JP2009016025A - ビットパターン化された媒体におけるトラッキング並びにタイミング用代替センサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気記憶媒体が予めビットパターン化された媒体では、書き込みおよび読み取りヘッドの位置決めおよび書き込みタイミングを、ビット・アイランドの位置に対して正確に調整する必要がある。ビットパターン化された媒体に対する書き込みヘッドおよび読み取りヘッドの位置決めと、書き込みおよび読み取りのタイミングを検出する手段を提供する。
【解決手段】ビットパターン化された媒体上でビット・アイランドの位置を検出するための光学式センサを用いて、ビットパターン信号を生成し、生成されたビットパターン信号に応答して同期信号を生成するためのタイミング復元回路を具備し、書き込みパルスのタイミングを同期信号に応答して調整する。
【選択図】図１

Description

ビットパターン化された媒体（ＢＰＭ：Ｂｉｔ Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｍｅｄｉａ）上への磁気記録は、超常磁性限界の問題を回避しながら従来の磁気記録に比較して面積記録密度を増加させる１つの方法と見られている。記録媒体の表面はアイランドとトレンチの規則的な配列を含む。千鳥状幾何学模様を含む異なる幾何学模様もビット・アイランド配置として可能である。

ビットパターン化された媒体において、ディスク上の磁気材料は小さな隔離されたブロックまたはアイランドにパターン化されていて、各々のアイランドまたは「ビット」内に単一磁気ドメインが存在する。単一磁気ドメインは単一粒であっても良いし、または磁気状態を一斉に単一磁気量として切り換える、強く結合された複数の粒であっても構わない。これは、単一「ビット」がドメイン壁によって分離されている、複数の磁気ドメインを有する連続媒体と大きく異なる点である。媒体はブロックの間の領域に、磁気材料が存在しないように製造されてもよい。

磁気記憶媒体において、ビットは書き込みヘッドを使用して記録媒体の上に磁場を加えることにより、磁気媒体の上に書き込まれる。書き込みヘッドはクロックで制御され、これはどこでビット遷移が生じるかを決定する。これらのビットを（後ほど）読み取る際に、読み取りヘッドは媒体上の磁場を検出してそれを電気信号に変換し、それが更に処理される。読み取り処理もまたクロックを使用し、これは書き込みクロックと同一クロックである。しかしながらこの２つのクロックは、異なる時間に動作するので非同期と考えられる。読み取りチャンネルは読み返し波形をサンプリングして、それらのサンプリング値を処理してビットを復元する。

タイミング復元はどこで信号のサンプリングを行うかを決定するために使用される手法である。公称サンプリング周期は既知であるが、２つのクロックは非同期であるため、信号のサンプリングをどこで行うか別の手段を用いて決定するのが望ましい。

連続媒体を使用する磁気記録システムにおいては、データの書き込みを媒体の位置と同期させる必要は無い。このため、データは自励クロックを使用して書き込まれ、サンプリング事象は読み取り処理中に復元される。しかしながら、パターン化された媒体では、書き込まれるビットの位置は予め決定されており（すなわち、ビット・アイランドの上）、書き込み同期の必要がある。従ってビットパターン化された媒体は書き込まれるビット位置を制約する。仮に書き込みヘッドがビット・アイランド位置に同期していない場合、サイクルスリップが生じる。唯１つのサイクルスリップであっても、システム故障を引き起こす場合がある。書き込み中読み取りが、書き込み同期として提案されているが、欠点は読み取り機の飽和、クロストーク等である。

ビットパターン化記録を実現する際の解決すべき問題点は、タイミング復元または同期である。書き込みヘッドは、ビット・アイランドの位置を認識する必要があるが、それはヘッドがトラック上を通過する際に書き込み場を詳細に切り換えるためである。同様に、読み取りヘッドは正しいサンプリング事象を読み返し波形から復元する必要がある。書き込み同期の失敗はビットの挿入／削除エラーと同様に近傍でのビット反転の原因となる。

ひとつの特徴として本発明は、ビットパターン化された磁気記憶媒体、ビットパターン化された磁気記憶媒体に近接して配置された書き込み変換器、書き込み変換器に結合され、書き込み変換器に書き込みパルスを供給する書き込みドライバ、ビットパターン信号を生成するための光センサ、およびビットパターン信号に応答して同期信号を生成するためのタイミング復元回路とを含み、ここで書き込みパルスのタイミングが同期信号に応答して調整されている。

別の特徴として、本発明はひとつの方法を提供しており、これは、ビットパターン化された磁気記憶媒体内のビット・アイランドの位置を表す１つのビットパターン信号を生成するための光学式センサを使用し、そのビットパターン信号を用いて書き込み変換器に供給される書き込みパルスのタイミングを制御し、そのビット・アイランドの磁化方向を制御することを含む。

更に別の特徴として、本発明はひとつの方法を提供しており、これは、光点をビットパターン化されたデータ記憶媒体の表面上に誘導し、そのビットパターン化されたデータ記憶媒体上のアイランドからの反射光に応答してエラー信号を生成することを含む。ここでエラー信号はそのアイランドに関する点の位置を表している。

これらおよび種々のその他の特徴および長所は、以下の詳細な説明を読むことにより明らかとなろう。

ビットパターン化されたデータ記憶媒体がデータ記憶装置内で使用されている場合、読み取りそして／または書き込み変換器、例えば記録ヘッド、の媒体上のアイランドに対する相対位置を検出し制御する必要がある。ひとつの特徴として、本発明はビットパターン化された媒体を含むデータ記憶装置内でのタイミング復元のために使用可能な、位置信号を与える方法並びに装置を提供する。媒体内のアイランドの存在を検出するために、非磁気センサが使用される。

図１はデータ記憶装置１０の各部の図式表現であり、スライダ１２と関連するデータ記憶媒体１４を含む。この例において、データ記憶媒体は、非磁性材で満たされたトレンチ１８で分離された、磁気材料の複数のアイランド１６を含むパターン化された媒体である。

スライダまたはキャリアは、既知の技術に基づき記憶媒体表面近くに配置されていて、書き込みヘッド２０、読み取りヘッド２２およびビットパターン・センサ２４を含む。書き込みヘッドは書き込み変換器２６を含み、これは磁場を記憶媒体に加えて、アイランドの磁化の向きを制御する。読み取りヘッドはセンサ２８を含み、これは例えば磁気抵抗（ＭＲ：Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子、または巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子であって、これは磁化されたアイランドにより生成された磁場に応答して、アナログ電圧信号を発生する。ビットパターン・センサ２４はビットパターン・センサと媒体上のアイランドとの相対位置に関する情報を含む信号を生成する。アーム３０はスライダを媒体に対して位置決めするために使用される。このアームは既知のサーボ技術により制御される。

通常動作時、スライダはひとつのトラック（または千鳥状の場合、副トラック対）の上を飛翔し、これらのトラックはトレンチで分離された複数のビット・アイランドを含む。書き込みヘッドは全てのビット・アイランドを、書き込まれる情報ビットに基づく所望の向き（例えば、上向きまたは下向き）に磁化するように、アイランドに対して十分近くを通過する。しかしながら書き込みヘッド場はトレンチ壁を貫通せず、トレンチには情報は一切書き込めない。事実上トレンチは、隣接するビット間の安定したドメイン壁境界として機能する。

読み取りおよび書き込みヘッドは制御回路３２に接続されており、これは書き込みヘッドに電圧または電流パルスを供給するための書き込みチャンネル３４と読み取りヘッドで生成された信号を処理するための読み取りチャンネル３６を含む。タイミング復元回路３８はビットパターン・センサからの信号を用いて制御信号を供給し、これは書き込みパルスのタイミングを調整するために使用できる。制御回路はその他の構成要素も含み得るが、これらは本明細書に特に関連しないので、図示しない。書き込みチャンネルは制御回路内の他の構成部品そして／またはバス４０上のホスト装置と通信可能である。読み取りチャンネルは制御回路内の他の構成部品そして／またはバス４２上のホスト装置と通信可能である。

図２はビットパターン化された媒体５０の図式的平面図である。この媒体はトレンチ５４で分離された磁気材料の複数のアイランド５２を含む。この例において、アイランドは線形配列に構成されてデータ・トラック５６を形成している。別の例では、アイランドを千鳥状配列で構成することも可能であり、データ・トラックは２つの隣接する副トラックで形成される。

図３は図２のビットパターン化された媒体の断面図である。磁気アイランドは記録層６０内に構成されており、これは基板６２で支えられている。別の層、例えばヒートシンク層６４もまた含むことが可能である。プレーナ型媒体を形成するために、非磁性誘電体材料６６がアイランドの間に配置されている。非プレーナ型媒体では、アイランドはアイランド間の隙間に固体材料を配置することなく、互いに分離可能である。ビットパターン・センサ６８がトラックに近接して配置されている。

ひとつの特徴として、本発明は非磁性ビットパターン・センサ６８を用いて、ビット・アイランド位置を検出している。非磁性センサはビットパターン化された媒体の物性を用いて、センサの位置と媒体上のビット・アイランドとの相対位置に関する信号を生成することが可能である。非磁性センサを使用することにより、書き込みヘッドで生成された磁場または読み取りヘッドで検出された磁場との相互干渉が回避できる。

シミュレーション目的で使用される１つの例において、これらのアイランドは媒体表面と平行または同一面上に、正方形断面形状を有し、各々のビット・アイランドは２４ナノメートル掛ける２４ナノメートルの正方形断面形状を有する柱の中に存在するものと仮定されている。この例において、アイランドは２４ナノメートルの距離で分離されている。アイランドは磁性材料であり、誘電材料は例えばＳｉＯ_２である。アイランドは別の断面形状を有することも可能であり、その形状が均一で無くても良いことは理解されよう。

一例において、ビットパターン・センサは光を媒体上に導く光変換器と、媒体から反射された光を検出して位置信号を生成する光検出器を含み、この位置信号は処理されて読み取りそして／または書き込み変換器の媒体上のアイランドに対する相対位置を制御するために使用可能である。

ビット・アイランドはトレンチ、またはトレンチ内の誘電材料とは異なる反射係数を有するので、媒体の表面から反射された光を用いてビット・アイランドを追尾し、それらの場所にビットを書き込むようにヘッドを同期させることが可能である。

図４はタイミング復元回路７０のブロック図である。タイミング回路は、チャンネル７４への入力７２と、低域通過フィルタ７６を含む、前処理部を含む。センサで生成された信号は信号ａ_ｎであり、これはチャンネルを通して伝送され、その結果受信信号ｒ（τ）となる。この受信信号は、低域通過フィルタでフィルタ処理され、フィルタ処理信号ｓ（τ）を生成する。フィルタ処理信号は続いてサンプリング・スイッチ７８で図示されるようにサンプリングされて、サンプル信号ｙ_ｎを線８０上に生成する。このサンプル信号はイコライザ８２で処理され、イコライズド信号ｚ_ｎを線８４上に生成する。このイコライズド信号は次に検出器８６で検出されて出力信号を生成する。タイミング・エラー検出器８８は、イコライズド信号と出力信号を用いて、エラー信号を線９０上に生成する。エラー信号はループ・フィルタ９２でフィルタ処理され、ループ・フィルタの出力は電圧制御発振器９４の周波数を制御するために使用される。電圧制御発振器は次に、フィルタ処理信号ｓ（τ）のサンプルを採取するために使用されるサンプリング時間を制御する。

従って、タイミングを検出するために、パターン・センサを用いて信号を生成し、これがサンプリングされて複数のサンプルを生成できることが理解されよう。タイミング復元の基本構成は、タイミング・エラー検出器を含み、これは受信信号を処理して、タイミング位相エラーの尺度となる量を生成する。この量は更にループ・フィルタを通って修正信号を生成し、これはサンプリング時間を、例えばサンプリング器を電圧制御発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を通して駆動して制御するために使用される。検出されたビットは、これらがエラーを含まないという前提で、タイミング復元アルゴリズムで使用される。

図５はビットパターン化された記憶媒体で使用される、光学式トラッキング・システム１００の図式表現である。このシステムは光１０４を、半透明鏡１０６を通して近接場光学変換器１０８に導く光源１０２を含む。近接場光学変換器１０８は光をビットパターン化された記憶媒体１１４の表面１１２上の小さな点１１０に集光する。入射光の一部１１６は鏡に向けて反射され、鏡で検出器１１８に反射される。検出器はエラー信号１２０を生成し、これは続いてサーボ・システム１２２で処理されて記録ヘッドの位置を制御する。

図６はビットパターン化された記憶媒体１１４の表面１１２に近接して配置された近接場光学変換器１０８の図式表現であり、基板１２８に近接して配置されている導電性ヒートシンク層１２６に近接して配置された記録層１２４を含む。この例において、近接場光学変換器１０８は対物レンズ１３０、固体半球レンズ１３２および金属ピン１３４を含む。

近接場光学変換器は、光を集光してビットパターン化された媒体の表面に供給する。半径方向に偏光された光線１３６は対物レンズにより半球レンズの中心に集中されて、例えば金である金属ピンを照射する。金属ピンの端部は記憶媒体の表面から約１０ナノメートルに配置できる。一例において、金製ピンは１２ナノメートルの先端を有し、その寸法は光学的効率を最大とするように最適化される。記憶媒体は正方形の粒状アイランドを含み、これらは例えばＳｉＯ_２の様な誘電材料で分離されている。各粒状物は記録フィルム面内で２４ナノメートル掛ける２４ナノメートルの寸法を有する。粒状物間の間隔もまた２４ナノメートルである。

図７はビットパターン化された記憶媒体１４４の表面１４２の一部１４０の拡大平面図であり、アイランド１４６，１４８，１５０および１５４を含む。アイランド１４８上および周辺の番号は光点の中心の近接位置を表す。図５の例において、光点１５６は中心ビットの右下隅（すなわち位置１）に集中されている。

入射光点は反射され、反射光線は図７に示されるように光点が異なる位置にある間監視することができる。象限検出器を使用して反射強度を検出することが可能である。図８は象限検出器１５８の図式表現である。象限検出器は１，２，３および４と番号を付けられた４つの象限内で光を検出する。４つの象限１，２，３および４から、検出器はそれぞれ信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３およびＳ_４を生成する。

信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３およびＳ_４を組み合わせて種々のエラー信号を生成することが可能である。例えば、差分位相検出（ＤＰＤ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）エラー信号は次のように定義できる：［（Ｓ_２＋Ｓ_４）−（Ｓ_１＋Ｓ_３）］。比較するためにＤＰＤ信号は総強度（Ｓ_１＋Ｓ_２＋Ｓ_３＋Ｓ_４）で正規化して、正規化ＤＰＤ信号Ｓ_ＤＰＤを生成できる。

正規化ＤＰＤ信号はたった１０^−５程度であることが分かっている。この信号は位置３と４との間で符号が反転する。

プッシュ・プル・エラー信号は次のように定義できる：

図９は媒体のアイランド上の光点の位置に関するプッシュ・プル・エラー信号のグラフである。図９は光点が位置５から２へ、および位置１から３へスキャンした際のプッシュ・プル・エラー信号を示す。このプッシュ・プル・エラー信号は〜１．５ｘ１０^−３程度で有ることが分かる。図９は光点がビットの中央を横切って、位置５から位置２へスキャンした場合、またはビットの縁に沿って位置１から位置３へスキャンした場合のプッシュ・プル・エラー信号を示す。

この信号はサーボとして使用することが可能であろう、何故ならばこれは差分信号であり雑音レベルもまた小さいからである。しかしながら、この信号は光点がビットの２つの列の中間にある場合はゼロである。

縁検出信号は次のように定義される：

図１０は媒体のアイランド上の光点の位置に関する縁検出エラー信号のグラフである。図１０は光点が位置５から２へ、および位置１から３へスキャンした際の縁検出エラー信号を示す。図１０は光点がビットの中央を横切って、位置５から位置２へスキャンした場合、またはビットの縁に沿って位置１から位置３へスキャンした場合の縁検出信号を示す。縁検出信号の強度はプッシュ・プル信号と同じであるが、プッシュ・プル信号とは振る舞いが異なることは明らかである。これは点位置をビット上でピンポイントに指示するために使用されてもよい。

反射もまた光点が移動するに連れて変化する。変化量はそれが加算信号であるためおよそ０．８％であり、雑音レベルは高い。

別の実施方法において、光学センサは媒体上の個々のビットの解像度を有する必要はない。例えば、このセンサは複数のｎ個のビットから反射された光を検出し、書き込みクロックは複数のビット・アイランドを検出したことに対応して積算されることが可能である。ｎ個のビット・アイランドからの反射光の結果得られる信号の位相が十分精密である場合、各々のビット・アイランドを光学センサで分解する必要は無い。一例として、１０ビット毎に１つが抜けている場合、１０ビットのアイランド毎に半ビット分ずれている場合、少なくとも１０ビットのアイランドから反射される光を検出するセンサを使用できる。

本発明をいくつかの事例で説明してきたが、種々の変更を、説明された事例に対して、添付の特許請求項に記載された本発明の範囲から逸脱することなく行いうることは明らかであろう。記載された実現方法およびその他の実現方法は以下の特許請求項の範囲に含まれる。

図１はデータ記憶装置の部分の図式的表現である。 図２はビットパターン化された記憶媒体表面の一部分の平面図。 図３は図２のビットパターン化された記憶媒体を線３−３に沿って切り取った断面図。 図４はタイミング復元回路の図式図。 図５はビットパターン化された記憶媒体で使用されるトラッキング・システムの図式表現。 図６は光学式変換器の図式表現。 図７はビットパターン化された記憶媒体表面の一部の拡大平面図。 図８は象限検出器の図式表現。 図９は媒体のアイランド上の光点の位置に関する、プッシュ・プル・エラー信号のグラフ。 図１０は媒体のアイランド上の光点の位置に関する、エッジ検出エラー信号のグラフ。

符号の説明

１０ データ記憶装置
１２ スライダ
１４ データ記憶媒体
１６ アイランド
１８ トレンチ
２０ 書き込みヘッド
２２ 読み取りヘッド
２４ ビットパターン・センサ
３２ 制御回路
３４ 書き込みチャンネル
３６ 読み取りチャンネル
３８ タイミング復元回路
４０、４２ バス
５０ ビットパターン化された媒体
５２ アイランド
５４ トレンチ
６０ 記録層
６２ 基板
６４ ヒートシンク層
６６ 非磁性誘電体材料
６８ ビットパターン・センサ
７０ タイミング復元回路
７２ 入力
７４ チャンネル
７６ 低域通過フィルタ
７８ サンプリング・スイッチ
８２ イコライザ
８６ 検出器
８８ タイミング・エラー検出器
９２ ループ・フィルタ
９４ 電圧制御発振器
１００ 光学式トラッキング・システム
１０２ 光源
１０４ 光
１０６ 半透明鏡
１０８ 近接場光学変換器
１１２ 表面
１１４ ビットパターン化された記憶媒体
１２４ 記録層
１２６ 導電性ヒートシンク層
１２８ 基板
１３０ 対物レンズ
１３２ 固体半球レンズ
１３４ 金属ピン
１４２ 表面
１４４ 記憶媒体
１５６ 光点

Claims (19)

1. ビットパターン化された記憶媒体と；
   該ビットパターン化された記憶媒体に近接して配置された書き込み変換器と；
   該書き込み変換器に結合され、書き込みパルスを前記書き込み変換器に供給する書き込みドライバと；
   ビットパターンを生成するための光学式センサと；
   ビットパターン信号に応答して同期信号を生成するためのタイミング復元回路とを含み、前記書き込みパルスのタイミングが前記同期信号に応答して調整される、前記装置。
2. 請求項１記載の装置において、光学式センサが：
   金属ピンと光を該金属ピン上に集光するためのレンズを有する近接場変換器を含む、前記装置。
3. 請求項２記載の装置において、前記金属ピンの端部の断面積が、前記ビットパターン化された記憶媒体内のアイランドの表面の断面積より小さい、前記装置。
4. 請求項１記載の装置が更に：
   光を前記ビットパターン化された記憶媒体の表面上に照射するための光源と；
   前記ビットパターン化された記憶媒体の表面から反射された光を検出するための象限光学式検出器とを含む、前記装置。
5. 請求項１記載の装置において、前記光学式センサが前記ビットパターン化された記憶媒体上の１つのビット・アイランドから反射された光を検出する、前記装置。
6. 請求項１記載の装置において、前記光学式センサが前記ビットパターン化された記憶媒体上の複数のビット・アイランドから反射された光を検出する、前記装置。
7. ビットパターン化された記憶媒体内のビット・アイランド位置を表すビットパターン信号を生成するために光学式センサを使用し；
   前記ビット・アイランドの磁化方向を制御するために書き込み変換器に供給される書き込みパルスのタイミングを制御するために、前記ビットパターン信号を使用する、方法。
8. 請求項７記載の方法において、前記光学式センサが：
   金属ピンと光を該金属ピン上に集光するためのレンズを有する近接場光学変換器を含む、前記方法。
9. 請求項８記載の方法において、前記金属ピンの端部の断面積が、前記ビットパターン化された記憶媒体内のアイランドの表面の断面積より小さい、前記方法。
10. 請求項７記載の方法において、前記ビットパターン化された記憶媒体内の前記ビット・アイランドの位置を表す前記ビットパターン信号を生成するために前記近接場光学変換器を使用するステップが：
    光を前記ビットパターン化された記憶媒体の表面上に指向させ；
    前記ビットパターン化された記憶媒体の表面から反射された光を検出するために、象限光学式検出器を使用する事を含む、前記方法。
11. 請求項７記載の方法において、前記光学式センサが前記ビットパターン化された記憶媒体上の１つの前記ビット・アイランドから反射された光を検出する、前記方法。
12. 請求項７記載の方法において、前記光学式センサが前記ビットパターン化された記憶媒体上の複数の前記ビット・アイランドから反射された光を検出する、前記方法。
13. 光点をビットパターン化されたデータ記憶媒体の表面上に指向させ；
    前記ビットパターン化されたデータ記憶媒体上の１つのアイランドから反射された光に応答してエラー信号を生成することを含み、前記エラー信号が前記アイランドに関する光点の位置を表している、方法。
14. 請求項１３記載の方法において、光検出器が第１、第２、第３および第４の検出器信号を生成し、前記エラー信号が、前記第１および第４の検出器信号の合計と前記第２および第３の検出器信号の合計の間の差である、前記方法。
15. 請求項１３記載の方法において、前記エラー信号が縁検出信号を含む、前記方法。
16. 請求項１３記載の方法において、前記エラー信号がプッシュ・プル信号を含む、前記方法。
17. 請求項１３記載の方法において、前記エラー信号が差分位相検出信号を含む、前記方法。
18. 請求項１３記載の方法において、前記光検出器が前記第１、第２、第３および第４の検出器信号を生成し、前記エラー信号が前記第１、第２、第３および第４の検出信号の合計を含む、前記方法。
19. 請求項１３記載の方法において、前記光点の直径が前記ビットパターン化されたデータ記憶媒体上の前記アイランドの幅よりも小さい、前記方法。

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