JP5822023B2 - 電子機器、振動発生プログラム、及び振動パターン利用システム - Google Patents

Description

本発明は、電子機器、振動発生プログラム、及び振動パターン利用システムに関する。

従来から、フラットなタッチパネルを入力手段とする携帯機器がある。たとえば、スマートフォンやタブレット型パーソナルコンピュータ、携帯電話等は、タッチパネルによるインタフェースを備える。これらの電子機器は、タッチパネルに対する接触を入力操作として受け付けるが、タッチパネルに触れた際にキークリックのような触感は得られない。

他方、ＬＲＡ(Linear Resonant Actuator)による振動を利用して、複数の振動触覚ハプティック効果を生じさせ、操作に応じた触覚を提供する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この方法は、ＬＲＡを共振周波数で励振後、逆位相で加振することによって振動を抑制している。

しかし、ＬＲＡを用いた振動では、メカニカルなクリック動作と比べて駆動周波数が低く、振動加速度も小さい。また、ＬＲＡを用いた振動では、入力を停止してもただちに振動が停止せず、公知の方法を用いても抑制効果が小さく、シャープな触感を出すことが難しい。

特表２００８−５２１５９７号公報

従来の手法で発生させた振動を、電子機器の機能や操作とリンクさせて用いる場合、振動自体の鋭さが不十分なため、振動の発生タイミングを変えて多様なパターンを作り出すことは困難である。単純に従来の振動を連続して発生させても、ユーザにとって満足のできる触感を得ることはできない。

そこで、電子機器が有する機能に応じて多様なパターンの触感をユーザに提示することを課題とする。

ひとつの態様では、タッチパネルを有する電子機器は、
前記タッチパネルを振動させるアクチュエータと、
所定のイベントの発生に応じて、ネットワーク上のサーバから、前記電子機器の機能と振動パターンを対応付けたリンク情報を受信し、前記イベントの発生に引き続いて前記電子機器の前記機能が選択されたときに、前記リンク情報で特定される振動パターンで前記アクチュエータに駆動信号を印加する駆動制御部と、
を備え、前記駆動信号は、
前記アクチュエータの共振周波数をｆ0としたときに、ｆ0×ｍ／ｎの正弦波（ｍ、ｎは自然数かつｍ≠ｎ）をｍ回繰り返す第１の駆動信号、
前記アクチュエータの共振周波数ｆ0の正弦波であり、かつ前記正弦波の振幅の中心以外の点で終端する第２の駆動信号、及び
前記アクチュエータの共振周波数をｆ0としたときに、ｆ0×ｍ／ｎの正弦波（ｍ、ｎは自然数かつｍ≠ｎ）から位相がπ／２ずれた波形をｍ回繰り返す振動であって、かつ前記振動の振幅の中心点以外の点で終端する第３の駆動信号、
のいずれかであることを特徴とする。

電子機器で実現される機能に対応して、多様な触感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。 人の加速度器官の感度を示す図である。 実施形態の電子機器を説明するための図である。 振動発生デバイスの一例として、ＬＲＡを示す図である。 実施形態の駆動装置の概略構成図である。 図５の駆動装置によりＬＲＡを駆動する動作のフローチャートである。 実施形態で用いるＬＲＡの模式図である。 ＬＲＡに印加される第１の入力駆動波形の例を示す図である。 第１の入力駆動波形を与えることによって得られる振動波形の図であり、ＬＲＡの強制振動成分と自由振動成分、合成波を示す図である。 第１の入力駆動波が印加されたときのＬＲＡの振動の変位、速度、及び加速度の波形を示す図である。 ＬＲＡの固有振動数ｆ0の正弦波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。 ＬＲＡの固有振動数の正弦波による駆動信号停止後にＬＲＡに発生する振動の逆位相の電圧を振動抑制信号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。 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。 実施形態で用いる第２の入力駆動波形と、これによって得られる振動加速度波形を示す図である。 比較例としてＬＲＡ駆動時間を短縮しただけのパネル面の加速度波形を示す図である。 第２の入力駆動波形の変形例と、これによって得られる振動加速度波形を示す図である。 実施形態の条件を満たす第３の入力駆動波形と、これによって得られる振動加速度波形の図である。 第３の入力駆動波形の一例として、実施形態の条件でｍ＝３、ｎ＝２としたときの入力駆動波形を示す図である。 図１９の入力駆動波形を与えることによって得られる振動波形の図であり、ＬＲＡの強制振動成分と自由振動成分、合成波を示す図である。 図１９の入力駆動波形を与えたときの、ＬＲＡの変位、速度、及び加速度の波形を示す図である。 ＬＲＡが筐体に設けられた電子機器の概略図である。 第１〜第３のいずれかの振動波形を用いた振動パターンを利用するシステムの概略構成図である。 電子機器のアプリケーションの種類と振動パターンをリンクさせた例を示す図である。 電子メールの重要度や主題と振動パターンをリンクさせた例を示す図である。 電子メール本文で使用される絵文字と振動パターンをリンクさせた例を示す図である。 リンク情報の保存、利用形態の例を示す図である。 リンク情報の保存方法の一例を示す図である。 振動パターンの利用方法の一例を示す図である。 振動パターンの利用方法の一例を示す図である。 振動パターンの利用方法の一例を示す図である。 振動パターンの利用方法の一例を示す図である。 振動パターンの利用方法の一例を示す図である。 振動パターンの利用方法の一例を示す図である。

以下で図面を参照し実施形態を説明する。実施形態では、特定の振動波形の信号の発生タイミングを異ならせて種々の振動パターンを生成し、振動パターンと電子機器が備える機能とをリンク付けたリンク情報をネットワーク上のサーバで保存、管理する。これによって、電子機器を用いたユーザ間のコミュニケーションを豊富にする。

図１〜図２２は、実施形態で用いる振動波形の生成を説明する図である。図１は、人間の指でメタルドームのキースイッチ２を押下したときに生じる振動加速度の波形１１（グラフＡ）と、リニア共振アクチュエータ（ＬＲＡ：Linear Resonant Actuator)が取り付けられたタッチパネル３をタッチしたときに生じる振動加速度の波形（グラフＢ）を示す。振動加速度は、指に取り付けられた加速度計１で測定されたものである。

キースイッチ２をクリックしたときの振動（波形１１）は、1〜数周期で急速に減衰する。これに対してタッチパネル３をタッチしたときの振動（波形１２）は、駆動信号の入力を停止した後もＬＲＡの固有振動数による自由振動が減衰するまで続く。この加速停止後の振動を「残留振動」と称する。ＬＲＡでシャープな触感を出す第１の方法として、残留振動を抑制する。

図２に示すように、振動周波数が２００Ｈｚの場合、人間の指は振動の加速度が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。人間の主な機械刺激の受容器には、メルケル細胞（変位）、マイスナー小体（速度）、パチニ小体（加速度）の３種類があり、変位受容器は１００μｍ以上、速度受容器は３０μｍ以上、加速度受容器は０．１〜１μｍ以上の振幅で刺激されると言われている。これに対し、現状の振動デバイスの振幅は数μｍのオーダーであるため、人間が感じるのは加速度だけである。この意味で、振動デバイスが提供するのは加速度の刺激である。

図１（Ａ）の波形１１では、０．０１秒以内に振動の加速度が０．０２Ｇ以下になり、指は一瞬のシャープな振動を感知する。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０．１秒かかり、指は０．１秒経過するまで振動を感知し続ける。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異質なものとなる。

実施形態では、ＬＲＡを駆動して得られる振動波形を、波形１１のような鋭い波形とすることで、振動波形の発生タイミングを変化させて多様な触感を提供する。特に、ＬＲＡで発生する振動波形を例えば０．０１秒以内に収束させることによって鋭い触感を提供する。また、タッチパネルで生じる振動の振幅ピークを増幅して例えば０．０２秒以内に収束させることによって鋭い触感を提供する。さらに、これら２つの手法を組み合わせて鋭い触感を提供する。

図３は、実施形態が適用される電子機器の一例を示す。電子機器１００は、たとえばスマートフォン、タブレット型コンピュータ、携帯情報端末、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）など、タッチパネルを入力インタフェースとして有する任意の装置である。

電子機器１００は、筐体１１０、タッチパネル１２０、両面テープ１３０、ＬＲＡ１４０、基板１５０を有する。タッチパネル１２０は、両面テープ１３０により筐体１１０に固定されている。図３の例では、ＬＲＡ１４０は、タッチパネル１２０の裏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振動デバイスであり、印加される駆動信号に応じて振動量が変化する。

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ＣＰＵ、ＬＲＡ１４０に駆動信号を出力するドライバＩＣ（Integrated Circuit）、メモリ等が実装されている。後述するように、ＬＲＡ１４０、ＣＰＵ、ドライバＩＣなどで、駆動装置を構成する。タッチパネル１２０にユーザの指が触れると、この接触が感知され、ＬＲＡ１４０が駆動される。ＬＲＡ１４０の振動はタッチパネル１２０に伝播する。

尚本実施例ではＬＲＡ１４０を振動デバイスとしたが、共振器と加振用のアクチュエータを備えた構造であればＬＲＡに限らない。

図４は、ＬＲＡ１４０の概略構成図である。図４（Ａ）はボイスコイルモータを用いたＬＲＡ３０、図４（Ｂ）は圧電素子４３を用いたＬＲＡ４０を示す。図４（Ａ）のＬＲＡ３０は、ばね３１、磁石３２、コイル３３を有する。ばね３１のばね定数をｋとし、磁石３２の質量をｍとすると、ＬＲＡ３０の固有振動数ｆ0は式（１）で表わされる。

図４（Ｂ）のＬＲＡ４０は、おもり４１、梁４２、圧電素子４３を有する。おもり４１の質量をｍ、梁４２のヤング率をＥ、梁４２の断面２次モーメントをＩ、梁４２の長手方向の長さとすると、ＬＲＡ４０の固有振動数ｆ0は、式（２）で示される。

図３のＬＲＡ１４０は、ボイスコイルモータのＬＲＡ３０を適用してもよいし、圧電素子４３を用いたＬＲＡ４０を適用してもよい。

図５は、電子機器１００の駆動装置の概略構成図である。駆動装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０と、メモリ２２０を有する。ＣＰＵ２１０は、メモリ２２０に格納された駆動制御プログラム２３０を読み出して実行することで、後述するＬＲＡ１４０の駆動を制御する。メモリ２２０には、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２４０が格納される記憶領域と、ＡＰＩ（Application Programming Interface）２５０が格納される記憶領域とが設けられている。

駆動制御プログラム２３０は、ＣＰＵ２１０にＬＲＡ１４０の駆動制御を実行させる。波形データ２４０は、ＬＲＡ１４０を駆動する入力駆動波形を表わすデータである。波形データ２４０はあらかじめ生成され、格納されている。実施形態の特徴として、タッチパネルに鋭い触感を与えることができるように、後述する第1〜第３の入力駆動波形の少なくともひとつが格納されている。ＡＰＩ２５０は、駆動制御プログラム２３０により起動され、触感を提供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よい。

図６は、図５の駆動装置２００によるＬＲＡ１４０の駆動動作を示すフローチャートである。駆動装置２００は、タッチパネル１２０に対するタッチイベントを検出すると（ステップＳ６０１）、ＡＰＩ２５０を起動させる（ステップＳ６０２）。ＡＰＩ２５０は、メモリ２２０に格納された波形データ２４０を読み出し、波形データ２４０に対応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、駆動指令を受けて波形データ２４０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に対して出力する（ステップＳ６０６）。

以下で、波形データ２４０として用いられる第１〜第３の入力駆動波形について説明する。図８は、図７のＬＲＡ１４０に印加される第1の入力駆動波形（駆動信号）の例を示す。第1の入力駆動波形は、駆動信号の印加停止後も続くＬＲＡ１４０の固有振動数による自由振動、すなわち残留振動を急峻に抑止することのできる駆動波形である。

第１の入力駆動波形は、ＬＲＡ１４０の固有振動数（すなわち共振周波数）をｆ0としたときに、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回振動させる信号である。

ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ0を１７５Ｈｚとし、ｍ＝２，ｎ＝１としたとき、駆動信号の周波数ｆ１＝（２／１）×１７５＝３５０Ｈｚとなる。周波数ｆ1に基づく入力正弦波Ｆは図８に示す波形であり、
Ｆ＝０．０１ｓｉｎ２πｆ1ｔ
で表わされる。

入力正弦波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の入力正弦波Ｆと、ＬＲＡ１４０の固有振動ｆ0との合成波が生じ、ＬＲＡ１４０はこの合成波に応じて変位する。

図９は、ＬＲＡ１４０に第１の駆動信号としての入力正弦波Ｆが印加されたときのＬＲＡ１４０の応答波形である。図９（Ａ）で、点線で示される波形は、ＬＲＡ１４０に入力正弦波Ｆが印加されたときに生じる振動変位の強制振動成分ｙ１を示し、実線で示される波形は、自由振動成分ｙ２を示す。駆動信号ＦがＬＲＡ１４０に印加された時の応答変位ｙ３は、図９（Ｂ）に示すようにｙ１とｙ２の合成波となる。入力正弦波Ｆがｍ回（２回）振動してゼロとなるタイミングＴで、合成変位ｙ３も０となる。変位ｙ３が０となるタイミングＴにおいて、ＬＲＡ１４０の変位の速度も０になり、ＬＲＡ１４０の振動は停止する。

図１０は、ＬＲＡ１４０の変位、速度及び加速度の例を示す図である。図１０（Ａ）は合成波ｙ３の波形を示す図であり、図１０（Ｂ）は合成波ｙ３の変位を微分して得られる速度の波形ｙ３′を示す図であり、図１０（Ｃ）は合成波ｙ３の変位を２回微分して得られる加速度の波形ｙ３″を示す図である。

図１０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となり、ＬＲＡ１４０の振動はタイミングＴで停止する。

このときの加速度の波形ｙ３″は、０．０１秒以内に２周期で０．０２Ｇ以下となる。この加速度応答は、メタルドームのキーボタン２を押下したときの応答（図１（Ａ））と非常に近く、クリック感を再現することができる。

図１１〜図１４は、第１の方法の効果を説明するための図である。図１１（Ａ）は、ＬＲＡ１４０に印加される固有振動数の駆動信号の波形を示す。図１１（Ｂ）は、固有振動数の駆動信号が印加されたときの加速度応答シミュレーションを示す。図１１（Ｃ）は、実際の電子機器での加速度測定結果を示す図である。

図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）からわかるように、固有振動数ｆ0の正弦波を駆動信号として印加した場合、残留振動が０．１秒以上にわたって現れる。なお、図１１では、ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ0を１７５Ｈｚ、おもりの重さを１．５ｇ、おもりを支持するばね定数を１８１３．５Ｎ／ｍと設定し、実際の電子機器としてスマートフォンで測定した。

図１２は、ＬＲＡ１４０に固有振動数の駆動信号を印加し、残留振動と逆位相の信号波形を印加する従来の方法を示す。図１２（Ａ）は固有振動数ｆ0＝１７５Ｈｚの駆動信号を示す。図１２（Ｂ）は、ＬＲＡ１４０を搭載した実機において、図１２（Ａ）の正弦波を駆動信号とし、かつ、駆動信号の供給停止後にＬＲＡ１４０に発生する振動の逆位相の電圧を印加したときの実際の電子機器での応答加速度の測定結果である。図１２の場合、図１１に比べて残留振動は小さくなるが、加速度が人間の感知下限の０．０２Ｇ以下になるまでに０．０５秒以上かかる。

図１３は、実施形態の条件を満たさない信号を駆動信号としたときのＬＲＡの加速度応答を示す図である。図１３（Ａ）は、特定の条件を満たさない周波数３００Ｈｚの正弦波を示す。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の正弦波を駆動信号としてシミュレーションした際の加速度応答を示す。図１３（Ｃ）は、固有振動数ｆ０＝１７５ＨｚのＬＲＡ１４０を搭載した実際の電子機器において図１３（Ａ）の正弦波を駆動信号したときの加速度測定結果を示す。

図１３（Ｂ）、図１３（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信号とした場合、残留振動が０．０４秒以上にわたって現れる。

図１４は、実施例の条件を満たす信号を駆動信号としたときのＬＲＡ１４０の応答特性を示す。図１４（Ａ）は、上述した条件を満たす（ｍ＝２、n＝１の場合）周波数３５０Ｈｚの正弦波を示す。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の正弦波を駆動信号として印加したときの応答シミュレーションを示す。図１４（Ｃ）は、固有振動数ｆ0＝１７５ＨｚのＬＲＡ１４０を搭載した実際の電子機器において、図１４（Ａ）の正弦波を駆動信号したときの加速度の測定結果を示す。

図１４（Ｂ）、図１４（Ｃ）からわかるように、０．０２秒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信号とすれば、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。

固有振動数ｆ0は、ＬＲＡ１４０を電子機器１００に組み込んだ後のＬＲＡ１４０の固有振動数としてもよい。駆動周波数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、駆動信号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、クリック感を損ねることがない。

次に、図１５及び図１６を参照して、ＬＲＡの振動のパターンを制御してクリック感を再現する第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に、ＬＲＡの共振周波数ｆ0で振動し、かつ振幅の中心（ゼロ）から離れた地点で終端する駆動信号（第２の駆動信号）を与える。ゼロから離れた点Ｐ１で加振を停止することにより、終端Ｐ１でタッチパネル自体が有する高周波振動が励起される。タッチパネルには、駆動信号のピークと高周波振動のピークが重畳されたピークが発生し、その直後１〜数周期で急速に減衰する。これによりクリックのような鋭い触感が再現される。

図１５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１５（Ａ）は、ＬＲＡ１４０に印加される駆動信号の正弦波形を示し、図１５（Ｂ）はタッチパネルに生じる振動の加速度の波形を示す。図１５の例では、ＬＲＡ１４０の共振周波数を２２５Ｈｚとし、タッチパネル１２０自体が有する共振周波数を１ｋＨｚとした。図１５（Ａ）の波形を有する駆動信号をＬＲＡ１４０に印加することで、ＬＲＡ１４０による低周波振動に、タッチパネル１２０の高周波振動が重畳する。ここでいうタッチパネル１２０の共振周波数は、タッチパネル１２０の４辺が筐体１１０に固定された状態での共振周波数である。

タッチパネルの高周波振動を励起する箇所を駆動波形の終端Ｐ１としたのは、駆動中は共振系の振動はだんだんと増幅されていき、駆動波形の終端で振動量が最大となり、高周波振動の加速度ピークに最大の重畳効果が得られるからである。

ＬＲＡ１４０に入力する駆動波形を２２５Ｈｚ正弦波とし、駆動波形の終端が振幅のピークとなるように、駆動時間を７／４周期とする。駆動波形が終わった直後に、電圧はピークからゼロへと急峻な変化を起こす。これにより、図１５（Ｂ）に示すように、トップパネル面では、ＬＲＡ駆動による低周波振動の加速度振幅のピーク位置にほぼ重なって、トップパネルの高次振動による高周波振動の加速度振幅のピークが発生する。

低周波信号と高周波振動のピークがほぼ重なった理由は、低周波振動が２２５Ｈｚで高周波振動が１ｋＨｚだとすると、２２５Ｈｚは共振周波数のため、駆動波形に対して加速度波形はπ／２位相差が生じており、終端となる駆動波形のピークは加速波形のゼロ点となる。したがって、低周波振動のピークは駆動波形終了後１／４周期でピークを迎えるはずである。これを時間に換算すると約１．１１ｍｓ後となる。

他方、タッチパネルの高周波振動は駆動波形の終了時に（終端Ｐ１で）ゼロから立ち上がり、３／４周期で低周波振動と同じ方向のピークを迎えるはずである。これを時間に換算すると０．７５ｍｓ後となる。よって、駆動信号とタッチパネルの高周波振動のピークは、時間差０．３６ｍｓで発生する。また、高周波振動のピークは、低周波振動のピークから強度が約８７％の位置と重なる。

図１６は比較例として、単純にＬＲＡの振動時間を短くする駆動信号を印加したときの加速度波形を示す。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、振動が数周期にわたって継続する。図１６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周期にわたって続いている。したがってクリック感のような鋭い触感を得られない。

これに対して図１５（Ｂ）では、周波数１ｋＨｚの振動が急激に立ち上がっており、その振動も２周期程度で減滅する。鋭いピークから短時間で振動を停止することができる。

図１７は、図１５の駆動信号の変形例を示す。図１７の例では、駆動信号の終端、すなわち高周波振動を励起する地点をＰ１からずらす。図１７（Ａ）は、ＬＲＡ１４０に印加される駆動信号の正弦波形を示し、図１７（Ｂ）はタッチパネルに生じる振動の加速度波形を示す。

図１７（Ａ）において、駆動信号の終端Ｐ２を振幅のピークからずらしたため、駆動時間は７／４周期＋０．３６ｍｓｅｃとなる。Ｐ２において、駆動波形のピークに対して８７％強度からゼロへの急峻な変化を起こす。これにより図１７（Ｂ）に示すように、駆動波形の終端の不連続変化量が小さくなるため、高周波の振幅ピークは図１５に比べてわずかに小さくなるが、低周波信号と高周波信号のピークがぴたりと重なる。

図１８は、ＬＲＡ１４０に印加される第３の駆動信号を説明するための図である。第３の方法として、上述した第１の方法と第２の方法の双方の条件を満たす駆動信号を利用する。図１８（Ａ）は、第３の駆動信号の電圧波形、図１８（Ｂ）は、第３の駆動信号の印加によってタッチパネルに生じる振動の加速度波形である。

図１８（Ａ）の駆動信号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の正弦波からπ／２位相をずらした信号をｍ回振動させる信号であり、かつ振幅の中心（ゼロ）以外の点で終端する信号である。図１８の例では、ｍ＝３，ｎ＝２であり、振幅が最大値となる点Ｐ３を終端とする。

駆動信号Ｇをｍ周期、かつ振幅のピークが終端となる信号とするために、駆動信号Ｇを正弦波波形から＋π／２位相をずらした余弦波とした。この場合も、低周波の駆動信号のピークでタッチパネルに励起される高周波振動のピークが重畳する。この例でも、タッチパネル１２０の共振周波数（高周波振動）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とした。なお、ＬＲＡ１４０が筐体１１０内部に配置される場合には、タッチパネル１２０の共振周波数は、タッチパネル１２０が筐体１１０に組み込まれた状態での共振周波数となる。図１８（Ａ）の駆動信号Ｇの波形を表すデータは、メモリに格納されている。波形データは、駆動信号Ｇの周波数ｆ１、振幅、位相、周期（ｍの値）等の情報であってもよいし、駆動信号Ｇの波形そのものであってもよい。

図１８（Ｂ）に示すように、トップパネル面では、ＬＲＡ駆動による低周波振動の加速度振幅のピーク位置にほぼ重なって、トップパネルの高次振動による高周波振動の加速度振幅のピークが発生する。低周波信号と高周波振動のピークがほぼ重なった理由は、低周波振動が３３７．５Ｈｚ（ｆ1=２２５Ｈｚ×３/２）、高周波振動が１ｋＨｚだとすると、共振周波数より高いため、減衰を考慮しなければ、加速度波形は駆動波形に対してπ位相差が生じ、終端となる駆動波形のピークは、加速波形でもピークとなる。したがって、高周波は低周波のピークから立ち上がる。高周波振動が１ｋＨｚとすると、低周波のピークから０．２５ｍｓ（１／４周期分）遅れて高周期のピークが発生するはずである。

図１９は、ＬＲＡ１４０に印加される第３の駆動信号の入力波形の一例を示す。より厳密には、図１９に示す波形は、駆動信号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。

ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ0を２２５Ｈｚとし、ｍ＝３，ｎ＝２としたとき、駆動信号Ｇの周波数ｆ1は、ｆ１＝（３／２）×２２５Ｈｚ＝３３７．５Ｈｚとなる。図１９の波形は、周波数ｆ1の正弦波Ｆの位相をπ／２ずらした入力余弦波Ｇ１である。正弦波Ｆは、Ｆ＝０．０１ｓｉｎ２πｆ1ｔで表わされる。

入力余弦波Ｇ１がＬＲＡ１４０に印加されると、ＬＲＡ１４０はＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ0（すなわち共振周波数）で振動を開始する。ＬＲＡ１４０は、周波数ｆ１の入力余弦波Ｇ１と、ＬＲＡ１４０の固有振動数ｆ０による振動との合成波に応じて変位する。

図２０は、ＬＲＡ１４０に図１９の入力駆動信号が印加されたときのＬＲＡの変位応答を示す。図２０（Ａ）において、点線で示される波形はＬＲＡ１４０に入力余弦波Ｇ１が印加されたときに生じる振動変位の構成振動成分ｙ１１を示し、実線で示される波形は自由振動成分ｙ１２を示す。余弦波Ｇ１がＬＲＡ１４０に印加されたときの応答変位ｙ１３は、ｙ１１とｙ１２との合成波となる。

図２０（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、入力余弦波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の変位の速度も０になるため、ＬＲＡ１４０の振動は停止する。

図２１は、第３の方法のＬＲＡの変位の速度及び変位の加速度の例を示す図である。図２１（Ａ）は合成波ｙ１３の波形を示す図、図２１（Ｂ）は合成波ｙ１３の変位を微分して得られる速度の波形ｙ１３′を示す図、図２１（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２１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。

図１９−２１では、入力余弦波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。駆動信号の終端は、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よい。駆動信号の終端は、振幅の中心点である０以外であればよく、駆動信号の終端は振幅のピークに近い点であるほど良い。

また本実施例の電子機器１００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よい。

図２２は、ＬＲＡが筐体に設けられた電子機器の例を示す図である。図２２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。

図２３は、上述した駆動信号を利用した振動パターンを、ネットワーク上のサーバを介して電子機器３００上で利用する振動パターン利用システム１の概略図である。振動パターン利用システム１は、サーバ４１０と、ネットワーク４０１を介してサーバ４１０に接続される電子機器３００を含む。

上述した第１〜第３の駆動信号をＬＲＡ１４０に印加することによって、タッチパネル上に短くて鋭い振動を発生させることができる。これを利用し、基本波形を発生させるタイミングを異ならせることによって多様な振動パターンを生成することができる。種々の振動パターンを、電子機器で実現される各種の機能、たとえばアプリケーション、電子メール開封時に表示される電子メールの主題、電子メールで使用される文字や絵文字等とリンクさせ、リンク情報をサーバ４１０に格納する。実施例及び特許請求の範囲で電子機器３００の「機能」と言う場合、インストールされているアプリケーションの種類だけではなく、電子メールの開封時に表示される重要度や主題、電子メールで使用される文字や絵文字等も含むものとする。

電子機器３００は、ＣＰＵ２１０、メモリ３２０、ドライバＩＣ２６０、ＬＲＡ１４０、ディスプレイ３０１、タッチセンサ３０２、入出力部３０３、信号処理部３０４、通信部３０５を有する。制御部２１０とドライバＩＣ２６０で、ＬＲＡ１４０を駆動制御する駆動制御部２７０を構成する。液晶などのディスプレイ３０１と、タッチパッドのような入力部３０３と、タッチセンサ３０２で、電子機器３００のタッチパネル１２０（図３参照）を構成する。

ＣＰＵ２１０はリンク情報設定変更部２１５を含む。リンク情報設定変更部２１５は、ユーザの入力操作に応じ、メモリ３２０の作業領域でリンク情報を適宜設定、変更する。

メモリ３２０は、駆動制御プログラム格納領域２３０、波形データ格納領域２４０、ＡＰＩ２５０を含む。

リンク情報設定変更部２１５で生成されたリンク情報は、信号処理部３０４、通信部３０５から、サーバ４１０にアップロードされ、保存される。サーバ４１０に保存されたリンク情報は、所定の範囲内のユーザ間で共有することができる。

図２４は、リンク情報の一例を示す。図２４のリンク情報は、Ｗｅｂブラウザ、電子メール、カメラ、電卓、などの電子機器３００のアプリケーションと、振動パターンとをリンクさせている。振動パターンは、ＬＲＡ１４０に印加される駆動信号の波形を基本波形としてもよいし、駆動信号の印加によりタッチパネル上に生じる加速度波形を基本波形としてもよい。

図２４では、上から順に、単発で発生させる振動パターン（パターン１）、２つ連続で発生させる振動パターン（パターン２）、１波形を発生させた後に１波形分タイミングを空けてから２つ目の波形を発生させる振動パターン（パターン３）、１波形発生させた後に２波形分タイミングを空けてから２つ目の波形を発生させる振動パターン（パターン４）が、各アプリケーションとリンク付けされている。

振動パターン１はＷｅｂブラウザの機能と振動パターン１がリンクされ、振動パターン２はカメラ機能とリンクされている。振動パターン３は電子メール機能とリンクされ、振動パターン４は電卓機能とリンクされている。

図２５は、電子メールの重要度（重要メール、緊急メール等）やメールの主題（うれしいメール、かなしいメール等）と振動パターンとをリンクさせた例である。基本となる１つの振動波形は、図２４と同様の波形を用いる。うれしいメールは、２つ波形を発生させた後に１波形分タイミングをあけてから３つ目の波形を発生させる振動パターン（パターン５）とリンクされている。図２６では、電子メールに使用される絵文字や顔文字と振動パターンが対応付けられている。

図２７は、リンク情報の保存、利用の形態を示す図である。電子機器３００−１、３００−２は、それぞれネットワーク４０１−１、４０１−２を介してサーバ４１０と接続可能である。サーバ４１０は、リンク情報を４３１〜４３３を格納する。リンク情報４３１〜４３３の格納領域は、たとえばリンク情報を共有するグループごとに割り当てられていてもよいし、ユーザごとに割り当てられていてもよい。

電子機器４０１−１のユーザ１と、電子機器４０１−２のユーザ２は同じグループに属し、リンク情報４３１〜４３３を共有することができる。ユーザ１は、サーバ４１０からダウンロードした振動パターンを用いて、所望の機能とリンクさせたリンク情報を設定することができる。設定したリンク情報をサーバ４１０に保存することができる。また、ユーザ１は、許可された範囲内でサーバ４１０に保存されているリンク情報を利用することができる。たとえば、同じグループ内のユーザ２が作成し、サーバ４１０に保存したリンク情報を利用することができる。

図２８は、リンク情報の保存例を示す。図２８（Ａ）で、スマートフォンなどの電子機器３００のリンク情報設定画面３０８ａで、スマートフォンの所望の機能と、所望の振動パターンとを対応付け作業が完了する。図２８（Ｂ）で、「ｓａｖｅ」ボタン３０９が選択されると、図２８（Ｃ）のように、設定されたリンク情報４３１は、ネットワーク４０１を介してサーバ４１０上に保存される。

図２９は、リンク情報の利用例を示す。図２９（Ａ）は、スマートフォン３００のアプリケーション選択画面３０８ｂの例である。実施形態では、必要が生じたときだけリンク情報を利用するため、アプリケーション選択画面３０８ｂが表示された時点で、図２９（Ｂ）に示すように、リンク情報のダウンロードがバックグラウンドで実行される。

スマートフォンのＣＰＵ２１０は、アプリケーション選択画面３０８ｂの呼び出しイベントが発生すると、通信部３０５を介してサーバ４１０にイベント発生を報告する。サーバ４１０は、イベント発生報告に応じて、アプリケーション選択画面用のリンク情報４３１をスマートフォン３００に送信する。

図３０（Ａ）で、上記イベントに引き続き、アプリケーション選択画面３０８ｂで「電子メール」のアイコン３１５が指で選択されると、アイコン３１５の色が変化し、図３０（Ｂ）に示すように、リンク情報で対応付けられた振動パターンでスマートフォン３００またはタッチパネルが振動する。その後、電子メールのアプリケーションが起動する。

このとき、ＣＰＵ２１０は、波形データ格納領域２４０から、ＬＲＡ１４０を駆動するための駆動波形を読み出し、振動パターンで定義される発生タイミングで、駆動信号をＬＲＡ１４０に印加するようにドライバＩＣ２６０に指示する。この例では、「電子メール」アプリの選択によって、短い急峻な振動が１波形分生じた後、１波形分のオフタイミングをおいてさらに１波形分振動する。ユーザは、意図したとおりのアプリケーションが選択されたことを体感的に確認することができる。

図３１は、振動パターンの別の利用例を示す。図３１（Ａ）で、スマートフォン３００は電子メールを自動受信する。電子メールとともに、電子メール開封時機能と振動パターンとが対応付けられたリンク情報４３２がサーバ４１０から配信される。この場合、電子メールの受信が、リンク情報４３２を配信させるイベント発生となる。電子メールとリンク情報４３２は、同一サーバから配信されてもよいし、別々のサーバから配信されてもよい。

図３１（Ｂ）は、スマートフォン３００の受信メールリスト画面３０８ｃを示す。リスト中、３番目のＣさんからのメールに、バイブマーク（［〜］）３１６が添付されている。これをたとえば「バイブメール」と呼ぶ。ユーザがバイブメールであるＣさんのメールを指で選択すると、図３２（Ａ）のように３番目のメールの色が変わり、図３０（Ｂ）に示すように、設定された振動パターンでスマートフォン３００もしくはタッチパネルが振動する。この例では、クリックのような短く鋭い振動が２回連続した後、１波形分の間隔をおいて３つ目の振動が発生する。図示はしないが、この後、選択したメールが開封される。

バイブマーク３１６で特定される振動パターンは、同一グループ内のユーザがサーバ４１０からダウンロードできる振動パターンである。バイブマーク３１６の種類を異ならせることによって、「重要メール」、「緊急メール」などを示し、それぞれに異なる振動パターンをリンクさせてもよい。

電子メールの重要度や主題に応じた振動パターンを設定することによって、送信者が電子メールにバイブメール機能を添付した内容に応じた振動を得ることができ、視覚、聴覚以外に、触感という方法で電子メールの内容を伝達することができる。

図３３は、振動パターンのさらに別の利用例を示す。図３３（Ａ）で、スマートフォン３００は電子メールを自動受信する。この場合、電子メールの受信が、リンク情報を配信させるイベント発生となる。したがって、電子メールとともに、サーバ４１０からリンク情報４３３が配信される。このリンク情報は、電子メール本文文字と振動パターンとが対応付けられたものである。電子メールとリンク情報４３３は、同一サーバから配信されてもよいし、別々のサーバから配信されてもよい。

図３３（Ｂ）は、スマートフォン３００の電子メール本文画面３０８ｄを示す。文章内に顔文字「（^_^）」がイタリック体で表示されている。これは顔文字に振動パターンがリンクされていることを示す。顔文字部分を指で選択すると、図３４（Ａ）のように顔文字部分の色が変わり、図３４（Ｂ）で、設定された振動パターンでスマートフォン３００もしくはタッチパネルが振動する。顔文字や絵文字に応じた振動波形を設定しているため、視覚以外の触感という方法で表現を提示することが可能となる。

タッチパネル入力による新たな情報伝達が可能となることで、ユーザ間コミュニケーションをより促進することができ、情報機器としての新たな価値を提供できる。リンク情報はサーバ上に保存、管理されているので、ユーザは必要なときにだけダウンロードすればよい。また、特定のグループ内、家族内等で振動パターンを対応付けたリンク情報を共有することができる。

１ 振動パターン利用システム
１００、１００Ａ、３００ 電子機器
１１０ 筐体
１２０ タッチパネル
１３０ 両面テープ
１４０ ＬＲＡ（リニア共振アクチュエータ）
２００ 駆動装置
２１０ ＣＰＵ
２１５ リンク情報設定変更部
２３０ 駆動制御プログラム
２４０ 波形データ格納領域
２６０ ドライバＩＣ
２７０ 駆動制御部
３２０ メモリ
４０１ ネットワーク
４１０ サーバ

Claims (6)

1. タッチパネルを有する電子機器であって、
   前記タッチパネルを振動させるアクチュエータと、
   所定のイベントの発生に応じて、ネットワーク上のサーバから、前記電子機器の機能と振動パターンを対応付けたリンク情報を受信し、前記イベントの発生に引き続いて前記電子機器の前記機能が選択されたときに、前記リンク情報で特定される振動パターンで前記アクチュエータに駆動信号を印加する駆動制御部と、
   を備え、前記駆動信号は、
   前記アクチュエータの共振周波数をｆ0としたときに、ｆ0×ｍ／ｎの正弦波（ｍ、ｎは自然数かつｍ≠ｎ）をｍ回繰り返す第１の駆動信号、
   前記アクチュエータの共振周波数ｆ0の正弦波であり、かつ前記正弦波の振幅の中心以外の点で終端する第２の駆動信号、及び
   前記アクチュエータの共振周波数をｆ0としたときに、ｆ0×ｍ／ｎの正弦波（ｍ、ｎは自然数かつｍ≠ｎ）から位相がπ／２ずれた波形をｍ回繰り返す振動であって、かつ前記振動の振幅の中心点以外の点で終端する第３の駆動信号、
   のいずれかであることを特徴とする電子機器。
2. 前記駆動制御部は、入力操作に応じて、前記電子機器の所望の機能と振動パターンを対応付けたリンク情報を設定するリンク情報設定部を含み、前記設定されたリンク情報を、前記ネットワーク上のサーバに保存することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. コンピュータに、以下のプロセスを実行させる振動発生プログラム：
   所定のイベントの発生に応じて、ネットワーク上のサーバに前記イベントの発生を報告し；
   前記サーバから、前記コンピュータを内蔵する電子機器の機能と振動パターンとを対応付けたリンク情報を受信し；
   前記イベントの発生に引き続いて前記電子機器の前記機能が選択されたときに、前記リンク情報で特定される前記振動パターンで前記電子機器のアクチュエータに駆動信号を印加する
   プロセスであり、
   前記駆動信号は、
   前記アクチュエータの共振周波数をｆ0としたときに、ｆ0×ｍ／ｎの正弦波（ｍ、ｎは自然数かつｍ≠ｎ）をｍ回繰り返す第１の駆動信号、
   前記アクチュエータの共振周波数ｆ0の正弦波であり、かつ前記正弦波の振幅の中心以外の点で終端する第２の駆動信号、及び
   前記アクチュエータの共振周波数をｆ0としたときに、ｆ0×ｍ／ｎの正弦波（ｍ、ｎは自然数かつｍ≠ｎ）から位相がπ／２ずれた波形をｍ回繰り返す振動であって、かつ前記振動の振幅の中心点以外の点で終端する第３の駆動信号、
   のいずれかであることを特徴とするプログラム。
4. 前記コンピュータに、
   入力操作に応じて、前記電子機器の所望の機能と振動パターンを対応付けたリンク情報を設定させ、前記設定されたリンク情報を前記ネットワーク上のサーバに保存させるプロセス、
   をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のプログラム。
5. 電子機器と、
   前記電子機器にネットワークを介して接続されるサーバと、
   を含み、
   前記サーバは、前記電子機器で所定のイベントが発生したときに、前記電子機器のイベント発生報告に応じて、前記電子機器の機能と振動パターンを対応付けたリンク情報を前記電子機器に送信し、
   前記電子機器は、前記イベントの発生と前記リンク情報の受信に引き続いて前記電子機器の任意の機能が選択されたときに、前記リンク情報の対応する振動パターンで前記電子機器のアクチュエータに駆動信号を印加し、
   前記駆動信号は、
   前記アクチュエータの共振周波数をｆ0としたときに、ｆ0×ｍ／ｎの正弦波（ｍ、ｎは自然数かつｍ≠ｎ）をｍ回繰り返す第１の駆動信号、
   前記アクチュエータの共振周波数ｆ0の正弦波であり、かつ前記正弦波の振幅の中心以外の点で終端する第２の駆動信号、及び
   前記アクチュエータの共振周波数をｆ0としたときに、ｆ0×ｍ／ｎの正弦波（ｍ、ｎは自然数かつｍ≠ｎ）から位相がπ／２ずれた波形をｍ回繰り返す振動であって、かつ前記振動の振幅の中心点以外の点で終端する第３の駆動信号、
   のいずれかであることを特徴とする振動パターン利用システム。
6. 前記電子機器は、入力操作に応じて、前記電子機器の所望の機能と振動パターンを対応付けたリンク情報を作成し、前記作成されたリンク情報を前記ネットワーク上のサーバに保存する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の振動パターン利用システム。

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