JP2012080714A - モータの駆動装置、駆動方法および入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の振動波形を実現するモータの駆動装置およびこれを用いた入力装置を提供する。
【解決手段】入力装置１００は、タッチパネル（入力操作部）１と、入力判定部２と、モータの駆動装置（駆動装置）３と、モータ４と、振動部５とを備えている。また、駆動装置３は、目標波形生成部１１と、加速度センサ（振動検出部）１２と、波形整形部１３と、増幅部（駆動信号生成部）１４とを有する。振動部５の実際の振動波形を検出する加速度センサ１２を設け、実振動波形が目標振動波形に近づくよう、フィードバック制御を行う。そのため、より正確に目標とする振動波形を実現できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力操作を検出すると振動する入力装置と、これを振動させるモータの駆動装置および駆動方法に関する。

特許文献１には、振動モータの起動を早めるために、徐々に上昇する電源電圧を間欠的に振動モータに印加する正帰還駆動回路が開示されている。しかしながら、特許文献１の手法では、振動を所望の振動波形に一致させることは困難である。

特開平１０−５２０７８号公報

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の振動波形を実現するモータの駆動装置および駆動方法と、この駆動装置を用いた入力装置を提供するものである。

本発明の一態様によれば、振動部を振動させるモータの駆動装置は、振動検出部と、整形部と、目標波形生成部と、駆動信号生成部とを備える。振動検出部は、前記振動部の振動波形を検出する。整形部は、前記検出された振動波形を整形する。目標波形生成部は、前記振動部の目標振動波形を生成する。駆動信号生成部は、前記整形された振動波形と前記目標振動波形との差が小さくなるよう、前記モータを駆動する。

また、本発明の一態様による振動部を振動させるモータの駆動方法は、まず、前記振動部の振動波形を検出する。次に、前記検出された振動波形を整形する。そして、前記整形された振動波形と前記振動部の目標振動波形との差が小さくなるよう、前記モータを駆動する。

また、本発明の一態様によれば、入力装置は、振動部と、モータと、振動検出部と、整形部と、入力操作部と、入力判定部と、目標波形生成部と、駆動信号生成部とを備える。モータは、前記振動部を振動させる。振動検出部は、前記振動部の振動波形を検出する。整形部は、前記整形された振動波形と前記目標振動波形との差が小さくなるよう、前記モータを駆動する。入力操作部は、入力操作が行われる。入力判定部は、前記入力操作部に対する入力操作を検出する。目標波形生成部は、前記入力操作が検出されると、前記振動部の目標振動波形を生成する。駆動信号生成部は、前記整形された振動波形と前記目標振動波形との差が小さくなるよう、前記モータを駆動する。

本発明によれば、実際の振動波形を検出し、実際の振動波形が所望の振動波形に近づくようフィードバック制御を行うため、正確に所望の振動波形を実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る入力装置１００の斜視図。 入力装置１００の内部構成を示す概略ブロック図。 整形部１３の内部構成の一例を示す回路図。 入力装置１００の処理動作の一例を示すフローチャート。 入力装置１００の各部の出力信号波形の一例。 実振動波形の拡大図。

以下、本発明に係るモータの駆動装置および入力装置の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る入力装置１００の斜視図であり、図２は、入力装置１００の内部構成を示す概略ブロック図である。入力装置１００は、タッチパネル（入力操作部）１と、入力判定部２と、モータの駆動装置（以下、駆動装置）３と、モータ４と、振動部５とを備えている。入力判定部２、駆動装置３およびモータ４は入力装置１００の内部に設けられるため、図１には示していない。

タッチパネル１はユーザにより入力操作が行われる。通常のキーボードとは異なり、入力装置１００はその表面にタッチキーを有するわけではなく、タッチパネル１表面の所定の位置１ａに対して入力操作を行うことにより、所望の入力を行うものである。入力装置１００はタッチキーを有さないため、表面に凹凸は形成されず、表面や内部に汚れが堆積しにくく、清潔に保つことができる。

タッチパネル１における入力操作とは、例えば指先やタッチペンでタッチパネル１表面の所定の位置１ａを触れることまたは押下することをいう。タッチパネル１は、例えば静電容量方式や抵抗膜方式のタッチパネル１を用いることができる。その他、種々の方式のタッチパネル１を用いることができる。

入力判定部２は、所定の位置１ａのそれぞれについて、タッチパネル１に入力操作が行われたか否かを検出する。より具体的には、入力判定部２は、タッチパネル１の所定の位置１ａのそれぞれについて、入力操作が行われたか否かを順次スキャンすることにより、入力操作の有無を判定する。チャタリングを除くため、数回スキャンを行い、続けて同じ所定の位置１ａに入力操作が行われた場合に、入力操作と判定してもよい。

駆動装置３は、入力判定部２が入力操作を検出すると、モータ４を駆動する。モータ４が回転すると、振動部５が振動する。振動部５は、例えばタッチパネル１裏面に設けられる。タッチパネル１は、入力操作が行われてもほとんど変形しない。そのため、入力装置１００に入力操作が行われると、振動部５が振動することにより、ユーザに対して入力操作が成功したことを知らせる。なお、入力装置１００の筐体を振動部５として、入力装置１００の全体を振動させてもよい。

駆動装置３について、より詳しく説明する。駆動装置３は、目標波形生成部１１と、加速度センサ（振動検出部）１２と、波形整形部１３と、増幅部（駆動信号生成部、ＡＭＰ）１４とを有する。目標波形生成部１１は、目標とする振動部５の振動波形（以下、目標振動波形）を生成し、増幅部１４の正入力端子に供給する。目標振動波形は、振動部５が所望の振動をしたときに加速度センサ１２で得られる振動波形に基づいて予め生成され、目標波形生成部１１内に記憶されている。加速度センサ１２は振動部５の実際の振動を検出し、その振動波形を波形整形部１３に供給する。波形整形部１３は検出された振動波形を整形する。より具体的には、波形整形部１３は、整流部１３ａと、積分部１３ｂとを有する。整流部１３ａは振動波形を整流してその正の振幅のみを取り出す。積分部１３ｂは整流された振動波形を積分して、整形された振動波形を積分する。

図３は、整形部１３の内部構成の一例を示す回路図である。加速度センサ１２により検出される振動波形は、抵抗Ｒ１を介して演算増幅器Ａ１の負入力端子に供給される。演算増幅器Ａ１の負入力端子と、演算増幅器Ａ２の負入力端子との間には、ダイオードＤ１，Ｄ２および抵抗Ｒ４が縦続接続される。ダイオードＤ１は、カソードが演算増幅器Ａ１の負入力端子に、アノードがその出力端子にそれぞれ接続される。ダイオードＤ２は、カソードが演算増幅器Ａ１の出力端子に、アノードが抵抗Ｒ４にそれぞれ接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２と並列に抵抗Ｒ２が接続される。振動波形の入力端子と演算増幅器Ａ２の負入力端子との間に抵抗Ｒ３が接続される。演算増幅器Ａ１，Ａ２の正入力端子は接地端子に接続される。抵抗Ｒ５および容量Ｃ１は演算増幅器Ａ２の負入力端子と出力端子との間に接続される。演算増幅器Ａ２の出力端子から以下のようにして整形された振動波形が出力され、増幅部１４に供給される。

演算増幅器Ａ１は、正入力端子が接地端子に接続されているため、負入力端子に入力される加速度センサ１２からの振動波形を反転して、出力端子から出力する。加速度センサ１２からの振動波形の電圧が正の場合、演算増幅器Ａ１の出力は負電圧となる。ダイオードＤ２は順バイアスとなるため、この負電圧が抵抗Ｒ４を介して演算増幅器Ａ２に入力される。演算増幅器Ａ２は、負電圧を反転して、正電圧を出力する。

一方、加速度センサ１２から入力される振動波形の電圧が負の場合、演算増幅器Ａ１の出力は正電圧となる。ダイオードＤ２は逆バイアスになるため、この正電圧は演算増幅器Ａ２には入力されない。その代わり、加速度センサ１２から入力される（負電圧である）振動波形が抵抗Ｒ３を介して演算増幅器Ａ２に入力される。演算増幅器Ａ２は、この振動波形を反転して、正電圧を出力する。このようにして、加速度センサ１２から入力される振動波形が正であっても負であっても、出力電圧は正となり、整流された振動波形が得られる。

さらに、演算増幅器Ａ２、抵抗Ｒ５および容量Ｃ１により積分回路を構成しており、結果として、整形部１３からは、加速度センサ１２から入力される振動波形の包絡線が、整形された振動波形として生成される。

なお、図３は、振動波形を整流および積分する回路の一例であり、他の回路で振動波形を整形してもよい。

上述のようにして整形された振動波形（以下、実振動波形）は増幅部１４の負入力端子に供給される。増幅部１４は、例えば演算増幅器であり、目標振動波形と実振動波形との差が小さくなるようモータ４の駆動信号を制御する。モータ４は、この駆動信号に応じて回転し、振動部５を振動させる。

本実施形態の特徴の１つは、加速度センサ１２を設けて振動部５の実際の振動を検出し、実振動波形と目標振動波形とを比較して、フィードバック制御を行うことである。そのため、駆動電圧を制御する場合に比べ、より正確に目標とする振動波形を実現できる。

図４は、入力装置１００の処理動作の一例を示すフローチャートである。また、図５は、入力装置１００の各部の出力信号波形の一例であり、横軸は時間、縦軸は電圧である。図４および図５を用い、入力装置１００の処理動作を説明する。なお、積分部１３ｂの出力信号波形のグラフには、目標波形生成部１１の出力信号波形も点線で描いている。

図５の時刻ｔ１で、入力判定部２が入力操作を検出すると（ステップＳ１）、これをトリガに目標波形生成部１１は目標振動波形の出力を開始する（ステップＳ２）。そして、加速度センサ１２は振動部５の振動を検出する（ステップＳ３）。整流部１３ａは加速度センサ１２が検出した振動波形を整流し、積分部１３ｂは整流された振動波形を積分する（ステップＳ４）。これにより、振動波形の包絡線が生成される。

加速度センサ１２が検出した振動波形そのものを用いず、その包絡線を生成する理由は、振動波形そのものは変化が激しく、これに対応する目標振動波形を予め生成することは困難だからである。

初めは振動が小さいため、実振動波形は目標振動波形より小さい（ステップＳ５のＮＯ）。そのため、増幅部１４は駆動信号の電圧を上昇させ（ステップＳ６ｂ）、モータ４の回転周波数を上げる。図５の加速度センサ１２の出力波形の周期は、モータ４の回転周波数に対応しており、徐々に振幅が大きくなる。モータ４の回転周波数は、例えば１００〜２００Ｈｚとする。このようにして、実振動波形（積分部１３ｂの出力波形）は目標振動波形（目標波形生成部１１の出力波形）に近づいていく。

その後、時刻ｔ２で、振動部５の振動を停止すべく、目標振動波形の電圧が０Ｖになる。すると、実振動波形は目標振動波形より大きくなるため（ステップＳ５のＹＥＳ）、増幅部１４は駆動信号の電圧を低下させ、負電圧の駆動信号をモータ４に供給する。これにより、時刻ｔ２までとは逆方向にモータ４を回転させようとする力が加わる。その後、振動部５の振動が停止するまで、ステップＳ３〜Ｓ７の処理動作が繰り返される。実振動波形が目標振動波形より大きい場合、増幅部１４は駆動信号の電圧を０Ｖでなく、目標振動波形より小さい場合とは逆符号の電圧として、モータ４に供給することで、短時間で振動部５の振動は停止する（ステップＳ７のＹＥＳ）。時刻ｔ２から振動部５の振動が停止するまでに要する時間は、例えば１０ｍｓである。

このように、本実施形態では、振動部５の実際の振動波形を検出する加速度センサ１２を設け、実振動波形が目標振動波形に近づくよう、フィードバック制御を行う。そのため、より正確に目標とする振動波形を実現できる。

なお、図２の積分部１３ｂに代えて、ピークホールド部を設け、図５の整流部１３ａの出力波形の周期ごとにその最大値を保持して、実振動波形を生成してもよい。図６（ａ）は、積分部１３ｂを用いた場合の実振動波形の拡大図であり、図６（ｂ）は、ピークホールド部を用いた場合の実振動波形の拡大図である。

積分部１３ｂを用いた場合、例えば図３に示す簡易な回路で実振動波形を生成できる。ただし、ある周期のピークより、次の周期のピークの方が小さい場合にも追従できるよう時定数を小さめに設定する必要がある。すると、図６（ａ）に示すように、次の周期のピークの方が大きい場合に、波形がのこぎり波状になってしまう。

これに対し、ピークホールド回路を用いた場合、各ピークでの電圧をホールドするためのトリガ信号および振動終了時に０Ｖにホールドする回路が必要であるが、ピークとピークとの間では前の電圧値をホールドするため、図６（ｂ）に示すように、実振動波形が階段状となり、より安定した振幅で振動部５を振動させることができる。

また、振動部５の振動を検出するために、加速度センサのほか、ピエゾ素子、圧力センサ、歪みセンサまたはボイスコイル等を用いてもよい。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態には限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ タッチパネル
２ 入力判定部
３ モータの駆動装置
４ モータ
５ 振動部
１１ 目標波形生成部
１２ 加速度センサ
１３ 整形部
１３ａ 整流部
１３ｂ 積分部
１４ 増幅部

Claims (6)

1. 振動部を振動させるモータの駆動装置であって、
   前記振動部の振動波形を検出する振動検出部と、
   前記検出された振動波形を整形する整形部と、
   前記振動部の目標振動波形を生成する目標波形生成部と、
   前記整形された振動波形と前記目標振動波形との差が小さくなるよう、前記モータを駆動する駆動信号生成部と、を備えることを特徴とするモータの駆動装置。
2. 前記整形部は、
   前記検出された振動波形を整流する整流部と、
   前記整流された振動波形を積分する積分部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のモータの駆動装置。
3. 前記整形部は、
   前記検出された振動波形を整流する整流部と、
   所定期間ごとに前記整流された振動波形の振動周期ごとにピーク値を検出して保持するピークホールド部と、を有することを特徴とする請求項１に記載のモータの駆動装置。
4. 前記駆動信号生成部は、前記整形された振動波形と、前記目標振動波形と、の大小関係に応じて、符号が異なる駆動電圧を前記モータに供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータの駆動装置。
5. 振動部を振動させるモータの駆動方法であって、
   前記振動部の振動波形を検出するステップと、
   前記検出された振動波形を整形するステップと、
   前記整形された振動波形と前記振動部の目標振動波形との差が小さくなるよう、前記モータを駆動するステップと、を備えることを特徴とするモータの駆動方法。
6. 振動部と、
   前記振動部を振動させるモータと、
   前記振動部の振動波形を検出する振動検出部と、
   前記検出された振動波形を整形する整形部と、
   入力操作が行われる入力操作部と、
   前記入力操作部に対する入力操作を検出する入力判定部と、
   前記入力操作が検出されると前記振動部の目標振動波形を生成する目標波形生成部と
   前記整形された振動波形と前記目標振動波形と、の差が小さくなるよう、前記モータを駆動する駆動信号生成部と、を備えることを特徴とする入力装置。

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