WO2020121683A1 - 触覚呈示装置、触覚呈示システム、制御方法及びプログラム - Google Patents

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pulse wave
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presentation device
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佐藤　邦生
俊彦 齊藤
元 志方
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アルプスアルパイン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B6/00—Tactile signalling systems, e.g. personal calling systems
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a tactile presentation device, a tactile presentation system, a control method, and a program.
  • One of the tactile presentation devices is known to include a linear resonant actuator (LRA).
  • LRA linear resonant actuator
  • Various waveforms are known as the waveform of the LRA drive signal, but the pulse wave is effective for downsizing the tactile sense presentation device.
  • Patent Documents 1 to 3 propose techniques for driving a tactile presentation device.
  • the tactile sensation tends to include noise (noise) when the vibration frequency is low.
  • the present disclosure has an object to provide a tactile presentation device, a tactile presentation system, a control method, and a program that can suppress noise generated in the tactile sensation even when the frequency of vibration is low.
  • a linear resonance actuator and a control unit that supplies a pulse wave as a drive signal to the linear resonance actuator, wherein the control unit is configured such that the frequency of the pulse wave is the resonance frequency of the linear resonance actuator.
  • the control unit is configured such that the frequency of the pulse wave is the resonance frequency of the linear resonance actuator.
  • FIG. 1 is a diagram showing vibration of LRA.
  • the LRA constitutes a spring-mass system and has a resonant frequency f 2 . Therefore, when a pulse wave is applied to the LRA, the LRA starts oscillating at the rising edge of the pulse wave and continues oscillating at the resonance frequency f 2 until it converges. Further, the LRA starts to vibrate even when the pulse wave falls and continues to vibrate at the resonance frequency f 2 until it converges. If the frequency of the pulse wave is f 1 , as shown in FIG. 1, the pulse width of the pulse wave is 1 ⁇ 2 of the reciprocal of the frequency f 1 and the resonance frequency f 2 at the rising edge and the falling edge is Start vibration.
  • the LRA starts to vibrate at the resonance frequency f 2 every time the pulse wave rises.
  • the pulse wave when used as a driving signal, if the frequency f 1 of the pulse wave resonance frequency f 2 or more LRA, LRA oscillates at a frequency f 1 of the pulse wave.
  • the frequency f 1 when the frequency f 1 is lower than the resonance frequency f 2 , the LRA starts oscillating at a frequency twice the frequency f 1 of the pulse wave, as described above. For example, if the frequency f 1 is 100 Hz and it is less than the resonance frequency f 2 , the LRA starts oscillating 200 times per second. Therefore, when the vibration frequency is low, the tactile sensation contains noise.
  • the first embodiment relates to a haptic sense presentation device using a digital signal as an input signal.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the tactile sensation providing apparatus according to the first embodiment.
  • the haptic sense presentation device 100 includes an LRA 110 and a signal processing device 120 that supplies a pulse wave as a drive signal to the LRA 110.
  • the signal processing device 120 includes a CPU (Central Processing Unit) 121, a ROM (Read Only Memory) 122, a RAM (Random Access Memory) 123, and an auxiliary storage unit 124.
  • the CPU 121, the ROM 122, the RAM 123, and the auxiliary storage unit 124 form a so-called computer.
  • the respective units of the signal processing device 120 are connected to each other via a bus 125.
  • the signal processing device 120 is, for example, a semiconductor chip and is an example of a control unit.
  • the CPU 121 executes various programs (for example, frequency control program) stored in the auxiliary storage unit 124.
  • ROM 122 is a non-volatile main memory device.
  • the ROM 122 stores various programs, data, and the like necessary for the CPU 121 to execute the various programs stored in the auxiliary storage unit 124.
  • the ROM 122 stores a boot program such as BIOS (Basic Input/Output System) and EFI (Extensible Firmware Interface).
  • BIOS Basic Input/Output System
  • EFI Extensible Firmware Interface
  • RAM 123 is a volatile main memory device such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) and SRAM (Static Random Access Memory).
  • the RAM 123 functions as a work area expanded when various programs stored in the auxiliary storage unit 124 are executed by the CPU 121.
  • the auxiliary storage unit 124 is an auxiliary storage device that stores various programs executed by the CPU 121 and various data generated by the various programs executed by the CPU 121.
  • a digital signal (pulse wave) that can be used to drive the LRA 110 is input to the signal processing device 120 as an input signal.
  • the signal processing device 120 has such a hardware configuration and performs the following processing.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an outline of processing by the signal processing device 120.
  • the signal processing device 120 analyzes the frequency f 1 of the input digital signal (pulse wave) and determines whether the frequency f 1 is lower than the resonance frequency f 2 of the LRA 110 (step S11).
  • the pulse width t of the pulse wave is set to 1 ⁇ 2 of the reciprocal of the frequency f 1 , that is, 1/2f 1 (step S12).
  • the duty ratio of this pulse wave is 50%.
  • the pulse width t of the pulse wave is set to 1 ⁇ 2 of the reciprocal of the resonance frequency f 2 , that is, 1 ⁇ 2f 2 (step S13).
  • the duty ratio of this pulse wave is less than 50%.
  • step S12 or S13 the pulse wave having the pulse width t set in step S12 or S13 is supplied to the LRA 110 to drive the LRA 110.
  • the tactile sense presentation device 100 when the frequency f 1 of the pulse wave is equal to or higher than the resonance frequency f 2 of the LRA 110, the frequency of the vibration of the LRA 110 is substantially the frequency f 1 as described above. Therefore, the tactile sense generated by the vibration of the LRA 110 is less likely to contain noise.
  • the frequency of the pulse wave supplied to the LRA 110 remains the frequency f 1 and the pulse width t is 1/2f. It is 2 . Therefore, the vibration caused by the fall of the pulse wave continues to the vibration caused by the rise, and the frequency of the vibration of the LRA 110 becomes substantially the frequency f 1 . Therefore, also in this case, the tactile sense generated by the vibration of the LRA 110 is unlikely to include noise.
  • the first embodiment it is possible to suppress the noise generated in the sense of touch even when the vibration frequency is low.
  • a device that generates vibration based on digital data such as a portable game machine or a smartphone, can be used.
  • the second embodiment relates to a tactile sense presentation device that uses an analog signal as an input signal.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a tactile sense presentation device according to the second embodiment.
  • the haptic sense presentation device 200 includes an LRA 110, a signal processing device 120, and an analog-digital (AD) conversion unit 260.
  • an analog signal that cannot be used to drive the LRA 110 as it is is input to the haptic sense presentation device 200 as an input signal.
  • the AD conversion unit 260 converts the analog signal input to the haptic sense presentation device 200 into a digital signal (pulse wave) that can be used to drive the LRA 110, and outputs the digital signal to the signal processing device 120.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an outline of processing by the AD conversion unit 260 and the signal processing device 120.
  • the AD conversion unit 260 converts an input analog signal, for example, a sine signal, into a digital signal (pulse wave) and outputs it to the signal processing device 120 (step S21).
  • the signal processing device 120 analyzes the frequency f 1 of the digital signal (pulse wave) and determines whether the frequency f 1 is lower than the resonance frequency f 2 of the LRA 110 (step S11).
  • the signal processing device 120 performs the same processing as in the first embodiment in steps S12 to S14.
  • the frequency f 1 of the pulse wave obtained by AD conversion by the AD conversion unit 260 is equal to or higher than the resonance frequency f 2 of the LRA 110, as described above, the frequency of vibration of the LRA 110 is substantially the frequency f. It becomes 1 . Therefore, the tactile sense generated by the vibration of the LRA 110 is less likely to contain noise.
  • the frequency of the pulse wave supplied to the LRA 110 is the frequency f 1 as shown in FIG. As is, the pulse width t is 1/2f 2 . Therefore, the vibration caused by the fall of the pulse wave continues to the vibration caused by the rise, and the frequency of the vibration of the LRA 110 becomes substantially the frequency f 1 . Therefore, also in this case, the tactile sense generated by the vibration of the LRA 110 is unlikely to include noise.
  • the second embodiment it is possible to suppress the noise generated in the sense of touch even when the vibration frequency is low.
  • a device that receives an analog audio signal or the like to generate vibration for example, a game controller or the like that performs analog communication with the main body of the game machine can be cited. It can also be used for a vibrating seat or the like that performs analog communication with a device that generates an analog audio signal from audio data of a movie.
  • the third embodiment relates to a haptic sense presentation device including a sensor.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a tactile sense presentation device according to the third embodiment.
  • the haptic sense presentation device 300 includes an LRA 110, a signal processing device 120, an AD conversion unit 260, and a sensor 330.
  • the sensor 330 detects environmental information and outputs an analog signal to the AD conversion unit 260.
  • the sensor 330 is, for example, a microphone that detects a sound around the tactile sense presentation device 300, that is, vibration of air and outputs an analog signal.
  • the sensor 330 is, for example, an acceleration sensor that detects the acceleration of the tactile sense presentation device 300 and outputs an analog signal.
  • the sensor 330 is an example of a detection unit.
  • the configurations of the LRA 110 and the signal processing device 120 are the same as in the first embodiment.
  • the analog signal is not supplied to the AD conversion unit 260 from the outside of the tactile sense presentation device 300, but is supplied from the sensor 330 included in the tactile sense presentation device 300. Then, similar to the second embodiment, in step S21, the AD conversion unit 260 converts the analog signal into a digital signal (pulse wave), and in steps S11 to S14, the signal processing device 120 performs the first operation. The same processing as the form is performed.
  • the tactile presentation device 300 when the frequency f 1 of the pulse wave obtained by the AD conversion by the AD conversion unit 260 is equal to or higher than the resonance frequency f 2 of the LRA 110, the frequency of the vibration of the LRA 110 is substantially as described above. The frequency becomes f 1 . Therefore, the tactile sense generated by the vibration of the LRA 110 is less likely to contain noise.
  • the frequency of the pulse wave supplied to the LRA 110 is the frequency f 1 as shown in FIG. As is, the pulse width t is 1/2f 2 . Therefore, the vibration caused by the fall of the pulse wave continues to the vibration caused by the rise, and the frequency of the vibration of the LRA 110 becomes substantially the frequency f 1 . Therefore, also in this case, the tactile sense generated by the vibration of the LRA 110 is unlikely to include noise.
  • the third embodiment it is possible to suppress the noise generated in the sense of touch even when the vibration frequency is low.
  • the tactile sense presentation device 300 including the sensor 330 can also be used in a device that detects ambient sound and generates vibration, for example, a vibrating seat that includes a microphone that detects sound in a theater or a stadium. .
  • the fourth embodiment relates to a tactile presentation system including a tactile presentation device and a detection device that communicates with the tactile presentation device and transmits a digital signal to the tactile presentation device.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a tactile sense presentation system according to the fourth embodiment.
  • the tactile presentation system 400 includes a tactile presentation device 410 and a detection device 450. Communication is performed between the tactile sense presentation device 410 and the detection device 450.
  • the communication may be wireless communication or wired communication.
  • the detection device 450 includes a sensor 330, an AD conversion unit 460, and a transmission unit 470.
  • the sensor 330 detects environmental information of the detection device 450 and generates an analog signal.
  • the AD conversion unit 460 converts the analog signal generated by the sensor 330 into a digital signal.
  • the transmission unit 470 transmits the digital signal output from the AD conversion unit 460 to the tactile sense presentation device 410.
  • the tactile sense presentation device 410 includes an LRA 110, a signal processing device 120, and a reception unit 440.
  • the reception unit 440 receives the digital signal transmitted by the transmission unit 470 of the detection device 450 and supplies the digital signal to the signal processing device 120.
  • an analog signal is generated by the sensor 330, this analog signal is converted into a digital signal by the AD conversion section 460, and this digital signal is transmitted by the transmission section 470.
  • the digital signal transmitted by the transmission unit 470 is received by the reception unit 440 included in the haptic sense presentation device 410. Then, the signal processing device 120 performs the same processing as in the first embodiment in steps S11 to S14.
  • the vibration frequency of the LRA 110 is substantially the same as described above.
  • the frequency becomes f 1 . Therefore, the tactile sense generated by the vibration of the LRA 110 is less likely to contain noise.
  • the frequency of the pulse wave supplied to the LRA 110 is the frequency f 1 as shown in FIG. As is, the pulse width t is 1/2f 2 . Therefore, the vibration caused by the fall of the pulse wave continues to the vibration caused by the rise, and the frequency of the vibration of the LRA 110 becomes substantially the frequency f 1 . Therefore, also in this case, the tactile sense generated by the vibration of the LRA 110 is unlikely to include noise.
  • the fourth embodiment it is possible to suppress the noise generated in the tactile sense even when the vibration frequency is low.
  • the tactile presentation system 400 it is possible to present the vibration based on the environmental information collected by the detection device 450 from the tactile presentation device 410 by using the detection device 450 at a place distant from the tactile presentation device 410.
  • the tactile sense can be approximated by a function using acceleration
  • the tactile sense detected by the detection device 450 is provided to the tactile sense presentation device provided on the ground apart from the detection device 450. It can be reproduced at 410.
  • the doctor can palpate the patient at a remote location.
  • the detection device 450 may transmit the analog signal without converting it into a digital signal, and the tactile sense presentation device 410 may convert the analog signal into a digital signal. That is, the AD conversion unit 260 may be provided between the reception unit 440 and the signal processing device 120, and the AD conversion unit 460 of the detection device 450 may be omitted.
  • the signal processing device 120 may be provided between the AD conversion unit 460 and the transmission unit 470, and the pulse wave that has been processed by the signal processing device 120 in FIG. 3 may be transmitted to the tactile sense presentation device 410.
  • the configuration of the tactile sense presentation device 410 can be simplified.
  • the pulse width t of the pulse wave does not need to be exactly equal to 1/2f 2 .
  • the pulse width t of the pulse wave is less than 1/2f 1 , the duty ratio of the pulse wave is less than 50%, and the time from the rising edge to the falling edge is shorter than the time from the falling edge to the next rising edge. Therefore, noise can be reduced.
  • the pulse width t of the pulse wave is set to less than 1/2f 2 , since the vibration caused by the trailing edge of the pulse wave is continuous with the vibration caused by the leading edge, the same as when the pulse width t coincides with 1/2f 2. , Noise can be reduced.
  • the pulse width t of the pulse wave is less than 1 ⁇ 4f 2 , as shown in FIG. 9, before the amplitude of the vibration caused by the rise of the pulse wave reaches the peak, the reverse caused by the fall of the pulse wave is reversed. Directional vibrations occur. Therefore, the vibration caused by the rising of the pulse wave can be weakened by the vibration caused by the falling of the pulse wave. Therefore, it is desirable that the pulse width t of the pulse wave is 1/4f 2 or more and 1/2f 2 or less.
  • the CPU 121 executes the program stored in the auxiliary storage unit 124, whereby the operation of the tactile presentation device in each of the above-described embodiments is realized, and the control method in each of the embodiments is implemented.
  • Tactile presentation device 100, 200, 300 Tactile presentation device 110 Linear resonance actuator (LRA) 120 signal processing device 260,460 AD conversion unit 330 sensor 400 tactile presentation system 410 tactile presentation device 440 receiver 450 detector 470 transmitter
  • LRA Linear resonance actuator

Abstract

触覚呈示装置は、リニア共振アクチュエータと、リニア共振アクチュエータに駆動信号としてパルス波を供給する制御部と、を有する。制御部は、パルス波の周波数がリニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、パルス波のパルス幅を、周波数の逆数の１／２未満とする。

Description

触覚呈示装置、触覚呈示システム、制御方法及びプログラム
　本開示は、触覚呈示装置、触覚呈示システム、制御方法及びプログラムに関する。
　触覚呈示装置の一つに、リニア共振アクチュエータ（linear resonant actuator：ＬＲＡ）を含むものが知られている。ＬＲＡの駆動信号の波形として種々の波形が知られているが、触覚呈示装置の小型化にはパルス波が有効である。例えば、特許文献１～３に触覚呈示装置の駆動に関する技術が提案されている。
特開２０１７－６８８７４号公報 特開２０１８－１２９０４９号公報 特表２０００－５１４２５０号公報
　しかしながら、従来のパルス波を用いる触覚呈示装置では、振動の周波数が低い場合に触感に雑味（ノイズ）が含まれやすい。
　本開示は、振動の周波数が低い場合でも触感に生じるノイズを抑制することができる触覚呈示装置、触覚呈示システム、制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。
　本開示によれば、リニア共振アクチュエータと、前記リニア共振アクチュエータに駆動信号としてパルス波を供給する制御部と、を有し、前記制御部は、前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記周波数の逆数の１／２未満とする触覚呈示装置が提供される。
　本開示によれば、振動の周波数が低い場合でも触感に生じるノイズを抑制することができる。
リニア共振アクチュエータの振動を示す図である。 第１の実施形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図である。 第１の実施形態における信号処理装置による処理の概要を示すフローチャートである。 第１の実施形態におけるパルス波の周波数がリニア共振アクチュエータの共振周波数未満の場合の振動を示す図である。 第２の実施形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図である。 第２の実施形態におけるアナログ－デジタル変換部及び信号処理装置による処理の概要を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る触覚呈示システムを示すブロック図である。 パルス波のパルス幅が共振周波数の１／４未満の場合の振動を示す図である。
　まず、リニア共振アクチュエータ（ＬＲＡ）の振動特性について説明する。図１は、ＬＲＡの振動を示す図である。ＬＲＡは、ばね－質量系を構成し、共振周波数ｆ２を有する。従って、ＬＲＡは、パルス波を付与されると、パルス波の立ち上がりで振動を開始し、収束するまで共振周波数ｆ２で振動を継続する。また、ＬＲＡは、パルス波の立ち下がりでも振動を開始し、収束するまで共振周波数ｆ２で振動を継続する。パルス波の周波数がｆ１であれば、図１に示すように、パルス波のパルス幅は、周波数ｆ１の逆数の１／２であり、立ち上がり、立ち下がりの度に共振周波数ｆ２での振動を開始する。
　但し、パルス波の周波数ｆ１が共振周波数ｆ２以上と高い場合には、立ち下がりで生じる振動が、立ち上がりで生じる振動の最初の１周期に重なるため、これらを区別できなくなる。このため、ＬＲＡは、パルス波が立ち上がりの度に共振周波数ｆ２での振動を開始するようになる。
　このように、駆動信号としてパルス波が用いられる場合、パルス波の周波数ｆ１がＬＲＡの共振周波数ｆ２以上であれば、ＬＲＡはパルス波の周波数ｆ１で振動する。その一方で、周波数ｆ１が共振周波数ｆ２未満の場合には、上記のように、ＬＲＡはパルス波の周波数ｆ１の２倍の周波数で振動を開始する。例えば、周波数ｆ１が１００Ｈｚであり、これが共振周波数ｆ２未満の場合には、ＬＲＡは１秒間に２００回、振動を開始する。このため、振動の周波数が低い場合に触感にノイズが含まれてしまうのである。
　本発明者らは、このようなノイズを排除すべく鋭意検討を行った結果、下記のような本開示の実施形態に想到した。
　以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
　（第１の実施形態）
　第１の実施形態は、デジタル信号を入力信号とする触覚呈示装置に関する。図２は、第１の実施形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図である。
　図２に示すように、第１の実施形態に係る触覚呈示装置１００は、ＬＲＡ１１０と、ＬＲＡ１１０に駆動信号としてパルス波を供給する信号処理装置１２０とを有する。
　信号処理装置１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２３及び補助記憶部１２４を備える。ＣＰＵ１２１、ＲＯＭ１２２、ＲＡＭ１２３及び補助記憶部１２４は、いわゆるコンピュータを構成する。信号処理装置１２０の各部は、バス１２５を介して相互に接続されている。信号処理装置１２０は、例えば半導体チップであり、制御部の一例である。
　ＣＰＵ１２１は、補助記憶部１２４に格納された各種プログラム（例えば、周波数制御プログラム）を実行する。
　ＲＯＭ１２２は不揮発性の主記憶デバイスである。ＲＯＭ１２２は、補助記憶部１２４に格納された各種プログラムを、ＣＰＵ１２１が実行するために必要な各種プログラム、データ等を格納する。具体的には、ＲＯＭ１２２は、ＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）やＥＦＩ（Extensible Firmware Interface）等のブートプログラムなどを格納する。
　ＲＡＭ１２３は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の揮発性の主記憶デバイスである。ＲＡＭ１２３は、補助記憶部１２４に格納された各種プログラムがＣＰＵ１２１によって実行される際に展開される作業領域として機能する。
　補助記憶部１２４は、ＣＰＵ１２１により実行される各種プログラム及び各種プログラムがＣＰＵ１２１によって実行されることで生成される各種データを格納する補助記憶デバイスである。
　本実施形態では、信号処理装置１２０に、入力信号としてＬＲＡ１１０の駆動に用いることができるデジタル信号（パルス波）が入力される。
　信号処理装置１２０は、このようなハードウェア構成を備えており、次のような処理を行う。図３は、信号処理装置１２０による処理の概要を示すフローチャートである。
　まず、信号処理装置１２０は、入力されたデジタル信号（パルス波）の周波数ｆ１を解析し、周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２未満であるか判断する（ステップＳ１１）。
　周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２以上であれば、パルス波のパルス幅ｔを周波数ｆ１の逆数の１／２、つまり、１／２ｆ１のままとする（ステップＳ１２）。このパルス波のデューティー比は５０％である。
　一方、周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２未満であれば、パルス波のパルス幅ｔを共振周波数ｆ２の逆数の１／２、つまり、１／２ｆ２にする（ステップＳ１３）。このパルス波のデューティー比は５０％未満である。
　そして、ステップＳ１２又はＳ１３の後、ステップＳ１２又はＳ１３にて設定されたパルス幅ｔのパルス波をＬＲＡ１１０に供給し、ＬＲＡ１１０を駆動する。
　触覚呈示装置１００では、パルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２以上の場合、上述のように、ＬＲＡ１１０の振動の周波数は実質的に周波数ｆ１となる。従って、ＬＲＡ１１０の振動によって生じる触覚にノイズは含まれにくい。
　また、パルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２未満の場合、図４に示すように、ＬＲＡ１１０に供給されるパルス波の周波数は周波数ｆ１のままで、パルス幅ｔが１／２ｆ２である。このため、パルス波の立ち下がりに起因する振動が立ち上がりに起因する振動に連続し、ＬＲＡ１１０の振動の周波数は実質的に周波数ｆ１となる。従って、この場合も、ＬＲＡ１１０の振動によって生じる触覚にノイズは含まれにくい。
　このように、第１の実施形態によれば、振動の周波数が低い場合であっても、触覚に生じるノイズを抑制することができる。
　入力信号としてデジタル信号が用いられる触覚呈示装置１００としては、デジタルデータに基づいて振動を発生する装置、例えば、携帯式のゲーム機やスマートフォン等が挙げられる。
　（第２の実施形態）
　第２の実施形態は、アナログ信号を入力信号とする触覚呈示装置に関する。図５は、第２の実施形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図である。
　図５に示すように、第２の実施形態に係る触覚呈示装置２００は、ＬＲＡ１１０と、信号処理装置１２０と、アナログ－デジタル（ＡＤ）変換部２６０とを有する。
　本実施形態では、触覚呈示装置２００に、入力信号として、そのままではＬＲＡ１１０の駆動に用いることができないアナログ信号が入力される。ＡＤ変換部２６０は、触覚呈示装置２００に入力されたアナログ信号を、ＬＲＡ１１０の駆動に用いることができるデジタル信号（パルス波）に変換し、信号処理装置１２０に出力する。
　ＡＤ変換部２６０及び信号処理装置１２０は、このようなハードウェア構成を備えており、次のような処理を行う。図６は、ＡＤ変換部２６０及び信号処理装置１２０による処理の概要を示すフローチャートである。
　まず、ＡＤ変換部２６０が、入力されたアナログ信号、例えばサイン信号をデジタル信号（パルス波）に変換し、信号処理装置１２０に出力する（ステップＳ２１）。
　次いで、信号処理装置１２０は、デジタル信号（パルス波）の周波数ｆ１を解析し、周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２未満であるか判断する（ステップＳ１１）。
　その後、信号処理装置１２０は、ステップＳ１２～Ｓ１４にて、第１の実施形態と同様の処理を行う。
　触覚呈示装置２００では、ＡＤ変換部２６０によるＡＤ変換で得られたパルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２以上の場合、上述のように、ＬＲＡ１１０の振動の周波数は実質的に周波数ｆ１となる。従って、ＬＲＡ１１０の振動によって生じる触覚にノイズは含まれにくい。
　また、ＡＤ変換部２６０によるＡＤ変換で得られたパルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２未満の場合、図４に示すように、ＬＲＡ１１０に供給されるパルス波の周波数は周波数ｆ１のままで、パルス幅ｔが１／２ｆ２である。このため、パルス波の立ち下がりに起因する振動が立ち上がりに起因する振動に連続し、ＬＲＡ１１０の振動の周波数は実質的に周波数ｆ１となる。従って、この場合も、ＬＲＡ１１０の振動によって生じる触覚にノイズは含まれにくい。
　このように、第２の実施形態によっても、振動の周波数が低い場合であっても、触覚に生じるノイズを抑制することができる。
　入力信号としてアナログ信号が用いられる触覚呈示装置２００としては、アナログの音声信号等を受信して振動を発生する装置、例えば、ゲーム機本体との間でアナログ通信を行うゲームコントローラ等が挙げられる。また、映画の音声データからアナログの音声信号を生成する装置との間でアナログ通信を行う振動可能な座席等に用いることもできる。
　（第３の実施形態）
　第３の実施形態は、センサを備えた触覚呈示装置に関する。図７は、第３の実施形態に係る触覚呈示装置を示すブロック図である。
　図７に示すように、第３の実施形態に係る触覚呈示装置３００は、ＬＲＡ１１０と、信号処理装置１２０と、ＡＤ変換部２６０と、センサ３３０とを有する。
　センサ３３０は、環境情報を検出してアナログ信号をＡＤ変換部２６０に出力する。センサ３３０は、例えば、触覚呈示装置３００の周辺の音、すなわち空気の振動を検出してアナログ信号を出力するマイクである。センサ３３０は、例えば、触覚呈示装置３００の加速度を検出してアナログ信号を出力する加速度センサである。センサ３３０は検出部の一例である。
　ＬＲＡ１１０及び信号処理装置１２０の構成は第１の実施形態と同様である。
　第３の実施形態では、ＡＤ変換部２６０に、触覚呈示装置３００の外部からアナログ信号が供給されるのではなく、触覚呈示装置３００に具備されたセンサ３３０からアナログ信号が供給される。そして、第２の実施形態と同様に、ステップＳ２１にて、ＡＤ変換部２６０がアナログ信号をデジタル信号（パルス波）に変換し、ステップＳ１１～Ｓ１４にて、信号処理装置１２０が第１の実施形態と同様の処理を行う。
　従って、触覚呈示装置３００では、ＡＤ変換部２６０によるＡＤ変換で得られたパルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２以上の場合、上述のように、ＬＲＡ１１０の振動の周波数は実質的に周波数ｆ１となる。従って、ＬＲＡ１１０の振動によって生じる触覚にノイズは含まれにくい。
　また、ＡＤ変換部２６０によるＡＤ変換で得られたパルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２未満の場合、図４に示すように、ＬＲＡ１１０に供給されるパルス波の周波数は周波数ｆ１のままで、パルス幅ｔが１／２ｆ２である。このため、パルス波の立ち下がりに起因する振動が立ち上がりに起因する振動に連続し、ＬＲＡ１１０の振動の周波数は実質的に周波数ｆ１となる。従って、この場合も、ＬＲＡ１１０の振動によって生じる触覚にノイズは含まれにくい。
　このように、第３の実施形態によっても、振動の周波数が低い場合であっても、触覚に生じるノイズを抑制することができる。
　センサ３３０を備えた触覚呈示装置３００としては、周辺の音を検出して振動を発生する装置、例えば、劇場やスタジアム内の音を検出するマイクを備えた振動可能な座席等に用いることもできる。
　（第４の実施形態）
　第４の実施形態は、触覚呈示装置と、この触覚呈示装置との間で通信を行い、触覚呈示装置にデジタル信号を送信する検出装置とを備えた触覚呈示システムに関する。図８は、第４の実施形態に係る触覚呈示システムを示すブロック図である。
　図８に示すように、第４の実施形態に係る触覚呈示システム４００は、触覚呈示装置４１０と、検出装置４５０とを有する。触覚呈示装置４１０と検出装置４５０との間で通信が行われる。通信は無線通信、有線通信のいずれであってもよい。
　検出装置４５０は、センサ３３０と、ＡＤ変換部４６０と、送信部４７０とを有する。センサ３３０は、検出装置４５０の環境情報を検出してアナログ信号を生成する。ＡＤ変換部４６０は、センサ３３０が生成したアナログ信号をデジタル信号に変換する。送信部４７０は、ＡＤ変換部４６０から出力されたデジタル信号を触覚呈示装置４１０に送信する。
　触覚呈示装置４１０は、ＬＲＡ１１０と、信号処理装置１２０と、受信部４４０とを有する。受信部４４０は検出装置４５０の送信部４７０が送信したデジタル信号を受信し、信号処理装置１２０に供給する。
　検出装置４５０では、センサ３３０によりアナログ信号が生成され、このアナログ信号がＡＤ変換部４６０によりデジタル信号に変換され、このデジタル信号が送信部４７０により送信される。
　送信部４７０により送信されたデジタル信号は、触覚呈示装置４１０に具備された受信部４４０により受信される。そして、信号処理装置１２０は、ステップＳ１１～Ｓ１４にて、第１の実施形態と同様の処理を行う。
　従って、触覚呈示装置４１０では、ＡＤ変換部４６０によるＡＤ変換で得られたパルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２以上の場合、上述のように、ＬＲＡ１１０の振動の周波数は実質的に周波数ｆ１となる。従って、ＬＲＡ１１０の振動によって生じる触覚にノイズは含まれにくい。
　また、ＡＤ変換部４６０によるＡＤ変換で得られたパルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２未満の場合、図４に示すように、ＬＲＡ１１０に供給されるパルス波の周波数は周波数ｆ１のままで、パルス幅ｔが１／２ｆ２である。このため、パルス波の立ち下がりに起因する振動が立ち上がりに起因する振動に連続し、ＬＲＡ１１０の振動の周波数は実質的に周波数ｆ１となる。従って、この場合も、ＬＲＡ１１０の振動によって生じる触覚にノイズは含まれにくい。
　このように、第４の実施形態によっても、振動の周波数が低い場合であっても、触覚に生じるノイズを抑制することができる。
　また、触覚呈示システム４００によれば、触覚呈示装置４１０から離れた場所で検出装置４５０を用い、検出装置４５０で収集した環境情報に基づく振動を触覚呈示装置４１０から呈示することができる。例えば、触覚は加速度を用いた関数で近似することができるため、センサ３３０として加速度センサを用いることで、検出装置４５０で検出した触覚を、検出装置４５０から離れた地に設けられた触覚呈示装置４１０で再現することができる。例えば、検出装置４５０で患者の振動を検出し、この振動を触覚呈示装置４１０で再現することで、医師が遠隔地の患者の触診を行うことができる。
　なお、検出装置４５０からアナログ信号をデジタル信号に変換せずに送信し、触覚呈示装置４１０にてアナログ信号をデジタル信号に変換してもよい。すなわち、受信部４４０と信号処理装置１２０との間にＡＤ変換部２６０を設け、検出装置４５０のＡＤ変換部４６０を省略してもよい。
　また、信号処理装置１２０をＡＤ変換部４６０と送信部４７０との間に設け、信号処理装置１２０による図３の処理が済んだパルス波を触覚呈示装置４１０に送信するようにしてもよい。この場合、触覚呈示装置４１０の構成を簡素化することができる。
　なお、本開示において、パルス波の周波数ｆ１がＬＲＡ１１０の共振周波数ｆ２未満である場合に、パルス波のパルス幅ｔを、厳密に１／２ｆ２と一致させる必要はない。例えば、パルス波のパルス幅ｔを１／２ｆ１未満にすれば、パルス波のデューティー比が５０％未満となり、立ち上がりから立ち下がりまでの時間が、立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間よりも短くなり、ノイズを低減することができる。また、パルス波のパルス幅ｔを１／２ｆ２未満にした場合でも、パルス波の立ち下がりに起因する振動が立ち上がりに起因する振動に連続するため、１／２ｆ２と一致するときと同様に、ノイズを低減することができる。但し、パルス波のパルス幅ｔが１／４ｆ２未満の場合、図９に示すように、パルス波の立ち上がりに起因する振動の振幅がピークに達する前に、パルス波の立ち下がりに起因する逆方向の振動が生じる。このため、パルス波の立ち上がりに起因する振動が、パルス波の立ち下がりに起因する振動によって弱められ得る。従って、パルス波のパルス幅ｔは、１／４ｆ２以上１／２ｆ２以下とすることが望ましい。
　例えば、ＣＰＵ１２１が補助記憶部１２４に格納されたプログラムを実行することにより、上記の各実施形態における触覚呈示装置の動作が実現され、各実施形態における制御方法が実施される。
　以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
　本国際出願は、２０１８年１２月１２日に出願した日本国特許出願第２０１８－２３２９０６号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。
　１００、２００、３００　触覚呈示装置
　１１０　リニア共振アクチュエータ（ＬＲＡ）
　１２０　信号処理装置
　２６０、４６０　ＡＤ変換部
　３３０　センサ
　４００　触覚呈示システム
　４１０　触覚呈示装置
　４４０　受信部
　４５０　検出装置
　４７０　送信部

Claims (14)

  1. 　リニア共振アクチュエータと、
    　前記リニア共振アクチュエータに駆動信号としてパルス波を供給する制御部と、
    　を有し、
    　前記制御部は、前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記周波数の逆数の１／２未満とすることを特徴とする触覚呈示装置。
  2. 　前記制御部は、前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記共振周波数の逆数の１／２以下とすることを特徴とする請求項１に記載の触覚呈示装置。
  3. 　前記制御部は、前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記共振周波数の逆数の１／４以上１／２以下とすることを特徴とする請求項２に記載の触覚呈示装置。
  4. 　前記制御部は、前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数以上である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記周波数の逆数の１／２とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
  5. 　入力されたアナログ信号をデジタル信号の前記パルス波に変換し、前記制御部に出力する変換部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の触覚呈示装置。
  6. 　環境情報から前記アナログ信号を生成し、前記変換部に出力する検出部を有することを特徴とする請求項５に記載の触覚呈示装置。
  7. 　前記検出部は振動を検出し、前記振動から前記アナログ信号を生成することを特徴とする請求項６に記載の触覚呈示装置。
  8. 　リニア共振アクチュエータと、
    　環境情報からアナログ信号を生成する検出部と、
    　前記アナログ信号をデジタル信号のパルス波に変換する変換部と、
    　前記リニア共振アクチュエータに駆動信号として前記パルス波を供給する制御部と、
    　を有し、
    　前記制御部は、前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記周波数の逆数の１／２未満とすることを特徴とする触覚呈示システム。
  9. 　前記制御部は、前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記共振周波数の逆数の１／４以上１／２以下とすることを特徴とする請求項８に記載の触覚呈示システム。
  10. 　前記検出部は振動を検出し、前記振動から前記アナログ信号を生成することを特徴とする請求項８又は９に記載の触覚呈示システム。
  11. 　リニア共振アクチュエータを備えた触覚呈示装置の制御方法であって、
    　前記リニア共振アクチュエータに駆動信号としてパルス波を供給する工程を有し、
    　前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記周波数の逆数の１／２未満とすることを特徴とする制御方法。
  12. 　前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記共振周波数の逆数の１／４以上１／２以下とすることを特徴とする請求項１１に記載の制御方法。
  13. 　コンピュータに、リニア共振アクチュエータを備えた触覚呈示装置の制御を実行させるプログラムであって、
    　コンピュータに、
    　前記リニア共振アクチュエータに駆動信号としてパルス波を供給するステップを実行させ、
    　前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記周波数の逆数の１／２未満とするプログラム。
  14. 　前記パルス波の周波数が前記リニア共振アクチュエータの共振周波数未満である場合、前記パルス波のパルス幅を、前記共振周波数の逆数の１／４以上１／２以下とする請求項１３に記載のプログラム。
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