(57)【要約】    【構成】  振動提示装置１０はＰＣ１２を含み、ＰＣ１２から与えられる目標振動周波数を含む指令信号に応じた駆動信号をマイコン１４は生成し、パワーアンプ１６を介して偏心モータ型振動子１８に与える。この偏心モータ型振動子１８は、フィルム型の圧電センサ２０を挟んで、ユーザの身体に装着され、マイコン１４の制御によって駆動されると、振動を発生する。この振動は、ユーザに与えられるとともに、圧電センサ２０によって検出される。マイコン１４は、検出された振動周波数と目標振動周波数とを比較し、それらが一致するように、振動周波数を調整する。これにより、偏心モータ型振動子１８がフィードバック制御される。    【効果】  フィルム状の圧電センサを用いるので、ほとんど減衰することなく振動をユーザに提示でき、また、フィードバック制御により、振動子の装着状態に拘わらず所望の振動を与えることができる。【選択図】  図１
2006079191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの身体に装着される振動子を備え、この振動子を駆動することにより、当該ユーザに振動を提示する振動提示装置であって、
前記振動子を駆動する駆動手段、
前記振動子と一体的に設けられ、当該振動子の振動を検出する振動センサ、および
前記駆動手段によって前記振動子が駆動されるとき、前記振動センサの出力を検出する検出手段をさらに備え、
前記駆動手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記振動子の振動の周波数および振幅の少なくとも一方をフィードバック制御する、振動提示装置。
【請求項２】
前記振動センサは圧電フィルムを含み、
前記圧電フィルムを前記ユーザの身体に対向し得る側に配置した、請求項１記載の振動提示装置。
【請求項３】
前記振動子は偏心モータ型振動子を含む、請求項１または２記載の振動提示装置。
【請求項４】
前記振動子はボイスコイル型振動子を含み、
前記駆動手段は、前記検出手段の検出結果と目標振幅とに基づいて、前記ボイスコイル型振動子の振動の振幅をフィードバック制御する、請求項１または２記載の振動提示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は振動提示装置に関し、特にたとえば、ユーザの身体に装着した振動子によって当該ユーザに振動を提示する、振動提示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動触覚を用いた情報提示は、視聴覚による情報提示が不得手とする場面において利用でき、装着者が向いている方向に影響を受けず、装着者本人のみに情報を提示できるなどの特徴がある。広く知られている例としては、携帯電話機のバイブレータ機能がある。また、振動触覚を用いた情報提示の研究例が、非特許文献１および非特許文献２に開示される。非特許文献１によれば、全身触覚スーツの所定位置に振動子が取り付けられ、各振動子の振動による触覚情報により、仮想物体を認識することが可能にされる。また、非特許文献２によれば、振動子が足裏に装着され、いわゆるファントムセンセーションの手法で、振動子の振動による感覚位置が制御される。
【０００３】
また、従来技術の一例が特許文献１に開示される。この特許文献１に開示される振動監視装置では、振動センサは振動計測物に設置されており、振動センサのケースに振動検知手段と振動発生手段とが内蔵される。このような構成の振動監視装置では、振動発生手段に対して振動を発生させ、その振動を振動検知手段によって検出することにより、振動センサの健全性の確認を行うようにしてある。
【非特許文献１】矢野博明，小木哲朗，廣瀬通孝，振動子を用いた全身触覚提示デバイスの開発，日本バーチャルリアリティ学会論文誌，Vol.3,No.3,pp141-148,1998
【非特許文献２】久米祐一郎，白井暁彦，津田元久，畑田豊彦：足裏への皮膚振動刺激による情報伝達，日本バーチャルリアリティ学界論文誌，Vol.3,No.3,pp.83-88,1998
【特許文献１】特開平８−１５９８６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、非特許文献１では、振動の強弱をつけることなく、振動のオン／オフのみによって触覚情報を提示するようにしてあるため、仮想物体への接触／非接触のような単純な情報が提示されるだけであった。つまり、携帯電話機のバイブレータ機能のように、振動子のオン／オフを制御するだけであるため、提示できる情報量は少なかった。
【０００５】
また、非特許文献２では、振動子と皮膚面との接触圧を精密に、かつ一定に保つことが困難であること等から感覚受容器を刺激する物理量を正確に求めることが困難であるため、振動強度がＰＣから出力される駆動電圧に比例して変化するものとして、便宜的に刺激量を変化させるようにしてある。このため、所望の振動周波数や振幅を正確に再現することが困難である。つまり、振動子の装着状態または皮膚の状態などの要因により、振動周波数や振動の振幅などが変化しても、これに対応することができなかった。
【０００６】
さらに、特許文献１に開示される振動監視装置では、校正テーブルに従って振動制御信号と周波数制御信号とを送り、それによって、振動子を振動させ、その振動を圧電素子によって検出し、振動センサの健全性を確認するようにしてある。しかし、この振動センサは、そのケース内部に振動子と圧電素子とを設けるようにしてあるため、これを人間の身体に振動を提示する装置としてそのまま用いた場合には、ケースの厚みや材質により、提示する振動が減衰（低減）してしまうという問題がある。また、装着位置や装着状態などの要因により、所望の振動周波数や振幅を正確に再現することが困難である点は、上述した非特許文献１および非特許文献２の場合と同じである。つまり、身体に振動を提示する装置には不向きである。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、所望の振動を確実に提示することができる、振動提示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、ユーザの身体に装着される振動子を備え、この振動子を駆動することにより、当該ユーザに振動を提示する振動提示装置であって、振動子を駆動する駆動手段、振動子と一体的に設けられ、当該振動子の振動を検出する振動センサ、および駆動手段によって振動子が駆動されるとき、振動センサの出力を検出する検出手段をさらに備え、駆動手段は、検出手段の検出結果に基づいて、振動子の振動の周波数および振幅の少なくとも一方をフィードバック制御する。
【０００９】
請求項１の発明では、振動提示装置は、ユーザの身体に装着される振動子を備え、この振動子を駆動することにより、当該ユーザに振動（刺激）を提示する。駆動手段は、たとえば指令信号に従って振動子を駆動する。この振動子は、圧電センサと一体的に設けられ、ユーザの身体に装着される。検出手段は、振動子が駆動されるとき、つまり、振動が発生したときの圧電センサの出力を検出する。たとえば、圧電センサは、振動子の実際の振動の周波数および振動の振幅に応じた電圧（交流電圧）を出力する。駆動手段は、検出手段の検出結果に基づいて、振動子の振動の周波数および振幅の少なくとも一方をフィードバック制御する。つまり、振動子の振動の周波数が目標振動周波数に一致するように制御されたり、または、振動子の振動の振幅が目標振幅に一致するように制御されたり、或いは、それらの両方が制御されたりする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、振動子の振動の周波数および振幅の少なくとも一方をフィードバック制御するので、所望の振動周波数または所望の振幅或いはその両方で振動子を振動させることができる。つまり、所望の振動をユーザに提示することができる。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１に従属し、振動センサは圧電フィルムを含み、圧電フィルムをユーザの身体と対向し得る側に配置した。
【００１２】
請求項２の発明では、振動センサとして、圧電フィルムが用いられる。圧電フィルムは振動子の振動をフィルムの変位に従う電気信号で出力する。この圧電フィルムは、ユーザの身体と対向（対面）し得る側に配置される。たとえば、圧電フィルムは、振動子とユーザの身体との間に挟むように配置され、振動子の振動を検出する。
【００１３】
請求項２の発明によれば、振動センサとして圧電フィルムを用いるので、ユーザの身体に対向し得る側であり、振動子とユーザの身体のとの間に挟むように配置することができ、しかもフィルム状であるため、振動子の振動量の減衰を可及的少なくすることができる。つまり、確実に所望の振動をユーザに提示することができ、振動子の実際の振動を正確に検出することもできる。
【００１４】
請求項３の発明は請求項１または２に従属し、振動子は偏心モータ型振動子を含む。
【００１５】
請求項３の発明では、振動子として偏心モータ型振動子が用いられる。駆動手段は、検出手段の検出結果（振動子の実際の振動周波数および実際の振幅）に基づいて、偏心モータ型振動子の振動周波数および振動振幅の少なくとも一方をフィードバック制御する。つまり、実際の振動周波数を目標周波数に一致させるとともに、実際の振幅を目標振幅に一致させるように、偏心モータ型振動子を駆動する。または、振動周波数および振動振幅のいずれか一方をフィードバック制御する。
【００１６】
請求項３の発明によれば、偏心モータ型振動子を用いて、これをフィードバック制御するので、所望の振動周波数または所望の振動振幅或いはその両方で振動子を振動させることができる。したがって、目標振動周波数や目標振幅を変化させることにより、異なる種類の振動を提示することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１または２に従属し、振動子はボイスコイル型振動子を含み、駆動手段は、検出手段の検出結果と目標振幅とに基づいて、ボイスコイル型振動子の振動の振幅をフィードバック制御する。
【００１８】
請求項４の発明では、振動子としてボイスコイル型振動子が用いられる。駆動手段は、検出手段の検出結果すなわち振動子の実際の振幅と目標振幅とに基づいて、ボイスコイル型振動子の振動振幅をフィードバック制御する。つまり、実際の振幅を目標振幅に一致させるように、ボイスコイル型振動子を駆動する。
【００１９】
請求項４の発明によれば、振動子としてボイスコイル型振動子を用いても、所望の振幅の振動を提示することができる。
【００２０】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜第１実施例＞
図１を参照して、この第１実施例の振動提示装置１０は、ＰＣ１２を含み、図示は省略するが、ユーザの身体に装着される。ＰＣ１２は、ホストコンピュータとして機能する。ただし、ＰＣ１２に代えて、ワークステーションを設けることも可能である。ＰＣ１２には、マイコン１４が接続され、マイコン１４はＰＣ１２の指示の下、偏心モータ型振動子１８の駆動を制御する。具体的には、ＰＣ１２は、目標の振動周波数（目標振動周波数）を含む駆動指示（指令信号）をマイコン１４に与える。マイコン１４は、指令信号に応じて、駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成し、出力する。この駆動信号は、パワーアンプ１６で増幅された後、偏心モータ型振動子１８に与えられる。つまり、ＰＣ１２からの指令信号に従う駆動電圧が偏心モータ型振動子１８に与えられる。
【００２２】
偏心モータ型振動子１８は、身体装着用の振動子であり、図示は省略するが、これと一体的に設けられる振動センサ（この第１実施例では、「圧電センサ」）２０とともに、ユーザの身体における所望の部分（箇所）すなわち被振動部に圧電センサ２０を接触させるように、装着される（貼り付けられる）。具体的には、偏心モータ型振動子１８および圧電センサ２０は、偏心モータ型振動子１８とユーザの身体との間に圧電センサ２０を挟むように、ユーザの身体に貼り付けられる。つまり、圧電センサ２０は、ユーザの身体に対向（対面）し得る側に配置されるのである。
【００２３】
ここで、図２を参照して分かるように、偏心モータ型振動子１８は、圧電センサ２０上に配置され、偏心モータ型振動子１８と圧電センサ２０とは、たとえば、両面テープや接着剤などによって一体的に設けられる。なお、図２においては、偏心モータ型振動子１８の内部を分かり易く示すために、その筐体１８ａの蓋が開いた状態を示してある。筐体１８ａの内部には、回転軸１８ｂが設けられ、この回転軸１８ｂには、当該回転軸１８ｂを左右非対称とするための重り１８ｃが固定される。したがって、回転軸１８ｂが回転すると、重り１８ｃも回転され、図３に示すように、偏心モータ型振動子１８が水平方向に振動し、これによって、上下方向にも振動する。このような振動が、圧電センサ２０を介して、ユーザの身体に伝わる。つまり、ユーザに振動が提示される。
【００２４】
なお、図２では省略するが、偏心モータのコイルや磁石等は、筐体１８ａの内部であり、重り１８ｃの下部に設けられる。
【００２５】
また、図２に示すように、圧電センサ２０は、圧電フィルム２０ａを含み、この圧電フィルム２０ａ上に偏心モータ型振動子１８が固定的に設けられる。この圧電センサ２０としては、たとえば、東京センサ株式会社製の振動センサ「ＳＤＴ１−０２８Ｋ（品番）」を用いることができる。この振動センサは、圧電フィルムの表面の変位を電気信号に変換して出力するものである。この第１実施例では、偏心モータ型振動子１８の振動による変形の変化に応じた電気信号が出力される。なお、振動センサから出力される電気信号は、偏心モータ型振動子１８の振動の周波数と振動の振幅とを反映している。このように、フィルム状の圧電センサ２０を用いるので、上述したように、圧電センサ２０を偏心モータ型振動子１８とユーザの身体との間に挟むように設けても、偏心モータ型振動子１８の振動を、ほとんど減衰させることなく、ユーザの身体に提示することができる。また、身体に装着される偏心モータ型振動子１８は、その装着位置、装着方法、装着状態などにより、負荷が影響を受けるため、提示する振動が変化するが、偏心モータ型振動子１８の実際の振動を圧電センサ２０によって正確に検出することができる。
【００２６】
図１に戻って、圧電センサ２０は、偏心モータ型振動子１８の振動を検出すると、当該振動に応じた電圧を出力する。つまり、実際の偏心モータ型振動子１８の振動周波数（説明の都合上、以下、「検出振動周波数」という。）および振動の振幅に対応する交流電圧が出力される。圧電センサ２０からの出力（出力電圧）は、プリアンプ２２で増幅され、コンパレータ２４に入力される。コンパレータ２４は、増幅された出力電圧を波形整形し、矩形波の電圧をマイコン１４に出力する。つまり、コンパレータ２４は、正弦波状に変化するアナログ波形をディジタル的なオン／オフの波形に整形するのである。
【００２７】
マイコン１４は、入力された矩形波の電圧からその周波数（検出振動周波数）を計測し、目標振動周波数と検出振動周波数とを比較し、ＰＷＭ波形（ＰＷＭ信号）のデューティ比を算出し、検出振動周波数およびＰＷＭ信号のデューティ比をＰＣ１２に送信する。これにより、ＰＣ１２上でそれらの値をモニタリングすることができる。図示は省略するが、ＰＣ１２にディスプレイ（ＬＣＤやＣＲＴモニタ）を接続しておけば、それらの値を、数値または時系列に従う折れ線グラフにより、可視表示することができる。
【００２８】
また、マイコン１４は、算出したＰＷＭ信号のデューティ比に対してフィードバック制御を実行する。つまり、検出振動周波数が目標振動周波数と一致するように、マイコン１４で生成および出力されるＰＷＭ信号のデューティ比を調整する。ここで、デューティ比は、０〜１００％で表すことができ、この第１実施例では、０〜１００％を０〜１０２３の値に対応させ、１０ビットの分解能で調整される。
【００２９】
たとえば、マイコン１４は、検出振動周波数が目標振動周波数よりも小さい場合には、１０ビットで表されるデューティ比の値に「１」加算する。一方、検出振動周波数が目標振動周波数よりも大きい場合には、１０ビットで表されるデューティ比の値から「１」減算する。つまり、数１に従って、デューティ比（Ｄ）は調整されるのである。ただし、数１において、ｆ１は目標振動周波数であり、ｆ２は検出振動周波数（圧電センサ２０で検出された偏心モータ型振動子１８の振動周波数）である。
【００３０】
＜数１＞
Ｄ＝Ｄ＋１  （ｆ１＞ｆ２）
Ｄ＝Ｄ−１  （ｆ１＜ｆ２）
０≦Ｄ≦１０２３
このような構成の振動提示装置１０について、動作検証実験を行った。具体的には、圧電センサ２０が正常に動作しているかどうか、およびフィードバック制御が正常に行われているかどうかを検証実験した。
【００３１】
上述したように、圧電センサ２０は、偏心モータ型振動子１８の振動によるその表面すなわち圧電フィルム２０ａ表面の変形の変化に応じた電気信号を出力している。また、偏心モータ型振動子１８は、単純な上下振動ではなく、圧電フィルム２０ａ表面に対して複雑な振動（水平方向および上下方向の振動）を与えているため、正確に周波数が計測できているかどうかを検証する必要がある。
【００３２】
そこで、レーザ型距離読み取り計を用いて振動周波数を物理的に読み取り、圧電センサ２０（振動センサ）で読み取った振動周波数（検出振動周波数）と比較する実験を行った。なお、レーザ型距離読み取り計は、株式会社キーエンス製のＣＣＤレーザ変位センサ「ＬＫ−０３０／ＬＫ−２０００（品番）」を用いた。
【００３３】
ただし、実際の装着状態を考慮して、ユーザ（人間）に偏心モータ型振動子１８および圧電センサ２０を取り付けると、レーザ型距離読み取り計（以下、「レーザセンサ」という。）が人間の微妙な動きも計測してしまう。このため、検証実験においては、人間の皮膚を模したモデルを利用して、このモデルに偏心モータ型振動子１８および圧電センサ２０を装着した。具体的には、卓上に人間の皮膚を模した、たとえば皮膚とほぼ同じ弾性係数を有する、直方体のスポンジを置き、その上に圧電センサ２０を置き、さらにその上に偏心モータ型振動子１８を置き、それぞれを両面テープで固定した。この状態で、レーザセンサによって、最も振動が正確に取れる偏心モータ型振動子１８の横方向の変位を計測した。
【００３４】
偏心モータ型振動子１８に与える駆動電圧（ＰＷＭ信号）のデューティ比が９８％，７８％，５８%および３９%の場合について計測した。その結果が図４に示される。図４は、圧電センサ２０（振動センサ）の出力周波数とレーザセンサの出力周波数との関係を示している。ここで、図４に示す点線は、傾きが１の直線であり、この直線上では、圧電センサ２０の出力周波数とレーザセンサの出力周波数とが一致することになる。図４から分かるように、デューティ比がいずれの場合にも、圧電センサ２０の出力周波数とレーザセンサの出力周波数とのずれは少ないため、圧電センサ２０によって検出される振動モータ１８の振動周波数はほぼ正確であると考えられる。つまり、圧電センサ２０は正常に動作していると言える。
【００３５】
次に、フィードバック制御が正常に行われているかどうかを検証するために、上述したようなモデルを用いて、振動子（偏心モータ型振動子１８）に外的要因を与えて振動周波数の変化を計測した。具体的には、ともに水平な状態になるように、上記スポンジに圧電センサ２０が接触する状態で偏心モータ型振動子１８を重ねて設置し、上から重りを載せることにより振動周波数を変化させる。このモデルは、偏心モータ型振動子１８を人間の腕に装着している状態で、偏心モータ型振動子１８が上から急に押された状態（偏心モータ型振動子１８が人間の腕に急に押し込まれた状態）を模している。検証実験は、フィードバック制御する場合とフィードバック制御しない場合とについて行い、それぞれの結果は図５に示される。
【００３６】
図５は、振動周波数（検出振動周波数）の時間変化を示すグラフである。ただし、検証実験を開始してから、６００ｍｓ経過した時点で、重りが偏心モータ型振動子１８に載せられた。この図５から分かるように、フィードバック制御しない場合には、重りが偏心モータ型振動子１８に載せられると、そのことにより、振動周波数が変動するだけであり、目標周波数に収束することはない。一方、フィードバック制御する場合には、振動周波数は、検証実験の開始から次第に目標周波数に収束し始めて、約２００ｍｓ経過した時点で、目標周波数でほぼ安定する。その後、重りが偏心モータ型振動子１８に載せられると、そのことにより、振動周波数は目標周波数からずれてしまうが、検証実験開始から約８５０ｍｓ経過した時点（重りを載せてから約２５０ｍｓ経過した時点）で、再び目標周波数でほぼ安定する。このように、振動提示装置１０では、フィードバック制御も正常に行われていることが分かる。
【００３７】
この第１実施例によれば、振動子をフィードバック制御するようにするため、振動子の装着状態が変化しても、所望の周波数の振動を提示することができる。
【００３８】
また、ユーザの身体に、フィルム状の圧電センサを介して振動子を装着するので、振動子による振動をほとんど減衰させることなく、ユーザに提示することができる。
【００３９】
なお、第１実施例では、詳細な説明は省略したが、目標振動周波数を変化させれば、これに従って振動子の振動周波数を変化させることができ、単なる振動のオン・オフではなく、強さの異なる（周波数の異なる）振動を提示できる。つまり、提示する情報量を増やすことができる。
【００４０】
また、第１実施例では、１つの振動子を設けた場合について説明したが、振動子は２つ以上設けることも可能である。かかる場合には、振動子の数と同数の圧電センサが設けられ、各振動子の振動周波数がフィードバック制御される。このようにすれば、振動する振動子を時系列に従って変化させたり、各振動子の振動周波数を異ならせたりすることにより、様々な情報を提示することができる。たとえば、２つの振動子を所定の間隔で配置し、各振動子を同じ強さで同時に振動させれば、２つの振動子の直線上であり、それらの中央に振動が加えられるように、ユーザは知覚する。この場合に、各振動子の振動の強さを異なるようにすれば、ユーザが知覚する振動の位置を変化させることができる。さらには、複数の振動子の配列を工夫し、振動子を時系列的なパターンで順次駆動することにより、方向の情報やアナログ量的な情報も提示することができる。
【００４１】
このように、ユーザに対して情報を提示する場合には、振動の切り換え（オン・オフ）も重要な要素となる。一般的に、偏心モータ型振動子の駆動電圧は、図６（Ａ）に示すような矩形波で表される。このような駆動電圧を偏心モータ型振動子に印加した場合には、図６（Ｂ）に示すような偏心モータ（偏心モータ型振動子１８）の応答特性が得られる。この図６（Ｂ）を参照して分かるように、図６（Ａ）に示すような駆動電圧が印加されると、偏心モータ型振動子の変位すなわち振動は、当該駆動電圧の立ち上がりと立ち下がりで、緩やかに変化してしまう。つまり、偏心モータ型振動子１８の応答特性は鈍い。このため、立ち上がりと立ち下がりとにおいても偏心モータ型振動子１８の応答特性を鋭く（改善）するために、駆動電圧の波形を変形させることが考えられる。たとえば、図７（Ａ）に示すように、駆動電圧の立ち上がり時の電圧を定常状態時よりも高く設定し、駆動電圧の立ち下がり時の電圧を０レベルよりも小さくする（逆起電力を与える）ようにすれば、短い時間の振動（刺激）をユーザに与えることを可能にすることができる。ただし、実際には、偏心モータすなわち偏心モータ型振動子１８を停止させる場合には、モータの端子が短絡される。この図７（Ａ）に示すような駆動電圧を偏心モータ型振動子１８に印加するようにすれば、応答特性が改善され、図７（Ｂ）に示すように、目標振幅に達するまでの時間を短縮でき、また、モータが停止するまでの時間を短縮できる。ただし、図７（Ｂ）では、応答特性を分かり易く示すために、振幅の時間変化を示してある。
【００４２】
さらに、この第１実施例では、圧電フィルム２０ａを露出した状態で用いるようにしてあるが、これの外側すなわち人体に対向（対面）する側に保護用のフィルムを設けることもできる。この保護用のフィルムとしては、ユーザ（人間）の身体への接触を考慮すると、人間の皮膚の平均的な弾性率に近似する弾性率のもの、圧電フィルム（２０ａ）の弾性率に近似する弾性率のもの、または、薄い剛性の高いものなどを用いることができる。
【００４３】
また、この第１実施例では、振動センサとして圧電センサを用いるようにしたが、歪検出素子を用いることもできる。この歪検出素子は、たとえば、歪ゲージ（フィルム状素材に抵抗線を這わせたもの）である。
＜第２実施例＞
図８に示す第２実施例の振動提示装置１０´は、偏心モータ型振動子１８の振動の周波数に加えて、その振動の振幅をフィードバック制御するようにした以外は第１実施例と同じであるため、重複する内容については簡単に説明することにする。
【００４４】
図８を参照して分かるように、振動提示装置１０´には、第１実施例の振動提示装置１０において、プリアンプ２２とマイコン１４との間にピークメータ２６がさらに設けられる。この第３実施例の振動提示装置１０´では、ＰＣ１２から、目標振動周波数および目標の振幅（目標振幅）を含む指令信号がマイコン１４に与えられる。マイコン１４は、指令信号に応じて、駆動信号を生成し、パワーアンプ１６に出力する。したがって、指令信号に従う駆動電圧が偏心モータ型振動子１８に与えられる。
【００４５】
すると、偏心モータ型振動子１８は振動し、その振動が圧電センサ２０によって検出される。圧電センサ２０は、検出した振動に応じた電圧を出力する。この電圧（出力電圧）は、プリアンプ２２で増幅され、コンパレータ２４に入力されるとともに、ピークメータ２６に入力される。
【００４６】
ここで、コンパレータ２４からの出力に基づいて、偏心モータ型振動子１８の振動周波数がフィードバック制御される点は、第１実施例と同じであるため、重複した説明は省略する。
【００４７】
ピークメータ２６は、増幅された出力電圧の振幅の最大値（波高値）を検出し、検出した波高値をマイコン１４に入力する。つまり、偏心モータ型振動子１８の実際の振幅（以下、「検出振幅」という。）がマイコン１４に入力される。マイコン１４は、検出振幅と目標振幅とを比較し、検出振幅が目標振幅に一致するように、パワーアンプ１６に与える指令信号（駆動信号）の振幅を調整（制御）する。このようにして、偏心モータ型振動子５８の振幅がフィードバック制御される。なお、振幅のフィードバック制御の方法は、第１実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
ここで、たとえば、フィードバック制御を行わない場合には、偏心モータ型振動子１８を押さえつける（圧迫する）と、偏心モータの回転数が上昇する。このとき、ユーザには振動が強くなったように感じられる。一方、第１実施例のように、周波数のみを一定にするようフィードバック制御を行う場合には、偏心モータ型振動子１８を押さえつけると、回転数を一定に保つように制御するが、その際、偏心モータに流れる電流が初期状態より減少し、偏心モータ型振動子１８の振動の振幅が著しく減少する。このため、ユーザの感覚としては、振動が弱くなったように感じてしまう。そこで、この第２実施例に示すように、偏心モータ型振動子１８の振動の周波数および振幅の両方をフィードバック制御する場合に、振動の周波数を完全には一定に保持せずに、振幅が初期状態から設定値以上減少しないように制御することにより、ユーザの感覚において振動強度が一定に保たれるようにすることが可能になる。
【００４９】
第２実施例によれば、振動子をフィードバック制御するようにするため、振動子の装着状態が変化しても、所望の周波数および所望の振幅の振動を提示することができる。このため、第１実施例で示した場合よりもさらに振動の種類を増加でき、豊富な種類の情報を提示することができる。
【００５０】
また、第２実施例では、振動の周波数および振幅の両方をフィードバック制御するので、安定した振動すなわち強度が一定に保たれた振動をユーザに提示することができる。
【００５１】
なお、第２実施例では、振動の周波数および振幅の両方をフィードバック制御するようにしたが、振動の振幅のみをフィードバックするようにしてもよい。
＜第３実施例＞
第３実施例の振動提示装置は、ボイスコイル型振動子を用いて、ユーザに振動を提示するものであり、ボイスコイル型振動子の振動の振幅をフィードバック制御することができる。なお、この第３実施例においては、第１実施例または第２実施例と同じ内容については簡単に説明することにする。
【００５２】
図９を参照して、第３実施例の振動提示装置５０はＰＣ５２を含み、このＰＣ５２はホストコンピュータとして機能するとともに、第１実施例で示したマイコン１４と同様に、振動子の制御機能も有している。ＰＣ５２には、Ｓｉｎ波（正弦波）発生器５４およびパワーアンプ５６が接続される。ＰＣ５２は、Ｓｉｎ波発生器５４に周波数の指令値を与え、パワーアンプ５６に振幅の指令値を与える。Ｓｉｎ波発生器５４は、ＰＣ５２からの周波数の指令値に応じて、当該周波数で所定の振幅のＳｉｎ波（正弦波）を発生し、パワーアンプ５６に入力する。
【００５３】
なお、Ｓｉｎ波発生器５４で発生される正弦波の所定の振幅は、振動提示装置５０の製造時等の出荷前に設定される任意の値である。
【００５４】
パワーアンプ５６は、ＰＣ５２から与えられる振幅の指令値に従って、Ｓｉｎ波発生器５４から入力された正弦波の振幅を調整し、振幅が調整された正弦波（駆動信号）をボイスコイル型振動子５８に与える。つまり、ボイスコイル型振動子５８に、ＰＣ５２が指示する振幅および周波数を有する交流の駆動電圧が印加される。
【００５５】
ボイスコイル型振動子５８は、図１０に示すように、圧電センサ６０の圧電フィルム６０ａ上に配置される。ただし、図１０においては、ボイスコイル型振動子５８の構成を分かり易くするために、その断面を示してある。たとえば、このボイスコイル型振動子５８としては、ＮＥＣトーキン株式会社製のマルチアクター（商品名）を用いることができ、その詳細な構成および動作については、特開２００３−３０００１７号に開示される。なお、圧電センサ６０は、第１実施例で示した圧電センサ２０と同じであるため、その詳細な説明は省略することにする。
【００５６】
図１０を参照して、ボイスコイル型振動子５８の構成および動作について簡単に説明することにする。このボイスコイル型振動子５８は、振動伝達部としての筐体５８ａを含み、筐体５８ａの内部には２つのサスペンション５８ｂが設けられる。このサスペンション５８ｂには、ヨーク５８ｃが連結され、筐体５８ａ内で柔軟に支持される。ヨーク５８ｃには、永久磁石５８ｄが連結される。ヨーク５８ｃと永久磁石５８ｄとによって形成される空隙にボイスコイル５８ｅが設けられる。このボイスコイル５８ｅは、筐体５８ａに固定される振動体５８ｆに固定的に設けられる。図示は省略するが、ボイスコイル５８ｅにパワーアンプ５６からの駆動電圧（交流電圧）が印加される。すると、永久磁石５８ｄ（およびヨーク５８ｃ）またはボイスコイル５８ｅが上下方向に移動を繰り返す。したがって、永久磁石５８ｄおよびヨーク５８ｃの上下方向の移動がサスペンション５８ｂを介して筐体５８ａに伝わり、筐体５８ａが振動する。また、ボイスコイル５８ｅの上下方向の移動によって、振動体５８ｆが上下方向に移動し、筐体５８ａが振動する。ただし、永久磁石５８ｄとボイスコイル５８ｅとは、互いに作用して逆位相で動作を行い、外部に振動を伝える。この場合、振動体５８ｆが変形し易く形成されている場合には、その振動体５８ｆの振動を、圧電フィルム２０ａを介してユーザの身体に提示することもできる。
【００５７】
なお、図１０では表現できないが、永久磁石５８ｄの移動速度および加速度はボイスコイル型振動子５８の駆動電圧によって決定され、ひいては、振動の強さ（振幅の大きさ）に影響する。
【００５８】
図９に戻って、ボイスコイル型振動子５８の振動は圧電センサ６０によって検出される。圧電センサ６０は、ボイスコイル型振動子５８の振動を検出すると、当該振動に応じた電圧を出力する。つまり、ボイスコイル型振動子５８の実際の振動周波数（以下、「検出振動周波数」という。）および実際の振動の振幅（以下、「検出振幅」という。）に対応する交流電圧が出力される。圧電センサ６０からの出力電圧は、プリアンプ６２で増幅され、フィルタ（この第１実施例では、ＬＰＦ）６４でノイズ除去された後、ｆ／Ｖ変換器６６およびピークメータ６８に与えられる。
【００５９】
ｆ／Ｖ変換器６６は、増幅およびノイズ除去された圧電センサ６０の出力電圧の周波数を検出し、検出した周波数すなわち検出振動周波数を電圧値（ＤＣ電圧）に変換して、ＰＣ５２に入力する。また、ピークメータ６８は、増幅およびノイズ除去された圧電センサ６０の出力電圧の振幅すなわち検出振幅についてのピーク値を検出し、検出したピーク値をＰＣ５２に入力する。
【００６０】
ＰＣ５２は、ｆ／Ｖ変換器６６から入力された電圧値から振動周波数（検出振動周波数）を算出し、周波数の指令値と比較する。ここで、ボイスコイル型振動子５８は、正常に動作している限りにおいては、駆動電圧（交流電圧）の周波数と同じ周波数で振動する。したがって、ＰＣ５２は、検出振動周波数が周波数の指令値と大幅にずれている場合には、システム異常であると判断する。図示は省略するが、ＰＣ５２に、ディスプレイやスピーカ等の出力装置を接続しておき、システム異常と判断した場合には、警告メッセージや警告音またはそれらの両方により、ユーザにシステム異常を報知するようにしてもよい。また、ＰＣ５２は、ピークメータ６８から入力されたピーク値（検出振幅）と目標振幅とを比較し、検出振幅が目標振幅に一致するように、パワーアンプ５６に与える振幅の指令値を調整（制御）する。
【００６１】
このようにして、ボイスコイル型振動子５８の振幅がフィードバック制御される。なお、振幅のフィードバック制御の方法は、第１実施例と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
第３実施例によれば、所望の振幅の振動を確実に提示することができるので、ユーザに所望の情報を提示することができる。
【００６３】
なお、第３実施例では、図１０に示したように、振動体５８ｆ側が圧電フィルム６０ａに接触するように、ボイスコイル型振動子５８を配置するようにしたが、図１０に示す状態と上下を逆にして配置するようにしても、ユーザの身体に振動を提示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の第１実施例の振動提示装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す偏心モータ型振動子の構成および圧電センサを示す図解図である。
【図３】図１に示す偏心モータ型振動子の振動する様子を示す図解図である。
【図４】図１に示す偏心モータ型振動子にデューティ比の異なる駆動電圧を印加して、偏心モータ型振動子の振動を圧電センサで検出した場合の出力周波数とレーザセンサで検出した場合の出力周波数との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す振動提示装置を用いて偏心モータ型振動子の振動をフィードバック制御した場合とフィードバック制御しない場合との振動周波数の時系列変化を示すグラフである。
【図６】図１に示すパワーアンプが偏心モータ型振動子に与える駆動電圧の一例および偏心モータ型振動子の応答特性を示す図解図である。
【図７】図１に示すパワーアンプが偏心モータ型振動子に与える駆動電圧の他の例およびその場合の偏心モータ型振動子の応答特性を示す図解図である。
【図８】この発明の第２実施例の振動提示装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の第３実施例の振動提示装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示すボイスコイル型振動子の構成および圧電センサを示す図解図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０，５０  …振動提示装置
１２，５２  …ＰＣ
１４  …マイコン
１６，５６  …パワーアンプ
１８，５８  …振動子
２０，６０  …圧電センサ
２２，６２  …プリアンプ
２４  …コンパレータ
２６，６８  …ピークメータ
６６  …ｆ／Ｖ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006079191.tif 000008
【図７】
2006079191.tif 000009
【図８】
2006079191.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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