JP2019175298A - 触覚出力装置 - Google Patents

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直樹 金井
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Abstract

【課題】振動収束期間を長くすることなく、振動収束期間における振動量を大きくすることのできる触覚出力装置を提供する。【解決手段】触覚出力装置10において、プロセッサ101は、各種処理を行う制御装置であり、アクチュエータ102に対しては駆動信号及び制動信号を出力し、アクチュエータ102の駆動・制動を行う。すなわち、プロセッサ101は、駆動信号及び制動信号をアクチュエータ102に伝達する信号伝達部として機能する。アクチュエータ102は、振動を生成する機能を有し、アクチュエータ102の搭載された機器に振動を発生させることで、機器のユーザに対して触覚フィードバックを与える。すなわち、アクチュエータ102は、触覚効果を生成する。【選択図】図1

Description

本発明は、触覚出力装置に関する。
従来、各種機器に搭載され、機器を使用するユーザに対して触覚フィードバックを与えることのできる触覚出力装置が開発されている。触覚出力装置においては、触覚効果を生成するためにアクチュエータが備えられる。アクチュエータは、触覚効果を生成するために振動を出力する。
アクチュエータが駆動されると、触覚出力装置を搭載される機器に発生する振動を通じてユーザに触覚フィードバックが与えられる。アクチュエータが制動されると、振動は減衰する。制動時に振動の減衰する速度が低いと、ユーザに好ましくない感覚を与える。そこで、特許文献1には、従来の触覚出力装置の一例が開示される。
特許文献1の触覚出力装置は、触覚効果を生成するアクチュエータと、プロセッサと、を有する。プロセッサは、駆動信号と制動信号をアクチュエータに伝達する。プロセッサは、駆動信号が停止される前またはそれと同時に、制動信号をアクチュエータに伝達する。制動信号は、アクチュエータの共振周波数と実質的に同じ周波数であり、且つ駆動信号の逆位相である。駆動信号と制動信号は、周波数が同じである。
特開2014−170534号公報
しかしながら、駆動開始してから制動により振動が収束するまでの期間を振動収束期間とすると、上記特許文献1では、振動収束期間を短くはできるが、振動収束期間において振動量を大きくすることは考慮されていない。
上記状況に鑑み、本発明は、振動収束期間を長くすることなく、振動収束期間における振動量を大きくすることのできる触覚出力装置を提供することを目的とする。
本発明の例示的な触覚出力装置は、触覚効果を生成するアクチュエータと、駆動信号および制動信号を前記アクチュエータに伝達する信号伝達部と、を備え、前記駆動信号は、第1半周期分の第1駆動波形と、前記第1駆動波形に後続する第2半周期分の第2駆動波形と、前記第2駆動波形に後続する第3半周期分の第3駆動波形と、を有し、前記制動信号は、前記第3駆動波形に後続する制動波形を有し、前記第2駆動波形の電圧値は、前記第1駆動波形の電圧値と極性が逆であり、前記第3駆動波形の電圧値は、前記第2駆動波形の電圧値と極性が逆であり、前記制動波形は、前記駆動信号と逆位相であり、前記第3駆動波形の周波数は、前記第1駆動波形の周波数よりも高い構成としている。
例示的な本発明の触覚出力装置によれば、振動収束期間を長くすることなく、振動収束期間における振動量を大きくすることができる。
図1は、本発明の例示的な実施形態に係る触覚出力装置の構成を示すブロック図である。 図2は、例示的なアクチュエータの分解斜視図である。 図3は、比較例に係る駆動信号・制動信号の電圧波形を示すグラフである。 図4は、本発明の実施形態に係る駆動信号・制動信号の電圧波形を示すグラフである。 図5は、アクチュエータにおける振動体の加速度波形を示すグラフである。 図6は、触覚出力装置を搭載した電子機器の一例を示す外観図である。
以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
<1.触覚出力装置の構成>
図1は、本発明の例示的な実施形態に係る触覚出力装置10の構成を示すブロック図である。図1に示すように、触覚出力装置10は、プロセッサ101と、アクチュエータ102と、を有する。
プロセッサ101は、各種処理を行う制御装置であり、アクチュエータ102に対しては駆動信号および制動信号を出力し、アクチュエータ102の駆動・制動を行う。すなわち、プロセッサ101は、駆動信号および制動信号をアクチュエータ102に伝達する信号伝達部として機能する。
アクチュエータ102は、振動を生成する機能を有し、アクチュエータ102の搭載された機器に振動を発生させることで、機器のユーザに対して触覚フィードバックを与える。すなわち、アクチュエータ102は、触覚効果を生成する。なお、アクチュエータ102の具体的な構成例については後述するが、構成はそれに限定されることはない。
<2.アクチュエータの構成例>
ここで、触覚出力装置10に備えられるアクチュエータ102の一構成について図2を用いて説明する。
図2は、アクチュエータ102の一例としてのアクチュエータACの分解斜視図である。図2に示すアクチュエータACは、横リニア型振動モータとして構成される。なお、図2において、横方向をX方向、縦方向をY方向、上下方向をZ方向として示す。具体的には、横方向一方側をX1、横方向他方側をX2、縦方向一方側をY1、縦方向他方側をY2、上方向をZ1、下方向をZ2とする。
アクチュエータACは、大きく分けると、静止部Sと、振動体4と、弾性部材5A,5Bと、を備える。静止部Sは、ベースプレート1と、基板2と、コイル3と、カバー6と、を有する。
カバー6は、上方に天面部6Aを有して下方が開口した部材である。天面部6Aの横方向に対向する各辺部から下方へ側面部6B,6Cが突出する。
ベースプレート1は、横方向および縦方向に沿って拡がる板状部材である。基板2は、ベースプレート1の上面に固定される。基板2は、FPC(フレキシブルプリント基板)により構成される。なお、基板2は、リジッド基板により構成されてもよい。基板2は、横方向および縦方向に沿って拡がる。横方向および縦方向は、基板2の実装面2Aに沿う方向である。従って、上下方向は、基板2の厚み方向となる。
基板2の実装面2Aには、コイル3が実装される。コイル3は、上下方向の軸周りに導線が巻き回されて構成される。コイル3は、コア(鉄心等)が挿入されていない空芯コイルである。なお、コイルは、コアが挿入されたコアコイルでもよい。コイル3の引き出し線は、基板2の不図示の端子部に導通される。当該端子部に外部より電圧が印加されることで、コイル3に電流が供給される。
振動体4は、コイル3の上方に配置される。振動体4は、おもり41と、第1磁石M1と、第2磁石M2と、を有する。おもり41は、横方向、縦方向、および上下方向をそれぞれ一辺とする略直方体状である。おもり41の縦方向他方側の側面における横方向一方側には、第1固定面41Aが形成される。おもり41の縦方向一方側の側面における横方向他方側には、第2固定面41Bが形成される。すなわち、第1固定面41Aと第2固定面41Bとは、対角線上に配置される。
おもり41には、上下方向に延びて貫通する開口部411,412が横方向に並んで形成される。開口部411内に第1磁石M1が配置され、開口部412内に第2磁石M2が配置される。
一対の弾性部材5A,5Bは、振動体4に固定される。弾性部材5A,5Bは、板バネ部材である。弾性部材5Aは、固定部51と、平板部52,53と、連結部54と、を有する。固定部51は、横方向に延びる。平板部52の一端は、固定部51の横方向一方側端に連接される。平板部52は、一端から縦方向一方側に沿って延びる。平板部52の他端は、連結部54によって平板部53の一端と連結される。連結部54は、縦方向一方側に屈曲する。平板部53は、一端から縦方向他方側に沿って延びる。
固定部51は、第1固定面41Aに例えば溶接により固定される。平板部53の他端部は、カバー6の側面部6Bの内壁面に例えば溶接により固定される。
弾性部材5Bは、弾性部材5Aと同様な構成であり、固定部51から平板部53まで延びる方向が弾性部材5Aとは逆となる。弾性部材5Bの固定部51は、第2固定面41Bに固定される。従って、弾性部材5A,5Bは、おもり41に対して対角線上の位置で固定される。弾性部材5Bの平板部53は、カバー6の側面部6Cの内壁面に固定される。
これにより、弾性部材5A,5Bは、カバー6に対して振動体4を横方向に沿って振動可能に支持する。すなわち、弾性部材5A,5Bは、振動体4を直線方向に振動可能に支持する。コイル3にプロセッサ101から駆動信号または制動信号が伝達されることでコイル3に電流が流れ、コイル3は第1磁石M1,第2磁石M2との相互作用により電磁力を振動体4に与える。これにより、振動体4は、横方向の振動を行う。
<3.駆動・制動制御について>
次に、アクチュエータ102の駆動・制動制御について説明する。ここで、アクチュエータ102は、先述したアクチュエータAC(リニア型振動モータ)であるとして説明する。
まず、本発明の実施形態との比較を行う比較例に係る駆動・制動制御について、図3を用いて説明する。図3は、比較例に係る駆動・制動制御に用いる駆動信号・制動信号の電圧波形を示すグラフである。図3において、横軸は時間軸を示し、縦軸は駆動信号DSまたは制動信号BSの電圧値を示す。
図3では、駆動信号DSは、第1駆動波形DW11と、第2駆動波形DW12と、を有する。第2駆動波形DW12は、第1駆動波形DW11に後続する。第1駆動波形DW11は、区間TA相当の半周期分であり、第2駆動波形DW12は、半周期分より若干短い区間TBの波形である。第2駆動波形DW12の電圧値は、第1駆動波形DW11の電圧値と極性が逆である。区間TAの開始位置が時間軸における0[ms]に相当する。
また、図3では、制動信号BSは、第1制動波形BW11と、第2制動波形BW12と、を有する。第1制動波形BW11は、第2駆動波形DW12に後続する。第2制動波形BW12は、第1制動波形BW11に後続する。第1制動波形BW11は、区間TBの終了位置における第2駆動波形DW12の電圧値から開始され、半周期分より若干短い区間TCの波形である。すなわち、第1制動波形BW11は、第2駆動波形DW12が半周期分現れる時点より前に開始される。第2制動波形BW12は、区間TD相当の半周期分である。制動信号BSは、駆動信号DSと逆位相である。すなわち、第1制動波形BW11は、第1駆動波形DW11と電圧値の極性が逆であり、第2制動波形BW12は、第2駆動波形DW12と電圧値の極性が逆である。第2制動波形BW12の後は、電圧値がゼロとされる。
第1駆動波形DW11、第2駆動波形DW12、第1制動波形BW11、および第2制動波形BW12は、周波数が同じである。第1駆動波形DW11、第2駆動波形DW12、および第1制動波形BW11は、振幅が同じである。第2制動波形BW12は、第1駆動波形DW11、第2駆動波形DW12、および第1制動波形BW11よりも振幅が小さい。
図3に示す駆動信号・制動信号を用いた駆動・制動制御を行った場合のアクチュエータにおける振動体の加速度波形を図5の破線にて示す。時間軸における0[ms]から駆動信号DSによる駆動が開始され、区間TBと区間TCとの境界位置で駆動から制動信号BSによる制動に切替えられ、区間TDの終了位置付近で振動は収束する。従って、比較例に係る駆動・制動制御による振動収束期間は、図5に示す振動収束期間Ts1となる。
なお、区間TDでの第2制動波形BW12の振幅を小さくしているのは、区間TDの開始位置で振動体の動きは既に小さいので、第2制動波形BW12の振幅を小さくして第2制動波形BW12により囲まれる面積であるブレーキトルクを小さくしても、振動を収束できるからである。
次に、本発明の例示的な実施形態に係る駆動・制動制御について、図4を用いて説明する。図4は、本実施形態に係る駆動・制動制御に用いる駆動信号・制動信号の電圧波形を示すグラフである。図4においては、図3と同様に、横軸は時間軸を示し、縦軸は駆動信号DSまたは制動信号BSの電圧値を示す。
図4に示すように、本実施形態では、先述した図3に示す比較例に係る駆動信号・制動信号の波形に対して、区間TBと区間TCとの境界位置がピークとなる第3駆動波形DW3が挿入される。
本実施形態では、駆動信号BSは、第1駆動波形DW1と、第2駆動波形DW2と、第3駆動波形DW3と、を有する。図4において、第1駆動波形DW1は、0[ms]〜位置P0までの半周期分である。第2駆動波形DW2は、第1駆動波形DW1に後続し、位置P0〜位置P1までの半周期分である。第2駆動波形DW2の電圧値は、第1駆動波形DW1の電圧値と極性が逆である。第1駆動波形DW1は、比較例に係る第1駆動波形DW11に対応し、第2駆動波形DW2は、比較例に係る第2駆動波形DW12に対応する。
第3駆動波形DW3は、第2駆動波形DW2に後続し、位置P1〜位置P3までの半周期分であり、位置P2にてピークを有する。位置P2は、区間TBと区間TCとの境界位置である。第3駆動波形DW3の電圧値は、第2駆動波形DW2の電圧値と極性が逆である。
第1駆動波形DW1と第2駆動波形DW2の各半周期分の長さは同じであるが、第3駆動波形DW3が挿入されることで、上記各半周期分の長さは、比較例に係る第1駆動波形DW11の半周期分の長さよりも短くなる。第1駆動波形DW1,第2駆動波形DW2の各振幅は、比較例に係る第1駆動波形DW11,第2駆動波形DW12の各振幅と同じである。第3駆動波形DW3の振幅は、第1駆動波形DW1の振幅と同じとしている。
また、本実施形態では、制動信号BSの制動波形は、第1制動波形BW1と、第2制動波形BW2と、を有する。第1制動波形BW1は、第3駆動波形DW3に後続する。制動信号BSは、駆動信号DSと逆位相である。すなわち、第1制動波形BW1は、第1駆動波形DW1と電圧値の極性が逆であり、第2制動波形BW2は、第2駆動波形DW2と電圧値の極性が逆である。
第1制動波形BW1は、位置P3〜位置P5までの半周期分である。位置P5は、区間TCと区間TDとの境界位置である。第1制動波形BW1は、位置P4にてピークを有する。本実施形態では、第3駆動波形DW3が挿入されることで、第1制動波形BW1の半周期分の長さは、比較例に係る第1制動波形BW11の半周期分の長さよりも短くなる。第1制動波形BW1の半周期分の長さは、第1駆動波形DW1の半周期分の長さと同じである。第1制動波形BW1の振幅は、第1駆動波形DW1の振幅と同じである。
第2制動波形BW2は、位置P5〜位置P7までの半周期分であり、位置P6にてピークを有する。第2制動波形BW2の振幅は、第1駆動波形DW1の振幅と同じである。第2制動波形BW2の半周期分の長さは、第1駆動波形DW1の半周期分の長さよりも短い。第2制動波形BW2の後は、電圧値がゼロとされる。
図4に示す駆動信号・制動信号を用いた駆動・制動制御を行った場合のアクチュエータにおける振動体の加速度波形を図5の実線にて示す。時間軸における0[ms]から駆動信号DSによる駆動が開始され、位置P3で駆動から制動信号BSによる制動に切替えられ、位置P7付近で振動は収束する。従って、本実施形態に係る駆動・制動制御による振動収束期間は、図5に示す振動収束期間Ts2となる。振動収束期間Ts2は、振動収束期間Ts1よりも短くなっている。
本実施形態では、第3駆動波形DW3の半周期分の長さ(位置P1〜P3)を第1駆動波形DW1の半周期分の長さより短くする。すなわち、第3駆動波形DW3の周波数は、第1駆動波形DW1の周波数よりも高くする。これにより、第3駆動波形DW3の半周期分の長さをなるべく短くし、振動収束期間Ts2が長くなることを抑制する。その上で、図5に示すように比較例に係る加速度ピークAP1よりも本実施形態に係る加速度ピークAP2を大きくすることができる。すなわち、振動収束期間における振動量を大きくすることができる。振動量を大きくすることで、ユーザの触感は大きくなる。
なお、加速度ピークを制御するためには、図4に示す第3駆動波形DW3で囲まれる面積を維持するよう、例えば、位置P2におけるピーク値を小さくしつつ、位置P1〜P3の長さを長くすることも可能である。
また、振動収束期間が長くなることを抑制するためには、位置P2は区間TBと区間TCとの境界位置上(図4の状態)か、または当該境界位置よりも時間的に前側にすることが必要である。
換言すると、本実施形態の触覚出力装置10は、触覚効果を生成するアクチュエータ102と、駆動信号DSおよび制動信号BSをアクチュエータ102に伝達する信号伝達部101と、を備える。駆動信号DSは、第1半周期分の第1駆動波形DW1と、第1駆動波形DW1に後続する第2半周期分の第2駆動波形DW2と、第2駆動波形DW2に後続する第3半周期分の第3駆動波形DW3と、を有し、制動信号BSは、第3駆動波形DW3に後続する制動波形を有する。第2駆動波形DW2の電圧値は、第1駆動波形DW1の電圧値と極性が逆であり、第3駆動波形DW3の電圧値は、第2駆動波形DW2の電圧値と極性が逆であり、制動波形は、駆動信号DSと逆位相であり、第3駆動波形DW3の周波数は、第1駆動波形DW1の周波数よりも高い。
これにより、振動収束期間を長くすることなく、振動収束期間における振動量を大きくすることができる。
また、図4では、第1制動波形BW1の振幅は、第1駆動波形BW1の振幅と同じとしている。ただし、第1制動波形BW1の振幅は、第1駆動波形BW1の振幅より大きくしてもよい。すなわち、上記制動波形に含まれる最初の半周期分の波形BW1の振幅は、第1駆動波形DW1の振幅以上であることが望ましい。これにより、制動時にブレーキを強くかけることができる。
また、図4では、第2制動波形BW2の振幅は、第1駆動波形DW1の振幅と同じとしている。ただし、図4に破線で示すように、第2制動波形BW2の振幅は、第1駆動波形DW1の振幅より小さくしてもよい。すなわち、上記制動波形に含まれる最後の半周期分の波形BW2の振幅は、第1駆動波形DW1の振幅以下であることが望ましい。制動時の最後では、最後の半周期分の波形BW2で囲まれる面積(ブレーキトルク)を小さくしても振動を減衰させることができる。
また、図4に示す第2制動波形BW2の半周期分の長さは、第1駆動波形DW1の半周期分の長さよりも短くしている。すなわち、上記制動波形に含まれる最後の半周期分の波形BW2の半周期は、上記第1半周期よりも短いことが望ましい。制動時の最後では、最後の半周期分の波形で囲まれる面積(ブレーキトルク)を小さくしても振動を減衰させることができる。さらに、振動収束期間を短縮することができる。なお、図4に破線で示す第2制動波形BW2の半周期分の長さは、第1駆動波形DW1の半周期分の長さと同じとしている。
なお、制動信号BSは、図4に示すような波形に限らず、第2制動波形以降も極性が反転しながら波形が継続してもよい。すなわち、制動信号BSは、3つ以上の制動波形によって構成されてもよい。
また、先述したように、アクチュエータ102の一例として、アクチュエータACは、振動体4と、振動体4を直線方向に振動可能に支持する弾性部材5A,5Bと、振動体4に電磁力を与えるコイル3と、を有する。これにより、コイルに駆動・制動信号を与えることにより、振動体の加速度ピークを大きくすることができる。従って、リニア方式の振動アクチュエータにおける振動量を大きくすることができ、ユーザに適切な触覚フィードバックを与えることができる。
<4.電子機器について>
先述した実施形態に係る触覚出力装置10は、各種の電子機器に搭載することが可能である。図6は、触覚出力装置10を搭載した電子機器の一例を示す外観図である。図6に示す電子機器20は、触覚出力装置10を備える。触覚出力装置10において、アクチュエータ102が駆動・制動されることで、電子機器20に振動が発生する。これにより、電子機器20を使用するユーザに触覚フィードバックを与えることができる。
例えば、電子機器20におけるボタン形状の操作部に指を触れることで、振動する操作部から触覚フィードバックを受けることができ、ユーザはあたかも操作部を押し込んだ感覚のクリック感を得ることができる。また、例えば、電子機器20の表示部に指を触れることで、振動する表示部から触覚フィードバックを受けることができ、ユーザは、例えばスベスベ感、ザラザラ感などの物理的表面の感覚を得ることができる。
電子機器20としては、具体的には、タブレットコンピュータ、スマートフォン等が想定される。なお、触覚出力装置を例えばノート型PC等に搭載することも可能である。
すなわち、本実施形態の電子機器20は、先に説明した触覚出力装置10を備える。これにより、振動収束期間を長くすることなく振動量を大きくすることで、電子機器のユーザに適切な触覚フィードバックを与えることができる。
<5.その他>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。
本発明は、各種機器に搭載される触覚出力装置に利用することができる。
10・・・触覚出力装置、101・・・プロセッサ、102・・・アクチュエータ、AC・・・アクチュエータ、S・・・静止部、1・・・ベースプレート、2・・・基板、3・・・コイル、4・・・振動体、41・・・おもり、M1・・・第1磁石、M2・・・第2磁石、5A,5B・・・弾性部材、6・・・カバー、20・・・電子機器

Claims (6)

  1. 触覚効果を生成するアクチュエータと、
    駆動信号および制動信号を前記アクチュエータに伝達する信号伝達部と、
    を備え、
    前記駆動信号は、第1半周期分の第1駆動波形と、前記第1駆動波形に後続する第2半周期分の第2駆動波形と、前記第2駆動波形に後続する第3半周期分の第3駆動波形と、を有し、
    前記制動信号は、前記第3駆動波形に後続する制動波形を有し、
    前記第2駆動波形の電圧値は、前記第1駆動波形の電圧値と極性が逆であり、
    前記第3駆動波形の電圧値は、前記第2駆動波形の電圧値と極性が逆であり、
    前記制動波形は、前記駆動信号と逆位相であり、
    前記第3駆動波形の周波数は、前記第1駆動波形の周波数よりも高い、
    触覚出力装置。
  2. 前記制動波形に含まれる最初の半周期分の波形の振幅は、前記第1駆動波形の振幅以上である、請求項1に記載の触覚出力装置。
  3. 前記制動波形に含まれる最後の半周期分の波形の振幅は、前記第1駆動波形の振幅以下である、請求項1または請求項2に記載の触覚出力装置。
  4. 前記制動波形に含まれる最後の半周期分の波形の半周期は、前記第1半周期よりも短い、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の触覚出力装置。
  5. 前記アクチュエータは、振動体と、前記振動体を直線方向に振動可能に支持する弾性部材と、前記振動体に電磁力を与えるコイルと、を有する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の触覚出力装置。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の触覚出力装置を備える電子機器。
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