(57)【要約】【課題】タッチパネル上の複数の点において、それぞれ独立した振動によりユーザに触感を与える。【解決手段】  実施形態に係る装置１００は、ユーザの接触を受ける接触部１と、接触部１に振動を起こす複数の振動部１０および１１と、接触部１における複数の振動点を決定する第１決定部３０と、複数の振動点における、複数の目標振動をそれぞれ決定する第２決定部４０と、複数の振動点の位置と複数の目標振動の主成分の周波数とに基づいて得られる振動の伝達特性と、複数の目標振動とに基づいて、複数の振動部をそれぞれ駆動する複数の駆動信号を生成する信号生成部６０および６１とを備える。信号生成部６０および６１は、複数の目標振動の主成分の周波数近傍にそれぞれ対応した複数の伝達特性に基づいて、複数の駆動信号を生成する。【選択図】図１
2015028766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの接触を受ける接触部と、
前記接触部に振動を起こす複数の振動部と、
前記接触部における複数の振動点を決定する第１決定部と、
前記複数の振動点における、複数の目標振動をそれぞれ決定する第２決定部と、
前記複数の振動点の位置と前記複数の目標振動の主成分の周波数とに基づいて得られる振動の伝達特性と、前記複数の目標振動とに基づいて、前記複数の振動部をそれぞれ駆動する複数の駆動信号を生成する信号生成部と
を備え、
前記信号生成部は、前記複数の目標振動の主成分の周波数近傍にそれぞれ対応した複数の伝達特性に基づいて、前記複数の駆動信号を生成する、装置。
【請求項２】
前記振動部のそれぞれから前記接触部までの振動の伝達特性を複数個記憶する記憶部と、
前記複数の振動点の位置と、前記複数の目標振動の主成分の周波数とに基づいて、前記複数の振動部の駆動に用いる伝達特性を前記記憶部から取得する取得部と
をさらに備え、
前記取得部は、前記目標振動の主成分の周波数近傍におけるゲイン及び位相を前記伝達特性として取得する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２決定部は、始端および終端においてそれぞれ略直線状に増加および減少するエンベロープ信号を用いて各目標振動を決定する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２決定部は、始端および終端を除く中央部における傾きが零近傍であるエンベロープ信号を用いて各目標振動を決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第２決定部は、略三角形状の波形を有するエンベロープ信号を用いて各目標振動を決定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記接触部は、ユーザによるタッチ操作を受け付けて複数のタッチ位置を検出し、
前記第１決定部は、前記検出された複数のタッチ位置に基づいて前記複数の振動点を決定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記接触部には、複数の振動点の候補点が割り当てられており、
前記複数の伝達特性は、前記複数の振動部への複数の駆動信号のそれぞれを入力とし、前記候補点のそれぞれにおける振動を出力とする伝達特性である、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記信号生成部は、前記伝達特性のゲインおよび位相に基づいて、前記振動部の駆動ゲインおよびキャリア位相を演算する、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記信号生成部は、前記目標振動のエンベロープ信号に、前記複数の振動部ごとに求められる駆動ゲインおよびキャリア位相を有するキャリア信号を乗じて、前記複数の振動部の駆動信号を生成する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記目標振動および前記伝達特性に基づいて前記振動点における振動を推定し、前記目標振動に対する残差を求める残差推定部をさらに備え、
前記第２決定部は、前記残差に基づいて調整されたエンベロープ信号を用いて前記目標振動を更新する、請求項３から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２決定部は、前記残差が所定値以下になるように、前記目標振動の始端および終端におけるエンベロープ信号の傾きを調整する、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２決定部は、前記残差が所定値以下になるように、前記目標振動の始端および終端を除く中央部におけるエンベロープ信号の傾きを調整する、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記接触部に設置される緩衝材をさらに備えた、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項１４】
前記緩衝材が設置された前記接触部において、励起された共振による振動は、１００ｍｓ以下で収束される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記駆動信号を増幅して前記振動部へ出力する増幅部をさらに備え、
前記増幅部は、前記接触部において振動を発生させないときはスリープモードになり、前記信号生成部が駆動信号を演算し終わる前に前記スリープモードを解除する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項１６】
ユーザの接触を受ける接触部における複数の振動点を決定するステップと、
前記複数の振動点における、複数の目標振動をそれぞれ決定するステップと、
前記複数の振動点の位置と前記複数の目標振動の主成分の周波数とに基づいて得られる振動の伝達特性と、前記複数の目標振動とに基づいて、前記接触部を振動させる複数の振動部をそれぞれ駆動する複数の駆動信号を生成するステップと、
を含み、
前記複数の駆動信号を生成するステップは、前記複数の目標振動の主成分の周波数近傍にそれぞれ対応した複数の伝達特性に基づいて、前記複数の駆動信号を生成する、方法。
【請求項１７】
電子機器に振動動作を実行させるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータプログラムは、
ユーザの接触を受ける接触部における複数の振動点を決定するステップと、
前記複数の振動点における、複数の目標振動をそれぞれ決定するステップと、
前記複数の振動点の位置と前記複数の目標振動の主成分の周波数とに基づいて得られる振動の伝達特性と、前記複数の目標振動とに基づいて、前記接触部を振動させる複数の振動部をそれぞれ駆動する複数の駆動信号を生成するステップと、
を前記電子機器のコンピュータに実行させ、
前記複数の駆動信号を生成するステップは、前記複数の目標振動の主成分の周波数近傍にそれぞれ対応した複数の伝達特性に基づいて、前記複数の駆動信号を生成する、コンピュータプログラム。
【請求項１８】
ユーザの接触を受ける接触部と、前記接触部に振動を起こす複数の振動部と、記憶部と、前記記憶部に接続される１以上のプロセッサとを備え、
前記１以上のプロセッサは、
前記接触部における複数の振動点を決定する第１決定ステップと、
前記複数の振動点における、複数の目標振動をそれぞれ決定する第２決定ステップと、
前記複数の振動点の位置と前記複数の目標振動の主成分の周波数とに基づいて得られる振動の伝達特性と、前記複数の目標振動とに基づいて、前記複数の振動部をそれぞれ駆動する複数の駆動信号を生成する信号生成ステップと、
を実行し、
前記信号生成ステップでは、前記複数の目標振動の主成分の周波数近傍にそれぞれ対応した複数の伝達特性に基づいて、前記複数の駆動信号を生成する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ユーザの操作に対して触感を呈示する触感呈示装置および触感呈示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タッチパネルを備える公共端末（例えば、ＡＴＭあるいは自動券売機など）がある。また、タッチパネルを備える個人用機器（例えば、タブレットＰＣあるいはスマートフォンなど）も増加している。
【０００３】
タッチパネルとは、パネルへのタッチを入力として検出する入力機器である。一般に、タッチパネルは、液晶ディスプレイあるいは有機ＥＬディスプレイなどを備える。この場合、タッチパネルは、タッチディスプレイやタッチスクリーンとも呼ばれる。例えば、タッチパネルは、表示領域に表示されたＧＵＩオブジェクト（例えばボタンなど）に対するユーザのタッチを検出する。
【０００４】
このようなタッチパネルを用いたユーザインタフェースは、ＧＵＩオブジェクトの配置に対する柔軟性が高いという利点がある。しかし、タッチパネルを用いたユーザインタフェースでは、従来の機械式ボタンを用いたユーザインタフェースと比較して、ボタンを押下したときの感覚のフィードバックが小さい。したがって、ユーザは、タッチパネルをタッチしたときに、そのタッチが正しく検出されたか否かを認識することが難しいという課題がある。この課題を解決するために、特許文献１は、タッチパネルにおいて、タッチに対する触感（ｈａｐｔｉｃｓ）を呈示する方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２５０２６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、マルチタッチに対して触感を呈示する触感呈示装置および触感呈示方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のある実施形態に係る装置は、ユーザの接触を受ける接触部と、接触部に振動を起こす複数の振動部と、接触部における複数の振動点を決定する第１決定部と、複数の振動点における、複数の目標振動をそれぞれ決定する第２決定部と、複数の振動点の位置と複数の目標振動の主成分の周波数とに基づいて得られる振動の伝達特性と、複数の目標振動とに基づいて、複数の振動部をそれぞれ駆動する複数の駆動信号を生成する信号生成部とを備え、信号生成部は、複数の目標振動の主成分の周波数近傍にそれぞれ対応した複数の伝達特性に基づいて、複数の駆動信号を生成する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示のある実施形態に係る触感呈示装置によれば、目標振動の主成分の周波数近傍に対応した伝達特性に基づいて、振動部を駆動する駆動信号を生成する。これにより、振動部の駆動信号を生成するための演算量を低減することができるので、応答時間の短縮ができるとともに、少ない回路およびソフト資源で触感の呈示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る触感呈示装置の機能ブロックの一例を示す図である。
【図２】実施形態に係る振動点決定部が決定した振動点の一例を示す図である。
【図３】実施形態に係る伝達特性記憶部が有する伝達特性に対応した振動点の候補点の一例を示す図である。
【図４】実施形態に係る伝達特性記憶部が有する各振動点の伝達特性の一例を示す図である。
【図５】実施形態に係る伝達特性取得部が選択する、決定された振動点の伝達特性の一例を示す図である。
【図６】実施形態に係る伝達特性取得部が取得する、決定された振動点の伝達特性の一例を示す図である。
【図７】（ａ）は実施形態に係るキャリア生成部が生成する基準キャリア信号波形の一例を示す図であり、（ｂ）は実施形態に係るキャリア生成部が生成する、圧電素子へのキャリア信号波形の一例を示す図であり、（ｃ）は実施形態に係るキャリア生成部が生成する、他の圧電素子へのキャリア信号波形の一例を示す図である。
【図８】（ａ）は実施形態に係る目標振動決定部が生成するエンベロープ信号波形の一例を示す図であり、（ｂ）は実施形態に係る駆動乗算部が生成する、圧電素子の駆動信号波形の一例を示す図であり、（ｃ）は実施形態に係る駆動乗算部が生成する、他の圧電素子の駆動信号波形の一例を示す図である。
【図９】実施形態に係る振動残差推定部を説明する図である。
【図１０】（ａ）は実施形態に係る目標振動決定部が生成するエンベロープ信号波形の一例を示す図であり、（ｂ）は実施形態に係る駆動乗算部が生成する、圧電素子に対する駆動信号波形の一例を示す図であり、（ｃ）は実施形態に係る駆動乗算部が生成する、他の圧電素子に対する駆動信号波形の一例を示す図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ実施形態に係る振動残差推定部が生成する駆動信号波形の一例を示す図である。
【図１２】（ａ）から（ｃ）はそれぞれ実施形態に係る振動パネルの振動波形の一例を示す図である。
【図１３】実施形態に係るエンベロープ信号の始端および終端における傾きと、無振動を目標とした振動点の振動との関係を示す図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ実施形態に係る振動させる振動点の目標振動のＦＦＴ特性を示す図である。
【図１５】実施形態に係るエンベロープ信号の始端および終端における傾きと、目標振動のＦＦＴ面積に対するＦＦＴ最大値の割合との関係を示す図である。
【図１６】実施形態に係る触感呈示装置の機能ブロックの他の一例を示す図である。
【図１７】実施形態に係る振動出力手順の一例を示すフローチャートである。
【図１８】（ａ）は実施形態に係る振動パネルの共振の強度が強い場合の振動点における振動波形の一例を示す図であり、（ｂ）は実施形態に係る振動パネルの共振の強度が弱い場合の振動点における振動波形の一例を示す図である。
【図１９】実施形態に係る緩衝材が設けられた振動パネルを示す図である。
【図２０】実施形態に係る共振の強度が強い場合および共振の強度が弱い場合の振動点における伝達特性の一例を示す図である。
【図２１】実施形態に係る触感呈示装置の一例を示す図である。
【図２２】実施形態に係る触感呈示装置の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１１】
なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、各実施の形態の構成は適宜組み合わせてもよい。
【００１２】
まず、マルチタッチについて説明する。マルチタッチとは、タッチパネルに同時に接触している状態を有する複数のタッチを意味する。換言すれば、マルチタッチとは、ある時点においてタッチパネルに接触している複数のタッチを意味する。つまり、マルチタッチとは、タッチパネル上の複数の位置に対する複数のタッチであって、時間的に重複する複数のタッチを意味する。したがって、マルチタッチは、同時に開始された複数のタッチだけではなく、異なる時刻に開始され、ある時点において同時に検出される複数のタッチも含む。具体的には、第１タッチが開始された後に、第１タッチが継続された状態で第２タッチが開始された場合、第２タッチの開始時点において、第１タッチと第２タッチとはマルチタッチに相当する。
【００１３】
マルチタッチパネルでは、複数のユーザが同時に操作を行なうことができる。また、複数の指を用いた操作により、ユーザは、対象オブジェクトの拡大あるいは回転などを直感的に行なうことができる。このとき、マルチタッチに対する触感のフィードバックを考えた場合、それぞれのタッチに対して区別可能な触感を呈示することが望ましい。
【００１４】
１つのアクチュエータのみを用いて２つ以上のタッチ位置に同時に触感を呈示しようとした場合は、それぞれのタッチ位置に同種類の触感が同時に呈示される。また、１つのアクチュエータのみを用いて、２つ以上のタッチ位置のうちのいずれかのタッチ位置のみに触感を呈示することは難しい。
【００１５】
そこで、特許文献１が開示するタッチパネルでは、柔らかな表面層の下に、それぞれ独立して上下方向に隆起および埋没する複数のアクチュエータがアレイ状に敷詰められている。タッチ位置の下方に配置されたアクチュエータを独立して隆起させることにより、マルチタッチに対して区別可能な触感が呈示される。
【００１６】
特許文献１が開示するタッチパネルでは、複数のアクチュエータを表面層の下にアレイ状に敷詰めることにより、複数のタッチ位置で同時に異なる触感を呈示することができる。しかしながら、表面層上の任意の位置で触感を呈示するためには、人間の指の解像度（１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度）以下の単位でアクチュエータが配置される必要がある。したがって、特許文献１の方法では、非常に多数のアクチュエータが必要となる。
【００１７】
また、画面に表示されたＧＵＩオブジェクト（ボタンなど）を直接タッチできるようにするためには、アクチュエータの下方に液晶ディスプレイなどの表示装置を配置する必要がある。そのため、多数のアクチュエータを透明な材料で実現する必要があるなどハードウェアの制約が多い。
【００１８】
本開示は、より少ない回路およびソフト資源で振動を出力する装置及び方法を提供する。特に、例えば、マルチタッチに対して触感を呈示する触感呈示装置および触感呈示方法を提供する。
【００１９】
（実施形態１）
本実施形態１の触感呈示装置について、図１から図８を参照して説明する。図１は、触感呈示装置１００の構成を示す図である。図２は、振動点決定部３０が決定した振動点の一例を示す図である。図３は、伝達特性記憶部２０が有する伝達特性に対応した振動点の候補点の一例を示す図である。図４は、伝達特性記憶部２０が有する伝達特性の一例を示す図である。図５は、伝達特性取得部５０が取得した伝達特性の一例を示す図である。図６は、伝達特性取得部５０が取得した伝達特性の他の一例を示す図である。図７（ａ）は、キャリア生成部６０が生成する基準キャリア信号波形の一例を示す。図７（ｂ）は、キャリア生成部６０が生成するキャリア信号波形の一例を示す。図７（ｃ）は、キャリア生成部６０が生成するキャリア信号波形の他の一例を示す。図７において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号レベルである。図８（ａ）は、目標振動決定部４０が生成するエンベロープ信号波形の一例を示す。図８（ｂ）は、駆動乗算部６１が生成する駆動信号波形の一例を示す。図８（ｃ）は、駆動乗算部６１が生成する駆動信号波形の他の一例を示す。図８において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号レベルである。
【００２０】
触感呈示装置１００は、ユーザと接触し触感を呈示する振動パネル１と、振動パネル１を振動させる複数の圧電素子１０および１１と、を備える。図３に示すように、振動パネル１は、圧電素子により振動されるポイントとなる振動点の候補を複数有する。
【００２１】
触覚呈示装置１００は、さらに振動パネル１の複数の振動の候補点の中から、触感を呈示するために振動させる複数の振動点を決定する振動点決定部３０と、決定された複数の振動点における目標振動を決定する目標振動決定部４０と、決定された複数の振動点の位置と決定された目標振動の主成分の周波数とに基づいて得られる振動の伝達特性と、決定された目標振動とに基づいて、圧電素子１０および１１を駆動する駆動信号を生成するキャリア生成部６０および駆動乗算部６１とを備える。これらの各部は、それぞれ専用のハードウェア回路として設計されていてもよいし、プログラムに沿ってプロセッサによりその機能が実行されてもよい。
【００２２】
キャリア生成部６０および駆動乗算部６１は、決定された目標振動の主成分の周波数近傍に対応した伝達特性に基づいて、駆動信号を生成する。キャリア生成部６０および駆動乗算部６１は、圧電素子１０および１１の駆動信号を生成する駆動信号生成部として機能する。また、触感呈示装置１００は、圧電素子１０および１１から振動パネル１における各振動点までの振動の伝達特性をそれぞれ記憶する伝達特性記憶部２０と、決定された複数の振動点の位置と、決定された目標振動の主成分の周波数とに基づいて、圧電素子１０および１１の駆動に用いる伝達特性を伝達特性記憶部２０から取得する伝達特性取得部５０とを備える。伝達特性取得部５０は、決定した目標振動の主成分の周波数近傍に対応した伝達特性を取得する。
【００２３】
また、触感呈示装置１００は、ＧＵＩオブジェクト（例えばボタンなど）等の画像を表示する表示部２を備えていてもよい。表示部２は、例えば液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイである。なお、触感呈示装置１００がタッチパッドとして用いられる等、ユーザがタッチする領域に画像が表示されなくてもよい場合は、表示部２は省略できる。
【００２４】
振動パネル１は、触感を呈示するための振動を伝達する部材である。具体的には、振動パネル１は、例えば、ガラス製あるいはアクリル製の透光性を有する板状部材である。圧電素子１０および１１は、振動パネル１の互いに異なる位置に設置される。例えば図１に示すように、圧電素子１０および１１は、振動パネル１の左右の端部に貼り付けられる。例えば、圧電素子１０および１１は、振動パネル１においてある程度距離があり、互いを結ぶ線が振動パネル１の中心を通るような位置に配置される。なぜなら振動パネル１の端部よりも中央部分などの方がユーザに接触されることが多いため、より中央付近において、正確かつ知覚されやすい触覚を呈示することができるからである。圧電素子１０および１１は、駆動信号に従って、振動パネル１を振動させる。圧電素子１０および１１によって振動パネル１に与えられた振動が伝播することにより、ユーザに触感が呈示される。圧電素子の数は、振動を制御する点数以上である。本実施形態では一例として２つの振動点を決定し、決定された２つの振動点において振動を制御するため、２個の圧電素子を用いる。
【００２５】
振動パネル１は、例えば、静電容量方式または感圧方式のタッチパネルであり、ユーザによるタッチ操作を受け付けてタッチ位置を検出する。なお、タッチ位置を検出する方式は、静電容量方式および感圧方式に限定されず、マルチタッチを検出できる方式であれば、どのような方式であってもよい。さらに、触覚呈示装置１００が、店舗や駅などの壁や柱に設置されるような場合には、振動パネル１が接触を検出する構成以外に、例えば、振動パネル１に向けてカメラを配置し、そのカメラが取得した映像情報を分析することにより、接触したか否かを決定してもよい。
【００２６】
また、ここでは平面形状の振動パネル１を例示しているが、振動パネル１の形状はこれに限定されない。例えば、振動パネル１は湾曲していてもよく、さらに、円筒形状等であってもよい。このように形状が異なる場合には、圧電素子の適切な数や位置は異なってくるが、最もユーザに接触されやすいポイントやエリアなどをユースケースや形状に鑑みて設計すればよい。
【００２７】
振動点決定部３０は、振動パネル１上の振動を制御する位置である振動点を２つ決定し、伝達特性取得部５０へ送る。振動パネル１には、振動点の候補となる候補点が複数個割り当てられている。例えば、図３の白丸で示すように、振動点の候補点１２は７０点ある。振動点決定部３０は、例えば、予め定められた振動点や、触覚呈示装置１００で実行されているアプリケーションごとに設定された振動点や、７０点の候補点１２の中から、振動パネル１が検出したタッチ位置と一致する位置またはその近傍の位置の振動点を選択する。
【００２８】
目標振動決定部４０は、振動点決定部３０が選択した、振動パネル１の２つの振動点それぞれにおいて発生させる目標振動を決定する。目標振動は振動のエンベロープ信号とキャリア周波数の情報で表現される。エンベロープ信号は駆動乗算部６１へ送られ、キャリア周波数は伝達特性取得部５０およびキャリア生成部６０へ送られる。エンベロープ信号は、波形のピークが描く曲線で、例えば図８（ａ）に示すような波形を有する。キャリア周波数は、変調周期を決定する周波数のことである。
【００２９】
伝達特性記憶部２０は、振動パネル１の各候補点について、それぞれの圧電素子から当該点までの伝達特性を記憶している。伝達特性取得部５０は、決定された振動点それぞれの伝達特性を、伝達特性記憶部２０から取得する。伝達特性は、システムにおける入力と出力との関係を示し、本実施形態では、ある１つの圧電素子への駆動信号が入力に相当し、振動パネル１における振動点の候補点のある１点の振動が出力に相当する。また、伝達特性は各周波数におけるゲインと位相で表現できる。
【００３０】
伝達特性取得部５０は、伝達特性記憶部２０に記憶されている複数の伝達特性の中から、振動点決定部３０により決定された２つの振動点の位置および目標振動決定部４０からのキャリア周波数に基づいて伝達特性を取得しキャリア生成部６０へ送る。
【００３１】
キャリア生成部６０は、目標振動決定部４０からのキャリア周波数と伝達特性取得部５０からの伝達特性、具体的には４つのゲインと４つの位相に基づいて圧電素子１０および１１の駆動信号で用いるそれぞれのキャリア信号を生成し駆動乗算部６１へ送る。
【００３２】
駆動乗算部６１は、目標振動決定部４０からのエンベロープ信号に対して、圧電素子１０および１１に対応したキャリア生成部６０からの２つのキャリア信号を乗じて２つの駆動信号を生成し、それぞれ圧電素子１０および１１へ送る。
【００３３】
振動点決定部３０は、例えば、伝達特性記憶部２０が記憶している伝達特性に対応する振動点の候補点の中から、図２に示す実線の白丸を第１の振動点１２ａとし、破線の白丸を第２の振動点１２ｂと決定する。
【００３４】
目標振動決定部４０は、一例として、第１の振動点１２ａの目標振動として、図８（ａ）に示すような半波の正弦波形状のエンベロープ信号を有し、振動パネル１の共振周波数の正弦波形状のキャリア信号を有する振動を決定する。目標振動決定部４０は、一例として、第２の振動点１２ｂの目標振動として無振動を決定する。
【００３５】
伝達特性記憶部２０は、振動パネル１の振動点の候補点と圧電素子との組合せに対応付けて伝達特性を記憶している。振動点の候補点が７０点（図３）であり、圧電素子が２個である場合、伝達特性は１４０個存在する。伝達特性取得部５０は、図４に示すような伝達特性記憶部２０に記憶された１４０個の伝達特性２１から、図５に示すような、２つの振動点と２個の圧電素子に該当する４個の伝達特性２２を選択する。さらに、伝達特性取得部５０は、選択した伝達特性２２と、目標振動決定部４０からのキャリア周波数（目標振動の主成分）に基づき、キャリア周波数またはその近傍の周波数における伝達特性を取得する。このように伝達特性取得部５０は、目標振動決定部４０からのキャリア周波数における伝達特性のみを取得する。つまり、例えば、図６に示すように４つの伝達特性それぞれから、黒丸で示したゲインと白丸で示した位相をそれぞれ４つ取得し、それ以外の周波数における伝達特性は取得しないので、少ない処理量で所望の触感の呈示を実現できる。この構成によると、小さなハードウェアおよび／またはソフトウェアで実現できるという優れた効果を奏する。
【００３６】
キャリア生成部６０は、伝達特性取得部５０により取得された、伝達特性（ゲイン、位相）からなる、圧電素子への駆動信号から振動パネル１の振動点における振動までの伝達行列Ｇの逆行列を求める。逆行列は振動パネル１のそれぞれの振動点における振動からそれぞれの圧電素子への駆動信号の伝達特性を示す。求めた逆行列と振動状態を表す行列Ｄを乗じることでフィルタ行列Ｈを算出する。このようなフィルタ行列を算出する演算の詳細は国際公開第１３／１６１１６３号パンフレットに記載されている。参考のために国際公開第１３／１６１１６３号パンフレットの記載内容を本明細書に援用する。
【００３７】
例えば、振動状態を表す行列Ｄは、伝達行列Ｇおよびフィルタ行列Ｈを用いて式（１）のように表される。Ｎは振動点の数を表し、本実施形態では２である。また、Ｍは圧電素子の数を表し、本実施形態では２である。
【数１】
2015028766.tif 000003
【００３８】
式（１）において、伝達特性Ｇij（ω）は、圧電素子Ａjから振動点Ｐiまでの伝達特性である。また、フィルタ行列Ｈj（ω）は、圧電素子Ａjの駆動信号を生成するためのフィルタである。また、振動状態を表す行列Ｄi（ω）は、振動点Ｐiにおける応答である。ここで、制御対象となる周波数帯域において、第１の振動点１２ａで振動が発生して（Ｄ1（ω）＝１）となり、第２の振動点１２ｂで振動が発生せずに（Ｄ2（ω）＝０）となるようなフィルタ行列Ｈを算出できれば、所望のフィルタを得ることができる。
【００３９】
上述のようなフィルタの算出方法は一例であり、これに限定するものではないが、Ｇの一般逆行列Ｇ*を算出することにより、式（２）のようにＧの一般逆行列Ｇ*と振動状態を表す行列Ｄとからフィルタ行列を算出できる。
Ｈ＝Ｇ*Ｄ      ・・・式（２）
【００４０】
本実施形態では、フィルタ行列Ｈはそれぞれの圧電素子に対応した２つの伝達特性から求められる。伝達行列Ｇの周波数はキャリア周波数１つのみであるため、フィルタ行列Ｈの周波数もキャリア周波数１つのみである。つまり、フィルタ行列Ｈは、キャリア周波数における圧電素子１０の駆動信号のための伝達特性（キャリアゲイン、キャリア位相）および圧電素子１１の駆動信号のための伝達特性（キャリアゲイン、キャリア位相）に基づいて求められる。例えば、キャリア生成部６０は、まず、図７（ａ）に示すキャリア周波数を有する基準キャリア信号を生成する。そして、キャリア生成部６０は、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、基準キャリア信号に対して、それぞれの圧電素子に対応したキャリアゲインを乗じて、キャリア位相だけ位相をずらしたキャリア信号を生成する。
【００４１】
駆動乗算部６１は、図８（ａ）に示すエンベロープ信号に対して、図７（ｂ）に示すキャリア信号を乗じて、図８（ｂ）に示す圧電素子１０への駆動信号を生成する。また、駆動乗算部６１は、図８（ａ）に示すエンベロープ信号に対して、図７（ｃ）に示すキャリア信号を乗じて、図８（ｃ）に示す圧電素子１１への駆動信号を生成する。
【００４２】
このように、複数の振動点において独立した振動による触感をユーザに与えるための駆動信号の演算において、駆動信号の演算に用いる伝達特性をキャリア周波数のみに限定することで演算量を低減し、応答時間の短縮を実現するとともに、少ない回路およびソフト資源での実装を実現することができる。
【００４３】
尚、本実施形態では、振動点決定部３０が、伝達特性記憶部２０が記憶している候補点の中から、振動点を決定するとして説明したが、振動パネル１にユーザが接触したタッチ位置に基づいて振動点を決定してもよい。この場合は、振動点決定部３０に、入力としてセンサの出力が入る。ここで検出されたタッチ位置が２つある場合には、その２つそれぞれと一致、または近傍の候補点を振動点として選択する。タッチ位置が２つ以上あるように検出された場合には、センサの出力レベルの差などを利用して、ユーザが意図してタッチしている可能性の高い２つに絞ればよい。さらに、タッチ位置にもっとも近い振動点の候補点を振動点としてもよい。
【００４４】
また、本実施形態では、２つの振動点を用いたが、３つ以上の振動点を用いてよい。
【００４５】
また、本実施形態では、振動点の候補点は四角形状に配列したが、その他の形状の配列であっても構わない。また、振動点の候補点同士の間隔は同一である必要はない。例えば、より接触を受けやすいと考えられる振動パネル１の中央付近ほど間隔を小さくし、端部に近づくほど大きくするなど振動点の候補点同士の間隔が異なってもよい。ここで、振動点の候補点同士の間隔が近いほど、触感呈示の分解能を向上させことができるが、伝達特性を記憶するための記憶容量は増大する。つまり、分解能と記憶容量とはトレードオフの関係にあるため、必要な分解能あるいは許容される記憶容量などに基づいて、振動点の候補点同士の間隔が決定されればよい。
【００４６】
また、本実施形態では、振動パネル１は四角形状としたが、振動パネル１の形状、大きさ、厚さ、硬さおよび固定方法などは、特に限定されない。ただし、振動パネル１の形状、大きさ、厚さ、硬さおよび固定方法などに依存して、圧電素子から振動パネル１の振動点までの伝達特性は変化する。
【００４７】
また、本実施形態では、２つの圧電素子を用いたが、３つ以上の圧電素子を用いてよい。
【００４８】
また、本実施形態では、圧電素子を用いて、振動パネル１の振動を発生させていたが、特に振動源に限定はなく振動モータ等を用いてもよい。
【００４９】
また、本実施形態１では、振動パネル１の左右の端部に圧電素子を配置したが、特に圧電素子の配置に限定はなく、振動パネル１における触覚を呈示させたいエリアに複数の振動点が存在できる程度に、圧電素子同士が離れていればどこに配置してもよい。
【００５０】
また、本実施形態１では、キャリア周波数のみの伝達特性を用いて圧電素子への駆動信号を演算したが、キャリア周波数を含む複数の周波数における伝達特性を用いて圧電素子への駆動信号を演算してもよい。
【００５１】
また、本実施形態１では、第１の振動点では振動を発生させて、第２の振動点では無振動としたが、第２の振動点では振動を発生させて、第１の振動点では無振動とする駆動信号を別途演算して加算することで、第１の振動点と第２の振動点に独立した振動を発生させてもよい。
【００５２】
また、本実施形態１では、伝達特性記憶部２０に記憶する伝達特性は、周波数領域で表現されていたが、時間領域で表現された伝達特性で記憶してもよい。時間領域と周波数領域で表現された伝達特性とは、情報としては等価であり、互いに変換することができる。
【００５３】
また、本実施形態１では、伝達特性をゲイン、位相で表現したが、複素数ゲインで表現してもよい。
【００５４】
また、本実施形態１では、伝達特性記憶部２０に記憶する伝達特性は、ある範囲の周波数における伝達特性であったが、キャリア周波数として用いる周波数の伝達特性に限定して記憶してもよい。
【００５５】
また、本実施形態１では、キャリア周波数は、振動パネル１の共振周波数としたが、ユーザに触感を呈示できればどのような周波数であってもよい。
【００５６】
また、本実施形態１では、圧電素子への駆動信号を求める際に、それぞれの圧電素子に対応したキャリア信号を生成した後、共通のエンベロープを乗算していたが、演算順序に限定はなく、それぞれの圧電素子に対応した別々のエンベロープを生成してもよい。
【００５７】
尚、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。
【００５８】
（実施形態２）
実施形態２に係る触感呈示装置１００について図９から図１２を参照して説明する。図９は、本実施形態と実施形態１との構成の差である振動残差推定部７０を説明する図である。図１０（ａ）は、目標振動決定部４０が生成するエンベロープ信号波形の一例を示す。図１０（ｂ）は、駆動乗算部６１が生成する駆動信号波形の一例を示す。図１０（ｃ）は、駆動乗算部６１が生成する駆動信号波形の一例を示す。図１０において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号レベルである。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、振動残差推定部７０が生成する駆動信号波形の一例を示す。図１１において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号レベルである。図１２（ａ）から図１２（ｃ）は、振動パネル１の振動波形の一例を示す。図１２において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号レベルである。
【００５９】
図９の構成は図１の触感呈示装置１００に追加される。図９について図１と同じ内容は省略し、ここでは差分について説明する。伝達特性記憶部２０は伝達特性を記憶し振動残差推定部７０へ送る。振動点決定部３０は２つの振動点の位置を決定し振動残差推定部７０へ送る。振動残差推定部７０は、伝達特性記憶部２０からの伝達特性、および振動点決定部３０からの２つの振動点の位置、および目標振動決定部４０からのエンベロープ信号およびキャリア周波数に基づいて振動残差を推定し、目標振動決定部４０へ送る。目標振動決定部４０は、振動残差推定部７０からの振動残差に基づいてエンベロープ信号の傾きを調整し、エンベロープ信号とキャリア周波数を振動残差推定部７０へ送る。なお、振動残差推定部７０は、伝達特性記憶部２０から伝達特性を取得するとして説明したが、その場合は、伝達特性取得部５０に代えて振動残差推定部７０が組み込まれてもよい。伝達特性取得部５０と振動残差推定部７０を両方備える場合には、振動残差推定部７０は、伝達特性記憶部２０と接続されず、伝達特性を伝達特性取得部５０から取得する構成でも構わない。
【００６０】
実施形態１で示した方法では、伝達特性の周波数をキャリア周波数のみに限定することで演算量を削減している。キャリア周波数のみで構成される目標振動であれば、正しく圧電素子への駆動信号を生成することができ、例えば第１の振動点での振動をユーザが感知できるレベルにし、第２の振動点での振動をユーザが感知できないレベルにすることができる。しかし、タッチ操作等に応じた振動を出力する際には有限長の目標振動が必要となる。有限長の目標振動では、振動の始端および終端においてキャリア周波数以外の周波数成分が発生する。実施形態１で示した方法では、キャリア周波数のみの伝達特性を利用しているため、目標振動のキャリア周波数以外の周波数成分について、正しく圧電素子への駆動信号を生成することができない。そのため、発生する振動は目標振動に対して振動残差が生じる場合がある。上記の例で、第１の振動点における振動は、元々ユーザが感知できるレベルにあるため、多少の振動残差があっても、その差異をユーザが認識するのは困難である。しかし、第２の振動点における振動は、元々ユーザが感知できないレベルにあるため、振動残差により振動が大きくなるとユーザが感知できてしまうことがある。このように振動残差が発生すると、２つの振動点において独立した所望の振動を発生させることが困難となる。
【００６１】
ここで、伝達特性を用いた振動パネル１の各振動点における振動の推定方法の一例を説明する。
【００６２】
本実施形態では振動パネル１の伝達特性を線形時不変システムとして考える。伝達特性は各周波数におけるゲインと位相で表されている。圧電素子への駆動信号として正弦波を用いると、振動パネル１の振動は、駆動信号に対して、該当する周波数におけるゲインを乗じて位相をずらした正弦波と推定される。
【００６３】
圧電素子への駆動信号として任意の信号を用いた場合は、駆動信号を周波数成分に分解し、各周波数の正弦波に対する振動パネル１の振動を求める。振動パネル１の振動は、各周波数の振動パネル１の振動の総和と推定される。
【００６４】
複数の圧電素子を用いる場合は、圧電素子ごとに振動パネル１の振動を求める。全体の振動パネル１の振動は、圧電素子ごとの振動の総和と推定される。
【００６５】
伝達特性記憶部２０は、振動パネル１における複数の振動点の候補点における伝達特性を保持しており、振動残差推定部７０は、これらの伝達特性を用いて圧電素子への駆動信号に対して、振動パネル１の各振動点における振動を推定する。
【００６６】
尚、振動パネル１の伝達特性として各周波数におけるゲインと位相を保持しているとしたが、振動パネル１の伝達特性としてインパルス応答を保持してもよい。インパルス応答は、圧電素子への駆動信号を非常に短いパルス状としたときの振動パネル１の振動を表す。理論的には、駆動信号の時間的幅は無限小で高さは無限大のパルスとして、振動パネル１の振動を連続時間で表すが、実際のシステムでは駆動信号および振動パネル１の振動を離散的な信号とし、駆動信号をある時刻で大きさ１、それ以外では大きさ０とする。
【００６７】
駆動信号に用いるパルスの大きさが異なると、振動パネル１の振動の形状は変わらず大きさのみが駆動信号の大きさに比例する。
【００６８】
また、発生時刻が異なる複数のパルスに対する振動パネル１の振動は、それぞれのパルスに対する振動パネル１の振動の和となる。
【００６９】
さらに、任意の駆動信号は、大きさと発生時刻が異なるパルスに分解できる。
【００７０】
したがって、圧電素子への駆動信号として任意の信号を用いた場合の振動パネル１の振動は、駆動信号を複数のパルスに分解し、各パルスにおける振動パネル１の振動の総和と推定される。
【００７１】
目標振動決定部４０は、例えば、第１の振動点の目標振動として図１０（ａ）に示すように台形状のエンベロープ信号を有し、振動パネル１の共振周波数の正弦波形状のキャリア信号を有する振動を決定し、第２の振動点の目標振動として無振動を決定する。エンベロープ信号の変化が大きいほど、目標振動のキャリア周波数以外の成分が増加する。つまりエンベロープ信号の傾きが大きいほど、振動残差が大きくなる。そのため、目標振動の中央部ではエンベロープ信号をフラット（傾きを零）にし、目標振動の始端および終端ではエンベロープ信号を直線状に傾けることで、エンベロープ信号に発生する傾きを最小化する。したがってエンベロープ信号は台形状となる。
【００７２】
ここで、無振動点の振動残差と直線エンベロープ信号波形との関係をさらに説明する。図１３は、エンベロープ信号の始端および終端における傾きと、無振動を目標とした振動点の振動との関係を示す図である。横軸はエンベロープ信号の始端および終端における傾きを示し、縦軸は振動のレベルを示している。実線はエンベロープ信号が台形状である場合の特性を示し、破線はエンベロープ信号が正弦波形状である場合の特性を示している。
【００７３】
図１４は、振動させる振動点の目標振動のＦＦＴ特性を示す図である。横軸は周波数を示し、縦軸は振動のレベルを示している。図１４（ａ）は、エンベロープ信号の始端および終端における傾きが±２０ｍｍ／ｓのときのＦＦＴ特性を示し、図１４（ｂ）は、エンベロープ信号の始端および終端における傾きが±１００ｍｍ／ｓのときのＦＦＴ特性を示している。図１４においてエンベロープ信号は台形状である。
【００７４】
図１５は、エンベロープ信号の始端および終端における傾きと、目標振動のＦＦＴ面積に対するＦＦＴ最大値の割合との関係を示す図である。横軸はエンベロープ信号の始端および終端における傾きを示している。実線はエンベロープ信号が台形状である場合の特性を示し、破線はエンベロープ信号が正弦波形状である場合の特性を示している。
【００７５】
エンベロープ信号の始端および終端における傾きを異ならせたときの、振動残差の大きさのシミュレーション結果を図１３に示す。図１３に示すように、エンベロープ信号の始端および終端における傾きが小さいほど振動残差は小さくなる。また、実線で示すようなエンベロープ信号が台形状であるほうが振動残差は小さくなっていることが分かる。
【００７６】
このような特性差の要因について説明する。エンベロープ信号の始端および終端における傾きが大きくなると、図１４に示すように、目標振動のＦＦＴ特性におけるキャリア周波数以外の成分が増加する。演算はキャリア周波数における伝達特性のみを用いているため、目標振動のキャリア周波数以外の成分が増加するほど、求める駆動信号に誤差が生じ、振動残差が大きくなる。
【００７７】
図１５に示すように、エンベロープ信号が正弦波形状（破線）より直線状（実線）のほうが、目標振動のＦＦＴ特性の面積に対する最大値の割合が大きくなる。つまり、エンベロープ信号が正弦波形状より台形状のほうが、目標振動のキャリア周波数の成分が支配的になり、キャリア周波数以外の成分が少なくなる。そのため、エンベロープ信号の形状は正弦波形状より台形状のほうが、振動残差は小さくなる。
【００７８】
振動残差推定部７０は、伝達特性記憶部２０もしくは伝達特性取得部５０から２つの振動点と２個の圧電素子に該当する４つの伝達特性を取得する。取得した４つの伝達特性と生成した２つの駆動信号から、２つの振動点における振動を推定する。推定した振動と目標振動決定部４０からの目標振動の差分を演算することで、振動残差を推定する。
【００７９】
目標振動決定部４０はエンベロープ信号の始端および終端における傾きを変化させて、それぞれの傾きにおける振動残差を振動残差推定部７０から取得する。目標振動決定部４０は振動残差が許容できる範囲で、最大の傾きを有するエンベロープ信号を決定する。決定されたエンベロープ信号に基づき、実施の形態１と同様に、キャリア生成部６０はキャリア信号を生成し、駆動乗算部６１は実際に振動パネル１を振動させる駆動信号を生成する。
【００８０】
エンベロープ信号の始端および終端における傾きを変化させたときの、第２の振動点の振動量の例を図１２に示す。第２の振動点の目標振動は無振動であるため、そこに発生する振動はすべて振動残差となる。第１の振動点における目標振動の条件は、長さを１００ｍｓとし、キャリア周波数は２００Ｈｚとし、振幅は±１ｍｍとする。エンベロープ信号の始端および終端における傾きは、図１２（ａ）においては±２０ｍｍ／ｓとし、図１２（ｂ）においては±３３ｍｍ／ｓとし、図１２（ｃ）においては±１００ｍｍ／ｓとする。許容できる振動残差は０．１ｍｍとする。図１２に示すように、エンベロープ信号の始端および終端における傾きが大きいほど振動残差が大きくなっている。この例において、振動残差を±０．１ｍｍの範囲内におさめるためには、エンベロープ信号の始端および終端における傾きを、±３３ｍｍ／ｓの範囲内に調整すればよい。なお、エンベロープ信号の始端および終端における傾きが大きいほど、目標振動の中央部におけるエンベロープ信号がフラットになる範囲が広がるため、図１２に示すように、目標振動の中央部における振動残差は小さくなる。
【００８１】
このようにして、複数の振動点における独立した振動により、目標とする触感を実際にユーザに与えるための駆動信号を求めることができる。
【００８２】
尚、本実施形態では、エンベロープ信号の始端および終端の傾きによる振動の残差を推定してエンベロープ信号の傾きを調整したが、予めエンベロープ信号の始端および終端の傾きと振動の残差との関係を保持しておいて、保持した情報からエンベロープ信号の傾きを決定してもよい。また、予め振動の残差が許容できるエンベロープ信号の傾きを保持して用いてもよい。
【００８３】
また、本実施形態では、振動残差が許容できる範囲で、最大の傾きを有するエンベロープ信号を採用したが、振動残差が許容できればエンベロープ信号の傾きは最大でなくともよい。しかし、エンベロープ信号の傾きが低くなるほど、ユーザが感知する触感は弱くなる。
【００８４】
また、本実施形態では、台形状のエンベロープ信号を例示したが、エンベロープ信号は台形のフラットな部分が無くなった三角形状であってもよい。振動パネル１等の部材の特性や呈示したい触覚に応じて、適切なエンベロープ信号の形状は異なるため、部材やアプリケーションに応じて適宜変更するとよい。
【００８５】
また、本実施形態では、エンベロープ信号の中央部はフラットとしたが、振動の残差が許容できる範囲で傾きを調整してもよい。また、エンベロープ信号の中央部は、振動の残差が許容できる範囲で、揺らいでいてもよい。
【００８６】
また、本実施形態では、目標振動や許容残差の数値例を示したが、本実施形態はこれら使用した数値に限定されず任意の数値に適用できる。
【００８７】
（実施形態３）
本実施形態３に係る触感呈示装置１００について図１６および図１７を参照して説明する。図１６は、本実施形態に係る触感呈示装置１００の構成を示す図である。図１７は、振動出力手順を示すフローチャートである。
【００８８】
図１６について図１と同じ内容は省略し、ここでは差分について説明する。駆動乗算部６１からの圧電素子１０のための駆動信号はアンプ８０で増幅されて圧電素子１０へ送られる。駆動乗算部６１からの圧電素子１１のための駆動信号はアンプ８１で増幅されて圧電素子１１へ送られる。消費電力低減のため、圧電素子への駆動が０であるときなど増幅が不要なときには、アンプ８０およびアンプ８１をスリープモードにできる。
【００８９】
実施形態１で示した方法は、駆動信号を生成するまでの演算量を削減して応答時間を短くしている。アンプ８０およびアンプ８１をスリープモードから復帰させる際には回路が安定するまでの時間が必要である。したがって、駆動信号を出力開始する直前にアンプ８０およびアンプ８１をスリープモードから復帰させる指令を送ると、スリープモードから復帰完了するまで圧電素子１０および１１には駆動信号が正しく伝わらないことになる。スリープモードから復帰完了するまで駆動信号の出力開始を待たせると応答時間が長くなる。
【００９０】
タッチ操作に対して短い応答時間で振動を発生させるために、図１７に示すように触感呈示装置１００は動作する。ステップＳ３０１で、タッチ入力を検知し、ステップＳ３０２で、アンプ８０およびアンプ８１のスリープモードの解除指令を送る。その後、ステップＳ３０３で、駆動乗算部６１から出力する駆動信号を演算し、ステップＳ３０４で、駆動乗算部６１からアンプ８０およびアンプ８１を介して圧電素子１０および１１へ駆動信号を出力開始する。ステップＳ３０５では、駆動乗算部６１からの駆動信号が出力し終わるまで待機する。ステップＳ３０６で、アンプ８０およびアンプ８１をスリープモードにする。
【００９１】
このように、駆動信号を演算する前にアンプ８０およびアンプ８１のスリープモードの解除指令を送り、回路が安定するまでの時間を利用して駆動信号を演算することで応答時間を短くできる。
【００９２】
尚、本実施形態では、駆動信号を演算する前にアンプ８０およびアンプ８１をスリープモードから復帰させていたが、駆動信号を出力開始するまでに回路が安定するのであれば、駆動信号を演算している途中でスリープモードから復帰させてもよい。
【００９３】
（実施形態４）
本実施形態４に係る触感呈示装置１００について図１８および図２０を参照して説明する。図１８（ａ）は、共振の強度が強い場合の振動パネル１の振動点における振動波形の一例を示す。図１８（ｂ）は、共振の強度が弱い場合の振動パネル１の振動点における振動波形の一例を示す。図１８において横軸は時間であり、縦軸はそれぞれの信号レベルである。図２０に共振の強度が強い場合および共振の強度が弱い場合の振動点における伝達特性の一例を示す。図２０の実線は共振の強度が強い場合の伝達特性を示し、破線は共振の強度が弱い場合の伝達特性を示している。
【００９４】
実施形態１で示した方法は、伝達特性の周波数をキャリア周波数のみに限定することで演算量を削減している。振動パネル１などの機械構造には共振があり、構造や素材によって共振周波数や共振の強さが決まる。共振が強すぎる場合は、圧電素子による振動で振動パネル１の共振が励起され収束に時間がかかる。図１８（ｂ）に示すように、共振が弱いと圧電素子を駆動することにより目標振動を発生できるが、図１８（ａ）に示すように、共振が強いと圧電素子を駆動することにより共振が励起され、振動の終端で共振周波数の振動収束に時間がかかり、目標振動から乖離した振動となる。
【００９５】
キャリア周波数と振動パネル１の共振周波数が異なる場合、実施形態１で示した方法では、キャリア周波数のみの伝達特性を利用しているため、共振周波数での振動を抑制するための正しい圧電素子への駆動信号を生成することができない場合がある。
【００９６】
構造や素材によって共振周波数や共振の強さが決まるため、図２０に実線で示すように共振が強い伝達特性を有する振動パネル１に対して、緩衝材３を設けることにより、図２０に破線で示すように共振の強さを低減することができる。なお、緩衝材３は、振動パネル１に接着されていてもよいし、筐体と振動パネル１とに挟まれることで、振動パネル１に接触するように設置されるものであってもよい。振動パネル１の部材自体が緩衝材３として用いても良いのであれば、緩衝部として突起を有する形にしてもよい。なお、緩衝機能を発揮できればよいのであって、図２０の配置はあくまで例であり、この配置に限定するものではない。図１９は、緩衝材３を設けた振動パネル１を示す図である。緩衝材３は例えばシリコンゴムまたはウレタンで形成されるがこれに限定されない。
【００９７】
尚、緩衝材３をつけすぎると振動パネル１が振動しにくくなり目標振動で振動させるために必要な圧電素子への駆動電力が増加する。そのため、励起された振動パネル１の共振が収束するまでの時間が例えば１００ｍｓ以下の範囲内となり、且つ圧電素子への駆動電力が許容できるレベルになるように、緩衝材３を設ける。
【００９８】
このようにして、圧電素子への駆動電力を大幅に増加させることなく、振動パネル１の共振の影響を低減し目標振動を発生できる。
【００９９】
尚、本実施形態では、緩衝材３を用いて振動パネル１の共振の強さを低減したが、振動パネル１に付加するものは振動を吸収するものであれば何でもよい。また、振動パネル１の素材を変えることにより共振の強さを低減させてもよい。
【０１００】
尚、上記各実施形態において、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、ネットワークを介して接続される外部サーバ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。なお、各構成要素は説明のため便宜的に分けて記載しているものであって、全体としてフローが実行されればよく、例えば、キャリア生成部６０と駆動乗算部６１の処理を必ずしも別の専用ハードウェアで構成することを意図したものではない。
【０１０１】
図２１は、マイクロコンピュータ９１および記憶部９２を備える触感呈示装置１００を示す図である。また、図２２は、アンプ８０および８１を備える触感呈示装置１００がマイクロコンピュータ９１および記憶部９２を備えた構成を示している。記憶部９２は、例えばハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体であり得る。マイクロコンピュータ９１は、記憶部９２に記録されたソフトウェアプログラムおよび各種データを読み出して、上述した各種処理を実行する。例えば、図１および図１６に示す伝達特性記憶部２０、振動点決定部３０、目標振動決定部４０、伝達特性取得部５０、キャリア生成部６０、駆動乗算部６１、および図９に示す振動残差推定部７０の少なくとも何れかが行う処理は、マイクロコンピュータ９１および記憶部９２を組み合わせた構成により実現されてもよい。
【０１０２】
以上、説明したように、ある実施形態に係る触感呈示装置１００は、ユーザと接触し触感を呈示する接触部１と、接触部１を振動させる複数の振動部１０および１１と、接触部１における複数の振動点を決定する振動点決定部３０と、決定した複数の振動点における目標振動を決定する目標振動決定部４０と、決定した複数の振動点の位置と決定した目標振動の主成分の周波数とに基づいて得た振動の伝達特性と、決定した目標振動とに基づいて、振動部１０および１１を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成部６０および６１とを備える。駆動信号生成部６０および６１は、決定した目標振動の主成分の周波数近傍に対応した伝達特性に基づいて、駆動信号を生成する。これにより、振動部１０および１１の駆動信号を生成するための演算量を低減することができるので、応答時間の短縮ができるとともに、少ない回路およびソフト資源で触感の呈示を実現できる。
【０１０３】
触感呈示装置１００は、振動部１０および１１から接触部１までの振動の伝達特性を複数個記憶する伝達特性記憶部２０と、決定した複数の振動点の位置と、決定した目標振動の主成分の周波数とに基づいて、振動部１０および１１の駆動に用いる伝達特性を伝達特性記憶部２０から取得する伝達特性取得部５０とをさらに備えてもよく、伝達特性取得部５０は、決定した目標振動の主成分の周波数近傍に対応した伝達特性を取得してもよい。これにより、振動部１０および１１の駆動信号を生成するための演算量を低減することができるので、応答時間の短縮ができるとともに、少ない回路およびソフト資源で触感の呈示を実現できる。
【０１０４】
目標振動決定部４０は、例えば、目標振動の始端および終端において、エンベロープ信号を直線状に増加および減少させてもよい。これにより、一方の振動点における目標振動の影響を、他方の振動点において低減できる。
【０１０５】
目標振動決定部４０は、例えば、目標振動の始端および終端を除く中央部におけるエンベロープ信号の傾きを零にしてもよい。これにより、一方の振動点における目標振動の影響を、他方の振動点において低減できる。
【０１０６】
伝達特性取得部５０は、例えば、目標振動の主成分の周波数に対応した伝達特性を取得してもよい。これにより、振動部１０および１１への駆動信号を生成するための演算量を低減できる。
【０１０７】
接触部１は、例えば、ユーザによるタッチ操作を受け付けてタッチ位置を検出し、振動点決定部３０は、検出したタッチ位置に基づいて振動点を決定してもよい。これにより、タッチ操作に対して、振動パネルの振動位置を高速に追従できる。
【０１０８】
伝達特性記憶部２０は、例えば、振動部１０および１１への駆動信号を入力とした伝達特性を記憶してもよい。逆伝達特性を用いることで、簡易に振動部１０および１１への駆動信号を導出できる。
【０１０９】
接触部１には、例えば、複数の振動点の候補点が割り当てられており、伝達特性記憶部２０は、候補点のそれぞれにおける振動を出力とした伝達特性を記憶してもよい。これにより、目標とする振動点に最適な伝達特性を選択できる。
【０１１０】
伝達特性取得部５０は、例えば、決定した目標振動のキャリア周波数近傍に対応した伝達特性を取得してもよい。これにより、振動部１０および１１への駆動信号を生成するための演算量を低減できる。
【０１１１】
駆動信号生成部６０および６１は、例えば、伝達特性のゲインおよび位相に基づいて、振動部１０および１１の駆動ゲインおよびキャリア位相を演算してもよい。これにより、振動部１０および１１への駆動信号を生成するための演算量を低減できる。
【０１１２】
駆動信号生成部６０および６１は、例えば、決定した目標振動のエンベロープ信号に、複数の振動部１０および１１ごとに求められる駆動ゲインおよびキャリア位相を有するキャリア信号を乗じて、複数の振動部１０および１１の駆動信号を生成してもよい。これにより、振動部１０および１１への駆動信号を生成するための演算量を低減できる。
【０１１３】
触感呈示装置１００は、目標振動決定部４０が出力する目標振動および伝達特性記憶部２０が出力する伝達特性に基づいて各振動点における振動を推定し、目標振動に対する残差を求める振動残差推定部７０をさらに備えてもよく、目標振動決定部４０は、残差に基づいて目標振動の始端および終端におけるエンベロープ信号の傾きを調整してもよい。これにより、一方の振動点における目標振動の影響を、他方の振動点において低減できる。
【０１１４】
目標振動決定部４０は、例えば、残差が所定値以下になるように、目標振動の始端および終端におけるエンベロープ信号の傾きを調整してもよい。これにより、一方の振動点における目標振動の影響を、他方の振動点において低減できる。
【０１１５】
目標振動決定部４０は、例えば、エンベロープ信号の波形を三角形状にしてもよい。これにより、一方の振動点における目標振動の影響を、他方の振動点において低減できる。
【０１１６】
触感呈示装置１００は、目標振動決定部４０が出力する目標振動および伝達特性記憶部２０が出力する伝達特性に基づいて各振動点における振動を推定し、目標振動に対する残差を求める振動残差推定部７０をさらに備えてもよく、目標振動決定部４０は、残差に基づいて目標振動の始端および終端を除く中央部におけるエンベロープ信号の傾きを調整してもよい。これにより、一方の振動点における目標振動の影響を、他方の振動点において低減できる。
【０１１７】
触感呈示装置１００は、接触部１の共振の強度を下げる緩衝材３をさらに備えてもよい。これにより、振動点における振動の終端を目標振動に近づけることができる。
【０１１８】
緩衝材３は、例えば、励起された共振による振動が収束するまでの時間が１００ｍｓ以下になるように共振の強度を下げてもよい。これにより、振動点における振動の終端を目標振動に近づけることができる。
【０１１９】
触感呈示装置１００は、駆動信号生成部６０および６１が生成した駆動信号を増幅して振動部１０および１１へ出力する増幅部８０および８１をさらに備えてもよく、増幅部８０および８１は、振動を発生させないときはスリープモードになり、増幅部８０および８１は、駆動信号生成部６０および６１が駆動信号を演算し終わる前にスリープモードを解除してもよい。これにより、増幅部８０および８１のスリープ解除の所要時間による応答時間の遅れを低減できる。
【０１２０】
ある実施形態に係る触感呈示方法は、ユーザと接触する接触部１における複数の振動点を決定するステップと、決定した複数の振動点における目標振動を決定するステップと、決定した複数の振動点の位置と決定した目標振動の主成分の周波数とに基づいて得た振動の伝達特性と、決定した目標振動とに基づいて、接触部１を振動させる振動部１０および１１を駆動する駆動信号を生成するステップと、接触部１を振動させてユーザに触感を呈示するステップとを含む。駆動信号を生成するステップは、決定した目標振動の主成分の周波数近傍に対応した伝達特性に基づいて、駆動信号を生成する。これにより、振動部１０および１１の駆動信号を生成するための演算量を低減することができるので、応答時間の短縮ができるとともに、少ない回路およびソフト資源で触感の呈示を実現できる。
【０１２１】
ある実施形態に係るコンピュータプログラムは、触感呈示装置１００に振動動作を実行させるコンピュータプログラムであって、コンピュータプログラムは、ユーザと接触する接触部１における複数の振動点を決定するステップと、決定した複数の振動点における目標振動を決定するステップと、決定した複数の振動点の位置と決定した目標振動の主成分の周波数とに基づいて得た振動の伝達特性と、決定した目標振動とに基づいて、接触部１を振動させる振動部１０および１１を駆動する駆動信号を生成するステップと、接触部１を振動させてユーザに触感を呈示するステップとを触感呈示装置１００のコンピュータに実行させる。駆動信号を生成するステップは、決定した目標振動の主成分の周波数近傍に対応した伝達特性に基づいて、駆動信号を生成する。これにより、振動部１０および１１の駆動信号を生成するための演算量を低減することができるので、応答時間の短縮ができるとともに、少ない回路およびソフト資源で触感の呈示を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本開示に係る触感呈示装置および触感呈示方法は、マルチタッチに対して互いに異なる触感を呈示することができるので、例えば、テレビ、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末、あるいは携帯電話などのユーザインタフェースに適用できる。また、例えば、電子黒板あるいはデジタルサイネージ用ディスプレイなど、複数の人が同時に画面にタッチする機器にも適用できる。また、例えば、自動車内に設置されるタッチパッド、カーナビゲーションシステム、カーオーディオ、エアーコンディショナー等の各種電子機器にも適用できる。
【符号の説明】
【０１２３】
１  振動パネル
２  表示部
３  緩衝材
１０  圧電素子
１１  圧電素子
２０  伝達特性記憶部
３０  振動点決定部
４０  目標振動決定部
５０  伝達特性取得部
６０  キャリア生成部
６１  駆動乗算部
７０  振動残差推定部
８０  アンプ
８１  アンプ
１００  触感呈示装置
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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