(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調信号を検出する変調信号検出装置であって、
レーザ光を出射し、発振波長を変更することが可能な波長可変レーザと、
前記波長可変レーザから出射した前記レーザ光を、信号光と参照光とに分割する光分岐器と、
前記参照光の光路上に配置された参照光ミラーと、
変調された前記信号光と、前記参照光ミラーによって反射された前記参照光とを干渉させる干渉部と、
前記干渉部により生じた干渉光を検出して干渉光検出信号を出力する干渉光検出部と、
前記干渉光検出信号に基づいて、前記波長可変レーザの発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する波長制御信号生成部とを備え、
前記信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０、前記参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０、真空中の屈折率で換算した前記信号光と前記参照光との光路長差の変動幅をΔｌ、前記波長可変レーザの中心発振波長をλ０、前記波長可変レーザの発振波長可変範囲をΔλとしたとき、
初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜は、下記の式（１）を満たすことを特徴とする変調信号検出装置。
0005994186.tif 000027
【請求項２】
前記波長制御信号生成部は、前記干渉光検出信号から変調信号帯域以外の帯域の変動成分を検出し、検出した前記変動成分に基づいて、前記発振波長制御信号を生成することを特徴とする請求項１記載の変調信号検出装置。
【請求項３】
前記信号光を集光させる対物レンズをさらに備え、
前記干渉光検出信号から前記対物レンズのフォーカス位置に応じたサーボエラー信号を生成するサーボエラー信号生成部をさらに備え、
前記波長制御信号生成部は、前記サーボエラー信号に基づいて前記発振波長制御信号を生成することを特徴とする請求項１又は２記載の変調信号検出装置。
【請求項４】
前記信号光は、前記信号光の光路上に配置された、データが記録された光ディスク媒体によって変調され、
前記干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、前記光ディスク媒体に記録されている前記データを再生する再生信号処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の変調信号検出装置。
【請求項５】
前記信号光は、前記信号光の光路上に配置された、所定の表面形状を有する物体によって変調され、
前記干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、前記物体の表面形状を計測する再生信号処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の変調信号検出装置。
【請求項６】
前記信号光の光路上に配置された、伝送すべきデータに応じて光学特性を変化させる光変調素子をさらに備え、
前記干渉部は、前記光変調素子を通過することによって変調された前記信号光と、前記参照光ミラーによって反射された前記参照光とを干渉させ、
前記干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、光を用いて前記データを伝送する再生信号処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の変調信号検出装置。
【請求項７】
前記光学特性は、屈折率であることを特徴とする請求項６記載の変調信号検出装置。
【請求項８】
前記光学特性は、透過率であることを特徴とする請求項６記載の変調信号検出装置。
【請求項９】
前記参照光ミラーの位置を移動させることにより、前記初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜を変化させる参照光ミラー駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の変調信号検出装置。
【請求項１０】
前記波長可変レーザは、内部共振器を有し、
前記波長可変レーザの内部共振器長と前記波長可変レーザの内部共振器屈折率との積によって得られる前記波長可変レーザの真空中内部共振器長をＬｌｄ、前記波長可変レーザの出射端面から前記光分岐器までの前記前記波長可変レーザから出射されたレーザ光の真空中換算光路長をＬＢＳ、前記波長可変レーザから出射されるレーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、
前記波長可変レーザ、前記光分岐器及び前記参照光ミラーは、下記の式（２）〜（４）を同時に満たす位置に配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の変調信号検出装置。
0005994186.tif 000028
0005994186.tif 000029
0005994186.tif 000030
【請求項１１】
前記干渉許容光路長ΔＬは、前記レーザ光の可干渉距離であることを特徴とする請求項１０記載の変調信号検出装置。
【請求項１２】
前記式（２）〜（４）における前記正の整数ｍは１であることを特徴とする請求項１０又は１１記載の変調信号検出装置。
【請求項１３】
前記式（２）〜（４）を同時に満たす位置に前記参照光ミラーを移動させる参照光ミラー駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の変調信号検出装置。
【請求項１４】
変調信号を検出する変調信号検出方法であって、
発振波長を変更することが可能な波長可変レーザからレーザ光を出射するレーザ光出射ステップと、
前記波長可変レーザから出射した前記レーザ光を、信号光と参照光とに分割する光分割ステップと、
前記信号光を変調する変調ステップと、
前記参照光の光路上に配置された参照光ミラーにより前記参照光を反射する参照光反射ステップと、
前記変調ステップにおいて変調された前記信号光と、前記参照光反射ステップにおいて反射された前記参照光とを干渉させる干渉ステップと、
前記干渉ステップにおいて生じた干渉光を検出して干渉光検出信号を出力する干渉光検出ステップと、
前記干渉光検出信号を処理する信号処理ステップとを含み、
前記信号処理ステップは、前記干渉光検出信号に基づいて、前記波長可変レーザの発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する波長制御信号生成ステップを含み、
前記信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０、前記参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０、真空中の屈折率で換算した前記信号光と前記参照光との光路長差の変動幅をΔｌ、前記波長可変レーザの中心発振波長をλ０、前記波長可変レーザの発振波長可変範囲をΔλとしたとき、
初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜は、下記の式（５）を満たすことを特徴とする変調信号検出方法。
0005994186.tif 000031
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強度又は位相が変調された信号光と、参照光とを干渉させた干渉光を検出することで、変調信号を検出する変調信号検出装置及び変調信号検出方法に関するものであり、光ディスク媒体、光データ伝送、光データ通信及び光を用いた物体形状計測などに応用可能な技術である。
【背景技術】
【０００２】
大容量の情報記録媒体として光ディスクは幅広く用いられている。光ディスクの大容量化のための技術開発は、ＣＤ、ＤＶＤ及びＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃへと、より短波長のレーザ光と、より高い開口数（ＮＡ）の対物レンズとを用いることで行われてきた。最近では、クラウドと呼ばれるインターネット上のオンラインストレージを利用したサービスが年々拡大してきており、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）又はフラッシュメモリも含めたストレージのさらなる大容量化が望まれている。【０００３】
光ディスクのさらなる大容量化については次に述べるような開発が行われている。【０００４】
まず、レーザ光の短波長化は、３００ｎｍ台の紫外線領域のレーザ光を出射する半導体レーザの実用化がなされている。しかし、空気中では３００ｎｍ以下の紫外線領域の光は著しく減衰するので、レーザ光の短波長化による大きな効果は望めない。【０００５】
次に、高ＮＡ化については、ＮＡが１以上となるＳＩＬ（ソリッドイマージョンレンズ）を用いた方式で記録面密度を高める技術が開発されている。また、光の回折限界よりも小さな領域で起こる近接場光を利用することで記録面密度を高める研究も行われている。さらに、現在、市場に出ている光ディスクのうちＢＤ−ＸＬは記録面を３層又は４層を有しているが、さらに記録面を多層化することで、大容量化を目指す開発も行われている。【０００６】
以上のように、光ディスクの大容量化が進められることによって、特に多層化では、光ディスクの記録面での反射によって変調される信号光量がさらに低下し、再生信号のＳ／Ｎが十分に確保できなくなりつつある。したがって、今後、光ディスクの大容量化を進めていくためには、検出信号のＳ／Ｎをより高くすることが必須となる。【０００７】
光ディスクの再生信号のＳ／Ｎをより高くする技術として、光の干渉を用いた検出方式がある。この検出方式では、レーザからの光が、光ディスクに照射する信号光と、光ディスクに照射しない参照光とに分岐され、光ディスクからの反射光（再生光）と参照光とが干渉される。そして、参照光の光量を大きくすることによって、信号光による微弱な信号振幅が増幅される。この技術は、微小な再生光を高いＳ／Ｎで検出できるというメリットはあるが、光の干渉が用いられるため、参照光と光ディスクからの反射光との位相が変動すると、再生される信号にノイズ成分が含まれることになる。このため、新たな工夫が必要となり、例えば特許文献１及び特許文献２にはその解決手段が開示されている。【０００８】
図２１は、従来の干渉型の光ディスク装置の構成を示す図である。【０００９】
特許文献１では、再生光と参照光との光路長差の安定化を行う図るために、図２１に示すように参照光ミラー１１１に参照光の光路長を調整するためのミラー駆動部１１２を付加している。これにより、光ディスク１０１の回転時の面ぶれなどによる光路長の変動、又は温度などによる光路長の経時変化に対応して、信号振幅が常に最大となるように制御している。【００１０】
また、特許文献２では、参照光ミラーとしてコーナーキューブプリズムを用い、コーナーキューブプリズムを対物レンズと同じアクチュエータに搭載し、光ディスクの種類又は読み出す記録層に応じて干渉させる光の光路長を調整する方式が述べられている。【００１１】
光ディスク分野において高転送レート及び高密度の装置を実現する上で光信号のＳ／Ｎの低下が、その進歩を制限する。これと同様に、光通信又は光を用いたインターフェース（光バス又は光ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス））などの分野でも、高い転送レートを実現するためには、高いＳ／Ｎが必要となる。これらの光通信又は光を用いたインターフェースの分野でも、高い転送レートを低い電力で実現するために、レーザの強度を変調してデータを伝送する方式に替わって、レーザから発生する光の位相を変調してデータを伝送する方式が主流になりつつある。このため、光の位相を受信側で正確に制御して、通信路で発生する光位相の変動要因を除去する光位相制御の技術が重要になる。【００１２】
光の干渉を用いて光位相を検出する場合、検出する信号光の位相と、干渉させる光の位相との平均的な相対関係を精密に制御する必要がある。検出する信号光の平均的な位相と、干渉させる光の位相とが一定の関係を維持できなければ、検出信号の検出感度が大きく低下する。そのため、この検出方式を実用化するためには、位相関係の制御が非常に重要となる。【００１３】
しかしながら、光の波長は、数μｍ〜４００ｎｍであり非常に短いため、干渉光の光路長と信号光の光路長とが数十ｎｍ程度微妙に変化しただけで、信号の検出感度は大きな影響を受ける。これは、干渉光の光路長と信号光の光路長とを数十ｎｍの精度で一定に保つ必要があることを意味している。光路長に変動要因がある場合は、光路長の制御が非常に困難となるという課題を有していた。例えば、光ディスクの場合は、光ディスクの記録面のうねりの影響で、光ディスクからの再生光の光路長は２００μｍ程度の範囲で大きく変化する。この影響を回避するために、特許文献１では、光学系を一体化して光ディスクの記録面のうねりに追従させると共に、ゆっくりとした変動をアクチュエータで補正する技術が開示されている。【００１４】
しかしながら、特許文献１の構成では、光ディスクが傾いて信号光の角度が変化すると信号光の光路長が変化してしまう。光路長の変動を数十ｎｍの精度でアクチュエータによって追随させることは非常に困難であり、特に、ある程度高い周波数帯域では変動の抑制が全くできない。このため、特許文献１の技術を実用化するには、光ディスクの記録面のうねりによる変動を殆どゼロに近いほど小さくする必要があり、この変動が、実用化の大きな妨げとなっていた。【００１５】
また、特許文献２には、コーナーキューブプリズムを対物レンズのアクチュエータに搭載して、参照光の光路も信号光の光路と同じだけ変化させる構成が開示されている。特許文献２の構成においても、光ディスクの記録面のうねりにより、参照光の光路長と信号光の光路長とに変動が発生するという課題は同じであり、実用化は非常に困難であった。【００１６】
光の周波数は非常に高いため、直接光位相を検出することは現在の技術では不可能である。そのため、信号光と参照光との光干渉を用いて光位相を検出する方法以外の方法で光位相を検出することは出来ない。しかし、光通信、光バス又は光ディスクに用いられる光の波長は、数μｍ〜４００ｎｍと非常に短いために、上記技術（光干渉を用いた参照光による位相検出技術）では、参照光と信号光との平均的な位相を光の波長の数十分の１に正確に制御する技術が求められる。光ディスク、光通信及び光バスのそれぞれにおいて、参照光と信号光との光位相の変動要因は異なるが、ナノメータオーダの光位相制御がそれぞれ必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−３１７２８４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２３３７号公報
【発明の概要】
【００１８】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、変調信号を高いＳ／Ｎ比で検出することができる変調信号検出装置及び変調信号検出方法を提供することを目的とするものである。
【００１９】
本発明の一局面に係る変調信号検出装置は、変調信号を検出する変調信号検出装置であって、レーザ光を出射し、発振波長を変更することが可能な波長可変レーザと、前記波長可変レーザから出射した前記レーザ光を、信号光と参照光とに分割する光分岐器と、前記参照光の光路上に配置された参照光ミラーと、変調された前記信号光と、前記参照光ミラーによって反射された前記参照光とを干渉させる干渉部と、前記干渉部により生じた干渉光を検出して干渉光検出信号を出力する干渉光検出部と、前記干渉光検出信号に基づいて、前記波長可変レーザの発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する波長制御信号生成部とを備え、前記信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０、前記参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０、真空中の屈折率で換算した前記信号光と前記参照光との光路長差の変動幅をΔｌ、前記波長可変レーザの中心発振波長をλ０、前記波長可変レーザの発振波長可変範囲をΔλとしたとき、初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜は、下記の式（１）を満たす。
【００２０】
0005994186.tif 000002
【００２１】
この構成によれば、発振波長を変更することが可能な波長可変レーザは、レーザ光を出射する。光分岐器は、波長可変レーザから出射したレーザ光を、信号光と参照光とに分割する。参照光ミラーは、参照光の光路上に配置されている。干渉部は、変調された信号光と、参照光ミラーによって反射された参照光とを干渉させる。干渉光検出部は、干渉部により生じた干渉光を検出して干渉光検出信号を出力する。波長制御信号生成部は、干渉光検出信号に基づいて、波長可変レーザの発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する。ここで、信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０、参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０、真空中の屈折率で換算した信号光と参照光との光路長差の変動幅をΔｌ、波長可変レーザの中心発振波長をλ０、波長可変レーザの発振波長可変範囲をΔλとしたとき、初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜は、上記の式（１）を満たす。
【００２２】
本発明によれば、信号光と参照光との初期光路差が上記の式（１）を満たし、波長可変レーザの発振波長可変範囲内で発振波長が制御されることで、信号光と参照光との光路長の変動成分をキャンセルすることができ、高いＳ／Ｎ比の変調信号を検出することができる。
【００２３】
本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施の形態の変調信号検出装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】波長可変レーザの中心発振波長と発振波長可変範囲とを説明するための図である。
【図３】本実施の形態の変調信号検出装置の概略構成の他の例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における光ディスク装置の構成を示す図である。
【図５】光ディスク媒体において信号光の強度が変調される例について説明するための図である。
【図６】光ディスク媒体において信号光の位相が変調される例について説明するための図である。
【図７】実施の形態１における干渉光検出部の具体的な構成の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１における信号処理部の具体的な構成の一例を示す図である。
【図９】実施の形態１における干渉光検出部の具体的な構成の他の例を示す図である。
【図１０】図４に示す光ディスク装置における変調信号検出方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示す信号処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２における光ディスク装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における光ディスク装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４における光通信装置の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態５における光通信装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態６における物体形状測定装置の構成を示す図である。
【図１７】光ヘッド部に搭載されるレーザから出力されるレーザ光のスペクトル強度の一例を示す図である。
【図１８】レーザ発振の一例として、レーザ共振器内での縦モードマルチのレーザ発振の様子を模式的に示す図である。
【図１９】外部共振器について説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の形態７における光ディスク装置内の光ヘッド部の構成を示す図である。
【図２１】従来の干渉型の光ディスク装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２６】
実施の形態１〜７に共通する構成要素及びその原理について、図１〜図３を用いて説明した後、各実施の形態について具体的に説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態の変調信号検出装置の概略構成の一例を示す図である。図１に示す変調信号検出装置は、波長可変レーザ９０１、光分岐部９０２、信号光変調部９０３、参照光ミラー９０４、干渉部９０５、干渉光検出部９０６及び信号処理部９０７を備える。
【００２８】
図１において、波長可変レーザ９０１から出射されたレーザ光は、光分岐部９０２によって、信号光と参照光とに分けられる。信号光の強度又は位相は、信号光変調部９０３によって変調される。変調された信号光は、信号光変調部９０３を透過又は反射して、干渉部９０５へ向かう。一方、参照光は、参照光ミラー９０４によって反射されて、干渉部９０５へと向かう。
【００２９】
信号光変調部９０３は、再生光の光位相を変調する機能を有していれば、様々な形態の可能性がある。光ディスク装置では、例えば光ディスク媒体が信号光変調部９０３に該当し、光ディスク媒体上に形成された記録ピットの凹凸により信号光が変調される。また、光通信又は光バスなどでは、伝送データに応じて光の位相を変調させる光位相変調器が信号光変調部９０３に該当する。また、物体の表面形状を検出する検出装置では、例えば物体が信号光変調部９０３に該当し、表面形状を検出する物体の表面の凹凸により信号光が変調される。
【００３０】
ここで、光分岐部９０２で分岐してから信号光変調部９０３を経由して干渉部９０５に至るまでの信号光が通る道のり（光路長）を、真空中の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算した信号光の光路長をｌｄとする。同様に、光分岐部９０２で光が分岐してから参照光ミラー９０４を経由して干渉部９０５に至るまでの参照光が通る道のり（光路長）を、真空中の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算した参照光の光路長をｌｍとする。
【００３１】
干渉部９０５は、信号光と参照光とを合波し、干渉光を出力する。干渉光検出部９０６は、干渉光を検出し、検出した干渉光を電気信号に変換し、干渉光検出信号として出力する。信号処理部９０７は、干渉光検出信号に対して信号処理を施す。
【００３２】
干渉光検出信号は、信号光と参照光との強度、及び信号光変調部９０３で変調された位相差の情報を含む。この検出される位相差の情報は、信号光変調部９０３で変調された信号以外に、信号光経路と参照光経路とで発生する様々な外乱の影響を受けて光の位相が変動する要因を含む。光の波長は数μｍ〜４００ｎｍであり非常に短い。そのため、少しの外乱で簡単に光の位相が変化してしまい大きなノイズ要因となる。更には、レーザ光の波長の変動、微小な屈折率の変動、振動による素子の微小な傾き、又は温度変化など非常に沢山の要因が光の位相変動要因となる。
【００３３】
一般的に、これらの変動要因は周波数に対して、１２ｄＢ／Ｏｃｔで減衰するために低い周波数に多くの外乱要素が集中する。これらの変動要因は、干渉光検出部９０６で検出される光の位相情報の低域成分を検出して、変動が抑圧されるように光路長を調整することにより、ある程度解消される。特許文献１には、参照光の光路中に機械的に可動するミラーを設けて、ミラーの位置を制御することで低域成分の変動を除去する構成が開示されている。
【００３４】
しかしながら、特許文献１では、機械的に稼働するミラーが用いられているために、除去できる変動周波数帯域が低くなる。更に深刻なのは、光の波長の数十分の１以下の精度（ナノメータ精度）でのミラーの位置の制御と安定なミラー角度の制御とが必要となる。このため、制御できる外乱の量、周波数帯域及び精度が不足するので、干渉を用いて光の位相を検出する場合に、技術的な制約又は応用範囲の制約を受けて、幅広いアプリケーションに適用できる安価な装置の実現が困難であった。
【００３５】
制御の性能を向上させる方法として、検出された位相情報の低域成分をレーザの波長を変化させて制御する方法が、光通信分野の先端技術で用いられている。しかしながら、大きな位相変動要因を除去するために制御ゲインを上げる必要があり、このためには、レーザの波長範囲を大きくしないと制御ゲインが確保できないという課題があった。本発明は、この課題に対して解決する技術を提供するものであり、以下、この解決方法に関して簡単に説明を行う。
【００３６】
図１に示すように、信号光の光路長をｌｄ、参照光の光路長をｌｍとすると、分割された信号光と参照光との光路長差は｜ｌｄ−ｌｍ｜となる。また、波長可変レーザ９０１の発振波長をλ０とすると、干渉部９０５で信号光と参照光との位相が揃い、かつ信号が最大となる干渉を起こすには、以下の条件式（２）が成立することが条件となる。
【００３７】
｜ｌｄ−ｌｍ｜＝ｋλ０（ｋ：０又は正の整数）・・・（２）
【００３８】
ここで、変調信号検出装置における、最大の光路長差の変動幅をΔｌ（ただし、Δｌは真空中の屈折率で換算した信号光と参照光との光路長差の変動幅）としたときの、光路差変動の中心値を初期光路長差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜として、上記の式（２）に代入し、ｋを求めると、以下の式（３）になる。
【００３９】
0005994186.tif 000003
【００４０】
発振波長可変範囲Δλで、光路長差の変動幅Δｌを吸収するためには、以下の関係式（４）を満たせばよい。
【００４１】
｜ｌｄ０−ｌｍ０｜＋Δｌ＝ｋ（λ０＋Δλ）・・・（４）
【００４２】
式（４）に式（３）を代入して整理すると、以下の等式（５）が導き出せる。
【００４３】
0005994186.tif 000004
【００４４】
これより、発振波長可変範囲Δλで、光路長差の変動幅Δｌを吸収するためには、式（５）において、左辺よりも右辺の方が大きくなる必要がある。そこで、式（５）の等号を不等号に置き換えて、整理すると以下の関係式（６）が導かれる。
【００４５】
0005994186.tif 000005
【００４６】
光路長差の変動幅Δｌは、発振波長可変範囲Δλと｜ｌｄ０−ｌｍ０｜／λ０との積で表される。そのため、参照光と信号光との光路差である｜ｌｄ０−ｌｍ０｜を大きく設計すれば、少ない波長変化で非常に大きな光路差変動を吸収できる。
【００４７】
図２は、波長可変レーザの中心発振波長と発振波長可変範囲とを説明するための図である。波長可変レーザによく使われる構成としては、半導体レーザの導波路の一部に外部から電圧を加えることで、導波路の屈折率を変化させる方法が用いられる。このような一般的な波長可変レーザの発振波長可変範囲Δλは、１０ｎｍ程度である。そのため、参照光と信号光とに光路差がない場合には、１０ｎｍ程度の範囲でしか位相変動を制御することができない。これに対し、例えば光の波長が４００ｎｍであり、｜ｌｄ０−ｌｍ０｜が０.４ｍｍである構成を用いれば、１０００倍の光路差変動に対して追随が可能となる。
【００４８】
このように、参照光の光路と信号光の光路とに予め光路差を持つ構成とすることで、同一波長変化あたりのゲインを大きくできるため、簡単に制御系のゲインを上げることが可能となる。制御系のゲインが上がれば、制御残渣も小さくなり、制御性能が向上する。光路長差の変動幅Δｌが予測される系では、上記の式（６）で示される関係が成立すれば、光路長差の変動幅Δｌを制御系が吸収することができる。また、初期光路長差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜を大きくするほど、光路長差の変動幅Δｌの抑圧効果は高くなる。
【００４９】
なお、上記の説明は図１に示すような構成で行ったが、図３に示すような構成であっても参照光と信号光との関係は同様であり、図３に示すような構成でも同様の効果を得ることができる。
【００５０】
図３は、本実施の形態の変調信号検出装置の概略構成の他の例を示す図である。図３に示す変調信号検出装置は、波長可変レーザ９０１、光分岐部９０２、信号光変調部９０３、参照光ミラー９０４、干渉光検出部９０６及び信号処理部９０７を備える。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５１】
図３において、波長可変レーザ９０１から出射されたレーザ光は、光分岐部９０２によって、信号光と参照光とに分けられる。信号光の強度又は位相は、信号光変調部９０３によって変調される。変調された信号光は、信号光変調部９０３を反射して、光分岐部９０２へ向かう。一方、参照光は、参照光ミラー９０４によって反射されて、光分岐部９０２へと向かう。
【００５２】
図３に示す変調信号検出装置では、図１に示す干渉部９０５の機能を、光分岐部９０２が有している。光分岐部９０２は、波長可変レーザ９０１からの光を信号光と参照光とに分岐するとともに、信号光変調部９０３によって変調された信号光と、参照光ミラー９０４によって反射された参照光とを干渉させる。
【００５３】
光分岐部９０２は、信号光と参照光とを合波し、干渉光を出力する。干渉光検出部９０６は、干渉光を検出し、検出した干渉光を電気信号に変換し、干渉光検出信号として出力する。信号処理部９０７は、干渉光検出信号に対して信号処理を施す。
【００５４】
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１における光ディスク装置の構成を示す図である。
【００５５】
図４において、光ディスク装置２０は、情報が記録されている光ディスク媒体２０１から生成したクロック信号を用いて、光ディスク媒体２０１からデータを再生したり、光ディスク媒体２０１にデータを記録したりする。
【００５６】
光ディスク装置２０は、ディスク回転モータ２０２と、光ヘッド駆動部２０４と、サーボ回路２０５と、光ヘッド部２０６と、信号処理部２１６とを備える。サーボ回路２０５は、サーボエラー信号を用いて、対物レンズ２０７における光ビームの集光状態及び走査状態が最適になるようにレンズ駆動部２０８を制御する。また、サーボ回路２０５は、光ヘッド部２０６が光ディスク媒体２０１の最適な半径位置に移動するように光ヘッド駆動部２０４を制御する。また、サーボ回路２０５は、光ビームを照射する光ディスク媒体２０１上の半径位置に基づいて、ディスク回転モータ２０２の回転数を最適に制御する。
【００５７】
光ディスク媒体２０１は、少なくとも１つ以上のデータ記録面を有している。データ記録面にはトラックが形成され、トラック上には所定のデータフォーマットに従って情報が記録されている。図５及び図６は、光ディスク媒体２０１での信号光変調について説明するための図である。図５は、光ディスク媒体２０１において信号光の強度が変調される例について説明するための図であり、図６は、光ディスク媒体２０１において信号光の位相が変調される例について説明するための図である。
【００５８】
まず、図５を用いて、光ディスク媒体２０１において信号光の強度が変調される例を説明する。記録面２０１ａのトラック上に、互いに反射率の異なるマーク２０１ｍとスペース２０１ｓとが形成されることで、データが記録されている。このマーク２０１ｍとスペース２０１ｓとに信号光が照射されると、マーク２０１ｍとスペース２０１ｓとの反射率変化によって強度変調された信号光が反射される。
【００５９】
次に、図６を用いて、光ディスク媒体２０１において信号光の位相が変調される例を説明する。記録面２０１ａ内に、透過率又は屈折率を変化させた連続した溝２０１ｇ又は不連続な孔２０１ｈが形成されることで、データが記録されている。これらの溝２０１ｇ又は孔２０１ｈに信号光が照射されると、光ディスク媒体２０１に入射してから反射する位置に到達するまでの距離が異なることによって位相変調された信号光が反射される。
【００６０】
ディスク回転モータ２０２は、光ディスク媒体２０１を指定された回転数で回転させる。光ヘッド部２０６は、波長可変レーザ２０９と、偏光ビームスプリッタ２１０と、λ／４板２１１，２１２と、参照光ミラー２１３と、対物レンズ２０７と、レンズ駆動部２０８と、干渉光検出部２１５とを有している。光ヘッド部２０６は、光ディスク媒体２０１に光ビームを照射し、トラックを走査しながら光ディスク媒体２０１を反射した信号光と、参照光とを干渉させた光を検出して電気信号を出力する。
【００６１】
波長可変レーザ２０９は、レーザ光を出射する。波長可変レーザ２０９は、中心発振波長をλ０とし、任意の強度以上での発振が可能な発振波長可変範囲をΔλとすると、発振波長制御信号によって、λ０±（Δλ／２）の範囲で発振波長を変化させることが可能である。
【００６２】
偏光ビームスプリッタ２１０は、波長可変レーザ２０９から出射した光を、信号光と参照光とに分割する。また、偏光ビームスプリッタ２１０は、信号光の光路上に配置された光ディスク媒体２０１によって変調された信号光と、参照光ミラー２１３によって反射された参照光とを干渉させる。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ２１０は、分離面に入射する水平偏光をほぼ１００％透過させ、垂直偏光をほぼ１００％反射させる。偏光ビームスプリッタ２１０は、波長可変レーザ２０９から出射されたレーザ光を垂直偏光の信号光と、水平偏光の参照光とに分岐する。また、分岐された信号光及び参照光は、それぞれの光路上にあるλ／４板２１１，２１２を２回通ることで偏光方向が９０度回転して、偏光ビームスプリッタ２１０に戻る。ここで、信号光及び参照光の偏光方向はそれぞれ９０度回転しているために、偏光ビームスプリッタ２１０は、分岐したときとは逆に、水平偏光となった信号光をほぼ１００％透過させ、垂直偏光となった参照光をほぼ１００％反射させる。これにより、偏光ビームスプリッタ２１０からの光は、互いに偏光面が直交した信号光と参照光とによる干渉光となる。
【００６４】
ここで、偏光ビームスプリッタ２１０に入射するレーザ光の偏光面は、波長可変レーザ２０９をあらかじめ回転させて配置することで、信号光と参照光との強度比を変えることが可能となる。
【００６５】
対物レンズ２０７は、光ディスク媒体２０１に信号光を集光させるとともに、光ディスク媒体２０１を反射した信号光を平行光にする。平行光にされた信号光は、往路の信号光の光路を戻る。また、対物レンズ２０７は、レンズ駆動部２０８によりフォーカス方向とトラッキング方向とに駆動される。
【００６６】
λ／４板２１１，２１２は、透過することにより、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換する。直線偏光は、λ／４板２１１，２１２を２回透過することで、偏光面が９０度回転した直線偏光となる。例えば、垂直偏光は水平偏光に変換され、水平偏光は垂直偏光に変換される。
【００６７】
参照光ミラー２１３は、参照光の光路上に配置され、レーザ光から分岐された参照光をほぼ１００％反射する。参照光ミラー２１３を反射した参照光は、往路と同じ光路を戻る。
【００６８】
ここで、参照光ミラー２１３の配置について説明する。信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０と表し、参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０と表すと、初期光路長差は｜ｌｄ０−ｌｍ０｜と表される。信号光が通る光路の長さは、偏光ビームスプリッタ２１０で分岐してから光ディスク媒体２０１を経由して偏光ビームスプリッタ２１０に至るまでの道のりであり、参照光が通る光路の長さは、偏光ビームスプリッタ２１０で分岐してから参照光ミラー２１３を経由して偏光ビームスプリッタ２１０に至るまでの道のりである。
【００６９】
波長可変レーザ２０９の中心発振波長λ０と、波長可変レーザ２０９の発振波長可変範囲Δλと、光ディスク媒体２０１の面ぶれ変動又は光ヘッド部２０６の振動により起こる、真空中の屈折率で換算した信号光と参照光との光路長差の変動幅Δｌとの関係から、初期光路長ｌｍ０が上記の式（６）を満たすように、参照光ミラー２１３は配置される。このとき、初期光路長ｌｄ０は、光ディスク媒体２０１の面ぶれ変動又は光ヘッド部２０６の振動により起こる光路長の変動の中心値で計算される。つまり、信号光の光路長を真空中の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算した光路長は、ｌｄ０±（Δｌ／２）の範囲で変化する。
【００７０】
干渉光検出部２１５は、光ディスク媒体２０１を反射した信号光と参照光とを干渉させた干渉光を検出し、検出した干渉光を電気信号に変換し、電気信号を干渉光検出信号として出力する。
【００７１】
図７は、実施の形態１における干渉光検出部２１５の具体的な構成の一例を示す図である。図７に示す干渉光検出部２１５は、λ／２板４０１と、偏光ビームスプリッタ４０２と、第１の検出器４０３と、第２の検出器４０４と、差動信号計算部４０５とを有する。
【００７２】
λ／２板４０１は、入射する干渉光の偏光方向を４５度回転させる。偏光ビームスプリッタ４０２は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の、水平偏光をほぼ１００％透過させ、垂直偏光をほぼ１００％反射させる。第１の検出器４０３及び第２の検出器４０４は、入射した光量に応じた電気信号を出力する素子である。第１の検出器４０３は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の水平偏光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。第２の検出器４０４は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の垂直偏光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。差動信号計算部４０５は、第１の検出器４０３から出力された電気信号と、第２の検出器４０４から出力された電気信号との差動信号を出力する。
【００７３】
ここで、干渉光の偏光状態をジョーンズベクトルで表すと次のようになる。
【００７４】
0005994186.tif 000006
【００７５】
Ｅｄは、光ディスク媒体２０１を反射した信号光の電場であり、Ｅｍは、参照光ミラー２１３を反射した参照光の電場である。また、上記のベクトルの第一成分は水平偏光を表し、第二成分は垂直偏光を表す。上記の光が、λ／２板４０１を通過すると、ジョーンズベクトルは次のようになる。
【００７６】
0005994186.tif 000007
【００７７】
次に、偏光ビームスプリッタ４０２を透過する光（水平偏光）の電場と反射する光（垂直偏光）の電場とはそれぞれ下記の式（７）で表される。
【００７８】
0005994186.tif 000008
【００７９】
これより、第１の検出器４０３及び第２の検出器４０４の検出信号は次の式（８）で表される。
【００８０】
0005994186.tif 000009
【００８１】
式（８）において、ηは、検出器の変換効率であり、Δφは、信号光と参照光との光路長差による位相差である。これらの検出信号に基づいて差動信号計算部４０５において得られる差動信号は次の式（９）のようになる。
【００８２】
２η｜Ｅｄ｜｜Ｅｍ｜ｃｏｓΔφ・・・（９）
【００８３】
式（９）は、光ディスク媒体２０１を反射した信号光の電場と、参照光の電場と、信号変調を含んだ位相変動の成分とを全て乗算した式である。信号光の電場と参照光の電場との乗算は、信号光の電場が、参照光の電場で増幅されたことを表している。したがって、光ディスク媒体２０１の反射率が低いためにＥｄが小さくなり、信号光のみを検出しても正しい再生信号が得られない場合であっても、信号を増幅させることで正しい再生信号を得ることが可能となる。
【００８４】
ただし、式（９）のΔφは、再生信号成分であるΔφ１と、様々な要因で発生する光路の変動成分であるΔφ２とに大きく分けられる。光路の変動成分は、通常、光の波長の何千倍も大きい。再生信号成分Δφ１は光の波長オーダであるので、変動成分Δφ２がゼロになるように安定に制御しなければ、再生信号は全く検出できない。この高精度の制御を実現するために、本実施の形態の光ディスク装置では、検出した光路変動成分を波長可変レーザ２０９にフィードバックしており、この制御ループによって、変動成分Δφ２の除去を実現している。この変動成分の除去方法について以下に説明する。
【００８５】
信号処理部２１６は、干渉光検出信号を処理する。信号処理部２１６は、干渉光検出信号に基づいて、光ディスク媒体２０１に記録されたデータを再生する再生信号と、ディスク回転モータ２０２、光ヘッド駆動部２０４及びレンズ駆動部２０８を制御するサーボエラー信号と、波長可変レーザ２０９の発振波長を制御する発振波長制御信号とを生成する。再生信号は、干渉光検出部２１５から出力された干渉光検出信号を入力として、変調信号成分の帯域がハイパスフィルタ（ＨＰＦ）で抽出されることで、位相変動成分（光路変動成分）と分けられる。この具体的な構成について図８を用いて説明する。
【００８６】
図８は、実施の形態１における信号処理部２１６の具体的な構成の一例を示す図である。図８に示す信号処理部２１６は、変動成分検出部２１７と、波長制御信号生成部２１８と、再生信号処理部２１９と、制御信号処理部２２０とを有する。
【００８７】
本実施の形態では、変調信号の周波数帯域と位相変動成分の周波数帯域とが予め重ならないように変調の符号が工夫されている。そのため、このようなＨＰＦを用いた簡単な構成で再生信号が分離可能である。変動成分検出部２１７は、干渉光検出部２１５で検出された干渉光検出信号の低域信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）で抽出する簡易な方法でも可能である。しかし、この場合は、再生信号が制御信号に漏れ込まないようにする必要があるため、再生信号の帯域と位相変動成分の帯域とを明確に分ける必要がある。そのため、フィルタ特性が急峻なＬＰＦを挿入する必要があり、安定に位相変動量を除去して制御するには、制御周波数特性をＬＰＦの帯域の１／１０程度にする必要がある。より優れた変動成分検出部２１７における位相変動成分の分離方法としては、干渉光検出信号から必ず特定のレベル（例えば干渉光検出部２１５からの干渉光検出信号のゼロクロス点）をサンプリングする方法がある。
【００８８】
このようにして、変動成分検出部２１７によって検出された位相変動成分は、レーザの波長変化として位相変動が抑圧されるように所定のゲインで波長制御信号生成部２１８によってフィードバック制御される。本実施の形態の構成は、光の位相を検出して光の波長（周波数）にフィードバックする構成となる。そのため、この波長制御信号生成部２１８の引きこみ特性又は制御後のゲイン特性は、電気信号の位相ロック技術として用いられているフェーズロックループ（ＰＬＬ）と同様である。本実施の形態のＰＬＬは、レーザの波長を変化させて光の位相をコントロールする光ＰＬＬということになる。レーザの波長にフィードバックする信号に対してラグリード型のフィルタを用いれば、一般のＰＬＬと同様に引きこみの性能を改善することができる。
【００８９】
光ＰＬＬの伝達関数には、式（５）で求めた｜ｌｄ０−ｌｍ０｜／λ０の係数が積の形で表現される。そのため、｜ｌｄ０−ｌｍ０｜／λ０を大きくすれば、少ない波長変化しかできないレーザであっても、フィードバックの制御ゲインを十分に大きくすることができる。制御ゲインを上げることができれば、本実施の形態のように位相変動成分を大きく抑圧できる。本実施の形態では、波長制御信号生成部２１８の制御目標を所定の値としているが、再生信号が最大となるように制御目標を可変とする、もしくは再生信号処理部２１９の信号量が最大になるように制御することは当然可能である。
【００９０】
なお、光ディスク媒体２０１による信号変調が強度変調である場合、変動成分検出部２１７は、波長可変レーザ２０９の波長可変応答速度が対応できる全ての周波数帯域において、変動ノイズ成分を表す変動成分信号を生成してもよい。
【００９１】
波長制御信号生成部２１８は、干渉光検出信号に基づいて、波長可変レーザ２０９の発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する。波長制御信号生成部２１８は、干渉光検出信号から検出される、光ディスク媒体２０１において変調された変調信号帯域以外の帯域の変動成分に基づいて、発振波長制御信号を生成する。波長制御信号生成部２１８は、変動成分検出部２１７から出力された変動成分信号に基づいて、波長可変レーザ２０９の発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する。
【００９２】
再生信号処理部２１９は、干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、光ディスク媒体２０１に記録されているデータを再生する。再生信号処理部２１９は、干渉光検出部２１５が出力した干渉光検出信号から、変動成分を除去し、再生信号を生成して出力する。例えば、変動成分の要因の一つである光ディスク媒体２０１の面ぶれによるノイズに対しては、再生信号処理部２１９は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を用いることで、変動成分を抑え、Ｓ／Ｎの良い再生信号を取り出すことが可能となる。
【００９３】
制御信号処理部２２０は、干渉光検出部２１５が出力した干渉光検出信号に基づいて、サーボエラー信号を生成し、サーボ回路２０５にサーボエラー信号を出力する。
【００９４】
かかる構成によれば、信号光と参照光との初期光路差が上記の式（６）を満たし、波長可変レーザ２０９の発振波長可変範囲内で発振波長が制御されることで、光路変動成分をキャンセルすることができる。
【００９５】
なお、本実施の形態において、光ディスク装置２０が変調信号検出装置の一例に相当し、波長可変レーザ２０９が波長可変レーザの一例に相当し、偏光ビームスプリッタ２１０が光分岐器の一例に相当し、参照光ミラー２１３が参照光ミラーの一例に相当し、偏光ビームスプリッタ２１０が干渉部の一例に相当し、干渉光検出部２１５が干渉光検出部の一例に相当し、変動成分検出部２１７及び波長制御信号生成部２１８が波長制御信号生成部の一例に相当し、再生信号処理部２１９が再生信号処理部の一例に相当する。
【００９６】
なお、本実施の形態において、参照光の初期光路長ｌｍ０が式（６）を満たすように、参照光ミラー２１３の光軸方向の位置が調整されるが、本発明はこれに限定されない。式（６）を満たすように、信号光の初期光路長ｌｄ０のみ、または、参照光の初期光路長ｌｍ０と信号光の初期光路長ｌｄ０との両方を変えてもよい。例えば、信号光の初期光路長ｌｄ０が式（６）を満たすように、光ディスク媒体２０１の配置位置を変えてもよい。また、信号光の光路上に、迂回路又は屈折率の高い素子を配置し、真空の屈折率に換算した光路長を長くすることで、信号光の初期光路長ｌｄ０が式（６）を満たすようにしてもよい。
【００９７】
また、本実施の形態において、偏光ビームスプリッタ２１０に入射するレーザ光の偏光面は、波長可変レーザ２０９を光軸に対して垂直な面内であらかじめ回転させて配置することで、信号光と参照光との強度比を変えることができるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、波長可変レーザ２０９と偏光ビームスプリッタ２１０との間にλ／２板を挿入してもよい。そうすることで、λ／２板を回転させることで、レーザ光の偏光面を回転させ、信号光と参照光との強度比を変えてもよい。
【００９８】
なお、本実施の形態において、干渉光検出部２１５の構成を図７に示した構成で説明したが、これに限定されることはない。例えば、干渉光検出部２１５は、図９に示すような構成であってもよい。
【００９９】
図９は、実施の形態１における干渉光検出部２１５の具体的な構成の他の例を示す図である。図９に示す干渉光検出部２１５は、ハーフビームスプリッタ４１０と、λ／２板４１１と、第１の偏光ビームスプリッタ４１２と、第１の検出器４１３と、第２の検出器４１４と、第１の差動信号計算部４０５と、λ／４板４１６と、第２の偏光ビームスプリッタ４１７と、第３の検出器４１８と、第４の検出器４１９と、第２の差動信号計算部４２０と、ダイバーシティ計算部４２１とを有する。
【０１００】
ハーフビームスプリッタ４１０は、入射した干渉光を二方向にほぼ同じ強度で反射及び透過させる。
【０１０１】
λ／２板４１１は、ハーフビームスプリッタ４１０を透過した干渉光の偏光方向を４５度回転させる。第１の偏光ビームスプリッタ４１２は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の水平偏光をほぼ１００％透過させ、垂直偏光をほぼ１００％反射させる。第１の検出器４１３及び第２の検出器４１４は、入射した光量に応じた電気信号を出力する。第１の検出器４１３は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の水平偏光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。第２の検出器４１４は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の垂直偏光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。第１の差動信号計算部４０５は、第１の検出器４１３から出力された電気信号と第２の検出器４１４から出力された電気信号との差動信号を出力する。
【０１０２】
λ／４板４１６は、ハーフビームスプリッタ４１０を反射した干渉光の偏光方向を４５度回転させ、垂直偏光及び水平偏光のそれぞれの、信号光成分と参照光成分との間にπ／２（９０度）の位相差を与える。第２の偏光ビームスプリッタ４１７は、λ／４板４１６を通過した干渉光の水平偏光をほぼ１００％透過させ、垂直偏光をほぼ１００％反射させる。第３の検出器４１８及び第４の検出器４１９は、入射した光量に応じた電気信号を出力する。第３の検出器４１８は、λ／４板４１６を通過した干渉光の水平偏光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。第４の検出器４１９は、λ／４板４１６を通過した干渉光の垂直偏光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。第２の差動信号計算部４２０は、第３の検出器４１８から出力された電気信号と第４の検出器４１９から出力された電気信号との差動信号を出力する。
【０１０３】
ダイバーシティ計算部４２１は、第１の差動信号計算部４０５から出力された電気信号及び第２の差動信号計算部４２０から出力された電気信号に基づいて演算を行い、干渉光検出信号を出力する。
【０１０４】
なお、本実施の形態において、信号成分の周波数帯域よりも低い周波数帯域の光ディスク媒体２０１の面ぶれ成分を除去するために、変動成分検出部２１７及び再生信号処理部２１９が、ＬＰＦ又はＨＰＦを用いているが、本発明は特にこれに限定されない。変動成分検出部２１７及び再生信号処理部２１９は、干渉光検出信号をフーリエ変換して、時間領域信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域で帯域を分けることで、不要な成分を除去してもよい。
【０１０５】
また、本実施の形態において、外乱による変動要因の一例として、光ディスク媒体２０１の面ぶれ成分のような信号成分よりも低い周波数帯域の光路変動要因について説明したが、変動成分検出部２１７及び再生信号処理部２１９は、信号成分よりも高い周波数成分の変動要因を除去してもよい。変動成分検出部２１７は、信号帯域より高い周波数をカットオフするＨＰＦを用い、不要な成分を除去してもよい。また、再生信号処理部２１９は、信号帯域よりも高い周波数をカットオフするＬＰＦを用い、不要な成分を除去してもよい。
【０１０６】
また、本実施の形態において、外乱による変動要因の一例として光ディスク媒体２０１の面ぶれ成分について説明したが、温度変化など、変調信号よりも低い周波数帯域の光路差変動要因による変動成分に関しても、同様な構成で除去することが可能である。
【０１０７】
また、本実施の形態において、信号処理部２１６は光ヘッド部２０６外に配置されているが、光ヘッド部２０６が信号処理部２１６を含む構成であってもよい。
【０１０８】
また、本実施の形態において、信号処理部２１６が、一つのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）に集積される構成としてもよい。
【０１０９】
また、本実施の形態において、信号処理部２１６の機能は、コンピュータにより実行可能なプログラム及びコンピュータにより実現されてもよい。図１０は、図４に示す光ディスク装置における変調信号検出方法の一例を示すフローチャートであり、図１１は、図１０に示す信号処理の一例を示すフローチャートである。例えば、信号処理部２１６のプラグラムは、図１１に示すフローチャートで表される。
【０１１０】
まず、ステップＳ１において、波長可変レーザ２０９は、レーザ光を出射する。波長可変レーザ２０９を出射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２１０に入射する。
【０１１１】
次に、ステップＳ２において、偏光ビームスプリッタ２１０は、波長可変レーザ２０９から出射した光を、信号光と参照光とに分割する。信号光は、λ／４板２１１を通過した後、対物レンズ２０７によって光ディスク媒体２０１に集光される。参照光は、λ／４板２１２を通過した後、参照光ミラー２１３へ入射する。
【０１１２】
次に、ステップＳ３において、光ディスク媒体２０１は、信号光を変調する。光ディスク媒体２０１によって変調された信号光は、対物レンズ２０７及びλ／４板２１１を通過した後、偏光ビームスプリッタ２１０に入射する。
【０１１３】
なお、変調信号検出装置が光ディスク装置である場合、信号光は、光ディスク媒体２０１によって変調される。変調信号検出装置が光通信装置である場合、信号光は、伝送すべきデータに応じて光学特性を変化させる信号光変調部（光変調素子）によって変調される。変調信号検出装置が物体形状測定装置であれば、信号光は、所定の表面形状を有する物体によって変調される。
【０１１４】
次に、ステップＳ４において、参照光ミラー２１３は、参照光を反射する。参照光ミラー２１３によって反射された参照光は、λ／４板２１２を通過した後、偏光ビームスプリッタ２１０に入射する。
【０１１５】
次に、ステップＳ５において、偏光ビームスプリッタ２１０は、変調された信号光と、参照光ミラー２１３によって反射された参照光とを干渉させる。偏光ビームスプリッタ２１０によって生成された干渉光は、干渉光検出部２１５へ入射する。
【０１１６】
次に、ステップＳ６において、干渉光検出部２１５は、偏光ビームスプリッタ２１０からの干渉光を検出して干渉光検出信号を信号処理部２１６へ出力する。
【０１１７】
次に、ステップＳ７において、信号処理部２１６は、干渉光検出信号に所定の信号処理を施す。
【０１１８】
ここで、ステップＳ７における信号処理について図８及び図１１を用いて説明する。
【０１１９】
まず、ステップＳ１１において、変動成分検出部２１７は、干渉光検出部２１５から出力された干渉光検出信号を取得し、干渉光検出信号から変調信号帯域以外の帯域の変動成分を検出する。
【０１２０】
次に、ステップＳ１２において、波長制御信号生成部２１８は、変動成分検出部２１７によって検出された変動成分に基づいて、波長可変レーザ２０９の発振波長を制御する発振波長制御信号を生成する。
【０１２１】
次に、ステップＳ１３において、波長制御信号生成部２１８は、発振波長制御信号を波長可変レーザ２０９へ出力する。
【０１２２】
次に、ステップＳ１４において、再生信号処理部２１９は、干渉光検出部２１５から出力された干渉光検出信号を取得し、干渉光検出信号から再生信号（変調信号）を抽出（検出）することにより、再生信号を生成する。
【０１２３】
次に、ステップＳ１５において、再生信号処理部２１９は、再生信号を出力する。
【０１２４】
次に、ステップＳ１６において、制御信号処理部２２０は、干渉光検出部２１５から出力された干渉光検出信号を取得し、干渉光検出信号から対物レンズ２０７のフォーカス位置に応じたサーボエラー信号を生成する。
【０１２５】
次に、ステップＳ１７において、制御信号処理部２２０は、サーボエラー信号をサーボ回路２０５へ出力する。サーボ回路２０５は、制御信号処理部２２０によって出力されたサーボエラー信号を用いて、対物レンズ２０７における光ビームの集光状態及び走査状態が最適になるようにレンズ駆動部２０８を制御する。
【０１２６】
その後、図１０のステップＳ１の処理へ戻り、波長可変レーザ２０９は、波長制御信号生成部２１８によって生成された発振波長制御信号に応じたレーザ光を出射する。
【０１２７】
なお、ステップＳ１１〜Ｓ１３までの処理と、ステップＳ１４〜Ｓ１５までの処理と、ステップＳ１６〜Ｓ１７までの処理とは、図１１に示す順番に限定されない。
【０１２８】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２における光ディスク装置の構成を示す図である。
【０１２９】
図１２において、図４及び図８と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１３０】
図１２において、光ディスク装置３０は、情報が記録されている光ディスク媒体２０１から生成したクロック信号を用いて、光ディスク媒体２０１からデータを再生したり、光ディスク媒体２０１にデータを記録したりする。光ディスク装置３０は、ディスク回転モータ２０２と、光ヘッド駆動部２０４と、サーボ回路２０５と、光ヘッド部２０６と、信号処理部２１６とを備える。
【０１３１】
図１２において、光ヘッド部２０６は、波長可変レーザ２０９と、偏光ビームスプリッタ２１０と、λ／４板２１１，２１２と、参照光ミラー２１３と、対物レンズ２０７と、レンズ駆動部２０８と、干渉光検出部２１５と、ミラー駆動部２２３とを有している。
【０１３２】
図１２において、ミラー駆動部２２３は、参照光ミラー２１３の位置を変える。参照光ミラー２１３の位置を変えることで参照光の初期光路長ｌｍ０を変えることが可能となる。ミラー駆動部２２３は、制御信号処理部２２０から出力される制御信号によって制御される。ミラー駆動部２２３は、参照光ミラー２１３の位置を移動させることにより、初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜を変化させる。
【０１３３】
参照光ミラー２１３は、例えば、制御信号処理部２２０などにあらかじめ設定された温度条件テーブルに従って、現在の光ディスク装置３０内の温度及び／又は現在の波長可変レーザ２０９の温度に対応した位置に駆動させてもよい。このとき、光ディスク媒体２０１は、光ディスク装置３０内に装填されていても、装填されていなくてもよい。
【０１３４】
また、光ディスク媒体２０１が光ディスク装置３０内に装填されているときは、ミラー駆動部２２３によって参照光ミラー２１３の位置を変えながら、光ディスク媒体２０１にレーザ光が照射される。そして、制御信号処理部２２０は、干渉光検出部２１５で検出された干渉光検出信号、又は干渉光検出部２１５内の全部又は一部の検出器で検出された信号を用いて、干渉光検出信号のＳ／Ｎがほぼ最大となる位置に、参照光ミラー２１３が移動するように制御してもよい。
【０１３５】
このとき、光ディスク媒体２０１は、回転させていてもよいし、停止した状態でもよい。また、光ディスク媒体２０１へのレーザ光の照射位置は特に限定されないが、レーザ光は、ミラー調整の基準となるような特定の領域又は記録情報を破壊しない特定の領域に照射されてもよい。また、上記の参照光ミラー２１３の位置制御は、光ディスク媒体２０１から情報を再生するための一連動作の一部又は全部、及び光ディスク媒体２０１へ情報を記録する一連動作の一部又は全部において行われてもよい。ここでいう一連動作とは、情報の記録又は再生の前後に行われる、光ディスク媒体２０１にレーザ光を照射して光ディスク媒体２０１の種別などを判別する動作、光ディスク媒体２０１の情報記録層にレーザ光を集光させて焦点を合わせるフォカーシング動作、光ディスク媒体２０１の情報記録層が有する情報記録トラックを追従するトラッキング動作、及び光ディスク媒体２０１の情報記録層の所定の情報記録領域にアクセスするシーク動作などを含む動作である。
【０１３６】
こうすることで、同一規格の異なる種類の光ディスク媒体同士の入れ替え（例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ−ＡからＢｌｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ−Ｂへの入れ替え）、又は異なる規格の光ディスク媒体同士の入れ替え（例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃからＤＶＤへの入れ替え）などによって起こる信号光の初期光路長ｌｄ０の変化、又は異なるレーザへの入れ替え又は装置内の温度変化による中心発振波長λ０の変化などに対応して、式（６）を常に満たすように参照光ミラー２１３を配置することが可能となる。
【０１３７】
なお、本実施の形態において、光ディスク装置３０が変調信号検出装置の一例に相当し、ミラー駆動部２２３が参照光ミラー駆動部の一例に相当する。
【０１３８】
なお、実施の形態２における光ディスク装置３０の動作は、実施の形態１における光ディスク装置２０の動作と同じであるので、説明を省略する。
【０１３９】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３における光ディスク装置の構成を示す図である。
【０１４０】
図１３において、図４及び図８と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１４１】
図１３において、光ディスク装置５０は、情報が記録されている光ディスク媒体２０１から生成したクロック信号を用いて、光ディスク媒体２０１からデータを再生したり、光ディスク媒体２０１にデータを記録したりする。光ディスク装置５０は、ディスク回転モータ２０２と、光ヘッド駆動部２０４と、サーボ回路２０５と、光ヘッド部２０６と、信号処理部５０１とを備える。
【０１４２】
図１３において、信号処理部５０１は、変動成分検出部２１７と、再生信号処理部２１９と、制御信号処理部２２０と、波長制御信号生成部５１８とを有する。
【０１４３】
図１３において、波長制御信号生成部５１８は、制御信号処理部２２０から出力されたフォーカス制御又はトラッキング制御に用いられるサーボエラー信号と、干渉光検出部２１５で検出された干渉光検出信号から分離された位相誤差情報とに基づいて、発振波長制御信号を生成する。変動成分検出部２１７から出力される位相誤差情報は、干渉光検出部２１５からの干渉光検出信号から生成している。そのため、光位相の検出範囲は光の波長の約１／２程度となり、検出のダイナミックレンジは狭くなる。その結果、光路変動が大きい場合に制御が不安定になるという課題があった。
【０１４４】
本実施の形態３では、対物レンズ２０７の動きをコントロールする制御信号処理部２２０からの対物レンズ２０７の位置情報を波長可変レーザの波長制御に用いるとことに特徴がある。サーボエラー信号には、光ディスク媒体２０１のフォーカス制御に用いられるフォーカスエラー信号が含まれており、フォーカスエラー信号は、対物レンズ２０７の駆動距離に対応する。対物レンズ２０７の駆動距離は、光ディスク媒体２０１の面ぶれ変動に相当する。そのため、フォーカスエラー信号から、信号光の光路変動を計算することが可能となり、より安定した波長可変レーザ２０９の発振波長制御信号を生成することが可能となる。
【０１４５】
制御信号処理部２２０は、干渉光検出信号から対物レンズ２０７のフォーカス位置に応じたサーボエラー信号を生成する。波長制御信号生成部５１８は、制御信号処理部２２０によって生成されたサーボエラー信号（フォーカスエラー信号）に基づいて発振波長制御信号を生成する。
【０１４６】
なお、本実施の形態において、光ディスク装置５０が変調信号検出装置の一例に相当し、対物レンズ２０７が対物レンズの一例に相当し、制御信号処理部２２０がサーボエラー信号生成部の一例に相当し、波長制御信号生成部５１８が波長制御信号生成部の一例に相当する。
【０１４７】
また、実施の形態３における光ディスク装置５０の動作は、実施の形態１における光ディスク装置２０の動作と同じであるので、説明を省略する。
【０１４８】
（実施の形態４）
図１４は、本発明の実施の形態４における光通信装置の構成を示す図である。
【０１４９】
図１４において、光通信装置６０は、伝送すべきデータ（伝送信号）によって光の強度又は位相を変調することで、データを伝送する。光通信装置６０は、波長可変レーザ６０１と、光分岐部６０２と、ミラー６０３，６０５と、参照光ミラー６０４と、信号光変調部６０６と、干渉部６０７と、干渉光検出部６０８と、信号処理部６０９とを備える。
【０１５０】
波長可変レーザ６０１は、レーザ光を出射する。波長可変レーザ６０１は、中心発振波長をλ０とし、任意の強度以上での発振が可能な発振波長可変範囲をΔλとすると、発振波長制御信号によって、λ０±（Δλ／２）の範囲で発振波長を変化させることが可能である。
【０１５１】
光分岐部６０２及び干渉部６０７は、ともに偏光ビームスプリッタで構成される。偏光ビームスプリッタの分離面に光を入射させると、水平偏光がほぼ１００％透過し、垂直偏光がほぼ１００％反射する。光分岐部６０２は、波長可変レーザ６０１から出射されたレーザ光を垂直偏光の信号光と、水平偏光の参照光とに分岐する。また、分岐された信号光は、光路上にあるミラー６０３及び信号光変調部６０６を反射及び透過して干渉部６０７に到達する。分岐された参照光は、光路上にある参照光ミラー６０４及びミラー６０５を反射して干渉部６０７に到達する。干渉部６０７は、反射する方向及び透過する方向が光分岐部６０２とは逆である偏光ビームスプリッタで構成される。そうすることで、干渉部６０７は、垂直偏光の信号光をほぼ１００％透過し、水平偏光の参照光をほぼ１００％反射して、信号光と参照光とが干渉した干渉光を出力する。
【０１５２】
ここで、光分岐部６０２に入射するレーザ光の偏光面は、波長可変レーザ６０１をあらかじめ回転させて配置することで、信号光と参照光との強度比を変えることが可能となる。
【０１５３】
信号光変調部６０６は、信号光の光路上に配置され、伝送すべきデータに応じて光学特性を変化させる。信号光変調部６０６は、伝送信号にしたがって、信号光の強度又は位相を変化（変調）させる。例えば、位相変調を行う場合、信号光変調部６０６は、加える電気信号（伝送信号）のレベルに応じて屈折率を変化させることが可能な素子を用いる。強度変調を行う場合、加える電気信号（伝送信号）のレベルに応じて透過率を変化させることが可能な素子を用いる。
【０１５４】
参照光ミラー６０４は、レーザ光から分岐された参照光をほぼ１００％反射し、ミラー６０５の方向へ参照光を導く。
【０１５５】
ここで、参照光ミラー６０４の配置について説明する。信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０と表し、参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０と表す。すなわち、初期光路長ｌｄ０及び初期光路長ｌｍ０はともに、真空中の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算された光路長である。このとき、初期光路長差は｜ｌｄ０−ｌｍ０｜と表される。波長可変レーザ６０１の中心発振波長λ０と、波長可変レーザ６０１の発振波長可変範囲Δλと、伝送信号に含まれるノイズ成分又は装置の温度変化による信号光変調部６０６の屈折率変化などによって起こる、真空の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算した信号光と参照光との光路長差の変動幅Δｌとの関係から、初期光路長ｌｍ０が上記の式（６）を満たすように、参照光ミラー２１３は配置される。このとき、初期光路長ｌｄ０は、光路長の変動の中心値で計算される。つまり、信号光の光路長を真空中の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算した光路長は、ｌｄ０±（Δｌ／２）の範囲で変化する。
【０１５６】
干渉光検出部６０８は、伝送信号によって変調された信号光と参照光とを干渉させた干渉光を検出し、検出した干渉光を電気信号に変換し、電気信号を干渉光検出信号として出力する。干渉光検出部６０８は、例えば、図７に示す干渉光検出部２１５と同じ構成である。図７についての説明は、実施の形態１と同様である。
【０１５７】
信号処理部６０９は、変動成分検出部６１０と、波長制御信号生成部６１１と、再生信号処理部６１２とを有している。
【０１５８】
変動成分検出部６１０は、干渉光検出部６０８が出力した干渉光検出信号から、熱又はノイズなどの外乱による光路変動によって生じた変動成分を検出して、検出した変動成分を表す変動成分信号を生成して出力する。ここで、信号光変調部６０６による信号変調が位相変調である場合、変動成分の中に信号成分も含まれてしまう。例えば、変動成分の要因の一つである装置の温度変化による光路変動ノイズを真空中の屈折率に換算した真空換算光路変動ノイズは、再生信号の周波数帯域に比べて、温度の時間変化と同等の低い周波数である。そこで、変動成分検出部６１０は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を用いることで、温度変化による変動成分のみを取り出すことが可能となる。
【０１５９】
なお、信号光変調部６０６による信号変調が強度変調である場合、変動成分検出部６１０は、波長可変レーザ６０１の波長可変応答速度が対応できる全ての周波数帯域において、変動ノイズ成分を表す変動成分信号を生成してもよい。
【０１６０】
波長制御信号生成部６１１は、変動成分検出部６１０から出力された変動成分信号に基づいて、波長可変レーザ６０１の発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する。
【０１６１】
再生信号処理部６１２は、干渉光検出部６０８が出力した干渉光検出信号から、変動成分を除去し、再生信号を生成して出力する。例えば、変動成分の要因の一つである温度変化による光路変動を真空中の屈折率に換算した真空換算光路変動ノイズに対しては、再生信号処理部６１２は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）を用いることで、変動成分を抑え、Ｓ／Ｎの良い再生信号を取り出すことが可能となる。
【０１６２】
かかる構成によれば、信号光と参照光との初期光路差が上記の式（６）を満たし、波長可変レーザ６０１の発振波長可変範囲内で発振波長が制御されることで、変調信号以外の変動ノイズ成分をキャンセルすることができる。
【０１６３】
なお、本実施の形態において、光通信装置６０が変調信号検出装置の一例に相当し、波長可変レーザ６０１が波長可変レーザの一例に相当し、光分岐部６０２が光分岐器の一例に相当し、参照光ミラー６０４が参照光ミラーの一例に相当し、信号光変調部６０６が光変調素子の一例に相当し、干渉部６０７が干渉部の一例に相当し、干渉光検出部６０８が干渉光検出部の一例に相当し、変動成分検出部６１０及び波長制御信号生成部６１１が波長制御信号生成部の一例に相当し、再生信号処理部６１２が再生信号処理部の一例に相当する。
【０１６４】
なお、本実施の形態において、参照光の初期光路長ｌｍ０が式（６）を満たすように、参照光ミラー６０４の光軸方向の位置が調整されるが、本発明はこれに限定されない。式（６）を満たすように、信号光の初期光路長ｌｄ０のみ、または、参照光の初期光路長ｌｍ０と信号光の初期光路長ｌｄ０との両方を変えてもよい。例えば、信号光の光路上に、迂回路又は屈折率の高い素子を配置し、真空の屈折率に換算した光路長を長くすることで、信号光の初期光路長ｌｄ０が式（６）を満たすようにしてもよい。
【０１６５】
また、本実施の形態において、光分岐部６０２に入射するレーザ光の偏光面は、波長可変レーザ６０１を光軸に対して垂直な面内であらかじめ回転させて配置することで、信号光と参照光との強度比を変えることができるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、波長可変レーザ６０１と光分岐部６０２との間にλ／２板を挿入してもよい。λ／２板を回転させることで、レーザ光の偏光面を回転させ、信号光と参照光との強度比を変えてもよい。
【０１６６】
また、本実施の形態において、干渉光検出部６０８の構成は、図７に示す干渉光検出部２１５と同じ構成であると説明したが、これに限定されることはない。干渉光検出部６０８は、例えば、図９に示すような構成であってもよい。
【０１６７】
また、本実施の形態において、信号成分の周波数帯域よりも低い周波数帯域の温度変化による光路変動成分を真空中の屈折率に換算した真空換算光路変動成分を除去するために、変動成分検出部６１０及び再生信号処理部６１２は、ＬＰＦ又はＨＰＦを用いているが、本発明は特にこれに限定されない。変動成分検出部６１０及び再生信号処理部６１２は、干渉光検出信号をフーリエ変換して、時間領域信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域で帯域を分けることで、不要な成分を除去してもよい。
【０１６８】
また、本実施の形態において、外乱による変動要因の一例として、温度変化による光路変動成分を真空中の屈折率に換算した真空換算光路変動成分のような信号成分よりも低い周波数帯域の光路変動要因について説明したが、変動成分検出部６１０及び再生信号処理部６１２は、信号成分よりも高い周波数成分の変動要因を除去してもよい。この場合、変動成分検出部６１０は、信号帯域より高い周波数をカットオフするＨＰＦを用い、不要な成分を除去してもよい。また、再生信号処理部６１２は、信号帯域よりも高い周波数をカットオフするＬＰＦを用い、不要な成分を除去してもよい。
【０１６９】
また、本実施の形態において、変動成分検出部６１０は、ＬＰＦを用いて変動ノイズ成分を検出し、再生信号処理部６１２は、ＨＰＦを用いて変調信号帯域よりも低い周波数を除去しているが、本発明は特にこれに限定されない。変動成分検出部６１０は、ＬＰＦの代わりにＢＥＦ(バンドエリミネーションフィルタ)を用いて変動ノイズ成分を検出してもよく、再生信号処理部６１２は、ＨＰＦの代わりにＢＰＦ（バンドパスフィルタ)を用いて信号帯域以外の変動ノイズ成分を除去してもよい。
【０１７０】
また、本実施の形態において、光分岐部６０２及び干渉部６０７は、偏光ビームスプリッタで構成されるとしたが、本発明はこれに限定されない。
【０１７１】
例えば、光分岐部６０２及び干渉部６０７は、ともに、反射率と透過率との比が１対１であるビームスプリッタであってもよい。この場合、ハーフビームスプリッタの分離面に入射した光は、強度が１対１の信号光と参照光とに分岐する。また、分岐された信号光は、光路上にあるミラー６０３を反射し、光路上にある信号光変調部６０６を透過して干渉部６０７に到達する。分岐された参照光は、光路上にある参照光ミラー６０４を反射し、光路上にあるミラー６０５を反射して干渉部６０７に到達する。干渉部６０７は、信号光と参照光とが干渉した干渉光を出力する。
【０１７２】
また、本実施の形態において、信号処理部６０９が、一つのＬＳＩに集積される構成としてもよい。
【０１７３】
また、本実施の形態において、信号処理部６０９の機能は、コンピュータにより実行可能なプログラム及びコンピュータにより実現されてもよい。例えば、信号処理部６０９のプラグラムは、図１１に示すフローチャートで表される。
【０１７４】
（実施の形態５）
図１５は、本発明の実施の形態５における光通信装置の構成を示す図である。
【０１７５】
図１５において、図１４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１７６】
図１５において、光通信装置７０は、伝送すべきデータ（伝送信号）によって光の強度又は位相を変調することで、データを伝送する。光通信装置７０は、波長可変レーザ６０１と、光分岐部６０２と、ミラー６０３，６０５と、参照光ミラー６０４と、信号光変調部６０６と、干渉部６０７と、干渉光検出部６０８と、ミラー駆動部６１３と、信号処理部７０１とを備える。
【０１７７】
信号処理部７０１は、変動成分検出部６１０と、波長制御信号生成部６１１と、再生信号処理部６１２と、制御信号処理部６１４とを有している。
【０１７８】
制御信号処理部６１４は、干渉光検出部６０８から得られた干渉光検出信号に基づいて、ミラー駆動信号を生成し、ミラー駆動部６１３へ出力する。ミラー駆動部６１３は、制御信号処理部６１４から出力されるミラー駆動信号によって制御される。
【０１７９】
図１５において、ミラー駆動部６１３は、参照光ミラー６０４の位置を変える。参照光ミラー６０４の位置を変えることで参照光の初期光路長ｌｍ０を変えることが可能となる。こうすることで、信号光の初期光路長ｌｄ０の変化、又は異なるレーザへの入れ替え又は装置内の温度変化による中心発振波長λ０の変化などに対応して、式（６）を常に満たすように参照光ミラー６０４を配置することが可能となる。
【０１８０】
なお、本実施の形態において、光通信装置７０が変調信号検出装置の一例に相当し、ミラー駆動部６１３が参照光ミラー駆動部の一例に相当する。
【０１８１】
また、実施の形態５における光通信装置７０の動作は、実施の形態４における光通信装置６０の動作と同じであるので、説明を省略する。また、参照光ミラー６０４を移動させる処理については、実施の形態２における参照光ミラー２１３を移動させる処理と同じであるので、説明を省略する。
【０１８２】
（実施の形態６）
図１６は、本発明の実施の形態６における物体形状測定装置の構成を示す図である。
【０１８３】
図１６において、物体形状測定装置８０は、形状測定対象物８０１にレーザ光を照射して、形状測定対象物８０１からの反射光を検出することで、形状測定対象物８０１の形状を測定する。物体形状測定装置８０は、ステージ８０２と、ステージ回転モータ８０３と、光ヘッド駆動部８０４と、サーボ回路８０５と、光ヘッド部８０６と、信号処理部８１６とを備える。
【０１８４】
形状測定対象物８０１は、信号光の光路上に配置された、所定の表面形状を有する物体である。ステージ回転モータ８０３は、形状測定対象物８０１を載せたステージ８０２を指定された回転数で回転させる。
【０１８５】
光ヘッド部８０６は、波長可変レーザ８０９と、偏光ビームスプリッタ８１０と、λ／４板８１１，８１２と、参照光ミラー８１３と、対物レンズ８０７と、レンズ駆動部８０８と、干渉光検出部８１５と、λ／２板８２３と、ミラー駆動部８２４とを有している。光ヘッド部８０６は、形状測定対象物８０１に光ビームを照射し、形状測定対象物８０１を反射した信号光と、参照光とを干渉させた干渉光を検出して電気信号を出力する。
【０１８６】
波長可変レーザ８０９は、レーザ光を出射する。波長可変レーザ８０９は、中心発振波長をλ０とし、任意の強度以上での発振が可能な発振波長可変範囲をΔλとすると、発振波長制御信号によって、λ０±（Δλ／２）の範囲で発振波長を変化させることが可能である。
【０１８７】
偏光ビームスプリッタ８１０は、分離面に入射する水平偏光をほぼ１００％透過させ、垂直偏光をほぼ１００％反射させる。偏光ビームスプリッタ８１０は、波長可変レーザ８０９から出射されたレーザ光を垂直偏光の信号光と、水平偏光の参照光とに分岐する。また、分岐された信号光及び参照光は、それぞれの光路上にあるλ／４板８１１，８１２を２回通ることで偏光方向が９０度回転して、偏光ビームスプリッタ８１０に戻る。ここで、信号光及び参照光の偏光方向はそれぞれ９０度回転しているために、偏光ビームスプリッタ８１０は、分岐したときとは逆に、水平偏光となった信号光をほぼ１００％透過させ、垂直偏光となった参照光をほぼ１００％反射させる。これにより、偏光ビームスプリッタ８１０からの光は、互いに偏光面が直交した信号光と参照光とによる干渉光となる。
【０１８８】
ここで、偏光ビームスプリッタ８１０に入射するレーザ光の偏光面は、波長可変レーザ８０９をあらかじめ回転させて配置することで、信号光と参照光との強度比を変えることが可能となる。
【０１８９】
対物レンズ８０７は、形状測定対象物８０１に信号光を集光させるとともに、形状測定対象物８０１を反射した信号光を平行光にする。平行光にされた信号光は、往路の信号光の光路を戻る。また、対物レンズ８０７は、レンズ駆動部８０８によりフォーカス方向に駆動される。
【０１９０】
λ／４板８１１，８１２は、透過することにより、直線偏光を円偏光に変換し、円偏光を直線偏光に変換する。直線偏光は、λ／４板８１１，８１２を２回透過することで、偏光面が９０度回転した直線偏光となる。例えば、垂直偏光は水平偏光に変換され、水平偏光は垂直偏光に変換される。
【０１９１】
参照光ミラー８１３は、参照光の光路上に配置され、レーザ光から分岐された参照光をほぼ１００％反射する。参照光ミラー８１３を反射した参照光は、往路と同じ光路を戻る。
【０１９２】
ここで、参照光ミラー８１３の配置について説明する。信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０と表し、参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０と表すと、初期光路長差は｜ｌｄ０−ｌｍ０｜と表される。波長可変レーザ８０９の中心発振波長λ０と、波長可変レーザ８０９の発振波長可変範囲Δλと、形状測定対象物８０１の凹凸以外に、回転振動によるステージ８０２の面ぶれ変動又は光ヘッド部８０６の振動により起こる、真空中の屈折率で換算した信号光と参照光との光路長差の変動幅Δｌとの関係から、初期光路長ｌｍ０が上記の式（６）を満たすように、参照光ミラー８１３は配置される。このとき、初期光路長ｌｄ０は、回転振動によるステージ８０２の面ぶれ変動又は光ヘッド部８０６の振動により起こる光路長の変動の中心値で計算される。つまり、信号光の光路長を真空中の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算した光路長は、ｌｄ０±（Δｌ／２）の範囲で変化する。
【０１９３】
干渉光検出部８１５は、形状測定対象物８０１から反射してきた信号光と参照光とを干渉させた干渉光を検出し、検出した干渉光を電気信号に変換し、電気信号を干渉光検出信号として出力する。干渉光検出部８１５は、例えば、図７に示す干渉光検出部２１５と同じ構成である。図７についての説明は、実施の形態１と同様である。
【０１９４】
ミラー駆動部８２４は、参照光ミラー８１３の位置を変える。参照光ミラー８１３の位置を変えることで参照光の初期光路長ｌｍ０を変えることが可能となる。こうすることで、異なる形状の形状測定対象物８０１へ入れ替えることによって起こる信号光の初期光路長ｌｄ０又は光路長差の変動幅Δｌの変化、又は異なるレーザへの入れ替え又は装置内の温度変化による中心発振波長λ０の変化などに対応して、式（６）を常に満たすように参照光ミラー８１３を配置することが可能となる。
【０１９５】
サーボ回路８０５は、サーボエラー信号を用いて、対物レンズ８０７における光ビームの集光状態が最適になるようにレンズ駆動部８０８を制御する。また、サーボ回路８０５は、光ビームを照射する位置が、ステージ８０２の中心からの最適な半径位置に移動するように光ヘッド駆動部８０４を制御する。また、サーボ回路８０５は、ステージ回転モータ８０３の回転数を最適に制御する。
【０１９６】
信号処理部８１６は、変動成分検出部８１７と、波長制御信号生成部８１８と、再生信号処理部８１９と、制御信号処理部８２０とを有している。
【０１９７】
変動成分検出部８１７は、干渉光検出部８１５が出力した干渉光検出信号から、ステージ８０２又は光ヘッド部８０６の振動による光路変動によって生じた変動成分を検出して、検出した変動成分を表す変動成分信号を生成して出力する。ここで、例えば、変動成分の要因の一つであるステージ８０２の面ぶれによるノイズは、ステージ８０２の回転の帯域と同等の周波数である。そこで、変動成分検出部８１７は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を用いることで、ステージ８０２の面ぶれによる変動成分のみを取り出すことが可能となる。また、ＢＰＦのカットオフ周波数は、形状測定対象物８０１の形状、又はステージ回転モータ８０３の回転速度などに対応して変えることができる構成とする。
【０１９８】
波長制御信号生成部８１８は、変動成分検出部８１７から出力された変動成分信号に基づいて、波長可変レーザ８０９の発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する。
【０１９９】
再生信号処理部８１９は、干渉光検出部８１５が出力した干渉光検出信号から、変動成分を除去し、再生信号を生成して出力する。例えば、変動成分の要因の一つであるステージ８０２の面ぶれによるノイズに対しては、再生信号処理部８１９は、ＢＥＦ（バンドエリミネーションフィルタ）を用いることで、変動成分を抑え、Ｓ／Ｎの良い再生信号を取り出すことが可能となる。
【０２００】
制御信号処理部８２０は、干渉光検出部８１５が出力した干渉光検出信号に基づいて、サーボエラー信号を生成し、サーボ回路８０５にサーボエラー信号を出力する。
【０２０１】
かかる構成によれば、信号光と参照光との初期光路差が上記の式（６）を満たし、波長可変レーザ８０９の発振波長可変範囲内で発振波長が制御されることで、参照光ミラーを動かすのと同等の光路変動成分をキャンセルすることができる。
【０２０２】
なお、本実施の形態において、物体形状測定装置８０が変調信号検出装置の一例に相当し、波長可変レーザ８０９が波長可変レーザの一例に相当し、偏光ビームスプリッタ８１０が光分岐器の一例に相当し、参照光ミラー８１３が参照光ミラーの一例に相当し、偏光ビームスプリッタ８１０が干渉部の一例に相当し、干渉光検出部８１５が干渉光検出部の一例に相当し、変動成分検出部８１７及び波長制御信号生成部８１８が波長制御信号生成部の一例に相当し、再生信号処理部８１９が再生信号処理部の一例に相当する。
【０２０３】
なお、本実施の形態において、参照光の初期光路長ｌｍ０が式（６）を満たすように、参照光ミラー８１３の光軸方向の位置が調整されるが、本発明はこれに限定されない。式（６）を満たすように、信号光の初期光路長ｌｄ０のみ、または、参照光の初期光路長ｌｍ０と参照光の初期光路長ｌｄ０との両方を変えてもよい。例えば、形状測定対象物８０１又はステージ８０２の配置位置を変えることで、信号光の初期光路長ｌｄ０が式（６）を満たすようにしてもよい。また、信号光の光路上に、迂回路又は屈折率の高い素子を配置し、真空の屈折率に換算した光路長を長くすることで、信号光の初期光路長ｌｄ０が式（６）を満たすようにしてもよい。
【０２０４】
また、本実施の形態において、偏光ビームスプリッタ８１０に入射するレーザ光の偏光面は、波長可変レーザ８０９を光軸に対して垂直な面内であらかじめ回転させて配置することで、信号光と参照光との強度比を変えることができるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、波長可変レーザ８０９と偏光ビームスプリッタ８１０との間にλ／２板８２３を挿入してもよい。λ／２板８２３を回転させることで、レーザ光の偏光面を回転させ、信号光と参照光との強度比を変えてもよい。
【０２０５】
また、本実施の形態において、干渉光検出部８１５の構成は、図７に示す干渉光検出部２１５と同じ構成であると説明したが、これに限定されることはない。干渉光検出部８１５は、例えば、図９に示すような構成であってもよい。
【０２０６】
また、本実施の形態において、信号成分の周波数帯域以外の変動ノイズ成分を除去するために、変動成分検出部８１７及び再生信号処理部８１９は、ＢＰＦ又はＢＥＦを用いているが、本発明は特にこれに限定されない。変動成分検出部８１７及び再生信号処理部８１９は、干渉光検出信号をフーリエ変換して、時間領域信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域で帯域を分けることで、不要な成分を除去してもよい。
【０２０７】
また、本実施の形態において、信号処理部８１６は光ヘッド部８０６外に配置されているが、光ヘッド部８０６が信号処理部８１６を含む構成であってもよい。
【０２０８】
また、本実施の形態において、信号処理部８１６が、一つのＬＳＩに集積される構成としてもよい。
【０２０９】
また、本実施の形態において、信号処理部８１６の機能は、コンピュータにより実行可能なプログラム及びコンピュータにより実現されてもよい。例えば、信号処理部８１６のプラグラムは、図１１に示すフローチャートで表される。
【０２１０】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７は、実施の形態１における光ディスク装置の光ヘッド部２０６内の各部の配置をさらに工夫する。
【０２１１】
まず、本実施の形態をよりわかりやすくするため、図１７、図１８及び図１９を用いて、レーザ共振器長と、レーザと光ディスク媒体又はミラーとで形成される外部共振器と、戻り光とについて説明する。
【０２１２】
図１７は、光ヘッド部に搭載されるレーザから出力されるレーザ光のスペクトル強度の一例を示す図である。図１８は、レーザ発振の一例として、レーザ共振器内での縦モードマルチのレーザ発振の様子を模式的に示す図である。このような縦モードマルチのレーザ発振が起こるレーザ１７０としては、例えばファブリペロー型レーザがある。レーザ１７０内において、図１７に示す波長λ１から波長λ５までのレーザ共振器内で存在しうる定在波に対応した５つの波長でレーザ発振が起こっている場合を一例として示す。レーザ１７０で発振が可能な波長は、内部共振器の屈折率ｎｌｄ及び内部共振器長ｌｌｄに基づいて下記の式（１０）によって求められる、真空中の屈折率を１として換算した真空中内部共振器長Ｌｌｄを整数で割った値に等しい波長であり、かつレーザ１７０のレーザ媒質が発光可能である波長のみである。
【０２１３】
Ｌｌｄ＝ｎｌｄｌｌｄ・・・（１０）
【０２１４】
図１９は、外部共振器について説明するための図である。図１９では、レーザ１７０の前端面又は後端面と、光ディスク媒体又は光学素子（例えば、ミラー）のような反射部１８０との関係を模式的に表している。
【０２１５】
図１９では、レーザ１７０の前端面を、レーザ光が出射される出射端面としている。レーザ１７０の出射端面から反射部１８０までの距離にレーザ光の光路上の屈折率を掛け合わせた値を真空中外部共振器長Ｌｏｕｔとする。真空中外部共振器長Ｌｏｕｔとは、外部共振器が屈折率を有しているとき、真空中の屈折率を１として換算した外部共振器の光路長を表している。真空中外部共振器長Ｌｏｕｔがある特定の条件を満たす場合に、レーザ１７０の出射端面と、反射部１８０との間でも、レーザ１７０から出力されたレーザ光が定在波として存在しうる。外部共振器でも定在波が存在する場合、レーザ１７０の内部共振器と外部共振器とで、意図しないレーザ共振器が形成されてしまう。これにより、意図しないレーザ共振器でのレーザ発振がノイズとなる。
【０２１６】
特に、光ディスク装置においては、反射部１８０（例えば、光ディスク媒体内の反射面となる情報記録層）が常に一定の位置にあるわけではない。そのため、意図しない外部共振器による複数波長が重ね合わさった定在波の振幅が大きい場合は、戻り光量の変化も大きくなり、レーザ発振ノイズが大きくなってしまう。
【０２１７】
つづいて、戻り光ノイズが大きくなる真空中外部共振器長Ｌｏｕｔの条件について具体例を示して説明する。真空中外部共振器長Ｌｏｕｔが、下記の式（１１）を満たすとき（反射部１８０が図１９の位置１８０１にあるとき）、図１８及び図１９で表した波長λ１から波長λ５までの全ての波長が、外部共振器内でも定在波として存在しうる。
【０２１８】
Ｌｏｕｔ＝ｊＬｌｄ（ｊ：正の整数）・・・（１１）
【０２１９】
図１９に示す定在波１９０は、上記の式（１１）を満たすときの波長λ１から波長λ５までの全ての波長を足し合わせた定在波を表している。つまり、真空中外部共振器長Ｌｏｕｔが真空中内部共振器長Ｌｌｄの正の整数倍のとき、レーザ１７０から出力されたレーザ光が含んでいる全ての波長の光が、外部共振器でも定在波として存在しうるということを表している。
【０２２０】
また、真空中外部共振器長Ｌｏｕｔと真空中内部共振器長Ｌｌｄとが下記の式（１２）を満たすとき（反射部１８０が図１９の位置１８０２にあるとき）、図１８及び図１９で表した波長λ１、波長λ３及び波長λ５が、外部共振器でも定在波として存在しうる。
【０２２１】
0005994186.tif 000010
【０２２２】
図１９の定在波１９１は、上記の式（１２）を満たすときの波長λ１、波長λ３及び波長λ５を足し合わせた定在波を表している。つまり、真空中外部共振器長Ｌｏｕｔが、真空中内部共振器長Ｌｌｄの正の整数倍の距離から、真空中内部共振器長Ｌｌｄの半分の距離だけ短いとき、レーザ１７０内でレーザ発振される波長のうち、波の数が偶数となる波長の光が、外部共振器でも定在波として存在しうるということを表している。
【０２２３】
つまり、上記の式（１１）を満たす定在波の発生と、上記の式（１２）を満たす定在波の発生との両方を避けるためには、真空中外部共振器長Ｌｏｕｔが、真空中内部共振器長Ｌｌｄの１／２の値の整数倍となる長さを避けるようにする必要がある。さらに、３の倍数の波の数の定在波が存在する場合、又は４の倍数の波の数の定在波が存在する場合もあり、同様な現象が起こることは明らかである。
【０２２４】
このことから、正の整数ｍの倍数の波の数の定在波を全て避けるためには、それぞれのｍに対して、真空中外部共振器長Ｌｏｕｔが、真空中内部共振器長Ｌｌｄの１／ｍの値の整数倍となる長さを避けるようにする必要がある。ただし、図１９の定在波１９０と定在波１９１との比較からもわかるように、存在しうる定在波の波長の数が少ないほど影響は小さくなっていくことも明らかである。
【０２２５】
なお、内部共振器長ｌｌｄは比較的簡単に測定することが可能だが、内部共振器の屈折率を測定するのは非常に困難である。そこで、真空中内部共振器長Ｌｌｄを測定によって求めてもよい。例えば、レーザ１７０と反射ミラーとを用いることで真空中内部共振器長Ｌｌｄに相当する長さを測定することが可能である。まず、レーザ１７０で発振させたレーザ光を、反射ミラーで反射させてレーザ１７０に戻るように、レーザ１７０と反射ミラーとを配置する。レーザ１７０と反射ミラーとをこのように配置すると、レーザ１７０の出射端面と反射ミラーとが外部共振器となる。
【０２２６】
ここで、反射ミラーの位置を変化させることで、外部共振器長を変えると、戻り光ノイズが大きくなる点がいくつか出現する。戻り光ノイズの測定の一例として、レーザ１７０と反射ミラーとの間に、ハーフミラーのようなレーザ光を分岐する光学素子を配置して、分岐された光の強度ノイズを測定すればよい。戻り光ノイズが大きくなる外部共振器長は、Ｌｌｄ、２Ｌｌｄ及び３Ｌｌｄのように真空中内部共振器長Ｌｌｄの正の整数倍の距離になったときである。ゆえに、戻り光ノイズが大きくなる２点間の最小距離を測定することが、真空中内部共振器長Ｌｌｄを測定することに等しいことは明らかである。
【０２２７】
なお、ここでは説明のために５つの波長がレーザ発振されるレーザを例にして説明したが、本発明はこれに限定されない。発振波長が５つ未満又は５つ以上である縦マルチモード発振するレーザを用いた光ピックアップ及び光ディスク装置でも同様な効果が得られる。
【０２２８】
次に、本実施の形態における光ディスク装置について以下で具体的に説明する。図２０は、本発明の実施の形態７における光ディスク装置内の光ヘッド部の構成を示す図である。図２０において、図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０２２９】
光ディスク装置９０は、ディスク回転モータ２０２（不図示）と、光ヘッド駆動部２０４と、サーボ回路２０５（不図示）と、光ヘッド部２０６と、信号処理部２１６（不図示）とを備える。なお、図２０では、ディスク回転モータ２０２と、サーボ回路２０５と、信号処理部２１６とは省略している。
【０２３０】
波長可変レーザ２０９は、内部共振器を有している。波長可変レーザ２０９の内部共振器長をｌｌｄ、屈折率をｎｌｄとすると、真空中の屈折率を１としたときの真空中内部共振器長Ｌｌｄは、上記の式（１０）によって得られる。また、波長可変レーザ２０９の出射端面から偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１０の分割面までの、各光学素子の屈折率、長さ及び真空中の距離を加味し、レーザ光の光路長を真空中の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算した真空中換算光路長をＬＢＳとする。同様に、ＰＢＳ２１０の分割面から光ディスク媒体２０１の情報記録層１６０までの真空中の屈折率で換算した信号光の真空中換算光路長をＬｓｉｇとし、ＰＢＳ２１０の分割面から参照光ミラー２１３までの、各光学素子の屈折率、長さ及び真空中の距離を加味し、真空中の屈折率で換算した参照光の真空中換算光路長をＬｒｅｆとする。ただし、光ディスク媒体２０１が回転する際に、信号光の光路長は、情報記録層１６０の面ぶれによる変動の影響が大きい場合は、ＰＢＳ２１０の分割面から情報記録層１６０の面ぶれ範囲の中心までの光路長を真空中の屈折率で換算した値とする。
【０２３１】
ここで、図１７の信号光の真空中換算光路長Ｌｓｉｇ及び参照光の真空中換算光路長Ｌｒｅｆは、信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長ｌｄ０及び参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長ｌｍ０と以下の関係となる。
【０２３２】
0005994186.tif 000011
【０２３３】
信号光及び参照光は、ともに、戻り光によるノイズを低減するために、上述した真空中換算距離が、多くの定在波を発生しない距離にする必要がある。信号光の戻り光に対しては、波長可変レーザ２０９の出射端面と、光ディスク媒体２０１の情報記録層１６０とが、多くの定在波が存在する外部共振器とならないようにするため、下記の式（１３）を満たすように、光ヘッド部２０６内の各光学素子（波長可変レーザ２０９、及び偏光ビームスプリッタ２１０及び参照光ミラー２１３）が配置される。
【０２３４】
0005994186.tif 000012
【０２３５】
参照光の戻り光に対しては、波長可変レーザ２０９の出射端面と、参照光ミラー２１３とが、多くの定在波が存在する外部共振器とならないようにするため、下記の式（１４）を満たすように、光ヘッド部２０６内の各光学素子（波長可変レーザ２０９、及び偏光ビームスプリッタ２１０及び参照光ミラー２１３）が配置される。
【０２３６】
0005994186.tif 000013
【０２３７】
また、分割された信号光と参照光とが干渉するために、信号光の真空中換算光路長Ｌｓｉｇと、参照光の真空中換算光路長Ｌｒｅｆとの差が、下記の式（１５）を満たすように、光ヘッド部２０６内の各光学素子（波長可変レーザ２０９、及び偏光ビームスプリッタ２１０及び参照光ミラー２１３）が配置される。
【０２３８】
0005994186.tif 000014
【０２３９】
ここで、Ｌｃｏｈは、波長可変レーザ２０９から出力されるレーザ光の可干渉距離を表している。可干渉距離Ｌｃｏｈは、レーザ光の発振波長スペクトルの半値全幅Δνと、光速ｃとを用いて下記の式（１６）で表される。
【０２４０】
0005994186.tif 000015
【０２４１】
上述した式（１３）、式（１４）及び式（１５）を満たすように、光ヘッド部２０６内の各光学素子（波長可変レーザ２０９、及び偏光ビームスプリッタ２１０及び参照光ミラー２１３）が配置されることで、信号光及び参照光の戻り光によるノイズを低減させ、且つ、信号光と参照光とが干渉した干渉光を干渉光検出部２１５に入射させることができる。
【０２４２】
かかる構成によれば、信号光と参照光との初期光路差が上記の式（６）を満たし、波長可変レーザ２０９の発振波長可変範囲内で発振波長が制御されることで、光路変動成分をキャンセルすることができる。さらに、信号光と参照光との戻り光による外部共振を低減させることで戻り光ノイズを抑制することと、信号光と参照光とを干渉させることで微弱な信号光を参照光で増幅することとの両立が可能となる。そのため、従来の光ディスク装置に比べて、より高密度化及びより多層化された大容量の光ディスク媒体に対しても、再生信号の高Ｓ／Ｎ化が図られた光ディスク装置を実現することが可能となる。
【０２４３】
なお、上記の式（１３）、式（１４）及び式（１５）をより一般化すると、下記の式（１７）、式（１８）及び式（１９）で表すことができる。
【０２４４】
0005994186.tif 000016
【０２４５】
0005994186.tif 000017
【０２４６】
0005994186.tif 000018
【０２４７】
上記の式（１７）、式（１８）及び式（１９）において、Ｌｌｄは、波長可変レーザ２０９の内部共振器長と波長可変レーザ２０９の内部共振器屈折率との積によって得られる波長可変レーザ２０９の真空中内部共振器長を表し、ＬＢＳは、波長可変レーザ２０９の出射端面から偏光ビームスプリッタ（光分岐器）２１０までの波長可変レーザ２０９から出射されたレーザ光の真空中換算光路長を表し、ΔＬは、波長可変レーザ２０９から出射されるレーザ光の干渉許容光路長を表す。
【０２４８】
波長可変レーザ２０９、偏光ビームスプリッタ２１０及び参照光ミラー２１３は、上記の式（１７）〜（１９）を同時に満たす位置に配置される。
【０２４９】
なお、本実施の形態において、式（１３）、式（１４）及び式（１５）を満たす真空中換算光路長になるように各光学素子が配置されるとしているが、式（１３）、式（１４）及び式（１５）を満たす真空中換算光路長になるように各光学素子の位置が制御されるとしても同様な効果が得られる。例えば、参照光ミラー２１３を駆動する駆動機構をさらに設けて、参照光ミラー２１３の位置を変えてもよい。また、参照光ミラー２１３の位置制御は、波長可変レーザ２０９の発振波長の変化又は光ディスク媒体２０１の面ぶれなどを検出することによって行われてもよい。また、参照光ミラー２１３の駆動機構は、対物レンズ２０７を駆動するレンズ駆動部２０８の駆動機構と同じ駆動機構によって位置を変えてもよい。
【０２５０】
また、本実施の形態において、式（１５）では、信号光の光路長と参照光の光路長との光路長差に対する範囲を、可干渉距離Ｌｃｏｈで定義しているが、Ｓ／Ｎがシステムの許容範囲を超えている場合、可干渉距離Ｌｃｏｈよりも狭い値で定義した範囲に、光路長差が納まるように各光学素子が配置又は制御されるようにしてもよい。
【０２５１】
また、本実施の形態において、図２０では、分割前のレーザ光の光路、信号光の光路及び参照光の光路は、ともに各光学素子と空気とによって構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、分割前のレーザ光の光路、信号光の光路及び参照光の光路の一部又は全部がナノフォトニック材料、光導波路又は光ファイバーなどの複合光学機能素子を用いて構成されてもよい。
【０２５２】
また、本実施の形態において、図２０を用いて、光ヘッド部２０６内の各光学素子の位置関係について説明し、真空中換算光路長が式（１３）、式（１４）及び式（１５）を満たせばよいとしているが、波長可変レーザ２０９内で発振する定在波のうち、波の数が偶数となる全ての波長が外部共振器で同時に定在波とならないようにしてもよい。具体的には、真空中換算光路長が下記の式（２０）、式（２１）及び式（２２）を満たすように光ヘッド部２０６内の各光学素子（波長可変レーザ２０９、及び偏光ビームスプリッタ２１０及び参照光ミラー２１３）が配置又は制御されればよい。
【０２５３】
0005994186.tif 000019
【０２５４】
0005994186.tif 000020
【０２５５】
0005994186.tif 000021
【０２５６】
また、本実施の形態において、図２０を用いて、光ヘッド部２０６内の各光学素子の位置関係について説明し、真空中換算光路長が式（１３）、式（１４）及び式（１５）を満たせばよいとしたが、必ずしも光学素子の配置又は制御に限られない。分割前のレーザ光の光路中、信号光の光路中及び参照光の光路中に屈折率が１以上の光学素子を１つ又は複数個挿入することで、真空中換算光路長が式（１３）、式（１４）及び式（１５）を満たすようにすれば同様な効果が得られる。
【０２５７】
また、真空中内部共振器長Ｌｌｄは、波長可変レーザ２０９の入力電流値又は環境温度に依存性を有している。そのため、とりうる真空中内部共振器長Ｌｌｄの全体の平均値（Ｌｌｄ（ａｖｅ））、又は使用頻度の高い温度環境下で、かつ使用頻度の高い入力電流値を設定した際の基準値（Ｌｌｄ０）など、適当な一つの真空中内部共振器長を求めて、式（１３）、式（１４）及び式（１５）の真空中内部共振器長Ｌｌｄに当てはめてもよい。
【０２５８】
また、光ヘッド部は、波長可変レーザ２０９の波長可変動作に伴って、参照光ミラー２１３のミラー位置を駆動させるような参照光ミラー駆動部をさらに有してもよい。なお、参照光ミラー駆動部の構成は、実施の形態２で説明したミラー駆動部２２３と同様の構成とすることができる。
【０２５９】
また、光ディスク媒体２０１が複数の反射層（情報記録層）を有する場合、信号光の真空中換算光路長Ｌｓｉｇは、偏光ビームスプリッタ２１０から特定の一つの反射層（例えば、Ｓ／Ｎが一番低い反射層など）までの長さとするか、偏光ビームスプリッタ２１０から全ての反射層までの長さの平均値としてもよい。
【０２６０】
なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
【０２６１】
本発明の一局面に係る変調信号検出装置は、変調信号を検出する変調信号検出装置であって、レーザ光を出射し、発振波長を変更することが可能な波長可変レーザと、前記波長可変レーザから出射した前記レーザ光を、信号光と参照光とに分割する光分岐器と、前記参照光の光路上に配置された参照光ミラーと、変調された前記信号光と、前記参照光ミラーによって反射された前記参照光とを干渉させる干渉部と、前記干渉部により生じた干渉光を検出して干渉光検出信号を出力する干渉光検出部と、前記干渉光検出信号に基づいて、前記波長可変レーザの発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する波長制御信号生成部とを備え、前記信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０、前記参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０、真空中の屈折率で換算した前記信号光と前記参照光との光路長差の変動幅をΔｌ、前記波長可変レーザの中心発振波長をλ０、前記波長可変レーザの発振波長可変範囲をΔλとしたとき、初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜は、下記の式（２３）を満たす。
【０２６２】
0005994186.tif 000022
【０２６３】
この構成によれば、発振波長を変更することが可能な波長可変レーザは、レーザ光を出射する。光分岐器は、波長可変レーザから出射したレーザ光を、信号光と参照光とに分割する。参照光ミラーは、参照光の光路上に配置されている。干渉部は、変調された信号光と、参照光ミラーによって反射された参照光とを干渉させる。干渉光検出部は、干渉部により生じた干渉光を検出して干渉光検出信号を出力する。波長制御信号生成部は、干渉光検出信号に基づいて、波長可変レーザの発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する。ここで、信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０、参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０、真空中の屈折率で換算した信号光と参照光との光路長差の変動幅をΔｌ、波長可変レーザの中心発振波長をλ０、波長可変レーザの発振波長可変範囲をΔλとしたとき、初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜は、上記の式（２３）を満たす。
【０２６４】
したがって、信号光と参照光との初期光路差が上記の式（２３）を満たし、波長可変レーザの発振波長可変範囲内で発振波長が制御されることで、信号光と参照光との光路長の変動成分をキャンセルすることができ、高いＳ／Ｎ比の変調信号を検出することができる。
【０２６５】
また、上記の変調信号検出装置において、前記波長制御信号生成部は、前記干渉光検出信号から変調信号帯域以外の帯域の変動成分を検出し、検出した前記変動成分に基づいて、前記発振波長制御信号を生成することが好ましい。
【０２６６】
この構成によれば、干渉光検出信号から変調信号帯域以外の帯域の変動成分が検出され、検出された変動成分に基づいて、発振波長制御信号が生成されるので、不要な外乱による変動成分がキャンセルされた発振波長制御信号を生成することができる。
【０２６７】
また、上記の変調信号検出装置において、前記信号光を集光させる対物レンズをさらに備え、前記干渉光検出信号から前記対物レンズのフォーカス位置に応じたサーボエラー信号を生成するサーボエラー信号生成部をさらに備え、前記波長制御信号生成部は、前記サーボエラー信号に基づいて前記発振波長制御信号を生成することが好ましい。
【０２６８】
この構成によれば、対物レンズは、信号光を集光させる。サーボエラー信号生成部は、干渉光検出信号から対物レンズのフォーカス位置に応じたサーボエラー信号を生成する。そして、波長制御信号生成部は、サーボエラー信号に基づいて発振波長制御信号を生成する。
【０２６９】
したがって、対物レンズのフォーカス位置に応じたサーボエラー信号から、信号光の光路変動を計算することが可能となり、より安定した波長可変レーザの発振波長制御信号を生成することが可能となる。
【０２７０】
また、上記の変調信号検出装置において、前記信号光は、前記信号光の光路上に配置された、データが記録された光ディスク媒体によって変調され、前記干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、前記光ディスク媒体に記録されている前記データを再生する再生信号処理部をさらに備えることが好ましい。
【０２７１】
この構成によれば、信号光は、信号光の光路上に配置された、データが記録された光ディスク媒体によって変調される。再生信号処理部は、干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、光ディスク媒体に記録されているデータを再生する。
【０２７２】
したがって、干渉光検出信号から再生信号が生成され、当該再生信号には、光ディスク媒体の情報記録面により変調された変調信号が含まれるので、光ディスク媒体に記録されているデータを再生することができる。
【０２７３】
また、上記の変調信号検出装置において、前記信号光は、前記信号光の光路上に配置された、所定の表面形状を有する物体によって変調され、前記干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、前記物体の表面形状を計測する再生信号処理部をさらに備えることが好ましい。
【０２７４】
この構成によれば、信号光は、信号光の光路上に配置された、所定の表面形状を有する物体によって変調される。再生信号処理部は、干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、物体の表面形状を計測する。
【０２７５】
したがって、干渉光検出信号から再生信号が生成され、当該再生信号には、物体の表面の凹凸形状により変調された変調信号が含まれるので、物体の表面形状を計測することができる。
【０２７６】
また、上記の変調信号検出装置において、前記信号光の光路上に配置された、伝送すべきデータに応じて光学特性を変化させる光変調素子をさらに備え、前記干渉部は、前記光変調素子を通過することによって変調された前記信号光と、前記参照光ミラーによって反射された前記参照光とを干渉させ、前記干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、光を用いて前記データを伝送する再生信号処理部をさらに備えることが好ましい。
【０２７７】
この構成によれば、信号光の光路上に配置された光変調素子は、伝送すべきデータに応じて光学特性を変化させる。干渉部は、光変調素子を通過することによって変調された信号光と、参照光ミラーによって反射された参照光とを干渉させる。再生信号処理部は、干渉光検出信号から再生信号を生成することにより、光を用いてデータを伝送する。
【０２７８】
したがって、干渉光検出信号から再生信号が生成され、当該再生信号には、伝送すべきデータにより変調された変調信号が含まれるので、光を用いてデータを伝送することができる。
【０２７９】
また、上記の変調信号検出装置において、前記光学特性は、屈折率であることが好ましい。この構成によれば、伝送すべきデータに応じて素子の屈折率を変化させることにより、当該素子を通過する光を変調させることができる。
【０２８０】
また、上記の変調信号検出装置において、前記光学特性は、透過率であることが好ましい。この構成によれば、伝送すべきデータに応じて素子の透過率を変化させることにより、当該素子を通過する光を変調させることができる。
【０２８１】
また、上記の変調信号検出装置において、前記参照光ミラーの位置を移動させることにより、前記初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜を変化させる参照光ミラー駆動部をさらに備えることが好ましい。
【０２８２】
この構成によれば、参照光ミラー駆動部は、参照光ミラーの位置を移動させることにより、初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜を変化させる。
【０２８３】
したがって、参照光ミラーの位置を変更することで参照光の初期光路長ｌｍ０を変更することが可能となるので、信号光の初期光路長ｌｄ０の変化、又は中心発振波長λ０の変化などに対応して、上記の式（２３）を常に満たすように参照光ミラーを配置することができる。
【０２８４】
また、上記の変調信号検出装置において、前記波長可変レーザは、内部共振器を有し、前記波長可変レーザの内部共振器長と前記波長可変レーザの内部共振器屈折率との積によって得られる前記波長可変レーザの真空中内部共振器長をＬｌｄ、前記波長可変レーザの出射端面から前記光分岐器までの前記前記波長可変レーザから出射されたレーザ光の真空中換算光路長をＬＢＳ、前記波長可変レーザから出射されるレーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、前記波長可変レーザ、前記光分岐器及び前記参照光ミラーは、下記の式（２４）〜（２６）を同時に満たす位置に配置されることが好ましい。
【０２８５】
0005994186.tif 000023
【０２８６】
0005994186.tif 000024
【０２８７】
0005994186.tif 000025
【０２８８】
この構成によれば、波長可変レーザは、内部共振器を有している。波長可変レーザの内部共振器長と波長可変レーザの内部共振器屈折率との積によって得られる波長可変レーザの真空中内部共振器長をＬｌｄ、波長可変レーザの出射端面から光分岐器までの前記波長可変レーザから出射されたレーザ光の真空中換算光路長をＬＢＳ、波長可変レーザから出射されるレーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、波長可変レーザ、光分岐器及び参照光ミラーは、上記の式（２４）〜（２６）を同時に満たす位置に配置される。
【０２８９】
したがって、上記の式（２４）〜（２６）を満たすように、波長可変レーザ、光分岐器及び参照光ミラーが配置されることで、信号光及び参照光の戻り光による外部共振によって発生するノイズを低減することができ、高いＳ／Ｎ比の変調信号を検出することができる。
【０２９０】
また、上記の変調信号検出装置において、前記干渉許容光路長ΔＬは、前記レーザ光の可干渉距離であることが好ましい。
【０２９１】
この構成によれば、干渉許容光路長ΔＬは、レーザ光の可干渉距離であるので、可干渉距離は、レーザ光の発振波長スペクトルの半値全幅と光速とを用いて容易に算出することができる。
【０２９２】
また、上記の変調信号検出装置において、前記式（２４）〜（２６）における前記正の整数ｍは１であることが好ましい。この構成によれば、正の整数の倍数の波の数の定在波を避けることができ、信号光及び参照光の戻り光による外部共振によって発生するノイズを低減することができる。
【０２９３】
また、上記の変調信号検出装置において、前記式（２４）〜（２６）を同時に満たす位置に前記参照光ミラーを移動させる参照光ミラー駆動部をさらに備えることが好ましい。
【０２９４】
この構成によれば、参照光ミラー駆動部は、式（２４）〜（２６）を同時に満たす位置に参照光ミラーを移動させる。したがって、参照光ミラーの位置を変更することで参照光の初期光路長ｌｍ０を変更することが可能となるので、信号光の初期光路長ｌｄ０の変化、又は中心発振波長λ０の変化などに対応して、上記の式（２４）〜（２６）を同時に満たすように参照光ミラーを配置することができる。
【０２９５】
本発明の他の局面に係る変調信号検出方法は、変調信号を検出する変調信号検出方法であって、発振波長を変更することが可能な波長可変レーザからレーザ光を出射するレーザ光出射ステップと、前記波長可変レーザから出射した前記レーザ光を、信号光と参照光とに分割する光分割ステップと、前記信号光を変調する変調ステップと、前記参照光の光路上に配置された参照光ミラーにより前記参照光を反射する参照光反射ステップと、前記変調ステップにおいて変調された前記信号光と、前記参照光反射ステップにおいて反射された前記参照光とを干渉させる干渉ステップと、前記干渉ステップにおいて生じた干渉光を検出して干渉光検出信号を出力する干渉光検出ステップと、前記干渉光検出信号を処理する信号処理ステップとを含み、前記信号処理ステップは、前記干渉光検出信号に基づいて、前記波長可変レーザの発振波長を制御するための発振波長制御信号を生成する波長制御信号生成ステップを含み、前記信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０、前記参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０、真空中の屈折率で換算した前記信号光と前記参照光との光路長差の変動幅をΔｌ、前記波長可変レーザの中心発振波長をλ０、前記波長可変レーザの発振波長可変範囲をΔλとしたとき、初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜は、下記の式（２７）を満たす。
【０２９６】
0005994186.tif 000026
【０２９７】
この構成によれば、レーザ光出射ステップにおいて、発振波長を変更することが可能な波長可変レーザからレーザ光が出射される。光分割ステップにおいて、波長可変レーザから出射したレーザ光が、信号光と参照光とに分割される。変調ステップにおいて、信号光が変調される。参照光反射ステップにおいて、参照光の光路上に配置された参照光ミラーにより参照光が反射される。干渉ステップにおいて、変調ステップで変調された信号光と、参照光反射ステップで反射された参照光とが干渉する。干渉光検出ステップにおいて、干渉ステップで生じた干渉光が検出されて干渉光検出信号が出力される。信号処理ステップにおいて、干渉光検出信号が処理される。波長制御信号生成ステップにおいて、干渉光検出信号に基づいて、波長可変レーザの発振波長を制御するための発振波長制御信号が生成される。ここで、信号光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｄ０、参照光が通る光路の長さを真空中の屈折率で換算した初期光路長をｌｍ０、真空中の屈折率で換算した信号光と参照光との光路長差の変動幅をΔｌ、波長可変レーザの中心発振波長をλ０、波長可変レーザの発振波長可変範囲をΔλとしたとき、初期光路差｜ｌｄ０−ｌｍ０｜は、上記の式（２７）を満たす。
【０２９８】
したがって、信号光と参照光との初期光路差が上記の式（２７）を満たし、波長可変レーザの発振波長可変範囲内で発振波長が制御されることで、信号光と参照光との光路長の変動成分をキャンセルすることができ、高いＳ／Ｎ比の変調信号を検出することができる。
【０２９９】
なお、発明を実施するための形態の項においてなされた具体的な実施態様又は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【０３００】
本発明に係る変調信号検出装置及び変調信号検出方法は、変調信号を高いＳ／Ｎ比で検出することができ、変調信号を検出する変調信号検出装置及び変調信号検出方法として有用である。また、本発明に係る変調信号検出装置及び変調信号検出方法は、光通信装置又は物体形状測定装置等の用途にも応用できる。
【図１】
0005994186.tif 000032
【図２】
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【図３】
0005994186.tif 000034
【図４】
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【図５】
0005994186.tif 000036
【図６】
0005994186.tif 000037
【図７】
0005994186.tif 000038
【図８】
0005994186.tif 000039
【図９】
0005994186.tif 000040
【図１０】
0005994186.tif 000041
【図１１】
0005994186.tif 000042
【図１２】
0005994186.tif 000043
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0005994186.tif 000047
【図１７】
0005994186.tif 000048
【図１８】
0005994186.tif 000049
【図１９】
0005994186.tif 000050
【図２０】
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【図２１】
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