JP5901975B2 - 情報記録装置、及び情報記録方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、情報記録装置、及び情報記録方法に関する。

近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の記録容量増大の要求に伴い、磁気記録媒体の面記録密度は向上し、磁気記録媒体上の各記録ビットサイズは数１０ｎｍ程度の極めて微細なものになってきている。このような各記録ビットサイズが微細化した場合においても、磁気記録媒体に記録された情報を再生させた際に、再生信号中に含まれるノイズ成分の割合を低減させＳ／Ｎ比を向上することが望まれる。

特開２０１１−０２８８２２号公報 特開平４−０６７４１９号公報

１つの実施形態は、例えば、Ｓ／Ｎ比を向上できる情報記録装置、及び情報記録方法を提供することを目的とする。

１つの実施形態によれば、磁気記録媒体に情報を記録する情報記録装置が提供される。磁気記録媒体は、複数の磁性粒子を含む。情報記録装置は、乱数発生部と変調部と処理部とを有する。乱数発生部は、乱数ビット値を発生させる。変調部は、発生された乱数ビット値に応じて基本クロックの周期を変調して、変調クロックを生成する。処理部は、生成された変調クロックに同期して、磁気記録媒体に対して情報の記録又は再生を行う。

第１の実施形態にかかる情報記録装置の概略構成を示す図。 第１の実施形態における磁気記録媒体の構成を示す図。 第１の実施形態にかかる情報記録装置の記録に関する構成を示す図。 第１の実施形態にかかる情報記録装置の記録動作を示す図。 第１の実施形態にかかる情報記録装置の再生に関する構成を示す図。 第１の実施形態にかかる情報記録装置の再生動作を示す図。 第１の実施形態におけるゲインの決定方法を示す図。 第２の実施形態にかかる情報記録装置の記録に関する構成を示す図。 第２の実施形態におけるインターポレータの構成を示す図。 第２の実施形態にかかる情報記録装置の記録動作を示す図。 第２の実施形態にかかる情報記録装置の再生に関する構成を示す図。 比較例を示す図。 比較例を示す図。 比較例を示す図。 比較例を示す図。 比較例を示す図。 比較例を示す図。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる情報記録装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態にかかる情報記録装置１の概要について説明する。図１は、第１の実施形態にかかる情報記録装置１の構成を示す図である。図１において、磁気記録媒体５は、各種情報を記録する円盤状の記録媒体であり、スピンドルモータ３により回転駆動される。磁気記録媒体５は、後述のように、複数の磁性粒子を含む記録層（図２（ａ）参照）を有する。

磁気記録媒体５の読み書きは、ヘッド支持機構であるアーム７の一方の先端に設けられた磁気記録ヘッド４３及び磁気再生ヘッド５１によって行われる。磁気記録ヘッド４３は、磁気記録媒体５の回転によって生じる揚力によって、磁気記録媒体５の表面からわずかに浮いた状態を維持しながら、磁気記録媒体５に情報を記録する。磁気再生ヘッド５１は、磁気記録媒体５の回転によって生じる揚力によって、磁気記録媒体５の表面からわずかに浮いた状態を維持しながら、磁気記録媒体５に記録された情報を読み出して再生する。また、アーム７のもう一方の端に設けられたヘッド駆動機構であるボイスコイルモータ２の駆動により、アーム７が軸８を中心とする円弧上を回動し、磁気記録ヘッド４３及び磁気再生ヘッド５１が磁気記録媒体５のトラック横断方向にシーク移動し、読み書きする対象のトラックを変更する。

磁気記録媒体は、一般に、情報記録装置１により情報が記録されるべき複数の磁性粒子を含む。この複数の磁性粒子は、製造上の理由により位置・大きさに所定の（例えば、一定の）ばらつきを有している。このことから、１ビット（ｂｉｔ）の情報を複数の磁性粒子の磁化で表現することによって、磁性粒子の位置・大きさのばらつきによるビットエラーの低減を図ることが考えられる。しかし、近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の記録容量の増大の要求に伴う磁気記録媒体の面記録密度の向上により、磁気記録媒体上の各記録ビットサイズは数１０ｎｍ程度の極めて微細なものになってきている。このような各記録ビットサイズが微細化した場合においては、１ビットの情報が記録されるべき磁性粒子数が減少する傾向にある。この場合、図１４に示すように、高密度化に伴って１ビット中の磁性粒子数は減少し、ジッターノイズ（Ｊｉｔｔｅｒ Ｎｏｉｓｅ）が増大する傾向にある。

それに対して、本実施形態における磁気記録媒体５では、図２（ａ）に示すように、複数の磁性粒子が規則的に（例えば、均一に）整列されており、図２（ｂ）に示すように、各１ビットの情報が複数の磁性粒子のうちの２以上の磁性粒子に記録される。すなわち、本実施形態における磁気記録媒体５は、従来の磁気記録媒体よりも磁性粒子の位置・大きさのバラツキを低減できるため、ジッターノイズを低減することができる。このような磁気記録媒体５は、例えば、複数の磁性粒子が規則的に整列されているという意味でオーダード（Ｏｒｄｅｒｅｄ）媒体とよばれることもあり、あるいは、ナノパーティクルメディアと呼ばれることもある。

本実施形態における磁気記録媒体５によれば、磁性粒子のバラツキを低減できるので、図１５に示すように、１ビット中の磁性粒子数が同じでもジッターノイズを低減できる。

しかし、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の磁性粒子が規則的に（例えば、均一に）整列している場合、図１３に示すように、記録の基本クロックＣＫｆの周期Ｔ０に対応したハイレベル期間Ｔ０ｈ（例えば、Ｔ０ｈ≒Ｔ０／２）と再生方向における磁性粒子の空間周期ＴＰとが最小公倍数となる周期（以下ではビート周期ＴＢと呼ぶ）で記録信号反転タイミングと磁性粒子の位置とが一致し、磁化方向が不定となる磁性粒子（以下では記録不定粒子と呼ぶ）が生じる。この場合、図１６に示すように、ノイズ（Ｎｏｉｓｅ）成分としてはジッターノイズよりビート周期で発生するビートノイズ（Ｂｅａｔ Ｎｏｉｓｅ）が支配的になり、総ノイズ（Ｔｏｔａｌ Ｎｏｉｓｅ）低減のためには記録不定粒子の発生を抑制する技術が必要となる。

記録不定粒子を低減する１つの方法としては、磁気記録媒体５における磁性粒子の周期に対して記録位相を制御し、正確に磁性粒子の磁化方向が決定する記録磁界を印加する同期記録を行うことが考えられる。

しかし、同期記録の実現には、記録磁界を印加する最中の磁気記録媒体５における磁性粒子の周期と位相とを完全に把握する必要があることから、コストが増大する可能性があるとともに、実現が困難である。

そこで、本実施形態では、非同期記録の場合にもビート周期で生じる記録不定粒子を低減し総ノイズ量を低減してＳ／Ｎ比を改善するため、まず、記録の基本クロックの周期に意図的な揺らぎを加えて変調し、この変調された記録信号である変調クロックを用いて所望する情報の記録を行うことを提案する。

具体的には、図３に示すように、情報記録装置１は、乱数発生部１０、変調部２０、及び処理部３０を備える。

乱数発生部１０は、乱数ビット値ＲＢを発生させる。例えば、乱数発生部１０は、疑似乱数発生器１１を有する。疑似乱数発生器１１には、所定の疑似乱数系列を含む例えば疑似乱数テーブルが疑似乱数シードとして予め設定されている。所定の疑似乱数系列は、磁気記録媒体５に記録されるべき情報系列と非相関になるように予め調整されている。疑似乱数発生器１１は、乱数発生用クロックＣＫｒを受け、乱数発生用クロックＣＫｒに同期して乱数ビット値ＲＢを発生させる。疑似乱数発生器１１は、発生させた乱数ビット値ＲＢを変調部２０へ供給する。

変調部２０は、乱数ビット値ＲＢを乱数発生部１０から受ける。変調部２０は、乱数発生部１０により発生された乱数ビット値ＲＢに応じて基本クロックＣＫｆの周期を変調して、変調クロックＣＫｍを生成する。例えば、変調部２０は、Ｄ／Ａ変換部２１、増幅部２２、及びＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路２３を有する。

Ｄ／Ａ変換部２１は、乱数ビット値ＲＢを乱数発生部１０から受ける。Ｄ／Ａ変換部２１は、例えばＤ／Ａコンバータ２１ａを有し、Ｄ／Ａコンバータ２１ａを用いて、乱数発生部１０により発生された乱数ビット値ＲＢ（デジタル信号）をＤ／Ａ変換して、乱数信号ＲＢＳ（アナログ信号）を生成する。Ｄ／Ａ変換部２１は、乱数信号ＲＢＳを増幅部２２へ供給する。

増幅部２２は、乱数信号ＲＢＳをＤ／Ａ変換部２１から受ける。増幅部２２は、例えばアンプ２２ａを有し、アンプ２２ａを用いて、Ｄ／Ａ変換部２１により生成された乱数信号ＲＢＳを増幅する。このとき、増幅部２２は、後述のように、再生信号に含まれるノイズ成分が適正レベルになる（図７（ａ）、（ｂ）参照）ように予め決定されたゲインで増幅する。増幅部２２は、増幅された乱数信号ＲＢＳｉをＰＬＬ回路２３へ供給する。

ＰＬＬ回路２３は、基本クロックＣＫｆを外部（例えば、図示しないクロック発生回路）から受け、増幅された乱数信号ＲＢＳｉを増幅部２２から受ける。ＰＬＬ回路２３は、増幅部２２により増幅された乱数信号ＲＢＳｉに応じて基本クロックＣＫｆの周期を変調して、変調クロックＣＫｍを生成する。例えば、ＰＬＬ回路２３は、位相比較部２４、フィルタ部２５、合成部２６、発振部２７、及び分周部２８を有する。

位相比較部２４は、基本クロックＣＫｆを外部から受け、分周クロックＣＫｄを分周部２８から受ける。位相比較部２４は、例えば、位相比較器２４ａを有し、位相比較器２４ａを用いて、基本クロックＣＫｆの位相と分周クロックＣＫｄの位相とを比較し、比較結果に応じた位相誤差信号ＰＨをフィルタ部２５へ出力する。

フィルタ部２５は、位相誤差信号ＰＨを位相比較部２４から受ける。フィルタ部２５は、例えば、ループフィルタ２５ａを有し、ループフィルタ２５ａを用いて位相誤差信号ＰＨにおける誤差成分を低減する。フィルタ部２５は、誤差成分が低減された位相誤差信号ＰＨｉを合成部２６へ供給する。

合成部２６は、位相誤差信号ＰＨｉをフィルタ部２５から受け、乱数信号ＲＢＳｉを増幅部２２から受ける。合成部２６は、位相誤差信号ＰＨｉと乱数信号ＲＢＳｉとを合成し、合成信号ＳＳを生成する。合成部２６は、例えば、加算器２６ａを有し、加算器２６ａを用いて、位相誤差信号ＰＨｉと乱数信号ＲＢＳｉとを加算し、加算結果を合成信号ＳＳとして発振部２７へ出力する。

発振部２７は、合成信号ＳＳを合成部２６から受ける。発振部２７は、例えば、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２７ａを有し、電圧制御発振器２７ａを用いて、合成信号ＳＳに応じた周波数で発振し、内部クロックＣＫｉを生成する。発振部２７は、内部クロックＣＫｉを変調クロックＣＫｍとして処理部３０へ出力するとともに、内部クロックＣＫｉを分周部２８へ供給する。

分周部２８は、内部クロックＣＫｉを発振部２７から受ける。分周部２８は、例えば、分周器２８ａを有し、分周器２８ａを用いて、内部クロックＣＫｉを分周し、分周クロックＣＫｄを生成する。分周部２８は、分周クロックＣＫｄを位相比較部２４へ供給する。
このように、ＰＬＬ回路２３は、乱数信号ＲＢＳｉに応じて基本クロックＣＫｆの周期を変調して、変調クロックＣＫｍを生成して処理部３０へ出力する。

処理部３０は、変調クロックＣＫｍを変調部２０から受ける。処理部３０は、生成された変調クロックＣＫｍに同期して、磁気記録媒体５（図１参照）に対して情報の記録又は再生を行う。例えば、処理部３０は、記録部４０及び再生部５０（図５参照）を有する。再生部５０については後述する。

記録部４０は、変調クロックＣＫｍをＰＬＬ回路２３の発振部２７から受け、記録データＤｗを外部（例えば、図示しないコントローラ）から受ける。記録部４０は、変調クロックＣＫｍを用いて、磁気記録媒体５に、記録データＤｗに対応した情報を記録する。例えば、記録部４０は、ラッチ回路４１、アンプ４２、及び磁気記録ヘッド４３（図１参照）を有する。

ラッチ回路４１は、変調クロックＣＫｍをＰＬＬ回路２３の発振部２７から受け、記録データＤｗを外部から受ける。ラッチ回路４１は、変調クロックＣＫｍに同期して、記録データＤｗを取り込み保持する。それとともに、ラッチ回路４１は、変調クロックＣＫｍに同期して、保持している記録データＤｗ（デジタル信号）をＤ／Ａ変換して記録信号ＤＳｗ（アナログ信号）を生成する。ラッチ回路４１は、記録信号ＤＳｗをアンプ４２へ供給する。

アンプ４２は、記録信号ＤＳｗをラッチ回路４１から受ける。アンプ４２は、記録信号ＤＳｗを電流信号ＤＳｗｉに増幅して磁気記録ヘッド４３へ供給する。

磁気記録ヘッド４３は、電流信号ＤＳｗｉに応じて記録磁界を発生させ、磁気記録媒体５に、記録データＤｗに対応した情報を記録する。

このとき、記録信号への変換タイミング、すなわち記録磁界の生成周期は、ラッチ回路４１に入力される変調クロックＣＫｍの周期に依存する。変調クロックＣＫｍは、基本クロックＣＫｆが変調部２０で周期変調されることで生成される。本実施形態においては、乱数発生部１０で発生された乱数ビット値をそのまま周期変調に用いずに、Ｄ／Ａ変換部２１でアナログ量（乱数信号）に変換し増幅部２２により予め調整されたゲインで増幅する。これにより、基本クロックの周期に加えるべき意図的な揺らぎの量を制御できる。また、このように増幅された乱数信号がＰＬＬ回路２３の発振部２７（例えば、電圧制御発振器２７ａ）の入力側に供給するので、基本クロックＣＫｆの周期に対して疑似乱数による意図的な揺らぎを加えることができる。

これにより、図４に示すように、記録に用いられる変調クロックＣＫｍの半周期Ｔ１／２〜Ｔ４／２を動的に変化させることができるので、前述した磁化反転タイミングと磁性粒子の位置とが一致する数を低減することができる。

例えば、変調クロックＣＫｍの周期Ｔ１〜Ｔ４及びハイレベル期間Ｔ１ｈ〜Ｔ４ｈは、基本クロックＣＫｆの周期Ｔ０及びハイレベル期間Ｔ０ｈに対して、下記の数式１〜８の関係にある。これにより、変調クロックＣＫｍの周期Ｔ１〜Ｔ４は、例えば、互いに数式９の関係にあり、ハイレベル期間Ｔ１ｈ〜Ｔ４ｈは、例えば、互いに数式１０の関係にある。
Ｔ１＝Ｔ０−ΔＴ１ａ・・・数式１
Ｔ２＝Ｔ０−ΔＴ２ａ・・・数式２
Ｔ３＝Ｔ０−ΔＴ３ａ・・・数式３
Ｔ４＝Ｔ０−ΔＴ４ａ・・・数式４
Ｔ１ｈ＝Ｔ０ｈ−ΔＴ１ａ＋ΔＴ１ｂ・・・数式５
Ｔ２ｈ＝Ｔ０ｈ−ΔＴ２ａ＋ΔＴ２ｂ・・・数式６
Ｔ３ｈ＝Ｔ０ｈ−ΔＴ３ａ＋ΔＴ３ｂ・・・数式７
Ｔ４ｈ＝Ｔ０ｈ−ΔＴ４ａ＋ΔＴ４ｂ・・・数式８
Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ４＞Ｔ３・・・数式９
Ｔ１ｈ＞Ｔ２ｈ＞Ｔ４ｈ＞Ｔ３ｈ・・・数式１０

次に、上記記録信号で記録された記録データに適した再生方法について説明する。下記に記載の再生方法をとることで、更なる信号品質改善すなわちＳ／Ｎ比の改善が可能となる。

具体的には、図５に示すように、処理部３０は、再生部５０を有する。再生部５０は、変調クロックＣＫｍをＰＬＬ回路２３の発振部２７から受ける。再生部５０は、変調クロックＣＫｍを用いて、記録部４０（図３参照）により磁気記録媒体５に記録された情報を再生する。例えば、再生部５０は、磁気再生ヘッド５１（図１参照）、アンプ５２、及びラッチ回路５３を有する。
磁気再生ヘッド５１は、磁気記録媒体５に記録された情報を磁気抵抗効果により読み出し、読み出された信号を再生信号ＤＳｒとしてアンプ５２へ供給する。

アンプ５２は、再生信号ＤＳｒを磁気再生ヘッド５１から受ける。アンプ５２は、再生信号ＤＳｒを増幅して、増幅された再生信号ＤＳｒｉをラッチ回路５３へ供給する。

ラッチ回路５３は、変調クロックＣＫｍをＰＬＬ回路２３の発振部２７から受け、再生信号ＤＳｒｉをアンプ５２から受ける。ラッチ回路４１は、変調クロックＣＫｍに同期して、再生信号ＤＳｒｉ（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換して再生データＤｒ（アナログ信号）を生成（復調）する。それとともに、ラッチ回路４１は、変調クロックＣＫｍに同期して、再生データＤｒ（アナログ信号）を取り込み保持し、保持している再生データＤｒを外部（例えば、コントローラ）へ出力する。

このとき、再生サンプリングはラッチ回路５３への変調クロックＣＫｍに従って実施される。変調クロックＣＫｍは、図３に示した記録信号を生成する回路と同様の回路で（例えば、同一の乱数発生部１０及び変調部２０により、又は同様の動作を行う別の乱数発生部１０及び変調部２０により）生成される。ここで、乱数発生部１０（例えば、疑似乱数生成器１１）の乱数シードを記録時のそれと同一とし、乱数発生部１０で発生された乱数ビット値ＲＢに対応した乱数信号ＲＢＳｉをＰＬＬ回路２３内の発振部２７の入力側に加えることで、記録時に印加された周期揺らぎを再生時にキャンセルすることが可能である。図１７および図６を用いて、この効果について説明する。

図１７に示すように、再生時の基本クロックＣＫｆへの周期変調を実施しない場合の再生データ列のスペクトルは、再生の基本クロックＣＫｆの周期と再生方向における磁性粒子の空間周期とが最小公倍数となるビート周期ＴＢ（図１３参照）で、除去し切れなかったビート信号のピークが観察される。それに対して、記録信号成分は、記録時の基本クロックＣＫｆの周期に対して意図的な揺らぎで変調が加えられるため、ブロードな分布となる。すなわち、ビート信号低減のため記録信号に意図的な揺らぎを加えたことで、ビート信号振幅の低減のみではなく、記録信号成分の振幅が本来得られる記録信号振幅に比べて小さくなる。

これに対して、本実施形態では、再生時の基本クロックへの変調を記録時と対応する（例えば同一の）疑似乱数シードを用いて実施することで、再生データ列のスペクトルは図６に示す通り、記録信号成分が先鋭となり、対してビート信号成分がブロードとなる。すなわち、本来得られる記録信号成分の振幅を確保し、ビート信号の振幅のみ低減することで、再生信号のＳＮＲ（Ｓ／Ｎ比）をさらに高めることができる。
次に、基本クロックＣＫｆの周期に対する変調量の決定について説明する。

基本クロックＣＫｆの周期を変調するために加える意図的な揺らぎの量をσＷとすると、σＷの設定値は記録再生ＳＮＲ（Ｓ／Ｎ比）が所定の閾値ＳＮＲｔｈ以上となるように（例えば、最大となるように）調整を行う。

図７（ａ）に、揺らぎ量σＷを横軸とし、ノイズ量を縦軸とした、揺らぎ量σＷによる総ノイズ量の変化の概念図を示す。総ノイズ量は、例えば、記録信号起因のジッターノイズ（Ｗｒｉｔｅ Ｊｉｔｔｅｒ Ｎｏｉｓｅ）と、媒体起因のジッターノイズ（Ｍｅｄｉａ Ｊｉｔｔｅｒ Ｎｏｉｓｅ）と、ビートによるノイズ（Ｂｅａｔ Ｎｏｉｓｅ）との２乗和の平方根で計算される。揺らぎ量σＷを増加させていくと、媒体起因のジッターノイズはほぼ変わらないが、ビートによるノイズは減少し記録信号起因のジッターノイズは増加する傾向にある。なお、上記の実施形態による再生時の基本クロックへの周期変調を行っている場合は、記録信号起因のジッターノイズの増加を抑制することが可能である。

図７（ａ）に示すように、揺らぎ量σＷを増加させていくとビートによるノイズの減少に伴って総ノイズ量が減少する傾向にあり、さらにσＷを増加させると記録起因のジッターノイズの増加に伴って総ノイズ量が増加する傾向にある。すなわち、揺らぎ量σＷには、総ノイズ量が閾値Ｎｔｈ以下となる適正範囲σＷ１〜σＷ２が存在し、総ノイズ量が最小となる最適値σＷ３が適正範囲σＷ１〜σＷ２内に存在する。

図７（ａ）の縦軸をＳＮＲ（Ｓ／Ｎ比）に変換すると、図７（ｂ）のようになる。すなわち、揺らぎ量σＷを増加させていくとビートによるノイズの減少に伴ってＳ／Ｎ比が増加する傾向にあり、さらにσＷを増加させると記録起因のジッターノイズの増加に伴ってＳ／Ｎ比が減少する傾向にある。すなわち、揺らぎ量σＷには、Ｓ／Ｎ比がＳＮＲｔｈ以上となる適正範囲σＷ１〜σＷ２が存在し、Ｓ／Ｎ比が最大となる最適値σＷ３が適正範囲σＷ１〜σＷ２内に存在する。

そこで、図３、図５に示す増幅部２２には、適正範囲σＷ１〜σＷ２の揺らぎ量σＷに対応したゲイン（例えば、最適値σＷ３の揺らぎ量σＷに対応したゲイン）を予め実験的に決定し設定しておく。これにより、記録、再生の基本クロックの周期に加えられる意図的な揺らぎ量を、再生信号のＳ／Ｎ比向上に適したものとすることができる。

ここで、仮に、情報記録装置１により情報が記録されるべき磁気記録媒体９０５を、図１２に示すようなパターンドメディアとした場合について考える。この場合、磁気記録媒体９０５では、複数の磁性粒子が規則的に（例えば、均一に）整列されているので、磁性粒子の位置・大きさのバラツキを低減できる。しかし、各磁性粒子の粒径が大きく（例えば、２０ｎｍ程度）、１ビット中の磁性粒子数が１つに限定されるとともに各記録ビットサイズが大きい（例えば、２０ｎｍ程度）ため、磁気記録媒体の面記録密度を向上するには粒径を小さくする必要があり、また、１磁性粒子が１ビットに対応するため各磁性粒子に同期記録する必要がある。

それに対して、第１の実施形態では、情報記録装置１により情報が記録されるべき磁気記録媒体５において、複数の微細な磁性粒子（例えば、10ｎｍ以下）が規則的に（例えば、均一に）整列されている。すなわち、磁性粒子の位置・大きさのバラツキを低減できることに加えて、各記録ビットサイズを低減しながら１ビット中の磁性粒子数を２以上にすることができる。このため、ジッターノイズを容易に低減できる（図１４、図１５参照）とともに、磁気記録媒体の面記録密度を向上することが容易である。

あるいは、仮に、情報記録装置１により情報が記録されるべき磁気記録媒体５において、複数の磁性粒子が規則的に（例えば、均一に）整列されており、かつ、情報の記録に用いられる基本クロックＣＫｆの周期に変調を加えない場合について考える。この場合、記録の基本クロックＣＫｆの半周期Ｔ０／２と再生方向における磁性粒子の空間周期ＴＰとが最小公倍数となる周期（以下ではビート周期ＴＢと呼ぶ）で記録信号反転タイミングと磁性粒子の位置とが一致し、磁化方向が不定となる磁性粒子（以下では記録不定粒子と呼ぶ）が生じる。この場合、図１６に示すように、ノイズ（Ｎｏｉｓｅ）成分としてはジッターノイズよりビート周期で発生するビートノイズ（Ｂｅａｔ Ｎｏｉｓｅ）が支配的になり、総ノイズ（Ｔｏｔａｌ Ｎｏｉｓｅ）が増加しやすく、Ｓ／Ｎ比の向上が困難な傾向にある。

それに対して、第１の実施形態では、情報記録装置１において、乱数発生部１０が、乱数ビット値ＲＢを発生させる。変調部２０は、乱数発生部１０により発生された乱数ビット値ＲＢに応じて基本クロックＣＫｆの周期を変調して、変調クロックＣＫｍを生成する。処理部３０は、変調部２０により生成された変調クロックＣＫｍに同期して、磁気記録媒体５に対して情報の記録又は再生を行う。例えば、記録部４０は、変調クロックＣＫｍを用いて、磁気記録媒体５に、記録データＤｗに対応した情報を記録する。これにより、記録信号反転タイミング（磁化反転タイミング）と磁性粒子の位置との一致する数を低減でき、磁化方向が不定となる記録不定粒子の数を低減できるので、総ノイズを低減でき、Ｓ／Ｎ比を容易に向上できる。

あるいは、仮に、再生時の基本クロックＣＫｆへの周期変調を実施しない場合について考える。この場合、図１７に示すように、再生データ列のスペクトルは、再生の基本クロックＣＫｆの周期と再生方向における磁性粒子の空間周期とが最小公倍数となるビート周期ＴＢ（図１３参照）で、除去できなかったビート信号のピークが観察される。それに対して、記録信号成分は、記録時の基本クロックＣＫｆの周期に対して意図的な揺らぎで変調が加えられるため、ブロードな分布となる。すなわち、記録信号成分の振幅が本来得られる記録信号成分の振幅に比べて小さいので、ビートノイズ低減によるＳ／Ｎ比向上を抑制してしまう。

それに対して、第１の実施形態では、処理部３０の再生部５０が、変調クロックＣＫｍを用いて、記録部４０により磁気記録媒体５に記録された情報を再生する。すなわち、再生時の基本クロックへの変調を記録時と対応する（例えば同一の）疑似乱数シードを用いて実施するので、再生データ列のスペクトルにおいて、記録信号成分を先鋭にでき、対してビート信号成分をブロードにできる（図６参照）。すなわち、本来得られる記録信号成分の振幅を確保し、ビート信号の振幅のみ低減することで、再生信号のＳＮＲ（Ｓ／Ｎ比）をさらに高めることができる。

また、第１の実施形態では、変調部２０において、Ｄ／Ａ変換部２１が、乱数発生部１０により発生された乱数ビット値ＲＢをＤ／Ａ変換して、乱数信号ＲＢＳを生成する。増幅部２２は、Ｄ／Ａ変換部２１により生成された乱数信号ＲＢＳを増幅する。ＰＬＬ回路２３は、増幅部２２により増幅された乱数信号ＲＢＳｉに応じて基本クロックＣＫｆの周期を変調して、変調クロックＣＫｍを生成する。これにより、変調部２０により基本クロックＣＫｆの周期に加えられるべき意図的な揺らぎの量（変調の度合い）を、増幅部２２のゲインを設定することでアナログ的に制御することができる。

また、第１の実施形態では、変調部２０において、位相比較部２４が、基本クロックＣＫｆの位相と分周クロックＣＫｄの位相とを比較し、比較結果に応じた位相誤差信号ＰＨを出力する。合成部２６は、位相誤差信号ＰＨｉと増幅された乱数信号ＲＢＳｉとを合成し、合成信号ＳＳを生成する。発振部２７は、生成された合成信号ＳＳに応じた周波数で発振し、内部クロックＣＫｉを生成し変調クロックＣＫｍとして出力する。分周部２８が、内部クロックＣＫｉを分周して、分周クロックＣＫｄを生成する。これにより、基本クロックＣＫｆの周期に対して、乱数ビット値ＲＢに対応した変調を加えることができる。

また、第１の実施形態では、例えば、合成部２６の加算器２６ａが、位相誤差信号ＰＨｉと増幅された乱数信号ＲＢＳｉと加算し、加算結果を合成信号ＳＳとして出力する。これにより、簡易な構成で位相誤差信号ＰＨｉと乱数信号ＲＢＳｉとを合成できる。

また、第１の実施形態では、増幅部２２が、Ｄ／Ａ変換部２１により生成された乱数信号ＲＢＳを、再生信号に含まれるノイズ成分が適正レベルになるように予め決定されたゲインで増幅する。例えば、増幅部２２は、意図的な揺らぎ量σＷが適正範囲σＷ１〜σＷ２になるように予め決定されたゲインで増幅する。あるいは、例えば、増幅部２２は、意図的な揺らぎ量σＷが最適値σＷ３になるように予め決定されたゲインで増幅する。これにより、記録、再生の基本クロックの周期に加えられる意図的な揺らぎ量を、再生信号のＳ／Ｎ比向上に適したものとすることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる情報記録装置１００について説明する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

第１の形態の回路では、ＰＬＬ回路２３内の発振部２７（例えば、電圧制御発振器２７ａ）の入力信号（例えば、入力電圧）に乱数信号を含ませることで、基本クロックＣＫｆの周期に揺らぎを印加しているが、ＰＬＬ回路２３の位相同期ループが不安定になる可能性がある。そこで、第２の実施形態では、基本クロックＣＫｆの周期へ揺らぎを印加するための動作をＰＬＬ回路１２３の外部で行う。

具体的には、図８及び図１１に示すように、情報記録装置１００の変調部１２０において、ＰＬＬ回路１２３が合成部２６を有さず、代わりに、ＰＬＬ回路１２３の出力側に調整部１２９が追加されている。

調整部１２９は、乱数ビット値ＲＢ１００を乱数発生部１０から受け、内部クロックＣＫｉ１００をＰＬＬ回路１２３の発振部２７から受ける。調整部１２９は、例えばインターポレータ１２９ａを有し、インターポレータ１２９ａを用いて、乱数ビット値ＲＢ１００に応じて内部クロックＣＫｉ１００の周期を動的に調整する。調整部１２９は、調整された信号を変調クロックＣＫｍ１００として記録部４０へ出力する。また、調整部１２９は、調整された信号を変調クロックＣＫｍ１００として再生部５０へ出力する。

インターポレータ１２９ａは、入力される内部クロックＣＫｉ１００に対して、乱数ビット値ＲＢ１００に応じた遅延を印加することが可能であり、概念的には、図９に示すように、シフトレジスタＳＲＧ及び選択部ＳＬＵを有する。

シフトレジスタＳＲＧでは、複数段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋが直列に接続されている。シフトレジスタＳＲＧは、内部クロックＣＫｉ１００をＰＬＬ回路１２３の発振部２７から受ける。例えば、シフトレジスタＳＲＧは、クロックφＳＣＫに同期して、内部クロックＣＫｉ１００を各段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋの間で順次にシフト動作させる。これにより、各段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋは、内部クロックＣＫｉ１００に対して互いに異なる遅延量のクロックを発生させる。

選択部ＳＬＵは、乱数ビット値ＲＢ１００を乱数発生部１０から受け、内部クロックＣＫｉ１００をＰＬＬ回路１２３の発振部２７から受け、各段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋで発生されたクロックを対応するレジスタＲＧ１〜ＲＧｋから受ける。選択部ＳＬＵは、例えばマルチプレクサＭＵＸを有し、マルチプレクサＭＵＸを用いて、乱数ビット値ＲＢ１００に応じて動的に切り替えるように複数段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋのうち１つのレジスタを選択し、選択されたレジスタで発生されたクロックを変調クロックＣＫｍとして出力する。すなわち、選択部ＳＬＵは、どのレジスタの出力を変調クロックＣＫｍ１００として採用するかを選択する。例えば、レジスタＲＧ１〜ＲＧｋの段数がｋ＝２０４８である場合、１／４０９６周期ステップで、基本クロックＣＫｆの周期を＋１／４０９６〜＋２０４８／４０９６周期で変化させて変調させることが可能である。

このとき、乱数発生部１０は、基本クロックＣＫｆと非同期であり且つ基本クロックＣＫｆより周波数の高い乱数発生用クロックＣＫｒ１００に同期して、異なる乱数ビット値ＲＢ１００を発生させる。言い換えると、乱数発生部１０により発生される乱数ビット値ＲＢ１００は、基本クロックＣＫｆと非同期であり且つ基本クロックＣＫｆより短い周期で変更される。

それに応じて、選択部ＳＬＵは、図１０に示すように、発生された乱数ビット値ＲＢ１００の変更に同期して（例えば、タイミングｔ１〜ｔ１３のそれぞれに同期して）複数段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋのうち選択すべき１つのレジスタを動的に切り替える。これにより、選択部ＳＬＵは、複数段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋで発生された複数のクロックφＣＫ１〜φＣＫｋのうち選択すべきクロックを動的に切り替えて変調クロックＣＫｍ１００に採用するので、記録に用いられる変調クロックＣＫｍの周期及びデューティー比を動的に変化させることができる。

例えば、変調クロックＣＫｍの周期Ｔ１１〜Ｔ１４及びハイレベル期間Ｔ１１ｈ〜Ｔ１４ｈは、基本クロックＣＫｆの周期Ｔ０及びハイレベル期間Ｔ０ｈに対して、下記の数式１１〜１８の関係にある。これにより、変調クロックＣＫｍの周期Ｔ１１〜Ｔ１４は、例えば、互いに数式１９の関係にあり、ハイレベル期間Ｔ１１ｈ〜Ｔ１４ｈは、例えば、互いに数式２０の関係にある。
Ｔ１１＝Ｔ０−ΔＴ１１１＋ΔＴ１１３・・・数式１１
Ｔ１２＝Ｔ０−ΔＴ１２１＋ΔＴ１２３・・・数式１２
Ｔ１３＝Ｔ０−ΔＴ１３１＋ΔＴ１３２・・・数式１３
Ｔ１４＝Ｔ０−ΔＴ１４１＋ΔＴ１４３・・・数式１４
Ｔ１１ｈ＝Ｔ０ｈ−ΔＴ１１１＋ΔＴ１１２・・・数式１５
Ｔ１２ｈ＝Ｔ０ｈ−ΔＴ１２２＋ΔＴ１２３・・・数式１６
Ｔ１３ｈ＝Ｔ０ｈ−ΔＴ１３１・・・数式１７
Ｔ１４ｈ＝Ｔ０ｈ−ΔＴ１４２＋ΔＴ１４３・・・数式１８
Ｔ１４＞Ｔ１２＞Ｔ１１＞Ｔ１３・・・数式１９
Ｔ１４ｈ＞Ｔ１２ｈ＞Ｔ１１ｈ＞Ｔ１３ｈ・・・数式２０

このように、インターポレータ１２９ａに対して、乱数発生部１０で発生された乱数ビット値ＲＢ１００を入力することで、基本クロックＣＫｆに対してその周期に疑似乱数による意図的な揺らぎを加えて記録部４０のラッチ回路４１に入力することができる。この結果、前述した磁化反転タイミングと磁性粒子位置が一致する数を低減することができる。

また、インターポレータ１２９ａに対して、乱数発生部１０で発生された乱数ビット値ＲＢ１００を入力することで、基本クロックＣＫｆに対してその周期に疑似乱数による意図的な揺らぎを加えて再生部５０のラッチ回路５３に入力することができる。このとき、乱数発生部１０（例えば、疑似乱数発生器１１）の疑似乱数シードを、記録時のそれと対応したもの（例えば、同一のもの）とすることで、記録時に印加された周期揺らぎを、再生時にキャンセルすることが可能である。

以上のように、第２の実施形態では、調整部１２９が、乱数発生部１０により発生された乱数ビット値ＲＢ１００に応じて、ＰＬＬ回路１２３の発振部２７から出力された内部クロックＣＫｉ１００の周期を動的に調整し、調整された信号を変調クロックＣＫｍ１００として出力する。これにより、基本クロックＣＫｆの周期へ揺らぎを印加するための動作をＰＬＬ回路１２３の外部で行うことができるので、ＰＬＬ回路１２３の位相同期ループを安定化できるとともに、磁化反転タイミングと磁性粒子位置が一致する数を低減することができる。

また、第２の実施形態では、調整部１２９において、シフトレジスタＳＲＧの複数段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋのそれぞれが、発振部２７から出力された内部クロックＣＫｉ１００に対して互いに異なる遅延量のクロックφＣＫ１〜φＣＫｋを発生させる。選択部ＳＬＵは、乱数発生部１０により発生された乱数ビット値ＲＢ１００に応じて動的に切り替えるように複数段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋのうち１つのレジスタを選択し、選択されたレジスタで発生されたクロックを変調クロックＣＫｍ１００として出力する。これにより、乱数ビット値ＲＢ１００に応じて内部クロックＣＫｉ１００の周期を動的に調整できる。

また、第２の実施形態では、乱数発生部１０が、基本クロックＣＫｆと非同期であり且つ基本クロックＣＫｆより周波数の高い乱数発生用クロックＣＫｒ１００に同期して、乱数ビット値ＲＢ１００を変更して発生させる。選択部ＳＬＵは、乱数発生部１０により発生された乱数ビット値ＲＢ１００の変更に同期して複数段のレジスタＲＧ１〜ＲＧｋのうち選択すべき１つのレジスタを動的に切り替える。これにより、乱数ビット値ＲＢ１００に応じて内部クロックＣＫｉ１００の周期を動的に調整できることに加えて、乱数ビット値ＲＢ１００に応じて内部クロックＣＫｉ１００のデューティー比を調整できる。この結果、磁化反転タイミングと磁性粒子位置が一致する数をさらに低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１００ 情報記録装置、２ ボイスコイルモータ、３ スピンドルモータ、５ 磁気記録媒体、７ アーム、１０ 乱数発生部、１１ 疑似乱数発生器、２０、１２０ 変調部、２１ Ｄ／Ａ変換部、２１ａ Ｄ／Ａコンバータ、２２ 増幅部、２２ａ アンプ、２３、１２３ ＰＬＬ回路、２４ 位相比較部、２４ａ 位相比較器、２５ フィルタ部、２５ａ ループフィルタ、２６ 合成部、２６ａ 加算器、２７ 発振部、２７ａ 電圧制御発振器、２８ 分周部、２８ａ 分周器、３０ 処理部、４０ 記録部、４１ ラッチ回路、４２ アンプ、４３ 磁気記録ヘッド、５０ 再生部、５１ 磁気再生ヘッド、５２ アンプ、５３ ラッチ回路、１２９ 調整部、１２９ａ インターポレータ。

Claims (18)

1. 磁気記録媒体に情報を記録する情報記録装置であって、
   前記磁気記録媒体は、複数の微細磁性粒子を含み、
   前記情報記録装置は、
   乱数ビット値を発生させる乱数発生部と、
   前記発生された乱数ビット値に応じて基本クロックの周期を変調して、変調クロックを生成する変調部と、
   前記生成された変調クロックに同期して、前記磁気記録媒体に対して情報の記録及び再生の少なくとも一方を行う処理部と、
   を備えた
   ことを特徴とする情報記録装置。
2. 再生信号に含まれるノイズ成分が適正レベルになるように前記基本クロックの最大変調量を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報記録装置。
3. 前記変調部は、
   前記発生された乱数ビット値をＤ／Ａ変換して、乱数信号を生成するＤ／Ａ変換部と、
   前記生成された乱数信号を増幅する増幅部と、
   を有し、
   前記変調部は、前記増幅された乱数信号に応じて前記基本クロックの周期を変調して、前記変調クロックを生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報記録装置。
4. 前記変調部は、
   前記基本クロックの位相と分周クロックの位相とを比較し、比較結果に応じた位相誤差信号を出力する位相比較部と、
   前記位相誤差信号と前記増幅された乱数信号とを合成し、合成信号を生成する合成部と、
   前記生成された合成信号に応じた周波数で発振し、内部クロックを生成し前記変調クロックとして出力する発振部と、
   前記内部クロックを分周して、前記分周クロックを生成する分周部と、
   をさらに有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の情報記録装置。
5. 前記合成部は、
   前記位相誤差信号と前記増幅された乱数信号と加算し、加算結果を前記合成信号として出力する加算器を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の情報記録装置。
6. 前記増幅部は、前記生成された乱数信号を、再生信号に含まれるノイズ成分が適正レベルになるように予め決定された前記基本クロックの周期を変調して、前記変調クロックを生成する変調量にゲインで増幅する
   ことを特徴とする請求項３に記載の情報記録装置。
7. 前記変調部は、
   前記基本クロックの位相と分周クロックの位相とを比較し、比較結果に応じた位相誤差信号を出力する位相比較部と、
   前記位相誤差信号に応じた周波数で発振し、内部クロックを生成する発振部と、
   前記発生された乱数ビット値に応じて、前記発振部から出力された内部クロックの周期を動的に調整し、調整された信号を前記変調クロックとして出力する調整部と、
   前記内部クロックを分周して、前記分周クロックを生成する分周部と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報記録装置。
8. 前記調整部は、
   前記内部クロックに対して互いに異なる遅延量のクロックを発生させる複数段のレジスタが直列に接続されたシフトレジスタと、
   前記発生された乱数ビット値に応じて動的に切り替えるように前記複数段のレジスタのうち１つのレジスタを選択し、選択されたレジスタで発生されたクロックを前記変調クロックとして出力する選択部と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の情報記録装置。
9. 前記乱数発生部は、前記基本クロックと非同期であり且つ前記基本クロックより周波数の高い乱数発生用クロックに同期して、乱数ビット値を変更して発生させ、
   前記選択部は、前記発生された乱数ビット値の変更に同期して前記複数段のレジスタのうち選択すべき前記１つのレジスタを動的に切り替える
   ことを特徴とする請求項８に記載の情報記録装置。
10. 前記磁気記録媒体は、前記複数の磁性粒子が規則的に整列されており、各１ビットの情報が前記複数の磁性粒子のうちの２以上の磁性粒子に記録される
    ことを特徴とする請求項１に記載の情報記録装置。
11. 磁気記録媒体に情報を記録する情報記録装置における情報記録方法であって、
    前記磁気記録媒体は、複数の磁性粒子を含み、
    前記情報記録方法は、
    乱数ビット値を発生させることと、
    前記発生された乱数ビット値に応じて基本クロックの周期を変調して、変調クロックを生成することと、
    前記生成された変調クロックに同期して、前記磁気記録媒体に対して情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うことと、
    を備えた
    ことを特徴とする情報記録方法。
12. 前記変調は、
    前記発生された乱数ビット値をＤ／Ａ変換して、乱数信号を生成することと、
    前記生成された乱数信号を増幅することと、
    を含み、
    前記変調では、前記増幅された乱数信号に応じて前記基本クロックの周期を変調して、前記変調クロックを生成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の情報記録方法。
13. 前記変調は、
    前記基本クロックの位相と分周クロックの位相とを比較し、比較結果に応じた位相誤差信号を出力することと、
    前記位相誤差信号と前記増幅された乱数信号とを合成し、合成信号を生成することと、
    前記生成された合成信号に応じた周波数で発振し、内部クロックを生成し前記変調クロックとして出力することと、
    前記内部クロックを分周して、前記分周クロックを生成することと、
    をさらに含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の情報記録方法。
14. 前記合成は、前記位相誤差信号と前記増幅された乱数信号と加算し、加算結果を前記合成信号とすることを含む
    ことを特徴とする請求項１３に記載の情報記録方法。
15. 前記増幅では、前記生成された乱数信号を、再生信号に含まれるノイズ成分が適正レベルになるように予め決定された前記基本クロックの周期を変調して、前記変調クロックを生成する変調量にゲインで増幅する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の情報記録方法。
16. 前記変調は、
    前記基本クロックの位相と分周クロックの位相とを比較し、比較結果に応じた位相誤差信号を出力することと、
    前記位相誤差信号に応じた周波数で発振し、内部クロックを生成することと、
    前記発生された乱数ビット値に応じて前記内部クロックの周期を動的に調整し、調整された信号を前記変調クロックとすることと、
    前記内部クロックを分周して、前記分周クロックを生成することと、
    を含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載の情報記録方法。
17. 前記調整は、
    前記内部クロックに対して互いに異なる遅延量のクロックを発生させる複数段のレジスタが直列に接続されたシフトレジスタにおける前記複数段のレジスタのうち、前記発生された乱数ビット値に応じて動的に切り替えるように１つのレジスタを選択し、選択されたレジスタで発生されたクロックを前記変調クロックとすることを含む
    ことを特徴とする請求項１６に記載の情報記録方法。
18. 前記乱数の発生では、前記基本クロックと非同期であり且つ前記基本クロックより周波数の高い乱数発生用クロックに同期して、異なる乱数ビット値を発生させ、
    前記選択では、前記発生された乱数ビット値の変更に同期して前記複数段のレジスタのうち選択すべき前記１つのレジスタを動的に切り替える
    ことを特徴とする請求項１７に記載の情報記録方法。

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