JP2006334541A - 電気機械変換装置、電気機械変換方法およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

電気機械変換装置、電気機械変換方法およびそれを用いた電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】振動出力および音声出力の一方の出力または両方の混合出力を磁歪アクチュエータを用いた小規模な構成で容易に得る。
【解決手段】磁歪アクチュエータ109に音声処理部108からドライブ信号Sdを供給する。この磁歪アクチュエータ109は、筐体の一部120、例えば液晶アクリルパネルに接するようにされている。通話時には、通話に係る音声信号に対応したドライブ信号Sdを磁歪アクチュエータ109に供給し、通話音声を得る。着信時には、マナーモードのオンオフ、バイブレーションのオンオフに応じて、着信用の音声信号およびバイブレーション信号の一方の信号またはそれらの混合信号に対応したドライブ信号Sdを磁歪アクチュエータ109に供給し、音声出力(着信音)および振動出力の一方の出力または両方の混合出力を得る。
【選択図】 図1

Description

この発明は、例えば携帯電話機、ゲーム機等に適用して好適な電気機械変換装置、電気機械変換方法およびそれを用いた電子機器に関する。詳しくは、この発明は、バイブレーション信号および音声信号の一方の信号または両方を混合した信号に基づいて磁歪アクチュエータをドライブする構成とすることによって、振動出力および音声出力の一方の出力または両方の混合出力を磁歪アクチュエータを用いた小規模な構成で容易に得ることができるようにした電気機械変換装置等に係るものである。
従来、例えば特許文献1等に記載されているように、音声出力の他に振動出力によって着信をユーザに知らせることができる携帯電話機が知られている。
図9は、この種の携帯電話機200の構成例を示している。この携帯電話機200は、マイクロコンピュータを有して構成され、電話機全体の動作を制御する制御部201を有している。この制御部201には、ユーザが種々の操作を行うためのキー操作部202、送受信状態、操作状態等を表示する、液晶表示素子等からなる表示部203、および多数の相手先の電話番号などを格納した電話長メモリ等として使用されるメモリ204が接続されている。
また、携帯電話機200は、送受信アンテナ205と、無線部206と、ベースバンド処理部207と、音声処理部208とを有している。無線部206は、周波数変換、復調/変調の処理を行う。ベースバンド処理部207は、音声情報、データ情報等の分離/合成の処理を行う。音声処理部208は、音声信号の復号化/符号化の処理を行う。この音声処理部208には、スピーカ209およびマイクロホン210が接続されている。
また、携帯電話機200は、バイブレータ212と、このバイブレータ212をドライブするバイブレータドライブ回路211とを有している。バイブレータ212は、例えばモータの駆動軸に偏心させた分銅をつけた構造とされている。
この携帯電話機200の動作を簡単に説明する。まず、受信時の動作を説明する。送受信アンテナ205で受信された携帯電話信号(高周波信号)は無線部206に供給される。この無線部206では、携帯電話信号がミキサにより中間周波信号に変換され、さらにその中間周波信号からベースバンド信号が復調される。そして、このベースバンド信号はベースバンド処理部207に供給される。
このベースバンド処理部207では、ベースバンド信号から音声情報、データ情報(画像情報、テキスト情報を含む)等が分離される。そして、音声情報は音声処理部208に供給され、データ情報は制御部201に供給される。制御部201は、データ情報に基づいた制御動作を行うと共に、必要に応じて、表示部203に画像、文字等を表示する。
音声処理部208では、音声情報に対して復号化処理が行われ、音声信号が得られる。この音声信号はスピーカ209に供給され、このスピーカ209から音声出力が得られる。
次に、送信時の動作を説明する。マイクロホン210からの音声信号は音声処理部208に供給される。音声処理部208では、この音声信号に対して符号化処理が行われ、音声情報が得られる。この音声情報はベースバンド処理部207に供給される。
ベースバンド処理部207では、音声情報と、制御部201から供給されるデータ情報とが合成され、送信すべきベースバンド信号が生成される。このベースバンド信号は無線部206に供給される。
無線部206では、ベースバンド信号に対して変調処理が行われて中間周波信号が得られ、さらにこの中間周波信号がミキサにより携帯電話信号(高周波信号)に変換される。この携帯電話信号は送受信アンテナ205に供給されて送信される。
次に、着信時に、当該着信をユーザに知らせる動作を説明する。マナーモードに設定されておらず、バイブレーションオフモードに設定されている場合には、音声処理部208から着信用の音声信号がスピーカ209に供給されて、このスピーカ209から着信音の音声出力が得られる。また、マナーモードに設定されており、バイブレーションオンモードに設定されている場合には、ドライブ回路211によってバイブレータ212がドライブされ、このバイブレータ212から振動出力が得られる。
また、マナーモードに設定されておらず、バイブレーションオンモードに設定されている場合には、音声処理部208から着信用の音声信号がスピーカ209に供給されて、このスピーカ209から着信音の音声出力が得られると共に、ドライブ回路211によってバイブレータ212がドライブされ、このバイブレータ212から振動出力が得られる。
特開平01−227535号公報
図9に示す携帯電話機200は、音声出力を得るスピーカ209とは別途に、振動出力を得るためのバイブレータ212を備えるものであり、その分だけ規模が大きくなるという不都合があった。
この発明の目的は、振動出力および音声出力の一方の出力または両方の混合出力を小規模な構成で容易に得ることにある。
この発明の概念は、
磁歪アクチュエータと、
上記磁歪アクチュエータをドライブするドライブ部とを備え、
上記ドライブ部は、バイブレーション信号および音声信号の一方の信号または両方を混合した信号に基づいて上記磁歪アクチュエータをドライブする
ことを特徴とする電気機械変換装置にある。
この発明においては、磁歪アクチュエータは、バイブレーション信号および音声信号の一方の信号または両方を混合した信号に基づいてドライブされる。ここで、「磁歪アクチュエータ」とは、外部磁界を与えると形状が変化する磁歪素子を使用したアクチュエータである。磁歪アクチュエータは、振動板としての、例えば電子機器の筐体の一部等に接するのが好ましい。
磁歪アクチュエータがバイブレーション信号に基づいてドライブされるとき、この磁歪アクチュエータにより振動出力が得られる。例えば、バイブレーション信号を可聴帯域外の周波数を持つ信号とすることで、振動音がユーザに聞こえることを防止できる。また、このバイブレーション信号を間欠的な信号とすることで、振動出力に強弱を与えることができる。
また、磁歪アクチュエータが音声信号に基づいてドライブされるとき、この磁歪アクチュエータにより音声出力が得られる。さらに、磁歪アクチュエータがバイブレーション信号および音声信号の両方を混合した信号であるとき、この磁歪アクチュエータにより、振動出力および音声出力の混合出力が得られる。
例えば、音声信号のレベルに応じてバイブレーション信号のレベルを調整することで、音声出力の強弱に合わせて振動出力に強弱を与えることができ、音声出力と振動出力の同調を図ることができる。
このように、振動出力および音声出力の一方の出力または両方の混合出力を、磁歪アクチュエータを用いた小規模な構成で容易に得ることができる。
この発明によれば、バイブレーション信号および音声信号の一方の信号または両方を混合した信号に基づいて磁歪アクチュエータをドライブする構成とするものであり、振動出力および音声出力の一方の出力または両方の混合出力を磁歪アクチュエータを用いた小規模な構成で容易に得ることができる。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。図1は、実施の形態としての携帯電話機100の構成を示している。
この携帯電話機100は、マイクロコンピュータを有して構成され、電話機全体の動作を制御する制御部101を有している。この制御部101には、ユーザが種々の操作を行うためのキー操作部102、送受信状態、操作状態等を表示する、液晶表示素子等からなる表示部103、および多数の相手先の電話番号などを格納した電話長メモリ等として使用されるメモリ104が接続されている。
また、携帯電話機100は、送受信アンテナ105と、無線部106と、ベースバンド処理部107と、音声処理部108とを有している。無線部106は、周波数変換、復調/変調の処理を行う。ベースバンド処理部107は、音声情報、データ情報等の分離/合成の処理を行う。音声処理部108は、音声信号の復号化/符号化の処理を行う。この音声処理部108には、磁歪アクチュエータ109およびマイクロホン110が接続されている。なお、この磁歪アクチュエータ109は、筐体の一部120、例えば表示部103を構成する液晶アクリルパネルに接するようにされている。
図2は、磁歪アクチュエータ109の構成例を示している。磁歪アクチュエータ109は、伸長方向に変位を生ずる変位発生手段である棒状の磁歪素子151、この磁歪素子151に制御磁界を印加するために、この磁歪素子151の周囲に配置された磁界発生部としてのソレノイドコイル152、磁歪素子151の一端に連結されて磁歪アクチュエータ109の変位出力を伝達する可動部材たる駆動ロッド153、および磁歪素子151とソレノイドコイル152を収納する収納部154によって構成されている。
収納部154は、固定盤161、永久磁石162および筒状ケース163で構成されている。固定盤161には、磁歪素子151の他端が連結されており、この固定盤161によって磁歪素子151が支持されている。磁歪素子151に静的バイアス磁界を印加する永久磁石162と磁気回路構成部材である筒状ケース163は、収納される磁歪素子151の周囲に配されている。筒状ケース163は、永久磁石162の駆動ロッド153側と固定盤161側に取り付けられており、強磁性体を用いて構成することで、効率よく磁歪素子151に静的バイアス磁界を印加できる。また、固定盤161も強磁性体を用いて構成することで、さらに効率よく磁歪素子151に静的バイアス磁界を印加できる。
駆動ロッド153と収納部154との間には間隙155が設けられ、駆動ロッド153は永久磁石162によって吸引されるように強磁性体を用いて形成される。これにより、駆動ロッド153と収納部154との間で磁気的な吸引力を発生させ、この磁気的な吸引力により駆動ロッド153に取り付けられた磁歪素子151に予荷重が加えられる。
図3は、図2に示す磁歪アクチュエータ109における磁束線図を示している。永久磁石162から生じた磁束線は、筒状ケース163を通過したのち、間隙155、駆動ロッド153、固定盤161を介して永久磁石162へ向かうことになる。このため、駆動ロッド153と収納部154との間で磁気的な吸引力が生じ、この磁気的な吸引力により磁歪素子151に予荷重を印加させることができる。また、磁束線の一部は、筒状ケース163を通過したのち、間隙155、駆動ロッド153、磁歪素子151、固定盤161を介して永久磁石162へ向かうことになる。このため、磁歪素子151に静的バイアス磁界を印加できる。
この磁歪アクチュエータ109では、駆動ロッド153が軸受によって支持されていないことから、駆動ロッド153と軸受との摩擦の問題がないため、磁歪アクチュエータ109の変位出力の損失を大幅に低減できる。また、磁気的吸引力によって磁歪素子151に予荷重を加えるものであることから、磁歪素子151の変位の周期が短くても予荷重を安定して加え続けることができ、ソレノイドコイル152に供給される制御電流に応じた変位出力を正しく得ることができる。また、永久磁石162は、2つの筒状ケース163の間に介在されることから、磁歪素子151に印加される静的バイアス磁界を、固定盤161の位置に永久磁石を設ける場合に比べて均一にできる。さらに、駆動ロッド153を支持する軸受や、駆動ロッド153と収納部154を接続するための連結部材、磁歪素子151に予荷重を加えるためのばね等を設ける必要がなく、小型化が容易であるとともに安価に構成できる。
図4は、音声処理部108の要部、すなわち音声信号Saおよびバイブレーション信号Sbの出力部の構成を示している。
この出力部は、バイブレーション信号Sbを発生するバイブレーション信号発生器171、接続スイッチ172、加算器173およびドライブ回路174からなっている。バイブレーション信号発生器171で発生されるバイブレーション信号Sbは、可聴帯域の低周波側あるいは可聴帯域外の周波数を持つ信号であって、例えば20Hz〜150Hzの周波数信号とされる。また、このバイブレーション信号発生器171で発生されるバイブレーション信号Sbは、間欠的な信号とされる。図5Aは、バイブレーション信号発生器171で発生されるバイブレーション信号Sbの波形の一例を示している。また、図6Aは、そのバイブレーション信号Sbの周波数スペクトラムの一例を示している。
接続スイッチ172は、制御部101からの制御信号SWにより、接続状態、あるいは非接続状態に制御される。この接続スイッチ172は、磁歪アクチュエータ109により振動出力を得る場合に接続状態とされる。加算器173は、音声信号Saとバイブレーション信号Sbを加算するためのものである。図5Bは、音声信号Saの波形の一例を示している。図6Bは、音声信号Saの周波数スペクトラムの一例を示している。
例えば、接続スイッチ172が接続状態にあって、バイブレーション信号発生器171から加算器173にバイブレーション信号Sbが供給されるが、この加算器173に音声信号Saが供給されていないとき、この加算器173からはバイブレーションSbのみが出力される。また、接続スイッチ172が非接続状態であって、バイブレーション信号発生器171から加算器173にバイブレーション信号Sbが供給されていないが、この加算器173に音声信号Saが供給されるとき、この加算器173からは音声信号Saのみが出力される。
また、接続スイッチ172が接続状態にあって、バイブレーション信号発生器171から加算器173にバイブレーション信号Sbが供給されると共に、この加算器173に音声信号Saが供給されるとき、この加算器173からはバイブレーションSbおよび音声信号Saが混合された信号(Sa+Sb)が出力される。図5Cは、混合信号(Sa+Sb)の波形の一例を示している。図6Cは、混合信号(Sa+Sb)の周波数スペクトラムの一例を示している。
ドライブ回路174は、加算器173の出力信号に基づいて、磁歪アクチュエータ109にドライブ信号Sdを供給する。すなわち、磁歪アクチュエータ109のソレノイドコイル152に、加算器173の出力信号に対応した制御電流を流し、この磁歪アクチュエータ109で加算器173の出力信号の波形に応じた変位出力が得られるようにドライブする。
図1に示す携帯電話機100の動作を簡単に説明する。まず、受信時の動作を説明する。送受信アンテナ105で受信された携帯電話信号(高周波信号)は無線部106に供給される。この無線部106では、携帯電話信号がミキサにより中間周波信号に変換され、さらにその中間周波信号からベースバンド信号が復調される。そして、このベースバンド信号はベースバンド処理部107に供給される。
このベースバンド処理部107では、ベースバンド信号から音声情報、データ情報(画像情報、テキスト情報を含む)等が分離される。そして、音声情報は音声処理部108に供給され、データ情報は制御部101に供給される。制御部101は、データ情報に基づいた制御動作を行うと共に、必要に応じて、表示部103に画像、文字等を表示する。
音声処理部108では、音声情報に対して復号化処理が行われ、音声信号Saが得られる。この音声信号Saは、加算器173を介してドライブ回路174に供給され(図4参照)、このドライブ回路174から磁歪アクチュエータ109に、音声信号Saに対応したドライブ信号Sdが供給される。これにより、磁歪アクチュエータ109により筐体の一部120、例えば液晶アクリルパネルが振動され、音声信号Saに対応した音声出力が得られる。
次に、送信時の動作を説明する。マイクロホン110からの音声信号は音声処理部108に供給される。音声処理部108では、この音声信号に対して符号化処理が行われ、音声情報が得られる。この音声情報はベースバンド処理部107に供給される。
ベースバンド処理部107では、音声情報と、制御部101から供給されるデータ情報とが合成され、送信すべきベースバンド信号が生成される。このベースバンド信号は無線部106に供給される。
無線部106では、ベースバンド信号に対して変調処理が行われて中間周波信号が得られ、さらにこの中間周波信号がミキサにより携帯電話信号(高周波信号)に変換される。この携帯電話信号は送受信アンテナ105に供給されて送信される。
次に、着信時に、当該着信をユーザに知らせる動作を説明する。マナーモードに設定されておらず、バイブレーションオフモードに設定されている場合には、加算器173に着信用の音声信号Saのみが供給され、この音声信号Saは加算器173を介してドライブ回路174に供給される(図4参照)。そして、このドライブ回路174から磁歪アクチュエータ109に、着信用の音声信号Saに対応したドライブ信号Sdが供給される。これにより、磁歪アクチュエータ109により筐体の一部120、例えば液晶アクリルパネルが振動され、着信用の音声信号Saに対応した音声出力(着信音)が得られる。
また、マナーモードに設定されており、バイブレーションオンモードに設定されている場合には、接続スイッチ172が接続状態とされ、加算器173にバイブレーション信号Sbのみが供給される。このバイブレーション信号Sbは加算器173を介してドライブ回路174に供給される(図4参照)。そして、このドライブ回路174から磁歪アクチュエータ109に、バイブレーション信号Sbに対応したドライブ信号Sdが供給される。これにより、磁歪アクチュエータ109により筐体の一部120、例えば液晶アクリルパネルが振動され、振動出力が得られる。
また、マナーモードに設定されておらず、バイブレーションオンモードに設定されている場合には、加算器173に着信用の音声信号Saが供給され、さらに接続スイッチ172が接続状態とされ、この加算器173にバイブレーション信号Sbが供給される。この加算器173から出力される音声信号Saとバイブレーション信号Sbの混合信号はドライブ回路174に供給される(図4参照)。これにより、磁歪アクチュエータ109により筐体の一部120、例えば液晶アクリルパネルが振動され、着信用の音声信号Saに対応した音声出力(着信音)とバイブレーション信号Sbに対応した振動出力との混合出力が得られる。
上述した実施の形態によれば、バイブレーション信号Sbおよび音声信号Saの一方の信号または両方を混合した信号(Sa+Sb)に基づいて磁歪アクチュエータ109をドライブする構成としたものであり、振動出力および音声出力の一方の出力または両方の混合出力を磁歪アクチュエータ109を用いた小規模な構成で容易に得ることができる。
また、この実施の形態によれば、バイブレーション信号発生器171から発生されるバイブレーション信号Sbを例えば可聴帯域外の周波数を持つ信号とするものであり、振動音がユーザに聞こえることを防止できる。
また、この実施の形態によれば、バイブレーション信号発生器171から発生されるバイブレーション信号Sbを間欠的な信号とするものであり、振動出力に強弱を与えることできる。
上述実施の形態においては、ドライブ回路174に供給されるバイブレーション信号Sbのレベルが一定であるものを示したが、このバイブレーション信号Sbのレベルが音声信号Saのレベルに応じて調整されるようにしてもよい。音声信号Saのレベルに応じてバイブレーション信号Sbのレベルを調整することで、音声出力の強弱に合わせて振動出力に強弱を与えることができ、音声出力と振動出力の同調を図ることができる。
図7は、その場合における音声処理部108の要部、すなわち音声信号Saおよびバイブレーション信号Sbの出力部の構成を示している。この図7において、図4と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
バイブレーション信号発生器171と接続スイッチ172との間にレベル調整手段としてのアッテネータ175を挿入する。また、音声信号Saのレベルを検出するレベル検出器176を設ける。このレベル検出器176の検出出力をアッテネータ175に制御信号として供給する。アッテネータ175では、例えば音声信号Saのレベルが小さいほど、減衰率が高くされる。これにより、アッテネータ175からは、音声信号Saのレベルに対応したレベルを持つバイブレーション信号Sbが出力され、音声出力の強弱に合わせて振動出力に強弱を与えることができる。なお、アッテネータ175の代わりに、レベル調整手段として可変利得アンプ等を使用してもよい。
なお、図8Aは、上述実施の形態のように、磁歪アクチュエータ109が筐体の一部20としての液晶アクリルパネル180に接するようにされた例である。この図8Aには、磁歪アクチュエータ109が2個配置されているが、勿論1個だけ配置するものであってもよい。図示のように、パネル180の面が机の上面191に対向するように携帯電話機100が置かれるとき、この机も振動し、この机からも音声出力、振動出力が得られ、これらの出力が大きくなり、逆にこの携帯電話機100を机の上面191から手にとると、自然と音声出力、振動出力が小さくなる。
また、図8Bは、磁歪アクチュエータ109が筐体182に接するようにされた例である。この場合、筐体182の全体に磁歪アクチュエータ109の振動が伝わり、音声出力、振動出力が得られる。図示のように、携帯電話機100が机の上面191に置かれるとき、この机も振動し、この机からも音声出力、振動出力が得られ、これらの出力が大きくなり、逆にこの携帯電話機100を机の上面191から手にとると、自然と音声出力、振動出力が小さくなる。なお、この場合、通話用の音声出力を得るためのスピーカ184を別途さらに設けるようにしてもよい。
また、図8Cは、この発明の電気機械変換装置をゲーム機100′に応用したものである。この場合、磁歪アクチュエータ109は、例えば液晶アクリルパネル186に接するようにされている。この場合、小型でも、高音質で比較的大音量で楽しむことができ、バイブレーション機能を含めた音声と画像でユーザとより近いインタラクションを実現できる。
この発明は、振動出力および音声出力の一方の出力または両方の混合出力を磁歪アクチュエータを用いた小規模な構成で容易に得ることができ、例えばバイブレーション機能を有する、携帯電話機あるいはゲーム機等に適用できる。
実施の形態としての携帯電話機の構成を示すブロック図である。 磁歪アクチュエータの断面概略図である。 磁歪アクチュエータの磁束線図である。 音声処理部の要部であるバイブレーション信号および音声信号の出力部の構成例を示すブロックである。 バイブレーション信号、音声信号あるいはその混合信号の波形例を示す図である。 バイブレーション信号、音声信号あるいはその混合信号の周波数スペクトラムを示す図である。 音声処理部の要部であるバイブレーション信号および音声信号の出力部の他の構成例を示すブロックである。 応用例を説明するための図である。 従来の携帯電話機の構成例を示すブロック図である。
符号の説明
100・・・携帯電話機、100′・・・ゲーム機、101・・・制御部、102・・・キー操作部、103・・・表示部、104・・・メモリ、105・・・送受信アンテナ、106・・・無線部、108・・・音声処理部、109・・・磁歪アクチュエータ、110・・・マイクロホン、120・・・筐体の一部、151・・・磁歪素子、152・・・ソレノイドコイル、153・・・駆動ロッド、154・・・収納部、155・・・間隙、161・・・固定盤、162・・・永久磁石、163・・・筒状ケース、171・・・バイブレーション信号発生器、172・・・接続スイッチ、173・・・加算器、174・・・ドライブ回路、175・・・アッテネータ、176・・・レベル検出器、180,186・・・液晶アクリルパネル、182・・・筐体、184・・・スピーカ

Claims (6)

  1. 磁歪アクチュエータと、
    上記磁歪アクチュエータをドライブするドライブ部とを備え、
    上記ドライブ部は、バイブレーション信号および音声信号の一方の信号または両方を混合した信号に基づいて上記磁歪アクチュエータをドライブする
    ことを特徴とする電気機械変換装置。
  2. 上記バイブレーション信号は可聴帯域外の周波数を持つ信号である
    ことを特徴とする請求項1に記載の電気機械変換装置。
  3. 上記バイブレーション信号は間欠的な信号である
    ことを特徴とする請求項1に記載の電気機械変換装置。
  4. 上記音声信号のレベルを検出するレベル検出部と、
    上記レベル検出部の検出出力に基づいて、上記バイブレーション信号のレベルを調整するレベル調整手段とをさらに備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の電気機械変換装置。
  5. バイブレーション信号による振動出力および音声信号による音声出力の一方の出力または両方の混合出力を得るための方法であって、
    上記バイブレーション信号および上記音声信号の一方の信号または両方を混合した信号に基づいて磁歪アクチュエータをドライブする
    ことを特徴とする電気機械変換方法。
  6. バイブレーション信号による振動出力および音声信号による音声出力の一方の出力または両方の混合出力を得るための電気機械変換装置を有する電子機器であって、
    上記電気機械変換装置は、
    磁歪アクチュエータと、
    上記磁歪アクチュエータをドライブするドライブ部とを備え、
    上記ドライブ部は、バイブレーション信号および音声信号の一方の信号または両方を混合した信号に基づいて上記磁歪アクチュエータをドライブする
    ことを特徴とする電子機器。
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