JP6032362B2 - 駆動装置、電子機器及び駆動制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータを駆動させる駆動装置、電子機器及び駆動制御プログラムに関する。

従来から、フラットなタッチパネルを入力手段とする電子機器がある。このタッチパネルは、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ものであり、操作に応じた触感を提供することは考慮されていなかった。そのため従来のタッチパネルでは、操作に応じた触感を表現するデバイスの搭載が望まれていた。

そこで近年では、例えばＬＲＡ(Linear Resonant Actuator)による振動を利用して操作に応じた触感を提供することが考えられている。また、ＬＲＡの駆動方法については、特許文献１として挙げるものや、触覚提示デバイスを制御するための専用ＩＣ（Integrated Circuit）等がある。

特開２０１２−２０２８４号公報

しかしながら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しないため、例えばメタルドーム式のボタンを押下する操作で生じる急峻な触感等を表現することが困難である。また、特許文献１のようなLRAの入力停止後に逆位相入力を行う振動抑制手段もあるが、抑制効果が不十分であった。このため従来の技術では、操作の種類に対する適切な触感の違いを表現することが困難である。

そこで開示の技術は、操作に応じた触感を提供することが可能な駆動装置、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。

開示の一態様の駆動装置は、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は互いに異なる正の奇数）を満たす正弦波であり、且つ前記アクチュエータを（ｍ／２）×ａ（ａは０以外の自然数）回加振する駆動信号の波形データが格納された記憶部と、前記記憶部に格納された前記波形データを読み出し、前記波形データに対応する駆動信号を前記アクチュエータへ出力する駆動処理部と、を有する。

開示の技術によれば、操作に応じた触感を提供することができる。

第一の実施例の概要を説明する図である。 人の加速度器官の感度を示す図である。 第一の実施例の電子機器を説明する図である。 ＬＲＡの例を示す図である。 第一の実施例の駆動装置を説明する図である。 第一の実施例の駆動装置によるＬＲＡの駆動を説明するフローチャートである。 ＬＲＡの模式図の例を示す図である。 第一の実施例のＬＲＡの駆動信号の例を示す図である。 ＬＲＡの変位を説明する図である。 ＬＲＡの振動の速度及び振動の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信号としたときのＬＲＡの振動の加速度を示す図である。 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。 特定の条件を満たさない信号を駆動信号としたときのＬＲＡの振動の加速度を示す図である。 特定の条件を満たす信号を駆動信号としたときのＬＲＡの振動の加速度を示す図である。 物体３０１とばね３０２を含む振動系３００を示す図である。 物体３０１に強制振動Ｆｓｉｎｐｔを加えたときの自由振動、強制振動、及び応答振動の変位、速度、及び加速度を示す図である。 ｎ、ｍがともに奇数であるときに物体３０１を周波数ｆ１で（ｍ／２）×ａ回振動させたときの自由振動、強制振動、及び応答振動の変位、速度、及び加速度を示す図である。 強制振動の周波数と、振動時間との関係を示す図である。 ＬＲＡが筐体に設けられた電子機器の例を示す図である。 第二の実施例の駆動装置を説明する図である。 第二の実施例における共振周波数の測定処理を説明するフローチャートである。

（第一の実施例）
以下に図１を参照して本実施例の概要について説明する。図１は、第一の実施例の概要を説明する図である。

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、駆動信号の供給を停止後もＬＲＡの固有振動数による自由振動が減衰するまで続く。以下の本実施例の説明では、駆動信号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。

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、人の加速度器官の感度を示す図である。尚人間の加速度を感知する器官は、パチニ小体である。パチニ小体は、主に皮膚に見られる主要な４種類の機械受容体のうちの1つである。

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以下と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。

そこで本実施例では、残留振動を抑制することで1〜数周期で急速に減衰する振動を発生させ、クリック感を表現する。

本実施例では、特定の条件を満たす駆動信号をＬＲＡ１４０に供給したときにＬＲＡ１４０の振動が１〜数周期で停止し残留振動が発生しないことに着目し、この特定の条件を満たす駆動信号をＬＲＡ１４０に印加する。

以下に図３を参照して本実施例の電子機器について説明する。図３は、第一の実施例の電子機器を説明する図である。

本実施例の電子機器は、例えば表示機能と入力機能とを有するタッチパネルを入力手段として有する機器であれば良い。例えば本実施例の電子機器は、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、携帯情報端末機等であっても良い。

本実施例の電子機器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。

本実施例の電子機器１００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。ＬＲＡ１４０の詳細は後述する。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。

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に駆動信号を出力するドライバＩＣが実装されている。

本実施例の電子機器１００は、タッチパネル１２０にユーザの指が接触すると、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。

尚本実施例の電子機器１００は、タッチパネル１２０を入力操作部とする機器であればよいため、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。

以下に図４を参照してＬＲＡ１４０について説明する。図４は、ＬＲＡの例を示す図である。図４（Ａ）はボイスコイルを用いたＬＲＡの例を示す図であり、図４（Ｂ）は圧電素子を用いたＬＲＡの例を示す図である。

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とし、Ｌを梁４２の長手方向の長さとすると、固有振動数ｆ０が以下の式（２）で示される。

本実施例の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を参照して本実施例の電子機器１００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、第一の実施例の駆動装置を説明する図である。

本実施例の駆動装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０と、メモリ２２０とを有する。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の駆動処理を行う。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２４０が格納される記憶領域と、触感を提供する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により生じる振動によりクリック感を表現するために予め生成された駆動波形のデータである。波形データ２４０の詳細は後述する。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。ＡＰＩ２５０は、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。

図６は、第一の実施例の駆動装置によるＬＲＡ１４０の駆動を説明するフローチャートである。

本実施例の駆動装置２００は、タッチパネル１２０に対する接触を検出すると（ステップＳ６０１）、ＡＰＩ２５０を起動させる（ステップＳ６０２）。具体的には駆動装置２００は、例えばタッチパネル１２０上に表示されたボタンに対する接触があった場合等にＡＰＩ２５０を起動しても良い。

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）。

以下に本実施例の波形データ２４０について説明する。本実施例の波形データ２４０は、残留振動を停止させる特定の条件を満たす駆動信号の波形を示すデータである。

特定の条件を満たす駆動信号は、ＬＲＡ１４０の固有振動数（以下、共振周波数）をｆ０としたとき、ｆ１＝（ｍ／ｎ）×ｆ０（ｍ，ｎは、０以外の自然数かつ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７は、第一の実施例のＬＲＡ１４０の模式図の例を示す図であり、図８は、第一の実施例のＬＲＡ１４０の駆動信号の例を示す図である。

本実施例のＬＲＡ１４０は、図７に示すように共振周波数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。

本実施例の駆動信号は、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。周波数をｆ１としたときの駆動信号Ｆは、図８に示す波形となる。図８の例では、駆動信号Ｆ＝０．０１ｓｉｎ２πｆ１ｔとなる。図８の駆動信号Ｆは、ｍ＝２であるから２周期の正弦波である。

本実施例では、例えば図８に示す駆動信号Ｆを示すデータが波形データ２４０としてメモリ２２０に格納される。波形データ２４０は、例えば駆動信号Ｆの周波数ｆ１の値と、振幅と位相の値と、ｍ，ｎの値等を含んでいても良い。また波形データ２４０は、駆動信号Ｆの波形そのものを示すデータであっても良い。

また本実施例では、駆動信号Ｆの周波数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。

本実施例の駆動装置２００は、図６のステップＳ６０３において、ＡＰＩ２５０により、駆動信号Ｆを示す波形データ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。ドライバＩＣ２６０は、波形データ２４０をＤ／Ａ変換して増幅し、ＬＲＡ１４０に出力する。

本実施例の駆動装置２００において、ＬＲＡ１４０に駆動信号Ｆが印加された場合について説明する。

駆動信号ＦがＬＲＡ１４０に印加されると、ＬＲＡ１４０には、周波数ｆ１の強制振動とＬＲＡ１４０の共振周波数ｆ０の自由振動が生じ、ＬＲＡ１４０の変位はこれらの合成波となる。

図９は、ＬＲＡの変位を説明する図である。図９（Ａ）は、変位を説明する第一の図であり、図９（Ｂ）は変位を説明する第二の図である。

図９（Ａ）において、点線で示される波形はＬＲＡ１４０に駆動信号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に印加されたときの応答変位ｙ３は、強制振動成分ｙ１と自由振動成分ｙ２との合成波となる。

図９（Ｂ）は、応答変位ｙ３の例を示す図である。応答変位ｙ３は、駆動信号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。

応答変位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１０は、ＬＲＡ１４０の振動の速度及び振動の加速度の例を示す図である。図１０（Ａ）は応答変位ｙ３の波形を示す図であり、図１０（Ｂ）は応答変位ｙ３の微分である速度の波形ｙ３′の波形を示す図であり、図１０（Ｃ）は応答変位ｙ３の２回微分である加速度の波形ｙ３″の波形を示す図である。

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、応答変位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１０の例では、振動の加速度が０．０１ｓｅｃ以内に０．０２Ｇ以下となり、ボタン２を押下した際のクリック感を表現することができる。

尚本実施例では、ｍ＝２，ｎ＝１としたが、これに限定されない。本実施例では、ｍ，ｎは自然数（０を含まない）かつｍ≠ｎを満たせば良い。尚ｍ，ｎの関係は、ｍ＞ｎを満たす関係であることが好ましい。

以下に図１１乃至図１４を参照して、本実施例の効果を説明する。図１１は、ＬＲＡ１４０の共振周波数の正弦波を駆動信号としたときのＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す図である。

図１１（Ａ）は、ＬＲＡ１４０の共振周波数ｆ０＝１７５Ｈｚと同一の１７５Ｈｚの正弦波の駆動信号を示す。図１１（Ｂ）は、図１１（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ＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す。図１１（Ｃ）は、共振周波数ｆ０＝１７５ＨｚのＬＲＡ１４０を搭載した実機において図１１（Ａ）の駆動信号をＬＲＡ１４０に印加した際のタッチパネル１２０の振動の加速度を示す。尚タッチパネル１２０の加速度は、タッチパネル１２０の中央に加速度計を配置して検出したものである。

図１１（Ｂ），（Ｃ）からわかるように、共振周波数ｆ０の正弦波を駆動信号とした場合、残留振動が０．１ｓｅｃ以上に亘り現れる。

尚図１１（Ｃ）において駆動信号が印加されるＬＲＡ１４０は、共振周波数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１２は、駆動指令によってＬＲＡ１４０に発生する振動の逆位相の電圧を振動抑制信号として加えたときのＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す図である。図１２（Ａ）は、ＬＲＡ１４０の共振周波数ｆ０＝１７５Ｈｚの正弦波の駆動信号を示す。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、且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タッチパネル１２０の振動の加速度を示す。

図１２の例では、図１１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１３は、特定の条件を満たさない信号を駆動信号としたときのＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す図である。

図１３（Ａ）は、特定の条件を満たさない周波数３００Ｈｚの正弦波の駆動信号を示す。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ＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す。図１３（Ｃ）は、共振周波数ｆ０＝１７５ＨｚのＬＲＡ１４０を搭載した実機において図１３（Ａ）の駆動信号を印加した際のタッチパネル１２０の振動の加速度を示す。

図１３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信号とした場合、残留振動が０．０４ｓｅｃ以上に亘り現れる。

図１４は、特定の条件を満たす信号を駆動信号としたときのＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す図である。

図１４（Ａ）は、特定の条件を満たす周波数３５０Ｈｚの正弦波の駆動信号を示す。図１４（Ｂ）は、図１４（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ＬＲＡ１４０の振動の加速度を示す。図１４（Ｃ）は、共振周波数ｆ０＝１７５ＨｚのＬＲＡ１４０を搭載した実機において図１４（Ａ）の駆動信号を印加した際のタッチパネル１２０の振動の加速度を示す。

図１４の例では、図１４（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の共振周波数をｆ０としたとき、ｆ１＝（ｍ／ｎ）×ｆ０（ｍ，ｎは、０以外の自然数かつ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、残留振動をなくすことができる。またＬＲＡ１４０を搭載した実機におけるタッチパネル１２０の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、クリック感を表現することができる。

次に、図１５に示す質量Ｍの物体の変位ｘについて考える。図１５は、物体３０１とばね３０２を含む振動系３００を示す図である。

物体３０１の質量はＭであり、物体３０１はばね３０２の下端に接続されている。ばね３０２のばね定数はＫである。ばね３０２の上端は固定端であり、ばね３０２の下端は自由端である。

なお、物体３０１に力を加えずに、ばね３０２に物体３０１を吊り下げた状態における物体３０１の位置（つり合いの位置）を原点とし、原点に対する物体３０１の変位をｘで表す。変位ｘは、鉛直下向きが正の方向である。

また、振動系３００における物体３０１の自由振動の固有角振動数をωとすると、固有角振動数ωは次式（３）で表され、自由振動の周波数ｆ０は、ｆ０＝２π/ωである。

このような振動系３００において、物体３０１に正弦波状の力（強制力）Ｆｓｉｎｐｔを加える。ここで、ｐは強制力の角周波数であり、ｔは時間である。強制力による強制振動の周波数ｆ１はｆ１＝２π／ｐである。周波数ｆ１は、ｆ１＝（ｍ／ｎ）×ｆ０を満たし、ｍ、ｎは０を含まない自然数であり、互いに異なる（ｍ≠ｎ）。

このように物体３０１に強制振動を与えると、物体３０１の変位ｘは次式（４）で表される。

式（４）の右辺における括弧内の左側の項は自由振動の成分を示し、右側の成分は強制振動の成分を示す。なお、時刻ｔ＝０における変位ｘは０であり、速度ｘ'も０であることとする。

式（４）から明らかなように、物体３０１の変位ｘは、自由振動の成分と強制振動の成分とを合成したものとして表される。これは、図９を用いて説明したように、ＬＲＡ１４０に駆動信号Ｆが印加したときに生じる振動変位の強制振動成分ｙ１、自由振動成分ｙ２を用いると、駆動信号ＦをＬＲＡ１４０に印加したときの応答変位ｙ３が、強制振動成分ｙ１と自由振動成分ｙ２との合計になることと同様である。

ここで、図１４で説明した場合と同様に、特定の条件を満たす正弦波の駆動信号として、物体３０１に強制振動Ｆｓｉｎｐｔを加えた場合に、式（４）で表される自由振動、強制振動、及び応答振動は、図１６に示す通りである。応答振動は、自由振動と強制振動を合成した振動として与えられる。

図１６は、物体３０１に強制振動Ｆｓｉｎｐｔを加えたときの自由振動、強制振動、及び応答振動の変位、速度、及び加速度を示す図である。速度ｘ'は、変位ｘの一次微分で表され、加速度ｘ''は、変位ｘの二次微分で表される。

なお、図１６には、強制振動の周波数ｆ１がｆ１＝５／４×ｆ０の場合（ｍ＝５、ｎ＝４）に、強制振動によって物体３０１を加振した場合の波形を示す。

図１６に示す応答振動の変位、速度、及び加速度を見て分かるように、変位ｘが０となるタイミング（１）、（２）において、応答振動の速度及び加速度はともに０になっている。タイミング（１）、（２）は、それぞれ、４回と８回加振したタイミングである。

ここで、応答振動の変位、速度、及び加速度がすべて０になるタイミングが他にも得られないかどうか検討する。

式（４）に示す変位ｘ、変位ｘの一次微分である速度ｘ'、変位ｘの二次微分である加速度Ｘ''は、次式（５）のように表される。

式（５）に示す変位ｘと加速度Ｘ''がともに０になるのは、次式（６）として求まる。

すなわち、ｔ＝（ｎπ／ω）×ａ＝（ｍπ／ｐ）×ａにおいて、ａが０以外の自然数（ａ＝１、２・・・）のときに、変位ｘと加速度Ｘ''がともに０になる。従って、ｐ＝（ｍ／ｎ）×ωである。

以上より、式（６）として示す、ｆ１＝（ｍ／ｎ）×ｆ０、かつ、ｔ＝（２π／ｐ）×（ｍ／２）×ａが成立するときに、変位ｘと加速度Ｘ''がともに０になる。すなわち、（ｍ／２）×ａ回振動したときに、変位ｘと加速度Ｘ''がともに０になる。

また、変位ｘと加速度Ｘ''に加えて、式（５）に示す速度ｘ'が０になるのは、以下の２つのケースがある。まず、第１のケースは次式（７）として求まる。

式（７）は、速度ｘ'に含まれるｃｏｓｐｔ＝ｃｏｓｔωが成り立つことから導かれる条件である。式（６）を求める過程で求めたｔ＝（ｎπ／ω）×ａ（ａ＝１、２・・・）を用いると、ｃｏｓ（ｐ／ω）ｎａπ＝ｃｏｓｎａπ＝±１のときに変位ｘと加速度Ｘ''がともに０になる。

従って、ｎａが奇数のときは、（ｐ／ω）ｎａ＝（ｍ／ｎ）ｎａπ＝ｍａも奇数であることが必要になる。これとは逆に、ｎａが偶数のときは、（ｐ／ω）ｎａ＝（ｍ／ｎ）ｎａπ＝ｍａも偶数であることが必要になる。

このため、ｆ１＝（ｍ／ｎ）×ｆ０で物体３０１を加振したときに、式（７）として示すｔ＝（ｍａπ／ｐ）×ａ＝（２π／ｐ）×（ｍ／２）×ａが成り立つときに、変位ｘと加速度Ｘ''に加えて速度ｘ'が０になる。

従って、式（７）から得られる条件は、ａが偶数のときには、物体３０１をｍ回振動させるときである。これは、図１４に示す条件と同様である。また、ａが奇数であれば、ｎ、ｍがともに偶数であり、かつ、物体３０１を（ｍ／２）×ａ回振動させるときである。

また、変位ｘと加速度Ｘ''に加えて、式（５）に示す速度ｘ'が０になる第２のケースは次式（８）として求まる。

式（８）は、速度ｘ'に含まれるｃｏｓｐｔ＝ｃｏｓｔω＝０が成り立つことから導かれる条件である。ここで、０以外の任意の自然数ｋ、ｌを用いると、ｐｔ＝（π／２）×（２ｋ−１）ときと、ωｔ＝（π／２）×（２ｌ−１）ときに、ｃｏｓｐｔ＝ｃｏｓｔω＝０が成り立つ。

ここで、（２ｋ−１）はｍが奇数であることを表し、（２ｌ−１）はｎが奇数であることを表す。

すなわち、ｔ＝（π／２ｐ）×（２ｋ−１）×ａ＝（π／２ω）×（２ｌ−１）×ａが成り立つときに、ｃｏｓｐｔ＝ｃｏｓｔω＝０が成り立つ。ただし、ａは０以外の自然数である（ａ＝１、２・・・）。これより、ｐ＝ω×（２ｋ−１）／（２ｌ−１）である。

従って、式（８）として示すｆ１＝｛（２ｋ−１）／（２ｌ−１）｝×ｆ０、ｔ＝（２π／ｐ）×｛（２ｋ−１）／４｝×ａが求まる。これは、物体３０１を（ｍ／４）×ａ回振動させることを表す。

従って、式（８）から得られる条件は、ｎ、ｍがともに奇数であり、かつ、物体３０１を周波数ｆ１で（ｍ／２）×ａ回振動させるときである。なお、この条件には、式（７）から求まる、ａが奇数であれば、ｎ、ｍがともに偶数であり、かつ、物体３０１を（ｍ／２）×ａ回振動させるときという条件が含まれる。

以上より、変位ｘと加速度Ｘ''に加えて、式（５）に示す速度ｘ'が０になるのは、ａが偶数のときに周波数ｆ１で物体３０１をｍ回振動させるときと、ｎ、ｍがともに奇数であるときに物体３０１を周波数ｆ１で（ｍ／２）×ａ回振動させるときである。このうち、前者は図１４に示す条件と同一であるため、ここでは新たに後者の条件が得られたことになる。後者の条件は、ｎ、ｍがともに奇数であるときに物体３０１を周波数ｆ１で（ｍ／２）×ａ回振動させるときである。この条件につき、図１７を用いて説明する。

図１７は、ｎ、ｍがともに奇数であるときに物体３０１を周波数ｆ１で（ｍ／２）×ａ回振動させたときの自由振動、強制振動、及び応答振動の変位、速度、及び加速度を示す図である。図１７には、強制振動の周波数ｆ１がｆ１＝５／３×ｆ０の場合（ｍ＝５、ｎ＝３）に、強制振動によって物体３０１を加振した場合の波形を示す。タイミング（１）、（２）は、それぞれ、５／２回と５回加振したタイミングである。

図１７に示すように、５／２回加振したタイミング（１）において、応答振動の変位、速度、及び加速度は、すべて０になっている。また、５回加振したタイミング（２）においても、応答振動の変位、速度、及び加速度は、すべて０になっている。タイミング（２）は、図１４に示す動作条件において、ｍ、ｎが奇数である場合に相当する。

以上、第一の実施例によれば、ｎ、ｍがともに正の奇数であるときに物体３０１を周波数ｆ１（＝（ｍ／ｎ）×ｆ０）で（ｍ／２）×ａ回振動させるときに、応答振動の変位、速度、及び加速度をすべて０にすることができる。ただし、ａは、０以外の自然数であり、ａ＝１、２・・・である。

従って、ＬＲＡ１４０を駆動する駆動信号を表す波形データ２４０として、ｎ、ｍがともに奇数であるときに周波数ｆ１（＝（ｍ／ｎ）×ｆ０）で（ｍ／２）×ａ回振動させる波形データをメモリ２２０に格納しておけば、タッチパネル１２０を操作したときに、ＬＲＡ１４０により生じる振動によってクリック感を提示することができる。

図１７に示すタイミング（１）で提示するクリック感は、タイミング（２）で提示するクリック感の半分の振動期間で実現されるため、より切れのあるクリック感を提示することができる。

図１８は、強制振動の周波数と、振動時間との関係を示す図である。図１８には、図１７に示すタイミング（１）の動作点と、タイミング（２）の動作点とを示す。

上述のように、タイミング（１）で提示するクリック感は、タイミング（２）で提示するクリック感の半分の振動期間で実現される。このため、２００Ｈｚから５００Ｈｚの間で強制振動の周波数を設定する場合に、タイミング（１）の動作点は、タイミング（２）の動作点の間を補間するように得られる。特に、タイミング（２）の動作点は、高周波数側で離散的になるため、このようにタイミング（１）の動作点で補間されることは利点がある。

実際の電子機器１００において、強制振動の周波数を設定する場合には、タッチパネル１２０の固有振動数、又は、動作点が高周波数側になる等の制約を考慮するため、実際に選択可能な動作点は限られる。

しかしながら、タイミング（２）の動作点の間を補間するようにタイミング（１）の動作点が得られるため、強制振動の周波数を設定する場合の選択肢が拡がるという効果がある。

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良い。

図１９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１９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。本実施例は、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に本実施例を適用した場合、本実施例の電子機器１００と同様にメタルドーム式のボタン２を押下した際のクリック感を表現することができる。

（第二の実施例）
以下に図面を参照して第二の実施例について説明する。第二の実施例では、ＬＲＡ１４０の共振周波数ｆ０を電子機器１００に組み込んだ状態で測定した値とする例である。第二の実施例の説明では、第一の実施例との相違点についてのみ説明する。また第二の実施例において、第一の実施例と同様の機能を有するものには第一の実施例の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

本実施例では、ＬＲＡ１４０を電子機器１００に組み込んだ状態におけるタッチパネル１２０の共振周波数ｆ０′を測定する。そして本実施例では、駆動信号Ｆの周波数ｆ１を算出する際に共振周波数ｆ０′を用いる。

図２０は、第二の実施例の駆動装置を説明する図である。本実施例の駆動装置２００Ａは、ＣＰＵ２１０Ａと、メモリ２２０Ａとを有する。

ＣＰＵ２１０は、メモリ２２０Ａから後述する周波数測定プログラム２５５を読み出して実行することで、後述する共振周波数ｆ０′の測定と再設定を行う。

メモリ２２０Ａには、駆動制御プログラム２３０、波形データ２４０、ＡＰＩ２５０に加え、周波数測定プログラム２５５、設計値データ２５６が格納されている。

周波数測定プログラム２５５は、例えばＬＲＡ１４０が電子機器１００に組み込まれた状態でのＬＲＡ１４０の共振周波数ｆ０′の測定処理をＣＰＵ２１０に実行させる。設計値データ２５６は、電子機器１００が設計された際に決められた値である。本実施例の設計値データ２５６は、例えばＬＲＡ１４０固有の共振周波数ｆ０である。

以下に本実施例における共振周波数ｆ０′の測定について説明する。

図２１は、第二の実施例における共振周波数の測定処理を説明するフローチャートである。

本実施例において、電子機器１００に対して共振周波数ｆ０′の測定指示がなされると（ステップＳ１７０１）、ＣＰＵ０２１０は周波数測定プログラム２５５を読み出す。本実施例において共振周波数ｆ０′の測定指示がなされるときとは、例えば電子機器１００の製造工程においてＬＲＡ１４０とタッチパネル１２０を筐体１１０に組み込む工程が終了したときや、工場出荷時等である。

周波数測定プログラム２５５は、ＣＰＵ２１０に、ＬＲＡ１４０に対して所定の周波数の帯域において複数の周波数の正弦波を駆動信号として印加させる（ステップＳ１７０２）。具体的には例えばＣＰＵ２１０は、１００Ｈｚから３００Ｈｚにおいて、周波数１００Ｈｚの正弦波、周波数１１０Ｈｚの正弦波、・・・、周波数２９０Ｈｚの正弦波、周波数３００Ｈｚの正弦波というように、ＬＲＡ１４０に駆動信号を印加する。

周波数測定プログラム２５５は、ＣＰＵ２１０に、周波数の異なる駆動信号毎の
タッチパネル１２０の振動の加速度の最大値をメモリ２２０Ａに格納させる（ステップＳ１７０３）。具体的には電子機器１００は、図示しない加速度センサが内蔵されており、周波数の異なる駆動信号がＬＲＡ１４０に印加される度にタッチパネル１２０の振動の加速度の最大値を検出する。メモリ２２０は、周波数測定プログラム２５５による演算結果を記憶する領域が設けられており、この領域に駆動信号毎の加速度の最大値が一時的に格納される。

続いて周波数測定プログラム２５５は、ＣＰＵ２１０に、メモリ２２０Ａに格納された加速度のうち、加速度が最大となる駆動信号の周波数を選択させる（ステップＳ１７０４）。続いて周波数測定プログラム２５５は、選択した駆動信号の周波数を共振周波数ｆ０′とし、ＣＰＵ２１０に、メモリ２２０Ａの設計値データ２５６を共振周波数ｆ０′に上書きさせる（ステップＳ１７０５）。

本実施例では、この処理により共振周波数をｆ０からｆ０′へ変更する。したがって本実施例では、残留振動を抑制するための駆動信号の周波数ｆ１は、ｆ１＝（ｍ／ｎ）×ｆ０′となる。

よって本実施例では、例えばＬＲＡ１４０にタッチパネル１２０や筐体１１０等の振動が重畳されるような場合に、直接ユーザの指に触れるタッチパネル１２０の共振周波数ｆ０′に基づき駆動信号ｆ１を算出することができる。このため本実施例では、ユーザに対して1〜数周期で急速に減衰する短時間の波形の触感を直接提供することができ、クリック感を表現することができる。

尚本実施例では、共振周波数ｆ０′を周波数測定プログラム２５５により行うものとしたが、共振周波数ｆ０′は電子機器１００の外部で測定され、メモリ２２０Ａの設計値データ２５６に上書きされても良い。

また本実施例は、電子機器１００Ａにも適用することができる。

以上、実施の形態の駆動装置、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。

１００、１００Ａ 電子機器
１１０ 筐体
１２０ タッチパネル
１３０ 両面テープ
１４０ ＬＲＡ
２００ 駆動装置
２１０ ＣＰＵ
２２０ メモリ
２３０ 駆動制御プログラム
２４０ 波形データ
２５０ ＡＰＩ
２５５ 周波数測定プログラム
２５６ 設計値データ
２６０ ドライバＩＣ

Claims (5)

1. 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は互いに異なる正の奇数）を満たす正弦波であり、且つ前記アクチュエータを（ｍ／２）×ａ（ａは０以外の自然数）回加振する駆動信号の波形データが格納された記憶部と、
   前記記憶部に格納された前記波形データを読み出し、前記波形データに対応する駆動信号を前記アクチュエータへ出力する駆動処理部と、を有する駆動装置。
2. 前記周波数ｆ１は、ｆ１＝（ｍ／ｎ）×ｆ０（ｍ，ｎは０以外の自然数かつｍ＞ｎ）を満たす請求項１記載の駆動装置。
3. タッチパネルと、
   前記タッチパネルを振動させる共振周波数ｆ０のアクチュエータと、
   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は互いに異なる正の奇数）を満たす正弦波であり、且つ前記アクチュエータを（ｍ／２）×ａ（ａは０以外の自然数）回加振する駆動信号の波形データが格納された記憶部と、前記記憶部に格納された前記波形データを読み出し、前記波形データに対応する駆動信号を前記アクチュエータへ出力する駆動処理部と、を有する駆動装置と、を有する電子機器。
4. 前記記憶部には、前記アクチュエータの前記共振周波数ｆ０が格納されており、
   所定の帯域において周波数の異なる駆動信号を前記アクチュエータに印加し、駆動信号毎の前記タッチパネルの振動の加速度の最大値を前記記憶部に記憶させる加速度記憶処理部と、
   記憶された前記加速度のうち、最も大きい加速度と対応する駆動信号の周波数を前記記憶部に格納された前記アクチュエータの前記共振周波数ｆ０に上書きする書き換え処理部と、を有する請求項３記載の電子機器。
5. コンピュータに、
   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は互いに異なる正の奇数）を満たす正弦波であり、且つ前記アクチュエータを（ｍ／２）×ａ（ａは０以外の自然数）回加振する駆動信号の波形データを読み出す処理と、
   前記波形データに対応する駆動信号を前記アクチュエータへ出力する処理と、を実行させる駆動制御プログラム。
   

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