特許 5777957 硬さ試験機、及び硬さ試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5777957

(24)【登録日】2015年7月17日

(45)【発行日】2015年9月16日

(54)【発明の名称】硬さ試験機、及び硬さ試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/42 20060101AFI20150827BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/42 B

   G01N3/42 C

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-148741(P2011-148741)

(22)【出願日】2011年7月5日

(65)【公開番号】特開2013-15423(P2013-15423A)

(43)【公開日】2013年1月24日

【審査請求日】2014年6月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】川添 勝

【審査官】 清水 督史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１９６５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１４６７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４５１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２２７３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１０８６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／００−３／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料台に載置された試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記試料台と第１の対物レンズ又は前記第１の対物レンズよりも倍率の低い第２の対物レンズとの間の相対距離を変化させて前記試料の表面に焦点を合わせる合焦手段と、
前記第１の対物レンズ又は前記第２の対物レンズを介して前記試料の表面を撮像する撮像手段と、
前記第２の対物レンズを介して前記撮像手段で撮像された前記試料の表面の画像情報に基づいて、前記くぼみを形成させる複数の試験位置を設定する試験位置設定手段と、
前記試料の表面を複数の所定の範囲に分割し、前記所定の範囲毎に前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置のうち前記所定の範囲に含まれるものについて所定の試験位置を抽出し、前記第１の対物レンズを介して前記抽出された所定の試験位置で合焦位置を測定し、当該測定された合焦位置を前記所定の範囲内の全ての試験位置と対応付けて記憶手段に記憶させる合焦位置記憶制御手段と、
前記圧子により前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置に対応付けられた合焦位置を前記記憶手段から取得し、取得した合焦位置及び当該合焦位置と対応する試験位置に基づいて前記試料を移動させた後、前記くぼみ付け手段により形成されたくぼみを、前記第１の対物レンズを介して前記撮像手段により撮像させる撮像制御手段と、
前記撮像制御手段の制御により撮像されたくぼみに基づいて前記試料の硬さを測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。

【請求項2】

前記第１の対物レンズは、倍率が２０倍以上のレンズであり、
前記第２の対物レンズは、倍率が５倍以下のレンズであることを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。

【請求項3】

試料台に載置された試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機の硬さ試験方法において、
前記試料の上方に第１の対物レンズを配置させ、前記試料台と前記第１の対物レンズとの間の相対距離を変化させて前記試料の表面に焦点を合わせる合焦工程と、
前記試料の上方に第１の対物レンズよりも倍率の低い第２の対物レンズを配置させ、撮像手段により前記試料の表面を撮像させる第１の撮像工程と、
前記第１の撮像工程で撮像された前記試料の表面の画像情報に基づいて、前記くぼみを形成させる複数の試験位置を設定する試験位置設定工程と、
前記試料の上方に第１の対物レンズを配置させ、前記試料の表面を複数の所定の範囲に分割し、前記所定の範囲毎に前記試験位置設定工程で設定された複数の試験位置のうち前記所定の範囲に含まれるものについて所定の試験位置を抽出し、前記第１の対物レンズを介して前記抽出された所定の試験位置で合焦位置を測定し、当該測定された合焦位置を前記所定の範囲内の全ての試験位置と対応付けて記憶手段に記憶させる合焦位置記憶制御工程と、
前記試料の上方に前記圧子を配置させ、前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
前記試料の上方に第１の対物レンズを配置させ、前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置に対応付けられた合焦位置を前記記憶手段から取得し、取得した合焦位置及び当該合焦位置と対応する試験位置に基づいて前記試料を移動させた後、前記撮像手段により前記くぼみ付け工程で形成されたくぼみを撮像させる第２の撮像工程と、
前記第２の撮像工程で撮像されたくぼみに基づいて前記試料の硬さを測定する測定工程と、
を含む硬さ試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、硬さ試験機、及び硬さ試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ブリネル硬さ試験機、ビッカース硬さ試験機、ヌープ硬さ試験機等の各種硬さ試験機においては、試料の表面に形成されたくぼみの寸法に基づいて試料の硬さが測定される。
例えば、ビッカース硬さ試験機では、先端が四角錘状の圧子を試料の表面に押し込んで、試料に形成されたくぼみの対角線の長さを光学顕微鏡等で計測し、この計測したくぼみの対角線の長さに基づいて硬さを算出する。そして、上記くぼみの寸法を計測するにあたっては、計測誤差を生じさせないために、くぼみが形成された試料の表面に対する焦点合わせを行う必要がある。

【0003】

上記焦点合わせを行う硬さ試験機として、例えば、くぼみが形成された試料における複数の焦点調整位置を指定し、指定された焦点調整位置に合焦するように撮像部を操作してくぼみを撮像し、指定された焦点調整位置におけるくぼみの合焦度合いを算出してモニタに表示させることで、好適に焦点調整を行うことができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

従来の硬さ試験機では、試験位置のプログラミングの際に、試料Ｓのどの位置に硬さ試験を実施するかを確認すべく試料Ｓの広範囲の画像を取得する必要があり、例えば、図６に示すように、試料Ｓを水平方向に移動させて撮像した複数の画像Ａ１〜Ａ９を張り合わせることで、広範囲画像Ｇ１が取得される。そして、取得された広範囲画像Ｇ１を利用して、硬さ試験が実施される。

【0005】

ここで、図８のフローチャート及び図９の硬さ試験機の試験機本体２０を示す模式図を参照して、従来の硬さ試験機における広範囲画像Ｇ１取得後の処理について説明する。
まず、取得された広範囲画像Ｇ１に対し、試験パターンの設定が行われる（ステップＳ１０１）。ここで、試験パターンの設定とは、試験条件、試験開始点、行・列数、ピッチ等を設定することである。試験パターンが設定されることにより、図６に示すように、試験位置Ｐ１、Ｐ２、…のプログラミングが行われる。

【0006】

試験パターンの設定が行われると、自動的に硬さ試験が開始され、圧子１４ａと対向する位置に所定の試験位置（初回は試験開始点）が配されるように試料Ｓ（試料台２）を移動させ（ステップＳ１０２）、当該試験位置に対してくぼみ付けが行われる（ステップＳ１０３）。

【0007】

次に、設定された全ての試験位置に対してくぼみ付けが行われたか否かが判定される（ステップＳ１０４）。全ての試験位置に対してくぼみ付けが行われていない、即ち、くぼみ付けが行われていない試験位置が一つでもあると判定された場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）は、ステップＳ１０２へと移行し、圧子１４ａと対向する位置に次の試験位置が配されるように試料Ｓを移動させる。一方、全ての試験位置に対してくぼみ付けが行われたと判定された場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）は、くぼみ読取用の対物レンズ１５と対向する位置に所定の読取位置（くぼみ付けが行われた位置）が配されるように試料Ｓを移動させ（ステップＳ１０５）、当該読取位置において焦点を合わせるためのオートフォーカス処理が行われる（ステップＳ１０６）。

【0008】

オートフォーカス処理が行われると、読取位置においてくぼみが読み取られ、当該読み取られたくぼみの寸法に基づいて試料Ｓの硬さ値が算出される（ステップＳ１０７）。

【0009】

最後に、全ての読取位置においてくぼみが読み取られたか否かが判定される（ステップＳ１０８）。全ての読取位置においてくぼみが読み取られていない、即ち、くぼみが読み取られていない読取位置が一つでもあると判定された場合（ステップＳ１０８；ＮＯ）は、ステップＳ１０５へと移行し、圧子１４ａと対向する位置に次の読取位置が配されるように試料Ｓを移動させる。一方、全ての読取位置においてくぼみが読み取られたと判定された場合（ステップＳ１０８；ＹＥＳ）は、当該処理を終了する。

【0010】

このように、従来の硬さ試験機では、広範囲画像Ｇ１を取得し、取得した広範囲画像Ｇ１を利用して試験位置をプログラミングすることで、硬さ試験が実施されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１１−２２４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、従来の硬さ試験機では、広範囲画像Ｇ１を取得する際に、低倍の対物レンズを用いて高視野の画像（例えば、図６のＡ１〜Ａ９）を取得することとなるが、低倍の対物レンズの場合、焦点深度Ｃ１が深いという特徴があり、例えば、図９に示すように、焦点深度Ｃ１がくぼみ付けの際の試料Ｓの高さの許容範囲Ｗ１を超えてしまうことがあるため、試料Ｓの高さの許容範囲Ｗ１を超えた位置で位置決めされてしまう虞がある。そして、この状態でくぼみ付けが行われると、くぼみ読取時に測定の誤差が生じるという不具合を生じてしまう。

【0013】

一方、高倍の対物レンズを利用して画像を取得する場合、低倍の対物レンズに比べて焦点深度が浅く、焦点深度が試料Ｓの高さの許容範囲Ｗ１を超えることがないため、試料Ｓの高さの位置決め精度が高いという利点はあるが、図６に示すように、取得される画像Ｂ１の視野が狭いため、広範囲画像Ｇ１を取得するのに非常に多くの画像を取得する必要があり、大変な手間が掛かってしまう。

【0014】

本発明は、試料を適切な高さに位置決めすることが可能であり、且つ硬さ試験の実施時間を短縮することが可能な硬さ試験機、及び硬さ試験方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
試料台に載置された試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記試料台と第１の対物レンズ又は前記第１の対物レンズよりも倍率の低い第２の対物レンズとの間の相対距離を変化させて前記試料の表面に焦点を合わせる合焦手段と、
前記第１の対物レンズ又は前記第２の対物レンズを介して前記試料の表面を撮像する撮像手段と、
前記第２の対物レンズを介して前記撮像手段で撮像された前記試料の表面の画像情報に基づいて、前記くぼみを形成させる複数の試験位置を設定する試験位置設定手段と、
前記試料の表面を複数の所定の範囲に分割し、前記所定の範囲毎に前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置のうち前記所定の範囲に含まれるものについて所定の試験位置を抽出し、前記第１の対物レンズを介して前記抽出された所定の試験位置で合焦位置を測定し、当該測定された合焦位置を前記所定の範囲内の全ての試験位置と対応付けて記憶手段に記憶させる合焦位置記憶制御手段と、
前記圧子により前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置に対応付けられた合焦位置を前記記憶手段から取得し、取得した合焦位置及び当該合焦位置と対応する試験位置に基づいて前記試料を移動させた後、前記くぼみ付け手段により形成されたくぼみを、前記第１の対物レンズを介して前記撮像手段により撮像させる撮像制御手段と、
前記撮像制御手段の制御により撮像されたくぼみに基づいて前記試料の硬さを測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする。

【0016】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記第１の対物レンズは、倍率が２０倍以上のレンズであり、
前記第２の対物レンズは、倍率が５倍以下のレンズであることを特徴とする。

【0017】

請求項３に記載の発明は、
試料台に載置された試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機の硬さ試験方法において、
前記試料の上方に第１の対物レンズを配置させ、前記試料台と前記第１の対物レンズとの間の相対距離を変化させて前記試料の表面に焦点を合わせる合焦工程と、
前記試料の上方に第１の対物レンズよりも倍率の低い第２の対物レンズを配置させ、撮像手段により前記試料の表面を撮像させる第１の撮像工程と、
前記第１の撮像工程で撮像された前記試料の表面の画像情報に基づいて、前記くぼみを形成させる複数の試験位置を設定する試験位置設定工程と、
前記試料の上方に第１の対物レンズを配置させ、前記試料の表面を複数の所定の範囲に分割し、前記所定の範囲毎に前記試験位置設定工程で設定された複数の試験位置のうち前記所定の範囲に含まれるものについて所定の試験位置を抽出し、前記第１の対物レンズを介して前記抽出された所定の試験位置で合焦位置を測定し、当該測定された合焦位置を前記所定の範囲内の全ての試験位置と対応付けて記憶手段に記憶させる合焦位置記憶制御工程と、
前記試料の上方に前記圧子を配置させ、前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
前記試料の上方に第１の対物レンズを配置させ、前記試験位置設定手段で設定された複数の試験位置に対応付けられた合焦位置を前記記憶手段から取得し、取得した合焦位置及び当該合焦位置と対応する試験位置に基づいて前記試料を移動させた後、前記撮像手段により前記くぼみ付け工程で形成されたくぼみを撮像させる第２の撮像工程と、
前記第２の撮像工程で撮像されたくぼみに基づいて前記試料の硬さを測定する測定工程と、
を含む硬さ試験方法である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、くぼみを形成させる前の段階で試験位置に対応する高さ情報（合焦位置）を取得することができ、くぼみ形成時及びくぼみ読取時にオートフォーカス処理を行うことなく試料を適切な高さに位置決めすることができるので、硬さ試験の実施時間を短縮することができるとともに、くぼみ読取時に測定の誤差が生じるという不具合を生じさせることはない。また、試料の広範囲画像を取得する際は、低倍の第２対物レンズを利用することができるので、高倍の第１対物レンズを使用した場合に比べて多くの画像を取得する必要はなく、硬さ試験の実施時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る硬さ試験機の全体構成を示す斜視図である。

【図2】本発明に係る硬さ試験機の試験機本体を示す模式図である。

【図3】本発明に係る硬さ試験機の硬さ測定部を示す模式図である。

【図4】本発明に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。

【図5】本発明に係る硬さ試験機の動作について示したフローチャートである。

【図6】試料の広範囲画像の一例について示した図である。

【図7】合焦位置を試験位置と対応付けたものの一例について示した図である。

【図8】従来技術に係る硬さ試験機における試料の広範囲画像取得後の動作について示したフローチャートである。

【図9】従来技術に係る硬さ試験機の試験機本体を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、図１におけるＸ方向を左右方向とし、Ｙ方向を前後方向とし、Ｚ方向を上下方向とする。また、Ｘ−Ｙ面を水平面とする。

【0021】

硬さ試験機１００は、例えば、ビッカース硬さ試験機であり、図１、図２に示すように、試験機本体１０と、制御部６と、操作部７と、モニタ８等を備えている。

【0022】

試験機本体１０は、試料Ｓの硬さ測定を行う硬さ測定部１と、試料Ｓを載置する試料台２と、試料台２を移動させるＸＹステージ３と、試料Ｓの表面に焦点を合わせるためのＡＦステージ４と、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦステージ４）を昇降する昇降機構部５等を備えている。

【0023】

硬さ測定部１は、例えば、図３に示すように、試料Ｓの表面を照明する照明装置１１と、試料Ｓの表面を撮像するＣＣＤカメラ１２と、圧子１４ａを備える圧子軸１４と対物レンズ１５を備え、回転することにより圧子軸１４と対物レンズ１５との切り替えが可能なターレット１６等により構成されている。

【0024】

照明装置１１は、光を照射することにより試料Ｓの表面を照明するものであり、照明装置１１から照射される光は、レンズ１ａ、ハーフミラー１ｄ、ミラー１ｅ、対物レンズ１５を介して試料Ｓの表面に到達する。

【0025】

ＣＣＤカメラ１２は、例えば、図３又は図４に示すように、試料Ｓの表面から対物レンズ１５、ミラー１ｅ、ハーフミラー１ｄ、ミラー１ｇ、及びレンズ１ｈを介して入力された反射光に基づき、当該試料Ｓの表面や圧子１４ａにより試料Ｓの表面に形成されるくぼみを撮像して画像データを取得し、複数フレームの画像データを同時に蓄積、格納可能なフレームグラバ１７を介して、制御部６に出力する。
これにより、ＣＣＤカメラ１２は、撮像手段として機能する。

【0026】

圧子軸１４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動される負荷機構部（図示省略）により、試料台２に載置された試料Ｓに向け移動され、先端部に備えた圧子１４ａを試料Ｓの表面に所定の試験力で押し付ける。

【0027】

対物レンズ１５は、それぞれ異なる倍率からなる集光レンズであり、ターレット１６の下面に複数保持されており、ターレット１６の回転により試料Ｓの上方に配置されることで、照明装置１１から照射される光を一様に試料Ｓの表面に照射させる。
具体的には、対物レンズ１５は、高倍対物レンズ（第１の対物レンズ）１５ａと、高倍対物レンズ１５ａよりも倍率の低い低倍対物レンズ（第２の対物レンズ）１５ｂと、を備えて構成されている。高倍対物レンズ１５ａは、具体的には、倍率が２０倍以上のレンズであることが好ましい。倍率が２０倍以上のレンズであれば、焦点深度が浅く、焦点深度がくぼみ付けの際の試料Ｓの高さの許容範囲を超えることがないため、試料Ｓの高さの位置決め精度を高めることができる。一方、低倍対物レンズ１５ｂは、具体的には、倍率が５倍以下のレンズであることが好ましい。倍率が５倍以下のレンズであれば、高視野の画像を取得することができるため、広範囲画像Ｇ１を容易に取得することができる。

【0028】

ターレット１６は、下面に圧子軸１４と複数の対物レンズ１５（高倍対物レンズ１５ａ、低倍対物レンズ１５ｂ）を取り付け、Ｚ軸方向を中心に回転することにより、当該圧子軸１４と複数の対物レンズ１５の中の何れか一つを切り替えて試料Ｓの上方に配置可能なように構成されている。つまり、圧子軸１４を試料Ｓの上方に配置することで試料Ｓの表面にくぼみを形成し、対物レンズ１５を試料Ｓの上方に配置することで、当該形成されたくぼみを観察することが可能となる。

【0029】

試料台２は、上面に載置される試料Ｓを試料固定部２ａで固定する。
ＸＹステージ３は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部（図示省略）により駆動され、試料台２を圧子１４ａの移動方向（Ｚ軸方向）に垂直な方向（Ｘ軸，Ｙ軸方向）に移動させる。
ＡＦステージ４は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動され、ＣＣＤカメラ１２が撮像した画像データに基づき試料台２を微細に昇降させ、試料Ｓの表面に焦点を合わせる。
昇降機構部５は、制御部６が出力する制御信号に応じて駆動され、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦステージ４）を上下方向に移動させることで、試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離を変化させる。
この昇降機構部５及びＡＦステージ４により、合焦手段が構成される。

【0030】

操作部７は、キーボード７１、マウス７２等により構成されており、硬さ試験を行う際のユーザによる入力操作を実行させる。そして、操作部７により所定の入力操作がなされると、その入力操作に応じた所定の操作信号が制御部６に出力される。

【0031】

具体的には、操作部７は、上記キーボード７１やマウス７２等を介して、くぼみの合焦位置を決定する条件をユーザに選択させることができる。
また、操作部７は、ユーザに、試料台２（昇降機構部５及びＡＦステージ４）の移動する範囲（試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離の範囲）を指定させることができる。
また、操作部７は、ユーザに、当該硬さ試験機１００による硬さ試験を実施する際の試験条件値を入力させることができる。そして、入力された試験条件値は制御部６に送信される。ここで、試験条件値とは、例えば、試料Ｓの材質、圧子１４ａにより試料Ｓに負荷される試験力（Ｎ）、対物レンズ１５の倍率、等の値である。
また、操作部７は、ユーザに、くぼみの合焦位置の決定を手動で行う手動モード、あるいは自動で行う自動モードの何れかを選択させることができる。

【0032】

モニタ８は、例えば、ＬＣＤなどの表示装置により構成されており、操作部７において入力された硬さ試験の設定条件、硬さ試験の結果、ＣＣＤカメラ１２が撮像した試料Ｓの表面や試料Ｓの表面に形成されるくぼみの画像等を表示する。

【0033】

制御部６は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、記憶部６３等を備えて構成され、記憶部６３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うための動作制御等を行う機能を有する。

【0034】

ＣＰＵ６１は、記憶部６３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ６２に展開して実行することにより、硬さ試験機１００全体の制御を行う。

【0035】

ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ６２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。

【0036】

記憶部６３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部６３は、ＣＰＵ６１が硬さ試験機１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。より具体的には、記憶部６３は、例えば、ＸＹステージ制御プログラム、オートフォーカスプログラム、硬さ測定部制御プログラム等を格納している。

【0037】

ＣＰＵ６１は、記憶部６３内に格納されたＸＹステージ制御プログラムを実行することにより、試料Ｓの表面の所定領域がＣＣＤカメラ１２の真下に位置するようにＸＹステージ３を移動させる。
また、ＣＰＵ６１は、記憶部６３内に格納されたオートフォーカスプログラムを実行することにより、硬さ測定部１のＣＣＤカメラ１２によって得られる画像情報に基づいて、ＡＦステージ４を昇降させ、試料Ｓの表面に対するオートフォーカスを行う。
また、ＣＰＵ６１は、記憶部６３内に格納された硬さ測定部制御プログラムを実行することにより、圧子１４ａを所定の試験力で試料Ｓの表面に押し付けてくぼみを形成したり、ＣＣＤカメラ１２によって生成される試料Ｓの表面の画像情報に基づいてくぼみの対角線長さを計測したりするとともに、計測したくぼみの対角線長さに基づいて試料Ｓの硬さを算出する。
また、ＣＰＵ６１は、ＣＣＤカメラ１２によって生成した試料Ｓの表面の画像情報や、硬さ測定部制御プログラムの実行により算出された試料Ｓの硬さの算出結果等をモニタ８に表示させる。

【0038】

次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。この処理は、ＣＰＵ６１が記憶部６３に格納されているプログラムを実行することにより実現される。

【0039】

まず、ＣＰＵ６１は、高倍対物レンズ１５ａを用いて試料Ｓの表面に焦点を合わせる（ステップＳ１：合焦工程）。具体的には、高倍対物レンズ１５ａを介してＣＣＤカメラ１２に撮像された画像データに基づいて、昇降機構部５及びＡＦステージ４（合焦手段）を制御して試料台２を微細に昇降させ、試料Ｓの表面の任意の位置に対してオートフォーカスを行い、試料Ｓの高さの位置決めを行う。

【0040】

次に、ＣＰＵ６１は、低倍対物レンズ１５ｂを用いて試料Ｓの広範囲画像Ｇ１を取得させる（ステップＳ２：第１の撮像工程）。具体的には、図６に示すように、試料Ｓを水平方向に移動させて低倍対物レンズ１５ｂを介してＣＣＤカメラ１２により撮像した複数の画像Ａ１〜Ａ９を張り合わせることで、広範囲画像Ｇ１を取得させる。

【0041】

次に、ＣＰＵ６１は、取得された広範囲画像Ｇ１に対し、試験パターンの設定を行う（ステップＳ３：試験位置設定工程）。ここで、試験パターンの設定とは、試験条件（例えば、試料Ｓの材質、圧子１４ａにより試料Ｓに負荷される試験力（Ｎ）、対物レンズ１５の倍率等）、試験開始点、行・列数、ピッチ等を設定することである。試験パターンを設定することにより、図６に示すように、試験位置Ｐ１、Ｐ２、…のプログラミングが行われる。
即ち、ＣＰＵ６１は、低倍対物レンズ１５ｂを介してＣＣＤカメラ１２で撮像された試料Ｓの表面の広範囲画像Ｇ１に基づいて、くぼみを形成させる試験位置Ｐ１、Ｐ２、…を設定する試験位置設定手段として機能する。

【0042】

次に、ＣＰＵ６１は、高倍対物レンズ１５ａを用いて所定の試験位置で合焦位置を測定し、当該測定結果をデータベース化して記憶部６３に記憶させる（ステップＳ４：合焦位置記憶制御工程）。具体的には、ステップＳ３で設定された試験位置のうち所定の範囲毎に一点（或いは数点）ずつピックアップし、当該ピックアップされた試験位置においてオートフォーカスを行い、合焦した試料Ｓの高さを合焦位置として測定し、測定された合焦位置を当該所定の範囲内の試験位置と対応付けて記憶部６３に記憶させる。例えば、図７に示すように、所定の範囲（例えば、試験位置Ｐ１〜Ｐ４を含む範囲）において一点（例えば、試験位置Ｐ１）ピックアップし、当該ピックアップされた試験位置Ｐ１の合焦位置Ｚ１を当該所定の範囲内の試験位置Ｐ１〜Ｐ４と対応付けて記憶部６３に記憶させる。
即ち、ＣＰＵ６１は、高倍対物レンズ１５ａを介して、ステップＳ３で設定された試験位置のうち所定の試験位置で合焦位置を測定し、当該測定された合焦位置を所定の範囲内の試験位置と対応付けて記憶部６３に記憶させる合焦位置記憶手段として機能する。
ここで、所定の範囲毎に一点（或いは数点）ずつピックアップするのは、所定の範囲、即ち、試験位置毎の合焦位置に実質的な差異がみられない範囲においては当該所定の範囲内の全ての試験位置の合焦位置を測定する必要がないからであり、上記のように合焦位置の測定を間引くことにより硬さ試験の実施時間を短縮することができるからである。

【0043】

次に、ＣＰＵ６１は、圧子１４ａと対向する位置に所定の試験位置（初回は試験開始点）が配されるように試料Ｓ（試料台２）を移動させる（ステップＳ５）。また、ステップＳ４で当該試験位置に対応する合焦位置が測定されているので、試料Ｓの高さを当該合焦位置に移動させる。そして、ＣＰＵ６１は、当該試験位置に対して圧子１４ａによりくぼみを形成させる（ステップＳ６：くぼみ付け工程）。
即ち、ＣＰＵ６１は、圧子１４ａにより試験位置にくぼみを形成させるくぼみ付け手段として機能する。

【0044】

次に、ＣＰＵ６１は、設定された全ての試験位置に対してくぼみ付けが行われたか否かを判定する（ステップＳ７）。全ての試験位置に対してくぼみ付けが行われていない、即ち、くぼみ付けが行われていない試験位置が一つでもあると判定した場合（ステップＳ７；ＮＯ）は、ステップＳ５へと移行し、圧子１４ａと対向する位置に次の試験位置が配されるように試料Ｓを移動させる。一方、全ての試験位置に対してくぼみ付けが行われたと判定した場合（ステップＳ７；ＹＥＳ）は、次のステップＳ８へと移行する。

【0045】

次に、ＣＰＵ６１は、くぼみ読取用の高倍対物レンズ１５ａと対向する位置に所定の読取位置（くぼみ付けが行われた位置）が配されるように試料Ｓを移動させる（ステップＳ８）。また、ステップＳ４で当該読取位置に対応する合焦位置が測定されているので、当該合焦位置を記憶部６３から取得し、試料Ｓの高さを当該合焦位置に移動させる。

【0046】

次に、ＣＰＵ６１は、読取位置においてくぼみを読み取り、当該読み取られたくぼみの寸法に基づいて試料Ｓの硬さ値を算出する（ステップＳ９：第２の撮像工程、測定工程）。具体的には、高倍対物レンズ１５ａを介してＣＣＤカメラ１２によりくぼみを撮像し、撮像されたくぼみの画像データに基づいてくぼみの対角線の長さを測定し、当該対角線の長さに基づいて試料Ｓの硬さ値を算出する。
即ち、ＣＰＵ６１は、読取位置（試験位置及び合焦位置）に基づいて試料Ｓを移動させた後、ステップＳ６で形成されたくぼみを、高倍対物レンズ１５ａを介してＣＣＤカメラ１２により撮像させる撮像制御手段、及びステップＳ９で撮像されたくぼみに基づいて前記試料の硬さを測定する測定手段として機能する。

【0047】

次に、ＣＰＵ６１は、全ての読取位置においてくぼみが読み取られたか否かを判定する（ステップＳ１０）。全ての読取位置においてくぼみが読み取られていない、即ち、くぼみが読み取られていない読取位置が一つでもあると判定した場合（ステップＳ１０；ＮＯ）は、ステップＳ８へと移行し、圧子１４ａと対向する位置に次の読取位置が配されるように試料Ｓを移動させる。一方、全ての読取位置においてくぼみが読み取られたと判定しれた場合（ステップＳ１０；ＹＥＳ）は、当該処理を終了する。

【0048】

以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、試料台２と高倍対物レンズ１５ａ又は高倍対物レンズ１５ａよりも倍率の低い低倍対物レンズ１５ｂとの間の相対距離を変化させて試料Ｓの表面に焦点を合わせる合焦手段（昇降機構部５及びＡＦステージ４）と、高倍対物レンズ１５ａ又は低倍対物レンズ１５ｂを介して試料Ｓの表面を撮像するＣＣＤカメラ１２と、低倍対物レンズ１５ｂを介してＣＣＤカメラ１２で撮像された試料Ｓの表面の画像情報（広範囲画像Ｇ１）に基づいて、くぼみを形成させる試験位置Ｐ１、Ｐ２、…を設定する試験位置設定手段（ＣＰＵ６１）と、高倍対物レンズ１５ａを介して、試験位置設定手段で設定された試験位置Ｐ１、Ｐ２、…のうち所定の試験位置で合焦位置を測定し、当該測定された合焦位置を所定の範囲内の試験位置と対応付けて記憶部６３に記憶させる合焦位置記憶手段（ＣＰＵ６１）と、圧子１４ａにより試験位置Ｐ１、Ｐ２、…にくぼみを形成させるくぼみ付け手段（ＣＰＵ６１）と、試験位置Ｐ１、Ｐ２、…に対応付けられた合焦位置を記憶部６３から取得し、取得した合焦位置及び試験位置Ｐ１、Ｐ２、…に基づいて試料Ｓを移動させた後、くぼみ付け手段により形成されたくぼみを、高倍対物レンズ１５ａを介してＣＣＤカメラ１２により撮像させる撮像制御手段（ＣＰＵ６１）と、撮像制御手段の制御により撮像されたくぼみに基づいて試料Ｓの硬さを測定する測定手段（ＣＰＵ６１）と、を備える。
このため、くぼみを形成させる前の段階で試験位置に対応する高さ情報（合焦位置）を取得することができ、くぼみ形成時及びくぼみ読取時にオートフォーカス処理を行うことなく試料Ｓを適切な高さに位置決めすることができるので、硬さ試験の実施時間を短縮することができるとともに、くぼみ読取時に測定の誤差が生じるという不具合を生じさせることはない。また、試料Ｓの広範囲画像Ｇ１を取得する際は、高視野の低倍対物レンズ１５ｂを利用することができるので、多くの画像を取得する必要はなく、硬さ試験の実施時間を短縮することができる。

【0049】

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、高倍対物レンズ１５ａは、倍率が２０倍以上のレンズであるので、焦点深度が浅く、焦点深度がくぼみ付けの際の試料Ｓの高さの許容範囲を超えることがなくなり、試料Ｓの高さの位置決め精度を高めることができる。また、低倍対物レンズ１５ｂは、倍率が５倍以下のレンズであるので、高視野の画像を取得することができることとなって、広範囲画像Ｇ１を容易に取得することができる。

【0050】

以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

【0051】

例えば、上記実施形態では、図５のステップＳ８で高倍対物レンズ１５ａと対向する位置に所定の読取位置が配されるように試料Ｓを移動させ、試料Ｓの高さを当該合焦位置に移動させた後、オートフォーカス処理を行うことなくくぼみの読み取り動作を行うようにしているが、これに限定されるものではない。上記実施形態では、全ての試験位置において合焦位置を測定しているわけではないため、試料Ｓの高さを合焦位置に移動させたとしても、試験位置によっては合焦の度合いが低い場合も考えられる。このような場合を想定して、くぼみ読み取り時の合焦度合いを算出するようにし、合焦度合いが低いと判定された場合に、オートフォーカス処理を行わせるようにしてもよい。

【0052】

また、上記実施形態では、２つの対物レンズ１５（高倍対物レンズ１５ａ、低倍対物レンズ１５ｂ）を備える構成を例示して説明したが、これに限定されるものではない。本発明では、少なくとも倍率の異なる２つの対物レンズ１５が備わっていればよく、例えば、高倍対物レンズ１５ａ、低倍対物レンズ１５ｂに加えて、中倍対物レンズを備えるようにしてもよい。

【0053】

その他、硬さ試験機１００を構成する各装置の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0054】

１００ 硬さ試験機
１０ 試験機本体
１ 硬さ測定部
１２ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１４ 圧子軸
１４ａ 圧子
１５ 対物レンズ
１５ａ 高倍対物レンズ（第１の対物レンズ）
１５ｂ 低倍対物レンズ（第２の対物レンズ）
２ 試料台
３ ＸＹステージ
４ ＡＦステージ（合焦手段）
５ 昇降機構部（合焦手段）
６ 制御部
６１ ＣＰＵ（試験位置設定手段、合焦位置記憶制御手段、くぼみ付け手段、撮像制御手段、測定手段）
６２ ＲＡＭ
６３ 記憶部（記憶手段）
７ 操作部
８ モニタ
Ｓ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図7】

【図8】

【図9】

【図6】