CN104884894A - 成像光学系统、测定装置、形状测定装置、构造物制造系统、及构造物制造方法 - Google Patents

Abstract

成像光学系统(21)为物体面(P1)与像面(P2)相对于第1轴(25)朝向相互相反方向倾斜的成像光学系统，其中第1轴链接物体面(P1)的一点和与物体面的一点共轭的像面(P2)的一点，在相对于包含物体面的面与包含像面的面的交线而垂直的平面内，所述成像光学系统具备在平面内相对于第1轴而偏心的第1光学构件(51)。在歪斜的成像光学系统中，其可能抑制成像性能的降低。

Description

成像光学系统、测定装置、形状测定装置、构造物制造系统、及构造物制造方法

技术领域

本发明是关于一种成像光学系统、测定装置、形状测定装置、构造物制造系统及构造物制造方法。

背景技术

歪斜的成像光学系统是用于投影仪、摄影装置、具备摄影装置的聚焦装置、具备摄影装置的形状测定装置等(例如参照专利文献1)。例如，利用光切断法等的形状测定装置是借由摄影装置拍摄照射有照明光的被检物的表面，根据摄影结果而取得关于被检物的形状的信息。在形状测定装置中，观察(拍摄)照射有照明光的被检物的方向是以相对于照明光对被检物的照射方向形成峡角的方式设定。因此，形状测定装置中的摄影装置的成像光学系统例如作为如满足沙姆(scheimpflug)条件的歪斜的成像光学系统而构成。

[先前技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]美国专利公报第5,090,811号

发明内容

[发明所欲解决的问题]

如上所述的歪斜的成像光学系统中，成像光束自相对于像面非垂直的方向入射。因此，歪斜的成像光学系统中，成像光束中自物体面上的一点出射的光束在像面上的点的强度分布容易变成非轴对称，实质的成像性能有可能降低。结果，有可能存在如下情况：具备歪斜的光学系统的摄影装置的摄影性能降低，具备歪斜的光学系统的投影仪的显示性能降低，聚焦装置、形状测定装置等的测定精度降低等。

本发明是鉴于上述情况而完成，目的之一在于，在歪斜的成像光学系统中抑制成像性能的降低。又，本发明的目的之一在于，在具备歪斜的成像光学系统的摄影装置中抑制摄影性能的降低。又，本发明的目的之一在于，在具备摄影装置的测定装置中抑制测定精度的降低。又，本发明的目的之一在于，在构造物的制造中抑制形状的精度的降低。

[解决问题的技术手段]

根据第1实施例，提供一种成像光学系统，其是包含链接物体面的一点和与物体面的一点共轭的像的一点的第1轴，在相对于包含物体面的面与包含像面的面的交线而垂直的平面内，物体面与平面的交线及像面与平面的交线相对于第1轴朝相互相反方向倾斜者，具备在平面内相对于第1轴而偏心的第1光学构件。

根据第2实施例，提供一种成像光学系统，其是包含链接物体面的一点和与物体面的一点共轭的像面的一点的第1轴，在相对于包含物体面的面与包含像面的面的交线而垂直的平面内，物体面与平面的交线及像面与平面的交线相对于第1轴朝向相互相反方向倾斜，具备在平面内相对于第1轴而偏心的第1光学构件。

根据第3实施例，提供一种摄影装置，其具备第1实施例的成像光学系统、及配置于成像光学系统的像面的摄影元件。

根据第4实施例，提供一种形状测定装置，其具备：第3实施例的摄影装置，其拍摄被照明光照射的被检物；及形状信息取得部，其根据摄影装置的拍摄结果，取得关于被检物的形状的信息。

根据第5实施例，提供一种构造物制造系统，其具备：成形装置，其根据关于构造物的形状的设计信息而成形构造物；第4实施例的形状测定装置，其测定借由成形装置而成形的构造物的形状；及控制装置，其比较表示借由形状测定装置而测定的构造物的形状的形状信息与设计信息。

根据第6实施例，提供一种构造物制造方法，其包含：根据关于构造物的形状的设计信息而成形构造物；借由第4实施例的形状测定装置而测定成形的构造物的形状；及比较表示借由形状测定装置而测定的构造物的形状的形状信息与设计信息。

[发明的效果]

根据上述实施例，可在歪斜的成像光学系统中，抑制成像性能的降低。

附图说明

图1是表示第1实施例的形状测定装置的概观的图。

图2是表示第1实施例的形状测定装置的构成的图。

图3是表示第1实施例的成像光学系统的物体面、像面等的位置关系的图。

图4是表示第1实施例的平均平面的定义的图。

图5是表示第1实施例的成像光学系统的构成的图。

图6是表示第1实施例的成像光学系统的参数的表1。

图7是用以说明与像差图所示的数据对应的物体面上的位置的图。

图8是表示第1实施例中的像面的像差的斑点图。

图9是表示第1实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。

图10A及图10B是表示第1实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。

图11是表示第2实施例的成像光学系统的构成的图。

图12是表示第2实施例的成像光学系统的参数的表2。

图13是表示第2实施例中的像面的像差的斑点图。

图14是表示第2实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。

图15A及图15B是表示第2实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。

图16是表示第3实施例的成像光学系统的构成的图。

图17是表示第3实施例的成像光学系统的参数的表3。

图18是表示第3实施例中的像面的像差的斑点图。

图19是表示第3实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。

图20A及图20B是表示第3实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。

图21是表示第4实施例的成像光学系统的构成的图。

图22是表示第4实施例的成像光学系统的参数的表4。

图23是表示第4实施例中的像面的像差的斑点图。

图24是表示第4实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。

图25A及图25B是表示第4实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。

图26是表示第5实施例的成像光学系统的构成的图。

图27是表示第5实施例的成像光学系统的参数的表5。

图28是表示第5实施例中的像面的像差的斑点图。

图29是表示第5实施例的成像光学系统的彗形像差的图。

图30A及图30B是表示第5实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。

图31是表示比较例的成像光学系统的构成的图。

图32是表示比较例的成像光学系统的参数的表6。

图33是表示比较例中的像面的像差的斑点图。

图34是表示比较例的成像光学系统中的彗形像差的图。

图35A及图35B是表示比较例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。

图36是表示本实施例的构造物制造系统的构成的图。

图37是表示本实施例的构造物制造方法的流程图。

【主要元件符号说明】

1：形状测定装置          8：光源装置

9：摄影装置              20：摄影元件

21：成像光学系统         22：盖构件

23：第1中心              24：第2中心

25：第1轴                35：形状信息取得部

51：第1光学构件          52：第2光学构件

53：第1部分              54：第2部分

55：第3部分              56：第4部分

200：构造物制造系统      201：形状测定装置

202：设计装置            203：成形装置

204：控制装置            205：维修装置

A10：第10光学面(光圈面)  P1：物体面

P2：像面                 Q：被检物(物体)

具体实施方式

[第1实施例]

对第1实施例进行说明。图1是表示第1实施例的形状测定装置1的概观的图。图2是表示第1实施例的形状测定装置1的构成的图。图3是表示本实施例的成像光学系统21的物体面P1、像面P2等的位置关系的图。图4是表示本实施例的平均平面P7的定义的图。

图1所示的形状测定装置(形状测定系统)1具备平台装置2、光探针3、扫描装置4、控制装置5、显示设备6及输入装置7。本实施例的形状测定装置1可如CMM(Coordinate Measuring Machine，坐标测量机)、图像计测显微镜等测定被检物Q的形状。本实施例的形状测定装置1可借由光切断法测定配置于平台装置2上的被检物Q的三维形状。

平台装置2是以不使被检物Q相对于平台装置2移动的方式保持被检物Q。本实施例的平台装置2相对于形状测定装置1的设置区域而固定。再者，平台装置2亦可保持被检物Q且能够相对于光探针3移动。又，平台装置2亦可为形状测定装置1的外部的装置。例如，被检物Q在被检物Q(构造物)的制造系统的制造在线搬送，形状测定装置1亦可对制造在线的被检物Q进行测定。又，形状测定装置1亦可对载置于例如地面、桌等的被检物Q进行测定，在此情形时，亦可省略平台装置2。

光探针3具备光源装置8及摄影装置9。光源装置8借由控制装置5而控制，对配置于平台装置2的被检物Q的表面的一部分照射照明光。摄影装置9借由控制装置5而控制，执行拍摄被照明光照射的被检物Q的表面的摄影处理。本实施例中，光源装置8与摄影装置9被支承于相同的支承体10。光源装置8与摄影装置9分别可更换地安装于支承体10。

如图2所示，本实施例的光源装置8具备发出光的光源11、驱动光源11的光源驱动部12及照明光学系统13。光源装置8将自光源11发出的光经由照明光学系统13照射至被检物Q。本实施例中，将自光源11出射且通过照明光学系统13的光称为照明光。

本实施例的光源11包含激光二极管(固态光源)。即，自光源装置8出射的照明光包含激光。再者，光源11亦可包含激光二极管以外的发光二极管(LED)、高亮度二极管等固态光源。光源驱动部12是由控制装置5控制，在光源11发光时向光源11供给所需的电力。

照明光学系统13是对自光源11发出的光的空间上的光强度分布进行调整。本实施例的照明光学系统13包含柱状透镜。照明光学系统13可为1个光学构件，亦可包含多个光学构件。自光源11发出的光是将点向柱状透镜具有正倍率的方向扩散，且自光源装置8出射。如图1所示，自光源装置8出射的照明光(以下称为线光L1)成为相对于自光源装置8的出射方向正交的面上的点的形状为具有长度方向与短边方向的线状的强度分布的光。

再者，亦可在照明光学系统13中使用绕射光学元件，借由绕射光学元件而调整自光源11发出的光的空间上的光强度分布。作为绕射光学元件，可使用已有的各种元件，例如可借由计算机产生全息图(CGH)而构成绕射光学元件。又，本实施例中，有时将空间上的光强度分布经调整的光称为图案光。线光L1为图案光的一例。

本实施例的摄影装置9具备摄影元件20、成像光学系统21及盖构件22。自光源装置8照射至被检物Q的线光L1在被检物Q的表面反射散射，其至少一部分向成像光学系统21入射。摄影装置9中，摄影元件20是经由成像光学系统21及盖构件22而检测自光源装置8经由被检物Q的表面向成像光学系统21入射的光(以下称为成像光束L2)。成像光束L2包含自光源装置8出射的光束中经由被检物Q的表面而入射至成像光学系统21的光束的至少一部分。本实施例中，控制装置5控制摄影元件20的拍摄时序等。

摄影元件20例如为CCD影像感测器、CMOS影像感测器等。摄影元件20例如包含二维地排列于受光面的多个像素。多个像素的各包含光电二极管等受光元件。各光电二极管产生对应于入射的光的光量的电荷。摄影元件20可借由CCD等读取产生在各像素的电荷，借此检测入射至受光面的光的光量分布。

如图3所示，成像光学系统21在摄影元件20的受光面形成与物体面P1共轭的像面P2。本实施例中，物体面P1是包含自光源装置8的线光L1的传输方向(出射方向)D1、及线光L1的点的长度方向D2的面P3的一部分。本实施例中，将物体面P1的中心称为第1中心23，将像面P2的中心称为第2中心24。本实施例中，像面P2的中心设为借由成像光学系统21而形成像的区域的中心位置，物体面P1的中心成为在成像光学系统21中与像面P2的中心共轭的位置。又，将连结第1中心23与第2中心24的轴称为第1轴25，将包含物体面P1的面P3与包含像面P2的面P4的交线上的轴称为第2轴26。又，将在物体面P1与像面P2之间与第1轴25正交的面称为第1面P5。

再者，第1轴25并非仅限定于通过物体面P1的中心及像面P2的中心的轴。亦可为通过物体面P1的任意点与像面P2的任意点的轴。只要为如可明白光学构件的各的倾斜方向为顺时针倾斜或逆时针倾斜的轴，则第1轴可以任意方式设定。

又，第1轴25亦可以如下方式设定。第1轴25的像面的1点是自由摄影元件20输出的像素信号中用作图像数据的像素范围选择像面的1点。而且，物体面的1点是选择与借由本成像光学系统21而选择的像面的1点为共轭关系的1点。而且，借由连结将选择的像面的1点与物体面的1点链接的轴，而设定第1轴25。又，第1轴亦可以与除非共轴透镜以外的构成成像光学系统的透镜的光轴吻合的方式设定。

本实施例中，在包含第1轴25且相对于第2轴26垂直的面内，物体面P1与像面P2的各者相对于第1轴25而倾斜。物体面P1相对于第1轴25倾斜的(倾倒的)方向(以下称为第1方向D3)与像面P2相对于第1轴25倾斜的方向(以下称为第2方向D4)相反。物体面P1以随着靠近第2轴26而靠近第1面P5的方式相对于第1轴25倾斜。像面P2以随着靠近第2轴26而自相对于第1面P5与物体面P1相反的侧靠近第1面P5的方式，相对于第1轴25倾斜。

再者，物体面P1与像面P2之一或两者亦可包含曲面。例如，在物体面P1包含曲面的情形时，表示相对于各种轴等的物体面P1的倾斜等的位置关系可使用对应于物体面P1的平均平面P7(参照图4)而定义。当然，关于像面，亦可同样地定义平均平面，因此在研究如本案发明般物体面或像面是否倾斜于哪一方向时，可使用此种平均平面进行评价。图4中，符号P6表示曲面，符号R表示曲面P6中在像面P2形成像的成像光束L2所通过的区域(以下称为有效径R)。本实施例中，平均平面P7是有效径R的平均平面P7上的各点与曲面P6的距离d的均方根(RMS)为最小的平面。

本实施例的成像光学系统21是在摄影元件20的受光面形成自光源装置8照射至被检物Q的线光L1在被检物Q上描画的图案L3的像。关于成像光学系统21的构成在下文进行叙述。

本实施例中，自光源装置8出射且在被检物Q上的1点反射散射的光是借由通过成像光学系统21，而聚光于摄影元件20的受光面上的大致1点。即，形成于摄影元件20上的像的各点与成像光学系统21的物体面P1与被检物Q交叉的线(图案L3)上的各点是1对1对应。如此，表示摄影装置9的拍摄结果的信息包含表示被检物Q的表面的各点的位置的信息。

如图2所示，本实施例的盖构件22配置于成像光学系统21中最靠近像面P2的光学构件与摄影元件20的受光面(像面P2)之间的光路。本实施例中，盖构件22为板状的构件(平行平板)，例如为如石英、玻璃等可使成像光束L2的至少一部分透过的材质。本实施例的盖构件22是以覆盖摄影元件20中朝向成像光学系统21的表面20a的方式设置。盖构件22的一面抵接于摄影元件20。盖构件22抑制灰尘等侵入摄影元件20的表面20a。

本实施例中，盖构件22的表面相对于成像光学系统21的像面P2(摄影元件20的受光面)实质上平行。自成像光学系统21出射的成像光束L2自相对于盖构件22非垂直的方向入射。入射至盖构件22的成像光束L2通过盖构件22自相对于摄影元件20的受光面非垂直的方向入射。

图1所示的扫描装置(扫描部)4可使平台装置2与光探针3的相对位置变化。即，扫描装置4可使平台装置2上的被检物Q与光探针3的相对位置变化。本实施例的扫描装置4是可更换地保持光探针3，相对于固定于形状测定装置1的设置区域的平台装置2而移动光探针3。若扫描装置4移动光探针3，则自光探针3的光源装置8出射的线光L1扫描被检物Q的表面。

本实施例的扫描装置4具备基台30、多个支臂部31、多个关节部(连接部)32、多个扫描驱动部33及检测器34。

本实施例的基台30固定于形状测定装置1的设置区域，与平台装置2的相对位置被固定。多个支臂部31经由关节部32而相互连接。相互连接的多个支臂部31是一端侧(基端部)与基台30连接，另一端侧(前端部)与光探针3连接。

扫描驱动部33安装于支臂部31的内部或外部等。扫描驱动部33包含例如电动马达等致动器。扫描驱动部33可使借由关节部32而相互连接的1对支臂部31的相对位置变化。检测器34例如为编码器，检测利用扫描驱动部33产生的支臂部31的移动量。

本实施例的扫描装置4借由控制装置5而控制。控制装置5借由控制扫描装置4的扫描驱动部33，而控制光探针3的位置与姿势的至少一个。又，控制装置5自扫描装置4的检测器34取得光探针3的位置信息。光探针3的位置信息包含表示光探针3的位置的信息与表示姿势的信息的至少一个。再者，形状测定装置1亦可具备计测光探针3的位置与姿势的至少一个的计测器(例如激光干涉计)，控制装置5亦可自该计测器取得光探针3的位置信息。

输入装置7是由例如键盘、鼠标、操纵杆、轨迹球、触摸板等各种输入元件而构成。输入装置7受理对控制装置5的各种信息的输入。各种信息例如包含表示使形状测定装置1开始测定的指令(command)的指令信息、关于利用形状测定装置1进行的测定的设定信息、用以手动操作形状测定装置1的至少一部分的操作信息等。

显示设备6是由例如液晶显示设备、有机电致发光显示设备等而构成。显示设备6显示关于形状测定装置1的测定的测定信息。测定信息例如包含表示关于测定的设定的设定信息、表示测定及工艺处理的经过的经过信息、表示测定的结果的形状信息等。本实施例的显示设备6自控制装置5供给表示测定信息的图像数据，根据该图像数据显示表示测定信息的图像。

本实施例的控制装置5是以如下方式控制形状测定装置1的各部分。控制装置5是控制光源装置8的光源11发出光的时序、光源11的输出(光量)等。控制装置5是以使自光源装置8出射的照明光(线光L1)扫描被检物Q的表面的方式控制扫描装置4。控制装置5是在被检物Q的表面中照射有来自光源装置8的线光L1的部位借由扫描而产生时间变化的期间，使摄影装置9拍摄多个讯框的图像。

又，本实施例的控制装置5具备取得关于被检物的形状的信息的形状信息取得部35。形状信息取得部35取得摄影装置9的拍摄结果(图像数据)，根据该拍摄结果而取得关于被检物Q的形状的信息。本实施例的控制装置5将表示形状测定装置1的测定信息的图像数据供给至显示设备6，使表示测定信息的图像显示于显示设备6。例如，控制装置5将关于被检物Q的形状制测定结果(形状信息)可视化，使表示测定结果的图像显示于显示设备6。

然而，一般的形状测定装置等光学装置在成像光学系统的像面相对于物体面倾斜的情形时，朝向像面上的某一点收敛的成像光束中边缘的光线相对于像面非对称地入射，围绕垂直于像面的轴的像差容易变成非轴对称。例如，若于成像光学系统与像面之间配置有盖玻璃(透明的平行平板)等构件，则在包含物体面的中心的法线方向与像面的中心的法线方向的面上的盖玻璃，产生关于上述轴而非对称的像差，例如像散、彗形像差。因此，成像光束中自物体面上的1点出射的光束(以下称为部分光束)在像面上的点的形状围绕垂直于像面的轴而容易变成非轴对称。在此情形时，借由摄影元件而检测的亮度分布的波峰位置是仅偏移非轴对称的像差量，使被检物的表面的位置自实际位置偏移而进行检测。结果，有可能存在测定精度降低的情况。

其次，说明本实施例的成像光学系统21的构成。本实施例的成像光学系统21是以抵消于盖构件22产生的像差中围绕垂直于像面P2的轴而非轴对称的成分的至少一部分的方式构成。尤其，借由使构成成像光学系统21的透镜偏心，而抵消非轴对称成分的像差。

再者，各实施例中，“偏心”包含透镜相对于第1轴倾斜(tilt)、与使某透镜的对称轴相对于其他多个透镜的对称轴不变更方向而移动(偏移)的情况之一或两者。以下说明中，尤其对仅使某一特定的透镜相对于第1轴或光轴而倾斜的例进行说明，但并不仅限定于此。又，如此借由使构成成像光学系统21的一部分光学构件偏心，在成像光学系统21产生的像差可抵消上述非轴对称成分(像差)的至少一部分。本实施例的成像光学系统21可藉由具备如以下所说明的光学构件，而抑制例如非轴对称的像差的产生等。再者，关于各实施例，光轴与第1轴配置于相同的位置，但本发明并不限定于此。再者，所谓该光轴，当然是指链接成像光学系统中不偏心的透镜的各对称轴的轴。以下说明中，以相对于第1轴的倾斜角度进行说明。

图5是表示本实施例的成像光学系统21的构成的图。图6是表示本实施例的成像光学系统21的参数的表1。所有参数中揭示的曲率半径“r”、面间隔“d”、其他长度单位在未作特别记载的情形时使用“mm”，但光学系统即便比例扩大或比例缩小亦获得同等的光学性能，因此单位并不限定于“mm”，亦可使用其他适当单位。

再者，以下说明中，有时参照图5等所示的XYZ正交坐标系而说明构成要素的位置关系等。该XYZ正交坐标系中，X轴方向为平行于第1轴25的方向，Y轴方向为平行于第2轴26的方向，Z轴方向为正交于X轴方向及Y轴方向的各方向。

又，有时将成像光学系统21的各光学面与面编号建立关联而进行说明。例如，图6的表1中的面编号是将物体面P1作为起点(面编号0)，自图5所示的物体面P1越靠近像面P2的光学面编号越大。例如，对应于面编号1的第1光学面是物体面P1的下一个配置的光学面。如将第1光学面称为符号“A1”，将第2光学面称为符号“A2”，相对于0以上的整数“n”将第n光学面以符号“An”表示。

再者，在表示成像光学系统21的参数的表(例如图6的表1)中，关于实质上视作平面的光学面，记载“曲率(0.00)”以代替“曲率半径”。又，第n光学面An的“距离”表示自第n光学面An起至第n光学面An的下一个靠近物体面P1的光学面为止的距离。例如，相对于第0光学面A0(物体面P1)的“距离”表示自物体面P1起至第1光学面A1为止的距离。又，相对于第1光学面A1的“距离”表示自第1光学面A1起至第2光学面A2为止的距离，相当于具有第1光学面A1及第2光学面A2的光学构件的厚度。又，第n光学面An的“折射率”、“阿贝数”表示具有第n光学面An的构件的折射率、阿贝数的值。折射率是相对于波长为656.273 nm的光的值。又，阿贝数为vd值。又，第n光学面An的“偏心量(倾斜量)”表示第n光学面An的中心轴与X轴方向所成的角度[deg]。该角度是将围绕平行于Y轴方向的轴为顺时针方向设为负，将逆时针方向设为正。即，光学构件是在倾斜量为正的情形时相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜，在倾斜量为负的情形时相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相同的方向倾斜。

再者，倾斜的方向可以如下方式进行定义。第2至第9透镜42～49的表面形状全部具有绕特定轴旋转对称的曲面形状。可由该特定轴相对于第1轴为逆时针旋转抑或顺时针旋转而定义倾斜的方向。该情况在其他实施例中亦为相同。

本实施例中，第1轴25通过物体面P1的第1中心23，与X轴方向平行。如图5所示，物体面P1以位于第1中心轴23的中心随着自+Z侧朝向-Z侧而自-X侧朝向+X侧的方式，相对于第1轴25倾斜。本实施例中，像面P2以位于第2中心轴24的中心随着自+Z侧朝向-Z侧而自+X侧靠近-X侧的方式，相对于第1轴25倾斜。如此，物体面P1与像面P2相对于第1轴25朝向相互相反方向倾斜。例如，物体面P1自与第1轴25正交的面(YZ面)倾斜约65°，像面P2(第20光学面A20)自与第1轴25正交的面(YZ面)倾斜约-26.4°。成像光学系统21中，例如像侧的数值孔径(NA)为0.48，焦点距离f为32.2mm。物体面P1例如为15mm×15mm的矩形区域。

本实施例的成像光学系统21具备第1盖玻璃41及第2至第9透镜(光学构件)42～49。第1覆盖透镜41与第2至第9透镜是由透明的构件形成，至少使自光源11发出的光透过。第2至第9透镜42～49沿第1轴25排列。本实施例中，第2至第9透镜42～49的各个是所谓的球面透镜。第2至第7透镜42～47的各个在成像光束L2所通过的范围，围绕第1轴25而轴对称。本实施例的第8透镜48(以下称为第1光学构件51)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜。本实施例的第9透镜49(以下称为第2光学构件52)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相同的方向倾斜。

本实施例中，第1盖玻璃41具有朝向物体面P1侧的第1光学面A1及朝向像面P2侧的第2光学面A2。第1覆盖透镜至少相对于自光源11发出的光为透明。第1透镜41如图6的表1所示，第1光学面A1与第2光学面A2的各个的曲率为0，为平行平板。

本实施例中，第2透镜42具有朝向物体面P1侧的第3光学面A3及朝向像面P2侧的第4光学面A4。第2透镜42是第3光学面A3朝向物体面P1为凸(曲率半径为正)，并且第4光学面A4朝向像面P2为凸(曲率半径为负)，即所谓的双凸透镜。

本实施例中，第3透镜43具有朝向物体面P1侧的第5光学面A5及朝向像面P2侧的第6光学面A6。第3透镜43是第5光学面A5朝向物体面P1为凸，并且第6光学面A6朝向像面P2为凹(曲率半径为正)，即所谓的凹凸透镜。第3透镜43是以第5光学面A5与第2透镜42的第4光学面A4实质上接触的程度与第2透镜42接近而配置。

本实施例中，第4透镜44具有朝向物体面P1侧的第7光学面A7。第4透镜44是第7光学面A7朝向物体面P1为凸，如大致平凸透镜的形状。第4透镜44是以第7光学面A7与第3透镜43的第6光学面A6实质上接触的程度与第3透镜43接近而配置。

本实施例中，第5透镜45具有朝向物体面P1侧的第8光学面A8及朝向像面P2侧的第9光学面A9。第5透镜45是第8光学面A8朝向物体面P1为凹(曲率半径为负)，并且第9光学面A9朝向像面P2为凹，即所谓的双凹透镜。第5透镜45是以第8光学面A8与第4透镜44实质上接触的程度与第4透镜44接近而配置。

本实施例中，第6透镜46具有朝向物体面P1侧的第11光学面A11及朝向像面P2侧的第12光学面A12。第6透镜46是第11光学面A11朝向物体面P1为凹，并且第12光学面A12朝向像面P2为凹，即所谓的双凹透镜。本实施例中，第10光学面A10是成像光学系统21的光圈面。第10光学面A10配置于第5透镜45与第6透镜46之间。第10光学面A10实质上相对于第1轴25正交。

本实施例中，第7透镜47具有朝向像面P2侧的第13光学面A13。第7透镜47是第13光学面A13朝向像面P2为凸，如大致双凸透镜的形状。第7透镜47是以与第6透镜46的第12光学面A12实质上接触的程度与第6透镜46接近而配置。

本实施例中，第1光学构件51(第8透镜48)相对于第10光学面A10(光圈面)而配置于像面P2侧。第1光学构件51是以在与成像光学系统21的光圈面之间夹持其他光学构件(例如第6透镜46及第7透镜47)的方式，远离光圈面而配置。

第1光学构件51具有朝向物体面P1侧的第14光学面A14及朝向像面P2侧的第15光学面A15。第1光学构件51是第14光学面A14朝向物体面P1为凸，并且第15光学面A15朝向像面P2为凸，即所谓的双凸透镜。第1光学构件51相对于成像光束L2具有倍率。第1光学构件51中朝向物体面P1侧的第14光学面A14在成像光学系统21的光学面中曲率相对较小(曲率半径相对较大)。具有至少小于具有倍率的第2～第9透镜的各光学面的倍率的平均值的倍率。本实施例中，第1光学构件51不包含成像光学系统21的光学构件中曲率半径最小的光学面。本实施例中，成像光束L2相对于第1光学构件51而入射的侧的第14光学面A14的曲率小于成像光束L2自第1光学构件51出射的侧的第15光学面A15。

本实施例中，第1光学构件51相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜。第1光学构件51在成像光束所通过的范围，具备相对于第1轴25配置于第1侧(例如+Z侧)的第1部分53及相对于第1轴25配置于第2侧(例如-Z侧)的第2部分54。本实施例中，物体面P1与像面P2是以随着朝向第2侧(-Z侧)而相互接近的方式相对于第1轴25而倾斜。因此，物体面P1与像面P2的交线(第2轴26)相对于第1轴25而配置于第2侧(-Z侧)。如此，第1光学构件51的第2部分54是较第1部分53更靠近第2轴26的部分。第1光学构件51的主面是以随着自第1部分53朝向第2部分54而靠近像面P2的方式配置。本实施例中，第1光学构件51的中心轴如图6的表1所示，相对于第1轴25倾斜约2.12°。

本实施例中，盖构件22中朝向物体面P1侧之面(第18光学面A18)相对于像面P2大致平行。成像光束L2自相对于盖构件22非垂直的方向入射，因此盖构件22在正交于物体面P1与像面P2的各个的第2面P8(XZ面)产生关于第1轴25而非对称的像差。又，本实施例的第1光学构件51的中心轴相对于第1轴25而倾斜，因此在第2面P8产生关于第1轴25而非对称的像差。第1光学构件51相对于第1轴25朝向与像面P2(盖构件22)所倾斜的方向相反的方向倾斜，因此在第1光学构件51产生的像差抵消于盖构件22产生的像差的至少一部分。本实施例中，在第1光学构件51产生的像差抵消于盖构件22产生的像差中围绕垂直于像面P2的轴为非轴对称的像差的至少一部分。

本实施例中，第2光学构件52(第9透镜49)相对于第10光学面A10(光圈面)配置于像面P2侧，即相对于成像光学系统21的光圈面配置于与第1光学构件51相同的侧。第2光学构件52是以在与成像光学系统21的光圈面之间夹持其他光学构件(第6至第8透镜46～48)的方式，远离光圈面而配置。第2光学构件52在成像光束L2的行进方向即自物体面P1朝向像面P2的方向配置于第1光学构件51的旁边。第2光学构件52在自物体面P1朝向像面P2的方向配置于较第1光学构件51更靠像面P2侧。本实施例中，第2光学构件52配置于成像光学系统21的光学构件中最靠近像面P2的位置。

本实施例的第2光学构件52具有朝向物体面P1侧的第16光学面A16及朝向像面P2侧的第17光学面A17。第2光学构件52是第16光学面A16朝向物体面P1为凸，并且第17光学面A17朝向像面P2为凹，即所谓的凹凸透镜。第2光学构件52相对于成像光束L2具有倍率。

本实施例中，第2光学构件52相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相同的方向倾斜。即，第2光学构件52相对于第1轴25朝向与第1光学构件51所倾斜的方向相反的方向倾斜。第2光学构件52在成像光束所通过的范围具备相对于第1轴25配置于第1侧(例如+Z侧)的第3部分55、及相对于第1轴25配置于第2侧(例如-Z侧)的第4部分56。如第1光学构件51的说明中所述，物体面P1与像面P2的交线(图3所示的第2轴26)相对于第1轴25配置于第2侧(-Z侧)，第2光学构件52的第4部分56是较第3部分55更靠近第2轴26的部分。第2光学构件52是以随着自第4部分56朝向第3部分55而靠近像面P2的方式配置。本实施例中，第2光学构件52的中心轴如图6的表1所示相对于第1轴25倾斜约-3.51°。

本实施例的第2光学构件52的中心轴相对于第1轴25而倾斜，因此在第2面P8产生关于第1轴25非对称的像差。第2光学构件52相对于第1轴25朝向与第1光学构件51所倾斜的方向相反的方向倾斜，因此在第2光学构件52产生的像差抵消于第1光学构件51产生的像差的一部分。本实施例中，在第2光学构件52产生的像差抵消于第1光学构件51产生的像差中围绕垂直于像面P2的轴为非轴对称的像差的一部分。此处，将在第1光学构件51产生的非轴对称的像差记作第1像差，将在第2光学构件52产生的像差记作第2像差，将在盖构件22产生的非轴对称的像差记作第3像差。成像光学系统21是以第1像差中未抵消第2像差而残余的像差抵消第3像差的至少一部分的方式，设定第2学构件52的倍率、第2光学构件52的倾斜角(相对于中心轴或光轴的倾斜量)等。本实施例中，第2光学构件52的倍率小于第1光学构件51的倍率。

其次，对成像光学系统的像差进行说明。图8是表示本实施例的像面的像差的斑点图。即，图8所示的像差包含于成像光学系统21产生的像差与在盖构件22产生的像差。

又，图7是表示与像差图所示的数据对应的物体面上的位置的图。图9是表示本实施例的成像光学系统21中的彗形像差的图。再者，图9及其他实施例等的像差图是表示自像侧向物体侧追踪光线时的像差量。所述像差图表示关于波长为665nm的光线的像差量，但关于波长655nm的光线及波长645nm的光线亦获得同样的结果。

再者，光学系统通常无关于光线的传输方向而像差特性相同。又，成像光学系统21无法相对于物体高而对称地表现彗形像差，因此针对每个物点的位置提示彗形像差。图9所示的符号Pa～Pg与图7所示的物体面P1上的位置Pa～Pg对应。

又，图10A和10B是表示本实施例的成像光学系统21中的球面像差、像散的图。所述像差图中，球面像差图(图10A)表示相对于数值孔径NA＝0.48的像差量，像散图(图10B)表示相对于物体高Y的像差量。像散图(图10B)中，实线表示相对于各波长的光线的弧矢像面，虚线表示相对于各波长的光线的子午像面。所述各像差图的说明于其他实施例中亦相同。

图31是表示比较例的成像光学系统的构成的图。图32是表示比较例的成像光学系统的参数的表6。比较例的成像光学系统与实施例的成像光学系统的不同点在于：在摄影装置9具备盖构件22，不使成像光学系统的光学构件偏心。即，比较例的成像光学系统中，各透镜要素的曲率半径与实施例的成像光学系统实质上相同，任一透镜要素均不偏心。图33是表示比较例中的像面的像差的斑点图。图34是表示比较例的成像光学系统中的彗形像差的图。图35是表示比较例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。

如图8～图10所示，本实施例的成像光学系统21借由使光学构件偏心，可观察到较比较例的成像光学系统(参照图33～34)更大幅度的像差的改善。

如上的本实施例的成像光学系统21中，第1光学构件51相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜，因此抵消于配置于成像光学系统21与像面P2之间的界面产生的非轴对称的像差的至少一部分，像面P2上的像差(参照图8)的非轴对称性得以缓和。例如，在成像光学系统21与上述界面(例如盖构件22的表面)产生的像差是以自物体面P1上的1点出射的光束(部分光束)在像面P2上的点的形状接近轴对称的方式进行修正。

又，本实施例的第1光学构件51具有倍率，因此可产生抵消于上述界面产生的像差的像差，并且使相对于第1轴25倾斜的角度减小。因此，成像光学系统21可将平行于第1轴25的方向的尺寸小型化。又，成像光学系统21中，第1光学构件51具有倍率，因此亦可修正平行于第2轴26的方向的像差。

又，本实施例的的第1光学构件51是包含成像光学系统21中曲率相对较小的光学面的光学构件，因此相对于第1光学构件51的中心轴的轴外的像差的变化变得平缓。因此，成像光学系统21修正像面P2中的非轴对称的像差的能力提高。又，第1光学构件51，成像光束L2的入射侧的第14光学面A14的曲率小于成像光束L2的出射侧的第15光学面A15的曲率。因此，成像光学系统21修正非轴对称的像差的能力提高。又，本实施例的第1光学构件51是具有与邻接于成像光学系统21的光圈面的光学面不同的光学面的光学构件，因此成像光学系统21修正非轴对称的像差的能力提高。

又，本实施例中，第1光学构件51相对于第1轴25倾斜，因此成像光学系统21的主面与满足沙姆条件的成像光学系统的主面相比，相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜。因此，本实施例中，自成像光学系统21出射的成像光束L2与满足沙姆条件的成像光学系统的成像光束相比，自靠近像面P2的法线方向的方向入射至像面P2。结果，成像光束L2相对于配置于成像光学系统21与像面P2的间的界面(例如盖构件22的表面)而自靠近法线方向的方向入射，抑制成像光束L2在该界面折射时非轴对称的像差的产生。

又，本实施例的成像光学系统21具备相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相同的方向倾斜的第2光学构件52。因此，成像光学系统21中，在第1光学构件51产生的非轴对称的第1像差的一部分由第2光学构件52中产生的非轴对称的第2像差抵消，修正非轴对称的像差的能力提高。又，第2光学构件52相对于物体面P1与像面P2之间的光圈面(第10光学面A10)，配置于与第1光学构件51相同的侧(像面P2侧)。因此，成像光学系统21与在第1光学构件51与第2光学构件52之间配置成像光学系统21的光圈面的构成相比，修正非轴对称的像差的能力提高。又，第2光学构件52在成像光束L2的行进方向配置于第1光学构件51的旁边。因此，成像光学系统21与在第1光学构件51与第2光学构件52之间配置其他光学构件的构成相比，修正非轴对称的像差的能力提高。又，本实施例的第2光学构件52是具有与邻接于成像光学系统21的光圈面的光学面不同的光学面的光学构件，因此成像光学系统21修正非轴对称的像差的能力提高。

如上所述，本实施例的成像光学系统21可抑制实质的成像性能的降低。又，关于本实施例的摄影装置9，在成像光学系统21的实质的成像性能的降低得到抑制，故而可抑制摄影性能的降低。又，关于摄影装置9，由于成像光束L2相对于摄影元件20自靠近法线方向的方向入射，故而摄影元件20对于成像光束L2的感度的降低得以抑制，可抑制实质的摄影性能的降低。

又，关于本实施例的形状测定装置1，由于摄影装置9的摄影性能的降低得到抑制，故而检测于物体面P1上述部分光束出射的位置的精度提高，可抑制测定精度的降低。又，形状测定装置1是借由摄影装置9拍摄照射有包含激光的照明光的被检物Q，故而容易确保摄影元件20的输出位准，可抑制测定精度的降低。

然而，一般的形状测定装置若使用如激光等可干涉性(相干性)较高的照明光，则有可能在摄影装置所拍摄的图像中产生斑点。形状测定装置若提高成像光学系统21的像侧的NA，则斑点的图案以无法由摄影装置的像素解像的程度变细，可减少斑点对测定结果造成的影响。然而，形状测定装置是成像光学系统21的像侧的NA越高，像差的产生越明显，例如藉由像面的像差的非轴对称性增加，测定精度有可能降低。形状测定装置是例如若成像光学系统的像侧的NA为0.24以上，则于摄影元件的表面、盖玻璃等非轴对称的像差的产生变得明显。

如上所述，本实施例的形状测定装置1即便在将成像光学系统21的NA设为例如0.24以上的情形时，亦可抑制非轴对称的像差的产生，因此可将激光用作照明光而取得清晰的图像，并且减少斑点对测定结果造成的影响。因此，本实施例的形状测定装置1可明显地抑制测定精度的降低。

再者，本实施例的成像光学系统21是多个光学构件中第1光学构件51与第2光学构件52相对于第1轴25倾斜，但相对于第1轴25倾斜配置的光学构件可为1个(仅第1光学构件51)，亦可为3个以上。又，本实施例的第1光学构件51具有倍率，亦可不具有倍率。例如，第1光学构件51亦可为如透明的平行平板的构件。透明的平行平板例如具有成像光束L2入射的第1平面与成像光束L2出射的第2平面，且是第2平面相对于第1平面平行的构件。例如，第1光学构件51亦可为折射率及厚度与盖构件22实质上相同的透明的平行平板。又，第1光学构件51亦可为如在与第2轴26平行的方向上延伸的棱镜的构件。棱镜例如具有成像光束入射的第1平面与成像光束L2出射的第2平面，第2平面不平行于第1平面。

[第2实施例]

其次，对第2实施例进行说明。本实施例中，对于与上述实施例相同的构成要素，有时标附相同的符号且省略或简化其说明。

图11是表示第2实施例的成像光学系统21的构成的图。图12是表示第2实施例的成像光学系统21的参数的表2。第2实施例的成像光学系统21中例如像侧的数值孔径(NA)为0.48，焦距f为32.9mm。物体面P1例如为15mm×15mm的矩形区域。

如图11所示，第2实施例的成像光学系统21具备第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49。第2实施例的第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49的各个的形状与第1实施例中的第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49大致相同。第2实施例中，第4至第9透镜44～49的各个的光轴与第1轴25实质上为同轴。因此，第1轴25与成像光学系统21的光轴一致。

本实施例中，第3透镜43(以下称为第1光学构件57)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜。如图12的表2所示，第1光学构件57相对于第1轴25倾斜约3.15°。第2实施例的第1光学构件57在自物体面P1朝向像面P2的方向，相对于成像光学系统21的光圈面(第10光学面A10)配置于物体面P1侧。

第2实施例中，第2透镜42(以下称为第2光学构件58)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相同的方向倾斜。如图12的表2所示，第2光学构件58相对于第1轴25倾斜约-2.62°。第2实施例的第2光学构件58在自物体面P1朝向像面P2的方向，相对于成像光学系统21的光圈面，配置于与第1光学构件57相同的侧(物体面P1侧)。第2光学构件58配置于较第1光学构件57更靠近物体面P1的位置。第2光学构件58在自物体面P1朝向像面P2的方向上配置于第1光学构件57的旁边。

其次，对第2实施例的成像光学系统的像差进行说明。图13是表示第2实施例中的像面P2上的像差的斑点图。图14是表示第2实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。图15是表示第2实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。关于各像差图的见解，欲适当参照第1实施例中的图8～图10的说明。

如图13～图15所示，第2实施例的成像光学系统21是借由使光学构件偏心，而良好地修正各像差，确保优异的成像性能。

如上的第2实施例的成像光学21如图13所示，像面P2上的像差的非轴对称性得以缓和。如此，成像光学系统21在第1光学构件57配置于较成像光学系统21的光圈面更靠物体面P1侧的情形时，亦可修正非轴对称的像差，且可抑制成像性能的降低。

[第3实施例]

其次，对第3实施例进行说明。本实施例中，对于与上述实施例同样的构成要素，有时标附相同的符号且省略或简化其说明。

图16是表示第3实施例的成像光学系统21的构成的图。图17是表示第3实施例的成像光学系统21的参数的表3。第3实施例的成像光学系统21中例如像侧的数值孔径(NA)为0.48，焦距f为34.9mm。

如图16所示，第3实施例的成像光学系统21具备第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49。第3实施例的第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49的各的形状与第1实施例中的第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49大致相同。第3实施例中，第1盖玻璃41及第3至第8透镜43～48的各个的中心轴与第1轴25实质上为同轴。

第3实施例中，第2透镜42(以下称为第1光学构件59)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜。如图17的表3所示，第1光学构件59相对于第1轴25倾斜约4.13°。第3实施例的第1光学构件59是在自物体面P1朝向像面P2的方向上相对于成像光学系统21的光圈面(第10光学面A10)而配置于物体面P1侧。

第3实施例中，第9透镜49(以下称为“第4光学构件60”)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜。如图17的表3所示，第4光学构件60相对于第1轴25倾斜约1.25°。第3实施例的第4光学构件60是在自物体面P1朝向像面P2的方向上相对于成像光学系统21的光圈面而配置于与第1光学构件59相反的侧(像面P2侧)。第4光学构件60配置于较第1光学构件59更靠近像面P2的位置。第4光学构件60是在自物体面P1朝向像面P2的方向上，以在与第1光学构件59之间夹持第3至第8透镜43～48的方式配置。

其次，对第3实施例的成像光学系统的像差进行说明。图18是表示第3实施例中的像面P2上的像差的斑点图。图19是表示第3实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。图20是表示第3实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。关于各像差图的见解，欲适当参照第1实施例中的图8～图10的说明。

如图18～图20所示，第3实施例的成像光学系统21是借由使光学构件偏心，而良好地修正各像差，确保优异的成像性能。

如上所述，第3实施例的成像光学系统21具备相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜的多个光学构件(第1光学构件59及第4光学构件60)。此种成像光学系统21如图18所示，像面P2上的像差的非轴对称性得以缓和。如此，成像光学系统21在具备朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜的多个光学构件的情形时，亦可修正非轴对称的像差，且可抑制成像性能的降低。

再者，成像光学系统21具备相对于第1轴25倾斜的多个光学构件，所述多个光学构件可在自物体面P1朝向像面P2的方向上以相邻的方式配置，亦可夹持其他光学构件而相隔配置。例如，上述第1实施例等中说明的第2光学构件亦可以在与第1光学构件之间夹持其他光学构件的方式配置。又，第2光学构件亦可相对于成像光学系统21的光圈面而配置于与第1光学构件相反的侧。

[第4实施例]

其次，对第4实施例进行说明。本实施例中，对于与上述实施例同样的构成要素，有时标附相同的符号且省略或简化其说明。

图21是表示第4实施例的成像光学系统21的构成的图。图22是表示第4实施例的成像光学系统21的参数的表4。

如图21所示，第4实施例的成像光学系统21具备第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49。第4实施例的第1盖玻璃及第2至第9透镜42～49的各个的形状是与第1实施例中的第1盖玻璃及第2至第9透镜42～49大致相同。第4实施例中，第1盖玻璃41、第3透镜43、第4透镜44、第6透镜至第9透镜46～49的各个的中心轴与第1轴25实质上为同轴。

第4实施例中，第2透镜42(以下称为第1光学构件61)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜。如图22的表4所示，第1光学构件61相对于第1轴25倾斜约5.50°。第4实施例的第1光学构件61是在自物体面P1朝向像面P2的方向上相对于成像光学系统21的光圈面(第10光学面A10)而配置于物体面P1侧。

第4实施例中，第5透镜45(以下称为第4光学构件62)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向(与第1光学构件61相同的方向)倾斜。如图22的表4所示，第4光学构件62相对于第1轴25倾斜约0.35°。第4实施例的第4光学构件62是在自物体面P1朝向像面P2的方向上相对于成像光学系统21的光圈面而配置于与第1光学构件61相同的侧(物体面P1侧)。第4实施例的第4光学构件62是配置于成像光学系统21的光圈面的旁边的光学构件。第4光学构件62配置于较第1光学构件61更靠近像面P2的位置。第4光学构件62是在自物体面P1朝向像面P2的方向上，以在与第1光学构件61之间夹持第3透镜43的方式与第1光学构件61相隔而配置。

其次，对所述第4实施例的成像光学系统的像差进行说明。图23是表示所述第4实施例中的像面P2上的像差的斑点图。图24是表示所述第4实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。图25是表示所述第4实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。关于各像差图的见解，欲适当参照第1实施例中的图8～图10的说明。

如图23～图25所示，本实施例的成像光学系统21是借由使光学构件偏心，而良好地修正各像差，确保优异的成像性能。

如上所述，本实施例的成像光学系统21具备相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜的第4光学构件62，第4光学构件62具有与成像光学系统21的光圈面相邻的光学面(第9光学面A9)。此种成像光学系统21如图23所示，像面P2上的像差的非轴对称性得以缓和。如此，成像光学系统21在朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜的第4光学构件62配置于成像光学系统21的光圈面的旁边的情形时，亦可修正非轴对称的像差，且可抑制成像性能的降低。

[第5实施例]

其次，对第5实施例进行说明。本实施例中，对于与上述实施例相同的构成要素，有时标附相同的符号且省略或简化其说明。

图26是表示第5实施例的成像光学系统21的构成的图。图27是表示第5实施例的成像光学系统21的表5。第5实施例的成像光学系统21中例如像侧的数值孔径(NA)为0.48，焦距为33.1mm。

如图26所示，第5实施例的成像光学系统21具备第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49。第5实施例的第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49的各个的形状与第1实施例中的第1盖玻璃41及第2至第9透镜42～49大致相同。第5实施例中，第1盖玻璃41及第2至第4透镜42～44、第7至第9透镜47～49的各个的中心轴与第1轴25实质上为同轴。

第5实施例中，第6透镜46(以下称为第1光学构件63)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相反的方向倾斜。如图27的表5所示，第1光学构件63相对于第1轴25倾斜约0.90°。第5实施例的第1光学构件63是在自物体面P1朝向像面P2的方向上相对于成像光学系统21的光圈面(第10光学面A10)而配置于像面P2侧。第5实施例的第1光学构件63是在自物体面P1朝向像面P2的方向上配置于成像光学系统21的光圈面的旁边的光学构件。

第5实施例中，第5透镜45(以下称为第2光学构件64)相对于第1轴25朝向与像面P2所倾斜的方向相同的方向倾斜。如图27的表5所示，第2光学构件64相对于第1轴25倾斜约-0.48°。第5实施例的第2光学构件64是在自物体面P1朝向像面P2的方向上相对于成像光学系统21的光圈面而配置于第1光学构件63的相反侧(物体面P1侧)。第5实施例的第2光学构件64是配置于成像光学系统21的光圈面的旁边的光学构件。第2光学构件64配置于较第1光学构件63更靠近物体面P1的位置。第2光学构件64是在自物体面P1朝向像面P2的方向上与第1光学构件63相邻配置的光学构件。

其次，对第5实施例的成像光学系统的像差进行说明。图28是表示第5实施例中的像面P2上的像差的斑点图。图29是表示第5实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。图30是表示第5实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。关于各像差图的见解，欲适当参照第1实施例中的图8～图10的说明。

如图28～图30所示，第5实施例的成像光学系统21是借由使光学构件偏心，而良好地修正各像差，确保优异的成像性能。

如上所述，第5实施例的成像光学系统21中，第1光学构件63与第2光学构件64的各个具有与成像光学系统21的光圈面相邻的光学面。此种成像光学系统21如图28所示，像面P2上的像差的非轴对称性得以缓和。如此，成像光学系统21在第1光学构件63与第2光学构件64的各个配置于成像光学系统21的光圈面的旁边的情形时，亦可修正非轴对称的像差，且可抑制成像性能的降低。

再者，上述实施例中，成像光学系统21具备9个光学构件，但成像光学系统21所具备的光学构件的数量可为8个以下，亦可为10个以上。上述实施例中，成像光学系统21所具有的光学构件均为球面透镜，亦可包含非球面透镜。又，成像光学系统21亦可具备配置于物体面P1与像面P2之间的光路的反射构件，在此情形时，第1轴25亦可在反射构件的反射面上弯曲。在此情形时，例如借由相对于反射构件的反射面使物体面P1侧的光路与像面P2侧的光路之一关于反射面而面对称地假想地折回，而可获得与上述成像光学系统21等效的直线成像光学系统。在第1轴25弯曲的情形时，光学构件相对于第1轴25倾斜时，亦可在与上述成像光学系统21等效的成像光学系统中进行定义。又，上述实施例的成像光学系统21除用于摄影装置9以外，亦可用于例如投影仪等。

再者，上述实施例的摄影装置9虽具备盖构件22，但亦可不在成像光学系统21中最靠近像面P2的光学构件(例如第9透镜49)与摄影元件20之间的光路配置构件。在此情形时，成像光学系统21可修正成像光束L2在配置于像面P2与成像光学系统21之间的光路的界面、例如摄影元件20的表面等折射时产生的像差等。又，摄影装置9除用于形状测定装置1以外亦可用于聚焦装置等，亦可用于测定以外的用途。

再者，上述实施例的形状测定装置1是利用光切断法取得关于形状的形状信息，亦可利用SFF(Shape From Focus，对焦成形)法取得形状信息，还可利用共焦点法取得形状信息。又，上述实施例的形状测定装置1具备包含射出激光的固态光源的光源装置8，固态光源例如包含LED，亦可射出不含有激光的照明光。又，光源装置8亦可为包含灯光源，射出不含有激光的照明光的装置。又，光源装置8是形状测定装置1的外部装置，形状测定装置1亦可不具备光源装置8。

其次，对本实施例的构造物制造系统及构造物制造方法进行说明。图36是表示本实施例的构造物制造系统200的构成的图。本实施例的构造物制造系统200具备如上述实施例中所说明的形状测定装置201、设计装置202、成形装置203、控制装置(检查装置)204及维修装置205。控制装置204具备坐标储存部210及检查部211。

设计装置202制作关于构造物的形状的设计信息，并将作成的设计信息发送至成形装置203。又，设计装置202使作成的设计信息储存于控制装置204的坐标储存部210。设计信息包含表示构造物的各位置的坐标的信息。

成形装置203根据自设计装置202输入的设计信息，而制作上述构造物。成形装置203的成形包含例如铸造、锻造、切割等。形状测定装置201测定所制作的构造物(测定对象物)的坐标，将表示所测定的坐标的信息(形状信息)发送至控制装置204。

控制装置204的坐标储存部210储存设计信息。控制装置204的检查部211自坐标储存部210读取设计信息。检查部211将自形状测定装置201接收的表示坐标的信息(形状信息)与自坐标储存部210读取的设计信息进行比较。检查部211根据比较结果，判定构造物是否如设计信息成形。换言的，检查部211是判定所作成的构造物是否为良品。检查部211在构造物未如设计信息成形的情形时，判定构造物是否可修复。检查部211在构造物可修复的情形时，根据比较结果算出不良部位与修复量，将表示不良部位的信息与表示修复量的信息发送至维修装置205。

维修装置205根据自控制装置204接收的表示不良部位的信息与表示修复量的信息，而加工构造物的不良部位。

图37是表示本实施例的构造物制造方法的流程图。本实施例中，图37所示的构造物制造方法的各处理是借由构造物制造系统200的各部分而执行。

关于构造物制造系统200，首先，设计装置202制作关于构造物的形状的设计信息(步骤S200)。其次，成形装置203根据设计信息而制作上述构造物(步骤S201)。其次，形状测定装置201测定所制作的上述构造物的形状(步骤S202)。其次，控制装置204的检查部211将借由形状测定装置201而获得的形状信息与上述设计信息进行比较，借此检查构造物是否确实如设计信息作成(步骤S203)。

其次，控制装置204的检查部211判定作成的构造物是否为良品(步骤S204)。构造物制造系统200在检查部211判定作成的构造物为良品的情形(步骤S204，YES)时，结束该处理。又，在检查部211判定作成的构造物并非良品的情形(步骤S204，NO)时，判定作成的构造物是否可修复(步骤S205)。

构造物制造系统200在检查部211判定作成的构造物可修复的情形(步骤S205，YES)时，维修装置205实施构造物的再加工(步骤S206)，返回至步骤S202的处理。构造物制造系统200在检查部211判定作成的构造物不可修复的情形(步骤S205，No)时，结束该处理。

本实施例的构造物制造系统200中，上述实施例中的形状测定装置201可准确地测定构造物的坐标，因此可判定作成的构造物是否为良品。又，构造物制造系统200可在构造物并非良品的情形时，实施构造物的再加工，并进行修复。

再者，本实施例中的维修装置205所执行的维修步骤亦可置换为成形装置203再次执行成形步骤的步骤。此时，在控制装置204的检查部211判定为可修复的情形时，成形装置203再次执行成形步骤(锻造、切割等)。具体而言，例如成形装置203将构造物中本来应切割的部位且未切割的部位切割。借此，构造物制造系统200可准确地制成构造物。

再者，本发明的技术范围并不限定于上述实施例。例如，有时省略上述实施例中说明的要素的一个以上。又，可适当组合上述实施例中所说明的要素。

Claims (37)

1.一种测定装置，其特征在于，具有：

成像光学系统，其形成测定对象的像；及

摄影部，其具备相对于该成像光学系统的光轴倾斜地配置于该成像光学系统的像面的附近的透过构件；

其中，该成像光学系统具备相对于该光轴而偏心的第1光学构件。

2.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于，其中，该第1光学构件相对于该光轴朝向与该透过构件倾斜的方向相反的方向倾斜。

3.如权利要求1或2所述的测定装置，其特征在于，其中，该第1光学构件是以降低于该透过构件产生的像差的方式相对于该光轴而偏心地配置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的测定装置，其特征在于，其进一步具备照明部，该照明部是沿与该像面共轭的面也就是物体面，向测定对象的测定区域投射光束。

5.如权利要求3所述的测定装置，其特征在于，其中，该透过构件是沿该像面配置且使借由该成像光学系统而聚集的光束通过的平面构件。

6.如权利要求1所述的测定装置，其特征在于，其中，该第1光学构件具有绕第1对称轴旋转对称的曲面形状，该第1对称轴相对于该光轴的倾斜方向与该像面的法线相对于该光轴的倾斜方向为相反方向。

7.如权利要求6所述的测定装置，其特征在于，其具备具有绕第2对称轴旋转对称的曲面形状的第2光学构件；及

该第2对称轴相对于该光轴的倾斜方向与该第1对称轴相对于该光轴的倾斜方向为相反方向。

8.如权利要求6所述的测定装置，其特征在于，其中，该第1光学构件在成像光束所通过的范围内具备第1部分、及较该第1部分更靠近包含该物体面的平面与包含该像面的平面的交线的第2部分，且以随着自该第1部分朝向该第2部分较其他光学构件更靠近该像面的方式配置。

9.如权利要求7所述的测定装置，其特征在于，其中，该第2光学构件在成像光束所通过的范围内具备第3部分、及较该第3部分更靠近包含该物体面的面与包含该像面的面的交线的第4部分，且以随着自该第4部分朝向该第3部分较其他光学构件远离该像面的方式配置。

10.如权利要求7或9所述的测定装置，其特征在于，其中，该第2光学构件是以抵消于该第1光学构件产生的像差的一部分的方式配置。

11.如权利要求8所述的测定装置，其特征在于，其中，该第2光学构件相对于该物体面与该像面之间的光圈面，配置于与该第1光学构件相同的侧。

12.如权利要求10所述的测定装置，其特征在于，其具备包含该第1光学构件及该第2光学构件的3个以上的光学构件；

该第2光学构件在成像光束的行进方向配置于该第1光学构件的旁边。

13.如权利要求1至12中任一项所述的测定装置，其特征在于，其中，所述成像光学系统具备包含该第1光学构件的多个光学构件，

该第1光学构件具有该多个光学构件的光学面中曲率相对较小的光学面。

14.如权利要求1至11中任一项所述的测定装置，其特征在于，其中，所述成像光学系统在成像光束所通过的范围内具备具有绕该第1轴旋转对称的形状的第3光学构件。

15.如权利要求1至12中任一项所述的测定装置，其特征在于，其中，该第1光学构件相对于借由该成像光学系统而聚光于该像面的成像光束具有倍率。

16.如权利要求1至5中任一项所述的测定装置，其特征在于，其中，该第1光学构件具有成像光束入射的第1平面与该成像光束出射的第2平面，该第2平面平行于该第1平面。

17.如权利要求1至5中任一项所述的测定装置，其特征在于，其中，该第1光学构件具有成像光束入射的第1平面与该成像光束出射的第2平面，该第2平面不平行于该第1平面。

18.如权利要求1所述的测定装置，其中，该透过构件是以覆盖该摄影元件的受光区域的方式配置。

19.一种形状测定装置，其特征在于，其测定一个测定装置的形状，所述装置具备：

如权利要求1至18中任一项所述的测定装置，其拍摄由照明光照射的被检物；及

形状信息取得部，其根据该测定装置的结果，取得关于该被检物的形状的信息。

20.如权利要求19所述的形状测定装置，其特征在于，其具备对该被检物照射含有激光的该照明光的固态光源。

21.一种构造物制造系统，其特征在于，具备：

成形装置，其根据关于构造物的形状的设计信息而成形该构造物；

如权利要求19或20所界定的形状测定装置，其测定借由该成形装置而成形的该构造物的形状；及

控制装置，其将表示借由该形状测定装置而测定的该构造物的形状的形状信息与该设计信息进行比较。

22.一种构造物制造方法，其特征在于，包含：

根据关于构造物的形状的设计信息而成形该构造物；

借由如权利要求19或20所界定的形状测定装置测定该成形的该构造物的形状；及

将表示借由该形状测定装置而测定的该构造物的形状的形状信息与该设计信息进行比较。

23.一种成像光学系统，其特征在于，其中一个平面，其包含链接物体面的一点和与该物体面的一点共轭的像面的一点的第1轴，且该平面相对于包含该物体面的面与包含该像面的面之间的交线而垂直，该物体面与该平面的交线及该像面与该平面的交线相对于该第1轴朝向相互相反方向倾斜，所述成像光学系统具备在该平面内相对于该第1轴而偏心的第1光学构件。

24.如权利要求23所述的成像光学系统，其特征在于，其具备包含该第1光学构件的多个光学构件，

其中，该第1光学构件较该多个光学构件中的其他光学构件在该平面内相对于该第1轴而倾斜。

25.如权利要求24所述的成像光学系统，其特征在于，其中，该第1轴是连结对应于本成像光学系统的像形成范围的中心位置的该像面的一点和与该像面的一点共轭的物体面的一点的轴；

该第1光学构件朝向与该像面相对于该第1轴的倾斜方向相反的方向倾斜。

26.如权利要求25所述的成像光学系统，其特征在于，其中，该第1光学构件具有绕第1对称轴旋转对称的曲面形状，该第1对称轴相对于该第1轴的倾斜方向与该像面的法线相对于该第1轴的倾斜方向为相反方向。

27.如权利要求26所述的成像光学系统，其特征在于，其具备具有绕第2对称轴旋转对称的曲面形状的第2光学构件，并且

该第2对称轴相对于该第1轴的倾斜方向与该第1对称轴相对于该第1轴的倾斜方向为相反方向。

28.如权利要求26所述的成像光学系统，其特征在于，其中，该第1光学构件在成像光束所通过的范围内具备第1部分、及较该第1部分更靠近包含该物体面的平面与包含该像面的平面的交线的第2部分，且以随着自该第1部分朝向该第2部分而较其他光学构件更靠近该像面的方式配置。

29.如权利要求28所述的成像光学系统，其特征在于，其中，该第2光学构件在成像光束所通过的范围内具备第3部分、及较该第3部分更靠近包含该物体面的面与包含该像面的面的交线的第4部分，且以随着自该第4部分朝向该第3部分而较其他光学构件远离该像面的方式配置。

30.如权利要求27或29所述的成像光学系统，其特征在于，其中，该第2光学构件是以产生抵消于该第1光学构件产生的像差的一部分的像差的方式配置。

31.如权利要求30所述的成像光学系统，其特征在于，其中，该第2光学构件相对于该物体面与该像面之间的光圈面，配置于与该第1光学构件相同的侧。

32.如权利要求31所述的成像光学系统，其特征在于，其具备包含该第1光学构件及该第2光学构件的3个以上的光学构件，

该第2光学构件在成像光束的行进方向配置于该第1光学构件的旁边。

33.如权利要求23至32中任一项所述的成像光学系统，其特征在于，其具备包含该第1光学构件的多个光学构件；

其中，该第1光学构件具有该多个光学构件的光学面中曲率相对较小的光学面。

34.如权利要求23至33中任一项所述的成像光学系统，其特征在于，其中在成像光束所通过的范围内具备具有绕该第1轴旋转对称的形状的第3光学构件。

35.如权利要求23至34中任一项所述的成像光学系统，其特征在于，其中，该第1光学构件相对于成像光束具有倍率。

36.如权利要求23至34中任一项所述的成像光学系统，其特征在于，其中该第1光学构件具有成像光束入射的第1平面与该成像光束出射的第2平面，该第2平面平行于该第1平面。

37.如权利要求23至34中任一项所述的成像光学系统，其特征在于，其中，该第1光学构件具有成像光束入射的第1平面与该成像光束出射的第2平面，该第2平面不平行于该第1平面。