(57)【要約】【課題】  位相分布情報をより高速に取得する。【解決手段】  電磁波または粒子線の位相分布情報を取得する情報取得装置１は、位相シフト量および透過率の少なくとも一方が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンＰを有しており、前記電磁波または前記粒子線を透過させたときに前記電磁波または前記粒子線の位相および強度の少なくとも一方をパターンＰに応じて変化させる参照板１３を有する。また、情報取得装置１は、参照板１３を透過した前記電磁波または前記粒子線によって形成される回折像を検出する二次元検出器１５と、前記電磁波または前記粒子線に対して参照板１３のパターンＰを異ならせつつ複数の回折像を取得する回折像取得手段と、を有する。さらに、情報取得装置１は、回折像取得手段によって取得した複数の回折像に基づいて、前記電磁波または前記粒子線の位相分布情報を取得する処理部２１を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波または粒子線の位相分布情報を取得する情報取得装置であって、
位相シフト量および透過率の少なくとも一方が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンを有しており、前記電磁波または前記粒子線を透過させたときに前記電磁波または前記粒子線の位相および強度の少なくとも一方を前記パターンに応じて変化させる参照板と、
前記参照板を透過した前記電磁波または前記粒子線によって形成される回折像を検出する二次元検出器と、
前記電磁波または前記粒子線に対して前記参照板の前記パターンを異ならせつつ複数の回折像を取得する回折像取得手段と、
前記回折像取得手段によって取得した複数の前記回折像に基づいて、前記電磁波または前記粒子線の位相分布情報を取得する処理部と、を有することを特徴とする情報取得装置。
【請求項２】
前記参照板が有する前記パターンが、前記複数の領域が不規則に配置されたパターンであることを特徴とする請求項１に記載の情報取得装置。
【請求項３】
前記参照板が有する前記パターンが、位相シフト量が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の情報取得装置。
【請求項４】
前記参照板が、透過した前記電磁波または前記粒子線の位相を前記パターンに応じて変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項５】
前記参照板が、前記参照板の前記電磁波または前記粒子線の照射領域の全面にわたって、透過した前記電磁波または前記粒子線の振幅を変化させないか、または、一様に変化させることを特徴とする請求項４に記載の情報取得装置。
【請求項６】
前記参照板の前記電磁波または前記粒子線の照射領域が、第１の領域および第２の領域からなり、
前記参照板が有する前記パターンが、前記第１の領域および前記第２の領域が二次元的に配置されたパターンであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項７】
前記第１の領域の面積と前記第２の領域の面積との比率が、０．５以上２以下であることを特徴とする請求項６に記載の情報取得装置。
【請求項８】
前記第１の領域および前記第２の領域が、同じ位相の電磁波または粒子線を前記第１の領域を透過させた後の位相と前記第２の領域を透過させた後の位相との位相差の絶対値が、３π／４以上５π／４以下となる領域であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の情報取得装置。
【請求項９】
前記第１の領域および前記第２の領域の平均ドメインサイズをａとし、前記二次元検出器の画素サイズをｂとしたときに、ａ／ｂが０．５以上８以下であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１０】
前記回折像取得手段が、前記参照板を前記電磁波または前記粒子線の進行方向に垂直な平面内で回転または並進させることで、前記電磁波または前記粒子線に対して前記参照板の有する前記パターンを異ならせつつ複数の回折像を取得する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１１】
前記パターンがそれぞれ異なる複数の参照板を有しており、
前記回折像取得手段が、前記複数の前記参照板を入れ替えることで、前記電磁波または前記粒子線に対して前記参照板の有する前記パターンを異ならせつつ複数の回折像を取得する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１２】
前記パターンがそれぞれ異なる複数の参照板と、
前記電磁波または前記粒子線を分割して、分割した前記電磁波または前記粒子線を前記複数の参照板のそれぞれに導く分割手段と、を有し、
前記複数の参照板のそれぞれを透過した前記電磁波または前記粒子線によって形成される回折像をそれぞれ検出することで、前記電磁波または前記粒子線に対して前記参照板の有する前記パターンを異ならせつつ複数の回折像を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１３】
試料を保持する試料ステージと、
前記試料ステージに保持された前記試料にコヒーレントな電磁波またはコヒーレントな粒子線を照射する照射手段と、をさらに有し、
前記参照板は前記試料ステージと前記二次元検出器との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の情報取得装置。
【請求項１４】
前記試料ステージと前記参照板との間に、前記試料を透過した前記電磁波または前記粒子線を結像する光学レンズ系または電子レンズ系を有し、
前記参照板が、前記光学レンズ系または前記電子レンズ系の像面の位置に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の情報取得装置。
【請求項１５】
前記二次元検出器が、前記光学レンズ系または前記電子レンズ系の後焦点面の位置に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の情報取得装置。
【請求項１６】
電磁波の位相分布情報を取得する情報取得装置であって、
位相シフト量が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンを有しており、前記電磁波を透過させたときに前記電磁波の位相を前記パターンに応じて変化させる参照板と、
前記参照板を透過した前記電磁波によって形成される回折像を検出する二次元検出器と、
前記電磁波に対して前記参照板の前記パターンを異ならせつつ複数の回折像を取得する回折像取得手段と、
前記回折像取得手段によって取得した複数の前記回折像に基づいて、前記電磁波の位相分布情報を取得する処理部と、を有することを特徴とする情報取得装置。
【請求項１７】
所定の（ｘ，ｙ）平面に入射する入射波Ψ（ｘ，ｙ）の位相分布情報を取得する情報取得方法であって、
前記（ｘ，ｙ）平面上または前記（ｘ，ｙ）平面と等価な平面上に第１の透過関数Ｔ１（ｘ，ｙ）を形成するように第１の参照板を配置して、前記入射波Ψ（ｘ，ｙ）が該第１の参照板を透過した第１の透過波Ψ（ｘ，ｙ）Ｔ１（ｘ，ｙ）によって形成される第１の回折像を取得する工程と、
前記（ｘ，ｙ）平面上または前記（ｘ，ｙ）平面と等価な平面上に透過関数Ｔ１（ｘ，ｙ）とは異なる第２の透過関数Ｔ２（ｘ，ｙ）を形成するように第２の参照板を配置して、前記入射波Ψ（ｘ，ｙ）が該第２の参照板を透過した第２の透過波Ψ（ｘ，ｙ）Ｔ２（ｘ，ｙ）によって形成される第２の回折像を取得する工程と、
少なくとも前記第１の回折像および前記第２の回折像に基づいて、前記入射波Ψ（ｘ，ｙ）の位相分布情報を取得する工程と、を有することを特徴とする情報取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報取得装置および情報取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波や粒子線の位相分布情報を取得する方法として、コヒーレント回折イメージング（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ；ＣＤＩ）が注目されている。
【０００３】
ＣＤＩでは、コヒーレントな電磁波または粒子線を試料に照射し、試料を透過した電磁波または粒子線によって形成される回折波を検出器によって検出する。検出器では回折波の振幅分布（回折強度分布）情報は取得できるが、位相分布情報は失われる。そこでＣＤＩでは、試料を透過した電磁波または粒子線の位相分布情報を取得するために、検出器によって検出された振幅分布情報に基づいて位相回復（Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ）計算を実行する（特許文献１）。
【０００４】
ＣＤＩにおける位相回復計算においては、ランダムに生成した実空間の実像から出発して、フーリエ変換と逆フーリエ変換を反復的に繰り返す。このとき、逆空間における既知情報として、検出器によって検出された回折波の振幅分布情報を用いる。また、実空間における既知情報として、例えば、試料が存在する領域の外側の領域における振幅がゼロであることを用いる。このように実空間および逆空間で既知の情報を補いながら、反復計算を行って、位相分布情報を回復する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】西野、「コヒーレントＸ線回折が拓く新境地」、光学、一般社団法人日本光学会、２０１３年６月、第４２巻、第６号、ｐ．３０９−３１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載の従来のＣＤＩでは、上述のように実空間および逆空間での既知の情報（拘束条件）を１つずつ用いて位相回復計算を行うことで位相分布情報を取得することができる。しかしながら、従来の位相回復計算においては数百回ないし数千回以上の繰り返し計算が必要であり、位相分布情報を取得するための位相回復計算に時間がかかるという課題があった。
【０００７】
そこで本発明では、上述の課題に鑑み、位相分布情報をより高速に取得することができる情報取得装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての情報取得装置は、電磁波または粒子線の位相分布情報を取得する情報取得装置であって、位相シフト量および透過率の少なくとも一方が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンを有しており、前記電磁波または前記粒子線を透過させたときに前記電磁波または前記粒子線の位相および強度の少なくとも一方を前記パターンに応じて変化させる参照板と、前記参照板を透過した前記電磁波または前記粒子線によって形成される回折像を検出する二次元検出器と、前記電磁波または前記粒子線に対して前記参照板の前記パターンを異ならせつつ複数の回折像を取得する回折像取得手段と、前記回折像取得手段によって取得した複数の前記回折像に基づいて、前記電磁波または前記粒子線の位相分布情報を取得する処理部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、位相分布情報をより高速に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る情報取得装置１の構成を模式的に示す図である。
【図２】第１の領域および第２の領域が二次元的に配置されたパターンを有する参照板を模式的に示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る位相回復計算のフローを示す図である。
【図４】計算例１に係る参照板を示すおよびその回折像、入射波に係るサンプル画像である。
【図５】計算例１に係る、入射波Ｉについての位相回復計算の途中経過（Ｎ＝１，１０，１００）を示す図である。
【図６】計算例１に係る、入射波Ｉ〜ＩＶについての位相回復計算の途中経過（Ｎ＝１）を示す図である。
【図７】計算例１に係る収束誤差Ｅｒ（Ｎ）および収束率Ｒを示す図である。
【図８】計算例１に係る収束誤差Ｅｒ（Ｎ）を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る情報取得装置２の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明においてはその趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下に説明する実施形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものについても本発明の範囲に含まれる。
【００１２】
（第１の実施形態）
［装置構成］
図１は、第１の実施形態に係る情報取得装置１の構成を模式的に示す図である。
【００１３】
情報取得装置１は、参照板１３と、二次元検出器１５と、参照板ステージ１８と、参照板ステージ駆動部２０と、処理部２１と、を有する。また、情報取得装置１は、照射部１１と、試料ステージ１７と、を有する。さらに、情報取得装置１は、筐体１６と、集光レンズ１４と、集光レンズステージ１９と、を有していてもよい。
【００１４】
照射部１１は、試料ステージ１７に保持された試料１２にコヒーレントな電磁波またはコヒーレントな粒子線を照射する。以下、照射部１１が試料１２に照射するコヒーレントな電磁波またはコヒーレントな粒子線を、まとめて照射波Ｗ１と呼ぶ。
【００１５】
照射部１１が照射する電磁波の種類は特に限定はされず、例えば、Ｘ線、紫外線、可視光線、赤外線のいずれであってもよい。また、照射部１１が照射する粒子線の種類は特に限定はされず、例えば、電子線、陽子線、中性子線のいずれであってもよい。これらの中でも、照射部１１が照射する照射波Ｗ１は、Ｘ線、紫外線、可視光線、赤外線、電子線のいずれかであることが好ましい。
【００１６】
照射部１１は、照射部１１が照射する照射波Ｗ１の種類に応じた光源または線源を有する。照射波Ｗ１が紫外線、可視光線、赤外線のいずれかである場合には、照射部１１が有する光源はレーザーであることが好ましい。また、照射波Ｗ１が電子線である場合には、照射部１１が有する線源は電界放射型またはショットキー型の電子銃であることが好ましい。また、必要に応じて、光源または線源から出射した照射波Ｗ１を試料１２に照射するための、照射レンズ系を有していてもよい。
【００１７】
試料ステージ１７は、試料１２を保持する。試料ステージ１７は、保持した試料１２を情報取得装置１の本体に対して相対的に移動させる移動機構（不図示）を有していてもよい。試料１２を情報取得装置１の本体に対して相対的に移動させることで、試料１２に照射波Ｗ１を照射する領域、すなわち観察領域を自由に移動することができる。具体的には、照射波Ｗ１の進行方向に対して垂直な平面（ＸＹ平面）内において、観察領域を移動させることができる。また、試料ステージ１７は、試料１２を照射波Ｗ１の進行方向に対して傾ける傾斜機構（不図示）を有していてもよい。
【００１８】
参照板１３は、位相シフト量および透過率の少なくとも一方が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンＰを有する。なお、ここでは参照板１３を平板状の部材として説明するが、参照板１３の形状は特に限定はされず、膜状の部材であってもよい。
【００１９】
照射波Ｗ１が試料１２に照射されると照射波Ｗ１の少なくとも一部が透過し、試料透過波Ｗ２となる。そして、この試料透過波Ｗ２が参照板１３に照射されると試料透過波Ｗ２の少なくとも一部が透過し、参照板透過波Ｗ３となる。このとき、参照板透過波Ｗ３は参照板１３の有するパターンＰに応じて試料透過波Ｗ２の位相および強度の少なくとも一方が変化した波となる。換言すれば、参照板１３は、電磁波または粒子線を透過させたときに電磁波または粒子線の位相および強度の少なくとも一方を、参照板１３の有するパターンＰに応じて変化させる。さらに参照板透過波は参照板の１３のパターンＰ及び試料透過波Ｗ２の強度と位相に応じて回折が発生する。この回折パターンを二次元検出器１５で検出する。
【００２０】
参照板１３が有するパターンＰは、位相シフト量および透過率の少なくとも一方が互いに異なる複数の領域が不規則に配置されたパターンであることが好ましい。これにより、二次元検出器１５で得られる回折像が、少なくとも回折像の中心以外の部分で顕著なピークを有さない像となる。そのため、少なくとも中心以外の部分では、二次元検出器１５のダイナミックレンジが狭い場合であっても各画素における強度を飽和させずに精度よく検出することができる。その結果、上述の複数の領域が規則的に配置されているパターンである場合に比べて情報の損失が少なく、後述する位相回復計算の収束性および精度を向上させることができる。
【００２１】
参照板１３が有するパターンＰは、位相シフト量が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンであることが好ましい。また、透過した電磁波または粒子線の位相を参照板１３の有するパターンＰに応じて変化させることが好ましい。後述のように、参照板１３によって試料透過波Ｗ２の位相を変化させても強度を変化させても位相回復計算の収束性を向上させることができるが、位相を変化させた場合のほうが位相回復計算の収束性をより大きく向上させることができる。
【００２２】
参照板１３は、さらに、試料透過波Ｗ２が照射される参照板１３の照射領域の全面にわたって、透過した電磁波または粒子線の振幅を変化させないか、または、一様に変化させることが好ましい。すなわち参照板１３は、透過した電磁波または粒子線の位相のみをパターンＰに応じて変化させることが好ましい。また、参照板１３の透過率は、前記照射領域の全面にわたって一律に高いことが好ましく、９０％以上１００％以下であることがより好ましい。これにより、二次元検出器１５で得られる回折像の強度を確保することができ、強度の低下に伴う情報の損失を抑制することができる。その結果、位相回復計算の精度を向上させることができる。
【００２３】
参照板１３は、試料透過波Ｗ２が照射される参照板１３の照射領域が、第１の領域および第２の領域からなり、参照板１３が有するパターンＰが、この第１の領域および第２の領域が二次元的に配置されたパターンであることが好ましい。すなわち、第１の領域および第２の領域によってパターンＰが形成されていることが好ましい。なおここで、第１の領域と第２の領域は、位相シフト量および透過率の少なくとも一方が互いに異なる領域である。
【００２４】
図２は、第１の領域および第２の領域が二次元的に配置されたパターンを有する参照板１３を模式的に示す図である。図２に示す参照板１３は、第１の領域Ｄ１と第２の領域Ｄ２とを有しており、第１の領域Ｄ１と第２の領域Ｄ２とが不規則に配置されたパターンＰを有している。
【００２５】
第１の領域Ｄ１の面積と第２の領域Ｄ２の面積との比率は、０．５以上２以下であることが好ましく、０．８以上１．２以下であることがより好ましく、実質的に１であることが好ましい。このように第１の領域Ｄ１の面積と第２の領域Ｄ２の面積とを同等にすることで、二次元検出器１５で得られる回折像の中心部における強度を低下させることができる。さらに、第１の領域Ｄ１の面積と第２の領域Ｄ２の面積との比率を１とすることで、二次元検出器１５で得られる回折像の中心部における強度を０とすることができる。これにより、二次元検出器１５のダイナミックレンジが狭い場合であっても、回折像の中心においても二次元検出器１５の対応する画素において強度が飽和することなく、精度よく検出することができる。そのため、回折像の中心においても情報の損失を抑制することができ、後述する位相回復計算の収束性および精度を向上させることができる。なお、回折像の中心において情報が損失してしまう問題は中心強度消失問題として従来のＣＤＩやタイコグラフィー（Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｙ）等でも知られている課題であったが、本実施形態によればこの課題を解決することが可能となる。
【００２６】
第１の領域Ｄ１および第２の領域Ｄ２は、同じ位相の電磁波または粒子線を第１の領域Ｄ１を透過させた後の位相と第２の領域Ｄ２を透過させた後の位相との位相差の絶対値が、３π／４以上５π／４以下となる領域であることが好ましい。すなわち、第１の領域Ｄ１の位相シフト量と第２の領域Ｄ２の位相シフト量との差は、３π／４以上５π／４以下であることが好ましい。また、上記位相差の絶対値（あるいは位相シフト量の差）が実質的にπであることがより好ましい。このように２つの領域による位相シフト量の差を大きくすることで、後述する位相回復計算の収束性を向上させることができる。
【００２７】
第１の領域Ｄ１および第２の領域Ｄ２の平均ドメインサイズをａとし、二次元検出器１５の画素サイズをｂとしたときに、ａ／ｂが０．５以上８以下であることが好ましく、０．５以上２以下であることがより好ましい。このように、第１の領域Ｄ１および第２の領域Ｄ２の平均ドメインサイズを十分に小さくすることで、二次元検出器１５で得られる回折像が全体的にブロードに広がった強度分布を示すようになる。これにより、二次元検出器１５による回折像の測定精度が向上し、その結果、後述する位相回復計算の精度を向上させることができる。
【００２８】
参照板１３は、試料ステージ１７と二次元検出器１５との間に配置される。また、情報取得装置１が試料ステージ１７と参照板１３との間に、試料透過波Ｗ２を結像する光学レンズ系（不図示）または電子レンズ系（不図示）を有する場合には、参照板１３は光学レンズ系または電子レンズ系の像面の位置に配置されていることが好ましい。さらにこの場合、後述する二次元検出器１５は、光学レンズ系または電子レンズ系の後焦点面の位置に配置されていることが好ましい。
【００２９】
二次元検出器１５は、参照板１３を透過した電磁波または粒子線（参照板透過波Ｗ３）によって形成される回折像を取得する。二次元検出器１５は、照射部１１が照射する照射波Ｗ１の種類に応じた従来公知の二次元検出器である。二次元検出器１５としては、例えば、フォトダイオードを二次元的に配列したＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサを用いることができる。また、二次元検出器１５としては、例えば、イメージングプレートや蛍光板を用いてもよい。
【００３０】
参照板ステージ１８は、参照板１３を保持する。また、参照板ステージ駆動部２０は、参照板ステージ１８を駆動し、参照板ステージ１８に保持された参照板１３を、試料透過波Ｗ２に対して回転または並進させる。これにより、試料透過波Ｗ２に対して参照板１３の有するパターンＰを異ならせることができる。
【００３１】
情報取得装置１はこのように、試料透過波Ｗ２に対して参照板１３の有するパターンＰを異ならせつつ、二次元検出器１５によって複数の回折像を取得する。そして、情報取得装置１はこのようにして取得した複数の回折像に基づいて処理部２１によって位相回復計算を行うことで、試料透過波Ｗ２の位相分布情報を取得する。これにより、従来のＣＤＩなどの手法に比べて位相分布情報をより高速に取得することができる。
【００３２】
このように、本実施形態においては参照板ステージ１８および参照板ステージ駆動部２０が、試料透過波Ｗ２に対して参照板１３の有するパターンＰを異ならせつつ複数の回折像を取得する回折像取得手段を構成している。
【００３３】
なお、本発明に係る回折像取得手段はこれに限定されるものではなく、試料透過波Ｗ２に対して参照板１３の有するパターンＰを異ならせつつ複数の回折像を取得できる手段であれば、その構成は問わない。例えば、情報取得装置１がパターンＰがそれぞれ異なる複数の参照板１３を有しており、参照板回折像取得手段が、この複数の参照板１３を入れ替える手段であってもよい。または、情報取得装置１が、試料透過波Ｗ２を変位させるビーム変位用光学素子を有しており、回折像取得手段はビーム変位用光学素子によって試料透過波Ｗ２を参照板１３に対して変位させる手段であってもよい。あるいは、参照板１３のパターンＰが相転移によって変化するものであり、回折像取得手段は参照板１３を相転移させる手段であってもよい。
【００３４】
集光レンズ１４は、参照板透過波Ｗ３を集光し、二次元検出器１５上に投影する。集光レンズ１４は１つの光学レンズまたは電子レンズから構成されていてもよいし、複数の光学レンズまたは複数の電子レンズから構成されていてもよい。集光レンズ１４は、集光レンズステージ１９によって保持されている。
【００３５】
筐体１６は、情報取得装置１の上述の各パーツを収容または保持する。筐体１６の内部は不図示の真空ポンプによって高真空状態に維持されていてもよい。
【００３６】
処理部２１は、回折像取得手段によって取得した複数の回折像に基づいて、電磁波または粒子線（試料透過波Ｗ２）の位相分布情報を取得する。処理部２１は具体的には、回折像取得手段によって取得した複数の回折像を用いて、後述する位相回復計算を行うことにより電磁波または粒子線（試料透過波Ｗ２）の位相分布情報を取得する。
【００３７】
［位相回復計算］
以下、処理部２１が行う位相回復計算について説明する。処理部２１が行う位相回復計算は、回折像取得手段によって取得した複数の回折像を用いて、試料透過波Ｗ２の位相分布情報および／または振幅分布情報を取得する計算である。
【００３８】
以下、試料透過波Ｗ２をΨ（ｘ，ｙ）、試料透過波Ｗ２の位相分布をａｒｇ［Ψ（ｘ，ｙ）］、振幅分布を｜Ψ（ｘ，ｙ）｜と表す。また、参照板１３の透過関数をＴｊ（ｘ，ｙ）（ｊ＝１，２，…，Ｍ）と表す。この場合、Ｍ個の各透過関数は、回折像取得手段によって参照板１３の有するパターンＰを試料透過波Ｗ２に対して異ならせたときのＭ個の透過関数を表している。
【００３９】
このとき、試料透過波Ｗ２（Ψ（ｘ，ｙ））が透過関数Ｔｊ（ｘ，ｙ）を有する参照板１３を透過した参照板透過波Ｗ３は、ｆｊ（ｘ，ｙ）＝Ｔｊ（ｘ，ｙ）Ψ（ｘ，ｙ）（ｊ＝１，２，…，Ｍ）として表される。参照板透過波ｆｊ（ｘ，ｙ）に対する回折像の回折強度分布Ｉｊ（ｈ，ｋ）（ｊ＝１，２，…，Ｍ）は二次元検出器１５によって取得される。ここで、（ｈ，ｋ）は逆空間座標を表す。
【００４０】
二次元検出器１５による検出は画素単位で行われるので、Ｉｊ（ｈ，ｋ）における（ｈ，ｋ）は二次元検出器１５上の画素を指定するための整数として記述される。同様に、ｆｊ（ｘ，ｙ）おける（ｘ，ｙ）も離散的な二次元位置座標を指定するための整数として定義され、ｆｊ（ｘ，ｙ）とＩｊ（ｈ，ｋ）は離散フーリエ変換によって関係付けられる。すなわち、適当に規格化した後、回折強度Ｉｊは、
Ｉｊ＝｜ＦＴ［ｆｊ］｜２（ｊ＝１，２，…，Ｍ）      式（１）
と表される。
【００４１】
ここで、ＦＴは離散フーリエ変換を表す（以下、「離散」を省略して単に「フーリエ変換」と称する）。式（１）自体は平面波の回折強度を与える一般的な式であるが、通常の場合と異なる点は、参照板透過波ｆｊ（ｘ，ｙ）が、位相分布情報を取得したい試料透過波Ψ（ｘ，ｙ）と透過関数Ｔｊ（ｘ，ｙ）の積になっていることである。このため、回折強度分布Ｉｊ（ｈ，ｋ）において、試料透過波に関する情報は透過関数に関する情報に重畳されている。数学的に言えば、ＦＴ［ｆｊ＝ＴｊΨ］はＦＴ［Ｔｊ］とＦＴ［Ψ］のコンボリューションによって与えられる。もしＦＴ［Ｔｊ］がブロードな分布ならば、ＦＴ［Ψ］における各点の情報はＦＴ［ｆｊ］において広範囲に拡散されている。
【００４２】
以下、試料透過波Ψ（ｘ，ｙ）を決定するための方程式として式（１）が十分かどうかについて検討する。回折強度分布Ｉｊ（ｈ，ｋ）は測定値なので、透過関数Ｔｊ（ｘ，ｙ）を既知とすれば式（１）における未知量は試料透過波Ψ（ｘ，ｙ）だけである。Ｌを整数として、二次元検出器１５の測定領域をＬ×Ｌ（ｐｉｘｅｌ）とすると、複素関数である試料透過波Ψ（ｘ，ｙ）はＬ×Ｌの各座標点で振幅と位相の値を持ち、未知数の数は２Ｌ２個になる。
【００４３】
一方、式（１）は全てのＬ×Ｌ座標点で成立しているので、取得した回折強度分布毎にＬ２個の方程式を与える。したがって、回折像取得手段によって参照板１３の有するパターンＰを試料透過波Ｗ２に対して異ならせつつＭ個の回折像を取得すれば、独立な方程式の数はＭＬ２になる。
【００４４】
したがって、上述のとおり未知数の数は２Ｌ２個であるから、式（１）に基づいて試料透過波Ψ（ｘ，ｙ）を決定するためには、Ｍ＝２個の回折像を取得すればよいことがわかる。また、回折像取得手段によって参照板１３の有するパターンＰを試料透過波Ｗ２に対して異ならせつつ３個以上の回折像を取得すれば余剰な条件が与えられる。一般に式（１）は解析的に解けないので、本実施形態では少なくとも２個の異なる回折像を取得して、以下に示す繰り返し計算を実行することにより試料透過波Ψ（ｘ，ｙ）の近似解を求める。
【００４５】
Ｎ回の繰り返し計算から得られる試料透過波Ψの近似解をΨ（Ｎ）と書くと、参照板透過波ｆｊに対する近似関数ｆｊ（Ｎ）は、
ｆｊ（Ｎ）＝ＴｊΨ（Ｎ）      式（２）
と表される。
【００４６】
ここで、近似関数ｆｊ（Ｎ）のフーリエ変換Ｆｊ（Ｎ）を求める。
Ｆｊ（Ｎ）＝ＦＴ［ｆｊ（Ｎ）］      式（３）
式（１）と式（３）を比較して分かるように、ｆｊ（Ｎ）がｆｊに等しければ、｜Ｆｊ（Ｎ）｜２は回折強度分布の実測値Ｉｊに一致する。そこで、ＥＯ（Ｅｒｒｏｒ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）法やＨＩＯ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｉｎｐｕｔ  Ｏｕｔｐｕｔ）法の場合と同様に、Ｆｊ（Ｎ）の振幅｜Ｆｊ（Ｎ）｜を、回折強度分布の実測値Ｉｊから得られる振幅√（Ｉｊ）に置き換える。
【００４７】
Ｇｊ（Ｎ）＝√（Ｉｊ）・ｅｘｐ［ｉ  ａｒｇ［Ｆｊ（Ｎ）］］      式（４）
ここで、ｉは虚数単位、ａｒｇ［Ｆｊ（Ｎ）］はＦｊ（Ｎ）の位相を表す。次に、式（４）のＧｊ（Ｎ）を逆フーリエ変換する。
【００４８】
ｇｊ（Ｎ）＝ＦＴ−１［Ｇｊ（Ｎ）］      式（５）
ここで、ＦＴ−１は逆フーリエ変換を表す。繰り返し計算の最終ステップとして、（Ｎ＋１）回目の近似解Ψ（Ｎ＋１）を次式により求める。
【００４９】
【数１】
2018096949.tif 000003
【００５０】
ここで、参照膜にはアパーチャーのような遮蔽（遮光）領域はないものとして、Ｌ×Ｌ全ての点において｜Ｔｊ｜≠０とする。式（３）から式（６）の繰り返し計算を実行するための初期条件はΨ（０）＝１、すなわち試料を配置せず参照膜だけがある状態ｆｊ（０）＝Ｔｊを仮定すれば十分である。
【００５１】
本実施形態に係る位相回復計算とは、式（２）から式（６）までの繰り返し計算を指す。図３に、本実施形態に係る位相回復計算のフローを示す。
【００５２】
上記の説明から分かるように、本実施形態に係る位相回復計算は、ＥＲやＨＩＯが用いる実空間上の拘束条件（Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）を用いていない。実空間上の拘束条件を用いない恩恵として、試料の存在領域に制限が無く、扱う視野全域を位相回復の対象とすることができ、無駄がない。またタイコグラフィーやフーリエタイコグラフィー（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｐｔｙｃｈｏｇｒａｐｈｙ）は、実空間（または逆空間）上の部分データを結合する処理が必要となるが、本実施形態に係る位相回復計算にはそのような複雑な処理も無い。本実施形態によれば、式（６）の単純な代数平均計算によって試料透過波Ψ（ｘ，ｙ）の近似解が得られる。ただし、式（６）に相当する平均処理は代数平均に限定されるものではなく、調和平均、幾何平均などを用いてもよい。
【００５３】
［参照板の形成方法］
本実施形態に係る参照板１３は、上述のとおり、位相シフト量および透過率の少なくとも一方が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンＰを有する。このような参照板１３の形成方法の一例を以下に示す。
【００５４】
まず、グレーのベタ塗り画像（グレー画像）を用意する。そして、このグレー画像をインクジェットプリンターを用いてブラックインクによってＯＨＰシート上に印刷する。このとき、ＯＨＰシート上の印刷範囲内におけるブラックインクの占有面積がほぼ５０％になるように、グレー画像のグレーレベルを調整しておく。次に、少なくとも可視光に対して透明な硬化物が得られる紫外線硬化性樹脂組成物をカバーガラス上に塗布した後、上述の方法でグレー画像が印刷されたＯＨＰシートを密着させて、これを遮光マスクとして紫外線硬化性樹脂組成物に紫外線を照射する。紫外線を照射した領域内の紫外線硬化性樹脂組成物が硬化した後、未照射領域の紫外線硬化性樹脂組成物を洗い流して除去する。
【００５５】
上記工程により、可視光に対して透明な樹脂（硬化物）が存在する第１の領域と空気が存在する第２の領域（樹脂が存在しない領域）とが二次元的に配置されたパターンを有する参照板を形成することができる。このようにして形成した参照板は、照射部１１が照射する照射波Ｗ１が可視光線である場合に好適に用いることができる。
【００５６】
なお、上記工程では、電磁波（可視光線）を第１の領域を透過した場合の位相と第２の領域を透過した場合の位相との差がπになるように、塗布する紫外線硬化性樹脂組成物の膜厚を予め調整しておくことが好ましい。また、インクジェットプリンターによるグレー画像のハーフトーンによる表現方法としては誤差拡散法を用いることが好ましい。これにより、上述の第１の領域と第２の領域が不規則に配置されたパターンを実現することができる。また、第１の領域および第２の領域の平均ドメインサイズはインクジェットプリンターによってＯＨＰシート上に配置されるインクのドットサイズによって決まり、例えば２０μｍ程度になる。
【００５７】
また、参照板１３の形成方法の別の例として、例えばＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）装置を用いて、カーボン薄膜に不規則な分布を持つ多数の貫通孔を形成すること方法がある。これによって形成される不規則な分布を持つ多数の貫通孔が存在するカーボン薄膜は、照射部１１が照射する照射波Ｗ１が電子線である場合の参照板として、好適に用いることができる。
【００５８】
［情報取得方法］
上述のように、情報取得装置１は、回折像取得手段によって参照板１３のパターンＰを異ならせつつ複数の回折像を取得する。そして、取得した複数の回折像に基づいて試料透過波（参照板１３に入射する入射波）の位相分布情報を取得する。
【００５９】
したがって、換言すれば、本実施形態に係る情報取得方法は、所定の（ｘ，ｙ）平面に入射する入射波Ψ（ｘ，ｙ）の位相分布情報を取得する情報取得方法であって、下記の第１〜第３の工程を有する情報取得方法である。
【００６０】
［１］所定の（ｘ，ｙ）平面上または前記（ｘ，ｙ）平面と等価な平面上に、第１の透過関数Ｔ１（ｘ，ｙ）を形成するように第１の参照板を配置する。そして、入射波Ψ（ｘ，ｙ）を第１の参照板を透過させて得られる第１の透過波Ψ（ｘ，ｙ）Ｔ１（ｘ，ｙ）によって形成される第１の回折像を取得する（第１の工程）。
【００６１】
［２］所定の（ｘ，ｙ）平面上または前記（ｘ，ｙ）平面と等価な平面上に、第２の透過関数Ｔ２（ｘ，ｙ）を形成するように第２の参照板を配置する。そして、入射波Ψ（ｘ，ｙ）を第２の参照板を透過させて得られる第２の透過波Ψ（ｘ，ｙ）Ｔ２（ｘ，ｙ）によって形成される第２の回折像を取得する（第２の工程）。
【００６２】
［３］上記工程で得られた第１の回折像と第２の回折像を含む複数の回折像に基づいて、入射波Ψ（ｘ，ｙ）の位相分布情報を取得する（第３の工程）。
【００６３】
［シミュレーション結果（位相回復計算の収束性に影響する因子の検討）］
上述の位相回復計算について、位相回復計算の収束性を評価するため、収束誤差Ｅｒ（Ｎ）および収束率Ｒを、それぞれ以下のように定義する。
【００６４】
【数２】
2018096949.tif 000004
【００６５】
【数３】
2018096949.tif 000005
【００６６】
ここで、式（７）の右辺のルート記号内のΣ（シグマ）は、二次元検出器１５のＬ×Ｌの各測定点についての総和を表す。式（７）によれば、初期値、すなわち、Ｎ＝０のときのＥｒ（Ｎ）は常に１である。繰り返し数Ｎ→∞でＥｒ（Ｎ）→０になれば、｜Ｆｊ（Ｎ）｜２→Ｉｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）となり式（１）が満たされ、正しい解Ψ（∞）＝Ψが得られる。しかしながら実際には、有限な値ε（≪１）を目標精度として設定しておき、Ｅｒ（Ｎ）＜εに達した時点Ｎ（ε）で繰り返し計算を打ち切きり、近似解Ψ（Ｎ）を得る。
【００６７】
式（８）で定義される収束率Ｒは、目安としてＲ≧０．１であれば、１０回の繰り返し計算でＥｒが一桁以上減少するので収束は非常に速いと評価できる。Ｒ＝０．０１程度であれば収束は速いと評価でき、Ｒ≦０．００１であれば収束は遅いと評価できる。
【００６８】
参照板１３の有するパターンＰの構造や取得する回折像の数Ｍは、位相回復計算の収束率Ｒや回折強度の測定精度に影響し、回折強度の測定精度は位相回復計算における収束の限界に影響する。そこで、参照板１３の有するパターンＰを変えて式（２）から式（６）の位相回復計算を実行し、その収束性を式（７）および式（８）により評価した。
【００６９】
まず、収束率Ｒに関連する結果は以下のようにまとめられる。
【００７０】
第１に、試料１２による位相シフト量に比べて参照板１３による位相シフト量が相対的に大きいほど、位相回復計算は速く収束することがわかった。なお、位相差２πは位相差０と同義であることから分かるように、最大の位相シフト量はπである。
【００７１】
第２に、参照板１３が有するパターンＰが、透過率が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンであっても位相回復計算の収束性を向上させる効果を有することがわかった。しかしながら、参照板１３が有するパターンＰが、位相シフト量が互いに異なる複数の領域が二次元的に配置されたパターンである場合のほうが位相回復計算の収束性をより向上させることができることもわかった。したがって、参照板は高い透過率を有し、パターンＰに応じて位相を大きく変化させるような構造を有していることが好ましい。
【００７２】
第３に、参照板１３中に位相シフト量の異なる領域が複数存在するとき、各領域の平均ドメインサイズは位相回復計算の収束率にあまり影響しないことがわかった。
【００７３】
次に、回折強度の測定精度に関連する結果は以下のようにまとめられる。
【００７４】
第１に、回折強度の測定精度を向上させるためには、参照板１３の試料透過波Ｗ２の照射領域が、第１の領域および第２の領域からなり、第１の領域および第２の領域の面積比が１：１であることが好ましいことがわかった。これにより、参照板透過波Ｗ３によって形成される回折像の回折強度は、回折像の中心において０となる。
【００７５】
第２に、回折強度の測定精度を向上させるためには、参照板１３の有するパターンＰが、複数の領域が不規則に配置されたパターンであることが好ましいことがわかった。これにより、参照板透過波Ｗ３によって形成される回折像が、少なくとも中心以外の部分において顕著なピークを有さない回折像となる。
【００７６】
第３に、回折強度の測定精度を向上させるためには、参照板１３の有するパターンＰを構成する複数の領域のそれぞれの平均ドメインサイズが十分小さいことが好ましいことがわかった。これにより、参照板透過波Ｗ３によって形成される回折像が、ブロードに広がった強度分布を有する回折像となる。
【００７７】
これらの特徴の少なくとも一つを満たすことで、｜ＦＴ［Ｔｊ］｜２の全体において、二次元検出器１５によって強度を飽和させずに精度良く測定することが可能となる。そのため、たとえ試料透過波Ｗ２によって形成される回折像｜ＦＴ［Ψ］｜２が中心に鋭いピークを持つ分布だとしても、ブロードな｜ＦＴ［Ｔｊ］｜２とのコンボリューションにより｜ＦＴ［ＴｊΨ］｜２もブロードな分布になり、中心強度も弱くなる。これより、前述した中心強度消失問題は解消され、中心を含めた回折像全体を精度よく測定できるようになる。
【００７８】
（計算例１）
以下、位相回復計算の実例を示す。
【００７９】
以降の計算例においては、上述の情報取得装置１を用いて複数の回折像を取得し、これに基づいて位相回復計算を実行した。なお、本計算例では、参照板１３が、第１の領域Ｄ１と第２の領域Ｄ２とを有しており、第１の領域Ｄ１と第２の領域Ｄ２とが不規則に配置されたパターンを有するものとした。また、第１の領域Ｄ１の面積と第２の領域Ｄ２の面積との比率は１とした。さらに、第１の領域Ｄ１の位相シフト量と第２の領域Ｄ２の位相シフト量との差はπとした。
【００８０】
したがって、本計算例においてほかに選択可能な測定条件は、取得する回折像の数Ｍ、二次元検出器１５のダイナミックレンジＤｒ、および参照板１３の有するパターンＰを構成する第１の領域Ｄ１と第２の領域Ｄ２の平均ドメインサイズの３つになる。ここで、第１の領域Ｄ１および第２の領域Ｄ２の平均ドメインサイズをａ、二次元検出器１５の画素サイズをｂとして、ａ／ｂを参照板のドメインサイズ（無次元化）ｄと定義した。
【００８１】
本計算例では、取得する回折像の数Ｍを３、二次元検出器１５のダイナミックレンジＤｒを∞（無限大）、参照板のドメインサイズ（無次元化）ｄを８として、位相回復計算を行った。
【００８２】
本計算例で用いた参照板の一例を図４（ａ）に、これと対応する回折像を図４（ｂ）に示す。図４（ａ）に示す参照板は、コンピュータで作成したものであり、第１の領域Ｄ１と第２の領域Ｄ２とが不規則に配置されたパターンを有している。参照板を表す２値画像分布θｊ（ｘ，ｙ）の各点が０または１のいずれかとなるものとして、参照板によって形成される透過関数Ｔｊ（ｘ，ｙ）＝ｅｘｐ［ｉπθｊ（ｘ，ｙ）］を決定した。ここでは取得する回折像の数Ｍを３としたので、３種類の参照板を用意して、それぞれに対応する透過関数Ｔｊ（ｘ，ｙ）（ｊ＝１，２，３）を用意した。
【００８３】
また、本計算例で用いた試料透過波（入射波）Ψ（ｘ，ｙ）については、以下のようにして作成した振幅分布｜Ψ（ｘ，ｙ）｜と位相分布ａｒｇ［Ψ（ｘ，ｙ）］を有するものとした。振幅分布｜Ψ（ｘ，ｙ）｜は図４（ｃ）に示すサンプル画像（Ｍａｎｄｒｉｌｌ）のグレースケールを線形写像したものとし、位相分布ａｒｇ［Ψ（ｘ，ｙ）］図４（ｄ）に示すサンプル画像（Ｌｅｎａ）のグレースケールを線形写像したものとした。
【００８４】
ここで、振幅分布｜Ψ（ｘ，ｙ）｜と位相分布ａｒｇ［Ψ（ｘ，ｙ）］の大きさとして表１に示すＩ〜ＩＶの場合を仮定した。入射波Ｉは小さい振幅分布と小さい位相分布、入射波ＩＩは大きい振幅分布と小さい位相分布、入射波ＩＩＩは小さい振幅分布と大きい位相分布、入射波ＩＶは大きい振幅分布と大きい位相分布を持つ。
【００８５】
【表１】
2018096949.tif 000006
【００８６】
表１におけるＩ〜ＩＶの各入射波Ψ（ｘ，ｙ）と、上記の透過関数Ｔｊ（ｘ，ｙ）（ｊ＝１，２，３）を式（１）に代入することにより、各入射波に対する回折強度分布Ｉｊ（ｈ，ｋ）（ｊ＝１，２，３）を計算した。このようにし得られた回折強度分布Ｉｊ（ｈ，ｋ）をＤｒ＝∞に対応する理想的測定値と見なし、式（３）から式（６）の繰り返し計算を実行した。
【００８７】
図５に、入射波Ｉについての位相回復計算の途中経過（Ｎ＝１，１０，１００）を示す。図５（ａ）および（ｂ）はＮ＝１における振幅分布と位相分布、図５（ｃ）および（ｄ）はＮ＝１０における振幅分布と位相分布、図５（ｅ）および（ｆ）はＮ＝１００における振幅分布と位相分布を示している。
【００８８】
また、図６に、入射波Ｉ〜ＩＶについての位相回復計算の途中経過（Ｎ＝１）を示す。図６（ａ）および（ｂ）は入射波Ｉに関する位相回復計算の途中経過の振幅分布と位相分布、図６（ｃ）および（ｄ）は入射波ＩＩに関する位相回復計算の途中経過の振幅分布と位相分布を示している。また、図６（ｅ）および（ｆ）は入射波ＩＩＩに関する位相回復計算の途中経過の振幅分布と位相分布、図６（ｇ）および（ｈ）は入射波ＩＶに関する位相回復計算の途中経過の振幅分布と位相分布を示している。
【００８９】
なお、図５および図６の各画像は、それぞれの２次元画像データにおける最小値を黒、最大値を白とするグレースケールで表示されている。
【００９０】
図６から、位相分布が小さい入射波Ｉと入射波ＩＩについては、Ｎ＝１で既に図４（ｃ）および（ｄ）の原図を十分に認識できる位相分布および振幅分布が得られたことがわかる。一方、位相分布が大きい入射波ＩＩＩと入射波ＩＶの場合、Ｎ＝１の振幅分布はかなり不明瞭である。特に、振幅分布が小さい入射波ＩＩＩの場合、ほとんど原図を認識できない。その理由は、大きい位相分布の影響により、正しい分布とは異なる大きな振幅分布が形成されるためである。しかしながら、繰り返し計算の進行とともに振幅分布は徐々に狭まり、正しい分布が現れてくる。図には示さないが、Ｎ＝１００を超えると、入射波Ｉ〜ＩＶの全ての入射波に対して目視では原図と区別できない位相分布および振幅分布の画像が得られた。
【００９１】
本計算例における繰り返し計算から得られた収束誤差Ｅｒ（Ｎ）および収束率Ｒを図７に示す。図７（ａ）は計算例１における収束誤差を示しており、図７（ｂ）は計算例１における収束率Ｒを示している。
【００９２】
図７（ａ）に示すように、Ｉ〜ＩＶのいずれの入射波についても、繰り返し計算数Ｎが増加するにつれて、収束誤差Ｅｒ（Ｎ）は素直に減少していった。Ｉ〜ＩＶのいずれの入射波についても、３０回程度の繰り返し計算で収束誤差Ｅｒが０．１を下回り、１００回程度の繰り返し計算で収束誤差Ｅｒが０．０１を下回る結果となった。このことから、ＣＤＩなどの従来の位相回復計算においては数百回ないし数千回以上の繰り返し計算が必要であったことに鑑みると、従来よりも高速に位相分布情報を取得することができることがわかった。
【００９３】
また、図７（ｂ）に示すように、収束率Ｒが最も小さいのは入射波ＩＶについて繰り返し計算数がＮ＝４０のときでＲ（４０）≒０．０２８であった。したがって、Ｉ〜ＩＶのいずれの入射波についても収束率Ｒは０．０２５より大きく、本計算例における位相回復計算は全体として収束が速いと評価できる。なお、収束率Ｒは繰り返し計算の初期において変動しているが、収束が進むと入射波の条件（Ｉ〜ＩＶ）に依らない一定値に落ち着く傾向が見られた。
【００９４】
（計算例２）
以下、測定精度で決まる収束誤差Ｅｒの下限Ｅｒ＊を、限界収束値と呼ぶ。測定精度に関する検証として、有限なダイナミックレンジの下で限界収束値Ｅｒ＊が参照板のドメインサイズｄにどう依存するかを調べた。
【００９５】
本計算例では、取得する回折像の数Ｍを６、二次元検出器１５のダイナミックレンジＤｒを現在入手可能な高性能二次元検出器のダイナミックレンジである１０６とした。また、参照板のドメインサイズｄを１，２，４，８，１６で変えて、位相回復計算を行った。なお、本計算例における入射波Ψ（ｘ，ｙ）は、計算例１と同様に、図４（ｃ），（ｄ）のサンプル画像のグレースケールを線形写像したものを振幅分布と位相分布とするものとした。振幅分布は透過率１００％に対応する一様な振幅分布を仮定し、位相分布はΔａｒｇ［Ψ］＝０．０１とした。
【００９６】
本計算例では、まず、式（１）から理想的な回折強度Ｉｊを求め、得られたＩｊにδＩ＝Ｉｍａｘ／Ｄｒを最大値とするランダムノイズを加え、これをＩｊと再定義した。次に、ノイズを含むＩｊを回折強度の実測値と見なし、式（３）から式（６）の繰り返し計算を実行した。
【００９７】
本計算例における繰り返し計算から得られた収束誤差Ｅｒ（Ｎ）を図８に示す。図８に示したＥｒ曲線を見ると、いずれのドメインサイズについても収束誤差Ｅｒは繰り返し計算数が小さいうち（繰り返し計算の初期）は順調に減少していくが、途中から略一定値になることがわかった。この一定値が、前述した限界収束値Ｅｒ＊である。
【００９８】
比較のためにプロットしたダイナミックレンジＤｒ＝∞における収束誤差Ｅｒが無制限に減少していることから明らかなように、有限な限界収束値Ｅｒ＊は有限な測定精度に起因する。図８から分かるように、参照板の平均ドメインサイズｄが小さいほど測定精度は上がり、限界収束値Ｅｒ＊は下がる。この結果から、参照板の平均ドメインサイズｄを８以下とすることで０．１以下の限界収束値Ｅｒ＊が得られ、参照板の平均ドメインサイズｄを２以下とすることで０．０１以下の限界収束値Ｅｒ＊が得られることがわかる。このように、参照板の平均ドメインサイズを十分に小さくすれば、現実的なダイナミックレンジ（Ｄｒ〜１０６）の下で、位相回復の高い精度（≪１０ｍｒａｄ）が得られることがわかった。
【００９９】
（計算例３）
最後に、取得する回折像の数Ｍが及ぼす収束率Ｒと限界収束値Ｅｒ＊への影響について簡単に述べる。
【０１００】
取得する回折像の数Ｍを変えて位相回復計算を行ったところ、取得する回折像の数Ｍを増やすと収束率Ｒは単調に増加することがわかった。しかしながら、収束率Ｒの増加の度合いは徐々に鈍化する。収束率Ｒに対する回折像１つ当たりの効率としてｒ＝Ｒ／Ｍを計算すると、ｒはＭ＝４〜６の範囲で最も高くなることがわかった。
【０１０１】
繰り返し計算１回の処理時間をΔｔとして、収束速度をＶ（Ｎ）＝Ｒ（Ｎ）／Δｔと定義する。なお、計算機上、離散フーリエ変換は高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ＦＦＴ）のアルゴリズムを用いて実行されるが、ここでは単にフーリエ変換と書く。
【０１０２】
系のサイズＬがある程度以上であれば、式（２）から式（６）の処理は式（３）と式（５）のフーリエ変換または逆フーリエ変換の計算速度に律速される。式（３）および式（５）におけるＭ個のフーリエ変換または逆フーリエ変換に要する時間は、十分な計算機環境の下で並列処理することを前提とすれば、１つのフーリエ変換または逆フーリエ変換に要する時間とあまり変らない。このとき、繰り返し計算１回の処理時間ΔｔはＭに依らないので、収束速度Ｖと収束率Ｒは同様なＭ依存性を持つことになる。また、限界収束値Ｅｒ＊については、Ｍの増加に伴いごく僅かながらも上昇することが分かった。これはＭを増やすことによって生じる唯一の負の効果である。上記の結果を踏まえ、かつ測定上の負荷も考慮すれば、Ｍ＝３〜６が実用的な範囲と言える。
【０１０３】
（第２の実施形態））
図９は、第２の実施形態に係る情報取得装置２の構成を模式的に示す図である。図９では、第１の実施形態に係る情報取得装置１と共通の部分については同じ符号を付してあるため、説明を省略する。
【０１０４】
情報取得装置２は、情報取得装置１の参照板１３、集光レンズ１４、二次元検出器１５を含む回折像取得ユニットを３つ有する。すなわち、情報取得装置２は、参照板１３１、集光レンズ１４１、二次元検出器１５１を含む第１の回折像取得ユニットＵ１と、参照板１３２、集光レンズ１４２、二次元検出器１５２を含む第２の回折像取得ユニットＵ２と、を有する。さらに、情報取得装置２は、参照板１３３、集光レンズ１４３、二次元検出器１５３を含む第３の回折像取得ユニットＵ３を有する。
【０１０５】
また、情報取得装置２は、２つのビームスプリッター２２ａ，２２ｂを有している。ビームスプリッター２２ａ，２２ｂは、試料透過波Ｗ２を分割して、分割した試料透過波Ｗ２を参照板１３１〜１３３に導く分割手段である。
【０１０６】
ここで、参照板１３１〜１３３は互いに異なる独立なパターンＰを有している。また、ビームスプリッター２２ａ，２２ｂにおける反射と透過の割合は、それぞれの参照板（１３１〜１３３）に到達する試料透過波（分割後）Ｗ２´の強度（光量）が等しくなるように設定することが好ましい。例えば、ビームスプリッター２２ａの反射率は１／３、ビームスプリッター２２ｂの反射率は１／２にすればよい。また、試料透過波Ｗ２がビームスプリッター２２ａ，２２ｂで分割された後、それぞれの参照板１３１〜１３３に到達するまでの光路長は等しくなるように調整する。そのため、各回折像取得ユニットＵ１〜Ｕ２が有する各参照膜板１３１〜１３３には、等価な試料透過波（分割後）Ｗ２´が投影される。
【０１０７】
情報取得装置２が有する回折像取得ユニットの数をＭ１とする。すると、各回折像取得ユニットの有する参照板は互いに異なる独立な構造を持つので、各参照板に光が同時入射することにより、異なるＭ１個の回折像Ｉｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ１）が実質上同時に測定される。さらに、情報取得装置１の場合と同様に、Ｍ１個のそれぞれの回折像取得ユニットにおいて、参照板の有するパターンを異ならせつつＭ２個の回折像を取得すれば、合計Ｍ＝Ｍ１×Ｍ２個の回折像を取得することができる。本実施形態に係る情報取得装置２の場合はＭ１＝３なので、Ｍ２＝２回の測定で、Ｍ＝６個の回折像が得られる。
【０１０８】
上述したように、Ｍ＝６は収束効率の良い条件であり、位相回復計算は速やかに収束する。また、情報取得装置２を用いると、Ｍ２＝１回の測定でもＭ＝Ｍ１＝３個の回折像を取得することができ、位相回復計算を行うことができる。この方法によれば、回折像を取得する測定時間を短くすることができ、時間的に変動する入射波の動的評価も可能となる。
【符号の説明】
【０１０９】
１３  参照板
１５  二次元検出器
１８  参照板ステージ（回折像取得手段）
２０  参照板ステージ駆動部（回折像取得手段）
２１  処理部
【図１】
2018096949.tif 000007
【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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