JP4127152B2 - データ記録再生装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体へのデータ記録、またはこの記録媒体からのデータ再生に際し、記憶媒体上に記録されている同一データ列が複数の再生ヘッドにより順次、アナログ再生信号として読み取りされつつ、位相合せされた状態として加算されることによって、記録媒体への高密度記録が可能とされてなるデータ記録再生装置及び方法に関する。

データ記録再生装置の一例としての、従来技術に係るヘリカルスキャン方式磁気テープ記録再生装置におけるデータ記録再生方法について説明すれば、以下のようである。
即ち、先ずデータ記録方法から説明すれば、記録ヘッドとその周辺の概要を図１０に示す。図示のように、固定ドラム１０１上には、回転可能とされた回転ドラム１０２が載置されており、その回転ドラム１０２下部の外周面にはまた、記録ヘッド１０３が取付けされている。実際、記録ヘッド１０３は一対設けられているが、他の１個は１８０度ずれた反対側に設けられている。したがって、図１１に示すように、磁気テープ１１１が回転ドラム１０２及び固定ドラム１０１に巻付けされた状態で、回転ドラム１０２が回転されると同時に、磁気テープ１１１が走行状態におかれることによって、磁気テープ１１１上へのデータ記録が行われる。因みに、図中、１１２，１１３は、ともにテープガイドポストを示す。

そのデータ記録が行われる際での磁気テープ上のトラックパターンを図１２に、また、記録ヘッド移動軌跡を図１３に示す。磁気テープ１１１上には斜め方向に、且つ平行に連続的にトラック１２１が形成されるべく、記録ヘッドは磁気テープ１１１に対して、相対的に実線矢印表示１３１として示す如くに移動されるようになっている。これから、ある記録ヘッドによるデータ記録により奇数番目のトラックが形成されるとすれば、他の記録ヘッドによるデータ記録によっては、偶数番目のトラックが形成されるものであることが判る。

一方、データ再生（データ記録が行われる際でのリード・アフター・ライトを含む）に際しては、図１４に示すように、例えば回転ドラム１０２上の、互いに１８０度ずれた位置に設けられている再生ヘッド１４１，１４２それぞれによりデータの再生が行われる。その際での再生タイミングを図１５に示す。これより、例えば再生ヘッド１４１により奇数番目のトラック上に記録されているデータが再生されるとすれば、再生ヘッド１４２によっては、偶数番目のトラック上に記録されているデータが再生されることが判る。因みに、図１５中、ＳＷＰは、ヘッドスイッチングパルスを示しており、再生ヘッド１４１，１４２のうち、何れかからの再生信号が選択出力されるかは、そのパルスの状態によるようになっている。

ところで、この磁気テープ記録再生装置に限らず、データ記録再生装置一般では、データが記録密度大として記録される程に、データ再生上でのＳ／Ｎは悪化するようになっている。例えば、パーシャルレスポンスチャネルクラス１（ＰＲ１チャネル）の再生信号に例を採り、そのアイパターンの理想的な状態を図１６（Ａ）に示すが、実際には、それに含まれているノイズにより、図１６（Ｂ）に示すように、バサついた状態のアイパターンとして得られるようになっている。このような事情から、データ再生上でのＳ／Ｎの改善が望まれている。再生エラーレートが悪化すれば、記録されているユーザデータは再生不可能となることから、データ再生上でのＳ／Ｎの改善が望まれているわけであるが、このことはまた、データ再生上でのＳ／Ｎが改善される程に、磁気テープ上へのデータの高密度記録が可能であることを意味している。

ところで、データ再生上でのＳ／Ｎを改善させるには、これまでに、既に同期加算なる方法が知られている。この同期加算による場合、同一記録情報が複数回に亘って再生されており、複数回に亘って順次、得られる再生信号は同期加算されることで、データ再生上でのＳ／Ｎが改善されるようになっている。例えば、２回に亘る再生信号についての同期加算が行われる場合、信号電圧は２倍になるが、ノイズ電圧は１.４倍にしか増えず、Ｓ／Ｎは３（＝２０log（２／１.４））dB改善される。ノイズ電圧が１.４倍にしか増えないのは、ノイズの合計量は実効値電圧に等しいからである。即ち、１回目の再生信号に含まれるノイズをN1[Ｖrms]、２回目の再生信号に含まれるノイズをN2[Ｖrms]とすれば、同期加算後のノイズN3[Ｖrms]は、以下のように求められる。

（数１）
N3＝（N1²＋N2²）^1/2

再生信号のＳ／Ｎは何回再生されても同一と考えられるので、N1とN2が等しいとすれば、N3は１.４N1（＝２^1/2N1）となる。これと同様にして、３回に亘る同期加算でのＳ／Ｎ改善効果は４.７７（＝２０log（３／３^1/2））dBとして、また、４回に亘る同期加算でのＳ／Ｎ改善効果は６（＝２０log（４／４^1/2））dBとして求められることになる。

因みに、特許文献１では、再生信号は平均化に先立ってディジタル化されており、したがって、ディジタル的な平均化が行われている。具体的には、ＦＩＦＯにストアされた再生信号は、平均化回路への次再生信号に同期してＦＩＦＯから平均化回路に読み出されることによって、再生信号のＳ／Ｎが改善されている。
特開２０００―４８４９０号公報（図３５，図３６）

しかしながら、ディジタル的な平均化処理による場合、再生信号がディジタル化されてから、実際に平均化が行われるまでに、多くのディジタル処理が要されていることから、平均化回路前段までの回路が正常に動作しなければ、平均化回路が正常に動作しないことになる。特に、その途中での処理には、非同期にサンプリングされたデジタル信号から記録タイミングに同期したデジタル信号を生成する補完形位相同期回路が要されていることから、回路動作上での矛盾が見受けられるものとなっている。というのは、補完形位相同期回路は再生信号から↑の検出点を探し、検出点電圧を出力する役割を持つ一種の同期回路とされるが、低Ｓ／Ｎの再生信号に対して、正しく同期動作することは難しいからである。換言すれば、Ｓ／Ｎを改善することを目的としている回路が、そもそも高Ｓ／Ｎを前提としているという矛盾を抱えていることになる。

本発明の目的は、後段で補完形位相同期回路が使用される場合であっても、その同期動作が容易として、再生信号のＳ／Ｎが容易に改善され得、したがって、高密度記録が可能とされているデータ記録再生装置及び方法を提供することにある。

本発明のデータ記録再生装置は、同一データ列を順次、再生する複数の再生ヘッドと、再生ヘッド対応に設けられ、この再生ヘッドからの再生信号をアナログ信号状態のまま、所望に遅延させることで、再生ヘッドそれぞれからの再生信号を同期した状態として遅延出力する遅延手段と、これら遅延手段それぞれからの再生信号をアナログ信号状態のまま、加算する加算手段とが少なくとも含まれるようにして、構成したものである。

結局、再生ヘッドそれぞれからの再生信号はディジタル化処理に先立って、アナログ信号状態のまま、同期加算処理が行われるようにしたものであり、したがって、同期加算処理された再生信号は、その後、直接間接に高Ｓ／Ｎ状態でディジタル化された上、各種ディジタル処理が施されることによって、最終的に再生データとして得られるようになっている。

後段で補完形位相同期回路が使用される場合であっても、その同期動作が容易として、再生信号のＳ／Ｎが容易に改善され得、したがって、高密度記録が可能とされているデータ記録再生装置及び方法が提供される。

以下、本発明の一実施の形態について、図１から図９により説明する。
先ずデータ記録再生装置の一例として、ヘリカルスキャン方式磁気テープ記録再生装置を想定の上、具体的に説明すれば、その磁気テープ記録再生装置における回転ドラム上への再生ヘッド配置例を図１に示す。図示のように、再生ヘッド１４１１，１４２１がそれぞれ、図１４に示す再生ヘッド１４１，１４２に相対応するものとすれば、再生ヘッド１４１１，１４２１それぞれによる再生直後にも、同一トラック上でのデータが追っかけ再生されるべく、再生ヘッド１４１１，１４２１それぞれの近傍には、角度θ分だけずれた位置に再生ヘッド１４１２，１４２２が配置されている。

そのように配置された場合での、再生ヘッド１４１１，１４１２それぞれの同一トラック上での移動軌跡を図２に示す。図示のように、再生ヘッド１４１１により、あるトラック１２１１上のデータが再生されるに際しては、そのデータは再生ヘッド１４１２により追っかけ再生されていることが判る。このようなデータ再生事情は再生ヘッド１４２１，１４２２でも同様であり、トラック１２１１に隣接するトラックでは、再生ヘッド１４２１，１４２２それぞれによるデータ再生が行われる。また、その際での再生タイミングを図３に示す。図示のように、再生ヘッド１４１１による再生タイミングに比し、再生ヘッド１４１２による再生タイミングは、既述の角度θに応じた時間Ｔd分だけ遅れていることが判る。このような事情は、再生ヘッド１４２１，１４２２間でも同様となっている。

因みに、角度θが１０°、ドラム直径が６０mm、ドラム回転数が５,０００rpmであるとして、上記時間Ｔdを具体的に計算してみれば、以下のようになる。

（数２）
Ｔd＝{１／（５０００rpm÷６０sec）}×（１０°／３６０°）
＝０.３３３３msec

以上のように、再生ヘッド１４１１，１４１２それぞれからは再生信号が得られるが、これら再生信号を同期加算するための回路構成例を図４に示す。尤も、この回路構成は、再生信号選択出力回路が付加されれば、再生ヘッド１４２１，１４２２それぞれから得られる再生信号を同期加算する場合にも使用され得る。このような事情は、以降の図５〜図７各々に示されている回路構成でも同様である。さて、図４に示すように、再生ヘッド１４１１，１４１２それぞれからの再生信号は再生アンプ４１，４２で一旦、増幅されているが、その後、再生ヘッド１４１１からの再生信号は遅延手段（具体的には、時間Ｔd分の遅延量が設定された遅延線として構成）４３で遅延されるも、再生ヘッド１４１２からの再生信号は直接、加算手段４４に入力される。再生ヘッド１４１１からの再生信号が時間Ｔd分、遅延される結果として、再生ヘッド１４１１，１４１２それぞれからの再生信号は位相合せされた状態、即ち、同期した状態として加算手段４４に入力された上、加算されるようになっている。加算手段４４からの同期加算出力が、その後、如何に処理されるかについては、後述するところである。

図５はまた、再生ヘッド１４１１，１４１２以外に、更に、もう１つの再生ヘッド１４１３が最後尾の位置に配置される場合での３入力同期加算回路の構成例を示す。この場合には、再生ヘッド１４１３による再生タイミングと再生ヘッド１４１１による再生タイミングとの時間差が遅延手段５４に遅延量として設定され、また、再生ヘッド１４１３による再生タイミングと再生ヘッド１４１２による再生タイミングとの時間差が遅延手段５５に遅延量として設定される。再生ヘッド１４１１〜１４１３それぞれからの再生信号は再生アンプ５１〜５３で一旦、増幅されるが、その後、再生ヘッド１４１１，１４１２それぞれからの再生信号のみが遅延手段５４，５５で遅延される結果として、再生ヘッド１４１１〜１４１３それぞれからの再生信号は位相合せされた状態、即ち、同期した状態として加算手段５６に入力された上、加算されるようになっている。

更に、再生ヘッド１４１１〜１４１３以外に、更に、もう１つの再生ヘッド１４１４が最後尾の位置に配置される場合での４入力同期加算回路の構成例を図６に示す。この場合には、再生ヘッド１４１４による再生タイミングと再生ヘッド１４１１による再生タイミングとの時間差が遅延手段６５に遅延量として設定され、また、再生ヘッド１４１４による再生タイミングと再生ヘッド１４１２による再生タイミングとの時間差が遅延手段６６に遅延量として設定され、更に、再生ヘッド１４１４による再生タイミングと再生ヘッド１４１３による再生タイミングとの時間差が遅延手段６７に遅延量として設定される。再生ヘッド１４１１〜１４１４それぞれからの再生信号は再生アンプ６１〜６４で一旦、増幅されるが、その後、再生ヘッド１４１１〜１４１３それぞれからの再生信号のみが遅延手段６５〜６７で遅延される結果として、再生ヘッド１４１１〜１４１４それぞれからの再生信号は位相合せされた状態、即ち、同期した状態として加算手段６８に入力された上、加算されるようになっている。

ところで、以上の同期加算回路の構成例では、何れも最後尾位置の再生ヘッドによる再生タイミングが時間基準とされていることから、最後尾位置の再生ヘッドからの再生信号は遅延不要とされているが、時間遅れに余裕がある場合には、その再生信号は遅延されるようにしてもよい。例えば再生ヘッド１４１２が最後尾に位置するとして、これからの再生信号が遅延される場合での回路構成を図７に示す。図示のように、再生ヘッド１４１１，１４１２対応に遅延手段４５，４６が設けられているが、遅延手段４５での遅延量に比し，遅延手段４６でのそれが時間Ｔd分だけ、小さく設定されれば、図４に示す２入力同期加算回路と同様に機能し得るものとなっている。

ここで、以上の同期加算回路それぞれからの同期加算出力が、その後、如何に処理されるかについて簡単ながら説明すれば、これら同期加算出力は、先ず必要に応じて再生信号の入力数に応じて除算されることで、平均化再生信号（振幅が平均化された再生信号）が得られるようになっている。その後、その同期加算出力、あるいは平均化再生信号はロータリトランスを介しＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換された上、アナログ信号の上下非対称をデジタル的に補正するアシンメトリ補正回路、別途検出されているベースライン変動（再生ヘッドと磁気テープが接触することによって生じる信号波形のベースライン変動）をディジタル的に補正するＤＣ補正回路、波形等化を行う等化器、非同期にサンプリングされたディジタル信号から記録タイミングに同期したディジタル信号を生成する補完形位相同期回路、ディジタルの振幅を一定に調整する利得制御回路、ディジタル信号を最尤復号方式によってデータ復号する最尤復号回路、エラーが発生した場合にエラー訂正処理を行うエラー訂正回路を順次、経ることによって、最終的な再生データとして得られるようになっている。

以上のように、本発明によるデータ記録再生装置としてのヘリカルスキャン方式磁気テープ記録再生装置では、磁気テープ上のトラックそれぞれは複数の再生ヘッドにより順次、再生されているが、これら複数の再生ヘッドとしては、可能な限り相接近した状態として、即ち、遅延手段への設定遅延時間を可能な限り小さくすることが、遅延手段の小型化や精度向上の面からして望ましくなっている。そこで、それら再生ヘッドを単一のヘッドチップに埋め込む構成が考えられる。図８（Ａ）にそのヘッドチップの概観斜視状態を、また、図８（Ｂ）にその平面状態を示す。図示のように、ヘッドチップ８１はその横幅が１〜２mm程度の大きさとされた上、その摺動面８１１には、例えば２個のヘッドギャップ８１２，８１３が形成される。この場合、薄膜技術によりヘッド間間隔はミクロンオーダとして再生ヘッドが製造可能となっている。この場合での再生ヘッドは、いわゆる、磁気ヘッドとされるが、レーザ光が利用される光学的ヘッドでも事情は同様である。因みに、ヘッド間間隔が５０μmであるとすれば、既述の角度θや時間Ｔdは、以下のように求められる。

（数３）
θ＝{５０μm／（５０００rpm÷６０sec）}×３６０°＝０.０９５５４１４°
Ｔd＝{１／（５０００rpm÷６０sec）}×（０.０９５５４１４°／３６０°）
＝３.１８４６６μsec

ここで、以上に述べた同期加算（但し、同期加算後、平均化されたものとして示す）による効果の程について考察すれば、その効果のシミュレーション結果を図９（Ａ）〜（Ｄ）に示す。図９（Ａ）は原再生信号のアイパターンを、図９（Ｂ）は２入力同期加算のアイパターンを、図９（Ｃ）は３入力同期加算のアイパターンを、図９（Ｄ）は４入力同期加算のアイパターンを、それぞれ示す。図示のように、再生信号の入力数が多い程に、鮮明さが増しているから、改善効果が期待され得るものとなっている。因みに、図９（Ａ）〜（Ｄ）における検出点分布や検出点Ｓ／Ｎについては図示されていないが、検出点Ｓ／Ｎは以下のように得られ、改善効果が認められた。
原再生信号：１７dB
２入力同期加算：２０dB
３入力同期加算：２１.８dB
４入力同期加算：２３dB

以上、ヘリカルスキャン方式磁気テープ記録再生装置に例を採って、本発明について説明したが、これに限らず、非ヘリカルスキャン方式磁気テープ記録再生装置やハードディスク装置、光ディスク装置（光磁気ディスク装置を含む）等の装置全般に適用可能となっている。特に、大記録容量化が望まれている、コンピュータデータ記録保存用のテープストリーマ装置に適用されることで、有効なものとなっている。再生の際でのＳ／Ｎが向上される程に、記録密度の向上が図れるからである。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき、具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明に係るヘリカルスキャン方式磁気テープ記録再生装置における、回転ドラム上への再生ヘッド配置例を示す図である。 その配置例による同一トラック上での再生ヘッド移動軌跡を示す図である。 その再生ヘッド配置例による再生タイミングを示す図である。 本発明に係る２入力同期加算回路の構成例を示す図である。 本発明に係る３入力同期加算回路の構成例を示す図である。 本発明に係る４入力同期加算回路の構成例を示す図である。 本発明に係る２入力同期加算回路の他の構成例を示す図である。 単一のヘッドチップに複数の再生ヘッドが埋め込まれる場合での構成を示す図である。 同期加算による効果の程を考察するための、その効果のシミュレーション結果を示す図である。 ヘリカルスキャン方式磁気テープ記録再生装置における記録ヘッドとその周辺の概要を示す図である。 固定ドラム及び回転ドラムへの磁気テープ巻付け状態を示す図である。 磁気テープ上のトラックパターンを示す図である。 磁気テープ上での記録ヘッド移動軌跡を示す図である。 回転ドラム上への再生ヘッド配置例を示す図である。 その再生ヘッド配置例による再生タイミングを示す図である。 再生信号についてのアイパターンの理想的な状態と、ノイズによりバサついた状態のアイパターンとを示す図である。

符号の説明

１０２…回転ドラム、１１１…磁気テープ、１４１１，１４１２，１４２１，１４２２…再生ヘッド、４３，４５，４６…遅延手段、４４…加算手段

Claims (7)

1. 記録媒体へのデータ記録、または該記録媒体からのデータ再生に際し、記憶媒体上に記録されている同一データ列が複数の再生ヘッドにより順次、再生されるようにしたデータ記録再生装置であって、
   同一データ列を順次、再生する複数の再生ヘッドと、
   再生ヘッド対応に設けられ、該再生ヘッドからの再生信号をアナログ信号状態のまま、所望に遅延させることで、再生ヘッドそれぞれからの再生信号を同期した状態として遅延出力する遅延手段と、
   該遅延手段それぞれからの再生信号をアナログ信号状態のまま、加算する加算手段と
   を含むデータ記録再生装置。
2. 請求項１記載のデータ記録再生装置において、
   最後尾に位置していない再生ヘッドそれぞれからの再生信号は、最後尾に位置している再生ヘッドからの再生信号との時間差に応じて上記遅延手段で遅延される一方、最後尾に位置している再生ヘッドからの再生信号は直接、上記加算手段で加算されるようにしたデータ記録再生装置。
3. 請求項１記載のデータ記録再生装置において、
   上記遅延手段は、遅延線とされるデータ記録再生装置。
4. 請求項１記載のデータ記録再生装置において、
   上記複数の再生ヘッドが相接近した状態として、単一のヘッドチップ上に配置されてなるデータ記録再生装置。
5. 記録媒体へのデータ記録、または該記録媒体からのデータ再生に際し、記憶媒体上に記録されている同一データ列が複数の再生ヘッドにより順次、再生されるようにしたデータ記録再生方法であって、
   複数の再生ヘッドそれぞれによる同一データ列の順次再生に関連して、
   再生ヘッドそれぞれからの再生信号をアナログ信号状態のまま、所望に遅延させることで、再生ヘッドそれぞれからの再生信号を同期した状態として遅延出力する遅延ステップと、
   該遅延ステップで遅延された再生信号それぞれをアナログ信号状態のまま、加算する加算ステップと
   を含むデータ記録再生方法。
6. 請求項５記載のデータ記録再生方法において、
   最後尾に位置していない再生ヘッドそれぞれからの再生信号は、最後尾に位置している再生ヘッドからの再生信号との時間差に応じて上記遅延ステップで遅延される一方、最後尾に位置している再生ヘッドからの再生信号は直接、上記加算ステップで加算されるようにしたデータ記録再生方法。
7. 請求項５記載のデータ記録再生方法において、
   上記遅延ステップでは、再生ヘッドそれぞれからの再生信号はアナログ信号状態のまま、遅延線上で所望に遅延されるデータ記録再生方法。

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