(57)【要約】  電子機器は、接触操作を受け付ける入力操作面を有する入力装置と、前記接触操作に連動してポインタを表示する表示装置と、前記表示装置上の前記ポインタの位置の変化に応じて、前記入力操作面に超音波帯の固有振動を発生させてその振幅を変化させる制御部とを有し、前記固有信号の前記振幅の変化によって前記表示装置上での前記ポインタの動作を通知する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触操作を受け付ける入力操作面を有する入力装置と、
前記接触操作に連動するポインタを表示する表示装置と、
前記表示装置上の前記ポインタの位置の変化に応じて、前記入力操作面に超音波帯の固有振動を発生させてその振幅を変化させる制御部と、
を有し、
前記固有振動の前記振幅の変化により、前記表示装置上での前記ポインタの動作を通知することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記制御部は、前記ポインタが前記表示装置に表示されるグラフィカルユーザインタフェースの領域に位置しまたは通過する際に、前記固有振動の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記制御部は、前記ポインタが前記表示装置に表示されるアイコンの領域内に入るタイミングで前記固有振動の前記振幅を変化させ、前記ポインタが前記アイコン領域内にある間、前記振幅を一定値に維持することを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記制御部は、前記ポインタが前記表示装置に表示されるアイコンの領域内に入るタイミング、及び前記アイコンの領域から出るタイミングで、前記固有振動の前記振幅に第１の変化を与えることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項５】
前記制御部は、前記ポインタが前記アイコンの領域内を通過する間、前記固有振動の前記振幅に前記第１の変化と異なる第２の変化を与えることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記制御部は、前記ポインタが前記表示装置に表示されるウィンドウの境界を超えるタイミングで、前記固有振動の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項７】
前記表示装置は複数のディスプレイパネルを有し、
前記制御部は、前記ポインタが前記ディスプレイパネルの境界を越えるタイミングで、前記固有振動の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項８】
入力装置と表示装置とを有する電子機器で用いられる入力装置であって、
前記入力装置は、
接触操作を受け付ける入力操作部と、
前記入力操作部に取り付けられ、前記入力操作部の超音波帯域の固有振動数で振動する振動素子と、
を有し、前記振動素子は、前記表示装置上に表示されるポインタの位置の変化に応じて異なる振動パターンの駆動信号を受け取り、前記振動パターンにしたがって異なる振幅で振動する
ことを特徴とする入力装置。
【請求項９】
入力装置と表示装置を有する電子機器における前記入力装置の駆動制御方法であって、
前記入力装置の入力操作面で接触操作を受け付け、
前記接触操作に連動して前記表示装置上で動作するポインタの位置の変化を検出し、
前記表示装置上での前記ポインタの前記位置の変化に応じて、異なる振幅パターンの駆動信号を生成し、
前記駆動信号により、前記入力操作面に超音波帯の固有振動を発生させ、前記固有振動の振幅を変化させる、
ことを特徴とする駆動制御方法。
【請求項１０】
前記ポインタが前記表示装置に表示されるグラフィカルユーザインタフェースの領域に位置しまたは通過する際に、前記駆動信号の振幅を変化させることを特徴とする請求項９に記載の駆動制御方法。
【請求項１１】
前記ポインタが前記表示装置に表示されるアイコンの領域内に入るタイミングで前記駆動信号の前記振幅を変化させ、前記ポインタが前記アイコン領域内にある間、前記駆動信号を一定の振幅値に維持することを特徴とする請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１２】
前記ポインタが前記表示装置に表示されるアイコンの領域内に入るタイミング、及び前記アイコンの領域から出るタイミングで、前記駆動信号の前記振幅に第１の変化を与えることを特徴とする請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１３】
前記ポインタが前記アイコンの領域内を通過する間、前記駆動信号の前記振幅に、前記第１の変化と異なる第２の変化を与えることを特徴とする請求項１２に記載の駆動制御方法。
【請求項１４】
前記ポインタが前記表示装置に表示されるウィンドウの境界を超えるタイミングで、前記駆動信号の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項１０に記載の駆動制御方法。
【請求項１５】
前記表示装置を複数のディスプレイパネルで構成し、
前記ポインタが前記ディスプレイパネル間の境界を越えるタイミングで、前記駆動信号の前記振幅を変化させることを特徴とする請求項１０に記載の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器と、電子機器で用いられる入力装置、及び入力装置の駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパソコンの入力は、マウスやタッチパッド、クリックパッドなどを使ってディスプレイパネルに表示されたポインタを操り、ディスプレイパネル上のグラフィカル・ユーザインタフェース（ＧＵＩ）を操作することで行われてきた。これらの入力装置にはポインタの位置を指定するための座標入力部と、ＧＵＩを選択するためのボタンなどが付いているが、一般的に、ＧＵＩとして表示されるオブジェクトを触感的にユーザーに提示する出力部は有していない。通常、ユーザーはディスプレイパネルに表示されたポインタの位置を目視で確認する。【０００３】
ユーザの指などが表示部に接触して操作を行うときに、その操作部位に対して所定の触感を与える触感振動を発生させる触感提示装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この触感提示装置は、表示部上の接触した部位に振動を生じさせるにとどまり、操作部位に応じてユーザに異なる触感を与えることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３１６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パソコンの画面は高精細化が進んでおり、画面に表示されるマウスカーソルやボタン等のオブジェクトのサイズが小さくなってきている。画面内のボタンが小さいと、画面を注視して、カーソルが目的のボタン等のオブジェクト上に来ているかを確認してから選択する必要がある。また、ポインタを動かす場合に、画面を見ていないとポインタの位置が判らないが、高速で動かした場合にポインタがどこにいるのか把握できず、ポインタを見失いやすい。さらに、マルチディスプレイにすると画面が広くなるため、ポインタを見失いやすく、ポインタを見つけにくい。【０００６】
そこで、ユーザに触感でＧＵＩ上のポインタ位置を提示することのできる構成と手法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のひとつの態様では、電子機器は、
接触操作を受け付ける入力操作面を有する入力装置と、
前記接触操作に連動するポインタを表示する表示装置と、
前記表示装置上の前記ポインタの位置の変化に応じて、前記入力操作面に超音波帯の固有振動を発生させてその振幅を変化させる制御部と、
を有し、
前記固有振動の前記振幅の変化により、前記表示装置上での前記ポインタの動作を通知する。
【発明の効果】
【０００８】
ユーザに触感でＧＵＩ上のポインタの位置を提示することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の電子機器とこれに用いられる入力装置を示す斜視図である。
【図２】実施形態の入力装置の平面図である。
【図３】図２の入力装置のＡ−Ａ矢視断面を示す図である。
【図４】超音波帯の固有振動によりトップパネル１２０に生じる定在波を示す図である。
【図５】トップパネル１２０に生じる超音波帯の固有振動の有無に応じて、操作入力を行う指先にかかる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。
【図６】実施の形態の電子機器１００の構成を示す図である。
【図７】メモリ２５０に格納される第１データと第２データを示す図である。
【図８】実施形態の電子機器１００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。
【図９】実施形態の電子機器１００の動作例を示す図である。
【図１０】実施形態の電子機器１００の動作例を示す図である。
【図１１】実施形態の電子機器１００の動作例を示す図である。
【図１２】実施形態の電子機器１００の動作例を示す図である。
【図１３】実施形態の電子機器１００の動作例を示す図である。
【図１４】実施形態の電子機器１００の動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下で、本発明の入力装置とこれを用いた電子機器の実施の形態について説明する。実施形態では、表示画面上でのポインタの動作に応じて、入力装置を接触操作するユーザに異なる触感を与えることで、ユーザが画面上のどこを操作しているのかを目視によらずに把握できるようにする。たとえば、ポインタで画面上の特定のアイコンを選択する際や、画面上に開かれた複数のウィンドウ間をまたぐとき等に、ユーザに特定の触感を与えることで、ユーザがポインタの位置を触感で認識できるようにする。
【００１１】
図１（Ａ）は、電子機器１０の一例として、ノート型パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」と略称する）１０を示す。ＰＣ１０は、入力装置１００の一例としてのクリックパッド１００を有する。入力装置１００は、ユーザが触れることのできる滑らかな表面を持ち、かつ接触位置の座標を検知できるセンサーを持つ機器であればよく、クリックパッド１００に替えて、例えばマウスやキーボードであってもよい。ＰＣ１０は表示装置４２０を有し、クリックパッド１００に対する操作に応じた表示を行う。表示装置４２０は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機ＥＬ(Electroluminescence)パネル等のディスプレイパネル４２０である。ディスプレイパネル４２０は、後述するドライバＩＣ（Integrated Circuit）によって駆動制御され、電子機器１０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。
【００１２】
図１（Ｂ）はクリックパッド１００の斜視図、図２はクリックパッド１００の平面図、図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図である。クリックパッド１００は、筐体１０５上に入力操作部１０１を有し、配線１０２が筐体１０５内の基板１７０（図２及び図３参照）に接続されている。配線１０２は、クリックパッド１００をＰＣ１０の本体に接続する。
【００１３】
入力操作部１０１の裏面には、入力操作部１０１の表面に対する接触を検出できるタッチパネル１５０が接着剤１３０を介して配置されている（図２及び図３参照）。入力操作部１０１には、制御ソフトウェアにより、領域によって様々な機能が割り当てられている。例えば、入力操作部１０１の全面でタッチ操作をすることができる。また、領域１０３をタップもしくは押圧するとマウスの左クリックに対応し、領域１０４をタップもしくは押圧するとマウスの右クリックとなる。この意味で、領域１０３を「左ボタンエリア１０３」と称し、領域１０４を「右ボタンエリア１０４」と称する。また、図１（Ｂ）の例では、入力操作部１０１の短辺と長辺に沿ってスクロールエリア１０６が設けられている。入力操作部１０１に対する接触操作は、配線１０２を通してＰＣ１０の本体に送信され、入力操作に応じた結果をＰＣ１０から受け取る。
【００１４】
図２及び図３に示すように、クリックパッド１００は、筐体１０５内に配置されるトップパネル１２０、振動素子１４０、タッチパネル１５０、ボタン１６０、基板１７０を有する。この例では、トップパネル１２０は平面形状が長方形の薄い平板状の部材である。材質は、トップパネル１２０に触れている指の座標をタッチパネル１５０で検出でき、かつ超音波の固有振動数で駆動できる任意の材質である。タッチパネル１５０に静電容量式タッチパネルを使用する場合は、トップパネル１２０はガラス、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の裏面（Ｚ軸負方向側の面）に振動素子１４０が配置されている。トップパネル１２０は、タッチパネル１５０の表面を保護する役割を果たし、タッチパネル１５０での接触検出と超音波による駆動を妨げないかぎり、トップパネル１２０の表面にさらに別なパネル又は保護膜等を設けてもよい。
【００１５】
トップパネル１２０は、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、トップパネル１２０の固有振動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。トップパネル１２０の固有振動周波数は、トップパネル１２０に接着される振動素子１４０の重さ等を考慮して決定される。
【００１６】
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／オフは駆動信号によって制御される。
【００１７】
超音波帯とは、例えば、約２０ｋＨｚ以上の周波数帯をいう。実施の形態のクリックパッド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駆動信号によって駆動される。
【００１８】
タッチパネル１５０は、ユーザのトップパネル１２０への接触位置を検出できるものであればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出器である。あるいは、カメラを用いた座標検出器や光学タッチパネルなどを用いてもよい。後者の場合は、タッチパネル１５０はトップパネル１２０の上方に配置される。ここでは、タッチパネル１５０に静電容量型の座標検出器を用いる。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。
【００１９】
基板１７０は、筐体１０５内部に保持部１０８とボタン１６０を介して配設される。基板１７０の上には、タッチパネル１５０およびカバーガラス１２０が配置されている。ボタン１６０は例えばドームスイッチのようなボタンで、基板１７０の下方に配置されている。トップパネル１２０が押されることによって保持部１０８を支点に基板１７０、タッチパネル１５０およびトップパネル１２０が撓み、筺体１０５の底面との距離が縮まることによりボタン押下による入力判定が行われる。基板１７０には、後述する駆動制御装置の他に、クリックパッド１００の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
【００２０】
以上のような構成のクリックパッド１００は、トップパネル１２０にユーザの指が接触し、指先の移動が検出されると、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。
【００２１】
ディスプレイパネル４２０上のポインタの位置あるいは動きに応じて、クリックパッド１００のトップパネル１２０に異なるパターンの振動を発生させることにより、クリックパッド１００を操作するユーザに、実行中の操作を触感で認識させることができる。
【００２２】
図４は、トップパネル１２０に発生させる定在波を説明する図である。図４では、超音波帯の固有振動によってトップパネル１２０の短辺に平行な波頭を形成する定在波が生じている。図４（Ａ）はトップパネル１２０の側面図、図４（Ｂ）は斜視図であり、図２及び図３と同様のＸＹＺ座標を定義する。
【００２３】
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、長辺方向に存在する定在波の周期数ｋとすると、トップパネル１２０の固有振動数（共振周波数）ｆは式（１）、（２）で表される。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
【数２】
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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。式（２）の係数αは、式（１）におけるｋ２以外の係数をまとめて表したものである。
【００２６】
図４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１４０ｍｍ、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３３．５［ｋＨｚ］となる。この場合は、周波数が３３．５［ｋＨｚ］の駆動信号を用いればよい。
【００２７】
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に示すように撓むことにより、表面に定在波が生じる。
【００２８】
ここでは、図２のように、単一の振動素子１４０がトップパネル１２０の裏面（Ｚ軸負方向側の面）で一方の短辺（Ｙ軸方向）に沿って配置される構成を例にとっ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の他方の短辺に沿って接着すればよい。この場合、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。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が奇数の場合は逆位相で駆動すればよい。
【００２９】
図５は、クリックパッド１００のトップパネル１２０に生じさせる超音波帯の固有振動の効果を説明する図である。クリックパッド１００のトップパネル１２０に超音波帯の固有振動を発生あるいは停止させることにより、操作入力者の指先にかかる動摩擦力が変化する。
【００３０】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、ユーザが指先でトップパネル１２０に触れながら、指を矢印の方向に移動させて操作あるいは入力を行っている。ユーザの指の移動中の振動のオン／オフの切り替えは、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。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）で、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で示す。
【００３１】
図５（Ａ）に示す動作パターンでは、ユーザ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。図５（Ｂ）に示す動作パターンでは、ユーザ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。
【００３２】
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の表面と指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の表面をなぞったときの動摩擦係数が低下する。従って、図５（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。
【００３３】
図５（Ａ）の矢印の方向に操作入力を行うユーザは、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、ユーザはトップパネル１２０の表面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の表面に凹部が存在するように感じる。
【００３４】
図５（Ｂ）では、トップパネル１２０の奥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。図５（Ｂ）の矢印の方向に操作入力を行うユーザは、振動がオフになると、指先にか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。ユーザは、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の表面に凸部が存在するように感じる。
【００３５】
このような構成により、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の場合に、ユーザは指先で凹凸を感じ取ることができる。人間が凹凸を知覚することは、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。
【００３６】
上記の例では、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、振動素子１４０の振幅（強度）を変化させた場合も同様の効果を奏する。
【００３７】
図６は、電子機器（ＰＣ）１０のブロック構成図である。電子機器１０は、入力装置としてのクリックパッド１００と、駆動制御装置３００と、ＰＣ本体４００を含む。クリックパッド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、ボタン１６０を含む。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から出力される駆動信号を増幅して振動素子１４０を駆動する。なお、図６では、保持部１０８、筐体１０５、トップパネル１２０等は省略されている。  
駆動制御装置３００は、正弦波発生器３１０と、振幅変調器３２０と、駆動制御部２４０を含む。図６では、駆動制御装置３００は、クリックパッド１００とＰＣ本体４００にまたがって配置されているが、クリックパッド１００またはＰＣ本体４００のいずれか一方にだけ配置されてもよい。また、クリックパッド１００のアンプ１４１、ドライバＩＣ１５１、正弦波発生器３１０、振幅変調器３２０の全部または一部を、ＰＣ本体４００に配置してもよい。
【００３８】
ＰＣ本体４００は、制御部２００と、ディスプレイパネル（表示部）４２０と、ドライバＩＣ４３０を含む。制御部２００は、アプリケーションプロセッサ２２０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０を有する。制御部２００は、例えばＩＣチップで実現される。
【００３９】
ＰＣ本体４００の制御部２００は、クリックパッド１００のドライバＩＣ１５１や、駆動制御装置３００の振幅変調器３２０と信号の送受信を行う。信号の送受信は、配線１０２（図１参照）を介して行ってもよいし、無線で行ってもよい。ディスプレイパネル４２０は、ドライバＩＣ４３０によって駆動制御が行われ、クリックパッド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。
【００４０】
図６では、アプリケーションプロセッサ２２０、駆動制御部２４０、及びメモリ２５０が１つの制御部２００によって実現されているが、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２５０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２５０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。
【００４１】
次に、入力操作に応じた振動の発生について説明する。
【００４２】
ドライバＩＣ１５１は、タッチパネル１５０及びボタン１６０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する。検出された位置データは、制御部２００に出力される。また、ドライバＩＣ１５１は、ボタン１６０に対する入力があった場合、タッチパネルで検出された位置データを用いて入力操作部１０１（図１（Ｂ）参照）のどこの領域が操作されてボタン入力が行われたかを判定して、判定結果を制御部２００に出力する。これらの位置データは、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。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。
【００４３】
ドライバＩＣ４３０は、ディスプレイパネル４２０に接続されており、アプリケーションプロセッサ２２０から出力される描画データをディスプレイパネル４２０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４２０に表示させる。アプリケーションプロセッサ２２０は、電子機器１０の種々のアプリケーションを実行する処理を行う。ディスプレイパネル４２０には、アプリケーションプロセッサ２２０で生成された描画データに基づくＧＵＩ操作部又は画像等が表示される。
【００４４】
駆動制御部２４０は、２つの所定の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。２つの条件は、
（１）ユーザの指の移動速度が所定の閾値以上になること、及び
（２）振動発生時に、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、
である。
【００４５】
振幅データは、振動素子１４０の駆動に用いる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。振幅値は、位置データの時間的変化の度合に応じて設定される。位置データの時間的変化の度合として、ユーザの指先がトップパネル１２０の表面に沿って移動する速度を用いる。ユーザ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量に基づいて、駆動制御部２４０が算出する。
【００４６】
実施形態の駆動制御装置３００は、一例として、指先の移動速度に関わらずにユーザが指先から感知する触感を一定にするために、移動速度が高いほど振幅値を小さくし、移動速度が低いほど振幅値を大きくする。振幅値と移動速度との関係は、図７（Ａ）に示す第１データ（テーブル）として、メモリ２５０に格納されている。あらかじめ振幅値と移動速度の関係を示すテーブルを格納する代わりに、式（３）を用いて振幅値Ａを算出してもよい。式（３）で算出される振幅値Ａは、第１データと同様に、移動速度が高いほど小さくなり、移動速度が低いほど大きくなる。
【００４７】
【数３】
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ここで、Ａ0は振幅の基準値であり、Ｖは指先の移動速度であり、ａは所定の定数である。式（３）を用いて振幅値Ａを算出する場合は、式（３）（振幅の基準値Ａ0と所定の定数ａの値を含む）をメモリ２５０に格納しておけばよい。
【００４８】
実施形態の駆動制御装置３００は、ユーザの指先がトップパネル１２０の表面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、上記の条件（１）である。
【００４９】
駆動制御部２４０が出力する振幅データの振幅値は、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、移動速度に応じて異なる振幅値に設定される。移動速度が所定の閾値速度以上のときには、移動速度が高いほど振幅値は小さく設定され、移動速度が低いほど振幅値が大きく設定される。
【００５０】
条件（１）で移動速度が所定の閾値速度未満の場合に振幅値をゼロとするのは、ユーザの指先が動いていない場合に振動素子１４０を振動させたとしても動摩擦力の変化が起きにくいからである。したがって、条件（２）を満たし、消費電流などの問題がない場合は、かならずしも振幅値をゼロにしなくてもよい。
【００５１】
次に、条件（２）を説明する。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かどうかは、操作入力を行う指先の位置情報に基づいて判定される。
【００５２】
ディスプレイパネル４２０に表示されるＧＵＩ操作部、画像表示領域、又は、ページ全体を表す領域等の位置は、これらの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４２０に表示されるすべてのＧＵＩ操作部、画像表示領域、又は、ページ全体を表す領域について存在する。
【００５３】
したがって、条件（２）で、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１０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４２０上の表示が異なるからである。
【００５４】
また、アプリケーションの種類により、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類が異なる。トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力の種類として、例えば、ＧＵＩ操作部を操作する際の、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。
【００５５】
他には、スワイプ操作がある。スワイプ操作は、指先をトップパネル１２０の表面に沿って掃くように比較的長い距離移動させる操作である。スワイプ操作は、例えばマウスポインタの移動やディスプレイパネル４２０で写真を表示するようなアプリケーションにおいて、写真を捲って次の写真を表示させる場合に行われる。また、ＧＵＩ操作部によるスライダーをスライドさせる場合やアイコンを選択して移動させるには、スライダーやアイコンをドラッグするドラッグ操作が行われる。
【００５６】
上記のフリック操作、スワイプ操作、あるいはドラッグ操作のように、トップパネル１２０の表面に触れた指先を移動させる操作入力は、アプリケーションによる表示の種類によって使い分けられる。このため、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１０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。
【００５７】
アプリケーションの種類と、操作入力が行われる領域を表す領域データと、振動パターンの対応関係は、図７（Ｂ）に示す第２データ（テーブル）として、メモリ２５０に格納されている。
【００５８】
駆動制御部２４０は、メモリ２５０内の領域データを用いて、ドライバＩＣ１５１から供給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内にあるか否かを判定する。
【００５９】
また、駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間の間における指先の位置の変化分を補間するために、以下の処理を行う。
【００６０】
駆動制御装置３００は、所定の制御周期毎に演算を行ので、駆動制御部２４０も所定の制御周期毎に演算を行う。ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動制御部２４０が駆動信号を算出するまでの所要時間をΔｔとすると、所要時間Δｔは、制御周期に等しい。
【００６１】
指先の移動速度は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に入力される位置データが表す点（ｘ１、ｙ１）を始点とし、所要時間Δｔが経過した後の指先の位置を終点（ｘ２、ｙ２）とするベクトルの速度として求めることができる。
【００６２】
駆動制御部２４０は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に入力される位置データが表す点（ｘ２、ｙ２）を始点とし、所要時間Δｔが経過した後の指先の位置を終点（ｘ３、ｙ３）とするベクトルを求めることにより、所要時間Δｔ経過後の座標（ｘ３、ｙ３）を推定して、時間Δｔの間における指先の位置の変化分を補間する。
【００６３】
駆動制御部２４０は、推定されたΔｔ後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か否かを判定し、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動を発生させる。
【００６４】
駆動制御部２４０は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であり、推定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、移動速度に応じた振幅値を表す振幅データをメモリ２５０から読み出して、振幅変調器３２０に出力する。
【００６５】
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３３．５［ｋＨｚ］の固有振動数ｆで振動させる場合は、正弦波の周波数は、３３．５［ｋＨｚ］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。
【００６６】
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、駆動信号を生成する。振幅データがゼロの場合は、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。
【００６７】
図７（Ａ）は、メモリ２５０に格納される第１データの例、図７（Ｂ）は第２データの例を示す。図７（Ａ）の例では、指の移動速度Ｖに応じて、振幅値が異なる値（０、Ａ１、Ａ２）に設定されている。図７（Ｂ）の例では、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。関連づけられる領域データとして、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（ｆ１〜ｆ４）が格納される。領域データに対応付けられる振動パターンとして、Ｐ１〜Ｐ４が格納される。
【００６８】
第２データに含まれるアプリケーションは、表示画面と入力装置が兼用されていない装置で利用可能なあらゆるアプリケーションを含み、たとえば、電子メールの編集モードを含んでもよい。
【００６９】
図８は、駆動制御装置３００の駆動制御部２４０が実行する処理のフローチャートである。電子機器１０のＯＳ（Operating System）は、所定の制御周期毎に電子機器１０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８の処理フローを所定の制御周期で繰り返し実行する。
【００７０】
上述のように、制御周期の１周期の時間は、ドライバＩＣ１５１から駆動制御装置３００に位置データが入力されてから、当該位置データに基づいて駆動信号が算出されるまでの所要時間Δｔに相当するものとして取り扱うことができる。
【００７１】
駆動制御部２４０は、電子機器１０の電源オンにより処理を開始する。駆動制御部２４０は、現在の位置データと領域データを取得する（ステップＳ１）。領域データは、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に割り当てられている機能に対して取得される。領域データは、図７（Ｂ）に示すように振動パターンと関連付けられている。
【００７２】
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、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。
【００７３】
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、現在の位置データが表す座標と、移動速度とに基づいて、Δｔ時間後の推定座標を演算する（ステップＳ３）。
【００７４】
駆動制御部２４０は、Δｔ時間後の推定座標が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域内にあるか否かを判定する（ステップＳ４）。Δｔ時間後の推定座標が、領域データが表す領域内にある場合は、ステップＳ２で求めた移動速度に対応する振幅値を、図７（Ａ）の第１データから求める（ステップＳ５）。
【００７５】
駆動制御部２４０は、振幅データ出力する（ステップＳ６）。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変調されることによって駆動信号が生成され、振動素子１４０が駆動される。
【００７６】
一方、ステップＳ２で移動速度が所定の閾値速度以上ではない場合（Ｓ２：ＮＯ）、またはステップＳ４でΔｔ時間後の推定座標が、ステップＳ１で求めた領域データが表す領域内にない場合（Ｓ４：ＮＯ）は、駆動制御部２４０は、振幅値をゼロに設定する（ステップＳ７）。
【００７７】
この結果、駆動制御部２４０は、振幅値がゼロの振幅データが出力され、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。
【００７８】
図９〜図１４を参照して、電子機器１０の具体的な動作例を説明する。
【実施例１】
【００７９】
図９は、クリックパッド１００の入力操作部１０１上でユーザがスワイプ入力を行うことにより、ディスプレイパネル４２０に表示されたＧＵＩにおいて、矢印Ｂの方向にポインタ３０がアイコン２１上を通過する動作を示す。時刻ｔ１１でポインタ３０の操作が開始される。時刻ｔ１２でポインタ３０がアイコン２１の領域に入り、時刻ｔ１３でアイコン２１の領域を出て、時刻ｔ１４でポインタ３０の操作が終了する。【００８０】
このように、アイコン２１などのオブジェクト上をポインタ３０が通過する動作モードでは、駆動制御部２４０は、ポインタ３０がアイコン２１の領域内にあるかどうかを判定する。【００８１】
図１０は、図９に示す操作入力が行われた場合に、駆動制御部２４０から出力される振幅データを示す。図１０の横軸は時間を表し、縦軸は振幅データの振幅値を表す。正弦波発生器３１０で生成される正弦波は、振幅変調器３２０において図１０の振幅データによて変調され、振動素子１４０を駆動する駆動信号が出力される。【００８２】
時刻ｔ１２でポインタ３０がアイコン２１のエリアに入ると、振幅はＡ１１まで立ち上がり、ほぼ一定に維持される。ここでは、ユーザがスワイプ操作を行う際の指先の移動速度は略一定であることとする。時刻ｔ１３でポインタ３０がアイコン上のエリアを抜けると、駆動制御部２４０によって振幅値はゼロに設定される。このため、時刻ｔ１３の直後に振幅がゼロになる。【００８３】
この駆動制御の結果、ユーザのスワイプ操作中にポインタ３０がアイコン２１上にある間は、ユーザの指先に掛かる動摩擦力は低下し、ユーザに指先が滑る感覚が提供される。ユーザは、画面を凝視していなくても、ポインタ３０がアイコン２１上にあることを指先で感知することができる。【００８４】
図９のポインタ３０がアイコン２１上を通過する例で、図１０の振動パターンに替えて、図１１の振動パターンを用いてもよい。図１１では、ポインタ３０がアイコン２１に差し掛かる時刻ｔ１２に振幅の大きな短時間の振動Ｂ１１が生じる。振動Ｂ１１は、ユーザの指先において知覚できないほど短時間の低摩擦状態（振幅大）から、瞬時的に高摩擦状態（振幅ゼロへの立下り）にすることにより、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供する。【００８５】
また、時刻１２から時刻１３の間、指先がアイコン２１の内部を図９の矢印Ｂの方向（紙面の右方向）に移動する間、振幅の小さな短時間の振動Ｂ１２が一定の時間間隔で発生する。これによって図１０の振動パターンにより与えられる感触とは異なる感触がユーザに提示される。そして、時刻ｔ１３において、ポインタ３０がアイコン２１の領域から出ると、振幅の大きな短時間の振動Ｂ１３を発生させる。振動Ｂ１３ｈａ、振動Ｂ１１と同様の振動であり、ユーザの指先を知覚されないほど短時間の低摩擦状態から、瞬時的に高摩擦状態にして、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供する。これにより、ユーザはアイコン２１の領域から出たことを触感で感知することができる。【００８６】
アプリケーションに応じてメモリ２５０から読み出される振動波形を変えることによって、利用者は特定のアイコンの操作を触感で把握することができる。たとえば、スワイプ操作によりディスプレイパネル４２０上に開かれたウィンドウのコーナーにある最小化／最大化ボックスやクローズボックスを選択する場合に、ボックスの近傍に先かかったときに振幅を立ち上げ、アイコンとその近傍領域内て振幅を維持することで、ユーザはアイコンの選択を触感で認識することができる。
【実施例２】
【００８７】
図１２は、クリックパッド１００の入力操作部１０１上でユーザが矢印Ｂの方向にスワイプ入力を行うことで、ディスプレイパネル４２０に表示されたＧＵＩでポインタ３０がウィンドウの境界を通過する動作を示す。【００８８】
ディスプレイパネル４２０上に複数のウィンドウ３１，３２が開いているときに、時刻ｔ２１でポインタ３０の操作が開始され、時刻ｔ２２でウィンドウ３２の境界３５近傍に入り、時刻ｔ２３でウィンドウ境界３５近傍を出て、時刻ｔ２４でポインタ３０の操作が終了する。【００８９】
図１３は、図１２の操作入力が行われた場合に、駆動制御部２４０から出力される振幅データを示す。図１３の横軸は時間軸を表し、縦軸は振幅データの振幅値を表す。正弦波発生器３１０で生成される正弦波は、振幅変調器３２０において図１３の振幅データにより変調され、振動素子１４０を駆動する駆動信号が出力される。
ポインタ３０がウィンドウ３２の境界３５を通過する時刻ｔ２２から時刻ｔ２３の間に、振幅の大きな短時間の振動Ｃ１１が発生する。この振動Ｃ１１は、ユーザの指先を知覚されないほど短時間の低摩擦状態から、瞬時的に高摩擦状態にすることで、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供する。これによってウィンドウ３２の境界３５で枠を乗り超えるような触感をユーザに提示し、ウィンドウを越えたことを触感でユーザに認識させることができる。【００９０】
図１３の振動パターンは、図１２のようにディスプレイパネル内でポインタがウィンドウの境界を超える場合だけではなく、図１４のように、マルチディスプレイのディスプレイパネル間をまたぐ場合にも適用することができる。たとえば、ユーザが入力装置（クリックパッド）１００上で指を矢印Ａの方向に滑らせて、ポインタ３０を矢印Ｂの方向に動かしてディスプレイパネル４１からディスプレイパネル４２へと移動させる際に、クリックパッド１００を操作するユーザの指に凸部を超えるような触感を与えることができる。【００９１】
具体的には、時刻ｔ２１でポインタ３０の操作が開始され、時刻ｔ２２でディスプレイパネル４１と５２の境界４５に入り、時刻ｔ２３で境界４５の領域を出て、時刻ｔ２４でポインタ３０の操作が終了する。ポインタ３０がディスプレイパネル間の境界４５を通過する時刻ｔ２２から時刻ｔ２３の間に、図１３に示す振動Ｃ１１を発生させることで、ユーザに指先が突起に触れた触感を提供することができる。【００９２】
以上、実施の形態の電子機器１０によれば、入力装置の表面に、ユーザの操作位置とアプリケーションに応じて異なる振動を発生させるので、ユーザは実行している操作を触感で認識することができる。【００９３】
また、正弦波発生器３１０で発生される超音波帯の正弦波の周波数又は位相を変調することなく、振幅のみを変調して駆動信号を生成するので、トップパネル１２０の固有振動をトップパネル１２０に発生させることができる。また、スクイーズ効果による空気層の介在を利用して、指でトップパネル１２０の表面をなぞったときの動摩擦係数を確実に低下させることができる。また、Sticky-band Illusion効果、又は、Fishbone Tactile Illusion効果により、トップパネル１２０の表面に凹凸が存在するような良好な触感をユーザに提供することができる。【００９４】
また、制御周期の１周期の時間に相当する所要時間Δｔが経過した後の座標を推定し、推定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動を発生させるので、実際に指先が所定のＧＵＩ操作部等に触れている間に振動を発生させることができる。【００９５】
なお、制御周期の１周期の時間に相当する所要時間Δｔ分の遅れが問題にならない場合は、推定座標の演算を行わなくてもよい。【００９６】
実施形態では、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感をユーザに提供するために、駆動信号の振幅値を所定の振幅値とゼロの間で変化させて振動素子１４０のオン／オフを切り替えていたが、振動素子１４０のオフの状態の代わりに、振幅を小さくして振動素子１４０の駆動を切り替えてもよい。例えば、振幅を１／２より小さく、好ましくは１／５程度に小さくすることによって、トップパネル１２０に凹凸が存在するような触感をユーザに提供してもよい。【００９７】
この場合は、振動素子１４０の振動の強弱を切り替える駆動信号で振動素子１４０を駆動することになる。この結果、トップパネル１２０に発生する固有振動の強弱が切り替えられ、ユーザの指先に凹凸に触れるような感覚を提供することができる。【００９８】
以上、特定の例に基づいて本発明の構成と手法を説明したが、本発明はこれらの例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。【００９９】
たとえば、図１０、１１、１３に示す振幅パターンを反転した振幅パターンを用いて、ユーザに、アイコンの選択・通過や、ウィンドウあるいはディスプレイパネルの境界超えを触感で通知することができる。【０１００】
また、実施形態ではノート型ＰＣのクリックパッドを入力装置の一例として示したが、接触入力によりディスプレイパネル上に表示されるポインタを操作が可能な任意の入力装置に適用可能である。たとえば、滑らかな表面を持つマウスパッド類似の入力装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  電子機器
３０     ポインタ
１００  入力装置  
１０１  入力操作部
１２０  トップパネル
１４０  振動素子
１５０  タッチパネル
２００  制御部
２２０  アプリケーションプロセッサ
２４０  駆動制御部
２５０  メモリ
３００  駆動制御装置
３１０  正弦波発生器
３２０  振幅変調器
４００  ＰＣ本体
４２０  ディスプレイパネル
【図１】
2015121955.tif 000006
【図２】
2015121955.tif 000007
【図３】
2015121955.tif 000008
【図４】
2015121955.tif 000009
【図５】
2015121955.tif 000010
【図６】
2015121955.tif 000011
【図７】
2015121955.tif 000012
【図８】
2015121955.tif 000013
【図９】
2015121955.tif 000014
【図１０】
2015121955.tif 000015
【図１１】
2015121955.tif 000016
【図１２】
2015121955.tif 000017
【図１３】
2015121955.tif 000018
【図１４】
2015121955.tif 000019
【国際調査報告】
2015121955.tif 000020
2015121955.tif 000021