WO2013108595A1 - 電子機器 - Google Patents

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WO2013108595A1
WO2013108595A1 PCT/JP2013/000055 JP2013000055W WO2013108595A1 WO 2013108595 A1 WO2013108595 A1 WO 2013108595A1 JP 2013000055 W JP2013000055 W JP 2013000055W WO 2013108595 A1 WO2013108595 A1 WO 2013108595A1
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WO
WIPO (PCT)
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vibration
user
image
electronic device
touch panel
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/000055
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐介 足立
荒木　昭一
良文 廣瀬
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
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Priority to CN201380000428XA priority patent/CN103314347A/zh
Priority to US13/923,535 priority patent/US9348413B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03547—Touch pads, in which fingers can move on a surface

Definitions

  • This disclosure relates to an electronic device that can be operated by a user.
  • an electronic device equipped with a touch panel performs an input operation when a user directly touches the surface of the touch panel.
  • a touch panel with a tactile function has been proposed in which a vibration unit is provided on the touch panel to present a tactile sense due to vibration to a user.
  • a slide button for performing a zoom operation is provided on the side surface of the main body.
  • Patent Document 1 discloses a camera in which an elongated touch panel is provided on the side surface of the main body and the touch panel is used as such a slide button. is doing.
  • This disclosure provides an electronic device that presents a tactile sensation according to a displayed image to a user when the image displayed on the display unit is traced.
  • An electronic apparatus includes a panel touched by a user, a vibration unit that vibrates the panel, a vibration control unit that controls vibration of the vibration unit, and a display unit that displays an image.
  • the vibration control unit changes the vibration of the vibration unit according to the speed at which the user traces the panel and the spatial frequency in the tracing direction of the image displayed at the position where the user is tracing.
  • a tactile sensation corresponding to the display image can be presented to the user.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the electronic device according to the embodiment when cut along the line A-A ′ shown in FIG. 2.
  • A is a top view which shows the display part of the electronic device which concerns on embodiment
  • (b) is a vibration distribution map when driving at a certain frequency
  • (c) is a finger at a constant speed of 10 mm / s. It is a drive waveform figure when moving
  • (d) is a vibration waveform figure of a user's finger position.
  • It is a top view which shows the display part of the electronic device which concerns on embodiment.
  • FIG. 5B is a vibration intensity diagram of the touch panel taken along line B-B ′ shown in FIG. 5A of the electronic apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a vibration distribution diagram when the drive frequency is changed depending on the touch position in the electronic apparatus according to the embodiment. It is a figure showing the drive waveform of the continuous drive at the time of the finger
  • (A) is a top view which shows the display part of the electronic device which concerns on embodiment
  • (b) is a vibration distribution map when driving in a high-order mode
  • (c) is a constant velocity of 10 mm / s with a finger
  • (D) is a vibration waveform diagram of the position of the user's finger. It is an external appearance perspective view of the electronic device which concerns on embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an appearance of a display surface side of an electronic device 100 according to an embodiment.
  • the electronic device 100 includes a display unit 101, a touch panel 102 disposed so as to cover the display unit 101, and a housing 103.
  • the long side direction of the touch panel 102 is referred to as an X direction
  • the short side direction is referred to as a Y direction.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the electronic device 100.
  • the electronic device 100 includes a base member 201, a touch panel 102, a support unit 202, and a vibration unit 203.
  • the base member 201 is a member that serves as a base that supports the touch panel 102.
  • the base member 201 has rigidity that can support the touch panel 102 and the like, such as metal or resin.
  • a display panel and a circuit board (not shown) are attached to the base member 201.
  • the touch panel 102 receives a user's touch operation and detects a touch position.
  • a position detection method of the touch panel 102 a known method such as a pressure-sensitive method, a capacitance method, an optical method, or a surface acoustic wave method can be used.
  • the touch panel 102 is an example of a panel member.
  • the peripheral portion of the touch panel 102 is supported by the support unit 202.
  • the support portion 202 is provided over almost the entire periphery of the touch panel 102 and supports the touch panel 102 with respect to the base member 201.
  • the support portion 202 is made of a material having a certain strength and elasticity such as resin, rubber, and gel.
  • the support unit 202 may be made of metal or the like. With such a configuration, the strength of the support portion 202 can be increased.
  • the support part 202 may be comprised with the spring element. With such a configuration, the support portion 202 can have a high elastic force.
  • the support part 202 is composed of four sides. Specifically, it is composed of two opposing long sides and two opposing short sides according to the shape of the electronic device 100.
  • the width of the support portion 202 is narrower on the long side than on the short side. As a result, the rigidity of the support portion 202 is lower on the long side than on the short side.
  • the base member 201 and the support part 202 are provided as a separate body, the base member 201 and the support part 202 may be integrally formed.
  • the support portion 202 connects the base member 201 and the touch panel 102 over the entire circumference, but may be a part.
  • the electronic device 100 includes two vibration parts 203a and 203b.
  • the vibration parts 203 a and 203 b are attached to the peripheral edge of the back surface of the touch panel 102.
  • the vibrating portions 203 a and 203 b are arranged one by one near the approximate middle point of the short side of the touch panel 102.
  • the vibration units 203a and 203b vibrate the touch panel 102 to give a tactile sensation to the user.
  • the vibration units 203a and 203b for example, piezoelectric elements, vibration motors, linear actuators, voice coil motors, artificial muscles, or the like are used.
  • the vibration parts 203a and 203b only need to be capable of converting electrical energy or the like into vibration energy.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the touch panel 102 and the vibration part 203a when the electronic device 100 is cut along the line A-A 'shown in FIG.
  • the vibration unit 203 a is physically connected to the touch panel 102.
  • the vibration unit 203 a is electrically connected to the vibration control unit 301.
  • the vibration part 203a is a piezoelectric element, and electrodes are formed on both sides thereof.
  • the electrode connected to the touch panel 102 is electrically connected to the vibration control unit 301 via the end face of the piezoelectric element.
  • a thin transparent piezoelectric member may be formed on the touch panel 102 by a method such as sputtering, and the vibration unit 203 may be used.
  • the vibration unit 203 may be disposed on any part of the electronic device 100, such as pasting on the cover member.
  • the touch panel 102 and the cover member are referred to as a panel member that detects the touch position.
  • the touch panel 102 and the display unit 101 are separate components, but the touch panel 102 and the display unit 101 may be integrally formed.
  • a method such as an in-cell type touch panel that integrates a touch panel function inside a liquid crystal panel or an on-cell type touch panel that integrates a touch panel function on the surface of the liquid crystal panel may be used.
  • the CPU 302 is electrically connected to the vibration control unit 301, the touch panel 102, and the display control unit 303.
  • the CPU 302 includes a microcomputer, a storage unit, and the like.
  • the CPU 302 performs control of operations of various components of the electronic device 100, various detection operations, and various determination operations.
  • the CPU 302 displays an image on the display unit 101 via the display control unit 303.
  • the CPU 302 detects the touch position of the user on the touch panel 102, performs calculation inside, and outputs a drive waveform to the vibration control unit 301.
  • the vibration control unit 301 changes the vibration of the vibration units 203a and 203b according to the speed at which the user traces the touch panel 102 and the spatial frequency in the tracing direction of the image displayed at the position where the user is tracing. In addition, the vibration control unit 301 changes the vibration amplitude of the vibration unit and the phase of the drive waveform according to the touch position of the user.
  • the operation of the electronic device 100 will be described in more detail.
  • FIG. 4A is a plan view of the display unit 101 of the electronic device 100.
  • black and white striped images are displayed on the display unit 101.
  • the white portion in the display image of the display unit 101 has high luminance
  • the black portion has low luminance.
  • the user traces the touch panel 102 on which an image is displayed.
  • the CPU 302 obtains the touch positions of the user on the touch panel 102 at regular intervals from the touch panel 102.
  • the CPU 302 changes the vibration waveform of the vibration units 203a and 203b according to the image content and the touch position information, and presents a tactile sensation according to the image to the user.
  • the spatial frequency is a frequency corresponding to a cycle in which the luminance of the image displayed on the display unit 101 changes.
  • the vibration control unit 301 varies the amplitude and frequency of vibration between a high brightness region and a low brightness region. For example, the amplitude is increased or the frequency is increased in the high luminance region than in the low region.
  • the spatial frequency may be a frequency corresponding to a cycle in which the color of the image displayed on the display unit 101 changes.
  • the vibration control unit 301 varies the amplitude and frequency of vibration between regions having different colors in the image. For example, the amplitude and the frequency are increased in the red region than in the blue region.
  • FIG. 4B is a vibration distribution of the touch panel 102 when the touch panel 102 is driven at a certain frequency. Under this condition, the magnitude of vibration felt by the user differs depending on the touch position, the vibration amplitude at the center of the touch panel 102 is large, and the vibration distribution at the end is small.
  • FIG. 4C shows a drive waveform to the vibration unit 203 when the user traces from the left end to the right end of the touch panel 102 at a constant speed of 10 mm / s.
  • the carrier wave is set to a frequency (for example, 50 to 500 Hz) felt by the user.
  • a wave of 1 Hz is shown to make it easy to understand that the carrier wave is a sine wave, but the actual frequency is, for example, 50 to 500 Hz.
  • An expression (1) of the drive waveform Volt (t) for presenting a tactile sensation according to image information to the user is shown below.
  • the CPU 302 acquires the touch position p (t) on the touch panel 102 of the user at time t. Next, the CPU 302 calculates the drive waveform from the time t + tc to the time t + 2tc by the arithmetic expression (1) until the time t + tc, and transmits the data to the vibration control unit 301.
  • the vibration control unit 301 vibrates the vibration unit 203 with the drive waveform from time t + tc to time t + 2tc. Thereby, the rough feeling according to an image can be shown to a user.
  • tc a delay of about 2 tc may occur between the actual touch position p (t) and the vibration waveform. It is conceivable to make the value of tc as small as possible, for example, 100 ms or less, or 20 ms or less. .
  • the CPU 302 corrects the phase of the carrier wave and the modulated wave so that the waveform at time t + tc calculated based on the information at time t and the waveform at time t + tc calculated based on the information at time t + tc are continuously connected.
  • the term may be adjusted.
  • the phase correction term of the modulated wave may be adjusted according to the start position of the user's tracing. For example, when tracing starts from a position where the luminance of the image displayed on the display unit 101 is high, the phase difference is reduced, and when tracing starts from a position where the luminance is low, the phase difference is increased. This makes it possible to match the position where the brightness of the image is high and the position where the vibration amplitude is large, so that a more realistic tactile sense can be presented.
  • D (x) is a correction term for the vibration distribution at the touch position x.
  • D the amplitude at the touch position x
  • p (min) the amplitude at the position p (min) where the amplitude on the touch panel 102 is the smallest
  • D can be defined as follows.
  • D (x) d (p (min)) / d (x) (2)
  • a lower limit value may be provided so as not to be below a certain value. For example, when D (x) ⁇ 0.3, it may be set to 0.3.
  • the CPU 302 may calculate the spatial frequency ⁇ (t) and the drive waveform from the image content in the tracing direction in the range of about 1 to 5 cm around the touch position p (t).
  • the image to be calculated is centered on the touch position p (t), but further considering the tracing direction, p (t) + v (t) ⁇ tc or p (t) + v (t) ⁇ 2 ⁇ tc It is good.
  • the range of the image for calculating the spatial frequency may be changed according to the user's tracing speed. For example, the range of the image for calculating the spatial frequency when the user's tracing speed is slower than when the user's tracing speed is slow may be widened. When the range for calculating the spatial frequency is widened, for example, a range of v (t) ⁇ tck or more may be calculated.
  • the spatial frequency is calculated from, for example, luminance or color information.
  • the spatial frequency may be calculated as one pair of white and black.
  • the image may be a moving image
  • the spatial frequency may be calculated based on image information of the moving image at time t or a time advanced by a time delay.
  • the vibration control unit does not have to vibrate the vibration unit.
  • sound, heat, screen brightness, images, etc. may be changed in conjunction with the drive waveform.
  • one spatial frequency with the highest contrast is extracted from the image and reflected in the drive waveform, but by limiting it to a specific color or frequency range depending on the tactile sensation to be expressed, a spatial frequency other than the maximum contrast is extracted. May be used. That is, when calculating the spatial frequency ⁇ (t), filtering by color, limitation of frequency, limitation of amplitude and direction may be included. This increases tactile variation. Further, not only a single ⁇ (t) but also a plurality of ⁇ (t) may be synthesized. In this case, a more complex tactile sensation can be presented.
  • FIG. 4D shows a vibration waveform around the user's finger when the user's finger traces the touch panel 102 at 10 mm / s. Since the user's touch position is 10 x mm after x seconds, the user can feel a rough tactile sensation according to the image signal.
  • FIG. 5A is a plan view of the display unit 101 of the electronic device 100.
  • the support part 202 includes a support part 202b extending in the X direction and a support part 202a extending in the Y direction.
  • the rigidity of the support part 202b in the X direction is lower than the rigidity of the support part 202a in the Y direction.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a vibration distribution on the touch panel 102 when a sine wave having a voltage of 150 Vpp and a frequency of 220 Hz is applied to the piezoelectric elements of the vibration units 203a and 203b via the vibration control unit 301 in the same phase. is there.
  • the magnitude of the vibration amplitude is indicated by contour lines.
  • vibration antinodes 402 there are three places with large amplitudes (hereinafter referred to as vibration antinodes 402) and two places with small amplitudes excluding both ends (hereinafter referred to as vibration nodes 401).
  • vibration nodes 401 In the Y direction, there are no vibration nodes 401 except for both ends.
  • Such a vibration mode is referred to as f20 (the first digit of f indicates the number of nodes in the X direction, and the second digit indicates the number of nodes in the Y direction). Since 202 is formed, the touch panel 102 is flexural vibration with both ends fixed. Note that vibration other than flexural vibration with both ends fixed may be used.
  • FIG. 5C is a diagram showing the vibration amplitude on the touch panel 102 when a sine wave having a voltage of 150 Vpp and a frequency of 370 Hz is applied to the piezoelectric elements of the vibration units 203a and 203b via the vibration control unit 301 in an opposite phase.
  • the reverse phase means that, for example, when the vibration unit 203a is extended, the vibration control unit 301 controls so that the vibration unit 203b contracts.
  • the voltage applied to the piezoelectric element is reversed.
  • Such a vibration mode is called an f30 mode.
  • FIG. 5D is a diagram showing a vibration amplitude distribution along the line B-B ′ in FIG. 5A.
  • the solid line indicates the f20 mode
  • the dotted line indicates the f30 mode.
  • the vibration control unit 301 changes the output vibration waveform according to the touch position of the user. Specifically, when the user's touch position is in the range of region A in FIG. 5D, the vibration control unit 301 outputs a vibration waveform that induces the f20 mode to the vibration unit 203. When the user's touch position is in the range of region B in FIG. 5D, the vibration control unit 301 outputs a vibration waveform so that the f30 mode is induced to the vibration unit 203. As a result, the user can feel the vibration regardless of the position on the touch panel 102.
  • FIG. 5E is a vibration distribution diagram when the drive frequency is changed depending on the touch position of the user.
  • the greater vibration of the touch position of the user is output, so that a large amplitude can be provided to the user over the entire area of the touch panel 102.
  • vibration modes there are two vibration modes to be used, but the present invention is not limited to this. That is, two or more vibration modes may be used. In that case, for example, the vibration mode having the largest amplitude at the touch position may be used among the plurality of vibration modes.
  • the vibration mode to be used not only the vibration uniformity, but also a frequency that is easy for humans to feel and that makes it difficult to hear sound may be selected.
  • the frequency at which a human sense of touch is easily felt is 100 to 500 Hz, more specifically 200 to 400 Hz. Further, if the frequency exceeds 500 Hz, noise may be generated due to the vibration of the panel. Therefore, a frequency of 500 Hz or less, for example, 400 Hz or less is used.
  • the driving frequency is too different, the tactile sensation becomes uncomfortable, so it is conceivable to use a similar driving frequency. If the frequency and voltage are set so that the amplitude on the touch panel 102 is about 5 to 50 ⁇ m, a comfortable tactile sense (vibration) can be presented to a human finger.
  • the arrangement position of the vibration unit 203 on the touch panel 102 is, for example, a place where the vibration amplitude of the vibration mode used by the touch panel 102 is large. In the case of FIG. 5B, it is conceivable to install in three places which are antinodes of vibration. However, since the vibration part 203 is usually not transparent, the display of the display part 101 on the back side becomes invisible when arranged in the center part of the touch panel. .
  • the vibration unit 203 is disposed at the end of the touch panel 102.
  • the touch panel 102 is disposed outside the display area of the display unit 101.
  • the vibration unit 203 has been described as being disposed at the end of the touch panel 102, there is no problem even if it is disposed slightly inside the end as long as it is outside the display area. Also in that case, it can be installed at the end closer to the vibration antinode.
  • the touch panel 102 may be disposed at a central portion in the Y direction at the end portion in the X direction (arrangement in FIG. 5A) or at three locations near the antinode of vibration in the X direction at the end portion in the Y direction of the touch panel 102.
  • the arrangement position of the vibration part 203 with respect to the f30 mode can also be arranged near the position of the antinode of the vibration amplitude. Therefore, it can be arranged at four locations near the center of the Y direction at the X direction end of the touch panel 102 or the antinode of the X direction vibration at the Y direction end of the touch panel 102.
  • the f20 mode and the f30 mode are selectively used depending on the touch position. From the viewpoint of cost, it is desired to generate vibration with as few vibration parts 203 as possible.
  • the vibration part 203 is provided at the center in the Y direction at the X direction end of the touch panel 102 suitable for both vibration modes. Arranged (arrangement of FIG. 5A).
  • the vibration part 203 may be arranged in both the Y direction center part and the X direction center part. In addition to the symmetrical position, it may be disposed at an asymmetrical position as close as possible to the antinode of the mode to be vibrated.
  • Table 1 shows driving conditions according to the touch position.
  • the user touches the touch panel 102.
  • the CPU (microcomputer) 302 refers to the values shown in Table 1 based on FIGS. 5B and 5C according to the touch position, and causes the vibration control unit 301 to drive conditions so that a uniform tactile sensation is presented to the user. Will be sent.
  • the drive condition includes at least one of a drive voltage, a drive frequency, a phase, a waveform, an output timing, and the like for each of the vibration units 203a and 203b.
  • the vibration control unit 301 drives the vibration unit 203 based on vibration information from the microcomputer and presents a tactile sensation to the user. More specifically, when the touch position touches the area A in FIG. 5D, the driving is performed under the condition B when the area A is touched.
  • the voltage is constant, but a uniform tactile sensation may be presented by adjusting the voltage by further dividing the area.
  • the voltage may not be set so that the amplitude is the same in the condition A and the condition B, but may be set so that the haptics have the same strength according to the frequency characteristics of the human haptics.
  • the click feeling is expressed by burst driving, the number of shots may be adjusted so that the vibration time is the same.
  • FIG. 5F is a diagram illustrating a driving waveform of continuous driving when a finger continuously touching the touch panel 102 moves.
  • the drive waveform actually output by the vibration control unit 301 is adjusted so that the drive waveform changes continuously so that the user does not feel uncomfortable.
  • the driving condition is changed from the condition A to the condition B when moving from the area A to the area B in FIG. 5D
  • the output voltage is changed to 0 as a guide.
  • parameters such as amplitude, frequency, and phase are changed at the zero cross point of the drive waveform. Thereby, it is possible to prevent the user from feeling uncomfortable and to prevent the generation of noise.
  • FIG. 6A is a plan view of the display unit 101 of the electronic device 100.
  • An image is displayed on the display unit 101.
  • the user touches and touches the touch panel 102 on the display unit 101 on which the image is displayed.
  • the CPU 302 obtains the touch positions of the user's touch panel 102 from the touch panel 102 at regular intervals.
  • the CPU 320 controls the vibration waveform based on the image and the touch position information, and presents a tactile sensation according to the image to the user.
  • FIG. 6B shows a vibration distribution of the touch panel 102 when the vibration unit 203 is driven by switching a plurality of higher order modes. Under this condition, the magnitude of the vibration felt by the user differs depending on the touch position, resulting in a complicated vibration distribution.
  • FIG. 6C shows a drive waveform to the vibration unit 203 when the user traces from the left end to the right end of the touch panel 102 at a constant speed of 10 mm / s.
  • the carrier wave is set to a frequency felt by the user, and is, for example, 50 to 500 Hz.
  • a wave of 1 Hz is shown so that it can be easily understood that the carrier wave is a sine wave, but it is actually 50 to 500 Hz, for example.
  • the CPU 302 calculates a drive waveform using the arithmetic expression (1) based on the user's touch position and image information.
  • FIG. 6D shows a vibration waveform around the user's finger when the user traces his / her finger at 10 mm / s. If the user's touch position is 10 seconds after x seconds, the user can feel a rough tactile sensation according to the image.
  • FIG. 7 is a plan view showing another configuration example of the electronic device 100.
  • the vibration is controlled according to the touch position of the user.
  • the cursor 801 is further displayed separately from the touch position, and the movement of the cursor 801 is changed so that the user is more rough.
  • FIG. 7 shows an electronic device 100 in which the display unit 101 and the touch panel 102 are separate.
  • a cursor 801 that moves in conjunction with a touch operation on the touch panel 102 is displayed on the display unit 101, and the same effect as in the above example can be obtained by associating the position of the cursor 801 with the touch position. .
  • the display control unit 303 controls the movement of the cursor 801 displayed on the display unit 101 according to the touch position on the touch panel 102 of the user.
  • the display control unit 303 changes the moving speed of the cursor 801 according to the speed at which the user traces the touch panel 102 and the spatial frequency in the cursor moving direction in the image displayed at the position where the cursor 801 is moving. For example, the moving speed of the cursor 801 is slower when the spatial frequency is higher than when the spatial frequency is low. Further, the moving speed of the cursor 801 may be made slower when the difference in image brightness is large than when it is small.
  • the spatial frequency of the image information at the cursor position is high or when the contrast is high, the tracking of the cursor movement with respect to the movement of the touch position is deteriorated, and the cursor intentionally follows the finger. Thus, the roughness of the position may be expressed.
  • the same effect can be obtained by controlling the movement of the cursor as described above. Is obtained.
  • control unit that controls each component is provided, but the embodiment is not limited thereto.
  • Various control units such as the display control unit 303 and the vibration control unit 301 may be configured to serve as the CPU 302.
  • the electronic device 100 is not limited to this.
  • an electronic device including a touch panel such as a mobile phone, a PDA, a game machine, a car navigation system, and an ATM, may be used.
  • the frequency, voltage, and number of cycles of the vibration pattern shown in the above-described embodiment are examples, and other waveforms such as a rectangular wave and a sawtooth wave, an intermittent waveform, and a frequency and amplitude continuously It may be a changing waveform.
  • the capacitive touch panel 102 has been described as the touch panel 102.
  • a resistive touch panel, an optical touch panel, an ultrasonic touch panel, an electromagnetic touch panel, or the like may be used.
  • the input method is not limited to the touch operation by the user's finger, but may be an input method using a pen such as a stylus.
  • the tactile sensation is presented by generating vibration, but the embodiment is not limited to this.
  • tactile sensations may be presented by other methods such as friction change due to static electricity, skin irritation due to electric current, and screen shape change due to liquid.
  • screen display, sound, light, heat, and the like may be combined as appropriate.
  • a computer program that executes such a control operation is stored in, for example, a built-in memory of the CPU 302. Moreover, such a computer program may be installed in the electronic device 100 from a recording medium (such as an optical disk or a semiconductor memory) on which the computer program is recorded, or may be downloaded via an electric communication line such as the Internet.
  • a recording medium such as an optical disk or a semiconductor memory
  • the electronic device 100 includes a touch panel 102 touched by a user, a vibration unit 203 that vibrates the touch panel 102, a vibration control unit 301 that controls vibration of the vibration unit 203, and a display unit 101 that displays an image.
  • the vibration control unit 301 changes the vibration of the vibration unit 203 according to the speed at which the user traces the touch panel 102 and the spatial frequency in the tracing direction of the image displayed at the position where the user is tracing. Thereby, vibration according to the image displayed on the display unit 101 can be generated. Therefore, a tactile sensation according to the image can be presented to the user.
  • the vibration control unit 301 may change the vibration amplitude of the vibration unit 203 according to the touch position of the user. Thereby, the vibration variation in the touch panel 102 can be corrected. Therefore, a realistic tactile sensation can be presented by the user.
  • the vibration control unit 301 may change the phase of the drive waveform of the vibration unit 203 according to the touch position of the user. Thereby, the vibration mode of the higher order mode can be generated on the touch panel 102. Therefore, uniform vibration can be generated over the entire touch panel.
  • the spatial frequency corresponds to, for example, a cycle in which the luminance of the image displayed on the display unit 101 changes, and the vibration control unit 301 varies the vibration between a high luminance region and a low luminance region of the image. Also good.
  • the spatial frequency may correspond to, for example, a period in which the color of the image displayed on the display unit 101 changes.
  • the vibration control unit 301 vibrates between regions having different colors. It may be different. Thereby, vibration according to the image displayed on the display unit 101 can be generated. Therefore, a tactile sensation according to the image can be presented to the user.
  • the range of the image for calculating the spatial frequency may be changed according to the user's tracing speed.
  • the range of the image for calculating the spatial frequency when the user's tracing speed is higher than when the user's tracing speed is low may be widened.
  • the information of the image in the vicinity of the tracing range can be reflected in the drive waveform. Therefore, a realistic tactile sensation can be presented by the user.
  • the vibration control unit 301 does not have to vibrate the vibration unit 203 when the touch position of the user does not change. Thereby, since vibration is not generated when the user is not tracing, a more realistic tactile sensation can be presented. For example, when the tracing finger stops, the vibration is stopped, so that the user can experience the touch of the object represented by the image more realistically.
  • the electronic device 100 may further include a display control unit 303 that controls the movement of the cursor 801 displayed on the display unit 101 in accordance with the touch position of the user.
  • the display control unit 303 changes the moving speed of the cursor 801 according to the speed at which the user traces the touch panel 102 and the spatial frequency in the moving direction of the cursor 801 in the image displayed at the position where the cursor 801 is moving. May be. Thereby, the rough feeling of the image can be expressed by the movement of the cursor 801. Therefore, the user can feel a real tactile sensation.
  • the moving speed of the cursor 801 may be slower when the spatial frequency is higher than when the spatial frequency is low.
  • the spatial frequency may correspond to a cycle in which the luminance of the image displayed on the display unit 101 changes.
  • the moving speed of the cursor 801 is larger than when the height difference of the luminance of the image is small. Sometimes it may be later. Thereby, the rough feeling of the image can be expressed by the movement of the cursor 801. Therefore, the user can feel a real tactile sensation.
  • the computer program that causes the electronic device 100 according to the embodiment to perform the vibration operation detects the touch operation of the touch panel 102 by the user, the speed at which the user traces the touch panel 102, and the display of the position that the user is tracing.
  • the CPU 302 of the electronic device 100 is caused to change the vibration of the touch panel 102 in accordance with the spatial frequency in the image tracing direction. Thereby, vibration according to the image displayed on the display unit 101 can be generated. Therefore, a tactile sensation according to the image can be presented to the user.
  • the electronic device of the present disclosure is suitably used as an input device for, for example, a portable information terminal device, a computer display, a car navigation device, an ATM, and a ticket vending machine.

Abstract

　電子機器１００は、ユーザがタッチするタッチパネル１０２と、タッチパネル１０２を振動させる振動部２０３と、振動部２０３の振動を制御する振動制御部３０１と、画像を表示する表示部１０１とを備える。振動制御部３０１は、ユーザがタッチパネル１０２をなぞる速度と、ユーザがなぞっている位置に表示されている画像のなぞり方向の空間周波数とに応じて、振動部２０３の振動を変更する。

Description

電子機器
　本開示は、ユーザによる操作が可能な電子機器に関する。
　近年、入力手段としてタッチパネルを備えた電子機器が広く利用されている。このタッチパネルの動作原理の一つとして、静電容量方式が挙げられる。この方式では、ユーザの指先とタッチパネルの導電膜との間の静電容量の変化を捉えることで、ユーザの指先のタッチパネル上のタッチ位置を検出する。
　一般に、タッチパネルを備えた電子機器は、ユーザがタッチパネル表面に直接触れることで入力操作を行う。タッチパネル操作に応じた感触を提供するために、タッチパネルに振動部を設け、ユーザに振動による触覚を提示する触覚機能付タッチパネルが提案されている。例えば、本体側面にズーム操作を行うためのスライドボタンが設けられているカメラがあるが、特許文献１は、細長いタッチパネルを本体側面に設けて、タッチパネルをそのようなスライドボタンとして使用するカメラを開示している。その細長いタッチパネルをユーザがなぞってズーム操作を行うとき、なぞり速度に応じて振動を変化させることにより、ユーザはメカニカルなスライドボタンの操作感に対応した触覚を得ることができる。
特開２００５－２８４４１６号公報
　本開示は、表示部に表示された画像をなぞったときに、その表示画像に応じた触覚をユーザに提示する電子機器を提供する。
　本開示のある実施形態に係る電子機器は、ユーザがタッチするパネルと、パネルを振動させる振動部と、振動部の振動を制御する振動制御部と、画像を表示する表示部とを備える。振動制御部は、ユーザがパネルをなぞる速度と、ユーザがなぞっている位置に表示されている画像のなぞり方向の空間周波数とに応じて、振動部の振動を変更する。
　本開示のある実施形態に係る電子機器によれば、表示部に表示された画像をなぞったときに、その表示画像に応じた触覚をユーザに提示することができる。
実施形態に係る電子機器の外観斜視図である。 実施形態に係る電子機器を示す分解斜視図である。 実施形態に係る電子機器を図２に示すＡ－Ａ’線に沿って切断したときの断面図である。 （ａ）は実施形態に係る電子機器の表示部を示す平面図であり、（ｂ）はある周波数で駆動したときの振動分布図であり、（ｃ）は指を１０ｍｍ／ｓの等速で動かしたときの駆動波形図であり、（ｄ）はユーザの指の位置の振動波形図である。 実施形態に係る電子機器の表示部を示す平面図である。 実施形態に係る電子機器をある周波数で駆動したときのタッチパネルの振動分布図である。 実施形態に係る電子機器を別の周波数で駆動したときのタッチパネルの振動分布図である。 実施形態に係る電子機器の図５Ａに示すＢ－Ｂ’線におけるタッチパネルの振動強度図である。 実施形態に係る電子機器においてタッチ位置によって駆動周波数を変更したときの振動分布図である。 実施形態に係る電子機器のタッチパネルをタッチしている指がタッチしたまま連続して動いた場合の連続駆動の駆動波形を表す図である。 （ａ）は実施形態に係る電子機器の表示部を示す平面図であり、（ｂ）は高次モードで駆動したときの振動分布図であり、（ｃ）は指を１０ｍｍ／ｓの等速で動かしたときの駆動波形図であり、（ｄ）はユーザの指の位置の振動波形図である。 実施形態に係る電子機器の外観斜視図である。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　［１．電子機器の構成］
　図１は、実施形態に係る電子機器１００の表示面側の外観を示す斜視図である。電子機器１００は、表示部１０１と、それを覆うように配置されたタッチパネル１０２と、筐体１０３とを備える。説明の便宜上、以下ではタッチパネル１０２の長辺方向をＸ方向、短辺方向をＹ方向とする。
　図２は、電子機器１００を示す分解斜視図である。図２に示すように、電子機器１００は、ベース部材２０１と、タッチパネル１０２と、支持部２０２と、振動部２０３とを備える。ベース部材２０１は、タッチパネル１０２を支えるベースとなる部材である。ベース部材２０１は、金属や樹脂など、タッチパネル１０２などを支えることができる剛性を備えている。ベース部材２０１には、図示しない表示パネルや回路基板が取り付けられる。
　タッチパネル１０２は、ユーザのタッチ操作を受け付け、タッチ位置を検出する。タッチパネル１０２の位置検出方式としては、感圧方式、静電容量方式、光学式、表面弾性波方式などの公知の方式を用いることができる。タッチパネル１０２は、パネル部材の一例である。タッチパネル１０２は、その周縁部分が支持部２０２により支持されている。
　支持部２０２は、タッチパネル１０２の周縁部のほぼ全周に亘って設けられており、タッチパネル１０２をベース部材２０１に対して支持する。支持部２０２は、樹脂、ゴム、ゲルなどの一定の強度と弾性力を備えた材料で構成される。支持部２０２は金属などで構成されてもよい。このような構成により、支持部２０２の強度を強くすることができる。また、支持部２０２は、バネ要素で構成されてもよい。このような構成により、支持部２０２は高い弾性力を有することができる。
　支持部２０２は、４つの辺で構成されている。具体的には、電子機器１００の形状に合わせて、２つの対向する長辺と、２つの対向する短辺とで構成される。支持部２０２の幅は、短辺よりも長辺の方を狭くしている。その結果として、支持部２０２の剛性は短辺よりも長辺の方が低い。
　なお、本実施形態では、ベース部材２０１と支持部２０２とは別体として設けられているが、ベース部材２０１と支持部２０２とは一体に形成されてもよい。
　また、本実施形態では、支持部２０２は全周に亘りベース部材２０１とタッチパネル１０２を接続しているが、一部であってもよい。
　本実施形態の電子機器１００は、２つの振動部２０３ａ、２０３ｂを有している。振動部２０３ａ、２０３ｂは、タッチパネル１０２の裏面の周縁部に取り付けられている。振動部２０３ａ、２０３ｂは、タッチパネル１０２の短辺の略中点付近に１つずつ配置されている。振動部２０３ａ、２０３ｂは、タッチパネル１０２を振動させることで、ユーザに触覚を与える。振動部２０３ａ、２０３ｂとしては、たとえば圧電素子や振動モータ、リニアアクチュエータ、ボイスコイルモータ、人工筋肉などが用いられる。要するに振動部２０３ａ、２０３ｂは、電気エネルギーなどを振動エネルギーに変換することができるものであればよい。
　図３は、電子機器１００を図２に示すＡ－Ａ’線で切断したときのタッチパネル１０２と振動部２０３ａの断面図である。図３に示すように、タッチパネル１０２に振動部２０３ａは物理的に接続されている。振動部２０３ａは振動制御部３０１に電気的に接続されている。この例では、振動部２０３ａは圧電素子であり、その両面に電極が形成されている。タッチパネル１０２と接続されている側の電極は、圧電素子の端面を介して、振動制御部３０１に電気的に接続されている。振動制御部３０１より交流電圧を印加することで、振動部２０３ａは伸縮し、それによりタッチパネル１０２にたわみ振動を引き起こす。
　なお、振動部２０３としては、スパッタリング等の方法によりタッチパネル１０２に薄膜の透明圧電部材を形成して振動部２０３として用いてもよい。また、タッチパネル１０２上にカバー部材がある場合は、振動部２０３をカバー部材に貼り付けるなど、電子機器１００のどの部分に配置してもよい。なお、タッチパネル１０２上にカバー部材がある場合は、タッチパネル１０２とカバー部材の両方を含めて、タッチ位置を検出するパネル部材とよぶ。
　また、この例では、タッチパネル１０２と表示部１０１とが別々の構成要素になっているが、タッチパネル１０２と表示部１０１とは一体に形成されていてもよい。例えば、タッチパネル機能を液晶パネルの内部に一体化するインセル型タッチパネルや、タッチパネル機能を液晶パネルの表面に一体化するオンセル型タッチパネル等の方式であってもよい。
　ＣＰＵ３０２は、振動制御部３０１、タッチパネル１０２、表示制御部３０３と電気的に接続されている。ＣＰＵ３０２は、マイクロコンピュータ、記憶部等を備えている。ＣＰＵ３０２は、電子機器１００の各構成要素の動作の制御、各種検出動作および各種判断動作を行なう。ＣＰＵ３０２は、表示制御部３０３を介して表示部１０１に画像を表示する。また、ＣＰＵ３０２は、タッチパネル１０２におけるユーザのタッチ位置を検出し、内部で演算を行い、振動制御部３０１に駆動波形を出力する。
　振動制御部３０１は、ユーザがタッチパネル１０２をなぞる速度と、ユーザがなぞっている位置に表示されている画像のなぞり方向の空間周波数とに応じて、振動部２０３ａ、２０３ｂの振動を変更する。また、振動制御部３０１は、ユーザのタッチ位置に応じて、振動部の振動振幅や駆動波形の位相を変更する。以下、電子機器１００の動作をより詳細に説明する。
　［２．タッチパネルの振動（基本モード）］
　図４（ａ）は、電子機器１００の表示部１０１の平面図である。電子機器１００の動作を分かりやすく説明するために、図４（ａ）に示す例では、白黒の縞々の画像が表示部１０１に表示されている。この例では、表示部１０１の表示画像中の白い部分は輝度が高く、黒い部分は輝度が低いとする。ユーザは、画像が表示されたタッチパネル１０２をなぞる。ＣＰＵ３０２は、タッチパネル１０２より、一定間隔でユーザのタッチパネル１０２上のタッチ位置を得る。ＣＰＵ３０２は、画像内容とタッチ位置情報に応じて、振動部２０３ａ、２０３ｂの振動波形を変更し、ユーザに画像に応じた触覚を提示する。この例では、空間周波数は、表示部１０１に表示された画像の輝度が変化する周期に対応する周波数である。この場合、振動制御部３０１は、例えば、輝度が高い領域と低い領域とで、振動の振幅や周波数を異ならせる。例えば、輝度が高い領域では低い領域よりも振幅を大きくしたり周波数を高くしたりする。また、空間周波数は、表示部１０１に表示された画像の色が変化する周期に対応する周波数であってもよい。この場合、振動制御部３０１は、例えば、画像の互いに色が異なる領域同士で振動の振幅や周波数を異ならせる。例えば、赤色の領域では青色の領域よりも振幅を大きくしたり周波数を高くしたりする。
　図４（ｂ）は、タッチパネル１０２をある一定の周波数で駆動したときのタッチパネル１０２の振動分布である。この条件では、タッチ位置によってユーザが感じる振動の大きさは異なり、タッチパネル１０２の中央部の振動振幅は大きく、端部は小さい振動分布になっている。
　図４（ｃ）は、ユーザがタッチパネル１０２の図面上の左端から右端まで、１０ｍｍ／ｓの一定の速度でなぞったときの、振動部２０３への駆動波形である。基本周波数を搬送波にして、画像情報となぞり速度に応じて変調をかけている。搬送波はユーザが感じる周波数（例えば５０～５００Ｈｚ）に設定される。なお、図には搬送波が正弦波であることが分かりやすいように、１Ｈｚの波を記載しているが、実際の周波数は例えば５０～５００Ｈｚである。ユーザに画像情報に応じた触覚を提示するための駆動波形Ｖｏｌｔ（ｔ）の演算式（１）を以下に示す。
　Ｖｏｌｔ（ｔ）＝Ａ・Ｄ（ｐ（ｔ））・（１＋ｓｉｎ（２π・ｆｍ（ｔ）・ｔ＋δｍ））／２・ｓｉｎ（２π・ｆｃ・ｔ＋δｃ）　　　・・・（１）
ここで、
　　Ａ：振動の相対的な大きさを指定する定数、
　　Ｄ（ｐ（ｔ））：タッチ位置ｐ（ｔ）の振動分布を補正する補正項、
　　ｆｍ（ｔ）：変調波の周波数［Ｈｚ］
　　　　ｆｍ（ｔ）＝ν（ｔ）＊ｖ（ｔ）
　　　　ν（ｔ）：タッチ位置ｐ（ｔ）近傍の画像のなぞり方向の空間周波数［本／ｍ］、
　　　　ｖ（ｔ）：なぞり速度［ｍ／ｓ］
　　　　　　ｖ（ｔ）＝（ｐ（ｔ）－ｐ（ｔ－ｔｃ））／ｔｃ
　　　　　　ｐ（ｔ）：時刻ｔにおけるユーザのタッチ位置［ｍ］、
　　　　　　ｔｃ：ＣＰＵがタッチ位置を得る時間間隔［ｓ］、
　　δｍ：変調波の位相補正項、
　　ｆｃ：搬送波の周波数［Ｈｚ］、
　　δｃ：搬送波の位相補正項
である。
　ＣＰＵ３０２は、時刻ｔにユーザのタッチパネル１０２上のタッチ位置ｐ（ｔ）を取得する。次に、ＣＰＵ３０２は、時刻ｔ＋ｔｃまでの間に、時刻ｔ＋ｔｃから時刻ｔ＋２ｔｃまでの駆動波形を演算式（１）により計算し、振動制御部３０１にデータを送信する。振動制御部３０１は、時刻ｔ＋ｔｃから時刻ｔ＋２ｔｃまでの間、上記駆動波形により振動部２０３を振動させる。これにより、ユーザに画像に応じたざらざら感を提示することができる。
　また、実際のタッチ位置ｐ（ｔ）と振動波形の間には２ｔｃ程度の遅れが生じる可能性があるため、ｔｃの値はできるだけ小さくすることが考えられ、例えば１００ｍｓ以下、あるいは２０ｍｓ以下にする。
　また、ＣＰＵ３０２は、時刻ｔの情報を元に計算した時刻ｔ＋ｔｃの波形と、時刻ｔ＋ｔｃの情報を元に計算した時刻ｔ＋ｔｃの波形とが、連続的につながるように、搬送波と変調波の位相補正項を調整してもよい。
　変調波の位相補正項は、ユーザのなぞりの開始位置に応じて調整してもよい。例えば、表示部１０１に表示されている画像の輝度が高い位置からなぞりを開始した場合には位相差を小さく、輝度が低い位置からなぞりを開始した場合には位相差を大きくする。これにより、画像の輝度の高い位置と振動の振幅の大きい位置とを合わせることができるので、よりリアルな触覚を提示することができる。
　Ｄ（ｘ）は、タッチ位置ｘにおける振動分布の補正項である。規定の周波数、規定の電圧を印加したときの、タッチ位置ｘでの振幅をｄ（ｘ）、タッチパネル１０２上の振幅がもっとも小さい位置ｐ（ｍｉｎ）の振幅をｄ（ｐ（ｍｉｎ））とすると、Ｄは、以下のように定義できる。
　Ｄ（ｘ）＝ｄ（ｐ（ｍｉｎ））／ｄ（ｘ）　　・・・（２）
ただし、Ｄ（ｘ）があまりにも小さくなってしまう場合には、一定値以下にはならないように下限値を設けてもよい。例えば、Ｄ（ｘ）＜０．３の場合には、０．３にしてもよい。
　また、ＣＰＵ３０２は、タッチ位置ｐ（ｔ）の周辺約１～５ｃｍ程度の範囲のなぞり方向の画像内容から空間周波数λ（ｔ）と駆動波形を演算してもよい。演算する画像は、タッチ位置ｐ（ｔ）を中心とするが、さらにそのなぞり方向を考慮して、ｐ（ｔ）＋ｖ（ｔ）・ｔｃ、またはｐ（ｔ）＋ｖ（ｔ）・２・ｔｃとしてもよい。
　また、ユーザのなぞり速度に応じて、空間周波数を計算する画像の範囲を変更してもよい。例えば、ユーザのなぞり速度が遅いときよりも速いときの方の空間周波数を計算する画像の範囲を広くしてもよい。空間周波数を計算する範囲を広くする場合、例えば、ｖ（ｔ）・ｔｃｋ以上の範囲を計算してもよい。空間周波数は、例えば輝度または色情報により計算される。空間周波数を白と黒のペアで一本と計算してもよい。
　ここでは単純な縞々の白黒の画像を例示したが、カラーでも、規則的でない図柄でも、写真でも絵画でも、そのつどタッチ位置周辺の画像情報を演算式（１）により駆動波形を計算すれば同様の効果が得られる。
　また、画像として静止画を例示したが、画像は動画であってもよく、時刻ｔ、または時間遅れの分だけ進んだ時刻の動画の画像情報を元に空間周波数を計算してもよい。
　また、タッチ位置、なぞり速度など１次元で説明したが、２次元でも同様の効果が得られる。
　また、ユーザのなぞり速度が一定速度以下の場合には、なぞっていないと判断して駆動波形の出力を停止してもよい。例えばユーザのタッチ位置が変化しない場合、振動制御部は振動部を振動させなくてもよい。
　また、駆動波形にあわせて、音、熱、画面の輝度、画像などを連動させて変化させてもよい。
　この例では、画像の中からコントラストが最も高い一つの空間周波数を抽出して駆動波形に反映したが、表現したい触覚によって特定の色や周波数範囲などで限定することで、最大コントラスト以外の空間周波数を用いてもよい。つまり、空間周波数ν（ｔ）を計算するときに、色によるフィルタリングや、周波数の限定、振幅や方向の限定を入れてもよい。これにより、触覚のバリエーションが増加する。また、単一のν（ｔ）だけでなく、複数のν（ｔ）を合成してもよく、この場合はより複雑な触覚を提示することができる。
　図４（ｄ）は、ユーザの指がタッチパネル１０２を１０ｍｍ／ｓでなぞった場合の、ユーザの指の周辺の振動波形である。ユーザのタッチ位置は、ｘ秒後であれば、１０ｘｍｍの位置にあるので、これによりユーザは画像信号に応じたざらざらした触覚を感じることができる。
　［３．タッチパネルの振動（高次モード）］
　図５Ａは、電子機器１００の表示部１０１の平面図である。支持部２０２は、Ｘ方向に延びる支持部２０２ｂとＹ方向に延びる支持部２０２ａとを備える。Ｘ方向の支持部２０２ｂの剛性はＹ方向の支持部２０２ａの剛性より低い。
　図５Ｂは、振動部２０３ａ、２０３ｂの圧電素子に、振動制御部３０１を介して、電圧１５０Ｖｐｐ、周波数２２０Ｈｚの正弦波を同位相で印加した場合の、タッチパネル１０２上の振動分布を表した図である。振動の振幅の大きさが等高線で示してある。Ｘ方向には、３つの振幅の大きな場所（以下、振動の腹４０２）と、両端を除く２つの振幅の小さな場所（以下振動の節４０１）がある。Ｙ方向には、両端部を除き振動の節４０１はない。このような振動モードをｆ２０とよぶ（ｆの添え字の一桁目はＸ方向の節の数、二桁目はＹ方向の節の数を示す。）本実施形態では、全周にわたり支持部２０２が形成されているので、タッチパネル１０２は両端固定のたわみ振動となる。なお、両端固定のたわみ振動以外の振動を用いてもよい。
　図５Ｃは、振動部２０３ａ、２０３ｂの圧電素子に、振動制御部３０１を介して、電圧１５０Ｖｐｐ、周波数３７０Ｈｚの正弦波を逆位相で印加した場合の、タッチパネル１０２上の振動振幅を表した図である。ここで逆位相とは、たとえば振動部２０３ａが伸びているときに、振動部２０３ｂが縮むように、振動制御部３０１が制御することである。具体的には、圧電素子にかかる電圧が逆になる。この場合は、振動振幅がＸ方向には、４つの振動の腹４０２、３つの振動の節４０１ができる。このような振動モードをｆ３０モードとよぶ。
　図５Ｄは、図５ＡのＢ－Ｂ’線に沿った、振動振幅分布を示した図である。実線はｆ２０モード、点線はｆ３０モードを示している。ユーザのタッチ位置に応じて、振動制御部３０１は出力する振動波形を変化させる。具体的には、ユーザのタッチ位置が図５Ｄの領域Ａの範囲の場合は、振動制御部３０１は振動部２０３に対してｆ２０モードが誘起されるような振動波形を出力する。また、ユーザのタッチ位置が図５Ｄの領域Ｂの範囲の場合には、振動制御部３０１は振動部２０３に対してｆ３０モードが誘起されるように振動波形を出力する。これにより、ユーザはタッチパネル１０２のどの位置をタッチしても振動を感じることができる。
　図５Ｅは、ユーザのタッチ位置によって、駆動周波数を変更した場合の振動分布図である。ｆ２０モードとｆ３０モードのうち、ユーザのタッチ位置の振動の大きな方が出力されるため、タッチパネル１０２の全域にわたって大きな振幅をユーザに提供することができる。
　この例では、使用する振動モードは２つであったが、これに限定されるものではない。つまり、使用する振動モードは、２つ以上であってもよい。その場合は、例えば、複数の振動モードのうち、タッチ位置の振幅が一番大きなものを用いてもよい。
　使用する振動モードの選択時には、振動の均一性だけでなく、人が感じやすく、音が聞こえにくい周波数を選んでもよい。人の触覚の感じやすい周波数は１００～５００Ｈｚ、より詳細には２００～４００Ｈｚである。また、周波数が５００Ｈｚを超えると、パネルの振動により騒音が発生し得るので、５００Ｈｚ以下、例えば４００Ｈｚ以下の周波数を使用する。また複数の振動モードを使い分ける場合に、あまりに駆動周波数が違うと触覚に違和感を覚えてしまうので、近い駆動周波数を使用することが考えられる。なお、タッチパネル１０２上の振幅が約５～５０μｍとなるように周波数および電圧を設定すると、人間の指に心地良い触覚（振動）を提示することができる。
　振動部２０３のタッチパネル１０２上の配置位置は、例えば、タッチパネル１０２の使用する振動モードの振動振幅の大きな場所である。図５Ｂの場合、振動の腹である３箇所に設置することが考えられるが、通常、振動部２０３は透明ではないため、タッチパネルの中央部に配置するとその裏側の表示部１０１の表示が見えなくなる。そのために、振動部２０３をタッチパネル１０２の端部に配置する。例えば、表示部１０１の表示エリアよりも外側で、タッチパネル１０２の範囲に配置する。なお、振動部２０３はタッチパネル１０２の端部に配置すると説明したが、端部よりも若干内側に配置しても、表示エリアより外側であれば問題ない。その場合も、より振動の腹に近い端部に設置され得る。タッチパネル１０２のＸ方向端部におけるＹ方向の中央部に配置する（図５Ａの配置）か、タッチパネル１０２のＹ方向端部におけるＸ方向の振動の腹に近い場所の３箇所に配置され得る。
　ｆ３０モードに対する振動部２０３の配置位置も同じく、振動振幅の腹の位置の近くに配置され得る。したがって、タッチパネル１０２のＸ方向端部におけるＹ方向の中央部か、タッチパネル１０２のＹ方向端部におけるＸ方向の振動の腹に近い４箇所に配置され得る。
　この例では、ｆ２０モードとｆ３０モードを、タッチ位置によって使い分ける。コストの観点からはできるだけ少ない振動部２０３の数で振動を発生させたいので、この例では、両方の振動モードに適しているタッチパネル１０２のＸ方向端部におけるＹ方向の中央部に振動部２０３を配置した（図５Ａの配置）。
　上記の例は、振動部２０３が最も少ない構成で説明したが、振動部２０３は２箇所以上でもよい。また振動部２０３は、Ｙ方向中央部とＸ方向中央部の両方に配置してもよい。また、対称な位置だけでなく、非対称な位置に配置しても、振動させるモードのできるだけ腹に近い部分に配置すればよい。
　また、図５Ｃのように、逆位相の振幅を誘起させる場合は、振動部２０３を配置する場所により、駆動位相を変更する必要がある。具体的には、Ｘ方向の左右に振動部２０３を配置している場合は、振動部２０３への駆動を逆位相（片側が伸びるときにもう片側を縮める）にする。
　表１は、タッチ位置に応じた駆動条件を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表と図を使って、実際の動作を詳しく説明する。ユーザは、タッチパネル１０２にタッチする。ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）３０２は、タッチ位置に応じて、図５Ｂ、５Ｃを基に表１に示す値を参照して、ユーザに均一な触覚が提示されるように、振動制御部３０１に駆動条件を送付する。駆動条件は、各々の振動部２０３ａ、２０３ｂに対する駆動電圧、駆動周波数、位相、波形、出力タイミングなどの少なくとも１つを含む。振動制御部３０１は、マイクロコンピュータからの振動情報をもとに、振動部２０３を駆動し、ユーザに触覚を提示する。具体的には、タッチ位置が図５Ｄの領域Ａをタッチした場合には、条件Ａ、領域Ｂをタッチした場合には、条件Ｂで駆動する。
　この例では、電圧は一定であるが、さらに領域の中を細かく分けて電圧を調整することで、均一な触覚を提示してもよい。電圧は、条件Ａと条件Ｂで振幅が同一になるように設定するのではなく、人間の触覚の周波数特性に応じて触覚が同じ強さになるように設定してもよい。また、バースト駆動でクリック感を表す場合などは、その振動時間が同じになるように、発数を調整してもよい。
　図５Ｆは、タッチパネル１０２上を連続的にタッチしている指が動いた場合の連続駆動の駆動波形を表す図である。このとき、振動制御部３０１が実際に出力する駆動波形は、ユーザに違和感がないように駆動波形が連続的な変化になるように調整する。例えば、図５Ｄの領域Ａから領域Ｂへ移動した際に、駆動条件を条件Ａから条件Ｂに変える際には、出力電圧が０のときを目安に変更する。別の言い方をすると、駆動波形のゼロクロスポイントで、振幅、周波数、位相などのパラメータを変化させる。これにより、ユーザに違和感を覚えさせないと共に、騒音の発生も防ぐことができる。
　図６（ａ）は、電子機器１００の表示部１０１の平面図である。表示部１０１には、画像が表示されている。ユーザは、画像が表示された表示部１０１上のタッチパネル１０２をタッチしてなぞる。ＣＰＵ３０２は、タッチパネル１０２より、一定間隔でユーザのタッチパネル１０２のタッチ位置を得る。ＣＰＵ３２０は、画像とタッチ位置情報により、振動波形を制御し、ユーザに画像に応じた触覚を提示する。
　図６（ｂ）は、複数の高次モードを切り替えて振動部２０３を駆動した場合のタッチパネル１０２の振動分布を示す。本条件では、タッチ位置によってユーザが感じる振動の大きさは異なり、複雑な振動分布になっている。
　図６（ｃ）は、ユーザがタッチパネル１０２の図面上の左端から右端まで、１０ｍｍ／ｓの一定の速度でなぞったときの、振動部２０３への駆動波形である。基本周波数を搬送波にして、画像情報となぞり速度に応じて変調をかけている。搬送波はユーザが感じる周波数に設定され、例えば５０～５００Ｈｚである。なお、図には搬送波が正弦波であることが分かりやすいように、１Ｈｚの波を記載しているが、実際は例えば５０～５００Ｈｚである。ＣＰＵ３０２は、ユーザのタッチ位置および画像情報を元に演算式（１）を用いて駆動波形を計算する。
　図６（ｄ）は、ユーザが１０ｍｍ／ｓで指をなぞったときの、ユーザの指の周辺の振動波形である。ユーザのタッチ位置は、ｘ秒後であれば、１０ｘｍｍの位置にあるので、これによりユーザは画像に応じたざらざらした触覚を感じることができる。
　図７は、電子機器１００の別の構成例を示す平面図である。上述の例では、ユーザのタッチ位置に応じて振動を制御したが、図７の例ではタッチ位置とは別にカーソル８０１をさらに表示し、カーソル８０１の動きに変化をつけることにより、さらにユーザにざらざら感を提示する。図７は、表示部１０１とタッチパネル１０２が別体になった電子機器１００を示している。この例では、表示部１０１に、タッチパネル１０２のタッチ操作に連動して移動するカーソル８０１を表示し、そのカーソル８０１の位置をタッチ位置に対応づけることで、上述の例と同様の効果が得られる。表示制御部３０３は、ユーザのタッチパネル１０２上のタッチ位置に応じて、表示部１０１に表示したカーソル８０１の動きを制御する。表示制御部３０３は、ユーザがタッチパネル１０２をなぞる速度と、カーソル８０１が移動している位置に表示された画像におけるカーソル移動方向の空間周波数とに応じて、カーソル８０１の移動速度を変更する。例えば、カーソル８０１の移動速度は、空間周波数が低いときよりも高いときの方を遅くする。また、画像の輝度の高低差が大きいときは小さいときよりも、カーソル８０１の移動速度を遅くしてもよい。カーソル位置の画像情報の空間周波数が高い場合や、コントラストが高い場合には、タッチ位置の移動に対するカーソルの移動の追従性を悪くし、意図的にカーソルが指に遅れてついてくるようにすることで、その位置のざらざら感の荒さを表現してもよい。
　なお、図１に示すようにタッチパネル１０２が表示部１０１の表示面側に配置される構成においてカーソル８０１が表示されている場合は、上記と同様にカーソルの移動を制御することにより、同様の効果が得られる。
　［４．その他の実施形態］
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術はこれらに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態も可能である。また、上述の実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
　以下、他の実施の形態を例示する。
　上述の実施の形態では、各構成要素を制御する制御部がそれぞれ設けられているが、実施の形態はこれに限られない。表示制御部３０３、振動制御部３０１等の各種制御部は、ＣＰＵ３０２が兼ねる構成であってもよい。
　また、上述の実施の形態では、タブレット型の電子機器やノートパソコン型の電子機器を用いて説明したが、電子機器１００はこれには限らない。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、カーナビゲーション、ＡＴＭなど、タッチパネルを備える電子機器であってもよい。
　また、上述の実施の形態で示した振動パターンの周波数、電圧、周期数に関しては一例であり、矩形波、のこぎり波などの別の波形や、間欠的な波形や、連続的に周波数や振幅が変化する波形などであってもよい。
　また、上述の実施の形態では、タッチパネル１０２として、静電容量方式で説明したが、抵抗膜式、光学式、超音波方式、電磁式などのタッチパネルを用いてもよい。さらにユーザの指によるタッチ操作に限らず、スタイラスなどペンなどによる入力方法でもよい。
　また、上述の実施形態では、振動を発生することで触覚を提示したが、実施の形態はこれに限られない。振動以外にも、例えば、静電気による摩擦の変化や、電流による皮膚の刺激、液体による画面形状の変化など、他の方法で触覚を提示してもよい。触覚の提示だけでなく、画面表示、音、光、熱などを適宜組み合わせてもよい。
　なお、上述した電子機器の動作は、ハードウエアによって実現されてもよいしソフトウエアによって実現されてもよい。そのような制御動作を実行させるコンピュータプログラムは、例えばＣＰＵ３０２の内蔵メモリーに記憶される。また、そのようなコンピュータプログラムは、それが記録された記録媒体（光ディスク、半導体メモリー等）から電子機器１００へインストールしてもよいし、インターネット等の電気通信回線を介してダウンロードしてもよい。
　［５．まとめ］
　実施形態に係る電子機器１００は、ユーザがタッチするタッチパネル１０２と、タッチパネル１０２を振動させる振動部２０３と、振動部２０３の振動を制御する振動制御部３０１と、画像を表示する表示部１０１とを備える。振動制御部３０１は、ユーザがタッチパネル１０２をなぞる速度と、ユーザがなぞっている位置に表示されている画像のなぞり方向の空間周波数とに応じて、振動部２０３の振動を変更する。これにより、表示部１０１に表示された画像に応じた振動が発生できる。そのため、ユーザに対して画像に応じた触覚を提示することができる。
　また、振動制御部３０１は、ユーザのタッチ位置に応じて、振動部２０３の振動振幅を変更してもよい。これにより、タッチパネル１０２内の振動ばらつきを補正することができる。そのため、ユーザによりリアルな触覚を提示することができる。
　また、振動制御部３０１は、ユーザのタッチ位置に応じて、振動部２０３の駆動波形の位相を変更してもよい。これにより、タッチパネル１０２に高次モードの振動モードを発生させることができる。そのため、タッチパネル全域に亘って均一な振動を発生させることができる。
　また、空間周波数は、例えば、表示部１０１に表示された画像の輝度が変化する周期に対応しており、振動制御部３０１は、画像の輝度の高い領域と低い領域とで振動を異ならせてもよい。また、空間周波数は、例えば、表示部１０１に表示された画像の色が変化する周期に対応していてもよく、この場合、振動制御部３０１は、画像の互いに色が異なる領域同士で振動を異ならせてもよい。これにより、表示部１０１に表示された画像に応じた振動が発生できる。そのため、ユーザに対して画像に応じた触覚を提示することができる。
　また、ユーザのなぞり速度に応じて、空間周波数を計算する画像の範囲を変更してもよい。この場合、例えば、ユーザのなぞり速度が遅いときよりも速いときの方の空間周波数を計算する画像の範囲を広くしてもよい。これにより、なぞる範囲近傍の画像の情報を駆動波形に反映することができる。そのため、ユーザによりリアルな触覚を提示することができる。
　また、振動制御部３０１は、ユーザのタッチ位置が変化しない場合、振動部２０３を振動させなくてもよい。これにより、なぞっていないときには振動を発生させないので、よりリアルな触覚を提示することができる。例えば、なぞっている指が停止したときには振動を停止することで、画像が表す物体の手触りをよりリアルにユーザに体験させることができる。
　また、電子機器１００は、ユーザのタッチ位置に応じて表示部１０１に表示したカーソル８０１の動きを制御する表示制御部３０３をさらに備えてもよい。表示制御部３０３は、ユーザがタッチパネル１０２をなぞる速度と、カーソル８０１が移動している位置に表示されている画像におけるカーソル８０１の移動方向の空間周波数とに応じて、カーソル８０１の移動速度を変更してもよい。これにより、画像のざらざら感をカーソル８０１の動きで表現できる。そのため、ユーザにリアルな触覚を感じさせることができる。
　また、カーソル８０１の移動速度は、空間周波数が低いときよりも高いときの方が遅くてもよい。また、空間周波数は、表示部１０１に表示された画像の輝度が変化する周期に対応していてもよく、この場合、カーソル８０１の移動速度は、画像の輝度の高低差が小さいときよりも大きいときの方が遅くてもよい。これにより、画像のざらざら感をカーソル８０１の動きで表現できる。そのため、ユーザにリアルな触覚を感じさせることができる。
　また、実施形態に係る電子機器１００に振動動作を実行させるコンピュータプログラムは、ユーザのタッチパネル１０２へのタッチ操作を検出するステップと、ユーザがタッチパネル１０２をなぞる速度と、ユーザがなぞっている位置の表示画像のなぞり方向の空間周波数とに応じて、タッチパネル１０２の振動を変更するステップとを電子機器１００のＣＰＵ３０２に実行させる。これにより、表示部１０１に表示された画像に応じた振動が発生できる。そのため、ユーザに対して画像に応じた触覚を提示することができる。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　また、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示の電子機器は、例えば、携帯型情報端末装置、コンピュータ用ディスプレイ、カーナビゲーション装置、ＡＴＭ、券売機等の入力装置として好適に用いられる。
　１００　電子機器
　１０１　表示部
　１０２　タッチパネル
　１０３　筐体
　２０１　ベース部材
　２０２　支持部
　２０２ａ　第１支持部
　２０２ｂ　第２支持部
　２０３　振動部
　２０３ａ　振動部
　２０３ｂ　振動部
　３０１　振動制御部
　３０２　ＣＰＵ
　３０３　表示制御部
　４０１　節
　４０２　腹
　８０１　カーソル

Claims (12)

  1. 　ユーザがタッチするパネルと、
    　前記パネルを振動させる振動部と、
    　前記振動部の振動を制御する振動制御部と、
    　画像を表示する表示部と、
    　を備え、
    　前記振動制御部は、前記ユーザが前記パネルをなぞる速度と、前記ユーザがなぞっている位置に表示されている画像のなぞり方向の空間周波数とに応じて、前記振動部の振動を変更する、電子機器。
  2. 　前記振動制御部は、前記ユーザのタッチ位置に応じて、前記振動部の振動振幅を変更する、請求項１に記載の電子機器。
  3. 　前記振動制御部は、前記ユーザのタッチ位置に応じて、前記振動部の駆動波形の位相を変更する、請求項１または２に記載の電子機器。
  4. 　前記空間周波数は、前記表示部に表示された画像の輝度が変化する周期に対応しており、
    　前記振動制御部は、前記画像の輝度の高い領域と低い領域とで振動を異ならせる、請求項１から３のいずれかに記載の電子機器。
  5. 　前記空間周波数は、前記表示部に表示された画像の色が変化する周期に対応しており、
    　前記振動制御部は、前記画像の互いに色が異なる領域同士で振動を異ならせる、請求項１から３のいずれかに記載の電子機器。
  6. 　前記ユーザのなぞり速度に応じて、前記空間周波数を計算する画像の範囲を変更する、請求項１から５のいずれかに記載の電子機器。
  7. 　前記ユーザのなぞり速度が遅いときよりも速いときの方の前記空間周波数を計算する画像の範囲を広くする、請求項６に記載の電子機器。
  8. 　前記振動制御部は、前記ユーザのタッチ位置が変化しない場合、前記振動部を振動させない、請求項１に記載の電子機器。
  9. 　前記ユーザのタッチ位置に応じて前記表示部に表示したカーソルの動きを制御する表示制御部をさらに備え、
    　前記表示制御部は、前記ユーザが前記パネルをなぞる速度と、前記カーソルが移動している位置に表示されている画像における前記カーソルの移動方向の空間周波数とに応じて、前記カーソルの移動速度を変更する、請求項１に記載の電子機器。
  10. 　前記カーソルの移動速度は、前記空間周波数が低いときよりも高いときの方が遅い、請求項９に記載の電子機器。
  11. 　前記空間周波数は、前記表示部に表示された画像の輝度が変化する周期に対応しており、
    　前記カーソルの移動速度は、前記画像の輝度の高低差が小さいときよりも大きいときの方が遅い、請求項９に記載の電子機器。
  12. 　電子機器に振動動作を実行させるコンピュータプログラムであって、
    　前記コンピュータプログラムは、
    　ユーザのパネルへのタッチ操作を検出するステップと、
    　前記ユーザが前記パネルをなぞる速度と、前記ユーザがなぞっている位置の表示画像のなぞり方向の空間周波数とに応じて、前記パネルの振動を変更するステップと、
    　を前記電子機器のコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
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