JPWO2013150756A1 - 光ピックアップ及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

レーザ光源（４０１）の内部共振器長とレーザ光源（４０１）の内部共振器屈折率との積によって得られるレーザ光源（４０１）の空気中内部共振器長をＬｌｄ、レーザ光源（４０１）の出射端面からＰＢＳ（４０４）までのレーザ光の空気中換算光路長をＬＢＳ、ＰＢＳ（４０４）から光ディスク（４０７）の反射部までの信号光の空気中換算光路長をＬｓｉｇ、ＰＢＳ（４０４）から参照光ミラー（４１０）までの参照光の空気中換算光路長をＬｒｅｆ、レーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、レーザ光源（４０１）、ＰＢＳ（４０４）及び参照光ミラー（４１０）は、Ｌｓｉｇ＋ＬＢＳ≠ｓ（Ｌｌｄ／ｍ）（ｓ：正の整数、ｍ：正の整数）、Ｌｒｅｆ＋ＬＢＳ≠ｔ（Ｌｌｄ／ｍ）（ｔ：正の整数）及びｕ（Ｌｌｄ／ｍ）−（ΔＬ／２）≦Ｌｓｉｇ−Ｌｒｅｆ≦ｕ（Ｌｌｄ／ｍ）＋（ΔＬ／２）（ｕ：整数）を同時に満たす位置に配置される。

Description

本発明は、強度又は位相が変調された信号光と、参照光と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光ピックアップ及び当該光ピックアップを備える光ディスク装置に関するものである。

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（登録商標）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、クラウドコンピューティング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。

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。

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光源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。

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）と呼ばれる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３層又は４層の記録面を有しているが、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。

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。

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、光の干渉を用いた光ディスク装置がある。光の干渉を用いた光ディスク装置は、例えば、特許文献１又は特許文献２に開示されている。光の干渉を用いた光ディスク装置は、従来の光ディスクにおける、信号光のみを検出することによって得られる微弱な信号振幅を、参照光によって増幅することでより大きな信号振幅を得る。まず、レーザ光源から出射されたレーザ光が、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割される。次に、光ディスクで反射された信号光と、参照光ミラーで反射された参照光とが干渉される。そして、参照光の強度を可能な範囲内で強くすることで、原理的には、光検出器又は電気回路で生じるノイズに対してＳ／Ｎをより高くすることが可能となる。

また、光ディスク装置では、光ピックアップ内のレーザ光源から出力されたレーザ光のうち、光ディスクで反射された信号光の一部が、レーザ光源に戻ることで発生するノイズがある。一般的に、このノイズは、“戻り光ノイズ”と呼ばれる。この戻り光ノイズは、レーザ光源内部の共振器に対して、光ディスクの反射面が外部共振器となることにより、外部共振器がレーザ光源の発振波長に影響を及ぼすことにより発生する。光の干渉を用いない従来の光ディスク装置における戻り光ノイズを除去又は低減する方法としては、λ／４波長板と偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）との組合せなどの光学素子を用いる方法、直流電流に高周波電流を重畳させた駆動電流をレーザ光源に用いる方法、又は自励発振するレーザ光源を用いる方法などがある。

しかしながら、光の干渉を用いない従来の光ディスク装置では、レーザ光源と光ディスクとの関係性によって起こる戻り光ノイズに対してのみが考慮されており、光ディスク以外の光学部品からの反射光によって起こる戻り光ノイズについては考慮されていない。光の干渉を用いない従来の光ディスク装置では、光ディスク以外の光ピックアップ内の光学素子については、レーザ光の進行方向に対して垂直とならないように傾斜させて配置することにより、レーザ光源への戻り光を容易に抑制することができる。

本発明者らは、光の干渉を用いた従来の光ディスク装置において、光ディスクとレーザ光源との関係性によって起こる戻り光ノイズに加え、参照光を反射するための参照光ミラーとレーザ光源との関係性によっても新たな戻り光ノイズが発生する可能性があることを見出した。参照光ミラーからの戻り光により、さらにＳ／Ｎが悪化する可能性がある。

図１６を用いて従来の光ディスク装置について詳細に説明する。図１６は、従来の光の干渉を用いた光ディスク装置の構成を示す図である。まず、図１６を用いて、レーザ光源１０１と光ディスク１０７とにより発生する戻り光について説明する。

レーザ光源１０１から出力されたレーザ光は、コリメートレンズ１０２によって平行光に変換される。平行光に変換されたレーザ光は、λ／２波長板１０３を通過する。λ／２波長板１０３を通過したレーザ光の偏光方向は、任意の角度に回転させられる。λ／２波長板１０３を通過したレーザ光の偏光方向により、ＰＢＳ１０４における信号光強度と参照光強度との分割比が決定される。

ＰＢＳ１０４で反射された分割光が、信号光となる。信号光は、λ／４波長板１０５を通過し、対物レンズ１０６により集光される。集光された信号光は、光ディスク１０７の反射層１０８で反射される。光ディスク１０７で反射された信号光は、ＰＢＳ１０４から光ディスク１０７に向かう信号光と同じ光軸を通ってＰＢＳ１０４に向かう。光ディスク１０７の反射層１０８で反射された信号光は、再び対物レンズ１０６を通過して平行光に変換される。再び対物レンズ１０６を通過して平行光に変換された信号光は、λ／４波長板１０５を再び通り、ＰＢＳ１０４に戻る。このとき、λ／４波長板１０５は、光ディスク１０７からＰＢＳ１０４に向かう信号光の偏光方向を、ＰＢＳ１０４から光ディスク１０７に向かう信号光の偏光方向に対してほぼ９０度回転させる。ここで、“ほぼ９０度”としたのは、光学素子の製造誤差、光学素子の配置の誤差、及び、光ディスク又は光学素子の複屈折の影響による偏光方向の誤差を考慮したためである。

ＰＢＳ１０４に戻ってきた信号光の偏光方向は、ほぼ９０度回転している。そのため、ＰＢＳ１０４に戻ってきた信号光のほとんどがＰＢＳ１０４を透過し、干渉光検出部１１１で受光される。ただし、前述した偏光方向の誤差により、ＰＢＳ１０４に戻ってきた信号光の一部は、ＰＢＳ１０４で反射され、レーザ光源１０１から出力されたレーザ光と同じ光軸を通り、レーザ光源１０１への戻り光となる。

続いて、図１６を用いて、レーザ光源１０１と参照光ミラー１１０とにより発生する戻り光について説明する。なお、以下の説明では、レーザ光源１０１と光ディスク１０７とにより発生する戻り光で説明した内容と重複する部分については省略する。

ＰＢＳ１０４を透過した分割光が、参照光となる。参照光は、λ／４波長板１０９を通過し、参照光ミラー１１０で反射される。参照光ミラー１１０で反射された参照光は、ＰＢＳ１０４から参照光ミラー１１０に向かう参照光と同じ光軸を通ってＰＢＳ１０４に向かう。また、参照光ミラー１１０で反射された参照光は、λ／４波長板１０９を再び通り、ＰＢＳ１０４に戻る。このとき、λ／４波長板１０９は、参照光ミラー１１０からＰＢＳ１０４に向かう参照光の偏光方向を、ＰＢＳ１０４から参照光ミラー１１０に向かう参照光の偏光方向に対してほぼ９０度回転させる。

ＰＢＳ１０４に戻ってきた参照光の偏光方向は、ほぼ９０度回転している。そのため、ＰＢＳ１０４に戻ってきた参照光のほとんどがＰＢＳ１０４で反射し、干渉光検出部１１１で受光される。ただし、前述した偏光方向の誤差により、ＰＢＳ１０４に戻ってきた参照光の一部は、ＰＢＳ１０４を透過し、レーザ光源１０１から出力されたレーザ光と同じ光軸を通り、レーザ光源１０１への戻り光となる。さらに、参照光ミラー１１０の反射率は、光ディスク１０７の反射層１０８の反射率に比べて、非常に高い。そのため、参照光の戻り光による影響は非常に大きくなる。

ここで、従来の光の干渉を用いない光ディスク装置で実施されたように参照光ミラー１１０を傾斜させ、参照光の光軸をずらした場合、光ディスク１０７で反射されてＰＢＳ１０４を透過する信号光の光軸が、参照光ミラー１１０で反射されてＰＢＳ１０４を反射する参照光の光軸と合わなくなる。その結果、光の干渉による信号振幅の増幅効果が得られなくなってしまう。

また、従来の直流電流に高周波電流を重畳させた駆動電流をレーザ光源に用いる方法及び自励発振するレーザ光源を用いる方法は、レーザ光源の発振スペクトルの線幅が広がるため、時間的コヒーレンスが低くなってしまう。その結果、可干渉距離が短くなるため、上記の方法は、光の干渉を用いた光ディスク装置には最適ではない。

特開２００７−３１７２８４号公報 特開２００８−０６５９６１号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、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比の再生信号を得ることができる光ピックアップ及び光ディスク装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一局面に係る光ピックアップは、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を、光ディスクの反射部に集光させる信号光と、前記光ディスクには集光させない参照光とに分割するレーザ光分割部と、前記参照光を反射する参照光ミラーと、前記光ディスクの反射部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た干渉光を検出する干渉光検出部とを備え、前記レーザ光源の内部共振器長と前記レーザ光源の内部共振器屈折率との積によって得られる前記レーザ光源の空気中内部共振器長をＬ_ｌｄ、前記レーザ光源の出射端面から前記レーザ光分割部までの前記レーザ光の空気中換算光路長をＬ_ＢＳ、前記レーザ光分割部から前記光ディスクの前記反射部までの前記信号光の空気中換算光路長をＬ_ｓｉｇ、前記レーザ光分割部から前記参照光ミラーまでの前記参照光の空気中換算光路長をＬ_ｒｅｆ、前記レーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、前記レーザ光源、前記レーザ光分割部及び前記参照光ミラーは、下記の式（１）〜（３）を同時に満たす位置に配置される。

この構成によれば、レーザ光源は、レーザ光を出射する。レーザ光分割部は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、光ディスクの反射部に集光させる信号光と、光ディスクには集光させない参照光とに分割する。参照光ミラーは、参照光を反射する。干渉光検出部は、光ディスクの反射部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た干渉光を検出する。レーザ光源の内部共振器長とレーザ光源の内部共振器屈折率との積によって得られるレーザ光源の空気中内部共振器長をＬ_ｌｄ、レーザ光源の出射端面からレーザ光分割部までのレーザ光の空気中換算光路長をＬ_ＢＳ、レーザ光分割部から光ディスクの反射部までの信号光の空気中換算光路長をＬ_ｓｉｇ、レーザ光分割部から参照光ミラーまでの参照光の空気中換算光路長をＬ_ｒｅｆ、レーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、レーザ光源、レーザ光分割部及び参照光ミラーは、上記の式（１）〜（３）を同時に満たす位置に配置される。

本発明によれば、式（１）〜（３）を満たすように、レーザ光源、レーザ光分割部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比の再生信号を得ることができる。

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。

本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示す図である。 光ピックアップに搭載されるレーザ光源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。 レーザ発振の一例として、レーザ共振器内での縦マルチモードのレーザ発振の様子を模式的に示す図である。 外部共振器について説明するための図である。 図１の干渉光検出部の構成を示す図である。 図５の検出信号処理部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の第１の変形例における光ピックアップの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の第２の変形例における光ピックアップの構成を示す図である。 光ディスク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。 光ディスク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。 本発明の実施の形態１における干渉光検出部の第１の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態１における干渉光検出部の第２の変形例を示す図である。 図１２の検出信号処理部の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における干渉光検出部の第３の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２における光ディスク装置の概略構成を示す図である。 従来の光の干渉を用いた光ディスク装置の構成を示す図である。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示す図である。本発明の実施の形態１における光ピックアップについて以下に具体的に説明する。

図１において、光ピックアップ４００は、レーザ光源４０１と、コリメートレンズ４０２と、λ／２波長板４０３と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４０４と、λ／４波長板４０５，４０９と、対物レンズ４０６と、参照光ミラー４１０と、干渉光検出部５００とを備える。光ピックアップ４００は、光ディスク４０７の反射層４０８に光ビームを照射し、反射層４０８上に形成されたトラックを走査しながら反射層４０８を反射した信号光と、参照光を干渉させた光を検出して電気信号を出力する。

レーザ光源４０１は、レーザ光を出射する。コリメートレンズ４０２は、レーザ光源４０１から出力されたレーザ光を平行光に変換する。平行光に変換されたレーザ光の偏光方向は、光学軸が任意の角度に設定されたλ／２波長板４０３を通過することで、任意の角度に回転させられる。λ／２波長板４０３を通過したレーザ光の偏光方向により、ＰＢＳ４０４における信号光強度と参照光強度との分割比が決定される。ＰＢＳ４０４は、分割面に入射する水平偏光をほぼ１００％透過させ、分割面に入射する垂直偏光をほぼ１００％反射させる。ここで、ＰＢＳ４０４に入射したレーザ光は、ＰＢＳ４０４の分割面によって反射されたほぼ垂直偏光である信号光と、ＰＢＳ４０４の分割面を透過したほぼ水平偏光である参照光とに分割される。ここで、“ほぼ垂直偏光”及び“ほぼ水平偏光”としたのは、光学素子の精度及び光学素子の製造ばらつきなどを考慮するためである。

まず、信号光は、λ／４波長板４０５を通過し、対物レンズ４０６により集光される。集光された信号光は、光ディスク４０７の反射層４０８で反射される。光ディスク４０７で反射した信号光は、ＰＢＳ４０４から光ディスク４０７に向かう信号光と同じ光軸を通ってＰＢＳ４０４に向かう。光ディスク４０７の反射層４０８で反射された信号光は、再び対物レンズ４０６を通過し、対物レンズ４０６によって平行光に変換される。再び対物レンズ４０６を通過して平行光に変換された信号光は、λ／４波長板４０５を再び通り、ＰＢＳ４０４に戻る。このとき、λ／４波長板４０５は、光ディスク４０７からＰＢＳ４０４に向かう信号光の偏光方向を、ＰＢＳ４０４から光ディスク４０７に向かう信号光の偏光方向に対してほぼ９０度回転させる。ここで、“ほぼ９０度”としたのは、光学素子の製造誤差、光学素子の配置の誤差、及び、光ディスク又は光学素子の複屈折の影響による偏光方向の誤差を考慮したためである。

ＰＢＳ４０４に戻ってきた信号光の偏光方向は、ほぼ９０度回転している。そのため、ＰＢＳ４０４に戻ってきた信号光のほとんどがＰＢＳ４０４を透過し、干渉光検出部５００で受光される。ただし、前述した偏光方向の誤差により、ＰＢＳ４０４に戻ってきた信号光の一部は、ＰＢＳ４０４で反射され、レーザ光源４０１から出力されたレーザ光と同じ光軸を通り、レーザ光源４０１への戻り光となる。

次に、参照光は、λ／４波長板４０９を通過し、参照光ミラー４１０で反射される。参照光ミラー４１０で反射された参照光は、ＰＢＳ４０４から参照光ミラー４１０に向かう参照光と同じ光軸を通ってＰＢＳ４０４に向かう。また、参照光ミラー４１０で反射された参照光は、λ／４波長板４０９を再び通り、ＰＢＳ４０４に戻る。このとき、λ／４波長板４０９は、参照光ミラー４１０からＰＢＳ４０４に向かう参照光の偏光方向を、ＰＢＳ４０４から参照光ミラー４１０に向かう参照光の偏光方向に対してほぼ９０度回転させる。

ＰＢＳ４０４に戻ってきた参照光の偏光方向は、ほぼ９０度回転している。そのため、ＰＢＳ４０４に戻ってきた参照光のほとんどがＰＢＳ４０４で反射し、干渉光検出部５００で受光される。ただし、前述した偏光方向の誤差により、ＰＢＳ４０４に戻ってきた参照光の一部は、ＰＢＳ４０４を透過し、レーザ光源４０１から出力されたレーザ光と同じ光軸を通り、レーザ光源４０１への戻り光となる。

まず、本発明の実施の形態をよりわかりやすくするため、図２、図３及び図４を用いて、レーザ共振器長と、レーザ光源と光ディスク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。

図２は、光ピックアップに搭載されるレーザ光源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３は、レーザ発振の一例として、レーザ共振器内での縦マルチモードのレーザ発振の様子を模式的に示す図である。このような縦マルチモードのレーザ発振が起こるレーザ光源２０１としては、例えばファブリペロー型レーザ光源がある。レーザ光源２０１内において、図２に示す波長λ_１から波長λ_５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。レーザ光源２０１で発振が可能な波長は、内部共振器の屈折率ｎ_ｌｄ及び内部共振器長ｌ_ｌｄに基づいて、下記の式（４）によって求められる、空気中の屈折率を１として換算した空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄを整数で割った値に等しい波長であり、かつレーザ光源２０１のレーザ媒質が発光可能な波長のみである。

Ｌ_ｌｄ＝ｎ_ｌｄｌ_ｌｄ・・・・（４）

図４は、外部共振器について説明するための図である。図４では、レーザ光源２０１の前端面又は後端面と、光ディスク又は光学素子（例えば、ミラー）のような反射部２１０との関係を模式的に表している。

図４では、レーザ光源２０１の前端面を、レーザ光が出射される出射端面としている。レーザ光源２０１の出射端面から反射部２１０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空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔとする。空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔとは、外部共振器が屈折率ｎ_ｏｕｔを有しているとき、空気中の屈折率を１として換算した外部共振器の光路長を表している。空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔがある特定の条件を満たす場合に、レーザ光源２０１の出射端面と、反射部２１０との間でも、レーザ光源２０１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、レーザ光源２０１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。

特に、光ディスク装置においては、反射部２１０（例えば、光ディスク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。

つづいて、戻り光ノイズが大きくなる空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔの条件について具体例を示して説明する。空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔが、下記の式（５）を満たすとき（反射部２１０が図４の位置２１１にあるとき）、図３及び図４で表した波長λ_１から波長λ_５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。

Ｌ_ｏｕｔ＝ｊＬ_ｌｄ（ｊ：正の整数）・・・・（５）

図４に示す定在波２２０は、上記の式（５）を満たすときの波長λ_１から波長λ_５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、空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔが空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄの正の整数倍であるとき、レーザ光源２０１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。

また、空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔと空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄとが下記の式（６）を満たすとき（反射部２１０が図４の位置２１２にあるとき）、図３及び図４で表した波長λ_１、波長λ_３及び波長λ_５が、外部共振器でも定在波として存在しうる。

図４の定在波２２１は、上記の式（６）を満たすときの波長λ_１、波長λ_３及び波長λ_５を足し合わせた定在波を表している。つまり、空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔが、空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄの正の整数倍の距離から、空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄの半分の距離だけ短いとき、レーザ光源２０１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。

つまり、上記の式（５）を満たす定在波の発生と、上記の式（６）を満たす定在波の発生との両方を避けるためには、空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔが、空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄ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。

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、空気中外部共振器長Ｌ_ｏｕｔが、空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄ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４の定在波２２０と定在波２２１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。

なお、内部共振器長ｌ_ｌｄは比較的簡単に測定することが可能であるが、内部共振器の屈折率ｎ_ｌｄを測定するのは非常に困難である。そこで、空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄは測定によって求めてもよい。例えば、レーザ光源２０１と反射ミラーとを用いることで空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄに相当する長さを測定することが可能である。まず、レーザ光源２０１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光源２０１に戻るように、レーザ光源２０１と反射ミラーとを配置する。レーザ光源２０１と反射ミラーとをこのように配置すると、レーザ光源２０１の出射端面と反射ミラーとが外部共振器となる。

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、レーザ光源２０１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、光学素子によっ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、Ｌ_ｌｄ、２Ｌ_ｌｄ及び３Ｌ_ｌｄのように空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄ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、空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄを測定することに等しいことは明らかである。

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光源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で発振するレーザ光源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。

ここで、レーザ光源４０１の内部共振器長をｌ_ｌｄ、屈折率をｎ_ｌｄとすると、空気中の屈折率を１としたときの空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄは、上記の式（４）によって得られる。また、レーザ光源４０１の出射端面からＰＢＳ４０４の分割面までの、各光学素子の屈折率、長さ及び空気中の距離を加味し、レーザ光の光路長を空気中の屈折率ｎ（ｎ＝１）で換算した空気中換算光路長をＬ_ＢＳとする。同様に、ＰＢＳ４０４の分割面から光ディスク４０７の反射層４０８までの空気中の屈折率で換算した信号光の空気中換算光路長をＬ_ｓｉｇ、ＰＢＳ４０４の分割面から参照光ミラー４１０までの空気中の屈折率で換算した参照光の空気中換算光路長をＬ_ｒｅｆとする。ただし、光ディスク４０７が回転する際に、反射層４０８の面ぶれによる変動の影響が大きい場合は、信号光の空気中換算光路長Ｌ_ｓｉｇは、ＰＢＳ４０４の分割面から反射層４０８の面ぶれ範囲の中心までの光路長を空気中の屈折率で換算した値とする。

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、上述した空気中換算距離が、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、レーザ光源４０１の出射端面と光ディスク４０７の反射層４０８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（７）を満たすように、光ピックアップ４００内の各光学素子（レーザ光源４０１、偏光ビームスプリッタ４０４及び参照光ミラー４１０）が配置される。

Ｌ_ｓｉｇ＋Ｌ_ＢＳ≠ｓＬ_ｌｄ（ｓ：正の整数）・・・・（７）

参照光の戻り光に対しては、レーザ光源４０１の出射端面と参照光ミラー４１０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（８）を満たすように、光ピックアップ４００内の各光学素子（レーザ光源４０１、偏光ビームスプリッタ４０４及び参照光ミラー４１０）が配置される。

Ｌ_ｒｅｆ＋Ｌ_ＢＳ≠ｔＬ_ｌｄ（ｔ：正の整数）・・・・（８）

また、分割された信号光と参照光とが干渉するために、信号光の空気中換算光路長Ｌ_ｓｉｇと参照光の空気中換算光路長Ｌ_ｒｅｆとの差が、下記の式（９）を満たすように、光ピックアップ４００内の各光学素子（レーザ光源４０１、偏光ビームスプリッタ４０４及び参照光ミラー４１０）が配置される。

上記の式（９）において、Ｌ_ｃｏｈは、レーザ光源４０１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Ｌ_ｃｏｈ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（１０）で表される。

上述した式（７）、式（８）及び式（９）を満たすように、光ピックアップ４００内の各光学素子（レーザ光源４０１、偏光ビームスプリッタ４０４及び参照光ミラー４１０）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５００に入射させることができる。

なお、上記の式（７）、式（８）及び式（９）をより一般化すると、下記の式（１１）、式（１２）及び式（１３）で表すことができる。

上記の式（１１）、式（１２）及び式（１３）において、Ｌ_ｌｄは、レーザ光源４０１の内部共振器長とレーザ光源４０１の内部共振器屈折率との積によって得られるレーザ光源４０１の空気中内部共振器長を表し、Ｌ_ＢＳは、レーザ光源４０１の出射端面から偏光ビームスプリッタ（レーザ光分割部）４０４までのレーザ光の空気中換算光路長を表し、Ｌ_ｓｉｇは、偏光ビームスプリッタ（レーザ光分割部）４０４から光ディスク４０７の反射層４０８までの信号光の空気中換算光路長を表し、Ｌ_ｒｅｆは、偏光ビームスプリッタ（レーザ光分割部）４０４から参照光ミラー４１０までの参照光の空気中換算光路長を表し、ΔＬは、レーザ光源４０１から出射されるレーザ光の干渉許容光路長を表す。このΔＬは、信号光と参照光の干渉によって増幅作用が生じる距離範囲であり、式（９）で示される距離と近い値になるが、かならずしも一致せず、干渉による本発明の効果である光の増幅作用を生じる距離範囲として定義されるものである。

レーザ光源４０１、偏光ビームスプリッタ（レーザ光分割部）４０４及び参照光ミラー４１０は、上記の式（１１）〜（１３）を同時に満たす位置に配置される。

つづいて、図５を用いて、図１の干渉光検出部５００について詳細に説明する。図５は、図１の干渉光検出部５００の構成を示す図である。図５に示す干渉光検出部５００は、ハーフビームスプリッタ（ＨＢＳ）５０１と、λ／２波長板５０２と、λ／４波長板５０６と、第１のＰＢＳ５０３と、第２のＰＢＳ５０７と、第１の検出器５０４と、第２の検出器５０５と、第３の検出器５０８と、第４の検出器５０９と、検出信号処理部６００とを備える。

ＨＢＳ５０１は、干渉光検出部５００に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する。λ／２波長板５０２は、ＨＢＳ５０１を透過した干渉光の偏光方向を４５度回転させる。第１のＰＢＳ５０３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５０４及び第２の検出器５０５は、入射した干渉光の光量に応じた電気信号を出力する。第１の検出器５０４は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の水平偏光成分を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。第２の検出器５０５は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の垂直偏光成分を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。

λ／４波長板５０６は、ＨＢＳ５０１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ＰＢＳ５０７は、λ／４波長板５０６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５０８及び第４の検出器５０９は、入射した干渉光の光量に応じた電気信号を出力する。第３の検出器５０８は、λ／４波長板５０６を通過した干渉光の水平偏光成分を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。第４の検出器５０９は、λ／４波長板５０６を通過した干渉光の垂直偏光成分を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。第１の検出器５０４、第２の検出器５０５、第３の検出器５０８及び第４の検出器５０９から出力された電気信号は、検出信号処理部６００に入力される。

検出信号処理部６００は、第１の検出器５０４、第２の検出器５０５、第３の検出器５０８及び第４の検出器５０９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。

ここで、干渉光検出部５００に入射した、信号光と参照光との干渉光の偏光状態をジョーンズベクトルで表すと、下記の式（１４）のようになる。

上記の式（１４）において、Ｅ_ｓｉｇは、光ディスク４０７を反射した信号光の電場である。Ａ_ｓｉｇは、信号光の電場の振幅成分である。Ｅ_ｒｅｆは、参照光ミラー４１０を反射した参照光の電場である。Ａ_ｒｅｆは、参照光の電場の振幅成分である。θは、レーザ光の発振波長、時間及び場所に関連した位相成分を表している。φ_ｓｉｇは、光路変動などによって変化する信号光の電場の位相成分を表している。φ_ｒｅｆは、光路変動などによって変化する参照光の電場の位相成分を表している。

ＨＢＳ５０１を透過して、λ／２波長板５０２を透過した干渉光のジョーンズベクトルは以下の式（１５）のようになる。このとき、λ／２波長板５０２は、水平偏光方向から見て、２２．５度の方向がｆａｓｔ軸となるように配置される。ｆａｓｔ軸とは、波長板において、光が速く進む振動方向である。また、光が遅く進む振動方向はｓｌｏｗ軸と呼ぶ。

次に、第１のＰＢＳ５０３を透過する干渉光の電場と、第１のＰＢＳ５０３を反射する干渉光の電場とはそれぞれ下記の式（１６）及び式（１７）のようになる。

透過（水平偏光）：（Ｅ_ｓｉｇ＋Ｅ_ｒｅｆ）／２・・・・（１６）
反射（垂直偏光）：（Ｅ_ｓｉｇ−Ｅ_ｒｅｆ）／２・・・・（１７）

これより、第１の検出器５０４及び第２の検出器５０５の検出信号は次の式（１８）及び式（１９）のようになる。

上記の式（１８）及び式（１９）において、ηは、検出器の変換効率である。Δφは、信号光と参照光との光路長差による位相差である。

一方、ＨＢＳ５０１を反射して、λ／４波長板５０６を透過した干渉光のジョーンズベクトルは以下の式（２０）のようになる。このとき、λ／４波長板５０６は、水平偏光方向から見て、４５度の方向がｆａｓｔ軸となるように配置される。

次に、第２のＰＢＳ５０７を透過する干渉光の電場と、第２のＰＢＳ５０７を反射する干渉光の電場とはそれぞれ下記の式（２１）及び式（２２）のようになる。

これより、第３の検出器５０８及び第４の検出器５０９の検出信号は次の式（２３）及び式（２４）のようになる。

つづいて、図６を用いて、図５の検出信号処理部６００について詳細に説明する。図６は、図５の検出信号処理部の構成を示す図である。検出信号処理部６００は、第１の差動演算部６０１と、第２の差動演算部６０２と、第１の自乗演算部６０３と、第２の自乗演算部６０４と、加算演算部６０５とを備える。

第１の差動演算部６０１は、第１の検出器５０４からの電気信号と第２の検出器５０５からの電気信号とを差動演算することで、下記の式（２５）に示すｃｏｓ差動信号を得る。第２の差動演算部６０２は、第４の検出器５０９からの電気信号と第３の検出器５０８からの電気信号とを差動演算することで、下記の式（２６）に示すｓｉｎ差動信号を得る。

ｃｏｓ差動信号：ηＡ_ｓｉｇＡ_ｒｅｆｃｏｓΔφ＝ＡｃｏｓΔφ・・・（２５）
ｓｉｎ差動信号：ηＡ_ｓｉｇＡ_ｒｅｆｓｉｎΔφ＝ＡｓｉｎΔφ・・・（２６）

第１の自乗演算部６０３は、ｃｏｓ差動信号を自乗演算することで、下記の式（２７）に示すｃｏｓ自乗信号を得る。第２の自乗演算部６０４は、ｓｉｎ差動信号を自乗演算することで、下記の式（２８）に示すｓｉｎ自乗信号を得る。

ｃｏｓ自乗信号：Ａ^２ｃｏｓ^２Δφ・・・・（２７）
ｓｉｎ自乗信号：Ａ^２ｓｉｎ^２Δφ・・・・（２８）

加算演算部６０５は、ｃｏｓ自乗信号とｓｉｎ自乗信号とを加算することで、下記の式（２９）に示す干渉光検出信号を得る。

干渉光検出信号：Ａ^２＝（ηＡ_ｓｉｇＡ_ｒｅｆ）^２・・・・（２９）

これにより、従来の光ピックアップで得られる検出信号ηＡ_ｓｉｇに対して、参照光によって信号増幅された検出信号を得ることが可能となる。

かかる構成によれば、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、従来の光ピックアップに比べて、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に対しても、再生信号の高Ｓ／Ｎ化が図られた光ピックアップを実現することが可能となる。

なお、本実施の形態１において、図１を用いて光ピックアップについて説明しているが、光ピックアップ４００は、対物レンズ４０６のフォーカス制御又はトラッキング制御などのサーボ制御のために、プリズム及びビームスプリッタなどの光学素子、又は光電変換素子をさらに備えてもよい。

また、本実施の形態１において、上記の式（７）、式（８）及び式（９）を満たす空気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、上記の式（７）、式（８）及び式（９）を満たす空気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。

図７は、本発明の実施の形態１における光ピックアップの第１の変形例を示す図である。図７に示す光ピックアップ４００は、参照光ミラー４１０を駆動する参照光ミラー駆動部４１１をさらに備える。参照光ミラー駆動部４１１は、参照光ミラー４１０を参照光の光軸方向に移動させることにより、参照光ミラー４１０の位置を変える。参照光ミラー駆動部４１１は、式（７）〜（９）を同時に満たす位置に参照光ミラー４１０を移動させる。なお、参照光ミラー４１０の位置制御は、レーザ光源４０１の発振波長の変化又は光ディスク４０７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、参照光ミラー駆動部４１１の駆動機構は、対物レンズ４０６を駆動する駆動機構と同じ駆動機構によって位置を変えてもよい。

また、本実施の形態１において、上記の式（９）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Ｌ_ｃｏｈ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Ｌ_ｃｏｈ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。

また、図１において、λ／２波長板４０３の光学軸は、任意の角度に設定されるとしているが、光学軸を回転させる駆動機構を光ピックアップ４００にさらに設けて、信号光と参照光との分割比を変えてもよい。

また、図１において、レーザ光源４０１から出力されたレーザ光の偏光方向は、λ／２波長板４０３によって制御されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、レーザ光の偏光方向は、レーザ光源４０１自身を回転させることによって変えてもよい。

また、図１において、レーザ光源４０１から出力されたレーザ光を平行光にするコリメートレンズ４０２は、レーザ光源４０１とλ／２波長板４０３との間に配置されているが、本発明はこれに限定されない。図８は、本発明の実施の形態１における光ピックアップの第２の変形例を示す図である。例えば、図８に示すように、ＰＢＳ４０４とλ／４波長板４０５との間にコリメートレンズ７０１が配置され、ＰＢＳ４０４とλ／４波長板４０９との間にコリメートレンズ７０２が配置されてもよい。

また、図１において、光ディスク４０７は、１層の反射層４０８を有しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、光ディスク４０７は、２層の反射層又は３層の反射層などの複数の反射層を有してもよい。

また、図１において、光ディスク４０７の反射部は、必ずしも連続した層であることに限定されない。例えば、光ディスク４０７の反射部がピットのような微小領域に区切られていてもよい。

図９及び図１０は、光ディスクでの信号光変調について説明するための図である。図９は、光ディスク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１０は、光ディスク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。

光ディスク４０７では、主に、図９に示すような反射層３０１ａの反射率がレーザ光の照射により変化されることで、反射光が強度変調し、情報が記録される。すなわち、反射層３０１ａのトラック上に、互いに反射率の異なるマーク３０１ｍとスペース３０１ｓとが形成されることで、情報が記録されている。例えば、光ディスク４０７は、書換型又は追記型のＣＤ、ＤＶＤ又はＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）などである。

なお、一般的な光ディスク４０７では、図９に示すような、反射層３０１ａの反射率をレーザ光の照射により変化させ、反射光の強度を変調させることにより情報が記録されるが、本発明はこれに限定されない。本実施の形態１における光ディスクでは、光の干渉を用いることで、光の強度だけでなく、光の位相を検出することが可能となる。図１０に示すように、連続した反射溝３０１ｇ又は不連続な反射孔３０１ｈが光ディスク４０７内に形成されることで、情報が記録されてもよい。このように、反射光の位相を変調させることにより情報が記録される光ディスクにおいても、反射光の強度を変調させることにより情報が記録される光ディスクと同様な効果を得ることが可能である。検出信号処理部６００は、例えば、上記の式（２６）で得られたｓｉｎ差動信号を上記の式（２５）で得られたｃｏｓ差動信号で除算した値のａｒｃｔａｎを演算することにより、反射光の位相を検出する。

また、図５及び図６において、４つの検出器を用いて干渉光検出信号を検出する構成を示しているが、本発明はこれに限定されない。図１１は、本発明の実施の形態１における干渉光検出部の第１の変形例を示す図である。例えば、図１１に示す構成では、１つの検出器でも干渉光を検出することが可能である。以下、図１１の干渉光検出部について詳細に説明する。

図１１に示す干渉光検出部９００は、λ／２波長板９０１と、ＰＢＳ９０２と、検出器９０３とを備える。λ／２波長板９０１は、干渉光検出部９００に入射した干渉光の偏光方向が４５度回転するように配置される。ＰＢＳ９０２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。検出器９０３は、入射した干渉光の光量に応じた電気信号を出力する。検出器９０３は、偏光方向が４５度回転させられた干渉光の水平偏光成分を検出して、検出した水平偏光成分の光量に応じた電気信号を出力する。ここで、λ／２波長板９０１を透過した光のジョーンズベクトルは以下の式（３０）のようになる。このとき、λ／２波長板９０１は、水平偏光方向から見て、２２．５度の方向がｆａｓｔ軸となるように配置される。

次に、ＰＢＳ９０２を透過する光の電場は下記の式（３１）のようになる。

これより、検出器９０３の検出信号は次の式（３２）のようになる。

信号光と参照光との光路長差を一定に保つために、例えば参照光ミラー４１０の位置が制御されることで、上記の式（３２）のｃｏｓ項を定数とすることが可能である。これにより、信号光を参照光で増幅した干渉光検出信号を得ることが可能である。

また、図１２及び図１３に示すように、干渉光検出部が干渉光のｃｏｓ成分のみを検出する構成とすることで、２つの検出器でも干渉光検出信号を得ることが可能である。図１２は、本発明の実施の形態１における干渉光検出部の第２の変形例を示す図である。図１３は、図１２の検出信号処理部の構成を示す図である。

図１２に示す干渉光検出部１０００は、λ／２波長板１００２と、ＰＢＳ１００３と、第１の検出器１００４と、第２の検出器１００５と、検出信号処理部１１００とを備える。検出信号処理部１１００は、差動演算部１１０１を備える。

λ／２波長板１００２は、入射する干渉光の偏光方向を４５度回転させる。ＰＢＳ１００３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１００４及び第２の検出器１００５は、入射した干渉光の光量に応じた電気信号を出力する。第１の検出器１００４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、検出した水平偏光の光量に応じた電気信号を出力する。第２の検出器１００５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、検出した垂直偏光の光量に応じた電気信号を出力する。差動演算部１１０１は、第１の検出器１００４から出力された電気信号と、第２の検出器１００５から出力された電気信号との差動信号を干渉光検出信号として出力する。

干渉光検出部１０００は、図５に示す干渉光検出部５００とは異なり、ＨＢＳ５０１により干渉光が分割されないため、上記の式（２５）のｃｏｓ差動信号を２倍した干渉光検出信号を得ることが可能である。さらに、例えば、参照光ミラー４１０の位置が制御されることで、上記の式（２５）のｃｏｓ項を定数とした干渉光検出信号を得ることも可能である。

また、図１４に示すように、３つの検出器でも干渉光を検出することが可能である。図１４は、本発明の実施の形態１における干渉光検出部の第３の変形例を示す図である。以下、図１４の干渉光検出部について詳細に説明する。このとき、各検出器上での信号光と参照光との位相差は、０、２π／３及び４π／３である。

図１４に示す干渉光検出部１２００は、無偏光ビームスプリッタ（ＢＳ）１２０１，１２０２と、偏光子１２０３，１２０４，１２０５と、位相板１２０６，１２０７と、第１の検出器１２０８と、第２の検出器１２０９と、第３の検出器１２１０と、検出信号処理部１２１１とを備える。偏光子１２０３，１２０４，１２０５は、４５度偏光を透過する。位相板１２０６は、信号光と参照光との間に５π／３の位相差を発生させる。位相板１２０７は、信号光と参照光との間にπ／３の位相差を発生させる。

ＢＳ１２０１は、干渉光検出部１２００に入射した干渉光を２対１の強度比で分割する。ここで、ＢＳ１２０１の反射光と透過光との比は２対１である。反射光と透過光との比が強度分割比となっている。ＢＳ１２０１は、反射光に対して、信号光と参照光との間にπの位相差を発生させる。

まず、ＢＳ１２０１で反射された光は、ＢＳ１２０２に入射する。ＢＳ１２０２は、入射した光を１対１の強度比に分割する。ここで、ＢＳ１２０２の反射光と透過光との比は１対１である。反射光と透過光との比が強度分割比となっている。ＢＳ１２０２は、反射光に対して、信号光と参照光との間にπの位相差を発生させる。

ＢＳ１２０２を透過した光は、偏光子１２０５に入射する。偏光子１２０５は、入射した光のうち４５度偏光のみを透過させる。偏光子１２０５を透過した光は、第１の検出器１２０８によって検出される。このとき、第１の検出器１２０８によって検出された光は、ＢＳ１２０１で反射されているため、信号光と参照光との間にπの位相差を有する。

次に、ＢＳ１２０２を反射した光は、位相板１２０６に入射する。位相板１２０６は、入射した光に対し、信号光と参照光との間に５π／３の位相差を発生させる。ここで、ＢＳ１２０１での反射による位相差と、ＢＳ１２０２での反射による位相差とを合わせた、信号光と参照光との間に１１π／３（＝５π／３）の位相差を有する光は、偏光子１２０４に入射する。偏光子１２０４は、入射した光のうち４５度偏光のみを透過させる。偏光子１２０４を透過した光は、第２の検出器１２０９によって検出される。

次に、ＢＳ１２０１を透過した光は、位相板１２０７に入射する。位相板１２０７は、入射した光に対し、信号光と参照光との間にπ／３の位相差を発生させる。信号光と参照光との間にπ／３の位相差を有する光は、偏光子１２０３に入射する。偏光子１２０３は、入射した光のうち４５度偏光のみを透過させる。偏光子１２０３を透過した光は、第３の検出器１２１０によって検出される。ここで、第１の検出器１２０８、第２の検出器１２０９及び第３の検出器１２１０で検出される信号（光の強度）Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｃは以下の式（３３）〜式（３５）のようになる。

検出信号処理部１２１１は、以下の式（３６）及び式（３７）に基づいて、第１の検出器１２０８、第２の検出器１２０９及び第３の検出器１２１０で検出された信号Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｃからｃｏｓ成分（ＡｃｏｓΔφ）とｓｉｎ成分（ＡｓｉｎΔφ）とを算出する。

検出信号処理部１２１１は、算出したｃｏｓ成分とｓｉｎ成分とをそれぞれ自乗し、自乗したｃｏｓ成分と自乗したｓｉｎ成分とを加算することで、上記の式（２９）と同じ干渉光検出信号を得ることが可能である。

なお、本実施の形態１において、検出信号処理部６００，１１００，１２１１は、１つの干渉光検出信号を出力しているが、各検出信号処理部６００，１１００，１２１１は、処理途中段階の信号を出力してもよい。例えば、検出信号処理部６００は、２つの信号を出力してもよく、差動演算部６０１からの出力（ｃｏｓ差動信号）と、差動演算部６０２からの出力（ｓｉｎ差動信号）とを出力してもよい。

また、本実施の形態１において、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、いずれも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各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。

また、本実施の形態１において、分割前のレーザ光の光路、信号光の光路、参照光の光路及び干渉光検出部５００の一部又は全部が、光導波路、電気回路及び電子回路が一体となった一つのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）に集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態１において、図１を用いて、光ピックアップ４００内の各光学素子の位置関係について説明し、空気中換算光路長が上記の式（７）、式（８）及び式（９）を満たせばよいとしているが、レーザ光源４０１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、空気中換算光路長が下記の式（３８）、式（３９）及び式（４０）を満たすように光ピックアップ４００内の各光学素子（レーザ光源４０１、偏光ビームスプリッタ４０４及び参照光ミラー４１０）が配置又は制御されればよい。

また、本実施の形態１において、図１を用いて、光ピックアップ４００内の各光学素子の位置関係について説明し、空気中換算光路長が上記の式（７）、式（８）及び式（９）を満たせばよいとしているが、必ずしも光ピックアップ４００内の各光学素子の配置又は位置制御に限られない。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、空気中換算光路長が上記の式（７）、式（８）及び式（９）を満たすようにすれば同様な効果が得られる。

また、空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄは、レーザ光源４０１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、とりうる空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄの全体の平均値（Ｌ_{ｌｄ（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（Ｌ_ｌｄ０）など、適当な一つの空気中内部共振器長を求めて、上記の式（７）、式（８）及び式（９）の空気中内部共振器長Ｌ_ｌｄに当てはめてもよい。

また、信号光の空気中換算光路長Ｌ_ｓｉｇは、光ディスク４０７が複数の反射層を有する場合は、ＰＢＳ４０４の分割面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）までの光路長とするか、ＰＢＳ４０４の分割面から各反射層までの光路長の平均値としてもよい。

（実施の形態２）
図１５は、本発明の実施の形態２における光ディスク装置の概略構成を示す図である。図１５において、図１、図５及び図６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。

光ディスク装置１３００は、情報が記録されている光ディスク４０７を光ディスク装置１３００に挿入し、光ディスク４０７から生成したクロック信号を用いて、光ディスク４０７の反射層４０８に記録されている情報を再生する。

図１５において、光ディスク装置１３００は、光ピックアップ４００と、信号処理部１３０１と、コントローラ部１３０２と、回転制御部１３０３と、ディスク回転モータ１３０４と、光ピックアップ制御部１３０５と、光ピックアップ駆動部１３０６とを備える。光ピックアップ４００の構成は、実施の形態１の構成と同様である。

信号処理部１３０１は、光ピックアップ４００から出力された干渉光検出信号に対して、フィルタ処理、波形等化処理、復調及びエラー訂正などを行うことにより、再生データ、アドレスデータ又はクロック信号などの各種信号を得る。また、信号処理部１３０１は、光ピックアップ４００から得られた信号から、フォーカスエラー信号又はトラッキングエラー信号などのサーボエラー信号を生成し、コントローラ部１３０２に出力する。

コントローラ部１３０２は、信号処理部１３０１から入力された各種信号、及びユーザからの命令に基づいて、回転制御部１３０３、光ピックアップ制御部１３０５及び光ピックアップ駆動部１３０６へ各種制御信号を出力する。また、コントローラ部１３０２は、信号処理部１３０１から受け取った再生データをユーザデータとして、光ディスク装置１３００の上位の装置へ出力する。

回転制御部１３０３は、コントローラ部１３０２から受け取った制御信号に基づいて、ディスク回転モータ１３０４の回転数を制御する制御信号を出力する。ディスク回転モータ１３０４は、回転制御部１３０３から受け取った制御信号に従った回転数で光ディスク４０７を回転させる。

光ピックアップ制御部１３０５は、コントローラ部１３０２から受け取ったフォーカス制御信号、トラッキング制御信号及びレーザ制御信号に基づいて、光ピックアップ４００内の各部を制御する制御信号を出力する。フォーカス制御信号により、光ピックアップ４００内の対物レンズ４０６の焦点位置が、反射層４０８付近になるように制御される。また、トラッキング制御信号により、光ピックアップ４００内の対物レンズ４０６の焦点が、反射層４０８に形成されるトラックを追従するように制御される。また、レーザ制御信号により、光ピックアップ４００内のレーザ光源４０１のレーザパワー又は発振波長が制御される。光ピックアップ駆動部１３０６は、コントローラ部１３０２から受け取った制御信号に基づいて、指定された光ディスク４０７の半径位置に移動するように、光ピックアップ４００の位置を制御する。

かかる構成によれば、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、従来の光ピックアップに比べて、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に対しても、再生信号の高Ｓ／Ｎ化が図られた光ピックアップを搭載した光ディスク装置を実現することが可能となる。

なお、本実施の形態１において、光ピックアップが、図５、図６、図１２、図１３及び図１４に示す検出信号処理部を備えているが、信号処理部１３０１が検出信号処理部の一部を備えて実現してもよい。例えば、信号処理部１３０１は、検出信号処理部６００における、自乗演算部６０３、自乗演算部６０４及び加算演算部６０５を備えてもよい。

また、本実施の形態２において、図１５を用いて、情報の再生のみを行う光ディスク装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、光ディスク装置は、情報の記録と再生との両方を行ってもよい。

また、本実施の形態２において、図１５には、光ディスク装置の概略構成を示しているが、信号処理部１３０１、コントローラ部１３０２、回転制御部１３０３及び光ピックアップ制御部１３０５の一部又は全部が同じＬＳＩに集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態１において、図１には、１つのレーザ光源を搭載した光ピックアップを示しているが、光ピックアップは、異なる発振波長の２つ以上のレーザ光源を搭載し、それぞれの発振波長に対応した複数種類の光ディスクに情報を記録及び再生してもよい。

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。

本発明の一局面に係る光ピックアップは、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を、光ディスクの反射部に集光させる信号光と、前記光ディスクには集光させない参照光とに分割するレーザ光分割部と、前記参照光を反射する参照光ミラーと、前記光ディスクの反射部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た干渉光を検出する干渉光検出部とを備え、前記レーザ光源の内部共振器長と前記レーザ光源の内部共振器屈折率との積によって得られる前記レーザ光源の空気中内部共振器長をＬ_ｌｄ、前記レーザ光源の出射端面から前記レーザ光分割部までの前記レーザ光の空気中換算光路長をＬ_ＢＳ、前記レーザ光分割部から前記光ディスクの前記反射部までの前記信号光の空気中換算光路長をＬ_ｓｉｇ、前記レーザ光分割部から前記参照光ミラーまでの前記参照光の空気中換算光路長をＬ_ｒｅｆ、前記レーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、前記レーザ光源、前記レーザ光分割部及び前記参照光ミラーは、下記の式（４１）〜（４３）を同時に満たす位置に配置される。

この構成によれば、レーザ光源は、レーザ光を出射する。レーザ光分割部は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、光ディスクの反射部に集光させる信号光と、光ディスクには集光させない参照光とに分割する。参照光ミラーは、参照光を反射する。干渉光検出部は、光ディスクの反射部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た干渉光を検出する。レーザ光源の内部共振器長とレーザ光源の内部共振器屈折率との積によって得られるレーザ光源の空気中内部共振器長をＬ_ｌｄ、レーザ光源の出射端面からレーザ光分割部までのレーザ光の空気中換算光路長をＬ_ＢＳ、レーザ光分割部から光ディスクの反射部までの信号光の空気中換算光路長をＬ_ｓｉｇ、レーザ光分割部から参照光ミラーまでの参照光の空気中換算光路長をＬ_ｒｅｆ、レーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、レーザ光源、レーザ光分割部及び参照光ミラーは、上記の式（４１）〜（４３）を同時に満たす位置に配置される。

したがって、式（４１）〜（４３）を満たすように、レーザ光源、レーザ光分割部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比の再生信号を得ることができる。

また、上記の光ピックアップにおいて、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。

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。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ので、干渉許容光路長ΔＬを容易に算出することができる。

また、上記の光ピックアップにおいて、前記式（４１）〜（４３）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。

また、上記の光ピックアップにおいて、前記式（４１）〜（４３）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。

この構成によれば、参照光ミラー駆動部は、式（４１）〜（４３）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を変更することが可能となるので、信号光の初期光路長の変化、又は中心発振波長の変化などに対応して、上記の式（４１）〜（４３）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。

本発明の他の局面に係る光ディスク装置は、上記のいずれかに記載の光ピックアップと、光ディスクを回転させるモータと、前記光ピックアップから得られる信号に基づいて、前記モータ及び前記光ピックアップを制御する制御部とを備える。この構成によれば、上記の光ピックアップを光ディスク装置に適用することができる。

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または実施例は、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。

本発明にかかる光ピックアップ及び光ディスク装置は、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比の再生信号を得ることができ、強度又は位相が変調された信号光と、参照光と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光ピックアップ及び光ディスク装置として有用である。

Claims (5)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザ光を、光ディスクの反射部に集光させる信号光と、前記光ディスクには集光させない参照光とに分割するレーザ光分割部と、
   前記参照光を反射する参照光ミラーと、
   前記光ディスクの反射部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た干渉光を検出する干渉光検出部とを備え、
   前記レーザ光源の内部共振器長と前記レーザ光源の内部共振器屈折率との積によって得られる前記レーザ光源の空気中内部共振器長をＬ_ｌｄ、前記レーザ光源の出射端面から前記レーザ光分割部までの前記レーザ光の空気中換算光路長をＬ_ＢＳ、前記レーザ光分割部から前記光ディスクの前記反射部までの前記信号光の空気中換算光路長をＬ_ｓｉｇ、前記レーザ光分割部から前記参照光ミラーまでの前記参照光の空気中換算光路長をＬ_ｒｅｆ、前記レーザ光の干渉許容光路長をΔＬとしたとき、
   前記レーザ光源、前記レーザ光分割部及び前記参照光ミラーは、下記の式（１）〜（３）を同時に満たす位置に配置されることを特徴とする光ピックアップ。
   

   

   

   
2. 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１記載の光ピックアップ。
3. 前記式（１）〜（３）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１又は２記載の光ピックアップ。
4. 前記式（１）〜（３）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１〜３のいずれかに記載の光ピックアップ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光ピックアップと、
   光ディスクを回転させるモータと、
   前記光ピックアップから得られる信号に基づいて、前記モータ及び前記光ピックアップを制御する制御部とを備えることを特徴とする光ディスク装置。

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