(57)【要約】      （修正有）【課題】光散乱の厳密な計算の方法を用いて、光散乱体の大きさ・形状や光散乱体間の距離を精度よく評価することであり、また、この評価を用いて、粒子の形状・大きさ複素屈折率、粒子間の距離を高速に測定できる光学的測定方法及び光学的測定装置を提供する。また、この計測手段を用いて、回折限界を超える密度の光メモリを提供する。【解決手段】入射光４０の光軸から０．０５ラジアン以上はずれた散乱光３０の強度分布と、周期的な構造に関する光学的計算手法を周期の１／３よりも長径が短い孤立した光散乱体１０に適用して算出した散乱光３０の強度分布を比較することによって、光散乱体１０を計測する。【選択図】図１
2014174124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の光軸から０．０５ラジアン（rad）以上はずれた散乱光の強度分布と、周期的な構造に関する光学的計算手法を周期の１／３よりも長径が短い孤立した光散乱体に適用して算出した散乱光の強度分布を比較することによって、光散乱体を計測することを特徴とする光学的測定方法。
【請求項２】
入射光の光軸から０．０５ラジアン（rad）以上はずれた散乱光の角度又は波長に対する強度分布を用い、周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算した散乱光の強度分布と、強度が変動する周期を比較することによって、光散乱体の大きさや形状を計測することを特徴とする光学的測定方法。
【請求項３】
入射光の光軸から０．０５ラジアン（rad）以上はずれた散乱光の強度分布を用い、周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算した散乱光の強度分布と、散乱強度を比較することによって、光散乱体の複素屈折率を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学的測定方法。
【請求項４】
散乱光の波長に対する強度分布を用い、周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算した散乱光の消光係数から、光吸収や光路長を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の分光スペクトルの光学的測定方法。
【請求項５】
光散乱体の形状を計測すること及び該光散乱体の散乱光を計測することを、該光散乱体を動かさずにでき、該形状に基づいて散乱強度を周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算することにより、光散乱体を計測することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光学的測定方法。
【請求項６】
光散乱体が二つの光散乱体であり、計測にいずれの光散乱体の長径よりも短い波長λ１の光を用い、一軸は光散乱体と光散乱体の間隔ｗよりも長くかつ他の一軸は波長λ１より短いビームスポットを照射し、光軸から（λ１／ｗ）rad以上はずれた散乱光の強度の角度分布または波長分布を用い、周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算した散乱光の分布と、強度が変動する周期について比較することによって、光散乱体と光散乱体の距離を計測することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光学的測定方法。
【請求項７】
光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値をλとするとき、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の間の距離が０．４λ以上１００λ以下であり、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を得て、角度の正弦または１／波長を横軸としたデータを元に、フーリエ変換したときのピークの横軸を算出することで、２つの光散乱体間の距離を求めることを特徴とする請求項６に記載の光学的測定方法。
【請求項８】
２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長は、所定の波長範囲λ１からλ２（λ１≦λ２）を使用し、１００×λ１＞λ２であって、前記２つの光散乱体の屈折率ｎ２は、空気の屈折率ｎ０と異なり、前記２つの光散乱体は、互いに同じ種類の形状で１組または２組以上が、互いに距離ｗｍ（ｍ＝１，２，３・・・ｍｍａｘ）を隔てて、屈折率ｎ１の平板上に存在する構成、または屈折率ｎ３（ｎ３≠ｎ１）の平板内部に存在する構成であり、２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度は、該散乱光を、２つの光散乱体を結ぶ軸から外れた方向で、２つの光散乱体を通った光が干渉した光を測定し、この２つの光散乱体を結ぶ軸から外れた方向は、入射光と光散乱体を結ぶ軸を含む面内においては、軸となす角度を入射光の進行方向と同じ向きに１８０°、または、入射光の進行方向と逆向きに１８０°とした範囲にあって、２つの光散乱体を結ぶ軸方向を含まない範囲の方向であることを特徴とする請求項７に記載の光学的測定方法。
【請求項９】
２つの屈折発生体の重心を結ぶ軸を含み入射光に平行な平面における光散乱体の断面が矩形、楕円形または正弦形の場合には、光散乱強度角度分布を角度の正弦を横軸としてフーリエ変換し、三角形の場合には、ある角度で観測した光散乱強度波長分布について、波長を横軸としてフーリエ変換することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の光学的測定方法。
【請求項１０】
２つの光散乱体の断面の面積が５％以上異なるときに、ピークの横軸から読み取った２つの光散乱体の距離を１％以上補正することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の光学的測定方法。
【請求項１１】
フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで求められた２つの光散乱体間の距離を、２つの光散乱体の高さや幅が異なるとき、フーリエモーダル法、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）または境界要素法で得られた光散乱分布についてフーリエ変換した結果に基づいて、補正することを特徴とする請求項６ないし１０のいずれかに記載の光学的測定方法。
【請求項１２】
２つの光散乱体は、３つ以上の光散乱体Ｓｍ（ｍ＝１，２，３・・・）があるときの２つであり、そのうち１つの光散乱体Ｓ１だけの散乱強度を変えて測定し、変える前と後の波長分布または角度分布を比較することで、光散乱体Ｓ１と他の散乱体の距離を測定することを特徴とする請求項６ないし１１のいずれかに記載の光学的測定方法。
【請求項１３】
２つの光散乱体に対して入射光路の前方にピンホールまたはスリット設けるとともに、該ピンホールまたはスリットと光散乱体との間にレンズを配置して２つの光散乱体に光源からの光を集光し、散乱光の光散乱強度角度分布の角度が前記レンズの光軸から２０°以上ずれた角度を含み、前記ピンホールまたはスリットを通過できる光源からの光の強度が１０μＷ以上であり、ピンホールの直径またはスリットの短軸の幅が１００μｍ以下であり、さらに２つの光散乱体の散乱光を平行化するために光散乱強度角度分布の中央付近の角度または所定の散乱角度の軸上に別のレンズを配置し、さらに、散乱光を計測するためのイメージセンサを備えたことを特徴とする請求項６ないし１２のいずれかに記載の光学的測定方法
【請求項１４】
白色光源の光を集光するために、ピンホールまたはスリットと該光源の間に第１のレンズを配置し、２つの光散乱体に集光するために前記ピンホールまたはスリットと２つの光散乱体との間に第２のレンズを配置し、散乱光の所定の散乱角度の角度が第２のレンズの光軸から２０°以上ずれた角度を含み、前記ピンホールまたはスリットを通過できる光源からの光の強度が１０μＷ以上であり、前記ピンホールの直径または前記スリットの短軸の幅が１００μｍ以下であり、さらに光散乱体の散乱光を集光するために所定の散乱角度の軸上に第３のレンズを配置し、第３のレンズと受光部を、受光部に該散乱光の焦点が来るよう配置し、さらに、受光部で受けた光をスペクトラムアナライザに伝播させる機構を備え、受光部を１００μｍ以下の精度で動かせることを特徴とする請求項６ないし１２のいずれかに記載の光学的測定方法。
【請求項１５】
平面の板の上または内部に、複数の光散乱体が存在し、板に平行な面内における光散乱体の平均の短径が０．０１μｍ以上、０．３２μｍ以下であり、最も近くに隣接する光散乱体の重心間の平均距離ｗが０．３μｍ以上１．６μｍ以下であり、光散乱体間距離ｗの８０％以上が該平均距離の±４５％にあり、かつ光散乱体間距離の８０％を含む範囲がｗ−ｘからｗ＋ｘであるとき、ｗ−ｘ／２からｗ＋ｘ／２の範囲には光散乱体間距離が６０％以下しか存在しない請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いることを特徴とする光学的記録媒体。
【請求項１６】
平面の板の上または内部に、複数の光散乱体が存在し、板に平行な面内における光散乱体の平均の短径が０．０１μｍ以上、０．３２μｍ以下であり、各光散乱体の最も近くに隣接する光散乱体の重心間の距離（光散乱体間距離）の平均ｗが０．３μｍ以上１．６μｍ以下であり、光散乱体間距離ｗの９５％以上がｗ１より大きい範囲に存在し、光散乱体間距離が離散的に分布し、分布の最少の間隔がδｗであるとき、次式の極大値を与えるｗ２と、ｗ１との間に８５％以上の光散乱体間距離が存在する請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いることを特徴とする光学的記録媒体。
[LOG2{(ｗ２−ｗ１)/δｗ＋１}]／ｗ２                               
【請求項１７】
記録媒体の形状が円板であるとき、２つの光散乱体間距離が、円板の中心を通る軸上の光散乱体同士のみを考えるか、円板を中心とする円の円弧上の光散乱体同士のみを考えることを特徴とする請求項１５又は１６に記載光学的記録媒体。
【請求項１８】
円形の軌道の上に２つの光散乱体の組が多数形成されており、２つの光散乱体間の距離が、２つの光散乱体の組毎に一定ではなく、かつ、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、全ての２つの光散乱体の組の９０％以上について、２つの光散乱体間の距離が０．４λ１以上２λ１以下である光学的記録媒体であって、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を光学的に測定し、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、各組の２つの光散乱体間の距離が求められる構成であることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いる光学的記録媒体。
【請求項１９】
各組の光散乱体の形状は、それぞれ幅ｖが０．０５λ１以上５λ１以下で、高さｄが０．０５ｖ以上２ｖ以下の矩形であって、各組の２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、各組の２つの光散乱体のうち、ひとつの光散乱体の幅、高さをｖａ、ｄａとし、もうひとつの光散乱体の幅、高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂとして、（ｄａ−ｄｂ）／ｄｂ＜４であり、ｖａ≧ｖｂとして、（ｖａ−ｖｂ）／ｖｂ＜０．１である請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いることを特徴とする光学的記録媒体。
【請求項２０】
各組の光散乱体の形状は、それぞれ幅ｖが０．１λ１以上１０λ１以下で、高さｄが０．０５ｖ以上２ｖ以下の正弦形であって、各組の２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、各組の２つの光散乱体のうち、ひとつの光散乱体の幅、高さをｖａ、ｄａとし、もうひとつの光散乱体の幅、高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂとして、（ｄａ−ｄｂ）／ｄｂ＜４であり、ｖａ≧ｖｂとして、（ｖａ−ｖｂ）／ｖｂ＜０．１である請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いることを特徴とする光学的記録媒体。
【請求項２１】
各組の光散乱体の形状は、それぞれ幅ｖが０．５λ１以上５λ１以下で、高さｄが０．２５ｖ以上２ｖ以下の三角形であって、各組の２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、各組の２つの光散乱体のうち、ひとつの光散乱体の幅、高さをｖａ、ｄａとし、もうひとつの光散乱体の幅、高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂ、ｖａ≧ｖｂとして、０．７＜（ｖａ／ｄａ）／（ｖｂ／ｄｂ）＜１．５であることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いる光学的記録媒体。
【請求項２２】
直線上に形成された３つ以上の光散乱体を含む領域を有し、該領域では、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、各光散乱体が互いに距離が０．４λ１以上離れており、且つ、前記領域のもっとも端にある光散乱体の光路差が、他の光散乱体の光路差の平均の１．５倍以上で最も大きいか、または吸収係数が他の光散乱体の平均の１．５倍以上で最も大きい光学的記録媒体であって、前記３つ以上の光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を光学的に測定し、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、３つ以上の光散乱体相互間の距離が求められる構成であることを特徴とする請求項７ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いる光学的記録媒体。
【請求項２３】
各組の２つの光散乱体について、それぞれの光散乱体の重心を直線で結び、該直線を含む平面で断面を切り出したときに、平均の充填係数が３０〜６０％であることを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項２４】
各組の２つの発生体は、平板に埋め込まれており、光または熱が付与されると屈折率が変わり、信号を記録または消去することが可能な構成であることを特徴とする請求項１８ないし２１のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項２５】
円形の軌道の上に２つの光散乱体の組が多数形成されており、２つの光散乱体間の距離が、２つの光散乱体の組毎に一定ではなく、かつ、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、全ての２つの光散乱体の組の９０％以上について、２つの光散乱体間の距離が０．４λ１以上２λ１以下である光学的記録媒体であって、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を得ることができ、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、各組の２つの光散乱体間の距離が求められる構成であることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いた光学的記録媒体。                                
【請求項２６】
直線上に形成された３つ以上の光散乱体を含む領域を有し、該領域では、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、各光散乱体が互いに距離が０．４λ１以上離れており、且つ、前記領域のもっとも端にある光散乱体の光路差が、他の光散乱体の光路差の平均の１．５倍以上で最も大きいか、または吸収係数が他の光散乱体の平均の１．５倍以上で最も大きい光学的記録媒体であって、前記３つ以上の光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を得ることができ、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、３つ以上の光散乱体相互間の距離が求められる構成であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いた光学的記録媒体。
【請求項２７】
直線上に形成された３つ以上の光散乱体を含む領域では、入射光波長の最小値をλ１とするとき、各光散乱体が互いに距離０．４λ１以上１００λ１以下離れており、且つ、前記領域の最も端にある光散乱体だけが光または熱で屈折率を０．０１以上または吸光係数α［ｃｍ−１］を１以上変えられることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いた光学的記録媒体。       
【請求項２８】
直線上に形成された２つ以上の光散乱体を含む領域を有し、該領域では、２つの光散乱体の組が多数形成されており、２つの光散乱体間の距離が、２つの光散乱体の組毎に一定ではなく、かつ、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、全ての２つの光散乱体の組の９０％以上について、２つの光散乱体間の距離が０．４λ１以上２λ１以下である光学的記録媒体であって、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を得ることができ、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、各組の２つの光散乱体間の距離が求められる構成であり、前記領域では、光散乱体が１０〜３００ｎｍ離れており、ある散乱体Ｓ１から４０μｍ以下の距離にある散乱体Ｓｍ（ｍ＝２，３・・・）のうち少なくとも１つが散乱体Ｓ１との間を結ぶ軸と試料面に垂直な別の軸を含む平面内において、別の軸について非対称であり、かつ、Ｓ１と略相似であり、しかも、入射角をθｉ、散乱角をθｄとするとき、該領域の散乱はθｉ＝０の入射光に対して１０°＜θｄの範囲において最大の散乱強度を与えるθｄと−θｄの散乱強度Ａ（角度）の比Ａ（θｄ）／Ａ（−θｄ）が２以上であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法を用いた光学的記録媒体。 
【請求項２９】
最も端の光散乱体が測定波長範囲内での吸収がなく、他の光散乱体に一部の測定波長のみを透過または散乱するものがあり、測定波長である入射光波長の最小値をλ１とするとき、他の光散乱体間の距離に、λ１の半分未満のものがあることを特徴とする請求項２６ないし２８のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項３０】
最も端の光散乱体以外の散乱体について、特定の偏光が選択的に反射されるよう複屈折を与え、散乱光を偏光選択でき、散乱光を端の散乱体を含め選択的に検出できることを特徴とする請求項２６ないし２８のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項３１】
白色光源、レンズ、スリット、レンズ、光散乱体、レンズ、円形の遮光フィルタ、分光器の順に並ぶことを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いる光学的測定装置。
【請求項３２】
白色光源、レンズ、スリット、レンズ、光散乱体、レンズ、円形の遮光フィルタ、分光器の順に並ぶ構成において、分光器がインターフェログラムを計測することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いる光学的測定装置。
【請求項３３】
レーザー光源、レンズ、穴あきマスク、レンズ、光散乱体、レンズ、穴あきマスク２の順に並び、散乱光の角度分布をＣＣＤイメージセンサで計測することを特徴とする請求項１ないし３、５ないし８、１０、１１、１３のいずれかに記載の光学的測定方法に用いる光学的測定装置
【請求項３４】
光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値をλとするとき、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の間の距離が０．４λ以上１００λ以下であり、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を光学的に測定する手段と、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、２つの光散乱体間の距離を求める手段とを備えた光学的測定装置であって、前記測定手段は、光源と、散乱光を受光する一辺の画素が６００以上で応答時間１００μｓ以下のＣＣＤイメージセンサと、を備えていることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いる光学的測定装置。
【請求項３５】
光源からの光の屈折発生体近傍での強度分布を、入射光の方向に垂直な平面で切りだしたときに、半値幅の縦横比が２倍以上に長くなるような構成としたことを特徴とする請求項３１ないし３４のいずれかに記載の光学的測定装置。
【請求項３６】
光源からの光を通過させ、２つの光散乱体に照射するための長さと幅を調整したスリットと、散乱光を平行光にする開口数０．８以上のレンズと、を備えていることを特徴とする請求項３１ないし３４のいずれかに記載の光学的測定装置。
【請求項３７】
２つの光散乱体に対して入射光側に置いたフレネルゾーンプレートと幅１０μｍ以下のスリットと、散乱光の光散乱強度角度分布を測るゴニオメータと幅１ｃｍ以下のスリット付きＰＩＮフォトダイオードと、を備えていることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いる光学的測定装置。
【請求項３８】
光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値をλとするとき、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の間の距離が０．４λ以上１００λ以下であり、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度の所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を光学的に測定する分光手段と、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、２つの光散乱体間の距離を求める手段とを備えた光学的測定装置であって、前記測定手段は、光源と、散乱光を受光する一辺の画素が１０００以上で応答時間１００μｓ以下のＣＣＤイメージセンサと、を備えていることを特徴とする請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いる光学的測定装置。
【請求項３９】
前記測定手段は、光源からの光を曲げると同時にほぼ同じ強さに分けるハーフミラー及びミラーと、ハーフミラーとミラーの距離をマイクロメータで機械的に調整する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いる光学的測定装置。
【請求項４０】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いることができ、入射光は、略平行光であり、反射による散乱光を集光または平行化するレンズと同じレンズの中心から外れた部分に光を入射させ、光散乱体への入射平面内で４０°＜｜θｉ｜とできることを特徴とする光学的測定装置。
【請求項４１】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いることができ、入射光は、試料面に垂直なZ軸について、Z軸となす角θｚが、４０°＜θｚ＜９０°である入射角θｚに６０％以上の光量（W単位）があり、Z軸について軸対称であることを特徴とする光学的測定装置。
【請求項４２】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いることができ、光散乱を波長ごとにノッチフィルタで３つ以上に分け、受光することで、波長ごとの角度分布を計測することを特徴とする光学的測定装置。
【請求項４３】
請求項６ないし１４のいずれかに記載の光学的測定方法に用いることができ、直線上に形成された３つ以上の光散乱体に対して用いることができ、時間変調のある入射光ＡとＢの二つを用い、入射光Ａと入射光Ｂの照射部分は隣接しておりかつ、各照射部分の範囲の大きさは、入射光波長の最小値をλ１とするとき、０．４λ１以上１００λ１以下であり、入射光ＡとＢの時間変調のタイミングをずらすことができ、該時間変調を測定可能な時間分解能を持っていることを特徴とする光学的測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光散乱体の光学的測定方法、光学的測定装置及び光学的記録媒体に関し、特に、微粒子のような屈折率分布を発生する部材（後記するが、これを本明細書及び発明では「光散乱体」という）の大きさや、２つの光散乱体間の距離を精密に測定する技術であって、例えば、微粒子の形状と大きさの計測、微粒子の吸収スペクトルの測定、高密度記録媒体のデータ読み出しや、集積回路の微細金属配線の間隔のオンライン検査、フローサイトメトリー等に適用可能な技術に関する。                                      
【背景技術】
【０００２】
従来、光学的に粒子の大きさや粒子間距離を計測、読取する技術として、レーザー顕微鏡、ホログラフィック顕微鏡がある。その他、光学顕微鏡、顕微赤外分光法、顕微ラマン分光法等の手段がある。
【０００３】
レーザー顕微鏡は、レーザーとレンズを用いて、レンズの結像から光散乱体の形状や大きさを読み取る装置である（非特許文献１および非特許文献２参照）。
【０００４】
ホログラフィック顕微鏡は、光散乱体由来の光と平面波を干渉させ、その干渉縞を取り、干渉縞の変動周期とその強度を解析することで光散乱体の形状や大きさを読み取る装置である（非特許文献３参照）。
【０００５】
光学顕微鏡は、白色光とレンズを用いて、レンズの結像から光散乱体の形状や大きさを読み取る装置である（非特許文献４参照）。
【０００６】
顕微赤外分光法は、赤外光と集光システムを用いて、散乱体の吸収スペクトルから光散乱体の消光係数（あるいは吸収係数）を読み取る方法である（非特許文献５参照）。一般に、この方法で粒状の試料から、フィルム状の試料と同様の定量的なスペクトルを得るのは難しい。
【０００７】
顕微ラマン分光法は、可視光とレンズを用いて、散乱体のラマン散乱スペクトルから光散乱体の散乱成分を読み取る方法である（非特許文献６参照）。
【０００８】
上記５つの計測装置、方法においては、輪郭の評価を単にコントラストの違いだけで行っているため、実際の厳密な輪郭とは異なる。コントラストは輪郭ではなく、光の散乱強度の変化が最も大きい場所に現れる。この場所は必ずしも物理的な輪郭とは一致しない。したがって、厳密な粒径の評価や距離の計測のためには、後記する本発明で示されるように光散乱の計算を合わせて行う必要がある。
【０００９】
光散乱の計算手法としては、Ｍｉｅ散乱理論、フラウンホーファー近似やＦＤＴＤ（時間領域差分）法、境界要素法が知られている。
【００１０】
まず、一つの光散乱体の散乱について述べる。Ｍｉｅ散乱理論は球形粒子について、解析的に散乱を計算できるが、一般に球形粒子と矩形や三角形の粒子は散乱パターンが異なる（非特許文献７参照）。また、一般の形状の散乱パターンに関する、解析的な解は知られていない。
【００１１】
二つの光散乱体として最も単純な形状は２スリットである。２スリット回折では、１つの光源からの光を２つのスリットを通して干渉させる。スリットとスリットの距離により、干渉縞が変化することが知られている（非特許文献８参照）。
【００１２】
一つあるいは二つのスリットについては、光散乱の近似式の存在が知られている。スリットの場合には、光軸方向に高さ（深さ）のある屈折率を発生する手段ではないので、散乱体の材質や厚さ考える必要はなく、散乱光の角度分布について、フラウンホーファー回折の近似を用いて簡便に求めることができる。この角度分布は、角度の正弦に対して、周期的に変動することが近似式で与えられている（例えば、非特許文献２５参照）。
【００１３】
フラウンホーファー回折の近似式を用いて、１スリットの幅や２スリット間の距離を得ることができる（非特許文献８参照）。このような際に、フーリエ変換による特殊なアルゴリズムを用いている例がある（特許文献２参照）が、このフーリエ変換については、すでに知られている（例えば、非特許文献８参照）。
【００１４】
スリットでなく、凹凸のある形状のときには、ＦＤＴＤ（時間領域差分）法や境界要素法を使って光散乱強度を計算できることは知られている（例えば、非特許文献９、非特許文献１０参照）。しかし、これらの方法は、計算時間がかかったり、異なる形状に適用するためにプログラムを書きなおす必要があったりして、様々な形状を比較検討するのには不適である。また、遠距離場での光散乱強度の精度については信頼性が低い。
【００１５】
他方、凹凸が周期的に変化するときには、ＲＣＷＡ（厳密結合波解析）を用いることができる。ＲＣＷＡは精度が良いことがすでに知られており、（例えば、非特許文献１１、非特許文献１２）、また発明者らの検討からＦＤＴＤ法や境界要素法より、簡便に計算でき、計算速度が速いことが分かっている。しかし、孤立した凹凸については、ＲＣＷＡは一般には適用できない。
【００１６】
次に、粒子の形状や大きさ、粒子間あるいは凸部間の距離についての従来の技術開発の状況について述べる。これまで、任意の形状の孤立した一つの微粒子、より一般的には１つの屈折率分布を発生する部材の散乱光の角度分布や波長分布の変動周期から、部材の大きさを求める方法についての技術はない。
【００１７】
さらに、任意の形状の孤立した一つの微粒子の吸光係数を、正確に求める方法についての技術はない。ここで、微粒子とは、測定波長より大きいサイズの２００ｎｍから２０μｍ程度の短径の粒子である。測定波長がＸ線の場合には、５〜１００ｎｍのサイズとなる。なお、微粒子が波長より十分小さいと見なせるときには、微分干渉法を用いて、吸収係数を求める方法が知られている（非特許文献１３）。
【００１８】
また、これまで、孤立した任意の形状の２つの凹凸、より一般的には２つ屈折率を発生する部材の散乱光の角度分布や波長分布について該分布の変動周期から、２屈折率を発生する部材間の距離を求めた技術はない。従来法では、屈折率を発生する部材を、光軸方向に高さのないスリットとして近似して変動周期から距離を求めることができる（非特許文献８参照）。他方、別のいくつかの方法でこの距離が求められている。
【００１９】
屈折率を発生する部材間の距離の光学的測定技術の第一の例として、回折格子の間隔をＸ線回折により求める方法がある（非特許文献１４参照）。この方法は、等間隔に多数並んだ屈折率を持つ部材の間隔を求めるのに有効である。
【００２０】
屈折率を発生する部材間の距離の光学的測定技術の第二の例として、３次元的に複数の方向の入射光について、それぞれの散乱光の角度分布を集めることで、凹凸像を得る方法がある（非特許文献１８）。この像から、２つの屈折率を発生する部材の重心間の距離を精密に求めることができる。一方で、一方向の入射光についてのデータで、屈折率を発生する部材間の距離を短時間に測定するには不向きである。
【００２１】
屈折率を発生する部材間の距離の光学的測定技術の第三の例として、共焦点顕微鏡がある。共焦点顕微鏡は、対物レンズからの光が試料面に垂直方向に進むとき、水平方向の分解能はレンズの集光径で決まる。この水平方向の分解能は回折限界のため、０．３波長程度が限界である（非特許文献１５）。しかし、垂直方向の分解能は非常に高い。同じ原理で、レンズを用いて凹凸を観測すれば、記録媒体の段差が小さくても読み取りができる。
【００２２】
光学的記録媒体の例として、相変化型光ディスクがある。この媒体は、結晶とアモルファスで光の散乱特性が異なることを利用して、１と０を記録する（特許文献２参照）。この最大記録密度は、レンズの集光径できまり、１ビットあたり、０．８波長角程度が規格とされている（非特許文献１４）。ディスク１枚で１層当たり２５Ｍｂｙｔｅのものが市販されている。
【００２３】
相変化型記録は、相転移温度以上の高温を与えた後、急冷すると結晶構造が非結晶化（アモルファス）し、一方で、徐冷すると再び結晶化する材料を記録層として用い、両状態の反射率の差を用いて情報の記録を行い、また再生を行う手段である（特許文献１、非特許文献１６参照）。
【００２４】
光学的記録媒体の別の例としてホログラムがある。この媒体は、位相情報を屈折率分布として記録するものであり、記録は物体光と参照光を用いてなされ、物体光の再生は参照光でなされる（非特許文献１７）。物体光を碁盤目状に区切った空間光変調器（ＳＬＭ）とし、各升目を透過する場合と透過しない場合を１と０に対応させることでデジタルデータを記録できる。
【００２５】
ホログラム記録では、データを空間変調器で変調された物体光と参照光の２つの光を記録媒体上で干渉させ、その干渉縞を記録媒体に物理変化として記録し、再生時には参照光のみ照射して回折光を読み取る手段である（非特許文献１８参照）。
【００２６】
１層当たりの記録密度は相変化型光ディスクより高いが、材料が特殊なことと読み取りエラーが多いことが課題である。そのため、品質管理が難しい。記録密度については、記録層に厚みがあり、重ねて記録できるので、高密度にできる。ディスク１枚で２００Ｍｂｙｔｅのものが発表されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００１−０９６９１９号公報
【特許文献２】特開２００６―３３１９０１号公報
【特許文献３】特開２００７−１４７９８８号公報
【特許文献４】特開２００９―１９６０４１号公報
【特許文献５】特開平６−１０２１６８号公報
【特許文献６】特開２０１１−１６３８３０号公報
【非特許文献】
【００２８】
【非特許文献１】土渕毅、藤井岳直：「フーリエ変換赤外分光光度計および走査型共焦点レーザ顕微鏡を用いた繊維異物に対する多角的アプローチ」、島津評論、65〔1・2〕、109-115 (2008)
【非特許文献２】Edward T. F. Rogers他：”A super-oscillatory lens optical microscope for subwavelength imaging”, Nature Materials 11,432-435(2012)
【非特許文献３】Inkyu Moon, Mehdi Daneshpanah, Arun Anand と Bahram Javidi:"Cell Identification Computational 3-D Holographic Microscopy",Optics & Photonics News, June, 2011
【非特許文献４】野島博編：改訂第３版「顕微鏡の使い方ノート: はじめての観察からイメージングの応用まで」、羊土社（２０１１）
【非特許文献５】田隅三生編著：「赤外分光測定法−基礎と最新手法」、エス・ティ・ジャパン（２０１２）
【非特許文献６】Chris Tachibana:"LIFE SCIENCE TECHNOLOGIES Innovation in Japan Results from Reforms", Science, vol.332, No.6078, 249-255 (2012)
【非特許文献７】山下克也：「光散乱式粒子計数装置の非球形粒子に対する応答に関する研究」福岡大学理学集報、３５（１）、９８―１０２（２００５）
【非特許文献８】谷田貝 豊彦著：”光とフーリエ変換”、朝倉書店、１９９２年
【非特許文献９】Ronald E. Mickens編, ”Advances in the Applications of Nonstandard Finite Difference Schemes”, World Scientific、2006年
【非特許文献１０】加川 幸雄, 武田 毅と榎園 正人著：”電気・電子境界要素法―基礎と応用 (計算電気・電子工学シリーズ) ”、森北出版、２００１年
【非特許文献１１】M. G. Moharamと T. K. Gaylord, “Diffraction analysis of dielectric surface-relief gratings,” Journal of Optical Society of America. 72巻,１９８２年、p .1385 〜p .1392
【非特許文献１２】M. G. Moharam, Drew A. Pommet, Eric B. Grannと T.K. Gaylord:” Stable implementation of the rigorous coupled-wave analysis for surface-relief gratings:enhanced transmittance matrix approach.” Journal of Optical Society of America A、12巻、5号、１９９５年, p .1077〜p .1086
【非特許文献１３】松尾 保孝：北海道大学博士論文  「光散乱を利用した単一微粒子吸収分光法に関する研究」2001年12月
【非特許文献１４】清水 明彦ら：”相変化型光ディスクへの多値記録技術”、Ricoh Technical Report、２８、２００２年、p .３４〜p .４１
【非特許文献１５】高森  信之、山本  真樹、森  豪、田島  秀春、高橋  明：”ZnO 超解像技術を用いた大容量次世代Blu-ray Disc”、シャープ技報、第９０号、２００４年、p .３１〜p .３６
【非特許文献１６】Ronald L. Jones, Tengjiao Hu, Eric K. Lin, Wen-Li Wu, Rainer Kolb, Diego M. Casa, Patrick J. Bolton と George G. Barclay:”Small angle x-ray scattering for sub-100 nm pattern characterization”,APPLIED PHYSICS LETTERS, 83巻, 2003年, p .4059〜p .4061
【非特許文献１７】服部  覚、佐藤  伸：”ホログラフィックデータストレージの技術動向”、東亞合成研究年報  TREND 2005、８巻，２００５年、p .２６〜p .２８
【非特許文献１８】Yoshinori Nishino, Yukio Takahashi, Naoko Imamoto, Tetsuya IshikawaとKazuhiro Maeshima、”Three-Dimensional Visualization of a Human Chromosome Using Coherent X-Ray Diffraction" Physical Review Letters, 102巻, 018101号、2009年、p .1〜p .4
【非特許文献１９】M. G. Moharamと T. K. Gaylord, “Rigorous coupled-wave analysis of grating diffraction E-mode polarization and losses,” Journal of Optical Society of America. 73巻,１９８３年、p .451 〜p .455
【非特許文献２０】Kisalaya Chakrabarti と James B. Cole 著:” Simulation study on the detection of size, shape and position of three different scatterers using Non-standard time domain time inverse Maxwell’s algorithm” Optics Express, Vol. 18, Issue 5, pp. 4148-4157 (2010)
【非特許文献２１】志村  努：”光メモリーの現状と今後の展望”、 応用物理、第７９巻、第１２号、２０１０年、 p .１０５９〜p .１０６４
【非特許文献２２】Yoshiyasu Ito, Katsuhiko Inaba, Kazuhiko Omote, Yasuo Wada, と Susumu Iked著:” Characterization of Submicron-scale Periodic Grooves by Grazing Incidence Ultra-small-angle X-ray Scattering”, Japanese Journal of Applied Physics, 46巻, 2007年, p . L773〜p . L775
【非特許文献２３】Masato Hoshino と Sadao Aoki:” Laser Plasma Soft X-ray Microscope with Wolter Mirrors for Observation of Biological Specimens in Air”, Japanese Journal of Applied Physics, 45巻, 2006年, p .989〜p .994
【非特許文献２４】Shinya Yoshioka と Shuichi Kinoshita:” Wavelength-selective and anisotropic light-diffusing scale on the wing of the Morpho butterflyM.” Proceedings of the Royal Society London B、271巻、２００４年, p . 581〜p . 587
【非特許文献２５】Eugene Hecht著：”Optics”、4th ed.、 Addison-Wesley, ２００２年
【非特許文献２６】Howard M. Shapiro:"Practical Flow Cytometry", 4th edition, John Wiley & Sons, 2005
【非特許文献２７】Huang, Z., McWilliams, A., Lui, H., McLean, D. I., Lam, S. と Zeng, H., “Near-infrared Raman spectroscopy for optical diagnosis of lung cancer”, International Journal of Cancer. 107巻,２００３年、p .1047 〜p .1052
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明の課題は、光散乱の厳密な計算の方法を用いて、光散乱体の大きさ・形状や光散乱体間の距離を精度よく評価することであり、また、この評価を用いて、粒子の形状・大きさ複素屈折率、粒子間の距離を高速に計測することであり、さらに、この計測手段を用いて、回折限界を超える密度の光メモリを実現することである。本発明のこれらの課題を、さらに従来の問題点とともに、以下、説明する。
【００３０】
まず、一つの光散乱体における課題について説明する。一つの光散乱体の大きさ、形状の評価について、従来、光散乱から粒径を評価する検討はなされてきたが、粒子を球形で近似したり、フラウンホーファー近似で計算したりしていたため、その精度はあまり高くなかった。そのため、たとえば、光学的手段による粒度分布の計測は簡便ではあるが、信頼性が不十分であった。
【００３１】
光散乱体の大きさと形状を正確に評価できれば、複素屈折率の値を仮定することで、光散乱の散乱パターンを計算によって取得できるはずである。そのためには、散乱の角度分布を厳密に計算する必要があったが、任意の形状について厳密に計算する手段は存在しなかった。
【００３２】
本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とするものであり、屈折率を発生する部材による光の散乱パターンと、屈折率を発生する部材の複素屈折率および分布の形状の関係を明らかにして、屈折率を発生する部材の複素屈折率および分布を、精度よく、非破壊で、高速に測定する技術を実現することを課題とする。
【００３３】
具体的には、本発明は、光散乱の角度分布の実験値と計算値を比較することで、複素屈折率を求め、この複素屈折率に基づいて、吸収スペクトルを得る課題の一つとする。
【００３４】
例えば、散乱光の波長を変えて複素屈折率を求めれば、各波長ごとの複素屈折率の虚部にあたる消光係数kを求めることができる。消光係数から、吸光係数αが定まるので、単位長さに対する吸収スペクトルを得ることができる。さらに、粒子形状・大きさと複素屈折率から、特定の波長における粒子の吸収スペクトルを得ることができる。
【００３５】
従来は、吸光度は試料形状の影響を受けるので定量は難しかった。そのため、前処理として、細かく砕いてフィルムにしたり、溶媒に溶かしたりしていた。しかし、上記のように、微粒子試料の吸収スペクトルを、そのまま、定量的に計測できれば、試料の前処理を省略で、非破壊で分析可能となる。
【００３６】
このような分析が可能となれば、微小細胞の分析においても役に立つ。即ち、細胞懸濁液を細い流路に通すことで、細胞が１列に並んで流れるが、この１列に流れる細胞に対してレーザー光を照射することで、細胞ごとの散乱光を解析するフローサイトメトリーとよばれている（非特許文献２６）技術にも適用可能となる。
【００３７】
一例をあげると、循環腫瘍細胞（ＣＴＣｓ）と呼ばれるがん細胞は、赤血球や白血球よりもサイズが大きいため、区別が容易にできる（特許文献６）。また、この細胞は、近赤外におけるラマン散乱が正常細胞と異なることが分かっている（非特許文献２７）。散乱光から、定量的な、ラマン散乱のスペクトルが得られれば、循環腫瘍細胞を見つける精度が向上できる。
【００３８】
次に、二つの光散乱体間の距離計測における課題について説明する。２つの屈折率を発生する部材間の距離について、フラウンホーファー回折に基づいたスリットのような光軸方向に高さのない形状に適用される距離の測定方法を、例えば凹凸等の高さのある形状に適用すると、次のような問題があることが、本発明の技術開発の過程で明らかとなっている。
【００３９】
（１）屈折率を発生する部材の形状によっては、フーリエ変換によって得られる距離が、実際の距離と異なる。
（２）屈折率を発生する部材の形状が同じでも、高さや幅が異なる場合、フーリエ変換によって得られる距離が、実際の距離と異なる。
（３）上記（１）（２）のように高さの影響が考慮できないので、平板に埋め込まれており、平板と屈折率差が小さいが高さのある領域について、取り扱いができない。
【００４０】
また、スリットを記録媒体に用いた場合、次のような問題がある。
（１）透過率が低くなるので多層化が難しい。
（２）多数の屈折率を発生する部材がある場合、端の屈折率を発生する部材からの距離を求めるには、端の屈折率を発生する部材にあたる入射光の輝度を上げるという光源側の工夫が必要である。
（３）スリットの作成が面倒であり、さらに、いったんスリットを形成するとスリットの位置を変更できないので、書き換えができない等の問題がある。
【００４１】
ところで、従来の光記録技術である相変化型記録は、記録密度が記録用レンズの集光径によって制約を受けるため、記録密度を上げるのが難しいという問題がある。また、ホログラム記録は、その実施に必要な装置は複雑であり、さらに、記録面の屈折率分布も複雑であるため、記憶媒体等の作成、品質管理等が面倒であるという問題がある。
【００４２】
一方、従来の計測技術である共焦点顕微鏡についても、対物レンズの集光径によって制約を受けるため、計測精度を上げるのが難しいという問題がある。
【００４３】
本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とするものであり、屈折率を発生する部材が２つの屈折率を発生する部材である場合、該部材による光の散乱パターンと２つの屈折率を発生する部材間の距離および分布の形状の関係を明らかにして、２つの屈折率を発生する部材間の距離を、精度よく、非破壊で、高速に測定する技術を実現することを課題とする。
【００４４】
さらに、本発明は、多層化が可能で記録密度を大きく向上でき、記録媒体の作成、品質検査が容易にでき、計測が非破壊で高精度にできる、高密度記録媒体の計測、読取等に利用可能な光学的計測技術を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００４５】
以下、課題を解決するための手段として、本発明の光学的測定方法、光学的記録媒体及び光学的測定装置について、それぞれ３つの態様を、光学的測定方法（１）〜（３）、光学的記録媒体（１）〜（３）、光学的測定装置（１）〜（３）として説明する。
【００４６】
（光学的測定方法（１））
本発明は上記課題を解決するために、入射光の光軸から０．０５ラジアン（rad）以上はずれた散乱光の強度分布と、周期的な構造に関する光学的計算手法を周期の１／３よりも長径が短い孤立した光散乱体に適用して算出した散乱光の強度分布を比較することによって、光散乱体を計測することを特徴とする光学的測定方法を提供する。
【００４７】
光散乱体の長径より、計算の周期を３倍以上にすることになる。より好ましくは、計算の周期を長径の１０倍以上とする。長径に対する周期が大きいほど、より正確な散乱強度が計算できる。周期的な構造に関する光学的計算手法とは、一般に、周期的回折格子やプリズムアレイなどの周期的な構造の光散乱を計算する方法である。
【００４８】
周期の１／３より長径が短いとは、計算に用いる周期の１／３より、計算に用いる構造の長径が短いということである。計算に用いる構造は、散乱体の構造を一部切り出したものであってもよい。散乱光の強度分布とは、透過光や反射光の角度分布や波長分布である。
【００４９】
本発明の技術的な要点は、計算の周期が、散乱体の大きさより十分大きければ、孤立した散乱体の光散乱特性と一致することを利用して、任意の形状について厳密かつ高速に光散乱特性を計算することにある。また、この計算結果から、様々な形状で、散乱パターンの変動周期から、大きさを読み取ることができることを見出した点にある。
【００５０】
本発明はまた、入射光の光軸から０．０５ラジアン（rad）以上はずれた散乱光の角度又は波長に対する強度分布を用い、周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算した散乱光の強度分布と、強度が変動する周期を比較することによって、光散乱体の大きさや形状を計測する光学的測定方法を提供する。
【００５１】
散乱光の強度は、散乱体が一つの微粒子である場合、典型的には入射光の光軸近傍に強い一つのピークが現れる。その角度から少し離れた角度に小さいピークが角度の正弦に対して等間隔に現れる。（非特許文献８参照）このピークの間隔は粒子の径が大きくなると、小さくなるので、計算と実験結果を対応させることで粒子の径を見積もることができる。
【００５２】
このピークの間隔を評価する方法の一つにフーリエ変換がある。フーリエ変換したデータをプロットするとピークが得られる。このピークの横軸は、散乱光のピーク間隔の逆数に対応している。
【００５３】
角度分布でなく、波長分布についても、波長の逆数に対して、散乱強度が周期的に変動する。波長の逆数に対する変動をフーリエ変換すると、ピークの横軸から、粒子の径を見積もることができる。
【００５４】
周期的な構造に関する光学的計算手法としてはフーリエモーダル法が好ましく。その一種である厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）が、精度の検証等がなされており信頼性が高いことから、特に好ましい。なお、散乱光の計測後に計算するのではなく、あらかじめ、予想される散乱強度の分布を計算したデータを用意しておいてもよい。
【００５５】
周期的な構造に関する光学的計算手法において、粒径よりも周期をずっと大きくすることで、任意の形状の孤立した粒子の散乱強度を計算できる。なお、周期は、粒子の長径の３倍以上が好ましい。より好ましくは６倍以上である。周期を大きくする方が、より孤立した状態で計算することができるので値が正確になる。
【００５６】
散乱体が二つの微粒子あるいは凸部である場合については、後で詳述し、ここではその概略を述べる。散乱光の角度分布のピーク間隔が等間隔になることは、微粒子が一つの場合と同様である。また、散乱光の波長分布の場合についても、微粒子が一つの場合と同様、ピーク間隔が等間隔となる。さらに、微粒子が一つの場合と同様、この間隔の逆数が、距離に対応している。
【００５７】
本発明はまた、入射光の光軸から０．０５ラジアン（rad）以上はずれた散乱光の強度分布を用い、周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算した散乱光の強度分布と、散乱強度を比較することによって、光散乱体の複素屈折率を計測する方法を提供する。
【００５８】
屈折率分布として、ここでは微粒子を考える。微粒子に入射した光は、前方散乱、後方散乱または吸収される。微粒子に入射した光量でそれらの値を割ることで、前方散乱された光や後方散乱された光の割合を知ることができる。
【００５９】
入射光から散乱光量を引くことで、吸収光量を得ることができる。微粒子の形状と複素屈折率のおおよその実部が分かれば、複素屈折率の虚部（消光係数）を得ることができる。消光係数から吸収の割合を計算できるので、実験値と対応させることで、消光係数の実験値を得ることができる。
【００６０】
本発明はまた、散乱光の波長に対する強度分布を用い、周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算した散乱光の消光係数から、光吸収や光路長を算出する、分光スペクトルの光学的測定方法を提供する。
【００６１】
波長ごとに、複素屈折率評価を行うことで、粒子の吸収スペクトルを算出することができる。フィルムでは、波長によって光路長は変化しないが、粒子では波長ごとに、光路長が異なると考えられる。そこで、光路長を計算と実験から評価する。評価の方法としては、消光係数をわずかに変えた時に、前方散乱あるいは後方散乱される光量から、どのくらい吸収量が変化するかを計算する。
【００６２】
消光係数から得られる吸光係数と光路長の積から、吸収量を見積もることができる。吸収量の変化から、光路長が得られるので、単位長さ当たりの吸収スペクトルを得ることができる。同様にして、単位長さ当たりの散乱スペクトルを得ることもできる。散乱スペクトルの例として、ラマン散乱が挙げられる。
【００６３】
本発明は、光散乱体の形状を計測すること及び該光散乱体の散乱光を計測することを、該光散乱体を動かさずにでき、該形状に基づいて散乱強度を周期的な構造に関する光学的計算手法を用いて計算することにより、光散乱体を計測する光学的測定方法を提供する。
【００６４】
光散乱体の形状を計測した後、光散乱体を動かさずに散乱光を計測することにより、光散乱体の正確な位置情報を元にした光散乱の計算結果が得られるので計測精度が上がる。
【００６５】
光散乱体の固定方法の一つとしては、平滑で透明なガラス板の上に載せる方法が挙げられる。必要であれば、光散乱体をマッチングオイルに浸して、散乱光の集光のために液浸レンズを用いてもよい（特許文献３参照）。もう一つの方法として、カーボンナノチューブの先端に固定する方法が挙げられる（特許文献４参照）。さらに、第３の固定方法として、特許文献５のように集光位置に光圧で試料を固定する方法が挙げられる。
【００６６】
光散乱体に入射する光量の測定方法としては、市販のパワーメータ及びビームプロファイラを使うことができる。白色光源としては、市販のハロゲンランプや白色ＬＥＤレーザーを用いることができる。
【００６７】
散乱光の角度分布を測定する装置としては、市販のスペクトラムアナライザや、ＣＣＤイメージセンサ、パワーメータが挙げられる。波長分布を測定する方法としては市販のスペクトラムアナライザを挙げることができる。前方散乱または後方散乱の総量を知る方法として、市販の積分球が挙げられる。
【００６８】
（光学的測定方法（２））
本発明は上記課題を解決するために、光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値をλとするとき、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の間の距離が０．４λ以上１００λ以下であり、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を得て、角度の正弦または１／波長を横軸としたデータを元に、フーリエ変換したときのピークの横軸を算出することで、２つの光散乱体間の距離を求めることを特徴とする光学的測定方法を提供する。
【００６９】
２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長は、所定の波長範囲λ１からλ２（λ１≦λ２）を使用し、１００×λ１＞λ２であって、前記２つの光散乱体の屈折率ｎ２は、空気の屈折率ｎ０と異なり、前記２つの光散乱体は、互いに同じ種類の形状で１組または２組以上が、互いに距離ｗm（m＝１，２，３・・・mｍａｘ）を隔てて、屈折率ｎ１の平板上に存在する構成、または屈折率ｎ３(ｎ３≠ｎ１)の平板内部に存在する構成であり、２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度は、該散乱光を、２つの光散乱体を結ぶ軸から外れた方向で、２つの光散乱体を通った光が干渉した光を測定し、この２つの光散乱体を結ぶ軸から外れた方向は、入射光と光散乱体を結ぶ軸を含む面内においては、軸となす角度を入射光の進行方向と同じ向きに１８０°、または、入射光の進行方向と逆向きに１８０°とした範囲にあって、２つの光散乱体を結ぶ軸方向を含まない範囲の方向であることが好ましい。
【００７０】
λ１とλ２の範囲は、光源や散乱光測定機の測定範囲と２つの光散乱体を通った散乱光が干渉できる距離ｗによって制約を受けるため、１００×λ１＞λ２であることが好ましい。
【００７１】
２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１からλ２であり（ここでλ１≦λ２）、空気の屈折率がｎ０、２つの光散乱体を設けた平板の屈折率がｎ１であり、２つの光散乱体は、互いに同じ種類の形状で１組または２組以上設けられており、屈折率がｎ２(ｎ２≠ｎ０)で、各組の２つの光散乱体間の距離がｗm（m＝１，２，３・・・mｍａｘ）であって、平板上に存在する構成または屈折率がｎ３(ｎ３≠ｎ１)で、２つの光散乱体間の距離がｗmで平板内部に存在する構成であり、２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度は、該散乱光を、２つの光散乱体を結ぶ軸から外れた方向で干渉させることによって測定することが好ましい。
【００７２】
また、２つの領域に隣接して距離ｗm+1の別の２つの領域が存在する場合は、ｗm+1のいずれかはｗmと同じではない方が、違う距離として認識できるので好ましい。さらに、ｎ２−ｎ１の絶対値が２．５以下である方が、透過光を多くできるので好ましい。
【００７３】
２つの屈折発生体の重心を結ぶ軸を含み入射光に平行な平面における光散乱体の断面が矩形、楕円形または正弦形の場合には、光散乱強度角度分布を角度の正弦を横軸としてフーリエ変換し、三角形の場合には、ある角度で観測した光散乱強度波長分布について、波長を横軸としてフーリエ変換することが好ましい。
【００７４】
この光学的測定方法では、２つの屈折発生体の重心を結ぶ軸を含み入射光に平行な平面における２つの光散乱体の断面の面積が５％以上異なるときに、ピークの横軸から読み取った２つの光散乱体の距離を１％以上補正するようにしてもよい。
【００７５】
この光学的測定方法では、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで求められた２つの光散乱体間の距離を、２つの光散乱体の高さや幅が異なるとき、フーリエモーダル法、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）または境界要素法で得られた光散乱分布についてフーリエ変換した結果に基づいて、補正するようにしてもよい。
【００７６】
（光学的測定方法（３））
２つの光散乱体は、３つ以上の光散乱体Ｓｍ（ｍ＝１，２，３・・・）があるときの２つであり、そのうち１つの光散乱体Ｓ１だけの散乱強度を変えて測定し、変える前と後の波長分布または角度分布を比較することで、光散乱体Ｓ１と他の散乱体の距離を測定することが好ましい。
【００７７】
２つの光散乱体に対して入射光路の前方にピンホールまたはスリット設けるとともに、該ピンホールまたはスリットと光散乱体との間にレンズを配置して２つの光散乱体に光源からの光を集光し、散乱光の光散乱強度角度分布の角度が前記レンズの光軸から２０°以上ずれた角度を含み、前記ンホールまたはスリットを通過できる光源からの光の強度が１０μＷ以上であり、ピンホールの直径またはスリットの短軸の幅が１００μｍ以下であり、さらに２つの光散乱体の散乱光を平行化するために光散乱強度角度分布の中央付近の角度または所定の散乱角度の軸上に別のレンズを配置し、さらに、散乱光を計測するためのイメージセンサを備えていることが好ましい。
【００７８】
白色光源の光を集光するために、ピンホールまたはスリットと該光源の間に第１のレンズを配置し、２つの光散乱体に集光するために前記ピンホールまたはスリットと２つの光散乱体との間に第２のレンズを配置し、散乱光の所定の散乱角度が第２のレンズの光軸から２０°以上ずれた角度を含み、前記ピンホールまたはスリットを通過できる光源からの光の強度が１０μＷ以上であり、前記ピンホールの直径または前記スリットの短軸の幅が１００μｍ以下であり、さらに光散乱体の散乱光を集光するために所定の散乱角度の軸上に第３のレンズを配置し、第３のレンズと受光部を、受光部に該散乱光の焦点が来るよう配置し、さらに、受光部で受けた光をスペクトラムアナライザに伝播させる機構を備え、受光部を１００μｍ以下の精度で動かせるようにすることが好ましい。
【００７９】
（光学的記録媒体（１））
本発明は上記課題を解決するために、平面の板の上または内部に、複数の光散乱体が存在し、板に平行な面内における光散乱体（散乱体）の平均の短径が０．００１μｍ以上、０．３２μｍ以下であり、最も近くに隣接する光散乱体の重心間の平均距離ｗが０．３μｍ以上１．６μｍ以下であり、光散乱体間距離ｗの８０％以上が該平均距離の±４５％にあり、かつ光散乱体間距離の８０％を含む範囲がｗ−ｘからｗ＋ｘであるとき、ｗ−ｘ／２からｗ＋ｘ／２の範囲には光散乱体間距離が６０％以下しかないことを特徴とする光学的記録媒体を提供する。
【００８０】
記録媒体の読み取りに用いられる光の波長は、３００〜５００ｎｍである。この時、十分な光散乱強度を得るためには、短径が０．００１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．０１μｍ以上である。また、高い記録密度を得るためには、短径が短い方がよく、０．３２μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．２μｍ以下である。
【００８１】
光散乱体間距離を情報とすることで、光散乱体の有無を情報とする場合に比べて、情報量が増大する。光散乱体間距離の分布は、情報量を増やすために最適な広がりがある。光散乱体間距離ｗの８０％以上が該平均距離の±４５％にあるのが好ましく、より好ましくは、±３０％である。光散乱体間距離の８０％を含む範囲がｗ−ｘからｗ＋ｘであるとき、ｗ−ｘ／２からｗ＋ｘ／２の範囲には光散乱体間距離が６０％以下であることが好ましく、より好ましくは５０％以下である。
【００８２】
本発明は上記課題を解決するために、平面の板の上または内部に、複数の光散乱体が存在し、板に平行な面内における光散乱体の平均の短径が０．００１μｍ以上、０．３２μｍ以下であり、各光散乱体の最も近くに隣接する光散乱体の重心間の距離（光散乱体間距離）の平均ｗが０．３μｍ以上１．６μｍ以下であり、光散乱体間距離ｗの９５％以上がｗ１より大きい範囲に存在し、光散乱体間距離が離散的に分布し、分布の最少の間隔がδｗであるとき、次式の極大値を与えるｗ２と、ｗ１との間に８５％以上の光散乱体間距離が存在することを特徴とする光学的記録媒体を提供する。
[LOG2{(ｗ２−ｗ１)/δｗ＋１}]／ｗ２    （１）
【００８３】
光散乱体間距離には、記録媒体の情報量を増やすために最適な値ｗ２がある。この値は、最小値が光学的測定精度で決まる光散乱体間距離の分布の最少の間隔δｗと、最少値が分解能で決まる距離ｗ１で定まる。上記の式（１）は単位長さ当たりのビット数（ビットは情報量の単位）を与えている。ｗ２の最適値は式（１）が極大となる値で与えられる。この極大値におけるｗ２は、数値計算でグラフを描くことで求めることができる。
【００８４】
本発明は上記課題を解決するために、記録媒体の形状が円板であるとき、光散乱体間距離が、円板の中心を通る軸上の光散乱体同士のみを考えるか、円板を中心とする円の円弧上の光散乱体同士のみを考えることを特徴とする光学的記録媒体を提供する。
【００８５】
記録媒体の情報が、一軸方向のみに記録されている時には、光散乱体間の距離の分布は、その方向だけ考えればよい。
【００８６】
（光学的記録媒体（２））
本発明は上記課題を解決するために、円形の軌道の上に２つの光散乱体の組が多数形成されており、２つの光散乱体間の距離が、２つの光散乱体の組毎に一定ではなく、かつ、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、全ての２つの光散乱体の組の９０％以上について、２つの光散乱体間の距離が０．４λ１以上２λ１以下である光学的記録媒体であって、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を光学的に測定し、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、各組の２つの光散乱体間の距離が求められる構成であることを特徴とする光学的記録媒体を提供する。
【００８７】
各組の光散乱体の形状は、それぞれ幅ｖが０．０５λ１以上５λ１以下で、高さｄが０．０５ｖ以上２ｖ以下の矩形であって、各組の２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、各組の２つの光散乱体のうち、ひとつの光散乱体の幅、高さをｖａ、ｄａとし、もうひとつの光散乱体の幅、高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂとして、（ｄａ−ｄｂ）／ｄｂ＜４であり、ｖａ≧ｖｂとして、（ｖａ−ｖｂ）／ｖｂ＜０．１としてもよい。
【００８８】
各組の光散乱体の形状は、それぞれ幅ｖが０．１λ１以上１０λ１以下で、高さｄが０．０５ｖ以上２ｖ以下の正弦形であって、各組の２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、各組の２つの光散乱体のうち、ひとつの光散乱体の幅、高さをｖａ、ｄａとし、もうひとつの光散乱体の幅、高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂとして、（ｄａ−ｄｂ）／ｄｂ＜４であり、ｖａ≧ｖｂとして、（ｖａ−ｖｂ）／ｖｂ＜０．１としてもよい。
【００８９】
各組の光散乱体の形状は、それぞれ幅ｖが０．５λ１以上５λ１以下で、高さｄが０．２５ｖ以上２ｖ以下の三角形であって、各組の２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、各組の２つの光散乱体のうち、ひとつの光散乱体の幅、高さをｖａ、ｄａとし、もうひとつの光散乱体の幅、高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂ、ｖａ≧ｖｂとして、０．７＜（ｖａ／ｄａ）／（ｖｂ／ｄｂ）＜１．５としてもよい。
【００９０】
本発明は上記課題を解決するために、直線上に形成された三つ以上の光散乱体を含む領域を有し、該領域では、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、各光散乱体が互いに距離が０．４λ１以上離れており、且つ、前記領域のもっとも端にある光散乱体の光路差が、他の光散乱体の光路差の平均の１．５倍以上で最も大きいか、または吸収係数が他の光散乱体の平均の１．５倍以上で最も大きい光学的記録媒体であって、前記三つ以上の光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を光学的に測定し、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、三つ以上の光散乱体相互間の距離が求められる構成であることを特徴とする光学的記録媒体を提供する。
【００９１】
この光学的記録媒体では、各組の２つの光散乱体について、それぞれの光散乱体の重心を直線で結び断面を切り出したときに、平均の充填係数が３０〜６０％であることが好ましい。
【００９２】
この光学的記録媒体では、各組の２つの発生体は、平板に埋め込まれており、光または熱が付与されると屈折率が変わり、信号を記録または消去することが可能な構成としてもよい。
【００９３】
（光学的記録媒体（３））
本発明は上記課題を解決するために、円形の軌道の上に２つの光散乱体の組が多数形成されており、２つの光散乱体間の距離が、２つの光散乱体の組毎に一定ではなく、かつ、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、全ての２つの光散乱体の組の９０％以上について、２つの光散乱体間の距離が０．４λ１以上２λ１以下である光学的記録媒体であって、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を得ることができ、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、各組の２つの光散乱体間の距離が求められる構成であることを特徴とする光学的記録媒体を提供する。
【００９４】
光散乱体の組のとりかたの構成は二つある。一つは、円形の軌道の接線方向に隣り合う、光散乱体間の距離を求め情報とする構成である。もう一つは、異なる径の円形の軌道を同心円状に形成し、円の中心方向に直線を引き、同じ直線状に乗った光散乱体間の距離を求め情報とする構成である。
【００９５】
本発明は上記課題を解決するために、直線上に形成された３つ以上の光散乱体を含む領域を有し、該領域では、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、各光散乱体が互いに距離が０．４λ１以上離れており、且つ、前記領域のもっとも端にある光散乱体の光路差が、他の光散乱体の光路差の平均の１．５倍以上で最も大きいか、または吸収係数が他の光散乱体の平均の１．５倍以上で最も大きい光学的記録媒体であって、前記３つ以上の光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を得ることができ、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、３つ以上の光散乱体相互間の距離が求められる構成であることを特徴とする光学的記録媒体を提供する。
【００９６】
直線上に形成された３つ以上の光散乱体を含む領域では、入射光波長の最小値をλ１とするとき、各光散乱体が互いに距離０．４λ１以上１００λ１以下離れており、且つ、前記領域の最も端にある光散乱体だけが光または熱で屈折率を０．０１以上または吸光係数α［ｃｍ−１］を１以上変えられるようにすることが好ましい。
【００９７】
本発明は上記課題を解決するために、直線上に形成された２つ以上の光散乱体を含む領域を有し、該領域では、２つの光散乱体の組が多数形成されており、２つの光散乱体間の距離が、２つの光散乱体の組毎に一定ではなく、かつ、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１以上とするとき、全ての２つの光散乱体の組の９０％以上について、２つの光散乱体間の距離が０．４λ１以上２λ１以下である光学的記録媒体であって、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を得ることができ、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、各組の２つの光散乱体間の距離が求められる構成であり、前記領域では、光散乱体が１０〜３００ｎｍ離れており、ある散乱体Ｓ１から４０μｍ以下の距離にある散乱体Ｓｍ（ｍ＝２，３・・・）のうち少なくとも１つが散乱体Ｓ１との間を結ぶ軸と試料面に垂直な別の軸を含む平面内において、別の軸について非対称であり、かつ、Ｓ１と略相似であり、しかも、入射角をθｉ、散乱角をθｄとするとき、該領域の散乱はθｉ＝０の入射光に対して１０°＜θｄの範囲において最大の散乱強度を与えるθｄと−θｄの散乱強度Ａ（角度）の比Ａ（θｄ）／Ａ（−θｄ）が２以上であることを特徴とする光学的記録媒体を提供する。 
【００９８】
最も端の光散乱体が測定波長範囲内での吸収がなく、他の光散乱体に一部の測定波長のみを透過または散乱するものがあり、測定波長である入射光波長の最小値をλ１とするとき、他の光散乱体間の距離に、λ１の半分未満のものがあるようにすることが好ましい。
【００９９】
最も端の光散乱体以外の散乱体について、特定の偏光が選択的に反射されるよう複屈折を与え、散乱光を偏光選択でき、散乱光を端の散乱体を含め選択的に検出できるようにすることが好ましい。特定の偏光とは、ある方向の直線偏光や円偏光である。
【０１００】
（光学的測定装置（１））                   
本発明は上記課題を解決するために、白色光源、第１のレンズ、スリット、第２のレンズ、光散乱体、第３のレンズ、遮光フィルタ、分光器の順に並ぶことを特徴とする光学的測定装置を提供する。
【０１０１】
スリットを入れることで、光散乱体に当てる光を直線状にすることができ、該直線と入射光の光軸を含む面内で計算ができるので、解析が容易になる。さらに、スリットを該スリットを含む面内で動かしたり、スリットの幅を変えることで光散乱体の照射範囲を制御できる。遮光フィルタを挿入することで、入射光の光軸近傍の光をカットすることができる。
【０１０２】
光散乱体が光記録媒体の時、その吸収スペクトルを計測することで、吸収スペクトルの違いを情報とすることができる。たとえば、赤い吸収を持つ色素または青い吸収を持つ色素を混ぜておけば、青と赤で情報量は２となる。
【０１０３】
本発明は上記課題を解決するために、分光器がインターフェログラムを計測することを特徴とする光学的測定装置を提供する。
【０１０４】
インターフェログラムは、入射光の光軸上の光で解析されてきた。入射光の光軸から外れると、吸光度は増すため、弱い吸収でも解析が可能となる。一方、直進していないので、吸収スペクトルを直接得ることができない。本発明により、観測角度が定まれば、計算で吸収スペクトルを見積もることができるようになったので、光軸から外れた光でも解析可能である。
【０１０５】
本発明は上記課題を解決するために、レーザー光源、第１のレンズ、第１の穴あきマスク、第２のレンズ、光散乱体、第３のレンズ、第２の穴あきマスクの順に並び、散乱光の角度分布をＣＣＤイメージセンサで計測することを特徴とする装置を提供する。
【０１０６】
穴あきマスクはピンホールやスリットである。第１の穴あきマスクで光散乱体への照射範囲を決定する。第２の穴あきマスクで光散乱体の照射部分だけからの散乱光を選択的に計測する。また、光散乱体を中心として、第３のレンズ、第２の穴あきマスクおよびＣＣＤイメージセンサの受光部を同時に回転させることで、広い散乱角度を計測するのが望ましい。第1及び第２の穴あきマスク、及び光散乱体の位置を動かすことで特定の範囲を計測できる。
【０１０７】
光源の光が、単色である場合、レンズは、球面レンズよりも、非球面レンズを用いる方が好ましい。第２のレンズは、開口数ＮＡが０．０００１以上０．２以下であることが、望ましい。より好ましくはＮＡが０．０００１以上０．１以下である。
【０１０８】
ＮＡを小さくすることで、収差の影響を小さくし、集光系を設計通りにできる。第１のレンズと第２のレンズは、穴あきマスクに合わせて、シリンドリカルレンズを用いてもよい。第１の穴あきマスクと光散乱体の間には光束の範囲を、狭めるために絞りを置くことが好ましい。絞りを置くことで、光散乱体への入射光の角度範囲を調節できる。
【０１０９】
光散乱体が光記録媒体の時、その散乱パターンを計測することで、その形状を情報とすることができる。たとえば、三角と矩形では散乱の角度分布が異なり、三角の方が、入射光の光軸からずれたところに光が曲げられる。三角と矩形で情報量は２となる。穴あきマスクを使用することで、光散乱体への照射範囲を容易に制御できる。
【０１１０】
（光学的測定装置（２））
本発明は上記課題を解決するために、光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値をλとするとき、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の間の距離が０．４λ以上１００λ以下であり、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度角度分布または所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を光学的に測定する手段と、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、２つの光散乱体間の距離を求める手段とを備えた光学的測定装置であって、前記測定手段は、光源と、散乱光を受光する一辺の画素が６００以上で応答時間１００μｓ以下のＣＣＤイメージセンサと、を備えていることを特徴とする光学的測定装置を提供する。
【０１１１】
この光学的測定装置では、光源からの光の強度分布を、半値幅の縦横比を２倍以上に長くする手段を設けた構成としてもよい。
【０１１２】
この光学的測定装置では、光源からの光を通過させ、２つの光散乱体に照射するための長さと幅を調整したスリットと、散乱光を平行光にする開口数０．８以上のレンズを備えていることが好ましい。
【０１１３】
この光学的測定装置では、２つの光散乱体に対して入射光側に置いた光源からの光を集光するためのフレネルゾーンプレートと幅１０μｍ以下のスリットと、散乱光の光散乱強度角度分布を測るゴニオメータと幅１ｃｍ以下のスリット付きＰＩＮフォトダイオードとを備えている構成としてもよい。
【０１１４】
本発明は上記課題を解決するために、光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値をλとするとき、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の間の距離が０．４λ以上１００λ以下であり、前記２つの光散乱体の全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である条件において、前記２つの光散乱体によって生じる散乱光の光散乱強度の所定の散乱角度での光散乱強度波長分布を光学的に測定する分光手段と、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、２つの光散乱体間の距離を求める手段とを備えた光学的測定装置であって、前記測定手段は、光源と、散乱光を受光する一辺の画素が１０００以上で応答時間１００μｓ以下のＣＣＤイメージセンサと、を備えていることを特徴とする光学的測定装置を提供する。
【０１１５】
この光学的測定装置では、前記測定手段は、光源からの光を曲げると同時にほぼ同じ強さに分けるハーフミラー及びミラーと、ハーフミラーとミラーの距離をマイクロメータで機械的に調整する手段と、を備えている構成としてもよい。
【０１１６】
（光学的測定装置（３））
本発明では、上記いずれかの測定方法に用いることができ、入射光は、略平行光であり、反射光を測定する反射による散乱光を集光または平行化するレンズと同じレンズの中心から外れた部分に光を入射させ、光散乱体への入射平面内で４０°＜｜θｉ｜とできることを特徴とする光学的測定装置を提供する。
【０１１７】
本発明では、上記いずれかの測定方法に用いることができ、入射光は、試料面に垂直なZ軸について、Z軸となす角θｚが、４０°＜θｚ＜９０°である入射角θｚに６０％以上の光量（W単位）があり、Z軸について軸対称であることを特徴とする光学的測定装置を提供する。
【０１１８】
本発明では、上記いずれかの測定方法に用いることができ、光散乱を波長ごとにノッチフィルタで３つ以上に分け、受光することで、波長ごとの角度分布を計測することを特徴とする光学的測定装置を提供する。
【０１１９】
上記いずれかの測定方法に用いることができ、直線上に形成された３つ以上の光散乱体に対して用いることができ、時間変調のある入射光ＡとＢの二つを用い、入射光Ａと入射光Ｂの照射部分は隣接しておりかつ、各照射部分の範囲の大きさは、入射光波長の最小値をλ１とするとき、０．４λ１以上１００λ１以下であり、入射光ＡとＢの時間変調のタイミングをずらすことができ、該時間変調を測定可能な時間分解能を持っていることを特徴とする光学的測定装置を提供する。
【発明の効果】
【０１２０】
本発明によると、光散乱体の計測について、次のような効果が生じる。
１．従来は、周期的構造にのみ適用されてきた計算手法が、孤立系の構造にも容易に使える。
２．一般には、レンズを用いて画像情報が得られる。レンズを用いずに、散乱光を解析して画像を得る場合、従来、位相情報を用いて３次元画像再構成を行っていたが、光散乱の強度情報のみで再構成ができる。
【０１２１】
３．レンズを用いた、これまでの３次元画像再構成では、光学的な輪郭から距離を算出していたが、これは実際の物理的な輪郭とは必ずしも同じではなく補正が必要である。本発明では、３次元構造の光散乱を厳密に計算することで、正しい形状と大きさを得ることができる。
【０１２２】
４．散乱光について、位相情報を用いた３次元画像再構成を行う場合、フラウンホーファー近似に基づいて、フーリエ変換で計算していた。本発明は、フラウンホーファー近似より厳密な解を与える方法を用いることで、正しい距離を得ることができる。
【０１２３】
さらに、上記効果を生じる本発明を用いることで、次のことができる。
１．散乱光から散乱体の大きさを精度よく測定することができる。
２．一つの光散乱体の光路長と大きさの関係を見積もることができる。
３．散乱光から一つの光散乱体の吸収スペクトルを得ることができる。
【０１２４】
本発明によると、光散乱体が二つ以上の分布に分けられる場合にその距離の計測において次のような効果が生じる。
（１）回折限界の制約がない方法のため、従来より１０倍以上の精度で、孤立した２つの光散乱体間の距離を測定可能となる。
【０１２５】
（２）屈折率の違いはわずかでも、光軸方向に長い光散乱体があれば、検出できる。
（３）フーリエ変換を使うのでノイズに対して強い。
（４）光学的記録媒体の記録密度が大きく向上でき、作成、品質検査が容易にできる。
（５）計測が、非破壊で高速、高精度でできる。
【０１２６】
本発明は、上記のような効果が生じるので、本発明の技術を使用することを前提とした光学的記録媒体、その光学的読取、光学測定等に広く応用できる。応用としては、主に次の３つがあるが、これをその応用面における効果とともに説明する。
【０１２７】
（１） 光吸収スペクトルの計測
吸収スペクトルの定量的な計測においては、溶媒に溶かしたり、フィルム化したりという前処理が必要である。また、タンパク質の結晶のように、試料量がもともと少ない場合は、これらの前処理を行うことも難しい。微光散乱体から直接、光吸収スペクトルを得ることができれば、前処理の簡略化とともに、少ない試料量でも、定量的な計測が可能となる。
【０１２８】
（２）光学的記録媒体、光学的読取
光学的記録媒体としては、凸と凸あるいは凹と凹の間隔を記録データとする光学的記録媒体に適用可能である。単純な凹凸構造なので、光学的記録媒体の作製や品質検査が容易になる。凹凸の周囲との屈折率差が小さくても、光軸方向に高さがあるので十分光を拡散させることができる。たとえば、相変化で屈折率を変えて記録する場合に有効である。また、透過率を高くできるので、一枚のディスクに複数の記録層を設ける場合にも有効である。一方で、吸収スペクトルを情報とすれば、さらに、情報量を増やすことができる。
【０１２９】
（３）光学測定方法、測長装置
光学測定方法、測長装置に適用すると、高速で精度の高い検査が可能となる。投影像でなく、光軸方向の分布を含めた重心で距離を出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】光散乱体の形状、散乱角度、計算の変数を示す図である。
【図２】光散乱体の形状、散乱角度、計算の変数を示す図である。
【図３】光散乱体の形状、計算の変数を示す図である。
【図４】入射光の偏光ＴＥ、散乱角度１９．４７°で異なる縦横比を持つ矩形散乱体の計算周期による相対散乱強度の変化を示す図である。
【図５】入射光の偏光ＴＭ、散乱角度１９．４７°で異なる縦横比を持つ矩形散乱体の計算周期による相対散乱強度の変化を示す図である。
【図６】入射光の偏光ＴＥ、散乱角度４１．８°で異なる縦横比を持つ矩形散乱体の計算周期による相対散乱強度の変化を示す図である。
【図７】入射光の偏光ＴＭ、散乱角度４１．８°で異なる縦横比を持つ矩形散乱体の計算周期による相対散乱強度の変化を示す図である。
【図８】図である。１の入射光と配置におけるｖ＝１の矩形の透過散乱強度の角度分布を示す図である。
【図９】図１の入射光と配置におけるｖ＝３の矩形の透過散乱強度の角度分布を示す図である。
【図１０】図１の入射光と配置におけるｖ＝５の矩形の透過散乱強度の角度分布を示す図である。
【図１１】図９の角度分布のフーリエ変換を示す図である。
【図１２】図１０の角度分布のフーリエ変換を示す図である。
【図１３】図１の入射光と配置におけるｖ＝３の矩形の反射散乱強度の角度分布を示す図である。
【図１４】図１の入射光と配置におけるｖ＝５の矩形の反射散乱強度の角度分布を示す図である。
【図１５】図２の入射光と配置におけるｖ＝３の三角形の透過散乱強度の角度分布を示す図である。
【図１６】図２の入射光と配置におけるｖ＝５の三角形の透過散乱強度の角度分布を示す図である。
【図１７】ｖ＝３の円の透過散乱強度の角度分布を示す図である。
【図１８】ｖ＝５の円の透過散乱強度の角度分布を示す図である。
【図１９】ｖ＝１でθ＝４５°における図２の三角の透過散乱強度の波長分布を示す図である。
【図２０】図１９の波長分布のフーリエ変換を示す図である。
【図２１】散乱光の角度分布を計測する方法を示す図である。
【図２２】散乱光の波長分布を計測する方法を示す図である。
【図２３】散乱光の特定角度における波長分布を計測する方法を示す図である。
【図２４】本発明の光散乱体の形状を示す図であり、（ａ）は光散乱体が矩形である構成を示し、（ｂ）は光散乱体が矩形で複数ある構成を示し、（ｃ）は光散乱体が正弦凸部であることを示す図である。
【図２５】（ａ）、（ｂ）は、光散乱体が三角形である構成を示す図であり、（ｃ）は充填係数の定義を説明するための図である。
【図２６】本発明の実施例３の光学的測定方法及び光学的測定装置の全体構成を説明する図である。
【図２７】本発明の光散乱強度角度分布を示す図である。
【図２８】本発明の光散乱強度角度分布のフーリエ変換を示す図である。
【図２９】（ａ）、（ｂ）は、本発明の光散乱体が複数ある場合において、２つの光散乱体の組の組み合わせ方、及び複数の組とビームスポットの位置関係を示す図である。
【図３０】本発明の光学的測定試験４の結果であり、距離ｗ／λを３，４，５と変えたときの散乱角に対する相対散乱強度分布を示すグラフである。
【図３１】図３０の相対散乱強度分布をフーリエ変換後の相対散乱強度を示す図である。。
【図３２】ＦＴディスクの測定系を示す図であって、本発明に係る光学的記録媒体を適用したディスク（ＦＴディスク）の光学的測定装置（光学的読取装置）を説明する図である。
【図３３】ＦＴディスクの光散乱体（ピット）の並びと、移動するビームスポットの位置関係を示す図である。
【図３４】本発明の光散乱体が複数存在する多点の光散乱用に形成された、複数の矩形凸部の構成を示す図である。
【図３５】本発明の左端の光散乱体が高い複数の矩形の光散乱体の構成、及び光散乱体とビームスポットの位置関係の例を示す図である。
【図３６】本発明の光学的測定試験５で得られる光散乱強度角度分布をフーリエ変換したときの相対散乱強度を示す図である。
【図３７】本発明の光学的測定試験６で得られる光散乱強度角度分布をフーリエ変換したときの相対散乱強度を示す図である。
【図３８】散乱角を４７．２°または１９．５°としたときの、三角形の光散乱体による光散乱強度波長分布（光散乱強度の波長依存性）を示す図である。
【図３９】図３８に示す光散乱強度波長分布についてフーリエ変換したときの相対散乱強度を示す図である。
【図４０】本発明の実施例４の光学的測定方法及び光学的測定装置を説明する全体構成を示す図である。
【図４１】本発明の光学的測定試験８で得られた正弦凸部の光散乱体による光散乱強度角度分布をフーリエ変換したときの相対散乱強度を示す図である。
【図４２】本発明の実施例６において、光学的測定試験９によって得られた、順に並べられた矩形、三角形、矩形形、正弦の光散乱体による光散乱強度角度分布をフーリエ変換したときの相対散乱強度を示す図である。
【図４３】本発明の実施例６において、光学的測定試験１０で得られた結果であり、順に並べられた三角形、矩形、三角形、矩形、正弦の光散乱体による光散乱強度波長分布をフーリエ変換したときの相対散乱強度を示す図である。
【図４４】本発明の実施例７において、光学的測定試験１１によって得られる光散乱強度波長分布をフーリエ変換したときの相対散乱強度を示す図であり、片方の矩形のサイズが変化したときの２つの光散乱体間の距離のずれを説明する図である。
【図４５】本発明の実施例８を説明する図であり、平板に埋め込まれた光散乱体の矩形格子を示す図である。
【図４６】本発明の実施例８において、光学的測定試験１１によって得られる結果であり、埋め込まれた矩形格子の光散乱体による光散乱強度波長分布をフーリエ変換したときの相対散乱強度を示す図である。
【図４７】光源からの光をハーフミラーとミラーで二つに分ける装置、方法を示す図である。
【図４８】光源からの光をフレネルゾーンプレートとスリットで光散乱体に当てる装置、方法を示す図である。
【図４９】端の光散乱体を含んだ光散乱と含まない光散乱を得る方法を示す図である。
【図５０】端からの距離に対応するピークが強調されたことを示す図である。
【図５１】斜め入射での光散乱の計測方法を示す図である。
【図５２】三角形の凸部による透過光の波長分布を示す図である。
【図５３】光散乱波長分布の実験・解析結果と計算結果を比較する図である。
【図５４】蝶の羽の反射光の波長分布を示す図である。
【図５５】光散乱体の間隔とピークの分離の関係を示す図である。
【図５６】プリズムを用いて光散乱体に斜めに光を入射させる方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１３１】
本発明に係る光学的記録媒体の光学的測定方法、光学的測定装置及び光学的記録媒体を実施するための形態を、図面を参照して、まず発明の原理、構成を説明して、さらに実施例に基づいて以下に説明する。
【０１３２】
（発明の原理１）
本発明者らは、光学的記録媒体、該光学的記録媒体の光学的測定方法及び光学的測定装置等の研究開発を通して、反射光または透過光を照射した際に光の屈折率分布を発生する部材である孤立した凸部（矩形や三角形等の凸部）について、ＲＣＷＡで精度良く散乱光を計算する手段を見出した。
【０１３３】
このように光の屈折率分布を発生する凸部等の部材を、本明細書では、「光散乱体」と称する。なお、このＲＣＷＡによる計算手法自体は、光強度分布等の解析に通常用いられる周知の計算手段であり、本発明の特徴とする構成ではない。
【０１３４】
入射光の波長λに関して、ＲＣＷＡによる計算によって、孤立した光散乱体の長径が３０λ以下であれば、計算上の周期を、長径＋１７λ以上とすることで散乱パターンの包絡線を得ることができた。この手段を用いることで、これまでスリットや楕円形、円形以外には計算例が少なく、精度も低かった、光散乱体の散乱パターンを、ある程度の精度で数多く得ることができた。
【０１３５】
従来、一つのスリットについては、その散乱光強度分布の周期的変動とスリット幅との関係は明らかになっていた（非特許文献８）。しかし、矩形や三角形等のような、光軸方向に高さのある２つの光散乱体については散乱光の強度分布の周期的変動とスリット幅との関係は、明らかでなかった。また、周期的に変動すること自体が明確でなかった。
【０１３６】
今回、本発明によって厳密な計算手法を開発できたことで、任意の形状について、角度分布の周期的変動と長径との間に関係があることを明らかにできた。周期的変動の周期の逆数は長径に比例しており、その比例係数は、形状によって異なる。この比例係数は、ＲＣＷＡで計算することで得られる。また、周期の逆数を得る方法として、角度分布をフーリエ変換する方法が挙げられる。
【０１３７】
また、散乱光から微粒子の吸光係数についても、算出することができる。既知の粒子サイズ・形状の透過散乱光または反射散乱光から、直接、吸光係数が分かれば、波長ごとにこれを算出することで、吸収スペクトルが得られる。
【０１３８】
特定の粒子サイズ・形状について、屈折率の実部を仮定しその消光係数を増やしていくと、その吸収により透過散乱光や反射散乱光が単調に減少する。実験的に得られた、透過散乱量や反射散乱量を、対応する計算値と比較することで、消光係数を求めることができる。さらに、消光係数から吸光係数を求めることができる。
【０１３９】
本発明者らは、図１のような矩形の光散乱体１０について、パラメータＴＬを用いて、幅ｖと深さｄの比率を変え、また、計算上の周期Λを変えて、ある角度における散乱強度を計算した。入射光は、光散乱体１０を載せた透明な平板（基板）２０について垂直に入射した。３０は出射角θの散乱光を示す。
【０１４０】
図４から図７はその結果である。波長をλとするとき、横軸がΛ／λであり、Λ／λが３や６では安定していないが、大きくなると数値が一定に近づくことがわかる。なお、領域２の透明な平板（基板）２０の厚みは、十分厚く、裏面での反射を考慮しなくてよいとした。
【０１４１】
ここで、ｖ＝２／ＴＬ、ｄ＝２×ＴＬ／４とし、ＴＬを１から４まで変えた。光散乱体１０及び透明な平板（基板）６０の屈折率は１．５である。図４と図５は散乱角度θが１９．４７°であり、入射光の偏光は図４がＴＥ、図５がＴＭである。図６と図７は散乱角度θが４１．８°であり、入射光の偏光は図６がＴＥ、図７がＴＭである。ＴＥとＴＭの定義は、非特許文献１９にＴＥがＨモード、ＴＭがＥモードとして記載されている。以下、特に記載がない場合、入射光は偏光がＴＥである。
【０１４２】
図４から図７では、Λ／λを３から４８まで３ずつ変えた。回折角度は、Λ／λによって、取り得る値が定まるが、いずれの周期Λ／λにも、回折角度１９．４７°と４１．８°が存在する。計算の周期が大きくなると、回折角度の間隔が狭まるため、見かけ上の回折効率（散乱強度）が小さくなる。
【０１４３】
また、図１および図２で明らかなように、計算の１周期Λに占める散乱体の幅ｖが小さくなる。この効果を打ち消すために、散乱強度にΛ／ｖの二乗を掛けた値を相対散乱強度として図にプロットした。図６や図７で、ＴＬが３のとき、Λ／λが６までは変化が大きいが、Λ／λが６以上では比較的安定していることがわかる。また、図６でＴＬが４のとき、Λ／λが２１以上で安定していることがわかる。
【０１４４】
以上の知見から、周期構造に適用される計算手法で、孤立系の計算ができることが分かった。一般に、周期構造に適用される計算手法は短い計算時間で厳密な解を与えるので、有効な手段となる。
【０１４５】
本発明者らは、光散乱体１０の形状が図１に示すように矩形の凸部の場合には、図８〜図１０に示すように、光散乱体１０に起因する散乱パターン（図８〜図１０では相対散乱強度で示す）は、散乱角θ（入射光４０の光軸に対する透過または反射による散乱光３０の角度。より正確には、測定したい粒子の距離に対応する軸と入射光４０の直線を含む面内において、入射光４０の光軸に対する角度。）に対して、周期的に変化するという知見を得た。
【０１４６】
光散乱の角度分布の周期的な変化は、図２の三角形の光散乱体５０や、図３の円形の光散乱体７０についても同様にみられる。矩形の光散乱体１０の場合には、図８〜図１０に示したように、透過散乱光の強度が周期的に変化する。この周期の逆数は、図１１〜図１２に示したようなフーリエ変換によって求めることができる。この結果のピークの横軸が周期に対応する。
【０１４７】
入射光の波長を１としたとき、この値は図１１は３．８で、図１２は４．８となっており、幅ｖの３および５に対応して大きくなることが分る。なお、領域２の板の厚みは、十分厚く、裏面での反射を考慮しなくてよいとした。
【０１４８】
反射散乱光の強度については、図１３、図１４のように、周期性はあるが、４０°付近の角度だけが強度が強くなっており、周期の解析が難しくなっている。
【０１４９】
また、図１と入射光の向きを逆にして、矩形の光散乱体１０（矩形凸部）側から光を入射したとき、図１５、図１６のように、散乱の角度範囲が狭くなる。解析は少し難しくなる。
【０１５０】
円形の光散乱体７０の場合についての透過散乱光についての計算も行った。入射光の波長を１としたとき、図１７、図１８は、直径が３および５の場合の計算結果である。この粒径はＭｉｅ散乱の領域である。Ｍｉｅの散乱理論は球に対して解析的な散乱パターンを与える（非特許文献２０参照）。図１７と図１８の計算結果は、同サイズの球の散乱パターンと似ているが、厳密には円でなく球で計算する。
【０１５１】
この理論を直径３の球に適用し、ＲＣＷＡの３次元の計算結果と比較した。計算範囲を幅Λ＝３１、奥行きΛ２＝４とし、入射の偏光がＴＥおよびＴＭのそれぞれの場合について、透過散乱光の角度分布を検討した。ＲＣＷＡの計算結果では、４０°と６０°近傍にピークがあり、Ｍｉｅ散乱理論の予測値と一致した。
【０１５２】
特定の角度で、波長分布を観察することで、光散乱体の径に関する情報を得ることもできる。図２の三角形の光散乱体６０の場合について、散乱角θが４５°の場合について、計算した結果が図１９と図２０である。
【０１５３】
図１９は、ｖが１μｍの場合について、波長λを０．２μｍから１μｍまで変えて計算した散乱強度の変化である。１／λに関して、周期的に変化していることがわかる。さらに、これをフーリエ変換することで、図２０のように周期の逆数が得られる。図２０のピークの横軸は１μｍ近傍にあり、ｖが求められたことがわかる。
【０１５４】
（発明の原理２）                       
以上は一つの散乱体のサイズに関するものであるが、二つの散乱体間の距離についても、類似の計算で、距離を算出することができる。ＲＣＷＡによる計算によって、孤立した２つの光散乱体間の距離（正確には、２つの光散乱体のそれぞれ重心を結ぶ距離）が３０λ以下であれば、計算上の周期を、距離＋１７λ以上とすることで散乱パターンの包絡線を得ることができた。この手段を用いることで、これまで計算例が少なく、精度も低かった２つの光散乱体の散乱パターンを、ある程度の精度で数多く得ることができた。
【０１５５】
従来、２つのスリットについては、その散乱光強度分布の計算をする手段はあるが、矩形や三角形等の突起のような、光軸方向に高さのある２つの光散乱体については散乱光の強度分布の計算は困難で、簡便な手段はなく、どのような分布か明らかでなかった。
【０１５６】
本発明者らは、図２４（ａ）に示すように、基材（基板）である平板１０４０上に形成された光散乱体１０６０の形状が矩形の凸部の場合には、図２７に示すように、光散乱体１０６０に起因する散乱パターン（図２７では相対散乱強度で示す）は、散乱角θ（入射光１０２０の光軸に対する透過または反射による散乱光１０３０の角度、より正確には、２つの光散乱体１０６０の重心を結ぶ直線と入射光１０２０の直線を含む面内において、２つの光散乱体１０６０の重心を結ぶ直線に垂直な方向に対する角度である。図２４（ａ）参照）に対して、周期的に変化するという知見を得た。 
【０１５７】
また、この周期が２つの光散乱体１０６０間の距離（正確には、受光側の屈折率×２つの光散乱体間の距離ｗ）によって定まることを見出した。「受光側の屈折率」とは、図２４において平板１０４０側から散乱強度を計測し散乱光測定機と平板１０４０の間に別の屈折率層がない場合は、平板１０４０の屈折率であり、空気層等別の屈折率層が存在するか、凹凸側から空気層等の中で計測する場合は、空気層等の屈折率となる。
【０１５８】
このように屈折率によって、２つの光散乱体間の距離が変化する理由は、図２４における角度θが散乱光測定機と光屈折率発生体の間の屈折率で変化するためである。「２つの光散乱体間の距離」は、正確には、２つの光散乱体１０６０の重心間の距離である。
【０１５９】
さらに、この結果を散乱角θの正弦を横軸として、フーリエ変換すると、詳細は実施例３で説明するが、図２８に示すように、横軸が２つの光散乱体１０６０間の距離ｗに対応したピークが得られるという知見を得た。要するに、ピークのでている横軸の箇所は、光散乱体１０６０間の距離ｗに対応した部分である。この知見に基づき、２つの光散乱体間の距離を求めることが可能となる。       
【０１６０】
図２５（ａ）、（ｂ）は、基材である平板１０４０上に形成された光散乱体１０７０が三角形の凸部の形状をしている。このように光散乱体１０７０が三角凸部の形状をしている場合には、光散乱体１０７０に起因する散乱パターンは、散乱角に対しては周期的でないこともあるが、図３８に示すように、ある散乱角θで観測した波長に対しては、周期的に変動することを見出した。また、この周期が２つの光散乱体１０７０間の距離ｗ、ｗ１によって定まることを見出した（図３８のｗ／λ参照）。
【０１６１】
さらに、この図３８に示す光散乱強度分布を、波長λを横軸として、フーリエ変換すると、図３９に示すように、横軸が距離に対応したピークが得られるという知見が得られた。この知見は、２つの光散乱体１０７０間の距離を求めるのに応用できる。
【０１６２】
上記のとおり、同じまたはほぼ同じ種類の形状の２つの光散乱体間の距離については、光散乱強度角度分布または光散乱強度波長分布をフーリエ変換することで、高速・高精度に算出できる。本発明では、フーリエ変換を使うことで、検出がノイズに強くなり、繰り返し測定が不要なので高速に測定可能である。
【０１６３】
なお、本明細書で、２つの光散乱体について「同じ種類の形状」における「種類」とは、三角形、矩形、正弦等の形状の種類を言う。従って、「同じ種類の形状」例えば、とは、２つの光散乱体が共に、三角形、矩形、正弦等の形状の種類について同じ意味で使用する。
【０１６４】
光散乱の計測は、実施例において後記するが、ＣＣＤイメージセンサを用いることで高速にできる。フーリエ変換は、２つの光散乱体の形状が矩形または矩形に近いときには、角度分布（図２７に示す散乱角に対する光散乱強度）から、三角形または三角形に近いときには波長分布（図３８に示す波長λに対する光散乱強度）から算出して行われる。
【０１６５】
なお、本明細書記載の実施例では、光散乱の計測は、ＣＣＤイメージセンサを用いる例で説明するが、ＣＭＯＳイメージセンサ（相補型金属酸化膜半導体）を用いてもよい。
【０１６６】
ここで、光散乱体が「矩形に近い」と「三角形に近い」の数学的な意味は、散乱特性に影響する高さと幅（図２４（ａ）ではｖで示される）の２つのパラメータのうち、幅の影響が大きい場合が三角形であり、高さの影響も大きい場合が矩形である（星野鉄哉、伊藤雅英、谷田貝豊彦：”高次の回折効率を持つ透明回折格子の簡便な特性予測”、第35回光学シンポジウム予稿集、２０１０年、p .２３〜p .２６参照）。
【０１６７】
本発明の基本的な原理は以上のとおりであるが、より細かい点を補足すると、次のとおりである。なお、本明細書では、光散乱体の寸法を表現するとして、「高さ」、「深さ」、「高さまたは深さ」という用語を使用しているが、いずれも光散乱体の下端と上端の間の長さ寸法を表現しており同じである。
【０１６８】
２つの光散乱体の、それぞれの高さや幅が、互いに異なっているときには、測定データをフーリエ変換をして読み取った距離が、実際の距離とずれてしまう。そこで、光散乱体の高さや幅が別の手段により分かっている場合には、ずれの大きさを計算し補正する。ずれ補正の計算には、計算条件をうまく設定することで、ＲＣＷＡ法を適用する。つまり、周期構造でない孤立構造について、正しい計算ができるよう、計算上の周期等を設定する。
【０１６９】
矩形で高さが違う場合は高さの違いに応じて、計算された距離がずれる。各光散乱体が、中心軸に対して、線対称でない場合も、計算した距離が上から見た距離とはずれる。これを逆に利用して、高さの違いや、分布の線対称からのずれを知ることができる。
【０１７０】
例えば、幅が同じで、高さが未知で奥行きが幅や高さに比べて十分大きい２つの矩形が存在したとする。上面からしか観察できない場合や、光散乱体が平板に埋まっている場合が、これに相当する。
【０１７１】
あらかじめ、予想される高さの近傍で、２つの高さのずれと距離のずれの関係を計算しておく。光散乱を計測して、角度分布または波長分布から本願で述べているやり方に従い距離を計算した結果、測定値と距離がずれれば、あらかじめ計算した距離と対応させることで、高さのずれを見積もることができる。
【０１７２】
ところで、光散乱体を、光学的記録媒体として適用するとき、温度変化により材料が伸縮すると、２つの光散乱体間の距離が変わることにより、読み取りデータが変化してしまう。これを防ぐために、校正用のデータを、余分に付け加え、どの程度伸縮したかを知ることができる。
【０１７３】
例えば、長さを校正することで、線膨脹係数の大きな材料でも正確な値が出るので、ポリイミドや無機ガラスなど特殊な材料だけでなく、ポリカーボネートやアクリルなどの汎用の透明材料が使えるようになる。
【０１７４】
（発明の構成）
以上は本発明の原理であるが、このような原理に基く発明に係る光学的測定方法、光学的測定装置及び光学的記録媒体のそれぞれの構成について、以下説明する。
【０１７５】
＜光学的測定方法１＞
本発明の光学的測定方法についてまず、基本的な構成を説明する。１つの光散乱体に光を入射させ、その透過散乱光の強度分布を測定する。この測定の条件は、光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値をλとするとき、周囲と屈折率の異なる１つの光散乱体の短径が０．４λ以上１００λ以下であり、１つの光散乱体での全光線透過率または光線反射率が５０％以上である。全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である方が、多層の屈折率分布を測る際に、散乱強度を十分取ることができるので好ましい。
【０１７６】
なお、周囲と屈折率の異なる１つの光散乱体の短径は、０．４λ以上１００λ以下であることが好ましい。散乱光の分布は、一つの光散乱体の測定対象とする幅ｖを結ぶ軸を含み入射光と平行な平面内において計測される。
【０１７７】
全光線透過率と全光線反射率の測定方法は、日本工業規格のJIS K7375に従う。ただし、入射光を粒子内に集光するためにレンズを用い、「平行入射光束」の代わりに立体角が（４π／１２）ステラジアン以下の入射光を用いる。
【０１７８】
上記測定により得られた光散乱強度の角度分布（光散乱強度角度分布）、またはある角度での光散乱強度の波長分布（光散乱強度波長分布）を、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、光散乱体の測定対象とする幅ｖを求めることができる。
【０１７９】
ここで、入射光の波長は、測定対象とする散乱光の波長に対応する波長である。例えば、入射光の波長分布が２００nmから８００nmである場合でも、測定対象の波長が４００から７００nmであれば、ここで光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値λとする波長は４００nmである。
【０１８０】
屈折率は、複素屈折率を用いる。光散乱体は、内部でほぼ同じ屈折率をもっているとする。光散乱体の幅ｖは入射光に垂直な面内において、測定対象となる端から端までの距離である。
【０１８１】
図８から図１０に示すように、光散乱強度分布が散乱角を横軸とする場合（光散乱強度角度分布の場合）は、角度の正弦に対する光散乱強度についてフーリエ変換する（図１１および図１２参照）。また、図１９に示すように、光散乱強度分布が波長を横軸とする場合（光散乱強度波長分布の場合）は、１／波長に対する光散乱強度についてフーリエ変換する。フーリエ変換後のグラフのピークはゼロ近傍とそれ以外に生じる（図２０参照）。
【０１８２】
光散乱強度分布が角度を横軸とする場合におけるフーリエ変換後のグラフ（図１１および図１２参照）では、ゼロ近傍以外のピークの横軸の値を散乱光の観測される側（例．空気中、水中等）の複素屈折率の実部ｎで割った値が、光散乱体の幅ｖに対応している。この屈折率は、空気中での散乱光観測では空気の屈折率で１、水中での観測では水の屈折率で１．３となる。
【０１８３】
ある散乱角θでの光散乱強度波長分布について、フーリエ変換したグラフのピークの横軸は、［実部ｎ×ｓｉｎ（散乱角度）]で割った値が、光散乱体の幅ｖに対応している。散乱角度は、測定対象の幅ｖを結ぶ直線と入射光の直線を含む面内において、測定対象の幅ｖを結ぶ直線に垂直な方向に対する角度である。
【０１８４】
上記本発明に係る光学的測定方法では、測定対象の幅ｖを求めるための測定波長範囲がλ１からλ２である（ここでλ１≦λ２）。ここで、測定対象の幅ｖを求めるための測定波長範囲とは、フーリエ変換等の解析に用いる波長範囲であり、通常、入射光の波長分布より狭い範囲となる。測定対象である光散乱体は、次のような態様がある。
【０１８５】
一つは、図１や図２のように、透明な平板（基板）２０の上に光散乱体１０、５０が載っている場合である。もう一つは、図３のように、光散乱体７０が全く孤立している場合である。光散乱体の形状は、その内部がほぼ均一であればどのような形状でもよい。ここで、光散乱体の形状とは、平面に接することが可能なすべての点を結んだ多面体で囲まれる領域のことを意味する。
【０１８６】
散乱光の測定は、１つの光散乱体で散乱した光を、測定対象の幅ｖを結ぶ軸から外れた方向で干渉させることによって測る。測定対象の幅ｖを結ぶ軸から外れた方向とは、入射光と測定対象の幅ｖを結ぶ軸を含む面内においては、軸となす角度を入射光の進行方向と同じ向きに１８０°、または、入射光の進行方向と逆向きに１８０°とした範囲にあって軸方向を含まない範囲である。
【０１８７】
即ち、散乱光は、測定対象の幅ｖを結ぶ直線と入射光の直線を含む面内において、測定対象の幅ｖを結ぶ直線に垂直な方向に対して、±９０°の範囲について観測する。図１においては、光散乱体１０を結ぶ軸は透明な平板（基板）６０に平行な方向であり、透過光の観測範囲はθが±９０°の範囲となり、反射光の観測範囲はθが１８０±９０°の範囲となる。
【０１８８】
なお、λ１、λ２は赤外域では２．５−２０μｍ、ＵＶ可視域では、４００−８００ｎｍ、硬Ｘ線領域では０．０５−０．２５ｎｍ、軟Ｘ線領域では１−４ｎｍである。
【０１８９】
光散乱体の断面が矩形または矩形に近い場合には、光散乱強度角度分布についての解析が、容易であり、フーリエ変換後の信号強度も強い。光散乱体の断面が三角形の場合には、ある角度で観測した光散乱強度波長分布について、波長を横軸としてフーリエ変換する方が、解析が容易であり、フーリエ変換後の信号強度も強い。
【０１９０】
従って、本発明に係る光学的測定方法においては、光散乱体の断面が矩形、または矩形に近い楕円若しくは正弦の場合には、光散乱強度角度分布を角度の正弦を横軸としてフーリエ変換することが好ましく、光散乱体の断面が三角形の場合には、ある角度で観測した光散乱強度波長分布について、波長を横軸としてフーリエ変換することが好ましい。
【０１９１】
なお、矩形と三角形の中間の形状、たとえば、正弦形、台形の場合には、どちらの方法を用いてもよいが、散乱光の角度分布の方が、入射光を単色にできるので、実施上では制約が比較的少ない。
【０１９２】
フラウンホーファー近似より高い精度の結果を得ることが可能な、フーリエモーダル法を用いることで、光散乱体による光散乱の角度分布を正確に求めることができる。また、フーリエモーダル法は、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）や境界要素法より、プログラムの時間および計算時間を考慮したときに、短い時間で様々な形状に適用できる。
【０１９３】
＜光学的測定方法２＞
以上は、光散乱体が一つの場合であるが、二つの光散乱体では、それらの間の距離を求めることができる。２つの光散乱体に光を入射させ、その透過散乱光の強度分布を測定する。この測定の条件は、光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値をλとするとき、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の距離が０．４λ以上１００λ以下であり、２つの光散乱体での全光線透過率または光線反射率が５０％以上である。全光線透過率または全光線反射率が５０％以上である方が、多層の屈折率分布を測る際に、散乱強度を十分取ることができるので好ましい。
【０１９４】
なお、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の距離は、０．７λ以上１５λ以下であることがより好ましい。
【０１９５】
全光線透過率と全光線反射率の測定方法は、波長が２００ｎｍ以上の場合は、日本工業規格のJIS K7375に従う。波長が２００ｎｍ以下では、２つの屈折発生体を結ぶ軸を含み入射光と平行な平面内において、全光線透過率は全ての透過光を、全光線反射率はすべての反射光を測定する。
【０１９６】
上記測定により得られた光散乱強度の角度分布（光散乱強度角度分布）、またはある角度での光散乱強度の波長分布（光散乱強度波長分布）を、角度の正弦または１／波長を横軸としてフーリエ変換し、フーリエ変換後のピークの横軸を読み取ることで、２つの光散乱体の距離を求めることができる。
【０１９７】
ここで、入射光の波長は、測定対象とする散乱光の波長に対応する波長である。例えば、入射光の波長分布が２００nmから８００nmである場合でも、測定対象の波長が４００から７００nmであれば、ここで光を散乱させて測定・解析するための入射光波長の最小値λとする波長は４００nmである。
【０１９８】
屈折率は、複素屈折率を用いる。２つの光散乱体は、ほぼ同じ屈折率をもっており、光散乱体の位置はその重心とする。２つの光散乱体の距離は、２つの光散乱体のそれぞれの位置の間の長さとする。全光線透過率は、光散乱体の重心を通る波長λの光が、透過散乱される光量と入射光量の比率である。
【０１９９】
図２７に示すように、光散乱強度分布が散乱角を横軸とする場合（光散乱強度角度分布の場合）は、角度の正弦に対する光散乱強度についてフーリエ変換する（図２８参照）。また、図３８に示すように、光散乱強度分布が波長を横軸とする場合（光散乱強度波長分布の場合）は、１／波長に対する光散乱強度についてフーリエ変換する。フーリエ変換後のグラフのピークはゼロ近傍とそれ以外に生じる（図３９参照）。
【０２００】
光散乱強度分布が角度を横軸とする場合おけるフーリエ変換後のグラフ（図２８参照）では、ゼロ近傍以外のピークの横軸の値を散乱光の観測される側（例．空気中、水中等）の複素屈折率の実部ｎで割った値が、２つの光散乱体の距離に対応している。この屈折率は、空気中での散乱光観測では空気の屈折率で１、水中での観測では水の屈折率で１．３となる。
【０２０１】
ある散乱角θでの光散乱強度波長分布について、フーリエ変換したグラフのピークの横軸は、［実部ｎ×ｓｉｎ（散乱角度）]で割った値が、２つの光散乱体の距離に対応している。散乱角度は、２つの光散乱体の重心を結ぶ直線と入射光の直線を含む面内において、２つの光散乱体重心を結ぶ直線に垂直な方向に対する角度である。
【０２０２】
上記本発明に係る光学的測定方法では、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１からλ２である（ここでλ１≦λ２）。ここで、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲とは、フーリエ変換等の解析に用いる波長範囲であり、通常、入射光の波長分布より狭い範囲となる。測定対象である２つの光散乱体は、次のような態様がある。
【０２０３】
ア．２つの光散乱体の組は、１つでも２以上あってもよい。図２４（ｂ）では光散乱体１０６０が３つあり、２つの光散乱体１０６０の組が２つある構成を示している。ｍ＝１，２として、ｗ１が２つの光散乱体１０６０の距離、ｖｍが幅、ｄｍが高さ、ｈｍが奥行きである。ｍが２以上の場合には、ｗ（ｍ），ｖ（ｍ＋１），ｄ（ｍ＋１），ｈ（ｍ＋１）をそれぞれの大きさに対応させる。
【０２０４】
イ．光散乱体は、平板（基板）の上に設けられていても（図２４参照）、平板の内部に埋め込まれて形成されていても（図４５参照）よい。
ウ．光散乱体が平板（基板）の上に設けられている場合は、その屈折率は平板と同じであっても異なっていてもよい。
エ．光散乱体が平板（基板）の内部に形成されている場合は、その屈折率は平板と異なる。
【０２０５】
これを整理すると、つぎのようになる。本発明では、２つの光散乱体間の距離を求めるための測定波長範囲がλ１からλ２であり（ここでλ１≦λ２）、空気の屈折率をｎ０、光散乱体が形成されている基材（基板）である平板の屈折率をｎ１とするとき、屈折率ｎ２(ｎ２≠ｎ０)で距離ｗm（m＝１，２，３・・・mｍａｘ）の２つの光散乱体の１または２以上の組が平板上に存在するか、または、屈折率ｎ３(ｎ３≠ｎ１)で距離ｗmの２つの光散乱体の１または２以上の組が平板内部に存在する。
【０２０６】
散乱光の測定は、２つの光散乱体それぞれで散乱した光を、２つの光散乱体を結ぶ軸から外れた方向で干渉させることによって測る。２つの光散乱体を結ぶ軸から外れた方向とは、入射光と光散乱体を結ぶ軸を含む面内においては、軸となす角度を入射光の進行方向と同じ向きに１８０°、または、入射光の進行方向と逆向きに１８０°とした範囲にあって軸方向を含まない範囲である。
【０２０７】
即ち、散乱光は、２つの光散乱体の重心を結ぶ直線と入射光の直線を含む面内において、２つの光散乱体の重心を結ぶ直線に垂直な方向に対して、±９０°の範囲について観測する。図２４（ａ）においては、２つの光散乱体１０６０を結ぶ軸は平板１０４０に平行な方向であり、透過光の観測範囲はθが±９０°の範囲となり、反射光の観測範囲はθが１８０±９０°の範囲となる。
【０２０８】
図２４（ｂ）に示すような３つの光散乱体１０６０の場合は、光散乱体１０６０がおおよそ同じ種類の形（矩形）であり、距離ｗm離れた２つの光散乱体１０６０に隣接して、距離ｗm+1の別の組の２つの光散乱体６０が存在する。
【０２０９】
ｗm+1は必ずしもｗmと同じではなく、各光散乱体１０６０について、その近傍の光散乱体を通る光との光路差または光吸収量に差がある。光散乱体１０６０は、周囲と屈折率が異なっていればよい。平板の中に平板と屈折率の異なる光散乱体が埋め込まれている場合がひとつである。あるいは、光散乱体が平板と同じ屈折率であっても、凸部となっているか、あるいは、逆に凹部であればよい。
【０２１０】
このように、複数の２つの光散乱体１０６０の組のそれぞれについて、２つの光散乱体１０６０間の距離が、様々な値の場合についても、距離を測定することができる。
【０２１１】
なお、透過光を観測する場合と反射光を観測する場合では、範囲が反対になる。光散乱体が同じ種類の形、例えば、矩形同士や三角形同士である場合、それぞれの領域の散乱分布が似ているため解析が容易になり、得られる信号強度も強い。なお、λ１、λ２はＵＶ可視域では、４００−８００ｎｍ、硬Ｘ線領域では０．０５−０．２５ｎｍ、軟Ｘ線領域では１−４ｎｍである。 
【０２１２】
光散乱体の断面が矩形または矩形に近い場合には、光散乱強度角度分布についての解析が、容易であり、フーリエ変換後の信号強度も強い。光散乱体の断面が三角形の場合には、ある角度で観測した光散乱強度波長分布について、波長を横軸としてフーリエ変換する方が、解析が容易であり、フーリエ変換後の信号強度も強い。
【０２１３】
従って、本発明に係る光学的測定方法においては、光散乱体の断面が矩形、または矩形に近い楕円若しくは正弦の場合には、光散乱強度角度分布を角度の正弦を横軸としてフーリエ変換することが好ましく、光散乱体の断面が三角形の場合には、ある角度で観測した光散乱強度波長分布について、波長を横軸としてフーリエ変換することが好ましい。
【０２１４】
なお、矩形と三角形の中間の形状、たとえば、正弦形、台形の場合には、どちらの方法を用いてもよいが、散乱光の角度分布の方が、入射光を単色にできるので、実施上では制約が比較的少ない。
【０２１５】
２つの光散乱体の重心を結ぶ直線と入射光の直線を含む面内において２つの光散乱体のそれぞれの断面の面積が異なると、２つの光散乱体間の実際の距離と本願の方法でフーリエ変換後に得られるピークの横軸から読み取った距離がずれる。
【０２１６】
例えば、２つの光散乱体の幅が同じであっても高さが５％異なると、フーリエ変換後の距離が実際の距離から１％以上ずれる。そこで、あらかじめ幅や高さの違いを別の方法で測定し、横軸から読み取った距離に補正を行うことでより正確な距離を得ることができる。
【０２１７】
従って、本発明に係る光学的測定方法では、２つの光散乱体の大きさが５％以上異なるときには、ピークの横軸から読み取った２つの光散乱体の距離を１％以上補正することが好ましい。
【０２１８】
フラウンホーファー近似より高い精度の結果を得ることが可能な、フーリエモーダル法を用いることで、２つの光散乱体による光散乱の角度分布を正確に求めることができる。また、フーリエモーダル法は、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）や境界要素法より、プログラムの時間および計算時間を考慮したときに、短い時間で様々な形状に適用できる。
【０２１９】
例えば、幅が同じで、高さが異なる矩形の光散乱体から求めた距離は、同じ幅のスリットでフラウンホーファー近似を適用した結果とは異なる。ここではＲＣＷＡ（厳密結合波解析）をフーリエモーダル法に含める。
【０２２０】
従って、本発明に係る光学的測定方法では、フーリエ変換して得られた距離ｗｍについて、２つの光散乱体の高さや幅が異なるとき、フーリエモーダル法、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）または境界要素法で得られた光散乱分布についてフーリエ変換した結果に基づいて、２つの光散乱体の距離を補正することが好ましい。
【０２２１】
直線上に３個の光散乱体があるとき、計測される距離の数は、３個の組み合わせである３となり、３個の光散乱体の位置関係を把握するのは難しい。この考察から、３個以上の光散乱体の距離を計測するのは難しいことが分かる。
【０２２２】
これを解決する方法として、左端（あるいは右端）の光散乱体を大きくすることが挙げられる。他の光散乱体の散乱光よりも、左端の光散乱体による散乱光が強くなるために、左端の光散乱体からの距離を選択的に計測できる。
【０２２３】
例えば、図４９に示すような光散乱体Ｓ１〜Ｓ４がある構成において、Ｓ１から他の光散乱体Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４までのそれぞれの距離を求める場合には、欲しい信号は、Ｓ１から他の光散乱体Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４までのそれぞれの距離３λ、４λ、５λに対応する信号であり、不要な信号はＳ２〜Ｓ４間の距離λ、２λに対応する信号である。
【０２２４】
例えば、光散乱体Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４について、左端の光散乱体をＳ１とした場合、図４９で示されるように、欲しい信号（図４９の矢印で示した光散乱体Ｓ１から光散乱体Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれの距離に対応する信号）以外の他の２つの信号（光散乱体Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４間の距離に対応する信号）に対応するピーク（図４９の矢印で示されていない横軸の目盛１と２（１、２は図示されていない）にあるふたつのピーク）を、欲しい信号（図４９の矢印で示した光散乱体Ｓ１から光散乱体Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれの距離に対応する信号）に対応するピーク（図４９の３つの矢印で示すピーク）に比べて相対的に小さくできる。
【０２２５】
距離３λ、４λ、５λに相当するピークを大きくするためのひとつの方法として、左端の散乱体の散乱体のサイズを大きくするという方法がある。散乱体の高さが０．２λまでは、Ｓ１の散乱強度が増大するので、見掛け上、距離３λ、４λ、５λに相当するピークを大きくできる。実際、図４９で、左端の散乱体の散乱体のサイズを大きくすると、矢印の３λ、４λ、５λに相当するピークが大きくなることが分かる。
【０２２６】
左端の光散乱体を大きくすることで、左端の散乱体からの距離を計測する方法では、他の光散乱体間の散乱光を完全に除外することは難しい。そこで、左端の光散乱体のサイズや位置を変え、変える前と後で、左端の散乱体とその他の散乱体間の散乱光が変化することを利用する方法を考えた。この方法で、他の光散乱体間の散乱光をほぼ完全に除外することができる。
【０２２７】
左端の光散乱体の散乱強度を変える方法として、散乱体の高さや幅を変える方法がある。本発明者らは、本発明の研究開発の過程で、矩形の散乱体の高さと幅が０．２λ以下であるとき、その散乱強度は、高さに比例するこという知見を得た。
【０２２８】
解析方法の例として、左端の光散乱体の、散乱強度を強くして、強くする前の信号強度で割る方法がある。散乱強度を強くする前の散乱光の角度分布をフーリエ変換したグラフをＦ０（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）、強くした後のグラフをＦ１（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）とする。
【０２２９】
Ｆ１（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）／Ｆ０（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）は、左端の光散乱体の散乱光に由来する強度が大きくなり、左端以外の光散乱体に由来する散乱光はあまり変わらないので、左端の光散乱体からの距離に相当するピークだけが強くなる。その結果、左端の光散乱体からの距離が分かる。
【０２３０】
このような方法（左端の光散乱体の散乱強度を変える方法）は、左端の散乱体の大きさを変えるだけでなく、光吸収を変える方法や左端の散乱体に当てる光の強度を変えることでも実現できる。さらに、似たような方法として、左端の散乱体の位置を変えるやり方や、左端の散乱体のみ入射光の入射角度を変えるやり方が挙げられる。
【０２３１】
また、本発明者らは、本発明の研究開発の過程で、入射角度を試料面に垂直な方向に対して斜めにずらすことで、分解能を向上させることができるという知見も得た。さらに、散乱光の波長分布を測定する場合には、反射光の測定では正反射角、透過光の測定では直進の透過光の角度からの角度が大きいほど、分解能が向上するという知見も得た。
【０２３２】
このような測定をする光学系として、光源、第１のレンズ、ピンホール（または第１のスリット）、第２のレンズ、試料の散乱体、第３のレンズ、受光部（第２のスリットまたは光ファイバの先端）の順で並べられた光学系が考えられる。ここで、受光部は第３のレンズで集光された光を受ける部分であって、試料の散乱光の焦点位置に置かれる。
【０２３３】
第３のレンズと光ファイバの先端の間に遮るものがない場合は光ファイバの先端が受光部に該当するが、該先端とレンズの間に第２のスリットを置く場合は、該スリットが受光部に該当するよう配置する。散乱体と受光部の間に第２のレンズを置く理由は、散乱光を集めて信号強度を稼ぐためと、散乱体の特定の部分の特定の散乱角度だけを選択して観測するためである。
【０２３４】
ピンホールまたは第１のスリットは、光軸方向に０．１ｍｍ単位で精密に移動できるような可動部に固定されている構成とすることが好ましい。試料の散乱体の固定台には、３軸方向にμｍ単位で精密に移動できる可動部があり、かつ、入射光の光軸と測定する散乱光の光軸を含む面内で回転できる回転軸がある構成とすることが好ましい。さらに、受光部の固定台には、散乱光の光軸を含む３軸方向にμｍ単位で精密に移動できる可動部があり、かつ、入射光の光軸と測定する散乱光の光軸を含む面内で回転できる回転軸がある構成とすることが好ましい。
【０２３５】
上記のとおりの可動部や、回転軸を用いることで、光軸合わせが容易かつ正確にできる。例えば、光源からの光をピンホール１またはスリット１に通したのち、レンズを通して散乱体への入射光を作る光学系において、レンズの位置を調節して、倍率を０．５倍から２倍まで調整するということも容易に行うことができる。倍率を変えることで、測定対象となる距離を変えられる。光軸合わせは、最初は目視で行い、さらに厳密には光量をモニターして、最大の信号が得られるよう可動部を調整することで行う。
【０２３６】
＜光学的記録媒体１＞
本発明に係る光学的測定方法では、１つの光散乱体を光学的に測定し、その幅や消光係数を測定することができる点を特徴とするが、この光散乱体を多数（ｎ個）、円形の軌道上に沿って直列的に作成し、光学的記録媒体として応用可能である。
【０２３７】
多数の光散乱体について、光散乱体の幅ｖ１〜ｎや消光係数ｋ１〜ｎが、波長λ１について一定でなく、多数の光散乱体間の幅ｗ１〜ｎのうち９０％以上が０．４λ１以上２λ１以下の距離を持つのが記録密度を高める上で好ましい。
【０２３８】
＜光学的記録媒体２＞
本発明に係る光学的測定方法では、２つの光散乱体を光学的に測定し、その距離を測定することができる点を特徴とするが、この２つの光散乱体の組を多数（ｎ個）、円形の軌道上に沿って直列的に作成し、光学的記録媒体として応用可能である。
【０２３９】
多数の２つの光散乱体の組について、２つの光散乱体間の距離ｗ１〜ｎが、一定でなく、多数の２つの光散乱体間の距離ｗ１〜ｎのうち９０％以上が０．４λ１以上２λ１以下の距離を持つのが記録密度を高める上で好ましい。
【０２４０】
また、別の光学的記録媒体の構成として、径の異なる円形の軌道を同心円状に複数形成し、円の中心方向に向かって、光散乱体が直列的に作成されている構成がある。この場合は、隣接する円と円の間に多数の２つの光散乱体の組があり、２つの光散乱体間の距離ｗ１〜ｎが、一定でなく、多数の２つの光散乱体間の距離ｗ１〜ｎのうち９０％以上が０．４λ１以上２λ１以下の距離を持つ。
【０２４１】
なお、多数の２つの光散乱体間の距離ｗ１〜ｎのうち９０％以上については、上記のとおり、０．４λ以上２λ以下であることが好ましいが、０．４λ１以上１．０λ１以下であることがさらに好ましい。
【０２４２】
このような本発明に係る光学的記録媒体においては、２つの光散乱体の間隔が短すぎると、発明に係る光学的測定方法にて、フーリエ変換した後のピークが分離しない。また、２つの光散乱体の間隔が長すぎると光学的記録媒体の記録密度が小さくなる。光学的記録媒体の記録密度は、円形の軌道の単位長さ当たりの、ビット数で求めることができる。
【０２４３】
１ビットは０または１を与える情報量を表し、２進数では１単位となっている。２ビットでは２の２乗で情報量は４である。２穴の間隔を１６階調で変化させる多値記録により０から１５まで記録できたとすると、２の４乗で４ビットの情報量を記録できたことになる。これは距離ｗを１．２λから１．６λまで、間隔０．０２５λの精度で測定できれば可能となる。１ビットを一つの穴に対応させる従来方式では２つの穴で２ビット記録できる。２つの穴で多値記録する場合、４ビット記録できれば情報量の密度は倍になる。
【０２４４】
通常、光学的記録媒体の読み取り用波長λ１は、３００から５００ｎｍにあることが多く、４０５ｎｍが好まれる。光散乱体の幅や高さは、光散乱強度が、検出するために十分なだけ大きくし、かつ、記録密度を高くするのに障害にならないよう小さくする。
【０２４５】
そして、２つの光散乱体の距離は、フーリエ変換後のピークが分離するのに十分大きくし、且つ記録密度を高くするのに障害にならないように決める。２つの光散乱体の大きさの違いは、高い記録密度と、十分なフーリエ変換後のピーク強度を得られるよう設定するのが好ましい。ここで、大きさとは、２つの光散乱体の形状が同じ矩形や三角である場合、その高さおよび幅を意味する。
【０２４６】
このようなことを考慮し、本発明者らは最適な構成を検討した結果、光散乱体の形状を矩形、正弦形、三角形とした場合における幅、高さについて検討した。その結果は、それぞれ次のとおりである。
【０２４７】
本発明に係る光学的記録媒体の光散乱体を矩形とする場合には、各光散乱体の形状は、幅ｖが０．０５λ１以上５λ１以下で、高さｄが０．０５ｖ以上２ｖ以下の矩形であって、２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、ひとつの形状の幅と高さをｖａ、ｄａとし、もうひとつの形状の幅高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂとして、（ｄａ−ｄｂ）／ｄｂ＜４であり、ｖａ≧ｖｂとして、（ｖａ−ｖｂ）／ｖｂ＜０．１とすることが好ましいことが分かった。
【０２４８】
なお、２つの光散乱体の距離は、入射角によらず解像できることから、０．７λ１以上であることがより好ましい。
【０２４９】
また、本発明に係る光学的記録媒体の光散乱体を正弦形とする場合には、各光散乱体の形状は、幅ｖが０．１λ１以上１０λ１以下で、高さｄが０．０５ｖ以上２ｖ以下の正弦形であって、２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、ひとつの形状の幅と高さをそれぞれｖａ、ｄａとし、もうひとつの形状の幅高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂとして、（ｄａ−ｄｂ）／ｄｂ＜４であり、ｖａ≧ｖｂとして、（ｖａ−ｖｂ）／ｖｂ＜０．１とすることが好ましいことが分かった。
【０２５０】
さらに、本発明に係る光学的記録媒体の光散乱体を三角形とする場合には、各光散乱体の形状は、幅ｖが０．５λ１以上５λ１以下で、高さｄが０．２５ｖ以上２ｖ以下の三角形であって、２つの光散乱体の距離ｗが０．４λ１以上であり、ひとつの形状の幅と高さをそれぞれｖａ、ｄａとし、もうひとつの形状の幅高さをｖｂ、ｄｂとするとき、ｄａ≧ｄｂとして、ｖａ≧ｖｂとして、０．７＜（ｖａ／ｄａ）／（ｖｂ／ｄｂ）＜１．５とすることが好ましいことが分かった。
【０２５１】
本発明に係る光学的記録媒体の光散乱体は、二つだけでなく、三つ以上から成る構成としてもよい。三つ以上を一組とする場合は、別の組との間隔は情報としては扱わないのが好ましい。距離情報を得るための解析が、複雑になるためである。
【０２５２】
このように三つ以上の光散乱体を設ける場合には、複数の光散乱体のうち一つの光散乱体だけ、大きな光散乱強度をもたせることで、その光散乱体から他の光散乱体までの距離を与えるピークを大きくすることができる。大きな光散乱強度をもつ光屈折率発生体以外の光屈折率発生体同士でも、ピークが発生するが、相対的に小さくなる。
【０２５３】
つまり、フーリエ変換後のピークにおいて、他のピークと区別できる。大きな光散乱強度をもたせるには、該当する光散乱体だけを、サイズを大きくするか、まわりの屈折率との差を大きくする方法がある。
【０２５４】
このようなことを考慮して、本発明に係る光学的記録媒体では、３つ以上の光散乱体を含む拡大的な構成においては、各光散乱体が互いに距離が０．４λ１以上離れており、各光散乱体が直線上に存在しており、さらに、この拡大的な構成のもっとも端にある光散乱体の光路差が、他の光散乱体の光路差の平均の１．５倍以上で最も大きいか、または吸収係数が他の光散乱体の平均の１．５倍以上で最も大きい構成とすることが好ましい。
【０２５５】
本発明に係る光学的記録媒体では、２つの光散乱体について、それぞれの光散乱体の重心を直線で結び、該直線を含み入射光に平行な平面で断面を切り出したときに、平均の充填係数が３０−６０％であることが好ましい。
【０２５６】
ここで、充填係数は、図２５（ｃ）のような、入射光１０２０と２つの光散乱体１０７０の重心を結ぶ直線１０７２を含む面内にあって、さらにいずれかの重心を含みその直線１０７２に対して垂直な２つの平面１０７４に挟まれた領域において、２つの光散乱体に接する２つの直線１０７６に囲まれた領域１０７８における２つの光散乱体の面積の和の割合で定義する。要するに、[領域１０７８における２つの光散乱体の面積の和]／[領域１０７８の面積]である。充填係数が５０％に近い方が、光散乱強度が大きくなる。
【０２５７】
本発明に係る光学的記録媒体を平板（基板）に実装する構造としては、平板の上に２つの光散乱体が凸部として形成されている構成だけでなく、平板内に２つの光散乱体が埋め込まれた矩形格子であり、平板の表面はほぼ平坦な構成としてもよい（実施例８、図４５参照）。このような光学的記録媒体は、平板の表面がほぼ平坦であるために、光散乱体以外の凹凸で散乱する光量を減らすことができる。また、光または熱で２つの光散乱体の屈折率を変えれば、信号を記録または消去することが可能となる。
【０２５８】
以上、本発明に係る光学的記録媒体の構成について説明したが、本発明に係る光学的記録媒体は、例えば、２つの光散乱体である凸部と凸部の間隔を記録データとする光学的記録媒体であり、単純な凹凸構造なので、作製や品質検査が容易になる。
【０２５９】
また、凹凸の周囲との屈折率差が小さくても、光軸方向に高さがあるので十分光を拡散させることができる。たとえば、相変化で屈折率を変えて記録する構成としても有効である。また、透過率を高くできるので、一枚のディスクに複数の記録層を多層化して設ける構成としても有効である。
【０２６０】
本発明に係る光学的記録媒体を適用したディスク（本明細書では「ＦＴディスク」と称する）と他の記録方式との多重記録の比較を表３に示す。表３において、「Blu-ray」は、現行のブルーレイディスクの記録方式、ホログラムはホログラム記録方式、ＦＴは本願の記録方式を意味している。
【０２６１】
【表３】
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【０２６２】
記録方式の「多層化」は、一枚のディスクの面に平行にディスクの内側に何層も重ねる方式である（非特許文献２１参照）。「吸収波長による多重化」は、例えば、赤を吸収する色素と青を吸収する色素を同じピットに配置することで、赤い光と青い光で別の情報を得て、多重化する。「入射角多重」は入射角度を変えたときに、別の情報が取り出せるよう、記録に角度選択性を持たせることで、多重化する（非特許文献２１）。
【０２６３】
「強度変調」は、例えば、異なるピットで反射強度を変えることで、反射強度に応じた数値を割り当てることで多重化する手段である。
【０２６４】
本発明者らは、本発明の研究開発の過程において、直線上に形成された三つ以上の光散乱体のうち、最も端の散乱体の散乱強度を変えることで、それを起点とした距離計測ができるという知見を得た。そのような目的に使える記録媒体としては、最も端にある光散乱体だけが、光または熱で光散乱体の屈折率を０．０１以上または吸光係数α［ｃｍ−１］を１以上変えられる媒体が挙げられる。このとき、他の光散乱体の屈折率または吸光係数α［ｃｍ−１］は変わらないことが好ましい。
【０２６５】
さらに、本発明者らは、本発明の研究開発の過程において、直線上に形成された二つ以上の光散乱体に対し、光散乱体の試料面に垂直な軸からずらして光を入射することで、分解能が向上するという知見を得た。
【０２６６】
そのような、測定方法に好適な光学的記録媒体として、ある散乱体Ｓ１から４０μｍ以下の距離にある散乱体Ｓｍ（ｍ＝２，３・・・）のうち、少なくとも１つがＳ１との間を結ぶ軸と試料面に垂直な軸を含む平面内において、上記垂直な軸について非対称であることを特徴とする光学的記録媒体が挙げられる。
【０２６７】
非対称とすることで、斜めからの入射光を観測方向に効率よく曲げることができる。代表的でかつ作製の容易な非対称な形状として、不等辺三角形や左右非対称の台形が挙げられる。また、各光散乱体の散乱の角度分布を統一して、測定しやすくするために、各光散乱体の形状は略相似である構成とすることが好ましい。
【０２６８】
このような光散乱体は、各散乱体を含む試料面に垂直な軸と平行に入射する光に対して、非対称な散乱特性を持つ。つまり、光散乱体が垂直入射光に対して１０°＜θｄ１の範囲において最大の散乱強度を与えるθｄ１と−θｄ１の散乱強度Ａ（角度）の比Ａ（θｄ１）／Ａ（−θｄ１）が２以上となることが期待できる。この散乱角度分布の異方性を利用して散乱強度の強くなる角度で効率的に斜め入射光の散乱を計測できる。
【０２６９】
計測で重要な因子は、２つの散乱体がどのくらい近づいても、別の散乱体として計測できるかを示す分解能と、２つの散乱体の距離をどの程度正確に計測できるかを示す精度に分けられる。本発明の光学的測定方法では、回折限界より１０倍以上高い精度で計測できるが、分解能については、回折限界の倍以上とするのは困難である。
【０２７０】
精度が高くても分解能が低くては、記録媒体における散乱体の密度を高められず、記録密度を上げるのは難しい。本発明の光学的測定方法における高い精度を、記録密度の向上に生かすためには、隣接する散乱体の散乱光を別の方法で、分離することになる。一つは、隣接する散乱体の散乱光の波長分布を変える方法である。
【０２７１】
たとえば、左端を白色の散乱体とし、右に赤緑青のそれぞれの波長を散乱ピークに持つ散乱体を並べ、散乱光の観測角度を固定し、その波長分布を計測すると、赤い領域と、緑の領域と、青い領域とでそれぞれの距離に相当する異なる３つの情報が得られる。角度分布の計測の場合には、散乱光を赤緑青の３つのフィルタのいずれかに通して、それぞれのフィルタについて計測してもよい。
【０２７２】
同様の方法は、複屈折のある散乱体を用いて散乱光の偏光を隣接する散乱体で変えても可能である。この場合は、受光部の前に偏光子を入れて、直交するそれぞれの偏光を計測する。
【０２７３】
上記表３に示すように、ＦＴディスクの特徴は以下のようになる。
（１）多層化
対物レンズによる集光・測定で、ディスク内垂直位置を選択することが可能である。
（２）吸収波長多重化
凹凸だけでなく、光吸収でも散乱がおこるので波長多重化可能である。
【０２７４】
（３）入射角多重
入射角を変えても、像は同じである。
（４）強度変調
反射あるいは透過量を変えることで、多値化が可能となる。
【０２７５】
以下、光学的測定装置の実施の形態として、光学的測定装置（１）、（２）の２つの例を挙げて説明する。
【０２７６】
＜光学的測定装置（１）＞      
本発明に係る光学的測定装置（１）について、以下説明する。この光学的測定装置の基本的な構成は、図２１に示すように、単色光源３３０からの光を、偏光子３０５を通してレンズ３２０で透明な光散乱体２７０の幅ｖ以上に広げ、偏光子で直線偏光の方向を定め、スリットまたはピンホール３００で光照射範囲を調整し、その光をレンズで平行化して平板（基板）２９０上の光散乱体２７０に照射し、鏡筒２３０内のレンズ２５０で集光し、ピンホール２９５で観測する散乱部分を限定し、散乱光２６０をＣＣＤイメージセンサ２４０(ＣＣＤ：電荷結合素子)で受光して計測し、該計測データは計算機２１０に送られ、処理される構成である。
【０２７７】
レンズ３２０はスリットまたはピンホール３００に光を集め、レンズ３１０は、光散乱体２７０に光を集める。レンズ３２０とスリットまたはピンホール３００は、共通の台の上にあり、該台がゴニオメータで光軸方向の位置を調整できることが好ましい。光散乱体２７０に対する照射範囲を調整するのに有効である。なお、２６０は光散乱体２７０では散乱されない光である。
【０２７８】
光の強度分布が楕円に近いとき、この楕円の長径の軸を、長方形のＣＣＤイメージセンサ２４０の長い方の辺と平行にする。楕円の長径が光散乱体の幅ｖより大きくなるようにする。これによって、十分な精度の角度分解能を持ったデータを得ることができる。
【０２７９】
本実施例では、イメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサを用いた例で説明するが、ＣＭＯＳイメージセンサ（相補型金属酸化膜半導体）を用いてもよい。また、光源からの光の強度分布を半値幅の縦横比を２倍以上に長くした方が良い。半値幅はビームスポット内の光の強度分布の最大値の半分を持つ境界で囲まれた強度分布の幅である。半値幅の縦横は、該強度分布の幅で最大のものを縦とし、縦に直交する方向の幅を横とする。
【０２８０】
別の構成例として、白色光源４５０、第１のレンズ４４０、スリット４３０、第２のレンズ４２０、光散乱体４１０、第３のレンズ４００、遮光フィルタ３９０、分光器３４０の順に並ぶ光学的測定装置を図２２に示す。この光学的測定装置では、光源４５０からの光を光散乱体４１０に照射し、反射または透過された散乱光３６０を受光する散乱光測定機３７０、分光器３４０及び測定データを処理する計算機３５０を備えている。（実施例１参照）。
【０２８１】
光源４５０からの光を１つの光散乱体４１０に均等に照射する手段として、図２２に示すように、スリット４３０にレンズ４４０で集光した後、さらに、レンズ４２０で平行化する方法がある。また、光散乱体からの散乱光のみを計測する手段として、散乱されていない光のみを遮蔽物３９０でカットする手段が挙げられる。遮蔽物３９０の例として、ガラス基板に円形にクロム蒸着したテストターゲットが挙げられる。
【０２８２】
特定の角度への散乱光を分光器で測定する手段として、図２３のような手段が挙げられる。
白色光源４９０からの入射光４６０を、入射光用レンズ５２０、ゴニオメータ５００上のピンホールまたはスリット５１０、入射光用レンズ５３０を通して、第２の回転ステージ６００上の３軸ゴニオメータ５９０に取り付けられた光散乱体（試料）５８０に照射する。
【０２８３】
第２の回転ステージ６００は、第１の回転ステージ５６０上に設けられている。第１の回転ステージ５６０には、検出光用レンズ５４０、ゴニオメータ５００に取り付けられたた光ファイバ５７０が設けられている。光ファイバ５７０は分光器５５０に接続されている。
【０２８４】
６１０は、第１の回転ステージ５６０及び第２の回転ステージ６００の２つの回転ステージの共通の回転軸を示しており、それぞれ６３０及び６２０で示す回転方向に回転するように構成されている。要するに、６２０は第２の回転ステージ６００の回転方向を示し、６３０は第１の回転ステージ５６０の回転方向を示す。
【０２８５】
入射光４６０は、光散乱体５８０で散乱された、散乱光はレンズ５４０を用いて、光ファイバ５７０の入光部先端の測定点４７０ に集光され、分光器５５０に送られ、さらにそのデータは計算機４８０に送られて処理される。
【０２８６】
＜光学的測定装置（２）＞ 
本発明に係る光学的測定装置（２）について、以下説明する。本発明に係る光学的測定装置の基本的な構成として、図２６に示すように、光源１０９０から出た光は、スリット１１１０、ビームスプリッタ １１２０、対物レンズ１１３０を通して２つの光散乱体に照射する。２つの光散乱体１０６０から反射または透過された散乱光をビームスプリッタ１１２０を通して散乱光測定機１１６０で受光する構成を備えている。
【０２８７】
散乱光測定機１１６０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ(ＣＣＤ：電荷結合素子)から構成する（実施例３参照）。以下の実施例では、イメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサを用いた例で説明するが、ＣＭＯＳイメージセンサ（相補型金属酸化膜半導体）を用いてもよい。 
【０２８８】
光源からの光を２つの光散乱体に均等に照射する手段として、図４７に示すように、ハーフミラー１４９０とミラー１５００を設け、光源１０９０からスリット１１１０と通して入射した光１４７０を、曲げると同時にほぼ同じ強さの入射光１１００に分けビームスプリッタ１１２０及び対物レンズ１１３０と通して、測定対象物１１４０に照射する構成としてもよい。また、入射光の強度を高めるために、ハーフミラー１４９０とビームスプリッタ１１２０の間、およびミラー１５００とビームスプリッタ１２０の間にレンズを置いてもよい。
【０２８９】
このような構成により、ハーフミラー１４９０とミラー１５００の距離をマイクロメータで機械的に調整し、光源１０９０からの光１４７０を２つの光散乱体の形成された測定対象物１１４０にちょうど合うように均等に分布させることで、高い光散乱強度を得ることができる。なお、図中、１１６０は、散乱光測定機である。
【０２９０】
また、光源からの光の強度分布は半値幅の縦横比を２倍以上に長くした方が良い。半値幅はビームスポット内の光の強度分布の最大値の半分を持つ境界で囲まれた強度分布の幅である。半値幅の縦横は、該強度分布の幅で最大のものを縦とし、縦に直交する方向の幅を横とする。
【０２９１】
図３３において、光の強度分布が楕円でなく円形に近いと、トラック１３４０の隣のトラックにも光が当たり、散乱光に隣のトラックからの光も含まれてしまうということと、円形であることによりビームスポットの面積が広がり、集光度が落ちて、結果として散乱光の強度が弱くなることによる。
【０２９２】
散乱光を受光するＣＣＤイメージセンサとしては、一辺の画素が６００以上で応答時間１００μｓ以下のものが良い。このように、空間分解能の高いＣＣＤイメージセンサで受光することで、高い精度で距離を測ることができ、さらに、応答時間を短くすることで、測定速度を向上できる。
【０２９３】
本発明に係る光学的測定装置では、光源からの光を２つの光散乱体に均等に照射する手段として、光源からの光を長さと幅を調整したスリットを通して２つの光散乱体に当て、散乱光を開口数０．８以上のレンズで平行光にして照射または透過させる構成としてもよい。この場合でも、上記同様に、一辺の画素数が６００以上で応答時間１００μｓ以下のＣＣＤイメージセンサで受光する。
【０２９４】
このような構成とすると、上記同様に、高い精度で距離を測ることができる。さらに、応答時間を短くすることで、測定速度を向上できる。そして、開口数の大きいレンズを使うことで、広い散乱角度の光を拾えるので、得られる距離の分解能が向上する。
【０２９５】
本発明に係る光学的測定装置として、図４８のように、２つの光散乱体１０７０を測定対象物の前の入射光１１００側にフレネルゾーンプレート１５１０と幅１０μｍ以下のスリット１１１０を置き、光源１０９０からの入射光１１００の散乱光の角度分布について、ゴニオメータ１４００と、幅１ｃｍ以下のスリット１３９０と、ＰＩＮフォトダイオードとを備えた散乱光測定機１４１０とで光散乱強度を測る構成としてもよい。なお、１３７０はスリットであり、１３８０はゴニオメータ１４００で移動して測定する測定点を示す。
【０２９６】
散乱光測定機１４１０は、粉末Ｘ線回折装置としてＸ線散乱光の測定に使われている市販の装置を用いればよい。市販の装置としては、例えば、Rigaku製の試料水平型多目的Ｘ線回折装置 Ultima IV がある。
【０２９７】
ただし、本願では、波長の数倍のサイズの光散乱体間の距離を計測するため、従来の条件ではｍｍ程度であったＸ線のビームスポットを、数μｍ以下の狭いい範囲に照射することが好ましい。そのためには、最適なフレネルゾーンプレート１５１０を選択し、平行な入射光１１００を用意することになる。平行な入射光１１００がないと限られた範囲に、フレネルゾーンプレート１５１０で集光するのが難しいからである。
【０２９８】
なお、強く平行な入射光としては、高エネルギー加速器による放射光がある。実験室内で、狭い領域に平行で強い入射光を作る方法の例として、非特許文献２２、非特許文献２３がある。
【０２９９】
本発明に係る光学的測定装置では、光源からの光を、２つの光散乱体に当てた後、ある散乱角度の散乱光を分光し、一辺の画素が１０００以上で応答時間１００μｓ以下のＣＣＤイメージセンサで受ける構成としてもよい。
【０３００】
このような構成では、光源としては、可視光域では波長分布のあるキセノンランプや水銀ランプを用いることができる。また、一辺の画素を１０００以上とし、十分画素の数を多くすることで、フーリエ変換後のピークの分解能を上げることができる。応答時間を十分小さくすることで、計測時間を実用になるよう短くすることができる。
【０３０１】
本発明に係る光学的記録媒体を適用したディスク（ＦＴディスク）の光学的測定装置（光学的読取装置）を図３２に示す。この光学的測定装置では、光源１０９０から出た入射光１１００はスリット１１１０及びビームスプリッタ１１２０を通ってから、対物レンズ１１３０で集光され、ＦＴディスク１２８０にビームスポット１２９０として照射され、ＦＴディスク１２８０の表面に形成された光散乱体で散乱（散乱光１３００）される。
【０３０２】
光散乱強度は、散乱光測定機１１６０で計測され、その結果が計算機１１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。散乱光測定機１１６０は、角度分布の測定ではＣＣＤイメージセンサを使用する。波長分布の測定では分光器とＣＣＤイメージセンサを使用する。
【０３０３】
ＦＴディスク１２８０は、図３３に示すように、円周上に複数の光散乱体（ピット）１３４０が間隔をおいて並べられて構成されており、光源１０９０からのビームスポット１３２０が、ＦＴディスク１２８０が回転すると、相対的に実線の状態から点線の状態に移動する。
【０３０４】
実線及び左側の点線で示すビームスポット１３２０は、２つの光散乱体１３４０を含む領域を照射する状態を示しており、真ん中の点線１３３０が一つだけの光散乱体１３４０を含む領域を照射する状態を示している。
【０３０５】
本発明の光学的測定装置を記録装置として利用する場合を考慮すると、記録装置としては、記録密度と読み取り速度が重要である。読み取り速度に関しては、本発明の光学的測定装置では、フーリエ変換を行うため、信号のＯＮ、ＯＦＦから直接データを読み取る場合に比べ、計測に時間がかかる。それを補う手段として、イメージセンサまたはスペクトラムアナライザで測定したデータについて、フーリエ変換をFTチップを並列に用いて行うことができる。あるいは、散乱光の角度分布のフーリエ変換をレンズを用いて光学的に行うことも可能である。
【０３０６】
その場合は、レンズを含めた光学系で散乱光の角度分布を、ＲＣＷＡやＦＤＴＤ法、境界要素法などの波動光学に基づいた方法を用いて計算をすることになる。レンズを含めた光学系の計算結果と実験結果を比較することで、厳密な距離を求めることができる。また、一旦、電気信号に変換してからフーリエ変換を行うので、電気信号に変換するのにも時間がかかる。それを補う一つの手段として、散乱光の情報を、光ファイバや光増幅器を通して送信し、最終的なユーザまで、直接データを受け渡しする方法が挙げられる。
【０３０７】
記録密度に関しては、斜め入射により光学的記録媒体の記録密度を向上させることができる。その手段として、反射光測定と同じレンズの中心から外れた部分に光を入射させ、入射平面内で４０°＜｜θｉ｜とすることができる。
【０３０８】
媒体の光学的測定装置（光学的読取装置）読み取り装置として、信号強度を稼ぐためには、なるべく広い角度範囲から光を入射するのが好ましい。例えば、試料面に垂直なZ軸について、Z軸となす角θｚが、４０°＜θｚ＜９０°である入射角θｚに６０％以上の光量（W単位）があり、Z軸について軸対称であることで実現できる。
【０３０９】
また、斜め入射による、光学的記録媒体の記録密度向上を最大限に生かすためには、入射平面内で４０°＜θｄまたは−４０°＞θｉであって、ｓｉｎ（θｄ）−ｓｉｎ（θｉ）＞ｓｉｎ（４０°）であることが好ましい。ｓｉｎ（θｄ）−ｓｉｎ（θｉ）が大きいほど、分解能を高くできる。
【０３１０】
分解能を向上させ、記録密度を向上する手段の一つとして、隣接する散乱体の散乱特性を変える方法がある。異なる色情報を持つ場合には、カラーフィルタやノッチフィルタを使うことで実現できる。波長の異なる複数の信号を含む散乱光を、ノッチフィルタで３つ以上に分け、色ごとにフィルタした後に検出することで、分解能を向上できる。カラーフィルタの代わりに偏光子を使えば、偏光情報で分離できる。寿命の異なる蛍光体を使えば、時間分解測定して散乱強度の減衰を解析することで、寿命情報で分離できる。
【０３１１】
直線上に形成された三つ以上の光散乱体を含む領域の各散乱体間の距離を解析する場合、端の散乱体からの距離が分かれば計測できる。このためには、本発明者らは、左端の散乱体からの散乱強度を変えればよいという知見を得た。
【０３１２】
散乱強度を変える手段の一つとして、入射光ＡとＢの二つを用い、左端の散乱体には入射光Ａを、それ以外の散乱体には入射光Ｂを照射し、入射光Ａの入射角を１°以上９０°以下変えて散乱光の角度分布を測定する方法が挙げられる。
【０３１３】
もう一つの手段として、パルスを用いた時間分解計測が挙げられる。時間変調のある入射光ＡとＢの二つを用い、最も端の散乱体には入射光Ａを、その他の散乱体には入射光Ｂを照射でき、入射光ＡとＢの時間変調のタイミングがずれており、該時間変調を測定可能な時間分解能で計測することで実現できる。
【０３１４】
時間変調のある入射光は、多層化された光学的記録媒体にも適用できる。複数層にわたり直線上に形成された三つ以上の光散乱体に適用でき、スリットまたはピンホールもしくは導波路を通る時間変調のある入射光ＡとＢの光源を用い、入射光ＡとＢの光源、レンズ、光検出器の順に並んでおり、光散乱体が三つ以上形成された直線と垂直な断面について、入射光の軸から１０°以上ずれた光散乱を検出する。
【０３１５】
多層化された光学的記録媒体の各層には、レンズの焦点位置は、光軸方向に長くてもよい。各層で光散乱体が三つ以上形成された直線と垂直な断面について散乱体に異方性を持たせ、散乱光を光散乱体が三つ以上形成された直線の軸周りに入射光の光軸に対して斜め方向に出射させ、光検出器の検出位置を変えることで、各層の信号を別々に検出することが可能である。以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【０３１６】
（実施例１）
＜光学的測定試験１＞
実施例１では、断面が矩形の棒状の光散乱体に光を入射し、その散乱光の角度分布から、サイズと吸光係数（消光係数ｋと比例する）を求める本発明の光学的測定方法を光学的測定試験１において説明する。
【０３１７】
図１のような、透明な板上の矩形の光散乱体を用いる。幅ｖが３で、高さｄが１．５．屈折率の実部が１．５、消光係数ｋが０．０２の光散乱体を計測する。板の屈折率は１．５であり、その厚みは、裏面からの反射を無視できる程度に厚い。
【０３１８】
条件１：
ｖ＝３λ
ｄ＝０．５×ｖ
奥行き：ｈ＝１０００λ
消光係数ｋ＝０．０２
【０３１９】
計測に先だって、３次元形状測定できる共焦点顕微鏡、あるいは微分干渉顕微鏡で光散乱体の大まかな形状と大きさを把握する。また、屈折率の実部については、その値を予測できる光散乱体を使う。または、別途、ある波長について、屈折率計で計っておきその値をそのまま用いる。第３の方法として、光散乱の全光線反射率と全光線透過率の比を計測し、形状から予測される本発明の方法を用いた計算値の比を算出し、この二つを比較することで、屈折率の実部を予測してもよい。ここで、光学的測定には、光源としてアルゴンレーザーの波長λ=０．５１４５μｍの光を用いる。
【０３２０】
この計測は、図２１のようにスリットで、光散乱体への入射光の照射範囲が光散乱体の幅ｖよりも大きくなるように調整し、散乱光の角度分布をＣＣＤイメージセンサで計測する。ＣＣＤイメージセンサとしては、ＪＡＩのＣＶ−Ｍ４＋ＣＬを使うことができる。
【０３２１】
これは、2/3型プログレッシプスキャンＣＣＤであり、有効画素数が１４９２（Ｈ）×１０４０（Ｖ）の１４５万画素、画素サイズが６．４５×６．４５μm、フレームレートが２４ｆｐｓ、映像出力が１０ｂｉｔ カメラリンクである。このイメージセンサをＲＳ−２３２Cのボードを介して計算機につなぐ。また、計算機でのデータ取り込みのために、National Instruments CorporationのLabVIEWというソフトでプログラムを組む。レンズとしては、シグマ光機の合成石英レンズを用いる。
【０３２２】
散乱光の角度分布は図９の“３−０．０２”に示されたようになる。解析に先立ち、この角度分布の０近傍のピークの影響を小さくするために、1/(|sin(θ)|+0.001)を窓関数として掛ける。なお、定数０．００１は、０°以外の角度の光強度の平均（図９ではゼロ以外にマーカーのある観測点の平均）と０°の光強度との比から設定する。
【０３２３】
さらに、角度分布の変動周期を求めるために、フーリエ変換を行うと図１１のようになる。このとき、３．７にピークがある。この３．７は、幅ｖが３に相当する。このようにして計測から、幅ｖが求められる。
【０３２４】
レンズの焦点距離の調整、および、光散乱体に光が当たっていることの確認は、別途用意したレンズ付きの小型ＣＣＤカメラをモニターにつないで、光散乱体を観察することで行う。
【０３２５】
また、図９では、散乱角度の絶対値が０．０５ラジアン以上の強度は、入射光量を１、集光範囲を３１波長として、１４％となっている。ｋが０，０．０２，０．０４と変化すると、該散乱強度が順に１６％、１４％、１２％と変化するので、これを元に、ｋの値を決めることができる。吸収係数αは４πｋ／λで与えられる。あるいは、光吸収量によって、ｋを決めることもできる。
【０３２６】
表１と表２は屈折率において、実部を１．５とし、虚部のｋを変えて計算した吸収の値である。表１は面積無限大とみなせる厚みｄの平面のフィルムに関する結果、表２は図１の矩形に関する結果であり、ｋは矩形部分のみ変え、板部分は０とした。矩形は深さｄでｖ＝２ｄである。板部分の厚みは無限大とみなした。
【０３２７】
【表１】
2014174124.tif 000004
【０３２８】
【表２】
2014174124.tif 000005
【０３２９】
また、表１と比較するために、表２では、吸収の値をΛ／ｖ倍してある。吸収の値は１から全ての反射率と透過率を引いた値である。表２は表１と同様、吸収の値が、ｋおよびｄに対して単調に増加することから、ｄがきまれば、ｋを決めることができる。
【０３３０】
この測定方法としては図２２のように、散乱角度の絶対値が０．０５ラジアン以下の光および光散乱体によって散乱されていない光を遮蔽物３９０でカットする方法を使うことができる。また、光源を白色光とし、分光器で計測することによって、波長スペクトルを得ることができる。各波長ごとの入射光量を、分光器で計測し、各波長ごとのｋを計算することになる。入射光量の測定方法は、例えば、遮蔽物３９０と光散乱体４１０を除いて計測することで可能となる。
【０３３１】
レンズの焦点距離の調整、および、光散乱体に光が当たっていることの確認は、別途用意したレンズ付きの小型ＣＣＤカメラをモニターにつないで、光散乱体を観察することで行う。
【０３３２】
（実施例２）
＜光学的測定試験２＞
実施例２では、断面が三角形の棒状の光散乱体に光を入射し、ある特定角度における散乱光の波長分布から、大きさと消光係数を求める本発明の光学的測定方法を光学的測定試験２において説明する。
【０３３３】
図２のような、透明な板上の三角形の光散乱体を用いる。１／波長を２から１０まで変えて、幅ｖが１で、高さｄが０．５、屈折率の実部が１．５、消光係数ｋが０．０５の光散乱体を計測する。
【０３３４】
条件２：
ｖ＝１
ｄ＝０．５×ｖ
奥行き：ｈ＝１０００
消光係数：ｋ＝０．０５
【０３３５】
なお、ここでは計測する波長範囲の内、最長の波長１０００ｎｍを１とし、最短の波長２００ｎｍを０．２とする。計測は、図２３のようにスリットで、光散乱体への入射光の照射範囲が光散乱体の幅ｖよりも大きくなるように調整し、散乱角４５°における散乱光の波長分布を分光器で計測する。
【０３３６】
分光器としては、オーシャンオプティクスのMAYA2000PRO分光器を使うことができる。分光器に光を入れるための光ファイバーとしては、オーシャンオプティクスのコア径４５０μｍで耐紫外線性のあるエクストリームＳＲを使うことができる。レンズとしては、エドモンド・オプティクスのアクロマティックレンズを用いることができる。
【０３３７】
波長分布は図１９のｋ＝０．０５に示されたようになる。さらに、波長分布の変動周期を求めるために、フーリエ変換を行い、横軸の単位をμｍに直すと図２０のようになる。このとき、１．０７μｍにピークがある。この１．０７μｍは、幅ｖが１μｍに相当する。このようにして計測から、幅ｖが求められる。また、幅ｖが定まれば、図１９のように、散乱光を測定することで、実施例１と同様にして、波長スペクトルを得ることができる。
【０３３８】
（実施例３）
本発明の実施例３を説明する。実施例３では、２つの光散乱体１０６０は、互いにサイズ及び形状が同じであり、図２４（ａ）に示すように、形状は矩形であり、奥行き（図中、紙面に垂直方向の幅）が測定範囲に比べて十分大きい充填係数が５０％の矩形の凸部であり、基材である平板１０４０上に形成されている。
【０３３９】
光散乱体６０が多数ある場合には、図２４（ｂ）のように、ｍ番目の形状の高さまたは深さと幅をｄｍ、ｖｍとし、ｍ＝１，２，３、・・・とする。また、ｍ番目とｍ＋１番目の光散乱体６０の重心間の距離をｗｍとする。
【０３４０】
平板１０４０と光散乱体１０６０の屈折率はともに１．５である。ｄｓは平板の厚みであり計算上は無限大と考える。ｄは光散乱体１０６０の高さであり、ｗは２つの光散乱体の間（重心間）の距離であり、本実施例３では、光散乱体１０６０の幅はｗ／５（充填係数が２０％）とした。ΛはＲＣＷＡにおける計算上の周期である。入射光１０２０は平板１０４０に垂直な方向から入射し、散乱光の一部が散乱角θ方向に進む。
【０３４１】
＜光学的測定試験３＞
実施例３において、２つの光散乱体の組について、次のような条件３で実証的な光学的測定試験３を行う。その結果を、図２７及び図２８で説明する。光散乱体の配置は、図２４（ａ）のようにする。図２４（ａ）の２つの光散乱体は形状とサイズが同じである。また、ビームスポットは図２９（ａ）のように配置する。
【０３４２】
条件３：
ｗ＝１．２λまたは１．４λ、１．６λ、１．８λ
ｖ＝ｗ／５
ｄ＝０．２５×ｖ
奥行き：ｈ＝１０００λ
【０３４３】
ここで、光学的測定には、光源としてアルゴンレーザーの波長λ=０．５１４５μｍの光を用いる。このとき、奥行きｈ１、ｈ２、ｈ３は、測定領域つまり光の当たっているビームスポットの領域に対して十分大きいと考える。
【０３４４】
実施例３の光散乱体１０６０の作製は次のようにして行うことができる。１ｍｍ厚の透明なガラス基板（平板の材料）にネガ型電子線レジストを乾燥後膜厚が２μとなるようスピンコートする。ガラスきりで１ｃｍ角にガラスを切り出す。目的とするパターンを電子線で露光する。露光したレジストを洗い流す。四塩化炭素や酸素などの混合ガスでドライエッチングを行いガラス基板に溝を掘り、残ったレジストを溶剤で洗い流して試料とする。
【０３４５】
図２６は、本発明の実施例３の光学的測定方法及び光学的測定装置の全体構成を説明する図であり、また、光学的測定方法及び光学的測定装置により、光散乱体１０６０を反射で測定する場合の配置を示す図である。
【０３４６】
光源１０９０から出た光は、スリット１１１０を通ってから、対物レンズ１１３０で集光され、２つの光散乱体１０６０で散乱される。対物レンズ１１３０で平行化された散乱光１１５０の光散乱強度は、散乱光測定機１１６０（角度分布の測定ではＣＣＤイメージセンサを使用。波長分布の測定では分光器とＣＣＤイメージセンサを使用。）で計測され、その結果が計算機１１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。 
【０３４７】
２つの光散乱体１０６０及び平板（ガラス基板）１０４０から成る測定対象物（試料）１１４０は、裏面反射を防ぐためにダブプリズムに透明接着剤を用いて平板１０４０の裏面をはりつけてもよい。
【０３４８】
対物レンズ１１３０は、スリット１１１０のサイズにあわせて、中心部分を平らにする方が、２つの光散乱体１０６０に入射光が当たり、かつ、反射散乱光１１５０が対物レンズ１１３０で平行光となるので、好ましい。２つの光散乱体１０６０に入射光を当てるために、スリット１１１０の代わりに、縦横で焦点距離の異なる楕円レンズを用いてもよい。
【０３４９】
対物レンズ１１３０は、開口数ＮＡが０．８以上１未満のものを用いるのが好ましい。ＮＡが大きいと検出される角度範囲を広くできる。ビームスポットのサイズを奥行き方向（ｈ方向：図２６の紙面に垂直な方向）に１．６λ、水平軸の方向（ｗ方向：図２６の紙面に沿って上下方向）に４λとなるよう光源からの光をスリット１１１０で遮るのが好ましい。
【０３５０】
この散乱光の角度分布のＲＣＷＡによる計算結果は図２７のようになる。計算では奥行き方向ｈ方向は無限大として、奥行きのｈ方向の散乱の影響は考えていない。Λ＝３１λとし、入射角は、ｈ方向に直交する面内において、θ＝０°とした。入射角について、ｈ方向に直交する面内にする理由および、θを０°とする理由は、測定及び解析を容易にするためである。横軸は散乱角度である。横軸をsin（θ）に直すと、図２７は一定間隔で並ぶので、そのまま、離散的フーリエ変換を行うことができる。
【０３５１】
図２８はその結果であり、横軸をλ／ｎ０倍することで２つの光散乱体の距離ｗｃａｌｃを得ることができる。したがって、横軸は空気の屈折率ｎ０×ｗｃａｌｃ／λに対応している。ｎ０＝１なので横軸はｗｃａｌｃ／λとなる。ピークの横軸が１．２，１．４，１．６，１．８となり、実際に、２つの光散乱体の間の距離ｗに対応していることが分かる。
【０３５２】
２つの光散乱体１２００の組１１９０を複数設けた場合の、それらの並べ方と入射光のビームスポット１８０の関係の例を図２９に示す。２つの光散乱体１２００は、図２９（ａ）に示すように、１組ずつ別々にする構成としてもよいし、図２９（ｂ）に示すように、一つの光散乱体２００を左右の光散乱体の組１２１０で共有する構成としてもよい。 
【０３５３】
＜光学的測定試験４＞
本実施例３において、試験１と同様にして、次のような条件４の２つの光散乱体について、実証的な光学的測定試験４を行った。ここで、ｖｍ２を光散乱体の幅、ｄｍ２を高さまたは深さ、ｈｍ２を奥行き、ｗｍ１を各光散乱体の重心間の距離と定義する。ｍ１＝１，２，・・・、ｍ２＝１，２，３、・・・とした。光散乱体の配置は、図２４（ｂ）のようにする。また、ビームスポットは図２９（ｂ）のように配置する。
【０３５４】
条件４：
ｗ１＝３λ
ｗ２＝４λ
ｗ３＝５λ
ｖ１＝ｖ２＝ｖ３＝ｖ４＝０．５λ
ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝０．５λ
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝１０００λ
【０３５５】
光学的測定試験４の結果を、図３０及び図３１に示す。図３０は、散乱角に対する相対散乱強度を示すグラフである。図３１は、図３０の光散乱強度分布をフーリエ変換して示される相対散乱強度分布である。図３１において、ｗｃａｌｃ／λ=3, 4, 5の位置にピークがあり、２つの光散乱体の距離が３λ，４λ，５λであることを示している。 
【０３５６】
＜光学的測定試験５＞
図３４は、光散乱体１０６０が複数存在する多点の光散乱用に形成された、複数の矩形凸部の構成を示している。図３５は、同様に多点の光散乱用に形成された複数の矩形の光散乱体の構成例、及び光散乱体１２００、１３６０とビームスポット１３５０の位置関係の例を示している。この構成例では、左端の光散乱体１３６０の高さが他の光散乱体１２００より高い。 
【０３５７】
図３４に示す構成について、次のような条件５で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験３の場合と同様な作製法で作製し、これに光を照射し、光散乱をＲＣＷＡ法にて計算し、光散乱強度から矩形の光散乱体の多点間の距離計測でｗ１，ｗ２，ｗ３を求める光学的測定試験５を行った。
【０３５８】
ここでは、平板１０４０と複数の光散乱体１０６０の屈折率は１．５とした。ｄｍ２が高さ、ｖｍ２が幅、ｗｍ１が左端の矩形からｍ１＋１番目の矩形までの距離を示している。ここでｍ１＝１，２，・・・、ｍ２＝１，２，３、・・・とした。光散乱体の配置は、図３４のようにする。
【０３５９】
条件５：
ｗ１＝３λ
ｗ２＝４λ
ｗ３＝５λ
ｖ１＝ｖ２＝ｖ３＝ｖ４＝Ｍｉｎｉｍｕｍ（ｗ３−ｗ２，ｗ２−ｗ１，ｗ１）／５
ｄ１＝ｖ１
ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝ｖ１／２
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４＝１０００λ
Ｍｉｎｉｍｕｍ（）は最小値を選ぶ関数である。
【０３６０】
図３６は、光学的測定試験５で得られた光散乱強度角度分布をフーリエ変換したグラフである。図３６に示すように、３、４、５λにピークが出て、ｗ１，ｗ２，ｗ３に対応していることも分かる。また、ｗ３−ｗ１（図３４参照）に対応する２λのピークが小さいことが分かる。以上のように、最も端の光散乱体の光散乱強度を大きくすることで、左端の光散乱体１３６０と他の光散乱体１２００との間の距離を求めることができる。
【０３６１】
図３４に示す構成及びこの光学的測定方法の利点の一つは、一度に得られる情報量が多いので、単位時間当たりのデータの取得量を増やすことができる点である。もう一つの利点は、一つのピークを基準に他のピークの大きさを規格化することで、強度変調ができることである。強度変調により、さらに、情報量を増やすことができる。
【０３６２】
＜光学的測定試験６＞
図３４に示す構成について、次のような条件６の複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験３の場合と同様に作製し、これに光を照射し、光散乱をＲＣＷＡ法にて計算し、光散乱強度から矩形の光散乱体の多点間の距離計測でｗ１，ｗ２，ｗ３を求める光学的測定試験６を行った。
【０３６３】
光学的測定試験６は、光学的測定試験５と同様、矩形の光散乱体の多点間の距離計測であるが、間隔を変えて比較した。すべての間隔をｒ倍している。ｒは０．６から０．９まで変えた。ここでは、平板１０４０と複数の光散乱体１０６０の屈折率は１．５とした。ｄｍ２が高さ、ｖｍ２が幅、ｗｍ１が左端の矩形からｍ１＋１番目の矩形までの距離を示している。ここでｍ１＝１，２，・・・、ｍ２＝１，２，３、・・・とした。光散乱体の配置は、図３４のようにする。
【０３６４】
条件６：
ｒ＝０．６，０．７，０．８または０．９
ｗ１＝３λ×ｒ
ｗ２＝４λ×ｒ
ｗ３＝５λ×ｒ
ｖ１＝ｖ２＝ｖ３＝ｖ４＝Ｍｉｎｉｍｕｍ（ｗ３−ｗ２，ｗ２−ｗ１，ｗ１）／５
ｄ１＝ｖ１
ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝ｖ１／２
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４＝１０００λ
Minimum()は最小値を選ぶ関数である。
【０３６５】
図３７は、光学的測定試験６で得られた光散乱強度角度分布をフーリエ変換したグラフである。図３４に示すように垂直入射では、ｒが０．６、０．７では、ピークの分離が悪いことから、光散乱体の距離は０．７から０．８λに最小値の測定限界があることが分かる。
【０３６６】
光学的測定試験６は次のように行う。計測には波長λ＝０．５１４５μｍのアルゴンレーザーを用いる。図３４において、ビームスポット１３５０のサイズを、奥行きは最小のｈｍ２（ｍ＝１，２，３，４）より十分小さくなるように、横方向は最大のｗｍ１より十分大きくなるように設定する。
【０３６７】
例えば、奥行きｈ方向に１．６λ、水平軸のｗ方向（図３４の左右方向）に７λとなるよう設定する。計算では奥行き方向ｈは無限大として、奥行き方向ｈの散乱の影響は考えていない。また、入射光２０は空気と平板１０４０の界面に対して、垂直入射とした。
【０３６８】
光学的測定装置は、図４０のようにレーザー光をスリットを通し、さらに、光散乱体である光散乱体及び平板から成る試料面に隣接して設置したスリットを通して散乱させる。光散乱体が矩形凸部である場合、レーザー光を長さ３ｍｍ幅１０μｍのスリットを通して、２つの光散乱体１０６０に照射して光を散乱させる。検出は、ゴニオメータとスリット付きＰＩＮフォトダイオード（ＣＣＤを用いてもよい）により行い、角度と光散乱強度を検出する。
【０３６９】
光学的測定装置によって光散乱強度角度分布を測定し、この測定データのデータ処理において、横軸を屈折率×（角度の正弦）として、フーリエ変換を行うと、前記図３７に示すように、ゼロ以外にピークがでる。このピークの横軸が矩形の光散乱体の多点間の距離である。屈折率は、散乱光検出機器と光散乱体の間を満たす媒体の屈折率で、空気中では１である。
【０３７０】
（実施例４）            
本発明の実施例４を説明する。実施例４では、２つの光散乱体１０７０は互いにサイズ及び形状が同じであり、図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、形状は二等辺三角形の凸部であり、基材である平板１０４０上に形成されている。この図２５（ａ）、（ｂ）に示す例では、ｗは２つの光散乱体７０間の距離であり、これは、二等辺三角形の凸部の底部の左右方向の幅と同じである。
【０３７１】
＜光学的測定試験７＞
図２５（ａ）に示す２つの光散乱体１０７０が二等辺三角形の凸部である構成について、次のような条件７で二等辺三角形凸部及び平板１０４０から成る試料を作製し、これに光を照射し、光散乱をＲＣＷＡ法にて計算し、光散乱強度からｗを求める光学的測定試験７を行う。図２５（ａ）の２つの光散乱体は形状とサイズが同じである。また、ビームスポットは図２９（ａ）のように配置する。
【０３７２】
ここでは、平板１０４０と複数の光散乱体１０７０の屈折率は１．５とした。ｄが光散乱体１０７０のそれぞれの高さ、ｖが２つの光散乱体１０７０間の距離である。ｈは奥行きである。
【０３７３】
条件７：
ｗ＝λ
ｖ＝λ
ｄ＝λ
奥行き：ｈ＝１０００λ
【０３７４】
試料の作製は、機械加工で金型に１μｍ間隔で２つの三角形の溝を掘る。作成した金型を用い、２ｍｍ厚の透明なアクリルの板にＵＶ硬化で、ＵＶ硬化樹脂を転写する。これを試料とする。
【０３７５】
図４０は、光学的測定試験７において透過で測定する場合の光学的測定方法及び光学的測定装置を説明する全体構成を示す。キセノンランプの白色光源である光源１０９０からの入射光１１００を、長さ３ｍｍ幅１０μｍのスリット１１１０を通して、試料の２つの光散乱体１０７０に照射し散乱させ、スリット１３７０を通して出射する。スリット１１１０と光源１０９０の間と光散乱体１０７０とスリット１１１０の間のいずれかまたは両方にレンズを置いて入射光１１００の強度を上げてもよい。
【０３７６】
散乱光測定機（スペクトラムアナライザ（分光器とＣＣＤイメージセンサでできている））１４１０を、ゴニオメータ１４００で測定点１３８０の位置の角度に固定し、スリット１３９０付きで、波長ごとの光散乱強度を検出する。さらに、光散乱強度を光源１０９０の波長の強度分布で規格化され、その光散乱強度は、計算機１１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。
【０３７７】
図３８は、光学的測定試験７によって得られた２つの光散乱体が三角形の場合に関する、ある散乱角θでの透過光散乱強度の波長依存性を示すグラフである。散乱角θを４７．２°または１９．５°とした。計算ではΛ＝４７λとした。
【０３７８】
図３９は、図３８のグラフに示すある散乱角θでの光散乱強度の波長依存性を、フーリエ変換し、さらに、数値処理したものである。このフーリエ変換及び数値処理は次のようにした。ｗ／λ２＝１とすると、ｗ／λ軸のサンプリング間隔が０．０５であり、この値は全測定幅／観測数Ｎ＝９／１８０で求まる。ここで、９は、波長λ１から波長λ２まで測定するとき（ただし、λ１＜λ２）、ｗ（１／λ１−１／λ２）で、１８０は等間隔に取った観測点数である。
【０３７９】
例えば、波長変化に伴う光散乱強度の変動周期が２のとき、逆数の０．５、周期が３．３のとき、逆数の０．３がフーリエ変換で得られる。変動周期は、光散乱体の幅やアスペクト比に鈍感で、測定散乱角θとｗと屈折率ｎで決まる。屈折率は、光散乱体から測定器までの間が大気中の場合、空気の屈折率の１である。
【０３８０】
変動周期がＬ１となった時、ｗ／λ＝１に対応する周期をＬ０とすると、実際のｗはＬ１／Ｌ０で与えられる。ここで、Ｌ０はｎｓｉｎθである。ｎは測定系の媒体の屈折率である。
【０３８１】
（実施例５）
本発明の実施例５を説明する。実施例５では、３以上の複数の光散乱体が備わっており、複数の光散乱体１０８０は正弦凸部である、複数の正弦凸部の光散乱体１０８０は、基材である平板上に形成され、互いにサイズ及び形状が同じである。
【０３８２】
＜光学的測定試験８＞
実施例５について、図２４（ｃ）に示すように、正弦凸部として形成された４つの光散乱体１０８０と基材である平板１０４０から成る試料を作成し、次の条件８について、光学的測定試験８として、光散乱体の多点間の距離計測を行った。図２４（ｃ）の２つの光散乱体は形状とサイズが同じである。また、ビームスポットは図２９（ａ）のように配置する。ｗは２つの光散乱体間の距離、ｖは光散乱体の幅、ｄは高さ、ｈは奥行きである。
【０３８３】
条件８： 
ｗ＝３λ、４λ、または５λ
ｖ＝ｗ
ｄ＝ｖ／２
ｈ＝１０００λ
【０３８４】
光学的測定試験８では、試料の作製は次のように行った。１ｍｍ厚の透明なガラス基板に可視域で透明なポジ型電子線レジストを乾燥後膜厚が２μｍとなるようスピンコートする。ガラスきりで１ｃｍ角にガラスを切り出す。目的とするパターンを電子線で露光する。四塩化炭素や酸素などの混合ガスでドライエッチングを行いガラス基板に溝を掘って、さらに残ったレジストを溶剤で除去して試料とする。
【０３８５】
図４１は、光学的測定試験８で得られる光散乱強度角度分布のデータを計算し、フーリエ変換を行った結果を示すグラフである。ｗ１＝３λ、ｗ２＝４λ、ｗ３＝５λに相当するピークがあることが分かる。
【０３８６】
（実施例６）
本発明の実施例６を説明する。実施例６では、３以上の複数の光散乱体を備えたものであり、複数の光散乱体は矩形凸部、三角形凸部及び正弦凸部のいずれも有するものである。
【０３８７】
＜光学的測定試験９＞
実施例６の構成例１として、複数の光散乱体として、図示はしないが、矩形凸部、三角形凸部、矩形凸部及び正弦凸部の４つの光散乱体が順番で並べられ、基材である平板上に形成された試料について、光学的測定試験９を行った。試料の作製は、実施例５の光学的測定試験８で使用した試料と同様にできる。
【０３８８】
光学的測定試験９では、次の条件９で、複数の光散乱体（順次並べられた矩形凸部、三角形凸部、矩形凸部及び正弦凸部）の多点間の距離計測を行った。ここで、ｖｍ２を光散乱体の幅、ｄｍ２を高さ、ｈｍ２を奥行き、ｗｍ１を各光散乱体の重心間の距離と定義する。ｍ１＝１，２，・・・、ｍ２＝１，２，３、・・・とした。光散乱体の配置は、図３４のようにする。
【０３８９】
条件９： 
ｗ１＝６λ
ｗ２＝７．５λ
ｗ３＝９λ
ｖ１＝ｖ３＝λ／４
ｖ２＝ｖ４＝λ／２
ｄ１＝λ／２
ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝λ／４
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４＝１０００λ
【０３９０】
図４２は、光学的測定試験９によって得られた光散乱強度角度分布についてフーリエ変換を行った結果である。図４２において、ｗ１＝６λ、ｗ２＝７．５λ、ｗ３＝９λに相当するピークがあることが分かる。矩形と矩形の距離に相当するｗ２のピークがやや大きくなっている。
【０３９１】
＜光学的測定試験１０＞
実施例６の構成例２として、複数の光散乱体として、図示はしないが、三角形凸部、矩形凸部、三角形凸部、矩形凸部及び正弦凸部の５つ光散乱体が順番で並べられ、基材である平板上に形成された試料について、次の条件１０で、多点間の距離計測を内容とする光学的測定試験１０を行った。
【０３９２】
複数の光散乱体と平板から成る試料の作製は、実施例５の光学的測定試験８で使用した試料と同様に作成した。ここで、ｖｍ２を光散乱体の幅、ｄｍ２を高さ、ｈｍ２を奥行き、ｗｍ１を各光散乱体の重心間の距離と定義する。ｍ１＝１，２，・・・、ｍ２＝１，２，３、・・・とした。光散乱体の配置は、図３４のようにする。
【０３９３】
条件１０： 
ｗ１＝３λ
ｗ２＝４λ
ｗ３＝５λ
ｗ４＝６λ
ｖ１＝λ
ｖ２＝ｖ４＝λ／４
ｖ３＝ｖ５＝λ／２
ｄ１＝ｖ１
ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝ｄ５＝ｖ１／２
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４＝ｈ５＝１０００λ
【０３９４】
図４３は、光学的測定試験１０によって得られたある角度における光散乱強度波長分布を計算し、横軸を１／λとしてフーリエ変換を行った後、１／（ｎｓｉｎ（θ））倍した結果である。ｎは測定系の媒体の屈折率で、通常は空気の屈折率である。
【０３９５】
計算する波長範囲は、波長最長を最も短い屈折率分布間の距離程度とし、波長最短をその半分以下とするのが好ましい。ここでは波長をλからλ／６まで変えた。データは１／波長を０．０２／λ間隔で計算し、２５１点分計算した。さらに、０．０２／λ間隔でゼロを加え、全部で２０４８点とするゼロフィリングをした後、離散的フーリエ変換を行った。
【０３９６】
変換後の各値それぞれに、共役な値を掛けて、絶対値の二乗を得た。得られた値について、横軸を１／（ｎｓｉｎ（θ））倍して、フーリエ変換の結果とした。横軸を１／（ｎｓｉｎ（θ））倍したときに、観測角が、３０°以下では、分解能が悪いので、３５°以上とした。
【０３９７】
図４３において、三角形凸部と三角形凸部の間のｗ２＝４λに相当する矢印で示したピークが最も大きく、次に大きいのが、三角形凸部と正弦凸部の間のｗ４＝６λに相当するピークである。三角形凸部と矩形凸部の間のピークは、それらに比べてかなり小さい。このように、左端の三角形凸部と形状が似ている方が、大きいピークが得られる。なお、これらのピークの横軸の値は、図４３のように、実際の距離より１５％ほど大きめになった。
【０３９８】
（実施例７）
本発明の実施例７を説明する。実施例７では、２つの光散乱体は互いに異なるサイズの矩形凸部であり、基材である平板上に形成されている。
【０３９９】
＜光学的測定試験１１＞
実施例７について、下記の条件１１で、光学的測定試験１０として異なるサイズの矩形凸部の２点間の距離計測を行った。試料の作製は、実施例４の光学的測定試験７における試料の作製と同様の方法である。ここでは、平板と複数の光散乱体の屈折率は１．５とした。ｗ１は２つの光散乱体間の間隔であり、ｄ１、ｄ２が光散乱体のそれぞれの高さ、ｖ１、ｖ２が２つの光散乱体の横幅である。ｈ１、ｈ２は奥行きである。
【０４００】
条件１１：
ｗ１＝３λまたは６λ
ｖ１＝ｗ１／２
ｄ１＝ｖ１
ｖ２＝ｖ１×ｘ
ｄ２＝ｖ２
ｈ１＝ｈ２＝１０００λ
ここでｘ＝０．９〜１．１である。
【０４０１】
図４４は、光学的測定試験１１によって得られた光散乱強度角度分布について、フーリエ変換を行って得られたグラフである。フーリエ変換で求めた距離が、片方の矩形凸部のサイズが変化したときに、真の値からどのくらいずれるかを示している。ここで矩形凸部の幅は約０．９から１．１倍まで変化させた。２つの矩形凸部の高さと幅が異なると、計算値が真の値とずれることが分かる。
【０４０２】
（実施例８）
本発明の実施例８を説明する。実施例８では、２つの光散乱体１４４０は、図４５に示すように、平板１４３０内に埋め込まれた矩形格子として形成されている。
【０４０３】
＜光学的測定試験１２＞
実施例８について、平板１４３０に埋め込まれた矩形格子として形成された２つの光散乱体１４４０の２点間の距離計測をする光学的測定試験１２１０を行った。測定対象物（試料）１４２０は、平板１４３０と平板に埋め込まれた２つの矩形の屈折発生体１４４０から成るものであり、この試料１４２０の作製は、有機の光導波路の作製と同様で、次のとおりである。
【０４０４】
２ｍｍ厚のガラス板に屈折率を調整した樹脂をスピンコートする。熱で硬化後、ネガ型電子線レジストをスピンコートする。目的とする形状に露光する。未露光部のレジストとその下の屈折率を調整した樹脂を溶剤で洗い流す。ガラス板と同じ屈折率の樹脂でスピンコートする。熱で硬化する。ドライエッチングで目的とする光散乱体が表面に出るまで削る。
【０４０５】
光学的測定試験１２の条件１２は次のとおりである。ｎ０，ｎ１，ｎ２はそれぞれ、空気、板、板に埋め込まれた光散乱体の屈折率である。ｗ１は２つの光散乱体間の間隔であり、ｄ１、ｄ２が光散乱体のそれぞれの高さまたは深さ、ｖ１が２つの光散乱体間の横幅である。ｈ１、ｈは奥行きである。
【０４０６】
条件１２： 
ｗ１＝３λ
ｖ１＝ｖ２＝ｗ１／２
ｄ１＝ｄ２＝ｖ１
ｈ１＝ｈ２＝１０００λ
ｎ０＝１
ｎ１＝１．５
ｎ２＝１．５＋δ
但し、δ＝−０．０２，−０．０１，０．０１，０．０２である。
【０４０７】
図４６は、光学的測定試験１２によって得られた光散乱強度角度分布について、フーリエ変換を行って得られたグラフであり、ピークの屈折率依存性を表している。屈折率差が小さいとピークの大きさは小さくなる一方で、ピークの横軸は動かない。
【０４０８】
（実施例９）
図４７は、本発明の実施例９を説明する図である。この図４７についてはすでに説明したとおり、２つのハーフミラー１４９０とミラー１５００とで入射光を二つに分け、それぞれを２つの光散乱体に別々に照射する構成である。このような構成を用いて、入射光を二つに分けることで、本発明の光学的測定装置において、散乱体ごとに別々に光を当てることができる。また、ハーフミラーを通った光１４８０あるいは入射光１１００の片方に、減光フィルタまたは光チョッパーを入れることで、２つの入射光の強度比を調整することができる。
【０４０９】
（実施例１０）                       
図４８は、本発明の実施例１０を説明する図である。図４８の構成はすでに説明したが、光源１０９０からの入射光１１００を、フレネルゾーンプレート１５１０で集光すると同時に、スリット１１１０を光散乱体１０７０に近付ける構成である。このような構成を採用し、スリット１１１０を光散乱体１０７０に近付けることで入射光１１００の輝度を上げることができる。                
【０４１０】
（実施例１１）
本発明の実施例１１を説明する。実施例１１では、端の散乱体からの距離を選択的に測定する方法を示す。光源１６００からの入射光１６１０を、可変スリット１６２０及びレンズ１６３０を順次通過させて、４つの光散乱体Ｓｍ（ｍ＝１、２、３、４）を備えた板光散乱板１６６０に照射する。
【０４１１】
この実施例１１では、左端のＳ１だけの散乱強度を変えて測定する。可変スリット１６２０の大きさを変えることで、集光スポットが、左端のＳ１を含む場合（入射光分布１６４０参照）と、含まない場合（入射光分布１６５０参照）を作り出している。
【０４１２】
＜光学的測定試験１３＞
図３４に示す構成について、次のような条件１３で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験３の場合と同様な作製法で作製し、これに光を照射し、光散乱をＲＣＷＡ法にて計算し、光散乱強度から矩形の光散乱体の多点間の距離計測でｗ１，ｗ２，ｗ３を求める光学的測定試験１３を行った。
【０４１３】
条件１３：
ｗ１＝３λ
ｗ２＝４λ
ｗ３＝５λ
ｖ１＝ｖ２＝ｖ３＝ｖ４＝λ／５
ｄ１＝０またはｖ１
ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝ｖ１／２
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４＝１０００λ
【０４１４】
ｄ１＝０のときは散乱強度が弱く、ｄ１＝ｖ１のときは散乱強度が強い。ｄ１＝０とｄ１＝ｖ１の切り替えは、例えば、図４９にように、可変スリット１６２０を使って、上記のとおり入射光の照射範囲を切り替えることで実現できる。図４９では、可変スリット１６２０の幅を狭めたときに、左端の散乱体Ｓ１が照射されないようにすることで、左端の散乱体Ｓ１の散乱光がなくなるので、実質的にｄ１＝０とすることができる。
【０４１５】
散乱強度が弱いときの散乱光の角度分布をフーリエ変換したグラフをＦ０（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）、後のグラフをＦ１（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）とする。図５０（ａ）はＦ１（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）／Ｆ０（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）の結果である。左端の矩形から、他の散乱体への距離に相当するｎ０×ｗｃａｌｃ／λ＝３，４，５のピークが強調されていることが分かる。
【０４１６】
Ｆ１（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）−Ｆ０（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）の場合にも、縦軸のスケールが異なるのみで、ほぼ相似な分布が得られる。図５０（ａ）では横軸が６から１０までの間に、振動しているピークがみられる。この振動は、角度分布が無限の周期的関数でなく、有限の周期的関数であることによる。
【０４１７】
この振動を抑えるために、窓関数を角度分布に掛けた後に、フーリエ変換を行う（非特許文献８参照）。ここでは、窓関数として、散乱角０度を中心に対称で山形の、ｅを基底とする指数関数を用いた。この条件で計算した、Ｆ１（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）−Ｆ０（ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ）の結果を図５０（ｂ）に示す。横軸が６以上の振動が抑えられており、ｎ０×ｗｃａｌｃ／λ＝３，４，５のピークだけが強調された。
【０４１８】
（実施例１２）                          
本発明の実施例１２を説明する。実施例１２では、斜めから光を入射して波長分布を測定する方法と測定結果を示す。
【０４１９】
図５１は、実施例１２の光学的測定装置を示し、白色光源１６７０、入射光用球面レンズ１７００、ピンホールまたはスリット１６９０、入射光用球面レンズ１７１０、試料の散乱体１７６０、検出光用球面レンズ１７２０、受光部（光ファイバ１７５０の先端またはスリット）の順で並べられた光学系を備えている。
【０４２０】
この図では分光器１７３０は受光用光ファイバ１７５０とつながっており、光ファイバ１７５０の先端はゴニオメータ１４００上に配置され、レンズで集光された焦点に該先端の中心部が来るように微調整できる。ゴニオメータ１４００は、第１の回転ステージ１７４０の上に乗っている。また、試料は３軸ゴニオメータ１７７０の上に、３軸ゴニオメータ１７７０は第２の回転ステージ１７７２の上に乗っている。
【０４２１】
第１の回転ステージ１７４０は受光用光ファイバ１７５０を、第２の回転ステージ１７７２は試料を、同じ回転軸１７７４の周りに回転する。第１の回転ステージ１７４０と第２の回転ステージ１７７２は同じ回転軸１７７４の周りに独立に回転できる。試料は３軸ゴニオメータ１７７０上であって、試料の中心が回転軸１７７４上となるように置かれる。同じ回転軸であることで、光ファイバ用の第１の回転ステージ１７４０を回したときに、試料のほぼ同じ位置からの散乱光を計測できる。
【０４２２】
直観的な例を挙げると、赤道上を回転する人工衛星（集光位置）から、地球を観察すると、北極南極（試料）は、地軸上（回転軸１７７４）上にあるので、ほぼ同じ場所をみることができるが、北極南極からずれた場所は、人工衛星が回ると、同じ方向には見えなくなる。
【０４２３】
また、試料用の第２の回転ステージ１７７２を回したときに、集光位置はほぼ同じであるため、受光部を動かすことなく、試料からの散乱光を計測できる。直観的な例を挙げると、扇風機の中心軸は、ほぼ同じ位置に見えるが、羽の部分は、回転によって異なる場所に見える。
【０４２４】
なお、光源は、白色光源１６７０を使用しているが、広い波長範囲で強い強度を持つものが好ましい。可視ＵＶ光の測定では１００Ｗ以上のハロゲンランプやキセノンランプ使うことができる。重水素ランプとタングステンランプの組み合わせを用いてもよい。
【０４２５】
球面レンズ１７００、１７１０、１７２０や光ファイバ１７５０の材質はＵＶ光を通す石英を用いた。光源に用いるライトガイド（図示せず）も石英が好ましい。なお、ＵＶ光が必要でない場合は色消しレンズを用いてもよい。分光器１７３０は分解能１ｎｍ程度で、感度が高いものが好ましい。
【０４２６】
ところで、図５１は、反射光を測定する構成を示しているが、透過光の測定は、白色光源１６７０を含む入射部分の配置が試料の背面側に配置変更される構成となるだけである。
【０４２７】
光学的測定試験１３において左端の散乱体Ｓ１だけ入射光を変調する手段として、光学的測定試験１３に記載のスリット幅を変える方法のほかに次の２つの変調する手段がある。また、以下の光源１６７０は散乱光の波長分布を計測する場合は、白色光源であるが、散乱光の角度分布を計測する場合は、単色光源でよい。
【０４２８】
変調する手段１：
図５１において、光源１６７０とレンズ１７００の間に第３のスリットを設け、レンズ１７００による集光点がスリット１６９０のスリット開口部に来るように配置する。ゴニオメータ１６８０をピエゾ素子で動くようにして、スリット１６９０の位置を精密に制御する。レンズ１７００による集光点の範囲とスリット１６９０の開口部を精密にずらすことで、レンズ１７１０による試料への集光範囲を制御することができる。この結果、左端の散乱体Ｓ１だけの照射強度を変調できる。
【０４２９】
集光範囲の確認には、ズームレンズとＵＳＢカメラの組み合わせを用いることができる。ズームレンズで像を１００倍程度に拡大し、ＵＳＢカメラで、コンピュータに画像データを転送し、ディスプレイで表示させることができる。
【０４３０】
変調する手段２：
図５１において、光源１６７０内に、スリットの短軸の幅と同じオーダーの距離だけ離れた２つの発光部を並べる。好ましくは２つのコアを発光部とする持つ光導波路である。また、試料としては、図４９の４つの散乱体１６６０を用いる。第１の発光部からの光を、光散乱体Ｓ１に照射し、第２の発光部からの光を、他の光散乱体Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４に照射する。第１の発光部からの光を変調することで、散乱体Ｓ１の照射強度を変調できる。
【０４３１】
（実験例）
次に、図５１に示す光学的測定装置を使用して、三角形の回折格子（試料の散乱体１７６０。以下、回折格子１７６０という。）の凸部二つを狙って、入射光のビームスポットのサイズを調整し、散乱光の波長分布を測定した実験例を示す。
【０４３２】
白色光源１６７０には重水素ランプとタングステンランプの組み合わせを用い、入射光用には幅５μｍ長さ３ｍｍのスリットを用いた。スリット１６９０に光源からの光が集光されるよう、レンズ１７００の位置を調整した。回折格子１７６０の縞方向とスリット１６９０の長さ方向が平行になるようにスリット１６９０の傾きを調整した。さらに、入射光の焦点に回折格子１７６０が来て、かつ、短軸方向の長さが回折格子周期の倍となるように、レンズ１７１０および回折格子１７６０の位置を調整した。
【０４３３】
散乱光は、レンズ１７２０を通した後、光ファイバ１７５０の先端で受けた。散乱光の集光点が光ファイバ１７５０の先端の中心にある入光部のコア近傍に来るよう暗室内で目視で調整した。光ファイバ１７５０は分光器１７３０につないだ。分光器１７３０はオーシャンオプティクス社製ＨＲ２０００を用いた。
【０４３４】
分光器１７３０で散乱光を計測しながら、計測される光の強度が最も強くなるよう、スリット１６９０の光軸方向の位置と回折格子（試料の散乱体）１７６０の位置の３軸方向の位置をおよび、光ファイバ１７５０の先端の３軸方向の位置を、ゴニオメータ１７４０に付属のマイクロメータで調整した。
【０４３５】
図５２では、異なる周期を持つ３つの三角回折格子それぞれの透過散乱光の波長分布を、図５２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。該波長分布は、スリット１６９０を通りレンズ１７１０で集光された光の波長分布で、測定された透過散乱光の波長分布を割り算することで規格化されている。図５２（ａ）は周期１．８μｍ、図５２（ｂ）は周期３μｍ、図５２（ｃ）は周期５μｍであり、いずれも凸部が二等辺三角形で、高さ／幅が０．４８であり、屈折率１．５２のＵＶ硬化樹脂でできている。
【０４３６】
それぞれの入射角θｉ３と散乱角θｄ１は表４に示すとおりである。この表４は、光散乱波長分布の測定および解析条件と解析結果を示している。入射角は回折格子の板の中でなく空気中での値である。また、解析した１／λの範囲は表で示したように、おおよそ１から３（μｍ−１）である。解析範囲が図５２のそれぞれの図において、１±０．３（μｍ−１）および３±０．３（μｍ−１）の範囲で、範囲の端部が谷となるよう調整した。
【０４３７】
【表４】
2014174124.tif 000006
【０４３８】
次に、散乱光の上記図５２に示す波長分布から、図５３を求める方法を、説明する。入射角をθｉ３とし散乱角をθｄ１とし、それぞれの角度を測定している媒体（通常は空気）の屈折率をそれぞれ、ｎｍ、ｎ１とする。λ１＜λ２として、１／λが１／λ２から１／λ１まで等間隔に変化させ、観測数をＮ個とる。
【０４３９】
フーリエ変換後の横軸をq = |n３ sin(θi３) - n1 sin(θｄ１)|で割り算する。横軸の最小値を０、最大値を{(N -1)/ [q(１／λ1-１／λ2)]}として、フーリエ変換された値をプロットする。実際には、最大値の半分以下の領域をプロットしている。
【０４４０】
一方、白色光源を偏光子を通さずにそのまま使う実験について、シミュレーションで計算する場合は、次のようにする。ＴＥモードとＴＭモードで別々に計算し（特許文ＱＱ６を参照）、足した値を用いて波長分布とする。波長分布のフーリエ変換以下は上述の方法と同じである。
【０４４１】
なお、本願の例では、ＴＥモードとＴＭモードの与える波長分布の周期に大きな違いはないので、片方の偏光で代用してもよい（非特許文献１９参照）。
【０４４２】
図５３（ａ）は、図５２（ａ）をフーリエ変換した結果である。また、図５３（ｂ）は、図５２（ｂ）の散乱光を設計値を元に計算した図をフーリエ変換した結果である。極大値の横軸の値がそれぞれの距離に相当していることが分かる。
【０４４３】
これらの結果を表４にまとめた。回折格子作製の設計値ｗと、実験値ｗｅｘｐと計算値ｗｃａｌｃがよく一致していることが分かり、本発明による測定の正しさが裏付けられた。
【０４４４】
回折格子の次に２種の蝶の羽について、反射光の波長分布を計測した。前記回折格子の測定との違いは、透過でなく反射の測定である点と、生体のため形状が複雑な点である。これにより、一般の凹凸形状への適用可能性を検討する。
【０４４５】
蝶ＡはCelastrina argiolus Linnaeus（雄）であり、蝶ＢはMorpho menelaus （雄）である。蝶の測定には、スリット１６９０の代わりに５０μｍφのピンホールを用いた。レンズ１７１０による集光点の断面は２５μｍφとなるように調整した（非特許文献２４）。白色光源１６７０にはハロゲンランプを用いた。
【０４４６】
蝶の羽の鱗粉は楕円形状であり、羽の面内で鳩の羽のように、楕円の長軸方向に重なって並んでいる。羽の面に垂直に計測した時の反射率が最も高くなる入射光の軸と、羽の面に垂直な軸を含む面に平行に光を入射させている。
【０４４７】
図５４が測定結果である。図５４の（ａ）と（ｂ）が蝶Ａの、（ｃ）と（ｄ）が蝶Ｂの羽の反射光の波長分布である。入射角をθｉ１とし散乱角をθｄ１とするとき、θｉ１とθｄ１の組をθｉ１−θｄ１で表すと、図５４の（ａ）と（ｃ）のθｉ１−θｄ１は３０°−０°であり、（ｂ）と（ｄ）のθｉ１−θｄ１は４５°−（−１０°）である。
【０４４８】
該測定結果は、ピンホールを通り入射光用球面レンズ１７１０で集光された光の波長分布で、試料の反射光の波長分布を割り算することで規格化されている。この規格化によって、各波長ごとに、試料に入射した光に対する、試料の反射光の強度が分かる。
【０４４９】
蝶Ａ、Ｂともに大きいブロードなピークと短波長領域の小さいが鋭いピークとが観測される。ブロードなピークは、蝶の羽の面に垂直方向の構造由来と帰属され（非特許文献２４参照）、小さいが鋭いピークは、蝶の羽の面に水平方向の構造に由来すると推定される。図中の矢印はほぼ等間隔であり、蝶Ｂの光学的な周期構造に由来すると思われる。
【０４５０】
本発明の測定装置、方法を用いて、この散乱体（蝶の羽に含まれる散乱体）の間隔を計算する場合、フーリエ変換する代わりに矢印の間隔の逆数および角度の正弦値からも見積もることができる。間隔の逆数を前出の変数ｑで割ればよい。（ｃ）が３９μｍ、（ｄ）が３５μｍとなり、近い値が得られた。
【０４５１】
このように、回折格子のように単純な形状だけでなく、複雑な形状にも適用可能であることが示された。また、フーリエ変換を行わなくても、光散乱強度波長分布がフーリエ変換後のピークの横軸の逆数に相当する周期で変動することを利用して、フーリエ変換後のピークの横軸を求めることができることが分かった。
【０４５２】
本発明の光学的測定装置、方法では、散乱光をレンズで集光し、１ｍｍ程度の直径を持つ受光部の中心に正確に集光しているが、これには特定の場所だけを観察できるという利点がある。例えば、蝶については、蝶の羽を羽に平行な面と入射平面を含む直線方向に動かして計測することで、散乱光の波長分布のブロードで大きなピークの横軸の値が、１４０μｍ周期で変化することが分かった。
【０４５３】
この周期は、ＳＥＭによっても確認している。１４０μｍは、図５４（ｃ）（ｄ）より求めた散乱体の間隔の約４倍に相当しており、蝶の羽が光学的にはさらに微細な構造よりできているとすれば、実験結果を説明できる。このように、散乱光をレンズで集光し、受光部の中心に正確に集光することで、特定の場所の構造だけを測定できる。
【０４５４】
（実施例１３）
本発明の実施例１３を説明する。実施例１３では、斜めから光を入射して角度分布あるいは波長分布を計測したとき、どの程度分解能が向上するかを示す。
【０４５５】
＜光学的測定試験１４＞ 
図３４に示す構成について、次のような条件１４で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験３の場合と同様な作製法で作製し、これに光を照射し、光散乱をＲＣＷＡ法にて計算し、光散乱強度から矩形の光散乱体の多点間の距離計測でｗ１，ｗ２，ｗ３を求める光学的測定試験１４を行った。
【０４５６】
条件１４： 
ｗ１＝３ｒλ
ｗ２＝４ｒλ
ｗ３＝５ｒλ
ｖ１＝ｖ２＝ｖ３＝ｖ４＝λ／５
ｄ１＝ｖ１
ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝ｖ１／２
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４＝１０００λ
ただし、ｒは０．１から２までの変数。
【０４５７】
図５５（ａ）は、条件１４に相当する試料の光散乱体の概ねの構成を示し、１〜４は光散乱体の左端からの順番を示す。散乱角度分布をフーリエ変換した結果を図５５（ｂ）（ｃ）に示す。図５５（ｂ）（ｃ）の横軸縦軸は図４２と同様にして得られる。散乱角度分布を測定する受光部は空気中にあり、空気の屈折率ｎ０は１である。
【０４５８】
図５５（ｂ）のθｉ２は２５°、図５５（ｃ）のθｉ２は４５°とした。（ｂ）のｒを０．４から０．６まで変え、（ｃ）のｒを０．３から０．５まで変えた。ここでの入射角θｉ２は、光散乱体およびその基材の屈折率ｎ２＝１．５中での値である。
【０４５９】
θｉ２が４５°では空気中からはほとんど入射できないが、図５６に示すように、凹凸１７８０を備えた試料の試料面１８２０（基材の裏面）に、ほぼ同じ屈折率のプリズム１８３０を、やはりほぼ同じ屈折率の、ＵＶ硬化樹脂ではりつけ、プリズム１８３０の斜面から光１７９０を入射角θｉで入射させ、光１８００を散乱角θｄで散乱させる。１８１０は、試料面１８２０に垂直な軸である。
【０４６０】
図５５から、入射角２５°ではｒが０．６以上で、入射角４５°ではｒが０．５以上で、ピークを分離できていることが分かる。図３７（光学的測定試験６で得られた光散乱強度角度分布をフーリエ変換したグラフ）から、入射角０°ではｒが０．８以上でピークが分離できていたことから、入射角を大きくすることで、分解能が向上することが分かる。入射角を４５°より大きい７０°とすれば、ｒが０．４でも十分ピークを分離できる。したがって、この場合の分解能は０．４λまでできることになる。
【０４６１】
＜光学的測定試験１５＞
次に図３４に示す構成で矩形の代わりに二等辺三角形の場合について、透過の波長分布から距離を求める検討を行った。次のような条件１５で複数の三角形の光散乱体を、前記光学的測定試験３の場合と同様な作製法で作製し、これに光を照射し、光散乱をＲＣＷＡ法にて計算し、光散乱強度から三角形の光散乱体の多点間の距離計測でｗ１，ｗ２，ｗ３を求める光学的測定試験１５を行った。観測角は４５°で固定し、入射角θｉ２を変えた。
【０４６２】
条件１５：
ｗ１＝３ｒλ 
ｗ２＝４ｒλ
ｗ３＝５ｒλ
ｖ１＝λ／５
ｖ２＝ｖ３＝ｖ４＝λ／１０
ｄ１＝ｖ１
ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝ｖ１／１０
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈ４＝１０００λ
ただし、ｒは０．１から２までの変数。
【０４６３】
１／λを２から４まで変え、１／λについて波長分布のフーリエ変換を行い、各ピークの分離を調べた。ｒを０．１刻みで変えた結果、分解能／λはθｉ２が０、２５、４５°のとき、この順で、１．０、０．７、０．７となり、やはり、斜めから入射することで、分解能が向上することが分かった。
【０４６４】
以上の検討から、斜め入射により、角度分布または波長分布をフーリエ変換し距離を算出する場合において、分解能が向上することが分かった。
【０４６５】
以上、本発明に係る本発明に係る光学的記録媒体の光学的測定方法、光学的測定装置及び光学的記録媒体を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０４６６】
以上の構成から成る本発明に係る光学的記録媒体の光学的測定方法、光学的測定装置及び光学的記録媒体、光記録装置、高密度光記録媒体、光学的測長装置、光分析装置など広い分野で適用可能である。
【０４６７】
特に、高速、高精度、非破壊、非接触が求められる測長方法として有用である。特に、高密度記録媒体のデータ読み出しや、集積回路の微細金属配線の間隔を長さを校正なしで、高速、高精度に算出することができ、集積回路の微細金属配線の間隔のオンライン検査のような製造工程のオンライン検査に利用できる。
【０４６８】
このほか、微粒子の形状と大きさの計測、微粒子の吸収スペクトルの測定、微粒子の複素屈折率の測定、フローサイトメトリー等に適用可能である。
【符号の説明】
【０４６９】
１０  矩形の光散乱体                            
２０  透明な平板（基板）                                
３０  出射角θの散乱光                          
４０  入射光                                    
５０  三角形の光散乱体                          
６０  透明な平板（基板）                                
７０  円形の光散乱体                            
２１０  計算機                                  
２２０  レンズで曲げられた光                    
２３０  鏡筒                                    
２４０  イメージセンサ                          
２５０  レンズ                                  
２６０  光散乱体で散乱された光                  
２７０  光散乱体                                
２８０  散乱されない光                          
２９０  透明な平板（基板）                              
２９５  ピンホール                              
３００  スリットまたはピンホール                
３０５  偏光子                                  
３１０  レンズ                                  
３２０  レンズ                                  
３３０  単色光源                                
３４０  分光器                                  
３５０  計算機                                  
３６０  光散乱体で散乱された光                  
３７０  光ファイバの入光部                      
３８０  遮蔽されないで集光された光              
３９０  遮蔽物                                  
４００  レンズ                                  
４１０  光散乱体                                
４２０  レンズ                                  
４３０  スリット                                
４４０  レンズ                                  
４５０  白色光源                                
４６０  入射光                                  
４７０  測定点                                  
４８０  計算機                                  
４９０  白色光源                                
５００  ゴニオメータ                            
５１０  ゴニオメータ上のピンホールまたはスリット
５２０  入射光用レンズ                          
５３０  入射光用レンズ                          
５４０  検出光用レンズ                          
５５０  分光器                                  
５６０  第１の回転ステージ                      
５７０  光ファイバ                              
５８０  試料の凹凸                              
５９０  ３軸ゴニオメータ                        
６００  第２の回転ステージ                      
６１０  ２つの回転ステージの共通の回転軸        
６２０  第２の回転ステージの回転方向            
６３０  第１の回転ステージの回転方向            
１０２０  入射光                                
１０３０  散乱光                                
１０４０  平板                                  
１０６０  矩形凸部の光散乱体                    
１０７０  三角形凸部の光散乱体                  
１０７２  ２つの光散乱体の重心を結ぶ直線        
１０７４  光散乱体の重心を含み２つの光散乱体の重心を結ぶ直線に対して垂直面
１０７６  ２つの光散乱体に接する直線            
１０７８  垂直面（１０７４）と直線（１０７６）に囲まれた領域
１０８０  正弦凸部の光散乱体                    
１０９０  光源                                  
１１００  入射光                                
１１１０  スリット                              
１１２０  ビームスプリッタ                      
１１３０  対物レンズ                            
１１４０  測定対象物（矩形凸部と平板から成る試料）
１１５０  散乱光                                
１１６０  散乱光測定機                          
１１７０  計算機                                
１１８０  ビームスポット                        
１１９０  光散乱体の組                          
１２００  矩形の光散乱体                        
１２１０  光散乱体の組                          
１２８０  ＦＴディスク                          
１２９０  ディスク上のビームスポット            
１３００  散乱光                                
１３２０  ２点を含むビームスポット              
１３３０  １点のみ含むビームスポット            
１３４０  光散乱体（記録用ピットとして使用される）
１３５０  ４つ光散乱体を照射するビームスポット  
１３６０  左端の光散乱体                        
１３７０  スリット                              
１３８０  測定点                                
１３９０  スリット                              
１４００  ゴニオメータ                          
１４１０  散乱光測定機                          
１４２０  測定対象物（試料）                    
１４３０  基材である平板                        
１４４０  平板に埋め込まれた光散乱体            
１４７０  光源の光                              
１４８０  ハーフミラーを通った光                
１４９０  ハーフミラー                          
１５００  ミラー                                
１５１０  フレネルゾーンプレート                
１６００  光源                                  
１６１０  入射光                                
１６２０  可変スリット                          
１６３０  レンズ                                
１６４０  端の散乱体を含む入射光分布            
１６５０  端の散乱体を含まない入射光分布        
１６６０  ４つの散乱体                          
１６７０  白色光源                              
１６８０  ゴニオメータ                          
１６９０  ゴニオメータ上のピンホールまたはスリット
１７００  入射光用球面レンズ                    
１７１０  入射光用球面レンズ                    
１７２０  検出光用球面レンズ                    
１７３０  分光器                                
１７４０  第１の回転ステージ                    
１７５０  光ファイバ                            
１７６０  試料の凹凸                            
１７７０ ３軸ゴニオメータ                      
１７７２  第２の回転ステージ                    
１７７４  ２つの回転ステージの回転軸            
１７７６  第２の回転ステージの回転方向          
１７７８  第１の回転ステージの回転方向          
１７８０  試料の凹凸                            
１７９０  入射角θｉの光                        
１８００  散乱角θｄの光                        
１８１０  試料面に垂直な軸                      
１８２０  試料面                                
１８３０  プリズム                              
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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