CN112865591A - 驱动装置、振动发生装置、电子设备和驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够抑制由压电致动器的高频振动导致的问题并且提示以新的触感的驱动装置、振动发生装置、电子设备和驱动方法。本发明的驱动装置将驱动信号输出到压电致动器，其中上述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用上述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

Description

驱动装置、振动发生装置、电子设备和驱动方法

技术领域

本发明涉及关于基于振动的触觉提示的驱动装置、振动发生装置、电子设备和驱动方法。

背景技术

在对用户提示以触觉的触觉功能设备中使用了各种致动器。例如，在通知功能中使用偏心电动机或线性共振致动器等的电磁式致动器。在反馈功能中，除了这些电磁式致动器外，还使用压电式致动器。

近年来，触感技术向复杂化发展，在低频区域(100～2250Hz)的反馈功能中，通过驱动信号的复合加法运算和调制等扩大了触感表达的范围。此外，在高频区域(20～40kHz程度)，已经开发出能够提示以粗涩感或光滑感等的触感的技术(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平第8-314369号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

如上所述，通过使用高频区域(20～40kHz程度)的振动，可以对用户提示以新的触感。然而，当在高频区域产生振动时，需要使压电致动器高速地动作，存在压电致动器的功耗增加、发热、产生异常声音等问题。

鉴于以上的情况，本发明的目的在于提供能够抑制由压电致动器的高频振动导致的问题并且提示以新的触感的驱动装置、振动发生装置、电子设备和驱动方法。

用于解决技术问题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的一个方式的驱动装置将驱动信号输出到压电致动器，其中上述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用上述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

依照该构成，将低频区域的信号波作为调制波，用该调制波对高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形输出至压电致动器，由此能够使振动体产生新的触感，而且抑制压电致动器的功耗和发热，并防止异常声音的产生。

在上述驱动装置中，可以为，使上述载波的电压增益为﹣10dB以上0dB以下，使上述调制波的电压增益为﹣6dB以上0dB以下。

在上述驱动装置中，可以为，使上述载波的电压增益为﹣10dB，使上述调制波的电压增益为0dB。

为了实现上述目的，本发明的一个方式的振动发生装置包括振动体、压电致动器和驱动装置。

上述压电致动器接合于上述振动体。

上述驱动装置将驱动信号输出到上述压电致动器，其中，上述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用上述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

为了实现上述目的，本发明的一个方式的电子设备具有振动发生装置。上述振动发生装置包括：振动体；接合于上述振动体的压电致动器；和将驱动信号输出到上述压电致动器的驱动装置，其中，上述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用上述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

为了实现上述目的，本发明的一个方式的驱动方法将驱动信号输出到压电致动器，其中，上述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用上述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

发明效果

如上所述，依照本发明，本发明的目的是能够抑制由压电致动器的高频振动导致的问题并且提示以新的触感的驱动装置、振动发生装置、电子设备和驱动方法。

附图说明

图1是本发明的实施方式的振动发生装置的示意图。

图2是上述振动发生装置所具有的振动体和压电致动器的平面图。

图3是上述振动发生装置所具有的驱动装置产生的高频波形。

图4是上述振动发生装置所具有的驱动装置产生的低频波形。

图5是上述振动发生装置所具有的驱动装置产生的调幅波波形。

图6是图5的调幅波的放大波形。

图7是上述振动发生装置所具有的驱动装置产生的调幅波波形(仅电压波形)。

图8是图7的调幅波的放大波形。

图9是表示调幅波的振幅的示意图。

图10是表示本发明的实施方式的高频和低频的增益比与视在功率之间的关系的曲线图。

附图标记说明

100……振动发生装置

101……振动体

102……压电致动器

103……驱动装置。

具体实施方式

对本发明的实施方式的振动发生装置进行说明。此外，在以下的各图中，使X方向，Y方向和Z方向为彼此正交的三个方向。

[振动发生装置的结构]

图1是本实施方式的振动发生装置100的示意图。如该图所示，振动发生装置100包括振动体101、压电致动器102和驱动装置103。

振动体101是借助压电致动器102进行振动的部件。图2是振动体101的侧面图。振动体101可以是由玻璃或塑料等的材料制成的板状部件，例如是液晶面板或者电子设备的壳体等。振动体101的形状和大小没有特别限定。

压电致动器102接合于振动体101，产生振动。压电致动器102包括正极、负极和压电材料层，当在正极与负极之间施加电压时，压电材料层由于逆压电效应而发生变形，产生振动。压电致动器102可以具有将正极和负极隔着压电材料层交替地层叠而成的层叠结构，也可以具有其他结构。

压电致动器102如图2所示，可以在振动体101的长边方向(x方向)的两端部各配置一个。此外，压电致动器10的数量不限于两个，也可以配置一个或三个以上。压电致动器102可以通过粘接等接合于振动体101。

驱动装置103将驱动信号输出到压电致动器102。驱动装置103连接到压电致动器102的正极和负极，将后述的电压波形作为驱动信号输出到正极与负极之间。驱动装置103例如是放大器。

振动发生装置100具有上述结构。振动发生装置100可以安装在智能手机和触觉功能装置等的各种电子设备上。

[关于驱动信号]

说明从驱动装置103输出到压电致动器102的驱动信号的波形。此外，在下面的说明中，为了方便起见，使低频区域的信号波为正弦波，但是并不限于此。

图3表示作为频率为20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波的、电压波形和电流波形。当将图3所示的电压波形作为驱动信号从驱动装置103施加到压电致动器102时，流过具有图3所示的电流波形的电流。

这样一来，当将高频区域的正弦波作为驱动信号时，振动体101形成超声驻波，当用户触摸振动体101时会发生由超声驻波引起的浮置现象。由此，当用户在振动体101上滑动手指时，能够感觉到光滑或粗涩的触感。

然而，当将这种高频区域的正弦波作为驱动信号时，压电致动器102的驱动电流增加，功耗增大。此外，压电致动器102产生大量的热量。而且，在用户的手指与振动体101之间可能会发生异常声音。

图4表示作为频率为10Hz以上250Hz以下的低频区域的正弦波的、电压波形和电流波形。当将图4所示的电压波形作为驱动信号从驱动装置103施加到压电致动器102时，流过具有图4所示的电流波形的电流。

10Hz以上250Hz以下的低频区域的振动，是作为人类皮肤的感受器的触觉小体和环层小体等可敏感地感受到的振动。当将这样的低频区域的正弦波作为驱动信号时，在振动体101形成驻波，能够感觉到颤动或酥麻这样的感受。

图5表示具有调幅波的波形的电压波形和电流波形，该调幅波是将低频区域的正弦波(信号波)作为调制波，用该调制波对高频区域的正弦波进行了调幅而成的。图6是图5的放大图。当将图5所示的电压波形作为驱动信号从驱动装置103施加到压电致动器102时，流过具有图5和图6所示的电流波形的电流。

图7仅表示图5的电压波形，图8仅表示图6的电压波形。在图7和图8中，用W1表示的波长小的波是高频区域的正弦波，而用W2表示的波长大的波是低频区域的正弦波。下面，将高频区域的正弦波设为高频波W1，将低频区域的正弦波设为低频波W2。

在图7和图8所示的波形中，低频波W2是由高频波W1的振幅变化而形成的，即图7和图8所示的波形是将高频波W1作为载波，将低频波W2作为调制波的调幅波。高频波W1具有20kHz以上40kHz以下的频率，低频波W2具有10Hz以上250Hz以下的频率。

高频波W1的电压增益优选为﹣10dB以上且0dB以下，低频波W2的电压增益优选为﹣6dB以上且0dB以下。图9是表示调幅波的波形与电压增益的关系的示意图。如图所示，将调幅波的“波峰”的振幅设为振幅a，将“波谷”的振幅设为振幅b，调制度m能够由以下的(式1)表示。如以下的(式1)所示，振幅b相对于振幅a越小，则调制度m越大。

m＝(a-b)/(a+b) (式1)

在图7中，当低频波W2的电压增益变高时，如图7中的白色箭头所示，低频波W2的“波谷”变深，当使低频波W2的电压增益为0dB时，“波谷”的振幅变得最小。此外，当低频波W2的电压增益变低，接近﹣6dB时，低频波W2的“波谷”变浅，振幅变大。而且，当低频波W2的电压增益变低，接近﹣10dB时，低频波W2的“波谷”的振幅b与“峰值”的振幅相等，不形成“谷”。

在本实施方式中，在形成“谷”的范围内调整高频波W1和低频波W2的电压增益。具体而言，高频波W1的电压增益优选﹣10dB以上0dB以下，低频波W2的电压增益优选﹣6dB以上0dB以下。此外，高频波W1的电压增益更优选﹣10dB，低频波W2的电压增益更优选0dB。

当驱动装置103将具有图7所示的调幅波的电压波形的驱动信号输出至压电致动器102时，压电致动器102在振动体101形成基于高频波W1的驻波，由此发生浮置现象。此外，通过低频波W2使振动体101产生刺激触觉小体和环层小体等的感受器的振动。

由此，用户在使手指接触振动体101时低频波W2敏感地对手指提示以触感，当使手指按压振动体101时受到由浮置现象引起的挤压效果，并且受到强烈的低频振动，能够感受到像这样前所未有的触感。

另外，由于对高频波W1进行了振幅调制，因此与不进行振幅调制的情况相比，整个波形的平均电流变小，能够降低功耗和发热。此外，当将如图3所示的高频区域的正弦波作为驱动信号时，可能在用户的手指与振动体101之间产生异常声音。在图7所示的调幅波的情况下，能够防止此类异常声音的产生。

【实施例】

制作上述实施方式的振动发生装置，测量了当将具有图7所示的调幅波的电压波形的驱动信号从驱动装置输出到压电致动器时的视在功率。表1表示增益比、峰间电压(Vpp)、电压有效值(rms)、电流和视在功率。

表1

增益比是上述的高频波W1的电压增益与低频波W2的电压增益之比，使高频波W1的频率为25kHz，使低频波W2的频率为100Hz。如表1所示，使高频波W1的电压增益为﹣10dB，使低频波W2的电压增益在﹣10dB与0dB之间变化，测量了规定的输入电压(5.5Vrms)下的视在功率。

图10是表示增益比与视在功率的关系的曲线图。如该图所示，可知，当使低频波W2的电压增益从﹣10dB接近0dB时，视在功率降低。因此，因此，即通过使低频波W2的电压增益高于高频波W1的电压增益，能够降低功耗。

Claims (6)

1.一种驱动装置，其特征在于：

将驱动信号输出到压电致动器，其中，所述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用所述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于：

使所述正弦波的电压增益为﹣10dB以上0dB以下，使所述调制波的电压增益为﹣6dB以上0dB以下。

3.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于：

使所述正弦波的电压增益为﹣10dB，使所述调制波的电压增益为0dB。

4.一种振动发生装置，其特征在于，包括：

振动体；

接合于所述振动体的压电致动器；和

将驱动信号输出到所述压电致动器的驱动装置，其中，所述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用所述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

5.一种电子设备，其特征在于：

具有振动发生装置，所述振动发生装置包括：

振动体；

接合于所述振动体的压电致动器；和

将驱动信号输出到所述压电致动器的驱动装置，其中，所述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用所述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

6.一种驱动方法，其特征在于：

将驱动信号输出到压电致动器，其中，所述驱动信号具有将频率在10Hz以上250Hz以下的低频区域的信号波作为调制波，用所述调制波对频率在20kHz以上40kHz以下的高频区域的正弦波进行振幅调制而形成的波形。

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