時間を要する。その結果、全再生時間も
長くしてしまう問題が生じる事があった。一方、間隔制
御を実行すると必然的に装置に消費電力が大きくなる問
題が生じる事があった。また制御用コンピュータを増や
すと装置の体積が大きくなり、同時に消費電力も大きく
なる問題が生じる場合があった。

【０００４】そこで本発明は、上記した従来の問題を解
決し、プローブ先端と記録面との間隔がプローブごとに
異なっていても、あるいは装置の使用環境変化によりそ
の間隔が変化しても、個々のプローブに対する複雑なし
きい値制御や間隔制御を行わず、かつ２値化処理時のし
きい値を変化させずに、正確なビット認識を実現できる
信号処理手段を有す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
成するために、ビット再成中の任意の時刻において検出
された新たな信号強度に対し、しきい値を設定して２値
化処理により記録ビットの検出を行うようにしたもので
ある。すなわち、本発明は、記録ビットが形成された記
録媒体の記録面にプローブを走査し、該プローブを介し
て検出した信号を予め設定したしきい値と比較すること
により記録ビットの検出を行う記録再生装置において、
前記プローブによりビット部以外の記録面で検出された
信号強度に基づいて、しきい値を設定し、ビット再生中
の任意の時刻におけるビット部で検出された信号強度を
該しきい値により２値化処理することにより記録ビット
の検出を行う信号処理手段を有していることを特徴とし
ている。本発明においては、前記信号処理は、前記ビッ
ト再生中の任意の時刻におけるビット部で検出された信
号強度と、前記ビット部以外の記録面で検出された信号
強度との比を新たな信号強度とし、これに対するしきい
値を設定することにより行うことができ、また、それを
前記ビット部以外の記録面で検出された信号強度の定数
倍をしきい値に設定し、前記ビット再生中の任意の時刻
におけるビット部で検出された信号強度を該しきい値に
より２値化処理することにより行うことができる。ま
た、本発明においては、前記信号処理は、前記プローブ
により前記ビット部で検出された信号強度が前記ビット
部以外の記録面で検出された信号強度より大きい場合、
前記ビット部以外の記録面で検出された信号強度の最大
値から、またこれとは逆に、前記プローブにより前記ビ
ット部で検出された信号強度が前記ビット部以外の記録
面で検出された信号強度より小さい場合、前記ビット部
以外の記録面で検出された信号強度の最小値から、しき
い値を設定することにより行うようにすることもでき
る。また、その前記信号処理は、前記ビット部以外の記
録面で検出された信号強度の平均値からしきい値を設定
することにより行ってもよい。また、それを前記ビット
部以外の記録面で検出された信号強度の中間値からしき
い値を設定するることにより行ってもよく、また、それ
を前記ビット再生中に繰り返し、しきい値の再設定を行
い、該再設定しきい値に基づき、前記２値化処理を行う
ようにしてもよい。本発明において、前記複数個のプロ
ーブは、その個々のプローブがそれぞれのカンチレバー
の自由端に固定され、これらのカンチレバーは、一つの
カンチレバー支持体に支持し、そのカンチレバーの固定
端は、前記記録面に平行な平面上に２次元的に配列され
るように構成うることができる。また、本発明において
は、前記プローブと前記記録媒体が、導電性を有する材
料で構成し、前記プローブと前記記録面間において該プ
ローブを介して検出される信号として、前記プローブと
前記記録面間に流れる電流、例えばトンネル電流を検出
するようにしてもよく、また、それを静電力を検出する
ようにしたもよく、さらには原子間力を検出するように
してもよい。そして、また本発明においては、前記プ
ローブと前記記録媒体が、磁化された磁性材料から構成
され、前記プローブと前記記録面間において該プローブ
を介して磁気力を検出するようにしてもよい。また、前
記記録媒体を、導電性の電極と該電極上に形成されたＬ
Ｂ膜から構成し、前記記録面を該ＬＢ膜で形成すること
もでき、その記録面を、金で構成さすることもできる。
さらに、前記プローブを、先端部以外は金属材料でコー
トされた光ファイバーで形成し、前記プローブと前記記
録面間において該プローブを介してエバネッセント光を
検出するようにしてもよい。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、上記したようにビット
再成中の任意の時刻において検出された新たな信号強度
に対し、しきい値を設定して２値化処理により記録ビッ
トの検出を行うようにしたものであるから、個々のプロ
ーブに対する複雑なしきい値制御や間隔制御を行わず、
かつ２値化処理時のしきい値を変化させずに、正確なビ
ット認識を実現できるものである。つぎに、本発明の信
号処理について説明する。本発明に関する記録再生装置
は、複数個のプローブを有しており、個々のプローブは
番号ｐ（ｐ＝１、２、・・・、記録再生装置内にあるプ
ローブの最大個数）で互いに区別及び指定できる。そし
て個々のプローブはカンチレバーの自由端に固定され、
複数個のカンチレバーは同一のカンチレバー支持体に固
定されている。本発明の信号処理について、一例とし
て、ビット再生時にプローブが検出する記録面の状態を
反映する信号が、ビット部で検出した信号強度の方がビ
ット部以外の記録面で検出した信号強度より相対的に大
きい場合について説明する。ビット再生の開始時刻ｔ＝
１から時刻ｔ＝ｍ（ｍ＞１）までの間、プローブ先端は
ビット部以外の記録面に対向しており、該時刻ｔ＝１か
ら時刻ｔ＝ｍまでの間に、番号ｐのプローブにより検出
された記録面の状態を反映する信号強度の中で最大の信
号強度Ｉｐ（ｍａｘ）と、ビット再生中の任意の時刻ｔ
＝ｎ（ｎ≧ｍ）で番号ｐのプローブにより検出された、
記録面の状態を反映する信号強度Ｉｐ（ｎ）との比Ｉｐ（ｎ）／Ｉｐ（ｍａｘ）≡Ｊｐ（ｎ）・・・（１）を時刻ｔ＝ｎでの新たな信号強度とし、この新たに形成
された信号に対して、しきい値（例えば１）を設けて２
値化処理を行い、記録面に記録されたビットの検出を行
う。本発明においては、この信号処理を、前記記録面の
状態を反映する信号を検出している上記した番号ｐだけ
でなく、それ以外のすべての番号のプローブに対しても
個々に行う。

【０００７】以下、本発明に関する信号処理の具体例を
第１図を用いて説明する。ある装置使用環境下（以下、
環境１と呼ぶ）で、カンチレバー支持体と記録面との間
隔ｈを一定に保持して、プローブを記録面上を走査させ
て再生動作を行ったとする。図１（ａ）は、この際、あ
る番号（以下、番号ｐとする）のプローブが２つのビッ
ト上及びその近傍を走査した時に、プローブが検出した
記録面の状態を反映する信号強度の時系列パターンの概
念図である。図１（ａ）の横軸ｔはプローブがビット再
生動作を開始してからの時間の経過を示す。ｔ＝１がビ
ット再生開始時刻であり、この時刻ｔ＝１から時刻ｔ＝
５までの間、プローブはビット部以外の記録面上に位置
していたとする。縦軸は各時点でプローブが検出した信
号強度であり、Ｉｐ（ｎ）（ｔ＝１、２、３、・・・、
ｎ）は時刻ｔ＝ｎでプローブが検出した記録面の状態を
反映する信号強度である。例えば、Ｉｐ（１）はｎ＝１
でプローブが検出した信号強度である。Ｉｐ（ｎ）は、
プローブの先端と記録面との間隔ｓと、プローブの先端
が対向している記録媒体の状態φが決まれば、その大き
さは一意的に決まる。記録媒体の状態φは、プローブの
検出する信号が記録媒体−プローブ間に流れるトンネル
電流だとすれば、プローブ先端が対向している記録媒体
のエネルギー障壁である。なお、図１（ａ）では、６≦
ｔ≦８と、１２≦ｔ≦１４の時にのみ、プローブがビッ
ト上を走査しているとする。

【０００８】次に、図１（ａ）に示した信号に対する、
本発明の信号処理の結果を示す。先ず，信号処理に必要
な前記Ｉｐ（ｍａｘ）は、時刻ｔ＝１から時刻ｔ＝４ま
での間に番号ｐのプローブにより検出された記録面の状
態を反映する信号強度の中で最大の信号強度Ｉｐ（ｍａ
ｘ）から決定した。図１（ａ）の場合、Ｉｐ（ｍａｘ）＝Ｉｐ（２）・・・（２）である。該プローブがビット部以外の領域上を走査して
る場合のＩｐ（ｎ）の大きさは一定にならず、揺らいで
いる。しかし、Ｉｐ（ｎ）はある最大値（ビット部での
信号強度よりは小さい）を越える事はない。その最大値
は、ビットを形成する前の記録面の状態に記録面の位置
により極端に違いがなければ、上記Ｉｐ（ｍａｘ）とほ
ぼ同じである。次に、上記Ｉｐ（ｍａｘ）を用いて、
（１）式に従って信号処理を行う。その結果を場合分け
をして説明する。《場合１》Ｉｐ（ｍａｘ）の決定後、プローブがビッ
ト部以外の領域上を走査している場合この場合（ｔ＝５、９≦ｔ≦１１、１５≦ｔ≦１
６）、Ｉｐ（ｎ）≦Ｉｐ（ｍａｘ）・・・（３）である。従って、Ｊｐ（ｎ）＝Ｉｐ（ｎ）／Ｉｐ（ｍａｘ）≦１・・・（４）《場合２》Ｉｐ（ｍａｘ）の決定後、プローブがビッ
ト部上を走査している場合この場合（６≦ｔ≦８、１２≦ｔ≦１４）、Ｉｐ（ｎ）＞Ｉｐ（ｍａｘ）・・・（５）である。従って、Ｊｐ（ｎ）＝Ｉｐ（ｎ）／Ｉｐ（ｍａｘ）＞１・・・（６）（４）式、（６）式に基づいてＪｐ（ｎ）＝Ｉｐ（ｎ）
／Ｉｐ（ｍａｘ）の具体的な形を図１（ｂ）に示す。図
１（ｂ）に示したような時刻ｔ＝ｎでの新たな信号強度
Ｊｐ（ｎ）に対して、しきい値＝１と設定して２値化処
理を行う。その結果、図１（ｃ）のようなデジタル信号
Ｄｐ（ｎ）が得られ、ビットのみが正確に検出される。

【０００９】上記信号処理を、上記環境１下で記録面の
状態を反映する信号を検出しているすべてのプローブに
対して個々に行う。つまり、任意の番号ｑ（≠ｐ）のプ
ローブが検出する信号Ｉｑ（ｎ）に関しても上記信号処
理を行う。環境１下でのビット再生中の番号ｑのプロー
ブ先端と記録面との間隔は、番号ｐのプローブのそれと
は一般に異なる。しかし、番号ｑのプローブに注目すれ
ば、《場合１》Ｉｑ（ｍａｘ）の決定後、ビット部以外の
領域上をプローブが走査している場合この場合、Ｉｑ（ｎ）≦Ｉｑ（ｍａｘ）・・・（７）である。従って、Ｊｑ（ｎ）＝Ｉｑ（ｎ）／Ｉｑ（ｍａｘ）≦１・・・（８）《場合２》Ｉｑ（ｍａｘ）の決定後、ビット部上をプ
ローブが走査している場合この場合、Ｉｑ（ｎ）＞Ｉｑ（ｍａｘ）・・・（９）である。従って、Ｊｑ（ｎ）＝Ｉｑ（ｎ）／Ｉｑ（ｍａｘ）＞１・・・（１０）すなわち、プローブ先端−記録面との間隔が互いに異な
る複数のプローブを同時に用いてビット再生を行って
も、本発明に関する信号処理を行うと個々のプローブに
対するプローブ−記録面間との間隔制御や、しきい値制
御を行わずに、ビットのみを正しく検出する事ができ
る。別な表現をすれば、本発明に関する信号処理は、プ
ローブ先端と記録面との間隔の大きさに左右されない。
さて、環境１とは異なる環境（以下、環境２と呼ぶ）下
で、前記環境１における再生時に用いたのと同じ装置の
同じプローブを用いて、前記ビットの上及びその近傍を
プローブ−記録面間の間隔を環境１と同じ大きさに保持
しながらプローブを走査した場合を想定する。環境２で
は、個々のプローブに関するプローブ先端−記録面の間
隔が前記環境１とは異なっているとする。この環境２下
でも本発明に関する信号処理を行うと、しきい値を１に
してビット検出を実現する事ができる。それは先に説明
したように本発明に関する信号処理はプローブ先端と記
録面との間隔の大きさに左右されないからである。

【００１０】ここまでは、しきい値を１として２値化処
理を行う例を示したが、記録信号の状態によっては、し
きい値を１より大きい値に設定した方が好ましい場合も
ある。例えば、ビット部近傍の記録面で検出する信号に
スパイクパルス状のノイズがときおり混入するような場
合、しきい値を１に設定したのでは、このようなノイズ
をビットと誤認してしまうことがある。このような場合
は、しきい値を３、１０、３０、１００等適切な値に設
定すればよい。しきい値を大きく設定すればするほど、
ビットの誤認、すなわち、ビットでない部分をビットで
あると判断してしまう可能性は低くなる。しかしなが
ら、逆に、本来ビットである部分をビットでないと判断
してしまう可能性が高くなる。これらを考慮し、しきい
値を決定すればよい。

【００１１】しきい値処理する信号として上記（１）式
の形に限定されず、（１）式に更に処理を施した信号に
対してしきい値処理を行ってもかまわない。例えば、プ
ローブ先端と記録面との間隔のわずかな変化が、Ｉ
（ｎ）の大きさの桁の変化に対応する場合（例えば、ト
ンネル電流）、Ｊ（ｎ）の対数（ｌｎＪ（ｎ））に対し
てしきい値を設定してビット検出を行ってもかまわな
い。この場合も、プローブ先端と記録面との間隔が、記
録再生装置内のプローブごとに異なっていたとしても、
あるいは装置使用環境変化した事によりその間隔が変化
したとしても、《場合１》ビット部以外の領域上をプローブが走査し
ている場合この場合、（４）式よりｌｎＪｐ（ｎ）＝ｌｎ（Ｉｐ（ｎ）／Ｉｐ（ｍａｘ）） ≦０・・・（１１）となる。《場合２》ビット部上をプローブが走査している場合この場合、（６）式より、ｌｎＪｐ（ｎ）＝ｌｎ（Ｉｐ（ｎ）／Ｉｐ（ｍａｘ））＞０・・・（１２）となる。従って、ｌｎＪ（ｎ）に対してしきい値処理を
行う場合、そのしきい値を０に設定することにより、ビ
ット部のみを検出できる。なお、（１１）式、（１２）
式はプローブ−記録面の間隔がビット再生のたびに変化
しても成り立つ。以上説明した様に本発明による信号処
理を行うと、ビット再生の度にプローブが検出する信号
強度が全体的に変化したとしても、２値化処理を行う直
前の信号は、ビット部以外の信号強度はあたかも１（あ
るいは０）にする事ができる。従って、ビット再生の度
にプローブが検出する信号強度が変化したとしても、し
きい値の大きさを１（あるいは０）に設定しておく事に
より、２値化処理の結果を同じにする事ができる。その
結果、ビットの誤認を回避することができる。なお、上
記説明では、Ｉｐ（ｍａｘ）の決定には、ｔ＝１からｔ
＝４の間でプローブが検出した信号に基づいて決定した
が、これに限定されない。例えば、ｔ＝１から最初のビ
ットに遭遇するまでの時間内により多くＩｐ（ｎ）を検
出していればより多くのデータに基づいてＩｐ（ｍａ
ｘ）を決定してもかまわない。

【００１２】具体的方法として、第１に、ビット部分以
外の記録面で検出した信号強度の平均値からＩｐ（ｍａ
ｘ）を決定する方法が挙げられる。これは、例えば、ビ
ット再生の開始時刻ｔ＝１から時刻ｔ＝ｍ（ｍ＞１）の
間の検出信号強度の平均値をＩｐ（ｍａｘ）として用いるものである。この処理に
より、ｔ＝１からｔ＝ｍの間の検出信号に大きなノイズ
が突発的に混入した場合でもＩｐ（ｍａｘ）に与える影
響を少なくすることができる。

【００１３】Ｉｐ（ｍａｘ）決定の第２の具体的方法と
して、ビット部分以外の記録面で検出した信号強度の中
間値からＩｐ（ｍａｘ）を決定する方法が挙げられる。
これは、例えば、ビット再生の開始時刻ｔ＝１から時刻
ｔ＝ｍ（ｍ＞１）の間の検出信号を強度の大きさ順に並
べ替え、この順番の中間に位置する信号値、すなわち中
間値をＩｐ（ｍａｘ）として用いるものである。この処
理により、ｔ＝１からｔ＝ｍの間の検出信号に大きなノ
イズが突発的に混入した場合でもＩｐ（ｍａｘ）に与え
る影響を第１の平均値を用いる方法に比べてより少なく
することができる。

【００１４】ここまでは、ビット再生前にいったん設定
したＩｐ（ｍａｘ）を変化させないで以後の２値化処理
を行う例を示した。しかしながら、実際の記録再生装置
では、ビット再生中にプローブ先端と記録面間隔が変化
したり、プローブ先端た物質の付着・脱離が起こったり
して、時々信号強度が変化してしまうような場合が起こ
る。したがって、ビット再生中にも定期的にビット部以
外の記録面で信号を検出し、Ｉｐ（ｍａｘ）の再設定を
繰り返して行うことが望ましい。これにより、時々信号
強度が変化する場合でも正しくビット再生を行うことが
可能となる。

【００１５】また、ここまでは、Ｉｐ（ｎ）とＩｐ（ｍ
ａｘ）の比［式（１）参照］を新たな信号強度として、
２値化処理を行う例を示した。しかしながら、これでは
信号状態により、Ｉｐ（ｍａｘ）がＩｐ（ｎ）に比べ、
非常に小さい場合、比の値が不正確になってしまう可能
性がある。そこで、式（１）をしきい値と比較する代わ
りに、Ａ・Ｉｐ（ｍａｘ）［ここで、Ａは定数］をしき
い値とし、このしきい値を用いて、Ｉｐ（ｎ）を２値化
処理を行い、記録面に記録されたビットの検出を行うよ
うにすればよい。

【００１６】ここで、定数Ａは式（１）を２値化処理す
る際のしきい値に対応する設定値である。例えばＡ＝
１，３，１０，３０，１００とすると、式（１）に対し
てしきい値を１，３，１０，３０，１００とした場合と
２値化処理に関して実質的に同等であるが除算処理を行
う必要がなくなり、Ｉｐ（ｍａｘ）の値が小さい場合で
も処理が不正確になる可能性がなくなった。

【００１７】また、ビット再生時にプローブが検出した
記録面の状態を反映する信号が、ビット部で検出した信
号強度の方がビット部以外の記録面で検出した信号強度
より相対的に小さい場合は、前記時刻ｔ＝１から時刻ｔ
＝ｍまでの間に番号ｐのプローブにより検出された記録
面の状態を反映する信号強度の中で最小の信号強度Ｉｐ
（ｍｉｎ）と、ビット再生中の任意の時刻ｔ＝ｎ（ｎ≧
ｍ）で番号ｐのプローブにより検出された記録面の状態
を反映する信号強度Ｉｐ（ｎ）との比Ｉｐ（ｎ）／Ｉｐ（ｍｉｎ）・・・（１３）を時刻ｔ＝ｎでの新たな信号強度とし、該信号に対して
しきい値を設けて２値化処理を行えばよい。なぜなら
ば、この場合に番号ｐのプローブがビット部とビット部
以外とで検出した信号強度の相対的な大小関係が、先に
（１）式を用いて本発明に関する信号処理を説明した場
合と逆だからである。この場合も該プローブがビット部
以外の領域上を走査してる際のＩｐ（ｎ）の大きさは一
定にならず揺らいでいる。しかしＩｐ（ｎ）はある最小
値（ビット部での信号強度よりは大きい）より小さくな
ることはない。その最小値は、ビットを形成する前の記
録面の状態に記録面の位置により極端に違いがなけれ
ば、上記Ｉｐ（ｍｉｎ）とほぼ同じである。（１３）式
に従って信号処理を行った結果を、場合分けをして示
す。《場合１》Ｉｐ（ｍｉｎ）の決定後、ビット部以外の
領域上をプロープが走査している場合この場合、Ｉｐ（ｎ）≧Ｉｐ（ｍｉｎ）・・・（１４）である。従って、Ｊｐ（ｎ）＝Ｉｐ（ｎ）／Ｉｐ（ｍｉｎ）≧１・・・（１５）《場合２》Ｉｐ（ｍｉｎ）の決定後、ビット部上をプ
ローブが走査している場合この場合、Ｉｐ（ｎ）＜Ｉｐ（ｍｉｎ）・・・（１６）である。従って、Ｊｐ（ｎ）＝Ｉｐ（ｎ）／Ｉｐ（ｍｉｎ）＜１・・・（１７）（１５）、（１７）式から明らかなように、しきい値＝
１に設定して２値化処理を行えばビットのみが正確に検
出される。一方、本発明に関する信号処理手段に入力さ
れる信号は、プローブと記録媒体間の相互作用の大きさ
の記録面内の分布を反映した信号であれば良い。例え
ば、前記相互作用としてトンネル電流、原子間力、磁気
力、エバネッセント光等をあげることができる。一方、
記録媒体に関する制限は特にない。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。［実施例１］本実施例では本発明に関する信号処理手段
を具備した記録再生装置を用いて、ビット検出を行っ
た。本実施例で用いた記録再生装置の構成を図２、及び
図３を用いて説明する。図２において、１は導電性を有
するプローブであり、本実施例の記録再生装置は１００
個のプローブを有する（図２では３個のみ図示）。個々
のプローブ１はカンチレバー２の自由端に固定されてい
る。そして個々のカンチレバー２はカンチレバーの支持
体３に２次元的に配列、固定されている。前記プローブ
１、カンチレバー２、カンチレバー支持体３は、公知の
マイクロメカニクスと呼ばれている微細加工技術と、Ｌ
ＳＩ等を作成する際のマイクロエレクトロニクス技術を
用いて作成した（例えば、Ｐｅｔｅｒｓｅｎ，Ｐｒｏ
ｃ．ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．７０，ｐ．４２０，（１９８
２）、特開昭６２−２８１１３８号公報、特開平１−１
９６７５１号公報参照）。４は記録媒体であり、記録層
５、電極６、基板７より構成されている。本実施例では
基板７として石英ガラス基板を用いた。電極６は基板７
上に真空蒸着法により作成した厚さ１０００オングスト
ロームのＡｕである。また記録層５の構成材料としてス
クアリリウム−ビス−６−オクチルアズレン（ＳＯＡ
Ｚ）を用い、ＬＢ法によりＳＯＡＺの単分子膜を２層、
電極６上に積層して作成した（特開昭６３−１６１５５
２号公報参照）。

【００１９】記録層５の記録面８はプローブ１の先端に
対向して記録装置内で配置されている。そして、個々の
カンチレバー２の固定端９は記録面８に平行な平面内に
存在している。１０は記録層５へのビット形成時及びビ
ット再生時にプローブ−電極間に電圧を印加する電圧印
加手段である。１１はビット再生時にプローブが検出す
るプローブ−記録媒体間の相互作用の大きさを電気信号
に変換する信号検出手段である。１２は本発明に関する
信号処理手段である。１３はカンチレバー支持体３を記
録面８に対して駆動させるカンチレバー支持体駆動機構
である。１４は記録媒体４を駆動する記録媒体駆動機構
である。駆動機構１３、１４はそれぞれ駆動回路１５、
１６からの信号により駆動される。以下に述べるように
記録及び再生動作時には、前記カンチレバー支持体駆動
機構１３と記録媒体駆動機構１４を駆動させて、プロー
ブと記録媒体を相対的に移動させる。１７はコンピュー
タであり、記録再生装置を制御している。該コンビュー
タ１７は本実施例の記録再生装置内にある１００個のプ
ローブに１から１００の番号をわりあてて、認識、識別
している。

【００２０】次にＳＯＡＺ単分子累積膜からなる記録層
５への記録再生動作について説明する。本実施例では記
録層５へのビット形成（記録動作）を以下の方法により
行った。カンチレバー支持体３と記録面８を互いに接近
させる事により、複数個のプローブ１を記録面８に極め
て近接させる。この状態で両者を相対的に走査する。そ
して記録面８の所望の位置で、プローブ１を＋側、電極
６を−側にして、図３に示すような電圧を電圧印加手段
１０によりプローブ１と電極６の間に印加する。該電圧
印加後、プローブ１に対向した記録層５の微小領域の導
電率は増大し、かつその状態は保存される。以上の方法
によりビットを形成する。本実施例では本発明の信号処
理により正確なビット検出できることを簡単に確認する
ため、各プローブに５個のビットを記録面に形成させ
た。本実施例では、記録媒体に記録されたビットの再生
を以下の方法により行った。電圧印加手段１０により＋
１．５Ｖの電圧印加されたプローブを記録面８に近接さ
せた状態でプローブと記録面とを相対的に走査する。該
走査中、カンチレバー支持体３と記録面８との間隔は一
定に保持される。そして、該走査中にプローブに流れた
微小電流は、信号検出手段１１により計測される。信号
検出手段１１が計測した信号は、本発明に関する信号処
理手段１２に入力される。信号処理手段１２は入力され
た信号に対して本発明に関する信号処理を施して、ビッ
ト検出を行う。本実施例では、各プローブに各プローブ
が形成した前記ビットを再生させることを試みた。

【００２１】図４（ａ）は、番号１のプローブが記録面
８に形成されたビット列の再生時に、該プローブに流れ
た電流（すなわち信号検出手段１１の出力）の時系列パ
ターンである。横軸ｔはビット再生を開始してからの時
間であり、ｔ＝１がビット再生動作開始時刻である。縦
軸Ｉ（ｎ）は信号検出手段１１の出力信号である。図４
（ａ）に示した信号に対して本発明に関する信号処理を
行った。まず、時刻ｔ＝１から時刻ｔ＝ｔ₀の間に番号
１のプローブが検出した信号の中で最大の信号Ｉ₁（ｍ
ａｘ）を検出する。次に、前記（１）式で示した信号処
理を行った。その結果を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）
の信号に対して、しきい値の大きさを１に設定して２値
化処理を行い、デジタル信号Ｄ₁（ｎ）を得た。その結
果を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）から明らかなよう
に、番号１のプローブは、番号１のプローブが形成した
５つのビットを正確に検出することができた。上記番号
１のプローブだけでなく、他の番号のプローブに流れた
電流に対しても本発明に関する信号処理を行い、ビット
再生を行った。一例として、図５（ａ）に番号５０のプ
ローブが記録面８に形成されたビット列の再生時に該プ
ローブに流れた電流（すなわち信号検出手段１１の出
力）の時系列パターンを示す。横軸ｔはビット再生を開
始してからの時間であり、ｔ＝１がビット再生開始時刻
である。縦軸Ｉ₅₀（ｎ）は信号検出手段１１の出力信号
である。

【００２２】図５（ａ）と図４（ａ）を比較すると明ら
かな様に、番号５０のプローブ先端と記録面との間隔
は、番号１のプローブのそれより小さかった。図５
（ａ）に示した信号に対しても、本発明に関する信号処
理を行った。まず、時刻ｔ＝１から時刻ｔ＝ｔ₀の間に
番号５０のプローブが検出した信号の中で最大の信号Ｉ
₅₀（ｍａｘ）を検出する。次に、前記（１）式で示した
信号処理を行った結果を図５（ｂ）に示す。そして図５
（ｂ）の信号に対しても、しきい値を１に設定して２値
化処理を行いデジタル信号Ｄ₅₀（ｎ）を得た。その結果
を図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）から明らかなように、
番号５０のプローブは、番号５０のプロブが形成した５
つのビットを正確に検出することができた。他の番号の
プローブに関しても同様の信号処理を行いビット検出を
行った結果、しきい値を１に設定することで正確なビッ
ト検出をする事ができた。以上述べたようにプローブ先
端と記録面との間隔が互いに異なる複数個のプローブを
用いてビット再生を行った場合、各プローブが検出する
信号強度が異なっていたにもかかわらず本発明による信
号処理を行うことにより、ビットの誤認やビットの認識
漏れを回避することができた。

【００２３】（比較例１）実施例１における再生動作を
行っている際、信号検出手段１１の出力を２分して一方
の出力を信号処理手段１２へ入力した（この結果は実施
例１に示した）。もう一方の出力に対しては本発明に関
する信号処理を施さずに直接２値化処理を行った。番号
１のプローブに流れた電流に対して、しきい値の大きさ
を図４（ａ）に示したｃに設定して図４（ａ）に示した
信号に対して２値化処理を行った。その結果は図４
（ｃ）と同じになった。番号５０のプローブに流れた電
流に対しても、しきい値の大きさをｃに設定して、図５
（ａ）に示した信号に対して２値化処理を行った。その
結果は図５（ｄ）のようになり、ビット以外の領域もビ
ットと誤認していた。

【００２４】［実施例２］本実施例では実施例１と同じ
記録再生装置を用いた。そして実施例１の再生動作を行
った室温よりも高温の環境下で、実施例１と同じビット
の再生を実施例１と同じ信号処理を用いて行った。再生
動作時の室温が異なるので当然個々のプローブのプロー
ブ先端−記録面の間隔は実施例１の場合と異なってい
る。しかし、ビット再生の結果、ビットの誤認やビット
の認識漏れを回避していることが確認できた。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以上の構成により、複数のプ
ローブを用いる記録再生装置において、プローブ先端と
記録面との間隔がプローブごとに異なっていても、ある
いは装置の使用環境変化によりその間隔が変化しても、
個々のプローブに対する複雑なしきい値制御や間隔制御
を行わず、かつ２値化処理時のしきい値を変化させず
に、正確なビット認識を行うことができ、大きな装置を
構成する必要がなく消費電力の少ない記録再生装置を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関する信号処理過程の概念図である。

【図２】実施例１、２で用いた記録再生装置の概略図で
ある。

【図３】ビット形成用の電圧印加パターンを示す図であ
る。

【図４】実施例１における信号処理手段中での信号処理
過程を示す図である。

【図５】実施例１における信号処理手段中での信号処理
過程を示す図である。

【図６】ビット再生時のしきい値処理の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１：プローブ２：カンチレバー３：カンチレバー支持体４：記録媒体５：記録層６：電極７：基板８：記録面９：カンチレバー固定端１０：電圧印加手段１１：信号検出手段１２：信号処理手段１３：カンチレバー支持体駆動機構１４：記録媒体駆動機構１５：支持体駆動回路１６：記録媒体駆動回路１７：コンピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録ビットが形成された記録媒体の記録面
にプローブを走査し、該プローブを介して検出した信号
を予め設定したしきい値と比較することにより記録ビッ
トの検出を行う記録再生装置において、前記プローブによりビット部以外の記録面で検出された
信号強度に基づいて、しきい値を設定し、ビット再生中
の任意の時刻におけるビット部で検出された信号強度を
該しきい値により２値化処理することにより記録ビット
の検出を行う信号処理手段を有していることを特徴とす
る記録再生装置。
【請求項２】前記信号処理は、前記ビット再生中の任意
の時刻におけるビット部で検出された信号強度と、前記
ビット部以外の記録面で検出された信号強度との比を新
たな信号強度とし、これに対するしきい値を設定するも
のであることを特徴とする請求項１に記載の記録再生装
置。
【請求項３】前記信号処理は、前記ビット部以外の記録
面で検出された信号強度の定数倍をしきい値に設定し、
前記ビット再生中の任意の時刻におけるビット部で検出
された信号強度を該しきい値により２値化処理するもの
であることを特徴とする請求項１に記載の記録再生装
置。
【請求項４】前記信号処理は、前記プローブにより前記ビット部で検出された信号強度
が前記ビット部以外の記録面で検出された信号強度より
大きい場合、前記ビット部以外の記録面で検出された信
号強度の最大値から、また、前記プローブにより前記ビット部で検出された信
号強度が前記ビット部以外の記録面で検出された信号強
度より小さい場合、前記ビット部以外の記録面で検出さ
れた信号強度の最小値から、しきい値を設定するものであることを特徴とする請求項
１〜請求項３のいずれか１項に記載の記録再生装置。
【請求項５】前記信号処理は、前記ビット部以外の記録
面で検出された信号強度の平均値からしきい値を設定す
るものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のい
ずれか１項に記載の記録再生装置。
【請求項６】前記信号処理は、前記ビット部以外の記録
面で検出された信号強度の中間値からしきい値を設定す
るものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のい
ずれか１項に記載の記録再生装置。
【請求項７】前記信号処理は、前記ビット再生中に繰り
返し、しきい値の再設定を行い、該再設定しきい値に基
づき、前記２値化処理を行うものであることを特徴とす
る請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の記録再生
装置。
【請求項８】前記複数個のプローブは、その個々のプロ
ーブがそれぞれのカンチレバーの自由端に固定されてい
ることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項
に記載の記録再生装置。
【請求項９】前記プローブの固定されたそれぞれのカン
チレバーは、一つのカンチレバー支持体に支持されてい
ることを特徴とする請求項８に記載の記録再生装置。
【請求項１０】前記カンチレバーの固定端は、前記記録
面に平行な平面内に配列されていることを特徴とする請
求項９に記載の記録再生装置。
【請求項１１】前記プローブと前記記録媒体が、導電性
を有する材料から構成されていることをことを特徴とす
る請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の記録再
生装置。
【請求項１２】前記プローブと前記記録媒体の記録面間
において該プローブを介して検出される信号が、前記プ
ローブと前記記録面間に流れる電流であることを特徴と
する請求項１１に記載の記録再生装置。
【請求項１３】前記電流が、トンネル電流であることを
特徴とする請求項１２に記載の記録再生装置。
【請求項１４】前記プローブと前記記録媒体の記録面間
において該プローブを介して検出される信号が、前記プ
ローブと前記記録面間の静電力であることを特徴とする
請求項１１に記載の記録再生装置。
【請求項１５】前記プローブと前記記録媒体の記録面間
において該プローブを介して検出される信号が、前記プ
ローブと前記記録面間の原子間力であることを特徴とす
る請求項１１に記載の記録再生装置。
【請求項１６】前記プローブと前記記録媒体が、磁化さ
れた磁性材料から構成され、前記プローブと前記記録媒
体の記録面間において該プローブを介して磁気力を検出
することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか
１項に記載の記録再生装置。
【請求項１７】前記記録媒体が、導電性の電極と該電極
上に形成されたＬＢ膜から構成されており、前記記録媒
体の記録面が該ＬＢ膜で形成されているあることを特徴
とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の記
録再生装置。
【請求項１８】前記記録媒体の記録面が、金から構成さ
れていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいず
れか１項に記載の記録再生装置。
【請求項１９】前記プローブは、先端部以外は金属材料
でコートされた光ファイバーで形成され、前記プローブ
と前記記録媒体の記録面間において該プローブを介して
エバネッセント光を検出することを特徴とする請求項１
〜請求項１０のいずれか１項に記載の記録再生装置。