JP2017174211A - ペン型入力装置、及び、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な触感を提供できるペン型入力装置、及び、電子機器を提供する。【解決手段】ペン型入力装置は、一端に開口部を有するペン型の筐体と、前記開口部から一部が表出し、前記筐体によって回動自在に保持されるボールと、前記筐体の内部に配置され、一端が前記ボールに当接する棒状の振動体と、前記筐体の内部に配設され、前記振動体に固定される振動素子であって、前記振動体に超音波帯の振動を発生させる駆動信号で駆動される振動素子とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ペン型入力装置、及び、電子機器に関する。

従来より、位置指示具の指示部材で指示された板状体上の位置を示す第１の位置情報を取得する第１の位置情報取得手段と、前記位置指示具を用いて前記板状体を指示することにより操作される画面上の操作対象の当該画面上の位置を示す第２の位置情報を取得する第２の位置情報取得手段とを備えたことを特徴とする位置指示具制御装置がある。

前記第１の位置情報取得手段により取得された前記第１の位置情報が示す位置と、前記第２の位置情報取得手段により取得された前記第２の位置情報が示す位置との関係に基づいて、前記指示部材の前記位置指示具の本体に対する相対動作を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−００８５３２号公報

ところで、従来の位置指示具制御装置は、相対動作を制御する振動パターンの周波数に特に工夫をしていないため、良好な触感を提供できないおそれがある。

そこで、良好な触感を提供できるペン型入力装置、及び、電子機器を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態のペン型入力装置は、一端に開口部を有するペン型の筐体と、前記開口部から一部が表出し、前記筐体によって回動自在に保持されるボールと、前記筐体の内部に配置され、一端が前記ボールに当接する棒状の振動体と、前記筐体の内部に配設され、前記振動体に固定される振動素子であって、前記振動体に超音波帯の振動を発生させる駆動信号で駆動される振動素子とを含む。

良好な触感を提供できるペン型入力装置、及び、電子機器を提供することができる。

実施の形態のペン型入力装置１０を示す図である。 実施の形態のタブレットコンピュータ１００を示す斜視図である。 タブレットコンピュータ１００の断面を示す図である。 ボール１２の転がり抵抗と駆動信号の振幅との関係を示す図である。 棒状振動体１３とボール１２の断面を示す図である。 αの値を１、２、３に設定した場合の圧力Ｐsと圧力Ｐとの比の計算結果を示す図である。 実施の形態のタブレットコンピュータ１００の構成を示す図である。 メモリ２５０に格納されるデータを示す図である。 実施の形態のタブレットコンピュータ１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートである。 実施の形態のタブレットコンピュータ１００及びペン型入力装置１０の動作例を示す図である。 実施の形態の変形例によるペン型入力装置１０Ａを示す図である。 実施の形態の変形例による動作例を示す図である。

以下、本発明のペン型入力装置、及び、電子機器を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態のペン型入力装置１０を示す図である。図１では、説明の便宜上、ペン型入力装置１０の内部構造を説明するために、先端側の一部を断面で示す。ペン型入力装置１０は、例えば、スタイラスのように、タブレットコンピュータ、スマートフォン、ゲーム機、携帯情報端末機、又はＡＴＭ（Automatic Teller Machine）等のタッチパネルを操作するために利用される。以下では一例として、タブレットコンピュータの操作に用いる形態について説明する。

ペン型入力装置１０は、筐体１１、ボール１２、棒状振動体１３、振動素子１４を有する。また、ペン型入力装置１０には、ケーブル２０が接続されている。ケーブル２０は、先端にＵＳＢ(Universal Serial Bus)コネクタ２１が接続されており、後述するタブレットコンピュータに接続される。以下では、ボール１２がある側（図１における左側）の端を、ペン型入力装置１０、筐体１１、円筒部１１Ａ、又は棒状振動体１３の先端と称す。

筐体１１は、ペン型の外観を有し、先端側に、ボール１２、棒状振動体１３、振動素子１４を収容する円筒部１１Ａを有する。円筒部１１Ａは、先端に開口部１１Ａ１を有し、先端とは反対側の内壁１１Ｂと開口部１１Ａ１との間に円筒状の内部空間１１Ａ２を形成している。

円筒部１１Ａの先端は、ボール１２を回動自在に保持するように、直径が徐々に狭められており、ボール１２の一部は開口部１１Ａ１から表出する。内壁１１Ｂは、円筒部１１Ａの先端とは反対側において、円筒部１１Ａの中心軸に直交する壁部である。

ボール１２は、円筒部１１Ａの先端に回動自在に設けられている。ボール１２は、円筒部１１Ａの先端で、一部が開口部１１Ａ１から表出した状態で、円筒部１１Ａの先端の内壁と棒状振動体１３との間で回動自在に保持されている。ボール１２が回転する際には、棒状振動体１３との間で動摩擦力が生じる。ボール１２の材質は、金属又は樹脂等である。

棒状振動体１３は、振動片１３Ａと１３Ｂとに二分割されている。振動片１３Ａと１３Ｂは、円柱状の部材を長手方向において分断した形状を有し、振動片１３Ａと１３Ｂとの間には、振動素子１４が挟まれている。振動素子１４は、振動片１３Ａと１３Ｂとの間に接着されており、振動片１３Ａ及び１３Ｂと一体化されている。棒状振動体１３の材質は、金属又は樹脂等である。

棒状振動体１３は、振動片１３Ｂの端部１３Ｂ１が内壁１１Ｂに接着されることにより、筐体１１の円筒部１１Ａの内部空間１１Ａ２の中で一端が固定されている。棒状振動体１３の先端（振動片１３Ａの端部１３Ａ１）は、ボール１２に当接している。

ここでは、振動片１３Ａ及び１３Ｂの円柱形状の中心軸が伸延する方向（図１における横方向）を振動片１３Ａと１３Ｂの長手方向と称す。図１には、一例として、振動片１３Ａの方が振動片１３Ｂよりも長い形態を示すが、振動片１３Ａと１３Ｂの長さの関係は、このような関係に限られるものではない。振動片１３Ａの方が振動片１３Ｂよりも短くてもよいし、振動片１３Ａ及び１３Ｂの長さが等しくてもよい。

振動素子１４は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)のような圧電体を含む振動素子を用いることができる。振動素子１４は、図１における横方向（棒状振動体１３の中心軸が伸延する方向）に振動する素子である。超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。

振動素子１４には、配線１４Ａ及びケーブル２０介してタブレットコンピュータが接続されており、タブレットコンピュータの駆動制御部から駆動信号が入力され、駆動信号によって駆動される。振動素子１４が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は駆動信号によって設定される。また、振動素子１４のオン／オフは駆動信号によって制御される。

振動素子１４と棒状振動体１３は接着されて一体化されているので、振動素子１４が振動すると、棒状振動体１３も振動する。振動素子１４と棒状振動体１３は、振動素子１４と棒状振動体１３を１つの振動体として捉えた場合の固有振動数で振動するように、ヤング率、密度、ポアソン比、及びサイズ等が設定されていてもよい。振動素子１４及び棒状振動体１３が超音波帯の固有振動で振動すれば、振幅が増幅されるからである。

図２は、実施の形態のタブレットコンピュータ１００を示す斜視図である。

タブレットコンピュータ１００の操作入力部１０１は、タッチパネルの下にディスプレイパネルが配設されており、ディスプレイパネルにＧＵＩ(Graphic User Interface)による様々なボタン１０２Ａ、１０２Ｂ等（以下、ＧＵＩ操作部１０２と称す）が表示される。

タブレットコンピュータ１００の利用者は、ペン型入力装置１０で操作入力部１０１に触れることにより、入力を行う。

図３は、タブレットコンピュータ１００の断面を示す図である。なお、図３では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。

タブレットコンピュータ１００は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。タブレットコンピュータ１００には、ケーブル２０を介してペン型入力装置１０が接続されている。ここでは、タブレットコンピュータ１００とペン型入力装置１０とを合わせたものを電子機器として取り扱う。

筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、図３に示すように凹部１１０Ａに基板１７０、ディスプレイパネル１６０、及びタッチパネル１５０が配設されるとともに、両面テープ１３０によってトップパネル１２０が接着されている。

トップパネル１２０は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、又は、ポリカーボネートのようなプラスティックで作製される。トップパネル１２０の表面（Ｚ軸正方向側の面）は、タブレットコンピュータ１００の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。

トップパネル１２０は、平面視における四辺が両面テープ１３０によって筐体１１０に接着されている。なお、両面テープ１３０は、トップパネル１２０の四辺を筐体１１０に接着できればよく、図３に示すように矩形環状である必要はない。

トップパネル１２０のＺ軸負方向側にはタッチパネル１５０が配設される。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護するために設けられている。なお、トップパネル１２０の表面に、さらに別なパネル又は保護膜等が設けられていてもよい。

タッチパネル１５０は、ディスプレイパネル１６０の上（Ｚ軸正方向側）で、トップパネル１２０の下（Ｚ軸負方向側）に配設されている。タッチパネル１５０は、タブレットコンピュータ１００の利用者がペン型入力装置１０でトップパネル１２０に触れる位置（以下、操作入力の位置と称す）を検出する座標検出部の一例である。

タッチパネル１５０の下にあるディスプレイパネル１６０には、ＧＵＩによる様々なボタン等（以下、ＧＵＩ操作部と称す）が表示される。このため、タブレットコンピュータ１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部を操作するために、ペン型入力装置１０でトップパネル１２０に触れる。

タッチパネル１５０は、利用者のトップパネル１２０への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型の座標検出部であればよい。

また、ここでは、タッチパネル１５０の入力面側にトップパネル１２０が配設される形態について説明するが、トップパネル１２０はタッチパネル１５０と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル１５０の表面が図３に示すトップパネル１２０の表面になり、操作面を構築する。また、図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。

また、タッチパネル１５０が抵抗膜型の場合は、トップパネル１２０の上にタッチパネル１５０が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。 ディスプレイパネル１６０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル１６０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部で、図示を省略するホルダ等によって基板１７０の上（Ｚ軸正方向側）に設置される。

ディスプレイパネル１６０は、後述するドライバＩＣ(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、タブレットコンピュータ１００の動作状況に応じて、ＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。

基板１７０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部に配設される。基板１７０の上には、ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０が配設される。ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０は、図示を省略するホルダ等によって基板１７０及び筐体１１０に固定されている。

基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、タブレットコンピュータ１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。

以上のような構成のタブレットコンピュータ１００は、トップパネル１２０にペン型入力装置１０が接触し、接触点の移動を検出すると、基板１７０に実装される駆動制御部が駆動信号を出力し、ペン型入力装置１０の振動素子１４を超音波帯の周波数で振動させる。

ここで、振動素子１４を超音波帯の周波数で振動させることによって棒状振動体１３を超音波帯で振動させると、棒状振動体１３の端部１３Ａ１とボール１２との間にスクイーズ膜効果による空気層が介在し、ボール１２でトップパネル１２０の表面をなぞってボール１２が回転するときのボール１２と端部１３Ａ１との間の動摩擦係数が低下する。

ペン型入力装置１０を手に持ってタブレットコンピュータに操作入力を行う利用者は、振動がオンになると、ボール１２に掛かる動摩擦力の低下を感知し、ボール１２の滑り易さを知覚することになる。

一方、利用者は、振動がオフになると、ボール１２に掛かる動摩擦力の増大を感知し、ボール１２の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。

なお、ここでは、振動のオン／オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、これは、振動素子１４の振幅（強度）を変化させた場合も同様である。

図４は、ボール１２の転がり抵抗と駆動信号の振幅との関係を示す図である。図４において、横軸は駆動信号の振幅を示し、右に行くほど駆動信号の振幅が大きくなることを表す。また、縦軸はボール１２の転がり抵抗を示し、上に行くほどボール１２の転がり抵抗が大きくなり、ボール１２が転がり難くなることを表す。

振動素子１４が駆動されてボール１２と棒状振動体１３の間の動摩擦力が低下されると、ボール１２の転がり抵抗は低下するため、図４に示すように、駆動信号の振幅が大きくなると、ボール１２の転がり抵抗が低下する。

図５は、棒状振動体１３とボール１２の断面を示す図である。図５には、振動素子１４も示す。

棒状振動体１３の端部１３Ａ１は、円錐状に凹んだ凹部１３Ａ２を有する。凹部１３Ａ２は、円筒状の棒状振動体１３のボール１２に当接する面が円錐状に凹んだ部分である。凹部１３Ａ２の円錐形状の中心軸は、棒状振動体１３の中心軸Ｌ１と一致している。

このような円錐状の凹部１３Ａ２を設けると、ボール１２と棒状振動体１３が接触する部分の面積を増大させることができる。ボール１２と棒状振動体１３は、凹部１３Ａ２のある位置で、円周状に接触する。

このようにボール１２と棒状振動体１３が接触する部分の面積を増大させると、スクイーズ膜効果が増大するため、より小さい駆動電圧（振幅値）の駆動信号で、ボール１２の転がり抵抗を低下させることができる。

ここで、凹部１３Ａ２が設けられずに端部１３Ａ１がボール１２に接触する面が平面（中心軸Ｌ１に垂直な平面）である場合と、円錐状の凹部１３Ａ２が設けられている場合とを比べると、凹部１３Ａ２の接触面の法線方向は角度θだけずれることになる。

このため、凹部１３Ａ２が設けられている場合は、端部１３Ａ１が平面である場合に比べると、棒状振動体１３の横方向への振動による接触面の法線方向の変位がｃｏｓθ倍に低下し、それだけスクイーズ膜効果が小さくなる。

ここで、接触面の法線方向の変位とは、棒状振動体１３が中心軸Ｌ１の方向に振動で変位したときに、凹部１３Ａ２の円錐状の接触面の法線方向に得られる棒状振動体１３の変位である。接触面の法線方向の変位は、棒状振動体１３の中心軸Ｌ１の方向の変位のｃｏｓθ倍になる。

また、中心軸Ｌ１の方向にボール１２を押す力Ｆｚと、凹部１３Ａ２の接触面にかかる圧力Ｐの関係を考えると、接触面の法線方向に働く力Ｆｎに接触面積Ｓを掛けた値は、Ｆｚには等しくなく、Ｆｎにｃｏｓθと接触面積Ｓを掛けた値が力Ｆｚと等しくなる。

すなわち、圧力ＰはＦｚを接触面積Ｓで割った値よりも大きくなり、（１／ｃｏｓθ）倍になる。このため、スクイーズ膜効果の斥力が棒状振動体１３を押し返すべき力が角度θに伴って大きくなる。

ここで、ボール１２の全体に、中心軸Ｌ１の方向の力Ｆｚが掛かった状態で、凹部１３Ａ２の接触面の圧力Ｐは、次式（１）で表される。

接触円の半径がｓｉｎθに比例するので、凹部１３Ａ２の接触面積Ｓはｓｉｎθに比例する。このため、式（１）から接触面積Ｓを省くと、圧力Ｐと力Ｆｚとの間には、次の関係が成り立つ。

また、振動による凹部１３Ａ２の接触面の法線方向の変位の量はｃｏｓθに比例するので、スクイーズ膜の斥力が接触面の法線方向の変位の量のα乗に比例すると仮定すると、動摩擦力が変化する効果は、スクイーズ膜による圧力Ｐsと圧力Ｐとの比で決まると考えられため、次式（３）のように表すことができる。

ここで、α乗のαの値を１、２、３に設定した場合の圧力Ｐsと圧力Ｐとの比の計算結果について説明する。図６は、αの値を１、２、３に設定した場合の圧力Ｐsと圧力Ｐとの比の計算結果を示す図である。図６において、横軸はθを表し、縦軸は圧力Ｐsと圧力Ｐとの比を表す。

圧力Ｐsと圧力Ｐとの比は、θ＝０°からθの増加に伴って増加し、α＝１であればθ＝３５°付近が極大であり、α＝２であればθ＝３０°が極大である。また、α＝３であればθ＝２７°付近が極大である。スクイーズ膜の斥力と接触面の法線方向の変位の量の関係は、接触面の表面状態、又は、接触面の法線方向の変位の絶対値等の条件によって変わると考えられるが、α＝１、２、３のいずれであっても、θを０°から増加させることで、式（３）のスクイーズ膜効果が増加する。

このため、棒状振動体１３の先端に円錐状の凹部１３Ａ２を設けることにより、ボール１２の転がり抵抗を効率よく変化させることができる。特に、式（３）に基づく考察から、θ＝１５°からθ＝３５°の範囲の角度を有する円錐状の凹部１３Ａ２を設けることが効果的であることが分かる。実際に、角度θ＝２５°の凹部１３Ａ２を有するペン型入力装置１０において、比較的小さい駆動電圧（振幅値）の駆動信号で、ボール１２の転がり抵抗を十分に低下させることができることが実験で観察できている。

次に、図７を用いて、実施の形態のタブレットコンピュータ１００の構成について説明する。

図７は、実施の形態のタブレットコンピュータ１００の構成を示す図である。

タブレットコンピュータ１００は、アンプ１４１、タッチパネル１５０、ドライバＩＣ(Integrated Circuit)１５１、ディスプレイパネル１６０、ドライバＩＣ１６１、制御部２００、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０を含む。

図７には、タブレットコンピュータ１００にケーブル２０を介して接続されるペン型入力装置１０の振動素子１４も示す。

制御部２００は、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０を有する。制御部２００は、例えば、ＩＣチップで実現される。

また、駆動制御部２４０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０は、駆動制御装置３００を構築する。なお、ここでは、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０が１つの制御部２００によって実現される形態について説明するが、駆動制御部２４０は、制御部２００の外部に別のＩＣチップ又はプロセッサとして設けられていてもよい。この場合には、メモリ２５０に格納されているデータのうち、駆動制御部２４０の駆動制御に必要なデータは、メモリ２５０とは別のメモリに格納して、駆動制御装置３００の内部に設ければよい。

図７では、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、及び基板１７０（図２参照）は省略する。また、ここでは、アンプ１４１、ドライバＩＣ１５１、ドライバＩＣ１６１、駆動制御部２４０、メモリ２５０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０について説明する。

アンプ１４１は、駆動制御装置３００に接続されており、駆動制御装置３００から出力される駆動信号を増幅して、ケーブル２０を介して接続されているペン型入力装置１０に出力する。ペン型入力装置１０は、駆動信号に従って振動素子１４を駆動する。

ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０に接続されており、タッチパネル１５０への操作入力があった位置を表す位置データを検出し、位置データを制御部２００に出力する。この結果、位置データは、アプリケーションプロセッサ２２０と駆動制御部２４０に入力される。なお、位置データが駆動制御部２４０に入力されることは、位置データが駆動制御装置３００に入力されることと等価である。

なお、ここでは、ペン型入力装置１０によってタッチパネル１５０に操作入力が行われ、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０に接触した位置をタッチパネル１５０が検出する形態について説明するが、タッチパネル１５０は、利用者の指先がトップパネル１２０に接触する位置を検出することができる。

ドライバＩＣ１６１は、ディスプレイパネル１６０に接続されており、アプリケーションプロセッサ２２０から入力される描画データをディスプレイパネル１６０に出力し、描画データに基づく画像をディスプレイパネル１６０に表示させる。これにより、ディスプレイパネル１６０には、描画データに基づくＧＵＩ操作部又は画像等が表示される。

アプリケーションプロセッサ２２０は、タブレットコンピュータ１００の種々のアプリケーションを実行する処理を行う。例えば、ペン型入力装置１０によって、文字又は線図等を入力する操作入力が行われると、アプリケーションプロセッサ２２０は、文字又は線図等を表す描画データをドライバＩＣ１６１に出力する。この結果、ペン型入力装置１０によって入力された文字又は線図等がディスプレイパネル１６０に表示される。

通信プロセッサ２３０は、タブレットコンピュータ１００が３Ｇ(Generation)、４Ｇ(Generation)、LTE(Long Term Evolution)、WiFi等の通信を行うために必要な処理を実行する。

駆動制御部２４０は、所定のアプリケーションが実行されているときに、ペン型入力装置１０の接触位置が移動すると、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。振幅データは、振動素子１４の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータである。振幅値は、位置データの時間的変化度合に応じて設定される。ここで、位置データの時間的変化度合としては、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０の表面に沿って移動する速度を用いる。ペン型入力装置１０の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データの時間的な変化度合に基づいて、駆動制御部２４０が算出する。

また、実施の形態の駆動制御装置３００は、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０の表面に沿って移動したときに、ボール１２に掛かる動摩擦力を変化させるために振動素子１４を振動させる。動摩擦力は、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０に触れながら移動しているときに発生するため、駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上になったときに、振動素子１４を振動させる。

従って、駆動制御部２４０が出力する振幅データが表す振幅値は、移動速度が所定の閾値速度未満のときはゼロであり、移動速度が所定の閾値速度以上になると、移動速度に応じて所定の振幅値に設定される。

メモリ２５０は、アプリケーションの種類を表すデータと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータを格納する。

また、メモリ２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０がアプリケーションの実行に必要とするデータ及びプログラム、及び、通信プロセッサ２３０が通信処理に必要とするデータ及びプログラム等を格納する。

正弦波発生器３１０は、振動素子１４及び棒状振動体１３を超音波帯の周波数で振動させるための駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、振動素子１４及び棒状振動体１３を３３．５［ｋＨｚ］で振動させる場合は、正弦波の周波数は、３３．５［ｋＨｚ］となる。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。

正弦波発生器３１０が発生する正弦波信号は、超音波帯の振動を発生させる駆動信号の元になる交流の基準信号であり、一定の周波数と一定の位相を有する。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。

なお、ここでは、正弦波信号を発生する正弦波発生器３１０を用いる形態について説明するが、正弦波信号ではなくてもよい。例えば、クロックの立ち上がりと立ち下がりの波形を鈍らせたような波形の信号を用いてもよい。このため、超音波帯の交流信号を発生する信号発生器を正弦波発生器３１０の代わりに用いてもよい。

振幅変調器３２０は、駆動制御部２４０から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器３１０から入力される正弦波信号の振幅を変調して駆動信号を生成する。振幅変調器３２０は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調し、周波数及び位相は変調せずに、駆動信号を生成する。

このため、振幅変調器３２０が出力する駆動信号は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調した超音波帯の正弦波信号である。なお、振幅データがゼロの場合は、駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器３２０が駆動信号を出力しないことと等しい。

次に、図８を用いて、メモリ２５０に格納されるデータについて説明する。

図８は、メモリ２５０に格納されるデータを示す図である。

図８に示すように、アプリケーションの種類を表すデータと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータがメモリ２５０に格納される。

アプリケーションの種類を表すデータとして、アプリケーションＩＤ(Identification)を示す。また、振動パターンを表すパターンデータとして、Ｐ１〜Ｐ４を示す。パターンデータＰ１〜Ｐ４は、振幅値を表す振幅データを時系列的に並べたデータである。

なお、アプリケーションＩＤで表されるアプリケーションは、スマートフォン端末機、又は、タブレット型コンピュータで利用可能なあらゆるアプリケーションを含み、電子メールの編集モードも含む。

次に、図９を用いて、実施の形態のタブレットコンピュータ１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理について説明する。

図９は、実施の形態のタブレットコンピュータ１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートである。

タブレットコンピュータ１００のＯＳ（Operating System）は、所定の制御周期毎にタブレットコンピュータ１００を駆動するための制御を実行する。このため、駆動制御装置３００は、所定の制御周期毎に演算を行う。これは駆動制御部２４０も同様であり、駆動制御部２４０は、図９に示すフローを所定の制御周期毎に繰り返し実行する。

駆動制御部２４０は、タブレットコンピュータ１００の電源がオンにされることにより、処理をスタートさせる。

駆動制御部２４０は、現在の位置データが表す座標を取得する（ステップＳ１）。

駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。移動速度は、ベクトル演算によって算出すればよい。なお、閾値速度は、トップパネル１２０に触れたペン型入力装置１０を移動させながら操作入力を行う際における接触位置の移動速度の最低速度として設定すればよい。このような最低速度は、実験結果に基づいて設定してもよく、タッチパネル１５０の分解能等に応じて設定してもよい。

駆動制御部２４０は、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上であると判定した場合は、現在のアプリケーションの種類に関連付けられた振動パターン（パターンデータ）から振幅値を表す振幅データを読み出す（ステップＳ２）。

駆動制御部２４０は、振幅データ出力する（ステップＳ３）。これにより、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅が変調されることによって駆動信号が生成され、振動素子１４が駆動される。

一方、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上ではないと判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）は、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する（ステップＳ４）。

この結果、駆動制御部２４０は、振幅値がゼロの振幅データが出力され、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅がゼロに変調された駆動信号が生成される。このため、この場合は、振動素子１４は駆動されない。

ここで、図１０を用いて、操作入力が行われた場合に、駆動制御部２４０が出力する振幅データに基づいて振幅変調器３２０から出力される駆動信号によって棒状振動体１３に生じる振動について説明する。図１０は、実施の形態のタブレットコンピュータ１００及びペン型入力装置１０の動作例を示す図である。図１０には（Ａ）と（Ｂ）の２つの動作例を示す。

図１０（Ａ）、（Ｂ）において、横軸は時間軸を表し、縦軸は振幅データの振幅値を表す。また、ここでは、ペン型入力装置１０の接触位置の移動速度は略一定であることとする。

図１０（Ａ）に示す振動パターンは、時間の経過とともに振幅がＡ１とＡ２の間で正弦波状に変化する振動パターンである。図１０（Ａ）に示す振動パターンは、一例として、３３．５ｋＨｚの超音波帯の正弦波の振幅を、１００Ｈｚの正弦波に応じて振幅がＡ１とＡ２の間で正弦波状に変化させる振動パターンである。

図１０（Ａ）に示す振動パターンは、３３．５ｋＨｚの超音波帯の正弦波の振幅が、１００Ｈｚの正弦波に応じて変化する駆動信号の包絡線を示している。なお、１００Ｈｚは、可聴域の周波数の一例である。可聴域とは、約２０ｋＨｚ以下の周波数帯であり、人間が視聴可能な帯域である。

実行中のアプリケーションに関連付けられた振動パターンが、図１０（Ａ）に示す振動パターンである場合には、次のように振動素子１４が駆動される。

トップパネル１２０に触れたペン型入力装置１０の接触位置が、時刻ｔ１において移動し始めたとする。駆動制御部２４０は、図１０（Ａ）に示す振動パターンに応じた駆動信号を出力し、振動素子１４を駆動する。

時刻ｔ２において接触位置が停止すると、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する。このため、時刻ｔ２の直後に振幅がゼロになる。

このように振幅が正弦波状に周期的に変化する振動パターンを用いる場合には、トップパネル１２０の表面に沿って回転移動するボール１２に掛かる動摩擦力が周期的に変化する。振幅が大きくなると、スクイーズ膜効果が増大するので、動摩擦力が低下し、振幅が小さくなると、スクイーズ膜効果が減少するので、動摩擦力が増大する。

このため、ペン型入力装置１０を手に持つ利用者に、ペン型入力装置１０でトップパネル１２０をなぞるときにこの例では100Hzの振動の触感を提供することができる。

図１０（Ｂ）に示す振動パターンは、３３．５ｋＨｚの超音波帯の正弦波の振幅が、Ａ３の前後で可聴域の周波数でランダムに変化する駆動信号の包絡線を示している。この駆動信号の振動パターンは、紙に鉛筆で線図を描くときの触感を模擬的に表している。

トップパネル１２０に触れたペン型入力装置１０の接触位置が、時刻ｔ１１において移動し始めると、駆動制御部２４０は、実行中のアプリケーションに関連付けられた振動パターンで振動素子１４を駆動する。

時刻ｔ１２において接触位置が停止すると、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する。このため、時刻ｔ１２の直後に振幅がゼロになる。

このように振幅が振幅がＡ３の前後でランダムに変化する振動パターンを用いる場合には、トップパネル１２０の表面に沿って回転移動するボール１２に掛かる動摩擦力がランダムに変化する。

紙に鉛筆で線図を描くときには、紙の表面の微妙な凹凸又は繊維の配列等によって、ざらざらしたランダムな振動が手に伝わる。図１０（Ｂ）に示す振動パターンは、このように紙に鉛筆で線図を描くときに手に伝わるランダムな触感を再現するためのものである。

このため、ペン型入力装置１０を手に持つ利用者に、ペン型入力装置１０でトップパネル１２０をなぞるときに、紙に鉛筆で線図を描くときに得られるような模擬的な触感を提供することができる。

以上、実施の形態のタブレットコンピュータ１００によれば、振動素子１４及び棒状振動体１３の超音波帯の振動を発生させてボール１２に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。

また、実施の形態のタブレットコンピュータ１００は、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の振幅のみを振幅変調器３２０で変調することによって駆動信号を生成している。

すなわち、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数又は位相を変調することなく、振幅のみを振幅変調器３２０で変調することによって駆動信号を生成している。

従って、スクイーズ効果による空気層の介在を利用して、トップパネル１２０の表面をペン型入力装置１０でなぞったときにボール１２に掛かる動摩擦係数を確実に低下させることができ、滑りやすい触感と滑りにくい触感とを利用者に提供することができる。

以上では、ペン型入力装置１０の接触位置が移動すると、振動素子１４を超音波帯の駆動信号で駆動する形態について説明した。例えば、図８に示すアプリケーションＩＤと振動パターンに、ＧＵＩ部品１０２の表示領域を表す領域データを加えて、所定のＧＵＩ部品１０２の表示領域内に接触位置が位置しており、かつ、接触位置が移動しているときに、振動パターンに応じて振動素子１４を駆動するようにしてもよい。

また、以上では、棒状振動体１３が円錐状に凹んだ凹部１３Ａ２を有する形態について説明した。凹部１３Ａ２の形状は、円錐状の代わりに、角錐状にしてもよい。この場合は、ボール１２と凹部１３Ａ２との間に、角錐の面の数に応じた接触点が得られる。また、棒状振動体１３に凹部１３Ａ２を設けずに、平坦面にしてもよい。

また、ペン型入力装置１０を次のように変形してもよい。図１１は、実施の形態の変形例によるペン型入力装置１０Ａを示す図である。

ペン型入力装置１０Ａは、図１に示すペン型入力装置１０の筐体１１の内壁１１Ｂと振動片１３Ｂの端部１３Ｂ１との間に、ばね１５を挿入した構成を有する。ばね１５は、自然長よりも収縮した状態で、内壁１１Ｂと端部１３Ｂ１との間に挿入されている。

ばね１５を挿入する分だけ、内壁１１Ｂの位置をずらす等の変更を筐体１１に施せばよい。ばね１５の一端（図１１中の右端）は内壁１１Ｂに接着等によって固定されており、ばね１５の他端（図１１中の左端）は棒状振動体１３に接着等によって固定されている。

ばね１５は、常に一定以上の力で棒状振動体１３をボール１２に押しつけている。この構造により、ボール１２に対して棒状振動体１３を押しつける力が安定し、転がり抵抗の設定を行い易くなる。また、棒状振動体１３が筐体１１に直接に接着されるのではなく、ばね１５を介して設置することで、より大きなＱ値が得られるので、棒状振動体１３の振幅を増大させることができる。特に、棒状振動体１３を超音波帯の固有振動を発生させる共振モードで駆動する場合に、大きな振幅が得られる。

また、以上では、棒状振動体１３が二分割されていて、振動片１３Ａと１３Ｂとの間には、振動素子１４が挟まれている形態について説明した。しかしながら、棒状振動体１３が二分割される必要はなく、振動素子１４が棒状振動体１３に取り付けられていて、振動素子１４と棒状振動体１３が振動する構成であればどのような構成であってもよい。

また、以上では、アンプ１４１と駆動制御装置３００がタブレットコンピュータ１００の内部にあり、駆動制御装置３００から出力され、アンプ１４１で増幅された駆動信号がケーブル２０を介してペン型入力装置１０の振動素子１４に入力される形態について説明した。

しかしながら、アンプ１４１がペン型入力装置１０の内部にあってもよい。また、アンプ１４１がペン型入力装置１０の内部にあって、駆動制御装置３００がケーブル２０の途中に設けられていてもよい。また、アンプ１４１と駆動制御装置３００がケーブル２０の途中に設けられていてもよい。

また、以上では、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０に接触し、接触位置の移動速度が所定の閾値速度以上になったときに振動素子１４０を駆動する形態について説明した。

しかしながら、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０に接触した時点で振動素子１４０を駆動し、接触位置の移動速度が所定の閾値速度よりも大きくなったときに振動素子１４０を駆動する駆動信号の振幅を増大させてもよい。

図１２は、実施の形態の変形例による動作例を示す図である。ここでは、一例として、閾値速度は０（ｍ／ｓ）である。

図１２に示す振動パターンは、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０に接触した時点で振幅Ａ１１の駆動信号で振動素子１４０を駆動し、接触位置が移動し始めると、時間の経過とともに振幅がＡ１２とＡ１３の間で正弦波状に変化する振動パターンである。図１２に示す振動パターンは、一例として、３３．５ｋＨｚの超音波帯の正弦波の振幅を、１００Ｈｚの正弦波に応じて振幅がＡ１２とＡ１３の間で正弦波状に変化させる振動パターンである。なお、振幅がＡ１２とＡ１３の間で正弦波状に変化する振動パターンは、図１０（Ａ）に示す駆動パターンと同様である。

図１２に示す振動パターンは、３３．５ｋＨｚの超音波帯の正弦波の振幅が、１００Ｈｚの正弦波に応じて変化する駆動信号の包絡線を示している。

実行中のアプリケーションに関連付けられた振動パターンが、図１２に示す振動パターンである場合には、次のように振動素子１４が駆動される。

ペン型入力装置１０が、時刻ｔ２１においてトップパネル１２０に触れたとする。駆動制御部２４０は、図１２に示す振動パターンに応じた振幅Ａ１１の駆動信号を出力し、振動素子１４を駆動する。

トップパネル１２０に触れたペン型入力装置１０の接触位置が、時刻ｔ２２において移動し始めたとする。このとき、駆動制御部２４０は、接触位置の移動速度が閾値速度（０ ｍ／ｓ）より大きくなったと判定し、図１２に示す振動パターンに応じて振幅がＡ１２とＡ１３の間で正弦波状に変化させる振動パターンの駆動信号を出力し、振動素子１４を駆動する。

時刻ｔ２３においてペン型入力装置１０がトップパネル１２０から離れると、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する。このため、時刻ｔ２３の直後に振幅がゼロになる。

このように、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０に接触した時点で振動素子１４０を駆動し、接触位置の移動速度が所定の閾値速度よりも大きくなったときに振動素子１４０を駆動する駆動信号の振幅を増大させてもよい。

このような駆動方法により、ペン型入力装置１０の接触位置が移動し始めるときに、より滑らかな触感を利用者に提供することができる場合がある。

なお、時刻ｔ２３でペン型入力装置１０がトップパネル１２０から離れずに停止した場合は、駆動制御部２４０は、振幅Ａ１１の駆動信号を出力して振動素子１４を駆動することになる。

また、ここでは、図１０（Ａ）に示す駆動パターンに、ペン型入力装置１０がトップパネル１２０に接触した時点で振動素子１４０を駆動する区間を追加した駆動パターンについて説明したが、図１０（Ｂ）に示す駆動パターンに、このような区間を追加してもよく、その他の駆動パターンにおいて、このような区間を追加してもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態の電子機器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
一端に開口部を有するペン型の筐体と、
前記開口部から一部が表出し、前記筐体によって回動自在に保持されるボールと、
前記筐体の内部に配置され、一端が前記ボールに当接する棒状の振動体と、
前記筐体の内部に配設され、前記振動体に固定される振動素子であって、前記振動体に超音波帯の振動を発生させる駆動信号で駆動される振動素子と
を含む、ペン型入力装置。
（付記２）
前記振動体は、前記一端で前記ボールに当接する円錐状又は角錐状の凹部を有する、付記１記載のペン型入力装置。
（付記３）
前記振動体の他端と前記筐体の内壁部との間に、自然長よりも縮んだ状態で配設される、ばねをさらに含む、付記１又は２記載のペン型入力装置。
（付記４）
前記駆動信号は、可聴域の周波数で振幅が変化する駆動信号であり、
前記振動素子は、前記可聴域の周波数で前記振動の強度が変化するように駆動される、付記１乃至３のいずれか一項記載のペン型入力装置。
（付記５）
一端に開口部を有するペン型の筐体と、
前記開口部から一部が表出し、前記筐体によって回動自在に保持されるボールと、
前記筐体の内部に配設される振動素子と、
前記筐体の内部に配置され、一端が前記ボールに当接し、前記振動素子によって振動される、棒状の振動体と、
前記振動体に超音波帯の振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、前記位置検出部で検出される位置の時間的変化度合に応じて、前記振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する駆動制御部と
を含む、ペン型入力装置。
（付記６）
開口部を有する筐体と、
前記筐体に固定され、前記開口部から表出する操作面を有するトップパネルと、
前記筐体の内部に配置され、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、
前記筐体の外部に設けられ、前記操作面に前記操作入力を行うペン型入力装置と
を含む、電子機器であって、
前記ペン型入力装置は、
一端に開口部を有するペン型の筐体と、
前記開口部から一部が表出し、前記筐体によって回動自在に保持されるボールと、
前記筐体の内部に配設される振動素子と、
前記筐体の内部に配置され、一端が前記ボールに当接し、前記振動素子によって振動される、棒状の振動体と、
前記振動体に超音波帯の振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、前記位置検出部で検出される位置の時間的変化度合に応じて、前記振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する駆動制御部と
を有する、電子機器。
（付記７）
前記駆動制御部は、前記位置検出部で検出される位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する、付記６記載の電子機器。
（付記８）
前記筐体の内部に配置され、前記駆動信号を表すデータを格納する格納部をさらに含み、
前記駆動制御部は、前記格納部に格納される前記データが表す前記駆動信号に基づいて、前記位置検出部で検出される位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する、付記６記載の電子機器。

１０、１０Ａ ペン型入力装置
１１ 筐体
１２ ボール
１３ 棒状振動体
１４ 振動素子
１５ ばね
１００ タブレットコンピュータ
１１０ 筐体
１２０ トップパネル
１３０ 両面テープ
１５０ タッチパネル
１６０ ディスプレイパネル
１７０ 基板
１８０Ａ、１８０Ａ１、１８０Ｂ 遮蔽壁
２００ 制御部
２２０ アプリケーションプロセッサ
２３０ 通信プロセッサ
２４０ 駆動制御部
２５０ メモリ
３００ 駆動制御装置
３１０ 正弦波発生器
３２０ 振幅変調器

Claims (7)

1. 一端に開口部を有するペン型の筐体と、
   前記開口部から一部が表出し、前記筐体によって回動自在に保持されるボールと、
   前記筐体の内部に配置され、一端が前記ボールに当接する棒状の振動体と、
   前記筐体の内部に配設され、前記振動体に固定される振動素子であって、前記振動体に超音波帯の振動を発生させる駆動信号で駆動される振動素子と
   を含む、ペン型入力装置。
2. 前記振動体は、前記一端で前記ボールに当接する円錐状又は角錐状の凹部を有する、請求項１記載のペン型入力装置。
3. 前記振動体の他端と前記筐体の内壁部との間に、自然長よりも縮んだ状態で配設される、ばねをさらに含む、請求項１又は２記載のペン型入力装置。
4. 前記駆動信号は、可聴域の周波数で振幅が変化する駆動信号であり、
   前記振動素子は、前記可聴域の周波数で前記振動の強度が変化するように駆動される、請求項１乃至３のいずれか一項記載のペン型入力装置。
5. 開口部を有する筐体と、
   前記筐体に固定され、前記開口部から表出する操作面を有するトップパネルと、
   前記筐体の内部に配置され、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、
   前記筐体の外部に設けられ、前記操作面に前記操作入力を行うペン型入力装置と
   を含む、電子機器であって、
   前記ペン型入力装置は、
   一端に開口部を有するペン型の筐体と、
   前記開口部から一部が表出し、前記筐体によって回動自在に保持されるボールと、
   前記筐体の内部に配設される振動素子と、
   前記筐体の内部に配置され、一端が前記ボールに当接し、前記振動素子によって振動される、棒状の振動体と、
   前記振動体に超音波帯の振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、前記位置検出部で検出される位置の時間的変化度合に応じて、前記振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する駆動制御部と
   を有する、電子機器。
6. 前記駆動制御部は、前記位置検出部で検出される位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する、請求項５記載の電子機器。
7. 前記筐体の内部に配置され、前記駆動信号を表すデータを格納する格納部をさらに含み、
   前記駆動制御部は、前記格納部に格納される前記データが表す前記駆動信号に基づいて、前記位置検出部で検出される位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記振動の強度が変化するように前記振動素子を駆動する、請求項６記載の電子機器。