(57)【要約】  結像光学系（２１）は、物体面（Ｐ１）の一点と物体面の一点と共役な像面（Ｐ２）の一点とを結ぶ第１軸（２５）を含み、物体面を含む面と像面を含む面の交線に対して垂直な平面内において、第１軸に対して物体面と像面とが互いに反対向きに傾いている結像光学系であって、平面内で第１軸に対して偏心した第１光学部材（５１）を備える。アオリの結像光学系において、結像性能の低下を抑制する。
2015512030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系の像面の近傍に、前記結像光学系の光軸に対して傾いて配置された透過部材を備える撮像部とを有し、
前記結像光学系は、前記光軸に対して偏心した第１光学部材を備える測定装置。
【請求項２】
前記第１光学部材は、前記光軸に対して前記透過部材が傾いている方向とは反対向きに傾いている請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記第１光学部材は、前記透過部材で発生する収差を低減するように前記光軸に対して偏心して配置されている請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記像面と共役な面である物体面に沿って、測定対象の測定領域に光束を投射する照明部を更に備えた請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記透過部材は、前記像面に沿って配置され、前記結像光学系により集光する光束が通過する平面部材である請求項３に記載の測定装置。
【請求項６】
前記第１光学部材は、第１対称軸の周りで回転対称な曲面形状を有しており、前記第１対称軸の前記光軸に対する傾き方向と前記像面の法線の前記光軸に対する傾き方向とが反対向きである請求項１に記載の測定装置。
【請求項７】
第２対称軸の周りで回転対称な曲面形状を有する第２光学部材を備え、
前記第２対称軸の前記光軸に対する傾き方向と前記第１対称軸の前記光軸に対する傾き方向とが反対向きである請求項６に記載の測定装置。
【請求項８】
前記第１光学部材は、結像光束が通る範囲に、第１部分と、前記物体面を含む平面と前記像面を含む平面との交線に対して前記第１部分よりも近い第２部分と、を備え、前記第１部分から前記第２部分に向うにつれて他の光学部材よりも前記像面に近づくように配置される請求項６に記載の測定装置。
【請求項９】
前記第２光学部材は、結像光束が通る範囲に、第３部分と、前記物体面を含む面と前記像面を含む面との交線に対して前記第３部分よりも近い第４部分と、を備え、前記第４部分から前記第３部分に向うにつれて他の光学部材よりも前記像面から遠ざかるように配置される請求項７に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記第２光学部材は、前記第１光学部材で発生する収差の一部を相殺するように配置されている請求項７または９に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記第２光学部材は、前記物体面と前記像面との間の絞り面に対して、前記第１光学部材と同じ側に配置されている請求項８に記載の測定装置。
【請求項１２】
前記第１光学部材及び前記第２光学部材を含む３つ以上の光学部材を備え、
前記第２光学部材は、結像光束の進行方向において前記第１光学部材の隣に配置されている請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記第１光学部材を含む複数の光学部材を備え、
前記第１光学部材は、前記複数の光学部材の光学面のうち相対的に曲率が小さい光学面を有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１４】
結像光束が通る範囲において前記第１軸の周りで回転対称な形状を有する第３光学部材を備える請求項１から１１のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１５】
前記第１光学部材は、前記結像光学系により前記像面に集光する結像光束に対してパワーを有する請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１６】
前記第１光学部材は、結像光束が入射する第１平面と、前記結像光束が出射する第２平面とを有し、前記第２平面が前記第１平面に平行である請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１７】
前記第１光学部材は、結像光束が入射する第１平面と、前記結像光束が出射する第２平面とを有し、前記第２平面が前記第１平面に非平行である請求項１から５のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１８】
前記透過部材は、前記撮像素子の受光領域を覆うように配置されている請求項１に記載の測定装置。
【請求項１９】
照明光に照らされている被検物を撮像する請求項１から１８のいずれか一項に記載の測定装置と、
前記測定装置による結果に基づいて、前記被検物の形状に関する情報を取得する形状情報取得部と、を備える形状測定装置。
【請求項２０】
前記被検物に対してレーザー光を含む前記照明光を照射する固体光源を備える請求項１９に記載の形状測定装置。
【請求項２１】
構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、
前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項１９又は２０に記載の形状測定装置と、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システム。
【請求項２２】
構造物の形状に関する設計情報に基づいて、前記構造物を成形することと、
前記成形された前記構造物の形状を請求項１９又は２０に記載の形状測定装置によって測定することと、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法。
【請求項２３】
物体面の一点と前記物体面の一点と共役な像面の一点とを結ぶ第１軸を含み、
前記物体面を含む面と前記像面を含む面の交線に対して垂直な平面内において、前記第１軸に対して前記物体面と前記平面との交線及び前記像面と前記平面との交線とが互いに反対向きに傾いている結像光学系であって、
前記平面内で前記第１軸に対して偏心した第１光学部材を備える結像光学系。
【請求項２４】
前記第１光学部材を含む複数の光学部材を備え、
前記第１光学部材は、前記複数の光学部材のうち他の光学部材よりもよりも前記平面内で前記第１軸に対して傾いている請求項２３に記載の結像光学系。
【請求項２５】
前記第１軸は、本結像光学系による像形成範囲の中心位置に対応する前記像面の一点と前記像面の一点と共役な物体面の一点とを結ぶ軸であり、
前記第１光学部材は、前記第１軸に対する前記像面の傾いた方向とは反対向きに傾いている請求項２４に記載の結像光学系。
【請求項２６】
前記第１光学部材は、第１対称軸の周りで回転対称な曲面形状を有しており、前記第１対称軸の前記第１軸に対する傾き方向と前記像面の法線の前記第１軸に対する傾き方向とが反対向きである請求項２５に記載の結像光学系。
【請求項２７】
第２対称軸の周りで回転対称な曲面形状を有する第２光学部材を備え、
前記第２対称軸の前記第１軸に対する傾き方向と前記第１対称軸の前記第１軸に対する傾き方向とが反対向きである請求項２６に記載の結像光学系。
【請求項２８】
前記第１光学部材は、結像光束が通る範囲に、第１部分と、前記物体面を含む平面と前記像面を含む平面面との交線に対して前記第１部分よりも近い第２部分と、を備え、前記第１部分から前記第２部分に向うにつれて他の光学部材よりも前記像面に近づくように配置される請求項２６に記載の結像光学系。
【請求項２９】
前記第２光学部材は、結像光束が通る範囲に、第３部分と、前記物体面を含む面と前記像面を含む面との交線に対して前記第３部分よりも近い第４部分と、を備え、前記第４部分から前記第３部分に向うにつれて他の光学部材よりも前記像面から遠ざかるように配置される請求項２８に記載の結像光学系。
【請求項３０】
前記第２光学部材は、前記第１光学部材で発生する収差の一部を相殺するような収差が発生するように配置されている請求項２７または２９に記載の結像光学系。
【請求項３１】
前記第２光学部材は、前記物体面と前記像面との間の絞り面に対して、前記第１光学部材と同じ側に配置されている請求項３０に記載の結像光学系。
【請求項３２】
前記第１光学部材及び前記第２光学部材を含む３つ以上の光学部材を備え、
前記第２光学部材は、結像光束の進行方向において前記第１光学部材の隣に配置されている請求項３１に記載の結像光学系。
【請求項３３】
前記第１光学部材を含む複数の光学部材を備え、
前記第１光学部材は、前記複数の光学部材の光学面のうち相対的に曲率が小さい光学面を有する請求項２３から３２のいずれか一項に記載の結像光学系。
【請求項３４】
結像光束が通る範囲において前記第１軸の周りで回転対称な形状を有する第３光学部材を備える請求項２３から３３のいずれか一項に記載の結像光学系。
【請求項３５】
前記第１光学部材は、結像光束に対してパワーを有する請求項２３から３４のいずれか一項に記載の結像光学系。
【請求項３６】
前記第１光学部材は、結像光束が入射する第１平面と、前記結像光束が出射する第２平面とを有し、前記第２平面が前記第１平面に平行である請求項２３から３４のいずれか一項に記載の結像光学系。
【請求項３７】
前記第１光学部材は、結像光束が入射する第１平面と、前記結像光束が出射する第２平面とを有し、前記第２平面が前記第１平面に非平行である請求項２３から３４のいずれか一項に記載の結像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結像光学系、撮像装置、形状測定装置、構造物製造システム、及び構造物製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アオリの結像光学系は、プロジェクター、撮像装置、撮像装置を備える合焦装置、撮像装置を備える形状測定装置等に用いられている（例えば、特許文献１参照）。例えば、光切断法等を利用する形状測定装置は、照明光が照射されている被検物の表面を撮像装置により撮像し、撮像結果に基づいて被検物の形状に関する情報を取得する。形状測定装置において、照明光が照射されている被検物を観察（撮像）する方向は、被検物に対する照明光の照射方向に対して、峡角をなすように設定される。そのため、形状測定装置における撮像装置の結像光学系は、例えば、シャインプルーフの条件を満たすようなアオリの結像光学系として構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公報第５０９０８１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようなアオリの結像光学系は、結像光束が像面に対して非垂直な方向から入射してくることになる。そのため、アオリの結像光学系は、結像光束のうち物体面上の１点から出射した光束の像面におけるスポットの強度分布が非軸対称になりやすく、実質的な結像性能が低下することがありえる。結果として、アオリの光学系を備える撮像装置の撮像性能が低下すること、アオリの光学系を備えるプロジェクターの表示性能が低下すること、合焦装置、形状測定装置等の測定精度が低下すること等がありえる。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、アオリの結像光学系において、結像性能の低下を抑制することを目的の１つとする。また、本発明は、アオリの結像光学系を備える撮像装置において、撮像性能の低下を抑制することを目的の１つとする。また、本発明は、撮像装置を備える測定装置において、測定精度の低下を抑制することを目的の１つとする。また、本発明は、構造物の製造において、形状の精度の低下を抑制することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様に従えば、物体面の一点と物体面の一点と共役な像面の一点とを結ぶ第１軸を含み、物体面を含む面と像面を含む面の交線に対して垂直な平面内において、第１軸に対して物体面と平面との交線及び像面と平面との交線とが互いに反対向きに傾いている結像光学系であって、平面内で第１軸に対して偏心した第１光学部材を備える結像光学系が提供される。
【０００７】
第２の態様に従えば、物体面の一点と物体面の一点と共役な像面の一点とを結ぶ第１軸を含み、物体面を含む面と像面を含む面の交線に対して垂直な平面内において、第１軸に対して物体面と平面との交線及び像面と平面との交線とが互いに反対向きに傾いている結像光学系であって、平面内で第１軸に対して偏心した第１光学部材を備える結像光学系が提供される。
【０００８】
第３の態様に従えば、第１の態様の結像光学系と、結像光学系の像面に配置された撮像素子と、を備える撮像装置が提供される。
【０００９】
第４の態様に従えば、照明光に照らされている被検物を撮像する第３の態様の撮像装置と、撮像装置による撮像の結果に基づいて、被検物の形状に関する情報を取得する形状情報取得部と、を備える形状測定装置が提供される。
【００１０】
第５の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて構造物を成形する成形装置と、成形装置によって成形された構造物の形状を測定する第４の態様の形状測定装置と、形状測定装置によって測定された構造物の形状を示す形状情報と設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システムが提供される。
【００１１】
第６の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて、構造物を成形することと、成形された構造物の形状を第４の態様の形状測定装置によって測定することと、形状測定装置によって測定された構造物の形状を示す形状情報と設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上記の態様によれば、アオリの結像光学系において、結像性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の形状測定装置の概観を示す図である。
【図２】第１実施形態の形状測定装置の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の結像光学系の物体面、像面等の位置関係を示す図である。
【図４】第１実施形態の平均平面の定義を示す図である。
【図５】第１実施形態の結像光学系の構成を示す図である。
【図６】第１実施形態の結像光学系の諸元を示す表１である。
【図７】収差図に示すデータに対応する物体面上の位置を説明するための図である。
【図８】第１実施形態における像面での収差を示すスポットダイアグラムである。
【図９】第１実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図１０】第１実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。
【図１１】第２実施形態の結像光学系の構成を示す図である。
【図１２】第２実施形態の結像光学系の諸元を示す表２である。
【図１３】第２実施形態における像面での収差を示すスポットダイアグラムである。
【図１４】第２実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図１５】第２実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。
【図１６】第３実施形態の結像光学系の構成を示す図である。
【図１７】第３実施形態の結像光学系の諸元を示す表３である。
【図１８】第３実施形態における像面での収差を示すスポットダイアグラムである。
【図１９】第３実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図２０】第３実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。
【図２１】第４実施形態の結像光学系の構成を示す図である。
【図２２】第４実施形態の結像光学系の諸元を示す表４である。
【図２３】第４実施形態における像面での収差を示すスポットダイアグラムである。
【図２４】第４実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図２５】第４実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。
【図２６】第５実施形態の結像光学系の構成を示す図である。
【図２７】第５実施形態の結像光学系の諸元を示す表５である。
【図２８】第５実施形態における像面での収差を示すスポットダイアグラムである。
【図２９】第５実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図３０】第５実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。
【図３１】比較例の結像光学系の構成を示す図である。
【図３２】比較例の結像光学系の諸元を示す表６である。
【図３３】比較例における像面での収差を示すスポットダイアグラムである。
【図３４】比較例の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。
【図３５】比較例の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。
【図３６】本実施形態の構造物製造システムの構成を示す図である。
【図３７】本実施形態の構造物製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の形状測定装置１の概観を示す図である。図２は、第１実施形態の形状測定装置１の構成を示す図である。図３は、本実施形態の結像光学系２１の物体面Ｐ１、像面Ｐ２等の位置関係を示す図である。図４は、本実施形態の平均平面Ｐ７の定義を示す図である。
【００１５】
図１に示す形状測定装置（形状測定システム）１は、ステージ装置２、光プローブ３、走査装置４、制御装置５、表示装置６、及び入力装置７を備える。本実施形態の形状測定装置１は、ＣＭＭ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ）、画像計測顕微鏡等のように、被検物Ｑの形状を測定することができる。本実施形態の形状測定装置１は、ステージ装置２上に配置された被検物Ｑの三次元形状を、光切断法によって測定することができる。
【００１６】
ステージ装置２は、被検物Ｑがステージ装置２に対して移動しないように、被検物Ｑを保持する。本実施形態のステージ装置２は、形状測定装置１の設置エリアに対して、固定されている。なお、ステージ装置２は、被検物Ｑを保持して、光プローブ３に対して移動可能でもよい。また、ステージ装置２は、形状測定装置１の外部の装置であってもよい。例えば、被検物Ｑは、被検物Ｑ（構造物）の製造システムの製造ライン上を搬送され、形状測定装置１は、製造ライン上の被検物Ｑに対して測定を行ってもよい。また、形状測定装置１は、例えば地面、机等に載置された被検物Ｑに対して測定を行ってもよく、この場合にステージ装置２は省略されていてもよい。
【００１７】
光プローブ３は、光源装置８及び撮像装置９を備える。光源装置８は、制御装置５によって制御され、ステージ装置２に配置された被検物Ｑの表面の一部に照明光を照射する。撮像装置９は、制御装置５によって制御され、照明光によって照らされている被検物Ｑの表面を撮像する撮像処理を実行する。本実施形態において、光源装置８と撮像装置９は、同じ支持体１０に支持されている。光源装置８と撮像装置９は、それぞれ、支持体１０に交換可能に取り付けられている。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態の光源装置８は、光を発する光源１１、光源１１を駆動する光源駆動部１２、及び照明光学系１３を備える。光源装置８は、光源１１から発せられた光を、照明光学系１３を介して被検物Ｑに照射する。本実施形態において、光源１１から出射して照明光学系１３を通った光を、照明光という。
【００１９】
本実施形態の光源１１は、レーザーダイオード（固体光源）を含む。すなわち、光源装置８から出射する照明光は、レーザー光を含む。なお、光源１１は、レーザーダイオード以外の発光ダイオード（ＬＥＤ）、高輝度ダイオード等の固体光源を含んでいてもよい。光源駆動部１２は、制御装置５に制御され、光源１１が発光する上で必要な電力を光源１１へ供給する。
【００２０】
照明光学系１３は、光源１１から発せられた光の空間的な光強度分布を調整する。本実施形態の照明光学系１３は、シリンドリカルレンズを含む。照明光学系１３は、１つの光学部材であってもよいし、複数の光学部材を含んでいてもよい。光源１１から発せられた光は、シリンドリカルレンズが正のパワーを有する方向にスポットが広げられて、光源装置８から出射する。図１に示したように、光源装置８から出射する照明光（以下、ライン光Ｌ１という）は、光源装置８からの出射方向に対して直交する面におけるスポットの形状が長手方向と短手方向を有するライン状の強度分布の光になる。
【００２１】
なお、照明光学系１３に回折光学素子を用いて、光源１１から発せられた光の空間的な光強度分布を回折光学素子によって調整してもよい。回折光学素子としては、既存の色々な素子を使うことができ、例えば計算機生成ホログラム（ＣＧＨ）によって回折光学素子を構成しても良い。また、本実施形態において、空間的な光強度分布が調整された光をパターン光ということがある。ライン光Ｌ１は、パターン光の一例である。
【００２２】
本実施形態の撮像装置９は、撮像素子２０、結像光学系２１、及びカバー部材２２を備える。光源装置８から被検物Ｑに照射されたライン光Ｌ１は、被検物Ｑの表面で反射散乱して、その少なくとも一部が結像光学系２１へ入射する。撮像装置９は、光源装置８から被検物Ｑの表面を経由して結像光学系２１へ入射した光（以下、結像光束Ｌ２という）を、結像光学系２１及びカバー部材２２を介して撮像素子２０が検出する。結像光束Ｌ２は、光源装置８から出射した光束のうち、被検物Ｑの表面を経由して結像光学系２１に入射した光束の少なくとも一部を含む。本実施形態において、制御装置５は、撮像素子２０の撮像タイミング等を制御する。
【００２３】
撮像素子２０は、例えばＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサー等である。撮像素子２０は、例えば、受光面に二次元的に配列された複数の画素を含む。複数の画素のそれぞれは、フォトダイオード等の受光素子を含む。各フォトダイオードは、入射してきた光の光量に応じた電荷を発生する。撮像素子２０は、各画素に発生した電荷をＣＣＤ等によって読み出すことによって、受光面に入射した光の光量分布を検出することができる。
【００２４】
図３に示すように、結像光学系２１は、物体面Ｐ１と共役な像面Ｐ２を撮像素子２０の受光面に形成する。本実施形態において、物体面Ｐ１は、光源装置８からのライン光Ｌ１の伝播方向（出射方向）Ｄ１、及びライン光Ｌ１のスポットの長手方向Ｄ２を含む面Ｐ３の一部である。本実施形態において、物体面Ｐ１の中心を第１中心２３、像面Ｐ２の中心を第２中心２４という。本実施形態において、像面Ｐ２の中心は、結像光学系２１により像が形成される領域の中心位置とし、物体面Ｐ１の中心は、結像光学系２１において像面Ｐ２の中心と共役な位置にしている。また、第１中心２３と第２中心２４を結ぶ軸を第１軸２５、物体面Ｐ１を含む面Ｐ３と像面Ｐ２を含む面Ｐ４との交線上の軸を第２軸２６という。また、物体面Ｐ１と像面Ｐ２との間において第１軸２５に直交する面を第１面Ｐ５という。
【００２５】
なお、第１軸２５は物体面Ｐ１の中心及び像面Ｐ２の中心を通る軸だけに限られない。物体面Ｐ１の任意の点と、像面Ｐ２の任意の点を通る軸であっても良い。光学部材のそれぞれの傾いている方向が時計回りに傾いているのか、反時計回りに傾いているのかがわかるような軸であれば、第１軸はどのように設定しても良い。
【００２６】
また、第１軸２５は、次のように設定してもかまわない。第１軸２５の像面の１点は、撮像素子２０から出力される画素信号のうち、画像データとして利用される画素範囲から像面の１点を選択する。そして、物体面の１点は、本結像光学系２１により選択された像面の１点と共役な関係となる１点を選択する。そして、選択された像面の１点と物体面の１点とを結ぶ軸を結ぶことで、第１軸２５が設定される。また、第１軸は、非共軸レンズを除く、結像光学系を構成するレンズの光軸にあわせるように設定しても構わない。
【００２７】
本実施形態において、第１軸２５を含み、第２軸２６に対して垂直な面内において、物体面Ｐ１と像面Ｐ２のそれぞれは、第１軸２５に対して傾いている。物体面Ｐ１が第１軸２５に対して傾く（倒れる）向き（以下、第１の向きＤ３という）は、像面Ｐ２が第１軸２５に対して傾く向き（以下、第２の向きＤ４という）と反対を向いている。物体面Ｐ１は、第２軸２６に近づくにつれて第１面Ｐ５に近づくように、第１軸２５に対して傾いている。像面Ｐ２は、第２軸２６に近づくにつれて第１面Ｐ５に対して物体面Ｐ１と反対側から第１面Ｐ５に近づくように、第１軸２５に対して傾いている。
【００２８】
なお、物体面Ｐ１と像面Ｐ２の一方又は双方は、曲面を含んでいてもよい。例えば、物体面Ｐ１が曲面を含む場合に、各種の軸等に対する物体面Ｐ１の傾き等を示す位置関係は、物体面Ｐ１に対応する平均平面Ｐ７（図４参照）を用いて定義することができる。もちろん、像面についても同様に平均平面を定義することができるので、本願発明のように物体面や像面がどの方向に傾いているかどうかを議論する際は、このような平均平面を用いて評価を行うことができる。図４において、符号Ｐ６は、曲面を示し、符号Ｒは、曲面Ｐ６のうち像面Ｐ２に像を形成する結像光束Ｌ２が通る領域（以下、有効径Ｒという）を示す。本実施形態において、平均平面Ｐ７は、有効径Ｒにおける平均平面Ｐ７上の各点と曲面Ｐ６との距離ｄの二乗平均（ＲＭＳ）が最小となる平面である。
【００２９】
本実施形態の結像光学系２１は、光源装置８から被検物Ｑに照射されたライン光Ｌ１が被検物Ｑ上で描くパターンＬ３の像を、撮像素子２０の受光面に形成する。結像光学系２１の構成については、後述する。
【００３０】
本実施形態において、光源装置８から出射して被検物Ｑ上の１点で反射散乱した光は、結像光学系２１を通ることによって、撮像素子２０の受光面上のほぼ１点に集光する。すなわち、撮像素子２０上に形成される像の各点は、結像光学系２１の物体面Ｐ１と被検物Ｑとが交差する線（パターンＬ３）上の各点と１対１で対応することになる。このように、撮像装置９の撮像結果を示す情報は、被検物Ｑの表面における各点の位置を示す情報を含む。
【００３１】
図２に示すように、本実施形態のカバー部材２２は、結像光学系２１のうち像面Ｐ２に最も近い光学部材と、撮像素子２０の受光面（像面Ｐ２）との間の光路に配置されている。本実施形態において、カバー部材２２は、板状の部材（平行平板）であり、例えば石英、ガラス等のように、結像光束Ｌ２の少なくとも一部が透過する材質である。本実施形態のカバー部材２２は、撮像素子２０のうち結像光学系２１を向く表面２０ａを覆うように、設けられている。カバー部材２２の一方の面は、撮像素子２０に当接している。カバー部材２２は、撮像素子２０の表面２０ａに埃等が侵入することを抑制する。
【００３２】
本実施形態において、カバー部材２２の表面は、結像光学系２１の像面Ｐ２（撮像素子２０の受光面）に対して実質的に平行である。結像光学系２１から出射した結像光束Ｌ２は、カバー部材２２に対して非垂直な方向から入射する。カバー部材２２に入射した結像光束Ｌ２は、カバー部材２２を通って、撮像素子２０の受光面に対して非垂直な方向から入射する。
【００３３】
図１に示す走査装置（走査部）４は、ステージ装置２と光プローブ３との相対位置を変化させることができる。すなわち、走査装置４は、ステージ装置２上の被検物Ｑと光プローブ３との相対位置を変化させることができる。本実施形態の走査装置４は、光プローブ３を交換可能に保持しており、形状測定装置１の設置エリアに固定されたステージ装置２に対して、光プローブ３を移動する。光プローブ３の光源装置８から出射したライン光Ｌ１は、走査装置４が光プローブ３を移動すると、被検物Ｑの表面を走査する。
【００３４】
本実施形態の走査装置４は、基台３０、複数のアーム部３１、複数の関節部（接続部）３２、複数の走査駆動部３３、及び検出器３４を備える。
【００３５】
本実施形態の基台３０は、形状測定装置１の設置エリアに固定されており、ステージ装置２との相対位置が固定されている。複数のアーム部３１は、関節部３２を介して互いに接続されている。互いに接続された複数のアーム部３１は、一端側（基端部）が基台３０と接続され、他端側（先端部）が光プローブ３と接続されている。
【００３６】
走査駆動部３３は、アーム部３１の内部又は外部等に取り付けられている。走査駆動部３３は、例えば電動モータ等のアクチュエータを含む。走査駆動部３３は、関節部３２によって互いに接続されている１対のアーム部３１の相対位置を、変化させることができる。検出器３４は、例えばエンコーダであり、走査駆動部３３によるアーム部３１の移動量を検出する。
【００３７】
本実施形態の走査装置４は、制御装置５によって制御される。制御装置５は、走査装置４の走査駆動部３３を制御することによって、光プローブ３の位置と姿勢の少なくとも一方を制御する。また、制御装置５は、走査装置４の検出器３４から光プローブ３の位置情報を取得する。光プローブ３の位置情報は、光プローブ３の位置を示す情報と姿勢を示す情報の少なくとも一方を含む。なお、形状測定装置１は、光プローブ３の位置と姿勢の少なくとも一方を計測する計測器（例えばレーザー干渉計）を備えていてもよく、制御装置５は、この計測器から光プローブ３の位置情報を取得してもよい。
【００３８】
入力装置７は、例えばキーボード、マウス、ジョイスティック、トラックボール、タッチバッド等の各種入力デバイスによって構成される。入力装置７は、制御装置５への各種情報の入力を受けつける。各種情報は、例えば、形状測定装置１に測定を開始させる指令（コマンド）を示す指令情報、形状測定装置１による測定に関する設定情報、形状測定装置１の少なくとも一部をマニュアルで操作するための操作情報等を含む。
【００３９】
表示装置６は、例えば液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等によって構成される。表示装置６は、形状測定装置１の測定に関する測定情報を表示する。測定情報は、例えば、測定に関する設定を示す設定情報、測定及びプロセス処理の経過を示す経過情報、測定の結果を示す形状情報等を含む。本実施形態の表示装置６は、測定情報を示す画像データを制御装置５から供給され、この画像データに従って測定情報を示す画像を表示する。
【００４０】
本実施形態の制御装置５は、形状測定装置１の各部を以下のように制御する。制御装置５は、光源装置８の光源１１が光を発するタイミング、光源１１の出力（光量）等を制御する。制御装置５は、光源装置８から出射した照明光（ライン光Ｌ１）が被検物Ｑの表面を走査するように走査装置４を制御する。制御装置５は、被検物Ｑの表面のうち光源装置８からのライン光Ｌ１が照射されている部位が走査により時間変化している期間に、撮像装置９に複数フレームの画像を撮像させる。
【００４１】
また、本実施形態の制御装置５は、被検物の形状に関する情報を取得する形状情報取得部３５を備える。形状情報取得部３５は、撮像装置９による撮像結果（画像データ）を取得し、この撮像結果に基づいて被検物Ｑの形状に関する情報を取得する。本実施形態の制御装置５は、形状測定装置１の測定情報を示す画像データを表示装置６へ供給し、測定情報を示す画像を表示装置６に表示させる。例えば、制御装置５は、被検物Ｑの形状に関する測定結果（形状情報）を可視化して、測定結果を示す画像を表示装置６に表示させる。
【００４２】
ところで、一般的な形状測定装置等の光学装置は、結像光学系の像面が物体面に対して傾いている場合に、像面上のある一点に向かって収束する結像光束のうち、マージナルな光線が像面に対して非対称に入射することになり、像面に垂直な軸周りの収差が非軸対称になりやすい。例えば、結像光学系と像面との間にカバーガラス（透明な平行平板）等の部材が配置されていると、物体面の中心における法線方向と像面の中心における法線方向とを含む面上のカバーガラスにおいて、上記の軸に関して非対称な収差、例えば非点収差、コマ収差等が発生する。そのため、結像光束のうち物体面上の１点から出射した光束（以下、部分光束という）は、像面におけるスポットの形状が像面に垂直な軸周りで非軸対称になりやすい。この場合に、撮像素子によって検出される明るさ分布のピーク位置は、非軸対称な収差の分だけシフトし、被検物の表面の位置が実際の位置からシフトして検出される。結果として、測定精度が低下してしまうことがありえる。
【００４３】
次に、本実施形態の結像光学系２１の構成を説明する。本実施形態の結像光学系２１は、カバー部材２２において発生する収差のうち像面Ｐ２に垂直な軸周りで非軸対称な成分の少なくとも一部を相殺するように、構成されている。特に結像光学系２１を構成するレンズを偏心させることで、非軸対称な成分の収差を相殺させている。
【００４４】
なお、各実施形態において、偏心は、レンズが第１軸に対して傾いている（チルト）ことと、あるレンズの対称軸を、他の複数のレンズの対称軸に対して方向を変えずに、移動させている（シフト）ことの一方又は双方を含む。以下の説明では、特に第１軸や光軸に対して、ある特定のレンズのみ傾かせる例について説明するが、これだけに限られない。また、このように結像光学系２１を構成する一部の光学部材を偏心させることにより、結像光学系２１において発生する収差は、上記の非軸対称な成分（収差）の少なくとも一部を相殺することができる。本実施形態の結像光学系２１は、次に説明するような光学部材を備えることによって、例えば非軸対称な収差の発生を抑制すること等ができる。なお、各実施形態については、光軸と第1軸が同じ位置に配置されているが、本発明はこれに限られない。なお、この光軸とは、結像光学系のなかで偏心していないレンズの各対称軸を連ねた軸であることは言うまでも無い。以下の説明では第1軸に対しての傾き角度として説明する。
【００４５】
図５は、本実施形態の結像光学系２１の構成を示す図である。図６は、本実施形態の結像光学系２１の諸元を示す表１である。全ての諸元において掲載される曲率半径ｒ、面間隔ｄ、その他長さの単位は、特記の無い場合に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることはなく、他の適切な単位を用いることもできる。
【００４６】
なお、以下の説明において、図５等に示すＸＹＺ直交座標系を参照して、構成要素の位置関係等を説明することがある。このＸＹＺ直交座標系において、Ｘ軸方向は第１軸２５に平行な方向、Ｙ軸方向は第２軸２６に平行な方向、Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向である。
【００４７】
また、結像光学系２１の各光学面を、面番号と対応付けて説明することがある。例えば、図６の表１における面番号は、物体面Ｐ１を起点（面番号０）として、図５に示す物体面Ｐ１から像面Ｐ２に近づく光学面であるほど、昇順する番号である。例えば、面番号１に対応する第１光学面は、物体面Ｐ１の次に配置されている光学面である。第１光学面を符号Ａ１、第２光学面を符号Ａ２というように、０以上の整数ｎに対して第ｎ光学面を符号Ａｎで示す。
【００４８】
なお、結像光学系２１の諸元を示す表（例えば図６の表１）において、実質的に平面とみなせる光学面については、「曲率半径」の代わりに曲率（０．００）を記載している。また、第ｎの光学面Ａｎの「距離」は、第ｎの光学面Ａｎから、第ｎの光学面Ａｎの次に物体面Ｐ１に近い光学面までの距離を示す。例えば、第０光学面Ａ０（物体面Ｐ１）に対する「距離」は、物体面Ｐ１から第１光学面Ａ１までの距離を示す。また、第１光学面Ａ１に対する「距離」は、第１光学面Ａ１から第２光学面Ａ２までの距離を示し、第１光学面Ａ１及び第２光学面Ａ２を有する光学部材の厚みに相当する。また、第ｎの光学面Ａｎの「屈折率」、「アッベ数」は、第ｎの光学面Ａｎを有する部材の屈折率、アッベ数の値を示す。屈折率は、波長が６５６．２７３ｎｍの光に対する値である。またアッベ数はνdの値である。また、第ｎの光学面Ａｎの「偏心量（傾き量）」は、第ｎの光学面Ａｎの中心軸がＸ軸方向となす角度［ｄｅｇ］を示す。この角度は、Ｙ軸方向に平行な軸周りで時計回りを負、反時計回りを正としている。すなわち、光学部材は、傾き量が正である場合に第１軸２５に対して像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いており、傾き量が負である場合に第１軸２５に対して像面Ｐ２が傾く向きと同じ向きに傾いている。
【００４９】
なお、傾きの向きは、次のようにして定義できる。第２から第９レンズ４２〜４９の表面形状は全て、所定軸の周りで回転対称な曲面形状を有する。この所定軸が第１軸に対して、反時計回りに回転しているのか、それとも時計回りに回転しているのかで、傾きの向きを定義することができる。これは、他の実施形態においても同様である。
【００５０】
本実施形態において、第１軸２５は、物体面Ｐ１の第１中心２３を通り、Ｘ軸方向と平行である。図５に示すように、物体面Ｐ１は、第１中心軸２３にある中心が＋Ｚ側から−Ｚ側に向うにつれて−Ｘ側から＋Ｘ側に向かうように、第１軸２５に対して傾いている。本実施形態において、像面Ｐ２は、第２中心軸２４にある中心が＋Ｚ側から−Ｚ側に向うにつれて＋Ｘ側から−Ｘ側に近づくように、第１軸２５に対して傾いている。このように、物体面Ｐ１と像面Ｐ２は、第１軸２５に対して、互いに反対向きに傾いている。例えば、物体面Ｐ１は、第１軸２５と直交する面（ＹＺ面）から約６５°傾いており、像面Ｐ２（第２０光学面Ａ２０）は、第１軸２５と直交する面（ＹＺ面）から約−２６．４°傾いている。結像光学系２１は、例えば、像側の開口数（ＮＡ）が０．４８であり、焦点距離ｆが３２．２ｍｍである。物体面Ｐ１は、例えば１５ｍｍ×１５ｍｍの矩形の領域である。
【００５１】
本実施形態の結像光学系２１は、第１カバーガラス４１と、第２から第９レンズ（光学部材）４２〜４９を備える。第1カバーレンズ４１と第２から第９レンズは透明な部材で形成されており、少なくとも光源１１から発せられた光を透過する。第２から第９レンズ４２〜４９は、第１軸２５に沿って配列されている。本実施形態において、第２から第９レンズ４２〜４９のそれぞれは、いわゆる球面レンズである。第２から第７レンズ４２〜４７のそれぞれは、結像光束Ｌ２が通る範囲において、第１軸２５の周りで軸対称である。本実施形態の第８レンズ４８（以下、第１光学部材５１という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いている。本実施形態の第９レンズ４９（以下、第２光学部材５２という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと同じ向きに傾いている。
【００５２】
本実施形態において、第１カバーガラス４１は、物体面Ｐ１側を向く第１光学面Ａ１、及び像面Ｐ２側を向く第２光学面Ａ２を有する。第１カバーレンズは、少なくとも光源１１から発せられる光に対して透明である。第１レンズ４１は、図６の表１に示すように、第１光学面Ａ１と第２光学面Ａ２のそれぞれの曲率が０であり、平行平板である。
【００５３】
本実施形態において、第２レンズ４２は、物体面Ｐ１側を向く第３光学面Ａ３、及び像面Ｐ２側を向く第４光学面Ａ４を有する。第２レンズ４２は、第３光学面Ａ３が物体面Ｐ１に向って凸（曲率半径が正）であるとともに、第４光学面Ａ４が像面Ｐ２に向って凸（曲率半径が負）であり、いわゆる両凸レンズである。
【００５４】
本実施形態において、第３レンズ４３は、物体面Ｐ１側を向く第５光学面Ａ５、及び像面Ｐ２側を向く第６光学面Ａ６を有する。第３レンズ４３は、第５光学面Ａ５が物体面Ｐ１に向って凸であるとともに、第６光学面Ａ６が像面Ｐ２に向って凹（曲率半径が正）であり、いわゆるメニスカスレンズである。第３レンズ４３は、第５光学面Ａ５が第２レンズ４２の第４光学面Ａ４と実質的に接触する程度に、第２レンズ４２と近接して配置されている。
【００５５】
本実施形態において、第４レンズ４４は、物体面Ｐ１側を向く第７光学面Ａ７を有する。第４レンズ４４は、第７光学面Ａ７が物体面Ｐ１に向って凸であり、ほぼ平凸レンズのような形状である。第４レンズ４４は、第７光学面Ａ７が第３レンズ４３の第６光学面Ａ６と実質的に接触する程度に、第３レンズ４３と近接して配置されている。
【００５６】
本実施形態において、第５レンズ４５は、物体面Ｐ１側を向く第８光学面Ａ８、及び像面Ｐ２側を向く第９光学面Ａ９を有する。第５レンズ４５は、第８光学面Ａ８が物体面Ｐ１に向って凹（曲率半径が負）であるとともに、第９光学面Ａ９が像面Ｐ２に向って凹であり、いわゆる両凹レンズである。第５レンズ４５は、第８光学面Ａ８が第４レンズ４４と実質的に接触する程度に、第４レンズ４４と近接して配置されている。
【００５７】
本実施形態において、第６レンズ４６は、物体面Ｐ１側を向く第１１光学面Ａ１１、及び像面Ｐ２側を向く第１２光学面Ａ１２を有する。第６レンズ４６は、第１１光学面Ａ１１が物体面Ｐ１に向って凹であるとともに、第１２光学面Ａ１２が像面Ｐ２に向って凹であり、いわゆる両凹レンズである。本実施形態において、第１０光学面Ａ１０は、結像光学系２１の絞り面である。第１０光学面Ａ１０は、第５レンズ４５と第６レンズ４６の間に、配置される。第１０光学面Ａ１０は、第１軸２５に対して実質的に直交する。
【００５８】
本実施形態において、第７レンズ４７は、像面Ｐ２側を向く第１３光学面Ａ１３を有する。第７レンズ４７は、第１３光学面Ａ１３が像面Ｐ２に向って凸であり、ほぼ両凸レンズのような形状である。第７レンズ４７は、第６レンズ４６の第１２光学面Ａ１２と実質的に接触する程度に、第６レンズ４６と近接して配置されている。
【００５９】
本実施形態において、第１光学部材５１（第８レンズ４８）は、第１０光学面Ａ１０（絞り面）に対して、像面Ｐ２側に配置されている。第１光学部材５１は、結像光学系２１の絞り面との間に他の光学部材（例えば、第６レンズ４６及び第７レンズ４７）を挟むように、絞り面から離れて配置されている。
【００６０】
第１光学部材５１は、物体面Ｐ１側を向く第１４光学面Ａ１４、及び像面Ｐ２側を向く第１５光学面Ａ１５を有する。第１光学部材５１は、第１４光学面Ａ１４が物体面Ｐ１に向って凸であるともに、第１５光学面Ａ１５が像面Ｐ２に向って凸であり、いわゆる両凸レンズである。第１光学部材５１は、結像光束Ｌ２に対してパワーを有する。第１光学部材５１のうち、物体面Ｐ１側を向く第１４光学面Ａ１４は、結像光学系２１の光学面のうち曲率が相対的に小さい（曲率半径が相対的に大きい）。少なくともパワーを有する第２〜第９レンズの各光学面のパワーの平均値よりも小さいパワーを有している。本実施形態において、第１光学部材５１は、結像光学系２１の光学部材のうち最も曲率半径が小さい光学面を含んでいない。本実施形態において、第１光学部材５１に対して結像光束Ｌ２が入射してくる側の第１４光学面Ａ１４は、第１光学部材５１から結像光束Ｌ２が出射する側の第１５光学面Ａ１５よりも曲率が小さい。
【００６１】
本実施形態において、第１光学部材５１は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いている。第１光学部材５１は、結像光束が通る範囲に、第１軸２５に対して第１側（例えば＋Ｚ側）に配置される第１部分５３と、第１軸２５に対して第２側（例えば−Ｚ側）に配置される第２部分５４とを備える。本実施形態において、物体面Ｐ１と像面Ｐ２は、第２側（−Ｚ側）に向うにつれて互いに接近するように、第１軸２５に対して傾いている。そのため、物体面Ｐ１と像面Ｐ２の交線（第２軸２６）は、第１軸２５に対して第２側（−Ｚ側）に配置される。このように、第１光学部材５１の第２部分５４は、第２軸２６に対して第１部分５３よりも近い部分である。第１光学部材５１の主面は、第１部分５３から第２部分５４に向うにつれて像面Ｐ２に近づくように、配置される。本実施形態において、第１光学部材５１の中心軸は、図６の表１に示すように第１軸２５に対して約２．１２°傾いている。
【００６２】
本実施形態において、カバー部材２２のうち物体面Ｐ１側を向く面（第１８光学面Ａ１８）は、像面Ｐ２に対してほぼ平行である。カバー部材２２に対して非垂直な方向から結像光束Ｌ２が入射してくるので、カバー部材２２は、物体面Ｐ１と像面Ｐ２のそれぞれに直交する第２面Ｐ８（ＸＺ面）において、第１軸２５に関して非対称な収差が発生する。また、本実施形態の第１光学部材５１は、第１軸２５に対して中心軸が傾いているので、第２面Ｐ８において、第１軸２５に関して非対称な収差が発生する。第１光学部材５１は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２（カバー部材２２）が傾く向きと反対向きに傾いているので、第１光学部材５１で発生する収差は、カバー部材２２で発生する収差の少なくとも一部を相殺する。本実施形態において、第１光学部材５１で発生する収差は、カバー部材２２で発生する収差のうち像面Ｐ２に垂直な軸の周りで非軸対称な収差の少なくとも一部を相殺する。
【００６３】
本実施形態において、第２光学部材５２（第９レンズ４９）は、第１０光学面Ａ１０（絞り面）に対して像面Ｐ２側、すなわち結像光学系２１の絞り面に対して第１光学部材５１と同じ側に配置されている。第２光学部材５２は、結像光学系２１の絞り面との間に他の光学部材（第６から第８レンズ４６〜４８）を挟むように、絞り面から離れて配置されている。第２光学部材５２は、結像光束Ｌ２の進行方向すなわち物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向う方向において、第１光学部材５１の隣に配置されている。第２光学部材５２は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向う方向において、第１光学部材５１よりも像面Ｐ２側に配置されている。本実施形態において、第２光学部材５２は、結像光学系２１の光学部材のうち最も像面Ｐ２に近い位置に配置されている。
【００６４】
本実施形態の第２光学部材５２は、物体面Ｐ１側を向く第１６光学面Ａ１６、及び像面Ｐ２側を向く第１７光学面Ａ１７を有する。第２光学部材５２は、第１６光学面Ａ１６が物体面Ｐ１に向って凸であるともに、第１７光学面Ａ１７が像面Ｐ２に向って凹であり、いわゆるメニスカスレンズである。第２光学部材５２は、結像光束Ｌ２に対してパワーを有する。
【００６５】
本実施形態において、第２光学部材５２は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと同じ向きに傾いている。すなわち、第２光学部材５２は、第１軸２５に対して、第１光学部材５１が傾く向きと反対向きに傾いている。第２光学部材５２は、結像光束が通る範囲に、第１軸２５に対して第１側（例えば＋Ｚ側）に配置される第３部分５５と、第１軸２５に対して第２側（例えば−Ｚ側）に配置される第４部分５６とを備える。第１光学部材５１の説明において述べたように、物体面Ｐ１と像面Ｐ２の交線（図３に示す第２軸２６）は、第１軸２５に対して第２側（−Ｚ側）に配置され、第２光学部材５２の第４部分５６は、第２軸２６に対して第３部分５５よりも近い部分である。第２光学部材５２は、第４部分５６から第３部分５５に向うにつれて像面Ｐ２に近づくように、配置される。本実施形態において、第２光学部材５２の中心軸は、図６の表１に示すように第１軸２５に対して約−３．５１°傾いている。
【００６６】
本実施形態の第２光学部材５２は、第１軸２５に対して中心軸が傾いているので、第２面Ｐ８において、第１軸２５に関して非対称な収差が発生する。第２光学部材５２は、第１軸２５に対して、第１光学部材５１が傾く向きと反対向きに傾いているので、第２光学部材５２で発生する収差は、第１光学部材５１で発生する収差の一部を相殺する。本実施形態において、第２光学部材５２で発生する収差は、第１光学部材５１で発生する収差のうち像面Ｐ２に垂直な軸の周りで非軸対称な収差の一部を相殺する。ここで、第１光学部材５１で発生する非軸対称な収差を第１収差、第２光学部材５２で発生する収差を第２収差、カバー部材２２で発生する非軸対称な収差を第３収差とする。結像光学系２１は、第１収差のうち第２収差に相殺されないで残る収差が第３収差の少なくとも一部を相殺するように、第２光学部材５２のパワー、第２光学部材５２の傾き角（中心軸又は光軸に対する傾き量）等が設定される。本実施形態において、第２光学部材５２のパワーは、第１光学部材５１のパワーよりも小さい。
【００６７】
次に、結像光学系の収差について説明する。図８は、本実施形態の像面における収差を示すスポットダイアグラムである。すなわち、図８に示す収差は、結像光学系２１において発生する収差と、カバー部材２２において発生する収差とを含む。
【００６８】
また、図７は、収差図に示すデータに対応する物体面上の位置を示す図である。図９は、本実施形態の結像光学系２１におけるコマ収差を示す図である。なお、図９及び他の実施形態等の収差図は、像側から物体側に光線を追跡したときの収差量を示す。これら収差図は、波長が６６５ｎｍの光線についての収差量を示しているが、波長６５５ｎｍの光線、及び波長６４５ｎｍの光線についても同様の結果が得られる。
【００６９】
なお、光学系は通常光線の伝播方向に拠らず収差特性は同じである。また、結像光学系２１は、物体高に対して対称的にコマ収差が表れないので、物点のポジジョン毎にコマ収差を提示した。図９に示す符号Ｐａ〜Ｐｇは、図７に示す物体面Ｐ１上の位置Ｐａ〜Ｐｇに対応する。
【００７０】
また、図１０は、本実施形態の結像光学系２１における球面収差、非点収差を示す図である。これらの収差図のうち、球面収差図（図１０（Ａ））は、開口数ＮＡ＝０．４８に対する収差量を示し、非点収差図（図１０（Ｂ））は、物体高Ｙに対する収差量を示す。非点収差図において、実線は各波長の光線に対するサジタル像面を示し、破線は各波長の光線に対するメリジオナル像面を示す。これらの諸収差図の説明は、他の実施形態においても同様である。
【００７１】
図３１は、比較例の結像光学系の構成を示す図である。図３２は、比較例の結像光学系の諸元を示す表６である。比較例の結像光学系は、撮像装置９にカバー部材２２を備えており、結像光学系の光学部材が偏心していない点で、実施形態の結像光学系と異なる。すなわち、比較例の結像光学系は、個々のレンズ要素の曲率半径が実施形態の結像光学系と実質的に同様であるが、いずれのレンズ要素も偏心していない。図３３は、比較例における像面での収差を示すスポットダイアグラムである。図３４は、比較例の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。図３５は、比較例の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。
【００７２】
図８〜図１０に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、光学部材を偏心することにより、比較例の結像光学系（図３３〜３４参照）よりも大幅な収差の改善が見られる。
【００７３】
以上のような本実施形態の結像光学系２１は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに第１光学部材５１が傾いているので、結像光学系２１と像面Ｐ２との間に配置される界面で発生する非軸対称な収差の少なくとも一部が相殺され、像面Ｐ２での収差（図８参照）の非軸対称性が緩和される。例えば、結像光学系２１と上記の界面（例えば、カバー部材２２の表面）とで発生する収差は、物体面Ｐ１上の１点から出射した光束（部分光束）の像面Ｐ２上でのスポットの形状が軸対称に近づくように、補正される。
【００７４】
また、本実施形態の第１光学部材５１は、パワーを有しているので、上記の界面で発生する収差を相殺する収差を発生しつつ、第１軸２５に対して傾く角度を小さくすることができる。そのため、結像光学系２１は、第１軸２５に平行な方向のサイズを小型化することができる。また、結像光学系２１は、第１光学部材５１がパワーを有しているので、第２軸２６に平行な方向の収差を補正することもできる。
【００７５】
また、本実施形態の第１光学部材５１は、結像光学系２１のうち相対的に曲率が小さい光学面を含む光学部材であるので、第１光学部材５１の中心軸に対する軸外の収差の変化が緩やかになる。そのため、結像光学系２１は、像面Ｐ２における非軸対称な収差を補正する能力が高くなる。また、第１光学部材５１は、結像光束Ｌ２の入射側の第１４光学面Ａ１４の曲率が、結像光束Ｌ２の出射側の第１５光学面Ａ１５の曲率が小さい。そのため、結像光学系２１は、非軸対称な収差を補正する能力が高くなる。また、本実施形態の第１光学部材５１は、結像光学系２１の絞り面と隣り合う光学面とは別の光学面を有する光学部材であるので、結像光学系２１は、非軸対称な収差を補正する能力が高くなる。
【００７６】
また、本実施形態において、結像光学系２１の主面は、第１光学部材５１が第１軸２５に対して傾いているので、シャインプルーフの条件を満たす結像光学系の主面と比較して、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いている。そのため、本実施形態において、結像光学系２１から出射した結像光束Ｌ２は、シャインプルーフの条件を満たす結像光学系の結像光束と比較して、像面Ｐ２の法線方向に近い方向から像面Ｐ２に入射する。結果として、結像光束Ｌ２は、結像光学系２１と像面Ｐ２との間に配置される界面（例えば、カバー部材２２の表面）に対して、法線方向に近い方向から入射することになり、この界面で結像光束Ｌ２が屈折する際の非軸対称な収差の発生が抑制される。
【００７７】
また、本実施形態の結像光学系２１は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと同じ向きに傾いた第２光学部材５２を備えている。そのため、結像光学系２１は、第１光学部材５１で発生する非軸対称な第１収差の一部が第２光学部材５２で発生する非軸対称な第２収差で相殺され、非軸対称な収差を補正する能力が高くなる。また、第２光学部材５２は、物体面Ｐ１と像面Ｐ２との間の絞り面（第１０光学面Ａ１０）に対して、第１光学部材５１と同じ側（像面Ｐ２側）に配置されている。そのため、結像光学系２１は、第１光学部材５１と第２光学部材５２との間に結像光学系２１の絞り面が配置される構成と比較して、非軸対称な収差を補正する能力が高くなる。また、第２光学部材５２は、結像光束Ｌ２の進行方向において第１光学部材５１の隣に配置されている。そのため、結像光学系２１は、第１光学部材５１と第２光学部材５２との間に他の光学部材が配置される構成と比較して、非軸対称な収差を補正する能力が高くなる。また、本実施形態の第２光学部材５２は、結像光学系２１の絞り面と隣り合う光学面とは別の光学面を有する光学部材であるので、結像光学系２１は、非軸対称な収差を補正する能力が高くなる。
【００７８】
以上のように、本実施形態の結像光学系２１は、実質的な結像性能の低下を抑制できる。また、本実施形態の撮像装置９は、結像光学系２１の実質的な結像性能の低下が抑制されるので、撮像性能の低下を抑制できる。また、撮像装置９は、撮像素子２０に対して法線方向に近い方向から結像光束Ｌ２が入射するので、結像光束Ｌ２に対する撮像素子２０の感度の低下が抑制され、実質的な撮像性能の低下を抑制できる。
【００７９】
また、本実施形態の形状測定装置１は、撮像装置９の撮像性能の低下が抑制されるので、物体面Ｐ１において上記の部分光束が出射する位置を検出する精度が高くなり、測定精度の低下を抑制できる。また、形状測定装置１は、レーザー光を含む照明光が照射されている被検物Ｑを撮像装置９で撮像するので、撮像素子２０の出力レベルを確保することが容易であり、測定精度の低下を抑制できる。
【００８０】
ところで、一般的な形状測定装置は、レーザー光等のように可干渉性（コヒーレンシー）が高い照明光を用いると、撮像装置が撮像した画像にスペックルが発生することがありえる。形状測定装置は、結像光学系２１の像側のＮＡを高くすると、スペックルのパターンが撮像装置の画素で解像できない程度に細かくなり、スペックルが測定結果に及ぼす影響を減らすことができる。ところが、形状測定装置は、結像光学系２１の像側のＮＡが高くなるほど収差の発生が顕著になり、例えば像面における収差の非軸対称性が増加することによって、測定精度が低下することがありえる。形状測定装置は、例えば、結像光学系の像側のＮＡが０．２４以上になると、撮像素子の表面、カバーガラス等において非軸対称な収差の発生が顕著になる。
【００８１】
上述したように、本実施形態の形状測定装置１は、結像光学系２１のＮＡを例えば０．２４以上にした場合においても非軸対称な収差の発生を抑制できるので、レーザー光を照明光に用いて明るい画像を取得しつつ、スペックルが測定結果に及ぼす影響を低減することができる。そのため、本実施形態の形状測定装置１は、測定精度の低下を格段に抑制できる。
【００８２】
なお、本実施形態の結像光学系２１は、複数の光学部材のうち第１光学部材５１と第２光学部材５２とが第１軸２５に対して傾いているが、第１軸２５に対して傾いて配置される光学部材は、１つ（第１光学部材５１のみ）であってもよいし、３つ以上であってもよい。また、本実施形態の第１光学部材５１は、パワーを有しているが、パワーを有していなくてもよい。例えば、第１光学部材５１は、透明な平行平板のような部材であってもよい。透明な平行平板は、例えば、結像光束Ｌ２が入射する第１平面と、結像光束Ｌ２が出射する第２平面とを有し、第２平面が第１平面に対して平行な部材である。例えば、第１光学部材５１は、屈折率及び厚みがカバー部材２２と実質的に同一の透明な平行平板であってもよい。また、第１光学部材５１は、第２軸２６と平行な方向に延びるプリズムのような部材であってもよい。プリズムは、例えば、結像光束が入射する第１平面と、結像光束Ｌ２が出射する第２平面とを有し、第２平面が第１平面に非平行である。
【００８３】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略又は簡略化することがある。
【００８４】
図１１は、本実施形態の結像光学系２１の構成を示す図である。図１２は、本実施形態の結像光学系２１の諸元を示す表２である。本実施形態の結像光学系２１は、例えば、像側の開口数（ＮＡ）が０．４８であり、焦点距離ｆが３２．９ｍｍである。物体面Ｐ１は、例えば１５ｍｍ×１５ｍｍの矩形の領域である。
【００８５】
図１１に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９を備える。本実施形態の第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９のそれぞれの形状は、上記の実施形態における第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９と概ね同じである。本実施形態において、第４から第９レンズ４４〜４９は、それぞれの光軸が第１軸２５と実質的に同軸である。そのため、第１軸２５は結像光学系２１の光軸と一致する。
【００８６】
本実施形態において、第３レンズ４３（以下、第１光学部材５７という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いている。図１２の表２に示すように、第１光学部材５７は、第１軸２５に対して約３．１５°傾いている。本実施形態の第１光学部材５７は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面（第１０光学面Ａ１０）に対して物体面Ｐ１側に配置されている。
【００８７】
本実施形態において、第２レンズ４２（以下、第２光学部材５８という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと同じ向きに傾いている。図１２の表２に示すように、第２光学部材５８は、第１軸２５に対して約−２．６２°傾いている。本実施形態の第２光学部材５８は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面に対して、第１光学部材５７と同じ側（物体面Ｐ１側）に配置されている。第２光学部材５８は、第１光学部材５７よりも物体面Ｐ１に近い位置に配置されている。第２光学部材５８は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、第１光学部材５７の隣に配置されている。
【００８８】
次に、本実施形態の結像光学系の収差について説明する。図１３は、本実施形態における像面Ｐ２での収差を示すスポットダイアグラムである。図１４は、本実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。図１５は、本実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。各収差図の見方については、第１実施形態における図８〜図１０の説明を適宜参照されたい。
【００８９】
図１３〜図１５に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、光学部材を偏心することにより、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている
【００９０】
以上のような本実施形態の結像光学系２１は、図１３に示すように、像面Ｐ２での収差の非軸対称性が緩和される。このように、結像光学系２１は、第１光学部材５７が結像光学系２１の絞り面よりも物体面Ｐ１側に配置されている場合においても、非軸対称な収差を補正することができ、結像性能の低下を抑制できる。
【００９１】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略又は簡略化することがある。
【００９２】
図１６は、本実施形態の結像光学系２１の構成を示す図である。図１７は、本実施形態の結像光学系２１の諸元を示す表３である。本実施形態の結像光学系２１は、例えば、像側の開口数（ＮＡ）が０．４８であり、焦点距離ｆが３４．９ｍｍである。
【００９３】
図１６に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９を備える。本実施形態の第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９のそれぞれの形状は、上記の実施形態における第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９と概ね同じである。本実施形態において、第１カバーガラス４１、及び第３から第８レンズ４３〜４８は、それぞれの中心軸が第１軸２５と実質的に同軸である。
【００９４】
本実施形態において、第２レンズ４２（以下、第１光学部材５９という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いている。図１７の表３に示すように、第１光学部材５９は、第１軸２５に対して約４．１３°傾いている。本実施形態の第１光学部材５９は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面（第１０光学面Ａ１０）に対して物体面Ｐ１側に配置されている。
【００９５】
本実施形態において、第９レンズ４９（以下、第４光学部材６０という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いている。図１７の表３に示すように、第４光学部材６０は、第１軸２５に対して約１．２５°傾いている。本実施形態の第４光学部材６０は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面に対して、第１光学部材５９と反対側（像面Ｐ２側）に配置されている。第４光学部材６０は、第１光学部材５９よりも像面Ｐ２に近い位置に配置されている。第４光学部材６０は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、第１光学部材５９との間に、第３から第８レンズ４３〜４８を挟むように配置されている。
【００９６】
次に、本実施形態の結像光学系の収差について説明する。図１８は、本実施形態における像面Ｐ２での収差を示すスポットダイアグラムである。図１９は、本実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。図２０は、本実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。各収差図の見方については、第１実施形態における図８〜図１０の説明を適宜参照されたい。
【００９７】
図１８〜図２０に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、光学部材を偏心することにより、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている
【００９８】
以上のように、本実施形態の結像光学系２１は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いた複数の光学部材（第１光学部材５９及び第４光学部材６０）を備えている。このような結像光学系２１は、図１８に示すように、像面Ｐ２での収差の非軸対称性が緩和される。このように、結像光学系２１は、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いた複数の光学部材を備える場合においても、非軸対称な収差を補正することができ、結像性能の低下を抑制できる。
【００９９】
なお、結像光学系２１は、第１軸２５に対して傾いた複数の光学部材を備え、これら複数の光学部材は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かい方向において、隣り合うように配置されていてもよいし、他の光学部材を挟んで離れて配置されていてもよい。例えば、上記の第１実施形態等において説明した第２光学部材は、第１光学部材との間に他の光学部材を挟むように、配置されていてもよい。また、第２光学部材は、結像光学系２１の絞り面に対して、第１光学部材と反対側に配置されていてもよい。
【０１００】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略又は簡略化することがある。
【０１０１】
図２１は、本実施形態の結像光学系２１の構成を示す図である。図２２は、本実施形態の結像光学系２１の諸元を示す表４である。
【０１０２】
図２１に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９を備える。本実施形態の第１カバーガラス及び第２から第９レンズ４２〜４９のそれぞれの形状は、上記の実施形態における第１カバーガラス及び第２から第９レンズ４２〜４９と概ね同じである。本実施形態において、第１カバーガラス４１、第３レンズ４３、第４レンズ４４、第６レンズから第９レンズ４６〜４９は、それぞれの中心軸が第１軸２５と実質的に同軸である。
【０１０３】
本実施形態において、第２レンズ４２（以下、第１光学部材６１という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いている。図２２の表４に示すように、第１光学部材６１は、第１軸２５に対して約５．５０°傾いている。本実施形態の第１光学部材６１は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面（第１０光学面Ａ１０）に対して物体面Ｐ１側に配置されている。
【０１０４】
本実施形態において、第５レンズ４５（以下、第４光学部材６２という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向き（第１光学部材６１と同じ向き）に傾いている。図２２の表４に示すように、第４光学部材６２は、第１軸２５に対して約０．３５°傾いている。本実施形態の第４光学部材６２は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面に対して第１光学部材６１と同じ側（物体面Ｐ１側）に配置されている。本実施形態の第４光学部材６２は、結像光学系２１の絞り面の隣に配置された光学部材である。第４光学部材６２は、第１光学部材６１よりも像面Ｐ２に近い位置に配置されている。第４光学部材６２は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、第１光学部材６１との間に第３レンズ４３を挟むように、第１光学部材６１から離れて配置されている。
【０１０５】
次に、本実施形態の結像光学系の収差について説明する。図２３は、本実施形態における像面Ｐ２での収差を示すスポットダイアグラムである。図２４は、本実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。図２５は、本実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。各収差図の見方については、第１実施形態における図８〜図１０の説明を適宜参照されたい。
【０１０６】
図２３〜図２５に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、光学部材を偏心することにより、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている
【０１０７】
以上のように、本実施形態の結像光学系２１は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いた第４光学部材６２を備え、第４光学部材６２は、結像光学系２１の絞り面に隣り合う光学面（第９光学面Ａ９）を有する。このような結像光学系２１は、図２３に示すように、像面Ｐ２での収差の非軸対称性が緩和される。このように、結像光学系２１は、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いた第４光学部材６２が結像光学系２１の絞り面の隣に配置されている場合においても、非軸対称な収差を補正することができ、結像性能の低下を抑制できる。
【０１０８】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態において、上記の実施形態と同様の構成要素については、同じ符号を付してその説明を省略又は簡略化することがある。
【０１０９】
図２６は、本実施形態の結像光学系２１の構成を示す図である。図２７は、本実施形態の結像光学系２１の諸元を示す表５である。本実施形態の結像光学系２１は、例えば、像側の開口数（ＮＡ）が０．４８であり、焦点距離ｆが３３．１ｍｍである。
【０１１０】
図２６に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９を備える。本実施形態の第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９のそれぞれの形状は、上記の実施形態における第１カバーガラス４１及び第２から第９レンズ４２〜４９と概ね同じである。本実施形態において、第１カバーガラス４１及び第２から第４レンズ４２〜４４、第７から第９レンズ４７〜４９は、それぞれの中心軸が第１軸２５と実質的に同軸である。
【０１１１】
本実施形態において、第６レンズ４６（以下、第１光学部材６３という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと反対向きに傾いている。図２７の表５に示すように、第１光学部材６３は、第１軸２５に対して約０．９０°傾いている。本実施形態の第１光学部材６３は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面（第１０光学面Ａ１０）に対して像面Ｐ２側に配置されている。本実施形態の第１光学部材６３は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面の隣に配置された光学部材である。
【０１１２】
本実施形態において、第５レンズ４５（以下、第２光学部材６４という）は、第１軸２５に対して、像面Ｐ２が傾く向きと同じ向きに傾いている。図２７の表５に示すように、第２光学部材６４は、第１軸２５に対して約−０．４８°傾いている。本実施形態の第２光学部材６４は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、結像光学系２１の絞り面に対して第１光学部材６３と反対側（物体面Ｐ１側）に配置されている。本実施形態の第２光学部材６４は、結像光学系２１の絞り面の隣に配置された光学部材である。第２光学部材６４は、第１光学部材６３よりも物体面Ｐ１に近い位置に配置されている。第２光学部材６４は、物体面Ｐ１から像面Ｐ２に向かう方向において、第１光学部材６３と隣り合って配置される光学部材である。
【０１１３】
次に、本実施形態の結像光学系の収差について説明する。図２８は、本実施形態における像面Ｐ２での収差を示すスポットダイアグラムである。図２９は、本実施形態の結像光学系におけるコマ収差を示す図である。図３０は、本実施形態の結像光学系における球面収差、非点収差を示す図である。各収差図の見方については、第１実施形態における図８〜図１０の説明を適宜参照されたい。
【０１１４】
図２８〜図３０に示すように、本実施形態の結像光学系２１は、光学部材を偏心することにより、諸収差が良好に補正され、優れた結像性能が確保されている
【０１１５】
以上のように、本実施形態の結像光学系２１は、第１光学部材６３と第２光学部材６４のそれぞれが結像光学系２１の絞り面に隣り合う光学面を有する。このような結像光学系２１は、図２８に示すように、像面Ｐ２での収差の非軸対称性が緩和される。このように、結像光学系２１は、第１光学部材６３と第２光学部材６４のそれぞれが結像光学系２１の絞り面の隣に配置されている場合においても、非軸対称な収差を補正することができ、結像性能の低下を抑制できる。
【０１１６】
なお、上記の実施形態において、結像光学系２１は９個の光学部材を備えているが、結像光学系２１が備える光学部材の数は８個以下でもよいし、１０個以上でもよい。上記の実施形態において、結像光学系２１が有する光学部材は、いずれも球面レンズであるが、非球面レンズを含んでいてもよい。また、結像光学系２１は、物体面Ｐ１と像面Ｐ２との間の光路に配置された反射部材を備えていてもよく、この場合に第１軸２５は、反射部材の反射面上で折れ曲がっていてもよい。この場合に、例えば反射部材の反射面に対して物体面Ｐ１側の光路と像面Ｐ２側の光路の一方を、反射面に関して面対称的に仮想的に折り返すことによって、結像光学系２１と等価なストレートな結像光学系が得られる。第１軸２５が折れ曲がっている場合に、光学部材が第１軸２５に対して傾く向きは、上記の結像光学系２１と等価なストレートな結像光学系において定義されていてもよい。また、上記の実施形態の結像光学系２１は、撮像装置９の他に、例えばプロジェクター等に用いることもできる。
【０１１７】
なお、上記の実施形態の撮像装置９は、カバー部材２２を備えているが、結像光学系２１のうち最も像面Ｐ２に近い光学部材（例えば、第９レンズ４９）と撮像素子２０との間の光路に、部材が配置されていなくてもよい。この場合に、結像光学系２１は、像面Ｐ２と結像光学系２１との間の光路に配置される界面、例えば撮像素子２０の表面等において結像光束Ｌ２が屈折する際に発生する収差等を補正することができる。また、撮像装置９は、形状測定装置１の他に合焦装置等に用いることもできるし、測定以外の用途で利用することもできる。
【０１１８】
なお、上記の実施形態の形状測定装置１は、光切断法を利用して形状に関する形状情報を取得するが、ＳＦＦ（Ｓｈａｐｅ  Ｆｒｏｍ  Ｆｏｃｕｓ）法を利用して形状情報を取得してもよいし、共焦点法を利用して形状情報を取得してもよい。また、上記の実施形態の形状測定装置１は、レーザー光を射出する固体光源を含む光源装置８を備えているが、固体光源は、例えばＬＥＤを含み、レーザー光を含まない照明光を射出してもよい。また、光源装置８は、ランプ光源を含み、レーザー光を含まない照明光を射出する装置でもよい。また、光源装置８が形状測定装置１の外部の装置であって、形状測定装置１は、光源装置８を備えていなくてもよい。
【０１１９】
次に、本実施形態の構造物製造システム、及び構造物製造方法について説明する。図３６は、本実施形態の構造物製造システム２００の構成を示す図である。本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置２０１と、設計装置２０２と、成形装置２０３と、制御装置（検査装置）２０４と、リペア装置２０５とを備える。制御装置２０４は、座標記憶部２１０及び検査部２１１を備える。
【０１２０】
設計装置２０２は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置２０３に送信する。また、設計装置２０２は、作成した設計情報を制御装置２０４の座標記憶部２１０に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。
【０１２１】
成形装置２０３は、設計装置２０２から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作製する。成形装置２０３の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置２０１は、作製された構造物（測定対象物）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置２０４へ送信する。
【０１２２】
制御装置２０４の座標記憶部２１０は、設計情報を記憶する。制御装置２０４の検査部２１１は、座標記憶部２１０から設計情報を読み出す。検査部２１１は、形状測定装置２０１から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部２１０から読み出した設計情報とを比較する。検査部２１１は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部２１１は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部２１１は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置２０５に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
【０１２３】
リペア装置２０５は、制御装置２０４から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【０１２４】
図３７は、本実施形態の構造物製造方法を示すフローチャートである。本実施形態において、図３７に示す構造物製造方法の各処理は、構造物製造システム２００の各部によって実行される。
【０１２５】
構造物製造システム２００は、まず、設計装置２０２が構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ２００）。次に、成形装置２０３は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ２０１）。次に、形状測定装置２０１は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ２０２）。次に、制御装置２０４の検査部２１１は、形状測定装置２０１で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ２０３）。
【０１２６】
次に、制御装置２０４の検査部２１１は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ２０４  ＹＥＳ）、その処理を終了する。また、検査部２１１は、作成された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ２０４  ＮＯ）、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ２０５）。
【０１２７】
構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できると検査部２１１が判定した場合（ステップＳ２０５  ＹＥＳ）、リペア装置２０５が構造物の再加工を実施し（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０２の処理に戻る。構造物製造システム２００は、作成された構造物が修復できないと検査部２１１が判定した場合（ステップＳ２０５  Ｎｏ）、その処理を終了する。
【０１２８】
本実施形態の構造物製造システム２００は、上記の実施形態における形状測定装置２０１が構造物の座標を正確に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【０１２９】
なお、本実施形態におけるリペア装置２０５が実行するリペア工程は、成形装置２０３が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置２０４の検査部２１１が修復できると判定した場合、成形装置２０３は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置２０３は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。
【０１３０】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態で説明した要素の１つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態で説明した要素は、適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１  形状測定装置、８  光源装置、９  撮像装置、２０  撮像素子、２１  結像光学系、２２  カバー部材、２３  第１中心、２４  第２中心、２５  第１軸、３５  形状情報取得部、５１  第１光学部材、５２  第２光学部材、５３  第１部分、５４  第２部分、５５  第３部分、５６  第４部分、２００  構造物製造システム、２０１  形状測定装置、２０２  設計装置、２０３  成形装置、２０４  制御装置、２０５  リペア装置、Ａ１０
第１０光学面（絞り面）、Ｐ１  物体面、Ｐ２  像面、Ｑ  被検物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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