CN1206622C - 磁扫描系统 - Google Patents

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Abstract

一种扫描加载数据盘的扫描设备。这些盘包括一个可磁化层，使用诸如巨型磁电阻(GMR)传感器这样的磁性传感器在该可磁化层上写入以及从其上读出数据。通过使用脊/槽结构的光学轨迹来实现传感器在整个数据轨道上的定位，借助于经盘发射的参考光束将传感器相对于光学跟踪系统而定位。

Description

磁扫描系统
技术领域
本发明涉及一种用来扫描磁记录载体的扫描设备，以及涉及其上带有被磁性记录的信息的记录载体。特别是，尽管不是排他性地，本发明涉及一种用来扫描可重写磁记录载体的扫描设备，以及涉及其上带有被磁性记录的信息的记录载体。扫描可以涉及从载体上读出、写入或擦除数据。
背景技术
数据存储能力的进步已经呈现出快于数据扫描数倍以及快于可以存储在数据记录载体上信息密度的数倍。对于较高局部数据密度的需求已经导致了一系列创新的数据存储技术的发展。
光扫描设备在现有技术中是公知的，包括类似于CD-RW系统的可重写记录载体系统。在这些系统中，通过光调制将数据写入光可变介质中并从其上读出。通过数据比特位的降低(通常为记录载体的光表面上的坑)而增加数据密度需要精确的位成像。位大小的降低需要短波长或近场操作，可以认为在仍然保持有用系统带宽时，目前的技术是根据信噪比(SNR)要求接近其限制的。
诸如用于硬盘驱动器中的并且其中通过磁调制将数据写入可磁化介质中并从其上读出的磁扫描设备通过使用相对短的位长度可以显示高的面积数据密度。但是，那些系统使用比光扫描设备大的轨道宽度，从而对能够记录在介质上的数据密度产生显著限制。在这种情况中，通过进一步降低位长度从而使较高的面积密度也成为可能。但是，相同的SNR将需要有相同的位误差速率。在磁性介质中，较小的位需要使用较小的微粒，对于合理的SNR而言需要每位大约带有100个微粒。
当以还可以以接近于室温的温度可写入的介质矫顽力形式使用时，较小的位大小会变得热不稳定。可以通过对高矫顽力介质使用热辅助写入处理来克服这种限制。根据这种技术，将带有高得不能在室温条件下使用当前写入头技术来写入的矫顽力的介质加热以便降低矫顽力。随后，可以使用由当前技术的记录头提供的磁调制技术在该介质上写入内容。
磁光扫描设备也是公知的。在那些系统中，通过光学和磁装置将数据写入可磁化介质。可以使用光学和/或磁调制技术。但是，在所有这样的系统中，由于是通过光点大小来确定位大小，因此，由该系统的光学部分来确定数据区密度。通过光学方法执行从介质上读出内容。
已经在下列文献中提出了组合了磁和光学技术的两个方面从而将数据存储密度推动到一个更高水平的其它混合系统：“H.Saga，H.N.emoto and M.Takahasji，‘New recording methodcombining thermomagnetic writing and flux detection’，JapaneseJournal of Applied Physis，Pt1，Vol38，No 3B，March 1999，pp1839-40”和“H.Katayama，S.Sawamura，Y.Ogimoto，J.Nakajima，K.Kojimaand K.Ohta，‘New magnetic recording method using laser assisted read/write technologise，’J.Magn.Soc.Japan，Vol.23，SupplementNo.S1，1999，pp233-236”。
JP-A-4-311848描述了一种可以进行磁读写的光轨道。将磁扫描头设置在与光跟踪头相反的记录载体一侧。通过与光跟踪头相关的磁场检测线圈装置来确定扫描头的位置。这些线圈检测被调制的磁写入区域并因此确定扫描头的位置。但是，这种定位精确度不能与通过光跟踪系统所展示的一样精确。
JP-A-2-105319描述了一种“并排”系统，其中通过在使用激光跟踪的记录载体上形成的摆动位确定的这些轨道被设置在磁数据轨道的后面。由摆动位占据的区域降低了可用来进行磁性读出和写入的介质区域。
发明内容
一方面，本发明提供了一种用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，该记录载体包括至少一种磁介质并具有第一侧和相反的第二侧，该设备包括：
光源，用来发出至少一种参考光束，所述光源位于所述记录载体的所述第一侧；
光跟踪装置，用来使用该记录载体的光可检测特性来提供一个跟踪信号，其中，该设备使用该跟踪信号来定位与记录载体有关的光源；
一个或多个磁传感器，用来磁扫描记录介质上的数据，所述一个或多个磁传感器位于所述记录载体的所述第二侧；以及
光检测装置，所述光检测装置位于所述记录载体的所述第二侧，并用来检测经记录载体传送的参考光束，并由此定位一个或多个与光源有关的磁传感器。
根据另一个方面，本发明提供了一种扫描记录在磁数据记录载体上数据的扫描设备，该记录载体包括至少一种磁记录介质，该设备包括：
光学跟踪系统，用于跟踪记录载体上的光轨道；
磁扫描系统，用于以小于光轨道间距的数据轨道间距扫描磁介质；以及
定位系统，用于确定相对于光轨道的数据轨道的位置，
其中，将该磁扫描系统用于扫描具有比由光跟踪系统检测出的光数据轨道间距小的间距的数据轨道。
根据另一方面，本发明提供了一种其上带有磁记录信息的记录载体，该记录载体包括形成在其上的脊和/或槽轨道，其中对应于单个脊和/槽轨道的该磁记录载体的一个区具有形成于其上的一些磁性数据轨道。
与现有技术相比，本发明使得数据轨道空间排列得更为靠近，因此借助于本发明在该磁扫描设备中可以增加数据密度。
使用光跟踪系统允许连续复合伺服或采样伺服系统，从而提供精确的轨道跟踪以及由此的读/写定位。该设备最好使用连续复合伺服系统。可以使用包括用Foucault聚焦的单束推挽跟踪或用散光聚焦的三束跟踪公知技术来获得光学跟踪。
光学跟踪系统可以包括至少一个发光源，将其输出处理从而提供输出信号，该输出信号可供光学跟踪装置用来跟踪和聚焦，以及借助于扫描头检测参考光束从而用于定位扫描头，该光源用作用来加热由扫描头扫描的数据轨道部分的一个或多个光束。
该光源最好还可用作加热由扫描头扫描的磁介质的各个部分，由此增加其磁化率以便进行磁写入。
该光源最好能提供一个或多个光束，这些光束可用作加热介质并且允许通过光检测装置进行的光检测，由此，扫描头将可以被写入的磁介质区域定位从而靠近磁传感器。
数据记录可以对应于若干数据位，这些数据位被编码以表示数据从而可以将其磁写入磁介质上。
磁介质最好具有适用于能抵抗在室温条件下进行磁写入但是在加热时可以磁写入的矫顽力。
通过充分加热特定区域以便允许写入并且将数据位或一些位磁写入到伺服轨道的特定区域，可以将数据记录写入到伺服轨道区域。当产生磁写入时，可以充分加热对应于整个伺服轨道的区域或者可替换地充分加热仅对应于部分伺服轨道的区域。
每个脊和/或槽轨道宽度上最好有一些数据轨道。最好将这些数据轨道写入对应于槽和脊的区域。磁读/写头穿过的表面最好是基本平坦。
磁读/写头可以包括同时用来读/写相应数据轨道的一些单个磁读/写头。在一个最佳实施例中，可以将数据插入到这些数据轨道之间。
在一个替换实施例中，该读/写头可以包含一个每次写入一条数据轨道的单独写入头，其中，根据上述光跟踪技术，将该磁写入头适当地相对于伺服轨道定位。
附图说明
从下面参考附图对仅作为例子给出的本发明最佳实施例的说明中，本发明各种实施例的这些特性以及有益效果将变得显著，其中：
图1示出了表示根据本发明设备的示意图；
图2示出了沿着切线方向穿过数据记录载体的简化剖面图，表明了磁扫描头布局的位置；
图3示出了根据本发明一个实施例排列的扫描头示意图；
图4示出了穿过数据记录载体的详细切线简化截面图，表明在记录载体上有关槽/脊布局的数据轨道层的一个实施例；
图5示出了加热点密度/温度概况的一个实施例；
图6示出了加热点外形的一个可替换实施例；
图7示出了加热点外形的另一个可替换实施例；
图8示出了根据本发明另一个实施例排列的扫描头示意性平面图；以及
图9示出了用于本发明实施例的控制系统。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例构成的磁扫描设备。
从与轨道方向相切的截面看去，数据记录载体11是以可移动数据记录载体(例如，盘)的形式示出的。可旋转地安装该数据记录载体，它包括光可检测物理结构特性，该特性允许光跟踪/定位系统将光跟踪组件精确跟踪并且设置在介质的特定位置上。扫描头100光检测发射的光束。这样允许扫描头能够精确地定位在该光束点或一些光束点之下。下面将对此进行详细描述。用于当前实施例的光可检测特性是一系列同心圆槽，或可以由轨道跟踪光学系统检测的一个同心螺旋槽。
可以根据类似于通常用于常规磁光数据存储系统的各种技术来构造数据记录载体。当然，可以使用诸如那些用于硬盘驱动器记录载体的其他合适的可磁化介质类型。在图2和4中示出了一种较好介质结构的简化放大结构，下面将更为详细地加以描述。
该数据记录载体包括例如由玻璃做成的一个透明基底13，其上原始形成有实际的脊和槽轨道。槽结构是等于或小于1μm数量级的尺寸。盘的槽结构提供轨道跟踪和聚焦信息。它还可以包括逻辑信息或用于系统管理功能的定位信息。
填充层10层叠在脊/槽表面之上。在跟踪系统使用反射光束点图像的实施例中，从基底13一侧将该表面照亮，并且该填充层最好基本上是可反射材料。否则，它最好基本上是可透射的，尽管可以靠近表面上的脊/槽附加一薄反射层从而可以在脊/槽表面上提供来自盘的任何一侧的反射。
为了允许磁读/写头非常低地掠过数据记录介质(近距离接触，最好离盘小于50nm)，将该填充层精加工或机加工使其平坦。接近于30nm厚度的一个缓冲层(没有示出)溅射在平坦的填充层10上以覆盖槽结构。随后，将一磁介质12特别是近似于20nm厚度的磁金属层溅射在该缓冲层上。最后，附加接近于5nm的一个保护层(同样没有示出)。
该设备的通常布局、结构以及跟踪/聚焦元件的操作与公知的光扫描/跟踪系统相同。光跟踪/聚焦系统功能如下所述。参考图1，光源19(例如，一半导体激光)发射相干激光的一线性极化发散光束。该线性极化发散光束经过将其转换为相干平行光束的准直仪18。该光束随后进入极化光束分束器16。光束分束器16包括由一个单方向镜薄膜分离的两个直角棱镜组成。所有经过极化光束分束器16的光束汇聚并进入1/4波长片15。如图所示，由此将该平行光束转化为圆形极化光束，由此通过透镜14将其聚焦在读/写介质12上。
至少部分被反射光束经过物镜14并经过1/4波长片15。该1/4波长片将光束转化为与光源109相位成90度角的线性极化光束。通过极化光束分束器16将所有经1/4波长片15返回的反射光反射入非极化光束分束器191。第一光束被反射90度由此通过棱镜190将它再次反射90度并经过物镜193，物镜193将加载数据介质上的光束点101的图像聚焦在跟踪光电检测器阵列194上。跟踪光电检测器阵列194基于对成像光束的正确关系的了解或与伺服槽模式有关的光束阵列来提供跟踪信号。由于本领域技术人员熟悉光束跟踪技术，因此这里不详细讨论。
经过直线到达光束分束器191的被传送光束经过一个物镜，该物镜将光束聚焦在物镜192的焦点上。通过将图像分离为直接进入聚焦误差检测的光电检测器196/197的两束光的楔形物195来截断会聚光束，由此可以借助于伺服控制系统来校正由于盘的弯折或盘安装/驱动系统中的机械缺陷所导致的聚焦误差。
参考图9，示出了在本发明设备的这个实施例中中所使用的控制系统。旋转臂将光头800定位，该光头800将一个聚焦误差信号813输出到控制电路810，控制电路810处理该信号并将聚焦控制信号815输出到光头，光头根据信号815改变其光轴位置。光头还将跟踪误差信号814输出到控制电路810，控制电路810处理该信号并将跟踪误差信号811输出到光头旋转臂。
光束跟踪/聚焦系统使光头800精确定位在记录载体特定部分的上方。在本发明的一个最佳实施例中，从光头120发出一参考光束130。至少部分地将该参考光束发送到整个记录载体上，由此通过4象限检测器122将该参考光束成像在记录载体的下侧。该检测器将参考光束误差信号901输出到定位控制系统903，定位控制系统产生用于扫描光头位置的控制信号的参考光束误差信号902。这样使得磁扫描头通过该参考光束锁定在光跟踪头的精确位置上。
磁扫描头900是以靠近盘设置的滑动器形式出现，它包括一个或多个磁传感器以及光检测器122。将光检测器122构造为将扫描头至少定位到光跟踪系统的分辨率。最好借助于一个旋转臂将扫描头900安装在扫描设备上，由此，该光头可以精确地在盘上呈径向移动。因此，通过跟踪参考光束，光头900可以定位在盘表面上并且在扫描过程中可以至少精确到一个数据轨道内。该扫描头900包括至少一个磁读/写传感器，最好是公知的巨磁阻(GMR)传感器。
如同下面要讨论的那样，当从横截面看去时，最好将一些数据轨道设置在对应于脊和槽的盘的每个相邻区域。在图4中详细示出了这种情况，由此，磁介质是处于设置在低于槽/脊图形的基本上平坦层的形式。
由磁场而不是由加热光束点的尺寸来定义被写入数据轨道的宽度。这与通常磁光系统的情况相反，在常规磁光系统中，磁场覆盖了一个较大区域并且光束点确定写入区域和读出区域。最好通过基底加热磁介质，从而借助于光束来允许热辅助写入。在读出期间，最好降低光束强度和加热影响，同时使用相同光束来保持光跟踪检测。另外，在读出时，将在写入期间切换入的一个分离加热光束切断。
图2示出了通过记录载体部分以及被放大的4通道滑动器头22的简化剖面图。在该实施例中，光跟踪系统从相对于其上设置了头22的一侧的相对一侧照射磁化层。借助于由4象限检测器30成像的被传送参考光束，与光跟踪同步移动滑动头22。
与穿过记录载体13的径向截面图相比，图2中的4通道滑动头22是放大示出的。该头包括四个磁读/写GMR传感器23a，23b，23c和23d。这些传感器空间分开设置以便于一组完整的四个数据轨道可以设置在对应脊宽度20和/或槽21宽度中的任何一个宽度的径向宽度中。可以从图4中更为清楚地看出。由于在图2上部所示的光头是从前面或垂直于槽而观察到的。图3示出了从面向盘看去时光头的简化结构。
图3中，所示的4象限光跟踪监测器30被定位在读/写头阵列23的后部。该光电检测器阵列检测出被传送参考光束的图像。参考图9，光电检测器将信号901输出到产生参考跟踪误差信号902的控制电路903。这样可用来将磁扫描头900直接保持在光跟踪头800之下，并因此与光跟踪头有固定关系。
将磁性层安排为至少部分光可透从而允许4象限检测器30能够检测被传送的参考光束。
将磁扫描头锁定在参考光束以及光跟踪伺服脊/槽模式上能够提供所需的磁扫描头的精确光学定位。这样允许进行数据轨道的写入和读出时对磁扫描头较高精度的定位，并带有小于脊/槽轨道间距的数据轨道间距。最好是，脊/槽轨道间距是数据轨道间距的数倍。在所示实施例中，它四倍于数据轨道间距。
图4示出了与脊和槽伺服轨道20、21有关的磁数据轨道(轨道1到4)的定位。将数据轨道写入到平坦的磁介质层21，将成组的4条轨道分别与脊和槽21和20对应排列。根据上面讨论过的技术，在生成的脊和槽区域上执行跟踪，诸如B-B′区域。通过有选择地激活GMR传感器中的不同传感器，可以有1，2，3或4通道有选择地在读/写头上同时操作。当同时写入或读出多于一个的通道时，数据最好还是来源于一个单个源(例如，一个文件)，并且通过扫描设备交织或去交织(de-interleaved)数据。
在该4通道实施例中，将磁扫描头定位之后，将四条数据轨道1，2，3，4写入介质层12。每条数据轨道例如仅占用0.2μm，可以获得非常高的区域密度(对于0.1μm位长度大约为40Gb/in2)。应该注意，可以在滑动头22中使用其它数量的传感器，范围从一个到多个。对于每条脊和/或槽轨道所用的这种传感器的上限制因素是光定位技术的精度，将磁数据位写入介质上的分辨率以及扫描头跟踪参考光束的精度级。
参考图5，为了热协助写入数据，将加热点53直接指向磁性层。加热点和跟踪点和/或参考光束最好都源于相同光束，并且在写入期间可以将参考光束用作加热光束，以增加其强度。通过在光源和光跟踪系统的物镜之间设置合适的衍射光栅或全息图来提供用于跟踪、轨道跟踪、参考光束定位的各种光束点结构。光点53的温度概况表明带有覆盖了要被写入数据轨道的高温区域的温度梯度。可以安排高温区70以便于基本上仅覆盖要被写入的那条轨道，并且如果同时要写入多于一条的数据轨道，可以使用一些单独的加热点。可替换地，可以安排加热点53以便于高温区基本上仅覆盖整个4数据轨道宽度(参见图6)。
在图7中示出了替换图5和6中所示的圆形点的另一种形式，其中加热点60是椭圆形并且被定位为其长轴平行于线性轨道方向。这有利于温度图形的整形以及协助限制高温区61的尺寸。
图8中示出了本发明另一个实施例。在滑动头122上仅设置了一个单独的磁读/写GMR传感器50以及一个4象限检测器52。在这种情况中，将光头用来与单个脊和/或槽之上的轨道一致地串联读和/或写多个数据轨道，滑动头122与光头一致地在这些数据轨道之间移动。只要读/写头跟着参考光束，就可以确定相对于脊和槽的数据轨道的位置，并且可以提供沿着任何一条数据轨道的跟踪。
还有一些可以体现本发明范围的其它实施例。例如，上述最佳实施例使用位于数据记录载体一侧的磁头，以及位于其另一侧的光头。该光头包括一个聚焦光电检测器阵列和一个跟踪电检测器阵列以便分别执行聚焦和轨道跟踪。磁性层至少具有能允许参考光束的透射并因此被检测的部分光透射性。这样允许扫描头将“锁定”保持在光点位置之下。在另一个实施例中，通过将跟踪电检测器阵列设置在磁头上也可以在磁头一侧执行光跟踪检测。随后通过在透射中检测一个或多个跟踪点来产生跟踪信号。通过将提供在介质中的不同折射系数安排到脊和槽表面的任何一侧，可以由跟踪系统检测出诸如脊和槽轨道边缘这样的光可检测特性。
在图3和8所示的实施例中，将磁传感器(多个)设置在光检测器30/52之下。这就是说，当扫描设备处于工作状态并且旋转并扫描盘时，用参考光束和/或跟踪光束照射的盘区域在经过磁传感器之前首先经过光检测器。因此，在磁写入处理期间，将参考光束用作加热光束的情况，参考光束的中心将与光检测器一致。因此，被加热区域的中心将不对应于被设置在该中心之后的磁传感器的位置。但是，由于最高温度的区域将还是位于加热光束之后，并且该区域将在任何情况下保持高于Curie温度，因此希望在加热过程之后的等待时间段内仍然能保持可写入。
上述实施例的一个显著的好处是，与通常基于盘的可磁跟踪的数据存储系统相反，本发明的跟踪信号恒定，并且实际电独立于从记录载体的磁介质上读出或写入的数据流。这意味着可以将磁数据位以相对高的数据率并因此以显著高于例如通用硬盘驱动器的区域密度写在介质的位置上，并具有光跟踪精度。另外，使用参考光束允许扫描头以光学精确性自主地直接定位在光束点之下。因此，通过移动参考平均值“操纵”磁扫描头可以写入所需数据轨道。另外，可以使用磁扫描控制硬件来相对于固定参考光束移动磁传感器。这是基于对于扫描头的几何结构和数据轨道尺寸/位置的了解。
有关热辅助磁扫描步骤，尽管可以局限于加热光束以便可以非常精确地加热被磁写入的盘部分，但是，可以将大于仅覆盖一条或多条要被写入数据轨道的盘部分加热。如上所述，将数据位写入仅由磁读/写头的位置控制的介质上的那些位置。
与使用磁读出和写入技术时所用的非常高线性的位密度组合的光跟踪使得本发明获得精确的轨道跟踪，以及在磁数据轨道内数据位精确的设置和读出。此外，对磁写入介质的热辅助允许使用在高位密度上和长时间范围内稳定但仍可以使用公知的磁导材料写入的高矫顽力介质。
本发明的典型应用包括将数据类似地存储到计算机的硬盘驱动器上。进一步的应用包括数字编码音频/视频数据以便在可移动介质上存储、分配和重放。
尽管已经借助于例子描述了本发明以及其可能的实施例，但是，可以理解，在不脱离如所附权利要求中所述的本发明范围的情况下可以进行改进和/或变型。
在前述说明中，参数已经被整数化或元件具有公知的等效形式，在这里包含这种等效如同单独描述的那样。

Claims (14)

1.一种用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，该记录载体包括至少一种磁介质并具有第一侧和相反的第二侧，该设备包括：
光源，用来发出至少一种参考光束，所述光源位于所述记录载体的所述第一侧；
光跟踪装置，用来使用该记录载体的光可检测特性来提供一个跟踪信号，其中，该设备使用该跟踪信号来定位与记录载体有关的光源；
一个或多个磁传感器，用来磁扫描记录介质上的数据，所述一个或多个磁传感器位于所述记录载体的所述第二侧；以及
光检测装置，所述光检测装置位于所述记录载体的所述第二侧，并用来检测经记录载体传送的参考光束，并由此定位一个或多个与光源有关的磁传感器。
2.如权利要求1所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中在扫描头中包含一个或多个磁传感器以及光检测装置。
3.如权利要求2所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中将扫描头定位在与光跟踪装置相对的记录载体一侧。
4.如权利要求1所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中一个或多个参考光束对应于或包括几何形状的光学图案以便于将光源相对于记录载体定位，该光学图案由光跟踪装置成像。
5.如权利要求1所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中由光跟踪装置检测出的记录载体的特性包括以物理结构形成在该记录载体上的脊轨道和/或槽轨道。
6.如权利要求5所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中记录载体是盘形式，脊和/或槽轨道是一个或多个基本上连续螺旋或与盘同心的环形形式。
7.如权利要求5或6所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中磁介质是基本上与脊和/或槽轨道分离的平坦层形式。
8.如权利要求1所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中光跟踪装置检测从光源发出的光，该光或是经磁数据记录载体传送的或是由于光检测特性反射的。
9.如权利要求1所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中一个或多个磁传感器适用于将数据写入到磁介质上。
10.如权利要求9所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中该设备用于使用加热光束来加热磁介质上要被写入的位置。
11.如权利要求10所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中由发出参考光束的相同光源来发射加热光束。
12.如权利要求11所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中将加热光束用作参考光束。
13.如权利要求1所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，包括一个其中包含了若干个所述磁传感器由此可以同时扫描一些数据轨道的扫描头。
14.如权利要求1所述用于扫描在磁数据记录载体上的数据记录的扫描设备，其中使用带有Foucault聚焦的单光束推挽跟踪或带有发散聚焦的三光束跟踪来实现光学跟踪。
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