JPWO2020031368A1 - 電子機器 - Google Patents

Abstract

超音波の放射を抑制した電子機器を提供する。電子機器は、操作面を有するトップパネルと、操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部と、操作面に振動を発生させる振動素子と、操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で振動素子を駆動する駆動制御部であって、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、固有振動の強度が変化するように振動素子を駆動する駆動制御部と、トップパネルの操作面側に配置され、トップパネルから放射される超音波を反射する反射面を有する反射部とを含み、固有振動によってトップパネルに生じる定在波の波長をλｐ、駆動信号の超音波帯の周波数における超音波の空中での波長をλａ、ｃｏｓθ＝λａ／λｐを満たす角度をθ、Ｎを任意の正の整数とすると、反射面と操作面とがなす角度は、約（９０−θ）度であり、固有振動の腹の位置Ｐから反射面に垂直に下ろした点Ｑまでの距離ＰＱが、約（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）である。

Description

本発明は、電子機器に関する。

従来より、赤外光と超音波を発信する発信器と、該発信器より発信された赤外光と超音波を受信する受信センサを備え前記赤外光と前記超音波が前記受信センサにて受信されるまでの到達時間差より前記発信器までの距離を測定するデジタイザがある。広範囲の超音波を安定して受信するために前記超音波を受信する超音波センサの受信部前方に前記受信部より小さな穴の開いた部材を配置するとともに、前記部材の穴の上または下に円錐状の反射板を設けたことを特徴とする（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３０４２５２号公報

ところで、従来のデジタイザでは、受信センサが発信器から直接受信する超音波と、発信器から発信され、ボードで反射されてから受信する超音波とが打ち消し合うと受信状態が不安定になるため、ボードで反射される超音波を反射板で打ち消すことにより、受信状態を安定化させている。

このため、従来のデジタイザは、超音波の放射を抑制するものではない。

そこで、超音波の放射を抑制した電子機器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、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座標を検出する座標検出部と、前記操作面に振動を発生させる振動素子と、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、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振動素子を駆動する駆動制御部と、前記トップパネルの前記操作面側に配置され、前記トップパネルから放射される超音波を反射する反射面を有する反射部とを含み、前記固有振動によって前記トップパネルに生じる定在波の波長をλｐ、前記駆動信号の前記超音波帯の周波数における超音波の空中での波長をλａ、ｃｏｓθ＝λａ／λｐを満たす角度をθ、Ｎを任意の正の整数とすると、前記反射面と前記操作面とがなす角度は、約（９０−θ）度であり、前記固有振動の腹の位置Ｐから前記反射面に垂直に下ろした点Ｑまでの距離ＰＱが、約（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）である。

超音波の放射を抑制した電子機器を提供することができる。

前提技術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III−III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波頭を示す図である。 トップパネルに生じ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。 トップパネルに生じる定在波の腹とトップパネルから放射される超音波を示す図である。 トップパネルから放射される超音波を説明する図である。 図７に示すトップパネルの定在波とトップパネルの表面から放射される超音波とをＹＺ平面に平行な断面視で示す図である。 図７に示すトップパネルの定在波とトップパネルの表面から放射される超音波とをＹＺ平面に平行な断面視で示す図である。 角度θに対する音圧の特性の測定結果を示す図である。 トップパネルの定在波と表面から放射される超音波とをＹＺ平面に平行な断面視で示す図である。 実施の形態の電子機器の構成を示す図である。 トップパネルに生じる定在波の隣同士の腹から放射される超音波の伝搬経路を示す図である。 トップパネルのＹ軸方向における振動モード形状を示す図である。 反射板の位置に対する超音波の音圧の変化を示す図である。 反射板の角度の変化に対する反射波の方向の変化の様子を示す図である。 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。 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。 電子機器の動作例を示す図である。 電子機器の動作例を示す図である。 実施の形態の変形例の電子機器を示す図である。

以下、本発明の電子機器を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
実施の形態の電子機器について説明する前に、前提技術の電子機器５０について説明する。図１は、前提技術の電子機器５０を示す斜視図である。

電子機器５０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、タブレット型コンピュータ、又は、ゲーム機等である。電子機器５０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。また、電子機器５０は、車載用の入力装置であってもよい。

電子機器５０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５０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５０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５０を示す平面図であり、図３は、図２に示す電子機器５０のIII−III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５０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５０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、Ｙ軸方向に平行な二辺が両面テープ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を筐体１１０に接着できればよく、図２に示すように二辺のみを固定する形態である必要はない。両面テープ１３０は、例えば、平面視におけるトップパネル１２０の四辺に沿った矩形環状の形状を有していてもよい。

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５０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５０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５０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が抵抗膜型の場合は、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５０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５０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５０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５０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。

なお、式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ^２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、曲げ振動の定在波が生じる。

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５０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５０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１４０の振幅（強度）を変化させた場合も同様である。

図６は、トップパネル１２０に生じる定在波の腹と、トップパネル１２０から放射される超音波を示す図である。図６に示す定在波の波形は、時間的に振幅が変動する定在波のある瞬間における波形である。なお、図６では、図２乃至図４と同様のＸＹＺ座標を定義し、定在波の変位を併せて示す。

図６に示すように、トップパネル１２０には、濃いグレーで示す凸の腹と、薄いグレーで示す凹の腹とが互い違いに生じる。濃いグレーで示す凸の腹と、薄いグレーで示す凹の腹とは、最大振幅のときのものである。腹は定在波の振幅が最も大きくなる部分であるため、トップパネル１２０から空気中に放射される超音波の強度は最も大きくなる。図６に示すように、トップパネル１２０から空気中に超音波が放射される。

次に、図７を用いて、トップパネル１２０から放射される超音波について説明する。

図７は、トップパネル１２０から放射される超音波を説明する図である。図７では、図２乃至図４と同様のＸＹＺ座標を定義する。

トップパネル１２０には、振動素子１４０Ａと１４０Ｂとが設けられていることとする。振動素子１４０Ａは、図２及び図３に示す振動素子１４０と同様であり、振動素子１４０Ｂは、トップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部において、Ｘ軸に沿って配設されている。すなわち、振動素子１４０Ｂは、振動素子１４０Ａが配設されるトップパネル１２０の辺の対辺に沿って配設されている。

ここでは、振動素子１４０Ａと１４０Ｂは、同位相で駆動されるものとし、ある瞬間において、トップパネル１２０には、濃いグレーで示す凸の腹と、薄いグレーで示す凹の腹とが生じる。濃いグレーで示す凸の腹と、薄いグレーで示す凹の腹とは、図６と同様に最大振幅のときのものとする。

定在波の腹の部分が空気を振動させることで、超音波が放射される。また、超音波は、ＹＺ平面において、Ｙ軸及びＺ軸に対して角度を有する（斜めになる）方向に強く放射されることが実験により分かった。

なお、図７に示すタイミングとは定在波の固有振動の半周期異なるタイミングにおいては、図７に濃いグレーで示す凸の腹の部分に最大振幅の凹の腹が生じ、薄いグレーで示す凹の腹の部分に最大振幅の凸の腹が生じる。

図８は、図７に示すトップパネル１２０の定在波と、トップパネル１２０の表面から放射される超音波とをＹＺ平面に平行な断面視で示す図である。なお、図８では、振動素子１４０Ａ及び１４０Ｂを省略する。

トップパネル１２０の表面は、振動素子１４０Ａ及び１４０Ｂが駆動されていない状態では、実線で示すように平坦であり、振動素子１４０Ａ及び１４０Ｂが超音波帯の固有振動がトップパネル１２０に生じる駆動信号で駆動されると、破線で示すように定在波が生じる。図８には４つの凸の腹と、４つの凹の腹を示す。

ここで、トップパネル１２０に生じる定在波の波長をλｐ、超音波帯の駆動信号の周波数における超音波の空気中における波長をλａとすると、振動していない状態のトップパネル１２０の表面に対して、強く超音波が放射される方向がなす角度θ（仰角）は、次式（３）の条件を満たす。
ｃｏｓθ＝λａ／λｐ （３）
このような式（３）が成立する特定の方向に強い超音波が放射される理由は、次の通りである。図８に示すように、トップパネル１２０の定在波の振動は、空間的に周期性があり、定在波は腹の部分で振幅が最大になるため、定在波の振動によって空気中に発生する超音波の振動は、特定の方向において重なり合うと考えられるからである。

このため、定在波の腹の位置に対して、式（３）を満たす角度θの方向において、定在波によって空気中に発生される超音波が強め合うと考えられる。図８で具体的に言えば、角度θの方向に対して垂直な直線上にある点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を考えると、凸の腹が位置する点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４から角度θの方向に放射される超音波は、それぞれ、点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４において強め合うことになる。なお、実際に実験を行った結果において観測した空気中の超音波は、式（３）を満たす角度θの方向とほぼ一致する指向性があった。

図９は、図７に示すトップパネル１２０の定在波と、トップパネル１２０の表面から放射される超音波とをＹＺ平面に平行な断面視で示す図である。なお、図９では、図６と同様に、ある瞬間にトップパネル１２０に凸の腹が生じる位置を濃いグレーで示し、凹の腹が生じる位置を薄いグレーで示す。

図９に示すように、隣り合う２つの腹は逆位相であるが、式（３）を満たす角度θの方向において、定在波の隣り合う２つの腹が位置する点Ｐ１ａ、Ｐ２ａから空気中に発生される超音波は、点Ｑ１ａ、Ｑ２ａで強め合うことになる。なお、点Ｑ１ａ、Ｑ２ａは、角度θの方向に対して垂直な直線上にある点である。

トップパネル１２０の表面から超音波の振動が放射される方向の分布を測定したところ、図１０のような角度分布が得られた。

図１０は、角度θに対する音圧の特性の測定結果を示す図である。横軸に示す角度θの単位は度(degree)であり、縦軸の音圧（定在波の振幅）は、任意単位（a.u.）で示す。

定在波の波長λｐに対する超音波の空気中における波長λａの比（λａ／λｐ）が、０．７程度である条件（パネルの材質と厚さ、駆動周波数）において角度θを変えながら測定したところ、角度θが４５度付近のときに音圧の最大のピークが存在する傾向が判明した。この角度θが式（３）を満たす超音波が強め合う方向である。音圧が大きい範囲は、角度θが４５±５度程度である。

なお、角度θの方向は、図１１に示すように、トップパネル１２０のＹＺ面視で両側にある。図１１は、トップパネル１２０の定在波と表面から放射される超音波とをＹＺ平面に平行な断面視で示す図である。図１１に示すように、Ｙ軸正方向に対して反時計回りに角度θの方向と、Ｙ軸負方向に対して時計回りに角度θの方向とに、平面状の波面を持つ伝搬する音波が発生する。

以上のように、前提技術の電子機器５０では、トップパネル１２０のＹ軸正方向に対して反時計回りに角度θの方向と、Ｙ軸負方向に対して時計回りに角度θの方向とに、トップパネル１２０から空気中に強い超音波が放射される。

以下では、超音波の放射を抑制した電子機器１００について説明する。図１２は、実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。以下で電子機器１００の構成を説明するにあたり、図１乃至図３を援用する。電子機器１００は、前提技術の電子機器５０に反射板１８０を追加した構成を有する。反射板１８０は、反射部の一例である。

このため、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、基板１７０、及び反射板１８０を含む。図１２では、電子機器１００を簡略化して、トップパネル１２０、振動素子１４０、及び反射板１８０のみを示し、その他の構成要素を省略する。

なお、図１２では、振動素子１４０は、Ｙ軸負方向側の端部において、Ｘ軸方向に延在している。振動素子１４０は、平面視でＸ軸方向に細長いストライプ状の素子である。

反射板１８０は、平板状の樹脂製の部材であり、一例としてトップパネル１２０のＹ軸負方向側の端部の近傍に配置される。以下では、Ｘ軸正方向側からＹＺ面視した構成で説明する。反射板１８０は、平板状の反射板１８０の一方の表面である反射面１８０ＡをＸＺ平面に平行に配置した状態から、ＹＺ面視で、反射面１８０ＡがＸＺ平面に対してθ度だけ時計回りに回転するように配置される。

角度θは、パネルに発生させる定在波の波長λｐと駆動周波数での超音波の波長λａから式（３）で決まり、空気中に放射される超音波が強め合う方向である。定在波の波長λｐはパネルに発生させる定在波のモードで決まり、超音波の波長λａは音波の伝搬速度と駆動周波数により決まる。なお、反射板１８０は、例えば、図１２では図示を省く筐体１１０（図２、図３参照）に取り付ければよく、図１１に示した角度θに放射された平面波に対して垂直に配置される。

ここで、反射板１８０の反射面１８０Ａを延長した平面と、トップパネル１２０の表面１２０Ａとの交線をＹＺ面視した場合の点を交点Ｏとする。トップパネル１２０の表面１２０Ａの点Ｐは、Ｙ軸方向において、トップパネル１２０に生じる定在波の腹の中心点であり、より具体的には、Ｙ軸方向において、腹の中で振幅が最大になる点である。

点Ｐから放射され、図１２中を左上方向に表面１２０Ａに対する角度θで伝搬する超音波は、反射板１８０の反射面１８０Ａの点Ｑに垂直に入射して反射され、入射時と同一の経路を辿ってトップパネル１２０の表面１２０Ａの点Ｐに到達する。そして、超音波は点Ｐで反射され、点Ｐから右上方向に表面１２０Ａに対する角度θで伝搬する。

なお、図１２では、点Ｐから放射され、点Ｑ及び点Ｐで順次反射されて右上方向に伝搬する超音波の経路を見易くするために、反射の前後の経路をずらして示す。

ここで、点Ｐから反射板１８０で反射されて点Ｐに戻った超音波と、点Ｐから右上方向に角度θで放射される超音波とが弱め合うには、超音波同士の位相差が半周期、つまり伝搬経路の差がλａ／２であればよい。すなわち、図１２におけるＰＱの２倍の長さが次式（４）を満たせばよい。なお、Ｎは任意の正の整数である。
ＰＱ×２＝λａ／２＋Ｎ×λａ （４）
すなわち、ＰＱ＝（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）である。なお、式（４）を導くには、超音波の圧力変化の位相を考慮している。具体的には、トップパネル１２０の振動により右上方向に向かって放射される超音波と、左上方向に向かって放射される超音波とでは、圧力変化の位相が同位相であり、かつ、反射により圧力変化の位相が変化しない（反転しない）ということを考慮している。

次に、図１３を用いて、点Ｐの腹の隣の腹の中心点が位置する点Ｐ'について考える。図１３は、トップパネル１２０に生じる定在波の隣同士の腹から放射される超音波の伝搬経路を示す図である。

ＰＰ'はλｐ／２である。ＰＲ＝ＰＱ−Ｐ'Ｑ'であり、式（３）の条件から次式（５）が成り立つ。なお、ＰＲはλａ／２である。
ＰＲ＝λｐ／２×ｃｏｓθ＝λａ／２ （５）
したがって、Ｐ'Ｑ'の２倍の長さは、次式（６）のように求まる。
Ｐ'Ｑ'×２＝ＰＱ×２−ＰＲ×２
＝λａ／２＋Ｎ×λａ−λａ
＝λａ／２＋（Ｎ−１）λａ （６）
すなわち、式（６）は式（４）と同義である。したがって、式（４）は点Ｐが１つの腹で成り立てば、どの腹に対しても成り立つことになる。

上記の議論では、腹の中心点からの超音波の経路だけを考えている。実際には腹の中心からずれた位置からも超音波は発生しており、腹の中心点Pで式（４）が成り立つならば、中心からずれた位置では式（４）は成り立たない。しかし、図１１のようにパネルのすべての位置から生じた成分が総合して平面波になっていると考えると、平面波どうしを重ね合わせて打ち消すことが可能と考えられる。上記の議論は、平面波どうしの打ち消しの条件を腹の中心点Pからの経路で推定できると考えたものであり、実験により腹の中心点で考える方法が妥当であることが確かめられた。
また、式（４）が成り立つ反射板１８０の位置を交点Ｏを用いて表すと次のようになる。まず、次式（７）が成り立つ。
ＯＰ＝ＰＱ／ｃｏｓθ （７）
式（７）に式（４）の条件を用いると、次式（８）が得られる。
ＯＰ＝（λａ／４＋Ｎ×λａ／２）×λｐ／λａ （８）
さらに変形すると次式（９）となる。
ＯＰ＝Ｎ×λｐ／２＋λｐ／４ （９）
すなわち、ＯＰの長さが式（９）を満たせば、点Ｐの腹から放射される超音波は弱められることになる。

ところで、トップパネル１２０に生じる隣り合う腹同士の間隔はλｐ／２であるため、トップパネル１２０の表面１２０Ａ上で、点Ｐからλｐ／２の整数倍の距離にある点は、腹の中心点である。

このため、式（９）は、点Ｏがトップパネル１２０に生じる定在波の節の中心点であることを表している。交点Ｏは、図１２に示すようにＹ軸方向においてトップパネル１２０の外側に位置していてもよいし、トップパネル１２０のＹ軸方向における両端間に位置していてもよい。前者の場合には、交点Ｏが仮想的にトップパネル１２０の外部まで延長した定在波の節の中心点に位置することを表しており、後者の場合には、式（９）は、点Ｏがトップパネル１２０に生じる定在波の節の中心点であることを表す。

すなわち、交点Ｏは、トップパネル１２０に生じる定在波の節の中心点、又は、トップパネル１２０の外部で、トップパネル１２０に生じる定在波の節から定在波の振幅が変動するＹ軸方向にλｐ／２×Ｍ（Ｍは任意の正の整数）だけ離れた点に位置することになる。

したがって、交点Ｏを上述の位置に配置し、反射面１８０Ａと操作面とがなす角度が（９０−θ）度になるように反射板１８０を配置すれば、トップパネル１２０から空気中への超音波の放射を抑制することができる。

トップパネル１２０に発生させる定在波の振動モード形状は、梁の振動の理論から求めることができる。Ｙ軸負方向側の端のＹ座標をゼロ、トップパネル１２０のＹ軸方向の長さをＬ、Ｙ軸正方向側の端のＹ座標をＬ、Ｙ軸方向の位置Ｙにおける表面１２０Ａに垂直な定在波の変位をＵ（ｙ）とすると、梁の運動には次式（１０）の微分方程式が成り立つ。
ｄ^４Ｕ／ｄｙ^４−ａ^４Ｕ＝０ （１０）
微分方程式の解は、次式（１１）で表される一般式で表すことができる。
Ｕ（ｙ）＝Ｃ１×ｃｏｓ（ａｙ）＋Ｃ２×ｃｏｓｈ（ａｙ）＋Ｃ３×ｓｉｎ（ａｙ）＋Ｃ４×ｓｉｎｈ（ａｙ） （１１）
Ｙ＝０とＹ＝Ｌでの境界条件を定めると、境界条件を満たすａの値と、積分定数Ｃ１〜Ｃ４を求めることができる。例えば、トップパネル１２０のＹ軸負方向側の端（Ｙ＝０）及びＹ軸正方向側の端（Ｙ＝Ｌ）を固定せず自由端として、トップパネル１２０のＹ軸と平行な２辺に沿って両面テープ１３０で筐体１１０に固定した場合は、式（１１）を自由端の境界条件として境界条件を満たすａの値と積分定数Ｃ１〜Ｃ４を求めれば、定在波のＹ軸方向の振動モード形状を求めることができる。

なお、Ｘ軸方向の振動の分布は、理想的には一様であるが、実際には端を固定したことにより、中央が強く、端に向かってなだらかに振動が弱くなる分布になる。一様な分布であっても端が弱くなる分布であっても、超音波はトップパネル１２０から同様に放射される。

自由端の境界条件で、式（１１）の解を求めると、節の個数に対して振動モード形状が決まる。例えば、節が１０個の場合の解を図示すると、図１４のようになる。

図１４は、トップパネル１２０のＹ軸方向における振動モード形状を示す図である。両端に近い部分以外は、ほぼ三角関数に従った形状になっている。節同士の間隔はλｐ／２である。トップパネル１２０のＹ軸方向の全長Ｌは、近似的にλｐ／２の整数倍にλｐ／４を足した値になることが計算から分かっており、トップパネル１２０の端から一番近い節までの距離は、λｐ／８程度である。

端に１番近い節の位置は、やや不規則であり、１番目から２番目の節までの距離は、λｐ／２よりやや小さく、端から１番目の節まではλｐ／８よりやや大きい。しかし、トップパネル１２０の端から２番目の節までの距離は、５λｐ／８であり、節の数が変わってもほぼ一定である。

これらより、トップパネル１２０の全長Ｌで節が１０個のモードであれば、Ｌ＝４．７５λｐであることから、λｐ＝Ｌ／４．７５と求めることができる。また、交点Ｏを求めるには、トップパネル１２０の主要な部分の節の位置を反映するべきであるので、上記のように位置がややずれているトップパネル１２０の端から１番目の節の位置を基準にするよりは、図１４の下側に示したように２番目や３番目の節を基準にして、２番目や３番目の節からλｐ／２の間隔で延長した位置にするべきである。

２番目の節からのトップパネル１２０の端までの距離は、上記のように５λｐ／８であるので、目標とする位置からトップパネル１２０の端までの距離は、λｐ／２の整数倍から、λｐ／８を引いた値となる。

なお、トップパネル１２０のＹ軸方向の両端を固定端にした場合にも、式（１１）から振動モード形状を計算することができる。両面テープ１３０のように固定する部材の剛性等の影響で、理想的な固定端にならない可能性があり、節の位置が計算結果からずれることが有り得る。そのため、振動モード形状を実際に測定して節の位置を確認し、測定結果を反映して反射板１８０の位置を決定することが有効な場合がある。また、トップパネル１２０のＹ軸方向の両端が自由端であっても、振動モード形状の測定結果から反射板１８０の位置を決めてもよい。

図１５は、反射板１８０の位置に対する超音波の音圧の変化を示す図である。横軸は距離ＰＱであり、縦軸は反射板１８０のない方向（図１２における右上方向）に放射される超音波の音圧である。超音波の音圧は、超音波の放射強度でる。また、距離ＰＱは、ＰＱ間の距離である。

距離ＰＱが式（４）を満たす位置で放射強度は最小になり、放射が最小になる位置からλａ／４ずれた位置において放射強度は最大になる。反射板１８０が配置されていない場合は、最小値と最大値の中間の強度になる。

このため、反射板１８０を配置することによって、反射板１８０を配置しない場合よりも放射強度（音圧）を低下させるためには、反射板１８０を配置する際の距離ＰＱの誤差を、反射板１８０の設置に最適な位置から±λａ／８の範囲内に収めることが好ましい。距離ＰＱとは、図１２に示すように、トップパネル１２０の腹の中心の点Ｐから、角度θの方向に延ばした直線が反射板１８０の反射面１８０Ａに垂直に交わる点Ｑまでの距離である。

また、距離ＰＱに対する音圧の変化は、図１５に示すように三角関数に従った分布になるので、最適な位置から少しずれても超音波を弱める効果は急激には低下しない。しかしながら、距離ＰＱの誤差がλａ／１６を超えると、音圧の変化が急になることから、距離ＰＱの誤差は、±λａ／１６の範囲内にすることがより好ましい。なお、周波数３０ｋＨｚで超音波の波長は１０ｍｍ程度であり、この精度で反射板１８０を取り付けることは特に難しくない。

距離ＰＱは、（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）で表されるため、上述のような製造誤差等の誤差を考慮すると、約（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）であればよい。距離ＰＱの誤差は、±λａ／８の範囲内であることが好ましいため、約（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）とは、距離ＰＱが、（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）−λａ／８から（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）＋λａ／８の範囲内であればよいことである。

また、距離ＰＱは、（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）−λａ／１６から（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）＋λａ／１６の範囲内であれば、より好ましいことになる。

また、図１０に示した角度θに対する音圧の特性の測定結果は、反射板１８０を含まない前提技術の電子機器５０において測定した結果である。音圧が強い範囲は、４５度±５度の範囲である。

反射板１８０によって超音波を弱めるためには、トップパネル１２０の表面１２０Ａの点Ｐで反射された超音波の方向と、点Ｐから右上方向に角度θで放射される超音波の方向とを重ねることになる。

このため、反射板１８０の角度の誤差を±５度の半分の±２．５度以内に設定すれば、超音波を弱める効果が得られると考えられる。

ただし、図１６に示すように反射板１８０の角度がα度変わると、反射波の方向は２α度変わるということを考慮すると、反射板１８０の角度の誤差は、±２．５度の半分の±１．２５度以内にすれば、より良好な効果が得られると考えられる。

反射板１８０の反射面１８０Ａとトップパネル１２０の表面１２０Ａとがなす角度は、製造誤差等の誤差を考慮すると、約（９０−θ）度であればよい。約（９０−θ）度の範囲は、（９０−（θ＋２．５））度から（９０−（θ−２．５））度であり、より好適には（９０−（θ＋１．２５））度から（９０−（θ−１．２５））度である。

また、交点Ｏは、Ｙ軸方向における節の中心点からλｐ／２×Ｍ（Ｍは任意の正の整数）だけ離れた点に略一致すればよい。略一致の範囲は、上述の距離ＰＱ間の誤差の範囲と、角度θの誤差の範囲との中に収まる範囲であればよい。換言すれば、略一致とは、上述の距離ＰＱ間の誤差の範囲を拡げず、かつ、角度θの誤差の範囲を拡げない範囲での位置ずれを許容する意味である。

次に、図１７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１７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、上述した構成要素に加えて、さらに、アンプ１４１、ドライバＩＣ(Integrated Circuit)１５１、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１７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１４０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。

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１４０を振動させる。

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、予め設定された所定の振幅値に設定される。振幅値は、実行しているアプリケーションの種類、及び、操作入力が行われている位置等に応じて設定されている振幅データによって決まる。

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データは、メモリ２５０に格納されている。

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、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、アプリケーションの種類と座標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、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１８を用いて、メモリ２５０に格納されるデータについて説明する。

図１８は、メモリ２５０に格納されるデータを示す図である。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、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、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１９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１９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（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１９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の中になるか否かを判定する（ステップＳ３）。

駆動制御部２４０は、操作入力の位置を表す座標が、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、操作入力の位置に対応する振幅値を表す振幅データをメモリ２５０から読み出す（ステップＳ４）。

駆動制御部２４０は、振幅データ出力する（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変調されることによって駆動信号が生成され、振動素子１４０が駆動される。

一方、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）と、ステップＳ３で操作入力の位置を表す座標が、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Ｓ６）。

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１４０は駆動されない。

次に、図２０及び図２１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２０及び図２１は、実施の形態の電子機器１００の動作例を示す図である。図２０及び図２１では、図２乃至図４と同様のＸＹＺ座標を定義する。

図２０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２１を用いて、図２０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２１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。

なお、図２０及び図２１では、利用者がページを捲るためにスワイプ操作を行う場合の振動パターンについて説明した。しかしながら、所謂フリック操作、又は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って移動させるような操作が行われた場合も、振動素子１４０を駆動することにより、様々な触感を利用者に提供することができる。

より具体的には、操作入力の位置が、ディスプレイパネル１６０に表示されるボタン１０２Ａ(図１参照)のようなＧＵＩ操作部の境界を跨いで移動するときに、又は、ＧＵＩ操作部を操作しながら移動するときに、固有振動の強度を変化させてもよい。また、操作入力の位置が、ディスプレイパネル１６０に表示されるスライダー１０２Ｂ(図１参照)のＧＵＩ操作部の領域内を移動するときに、スライダー１０２Ｂの操作量に応じて、又は、スライダー１０２Ｂの目盛りに達したときに、固有振動の強度を変化させてもよい。

以上、実施の形態の電子機器１００によれば、トップパネル１２０の表面から放射される超音波は、反射板１８０からの反射波が同一点に戻り、トップパネル１２０で反射された超音波と弱め合う。

したがって、超音波の放射を抑制した電子機器１００を提供することができる。

また、反射板１８０は、交点Ｏがトップパネル１２０に生じる定在波の節、又は、トップパネル１２０の外部で定在波の振幅が変動する方向（Ｙ軸方向）に節からλｐ／２×Ｍ（Ｍは任意の正の整数）だけ離れた点に略一致するように配置すればよい。

このため、反射板１８０をトップパネル１２０のＹ軸方向の両端の間、又は、両端の間よりも外側のどちらにも配置することができ、反射板１８０を配置の自由度が上がり、様々な形態の反射板１８０を実現できる。

また、反射板１８０の反射面１８０Ａとトップパネル１２０の表面１２０Ａとがなす角度は、約（９０−θ）度であり、距離ＰＱは約（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）であり、交点Ｏは、トップパネル１２０の節の中心点からλｐ／２×Ｍだけ離れた点に略一致すればよい。このように、反射面１８０Ａと表面１２０Ａとの角度、距離ＰＱ、及び、交点Ｏの位置には、製造誤差を許容する範囲が与えられている。

このため、ある程度の製造誤差が生じても、トップパネル１２０から放射される超音波を弱めることができ、超音波の放射を抑制した電子機器１００を提供することができる。

また、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。

なお、以上では、反射板１８０が平板状の部材である形態について説明したが、このような構成に限られるものではない。電子機器１００は、反射面１８０Ａとトップパネル１２０の表面１２０Ａとがなす角度が約（９０−θ）度であることと、距離ＰＱが約（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）であることを満たす反射面１８０Ａを有する反射部を含めばよい。反射板１８０は、筐体１１０と一体化されていてもよいし、電子機器１００を取り付ける装置等の部材の一部であってもよい。

また、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を含まなくてもよい。

また、以上では、反射板１８０の反射面１８０Ａが１つの平面である形態について説明した。しかしながら、図２２に示す反射板１８０Ｍのように段差を有する構成であってもよい。図２２は、実施の形態の変形例の電子機器１００Ｍを示す図である。図２２では、トップパネル１２０、振動素子１４０、及び反射板１８０Ｍのみを示し、その他の構成要素を省略する。

反射板１８０Ｍは、反射面１８０ＡＭを有する。反射面１８０ＡＭは、サブ反射面１８０ＡＭ１、１８０ＡＭ２、１８０ＡＭ３を有する。反射板１８０Ｍは、サブ反射面１８０ＡＭ１、１８０ＡＭ２、１８０ＡＭ３が３段の階段状に配置されている。反射板１８０Ｍは、このような階段状で、平面視でトップパネル１２０と重ならない構成を有する。

サブ反射面１８０ＡＭ１、１８０ＡＭ２、１８０ＡＭ３は、互いに平行であり、サブ反射面１８０ＡＭ１がトップパネル１２０に最も近く、サブ反射面１８０ＡＭ３がトップパネル１２０から最も遠い。なお、交点Ｏは、ＹＺ面視でのサブ反射面１８０ＡＭ１とトップパネル１２０の表面１２０Ａとの交線の位置である。

サブ反射面１８０ＡＭ１、１８０ＡＭ２、１８０ＡＭ３に垂直な方向（法線方向）と、トップパネル１２０の表面１２０Ａとのなす角度はθである。角度θは、式（３）を満たす。

サブ反射面１８０ＡＭ１、１８０ＡＭ２、１８０ＡＭ３は、トップパネル１２０の表面から角度θの方向における段差ｄをＴ×λａ／２に設定した構成を有する。Ｔは任意の正の整数である。

したがって、図１２に示す反射板１８０と同様に、トップパネル１２０の表面１２０Ａから放射される超音波を弱めることができる。

反射面１８０ＡＭが３つのサブ反射面１８０ＡＭ１、１８０ＡＭ２、１８０ＡＭ３に分けられていることで、電子機器１００Ｍを含む装置等に設けやすくなる。また、反射板１８０Ｍは、平面視でトップパネル１２０と重ならないため、トップパネル１２０の裏側にあるディスプレイパネル１６０の視認性が良い。

なお、このような反射板１８０Ｍは、一例として、３つの部材を段差を付けて組み合わせた形を有するが、このような構成に限られるものではない。段差及びサブ反射面の数は、幾つであってもよい。また、Ｘ軸方向に段差を有し、反射面がサブ反射面に分けられていてもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態の電子機器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
１８０、１８０Ｍ 反射板
１８０Ａ、１８０ＡＭ 反射面
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 (6)

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座標を検出する座標検出部と、
   前記操作面に振動を発生させる振動素子と、
   前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、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振動素子を駆動する駆動制御部と、
   前記トップパネルの前記操作面側に配置され、前記トップパネルから放射される超音波を反射する反射面を有する反射部と
   を含み、
   前記固有振動によって前記トップパネルに生じる定在波の波長をλｐ、前記駆動信号の前記超音波帯の周波数における超音波の空中での波長をλａ、ｃｏｓθ＝λａ／λｐを満たす角度をθ、Ｎを任意の正の整数とすると、
   前記反射面と前記操作面とがなす角度は、約（９０−θ）度であり、
   前記固有振動の腹の位置Ｐから前記反射面に垂直に下ろした点Ｑまでの距離ＰＱが、約（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）である、電子機器。
2. 前記操作面と前記反射面との交線の側面視における位置は、前記トップパネルに生じる定在波の節、又は、前記トップパネルの外部で、前記定在波の振幅が変動する方向に前記節からλｐ／２×Ｍ（Ｍは任意の正の整数）だけ離れた点に略一致する、請求項１記載の電子機器。
3. 前記反射部は、前記操作面における前記定在波の振幅が変動する方向に対応する方向に段差を有し、
   前記反射面は、前記段差によって複数のサブ反射面に分けられており、
   前記段差は、約（λａ／２）×Ｋ（Ｋは任意に正の整数）である、請求項１又は２記載の電子機器。
4. 前記反射部は、平面視で前記トップパネルと重ならないように、側面視で前記段差によって前記トップパネルから離れるようにオフセットしている、請求項３記載の電子機器。
5. 前記約（９０−θ）度とは、（９０−（θ＋２．５））度から（９０−（θ−２．５））度の範囲内にあることである、請求項１乃至４のいずれか一項記載の電子機器。
6. 前記約（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）とは、前記距離ＰＱが、（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）−λａ／８から（λａ／２）×（Ｎ＋１／２）＋λａ／８の範囲内にあることである、請求項１乃至５のいずれか一項記載の電子機器。

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