JP2023044177A - 触覚呈示装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の複雑化を回避しつつ、触覚呈示のための振動に起因する音響を抑制する。
【解決手段】振動することでユーザに触覚を呈示する板状部３０と、板状部３０に配置され、駆動されることで板状部３０を振動させる少なくとも１つのアクチュエータＡＣと、振動における節により区切られる複数の分割領域のそれぞれが振動する分割振動モードで板状部３０を振動させる周波数でアクチュエータＡＣを駆動する制御部３２と、を有する触覚呈示装置を提供する。制御部３２は、分割振動モードが、少なくとも１つの分割領域にアクチュエータＡＣが位置する分割振動モードとなるようにアクチュエータＡＣを駆動する。
【選択図】図５

Description

本発明は、触覚呈示装置および方法

従来、振動部材を振動させて触覚を呈示する触覚呈示装置が知られている。例えば、特許文献１では、回転体を振動させ、ユーザが、回転可能な板状の操作部に触れると操作部が回転体と接し、回転体からの振動が操作部を介してユーザに伝わる。

ところが、回転体の振動は音響にも変換されるので、不必要な音響ノイズとなる。これを解消するために、特許文献２は、音響ノイズに緩和音を重畳すると共に、合成音とは逆位相の音を生成して出力することで合成音を消音し、合成音がユーザによって聴覚されることを抑制する。

特開２０２１－２７００号公報 特開２０１６－３５６４６号公報

しかしながら、特許文献２では、触覚を呈示するための振動とは別に、触覚を呈示するための振動に起因する音響ノイズを抑制するための機構を別途設ける必要がある。そのため、構成が複雑化する。

本発明の一つの目的は、構成の複雑化を回避しつつ、触覚呈示のための振動に起因する音響を抑制することができる触覚呈示装置を提供することである。

本発明の一形態によれば、振動することでユーザに触覚を呈示する板状部と、前記板状部に配置され、駆動されることで前記板状部を振動させる少なくとも１つのアクチュエータと、振動における節により区切られる複数の分割領域のそれぞれが振動する分割振動モードで前記板状部を振動させる周波数で前記アクチュエータを駆動する制御部と、を有し、前記制御部は、前記分割振動モードが、少なくとも１つの前記分割領域に前記アクチュエータが位置する分割振動モードとなるように前記アクチュエータを駆動する、触覚呈示装置が提供される。

本発明の一形態によれば、構成の複雑化を回避しつつ、触覚呈示のための振動に起因する音響を抑制することができる。

再生システムの構成を例示するブロック図である。 ＤＪ機器の構造を例示する縦断面図である。 回転駆動機構の裏面図である。 板状部の模式的な平面図である。 ある分割振動モードで振動する板状部の模式的平面図である。 ある分割振動モードで振動する板状部の模式的平面図である。 ある分割振動モードで振動する板状部の模式的平面図である。 表面および裏面にアクチュエータを配置した板状部の模式図である。 他の触覚呈示装置の模式的な斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る触覚呈示装置が適用される再生システムの構成を例示するブロック図である。この再生システム１は、端末装置１００と、触覚呈示装置としてのＤＪ機器２００とを有する。図２は、ＤＪ機器２００の構造を例示する縦断面図である。ＤＪ機器２００は、ユーザ（ＤＪ）による操作を受付けるＤＪコントローラ（音響機器の一例）である。

図１に示すように、ＤＪ機器２００は、本体部２０１とＤＪ操作部２０２とを有する。本体部２０１は、検出機構６０、回転駆動機構４０および送電部３４を有する。ＤＪ操作部２０２は、制御部３２、受電部３５、通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）３６、アクチュエータＡＣ（ＡＣ１～ＡＣ４）を有する。

制御部３２は、ＤＪ機器２００の各部を制御する。制御部３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有する（いずれも図示せず）。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより各種の制御を実現する。通信Ｉ／Ｆ３６は、無線または有線により、端末装置１００を含む外部装置と通信する。通信Ｉ／Ｆ３６の方式として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉｆｉ（登録商標）、ＦＭトランスミッタなどが挙げられるが、方式は限定されない。

端末装置１００は、ＤＪ機器２００に対するユーザからの操作に応じて楽曲の再生を制御する。例えばスマートフォン、タブレット端末またはパーソナルコンピュータ等の情報端末が端末装置１００として採用される。端末装置１００は、制御装置１１と記憶装置１２と再生装置１３とを有する。なお、記憶装置１２と再生装置１３とをＤＪ機器２００に内蔵してもよい。制御装置１１は、例えばＣＰＵ等の単数または複数の処理回路であり、端末装置１００の各要素を制御する。記憶装置１２は、制御装置１１が実行するプログラムと制御装置１１が使用する各種のデータとを記憶する。ここでいう各種のデータには、楽曲の演奏音を表す音楽ファイルが含まれる。

図２に示すように、本体部２０１は、中空の筐体７０を具備する。筐体７０の上部には円形の開口７１が形成される。回転駆動機構４０および検出機構６０は筐体７０の内部に収容される。本体部２０１は、回転体２１および軸部材２３を有する。

回転体２１は、筐体７０の開口７１をほぼ塞ぐように設置されたターンテーブルであり、円板状の構造体（プラッタ）である。回転体２１は、回転軸Ｏを中心として回転可能である。回転体２１の中央には円形の貫通孔Ｈが形成される。軸部材２３は円柱状の部材である。軸部材２３は、回転体２１の貫通孔Ｈを貫通する。従って、軸部材２３の中心軸線と回転体２１の回転軸Ｏとは一致する。貫通孔Ｈの内周面は、所定の間隙をあけて軸部材２３の外周面と対向する。すなわち、回転体２１は軸部材２３に連結されていない。軸部材２３は、緩衝体７３を介して筐体７０の底面部７２に設置される。

筐体７０の内部には支持構造体７４が設置される。支持構造体７４は、軸部材２３を回転可能に支持する構造体である。支持構造体７４は、第１部分７４１と第２部分７４２とを備える。第１部分７４１と底面部７２との間に第２部分７４２が位置する。第１部分７４１は、円筒状の部分である。第１部分７４１の内径は、軸部材２３の外径と同等である。従って、軸部材２３は、第１部分７４１の内周面に接触した状態で回転可能である。後述するように、板状部３０は、固定部２４により、軸部材２３の上部に固定される。従って、支持構造体７４は、軸部材２３を介して板状部３０を回転自在に支持する支持部となる。第２部分７４２は、第１部分７４１よりも大径に形成された円筒状の部分である。第２部分７４２が筐体７０の底面部７２に固定される。

第２部分７４２の内側には検出機構６０が設置される。検出機構６０は、遮光体６１と検出器６２とを具備する。遮光体６１は、軸部材２３に固定された円板状の構造体であり、遮光性の材料で形成される。遮光体６１の周縁部には、複数の切欠（スリット）６１１が相互に間隔をあけて形成される。検出器６２は、発光素子６２１と受光素子６２２とを含む光学センサである。発光素子６２１と受光素子６２２とは、遮光体６１の周縁部を挟んで相互に対向する。受光素子６２２が受光量に応じた操作信号Ｚを出力する。すなわち、検出機構６０は、ＤＪ操作部２０２の回転の方向および角度を表す操作信号Ｚを生成する。

支持構造体７４と回転体２１との間には、回転体２１を支持構造体７４に対して円滑に回転するための軸受７５が介在する。軸受７５は例えば玉軸受であり、回転体２１と同心に設置される。回転体２１は軸受７５を介して支持構造体７４に支持される。回転体２１と軸受７５とは固定されていないから、回転体２１は、軸受７５に接触する位置と軸受７５から離れる位置との間で回転軸Ｏの方向に移動可能である。

回転体２１と軸受７５との間には緩衝体７６が介在する。緩衝体７６は、回転体２１と同心に設置された円環状の部材であり、例えばゴム等の弾性材料で形成される。緩衝体７６は、支持構造体７４と軸受７５との間に設置されてもよい。筐体７０の内部には配線基板７７が設置される。配線基板７７は、支持構造体７４に支持される。

図３は、回転駆動機構４０の裏面図である。回転駆動機構４０は、支持部材４１と磁石４３と複数のコイル４２とを有するモータである。支持部材４１は配線基板７７に設置される。支持部材４１は、例えば非磁性体で形成された円環状の構造体である。支持部材４１の外周面には、複数の突起部４１１が周方向に相互に間隔をあけて形成される。コイル４２の各々は、１個の突起部４１１に巻回された導線である。すなわち、複数のコイル４２が周方向に相互に間隔をあけて設置される。磁石４３は、回転体２１に設置される。磁石４３は、複数のコイル４２を包囲する円環状の永久磁石である。複数のコイル４２の各々に電流が供給されることで、回転軸Ｏを中心として回転体２１が所定の角速度で回転する。

なお、回転駆動機構４０の構成は例示したものに限定されない。例えば、回転体２１に、回転体２１と同心にプーリを設置すると共に、別途設けたモータの駆動軸とプーリとに駆動ベルトを掛けてもよい。そして、モータの駆動力で駆動ベルトおよびプーリを介して回転体２１が回転駆動されるようにしてもよい。

図２に示すように、ＤＪ操作部２０２は、スペーサ３３、板状部３０および固定部２４を有する。固定部２４には制御基板３１が配置される。制御基板３１は、制御部３２（図１）を含む。軸部材２３はスペーサ３３を貫通している。スペーサ３３は、回転体２１の設置面２１ａ上に設定される。スペーサ３３と回転体２１の設置面２１ａとは固定されておらず、両者は摺動可能に適度の摩擦を有している。板状部３０は円盤状に形成され、スペーサ３３を介して回転体２１の設置面２１ａ上に配置される。板状部３０とスペーサ３３とは固定されている。スペーサ３３は、板状部３０が回転体２１と直接接触しないように、０．１～５ｍｍ程度の厚みを有し、板状部３０を適切に共振させるのに役立つ。

板状部３０は、軸部材２３における上端部近傍に固定される。具体的には、板状部３０は、板状部３０の裏面３０ｂが回転体２１の設置面２１ａに対向した状態で固定部２４により軸部材２３に固定される。回転体２１と板状部３０とは同心に配置される。板状部３０は、軸部材２３と一体に回転軸Ｏを中心として回転可能である。板状部３０の表面３０ａ（回転体２１と対向しない面）がユーザの手指により操作される。板状部３０は、Ｚ方向に振動することで、表面３０ａに接触しているユーザに対して触覚を呈示する。Ｚ方向は回転軸Ｏ方向と平行である。表面３０ａは、操作面となると共に、触覚を呈示する呈示面となる。

ユーザが板状部３０に接触しない状態では、スペーサ３３と回転体２１の設置面２１ａとの間に作用する摩擦力により、スペーサ３３および板状部３０は回転体２１と連動して回転する。ユーザは、板状部３０の表面３０ａに手指を接触させ回転移動させることで、回転軸Ｏを中心として板状部３０を回転させることが可能である。表面３０ａに対する押圧力が一定以上に大きくなると、スペーサ３３と回転体２１とが摺動し、板状部３０は回転体２１と連動せずに回転、あるいは独立して回転する。

受電部３５（図１）はスペーサ３３内に設けられる。受電部３５は、スペーサ３３における回転体２１の設置面２１ａと対向する側に配置される。一方、送電部３４（図１）は、回転体２１内に設けられる。送電部３４は、回転体２１におけるスペーサ３３と対向する側に配置される。

送電部３４は、アクチュエータＡＣ１～４を駆動するための電力を無接点で送電する。受電部３５は、送電部３４から送電される電力を受電する。従って、本体部２０１からＤＪ操作部２０２へワイヤレス給電される。このワイヤレス給電は電磁誘導の原理によって実現されるが、その方式は問わない。受電部３５が受電した電力は、例えば、制御部３２がアクチュエータＡＣ１～４の動作を制御するための電力として利用される。この構成により、回転体２１と板状部３０との間の配線が不要となるので、設計自由度が増す。なお、板状部３０とスペーサ３３とは一体に形成されてもよい。

図４は、板状部３０の模式的な平面図である。本実施の形態では、アクチュエータＡＣ１～４は、板状部３０の裏面３０ｂに配置され、表面３０ａには配置されていない。アクチュエータＡＣ１～４は、回転軸Ｏを中心とする円周方向において等間隔に配置され、時計方向にアクチュエータＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３、ＡＣ４の順に配置される。以下、アクチュエータを総称するときはアクチュエータＡＣと記す。

アクチュエータＡＣには、振動モータ、リニアバイブレータ、圧電バイブレータ、圧電アクチュエータなどを採用することができる。本実施の形態では、変形可能なフィルム状の圧電素子が採用される。例えば、薄く且つ撓みによる損傷おそれが少ない有機圧電アクチュエータとして、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）等を用いた圧電素子が採用される。これを採用することで、貼り付け先の表面形状に関わらずアクチュエータＡＣを貼り付けることができる。例えば、貼り付け先の表面形状が曲面形状であっても対応可能となる。また、装置全体を薄く設計することに寄与する。貼り付け先の撓みによるアクチュエータ自身の破損も防ぐことができる。

図１に示すように、記憶装置１２は、楽曲の演奏音を表す音楽ファイルを記憶する。制御装置１１は、音楽ファイルのうち再生の対象となる時点（以下「再生点」という）を制御する。音楽ファイルのうち再生点に対応する部分（すなわちサンプルの時系列）を表す音響信号Ｑが再生装置１３に供給される。再生装置１３は、例えばスピーカまたはヘッドホン等の放音装置に対して、制御装置１１から供給される音響信号Ｑを供給することで音響を再生させる。

検出機構６０から出力された操作信号Ｚは制御部３２に供給され、通信Ｉ／Ｆ３６を通じて端末装置１００の制御装置１１へ送信される。ＤＪ操作部２０２の板状部３０が操作されていない状態では、制御装置１１は、音楽ファイルの再生点を所定の速度で、時間の進行方向における後方に移動させる。従って、音楽ファイルが表す楽曲の再生が所定の速度で進行する。また、制御装置１１は、受信した操作信号Ｚに応じて再生点の位置を制御する。具体的には、制御装置１１は、操作信号Ｚが表す回転の方向に応じて再生点の移動の方向を制御し、操作信号Ｚが表す回転の速度に応じて再生点の移動の速度を制御する。従って、楽曲の再生の方向および速度が、板状部３０に対する操作に応じて刻々と変動する。以上の説明から理解される通り、ユーザは、ＤＪ機器２００を利用して、例えばスクラッチ等のＤＪ操作を実演することが可能である。

音響信号Ｑは、通信Ｉ／Ｆ３６を通じて外部装置から取得される。一例として、音響信号Ｑは端末装置１００から取得される。なお、本体部２０１に音響信号Ｑを送信する機能を設け、制御部３２は本体部２０１から音響信号Ｑを取得してもよい。

制御部３２は、取得した音響信号Ｑに対応させて、電流信号である駆動信号Ｘを生成する。例えば、制御部３２は、音響信号Ｑのレベルが所定の閾値を超えた場合に駆動信号Ｘを生成する。すなわち、制御部３２は、音響信号Ｑを、触覚フィードバックに適切な分割振動モード（後述する）を発生させる周波数ｆ（Ｈｚ)の駆動信号Ｘに変換し、駆動信号ＸをアクチュエータＡＣに供給する。すると、音響信号Ｑに対応する振動が板状部３０に生じる。板状部３０に接触した状態で操作するユーザは、再生装置１３による再生音を聴取するほか、当該再生音に対応した振動を触覚により感知することが可能である。

なお、音響信号Ｑの周波数と駆動信号Ｘの周波数とは一致する必要はない。例えば、音響信号Ｑは、振動を励起させるタイミングとして利用し、駆動信号Ｘの周波数は、触覚呈示の観点から定めてもよい。従って、駆動信号Ｘは、音響信号に基づくものでなくてもよい。また、板状部３０の固有振動数（振動モード）についても、触覚呈示の観点から定めてもよい。

周波数ｆは、０＜ｆ≦５００（Ｈｚ）の範囲で設定される。これは、触覚細胞の反応が活発な範囲の周波数を採用することで、振動による触覚フィードバック効果を高めるためである。なお、触覚呈示効果を一層高める観点からは、設定される周波数は、１００Ｈｚより高く３００Ｈｚより低いのが望ましい。

次に、アクチュエータＡＣによる板状部３０の振動モードについて説明する。制御部３２が生成する駆動信号Ｘの要素として、周波数Ｆｘおよび極性（電気的位相）がある。板状部３０がとり得る振動モードとして分割振動モードがある。ここで、分割振動モードは、振動における節または板状部３０の端部により区切られる複数の分割領域のそれぞれが振動する振動モードである。板状部３０の固有の分割振動モードは通常複数あり、板状部３０の形状（厚みを含む）、材質等によって決まる。制御部３２は、複数の固有の分割振動モードのうち１つの分割振動モードで板状部３０を振動させるよう、駆動信号Ｘの周波数Ｆｘおよび極性を制御する。なお、極性が可変でない構成の場合は、制御部３２は、固定された極性で且つ、ある１つの分割振動モードで板状部３０を振動させる周波数ｆでアクチュエータＡＣを駆動してもよい。

図５～図７で、分割振動モードの形態例を説明する。図５、図６、図７は、第１、第２、第３の分割振動モードで振動する板状部３０の模式的平面図である。各図において、極性に関し、アクチュエータＡＣのうち、斜線のものは第１位相で駆動され、白抜きのものは第１位相とは逆相の第２位相で駆動される。

振動効率を向上させるため、制御部３２は、同相で振動する分割領域に配置されたアクチュエータＡＣ同士を同極性の信号で駆動する。また、制御部３２は、逆相で振動する分割領域に配置されたアクチュエータＡＣ同士を逆極性の信号で駆動する。なお、第１位相と第２位相とを生じさせる代わりに、アクチュエータＡＣ１、３とアクチュエータＡＣ２、４とに供給される駆動信号Ｘが互いに逆相となるように結線してもよい（以下同様）。結線方法で逆相を実現する場合は、全てのアクチュエータＡＣに対する駆動信号Ｘを共通にすることができる。

第１の分割振動モード（図５）では、アクチュエータＡＣ１、３が第１位相で駆動され、アクチュエータＡＣ２、４が第２位相で駆動される。第１の分割振動モードでは、４つに区切られた分割領域ＤＶ１～４の各々が、振動方向（板状部３０の平面方向に直交するＺ方向）に振動する。分割領域ＤＶ１～４のそれぞれの節でない位置（ここでは腹）にアクチュエータＡＣが配置される。振動方向に関して分割領域ＤＶ１、３は同相で振動し、分割領域ＤＶ１、３とは逆相で分割領域ＤＶ２、４が振動する。つまり、分割領域ＤＶ１、３の腹が上方（＋Ｚ方向）に凸となるタイミングで分割領域ＤＶ２、４の腹が下方（－Ｚ方向）に凸となる。言い換えると、分割領域ＤＶ１、３と分割領域ＤＶ２、４とにおいては、＋Ｚ方向の変位と－Ｚ方向の変位とが互い違いに発生する。

ここで、アクチュエータＡＣの配置位置を含む触覚呈示方法については、次のような手法が考えられる。第１の手法として、作業者は、複数の固有の分割振動モードのうち所望する１つの分割振動モードを実現する周波数ｆを決定し、所望する分割振動モードにおける分割領域にアクチュエータＡＣを配置する。その際、作業者は、実験等によって分割領域と周波数ｆとを調査し、それらの中から所望の分割振動モードを実現する周波数ｆを決定する。その上で、作業者は、所望の分割振動モードの判明した分割領域の少なくとも１つにアクチュエータＡＣを配置すればよい。そして、作業者は、所望する１つの分割振動モードを実現する上記決定した周波数ｆを駆動信号Ｘに設定し、制御部３２は、この駆動信号ＸでアクチュエータＡＣを駆動する。

これを言い換えると次のようになる。制御部３２は、所望する１つの分割振動モードで、アクチュエータＡＣが配置された板状部３０を振動させる周波数ｆでアクチュエータＡＣを駆動する。その際、制御部３２は、上記分割振動モードが、少なくとも１つの分割領域にアクチュエータＡＣが位置する分割振動モードとなるようにアクチュエータＡＣを駆動する。

また、第２の手法として、作業者は、アクチュエータＡＣの配置を決定した上で、所望する１つの分割振動モードを実現する周波数ｆを決定してもよい。アクチュエータＡＣの配置を固定した状態であっても、とり得る分割振動モードは複数存在する可能性があるので、周波数ｆを制御することで、２種類以上の分割振動モードを選択的に実現できる。ユーザは、とり得る分割振動モードのうち所望する１つの分割振動モードを実現する周波数ｆで且つ、複数の分割領域のうち少なくとも１つの分割領域内にアクチュエータＡＣが位置する周波数ｆを駆動信号Ｘに設定する。制御部３２は、この駆動信号ＸでアクチュエータＡＣを駆動する。

これを言い換えると次のようになる。制御部３２は、所望の分割振動モードで板状部３０を振動させる周波数ｆで且つ、当該分割振動モードが、少なくとも１つの分割領域にアクチュエータＡＣが位置する分割振動モードとなるように、アクチュエータＡＣを駆動する。

第１の分割振動モードでは、分割領域ＤＶ１、３と分割領域ＤＶ２、４とが逆相で振動する。従って、分割領域ＤＶ１、３から発生する音波の位相と分割領域ＤＶ２、４から発生する音波の位相とが逆相となるので、両音波が互いに打ち消し合う。ここで、一般に、板状部３０の振動は音響にも変換されるので、何らの工夫がない場合は不必要な音響ノイズとなる。ところが、本実施の形態では、分割領域ＤＶ１、３から発生する音と分割領域ＤＶ２、４から発生する音とが打ち消し合うので、音響ノイズが抑制される。しかも、ユーザは、分割領域ＤＶ１～４のいずれに接触しても振動を知覚できるので、触覚呈示機能は維持される。

ここで、発生する音の指向性が強いと、打ち消し合いの効果が低下する。そこで、アクチュエータＡＣの配置および周波数ｆを決定する上で、指向性を考慮するのが望ましい。

具体的には、複数の分割領域の全てにおいて、分割領域の外周上の任意の２点のうち互いの距離が最も長くなる２点間の距離Ｌ１は、設定する周波数ｆの音が空気中を伝播するときの波長よりも短くなるよう分割振動モードが選択される。第１の分割振動モード（図５）では、分割領域ＤＶ３における距離Ｌ１は、板状部３０の外縁上の点Ｐ１と点Ｐ２との直距離である。分割領域ＤＶ１～４のいずれについても距離Ｌ１の値は共通である。例えば、音速を３４０ｍ／ｓｅｃとすると、２００Ｈｚの音波が空気中を伝播するときの波長は１．７ｍであり、５００Ｈｚの音波が空気中を伝播するときの波長は０．６８ｍである。従って、設定する周波数ｆが２００Ｈｚである場合、距離Ｌ１＜１．７ｍを満たすように分割振動モードが選択される。このような条件を満たすことで、分割領域ＤＶ１～４の各々から発生する音波の指向性が低くなるので、音の打ち消し効果を高めることができる。

なお、２点間の距離Ｌ１が、設定する周波数ｆの音が空気中を伝播するときの波長よりも短くなるという設計が、複数の分割領域の全てにおいて適用されることは必須でない。すなわち、当該設計は、複数の分割領域のうち少なくとも１つの分割領域において適用されてもよい。

次に、第２の分割振動モード（図６）では、アクチュエータＡＣ１、４が第１位相で駆動され、アクチュエータＡＣ２、３が第２位相で駆動される。第２の分割振動モードでは、２つに区切られた分割領域ＤＶ１、２の各々が、振動方向に振動する。分割領域ＤＶ１、２のそれぞれの節でない位置にアクチュエータＡＣが配置される。分割領域ＤＶ１の腹が上方（＋Ｚ方向）に凸となるタイミングで分割領域ＤＶ２の腹が下方（－Ｚ方向）に凸となる。言い換えると、分割領域ＤＶ１と分割領域ＤＶ２とにおいては、＋Ｚ方向の変位と－Ｚ方向の変位とが互い違いに発生する。

第２の分割振動モードでは、分割領域ＤＶ１と分割領域ＤＶ２とが逆相で振動するので、両者から発生する音波が互いに打ち消し合う。しかも、ユーザは、分割領域ＤＶ１、２のいずれに接触しても振動を知覚できるので、触覚呈示機能は維持される。

第２の分割振動モードにおいても、各分割領域の外周上の任意の２点のうち互いの距離が最も長くなる２点間の距離Ｌ１は、設定する周波数ｆの音が空気中を伝播するときの波長よりも短くなるように分割振動モードが選択される。第２の分割振動モード（図６）では、分割領域ＤＶ１、ＤＶ２における距離Ｌ１はいずれも、板状部３０の外縁上の点Ｐ３と点Ｐ４との直距離である。分割領域ＤＶ１、２の各々から発生する音波の指向性が低くなるので、音の打ち消し効果を高めることができる。

なお、いずれの分割振動モードにおいても、音の打ち消し効果を高めて音響ノイズ抑制効果を一層高める観点からは、距離Ｌ１は、設定する周波数ｆの音が空気中を伝播するときの波長の半分より短いことが望ましい。

例示した第１、第２の分割振動モードでは、配置するアクチュエータＡＣの数は４つで、しかもいずれのアクチュエータＡＣも板状部３０の裏面３０ｂに配置された。しかし、板状部３０に配置するアクチュエータＡＣは少なくとも１つであればよく、また、配置箇所も表面３０ａおよび裏面３０ｂの少なくとも一方であってもよい。アクチュエータＡＣの数が１つであれば、アクチュエータＡＣの配置と周波数ｆとの組み合わせによって所望の分割振動モードを実現できる。

一方、アクチュエータＡＣの数が２以上であれば、アクチュエータＡＣの配置に加えて、周波数ｆと極性との組み合わせによって所望の分割振動モードを実現できる。例えば、２つ以上の分割領域のそれぞれにアクチュエータＡＣが位置するような分割振動モードで板状部３０を振動させるよう、駆動信号Ｘの周波数および極性（電気的位相）が制御される。アクチュエータＡＣの配置態様が同じであっても、極性の制御を異ならせると、生じる分割振動モードが変わるからである。

図７では、板状部３０にアクチュエータＡＣを１つだけ配置した場合が例示されている。この例は、図５に示した例に対し、アクチュエータＡＣ１だけを残しアクチュエータＡＣ２～４を廃止したものに相当する。第３の分割振動モード（図７）は、４分割で振動するので、実質的に第１の分割振動モード（図５）と同等である。

第３の分割振動モード（図７）では、振動方向に関して分割領域ＤＶ１、３は同相で振動し、分割領域ＤＶ１、３とは逆相で分割領域ＤＶ２、４が振動する。第３の分割振動モードでは、分割領域ＤＶ１、３と分割領域ＤＶ２、４とが逆相で振動するので、両者から発生する音波が互いに打ち消し合う。しかも、ユーザは、分割領域ＤＶ１～４のいずれに接触しても振動を知覚できるので、触覚呈示機能は維持される。距離Ｌ１は、点Ｐ５と点Ｐ６との直距離であり、図５に示す例と同様である。

図８は、板状部３０の表面３０ａおよび裏面３０ｂにアクチュエータＡＣを配置した板状部３０の模式図である。この例では、図５に示す例に対して、アクチュエータＡＣ１～４と同様の４つのアクチュエータＡＣを、表面３０ａにも配置している。

このように、共通の分割領域ＤＶにおける表面３０ａおよび裏面３０ｂの両面に一対のアクチュエータＡＣを配置した場合は、一対の（双方の）アクチュエータＡＣが、共通の分割領域ＤＶを同相で振動させるよう駆動する必要がある。そのために、一対のアクチュエータＡＣに供給する駆動信号Ｘが互いに逆相となるように結線するか、または、一対のアクチュエータＡＣに供給する駆動信号Ｘの電気的位相を互いに逆相とすればよい。

なお、分割領域ＤＶの両面に一対のアクチュエータＡＣを配置することで、振動効率が向上し、触覚呈示効果が高まる。一方、アクチュエータＡＣを触覚呈示面となる表面３０ａに配置せず、表面３０ａとは異なる面である裏面３０ｂに配置すれば、触覚呈示面の設計の自由度が高まる。

本実施の形態によれば、制御部３２は、振動することでユーザに触覚を呈示する板状部３０の複数の固有の分割振動モードのうち、１つの分割振動モードで板状部３０を振動させる周波数ｆでアクチュエータＡＣを駆動する。上記１つの分割振動モードにおける複数の分割領域のうち少なくとも１つの分割領域内にアクチュエータＡＣが位置する。よって、逆相で振動する分割領域から発生する音同士が打ち消しあうので、触覚呈示のための振動に起因する音響ノイズが抑制される。また、従来のような、音をキャンセルするための構成を専用に設ける必要がないので構成が簡単である。よって、構成の複雑化を回避しつつ、触覚呈示のための振動に起因する音響を抑制することができる。

また、複数の分割領域の全てにおいて、分割領域の外周上の任意の２点のうち互いの距離が最も長くなる２点間の距離Ｌ１は、ある１つの分割振動モードで板状部３０を振動させる周波数ｆの音が空気中を伝播するときの波長よりも短い。従って、各分割領域から発生する音の指向性が低下し、音の打ち消し効果が高まるので、一層、音響を抑制することができる。

さらに、アクチュエータＡＣは振動対象である板状部３０に設けられ、本体部２０１にアクチュエータＡＣを設ける必要がないので、ＤＪ機器２００全体を薄型化できる。

また、アクチュエータＡＣは板状部３０に直接貼ることで実装されるので、本体部２０１で発生させた振動を間接的に板状部３０に伝える構成に比べて効率のよい振動を生じさせることができる。

また、アクチュエータＡＣが２つ以上設けられた場合、分割領域のそれぞれにアクチュエータが位置する分割振動モードで板状部３０を振動させるよう、駆動信号Ｘの周波数および極性（電気的位相）が制御してもよい。この場合、アクチュエータＡＣの配置に応じた適切な制御により所望の分割振動モードを実現することができる。

また、同相で振動する分割領域に配置されたアクチュエータＡＣ同士は同極性の信号で駆動され、逆相で振動する分割領域に配置されたアクチュエータＡＣ同士は逆極性の信号で駆動される。従って、振動効率を向上させることができる。

また、板状部３０は、スペーサ３３を介して回転体２１の設置面２１ａと接するので、板状部３０を適切に振動させることができる。

また、板状部３０は、スペーサ３３を介して回転体２１から回転力を受けると共に、ユーザ操作によって回転体２１とは連動せずに回転するので、ユーザ操作（例えば、ＤＪ操作）によって板状部３０を自由に回転させることができる。

また、回転体２１には、板状部３０と対向する側に送電部３４が設けられ、板状部３０には、回転体２１の設置面２１ａと対向する側に、送電部３４から送電される電力を受電する受電部３５が設けられる。従って、回転体２１と板状部３０との間の配線が不要となるので、設計自由度が増す。

また、設定される周波数ｆは、０Ｈｚより高く５００Ｈｚより低いので、触覚細胞の反応が活発な周波数を採用することにより触覚呈示効果を高めることができる。周波数ｆを１００Ｈｚ～３００Ｈｚの範囲で設定すれば触覚呈示効果を一層高めることができる。

また、アクチュエータＡＣに、変形可能なフィルム状の圧電素子を採用することで、本発明を適用可能な機器の範囲を広げることができる。

なお、分割領域の形状は、板状部３０の形状や分割振動モードによって定まり、例示したものに限定されない。また、距離Ｌ１は分割領域の形状によって異なる。例えば、分割領域が円形であれば距離Ｌ１は直径となり、楕円形であれば長軸の長さ（長径）となる。

なお、絶縁を目的として、板状部３０の表面３０ａおよび裏面３０ｂをアクチュエータＡＣごと覆うような保護層を設けてもよい。特に、触覚呈示面となる表面３０ａにアクチュエータＡＣを配置した場合に、フィルム状の保護層を設けることで、ユーザの指などがアクチュエータＡＣに引っかかることがなくなり、操作感が向上する。

なお、本実施の形態では、振動する対象は板状部３０としたが、触覚を呈示する部分を有すれば形状は問わない。また、図９に示す変形例のように、アクチュエータＡＣが配置される箇所は平坦面でなくてもよく、曲面であってもよい。

図９は、他の触覚呈示装置の模式的な斜視図である。この触覚呈示装置５０は、一例として家電であり、タッチパネル５１を備える。タッチパネル５１は湾曲している。タッチパネル５１の内部に、板状部３０に相当する湾曲した振動板５２が配置されると共に、振動板５２の分割領域に１つ以上のアクチュエータＡＣが配置される。制御部３２は、ある分割振動モードで振動板５２を振動させる周波数ｆでアクチュエータＡＣを駆動する。アクチュエータＡＣによって振動板５２が励振されると、その振動がタッチパネル５１に伝わる。タッチパネル５１の表面が、ユーザに触覚を呈示する触覚呈示面となる。この例でも、駆動信号Ｘは、音響信号に基づくものでなくてもよい。

なお、音響ノイズをあまり発生させない触覚フィードバック機能をアコースティック楽器に適用してもよい。例えば、ギターの胴に板状部３０およびその周辺と同様の構成を採用し、クリック音を触覚で提示するようにしてもよい。

なお、図２に示したＤＪ機器２００においても、タッチパネルを板状部３０の表面３０ａに設けてもよい。

なお、本発明を適用する装置は触覚呈示機能を備える装置であればよく、音を発生させる装置に限定されない。従って、各種の電子装置に本発明を適用可能である。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

３０ 板状部、 ３２ 制御部、 ＡＣ アクチュエータ

Claims (16)

1. 振動することでユーザに触覚を呈示する板状部と、
   前記板状部に配置され、駆動されることで前記板状部を振動させる少なくとも１つのアクチュエータと、
   振動における節により区切られる複数の分割領域のそれぞれが振動する分割振動モードで前記板状部を振動させる周波数で前記アクチュエータを駆動する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記分割振動モードが、少なくとも１つの前記分割領域に前記アクチュエータが位置する分割振動モードとなるように前記アクチュエータを駆動する、触覚呈示装置。
2. 振動することでユーザに触覚を呈示する板状部と、
   前記板状部に配置され、駆動されることで前記板状部を振動させる少なくとも１つのアクチュエータと、
   前記板状部の複数の固有の分割振動モードのうち、１つの分割振動モードの周波数で前記アクチュエータを駆動する制御部と、を有し、
   前記１つの分割振動モードにおける節により区切られる複数の分割領域のうち少なくとも１つの前記分割領域内に前記アクチュエータが位置する、触覚呈示装置。
3. 複数の前記分割領域のうち少なくとも１つの分割領域において、前記分割領域の外周上の任意の２点のうち互いの距離が最も長くなる２点間の距離は、前記周波数の音が空気中を伝播するときの波長よりも短い、請求項１または２に記載の触覚呈示装置。
4. 前記２点間の距離は、前記周波数の音が空気中を伝播するときの波長の半分よりも短い、請求項３に記載の触覚呈示装置。
5. 前記アクチュエータは２つ以上設けられ、
   前記制御部は、２つ以上の前記分割領域のそれぞれに前記アクチュエータが位置する分割振動モードで前記板状部を振動させるよう、前記アクチュエータを駆動する信号の周波数および極性を制御する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
6. 前記制御部は、同相で振動する前記分割領域に配置された前記アクチュエータ同士を同極性の信号で駆動する、請求項５に記載の触覚呈示装置。
7. 前記制御部は、逆相で振動する前記分割領域に配置された前記アクチュエータ同士を逆極性の信号で駆動する、請求項５または６に記載の触覚呈示装置。
8. 複数の前記分割領域のそれぞれに前記アクチュエータが１つ以上配置される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
9. 前記板状部は呈示面を含み、前記呈示面に触れるユーザに対して振動により触覚を呈示する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
10. 前記アクチュエータは前記呈示面に配置される、請求項９に記載の触覚呈示装置。
11. 前記アクチュエータは前記板状部における前記呈示面とは異なる面に配置される、請求項９に記載の触覚呈示装置。
12. 前記アクチュエータは、前記呈示面と、前記呈示面とは異なる面とに配置される、請求項９に記載の触覚呈示装置。
13. 前記周波数は、０Ｈｚより高く５００Ｈｚより低い、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
14. 前記周波数は、１００Ｈｚより高く３００Ｈｚより低い、請求項１３に記載の触覚呈示装置。
15. 前記制御部には音響信号が入力され、
    前記制御部は、入力された前記音響信号のレベルが閾値を超えた場合に、前記アクチュエータを駆動する、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
16. 振動することでユーザに触覚を呈示する板状部に配置された、前記板状部を振動させる少なくとも１つのアクチュエータを駆動する際、
    振動における節により区切られる複数の分割領域のそれぞれが振動する分割振動モードで前記板状部を振動させる周波数で且つ、前記分割振動モードが、少なくとも１つの前記分割領域に前記アクチュエータが位置する分割振動モードとなるように、前記アクチュエータを駆動する、触覚呈示方法。
    
    
    

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