JP2021145206A - 振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな構成でありながら、ユーザの操作に応じて触覚フィードバックと音とを発生させることができる振動デバイスを提供する。【解決手段】振動デバイス１において、操作部３は、ユーザによって操作される操作面を有している。複数の圧電素子１０は、操作面に直交する方向から見て操作面と重なるように配置されている。複数の圧電素子１０は、操作面に沿った方向において互いに異なる位置に配置されている。制御部５は、複数の圧電素子１０を制御する。制御部５は、ユーザによる操作面の操作に応じて、複数の圧電素子１０のうち、操作面上における当該操作がなされた第一位置に対応する圧電素子１０を第一周波数によって振動させ、かつ、複数の圧電素子１０のうち、操作面上における第一位置と異なる第二位置に対応する圧電素子１０を第一周波数と異なる第二周波数によって振動させる。第二周波数は、可聴域の周波数である。【選択図】図１

Description

本発明は、振動デバイスに関する。

ユーザによって操作される操作部と、ユーザによる操作部の操作に応じて振動する圧電素子とを備えた振動デバイスが知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１は、ディスプレイと圧電素子とを備えた電子機器を記載している。この圧電素子は、ユーザによるディスプレイの操作に応じて振動する。

特表２０１８−５３６３５９号公報

特許文献１は、上記圧電素子に加えてスピーカを含む複合素子を電子機器に設けることを記載している。この電子機器は、ユーザがディスプレイなどの操作部の操作面を操作した場合に複合素子の圧電素子において触覚フィードバックを行うと共に、複合素子のスピーカにおいて音を発生させる発音振動を行う。しかしながら、上記複合素子では、ディスプレイの厚さ方向に、圧電素子とスピーカとが配列されている。このような構成では、ディスプレイなどの操作面の厚さ方向における電子機器のサイズが削減され難い。

本発明の一つの態様は、コンパクトな構成でありながら、ユーザの操作に応じて触覚フィードバックと音とを発生させることができる振動デバイスを提供することを目的とする。

本発明の一つの態様における振動デバイスは、操作部と、複数の圧電素子と、制御部とを備えている。操作部は、ユーザによって操作される操作面を有している。複数の圧電素子は、操作面に直交する方向から見て操作面と重なるように配置されている。複数の圧電素子は、操作面に沿った方向において互いに異なる位置に配置されている。制御部は、複数の圧電素子を制御する。制御部は、ユーザによる操作面の操作に応じて、複数の圧電素子のうち、操作面上における当該操作がなされた第一位置に対応する圧電素子を第一周波数によって振動させ、かつ、複数の圧電素子のうち、操作面上における第一位置と異なる第二位置に対応する圧電素子を第一周波数と異なる第二周波数によって振動させる。第二周波数は、可聴域の周波数である。

この振動デバイスは、操作面に沿った方向において互いに異なる位置に配置されている複数の圧電素子を備えている。制御部は、上記複数の圧電素子のうち、操作面上におけるユーザの操作がなされた第一位置に対応する圧電素子を振動させる。さらに、制御部は、上記複数の圧電素子のうち、操作面上における第一位置と異なる第二位置に対応する圧電素子を可聴域の周波数によって振動させる。この振動デバイスは、第一位置に対応する圧電素子の振動によってユーザに対して触覚フィードバックを発生させることができると共に、第二位置に対応する圧電素子によって音を発生させることができる。触覚フィードバックを発生させる圧電素子と音を発生させる圧電素子とが操作面に沿った方向において異なる位置に配置されているため、操作面に直交する方向においてサイズが削減される。

上記一つの態様では、各圧電素子は、可聴域の共振周波数を有していてもよい。この構成によれば、第二位置に対応する圧電素子から発せられる音の音圧レベルがより向上する。

上一つの態様では、第一位置に対応する圧電素子を振動させる第一周波数は、当該圧電素子の共振周波数よりも低くてもよい。この構成によれば、ユーザによる触覚フィードバックの感度が向上すると共に、第二位置に対応する圧電素子から発する音の音圧レベルがより向上する。

上記一つの態様では、複数の圧電素子は、互いに異なる共振周波数を有している少なくとも２つの圧電素子を含んでもよい。制御部は、第一位置に対応する圧電素子の共振周波数に基づいて、第一位置に対応する圧電素子を振動させる駆動信号の波形と、駆動信号の強度と、駆動信号の周波数と、の少なくとも１つが決定された信号を出力してもよい。この構成によれば、第二位置に対応する圧電素子から発する音の音圧レベルが確保されながら、ユーザが触覚フィードバックの感度が向上し得る。

上記一つの態様では、複数の圧電素子は、第一共振周波数を有している複数の圧電素子と、第一共振周波数と異なる第二共振周波数を有している複数の圧電素子とを含んでもよい。この構成によれば、複数の圧電素子のうちいずれか１つが触覚振動していても、残りに互いに共振周波数の異なる複数の圧電素子が含まれている。このため、より広い周波数帯域において音圧レベルが確保される。

上記一つの態様では、複数の圧電素子は、それぞれ異なる共振周波数を有している少なくとも３つの圧電素子を含んでいてもよい。この構成によれば、複数の圧電素子のうちいずれか１つが触覚振動していても、残りに互いに共振周波数の異なる複数の圧電素子が含まれている。このため、より広い周波数帯域において音圧レベルが確保される。

上記一つの態様では、制御部は、複数の圧電素子のうち、第一位置に対応する圧電素子と、第二位置に対応する圧電素子と、操作面上における第一位置及び第二位置と異なる第三位置に対応する圧電素子と、を決定してもよい。制御部は、第一位置に対応する圧電素子及び第二位置に対応する圧電素子を振動させている間、第三位置に対応する圧電素子を振動させなくてもよい。この構成によれば、状況に応じて適切な位置から音が発せられる。

上記一つの態様では、複数の圧電素子は、行列状に配列されていてもよい。操作面に直交する方向から見て、同一の共振周波数を有している圧電素子は、行方向において互いに隣り合っていてもよい。互いに異なる共振周波数を有している圧電素子は、列方向において隣り合っていてもよい。この構成によれば、圧電素子に対する配線が簡素化され得る。このため、振動デバイスのサイズがさらに削減され得る。

上記一つの態様では、複数の圧電素子は、操作面に直交する方向から見て、行方向及び列方向において互いに異なる共振周波数を有している圧電素子が隣り合うように行列状に配列されていてもよい。この構成では、異なる共振周波数を有している圧電素子がばらけて位置しているため、振動デバイスから各方向に均等な音圧レベルの音が発せられる。

本発明の一つの態様は、コンパクトな構成でありながら、ユーザの操作に応じて触覚フィードバックと音とを発生させることができる振動デバイスを提供する。

本実施形態における振動デバイスのブロック図である。 振動デバイスの平面図である。 振動デバイスの断面図である。 制御部による圧電素子の制御を説明するための図である。 （ａ）から（ｄ）は圧電素子を駆動する駆動信号を説明するための図である。 圧電素子の配置を説明するための図である。 圧電素子に対する配線を説明するための図である。 本実施形態の変形例における圧電素子の配置を説明するための図である。 振動デバイスの動作を説明するための図である。 振動デバイスの動作を説明するための図である。 （ａ）から（ｄ）は圧電素子の共振周波数を説明するための図である。 本実施形態の変形例における振動デバイスにおいて、動作する圧電素子の位置を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

まず、図１から図４を参照して、本実施形態における振動デバイスの構成を説明する。図１は、振動デバイスのブロック図である。図２は、振動デバイスの平面図である。図３は、振動デバイスの断面図である。

振動デバイス１は、ユーザの操作に応じて、触覚フィードバックと発音と発生させる。振動デバイス１は、たとえば、携帯電話端末、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、タブレット端末などの電子機器に用いられる。振動デバイス１は、筐体２と、操作部３と、複数の振動部４と、制御部５とを備えている。振動デバイス１は、さらにディスプレイを備えて、タッチパネルディスプレイとして機能してもよい。この場合、操作部３が、ディスプレイであってもよい。振動デバイス１は、ディスプレイを備えていないタブレットであってもよい。

図２に示されているように、操作部３は、筐体２にはめ込まれている。振動デバイス１は、筐体２と操作部３とによって形成されている収容空間Ｓを有している。収容空間Ｓには、複数の振動部４が収容されている。本実施形態では、振動デバイス１は板形状を呈しており、操作部３も板形状を呈している。

操作部３は、ユーザによって操作される操作面３ａを有している。操作部３は、ユーザによる操作面３ａの操作に応じた信号を制御部５に出力する。操作部３は、ユーザがタッチ操作した操作面３ａ上の位置情報を含む信号を制御部５に出力する。「操作面の操作」は、ユーザが指などユーザの体の一部によって操作面３ａを操作する場合と、ユーザがスタイラスペンなどの操作部材によって操作面３ａを操作する場合との少なくとも１つを含む。「タッチ操作」は、ユーザの体又は操作部材が操作面に対して力を与える操作と、ユーザの体又は操作部材が操作面に接触して当該操作面に力を与えない操作とを含む。操作部３は、たとえば、静電式タッチセンサを含み、操作面３ａにおいてユーザの体の一部が触れている位置の情報を上記信号によって制御部５に伝達する。操作部３は、静電式タッチセンサの代わりに、圧電式タッチセンサを含んでいてもよい。

複数の振動部４は、制御部５から駆動信号に応じて、触覚フィードバックを行うための触覚振動と音を発するための発音振動とを行う。複数の振動部４は、操作面３ａに直交する方向から見て操作面３ａと重なるように配置されている。複数の振動部４は、収容空間Ｓに操作面３ａに沿って配列されている。本実施形態では、複数の振動部４は、操作面３ａに直交する方向から見て、操作面３ａに沿って行列状に２次元配列されている。本実施形態では、操作面３ａは矩形状であり、１２個の振動部４が３行４列で配列されている。複数の振動部４は、操作面３ａに沿って延在する直線上に配列されていてもよい。

各振動部４は、圧電素子１０と、振動板１５とを有している。複数の圧電素子１０は、操作面３ａに直交する方向から見て操作面３ａと重なるように配置されている。圧電素子１０は、振動板１５に設けられている。本実施形態では、１つの圧電素子１０が１つの振動板１５に接合されている。本実施形態では、圧電素子１０及び振動板１５は、操作面３ａに直交する方向から見て、円形形状を呈している。振動板１５は、平面視で圧電素子１０よりも大きい。操作面３ａに直交する方向から見て、振動板１５の縁は、当該振動板１５に接合されている圧電素子１０の縁を囲っている。

圧電素子１０は、制御部５からの駆動信号に応じて変位する。制御部５からの駆動信号による各圧電素子１０の変位方向は、操作面３ａに直交する方向の成分を含んでいる。換言すれば、各圧電素子１０は、振動デバイス１の厚み方向に変位する。圧電素子１０は、駆動信号の周波数に応じて変位を繰り返す。振動板１５は、圧電素子１０から伝達された力によって振動する。

振動デバイス１では、各振動部４は１つの圧電素子１０を含んでいる。このため、振動デバイス１では、複数の圧電素子１０が収容空間Ｓに操作面３ａに沿って配列されている。換言すれば、複数の圧電素子１０は、操作面３ａに沿った方向において互いに異なる位置に配置されている。本実施形態では、複数の圧電素子１０は、操作面３ａに直交する方向から見て、操作面３ａに沿って行列状に２次元配列されている。

各圧電素子１０は、可聴域の共振周波数を有している。複数の圧電素子１０の共振周波数は、２０Ｈｚ〜２０，０００Ｈｚである。本実施形態では、各圧電素子１０は、共振周波数が３，０００Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚとなるように構成されている。複数の圧電素子１０は、互いに異なる共振周波数を有している複数のグループに分かれている。すなわち、複数の圧電素子１０は、互いに異なる共振周波数を有している少なくとも２つの圧電素子１０を含んでいる。

圧電素子１０は、圧電素体１１と、一対の外部電極１２，１３と、を有している。圧電素体１１は、複数の圧電体層（不図示）が積層されて構成されている。各圧電体層は、圧電材料からなる。本実施形態では、各圧電体層は、圧電セラミック材料からなる。圧電セラミック材料には、例えば、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、ＰＴ（ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＬＺＴ［（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３］、又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）が用いられている。各圧電体層は、たとえば、上述した圧電セラミック材料を含むセラミックグリーンシートの焼結体から構成される。実際の圧電素体１１では、各圧電体層は、各圧電体層の間の境界が認識できない程度に一体化されている。圧電素体１１内には、複数の内部電極（不図示）が配置されている。各内部電極は、導電性材料からなる。導電性材料には、たとえば、Ａｇ、Ｐｄ、又はＡｇ−Ｐｄ合金が用いられている。

振動板１５は、対応する圧電素子１０と筐体２との間に配置されている。振動板１５は、一対の主面１５ａ，１５ｂを有している。振動板１５は、主面１５ａにおいて、対応する圧電素子１０に接合されている。振動板１５は、主面１５ｂにおいて筐体２に支持されている。振動板１５の主面１５ｂの一部は、筐体２と離間している。振動板１５は、当該振動板１５の縁部において筐体２と接合されている。振動板１５の中央は、筐体２と離間している。振動板１５の材料には、たとえば、黄銅、ステンレス鋼、及びニッケル合金の少なくとも１つが含まれている。

制御部５は、ユーザによる操作面３ａの操作に応じて、各振動部４の圧電素子１０を制御する。本実施形態では、制御部５は、操作部３から出力された信号に基づいて、複数の振動部４を制御する。制御部５は、駆動信号を出力し、当該駆動信号によって複数の圧電素子１０を制御する。図４は、制御部５による圧電素子１０の制御を説明するための図である。

図４に示されているように、制御部５は、ユーザＵによる操作面３ａの操作に応じて、当該操作がなされた第一位置αに対応する圧電素子１０を触覚振動させる。制御部５は、ユーザＵによる操作面３ａの操作に応じて、当該操作がなされた第一位置αと異なる第二位置βに対応する圧電素子１０を発音振動させる。第一位置α及び第二位置βは、それぞれ操作面３ａ上の位置である。第一位置αは操作面３ａのうちユーザＵがタッチ操作している位置であり、第二位置βは操作面３ａのうちユーザＵがタッチ操作していない位置である。

本実施形態では、第一位置αに対応する圧電素子１０は、操作面３ａに直交する方向から見て、第一位置αと重なる位置に配置されている圧電素子１０である。第二位置βに対応する圧電素子１０は、操作面３ａに直交する方向から見て、第二位置βと重なる位置に配置されている圧電素子１０である。第一位置αに対応する圧電素子１０は１つの圧電素子１０であり、第二位置βに対応する圧電素子１０は複数の圧電素子１０である。本実施形態では、制御部５は、ユーザＵによる操作面３ａの操作に応じて、ユーザＵがタッチ操作している操作面３ａ上の位置の直下に位置する圧電素子１０を触覚振動させ、複数の圧電素子１０を発音振動させる。本実施形態では、制御部５は、発音振動する複数の圧電素子１０が振動周波数の変化によってメロディを奏でるように駆動信号を出力する。制御部５は、発音振動する複数の圧電素子１０が単一の音を発生させるように駆動信号を出力してもよい。

制御部５は、第一位置αに対応する圧電素子１０に対して、第一周波数で振動するように駆動信号を出力する。制御部５は、第二位置βに対応する圧電素子１０に対して、第二周波数で振動するように駆動信号を出力する。第一位置αに対応する圧電素子１０を振動させる第一周波数は、当該圧電素子１０の共振周波数よりも低い。第一周波数は、第二周波数よりも小さい。少なくとも第二周波数は、可聴域の周波数である。第一周波数は、たとえば、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚである。本実施形態では、第一周波数は、１６０Ｈｚである。第二周波数は、たとえば、２０Ｈｚ〜２０，０００Ｈｚである。本実施形態では、第二周波数は、３，０００Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚであり、圧電素子１０が発する音の音程によって変化する。

制御部５は、収容空間Ｓに収容されていてもよいし、収容空間Ｓの外部に設けられていてもよい。制御部５は、筐体２及び操作部３から離間していてもよい。制御部５は、取得部２１と、圧電素子決定部２２と、触覚信号生成部２３と、音信号生成部２４とを有している。

取得部２１は、ユーザＵによる操作面３ａの操作に応じた信号を取得する。当該信号は、ユーザＵがタッチ操作した操作面３ａ上の位置情報を含んでいる。本実施形態では、取得部２１は、操作部３から出力された信号を取得する。

圧電素子決定部２２は、取得部２１によって取得された信号に応じて、動作させる圧電素子１０を選択する。換言すれば、圧電素子決定部２２は、取得部２１によって取得された信号に応じて、第一位置αに対応する圧電素子１０と第二位置βに対応する圧電素子１０とを決定する。

触覚信号生成部２３は、圧電素子１０を触覚振動させる駆動信号を生成する。触覚信号生成部２３は、圧電素子決定部２２によって決定された第一位置αに対応する圧電素子１０に生成した駆動信号を出力する。換言すれば、触覚信号生成部２３は、圧電素子１０を第一周波数で振動させる駆動信号を生成し、第一位置αに対応する圧電素子１０に当該駆動信号を出力する。本実施形態では、触覚信号生成部２３が、第一位置αに対応する圧電素子１０の共振周波数を取得し、取得された共振周波数に応じて、当該圧電素子１０を触覚振動させる駆動信号の波形と、当該駆動信号の強度と、当該駆動信号の周波数との少なくとも１つを決定する。

本実施形態の変形例として、触覚信号生成部２３は、第一位置αに対応する圧電素子１０の共振周波数に基づいて決定された駆動信号を記憶部から読み出して出力してもよい。この場合、対応付けられた駆動信号は、たとえば、駆動信号の波形、強度、及び周波数の少なくとも１つと共振周波数とが予め対応付けられて記憶部に格納されていてもよい。触覚信号生成部２３は、第一位置αに対応する圧電素子１０の共振周波数に基づいて決定された駆動信号を振動デバイスの外部の装置から取得して出力してもよい。

図５（ａ）から図５（ｄ）は、圧電素子１０を触覚振動させる駆動信号の一例を示している。図５（ａ）は、基準の駆動信号の波形の一例を示している。図５（ｂ）は、基準の駆動信号から波形を変化させた駆動信号の一例を示している。図５（ｂ）に示されている駆動信号は三角波の波形を有しているのに対して、図５（ａ）に示されている駆動信号は図５（ｂ）に示されている駆動信号の波形よりも正弦波に近い形状の波形を有している。図５（ｃ）は、基準の駆動信号から強度を変化させた駆動信号の一例を示している。図５（ｃ）に示されている駆動信号の強度は、図５（ｂ）に示されている駆動信号の強度よりも大きい。図５（ｄ）は、基準の駆動信号から周波数を変化させた駆動信号の一例を示している。図５（ｄ）に示されている駆動信号の周波数は、図５（ａ）に示されている駆動信号の周波数よりも大きい。

音信号生成部２４は、圧電素子１０を発音振動させる駆動信号を生成する。音信号生成部２４は、圧電素子決定部２２によって決定された第二位置βに対応する圧電素子１０に生成した駆動信号を出力する。換言すれば、触覚信号生成部２３は、圧電素子１０を第二周波数で振動させる駆動信号を生成し、第二位置βに対応する圧電素子１０に当該駆動信号を出力する。

次に、図６及び図７を参照して、振動デバイス１における圧電素子１０の構成の一例について詳細に説明する。図６は、操作面３ａに直交する方向から見た圧電素子１０の配置を示している。図７は、本実施形態における圧電素子１０に対する配線の一部を示している。

図６に示されている振動デバイス１では、複数の圧電素子１０は、互いに異なる共振周波数を有している３つのグループの圧電素子１０を含んでいる。換言すれば、複数の圧電素子１０は、それぞれ異なる共振周波数を有している少なくとも３つの圧電素子１０を含んでいる。複数の圧電素子１０は、第一共振周波数を有している複数の圧電素子Ａと、第二共振周波数を有している複数の圧電素子Ｂと、第三共振周波数を有している複数の圧電素子Ｃとを含んでいる。

図６に示されている振動デバイス１では、複数の圧電素子１０は、３行４列の行列状に配列されている。操作面３ａに直交する方向から見て、同一の共振周波数を有している圧電素子が行方向において互いに隣り合うように配列されている。操作面３ａに直交する方向から見て、互いに異なる共振周波数を有している圧電素子が列方向において行方向において互いに隣り合うように配列されている。

たとえば、複数の圧電素子Ａは、圧電素子Ｂ及び圧電素子Ｃを間に挟まず、互いに隣り合うように行方向に配列されている。複数の圧電素子Ｂは、圧電素子Ａ及び圧電素子Ｃを間に挟まず、互いに隣り合うように行方向に配列されている。複数の圧電素子Ｃは、圧電素子Ａ及び圧電素子Ｂを間に挟まず、互いに隣り合うように行方向に配列されている。複数の圧電素子Ａが配列されている行と隣り合うように、複数の圧電素子Ｂが配列されている行が位置している。複数の圧電素子Ｂが配列されている行と隣り合うように、複数の圧電素子Ｃが配列されている行が位置している。列方向において圧電素子Ａ、圧電素子Ｂ、圧電素子Ｃの順で、複数の圧電素子１０が配列されている。

図７は、図６に示されている振動デバイス１における圧電素子１０に対する配線構造を示している。図７は、振動デバイス１から操作部３を除外して示している。各圧電素子１０には、当該圧電素子１０を触覚振動させる駆動信号を伝達する一対の配線３１，３２と、当該圧電素子１０を発音振動させる信号を伝達する一対の配線３３，３４とが接続されている。同一の共振周波数を有している複数の圧電素子１０は、同一の配線３１，３３によって並列に接続されている。同一の共振周波数を有している複数の圧電素子１０に接続された配線３１，３２，３３，３４は、隣り合う圧電素子１０との間において行方向に延在している。

複数の圧電素子Ａに接続された配線３２，３４は、複数の圧電素子Ａからなるグループと複数の圧電素子Ｂからなるグループとの間において行方向に延在している。複数の圧電素子Ｂに接続された配線３１，３３は、複数の圧電素子Ａからなるグループと複数の圧電素子Ｂからなるグループとの間において行方向に延在している。複数の圧電素子Ｂに接続された配線３２，３４は、複数の圧電素子Ｂからなるグループと複数の圧電素子Ｃからなるグループとの間において行方向に延在している。互い異なる配線３１，３２，３３，３４は、操作面３ａに直交する方向から見て、互いに重ならないように配置されている。配線３１，３２が各圧電素子１０から延在する方向は、配線３３，３４が各圧電素子１０から延在する方向と反対である。

本実施形態の変形例として、複数の圧電素子１０は、共振周波数の同一の圧電素子がばらけるように配列されてもよい。図８は、本実施形態の変形例において、操作面３ａに直交する方向から見た圧電素子１０の配置を示している。図８に示されている振動デバイス１では、複数の圧電素子１０は、操作面３ａに直交する方向から見て、互いに異なる共振周波数を有している圧電素子が行方向及び列方向において互いに隣り合うように行列状に配列されている。図８に示されている振動デバイス１では、圧電素子Ａ、圧電素子Ｂ、圧電素子Ｃ、圧電素子Ａの順で圧電素子１０が行方向に配列された行の隣に、圧電素子Ｃ、圧電素子Ａ、圧電素子Ｂ、圧電素子Ｃの順で圧電素子１０が行方向に配列された行が位置している。圧電素子Ｃ、圧電素子Ａ、圧電素子Ｂ、圧電素子Ｃの順で圧電素子１０が行方向に配列された行の隣に、圧電素子Ｂ、圧電素子Ｃ、圧電素子Ａ、圧電素子Ｂの順で圧電素子１０が行方向に配列された行が位置している。

次に、図４、及び、図９から図１２を参照して、振動デバイス１の動作について説明する。図９及び図１０は、振動デバイスの動作を説明するための図である。図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、圧電素子の周波数特性を示している。図１２は、動作する圧電素子の位置を説明するための図である。

図９に示されているように、振動デバイス１では、ユーザＵによって操作部３の操作面３ａが操作されると、ユーザＵによって操作された操作面３ａ上の位置の直下に位置する圧電素子１０が触覚振動する。圧電素子１０の触覚振動は、操作部３を介して、ユーザＵに伝達される。この結果、ユーザＵは、操作部３の操作に応じた触覚フィードバックを受ける。

図１０に示されているように、振動デバイス１では、ユーザＵによって操作部３の操作面３ａが操作されると、触覚振動した圧電素子１０とは異なる圧電素子１０が発音振動する。本実施形態では、複数の圧電素子１０が発音振動することによって、操作面３ａからメロディが発せされる。発音振動する複数の圧電素子１０は、互いに異なる共振周波数を有している圧電素子Ａ，Ｂ，Ｃを含んでいる。

図１１（ａ）は、圧電素子Ａの周波数特性を示している。図１１（ｂ）は、圧電素子Ｂの周波数特性を示している。図１１（ｃ）は、圧電素子Ｃの周波数特性を示している。図１１（ａ）から図１１（ｃ）に示されているように、圧電素子Ａ，Ｂ，Ｃの周波数特性は、互いに異なる周波数にピークを有している。このため、圧電素子Ａ，Ｂ，Ｃの周波数特性が合成されると、図１１（ｄ）に示されているような波形が得られる。この合成された波形は、各圧電素子Ａ，Ｂ，Ｃの周波数特性の波形よりもピーク幅が大きい。したがって、制御部５が圧電素子Ａ，Ｂ，Ｃを同時に発音振動させることで、圧電素子Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ発音振動させるよりも広い周波数帯域において音圧レベルが確保される。

本実施形態では、図４に示されているように、制御部５の圧電素子決定部２２は、操作面３ａに直交する方向から見て、ユーザＵによる操作がなされた第一位置αと重なる位置に配置された圧電素子１０を、第一位置αに対応する圧電素子１０として決定する。圧電素子決定部２２は、振動デバイス１に含まれる複数の圧電素子１０のうち、第一位置αに対応する圧電素子１０を除く全ての圧電素子１０を、第二位置βに対応する圧電素子１０として決定する。すなわち、第二位置βは、操作面３ａ上において第一位置αを除く全ての領域である。

本実施形態の変形例として、制御部５は、振動デバイス１に含まれる複数の圧電素子１０のうち、一部を振動させなくてもよい。たとえば、制御部５は、図１２に示されているように、第一位置αに対応する圧電素子１０を触覚振動させ、第二位置βに対応する圧電素子１０を発音振動させ、操作面３ａ上において第一位置α及び第二位置βと異なる第三位置γに対応する圧電素子１０を振動させない。制御部５は、第一位置αに対応する圧電素子１０及び第二位置βに対応する圧電素子１０を振動させている間、第三位置γに対応する圧電素子１０を振動させない。たとえば、制御部５は、ユーザＵによって操作される位置が変更されるまで、第三位置γに対応する圧電素子１０の振動を禁止する。

本変形例において、第二位置βは、予め第一位置αと関連付けられた位置である。たとえば、振動デバイス１は、第一位置αに対する第二位置βの相対位置情報を不図示のメモリに予め格納している。制御部５の圧電素子決定部２２は、第一位置αに対応する圧電素子１０が決定されると、上記相対位置情報を取得し、当該相対位置情報と決定された第一位置α又は第一位置αに対応する圧電素子１０とに基づいて、第二位置βに対応する圧電素子１０を決定する。

たとえば、制御部５の圧電素子決定部２２は、操作面３ａに直交する方向から見て、ユーザＵによる操作がなされた第一位置αと重なる位置に配置された圧電素子１０を、第一位置αに対応する圧電素子１０として決定する。圧電素子決定部２２は、振動デバイス１に含まれる複数の圧電素子１０のうち、たとえば、操作面３ａに直交する方向から見て第一位置αに対応する圧電素子１０と四方又は八方において隣り合う圧電素子１０を、第二位置βに対応する圧電素子１０として決定する。「四方」とは、操作面３ａ上の縦横方向を意味する。「八方」とは、操作面３ａ上の縦横斜め方向を意味する。圧電素子決定部２２は、振動デバイス１に含まれる複数の圧電素子１０のうち、第一位置αに対応する圧電素子１０及び第二位置βに対応する圧電素子１０を除く全ての圧電素子１０を、第三位置γに対応する圧電素子１０として決定する。

以上説明したように、振動デバイス１は、操作面３ａに沿った方向において互いに異なる位置に配置されている複数の圧電素子１０を備えている。制御部５は、複数の圧電素子１０のうち、操作面３ａ上におけるユーザＵの操作がなされた第一位置αに対応する圧電素子１０を振動させる。さらに、制御部５は、複数の圧電素子１０のうち、操作面３ａ上における第一位置αと異なる第二位置βに対応する圧電素子１０を可聴域の周波数によって振動させる。この振動デバイス１は、第一位置αに対応する圧電素子１０の振動によってユーザＵに対して触覚フィードバックを発生させることができると共に、第二位置βに対応する圧電素子１０によって音を発生させることができる。触覚フィードバックを発生させる圧電素子１０と音を発生させる圧電素子１０とが操作面３ａに沿った方向において異なる位置に配置されているため、操作面３ａに直交する方向においてサイズが削減される。

複数の圧電素子１０は、操作面３ａに直交する方向から見て操作面３ａと重なるように配置されている。このため、ユーザＵは、操作面３ａから音を発せられているように感じることができる。すなわち、振動デバイス１は、コンパクトな構成でありながら、ユーザＵに対して、触覚フィードバックを与えると共に音による臨場感も与えることができる。

各圧電素子１０は、可聴域の共振周波数を有している。この構成によれば、第二位置βに対応する圧電素子１０から発せられる音の音圧レベルがより向上する。

第一位置αに対応する圧電素子１０を振動させる第一周波数は、当該圧電素子１０の共振周波数よりも低い。この構成によれば、ユーザＵによる触覚フィードバックの感度が向上すると共に、第二位置βに対応する圧電素子１０から発する音の音圧レベルがより向上する。

複数の圧電素子１０は、互いに異なる共振周波数を有している少なくとも２つの圧電素子１０を含んでいる。制御部５は、第一位置αに対応する圧電素子１０の共振周波数に基づいて、第一位置αに対応する圧電素子１０を振動させる駆動信号の波形と、駆動信号の強度と、駆動信号の周波数と、の少なくとも１つが決定された信号を出力する。この構成によれば、第二位置βに対応する圧電素子１０から発する音の音圧レベルが確保されながら、ユーザＵが触覚フィードバックの感度が向上し得る。

複数の圧電素子１０は、第一共振周波数を有している複数の圧電素子１０と、第一共振周波数と異なる第二共振周波数を有している複数の圧電素子１０とを含んでいる。この構成によれば、複数の圧電素子１０のうちいずれか１つが触覚振動していても、残りに互いに共振周波数の異なる複数の圧電素子１０が含まれている。このため、より広い周波数帯域において音圧レベルが確保される。したがって、振動デバイス１は、各音程の音圧レベルが確保して、第二位置βに対応する圧電素子１０からメロディを発することもできる。

複数の圧電素子１０は、それぞれ異なる共振周波数を有している少なくとも３つの圧電素子１０を含んでいる。この構成によれば、複数の圧電素子１０のうちいずれか１つが触覚振動していても、残りに互いに共振周波数の異なる複数の圧電素子１０が含まれている。このため、より広い周波数帯域において音圧レベルが確保される。したがって、振動デバイス１は、各音程の音圧レベルが確保して、第二位置βに対応する圧電素子１０からメロディを発することもできる。

制御部５は、複数の圧電素子１０のうち、第一位置αに対応する圧電素子１０と、第二位置βに対応する圧電素子１０と、操作面３ａ上における第一位置α及び第二位置βと異なる第三位置γに対応する圧電素子１０と、を決定する。制御部５は、第一位置αに対応する圧電素子１０及び第二位置βに対応する圧電素子１０を振動させている間、第三位置γに対応する圧電素子１０を振動させない。この構成によれば、状況に応じて適切な位置から音が発せられる。

複数の圧電素子１０は、行列状に配列されている。操作面３ａに直交する方向から見て、同一の共振周波数を有している圧電素子１０は、行方向において互いに隣り合う。互いに異なる共振周波数を有している圧電素子１０は、列方向において隣り合う。この構成によれば、圧電素子１０に対する配線３１，３２，３３，３４が簡素化され得る。このため、振動デバイス１のサイズがさらに削減され得る。

複数の圧電素子１０は、操作面３ａに直交する方向から見て、行方向及び列方向において互いに異なる共振周波数を有している圧電素子１０が隣り合うように行列状に配列されている。この構成では、異なる共振周波数を有している圧電素子１０がばらけて位置しているため、振動デバイス１から各方向に均等な音圧レベルの音が発せられる。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、圧電素子１０は、ユーザＵによって押圧された操作部３を介して伝わった力によって変位し、この変位によって生じた電気信号を制御部５に出力してもよい。この場合、制御部５は、圧電素子１０から出力された信号に基づいて、複数の振動部４を制御してもよい。たとえば、制御部５は、圧電素子１０から出力された信号から、どの圧電素子１０から出力された信号であるかを検出し、ユーザＵがタッチ操作した操作面３ａ上の位置情報を取得する。制御部５の取得部２１は、圧電素子１０から出力された信号又は当該圧電素子１０の位置情報を取得する。制御部５の圧電素子決定部２２は、当該位置情報に基づいて、第一位置αに対応する圧電素子１０と、第二位置βに対応する圧電素子１０とを決定する。

図６、図７及び図８に示されている振動デバイス１では、複数の圧電素子１０は、互いに異なる共振周波数を有している３つのグループの圧電素子１０からなっている。しかし、複数の圧電素子１０は、互いに異なる共振周波数を有している２つのグループの圧電素子１０からなっていてもよい。複数の圧電素子１０は、互いに異なる共振周波数を有している４つ以上のグループの圧電素子１０からなっていてもよい。

図６及び図７に示されている振動デバイス１では、１行毎に、互いに異なる共振周波数を有している圧電素子１０が配列されている。しかし、複数行毎に、互いに異なる共振周波数を有している圧電素子１０が配列されてもよい。たとえば、列方向において、圧電素子Ａ、圧電素子Ａ、圧電素子Ｂ、圧電素子Ｂ、圧電素子Ｃ、圧電素子Ｃの順で、複数の圧電素子１０が配列されてもよい。

図６及び図７に示されている振動デバイス１では、操作面３ａの長辺方向が行方向とされ、短辺方向が列方向とされている。しかし、操作面３ａの長辺方向が列方向とされ、短辺方向が行方向とされてもよい。

図８に示されている振動デバイス１では、共振周波数の同一の圧電素子１０は、ばらけるように規則的に配置されている。しかし、共振周波数の同一の圧電素子１０は、不規則に配置されてもよい。たとえば、複数の圧電素子１０の配置は、ソフトウェアなどによってランダムに決定されてもよい。

制御部５は、第一位置αに対応する圧電素子１０に触覚振動と共に発音振動を行わせてもよい。たとえば、制御部５が、ユーザＵによって操作された位置の直下に位置する圧電素子１０に、他の圧電素子１０と共に音を発する振動を行わせ、この振動が操作面３ａを介してユーザＵに伝達されてもよい。制御部５は、ユーザＵによって操作された位置の直下に位置する圧電素子１０に、触覚振動を行わせた直後に発音振動を行わせてもよい。

１…振動デバイス、３…操作部、３ａ…操作面、５…制御部、１０，Ａ，Ｂ，Ｃ…圧電素子、Ｕ…ユーザ、α…第一位置、β…第二位置、γ…第三位置。

Claims (9)

1. ユーザによって操作される操作面を有している操作部と、
   前記操作面に直交する方向から見て前記操作面と重なるように配置されていると共に、前記操作面に沿った方向において互いに異なる位置に配置されている複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ユーザによる前記操作面の操作に応じて、前記複数の圧電素子のうち、前記操作面上における当該操作がなされた第一位置に対応する圧電素子を第一周波数によって振動させ、かつ、前記複数の圧電素子のうち、前記操作面上における前記第一位置と異なる第二位置に対応する圧電素子を前記第一周波数と異なる第二周波数によって振動させ、
   前記第二周波数は、可聴域の周波数である、振動デバイス。
2. 各前記圧電素子は、可聴域の共振周波数を有している、請求項１に記載の振動デバイス。
3. 前記第一位置に対応する圧電素子を振動させる第一周波数は、当該圧電素子の共振周波数よりも低い、請求項２に記載の振動デバイス。
4. 前記複数の圧電素子は、互いに異なる共振周波数を有している少なくとも２つの圧電素子を含み、
   前記制御部は、前記第一位置に対応する圧電素子の共振周波数に基づいて、前記第一位置に対応する圧電素子を振動させる駆動信号の波形と、前記駆動信号の強度と、前記駆動信号の周波数と、の少なくとも１つが決定された駆動信号を出力する、請求項１から３のいずれか一項に記載の振動デバイス。
5. 前記複数の圧電素子は、第一共振周波数を有している複数の圧電素子と、前記第一共振周波数と異なる第二共振周波数を有している複数の圧電素子とを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の振動デバイス。
6. 前記複数の圧電素子は、それぞれ異なる共振周波数を有している少なくとも３つの圧電素子を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の振動デバイス。
7. 前記制御部は、前記複数の圧電素子のうち、前記第一位置に対応する圧電素子と、前記第二位置に対応する圧電素子と、前記操作面上における前記第一位置及び前記第二位置と異なる第三位置に対応する圧電素子と、を決定し、
   前記第一位置に対応する圧電素子及び前記第二位置に対応する圧電素子を振動させている間、前記第三位置に対応する圧電素子を振動させない、請求項１から６のいずれか一項に記載の振動デバイス。
8. 前記複数の圧電素子は、前記操作面に直交する方向から見て、同一の共振周波数を有している圧電素子が行方向において互いに隣り合う共に互いに異なる共振周波数を有している圧電素子が列方向において隣り合うように、行列状に配列されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の振動デバイス。
9. 前記複数の圧電素子は、前記操作面に直交する方向から見て、行方向及び列方向において互いに異なる共振周波数を有している圧電素子が隣り合うように行列状に配列されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の振動デバイス。

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