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
【課題】２つの屈折率分布間の距離を、精度よく、非破壊で、高速に測定可能な光学的記録媒体、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を実現する。
【解決手段】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６０の距離が０．７λ以上１５λ以下であり、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％以上であり、散乱光強度の角度分布またはある角度での散乱光強度の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つの領域の距離を求める。
【解決手段】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６０の距離が０．７λ以上１５λ以下であり、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％以上であり、散乱光強度の角度分布またはある角度での散乱光強度の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つの領域の距離を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関し、特に、２つの凸部のような２つの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）間の距離を精密に測定する技術であって、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に適用可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学的に高密度記録に記録し、これを計測、読取する技術として、相変化型記録、ホログラム記録、２スリット回折等の手段がある。
【０００３】
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１参照）。
【０００４】
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２参照）。
【０００５】
２スリット回折は、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、スリットとスリットの距離により、変化した干渉縞を読み取る手段である（非特許文献３参照）。
【０００６】
２スリットの散乱についてはヤングの実験が知られている。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知られている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
また、フラウンホーファー回折近似を用いて、複数の２スリット間の距離を得ることができる（非特許文献２参照）。非特許文献２では特殊なフーリエ変換を用いているが、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、特許文献２参照）。
【０００８】
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４、５参照）。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、光散乱強度の精度については信頼性が低い。
【０００９】
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ＦＤＴＤ法や境界要素法より、簡便に計算でき、計算速度が速く、精度も良いことがすでに知られている（例えば、非特許文献６、７）。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。
【００１０】
これまで、孤立した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から、２屈折率を発生する部材間の距離をフーリエ変換で求めた研究例はない。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特殊なフーリエ変換をしている（非特許文献２参照）。他方、別のいくつかの方法でこの距離が求められている。
【００１１】
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８参照）。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。
【００１２】
屈折率を発生する部材間の距離の光学的測定手法の第二の例として、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２）。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。
【００１３】
屈折率を発生する部材間の距離の光学的測定手法の第三の例として、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すすむとき、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９）。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。
【００１４】
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１）。ディスク１枚で１層当たり２５Ｍｂｙｔｅのものが市販されている。
【００１５】
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方法であり、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１０）。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。
【００１６】
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】
【００１７】
【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２００７−２６４６１３号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】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２】Yoshinori Nishino, Yukio Takahashi, Naoko Imamoto, Tetsuya Ishikawa,Kazuhiro Maeshima著、”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３】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４】Ronald E. Mickens編, ”Advances in the Applications of Nonstandard Finite Difference Schemes”, World Scientific、2006年
【非特許文献５】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６】M. G. Moharamと T. K. Gaylord著, “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７】M. G. Moharam, Drew A. Pommet, Eric B. Grann, T.K. Gaylord著:” 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８】Ronald L. Jones, Tengjiao Hu, Eric K. Lin, Wen-Li Wu, Rainer Kolb, Diego M. Casa, Patrick J. Bolton, and George G. Barclay著:”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９】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１０】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１１】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１２】Yoshiyasu Ito, Katsuhiko Inaba, Kazuhiko Omote, Yasuo Wada, and 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１３】Masato Hoshino and Sadao Aoki著:” 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１４】辻内順平著：”光学概論Ｉ―基礎と幾何光学―”、朝倉書店、２００２年
【非特許文献１５】Shinya Yoshioka and Shuichi Kinoshita著:” 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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
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より明らかとなっている。
（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。
【００２０】
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いる。
（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。
【００２１】
また、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。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。
【００２２】
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、２つの屈折率を発生する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。
【００２３】
また、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】
【００２４】
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０．７λ以上１５λ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、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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
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。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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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０．７λ１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ａ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。
【００３１】
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０．７λ１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。
【００３２】
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０．７λ１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。
【００３３】
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０．７λ１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。
【００３４】
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０．７λ１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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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０．７λ以上１５λ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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０．７λ以上１５λ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。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。
【００４８】
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０．７λ１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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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】
【００５７】
本発明によると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。
（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。
【００５８】
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２つがある。
【００５９】
（１）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。
【００６０】
（２）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】
【００６１】
【図１】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２】（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３】本発明の実施例１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４】本発明の光散乱強度角度分布を示す図である。
【図５】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６】（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７】本発明の光学的測定試験２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８】図７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。
【図９】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１０】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１１】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１２】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１３】本発明の光学的測定試験３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１４】本発明の光学的測定試験４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１５】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１６】図１５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１７】本発明の実施例２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１８】本発明の光学的測定試験６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１９】本発明の実施例４において、光学的測定試験７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２０】本発明の実施例４において、光学的測定試験８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２１】本発明の実施例５において、光学的測定試験９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２２】本発明の実施例６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２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】斜め入射での光散乱の計測方法を示す図である。
【図２９】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３０】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３１】蝶の羽の反射光の波長分布を示す図である。
【図３２】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３３】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】
【００６２】
本発明に係る光学的記録媒体、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。
【００６３】
（発明の原理）
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２つの凸部（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検討した結果、計算対象を工夫することで計算できることを見出した。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
本発明者らは、図１（ａ）に示すように、光散乱体６０の形状が矩形の凸部の場合には、図４に示すように、光散乱体６０に起因する散乱パターン（図４では相対散乱強度で示す）は、散乱角θ（入射光２０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、２つの光散乱体６０の重心を結ぶ直線と入射光２０の直線を含む面内において、２つの光散乱体６０の重心を結ぶ直線に垂直な方向に対する角度である。図１参照）に対して、周期的に変化するという知見を得た。
【００６８】
また、この周期が２つの光散乱体間の距離（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１において基板側から散乱強度を計測し散乱光測定機と基板の間に別の屈折率層がない場合は、平板（基板）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。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１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６０の重心間の距離である。
【００６９】
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１で説明するが、図５に示すように、横軸が２つの光散乱体６０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６０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。
【００７０】
図２（ａ）、（ｂ）は、光散乱体７０が三角形の凸部の形状をしている。このように光散乱体７０が三角凸部の形状をしている場合には、光散乱体７０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１５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７０間の距離ｗ、ｗ１によって定まることを見出した（図１５のｗ／λ参照）。
【００７１】
さらに、この図１５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１６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７０間の距離を求めるのに応用できる。
【００７２】
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。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。
【００７３】
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４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１５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。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。
【００７４】
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１（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）。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
（発明の構成）
上述のような原理に基づいて発明した本発明の構成について、光学的測定方法、光学的記録媒体、光学的測定装置を以下説明する。
【００８２】
＜光学的測定方法＞
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。２つの光散乱体に光を入射させ、その透過よる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０．７λ以上１５λ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。
【００８３】
なお、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上１５λ以下であることが好ましいが、０．４λ以上１００λ以下でも可能である。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
図４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５参照）。また、図１５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１６参照）。
【００８９】
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５参照）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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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１（ｂ）では光散乱体６０が３つあり、２つの光散乱体の組が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。
イ．光散乱体は、平板（基板）の上に設けられていても（図１参照）、平板の内部に埋め込まれて形成されていても（図２２参照）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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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１（ａ）においては、光散乱体を結ぶ軸は平板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。
【００９６】
図２（ａ）に示すような３つの光散乱体６０の場合は、光散乱体６０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６０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。
【００９７】
ｗm+1は必ずしもｗmと同じではなく、各光散乱体６０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６０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。
【００９８】
このように、複数の２つの光散乱体６０の組のそれぞれについて、２つの光散乱体６０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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）または境界要素法を用いることで、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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
例えば、図１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。
【０１１１】
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１３で示されるように、欲しい信号（図１３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１３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１３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１３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。
【０１１２】
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１３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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
以上の可動部や、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。
【０１２１】
＜光学的記録媒体＞
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。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０．７λ１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。
【０１２２】
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、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０．７λ１以上２λ１以下の距離を持つ。
【０１２３】
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、０．７λ以上１５λ以下であることが好ましいが、０．４λ１以上２λ１でも可能である。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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２２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、２４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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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０．７λ１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。
【０１３０】
なお、２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上であることが好ましいが、０．４λ以上でも可能である。
【０１３１】
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０．７λ１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。
【０１３２】
なお、２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上であることが好ましいが、０．４λ以上でも可能である。
【０１３３】
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０．７λ１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。
【０１３４】
なお、２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上であることが好ましいが、０．４λ以上でも可能である。
【０１３５】
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。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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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０．７λ１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。
【０１３８】
なお、２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上であることが好ましいが、０．４λ以上でも可能である。
【０１３９】
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。
【０１４０】
ここで、充填係数は、図２（ｃ）のような、入射光２０と２つの光散乱体７０の重心を結ぶ直線７２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７２に対して垂直な２つの平面７４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７６に囲まれた領域７８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７８における２つの光散乱体の面積の和]／[領域７８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。
【０１４１】
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６、図２２参照）。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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１に示す。表１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。
【０１４６】
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１１参照）。「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１１）。
【０１４７】
「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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
【表１】
【０１５６】
表１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。
（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。
【０１５７】
＜光学的測定装置＞
本発明に係る光学的測定装置について、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３に示すように、２つの光散乱体に照射する光の光源９０と、２つの光散乱体６０に照射され、反射または透過された散乱光を受光する散乱光測定機１６０を備えている。散乱光測定機１６０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１参照）。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。
【０１５８】
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２４に示すように、ハーフミラー４９０とミラー５００を設け、光源９０からスリット１１０と通して入射した光４７０を、曲げると同時にほぼ同じ強さの入射光１００に分けビームスプリッタ１２０及び対物レンズ１３０と通して、測定対象物１４０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４９０とビームスプリッタ１２０の間、およびミラー５００とビームスプリッタ１２０の間にレンズを置いてもよい。
【０１５９】
このような構成により、ハーフミラー４９０とミラー５００の距離をマイクロメータで機械的に調整し、光源９０からの光４７０を２つの光散乱体の形成された測定対象物１４０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、１６０は、散乱光測定機である。
【０１６０】
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。図１０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３４０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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
本発明に係る光学的測定装置として、図２５のように、２つの光散乱体７０を測定対象物の前の入射光１００側にフレネルゾーンプレート５１０と幅１０μｍ以下のスリット１１０を置き、光源９０からの入射光１００の散乱光の角度分布について、ゴニオメータ４００と、幅１ｃｍ以下のスリット３９０と、ＰＩＮフォトダイオードとを備えた散乱光測定機４１０とで光散乱強度を測る構成としてもよい。なお、３７０はスリットであり、３８０はゴニオメータ４００で移動して測定する測定点を示す。
【０１６５】
散乱光測定機４１０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。
【０１６６】
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以下のせま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５１０を選択し、平行な入射光１００を用意することになる。平行な入射光１００がないと限られた範囲に、フレネルゾーンプレート５１０で集光するのが難しいからである。
【０１６７】
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１２、１３がある。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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９に示す。この光学的測定装置では、光源９０から出た入射光１００はスリット１１０及びビームスプリッタ１２０を通ってから、対物レンズ１３０で集光され、ＦＴディスク２８０にビームスポット２９０として照射され、ＦＴディスク２８０の表面に形成された光散乱体で散乱（散乱光３００）される。
【０１７１】
光散乱強度は、散乱光測定機１６０で計測され、その結果が計算機１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。散乱光測定機１６０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。
【０１７２】
ＦＴディスク２８０は、図１０に示すように、円周上に複数の光散乱体（ピット）３４０が間隔をおいて並べられて構成されており、光源９０からのビームスポット３２０が、ＦＴディスク２８０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。
【０１７３】
実線３２０及び左側の点線で示すビームスポット３２０は、２つの光散乱体３４０を含む領域を照射する状態を示しており、真ん中の点線３３０が一つだけの光散乱体３４０を含む領域を照射する状態を示している。
【０１７４】
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ＯＮＯＦＦ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。
【０１７５】
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。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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【実施例１】
【０１８６】
以下さらに、本発明の実施例について、説明する。本発明の実施例１を説明する。実施例１では、２つの光散乱体６０は、互いにサイズ及び形状が同じであり、図１（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４０上に形成されている。
【０１８７】
光散乱体６０が多数ある場合には、図１（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。
【０１８８】
平板４０と光散乱体６０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６０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１では、光散乱体６０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２０は平板４０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。
【０１８９】
（光学的測定試験１）
本実施例１において、２つの光散乱体の組について、次のような条件１で実証的な光学的測定試験１を行う。その結果を、図４及び図５で説明する。光散乱体の配置は、図１（ａ）のようにする。図１（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６（ａ）のように配置する。
条件１：
ｗ＝１．２λまたは１．４λ、１．６λ、１．８λ
ｖ＝ｗ／５
ｄ＝０．２５×ｖ
奥行き：ｈ＝１０００λ
【０１９０】
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。
【０１９１】
実施例１の光散乱体６０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。
【０１９２】
図３は、本願発明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６０を反射で測定する場合の配置を示す図である。
【０１９３】
光源９０から出た光は、スリット１１０を通ってから、対物レンズ１３０で集光され、２つの光散乱体６０で散乱される。対物レンズ１３０で平行化された散乱光１５０の光散乱強度は、散乱光測定機１６０（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１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。
【０１９４】
２つの光散乱体６０及び平板（ガラス基板）４０から成る測定対象物（試料）１４０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４０の裏面をはりつけてもよい。
【０１９５】
対物レンズ１３０は、スリット１１０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６０に入射光が当たり、かつ、反射散乱光１５０が対物レンズ１３０で平行光となるので、好ましい。２つの光散乱体６０に入射光を当てるために、スリット１１０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。
【０１９６】
対物レンズ１３０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３の紙面に垂直な方向）に１．６λ、水平軸の方向（ｗ方向：図３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１１０で遮るのが好ましい。
【０１９７】
この散乱光の角度分布のＲＣＷＡによる計算結果は図４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４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。
【０１９８】
図５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。
【０１９９】
２つの光散乱体２００の組１９０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６に示す。２つの光散乱体２００は、図６（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６（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２１０で共有する構成としてもよい。
【０２００】
（光学的測定試験２）
本実施例１において、試験１と同様にして、次のような条件２の２つの光散乱体について、実証的な光学的測定試験２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１（ｂ）のようにする。また、ビームスポットは図６（ｂ）のように配置する。
条件２：
ｗ１＝３λ
ｗ２＝４λ
ｗ３＝５λ
ｖ１＝ｖ２＝ｖ３＝ｖ４＝０．５λ
ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝０．５λ
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝１０００λ
【０２０１】
光学的測定試験２の結果を、図７及び図８に示す。図７は、散乱角に対する相対散乱強度を示すグラフである。図８は、図７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８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。
【０２０２】
（光学的測定試験３）
図１１は、光散乱体６０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１２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２００、３６０とビームスポット３５０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３６０の高さが他の光散乱体２００より高い。
【０２０３】
図１１に示す構成について、次のような条件３で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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３を行った。
【０２０４】
ここでは、平板４０と複数の光散乱体６０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１１のようにする。
条件３：
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。
【０２０５】
図１３は、光学的測定試験３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１３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１１参照）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３６０と他の光散乱体２００との間の距離を求めることができる。
【０２０６】
図１１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。
【０２０７】
（光学的測定試験４）
図１１に示す構成について、次のような条件４の複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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４を行った。
【０２０８】
光学的測定試験４は、光学的測定試験３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４０と複数の光散乱体６０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１１のようにする。
条件４：
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。
【０２０９】
図１４は、光学的測定試験４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１１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。
【０２１０】
光学的測定試験４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１１において、ビームスポット３５０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。
【０２１１】
例えば、奥行きｈ方向に１．６λ、水平軸のｗ方向（図１１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４０の界面に対して、垂直入射とした。
【０２１２】
光学的測定装置は、図１７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６０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。
【０２１３】
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１４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。
【実施例２】
【０２１４】
本発明の実施例２を説明する。実施例２では、２つの光散乱体７０は互いにサイズ及び形状が同じであり、図２（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４０上に形成されている。この図２（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。
【０２１５】
（光学的測定試験５）
図２（ａ）に示す２つの光散乱体７０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５で二等辺三角形凸部及び平板４０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５を行う。図２（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６（ａ）のように配置する。
【０２１６】
ここでは、平板４０と複数の光散乱体７０の屈折率は１．５とした。ｄが光散乱体７０のそれぞれの高さ、ｖが２つの光散乱体７０間の距離である。ｈは奥行きである。
条件５：
ｗ＝λ
ｖ＝λ
ｄ＝λ
奥行き：ｈ＝１０００λ
【０２１７】
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。
【０２１８】
図１７は、光学的測定試験５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９０からの入射光１００を、長さ３ｍｍ幅１０μｍのスリット１１０を通して、試料の２つの光散乱体７０に照射し散乱させ、スリット３７０を通して出射する。スリット１１０と光源９０の間と光散乱体７０とスリット１１０の間のいずれかまたは両方にレンズを置いて入射光１００の強度を上げてもよい。
【０２１９】
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））４１０を、ゴニオメータ４００で測定点３８０の位置の角度に固定し、スリット３９０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９０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１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。
【０２２０】
図１５は、光学的測定試験５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。
【０２２１】
図１６は、図１５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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【実施例３】
【０２２４】
本発明の実施例３を説明する。実施例３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８０は正弦凸部である、複数の正弦凸部の光散乱体８０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。
【０２２５】
（光学的測定試験６）
実施例３について、図１（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８０と基材である平板４０から成る試料を作成し、次の条件６について、光学的測定試験６として、光散乱体の多点間の距離計測を行った。図１（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６（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。
条件６：
ｗ＝３λ、４λ、または５λ
ｖ＝ｗ
ｄ＝ｖ／２
ｈ＝１０００λ
【０２２６】
光学的測定試験６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。
【０２２７】
図１８は、光学的測定試験６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。
【実施例４】
【０２２８】
本発明の実施例４を説明する。実施例４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。
【０２２９】
（光学的測定試験７）
実施例４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７を行った。試料の作製は、実施例３の光学的測定試験６で使用した試料と同様にできる。
【０２３０】
光学的測定試験７では、次の条件７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１１のようにする。
条件７：
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
【０２３１】
図１９は、光学的測定試験７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１９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。
【０２３２】
（光学的測定試験８）
実施例４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８で、多点間の距離計測を内容とする光学的測定試験８を行った。
【０２３３】
複数の光散乱体と平板から成る試料の作製は、実施例３の光学的測定試験６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１１のようにする。
条件８：
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
【０２３４】
図２０は、光学的測定試験８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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
図２０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２０のように、実際の距離より１５％ほど大きめになった。
【実施例５】
【０２３８】
本発明の実施例５を説明する。実施例５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。
【０２３９】
（光学的測定試験９）
実施例５について、下記の条件９で、光学的測定試験８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２の光学的測定試験５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。
条件９：
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。
【０２４０】
図２１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。
【実施例６】
【０２４１】
本発明の実施例６を説明する。実施例６では、２つの光散乱体４４０は、図２２に示すように、平板４３０内に埋め込まれた矩形格子として形成されている。
【０２４２】
（光学的測定試験１０）
実施例６について、平板４３０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４４０の２点間の距離計測をする光学的測定試験１０を行った。測定対象物（試料）４２０は、平板４３０と平板に埋め込まれた２つの矩形の屈折発生体４４０から成るものであり、この試料４２０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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
光学的測定試験１０の条件１０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。
条件１０：
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。
【０２４５】
図２３は、光学的測定試験１０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。
【実施例７】
【０２４６】
図２４は、本発明の実施例７を説明する図である。この図２４についてはすでに説明したとおり、２つのハーフミラー４９０とミラー５００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４８０あるいは入射光１００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。
【実施例８】
【０２４７】
図２５は、本発明の実施例８を説明する図である。図２５の構成はすでに説明したが、フレネルゾーンプレート５１０で光を集光すると同時に、スリット１１０を光散乱体７０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１１０を光散乱体７０に近付けることで入射光１００の輝度を上げることができる。
【実施例９】
【０２４８】
本発明の実施例９を説明する。実施例９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６００からの入射光６１０を、可変スリット６２０及びレンズ６３０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６６０に照射する。
【０２４９】
この実施例９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６２０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６４０参照）と、含まない場合（入射光分布６５０参照）を作り出している。
【０２５０】
（光学的測定試験１１）
図１１に示す構成について、次のような条件１１で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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１１を行った。
条件１１：
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
【０２５１】
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２６にように、可変スリット６２０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２６では、可変スリット６２０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。
【０２５２】
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２７（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。
【０２５３】
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２７（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。
【０２５４】
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３参照）。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２７（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。
【実施例１０】
【０２５５】
本発明の実施例１０を説明する。実施例１０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。
【０２５６】
図２８は、実施例１０の光学的測定装置を示し、白色光源６７０、入射光用球面レンズ７００、ピンホールまたはスリット６９０、入射光用球面レンズ７１０、試料の散乱体７６０、検出光用球面レンズ７２０、受光部（光ファイバ７５０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。
【０２５７】
この図では分光器７３０は受光用光ファイバ７５０とつながっており、光ファイバ７５０の先端はゴニオメータ４００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４００は、第１の回転ステージ７４０の上に乗っている。また、試料は３軸ゴニオメータ７７０の上に、３軸ゴニオメータ７７０は第２の回転ステージ７７２の上に乗っている。
【０２５８】
第１の回転ステージ７４０は受光用光ファイバ７５０を、第２の回転ステージ７７２は試料を、同じ回転軸７７４の周りに回転する。第１の回転ステージ７４０と第２の回転ステージ７７２は同じ回転軸７７４の周りに独立に回転できる。試料は３軸ゴニオメータ７７０上であって、試料の中心が回転軸７７４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７４０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。
【０２５９】
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７７４）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。
【０２６０】
また、試料用の第２の回転ステージ７７２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。
【０２６１】
なお、光源は、白色光源６７０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。
【０２６２】
球面レンズ７００、７１０、７２０や光ファイバ７５０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７３０は分解能１ｎｍ程度で、感度が高いものが好ましい。
【０２６３】
ところで、図２８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６７０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。
【０２６４】
光学的測定試験１１において左端の散乱体Ｓ１だけ入射光を変調する方法として、光学的測定試験１１に記載のスリット幅を変える方法のほかに次の２つの方法がある。また、以下の光源６７０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。
【０２６５】
方法１：
図２８において、光源６７０とレンズ７００の間に第３のスリットを設け、レンズ７００による集光点がスリット６９０のスリット開口部に来るように配置する。ゴニオメータ６８０をピエゾ素子で動くようにして、スリット６９０の位置を精密に制御する。レンズ７００による集光点の範囲とスリット６９０の開口部を精密にずらすことで、レンズ７１０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。
【０２６６】
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。
【０２６７】
方法２：
図２８において、光源６７０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２６の４つの散乱体６６０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。
【０２６８】
（実験例）
次に、図２８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７６０。以下、回折格子７６０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。
【０２６９】
白色光源６７０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６９０に光源からの光が集光されるよう、レンズ７００の位置を調整した。回折格子７６０の縞方向とスリット６９０の長さ方向が平行になるようにスリット６９０の傾きを調整した。さらに、入射光の焦点に回折格子７６０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７１０および回折格子７６０の位置を調整した。
【０２７０】
散乱光は、レンズ７２０を通した後、光ファイバ７５０の先端で受けた。散乱光の集光点が光ファイバ７５０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７５０は分光器７３０につないだ。分光器７３０はオーシャンオプティクス社製ＨＲ２０００を用いた。
【０２７１】
分光器７３０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６９０の光軸方向の位置と回折格子（試料の散乱体）７６０の位置の３軸方向の位置をおよび、光ファイバ７５０の先端の３軸方向の位置を、ゴニオメータ７４０に付属のマイクロメータで調整した。
【０２７２】
図２９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２９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。該波長分布は、スリット６９０を通りレンズ７１０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２９（ａ）は周期１．８μｍ、図２９（ｂ）は周期３μｍ、図２９（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。
【０２７３】
それぞれの入射角θｉ３と散乱角θｄ１は表２に示すとおりである。この表２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２９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。
【０２７４】
【表２】
【０２７５】
次に、散乱光の上記図２９に示す波長分布から、図３０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。
【０２７６】
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。
【０２７７】
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（特許文献３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。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。
【０２７８】
図３０（ａ）は、図２９（ａ）をフーリエ変換した結果である。また、図３０（ｂ）は、図２９（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。
【０２７９】
これらの結果を表２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、本願発明による測定の正しさが裏付けられた。
【０２８０】
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。蝶ＡはCelastrina argiolus Linnaeus（雄）であり、蝶ＢはMorpho menelaus （雄）である。
【０２８１】
蝶の測定には、スリット６９０の代わりに５０μｍφのピンホールを用いた。レンズ７１０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１４）。白色光源６７０にはハロゲンランプを用いた。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。
【０２８２】
図３１が測定結果である。図３１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３１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。該測定結果は、ピンホールを通り入射光用球面レンズ７１０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。
【０２８３】
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１５参照）、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。
【０２８４】
本願発明の測定装置、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。
【０２８５】
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。
【０２８６】
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。
【０２８７】
この周期は、ＳＥＭによっても確認している。１４０μｍは、図３１（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。
【実施例１１】
【０２８８】
本発明の実施例１１を説明する。実施例１１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。
【０２８９】
（光学的測定試験１２）
図１１に示す構成について、次のような条件１２で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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１２を行った。
条件１２：
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。
【０２９０】
図３２（ａ）は、条件１２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３２（ｂ）（ｃ）に示す。図３２（ｂ）（ｃ）の横軸縦軸は図１９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。図３２（ｂ）のθｉ２は２５°、図３２（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。
【０２９１】
θｉ２が４５°では空気中からはほとんど入射できないが、図３３に示すように、凹凸７８０を備えた試料の試料面８２０（基材の裏面）に、ほぼ同じ屈折率のプリズム８３０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８３０の斜面から光７９０を入射角θｉで入射させ、光８００を散乱角θｄで散乱させる。８１０は、試料面８２０に垂直な軸である。
【０２９２】
図３２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１４（光学的測定試験４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。
【０２９３】
（光学的測定試験１３）
次に図１１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１３で複数の三角形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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１３を行った。観測角は４５°で固定し、入射角θｉ２を変えた。
条件１３：
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。
【０２９４】
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。
【０２９５】
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。
【０２９６】
以上、本発明に係る光学的記録媒体、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】
【０２９７】
以上の構成から成る本発明に係る光学的記録媒体、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は、光記録装置、高密度光記録媒体、光学的測長装置など広い分野で適用可能である。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、製造工程のオンライン検査に利用できる。
【符号の説明】
【０２９８】
２０ 入射光
３０ 散乱光
４０ 平板
６０ 矩形凸部の光散乱体
７０ 三角形凸部の光散乱体
７２ ２つの光散乱体の重心を結ぶ直線
７４ 光散乱体の重心を含み直線７２に対して垂直な平面
７６ ２つの光散乱体に接する直線
７８ 平面７４と直線７６に囲まれた領域
８０ 正弦凸部の光散乱体
９０ 光源
１００ 入射光
１１０ スリット
１２０ ビームスプリッタ
１３０ 対物レンズ
１４０ 測定対象物（矩形凸部と平板から成る試料）
１５０ 散乱光
１６０ 散乱光測定機
１７０ 計算機
１８０ ビームスポット
１９０ 光散乱体の組
２００ 矩形の光散乱体
２１０ 光散乱体の組
２８０ ＦＴディスク
２９０ ディスク上のビームスポット
３００ 散乱光
３２０ ２点を含むビームスポット
３３０ １点のみ含むビームスポット
３４０ 光散乱体（記録用ピットとして使用される）
３５０ ４つ光散乱体を照射するビームスポット
３６０ 左端の光散乱体
３７０ スリット
３８０ 測定点
３９０ スリット
４００ ゴニオメータ
４１０ 散乱光測定機
４２０ 測定対象物（試料）
４３０ 基材である平板
４４０ 平板に埋め込まれた光散乱体
４７０ 光源の光
４８０ ハーフミラーを通った光
４９０ ハーフミラー
５００ ミラー
５１０ フレネルゾーンプレート
６００ 光源
６１０ 入射光
６２０ 可変スリット
６３０ レンズ
６４０ 端の散乱体を含む入射光分布
６５０ 端の散乱体を含まない入射光分布
６６０ ４つの散乱体
６７０ 白色光源
６８０ ゴニオメータ
６９０ ゴニオメータ上のピンホールまたはスリット
７００ 入射光用球面レンズ
７１０ 入射光用球面レンズ
７２０ 検出光用球面レンズ
７３０ 分光器
７４０ 第１の回転ステージ
７５０ 光ファイバ
７６０ 試料の凹凸
７７０ ３軸ゴニオメータ
７７２ 第２の回転ステージ
７７４ ２つの回転ステージの回転軸
７７６ 第２の回転ステージの回転方向
７７８ 第１の回転ステージの回転方向
７８０ 試料の凹凸
７９０ 入射角θｉの光
８００ 散乱角θｄの光
８１０ 試料面に垂直な軸
８２０ 試料面
８３０ プリズム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関し、特に、２つの凸部のような２つの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）間の距離を精密に測定する技術であって、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に適用可能な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学的に高密度記録に記録し、これを計測、読取する技術として、相変化型記録、ホログラム記録、２スリット回折等の手段がある。
【０００３】
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１参照）。
【０００４】
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２参照）。
【０００５】
２スリット回折は、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、スリットとスリットの距離により、変化した干渉縞を読み取る手段である（非特許文献３参照）。
【０００６】
２スリットの散乱についてはヤングの実験が知られている。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知られている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
また、フラウンホーファー回折近似を用いて、複数の２スリット間の距離を得ることができる（非特許文献２参照）。非特許文献２では特殊なフーリエ変換を用いているが、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、特許文献２参照）。
【０００８】
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４、５参照）。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、光散乱強度の精度については信頼性が低い。
【０００９】
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ＦＤＴＤ法や境界要素法より、簡便に計算でき、計算速度が速く、精度も良いことがすでに知られている（例えば、非特許文献６、７）。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。
【００１０】
これまで、孤立した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から、２屈折率を発生する部材間の距離をフーリエ変換で求めた研究例はない。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特殊なフーリエ変換をしている（非特許文献２参照）。他方、別のいくつかの方法でこの距離が求められている。
【００１１】
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８参照）。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。
【００１２】
屈折率を発生する部材間の距離の光学的測定手法の第二の例として、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２）。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。
【００１３】
屈折率を発生する部材間の距離の光学的測定手法の第三の例として、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すすむとき、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９）。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。
【００１４】
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１）。ディスク１枚で１層当たり２５Ｍｂｙｔｅのものが市販されている。
【００１５】
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方法であり、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１０）。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。
【００１６】
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】
【００１７】
【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２００７−２６４６１３号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】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２】Yoshinori Nishino, Yukio Takahashi, Naoko Imamoto, Tetsuya Ishikawa,Kazuhiro Maeshima著、”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３】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４】Ronald E. Mickens編, ”Advances in the Applications of Nonstandard Finite Difference Schemes”, World Scientific、2006年
【非特許文献５】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６】M. G. Moharamと T. K. Gaylord著, “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７】M. G. Moharam, Drew A. Pommet, Eric B. Grann, T.K. Gaylord著:” 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８】Ronald L. Jones, Tengjiao Hu, Eric K. Lin, Wen-Li Wu, Rainer Kolb, Diego M. Casa, Patrick J. Bolton, and George G. Barclay著:”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９】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１０】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１１】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１２】Yoshiyasu Ito, Katsuhiko Inaba, Kazuhiko Omote, Yasuo Wada, and 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１３】Masato Hoshino and Sadao Aoki著:” 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１４】辻内順平著：”光学概論Ｉ―基礎と幾何光学―”、朝倉書店、２００２年
【非特許文献１５】Shinya Yoshioka and Shuichi Kinoshita著:” 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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
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より明らかとなっている。
（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。
【００２０】
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いる。
（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。
【００２１】
また、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。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。
【００２２】
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、２つの屈折率を発生する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。
【００２３】
また、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】
【００２４】
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０．７λ以上１５λ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、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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
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。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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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０．７λ１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ａ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。
【００３１】
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０．７λ１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。
【００３２】
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０．７λ１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。
【００３３】
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０．７λ１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。
【００３４】
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０．７λ１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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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０．７λ以上１５λ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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０．７λ以上１５λ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。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。
【００４８】
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０．７λ１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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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】
【００５７】
本発明によると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。
（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。
【００５８】
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２つがある。
【００５９】
（１）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。
【００６０】
（２）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】
【００６１】
【図１】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２】（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３】本発明の実施例１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４】本発明の光散乱強度角度分布を示す図である。
【図５】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６】（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７】本発明の光学的測定試験２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８】図７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。
【図９】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１０】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１１】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１２】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１３】本発明の光学的測定試験３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１４】本発明の光学的測定試験４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１５】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１６】図１５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１７】本発明の実施例２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１８】本発明の光学的測定試験６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１９】本発明の実施例４において、光学的測定試験７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２０】本発明の実施例４において、光学的測定試験８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２１】本発明の実施例５において、光学的測定試験９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２２】本発明の実施例６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２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】斜め入射での光散乱の計測方法を示す図である。
【図２９】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３０】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３１】蝶の羽の反射光の波長分布を示す図である。
【図３２】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３３】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】
【００６２】
本発明に係る光学的記録媒体、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。
【００６３】
（発明の原理）
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２つの凸部（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検討した結果、計算対象を工夫することで計算できることを見出した。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
本発明者らは、図１（ａ）に示すように、光散乱体６０の形状が矩形の凸部の場合には、図４に示すように、光散乱体６０に起因する散乱パターン（図４では相対散乱強度で示す）は、散乱角θ（入射光２０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、２つの光散乱体６０の重心を結ぶ直線と入射光２０の直線を含む面内において、２つの光散乱体６０の重心を結ぶ直線に垂直な方向に対する角度である。図１参照）に対して、周期的に変化するという知見を得た。
【００６８】
また、この周期が２つの光散乱体間の距離（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１において基板側から散乱強度を計測し散乱光測定機と基板の間に別の屈折率層がない場合は、平板（基板）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。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１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６０の重心間の距離である。
【００６９】
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１で説明するが、図５に示すように、横軸が２つの光散乱体６０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６０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。
【００７０】
図２（ａ）、（ｂ）は、光散乱体７０が三角形の凸部の形状をしている。このように光散乱体７０が三角凸部の形状をしている場合には、光散乱体７０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１５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７０間の距離ｗ、ｗ１によって定まることを見出した（図１５のｗ／λ参照）。
【００７１】
さらに、この図１５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１６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７０間の距離を求めるのに応用できる。
【００７２】
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。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。
【００７３】
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４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１５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。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。
【００７４】
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１（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）。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
（発明の構成）
上述のような原理に基づいて発明した本発明の構成について、光学的測定方法、光学的記録媒体、光学的測定装置を以下説明する。
【００８２】
＜光学的測定方法＞
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。２つの光散乱体に光を入射させ、その透過よる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０．７λ以上１５λ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。
【００８３】
なお、周囲と屈折率の異なる２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上１５λ以下であることが好ましいが、０．４λ以上１００λ以下でも可能である。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
図４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５参照）。また、図１５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１６参照）。
【００８９】
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５参照）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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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１（ｂ）では光散乱体６０が３つあり、２つの光散乱体の組が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。
イ．光散乱体は、平板（基板）の上に設けられていても（図１参照）、平板の内部に埋め込まれて形成されていても（図２２参照）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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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１（ａ）においては、光散乱体を結ぶ軸は平板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。
【００９６】
図２（ａ）に示すような３つの光散乱体６０の場合は、光散乱体６０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６０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。
【００９７】
ｗm+1は必ずしもｗmと同じではなく、各光散乱体６０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６０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。
【００９８】
このように、複数の２つの光散乱体６０の組のそれぞれについて、２つの光散乱体６０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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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、時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）または境界要素法を用いることで、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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
例えば、図１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。
【０１１１】
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１３で示されるように、欲しい信号（図１３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１３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１３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１３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。
【０１１２】
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１３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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
以上の可動部や、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。
【０１２１】
＜光学的記録媒体＞
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。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０．７λ１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。
【０１２２】
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、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０．７λ１以上２λ１以下の距離を持つ。
【０１２３】
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、０．７λ以上１５λ以下であることが好ましいが、０．４λ１以上２λ１でも可能である。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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２２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、２４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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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０．７λ１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。
【０１３０】
なお、２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上であることが好ましいが、０．４λ以上でも可能である。
【０１３１】
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０．７λ１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。
【０１３２】
なお、２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上であることが好ましいが、０．４λ以上でも可能である。
【０１３３】
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０．７λ１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。
【０１３４】
なお、２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上であることが好ましいが、０．４λ以上でも可能である。
【０１３５】
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。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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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０．７λ１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。
【０１３８】
なお、２つの光散乱体の距離は、上記のとおり、０．７λ以上であることが好ましいが、０．４λ以上でも可能である。
【０１３９】
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。
【０１４０】
ここで、充填係数は、図２（ｃ）のような、入射光２０と２つの光散乱体７０の重心を結ぶ直線７２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７２に対して垂直な２つの平面７４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７６に囲まれた領域７８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７８における２つの光散乱体の面積の和]／[領域７８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。
【０１４１】
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６、図２２参照）。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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１に示す。表１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。
【０１４６】
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１１参照）。「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１１）。
【０１４７】
「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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
【表１】
【０１５６】
表１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。
（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。
【０１５７】
＜光学的測定装置＞
本発明に係る光学的測定装置について、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３に示すように、２つの光散乱体に照射する光の光源９０と、２つの光散乱体６０に照射され、反射または透過された散乱光を受光する散乱光測定機１６０を備えている。散乱光測定機１６０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１参照）。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。
【０１５８】
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２４に示すように、ハーフミラー４９０とミラー５００を設け、光源９０からスリット１１０と通して入射した光４７０を、曲げると同時にほぼ同じ強さの入射光１００に分けビームスプリッタ１２０及び対物レンズ１３０と通して、測定対象物１４０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４９０とビームスプリッタ１２０の間、およびミラー５００とビームスプリッタ１２０の間にレンズを置いてもよい。
【０１５９】
このような構成により、ハーフミラー４９０とミラー５００の距離をマイクロメータで機械的に調整し、光源９０からの光４７０を２つの光散乱体の形成された測定対象物１４０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、１６０は、散乱光測定機である。
【０１６０】
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。図１０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３４０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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
本発明に係る光学的測定装置として、図２５のように、２つの光散乱体７０を測定対象物の前の入射光１００側にフレネルゾーンプレート５１０と幅１０μｍ以下のスリット１１０を置き、光源９０からの入射光１００の散乱光の角度分布について、ゴニオメータ４００と、幅１ｃｍ以下のスリット３９０と、ＰＩＮフォトダイオードとを備えた散乱光測定機４１０とで光散乱強度を測る構成としてもよい。なお、３７０はスリットであり、３８０はゴニオメータ４００で移動して測定する測定点を示す。
【０１６５】
散乱光測定機４１０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。
【０１６６】
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以下のせま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５１０を選択し、平行な入射光１００を用意することになる。平行な入射光１００がないと限られた範囲に、フレネルゾーンプレート５１０で集光するのが難しいからである。
【０１６７】
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１２、１３がある。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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９に示す。この光学的測定装置では、光源９０から出た入射光１００はスリット１１０及びビームスプリッタ１２０を通ってから、対物レンズ１３０で集光され、ＦＴディスク２８０にビームスポット２９０として照射され、ＦＴディスク２８０の表面に形成された光散乱体で散乱（散乱光３００）される。
【０１７１】
光散乱強度は、散乱光測定機１６０で計測され、その結果が計算機１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。散乱光測定機１６０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。
【０１７２】
ＦＴディスク２８０は、図１０に示すように、円周上に複数の光散乱体（ピット）３４０が間隔をおいて並べられて構成されており、光源９０からのビームスポット３２０が、ＦＴディスク２８０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。
【０１７３】
実線３２０及び左側の点線で示すビームスポット３２０は、２つの光散乱体３４０を含む領域を照射する状態を示しており、真ん中の点線３３０が一つだけの光散乱体３４０を含む領域を照射する状態を示している。
【０１７４】
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ＯＮＯＦＦ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。
【０１７５】
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。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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【実施例１】
【０１８６】
以下さらに、本発明の実施例について、説明する。本発明の実施例１を説明する。実施例１では、２つの光散乱体６０は、互いにサイズ及び形状が同じであり、図１（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４０上に形成されている。
【０１８７】
光散乱体６０が多数ある場合には、図１（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。
【０１８８】
平板４０と光散乱体６０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６０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１では、光散乱体６０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２０は平板４０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。
【０１８９】
（光学的測定試験１）
本実施例１において、２つの光散乱体の組について、次のような条件１で実証的な光学的測定試験１を行う。その結果を、図４及び図５で説明する。光散乱体の配置は、図１（ａ）のようにする。図１（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６（ａ）のように配置する。
条件１：
ｗ＝１．２λまたは１．４λ、１．６λ、１．８λ
ｖ＝ｗ／５
ｄ＝０．２５×ｖ
奥行き：ｈ＝１０００λ
【０１９０】
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。
【０１９１】
実施例１の光散乱体６０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。
【０１９２】
図３は、本願発明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６０を反射で測定する場合の配置を示す図である。
【０１９３】
光源９０から出た光は、スリット１１０を通ってから、対物レンズ１３０で集光され、２つの光散乱体６０で散乱される。対物レンズ１３０で平行化された散乱光１５０の光散乱強度は、散乱光測定機１６０（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１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。
【０１９４】
２つの光散乱体６０及び平板（ガラス基板）４０から成る測定対象物（試料）１４０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４０の裏面をはりつけてもよい。
【０１９５】
対物レンズ１３０は、スリット１１０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６０に入射光が当たり、かつ、反射散乱光１５０が対物レンズ１３０で平行光となるので、好ましい。２つの光散乱体６０に入射光を当てるために、スリット１１０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。
【０１９６】
対物レンズ１３０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３の紙面に垂直な方向）に１．６λ、水平軸の方向（ｗ方向：図３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１１０で遮るのが好ましい。
【０１９７】
この散乱光の角度分布のＲＣＷＡによる計算結果は図４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４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。
【０１９８】
図５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。
【０１９９】
２つの光散乱体２００の組１９０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６に示す。２つの光散乱体２００は、図６（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６（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２１０で共有する構成としてもよい。
【０２００】
（光学的測定試験２）
本実施例１において、試験１と同様にして、次のような条件２の２つの光散乱体について、実証的な光学的測定試験２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１（ｂ）のようにする。また、ビームスポットは図６（ｂ）のように配置する。
条件２：
ｗ１＝３λ
ｗ２＝４λ
ｗ３＝５λ
ｖ１＝ｖ２＝ｖ３＝ｖ４＝０．５λ
ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ４＝０．５λ
ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝１０００λ
【０２０１】
光学的測定試験２の結果を、図７及び図８に示す。図７は、散乱角に対する相対散乱強度を示すグラフである。図８は、図７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８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。
【０２０２】
（光学的測定試験３）
図１１は、光散乱体６０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１２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２００、３６０とビームスポット３５０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３６０の高さが他の光散乱体２００より高い。
【０２０３】
図１１に示す構成について、次のような条件３で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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３を行った。
【０２０４】
ここでは、平板４０と複数の光散乱体６０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１１のようにする。
条件３：
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。
【０２０５】
図１３は、光学的測定試験３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１３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１１参照）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３６０と他の光散乱体２００との間の距離を求めることができる。
【０２０６】
図１１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。
【０２０７】
（光学的測定試験４）
図１１に示す構成について、次のような条件４の複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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４を行った。
【０２０８】
光学的測定試験４は、光学的測定試験３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４０と複数の光散乱体６０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１１のようにする。
条件４：
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。
【０２０９】
図１４は、光学的測定試験４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１１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。
【０２１０】
光学的測定試験４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１１において、ビームスポット３５０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。
【０２１１】
例えば、奥行きｈ方向に１．６λ、水平軸のｗ方向（図１１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４０の界面に対して、垂直入射とした。
【０２１２】
光学的測定装置は、図１７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６０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。
【０２１３】
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１４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。
【実施例２】
【０２１４】
本発明の実施例２を説明する。実施例２では、２つの光散乱体７０は互いにサイズ及び形状が同じであり、図２（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４０上に形成されている。この図２（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。
【０２１５】
（光学的測定試験５）
図２（ａ）に示す２つの光散乱体７０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５で二等辺三角形凸部及び平板４０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５を行う。図２（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６（ａ）のように配置する。
【０２１６】
ここでは、平板４０と複数の光散乱体７０の屈折率は１．５とした。ｄが光散乱体７０のそれぞれの高さ、ｖが２つの光散乱体７０間の距離である。ｈは奥行きである。
条件５：
ｗ＝λ
ｖ＝λ
ｄ＝λ
奥行き：ｈ＝１０００λ
【０２１７】
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。
【０２１８】
図１７は、光学的測定試験５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９０からの入射光１００を、長さ３ｍｍ幅１０μｍのスリット１１０を通して、試料の２つの光散乱体７０に照射し散乱させ、スリット３７０を通して出射する。スリット１１０と光源９０の間と光散乱体７０とスリット１１０の間のいずれかまたは両方にレンズを置いて入射光１００の強度を上げてもよい。
【０２１９】
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））４１０を、ゴニオメータ４００で測定点３８０の位置の角度に固定し、スリット３９０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９０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１７０に読み込まれ、フーリエ変換される。
【０２２０】
図１５は、光学的測定試験５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。
【０２２１】
図１６は、図１５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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【実施例３】
【０２２４】
本発明の実施例３を説明する。実施例３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８０は正弦凸部である、複数の正弦凸部の光散乱体８０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。
【０２２５】
（光学的測定試験６）
実施例３について、図１（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８０と基材である平板４０から成る試料を作成し、次の条件６について、光学的測定試験６として、光散乱体の多点間の距離計測を行った。図１（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６（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。
条件６：
ｗ＝３λ、４λ、または５λ
ｖ＝ｗ
ｄ＝ｖ／２
ｈ＝１０００λ
【０２２６】
光学的測定試験６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。
【０２２７】
図１８は、光学的測定試験６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。
【実施例４】
【０２２８】
本発明の実施例４を説明する。実施例４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。
【０２２９】
（光学的測定試験７）
実施例４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７を行った。試料の作製は、実施例３の光学的測定試験６で使用した試料と同様にできる。
【０２３０】
光学的測定試験７では、次の条件７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１１のようにする。
条件７：
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
【０２３１】
図１９は、光学的測定試験７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１９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。
【０２３２】
（光学的測定試験８）
実施例４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８で、多点間の距離計測を内容とする光学的測定試験８を行った。
【０２３３】
複数の光散乱体と平板から成る試料の作製は、実施例３の光学的測定試験６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１１のようにする。
条件８：
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
【０２３４】
図２０は、光学的測定試験８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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
図２０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２０のように、実際の距離より１５％ほど大きめになった。
【実施例５】
【０２３８】
本発明の実施例５を説明する。実施例５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。
【０２３９】
（光学的測定試験９）
実施例５について、下記の条件９で、光学的測定試験８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２の光学的測定試験５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。
条件９：
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。
【０２４０】
図２１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。
【実施例６】
【０２４１】
本発明の実施例６を説明する。実施例６では、２つの光散乱体４４０は、図２２に示すように、平板４３０内に埋め込まれた矩形格子として形成されている。
【０２４２】
（光学的測定試験１０）
実施例６について、平板４３０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４４０の２点間の距離計測をする光学的測定試験１０を行った。測定対象物（試料）４２０は、平板４３０と平板に埋め込まれた２つの矩形の屈折発生体４４０から成るものであり、この試料４２０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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
光学的測定試験１０の条件１０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。
条件１０：
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。
【０２４５】
図２３は、光学的測定試験１０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。
【実施例７】
【０２４６】
図２４は、本発明の実施例７を説明する図である。この図２４についてはすでに説明したとおり、２つのハーフミラー４９０とミラー５００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４８０あるいは入射光１００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。
【実施例８】
【０２４７】
図２５は、本発明の実施例８を説明する図である。図２５の構成はすでに説明したが、フレネルゾーンプレート５１０で光を集光すると同時に、スリット１１０を光散乱体７０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１１０を光散乱体７０に近付けることで入射光１００の輝度を上げることができる。
【実施例９】
【０２４８】
本発明の実施例９を説明する。実施例９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６００からの入射光６１０を、可変スリット６２０及びレンズ６３０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６６０に照射する。
【０２４９】
この実施例９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６２０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６４０参照）と、含まない場合（入射光分布６５０参照）を作り出している。
【０２５０】
（光学的測定試験１１）
図１１に示す構成について、次のような条件１１で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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１１を行った。
条件１１：
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
【０２５１】
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２６にように、可変スリット６２０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２６では、可変スリット６２０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。
【０２５２】
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２７（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。
【０２５３】
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２７（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。
【０２５４】
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３参照）。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２７（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。
【実施例１０】
【０２５５】
本発明の実施例１０を説明する。実施例１０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。
【０２５６】
図２８は、実施例１０の光学的測定装置を示し、白色光源６７０、入射光用球面レンズ７００、ピンホールまたはスリット６９０、入射光用球面レンズ７１０、試料の散乱体７６０、検出光用球面レンズ７２０、受光部（光ファイバ７５０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。
【０２５７】
この図では分光器７３０は受光用光ファイバ７５０とつながっており、光ファイバ７５０の先端はゴニオメータ４００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４００は、第１の回転ステージ７４０の上に乗っている。また、試料は３軸ゴニオメータ７７０の上に、３軸ゴニオメータ７７０は第２の回転ステージ７７２の上に乗っている。
【０２５８】
第１の回転ステージ７４０は受光用光ファイバ７５０を、第２の回転ステージ７７２は試料を、同じ回転軸７７４の周りに回転する。第１の回転ステージ７４０と第２の回転ステージ７７２は同じ回転軸７７４の周りに独立に回転できる。試料は３軸ゴニオメータ７７０上であって、試料の中心が回転軸７７４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７４０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。
【０２５９】
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７７４）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。
【０２６０】
また、試料用の第２の回転ステージ７７２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。
【０２６１】
なお、光源は、白色光源６７０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。
【０２６２】
球面レンズ７００、７１０、７２０や光ファイバ７５０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７３０は分解能１ｎｍ程度で、感度が高いものが好ましい。
【０２６３】
ところで、図２８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６７０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。
【０２６４】
光学的測定試験１１において左端の散乱体Ｓ１だけ入射光を変調する方法として、光学的測定試験１１に記載のスリット幅を変える方法のほかに次の２つの方法がある。また、以下の光源６７０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。
【０２６５】
方法１：
図２８において、光源６７０とレンズ７００の間に第３のスリットを設け、レンズ７００による集光点がスリット６９０のスリット開口部に来るように配置する。ゴニオメータ６８０をピエゾ素子で動くようにして、スリット６９０の位置を精密に制御する。レンズ７００による集光点の範囲とスリット６９０の開口部を精密にずらすことで、レンズ７１０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。
【０２６６】
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。
【０２６７】
方法２：
図２８において、光源６７０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２６の４つの散乱体６６０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。
【０２６８】
（実験例）
次に、図２８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７６０。以下、回折格子７６０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。
【０２６９】
白色光源６７０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６９０に光源からの光が集光されるよう、レンズ７００の位置を調整した。回折格子７６０の縞方向とスリット６９０の長さ方向が平行になるようにスリット６９０の傾きを調整した。さらに、入射光の焦点に回折格子７６０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７１０および回折格子７６０の位置を調整した。
【０２７０】
散乱光は、レンズ７２０を通した後、光ファイバ７５０の先端で受けた。散乱光の集光点が光ファイバ７５０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７５０は分光器７３０につないだ。分光器７３０はオーシャンオプティクス社製ＨＲ２０００を用いた。
【０２７１】
分光器７３０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６９０の光軸方向の位置と回折格子（試料の散乱体）７６０の位置の３軸方向の位置をおよび、光ファイバ７５０の先端の３軸方向の位置を、ゴニオメータ７４０に付属のマイクロメータで調整した。
【０２７２】
図２９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２９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。該波長分布は、スリット６９０を通りレンズ７１０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２９（ａ）は周期１．８μｍ、図２９（ｂ）は周期３μｍ、図２９（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。
【０２７３】
それぞれの入射角θｉ３と散乱角θｄ１は表２に示すとおりである。この表２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２９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。
【０２７４】
【表２】
【０２７５】
次に、散乱光の上記図２９に示す波長分布から、図３０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。
【０２７６】
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。
【０２７７】
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（特許文献３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。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。
【０２７８】
図３０（ａ）は、図２９（ａ）をフーリエ変換した結果である。また、図３０（ｂ）は、図２９（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。
【０２７９】
これらの結果を表２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、本願発明による測定の正しさが裏付けられた。
【０２８０】
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。蝶ＡはCelastrina argiolus Linnaeus（雄）であり、蝶ＢはMorpho menelaus （雄）である。
【０２８１】
蝶の測定には、スリット６９０の代わりに５０μｍφのピンホールを用いた。レンズ７１０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１４）。白色光源６７０にはハロゲンランプを用いた。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。
【０２８２】
図３１が測定結果である。図３１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３１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。該測定結果は、ピンホールを通り入射光用球面レンズ７１０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。
【０２８３】
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１５参照）、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。
【０２８４】
本願発明の測定装置、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。
【０２８５】
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。
【０２８６】
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。
【０２８７】
この周期は、ＳＥＭによっても確認している。１４０μｍは、図３１（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。
【実施例１１】
【０２８８】
本発明の実施例１１を説明する。実施例１１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。
【０２８９】
（光学的測定試験１２）
図１１に示す構成について、次のような条件１２で複数の矩形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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１２を行った。
条件１２：
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。
【０２９０】
図３２（ａ）は、条件１２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３２（ｂ）（ｃ）に示す。図３２（ｂ）（ｃ）の横軸縦軸は図１９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。図３２（ｂ）のθｉ２は２５°、図３２（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。
【０２９１】
θｉ２が４５°では空気中からはほとんど入射できないが、図３３に示すように、凹凸７８０を備えた試料の試料面８２０（基材の裏面）に、ほぼ同じ屈折率のプリズム８３０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８３０の斜面から光７９０を入射角θｉで入射させ、光８００を散乱角θｄで散乱させる。８１０は、試料面８２０に垂直な軸である。
【０２９２】
図３２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１４（光学的測定試験４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。
【０２９３】
（光学的測定試験１３）
次に図１１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１３で複数の三角形の光散乱体を、前記光学的測定試験１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１３を行った。観測角は４５°で固定し、入射角θｉ２を変えた。
条件１３：
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。
【０２９４】
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。
【０２９５】
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。
【０２９６】
以上、本発明に係る光学的記録媒体、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】
【０２９７】
以上の構成から成る本発明に係る光学的記録媒体、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は、光記録装置、高密度光記録媒体、光学的測長装置など広い分野で適用可能である。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、製造工程のオンライン検査に利用できる。
【符号の説明】
【０２９８】
２０ 入射光
３０ 散乱光
４０ 平板
６０ 矩形凸部の光散乱体
７０ 三角形凸部の光散乱体
７２ ２つの光散乱体の重心を結ぶ直線
７４ 光散乱体の重心を含み直線７２に対して垂直な平面
７６ ２つの光散乱体に接する直線
７８ 平面７４と直線７６に囲まれた領域
８０ 正弦凸部の光散乱体
９０ 光源
１００ 入射光
１１０ スリット
１２０ ビームスプリッタ
１３０ 対物レンズ
１４０ 測定対象物（矩形凸部と平板から成る試料）
１５０ 散乱光
１６０ 散乱光測定機
１７０ 計算機
１８０ ビームスポット
１９０ 光散乱体の組
２００ 矩形の光散乱体
２１０ 光散乱体の組
２８０ ＦＴディスク
２９０ ディスク上のビームスポット
３００ 散乱光
３２０ ２点を含むビームスポット
３３０ １点のみ含むビームスポット
３４０ 光散乱体（記録用ピットとして使用される）
３５０ ４つ光散乱体を照射するビームスポット
３６０ 左端の光散乱体
３７０ スリット
３８０ 測定点
３９０ スリット
４００ ゴニオメータ
４１０ 散乱光測定機
４２０ 測定対象物（試料）
４３０ 基材である平板
４４０ 平板に埋め込まれた光散乱体
４７０ 光源の光
４８０ ハーフミラーを通った光
４９０ ハーフミラー
５００ ミラー
５１０ フレネルゾーンプレート
６００ 光源
６１０ 入射光
６２０ 可変スリット
６３０ レンズ
６４０ 端の散乱体を含む入射光分布
６５０ 端の散乱体を含まない入射光分布
６６０ ４つの散乱体
６７０ 白色光源
６８０ ゴニオメータ
６９０ ゴニオメータ上のピンホールまたはスリット
７００ 入射光用球面レンズ
７１０ 入射光用球面レンズ
７２０ 検出光用球面レンズ
７３０ 分光器
７４０ 第１の回転ステージ
７５０ 光ファイバ
７６０ 試料の凹凸
７７０ ３軸ゴニオメータ
７７２ 第２の回転ステージ
７７４ ２つの回転ステージの回転軸
７７６ 第２の回転ステージの回転方向
７７８ 第１の回転ステージの回転方向
７８０ 試料の凹凸
７９０ 入射角θｉの光
８００ 散乱角θｄの光
８１０ 試料面に垂直な軸
８２０ 試料面
８３０ プリズム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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０．７λ以上１５λ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、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。
【請求項２】
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１記載の光学的測定方法。
【請求項３】
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１または２の記載の光学的測定方法。
【請求項４】
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３に記載の光学的測定方法。
【請求項５】
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１または２記載の光学的測定方法。
【請求項６】
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０．７λ１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。
【請求項７】
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０．７λ１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であることを特徴とする請求項６記載の光学的記録媒体。
【請求項８】
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０．７λ１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であることを特徴とする請求項６記載の光学的記録媒体。
【請求項９】
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０．７λ１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記載の光学的記録媒体。
【請求項１０】
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、請求項１記載の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０．７λ１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光学的記録媒体。
【請求項１１】
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６ないし９のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項１２】
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６ないし９のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項１３】
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０．７λ以上１５λ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。
【請求項１４】
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１３記載の光学的測定装置。
【請求項１５】
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１３または１４記載の光学的測定装置。
【請求項１６】
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１３記載の光学的測定装置。
【請求項１７】
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０．７λ以上１５λ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。
【請求項１８】
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１３ないし１７のいずれかに記載光学的測定装置。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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１、２または１９の記載の光学的測定方法。
【請求項２１】
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たことを特徴とする請求項１、５または１９記載の光学的測定方法。
【請求項２２】
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１、５または１９記載の光学的測定方法。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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０．７λ１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。
【請求項２５】
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２４に記載の光学的記録媒体。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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２４ないし２６のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項２８】
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２４ないし２６のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項２９】
請求項１ないし５、および請求項２１ないし２２のいずれか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３０】
請求項１ないし５、および請求項２０ないし２２のいずれか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３１】
請求項１ないし５、および請求項２０ないし２２のいずれか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３２】
請求項２０ないし２１のいずれか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。
【請求項１】
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０．７λ以上１５λ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、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。
【請求項２】
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１記載の光学的測定方法。
【請求項３】
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１または２の記載の光学的測定方法。
【請求項４】
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３に記載の光学的測定方法。
【請求項５】
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１または２記載の光学的測定方法。
【請求項６】
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０．７λ１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。
【請求項７】
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０．７λ１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であることを特徴とする請求項６記載の光学的記録媒体。
【請求項８】
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０．７λ１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であることを特徴とする請求項６記載の光学的記録媒体。
【請求項９】
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０．７λ１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記載の光学的記録媒体。
【請求項１０】
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、請求項１記載の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０．７λ１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光学的記録媒体。
【請求項１１】
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６ないし９のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項１２】
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６ないし９のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項１３】
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０．７λ以上１５λ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。
【請求項１４】
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１３記載の光学的測定装置。
【請求項１５】
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１３または１４記載の光学的測定装置。
【請求項１６】
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１３記載の光学的測定装置。
【請求項１７】
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０．７λ以上１５λ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。
【請求項１８】
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１３ないし１７のいずれかに記載光学的測定装置。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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１、２または１９の記載の光学的測定方法。
【請求項２１】
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たことを特徴とする請求項１、５または１９記載の光学的測定方法。
【請求項２２】
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１、５または１９記載の光学的測定方法。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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０．７λ１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。
【請求項２５】
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２４に記載の光学的記録媒体。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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２４ないし２６のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項２８】
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２４ないし２６のいずれかに記載の光学的記録媒体。
【請求項２９】
請求項１ないし５、および請求項２１ないし２２のいずれか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３０】
請求項１ないし５、および請求項２０ないし２２のいずれか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３１】
請求項１ないし５、および請求項２０ないし２２のいずれか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３２】
請求項２０ないし２１のいずれか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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
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【図４】
【図５】
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【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１２−１９５０４５（Ｐ２０１２−１９５０４５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３９１８９（Ｐ２０１２−３９１８９）
【出願日】平成２４年２月２４日（２０１２．２．２４）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２４日（２０１２．２．２４）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
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