(57)【要約】      （修正有）【課題】アクチュエータの制動時における加速度振動減衰の効果を向上することにより、ユーザに対して適切な触覚効果を与えることのできる触覚出力装置を提供する。【解決手段】触覚効果を生成するアクチュエータ１０２と、駆動信号および制動信号を前記アクチュエータに伝達する信号伝達部と、を備える。信号伝達部は、駆動信号が停止された後に、伝達する信号をゼロとするブランク時間を設けた後、制動信号を伝達する。制動信号は、前記駆動信号と同じ周波数を有し、且つ、駆動信号の逆相である。【選択図】図１Ａ
2019101524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触覚効果を生成するアクチュエータと、
駆動信号および制動信号を前記アクチュエータに伝達する信号伝達部と、
を備え、
前記信号伝達部は、前記駆動信号が停止された後に、伝達する信号をゼロとするブランク時間を設けた後、前記制動信号を伝達し、
前記制動信号は、前記駆動信号と同じ周波数を有し、且つ、前記駆動信号の逆相である、触覚出力装置。
【請求項２】
前記制動信号は、前記駆動信号の停止後の加速度がピークとなるタイミングで、ゼロレベルから伝達を開始される、請求項１に記載の触覚出力装置。
【請求項３】
前記制動信号の振幅は、前記駆動信号の振幅と同じである、請求項１または請求項２に記載の触覚出力装置。
【請求項４】
前記駆動信号は、前記アクチュエータの共振周波数と同じ周波数を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の触覚出力装置。
【請求項５】
前記信号伝達部は、前記駆動信号の停止後、所定の経過時間を計測したタイミングで前記制動信号の伝達を開始する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の触覚出力装置。
【請求項６】
振動の加速度を検知する加速度センサをさらに有し、
前記信号伝達部は、前記加速度センサから出力される信号に基づいたタイミングで前記制動信号の伝達を開始する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の触覚出力装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、振動体と、前記振動体を直線方向に振動可能に支持する弾性部材と、前記振動体に電磁力を与えるコイルと、を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の触覚出力装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の触覚出力装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種機器に搭載され、機器を使用するユーザに対して触覚フィードバックを与えることのできる触覚出力装置が開発されている。触覚出力装置においては、触覚効果を生成するためにアクチュエータが備えられる。アクチュエータは、触覚効果を生成するために振動を出力する。
【０００３】
アクチュエータが駆動されると、触覚出力装置を搭載される機器に発生する加速度振動を通じてユーザに触覚フィードバックが与えられる。アクチュエータが制動されると、加速度振動は減衰する。制動時に加速度振動の減衰する速度が低いと、ユーザに好ましくない感覚を与える。そこで、特許文献１には、従来の触覚出力装置の一例が開示される。
【０００４】
特許文献１の触覚出力装置は、触覚効果を生成するアクチュエータと、プロセッサと、を有する。プロセッサは、駆動信号と制動信号をアクチュエータに伝達する。プロセッサは、駆動信号が停止される前またはそれと同時に、制動信号をアクチュエータに伝達する。制動信号は、アクチュエータの共振周波数と実質的に同じ周波数であり、且つ駆動信号の逆相である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１７０５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、ユーザに適切な触覚効果を与える技術の開発が要望される状況であり、本発明者は、更なる改良を行うべく新規な技術の開発検討を鋭意行った。
【０００７】
本発明は、アクチュエータの制動時における加速度振動減衰の効果を向上することにより、ユーザに対して適切な触覚効果を与えることのできる触覚出力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の例示的な触覚出力装置は、触覚効果を生成するアクチュエータと、駆動信号および制動信号を前記アクチュエータに伝達する信号伝達部と、を備え、前記信号伝達部は、前記駆動信号が停止された後に、伝達する信号をゼロとするブランク時間を設けた後、前記制動信号を伝達し、前記制動信号は、前記駆動信号と同じ周波数を有し、且つ、前記駆動信号の逆相である構成としている。
【発明の効果】
【０００９】
例示的な本発明の触覚出力装置によれば、アクチュエータの制動時における加速度振動減衰の効果を向上することにより、ユーザに対して適切な触覚効果を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の例示的な第１実施形態に係る触覚出力装置の構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の例示的な第２実施形態に係る触覚出力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、例示的なアクチュエータの分解斜視図である。
【図３】図３は、アクチュエータの駆動・制動時における各種波形の一例を示すグラフである。
【図４】図４は、図３における駆動期間から制動期間へ移行する箇所を要部的に示す拡大図である。
【図５】図５は、変形例に係るアクチュエータの駆動・制動制御に関するグラフである。
【図６】図６は、アクチュエータの制動制御の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、触覚出力装置を搭載した電子機器の一例を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
＜１．触覚出力装置の構成＞
図１Ａは、本発明の例示的な第１実施形態に係る触覚出力装置１０の構成を示すブロック図である。図１Ａに示すように、触覚出力装置１０は、プロセッサ１０１と、アクチュエータ１０２と、を有する。
【００１３】
プロセッサ１０１は、各種処理を行う制御装置であり、アクチュエータ１０２に対しては駆動信号および制動信号を出力し、アクチュエータ１０２の駆動・制動を行う。すなわち、プロセッサ１０１は、駆動信号および制動信号をアクチュエータ１０２に伝達する信号伝達部として機能する。
【００１４】
アクチュエータ１０２は、振動を生成する機能を有し、アクチュエータ１０２の搭載された機器に振動を発生させることで、機器のユーザに対して触覚フィードバックを与える。すなわち、アクチュエータ１０２は、触覚効果を生成する。なお、アクチュエータ１０２の具体的な構成例については後述するが、構成はそれに限定されることはない。
【００１５】
図１Ｂは、本発明の例示的な第２実施形態に係る触覚出力装置２０の構成を示すブロック図である。図１Ｂに示すように、触覚出力装置２０は、プロセッサ２０１と、アクチュエータ２０２と、加速度センサ２０３と、を有する。
【００１６】
プロセッサ２０１とアクチュエータ２０２については、先述した第１実施形態のプロセッサ１０１とアクチュエータ１０２と同様である。加速度センサ２０３は、アクチュエータ２０２に備えられる振動体（不図示）の加速度を測定するセンサである。すなわち、加速度センサ２０３は、振動の加速度を検知する。加速度センサ２０３から出力される加速度信号は、プロセッサ２０１に出力される。プロセッサ２０１は、加速度信号に基づき後述する制御を行う。
【００１７】
＜２．アクチュエータの構成例＞
ここで、先述した第１、第２実施形態に係る触覚出力装置に備えられるアクチュエータの一構成について図２を用いて説明する。
【００１８】
図２は、例示的なアクチュエータＡＣの分解斜視図である。図２に示すアクチュエータＡＣは、横リニア型振動モータとして構成される。なお、図２において、横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として示す。具体的には、横方向一方側をＸ１、横方向他方側をＸ２、縦方向一方側をＹ１、縦方向他方側をＹ２、上方向をＺ１、下方向をＺ２とする。
【００１９】
アクチュエータＡＣは、大きく分けると、静止部Ｓと、振動体４と、弾性部材５Ａ，５Ｂと、を備える。静止部Ｓは、ベースプレート１と、基板２と、コイル３と、カバー６と、を有する。
【００２０】
カバー６は、上方に天面部６Ａを有して下方が開口した部材である。天面部６Ａの横方向に対向する各辺部から下方へ側面部６Ｂ，６Ｃが突出する。
【００２１】
ベースプレート１は、横方向および縦方向に沿って拡がる板状部材である。基板２は、ベースプレート１の上面に固定される。基板２は、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）により構成される。なお、基板２は、リジッド基板により構成されてもよい。基板２は、横方向および縦方向に沿って拡がる。横方向および縦方向は、基板２の実装面２Ａに沿う方向である。従って、上下方向は、基板２の厚み方向となる。
【００２２】
基板２の実装面２Ａには、コイル３が実装される。コイル３は、上下方向の軸周りに導線が巻き回されて構成される。コイル３は、コア（鉄心等）が挿入されていない空芯コイルである。なお、コイルは、コアが挿入されたコアコイルでもよい。コイル３の引き出し線は、基板２の不図示の端子部に導通される。当該端子部に外部より電圧が印加されることで、コイル３に電流が供給される。
【００２３】
振動体４は、コイル３の上方に配置される。振動体４は、おもり４１と、第１磁石Ｍ１と、第２磁石Ｍ２と、を有する。おもり４１は、横方向、縦方向、および上下方向をそれぞれ一辺とする略直方体状である。おもり４１の縦方向他方側の側面における横方向一方側には、第１固定面４１Ａが形成される。おもり４１の縦方向一方側の側面における横方向他方側には、第２固定面４１Ｂが形成される。すなわち、第１固定面４１Ａと第２固定面４１Ｂとは、対角線上に配置される。
【００２４】
おもり４１には、上下方向に延びて貫通する開口部４１１，４１２が横方向に並んで形成される。開口部４１１内に第１磁石Ｍ１が配置され、開口部４１２内に第２磁石Ｍ２が配置される。
【００２５】
一対の弾性部材５Ａ，５Ｂは、振動体４に固定される。弾性部材５Ａ，５Ｂは、板バネ部材である。弾性部材５Ａは、固定部５１と、平板部５２，５３と、連結部５４と、を有する。固定部５１は、横方向に延びる。平板部５２の一端は、固定部５１の横方向一方側端に連接される。平板部５２は、一端から縦方向一方側に沿って延びる。平板部５２の他端は、連結部５４によって平板部５３の一端と連結される。連結部５４は、縦方向一方側に屈曲する。平板部５３は、一端から縦方向他方側に沿って延びる。
【００２６】
固定部５１は、第１固定面４１Ａに例えば溶接により固定される。平板部５３の他端部は、カバー６の側面部６Ｂの内壁面に例えば溶接により固定される。
【００２７】
弾性部材５Ｂは、弾性部材５Ａと同様な構成であり、固定部５１から平板部５３まで延びる方向が弾性部材５Ａとは逆となる。弾性部材５Ｂの固定部５１は、第２固定面４１Ｂに固定される。従って、弾性部材５Ａ，５Ｂは、おもり４１に対して対角線上の位置で固定される。弾性部材５Ｂの平板部５３は、カバー６の側面部６Ｃの内壁面に固定される。
【００２８】
これにより、弾性部材５Ａ，５Ｂは、カバー６に対して振動体４を横方向に沿って振動可能に支持する。すなわち、弾性部材５Ａ，５Ｂは、振動体４を直線方向に振動可能に支持する。コイル３にプロセッサ（１０１，２０１）から駆動信号または制動信号が伝達されることでコイル３に電流が流れ、コイル３は第１磁石Ｍ１，第２磁石Ｍ２との相互作用により電磁力を振動体４に与える。これにより、振動体４は、横方向の振動を行う。
【００２９】
＜３．駆動・制動制御について＞
次に、先述した第１、第２実施形態に係る触覚出力装置１０，２０におけるアクチュエータの駆動・制動制御について説明する。ここで、アクチュエータは、先述したアクチュエータＡＣ（リニア型振動モータ）であるとして説明する。
【００３０】
図３は、アクチュエータの駆動・制動時における各種波形の一例を示すグラフである。図３において、実線はアクチュエータにおける振動体の加速度波形を示し、破線はプロセッサから伝達される駆動信号または制動信号を示し、一点鎖線は上記振動体の変位波形を示し、横軸は時間軸である。
【００３１】
まず、プロセッサは、アクチュエータに駆動信号を伝達することで、アクチュエータを駆動させる。図３では、駆動期間Ｔ１において、駆動信号がアクチュエータのコイルに伝達される。すなわち、駆動期間Ｔ１における破線は、駆動信号を示す。これにより、アクチュエータにおける振動体は振動し、駆動期間Ｔ１における加速度波形および変位波形が生成される。変位波形は、加速度波形の逆相となる。駆動信号の周波数と加速度波形の周波数は同じであり、駆動信号は加速度波形よりも９０度だけ位相が進む。
【００３２】
ここで、図３に示すハッチング無の矢印は、変位がゼロとなるタイミングにおける振動体の変位方向を示し、ハッチング有の矢印は、上記タイミングにおけるコイルにより振動体に与えられる電磁力の方向を示す。変位方向は、変位波形がゼロをクロスする方向である。電磁力の方向は、駆動信号の極性に対応する。図３に示すように、駆動期間Ｔ１において、各タイミングで振動体の変位方向と電磁力の方向は一致するので、振動体は加速される。
【００３３】
なお、図３は、駆動信号の周波数をアクチュエータの共振周波数と同じとした場合の図である。これにより、駆動期間Ｔ１において、加速度波形の振幅が大きくなる。
【００３４】
プロセッサは、駆動期間Ｔ１の後、ブランク期間Ｔｂを経て、アクチュエータの制動を開始させ、制動期間Ｔ２に移行する。すなわち、図３において、制動期間Ｔ２における破線は、制動信号を示す。駆動期間Ｔ１の終わるタイミングは、駆動信号がゼロとなり停止されるタイミングである。ブランク期間Ｔｂでは、プロセッサは、駆動信号、制動信号ともに伝達せず、伝達する信号をゼロとする。
【００３５】
プロセッサは、駆動信号が停止された後に、ブランク期間Ｔｂを設けた後、制動信号をアクチュエータに伝達する。制動信号は、駆動信号を同じ周波数を有し、且つ、駆動信号の逆相である。制動信号は、駆動信号の停止後の加速度がピークとなるタイミングで、ゼロレベルから伝達を開始される。すなわち、図３において、ブランク期間Ｔｂが終わるタイミングで加速度がピークとなり、制動信号はゼロから伝達を開始される。
【００３６】
これにより、制動期間Ｔ２において、ハッチング無の矢印で示す振動体の変位方向と、ハッチング有の矢印で示すコイルによる電磁力の方向とが反対方向となるので、振動体を減速できる。従って、制動時に振動体の加速度振動減衰の速度を高めることができる。
【００３７】
また、図３においては、制動信号の振幅は、駆動信号の振幅と同じとしているので、制動時の加速度振動減衰の効果を向上できる。
【００３８】
図４は、図３における駆動期間Ｔ１から制動期間Ｔ２へ移行する箇所を要部的に示す拡大図である。図４に示すように、駆動信号の停止後に加速度波形がピークとなるタイミングｔ０で制動信号の伝達を開始するので、制動信号をゼロレベルから開始させることができる。従って、制動信号を急峻に立ち上げて開始する必要がない。
【００３９】
図４において、矢印ＡＲ１は、制動信号をゼロレベルから開始するタイミングがタイミングｔ０よりも早かった場合の、制動信号が負でピークとなるタイミングにおけるコイルによる電磁力の方向を示す。この場合、矢印ＡＲ１のタイミングにおいて、振動体の変位方向は、電磁力と同じ方向となるので、振動体が加速される。
【００４０】
また、図４において、矢印ＡＲ２は、制動信号をゼロレベルから開始するタイミングがタイミングｔ０よりも遅かった場合の、制動信号が負でピークとなるタイミングにおけるコイルによる電磁力の方向を示す。この場合、矢印ＡＲ２のタイミングにおいて、振動体の変位は静止しているので、振動体が加速される。
【００４１】
すなわち、制動信号をゼロレベルから開始するタイミングがタイミングｔ０からずれると、制動時における振動体の加速度振動減衰の効果が低下する。従って、制動信号の伝達を開始するタイミングを精度良く設定することは重要となる。
【００４２】
制動信号を伝達開始するタイミングを設定する方法は、第１実施形態の触覚出力装置１０と第２実施形態の触覚出力装置２０とで異なる。
【００４３】
第１実施形態の触覚出力装置１０では、プロセッサ１０１は、駆動信号を停止したタイミングから所定の経過時間を計測したタイミングで制動信号の伝達を開始する。所定の経過時間は、ブランク期間Ｔｂに相当する。ブランク期間では、振動体にコイルによる電磁力が作用しないので、加速度波形は明確となる。従って、駆動信号の停止後に加速度波形がピークとなるタイミングを精度良く特定できるので、当該タイミングまでの経過時間を所定の経過時間として予めプロセッサ１０１に記憶させることができる。これにより、制動信号を伝達開始するタイミングを精度良く設定でき、制動時における加速度振動減衰の効果を向上できる。
【００４４】
第２実施形態の触覚出力装置２０では、プロセッサ２０１は、駆動信号の停止後、加速度センサ２０３から出力される加速度信号に基づき振動体の加速度がピークとなったことを検知したタイミングで、制動信号の伝達を開始する。駆動信号の停止後のブランク期間では、振動体に電磁力が作用しないので、加速度波形は明確となる。従って、加速度センサ２０３により加速度がピークとなるタイミングを精度良く検知することができる。これにより、制動信号を伝達開始するタイミングを精度良く設定でき、制動時における加速度振動減衰の効果を向上できる。
【００４５】
特に第２実施形態では、加速度波形のバラツキに対応することが可能となり、より適切なタイミングで制動信号の伝達を開始することができる。なお、加速度センサを用いない簡易な構成である点では、第１実施形態は有利となる。
【００４６】
なお、変形例として、図５に示すように、駆動信号の停止後に加速度がピークとなるタイミングよりも若干早いタイミングｔ０１において、制動信号をゼロから所定レベルまで立ち上げて伝達開始してもよい。タイミングｔ０１以降の制動信号は、駆動信号の逆相となる。すなわち、この場合、ブランク期間Ｔｂは、駆動信号の停止するタイミングからタイミングｔ０１までの期間となる。このようにしても、タイミングｔ０１を精度良く設定することは可能であり、制動時における加速度減衰の効果を向上できる。
【００４７】
図６は、本実施形態による制動制御の一例に関するグラフであり、本実施形態による制動時の加速度減衰の効果を示す。図６においては、加速度波形と、駆動・制動信号（Voltage）を表す。
【００４８】
図６に示すように、駆動信号の停止後で加速度がピークとなるタイミングにて、制動信号の伝達が開始される。これにより、図６に示すように、制動時における加速度の減衰速度は十分に高速となっている。
【００４９】
＜４．電子機器について＞
先述した実施形態に係る触覚出力装置は、各種の電子機器に搭載することが可能である。図７は、触覚出力装置１０，２０を搭載した電子機器の一例を示す外観図である。図７に示す電子機器３０は、触覚出力装置１０または２０を備える。触覚出力装置１０または２０において、アクチュエータが駆動・制動されることで、電子機器３０に振動が発生する。これにより、電子機器３０を使用するユーザに触覚フィードバックを与えることができる。
【００５０】
例えば、電子機器３０におけるボタン形状の操作部に指を触れることで、振動する操作部から触覚フィードバックを受けることができ、ユーザはあたかも操作部を押し込んだ感覚のクリック感を得ることができる。また、例えば、電子機器３０の表示部に指を触れることで、振動する表示部から触覚フィードバックを受けることができ、ユーザは、例えばスベスベ感、ザラザラ感などの物理的表面の感覚を得ることができる。
【００５１】
電子機器３０としては、具体的には、タブレットコンピュータ、スマートフォン等が想定される。なお、触覚出力装置を例えばノート型ＰＣ等に搭載することも可能である。
【００５２】
特に、先述したように、本実施形態に係る触覚出力装置１０，２０では、制動時における加速度振動減衰の効果を向上できるので、電子機器３０を使用するユーザに好ましくない感覚を与えることを抑制できる。
【００５３】
＜５．本実施形態による作用効果＞
以上のように本実施形態に係る触覚出力装置（１０，２０）は、触覚効果を生成するアクチュエータ（１０２，２０２）と、駆動信号および制動信号を前記アクチュエータに伝達する信号伝達部（１０１，２０１）と、を備える。前記信号伝達部は、前記駆動信号が停止された後に、伝達する信号をゼロとするブランク時間を設けた後、前記制動信号を伝達し、前記制動信号は、前記駆動信号と同じ周波数を有し、且つ、前記駆動信号の逆相である。
【００５４】
このような構成によれば、ブランク時間においてはアクチュエータの振動体に信号による外力がかからないため、加速度波形が明確となる。これにより、適切なタイミングに制動信号の伝達を開始することができ、制動時の加速度振動減衰の効果を向上させることができる。従って、ユーザは、適切な触覚効果を受けることができる。
【００５５】
また、前記制動信号は、前記駆動信号の停止後の加速度がピークとなるタイミングで伝達を開始される。これにより、制動信号をゼロレベルから伝達開始することが可能となる。
【００５６】
また、前記制動信号の振幅は、前記駆動信号の振幅と同じである。これにより、制動時の加速度振動減衰の効果をより向上できる。
【００５７】
また、前記駆動信号は、前記アクチュエータの共振周波数と同じ周波数を有する。これにより、駆動時の加速度波形の振幅を大きくすることができる。
【００５８】
また、前記信号伝達部（１０１）は、前記駆動信号の停止後、所定の経過時間を計測したタイミングで前記制動信号の伝達を開始する。これにより、簡易な構成により制動信号の伝達開始タイミングを設定できる。
【００５９】
また、振動の加速度を検知する加速度センサ（２０３）をさらに有し、前記信号伝達部（２０１）は、前記加速度センサから出力される信号に基づいたタイミングで前記制動信号の伝達を開始する。これにより、加速度波形のバラツキに応じた適切なタイミングで制動信号の伝達を開始することができる。
【００６０】
また、前記アクチュエータ（ＡＣ）は、振動体（４）と、前記振動体を直線方向に振動可能に支持する弾性部材（５Ａ，５Ｂ）と、前記振動体に電磁力を与えるコイル（３）と、を有する。これにより、制動時に振動体の変位方向とコイルにより振動体に電磁力を与える方向を適切に制御することで、加速度振動減衰の効果を向上できる。
【００６１】
また、本実施形態の電子機器（３０）は、触覚出力装置（１０，２０）を備える。これにより、電子機器のユーザに好ましくない感覚を与えることを抑制できる。
【００６２】
＜６．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、各種機器に搭載される触覚出力装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０，２０・・・触覚出力装置、１０１，２０１・・・プロセッサ、１０２，２０２・・・アクチュエータ、２０３・・・加速度センサ、ＡＣ・・・アクチュエータ、Ｓ・・・静止部、１・・・ベースプレート、２・・・基板、３・・・コイル、４・・・振動体、
４１・・・おもり、Ｍ１・・・第１磁石、Ｍ２・・・第２磁石、５Ａ，５Ｂ・・・弾性部材、６・・・カバー、３０・・・電子機器
【図１Ａ】
2019101524.tif 000003
【図１Ｂ】
2019101524.tif 000004
【図２】
2019101524.tif 000005
【図３】
2019101524.tif 000006
【図４】
2019101524.tif 000007
【図５】
2019101524.tif 000008
【図６】
2019101524.tif 000009
【図７】
2019101524.tif 000010