(57)【要約】【課題】物品の機械的衝撃に対する感度を低減するための装置を提供すること。【解決手段】本装置は、フレームと、変位の第１の軸に沿ってフレームに対して両方向に動くようにフレームに取り付けられた第１および第２の平らな重りと、フレームに固定された第１の支点のまわりに旋回可能な第１のレバーとを含み、このレバーは第１の重りに接続された一方の端部と第２の重りに接続された他方の端部を有し、さらにこの支点はレバーの両端部の間に配置されており、それによって、第１の重りが支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の軸に沿ってフレームに加えられる機械的衝撃に応じて第２の重りが支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられ、その結果、使用中に第１の重りで支えられた物品は衝撃に対して低減された感度を有する。【選択図】図８
2005502006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の機械的衝撃に対する感度を低減するための装置であって、フレームと、変位の第１の軸に沿って前記フレームに対して両方向に動くように前記フレーム内に取り付けられた第１および第２の平らな重りと、前記フレームに固定された第１の支点のまわりに旋回可能な第１のレバーであって、前記第１の重りに接続された一方の端部と前記第２の重りに接続された他方の端部を有する第１のレバーとを含み、前記支点は前記レバーの前記端部の間に配置されており、それによって、前記第１の重りが前記支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の前記軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて、前記第２の重りが前記支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられ、その結果、使用中に前記第１の重りで支えられる物品は衝撃に対して低減された感度を有する装置。
【請求項２】
前記第１および第２の重りが同一平面上にある、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の重りが、前記第２の重りに平行でかつ前記第２の重りから変位した面内に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１および第２の重りが、少なくとも部分的に互いに重なり合う、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第２の重りが、変位の前記軸に沿って前記フレームに対して前記第２の重りを動かすための入力励振に応答する第１のアクチュエータ要素を備え、変位の前記軸に沿った前記フレームに対して前記第１の重りの対応する動きを生成する、請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記アクチュエータ要素が、変位の前記軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた導電性コイルと協働する永久磁石手段を備え、前記コイルの電流の流れである前記入力励振に応じて永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の永久磁石を備え、さらに前記コイルが前記永久磁石の間に配置されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
第３の重りを備え、前記第３の重りおよび前記第１の重りは前記フレームで画定され、かつ変位の前記第１の軸に直交する面内で変位の第２の軸に沿って、前記フレームに対して両方向に動くように前記フレームに取り付けられており、さらに、前記フレームに固定された第２の支点のまわりに旋回可能な第２のレバーを備え、前記第２のレバーは前記第１の重りに接続された一方の端部と前記第３の重りに接続された他方の端部を有し、さらに前記第２の支点は前記第２のレバーの前記端部の間に配置されており、それによって、前記第１の重りが前記第２の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の前記第２の軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて前記第３の重りが前記第２の支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられる、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１、第２および第３の重りが同一平面上にある、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１、第２、および第３の重りが、それぞれ互いに間隔を空けて配置された別々の平行な面内に各々配置される、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１、第２、および第３の重りが、少なくとも部分的に互いに重なり合う、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２の重りが、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに対して前記第２の重りを動かすための入力励振に応答する第１のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第１の軸に沿った前記フレームに対して対応する前記第１の重りの動きを生成し、さらに前記第３の重りは、変位の前記第２の軸に沿って前記フレームに対して前記第３の重りを動かすための入力励振に応答する第２のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第２の軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成する、請求項８ないし１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のアクチュエータ要素は、変位の前記第１の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第１の導電性コイルと協働する第１の永久磁石手段を備え、前記第１のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第１の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成し、さらに前記第２のアクチュエータ要素が、変位の前記第２の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第２の導電性コイルと協働する第２の永久磁石手段を備え、前記第２のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第２の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第１の永久磁石を備え、前記第１のコイルが、前記第１の永久磁石の間に配置され、さらに前記第２の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第２の永久磁石を備え、前記第２のコイルが、前記第２の永久磁石の間に配置されている、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
さらに、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに対して両方向に動くように前記フレームに取り付けられた第４の平らな重りと、前記フレームに固定された第３の支点のまわりに旋回可能な第３のレバーと、変位の前記第２の軸に沿って前記フレームに対して両方向に動くように前記フレームに取り付けられた第５の平らな重りと、前記フレームに固定された第４の支点のまわりに旋回可能な第４のレバーとを備え、前記第３のレバーが前記第１の重りに接続された一方の端部および前記第４の重りに接続された他方の端部を有し、さらに前記第３の支点が前記第３のレバーの前記端部の間に配置され、前記第４のレバーが前記第１の重りに接続された一方の端部および第５の重りに接続された他方の端部を有し、さらに前記第４の支点が前記第４のレバーの前記端部の間に配置されており、それによって、前記第１の重りが前記第３の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて前記第４の重りが前記第３の支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられ、さらに、前記第１の重りが前記第４の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の前記第２の軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて前記第５の重りが前記第４の支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられる、請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１、第２、第３、第４、および第５の重りが同一平面上にあり、前記第４の重りが、前記第１の重りの前記第２の重りから遠い側で前記フレームに取り付けられており、さらに前記第５の重りが前記第１の重りの前記第３の重りから遠い側で前記フレームに取り付けられている、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１、第２、第３、第４、および第５の重りが、それぞれ互いに間隔を空けて配置された別々の平行な面内に各々配置される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１、第２、第３、第４、および第５の重りが、少なくとも部分的に互いに重なり合う、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の重りが、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに対して前記第２の重りを動かすための入力励振に応答する第１のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第１の軸に沿った前記フレームに対して前記第１の重りの対応する動きを生成し、さらに前記第３の重りが、変位の前記第２の軸に沿ってフレームに対して前記第３の重りを動かすための入力励振に応答する第２のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第２の軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成する、請求項１５ないし１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記第１のアクチュエータ要素が、変位の前記第１の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第１の導電性コイルと協働する第１の永久磁石手段を備え、前記第１のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第１の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成し、さらに前記第２のアクチュエータ要素が、変位の前記第２の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第２の導電性コイルと協働する第２の永久磁石手段を備え、前記第２のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第２の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第１の永久磁石を備え、前記第１のコイルが、前記第１の永久磁石の間に配置され、さらに前記第２の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第２の永久磁石を備え、前記第２のコイルが、前記第２の永久磁石の間に配置されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第４の重りが、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに対して前記第４の重りを動かすための入力励振に応答する第３のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第１の軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成し、さらに前記第５の重りが、変位の前記第２の軸に沿ってフレームに対して前記第５の重りを動かすための入力励振に応答する第４のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第２の軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記第３のアクチュエータ要素が、変位の前記第１の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第３の導電性コイルと協働する第３の永久磁石手段を備え、前記第３のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第３の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成し、さらに前記第４のアクチュエータ要素が、変位の前記第２の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第４の導電性コイルと協働する第４の永久磁石手段を備えて、前記第４のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第４の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第３の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第３の永久磁石を備え、前記第３のコイルが、前記第３の永久磁石の間に配置され、さらに前記第４の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第４の永久磁石を備え、前記第４のコイルが、前記第４の永久磁石の間に配置されている、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
記憶面と、前記記憶面からデータを読み取りおよび／または前記記憶面にデータを書き込むための少なくとも１つのプローブと、前記プローブと前記記憶面を相対的に動かして前記記憶面を横切って前記プローブを走査するスキャナと、前記スキャナと前記記憶面および前記プローブまたは各プローブのうちの１つとに結合された請求項１ないし２４のいずれかに記載されるような装置とを備えて、前記記憶面および前記プローブまたは各プローブのうちの前記１つの機械的衝撃に対する感度を低減する局所プローブ記憶デバイス。
【請求項２６】
前記プローブまたは各プローブが、前記第１の重りで支えられる、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記記憶面が、前記第１の重りで支えられる、請求項２５に記載のデバイス。
【請求項２８】
変位の軸に沿ってフレームに対して動くように前記フレームに取り付けられたシャトルと、前記シャトルに取り付けられた一対の永久磁石であって、前記磁石の同じ極が互いに向かい合っておりさらに前記磁石のそれぞれの磁化の軸が互いに同軸で前記変位の軸に平行である一対の永久磁石と、前記フレームに取り付けられかつ前記磁石の間に配置されたコイルとを備え、その結果、前記コイルの電流の流れに応じてシャトルが前記フレームに対して変位するようになる位置決め変換器。
【請求項２９】
表面の像を検出するための少なくとも１つのプローブと、前記プローブと前記表面を相対的に動かして前記表面を横切って前記プローブまたは各プローブを走査するスキャナと、前記スキャナと前記表面および前記プローブまたは各プローブのうちの１つとに結合された請求項１ないし２４のいずれかに記載の装置とを備え、前記表面および前記プローブまたは各プローブのうちの前記１つの機械的衝撃に対する感度を低減するプローブ像形成システム。
【請求項３０】
前記プローブまたは各プローブが前記第１の重りで支えられる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
像を形成すべき前記表面が前記第１の重りで支えられる、請求項２９に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、物品の機械的衝撃に対する感度を低減する装置に関し、特に、局所プローブ記憶デバイスの機械的衝撃に対する感度を低減する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２０００年５月発行のIBM Journal of Research andDevelopment、４４巻、３号掲載の、P. Vettiger他の「“ヤスデ”−未来のＡＦＭデータ記憶装置用の１０００以上のチップ」（The"Millipede"-More than one thousand tips for future AFM data storage）という論文に局所プローブ記憶装置の一例が記載されている。ヤスデ（Millipede）デバイスは、熱抵抗センサ・プローブのアレイを備える。このようなアレイは、表面の視覚化およびデータ記憶のような用途で表面の形状（topography）を検出する際に使用することができる。データ記憶用途の場合には、表面の形状内に記憶したデータは、表面上で熱抵抗センサを移動させ、センサと表面の間の距離が変化した場合のセンサと表面の間の熱伝導の変化を検出することにより読み取ることができる。上記Vettiger他の論文に記載されているように、ヤスデ・デバイスは、シリコン基板上に形成されたカンチレバー（cantilever；片持ち梁）センサの二次元アレイを備える。各カンチレバーの一方の端部は基板に取り付けられている。各カンチレバーの他方の端部には、抵抗発熱素子および外側を向いているチップが取り付けられている。各カンチレバーには、行および列導体を通してアドレス指定することができる。行および列導体は、その上の発熱素子を加熱するために、各カンチレバーを通して電流を選択的に流すことができる。読取りおよび書込みの両方の動作において、アレイのチップは、平面基板上に設置されている高分子膜記憶面を備える記憶媒体と接触し、記憶媒体に対して移動する。
【０００３】
各チップを介して膜に局所的な力を加えることと、対応する行および列導体を通してデータ信号を与えることにより膜を局部的に変形させ、その中に凹部またはピットを残すのに十分なレベルまで、各チップを選択的に加熱することの組み合わせによりデータが記憶媒体に書き込まれる。
【０００４】
各発熱素子は、また、熱的読み戻しセンサも提供する。何故なら、発熱素子は、温度により変化する抵抗を有しているからである。データ読取り動作中、加熱信号がアレイ内の各行に順次与えられる。加熱信号は、選択した行のすべての発熱素子を加熱するが、その温度は膜を変形するのにはまだ不十分である。発熱素子と表面間の熱伝導は、発熱素子と表面間の距離により変化する。表面を横切ってアレイを走査中にチップがピット内に移動すると、関連する発熱素子と記憶媒体間の距離が短くなる。発熱素子と表面との間の媒体は、発熱素子と記憶表面との間で熱を移動する。関連するチップがピット内に移動すると、各発熱素子と表面間の熱の移動（熱伝達）はより効率的になる。それ故、温度すなわち発熱素子の抵抗が低減する。各行の連続的に加熱されている発熱素子の温度の変化は、並列に監視することができ、それにより記録したビットの検出を容易に行うことができる。
【非特許文献１】
ピー・ヴェティガ(P. Vettiger)他、「“ヤスデ”−未来のＡＦＭデータ記憶装置用の１０００以上のチップ（The"Millipede"-More than one thousand tips for future AFM data storage）」、アイ・ビー・エム・ジャーナル・オブ・リサーチ・アンド・ディベロップメント（IBMJournal of Research and Development）、４４巻、３号、２０００年５月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そのような局所プローブ記憶デバイスに関連した問題は、この記憶デバイスはセンサ・アレイに対する記憶面の好ましくない変位を引き起こす機械的衝撃に敏感なことである。したがって、信頼性の高い動作のためにそのような感度を低減することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従って、物品の機械的衝撃に対する感度を低減する装置が提供される。この装置は、フレームと、変位の第１の軸に沿ってフレームに対して両方向に動くようにフレーム内に取り付けられた第１および第２の平らな重り（mass）と、フレームに固定された第１の支点のまわりに旋回可能な（pivotable）第１のレバーであって、第１の重りに接続された一方の端部と第２の重りに接続された他方の端部を有する第１のレバーとを含み、前記支点は前記レバーの前記端部の間に配置されており、それによって、前記第１の重りが前記支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の軸に沿ってフレームに加えられる機械的衝撃に応じて、第２の重りが前記支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられ（countered）、その結果、使用中に第１の重りで支えられる物品は衝撃に対して低減された感度を有する。
【０００７】
第１および第２の重りは同一平面上にあってもよい。もしくは、第１の重りは、第２の重りに平行でかつ第２の重りから変位した面内に配置することができる。そのようにして、第１および第２の重りは少なくとも部分的に互いに重なり合うことができる。
【０００８】
第２の重りは、好ましくは、変位の軸に沿ってフレームに対して第２の重りを動かすための入力励振（stimulus）に応答する第１のアクチュエータ要素を備え、変位の軸に沿ったフレームに対して第１の重りの対応する動きを生成する。このアクチュエータ要素は、好ましくは、変位の軸に平行な磁化の軸を有し、かつフレームに取り付けられた導電性コイルと協働する永久磁石手段を備え、コイルの電流の流れである入力励振に応じて永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する。永久磁石手段は、好ましくは、同じ極（likepoles）が互いに向かい合う状態で配置された一対の永久磁石を備え、さらにコイルは永久磁石の間に配置されている。
【０００９】
本発明の好ましい実施例は、さらに第３の重りを備え、この第３の重りと第１の重りはフレームで画定されかつ変位の第１の軸に直交する面内で変位の第２の軸に沿って、フレームに対して両方向に動くようにフレームに取り付けられており、さらにフレームに固定された第２の支点のまわりに旋回可能な第２のレバーを備え、この第２のレバーは第１の重りに接続された一方の端部と第３の重りに接続された他方の端部を有し、さらに第２の支点は第２のレバーの前記端部の間に配置されており、それによって、第１の重りが第２の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の第２の軸に沿ってフレームに加えられた機械的衝撃に応じて第３の重りが第２の支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられる。
【００１０】
第１、第２および第３の重りは同一平面上にあってもよい。もしくは、第１、第２、および第３の重り各々は、それぞれ互いに間隔を空けて配置された別々の平行な面内に配置することができる。そのようにして、第１、第２、および第３の重りは、少なくとも部分的に互いに重なり合うことができる。
【００１１】
第２の重りは、好ましくは、変位の第１の軸に沿ってフレームに対して第２の重りを動かすための入力励振に応答する第１のアクチュエータ要素を備え、変位の第１の軸に沿ったフレームに対して第１の重りの対応する動きを生成する。そして、第３の重りは、変位の第２の軸に沿ってフレームに対して第３の重りを動かすための入力励振に応答する第２のアクチュエータ要素を備え、変位の第２の軸に沿ったフレームに対して第１の重りの対応する動きを生成する。前記第１のアクチュエータ要素は、好ましくは、変位の第１の軸に平行な磁化の軸を有し、かつフレームに取り付けられた第１の導電性コイルと協働する第１の永久磁石手段を備え、第１のコイルの電流の流れである入力励振に応じて第１の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する。さらに、前記第２のアクチュエータ要素は、変位の第２の軸に平行な磁化の軸を有し、かつフレームに取り付けられた第２の導電性コイルと協働する第２の永久磁石手段を備え、第２のコイルの電流の流れである入力励振に応じて第２の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する。第１の永久磁石手段は、好ましくは、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第１の永久磁石を備え、第１のコイルは第１の永久磁石の間に配置されている。さらに、第２の永久磁石手段は、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第２の永久磁石を備え、第２のコイルは第２の永久磁石の間に配置されている。
【００１２】
本発明の特に好ましい実施例は、さらに、変位の第１の軸に沿ってフレームに対して両方向に動くようにフレームに取り付けられた第４の平らな重りと、フレームに固定された第３の支点のまわりに旋回可能な第３のレバーと、変位の第２の軸に沿ってフレームに対して両方向に動くようにフレームに取り付けられた第５の平らな重りと、フレームに固定された第４の支点のまわりに旋回可能な第４のレバーとを備え、第３のレバーは第１の重りに接続された一方の端部および第４の重りに接続された他方の端部を有し、第３の支点は第３のレバーの前記端部の間に配置され、さらに第４のレバーは第１の重りに接続された一方の端部および第５の重りに接続された他方の端部を有し、第４の支点は第４のレバーの前記端部の間に配置されており、それによって、第１の重りが第３の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の第１の軸に沿ってフレームに加えられる機械的衝撃に応じて第４の重りが第３の支点のまわりに及ぼすトルクによって、さらに、第１の重りが第４の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の第２の軸に沿ってフレームに加えられる機械的衝撃に応じて第５の重りが第４の支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられる。
【００１３】
好ましくは、第１、第２、第３、第４、および第５の重りは同一平面上にあり、第４の重りは第１の重りの第２の重りから遠い側でフレームに取り付けられ、さらに第５の重りは第１の重りの第３の重りから遠い側でフレームに取り付けられる。もしくは、第１、第２、第３、第４、および第５の重りは、それぞれ互いに間隔を空けて配置された別々の平行な面内に各々配置することができる。そのようにして、第１、第２、第３、第４、および第５の重りは、少なくとも部分的に互いに重なり合うことができる。
【００１４】
先に言及したように、第２の重りは、好ましくは、変位の第１の軸に沿ってフレームに対して第２の重りを動かすための入力励振に応答する第１のアクチュエータ要素を備え、変位の第１の軸に沿ったフレームに対して第１の重りの対応する動きを生成し、さらに第３の重りは、変位の第２の軸に沿ってフレームに対して第３の重りを動かすための入力励振に応答する第２のアクチュエータ要素を備え、変位の第２の軸に沿ったフレームに対する第１の重りの対応する動きを生成する。しかし、その上、本発明の好ましい実施例では、第４の重りは、変位の第１の軸に沿ってフレームに対して第４の重りを動かすための入力励振に応答する第３のアクチュエータ要素を備え、変位の第１の軸に沿ったフレームに対する第１の重りの対応する動きを生成する。さらに第５の重りは、変位の第２の軸に沿ってフレームに対して第５の重りを動かすための入力励振に応答する第４のアクチュエータ要素を備え、変位の第２の軸に沿ったフレームに対する第１の重りの対応する動きを生成する。第３のアクチュエータ要素は、好ましくは、変位の第１の軸に平行な磁化の軸を有し、かつフレームに取り付けられた第３の導電性コイルと協働する第３の永久磁石手段を備え、第３のコイルの電流の流れである入力励振に応じて第３の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成し、さらに第４のアクチュエータ要素は、変位の第２の軸に平行な磁化の軸を有し、かつフレームに取り付けられた第４の導電性コイルと協働する第４の永久磁石手段を備えて、第４のコイルの電流の流れである入力励振に応じて第４の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する。第３の永久磁石手段は、好ましくは、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第３の永久磁石を備え、第３のコイルは第３の永久磁石の間に配置され、さらに第４の永久磁石手段は、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第４の永久磁石を備え、第４のコイルは第４の永久磁石の間に配置されている。
【００１５】
記憶面と、記憶面からデータを読み取りおよび／または記憶面にデータを書き込むための少なくとも１つのプローブと、プローブと記憶面を相対的に動かして記憶面を横切って（across）プローブを走査するスキャナと、スキャナと記憶面および前記プローブまたは各プローブのうちの１つとに結合された前に述べたような装置とを備えて、記憶面および前記プローブまたは各プローブのうちの前記１つの機械的衝撃に対する感度を低減する局所プローブ記憶デバイスにも、本発明は及ぶ。前記プローブまたは各プローブは、第１の重りで支えることができる。もしくは、記憶面は、第１の重りで支えることができる。
【００１６】
さらに、表面の像を検出するための少なくとも１つのプローブと、プローブと表面を相対的に動かして表面を横切って前記プローブまたは各プローブを走査するスキャナと、スキャナと表面および前記プローブまたは各プローブのうちの１つとに結合された前に述べたような装置とを備え、表面および前記プローブまたは各プローブのうちの前記１つの機械的衝撃に対する感度を低減するプローブ像形成システム（imaging system）にも、本発明は及ぶ。前記プローブまたは各プローブは、第１の重りで支えることができる。もしくは、像を形成すべき表面は第１の重りで支えられる。
【００１７】
本発明を他の態様から見ると、変位の軸に沿ってフレームに対して動くようにフレームに取り付けられたシャトル（shuttle）と、シャトルに取り付けられた一対の永久磁石であって、磁石の同じ極が互いに向かい合っており、さらに磁石のそれぞれの磁化の軸が互いに同軸でかつ変位の軸に平行である永久磁石の対と、フレームに取り付けられかつ磁石の間に配置されたコイルとを備え、その結果、シャトルがコイルの電流の流れに応じてフレームに対して変位する、位置決め変換器（positioningtransducer）が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで、本発明の好ましい実施例を、単なる例示として、添付の図面を参照して説明する。
【００１９】
図１および２を組み合わせて参照すると、局所プローブ・データ記憶デバイスの例は、シリコン基板９０上に配置されたカンチレバー（cantilever）・センサ１０の２次元アレイ（配列）を備える。行導体３０および列導体４０も基板上に配置されている。各センサ１０は、行導体３０と列導体４０の異なる組合せによってアドレス指定される。各列のセンサ１０と関連した一対の列導体４０および各行のセンサ１０と関連した１つの行導体がある。各センサ１０は、７０マイクロメートルの領域の長さとマイクロメートルの厚さのシリコン・カンチレバー構造を備える。カンチレバーの肢（limb）は、その末端で基板９０に固定されている。カンチレバーの頂点（apex）は、基板９０に対して垂直な方向（法線方向）に自由に動くことができる。カンチレバーには、その頂点のところに、抵抗発熱素子基板９０に対して反対方向を向いているシリコン・チップが付いている。カンチレバーの肢は、導電電流経路を形成するために深くドーピングされている。発熱素子は、カンチレバーの頂点をより少ない程度にドーピングされて形成され、それによってカンチレバーを通して流れる電流に対して増加した電気抵抗の領域を導入する。カンチレバーを貫通する電流経路は、関連する行導体と関連する列導体の間に延長している。列導体の１つは、中間ダイオードＤを介してカンチレバーに接続される。具体的には、ダイオードＤの陰極（カソード）が列導体に接続される。他の列導体は、駆動回路６０を介してカンチレバーに接続される。ダイオードＤの陽極（アノード）および駆動回路６０の入力は、発熱素子を介して対応する行導体に接続される。行導体３０、列導体４０、ダイオードＤ、および駆動回路６０も基板９０に配置される。カンチレバーには、基板９０から遠ざかる方向にチップ（tip）が弾性で片寄る（bias）ように予め応力が加えられている。
【００２０】
動作中に、チップは、４０ｎｍの範囲内の厚さを有するポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の膜のようなポリマ層の形体をしている平面記憶媒体を備える記憶面７０に押し付けられる。このポリマ層は、シリコン基板で保持されている。
【００２１】
データは、チップを介して記憶面７０に局所的な力を加えることと、カンチレバーを通して対応する行導体３０から対応する列導体４０に書込み電流を流してチップを加熱することとを組み合わせて、記憶媒体に書き込まれる。カンチレバーを貫通して電流を供給すると、発熱素子が加熱される。熱エネルギーは、熱伝導により発熱素子からチップに供給される。書込み電流は、記憶面７０を局所的に変形させ、チップに供給される４０ｎｍの範囲の直径のピット２０をその中に残すのに十分なレベルにチップを加熱するように選ばれる。一例として、ＰＭＭＡ膜の局所的な変形は、チップを７００℃程度の温度に加熱することにより達成することができることが分かっている。
【００２２】
発熱素子は、温度に依存した抵抗を有するので、熱的読み戻し（read back）センサも提供する。データ読取り動作では、加熱電流は、カンチレバーを通して、対応する行導体３０から対応する列導体４０に流れる。したがって、発熱素子は再び加熱されるが、今度は記憶面７０を変形させるのに不十分な温度にしか加熱されない。例えば４００℃程度の読取り温度は、ＰＭＭＡ膜を変形させるのに不十分であるが、それにもかかわらず許容可能な読取り性能を提供する。発熱素子と記憶面７０の間の熱伝導は、発熱素子と記憶面７０の間の距離に応じて変化する。記憶面７０を横切ってアレイ（センサ配列）が走査されるにつれて、チップがピット２０内に移動すると、発熱素子と記憶面７０の間の距離は減少する。発熱素子と記憶面７０の間の媒体は、発熱素子と記憶面７０の間で熱を伝達する。チップがピット２０内に移動すると、発熱素子と記憶面７０の間の熱伝達はより効率的になる。発熱素子の温度、したがって抵抗は減少する。絶えず加熱される発熱素子の温度の変化は監視することができ、それによって、記録されたビットの検出が容易になる。
【００２３】
前述の加熱電流は、加熱電圧パルスを対応する行導体３０に加えることで生成される。したがって、加熱電流は、加熱電圧パルスが加えられた行導体３０に接続された各センサ１０を通って流れる。その結果、アレイの対応する行の全ての発熱素子が加熱されるようになる。次に、記録したデータが加熱された行のセンサから並列に読み出される。このようにして、アレイの各行は多重化方式（multiplexing scheme）により順次読み出される。
【００２４】
記憶面７０の対応するフィールド８０にわたって各チップを走査できるように、前記アレイは、記憶面７０に平行な面内で記憶面７０に対して動くことができる。各フィールド８０は複数のピット２０を収容することができる。読取りおよび書込みの両動作において、アレイのチップは、記憶媒体７０の表面を横切って動く。本発明の特に好ましい実施例では、それぞれ互いに直交する方向に作用する対のアクチュエータによって、前記アレイは、記憶面７０に対して動くことができる。本発明の特に好ましい実施例では、アクチュエータは電磁駆動ユニットを備える。そのような電磁駆動ユニットは、加えられる駆動信号に応じた直線運動および低電力消費を実現するのが望ましい。
【００２５】
図３を参照すると、前述のような局所プローブ記憶デバイス用の電磁駆動ユニットの例は、記憶面７０とアレイを保持する基板９０との間の動きを引き起こすシャトル１２０に取り付けられた永久磁石１１０を備える。シャトル１２０は、平行な弾性部材１００を介してデバイスのフレーム１３０に取り付けられている。弾性部材１００は、シャトル１２０の動きを記憶面に平行な面に制限する。具体的には、弾性部材１００は、シャトル１２０の面から外れる動きには従わない。磁石１１０の磁化軸１４０は、フレーム１３０に取り付けられたコイル１６０で生成される磁界１５０と同軸である。コイル１６０で生成される磁界１５０と磁石１１０の磁化１４０の両方は、シャトル１２０の変位１７０の軸と同一線上にある。コイル１６０の電流の流れの方向を逆にすることで変位１７０の方向を逆にすることができる。動作中に、コイル１６０の特定の電流の流れでシャトル１２０に作用する力は、コイル１６０と磁石１１０の間の距離の関数である。シャトル１２０の作動中に、コイル１６０と磁石１１０の間の距離は変化し、それによって、コイル１６０に加えられる電流に対して非直線的な運動が生じる。例えば、シャトル１２０がコイル１６０の方に引き寄せられた場合、磁石１１０とコイル１６０の間のギャップの大きさは減少する。この減少によって、シャトル１２０がコイル１６０から押し離されたときに存在するものよりも大きな力および変位が生じる。図４は、コイル１６０に流れる電流に対してそのようなシャトル１２０の変位を示す。この動作の非直線性は、電力要求量の対応する非直線性をもたらすので望ましくない。
【００２６】
ここで図５を参照すると、本発明の特に好ましい実施例では、一対の同様な永久磁石１１１および１１２をシャトル１２０に取り付け、さらにコイル１６０をそれらの磁石の間に配置することによって、前述の非直線性を解決する。磁石１１１および１１２は、それの磁化方向１４１および１４２が互いに反対であるがコイル１６０で誘起される磁界の方向と同軸を保ち、シャトル１２０に取り付けられる。同じく、コイル１６０はフレーム１３０に取り付けられる。すぐ後で説明するように、本発明の好ましい実施例では、それぞれ互いに直交する方向で動作する２つのそのような電磁駆動ユニットがある。
【００２７】
デバイスの厚さを最小限にするために、デバイスの構成部品を平面的に配列することが望ましい。そのような目的を達成するために、平面バッチ製造、射出成形、および高温エンボスを含む様々な技術を使用することができる。そのような技術に基づいて、シリコン、金属、または光プラスチックのようなプラスチックなどの様々な材料の範囲のどれかで、フレーム１３０を製造することができる。磁石１１１および１１２およびコイル１６０は、デバイスの厚さの中に埋め込むことができる。このことには、デバイスの面から外れて作用する力およびトルクを最小限にするという利点がある。
【００２８】
動作中に、コイル１６０に電流が流れるとき、磁石１１１および１１２のうちの一方がコイル１６０の方に引き寄せられ、磁石１１１および１１２のうちの他方がコイル１６０から反発されて、シャトル１２０の変位を引き起こす。コイル１６０に電流を供給することでシャトル１２０が変位するとき、コイル１６０と磁石１１１および１１２のうちの引き寄せられるものとの間のギャップが減少するときの引力の増加は、磁石１１１および１１２のうちの反発されるものとコイル１６０の間の距離の増加で生じる反発力の減少で釣り合いがとれる。この構成（arrangement）は対称的であるので、コイル１６０の電流を逆にすると、同等な大きさの力および変位が反対方向に生成される。図６は、コイル１６０に供給される電流の関数として、そのような構成の変位を示す。図７を参照して、そのような構成のさらなる利点は、所定の変位を達成するために必要な電力が前述の単一磁石での実施と比較して著しく減少することである。
【００２９】
ここで図８を参照すると、本発明の好ましい実施例では、２つのシャトル１２１および１２２が設けられる。
【００３０】
シャトル１２１は、一対の平行な部材１０１および１０２を介してフレーム１３０に接続される。同様に、シャトル１２２は、一対の平行でフレキシブルな部材１０３および１０４を介してフレームに接続される。動作中に、部材１０１および１０２は、フレーム１３０で画定される面内で、フレーム１３０で画定される面に対して平行な軸に沿って、弾性バイアスに逆らってフレーム１３０に対するシャトル１２１の並進移動を可能にする。具体的には、部材１０１および１０２は、フレーム１３０で画定される面内の動きに対してフレキシブルであるがフレーム１３０で画定される平面から外れて延びる方向ではフレキシブルでない。その結果、フレーム１３０で画定される平面から外れるシャトル１２１の動きは妨げられるようになる。ここで説明を簡単にするために、フレーム１３０に対するシャトル１２１の許容される動きの軸を、以下でｙ軸と呼ぶ。部材１０１および１０２によって加えられる弾性バイアスは、ｙ軸に沿ったどちらかの方向でフレーム１３０に対するシャトル１２１の動きに逆らって作用する。その結果、シャトル１２１は、フレーム１３０内に画定される移動範囲の中心となる平衡位置にバイアスされる（片寄る）。上で述べたような電磁駆動ユニット２０２の永久磁石部品はシャトル１２１に取り付けられている。駆動ユニット２０２のコイルは、フレーム１３０に取り付けられる。動作中に、駆動ユニット２０２は、部材１０１および１０２で加えられるバイアスに逆らってｙ軸に沿ってシャトル１２１を動かすようにコイルに電流の流れを供給することで、作動される。この動きは、コイルの電流の流れの方向に依存してどちらかの方向に可能である。
【００３１】
同様に、動作中の部材１０３および１０４は、フレーム１３０で画定される面に平行な軸に沿って、フレーム１３０で画定される面内で、弾性バイアスに逆らってフレーム１３０に対するシャトル１２２の並進運動を可能にする。しかし、シャトル１２２の許容される動きの軸は、シャトル１２１の動きの軸に直交している。部材１０３および１０４は、フレーム１３０で画定される面内での動きに対してフレキシブルであるが、フレーム１３０で画定される面から外れて延びる方向ではフレキシブルでない。その結果、フレーム１３０で画定される面から外れるシャトル１２２の動きは妨げられるようになる。ここで説明を簡単にするために、フレーム１３０に対するシャトル１２２の許容される動きの軸を、以下でｘ軸と呼ぶ。部材１０３および１０４で加えられるバイアスは、ｘ軸に沿ったどちらかの方向でフレーム１３０に対するシャトル１２２の動きに逆らって作用する。その結果、シャトル１２２は、フレーム１３０内に画定される移動範囲の中心となる平衡位置にバイアスされる。上で述べたような電磁駆動ユニット２０１の永久磁石部品はシャトル１２２に取り付けられている。駆動ユニット２０１のコイルは、フレーム１３０に取り付けられる。動作中に、駆動ユニット２０１は、部材１０３および１０４で加えられるバイアスに逆らってｘ軸に沿ってシャトル１２２を動かすようにコイルに電流の流れを供給することで作動される。再び、この動きは、コイルの電流の流れの方向に依存してどちらかの方向に可能である。コイルは、図８に示さない。
【００３２】
記憶面７０を保持する基板２１０は、ヨーク２２０を介してフレーム１３０に接続される。フレーム１３０、基板２１０およびヨーク２２０は、実質的に同一平面上にある。ヨーク２２０は、一対の平行でフレキシブルな部材１０５および１０６を介してフレーム１３０に固定される。部材１０５および１０６は、ｘ軸に沿ったかつフレーム１３０で画定される面に平行な面内で、フレームに対するヨークの並進移動を可能にする。ヨーク２２０は、部材１０５および１０６によって、フレーム１３０内の移動範囲の中心となる平衡位置に向かって、弾性的にバイアスされている。部材１０５および１０６は、フレーム１３０で画定される面内の動きに対してフレキシブルであるが、フレーム１３０で画定される面から外れて延びる方向ではフレキシブルでない。その結果、フレーム１３０で画定される面から外れるヨーク２２０の動きは妨げられる。基板２１０は、一対の平行でフレキシブルな部材１０７および１０８によって、ヨーク２２０に固定されている。部材１０７および１０８は、ｙ軸に沿ったかつフレーム１３０で画定される面に平行な面内で、ヨーク２２０に対する基板２１０の並進移動を可能にする。基板２１０は、部材１０７および１０８によって、ヨーク２２０およびフレーム１３０で画定される移動範囲の中心となる平衡位置に向かって、弾性的にバイアスされている。部材１０７および１０８は、フレーム１３０で画定される面内の動きに対してフレキシブルであるが、フレーム１３０で画定される面から外れて延びる方向ではフレキシブルでない。その結果、フレーム１３０で画定される面から外れるシャトル１２１の動きは妨げられる。
【００３３】
シャトル１２１は、レバー２４１および支柱（strut）２５１および２５２を介して基板２１０に結合されている。同様に、シャトル１２２は、レバー２４２および支柱２５３および２５４を介して基板２１０に結合されている。レバー２４１は、フレーム１３０に固定された支点２３２のまわりに旋回可能である。一対の弾性的にフレキシブルな部材２６１および２６２によって、支点２３２の位置がフレーム１３０に対して画定される。同様に、レバー２４２は、フレーム１３０に固定された支点２３１のまわりに旋回可能である。一対の弾性的にフレキシブルな部材２６３および２６４によって、支点２３１の位置がフレーム１３０に対して画定される。部材１０１〜１０８、支柱２５１〜２５４、および部材２６１〜２６４は、引っ張り伸張（expansion）および圧縮（compression）に対し実質的に耐性がある。しかし、部材２６１〜２６４は、弾性的に変形可能で、対応する支点２３１および２３２のまわりの対応するレバー２４１および２４２の旋回を容易にしている。
【００３４】
動作中に、駆動ユニット２０２の作動に基づいたシャトル１２１の変位は、支柱２５１によりレバー２４１に伝達される。部材１０１および１０２は、そのような変位に対応するようにフレーム１３０で画定される面内で収縮する（flex）。レバー２４１は、そのような変位に応じて支点２３２のまわりで旋回する。このように、フレーム１３０に対するシャトル１２１の並進変位は、レバー２４１の回転変位に変換される。そして次に、レバー２４１の回転変位は、支柱２５２によって基板２１０に伝えられる。具体的には、支柱２５２は、フレーム１３０に対するシャトル１２１の変位の方向に依存して、基板２１０を引っ張るかまたは押す。基板２１０は、このようにして、シャトル１２１の変位に応じて、ｙ軸の方向でヨーク２２０に対して変位する。部材１０７および１０８は、そのような変位に対応するように、フレーム１３０で画定される面内で収縮する。
【００３５】
動作中に、駆動ユニット２０１の作動に基づいたシャトル１２２の変位は、支柱２５４によりレバー２４２に伝達される。部材１０３および１０４は、そのような変位に対応するようにフレーム１３０で画定される面内で収縮する。レバー２４２は、そのような変位に応じて支点２３１のまわりで旋回する。このように、フレームに対するシャトル１２２の並進変位は、レバー２４２の回転変位に変換される。そして次に、レバー２４２の回転変位は、支柱２５３によって基板２１０に伝えられる。具体的には、支柱２５３は、フレーム１３０に対するシャトル１２２の変位の方向に依存して、基板２１０を引っ張るかまたは押す。支柱２５３を介して基板２１０に加えられる引っ張る力および押す力は、部材１０７および１０８を介してヨーク２２０に伝えられる。このようにして、ヨーク２２０および基板２１０は、シャトル１２１の変位に応じて、ｘ軸の方向でフレーム１３０に対して変位する。部材１０５および１０６は、そのような変位に対応するように、フレーム１３０で画定される面内で収縮する。
【００３６】
駆動ユニット２０１および２０２の制御の下で、ヨーク２２０によって、フレーム１３０で画定される面に平行な直交方向でフレーム１３０に対する基板２１０の独立した動きが可能になる。これによって、基板２１０に配置された記憶面７０はアレイに対して動くことができるようになり、それによって、上で述べたように記憶面全体にわたってアレイのチップを走査することが容易になる。理解されるであろうが、シャトル１２１がｙ軸に沿って１つの方向に動くとき、ｙ軸に沿った基板２１０の対応する動きは反対方向である。同様に、シャトル１２２がｘ軸に沿って一方の方向に動くとき、ｘ軸に沿った基板の対応する動きは他方の方向である。
【００３７】
シャトル１２１、基板２１０、レバー２４１、支点２３２、および接続支柱２５１および２５２は、集合的に、ｙ軸の方向の並進衝撃に対して耐性のある平衡を形成する。具体的には、シャトル１２１の質量は、基板２１０の質量およびレバー２４１の長さに沿った支点２３２の位置に対して選択され、その結果、シャトル１２１による支点２３２のまわりの回転モーメントが基板２１０による支点２３２のまわりの回転モーメントでバランスを保つ。
【００３８】
同様に、シャトル１２２、基板２１０、ヨーク２２０、レバー２４２、支点２３１、および接続支柱２５３および２５４は、集合的に、ｘ軸の方向の並進衝撃に対して耐性のある平衡を形成する。具体的には、シャトル１２２の質量は、レバー２４２の長さに沿った支点２３１の位置およびヨーク２２０と基板２１０を組み合わせた全体の質量に対して選択され、シャトル１２２による支点２３１のまわりの回転モーメントが基板２１０とヨーク２２０の組合せによる支点２３１のまわりの回転モーメントでバランスを保つ。
【００３９】
それから、理解されるであろうが、シャトル１２２は、基板２１０とヨーク２２０の組み合わされた質量を補償するようにシャトル１２１よりも重いかもしれない。もしくは、レバー２４２に対する支点２３１の位置は、回転モーメントの平衡を実現するためにレバー２４１に対する支点２３２の位置と違っているかもしれない。この場合、シャトル１２１は、シャトル１２２の質量と同じ質量を有することが望ましい。
【００４０】
シャトル１２１と基板２１０の間の回転モーメントの平衡によって、ｙ軸の方向の並進衝撃に対するデバイスの感度が減少する。ｙ軸に沿って基板２１０に加えられる衝撃は、レバー２４１を介してシャトル１２１で相殺される。また、逆も同様である。より詳細には、衝撃的な並進力がｙ軸に沿ってどちらかの方向でデバイスに加えられた場合、シャトル１２１および基板２１０の両方は同じ方向に加速される。しかし、シャトル１２１および基板２１０が支点２３２に及ぼす結果としてのトルクは、互いに反対であるので、支点２３２に対するシャトル１２１の回転モーメントが支点２３２に対する基板２１０の回転モーメントに実質的に等しい場合、打ち消し合う。
【００４１】
同様に、シャトル１２１と基板２１０を支えるヨーク２２０の間の回転モーメントの平衡によって、ｘ軸の方向の並進衝撃に対するデバイスの感度が減少する。ｘ軸に沿ってヨーク２２０および／または基板２１０に加えられる衝撃は、シャトル１２２で相殺される。また、逆も同様である。より詳細には、衝撃的な並進力がｘ軸に沿ってどちらかの方向でデバイスに加えられた場合、シャトル１２２だけでなく基板２１０およびヨーク２２０も同じ方向に加速される。しかし、シャトル１２２および基板２１０とヨーク２２０の組合せが支点２３１に及ぼす結果としてのトルクは、互いに反対であるので、支点２３１に対するシャトル１２２の回転モーメントが支点２３１に対する基板２１０とヨーク２２０の回転モーメントに実質的に等しい場合、打ち消し合う。
【００４２】
レバー２４１および２４２は、シャトル１２１、シャトル１２２、ヨーク２２０、および基板２１０の質量に比べて無視できる質量であることが望ましい。また、衝撃力がｘまたはｙ軸に沿って加えられる場合には、レバー２４１の両端部の支点２３２のまわりの回転モーメントは単独で互いに打ち消し合うことが望ましい。同様に、衝撃力がｘまたはｙ軸に沿って加えられた場合には、レバー２４２の両端部の支点２３１のまわりの回転モーメントは単独で互いに打ち消し合うことが望ましい。本発明の特に好ましい実施例では、レバー２４１および２４２の形は、それらの質量の中心（重心）が支点２３１および２３２のうちの対応するものであるように選ばれる。これによって、衝撃耐性が強められる。
【００４３】
支柱２５１〜２５４によって、レバー２４１および２４２、シャトル１２１および１２２、ヨーク２２０、および基板２１０を互いに非常に近接して折り畳むことができるようになり、それによって、回転運動および衝撃に対するデバイスの感度が減少する。
【００４４】
更なる説明として、ここで図９を参照して本発明を具体化する一般化された平衡システムを説明する。一般化された平衡システムは、フレーム３００に固定された支点３６０のまわりに旋回可能なレバー３３０、および一対の重りＭ１およびＭ２を備える。Ｍ１は、支柱３５０を介してレバー３３０の一方の端部に接続されている。同様に、Ｍ２は、支柱３４０を介してレバー３３０の他方の端部に接続されている。Ｍ２は、支柱３４０によって支点３６０からｄ２の距離のところでレバー３３０に接続されている。同様に、Ｍ１は、支柱３５０によって支点からｄ１の距離のところでレバー３３０に接続されている。Ｍ１は、一対の平行な弾性バイアス部材３２０を介してフレーム３００に接続されている。同様に、Ｍ２は、部材３２０と同様な寸法および特性の一対の平行な弾性バイアス部材３１０を介してフレーム３００に接続されている。各対の部材３１０および３２０は、支点３６０の回転軸に垂直な面内での関連した弾性バイアスに逆らう両方向の動きに対してフレキシブルであり、そのような面から外れる動きに対してはフレキシブルでない。したがって、Ｍ１およびＭ２は、部材３１０および３２０で加えられる集合的な弾性バイアスに逆らった、支点の回転軸に垂直な面内の平行な軸ｙ１およびｙ２それぞれに沿った両方向の並進移動に関して自由である。理解されるであろうが、Ｍ１、Ｍ２、レバー３３０、部材３１０および３２０、および支柱３４０および３５０は、平衡システムの厚さを最小限にするために同一平面上にあることができる。
【００４５】
レバー３３０、支柱３４０、および支柱３５０の質量が、重りＭ１およびＭ２の両方と個々に比較して、個々におよび全体的に無視できる場合、支点３６０のまわりのＭ１に関連した回転モーメントが支点のまわりのＭ２に関連した回転モーメントに等しいとき、システムは釣り合うので、次式のようになる。
Ｍ１ｄ１＝Ｍ２ｄ２          （１）
【００４６】
このようにして、軸ｙ１またはｙ２に平行な２つの方向のどちらかでシステムに加えられる衝撃並進力は、重りＭ１およびＭ２を同じ方向に加速する。しかし、重りＭ１およびＭ２が支点３６０に対して及ぼす結果としてのトルクは互いに反対である。トルクの大きさが等しい場合、これは式（１）が満足される場合であるが、トルクは互いに打ち消し合うので、フレーム３００に対して重りＭ１およびＭ２の変位はない。しかし、例えば圧電変換器または上述のような電磁駆動ユニットのような位置決めアクチュエータを介して重りＭ１およびＭ２のうちの一方だけに並進力が加えられるだけである場合、加えられた力はレバー３３０を介して重りＭ１およびＭ２のうちの他方に伝えられ、２つの重りは反対方向に加速される。このようにして、両方の重りＭ１およびＭ２は、フレーム３００に対して反対方向に変位する。
【００４７】
図８に関連して先に実証したように、図９に関連して前に述べた一般的なシステムを使用して、共通平面内に含まれる直交する方向で制御された動きをするように取り付けられた構成要素を有するデバイスに衝撃耐性を実現することができる。図８に関連して前に述べた本発明の実施例では、フレーム１３０と、それぞれ２つの方向のうちの対応する１つの方向で基板を平衡させる一対のシャトル１２１および１２２とで画定される面内に、２つの直交する方向に動くことができる基板２１０が設けられる。しかし、本発明はそのような構成に限定されない。例えば、図１０を参照すると、本発明の他の実施例では、それぞれ４個のレバー４４０〜４７０のうちの対応する１つのレバーを介して基板２１０に結合された４個のシャトル４００〜４３０を備える局所プローブ記憶デバイスが提供される。レバー４４０〜４７０の各々は、フレーム１３０に固定された４つの支点４８０〜５１０のうちの対応する１つのまわりに旋回可能である。ヨーク２２０が仮想的に示され、このヨーク２２０に、平行な弾性バイアス部材５２０および５３０を介して基板２１０が接続され、さらに平行な弾性バイアス部材５４０および５５０を介してフレーム１３０が接続されている。前に述べたように、バイアス部材５２０〜５５０によって、フレームで画定される面内で直交方向ｘおよびｙに、基板２１０のバイアスに逆らった動きが可能になるが、この面から外れるシャトルの動きは妨げられる。支点４８０〜５１０の各々は、シャトル４００〜４３０の対応する１つおよび中心に配置された基板２１０への接続に関してレバー４４０〜４７０の対応する１つの中央に配置されている。このようにして、基板２１０が重り（質量）Ｍでありかつシャトル４３０および４１０が重りＭ／２である場合、デバイスは、ｘ軸に沿って加えられる衝撃力に対して平衡が保たれ、したがってこの衝撃力に対して耐性がある。同様に、また、シャトル４００および４２０がＭ／２である場合、デバイスは、ｙ軸に沿って加えられる衝撃力に対して平衡が保たれ、したがってこの衝撃力に対して耐性がある。その上、デバイスは質量の分布に関して対称であるので、回転運動および衝撃に対するデバイスの感度は最小限になる。
【００４８】
図８、９、および１０に関連して前に述べた本発明の実施例では、厚さを最小限にするために重りは同一平面上にある。しかし、本発明は、重りが平行な面内に配置されるシステムも同様に適用することができる。これによって、有利なことに、重りを互いに重ね合わせることができるようになり、それによって、回転衝撃に対するそのようなシステムの感度をさらに減少し、また表面積も減少する。例えば、図１１、１２および１３を組み合わせて参照すると、本発明を具体化するそのようなシステムの例は、互いに重ねられた対の重り６００および６１０を備える。重り６１０は、一対の平行な弾性部材６５０を介してフレーム６４０に接続される。同様に、重り６００は、第２の対の弾性部材６６０を介してフレームに接続される。対の弾性部材６５０および６６０の動作は、実質的に、図８、９、１０に関連して前に述べたようなものである。重り６１０は、フレーム６４０に固定された支点６３０のまわりに旋回可能なレバー６２０の一方の端部に支柱６８０を介して接続される。同様に、重り６００は、レバー６２０の他方の端部に支柱６７０を介して接続される。動作中に、ｙ軸に平行な方向にシステムに加えられた衝撃並進力は、重り６００および６１０を同じ方向に加速する。しかし、重り６００および６１０が支点６３０に及ぼす結果として生じるトルクは、互いに反対である。トルクの大きさが等しい場合、これは式（１）が満足される場合であるが、トルクは互いに打ち消し合うので、フレーム６４０に対して重り６００および６１０の変位はない。しかし、重り６００および６１０のうちの１つだけに並進力が加えられるだけである場合、加えられた力はレバー６２０を介して重り６００および６１０のうちの他方に伝えられ、２つの重り６００および６１０は反対方向に加速される。このようにして、両方の重り６００および６１０は、フレーム６４０に対して反対方向に変位する。
【００４９】
図１４を参照すると、図８に関連して前に述べた本発明の好ましい実施例の修正において、基板２１０およびシャトル１２１および１２２は、互いに重ねられた平行な面に配置される。理解されるであろうが、この構成は、ｘ軸およびｙ軸の両方に沿って、図１１に関連して前に述べたように実質的に動作する。再び、基板２１０およびシャトル１２１および１２２を重ねることで、回転運動および衝撃に対するデバイスの感度は減少する。
【００５０】
図８、１０、および１４に関連して前に述べた本発明の実施例では、ｘ軸に沿って動くことができるシャトルが基板に直接結合されている。しかし、理解されるであろうが、本発明の他の実施例では、ｘ軸に沿って動くことができるシャトルをヨークを介して基板に結合することができる。図８、１０、および１４に関連して前に述べた本発明の実施例では、記憶面７０は基板２１０上に配置される。しかし、理解されるであろうが、本発明の他の実施例では、アレイを基板２１０上に配置することができる。また理解されるであろうが、本発明は、記憶面７０全体にわたってたった１つのセンサが走査される記憶デバイスにも同様に適用することができる。同様に、理解されるであろうが、表面の像を検出するために、１つ以上のプローブが像を形成すべき表面を走査される像形成システム（imaging system）にも本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】局所プローブ記憶デバイスの例を示す簡略化された平面図である。
【図２】本デバイスを示す簡略化された側面図である。
【図３】デバイス用の電磁駆動ユニットの例を示すブロック図である。
【図４】図３に示す電磁駆動ユニットに印加される電流の関数としての変位を示すグラフである。
【図５】デバイス用の電磁駆動ユニットの他の例を示すブロック図である。
【図６】図５に示す電磁駆動ユニットに印加される電流の関数としての変位を示すグラフである。
【図７】図３および５に示す電磁駆動ユニットの電力の関数としての変位を示すグラフである。
【図８】本発明を具体化する局所プローブ記憶デバイスの例の一部を示す平面図である。
【図９】本発明を具体化する耐衝撃システムの例を示す簡略化された平面図である。
【図１０】本発明を具体化する局所プローブ記憶デバイスの他の例の一部を示す簡略化された平面図である。
【図１１】本発明を具体化する耐衝撃システムの他の例を示す簡略化された平面図である。
【図１２】線Ａ−Ａ’で切断したときの図１１に示すシステムを示す断面図である。
【図１３】線Ｂ−Ｂ’で切断したときの図１１に示すシステムを示す断面図である。
【図１４】本発明を具体化する局所プローブ記憶デバイスのさらに他の例の一部を示す簡略化された平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月27日(2003.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の機械的衝撃に対する感度を低減するための装置であって、フレームと、変位の第１の軸に沿って前記フレームに対して両方向に動くように前記フレームに取り付けられた第１および第２の平らな重りと、前記フレームに固定された第１の支点のまわりに旋回可能な第１のレバーであって、前記第１の重りに接続された一方の端部と前記第２の重りに接続された他方の端部を有する第１のレバーとを含み、前記支点は前記レバーの前記端部の間に配置されており、それによって、前記第１の重りが前記支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の前記軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて、前記第２の重りが前記支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられ、その結果、使用中に前記第１の重りで支えられる物品は前記衝撃に対して低減された感度を有し、さらに前記第２の重りが、変位の前記軸に沿って前記フレームに対して前記第２の重りを動かすために入力励振に応答するアクチュエータ要素を備え、変位の前記軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成する装置。
【請求項２】
前記第１および第２の重りが同一平面上にある、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の重りが、前記第２の重りに平行でかつ前記第２の重りから変位した面内に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１および第２の重りが、少なくとも部分的に互いに重なり合う、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ要素が、変位の前記軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた導電性コイルと協働する永久磁石手段を備え、前記コイルの電流の流れである前記入力励振に応じて永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の永久磁石を備え、さらに前記コイルが前記永久磁石の間に配置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
第３の重りを備え、前記第３の重りおよび前記第１の重りは前記フレームで画定され、かつ変位の前記第１の軸に直交する面内で変位の第２の軸に沿って、前記フレームに対して両方向に動くように前記フレームに取り付けられており、さらに、前記フレームに固定された第２の支点のまわりに旋回可能な第２のレバーを備え、前記第２のレバーは前記第１の重りに接続された一方の端部と前記第３の重りに接続された他方の端部を有し、さらに前記第２の支点は前記第２のレバーの前記端部の間に配置されており、それによって、前記第１の重りが前記第２の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の前記第２の軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて前記第３の重りが前記第２の支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられる、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１、第２および第３の重りが同一平面上にある、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１、第２、および第３の重りが、それぞれ互いに間隔を空けて配置された別々の平行な面内に各々配置される、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１、第２、および第３の重りが、少なくとも部分的に互いに重なり合う、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２の重りが、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに対して前記第２の重りを動かすための入力励振に応答する第１のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第１の軸に沿った前記フレームに対して前記第１の重りの対応する動きを生成し、さらに前記第３の重りは、変位の前記第２の軸に沿って前記フレームに対して前記第３の重りを動かすための入力励振に応答する第２のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第２の軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成する、請求項７ないし１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のアクチュエータ要素は、変位の前記第１の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第１の導電性コイルと協働する第１の永久磁石手段を備え、前記第１のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第１の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成し、さらに前記第２のアクチュエータ要素が、変位の前記第２の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第２の導電性コイルと協働する第２の永久磁石手段を備え、前記第２のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第２の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第１の永久磁石を備え、前記第１のコイルが、前記第１の永久磁石の間に配置され、さらに前記第２の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第２の永久磁石を備え、前記第２のコイルが、前記第２の永久磁石の間に配置されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに対して両方向に動くように前記フレームに取り付けられた第４の平らな重りと、前記フレームに固定された第３の支点のまわりに旋回可能な第３のレバーと、変位の前記第２の軸に沿って前記フレームに対して両方向に動くように前記フレームに取り付けられた第５の平らな重りと、前記フレームに固定された第４の支点のまわりに旋回可能な第４のレバーとをさらに備え、前記第３のレバーが前記第１の重りに接続された一方の端部および前記第４の重りに接続された他方の端部を有し、さらに前記第３の支点が前記第３のレバーの前記端部の間に配置され、前記第４のレバーが前記第１の重りに接続された一方の端部および第５の重りに接続された他方の端部を有し、さらに前記第４の支点が前記第４のレバーの前記端部の間に配置されており、それによって、前記第１の重りが前記第３の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて前記第４の重りが前記第３の支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられ、さらに、前記第１の重りが前記第４の支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の前記第２の軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて前記第５の重りが前記第４の支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられる、請求項７に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１、第２、第３、第４、および第５の重りが同一平面上にあり、前記第４の重りが、前記第１の重りの前記第２の重りから遠い側で前記フレームに取り付けられており、さらに前記第５の重りが前記第１の重りの前記第３の重りから遠い側で前記フレームに取り付けられている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１、第２、第３、第４、および第５の重りが、それぞれ互いに間隔を空けて配置された別々の平行な面内に各々配置される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１、第２、第３、第４、および第５の重りが、少なくとも部分的に互いに重なり合う、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第２の重りが、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに対して前記第２の重りを動かすための入力励振に応答する第１のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第１の軸に沿った前記フレームに対して前記第１の重りの対応する動きを生成し、さらに前記第３の重りが、変位の前記第２の軸に沿ってフレームに対して前記第３の重りを動かすための入力励振に応答する第２のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第２の軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成する、請求項１４ないし１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
前記第１のアクチュエータ要素が、変位の前記第１の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第１の導電性コイルと協働する第１の永久磁石手段を備え、前記第１のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第１の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成し、さらに前記第２のアクチュエータ要素が、変位の前記第２の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第２の導電性コイルと協働する第２の永久磁石手段を備え、前記第２のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第２の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第１の永久磁石を備え、前記第１のコイルが、前記第１の永久磁石の間に配置され、さらに前記第２の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第２の永久磁石を備え、前記第２のコイルが、前記第２の永久磁石の間に配置されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第４の重りが、変位の前記第１の軸に沿って前記フレームに対して前記第４の重りを動かすための入力励振に応答する第３のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第１の軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成し、さらに前記第５の重りが、変位の前記第２の軸に沿ってフレームに対して前記第５の重りを動かすための入力励振に応答する第４のアクチュエータ要素を備え、変位の前記第２の軸に沿った前記フレームに対する前記第１の重りの対応する動きを生成する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第３のアクチュエータ要素が、変位の前記第１の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第３の導電性コイルと協働する第３の永久磁石手段を備え、前記第３のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第３の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成し、さらに前記第４のアクチュエータ要素が、変位の前記第２の軸に平行な磁化の軸を有し、かつ前記フレームに取り付けられた第４の導電性コイルと協働する第４の永久磁石手段を備えて、前記第４のコイルの電流の流れである入力励振に応じて前記第４の永久磁石手段の磁化の軸と同軸の磁界を生成する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記第３の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第３の永久磁石を備え、前記第３のコイルが、前記第３の永久磁石の間に配置され、さらに前記第４の永久磁石手段が、同じ極が互いに向かい合う状態で配置された一対の第４の永久磁石を備え、前記第４のコイルが、前記第４の永久磁石の間に配置されている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
記憶面と、前記記憶面からデータを読み取りおよび／または前記記憶面にデータを書き込むための少なくとも１つのプローブと、前記プローブと記憶面を相対的に動かして前記記憶面を横切って前記プローブを走査するスキャナと、物品の機械的衝撃に対する感度を低減するための装置とを備える局所プローブ記憶デバイスであって、前記装置は、フレームと、変位の第１の軸に沿って前記フレームに対して両方向に動くように前記フレームに取り付けられた第１および第２の平らな重りと、前記フレームに固定された第１の支点のまわりに旋回可能な第１のレバーとを備え、前記レバーは前記第１の重りに接続された一方の端部と前記第２の重りに接続された他方の端部を有し、さらに前記支点は前記レバーの前記端部の間に配置されており、それによって、前記第１の重りが前記支点のまわりに及ぼすトルクは、変位の軸に沿って前記フレームに加えられる機械的衝撃に応じて前記第２の重りが前記支点のまわりに及ぼすトルクによって押しとどめられ、その結果、使用中に前記第１の重りで支えられた物品は前記衝撃に対して低減された感度を有し、さらに前記装置は、前記スキャナと前記記憶面および前記プローブまたは各プローブのうちの１つとに結合されて、前記記憶面および前記プローブまたは各プローブのうちの前記１つの機械的衝撃に対する感度を低減するものである局所プローブ記憶デバイス。
【請求項２５】
前記プローブまたは各プローブが、前記第１の重りで支えられる、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記記憶面が、前記第１の重りで支えられる、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記装置が、請求項１ないし２３までの一項に従って装備される、請求項２４ないし２６までの一項に記載のデバイス。
【請求項２８】
変位の軸に沿ってフレームに対して動くように前記フレームに取り付けられたシャトルと、前記シャトルに取り付けられた一対の永久磁石であって、前記磁石の同じ極が互いに向かい合っておりさらに前記磁石のそれぞれの磁化の軸が互いに同軸で前記変位の軸に平行である一対の永久磁石と、前記フレームに取り付けられかつ前記磁石の間に配置されたコイルとを備え、その結果、前記コイルの電流の流れに応じてシャトルが前記フレームに対して変位するようになる位置決め変換器。
【請求項２９】
表面の像を検出するための少なくとも１つのプローブと、前記プローブと前記表面を相対的に動かして前記表面を横切って前記プローブまたは各プローブを走査するスキャナと、前記スキャナと前記表面および前記プローブまたは各プローブのうちの１つとに結合された請求項１ないし２３のいずれかに記載の装置とを備え、前記表面および前記プローブまたは各プローブのうちの前記１つの機械的衝撃に対する感度を低減するプローブ像形成システム。
【請求項３０】
前記プローブまたは各プローブが前記第１の重りで支えられる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
像を形成すべき前記表面が前記第１の重りで支えられる、請求項２８に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2005502006.tif 000060
2005502006.tif 000061
2005502006.tif 000062
2005502006.tif 000063
2005502006.tif 000064