JP5822022B2 - 電子機器、及び駆動制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電子機器、及び駆動制御プログラムに関する。

従来から、タッチパネルを入力手段とする電子機器がある。タッチパネルは、操作面への接触を操作入力として検出するものであり、ボタン等を押す際の触感は得られない。このため、従来のタッチパネルでは、操作入力に応じた触感を提供する装置の搭載が望まれていた。

そこで、近年では、例えばＬＲＡ(Linear Resonant Actuator)のようなアクチュエータを駆動してタッチパネルを振動させることにより、操作入力に応じた触感を提示することが考えられている。

特表２００８−５２１５９７

ところで、例えばメタルドーム等を用いた従来の機械式のキースイッチは、特定のキーの表面に突起が設けられているため、利用者が触感だけで特定のキーを識別することができる。

しかしながら、タッチパネルは、利用者が操作入力を行う面が平坦であり、タッチパネルにはＧＵＩ（Graphic User Interface）ボタンが表示される。

このため、タッチパネルを用いた電子機器では、従来のキースイッチのように特定のスイッチを識別することはできない。

そこで、特定のＧＵＩボタンを触感で識別できる電子機器、及び駆動制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の電子機器は、タッチパネルと、前記タッチパネルを振動させるアクチュエータと、利用者の前記タッチパネルへの操作入力の荷重を検出する荷重検出部と、前記タッチパネルへの操作入力が行われた位置が前記タッチパネルの所定領域内であり、かつ、前記荷重検出部によって検出される荷重が第１所定値以上で、前記第１所定値よりも大きい第２所定値未満である場合に、前記タッチパネルに第１振動パターンによる振動を発生させる第１駆動指令で前記アクチュエータを駆動する駆動制御部とを含み、前記第１駆動指令は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波であり、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振する駆動指令、前記アクチュエータの共振周波数と等しい周波数を有する正弦波であり、かつ、前記正弦波の振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止する駆動指令、又は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波から位相がπ／２ずれており、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振し、振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止させる駆動指令のうちのいずれか一つである。

特定のＧＵＩボタンを触感で識別できる電子機器、及び駆動制御プログラムを提供することができる。

キースイッチの押下で生じる振動加速度の波形と、タッチパネルの接触で生じる振動加速度の波形を示す図である。 人体の組織に含まれる加速度を検出する器官の感度を示す図である。 実施の形態の電子機器の断面構造を示す図である。 ２種類のＬＲＡの断面構造を示す図である。 実施の形態の電子機器を説明する図である。 実施の形態の駆動装置がＬＲＡを駆動する際の処理を示すフローチャートである。 実施の形態の電子機器３００においてタッチパネル１２０への操作入力の荷重の大きさを判定するための２種類の閾値を示す図である。 実施の形態の電子機器３００がタッチパネル１２０を振動させる際の処理を示すフローチャートである。 実施の形態のスマートフォン３００Ａの動作例を示す図である。 実施の形態のスマートフォン３００Ａの動作例を示す図である。 実施の形態のスマートフォン３００Ａの動作例を示す図である。 実施の形態のスマートフォン３００Ａの動作例を示す図である。 ＬＲＡの動作原理を説明するための図である。 ＬＲＡに印加される入力波形の例を示す図である。 ＬＲＡの変位を説明する図である。 ＬＲＡの振動の変位、速度及び加速度の例を示す図である。 ＬＲＡの固有振動数の正弦波を駆動指令としたときのＬＲＡの振動の加速度を示す図である。 駆動指令停止後にＬＲＡに発生する残留振動に対し逆位相の（１８０度位相のずれた）信号を印加した際に電子機器で測定した加速度を示す図である。 実施形態の条件を満たさない信号を入力駆動信号としたときのＬＲＡの加速度応答シミュレーションと、実際の電子機器での加速度測定結果を示す図である。 実施形態の条件を満たす信号を入力駆動信号としたときのＬＲＡの加速度応答シミュレーションと、実際の電子機器での加速度測定結果を示す図である。 タッチパネルの共振周波数による振動の励起を説明する図である。 ＬＲＡの共振周波数の電圧を駆動指令としたときのタッチパネルの振動の加速度を示す図である。 高周波振動を励起する箇所をずらした例を示す図である。 実施の形態のＬＲＡの駆動指令の例を示す図である。 実施の形態のＬＲＡに対する入力波形を示す図である。 実施の形態のＬＲＡの変位を説明する図である。 実施の形態のＬＲＡの振動の変位、速度及び加速度の例を示す図である。 ＬＲＡが筐体に設けられた電子機器の例を示す図である。

以下、本発明の電子機器、及び駆動制御プログラムを適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
図１（Ａ）は、人間の指に加速度計１を取り付けてボタン２を押下した際に生じる振動の加速度の波形１１を示す図である。図１（Ｂ）は、人間の指に加速度計１を取り付けて、ＬＲＡ(Linear Resonant Actuator)が取り付けられたタッチパネル３をタッチした際に生じる振動の加速度の波形１２を示す図である。図１の例では、ボタン２は例えばメタルドーム式のボタンである。またボタン２とタッチパネル３は、電子機器に設けられたものである。

波形１１で示される振動は、1〜数周期で急速に減衰する。これに対して波形１２で示される振動は、駆動指令の供給を停止後もＬＲＡの固有振動数による自由振動が減衰するまで続く。

ところで、人間の指は、振動周波数２００Ｈｚにおいて振動の加速度が０．０２Ｇ以下になると振動を感知できなくなる。振動周波数とは、１秒間の振動数である。振動の加速度とは、単位時間当たりの振動の速度変化量を示すものである。

図２は、人体の組織に含まれる加速度を検出する器官の感度を示す図である。なお、人間の主な機械刺激の受容器には、変位を感じ取るメルケル細胞、速度を感じ取るマイスナー小体、加速度を感じ取るパチニ小体の３種類がある。

すなわち波形１１では、指は０．０１ｓｅｃ以内に振動の加速度が０．０２Ｇ以下になるため振動を感知しなくなる。これに対して波形１２では、振動の加速度が０．０２Ｇ以下になるまで０．１ｓｅｃが必要であり、指は０．１ｓｅｃ経過するまで振動を感知し続ける。したがって波形１１で示される振動と、波形１２で示される振動とでは、人間が感知する触感として全く異なるものとなる。

次に、図３を用いて実施の形態の電子機器について説明する。

図３は、実施の形態の電子機器の断面構造を示す図である。

実施の形態の電子機器３００は、筐体１１０、タッチパネル１２０、両面テープ１３０、ＬＲＡ１４０、基板１５０、及び荷重センサ１６０を有する。電子機器３００は、例えば、スマートフォンのような携帯端末機である。なお、電子機器３００は、タッチパネル１２０を操作入力部とする機器であればよいため、スマートフォンのような携帯端末機に限られず、例えば、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）のように特定の場所に設置されて利用される機器であってもよい。

実施の形態の電子機器３００では、両面テープ１３０により、タッチパネル１２０が筐体１１０に固定されている。ＬＲＡ１４０は、タッチパネル１２０の筐体側の面に取り付けられている。ＬＲＡ１４０は、予め設計された共振周波数を持つ振動系とアクチュエータとが組み合わされたもので、主に共振周波数で駆動して振動を発生させる振動デバイスであり、駆動波形の振幅により振動量が変化する。

基板１５０は、筐体１１０内部に配置されている。基板１５０には、ＬＲＡ１４０の駆動を制御するために駆動装置やＬＲＡ１４０に駆動指令を出力するドライバＩＣ（Integrated Circuit）等が実装されている。なお、図３ではドライバＩＣ等を省略する。

実施の形態の電子機器３００は、タッチパネル１２０に利用者の指が接触すると、この接触を感知して基板１５０に実装された駆動装置によりＬＲＡ１４０を駆動し、ＬＲＡ１４０の振動をタッチパネル１２０に伝播させる。

荷重センサ１６０は、タッチパネル１２０の表面に入力される荷重を検出する荷重検出部の一例である。荷重センサ１６０は、筐体１１０の内部において、基板１５０の両脇に配設されている。なお、荷重センサ１６０は、数量と平面視における位置は任意であり、、例えばタッチパネル１２０の四隅に一つずつ配設されていてもよいし、中央に１つ配設されていても良い。

また、荷重センサ１６０は、タッチパネル１２０に入力される荷重を検出できるセンサであれば、どのようなタイプの荷重センサであってもよい。従って、例えば、タッチパネル１２０に内蔵され、利用者がタッチパネル１２０の表面を触れることによって生じる静電容量の変化に基づいて荷重を検出するセンサであってもよい。あるいは、この代わりに、タッチパネル１２０の裏面（図３中の下面）側に配設され、タッチパネル１２０との間の静電容量を検出するシート状のセンサを用いてもよい。

次に、図４を参照してＬＲＡ１４０について説明する。

図４は、２種類のＬＲＡの断面構造を示す図である。図４（Ａ）はボイスコイルを用いたＬＲＡを示す図であり、図４（Ｂ）は圧電素子を用いたＬＲＡを示す図である。

図４（Ａ）に示すＬＲＡ３０は、ばね３１、磁石３２、コイル３３を有する。ＬＲＡ３０は、ばね３１のばね定数をｋとし、磁石３２の質量をｍとすると、固有振動数ｆ０が以下の式１で示される。

図４（Ｂ）に示すＬＲＡ４０は、重り４１、梁４２、圧電素子４３を有する。ＬＲＡ４０は、重り４１の質量をｍとし、梁４２のヤング率をＥとし、梁４２の断面２次モーメントをＩとすると、固有振動数ｆ０が以下の式２で示される。なお、Ｌを梁の長手方向の長さとする。

実施の形態のＬＲＡ１４０は、ボイスコイルを用いたＬＲＡ３０を適用しても良いし、圧電素子４３を用いたＬＲＡ４０を適用しても良い。

次に、図５を参照して実施の形態の電子機器３００の有する基板１５０に実装された駆動装置について説明する。

図５は、実施の形態の電子機器を説明する図である。

実施の形態の電子機器３００は、主な構成要素として、駆動装置２００、ドライバＩＣ（Integrated circuit：集積回路）２６０、ＬＲＡ１４０、荷重センサ１６０、ディスプレイ３０１、タッチセンサ３０２、入力部３０３、信号処理部３０４、通信部３０５、及び記録媒体Ｉ／Ｆ（Interface）部３０８を含む。

駆動装置２００は、制御部２１０、及びメモリ２２０を含む。

制御部２１０は、駆動制御部２１１、位置判定部２１２、及び荷重判定部２１３を含む。制御部２１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）によって実現される。

駆動制御部２１１は、メモリ２２０に格納された駆動制御プログラム２３０を読み出して実行し、波形データに基づいて駆動指令を生成することにより、駆動指令を用いて後述するＬＲＡ１４０を駆動する。駆動制御部２１１は、ＬＲＡ１４０の駆動波形を表す波形データに基づいて、ＬＲＡ１４０に供給するための電圧値及び電流値等を表す駆動指令を生成する。

位置判定部２１２は、利用者の指がタッチパネル１２０に接触した位置（操作位置）が所定領域の内部又は外部であるかを判定する。

荷重判定部２１３は、荷重センサ１６０で検出される荷重を第１閾値及び第２閾値と比較し、荷重センサ１６０で検出される荷重が第１閾値及び第２閾値以上であるか否かを判定する。第１閾値及び第２閾値を表す閾値データは、閾値データベース３５０に格納されている。

メモリ２２０には、ＬＲＡ１４０の駆動を制御する駆動制御プログラム２３０が格納される記憶領域と、波形データが格納される記憶領域（波形データベース２４０）と、ＡＰＩ（Application Programming Interface）２５０が格納される記憶領域とが設けられている。また、メモリ２２０には、さらに、荷重センサ１６０の閾値を表す閾値データベース３５０が格納される記憶領域が設けられている。

なお、ここでは、波形データベース２４０と閾値データベース３５０がメモリ２２０内の記憶領域である形態について説明するが、波形データベース２４０と閾値データベース３５０は、メモリ２２０とは物理的に隔離された別のメモリに格納されてもよい。

駆動制御プログラム２３０は、制御部２１０にＬＲＡ１４０の駆動制御を実行させる際に、制御部２１０が実行するコンピュータプログラムである。

波形データベース２４０は、ＬＲＡ１４０を駆動するための駆動指令を生成する際に用いられる波形データを格納するデータベースである。実施の形態の電子機器３００では、ＬＲＡ１４０を駆動するための４種類の波形データが波形データベース２４０に格納されている。

ＡＰＩ２５０は、駆動制御プログラム２３０により起動され、触感を提示するための各種処理を行う。図５ではＡＰＩ２５０はメモリ２２０に格納されるものとしたが、基板１５０に実装された他のメモリに格納されていても良い。

閾値データベース３５０は、荷重センサ１６０によって検出される荷重の大きさを判定するための２種類の閾値データを格納するデータベースである。

ドライバＩＣ２６０は、制御部２１０から入力される駆動指令に基づき、ＬＲＡ１４０を駆動する。ドライバＩＣ２６０は、制御部２１０から入力される駆動指令を増幅等してＬＲＡ１４０に入力する。

ディスプレイ３０１は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、電子機器３００がスマートフォンの場合は、スマートフォンの各種機能を実現するために必要なＧＵＩ（Graphic User Interface）部品を表示する。ＧＵＩ部品としては、例えば電子機器３００がスマートフォンの場合は、電話番号を入力するためのキーパッドが典型例である。ディスプレイ３０１の表示内容は、制御部２１０によって制御される。

タッチセンサ３０２は、ディスプレイ３０１の表面側に配設されており、利用者が指を触れた位置の座標を検出する。タッチセンサ３０２が検出する座標は、制御部２１０に入力される。なお、ディスプレイ３０１とタッチセンサ３０２を合わせた電子部品がタッチパネル１２０である。

入力部３０３は、例えば、電子機器３００がスマートフォンの場合は、スマートフォンのタッチパネル以外のスイッチ等である。このようなスイッチとしては、例えば、ホームキー、ボリューム調整用のボタン等がある。

信号処理部３０４は、通信部３０５がサーバ４００とインターネット４０１を介して通信を行う際に、電子機器３００からサーバ４００にアップロードするデータと、電子機器３００がサーバ４００からダウンロードするデータとを制御部２１０との間で受け渡す処理部である。信号処理部３０４は、電子機器３００の通信用のインターフェイスとして機能する。

通信部３０５は、電子機器３００がインターネット４０１を介してサーバ４００と通信を行う際に、データ通信を行う。サーバ４００は、例えば、メールサーバ又はクラウドサーバ等である。

記録媒体Ｉ／Ｆ部３０８は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのデータ伝送路を介して接続された記録媒体３０９（例えば、フラッシュメモリなど）と電子機器３００とのインターフェイスである。

また、記録媒体３０９に、所定のプログラムを格納し、この記録媒体３０９に格納されたプログラムは記録媒体Ｉ／Ｆ部３０８を介して電子機器３００にインストールされる。インストールされた所定のプログラムは、電子機器３００により実行可能となる。

図６は、実施の形態の電子機器３００がＬＲＡ１４０を駆動する際の処理を示すフローチャートである。

実施の形態の電子機器３００は、利用者がタッチパネル１２０に接触したことを検出すると（ステップＳ６０１）、ＡＰＩ２５０を起動させる（ステップＳ６０２）。具体的には電子機器３００は、例えばタッチパネル１２０に表示されたＧＵＩボタンに利用者が触れた場合にＡＰＩ２５０を起動する。

ＡＰＩ２５０は、メモリ２２０に格納された波形データを読み出し、波形データに基づいて生成した駆動指令をドライバＩＣ２６０へ出力する（ステップＳ６０３）。ドライバＩＣ２６０は、駆動指令をＤ／Ａ（Digital to Analog）変換し（ステップＳ６０４）、アンプ等により増幅する（ステップＳ６０５）。ドライバＩＣ２６０は、増幅した信号をＬＲＡ１４０に出力する（ステップＳ６０６）。

図６に示すステップＳ６０１からＳ６０６による処理は、利用者にタッチパネル１２０で操作されるＧＵＩボタンの種類と、荷重センサ１６０で検出する荷重とに関係なく、タッチパネル１２０に利用者の指が接触した際に電子機器３００がＬＲＡ１４０を駆動するために行う基本的な処理を表したものである。

実施の形態の電子機器３００は、利用者がタッチパネル１２０の特定のＧＵＩボタンに触れた場合に、ＬＲＡ１４０を駆動することにより、機械式のキースイッチの特定のスイッチに設けられた突起を触れたような触感を利用者に提供するものである。

従って、以下では、図７乃至図１２を用いて、利用者がタッチパネル１２０の特定のＧＵＩボタンに触れた場合に、機械式のキースイッチの特定のスイッチに設けられた突起を触れたような触感を利用者に提供するためのＬＲＡ１４０の駆動制御の手法について説明する。

図７は、実施の形態の電子機器３００においてタッチパネル１２０への操作入力の荷重の大きさを判定するための２種類の閾値を示す図である。この２種類の閾値は、閾値データベース３５０に格納される２種類の閾値データによって表される。

２種類の閾値のうちの第１閾値は、第２閾値よりも低い値に設定されており、２種類の閾値のうちの第２閾値は第１閾値よりも高い値に設定されている。第１閾値及び第２閾値は、例えば、利用者がタッチパネル１２０を操作した場合に、指先からタッチパネル１２０にかかる荷重の平均的な値に基づいて設定すればよい。

第１閾値は、例えば、利用者がタッチパネル１２０を軽く押した程度の値であり、第２閾値は、例えば、利用者がタッチパネル１２０を比較的強く押した程度の値である。なお、タッチパネル１２０への操作入力が受け付けられるのは、利用者がタッチパネル１２０から指又は手を離したときである。

実施の形態の電子機器３００は、例えば、タッチパネル１２０に表示されるＧＵＩボタンのうちの所定のＧＵＩボタンが利用者に押された場合に、荷重センサ１６０によって検出される値が第１閾値以上、第２閾値未満になると、第１振動パターンでＬＲＡ１４０を駆動する。

これにより、タッチパネル１２０には第１振動パターンによる振動が発生する。また、この状態では、電子機器３００は所定のＧＵＩボタンへの操作入力を受け付けていない。

また、電子機器３００は、上述のように所定のＧＵＩボタンが利用者に押された状態で、荷重センサ１６０によって検出される値が第２閾値以上になると、第１振動パターンとは異なる第２振動パターンでＬＲＡ１４０を駆動する。

これにより、タッチパネル１２０には第２振動パターンによる振動が発生する。なお、電子機器３００は、第２閾値以上になったときに、所定のＧＵＩボタンへの操作入力も受け付ける。

電子機器３００は、上述のように利用者がタッチパネル１２０を押す力の大きさに応じて、タッチパネル１２０を２種類の振動パターンで振動させる。電子機器３００は、所定のＧＵＩボタンへの操作入力を受け付ける前に、まずタッチパネル１２０を第１振動パターンで振動させ、所定のＧＵＩボタンがより強く押されたときに、タッチパネル１２０を第２振動パターンで振動させ、所定のＧＵＩボタンへの操作入力を受け付ける。

これにより、利用者は、タッチパネル１２０を軽く押したときに、所定のＧＵＩボタンを押していることを触感だけで認識できる。

また、電子機器３００が所定のＧＵＩボタンへの操作入力を受け付けるのは、所定のＧＵＩボタンをさらに強く押したときであり、その際に第２振動パターンでタッチパネル１２０を振動させることにより、触感だけで操作入力が受け付けられたことを認識することができる。

すなわち、利用者が所定のＧＵＩボタンを押すことによって荷重センサ１６０が検出する荷重が図７に実線で示すように増大する場合に、荷重が第１閾値以上になると、利用者は所定のＧＵＩボタンに触れていることを触感だけで認識できる。なお、このとき電子機器３００はＧＵＩボタンの操作を受け付けていない。

また、利用者が操作入力を完了させるために所定のＧＵＩボタンをより強く押して、荷重が第２閾値以上になると、電子機器３００は第２振動パターンでタッチパネル１２０を振動させ、ＧＵＩボタンへの操作入力を受け付ける。

これにより、利用者は触感だけで操作入力が受け付けられたことを認識することができる。

このため、実施の形態の電子機器３００によれば、所定のＧＵＩボタンの位置を第１振動パターンで触感だけで利用者に認識させることができるとともに、第２振動パターンで操作入力の完了を触感だけで利用者に認識させることができる。

次に、図８を用いて、実施の形態の電子機器３００が第１振動パターンから第４振動パターンを用いてタッチパネル１２０を振動させる際の処理について説明する。

図８は、実施の形態の電子機器３００がタッチパネル１２０を振動させる際の処理を示すフローチャートである。図８に示す処理は、制御部２１０が実行する。

まず、制御部２１０は、操作入力があったか否かを判定する（ステップＳ８０１）。ステップＳ８０１の処理は、制御部２１０がタッチパネル１２０から操作入力のあった座標値を表す座標データを受信したか否かを判定することによって行われる。

なお、制御部２１０は、ステップＳ８０１で操作入力がないと判定した場合（Ｓ８０１：ＮＯ）は、ステップＳ８０１の処理を繰り返す。制御部２１０は、利用者の操作入力があった場合に、図８に示す一連の処理を行うからである。

制御部２１０は、操作入力があったと判定した場合（Ｓ８０１：ＹＥＳ）は、操作入力のあった位置が所定の領域内であるか否かを判定する（ステップＳ８０２）。ステップＳ８０２の処理は、制御部２１０がステップＳ８０１でタッチパネル１２０から受信した座標データが表す座標が、所定の領域内にあるか否かを判定することによって行われる。また、ステップＳ８０２の処理は、制御部２１０の位置判定部２１２によって行われる処理である。

なお、所定の領域は、所定のＧＵＩボタンが表示される領域を座標で表すことによって特定すればよい。操作入力のあった座標が、所定のＧＵＩボタンが表示される領域を表す座標に含まれれば、制御部２１０は操作入力のあった位置が所定の領域内であると判定する。

制御部２１０は、操作入力のあった位置が所定の領域内であると判定した場合（Ｓ８０２：ＹＥＳ）は、荷重が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８０３）。ステップＳ８０３の処理は、制御部２１０が荷重センサ１６０（図５参照）から受信した荷重データが表す荷重が第１閾値以上であるか否かを判定することによって行われる。また、ステップＳ８０３の処理は、制御部２１０の荷重判定部によって行われる処理である。

制御部２１０は、荷重が第１閾値以上であると判定した場合（Ｓ８０３：ＹＥＳ）は、荷重が第２閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ８０４）。ステップＳ８０４の処理は、制御部２１０が荷重センサ１６０（図５参照）から受信した荷重データが表す荷重が第２閾値未満であるか否かを判定することによって行われる。また、ステップＳ８０４の処理は、制御部２１０の荷重判定部によって行われる処理である。

制御部２１０は、荷重が第２閾値未満であると判定した場合（Ｓ８０４：ＹＥＳ）は、第１駆動指令でＬＲＡ１４０を駆動する（ステップＳ８０５）。第１駆動指令は、タッチパネル１２０に第１振動パターンによる振動を発生させる駆動指令である。

ステップＳ８０５の処理は、制御部２１０がドライバＩＣ２６０に第１駆動指令を入力することによって行われる。なお、ステップＳ８０５の処理は、制御部２１０の駆動制御部２１１によって行われる。

ここで、フローがステップＳ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０３、Ｓ８０４、及びＳ８０５の順に進行する場合は、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタンを軽く押すことによって、タッチパネル１２０に第１振動パターンによる振動が発生する場合に相当する。この場合に、利用者は、指先の触感だけで、所定のＧＵＩボタンに触れていることを認識できる。

制御部２１０は、ステップＳ８０５の処理に続いて、電子機器３００の電源がオフにされたか否かを判定する（ステップＳ８０６）。電源がオフにされた場合は、処理を続ける必要がなくなるからである。

制御部２１０は、電源がオフにされていないと判定した場合（Ｓ８０６：ＮＯ）は、フローをステップＳ８０１にリターンする。

制御部２１０は、ステップＳ８０３において、荷重が第１閾値以上ではないと判定した場合（Ｓ８０３：ＮＯ）は、フローをステップＳ８０１にリターンする。この場合は、例えば、利用者が所定のＧＵＩボタンにごく軽く触れたような場合に相当する。このような場合には、利用者が所定のＧＵＩボタンを探している状態ではないと考えられるため、フローをＳ８０１にリターンして、操作入力の有無を判定することとしたものである。

制御部２１０は、ステップＳ８０４において、荷重が第２閾値未満ではないと判定した場合（Ｓ８０４：ＮＯ）は、フローをステップＳ８０７に進行する。

制御部２１０は、第２駆動指令でＬＲＡ１４０を駆動する（ステップＳ８０７）。第２駆動指令は、タッチパネル１２０に第２振動パターンによる振動を発生させる駆動指令である。

ステップＳ８０７の処理は、制御部２１０がドライバＩＣ２６０に第２駆動指令を入力することによって行われる。なお、ステップＳ８０７の処理は、制御部２１０の駆動制御部２１１によって行われる。

ここで、フローがステップＳ８０７に進行する場合は、フローがステップＳ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０３、Ｓ８０４、Ｓ８０５、Ｓ８０６と進行し、フローがＳ８０１にリターンして、Ｓ８０２、Ｓ８０３、Ｓ８０４、Ｓ８０７と進行した場合である。

これは、利用者がタッチパネル１２０のＧＵＩボタンを押す力は、徐々に立ち上がるため、ＧＵＩボタンに最初に触れ始めた際には、ステップＳ８０４で荷重が第２閾値未満であると判定されて、ステップＳ８０５に進行するからである。

従って、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタンを押すと、最初にステップＳ８０５の処理によってタッチパネル１２０に第１振動パターンの振動が発生した後に、ステップＳ８０７の処理によってタッチパネル１２０に第２振動パターンの振動が発生することになる。

このため、利用者は、最初に第１振動パターンによる振動で所定のＧＵＩボタンに触れていることを認識でき、次に、第２振動パターンによる振動で所定のＧＵＩボタンの操作が電子機器３００に受け付けられたことを認識できる。

また、制御部２１０は、ステップＳ８０２で操作入力のあった位置が所定の領域外であると判定した場合（Ｓ８０２：ＮＯ）は、フローをステップＳ８０８に進行する。

制御部２１０は、荷重が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ８０８）。ステップＳ８０８の処理は、ステップＳ８０３の処理と同様に、制御部２１０が荷重センサ１６０（図５参照）から受信した荷重データが表す荷重が第１閾値以上であるか否かを判定することによって行われる。また、ステップＳ８０８の処理は、制御部２１０の荷重判定部によって行われる処理である。

制御部２１０は、荷重が第１閾値以上であると判定した場合（Ｓ８０８：ＹＥＳ）は、荷重が第２閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ８０９）。ステップＳ８０９の処理は、ステップＳ８０４の処理と同様に、制御部２１０が荷重センサ１６０（図５参照）から受信した荷重データが表す荷重が第２閾値未満であるか否かを判定することによって行われる。また、ステップＳ８０９の処理は、制御部２１０の荷重判定部によって行われる処理である。

制御部２１０は、荷重が第２閾値未満であると判定した場合（Ｓ８０９：ＹＥＳ）は、第３駆動指令でＬＲＡ１４０を駆動する（ステップＳ８１０）。第３駆動指令は、タッチパネル１２０に第３振動パターンによる振動を発生させる駆動指令である。

ステップＳ８１０の処理は、制御部２１０がドライバＩＣ２６０に第３駆動指令を入力することによって行われる。なお、ステップＳ８１０の処理は、制御部２１０の駆動制御部２１１によって行われる。

ここで、フローがステップＳ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０３、Ｓ８０４、及びＳ８０５の順に進行する場合は、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンを軽く押すことによって、タッチパネル１２０に第３振動パターンによる振動が発生する場合に相当する。この場合に、利用者は、指先の触感だけで、所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンに触れていることを認識できる。

なお、第３振動パターンは、ＬＲＡ１４０を駆動せずに、タッチパネル１２０に振動を発生させない振動パターンであってもよい。この場合には、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタンに軽く触れたときだけに、タッチパネル１２０を（第１振動パターンで）振動させるようにすることができる。

制御部２１０は、ステップＳ８０９において、荷重が第２閾値未満ではないと判定した場合（Ｓ８０９：ＮＯ）は、フローをステップＳ８１１に進行する。

制御部２１０は、第４駆動指令でＬＲＡ１４０を駆動する（ステップＳ８１１）。第４駆動指令は、タッチパネル１２０に第４振動パターンによる振動を発生させる駆動指令である。

ステップＳ８１１の処理は、制御部２１０がドライバＩＣ２６０に第４駆動指令を入力することによって行われる。なお、ステップＳ８１１の処理は、制御部２１０の駆動制御部２１１によって行われる。

ここで、フローがステップＳ８１１に進行する場合は、フローがステップＳ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０８、Ｓ８０９、Ｓ８１０、Ｓ８０６と進行し、フローがＳ８０１にリターンして、Ｓ８０２、Ｓ８０８、Ｓ８０９、Ｓ８１１と進行した場合である。

これは、利用者がタッチパネル１２０のＧＵＩボタンを押す力は、徐々に立ち上がるため、ＧＵＩボタンに最初に触れ始めた際には、ステップＳ８０９で荷重が第２閾値未満であると判定されて、ステップＳ８１０に進行するからである。

従って、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンを押すと、最初にステップＳ８１０の処理によってタッチパネル１２０に第３振動パターンの振動が発生した後に、ステップＳ８１１の処理によってタッチパネル１２０に第４振動パターンの振動が発生することになる。

このため、利用者は、最初に第３振動パターンによる振動で所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンに触れていることを認識でき、次に、第４振動パターンによる振動で所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンの操作が電子機器３００に受け付けられたことを認識できる。

なお、第４駆動指令は、第２駆動指令と同一の駆動指令であってもよい。この場合は、所定のＧＵＩボタンで操作入力が電子機器３００に受け付けられた場合と、所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンで操作入力が電子機器３００に受け付けられた場合とで利用者に提供する振動を統一できる。

以上のように、実施の形態の電子機器３００によれば、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタンを押すと、最初に第１振動パターンの振動をタッチパネル１２０に発生させ、その後に、第２振動パターンの振動をタッチパネル１２０に発生させる。

このため、利用者は、最初に第１振動パターンによる振動で所定のＧＵＩボタンに触れていることを触感だけで認識でき、次に、第２振動パターンによる振動で所定のＧＵＩボタンへの操作入力が電子機器３００に受け付けられたことを触感だけで認識できる。

特に、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタンを軽く押したときに、第１振動パターンの振動をタッチパネル１２０に発生させることにより、従来の機械式のキースイッチの特定のキースイッチに設けられた突起を触っている場合と同様に、利用者は触感だけで特定のＧＵＩボタンの位置を認識することができる。

また、電子機器３００が所定のＧＵＩボタンへの操作入力を受け付けるのは、所定のＧＵＩボタンをさらに強く押したときであり、第２振動パターンでタッチパネル１２０を振動させることにより、触感だけで操作入力が受け付けられたことを認識することができる。

このため、実施の形態の電子機器３００によれば、所定のＧＵＩボタンの位置を第１振動パターンで触感だけで利用者に認識させることができるとともに、第２振動パターンで操作入力の完了を触感だけで利用者に認識させることができる。

次に、図９乃至図１２を用いて、実施の形態の電子機器３００がスマートフォン３００Ａである場合における動作例について説明する。

また、以下では、第３振動パターンは、タッチパネル１２０を振動させないパターンであることとする。

図９乃至図１２は、実施の形態のスマートフォン３００Ａの動作例を示す図である。

図９（Ａ）に示すように、スマートフォン３００Ａのタッチパネル１２０に、ＧＵＩボタン１２１Ａ、１２１Ｂ、１２１Ｃ、１２１Ｄ、１２１Ｅ、１２１Ｆが表示されているとする。

ＧＵＩボタン１２１Ａは、電話の機能を利用する際に押すＧＵＩボタンであり、ＧＵＩボタン１２１Ｂは、メールの機能を利用する際に押すＧＵＩボタンである。ＧＵＩボタン１２１Ｃは、電話帳を利用する際に押すＧＵＩボタンである。また、ＧＵＩボタン１２１Ｄ〜１２１Ｆは、特定の動作を割り当てることのできるＧＵＩボタンである。例えば、ＧＵＩボタン１２１Ｄ〜１２１Ｆは、特定の連絡先に電話をかけるための短縮ボタンとして利用することができる。

例えば、スマートフォン３００Ａにおいて、ＧＵＩボタン１２１Ａを所定のＧＵＩボタンに設定したとする。この場合には、例えば、図９（Ｂ）に示すように、ＧＵＩボタン１２１Ａのボタンの色を変えてもよい。

図１０（Ａ）に示すように、利用者の指がＧＵＩボタン１２１Ｅに軽く触れた場合には、タッチパネル１２０には振動は発生しない。ＧＵＩボタン１２１Ｅは、所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンであり、ここでは第３振動パターンは、タッチパネル１２０を振動させないパターンであるからである。また、利用者がＧＵＩボタン１２１Ｅをさらに強く押した場合には、タッチパネル１２０は第４振動パターンで振動され、利用者は操作入力が受け付けられたことを認識できる。

図１０（Ｂ）に示すように、利用者の指がＧＵＩボタン１２１Ａに触れると、スマートフォン３００Ａは、最初にタッチパネル１２０を第１振動パターンで振動させ、ＧＵＩボタン１２１Ａがさらに強く押されると、タッチパネル１２０を第２振動パターンで振動させる。

このため、利用者は、触感だけでＧＵＩボタン１２１Ａの位置を認識できるとともに、操作入力がスマートフォン３００Ａに受け付けられたことを認識できる。

次に、スマートフォンで電卓の機能を利用する場合について説明する。

図１１（Ａ）に示すように、スマートフォン３００Ａのタッチパネルには、電卓用のテンキー等を表すＧＵＩボタンが表示されている。

図１１（Ｂ）に示すように、'５'のＧＵＩボタンを所定のＧＵＩボタンに設定したとする。このため、'５'のＧＵＩボタンだけをグレーで示す。

図１２（Ａ）に示すように、'９'のＧＵＩボタンに軽く触れた場合には、タッチパネル１２０には振動は発生しない。'９'のＧＵＩボタンは、所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンであり、ここでは第３振動パターンは、タッチパネル１２０を振動させないパターンであるからである。また、利用者が'９'のＧＵＩボタンをさらに強く押した場合には、タッチパネル１２０は第４振動パターンで振動され、利用者は操作入力が受け付けられたことを認識できる。

また、利用者の指が'５'のＧＵＩボタンに触れると、スマートフォン３００Ａは、最初にタッチパネル１２０を第１振動パターンで振動させ、'５'のＧＵＩボタンがさらに強く押されると、タッチパネル１２０を第２振動パターンで振動させる。

このため、利用者は、触感だけで'５'のＧＵＩボタンの位置を認識できるとともに、操作入力がスマートフォン３００Ａに受け付けられたことを認識できる。

以上のように、実施の形態のスマートフォン３００Ａによれば、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタンを押すと、最初に第１振動パターンの振動をタッチパネル１２０に発生させ、その後に、第２振動パターンの振動をタッチパネル１２０に発生させる。

このため、利用者は、最初に第１振動パターンによる振動で所定のＧＵＩボタンに触れていることを触感だけで認識でき、次に、第２振動パターンによる振動で所定のＧＵＩボタンの操作がスマートフォン３００Ａに受け付けられたことを触感だけで認識できる。

特に、利用者がタッチパネル１２０の所定のＧＵＩボタン（図９（Ｂ）に示すＧＵＩボタン１２１Ａと図１１（Ｂ）に示す'５'のＧＵＩボタン）を軽く押したときに、第１振動パターンの振動をタッチパネル１２０に発生させる。これにより、従来の機械式のキースイッチの特定のキースイッチに設けられた突起を触っている場合と同様に、利用者が触感だけで特定のＧＵＩボタンの位置を認識できるスマートフォン３００Ａを提供することができる。

以上では、特定のＧＵＩボタンを触感で識別できる電子機器３００及びスマートフォン３００Ａの実施の形態について説明した。以上で説明した波形データによって表される波形の立ち上がり又は立ち上がりの形状は、任意の形状であってよい。

しかしながら、波形の立ち上がり、又は、立ち下がりを急峻にすれば、利用者が指を通じてタッチパネル１２０の振動をより認識しやすくなり、振動波形を組み合わせて操作入力に対する振動波形を自由に生成できる。

例えば、タッチパネル１２０ではない機械的なボタンを押したような触感（ボタンをクリックしたような感覚）をスマートフォン３００Ａを利用者に提供できれば、様々な振動波形を利用者がより認識しやすくなる。

このため、以下では、図１３乃至図２８を用いて、第１の方法、第２の方法、及び第３の方法によるＬＲＡの駆動方法について説明する。第１の方法、第２の方法、及び第３の方法によるＬＲＡの駆動方法は、利用者がタッチパネル１２０の振動波形をより認識しやすくなる触感を提供する駆動方法である。

以下で説明する第１の方法、第２の方法、及び第３の方法で生成する波形データは、以上で説明した第１駆動指令、第２駆動指令、第３駆動指令、第４駆動指令を生成するための波形データとして用いることができる。

例えば、第１駆動指令によって生じる第１振動パターンを機械的なボタンをクリックしたような触感にすれば、利用者の指が所定のＧＵＩボタンに軽く触れた際に、所定のＧＵＩボタンの位置を素早く利用者に伝えることができる。

また、第２駆動指令によって生じる第２振動パターンを機械的なボタンをクリックしたような触感にすれば、利用者の指が所定のＧＵＩボタンを操作するために強く触れた際に、所定のＧＵＩボタンへの操作入力が受け付けられたことを利用者が認識しやすくなる。

また、第３駆動指令によって生じる第３振動パターンを機械的なボタンをクリックしたような触感にすれば、利用者の指が所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンに軽く触れた際に、所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンの位置を素早く利用者に伝えることができる。

また、第４駆動指令によって生じる第４振動パターンを機械的なボタンをクリックしたような触感にすれば、利用者の指が所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンを操作するために強く触れた際に、所定のＧＵＩボタン以外のＧＵＩボタンへの操作入力が受け付けられたことを利用者が認識しやすくなる。

なお、上述したように、第２振動パターンと第４振動パターンは同じ振動パターンでもよいが、第１振動パターンと第３振動パターンは異なる振動パターンに設定される。これは、利用者がタッチパネル１２０に触れ始める際に、所定のＧＵＩボタンの位置を触感だけで利用者が認識できるようにするためである。

以下に実施の形態の波形データについて説明する。実施の形態では、３つの方法を用いてＬＲＡの振動のパターンを変化させて、機械的なボタンをクリックしたような触感を表現する。

まず第１の方法について説明する。第１の方法は、駆動指令の供給停止後も続くＬＲＡの固有振動数による自由振動を抑制する方法である。以下の実施の形態の説明では、駆動指令の供給停止後も続くＬＲＡの固有振動数による自由振動を残留振動と呼ぶ。

第１の方法では、後述する特定の条件を満たす駆動指令をＬＲＡ１４０に供給したときにＬＲＡ１４０の振動が１〜数周期で停止することに着目した。第１の方法では、特定の条件を満たす駆動指令をＬＲＡ１４０に印加して残留振動を停止させることで、1〜数周期で急速に減衰する振動を発生させ、機械的なボタンをクリックしたような触感を表現する。

特定の条件を満たす駆動指令は、ＬＲＡ１４０の固有振動数をｆ０としたとき、ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）となる周波数ｆ１の信号でＬＲＡ１４０をｍ回加振する信号である。

図１３は、ＬＲＡの動作原理を説明するための図であり、図１４は、ＬＲＡに印加される入力波形の例を示す図である。

ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ０を１７５Ｈｚとし、ｍ＝２，ｎ＝１としたとき、駆動指令の周波数ｆ１＝２／１×１７５＝３５０Ｈｚとなる。駆動指令の周波数をｆ１としたときの正弦波Ｆは、図１４に示す波形である。図１４の例では、正弦波Ｆ＝０．０１ｓｉｎ２πｆ１ｔとなる。

正弦波ＦがＬＲＡ１４０に印加されると、ＬＲＡ１４０にはＬＲＡ１４０の固有振動数（共振周波数）ｆ０の振動が生じる。すなわち、ＬＲＡ１４０には、周波数ｆ１の正弦波と、ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ０の正弦波とが合成された合成波が生じ、ＬＲＡ１４０はこの合成波に応じて変位する。

図１５は、図１４の入力を駆動指令として印加したときのＬＲＡの振動の加速度を示す図である。図１５（Ａ）は、ＬＲＡ１４０に発生する変位の強制変位成分と自由振動成分を示す図であり、図１５（Ｂ）は合成波を示す図である。

図１５（Ａ）において、点線で示される波形ｙ１はＬＲＡ１４０に正弦波Ｆが印加されたときに生じるＬＲＡ１４０の強制振動変位を示し、実線で示される波形ｙ２は自由振動変位を示す。ＬＲＡ１４０に生じる変位ｙ３は、波形ｙ１と波形ｙ２との合成波となる。

図１５（Ｂ）は、波形ｙ１と波形ｙ２との合成波ｙ３の例を示す図である。合成波ｙ３は、正弦波Ｆが０となるタイミングＴにおいて０となることがわかる。

合成波ｙ３が０となるタイミングＴにおいて、ＬＲＡ１４０の振動の速度、振動の加速度ともに０になるため、ＬＲＡ１４０の振動は停止する。

図１６は、ＬＲＡの振動の速度及び振動の加速度の例を示す図である。図１６（Ａ）は合成波ｙ３の波形を示す図であり、図１６（Ｂ）は合成波ｙ３の変位を微分して得る速度の波形ｙ３′を示す図であり、図１６（Ｃ）は合成波ｙ３の変位を２回微分して得る加速度の波形ｙ３″を示す図である。

図１６からわかるように、速度の波形ｙ３′と加速度の波形ｙ３″とは、合成波ｙ３が０となるタイミングで０となる。すなわちＬＲＡ１４０の振動がタイミングＴで停止する。

このときＬＲＡ１４０の振動の加速度の波形ｙ３″は、０．０１ｓｅｃ以内に２周期で停止する。したがって図１６の例では、振動の加速度が０．０１ｓｅｃ以内に人の感知限界０．０２Ｇ以下となり、ボタン２を押したようなクリック感を表現することができる。

以下に図１７乃至図２０を参照して、上述する第１の方法の効果を説明する。図１７は、ＬＲＡの固有振動数の正弦波を駆動指令としたときのＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す図である。

図１７（Ａ）は、ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ０＝１７５Ｈｚの正弦波を示す。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）の正弦波を駆動指令としてシミュレーションした際のＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す。図１７（Ｃ）は、固有振動数ｆ０＝１７５ＨｚのＬＲＡ１４０を搭載した実機において図１７（Ａ）の正弦波を駆動指令した際のタッチパネル１２０の振動の加速度を示す。タッチパネル１２０の振動の加速度は、タッチパネル１２０の中央に加速度計を設置して測定したものである。

図１７（Ｂ），（Ｃ）からわかるように、固有振動数ｆ０の正弦波を駆動指令とした場合、残留振動が０．１ｓｅｃ以上に亘り現れる。

なお、図１７（Ｃ）において駆動指令が印加されるＬＲＡ１４０は、固有振動数ｆ０＝１７５Ｈｚ、重りの重さを１．５ｇ、重りを支持するばね定数を１８１３．５Ｎ／ｍのものとした。

図１８は、駆動信号停止後にＬＲＡ１４０に発生する振動の逆位相の（１８０度位相のずれた）電圧を印加する従来の方法を適用した際に電子機器で測定した加速度を示す図である。図１８（Ａ）は、ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ０＝１７５Ｈｚの正弦波を示す。図１８（Ｂ）は、ＬＲＡ１４０を搭載した実機において図１８（Ａ）の正弦波を駆動指令とし、かつ、駆動指令停止後にＬＲＡ１４０に発生する残留振動の逆位相の電圧を印加したときのＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す。

図１８の例では、図１７に比べて残留振動は小さくなるが、振動の加速度が人の感知下限の０．０２Ｇ以下になるまでに０．０５ｓｅｃ以上かかる。

図１９は、実施形態の条件を満たさない信号を入力駆動信号としたときのＬＲＡの加速度応答シミュレーションと、実際の電子機器での加速度測定結果を示す図である。

図１９（Ａ）は、実施形態による特定の条件を満たさない周波数３００Ｈｚの正弦波を示す。図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）の正弦波を駆動指令としてシミュレーションした際の振動の加速度を示す。図１９（Ｃ）は、固有振動数ｆ０＝１７５ＨｚのＬＲＡ１４０を搭載した実機において図１９（Ａ）の正弦波を駆動指令した際の振動の加速度を示す。

図１９の例では、図（Ｂ），（Ｃ）からわかるように、特定の条件を満たさない周波数の正弦波を駆動指令とした場合、残留振動が０．０４ｓｅｃ以上に亘り現れる。

図２０は、実施形態の条件を満たす信号を入力駆動信号としたときのＬＲＡの加速度応答シミュレーションと、実際の電子機器での加速度測定結果を示す図である。

図２０（Ａ）は、特定の条件を満たす周波数３５０Ｈｚの正弦波を示す。図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）の正弦波を駆動指令としてシミュレーションした際のＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す。図２０（Ｃ）は、固有振動数ｆ０＝１７５ＨｚのＬＲＡ１４０を搭載した実機において図２０（Ａ）の正弦波を駆動指令した際のＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す。

図２０の例では、図２０（Ｂ），（Ｃ）からわかるように、０．０２ｓｅｃ以降は残留振動の加速度が感知下限の０．０２Ｇ以下となり、振動の波形は短時間の波形となる。

以上から、ＬＲＡ１４０による振動の波形は、ＬＲＡ１４０の固有振動数をｆ０としたとき、ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）となる周波数ｆ１の信号でＬＲＡ１４０をｍ回加振する信号を駆動指令とすれば、振動の加速度の波形は1〜数周期で急速に減衰する短時間の波形となり、残留振動をなくすことができる。

なお、固有振動数ｆ０は、ＬＲＡ１４０を電子機器３００に組み込んだ後のＬＲＡ１４０の固有振動数としても良い。また周波数ｆ１は、ｍ／ｎ×ｆ０に対して誤差が１％以下となるように設定することが好ましい。このように周波数ｆ１を設定すれば、駆動指令の印加を停止した後に残留振動が生じたとしても、振動の加速度は人の感知下限である０．０２Ｇ以下となり人に感知されないため、機械的なボタンをクリックしたような触感を損ねることがない。

次に、ＬＲＡの振動のパターンを変化させて機械的なボタンをクリックしたような触感を表現する第２の方法について説明する。

第２の方法では、筐体１１０に固定されたタッチパネル１２０自体も高周波で振動する振動体であることに着目する。第２の方法では、ＬＲＡ１４０の駆動指令を、振幅がピークの時点でＬＲＡ１４０に対する加振を停止させる信号とし、タッチパネル１２０自体の高周波の振動を励起することで、1〜数周期で急速に減衰する振動を発生させて機械的なボタンをクリックしたような触感を表現する。

図２１は、タッチパネルの共振周波数による振動の励起を説明する図である。図２１（Ａ）は、ＬＲＡ１４０に印加される駆動指令の正弦波形を示し、図２１（Ｂ）はタッチパネル１２０の振動の加速度の波形を示す。図２１の例では、駆動指令は電圧である。また図２１の例では、ＬＲＡ１４０の共振周波数を２２５Ｈｚとし、タッチパネル１２０の共振周波数を１ｋＨｚとした。すなわちＬＲＡ１４０の振動は低周波振動であり、タッチパネル１２０の振動は高周波振動と言える。なお、タッチパネル１２０の共振周波数は、タッチパネル１２０の４辺が筐体１１０に固定された状態における共振周波数である。

図２１に示す例において、ＬＲＡ１４０を共振周波数２２５Ｈｚで低周波振動させた場合、タッチパネル１２０の高周波振動は励起されない。この状態においてＬＲＡ１４０の振動を調和振動から外し、急激な力をタッチパネル１２０に印加することで、タッチパネル１２０の共振周波数である１ｋＨｚの振動を励起する。

図２１の例では、図２１（Ａ）に示すように、振幅がピークとなった点Ｐ１でＬＲＡ１４０に対する加振を停止させる信号を駆動指令とした。図２１（Ａ）に示す駆動指令の振幅は、ＬＲＡ１４０に対する加振が停止した直後に０となる。図２１の例では、駆動指令の振幅をピークから０にすることで、ＬＲＡ１４０の振動を調和振動から外す。

また図２１の例では、駆動指令によるＬＲＡ１４０の駆動時間を７／４周期とし、振幅がピークとなる点Ｐ１が駆動指令の終端となるようにした。なお、駆動指令の終端とは、ＬＲＡ１４０に対する加振を停止する点である。

この結果、図２１（Ｂ）に示すように、点Ｐ１において周波数が１ｋＨｚの高周波振動が励起され、1〜数周期で急速に減衰する振動を発生させる。さらに図２１の例では、点Ｐ１で高周波振動を励起することで、低周波振動の加速度の最大値と高周波振動の加速度の最大値とを重畳し、短時間でより急峻なピークを発生させることができる。このように第２の方法では、振動の加速度の短時間の急峻なピークを発生させることで、鋭い触感を提示することができ、機械的なボタンをクリックしたような触感を表現できる。

以下に図２２を参照して上述する第２の方法の効果を説明する。図２２は、ＬＲＡの共振周波数の電圧を駆動指令としたときのタッチパネルの振動の加速度を示す図である。図２２の例では、ＬＲＡ１４０の駆動時間を短くして機械的なボタンをクリックしたような触感の表現を試みた際のタッチパネル１２０の振動の加速度を示している。

しかしながらタッチパネル１２０の振動は、ＬＲＡ１４０の駆動時間を短くしても、振動量を増幅させるための立ち上がりの時間と、増幅された振動の加速度が０．０２Ｇ以下に減衰するまでの時間が必要となり、振動が数周期に亘って続く。図２２の例では、立ち上がりから減衰までに２５ｍｓｅｃ程度の時間がかかり、振動が約４周期に亘り続いていることがわかる。したがって機械的なボタンをクリックした際の感覚のような鋭い触感を提示することが困難である。

これに対しで図２１（Ｂ）では、周波数１ｋＨｚの高周波振動が励起され、であり、振動も２周期程度で減衰していることがわかる。

よって第２の方法では、振動の加速度の短時間の急峻なピークを発生させて機械的なボタンをクリックしたような触感を表現することができる。

なお、図２１の例では、駆動指令の終端である点Ｐ１で高周波振動が励起され、高周波振動の加速度がピークを迎える。よって高周波振動の加速度がピークを迎えるタイミングは、駆動指令が点Ｐ１となるタイミングから僅かにずれることになる。

第２の方法では、このタイミングのずれを無くすために、高周波振動を励起する箇所を点Ｐ１からずらしても良い。図２３は、高周波振動を励起する箇所を点Ｐ１からずらした例を示す図である。図２３（Ａ）は、ＬＲＡ１４０に印加される駆動指令の正弦波形を示し、図２３（Ｂ）はＬＲＡ１４０の振動の加速度の波形を示す。

図２３（Ａ）において、駆動指令は、振幅のピークからわずかにずれた点Ｐ２を終端としている。図２３（Ｂ）では、駆動指令の終端Ｐ２を振幅のピークからずらしたため、重畳される低周波振動の加速度が最大値より小さくなり、高周波振動の加速度のピークは図２１（Ｂ）に示す値よりも小さくなるが、図２１の例と同等の効果を得ることができる。

次に、第１の方法と第２の方法を組み合わせた第３の方法について説明する。

第３の方法の駆動装置２００では、第１の方法と第２の方法とを用いて生成したＬＲＡ１４０の駆動指令を表す波形を波形データとしてメモリ２２０内の波形データベース２４０に保持している。

以下に第３の方法の駆動指令について説明する。第３の方法では、第１の方法で説明した特定の条件を満たし、かつ、第２の方法で説明したように振幅がピークとなる点を終端とする信号を駆動指令とした。

図２４は、第３の方法のＬＲＡの駆動指令の例を示す図である。図２４（Ａ）は、第３の方法の駆動指令Ｇの波形であり、図２４（Ｂ）は第３の方法の駆動指令ＧがＬＲＡ１４０に印加された際のタッチパネル１２０の振動の加速度を示す図である。

第３の方法の駆動指令Ｇは、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）となる周波数ｆ１の信号でかつ、ＬＲＡ１４０をｍ回加振する信号である。図２４の例では、ｍ＝３，ｎ＝２とした。また第３の方法の駆動指令Ｇは、さらに振幅が最大値となる点Ｐ３を終端とする。

第３の方法では、駆動指令Ｇをｍ周期の信号でありかつ、振幅のピークが終端となる信号とするために、駆動指令Ｇを正弦波波形からπ／２位相をずらした余弦波とした。第３の方法では駆動指令Ｇを余弦波とすることで、駆動指令Ｇを特定の条件を満たしかつ、終端が振幅のピークとなる信号とすることができる。

なお、第３の方法の電子機器３００では、タッチパネル１２０にＬＲＡ１４０が取り付けられているため、タッチパネル１２０の共振周波数をタッチパネル１２０の４辺が筐体１１０に固定された状態における共振周波数とした。タッチパネル１２０の共振周波数は、例えばＬＲＡ１４０が筐体１１０内部に配置される場合には、タッチパネル１２０が筐体１１０に組み込まれた状態におけるタッチパネル１２０の共振周波数となる。

第３の方法の駆動装置２００の波形データは、駆動指令Ｇの周波数ｆ１、振幅、位相、周期（ｍの値）等を含む。また第３の方法の波形データは、駆動指令Ｇの波形を表す式を含んでも良い。

第３の方法の駆動装置２００は、図６のステップＳ６０３において、ＡＰＩ２５０により、駆動指令Ｇを示す波形データを読み出し、波形データに対応した駆動指令をドライバＩＣ２６０へ出力する。ドライバＩＣ２６０は、波形データをＤ／Ａ変換して増幅し、ＬＲＡ１４０に出力する。

第３の方法の駆動装置２００において、ＬＲＡ１４０に駆動指令Ｇが印加された場合について説明する。

図２５は、第３の方法のＬＲＡに対する入力波形を示す図である。図２５に示す波形は、駆動指令ＧをＬＲＡ１４０に印加することにより、ＬＲＡ１４０に加えられる力を示している。

第３の方法において、ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ０を２２５Ｈｚとし、ｍ＝３，ｎ＝２としたとき、駆動指令Ｇの周波数ｆ１は、ｆ１＝３／２×２２５＝３３７．５Ｈｚとなる。図２５に示す波形は、駆動指令Ｇの周波数をｆ１としたときの正弦波Ｆの位相をπ／２ずらした余弦波Ｇ１である。正弦波Ｆは、Ｆ＝０．０１ｓｉｎ２πｆ１ｔで得られる。

余弦波Ｇ１がＬＲＡ１４０に印加されると、ＬＲＡ１４０にはＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ０（すなわち共振周波数）の振動が生じる。すなわち、ＬＲＡ１４０には、周波数ｆ１の余弦波Ｇ１と、ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ０の余弦波とが合成された合成波が生じ、ＬＲＡ１４０はこの合成波に応じて変位する。

図２６は、第３の方法によるＬＲＡの変位を示す図である。図２６（Ａ）は、変位を説明する第一の図であり、図２６（Ｂ）は変位を説明する第二の図である。

図２６（Ａ）において、点線で示される波形ｙ１１はＬＲＡ１４０に余弦波Ｇ１が印加されたときに生じる振動変位の強制振動成分を示し、実線で示される波形ｙ１２は自由振動成分を示す。余弦波Ｇ１がＬＲＡ１４０に印加されたときの応答変位ｙ１３は、波形ｙ１１と波形ｙ１２との合成波となる。

図２６（Ｂ）は、波形ｙ１１と波形ｙ１２との合成波ｙ１３の変位の一例を示す図である。合成波ｙ１３は、余弦波Ｇ１が０となるタイミングＴ１において０となることがわかる。

合成波ｙ１３が０となるタイミングＴ１において、ＬＲＡ１４０の振動の速度も０になるため、ＬＲＡ１４０の振動は停止する。

図２７は、第３の方法のＬＲＡの振動の速度及び振動の加速度の例を示す図である。図２７（Ａ）は合成波ｙ１３の波形を示す図であり、図２７（Ｂ）は合成波ｙ１３の変位を微分して得る速度の波形ｙ１３′を示す図であり、図２７（Ｃ）は合成波ｙ１３の変位を２回微分して得られる加速度の波形ｙ１３″を示す図である。

図２７からわかるように、速度の波形ｙ１３′と加速度の波形ｙ１３″とは、合成波ｙ１３が０となるタイミングＴ１で０となる。すなわちＬＲＡ１４０の振動がタイミングＴ１で停止する。

このとき加速度の波形ｙ１３″は、０．０１ｓｅｃ以内に３周期で停止する。したがって第３の方法では、０．０１ｓｅｃ以内に振動の加速度が０．０２Ｇ以下となり、メタルドーム式のボタン２をクリックしたような触感を表現することができる。

なお、第３の方法では、余弦波Ｇ１の振幅がピークとなる点で加振を停止させるものとしたが、これに限定されない。第３の方法において駆動指令の終端は、例えばタッチパネル１２０の振動の加速度を示す波形に、クリック感を表現する急峻なピークを生成できる点であれば良い。第３の方法において駆動指令の終端は、振幅の中心点である０以外であれば良く、駆動指令の終端は振幅のピークに近い点であるほど良い。

また第３の方法の電子機器３００では、ＬＲＡ１４０がタッチパネル１２０の筐体側の面に取り付けられるものとしたが、これに限定されない。ＬＲＡ１４０は、例えば筐体１１０内部に配置された基板１５０の近傍に配置されても良い。

図２８は、ＬＲＡ１４０が筐体に設けられた電子機器の例を示す図である。図２８に示す電子機器１００Ａでは、ＬＲＡ１４０が筐体１１０内部に設けられた基板１５０の近傍に配置されている。

第３の方法は、電子機器１００Ａに対しても適用することができる。また電子機器１００Ａに第３の方法を適用した場合、第３の方法の電子機器３００と同様にメタルドーム式のボタン２をクリックしたような触感を表現することができる。

以上、実施の形態の電子機器、及び駆動制御プログラムについて詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

３００、１００Ａ 電子機器
１１０ 筐体
１２０ タッチパネル
１３０ 両面テープ
１４０ ＬＲＡ
１６０ 荷重センサ
２００ 駆動装置
２１０ 制御部
２１１ 駆動制御部
２１２ 位置判定部
２１３ 荷重判定部
２２０ メモリ
２３０ 駆動制御プログラム
２４０ 波形データベース
２５０ ＡＰＩ
２６０ ドライバＩＣ
３００Ａ スマートフォン
３０１ ディスプレイ
３０２ タッチセンサ
３０３ 入力部
３０４ 信号処理部
３０５ 通信部
３０８ 記録媒体Ｉ／Ｆ部
３５０ 閾値データベース

Claims (9)

1. タッチパネルと、
   前記タッチパネルを振動させるアクチュエータと、
   利用者の前記タッチパネルへの操作入力の荷重を検出する荷重検出部と、
   前記タッチパネルへの操作入力が行われた位置が前記タッチパネルの所定領域内であり、かつ、前記荷重検出部によって検出される荷重が第１所定値以上で、前記第１所定値よりも大きい第２所定値未満である場合に、前記タッチパネルに第１振動パターンによる振動を発生させる第１駆動指令で前記アクチュエータを駆動する駆動制御部と
   を含み、
   前記第１駆動指令は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波であり、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振する駆動指令、前記アクチュエータの共振周波数と等しい周波数を有する正弦波であり、かつ、前記正弦波の振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止する駆動指令、又は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波から位相がπ／２ずれており、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振し、振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止させる駆動指令のうちのいずれか一つである、電子機器。
2. 前記駆動制御部は、前記第１振動指令で前記アクチュエータを駆動した後に、前記所定領域内への操作入力が行われている状態で、前記荷重検出部によって検出される荷重が前記第２所定値以上である場合には、前記第１振動パターンとは異なる第２振動パターンによる振動を前記タッチパネルに発生させる第２駆動指令で前記アクチュエータを駆動する、請求項１記載の電子機器。
3. 前記駆動制御部は、前記タッチパネルへの操作入力が行われた位置が前記タッチパネルの前記所定領域外であり、前記荷重検出部によって検出される荷重が第１所定値以上で、前記第２所定値未満である場合に、前記タッチパネルに前記第１振動パターンとは異なる第３振動パターンによる振動を発生させる第３駆動指令で前記アクチュエータを駆動する、請求項１又は２記載の電子機器。
4. 前記駆動制御部は、前記タッチパネルへの操作入力が行われた位置が前記タッチパネルの前記所定領域外であり、前記荷重検出部によって検出される荷重が前記第２所定値以上である場合には、第４振動パターンによる振動を前記タッチパネルに発生させる第４駆動指令で前記アクチュエータを駆動する、請求項２記載の電子機器。
5. 前記第２駆動指令と前記第４駆動指令は同一の駆動指令であり、前記第２振動パターンと前記第４振動パターンは等しい、請求項４記載の電子機器。
6. 前記第２駆動指令は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波であり、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振する駆動指令、前記アクチュエータの共振周波数と等しい周波数を有する正弦波であり、かつ、前記正弦波の振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止する駆動指令、又は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波から位相がπ／２ずれており、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振し、振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止させる駆動指令のうちのいずれか一つである、請求項２記載の電子機器。
7. 前記第３駆動指令は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波であり、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振する駆動指令、前記アクチュエータの共振周波数と等しい周波数を有する正弦波であり、かつ、前記正弦波の振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止する駆動指令、又は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波から位相がπ／２ずれており、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振し、振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止させる駆動指令のうちのいずれか一つである、請求項３記載の電子機器。
8. 前記第４駆動指令は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波であり、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振する駆動指令、前記アクチュエータの共振周波数と等しい周波数を有する正弦波であり、かつ、前記正弦波の振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止する駆動指令、又は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波から位相がπ／２ずれており、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振し、振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止させる駆動指令のうちのいずれか一つである、請求項４記載の電子機器。
9. コンピュータに、
   タッチパネルへの操作入力が行われた位置が前記タッチパネルの所定領域内であり、かつ、利用者の前記タッチパネルへの操作入力の荷重を検出する荷重検出部によって検出される荷重が第１所定値以上で、前記第１所定値よりも大きい第２所定値未満である場合に、前記タッチパネルに第１振動パターンによる振動を発生させる第１駆動指令で前記タッチパネルを振動させるアクチュエータを駆動する、ことを実行させ、
   前記第１駆動指令は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波であり、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振する駆動指令、前記アクチュエータの共振周波数と等しい周波数を有する正弦波であり、かつ、前記正弦波の振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止する駆動指令、又は、前記アクチュエータの共振周波数をｆ０としたとき、周波数ｆ１＝ｍ／ｎ×ｆ０（ｍ，ｎは自然数かつｍ≠ｎ）を満たす正弦波から位相がπ／２ずれており、かつ、前記アクチュエータをｍ回加振し、振幅の中心点以外において前記アクチュエータの加振を停止させる駆動指令のうちのいずれか一つである、駆動制御プログラム。

Images