JP3544416B2 - 磁気記録媒体の信号再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録再生装置、特に複数のトラックに記録された情報を再生する信号再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録再生装置の記録密度は著しく向上している。記録密度の向上は線記録密度の向上と、トラック密度の向上とにより達成される。このうち、トラック密度に係る従来の技術について説明する。従来の磁気記録再生装置は、複数の記録トラックを有する磁気記録媒体と、その中の任意の１トラックに対して磁気信号を記録再生する磁気ヘッドとを有し、磁気ヘッドを所望のトラックに正確に追従させることにより情報の記録再生を行っていた。例えば円盤状の磁気記録媒体を用いる磁気ディスク装置は、位置情報となるサーボ信号を同心円状の記録トラックに予め記録した記録媒体と、磁気記録媒体の任意の１トラックに対して磁気信号を記録再生する磁気ヘッドと、磁気ヘッドを所望の記録トラックに位置決めするためのヘッド位置決め機構とを備えていた。そして、サーボ信号を再生することにより磁気ヘッドの位置を検出し、それを基にヘッド位置決め機構の位置制御を行うという動作により、所望の記録トラックに磁気ヘッドを追従させ、情報の記録再生を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の構成の磁気記録再生装置は、トラック密度が磁気ヘッドの磁極幅とトラック追従精度とにより制約されるといった問題点を有していた。すなわち、トラック密度を高めるためには磁気ヘッドの磁極幅は少なくとも記録トラックの幅より小さいことが要求される。なぜならば、磁極幅が記録トラックの幅より大きければ、記録トラックから生じる信号磁界がトラック間において干渉を起こし、正確な信号再生ができないからである。従ってトラック密度を向上するためには、より狭い幅の磁気ヘッドを製作することが必要である。しかしながら、狭幅の磁極を製作するためには製造プロセスの高精度化が必要であること、また磁極寸法の微小化に伴う磁気的特性の変化を制御する技術が必要であること等の課題があった。また、トラック密度は磁極幅による制約に加えて、トラック追従精度による制約をも受ける。すなわち、トラックの追従誤差に対して隣接トラックまでの距離を十分大きくとらなければ隣接トラックからの信号が混入し、信号対雑音比の劣化により所望のエラーレートが達成できないという問題点を有していた。従って、トラック密度を向上するためには、トラックの追従をより高精度にて行うことが要求される。そのためには、サーボ信号の高精度化とその検出の高品位化、ヘッド位置決め機構の高帯域化、外乱振動の低減等の課題を解決することが必要である。
【０００４】
このように、従来の磁気記録再生装置においてトラック密度を著しく高めようとすれば種々の課題に直面し、これらの課題をすべて解決することは現実的には極めて困難であった。本発明はかかる従来技術の直面している現状に鑑みてなお、トラック密度を格段に向上できる磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、複数のトラックに磁気的に信号が記録されている磁気記録媒体から信号を再生する信号再生装置であって、
互いに隣接した複数のトラックに対向して配置された軟磁性体内において前記複数のトラックからそれぞれ生じる複数の信号磁界を互いに重畳して重畳磁気信号を形成する信号重畳手段と、
光源から放射した光を光スポットにして前記軟磁性体の所定の位置に入射する入射光学系、及び、前記軟磁性体において反射した再生光を検出し、その光学的特性値に応じた電気信号を発生する光検出器、を含む信号検出変換手段と、
前記電気信号からトラックごとに信号を弁別する信号弁別手段とを備え、
前記入射光学系は少なくとも２つ以上の光スポットを形成するように構成され、前記光検出器は前記光スポットにそれぞれ対応して少なくとも２つ以上設けられ、そして隣接する光スポットの中心間距離が当該光スポットの直径より小さく構成されている。ここで重畳とはトラック間干渉をあえて排除せず、複数トラックからの信号磁界をそのまま捕捉した状態をいう。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、複数のトラックに磁気的に信号が記録されている磁気記録媒体から信号を再生する信号再生装置であって、
互いに隣接した複数のトラックに対向して配置された軟磁性体内において前記複数のトラックのからそれぞれ生じる複数の信号磁界を互いに重畳して重畳磁気信号を形成する信号重畳手段と、
光源から放射した光を光スポットにして前記軟磁性体の所定の位置に入射する入射光学系、及び、前記軟磁性体において反射した再生光を検出し、その光学的特性値に応じた電気信号を発生する光検出器、を含む信号検出変換手段と、
前記電気信号からトラックごとに信号を弁別する信号弁別手段とを備え、
前記入射光学系は少なくとも２つ以上の光スポットを形成するように構成され、前記光検出器は前記光スポットにそれぞれ対応して少なくとも２つ以上設けられ、光スポットの個数をｍ（整数）個としたとき、前記軟磁性体の、トラックに直交する方向の大きさが、互いに隣接する２つのトラックの中心間距離の（ｍ−２）倍以上であって（ｍ−１）倍以下であるよう構成されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気記録再生装置の第１の実施形態について図１から図６を参照しながら説明する。図１は磁気記録再生装置の要部縦断面図、図２は同装置の一部であるヘッドスライダの斜視図及び平面図、図３は同装置の磁極部の正面図、図４はその磁極部の縦断面図、図５は信号再生回路のブロック図、図６は記録フォーマットを示す概念図である。
【０００８】
図１において磁気記録媒体１は、媒体基板２及びその表面に形成された記録層３により構成される。記録層３には同心円状の複数のトラックに分けて情報が記録されている。図１において信号再生器１０は、ヘッドアーム４０の先端部に設けられた光学ユニット３０と、片もち板ばね状のサスペンション１４に支持されたヘッドスライダ１１とを備えている。ヘッドスライダ１１は透明多面体１２、集光レンズ１３及び磁極部２０を備えており、透明多面体１２の底面１２ｄは磁気記録媒体１と対向配置されている。
【０００９】
透明多面体１２はりん化ガリウム（屈折率３．３１）からなり、図２の（ａ）に示すように、直方体を、斜面１２ｃを切断面として切断した形状をしている。すなわち、側面１２ａ、１２ｂ、１２ｆ及び１２ｇ、上面１２ｅ、底面１２ｄ、並びに、斜面１２ｃの合計７平面を有する多面体である。斜面１２ｃは、側面１２ａ、１２ｂ、１２ｆ及び１２ｇ、並びに底面１２ｄとそれぞれ稜線を挟んで隣接している。底面１２ｄと稜線を挟んで隣接する側面１２ａの下部すなわち、磁気記録媒体１の記録層３（図１）に形成されるトラック５ａ、５ｂ及び５ｃ近傍には磁極部２０が形成されている。また上面１２ｅの中央部は凸状球面（但し、正確には非球面レンズ）に形成されており、集光レンズ１３となっている。図２の（ｂ）は（ａ）の平面図である。磁極部２０は実際には厚さが２μｍ程度の薄膜であるが、図２の（ｂ）においては便宜上、厚めに表示している。
【００１０】
図１に戻って、光学ユニット３０は、半導体レーザ３１、ホログラム素子３２及び光検出器３３を備えている。半導体レーザ３１から放射された再生光（再生のための光）がホログラム素子３２を通過することにより±１次の回折光が生成され、かつ、再生光は同時にコリメートされ（並行にされ）、合計３つの光束が集光レンズ１３に入射する。コリメートされた再生光の光軸は磁気記録媒体１に対する法線にほぼ一致するように設計されている。集光レンズ１３により集光された再生光の光軸は斜面１２ｃにより磁気記録媒体１の長手方向（図１の左右方向）に平行な平面（例えば、図２の（ｂ）における紙面と平行な平面）内の光軸に変換され、磁極部２０に入射する。従って、磁極部２０への入射面（入射光と反射光を含む面、例えば図２の（ｂ）における紙面に平行な平面）は磁極部２０が設けられる面（すなわち側面１２ａ）に垂直で且つ磁気記録媒体１に平行となっている。本実施形態では、磁気記録媒体１からの信号磁界を取り入れやすいように、磁極部２０は磁気記録媒体１の表面に対して直角に設けられている。入射光Ｌｉ（実際は３本）の磁極部２０への入射角φは３５．５度に設定されている。また、再生光は電界ベクトルが入射面内にあるＰ偏光に設定されている。磁極部２０からの反射光Ｌｏ（実際は３本）は、図２の（ａ）に示すように、再び斜面１２ｃにより光軸が変換された後、集光レンズ１３及びホログラム素子３２（図１）を介して光検出器３３（図１）に入射する。
【００１１】
図４において、記録層３は、トラックの接線方向における断面が示されている。図に示すように、磁極部２０は多層膜構造となっており、りん化ガリウムの透明多面体１２を基材として、その上に、アルミナからなる中間層２１（厚さ１００ｎｍ）、金からなる励起層２２（厚さ４０ｎｍ）、ニッケル−鉄合金からなる磁性層２３（厚さ１０ｎｍ）、アルミナからなるカバー層２４（厚さ４００ｎｍ）及びニッケル−鉄合金からなるシールド層２５（厚さ２μｍ）を順次積層したものである。図の破線に示すように、磁束は磁性層２３の端部からカバー層２４を経てシールド層２５の端部から抜け、記録層３との磁気的結合を成している。
【００１２】
図３は、磁極部２０を正面から見た状態を示す図である。図において、磁極部２０の磁性層２３の幅Ｗ１はトラック５ａ、５ｂ及び５ｃ（図２及び図３）のピッチＷ２の１倍以上２倍以下の大きさに設定されている。また磁性層２３はバイアス磁界発生器（図示せず）から発生したバイアス磁界により、単磁区構造となっており、磁化の向きは磁気記録媒体１と磁気的に結合していない状態において再生光の入射面にほぼ平行に設定されている。磁極部２０の磁気記録媒体１に対向する端部の近傍には再生光の光スポット５０ａ、５０ｂ及び５０ｃが形成されており、隣接する２つの光スポットの中心間距離は各スポットの直径より小さく、かつトラック５ａ、５ｂ及び５ｃのピッチＷ２より小さく設定されている。また、本実施形態では光スポット５０ａ、５０ｂ及び５０ｃの直径は互いに同一であり、各中心は同一直線上にある。
【００１３】
図５において、光検出器３３は、フォトダイオード３３ａ、３３ｂ及び３３ｃを備えており、それぞれが光スポット５０ａ、５０ｂ及び５０ｃ（図３）と１対１に対応している。フォトダイオード３３ａ、３３ｂ及び３３ｃの出力はそれぞれ増幅器６０ａ、６０ｂ及び６０ｃに入力される。増幅器６０ａ、６０ｂ及び６０ｃの各出力は時系列信号変換回路６１に入力され、時系列信号に変換される。時系列信号は分岐回路６２により信号分岐し、伝達係数検出回路６３に入力される。伝達係数検出回路６３の出力は逆係数算出回路６４に入力され、逆係数算出回路６４の出力はトラック弁別回路６５に入力される。トラック弁別回路６５の出力はデータ検出回路６６に与えられ、データ検出回路６６はデータを出力する。
【００１４】
前記のように構成された磁気記録再生装置について以下その動作を説明する。本実施形態においては、次の動作によって、複数のトラックに分けて磁気記録媒体１に記録された信号から所望のトラックの信号を再生する。初めに全体動作の概略を説明する。まず、複数のトラック５ａ、５ｂ及び５ｃに磁気的に記録された信号から発せられる信号磁界を磁性層２３（図３）内に捕捉し、それらの重畳磁気信号を形成する。次に、半導体レーザ３１（図１）から放射された再生光を磁性層２３に照射することによって磁気光学効果を生じさせ、重畳磁気信号を再生光の光量変化に変換する。その光量変化を光検出器３３（図１）により検出し、電気信号に変換する。次に信号再生回路（図５）により電気信号をトラック毎の信号に弁別し、情報を再生する。以上の動作により、磁気記録媒体１（図１）の複数のトラックから発生する信号磁界を重畳磁気信号として読みとり、それを基にして個々のトラックの信号を再生する。
【００１５】
以下、より詳細に各動作について説明する。まず、重畳磁気信号を形成する動作について説明する。前述のように、磁性層２３の端部は磁気記録媒体１と磁気的に結合しており（図４）、また磁性層２３の幅Ｗ１はトラック５ａ、５ｂ及び５ｃのピッチＷ２の１倍以上２倍以下の大きさに設定されている（図３）。従って、磁性層２３とトラック５ａ〜５ｃとの相対的な位置関係に基づき、磁性層２３の面内には２つないし３つのトラックからの磁束が通過し、それらの複数の信号磁界が重畳されることにより重畳磁気信号が形成される。前述のように磁性層２３は単磁区動作するように構成されているので、重畳磁気信号は各トラック５ａ〜５ｃからの信号磁界の線形結合となる。すなわち、磁性層２３の磁化パターンは各トラック５ａ〜５ｃがそれぞれ単独で存在する状態の重ね合わせとなる。
【００１６】
次に、重畳磁気信号を電気信号に変換する動作について説明する。本実施形態においては前述した構成において、光スポット５０ａ〜５０ｃ（図３）の位置における磁性層２３の磁化の向きを横カー効果を用いて電気信号に変換する。横カー効果とは、磁気光学効果の１つであり、磁性体において光が反射する際に、反射面内にあり、かつ、入射面に垂直な磁化成分によって光のＰ偏光成分の光量が変化する現象である。前述のように本実施形態では、磁性層２３の磁化の向きは磁気記録媒体１と磁気的に結合していない状態では再生光の入射面に平行に設定されている。そこで、磁気記録媒体１から信号磁界が与えられると、磁性層２３の面内で磁化回転が生じ、入射面に垂直な磁化成分が現れる。再生光はＰ偏光に設定されているため、反射光は光量変化を生じ、それをフォトダイオード３３ａ〜３３ｃにより光量に比例した電気信号に変換する。光量変化の大きさは、磁化回転角の大きさにほぼ比例するため、フォトダイオード３３ａ〜３３ｃの出力信号の大きさは、各光スポット５０ａ〜５０ｃのそれぞれの位置において線形に重畳された信号磁界の大きさにほぼ比例する。こうして、重畳磁気信号が電気信号に変換される。
【００１７】
次に、所望のトラックの信号を弁別する動作について説明する。上述したように、磁性層２３内の磁化状態が、各トラック５ａ〜５ｃからの信号磁界の線形結合となっていること、及び、フォトダイオード３３ａ〜３３ｃ（図５）の出力信号の大きさは、各光スポット５０ａ〜５０ｃのそれぞれの位置での磁化状態にほぼ比例することから、トラック５ａ、５ｂ及び５ｃからそれぞれ発生する信号磁界をＨ１、Ｈ２及びＨ３とすると、フォトダイオード３３ａ、３３ｂ及び３３ｃの各出力信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３は
Ｉ１＝Ａ１１・Ｈ１＋Ａ１２・Ｈ２＋Ａ１３・Ｈ３ ・・・（式１）
Ｉ２＝Ａ２１・Ｈ１＋Ａ２２・Ｈ２＋Ａ２３・Ｈ３ ・・・（式２）
Ｉ３＝Ａ３１・Ｈ１＋Ａ３２・Ｈ２＋Ａ３３・Ｈ３ ・・・（式３）
と表すことができる。ここで、Ａｉｊ（ｉ＝１〜３，ｊ＝１〜３）は、信号磁界Ｈｊが出力信号Ｉｉに及ぼす影響の大きさを示す係数で、磁性層２３の磁気的な伝達特性に依存することから伝達係数と称する。伝達係数はトラックと光スポットとの相対位置関係により決定される。式１〜式３をベクトル形式で表現すると、
Ｉ＝Ａ・Ｈ ・・・（式４）
と表すことができる。ここで、
Ｉ＝［Ｉ１ Ｉ２ Ｉ３］Ｔ ・・・（式５）
Ｈ＝［Ｈ１ Ｈ２ Ｈ３］Ｔ ・・・（式６）
である。また、
【００１８】
【数１】
【００１９】
である。従って伝達係数Ａを既知とすることができれば、
Ｈ＝Ａ−１・Ｉ ・・・（式８）
なる演算によって、各トラックの信号を求めることができる。なおＡ−１はＡの逆行列であり、逆伝達係数と称する。
【００２０】
図６に示すように、各トラック５ａ、５ｂ及び５ｃの各々には、１つのセクタの先頭に単一周波数を記録したパイロット信号領域Ｒ１が設けられており、それに引き続きデータ領域Ｒ２が設けられている。パイロット信号領域Ｒ１の直前にはパイロット信号領域Ｒ１の開始を示すための信号領域Ｒ３が設けられ、データ領域Ｒ２の先頭にはパイロット信号領域Ｒ１の終了を示すための信号領域Ｒ４が設けられている。そこで本実施形態では、信号領域Ｒ３の信号を合図に、分岐回路６２は、時系列信号変換回路６１から受けた出力信号を、信号領域Ｒ４からの信号を受けるまで、伝達係数検出回路６３に送る。伝達係数検出回路６３はパイロット信号領域Ｒ１において伝達係数Ａを検出し、逆係数算出回路６４において逆伝達係数Ａ−１を算出する。それを基に、続くデータ領域Ｒ２の信号をトラック弁別回路６５において弁別し、再生する。
【００２１】
すなわち、パイロット信号領域Ｒ１のＩの部分（図６）はトラック５ａのみの信号を有するため、
Ｈ＝［１ ０ ０］Ｔ ・・・（式９）
である。従って、式４によって出力信号から直ちにＡ１１、Ａ２１及びＡ３１が決定される。同様に、領域ＩＩでは
Ｈ＝［０ １ ０］Ｔ ・・・（式１０）
であり、Ａ１２、Ａ２２及びＡ３２が決定される。また同様に、領域ＩＩＩでは
Ｈ＝［０ ０ １］Ｔ ・・・（式１１）
であり、Ａ１３、Ａ２３及びＡ３３が決定される。以上の動作により伝達係数Ａが既知となる。次に逆係数算出回路６４により、逆伝達係数Ａ−１を算出する。逆伝達係数Ａ−１は伝達係数Ａとの間に、
【００２２】
【数２】
【００２３】
の関係を有するものであり、伝達係数Ａがわかれば四則演算処理により一義的に求めることができる。従って、データ領域Ｒ２の信号を処理する前に、逆伝達係数Ａ−１を求めることができるので、それを用いて、分岐回路６２からトラック弁別回路６５に送られてきたデータ領域Ｒ２における各トラックの信号、すなわちフォトダイオード３３ａ、３３ｂ及び３３ｃの各出力信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３に対して式８の演算を、トラック弁別回路６５において行わしめる。こうして各トラックの信号を弁別する。以上の動作により各トラック毎の信号への弁別が行われ、データ検出回路６６により所定形式のデータに変換される。
【００２４】
本実施形態によると、従来の磁気記録再生装置に比べトラック密度を格段に向上させることができる。すなわち従来の磁気記録再生装置においては、トラック間干渉が高トラック密度化の障害となっており、磁気ヘッドの磁極幅及びトラック追従精度の２つの要因によりトラック密度は事実上制限されていた。それに対し本実施形態の信号再生装置は、トラック間干渉をあえて排除することなく、むしろ生じさせるように構成することで、互いに隣接する複数のトラックからの信号磁界を同時に検出し、信号処理によって各トラックの信号を弁別する。このような構成を備えることによって、磁極部の幅よりも狭いピッチで形成されたトラックの信号を再生することが可能になる。しかも所望のトラックが磁極部の幅の中に有りさえすればよく、トラック追従動作の精度を大幅に緩和することができる。従って、磁極部の幅及びトラック追従精度のいずれにも制約されることなく高トラック密度を実現することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態によれば、複数のトラックの情報を同時に再生できるので転送速度を大幅に向上することができるという効果を併せ持つ。また本実施形態では、磁性層幅Ｗ１（図３）をトラックのピッチＷ２の１倍以上２倍以下の大きさに設定しているため、磁性層２３において信号磁界が重畳されるトラック数は多くとも３つとなる。そのため、スポット数を超える数のトラックから信号磁界を受けて信頼性のない信号再生を行うこともない。なお、本実施形態は光スポットを３つ設ける構成としたが、本発明は光スポットの個数を限定するものではなく、例えばより多くの光スポットを設け、磁極部２０の幅Ｗ１を広くすることにより、さらに多くのトラックを同時に検出することができる。すなわち、光スポットの個数をｍ（整数）とすると、磁極部の幅Ｗ１はトラックピッチＷ２に対して以下の関係を有していれば良い。
（ｍ−２）・Ｗ２ ≦ Ｗ１ ≦ （ｍ−１）・Ｗ２ ．．．（式１３）
【００２６】
また、本実施形態では同一の大きさの光スポットを同一直線上に配置する構成としたが、光スポットの大きさが２種類以上存在しても良い。また磁性層２３の磁気記録媒体１に結合している端部から各光スポット中心までの距離が２種類以上あっても良い。また光スポットの形が円形でなくても良い。また、本実施形態は、パイロット信号領域Ｒ１（図６）において伝達係数を求め、式８の演算を行うことによってトラック毎の信号を弁別する構成としたが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば磁性層面内の磁気信号の重畳パターンを検出し、それを基に各トラックの信号を推定する構成であっても良い。その場合は、パイロット信号領域Ｒ１を設ける必要がない。特に、磁性層の面内で重畳パターンの特徴が顕著に現れる点を選んで光スポットを設ける構成をとることによって本発明の効果を一層高めることができる。
【００２７】
次に、光スポットの形成に関する説明をする。上記実施形態において、光源波長以下の微小な光スポットを形成するための構成を備えることによりトラックのピッチを小さくすることができるので、トラック密度をより一層向上することができる。以下に、微小な光スポットが形成される動作について説明する。一般に、スポット直径２ｗは次式のように、光源波長λと集光レンズの開口数ＮＡにより決定される。
２ｗ＝ｋ・λ／ＮＡ ・・・（式１４）
ここで、ｋはレンズの形状や入射光の強度分布によって決まる定数であり、ここではｋ＝０．８を採用する。式１４より、光源波長が一定のとき、ＮＡが大きいほど小さなスポットを形成することが可能である。開口数ＮＡは、集光レンズの開口角の半角αと、集光レンズと物体の間の媒体の屈折率ｎとによって次式のように定義される。
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎα ・・・（式１５）
【００２８】
集光レンズが空気中に存在する場合ｎ＝１であり、ＮＡは空気中の開口角によって一義的に決定さる。そこでスポット径を小さくするためには、開口角２αを大きくするしかないが、幾何学的制約からＮＡは０．７が限界となる。またｓｉｎα≦１より、理論的にＮＡは決して１を超えることはない。しかしながら、本実施形態の構成においては、集光レンズ１３（図１）から磁極部２０までの間をｎ＝３．３１の高屈折率誘電体（リン化ガリウム）で満たしているため、式１５より、開口角２αが７０度程度であり、ＮＡ＝１．９０という従来技術では実現不可能であったところの大きな値の開口数が得られる。従って、式１４より、２ｗ＝０．４２λとなり、光源波長の半分以下の微細なスポット径が形成される。従って、トラックピッチもそれと同等な寸法に低減でき、いわゆるサブミクロン・オーダのトラックピッチを実現することができる。
【００２９】
以上のように本実施形態によると、集光レンズ１３から磁極部２０までの間を空気より大きい屈折率を有する媒質で満たすという構成によって、１を超える大きな値の開口数ＮＡを実現することか可能となり、トラック密度を飛躍的に増大することができる。すなわち本発明においては、開口数ＮＡは開口角２αに制限されず、より屈折率の大きな材料を用いることによってさらに大きなＮＡを得ることができる。なお、本実施形態においては、集光作用を１つの非球面レンズ（１３）によって実現しているが、本発明はそれに限定されるものでなく、複数の曲面を用いて集光する場合でも最終曲面から反射面までが空気より大きい屈折率の媒質で満たされていればよい。
【００３０】
また本実施形態においては、屈折力を有する面と透明多面体とを一体に形成しているので、焦点と反射面とを正確に一致させることができる。従って信頼性が向上するとともに、光路調整、光軸調整等が不要となり組立時の工数を大幅に削減することができる。また本実施形態は、隣接する光スポットの中心間距離を光スポットの直径より小さくする構成によって、光スポットの大きさよりも小さな空間的分解能を得ることができ、トラック密度を一層高めることができる。
【００３１】
また、前述のように、本実施形態の構成においては光学ユニット３０（図１）をヘッドアーム４０に設けているため、サスペンション１４に支えられた部分の質量を大幅に軽減でき、磁気記録媒体１に対する追従性を向上することができる。 また集光レンズ１３と透明多面体１２とを一体的に形成する構成としており、かつ集光レンズ１３への入射光を平行光としているため、ビームウエストは常に磁極部２０の一定の位置に形成される。従って、磁気記録媒体１の面振れや外部からの機械的振動によって磁極部２０と光学ユニット３０との相対的な位置関係が変化したとしても、光スポットの位置ずれや、フォーカスずれによる径の変化が生じることなく常に安定して信号を再生することができる。
【００３２】
なお本実施形態では、再生光を集光するために集光レンズ１３を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えばホログラム素子を透明多面体１２の上面１２ｅ（図２）あるいは斜面１２ｃに形成する構成であっても良い。その場合、サスペンション１４に支えられる部分の質量を一層軽減することができる。
【００３３】
次に、本実施形態において、信号磁界を高感度で検出するための構成について説明する。高密度記録を行うと、信号磁界が小さくなるので、そのような場合でも信号磁界を高感度に検出することが必要になってくる。そこで、本実施形態では、前述した構成によって、再生光をエバネッセント波の形態に変換し、磁性層２３との相互作用を起こさせることによってカー効果を増強し、信号磁界の変化を大きな光量変化に変換し、検出するものである。図７は第１の実施形態における磁極部２０の磁気光学特性を示した特性図である。図７において横軸は再生光の磁極部２０への入射角φ（図２の（ｂ））である。縦軸のＲは反射率で、反射光Ｌｏの光量を入射光Ｌｉの光量で除したもである。ｄＲは反射率変化で磁性層２３の磁化が＋９０度から−９０度まで回転したときの反射光Ｌｏの光量変化を入射光Ｌｉで除したものである。図中には１００倍して示した。またＭは変調率で反射光Ｌｏの光量変化の割合であり、ｄＲ／Ｒに等しい。図中には１０倍して示した。
【００３４】
図７において、反射率Ｒは入射角φが３５度の近傍で全反射に近い値から急激に低下している。これは、表面プラズモン共鳴と呼ばれる現象である。表面プラズモン共鳴とは素励起共鳴の１つであり、エバネッセント波の波数と角周波数の関係（分散関係）が金属の表面に生ずる表面プラズモンの分散関係と一致したときに表面プラズモンが励起され、入射光のエネルギが共鳴的に吸収されることで説明される。本実施形態においては、高屈折率誘電体である透明多面体１２（図１）及び低屈折率（例えば１．７程度）誘電体である中間層２１（図４）の境界面（全反射面）に対して臨界角以上の入射角により再生光を入射することで中間層２１側にエバネッセント波を発生させ、励起層２２及び磁性層２３からなる金属層の表面プラズモンを励起している。各層の膜厚及び入射角φは表面プラズモンを励起するのに最適となるよう選択されている。図７からわかるように、表面プラズモン共鳴の近傍で反射率変化ｄＲが大きくなり、最大で０．８％以上となる。また反射光の変調率Ｍは入射角が３５．５度のとき最大１４％に達する。
【００３５】
比較のため、表面プラズモン共鳴を用いない通常の横カー効果の特性を示す。図８は通常のカー効果の特性図で、構成はガラス基板上に磁性層を成膜し、空気側から再生光を入射したものである。磁性層の組成、膜厚は本実施形態のものと全く同様である。図８より、通常のカー効果では、反射率変化ｄＲは最大で０．３％弱で、反射光の変調率Ｍも最大で２％程度である。しかもそれを実現するためには７０度以上という極めて大きな角度で再生光を入射する必要がある。以上のように本実施形態は、３５度程度という入射が容易な入射角でありながら、通常のカー効果に比べ数倍大きな変調率を得ることができる。以上のように、本実施形態の信号再生装置は、磁極部２０の構成とそれに入射する再生光の入射角とを最適に設定して表面プラズモン共鳴を励起し、横カー効果を増強することによって、信号磁界の変化を大きな光量変化に変換することができる。従って、高密度記録のために信号磁界が小さくなった場合でも、そのような小さな信号磁界を高感度に検出することができるという効果を有する。
【００３６】
なお、本実施形態においては、表面プラズモン共鳴をより効率的に励起するために前述の構成を用いたが、本発明は、各層の材質あるいは膜厚に限定されるものではなく、再生光をエバネッセント波の形態に変換し、磁性体と相互作用させることにより磁気光学効果を増強するものであれば他の構成であっても良い。例えば磁極部の膜構成として、中間層２１、あるいは励起層２２を設けない構成であっても良い。この場合、特性はやや劣るもののほぼ同様の効果を得ることができる。また再生光をエバネッセント波の形態に変換するために本実施形態は高屈折率誘電体と低屈折率誘電体とからなる全反射面を設けたが、その他、回折格子を用いた構成、再生光の波長以下の微小開口を用いた構成などであっても良い。
【００３７】
なお、トラックを弁別する方法として、第１の実施形態で述べた信号再生回路の構成以外に、判定帰還回路を備えた構成、最尤（Ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）回路を備えた構成などを用いることができる。特に、記録時に２次元的な符号化を行うことによって本発明の効果を一層高めることができる。また、第１の実施形態、第２の実施形態では円盤状の磁気記録媒体を用いたが、本発明は媒体の形状に限定されるものではなく、例えばテープ状の磁気記録媒体を用いた、いわゆるビデオテープレコーダなどにも適用されるものである。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。本発明においては、複数のトラックから生じた重畳磁気信号を捉えて、この重畳磁気信号に所定の信号処理を施すことによりトラック毎の信号を弁別する構成としたので、磁極部の幅よりも狭いピッチで形成されたトラックの信号を再生することができる。しかも所望のトラックが磁極部の幅の中に有りさえすれば良いため、ヘッドに要求されるトラック追従動作の精度を大幅に緩和することができる。従って、磁極部の幅及びトラック追従精度のいずれにも制約されることなく高トラック密度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における磁気記録媒体の信号再生装置の要部縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるヘッドスライダの斜視図及びその平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における磁極部の正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における磁極部の縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における信号再生回路のブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における記録フォーマットを示す概念図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における磁極部の磁気光学特性を示したグラフである。
【図８】通常のカー効果の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 磁気記録媒体
２ 媒体基板
３ 記録層
５ａ、５ｂ、５ｃ トラック
１０ 信号再生装置
１１ ヘッドスライダ
１２ 透明多面体
１３ 集光レンズ
１４ サスペンション
２０ 磁極部
２１ 中間層
２２ 励起層
２３ 磁性層
２４ カバー層
２５ シールド層
３０ 光学ユニット
３１ 半導体レーザ
３２ ホログラム素子
３３ 光検出器
４０ ヘッドアーム
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 光スポット
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 増幅器
６１ 時系列信号変換回路
６２ 分岐回路
６３ 伝達係数検出回路
６４ 逆係数算出回路
６５ トラック弁別回路
６６ データ検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気記録再生装置、特に複数のトラックに記録された情報を再生する信号再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁気記録再生装置の記録密度は著しく向上している。記録密度の向上は線記録密度の向上と、トラック密度の向上とにより達成される。このうち、トラック密度に係る従来の技術について説明する。従来の磁気記録再生装置は、複数の記録トラックを有する磁気記録媒体と、その中の任意の１トラックに対して磁気信号を記録再生する磁気ヘッドとを有し、磁気ヘッドを所望のトラックに正確に追従させることにより情報の記録再生を行っていた。例えば円盤状の磁気記録媒体を用いる磁気ディスク装置は、位置情報となるサーボ信号を同心円状の記録トラックに予め記録した記録媒体と、磁気記録媒体の任意の１トラックに対して磁気信号を記録再生する磁気ヘッドと、磁気ヘッドを所望の記録トラックに位置決めするためのヘッド位置決め機構とを備えていた。そして、サーボ信号を再生することにより磁気ヘッドの位置を検出し、それを基にヘッド位置決め機構の位置制御を行うという動作により、所望の記録トラックに磁気ヘッドを追従させ、情報の記録再生を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の構成の磁気記録再生装置は、トラック密度が磁気ヘッドの磁極幅とトラック追従精度とにより制約されるといった問題点を有していた。すなわち、トラック密度を高めるためには磁気ヘッドの磁極幅は少なくとも記録トラックの幅より小さいことが要求される。なぜならば、磁極幅が記録トラックの幅より大きければ、記録トラックから生じる信号磁界がトラック間において干渉を起こし、正確な信号再生ができないからである。従ってトラック密度を向上するためには、より狭い幅の磁気ヘッドを製作することが必要である。しかしながら、狭幅の磁極を製作するためには製造プロセスの高精度化が必要であること、また磁極寸法の微小化に伴う磁気的特性の変化を制御する技術が必要であること等の課題があった。また、トラック密度は磁極幅による制約に加えて、トラック追従精度による制約をも受ける。すなわち、トラックの追従誤差に対して隣接トラックまでの距離を十分大きくとらなければ隣接トラックからの信号が混入し、信号対雑音比の劣化により所望のエラーレートが達成できないという問題点を有していた。従って、トラック密度を向上するためには、トラックの追従をより高精度にて行うことが要求される。そのためには、サーボ信号の高精度化とその検出の高品位化、ヘッド位置決め機構の高帯域化、外乱振動の低減等の課題を解決することが必要である。
【０００４】
このように、従来の磁気記録再生装置においてトラック密度を著しく高めようとすれば種々の課題に直面し、これらの課題をすべて解決することは現実的には極めて困難であった。本発明はかかる従来技術の直面している現状に鑑みてなお、トラック密度を格段に向上できる磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、複数のトラックに磁気的に信号が記録されている磁気記録媒体から信号を再生する信号再生装置であって、
互いに隣接した複数のトラックに対向して配置された軟磁性体内において前記複数のトラックからそれぞれ生じる複数の信号磁界を互いに重畳して重畳磁気信号を形成する信号重畳手段と、
光源から放射した光を光スポットにして前記軟磁性体の所定の位置に入射する入射光学系、及び、前記軟磁性体において反射した再生光を検出し、その光学的特性値に応じた電気信号を発生する光検出器、を含む信号検出変換手段と、
前記電気信号からトラックごとに信号を弁別する信号弁別手段とを備え、
前記入射光学系は少なくとも２つ以上の光スポットを形成するように構成され、前記光検出器は前記光スポットにそれぞれ対応して少なくとも２つ以上設けられ、そして隣接する光スポットの中心間距離が当該光スポットの直径より小さく構成されている。ここで重畳とはトラック間干渉をあえて排除せず、複数トラックからの信号磁界をそのまま捕捉した状態をいう。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、複数のトラックに磁気的に信号が記録されている磁気記録媒体から信号を再生する信号再生装置であって、
互いに隣接した複数のトラックに対向して配置された軟磁性体内において前記複数のトラックのからそれぞれ生じる複数の信号磁界を互いに重畳して重畳磁気信号を形成する信号重畳手段と、
光源から放射した光を光スポットにして前記軟磁性体の所定の位置に入射する入射光学系、及び、前記軟磁性体において反射した再生光を検出し、その光学的特性値に応じた電気信号を発生する光検出器、を含む信号検出変換手段と、
前記電気信号からトラックごとに信号を弁別する信号弁別手段とを備え、
前記入射光学系は少なくとも２つ以上の光スポットを形成するように構成され、前記光検出器は前記光スポットにそれぞれ対応して少なくとも２つ以上設けられ、光スポットの個数をｍ（整数）個としたとき、前記軟磁性体の、トラックに直交する方向の大きさが、互いに隣接する２つのトラックの中心間距離の（ｍ−２）倍以上であって（ｍ−１）倍以下であるよう構成されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による磁気記録再生装置の第１の実施形態について図１から図６を参照しながら説明する。図１は磁気記録再生装置の要部縦断面図、図２は同装置の一部であるヘッドスライダの斜視図及び平面図、図３は同装置の磁極部の正面図、図４はその磁極部の縦断面図、図５は信号再生回路のブロック図、図６は記録フォーマットを示す概念図である。
【０００８】
図１において磁気記録媒体１は、媒体基板２及びその表面に形成された記録層３により構成される。記録層３には同心円状の複数のトラックに分けて情報が記録されている。図１において信号再生器１０は、ヘッドアーム４０の先端部に設けられた光学ユニット３０と、片もち板ばね状のサスペンション１４に支持されたヘッドスライダ１１とを備えている。ヘッドスライダ１１は透明多面体１２、集光レンズ１３及び磁極部２０を備えており、透明多面体１２の底面１２ｄは磁気記録媒体１と対向配置されている。
【０００９】
透明多面体１２はりん化ガリウム（屈折率３．３１）からなり、図２の（ａ）に示すように、直方体を、斜面１２ｃを切断面として切断した形状をしている。すなわち、側面１２ａ、１２ｂ、１２ｆ及び１２ｇ、上面１２ｅ、底面１２ｄ、並びに、斜面１２ｃの合計７平面を有する多面体である。斜面１２ｃは、側面１２ａ、１２ｂ、１２ｆ及び１２ｇ、並びに底面１２ｄとそれぞれ稜線を挟んで隣接している。底面１２ｄと稜線を挟んで隣接する側面１２ａの下部すなわち、磁気記録媒体１の記録層３（図１）に形成されるトラック５ａ、５ｂ及び５ｃ近傍には磁極部２０が形成されている。また上面１２ｅの中央部は凸状球面（但し、正確には非球面レンズ）に形成されており、集光レンズ１３となっている。図２の（ｂ）は（ａ）の平面図である。磁極部２０は実際には厚さが２μｍ程度の薄膜であるが、図２の（ｂ）においては便宜上、厚めに表示している。
【００１０】
図１に戻って、光学ユニット３０は、半導体レーザ３１、ホログラム素子３２及び光検出器３３を備えている。半導体レーザ３１から放射された再生光（再生のための光）がホログラム素子３２を通過することにより±１次の回折光が生成され、かつ、再生光は同時にコリメートされ（並行にされ）、合計３つの光束が集光レンズ１３に入射する。コリメートされた再生光の光軸は磁気記録媒体１に対する法線にほぼ一致するように設計されている。集光レンズ１３により集光された再生光の光軸は斜面１２ｃにより磁気記録媒体１の長手方向（図１の左右方向）に平行な平面（例えば、図２の（ｂ）における紙面と平行な平面）内の光軸に変換され、磁極部２０に入射する。従って、磁極部２０への入射面（入射光と反射光を含む面、例えば図２の（ｂ）における紙面に平行な平面）は磁極部２０が設けられる面（すなわち側面１２ａ）に垂直で且つ磁気記録媒体１に平行となっている。本実施形態では、磁気記録媒体１からの信号磁界を取り入れやすいように、磁極部２０は磁気記録媒体１の表面に対して直角に設けられている。入射光Ｌｉ（実際は３本）の磁極部２０への入射角φは３５．５度に設定されている。また、再生光は電界ベクトルが入射面内にあるＰ偏光に設定されている。磁極部２０からの反射光Ｌｏ（実際は３本）は、図２の（ａ）に示すように、再び斜面１２ｃにより光軸が変換された後、集光レンズ１３及びホログラム素子３２（図１）を介して光検出器３３（図１）に入射する。
【００１１】
図４において、記録層３は、トラックの接線方向における断面が示されている。図に示すように、磁極部２０は多層膜構造となっており、りん化ガリウムの透明多面体１２を基材として、その上に、アルミナからなる中間層２１（厚さ１００ｎｍ）、金からなる励起層２２（厚さ４０ｎｍ）、ニッケル−鉄合金からなる磁性層２３（厚さ１０ｎｍ）、アルミナからなるカバー層２４（厚さ４００ｎｍ）及びニッケル−鉄合金からなるシールド層２５（厚さ２μｍ）を順次積層したものである。図の破線に示すように、磁束は磁性層２３の端部からカバー層２４を経てシールド層２５の端部から抜け、記録層３との磁気的結合を成している。
【００１２】
図３は、磁極部２０を正面から見た状態を示す図である。図において、磁極部２０の磁性層２３の幅Ｗ１はトラック５ａ、５ｂ及び５ｃ（図２及び図３）のピッチＷ２の１倍以上２倍以下の大きさに設定されている。また磁性層２３はバイアス磁界発生器（図示せず）から発生したバイアス磁界により、単磁区構造となっており、磁化の向きは磁気記録媒体１と磁気的に結合していない状態において再生光の入射面にほぼ平行に設定されている。磁極部２０の磁気記録媒体１に対向する端部の近傍には再生光の光スポット５０ａ、５０ｂ及び５０ｃが形成されており、隣接する２つの光スポットの中心間距離は各スポットの直径より小さく、かつトラック５ａ、５ｂ及び５ｃのピッチＷ２より小さく設定されている。また、本実施形態では光スポット５０ａ、５０ｂ及び５０ｃの直径は互いに同一であり、各中心は同一直線上にある。
【００１３】
図５において、光検出器３３は、フォトダイオード３３ａ、３３ｂ及び３３ｃを備えており、それぞれが光スポット５０ａ、５０ｂ及び５０ｃ（図３）と１対１に対応している。フォトダイオード３３ａ、３３ｂ及び３３ｃの出力はそれぞれ増幅器６０ａ、６０ｂ及び６０ｃに入力される。増幅器６０ａ、６０ｂ及び６０ｃの各出力は時系列信号変換回路６１に入力され、時系列信号に変換される。時系列信号は分岐回路６２により信号分岐し、伝達係数検出回路６３に入力される。伝達係数検出回路６３の出力は逆係数算出回路６４に入力され、逆係数算出回路６４の出力はトラック弁別回路６５に入力される。トラック弁別回路６５の出力はデータ検出回路６６に与えられ、データ検出回路６６はデータを出力する。
【００１４】
前記のように構成された磁気記録再生装置について以下その動作を説明する。本実施形態においては、次の動作によって、複数のトラックに分けて磁気記録媒体１に記録された信号から所望のトラックの信号を再生する。初めに全体動作の概略を説明する。まず、複数のトラック５ａ、５ｂ及び５ｃに磁気的に記録された信号から発せられる信号磁界を磁性層２３（図３）内に捕捉し、それらの重畳磁気信号を形成する。次に、半導体レーザ３１（図１）から放射された再生光を磁性層２３に照射することによって磁気光学効果を生じさせ、重畳磁気信号を再生光の光量変化に変換する。その光量変化を光検出器３３（図１）により検出し、電気信号に変換する。次に信号再生回路（図５）により電気信号をトラック毎の信号に弁別し、情報を再生する。以上の動作により、磁気記録媒体１（図１）の複数のトラックから発生する信号磁界を重畳磁気信号として読みとり、それを基にして個々のトラックの信号を再生する。
【００１５】
以下、より詳細に各動作について説明する。まず、重畳磁気信号を形成する動作について説明する。前述のように、磁性層２３の端部は磁気記録媒体１と磁気的に結合しており（図４）、また磁性層２３の幅Ｗ１はトラック５ａ、５ｂ及び５ｃのピッチＷ２の１倍以上２倍以下の大きさに設定されている（図３）。従って、磁性層２３とトラック５ａ〜５ｃとの相対的な位置関係に基づき、磁性層２３の面内には２つないし３つのトラックからの磁束が通過し、それらの複数の信号磁界が重畳されることにより重畳磁気信号が形成される。前述のように磁性層２３は単磁区動作するように構成されているので、重畳磁気信号は各トラック５ａ〜５ｃからの信号磁界の線形結合となる。すなわち、磁性層２３の磁化パターンは各トラック５ａ〜５ｃがそれぞれ単独で存在する状態の重ね合わせとなる。
【００１６】
次に、重畳磁気信号を電気信号に変換する動作について説明する。本実施形態においては前述した構成において、光スポット５０ａ〜５０ｃ（図３）の位置における磁性層２３の磁化の向きを横カー効果を用いて電気信号に変換する。横カー効果とは、磁気光学効果の１つであり、磁性体において光が反射する際に、反射面内にあり、かつ、入射面に垂直な磁化成分によって光のＰ偏光成分の光量が変化する現象である。前述のように本実施形態では、磁性層２３の磁化の向きは磁気記録媒体１と磁気的に結合していない状態では再生光の入射面に平行に設定されている。そこで、磁気記録媒体１から信号磁界が与えられると、磁性層２３の面内で磁化回転が生じ、入射面に垂直な磁化成分が現れる。再生光はＰ偏光に設定されているため、反射光は光量変化を生じ、それをフォトダイオード３３ａ〜３３ｃにより光量に比例した電気信号に変換する。光量変化の大きさは、磁化回転角の大きさにほぼ比例するため、フォトダイオード３３ａ〜３３ｃの出力信号の大きさは、各光スポット５０ａ〜５０ｃのそれぞれの位置において線形に重畳された信号磁界の大きさにほぼ比例する。こうして、重畳磁気信号が電気信号に変換される。
【００１７】
次に、所望のトラックの信号を弁別する動作について説明する。上述したように、磁性層２３内の磁化状態が、各トラック５ａ〜５ｃからの信号磁界の線形結合となっていること、及び、フォトダイオード３３ａ〜３３ｃ（図５）の出力信号の大きさは、各光スポット５０ａ〜５０ｃのそれぞれの位置での磁化状態にほぼ比例することから、トラック５ａ、５ｂ及び５ｃからそれぞれ発生する信号磁界をＨ１、Ｈ２及びＨ３とすると、フォトダイオード３３ａ、３３ｂ及び３３ｃの各出力信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３は
Ｉ１＝Ａ１１・Ｈ１＋Ａ１２・Ｈ２＋Ａ１３・Ｈ３ ・・・（式１）
Ｉ２＝Ａ２１・Ｈ１＋Ａ２２・Ｈ２＋Ａ２３・Ｈ３ ・・・（式２）
Ｉ３＝Ａ３１・Ｈ１＋Ａ３２・Ｈ２＋Ａ３３・Ｈ３ ・・・（式３）
と表すことができる。ここで、Ａｉｊ（ｉ＝１〜３，ｊ＝１〜３）は、信号磁界Ｈｊが出力信号Ｉｉに及ぼす影響の大きさを示す係数で、磁性層２３の磁気的な伝達特性に依存することから伝達係数と称する。伝達係数はトラックと光スポットとの相対位置関係により決定される。式１〜式３をベクトル形式で表現すると、
Ｉ＝Ａ・Ｈ ・・・（式４）
と表すことができる。ここで、
Ｉ＝［Ｉ１ Ｉ２ Ｉ３］Ｔ ・・・（式５）
Ｈ＝［Ｈ１ Ｈ２ Ｈ３］Ｔ ・・・（式６）
である。また、
【００１８】
【数１】
である。従って伝達係数Ａを既知とすることができれば、
Ｈ＝Ａ−１・Ｉ ・・・（式８）
なる演算によって、各トラックの信号を求めることができる。なおＡ−１はＡの逆行列であり、逆伝達係数と称する。
【００２０】
図６に示すように、各トラック５ａ、５ｂ及び５ｃの各々には、１つのセクタの先頭に単一周波数を記録したパイロット信号領域Ｒ１が設けられており、それに引き続きデータ領域Ｒ２が設けられている。パイロット信号領域Ｒ１の直前にはパイロット信号領域Ｒ１の開始を示すための信号領域Ｒ３が設けられ、データ領域Ｒ２の先頭にはパイロット信号領域Ｒ１の終了を示すための信号領域Ｒ４が設けられている。そこで本実施形態では、信号領域Ｒ３の信号を合図に、分岐回路６２は、時系列信号変換回路６１から受けた出力信号を、信号領域Ｒ４からの信号を受けるまで、伝達係数検出回路６３に送る。伝達係数検出回路６３はパイロット信号領域Ｒ１において伝達係数Ａを検出し、逆係数算出回路６４において逆伝達係数Ａ−１を算出する。それを基に、続くデータ領域Ｒ２の信号をトラック弁別回路６５において弁別し、再生する。
【００２１】
すなわち、パイロット信号領域Ｒ１のＩの部分（図６）はトラック５ａのみの信号を有するため、
Ｈ＝［１ ０ ０］Ｔ ・・・（式９）
である。従って、式４によって出力信号から直ちにＡ１１、Ａ２１及びＡ３１が決定される。同様に、領域ＩＩでは
Ｈ＝［０ １ ０］Ｔ ・・・（式１０）
であり、Ａ１２、Ａ２２及びＡ３２が決定される。また同様に、領域ＩＩＩでは
Ｈ＝［０ ０ １］Ｔ ・・・（式１１）
であり、Ａ１３、Ａ２３及びＡ３３が決定される。以上の動作により伝達係数Ａが既知となる。次に逆係数算出回路６４により、逆伝達係数Ａ−１を算出する。逆伝達係数Ａ−１は伝達係数Ａとの間に、
【００２２】
【数２】
の関係を有するものであり、伝達係数Ａがわかれば四則演算処理により一義的に求めることができる。従って、データ領域Ｒ２の信号を処理する前に、逆伝達係数Ａ−１を求めることができるので、それを用いて、分岐回路６２からトラック弁別回路６５に送られてきたデータ領域Ｒ２における各トラックの信号、すなわちフォトダイオード３３ａ、３３ｂ及び３３ｃの各出力信号Ｉ１、Ｉ２及びＩ３に対して式８の演算を、トラック弁別回路６５において行わしめる。こうして各トラックの信号を弁別する。以上の動作により各トラック毎の信号への弁別が行われ、データ検出回路６６により所定形式のデータに変換される。
【００２４】
本実施形態によると、従来の磁気記録再生装置に比べトラック密度を格段に向上させることができる。すなわち従来の磁気記録再生装置においては、トラック間干渉が高トラック密度化の障害となっており、磁気ヘッドの磁極幅及びトラック追従精度の２つの要因によりトラック密度は事実上制限されていた。それに対し本実施形態の信号再生装置は、トラック間干渉をあえて排除することなく、むしろ生じさせるように構成することで、互いに隣接する複数のトラックからの信号磁界を同時に検出し、信号処理によって各トラックの信号を弁別する。このような構成を備えることによって、磁極部の幅よりも狭いピッチで形成されたトラックの信号を再生することが可能になる。しかも所望のトラックが磁極部の幅の中に有りさえすればよく、トラック追従動作の精度を大幅に緩和することができる。従って、磁極部の幅及びトラック追従精度のいずれにも制約されることなく高トラック密度を実現することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態によれば、複数のトラックの情報を同時に再生できるので転送速度を大幅に向上することができるという効果を併せ持つ。また本実施形態では、磁性層幅Ｗ１（図３）をトラックのピッチＷ２の１倍以上２倍以下の大きさに設定しているため、磁性層２３において信号磁界が重畳されるトラック数は多くとも３つとなる。そのため、スポット数を超える数のトラックから信号磁界を受けて信頼性のない信号再生を行うこともない。なお、本実施形態は光スポットを３つ設ける構成としたが、本発明は光スポットの個数を限定するものではなく、例えばより多くの光スポットを設け、磁極部２０の幅Ｗ１を広くすることにより、さらに多くのトラックを同時に検出することができる。すなわち、光スポットの個数をｍ（整数）とすると、磁極部の幅Ｗ１はトラックピッチＷ２に対して以下の関係を有していれば良い。
（ｍ−２）・Ｗ２ ≦ Ｗ１ ≦ （ｍ−１）・Ｗ２ ．．．（式１３）
【００２６】
また、本実施形態では同一の大きさの光スポットを同一直線上に配置する構成としたが、光スポットの大きさが２種類以上存在しても良い。また磁性層２３の磁気記録媒体１に結合している端部から各光スポット中心までの距離が２種類以上あっても良い。また光スポットの形が円形でなくても良い。また、本実施形態は、パイロット信号領域Ｒ１（図６）において伝達係数を求め、式８の演算を行うことによってトラック毎の信号を弁別する構成としたが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば磁性層面内の磁気信号の重畳パターンを検出し、それを基に各トラックの信号を推定する構成であっても良い。その場合は、パイロット信号領域Ｒ１を設ける必要がない。特に、磁性層の面内で重畳パターンの特徴が顕著に現れる点を選んで光スポットを設ける構成をとることによって本発明の効果を一層高めることができる。
【００２７】
次に、光スポットの形成に関する説明をする。上記実施形態において、光源波長以下の微小な光スポットを形成するための構成を備えることによりトラックのピッチを小さくすることができるので、トラック密度をより一層向上することができる。以下に、微小な光スポットが形成される動作について説明する。一般に、スポット直径２ｗは次式のように、光源波長λと集光レンズの開口数ＮＡにより決定される。
２ｗ＝ｋ・λ／ＮＡ ・・・（式１４）
ここで、ｋはレンズの形状や入射光の強度分布によって決まる定数であり、ここではｋ＝０．８を採用する。式１４より、光源波長が一定のとき、ＮＡが大きいほど小さなスポットを形成することが可能である。開口数ＮＡは、集光レンズの開口角の半角αと、集光レンズと物体の間の媒体の屈折率ｎとによって次式のように定義される。
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎα ・・・（式１５）
【００２８】
集光レンズが空気中に存在する場合ｎ＝１であり、ＮＡは空気中の開口角によって一義的に決定さる。そこでスポット径を小さくするためには、開口角２αを大きくするしかないが、幾何学的制約からＮＡは０．７が限界となる。またｓｉｎα≦１より、理論的にＮＡは決して１を超えることはない。しかしながら、本実施形態の構成においては、集光レンズ１３（図１）から磁極部２０までの間をｎ＝３．３１の高屈折率誘電体（リン化ガリウム）で満たしているため、式１５より、開口角２αが７０度程度であり、ＮＡ＝１．９０という従来技術では実現不可能であったところの大きな値の開口数が得られる。従って、式１４より、２ｗ＝０．４２λとなり、光源波長の半分以下の微細なスポット径が形成される。従って、トラックピッチもそれと同等な寸法に低減でき、いわゆるサブミクロン・オーダのトラックピッチを実現することができる。
【００２９】
以上のように本実施形態によると、集光レンズ１３から磁極部２０までの間を空気より大きい屈折率を有する媒質で満たすという構成によって、１を超える大きな値の開口数ＮＡを実現することか可能となり、トラック密度を飛躍的に増大することができる。すなわち本発明においては、開口数ＮＡは開口角２αに制限されず、より屈折率の大きな材料を用いることによってさらに大きなＮＡを得ることができる。なお、本実施形態においては、集光作用を１つの非球面レンズ（１３）によって実現しているが、本発明はそれに限定されるものでなく、複数の曲面を用いて集光する場合でも最終曲面から反射面までが空気より大きい屈折率の媒質で満たされていればよい。
【００３０】
また本実施形態においては、屈折力を有する面と透明多面体とを一体に形成しているので、焦点と反射面とを正確に一致させることができる。従って信頼性が向上するとともに、光路調整、光軸調整等が不要となり組立時の工数を大幅に削減することができる。また本実施形態は、隣接する光スポットの中心間距離を光スポットの直径より小さくする構成によって、光スポットの大きさよりも小さな空間的分解能を得ることができ、トラック密度を一層高めることができる。
【００３１】
また、前述のように、本実施形態の構成においては光学ユニット３０（図１）をヘッドアーム４０に設けているため、サスペンション１４に支えられた部分の質量を大幅に軽減でき、磁気記録媒体１に対する追従性を向上することができる。 また集光レンズ１３と透明多面体１２とを一体的に形成する構成としており、かつ集光レンズ１３への入射光を平行光としているため、ビームウエストは常に磁極部２０の一定の位置に形成される。従って、磁気記録媒体１の面振れや外部からの機械的振動によって磁極部２０と光学ユニット３０との相対的な位置関係が変化したとしても、光スポットの位置ずれや、フォーカスずれによる径の変化が生じることなく常に安定して信号を再生することができる。
【００３２】
なお本実施形態では、再生光を集光するために集光レンズ１３を用いたが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えばホログラム素子を透明多面体１２の上面１２ｅ（図２）あるいは斜面１２ｃに形成する構成であっても良い。その場合、サスペンション１４に支えられる部分の質量を一層軽減することができる。
【００３３】
次に、本実施形態において、信号磁界を高感度で検出するための構成について説明する。高密度記録を行うと、信号磁界が小さくなるので、そのような場合でも信号磁界を高感度に検出することが必要になってくる。そこで、本実施形態では、前述した構成によって、再生光をエバネッセント波の形態に変換し、磁性層２３との相互作用を起こさせることによってカー効果を増強し、信号磁界の変化を大きな光量変化に変換し、検出するものである。図７は第１の実施形態における磁極部２０の磁気光学特性を示した特性図である。図７において横軸は再生光の磁極部２０への入射角φ（図２の（ｂ））である。縦軸のＲは反射率で、反射光Ｌｏの光量を入射光Ｌｉの光量で除したもである。ｄＲは反射率変化で磁性層２３の磁化が＋９０度から−９０度まで回転したときの反射光Ｌｏの光量変化を入射光Ｌｉで除したものである。図中には１００倍して示した。またＭは変調率で反射光Ｌｏの光量変化の割合であり、ｄＲ／Ｒに等しい。図中には１０倍して示した。
【００３４】
図７において、反射率Ｒは入射角φが３５度の近傍で全反射に近い値から急激に低下している。これは、表面プラズモン共鳴と呼ばれる現象である。表面プラズモン共鳴とは素励起共鳴の１つであり、エバネッセント波の波数と角周波数の関係（分散関係）が金属の表面に生ずる表面プラズモンの分散関係と一致したときに表面プラズモンが励起され、入射光のエネルギが共鳴的に吸収されることで説明される。本実施形態においては、高屈折率誘電体である透明多面体１２（図１）及び低屈折率（例えば１．７程度）誘電体である中間層２１（図４）の境界面（全反射面）に対して臨界角以上の入射角により再生光を入射することで中間層２１側にエバネッセント波を発生させ、励起層２２及び磁性層２３からなる金属層の表面プラズモンを励起している。各層の膜厚及び入射角φは表面プラズモンを励起するのに最適となるよう選択されている。図７からわかるように、表面プラズモン共鳴の近傍で反射率変化ｄＲが大きくなり、最大で０．８％以上となる。また反射光の変調率Ｍは入射角が３５．５度のとき最大１４％に達する。
【００３５】
比較のため、表面プラズモン共鳴を用いない通常の横カー効果の特性を示す。図８は通常のカー効果の特性図で、構成はガラス基板上に磁性層を成膜し、空気側から再生光を入射したものである。磁性層の組成、膜厚は本実施形態のものと全く同様である。図８より、通常のカー効果では、反射率変化ｄＲは最大で０．３％弱で、反射光の変調率Ｍも最大で２％程度である。しかもそれを実現するためには７０度以上という極めて大きな角度で再生光を入射する必要がある。以上のように本実施形態は、３５度程度という入射が容易な入射角でありながら、通常のカー効果に比べ数倍大きな変調率を得ることができる。以上のように、本実施形態の信号再生装置は、磁極部２０の構成とそれに入射する再生光の入射角とを最適に設定して表面プラズモン共鳴を励起し、横カー効果を増強することによって、信号磁界の変化を大きな光量変化に変換することができる。従って、高密度記録のために信号磁界が小さくなった場合でも、そのような小さな信号磁界を高感度に検出することができるという効果を有する。
【００３６】
なお、本実施形態においては、表面プラズモン共鳴をより効率的に励起するために前述の構成を用いたが、本発明は、各層の材質あるいは膜厚に限定されるものではなく、再生光をエバネッセント波の形態に変換し、磁性体と相互作用させることにより磁気光学効果を増強するものであれば他の構成であっても良い。例えば磁極部の膜構成として、中間層２１、あるいは励起層２２を設けない構成であっても良い。この場合、特性はやや劣るもののほぼ同様の効果を得ることができる。また再生光をエバネッセント波の形態に変換するために本実施形態は高屈折率誘電体と低屈折率誘電体とからなる全反射面を設けたが、その他、回折格子を用いた構成、再生光の波長以下の微小開口を用いた構成などであっても良い。
【００３７】
なお、トラックを弁別する方法として、第１の実施形態で述べた信号再生回路の構成以外に、判定帰還回路を備えた構成、最尤（Ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）回路を備えた構成などを用いることができる。特に、記録時に２次元的な符号化を行うことによって本発明の効果を一層高めることができる。また、第１の実施形態、第２の実施形態では円盤状の磁気記録媒体を用いたが、本発明は媒体の形状に限定されるものではなく、例えばテープ状の磁気記録媒体を用いた、いわゆるビデオテープレコーダなどにも適用されるものである。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。本発明においては、複数のトラックから生じた重畳磁気信号を捉えて、この重畳磁気信号に所定の信号処理を施すことによりトラック毎の信号を弁別する構成としたので、磁極部の幅よりも狭いピッチで形成されたトラックの信号を再生することができる。しかも所望のトラックが磁極部の幅の中に有りさえすれば良いため、ヘッドに要求されるトラック追従動作の精度を大幅に緩和することができる。従って、磁極部の幅及びトラック追従精度のいずれにも制約されることなく高トラック密度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における磁気記録媒体の信号再生装置の要部縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるヘッドスライダの斜視図及びその平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における磁極部の正面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における磁極部の縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における信号再生回路のブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における記録フォーマットを示す概念図である。
【図７】本発明の第１の実施形態における磁極部の磁気光学特性を示したグラフである。
【図８】通常のカー効果の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 磁気記録媒体
２ 媒体基板
３ 記録層
５ａ、５ｂ、５ｃ トラック
１０ 信号再生装置
１１ ヘッドスライダ
１２ 透明多面体
１３ 集光レンズ
１４ サスペンション
２０ 磁極部
２１ 中間層
２２ 励起層
２３ 磁性層
２４ カバー層
２５ シールド層
３０ 光学ユニット
３１ 半導体レーザ
３２ ホログラム素子
３３ 光検出器
４０ ヘッドアーム
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 光スポット
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 増幅器
６１ 時系列信号変換回路
６２ 分岐回路
６３ 伝達係数検出回路
６４ 逆係数算出回路
６５ トラック弁別回路
６６ データ検出回路
Claims (2)
- 複数のトラックに磁気的に信号が記録されている磁気記録媒体から信号を再生する信号再生装置であって、
互いに隣接した複数のトラックに対向して配置された軟磁性体内において前記複数のトラックからそれぞれ生じる複数の信号磁界を互いに重畳して重畳磁気信号を形成する信号重畳手段と、
光源から放射した光を光スポットにして前記軟磁性体の所定の位置に入射する入射光学系、及び、前記軟磁性体において反射した再生光を検出し、その光学的特性値に応じた電気信号を発生する光検出器、を含む信号検出変換手段と、
前記電気信号からトラックごとに信号を弁別する信号弁別手段とを備え、
前記入射光学系は少なくとも２つ以上の光スポットを形成するように構成され、前記光検出器は前記光スポットにそれぞれ対応して少なくとも２つ以上設けられ、そして隣接する光スポットの中心間距離が当該光スポットの直径より小さく構成された磁気記録媒体の信号再生装置。 - 複数のトラックに磁気的に信号が記録されている磁気記録媒体から信号を再生する信号再生装置であって、
互いに隣接した複数のトラックに対向して配置された軟磁性体内において前記複数のトラックのからそれぞれ生じる複数の信号磁界を互いに重畳して重畳磁気信号を形成する信号重畳手段と、
光源から放射した光を光スポットにして前記軟磁性体の所定の位置に入射する入射光学系、及び、前記軟磁性体において反射した再生光を検出し、その光学的特性値に応じた電気信号を発生する光検出器、を含む信号検出変換手段と、
前記電気信号からトラックごとに信号を弁別する信号弁別手段とを備え、
前記入射光学系は少なくとも２つ以上の光スポットを形成するように構成され、前記光検出器は前記光スポットにそれぞれ対応して少なくとも２つ以上設けられ、光スポットの個数をｍ（整数）個としたとき、前記軟磁性体の、トラックに直交する方向の大きさが、互いに隣接する２つのトラックの中心間距離の（ｍ− ２）倍以上であって（ｍ−１）倍以下であるよう構成された磁気記録媒体の信号再生装置。
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