(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
撮像手段を制御して前記くぼみを含む前記試料を撮像させ、当該試料の三次元形状データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段により取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
を備え、
前記硬さ算出手段は、前記データ取得手段により取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの体積を算出し、当該算出されたくぼみの体積に基づいて前記試料の硬さを算出することを特徴とする硬さ試験機。
【請求項２】
前記硬さ算出手段は、予め作成されたくぼみの体積と試料の硬さとが対応付けられた硬さ算出テーブルに基づいて、前記試料の硬さを算出す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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
撮像手段を制御して前記くぼみを含む前記試料を撮像させ、当該試料の三次元形状データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段により取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
を備え、
前記硬さ算出手段は、前記データ取得手段により取得された試料の三次元形状データの画素毎にその高さに応じて輝度値を割り当てることで二次元画像を生成し、当該生成された二次元画像に基づいて前記試料の表面に形成されたくぼみの領域を算出し、当該算出されたくぼみ領域に基づいて前記試料の硬さを算出することを特徴とする硬さ試験機。
【請求項４】
前記硬さ算出手段は、前記二次元画像を生成する際、前記試料の表面の高さ以上の高さと、当該試料の表面の高さ未満の高さと、で異なる輝度値を割り当てる２値化処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の硬さ試験機。
【請求項５】
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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
撮像手段を制御して前記くぼみを含む前記試料を撮像させ、当該試料の三次元形状データを取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程で取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出工程と、
を含み、
前記硬さ算出工程は、前記データ取得工程で取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの体積を算出し、当該算出されたくぼみの体積に基づいて前記試料の硬さを算出することを特徴とする硬さ試験方法。
【請求項６】
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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
撮像手段を制御して前記くぼみを含む前記試料を撮像させ、当該試料の三次元形状データを取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程で取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出工程と、
を含み、
前記硬さ算出工程は、前記データ取得工程で取得された試料の三次元形状データの画素毎にその高さに応じて輝度値を割り当てることで二次元画像を生成し、当該生成された二次元画像に基づいて前記試料の表面に形成されたくぼみの領域を算出し、当該算出されたくぼみ領域に基づいて前記試料の硬さを算出することを特徴とする硬さ試験方法。
【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、所定の試験力で圧子を試料に押し付けて形成したくぼみの寸法に基づいて試料の硬さを計測する硬さ試験機が知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、ビッカース硬さ試験機は、正四角錐の圧子を試料の表面に押し込んで形成したくぼみの対角線長さを計測し、この計測したくぼみの対角線長さに基づいて、硬さを算出している。
【０００３】
このような硬さ試験機では、試料の硬さ試験を行う際、撮像手段により撮像された試料表面の画像に対して、２値化処理等の画像処理を行うことにより、試料表面に形成されたくぼみの位置及び大きさ、即ち、くぼみ領域を認識する処理が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、上記従来の硬さ試験機では、特に、組織観察のために試料表面に食刻（エッチング）処理を施して試験を行う場合において、撮像された画像の輝度分布が複雑なものであるため、試料表面に形成されたくぼみ領域を認識することが困難であり、硬さ試験を行うことが困難であった。
【０００６】
本発明は、エッチング処理を施した試料に対しても、容易に硬さ試験を行う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】
【０００７】
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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
撮像手段を制御して前記くぼみを含む前記試料を撮像させ、当該試料の三次元形状データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段により取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
を備え、
前記硬さ算出手段は、前記データ取得手段により取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの体積を算出し、当該算出されたくぼみの体積に基づいて前記試料の硬さを算出す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、
前記硬さ算出手段は、予め作成されたくぼみの体積と試料の硬さとが対応付けられた硬さ算出テーブルに基づいて、前記試料の硬さを算出することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、
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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け手段と、
撮像手段を制御して前記くぼみを含む前記試料を撮像させ、当該試料の三次元形状データを取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段により取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出手段と、
を備え、
前記硬さ算出手段は、前記データ取得手段により取得された試料の三次元形状データの画素毎にその高さに応じて輝度値を割り当てることで二次元画像を生成し、当該生成された二次元画像に基づいて前記試料の表面に形成されたくぼみの領域を算出し、当該算出されたくぼみ領域に基づいて前記試料の硬さを算出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３に記載の硬さ試験機において、
前記硬さ算出手段は、前記二次元画像を生成する際、前記試料の表面の高さ以上の高さと、当該試料の表面の高さ未満の高さと、で異なる輝度値を割り当てる２値化処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、
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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
撮像手段を制御して前記くぼみを含む前記試料を撮像させ、当該試料の三次元形状データを取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程で取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出工程と、
を含み、
前記硬さ算出工程は、前記データ取得工程で取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の表面に形成されたくぼみの体積を算出し、当該算出されたくぼみの体積に基づいて前記試料の硬さを算出することを特徴とする硬さ試験方法である。
請求項６に記載の発明は、
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、
前記圧子を前記試料の表面に押し付けることにより、当該試料の表面に前記くぼみを形成させるくぼみ付け工程と、
撮像手段を制御して前記くぼみを含む前記試料を撮像させ、当該試料の三次元形状データを取得するデータ取得工程と、
前記データ取得工程で取得された試料の三次元形状データに基づいて、前記試料の硬さを算出する硬さ算出工程と、
を含み、
前記硬さ算出工程は、前記データ取得工程で取得された試料の三次元形状データの画素毎にその高さに応じて輝度値を割り当てることで二次元画像を生成し、当該生成された二次元画像に基づいて前記試料の表面に形成されたくぼみの領域を算出し、当該算出されたくぼみ領域に基づいて前記試料の硬さを算出することを特徴とする硬さ試験方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エッチング処理を施した試料に対しても、容易に硬さ試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る硬さ試験機の全体構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態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】本実施形態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】図３の硬さ測定部における対物レンズ部の構成を示す要部拡大図である。
【図５】本実施形態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６】本実施形態に係る硬さ試験機の動作を示すフローチャートである。
【図７】試料の三次元形状データに基づく画像の一例を示す図である。
【図８】変形例に係る硬さ試験機の動作を示すフローチャートである。
【図９】二次元画像の一例を示す図である。
【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面に基づいて説明する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。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。
【００１７】
硬さ試験機１００は、例えば、圧子１７ａ（図２参照）の平面形状が矩形状に形成されたビッカース硬さ試験機である。硬さ試験機１００は、図１〜図５に示すように、試験機本体１０と、制御部６と、操作部７と、モニター８と、を備えて構成されている。
【００１８】
試験機本体１０は、図２に示すように、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と、を備えて構成されている。
【００１９】
硬さ測定部１は、図２及び図３に示すように、光出射部１１と、光学ヘッド部１２と、対物レンズ部１３と、結像レンズ１４と、撮像部１５と、駆動機構部１６（図５参照）と、圧子１７ａを備える圧子軸１７と対物レンズ部１３を備え、回転することにより圧子軸１７と対物レンズ部１３との切り替えが可能なターレット１８と、を備えて構成されている。
【００２０】
光出射部１１は、広帯域に亘る多数の波長成分を有しコヒーレンシーの低い広帯域光を出力する光源を備え、例えば、ハロゲンやＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの白色光源が用いられる。
【００２１】
光学ヘッド部１２は、ビームスプリッタ１２１と、コリメータレンズ１２２と、を備えて構成されている。光出射部１１から出射した光（白色光）は、対物レンズ部１３の光軸Ｌと直角の方向から、コリメータレンズ１２２を介してビームスプリッタ１２１に平行に照射され、ビームスプリッタ１２１からは光軸Ｌに沿った光が出射されて、対物レンズ部１３に対して上方から平行ビームが照射される。
【００２２】
対物レンズ部１３は、図４に示すように、同一光軸Ｌ上に上方から順に、対物レンズ１３１と、参照ミラー１３２付きガラスプレート１３３と、ビームスプリッタ１３４と、ビームスプリッタ１３４を載置するガラスプレート１３５と、を備えて構成されている。また、対物レンズ部１３の下方には、試料Ｓが試料台２に載置されている。
【００２３】
ここで、図４を用いて、対物レンズ部１３上方から、光学ヘッド部１２を介して平行ビームが対物レンズ１３１に入射したことを想定して、干渉動作を説明する。なお、図４中の矢印に沿った光路を用いて説明するが、実際、干渉は光軸Ｌに対して回転対称に起こる。
まず、入射光は対物レンズ１３１で収束光となり、ビームスプリッタ１３４に入射する。ここで、入射光は、参照ミラー１３２を有する参照光路（図４中破線）を進む反射光と、試料Ｓを配置した測定光路（図４中実線）を進む透過光とに分岐する。
反射光は、収束して参照ミラー１３２で反射され、その後、ビームスプリッタ１３４で反射される。一方、透過光は、収束して試料Ｓの一点を照射し、そこで反射されてビームスプリッタ１３４に入射して透過する。ここで、参照ミラー１３２からの反射光と試料Ｓからの反射光とはビームスプリッタ１３４により合波されて合成波となる。
合成波は、対物レンズ１３１で平行ビームになり上方へ進み、結像レンズ１４に入射する（図３中一点鎖線）。このとき、参照光路（光路１＋光路２）と測定光路（光路３＋光路４）の光路長が等しいときに、干渉縞が発生する。
その後、合成波は、結像レンズ１４で収束して撮像部１５に入射し、撮像部１５上に結像して干渉画像を形成する。干渉画像は制御部６に取り込まれて画像処理が施される。
【００２４】
撮像部１５は、撮像手段を構成するための２次元の撮像素子からなるＣＣＤカメラ等であり、対物レンズ部１３から出力された合成波（試料Ｓからの反射光と参照ミラー１３２からの反射光）の干渉画像を撮像するものである。
撮像部１５により撮像された干渉画像の画像データは電気信号として制御部６に取り込まれ、所定の画像処理が施された後、モニター８上に表示される。
【００２５】
駆動機構部１６は、制御部６からの移動指令によって、光学ヘッド部１２を光軸Ｌ方向に移動させる。
対物レンズ１３１のフォーカス位置は、試料Ｓの表面の所定位置に設定されている。
ここで、図４において、ビームスプリッタ１３４から参照ミラー１３２までの距離をｄ１、ビームスプリッタ１３４からフォーカス位置までの距離をｄ２とすると、ｄ１＝ｄ２の位置において光路長差０となる。
従って、駆動機構部１６は、測定に際しては、光路長差０（ｄ１＝ｄ２）となるように、光学ヘッド部１２を光軸Ｌ方向に移動させることでｄ２の距離を調整する。
なお、上記では光学ヘッド部１２を移動させる場合を例示して説明したが、試料台２を移動させることでｄ２の距離を調整する構成としてもよい。
また、ビームスプリッタ１３４から参照ミラー１３２までの距離ｄ１を可変とする構成としてもよい。
【００２６】
圧子軸１７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に向けて移動され、先端部に備えた圧子１７ａを試料Ｓの表面に所定の試験力で押し付ける。本実施形態では、圧子１７ａとして、ビッカース用の四角錐圧子（対面角が１３６±０．５°）を使用する。
【００２７】
ターレット１８は、下面に圧子軸１７と対物レンズ部１３とを取り付け可能に構成されている。ターレット１８は、Ｚ軸方向を中心に回転することにより、圧子軸１７及び対物レンズ部１３の中のいずれか一を試料Ｓの上方に配置可能なように構成されている。即ち、圧子軸１７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することができ、対物レンズ部１３を試料Ｓの上方に配置することで形成されたくぼみを観察することができるようになっている。
【００２８】
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ＸＹステージ駆動機構部（図示省略）により駆動され、試料台２を圧子１７ａの移動方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｘ，Ｙ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、撮像部１５が撮像した画像データに基づき試料台２を微細に昇降させることで、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Ｚ方向に移動させることで、試料台２と対物レンズ部１３との間の相対距離を変化させる。
【００２９】
操作部７は、キーボード７１と、マウス７２と、を備えて構成され、硬さ試験を行う際のユーザによる入力操作を受け付ける。そして、操作部７は、ユーザによる所定の入力操作を受け付けると、その入力操作に応じた所定の操作信号を生成して、制御部６へと出力する。
具体的には、操作部７は、ユーザが、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と対物レンズ部１３との間の相対距離の範囲）を指定する操作を受け付ける。
また、操作部７は、ユーザが、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する操作を受け付ける。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１７ａにより試料Ｓに負荷される試験力（Ｎ）、等の値である。
また、操作部７は、ユーザが、硬さ試験を実施する際の試験位置をプログラミングする操作を受け付ける。
【００３０】
モニター８は、例えば、ＬＣＤなどの表示装置により構成されている。モニター８は、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、及び撮像部１５により撮像された干渉画像に基づいて取得される試料Ｓの三次元形状データ等を表示する。
【００３１】
制御部６は、図５に示すように、ＣＰＵ６１と、ＲＡＭ６２と、記憶部６３と、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。
【００３２】
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。
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。
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。
また、記憶部６３は、撮像部１５により撮像された干渉画像の画像データを複数枚のフレームとして記憶する。なお、記憶部６３に記憶された干渉画像の画像データは、撮像部１５の感度特性等の影響を排除するため、予め作成された補正テーブル等により、干渉強度値などを適正に補正されて、記憶される。また、撮像部１５により撮像された干渉画像に基づいて取得される試料Ｓの三次元形状データを記憶する。
また、記憶部６３は、予め作成されたくぼみの体積と試料Ｓの硬さとが対応付けられた硬さ算出テーブルを記憶する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。
まず、ＣＰＵ６１は、圧子１７ａにより試料Ｓの表面にくぼみを形成させる（ステップＳ１１：くぼみ付け工程）。具体的には、まず、ユーザは、試料台２の上面に硬さ試験の対象となる試料Ｓを載置して試料固定部２ａで固定する。次に、ＣＰＵ６１は、ターレット１８を回転させて圧子軸１７を試料Ｓに対向する所定の位置に配置させる。そして、ＣＰＵ６１は、負荷機構部（図示省略）を駆動することにより圧子軸１７を下降させ、圧子軸１７の先端部に備えられた圧子１７ａにより試料Ｓの表面にくぼみを形成させる。
即ち、ＣＰＵ６１は、圧子１７ａを試料Ｓの表面に押し付けることにより、試料Ｓの表面にくぼみを形成させるくぼみ付け手段として機能する。
【００３４】
次に、ＣＰＵ６１は、撮像部１５により撮像された干渉画像に基づいて、試料Ｓの三次元形状データを取得する（ステップＳ１２：データ取得工程）。具体的には、まず、ＣＰＵ６１は、ターレット１８を回転させて、圧子軸１７の代わりに対物レンズ部１３を試料Ｓに対向する所定の位置に配置させる。次いで、ＣＰＵ６１は、試料Ｓと対物レンズ部１３間の距離を駆動機構部１６により調整し、そのピント位置を、撮像部１５により撮像された干渉画像において発生した干渉縞を認識することで検出する。そして、ＣＰＵ６１は、駆動機構部１６を制御してＺ方向にスキャンしながら、撮像部１５の各ピクセル位置で干渉縞強度（輝度）がピークとなる位置を検出することで、試料Ｓの三次元形状データを合成して取得する。
図７に、ステップＳ１２で取得された試料Ｓの三次元形状データに基づく画像Ｇ１の一例を示す。なお、図７中のＫ１は、試料Ｓの表面に形成されたくぼみを示している。
即ち、ＣＰＵ６１は、撮像部１５を制御してくぼみＫ１を含む試料Ｓを撮像させ、当該試料Ｓの三次元形状データを取得するデータ取得手段として機能する。
【００３５】
次に、ＣＰＵ６１は、ステップＳ１２で取得された試料Ｓの三次元形状データに基づいて、試料Ｓの表面に形成されたくぼみＫ１の体積を算出する（ステップＳ１３）。
【００３６】
次に、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの硬さを算出する（ステップＳ１４：硬さ算出工程）。具体的には、ＣＰＵ６１は、予め作成されたくぼみＫ１の体積と試料Ｓの硬さとが対応付けられた硬さ算出テーブルを参照して、ステップＳ１３で算出されたくぼみＫ１の体積に基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。
即ち、ＣＰＵ６１は、データ取得手段により取得された試料Ｓの三次元形状データに基づいて、試料Ｓの硬さを算出する硬さ算出手段として機能する。
また、ＣＰＵ６１は、硬さ算出手段として、データ取得手段により取得された試料Ｓの三次元形状データに基づいて、試料Ｓの表面に形成されたくぼみＫ１の体積を算出し、当該算出されたくぼみＫ１の体積に基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。
また、ＣＰＵ６１は、硬さ算出手段として、予め作成されたくぼみＫ１の体積と試料Ｓの硬さとが対応付けられた硬さ算出テーブルに基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。
【００３７】
次に、ＣＰＵ６１は、モニター８を制御して、ステップＳ１４で算出された試料Ｓの硬さを表示させる（ステップＳ１５）。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、圧子１７ａを試料Ｓの表面に押し付けることにより、当該試料Ｓの表面にくぼみＫ１を形成させるくぼみ付け手段（ＣＰＵ６１）と、撮像手段（撮像部１５）を制御してくぼみＫ１を含む試料Ｓを撮像させ、当該試料Ｓの三次元形状データを取得するデータ取得手段（ＣＰＵ６１）と、データ取得手段により取得された試料Ｓの三次元形状データに基づいて、試料Ｓの硬さを算出する硬さ算出手段（ＣＰＵ６１）と、を備える。また、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、硬さ算出手段は、データ取得手段により取得された試料Ｓの三次元形状データに基づいて、試料Ｓの表面に形成されたくぼみＫ１の体積を算出し、当該算出されたくぼみＫ１の体積に基づいて試料Ｓの硬さを算出する。また、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、硬さ算出手段は、予め作成されたくぼみＫ１の体積と試料Ｓの硬さとが対応付けられた硬さ算出テーブルに基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、エッチング処理を施した試料に対しても、くぼみの形状を容易に認識することができるので、容易に硬さ試験を行うことができる。
【００３９】
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。
【００４０】
（変形例）
例えば、図８に示す例では、実施形態と比べ、試料Ｓの硬さを算出する際の、試料Ｓの三次元形状データの利用方法が異なっている。なお、変形例の装置構成は実施形態と同様であるので、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４１】
以下、変形例に係る硬さ試験機１００の動作について、図８のフローチャートを参照して説明する。
まず、ＣＰＵ６１は、圧子１７ａにより試料Ｓの表面にくぼみを形成させる（ステップＳ２１）。
次に、ＣＰＵ６１は、撮像部１５により撮像された干渉画像に基づいて、試料Ｓの三次元形状データを取得する（ステップＳ２２）。
上記のステップＳ２１及びステップＳ２２の処理は、実施形態に係る硬さ試験機１００の動作について示す図４のステップＳ１１及びステップＳ１２の処理と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
次に、ＣＰＵ６１は、ステップＳ２２で取得された試料Ｓの三次元形状データに基づいて、試料Ｓの表面（平面）とくぼみＫ１の境界形状を抽出し、くぼみ領域（くぼみＫ１の位置及び大きさ）を算出する（ステップＳ２３）。具体的には、まず、ＣＰＵ６１は、ステップＳ２２で取得された試料Ｓの三次元形状データに基づいて試料Ｓの表面の高さを算出し、試料Ｓの三次元形状データの画素毎にその高さに応じて輝度値を割り当てることで、二次元画像を生成する。例えば、図９に示すように、試料Ｓの表面の高さに最大値近傍の輝度値（２００〜２５５程度）を割り当てるとともに、試料Ｓの表面から高さが低くなる場合に急激に最小値近傍の輝度値（０〜２０程度）を割り当てる、いわゆる非線形割り当てを行うことで、二次元画像Ｇ２を生成する。即ち、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの表面の高さ以上の高さと、当該試料Ｓの表面の高さ未満の高さと、で異なる輝度値を割り当てる２値化処理を行うことで、二次元画像Ｇ２を生成する。そして、ＣＰＵ６１は、生成された二次元画像Ｇ２に基づいて、試料Ｓの表面とくぼみＫ１の境界形状を抽出し、くぼみ領域を算出する。
【００４３】
次に、ＣＰＵ６１は、試料Ｓの硬さを算出する（ステップＳ２４）。具体的には、ＣＰＵ６１は、ステップＳ２３で算出されたくぼみ領域に基づいて、くぼみＫ１の対角線長さを計測し、計測された対角線長さに基づいて試料Ｓの硬さを算出する。
即ち、ＣＰＵ６１は、硬さ算出手段として、データ取得手段により取得された試料Ｓの三次元形状データの画素毎にその高さに応じて輝度値を割り当てることで二次元画像Ｇ２を生成し、当該生成された二次元画像Ｇ２に基づいて試料Ｓの表面に形成されたくぼみＫ１の領域を算出し、当該算出されたくぼみ領域に基づいて試料Ｓの硬さを算出する。また、ＣＰＵ６１は、硬さ算出手段として、二次元画像Ｇ２を生成する際、試料Ｓの表面の高さ以上の高さと、当該試料Ｓの表面の高さ未満の高さと、で異なる輝度値を割り当てる２値化処理を行う。
【００４４】
次に、ＣＰＵ６１は、モニター８を制御して、ステップＳ２４で算出された試料Ｓの硬さを表示させる（ステップＳ２５）。
【００４５】
以上のように、変形例に係る硬さ試験機１００によれば、硬さ算出手段は、データ取得手段により取得された試料Ｓの三次元形状データの画素毎にその高さに応じて輝度値を割り当てることで二次元画像Ｇ２を生成し、当該生成された二次元画像Ｇ２に基づいて試料Ｓの表面に形成されたくぼみＫ１の領域を算出し、当該算出されたくぼみ領域に基づいて試料Ｓの硬さを算出する。
従って、変形例に係る硬さ試験機１００によれば、エッチング処理を施した試料に対しても、くぼみ領域を容易に認識することができるので、容易に硬さ試験を行うことができる。
【００４６】
また、変形例に係る硬さ試験機１００によれば、硬さ算出手段は、二次元画像Ｇ２を生成する際、試料Ｓの表面の高さ以上の高さと、当該試料Ｓの表面の高さ未満の高さと、で異なる輝度値を割り当てる２値化処理を行う。
従って、変形例に係る硬さ試験機１００によれば、くぼみＫ１の輪郭を際立たせることができるので、より正確にくぼみ領域を認識することができる。
【００４７】
（その他の変形例）
また、上記実施形態では、試料Ｓの硬さを算出する際、予め作成されたくぼみＫ１の体積と試料Ｓの硬さとが対応付けられた硬さ算出テーブルを参照するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、くぼみＫ１の体積を試料Ｓの硬さに換算する換算式を利用して、試料Ｓの硬さを算出するようにしてもよい。
【００４８】
また、上記変形例では、二次元画像を生成する際、非線形割り当て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。例えば、試料Ｓの高さと比例するように、具体的には、試料Ｓの表面から高さが離れれば離れるほど輝度値が低くなるように、輝度値を割り当てるいわゆる線形割り当てを行うようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、試料Ｓの三次元形状データを取得する構成として、白色光の干渉を利用した構成を適用するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、白色光の干渉を利用した構成の代わりに、画像測定用光学ヘッドをＺ方向に走査し連続的に取得した画像からＣＣＤの各ピクセルにおけるコントラストのピークを検出することにより、試料Ｓの三次元形状データを取得する構成を適用するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、算出された試料Ｓの硬さをモニター８に表示させる（図６のステップＳ１５）ことにより、ユーザに報知させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、音声を出力可能なスピーカ等を備えるようにして、モニター８に表示させる代わりに、スピーカから音声出力させるようにしてもよい。或いは、モニター８に表示させると同時に、スピーカから音声出力させるようにしてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態では、硬さ試験機１００としてビッカース硬さ試験機を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。圧子の形状が既知のものであればいかなる硬さ試験機に適用してもよく、例えば、ダイヤモンド長四角錘による圧子を備えるヌープ硬さ試験機等に適用することも可能である。
【００５２】
その他、硬さ試験機１００を構成する各装置の細部構成及び各装置の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】
【００５３】
１００  硬さ試験機
１０  試験機本体
１  硬さ測定部
１１  光出射部
１２  光学ヘッド部
１３  対物レンズ部
１３１  対物レンズ
１３２  参照ミラー
１３３、１３５  ガラスプレート
１３４  ビームスプリッタ
１４  結像レンズ
１５  撮像部（撮像手段）
１６  駆動機構部
１７  圧子軸
１７ａ  圧子
１８  ターレット
２  試料台
３  ＸＹステージ
４  ＡＦステージ
５  昇降機構部
６  制御部
６１  ＣＰＵ（くぼみ付け手段、データ取得手段、硬さ算出手段）
６２  ＲＡＭ
６３  記憶部
７  操作部
８  モニター
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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【図９】
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