変調信号検出装置及び変調信号検出方法

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、光バス及び光ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）などに応用可能な技術である。

大容量の情報記録媒体として光ディスク媒体は幅広く用いられている。 光ディスク媒体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。

光ディスク媒体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）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媒体のうちＢＤ−ＸＬは３つ又は４つ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。

これらのような、光ディスク媒体の大容量化が進められることによって、特に多層化では、光ディスク媒体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、光ディスク媒体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。

光ディスク媒体の再生信号の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（例えば、特許文献１参照）。 この検出方式では、レーザからの光が、光ディスク媒体に照射する光（ディスク光）と、光ディスク媒体に照射しない光（参照光）とに分岐され、光ディスク媒体からの反射光（信号光）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。 これにより、原理的には、参照光の強度が可能な範囲内で強くなるので、光検出器で生じるアンプノイズ又はショットノイズなどに対してＳ／Ｎをより高くすることが可能となる。

この技術は、微小な信号光を高いＳ／Ｎで検出できるというメリットはある。 しかし、光の干渉が用いられるため、信号光の光路長と参照光の光路長との差が変動すると、信号光と参照光との光の位相関係が変わってしまい、再生される信号のノイズ成分となる。 例えば、光路差の変動には、光ディスク媒体の回転時に発生する面ぶれなどがある。 このため、新たな工夫が必要となり、特許文献２及び特許文献３にはその解決手段が開示されている。

図２８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。 特許文献２では、信号光と参照光との光路長差の安定化を図るために、図２８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、光ディスク媒体１０１の回転時の面ぶれなどによる光路長の変動、又は温度などの周囲環境変化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。

また、特許文献３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、光ディスク媒体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。 また、特許文献４には、４つの検出器上で、信号光と参照光との位相関係をそれぞれ９０度ずつずらすことで、位相変動に関係なく信号成分を安定して取り出す方式が述べられている。

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信号光の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、レーザが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。

図２９及び図３０は、光ディスク媒体での信号光変調について説明するための図である。 図２９は、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り、図３０は、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。

従来の光ディスク媒体２０１では、主に、図２９に示すような記録面２０１ａの反射率がレーザ光の照射により変化されることで、反射光の強度が変調し、情報が記録される。 すなわち、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、情報が記録されている。 例えば、光ディスク媒体２０１は、書換型又は追記型のＣＤ、ＤＶＤ又はＢｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃなどである。

ここで、光の干渉を用いれば、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３０に示すように、記録面２０３ａにおける光の反射する位置に溝２０３ｇ又は孔２０３ｈが形成されることで、反射光の位相が変調され、情報が記録される。 すなわち、記録面２０３ａ内に、透過率又は屈折率を変化させた連続した溝２０３ｇ又は不連続な孔２０３ｈが形成されることで、情報が記録されている。 これらの溝２０３ｇ又は孔２０３ｈに信号光が照射されると、光ディスク媒体２０３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。

光の干渉を用いて位相を検出する場合、検出する信号光の位相と、干渉させる参照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、干渉させる参照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。

しかしながら、光の波長は、数μｍ〜４００ｎｍであり非常に短いため、参照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、参照光の光路長と信号光の光路長との差を数十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課題を有していた。 例えば、光ディスク媒体の場合は、光ディスク媒体の記録面のうねりの影響で、光ディスク媒体からの信号光の光路長は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２では、光学系を一体化して光ディスク媒体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。

しかしながら、特許文献２の構成では、光ディスク媒体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２の技術を実用化するには、光ディスク媒体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。

また、特許文献３の構成では、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３の構成においても、光ディスク媒体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課題は同じであり、実用化は非常に困難であった。

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媒体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一に正確に制御する技術が求められる。 光ディスク媒体、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。

また、特許文献４では、位相変調された光ディスク媒体の再生については明記されていない。 特許文献４の構成では、光の強度成分のみを検出した場合、信号成分を含んだ位相成分が除去されてしまう。 また、差動演算後に自乗和を演算するのではなく、コサインとサインとから求められるタンジェントの逆数を求め、光の位相成分のみを検出した場合、検出した光の位相成分には、光路長変動に伴ったノイズ成分が含まれてしまい、ノイズ成分を除去しなければならなくなる。

図３１は、光の位相成分をアークタンジェントにより算出する例について説明するための図である。 タンジェントの逆数であるアークタンジェントの計算値は、図３１に示すように、２π周期で不連続な部分を有している。 このため、数μｍ〜４００ｎｍの非常に短い波長の位相変調のレンジに対して、光路長変動のレンジが非常に大きい場合に、光路長変動による位相ノイズ成分によりアークタンジェントの出力位相が不連続部分をまたいでしまい、正しい出力が得られなくなる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、高いＳ／Ｎ比の変調信号を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。

本発明の一局面に係る変調信号検出装置は、位相変調された信号光と位相変調されていない参照光との位相差成分に基づいた信号から変調信号成分を検出する変調信号検出装置であって、前記位相差成分に含まれる位相差誤差成分を検出し、検出した前記位相差誤差成分に基づいて、前記位相差成分を余弦関数の角度とした第１の信号と、前記第１の信号に対して前記余弦関数の角度が略π／２異なる第２の信号とを補正する補正部と、前記補正部によって補正された前記第１の信号及び前記第２の信号から位相差成分を演算する位相演算部とを備え、前記補正部は、極座標平面上において前記第１の信号と前記第２の信号とで示される座標点を前記位相差誤差成分に相当する角度で回転させることにより、補正された前記第１の信号及び前記第２の信号を得る。

この構成によれば、補正部は、位相差成分に含まれる位相差誤差成分を検出し、検出した位相差誤差成分に基づいて、位相差成分を余弦関数の角度とした第１の信号と、第１の信号に対して余弦関数の角度が略π／２異なる第２の信号とを補正する。 位相演算部は、補正部によって補正された第１の信号及び第２の信号から位相差成分を演算する。 そして、補正部は、極座標平面上において第１の信号と第２の信号とで示される座標点を位相差誤差成分に相当する角度で回転させることにより、補正された第１の信号及び第２の信号を得る。

本発明によれば、位相変調された信号光と位相変調されていない参照光との位相差成分から、信号光と参照光との光路差変動により発生した位相ノイズ成分である位相差誤差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。

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における位相差演算部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態１における位相差補正部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態１において、極座標平面上での位相差補正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における位相差誤差検出部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態１の第１の変形例における位相差補正部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態１の第２の変形例における位相差補正部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態１の第３の変形例における位相差誤差検出部の構成を示す図である。

図１に示す位相差演算部における位相差演算処理の一例を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態２における位相差演算部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態２における位相差補正部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態３における位相差演算部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態３における位相差補正部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態４における光ディスク装置の構成を示す図である。

本発明の実施の形態４における干渉光検出部の具体的な構成を示す図である。

本発明の実施の形態４における信号処理部の具体的な構成を示す図である。

本発明の実施の形態４において、３つの検出器を備える干渉光検出部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態５における光ディスク装置の構成を示す図である。

本発明の実施の形態５における干渉光検出部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態５における位相差演算部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態６における光伝送システムの全体構成を示す図である。

図２０に示す光送信器の構成を示す図である。

図２１に示す送信光変調部の一例を示す図である。

図２０に示す変調信号検出装置の構成を示す図である。

本発明の実施の形態６における変調信号検出装置の別の構成を示す図である。

本発明の実施の形態６における光伝送システムの別の構成を示す図である。

本発明の実施の形態７における位相差演算部の構成を示す図である。

本発明の実施の形態７における干渉光検出部の構成を示す図である。

従来の干渉型の光ディスク装置の構成を示す図である。

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。

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。

光の位相成分をアークタンジェントにより算出する例について説明するための図である。

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。

（実施の形態１）
図１、図２及び図４は、本発明の実施の形態１における変調信号検出装置の構成を示す概略図である。 以下、本実施の形態１について具体的に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における位相差演算部の構成を示す図である。 図１において、位相差演算部１０は、位相差補正部３と、位相演算部６と、位相差誤差検出部８とを備える。 コサイン成分１とサイン成分２とが、位相差補正部３に入力される。 コサイン成分１は、参照光と信号光との位相差（光路差）Δφを有する。 サイン成分２は、コサイン成分１と振幅がほぼ同じであり、コサイン成分１とほぼπ／２ずれた位相差を有する。

ここで、コサイン成分１とサイン成分２との位相差のずれを、ほぼπ／２位相差としているのは、光学素子の精度又はばらつきなどを考慮するためである。 一般的に、信号光と参照光との位相差成分Δφを位相項に持つコサイン成分１の信号及びサイン成分２の信号を検出するために、波長板、偏光子及びビームスプリッタなどの光学素子が用いられる。 例えば、λ／２板は、必ずしもλ／２の位相差を生じさせるわけではなく、（λ／２）＋Δλの位相差を生じさせることがある。 このとき、コサイン成分１は、ｃｏｓ（Δφ＋Δθ _１ ）となり、サイン成分２は、ｓｉｎ（Δφ＋Δθ _２ ）となる。

このようなコサイン成分１とサイン成分２との理想的な位相差ずれπ／２により、光学素子の精度又はばらつきによって加えられる位相差ずれ（Δθ _１ −Δθ _２ ）は、再生信号のＳ／Ｎが許される範囲であれば、本発明の効果を得ることが可能である。 例えば、信号が±πの範囲で、４値（−π＜Δφ≦−π／２、−π／２＜Δφ≦０、０＜Δφ≦π／２、π／２＜Δφ≦π）に変調される場合、光路差変動などによって生じる位相ノイズ成分が全くないとき、光学素子の精度又はばらつきによって加えられる位相差ずれは±π／４の範囲で許容可能である。 本実施の形態１では、このコサイン成分１とサイン成分２との位相差のずれはほぼπ／２とし、再生信号のＳ／Ｎが許される範囲内に収まっており、光学素子の精度又はばらつきなどが問題にならない程度として説明をする。

位相差補正部３は、位相差誤差検出部８から出力される位相差誤差成分δを用いて、位相差補正コサイン成分４と位相差補正サイン成分５とを生成する。 生成された位相差補正コサイン成分４と位相差補正サイン成分５とは、位相演算部６に入力される。 位相演算部６は、位相差成分７を出力する。 位相差誤差検出部８は、出力された位相差成分７に基づいて位相差誤差成分δを生成するフィードバック制御を行う。

すなわち、位相差誤差検出部８は、位相差成分Δφに含まれる位相差誤差成分を検出する。 位相差補正部３は、位相差誤差検出部８によって検出された位相差誤差成分に基づいて、位相差成分Δφを余弦関数の角度とした第１の信号（コサイン成分１）と、第１の信号に対して余弦関数の角度が略π／２異なる第２の信号（サイン成分２）とを補正する。 位相演算部６は、位相差補正部３によって補正された第１の信号（位相差補正コサイン成分４）及び第２の信号（位相差補正サイン成分５）から変調信号成分を演算する。 また、位相差誤差検出部８は、位相演算部６によって演算された位相差成分から位相差誤差成分を検出する。

ここで、位相差成分Δφは、信号光の位相を変調した信号成分φ _ｓｉｇと、信号光と参照光との光路差変動などにより発生した位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}との両方を含んでいる。 位相差成分Δφは、下記の式（１）で表される。

Δφ＝φ _ｓｉｇ ＋φ _{ｎｏｉｓｅ}・・・・（１）

ここで、光の波長をλとし、位相ノイズの要因となる光路差変動をΔＬとすると、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}は、下記の式（２）で表される。

φ _{ｎｏｉｓｅ} ＝２π（ΔＬ／λ）・・・・（２）

光の波長λは、数μｍ〜４００ｎｍと非常に短く、例えば光ディスク媒体の記録面のうねりによる光路差変動ΔＬは、数百μｍと非常に大きい。 例えば、４００ｎｍの波長の光が用いられ、信号成分φ _ｓｉｇのレンジが一波長分（２π）であり、記録面のうねりの振幅が２００μｍであるとき、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}のレンジは５００πとなる。 このことより、信号成分φ _ｓｉｇに比べて位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}は非常に大きな値となることがわかる。 位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}が非常に大きいため、コサイン成分１（第１の信号Ｘ _１ ）とサイン成分２（第２の信号Ｘ _２ ）とが直接位相演算部６に入力されると、位相差成分Δφが位相演算部６におけるアークタンジェント演算の２π周期の不連続部分を越えてしまい、アークタンジェント演算により算出される位相が不連続となってしまう。 そこで、位相差補正部３は、位相差成分Δφがアークタンジェント演算の２π周期の不連続部分を越えないように位相差を補正する。

次に、図２を用いて、位相差補正部３について説明する。 図２は、本発明の実施の形態１における位相差補正部の構成を示す図である。 位相差補正部３は、アンプ１１，１２，１３，１４と、加算演算部１５，１６と、第１の誤差補正ゲイン演算部１７と、第２の誤差補正ゲイン演算部１８とを備える。 位相差補正部３に入力されたコサイン成分１は、アンプ１１及びアンプ１３に入力される。 アンプ１１は、コサイン成分１をα倍し、アンプ１３は、コサイン成分１を−β倍する。 位相差補正部３に入力されたサイン成分２は、アンプ１２及びアンプ１４に入力される。 アンプ１２は、サイン成分２をα倍し、アンプ１４は、サイン成分２をβ倍する。

ここで、第１の誤差補正ゲイン演算部１７は、位相差誤差検出部８によって検出された位相差誤差成分δを用いて、誤差補正ゲインαを下記の式（３）により算出する。 第２の誤差補正ゲイン演算部１８は、位相差誤差検出部８によって検出された位相差誤差成分δを用いて、誤差補正ゲインβを下記の式（４）により算出する。

α＝ｃｏｓδ・・・・（３）
β＝ｓｉｎδ・・・・（４）

加算演算部１５は、α倍されたコサイン成分１と、β倍されたサイン成分２とを加算する。 これにより、加算演算部１５は、下記の式（５）で表される位相差補正コサイン成分４を出力する。

αＸ _１ ＋βＸ _２ ＝αＡｃｏｓΔφ＋βＡｓｉｎΔφ＝Ａｃｏｓ（Δφ−δ）・・・・（５）

加算演算部１６は、α倍されたサイン成分２と、−β倍されたコサイン成分１とを加算する。 これにより、加算演算部１６は、下記の式（６）で表される位相差補正サイン成分５を出力する。

αＸ _２ −βＸ _１ ＝αＡｓｉｎΔφ−βＡｃｏｓΔφ＝Ａｓｉｎ（Δφ−δ）・・・・（６）

式（５）と式（６）とは、コサイン成分１とサイン成分２とに、それぞれ位相差誤差成分δに基づいて演算されたゲインを乗じて加算することで、位相差成分Δφから位相差誤差成分δが除去された位相差補正コサイン成分４（第１の位相差補正信号Ｙ _１ ）と位相差補正サイン成分５（第２の位相差補正信号Ｙ _２ ）とが得られることを表している。

上記の位相差補正について、図３に示す極座標平面を用いてさらに説明する。 図３は、本発明の実施の形態１において、極座標平面上での位相差補正について説明するための図である。

コサイン成分１（第１の信号Ｘ _１ ）とサイン成分２（第２の信号Ｘ _２ ）とで示された座標点をＸ、位相差補正コサイン成分４（第１の位相差補正信号Ｙ _１ ）と位相差補正サイン成分５（第２の位相差補正信号Ｙ _２ ）とで示された座標点をＹとする。 座標点Ｙは、極座標平面上で、座標点Ｘを位相差誤差成分δに相当する角度で回転させた座標となる。

すなわち、位相差補正部３は、極座標平面上において第１の信号Ｘ _１と第２の信号Ｘ _２とで示される座標点を位相差誤差成分δに相当する角度で回転させることにより、第１の位相差補正信号Ｙ _１及び第２の位相差補正信号Ｙ _２を得る。 位相差補正部３は、検出された位相差誤差成分δに基づいて第１の誤差補正ゲインα及び第２の誤差補正ゲインβを生成し、上記の式（５）及び（６）に基づいて、補正された第１の信号Ｘ _１及び第２の信号Ｘ _２を表す第１の位相差補正信号Ｙ _１及び第２の位相差補正信号Ｙ _２を生成する。 そして、位相演算部６は、第１の位相差補正信号Ｙ _１及び第２の位相差補正信号Ｙ _２から位相差成分を演算する。

次に、位相演算部６について説明する。 位相演算部６は、入力された位相差補正コサイン成分４と位相差補正サイン成分５とから、下記の式（７）に基づいて位相差成分７を演算する。

ａｒｃｔａｎ｛Ａｓｉｎ（Δφ−δ）／Ａｃｏｓ（Δφ−δ）｝＝Δφ−δ・・・・（７）

次に、図４を用いて、位相差誤差検出部８について説明する。 図４は、本発明の実施の形態１における位相差誤差検出部の構成を示す図である。 図４において、位相差誤差検出部８は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１と、アンプ２２とを備える。 位相差誤差検出部８には、位相演算部６によって演算された位相差成分７が入力される。 ＬＰＦ２１は、位相差誤差検出部８に入力された位相差成分７から、信号成分φ _ｓｉｇに対して低い周波数帯域の成分である位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}を出力する。 あるいは、ＬＰＦ２１は、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}と位相差誤差成分δとの差分を出力する。

すなわち、ＬＰＦ２１は、位相差成分から位相差誤差成分に対応する周波数帯域を抽出する。 また、ＬＰＦ２１は、位相差成分から、位相差成分に含まれる変調信号成分に対応する周波数帯域よりも低い位相差誤差成分に対応する周波数帯域を抽出する。

アンプ２２は、ＬＰＦ２１から出力された位相差誤差成分をγ倍し、位相差補正部３へ出力する。 このとき、ゲイン値γは、位相差誤差検出部８の伝達関数をＨとしたとき、図１の位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８で構成される閉ループ特性１／（１＋Ｈ）が安定となるような範囲内で任意の値とする。

かかる構成によれば、位相差補正部３は、以下の式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御することが可能となる。 その結果、信号成分φ _ｓｉｇに比べて非常に大きい位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}のレンジによらず、アークタンジェント演算の不連続が起こらない変調信号の再生が可能となる。

Δφ＝φ _ｓｉｇ ＋φ _{ｎｏｉｓｅ} −δ・・・・（８）

また、本実施の形態１の位相差誤差検出部８は、ナノメータオーダである±πの範囲の微小変動から、マイクロメータオーダの±数百πの大きな変動まで、連続的に検出可能である。 そのため、アクチュエータで追随させることは非常に困難であるナノメータオーダの位相ノイズ成分の抑制も可能であり、高Ｓ／Ｎの再生が可能となる。

なお、本実施の形態１において、位相差補正部３及び位相差誤差検出部８が補正部の一例に相当し、位相演算部６が位相演算部の一例に相当し、ＬＰＦ２１がローパスフィルタの一例に相当し、位相差誤差検出部８が位相差誤差検出部の一例に相当し、位相差補正部３が位相差補正部の一例に相当する。

また、本実施の形態１において、位相差補正部３について図２を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 信号成分と位相ノイズ成分とを含む位相差成分Δφを持ったコサイン成分とサイン成分とが、位相差誤差成分δを用いて、位相差補正コサイン成分と位相差補正サイン成分とに補正される構成であればよい。 例えば、図２に示した第１の誤差補正ゲイン演算部１７及び第２の誤差補正ゲイン演算部１８は、上記の式（３）及び式（４）を用いるのではなく、ルックアップテーブルなどを用いて、誤差補正ゲインα及びβを決定してもよい。

また、図２に示す位相差補正部３では、コサイン成分１をアンプ１３で−β倍し、−β倍されたコサイン成分１とα倍されたサイン成分２とを加算演算部１６で加算させているが、コサイン成分１をアンプ１３でβ倍し、α倍されたサイン成分２からβ倍されたコサイン成分１を加算演算部１６で減算させてもよい。 この場合、本実施の形態１と同様な効果が得られる。

また、図５は、本実施の形態１の第１の変形例における位相差補正部の構成を示す図である。 図５に示すように、位相差補正部３は、アンプ１１，１２，１３，１４と、加算演算部１５，１６と、第１の誤差補正ゲイン演算部１７と、第３の誤差補正ゲイン演算部３１と、誤差補正ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３２とを備える。

第１の誤差補正ゲイン演算部１７は、誤差補正ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３２を参照し、位相差誤差成分δから誤差補正ゲインαを演算する。 第１の誤差補正ゲイン演算部１７は、演算した誤差補正ゲインαをアンプ１１，１２及び第３の誤差補正ゲイン演算部３１へ出力する。 第３の誤差補正ゲイン演算部３１は、誤差補正ＬＵＴ３２を参照し、入力された誤差補正ゲインαから、位相をπ／２シフトさせた値を誤差補正ゲインβとして演算する。 第３の誤差補正ゲイン演算部３１は、演算した誤差補正ゲインβをアンプ１３，１４へ出力する。 この場合、本実施の形態１と同様な効果が得られる。

また、図６は、本実施の形態１の第２の変形例における位相差補正部の構成を示す図である。 図６に示すように、位相差補正部３は、乗算部４１，４２，４３，４４と、加算演算部１５，１６と、第１の誤差補正ゲイン演算部１７と、第２の誤差補正ゲイン演算部１８とを備える。 コサイン成分１及びサイン成分２は、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータである。 この場合、図６に示すように、乗算部４１は、コサイン成分１に誤差補正ゲインαを乗算し、乗算部４２は、サイン成分２に誤差補正ゲインαを乗算し、乗算部４３は、コサイン成分１に誤差補正ゲインβを乗算し、乗算部４４は、サイン成分２に誤差補正ゲインβを乗算してもよい。

なお、本実施の形態１において、位相演算部６は、上記の式（７）を用いて位相差成分７を生成しているが、本発明はこれに限定されない。 例えば、位相演算部６は、アークタンジェント演算の結果得られる位相差成分７を予め保持するルックアップテーブルを備えてもよい。 位相演算部６は、ルックアップテーブルを用いて位相差補正コサイン成分４及び位相差補正サイン成分５を位相差成分７に変換してもよい。 また、位相演算部６は、以下の式（９）又は式（１０）のように、場合分けを行って位相差成分７を演算してもよい。

なお、本実施の形態１において、位相差誤差検出部８について図４を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 位相差誤差検出部８は、図１の位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８で構成される閉ループ特性が安定であり、上記の式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御できる構成であればよい。 例えば、ＬＰＦ２１は、一次のＬＰＦでもよいし、二次以上のＬＰＦでもよい。 また、ＬＰＦ２１が二次以上のＬＰＦである場合、閉ループ特性を安定化するために、位相差誤差検出部８は、位相補償部を備えてもよい。 また、位相差誤差検出部８は、ＬＰＦ２１の代わりに積分器を備えてもよい。

また、図７は、本実施の形態１の第３の変形例における位相差誤差検出部の構成を示す図である。 図７に示すように、位相差誤差検出部８は、ＬＰＦ２１と、アンプ２２と、積算器２３とを備える。 積算器２３は、アンプ２２からの出力を積算し、積算した値を位相差補正部３へ出力する。 すなわち、位相差誤差検出部８は、位相差誤差成分を所定のγ倍し、γ倍した位相差誤差成分を積算する。 そして、位相差補正部３は、積算した位相差誤差成分に基づいて第１の誤差補正ゲインα及び第２の誤差補正ゲインβを生成する。 この場合も、本実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態１において、位相差誤差検出部８のＬＰＦ２１によって、信号成分以外のノイズ成分が分離されるが、本発明はこれに限定されない。 位相差誤差検出部８は、信号成分以外のノイズ成分を分離できる構成を備えていればよい。 例えば、位相差誤差検出部８は、信号成分の周波数帯域を取り除くことが可能な帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）又はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を備えてもよい。 また、位相差誤差検出部８は、フーリエ変換を用いて、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、信号成分以外のノイズ成分を分離してもよい。

また、本実施の形態１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の記録面のうねりについて説明したが、温度変化などを変動要因とする、変調信号よりも低い周波数帯域の変動成分に関しても、本実施の形態１の構成によりキャンセルすることが可能である。

また、本実施の形態１において、位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８が、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、位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８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８は、図１に示す位相差演算部における位相差演算処理の一例を示すフローチャートである。 例えば、位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８のプログラムは、図８に示すフローチャートで表される。

まず、ステップＳ１において、位相差補正部３は、コサイン成分１（ＡｃｏｓΔφ）とサイン成分２（ＡｓｉｎΔφ）との入力を受け付ける。

次に、ステップＳ２において、位相差補正部３は、コサイン成分１に誤差補正ゲインαを乗算した値と、サイン成分２に誤差補正ゲインβを乗算した値とを加算し、位相差補正コサイン成分４（Ａｃｏｓ（Δφ−δ））を算出するとともに、コサイン成分１に誤差補正ゲインβを乗算した値から、サイン成分２に誤差補正ゲインαを乗算した値を減算し、位相差補正サイン成分５（Ａｓｉｎ（Δφ−δ））を算出する。

次に、ステップＳ３において、位相演算部６は、位相差補正サイン成分５を位相差補正コサイン成分４で除算した値のアークタンジェントを演算することにより、位相差成分７（Δφ−δ）を演算する。

次に、ステップＳ４において、位相演算部６は、演算した位相差成分７を変調信号として位相差演算部１０の外部に出力するとともに、演算した位相差成分７を位相差誤差検出部８に出力する。

次に、ステップＳ５において、制御部は、位相差演算処理を終了するか否かを判断する。 なお、制御部は、位相差演算部１０の内部又は外部に設けられる。 ここで、位相差演算処理を終了すると判断された場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、位相差演算処理が終了する。

一方、位相差演算処理を終了しないと判断された場合（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ６において、位相差誤差検出部８は、位相演算部６によって演算された位相差成分７から位相差誤差成分δを検出する。 例えば、位相差誤差検出部８は、δ＝γ∫（Δφ−δ）ｄφの式に基づいて、位相差誤差成分δを検出する。

次にステップＳ７において、第１の誤差補正ゲイン演算部１７は、位相差誤差検出部８によって検出された位相差誤差成分δを用いて、誤差補正ゲインαを上記の式（３）により算出し、第２の誤差補正ゲイン演算部１８は、位相差誤差検出部８によって検出された位相差誤差成分δを用いて、誤差補正ゲインβを上記の式（４）により算出する。 そして、ステップＳ１の処理に戻り、コサイン成分１（ＡｃｏｓΔφ）とサイン成分２（ＡｓｉｎΔφ）との入力が受け付けられる。

（実施の形態２）
図９及び図１０は、本発明の実施の形態２における変調信号検出装置の構成を示す概略図である。 以下、本実施の形態２について具体的に説明する。

図９及び図１０において、図１及び図２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。

図９は、本発明の実施の形態２における位相差演算部の構成を示す図である。 図９において、位相差演算部２０は、位相差補正部５１と、位相演算部６とを備える。 コサイン成分１とサイン成分２とが、位相差補正部５１に入力される。 コサイン成分１は、参照光と信号光との位相差（光路差）Δφを有する。 サイン成分２は、コサイン成分１と振幅がほぼ同じであり、コサイン成分１とほぼπ／２ずれた位相差を有する。 位相差補正部５１は、位相差誤差成分δを用いて、位相差補正コサイン成分５２と位相差補正サイン成分５３とを生成する。 生成された位相差補正コサイン成分５２と位相差補正サイン成分５３とは、位相演算部６に入力される。 位相演算部６は、位相差成分７を出力する。

次に、図１０を用いて、位相差補正部５１について説明する。 図１０は、本発明の実施の形態２における位相差補正部の構成を示す図である。 位相差補正部５１は、ＬＰＦ６１，６２と、アンプ６３，６４，６５，６６と、加算演算部６７，６８とを備える。 ＬＰＦ６１は、位相差補正部５１に入力されたコサイン成分１から、信号成分φ _ｓｉｇ以外の位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に従った信号を生成して出力する。 また、ＬＰＦ６２は、位相差補正部５１に入力されたサイン成分２から、信号成分φ _ｓｉｇ以外の位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に従った信号を生成して出力する。

ここで、ＬＰＦ６１及びＬＰＦ６２が、信号成分φ _ｓｉｇの周波数帯域と、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}の周波数帯域とを理想的に切り分けられる場合、以下の式（１１）が成り立つ。 そのため、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}そのものが位相差誤差成分δとして扱われ、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}を抑制することが可能となる。

δ＝φ _{ｎｏｉｓｅ}・・・・（１１）

ＬＰＦ６１によって生成された位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に従った信号は、アンプ６３，６４の誤差補正ゲインαとなり、ＬＰＦ６２によって生成された位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に従った信号は、アンプ６５，６６の誤差補正ゲインβとなる。 誤差補正ゲインα及び誤差補正ゲインβは、下記の式（１２）及び式（１３）で表される。

α＝Ａｃｏｓδ・・・・（１２）
β＝Ａｓｉｎδ・・・・（１３）

アンプ６３は、コサイン成分１をα倍し、アンプ６４は、サイン成分２をα倍し、アンプ６５は、コサイン成分１をβ倍し、アンプ６６は、サイン成分２をβ倍する。 アンプ６３，６４，６５，６６からの出力は、下記の式（１４）〜（１７）で表される。

アンプ６３からの出力：Ａ ^２ ｃｏｓΔφｃｏｓδ・・・・（１４）
アンプ６４からの出力：Ａ ^２ ｓｉｎΔφｃｏｓδ・・・・（１５）
アンプ６５からの出力：Ａ ^２ ｃｏｓΔφｓｉｎδ・・・・（１６）
アンプ６６からの出力：Ａ ^２ ｓｉｎΔφｓｉｎδ・・・・（１７）

加算演算部６７は、アンプ６３からの出力とアンプ６６からの出力とを加算する。 これにより、加算演算部６７は、下記の式（１８）で表される位相差補正コサイン成分５２を出力する。

Ａ ^２ ｃｏｓΔφｃｏｓδ＋Ａ ^２ ｓｉｎΔφｓｉｎδ＝Ａ ^２ ｃｏｓ（Δφ−δ）・・・・（１８）

加算演算部６８は、アンプ６４からの出力からアンプ６５からの出力を減算する。 これにより、加算演算部６８は、下記の式（１９）で表される位相差補正サイン成分５３を出力する。

Ａ ^２ ｓｉｎΔφｃｏｓδ−Ａ ^２ ｃｏｓΔφｓｉｎδ＝Ａ ^２ ｓｉｎ（Δφ−δ）・・・・（１９）

式（１８）と式（１９）とは、コサイン成分１とサイン成分２とに、それぞれ位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に相関のある位相差誤差成分δに従ったゲインを乗じて加減算することで、位相差成分Δφから位相差誤差成分δが除去された位相差補正コサイン成分５２と位相差補正サイン成分５３とが得られることを表している。

このように、位相差補正部５１は、第１の信号（コサイン成分１）から第１の位相差誤差成分（Ａｃｏｓδ）を検出し、第２の信号（サイン成分２）から第２の位相差誤差成分（Ａｓｉｎδ）を検出し、検出した第１の位相差誤差成分に基づいて第１の信号を補正し、検出した第２の位相差誤差成分に基づいて第２の信号を補正する。

かかる構成によれば、位相差補正部５１は、実施の形態１と同様に、式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御することが可能となる。 その結果、信号成分φ _ｓｉｇに比べて非常に大きい位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}のレンジによらず、アークタンジェント演算の不連続が起こらない変調信号の再生が可能となる。

また、本実施の形態２の位相差補正部５１は、実施の形態１の位相差誤差検出部８と同様に、ナノメータオーダである±πの範囲の微小変動から、マイクロメータオーダの±数百πの大きな変動まで、連続的に検出可能である。 そのため、アクチュエータで追随させることが非常に困難であるナノメータオーダの位相ノイズ成分の抑制も可能であり、高Ｓ／Ｎの再生が可能となる。

また、本実施の形態２では、実施の形態１の図２で示したような第１の誤差補正ゲイン演算部１７及び第１の誤差補正ゲイン演算部１８において、位相差誤差成分δに対するコサイン変換及びサイン変換が不要であり、位相ノイズ成分に従ったコサイン成分とサイン成分とを直接扱うことが可能となる。

なお、本実施の形態２において、位相差補正部５１が補正部の一例に相当し、位相演算部６が位相演算部の一例に相当する。

また、本実施の形態２において、ＬＰＦ６１から出力された信号が直接アンプ６３，６４のゲインとして用いられ、ＬＰＦ６２から出力された信号が直接アンプ６５，６６のゲインとして用いられているが、本発明はこれに限定されない。 例えば、ＬＰＦ６１及びＬＰＦ６２が、信号成分φ _ｓｉｇの周波数帯域と、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}の周波数帯域とを理想的に切り分けられない場合、式（１１）が満たされない。 そのため、アンプ６３，６４，６５，６６は、ＬＰＦ６１及びＬＰＦ６２の出力信号を任意の値γで増幅した値をゲインとすることで、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}の抑制が行われる構成としてもよい。

また、アンプ６３，６４，６５，６６は、ＬＰＦ６１及びＬＰＦ６２の出力信号の振幅成分Ａを正規化するような任意の値γで増幅した値をゲインとすることで、位相差補正部５１から出力される位相差補正コサイン成分５２及び位相差補正サイン成分５３の振幅成分が“Ａ”となるような構成としてもよい。 この正規化を行うときの値γは、コサイン成分１とサイン成分２とのそれぞれの自乗の和をとって得られる振幅成分Ａ ^２の平方根（√(Ａ ^２ )＝Ａ）の逆数（１／Ａ）を用いることで可能となる。

なお、本実施の形態２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の記録面のうねりについて説明したが、温度変化などを変動要因とする、変調信号よりも低い周波数帯域の変動成分に関しても、本実施の形態２の構成によりキャンセルすることが可能である。

また、本実施の形態２において、位相差補正部５１のＬＰＦ６１及びＬＰＦ６２によって、信号成分以外のノイズ成分が分離されるが、本発明はこれに限定されない。 位相差補正部５１は、信号成分以外のノイズ成分を分離できる構成であればよい。 例えば、位相差補正部５１は、信号成分の周波数帯域を取り除くことが可能な帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）又はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を備えてもよい。 また、位相差補正部５１は、フーリエ変換を用いて、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、信号成分以外のノイズ成分を分離してもよい。

また、本実施の形態２において、位相差補正部５１及び位相演算部６が、一つのＬＳＩに集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態２において、位相差補正部５１及び位相演算部６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。

（実施の形態３）
図１１及び図１２は、本発明の実施の形態３における変調信号検出装置の構成を示す概略図である。 以下、本実施の形態３について具体的に説明する。

図１１及び図１２において、図１及び図２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。

図１１は、本発明の実施の形態３における位相差演算部の構成を示す図である。 図１１において、位相差演算部３０は、位相差補正部７１と、位相演算部６とを備える。 コサイン成分１とサイン成分２とが、位相差補正部７１に入力される。 コサイン成分１は、参照光と信号光との位相差（光路差）Δφを有する。 サイン成分２は、コサイン成分１と振幅がほぼ同じであり、コサイン成分１とほぼπ／２ずれた位相差を有する。 位相差補正部７１は、位相差誤差成分δを用いて、位相差補正コサイン成分４と位相差補正サイン成分５とを生成する。 生成された位相差補正コサイン成分４と位相差補正サイン成分５とは、位相演算部６に入力される。 位相演算部６は、位相差成分７を出力する。

次に、図１２を用いて、位相差補正部７１について説明する。 図１２は、本発明の実施の形態３における位相差補正部の構成を示す図である。 位相差補正部７１は、アンプ８１，８２，８３，８４，８９，９０と、加算演算部８５，８６と、ＬＰＦ８７，８８とを備える。 アンプ８１は、コサイン成分１をα倍し、アンプ８２は、サイン成分２をα倍し、アンプ８３は、コサイン成分１をβ倍し、アンプ８４は、サイン成分２をβ倍する。 アンプ８１，８２，８３，８４は、位相差補正部７１に入力されたコサイン成分１とサイン成分２とにゲインを与えて出力する。 アンプ８１，８２，８３，８４からの出力は、下記の式（２０）〜（２３）で表される。

アンプ８１からの出力：ＡｃｏｓΔφｃｏｓδ・・・・（２０）
アンプ８２からの出力：ＡｓｉｎΔφｃｏｓδ・・・・（２１）
アンプ８３からの出力：ＡｃｏｓΔφｓｉｎδ・・・・（２２）
アンプ８４からの出力：ＡｓｉｎΔφｓｉｎδ・・・・（２３）

ここで、位相差誤差成分δは、ＬＰＦ８７，８８とアンプ８９，９０とによって生成される。 アンプ８１，８２の誤差補正ゲインα及びアンプ８３，８４の誤差補正ゲインβは、下記の式（２４）及び式（２５）で表される。

α＝ｃｏｓδ・・・・（２４）
β＝ｓｉｎδ・・・・（２５）

加算演算部８５は、アンプ８１からの出力とアンプ８４からの出力とを加算する。 これにより、加算演算部８５は、下記の式（２６）で表される位相差補正コサイン成分４を出力する。

ＡｃｏｓΔφｃｏｓδ＋ＡｓｉｎΔφｓｉｎδ＝Ａｃｏｓ（Δφ−δ）・・・・（２６）

加算演算部８６は、アンプ８２からの出力からアンプ８３からの出力を減算する。 これにより、加算演算部８６は、下記の式（２７）で表される位相差補正サイン成分５を出力する。

ＡｓｉｎΔφｃｏｓδ−ＡｃｏｓΔφｓｉｎδ＝Ａｓｉｎ（Δφ−δ）・・・・（２７）

式（２６）と式（２７）とは、コサイン成分１とサイン成分２とに、それぞれ位相差誤差成分δに基づいて演算されたゲインを乗じて加算することで、位相差成分Δφから位相差誤差成分δが除去された位相差補正コサイン成分４と位相差補正サイン成分５とが得られることを表している。

加算演算部８５，８６から出力された位相差補正コサイン成分４と位相差補正サイン成分５とは、ＬＰＦ８７，８８にそれぞれ入力される。 ＬＰＦ８７，８８は、信号成分φ _ｓｉｇに対して低い周波数帯域の成分である位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ} 、又は位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}と位相差誤差成分δとの差分が出力される。 アンプ８９，９０は、ＬＰＦ８７，８８から出力された位相差補正コサイン成分４及び位相差補正サイン成分５のそれぞれの位相差誤差成分に対してそれぞれγ倍する。 位相差誤差成分をγ倍した値が、アンプ８１，８２，８３，８４のゲインとして設定される。 このときのγの値は、ＬＰＦ８７とアンプ８９との組み合わせによる伝達関数をＨ _１ 、ＬＰＦ８８とアンプ９０との組み合わせによる伝達関数をＨ _２としたとき、位相差補正部７１内の閉ループ特性１／（１＋Ｈ _１ ）と１／（１＋Ｈ _２ ）とがともに安定となるような範囲で任意の値とする。

かかる構成によれば、位相差補正部７１は、実施の形態１と同様に、式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御することが可能となる。 その結果、信号成分φ _ｓｉｇに比べて非常に大きい位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}のレンジによらず、アークタンジェント演算の不連続が起こらない変調信号の再生が可能となる。

また、本実施の形態３の位相差補正部７１は、実施の形態１の位相差誤差検出部８と同様に、ナノメータオーダである±πの範囲の微小変動から、マイクロメータオーダの±数百πの大きな変動まで、連続的に検出可能である。 そのため、アクチュエータで追随させることが非常に困難であるナノメータオーダの位相ノイズ成分の抑制も可能であり、高Ｓ／Ｎの再生が可能となる。

なお、本実施の形態３において、位相差補正部７１が補正部の一例に相当し、位相演算部６が位相演算部の一例に相当する。

また、本実施の形態３において、位相差補正部７１について図１２を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 位相差補正部７１は、図１１の位相差補正部７１内のコサイン成分とサイン成分のそれぞれの閉ループ特性が安定であり、式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御できる構成であればよい。 例えば、ＬＰＦ８７，８８は、一次のＬＰＦでもよいし、二次以上のＬＰＦでもよい。 また、ＬＰＦ８７，８８が二次以上のＬＰＦである場合、閉ループ特性を安定化するために、位相差補正部７１は、位相補償部を備えてもよい。

また、位相差補正部７１は、ＬＰＦ８７，８８の代わりに積分器を備えてもよい。 また、位相差補正部７１は、アンプ８９，９０の出力を積算する積算器を備えてもよく、積算器によって積算された値をアンプ８１，８２，８３，８４へ出力してもよい。 この場合も、本実施の形態３と同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態３において、位相差補正部７１のＬＰＦ８７，８８によって、信号成分以外のノイズ成分が分離されるが、本発明はこれに限定されない。 位相差補正部７１は、信号成分以外のノイズ成分を分離できる構成であればよい。 例えば、位相差補正部７１は、信号成分の周波数帯域を取り除くことが可能な帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）又はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を備えてもよい。 また、位相差補正部７１は、フーリエ変換を用いて、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、信号成分以外のノイズ成分を分離してもよい。

また、本実施の形態３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の記録面のうねりについて説明したが、温度変化などを変動要因とする、変調信号よりも低い周波数帯域の変動成分に関しても、本実施の形態３の構成によりキャンセルすることが可能である。

また、本実施の形態３において、位相差補正部７１及び位相演算部６が、一つのＬＳＩに集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態３において、位相差補正部７１及び位相演算部６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。

（実施の形態４）
図１３及び図１４は、本発明の実施の形態４において、光ディスク媒体によって信号光が変調される変調信号検出装置の構成を示す図である。

図１４において、図１及び図２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。

図１３は、本発明の実施の形態４における光ディスク装置の構成を示す図である。 図１３において、光ディスク装置３００は、情報が記録されている光ディスク媒体３０１から生成したクロック信号を用いて、光ディスク媒体３０１からデータを再生したり、光ディスク媒体３０１にデータを記録したりする。

光ディスク装置３００は、ディスク回転モータ３０２と、光ヘッド駆動部３０４と、サーボ回路３０５と、光ヘッド部３０６と、信号処理部３１６とを備える。 サーボ回路３０５は、サーボエラー信号を用いて、対物レンズ３０７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３０８を制御する。 また、サーボ回路３０５は、光ヘッド部３０６が光ディスク媒体３０１の最適な半径位置に移動するように光ヘッド駆動部３０４を制御する。 また、サーボ回路３０５は、光ビームを照射する光ディスク媒体３０１上の半径位置に基づいて、ディスク回転モータ３０２の回転数を最適に制御する。

光ディスク媒体３０１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ている。 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。 光ディスク媒体３０１は、図３０に示す光ディスク媒体２０３と同じ構成である。 図３０では、光ディスク媒体において光の位相が変調される例を示している。 記録面２０３ａ内に、透過率又は屈折率を変化させた連続した溝２０３ｇ又は不連続な孔２０３ｈ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２０３ｇ又は孔２０３ｈに信号光が照射されると、光ディスク媒体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。 信号光は、光ディスク媒体３０１からの反射光である。

なお、本実施の形態４における光ディスク媒体３０１は、図３０に示す光ディスク媒体２０３に限定されず、信号光を反射する位置を変えた光ディスク媒体を用いてもよい。 例えば、光ディスク媒体３０１は、従来のＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ又はＢＤ−ＲＯＭのように２値に対応したピットの深さによって信号光の光量が異なる光ディスク媒体であってもよい。 この場合、ピットの深さを多値変調させることで、反射光の位相が変化する。 また、光ディスク媒体３０１は、従来のＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ／ＲＡＭ、ＤＶＤ＋Ｒ／ＲＷ又はＢＤ−Ｒ／ＲＥのように反射率を変化させる光ディスク媒体であってもよい。 この場合、反射率を変化させる位置を変化させることで、反射光の位相が変化する。 このような光ディスク媒体を用いても本実施の形態４の効果を得ることが可能である。

ディスク回転モータ３０２は、光ディスク媒体３０１を指定された回転数で回転させる。

信号処理部３１６は、光ヘッド部３０６から出力される干渉光検出信号に基づいて、光ディスク媒体３０１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３０２、光ヘッド駆動部３０４及びレンズ駆動部３０８を制御するためのサーボエラー信号とを生成する。

光ヘッド部３０６は、レーザ３０９と、偏光ビームスプリッタ３１０と、λ／４板３１１，３１２と、参照光ミラー３１３と、対物レンズ３０７と、レンズ駆動部３０８と、干渉光検出部３１５とを備える。 光ヘッド部３０６は、光ディスク媒体３０１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３０１から反射した信号光と、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。

レーザ３０９は、レーザ光を出射する。 偏光ビームスプリッタ３１０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３１０は、レーザ３０９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λ／４板３１１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３１０に戻る。 分岐された参照光は、光路上にあるλ／４板３１２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３１０に戻る。 ここで、偏光方向が９０度回転しているために、分岐したときとは逆に、水平偏光となった信号光は偏光ビームスプリッタ３１０を透過し、垂直偏光となった参照光は偏光ビームスプリッタ３１０を反射する。 そして、お互いに偏光面が直交した信号光と参照光による干渉光となる。

ここで、偏光ビームスプリッタ３１０に入射するレーザ光の偏光面は、レーザ３０９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。

対物レンズ３０７は、光ディスク媒体３０１に信号光を集光させるとともに、光ディスク媒体３０１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３０７は、レンズ駆動部３０８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。

λ／４板３１１、３１２は、透過することで、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３１１、３１２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。

参照光ミラー３１３は、レーザ光から分岐された参照光をほぼ１００％反射させる。 参照光ミラー３１３を反射した参照光は、往路と同じ光路を戻る。

干渉光検出部３１５は、光ディスク媒体３０１から反射してきた信号光と、参照光ミラー３１３から反射してきた参照光との合波光を検出し、電気信号を出力する。 干渉光検出部３１５は、信号光と参照光との位相差を少なくとも３つ以上異ならせた干渉光を検出し、電気信号を出力する。

図１４は、本実施の形態４における干渉光検出部３１５の具体的な構成を示す図である。 図１４に示す干渉光検出部３１５は、ハーフビームスプリッタ（ＨＢＳ）３２１と、λ／２板３２２と、λ／４板３２３と、第１のＰＢＳ３２４と、第２のＰＢＳ３２５と、第１の検出器３２６と、第２の検出器３２７と、第３の検出器３２８と、第４の検出器３２９と、第１の演算回路３３０と、第２の演算回路３３１と、位相差演算部１０とを備える。

ＨＢＳ３２１は、入射した合波光（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板３２２は、ＨＢＳ３２１を透過した合波光の偏光方向を４５度回転させる。 第１のＰＢＳ３２４は、偏光方向が４５度回転させられた合波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３２６及び第２の検出器３２７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３２６は、偏光方向が４５度回転させられた合波光の水平偏光方向に干渉した光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。 第２の検出器３２７は、偏光方向が４５度回転させられた合波光の垂直偏光方向に干渉した光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。 第１の演算回路３３０は、第１の検出器３２６から出力された電気信号と第２の検出器３２７から出力された電気信号との差動信号を出力する。

λ／４板３２３は、ＨＢＳ３２１を反射した合波光の偏光方向を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ＰＢＳ３２５は、λ／４板３２３を通過した合波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３２８及び第４の検出器３２９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３２８は、λ／４板３２３を通過した合波光の水平偏光方向に干渉した光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。 第４の検出器３２９は、λ／４板３２３を通過した合波光の垂直偏光方向に干渉した光を検出して、光量に応じた電気信号を出力する。 第２の演算回路３３１は、第３の検出器３２８から出力された電気信号と第４の検出器３２９から出力された電気信号との差動信号を出力する。

位相差演算部１０は、第１の演算回路３３０から出力された電気信号及び第２の演算回路３３１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３１５に入射した、信号光と参照光との合波光の偏光状態をジョーンズベクトルで表すと下記の式（２８）のようになる。

式（２８）において、Ｅ _ｄは、光ディスク媒体３０１を反射した信号光の電場であり、Ａ _ｄは、信号光の電場の振幅成分である。 Ｅ _ｍは、参照光ミラー３１３を反射した参照光の電場であり、Ａ _ｍは、参照光の電場の振幅成分である。 θは、レーザ光の波長λ、時間ｔ及び場所ｚに関連した位相成分を表し、φ _ｓｉｇは、光ディスク媒体３０１によって位相変調された信号成分を表し、φ _{ｎｏｉｓｅＳ}及びφ _{ｎｏｉｓｅＭ}は、光路差変動などによって起こる信号光の電場と参照光の電場との位相差変動による位相ノイズ成分を表している。

ＨＢＳ３２１を透過し、λ／２板３２２を透過した光のジョーンズベクトルは以下の式（２９）のようになる。 このとき、λ／２板３２２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する。 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ＰＢＳ３２４を透過する光の電場と、第１のＰＢＳ３２４を反射する光の電場とはそれぞれ下記の式（３０）及び式（３１）のようになる。

透過（水平偏光）：（Ｅ _ｄ ＋Ｅ _ｍ ）／２・・・・（３０）
反射（垂直偏光）：（Ｅ _ｄ −Ｅ _ｍ ）／２・・・・（３１）

これより、第１の検出器３２６及び第２の検出器３２７の検出信号は次の式（３２）及び式（３３）のようになる。

式（３２）及び式（３３）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。 第１の検出器３２６及び第２の検出器３２７の検出信号に基づいて第１の演算回路３３０において得られる差動信号は次式（３４）のようになる。

ηＡ _ｄ Ａ _ｍ ｃｏｓΔφ＝ＡｃｏｓΔφ・・・・（３４）

一方、ＨＢＳ３２１を反射して、λ／４板３２３を透過した光のジョーンズベクトルは以下の式（３５）のようになる。 このとき、λ／４板３２３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ＰＢＳ３２５を透過する光の電場と、第２のＰＢＳ３２５を反射する光の電場とはそれぞれ次の式（３６）及び式（３７）のようになる。

式（３６）及び式（３７）より、第３の検出器３２８及び第４の検出器３２９の検出信号は次の式（３８）及び式（３９）のようになる。

第３の検出器３２８及び第４の検出器３２９の検出信号に基づいて第２の演算回路３３１において得られる差動信号は次式（４０）のようになる。

ηＡ _ｄ Ａ _ｍ ｓｉｎΔφ＝ＡｓｉｎΔφ・・・・（４０）

式（３４）と式（４０）とに基づいて演算されたコサイン成分とサイン成分とが位相差演算部１０に入力される。 位相差演算部１０は、位相差成分Δφから位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}がキャンセルされた信号（φ _ｓｉｇ ）を干渉検出信号として出力する。 ここで、位相差演算部１０については、実施の形態１と同じ構成とし、説明を省略する。

本実施の形態４では、変調信号成分と位相差誤差成分との周波数帯域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、図４に示した簡単なＬＰＦ２１で信号成分（φ _ｓｉｇ ）と位相差誤差成分（φ _{ｎｏｉｓｅ} −δ）との分離が可能である。 しかし、簡単なＬＰＦ２１が用いられる場合は、信号成分が位相差誤差信号に漏れ込まないようにする必要がある。 そのため、信号成分の帯域と位相差誤差成分の帯域とを確実に分ける必要があり、フィルタ特性が急峻なＬＰＦを用いる必要がある。 そのため、安定に位相差誤差量を除去して制御するには制御周波数特性は、用いるＬＰＦの帯域の１／１０程度にする必要がある。 また、より優れた位相差誤差成分の分離方法としては、再生信号が必ず特定のレベル（例えば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。 このようにして位相差誤差検出部８で検出された位相差誤差成分は、位相差誤差の補正値として、位相差補正部３にフィードバック制御される。

次に、本実施の形態４における信号処理部３１６について説明する。 図１５は、本実施の形態４における信号処理部の具体的な構成を示す図である。

信号処理部３１６は、再生信号処理部３４１と制御信号処理部３４２とを備える。 再生信号処理部３４１は、干渉光検出信号から、光ディスク媒体３０１に記録されたデータを再生し、再生信号を生成する。 制御信号処理部３４２は、干渉光検出信号に基づいてサーボエラー信号を生成し、生成したサーボエラー信号をサーボ回路３０５へ出力する。

かかる構成によれば、位相差演算部１０の位相差補正部は、実施の形態１と同様に、式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御することが可能となる。 その結果、信号成分φ _ｓｉｇに比べて非常に大きい位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}のレンジによらず、アークタンジェント演算の不連続が起こらない変調信号の再生が可能となる。

また、本実施の形態４の位相差誤差検出部においても、実施の形態１と同様に、ナノメータオーダである±πの範囲の微小変動から、マイクロメータオーダの±数百πの大きな変動まで、連続的に検出可能である。 そのため、アクチュエータで追随させることが非常に困難であるナノメータオーダの位相ノイズ成分の抑制も可能であり、高Ｓ／Ｎでの再生が可能な光ディスク装置が可能となる。

なお、本実施の形態４において、光ディスク装置３００が変調信号検出装置の一例に相当し、ハーフビームスプリッタ３２１が分岐部の一例に相当し、第１の検出器３２６、第２の検出器３２７、第３の検出器３２８及び第４の検出器３２９が少なくとも３つの検出器の一例に相当し、第１の演算回路３３０及び第２の演算回路３３１が検出信号演算部の一例に相当する。

また、本実施の形態４において、レーザ３０９をあらかじめ回転させて配置することで、偏光ビームスプリッタ３１０に入射するレーザ光の偏光面の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、光ヘッド部３０６は、レーザ３０９と偏光ビームスプリッタ３１０との間にλ／２板を備えてもよい。 このように、λ／２板を回転させることで、レーザ光の偏光面が回転し、信号光と参照光との強度比を可変してもよい。

また、本実施の形態４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の記録面のうねりについて説明したが、温度変化などを変動要因とする、変調信号よりも低い周波数帯域の変動成分に関しても、本実施の形態４の構成によりキャンセルすることが可能である。

また、本実施の形態４において、信号処理部３１６は光ヘッド部３０６外に配置されているが、光ヘッド部３０６は、信号処理部３１６を備えてもよい。

また、本実施の形態４において、干渉光検出部３１５内の位相差演算部１０は、光ヘッド部３０６内に配置されているが、位相差演算部１０は、光ヘッド部３０６外に配置されてもよい。 この場合、位相差演算部１０と信号処理部３１６とが一つのＬＳＩに集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態４において、位相差誤差検出部８について図４を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 位相差誤差検出部８は、図１の位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８で構成される閉ループ特性が安定であり、式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御できる構成であればよい。 例えば、ＬＰＦ２１は、一次のＬＰＦでもよいし、二次以上のＬＰＦでもよい。 また、ＬＰＦ２１が二次以上のＬＰＦである場合、閉ループ特性を安定化するために、位相差誤差検出部８は、位相補償部を備えてもよい。 また、位相差誤差検出部８は、ＬＰＦ２１の代わりに積分器を備えてもよい。 また、位相差誤差検出部８は、図７に示すように、アンプ２２からの出力を積算し、積算した値を位相差補正部３へ出力する積算器２３を備えてもよい。 この場合も、本実施の形態４と同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態４において、位相差補正部３について図２を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 位相差成分Δφを持ったコサイン成分とサイン成分とが、位相差誤差成分δを用いて、位相差補正コサイン成分と位相差補正サイン成分とに補正される構成であればよい。 例えば、図２に示した第１の誤差補正ゲイン演算部１７及び第２の誤差補正ゲイン演算部１８は、上記の式（３）及び式（４）を用いるのではなく、ルックアップテーブルなどを用いて、誤差補正ゲインα及びβを決定してもよい。

また、図２に示す位相差補正部３では、コサイン成分１をアンプ１３で−β倍し、−β倍されたコサイン成分１とα倍されたサイン成分２とを加算演算部１６で加算させているが、コサイン成分１をアンプ１３でβ倍し、α倍されたサイン成分２からβ倍されたコサイン成分１を加算演算部１６で減算させてもよい。 この場合、本実施の形態４と同様な効果が得られる。

また、図５に示すように、位相差補正部３は、アンプ１１，１２，１３，１４と、加算演算部１５，１６と、第１の誤差補正ゲイン演算部１７と、第３の誤差補正ゲイン演算部３１と、誤差補正ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３２とを備えてもよい。 第１の誤差補正ゲイン演算部１７は、誤差補正ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３２を参照し、位相差誤差成分δから誤差補正ゲインαを演算する。 第３の誤差補正ゲイン演算部３１は、誤差補正ＬＵＴ３２を参照し、入力された誤差補正ゲインαから、位相をπ／２シフトさせた値を誤差補正ゲインβとして演算する。 この場合、本実施の形態４と同様な効果が得られる。

また、コサイン成分１及びサイン成分２がＡ／Ｄ変換されたデジタルデータである場合、図６に示すように、位相差補正部３は、乗算部４１，４２，４３，４４と、加算演算部１５，１６と、第１の誤差補正ゲイン演算部１７と、第２の誤差補正ゲイン演算部１８とを備えてもよい。 この場合、乗算部４１は、コサイン成分１に誤差補正ゲインαを乗算してもよく、乗算部４２は、サイン成分２に誤差補正ゲインαを乗算してもよく、乗算部４３は、コサイン成分１に誤差補正ゲインβを乗算してもよく、乗算部４４は、サイン成分２に誤差補正ゲインβを乗算してもよい。

なお、本実施の形態４において、位相演算部６は、上記の式（７）を用いて位相差成分７を生成しているが、本発明はこれに限定されない。 例えば、位相演算部６は、アークタンジェント演算の結果得られる位相差成分７を予め保持するルックアップテーブルを備えてもよい。 位相演算部６は、ルックアップテーブルを用いて位相差補正コサイン成分４及び位相差補正サイン成分５を位相差成分７に変換してもよい。 また、位相演算部６は、上記の式（９）又は式（１０）のように、場合分けを行って位相差成分７を演算してもよい。

また、本実施の形態４において、位相差誤差検出部８のＬＰＦ２１によって、信号成分以外のノイズ成分が分離されるが、本発明はこれに限定されない。 位相差誤差検出部８は、信号成分以外のノイズ成分を分離できる構成を備えていればよい。 例えば、位相差誤差検出部８は、信号成分の周波数帯域を取り除くことが可能な帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）又はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を備えてもよい。 また、位相差誤差検出部８は、フーリエ変換を用いて、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、信号成分以外のノイズ成分を分離してもよい。

また、本実施の形態４において、信号処理部３１６は、一つのＬＳＩに集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態４において、位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８は、一つのＬＳＩに集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態４において、位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８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、位相差補正部３、位相演算部６及び位相差誤差検出部８のプログラムは、図８に示すフローチャートで表される。

また、本実施の形態４において、干渉光検出部３１５の構成について、図１４を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 原理的には、干渉光検出部３１５は、３つ以上の検出器を備えればよく、各検出器は、信号光と参照光との位相差が互いに異なるように干渉光を検出すればよい。 干渉光検出部３１５は、信号光と参照光との干渉光を少なくとも３つの光に分岐する分岐部と、分岐部によって分岐された少なくとも３つの光をそれぞれ検出し、検出した光の光量に応じた検出信号をそれぞれ出力する少なくとも３つの検出器と、少なくとも３つの検出器によって出力された検出信号に基づいて第１の信号及び第２の信号を演算する検出信号演算部とを含んでもよい。 例えば、干渉光検出部３１５が３つの検出器を備える場合、各検出器での信号光と参照光との位相差は、０度、１２０度及び２４０度の組合せ、又は−１２０度、０度及び１２０度の組合せにより実現してもよい。

また、本実施の形態４において、干渉光検出部３１５は、図１４のように４つの検出器を備えているが、本発明はこれに限定されず、干渉光検出部３１５は、３つ以上の検出器によってコサイン成分とサイン成分とを生成することが可能である。

例えば、図１６は、本発明の実施の形態４において、３つの検出器を備える干渉光検出部の構成を示す図である。 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１６に示す干渉光検出部４５０は、無偏光ビームスプリッタ４５１，４５２と、偏光子４５３，４５４，４５５と、位相板４５６と、位相板４５７と、第１の検出器４５８と、第２の検出器４５９と、第３の検出器４６０と、検出信号演算部４６１と、位相差演算部１０とを備える。 偏光子４５３，４５４，４５５は、４５度偏光を透過する。 位相板４５６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４５７は、信号光と参照光との間にπ／３の位相差を発生させる。

無偏光ビームスプリッタ４５１は、干渉光検出部４５０に入射した干渉光を２対１の強度比で分割する。 ここで、無偏光ビームスプリッタ４５１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。 無偏光ビームスプリッタ４５１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、無偏光ビームスプリッタ４５１で反射された光は、無偏光ビームスプリッタ４５２に入射する。 無偏光ビームスプリッタ４５２は、入射した光を１対１の強度比で分割する。 ここで、無偏光ビームスプリッタ４５２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。 無偏光ビームスプリッタ４５２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。

無偏光ビームスプリッタ４５２を透過した光は、偏光子４５５に入射する。 偏光子４５５は、入射した光のうち４５度偏光のみを透過させる。 偏光子４５５を透過した光は、第１の検出器４５８によって検出される。 このとき、第１の検出器４５８によって検出される光は、無偏光ビームスプリッタ４５１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、無偏光ビームスプリッタ４５２を反射した光は、位相板４５６に入射する。 位相板４５６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、無偏光ビームスプリッタ４５１での反射による位相差と、無偏光ビームスプリッタ４５２での反射による位相差と、位相板４５６での透過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４５４に入射する。 偏光子４５４は、入射した光のうち４５度偏光のみを透過させる。 偏光子４５４を透過した光は、第２の検出器４５９によって検出される。

次に、無偏光ビームスプリッタ４５１を透過した光は、位相板４５７に入射する。 位相板４５７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４５３に入射する。 偏光子４５３は、入射した光のうち４５度偏光のみを透過させる。 偏光子４５３を透過した光は、第３の検出器４６０によって検出される。 ここで、各検出器で検出される光の強度は以下の式（４１）〜式（４３）のようになる。

検出信号演算部４６１は、以下の式（４４）及び式（４５）に基づいて、第１の検出器４５８、第２の検出器４５９及び第３の検出器４６０で検出された信号Ｉ _Ａ ，Ｉ _Ｂ ，Ｉ _Ｃからコサイン成分（ＡｃｏｓΔφ）とサイン成分（ＡｓｉｎΔφ）とを算出する。

なお、干渉光検出部３１５は、図１４に示す構成に限られない。 例えば、信号光と参照光との位相差を異ならせた信号を得るための光学素子として、λ／２板及びλ／４板を用いているが、偏光を制御できる光学素子、ナノフォトニック材料又は光導波路などの複合光学機能素子を用いてもよい。

また、本実施の形態４において、干渉光検出部３１５と信号処理部３１６は、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に集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態４において、位相差演算部１０の構成について、図１、図２及び図４を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 信号成分と位相ノイズ成分とを有する位相差成分Δφを持ったコサイン成分とサイン成分とが、位相差誤差成分δを用いて、位相差補正コサイン成分と位相差補正サイン成分とに補正される構成であればよい。 例えば、図２に示した第１の誤差補正ゲイン演算部１７及び第２の誤差補正ゲイン演算部１８は、上記の式（３）及び式（４）を用いるのではなく、ルックアップテーブルなどを用いて、誤差補正ゲインα及びβを決定してもよい。

また、図２に示す位相差補正部３では、コサイン成分１をアンプ１３で−β倍し、−β倍されたコサイン成分１とα倍されたサイン成分２とを加算演算部１６で加算させているが、コサイン成分１をアンプ１３でβ倍し、α倍されたサイン成分２からβ倍されたコサイン成分１を加算演算部１６で減算させてもよい。 この場合、本実施の形態４と同様な効果が得られる。

また、図５に示すように、位相差補正部３は、アンプ１１，１２，１３，１４と、加算演算部１５，１６と、第１の誤差補正ゲイン演算部１７と、第３の誤差補正ゲイン演算部３１と、誤差補正ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３２とを備えてもよい。 第１の誤差補正ゲイン演算部１７は、誤差補正ルックアップテーブル（ＬＵＴ）３２を参照し、位相差誤差成分δから誤差補正ゲインαを演算する。 第３の誤差補正ゲイン演算部３１は、誤差補正ＬＵＴ３２を参照し、入力された誤差補正ゲインαから、位相をπ／２シフトさせた値を誤差補正ゲインβとして演算する。 この場合、本実施の形態４と同様な効果が得られる。

また、コサイン成分１とサイン成分２とがＡ／Ｄ変換されたデジタルデータである場合、図６に示すように、位相差補正部３は、乗算部４１，４２，４３，４４と、加算演算部１５，１６と、第１の誤差補正ゲイン演算部１７と、第２の誤差補正ゲイン演算部１８とを備えてもよい。 この場合、乗算部４１は、コサイン成分１に誤差補正ゲインαを乗算してもよく、乗算部４２は、サイン成分２に誤差補正ゲインαを乗算してもよく、乗算部４３は、コサイン成分１に誤差補正ゲインβを乗算してもよく、乗算部４４は、サイン成分２に誤差補正ゲインβを乗算してもよい。

また、位相差演算部は、図９及び図１０に示す構成であってもよいし、図１１及び図１２に示す構成であってよい。 この場合も、本実施の形態４と同様な効果が得られる。

（実施の形態５）
図１７、図１８及び図１９は、本発明の実施の形態５において、光ディスク媒体によって信号光が変調される変調信号検出装置の構成を示す図である。

図１７及び図１８において、図１３及び図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。 図１９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。

図１７は、本発明の実施の形態５における光ディスク装置の構成を示す図である。 図１８は、本発明の実施の形態５における干渉光検出部の具体的な構成を示す図である。 図１９は、本発明の実施の形態５における位相差演算部の構成を示す図である。

図１７において、光ディスク装置４００は、情報が記録されている光ディスク媒体３０１から生成したクロック信号を用いて、光ディスク媒体３０１からデータを再生したり、光ディスク媒体３０１にデータを記録したりする。

光ディスク装置４００は、ディスク回転モータ３０２と、光ヘッド駆動部３０４と、サーボ回路３０５と、光ヘッド部３５１と、信号処理部３１６とを備える。

光ヘッド部３５１は、レーザ３０９と、偏光ビームスプリッタ３１０と、λ／４板３１１，３１２と、参照光ミラー３１３と、対物レンズ３０７と、レンズ駆動部３０８と、干渉光検出部３１５と、フォーカス回路３５２とを備える。

また、図１８に示すように、干渉光検出部３１５は、ハーフビームスプリッタ（ＨＢＳ）３２１と、λ／２板３２２と、λ／４板３２３と、第１のＰＢＳ３２４と、第２のＰＢＳ３２５と、第１の検出器３２６と、第２の検出器３２７と、第３の検出器３２８と、第４の検出器３２９と、第１の演算回路３３０と、第２の演算回路３３１と、位相差演算部３６０とを備える。

また、図１９に示すように、位相差演算部３６０は、位相差補正部３と、位相演算部６と、位相差誤差検出部８と、フォーカスエラー信号生成部３６１とを備える。

フォーカス回路３５２は、干渉光検出部３１５内の位相差演算部３６０（図１８参照）から出力されたフォーカスエラー信号に基づいて、レンズ駆動部３０８のフォーカス制御を行う。

フォーカスエラー信号生成部３６１は、位相差誤差検出部８から出力された位相差誤差成分δに基づいて、フォーカスエラー信号を生成する。 位相差誤差成分δは、位相差誤差検出部８において検出される位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に相関がある。 位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}の大きな要因は、光ディスク媒体３０１の記録面のうねり又は反りによって発生する光路差変動である。 そのため、フォーカスエラー信号生成部３６１は、位相差誤差検出部８によって検出された位相差誤差成分δを、フォーカスエラー信号として扱うことが可能である。

かかる構成によれば、実施の形態４と同様に、位相差補正部３は、式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御することが可能となる。 その結果、信号成分φ _ｓｉｇに比べて非常に大きい位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}のレンジによらず、アークタンジェント演算の不連続が起こらない変調信号の再生が可能となる。

また、本実施の形態５の位相差誤差検出部８においても、実施の形態１と同様に、ナノメータオーダである±πの範囲の微小変動から、マイクロメータオーダの±数百πの大きな変動まで、連続的に検出可能である。 そのため、アクチュエータで追随させることが非常に困難であるナノメータオーダの位相ノイズ成分の抑制も可能であり、高Ｓ／Ｎの再生が可能となる。 さらに、本実施の形態５では、位相差誤差成分δを用いたフォーカス制御が可能となる。

なお、本実施の形態５において、光ディスク装置４００が変調信号検出装置の一例に相当し、ハーフビームスプリッタ３２１が分岐部の一例に相当し、第１の検出器３２６、第２の検出器３２７、第３の検出器３２８及び第４の検出器３２９が少なくとも３つの検出器の一例に相当し、第１の演算回路３３０及び第２の演算回路３３１が検出信号演算部の一例に相当する。

（実施の形態６）
図２０は、本発明の実施の形態６における光伝送システム３７０の全体構成を示す図である。 図２１は、図２０に示す光送信器の構成を示す図である。 図２２は、図２１に示す送信光変調部の一例を示す図である。 図２３は、図２０に示す変調信号検出装置の構成を示す図である。

本実施の形態６について、図２０、図２１、図２２及び図２３を用いて説明する。 図２３において、図１３及び図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。

図２０において、光伝送システム３７０は、光送信器３７１と、光伝送路３７２と、変調信号検出装置３７３とを備える。 光送信器３７１は、位相変調した光信号を出力する。 光送信器３７１から出力された光信号は、光伝送路３７２を介して、変調信号検出装置３７３に入力される。

まず、図２１を用いて光送信器３７１の一例について説明する。 図２１に示す光送信器３７１は、レーザ３９１と、送信制御部３９２と、送信光変調部３９３と、送信信号処理部３９４と、変調制御部３９５とを備える。

送信信号処理部３９４は、送信データを受け取る。 送信データを受け取った送信信号処理部３９４は、送信制御部３９２にデータ送信を行うことを伝え、送信データを基にして位相変調信号を生成し、生成した位相変調信号を変調制御部３９５に出力する。 送信制御部３９２は、レーザ３９１から送信光を出射するようにレーザ３９１を制御する。 レーザ３９１から出射された送信光は、送信光変調部３９３に導かれる。

変調制御部３９５は、受け取った位相変調信号を基に、送信光変調部３９３の屈折率を変化させることで、送信光を位相変調する。 送信光は、送信光変調部３９３によって位相変調され、信号光となる。

なお、本実施の形態６において、送信光変調部３９３は、屈折率を変えることで送信光を位相変調させているが、本発明はこれに限定されない。 送信光変調部３９３は、例えば、ミラー又は光ファイバーなどの複数の光学素子を用いて実際の光路長を変化させることで送信光を位相変調させてもよく、この場合も、本発明の効果を実現できる。

光路長を変化させる送信光変調部３９３の一例を、図２２を用いて説明する。 送信光変調部３９３は、入射ミラー４０１と、駆動ミラー４０２と、出射ミラー４０３とを備える。 送信光変調部３９３に入射した送信光は、入射ミラー４０１によって反射され、駆動ミラー４０２へ向かう。 駆動ミラー４０２は、入射ミラー４０１で反射された送信光を、さらに出射ミラー４０３の方向へ反射する。 駆動ミラー４０２は、入射ミラー４０１で反射された光の光軸に対して、ほぼ平行な方向に駆動することが可能である。 駆動ミラー４０２の駆動方法については、特に限定されない。 駆動ミラー４０２で反射された送信光は、出射ミラー４０３で反射される。 出射ミラー４０３で反射された送信光は、信号光として送信光変調部３９３から出射される。

送信光変調部３９３内で、送信光が通る幾何学的距離は、駆動ミラー４０２の位置によって決まる。 そのため、アクチュエータなどによって、駆動ミラー４０２の位置が変化されることで、送信光の光路長が変化し、出力される信号光の位相を、送信光の位相と異ならせることが可能となる。

つづいて、変調信号検出装置３７３について、図２３を用いて説明する。 変調信号検出装置３７３は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３８１と、参照光レーザ３８２と、干渉光検出部３１５と、信号処理部３８３とを備える。

変調信号検出装置３７３には、水平偏光の信号光が入力される。 信号光は、変調信号検出装置３７３へ伝送すべきデータに応じて光が位相変調されることで得られる。 ＰＢＳ３８１は、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。 参照光レーザ３８２から出力された参照光の偏光方向は、信号光とほぼ直交させた垂直方向とする。 これにより、水平偏光の信号光はＰＢＳ３８１を透過し、垂直偏光の参照光はＰＢＳ３８１を反射するので、信号光と参照光との合波光が生成される。 また参照光の波長は、信号光と干渉させるために、信号光の波長とほぼ同じとする。

次に、ＰＢＳ３８１において、信号光と参照光とが合波された光のジョーンズベクトルは以下の式（４６）のようになる。

式（４６）において、Ｅ _ｄは、信号光の電場であり、Ａ _ｄは、信号光の電場の振幅成分である。 Ｅ _ｍは、参照光レーザ３８２から出力された参照光の電場であり、Ａ _ｍは、参照光の電場の振幅成分である。 θは、レーザ光の波長λ、時間ｔ及び場所ｚに関連した位相成分を表し、φ _ｓｉｇは、位相変調された信号成分を表し、φ _{ｎｏｉｓｅＳ}及びφ _{ｎｏｉｓｅＭ}は、光路差変動などによって起こる信号光の電場と参照光の電場との位相差変動による位相ノイズ成分を表している。

ＰＢＳ３８１で生成された合波光は、干渉光検出部３１５に入射する。 干渉光検出部３１５は、入射した合波光から、位相差の異なる複数の干渉光を生成し、生成した複数の干渉光の光量を電気信号に変換し、干渉光検出信号を生成する。

干渉光検出部３１５の構成は、図１４に示している。 干渉光検出部３１５及び位相差演算部１０の構成は、実施の形態４における干渉光検出部及び位相差演算部の構成と同じであり、説明を省略する。

かかる構成によれば、位相差演算部１０の位相差補正部は、実施の形態１と同様に、式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御することが可能となる。 その結果、信号成分φ _ｓｉｇに比べて非常に大きい位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}のレンジによらず、アークタンジェント演算の不連続が起こらない変調信号の再生が可能となる。

また、本実施の形態６の位相差誤差検出部においても、実施の形態１と同様に、ナノメータオーダである±πの範囲の微小変動から、マイクロメータオーダの±数百πの大きな変動まで、連続的に検出可能である。 そのため、アクチュエータで追随させることが非常に困難であるナノメータオーダの位相ノイズ成分の抑制も可能であり、高Ｓ／Ｎでの再生が可能な光伝送システムが可能となる。

なお、本実施の形態６において、変調信号検出装置３７３が変調信号検出装置の一例に相当する。

また、本実施の形態６において、変調信号検出装置３７３は、図２３に示した構成に限られない。 図２４は、本実施の形態６における変調信号検出装置の別の構成を示す図である。 例えば、信号光は、光伝送路３７２の特性、又は温度などの外的要因によって必ずしも水平偏光で変調信号検出装置３７３に入射されるわけではない。 そこで、図２４に示すように、偏光制御部４２０によって偏光方向が制御された信号光を、ＰＢＳ３８１に入射させる。 これにより、信号光の偏光方向の変動によるロスを抑えることが可能となる。

図２４に示す変調信号検出装置３７３は、ＰＢＳ３８１と、参照光レーザ３８２と、干渉光検出部３１５と、信号処理部３８４と、偏光制御部４２０とを備える。 偏光制御部４２０は、λ／２板４２１と、ＰＢＳ４２２と、検出器４２３と、制御信号生成部４２４と、制御部４２５とを備える。

偏光制御部４２０に入射した信号光の偏光方向は、光伝送路３７２において様々な外乱を受けることにより、常に水平偏光となっているとは限らない。 偏光制御部４２０は、その不確定な信号光の偏光方向を、水平偏光になるように制御する。

λ／２板４２１は、制御部４２５によって、回転制御される。 制御部４２５は、水平偏光方向から見て、ｆａｓｔ軸がθ度になるようにλ／２板４２１を制御する。 これにより、信号光は、偏光面が２θ回転されて透過される。 λ／２板４２１を透過した信号光は、ＰＢＳ４２２に導かれる。 このとき、ＰＢＳ４２２は、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。 λ／２板４２１を透過する信号光が完全な水平偏光であれば、信号光は、ＰＢＳ４２２をほぼ１００％透過する。 しかし、信号光の偏光面が水平方向から少しでも傾いていると、ＰＢＳ４２２によって反射される光が現れる。 検出器４２３は、ＰＢＳ４２２によって反射された光を検出し、電気信号を出力する。

制御信号生成部４２４は、検出器４２３から出力される信号が最小となるように、λ／２板４２１を回転制御するための制御信号を生成する。 生成された制御信号は、制御部１２０５に入力される。 制御部４２５は、制御信号に応じてλ／２板４２１を回転させることで、信号光を水平偏光になるように制御する。

なお、本実施の形態６において、偏光制御部４２０は、信号光の偏光面を回転させるために、λ／２板４２１と、λ／２板４２１を回転させる制御部４２５とを備えているが、本発明はこれに限定されない。 偏光制御部４２０は、例えば、磁場を加えることで磁場に平行な直線偏光の偏光面を回転させるファラデー効果を利用した素子を用いて偏光面を回転させてもよい。 いずれにしても、信号光の偏光面を制御できる素子を用いることで、信号光のロスを抑制する効果を得ることができる。

なお、本実施の形態６において、干渉光検出部３１５の構成について、図１４を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 原理的には、干渉光検出部３１５は、３つ以上の検出器を備えればよく、各検出器は、信号光と参照光との位相差が互いに異なるように干渉光を検出すればよい。 例えば、干渉光検出部３１５が３つの検出器を備える場合、各検出器での信号光と参照光との位相差は、０度、１２０度及び２４０度の組合せ、又は−１２０度、０度及び１２０度の組合せにより実現してもよい。 例えば、干渉光検出部は、図１６に示すような３つの検出器を備える構成としてもよい。 図１６については、実施の形態４で既に説明しているので、詳細な説明を省略する。

なお、本実施の形態６において、光伝送システムの構成について、図２０を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。 図２５は、本実施の形態６における光伝送システムの別の構成を示す図である。 例えば、図２５に示す光伝送システム４１０は、複数の光送信器３７１と、波長多重部４１１と、光伝送路３７２と、波長分離部４１２と、複数の変調信号検出装置３７３とを備える。 この場合、各光送信器３７１は、互いに波長の異なる送信光を変調して信号光として出力する。 各光送信器３７１から出力された信号光は、各波長に対応した変調信号検出装置３７３に入力され、変調信号の再生が行われる。 こうすることで、並列にデータを伝送することが可能となる。

各光送信器３７１は、互いに異なる波長の信号光をそれぞれ出力する。 各光送信器３７１から出力された複数の信号光が波長多重部４１１に入力される。 波長多重部４１１は、入力された複数の信号光を合波する。 合波された信号光は、光伝送路３７２を介して、波長分離部４１２に入力される。 波長分離部４１２は、入力された合波された信号光を波長ごとの信号光に分離し、分離した信号光を各変調信号検出装置３７３にそれぞれ出力する。 変調信号検出装置３７３には、波長分離部４１２によって分離された信号光が入力される。

なお、干渉光検出部３１５は、図１４に示す構成に限られない。 例えば、信号光と参照光との位相差を異ならせた信号を得るための光学素子として、λ／２板及びλ／４板を用いているが、偏光を制御できる光学素子、ナノフォトニック材料又は光導波路などの複合光学機能素子を用いてもよい。

また、本実施の形態６において、干渉光検出部３１５及び信号処理部３８３は、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に集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態６において、変調信号検出装置３７３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に集積される構成としてもよい。

（実施の形態７）
図２６及び図２７は、本発明の実施の形態７における変調信号検出装置の構成を示す概略図である。 以下、本実施の形態７について具体的に説明する。

図２６及び図２７において、図１及び図２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。

図２６は、本発明の実施の形態７における位相差演算部の構成を示す図である。 図２６において、位相差演算部４３０は、位相差誤差検出部４３１と、位相演算部６と、位相差補正部４３２とを備える。 コサイン成分１及びサイン成分２が、位相差誤差検出部４３１及び位相演算部６に入力される。 コサイン成分１は、参照光と信号光との位相差（光路差）Δφを有する。 サイン成分２は、コサイン成分１と振幅がほぼ同じであり、コサイン成分１とほぼπ／２ずれた位相差を有する。 位相演算部６は、位相差成分Δφを出力する。 位相演算部６の詳細な構成については、実施の形態１の構成と同様とし、本実施の形態７での説明を省略する。

位相差誤差検出部４３１は、位相差誤差成分δを検出して出力する。

次に、図２７を用いて、位相差誤差検出部４３１について説明する。 図２７は、本発明の実施の形態７における干渉光検出部の構成を示す図である。 図２７に示す位相差誤差検出部４３１は、第１の誤差検出部４４１と、第２の誤差検出部４４２と、アークタンジェント演算部４４３とを備える。 第１の誤差検出部４４１は、下記の式（４７）に基づいて、位相差誤差検出部４３１に入力されたコサイン成分１から、信号成分φ _ｓｉｇ以外の位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に従った信号を生成して出力する。 また、第２の誤差検出部４４２は、下記の式（４８）に基づいて、位相差誤差検出部４３１に入力されたサイン成分２から、信号成分φ _ｓｉｇ以外の位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に従った信号を生成して出力する。

Ａｃｏｓδ＝γＡｃｏｓφ _{ｎｏｉｓｅ}・・・・（４７）
Ａｓｉｎδ＝γＡｓｉｎφ _{ｎｏｉｓｅ}・・・・（４８）

ここで、位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}の周波数帯域が、信号成分φ _ｓｉｇの周波数帯域より低い場合、第１の誤差検出部４４１及び第２の誤差検出部４４２は、例えば、信号成分φ _ｓｉｇの周波数帯域と位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}の周波数帯域とを理想的に切り分けられるローパスフィルタ（ＬＰＦ）と、ＬＰＦで切り分けられた信号を任意の値γで増幅するアンプで構成される。

第１の誤差検出部４４１によって生成された位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に従った信号出力（Ａｃｏｓδ）は、アークタンジェント演算部４４３に出力される。 また、第２の誤差検出部４４２によって生成された位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}に従った信号出力（Ａｓｉｎδ）は、アークタンジェント演算部４４３に出力される。 アークタンジェント演算部４４３は、位相差誤差成分δを出力する。 ここで、アークタンジェント演算部４４３は、実施の形態１における位相演算部６と同様の機能を有している。 そのため、本実施の形態７において、アークタンジェント演算部４４３の説明を省略する。

位相差補正部４３２は、位相演算部６から出力された位相差成分Δφと、位相差誤差検出部４３１から出力された位相差誤差成分δとに基づいて、以下の式（４９）に示す演算を行うことによって、位相差が補正された位相差信号Ｓｉｇを生成して出力する。

本実施の形態７では、信号成分φ _ｓｉｇは±πの範囲内で変調されている。 そのため、位相差補正部４３２は、Δφ−δが信号成分φ _ｓｉｇの範囲（±πの範囲）を超える場合に、Δφ−δに２πを加算又は減算することにより、Δφ−δの値を補正する。 これにより、アークタンジェント演算の不連続部分によって、再生された変調信号が不連続にならないようにしている。

かかる構成によれば、位相差補正部４３２は、実施の形態１と同様に、式（８）の右辺第２項（φ _{ｎｏｉｓｅ} ）を右辺第３項（δ）によって打ち消すように制御することが可能となる。 その結果、信号成分φ _ｓｉｇに比べて非常に大きい位相ノイズ成分φ _{ｎｏｉｓｅ}のレンジによらず、アークタンジェント演算の不連続が起こらない変調信号の再生が可能となる。

また、本実施の形態７の位相差誤差検出部４３１は、実施の形態１と同様に、ナノメータオーダである±πの範囲の微小変動から、マイクロメータオーダの±数百πの大きな変動まで、連続的に検出可能である。 そのため、アクチュエータで追随させることが非常に困難であるナノメータオーダの位相ノイズ成分の抑制も可能であり、高Ｓ／Ｎの再生が可能となる。

また、本実施の形態７では、実施の形態１の図２で示したような第１の誤差補正ゲイン演算部１７及び第１の誤差補正ゲイン演算部１８において、位相差誤差成分δに対するコサイン変換及びサイン変換が不要であり、位相ノイズ成分に従った位相差誤差成分δを直接扱うことが可能となる。

なお、本実施の形態７において、位相差補正部４３２及び位相差誤差検出部４３１が補正部の一例に相当し、位相演算部６が位相演算部の一例に相当し、位相差誤差検出部４３１が位相差誤差検出部の一例に相当し、位相差補正部４３２が位相差補正部の一例に相当する。

また、本実施の形態７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の記録面のうねりについて説明したが、温度変化などを変動要因とする、変調信号よりも低い周波数帯域の変動成分に関しても、本実施の形態７の構成によりキャンセルすることが可能である。

また、本実施の形態７において、第１の誤差検出部４４１及び第２の誤差検出部４４２は、信号成分以外のノイズ成分を分離するためにＬＰＦを用いているが、本発明はこれに限定されない。 第１の誤差検出部４４１及び第２の誤差検出部４４２は、信号成分以外のノイズ成分を分離できる構成であればよい。 例えば、第１の誤差検出部４４１及び第２の誤差検出部４４２は、信号成分の周波数帯域を取り除くことが可能な帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）又はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いてもよい。 また、信号成分の周波数帯域よりも高い周波数帯域を有するノイズ成分が存在する場合には、第１の誤差検出部４４１及び第２の誤差検出部４４２は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を用いてもよい。 また、第１の誤差検出部４４１及び第２の誤差検出部４４２は、フーリエ変換を用いて、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、信号成分以外のノイズ成分を分離してもよい。

また、本実施の形態７において、位相差誤差検出部４３１、位相演算部６及び位相差補正部４３２が、一つのＬＳＩに集積される構成としてもよい。

また、本実施の形態７において、位相差誤差検出部４３１、位相演算部６及び位相差補正部４３２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。

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変調信号検出装置は、位相変調された信号光と位相変調されていない参照光との位相差成分に基づいた信号から変調信号成分を検出する変調信号検出装置であって、前記位相差成分に含まれる位相差誤差成分を検出し、検出した前記位相差誤差成分に基づいて、前記位相差成分を余弦関数の角度とした第１の信号と、前記第１の信号に対して前記余弦関数の角度が略π／２異なる第２の信号とを補正する補正部と、前記補正部によって補正された前記第１の信号及び前記第２の信号から位相差成分を演算する位相演算部とを備え、前記補正部は、極座標平面上において前記第１の信号と前記第２の信号とで示される座標点を前記位相差誤差成分に相当する角度で回転させることにより、補正された前記第１の信号及び前記第２の信号を得る。

この構成によれば、補正部は、位相差成分に含まれる位相差誤差成分を検出し、検出した位相差誤差成分に基づいて、位相差成分を余弦関数の角度とした第１の信号と、第１の信号に対して余弦関数の角度が略π／２異なる第２の信号とを補正する。 位相演算部は、補正部によって補正された第１の信号及び第２の信号から位相差成分を演算する。 そして、補正部は、極座標平面上において第１の信号と第２の信号とで示される座標点を位相差誤差成分に相当する角度で回転させることにより、補正された第１の信号及び第２の信号を得る。

したがって、位相変調された信号光と位相変調されていない参照光との位相差成分から、信号光と参照光との光路差変動により発生した位相ノイズ成分である位相差誤差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。

また、上記の変調信号検出装置において、前記補正部は、前記位相差成分に含まれる位相差誤差成分を検出する位相差誤差検出部と、前記位相差誤差検出部によって検出された前記位相差誤差成分に基づいて、前記第１の信号と前記第２の信号とを補正する位相差補正部とを含むことが好ましい。

この構成によれば、位相差誤差検出部は、位相差成分に含まれる位相差誤差成分を検出する。 位相差補正部は、位相差誤差検出部によって検出された位相差誤差成分に基づいて、第１の信号と第２の信号とを補正する。

したがって、位相差誤差検出部と位相差補正部とを互いに異なる構成要素とすることができ、位相差誤差検出部によって検出された位相差誤差成分を用いて、位相差誤差検出部によって第１の信号と第２の信号とを補正することができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記位相差誤差検出部は、前記位相演算部によって演算された前記位相差成分から前記位相差誤差成分を検出することが好ましい。

この構成によれば、位相演算部によって演算された位相差成分から位相差誤差成分が検出されるので、位相差成分に含まれる位相差誤差成分がゼロになるように、繰り返し補正を行うことができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記補正部は、前記第１の信号から第１の位相差誤差成分を検出し、前記第２の信号から第２の位相差誤差成分を検出し、検出した前記第１の位相差誤差成分に基づいて前記第１の信号を補正し、検出した前記第２の位相差誤差成分に基づいて前記第２の信号を補正することが好ましい。

この構成によれば、第１の信号から第１の位相差誤差成分が検出され、第２の信号から第２の位相差誤差成分が検出され、検出された第１の位相差誤差成分に基づいて第１の信号が補正され、検出された第２の位相差誤差成分に基づいて第２の信号が補正される。

したがって、第１の信号及び第２の信号のそれぞれから位相差誤差成分を検出することができ、検出した各位相差誤差成分を用いて第１の信号及び第２の信号のそれぞれを補正することができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記補正部は、前記位相差成分から前記位相差誤差成分に対応する周波数帯域を抽出することが好ましい。

この構成によれば、位相差成分から位相差誤差成分に対応する周波数帯域が抽出されるので、位相差誤差成分を容易に検出することができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記補正部は、前記位相差成分から、前記変調信号成分に対応する周波数帯域よりも低い前記位相差誤差成分に対応する周波数帯域を抽出するローパスフィルタを含むことが好ましい。

この構成によれば、位相差成分から、変調信号成分に対応する周波数帯域よりも低い位相差誤差成分に対応する周波数帯域が位相差成分から抽出されるので、周波数帯域である位相ノイズ成分を抽出することができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記補正部は、検出された前記位相差誤差成分に基づいて第１の誤差補正ゲインα及び第２の誤差補正ゲインβを生成し、下記の式に基づいて、補正された第１の信号Ｘ _１及び第２の信号Ｘ _２を表す第１の位相差補正信号Ｙ _１及び第２の位相差補正信号Ｙ _２を生成し、
Ｙ _１ ＝αＸ _１ ＋βＸ _２
Ｙ _２ ＝αＸ _２ −βＸ _１
前記位相演算部は、前記第１の位相差補正信号Ｙ _１及び前記第２の位相差補正信号Ｙ _２から前記位相差成分を演算することが好ましい。

この構成によれば、検出された位相差誤差成分に基づいて第１の誤差補正ゲインα及び第２の誤差補正ゲインβが生成され、上記の式に基づいて、補正された第１の信号Ｘ _１及び第２の信号Ｘ _２を表す第１の位相差補正信号Ｙ _１及び第２の位相差補正信号Ｙ _２が生成される。 そして、第１の位相差補正信号Ｙ _１及び第２の位相差補正信号Ｙ _２から位相差成分が演算される。

したがって、上記の式に基づいて、位相差成分から位相差誤差成分が除去された第１の位相差補正信号Ｙ _１及び第２の位相差補正信号Ｙ _２を容易に算出することができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記補正部は、前記位相差誤差成分を所定倍し、前記所定倍した位相差誤差成分を積算し、積算した前記位相差誤差成分に基づいて前記第１の誤差補正ゲインα及び前記第２の誤差補正ゲインβを生成することが好ましい。

この構成によれば、積算した位相差誤差成分に基づいて第１の誤差補正ゲインα及び第２の誤差補正ゲインβを生成することができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記信号光と前記参照光との干渉光を少なくとも３つの光に分岐する分岐部と、前記分岐部によって分岐された前記少なくとも３つの光をそれぞれ検出し、検出した光の光量に応じた検出信号をそれぞれ出力する少なくとも３つの検出器と、前記少なくとも３つの検出器によって出力された検出信号に基づいて前記第１の信号及び前記第２の信号を演算する検出信号演算部とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、分岐部は、信号光と前記参照光との干渉光を少なくとも３つの光に分岐する。 少なくとも３つの検出器は、分岐された少なくとも３つの光をそれぞれ検出し、検出した光の光量に応じた検出信号をそれぞれ出力する。 検出信号演算部は、少なくとも３つの検出器によって出力された検出信号に基づいて第１の信号及び第２の信号を演算する。

したがって、信号光と参照光との位相差を異ならせた３つの光を用いることにより、第１の信号及び第２の信号を演算することができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記信号光は、光ディスク媒体からの反射光であることが好ましい。

この構成によれば、光ディスク媒体の情報記録面により位相変調された信号光と、参照光との位相差成分に基づいた信号から変調信号成分を検出することにより、光ディスク媒体に記録されているデータを再生することができる。

また、上記の変調信号検出装置において、前記信号光は、前記変調信号検出装置へ伝送すべきデータに応じて光が位相変調されることで得られることが好ましい。

この構成によれば、信号光は、変調信号検出装置へ伝送すべきデータに応じて光が変調されることで得られるので、光を用いてデータを伝送することができる。

本発明の他の局面に係る変調信号検出方法は、位相変調された信号光と位相変調されていない参照光との位相差成分に基づいた信号から変調信号成分を検出する変調信号検出方法であって、前記位相差成分に含まれる位相差誤差成分を検出する位相差誤差検出ステップと、検出された前記位相差誤差成分に基づいて、前記位相差成分を余弦関数の角度とした第１の信号と、前記第１の信号に対して前記余弦関数の角度が略π／２異なる第２の信号とを補正する補正ステップと、前記補正ステップにおいて補正された前記第１の信号及び前記第２の信号から位相差成分を演算する位相演算ステップとを含み、前記補正ステップは、極座標平面上において前記第１の信号と前記第２の信号とで示される座標点を前記位相差誤差成分に相当する角度で回転させることにより、補正された前記第１の信号及び前記第２の信号を得る。

この構成によれば、位相差誤差検出ステップにおいて、位相差成分に含まれる位相差誤差成分が検出される。 補正ステップにおいて、検出された位相差誤差成分に基づいて、位相差成分が余弦関数の角度とした第１の信号と、第１の信号に対して余弦関数の角度が略π／２異なる第２の信号とが補正される。 位相演算ステップにおいて、補正された第１の信号及び第２の信号から位相差成分が演算される。 そして、補正ステップにおいて、極座標平面上において第１の信号と第２の信号とで示される座標点が位相差誤差成分に相当する角度で回転されることにより、補正された第１の信号及び第２の信号が得られる。

したがって、位相変調された信号光と位相変調されていない参照光との位相差成分から、信号光と参照光との光路差変動により発生した位相ノイズ成分である位相差誤差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。

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。

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、位相ノイズ成分を信号処理によって抑制することができ、かつ微弱な信号光を増幅させることができ、位相変調された信号光と位相変調されていない参照光との位相差成分に基づいた信号から変調信号成分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、大容量光ストレージの再生性能を向上させ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、光通信又は光バスなどの光伝送の用途にも応用できる。