JP5962756B2 - 電子機器及び振動提供方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器と振動提供方法に関する。

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、アプリケーションの種類、電子メールの重要度や主題、使用される文字、着信、着呼、発信、発呼など、電子機器が有する機能に対応して、多様な触感を提供することのできる電子機器と振動提供方法の実現を課題とする。

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、
前記電子機器が有する機能と、前記アクチュエータに印加される駆動信号の発生タイミングを異ならせた複数の振動パターンとを対応付けたリンク情報を格納するメモリと、
前記電子機器の任意の機能が選択されたときに、前記リンク情報を参照して、対応する振動パターンで前記アクチュエータに前記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提供する電子機器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。 リンク情報の保存例を示す図である。 電子機器の機能要素と振動パターンのリンクを設定あるいは変更する例を示す図である。 設定した振動パターンを用いた動作例を示す図である。 設定した振動パターンを用いた動作例を示す図である。 設定した振動パターンを用いた動作例を示す図である。

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ることによって、電子機器のタッチパネルを介して触感による情報伝達を実現する。

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の長手方向の長さをＬ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て多様な振動パターンを発生させる電子機器３００の概略構成図である。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ることによって、ユーザに多様な触感を提供することができる。

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、振動パターンリンク部２１５と、解析部２１６を含む。振動パターンリンク部２１５は、電子機器３００の機能と、ＬＲＡ１４０に対する駆動信号を利用した振動パターンとを対応させて、リンク情報を生成する。

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。

解析部２１６は、たとえば電子メールに特定の内容や主題を示すマークや単語が含まれているか、電子メールの本文に特定の文字、絵文字が使用されているか等を解析する。

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、振動パターン格納領域３２１、リンク情報格納領域３２２を含む。リンク情報格納領域には、振動パターンリンク部２１５が生成したリンク情報が格納される。振動パターン格納領域３２１は、ＬＲＡ１４０に印加される駆動波形（またはＬＲＡの振動波形）の発生タイミングを異ならせた多様な振動パターンを格納する。

ＣＰＵ２１０は、電子機器３００の任意の機能が選択されたときに、リンク情報格納領域３２２のリンク情報を参照して、対応する振動パターンを読み出し、振動パターンで決まる発生タイミングでＬＲＡ１４０に対する駆動信号を発生させるようにドライバＩＣ２６０に指示する。ドライバＩＣ２６０は、指定された発生タイミングでＬＲＡ１４０に駆動信号を印加する。ここで印加される駆動信号は、図１〜図２２を参照して説明した第１〜第３の駆動信号のいずれであってもよい。

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、基本の駆動波形、または駆動波形の印加により生じる振動波形を１つの波形とする。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。このようなリンク情報は、デフォルトで電子機器３００に設定されていてもよいし、ユーザの入力操作によって設定され、保存されてもよい。

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とをリンクさせた例である。

図２７は、リンク情報の保存例を示す図である。リンク情報は、電子機器３００のメモリ３２０のリンク情報格納領域３２２に、リンク情報テーブル３３１、３３２、３３３の形式で格納されてもよい。メモリ３２０に保存される振動パターンは、周波数、振幅、位相、周期で特定される基本波形情報と、たとえば、オン／オフで表わされる発生タイミング情報で表わされてもよい。

図２８は、ユーザの入力操作により、リンク情報を設定あるいは変更する例を示す。図２８（Ａ）で、ユーザは電子機器３００の表示画面に設定変更画面を呼び出し、「振動パターン設定」または「振動パターン変更」を選択する。いずれかを選択すると、図２８（Ｂ）で、設定／変更対象項目として、「アプリ」、「電子メール開封時」、「電子メール本文文字」などの項目が表示される。いずれかの項目を選択すると、図２８（Ｃ）で、振動パターン格納領域３２１（図２３参照）に格納されている振動パターンが読み出され、表示される。ここで表示される振動パターンは、図２４〜図２６のようにユーザが視覚的に振動パターンを認識できる絵であるのが望ましい。ユーザが所望の振動パターンを選択し、設定ボタンを選択すると、選択された機能項目と振動パターンとを対応付けたリンク情報が生成される。さらに次の画面で保存の要否の問い合わせ画面（不図示）を表示し、ユーザが保存を選択した場合に、振動パターン格納領域３２１にリンク情報が格納される。

図２９は、電子機器（たとえばスマートフォン）３００の機能と振動波形をリンクさせたときの使用例を示す。図２９（Ａ）で、スマートフォン３００にアプリ選択画面が表示されている。この中から、「電子メール」アイコンを指で選択すると、図２９（Ｂ）のようにアイコンの色が変わり、図２９（Ｃ）に示すように、設定された波形で振動が発生しスマートフォン３００もしくはタッチパネルが振動する。図２４のリンク情報の例によると、クリックのような短く鋭い振動が１波形分の間隔をおいて２回発生する。図示はしないが、この後、電子メールアプリケーションが起動する。

アプリケーションの種類に応じて異なる振動パターンを設定してあるため、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。また、第１〜第３のいずれの駆動信号を用いた場合も、１つの振動は０．０２秒以内、より好ましくは０．０１秒以内に急峻に停止するため、ユーザの指は明確に振動パターンを認識することができる。

図３０は、受信メールの内容（重要度や主題）と振動パターンをリンク付けたときの使用例を示す。図３０（Ａ）で、スマートフォン３００に受信メールリスト画面が表示されている。この中で、たとえば上から３番目のＣさんからのメールには振動マーク［〜］が付加されている。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３０（Ｂ）のように３番目のメールの色が変わり、図３０（Ｃ）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。図２５のリンク情報の例によると、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。

図３０の例では、送信者Ｃさんが電子メールにバイブメール機能を添付していることがバイブマーク［〜］によって示されている。バイブマーク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。あるいはバイブマークの検出によって解析部２１６を起動し、「うれしい」、「重要」、「緊急」等の単語を抽出させ、リンク情報に基づいてあらかじめリンクされた振動パターンを読み出してもよい。

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３１は、電子メールで用いられている絵文字や顔文字と振動パターンをリンク付けたときの使用例を示す。図３１（Ａ）は、スマートフォン３００の電子メール本文画面を示す。文章内に顔文字「（^_^）」が記述されている。この例では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３１（Ｂ）のように顔文字部分の色が変わり、図３１（Ｃ）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。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、赤外線近距離通信などにより、特定のグループ内、家族内で共有することができる。

１００、１００Ａ、３００ 電子機器
１１０ 筐体
１２０ タッチパネル
１４０ ＬＲＡ
２００ 駆動装置
２１０ ＣＰＵ
２１５ 振動パターンリンク部
２１６ 解析部
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
３２１ 振動パターン格納領域
３２２ リンク情報格納領域

Claims (8)

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、
   前記電子機器が有する機能と、前記アクチュエータに印加される駆動信号の発生タイミングを異ならせた複数の振動パターンとを対応付けたリンク情報を格納するメモリと、
   前記電子機器の任意の機能が選択されたときに、前記リンク情報を参照して、対応する振動パターンで前記アクチュエータに前記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、
   のいずれかであり、
   前記ｍ及びｎは、前記駆動信号の前記アクチュエータへの入力の停止から０．０２秒以内に、前記タッチパネルへの振動の加速度が０．０２Ｇ以下になる値であることを特徴とする電子機器。
2. 前記メモリは、前記第１〜第３の駆動信号の少なくとも一つを表わす波形情報を格納する記憶領域を有し、
   前記駆動制御部は、前記電子機器の機能が選択されたときに、前記メモリから前記波形情報を読み出し、前記波形情報で表わされる前記駆動信号を、前記振動パターンで決まる発生タイミングで前記アクチュエータに印加することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. ユーザの入力操作に応じて、前記電子機器の機能の一つと、前記複数の振動パターンから選択される所望の振動パターンとを対応づけるリンク部、
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 電子機器が有する機能と、駆動信号の駆動波形の発生タイミングを異ならせた複数の振動パターンとを対応付けたリンク情報を第1のメモリ領域に格納し、
   前記電子機器の任意の機能が選択されたときに、前記リンク情報を参照して、前記駆動信号を対応する振動パターンの発生タイミングで前記電子機器のアクチュエータに印加し、
   前記アクチュエータの駆動によって、前記電子機器のタッチパネルを前記振動パターンで振動させ、
   前記駆動波形は、
   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加振を停止する第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、
   から選択され、
   前記ｍ及びｎは、前記駆動信号の前記アクチュエータへの入力の停止から０．０２秒以内に、前記タッチパネルへの振動の加速度が０．０２Ｇ以下になる値であることを特徴とする振動提供方法。
5. 前記第1〜第３の駆動信号の少なくとも１つを表わす波形情報を第２のメモリ領域に格納し、
   前記電子機器の機能が選択されたときに、前記第２のメモリ領域から前記波形情報を読み出し、
   前記読み出された波形情報で特定される前記駆動信号を、前記振動パターンの発生タイミングで前記アクチュエータに印加する
   ことを特徴とする請求項４に記載の振動提供方法。
6. ユーザの入力操作に応じて、前記電子機器の機能の一つと、前記複数の振動パターン中の所望の振動パターンとを対応づけ、
   前記対応づけたリンク情報を前記第１のメモリ領域に格納することを特徴とする請求項４に記載の振動提供方法。
7. 前記リンク情報をデフォルトで前記電子機器に設定し、前記ユーザの入力操作に応じて前記リンク情報を変更する工程、
   をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の振動提供方法。
8. コンピュータに、
   電子機器の任意の機能が選択されたときに、メモリに格納されたリンク情報から前記選択された機能に対応する振動パターンを読み取る処理と、
   前記振動パターンで決まる発生タイミングで、前記電子機器のアクチュエータに駆動信号を印加して、前記電子機器のタッチパネルを前記振動パターンで振動させる処理と、
   を実行させ、
   前記駆動信号として、
   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加振を停止する第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の駆動信号第３の駆動信号、
   のいずれかを印加させ、
   前記ｍ及びｎは、前記駆動信号の前記アクチュエータへの入力の停止から０．０２秒以内に、前記タッチパネルへの振動の加速度が０．０２Ｇ以下になる値であることを特徴とする振動提供プログラム。

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