TW201346215A - 成像光學系、測定裝置、形狀測定裝置、構造物製造系統、及構造物製造方法 - Google Patents

成像光學系、測定裝置、形狀測定裝置、構造物製造系統、及構造物製造方法 Download PDF

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Abstract

於歪斜之成像光學系中，抑制成像性能之降低。成像光學系(21)，係包含連結物體面(P1)之一點和與物體面之一點共軛之像面(P2)之一點之第1軸(25)，於相對於包含物體面之面與包含像面之面之交線而垂直之平面內，物體面與像面相對於第1軸朝向相互相反方向傾斜之成像光學系，具備於平面內相對於第1軸而偏心之第1光學構件(51)。

Description

成像光學系、測定裝置、形狀測定裝置、構造物製造系統、及構造物製造方法
本發明係關於一種成像光學系、測定裝置、形狀測定裝置、構造物製造系統及構造物製造方法。
歪斜之成像光學系係用於投影儀、攝影裝置、具備攝影裝置之聚焦裝置、具備攝影裝置之形狀測定裝置等(例如參照專利文獻1)。例如，利用光切斷法等之形狀測定裝置係藉由攝影裝置拍攝照射有照明光之被檢物之表面，根據攝影結果而取得關於被檢物之形狀之資訊。於形狀測定裝置中，觀察(拍攝)照射有照明光之被檢物之方向係以相對於照明光對被檢物之照射方向形成峽角之方式設定。因此，形狀測定裝置中之攝影裝置之成像光學系例如作為如滿足沙姆(scheimpflug)條件之歪斜之成像光學系而構成。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]美國專利公報第5090811號
如上所述之歪斜之成像光學系中，成像光束自相對於像面非垂直之方向入射。因此，歪斜之成像光學系中，成像光束中自物體面上之1點出射之光束之於像面上之點的強度分布容易變成非軸對稱，實質之成像 性能有可能降低。結果，有可能存在如下情況：具備歪斜之光學系之攝影裝置之攝影性能降低，具備歪斜之光學系之投影儀之顯示性能降低，聚焦裝置、形狀測定裝置等之測定精度降低等。
本發明係鑒於上述情況而完成者，目的之一在於，於歪斜之成像光學系中抑制成像性能之降低。又，本發明之目的之一在於，於具備歪斜之成像光學系之攝影裝置中抑制攝影性能之降低。又，本發明之目的之一在於，於具備攝影裝置之測定裝置中抑制測定精度之降低。又，本發明之目的之一在於，於構造物之製造中抑制形狀之精度之降低。
根據第1態樣，提供一種成像光學系，其係包含連結物體面之一點和與物體面之一點共軛之像之一點之第1軸，於相對於包含物體面之面與包含像面之面之交線而垂直之平面內，物體面與平面之交線及像面與平面之交線相對於第1軸朝相互相反方向傾斜者，具備於平面內相對於第1軸而偏心之第1光學構件。
根據第2態樣，提供一種成像光學系，其係包含連結物體面之一點和與物體面之一點共軛之像面之一點之第1軸，於相對於包含物體面之面與包含像面之面之交線而垂直之平面內，物體面與平面之交線及像面與平面之交線相對於第1軸朝向相互相反方向傾斜者，具備於平面內相對於第1軸而偏心之第1光學構件。
根據第3態樣，提供一種攝影裝置，其具備第1態樣之成像光學系、及配置於成像光學系之像面之攝影元件。
根據第4態樣，提供一種形狀測定裝置，其具備：第3態樣之攝影裝置，其拍攝被照明光照射之被檢物；及形狀資訊取得部，其根據攝影裝置之拍攝結果，取得關於被檢物之形狀之資訊。
根據第5態樣，提供一種構造物製造系統，其具備：成形裝 置，其根據關於構造物之形狀之設計資訊而成形構造物；第4態樣之形狀測定裝置，其測定藉由成形裝置而成形之構造物之形狀；及控制裝置，其比較表示藉由形狀測定裝置而測定之構造物之形狀之形狀資訊與設計資訊。
根據第6態樣，提供一種構造物製造方法，其包含：根據關於構造物之形狀之設計資訊而成形構造物；藉由第4態樣之形狀測定裝置而測定成形之構造物之形狀；及比較表示藉由形狀測定裝置而測定之構造物之形狀之形狀資訊與設計資訊。
根據上述態樣，可於歪斜之成像光學系中，抑制成像性能之降低。
1‧‧‧形狀測定裝置
8‧‧‧光源裝置
9‧‧‧攝影裝置
20‧‧‧攝影元件
21‧‧‧成像光學系
22‧‧‧蓋構件
23‧‧‧第1中心
24‧‧‧第2中心
25‧‧‧第1軸
35‧‧‧形狀資訊取得部
51‧‧‧第1光學構件
52‧‧‧第2光學構件
53‧‧‧第1部分
54‧‧‧第2部分
55‧‧‧第3部分
56‧‧‧第4部分
200‧‧‧構造物製造系統
201‧‧‧形狀測定裝置
202‧‧‧設計裝置
203‧‧‧成形裝置
204‧‧‧控制裝置
205‧‧‧維修裝置
A10‧‧‧第10光學面(光圈面)
P1‧‧‧物體面
P2‧‧‧像面
Q‧‧‧被檢物
圖1係表示第1實施形態之形狀測定裝置之概觀之圖。
圖2係表示第1實施形態之形狀測定裝置之構成之圖。
圖3係表示第1實施形態之成像光學系之物體面、像面等之位置關係之圖。
圖4係表示第1實施形態之平均平面之定義之圖。
圖5係表示第1實施形態之成像光學系之構成之圖。
圖6係表示第1實施形態之成像光學系之參數之表1。
圖7係用以說明與像差圖所示之資料對應之物體面上之位置之圖。
圖8係表示第1實施形態中之像面之像差之斑點圖。
圖9係表示第1實施形態之成像光學系中之彗形像差之圖。
圖10(A)及(B)係表示第1實施形態之成像光學系中之球面像差、像散之圖。
圖11係表示第2實施形態之成像光學系之構成之圖。
圖12係表示第2實施形態之成像光學系之參數之表2。
圖13係表示第2實施形態中之像面之像差之斑點圖。
圖14係表示第2實施形態之成像光學系中之彗形像差之圖。
圖15(A)及(B)係表示第2實施形態之成像光學系中之球面像差、像散之圖。
圖16係表示第3實施形態之成像光學系之構成之圖。
圖17係表示第3實施形態之成像光學系之參數之表3。
圖18係表示第3實施形態中之像面之像差之斑點圖。
圖19係表示第3實施形態之成像光學系中之彗形像差之圖。
圖20(A)及(B)係表示第3實施形態之成像光學系中之球面像差、像散之圖。
圖21係表示第4實施形態之成像光學系之構成之圖。
圖22係表示第4實施形態之成像光學系之參數之表4。
圖23係表示第4實施形態中之像面之像差之斑點圖。
圖24係表示第4實施形態之成像光學系中之彗形像差之圖。
圖25(A)及(B)係表示第4實施形態之成像光學系中之球面像差、像散之圖。
圖26係表示第5實施形態之成像光學系之構成之圖。
圖27係表示第5實施形態之成像光學系之參數之表5。
圖28係表示第5實施形態中之像面之像差之斑點圖。
圖29係表示第5實施形態之成像光學系之彗形像差之圖。
圖30(A)及(B)係表示第5實施形態之成像光學系中之球面像差、像散之圖。
圖31係表示比較例之成像光學系之構成之圖。
圖32係表示比較例之成像光學系之參數之表6。
圖33係表示比較例中之像面之像差之斑點圖。
圖34係表示比較例之成像光學系中之彗形像差之圖。
圖35(A)及(B)係表示比較例之成像光學系中之球面像差、像散之圖。
圖36係表示本實施形態之構造物製造系統之構成之圖。
圖37係表示本實施形態之構造物製造方法之流程圖。
[第1實施形態]
對第1實施形態進行說明。圖1係表示第1實施形態之形狀測定裝置1之概觀之圖。圖2係表示第1實施形態之形狀測定裝置1之構成之圖。圖3係表示本實施形態之成像光學系21之物體面P1、像面P2等之位置關係之圖。圖4係表示本實施形態之平均平面P7之定義之圖。
圖1所示之形狀測定裝置(形狀測定系統)1具備平台裝置2、光探針3、掃描裝置4、控制裝置5、顯示裝置6及輸入裝置7。本實施形態之形狀測定裝置1可如CMM(Coordinate Measuring Machine，座標測量機)、圖像計測顯微鏡等般測定被檢物Q之形狀。本實施形態之形狀測定裝置1可藉由光切斷法測定配置於平台裝置2上之被檢物Q之三維形狀。
平台裝置2係以不使被檢物Q相對於平台裝置2移動之方式保持被檢物Q。本實施形態之平台裝置2相對於形狀測定裝置1之設置區域而固定。再者，平台裝置2亦可保持被檢物Q且能夠相對於光探針3移動。又，平台裝置2亦可為形狀測定裝置1之外部之裝置。例如，被檢物Q於被檢物Q(構造物)之製造系統之製造線上搬送，形狀測定裝置1亦可對製造線上之被檢物Q進行測定。又，形狀測定裝置1亦可對載置於例如地面、桌等之被檢物Q進行測定，於此情形時，亦可省略平台裝置2。
光探針3具備光源裝置8及攝影裝置9。光源裝置8藉由控制裝置5而控制，對配置於平台裝置2之被檢物Q之表面之一部分照射照明光。攝影裝置9藉由控制裝置5而控制，執行拍攝被照明光照射之被檢物Q之表面之攝影處理。本實施形態中，光源裝置8與攝影裝置9被支承於相同之支承體10。光源裝置8與攝影裝置9分別可更換地安裝於支承體10。
如圖2所示，本實施形態之光源裝置8具備發出光之光源11、驅動光源11之光源驅動部12及照明光學系13。光源裝置8將自光源11發出之光經由照明光學系13照射至被檢物Q。本實施形態中，將自光源11出射且通過照明光學系13之光稱為照明光。
本實施形態之光源11包含雷射二極體(固體光源)。即，自光源裝置8出射之照明光包含雷射光。再者，光源11亦可包含雷射二極體以外之發光二極體(LED)、高亮度二極體等固體光源。光源驅動部12係由控制裝置5控制，於光源11發光時向光源11供給所需之電力。
照明光學系13係對自光源11發出之光之空間上之光強度分布進行調整。本實施形態之照明光學系13包含柱狀透鏡。照明光學系13可為1個光學構件，亦可包含複數個光學構件。自光源11發出之光係將點向柱狀透鏡具有正倍率之方向擴散，且自光源裝置8出射。如圖1所示，自光源裝置8出射之照明光(以下稱為線光L1)成為相對於自光源裝置8之出射方向正交之面上之點之形狀為具有長度方向與短邊方向之線狀之強度分布之光。
再者，亦可於照明光學系13中使用繞射光學元件，藉由繞射光學元件而調整自光源11發出之光之空間上之光強度分布。作為繞射光學元件，可使用已有之各種元件，例如可藉由電腦產生全息圖(CGH)而構成繞射光學元件。又，本實施形態中，有時將空間上之光強度分布經調 整之光稱為圖案光。線光L1為圖案光之一例。
本實施形態之攝影裝置9具備攝影元件20、成像光學系21及蓋構件22。自光源裝置8照射至被檢物Q之線光L1於被檢物Q之表面反射散射，其至少一部分向成像光學系21入射。攝影裝置9中，攝影元件20係經由成像光學系21及蓋構件22而檢測自光源裝置8經由被檢物Q之表面向成像光學系21入射之光(以下稱為成像光束L2)。成像光束L2包含自光源裝置8出射之光束中經由被檢物Q之表面而入射至成像光學系21之光束之至少一部分。本實施形態中，控制裝置5控制攝影元件20之拍攝時序等。
攝影元件20例如為CCD影像感測器、CMOS影像感測器等。攝影元件20例如包含二維地排列於受光面之複數個像素。複數個像素之各者包含光電二極體等受光元件。各光電二極體產生對應於入射之光之光量之電荷。攝影元件20可藉由CCD等讀取產生於各像素之電荷，藉此檢測入射至受光面之光之光量分布。
如圖3所示，成像光學系21於攝影元件20之受光面形成與物體面P1共軛之像面P2。本實施形態中，物體面P1係包含自光源裝置8之線光L1之傳輸方向(出射方向)D1、及線光L1之點之長度方向D2之面P3之一部分。本實施形態中，將物體面P1之中心稱為第1中心23，將像面P2之中心稱為第2中心24。本實施形態中，像面P2之中心設為藉由成像光學系21而形成像之區域之中心位置，物體面P1之中心成為於成像光學系21中與像面P2之中心共軛之位置。又，將連結第1中心23與第2中心24之軸稱為第1軸25，將包含物體面P1之面P3與包含像面P2之面P4之交線上之軸稱為第2軸26。又，將於物體面P1與像面P2之間與第1軸25正交之面稱為第1面P5。
再者，第1軸25並非僅限定於通過物體面P1之中心及像面 P2之中心之軸。亦可為通過物體面P1之任意點與像面P2之任意點之軸。只要為如可明白光學構件之各者之傾斜方向為順時針傾斜或逆時針傾斜之軸，則第1軸可以任意方式設定。
又，第1軸25亦可以如下方式設定。第1軸25之像面之1點係自由攝影元件20輸出之像素信號中用作圖像資料之像素範圍選擇像面之1點。而且，物體面之1點係選擇與藉由本成像光學系21而選擇之像面之1點為共軛關係之1點。而且，藉由連結將選擇之像面之1點與物體面之1點連結之軸，而設定第1軸25。又，第1軸亦可以與除非共軸透鏡以外之構成成像光學系之透鏡之光軸吻合之方式設定。
本實施形態中，於包含第1軸25且相對於第2軸26垂直之面內，物體面P1與像面P2之各者相對於第1軸25而傾斜。物體面P1相對於第1軸25傾斜之(傾倒之)方向(以下稱為第1方向D3)與像面P2相對於第1軸25傾斜之方向(以下稱為第2方向D4)相反。物體面P1以隨著靠近第2軸26而靠近第1面P5之方式相對於第1軸25傾斜。像面P2以隨著靠近第2軸26而自相對於第1面P5與物體面P1相反之側靠近第1面P5之方式，相對於第1軸25傾斜。
再者，物體面P1與像面P2之一者或兩者亦可包含曲面。例如，於物體面P1包含曲面之情形時，表示相對於各種軸等之物體面P1之傾斜等之位置關係可使用對應於物體面P1之平均平面P7(參照圖4)而定義。當然，關於像面，亦可同樣地定義平均平面，因此於研究如本案發明般物體面或像面是否傾斜於哪一方向時，可使用此種平均平面進行評價。圖4中，符號P6表示曲面，符號R表示曲面P6中於像面P2形成像之成像光束L2所通過之區域(以下稱為有效徑R)。本實施形態中，平均平面P7係有效徑R之平均平面P7上之各點與曲面P6之距離d之均方根(RMS)為最小之平面。
本實施形態之成像光學系21係於攝影元件20之受光面形成自光源裝置8照射至被檢物Q之線光L1於被檢物Q上描畫之圖案L3之像。關於成像光學系21之構成於下文進行敍述。
本實施形態中，自光源裝置8出射且於被檢物Q上之1點反射散射之光係藉由通過成像光學系21，而聚光於攝影元件20之受光面上之大致1點。即，形成於攝影元件20上之像之各點與成像光學系21之物體面P1與被檢物Q交叉之線(圖案L3)上之各點係1對1對應。如此，表示攝影裝置9之拍攝結果之資訊包含表示被檢物Q之表面之各點之位置之資訊。
如圖2所示，本實施形態之蓋構件22配置於成像光學系21中最靠近像面P2之光學構件與攝影元件20之受光面(像面P2)之間之光路。本實施形態中，蓋構件22為板狀之構件(平行平板)，例如為如石英、玻璃等般可使成像光束L2之至少一部分透過之材質。本實施形態之蓋構件22係以覆蓋攝影元件20中朝向成像光學系21之表面20a之方式設置。蓋構件22之一面抵接於攝影元件20。蓋構件22抑制灰塵等侵入攝影元件20之表面20a。
本實施形態中，蓋構件22之表面相對於成像光學系21之像面P2(攝影元件20之受光面)實質上平行。自成像光學系21出射之成像光束L2自相對於蓋構件22非垂直之方向入射。入射至蓋構件22之成像光束L2通過蓋構件22自相對於攝影元件20之受光面非垂直之方向入射。
圖1所示之掃描裝置(掃描部)4可使平台裝置2與光探針3之相對位置變化。即，掃描裝置4可使平台裝置2上之被檢物Q與光探針3之相對位置變化。本實施形態之掃描裝置4係可更換地保持光探針3，相對於固定於形狀測定裝置1之設置區域之平台裝置2而移動光探針3。若掃描裝置4移動光探針3，則自光探針3之光源裝置8出射之線光L1掃描被 檢物Q之表面。
本實施形態之掃描裝置4具備基台30、複數個支臂部31、複數個關節部(連接部)32、複數個掃描驅動部33及檢測器34。
本實施形態之基台30固定於形狀測定裝置1之設置區域，與平台裝置2之相對位置被固定。複數個支臂部31經由關節部32而相互連接。相互連接之複數個支臂部31係一端側(基端部)與基台30連接，另一端側(前端部)與光探針3連接。
掃描驅動部33安裝於支臂部31之內部或外部等。掃描驅動部33包含例如電動馬達等致動器。掃描驅動部33可使藉由關節部32而相互連接之1對支臂部31之相對位置變化。檢測器34例如為編碼器，檢測利用掃描驅動部33產生之支臂部31之移動量。
本實施形態之掃描裝置4藉由控制裝置5而控制。控制裝置5藉由控制掃描裝置4之掃描驅動部33，而控制光探針3之位置與姿勢之至少一者。又，控制裝置5自掃描裝置4之檢測器34取得光探針3之位置資訊。光探針3之位置資訊包含表示光探針3之位置之資訊與表示姿勢之資訊之至少一者。再者，形狀測定裝置1亦可具備計測光探針3之位置與姿勢之至少一者之計測器(例如雷射干涉計)，控制裝置5亦可自該計測器取得光探針3之位置資訊。
輸入裝置7係由例如鍵盤、滑鼠、操縱桿、軌跡球、觸控板等各種輸入元件而構成。輸入裝置7受理對控制裝置5之各種資訊之輸入。各種資訊例如包含表示使形狀測定裝置1開始測定之指令(command)之指令資訊、關於利用形狀測定裝置1進行之測定之設定資訊、用以手動操作形狀測定裝置1之至少一部分之操作資訊等。
顯示裝置6係由例如液晶顯示裝置、有機電致發光顯示裝置等而構成。顯示裝置6顯示關於形狀測定裝置1之測定之測定資訊。測定 資訊例如包含表示關於測定之設定之設定資訊、表示測定及製程處理之經過之經過資訊、表示測定之結果之形狀資訊等。本實施形態之顯示裝置6自控制裝置5供給表示測定資訊之圖像資料，根據該圖像資料顯示表示測定資訊之圖像。
本實施形態之控制裝置5係以如下方式控制形狀測定裝置1之各部分。控制裝置5係控制光源裝置8之光源11發出光之時序、光源11之輸出(光量)等。控制裝置5係以使自光源裝置8出射之照明光(線光L1)掃描被檢物Q之表面之方式控制掃描裝置4。控制裝置5係於被檢物Q之表面中照射有來自光源裝置8之線光L1之部位藉由掃描而產生時間變化之期間，使攝影裝置9拍攝複數個訊框之圖像。
又，本實施形態之控制裝置5具備取得關於被檢物之形狀之資訊之形狀資訊取得部35。形狀資訊取得部35取得攝影裝置9之拍攝結果(圖像資料)，根據該拍攝結果而取得關於被檢物Q之形狀之資訊。本實施形態之控制裝置5將表示形狀測定裝置1之測定資訊之圖像資料供給至顯示裝置6，使表示測定資訊之圖像顯示於顯示裝置6。例如，控制裝置5將關於被檢物Q之形狀制測定結果(形狀資訊)可視化，使表示測定結果之圖像顯示於顯示裝置6。
然而，一般之形狀測定裝置等光學裝置於成像光學系之像面相對於物體面傾斜之情形時，朝向像面上之某一點收斂之成像光束中邊緣之光線相對於像面非對稱地入射，圍繞垂直於像面之軸之像差容易變成非軸對稱。例如，若於成像光學系與像面之間配置有蓋玻璃(透明之平行平板)等構件，則於包含物體面之中心之法線方向與像面之中心之法線方向之面上之蓋玻璃，產生關於上述軸而非對稱之像差，例如像散、彗形像差。因此，成像光束中自物體面上之1點出射之光束(以下稱為部分光束)於像面上之點之形狀圍繞垂直於像面之軸而容易變成非軸對稱。於此情形 時，藉由攝影元件而檢測之亮度分布之波峰位置係僅偏移非軸對稱之像差量，使被檢物之表面之位置自實際位置偏移而進行檢測。結果，有可能存在測定精度降低之情況。
其次，說明本實施形態之成像光學系21之構成。本實施形態之成像光學系21係以抵消於蓋構件22產生之像差中圍繞垂直於像面P2之軸而非軸對稱之成分之至少一部分之方式構成。尤其，藉由使構成成像光學系21之透鏡偏心，而抵消非軸對稱成分之像差。
再者，各實施形態中，偏心包含透鏡相對於第1軸傾斜(tilt)、與使某透鏡之對稱軸相對於其他複數個透鏡之對稱軸不變更方向而移動(偏移)之情況之一者或兩者。以下說明中，尤其對僅使某一特定之透鏡相對於第1軸或光軸而傾斜之例進行說明，但並不僅限定於此。又，如此藉由使構成成像光學系21之一部分光學構件偏心，於成像光學系21產生之像差可抵消上述非軸對稱成分(像差)之至少一部分。本實施形態之成像光學系21可藉由具備如以下所說明之光學構件，而抑制例如非軸對稱之像差之產生等。再者，關於各實施形態，光軸與第1軸配置於相同之位置，但本發明並不限定於此。再者，所謂該光軸，當然係指連結成像光學系中不偏心之透鏡之各對稱軸之軸。以下說明中，以相對於第1軸之傾斜角度進行說明。
圖5係表示本實施形態之成像光學系21之構成之圖。圖6係表示本實施形態之成像光學系21之參數之表1。所有參數中揭示之曲率半徑r、面間隔d、其他長度單位於未作特別記載之情形時使用「mm」，但光學系即便比例擴大或比例縮小亦獲得同等之光學性能，因此單位並不限定於「mm」，亦可使用其他適當單位。
再者，以下說明中，有時參照圖5等所示之XYZ正交座標系而說明構成要素之位置關係等。該XYZ正交座標系中，X軸方向為平行 於第1軸25之方向，Y軸方向為平行於第2軸26之方向，Z軸方向為正交於X軸方向及Y軸方向之各者之方向。
又，有時將成像光學系21之各光學面與面編號建立關聯而進行說明。例如，圖6之表1中之面編號係將物體面P1作為起點(面編號0)，自圖5所示之物體面P1越靠近像面P2之光學面編號越大。例如，對應於面編號1之第1光學面係物體面P1之下一個配置之光學面。如將第1光學面稱為符號A1，將第2光學面稱為符號A2般，相對於0以上之整數n將第n光學面以符號An表示。
再者，於表示成像光學系21之參數之表(例如圖6之表1)中，關於實質上視作平面之光學面，記載曲率(0.00)以代替「曲率半徑」。又，第n光學面An之「距離」表示自第n光學面An起至第n光學面An之下一個靠近物體面P1之光學面為止之距離。例如，相對於第0光學面A0(物體面P1)之「距離」表示自物體面P1起至第1光學面A1為止之距離。又，相對於第1光學面A1之「距離」表示自第1光學面A1起至第2光學面A2為止之距離，相當於具有第1光學面A1及第2光學面A2之光學構件之厚度。又，第n光學面An之「折射率」、「阿貝數」表示具有第n光學面An之構件之折射率、阿貝數之值。折射率係相對於波長為656.273 nm之光之值。又，阿貝數為νd值。又，第n光學面An之「偏心量(傾斜量)」表示第n光學面An之中心軸與X軸方向所成之角度[deg]。該角度係將圍繞平行於Y軸方向之軸為順時針方向設為負，將逆時針方向設為正。即，光學構件係於傾斜量為正之情形時相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜，於傾斜量為負之情形時相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相同之方向傾斜。
再者，傾斜之方向可以如下方式進行定義。第2至第9透鏡42~49之表面形狀全部具有繞特定軸旋轉對稱之曲面形狀。可由該特定軸 相對於第1軸為逆時針旋轉抑或順時針旋轉而定義傾斜之方向。該情況於其他實施形態中亦為相同。
本實施形態中，第1軸25通過物體面P1之第1中心23，與X軸方向平行。如圖5所示，物體面P1以位於第1中心軸23之中心隨著自+Z側朝向-Z側而自-X側朝向+X側之方式，相對於第1軸25傾斜。本實施形態中，像面P2以位於第2中心軸24之中心隨著自+Z側朝向-Z側而自+X側靠近-X側之方式，相對於第1軸25傾斜。如此，物體面P1與像面P2相對於第1軸25朝向相互相反方向傾斜。例如，物體面P1自與第1軸25正交之面(YZ面)傾斜約65°，像面P2(第20光學面A20)自與第1軸25正交之面(YZ面)傾斜約-26.4°。成像光學系21中，例如像側之數值孔徑(NA)為0.48，焦點距離f為32.2 mm。物體面P1例如為15 mm×15 mm之矩形區域。
本實施形態之成像光學系21具備第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡(光學構件)42~49。第1覆蓋透鏡41與第2至第9透鏡係由透明之構件形成，至少使自光源11發出之光透過。第2至第9透鏡42~49沿第1軸25排列。本實施形態中，第2至第9透鏡42~49之各者係所謂之球面透鏡。第2至第7透鏡42~47之各者於成像光束L2所通過之範圍，圍繞第1軸25而軸對稱。本實施形態之第8透鏡48(以下稱為第1光學構件51)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜。本實施形態之第9透鏡49(以下稱為第2光學構件52)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相同之方向傾斜。
本實施形態中，第1蓋玻璃41具有朝向物體面P1側之第1光學面A1及朝向像面P2側之第2光學面A2。第1覆蓋透鏡至少相對於自光源11發出之光為透明。第1透鏡41如圖6之表1所示般，第1光學面A1與第2光學面A2之各者之曲率為0，為平行平板。
本實施形態中，第2透鏡42具有朝向物體面P1側之第3光學面A3及朝向像面P2側之第4光學面A4。第2透鏡42係第3光學面A3朝向物體面P1為凸(曲率半徑為正)，並且第4光學面A4朝向像面P2為凸(曲率半徑為負)，即所謂之雙凸透鏡。
本實施形態中，第3透鏡43具有朝向物體面P1側之第5光學面A5及朝向像面P2側之第6光學面A6。第3透鏡43係第5光學面A5朝向物體面P1為凸，並且第6光學面A6朝向像面P2為凹(曲率半徑為正)，即所謂之凹凸透鏡。第3透鏡43係以第5光學面A5與第2透鏡42之第4光學面A4實質上接觸之程度與第2透鏡42接近而配置。
本實施形態中，第4透鏡44具有朝向物體面P1側之第7光學面A7。第4透鏡44係第7光學面A7朝向物體面P1為凸，如大致平凸透鏡之形狀。第4透鏡44係以第7光學面A7與第3透鏡43之第6光學面A6實質上接觸之程度與第3透鏡43接近而配置。
本實施形態中，第5透鏡45具有朝向物體面P1側之第8光學面A8及朝向像面P2側之第9光學面A9。第5透鏡45係第8光學面A8朝向物體面P1為凹(曲率半徑為負)，並且第9光學面A9朝向像面P2為凹，即所謂之雙凹透鏡。第5透鏡45係以第8光學面A8與第4透鏡44實質上接觸之程度與第4透鏡44接近而配置。
本實施形態中，第6透鏡46具有朝向物體面P1側之第11光學面A11及朝向像面P2側之第12光學面A12。第6透鏡46係第11光學面A11朝向物體面P1為凹，並且第12光學面A12朝向像面P2為凹，即所謂之雙凹透鏡。本實施形態中，第10光學面A10係成像光學系21之光圈面。第10光學面A10配置於第5透鏡45與第6透鏡46之間。第10光學面A10實質上相對於第1軸25正交。
本實施形態中，第7透鏡47具有朝向像面P2側之第13光 學面A13。第7透鏡47係第13光學面A13朝向像面P2為凸，如大致雙凸透鏡之形狀。第7透鏡47係以與第6透鏡46之第12光學面A12實質上接觸之程度與第6透鏡46接近而配置。
本實施形態中，第1光學構件51(第8透鏡48)相對於第10光學面A10(光圈面)而配置於像面P2側。第1光學構件51係以於與成像光學系21之光圈面之間夾持其他光學構件(例如第6透鏡46及第7透鏡47)之方式，遠離光圈面而配置。
第1光學構件51具有朝向物體面P1側之第14光學面A14及朝向像面P2側之第15光學面A15。第1光學構件51係第14光學面A14朝向物體面P1為凸，並且第15光學面A15朝向像面P2為凸，即所謂之雙凸透鏡。第1光學構件51相對於成像光束L2具有倍率。第1光學構件51中朝向物體面P1側之第14光學面A14於成像光學系21之光學面中曲率相對較小(曲率半徑相對較大)。具有至少小於具有倍率之第2~第9透鏡之各光學面之倍率之平均值之倍率。本實施形態中，第1光學構件51不包含成像光學系21之光學構件中曲率半徑最小之光學面。本實施形態中，成像光束L2相對於第1光學構件51而入射之側之第14光學面A14之曲率小於成像光束L2自第1光學構件51出射之側之第15光學面A15。
本實施形態中，第1光學構件51相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜。第1光學構件51於成像光束所通過之範圍，具備相對於第1軸25配置於第1側(例如+Z側)之第1部分53及相對於第1軸25配置於第2側(例如-Z側)之第2部分54。本實施形態中，物體面P1與像面P2係以隨著朝向第2側(-Z側)而相互接近之方式相對於第1軸25而傾斜。因此，物體面P1與像面P2之交線(第2軸26)相對於第1軸25而配置於第2側(-Z側)。如此，第1光學構件51之第2部分54係較第1部分53更靠近第2軸26之部分。第1光學構件51之主面 係以隨著自第1部分53朝向第2部分54而靠近像面P2之方式配置。本實施形態中，第1光學構件51之中心軸如圖6之表1所示般，相對於第1軸25傾斜約2.12°。
本實施形態中，蓋構件22中朝向物體面P1側之面(第18光學面A18)相對於像面P2大致平行。成像光束L2自相對於蓋構件22非垂直之方向入射，因此蓋構件22於正交於物體面P1與像面P2之各者之第2面P8(XZ面)產生關於第1軸25而非對稱之像差。又，本實施形態之第1光學構件51之中心軸相對於第1軸25而傾斜，因此於第2面P8產生關於第1軸25而非對稱之像差。第1光學構件51相對於第1軸25朝向與像面P2(蓋構件22)所傾斜之方向相反之方向傾斜，因此於第1光學構件51產生之像差抵消於蓋構件22產生之像差之至少一部分。本實施形態中，於第1光學構件51產生之像差抵消於蓋構件22產生之像差中圍繞垂直於像面P2之軸為非軸對稱之像差之至少一部分。
本實施形態中，第2光學構件52(第9透鏡49)相對於第10光學面A10(光圈面)配置於像面P2側，即相對於成像光學系21之光圈面配置於與第1光學構件51相同之側。第2光學構件52係以於與成像光學系21之光圈面之間夾持其他光學構件(第6至第8透鏡46~48)之方式，遠離光圈面而配置。第2光學構件52於成像光束L2之行進方向即自物體面P1朝向像面P2之方向配置於第1光學構件51之旁邊。第2光學構件52於自物體面P1朝向像面P2之方向配置於較第1光學構件51更靠像面P2側。本實施形態中，第2光學構件52配置於成像光學系21之光學構件中最靠近像面P2之位置。
本實施形態之第2光學構件52具有朝向物體面P1側之第16光學面A16及朝向像面P2側之第17光學面A17。第2光學構件52係第16光學面A16朝向物體面P1為凸，並且第17光學面A17朝向像面P2為凹， 即所謂之凹凸透鏡。第2光學構件52相對於成像光束L2具有倍率。
本實施形態中，第2光學構件52相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相同之方向傾斜。即，第2光學構件52相對於第1軸25朝向與第1光學構件51所傾斜之方向相反之方向傾斜。第2光學構件52於成像光束所通過之範圍具備相對於第1軸25配置於第1側(例如+Z側)之第3部分55、及相對於第1軸25配置於第2側(例如-Z側)之第4部分56。如第1光學構件51之說明中所述，物體面P1與像面P2之交線(圖3所示之第2軸26)相對於第1軸25配置於第2側(-Z側)，第2光學構件52之第4部分56係較第3部分55更靠近第2軸26之部分。第2光學構件52係以隨著自第4部分56朝向第3部分55而靠近像面P2之方式配置。本實施形態中，第2光學構件52之中心軸如圖6之表1所示般相對於第1軸25傾斜約-3.51°。
本實施形態之第2光學構件52之中心軸相對於第1軸25而傾斜，因此於第2面P8產生關於第1軸25非對稱之像差。第2光學構件52相對於第1軸25朝向與第1光學構件51所傾斜之方向相反之方向傾斜，因此於第2光學構件52產生之像差抵消於第1光學構件51產生之像差之一部分。本實施形態中，於第2光學構件52產生之像差抵消於第1光學構件51產生之像差中圍繞垂直於像面P2之軸為非軸對稱之像差之一部分。此處，將於第1光學構件51產生之非軸對稱之像差記作第1像差，將於第2光學構件52產生之像差記作第2像差，將於蓋構件22產生之非軸對稱之像差記作第3像差。成像光學系21係以第1像差中未抵消第2像差而殘餘之像差抵消第3像差之至少一部分之方式，設定第2學構件52之倍率、第2光學構件52之傾斜角(相對於中心軸或光軸之傾斜量)等。本實施形態中，第2光學構件52之倍率小於第1光學構件51之倍率。
其次，對成像光學系之像差進行說明。圖8係表示本實施形 態之像面之像差之斑點圖。即，圖8所示之像差包含於成像光學系21產生之像差與於蓋構件22產生之像差。
又，圖7係表示與像差圖所示之資料對應之物體面上之位置之圖。圖9係表示本實施形態之成像光學系21中之彗形像差之圖。再者，圖9及其他實施形態等之像差圖係表示自像側向物體側追蹤光線時之像差量。該等像差圖表示關於波長為665 nm之光線之像差量，但關於波長655 nm之光線及波長645 nm之光線亦獲得同樣之結果。
再者，光學系通常無關於光線之傳輸方向而像差特性相同。又，成像光學系21無法相對於物體高而對稱地表現彗形像差，因此針對每個物點之位置提示彗形像差。圖9所示之符號Pa~Pg與圖7所示之物體面P1上之位置Pa~Pg對應。
又，圖10係表示本實施形態之成像光學系21中之球面像差、像散之圖。該等像差圖中，球面像差圖(圖10(A))表示相對於數值孔徑NA=0.48之像差量，像散圖(圖10(B))表示相對於物體高Y之像差量。像散圖中，實線表示相對於各波長之光線之弧矢像面，虛線表示相對於各波長之光線之子午像面。該等各像差圖之說明於其他實施形態中亦相同。
圖31係表示比較例之成像光學系之構成之圖。圖32係表示比較例之成像光學系之參數之表6。比較例之成像光學系與實施形態之成像光學系之不同點在於：於攝影裝置9具備蓋構件22，不使成像光學系之光學構件偏心。即，比較例之成像光學系中，各透鏡要素之曲率半徑與實施形態之成像光學系實質上相同，任一透鏡要素均不偏心。圖33係表示比較例中之像面之像差之斑點圖。圖34係表示比較例之成像光學系中之彗形像差之圖。圖35係表示比較例之成像光學系中之球面像差、像散之圖。
如圖8~圖10所示，本實施形態之成像光學系21藉由使光 學構件偏心，可觀察到較比較例之成像光學系(參照圖33~34)更大幅度之像差之改善。
如上之本實施形態之成像光學系21中，第1光學構件51相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜，因此抵消於配置於成像光學系21與像面P2之間之界面產生之非軸對稱之像差之至少一部分，像面P2上之像差(參照圖8)之非軸對稱性得以緩和。例如，於成像光學系21與上述界面(例如蓋構件22之表面)產生之像差係以自物體面P1上之1點出射之光束(部分光束)於像面P2上之點的形狀接近軸對稱之方式進行修正。
又，本實施形態之第1光學構件51具有倍率，因此可產生抵消於上述界面產生之像差之像差，並且使相對於第1軸25傾斜之角度減小。因此，成像光學系21可將平行於第1軸25之方向之尺寸小型化。又，成像光學系21中，第1光學構件51具有倍率，因此亦可修正平行於第2軸26之方向之像差。
又，本實施形態之第1光學構件51係包含成像光學系21中曲率相對較小之光學面之光學構件，因此相對於第1光學構件51之中心軸之軸外之像差之變化變得平緩。因此，成像光學系21修正像面P2中之非軸對稱之像差之能力提高。又，第1光學構件51，成像光束L2之入射側之第14光學面A14之曲率小於成像光束L2之出射側之第15光學面A15之曲率。因此，成像光學系21修正非軸對稱之像差之能力提高。又，本實施形態之第1光學構件51係具有與鄰接於成像光學系21之光圈面之光學面不同之光學面的光學構件，因此成像光學系21修正非軸對稱之像差之能力提高。
又，本實施形態中，第1光學構件51相對於第1軸25傾斜，因此成像光學系21之主面與滿足沙姆條件之成像光學系之主面相比，相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜。因此，本實施 形態中，自成像光學系21出射之成像光束L2與滿足沙姆條件之成像光學系之成像光束相比，自靠近像面P2之法線方向之方向入射至像面P2。結果，成像光束L2相對於配置於成像光學系21與像面P2之間之界面(例如蓋構件22之表面)而自靠近法線方向之方向入射，抑制成像光束L2於該界面折射時非軸對稱之像差之產生。
又，本實施形態之成像光學系21具備相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相同之方向傾斜的第2光學構件52。因此，成像光學系21中，於第1光學構件51產生之非軸對稱之第1像差之一部分由第2光學構件52中產生之非軸對稱之第2像差抵消，修正非軸對稱之像差之能力提高。又，第2光學構件52相對於物體面P1與像面P2之間之光圈面(第10光學面A10)，配置於與第1光學構件51相同之側(像面P2側)。因此，成像光學系21與於第1光學構件51與第2光學構件52之間配置成像光學系21之光圈面之構成相比，修正非軸對稱之像差之能力提高。又，第2光學構件52於成像光束L2之行進方向配置於第1光學構件51之旁邊。因此，成像光學系21與於第1光學構件51與第2光學構件52之間配置其他光學構件之構成相比，修正非軸對稱之像差之能力提高。又，本實施形態之第2光學構件52係具有與鄰接於成像光學系21之光圈面之光學面不同之光學面的光學構件，因此成像光學系21修正非軸對稱之像差之能力提高。
如上所述，本實施形態之成像光學系21可抑制實質之成像性能之降低。又，關於本實施形態之攝影裝置9，由於成像光學系21之實質之成像性能之降低得到抑制，故而可抑制攝影性能之降低。又，關於攝影裝置9，由於成像光束L2相對於攝影元件20自靠近法線方向之方向入射，故而攝影元件20對於成像光束L2之感度之降低得以抑制，可抑制實質之攝影性能之降低。
又，關於本實施形態之形狀測定裝置1，由於攝影裝置9之 攝影性能之降低得到抑制，故而檢測於物體面P1上述部分光束出射之位置之精度提高，可抑制測定精度之降低。又，形狀測定裝置1係藉由攝影裝置9拍攝照射有包含雷射光之照明光之被檢物Q，故而容易確保攝影元件20之輸出位準，可抑制測定精度之降低。
然而，一般之形狀測定裝置若使用如雷射光等般可干涉性(相干性)較高之照明光，則有可能於攝影裝置所拍攝之圖像中產生斑點。形狀測定裝置若提高成像光學系21之像側之NA，則斑點之圖案以無法由攝影裝置之像素解像之程度變細，可減少斑點對測定結果造成之影響。然而，形狀測定裝置係成像光學系21之像側之NA越高，像差之產生越明顯，例如藉由像面之像差之非軸對稱性增加，測定精度有可能降低。形狀測定裝置係例如若成像光學系之像側之NA為0.24以上，則於攝影元件之表面、蓋玻璃等非軸對稱之像差之產生變得明顯。
如上所述，本實施形態之形狀測定裝置1即便於將成像光學系21之NA設為例如0.24以上之情形時，亦可抑制非軸對稱之像差之產生，因此可將雷射光用作照明光而取得清晰之圖像，並且減少斑點對測定結果造成之影響。因此，本實施形態之形狀測定裝置1可明顯地抑制測定精度之降低。
再者，本實施形態之成像光學系21係複數個光學構件中第1光學構件51與第2光學構件52相對於第1軸25傾斜，但相對於第1軸25傾斜配置之光學構件可為1個(僅第1光學構件51)，亦可為3個以上。又，本實施形態之第1光學構件51具有倍率，亦可不具有倍率。例如，第1光學構件51亦可為如透明之平行平板之構件。透明之平行平板例如具有成像光束L2入射之第1平面與成像光束L2出射之第2平面，且係第2平面相對於第1平面平行之構件。例如，第1光學構件51亦可為折射率及厚度與蓋構件22實質上相同之透明之平行平板。又，第1光學構件51亦可為 如於與第2軸26平行之方向上延伸之稜鏡之構件。稜鏡例如具有成像光束入射之第1平面與成像光束L2出射之第2平面，第2平面不平行於第1平面。
[第2實施形態]
其次，對第2實施形態進行說明。本實施形態中，對於與上述實施形態相同之構成要素，有時標附相同之符號且省略或簡化其說明。
圖11係表示本實施形態之成像光學系21之構成之圖。圖12係表示本實施形態之成像光學系21之參數之表2。本實施形態之成像光學系21中例如像側之數值孔徑(NA)為0.48，焦距f為32.9 mm。物體面P1例如為15 mm×15 mm之矩形區域。
如圖11所示，本實施形態之成像光學系21具備第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49。本實施形態之第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49之各者之形狀與上述實施形態中之第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49大致相同。本實施形態中，第4至第9透鏡44~49之各者之光軸與第1軸25實質上為同軸。因此，第1軸25與成像光學系21之光軸一致。
本實施形態中，第3透鏡43(以下稱為第1光學構件57)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜。如圖12之表2所示，第1光學構件57相對於第1軸25傾斜約3.15°。本實施形態之第1光學構件57於自物體面P1朝向像面P2之方向，相對於成像光學系21之光圈面(第10光學面A10)配置於物體面P1側。
本實施形態中，第2透鏡42(以下稱為第2光學構件58)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相同之方向傾斜。如圖12之表2所示，第2光學構件58相對於第1軸25傾斜約-2.62°。本實施形態之第2光學構件58於自物體面P1朝向像面P2之方向，相對於成像光學系21之光圈面，配置於與第1光學構件57相同之側(物體面P1側)。第2光學 構件58配置於較第1光學構件57更靠近物體面P1之位置。第2光學構件58於自物體面P1朝向像面P2之方向上配置於第1光學構件57之旁邊。
其次，對本實施形態之成像光學系之像差進行說明。圖13係表示本實施形態中之像面P2上之像差之斑點圖。圖14係表示本實施形態之成像光學系中之彗形像差之圖。圖15係表示本實施形態之成像光學系中之球面像差、像散之圖。關於各像差圖之見解，欲適當參照第1實施形態中之圖8~圖10之說明。
如圖13~圖15所示，本實施形態之成像光學系21係藉由使光學構件偏心，而良好地修正各像差，確保優異之成像性能。
如上之本實施形態之成像光學21如圖13所示，像面P2上 之像差之非軸對稱性得以緩和。如此，成像光學系21於第1光學構件57配置於較成像光學系21之光圈面更靠物體面P1側之情形時，亦可修正非軸對稱之像差，且可抑制成像性能之降低。
[第3實施形態]
其次，對第3實施形態進行說明。本實施形態中，對於與上述實施形態同樣之構成要素，有時標附相同之符號且省略或簡化其說明。
圖16係表示本實施形態之成像光學系21之構成之圖。圖17係表示本實施形態之成像光學系21之參數之表3。本實施形態之成像光學系21中例如像側之數值孔徑(NA)為0.48，焦距f為34.9 mm。
如圖16所示，本實施形態之成像光學系21具備第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49。本實施形態之第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49之各者之形狀與上述實施形態中之第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49大致相同。本實施形態中，第1蓋玻璃41及第3至第8透鏡43~48之各者之中心軸與第1軸25實質上為同軸。
本實施形態中，第2透鏡42(以下稱為第1光學構件59) 相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜。如圖17之表3所示，第1光學構件59相對於第1軸25傾斜約4.13°。本實施形態之第1光學構件59係於自物體面P1朝向像面P2之方向上相對於成像光學系21之光圈面(第10光學面A10)而配置於物體面P1側。
本實施形態中，第9透鏡49(以下稱為第4光學構件60)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜。如圖17之表3所示，第4光學構件60相對於第1軸25傾斜約1.25°。本實施形態之第4光學構件60係於自物體面P1朝向像面P2之方向上相對於成像光學系21之光圈面而配置於與第1光學構件59相反之側(像面P2側)。第4光學構件60配置於較第1光學構件59更靠近像面P2之位置。第4光學構件60係於自物體面P1朝向像面P2之方向上，以於與第1光學構件59之間夾持第3至第8透鏡43~48之方式配置。
其次，對本實施形態之成像光學系之像差進行說明。圖18係表示本實施形態中之像面P2上之像差之斑點圖。圖19係表示本實施形態之成像光學系中之彗形像差之圖。圖20係表示本實施形態之成像光學系中之球面像差、像散之圖。關於各像差圖之見解，欲適當參照第1實施形態中之圖8~圖10之說明。
如圖18~圖20所示，本實施形態之成像光學系21係藉由使光學構件偏心，而良好地修正各像差，確保優異之成像性能。
如上所述，本實施形態之成像光學系21具備相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜的複數個光學構件(第1光學構件59及第4光學構件60)。此種成像光學系21如圖18所示，像面P2上之像差之非軸對稱性得以緩和。如此，成像光學系21於具備朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜的複數個光學構件之情形時，亦可修正非軸對稱之像差，且可抑制成像性能之降低。
再者，成像光學系21具備相對於第1軸25傾斜之複數個光學構件，該等複數個光學構件可於自物體面P1朝向像面P2之方向上以相鄰之方式配置，亦可夾持其他光學構件而相隔配置。例如，上述第1實施形態等中說明之第2光學構件亦可以於與第1光學構件之間夾持其他光學構件之方式配置。又，第2光學構件亦可相對於成像光學系21之光圈面而配置於與第1光學構件相反之側。
[第4實施形態]
其次，對第4實施形態進行說明。本實施形態中，對於與上述實施形態同樣之構成要素，有時標附相同之符號且省略或簡化其說明。
圖21係表示本實施形態之成像光學系21之構成之圖。圖22係表示本實施形態之成像光學系21之參數之表4。
如圖21所示，本實施形態之成像光學系21具備第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49。本實施形態之第1蓋玻璃及第2至第9透鏡42~49之各者之形狀係與上述實施形態中之第1蓋玻璃及第2至第9透鏡42~49大致相同。本實施形態中，第1蓋玻璃41、第3透鏡43、第4透鏡44、第6透鏡至第9透鏡46~49之各者之中心軸與第1軸25實質上為同軸。
本實施形態中，第2透鏡42(以下稱為第1光學構件61)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜。如圖22之表4所示，第1光學構件61相對於第1軸25傾斜約5.50°。本實施形態之第1光學構件61係於自物體面P1朝向像面P2之方向上相對於成像光學系21之光圈面(第10光學面A10)而配置於物體面P1側。
本實施形態中，第5透鏡45(以下稱為第4光學構件62)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向(與第1光學構件61相同之方向)傾斜。如圖22之表4所示，第4光學構件62相對於第1軸25傾斜約0.35°。本實施形態之第4光學構件62係於自物體面P1朝向像 面P2之方向上相對於成像光學系21之光圈面而配置於與第1光學構件61相同之側(物體面P1側)。本實施形態之第4光學構件62係配置於成像光學系21之光圈面之旁邊之光學構件。第4光學構件62配置於較第1光學構件61更靠近像面P2之位置。第4光學構件62係於自物體面P1朝向像面P2之方向上，以於與第1光學構件61之間夾持第3透鏡43之方式與第1光學構件61相隔而配置。
其次，對本實施形態之成像光學系之像差進行說明。圖23係表示本實施形態中之像面P2上之像差之斑點圖。圖24係表示本實施形態之成像光學系中之彗形像差之圖。圖25係表示本實施形態之成像光學系中之球面像差、像散之圖。關於各像差圖之見解，欲適當參照第1實施形態中之圖8~圖10之說明。
如圖23~圖25所示，本實施形態之成像光學系21係藉由使光學構件偏心，而良好地修正各像差，確保優異之成像性能。
如上所述，本實施形態之成像光學系21具備相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜的第4光學構件62，第4光學構件62具有與成像光學系21之光圈面相鄰之光學面(第9光學面A9)。此種成像光學系21如圖23所示般，像面P2上之像差之非軸對稱性得以緩和。如此，成像光學系21於朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜的第4光學構件62配置於成像光學系21之光圈面之旁邊之情形時，亦可修正非軸對稱之像差，且可抑制成像性能之降低。
[第5實施形態]
其次，對第5實施形態進行說明。本實施形態中，對於與上述實施形態相同之構成要素，有時標附相同之符號且省略或簡化其說明。
圖26係表示本實施形態之成像光學系21之構成之圖。圖27係表示本實施形態之成像光學系21之表5。本實施形態之成像光學系21 中例如像側之數值孔徑(NA)為0.48，焦距為33.1 mm。
如圖26所示，本實施形態之成像光學系21具備第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49。本實施形態之第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49之各者之形狀與上述實施形態中之第1蓋玻璃41及第2至第9透鏡42~49大致相同。本實施形態中，第1蓋玻璃41及第2至第4透鏡42~44、第7至第9透鏡47~49之各者之中心軸與第1軸25實質上為同軸。
本實施形態中，第6透鏡46(以下稱為第1光學構件62)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相反之方向傾斜。如圖27之表5所示，第1光學構件63相對於第1軸25傾斜約0.90°。本實施形態之第1光學構件63係於自物體面P1朝向像面P2之方向上相對於成像光學系21之光圈面(第10光學面A10)而配置於像面P2側。本實施形態之第1光學構件63係於自物體面P1朝向像面P2之方向上配置於成像光學系21之光圈面之旁邊之光學構件。
本實施形態中，第5透鏡45(以下稱為第2光學構件64)相對於第1軸25朝向與像面P2所傾斜之方向相同之方向傾斜。如圖27之表5所示，第2光學構件64相對於第1軸25傾斜約-0.48°。本實施形態之第2光學構件64係於自物體面P1朝向像面P2之方向上相對於成像光學系21之光圈面而配置於第1光學構件63之相反側(物體面P1側)。本實施形態之第2光學構件64係配置於成像光學系21之光圈面之旁邊之光學構件。第2光學構件64配置於較第1光學構件63更靠近物體面P1之位置。第2光學構件64係於自物體面P1朝向像面P2之方向上與第1光學構件63相鄰配置之光學構件。
其次，對本實施形態之成像光學系之像差進行說明。圖28係表示本實施形態中之像面P2上之像差之斑點圖。圖29係表示本實施形態之成像光學系中之彗形像差之圖。圖30係表示本實施形態之成像光學系 中之球面像差、像散之圖。關於各像差圖之見解，欲適當參照第1實施形態中之圖8~圖10之說明。
如圖28~圖30所示，本實施形態之成像光學系21係藉由使光學構件偏心，而良好地修正各像差，確保優異之成像性能。
如上所述，本實施形態之成像光學系21中，第1光學構件63與第2光學構件64之各者具有與成像光學系21之光圈面相鄰之光學面。此種成像光學系21如圖28所示般，像面P2上之像差之非軸對稱性得以緩和。如此，成像光學系21於第1光學構件63與第2光學構件64之各者配置於成像光學系21之光圈面之旁邊之情形時，亦可修正非軸對稱之像差，且可抑制成像性能之降低。
再者，上述實施形態中，成像光學系21具備9個光學構件，但成像光學系21所具備之光學構件之數量可為8個以下，亦可為10個以上。上述實施形態中，成像光學系21所具有之光學構件均為球面透鏡，亦可包含非球面透鏡。又，成像光學系21亦可具備配置於物體面P1與像面P2之間之光路之反射構件，於此情形時，第1軸25亦可於反射構件之反射面上彎曲。於此情形時，例如藉由相對於反射構件之反射面使物體面P1側之光路與像面P2側之光路之一者關於反射面而面對稱地假想地折回，而可獲得與上述成像光學系21等效之直線成像光學系。於第1軸25彎曲之情形時，光學構件相對於第1軸25傾斜時，亦可於與上述成像光學系21等效之成像光學系中進行定義。又，上述實施形態之成像光學系21除用於攝影裝置9以外，亦可用於例如投影儀等。
再者，上述實施形態之攝影裝置9雖具備蓋構件22，但亦可不於成像光學系21中最靠近像面P2之光學構件(例如第9透鏡49)與攝影元件20之間之光路配置構件。於此情形時，成像光學系21可修正成像光束L2於配置於像面P2與成像光學系21之間之光路之界面、例如攝影元 件20之表面等折射時產生之像差等。又，攝影裝置9除用於形狀測定裝置1以外亦可用於聚焦裝置等，亦可用於測定以外之用途。
再者，上述實施形態之形狀測定裝置1係利用光切斷法取得關於形狀之形狀資訊，亦可利用SFF(Shape From Focus，對焦成形)法取得形狀資訊，還可利用共焦點法取得形狀資訊。又，上述實施形態之形狀測定裝置1具備包含射出雷射光之固體光源之光源裝置8，固體光源例如包含LED，亦可射出不含有雷射光之照明光。又，光源裝置8亦可為包含燈光源，射出不含有雷射光之照明光之裝置。又，光源裝置8係形狀測定裝置1之外部裝置，形狀測定裝置1亦可不具備光源裝置8。
其次，對本實施形態之構造物製造系統及構造物製造方法進行說明。圖36係表示本實施形態之構造物製造系統200之構成之圖。本實施形態之構造物製造系統200具備如上述實施形態中所說明之形狀測定裝置201、設計裝置202、成形裝置203、控制裝置(檢查裝置)204及維修裝置205。控制裝置204具備座標記憶部210及檢查部211。
設計裝置202製作關於構造物之形狀之設計資訊，並將作成之設計資訊發送至成形裝置203。又，設計裝置202使作成之設計資訊記憶於控制裝置204之座標記憶部210。設計資訊包含表示構造物之各位置之座標之資訊。
成形裝置203根據自設計裝置202輸入之設計資訊，而製作上述構造物。成形裝置203之成形包含例如鑄造、鍛造、切割等。形狀測定裝置201測定所製作之構造物(測定對象物)之座標，將表示所測定之座標之資訊(形狀資訊)發送至控制裝置204。
控制裝置204之座標記憶部210記憶設計資訊。控制裝置204之檢查部211自座標記憶部210讀取設計資訊。檢查部211將自形狀測定裝置201接收之表示座標之資訊(形狀資訊)與自座標記憶部210讀取之 設計資訊進行比較。檢查部211根據比較結果，判定構造物是否如設計資訊般成形。換言之，檢查部211係判定所作成之構造物是否為良品。檢查部211於構造物未如設計資訊般成形之情形時，判定構造物是否可修復。檢查部211於構造物可修復之情形時，根據比較結果算出不良部位與修復量，將表示不良部位之資訊與表示修復量之資訊發送至維修裝置205。
維修裝置205根據自控制裝置204接收之表示不良部位之資訊與表示修復量之資訊，而加工構造物之不良部位。
圖37係表示本實施形態之構造物製造方法之流程圖。本實施形態中，圖37所示之構造物製造方法之各處理係藉由構造物製造系統200之各部分而執行。
關於構造物製造系統200，首先，設計裝置202製作關於構造物之形狀之設計資訊(步驟S200)。其次，成形裝置203根據設計資訊而製作上述構造物(步驟S201)。其次，形狀測定裝置201測定所製作之上述構造物之形狀(步驟S202)。其次，控制裝置204之檢查部211將藉由形狀測定裝置201而獲得之形狀資訊與上述設計資訊進行比較，藉此檢查構造物是否確實如設計資訊般作成(步驟S203)。
其次，控制裝置204之檢查部211判定作成之構造物是否為良品(步驟S204)。構造物製造系統200於檢查部211判定作成之構造物為良品之情形(步驟S204，YES)時，結束該處理。又，於檢查部211判定作成之構造物並非良品之情形(步驟S204，NO)時，判定作成之構造物是否可修復(步驟S205)。
構造物製造系統200於檢查部211判定作成之構造物可修復之情形(步驟S205，YES)時，維修裝置205實施構造物之再加工(步驟S206)，返回至步驟S202之處理。構造物製造系統200於檢查部211判定作成之構造物不可修復之情形(步驟S205，No)時，結束該處理。
本實施形態之構造物製造系統200中，上述實施形態中之形狀測定裝置201可準確地測定構造物之座標，因此可判定作成之構造物是否為良品。又，構造物製造系統200可於構造物並非良品之情形時，實施構造物之再加工，並進行修復。
再者，本實施形態中之維修裝置205所執行之維修步驟亦可置換為成形裝置203再次執行成形步驟之步驟。此時，於控制裝置204之檢查部211判定為可修復之情形時，成形裝置203再次執行成形步驟(鍛造、切割等)。具體而言，例如成形裝置203將構造物中本來應切割之部位且未切割之部位切割。藉此，構造物製造系統200可準確地製成構造物。
再者，本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態。例如，有時省略上述實施形態中說明之要素之1個以上。又，可適當組合上述實施形態中所說明之要素。
21‧‧‧成像光學系
22‧‧‧蓋構件
23‧‧‧第1中心
24‧‧‧第2中心
25‧‧‧第1軸
26‧‧‧第2軸
41‧‧‧第1蓋玻璃
42‧‧‧第2透鏡
43‧‧‧第3透鏡
44‧‧‧第4透鏡
45‧‧‧第5透鏡
46‧‧‧第6透鏡
47‧‧‧第7透鏡
48‧‧‧第8透鏡
49‧‧‧第9透鏡
51‧‧‧第1光學構件
52‧‧‧第2光學構件
53‧‧‧第1部分
54‧‧‧第2部分
55‧‧‧第3部分
56‧‧‧第4部分
A0‧‧‧第0光學面
A1‧‧‧第1光學面
A2‧‧‧第2光學面
A3‧‧‧第3光學面
A4‧‧‧第4光學面
A5‧‧‧第5光學面
A6‧‧‧第6光學面
A7‧‧‧第7光學面
A8‧‧‧第8光學面
A9‧‧‧第9光學面
A10‧‧‧第10光學面(光圈面)
A11‧‧‧第11光學面
A12‧‧‧第12光學面
A13‧‧‧第13光學面
A14‧‧‧第14光學面
A15‧‧‧第15光學面
A16‧‧‧第16光學面
A17‧‧‧第17光學面
A18‧‧‧第18光學面
A19‧‧‧第19光學面
A20‧‧‧第20光學面
P1‧‧‧物體面
P2‧‧‧像面
P8‧‧‧第2面
XYZ‧‧‧正交座標系

Claims (37)

  1. 一種測定裝置，具有：成像光學系，其形成測定對象之像；及攝影部，其具備相對於該成像光學系之光軸傾斜地配置於該成像光學系之像面之附近之透過構件；該成像光學系具備相對於該光軸而偏心之第1光學構件
  2. 如申請專利範圍第1項之測定裝置，其中，該第1光學構件相對於該光軸朝向與該透過構件傾斜之方向相反之方向傾斜。
  3. 如申請專利範圍第1項之測定裝置，其中，該第1光學構件係以降低於該透過構件產生之像差之方式相對於該光軸而偏心地配置。
  4. 如申請專利範圍第1項之測定裝置，其進一步具備照明部，沿與該像面共軛之面即物體面，向測定對象之測定區域投射光束。
  5. 如申請專利範圍第3項之測定裝置，其中，該透過構件係沿該像面配置且使藉由該成像光學系而聚集之光束通過之平面構件。
  6. 如申請專利範圍第1項之測定裝置，其中，該第1光學構件具有繞第1對稱軸旋轉對稱之曲面形狀，該第1對稱軸相對於該光軸之傾斜方向與該像面之法線相對於該光軸之傾斜方向為相反方向。
  7. 如申請專利範圍第6項之測定裝置，其具備具有繞第2對稱軸旋轉對稱之曲面形狀之第2光學構件；該第2對稱軸相對於該光軸之傾斜方向與該第1對稱軸相對於該光軸之傾斜方向為相反方向。
  8. 如申請專利範圍第6項之測定裝置，其中，該第1光學構件於成像光束所通過之範圍內具備第1部分、及較該第1部分更靠近包含該物體面之平面與包含該像面之平面之交線的第2部分，且以隨著自該第1部分朝向該第2部分較其他光學構件更靠近該像面之方式配置。
  9. 如申請專利範圍第7項之測定裝置，其中，該第2光學構件於成像光束所通過之範圍內具備第3部分、及較該第3部分更靠近包含該物體面之面與包含該像面之面之交線的第4部分，且以隨著自該第4部分朝向該第3部分較其他光學構件遠離該像面之方式配置。
  10. 如申請專利範圍第7項之測定裝置，其中，該第2光學構件係以抵消於該第1光學構件產生之像差之一部分之方式配置。
  11. 如申請專利範圍第8項之測定裝置，其中，該第2光學構件相對於該物體面與該像面之間之光圈面配置於與該第1光學構件相同之側。
  12. 如申請專利範圍第10項之測定裝置，其具備包含該第1光學構件及該第2光學構件之3個以上之光學構件；該第2光學構件於成像光束之行進方向上配置於該第1光學構件之旁邊。
  13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之測定裝置，其具備包含該第1光學構件之複數個光學構件，該第1光學構件具有該複數個光學構件之光學面中曲率相對較小之光學面。
  14. 如申請專利範圍第1至11項中任一項之測定裝置，其於成像光束所通過之範圍內具備具有繞該第1軸旋轉對稱之形狀之第3光學構件。
  15. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之測定裝置，其中，該第1光學構件相對於藉由該成像光學系而聚光於該像面之成像光束具有倍率。
  16. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之測定裝置，其中，該第1光學構件具有成像光束入射之第1平面與該成像光束出射之第2平面，該第2平面平行於該第1平面。
  17. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之測定裝置，其中，該第1光學構件具有成像光束入射之第1平面與該成像光束出射之第2平面，該 第2平面不平行於該第1平面。
  18. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之測定裝置，其中，該透過構件係以覆蓋該攝影元件之受光區域之方式配置。
  19. 一種形狀測定裝置，具備：申請專利範圍第16項之測定裝置，其拍攝由照明光照射之被檢物；及形狀資訊取得部，其根據該測定裝置之結果，取得關於該被檢物之形狀之資訊。
  20. 如申請專利範圍第19項之形狀測定裝置，其具備對該被檢物照射含有雷射光之該照明光之固體光源。
  21. 一種構造物製造系統，具備：成形裝置，其根據關於構造物之形狀之設計資訊而成形該構造物；申請專利範圍第19或20項之形狀測定裝置，其測定藉由該成形裝置而成形之該構造物之形狀；及控制裝置，其將表示藉由該形狀測定裝置而測定之該構造物之形狀之形狀資訊與該設計資訊進行比較。
  22. 一種構造物製造方法，包含：根據關於構造物之形狀之設計資訊而成形該構造物；藉由申請專利範圍第19或20項之形狀測定裝置測定該成形之該構造物之形狀；及將表示藉由該形狀測定裝置而測定之該構造物之形狀之形狀資訊與該設計資訊進行比較。
  23. 一種成像光學系，其於包含連結物體面之一點和與該物體面之一點共軛之像面之一點之第1軸，且相對於包含該物體面之面與包含該像面之面之交線而垂直之平面內，該物體面與該平面之交線及該像面與該平面之交線相對於該第1軸朝向相互相反方向傾斜，且具備於該平面內相對於該 第1軸而偏心之第1光學構件。
  24. 如申請專利範圍第23項之成像光學系，其具備包含該第1光學構件之複數個光學構件，該第1光學構件較該複數個光學構件中之其他光學構件於該平面內相對於該第1軸而傾斜。
  25. 如申請專利範圍第24項之成像光學系，其中，該第1軸係連結對應於本成像光學系之像形成範圍之中心位置的該像面之一點和與該像面之一點共軛的物體面之一點之軸；該第1光學構件朝向與該像面相對於該第1軸之傾斜方向相反之方向傾斜。
  26. 如申請專利範圍第25項之成像光學系，其中，該第1光學構件具有繞第1對稱軸旋轉對稱之曲面形狀，該第1對稱軸相對於該第1軸之傾斜方向與該像面之法線相對於該第1軸之傾斜方向為相反方向。
  27. 如申請專利範圍第26項之成像光學系，其具備具有繞第2對稱軸旋轉對稱之曲面形狀之第2光學構件，該第2對稱軸相對於該第1軸之傾斜方向與該第1對稱軸相對於該第1軸之傾斜方向為相反方向。
  28. 如申請專利範圍第26項之成像光學系，其中，該第1光學構件於成像光束所通過之範圍內具備第1部分、及較該第1部分更靠近包含該物體面之平面與包含該像面之平面之交線的第2部分，且以隨著自該第1部分朝向該第2部分而較其他光學構件更靠近該像面之方式配置。
  29. 如申請專利範圍第27項之成像光學系，其中，該第2光學構件於成像光束所通過之範圍內具備第3部分、及較該第3部分更靠近包含該物體面之面與包含該像面之面之交線的第4部分，且以隨著自該第4部分朝向該第3部分而較其他光學構件遠離該像面之方式配置。
  30. 如申請專利範圍第27項之成像光學系，其中，該第2光學構件係以產生抵消於該第1光學構件產生之像差之一部分之像差之方式配置。
  31. 如申請專利範圍第30項之成像光學系，其中，該第2光學構件相對於該物體面與該像面之間之光圈面，配置於與該第1光學構件相同之側。
  32. 如申請專利範圍第31項之成像光學系，其具備包含該第1光學構件及該第2光學構件之3個以上之光學構件，該第2光學構件於成像光束之行進方向上配置於該第1光學構件之旁邊。
  33. 如申請專利範圍第23至32項中任一項之成像光學系，其具備包含該第1光學構件之複數個光學構件；該第1光學構件具有該複數個光學構件之光學面中曲率相對較小之光學面。
  34. 如申請專利範圍第23至32項中任一項之成像光學系，其中於成像光束所通過之範圍內具備具有繞該第1軸旋轉對稱之形狀之第3光學構件。
  35. 如申請專利範圍第23至32項中任一項之成像光學系，其中，該第1光學構件相對於成像光束具有倍率。
  36. 如申請專利範圍第23至32項中任一項之成像光學系，其中該第1光學構件具有成像光束入射之第1平面與該成像光束出射之第2平面，該第2平面平行於該第1平面。
  37. 如申請專利範圍第23至32項中任一項之成像光學系，其中，該第1光學構件具有成像光束入射之第1平面與該成像光束出射之第2平面，該第2平面不平行於該第1平面。
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