(57)【要約】【課題】圧子によって形成される試料のくぼみに盛り上がりが生じる場合でも、合焦位置を検出できる硬さ試験機を提供する。【解決手段】硬さ試験機１００は、試料台２を上下方向に移動させ、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ＡＦ（Ｚ）ステージ４及び昇降機構部５と、試料Ｓの表面に形成されたくぼみを撮像するＣＣＤカメラ１２と、試料台２がＡＦ（Ｚ）ステージ４及び昇降機構部５により移動される度に、ＣＣＤカメラ１２により撮像されたくぼみのＡＦ値を算出するＡＦ値算出プログラム６３ａと、ＣＣＤカメラ１２により移動された試料台２の位置と、試料台２の位置におけるＡＦ値と、を対応付けて記憶するＡＦ値記憶部６３ｂと、くぼみの合焦位置を所定の条件に基づいて決定する決定プログラム６３ｄと、を備え、所定の条件には、ＡＦ値曲線の極小値をくぼみの合焦位置として決定する極小値合焦条件が含まれる。【選択図】図４
2011002247.tif 000002
【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、当該くぼみの所定の特徴点間の距離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、
前記試料台と対物レンズとの間の相対距離を変化させる相対距離変化手段と、
前記試料の表面に形成されたくぼみを撮像する撮像手段と、
前記相対距離変化手段により前記相対距離が所定距離変化する度に、前記撮像手段により撮像されたくぼみの合焦度合いを算出する合焦度合い算出手段と、
前記相対距離変化手段により変化した前記相対距離と、前記合焦度合い算出手段により算出された前記相対距離における合焦度合いと、を対応付けて記憶する記憶手段と、
前記くぼみの合焦位置を所定の条件に基づいて決定する決定手段と、
を備え、
前記所定の条件には、前記記憶手段に記憶された合焦度合いと前記相対距離との関係を示した合焦度合い曲線の極小値を前記くぼみの合焦位置として決定する条件、が含まれることを特徴とする硬さ試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記所定の条件には、前記合焦度合い曲線の極大値を前記くぼみの合焦位置として決定する条件が含まれ、
前記決定手段は、
前記合焦度合い曲線を表示画面に表示する表示手段と、
前記くぼみの合焦位置を決定する条件を、前記所定の条件の中からユーザに選択させる選択操作部と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。
【請求項３】
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記所定の条件には、前記合焦度合い曲線の極大値を前記くぼみの合焦位置として決定する条件が含まれ、
前記決定手段は、
前記合焦度合い曲線の次数を解析し、解析された合焦度合い曲線の次数が二の場合、前記合焦度合い曲線の極大値を前記くぼみの合焦位置として検出する条件により焦点位置を決定する一方、解析された合焦度合い曲線の次数が四の場合、前記合焦度合い曲線の極小値を前記くぼみの合焦位置として検出する条件により焦点位置を決定することを特徴とする硬さ試験機。
【請求項４】
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記所定の条件には、前記合焦度合い曲線の極大値を前記くぼみの合焦位置として決定する条件が含まれ、
所定の試験条件値と、前記所定の条件の中のくぼみの合焦位置を決定するための条件と、を対応付けて記憶する条件記憶手段と、
を備え、
前記決定手段は、
所定の試験条件値を入力する条件入力部と、
前記条件入力部により入力された所定の試験条件値と、前記条件記憶手段に記憶された所定の試験条件値と、を比較し、一致した試験条件値がある場合、当該一致した試験条件値に対応するくぼみの合焦位置を決定するための条件を前記条件記憶手段より抽出する抽出手段と、を備え、
前記抽出手段により抽出された条件により、くぼみの合焦位置を決定することを特徴とする硬さ試験機。
【請求項５】
請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記合焦度合い算出手段における前記相対距離変化手段により変化させる前記相対距離の範囲を、ユーザに指定させる指定部を備えることを特徴とする硬さ試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬さ試験機に関する。
【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、複数の焦点調整位置を指定して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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７５５８６号公報
【０００５】
ここで、上記特許文献１に記載の硬さ試験機等において、上記合焦度合いは試料の高さ位置に応じて二次曲線的に変化するもので、当該合焦度合いが二次曲線の極大値をとる位置が合焦位置になる、という前提に基づく合焦位置の検出方法が用いられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば、硬さ試験の対象とする試料が軟鋼材等であり、圧子を押し込んでくぼみを形成した際に、押し込まれた試料の一部が押し込み方向と逆向きに隆起して、くぼみの一部に盛り上がりを生じさせる。そして、当該盛り上がりの影響により合焦度合いが二次曲線的に変化せず、合焦度合いが極大値をとる位置は合焦位置とならないため、上記検出方法では合焦位置を検出できないという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、圧子によって形成される試料のくぼみに盛り上がりが生じる場合でも、合焦位置を検出できる硬さ試験機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１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、当該くぼみの所定の特徴点間の距離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、前記試料台と対物レンズとの間の相対距離を変化させる相対距離変化手段と、前記試料の表面に形成されたくぼみを撮像する撮像手段と、前記相対距離変化手段により前記相対距離が所定距離変化する度に、前記撮像手段により撮像されたくぼみの合焦度合いを算出する合焦度合い算出手段と、前記相対距離変化手段により変化した前記相対距離と、前記合焦度合い算出手段により算出された前記相対距離における合焦度合いと、を対応付けて記憶する記憶手段と、前記くぼみの合焦位置を所定の条件に基づいて決定する決定手段と、を備え、前記所定の条件には、前記記憶手段に記憶された合焦度合いと前記相対距離との関係を示した合焦度合い曲線の極小値を前記くぼみの合焦位置として決定する条件、が含まれることを特徴とする。
【０００９】
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、前記所定の条件には、前記合焦度合い曲線の極大値を前記くぼみの合焦位置として決定する条件が含まれ、前記決定手段は、前記合焦度合い曲線を表示画面に表示する表示手段と、前記くぼみの合焦位置を決定する条件を、前記所定の条件の中からユーザに選択させる選択操作部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、前記所定の条件には、前記合焦度合い曲線の極大値を前記くぼみの合焦位置として決定する条件が含まれ、前記決定手段は、前記合焦度合い曲線の次数を解析し、解析された合焦度合い曲線の次数が二の場合、前記合焦度合い曲線の極大値を前記くぼみの合焦位置として検出する条件により焦点位置を決定する一方、解析された合焦度合い曲線の次数が四の場合、前記合焦度合い曲線の極小値を前記くぼみの合焦位置として検出する条件により焦点位置を決定することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、前記所定の条件には、前記合焦度合い曲線の極大値を前記くぼみの合焦位置として決定する条件が含まれ、所定の試験条件値と、前記所定の条件の中のくぼみの合焦位置を決定するための条件と、を対応付けて記憶する条件記憶手段と、を備え、前記決定手段は、所定の試験条件値を入力する条件入力部と、前記条件入力部により入力された所定の試験条件値と、前記条件記憶手段に記憶された所定の試験条件値と、を比較し、一致した試験条件値がある場合、当該一致した試験条件値に対応するくぼみの合焦位置を決定するための条件を前記条件記憶手段より抽出する抽出手段と、を備え、前記抽出手段により抽出された条件により、くぼみの合焦位置を決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、前記合焦度合い算出手段における前記相対距離変化手段により変化させる前記相対距離の範囲を、ユーザに指定させる指定部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、決定手段でくぼみの合焦位置を決定するための所定の条件に、合焦度合い曲線における極小値をとる位置をくぼみの合焦位置として決定する条件が含まれている。そのため、硬さ試験の対象とする試料が軟鋼材等であり、合焦度合いが極大値をとる位置が合焦位置とならない場合でも、極小値をとる位置をくぼみの合焦位置として決定する条件を用いることで合焦位置の検出が可能となる。
したがって、本発明は、圧子によって形成される試料のくぼみに盛り上がりが生じる場合でも、合焦位置を検出できる硬さ試験機、であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】光強度の差分Ｉδ(x,y)のヒストグラムＨ（δ）と合焦度合いとの関係を説明する図であり、（ａ）がデフォーカス時、（ｂ）がデフォーカス時とフォーカス時の中間時点、（ｃ）がフォーカス時を示す図である。
【図６】試験条件値と、くぼみの合焦位置を決定するための条件と、を対応付けたテーブルを示す模式図である。
【図７】本発明に係る試料台の位置とＡＦ値の関係を説明する図で、（ａ）はＡＦ値が二次曲線的に変化する場合を、（ｂ）はＡＦ値が四次曲線的に変化する場合を示す図である。
【図８】本発明に硬さ試験機を用いたフォーカシング処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図１から図８に基づいて説明する。なお、以下では、図１における硬さ試験機１００の左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とする。
【００１６】
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（選択操作部、条件入力部、指定部、決定手段）と、モニタ８（表示画面）と、等を備えている。
【００１７】
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（Ｚ）ステージ４（相対距離変化手段）と、試料台２（ＸＹステージ３、ＡＦ（Ｚ）ステージ４）を昇降する昇降機構部５（相対距離変化手段）等を備えている。
【００１８】
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（撮像手段）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。
【００１９】
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。
【００２０】
ＣＣＤカメラ１２は、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。
【００２１】
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が試料Ｓの表面に所定の試験力で押し付ける。
【００２２】
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。
【００２３】
ターレット１６は、下面に圧子軸１４と複数の対物レンズ１５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。
【００２４】
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（Ｚ）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（Ｚ）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（Ｚ）ステージ４により、相対距離変化手段が構成される。
【００２５】
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。
また、操作部７は、上記キーボード７１やマウス７２等を介して、後述の決定プログラム６３ｄの実行時にモニタ８に表示される、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、後述のＡＦ値算出プログラム６３ａを実行する際の、試料台２（昇降機構部５及びＡＦ（Ｚ）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出来る。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、後述の決定プログラム６３ｄの実行による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。
これにより、操作部７は、選択操作部、条件入力部、指定部、決定手段として機能する。
【００２６】
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。また、モニタ８は、後述のＡＦ値曲線を表示する表示画面として機能している。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、ＡＦ値算出プログラム６３ａ（合焦度合い算出手段）、ＡＦ値記憶部６３ｂ（記憶手段）、条件記憶部６３ｇ（条件記憶手段）、抽出プログラム６３ｈ（抽出手段、決定手段）、表示プログラム６３ｃ（表示手段、決定手段）、決定プログラム６３ｄ（決定手段）、移動プログラム６３ｅ等を格納している。
【００３１】
ＡＦ値算出プログラム６３ａは、ＣＰＵ６１に、ＣＣＤカメラ１２により撮像された試料ＳのくぼみのＡＦ値（合焦度合い）を、試料台２（試料Ｓ）が上下方向に移動する度（試料台２と対物レンズ１５との間の相対距離が変化する度）に算出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、ＣＰＵ６１は、ＡＦ値算出プログラム６３ａを実行すると、昇降機構部５を駆動させて試料台２（ＡＦ（Ｚ）ステージ４）を上下方向（Ｚ軸方向）に所定量（例えば、制御部６の制御信号により指定される量）移動させ、ＣＣＤカメラ１２により試料Ｓの表面を連続画像として撮像する。そして、得られた各画像に対してＡＦ値の算出を行い、得られたＡＦ値をＡＦ値記憶部６３ｂに記憶する。
なお、上記ＡＦ値を算出する範囲は、試料台２の移動する範囲によって定まる。したがって、ＣＰＵ６１は、操作部７を介してユーザが試料台２の移動する範囲を指定している場合、当該指定した範囲のＡＦ値を算出し、上記指定がなされていない場合は、予め初期設定された範囲のＡＦ値を算出する。
ＣＰＵ６１は、かかるＡＦ値算出プログラム６３ａを実行することで、合焦度合い算出手段として機能する。
【００３２】
ここで、「ＡＦ値」とは、所定の評価関数による合焦度合いを示す値である。
上記ＡＦ値の算出方法は、例えば、画像の任意の点に着目したとき、当該任意の点の画素とその画素から所定画素数離間した位置にある画素との光強度の差（微分画像）の評価により行う。
【００３３】
より具体的には、例えば、始めに得られた画像の各画素の光強度Ｉ(x,y)に対して、Δｘ、Δｙ離れた画素に対する光強度の差分Ｉδ(ｘ，ｙ)を、評価関数を示す式（１）に基づき計算し、Ｉδ(x,y)のヒストグラムＨ（δ）を得る。
【数１】
2011002247.tif 000003
なお、上記評価関数を示す式（１）は、式（２）に示すように、総サンプル数をｎとし、ｋｉを光強度の差分を算出する際の方向角に応じた感度をコントロールするための重み係数として、Δｘｉ、Δｙｉだけ離間した画素に対する光強度との差分の総和をＩδ(ｘ，ｙ)と定義しても良い。
【数２】
2011002247.tif 000004
【００３４】
そして、式（１）に基づいて得られたヒストグラムＨ（δ）は、図５に示すようになり、（ａ）のように光強度の変化が緩やかな場合（ピンボケ状態）、差分値δの低い所に多く分布されるが、（ｂ）から（ｃ）へと光強度の変化が急になるにつれて（合焦状態に近づくにつれて）、差分値δは全体的に散らばる関係を有することから、Ｈ（δ）の分散Ｄ（式（３））、或いは、標準偏差Ｓｄ（式（４））を計算し、得られた分散Ｄ、或いは、標準偏差ＳｄをＡＦ値として扱う。
【００３５】
【数３】
2011002247.tif 000005
【数４】
2011002247.tif 000006
【００３６】
ここで、式（３）及び式（４）において、Ｎは画素の総数を示し、差分値δは濃度値（ヒストグラムＨ（δ）の区間）であり、例えば、８ビットにおいては０〜２５５までの何れかの値を持つ。また、δ(―)は差分値δの平均値を、δｍａｘは差分値δの最大値（例えば、図５においてはδ＝２５５となる値）を示す。
【００３７】
なお、δ＝０まわりで、ヒストグラムＨ（δ）の一次モーメントＣ（式（５））、或いは、二次モーメントＣ２（式（６））を計算し、得られた一次モーメントＣ、或いは、二次モーメントＣ２をＡＦ値として扱ってもよい。
【数５】
2011002247.tif 000007
【数６】
2011002247.tif 000008
【００３８】
ＡＦ値記憶部６３ｂは、ＣＰＵ６１がＡＦ値算出プログラム６３ａを実行することにより算出したＡＦ値を、当該ＡＦ値の算出された試料台２の位置と対応付けて記憶する。
【００３９】
条件記憶部６３ｇは、例えば、試験条件値と、くぼみの合焦位置を決定するための条件と、を対応付けて、図６のテーブル６３ｇｇに示すようなテーブル形式等で記憶する。つまり、条件記憶部６３ｇは、硬さ試験機１００による従前の硬さ試験において、操作部７を介してユーザに入力された試験条件値、及び当該試験条件値が入力された際に用いられ、好適な合焦状態を達成させた条件（例えば、後述の極大値合焦条件や極小値合焦条件等）を対応付けて記憶する。
【００４０】
抽出プログラム６３ｈは、ＣＰＵ６１に、操作部７により入力される試験条件値と、条件記憶部６３ｇに記憶された試験条件値と、を比較し、一致した試験条件値がある場合、当該一致した試験条件値に対応するくぼみの合焦位置を決定するための条件を条件記憶部６３ｇより抽出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、ＣＰＵ６１が抽出プログラム６３ｈを実行すると、ユーザが操作部７により試験条件値を入力した場合に、当該試験条件値と一致する試験条件値を、テーブル６３ｇｇより検索し、検索された場合は、当該試験条件値に対応するくぼみの合焦位置を決定するための条件を、テーブル６３ｇｇから取得する。
ＣＰＵ６１は、かかる抽出プログラム６３ｈを実行することで、抽出手段、決定手段として機能する。
【００４１】
表示プログラム６３ｃは、ＣＰＵ６１に、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶されたＡＦ値を、試料台２の位置に応じた曲線としてモニタ８に表示する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、ＣＰＵ６１が表示プログラム６３ｃを実行すると、ＡＦ値を縦軸、試料台２の位置（高さ位置）を横軸として、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶されたＡＦ値をプロットして曲線補完し、例えば、図７（ａ）（ｂ）に示されるようなＡＦ値曲線（合焦度合い曲線）をモニタ８に表示する。
ＣＰＵ６１は、かかる表示プログラム６３ｃを実行することで、表示手段、決定手段として機能する。
【００４２】
決定プログラム６３ｄは、ＣＰＵ６１に、試料Ｓに形成されたくぼみの合焦位置を所定の条件に基づいて決定する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、ＣＰＵ６１が決定プログラム６３ｄを実行すると、操作部７により手動モードが設定されている場合には、表示プログラム６３ｃの実行によりＡＦ値曲線をモニタ８上で確認したユーザに、くぼみの合焦位置を決定するための条件としての極大値合焦条件や極小値合焦条件をモニタ８上に表示して確認させ、操作部７を介して上記条件の中から一の条件を選択させて合焦位置を決定する。
また、ＣＰＵ６１が決定プログラム６３ｄを実行すると、操作部７により自動モードが設定されており、抽出プログラム６３ｈの実行により条件が抽出されている場合には、当該抽出された条件に基づいてくぼみの合焦位置を自動的に決定する。一方で、ＣＰＵ６１は、上記条件が抽出されていない場合には、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶されたＡＦ値よりＡＦ値曲線の次数を解析し、解析されたＡＦ値曲線の次数が二の場合、極大値合焦条件により焦点位置を自動的に決定する一方、解析されたＡＦ値曲線の次数が四の場合、極小値合焦条件により焦点位置を自動的に決定する。
ＣＰＵ６１は、かかる決定プログラム６３ｄを実行することで、決定手段として機能する。
【００４３】
ここで、極大値合焦条件とは、例えば、図７（ａ）のＡＦ値曲線（合焦度合い曲線）に示すように、試料台２の高さ位置に応じてＡＦ値が二次曲線的に変化する場合に、当該曲線の極大値をとる位置を合焦位置として決定する条件である。つまり、試料Ｓが炭素工具鋼（例えば、ＳＫ−５）等の比較的硬い（例えば、ビッカース硬さが７００Ｈｖ程度）材料である場合は、圧子１４ａを試料Ｓに押し込んでくぼみを形成した際に、くぼみに盛り上がりが生じることなく、ＡＦ値は図７（ａ）のように単一の極値点Ｐ１を有する二次曲線的な変化をする。そのため、従来の合焦位置の検出方法通り、ＡＦ値がピーク値となる位置、すなわち、上記二次曲線の極大値をとる極値点Ｐ１が合焦位置となる。
【００４４】
一方で、極小値合焦条件とは、例えば、図７（ｂ）に示すように、試料台２の高さ位置に応じてＡＦ値が四次曲線的に変化する場合に、当該曲線の極小値をとる位置を合焦位置として決定する条件である。つまり、試料Ｓが軟鋼等の比較的軟らかい（例えば、ビッカース硬さが１５０Ｈｖ程度）材料である場合は、圧子１４ａを試料Ｓに押し込んでくぼみを形成した際、押し込まれた試料Ｓの一部が圧子１４ａの押し込み方向と逆向きに隆起して、くぼみの一部（エッジ部）に盛り上がりを生じさせる。そのため、同一のくぼみ上に盛り上がった部分と盛り上がっていない部分が混在する（つまり、凹凸が形成される）ので、ＡＦ値は複数の極値点を有する二次以上の高次曲線的な変化をする（特に、図７（ｂ）に示すような極値点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を有する四次曲線的な変化を示す傾向がある）。そして、ＡＦ値がこのような変化を行うとき、必ずしも従来のようにＡＦ値がピーク値（極大値）となる位置が合焦位置とはならない。例えば、図７（ｂ）に示すようなＡＦ値が四次曲線的な変化を示す場合、極大値をとる極値点Ｐ２，Ｐ４ではなく、むしろ極小値をとる極値点Ｐ３の方がより合焦した状態を示す位置となることが把握されている。
【００４５】
そのため、ＡＦ値曲線をモニタ８上で確認した上で、上記何れの条件に基づいて合焦位置を決定するかをユーザに選択させる（手動モード）、または、抽出プログラム６３ｈの実行により予め把握されている適切な条件を抽出する、あるいは、ＡＦ値曲線の次数を解析した上で上記条件を決定する（自動モード）、ことにより、より好適な合焦状態で試料Ｓのくぼみを観察することが可能となる。
【００４６】
移動プログラム６３ｅは、ＣＰＵ６１に、決定プログラム６３ｄの実行により決定されたくぼみの合焦位置に、試料台２を移動させる機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、ＣＰＵ６１が移動プログラム６３ｅを実行すると、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶されたＡＦ値及び試料台２の位置を参照し、昇降機構部５及びＡＦ（Ｚ）ステージ４を上下方向（Ｚ軸方向）に駆動し、ＡＦ値が極大値を取る位置や極小値を取る位置（つまり、決定プログラム６３ｄの実行により決定されたくぼみの合焦位置）まで試料台２を移動させて合焦（フォーカシング）させる。
【００４７】
（フォーカシング処理）
次に、硬さ試験機１００を用いた試料Ｓに形成されたくぼみに対するフォーカシング処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
まず、ＣＰＵ６１は、操作部７を介してユーザにより自動モードが選択されたか否かを判断する（ステップＳ１）。
そして、ＣＰＵ６１は、自動モードが選択されていない、つまり手動モードが選択されていると判断した場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、ステップＳ７の処理を行う。
【００４９】
次いで、ＣＰＵ６１は、自動モードが選択されたと判断した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、操作部７を介してユーザにより試験条件値が入力されたか否かを判断する（ステップＳ２）。
そして、ＣＰＵ６１は、試験条件値が入力されていないと判断した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ステップＳ４の処理を行う。
【００５０】
次いで、ＣＰＵ６１は、試験条件値が入力されたと判断した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、抽出プログラム６３ｈを実行し、テーブル６３ｇｇより、上記試験条件値に基づいて、くぼみの合焦位置を決定するための条件を抽出できたか否かを判断する（ステップＳ３）。
そして、ＣＰＵ６１は、条件を抽出できたと判断した場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２の処理を行う。
【００５１】
一方で、ＣＰＵ６１は、条件を抽出できなかったと判断した場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、ＡＦ値算出プログラム６３ａを実行し、予め初期設定された範囲で試料台２を移動させてＡＦ値を算出する（ステップＳ４）。
次いで、ＣＰＵ６１は、ステップＳ４にて算出されたＡＦ値を、試料台２の位置と対応付けて、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶する（ステップＳ５）。
次いで、ＣＰＵ６１は、決定プログラム６３ｄを実行し、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶されたＡＦ値よりＡＦ値曲線の次数を解析し、くぼみの合焦位置を決定する条件を定める（ステップＳ６）。
【００５２】
次いで、ＣＰＵ６１は、ＡＦ値を算出する際の試料台２の移動範囲が、操作部７を介してユーザにより指定されているか否かを判断する（ステップＳ７）。
そして、ＣＰＵ６１は、ユーザにより指定されていると判断した場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、ＡＦ値算出プログラム６３ａを実行し、当該範囲に基づいてＡＦ値を算出する（ステップＳ８）。
一方で、ＣＰＵ６１は、ユーザにより指定されていないと判断した場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、ＡＦ値算出プログラム６３ａを実行し、予め初期設定された範囲で試料台２を移動させてＡＦ値を算出する（ステップＳ９）。
【００５３】
次いで、ＣＰＵ６１は、ステップＳ８又はステップＳ９にて算出されたＡＦ値を、試料台２の位置と対応付けて、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶する（ステップＳ１０）。
次いで、ＣＰＵ６１は、表示プログラム６３ｃを実行し、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶されたＡＦ値に基づくＡＦ値曲線をモニタ８に表示する（ステップＳ１１）。
【００５４】
次いで、ＣＰＵ６１は、決定プログラム６３ｄを実行し、ステップＳ３で抽出される条件や、ステップＳ６で定められる条件や、操作部７を介してユーザに選択される条件に基づいて、くぼみの合焦位置を決定する（ステップＳ１２）。
【００５５】
次いで、ＣＰＵ６１は、移動プログラム６３ｅを実行し、ステップＳ８で決定されたくぼみの合焦位置まで試料台２を移動させてフォーカシングさせる。（ステップＳ１３）。
【００５６】
次いで、ＣＰＵ６１は、ステップＳ２で判断された試験条件値と、ステップＳ１２で使用される条件により、条件記憶部６３ｇを更新する（ステップＳ１４）。
【００５７】
以上のように、本発明に係る硬さ試験機１００は、試料台２を上下方向に移動させ、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ＡＦ（Ｚ）ステージ４及び昇降機構部５と、試料Ｓの表面に形成されたくぼみを撮像するＣＣＤカメラ１２と、試料台２がＡＦ（Ｚ）ステージ４及び昇降機構部５により移動される度に、ＣＣＤカメラ１２により撮像されたくぼみのＡＦ値を算出するＡＦ値算出プログラム６３ａと、ＣＣＤカメラ１２により移動された試料台２の位置と、試料台２の位置におけるＡＦ値と、を対応付けて記憶するＡＦ値記憶部６３ｂと、くぼみの合焦位置を所定の条件に基づいて決定する決定プログラム６３ｄと、を備え、所定の条件には、ＡＦ値曲線の極小値をくぼみの合焦位置として決定する極小値合焦条件が含まれる。
つまり、硬さ試験の対象とする試料Ｓが軟鋼材等であり、ＡＦ値が極大値をとる位置が合焦位置とならない場合でも、極小値をとる位置をくぼみの合焦位置として決定する極小値合焦条件を用いることで合焦位置の検出が可能となる。
よって、本発明は、圧子によって形成される試料のくぼみに盛り上がりが生じる場合でも、合焦位置を検出できる硬さ試験機、であるといえる。
【００５８】
また、所定の条件には、ＡＦ値曲線の極大値をくぼみの合焦位置として決定する極大値合焦条件が含まれ、硬さ試験機１００は、ＡＦ値曲線をモニタ８に表示する表示プログラム６３ｃと、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操作部７と、を備える。
つまり、極大値合焦条件や極小値合焦条件をモニタ８上に表示し、ＡＦ値曲線をモニタ８上で確認したユーザに、操作部７を介して上記条件の中から一の条件を選択させて合焦位置を決定させることができる。そのため、ユーザが当該ＡＦ値曲線に対して最適と判断する条件を選択することで、好適な合焦状態で試料Ｓのくぼみを観察することが可能となる。
【００５９】
また、決定プログラム６３ｄは、ＡＦ値記憶部６３ｂに記憶されたＡＦ値よりＡＦ値曲線の次数を解析し、解析されたＡＦ値曲線の次数が二の場合、極大値合焦条件により焦点位置を自動的に決定する一方、解析されたＡＦ値曲線の次数が四の場合、極小値合焦条件により焦点位置を自動的に決定する。
つまり、ＡＦ値曲線の次数に応じて、適宜くぼみの合焦位置を決定するための適切な条件が自動的に用いられてフォーカシングされるので、ユーザの合焦位置を調整する労力が軽減される。
【００６０】
また、硬さ試験機１００は、試験条件値と、くぼみの合焦位置を決定するための条件と、を対応付けて記憶する条件記憶部６３ｇと、操作部７により入力された試験条件値と、条件記憶部６３ｇに記憶された試験条件値と、を比較し、一致した試験条件値がある場合、当該一致した試験条件値に対応するくぼみの合焦位置を決定するための条件を条件記憶部６３ｇより抽出する抽出プログラム６３ｈと、を備え、抽出プログラム６３ｈにより抽出された条件により、くぼみの合焦位置を自動的に決定する。
つまり、硬さ試験機１００による従前の硬さ試験において、操作部７を介してユーザに入力された試験条件値、及び当該試験条件値が入力された際に用いられ、好適な合焦状態を達成させた条件を抽出し、当該条件に基づいてくぼみの合焦位置を決定するので、一層好適な合焦状態で試料Ｓのくぼみを観察することが可能となる。
【００６１】
また、操作部７は、ユーザに、ＡＦ値算出プログラム６３ａを実行する際の、試料台２の移動する範囲を指定させることができる。
つまり、ＡＦ値を算出する試料台２の位置を、くぼみの合焦位置を決定する上で必要となる範囲（例えば、ＡＦ値が極大／極小値又はその近傍の値を示すことが予測される範囲）に限定することができるので、予め初期設定された範囲に対してＡＦ値を算出するような場合に比べて、ＣＰＵ６１の演算負荷を軽減し、ＡＦ値記憶部６３ｂの記憶領域の節約を図ることができる。
【００６２】
なお、本発明の範囲は上記実施形態に限られることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、上記実施形態において、条件記憶部６３ｇに記憶される条件として極大値合焦条件や極小値合焦条件を例示しているが、上記２つの条件に限定されるものではない。つまり、従前の硬さ試験において、より好適な合焦状態を発揮する合焦位置を決定する条件が用いられている場合は、当該条件を記憶したものであっても勿論よい。
また、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相対距離変化手段として、昇降機構部５及びＡＦ（Ｚ）ステージ４により試料台２を移動させる構成を例示したが、対物レンズ１５を移動させて相対距離を変化させるものや、対物レンズ１５と試料台２を両方移動させて相対距離を変化させるものであってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１００    硬さ試験機
１        硬さ測定部
２        試料台
１２      ＣＣＤカメラ（撮像手段）
４        ＡＦ（Ｚ）ステージ（相対距離変化手段）
５        昇降機構部（相対距離変化手段）
６１      ＣＰＵ（合焦度合い算出手段、表示手段、決定手段、抽出手段）
６３ａ    ＡＦ値算出プログラム（合焦度合い算出手段）
６３ｂ    ＡＦ値記憶部（記憶手段）
６３ｃ    表示プログラム（表示手段、決定手段）
６３ｄ    決定プログラム（決定手段）
６３ｇ    条件記憶部（条件記憶手段）
６３ｈ    抽出プログラム（抽出手段、決定手段）
７        操作部（選択操作部、条件入力部、指定部、決定手段）
８        モニタ（表示画面）
Ｓ        試料
【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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