(57)【要約】  パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示装置（１００）は、パネル（１０１）と、パネル上の、ユーザによりタッチされた位置を取得する位置取得部（１０２）と、タッチされた位置が第１位置である場合に第１周波数の成分を有するキャリア信号を生成し、タッチされた位置が第２位置である場合に第２周波数の成分を有するキャリア信号を生成するキャリア信号生成部（１０４）と、予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する音響信号生成部（１０５）と、キャリア信号と音響信号とを加算することにより駆動信号を生成する駆動信号生成部（１０６）と、駆動信号に従ってパネルを振動させることにより、ユーザに触感を呈示するアクチュエータ（１０７）と、を備える。
2013114793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示装置であって、
パネルと、
前記パネル上の、前記ユーザによりタッチされた位置を取得する位置取得部と、
前記タッチされた位置が第１位置である場合に第１周波数の成分を有するキャリア信号を生成し、前記タッチされた位置が第２位置である場合に第２周波数の成分を有するキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、
予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する音響信号生成部と、
前記キャリア信号と前記音響信号とを加算することにより駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記駆動信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示するアクチュエータと、を備える
触感呈示装置。
【請求項２】
前記基本周波数は、前記第１周波数または前記第２周波数と同一である
請求項１に記載の触感呈示装置。
【請求項３】
前記第１周波数は、前記パネルの複数の共振周波数のうちの１つであり、
前記第２周波数は、前記パネルの複数の共振周波数のうちの他の１つである
請求項２に記載の触感呈示装置。
【請求項４】
前記基本周波数は、前記複数の共振周波数のうち前記パネルが最も共振する周波数である
請求項３に記載の触感呈示装置。
【請求項５】
前記複数の高調波の各々は、前記ユーザが触覚により知覚する振動の周波数の上限として予め定められた上限周波数より高い周波数の高調波である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の触感呈示装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、互いに異なる位置に配置された第１アクチュエータおよび第２アクチュエータを含み、
前記キャリア信号生成部は、
前記タッチされた位置が前記第１位置である場合に、前記第１位置に対応する位相関係を有する、前記第１アクチュエータのためのキャリア信号および前記第２アクチュエータのためのキャリア信号を生成し、
前記タッチされた位置が前記第２位置である場合に、前記第２位置に対応する位相関係を有する、前記第１アクチュエータのためのキャリア信号および前記第２アクチュエータのためのキャリア信号を生成し、
前記駆動信号生成部は、前記第１アクチュエータのためのキャリア信号と前記音響信号を加算することにより、前記第１アクチュエータのための駆動信号を生成し、かつ前記第２アクチュエータのためのキャリア信号と前記音響信号を加算することにより、前記第２アクチュエータのための駆動信号を生成する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の触感呈示装置。
【請求項７】
前記音響信号生成部は、周波数が高いほど信号強度が小さい前記複数の高調波を有する前記音響信号を生成する
請求項１〜６のいずれか１項に記載の触感呈示装置。
【請求項８】
パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示方法であって、
前記パネル上の、前記ユーザによりタッチされた位置を取得する位置取得ステップと、
前記タッチされた位置が第１位置である場合に第１周波数の成分を有するキャリア信号を生成し、前記タッチされた位置が第２位置である場合に第２周波数の成分を有するキャリア信号を生成するキャリア信号生成ステップと、
予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する音響信号生成ステップと、
前記キャリア信号と前記音響信号とを加算することにより駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、
前記駆動信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示する触感呈示ステップと、を含む
触感呈示方法。
【請求項９】
請求項８に記載の触感呈示方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザがパネルをタッチした際に、触感（ｈａｐｔｉｃｓ）を呈示する触感呈示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パネルを有する機器において、ユーザがパネルに触れることにより、機器の操作を行う装置が開発されている。特許文献１に記載のタッチパネルは、ユーザの指がタッチパネルに触れた際に、タッチパネルを振動させることにより、ユーザの指先に触感をフィードバックする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８‐１３００５５号公報
【特許文献２】特表２０１１‐５０１２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、触感を呈示するためにパネルを振動させるため、音響ノイズが発生する場合がある。そして、この音響ノイズは、ユーザに違和感あるは不快感を生じさせる。【０００５】
そこで、本発明は、パネルを振動させることによりユーザに触感を呈示する場合に、音響ノイズによってユーザに生じる違和感を軽減することができる触感呈示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る触感呈示装置は、パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示装置であって、パネルと、前記パネル上の、前記ユーザによりタッチされた位置を取得する位置取得部と、前記タッチされた位置が第１位置である場合に第１周波数の成分を有するキャリア信号を生成し、前記タッチされた位置が第２位置である場合に第２周波数の成分を有するキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する音響信号生成部と、前記キャリア信号と前記音響信号とを加算することにより駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示するアクチュエータと、を備える。【０００７】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様に係る触感呈示装置によれば、パネルを振動させることによりユーザに触感を呈示する場合に、音響ノイズによってユーザに生じる違和感を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、人間の聴覚の周波数特性を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、人間の触覚の周波数特性を示す図である。
【図２】図２は、タッチ位置と振動周波数との関係を示す図である。
【図３】図３は、タッチ位置が変化したときの音響ノイズの周波数の変化を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における触感呈示装置の構成図である。
【図５】図５は、タッチ位置を表すためのｘｙ座標系の一例を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１における記憶部が記憶する情報の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１における記憶部が記憶する情報の他の一例を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態１におけるパネルとアクチュエータとの配置の一例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、周波数が２１０Ｈｚの場合のパネルの振動分布の一例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、周波数が３５０Ｈｚの場合のパネルの振動分布の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、タッチ位置に応じて周波数を切り替えた場合のパネルの振動分布を示す図である。
【図１１】図１１は、周波数と振幅強度との特性を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１における音響信号生成部の処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、実施の形態１における触感呈示装置の動作を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、実施の形態１の変形例１における音響信号生成部によって生成された音響信号の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２における触感呈示装置の構成図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２における触速度、変調信号および変調された駆動信号の一例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、パネルに表示される画像の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、パネルに表示される画像の一例を示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、実施の形態２における変調信号、駆動信号および変調された駆動信号の一例を示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、実施の形態２における変調信号、駆動信号および変調された駆動信号の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、パネルを振動させることによりユーザに触感を呈示する場合に、音響ノイズによってユーザに生じる違和感に関して新たな知見を見出した。以下に、新たな知見について説明する。
【００１１】
触感を呈示するためにパネルを振動させる際に、パネルの振動周波数に応じて、ユーザに聞こえる音（以下、「音響ノイズ」という）が発生する。その音響ノイズは、ユーザに違和感あるいは不快感を与えるおそれがある。そこで、タッチパネルの振動周波数に、タッチパネルの振動周波数とは異なる周波数を付加することにより、音響ノイズを聴覚的に目立たなくさせる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
ここで、音響ノイズについて、図面を用いて詳しく説明する。
【００１３】
図１Ａは、人間の聴覚の周波数特性を示す。つまり、図１Ａは、人間の聴覚により知覚できる振動の周波数帯域（聴覚帯域）を示す。具体的には、図１Ａは、人間の聴覚における最小可聴域を示す。図１Ａに示すように、人間は、約２０Ｈｚから２０ｋＨｚまで振動を聴覚で知覚することができる。
【００１４】
一方、図１Ｂは、人間の触覚の周波数特性を示す。つまり、図１Ｂは、人間の触覚により知覚できる振動の周波数帯域（触覚帯域）を示す。具体的には、図１Ｂは、人間が有する３つの触感覚受容器（ＳＡＩ，ＦＡＩ，ＦＡＩＩ）の振動検出閾値の周波数特性を示す。閾値が低いほど感度が高いことを示す。図１Ｂに示すように、触感覚受容器は、数Ｈｚから５００Ｈｚ程度までの振動を検出できることがわかる。
【００１５】
したがって、人間が聴覚で知覚できる振動の周波数帯域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）と触覚で知覚できる振動の周波数帯域（数Ｈｚ〜５００Ｈｚ）とには、約２０Ｈｚから約５００Ｈｚの帯域において重なりが生じている。つまり、触覚で知覚できる周波数帯域でパネルを振動させた場合に、聴覚で知覚できる音響ノイズが発生してしまう。
【００１６】
ところで、タッチパネルを効率よく振動させるため、タッチパネル上の位置であってユーザがタッチした位置（タッチ位置）に応じてタッチパネルの振動周波数を変更する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のタッチパネルでは、タッチ位置に応じてタッチパネルの振動周波数は変化する。よって、タッチパネルから発生する音響ノイズもタッチ位置に応じて変化する。
【００１７】
図２は、タッチ位置と振動周波数との関係を示す。図２において、タッチ位置が領域１４０１に含まれる場合、アクチュエータ１１０７によって２１０Ｈｚの振動がパネル１１０１に与えられる。つまり、タッチ位置が領域１４０１に含まれる場合、２１０Ｈｚの音響ノイズが発生する。
【００１８】
一方、タッチ位置が領域１４０２に含まれる場合、アクチュエータ１１０７によって３５０Ｈｚの振動がパネル１１０１に与えられる。つまり、タッチ位置が領域１４０２に含まれる場合、３５０Ｈｚの音響ノイズが発生する。
【００１９】
つまり、図２に示すようにユーザが指でパネル１１０１をなぞった場合、タッチ位置を含む領域が切り替わるたびに、音響ノイズも変化する。
【００２０】
図３は、タッチ位置が変化したときの音響ノイズの周波数の変化を示す。図３に示すように、タッチ位置の変化に応じて、音響ノイズが不連続に変化する。このような音響ノイズの変化は、聴覚で敏感に知覚され、ユーザに違和感を生じさせる。特許文献１に記載の技術では、このような音響ノイズの変化を低減することは難しい。
【００２１】
そこで、本発明の一態様は、パネル上のタッチ位置に応じて、触感を呈示するためのパネルの振動周波数を変化させる場合に、タッチ位置の変化による音響ノイズの変化を低減することにより、音響ノイズによってユーザに生じる違和感を軽減することができる触感呈示装置を提供する。
【００２２】
本発明の一態様に係る触感呈示装置は、パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示装置であって、パネルと、前記パネル上の、前記ユーザによりタッチされた位置を取得する位置取得部と、前記タッチされた位置が第１位置である場合に第１周波数の成分を有するキャリア信号を生成し、前記タッチされた位置が第２位置である場合に第２周波数の成分を有するキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する音響信号生成部と、前記キャリア信号と前記音響信号とを加算することにより駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示するアクチュエータと、を備える。
【００２３】
この構成によれば、タッチ位置が第１位置および第２位置のいずれの場合であっても、予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号が加算された駆動信号を生成することができる。人間は、音に基本周波数の成分が含まれていなくても、基本周波数に対応する高調波が含まれていれば、基本周波数の音を知覚する（Ｍｉｓｓｉｎｇ  Ｆ０現象）。したがって、タッチ位置が第１位置から第２位置に変化した場合であっても、ユーザに基本周波数の音を知覚させることができるので、タッチ位置の変化による音響ノイズの変化を低減することが可能となる。その結果、音響ノイズによってユーザに生じる違和感を軽減することができる。
【００２４】
例えば、前記基本周波数は、前記第１周波数または前記第２周波数と同一であってもよい。
【００２５】
この構成によれば、第１周波数および第２周波数の一方を基本周波数として用いることができる。したがって、ユーザに知覚される音の種類を、基本周波数の音と、第１周波数および第２周波数の他方の音および基本周波数の音との２種類に減らすことができ、ユーザに生じる違和感をより軽減することができる。
【００２６】
例えば、前記第１周波数は、前記パネルの複数の共振周波数のうちの１つであり、前記第２周波数は、前記パネルの複数の共振周波数のうちの他の１つであってもよい。
【００２７】
この構成によれば、第１周波数および第２周波数としてパネルの共振周波数を用いることができる。したがって、少ないエネルギーでパネルを効率的に振動させることができる。
【００２８】
例えば、前記基本周波数は、前記複数の共振周波数のうち前記パネルが最も共振する周波数であってもよい。
【００２９】
この構成によれば、基本周波数として、パネルが最も共振する周波数を用いることができる。一般的に、パネルの振幅が大きいほどユーザに知覚される音も大きい。したがって、最も共振する周波数の振動がパネルに与えられた後に他の共振周波数の振動がパネルに与えられた場合に、最も大きく知覚された音を継続してユーザに知覚させることができる。その結果、音響ノイズの変化をより低減することができ、ユーザに生じる違和感をより軽減することが可能となる。
【００３０】
例えば、前記複数の高調波の各々は、前記ユーザが触覚により知覚する振動の周波数の上限として予め定められた上限周波数より高い周波数の高調波であってもよい。
【００３１】
この構成によれば、音響信号に含まれる複数の高調波として、上限周波数より高い周波数の高調波を用いることができる。したがって、音響ノイズの変化を低減するために生じる触感の変化を抑制することができる。
【００３２】
例えば、前記アクチュエータは、互いに異なる位置に配置された第１アクチュエータおよび第２アクチュエータを含み、前記キャリア信号生成部は、前記タッチされた位置が前記第１位置である場合に、前記第１位置に対応する位相関係を有する、前記第１アクチュエータのためのキャリア信号および前記第２アクチュエータのためのキャリア信号を生成し、前記タッチされた位置が前記第２位置である場合に、前記第２位置に対応する位相関係を有する、前記第１アクチュエータのためのキャリア信号および前記第２アクチュエータのためのキャリア信号を生成し、前記駆動信号生成部は、前記第１アクチュエータのためのキャリア信号と前記音響信号を加算することにより、前記第１アクチュエータのための駆動信号を生成し、かつ前記第２アクチュエータのためのキャリア信号と前記音響信号を加算することにより、前記第２アクチュエータのための駆動信号を生成してもよい。
【００３３】
この構成によれば、複数のアクチュエータのためのキャリア信号を生成する際に、タッチ位置に応じた位相関係を用いることができる。したがって、キャリア信号のバリエーションを増加させることができ、より効率的にパネルを振動させることが可能となる。
【００３４】
例えば、前記音響信号生成部は、周波数が高いほど信号強度が小さい前記複数の高調波を有する前記音響信号を生成してもよい。
【００３５】
この構成によれば、周波数が高いほど信号強度が小さい複数の高調波を有する音響信号を生成することができる。したがって、パネルを振動させるために必要なエネルギーが大きい高周波数成分の強度を比較的小さくすることができ、音響ノイズの変化を低減するために必要なエネルギーを低減させることができる。
【００３６】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【００３７】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３８】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３９】
また、以下の実施の形態において、同一または類似の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４０】
（実施の形態１）
図４は、実施の形態１における触感呈示装置１００の構成図である。この触感呈示装置１００は、パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する。
【００４１】
図４に示すように、触感呈示装置１００は、パネル１０１と、位置取得部１０２と、記憶部１０３と、キャリア信号生成部１０４と、音響信号生成部１０５と、駆動信号生成部１０６と、アクチュエータ１０７とを備える。
【００４２】
＜パネル１０１＞
パネル１０１は、ユーザに触感を呈示するための振動を伝達する。具体的には、パネル１０１は、例えば、ガラス製あるいはアクリル製の部材である。
【００４３】
また、パネル１０１は、コンテンツなどを表示する画面でもある。なお、コンテンツは、例えば動物、洋服もしくはゲームなどの画像、または、歌手のプロモーションビデオもしくは映画などの映像である。あるいは、コンテンツは、ソフトウェアキーボードのようなボタン配列であってもよい。
【００４４】
なお、パネル１０１の材質、形状、大きさ、厚さ、硬さおよび固定方法などは、特に限定される必要はない。
【００４５】
＜位置取得部１０２＞
位置取得部１０２は、ユーザがパネル１０１上をタッチした際、そのパネル１０１上のタッチされた位置（タッチ位置）を取得する。タッチ位置は、パネル１０１上の一画素または複数の画素に相当する。
【００４６】
なお、パネル１０１上の位置は、ｘｙ座標系によって表されてもよい。図５は、タッチ位置を表すためのｘｙ座標系の一例を示す。図５では、約１２インチ（縦：１５０ｍｍ、横：２５０ｍｍ）の長方形のパネル１０１の横方向（長辺に平行な方向）にｘ軸が設定され、縦方向（短辺に平行な方向）にｙ軸が設定されている。また、パネル１０１の左上端に原点０（０，０）が設定されている。また、ｘ座標およびｙ座標の一目盛りは、それぞれ０．２５ｍｍおよび０．１５ｍｍおよび０．２５ｍｍと設定されている。つまり、パネル１０１の右下端は点Ａの座標は（１０００，１０００）となる。
【００４７】
位置取得部１０２は、例えば、静電容量方式あるいは抵抗膜方式などによりタッチ位置を取得する。なお、タッチ位置の取得方法は、静電容量方式および抵抗膜方式に限定される必要はない。
【００４８】
ここで、位置取得部１０２が、静電容量方式でタッチ位置を取得する場合について説明する。ユーザが指あるいはスタイラスペンなどでパネル１０１上をタッチした場合、位置取得部１０２は、パネル１０１の静電容量の変化を検出することにより、タッチ位置を取得する。この際、位置取得部１０２は、所定の時間間隔で、パネル１０１上のタッチした範囲の中央位置をタッチ位置として継続的に取得する。なお、位置取得部１０２は、中央位置ではなく、荷重の重心位置をタッチ位置として取得してもよい。
【００４９】
なお、位置取得部１０２は、タッチ位置に加えて、ユーザがパネル１０１上をタッチしたときの時刻（タッチ時刻）を取得してもよい。タッチ時刻は、例えば、１１時１１分１１秒１１のように年月日を含まなくても、２０１１年１１月１１日１１時１１分１１秒１１のように年月日を含んでもよい。なお、タッチ時刻はタッチ位置と同時に取得されてもよい。
【００５０】
＜記憶部１０３＞
記憶部１０３は、パネル１０１上の複数の位置に対応する複数の周波数を記憶している。
【００５１】
記憶部１０３が記憶する複数の周波数の各々は、パネル１０１の共振周波数であってもよい。パネル１０１の共振周波数とは、パネル１０１が固有振動する際の周波数（固有振動数）である。パネル１０１がパネル１０１の固有振動数で振動すると、振幅は大きくなる。パネル１０１の共振周波数は、パネル１０１の部材、大きさ、厚さおよび硬さなどに依存して決まる。
【００５２】
記憶部１０３が記憶する複数の周波数の各々は、ユーザが触感を知覚する周波数であってもよい。ユーザが触感を知覚する周波数とは、ユーザが触感を知覚できる帯域の周波数である。通常、人が触感を知覚できる周波数帯域は、図１Ｂに示すように、０Ｈｚより高く５００Ｈｚより低い範囲内である。よって、ユーザが触感を知覚できる周波数帯域は、例えば、０Ｈｚより高く５００Ｈｚより低い範囲内である。なお、人によって触感を知覚できる周波数帯域は若干異なるので、複数の周波数は、ユーザ毎に設定されてもよい。
【００５３】
複数の位置に対応する複数の周波数を記憶する形式は、パネル１０１上の位置に対応する周波数が特定できる形式であればどのような形式であってもよい。
【００５４】
ここで、記憶部１０３が記憶する情報の具体例を、図５に示す１２インチのパネル１０１を用いて説明する。
【００５５】
図６は、実施の形態１における記憶部１０３が記憶する情報の一例を示す。図６では、記憶部１０３は、左下位置の座標および右下位置の座標によって特定される矩形領域と周波数との対を記憶している。
【００５６】
図６において、例えばタッチ位置（１０，１０）は、左上位置（０，０）および右下位置（１００，１０００）によって特定される矩形領域に含まれる。したがって、タッチ位置（１０，１０）に対応する周波数は「２１０Ｈｚ」である。
【００５７】
なお、記憶部１０３に記憶される情報は、周波数に加えて位相情報を含んでもよい。ここで、位相情報とは、複数のキャリア信号間の位相関係または複数の駆動信号間の位相関係を示す情報である。具体的には、位相情報とは、例えば同相、逆相、および位相遅れのいずれかを示す情報である。周波数と位相との両方を用いることで、周波数のみ変更した場合と比較して、パネル１０１の振動モードの種類を増やすことができる。そのため、触感呈示装置１００は、パネル１０１のいずれの位置においても、より効率的にユーザに触感を呈示できる。ここで、振動モードとは、パネル１０１が振動する際のパネル１０１の振動状態である。
【００５８】
図７は、実施の形態１における記憶部１０３が記憶する情報の他の一例を示す。図７では、記憶部１０３は、矩形領域に対応する周波数および位相（位相情報）を記憶している。
【００５９】
図７において、例えばタッチ位置が左上位置（０，０）および右下位置（１００，１０００）によって特定される矩形領域に含まれる場合、タッチ位置に対応する周波数および位相は、「２１０Ｈｚ」および「同相」である。また例えば、タッチ位置が左上位置（１００，０）および右下位置（２００，１０００）によって特定される矩形領域に含まれる場合、タッチ位置に対応する周波数および位相は、「３５０Ｈｚ」および「逆相」である。
【００６０】
なお、記憶部１０３は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスクまたは光学ディスクにより構成されてもよい。また、記憶部１０３は、触感呈示装置１００と通信インタフェースを介して接続された記憶デバイス（例えば、ＮＡＳ（Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ａｔｔａｃｈｅｄ  Ｓｔｏｒａｇｅ）あるいはメモリカード）であってもよい。このような場合、触感呈示装置１００が記憶部１０３を備えなくてもよい。
【００６１】
なお、記憶部１０３は、パネル１０１の振動の振幅が所定の閾値より大きい振幅となる周波数を記憶していてもよい。所定の閾値とは、触感を知覚できる振幅であり、例えば数μｍ程度である。
【００６２】
ここで、パネル１０１上のいずれの位置においてもユーザに触感を呈示するためには、タッチ位置に応じてパネル１０１を振動させるための周波数を変更する必要がある。以下、実測結果を用いて、その理由について説明する。
【００６３】
図８は、実施の形態１におけるパネル１０１と、アクチュエータ１０７（第１アクチュエータ１０７Ａおよび第２アクチュエータ１０７Ｂ）との配置の一例を示す。図９Ａおよび図９Ｂの各々は、パネル１０１の振動分布の一例を示す。
【００６４】
パネル１０１とアクチュエータ１０７（第１アクチュエータ１０７Ａおよび第２アクチュエータ１０７Ｂ）とは接している。アクチュエータ１０７が駆動されることにより、パネル１０１は振動する。また、アクチュエータ１０７の駆動周波数は、パネル１０１の共振周波数である。
【００６５】
図９Ａは、第１アクチュエータ１０７Ａの駆動信号と第２アクチュエータ１０７Ｂの駆動信号とが同相であり、かつ、各駆動信号の周波数が２１０Ｈｚである場合のパネル１０１の振動分布の実測結果を示す。図９Ａにおいて、色が濃い領域はパネル１０１の振動の振幅が大きいことを示し、色の薄い領域はパネル１０１の振動の振幅が小さいことを示す。つまり、図９Ａにおいて、領域３０１は、振動の節に相当する。したがって、２つの駆動信号が同相であり、かつ各駆動信号の周波数が２１０Ｈｚである場合、領域３０１では、触感を呈示できない可能性がある。
【００６６】
一方、図９Ｂは、第１アクチュエータ１０７Ａの駆動信号と第２アクチュエータ１０７Ｂの駆動信号とが逆相であり、かつ、各駆動信号の周波数が３５０Ｈｚである場合のパネル１０１の振動分布の実測結果を示す。図９Ｂにおいて、領域３０２は、振動の節に相当する。したがって、２つの駆動信号が逆相であり、かつ各駆動信号の周波数が３５０Ｈｚである場合、領域３０２では、触感を呈示できない可能性がある。
【００６７】
以上の通り、パネル１０１の駆動信号の周波数および位相によっては、ユーザに触感を呈示できないパネル１０１上の位置が存在する。そのため、駆動信号の周波数は、パネル１０１上のタッチ位置に応じて変更される必要がある。
【００６８】
図１０は、タッチ位置に応じて周波数を切り替えた場合のパネルの振動分布を示す。図１０に示すように、パネル１０１上の位置によってパネル１０１を振動させるための周波数を変更することで、パネル１０１上のいずれの位置においてもユーザに触感が呈示される。
【００６９】
なお、上記実測実験では、位相情報が用いられたが、位相情報が用いられなくてもよい。その場合であっても、タッチ位置に応じてパネル１０１を振動させるための周波数を変更することにより、パネル１０１上の大部分の位置においてユーザに触感を呈示できる。
【００７０】
＜キャリア信号生成部１０４＞
キャリア信号生成部１０４は、記憶部１０３に記憶されている情報を参照して、位置取得部１０２が取得したタッチ位置に対応する周波数を取得する。そして、キャリア信号生成部１０４は、取得した周波数の成分を有するキャリア信号を生成する。
【００７１】
つまり、キャリア信号生成部１０４は、タッチ位置が第１位置である場合に第１周波数の成分を有するキャリア信号を生成し、タッチ位置が第２位置である場合に第２周波数の成分を有するキャリア信号を生成する。ここで、第１位置および第２位置は、パネル１０１上の互いに異なる位置である。
【００７２】
キャリア信号の生成方法の具体例について、図５に示す１２インチのパネル１０１を用いて説明する。まず、キャリア信号生成部１０４は、複数の領域のうちのどの領域にタッチ位置が含まれるかを判定する。そして、キャリア信号生成部１０４は、タッチ位置が含まれる領域に対応する周波数の成分を有するキャリア信号を生成する。
【００７３】
例えば、タッチ位置が（１５０，５００）の場合、キャリア信号生成部１０４は、図６に示す情報を参照して、タッチ位置が含まれる領域を、左上位置（１００，０）および右下位置（２００，１０００）によって特定される領域と判定する。そして、キャリア信号生成部１０４は、判定された領域に対応する周波数３５０Ｈｚの成分を有するキャリア信号を生成する。
【００７４】
なお、キャリア信号生成部１０４は、図７に示す情報を参照して、タッチ位置に対応する位相情報を取得し、取得した位相情報を用いてキャリア信号を生成してもよい。例えば、タッチ位置が（１５０，５００）の場合、キャリア信号生成部１０４は、周波数３５０Ｈｚの逆相の２つのキャリア信号（第１アクチュエータ１０７Ａのためのキャリア信号および第２アクチュエータ１０７Ｂのためのキャリア信号）を生成する。
【００７５】
なお、キャリア信号生成部１０４は、例えば以下の式（１）に従って強度（振幅）が１であり、周波数がＦcである正弦波をキャリア信号として生成する。
【００７６】
【数１】
2013114793.tif 000003
【００７７】
ここで、ｓcはキャリア信号であり、Ｆcは記憶部１０３に記憶されている複数の周波数のうちタッチ位置に対応する周波数であり、ｔは時間である。
【００７８】
なお、キャリア信号生成部１０４は、キャリア信号を生成しなくてもよく、タッチ位置に対応する周波数を決定するだけでもよい。
【００７９】
なお、キャリア信号生成部１０４は、例えばＣＰＵにより構成されてもよい。
【００８０】
＜音響信号生成部１０５＞
音響信号生成部１０５は、予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する。
【００８１】
本実施の形態では、音響信号生成部１０５は、記憶部１０３に記憶されている複数の周波数のうちの予め定められた少なくとも１つの周波数（基本周波数）に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する。つまり、ここでは、基本周波数は、記憶部１０３に記憶されている複数の周波数のうちの少なくとも１つである。
【００８２】
なお、音響信号生成部１０５は、タッチ位置に関わらず同じ基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する。つまり、音響信号生成部１０５は、タッチ位置が第１位置である場合、およびタッチ位置が第２位置である場合の両方において、同一の音響信号を生成する。
【００８３】
ここで、高調波とは、基本周波数の整数倍の高次の周波数の成分のことである。例えば基本周波数が３５０Ｈｚである場合、高調波は、７００Ｈｚ、１０５０Ｈｚ、１４００Ｈｚ・・・の成分である。
【００８４】
音響信号は、複数の高調波を有している。したがって、音響信号は、基本周波数を除く少なくとも２以上の周波数であって、基本周波数の整数倍の高次の周波数の成分を有している。例えば、音響信号は、基本周波数の、２倍の周波数の成分（第２高調波）、３倍の周波数の成分（第３高調波）、・・・、およびｎ倍の周波数の成分（第ｎ高調波）を有する。ただし、ｎは４以上の整数である。なお、ユーザが知覚する音に含まれる高調波の種類（周波数）が多いほど、ユーザは、それらの高調波に対応する基本周波数の音をより感じる傾向にある。
【００８５】
ここで、音響信号生成部１０５が、タッチ位置に関わらず同じ基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する理由について説明する。
【００８６】
人は、１つの基本周波数に対応する複数の高調波を有する音を聞いた場合、その音に基本周波数の成分（基本波）が含まれていなくても、基本周波数の成分が含まれている音を聞いた場合と同じピッチ（基本周波数）の音を聴覚により知覚する。この現象は、Ｍｉｓｓｉｎｇ  Ｆ０現象として知られる。この現象を利用することで、音響ノイズの不連続に起因するユーザの違和感を軽減できる。
【００８７】
前述の通り、本実施の形態では、ユーザに触感を呈示するために、タッチ位置に応じてキャリア信号の周波数を変更する。そして、このキャリア信号を用いて、アクチュエータ１０７の駆動信号が生成される。したがって、ユーザがタッチ位置を変化させる動作を行った場合（例えば、パネル１０１上をなぞる動作を行った場合）、その動作の途中でパネル１０１の振動の周波数が変化する場合がある。すると、パネル１０１の振動周波数が変化するときに、音響ノイズも不連続に変化する。
【００８８】
例えば、第１位置に対応する周波数（第１周波数）と、第２位置に対応する周波数（第２周波数）とが異なる場合、タッチ位置が第１位置である時に発生する音響ノイズと、タッチ位置が第２位置である時に発生する音響ノイズとは異なる。そのため、ユーザが第１位置から第２位置までタッチ位置を移動させる動作を行った場合、音響ノイズは不連続に変化する。
【００８９】
そこで、音響信号生成部１０５は、第１位置に対応する第１周波数および第２位置に対応する第２周波数のいずれかを基本周波数として用いる。つまり、触感呈示装置１００は、タッチ位置が第１位置である場合およびタッチ位置が第２位置である場合のいずれの場合にも、同一の基本周波数に対応する複数の高調波を有する音を発生させる。すると、Ｍｉｓｓｉｎｇ  Ｆ０現象により、ユーザは、基本周波数の成分が含まれていない音であっても基本周波数の成分が含まれている音が聞こえるように感じる。そのため、ユーザは、タッチ位置が第１位置および第２位置のいずれの場合でも同じ音響ノイズが聞こえているように感じる。その結果、音響ノイズの不連続な変化は低減され、それに起因するユーザの違和感は軽減される。
【００９０】
なお、タッチ位置が第３位置である場合は、音響信号生成部１０５は、タッチ位置が第１位置および第２位置である場合と同一の基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する。これにより、ユーザがタッチ位置を第１位置、第２位置および第３位置の順に変化させる動作を行った場合も、音響ノイズの不連続な変化が低減される。
【００９１】
ここで具体例を用いて、音響信号生成部１０５が、タッチ位置に関わらず同じ基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する理由についてさらに詳細に説明する。例えば、記憶部１０３に記憶されている複数の周波数が２１０Ｈｚおよび３５０Ｈｚであるとする。また、第１位置に対応する第１周波数は２１０Ｈｚであり、第２位置に対応する第２周波数は３５０Ｈｚであるとする。
【００９２】
この場合、音響信号が生成されなければ、ユーザには、タッチ位置が第１位置である時に２１０Ｈｚの音響ノイズが聞こえ、タッチ位置が第２位置である時に３５０Ｈｚの音響ノイズが聞こえる。そのため、ユーザが第１位置から第２位置までタッチ位置を移動させる動作を行った場合、その動作の途中で、音響ノイズは２１０Ｈｚから３５０Ｈｚへと不連続に変化する。
【００９３】
そこで、音響信号生成部１０５は、記憶部１０３に記憶されている複数の周波数である２１０Ｈｚおよび３５０Ｈｚのうち、少なくとも１つの周波数（例えば３５０Ｈｚ）に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する。つまり、音響信号生成部１０５は、３５０Ｈｚの倍数の周波数成分である、７００Ｈｚの成分（第２高調波）、１０５０Ｈｚの成分（第３高調波）、・・・、および３５０×ｎＨｚの成分（第ｎ高調波）を有する音響信号を生成する。
【００９４】
つまり、タッチ位置が第１位置である場合およびタッチ位置が第２位置である場合のいずれの場合においても、音響信号生成部１０５は、基本周波数３５０Ｈｚに対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する。したがって、タッチ位置が第１位置である場合およびタッチ位置が第２位置である場合のいずれの場合においても、同一の複数の高調波を有する音が発生する。すると、Ｍｉｓｓｉｎｇ  Ｆ０現象により、ユーザは、タッチ位置が第１位置である場合に、パネルの振動に基本周波数３５０Ｈｚの成分が含まれていないにも関わらず、基本周波数３５０Ｈｚの音響ノイズが聞こえているように感じる。なお、タッチ位置が第２位置である場合には、パネルの振動に基本周波数３５０Ｈｚの成分が含まれているため、音響信号が生成されない場合であっても、ユーザには、３５０Ｈｚの音響ノイズが聞こえる。
【００９５】
以上のように、ユーザには、タッチ位置が第１位置である場合にも第２位置である場合にも、３５０Ｈｚの音響ノイズが聞こえるので、パネル１０１の振動周波数の変更に伴う、音響ノイズの不連続な変化は低減される。その結果、音響ノイズの不連続な変化に起因するユーザの違和感は軽減される。
【００９６】
なお、音響信号に含まれる複数の高調波の各々は、ユーザが触覚により知覚する振動の周波数の上限として予め定められた上限周波数より高い周波数の高調波であってもよい。これにより、触感には影響を与えずに、音響ノイズの変化を低減することができる。予め定められた上限周波数は、例えば図１Ｂに示すように５００Ｈｚである。なお、上限周波数は、５００Ｈｚでなくてもよく、ユーザがタッチに用いる部位（例えば、指あるいは手のひらなど）に応じて変更されてもよい。
【００９７】
また、音響信号に含まれる複数の高調波に対応する基本周波数は、パネル１０１の複数の共振周波数のうち、パネル１０１が最も共振する周波数であってもよい。ここで、パネル１０１が最も共振する周波数とは、パネル１０１の振動の振幅が最も大きくなるときの周波数である。振幅が大きいほど音圧は大きくなる傾向がある。そのため、振幅が大きいほど聴覚においても音がより大きく聞こえる。よって、音響信号生成部１０５が、パネル１０１が最も共振する周波数（基本周波数）に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成することにより、ユーザは、基本周波数の音がより聞こえるように感じる。
【００９８】
なお、音響信号生成部１０５は、例えばＣＰＵを用いて構成されてもよい。
【００９９】
ここで、共振の強さは式（２）で示すＱ値を用いて求めることができる。
【０１００】
【数２】
2013114793.tif 000004
【０１０１】
式（２）において、ω0は、共振周波数である。また、ω1は、共振周波数の左側において振動エネルギーが共振周波数の半値となる周波数である。また、ω2は、共振周波数の右側において振動エネルギーが共振周波数の半値となる周波数を示す（図１１を参照）。
【０１０２】
なお、音響信号生成部１０５は、例えば以下の式（３）に従って音響信号ｓAを生成する。この場合、音響信号は、強度が１であり、周波数がｋＦb（ｋは２〜ｎの整数）であるｎ個の正弦波を有する信号である。
【０１０３】
【数３】
2013114793.tif 000005
【０１０４】
ここで、ｓAは音響信号を示し、ｋは２以上ｎ以下の整数を示し、ｎは２以上の整数を示し、Ｆbは記憶部１０３に記憶されている複数の周波数のうちの１つ（基本周波数）を示し、ｔは時間を示す。
【０１０５】
なお、音響信号生成部１０５は、音響信号を生成しなくてもよく、複数の高調波の周波数を決定するだけでもよい。
【０１０６】
なお、上記では基本周波数が１つである場合について説明をしてきたが、基本周波数は複数であってもよい。また、記憶部１０３に記憶されている周波数のすべてが基本周波数として用いられてもよい。この場合、音響信号生成部１０５は、記憶部１０３に記憶されている複数の周波数の各々に対応する複数の高調波のすべてを有する音響信号を生成する。すると、ユーザには、タッチ位置が、パネル１０１上のいずれの位置であっても、記憶部１０３に記憶されている周波数のすべてに応じた音響ノイズが聞こえる。そのため、パネル１０１の振動周波数の変化に伴う、音響ノイズの不連続な変化は低減される。
【０１０７】
次に、音響信号の生成に用いられる基本周波数の決定方法の一例を説明する。
【０１０８】
例えば、音響信号生成部１０５は、複数の周波数の中から１つの基本周波数を決定する場合に、複数の周波数に対応する複数の高調波のうち、触覚により知覚する振動の上限周波数より高い周波数の高調波であり、かつ、最も周波数が小さい高調波に対応する周波数を基本周波数として決定してもよい。図１２を用いて基本周波数の決定方法の一例を説明する。
【０１０９】
図１２は、実施の形態１における音響信号生成部１０５の処理を示すフローチャートである。
【０１１０】
（ステップＳ１０１）
音響信号生成部１０５は、記憶部１０３に記憶されている複数の周波数を取得する。
【０１１１】
例えば、記憶部１０３が記憶している周波数が２１０Ｈｚおよび３５０Ｈｚである場合、音響信号生成部１０５は、２１０Ｈｚおよび３５０Ｈｚを取得する。
【０１１２】
（ステップＳ１０２）
音響信号生成部１０５は、取得した各周波数について、当該周波数に対応する第２高調波の周波数を算出する。
【０１１３】
例えば、ステップＳ１０１で取得された周波数が２１０Ｈｚおよび３５０Ｈｚである場合、音響信号生成部１０５は、２１０Ｈｚおよび３５０Ｈｚに対応する第２高調波の周波数として、４２０Ｈｚおよび７００Ｈｚを算出する。
【０１１４】
（ステップＳ１０３）
音響信号生成部１０５は、ステップＳ１０２で算出された第２高調波の周波数の中に、触感を知覚する上限周波数より高い周波数があるか否かを判断する。上限周波数より高い周波数がない場合は、ステップＳ１０４に進む。上限周波数より高い周波数がある場合は、ステップＳ１０５に進む。
【０１１５】
例えば、ステップＳ１０３で算出された第２高調波の周波数が４２０Ｈｚおよび７００Ｈｚである場合、音響信号生成部１０５は、上限周波数（５００Ｈｚ）より高い周波数があると判断し、ステップＳ１０５に進む。
【０１１６】
（ステップＳ１０４）
音響信号生成部１０５は、ステップＳ１０３で判断された高調波の次の次数の高調波の周波数を算出する。そして、音響信号生成部１０５は、再びステップＳ１０３を実行する。算出された高調波の周波数の中に上限周波数を超える周波数が存在するまでステップＳ１０３およびステップＳ１０４が繰り返し実行される。
【０１１７】
（ステップＳ１０５）
音響信号生成部１０５は、上限周波数よりも高いと判定された高調波の周波数の中から最も上限周波数に近い周波数の高調波に対応する周波数を基本周波数として決定する。例えば、上限周波数よりも高いと判定された高調波の周波数が７００Ｈｚである場合、７００Ｈｚの高調波に対応する周波数３５０Ｈｚを基本周波数として決定する。
【０１１８】
（ステップＳ１０６）
音響信号生成部１０５は、ステップＳ１０５で決定された基本周波数に対応する複数の高調波であって上限周波数を超える周波数の複数の高調波を作成する。
【０１１９】
例えば、決定された基本周波数が３５０Ｈｚの場合、音響信号生成部１０５は、５００Ｈｚ以上である７００Ｈｚ、１０５０Ｈｚ、・・・、３５０×ｎＨｚの高調波を作成する。ただし、ｎは２以上の整数である。
【０１２０】
（ステップＳ１０７）
音響信号生成部１０５は、ステップＳ１０６で作成された複数の高調波を有する音響信号を生成する。例えば、作成された複数の高調波の周波数が７００Ｈｚ、１０５０Ｈｚ、・・・、３５０×ｎＨｚである場合、音響信号生成部１０５は、３５０Ｈｚ、１０５０Ｈｚ、・・・および３５０×ｎＨｚの高調波を有する音響信号を生成する。
【０１２１】
なお、図１２に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１０５までの処理は、タッチ位置が取得される前に予め実行されてもよい。つまり、音響信号の生成に利用される基本周波数は、予め決定されてもよい。
【０１２２】
＜駆動信号生成部１０６＞
駆動信号生成部１０６は、キャリア信号生成部１０４により生成されたキャリア信号と、音響信号生成部１０５により生成された音響信号とを有する駆動信号を生成する。具体的には、駆動信号生成部１０６は、キャリア信号と音響信号とを加算することにより駆動信号を生成する。言い換えれば、駆動信号生成部１０６は、キャリア信号と音響信号とを合成することにより駆動信号を生成する。これにより、駆動信号は、タッチ位置に対応する周波数成分と、複数の高調波の周波数成分とを含む。
【０１２３】
例えば、駆動信号生成部１０６は、式（４）に示すように、式（１）で生成されたキャリア信号ｓcと、式（３）で生成された音響信号ｓAとの和を、駆動信号ｓDとして生成する。
【０１２４】
【数４】
2013114793.tif 000006
【０１２５】
また、駆動信号生成部１０６は、キャリア信号と音響信号とを重み付け加算することにより駆動信号を生成してもよい。キャリア信号と音響信号とを等重みで加算することにより駆動信号が生成された場合、駆動信号の音のエネルギーが大きくなり、パネル１０１の振動が弱くなる場合がある。そこで、キャリア信号と音響信号とを重み付け加算することにより、駆動信号生成部１０６は、音のエネルギーを適宜調整することができる。この場合、駆動信号生成部１０６は、例えば式（５）により駆動信号を生成する。
【０１２６】
【数５】
2013114793.tif 000007
【０１２７】
ここで、ｒは、０より大きく１より小さい値である。
【０１２８】
＜アクチュエータ１０７＞
アクチュエータ１０７は、駆動信号生成部１０６により生成された駆動信号により駆動され、パネル１０１を振動させることによりユーザに触感を呈示する。つまり、アクチュエータ１０７は、駆動信号に従ってパネル１０１を振動させることにより、ユーザに触感を呈示する。すなわち、アクチュエータ１０７は、駆動信号が示す振動をパネル１０１に与える。
【０１２９】
本実施の形態では、アクチュエータ１０７は、パネル１０１表面上に貼付されている。また、アクチュエータ１０７は、特に限定されるものではないが、例えば、圧電素子やモータなどを用いて構成することができる。
【０１３０】
つまり、アクチュエータ１０７によって与えられた振動は、アクチュエータ１０７が配置された位置からタッチ位置まで伝達する。その結果、タッチ位置においてユーザに触感が呈示される。
【０１３１】
なお、本実施の形態では、アクチュエータ１０７は、互いに異なる位置に配置された第１アクチュエータ１０７Ａおよび第２アクチュエータ１０７Ｂを含んでいたが、３つ以上のアクチュエータを含んでもよい。これにより、前述の実測実験のように、複数のアクチュエータを同相または逆相の駆動信号に従って駆動させることができ、パネル１０１の振動モードの種類を増やすことができる。
【０１３２】
また、アクチュエータ１０７は、複数のアクチュエータを含まなくてもよい。つまり、アクチュエータ１０７は、１つのアクチュエータのみを含んでもよい。
【０１３３】
なお、アクチュエータ１０７は、駆動信号生成部１０６で生成された駆動信号をアンプを用いて増幅し、増幅された駆動信号を用いて駆動されてもよい。駆動信号生成部１０６は、アンプを用いて駆動信号を増幅することで、パネルの振動をより大きくすることができ、ユーザにより強い触感を呈示することができる。
【０１３４】
図１３は、実施の形態１における触感呈示装置１００の動作を示すフローチャートである。図１３を用いて、触感呈示装置１００の動作について説明する。ここでは、記憶部１０３は、第１位置に対応する第１周波数と、第２位置に対応する第２周波数とを記憶しているとする。
【０１３５】
（ステップＳ２０１）
位置取得部１０２は、パネル１０１上の、ユーザによりタッチされた位置（タッチ位置）を取得する。具体的には、位置取得部１０２は、図５に示すように、タッチ位置の座標を取得する。
【０１３６】
（ステップＳ２０２）
キャリア信号生成部１０４は、タッチ位置が第１位置であるか第２位置であるかを判定する。具体的には、キャリア信号生成部１０４は、タッチ位置が、図６に示す情報によって定義された複数の領域のいずれの領域に含まれるかを判定することにより、タッチ位置が第１位置であるか第２位置であるかを判定する。
【０１３７】
（ステップＳ２０３）
キャリア信号生成部１０４は、タッチ位置が第１位置である場合に、第１位置に対応する第１周波数の成分を有するキャリア信号を生成する。例えば、タッチ位置が（５０，５００）である場合に、図６を参照して２１０Ｈｚのキャリア信号を生成する。
【０１３８】
（ステップＳ２０４）
キャリア信号生成部１０４は、タッチ位置が第２位置である場合に、第２位置に対応する第２周波数の成分を有するキャリア信号を生成する。例えば、タッチ位置が（１５０，５００）である場合に、図６を参照して３５０Ｈｚのキャリア信号を生成する。
【０１３９】
（ステップＳ２０５）
音響信号生成部１０５は、第１周波数および第２周波数のうちの少なくとも一方の周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する。基本周波数は、例えば図１２に示す方法に従って予め定められればよい。すなわち、音響信号生成部１０５は、タッチ位置が第１位置である場合とタッチ位置が第２位置である場合との両方の場合において、同一の基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する。
【０１４０】
（ステップＳ２０６）
駆動信号生成部１０６は、ステップＳ２０３またはステップＳ２０４で生成されたキャリア信号と、ステップＳ２０５で生成された音響信号とを加算することにより駆動信号を生成する。
【０１４１】
（ステップＳ２０７）
アクチュエータ１０７は、ステップＳ２０６で生成された駆動信号に従ってパネル１０１を振動させることにより、ユーザに触感を呈示する。
【０１４２】
このように、触感呈示装置１００は、例えば、ユーザのタッチが検出されたときに、上記のステップＳ２０１〜ステップＳ２０７を実行することにより、ユーザに触感を呈示することができる。
【０１４３】
なお、ステップＳ２０１において、位置取得部１０２は、タッチ位置に加えて、ユーザがパネル１０１をタッチした時刻を取得してもよい。
【０１４４】
なお、ステップＳ２０２において、タッチ位置が２つの位置（第１位置および第２位置）のいずれであるかが判定されていたが、３以上の位置のいずれであるかが判定されてもよい。つまり、キャリア信号生成部１０４は、タッチ位置がどの周波数に対応する位置であるかを判定すればよい。
【０１４５】
なお、ステップＳ２０３およびステップＳ２０４において、キャリア信号生成部１０４は、記憶部１０３が周波数に加えて位相情報を記憶している場合に、タッチ位置に対応する周波数の複数のキャリア信号であって、タッチ位置に対応する位相関係を有する複数のキャリア信号を生成してもよい。ここで、複数のキャリア信号とは、複数のアクチュエータ（第１アクチュエータ１０７Ａおよび第２アクチュエータ１０７Ｂ）のためのキャリア信号である。
【０１４６】
なお、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０５において、キャリア信号生成部１０４および音響信号生成部１０５は、それぞれキャリア信号および音響信号を生成せずに、それぞれタッチ位置に対応する周波数および複数の高調波の周波数を決定してもよい。この場合、駆動信号生成部１０６は、キャリア信号生成部１０４によって決定された周波数の成分と、音響信号生成部１０５によって決定された複数の周波数の成分とを有する信号を駆動信号として生成してもよい。
【０１４７】
以上のように本実施の形態における触感呈示装置１００は、タッチ位置が第１位置および第２位置のいずれの場合であっても、予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号が加算された駆動信号を生成することができる。人間は、音に基本周波数の成分が含まれていなくても、基本周波数に対応する高調波が含まれていれば、基本周波数の音を知覚する（Ｍｉｓｓｉｎｇ  Ｆ０現象）。したがって、タッチ位置が第１位置から第２位置に変化した場合であっても、触感呈示装置１００は、ユーザに基本周波数の音を知覚させることができるので、タッチ位置の変化による音響ノイズの変化を低減することが可能となる。その結果、触感呈示装置１００は、音響ノイズの不連続な変化に起因するユーザの違和感を軽減することができる。
【０１４８】
また、触感呈示装置１００は、第１周波数および第２周波数の一方を基本周波数として用いることができる。したがって、触感呈示装置１００は、ユーザに知覚される音の種類を、基本周波数の音と、第１周波数および第２周波数の他方の音および基本周波数の音との２種類に減らすことができ、ユーザに生じる違和感をより軽減することができる。
【０１４９】
また、触感呈示装置１００は、タッチ位置に応じた共振周波数の成分を有する信号をキャリア信号として生成することができる。したがって、触感呈示装置１００は、少ないエネルギーでパネルを効率的に振動させることができる。
【０１５０】
また、触感呈示装置１００は、基本周波数として、パネルが最も共振する周波数を用いることができる。一般的に、パネルの振幅が大きいほどユーザに知覚される音も大きい。したがって、最も共振する周波数の振動がパネルに与えられた後に他の共振周波数の振動がパネルに与えられた場合に、触感呈示装置１００は、最も大きく知覚された音を継続してユーザに知覚させることができる。その結果、触感呈示装置１００は、音響ノイズの変化をより低減することができ、ユーザに生じる違和感をより軽減することが可能となる。
【０１５１】
また、触感呈示装置１００は、音響信号に含まれる複数の高調波として、上限周波数より高い周波数の高調波を用いることができる。したがって、触感呈示装置１００は、音響ノイズの変化を低減するために生じる触感の変化を抑制することができる。
【０１５２】
また、触感呈示装置１００は、複数のアクチュエータのためのキャリア信号を生成する際に、タッチ位置に応じた位相関係を用いることができる。したがって、触感呈示装置１００は、キャリア信号のバリエーションを増加させることができ、より効率的にパネルを振動させることが可能となる。
【０１５３】
（実施の形態１の変形例１）
次に、実施の形態１の変形例１について説明する。
【０１５４】
上記実施の形態１に示すように、キャリア信号は、ユーザに触感を呈示するための信号である。また、音響信号は、音響ノイズの不連続な変化によりユーザに生じる違和感を軽減するための信号である。
【０１５５】
ここで、アクチュエータ１０７を駆動する信号である駆動信号の総エネルギーが一定の場合について考える。この場合、音響信号に相当するエネルギーが増大すれば、キャリア信号に相当するエネルギーは減少する。そして、キャリア信号に相当するエネルギーが減少すると、ユーザに触感を呈示するための信号強度が弱くなる。つまり、音響信号に相当するエネルギーが増大すれば、音響ノイズの不連続な変化によりユーザに生じる違和感は減少するが、ユーザに呈示する触感も減少してしまう。
【０１５６】
よって、音響信号に相当するエネルギーは、ユーザに生じる違和感を軽減するために必要なエネルギーを確保しつつ、なるべく少なくなるように調整されることが望ましい。特に、音響信号が多くの高次の高調波を有する場合、駆動信号の総エネルギーに占める音響信号に相当するエネルギーの割合は大きくなるので、音響信号に相当するエネルギーを調整する必要性は高い。
【０１５７】
そこで、本変形例における触感呈示装置１００は、周波数が高いほど信号強度が小さい複数の高調波を有する音響信号を生成することにより、ユーザに生じる違和感を軽減しつつ、音響信号に相当するエネルギーを減少させる。
【０１５８】
以下、実施の形態１の変形例１における触感呈示装置１００の構成要素について実施の形態１と異なる部分を中心に具体的に説明する。なお、本変形例における触感呈示装置１００は、実施の形態１における触感呈示装置と同様の構成を有するので、図示を省略する。
【０１５９】
＜音響信号生成部１０５＞
音響信号生成部１０５は、周波数が高いほど信号強度が小さい複数の高調波を有する音響信号を生成する。つまり、本変形例では、音響信号生成部１０５は、音響信号に含まれる各高調波の信号強度を調整することにより、音響信号に相当するエネルギーを調整する。
【０１６０】
具体的には、音響信号生成部１０５は、例えば、音響信号に含まれる複数の高調波のエネルギーを、直線的に減少させる方法または指数関数的に減少させる方法などにより、音響信号に相当するエネルギーを調整する。
【０１６１】
具体例を用いて、音響信号に含まれる高調波のエネルギーを指数関数的に減少させる方法について説明する。音響信号生成部１０５は、音響信号に含まれる複数の高調波のエネルギーを指数関数的に減少させるために、式（６）に示すように、周波数が高いほど信号強度が小さい複数の高調波を有する音響信号を生成する。
【０１６２】
【数６】
2013114793.tif 000008
【０１６３】
ここで、ｓAは音響信号を示し、ｔは時間を示し、ｋは２以上ｎ以下の整数を示し、Ｆbは記憶部１０３に記憶されている周波数を示し、αは定数を示す。式（６）において、定数αの値を調整することにより、高調波の周波数が増加したときの振幅の減少度合いが調整される。つまり、定数αは、エネルギーの減少度合いを調整するための値である。
【０１６４】
図１４は、実施の形態１の変形例１における音響信号生成部１０５によって生成された音響信号の一例を示す。図１４において、横軸は周波数を示し、縦軸は周波数に相当するエネルギーを示す。
【０１６５】
図１４に示すように、音響信号に４つの高調波が含まれる場合、各高調波は、高次の高調波ほどスペクトル強度（信号強度あるいは振幅）が小さくなるように調整される。その結果、全体として音響信号の強度は小さくなる。
【０１６６】
なお、音響信号生成部１０５は、音響信号の強度を調整する必要がある場合に、音響信号が有する複数の高調波のうち、ある一定の次数以上の高次の高調波を削除してもよい。例えば、人の聴覚の感度は概ね１〜２ｋＨｚの帯域で感度が高いとされる。そこで、音響信号生成部１０５は、２ｋＨｚ以上の高調波を音響信号から削除してもよい。これにより、音響信号生成部１０５は、音響信号の強度を小さくすることによる聴覚への影響を少なくすることができる。
【０１６７】
なお、音響信号生成部１０５は、帯域毎にエネルギーが変動するように音響信号の強度を調整してもよい。これにより、音響信号生成部１０５は、音響信号に管楽器などのような音色を持たせることができる。
【０１６８】
なお、音響信号生成部１０５は、時間に応じてエネルギーが変動するように、音響信号の強度を調整してもよい。これにより、音響信号生成部１０５は、音響信号に、人工的な音（例えばブザーの音など）とは異なる自然な音色を持たせることができる。
【０１６９】
なお、音響信号生成部１０５が音響信号に含まれる複数の高調波の周波数を決定する場合、駆動信号生成部１０６が、周波数が高いほど信号強度が小さい複数の高調波を有する音響信号を生成してもよい。
【０１７０】
以上のように、本変形例における触感呈示装置１００は、周波数が高いほど信号強度が小さい複数の高調波を有する音響信号を生成することができる。したがって、触感呈示装置１００は、パネルを振動させるために必要なエネルギーが大きい高周波数成分の強度を比較的小さくすることができ、音響ノイズの変化を低減するために必要なエネルギーを低減させることができる。
【０１７１】
（実施の形態２）
実施の形態２では、駆動信号を変調する点が実施の形態１と主として異なる。以下、実施の形態１と異なる部分を中心に実施の形態２について説明する。
【０１７２】
図１５は、実施の形態２における触感呈示装置２００の構成図である。図１５において、図４の構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。触感呈示装置２００は、パネル１０１と、記憶部１０３と、キャリア信号生成部１０４と、音響信号生成部１０５と、駆動信号生成部１０６と、アクチュエータ１０７と、位置取得部２０２と、触速度計測部２０８と、変調信号生成部２０９と、変調部２１０とを備える。
【０１７３】
＜位置取得部２０２＞
位置取得部２０２は、タッチ位置に加えて、ユーザによりパネル１０１がタッチされた時刻（タッチ時刻）を取得する。
【０１７４】
＜触速度計測部２０８＞
触速度計測部２０８は、位置取得部２０２により取得されたタッチ位置およびタッチ時刻を用いて、ユーザによるタッチの速度（触速度）を計測する。
【０１７５】
例えば、触速度計測部２０８は、タッチ時刻ｔで取得した第２タッチ位置（ｘt，ｙt）と、タッチ時刻（ｔ−Δｔ）で取得した第１タッチ位置（ｘt-1，ｙt-1）とを用いて、式（７）により触速度（ｖx，ｖy）を求める。
【０１７６】
【数７】
2013114793.tif 000009
【０１７７】
ここで、ｖxは横方向の触速度を示し、ｖyは縦方向の触速度を示す。
【０１７８】
＜変調信号生成部２０９＞
変調信号生成部２０９は、触速度計測部２０８が計測した触速度が大きいほど高い周波数の成分を有する変調信号を生成する。この変調信号は、アクチュエータ１０７の駆動信号を変調するための信号である。
【０１７９】
例えばユーザに触感として粗さを呈示する場合に、変調信号の生成方法について説明する。
【０１８０】
図１６は、触速度、変調信号および変調された駆動信号の一例を示す。図１６の（ａ）では、時刻０から５秒で触速度が０ｍｍ／ｓから１０ｍｍ／ｓに一定の加速度で変化している。この場合、変調信号生成部２０９は、図１６の（ｂ）に示すような変調信号を生成する。具体的には、変調信号生成部２０９は、式（８）を用いて変調信号を生成する。
【０１８１】
【数８】
2013114793.tif 000010
【０１８２】
ここで、ｓmは変調信号を示し、Ａiはｉ番目の空間周波数の強度を示し、λ（１／ｍｍ）はパネル１０１上に表示されたテクスチャ画像の空間周波数を示す。図１７の例では、テクスチャ画像の凹凸の間隔が２ｍｍであるため、単一の空間周波数λ＝０．５（ｎ＝１）が得られる。そこで、変調信号生成部２０９は、触速度に比例する周波数の正弦波を有する変調信号として生成する。
【０１８３】
図１７の場合、テクスチャは縦方向（ｙ軸方向）の縞模様であるため、式（８）で用いられる触速度は、ユーザのタッチが縞模様を横切る方向（ｘ方向）の速度ｖxとなる。
【０１８４】
ユーザの触速度が大きいほど、図１７のテクスチャの縞模様を単位時間に通過する本数が増えるため、変調信号生成部２０９は、より高い周波数の成分を有する変調信号を生成する。逆に、変調信号生成部２０９は、触速度が小さいほど低い周波数の成分を有する変調信号を生成する。
【０１８５】
＜変調部２１０＞
変調部２１０は、駆動信号生成部１０６により生成された駆動信号を、変調信号生成部２０９により生成された変調信号を用いて変調する。つまり、変調部２１０は、変調信号を用いて駆動信号を振幅変調または周波数変調する。具体的には、変調部２１０は、例えば式（９）のように駆動信号の振幅変調を行ってもよい。
【０１８６】
【数９】
2013114793.tif 000011
【０１８７】
また、変調部２１０は、例えば、式（１０）のように駆動信号の振幅変調を行ってもよい。
【０１８８】
【数１０】
2013114793.tif 000012
【０１８９】
図１６の（ｃ）は、変調された駆動信号の一例を示す。図１６の（ｃ）に示すように、変調部２１０は、触速度に応じた周波数の成分を有する変調信号と、アクチュエータ１０７を駆動するための駆動信号とを乗算することにより、駆動信号を振幅変調することができる。
【０１９０】
なお、本実施の形態において、図１７に示すような画像がタッチされた場合について説明したが、図１８に示すソフトウェアキーボードのように、ボタンが縦横に配置された画像がタッチされた場合に駆動信号が変調されてもよい。この場合は、変調信号生成部２０９は、例えばタッチ位置のボタンに対応する周波数の正弦波の半波長分の変調信号を生成する。なお、キャリア信号生成部１０４は、ボタンに対応する周波数の成分を有するキャリア信号を生成する。例えば２１０Ｈｚに対応するボタンの位置がタッチ位置である場合は、変調部２１０は、図１９Ａに示すように駆動信号を変調する。また例えば、３７０Ｈｚに対応するボタンの位置がタッチ位置である場合には、図１９Ｂに示すように駆動信号を変調する。
【０１９１】
これにより、タッチされたボタンの位置による音響ノイズの変化を低減することができ、ボタンを連続して押したときに聴覚的な違和感を軽減することができる。また、ボタンを押す場合に限らず、所望のボタンを探すためにユーザがパネル１０１上をなぞる動作をした場合においても、同様に音響ノイズの変化を低減することができる。
【０１９２】
以上、１つまたは複数の態様に係る触感呈示装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【０１９３】
例えば、上記各実施の形態では、触感呈示装置は、記憶部を備えていたが、記憶部を備えなくてもよい。この場合、触感呈示装置は、例えば外部記憶装置からタッチ位置に対応する周波数を取得すればよい。
【０１９４】
また、実施の形態２において、触感呈示装置は、駆動信号を変調していたが、キャリア信号および音響信号を変調してもよい。この場合、触感呈示装置は、変調されたキャリア信号と、変調された音響信号を加算することにより、駆動信号を生成すればよい。
【０１９５】
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の触感呈示装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。
【０１９６】
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、パネルをタッチしたユーザに触感を呈示する触感呈示方法であって、前記パネル上の、前記ユーザによりタッチされた位置を取得する位置取得ステップと、前記タッチされた位置が第１位置である場合に第１周波数の成分を有するキャリア信号を生成し、前記タッチされた位置が第２位置である場合に第２周波数の成分を有するキャリア信号を生成するキャリア信号生成ステップと、予め定められた基本周波数に対応する複数の高調波を有する音響信号を生成する音響信号生成ステップと、前記キャリア信号と前記音響信号とを加算することにより駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、前記駆動信号に従って前記パネルを振動させることにより、前記ユーザに触感を呈示する触感呈示ステップと、を含む触感呈示方法を実行させる。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
本発明の一態様に係る触感呈示装置は、パネルをタッチしているユーザに触感を呈示することができるので、タッチパネルを備える、ＴＶ、デジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、または携帯電話などに有用である。
【符号の説明】
【０１９８】
１００、２００  触感呈示装置
１０１  パネル
１０２、２０２  位置取得部
１０３  記憶部
１０４  キャリア信号生成部
１０５  音響信号生成部
１０６  駆動信号生成部
１０７  アクチュエータ
１０７Ａ  第１アクチュエータ
１０７Ｂ  第２アクチュエータ
２０８  触速度計測部
２０９  変調信号生成部
２１０  変調部
３０１  領域
３０２  領域
【図１Ａ】
2013114793.tif 000013
【図１Ｂ】
2013114793.tif 000014
【図２】
2013114793.tif 000015
【図３】
2013114793.tif 000016
【図４】
2013114793.tif 000017
【図５】
2013114793.tif 000018
【図６】
2013114793.tif 000019
【図７】
2013114793.tif 000020
【図８】
2013114793.tif 000021
【図９Ａ】
2013114793.tif 000022
【図９Ｂ】
2013114793.tif 000023
【図１０】
2013114793.tif 000024
【図１１】
2013114793.tif 000025
【図１２】
2013114793.tif 000026
【図１３】
2013114793.tif 000027
【図１４】
2013114793.tif 000028
【図１５】
2013114793.tif 000029
【図１６】
2013114793.tif 000030
【図１７】
2013114793.tif 000031
【図１８】
2013114793.tif 000032
【図１９Ａ】
2013114793.tif 000033
【図１９Ｂ】
2013114793.tif 000034
【国際調査報告】
2013114793.tif 000035
2013114793.tif 000036