JP2010055725A - 磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高ＳＮ比の信号再生が可能な磁気記録再生装置を提供する。
【解決手段】 磁気記録再生装置においては、磁性発振素子２を有する磁気情報再生ヘッド１及び磁気記録ディスク３を備え、磁性発振素子２が磁気記録ディスクからの磁場を検出して信号が再生される。磁性発振素子２から出力される再生信号が所望のＳＮ比を満足するような、磁気記録ディスク３の回転数、磁気記録ディスク３からの磁場５による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさ、磁性発振素子２の特性である発振周波数及び発振スペクトルの半値全幅を定める判断基準を与え、この判断基準により磁気記録再生装置を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高ＳＮ比かつ高速な記録情報読み出しが可能な磁気記録再生装置に関する。

以下では、背景技術として、ＣＤＲ（Constant Density Recording）方式の磁気記録ディスクの１種であるビット・パターンド媒体と、磁性発振素子で検出を行う周波数変化検出方式の再生ヘッドと、を備えたハードディスク装置（ＨＤＤ）という公知の技術的思想について述べる。まず、このようなＨＤＤは、面記録密度が１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２以上、再生速度が１Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上、といった高特性を有するＨＤＤとして有望な技術概念であることを述べる。

ＨＤＤの容量は、２０１２年頃までに面記録密度で１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２に達すると予想されている。その高密度化を牽引するのは、非特許文献１に開示されるように、磁気記録ディスクの各トラック間に非磁性層を埋め込むなどの加工を施し、隣接するトラックの磁気的な影響を減らしたディスクリート・トラック媒体であるとされる。ただし、面記録密度が１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２以上になると、ディスクリート・トラック媒体においては、熱揺らぎの問題を抜本的に解決することは、不可能であると考えられている。この問題を解決する次世代の媒体技術として、ビット・パターンド媒体が注目されている。ビット・パターンド媒体は、ディスク表面に微小な磁性体ドットを規則的に並べ、一つの磁性体ドットに‘０’、或いは‘１’を記録する磁気記録媒体であり、熱揺らぎを抑えつつ高密度化が可能である。従って、ビット・パターンド媒体は、未だ技術的課題は多いが将来的に有望な記録媒体であると考えられている。高密度化技術として、媒体の内周部と外周部とで同じ線記録密度を有するＣＤＲ方式が古くから知られているが、ビット・パターンド媒体は、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスクの一種と見做すことができる。

面記録密度が１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２以上に高密度化することに伴い、再生ヘッドの高感度化も欠かすことができない。再生ヘッドに用いられているＣＰＰ−ＧＭＲ素子及びＴＭＲ素子の磁気抵抗（ＭＲ）比を高める素子構造の探求が盛んに行なわれている。近年注目されている素子構造に、トンネルバリアにＭｇＯを導入したＴＭＲ素子がある。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、或いはＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドにおいては、磁化自由層の磁化が、磁気記録媒体からの磁場に応じて回転し、磁化固着層の磁化の向きとの相対的な角度をなす。そして、ＭＲ効果により、磁化の相対角度に応じた素子抵抗変化が発現する。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、或いはＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドでは、その抵抗変化、従って電圧変化を読み取ることで磁気情報を再生するという原理が用いられている。再生時の雑音源の一つは、磁化自由層の磁化の熱的ゆらぎに起因している。この熱揺らぎによるノイズは、素子のＭＲ比を高めても根本的な解決にはならない。これは、ＭＲ比を大きくすると、その分ノイズレベルが上がってしまうためである。そのため、新規な再生ヘッド技術が求められている。特許文献１には、再生ヘッドにおける磁化自由層の磁化の熱的ゆらぎの問題を解決する手段として、従来の再生ヘッドのＣＰＰ−ＧＭＲ素子部、或いはＴＭＲ素子部を磁性発振素子（スピントランスファオシレータ；Spin-Transfer Oscillator）に置き換えた再生ヘッドが開示されている。磁性発振素子の基本構造は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、或いはＴＭＲ素子に類似しており、磁化自由層を少なくとも１層含む。このような磁性発振素子では、素子に電流密度で１０^７Ａ／ｃｍ^２程度の電流を通電した場合に、電流を通電している間、磁化自由層の磁化が定常的に振動する現象が発現する。そして、ＭＲ効果を介し、素子からは、磁化振動に応じた振動電圧が取り出される。磁性発振素子においては、熱的にゆらぐはずの磁化は、電流によって定常振動を強いられるため、ゆらぐ磁化成分が少なくなる。そのため、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、或いはＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドにおける雑音源である磁化自由層の磁化の熱的ゆらぎは、磁性発振素子を用いた再生ヘッドにおいては大きく抑制される。

磁性発振素子を用いた再生ヘッドの再生原理は、大きく２つに分類することができる。振幅読み出し方式及び周波数読み出し方式に分類される。振幅読み出し方式では、磁性発振素子からの振動電圧の振幅が変化することを利用し、その振幅変化を検出して媒体の磁気情報を得る。一方、周波数読み出し方式では、磁性発振素子からの振動電圧の振動数、即ち、磁性発振素子の発振周波数が磁気記録媒体からの磁場に応じて変化することを利用し、その発振周波数変化を検出して媒体の磁気情報を得る。この分類に従えば、従来のＣＰＰ−ＧＭＲ素子、或いはＴＭＲ素子を用いた再生ヘッドは振幅読み出し方式を用いていると分類できる。周波数読み出し方式は、磁性発振素子を用いた再生ヘッドに固有の再生方式である。

磁性発振素子を用いた再生ヘッドにおける振幅読み出し方式と周波数読み出し方式との比較では、平成１９年９月２６日に出願された特願２００７−２４９６５０に提案されるように、前者より後者のほうが高速読み出しに向いている。振幅読み出し方式での読み出し速度は、磁化自由層の磁化の緩和時間によって物理的に制限される。自由層磁化の緩和時間の逆数は大雑把に次のように見積もることができる。

ここで、Δθ[度]は、磁気記録媒体からの磁場による自由層磁化の回転角度、αは、ギルバート緩和定数、γは、磁気回転比、Ｈ_effは、自由層磁化が定常的に感じている有効磁場である。典型値としてΔθ＝５°、α＝０．０１、γ＝１．７６×１０^７[1/Oe・sec]、Ｈ_eff＝１０００[Oe]を用いると、緩和時間の逆数は、１ＧＨｚ程と見積もられる。即ち、振幅読み出しの読み出し速度の限界は、１Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ程である。一方、周波数読み出し方式においては、読み出し速度に関して磁化の緩和時間による制限はない。従って、磁性発振素子を用いた周波数読み出し方式の再生ヘッドは、読み出し速度に関して、既存の再生ヘッドの性能を上回るものと期待される。

以上述べたように、ビット・パターンド媒体、磁性発振素子を用いた周波数変化検出方式の再生ヘッドは、夫々、利点を有し、これらを組み合わせたＨＤＤは、面記録密度が１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２以上、再生速度が１Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上という高特性を有しえる。

しかしながら、周波数読み出し方式を採用するＨＤＤにおいては、既存の再生ヘッドでは見られない問題点が顕在化する。磁性発振素子による振動電圧の位相雑音によってＳＮ比が低下する問題がある。磁性発振素子を用いた周波数変化検出方式の再生ヘッドでは、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、或いはＴＭＲ素子を用いた既存の再生ヘッドに比べて磁化の熱揺らぎは、大きく抑制される。しかし、わずかの磁化の揺らぎが残り、それが振動電圧の位相雑音として現れる。そして、この位相雑音によって再生信号出力が劣化するといった問題がある。ビット・パターンド媒体と、磁性発振素子を用いた周波数変化検出方式再生ヘッドと、を備えたＨＤＤにおいて、位相雑音の存在下においても高ＳＮ比の再生信号出力を得られ、エラー少なく信号再生がなされることが要求される。
特開２００６−２８６８５５号公報 NIKKEI ELECTRONICS 2007.11.19 pp.89-94

上述したように、磁性発振素子を用いた周波数変化検出方式再生ヘッドを備えた磁気記録再生装置においては、位相雑音のために、磁性発振素子からの再生信号出力が劣化するという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、高ＳＮ比の信号再生が可能な、磁性発振素子を用いた周波数変化検出方式再生ヘッドを備えた磁気記録再生装置を提供することにある。

本発明によれば、
複数のトラックを有し、記録された磁気情報に応じた磁場を発生させる記録ビットが前記各トラックに等間隔に配列され、回転される磁気記録ディスクと、
磁性発振素子を有し、前記磁気記録ディスクの回転に伴い前記記録ビットからの前記磁場により前記磁性発振素子の発振周波数が次々に変化され、前記磁気記録ディスクに記録された前記磁気情報を再生する為の再生出力信号を出力する磁気情報再生ヘッドと、
を備えた磁気記録再生装置であって、
下式を満たすことを特徴とする磁気記録再生装置が提供される。

式（１）において、ω_０は、前記磁性発振素子の発振振動数、Δω_shiftは、前記磁気記録ディスクからの前記磁場による前記磁性発振素子の周波数シフトの大きさ、Δｆは、前記磁性発振素子の発振スペクトルの半値全幅、Ｔは、再生信号周期（１つの前記記録ビットを読み込む時間）、Ｒｏｕｎｄ（Ｘ）は、任意の数Ｘに最も近い整数を表わす関数であって、上記式（１）においては、前記任意の数Ｘに最も近い整数で置き換えることを意味し、Ｇは、所望される前記磁性発振素子の再生出力信号のＳＮ比より大きい定数を表わす。

本発明の磁気記録再生装置においては、磁性発振素子２を有する磁気情報再生ヘッド１及び磁気記録ディスク３を備え、再生信号が所望のＳＮ比を満足するように、磁気記録ディスクの回転動作の速さ、磁気記録ディスクからの磁場による磁性発振素子の周波数シフトの大きさ、磁性発振素子の特性といった諸量を適切に定めるための判断基準を定め、高ＳＮ比、高速再生、及び高密度記録という特性を備える磁気記録再生装置を提供することができる。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る磁気記録再生装置を説明する。

図１には、本発明の一実施の形態に係る磁気記録再生装置の全体構成を概略的に示している。この磁気記録再生装置は、図１に示されるように、情報を記録する為の磁気記録ディスク３を備えている。磁気記録ディスク３は、スピンドル５１に装着され、スピンドルモータにより矢印Ａの方向に回転される。磁気記録ディスク３の近傍に設けられたピボット５２には、アクチュエータアーム５３が保持されている。このアクチュエータアーム５３の先端には、サスペンション５４が取り付けられている。このサスペンション５４の下面には、ヘッドスライダ５５が支持されている。このヘッドスライダ５５には、後述されるように、磁気記録再生ヘッド１が搭載されている。アクチュエータアーム５３の基端部には、アクチュエータアーム５３を左右に動かして磁気記録再生ヘッド１を磁気記録ディスク３の直径方向の任意の位置に移動させる為のボイスコイルモータ５６が設けられている。

磁気記録ディスク３を回転させ、ボイスコイルモータによりアクチュエータアーム５３を回転させてヘッドスライダ５５が磁気記録ディスク３上にロードされる。そして、磁気記録再生ヘッド１を搭載したヘッドスライダ５５の媒体対向面が磁気記録ディスク３の表面から所定の浮上量を以って保持される。この状態で磁気記録ディスク３に記録された情報を読み出すことができる。

図２には、図１に示した磁気情報再生ヘッド１及び磁気記録ディスク３の構成が概略的に示されている。磁気記録ディスク３には、磁気記録ディスク３の中心Ｏから半径方向に沿って等間隔に複数の円環状のトラックが形成されている。各トラックには、記録ビット４が等間隔に規則的に配列されている。

尚、この記録ビット４の間隔は、同一トラック内で等間隔であれば良く、他のトラックと記録ビット４の間隔が異なってもよい。即ち、トラック毎に線記録密度が異なってもよい。特に、全てのトラックの線記録密度が同一である磁気記録ディスク３は、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３であり、ビット・パターンド媒体がこれに含まれる。

本実施の形態に係る磁気記録再生装置においては、磁気記録ディスク３内の記録ビット４からの磁場５が磁性発振素子２によって検出される。この磁性発振素子２は、高周波取り出し回路８に含まれる直流電源により磁性発振素子２のフィルム形状の磁化自由層の磁化Ｍが定常振動されるメカニズムにより発振される。この磁化Ｍの定常振動は、ＭＲ効果を介して電圧振動になる。この電圧振動には、直流成分も含まれているが、高周波取り出し回路８を通すことで、高周波電圧９が取り出される。この高周波電圧９の振動数ω_０は、磁化Ｍの発振振動数と等価である。また、この高周波電圧９の大きさは、磁性発振素子２の磁化自由層の磁化Ｍに作用している磁場及び磁化Ｍを振動させるための直流電流に依存する。さらに、この磁化Ｍに作用している磁場は、磁化自由層のサイズ及び膜厚、また、外部磁場環境に依存する。即ち、磁性発振素子２の発振周波数ω_０／２πは、磁化自由層のサイズ及び膜厚、磁化Ｍを定常振動させる為の直流電流、また、外部磁場の大きさ等に依存する。これらを適宜調節することで、磁性発振素子２の発振周波数ω_０／２πを約５〜５０ＧＨｚの任意の値に設定することが可能である。

高周波電圧９の振動数は、外部磁場に依存するため、記録ビット４からの磁場５にも依存することになる。本実施の形態に係る磁気記録再生装置では、磁気記録ディスク３が矢印Ａの方向に回転されるため、記録ビット４からの磁場５を受けて磁性発振素子２の発振周波数が時々刻々変化される。例えば、記録ビット４に‘０’が記録されていれば発振振動数ω_０は、（ω_０＋δω_shift／２）に変化され、‘１’が記録されていれば振動数ω_０は、（ω_０−δω_shift／２）に変化される。ここで、δω_shiftは、記録ビット４によって変化される発振振動数ω_０の振動数変化量を表わしている。磁気記録ディスク３の回転に伴い、記録ビット４から‘０’、或いは‘１’を示す磁場によって次々に磁性発振素子２の発振周波数ω_０が変化され、高周波取り出し回路８を介して高周波電圧９が出力される。高周波電圧９の振動数ω_０は、記録ビットの状態に応じて、瞬間的に、（ω_０＋δω_shift／２）、或いは、（ω_０−δω_shift／２）に変化される。従って、高周波電圧９の発振周波数ω_０の変化を検出することにより、記録ビット４が有する情報‘０’或いは‘１’を検出することができる。本実施の形態に係る磁気記録再生装置では、高周波電圧９を復調回路７に入れて復調信号１０を得るという方法で高周波電圧９の周波数の変化を検出して磁気情報再生がなされる。

図３を参照して、高周波電圧９の瞬間的な振動数変化量δω_shiftについて説明する。図３は、磁気記録ディスク３が回転されるのに伴い、磁気記録ディスク３上のあるトラック２４が磁性発振素子２の下面を相対的に移動する様子を模式的に示している。また、説明の便宜上、トラック２４上に慣性座標系（ｘｙｚ座標系）を定義する。この座標系では、トラック２４の回転移動方向、即ち矢印Ａの方向にｘ軸、磁気記録ディスク３の半径方向にｙ軸、磁気記録ディスク３の面直方向にｚ軸としている。磁性発振素子２の発振振動数ω_０は、次式で十分よく表わすことができる。

ここで、γは、磁気回転比である。Ｍ_Ｓ ^effは、磁性発振素子２の磁化自由層の磁化Ｍの有効飽和磁化であり、サイズ効果などを含んでいる。そして、Ｈ_effは、磁化Ｍに作用する有効磁場であり、サイズ効果、外部磁場環境の効果、及び直流電流によるスピントルク効果が含まれている。この有効磁場Ｈ_effの向きは、説明の便宜上、ｚ軸方向であるとする。磁性発振素子２には、更に、磁気記録ディスク３内のあるトラック２４上に配置された記録ビット４の磁気情報‘０’、或いは、‘１’に応じた磁場５が作用する。この磁場５をＨ_media（ｘ）と表わす。この磁場５の作用を考慮すると、有効磁場Ｈ_effは、（Ｈ_eff＋Ｈ_media（ｘ））に書き直される。説明の便宜上、磁気記録ディスク３からの磁場５は、トラック内でｙ座標には依存しないとし、また、その向きは、ｚ軸方向であるとしている。時刻ｔ_ｉに磁性発振素子２が座標をｘ_ｉにあるとすると、δω_shift／２は、時刻ｔでは、次式で表わされる。

ここで、ｘ＝ｘ_ｉ＋ｖ（ｔ−ｔ_ｉ）である。また、ｖは、トラック２４の回転速度を表わしている。このように、高周波電圧９の瞬間の振動数変化量δω_shiftは、磁性発振素子２の構造及び材料、また、磁気記録ディスク３のビット・パターン形状に由来するＨ_media（ｘ）の空間依存性及び材料などに依存する量である。ここで、磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftという概念を導入する。これは、振動数変化量δω_shiftを磁性発振素子２がある記録ビット４を読み込み始めてから次の記録ビットを読み込むまでの時間間隔（信号周期）Ｔで平均化した量である。この時間間隔Ｔは、ビット信号周期に他ならず、記録ビットピッチをｂとすると、Ｔ＝ｂ／ｖと表される。即ち、時間間隔Ｔは、記録ビットピッチｂ及び磁気記録ディスク３の回転速度ｖの設計に依存する。磁性発振素子２がある記録ビット４を読み込み始める時刻をｔ＝０とすると、周波数シフトの大きさΔω_shiftは、次式で表わされる。

図４には、この周波数シフトの大きさΔω_shiftと、信号周期Ｔで次々に変化する磁気記録ディスク３からの磁場５に応じて磁性発振素子２が受け取る周期信号ｓ（ｔ）との関係が模式的に示されている。

上述したように、本実施の形態に係る磁気記録再生装置では、磁性発振素子２で検出された高周波電圧９の周波数変化を復調回路７で復調して磁気情報再生される。この周波数変化は、ディジタル変復調理論の見地で、位相連続ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）と捉えることができる。ディジタル変復調理論におけるＦＳＫ信号は、図２に示される磁気記録再生装置においては、記録ビット４からの磁場５に対応する。ディジタル変復調理論により、ＦＳＫ信号の検波方法として、周波数を検出する周波数検波、位相差を検出する遅延検波、位相を検出する同期検波という３種の代表的な方法が知られている。本実施の形態に係る磁気記録再生装置においては、遅延検波方式を用いる。これは、高速で磁気情報再生される場合、この３種のＦＳＫ信号の検波方法のうち遅延検波方式が最もＳＮ比が大きくなるためである。本実施の形態に係る磁気記録再生装置における磁気情報再生時の主要なノイズ源は、磁性発振素子２の位相ノイズ、即ち、高周波電圧９の位相ノイズである。そのため、周波数検波、或いは、同期検波といった周波数、或いは、位相の値を検出する方式では、基準となる値が大きく揺らぐことになる。一方、位相差を検出する方法では、ノイズは、位相のずれの速さと信号周期Ｔとの積で決定される。従って、信号周期Ｔが小さい高速再生においては、磁性発振素子２の発振状態の位相のずれによるノイズは、他の方法に比べ小さくなる。

図５には、高周波電圧９を復調信号１０に変換する為の復調回路７が概略的に示されている。この復調回路７は、遅延検波回路１２及び符号識別回路１３から構成されている。この復調回路７においては、高周波電圧９が遅延検波回路１２に入力されて遅延検波出力信号１１が出力される。この遅延検波出力信号１１は、符号識別回路１３に入力されて復調信号１０に変換される。

高周波電圧９は、遅延検波回路１２に入力されると、二分され、一方は、信号周期Ｔの大きさの遅延時間を有する遅延線１２Ａ（ｄｅｌａｙ Ｔ）を通り、もう一方は遅延なしで通過する。そして、これらの２つの信号が乗積され、低域フィルタ１２Ｂ（ＬＰＦ）を通過し、遅延検波出力信号１１が出力される。

ここで、遅延線というディジタル変復調理論において現れる用語を持ち出して説明したが、図１に示される磁気記録再生装置における遅延検波方式と言う場合の要点は、以下の通りである。磁気情報の再生時には、ある記録ビット４を読み込んで周波数がシフトされ、続いてその次の記録ビット４を読み込んでさらに周波数がシフトされるという動作が繰り返される。初めの記録ビット４を読んでいるときの高周波電圧９の信号と、時間Ｔ後の次の記録ビット４を読んでいる時の高周波電圧９の信号とを乗積し、その低周波成分を取り出すことで、それらの信号の位相差を検出するというのが要点である。高周波電圧９の信号と、周期時間Ｔずれた高周波電圧９の信号とを乗積した信号、即ち、遅延検波出力信号１１を出力する方法は、上述したような遅延線１２Ａを備えた遅延検波回路１２による方法に限定されない。遅延線を用いずに遅延線と同一の効果を得られるように、磁気情報再生ヘッド１及び回路系を構成すればよい。一例として、図６には、そのような磁気情報再生ヘッドを概略的に示している。この磁気情報再生ヘッドは、あらゆる構成要素が同一の磁性発振素子２Ａ及び磁性発振素子２Ｂが備えられている。磁性発振素子２Ａ及び磁性発振素子２Ｂは、夫々１つの記録ビット４を同時に読み込む。また、図６では、磁性発振素子２Ａで‘０’を、磁性発振素子２Ｂで‘１’を同時に読み込んでいるスナップショットを模式的に示している。磁性発振素子２Ａ、２Ｂは、夫々高周波取り出し回路８Ａ、８Ｂに接続されていて、各磁性発振素子２Ａ、２Ｂから高周波電圧９Ａ、９Ｂが取り出される。磁気記録ディスク内のトラック２４の回転速度をｖとし、記録ビットピッチをｂとすると、信号周期Ｔは、ｂ／ｖである。同時に、磁性発振素子２Ａからの高周波電圧９Ａと磁性発振素子２Ｂからの高周波電圧９Ｂとの時間差も、Ｔである。時間差Ｔを有する２つの信号が乗積され、低域フィルタ１２Ｂを通過させることで、位相差信号である遅延検波出力信号１１が得られる。

図１に示される磁気記録再生装置においては、磁性発振素子２の発振状態に由来する高周波電圧９には、位相ノイズが含まれている。この位相ノイズが、遅延検波出力信号１１のＳＮ比を劣化させる原因となる。高周波電圧９は、次式でモデル化することが可能である。

ここで、ｘ（ｔ）は、複素数であり、その実部ｑ（ｔ）は、高周波電圧９を表わす。

また、ξ（ｔ）は、ランダム周波数変調を表わし、平均値がゼロであり、次式に示すようにガウス分布を満たす。

このモデルは、例えば、Physical Review Letters 100,017207(2008)に開示されるように、有限温度下での磁性発振素子のモデルをその定常状態で簡略化したモデルである。Ｄは、位相ノイズの大きさであり、図１に示される磁気記録再生装置が動作しているときの温度に比例する量である。また、このＤには、磁性発振素子２の非線形性に由来する振幅雑音の効果も繰り込まれている。このモデルによれば、高周波電圧９のスペクトルＩ（ω）は、図７に示されるようなローレンチアン型になり、その半値全幅Δω_FWHMは、２Ｄとなる。即ち、磁性発振素子２の発振スペクトルの半値全幅Δｆは、２Ｄ／２πと与えられる。この磁性発振素子２の発振スペクトルの半値全幅Δｆは、スペクトラムアナライザを用いて測定することができる。このように、磁性発振素子２の発振スペクトルの半値全幅Δｆは、温度、即ち、熱揺らぎに由来する位相ノイズの大きさを表しており、Δｆが大きいほど符号識別回路１３の入力信号１１のＳＮ比が劣化することになる。

なお、現在までのところ実験的に知られている、Δｆの最小値は、３ＭＨｚ程度である。この値は、磁性発振素子２の素子構造などを改善してさらに１ＭＨｚ以下にまで抑えることができる。

上述したように、図１に示される磁気記録再生装置が採用する磁気情報の信号再生方式においては、磁性発振素子２での位相ノイズによって符号識別回路１３に入力される遅延検波信号１１が劣化される。磁気情報再生におけるエラーを少なくする為には、符号識別回路１３で要求される遅延検波出力信号１１のＳＮ比を満たす必要がある。

磁気記録ディスク３の回転速度ｖ、即ち、再生信号周期Ｔと、磁気記録ディスク３からの磁場５による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftと、磁性発振素子２の特性である発振振動数ω_０及び発振スペクトルの半値全幅Δｆと、を適切に定めることにより、符号識別回路１３で要求されるＳＮ比より大きなＳＮ比を有する遅延検波出力信号１１が得られてエラーが少ない磁気情報再生が可能となる。

符号識別回路１３で要求される入力信号１１のＳＮ比Ｇ［ｄＢ］は、符号識別回路１３に用いられる符号識別技術及びエラー訂正技術等に依存する。さらに、この符号識別回路１３の製造を容易にする為に構造を簡素化し妥協したＳＮ比を定める場合もある。従って、入力信号１１のＳＮ比Ｇ［ｄＢ］を一概にある値を設定することは、できない。しかしながら、既存の再生ヘッドにおいては、エラー訂正前の信号のビット誤り率は、１０^−６以下程度であることが知られている。そのため、本発明の磁気記録再生装置における再生信号を既存のエラー訂正技術でビット誤り訂正するには、ビット誤り率は、１０^−６以下であることが好ましい。本実施の形態に係る磁気記録装置に採用される遅延検波方式に関して、例えば、２相遅延検波の場合には、符号誤り率Ｐ_ｅは、次式で与えられることがディジタル変復調理論において知られている。

ここで、ＳＮＲは、ＳＮ比を表わしている。そして、ＳＮＲが約１１ｄＢのときに、符号誤り率Ｐ_ｅが約１０^−６となる。従って、符号識別回路１３で要求される遅延検波出力信号１１のＳＮ比Ｇ［ｄＢ］は、１１ｄＢより大きいことが好ましい。本実施の形態に係る磁気記録再生装置においては、遅延検波出力信号１１のＳＮ比が１１ｄＢより大きくなるように設計されるため、再生信号のビット誤り率が１０^−６より小さくなる。

以下、本実施の形態に係る磁気記録再生装置において、再生信号周期Ｔと、磁気記録ディスク３からの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftと、磁性発振素子２の特性である発振周波数ω_０及び発振スペクトルの半値全幅Δｆとがどのような関係を持って適切に定められているのかを詳しく説明する。そして、これらが適切に定められているがゆえに本実施の形態に係る磁気記録再生装置において、符号識別回路の入力信号１１のＳＮ比が、符号識別回路１３で要求される検波信号のＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きくなることを示す。

まず、符号識別回路の入力信号１１のＳＮ比を表す式を導出する。位相ノイズξ（ｔ）を伴う磁性発振素子２の高周波電圧９が磁気記録ディスク３からの磁場５による周期Ｔの周期信号ｓ（ｔ）で周波数変調を受けるという状況は、次式でモデル化できる。

ここで、ｓ（ｔ）は、図４に示した周期信号である。この微分方程式を解くことにより、高周波電圧９を遅延時間Ｔで遅延検波する場合における遅延検波出力信号Ｖ_output（ｔ）が次式で与えられる。

ただし、ψ（ｔ）及びφ（ｔ）は、次式で表わされる。

また、ｑ_０は、高周波電圧９のピーク値、＜...＞_ＬＰＦは、信号が低域フィルタ１２Ｂを通過したことを表す。なお、（１４）式で表されるψ（ｔ）は、時間Ｔの間に高周波電圧９が受ける位相シフト量を表わす。磁性発振素子２が記録ビット４の境界に位置する時刻をｔ_ｂとすれば、ｔ_ｂ−Ｔからｔ_ｂの間に高周波電圧９が受ける位相シフト量ψ（ｔ_ｂ）は、図４のような周期信号ｓ（ｔ）の場合、記録情報が‘０’のときψ（ｔ_ｂ）は、０となり、記録情報が‘１’のとき、ψ（ｔ_ｂ）は、Δω_shiftＴとなる。

位相ノイズがない場合、即ち、その大きさを表すＤがＤ＝０の場合、符号識別回路１３の入力信号１１は、次式で表わされる。

従って、Ｖ_output（ｔ）のノイズ成分Ｖ_noise（ｔ）は、次式のように表わされる。

図８は、Ｖ_signal（ｔ）及びＶ_output（ｔ）の一例を概略的に示しているグラフである。図８では、ｑ_０＝１としている。雑音電圧は、次式のように、［Ｖ_noise（ｔ）］^２の時間平均で定義される。

ここで、上付きのバーは、時間平均をとることを意味する。従って、上式のＶ_noise（ｔ）から［Ｖ_noise（ｔ）］^２の時間平均を計算することにより、雑音電圧を次式のように評価することができる。

この時間平均の計算は、エルゴード性を仮定し、ランダム変数ξ（ｔ）による平均化操作、及びランダム変数とみなせる磁気情報‘０’、‘１’による平均化操作を行なうことで行われる。符号識別回路１３の入力信号１１のＳＮ比、特に、磁性発振素子２が記録ビット４の境界に位置する時刻ｔ_ｂでのＳＮ比は、次式で与えられることになる。

次に、符号識別回路の入力信号のSN比が、符号識別回路１３で要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きくなるために、再生信号周期Ｔと、磁気記録ディスク３からの磁場５による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftと、磁性発振素子２の特性である発振周波数ω_０及び発振スペクトルの半値全幅Δｆとの間に課される条件について説明する。符号識別回路１３の入力信号１１のＳＮ比が、符号識別回路１３で要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きくなるためには、次式の不等式を満たさなければならない。

まず、上式の絶対値の中の三角関数部分は、周期的であるから、少なくとも次式の条件が必要となる。

この式（２２）を変形すると、次式になる。

この式（２３）の下で、式（２１）は、次式のように書き換えることができる。

ここで、Ｒｏｕｎｄ［Ｘ］は、Ｘに最も近い整数を表す。上述したように、ψ（ｔ_ｂ）＝０又はΔω_shiftＴであるから、この条件は、次式と同値である。

ここで、Ｄ＝πΔｆを用いた。なお、式（２５）は、式（２３）を含んでいる。これは、ａｒｃｃｏｓ（ｘ）は、引数ｘ（＞０）に対し、ｘ＜１で定義されるからである。このように、符号識別回路１３の入力信号のＳＮ比が、符号識別回路１３で要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きくなるためには、再生信号周期Ｔと、磁気記録ディスク３からの磁場５による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftと、磁性発振素子２の特性である発振周波数ω_０及び発振スペクトルの半値全幅Δｆとの間に式（２５）で表される条件が課される。

本実施の形態に係る磁気記録再生装置においては、磁気記録ディスク３の回転速度ｖに起因する再生信号周期Ｔと、磁気記録ディスク３からの磁場５による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftと、磁性発振素子２の特性である発振周波数ω_０及び発振スペクトルの半値全幅Δｆとが式（２５）を満たすように定められている。そのため、符号識別回路１３で要求される信号のＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きいＳＮ比の遅延検波出力信号１１を符号識別回路１３に提供することができ、エラーが少ない磁気情報再生を行うことが可能である。特に、磁気記録ディスク３の中心Ｏからの距離ｒ及び記録ビットピッチｂを有するトラックの磁気情報を再生する際には、信号周期Ｔが式（２５）を満たし、次式で表わされる回転数Ｎで該トラックを回転動作させる。

従って、符号識別回路１３で要求される検波信号のＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きい信号の質を符号識別回路の入力信号１１に提供することができ、エラーが少ない磁気情報再生を行うことが可能である。

以上のように、本実施の形態に係る磁気記録再生装置においては、磁気記録ディスク３の回転速度ｖに起因する信号周期Ｔと、磁気記録ディスク３からの磁場５による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftと、磁性発振素子２の特性である発振周波数ω_０及び発振スペクトルの半値全幅Δｆとが式（２５）を満たすように定められている。そして、既存のエラー訂正技術においてビット誤り率が１０^−６以下となるように望まれることから、符号識別回路１３の入力信号１１のＳＮ比は、（Ｇ＝）１１［ｄＢ］より大きいことが要求されている。従って、式（２５）においてＧ＝１１とした次式を満たすように各値が定められることで、１１［ｄＢ］より大きなＳＮ比を有する符号識別回路１３の入力信号１１を得ることができ、エラー少なく磁気情報を再生することが可能である。

例えば、図１に示される磁気記録再生装置において、記録ビットピッチｂが３０ｎｍ、磁気記録ディスク３からの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shift／２πが２０ＭＨｚ、磁性発振素子２の特性がω_０／２πが１０．１［ＧＨｚ］、Δｆが５［ＭＨｚ］である場合には、磁気記録ディスク３を回転速度ｖが３０［ｍ／ｓｅｃ］となるように回転させればよい。

実際、記録ビットピッチｂが３０ｎｍ、回転速度ｖが３０［ｍ／ｓｅｃ］、即ち、信号周期Ｔが１［ｎｓｅｃ］の場合には式（２７）の右辺は、次式のような値になる。

そして、Δω_shift／２πが２０ＭＨｚ、磁性発振素子２の特性がω_０／２πが１０．１［ＧＨｚ］とすると、次式のように式（２７）を満たす。

従って、図１に示される磁気記録再生装置の各構成が上記に例示した値となるように設計されることで、１１［ｄＢ］より大きなＳＮ比を有する符号識別回路１３の入力信号１１を得ることができる。

更に、（２５）式の条件に加えて、再生信号周期Ｔ及び磁気記録ディスク３からの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftが、次式を満たすように定められる。

このように、磁気記録ディスク３の回転速度及びその他の磁気記録ディスク特性が定められると、高周波電圧９及び符号識別回路１３の入力信号１１などを伝送するための高周波伝送路における波形歪みが抑制され、伝送誤りが防がれる。

図４に示した周期Ｔの周期信号ｓ（ｔ）で周波数変調された磁性発振素子２から出力される高周波電圧９を表わすｘ（ｔ）を、ξ（ｔ）＝０とした式（１２）でモデル化し、信号の符号‘０’,‘１’をランダム変数とみなすことにより、周波数変調された磁性発振素子２のパワースペクトルＩ（ω）が次式で表わされる。

そのスペクトル形状は、Δω_shiftＴの大きさに依存する。ここで、ｊ_０（ｕ）は、０次の球Ｂｅｓｓｅｌ関数である。図９には、Δω_shiftＴの幾つかの値に対する（３１）に示される周波数変調された磁性発振素子２のパワースペクトルを例示している。（ａ）の線は、Δω_shiftＴ＝π／２の場合、（ｂ）の線は、Δω_shiftＴ＝πの場合、（ｃ）の線は、Δω_shiftＴ＝３π／２の場合、（ｄ）の線は、Δω_shiftＴ＝３πの場合を表している。式（３０）の範囲の値を持つΔω_shiftＴの場合には、スペクトル成分は、磁性発振素子２の発振振動数ω_０付近に集中する。しかし、この範囲よりも大きなΔω_shiftＴの場合、例えば、図９に示される線（ｄ）のように、高周波信号９の周波数帯域が広がり、そのスペクトル成分は、広い帯域へ拡散することになる。高周波伝送路は伝送周波数特性を有しており、信号の周波数帯域が広いと波形歪みが大きくなり伝送誤りが生じやすくなってしまう。しかしながら、再生信号周期Ｔ及び磁気記録ディスク３からの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftが、（３０）式を満たすように、磁気記録ディスクの回転速度及びその他の磁気記録ディスク特性が定められる。従って、高周波電圧９や符号識別回路の入力信号１１などを伝送するための高周波伝送路における波形歪みが抑制される。

尚、高周波電圧９や符号識別回路１３の入力信号１１などを伝送するための高周波伝送路は磁性発振素子２の発振振動数ω_０付近の周波数を有する高周波を良く伝送するように設計されていることが好ましい。

また、（２１）式において周期関数である三角関数が含まれているため、符号識別回路１３の入力信号１１のＳＮ比は、ｍを正整数として次式を満たす場合に大きくなる。

ψ（ｔ_ｂ）は、０又はΔω_shiftＴであるから、（３２）式は、ｌ、ｎを正整数として、次式と等価である。

（３４）式を（３３）式で割り算することにより次式が得られる。

従って、図１に示される磁気記録再生装置においては、（２５）式の条件に加えて、磁性発振素子２の発振振動数ω_０及び磁気記録ディスク３からの磁場５による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftが（３５）式を満たす場合に、ＳＮ比の大きな遅延検波出力信号１１が得られ、エラー少なく信号再生することが可能である。

また、磁性発振素子２の発振振動数ω_０及び磁気記録ディスク３からの磁場５による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftが（３５）式で関係付けられている場合、（２５）式は、次式と同値である。

この不等式（３６）は、式（３５）を満たすように磁性発振素子２の発振周波数ω_０及び周波数シフトの大きさΔω_shiftを定めた下での符号識別回路１３で要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きいＳＮ比を有する符号識別回路１３の入力信号１１を得る為に許容される信号周期Ｔの範囲を定める不等式である。

図１に示される磁気記録再生装置においては、磁性発振素子２の発振振動数ω_０及び磁気記録ディスク３からの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftが、式（２５）に加え、式（３５）の関係を満たすように、磁性発振素子２の発振振動数ω_０及び磁気記録ディスク３が設計されている。即ち、信号周期Ｔが式（３６）を満たすように、磁気記録ディスク３内の記録ビットピッチｂを有するトラックが回転速度ｖ＝ｂ／Ｔで回転動作されることになる。これにより、符号識別回路１３で要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きいＳＮ比を有する遅延検波出力信号１１が得られ、エラー少なく信号再生することが可能になる。

また、磁性発振素子２の発振振動数ω_０及び磁気記録ディスク３からの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftが式（３５）で関係付けられている場合に得られる式（３６）と、高周波伝送路における波形歪みが抑制される条件式として得られる式（３０）と、の包含関係から次式が得られる。

この不等式（３７）は、式（３５）を満たすように磁性発振素子２の発振周波数ω_０及び周波数シフトの大きさΔω_shiftを定めた下での、符号識別回路１３で要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きいＳＮ比を有する遅延検波出力信号１１を得るための不等式及び高周波伝送路における波形歪みが抑制される信号周期Ｔの範囲を定める不等式を含む。

従って、本実施の形態に係る磁気記録再生装置においては、磁性発振素子２の発振振動数ω_０及び磁気記録ディスク３からの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shiftが式（３５）の関係を満たすように、磁性発振素子２の発振振動数ω_０及び磁気記録ディスク３が設計されている。そして、信号周期Ｔが式（３７）を満たすように、磁気記録ディスク３内の記録ビットピッチｂを有するトラックが回転速度ｖ＝ｂ／Ｔで回転動作させることで、符号識別回路１３で要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きいＳＮ比を有する遅延検波出力信号１１が得られ、エラー少なく信号再生することが可能である。

トラックの動作速度ｖは、磁気記録ディスク３の回転数と磁気記録ディスク３の中心Ｏからトラックまでの距離により定まる。そのため、式（２５）が満たされるような信号周期Ｔの値としてある一つの値を定めた場合、全てのトラックで動作速度がｖ＝ｂ／Ｔとなるには、磁気記録ディスク３の回転数をトラック毎に変更する必要がある。このような場合には、磁気記録ディスク３を回転動作させるスピンドルモータのサーボ技術として高度なものが要求されることになる。しかしながら、符号識別回路１３で要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きいＳＮ比を有する符号識別回路１３の入力信号１１を得るのに許容される信号周期Ｔの範囲を定める不等式とみなせる式（２５）、或いは、それを強めた式（３６）、或いは、式（３７）が満たされるように、磁気記録ディスク３と磁性発振素子２とを設計し、トラック毎に信号周期Ｔに可変範囲を与える。これにより、磁気記録ディスク３の中心Ｏからの距離に応じてトラックの集合からなるゾーンを設定し、磁気記録ディスク３の回転数をこのゾーン毎に設定することが可能である。従って、磁気記録ディスクを回転動作させるモータの回転数をトラック毎に変更する必要がなく、回転数の設定数が大幅に減らすことが可能となる。

次に、図１０〜図１３を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気記録再生装置の構成例について説明する。図１０は、本発明の実施の形態に係る磁気記録再生装置の構成例における磁気記録ディスク３Ａを概略的に示している。この磁気記録ディスク３Ａは、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａであり、記録ビットのピッチｂが３０ｎｍ、トラック幅ｄが２０ｎｍ（記録密度が約１．０７５Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２）に形成されている。また、内径ｒ０が０．４ｉｎｃｈ、外径Ｒが１．２５ｉｎｃｈに形成されている。磁性発振素子２は、発振周波数ω_０／２πが約１２ＧＨｚ、発振スペクトルの半値全幅Δｆが３ＭＨｚという特性を有する。以上のようなＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａと磁性発振素子２とから構成される磁気記録再生装置において、再生信号出力のＳＮ比として最低２０［ｄＢ］が要求されているとする。上述したように、本発明の実施の形態に係る磁気記録再生装置では、この要求に応えるＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａが満たすべき性質及びトラックの回転速度が規定され、ＳＮ比が２０［ｄＢ］よりも大きな再生信号出力を有する磁気記録再生装置を提供することができる。以下、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３が満たすべき性質および回転動作が規定される一例を詳細に示す。

本実施の形態に係る磁気記録再生装置では、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａの回転動作による再生信号周期Ｔ及びＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａからの磁場による磁性発振素子２の周波数シフト量Δω_shiftが式（３５）及び式（３７）を満たすように、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３が満たすべき性質及び回転動作が規定される。要求されるＳＮ比Ｇ［ｄＢ］より大きいＳＮ比を有する再生信号出力が得られ、また、高周波伝送路における波形歪みを抑制することができる。ここでの例では、要求されるＳＮ比が２０［ｄＢ］であるとする。このとき（３７）式は、次式になる。

また、（３５）式を変形すると、次式が得られる。

先ず、式（３８）及び式（３９）を満たす信号周期Ｔ及び磁性発振素子２の周波数シフト量Δω_shiftを決定する。式（３９）において、ｎ＝３、ｌ＝１とすると、Δω_shift／２πは、０．６３６６［ＧＨｚ］程度である。式（３８）式を満たすような信号周期Ｔは、次式を満たす。

従って、Ｔを０．７８５４［ｎｓｅｃ］程度にすればよいことになる。この判断基準から、Δω_shift／２π＝０．６４［ＧＨｚ］、Ｔ＝０．７９［ｎｓｅｃ］と設定する。Δω_shift／２π＝０．６４［ＧＨｚ］の場合には、ω_０／２π＝１２．０６３７［ＧＨｚ］である必要があるが、磁性発振素子２の発振振動数ω_０は、励振の為の直流電流の大きさを変えることで容易に調節ができる。いま、Δｆ＝３［ＭＨｚ］であるから、Ｔ＝０．７９［ｎｓｅｃ］の場合、式（３８）の右辺は、次式のような値になる。

一方、式（３８）の左辺は、次式のような値になる。

よって、Δω_shift／２π＝０．６４［ＧＨｚ］、Ｔ＝０．７９［ｎｓｅｃ］は、式（３８）かつ式（３９）を満たす。この信号周期Ｔが０．７９［ｎｓｅｃ］であることは、再生速度が約１．２６Ｇｂｉｔ／ｓｅｃになることに相当する。従って、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａの回転動作による信号周期Ｔ及びＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａからの磁場による磁性発振素子２の周波数シフト量Δω_shiftが、一例として、Δω_shift／２π＝０．６４［ＧＨｚ］、Ｔ＝０．７９［ｎｓｅｃ］に規定される。これにより、２０［ｄＢ］より大きな再生信号出力のＳＮ比を有する磁性発振素子２の発振周波数変化が検出されて磁気情報再生が行われる。

また、Δω_shift／２π＝０．６４［ＧＨｚ］という要請から、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａからの磁場の大きさＨ_mediaが規定される。その要求される磁場の大きさは、式（６）を空間依存性を平均化して簡略化した次式で大雑把に見積もられる。

ここで、Ｈ_mediaは、Ｈ_eff及び４πＭ_Ｓ ^effに比べて小さいとしている。Ｈ_effは、磁性発振素子２の発振を励起する為の直流電流の効果（スピントルク効果）も含んだ有効磁場であって、次式から求められる。

いま、γ＝１．７６×１０^７［１／Ｏｅ・ｓｅｃ］、Ｍ_Ｓ ^eff＝８００［ｅｍｕ／ｃｍ^３］という値を有する磁性発振素子２が用いられているとすると、Ｈ_effは、１５９２．７［ＧＨｚ］程度である。よって、（４３）式より、Δω_shift／２π＝０．６４［ＧＨｚ］に対応するＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａからの磁場の大きさＨ_mediaは、７４［Ｏｅ］程度となる。

Ｔ＝０．７９［ｎｓｅｃ］という要請から、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａのトラックの回転動作の速度は、ｖ＝３７．９７［ｍ／ｓｅｃ］である。従って、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａがどのような回転数で回転動作させるべきかが規定される。いま、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａに関し、トラック幅ｄが２０［ｎｍ］、内径ｒ_０が０．４［ｉｎｃｈ］、外径Ｒが１．２５［ｉｎｃｈ］であるから、全トラック数Ｋは、次式のような値になる。

図１０に示したようにディスク中心からｋ番目（１≦ｋ≦Ｋ）のトラックまでの距離は、次式のようになる。

そして、ｋ番目のトラックを再生しているときには、ｋ番目のトラックを次式で表わされる回転数で動作させる。

図１１は、横軸にトラックの位置番号、縦軸にトラックの回転数をとり、この式（４７）を示している。このように、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３からの磁場の大きさの平均値が７４［Ｏｅ］、各トラックの回転数が式（４７）で定まる。

以上のように、高密度、高速再生、及び高ＳＮ比という特性を有する磁気記録再生装置を構成することができる。この磁気記録再生装置では、再生速度が約１．２６Ｇｂｉｔ／ｓｅｃであり、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａの記録密度が約１．０７５Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ^２、内径ｒ_０が０．４ｉｎｃｈ、外径Ｒが１．２５ｉｎｃｈとなっている。また、磁性発振素子２の発振周波数ω_０／２πが約１２ＧＨｚ、発振スペクトルの半値全幅Δｆが３ＭＨｚとなっている。そして、磁性発振素子２の再生信号出力のＳＮ比が２０［ｄＢ］より大きい。

尚、このように定めた、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａの回転動作の速さｖに起因する再生信号周期Ｔ、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａからの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさΔω_shift、磁性発振素子２の特性である発振周波数ω_０及び発振スペクトルの半値全幅Δｆは、（２５）式を満たす。

また、上記の磁気記録再生装置では、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３の回転数をゾーンごとに定めることも可能である。以上の例では、Δω_shift／２π＝０．６４［ＧＨｚ］、Ｔ＝０．７９［ｎｓｅｃ］というように規定している。しかし、Δω_shift／２π＝０．６４［ＧＨｚ］と固定した下で、Ｔとして（３８）式が満たされるＴ_min＜Ｔ＜Ｔ_maxという範囲の値を適当に許容することにより、ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３の回転数のゾーン分割が可能になる。例えば、以下のように、ゾーン分割できる。式（３８）の右辺は、Ｔに関して単調減少であることを考慮して、（３８）式を少し強めて次式のようにする。

この式（４８）より、Ｔ_maxは、次式を満たす。

これを解くと、Ｔ_maxは、０．８８６［ｎｓｅｃ］程度である。よって、Ｔ_maxを０．８８６［ｎｓｅｃ］と定めることができる。このＴ_max及び（４８）式より、Ｔ_minは、０．６７４［ｎｓｅｃ］程度なる。よって、Ｔ_minを０．６８［ｎｓｅｃ］と定めることができる。こうして適当に定めたＴの範囲０．６８＜Ｔ＜０．８８内のＴは（３８）式を満たし、従って、０．６８＜Ｔ＜０．８８を満たす動作速度ｖ＝ｂ／ＴでＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３Ａを動作させれば、再生信号出力のＳＮ比は、２０［ｄＢ］より大きくなる。不等式０．６８＜Ｔ＜０．８８及び式（４７）に従って、ゾーン分割を具体的に定めることができる。ＣＤＲ方式の磁気記録ディスク３の回転数のゾーン分割及び各ゾーンに対応する回転数の一例を図１２、図１３に示している。図１３に示すように、各トラックの磁気情報を読み出すのに必要な回転数は、式（４７）においてＴ＝０．６８及びＴ＝０．８８とした場合に得られる破線で囲まれた領域の値となる。この例では、図１２に示されるように、５つのゾーンに分割することができ、一番外側のゾーン番号を０として外側から順にゾーン０〜ゾーン４を設定している。図１３に示すように、ゾーン０に含まれるトラックを再生するときは、トラックを約１２０００［ｒｐｍ］、ゾーン１に含まれるトラックを再生するときは、トラックを約１５０００［ｒｐｍ］、ゾーン２に含まれるトラックを再生するときは、トラックを約１９０００［ｒｐｍ］、ゾーン３に含まれるトラックを再生するときは、トラックを約２４５００［ｒｐｍ］、ゾーン４に含まれるトラックを再生するときは、トラックを約３２０００［ｒｐｍ］といった回転数で回転動作させればよい。

このように本発明の実施の形態に係る磁気記録再生装置において、磁気記録ディスク３Ａをゾーン分割して回転数を定めることが可能で、各々のトラックごとに回転数を定めるという煩雑さを軽減できる。

以上のように、本発明は、磁性発振素子２と磁気記録ディスク３からなる磁気記録再生装置における再生信号が所望のＳＮ比を満足するために、磁気記録ディスクの回転動作の速さ、従って、再生信号周期Ｔ、磁気記録ディスク３からの磁場による磁性発振素子２の周波数シフトの大きさ、磁性発振素子２の特性といった諸量を適切に定めるための判断基準を与える。本発明に従った磁性発振素子と磁気記録ディスクからなる磁気記録再生装置は、高ＳＮ比高速再生、高密度記録といった特性を備える磁気記録装置を構成することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る磁気記録再生装置を概略的に示す斜視図である。 図１に示した磁気情報再生ヘッド及び磁気記録ディスクを概略的に示す斜視図である。 図２に示した磁性発振素子及びトラックの動作を示す概略図である。 図２に示した磁性発振素子が検出する記録ディスクからの磁場による信号を模式的に示すグラフである。 図２に示した復調回路を概略的に示すブロック図である。 図５に示した遅延検波回路と同様の機能を有するような磁気情報再生ヘッドの一例を概略的に示す斜視図である。 図２に示した磁性発振素子の発振スペクトルを概略的に示すグラフである。 図２に示した符号識別回路に入力される遅延検波出力信号を模式的に示すグラフである。 図２に示した磁性発振素子のパワースペクトルの一例を概略的に示すグラフである。 図１に示される磁気記録再生装置においてＣＤＲ方式の磁気記録ディスクを採用した例を概略的に示す平面図である。 図１０に示したＣＤＲ方式の磁気記録ディスクの回転数の一例を示すグラフである。 図１０に示したＣＤＲ方式の磁気記録ディスクのゾーン分割の一例を概略的に示す平面図である。 図１２に示したＣＤＲ方式の磁気記録ディスクのゾーン分割及びゾーン毎の回転数を概略的に示すグラフである。

符号の説明

１…磁気情報再生ヘッド、２，２Ａ，２Ｂ…磁性発振素子、３，３Ａ…磁気記録ディスク、４…記録ビット、５…記録ビットからの磁場、７…復調回路、８，８Ａ，８Ｂ…高周波取り出し回路、９，９Ａ，９Ｂ…高周波電圧、１０…復調信号、１１…遅延検波出力信号、１２Ａ…遅延線、１２Ｂ…低域フィルタ、１３…符号識別回路、５１…スピンドル、５２…ピボット、５３…アクチュエータアーム、５４…サスペンション、５５…ヘッドスライダ、５６…ボイスコイルモータ、２４…トラック

Claims (7)

1. 複数のトラックを有し、記録された磁気情報に応じた磁場を発生させる記録ビットが前記各トラックに等間隔に配列され、回転される磁気記録ディスクと、
   磁性発振素子を有し、前記磁気記録ディスクの回転に伴い前記記録ビットからの前記磁場により前記磁性発振素子の発振周波数が次々に変化され、前記磁気記録ディスクに記録された前記磁気情報を再生する為の再生出力信号を出力する磁気情報再生ヘッドと、
   を備えた磁気記録再生装置であって、
   下式を満たすことを特徴とする磁気記録再生装置。
   

   

   式（１）において、ω_０は、前記磁性発振素子の発振振動数、Δω_shiftは、前記磁気記録ディスクからの前記磁場による前記磁性発振素子の周波数シフトの大きさ、Δｆは、前記磁性発振素子の発振スペクトルの半値全幅、Ｔは、再生信号周期（１つの前記記録ビットを読み込む時間）、Ｒｏｕｎｄ（Ｘ）は、任意の数Ｘに最も近い整数を表わす関数であって、上記式（１）においては、前記任意の数Ｘに最も近い整数で置き換えることを意味し、Ｇは、所望される前記磁性発振素子の再生出力信号のＳＮ比より大きい定数を表わす。
2. 前記磁気記録ディスクは、全ての前記トラックの前記記録ビットの間隔が同一であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録再生装置。
3. 前記磁気記録ディスクは、前記情報の再生時に前記磁性発振素子が読み込む前記トラックの前記磁気記録ディスクの中心からの距離ｒ及び前記トラックにおける前記記録ビットの間隔ｂを有し、次式を満たす回転数で回転されることを特徴とする請求項１、或いは、請求項２に記載の磁気記録再生装置。
   

   

   式（２）において、Ｎは、前記磁気記録ディスクの回転数を表す。
4. 所望される前記再生出力信号のＳＮ比が１１［ｄＢ］より大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の磁気記録再生装置。
5. 前記再生信号周期Ｔ及び前記磁気記録ディスクからの前記磁場による前記磁性発振素子の周波数シフトの大きさΔω_shiftは、更に、次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の磁気記録再生装置。
   

   
6. 前記磁性発振素子の発振振動数ω_０及び前記磁気記録ディスクからの前記磁場による前記磁性発振素子の周波数シフトの大きさΔω_shiftは、更に、次式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の磁気記録再生装置。
   

   
7. 前記磁気記録ディスクは、前記トラックの集合からなる複数のゾーンを有し、前記トラックがゾーンに区分けされて前記ゾーン毎に回転数が定められることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の磁気記録再生装置。

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