JP6819783B2 - 駆動制御装置、電子機器、及び駆動制御方法 - Google Patents

駆動制御装置、電子機器、及び駆動制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、駆動制御装置、電子機器、及び駆動制御方法に関する。
従来より、支持基板と、前記支持基板上の第１の方向に延在している互いに平行な複数のＸ電極と、前記支持基板上の第２の方向に延在しかつ前記Ｘ電極と互いに絶縁されている互いに平行な複数のＹ電極とを備える触覚提示装置がある。
前記各Ｘ電極のうち外部から入力された対象領域に該当するＸ電極に対して第１の周波数の電圧信号を印加し、前記各Ｙ電極のうち前記対象領域に該当するＹ電極に対して第２の周波数の電圧信号を印加し、前記第１および第２の周波数の差の絶対値によって前記対象領域に電気的なうなり振動を発生させる駆動回路を備えることを特徴とする
特開２０１５−０９７０７６号公報
ところで、従来の触覚提示装置は、Ｘ電極又はＹ電極と指との間に働く静電気力を引力として用いて、利用者の指に振動を与えているが、静電気力では十分な強さの振動を発生させることが容易ではないため、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駆動制御装置、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駆動制御装置は、操作面を有するトップパネルと、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、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御装置であって、前記操作面に固有振動を発生させる駆動信号であって、超音波帯の第１周波数の波形信号を、前記第１周波数との差が人間の触感受容器で感じ取れる周波数である第２周波数の変調信号で変調した駆動信号で振動素子を駆動する駆動制御部を含む。
良好な触感を提供できる駆動制御装置、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を示す斜視図である。 実施の形態の電子機器を示す平面図である。 図２に示す電子機器の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に生じる定在波のうち、トップパネルの短辺に平行に形成される波頭を示す図である。 電子機器のトップパネル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の構成を示す図である。 メモリに格納されるデータを示す図である。 メモリに格納されるデータを示す図である。 第１駆動信号の振幅とゲインの周波数特性を示す図である。 第２駆動信号の振幅とゲインの周波数特性を示す図である。 トップパネルに接着した振動素子のコンダクタンス及びトップパネルの機械的振動の振幅を示す図である。 トップパネルに接着した振動素子のコンダクタンス及びトップパネルの機械的振動の振幅を示す図である。 トップパネルに発生する振動を示す図である。 実施の形態の電子機器の駆動制御装置の駆動制御部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の動作例を示す図である。 実施の形態の電子機器の動作例を示す図である。 実施の形態の第１変形例の電子機器の断面を示す図である。 実施の形態の第２変形例の電子機器を示す図である。 実施の形態の第３変形例の電子機器のタッチパッドの断面を示す図である。 実施の形態の第４変形例の電子機器の動作状態を示す平面図である。 実施の形態の第５変形例の電子機器を示す図である。 実施の形態の第６変形例の電子機器を示す図である。
以下、本発明の駆動制御装置、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１４０、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１２０Ａ（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１４０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１２０Ａ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１４０が接着された状態で、振動素子１４０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１４０が接着されているため、実際には、振動素子１４０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１４０は、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、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接着されている。振動素子１４０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１４０は、後述する駆動制御部から出力される第１駆動信号によって駆動される。振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は第１駆動信号によって設定される。また、振動素子１４０のオン／オフは第１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１４０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ため、振動素子１４０は、トップパネル１２０の固有振動数で振動するように第１駆動信号によって駆動される。
また、振動素子１４０は、第２駆動信号によって駆動される場合もある。この場合には、振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は第２駆動信号によって設定され、振動素子１４０のオン／オフは第２駆動信号によって制御される。第２駆動信号によって振動素子１４０が駆動される場合には、第１駆動信号によって振動素子１４０が駆動される場合とは異なる振動モードの固有振動がトップパネル１２０に発生する。
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１４０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１４０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。
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。
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（Ａ）、（Ｂ）には、第１駆動信号で振動素子１４０を駆動する場合にトップパネル１２０に生じる超音波帯の定在波を示す。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１４０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 0006819783
Figure 0006819783
 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１４２ｍｍ、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３０ｋＨｚとなる。この場合は、周波数が３０ｋＨｚの第１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１４０（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１２０Ａに定在波が生じる。
なお、ここでは、１つの振動素子１４０がトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、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接着される形態について説明するが、振動素子１４０を２つ用いてもよい。２つの振動素子１４０を用いる場合は、もう１つの振動素子１４０をトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸負方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着すればよい。この場合に、２つの振動素子１４０は、トップパネル１２０の２つの短辺に平行な中心線を対称軸として、軸対称になるように配設すればよい。
また、２つの振動素子１４０を駆動する場合は、周期数ｋが整数の場合は同一位相で駆動すればよく、周期数ｋが小数（整数部と小数部を含む数）の場合は逆位相で駆動すればよい。
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１４０（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１２０Ａ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１２０Ａ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１２０Ａ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１２０Ａ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１２０Ａ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１４０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１４０、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、押圧操作判定部２５０、及びメモリ２６０を有する。制御部２００は、例えば、ＩＣチップで実現される。押圧操作判定部２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０に含まれる。
また、駆動制御部２４０、押圧操作判定部２５０、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、押圧操作判定部２５０、及びメモリ２６０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２６０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２６０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２６０、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１４０との間に配設されており、駆動制御装置３００から出力される第１駆動信号又は第２駆動信号を増幅して振動素子１４０を駆動する。
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ＯＳ（Operating System）がインストールされており、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。アプリケーションプロセッサ２２０は、押圧操作判定部２５０を含む。
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、スクイーズ効果を利用した触感を提供する際には、２つの所定条件が揃った場合に、第１振幅データを振幅変調器３２０に出力する。第１振幅データは、スクイーズ効果を利用した触感を提供する際に、振動素子１４０の駆動に用いる第１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。第１振幅データは、一例として、３５０Ｈｚの周波数で第１駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデジタルデータである。
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１２０Ａ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。
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１２０Ａ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１４０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つ目の所定条件である。
従って、駆動制御部２４０が出力する第１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、触感を表す所定の振幅値に設定される。
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、第１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１２０Ａ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１２０Ａ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１２０Ａ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１２０Ａ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１２０Ａ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メモリ２６０に格納されるデータは、メモリ２６０に格納されている。
駆動制御部２４０がスクイーズ効果を利用した触感を提供する際に、第１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、操作入力の位置を表す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、スクイーズ効果を利用した触感を提供する際に、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であり、操作入力の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、振幅値を表す第１振幅データをメモリ２６０から読み出して、振幅変調器３２０に出力する。
また、駆動制御部２４０は、押圧操作判定部２５０によって、所定のＧＵＩ操作部の表示領域内においてトップパネル１２０の表面１２０Ａを押圧する操作が行われたと判定されると、クリック感のある触感を提供するための第２振幅データを振幅変調器３２０に出力する。
第２振幅データは、クリック感のある触感を提供する際に、振動素子１４０の駆動に用いる第２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。第２振幅データの振幅値は、所定値に設定される。第２振幅データは、一例として、２９．６５ｋＨｚの周波数で第２駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデジタルデータである。なお、２９．６５ｋＨｚは、第２周波数の一例である。
押圧操作判定部２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０に含まれる。押圧操作判定部２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０のＯＳによって実現される機能の一部を表したものである。
押圧操作判定部２５０は、所定のＧＵＩ操作部が表示される領域内でトップパネル１２０を押圧する操作が行われると、押圧イベントを出力する。押圧イベントは、所定のＧＵＩ操作部が表示される領域内でトップパネル１２０を押圧する操作が行われたことを表す信号である。
また、所定のＧＵＩ操作部とは、例えば、ボタンの画像を表すＧＵＩ操作部のように、押圧操作を受け付けるＧＵＩ操作部である。所定のＧＵＩ操作部が表示される領域とは、ボタンの画像を表すＧＵＩ操作部のように、押圧操作を受け付けるＧＵＩ操作部が表示される領域である。
押圧イベントは、プリケーションプロセッサ２２０が電子機器１００の種々のアプリケーションを実行する際に利用される他に、駆動制御部２４０に入力され、駆動制御部２４０が第２振動パターンで振動素子１４０を駆動する際に利用される。
メモリ２６０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操作部等を表す領域データと、第１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を格納する。また、メモリ２６０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操作部等を表す領域データと、第２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を格納する。第１振動パターン及び第２振動パターンについては後述する。
また、メモリ２６０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第１駆動信号及び第２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３０ｋＨｚの固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３０ｋＨｚ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。３０ｋＨｚは、第１周波数の一例である。
正弦波発生器３１０が発生する正弦波信号は、超音波帯の固有振動を発生させる第１駆動信号及び第２駆動信号の元になる交流の基準信号であり、一定の周波数と一定の位相を有する。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。
なお、ここでは、正弦波信号を発生する正弦波発生器３１０を用いる形態について説明するが、正弦波信号ではなくてもよい。例えば、クロックの立ち上がりと立ち下がりの波形を鈍らせたような波形の信号を用いてもよい。このため、超音波帯の交流信号を発生する信号発生器を正弦波発生器３１０の代わりに用いてもよい。
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第１駆動信号及び第２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、第１駆動信号及び第２駆動信号を生成する。
このため、振幅変調器３２０が出力する第１駆動信号及び第２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、第１駆動信号及び第２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。また、第１駆動信号及び第２駆動信号が同時に生成されることはなく、操作入力の状態に応じて、いずれか一方が生成される。
次に、図７及び図８を用いて、メモリ２６０に格納されるデータについて説明する。図７及び図８は、メモリ２６０に格納されるデータを示す図である。
図７に示すデータは、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、第１振動パターンを表すパターンデータとを関連付けた第１データである。
第１振動パターンは、利用者が指先をトップパネル１２０に触れた状態で移動させているときに振動素子１４０を振動させるために用いる振動パターンであり、第１駆動信号を生成するために用いられる。第１振動パターンは、第１駆動信号を生成するために用いられる第１振幅データを時系列的に配列したパターンデータである。第１振幅データは、一例として、時間軸方向に３５０ｋＨｚで配列される。
第１振動パターンは、スクイーズ効果を利用してトップパネル１２０の表面１２０Ａをなぞる指先に掛かる動摩擦係数を低下させ、振動の強弱を変えることによって触感を提供するために用いる振動パターンである。
図７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f1~f4を示す。また、第１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、メモリ２６０に格納される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。
また、図８には、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、第２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データを示す。
第２振動パターンは、利用者が指先をトップパネル１２０に触れていない状態から、所定のＧＵＩ操作部の表示領域内において指先でトップパネル１２０を押圧するときに、振動素子１４０を振動させるために用いる振動パターンであり、第２駆動信号を生成するために用いられる。第２振動パターンは、第２駆動信号を生成するために用いられる第２振幅データを時系列的に配列したパターンデータである。第２振幅データは、一例として、時間軸方向に２９．６５ｋＨｚで配列される。
正弦波発生器３１０によって発生させる正弦波信号を変調器３２０において第２振動パターンで変調することにより、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感を模擬的に表現する。
このようなクリック感は、例えば、ＬＲＡ(Linear Resonant Actuator)を可聴域の周波数の駆動信号で駆動することによって実現することもできる。しかしながら、電子機器１００は、超音波帯の周波数で駆動される振動素子１４０を含んでいるため、振動素子１４０を振動させてクリック感のある触感を提供するために、第２振動パターンを含む図８に示すデータをメモリ２６０に格納している。
振動素子１４０を振動させることでクリック感のある触感を提供できれば、ＬＲＡのようなアクチュエータを追加することが不要になる。特に、電子機器１００が携帯型の端末機である場合には、部品点数を増やすことはスペースの制約等の観点から現実的ではないため、電子機器１００は、振動素子１４０を超音波帯の第２駆動信号で駆動することで、クリック感のある触感を提供する。
図８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、第２振動パターンを表すパターンデータとして、Ｐ１１〜Ｐ１４を示す。アプリケーションＩＤは、図７に示すアプリケーションＩＤと同様である。
次に、図９及び図１０を用いて、第１駆動信号及び第２駆動信号の振幅とゲインについて説明する。図９及び図１０は、それぞれ、第１駆動信号及び第２駆動信号の振幅とゲインの周波数特性を示す図である。ゲインは、振幅をフーリエ変換することによって得たものである。
第１駆動信号は、正弦波発生器３１０で発生される３０ｋＨｚの正弦波信号を変調器３２０で３５０Ｈｚの第１振幅データで変調して得られる駆動信号である。３５０Ｈｚの第１振幅データは、３５０Ｈｚで振幅が正弦波状に変化する振幅データであり、変調周波数は３５０Ｈｚである。このため、図９の上側に示すように、第１駆動信号の振幅は、包絡線で示すように３５０Ｈｚの周期で変化する。
図９の下側に示すように、第１駆動信号のゲインは、３０ｋＨｚ成分と、２９．６５ｋＨｚ成分と、３０．３５ｋＨｚ成分とが得られる。これは、搬送波となる３０ｋＨｚの正弦波信号を中心として、３５０Ｈｚ低い２９．６５ｋＨｚ成分と、３５０Ｈｚ高い３０．３５ｋＨｚ成分とが得られたことを意味する。
スクイーズ効果を利用した触感は、利用者の指先がトップパネル１２０をなぞりながら移動するときに、超音波帯である３０ｋＨｚの正弦波信号に対して、３５０Ｈｚ低い２９．６５ｋＨｚ成分と、３５０Ｈｚ高い３０．３５ｋＨｚ成分とを利用して、指先の触感受容体を刺激することによって提供される。スクイーズ効果を利用した触感は、利用者の指先が移動している状態で提供される能動的な触感である。
指先の触感受容体とは、マイスナー小体、パチニ小体、メルケル触盤等であり、約１５０Ｈｚ〜約４００Ｈｚの帯域に感度を有する。このため、超音波帯である３０ｋＨｚの正弦波信号に対して、３５０Ｈｚ低い２９．６５ｋＨｚ成分と、３５０Ｈｚ高い３０．３５ｋＨｚ成分とを利用して、スクイーズ効果を利用した触感を提供することができる。
また、第２駆動信号は、正弦波発生器３１０で発生される３０ｋＨｚの正弦波信号を変調器３２０で２９．６５ｋＨｚの第２振幅データで変調して得られる駆動信号である。２９．６５ｋＨｚの第２振幅データは、２９．６５ｋＨｚで振幅が正弦波状に変化する振幅データであり、変調周波数は２９．６５ｋＨｚである。このため、図１０の上側に示すように、第２駆動信号は、３０ｋＨｚの正弦波信号と２９．６５ｋＨｚの正弦波状の振幅データとを合成した波形になる。このような合成波（第２駆動信号）の振幅は、３５０Ｈｚの周期で変化する。
このため、図１０の下側に示すように、第２駆動信号のゲインは、３０ｋＨｚ成分と、３５０Ｈｚ成分と、５９．６５ｋＨｚ成分とが得られる。したがって、第２駆動信号で振動素子１４０を駆動すると、トップパネル１２０には、３５０Ｈｚの固有振動と、３０ｋＨｚの固有振動とが発生する。
このように、第２駆動信号では、３５０Ｈｚ成分が得られるため、第２駆動信号で振動素子１４０を駆動すれば、トップパネル１２０に３５０Ｈｚの振動を発生させることができ、利用者がトップパネル１２０に触れた指先を移動させずに止めた状態で、指先に振動を与えることができる。振動の周波数が３５０Ｈｚであり、指先の触感受容体が感じ取れる周波数であるため、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感を模擬的に表現できるようになるからである。このようなクリック感を表す触感は、利用者の指先が静止した状態で提供される受動的な触感である。
なお、一例として、３５０Ｈｚの固有振動は、トップパネル１２０に生じ得る複数の固有振動のうちの３次モードであり、３０ｋＨｚの固有振動は２８次モードである。
次に、トップパネル１２０の厚さによる振動特性の違いについて説明する。図１１は、トップパネル１２０の厚さが０．３ｍｍの場合の振動素子１４０のコンダクタンス及び振幅を示す図である。図１２は、トップパネル１２０の厚さが０．５５ｍｍの場合の振動素子１４０のコンダクタンス及び振幅を示す図である。振動素子１４０のコンダクタンスは機械共振の強度を表す。
なお、ここでは、トップパネル１２０のＹ軸方向の寸法は、１４２ｍｍである。また、図１１及び図１２では、指先の触感受容体が感度を有する１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの帯域を破線と矢印で示す。
図１１に示すように、トップパネル１２０の厚さが０．３ｍｍの場合には、１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの帯域において、コンダクタンスは、２５０Ｈｚ、３００Ｈｚ、３５０Ｈｚにピークが得られ、振幅は、２５０Ｈｚと３５０Ｈｚにピークが得られ、特に３５０Ｈｚのピークが高いことから、３５０Ｈｚの固有振動が発生していることが確認できる。
図１２に示すように、トップパネル１２０の厚さが０．５５ｍｍの場合には、１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの帯域にはコンダクタンスのピークは得られず、コンダクタンスのピークは、約５００Ｈｚ、約６００Ｈｚ、約８４０Ｈｚであった。また、振幅はピークが得られなかった。
このように、トップパネル１２０の厚さが０．５５ｍｍの場合よりも、トップパネル１２０の厚さが０．３ｍｍの場合において固有振動が励起されることが分かった。すなわち、トップパネル１２０の厚さが薄い方が、固有振動が励起され易いことが分かった。
図１３は、トップパネル１２０に発生する振動を示す図である。図１３には、破線で１次モードの振動を示し、実線で３次モードの振動を示す。
１次モードでは、１つの腹がトップパネル１２０の長手方向（Ｙ軸方向）の中央に位置し、両端は節になる。また、３次モードでは、３つの腹がトップパネル１２０の長手方向に沿って配列され、両端は３つの腹の両外側の節よりも外側の腹に近い位置になる。
ここで、トップパネル１２０のＺ軸負方向側には、タッチパネル１５０とディスプレイパネル１６０（図３参照）が位置するため、平面視で振動素子１４０をトップパネル１２０の中央に配置することは困難であり、トップパネル１２０のＹ軸方向の端部に配置することになる。このため、電子機器１００では、振動素子１４０は、トップパネル１２０のＹ軸正方向の端部に配置されている。
トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生させるには、振動素子１４０の位置が固有振動の腹又は腹に近い位置であることが好ましく、節又は節に近い位置であることは好ましくない。
このような観点から、１次モードの固有振動を用いることは好ましくなく、２次以上の振動モードの固有振動を用いることが好ましい。２次以上のモードであれば、振動素子１４０が配置されるトップパネル１２０の端部に固有振動の節が位置せず、腹又は腹に近い位置で加振できるからである。換言すれば、トップパネル１２０のＹ軸方向の長さは、人間の触感受容器で感じ取れる周波数における１波長以上の長さであればよい。
このため、電子機器１００では、一例として、第２駆動信号で駆動したときにトップパネル１２０に生じる３５０Ｈｚの振動が、３次モードになるように設定している。
次に、図１４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１４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。
電子機器１００のＯＳ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１４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、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Ｓ１）。
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Ｓ２）。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Ｓ２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、操作入力の位置が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。
駆動制御部２４０は、操作入力の位置がステップＳ１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、領域データに対応する第１振幅データを第１データから求める（ステップＳ４）。
駆動制御部２４０は、第１振幅データを出力する（ステップＳ５）。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第１振幅データの振幅値に応じて変調されることによって第１駆動信号が生成され、振動素子１４０が駆動される。
また、ステップＳ２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（Ｓ２：ＮＯ）は、押圧イベントが入力されたかどうかを判定する（ステップＳ６）。押圧イベントが入力されたかどうかを判定することは、所定のＧＵＩ操作部が表示される領域内でトップパネル１２０を押圧する操作が行われたかどうかを判定することである。
駆動制御部２４０は、押圧イベントが入力された（Ｓ６：ＹＥＳ）と判定すると、第２振幅データを出力する（ステップＳ７）。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第２振幅データの振幅値に応じて変調されることによって第２駆動信号が生成される。
駆動制御部２４０は、第２振幅データを出力する（ステップＳ５）。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第２振幅データの振幅値に応じて変調されることによって第２駆動信号が生成され、振動素子１４０が駆動される。
第２駆動信号は、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感を模擬的に表現する駆動信号であるため、振動素子１４０が駆動されることによって、トップパネル１２０には、クリック感を模擬的に表現した振動が発生する。この結果、利用者は、指先にクリック感を感じる。
また、ステップＳ３において、操作入力の位置がステップＳ１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にない（Ｓ３：ＮＯ）と判定した場合と、ステップＳ６において、押圧イベントが入力されていない（Ｓ６：ＮＯ）と判定した場合には、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する（ステップＳ８）。
駆動制御部２４０は、振幅値がゼロの振幅データを出力する（ステップＳ５）。これにより、駆動制御部２４０は、振幅値がゼロの振幅データを出力し、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１４０は駆動されない。
次に、図１５及び図１６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１５及び図１６は、実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。図１５及び図１６では、図２乃至図４と同様のＸＹＺ座標を定義する。
ここでは、図１５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、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'にむけてトップパネル１２０の表面１２０Ａをなぞる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１６に示すように、利用者が数字の'６'の上の位置Ｃ１（図１５参照）に触れた指先を、時刻ｔ１において移動し始めたとする。そして、位置Ｃ１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ｔ２に短時間で振幅の大きな振動Ｂ１１が生じる。振動Ｂ１１は、第１駆動信号によって生成されるスクイーズ効果用の振動である。
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。
利用者は、時刻ｔ３において、数字の'５'の表示領域の内部において指先をトップパネル１２０から離す。
そして、時刻ｔ４において、数字の'５'の表示領域の内部でトップパネル１２０を押圧すると、短時間で振幅の大きな振動Ｂ２を発生させる。振動Ｂ２は、クリック感用の振動である。
このように、電子機器１００は、利用者の指先がトップパネル１２０に触れながら移動すると、第１駆動信号でスクイーズ効果用の振動を発生させる。これにより、利用者の指先には、動摩擦係数の変化に基づく触感が提供される。
また、電子機器１００は、利用者の指先がトップパネル１２０から離れている状態から、所定のＧＵＩ操作部の表示領域内において指先がトップパネル１２０に触れてトップパネル１２０が押圧されると、第２駆動信号でクリック感用の振動を発生させる。これにより、利用者の指先には、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感のような触感が提供される。
以上、実施の形態の電子機器１００によれば、押圧操作を受け付けるＧＵＩ操作部の表示領域内においてトップパネル１２０の表面１２０Ａを押圧する操作が行われると、第２振幅データを用いて振幅変調器３２０で正弦波信号が変調される。第２振幅データは、クリック感のある触感を提供する際に、第２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。
このため、押圧操作を行った利用者の指先には、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感のような触感が提供される。第２駆動信号は、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動を利用して、トップパネル１２０に人間の触感受容器で感じ取れる周波数の振動を発生させる駆動信号である。このように、固有振動で人間の触感受容器で感じ取れる周波数の振動を発生させるので、振動の振幅が大きく、指先ではっきりと感じ取ることができる良好な触感を利用者に提供することができる。
また、電子機器１００は、スクイーズ効果を利用した触感を提供する電子機器をベースに構築されており、スクイーズ効果を利用した触感を提供するために、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動に等しい周波数で振動素子１４０を駆動させている。
しかしながら、スクイーズ効果を利用した触感に加えてクリック感用の触感を提供するために、ＬＲＡのようなアクチュエータを追加することは、特に、電子機器１００が携帯型の端末機である場合には、スペースの制約等の観点から現実的ではない。
このような観点から、電子機器１００は、スクイーズ効果を利用した触感を提供するために用いている振動素子１４０、駆動制御部２４０、正弦波発生器３１０、及び変調器３２０を利用して、クリック感のある触感を提供できるようにしている。
すなわち、メモリ２６０に第２振動パターンを含む第２データを追加的に格納し、押圧操作判定部２５０で所定のＧＵＩ操作部の表示領域内において押圧操作が行われることを検出する機能を追加するだけで、押圧操作に伴うクリック感のある触感を実現している。
換言すれば、最小限の構成要素の追加で、スクイーズ効果を利用した触感を提供する電子機器をベースにして、スクイーズ効果を利用した触感に加えてクリック感用の触感を提供できる電子機器１００を実現している。
また、利用者がトップパネル１２０に触れた指先を移動させる場合には、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、スクイーズ効果を利用することによって、利用者に良好な触感を提供することができる。
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（第１駆動信号及び第２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１４０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（第１駆動信号及び第２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、利用者の指先がトップパネル１２０をなぞりながら移動する場合には、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１２０Ａ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１２０Ａ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、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１４０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１４０をオフにするとは、振動素子１４０を駆動する第１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１４０をオンからオフにする必要はない。例えば、振動素子１４０のオフの状態の代わりに、振幅を小さくして振動素子１４０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１４０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１４０の振動の強弱を切り替えるような第１駆動信号で振動素子１４０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１４０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１４０をオフにすると、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることになる。振動素子１４０のオン／オフを切り替えることは、振動素子１４０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。 ここで、図１７乃至図２２を用いて、実施の形態の電子機器１００（図３参照）の変形例について説明する。
図１７は、実施の形態の第１変形例の電子機器１００Ｃの断面を示す図である。図１７に示す断面は、図３に示すＡ−Ａ矢視断面に対応する断面である。図１７では図３と同様に直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
電子機器１００Ｃは、筐体１１０Ｂ、トップパネル１２０、パネル１２１、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０Ａ、及び基板１７０を含む。
電子機器１００Ｃは、図３に示す電子機器１００のタッチパネル１５０を裏面側（Ｚ軸負方向側）に設けた構成を有する。このため、図３に示す電子機器１００と比べると、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、及び基板１７０が裏面側に配設されている。
筐体１１０Ｂには、Ｚ軸正方向側の凹部１１０Ａと、Ｚ軸負方向側の凹部１１０Ｃとが形成されている。凹部１１０Ａの内部には、ディスプレイパネル１６０Ａが配設され、トップパネル１２０で覆われている。また、凹部１１０Ｃの内部には、基板１７０とタッチパネル１５０が重ねて設けられ、パネル１２１は両面テープ１３０で筐体１１０Ｂに固定され、パネル１２１のＺ軸正方向側の面には、振動素子１４０が設けられている。
図１７に示す電子機器１００Ｃにおいて、パネル１２１への操作入力に応じて、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることによってパネル１２１に超音波帯の固有振動を発生させれば、図３に示す電子機器１００と同様に、利用者が指先の感覚でディスプレイパネル１６０に表示される画像に対応した触感を知覚できる電子機器１００Ｃを提供することができる。
なお、図１７には、裏面側にタッチパネル１５０を設けた電子機器１００Ｃを示すが、図３に示す構造と図１７に示す構造とを合わせて、表面側と裏面側とにそれぞれタッチパネル１５０を設けてもよい。
図１８は、実施の形態の第２変形例の電子機器１００Ｄを示す図である。電子機器１００Ｄ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。
ＰＣ１００Ｄは、ディスプレイパネル１６０Ｂ１とタッチパッド１６０Ｂ２を含む。
図１９は、実施の形態の第３変形例の電子機器１００Ｄのタッチパッド１６０Ｂ２の断面を示す図である。図１９に示す断面は、図３に示すＡ−Ａ矢視断面に対応する断面である。図１９では図３と同様に直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。
タッチパッド１６０Ｂ２は、図３に示す電子機器１００から、ディスプレイパネル１６０を取り除いた構成を有する。
図１８に示すようなＰＣとしての電子機器１００Ｄにおいて、タッチパッド１６０Ｂ２への操作入力に応じて、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることによってトップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生させれば、図３に示す電子機器１００と同様に、タッチパッド１６０Ｂ２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１６０Ｂ１の裏面に振動素子１４０を設けておけば、図３に示す電子機器１００と同様に、ディスプレイパネル１６０Ｂ１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。この場合は、ディスプレイパネル１６０Ｂ１の代わりに、図３に示す電子機器１００を設ければよい。
図２０は、実施の形態の第４変形例の電子機器１００Ｅの動作状態を示す平面図である。
電子機器１００Ｅは、筐体１１０、トップパネル１２０Ｃ、両面テープ１３０、振動素子１４０、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。
図２０に示す電子機器１００Ｅは、トップパネル１２０Ｃが曲面ガラスであること以外は、図３に示す実施の形態の電子機器１００の構成と同様である。
トップパネル１２０Ｃは、平面視における中央部がＺ軸正方向側に突出するように湾曲している。図２０には、トップパネル１２０ＣのＹＺ平面における断面形状を示すが、ＸＺ平面における断面形状も同様である。
このように、曲面ガラスのトップパネル１２０Ｃを用いることにより、良好な触感を提供できる。特に、画像として表示する物体の実物の形状が湾曲している場合に有効的である。
なお、以上では、電子機器１００がディスプレイパネル１６０を含む形態について説明したが、電子機器１００は、ディスプレイパネル１６０を含まずに、トップパネル１２０の表面１２０Ａに操作が行われた場合に、振動素子１４０を駆動して表面１２０Ａに振動を発生させるものであってもよい。このような電子機器１００Ｆ及び１００Ｇについて図２１及び図２２を用いて説明する。
図２１は、第５変形例の電子機器１００Ｆを示す平面図である。図２１に示すように、タッチパネル１５０Ｆが配設される領域には、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４が配設されている。
操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４は、トップパネル１２０Ｆの裏面に印刷されている。操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４の印刷が行われている４つの領域は、それぞれ、図７に示す領域データf1~f4及び図８に示す領域データf11~f14のように、ＸＹ座標における位置が決められデータ化されている。また、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４に操作入力が行われると、それぞれ、所定の振動パターンで駆動制御部２４０によって振動素子１４０Ｆが駆動される。
このような所定の振動パターンは、図７に示す振動パターンＰ１〜Ｐ４と領域データf1~f4とを関連付けるとともに、図８に示す振動パターンＰ１１〜Ｐ１４と領域データf11~f14とを関連付けるように、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４の印刷が行われている４つの領域の領域データと関連付けてメモリ２５０に格納しておけばよい。
なお、第５変形例の電子機器１００Ｆにおいて、平面視でタッチパネル１５０Ｆが位置する領域内において、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４以外の部分に操作入力が行われる場合にも、駆動制御部２４０によって振動素子１４０Ｆを駆動してもよい。
この場合は、平面視でタッチパネル１５０Ｆが位置する領域のうち、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４以外の領域を表す領域データと、振動パターンを表すデータについても、図７に示す振動パターンＰ１〜Ｐ４及び領域データf1~f4と同様のデータを関連付けるとともに、図８に示す振動パターンＰ１１〜Ｐ１４及び領域データf11~f14と同様のデータを関連付けておけばよい。
操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４は、それぞれ、前席右側のウィンドウ、前席左側のウィンドウ、後席右側のウィンドウ、後席左側のウィンドウの開閉操作を行う操作部である。
また、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４の印刷が行われている４つの領域内でトップパネル１２０Ｆの表面に触れながら移動すると、第１駆動信号でスクイーズ効果用の振動を発生させる。これにより、利用者の指先には、動摩擦係数の変化に基づく触感が提供される。これにより、利用者は、指先に提供される触感で、指先が操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４のいずれかの内部にあることを判別することができる。
そして、電子機器１００Ｆは、利用者の指先がトップパネル１２０Ｆから離れている状態から、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４のいずれかの内部において指先がトップパネル１２０Ｆに触れてトップパネル１２０Ｆが押圧されると、タッチパネル１５０Ｆから出力される位置データが各ウィンドウを駆動するモータの制御部に入力される。これにより、それぞれ、前席右側のウィンドウ、前席左側のウィンドウ、後席右側のウィンドウ、後席左側のウィンドウの開閉操作を行うことができる。
また、押圧操作を行ったことにより、電子機器１００Ｆは、第２駆動信号でクリック感用の振動を発生させる。これにより、利用者の指先には、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感のような触感が提供され、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４のうちのいずれかを操作していることを触感で判別することができる。なお、利用者が押圧動作を止めると、ウィンドウの動作は停止する。
以上、第５変形例の電子機器１００Ｆによれば、トップパネル１２０Ｆ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、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４を操作する利用者に良好な操作感を提供することができる。
また、第５変形例の電子機器１００Ｆは、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４の境界部で振動素子１４０の振動を一定期間だけ停止させることにより、利用者は、操作部１２１Ｆ１、１２１Ｆ２、１２１Ｆ３、１２１Ｆ４の場所を凸部が存在する触感で知覚できるため、非常に利便性が高い。
また、押圧操作を行った利用者の指先には、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感のような触感が提供される。第２駆動信号は、トップパネル１２０Ｆの超音波帯の固有振動を利用して、トップパネル１２０Ｆに人間の触感受容器で感じ取れる周波数の振動を発生させる駆動信号である。このように、固有振動で人間の触感受容器で感じ取れる周波数の振動を発生させるので、振動の振幅が大きく、指先ではっきりと感じ取ることができる良好な触感を利用者に提供することができる。なお、振動パターンＰ１〜Ｐ４はすべて同一であってもよく、振動パターンＰ１１〜Ｐ１４はすべて同一であってもよい。
図２２は、第６変形例の電子機器１００Ｇを示す平面図である。電子機器１００Ｇには、第５変形例の電子機器１００Ｆの振動素子１４０Ｆ及びタッチパネル１５０Ｆと同様の振動素子１４０Ｇ及びタッチパネル１５０Ｇが筐体１１０Ｇの凹部１１１Ｇの内部に配設されている。
図２２に示すように、タッチパネル１５０Ｇが配設される領域には、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６が配設されている。
操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６は、トップパネル１２０Ｇの裏面に印刷されている。
操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６の印刷が行われている６つの領域は、それぞれ、図７に示す領域データf1~f4及び図８に示す領域データf11~f14のように、ＸＹ座標における位置が決められデータ化されている。また、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６に操作入力が行われると、それぞれ、所定の振動パターンで駆動制御部２４０によって振動素子１４０Ｇが駆動される。
このような所定の振動パターンは、図７に示す振動パターンＰ１〜Ｐ４と領域データf1~f4とを関連付けるとともに、図８に示す振動パターンＰ１１〜Ｐ１４と領域データf11~f14とを関連付けるように、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６の印刷が行われている６つの領域の領域データと関連付けてメモリ２５０に格納しておけばよい。
操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２は、それぞれ、左右のアウターミラーの選択、アウターミラーの格納を行う操作部である。操作部１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６は、それぞれ、アウターミラーの鏡面を上、下、左、右に移動させるための操作部である。
電子機器１００Ｇは、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６の印刷が行われている６つの領域内でトップパネル１２０Ｇの表面に触れながら移動すると、第１駆動信号でスクイーズ効果用の振動を発生させる。これにより、利用者の指先には、動摩擦係数の変化に基づく触感が提供される。これにより、利用者は、指先に提供される触感で、指先が操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６のいずれかの内部にあることを判別することができる。
また、電子機器１００Ｇは、利用者の指先がトップパネル１２０Ｇから離れている状態から、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６のいずれかの内部において指先がトップパネル１２０Ｇに触れてトップパネル１２０Ｇが押圧されると、タッチパネル１５０Ｇから出力される位置データがアウターミラーの各動作を実現するモータの制御部に入力される。これにより、アウターミラーの各操作を行うことができる。
また、押圧操作を行ったことにより、電子機器１００Ｇは、第２駆動信号でクリック感用の振動を発生させる。これにより、利用者の指先には、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感のような触感が提供され、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６のうちのいずれかを操作していることを触感で判別することができる。なお、利用者が押圧動作を止めると、アウターミラーの動作は停止する。 以上、第６変形例の電子機器１００Ｇによれば、トップパネル１２０Ｇ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ことにより、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６を操作する利用者に良好な操作感を提供することができる。
また、第６変形例の電子機器１００Ｇは、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６の境界部で振動素子１４０の振動を一定期間だけ停止させることにより、利用者は、操作部１２１Ｇ１、１２１Ｇ２、１２１Ｇ３、１２１Ｇ４、１２１Ｇ５、１２１Ｇ６の場所を凸部が存在する触感で知覚できるため、非常に利便性が高い。
また、押圧操作を行った利用者の指先には、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感のような触感が提供される。第２駆動信号は、トップパネル１２０Ｇの超音波帯の固有振動を利用して、トップパネル１２０Ｇに人間の触感受容器で感じ取れる周波数の振動を発生させる駆動信号である。このように、固有振動で人間の触感受容器で感じ取れる周波数の振動を発生させるので、振動の振幅が大きく、指先ではっきりと感じ取ることができる良好な触感を利用者に提供することができる。なお、振動パターンＰ１〜Ｐ４はすべて同一であってもよく、振動パターンＰ１１〜Ｐ１４はすべて同一であってもよい。
なお、電子機器１００Ｆ及び１００Ｇは、入力装置として取り扱うことができる。
以上、本発明の例示的な実施の形態の駆動制御装置、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
１４０ 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 押圧操作判定部
２６０ メモリ
３００ 駆動制御装置
３１０ 正弦波発生器
３２０ 振幅変調器

Claims (7)

  1. 操作面を有するトップパネルと、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、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御装置であって、
    前記操作面に固有振動を発生させる駆動信号であって、超音波帯の第１周波数の波形信号を、前記第１周波数との差が人間の触感受容器で感じ取れる周波数である第２周波数の変調信号で変調した駆動信号で振動素子を駆動する駆動制御部を含む駆動制御装置。
  2. 前記トップパネルの前記操作面とは反対側に設けられる表示部と、
    前記位置検出部によって検出される操作入力の位置に基づいて、前記表示部に表示されるＧＵＩ操作部を押圧する操作入力が行われたかどうかを判定する押圧操作判定部と
    をさらに含み、
    前記駆動制御部は、前記押圧操作判定部によって前記ＧＵＩ操作部を押圧する操作入力が行われたと判定されると、前記駆動信号で振動素子を駆動する、請求項１記載の駆動制御装置。
  3. 前記押圧操作判定部は、前記位置検出部によって前記操作入力の位置が検出されていない状態から、前記位置検出部によって前記ＧＵＩ操作部の表示領域内で前記操作入力の位置が検出される状態に変化すると、前記ＧＵＩ操作部を押圧する操作入力が行われたと判定する、請求項２記載の駆動制御装置。
  4. 前記トップパネルに前記固有振動の腹と節が配列される方向の長さは、前記触感受容器で感じ取れる周波数における１波長以上の長さであり、前記振動素子は、前記配列される方向において、前記トップパネルの端部に配置される、請求項１乃至３のいずれか一項記載の駆動制御装置。
  5. 前記固有振動の周波数は、前記第１周波数と前記第２周波数との差である、請求項１乃至４のいずれか一項記載の駆動制御装置。
  6. 操作面を有するトップパネルと、
    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、
    前記操作面に振動を発生させる振動素子と、
    前記操作面に固有振動を発生させる駆動信号であって、超音波帯の第１周波数の波形信号を、前記第１周波数との差が人間の触感受容器で感じ取れる周波数である第２周波数の変調信号で変調した駆動信号で振動素子を駆動する駆動制御部と
    を含む電子機器。
  7. 操作面を有するトップパネルと、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、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御方法であって、
    コンピュータが、
    前記操作面に固有振動を発生させる駆動信号であって、超音波帯の第１周波数の波形信号を、前記第１周波数との差が人間の触感受容器で感じ取れる周波数である第２周波数の変調信号で変調した駆動信号で振動素子を駆動する、駆動制御方法。
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