CN111556990A - 电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种能够提供良好触感的电子设备。电子设备中，振动元件安装到上面板的位置比多个周期的区间中的任意一个区间所包含的波腹的位置更向上面板的外侧偏移，其中多个周期分别包含通过固有振动而在上面板中产生的驻波的多个波腹，设从上面板的外侧的端部到一个区间所包含的波腹的距离为X，设振动元件配置在比一个区间所包含的波腹更靠外侧的位置的情况下的安装位置的误差为‑d，设振动元件配置在比一个区间所包含的波腹更靠与外侧相反的内侧的位置的情况下的安装位置的误差为+d时，偏移的量为X‑d以下。

Description

电子设备

技术领域

本发明涉及电子设备。

背景技术

以往，存在一种输入装置，其具备：形成有开口部的壳体；具有从所述开口部露出的表面面板且检测所述表面面板被按压时的按压操作的检测单元；使所述表面面板振动的激振单元；生成以规定的频率驱动所述激振单元的驱动信号的驱动单元；以及根据来自所述检测单元的输出而提供启动所述驱动单元的启动信号的控制单元。

所述检测单元由设置在所述开口部的缘部的支承部支承，并且在所述支承部的外侧具有自由端部，所述激振单元设置在所述自由端部(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-139371号公报

发明内容

发明要解决的问题

在以往的输入装置中，激励单元配置在接近检测单元的成为振动波形的波腹的部分的位置。

但是，专利文献1没有公开如下内容：在表面面板中产生振动的波腹和波节的方向上，如果将激励单元(振动元件)安装在比振动波形的波腹更靠近表面面板的中央的位置，则振动效率降低。若振动效率降低，则在表面面板中产生的振动的振幅变小，有可能无法提供良好的触感。

因此，本发明的目的在于提供一种能够提供良好触感的电子设备。

用于解决问题的手段

根据本发明的实施例，提供了一种电子设备，其包括：具有操作面的上面板；位置检测部，其检测在所述操作面上进行的操作输入的位置；振动元件，其安装于所述上面板，使所述操作面产生振动；以及驱动控制部，其利用用于使所述操作面产生超声波段的固有振动的驱动信号来驱动所述振动元件，并将所述振动元件驱动成使得所述固有振动的强度根据对所述操作面的操作输入的位置和该位置的时间变化程度而改变，所述振动元件安装到所述上面板的位置比多个周期的区间中的任意一个区间所包含的波腹的位置更向所述上面板的外侧偏移，其中所述多个周期分别包含通过所述固有振动而在所述上面板中产生的驻波的多个波腹，设从所述上面板的所述外侧的端部到所述一个区间所包含的波腹的距离为X，设所述振动元件配置在比所述一个区间所包含的波腹更靠所述外侧的位置的情况下的安装位置的误差为-d，设所述振动元件配置在比所述一个区间所包含的波腹更靠与所述外侧相反的内侧的位置的情况下的安装位置的误差为+d时，所述偏移的量为X-d以下。

发明效果

能够提供可提供良好触感的电子设备。

附图说明

图1是表示实施方式的电子设备的立体图。

图2是表示实施方式的电子设备的俯视图。

图3是表示图2所示的电子设备的A-A向视剖面的图。

图4是表示通过超声波段的固有振动而在上面板中产生的驻波中的、形成为与上面板的短边平行的波前(Wave front)的图。

图5是说明通过在电子设备的上面板中产生的超声波段的固有振动，对进行操作输入的指尖产生的动摩擦力发生变化的情况的图。

图6是表示实施方式的电子设备的结构的图。

图7是表示存储在存储器中的数据的图。

图8是表示实施方式的电子设备的驱动控制装置的驱动控制部执行的处理的流程图。

图9是用周期数表示振动模式的波节和波腹的位置的图。

图10是表示上面板的振动的图。

图11是表示在上面板重叠安装振动元件的区间的图。

图12是表示上面板的Y轴负方向侧的端部的部分的固有振动的图。

图13是表示上面板的Y轴负方向侧的端部的部分的固有振动的图。

图14是用俯视图表示上面板的Y轴负方向侧的端部的部分的图。

图15是表示用上面板实测振动效率的结果的图。

图16是表示在上面板的Y轴方向的两端为自由端的情况下，固有振动的振幅与振动元件的电导的关系的模拟结果。

图17是表示上面板的Y轴方向的两端是支承端的情况下的固有振动的振幅和振动元件的电导的关系的模拟结果。

图18是表示在实施方式的变形例中，上面板中的安装振动元件的Y轴负方向侧的端部的部分的固有振动的图。

具体实施方式

以下，对应用了本发明的电子设备的实施方式进行说明。

＜实施方式＞

图1是表示实施方式的电子设备100的立体图。

作为一个例子，电子设备100是将触摸面板作为输入操作部的智能手机终端机、平板电脑或者游戏机等。电子设备100只要是将触摸面板作为输入操作部的设备即可，所以例如也可以是便携信息终端机或ATM(Automatic Teller Machine)那样设置在特定的场所使用的设备。另外，电子设备100也可以是车载用的输入装置。

在电子设备100的输入操作单元101中，显示面板被布置在触摸面板下方，并且在显示面板上显示GUI(图形用户接口)的各种按钮102A、滑块102B等(以下称为GUI操作部102)。

电子设备100的用户通常用指尖触摸输入操作单元101以操作GUI操作部102。

接着，使用图2说明电子设备100的具体结构。

图2是表示实施方式的电子设备100的俯视图，图3是表示图2所示的电子设备 100的A-A向视剖面的图。另外，在图2及图3中，如图所示定义作为正交坐标系的 XYZ坐标系。

电子装置100包括壳体110、上面板120、双面胶带130、振动元件140A和140B、触摸面板150、显示面板160和基板170。

壳体110例如由树脂制成，并且如图3所示，基板170、显示面板160和触摸面板150被布置在凹部110A中，并且上面板120通过双面胶带130被接合。

上面板120是在俯视时为长方形的薄的平板状的部件，由透明的玻璃或聚碳酸酯那样的塑料制作。上面板120的表面(Z轴正方向侧的面)是电子设备100的使用者进行操作输入的操作面的一例。

上面板120在Z轴负方向侧的面上粘接有振动元件140A、140B，俯视时的长边通过双面胶带130粘接在壳体110上。另外，上面板120也可以在俯视时不是严格的四边形。例如，安装振动元件140A、140B的Y轴负方向侧和Y轴正方向侧的短边可以是在俯视时向外侧或内侧弯曲的形状。

触摸面板150被布置在上面板120的Z轴负方向侧。上面板120被设置以保护触摸面板150的表面。另外，也可以在上面板120的表面进一步设置其他面板或保护膜等。

上面板120在振动元件140A、140B被粘接在Z轴负方向侧的面上的状态下，通过驱动振动元件140A、140B而振动。在实施方式中，上面板120以上面板120的固有振动频率振动，从而在上面板120中产生驻波。但是，由于在上面板120粘接有振动元件140A、140B，所以实际上优选在考虑振动元件140A、140B的重量等的基础上决定固有振动频率。

双面胶带130将上面板120的长边粘接至壳体110。上面板120的长边是在X轴正方向侧和X轴负方向侧沿着Y轴延伸的两条边。上面板120的长边通过双面胶带 130连接，短边未连接，因此，当通过振动元件140A、140B而振动时，两个短边侧 (X轴正方向侧和X轴负方向侧)成为自由端而振动。另外，在此，对上面板120 的两个短边侧为自由端的方式进行说明，但也可以是固定端。例如，如果除了上面板 120的两个长边侧之外，还通过双面胶带130固定两个短边侧，则可以将上面板120 的两个短边侧作为固定端。

振动元件140A在上面板120的Z轴负方向侧的面上，在Y轴负方向侧，沿着在X轴方向延伸的短边粘接。振动元件140B在上面板120的Z轴负方向侧的面上，在Y轴正方向侧，沿着在X轴方向延伸的短边粘接。振动元件140A、140B只要是能够产生超声波段的振动的元件即可，例如可以使用包括压电元件(Piezo element) 这样的压电元件在内的元件。

振动元件140A、140B在俯视时为细长的矩形状(长条状或长方形状)，配置成长度方向在上面板120的Y轴方向的端部沿着在X轴方向延伸的端边。在上面板120 中产生在Y轴方向上振幅发生变化的驻波。为了减轻对上面板120的固有振动的振动模式的影响，振动元件140A、140B为在Y轴方向上具有短边的细长的矩形形状，作为一例，短边的长度比固有振动的半周期的长度短。

振动元件140A、140B由从后述的驱动控制部输出的驱动信号驱动。振动元件140A、140B所产生的振动的振幅(强度)和频率由驱动信号设定。另外，振动元件 140A、140B的打开/关闭由驱动信号控制。

另外，超声波段是指例如约20kHz以上的频带。在实施方式的电子设备100中，由于振动元件140A、140B进行振动的频率与上面板120的振动频率相等，所以振动元件140A、140B由驱动信号驱动，以按照上面板120的固有振动频率进行振动。

触摸面板150被布置在显示面板160的上方(Z轴正方向侧)和上面板120的下方(Z轴负方向侧)。触摸面板150是检测电子设备100的用户接触上面板120的位置(以下称为操作输入的位置)的坐标检测单元的一例。

在位于触摸面板150之下的显示面板160上显示基于GUI的各种按钮等(以下，称为GUI操作部)。因此，电子设备100的用户通常用指尖触摸上面板120以操作 GUI操作部。

触摸面板150可以是能够检测用户对上面板120的操作输入的位置的坐标检测部，并且例如可以是静电电容型或电阻膜型的坐标检测部。这里，将说明触摸面板150 是静电电容型的坐标检测部的方式。即使在触摸面板150和上面板120之间存在间隙，静电电容型的触摸面板150也可以检测对上面板120的操作输入。

这里，说明将上面板120布置在触摸面板150的输入面侧的形式，但是上面板 120也可以与触摸面板150一体。在这种情况下，触摸面板150的表面变成图2和图 3所示的上面板120的表面，并且构成操作面。另外，也可以是省略了图2及图3所示的上面板120的结构。在这种情况下，触摸面板150的表面也构成操作面。另外，在该情况下，只要使具有操作面的部件以该部件的固有振动进行振动即可。

在触摸面板150是电阻膜类型的情况下，触摸面板150可以被布置在上面板120 之上。在这种情况下，触摸面板150的表面也构成操作面。另外，也可以是省略了图 2及图3所示的上面板120的结构。在这种情况下，触摸面板150的表面也构成操作面。另外，在该情况下，只要使具有操作面的部件以该部件的固有振动进行振动即可。

显示面板160只要是例如液晶显示面板或有机EL(Electroluminescence)面板等能够显示图像的显示部即可。显示面板160在壳体110的凹部110A的内部，通过省略图示的支架等设置在基板170之上(Z轴正方向侧)。

显示面板160通过后述的驱动IC(Integrated Circuit，集成电路)进行驱动控制，根据电子设备100的动作状况，显示GUI操作部、图像、文字、记号、图形等。

基板170配置在壳体110的凹部110A的内部。显示面板160和触摸面板150布置在基板170之上。显示面板160及触摸面板150通过省略图示的支架等固定在基板 170及壳体110上。

在基板170上，除了后述的驱动控制装置之外，还安装有电子设备100的驱动所需的各种电路等。

在具有上述结构的电子装置100中，当用户的手指与上面板120接触并且检测到指尖的移动时，安装在基板170上的驱动控制部驱动振动元件140A和140B，并且使上面板120以超声波段的频率振动。该超声波段的频率是包括上面板120和振动元件140A、140B的共振系统的共振频率，使上面板120产生驻波。

电子设备100通过产生超声波段的驻波，通过上面板120向使用者提供触感。

接着，使用图4说明在上面板120中产生的驻波。

图4是表示通过超声波段的固有振动而在上面板120中产生的驻波中，与上面板120的短边平行地形成的波前的图，图4的(A)是侧视图，(B)是立体图。在图4 的(A)和图4的(B)中，定义与图2和图3相同的XYZ坐标。另外，在图4的 (A)、(B)中，为了便于理解，夸张地示出驻波的振幅。另外，在图4的(A)、(B) 中省略振动元件140A、140B。

如果使用上面板120的杨氏模量E、密度ρ、泊松比δ、长边尺寸l、厚度t和存在于长边方向上的驻波的周期数k，则上面板120的固有振动频率(谐振频率)f由下式(1)、(2)表示。驻波以1/2周期为单位而具有相同的波形，因此周期数k成为 0.75、1.25、1.75、2.25......，取每次增加0.5的值。

[数式1]

[数式2]

f=αk² (2)

另外，式(2)的系数α汇总表示式(1)中的k²以外的系数。

作为一例，图4的(A)、(B)所示的驻波是周期数k为9.75时的波形。例如，在使用长边的长度L为140mm，短边的长度为80mm，厚度t为0.7mm的Gorilla(注册商标)玻璃作为上面板120的情况下，在周期数k为9.75的情况下，固有振动频率f为33.5[kHz]。此时，使用频率为33.5[kHz]的驱动信号即可。

上面板120是平板状的部件，当驱动振动元件140A、140B(参照图2和图3) 而产生超声波段的固有振动时，如图4的(A)、(B)所示那样挠曲，从而产生弯曲振动的驻波。

另外，在驱动2个振动元件140A、140B的情况下，在周期数k＝0.75、1.75、2.75...... 的情况下，是对称的模式，所以只要以相同相位进行驱动即可，在周期数k＝1.25、 2.25、3.25......的情况下，是反对称的模式，所以只要以相反相位进行驱动即可。

并且，这里说明电子设备100包含2个振动元件140A，140B的方式，然而电子设备100也可以是包含振动元件140A、140B中的一个的结构。

图5是说明通过在电子设备100的上面板120中产生的超声波段的固有振动，而施加给进行操作输入的指尖的动摩擦力变化的情况的图。在图5的(A)和(B)中，用户在用指尖触摸上面板120的同时通过将手指从上面板120的里侧沿箭头移动到跟前侧来执行操作输入。另外，通过使振动元件140A、140B(参照图2以及图3)打开/关闭来进行振动的打开/关闭。

此外，在图5的(A)和(B)中，在上面板120的进深方向上，在振动为关闭的期间手指接触的范围以灰色示出，并且在振动为打开的期间手指接触的范围以白色示出。

如图4所示，在上面板120的全体中产生超声波段的固有振动，但在图5的(A)、 (B)中示出在使用者的手指从上面板120的里侧向跟前侧移动的期间切换振动的打开/关闭的动作模式。

因此，在图5的(A)和(B)中，在上面板120的进深方向上，在振动为关闭的期间手指接触的范围以灰色示出，并且在振动为打开的期间手指接触的范围以白色示出。

在图5的(A)所示的动作模式中，当利用者的手指位于上面板120的里侧时振动关闭，在使手指向跟前侧移动的途中振动打开。

另一方面，在图5的(B)所示的动作模式中，当使用者的手指位于上面板120 的里侧时振动打开，在使手指向跟前侧移动的途中振动关闭。

在此，若使上面板120中产生超声波段的固有振动，则在上面板120的表面和手指之间存在基于挤压效应的空气层，用手指描绘上面板120的表面时的动摩擦系数降低。

因此，在图5的(A)中，在上面板120的里侧由灰色表示的范围内，施加给指尖的动摩擦力大，在上面板120的跟前侧由白色表示的范围内，施加给指尖的动摩擦力小。

因此，如图5的(A)所示，当振动打开时，对上面板120执行操作输入的用户感知到施加给指尖的动摩擦力的减小，并且觉察到指尖的滑动容易性。此时，由于上面板120的表面变得更光滑，所以在动摩擦力下降时，使用者感觉到在上面板120 的表面存在凹部。

另一方面，在图5的(B)中，在上面板120的里侧用白色表示的范围内，施加给指尖的动摩擦力小，在上面板120的跟前侧用灰色表示的范围内，施加给指尖的动摩擦力变大。

因此，如图5的(B)所示，当振动被关闭时，对上面板120执行操作输入的用户感知到施加给指尖的动摩擦力的增大，并且觉察到指尖的滑动困难或卡住感。并且，由于指尖难以滑动，在动摩擦力变高时，感觉到在上面板120的表面存在凸部。

如上所述，在图5的(A)和(B)的情况下，使用者可以用指尖感觉到凹凸。例如在“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)中记载了人这样子感知凹凸的情况。另外，在“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)) 中也有记载。

另外，这里说明了切换振动的打开/关闭时的动摩擦力的变化，但这在使振动元件140A、140B的振幅(强度)变化的情况下也是同样的。

接着，使用图6说明实施方式的电子设备100的结构。

图6是表示实施方式的电子设备100的结构的图。

电子设备100包括振动元件140A、140B，放大器141A、141B、触摸面板150、驱动IC(Integrated Circuit)151、显示面板160、驱动IC161、控制部200、正弦波产生器310以及振幅调制器320。

控制器200包括应用处理器(application processor)220、通信处理器230、驱动控制器240和存储器250。控制部200例如由IC芯片实现。

另外，驱动控制部240、正弦波产生器310以及振幅调制器320构成驱动控制装置300。另外，在此，说明通过一个控制部200实现应用处理器220、通信处理器230、驱动控制部240以及存储器250的方式，但驱动控制部240也可以作为另外的IC芯片或处理器而设置在控制部200的外部。在这种情况下，存储在存储器250中的数据中，驱动控制部240的驱动控制所需要的数据可以存储在与存储器250不同的存储器中，只要设置在驱动控制装置300的内部即可。

在图6中，省略了壳体110、上面板120、双面胶带130和基板170(参见图2)。此外，这里说明放大器141A、141B、驱动器IC151、驱动器IC161、驱动控制单元 240、存储器250、正弦波产生器310以及振幅调制器320。

放大器141A、141B分别配置在驱动控制装置300和振动元件140A、140B之间，对从驱动控制装置300输出的驱动信号进行放大来驱动振动元件140A、140B。

驱动器IC151与触摸面板150连接，检测表示存在对触摸面板150的操作输入的位置的位置数据，将位置数据输出到控制部200。结果，位置数据被输入到应用处理器220和驱动控制部240。另外，位置数据被输入到驱动控制部240等同于位置数据被输入到驱动控制装置300。

驱动器IC161与显示面板160连接，将从驱动控制装置300输出的描绘数据输入到显示面板160，使基于描绘数据的图像显示在显示面板160上。由此，在显示面板 160上显示基于描绘数据的GUI操作部或图像等。

应用处理器220进行用于执行电子设备100的各种应用的处理。

通信处理器230执行电子设备100进行3G(Generation)、4G(Generation)、 LTE(Long Term Evolution)、WiFi等通信所需的处理。

当满足两个规定的条件时，驱动控制部分240将振幅数据输出到振幅调制器320。振幅数据是表示振幅值的数据，该振幅值用于调整驱动振动元件140A，140B用的驱动信号的强度。根据位置数据的时间变化程度来设定振幅值。这里，作为位置数据的时间变化程度，使用使用者的指尖沿着上面板120的表面移动的速度。基于从驱动器 IC151输入的位置数据的时间变化程度，驱动控制部240计算用户的指尖的移动速度。

此外，当用户的指尖沿着上面板120的表面移动时，实施方式的驱动控制装置 300使上面板120振动以改变施加到指尖的动摩擦力。由于动摩擦力是在指尖移动时产生的，所以驱动控制部240在移动速度成为规定的阈值速度以上时，使振动元件 140A、140B振动。移动速度成为规定的阈值速度以上是第一个规定的条件。

因此，驱动控制部240输出的振幅数据所表示的振幅值在移动速度小于规定的阈值速度时为零，在移动速度为规定的阈值速度以上时，根据移动速度而设定为规定的振幅值。在移动速度为规定的阈值速度以上时，移动速度越高则振幅值被设定得越小，移动速度越低则振幅值被设定得越大。

另外，实施方式的驱动控制装置300在进行操作输入的指尖的位置处于应该产生振动的规定区域内的情况下，将振幅数据输出到振幅调制器320。进行操作输入的指尖的位置位于应产生振动的规定区域内是第2个规定的条件。

基于用于执行操作输入的指尖的位置是否在应该产生振动的规定区域内，来判定用于执行操作输入的指尖的位置是否在应该产生振动的规定区域内。

这里，在显示面板160上显示的GUI操作部、显示图像的区域、或者表示页面全体的区域等在显示面板160上的位置由表示该区域的区域数据确定。在所有的应用中，针对显示面板160上显示的所有GUI操作部、显示图像的区域、或者表示整个页面的区域都存在区域数据。

因此，作为第2个规定的条件，在判定进行操作输入的指尖的位置是否位于应产生振动的规定的区域内时，与电子设备100启动的应用的种类有关。这是因为显示面板160的显示根据应用的种类而不同，并且操作输入的种类不同。

驱动控制部240使用区域数据，判定从驱动器IC151输入的位置数据所表示的位置是否位于应该产生振动的规定区域的内部。

将表示应用的种类的数据、表示进行操作输入的GUI操作部等的区域数据和表示振动模式(pattern)的模式数据相关联起来的数据存储在存储器250中。

存储器250存储将表示应用的种类的数据、表示进行操作输入的GUI操作部等的区域数据以及表示振动模式的模式数据相关联起来的数据。

另外，存储器250存储应用处理器220执行应用所需的数据和程序、以及通信处理器230进行通信处理所需的数据和程序等。

正弦波产生器310产生为了生成使上面板120以固有的振动频率振动的驱动信号所需要的正弦波。例如，当上面板120以33.5[kHz]的固有频率f振动时，正弦波的频率为33.5[kHz]。正弦波产生器310将超声波段的正弦波信号输入到振幅调制器320。

正弦波产生器310产生的正弦波信号是交流的基准信号，其成为产生超声波段的固有振动的驱动信号的基础，具有恒定的频率和恒定的相位。正弦波产生器310将超声波段的正弦波信号输入到振幅调制器320。

另外，这里说明使用产生正弦波信号的正弦波产生器310的方式，但也可以不是正弦波信号。例如，也可以使用使时钟的上升和下降的波形钝化那样的波形的信号。因此，也可以代替正弦波产生器310而使用产生超声波段的交流信号的信号产生器。

振幅调制器320使用从驱动控制部240输入的振幅数据，对从正弦波产生器310 输入的正弦波信号的振幅进行调制而生成驱动信号。振幅调制器320仅对从正弦波产生器310输入的超声波段的正弦波信号的振幅进行调制，不对频率以及相位进行调制，而生成驱动信号。

因此，振幅调制器320输出的驱动信号是仅对从正弦波产生器310输入的超声波段的正弦波信号的振幅进行调制后的超声波段的正弦波信号。当振幅数据为零时，驱动信号的振幅变为零。这等同于振幅调制器320不输出驱动信号。

接着，使用图7说明存储器250中存储的数据。

图7是表示存储器250中存储的数据的图。

如图7所示，在存储器250存储将表示应用的种类的数据、区域数据以及表示振动模式的模式数据相互关联起来的数据，其中所述区域数据表示显示进行操作输入的 GUI操作部等的区域的坐标值。

作为表示应用的种类的数据，表示应用ID(Identification)。此外，作为区域数据，示出表示显示进行操作输入的GUI操作部等的区域的坐标值的式f1～f4。表示振动模式的模式数据表示为P1至P4。模式数据P1～P4是将表示振幅值的振幅数据按时序排列的数据。

另外，由应用ID表示的应用包含可在智能手机终端机或平板型计算机中利用的所有应用，还包含电子邮件的编辑模式。

接着，使用图8说明实施方式的电子设备100的驱动控制装置300的驱动控制部240执行的处理。

图8是表示实施方式的电子设备100的驱动控制装置300的驱动控制部240执行的处理的流程图。

电子设备100的OS(Operating System)按每个规定的控制周期执行用于驱动电子设备100的控制。因此，驱动控制装置300按每个规定的控制周期进行运算。这对于驱动控制部240也相同，驱动控制部240按每个规定的控制周期反复执行图8 所示的流程。

这里，如果将从驱动器IC151向驱动控制装置300输入位置数据开始、到驱动控制部240根据该位置数据计算出驱动信号为止的所需时间设为Δt，则所需时间Δt与控制周期大致相等。

控制周期的一个周期的时间可以作为相当于从驱动器IC151向驱动控制装置300输入位置数据开始到根据该位置数据计算出驱动信号为止的所需时间Δt的时间来处理。

通过接通电子设备100的电源，驱动控制部240开始处理。

驱动控制部240根据由当前的位置数据表示的坐标和当前的应用的种类，针对当前执行操作输入的GUI操作部取得与振动模式相关联的区域数据(步骤S1)。

驱动控制部240判定移动速度是否为规定的阈值速度以上(步骤S2)。通过矢量运算来算出移动速度即可。阈值速度可以被设置为当一边如所谓的滑动(flick)操作、横扫(swipe)操作或拖动(drag)操作等那样移动指尖一边执行操作输入时指尖的移动速度的最小速度。这样的最低速度可以基于实验结果设定，也可以根据触摸面板 150的分辨率等设定。

在步骤S2中判定为移动速度为规定的阈值速度以上的情况下，驱动控制部240 判定当前的位置数据所表示的坐标是否处于在步骤S1中求出的区域数据所表示的区域St中(步骤S3)。

驱动控制部240在判断为当前的位置数据所表示的坐标处于在步骤S1中求出的区域数据所表示的区域St中的情况下，从模式数据中读出表示与在步骤S2中求出的移动速度对应的振幅值的振幅数据(步骤S4)。

驱动控制部240输出振幅数据(步骤S5)。由此，在振幅调制器320中，通过调制从正弦波产生器310输出的正弦波的振幅而生成驱动信号，来驱动振动元件140A、 140B。

另一方面，在步骤S2中判定为移动速度不是规定的阈值速度以上的情况下(S2：否)，在步骤S3中判定为当前的位置数据所表示的坐标不在步骤S1中求出的区域数据所表示的区域St中的情况下，驱动控制部240将振幅值设定为零(步骤S6)。

其结果，驱动控制部240输出振幅值为零的振幅数据，在振幅调制器320中生成将从正弦波产生器310输出的正弦波的振幅调制为零后的驱动信号。因此，在这种情况下，不驱动振动元件140A、140B。

接下来，说明在上面板120中产生的固有振动的振动模式。

当假定上面板120是一维的梁时，如式(3)所示，仅上面板120的振动模式的形状w(Y)由双曲线函数和三角函数之和来表示。另外，Y表示以上面板120的Y 轴负方向侧的端部为原点(Y＝0)的Y轴方向的位置。另外，C1～C4是常数值，k是振动模式的周期数，l是上面板120的Y轴方向的长度。

[数式3]

另外，用式(3)表示的振动模式的固有频率f可以用式(4)计算。另外，E是上面板120的杨氏模量，ρ是上面板120的密度。

[数式4]

这里，如果根据边界条件决定式(3)的C1～C4和k，则能够高精度地求出振动模式的形状，但如果大致近似，则自由端条件下的k的值为“外观的周期数-0.25”。因此，振动模式的波节和波腹的位置以前端为基准如图9所示，可以由式(5)大概计算。图9是以周期数来表示振动模式的波节和波腹的位置的图。另外，在以同相来驱动振动元件140A和140B的情况下，k＝0.75、1.75、2.75......，在以反相来驱动振动元件140A和140B的情况下，k＝1.25，2.25，3.25......。

[数式5]

例如，如果设l＝140[mm]，k＝13.75，n＝1，则波腹的位置为3.8[mm]。n是表示从上面板120的Y轴负方向侧的端部开始的第n个波腹和波节的值(1，2，3，......)。

图10是表示上面板120的振动的图。图10示出了上面板120中的安装有振动元件140A的Y轴负方向侧的端部的部分。在将振动元件140A、140B的粘贴位置设为振动模式的波腹的位置的情况下，能够得到上面板120的最大振幅，但是如图10所示，在粘贴了振动元件140A、140B的区间(振动元件140A、140B的Y轴方向的宽度的区间)，振动模式的形状发生变化，所以实际的波腹的位置偏移基于式(5)算出的概算值。

如图10所示，实际的波腹的位置偏移基于式(5)算出的概算值的原因被认为是，在粘贴有振动元件140A的区间中固有振动的波长λ受到音速变化率c的影响，并且波形本身也作为变化量a受到影响。这对于振动元件140B也同样。

如果使用通过将振动元件140A、140B粘贴到上面板120而形成的上面板120的粘贴有振动元件140A的区间中的弯曲刚性的变化率Gr和质量的变化率Mr，则音速变化率c和波形变化量a可以如式(6)所示地定义。

[算式6]

在此，音速变化率c是在上面板120中传播的固有振动的波的速度由于粘贴了振动元件140A、140B而产生变化的比例，用粘贴了振动元件140A、140B时的固有振动的波的速度与未粘贴振动元件140A、140B时的固有振动的波的速度之比来表示。

另外，波形变化量a用与在上面板120未粘贴振动元件140A、140B时的波形相比，将在上面板120粘贴有振动元件140A、140B时的波形换算成周期数而得到的值来表示。

关于波形变化量a，与在上面板120未粘贴振动元件140A、140B时相比，在上面板120粘贴了振动元件140A、140B时，上面板120的刚性更高，所以如下考虑。

当将振动元件140A、140B粘贴到了上面板120时，振动模式中的粘贴了振动元件140A的区间中的波形变化量a的最大值是0.75。这相当于上面板120的Y轴方向的两端为自由端时的基本振动模式(最小振动模式)的周期数的近似值k。

另外，当振动元件140A、140B被粘贴到了上面板120时，在粘贴有振动元件 140A的区间中的振动模式的波形变化量a的最小值为0.5。这与振动元件140A、140B 没有粘贴到上面板120时等同，即，相当于上面板120的Y轴方向的两端为支承端时的基本振动模式(最小振动模式)的周期数。

另外，上面板120的粘贴有振动元件140A的区间中的弯曲刚性的变化率Gr在振动元件140A的刚性与上面板120的刚性相比足够小时为1，在振动元件140A的刚性与上面板120的刚性相比足够大时为∞(无限大)。

由式(6)表示的波形变化量a表示：在刚性的变化率Gr接近∞时，粘贴有振动元件140A的区间的两端接近自由端条件，因此为最大值0.75，在刚性的变化率Gr接近1时，粘贴有振动元件140A的区间的两端保持支承端条件不变，因此为0.5。另外，为了实现在自由端条件的情况(Gr接近∞的情况)下为最大值0.75、在支承端条件的情况(Gr接近1的情况)下为0.5，成为将系数0.25除以上面板120的弯曲刚性的变化率Gr的式子。

另外，如果将振动元件140A、140B粘贴到上面板120，则上面板120的刚性变高，所以上面板120的粘贴有振动元件140A的区间的波形从支承端向接近自由端的方向变化。当振动元件140A的刚性变高时，上面板120的粘贴有振动元件140A的区间中的弯曲刚性的变化率Gr的值变大。

因此，式(6)的波形变化量a成为以上面板120的粘贴有振动元件140A的区间中的弯曲刚性的变化率Gr来分配系数0.25的式子。

另外，在上面板120未粘贴振动元件140A、140B的情况下的振动模式中，如果将Y轴方向的宽度为0.5λ的振动元件140A、140B粘贴到固有振动的波腹的位置，则振动最大。另外，此时，振动元件140A、140B的宽度(0.5λ)的中心位于波腹的位置。

这里，在上面板120粘贴有振动元件140A、140B的情况下的振动模式中，由于上面板120的刚性的变化引起的振动模式的变化，即使粘贴Y轴方向的宽度比0.5λ宽(长)的振动元件140A、140B，也能够得到最大的振动。这种情况下的振动元件 140A、140B的Y轴方向的最大宽度用acλ来近似。

因此，如果使用式(6)所示的音速变化率c和波形变化量a，则由于将振动元件140A、140B粘贴在上面板120而产生的固有振动的半波长的增加量为acλ-0.5λ，如果波腹位于加入了增加量的半波长的中央，则波腹位置的变化量为(acλ-0.5λ)/2。

在振动元件140A、140B的Y轴方向的宽度w比acλ窄(短)的情况下，对上面板120的振动模式赋予的变化的程度减少，所以如果以单纯的比例分配w/acλ来分配变化的程度，则最终用式(7)求出波腹位置的变化量δ。

[数式7]

图11是表示在上面板120重叠安装振动元件140A的区间的图。这里，如图11 所示，将振动元件140A粘贴在上面板120的区间作为2层复合板来看待。设第一层 (上面板120)的厚度为A，杨氏模量为EA，第二层(振动元件140)的厚度为B，杨氏模量为EB。如图所示，Z的原点是第一层(上面板120)的下表面的位置。另外，令伯努利·欧拉(Bernoulli Euler)梁的假定中的中立点为Z₀。上面板120的弯曲刚性的变化率Gr和质量的变化率Mr由式(8)表示。

[数式8]

例如，如果设上面板120的杨氏模量为71GPA，Z轴方向的厚度为0.3mm，密度为2450kg/m3，振动元件140A、140B的杨氏模量为70.4GPA，Z轴方向的厚度为 0.3mm，密度为7800kg/m3，Y轴方向的宽度为8mm，则δ≈1.6mm，可以将上面板 120的从Y轴负方向侧起第1个(n＝1)波腹的位置大概计算为Y＝5.4mm的位置。

如果将振动元件140A、140B粘贴在通过如上所述的概算而确定的波腹的位置，则能够增大上面板120的振动。另外，除了上述那样的概算以外，在通过有限元分析或实测而决定的波腹的位置上粘贴振动元件140A、140B也是同样的。

然而，必须有效地增大上面板120的振动。即，要求在对振动元件140A、140B 施加相同的电压的情况下，得到上面板120的更大的振动这样的意义下的效率。

另外，在由振动元件140A、140B消耗相同的功率的情况下，考虑从得到上面板 120的更大的振动的观点出发的振动效率。由于振动物体的力学能量与振幅的平方成比例，交流信号的有效功率与电导成比例，因此将“上面板120的振幅的平方/电导”作为振动效率的指标。

图12和图13是示出在上面板120中的安装振动元件140A的Y轴负方向侧的端部的部分的固有振动的图。如图12所示，设从上面板120的Y轴负方向侧的端部到第n个波腹的位置的距离为Yn，振动元件140A的粘贴位置为ΔY，从第n个波腹的位置到振动元件140A的粘贴位置的偏移量为d。

这里，粘贴位置ΔY表示从上面板120的Y轴负方向侧的端部到振动元件140A 的Y轴方向的宽度的中央为止的长度。振动元件140A的粘贴位置ΔY的偏移量d在相对于第n个波腹的位置向Y轴负方向侧偏移时为正值(+d)，如图13所示，在振动元件140A的粘贴位置ΔY相对于第n个波腹的位置向Y轴正方向侧偏移时为负值 (-d)。

另外，这里对配置在上面板120的Y轴负方向侧的振动元件140A进行说明。振动元件140A优选配置在俯视时不与显示面板160重叠的位置，所以现实中n的值为 1～3左右。

振动元件140A在Y轴方向上配置得比上面板120的中央靠Y轴负方向侧，因此，振动元件140A相对于第n个波腹的位置向Y轴负方向侧偏移时的偏移量(+d) 表示振动元件140A相对于第n个波腹的位置向上面板120的外侧偏移。与此相反，振动元件140A相对于第n个波腹的位置向Y轴正方向侧偏移的情况下的偏移量(-d) 表示振动元件140A相对于第n个波腹的位置向上面板120的中央侧(内侧)偏移。

另外，在此，一般化为第n个波腹进行说明，但在图12和图13中，对n＝1且是第1个波腹的情况进行说明。

图14是以俯视图表示以n＝1试制的上面板120的Y轴负方向侧的端部的部分的图。如图14所示，上面板120在Y轴方向上具有140mm的长度，在X轴方向上具有80mm的宽度，并且在Z轴方向上具有0.3mm的厚度。另外，振动元件140A的 Y轴方向的宽度为8mm。振动元件140A是在X轴方向具有长边方向的俯视时为细长的矩形状的振动元件。

图15是表示用试制的20片上面板120来实测振动效率的结果的图。在图15中，横轴是试制的20片上面板120的样品编号，纵轴是振动效率。

20片上面板120包括：以从Y轴负方向侧的端部开始第1个(n＝1)波腹为目标而粘贴振动元件140A的上面板(d＝0)、以从第1个波腹的位置向Y轴负方向侧偏移0.5mm的位置为目标而粘贴振动元件140A的上面板(d＝+0.5mm)、以及以从第 1个波腹向Y轴正方向侧偏移0.5mm的位置为目标而粘贴振动元件140A的上面板 (d＝-0.5mm)。

在图15中，用圆形标记表示d＝0mm的上面板120，用实线三角标记表示 d＝+0.5mm的上面板120，用四边形标记表示d＝-0.5mm的上面板120。偏移量d是目标值。

可知与d＝0mm的上面板120相比，d＝+0.5mm的上面板120的振动效率高， d＝-0.5mm的上面板120的振动效率低。

根据这样的结果，在实施方式中，为了提供振动效率高的上面板120，使振动元件140A、140B的粘贴位置ΔY位于从第n个波腹的位置Yn向上面板120的Y轴负方向侧(上面板120的外侧)偏移距离+d的位置。

设将振动元件140A粘贴到从波腹的位置向Y轴负方向侧(上面板120的外侧) 偏移后的位置时的偏移量的目标值为d，设将振动元件140A粘贴到上面板120时的 Y轴方向的位置误差为±ε时，为了提供振动效率高的上面板120，优选d≥ε。另外， +ε是相对于目标值d向Y轴负方向偏移时的误差，-ε是相对于目标值d向Y轴正方向偏移时的误差。

如上所述，通过使粘贴振动元件140A的位置从第n个波腹的位置Yn向Y轴负方向侧(上面板120的外侧)偏移满足d≥ε的偏移量的目标值d，能够提高振动效率。另外，振动元件140B也同样。

如果能够提高振动效率，则通过以更小的功率驱动振动元件140A、140B，能够更高效地使上面板120产生更大振幅的振动。如果振动效率高，则能够有效地增大能够赋予给使用者的指尖的振动，能够使提供给使用者的指尖的触感更好。

因此，根据实施方式，能够提供可提供良好触感的电子设备100。

另外，以上说明了在上面板120的Y轴方向的两端是自由端的情况下，将振动元件140A粘贴在从波腹的位置向Y轴负方向侧(上面板120的外侧)偏移后的位置的方式。但是，在上面板120的Y轴方向的两端为支承端的情况下也同样，只要将振动元件140A粘贴在与波腹的位置相比向Y轴负方向侧(上面板120的外侧)偏移后的位置即可。

图16是示出上面板120的Y轴方向的两端为自由端的情况下的固有振动的振幅与振动元件140A、140B的电导之间的关系的模拟结果。图17是示出当上面板120 的Y轴方向上的两端是支承端的情况下的固有振动的振幅与振动元件140A、140B 的电导之间的关系的模拟结果。

在图16中，对于将从上面板120的Y轴负方向侧的端部到振动元件140A的Y 轴方向的宽度中心的位置设定为从5.0mm以每次间隔0.2mm变化到6.0mm为止的值的上面板120，求出振幅和电导。在振动元件140A的位置为5.4mm的情况下，振动元件140A的宽度的中心与波腹的位置一致。另外，振动元件140B的位置是距离上面板120的Y轴正方向侧的端部相同尺寸的位置。

如图16所示，当振动元件140A、140B的位置从5.4mm缩短到5.2mm、5.0mm 时，电导降低。这表示，随着振动元件140A、140B的位置处于波腹的外侧，以更小的功耗有效地进行振动。

另外，当振动元件140A、140B的位置从5.4mm变长为5.6mm、5.8mm时，电导急剧增大，当变为6.0mm时，振幅减小。这表示随着振动元件140A、140B的位置处于波腹的内侧，需要更多的功耗。

另外，如图17所示，在支承端的情况下，对于将从上面板120的Y轴负方向侧的端部到振动元件140A的Y轴方向的宽度中心的位置设定为从3.4mm以每次间隔 0.2mm变化到4.4mm为止的值的上面板120，求出振幅和电导。在振动元件140A的位置为3.8mm的情况下，振动元件140A的宽度中心与波腹的位置一致。另外，振动元件140B的位置是距离上面板120的Y轴正方向侧的端部相同尺寸的位置。

如图17所示，当振动元件140A、140B的位置从3.8mm缩短到3.6mm、3.8mm 时，电导降低。这表示，随着振动元件140A、140B的位置处于波腹的外侧，以更少的功耗有效地进行振动。

另外，当振动元件140A、140B的位置从3.8mm变长到4.0mm时，电导急剧增大，当从3.8mm变长到4.2mm、4.4mm时，振幅减小。这表示随着振动元件140A、 140B的位置处于波腹的内侧，需要更多的功耗。

如上所述，在上面板120的Y轴方向的两端是自由端的情况下和在两端是支承端的情况下，获得相同的趋势。因此，为了提供良好的触感，在上面板120的Y轴方向的两端为支承端的情况下，优选振动元件140A、140B的位置与波腹一致，或者振动元件140A、140B的位置位于波腹的外侧。

另外，即使使用满足d≥ε的偏移量的目标值d来将振动元件140A、140B粘贴到上面板120，有时振动元件140A和/或140B的位置也会比作为目标的位置向上面板 120的Y轴方向的中央侧(内侧)偏移。

图18是表示在实施方式的变形例中，上面板120中的安装有振动元件140A的Y 轴负方向侧的端部的固有振动的图。

在将振动元件140A和/或140B粘贴到上面板120的位置比作为目标的位置向上面板120的Y轴方向的中央侧(内侧)偏移的情况下，如图18的(A)所示，相对于波腹的位置，振动元件140A的位置向上面板120的Y轴方向的中央侧(内侧)偏移。

在这种情况下，可以将用于延长上面板120的固有振动的波长的波长调整部件180粘贴到上面板120。粘贴波长调整部件180的位置只要是比作为目标的波腹更靠上面板120的Y轴方向的外侧、或者是作为目标的波腹的位置即可。另外，在粘贴波长调整部件180的位置是作为目标的波腹的位置的情况下，波长调整部件180的Y 轴方向的宽度中央与作为目标的波腹的位置一致。

如果在上面板120的比作为目标的波腹的位置更靠端边侧的位置粘贴高刚性的波长调整部件180，使上面板120的粘贴有波长调整部件180的区间的固有振动的波长伸长，则波腹的位置相对地向上面板120的Y轴方向的中央侧(内侧)偏移。因此，能够将粘贴有振动元件140A、140B的位置修正为比作为目标的波腹更靠上面板 120的Y轴方向的外侧。

关于波腹的位置的位移量Y1，在粘贴了波长调整部件180的区间没有波形变化，但受到音速变化率c的影响，利用式(9)进行概算。

[算式9]

作为高刚性的波长调节部件180的部件，优选比刚性高的材料，例如如果是铝合金且杨氏模量为71GPA，厚度为0.2mm，密度为2700kg/m3，Y轴方向的宽度为4mm，则Y1≈0.4mm。

另外，这里说明了在振动元件140A和/或140B的位置比作为目标的位置向上面板120的Y轴方向的中央侧(内侧)偏移的情况下，将波长调整部件180粘贴到上面板120的方式。

但是，如果将上述那样的波长调节部件180粘贴到上面板120，则能够伸长固有振动的波长。因此，不限于振动元件140A和/或140B的位置比作为目标的位置向上面板120的Y轴方向的中央侧(内侧)偏移的情况，也可以作为伸长固有振动的波长的调整部件，而将波长调整部件180粘贴到上面板120，以改善振动效率。

以上，对本发明例示的实施方式的电子设备进行了说明，但本发明并不限定于具体公开的实施方式，在不脱离权利要求的范围的情况下，能够进行各种变形或变更。

标号说明

100电子设备

110壳体

120上面板

130双面胶带

140A、140B振动元件

150触摸面板

160显示面板

170基板

180波长调节部件

200控制部

220应用处理器

230通信处理器

240驱动控制部

250存储器

300驱动控制装置

310正弦波产生器

320振幅调制器

Claims (6)

1.一种电子设备，其包括：

具有操作面的上面板；

位置检测部，其检测在所述操作面上进行的操作输入的位置；

振动元件，其安装于所述上面板，使所述操作面产生振动；以及

驱动控制部，其利用用于使所述操作面产生超声波段的固有振动的驱动信号来驱动所述振动元件，并将所述振动元件驱动成使得所述固有振动的强度根据对所述操作面的操作输入的位置和该位置的时间变化程度而改变，

所述振动元件安装到所述上面板的位置比多个周期的区间中的任意一个区间所包含的波腹的位置更向所述上面板的外侧偏移，其中所述多个周期分别包含通过所述固有振动而在所述上面板中产生的驻波的多个波腹，

设从所述上面板的所述外侧的端部到所述一个区间所包含的波腹的距离为Y，设所述振动元件配置在比所述一个区间所包含的波腹更靠所述外侧的位置的情况下的安装位置的误差为-d，设所述振动元件配置在比所述一个区间所包含的波腹更靠与所述外侧相反的内侧的位置的情况下的安装位置的误差为+d时，所述偏移的量为Y-d以下。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述一个区间是在所述上面板中产生的驻波的多个周期的区间中最位于所述外侧的区间。

3.根据权利要求1或2所述的电子设备，其中，所述偏移的量是从所述外侧的端部到所述振动元件的安装位置为止的长度的标准偏差的整数倍的值。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电子设备，其中，所述电子设备还包括波长调节部件，该波长调节部件在所述一个区间所包含的波腹的位置或者比所述一个区间所包含的波腹更靠所述外侧的位置处安装于所述上面板，使所述驻波的波长变长。

5.一种电子设备，其包括：

具有操作面的上面板；

位置检测部，其检测在所述操作面上进行的操作输入的位置；

振动元件，其安装于所述上面板，使所述操作面产生振动；

驱动控制部，其利用用于使所述操作面产生超声波段的固有振动的驱动信号来驱动所述振动元件，并将所述振动元件驱动成使得所述固有振动的强度根据对所述操作面的操作输入的位置和该位置的时间变化程度而改变；以及

安装于所述上面板的波长调节部件，

所述振动元件安装到所述上面板的位置比多个周期的区间中的任意一个区间所包含的波腹的位置更向所述上面板的内侧偏移，其中所述多个周期分别包含通过所述固有振动而在所述上面板中产生的驻波的多个波腹，

所述波长调节部件使所述驻波的波长变长，使得当设从所述上面板的与所述内侧相反的外侧的端部到所述一个区间所包含的波腹的距离为Y，设所述振动元件配置在比所述一个区间所包含的波腹更靠所述外侧的位置的情况下的安装位置的误差为-d，设所述振动元件配置在比所述一个区间所包含的波腹更靠与所述内侧的位置的情况下的安装位置的误差为+d时，所述偏移的量为Y-d以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电子设备，其中，所述振动元件是在俯视时为长方形的振动元件，所述振动元件在所述上面板中所产生的固有振动的振幅发生变化的方向上具有短边。

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