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】
[0001]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】
[0002]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I)。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。
[0003][先前技术文献]
[0004][专利文献]
[0005][专利文献I]美国专利公报第5，090,811号
【发明内容】
[0006][发明所欲解决的问题]
[0007]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。
[0008]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。
[0009][解决问题的技术手段]
[0010]根据第I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I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I轴朝相互相反方向倾斜者，具备在平面内相对于第I轴而偏心的第I光学构件。
[0011]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I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I轴朝向相互相反方向倾斜，具备在平面内相对于第I轴而偏心的第I光学构件。
[0012]根据第3实施例，提供一种摄影装置，其具备第I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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016][发明的效果]
[0017]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】
[0018]图1是表示第I实施例的形状测定装置的概观的图。
[0019]图2是表示第I实施例的形状测定装置的构成的图。
[0020]图3是表示第I实施例的成像光学系统的物体面、像面等的位置关系的图。
[0021]图4是表示第I实施例的平均平面的定义的图。
[0022]图5是表示第I实施例的成像光学系统的构成的图。
[0023]图6是表不第I实施例的成像光学系统的参数的表I。
[0024]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。
[0025]图8是表示第I实施例中的像面的像差的斑点图。
[0026]图9是表示第I实施例的成像光学系统中的彗形像差的图。
[0027]图1OA及图1OB是表示第I实施例的成像光学系统中的球面像差、像散的图。
[0028]图11是表示第2实施例的成像光学系统的构成的图。
[0029]图12是表示第2实施例的成像光学系统的参数的表2。
[0030]图13是表示第2实施例中的像面的像差的斑点图。
[0031]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。
[0032]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。
[0033]图16是表示第3实施例的成像光学系统的构成的图。
[0034]图17是表不第3实施例的成像光学系统的参数的表3。
[0035]图18是表示第3实施例中的像面的像差的斑点图。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]图21是表示第4实施例的成像光学系统的构成的图。
[0039]图22是表不第4实施例的成像光学系统的参数的表4。
[0040]图23是表示第4实施例中的像面的像差的斑点图。
[0041]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。
[0042]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。
[0043]图26是表示第5实施例的成像光学系统的构成的图。
[0044]图27是表示第5实施例的成像光学系统的参数的表5。
[0045]图28是表示第5实施例中的像面的像差的斑点图。
[0046]图29是表示第5实施例的成像光学系统的彗形像差的图。
[0047]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。
[0048]图31是表示比较例的成像光学系统的构成的图。
[0049]图32是表示比较例的成像光学系统的参数的表6。
[0050]图33是表示比较例中的像面的像差的斑点图。
[0051]图34是表示比较例的成像光学系统中的彗形像差的图。
[0052]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。
[0053]图36是表示本实施例的构造物制造系统的构成的图。
[0054]图37是表示本实施例的构造物制造方法的流程图。
[0055]【主要元件符号说明】
[0056]1:形状测定装置8:光源装置
[0057]9:摄影装置20:摄影元件
[0058]21:成像光学系统22:盖构件
[0059]23:第I中心24:第2中心
[0060]25:第I轴35:形状信息取得部
[0061]51:第I光学构件52:第2光学构件
[0062]53:第I部分54:第2部分
[0063]55:第3部分56:第4部分
[0064]200:构造物制造系统 201:形状测定装置
[0065]202:设计装置203:成形装置
[0066]204:控制装置205:维修装置
[0067]AlO:第10光学面(光圈面)Pl:物体面
[0068]P2:像面Q:被检物(物体)
【具体实施方式】
[0069][第I实施例]
[0070]对第I实施例进行说明。图1是表示第I实施例的形状测定装置I的概观的图。图2是表示第I实施例的形状测定装置I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。
[0071]图1所示的形状测定装置(形状测定系统)I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I可如CMM (CoordinateMeasuring 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I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。
[0072]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I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I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I亦可对制造在线的被检物Q进行测定。又，形状测定装置I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。
[0073]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。
[0074]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。
[0075]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。
[0076]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I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LI)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。
[0077]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LI为图案光的一例。
[0078]本实施例的摄影装置9具备摄影元件20、成像光学系统