JP6183476B2 - 電子機器及び駆動制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器及び駆動制御方法に関する。
従来より、表示手段と、使用者の操作部位の前記表示手段への接触状態を検出する接触検出手段と、前記表示手段に接触している前記操作部位に対し、所定の触感を与える触感振動を発生させる触感振動発生手段とを備える触感呈示装置がある（例えば、特許文献１参照）。
この触感呈示装置は、さらに、前記接触検出手段による検出結果に基づいて、前記触感振動を発生させるための波形データを生成する振動波形データ生成手段を備える。また、この触感呈示装置は、さらに、前記振動波形データ生成手段により生成された前記波形データに対し超音波を搬送波として変調処理を行い、該変調処理により生成された超音波変調信号を、前記触感振動を発生させるための信号として前記触感振動発生手段に出力する超音波変調手段とを備える。
また、前記超音波変調手段は、周波数変調又は位相変調のどちらか一方を行う。また、前記超音波変調手段は、更に振幅変調を行う。
特開２０１０−２３１６０９号公報
ところで、従来の触感呈示装置の超音波の周波数は、可聴帯域より高い周波数（およそ２０ｋＨｚ以上）であればよく、超音波の周波数自体に特に工夫はなされていないため、良好な触感を提供できないおそれがある。
そこで、良好な触感を提供できる電子機器及び駆動制御方法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、表示部と、前記表示部の表示面側に配設され、操作面を有し、平面視で矩形状のトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、前記トップパネルの一つの辺に沿って配設され、前記操作面に振動を発生させる複数の第１振動素子と、前記トップパネルの前記一つの辺の対向辺に沿って配設され、前記操作面に振動を発生させる複数の第２振動素子と、前記操作面を複数の領域に区分した区分領域の位置と、各区分領域で駆動する前記第１振動素子又は前記第２振動素子の識別子とを関連付けた区分領域データを格納するメモリと、前記位置検出部によって検出される前記操作入力の位置と、前記区分領域データとに基づいて、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で、前記複数の第１振動素子及び前記複数の第２振動素子のうちの少なくともいずれか１つを駆動する駆動制御部とを含む。
良好な触感を提供できる電子機器及び駆動制御方法を提供することができる。
実施の形態の電子機器１００を示す斜視図である。 実施の形態の電子機器１００を示す平面図である。 図２に示す電子機器１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。 超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図である。 電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。 実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。 第１駆動制御によってトップパネル１２０に生じる定在波の振幅を示す図である。 第１駆動制御で用いる区分領域を示す図である。 第１駆動制御による駆動パターンを示す図である。 実施の形態の電子機器１００の駆動制御部２４０が実行する第１駆動制御の処理を示すフローチャートである。 メモリ２５０に格納される第１データと第２データを示す図である。 実施の形態の電子機器１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する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１００の動作例を示す図である。 実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。 実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。 実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。 実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。 実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。 実施の形態の変形例による振動素子の配置を示す図である。 実施の形態の変形例の電子機器１００Ａを示す図である。
以下、本発明の電子機器及び駆動制御方法を適用した実施の形態について説明する。
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の電子機器１００を示す斜視図である。
電子機器１００は、一例として、タッチパネルを入力操作部とする、スマートフォン端末機、又は、タブレット型コンピュータである。電子機器１００は、タッチパネルを入力操作部とする機器であればよいため、例えば、携帯情報端末機、又は、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。
電子機器１００の入力操作部１０１は、タッチパネルの下にディスプレイパネルが配設されており、ディスプレイパネルにＧＵＩ(Graphic User Interface)による様々なボタン１０２Ａ、又は、スライダー１０２Ｂ等（以下、ＧＵＩ操作部１０２と称す）が表示される。
電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部１０２を操作するために、指先で入力操作部１０１に触れる。
次に、図２を用いて、電子機器１００の具体的な構成について説明する。
図２は、実施の形態の電子機器１００を示す平面図であり、図３は、図２に示す電子機器１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２及び図３では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
電子機器１００は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。
筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、図３に示すように凹部１１０Ａに基板１７０、ディスプレイパネル１６０、及びタッチパネル１５０が配設されるとともに、両面テープ１３０によってトップパネル１２０が接着されている。
トップパネル１２０は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、又は、ポリカーボネートのような強化プラスティックで作製される。トップパネル１２０の表面（Ｚ軸正方向側の面）は、電子機器１００の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。
トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３が接着され、平面視における四辺が両面テープ１３０によって筐体１１０に接着されている。なお、両面テープ１３０は、トップパネル１２０の四辺を筐体１１０に接着できればよく、図３に示すように矩形環状である必要はない。
トップパネル１２０のＺ軸負方向側にはタッチパネル１５０が配設される。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護するために設けられている。なお、トップパネル１２０の表面に、さらに別なパネル又は保護膜等が設けられていてもよい。
トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３が接着された状態で、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３が駆動されることによって振動する。実施の形態では、トップパネル１２０の固有振動周波数でトップパネル１２０を振動させて、トップパネル１２０に定在波を生じさせる。ただし、トップパネル１２０には振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３が接着されているため、実際には、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３の重さ等を考慮した上で、固有振動周波数を決めることが好ましい。
振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３は、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面に接着されている。なお、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を特に区別しない場合には、単に振動素子１４０と称す。
振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３は、Ｙ軸負方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って、Ｘ軸負方向側からＸ軸正方向側にかけて、この順に配列されている。振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３は、複数の第１振動素子の一例である。
振動素子１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３は、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って、Ｘ軸負方向側からＸ軸正方向側にかけて、この順に配列されている。振動素子１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３は、複数の第２振動素子の一例である。
振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子を含むものを用いることができる。
振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３は、後述する駆動制御部から出力される駆動信号によって駆動される。振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は駆動信号によって設定される。また、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のオン／オフは駆動信号によって制御される。
なお、超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。実施の形態の電子機器１００では、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３が振動する周波数は、トップパネル１２０の振動数と等しくなる。このため、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３は、トップパネル１２０の固有振動数で振動するように駆動信号によって駆動される。
タッチパネル１５０は、ディスプレイパネル１６０の上（Ｚ軸正方向側）で、トップパネル１２０の下（Ｚ軸負方向側）に配設されている。タッチパネル１５０は、電子機器１００の利用者がトップパネル１２０に触れる位置（以下、操作入力の位置と称す）を検出する座標検出部の一例である。
タッチパネル１５０の下にあるディスプレイパネル１６０には、ＧＵＩによる様々なボタン等（以下、ＧＵＩ操作部と称す）が表示される。このため、電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部を操作するために、指先でトップパネル１２０に触れる。
タッチパネル１５０は、利用者のトップパネル１２０への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出部であればよい。ここでは、タッチパネル１５０が静電容量型の座標検出部である形態について説明する。タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル１５０は、トップパネル１２０への操作入力を検出できる。
また、ここでは、タッチパネル１５０の入力面側にトップパネル１２０が配設される形態について説明するが、トップパネル１２０はタッチパネル１５０と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル１５０の表面が図２及び図３に示すトップパネル１２０の表面になり、操作面を構築する。また、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、トップパネル１２０の上にタッチパネル１５０が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
ディスプレイパネル１６０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル１６０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部で、図示を省略するホルダ等によって基板１７０の上（Ｚ軸正方向側）に設置される。
ディスプレイパネル１６０は、後述するドライバＩＣ(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、電子機器１００の動作状況に応じて、ＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。
基板１７０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部に配設される。基板１７０の上には、ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０が配設される。ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０は、図示を省略するホルダ等によって基板１７０及び筐体１１０に固定されている。
基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、電子機器１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
以上のような構成の電子機器１００は、トップパネル１２０に利用者の指が接触し、指先の移動を検出すると、基板１７０に実装される駆動制御部が振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動し、トップパネル１２０を超音波帯の周波数で振動させる。この超音波帯の周波数は、トップパネル１２０と振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３とを含む共振系の共振周波数であり、トップパネル１２０に定在波を発生させる。
電子機器１００は、超音波帯の定在波を発生させることにより、トップパネル１２０を通じて利用者に触感を提供する。
なお、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動する場合は、周期数ｋが整数の場合は、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３と、振動素子１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３とを同一位相で駆動すればよい。また、周期数ｋが奇数の場合は逆位相で駆動すればよい。
次に、図４を用いて、トップパネル１２０に発生させる定在波について説明する。実施の形態の電子機器１００では、トップパネル１２０への操作入力の位置に応じて、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のうちの少なくとも１つを駆動する。しかしながら、ここでは、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のすべてを駆動したときにトップパネル１２０に生じる定在波について説明する。
図４は、超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図であり、図４の（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図４の（Ａ）、（Ｂ）では、図２及び図３と同様のＸＹＺ座標を定義する。なお、図４の（Ａ）、（Ｂ）では、理解しやすさのために、定在波の振幅を誇張して示す。また、図４の（Ａ）、（Ｂ）では振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を省略する。
トップパネル１２０のヤング率Ｅ、密度ρ、ポアソン比δ、長辺寸法ｌ、厚さｔと、長辺方向に存在する定在波の周期数ｋとを用いると、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆは次式（１）、（２）で表される。定在波は１／２周期単位で同じ波形を有するため、周期数ｋは、０．５刻みの値を取り、０．５、１、１．５、２・・・となる。
Figure 0006183476
Figure 0006183476
 なお、式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ２以外の係数をまとめて表したものである。
図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す定在波は、一例として、周期数ｋが１０の場合の波形である。例えば、トップパネル１２０として、長辺の長さｌが１４０ｍｍ、短辺の長さが８０ｍｍ、厚さｔが０．７ｍｍのGorilla（登録商標）ガラスを用いる場合には、周期数ｋが１０の場合に、固有振動数ｆは３３．５［ｋＨｚ］となる。この場合は、周波数が３３．５［ｋＨｚ］の駆動信号を用いればよい。
トップパネル１２０は、平板状の部材であるが、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３（図２及び図３参照）を駆動して超音波帯の固有振動を発生させると、図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように撓むことにより、表面に定在波が生じる。
なお、ここでは、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３は、Ｙ軸負方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って配列され、振動素子１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３は、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って配列される形態について説明する。
すなわち、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸負方向側でＸ軸方向に伸延する短辺と、Ｙ軸正方向側でＸ軸方向に伸延する短辺とに、それぞれ、３つの振動素子を配設している。
しかしながら、トップパネル１２０の一対の短辺に沿ってそれぞれ配設される振動素子の数は、複数であれば幾つであってもよい。ただし、それぞれの短辺に沿って配設される振動素子の数が等しく、トップパネル１２０のＹ軸方向の中点を通るＸ軸に平行な直線を対称軸として軸対称に配設されていればよい。
また、トップパネル１２０の一対の長辺に沿って、それぞれ複数の振動素子を配設してもよい。
次に、図５を用いて、電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動について説明する。
図５は、電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）では、利用者が指先でトップパネル１２０に触れながら、指をトップパネル１２０の奥側から手前側に矢印に沿って移動する操作入力を行っている。なお、振動のオン／オフは、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３（図２及び図３参照）をオン／オフすることによって行われる。
また、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。
超音波帯の固有振動は、図４に示すようにトップパネル１２０の全体に生じるが、図５の（Ａ）、（Ｂ）には、利用者の指がトップパネル１２０の奥側から手前側に移動する間に振動のオン／オフを切り替える動作パターンを示す。
このため、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。
図５の（Ａ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオフであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオンになっている。
一方、図５の（Ｂ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオンであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオフになっている。
ここで、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を生じさせると、トップパネル１２０の表面と指との間にスクイーズ効果による空気層が介在し、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数が低下する。
従って、図５の（Ａ）では、トップパネル１２０の奥側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きく、トップパネル１２０の手前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さくなる。
このため、図５の（Ａ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオンになると、指先に掛かる動摩擦力の低下を感知し、指先の滑り易さを知覚することになる。このとき、利用者はトップパネル１２０の表面がより滑らかになることにより、動摩擦力が低下するときに、トップパネル１２０の表面に凹部が存在するように感じる。
一方、図５の（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さく、トップパネル１２０の手前側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きくなる。
このため、図５の（Ｂ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオフになると、指先に掛かる動摩擦力の増大を感知し、指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面に凸部が存在するように感じる。
以上より、図５の（Ａ）と（Ｂ）の場合は、利用者は指先で凹凸を感じ取ることができる。このように人間が凹凸の知覚することは、例えば、"触感デザインのための印刷物転写法とSticky-band Illusion"(第11回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集 (SI2010, 仙台)____174-177, 2010-12)に記載されている。また、"Fishbone Tactile Illusion"(日本バーチャルリアリティ学会第10 回大会論文集(2005 年9 月))にも記載されている。
なお、ここでは、振動のオン／オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、これは、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３の振幅（強度）を変化させた場合も同様である。
次に、図６を用いて、実施の形態の電子機器１００の構成について説明する。
図６は、実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。
電子機器１００は、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３、アンプ１４１、タッチパネル１５０、ドライバＩＣ(Integrated Circuit)１５１、ディスプレイパネル１６０、ドライバＩＣ１６１、制御部２００、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０を含む。
制御部２００は、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０を有する。制御部２００は、例えば、ＩＣチップで実現される。
また、駆動制御部２４０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０は、駆動制御装置３００を構築する。なお、ここでは、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０が１つの制御部２００によって実現される形態について説明するが、駆動制御部２４０は、制御部２００の外部に別のＩＣチップ又はプロセッサとして設けられていてもよい。この場合には、メモリ２５０に格納されているデータのうち、駆動制御部２４０の駆動制御に必要なデータは、メモリ２５０とは別のメモリに格納して、駆動制御装置３００の内部に設ければよい。
図６では、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、及び基板１７０（図２参照）は省略する。また、ここでは、アンプ１４１、ドライバＩＣ１５１、ドライバＩＣ１６１、駆動制御部２４０、メモリ２５０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０について説明する。
アンプ１４１は、駆動制御装置３００と振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３との間に配設されており、駆動制御装置３００から出力される駆動信号を増幅して振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動する。
なお、アンプ１４１は６つあり、それぞれ、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３に接続される。振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３に対しては、駆動制御装置３００からそれぞれ別々に駆動信号が入力される。
ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０に接続されており、タッチパネル１５０への操作入力があった位置を表す位置データを検出し、位置データを制御部２００に出力する。この結果、位置データは、アプリケーションプロセッサ２２０と駆動制御部２４０に入力される。なお、位置データが駆動制御部２４０に入力されることは、位置データが駆動制御装置３００に入力されることと等価である。
ドライバＩＣ１６１は、ディスプレイパネル１６０に接続されており、駆動制御装置３００から出力される描画データをディスプレイパネル１６０に入力し、描画データに基づく画像をディスプレイパネル１６０に表示させる。これにより、ディスプレイパネル１６０には、描画データに基づくＧＵＩ操作部又は画像等が表示される。
アプリケーションプロセッサ２２０は、電子機器１００の種々のアプリケーションを実行する処理を行う。
通信プロセッサ２３０は、電子機器１００が３Ｇ(Generation)、４Ｇ(Generation)、LTE(Long Term Evolution)、WiFi等の通信を行うために必要な処理を実行する。
駆動制御部２４０は、２種類の駆動制御を行う。第１駆動制御は、トップパネル１２０への操作入力の位置に応じて、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のうちの少なくとも１つを選択して駆動する駆動制御である。
また、第２駆動制御は、２つの所定の条件が揃った場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する駆動制御である。
以下では、駆動制御部２４０の第１駆動制御と第２駆動制御のそれぞれについて説明するとともに、両者の関係について説明する。なお、メモリ２５０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０については、駆動制御部２４０の後に説明を行う。
まず、図７乃至図１０を用いて、駆動制御部２４０の第１駆動制御について説明する。
図７は、第１駆動制御によってトップパネル１２０に生じる定在波の振幅を示す図である。図７の（Ａ）には、振動素子１４０Ａ２及び１４０Ｂ２を駆動した場合の定在波を示し、図７の（Ｂ）には、振動素子１４０Ｂ２のみを駆動した場合の定在波を示す。
なお、定在波の振幅が大きい部分を濃いグレーで示し、振幅が小さくなるほど白く示す。
図７の（Ａ）に示すように、振動素子１４０Ａ２及び１４０Ｂ２のみを駆動すると、トップパネル１２０の短辺の中央部において、長辺方向の全体にわたって定在波の振幅が大きい領域が得られていることが分かる。これは、振動素子１４０Ａ２と振動素子１４０Ｂ２との間における長辺方向の全体にわたって振幅が大きい定在波が生じていることを表す。
また、振幅の最大値は、すべての振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動した場合に得られる定在波の振幅の最大値と略同一である。
また、図７の（Ａ）に示すような傾向は、平面視で矩形状のトップパネル１２０に対する、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３の配置の対称性から、長辺方向で向かい合う２つの振動素子１４０を駆動した場合にも同様である。
すなわち、振動素子１４０Ａ１と１４０Ｂ１を駆動すれば、トップパネル１２０の短辺のＸ軸負方向側において、長辺方向の全体にわたって定在波の振幅が大きい領域が得られる。また、振動素子１４０Ａ３と１４０Ｂ３を駆動すれば、トップパネル１２０の短辺のＸ軸正方向側において、長辺方向の全体にわたって定在波の振幅が大きい領域が得られる。
また、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２を駆動すれば、トップパネル１２０の短辺のＸ軸負方向側と中央部において、長辺方向の全体にわたって定在波の振幅が大きい領域が得られる。
また、振動素子１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動すれば、トップパネル１２０の短辺の中央部とＸ軸正方向側において、長辺方向の全体にわたって定在波の振幅が大きい領域が得られる。
また、図７の（Ｂ）に示すように、振動素子１４０Ｂ２のみを駆動すると、トップパネル１２０の短辺の中央部で、かつ、長辺の中央よりもＹ軸正方向側にのみ定在波の振幅が大きい領域が得られていることが分かる。これは、振動素子１４０Ｂ２の近傍にのみ振幅が大きい定在波が生じていることを表す。
また、振幅の最大値は、すべての振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動した場合に得られる定在波の振幅の最大値と略同一である。
また、図７の（Ｂ）に示すような傾向は、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のいずれか一つのみを駆動した場合にも同様である。
このように、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のうちの長辺方向で向かい合う１組、長辺方向で向かい合い、かつ、Ｘ軸方向において隣り合う２組、又は、いずれか１つを選択することにより、トップパネル１２０に振幅の大きい領域を選択的に発生させることができる。
これは、例えば、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のすべてを駆動して図４に示すようにトップパネル１２０の表面全体に定在波を振動させる場合に比べると、消費電力を最大で１／６に低減できることを意味する。また、１つの振動素子、又は、長辺方向あるいは短辺方向に対向して配置する２つの振動素子でトップパネル１２０の全体を振動させる場合に比べて、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３の各々を小型化できるため、上述のような駆動パターンを用いることにより、消費電力を低減することができる。
操作入力が行われるのは、トップパネル１２０の表面の一部であるため、表面の全体に定在波を発生させなくても問題が生じない場合には、第１駆動制御によって消費電力を低減することは、特に電子機器１００がバッテリで駆動されるような場合には有効的である。
従って、第１駆動制御では、駆動制御部２４０は、操作入力の位置に応じて、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のうちのいずれかを選択的に駆動する。
図８は、第１駆動制御で用いる区分領域を示す図である。図８に破線で示すように、トップパネル１２０の表面をＸ軸方向に３等分するとともにＹ軸方向に３等分することにより、合計で９つの領域に分ける。ここでは、各領域を区分領域と称し、図８に示すように、区分領域１〜９として区別する。
区分領域１〜９のＸ軸方向における境界は、短辺を３等分して得られる２本の境界であり、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３と、振動素子１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３との位置に対応している。また、Ｙ軸方向における境界は、長辺を３等分して得られる２本の境界である。
図９は、第１駆動制御による駆動パターンを示す図である。図９には、６つの例を示す。また、図９では、操作入力の位置を指先の絵で示す。
図９の（Ａ）に示すように、操作入力が区分領域５に行われた場合は、振動素子１４０Ａ２と１４０Ｂ２のみを駆動する。区分領域５のように長辺方向における中央部では、図７の（Ａ）と（Ｂ）を比較して分かるように、長辺の両端に位置する振動素子１４０Ａ２と１４０Ｂ２を駆動する方が、振動素子１４０Ａ２又は１４０Ｂ２のいずれか一方を駆動する場合よりも振幅の大きい定在波が得られるからである。
図９の（Ｂ）に示すように、操作入力が区分領域６に行われた場合は、振動素子１４０Ｂ２のみを駆動する。図７の（Ａ）と（Ｂ）を比較して分かるように、振動素子１４０Ｂ２のみの駆動で区分領域６に振幅の大きい定在波が得られるからである。
図９の（Ｃ）に示すように、操作入力が区分領域２に行われた場合は、振動素子１４０Ａ１と１４０Ｂ１のみを駆動する。また、図９の（Ｄ）に示すように、操作入力が区分領域３に行われた場合は、振動素子１４０Ｂ１のみを駆動する。
図９の（Ｅ）に示すように、操作入力が区分領域２と区分領域５とに跨って行われた場合は、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２のみを駆動する。区分領域２と区分領域５の両方で振幅の大きい定在波が発生させるためである。
図９の（Ｆ）に示すように、操作入力が区分領域３と区分領域６とに跨って行われた場合は、振動素子１４０Ｂ１と１４０Ｂ２のみを駆動する。区分領域３と区分領域６の両方で振幅の大きい定在波が発生させるためである。
なお、操作入力の位置を表す位置データは、上述したように、ドライバＩＣ１５１から駆動制御部２４０に入力される。また、ドライバＩＣ１５１からは、位置データに加えて、操作入力に際して利用者の指先がトップパネル１２０に触れた領域を表すデータも駆動制御部２４０に入力される。
従って、駆動制御部２４０は、利用者の指先がトップパネル１２０に触れた領域を表すデータに基づいて、操作入力が区分領域１〜９のいずれに含まれるかを判定すればよい。なお、区分領域１〜９の領域を表す区分領域データは、メモリ２５０に格納しておけばよい。
図１０、実施の形態の電子機器１００の駆動制御部２４０が実行する第１駆動制御の処理を示すフローチャートである。
電子機器１００のＯＳ（Operating System）は、所定の制御周期毎に電子機器１００を駆動するための制御を実行する。このため、駆動制御装置３００は、所定の制御周期毎に演算を行う。これは駆動制御部２４０も同様であり、駆動制御部２４０は、図１０に示すフローを所定の制御周期毎に繰り返し実行する。
駆動制御部２４０は、電子機器１００の電源がオンにされることにより、処理をスタートさせる。
駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１（図６参照）から入力される、指先がトップパネル１２０に触れた領域を表すデータに基づき、操作入力の位置と領域を検出したかどうかを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理は、操作入力の位置と範囲を検出するまで繰り返し実行される。
なお、操作入力の領域とは、指先が触れている領域であり、操作入力の位置は、操作入力の領域の重心点の座標で表される。
駆動制御部２４０は、操作入力の位置と範囲を検出すると（Ｓ１：ＹＥＳ）、操作入力の位置と範囲に基づき、操作入力が行われている区分領域を検出する（ステップＳ２）。ステップＳ２により、区分領域１〜９（図８参照）のいずれに操作入力が行われているかが判明する。
なお、ここでは、操作入力の領域が複数の区分領域に跨っている場合には、複数の区分領域が検出される。操作入力の領域を少しでも含んでいれば、その区分領域は、操作入力が行われている区分領域として検出される。
次いで、駆動制御部２４０は、ステップＳ２で判定した区分領域に対応する駆動素子１４０を選択して駆動する（ステップＳ３）。区分領域に対応する駆動素子１４０の選択は、後述するメモリ２５０に格納される区分領域データを用いて行う。
なお、ステップＳ３の処理の詳細は、図１２を用いて後述するステップＳ３１〜Ｓ３７によって実現される。
次いで、駆動制御部２４０は、操作入力があるかどうかを判定する（ステップＳ４）。撚り具体的には、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１（図６参照）から入力される、指先がトップパネル１２０に触れた領域を表すデータに基づき、操作入力の有無を判定する。
駆動制御部２４０は、操作入力がある（Ｓ４：ＹＥＳ）と判定するとフローをステップＳ１にリターンする。駆動制御部２４０は、操作入力がない（Ｓ４：ＹＥＳ）と判定すると、一連の処理を終了する（エンド）。
以上のような第１駆動制御の処理により、操作入力の行われた区分領域に対応する駆動素子１４０が選択的に駆動される。
なお、ステップＳ２で操作入力が行われている区分領域を検出する際に、操作入力の領域を少しでも含んでいれば、その区分領域が操作入力が行われている区分領域として検出される形態について説明するが、操作入力の領域のある一定の面積以上を含む場合に、その区分領域を操作入力が行われている区分領域として検出するようにしてもよい。このような区分領域の検出に関する設定は、様々な手法で設定することができる。
次に、駆動制御部２４０の第２駆動制御について説明する。
駆動制御部２４０は、２つの所定の条件が揃った場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。振幅データは、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３の駆動に用いる駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータである。振幅値は、位置データの時間的変化度合に応じて設定される。ここで、位置データの時間的変化度合としては、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動する速度を用いる。利用者の指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データの時間的な変化度合に基づいて、駆動制御部２４０が算出する。
実施の形態の駆動制御装置３００は、一例として、指先の移動速度に関わらずに利用者が指先から感知する触感を一定にするために、移動速度が高いほど振幅値を小さくし、移動速度が低いほど振幅値を大きくする。
このような振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表す第１データは、メモリ２５０に格納されている。
なお、ここでは、第１データを用いて移動速度に応じた振幅値を設定する形態について説明するが、次式（３）を用いて振幅値Ａを算出してもよい。式（３）で算出される振幅値Ａは、移動速度が高いほど小さくなり、移動速度が低いほど大きくなる。
Figure 0006183476
 ここで、Ａ０は振幅の基準値であり、Ｖは指先の移動速度であり、ａは所定の定数である。式（３）を用いて振幅値Ａを算出する場合は、式（３）を表すデータと、振幅の基準値Ａ０と所定の定数ａを表すデータとをメモリ２５０に格納しておけばよい。
また、実施の形態の駆動制御装置３００は、利用者の指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動したときに、指先に掛かる動摩擦力を変化させるためにトップパネル１２０を振動させる。動摩擦力は、指先が移動しているときに発生するため、駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上になったときに、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を振動させる。移動速度が所定の閾値速度以上になることは、１つ目の所定の条件である。
従って、駆動制御部２４０が出力する振幅データが表す振幅値は、移動速度が所定の閾値速度未満のときはゼロであり、移動速度が所定の閾値速度以上になると、移動速度に応じて所定の振幅値に設定される。移動速度が所定の閾値速度以上のときには、移動速度が高いほど振幅値は小さく設定され、移動速度が低いほど振幅値を大きく設定される。
また、実施の形態の駆動制御装置３００は、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にある場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあることは、２つ目の所定条件である。
操作入力を行う指先の位置が振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかは、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かに基づいて判定される。
ここで、ディスプレイパネル１６０に表示するＧＵＩ操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域等のディスプレイパネル１６０上における位置は、当該領域を表す領域データによって特定される。領域データは、すべてのアプリケーションにおいて、ディスプレイパネル１６０に表示されるすべてのＧＵＩ操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域について存在する。
このため、２つ目の所定条件として、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器１００が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。アプリケーションの種類により、ディスプレイパネル１６０の表示が異なるからである。
また、アプリケーションの種類により、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類が異なるからである。トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類としては、例えば、ＧＵＩ操作部を操作する際には、所謂フリック操作がある。フリック操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って、はじく（スナップする）ように比較的短い距離移動させる操作である。
また、ページを捲る場合には、例えば、スワイプ操作を行う。スワイプ操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って掃くように比較的長い距離移動させる操作である。スワイプ操作は、ページを捲る場合の他に、例えば、写真を捲る場合に行われる。また、ＧＵＩ操作部によるスライダー（図１のスライダー１０２Ｂ参照）をスライドさせる場合には、スライダーをドラッグするドラッグ操作が行われる。
ここで一例として挙げるフリック操作、スワイプ操作、及びドラッグ操作のように、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力は、アプリケーションによる表示の種類によって使い分けられる。このため、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器１００が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。
駆動制御部２４０は、領域データを用いて、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データが表す位置が、振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かを判定する。
アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けた第２データは、メモリ２５０に格納されている。
また、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間の間における指先の位置の変化分を補間するために、次の処理を行う。
駆動制御装置３００は、所定の制御周期毎に演算を行う。これは駆動制御部２４０も同様である。このため、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動制御部２４０が駆動信号を算出するまでの所要時間をΔｔとすると、所要時間Δｔは、制御周期に等しい。
ここで、指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に入力される位置データが表す点（ｘ１、ｙ１）を始点とし、所要時間Δｔが経過した後の指先の位置を終点（ｘ２、ｙ２）とするベクトルの速度として求めることができる。
駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に入力される位置データが表す点（ｘ２、ｙ２）を始点とし、所要時間Δｔが経過した後の指先の位置を終点（ｘ３、ｙ３）とするベクトルを求めることにより、所要時間Δｔ経過後の座標（ｘ３、ｙ３）を推定する。
実施の形態の電子機器１００では、上述のようにして所要時間Δｔ経過後の座標を推定することにより、所要時間Δｔの間における指先の位置の変化分を補間する。
このような所要時間Δｔ経過後の座標を推定する演算は、駆動制御部２４０が行う。駆動制御部２４０は、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かを判定し、振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に振動を発生させる。従って、２つ目の所定の条件は、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあることである。
以上より、駆動制御部２４０が振幅データを振幅変調器３２０に出力するために必要な２つの所定の条件は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であることと、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあることである。
駆動制御部２４０は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であり、推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に、移動速度に応じた振幅値を表す振幅データをメモリ２５０から読み出して、振幅変調器３２０に出力する。
メモリ２５０は、区分領域データを格納する。また、メモリ２５０は、振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表す第１データ、及び、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けた第２データを格納する。
また、メモリ２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０がアプリケーションの実行に必要とするデータ及びプログラム、及び、通信プロセッサ２３０が通信処理に必要とするデータ及びプログラム等を格納する。
正弦波発生器３１０は、トップパネル１２０を固有振動数で振動させるための駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、トップパネル１２０を３３．５［ｋＨｚ］の固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３３．５［ｋＨｚ］となる。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。
振幅変調器３２０は、駆動制御部２４０から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器３１０から入力される正弦波信号の振幅を変調して駆動信号を生成する。振幅変調器３２０は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調し、周波数及び位相は変調せずに、駆動信号を生成する。
このため、振幅変調器３２０が出力する駆動信号は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調した超音波帯の正弦波信号である。なお、振幅データがゼロの場合は、駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器３２０が駆動信号を出力しないことと等しい。
次に、図１１及び図１２を用いて、駆動制御部２４０の第２駆動制御で用いる第１データ及び第２データと、第２駆動制御の内容について説明する。なお、第１データ及び第２データは、メモリ２５０に格納される。
図１１は、メモリ２５０に格納される区分領域データ、第１データ、及び第２データを示す図である。
図１１の（Ａ）に示すように、区分領域データは、区分領域１〜９の識別子(1~9)と、区分領域１〜９の領域を表す座標データf1~f9と、各区分領域で駆動する振動素子の識別子（振動素子ＩＤ）をそれぞれ関連付けたデータである。座標データf1~f9は、それぞれ、図８に示す区分領域１〜９の座標を表す。
図１１の（Ｂ）に示すように、第１データは、振幅値を表す振幅データと、移動速度とを関連付けたデータである。図１１の（Ｂ）に示す第１データによれば、移動速度Ｖが０以上ｂ１未満（０≦Ｖ＜ｂ１）のときは振幅値を０に設定し、移動速度Ｖがｂ１以上ｂ２未満（ｂ１≦Ｖ＜ｂ２）のときは振幅値をＡ１に設定し、移動速度Ｖがｂ２以上ｂ３未満（ｂ２≦Ｖ＜ｂ３）のときは、振幅値をＡ２に設定することになる。
また、図１１の（Ｃ）に示すように、第２データは、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等が表示される領域の座標値を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータである。
図１１の（Ｃ）では、アプリケーションの種類を表すデータとして、アプリケーションＩＤ(Identification)を示す。また、領域データとして、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等が表示される領域の座標値を表す式f11~f14を示す。また、振動パターンを表すパターンデータとして、Ｐ１〜Ｐ４を示す。
なお、第２データに含まれるアプリケーションＩＤで表されるアプリケーションは、スマートフォン端末機、又は、タブレット型コンピュータで利用可能なあらゆるアプリケーションを含み、電子メールの編集モードも含む。
次に、図１２を用いて、実施の形態の電子機器１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理について説明する。図１２に示すフローは、図１０に示すステップＳ３の処理の詳細を示すものである。
図１２は、実施の形態の電子機器１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートである。
ここで、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動制御部２４０が駆動信号を算出するまでの所要時間をΔｔとすると、所要時間Δｔは、制御周期に略等しい。
制御周期の１周期の時間は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間Δｔに相当するものとして取り扱うことができる。
図１２に示すステップＳ３１〜Ｓ３７の処理は、図１０に示すステップＳ３で行われる処理である。駆動制御部２４０は、図１０に示すステップＳ２の処理が終了すると、図１２に示すステップＳ３１の処理を開始する。
駆動制御部２４０は、現在の位置データが表す座標と、現在のアプリケーションの種類とに応じて、現在操作入力が行われているＧＵＩ操作部について、振動パターンと関連付けられた領域データを取得する（ステップＳ３１）。
駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。移動速度は、ベクトル演算によって算出すればよい。なお、閾値速度は、所謂フリック操作、スワイプ操作、又はドラッグ操作等のように指先を移動させながら操作入力を行う際における指先の移動速度の最低速度として設定すればよい。このような最低速度は、実験結果に基づいて設定してもよく、タッチパネル１５０の分解能等に応じて設定してもよい。
駆動制御部２４０は、ステップＳ３２で移動速度が所定の閾値速度以上であると判定した場合は、現在の位置データが表す座標と、移動速度とに基づき、Δｔ時間後の推定座標を演算する（ステップＳ３３）。
駆動制御部２４０は、Δｔ時間後の推定座標が、ステップＳ３１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中になるか否かを判定する（ステップＳ３４）。
駆動制御部２４０は、Δｔ時間後の推定座標が、ステップＳ３１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にあると判定する場合は、ステップＳ３２で求めた移動速度に対応する振幅値を表す振幅データを第１データから求める（ステップＳ３５）。
駆動制御部２４０は、振幅データ出力する（ステップＳ３６）。これにより、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅が変調されることによって駆動信号が生成され、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３が駆動される。駆動制御部２４０は、ステップＳ３６の処理を終了すると、図１０に示すステップＳ４にフロー進める。
一方、ステップＳ３２で移動速度が所定の閾値速度以上ではないと判定した場合（Ｓ３２：ＮＯ）と、ステップＳ３４でΔｔ時間後の推定座標が、ステップＳ３１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にないと判定した場合は、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する（ステップＳ３７）。
この結果、駆動制御部２４０は、振幅値がゼロの振幅データが出力され、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅がゼロに変調された駆動信号が生成される。このため、この場合は、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３は駆動されない。
なお、ここでは、図１０に示すフローチャートのステップＳ３の内容が図１２に示すフローチャートのステップＳ３１〜Ｓ３７である形態について説明した。しかしながら、図１０に示すフローチャートのステップＳ３は、図１２に示すステップＳ３１〜Ｓ３７の処理を行う代わりに、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号を用いて駆動素子１４０を駆動する処理であってもよい。
次に、図１３乃至図１８を用いて、実施の形態の電子機器１００の動作例について説明する。
図１３乃至図１８は、実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。図１３乃至図１８では、図２乃至図４と同様のＸＹＺ座標を定義する。
図１３は、トップパネル１２０、タッチパネル１５０、及びディスプレイパネル１６０を平面的に示す図であり、電子機器１００の利用者は、グレーで示すページ１に指先で触れて、左方向にスワイプ操作を行うことにより、白く示すページ２を開こうとしている。すなわち、電子機器１００の表示は、ページ１からページ２に遷移しようとしている。
このように、ページを捲る動作が行われる動作モードでは、駆動制御部２４０は、操作入力がスワイプ操作であるかどうかを判定する。例えば、駆動制御部２４０は、利用者の指先が最初にトップパネル１２０に触れた位置からＸ軸方向に±ｄｍｍ以上動いたらスワイプ操作が行われていると判定し、斜線で示す領域の内部に指先が入ったときにトップパネル１２０に振動が発生する。斜線で示す領域は、領域Ｓｔである。
ここで、図１４を用いて、図１３に示すように操作入力が行われた場合に、駆動制御部２４０が出力する振幅データに基づいて振幅変調器３２０から出力される駆動信号によってトップパネル１２０に生じる振動について説明する。図１４において、横軸は時間軸を表し、縦軸は振幅データの振幅値を表す。また、ここでは、利用者がスワイプ操作を行う際の指先の移動速度は略一定であることとする。
トップパネル１２０の位置Ｃ１に触れた指先を、時刻ｔ１において利用者が左方向に移動し始めたとする。そして、位置Ｃ１から距離ｄｍｍだけ移動させた時刻ｔ２において、駆動制御部２４０は、利用者の入力操作がスワイプ操作であると判定し、スワイプ用の振動パターンによる駆動を行う。スワイプ操作の判定に用いる操作距離ｄｍｍは、時刻ｔ１〜ｔ２の間の指先の移動距離に相当する。また、時刻ｔ２では、ページの遷移が開始する。
スワイプ用の振動パターンは、振幅がＡ１１であり、スワイプ操作が行われている間は、振動が連続する駆動パターンである。
時刻ｔ３で利用者が指先をトップパネル１２０から離してスワイプ操作を終えると、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する。このため、時刻ｔ３の直後に振幅がゼロになる。また、時刻ｔ３の後の時刻ｔ４においてページの遷移が完了する。
このように、利用者がページを捲るためにスワイプ操作を行った場合には、駆動制御部２４０は、一例として、振幅が一定値（Ａ１１）の振幅データを出力する。このため、利用者がスワイプ操作を行っている間は、利用者の指先に掛かる動摩擦力は低下し、利用者に指先が滑る感覚を提供することができ、利用者はスワイプ操作が電子機器１００に受け付けられていることを指先で感知することができる。
また、次に、図１５及び図１６を用いて、所謂フリック操作による操作入力が行われる場合の駆動制御部２４０の動作について説明する。
図１５には、電子メールを編集する動作モードにおいて、利用者の指先が位置Ｃ１１にあるアルファベットの"ｊ"を触れた状態から"ｌ"を選択するために、矢印で示すように上向きのフリック操作を行った状態を示す。図１５では、"A, B, C, 2 or #"の入力を行うためのＧＵＩ操作部のＹ軸正方向側に、"j, k, l, 5 or &"のいずれを選択したかを示す円形のサブ表示領域１６５が表示されている。サブ表示領域１６５では、フリック操作によって選択された"ｌ"がハイライトされている。
このように、電子メールを編集する動作モードでは、利用者のフリック操作によって文字の入力が行われるため、駆動制御部２４０は、操作入力がフリック操作であるかどうかを判定する。そして、電子メールを編集する動作モードでは、次のようにトップパネル１２０の振動が行われる。
図１６に示すように、利用者がアルファベットの"ｊ"の上の位置Ｃ１１に時刻ｔ１１において触れた指先を、時刻ｔ１２においてＹ軸正方向に移動し始めたとする。そして、位置Ｃ１１から指先を移動させたことを判定した直後に振動が始まり、利用者に指先が滑る感覚を提供する。これにより、利用者は、アルファベットの"ｊ"の上で指先を移動させている操作入力が電子機器１００に受け付けられていることを指先で感知することができる。このとき、トップパネル１２０には固有振動が生じているため、利用者の指先は滑りやすくなっており、フリック動作を行いやすい状態になる。
そして、時刻ｔ１３において、フリック操作により選択文字が"l"に遷移するとＧＵＩ操作部の表示も"l"がハイライトされた状態に更新され、それに伴い領域Ｓｔを更新し、所定の領域外に指が位置いていると判定して振幅をゼロにする。
このため、時刻ｔ１４ではトップパネル１２０の振幅がゼロになり、利用者の指先に掛かる動摩擦力が大きくなり、利用者に指先が引っ掛かる感覚を提供する。このように、動摩擦力が大きくなることにより、利用者は指先が突起に触れたように感じる。
これにより、利用者は、アルファベットの"ｌ"を選択する操作入力が電子機器１００に受け付けられたことを指先で感知することができる。
なお、ここでは、図１５及び図１６を用いて、ＧＵＩ操作部としての"j, k, l, 5 or &"の入力を行うためのＧＵＩ操作部を操作する場合について説明したが、例えば、図１に示すスライダー１０２ＢのＧＵＩ操作部を左右に動かす場合には、所定の移動量毎に振動を発生させればよい。また、スライダー１０２ＢのＧＵＩ操作部の操作を利用者に知覚させるために、任意の振動パターンでトップパネル１２０を振動させてもよい。
また、次に、図１７及び図１８を用いて、計算機のアプリケーションを実行している動作モードにおいて、操作入力が行われる場合の駆動制御部２４０の動作について説明する。
図１７に示すように、計算機のアプリケーションを実行している動作モードにおいて、利用者の指先が数字の'６'、に触れた状態から、指先を左方向に移動させることにより、数字の'５'、'４'の順番になぞる移動操作入力が行われた場合には、次のようにトップパネル１２０の振動が行われる。このような移動操作入力は、フリック操作、スワイプ操作、又はドラッグ操作とは異なり、複数のＧＵＩ操作部が並べられて表示されている状態で、指先が複数のＧＵＩ操作部を跨いで移動しながら行う操作入力である。
この場合に、図１８に示すように、利用者が数字の'６'の上の位置Ｃ２１（図１７参照）に触れた指先を、時刻ｔ２１において移動し始めたとする。そして、位置Ｃ２１から少し指先を移動させて、指先の位置が数字の'６'の領域から外に出て数字の'５'に入る時刻ｔ２２に短時間で振幅の大きな振動Ｂ１１が生じる。
この振動Ｂ１１は、指先の位置が数字の'６'の領域から外に出ることによって生成されるものであり、利用者の指先を知覚されないほど短時間の低摩擦状態から、瞬時的に高摩擦状態にすることにより、利用者に指先が突起に触れた触感を提供する。
また、指先が数字の'５'の内部をさらに左方向に移動すると、時刻ｔ２３から短時間で振幅の小さな振動Ｂ１２が一定の時間間隔で発生する。これは、数字の'５'はテンキーの中心に位置していることから、トップパネル１２０を目視しなくても利用者が指先の感覚だけで、数字の'５'を触れていることを感知できるようにするために発生させる振動である。
そして、時刻ｔ２４において、指先が数字の'５'の領域から出て'４'の領域に入ると、短時間で振幅の大きな振動Ｂ１３を発生させる。これは、振動Ｂ１１と同様の振動であり、利用者の指先を知覚されないほど短時間の低摩擦状態から、瞬時的に高摩擦状態にして、利用者に指先が突起に触れた触感を提供することにより、指先が数字の'５'の領域から'４'の領域に入ったことを触感で感知させるためである。
これにより、利用者は、数字の'６'、'５'、'４'を順番になぞったことを感知することができる。
以上、実施の形態の電子機器１００によれば、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を発生させて利用者の指先に掛かる動摩擦力を変化させるので、利用者に良好な触感を提供することができる。
また、第１駆動制御により、操作入力の位置に応じて振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のうちの少なくともいずれか１つを選択して駆動するので、消費電力を低減できる。
また、実施の形態の電子機器１００は、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の振幅のみを振幅変調器３２０で変調することによって駆動信号を生成している。正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数は、トップパネル１２０の固有振動数に等しく、また、この固有振動数は振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を加味して設定している。
すなわち、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数又は位相を変調することなく、振幅のみを振幅変調器３２０で変調することによって駆動信号を生成している。
従って、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動をトップパネル１２０に発生させることができ、スクイーズ効果による空気層の介在を利用して、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数を確実に低下させることができる。また、Sticky-band Illusion効果、又は、Fishbone Tactile Illusion効果により、トップパネル１２０の表面に凹凸が存在するような良好な触感を利用者に提供することができる。
また、制御周期の１周期の時間に相当する所要時間Δｔが経過した後の座標を推定して得る推定座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に振動を発生させるので、実際に指先が所定のＧＵＩ操作部等に触れている間に振動を発生させることができる。
なお、制御周期の１周期の時間に相当する所要時間Δｔ分の遅れが問題にならない場合は、推定座標の演算を行わなくてもよい。
また、以上では、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感を利用者に提供するために、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のオン／オフを切り替える形態について説明した。振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３をオフにするとは、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動する駆動信号が表す振幅値をゼロにすることである。
しかしながら、このような触感を提供するために、必ずしも振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３をオンからオフにする必要はない。例えば、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のオフの状態の代わりに、振幅を小さくして振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動する状態を用いてもよい。例えば、振幅を１／５程度に小さくすることにより、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３をオンからオフにする場合と同様に、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感を利用者に提供してもよい。
この場合は、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３の振動の強弱を切り替えるような駆動信号で振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を駆動することになる。この結果、トップパネル１２０に発生する固有振動の強弱が切り替えられ、利用者の指先に凹凸が存在するような触感を提供することができる。
振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３の振動の強弱を切り替えるために、振動を弱くする際に振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３をオフにすると、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のオン／オフを切り替えることになる。振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３のオン／オフを切り替えることは、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を断続的に駆動することである。
以上、実施の形態によれば、良好な触感を提供できる駆動制御装置３００、電子機器１００、及び駆動制御方法を提供することができる。
なお、以上では、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３を図８に示すように配置する形態について説明したが、図１９に示すように配置してもよい。
図１９は、実施の形態の変形例による振動素子の配置を示す図である。
図１９の（Ａ）に示すように、トップパネル１２０の長辺に沿って、振動素子１４０Ｃ１、１４０Ｃ２、１４０Ｃ３、１４０Ｃ４、１４０Ｃ５、１４０Ｄ１、１４０Ｄ２、１４０Ｄ３、１４０Ｄ４、１４０Ｄ５を配置してもよい。図１９の（Ａ）に示すように操作入力が行われた場合は、例えば、振動素子１４０Ｃ３と１４０Ｄ３を駆動すればよい。
なお、図１９の（Ａ）に示すように、長辺に沿って、振動素子１４０Ｃ１〜１４０Ｃ５、１４０Ｄ１〜１４０Ｄ５を配置する場合は、短辺方向に向かい合うことになる。このため、図８に示すように、振動素子１４０Ａ１〜１４０Ａ３と１４０Ｃ１〜１４０Ｃ３とが長辺方向に向かい合う場合よりも、向かい合う方向における距離が短くなる。従って、図８に示す配置よりも定在波を発生させ易くなる。
また、図１９の（Ｂ）に示すように、振動素子１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３に加えて、振動素子１４０Ｃ１、１４０Ｃ２、１４０Ｃ３、１４０Ｃ４、１４０Ｃ５、１４０Ｄ１、１４０Ｄ２、１４０Ｄ３、１４０Ｄ４、１４０Ｄ５を配置してもよい。図１９の（Ｂ）に示すように操作入力が行われた場合は、例えば、振動素子１４０Ａ２、１４０Ｂ２、１４０Ｃ３、１４０Ｄ３を駆動すればよい。
また、図１９の（Ｃ）に示すように、振動素子１４０Ｃ１、１４０Ｃ２、１４０Ｃ３、１４０Ｃ４、１４０Ｃ５、１４０Ｄ１、１４０Ｄ２、１４０Ｄ３、１４０Ｄ４、１４０Ｄ５に加えて、振動素子１４０Ｅ１、１４０Ｅ２、１４０Ｅ３、１４０Ｅ４、１４０Ｅ５を配置してもよい。
振動素子１４０Ｅ１、１４０Ｅ２、１４０Ｅ３、１４０Ｅ４、１４０Ｅ５は、トップパネル１２０の短辺の中点を通る長辺に平行な中心軸に沿って配設されている。図１９の（Ｃ）に示すように操作入力が行われた場合は、例えば、振動素子１４０Ｃ３、１４０Ｅ３を駆動すればよい。
図２０は、実施の形態の変形例の電子機器１００Ａを示す図である。電子機器１００Ａは、ノートブック型のＰＣ（Personal Computer:パーソナルコンピュータ）である。
ＰＣ１００Ａは、ディスプレイパネル１６０Ａとタッチパッド１６０Ｂを含む。タッチパッド１６０Ｂの表面に超音波帯の固有振動が生じるようにタッチパッド１６０Ｂの裏面に振動素子１４０を設けておけば、図１に示す電子機器１００と同様に、タッチパッド１６０Ｂへの操作入力の移動量に応じて、利用者の指先に触感を通じて操作感を提供することができる。
また、ディスプレイパネル１６０Ａの裏面に振動素子１４０を設けておけば、図１に示す電子機器１００と同様に、ディスプレイパネル１６０Ａへの操作入力の移動量に応じて、利用者の指先に触感を通じて操作感を提供することができる。
以上、本発明の例示的な実施の形態の電子機器及び駆動制御方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
１００ 電子機器
１１０ 筐体
１２０ トップパネル
１３０ 両面テープ
１４０Ａ１、１４０Ａ２、１４０Ａ３、１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ３ 振動素子
１５０ タッチパネル
１６０ ディスプレイパネル
１７０ 基板
２００ 制御部
２２０ アプリケーションプロセッサ
２３０ 通信プロセッサ
２４０ 駆動制御部
２５０ メモリ
３００ 駆動制御装置
３１０ 正弦波発生器
３２０ 振幅変調器

Claims (9)

  1. 表示部と、
    前記表示部の表示面側に配設され、操作面を有し、平面視で矩形状のトップパネルと、
    前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、
    前記トップパネルの一つの辺に沿って配設され、前記操作面に振動を発生させる複数の第１振動素子と、
    前記トップパネルの前記一つの辺の対向辺に沿って配設され、前記操作面に振動を発生させる複数の第２振動素子と、
    前記操作面を複数の領域に区分した区分領域の位置と、各区分領域で駆動する前記第１振動素子又は前記第２振動素子の識別子とを関連付けた区分領域データを格納するメモリと、
    前記位置検出部によって検出される前記操作入力の位置と、前記区分領域データとに基づいて、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で、前記複数の第１振動素子及び前記複数の第２振動素子のうちの少なくともいずれか１つを駆動する駆動制御部と
    を含む、電子機器。
  2. 前記駆動制御部は、前記操作面への操作入力の位置及び当該位置の時間的変化度合に応じて、前記固有振動の強度が変化するように前記複数の第１振動素子及び前記複数の第２振動素子のうちの少なくともいずれか１つを駆動する、請求項１記載の電子機器。
  3. 前記駆動制御部は、前記操作入力の位置が、前記表示部に表示されるＧＵＩ操作部の境界を跨いで移動するときに、又は、前記ＧＵＩ操作部を操作しながら移動するときに、前記固有振動の強度を変化させる、請求項２記載の電子機器。
  4. 前記駆動制御部は、前記操作入力の位置が、前記表示部に表示される画像のページを跨いで移動するときに、前記固有振動の強度を変化させる、請求項２又は３記載の電子機器。
  5. 前記駆動制御部は、前記操作入力の位置が、前記表示部に表示される所定のＧＵＩ操作部の領域内を移動するときに、前記固有振動の強度を変化させる、請求項２又は３記載の電子機器。
  6. 前記第１振動素子及び前記第２振動素子は、前記トップパネルの短辺に沿って配設されており、
    前記駆動制御部が前記複数の第１振動素子及び前記複数の第２振動素子のうちの少なくともいずれか１つを振動させることにより、前記トップパネルの長辺の方向に振幅が変化する定在波が生じる、請求項１乃至５のいずれか一項記載の電子機器。
  7. 前記駆動制御部は、所定時間経過後の前記操作入力の位置を当該位置の時間的変化度合に応じて推定し、推定した操作入力の位置に応じて、前記固有振動の強度が変化するように前記第１振動素子及び前記第２振動素子を駆動する、請求項１乃至６のいずれか一項記載の電子機器。
  8. 前記駆動信号は、一定の周波数と一定の位相で前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号である、請求項１乃至７のいずれか一項記載の電子機器。
  9. 表示部と、
    前記表示部の表示面側に配設され、操作面を有し、平面視で矩形状のトップパネルと、
    前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、
    前記トップパネルの一つの辺に沿って配設され、前記操作面に振動を発生させる複数の第１振動素子と、
    前記トップパネルの前記一つの辺の対向辺に沿って配設され、前記操作面に振動を発生させる複数の第２振動素子と、
    前記操作面を複数の領域に区分した区分領域の位置と、各区分領域で駆動する前記第１振動素子又は前記第２振動素子の識別子とを関連付けた区分領域データを格納するメモリと
    を含む電子機器の駆動制御方法であって、
    前記位置検出部によって検出される前記操作入力の位置と、前記区分領域データとに基づいて、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記複数の第１振動素子及び前記複数の第２振動素子のうちの少なくともいずれか１つを駆動する、駆動制御方法。
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