JP6891971B2 - 駆動制御装置、電子機器、及び、駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動制御装置、電子機器、及び、駆動制御方法に関する。

従来より、押圧による入力を受け付ける入力部と、前記入力部に対する押圧荷重を検出する荷重検出部と、前記入力部を振動させる振動部とを備える入力装置がある。この入力装置は、さらに、前記荷重検出部により検出される押圧荷重が、前記入力部への入力を受け付ける所定の基準を満たした際に、前記入力部を押圧している押圧物に対して浮揚力を発生させるように前記振動部の駆動を制御する制御部を備えることを特徴とする（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１４０１０２号公報

従来の入力装置は、入力部を押圧している押圧物に対して浮揚力を発生させるように振動部の駆動を制御するが、振動の種類が１種類であるため、良好な触感を提供できないおそれがある。

そこで、良好な触感を提供できる駆動制御装置、電子機器、及び、駆動制御方法を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の駆動制御装置は、操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御装置であって、前記操作面に前記操作入力が行われると、前記操作面に超音波帯の第１固有振動を発生させる第１駆動信号で前記振動素子を駆動する第１駆動制御部と、前記第１駆動制御部によって前記振動素子が所定時間にわたって駆動されると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動を前記操作面に発生させる第２駆動信号で前記振動素子を駆動する第２駆動制御部とを含む。

良好な触感を提供できる駆動制御装置、電子機器、及び、駆動制御方法を提供することができる。

実施の形態の電子機器を示す斜視図である。 実施の形態の電子機器を示す平面図である。 図２に示す電子機器のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。 超音波帯の固有振動によってトップパネルに生じる定在波のうち、トップパネルの短辺に平行に形成される波頭を示す図である。 電子機器のトップパネルに生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。 実施の形態の電子機器の構成を示す図である。 メモリに格納されるデータを示す図である。 メモリに格納されるデータを示す図である。 押圧操作に応じてクリック感を提供する振動パターンで振動素子を駆動する第１駆動信号及び第２駆動信号の波形を示す図である。 実施の形態の電子機器の駆動制御装置の駆動制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 振動素子のコンダクタンスの周波数特性を示す図である。 トップパネルの表面の変位の周波数特性を示す図である。 振動素子のコンダクタンスの周波数特性を示す図である。 トップパネルの表面の変位の周波数特性を示す図である。 トップパネルの長さに対する固有振動数（共振周波数）の特性のトップパネル１２０の厚さに対する依存性を示す図である。 トップパネルの長さに対する固有振動数（共振周波数）の特性のトップパネル１２０の厚さに対する依存性を示す図である。 トップパネルの長さに対する固有振動数（共振周波数）の特性のトップパネル１２０の厚さに対する依存性を示す図である。 クリック感を提供するための第１駆動信号及び第２駆動信号の波形を示す図である。 クリック感を提供するための第１駆動信号及び第２駆動信号の波形を示す図である。 クリック感を提供するための第１駆動信号及び第２駆動信号の波形を示す図である。 クリック感を提供するための第１駆動信号及び第２駆動信号の波形を示す図である。 クリック感を提供するための第１駆動信号及び第２駆動信号の波形を示す図である。 車両の室内内のドライバーズシートの周りを示す図である。 実施の形態の変形例の電子機器のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。 実施の形態の第２変形例の電子機器を示す図である。 実施の形態の第３変形例の電子機器のタッチパッドの断面を示す図である。 実施の形態の変形例の電子機器の動作状態を示す平面図である。

以下、本発明の駆動制御装置、電子機器、及び、駆動制御方法を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の電子機器１００を示す斜視図である。

電子機器１００は、一例として、タッチパネルを入力操作部とする、スマートフォン端末機である。ここでは、電子機器１００がスマートフォン端末機である形態について説明するが、電子機器１００は、タッチパネルを入力操作部とする機器であればよいため、スマートフォン端末機に限られず、例えば、タブレット型コンピュータ、又は、ゲーム機等の携帯情報端末機であってもよい。また、電子機器１００は、例えば、乗用車又は商用車のような車両の車室内又は車外に配置される機器であってもよい。また、電子機器１００は、例えば、ＡＴＭ（Automatic Teller Machine）のように特定の場所に設置されて利用される機器であってもよい。

電子機器１００の入力操作部１０１は、タッチパネルの下にディスプレイパネルが配設されており、ディスプレイパネルにＧＵＩ(Graphic User Interface)による様々なボタン１０２Ａ、又は、スライダー１０２Ｂ等（以下、ＧＵＩ操作部１０２と称す）が表示される。

電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部１０２を操作するために、指先で入力操作部１０１に触れる。

次に、図２を用いて、電子機器１００の具体的な構成について説明する。

図２は、実施の形態の電子機器１００を示す平面図であり、図３は、図２に示す電子機器１００のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。なお、図２及び図３では、図示するように直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。

電子機器１００は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。

筐体１１０は、例えば、樹脂製であり、図３に示すように凹部１１０Ａに基板１７０、ディスプレイパネル１６０、及びタッチパネル１５０が配設されるとともに、両面テープ１３０によってトップパネル１２０が接着されている。

トップパネル１２０は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、又は、ポリカーボネートのような強化プラスティックで作製される。トップパネル１２０の表面１２０Ａ（Ｚ軸正方向側の面）は、電子機器１００の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。操作入力とは、利用者が指先でトップパネル１２０に触れて、電子機器１００に対して入力する操作を行うことである。なお、指先の代わりにスタイラスペンのようにタッチパネル１５０を操作可能な道具を用いて入力することも操作入力に含まれることとする。

トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着され、平面視における四辺が両面テープ１３０によって筐体１１０に接着されている。なお、両面テープ１３０は、トップパネル１２０の四辺を筐体１１０に接着できればよく、図３に示すように矩形環状である必要はない。

トップパネル１２０のＺ軸負方向側にはタッチパネル１５０が配設される。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護するために設けられている。なお、トップパネル１２０の表面１２０Ａに、さらに別なパネル又は保護膜等が設けられていてもよい。

トップパネル１２０は、Ｚ軸負方向側の面に振動素子１４０が接着された状態で、後述する駆動制御部から出力される第１駆動信号又は第２駆動信号によって振動素子１４０が駆動されることによって振動する。

実施の形態では、第１駆動信号によって振動素子１４０が駆動されることによって、トップパネル１２０の超音波帯の固有振動数（共振周波数）でトップパネル１２０を振動させて、トップパネル１２０に定在波を生じさせる。

また、実施の形態では、第２駆動信号によって振動素子１４０が駆動されることによって、トップパネル１２０の人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の固有振動数（共振周波数）でトップパネル１２０を振動させて、トップパネル１２０に定在波を生じさせる。この固有振動数（共振周波数）は、超音波帯の固有振動数（共振周波数）とは異なる。

トップパネル１２０には振動素子１４０が接着されているため、実際には、振動素子１４０の重さ等を考慮した上で、２種類の固有振動数（共振周波数）を決めることが好ましい。

振動素子１４０は、トップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着されている。振動素子１４０は、超音波帯の振動を発生できる素子であればよく、例えば、ピエゾ素子のような圧電素子を含むものを用いることができる。

振動素子１４０は、後述する駆動制御部から出力される第１駆動信号によって駆動される。振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は第１駆動信号によって設定される。また、振動素子１４０のオン／オフは第１駆動信号によって制御される。

なお、超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。実施の形態の電子機器１００では、振動素子１４０が振動する周波数は、トップパネル１２０の振動数と等しくなるため、振動素子１４０は、トップパネル１２０の固有振動数で振動するように第１駆動信号によって駆動される。

また、振動素子１４０は、第２駆動信号によって駆動される場合もある。この場合には、振動素子１４０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は第２駆動信号によって設定され、振動素子１４０のオン／オフは第２駆動信号によって制御される。第２駆動信号によって振動素子１４０が駆動される場合には、第１駆動信号によって振動素子１４０が駆動される場合とは異なる振動モードの固有振動がトップパネル１２０に発生する。

タッチパネル１５０は、ディスプレイパネル１６０の上（Ｚ軸正方向側）で、トップパネル１２０の下（Ｚ軸負方向側）に配設されている。タッチパネル１５０は、電子機器１００の利用者がトップパネル１２０に触れる位置（以下、操作入力の位置と称す）を検出する座標検出部の一例である。

タッチパネル１５０の下にあるディスプレイパネル１６０には、ＧＵＩによる様々なボタン等（以下、ＧＵＩ操作部と称す）が表示される。このため、電子機器１００の利用者は、通常、ＧＵＩ操作部を操作するために、指先でトップパネル１２０に触れる。

タッチパネル１５０は、利用者のトップパネル１２０への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出部であればよい。ここでは、タッチパネル１５０が静電容量型の座標検出部である形態について説明する。タッチパネル１５０とトップパネル１２０との間に隙間があっても、静電容量型のタッチパネル１５０は、トップパネル１２０への操作入力を検出できる。

また、ここでは、タッチパネル１５０の入力面側にトップパネル１２０が配設される形態について説明するが、トップパネル１２０はタッチパネル１５０と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル１５０の表面が図２及び図３に示すトップパネル１２０の表面になり、操作面を構築する。また、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。

また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、トップパネル１２０の上にタッチパネル１５０が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、タッチパネル１５０が静電容量型の場合は、図２及び図３に示すトップパネル１２０を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル１５０の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。

ディスプレイパネル１６０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル１６０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部で、図示を省略するホルダ等によって基板１７０の上（Ｚ軸正方向側）に設置される。

ディスプレイパネル１６０は、後述するドライバＩＣ(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、電子機器１００の動作状況に応じて、ＧＵＩ操作部、画像、文字、記号、図形等を表示する。

基板１７０は、筐体１１０の凹部１１０Ａの内部に配設される。基板１７０の上には、ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０が配設される。ディスプレイパネル１６０及びタッチパネル１５０は、図示を省略するホルダ等によって基板１７０及び筐体１１０に固定されている。

基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、電子機器１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。

以上のような構成の電子機器１００は、トップパネル１２０に利用者の指が接触し、指先の移動を検出すると、基板１７０に実装される駆動制御部が振動素子１４０を駆動し、トップパネル１２０を超音波帯の周波数で振動させる。この超音波帯の周波数は、トップパネル１２０と振動素子１４０とを含む共振系の共振周波数であり、トップパネル１２０に定在波を発生させる。

電子機器１００は、利用者の指先の移動に合わせて超音波帯の定在波を発生させることにより、トップパネル１２０を通じて利用者に触感を提供する。

また、電子機器１００は、利用者が所望の操作内容を確定させたい場合に、トップパネル１２０を押圧する操作入力を行えば、操作内容を確定できるようになっている。このような押圧する操作入力が行われた場合に、操作内容が確定したことを利用者が触感で感知できるようにするために、電子機器１００は、次のように駆動素子１４０を駆動する。

電子機器１００は、利用者の指先がトップパネル１２０に触れて静止している状態で、トップパネル１２０を押圧する操作入力が行われると、振動素子１４０を所定の第１短時間だけ第１駆動信号で駆動して指先に掛かる動摩擦力を低減させてから、振動素子１４０を所定の第２短時間だけ第２駆動信号で駆動する。これにより、メタルドーム式のボタンのような機械的なボタンを押したときに受ける触感を模擬した触感を提供する。所定の第１短時間及び所定の第２短時間は、例えば、１００ミリ秒以下のごく短い時間である。

次に、図４を用いて、トップパネル１２０に発生させる定在波について説明する。

図４は、超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０に生じる定在波のうち、トップパネル１２０の短辺に平行に形成される波頭を示す図であり、図４の（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。図４（Ａ）、（Ｂ）には、第１駆動信号で振動素子１４０を駆動する場合にトップパネル１２０に生じる超音波帯の定在波を示す。図４の（Ａ）、（Ｂ）では、図２及び図３と同様のＸＹＺ座標を定義する。なお、図４の（Ａ）、（Ｂ）では、理解しやすさのために、定在波の振幅を誇張して示す。また、図４の（Ａ）、（Ｂ）では振動素子１４０を省略する。

トップパネル１２０のヤング率Ｅ、密度ρ、ポアソン比δ、長辺寸法ｌ、厚さｔと、長辺方向に存在する定在波の周期数ｋとを用いると、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆは次式（１）、（２）で表される。定在波は１／２周期単位で同じ波形を有するため、周期数ｋは、０．５刻みの値を取り、０．５、１、１．５、２・・・となる。

なお、式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ^２以外の係数をまとめて表したものである。

図４の（Ａ）、（Ｂ）に示す定在波は、一例として、周期数ｋが１０の場合の波形である。例えば、トップパネル１２０として、長辺の長さｌが１４２ｍｍ、短辺の長さが８０ｍｍ、厚さｔが０．７ｍｍのGorilla（登録商標）ガラスを用いる場合には、周期数ｋが１０の場合に、固有振動数ｆは３０ｋＨｚとなる。この場合は、周波数が３０ｋＨｚの第１駆動信号を用いればよい。

トップパネル１２０は、平板状の部材であるが、振動素子１４０（図２及び図３参照）を駆動して超音波帯の固有振動を発生させると、図４の（Ａ）、（Ｂ）に示すように撓むことにより、表面１２０Ａに定在波が生じる。

なお、ここでは、１つの振動素子１４０がトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸正方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着される形態について説明するが、振動素子１４０を２つ用いてもよい。２つの振動素子１４０を用いる場合は、もう１つの振動素子１４０をトップパネル１２０のＺ軸負方向側の面において、Ｙ軸負方向側において、Ｘ軸方向に伸延する短辺に沿って接着すればよい。この場合に、２つの振動素子１４０は、トップパネル１２０の２つの短辺に平行な中心線を対称軸として、軸対称になるように配設すればよい。

また、２つの振動素子１４０を駆動する場合は、周期数ｋが整数の場合は同一位相で駆動すればよく、周期数ｋが小数（整数部と小数部を含む数）の場合は逆位相で駆動すればよい。

次に、図５を用いて、電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動について説明する。

図５は、電子機器１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。図５の（Ａ）、（Ｂ）では、利用者が指先でトップパネル１２０に触れながら、指をトップパネル１２０の奥側から手前側に矢印に沿って移動する操作入力を行っている。なお、振動のオン／オフは、振動素子１４０（図２及び図３参照）をオン／オフすることによって行われる。

また、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。

超音波帯の固有振動は、図４に示すようにトップパネル１２０の全体に生じるが、図５の（Ａ）、（Ｂ）には、利用者の指がトップパネル１２０の奥側から手前側に移動する間に振動のオン／オフを切り替える動作パターンを示す。

このため、図５の（Ａ）、（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥行き方向において、振動がオフの間に指が触れる範囲をグレーで示し、振動がオンの間に指が触れる範囲を白く示す。

図５の（Ａ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオフであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオンになっている。

一方、図５の（Ｂ）に示す動作パターンでは、利用者の指がトップパネル１２０の奥側にあるときに振動がオンであり、指を手前側に移動させる途中で振動がオフになっている。

ここで、トップパネル１２０に超音波帯の固有振動を生じさせると、トップパネル１２０の表面１２０Ａと指との間にスクイーズ効果による空気層が介在し、指でトップパネル１２０の表面１２０Ａをなぞったときの動摩擦係数が低下する。

従って、図５の（Ａ）では、トップパネル１２０の奥側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きく、トップパネル１２０の手前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さくなる。

このため、図５の（Ａ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオンになると、指先に掛かる動摩擦力の低下を感知し、指先の滑り易さを知覚することになる。このとき、利用者はトップパネル１２０の表面１２０Ａがより滑らかになることにより、動摩擦力が低下するときに、トップパネル１２０の表面１２０Ａに凹部が存在するように感じる。

一方、図５の（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥前側に白く示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は小さく、トップパネル１２０の手前側にグレーで示す範囲では、指先に掛かる動摩擦力は大きくなる。

このため、図５の（Ｂ）に示すようにトップパネル１２０に操作入力を行う利用者は、振動がオフになると、指先に掛かる動摩擦力の増大を感知し、指先の滑り難さ、あるいは、引っ掛かる感じを知覚することになる。そして、指先が滑りにくくなることにより、動摩擦力が高くなるときに、トップパネル１２０の表面１２０Ａに凸部が存在するように感じる。

以上より、図５の（Ａ）と（Ｂ）の場合は、利用者は指先で凹凸を感じ取ることができる。このように人間が凹凸の知覚することは、例えば、"触感デザインのための印刷物転写法とSticky-band Illusion"(第11回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会論文集 (SI2010, 仙台)____174-177, 2010-12)に記載されている。また、"Fishbone Tactile Illusion"(日本バーチャルリアリティ学会第10 回大会論文集(2005 年9 月))にも記載されている。

なお、ここでは、振動のオン／オフを切り替える場合の動摩擦力の変化について説明したが、これは、振動素子１４０の振幅（強度）を変化させた場合も同様である。

次に、図６を用いて、実施の形態の電子機器１００の構成について説明する。

図６は、実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。

電子機器１００は、振動素子１４０、アンプ１４１、タッチパネル１５０、ドライバＩＣ(Integrated Circuit)１５１、ディスプレイパネル１６０、ドライバＩＣ１６１、制御部２００、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０を含む。

制御部２００は、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、押圧操作判定部２５０、及びメモリ２６０を有する。制御部２００は、例えば、ＩＣチップで実現される。押圧操作判定部２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０に含まれる。

また、駆動制御部２４０、押圧操作判定部２５０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０は、駆動制御装置３００を構築する。なお、ここでは、アプリケーションプロセッサ２２０、通信プロセッサ２３０、駆動制御部２４０、押圧操作判定部２５０、及びメモリ２６０が１つの制御部２００によって実現される形態について説明するが、駆動制御部２４０は、制御部２００の外部に別のＩＣチップ又はプロセッサとして設けられていてもよい。この場合には、メモリ２６０に格納されているデータのうち、駆動制御部２４０の駆動制御に必要なデータは、メモリ２６０とは別のメモリに格納して、駆動制御装置３００の内部に設ければよい。

図６では、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、及び基板１７０（図２参照）は省略する。また、ここでは、アンプ１４１、ドライバＩＣ１５１、ドライバＩＣ１６１、駆動制御部２４０、メモリ２６０、正弦波発生器３１０、及び振幅変調器３２０について説明する。

アンプ１４１は、駆動制御装置３００と振動素子１４０との間に配設されており、駆動制御装置３００から出力される第１駆動信号を増幅して振動素子１４０を駆動する。

ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０に接続されており、タッチパネル１５０への操作入力があった位置を表す位置データを検出し、位置データを制御部２００に出力する。この結果、位置データは、アプリケーションプロセッサ２２０と駆動制御部２４０に入力される。なお、位置データが駆動制御部２４０に入力されることは、位置データが駆動制御装置３００に入力されることと等価である。

ドライバＩＣ１６１は、ディスプレイパネル１６０に接続されており、駆動制御装置３００から出力される描画データをディスプレイパネル１６０に入力し、描画データに基づく画像をディスプレイパネル１６０に表示させる。これにより、ディスプレイパネル１６０には、描画データに基づくＧＵＩ操作部又は画像等が表示される。

アプリケーションプロセッサ２２０は、電子機器１００のＯＳ（Operating System）がインストールされており、電子機器１００の種々のアプリケーションを実行する処理を行う。アプリケーションプロセッサ２２０は、押圧操作判定部２５０を含む。また、アプリケーションプロセッサ２２０は、タッチパネル１５０から入力される位置データと、実行しているアプリケーションの表示内容とに基づき、ＧＵＩ操作部に操作入力が行われたかどうかを判定する操作判定部の一例である。

通信プロセッサ２３０は、電子機器１００が３Ｇ(Generation)、４Ｇ(Generation)、LTE(Long Term Evolution)、WiFi等の通信を行うために必要な処理を実行する。

駆動制御部２４０は、スクイーズ効果を利用した触感を提供する際には、２つの所定条件が揃った場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。スクイーズ効果を利用した触感とは、利用者の指先がトップパネル１２０の表面１２０Ａに沿って移動する際に、利用者の指先に提供される触感である。

振幅データは、スクイーズ効果を利用した触感を提供する際に、振動素子１４０の駆動に用いる第１駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデータである。振幅データは、一例として、３５０Ｈｚの周波数で第１駆動信号の強度を調整するための振幅値を表すデジタルデータである。第１駆動信号で振動素子１４０を駆動する駆動制御部２４０は、第１駆動制御部の一例である。

振幅値は、位置データの時間的変化度合に応じて設定される。ここで、位置データの時間的変化度合としては、利用者の指先がトップパネル１２０の表面１２０Ａに沿って移動する速度を用いる。利用者の指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データの時間的な変化度合に基づいて、駆動制御部２４０が算出する。

また、実施の形態の駆動制御装置３００は、利用者の指先がトップパネル１２０の表面１２０Ａに沿って移動したときに、指先に掛かる動摩擦力を変化させるためにトップパネル１２０を振動させる。動摩擦力は、指先が移動しているときに発生するため、駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上になったときに、振動素子１４０を振動させる。移動速度が所定の閾値速度以上になることは、１つ目の所定条件である。

従って、駆動制御部２４０が出力する振幅データが表す振幅値は、移動速度が所定の閾値速度未満のときはゼロであり、移動速度が所定の閾値速度以上になると、触感を表す所定の振幅値に設定される。

また、実施の形態の駆動制御装置３００は、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にある場合に、振幅データを振幅変調器３２０に出力する。操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあることは、２つ目の所定条件である。

操作入力を行う指先の位置が振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかは、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かに基づいて判定される。

ここで、ディスプレイパネル１６０に表示するＧＵＩ操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域等のディスプレイパネル１６０上における位置は、当該領域を表す領域データによって特定される。領域データは、すべてのアプリケーションにおいて、ディスプレイパネル１６０に表示されるすべてのＧＵＩ操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域について存在する。

このため、２つ目の所定条件として、操作入力を行う指先の位置が、振動を発生させるべき所定の領域内にあるかどうかを判定する際には、電子機器１００が起動しているアプリケーションの種類が関係することになる。アプリケーションの種類により、ディスプレイパネル１６０の表示が異なるからである。

また、アプリケーションの種類により、トップパネル１２０の表面１２０Ａに触れた指先を移動させる操作入力の種類が異なるからである。トップパネル１２０の表面１２０Ａに触れた指先を移動させる操作入力の種類としては、例えば、ＧＵＩ操作部を操作する際には、所謂フリック操作がある。フリック操作は、指先をトップパネル１２０の表面１２０Ａに沿って、はじく（スナップする）ように比較的短い距離移動させる操作である。

駆動制御部２４０は、領域データを用いて、ドライバＩＣ１５１から入力される位置データが表す位置が、振動を発生させるべき所定の領域の内部にあるか否かを判定する。

アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたメモリ２６０に格納されるデータは、メモリ２６０に格納されている。

駆動制御部２４０がスクイーズ効果を利用した触感を提供する際に、振幅データを振幅変調器３２０に出力するために必要な２つの所定条件は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であることと、操作入力の位置を表す座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にあることである。

駆動制御部２４０は、スクイーズ効果を利用した触感を提供する際に、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であり、操作入力の座標が振動を発生させるべき所定の領域の内部にある場合に、振幅値を表す振幅データをメモリ２６０から読み出して、振幅変調器３２０に出力する。

また、駆動制御部２４０は、押圧操作判定部２５０によって、所定のＧＵＩ操作部の表示領域内においてトップパネル１２０の表面１２０Ａを押圧する操作が行われたと判定されると、クリック感のある触感を提供するための第２駆動信号で振動素子１４０を駆動する。第２駆動信号で振動素子１４０を駆動する駆動制御部２４０は、第２駆動制御部の一例である。

第２駆動信号は、振幅が時間の経過に応じて増大し、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動をトップパネル１２０の表面１２０Ａに発生させる駆動信号である。第２駆動信号の周波数は、３５０Ｈｚである。

なお、人間の感覚器官とは、主にマイスナー小体とパチニ小体である。マイスナー小体とパチニ小体は、人間の皮膚に存在し、触覚を感知する感覚器官であり、人間が皮膚で感じ取る触覚は、主にマイスナー小体とパチニ小体によって感知される。

マイスナー小体は、約１００Ｈｚ以下に感度を有し、約３０Ｈｚあたりの触感を最も感知しやすい特性を有する。また、パチニ小体は、約３０Ｈｚから約５００Ｈｚの帯域に感度を有し、約２００Ｈｚあたりの触感を最も感知しやすい特性を有する。

押圧操作判定部２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０に含まれる。押圧操作判定部２５０は、アプリケーションプロセッサ２２０のＯＳによって実現される機能の一部を表したものである。

押圧操作判定部２５０は、所定のＧＵＩ操作部が表示される領域内でトップパネル１２０を押圧する操作入力（押圧操作）が行われると、押圧イベントを出力する。押圧操作判定部２５０は、利用者の指先がトップパネル１２０に触れているときにタッチパネル１５０によって検出される面積が所定面積以上であるかどうかを判定することで、押圧操作が行われたかどうかを判定する。

押圧イベントは、所定のＧＵＩ操作部が表示される領域内でトップパネル１２０を押圧する操作が行われたことを表す信号である。また、所定のＧＵＩ操作部とは、例えば、ボタンの画像を表すＧＵＩ操作部のように、押圧操作を受け付けるＧＵＩ操作部である。所定のＧＵＩ操作部が表示される領域とは、ボタンの画像を表すＧＵＩ操作部のように、押圧操作を受け付けるＧＵＩ操作部が表示される領域である。

押圧イベントは、プリケーションプロセッサ２２０が電子機器１００の種々のアプリケーションを実行する際に利用される他に、駆動制御部２４０に入力され、駆動制御部２４０が第２駆動信号で振動素子１４０を駆動する際に利用される。

メモリ２６０は、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータを格納する。振動パターンについては後述する。また、メモリ２６０は、第２駆動信号の振幅及び周波数を表すデータを格納する。

また、メモリ２６０は、アプリケーションプロセッサ２２０がアプリケーションの実行に必要とするデータ及びプログラム、及び、通信プロセッサ２３０が通信処理に必要とするデータ及びプログラム等を格納する。

正弦波発生器３１０は、トップパネル１２０を固有振動数で振動させるための第１駆動信号を生成するのに必要な正弦波を発生させる。例えば、トップパネル１２０を３０ｋＨｚの固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３０ｋＨｚとなる。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。

正弦波発生器３１０が発生する正弦波信号は、超音波帯の固有振動を発生させる第１駆動信号の元になる交流の基準信号であり、一定の周波数と一定の位相を有する。正弦波発生器３１０は、超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０に入力する。

なお、ここでは、正弦波信号を発生する正弦波発生器３１０を用いる形態について説明するが、正弦波信号ではなくてもよい。例えば、クロックの立ち上がりと立ち下がりの波形を鈍らせたような波形の信号を用いてもよい。このため、超音波帯の交流信号を発生する信号発生器を正弦波発生器３１０の代わりに用いてもよい。

振幅変調器３２０は、駆動制御部２４０から入力される振幅データを用いて、正弦波発生器３１０から入力される正弦波信号の振幅を変調して第１駆動信号を生成する。振幅変調器３２０は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調し、周波数及び位相は変調せずに、第１駆動信号を生成する。

このため、振幅変調器３２０が出力する第１駆動信号は、正弦波発生器３１０から入力される超音波帯の正弦波信号の振幅のみを変調した超音波帯の正弦波信号である。なお、振幅データがゼロの場合は、第１駆動信号の振幅はゼロになる。これは、振幅変調器３２０が駆動信号を出力しないことと等しい。また、第１駆動信号が同時に生成されることはなく、操作入力の状態に応じて、いずれか一方が生成される。

次に、図７及び図８を用いて、メモリ２６０に格納されるデータについて説明する。図７及び図８は、メモリ２６０に格納されるデータを示す図である。

図７に示すデータは、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等が表示される領域の座標値を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータである。

図７に示す振動パターンは、利用者が指先をトップパネル１２０に触れた状態で移動させているときに振動素子１４０を振動させるために用いる振動パターンであり、第１駆動信号を生成するために用いられる。振動パターンは、第１駆動信号を生成するために用いられる振幅データを時系列的に配列したパターンデータである。振幅データは、一例として、時間軸方向に３５０Ｈｚで配列される。

図７に示す振動パターンは、スクイーズ効果を利用してトップパネル１２０の表面１２０Ａをなぞる指先に掛かる動摩擦係数を低下させ、振動の強弱を変えることによって触感を提供するために用いる振動パターンである。

図７では、アプリケーションの種類を表すデータとして、アプリケーションＩＤ(Identification)を示す。また、領域データとして、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等が表示される領域の座標値を表す式f1~f4を示す。また、振動パターンを表すパターンデータとして、Ｐ１〜Ｐ４を示す。

なお、メモリ２６０に格納されるデータに含まれるアプリケーションＩＤで表されるアプリケーションは、スマートフォン端末機で利用可能なあらゆるアプリケーションを含み、電子メールの編集モードも含む。

また、図８には、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等が表示される領域の座標値を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けたデータを示す。

図８に示す振動パターンは、所定のＧＵＩ操作部の表示領域内において、利用者がトップパネル１２０に押圧操作を行うときに、振動素子１４０を振動させるために用いる振動パターンであり、第１駆動信号を生成するために用いられる。図８に示す振動パターンは、振幅データを時系列的に配列したパターンデータであり、一例として、時間軸方向に３０ｋＨｚで配列される。図８に示す振動パターンの振幅は、一定値である。

図８に示す振動パターンによって生成される第１駆動信号は、押圧操作が行われたときに、第２駆動信号と組み合わせて用いられる。

具体的には、トップパネル１２０に押圧操作が行われると、駆動制御部２４０は、第１駆動信号で７５ｍｓにわたって振動素子１４０を駆動してから、第２駆動信号で３０ｍｓにわたって振動素子１４０を駆動する。

このように第１駆動信号と第２駆動信号で振動素子１４０を駆動することにより、メタルドーム式のボタンを押圧する際に指先で受けるクリック感を模擬的に表現する。

このようなクリック感は、例えば、ＬＲＡ(Linear Resonant Actuator)を人間の感覚器官が感知可能な周波数の駆動信号で駆動することによって実現することもできる。

しかしながら、振動素子１４０を振動させることでクリック感のある触感を提供できれば、ＬＲＡのようなアクチュエータを追加することが不要になる。特に、電子機器１００が携帯型の端末機である場合には、部品点数を増やすことはスペースの制約等の観点から現実的ではないため、電子機器１００は、振動素子１４０を第１駆動信号と第２駆動信号で駆動することで、クリック感のある触感を提供する。

図８では、アプリケーションの種類を表すデータとして、アプリケーションＩＤ(Identification)を示す。また、領域データとして、操作入力が行われるＧＵＩ操作部等が表示される領域の座標値を表す式f11~f14を示す。また、クリック感の提供に用いられる振動パターンを表すパターンデータとして、Ｐ１１を示す。クリック感の提供に用いられる振動パターンＰ１１は、時間の経過に応じて振幅が増大するパターンである。なお、アプリケーションＩＤは、図７に示すアプリケーションＩＤと同様である。

図９は、押圧操作に応じてクリック感を提供する振動パターンで振動素子１４０を駆動する第１駆動信号及び第２駆動信号の波形を示す図である。図９において、横軸は時間を示し、縦軸は振幅を示す。

時刻ｔ１で押圧操作が行われると、駆動制御部２４０は、第１駆動信号で振動素子１４０を駆動する。第１駆動信号の周波数は３０ｋＨｚであり、押圧操作に応じてクリック感を提供する振動パターンによる第１駆動信号は、時間の経過に応じて振幅が非線形に増大する。押圧操作に応じてクリック感を提供する振動パターンによる第１駆動信号が振動素子１４０を駆動するのは、７５ｍｓである。なお、時刻ｔ１は、圧操作判定部２５０がタッチパネル１５０によって検出される面積が所定面積以上であると判定した時刻である。

押圧操作に応じてクリック感を提供する振動パターンによる第１駆動信号によって振動素子１４０が駆動されている間は、トップパネル１２０の表面１２０Ａには超音波帯の固有振動が生じ、スクイーズ効果による空気層が指先と表面１２０Ａとの間に生じ、利用者の指先は滑りやすくなる。

時刻ｔ１から時間の経過に応じて第１駆動信号の振幅が非線形的に増大するため、表面１２０Ａの変位は非線形的に増大する。また、第１駆動信号の振幅が非線形的に増大すると、空気層が厚くなり、指先に掛かる摩擦力が低下するため、押圧力は非線形的に低下する。

このとき、利用者は、指先を表面１２０Ａの平面方向に移動させずに押圧しているが、摩擦力が低下して滑りやすくなるため、指先は平面方向に少しずれる場合がある。

時刻ｔ２において、駆動制御部２４０は、第２駆動信号で振動素子１４０を駆動する。第２駆動信号の周波数は３５０Ｈｚであり、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯に含まれる周波数である。第２駆動信号の振幅は一定であるため、図９に示すように、正弦波状の駆動信号になる。

これにより、トップパネル１２０の表面１２０Ａには、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動が生じる。より具体的には、利用者の指先にはカチっとした衝撃が伝達される。

時刻ｔ３において、駆動制御部２４０は、第２駆動信号による振動素子１４０の駆動を酋長する。駆動制御部２４０が第２駆動信号で振動素子１４０を駆動するのは、３０ｍｓである。

次に、図１０を用いて、実施の形態の電子機器１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理について説明する。

図１０は、実施の形態の電子機器１００の駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理を示すフローチャートである。

電子機器１００のＯＳは、所定の制御周期毎に電子機器１００を駆動するための制御を実行する。このため、駆動制御装置３００は、所定の制御周期毎に演算を行う。これは駆動制御部２４０も同様であり、駆動制御部２４０は、図１０に示すフローを所定の制御周期毎に繰り返し実行する。

駆動制御部２４０は、電子機器１００の電源がオンにされることにより、処理をスタートさせる。

駆動制御部２４０は、現在の位置データが表す座標と、現在のアプリケーションの種類とに応じて、現在操作入力が行われているＧＵＩ操作部について、振動パターンと関連付けられた領域データを取得する（ステップＳ１）。

駆動制御部２４０は、移動速度が所定の閾値速度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。移動速度は、ベクトル演算によって算出すればよい。なお、閾値速度は、所謂フリック操作、スワイプ操作、又はドラッグ操作等のように指先を移動させながら操作入力を行う際における指先の移動速度の最低速度として設定すればよい。このような最低速度は、実験結果に基づいて設定してもよく、タッチパネル１５０の分解能等に応じて設定してもよい。

駆動制御部２４０は、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上であると判定した場合は、操作入力の位置が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。

駆動制御部２４０は、操作入力の位置がステップＳ１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にあると判定する場合は、領域データに対応する振幅データを求める（ステップＳ４）。

駆動制御部２４０は、振幅データを出力する（ステップＳ５）。これにより、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅が振幅データの振幅値に応じて変調されることによって第１駆動信号が生成され、振動素子１４０が駆動される。

駆動制御部２４０は、ステップＳ５の処理を終えると、一連の処理を終了する（エンド）。駆動制御部２４０は、電子機器１００の電源がオンにされている間は、スタートからエンドまでの処理を繰り返し実行する。

また、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上ではないと判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）は、押圧イベントが入力されたかどうかを判定する（ステップＳ６）。押圧イベントが入力されたかどうかを判定することは、所定のＧＵＩ操作部が表示される領域内でトップパネル１２０を押圧する操作が行われたかどうかを判定することである。

駆動制御部２４０は、押圧イベントが入力された（Ｓ６：ＹＥＳ）と判定すると、押圧操作に応じてクリック感を提供する振動パターンの第１駆動信号で振動素子１４０を駆動する（ステップＳ７）。

駆動制御部２４０は、７５ｍｓが経過したかどうかを判定する（ステップＳ８）。駆動制御部２４０は、７５ｍｓが経過するまでステップＳ８の処理を繰り返し実行する。

駆動制御部２４０は、７５ｍｓが経過した（Ｓ８：ＹＥＳ）と判定すると、第１駆動信号による振動素子１４０の駆動を終了する（ステップＳ９）。

次いで、駆動制御部２４０は、第２駆動信号で振動素子１４０を駆動する（ステップＳ１０）。人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動をトップパネル１２０の表面１２０Ａに発生させるためである。

駆動制御部２４０は、３０ｍｓが経過したかどうかを判定する（ステップＳ１１）。駆動制御部２４０は、３０ｍｓが経過するまでステップＳ１１の処理を繰り返し実行する。

駆動制御部２４０は、３０ｍｓが経過した（Ｓ１１：ＹＥＳ）と判定すると、一連の処理を終了する（エンド）。駆動制御部２４０は、電子機器１００の電源がオンにされている間は、スタートからエンドまでの処理を繰り返し実行する。

また、ステップＳ３において、操作入力の位置がステップＳ１で求めた領域データが表す領域Ｓｔの中にない（Ｓ３：ＮＯ）と判定した場合と、ステップＳ６において、押圧イベントが入力されていない（Ｓ６：ＮＯ）と判定した場合には、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する（ステップＳ１２）。

駆動制御部２４０は、振幅値がゼロの振幅データを出力する（ステップＳ５）。これにより、駆動制御部２４０は、振幅値がゼロの振幅データを出力し、振幅変調器３２０において、正弦波発生器３１０から出力される正弦波の振幅がゼロに変調された駆動信号が生成される。このため、この場合は、振動素子１４０は駆動されない。

ここで、第１駆動信号の固有振動数と第２駆動信号の固有振動数との選択の仕方について説明する。電子機器１００では、第１駆動信号は超音波帯の固有振動をトップパネル１２０に生じさせる駆動信号であり、第２駆動信号は人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の固有振動をトップパネル１２０に生じさせる駆動信号である。

すなわち、電子機器１００は、トップパネル１２０に生じうる固有振動数（共振周波数）のうちの２つを選択して第１駆動信号及び第２駆動信号に用いている。

トップパネル１２０をＹ軸方向の両端が固定端になる梁として扱うと、梁の運動方程式を適用することができるため、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆｒは、次式（３）で表すことができる。なお、固有振動数（共振周波数）ｆｒの添え字ｒは、固有振動の振動モードの次数を表す。

式（３）において、ρはトップパネル１２０の材料の密度、Ｅはトップパネル１２０の材料のヤング率、ｋｒは、ｒ次の固有振動の振動モードにおける変数、ｌはトップパネル１２０の長さである。なお、トップパネル１２０の長さは、固有振動の腹と節が並ぶ方向における長さであるため、Ｙ軸方向の長さである。

ただし、変数ｋｒは、式（４）で表される超越方程式を満たすことが必要であり、また、式（５）によって表される。

式（５）において、Ａはトップパネル１２０の断面積、ωｒは共振周波数ｆｒにおける角速度、Ｉはトップパネル１２０の断面係数である。なお、トップパネル１２０の断面積Ａは、固有振動の腹と節が並ぶ方向に垂直な方向の断面（ＸＺ平面で切った断面）の面積であり、断面係数Ｉは、断面積Ａにトップパネル１２０の厚さの二乗を乗じて得る値である。

変数ｋｒの値は、トップパネル１２０に生じる固有振動の振動モードの次数ｒを選択することによって決まる。また、式（３）に含まれるｌはトップパネル１２０のＹ軸方向の長さである。

このため、トップパネル１２０のＹ軸方向の長さｌを決めた上で、超音波帯の第１駆動信号に用いる変数ｋｒと、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の第２駆動信号に用いる変数ｋｒとを選択すれば、第１駆動信号の固有振動数（共振周波数）ｆｒと、第２駆動信号の固有振動数（共振周波数）ｆｒとを決定することができる。

次に、図１１乃至図１４を用いて、振動素子１４０を駆動する場合における、振動素子１４０のコンダクタンスの周波数特性と、トップパネル１２０の表面１２０Ａの変位の周波数特性とについて説明する。表面１２０Ａの変位は、Ｚ軸方向（図２及び図３参照）の変位である。周波数特性は、駆動信号の周波数を１００Ｈｚから１０００Ｈｚの間で変化させることによって得たものである。なお、コンダクタンスの単位は[s]（ジーメンス）である。

図１１及び図１３は、振動素子１４０のコンダクタンスの周波数特性を示す図である。図１２及び図１４は、トップパネル１２０の表面１２０Ａの変位の周波数特性を示す図である。

図１１及び図１３に示すコンダクタンスの周波数特性は、振動素子１４０を駆動する駆動信号の周波数を変化させることによって得られる周波数特性であり、第２駆動信号の周波数を変化させることによって得られる周波数特性に等しい。同様に、図１２及び図１４に示す表面１２０Ａの変位の周波数特性とは、第２駆動信号の周波数を変化させることによって得られる周波数特性に等しい。

ここで、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯として、１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数帯域を用いて評価を行う。人間は、１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数帯よりも低い周波数帯域、及び、１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数帯よりも高い周波数帯域における振動も感知することが可能であるが、１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数帯域に比べると、振動の強度が大きくないと感知することが難しくなる。すなわち、１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数帯域は、人間が容易に感知できる振動の周波数帯域を表すものである。このため、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯として、１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数帯域を用いて評価を行う。

図１１には、長さが１４２ｍｍ、幅が７８ｍｍ、厚さが０．３ｍｍのトップパネル１２０を用いた場合のコンダクタンスの周波数特性を示す。図１１に示すように、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯である１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの間にコンダクタンスの値が高いピークが得られた。コンダクタンスの値が高いことは、振動素子１４０が駆動し易いことに対応する。

コンダクタンスの値のピークは、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の中で、約２５０Ｈｚ、約３１０Ｈｚ、及び約３５０Ｈｚにおいて得られた。

このように、長さが１４２ｍｍ、幅が７８ｍｍ、厚さが０．３ｍｍのトップパネル１２０を用いて振動素子１４０を駆動すると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯でコンダクタンスの値のピークが得られることが分かった。

図１２には、長さが１４２ｍｍ、幅が７８ｍｍ、厚さが０．３ｍｍのトップパネル１２０を用いた場合の表面１２０Ａの変位の周波数特性を示す。図１２に示すように、表面１２０Ａの変位のピークは、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の中で、約２５０Ｈｚ、約３１０Ｈｚ、及び約３５０Ｈｚにおいて得られた。

最も高い約３５０Ｈｚのピークは、約４μｍであり、約２５０Ｈｚでは約２μｍ、約３１０Ｈｚでは、約１μｍであった。人間の感覚器官が感知するには、振動の振幅が０．１μｍ以上であることが必要であるため、約２５０Ｈｚ、約３１０Ｈｚ、及び約３５０Ｈｚの振動は、人間の感覚器官が感知可能な振動である。

このように、長さが１４２ｍｍ、幅が７８ｍｍ、厚さが０．３ｍｍのトップパネル１２０を用いて振動素子１４０を駆動すると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯で、人間の感覚器官が感知可能なレベルの表面１２０Ａの変位が得られることが分かった。

図１３には、長さが１４２ｍｍ、幅が７８ｍｍ、厚さが０．５５ｍｍのトップパネル１２０を用いた場合のコンダクタンスの周波数特性を示す。図１３に示すように、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯である１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの間には、コンダクタンスの値のピークは得られなかった。

コンダクタンスの値のピークは、約４２０Ｈｚ、約５００Ｈｚ、約６００Ｈｚ、及び約８５０Ｈｚで得られた。これらの周波数は、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯よりも高い。

このように、長さが１４２ｍｍ、幅が７８ｍｍ、厚さが０．５５ｍｍのトップパネル１２０を用いて振動素子１４０を駆動すると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯ではコンダクタンスの値のピークが得られないことが分かった。

図１４には、長さが１４２ｍｍ、幅が７８ｍｍ、厚さが０．５５ｍｍのトップパネル１２０を用いた場合の表面１２０Ａの変位の周波数特性を示す。図１４に示すように、表面１２０Ａの変位のピークは、得られなかった。人間の感覚器官が感知するには、振動の振幅が０．１μｍ以上であることが必要であるが、表面１２０Ａの変位は略ゼロであった。

このように、長さが１４２ｍｍ、幅が７８ｍｍ、厚さが０．５５ｍｍのトップパネル１２０を用いて振動素子１４０を駆動すると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯では、人間の感覚器官が感知可能なレベルの表面１２０Ａの変位が得られないことが分かった。

図１１乃至図１４に示す周波数特性より、トップパネル１２０の厚さは、０．５５ｍｍよりも０．３ｍｍの方が好ましいことが分かった。

次に、図１５乃至図１７を用いて、トップパネル１２０の長さに対する周波数の特性のトップパネル１２０の厚さに対する依存性について説明する。トップパネル１２０の長さは、Ｙ軸方向（図２及び図３参照）の長さであり、トップパネル１２０の厚さは、Ｚ軸方向（図２及び図３参照）の厚さである。また、周波数は、振動素子１４０を駆動する駆動信号の周波数であり、第２駆動信号の周波数を変化させることに等しい。

図１５乃至図１７は、トップパネル１２０の長さに対する固有振動数（共振周波数）の特性のトップパネル１２０の厚さに対する依存性を示す図である。図１５は、トップパネル１２０に１次の固有振動を生じさせる場合の特性を示す。図１６及び図１７は、それぞれ、トップパネル１２０に２次及び３次の固有振動を生じさせる場合の特性を示す。

また、ここでは、トップパネル１２０に用いるガラスの物性として、ヤング率が７３ＧＰａ、密度が２．５×１０^３ｋｇ／ｍ^３のものを用いる場合について説明する。また、トップパネル１２０の厚さは、０．３ｍｍ、０．５５ｍｍ、及び０．７ｍｍの３種類である。

また、トップパネル１２０の長さについては、スマートフォン端末機の場合の標準的な長さとして、０．１４ｍを指標とした。

図１５乃至図１７に示すように、すべての場合において、トップパネル１２０の長さが長くなるにつれて共振周波数は低下する傾向を示す。固有振動の波長が長くなるからである。

図１５に示すように、１次の固有振動の場合は、トップパネル１２０の長さが０．１４ｍの前後でトップパネル１２０の厚さが０．５５ｍｍ、及び０．７ｍｍの場合に、周波数が１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数帯域に入ることが分かり、トップパネル１２０の厚さが０．３ｍｍの場合には、トップパネル１２０の長さが０．１４ｍ前後で１００Ｈｚ以下になった。

ところで、１次の固有振動を生成するには、トップパネル１２０のＹ軸方向の長さと等しい長さの振動素子１４０を配置するか、又は、トップパネル１２０に生じる１つの腹の中央（トップパネル１２０のＹ軸方向の長さの中央）に振動素子１４０を配置する必要がある。これらの場合には、ディスプレイパネル１６０と振動素子１４０が重なるため、トップパネル１２０に１次の固有振動を生じさせて触感を提供することは現実的ではない。

図１６に示すように、２次の固有振動の場合は、トップパネル１２０の長さが０．１４ｍの前後でトップパネル１２０の厚さが０．３ｍｍの場合に、周波数が１５０Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数帯域に入ることが分かり、トップパネル１２０の厚さが０．５５ｍｍ、０．７ｍｍの場合には、トップパネル１２０の長さが０．１４ｍ前後で４００Ｈｚ以上になった。

また、図１７に示すように、３次の固有振動の場合は、トップパネル１２０の厚さが０．３ｍｍの場合に、トップパネル１２０の長さが約０．１５ｍｍ以上の場合に、周波数が４００Ｈｚ以下の周波数帯域に入ることが分かり、トップパネル１２０の厚さが０．５５ｍｍ、０．７ｍｍの場合には、トップパネル１２０の長さを０．２ｍまで長くしても、４００Ｈｚ以下の周波数帯域には入らないことが分かった。

以上より、電子機器１００において、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動をトップパネル１２０の表面１２０Ａに発生させるには、トップパネル１２０の厚さが０．３ｍｍ、０．５５ｍｍ、及び０．７ｍｍの３種類のうちでは、０．３ｍｍが最適であることが分かった。

なお、トップパネル１２０の表面１２０Ａに超音波帯の固有振動を発生させて触感を提供する場合には、正弦波発生器３１０から出力される超音波帯の正弦波信号を振幅変調器３２０で３５０Ｈｚで変調する。

この場合には、図４に示すように、トップパネル１２０の厚さが０．７ｍｍの場合に、利用者が指先で感知できる触感を提供できることを確認済である。また、トップパネル１２０の厚さが０．３ｍｍと０．５５ｍｍの場合にも、０．７ｍｍの場合と同様に利用者が指先で感知できる触感を提供できることを確認済である。すなわち、トップパネル１２０の厚さを適切な厚さに設定することは、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動をトップパネル１２０の表面１２０Ａに発生させる際に重要である。

次に、図１８乃至図２２を用いて、クリック感を提供するための振動パターンを実現する第１駆動信号及び第２駆動信号の波形について説明する。

図１８乃至図２２は、クリック感を提供するための第１駆動信号及び第２駆動信号の波形を示す図である。図１８乃至図２２において、横軸は時間を示し、縦軸は振幅の絶対値を示す。

第１駆動信号及び第２駆動信号の波形は、厳密に示すと図９に示すような波形になるが、ここでは、第１駆動信号及び第２駆動信号の包絡線で振幅の変化について説明する。

また、押圧操作が行われて第１駆動信号による振動素子１４０の駆動が始まる時刻をｔ１、第１駆動信号による振動素子１４０の駆動が終了して第２駆動信号による駆動に切り替わる時刻がｔ２、第２駆動信号による振動素子１４０の駆動が終了する時刻をｔ３とする。時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３は、図９に示すものと同様である。

図１８に示す波形は、図９に示す波形の包絡線に近い波形である。図１８に示す波形は、図９に示す第１駆動信号の波形の包絡線が非線形であるのに対して、線形的に変化している点が異なる。なお、図１８に示す第２駆動信号の波形は、図９に示す第２駆動信号の波形と同様である。

このように、押圧操作が行われて振動素子１４０を駆動する際に、第１駆動信号の振幅を時間の変化に応じて線形的に増大させてもよい。スクイーズ効果により指先に掛かる摩擦力を徐々に低下させて、徐々に滑りやすくなる触感を提供するためである。また、第２駆動信号で振動素子１４０を駆動する時間は、第１駆動信号で振動素子１４０を駆動する時間に比べると短いので、振幅は一定でよい。

図１９に示す波形は、図１８に示す波形と比べると、第１駆動信号と第２駆動信号で駆動する順番が逆になっている。また、第１駆動信号と第２駆動信号の振幅は、ともに一定値になっている。

まず、第２駆動信号で振動素子１４０を駆動してカチッとした触感を利用者の指先に提供し、その後第１駆動信号で振動素子１４０を駆動して、指先に滑りやすい触感を提供する振動パターンである。

このように、第２駆動信号で振動素子１４０を駆動した後に、第１駆動信号で振動素子１４０を駆動する場合に利用者の指先に提供される触感は、図１８に示す振動パターンに比べるとクリック感が少ないかも知れないが、このような順序で振動素子１４０を駆動してもよい。

図２０に示す波形は、図１８に示す第１駆動信号と第２駆動信号との間に、振動素子１４０を駆動しない間隔を設けたものである。このように、第１駆動信号で振動素子１４０を駆動した後に、振動素子１４０を駆動しない区間を設けてから、第２駆動信号で振動素子１４０を駆動するようにしてもよい。

図２１に示す波形は、図２０に示す第１駆動信号と第２駆動信号との間隔をより長くし、可聴域の周波数の駆動信号（可聴域駆動信号）で振動素子１４０を駆動する区間を設けたものである。このように、可聴域駆動信号は、一例として、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの可聴域の周波数で振動素子１４０を駆動する駆動信号であって、トップパネル１２０が可聴域の音を発生する駆動信号である。

トップパネル１２０が可聴域の音を発生する周波数を選択して、周波数を決定すればよい。第１駆動信号で振動素子１４０を駆動した後に、トップパネル１２０から可聴域の音が発生し、その後に第２駆動信号で振動素子１４０を駆動するものである。例えば、カチッと一瞬音がするように可聴域駆動信号の周波数及び振幅を設定すれば、クリック感の触感を提供する際に、音を発生させることにより、利用者がさらにクリック感を感じ取りやすくすることができる。

図２２に示す波形は、図１８に示す第１駆動信号と第２駆動信号との間が重なるようにしたものである。このように、第１駆動信号で振動素子１４０を駆動して第２駆動信号に切り替える際に、重複区間を設けて振動素子１４０を駆動してもよい。

以上、実施の形態によれば、利用者の指先がトップパネル１２０に触れて静止している状態から押圧操作が行われると、振動素子１４０を超音波帯の固有振動を発生させる第１駆動信号で駆動してから、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の第２駆動信号で駆動する。

このため、第１駆動信号で利用者の指先に掛かる動摩擦力を低減させてから、第２駆動信号でカチッとした衝撃を発生させることができる。

これにより、メタルドーム式のボタンのような機械的なボタンを押したときに受ける触感を模擬した触感を提供することができる。

従って、良好な触感を提供できる駆動制御装置３００、電子機器１００、及び、駆動制御方法を提供することができる。

なお、以上では、クリック感の提供に用いられる振動パターンＰ１１（図８及び図９参照）は、時間の経過に応じて振幅が増大する振動パターンである形態について説明した。しかしながら、振動パターンＰ１１は、時間の経過に応じて振幅が変化せずに一定の振幅に保持される振動パターンであってもよい。

また、以上では、ボタンの画像を表すＧＵＩ操作部のように、押圧操作を受け付けるＧＵＩ操作部を押圧する操作が行われると、押圧操作判定部２５０が押圧イベントを出力する形態について説明した。しかしながら、ＧＵＩ操作部が表示されていない状態で、トップパネル１２０を押圧する操作入力が行われた場合に、押圧操作判定部２５０が押圧イベントを出力する構成であってもよい。また、この場合に、電子機器１００がディスプレイパネル１６０を含まなくてもよい。すなわち、タッチパッドのような構成において、クリック感を示す触感を提供するようにしてもよい。

また、以上では、押圧操作判定部２５０が押圧操作を検出する形態について説明したが、押圧操作の検出は、荷重計等を用いてトップパネル１２０に掛かる荷重を測定し、測定値が閾値以上になったときに、押圧操作が行われたことを検出するようにしてもよい。また、トップパネル１２０の裏面に透明電極を設けるとともに、ディスプレイパネル１６０の裏面側にグランド電位の導電板を設けて、透明電極と導電板との間の静電容量の変化を検出して、押圧操作の有無を検出するようにしてもよい。

また、以上では、利用者が指先でトップパネル１２０に操作入力を行う形態について説明したが、利用者がスタイラスペン又はタッチペンのような道具を手に持って、スタイラスペン又はタッチペンでトップパネル１２０に操作入力を行ってもよい。このような場合でも、スタイラスペン又はタッチペンを介して、利用者の手にクリック感を示す触感を提供することができる。

また、以上では、クリック感を示す触感を提供するために、第１駆動信号及び第２駆動信号の両方がトップパネル１２０の表面１２０Ａにモードの異なる固有振動を発生させる形態について説明したが、第２駆動信号による人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動は、固有振動ではなくてもよい。第１駆動信号による超音波帯の振動に比べると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動は、振幅が小さくても感知できるからである。

また、電子機器１００は、図２３に示すように車両に搭載してもよい。図２３は、車両１０の室内内のドライバーズシート１１の周りを示す図である。車両１０の室内には、ドライバーズシート１１、ダッシュボード１２、ステアリングホイール１３、センターコンソール１４、ドアの内張１５等が配設される。なお、車両１０は、例えば、ハイブリッド自動車（ＨＶ（Hybrid Vehicle））、電気自動車（ＥＶ（Electric Vehicle））、ガソリンエンジン車、ディーゼルエンジン車、燃料電池車（ＦＣＶ(Fuel Cell Vehicle)）、水素自動車等であればよい。

実施の形態の電子機器１００は、例えば、ダッシュボード１２の中央部１２Ａ、ステアリングホイール１３のスポーク部１３Ａ、センターコンソール１４のシフトレバー１６の周囲１４Ａ、及びドアの内張１５の凹部１５Ａ等に配設することができる。

電子機器１００は、ダッシュボード１２の中央部１２Ａに設けるとともに、ディスプレイパネル１６０を含まない構成の電子機器を入力装置としてセンターコンソール１４のシフトレバー１６の周囲１４Ａに設けてもよい。この場合に、周囲１４Ａに設けたディスプレイパネル１６０を含まない構成の電子機器（入力装置）を介して、中央部１２Ａに設けた電子機器１００の操作を行うようにしてもよい。中央部１２Ａに設けた電子機器１００は、タッチパネル１５０及び駆動制御装置３００を含まなくてもよい。

また、ディスプレイパネル１６０を含まない構成の電子機器（入力装置）をドアの内張１５の凹部１５Ａに、パワーウィンドウのスイッチとして設けてもよく、車両１０の外側に設けられてもよい。例えば、ドアハンドルの周囲に設けて、電子錠の操作部として用いてもよい。

図２４は、実施の形態の変形例の電子機器１００Ｍ１のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。図２４に示す断面は、図３に示す断面に相当する。

電子機器１００Ｍ１は、筐体１１０、トップパネル１２０、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、基板１７０、及びＬＲＡ(Linear Resonant Actuator)１８０を含む。

ＬＲＡ１８０は、一例として、筐体１１０の凹部１１０Ａに配置されている。ＬＲＡ１８０の平面視での位置は、一例として振動素子１４０と略等しい。ＬＲＡ１８０は、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動を発生する。ＬＲＡ１８０は、第２振動素子の一例である。

電子機器１００Ｍ１では、クリック感を示す触感を提供する際に、駆動制御装置２４０が第１駆動信号で振動素子１４０を駆動した後に、第２駆動信号でＬＲＡ１８０を駆動する。ＬＲＡ１８０が発生する振動の振幅（強度）及び周波数は駆動信号（第２駆動信号）によって設定される。また、ＬＲＡ１８０のオン／オフは駆動信号（第２駆動信号）によって制御される。なお、ＬＲＡ１８０を駆動する際には、トップパネル１２０に生じる振動は、固有振動ではなくてよい。

図２５は、実施の形態の第２変形例の電子機器１００Ｍ２を示す図である。電子機器１００Ｍ２は、ノートブック型のＰＣ（Personal Computer:パーソナルコンピュータ）である。

電子機器１００Ｍ２は、ディスプレイパネル１６０Ｂ１とタッチパッド１６０Ｂ２を含む。

図２６は、実施の形態の第３変形例の電子機器１００Ｍ２のタッチパッド１６０Ｂ２の断面を示す図である。図２６に示す断面は、図３に示すＡ−Ａ矢視断面に対応する断面である。図２６では図３と同様に直交座標系であるＸＹＺ座標系を定義する。

タッチパッド１６０Ｂ２は、図３に示す電子機器１００から、ディスプレイパネル１６０を取り除いた構成を有する。

図２５に示すようなＰＣとしての電子機器１００Ｍ２において、タッチパッド１６０Ｂ２への操作入力に応じて、振動素子１４０のオン／オフを切り替えることによってトップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生させれば、図３に示す電子機器１００と同様に、タッチパッド１６０Ｂ２への操作入力の移動量に応じて、利用者の指先に触感を通じて操作感を提供することができる。

また、ディスプレイパネル１６０Ｂ１の裏面に振動素子１４０を設けておけば、図３に示す電子機器１００と同様に、ディスプレイパネル１６０Ｂ１への操作入力の移動量に応じて、利用者の指先に触感を通じて操作感を提供することができる。この場合は、ディスプレイパネル１６０Ｂ１の代わりに、図３に示す電子機器１００を設ければよい。

また、クリック感を示す触感を提供するように、第１駆動信号及び第２駆動信号で振動素子１４０を駆動すれば、メタルドーム式のボタンのような機械的なボタンを押したときに受ける触感を模擬した触感を提供することができる。

図２７は、実施の形態の変形例の電子機器１００Ｍ３の動作状態を示す平面図である。

電子機器１００Ｍ３は、筐体１１０、トップパネル１２０Ｃ、両面テープ１３０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ディスプレイパネル１６０、及び基板１７０を含む。

図２７に示す電子機器１００Ｍ３は、トップパネル１２０Ｃが曲面ガラスであること以外は、図３に示す実施の形態の電子機器１００の構成と同様である。

トップパネル１２０Ｃは、平面視における中央部がＺ軸正方向側に突出するように湾曲している。図２７には、トップパネル１２０ＣのＹＺ平面における断面形状を示すが、ＸＺ平面における断面形状も同様である。

このように、曲面ガラスのトップパネル１２０Ｃを用いることにより、良好な触感を提供できる。特に、画像として表示する物体の実物の形状が湾曲している場合に有効的である。

以上、本発明の例示的な実施の形態の駆動制御装置、電子機器、及び、駆動制御方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１００、１００Ｍ１、１００Ｍ２、１００Ｍ３ 電子機器
１１０ 筐体
１２０ トップパネル
１３０ 両面テープ
１４０ 振動素子
１５０ タッチパネル
１６０ ディスプレイパネル
１７０ 基板
２００ 制御部
２２０ アプリケーションプロセッサ
２３０ 通信プロセッサ
２４０ 駆動制御部
２５０ 押圧操作判定部
２６０ メモリ
３００ 駆動制御装置
３１０ 正弦波発生器
３２０ 振幅変調器

Claims (10)

1. 操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御装置であって、
   前記操作面に前記操作入力が行われると、前記操作面に超音波帯の第１固有振動を発生させる第１駆動信号で前記振動素子を駆動する第１駆動制御部と、
   前記第１駆動制御部によって前記振動素子が所定時間にわたって駆動されると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動を前記操作面に発生させる第２駆動信号で前記振動素子を駆動する第２駆動制御部と
   を含む、駆動制御装置。
2. 前記操作面を押圧する操作入力が行われたかどうかを判定する押圧操作判定部をさらに含み、
   前記第１駆動制御部は、前記押圧操作判定部によって前記操作面を押圧する操作入力が行われたと判定されると、前記第１駆動信号で前記振動素子を駆動する、請求項１記載の駆動制御装置。
3. 操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、前記操作面に振動を発生させる第１振動素子と、前記操作面に振動を発生させる第２振動素子とを含む電子機器の前記第１振動素子及び第２振動素子を駆動する駆動制御装置であって、
   前記操作面に前記操作入力が行われると、前記操作面に超音波帯の第１固有振動を発生させる第１駆動信号で前記第１振動素子を駆動する第１駆動制御部と、
   前記第１駆動制御部によって前記第１振動素子が所定時間にわたって駆動されると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動を前記操作面に発生させる第２駆動信号で前記第２振動素子を駆動する第２駆動制御部と
   を含む、駆動制御装置。
4. 前記操作面を押圧する操作入力が行われたかどうかを判定する押圧操作判定部をさらに含み、
   前記第１駆動制御部は、前記押圧操作判定部によって前記操作面を押圧する操作入力が行われたと判定されると、前記第１駆動信号で前記第１振動素子を駆動する、請求項３記載の駆動制御装置。
5. 前記トップパネルの前記操作面とは反対側に設けられる表示部と、
   前記位置検出部によって検出される操作入力の位置に基づいて、前記表示部に表示されるＧＵＩ(Graphic User Interface)操作部に対する操作入力が行われたかどうかを判定する操作判定部と
   をさらに含み、
   前記第１駆動制御部は、前記操作判定部によって前記ＧＵＩ操作部に対する操作入力が行われたと判定され、かつ、前記押圧操作判定部によって前記操作面を押圧する操作入力が行われたと判定されると、前記第１駆動信号での駆動を行う、請求項２又は４記載の駆動制御装置。
6. 前記所定時間は、機械式のボタンを利用者が押圧するのに要する時間に相当する時間である、請求項１乃至５のいずれか一項記載の駆動制御装置。
7. 前記第２駆動信号は、前記操作面に可聴域の周波数帯の第２固有振動を発生させる駆動信号である、請求項１乃至６のいずれか一項記載の駆動制御装置。
8. 前記第１駆動信号は、時間の経過に伴って前記第１固有振動の強度を増大させる駆動信号である、請求項１乃至７のいずれか一項記載の駆動制御装置。
9. 操作面を有するトップパネルと、
   前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、
   前記操作面に振動を発生させる振動素子と、
   前記操作面に前記操作入力が行われると、前記操作面に超音波帯の第１固有振動を発生させる第１駆動信号で前記振動素子を駆動する第１駆動制御部と、
   前記第１駆動制御部によって前記振動素子が所定時間にわたって駆動されると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動を前記操作面に発生させる第２駆動信号で前記振動素子を駆動する第２駆動制御部と
   を含む、電子機器。
10. 操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の位置を検出する位置検出部と、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御装置の駆動制御方法であって、
    前記操作面に前記操作入力が行われると、前記操作面に超音波帯の第１固有振動を発生させる第１駆動信号で前記振動素子を駆動し、
    前記振動素子が所定時間にわたって駆動されると、人間の感覚器官が感知可能な周波数帯の振動を前記操作面に発生させる第２駆動信号で前記振動素子を駆動する、駆動制御方法。

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