JP2023039801A - 電気機器及び振動制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】振動の制御について改善された電気機器及び振動制御方法を提供する。【解決手段】電気機器は、振動部と、制御部とを備える。振動部は、電気信号が入力されると振動対象を振動させる。制御部は、第1電気パルスを振動部に入力する。第1電気パルスのパルス幅は、第1電気パルスが振動部に入力されてから振動対象の変位が最大になるまでの時間である。制御部は、第1電気パルスを入力すると、振動対象の振動を相殺するように第2電気パルスを振動部に入力する。【選択図】図1

Description

本開示は、電気機器及び振動制御方法に関する。
従来、ユーザに対して触感を呈示する技術が知られている。特許文献1に記載の入力装置は、入力部を押圧している押圧物に対してクリック触感を呈示するように、入力部を一定周波数で振動させるように振動部の駆動を制御する。クリック触感は、ユーザが押しボタンスイッチ等を操作したときに感じる触感である。
特許第4633167号公報
従来の技術には、振動の制御について改善の余地がある。
本開示の目的は、振動の制御について改善された電気機器及び振動制御方法を提供することにある。
本開示の一実施形態に係る電気機器は、
電気信号が入力されると振動対象を振動させる振動部と、
第1電気パルスを前記振動部に入力する制御部と、を備え、
前記第1電気パルスのパルス幅は、前記第1電気パルスが前記振動部に入力されてから前記振動対象の変位が最大になるまでの時間であり、
前記制御部は、前記第1電気パルスを入力すると、前記振動対象の振動を相殺するように第2電気パルスを前記振動部に入力する。
本開示の一実施形態に係る振動制御方法は、
電気信号が入力されると振動対象を振動させる振動部に、第1電気パルスを入力することと、
前記第1電気パルスを入力すると、前記振動対象の振動を相殺するように第2電気パルスを前記振動部に入力することと、を含み、
前記第1電気パルスのパルス幅は、前記第1電気パルスが前記振動部に入力されてから前記振動対象の変位が最大になるまでの時間である。
本開示の一実施形態によれば、振動の制御について改善された電気機器及び振動制御方法を提供することができる。
本開示の一実施形態に係る触感呈示装置の概略構成を示すブロック図である。 図1に示す触感呈示装置の実装構造の一例を示す要部断面図である。 図1に示す触感呈示装置の実装構造の一例を示す要部平面図である。 一般的な押しボタンスイッチにおける荷重特性を示す図である。 本開示の一実施形態に係る第1電圧パルスを示す図である。 図5に示す第1電圧パルスを分解した図である。 本開示の一実施形態に係る合成パルスの一例を示す図である。 図7に示す合成パルスを分解した図である。 本開示の一実施形態に係る合成パルスの他の例を示す図である。 図9に示す合成パルスを分解した図である。 本開示の一実施形態に係る合成パルスのさらに他の例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る合成パルスのさらに他の例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る合成パルスのさらに他の例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る合成パルスのさらに他の例を示す図である。 振動が減衰する構成における第1電圧パルスを示す図である。 図15に示す構成に適用される合成パルスの一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る合成パルスのさらに他の例を示す図である。 本開示の他の実施形態に係る第1電圧パルス及び第2電圧パルスを示す図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る第1電圧パルス及び第2電圧パルスを示す図である。 本開示のさらに他の実施形態に係る第1電圧パルス及び第2電圧パルスを示す図である。 本開示の一実施形態に係る合成パルスのさらに他の例を示す図である。 図1に示す触感呈示装置が実行する触感呈示処理の流れを示すフローチャートである。
本開示の実施形態では、本開示の電気機器が触感呈示装置であるものとして説明する。ただし、本開示の電気機器は、触感呈示装置に限定されない。本開示の電気機器は、任意の機器であってよい。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。以下の図面に示す構成要素において、同じ構成要素には、同じ符号を付す。
図1は、本開示の一実施形態に係る触感呈示装置1の概略構成を示すブロック図である。触感呈示装置1は、操作面(振動対象)を振動させることにより、ユーザに対して触感を呈示する。
触感呈示装置1は、任意の機器として構成されていてよい。一例として、触感呈示装置1は、カーナビゲーションシステム又はステアリング若しくはパワーウィンドウのスイッチ等の車載機器等として構成されていてよい。他の例として、触感呈示装置1は、携帯電話、スマートフォン、タブレット型PC(Personal Computer)又はノートPC等として構成されていてよい。さらに他の例として、触感呈示装置1は、デスクトップPC、家電製品、産業用機器(FA:Factory Automation)機器)、専用端末又は種々の電子機器等として構成されていてよい。ただし、触感呈示装置1は、これらに限定されない。
触感呈示装置1は、表示部10と、接触検出部11と、押圧検出部12と、振動部13と、記憶部14と、制御部15とを含んで構成されている。
表示部10は、任意の情報を表示する。表示部10は、例えば、操作オブジェクトを表示する。一例として、表示部10は、触感呈示装置1がスマートフォンとして構成されている場合、電話、メール、ブラウザ又はカメラ等の操作オブジェクトを表示する。他の例として、表示部10は、触感呈示装置1が車載機器として構成されている場合、ナビゲーション、オーディオ又はエアコン等の操作オブジェクトを表示する。
表示部10は、例えば、少なくとも1つのディスプレイを含んで構成されている。ディスプレイは、LCD(Liquid Crystal Display)又は有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等であってよい。
接触検出部11は、触感呈示装置1の操作面に対する物体の接触を検出する。操作面は、後述の図2及び図3では、タッチ面31aである。操作面は、ユーザによって操作される。ユーザは、指又はスタライスペン等の物体によって操作面に接触して操作面を操作する。
接触検出部11が操作面に対する物体の接触を検出する検出方式には、任意の方式が採用されてよい。接触検出部11の検出方式の例として、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式(又は超音波方式)、赤外線方式、電磁誘導方式及び荷重検出方式等が挙げられる。
押圧検出部12は、触感呈示装置1の操作面に対する押圧を検出する。ユーザが指又はスタイラスペン等で操作面を押し込むことにより、操作面に押圧が生じる。
押圧検出部12は、例えば、押圧に対してリニアに反応する素子を含んで構成されている。押圧に対してリニアに反応する素子は、例えば、押圧に応じて物理的又は電気的特性(例えば、歪み、抵抗又は電圧等)が変化する歪みゲージセンサ又は圧電素子等である。
振動部13は、電気信号が入力されると、触感呈示装置1の操作面を振動させる。振動部13に入力される電気信号には、電圧信号が採用されてもよいし、電流信号が採用されてもよい。電気信号に電圧信号が採用される場合、振動部13は、例えば、圧電素子等を含んで構成されている。電気信号に電流信号が採用される場合、振動部13は、例えば、磁歪素子、電磁アクチュエータ又は電流駆動型モータ等を含んで構成されている。電磁アクチュエータは、例えば、ソレノイド又はボイスコイル等である。電流駆動型モータは、例えば、サーボモータ又はステッピングモータ等である。
記憶部14は、少なくとも1つの半導体メモリ、少なくとも1つの磁気メモリ、少なくとも1つの光メモリ又はこれらのうちの少なくとも2種類の組み合わせを含んで構成されている。半導体メモリは、例えば、RAM(Random Access Memory)又はROM(Read Only Memory)等である。RAMは、例えば、SRAM(Static Random Access Memory)又はDRAM(Dynamic Random Access Memory)等である。ROMは、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等である。記憶部14は、主記憶装置、補助記憶装置又はキャッシュメモリとして機能してよい。記憶部14は、触感呈示装置1の動作に用いられるデータと、触感呈示装置1の動作によって得られたデータとを記憶する。例えば、記憶部14は、システムプログラム、アプリケーションプログラム及び組み込みソフトウェア等を記憶する。
制御部15は、少なくとも1つのプロセッサ、少なくとも1つの専用回路又はこれらの組み合わせを含んで構成されている。プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)若しくはGPU(Graphics Processing Unit)等の汎用プロセッサ又は特定の処理に特化した専用プロセッサである。専用回路は、例えば、FPGA(Field-Programmable Gate Array)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)等である。制御部15は、触感呈示装置1の各部を制御しながら、触感呈示装置1の動作に関わる処理を実行する。
図2は、図1に示す触感呈示装置1の実装構造の一例を示す要部断面図である。図3は、図1に示す触感呈示装置1の実装構造の一例を示す要部平面図である。図2及び図3に示す例では、触感呈示装置1は、筐体20と、第1インシュレータ21と、アッパーカバー22と、第2インシュレータ23と、ディスプレイ30と、タッチセンサ31と、歪みゲージセンサ32と、圧電素子33とを含んで構成されている。図3には、第1インシュレータ21及び圧電素子33の位置を破線で示す。図3には、筐体20、アッパーカバー22及び第2インシュレータ23を外した構成を示す。
図2に示すように、筐体20内には、ディスプレイ30が保持される。ディスプレイ30には、第1インシュレータ21を介して、タッチセンサ31が保持される。
図2に示すように、筐体20には、アッパーカバー22が設けられる。アッパーカバー22は、タッチセンサ31の端部領域を覆う。アッパーカバー22によって覆われるタッチセンサ31の端部領域は、図3に示すようなディスプレイ30の表示領域30Aから外れた領域である。アッパーカバー22とタッチセンサ31との間には、第2インシュレータ23が位置する。
第1インシュレータ21は、弾性部材を含んで形成されている。図3に示すように、4つの第1インシュレータ21は、それぞれ、ディスプレイ30の表示領域30Aから外れた4つの隅に位置する。
第2インシュレータ23は、弾性部材を含んで形成されている。4つの第2インシュレータ23は、図3に示すような4つの第1インシュレータ21と同一又は類似に、それぞれ、ディスプレイ30の表示領域30Aから外れた4つの隅に位置する。
図3に示すように、ディスプレイ30は、正方形状である。ディスプレイ30は、正方形状の表示領域30Aを含む。ただし、ディスプレイ30の形状及び表示領域30Aの形状は、触感呈示装置1の仕様に応じた任意の形状であってよい。図1に示すような表示部10は、ディスプレイ30を含んで構成されていてよい。
図3に示すように、タッチセンサ31は、正方形状である。ただし、タッチセンサ31の形状は、触感呈示装置1の仕様に応じた任意の形状であってよい。
タッチセンサ31は、表面部材及び裏面部材を有する。表面部材は、タッチ面31aを含む。表面部材は、例えば、透明フィルム又はガラス等で構成されている。裏面部材は、例えば、ガラス又はアクリル等で構成されている。タッチセンサ31には、タッチ面31aが押圧されると、押圧に応じて表面部材が微小量撓む(歪む)構造のものを用いる。図1に示すような接触検出部11は、タッチセンサ31を含んで構成されていてよい。
図2に示すように、歪みゲージセンサ32は、タッチセンサ31の表面に位置する。歪みゲージセンサ32は、正方形状のタッチセンサ31の表面のうち、アッパーカバー22で覆われる各辺の近傍に、位置する。歪みゲージセンサ32は、タッチセンサ31に加わる押圧を検出する。歪みゲージセンサ32は、接着等によりタッチセンサ31の表面に設けられてよい。図1に示すような押圧検出部12は、4つの歪みゲージセンサ32を含んで構成されていてよい。
図2に示すように、圧電素子33は、タッチセンサ31の裏面に位置する。2つの圧電素子33は、それぞれ、正方形状のタッチセンサ31の対向する2つの辺の近傍に位置してよい。圧電素子33は、接着等により、タッチセンサ31の裏面に設けられてよい。図1に示すような振動部13は、2つの圧電素子33を含んで構成されていてよい。圧電素子33は、タッチ面31aを、タッチ面31aと並行な方向に振動させるように構成されていてもよいし、タッチ面31aと交差する方向に振動させるように構成されていてもよい。タッチ面31aと並行な方向の振動は、「横振動」とも称される。タッチ面31aと交差する方向の振動は、「縦振動」とも称される。
[触感呈示処理]
触感呈示方法の原理は、特許文献1の特許第4633167号公報において記載されている。特許文献1に記載されているように、一般的な押しボタンスイッチにおける荷重特性は、図4に示すような特性を有する。
図4は、一般的な押しボタンスイッチにおける荷重特性を示す図である。図4において、横軸は、押しボタンスイッチのストローク[mm]を示す。また、縦軸は、押しボタンスイッチへの荷重[N]を示す。
押しボタンスイッチの押圧時の荷重特性は、A点からD点までの期間に現れる。A点からB点までの期間は、押しボタンスイッチの押し込みを開始してから、押しボタンスイッチのストロークにほぼ比例して荷重が増加する期間である。B点からC点までの期間は、荷重が急激に減少する期間である。B点からC点までの期間では、押しボタンスイッチへの押し込みによりメタルドーム等の凸型形状の弾性部材が座屈することにより、荷重が急激に減少する。C点からD点までの期間は、押しボタンスイッチへのストロークにほぼ比例して荷重が増加する期間である。C点からD点までの期間では、スイッチの接点が閉成することにより、押しボタンスイッチへのストロークにほぼ比例して荷重が増加する。
押しボタンスイッチのリリース時の荷重特性は、D点からG点までの期間に現れる。リリース時の荷重特性は、多少のヒステリシスを有するが、押下時の荷重特性とは逆の変化を辿る。D点からE点までの期間は、押しボタンスイッチのリリースを開始してから、押しボタンスイッチのストロークにほぼ比例して荷重が減少する期間である。D点からE点までの期間では、スイッチの接点は、閉状態を維持する。E点からF点までの期間は、荷重が急激に増加する期間である。E点からF点までの期間では、押しボタンスイッチのリリースによって弾性部材が座屈状態から凸型形状に復帰することにより、荷重が急激に増加する。E点からF点までの期間が開始することにより、スイッチの接点が開成する。F点からG点までの期間は、押しボタンスイッチのストロークにほぼ比例して荷重が減少する期間である。F点からG点までの期間は、弾性部材の復帰後、押しボタンスイッチから指を離すまでの期間となる。
特許文献1に記載されているように、押しボタンスイッチの押圧時、ユーザは、図4に示すようなB点で、約1周期程度の短い時間、振動刺激を受ける。また、押しボタンスイッチのリリース時、ユーザは、図4に示すようなF点で、約1周期程度の短い時間、振動刺激を受ける。つまり、ユーザにクリック触感を呈示するためには、図4に示すようなB点及びF点で、触感呈示装置1の操作面を振動させてユーザに約1周期程度の短い時間の振動刺激を与える。さらに、その他の期間では、ユーザに自発的に触感呈示装置1に表示された操作ボタンを押下又はリリースさせることにより、ユーザの圧覚を刺激する。このような構成により、ユーザに、クリック触感を呈示することが可能になる。
本実施形態では、制御部15は、接触検出部11によって操作面に対する物体の接触を検出した場合、押圧検出部12によって操作面に対する押圧を検出する。さらに、制御部15は、押圧検出部12によって検出した操作面に対する押圧が設定基準を満たすか否かを判定する。設定基準は、ユーザがボタンスイッチ等を操作する際にボタンスイッチ等にかかる押圧荷重に基づいて、設定されてよい。例えば、設定基準は、図4に示すようなB点及びF点における押圧荷重に基づいて、設定されてよい。
制御部15は、押圧検出部12によって検出した操作面に対する押圧が設定基準を満たすと判定すると、第1電気パルスを振動部13に入力する。第1電気パルスのパルス幅は、第1電気パルスが振動部13に入力されてから操作面の変位が最大値になるまでの時間である。このような第1電気パルスを振動部13に入力することにより、例えば第1電気パルスのパルス幅とは異なるパルス幅を有する電気パルスを振動部13に入力する場合よりも、ユーザに大きな振動刺激を与えることができる。
以下、振動部13は、電気信号として電圧信号が入力されると触感呈示装置1の操作面を振動させるように構成されているものとして説明する。また、制御部15は、電気パルスとして電圧パルスを振動部13に入力するものとして説明する。ただし、振動部13は、電気信号として電流信号が入力されると触感呈示装置1の操作面を振動させるように構成されていてもよい。この場合、制御部15は、電気パルスとして電流パルスを振動部13に入力してよい。
図5は、本開示の一実施形態に係る第1電圧パルスP1を示す図である。図5において、横軸は、時刻を示す。左側の縦軸は、振動部13に入力される電圧を示す。右側の縦軸は、触感呈示装置1の操作面の変位を示す。操作面の変位は、例えば、操作面に直交する方向における変位である。
第1電圧パルスP1は、パルス幅W1を有する。パルス幅W1は、固有周期T1の1/2の時間である。第1電圧パルスP1は、V1の高さを有する。V1は、正の電圧である。第1電圧パルスP1の形状は、矩形形状である。
固有周期T1は、操作面を含む振動系の固有周期である。例えば、操作面に振動部13によって強制的に振動を与えると、操作面は、固有周期T1で自由振動する。固有周期T1は、操作面を含む振動系の構造例えば触感呈示装置1の構造によって決まる。
制御部15は、時刻t0で、振動部13への第1電圧パルスP1の入力を開始する。制御部15は、時刻t1で、振動部13への第1電圧パルスP1の入力を終了する。時刻t1は、時刻t0から固有周期T1の1/2の時間が経過した時点となる。
第1電圧パルスP1が振動部13に入力されると、操作面の変位は、振動波形WA1のように変化する。振動波形WA1の周期は、固有周期T1である。振動波形WA1の最大値は、D1である。D1は、正の値である。振動波形WA1の最小値は、-D1である。-D1は、負の値である。振動波形WA1は、時刻t1で最大値に到達する。
パルス幅W1が固有周期T1の1/2の時間であることにより、パルス幅W1は、時刻t0から時刻t1までの時間となる。つまり、パルス幅W1は、第1電圧パルスP1が振動部13に入力されてから操作面の変位が最大値になるまでの時間となる。
このような第1電圧パルスP1を振動部13に入力することにより、振動波形WA1が最大値のD1に到達した時点で、振動部13の駆動が停止する。振動波形WA1が最大値のD1に到達した時点で振動部13の駆動が停止することにより、振動波形WA1の最小値は、-D1に到達する。振動波形WA1の最小値が-D1に到達することにより、振動波形WA1の振れ幅は、2×D1[=D1-(-D1)]となる。このような構成により、例えばパルス幅W1とは異なるパルス幅を有する電圧パルスを振動部13に入力する場合よりも、ユーザに大きな振動刺激を与えることができる。この効果を、図6を参照して説明することもできる。
図6は、図5に示すような第1電圧パルスP1を分解した図である。図5に示すような第1電圧パルスP1は、ステップ入力I1とステップ入力I2とに分解可能である。図6における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
ステップ入力I1は、時刻t0で、V1に立ち上がる。ステップ入力I1が立ち上がるタイミングは、図5に示すような第1電圧パルスP1が立ち上がるタイミングに対応する。ステップ入力I1が振動部13に入力されると、操作面の変位は、振動波形WA2のように変化する。振動波形WA2の位相は、ステップ入力I1が立ち上がるタイミングによって決まる。振動波形WA2の周期は、固有周期T1である。振動波形WA2の最大値は、D1である。振動波形WA2の最小値は、ゼロである。振動波形WA2の振幅は、D1となる。
ステップ入力I2は、時刻t1で、-V1に立ち下がる。ステップ入力I2が立ち下がるタイミングは、図5に示すような第1電圧パルスP1が立ち下がるタイミングに対応する。時刻t1は、時刻t0から固有周期T1の1/2の時間が経過した時点である。ステップ入力I2が振動部13に入力されると、操作面の変位は、振動波形WA3のように変化する。振動波形WA3の位相は、ステップ入力I2が立ち下がるタイミングによって決まる。振動波形WA3の周期は、固有周期T1である。振動波形WA3の最大値は、ゼロである。振動波形WA3の最小値は、-D1である。振動波形WA3の振幅は、D1となる。
図5に示すような振動波形WA1は、ステップ入力I2によって位相が決まる振動波形WA2と、ステップ入力I2によって位相が決まる振動波形WA3とを合成したものとなる。
ここで、ステップ入力I1の立ち上がりすなわち時刻t0から、ステップ入力I2の立ち下がりすなわち時刻t1までの時間は、固有周期T1の1/2の時間である。時刻t0から時刻t1までの時間が固有周期T1の1/2となることにより、時刻t1以降、振動波形WA2の位相と振動波形WA3の位相とは、固有周期T1の1/2に対応する位相量だけずれる。このような構成により、時刻t1以降、振動波形WA2と振動波形WA3とは強め合う。例えば、振動波形WA2が最大値のD1に到達する時刻と振動波形WA3が最大値のゼロに到達する時刻とが同じ時刻になる。また、時刻t1以降、振動波形WA2が最小値のゼロに到達する時刻と、振動波形WA3が最小値の-D1に到達する時刻とが同じ時刻になる。このような構成により、時刻t1以降、振動波形WA2と振動波形WA3とを合成した振動波形WA1の振幅は、2×D1となる。つまり、振動波形WA1の振幅は、振動波形WA2及び振動波形WA3のそれぞれの振幅すなわちD1の2倍となる。振動波形WA1の振幅が振動波形WA2及び振動波形WA3のそれぞれの振幅の2倍となることにより、ユーザに大きな振動刺激を与えることができる。
したがって、制御部15が第1電圧パルスを振動部13に入力することにより、ユーザに大きな振動刺激を与えることができる。
制御部15は、第1電圧パルスを入力すると、操作面の振動を相殺するように第2電気パルスとして第2電圧パルスを振動部13に入力する。このような第2電圧パルスを振動部13に入力することにより、例えば第2電圧パルスを振動部13に入力しない場合よりも、ユーザに振動刺激を与える時間を短くすることができる。
第2電圧パルスの極性は、第1電圧パルスの極性と同じであってもよい。第2電圧パルスの極性は、第1電圧パルスの極性と逆であってもよい。電圧パルスの極性は、例えば、正方向の電圧及び負方向の電圧のうち、電圧パルスが変化する方向である。
第2電圧パルスの極性が第1電圧パルスの極性と同じである場合、図7を参照して説明するように、制御部15は、第1電圧パルスと第2電圧パルスとを合成した合成パルスを、振動部13に入力してよい。
図7は、本開示の一実施形態に係る合成パルスS1の一例を示す図である。図7における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
合成パルスS1は、第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とを合成したものである。合成パルスS1は、1つのパルスとして構成されている。第2電圧パルスP2は、パルス幅W2を有する。パルス幅W2は、固有周期T1の1/2の時間である。第2電圧パルスP2の極性は、第1電圧パルスP1の極性と同じである。第2電圧パルスP2は、第1電圧パルスP1と同じく、V1の高さを有する。第2電圧パルスP2の形状は、矩形形状である。第2電圧パルスP2の形状は、第1電圧パルスP1の形状と同じである。
合成パルスS1は、パルス幅WS1を有する。パルス幅WS1は、第1電圧パルスP1のパルス幅W1と、第2電圧パルスP2のパルス幅W1とを合わせたものとなる。パルス幅WS1は、固有周期T1と等しい時間となる。合成パルスS1は、V1の高さを有する。合成パルスS1の形状は、矩形形状である。
制御部15は、時刻t0で、振動部13への合成パルスS1の入力を開始する。制御部15は、時刻t2で、振動部13への合成パルスS1の入力を終了する。時刻t2は、時刻t0から固有周期T1と等しい時間が経過した時点となる。
合成パルスS1が振動部13に入力されると、操作面の変位は、振動波形WA4のように変化する。振動波形WA4の最大値は、D1である。振動波形WA4の最小値は、ゼロである。
パルス幅WS1が固有周期T1と等しい時間であることにより、振動波形WA4の変位がゼロになった時点すなわち時刻t2で、振動部13の駆動が停止する。振動波形WA4の変位がゼロになった時点で振動部13の駆動が停止することにより、操作面の変位もゼロになった時点で停止する。このような構成により、ユーザに振動刺激を与える時間を固有周期T1と等しい時間程度に短くすることができる。この効果を、図8を参照して説明することもできる。
図8は、図7に示すような合成パルスS1を分解した図である。図7に示すような合成パルスS1は、ステップ入力I1とステップ入力I3とに分解可能である。図8における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
ステップ入力I1については、図6を参照して上述した通りである。ステップ入力I1が振動部13に入力されると、図6を参照して上述したように、操作面の変位は、振動波形WA2のように変化する。
ステップ入力I3は、時刻t2で、-V1に立ち下がる。ステップ入力I3が立ち下がるタイミングは、図7に示すような合成パルスS1が立ち下がるタイミングに対応する。ステップ入力I3が振動部13に入力されると、操作面の変位は、振動波形WA5のように変化する。振動波形WA5の位相は、ステップ入力I3が立ち下がるタイミングによって、決まる。振動波形WA5の周期は、固有周期T1である。振動波形WA5の最大値は、ゼロである。振動波形WA5の最小値は、-D1である。振動波形WA5の振幅は、D1となる。
図7に示すような振動波形WA4は、ステップ入力I1によって位相が決まる振動波形WA2と、ステップ入力I3によって位相が決まる振動波形WA5とを合成したものとなる。
ここで、ステップ入力I1の立ち上がりすなわち時刻t0から、ステップ入力I3の立ち下がりすなわち時刻t2までの時間は、固有周期T1と等しい時間である。時刻t0から時刻t2までの時間が固有周期T1と等しい時間となることにより、時刻t2以降、振動波形WA2の位相と振動波形WA5の位相とは、固有周期T1に対応する位相量だけずれる。このような構成により、時刻t2以降、振動波形WA2と振動波形WA5とが打ち消し合う。例えば、振動波形WA2が最大値のD1に到達する時刻と振動波形WA5が最小値の-D1に到達する時刻とが同じ時刻になる。時刻t2以降、振動波形WA2と振動波形WA5とが打ち消し合うことにより、振動波形WA2と振動波形WA5とを合成した振動波形WA4の振幅は、ゼロに収束する。
したがって、制御部15が合成パルスS1を振動部13に入力することにより、ユーザに振動刺激を与える時間を固有周期T1と等しい時間程度に短くすることができる。
本明細書では、説明のために、図7に示すように、合成パルスS1は、第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とを合成したものであるとして説明した。ここで、図7に示すように、1つのパルスとして構成されている合成パルスS1は、時刻を示す軸と振動部13に入力される電圧を示す軸とを含むグラフにおいて、振動波形WA4が最大値に到達する時刻t1を対称軸とする線対称の形状を有する。つまり、操作面の変位を示す振動波形が最大値に到達する時刻を対称軸とする線対称の形状を有する電圧パルスを振動部13に入力すれば、当該電圧パルスが2つの電圧パルスを合成したものでなくても、本開示の効果が得られることが理解されよう。
合成パルスの形状は、図7に示すような矩形形状に限定されない。合成パルスの形状は、任意の形状であってよい。パルスの形状が矩形形状ではない場合、パルス幅は、一意的に定まれば、任意に規定されてよい。パルス幅の規定の一例として、パルス幅は、パルスの立ち上がりエッジ(又立ち下がりエッジ)から、立ち下がりエッジ(又は立ち上がりエッジ)までの時間と規定されてよい。パルスの立ち上がりエッジは、例えば、パルスの電圧がパルスの高さの1/2の電圧に立ち上がる時刻である。パルスの立ち下がりエッジは、例えば、パルスの電圧がパルスの高さの1/2の電圧に立ち下がる時刻である。
合成パルスの他の例として、図9を参照して説明するように、制御部15は、正弦波形状の合成パルスS2を振動部13に入力してよい。
図9は、本開示の一実施形態に係る合成パルスの他の例を示す図である。図9における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
制御部15は、時刻t0で、振動部13への合成パルスS2の入力を開始する。制御部15は、時刻t6で、振動部13への合成パルスS2の入力を終了する。制御部15が合成パルスS2を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA6のように変化する。振動波形WA6の最大値は、D2である。D2は、正の値である。
合成パルスS2の形状は、正弦波形状である。合成パルスS2の高さは、V1である。合成パルスS2の電圧は、時刻t4で、V1になる。合成パルスS2の立ち上がりエッジは、時刻t3である。合成パルスS2の立ち下がりエッジは、時刻t5である。合成パルスS2のパルス幅は、時刻t3から時刻t5までの時間である。
合成パルスS2は、第1電圧パルスと第2電圧パルスとを合成したものである。合成パルスS2の合成元となる第1電圧パルスのパルス幅は、上述したように、第1電圧パルスが振動部13に入力されてから操作面の変位が最大値になるまでの時間である。合成パルスS2の合成元となる第2電圧パルスは、第1電圧パルスによって生じる操作面の振動を相殺する。このような合成パルスS2を振動部13に入力することにより、例えば合成パルスS2とは異なるパルスを振動部13に入力する場合よりも、ユーザに振動刺激を与える時間を短くしつつ、ユーザに大きな振動刺激を与えることができる。この効果を、図10を参照して説明することもできる。
図10は、図9に示すような合成パルスS2を分解した図である。図9に示すような合成パルスS2は、ステップ入力I4とステップ入力I5とに分解可能である。図10における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
ステップ入力I4は、時刻t0で立ち上がり始める。ステップ入力I4は、時刻t3で、V1の1/2に到達する。ステップ入力I4は、時刻t4で、V1まで立ち上がる。ステップ入力I4の立ち上がりは、図9に示すような合成パルスS2の立ち上がりに対応する。ステップ入力I4が振動部13に入力されると、操作面の変位は、振動波形WA7のように変化する。振動波形WA7の位相は、ステップ入力I4の立ち上がりによって決まる。
ステップ入力I5は、時刻t4で立ち下がり始める。ステップ入力I5は、時刻t5で、-V1の1/2に到達する。ステップ入力I5は、時刻t6で、-V1まで立ち下がる。ステップ入力I5の立ち下がりは、図9に示すような合成パルスS2の立ち下がりに対応する。ステップI5が振動部13に入力されると、操作面の変位は、振動波形WA8のように変化する。振動波形WA8の位相は、ステップ入力I5の立ち下がりによって決まる。
図9に示すような振動波形WA6は、ステップ入力I4によって位相が決まる振動波形WA7と、ステップ入力I5によって位相が決まる振動波形WA8とを合成したものとなる。
ここで、時刻t6以降、振動波形WA7と振動波形WA8とが打ち消し合う。例えば、振動波形WA7が最大値のD2に到達する時刻と振動波形WA8が最小値の-D2に到達する時刻とが同じ時刻になる。このような構成により、時刻t6以降、振動波形WA7と振動波形WA8とを合成した振動波形WA6の振幅は、ゼロに収束する。
このような合成パルスS2を振動部13に入力することによっても、上述したように、ユーザに振動刺激を与える時間を短くしつつ、ユーザに大きな振動刺激を与えることができる。
合成パルスのさらに他の例として、制御部15は、図11、図12、図13又は図14に示すような形状の合成パルスを、振動部13に入力してもよい。図11から図14における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
図11に示すような合成パルスS3の形状は、台形の上に矩形を組み合わせた形状である。制御部15が合成パルスS3を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA9のように変化する。
図12に示すような合成パルスS4の形状は、台形形状である。制御部15が合成パルスS4を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA10のように変化する。
図13に示すような合成パルスS5の形状は、矩形の上に台形を組み合わせた形状である。制御部15が合成パルスS5を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA11のように変化する。
図14に示すような合成パルスS6の形状は、疑似的な矩形形状である。換言すると、合成パルスS6の形状は、矩形をやや崩した形状である。制御部15が合成パルスS6を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA12のように変化する。
合成パルスは、操作面を含む振動系において振動が減衰する場合にも、適用することができる。この例について、図15及び図16を参照して説明する。
図15は、振動が減衰する構成における第1電圧パルスP3を示す図である。図15における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。振動が減衰する構成における操作面を含む振動系の固有周期は、「固有周期T2」とも記載される。
第1電圧パルスP3のパルス幅は、固有周期T2の1/2の時間である。第1電圧パルスP3の高さは、V2である。V2は、正の電圧である。第1電圧パルスP3の形状は、矩形形状である。
制御部15は、時刻t0で、振動部13への第1電圧パルスP3の入力を開始する。制御部15は、時刻t7で、振動部13への第1電圧パルスP3の入力を終了する。時刻t7は、時刻t0から固有周期T2の1/2の時間が経過した時点である。
制御部15が第1電圧パルスP3を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA13のように変化する。図15に示すような振動が減衰する構成では、振動波形WA13の振幅は、時刻の経過とともに減衰する。
図16は、図15に示す構成に適用される合成パルスの一例を示す図である。図16における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
合成パルスS7は、第1電圧パルスP3と、第2電圧パルスP4とを合成したものである。合成パルスS7は、1つのパルスとして構成されている。第2電圧パルスP4は、第1電圧パルスP3と同じパルス幅を有する。第2電圧パルスP4は、第1電圧パルスP3と同じ高さを有する。第2電圧パルスP4の極性は、第1電圧パルスP3の極性と同じである。
合成パルスS7のパルス幅は、固有周期T2と等しい時間となる。合成パルスS7の形状は、矩形形状である。ただし、合成パルスS7の形状は、図9、図11、図12、図13及び図14に示すような形状であってもよい。
制御部15は、時刻t0で、振動部13への合成パルスS7への入力を開始する。制御部15は、時刻t8で、振動部13への合成パルスS7への入力を終了する。時刻t8は、時刻t0から固有周期T2と等しい時間が経過した時点である。
制御部15が合成パルスS7を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA14のように変化する。時刻t8以降、振動波形WA14の振幅は、緩やかにゼロに収束する。振動波形WA14の振幅が緩やかにゼロに収束する場合であっても、時刻t8以降の振動波形WA14の振幅は、時刻t0から時刻t8までの振動波形WA14の最大値と比較すると、非常に小さくなる。時刻t8以降の振動波形WA14の振幅が非常に小さくなることにより、ユーザが時刻t8以降に振動波形WA14による振動刺激を感じる可能性が低くなる。したがって、図16に示すような構成でも、ユーザに触感を呈示することができる。
図17を参照して説明するように、制御部15は、第1電圧パルスの一部と第2電圧パルスの一部とを重畳させて合成した合成パルスを振動部13に入力してもよい。
図17は、本開示の一実施形態に係る合成パルスのさらに他の例を示す図である。図17における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
合成パルスS8は、図7に示すような第1電圧パルスP1の一部と第2電圧パルスP2の一部とを重畳させて合成したものである。合成パルスS8は、第1電圧パルスP1のパルス幅W1と第2電圧パルスP2のパルス幅W2とが重畳幅W3だけ重畳するように合成されたものである。
合成パルスS8は、パルス幅WS3を有する。パルス幅WS3は、第1電圧パルスP1の一部と第2電圧パルスP2の一部とを重畳させたことにより、固有周期T2と等しい時間よりも狭くなる。合成パルスS8は、V1の高さを有する。合成パルスS8の形状は、矩形形状である。ただし、合成パルスS8の形状は、図9、図11、図12、図13及び図14に示すような形状であってもよい。
制御部15は、時刻t0で、振動部13への合成パルスS8の入力を開始する。制御部15は、時刻t9で、振動部13への合成パルスS8の入力を終了する。時刻t9は、時刻t0からパルス幅WS3に相当する時間が経過した時点となる。
制御部15が合成パルスS8を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA15のように変化する。振動波形WA15の一波目の最大値は、D1である。振動波形WA15の二波目の最大値は、D3である。D3は、正の値である。
重畳幅W3は、振動波形WA15における一波目の最大値のD1に対する二波目のD3が予め設定された割合になるように、適宜設定されてよい。重畳幅W3が狭くなるほど、D1に対するD3の割合は、小さくなる。重畳幅W3が広くなるほど、D1に対するD3の割合は、大きくなる。D1に対するD3の割合は、例えば、触感呈示装置1の仕様書等で予め設定される。D1に対するD3の割合が30%である場合、重畳幅W3は、例えば、パルス幅W1の8%に設定される。
このような合成パルスS8が振動部13に入力される場合、時刻t9以降、振動波形WA15の振幅は、穏やかにゼロに収束する。振動波形WA15の振幅が穏やかにゼロに収束する場合であっても、時刻t9以降の振動波形WA15の振幅は、最大値のD1と比較すると、非常に小さくなる。時刻t9以降の振動波形WA15の振幅が非常に小さくなることにより、図17に示すような構成でも、ユーザに触感を呈示することができる。
ここで、第1電圧パルスによって生じた操作面の振動を相殺するように第2電圧パルスが振動部13に入力されれば、第1電圧パルスと第2電圧パルスとは、合成されてなくてもよい。以下、この一例を図18から図20を参照して説明する。
図18は、本開示の他の実施形態に係る第1電圧パルス及び第2電圧パルスを示す図である。図18における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
第2電圧パルスP5は、図7に示すような第2電圧パルスP2と同じく、パルス幅W2を有する。第2電圧パルスP5の極性は、第1電圧パルスP1の極性と同じである。第2電圧パルスP5は、第1電圧パルスP1と同じく、V1の高さを有する。第2電圧パルスP5の形状は、矩形形状である。第2電圧パルスP5の形状は、第1電圧パルスP1の形状と同じであってよい。
制御部15は、図5を参照して上述したように、振動部13に第1電圧パルスP1を入力する。制御部15は、振動部13への第1電圧パルスP1の入力を終了すると、時刻t10で、振動部13への第2電圧パルスP5の入力を開始する。制御部15は、時刻t11で、振動部13への第2電圧パルスP5の入力を終了する。
制御部15が第1電圧パルスP1及び第2電圧パルスP5を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA16のように変化する。振動波形WA16の一波目の最大値は、D1である。振動波形WA16の二波目の最大値は、D4である。D4は、正の値である。
制御部15は、時間TI1が固有周期T2の1/2の時間以上になるように制御する。時間TI1は、振動部13への第1電圧パルスP1の入力を開始する時刻t0から振動部13への第2電圧パルスP5の入力を開始する時刻t10までの時間である。
振動波形WA16は、時刻t1以降、時刻t0から固有周期T2と等しい時間が経過するまで、減少を示す。時間TI1が固有周期T2の1/2の時間以上になることにより、第2電圧パルスP5は、振動波形WA16が減少を示すときに、振動部13に入力される。第2電圧パルスP5は、操作面の変位を減衰させるように作用する。つまり、第2電圧パルスP5は、第1電圧パルスP1によって生じた操作面の振動を相殺する。このような構成により、時刻t11以降、振動波形WA16の振幅は、緩やかにゼロに収束する。振動波形WA16の振幅が穏やかにゼロに収束する場合であっても、時刻t11以降の振動波形WA16の振幅は、最大値のD1と比較すると、非常に小さくなる。時刻t11以降の振動波形WA16の振幅が非常に小さくなることにより、図18に示すような構成でも、ユーザに触感を呈示することができる。
時間TI1は、固有周期T2の1/2の時間以上であり、且つ振動波形WA16における一波目の最大値のD1に対する二波目の最大値のD4が予め設定された割合になるように、適宜設定されてよい。時間TI1が短くなるほど、D1に対するD4の割合は、小さくなる。時間TI1が長くなるほど、D1に対するD4の割合は、大きくなる。D1に対するD4の割合は、例えば、触感呈示装置1の仕様書等で予め設定される。D1に対するD4の割合が30%である場合、時間TI1は、例えば、パルス幅W1の108%に設定される。
図19を参照して説明するように、制御部15は、操作面の変位が最大値から最小値又は最小値から最大値になる時刻を対称軸として第1電圧パルスと第2電圧パルスとが対象になるように、振動部13に第2電圧パルスを入力してよい。
図19は、本開示のさらに他の実施形態に係る第1電圧パルス及び第2電圧パルスを示す図である。図19における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
第2電圧パルスP6は、図7に示すような第2電圧パルスP2と同じく、パルス幅W2を有する。第2電圧パルスP6の極性は、第1電圧パルスP1の極性と同じである。第2電圧パルスP6は、第1電圧パルスP1と同じく、V1の高さを有する。第2電圧パルスP6の形状は、矩形形状である。第2電圧パルスP6の形状は、第1電圧パルスP1の形状と同じであってよい。
制御部15は、図5を参照して上述したように、振動部13に第1電圧パルスP1を入力する。制御部15は、振動部13への第1電圧パルスP1の入力が終了すると、時刻t13で、振動部13への第2電圧パルスP6の入力を開始する。制御部15は、時刻t14で、振動部13への第2電圧パルスP5の入力を終了する。
制御部15が第1電圧パルスP1及び第2電圧パルスP6を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA17のように変化する。振動波形WA17は、時刻t1で、最大値のD1に到達する。振動波形WA17は、時刻t9で、最小値の-D1に到達する。
制御部15は、例えば図19に示すような時刻を示す軸と振動部13に入力される電圧を示す軸とを含むグラフにおいて、時刻t12を対称軸として第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とが線対称となるように、振動部13に第2電圧パルスP6を入力する。時刻t12は、振動波形WA17が示すように操作面の変位が最大値から最小値になる時刻である。時刻t12を対称軸として第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とが対称になることにより、時刻t1から時刻t12までの時間と時刻t12から時刻t13までの時間とが等しくなり得る。
時刻t12を対称軸として第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とが線対称となることにより、振動波形WA17の最大値がD1となり、振動波形WA17の最小値が-D1となる。このような構成により、振動波形WA17の振れ幅は、2×D1[=D1-(-D1)]となり、図6に示すような振動波形WA2及び振動波形WA3のそれぞれの振幅すなわちD1の2倍となる。
振時刻t12を対称軸として第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とが線対称となることにより、時刻t13に、振動部13への第2電圧パルスP6の入力が開始される。振動波形WA17は、時刻t13から所定期間、減少を示す。第2電圧パルスP6は、操作面の変位を減衰させるように作用する。つまり、時刻t13から時刻t14の間、第2電圧パルスP6は、操作面の変位を減衰させるように作用し、第1電圧パルスP1によって生じた操作面の振動を相殺する。このような構成により、時刻t14以降、振動波形WA17は、ゼロに収束する。
このように振動波形WA17は、2×D1の振れ幅を有しつつ、時刻t14以降、ゼロに収束する。したがって、制御部15が第1電圧パルスP1及び第2電圧パルスP6を振動部13に入力することにより、ユーザに与える振動刺激を大きくしつつ、ユーザに振動刺激を与える時間を固有周期T1の2倍の時間程度に短くすることができる。
ここで、時刻t13は、振動部13への第1電圧パルスP1の入力を開始した時刻t0から固有周期T1の3/2の時間が経過した時点となる。制御部15は、時刻t13が経過した後、第2電圧パルスP6を振動部13に入力してもよい。このような構成でも、ユーザに与える振動刺激を大きくしつつ、ユーザに振動刺激を与える時間を短くすることができる。
図19に示すような構成では、高さが正の電圧である第1電圧パルスP1が振動部13に入力される。ただし、制御部15は、高さが負の電圧となる第1電圧パルスを振動部13に入力してもよい。高さが負の電圧となる第1電圧パルスが振動部13に入力されると、操作面は、操作面の変位の正負が振動波形WA17の変位の正負とは逆になるように、振動する。この場合、制御部15は、操作面の変位が最小値から最大値になる時刻を対称軸として第1電圧パルスと第2電圧パルスとが線対称になるように、振動部13に第2電圧パルスを入力する。高さが負の電圧となる第1電圧パルスを振動部13に入力する場合、第2電圧パルスの極性は、当該第1電圧パルスの極性と同じく、負であってよい。
図20を参照して説明するように、制御部15は、操作面の変位がゼロになる時刻を対称点として、第1電圧パルスと第2電圧パルスとが点対称になるように、振動部13に第2電圧パルスを入力してよい。
図20は、本開示のさらに他の実施形態に係る第1電圧パルス及び第2電圧パルスを示す図である。図20における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
第2電圧パルスP7は、図7に示すような第2電圧パルスP2と同じく、パルス幅W2を有する。第2電圧パルスP7の極性は、第1電圧パルスP1の極性とは逆である。第2電圧パルスP7は、-V1の高さを有する。第2電圧パルスP7の形状は、矩形形状である。
制御部15は、図5を参照して上述したように、振動部13に第1電圧パルスP1を入力する。制御部15は、振動部13への第1電圧パルスP1の入力を終了すると、時刻t16で、振動部13への第2電圧パルスP7の入力を開始する。制御部15は、時刻t17で、振動部13への第2電圧パルスP7の入力を終了する。
制御部15が第1電圧パルスP1及び第2電圧パルスP7を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA18のように変化する。振動波形WA18は、時刻t1で、最大値のD1に到達する。振動波形WA18は、時刻t15で、ゼロになる。振動波形WA18は、時刻t16で、最小値の-D1に到達する。
制御部15は、例えば図20に示すような時刻を示す軸と振動部13に入力される電圧を示す軸とを含むグラフにおいて、点sp1を対称点として第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とが点対称になるように、振動部13に第2電圧パルスP6を入力する。点sp1は、時刻を示す軸と振動部13に入力される電圧を示す軸とを含むグラフにおける点である。点sp1は、操作面の変位がゼロになる時刻を示す。また、点sp1では、振動部13に入力される電圧は、ゼロである。点sp1を対称点として第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とが点対称になることにより、時刻t1から時刻t15までの時間と時刻t15から時刻t16までの時間とが等しくなり得る。また、第1電圧パルスP1の極性と第2電圧パルスP7の極性とが逆になる。
点sp1を対称点として第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とが点対称になることにより、振動波形WA18の最大値がD1となり、振動波形WA18の最小値が-D1となる。このような構成により、振動波形WA18の振れ幅は、2×D1[=D1-(-D1)]となり、図6に示すような振動波形WA2及び振動波形WA3のそれぞれの振幅すなわちD1の2倍となる。
点sp1を対称点として第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP2とが点対称になることにより、時刻t16に、振動部13への第2電圧パルスP7の入力が開始される。振動波形WA18は、時刻t16から所定期間、増加を示す。第2電圧パルスP7は、操作面の変位を減少させるように作用する。つまり、時刻t16から時刻t17の間、第2電圧パルスP7は、操作面の変位を減少させるように作用し、第1電圧パルスP1によって生じた操作面の振動を相殺する。このような構成により、時刻t17以降、振動波形WA18は、ゼロに収束する。
このように振動波形WA18は、2×D1の振れ幅を有しつつ、時刻t17以降、ゼロに収束する。したがって、制御部15が第1電圧パルスP1及び第2電圧パルスP7を振動部13に入力することにより、ユーザに与える振動刺激を大きくしつつ、ユーザに振動刺激を与える時間を固有周期T1の3/2の時間程度に短くすることができる。
ここで、時刻t16は、振動部13への第1電圧パルスP1の入力を開始した時刻t0から固有周期T1と等しい時間が経過した時点となる。制御部15は、時刻t16が経過した後、第2電圧パルスP7を振動部13に入力してもよい。このような構成でも、ユーザに与える振動刺激を大きくしつつ、ユーザに振動刺激を与える時間を短くすることができる。
制御部15は、図18に示すような別個の第1電圧パルスP1及び第2電圧パルスP5を振動部13に入力する代わりに、図21に示すように、合成パルスS9を振動部13に入力してもよい。
図21は、本開示の一実施形態に係る合成パルスのさらに他の例を示す図である。図21における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸は、それぞれ、図5における横軸、左側の縦軸及び右側の縦軸と同じである。
合成パルスS9は、第1電圧パルスP1と第2電圧パルスP8とを合成したものである。合成パルスS9は、パルス幅WS4を有する。パルス幅WS4は、第1電圧パルスP1のパルス幅W1と第2電圧パルスP8のパルス幅W4とを合わせた幅である。合成パルスS9は、V1の高さを有する。合成パルスS9の形状は、矩形形状である。ただし、合成パルスS9の形状は、図9、図11、図12、図13及び図14に示すような形状であってもよい。
制御部15は、時刻t0で、振動部13への合成パルスS9の入力を開始する。制御部15は、時刻t18で、振動部13への合成パルスS9の入力を終了する。時刻t18は、時刻t0からパルス幅WS4に相当する時間が経過した時点となる。
制御部15が合成パルスS9を振動部13に入力すると、操作面の変位は、振動波形WA19のように変化する。振動波形WA19の一波面の最大値は、D1である。振動波形WA19の2波目の最大値は、D5である。D5は、正の値である。
パルス幅WS4は、振動波形WA19における一波目の最大値のD1に対する二波目の最大値のD5が予め設定された割合になるように、適宜設定されてよい。D1に対するD5の割合は、D1に対するD4と同一又は類似に、例えば、触感呈示装置1の仕様書等で予め設定される。D1に対するD5の割合が30%である場合、パルス幅WS4は、例えば、固有周期T2の108%に設定される。
このような合成パルスS9が振動部13に入力される場合、時刻t18以降、振動波形WA19の振幅は、緩やかにゼロに収束する。振動波形WA19の振幅が穏やかにゼロに収束する場合であっても、時刻t18以降の振動波形WA19の振幅は、最大値のD1と比較すると、非常に小さくなる。時刻t18以降の振動波形WA19の振幅が非常に小さくなることにより、図20に示すような構成でも、ユーザに触感を呈示することができる。
図22は、図1に示す触感呈示装置1が実行する触感呈示処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、本実施形態に係る振動制御方法の一例に相当する。制御部15は、任意のタイミングで、ステップS1の処理を開始してよい。例えば、制御部15は、触感呈示装置1の電源がオン状態になると、ステップS1の処理を開始する。
制御部15は、操作面に対する物体の接触が接触検出部11によって検出された否かを判定する(ステップS1)。制御部15は、操作面に対する物体の接触が検出されたと判定する場合(ステップS1:YES)、ステップS2の処理に進む。一方、制御部15は、操作面に対する物体の接触が検出されたと判定しない場合(ステップS1:NO)、ステップS1の処理を再び実行する。
ステップS2の処理では、制御部15は、押圧検出部12によって検出した操作面に対する押圧が設定基準を満たすか否かを判定する。制御部15は、操作面に対する押圧が設定基準を満たすと判定する場合(ステップS2:YES)、ステップS3の処理に進む。一方、制御部15は、操作面に対する押圧が設定基準を満たすと判定しない場合(ステップS2:NO)、ステップS2の処理を再び実行する。
ステップS3の処理では、制御部15は、第1電圧パルスを振動部13に入力する。制御部15は、第1電圧パルスを入力すると、操作面の振動を相殺するように第2電圧パルスを振動部13に入力する(ステップS4)。制御部15は、ステップS4の処理を終了すると、触感呈示処理を終了する。制御部15は、触感呈示処理の終了後、任意のタイミングで、ステップS1からの処理を再度実行してよい。
このように触感呈示装置1では、制御部15は、第1電圧パルスを振動部13に入力する。第1電圧パルスのパルス幅は、第1電圧パルスが振動部13に入力されてから操作面の変位が最大になるまでの時間である。このような第1電圧パルスを振動部13に入力することにより、例えば第1電圧パルスのパルス幅とは異なるパルス幅を有する電圧パルスを振動部13に入力する場合よりも、ユーザに大きな振動刺激を与えることができる。さらに、制御部15は、第1電圧パルスを入力すると、操作面の振動を相殺するように第2電圧パルスを振動部13に入力する。このような第2電圧パルスを振動部13に入力することにより、例えば第2電圧パルスを振動部13に入力しない場合よりも、ユーザに振動刺激を与える時間を短くすることができる。触感呈示装置1は、ユーザに振動刺激を与える時間を短くしつつ、ユーザに大きな振動刺激を与えることにより、よりリアルなクリック触感をユーザに提示することができる。
ここで、ユーザに振動刺激を与える時間を短くするための方法として、振動対象の振動を減衰させる振動減衰部材を触感呈示装置に搭載させる方法が考えられる。しかしながら、このような振動減衰部材を触感呈示装置に搭載させると、触感呈示装置の規模が増大してしまう場合がある。また、このような振動減衰部材は、振動対象における本来の振動も減衰させてしまう場合がある。本来の振動が減衰してしまうと、リアルなクリック触感をユーザに提示することが困難になる場合がある。そのため、触感呈示装置に搭載させる振動減衰部材の振動の減衰率を大きくすることができない場合がある。振動減衰部材の減衰率を大きくできないと、ユーザに振動刺激を与える時間を効率的に短くできない場合がある。
本実施形態に係る触感呈示装置1では、上述した振動減衰部材を搭載させなくても、第2電圧パルスを振動部13に入力することにより、ユーザに振動刺激を与える時間を短くすることができる。触感呈示装置1では、上述した振動減衰部材を搭載させなくてもよいため、触感呈示装置1の規模が増加する可能性を低減させることができる。また、第2電圧パルスを用いることにより、上述した振動減衰部材よりも、ユーザに振動刺激を与える時間を効率的に短くすることができる。
よって、本実施形態によれば、振動の制御について改善された触感呈示装置1及び振動制御方法が提供される。
また、本実施形態に係る触感呈示装置1では、第2電圧パルスの極性は、第1電圧パルスの極性と同じであってよい。第2電圧パルスの極性が第1電圧パルスの極性と同じであることにより、第1電圧パルスを生成する回路等を利用して第2電圧パルスを生成することができる。したがって、触感呈示装置1は、第2電圧パルスを生成する専用の回路等を備えなくてもよい。このような構成により、より簡易な構成で、よりリアルなクリック触感をユーザに呈示することができる。
また、本実施形態に係る触感呈示装置1では、制御部15は、第1電圧パルスと第2電圧パルスとを合成した合成パルスを振動部13に入力してよい。このような構成により、ユーザに振動を与える時間を固有周期T1と等しい時間程度に短くすることができる。
また、本実施形態に係る触感呈示装置1では、合成パルスは、1つのパルスとして構成されていてよい。例えば、2つの電圧パルスを振動部13に入力する場合、2つ目の電圧パルスを振動部13に入力するタイミング等を、操作面の変位等に応じて調整することが求められる場合がある。合成パルスを1つのパルスとして構成することにより、2つ目の電圧パルスを振動部13に入力するタイミング等を操作面の変位等に応じて調整することが求められなくなる。このような構成により、より簡易な構成で、よりリアルなクリック触感をユーザに呈示することができる。
また、本実施形態に係る触感呈示装置1では、制御部15は、操作面の変位が最大値から最小値又は最小値から最大値になる時刻を対称軸として第1電圧パルスと第2電圧パルスとが線対称になるように、振動部13に第2電圧パルスを入力してよい。このような構成により、図19を参照して上述したように、ユーザに与える振動刺激を大きくしつつ、ユーザに振動を与える時間を固有周期T1の2倍の時間程度に短くすることができる。
また、本実施形態に係る触感呈示装置1では、制御部15は、操作面の変位がゼロになる時刻を対称点として、第1電圧パルスと第2電圧パルスとが点対称になるように、振動部13に第2電圧パルスを入力してよい。このような構成により、図20を参照して上述したように、ユーザに与える振動刺激を大きくしつつ、ユーザに振動を与える時間を固有周期T1の3/2の時間程度に短くすることができる。
本開示に係る実施形態について説明する図は模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。
本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
本開示に記載された構成要件の全て、及び/又は、開示された全ての方法、又は、処理の全てのステップについては、これらの特徴が相互に排他的である組合せを除き、任意の組合せで組み合わせることができる。また、本開示に記載された特徴の各々は、明示的に否定されない限り、同一の目的、同等の目的又は類似する目的のために働く代替の特徴に置換することができる。したがって、明示的に否定されない限り、開示された特徴の各々は、包括的な一連の同一、又は、均等となる特徴の一例にすぎない。
さらに、本開示に係る実施形態は、上述した実施形態の何れの具体的構成にも制限されるものではない。本開示に係る実施形態は、本開示に記載された全ての新規な特徴、又は、それらの組合せ、或いは、記載された全ての新規な方法、又は、処理のステップ、又は、それらの組合せに拡張することができる。
例えば、上述した実施形態では、合成パルスは、説明のために、第1電圧パルスと第2電圧パルスとを合成したものであるとして説明した。ただし、上述した特徴を有する合成パルスを振動部13に入力すれば、第1電圧パルスと第2電圧パルスとを合成した合成パルスを振動部13に入力しなくても、本開示の効果が得られることが理解されよう。
例えば、上述した実施形態では、第1電圧パルスの形状及び第2電圧パルスの形状は、矩形形状であるものとして説明した。ただし、第1電圧パルスの形状及び第2電圧パルスの形状は、矩形形状に限定されない。例えば、第1電圧パルスの形状及び第2電圧パルスの形状は、三角波形状、半正弦波形状、ガウス波形状又はこれらを組み合わせた形状であってよい。
例えば、上述した実施形態では、第1電気パルスが第1電圧パルスであり、第2電気パルスが第2電圧パルスであるものとして説明した。ただし、第1電気パルスは、第1電圧パルスに限定されない。また、第2電気パルスは、第2電圧パルスに限定されない。例えば、振動部13に入力される電気信号に電流信号が採用される場合、第1電気パルスが第1電流パルスであり、第2電気パルスが第2電流パルスであってよい。この場合、電流パルスの極性は、例えば、正方向の電流及び負方向の電流のうち、電流パルスが変化する方向である。
例えば、上述した実施形態では、触感呈示装置1は、例えば図5に示すように、V1等の正の電圧が振動部13に入力されると、操作面の変位が最初に正の方向に振れるように構成されているものとして説明した。ただし、触感呈示装置1は、正の電圧が振動部13に入力されると、操作面の変位が最初に負の方向に振れるように構成されていてもよい。
例えば、上述した実施形態では、本開示の電気機器が触感呈示装置1であるものとして説明した。ただし、本開示の電気機器は、触感呈示装置1に限定されない。例えば、本開示の電気機器は、空圧、油圧又は蒸気等を利用したアクチュエータを含む電気機器であってもよい。
本開示において「第1」及び「第2」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第1」及び「第2」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第1電圧パルスは、第2電圧パルスと識別子である「第1」と「第2」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も、当該構成は、区別される。識別子は、削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第1」及び「第2」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈及び小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。
1 触感呈示装置(電気機器)
10 表示部
11 接触検出部
12 押圧検出部
13 振動部
14 記憶部
15 制御部
20 筐体
21 第1インシュレータ
22 アッパーカバー
23 第2インシュレータ
30 ディスプレイ
30A 表示領域
31 タッチセンサ
31a タッチ面
32 歪みゲージセンサ
33 圧電素子
I1~I5 ステップ入力
P1,P3 第1電圧パルス(第1電気パルス)
P2,P4,P5,P6,P7,P8 第2電圧パルス(第2電気パルス)
S1~S9 合成パルス
T1,T2 固有周期
TI1 時間
W1,W2,W4,WS1,WS3,WS4 パルス幅
W3 重畳幅
WA1~WA19 振動波形
sp1 点
t0~t18 時刻

Claims (17)

  1. 電気信号が入力されると振動対象を振動させる振動部と、
    第1電気パルスを前記振動部に入力する制御部と、を備え、
    前記第1電気パルスのパルス幅は、前記第1電気パルスが前記振動部に入力されてから前記振動対象の変位が最大になるまでの時間であり、
    前記制御部は、前記第1電気パルスを入力すると、前記振動対象の振動を相殺するように第2電気パルスを前記振動部に入力する、電気機器。
  2. 前記第1電気パルスのパルス幅は、前記振動対象を含む振動系の固有周期の1/2の時間である、請求項1に記載の電気機器。
  3. 前記第2電気パルスの極性は、前記第1電気パルスの極性と同じである、請求項1又は2に記載の電気機器。
  4. 前記第2電気パルスのパルス幅は、前記振動対象を含む振動系の固有周期の1/2の時間である、請求項1から3までの何れか一項に記載の電気機器。
  5. 前記制御部は、前記第1電気パルスと前記第2電気パルスとを合成した合成パルスを前記振動部に入力する、請求項1から4までの何れか一項に記載の電気機器。
  6. 前記合成パルスのパルス幅は、前記振動対象を含む振動系の固有周期と等しい時間である、請求項5に記載の電気機器。
  7. 前記制御部は、前記第1電気パルスの一部と前記第2電気パルスの一部とを重畳させて合成した合成パルスを前記振動部に入力する、請求項5に記載の電気機器。
  8. 前記合成パルスのパルス幅は、前記振動対象を含む振動系の固有周期と等しい時間よりも狭い、請求項7に記載の電気機器。
  9. 前記制御部は、前記振動対象の振動波形における一波目の最大値に対する二波目の最大値が予め設定された割合になるように、前記合成パルスのパルス幅を調整する、請求項5に記載の電気機器。
  10. 前記合成パルスは、1つのパルスとして構成されている、請求項5から9までの何れか一項に記載の電気機器。
  11. 前記制御部は、前記振動部への前記第1電気パルスの入力を開始する時刻から前記振動部への前記第2電気パルスの入力を開始する時刻までの時間が前記固有周期の1/2の時間以上になるように制御する、請求項2に記載の電気機器。
  12. 前記制御部は、前記振動対象の変位が最大値から最小値又は最小値から最大値になる時刻を対称軸として、前記第1電気パルスと前記第2電気パルスとが線対称になるように、前記振動部に前記第2電気パルスを入力する、請求項1から4までの何れか一項に記載の電気機器。
  13. 前記制御部は、前記振動部への前記第1電気パルスの入力を開始した時刻から前記振動対象を含む振動系の固有周期の3/2の時間が経過した後、前記第2電気パルスを前記振動部に入力し、
    前記第1電気パルスのパルス幅及び前記第2電気パルスのパルス幅は、それぞれ、前記固有周期の1/2の時間であり、
    前記第2電気パルスの極性は、前記第1電気パルスの極性と同じである、請求項1に記載の電気機器。
  14. 前記制御部は、前記振動対象の変位がゼロになる時刻を対称点として、前記第1電気パルスと前記第2電気パルスとが点対称になるように、前記振動部に前記第2電気パルスを入力する、請求項1から4までの何れか一項に記載の電気機器。
  15. 前記制御部は、前記振動部への前記第1電気パルスの入力を開始した時刻から前記振動対象を含む振動系の固有周期と等しい時間が経過した後、第2電気パルスを前記振動部に入力し、
    前記第1電気パルスのパルス幅及び前記第2電気パルスのパルス幅は、それぞれ、前記固有周期の1/2の時間であり、
    前記第2電気パルスの極性は、前記第1電気パルスの極性とは逆である、請求項1に記載の電気機器。
  16. 前記振動部は、圧電素子を含んで構成されており、
    前記第1電気パルスは、第1電圧パルスであり、
    前記第2電気パルスは、第2電圧パルスである、請求項1から14までの何れか一項に記載の電気機器。
  17. 電気信号が入力されると振動対象を振動させる振動部に、第1電気パルスを入力することと、
    前記第1電気パルスを入力すると、前記振動対象の振動を相殺するように第2電気パルスを前記振動部に入力することと、を含み、
    前記第1電気パルスのパルス幅は、前記第1電気パルスが前記振動部に入力されてから前記振動対象の変位が最大になるまでの時間である、振動制御方法。
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