JPWO2016163000A1 - 駆動制御装置、電子機器、駆動制御プログラム、及び駆動制御方法 - Google Patents
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Abstract
使い勝手が良好な駆動制御装置を提供する。駆動制御装置は、表示部の表示面側に配設され、操作面を有するトップパネルと、操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部と、操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の振動素子を駆動する駆動制御装置であって、表示部に表示されるスクロール可能な画像の端部の位置を表す端部位置データ、又は、画像のスクロール可能な方向を表す方向データを格納する格納部と、操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で振動素子を駆動する駆動制御部であって、表示部に端部が表示されていないときは第1パターンで振動素子を駆動し、表示部に端部が表示されているときは第2パターンで振動素子を駆動する、又は、スクロール操作の方向がスクロール可能な方向であるときは第3パターンで振動素子を駆動し、スクロール不可能な方向であるときは第4パターンで振動素子を駆動する、駆動制御部を含む。
Description
本発明は、駆動制御装置、電子機器、駆動制御プログラム、及び駆動制御方法に関する。
従来より、触覚出力装置と、表面への接触入力及び当該表面での触知的知覚に基づいて周期的な駆動信号を生成するように構成された駆動モジュールとを含む触覚効果対応装置がある。触覚効果対応装置は、当該駆動モジュール及び当該触覚出力装置に動作可能に接続され、当該触覚出力装置に当該周期的な駆動信号を印加するように構成された駆動回路を備えるインタフェース装置をさらに含む(例えば、特許文献1参照)。
ところで、従来の触覚効果対応装置は、例えば、利用者がスクロール操作で画像をスクロールさせるときに、画像の端部の存在、又は、スクロール可能な方向とスクロール不可能な方向の違いを利用者に触感を通じて知らせることができないため、使い勝手が良好ではない。
そこで、使い勝手が良好な駆動制御装置、電子機器、駆動制御プログラム、及び駆動制御方法を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態の駆動制御装置は、表示部と、前記表示部の表示面側に配設され、操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部と、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御装置であって、前記表示部に表示されるスクロール可能な画像の画像データと、前記画像の端部の位置を表す端部位置データ、又は、前記画像のスクロール可能な方向を表す方向データとを関連付けて格納する格納部と、前記座標検出部によって検出される座標に基づき、前記操作面に行われるスクロール操作の操作量及び操作方向を求める演算部と、前記トップパネルにスクロール操作が行われると、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、前記スクロール操作の操作量及び操作方向と、前記端部位置データとに基づいて、前記表示部に前記端部が表示されていないときは第1パターンで前記振動素子を駆動するとともに、前記表示部に前記端部が表示されているときは第2パターンで前記振動素子を駆動する、又は、前記スクロール操作の操作量及び操作方向と、前記方向データとに基づいて、前記スクロール操作の方向が前記スクロール可能な方向であるときは第3パターンで前記振動素子を駆動するとともに、前記スクロール操作の方向が前記スクロール可能な方向ではないときは第4パターンで前記振動素子を駆動する、駆動制御部とを含む。
使い勝手が良好な駆動制御装置、電子機器、駆動制御プログラム、及び駆動制御方法を提供することができる。
以下、本発明の駆動制御装置、電子機器、駆動制御プログラム、及び駆動制御方法を適用した実施の形態について説明する。
<実施の形態1>
図1は、実施の形態1の電子機器100を示す斜視図である。
図1は、実施の形態1の電子機器100を示す斜視図である。
電子機器100は、一例として、タッチパネルを入力操作部とする、スマートフォン端末機、又は、タブレット型コンピュータである。電子機器100は、タッチパネルを入力操作部とする機器であればよいため、例えば、携帯情報端末機、又は、ATM(Automatic Teller Machine)のように特定の場所に設置されて利用される機器であってもよい。また、電子機器100は、自動車又はオートバイ等の車両又は移動体に設置される、ナビゲーションシステムあるいは各種コントローラ等の機器であってもよい。
電子機器100の入力操作部101は、タッチパネルの下にディスプレイパネルが配設されており、ディスプレイパネルにGUI(Graphic User Interface)による様々なボタン102A、又は、スライダー102B等(以下、GUI操作部102と称す)が表示される。
電子機器100の利用者は、通常、GUI操作部102を操作するために、指先で入力操作部101に触れる。
次に、図2を用いて、電子機器100の具体的な構成について説明する。
図2は、実施の形態1の電子機器100を示す平面図であり、図3は、図2に示す電子機器100のA−A矢視断面を示す図である。なお、図2及び図3では、図示するように直交座標系であるXYZ座標系を定義する。
電子機器100は、筐体110、トップパネル120、両面テープ130、振動素子140、タッチパネル150、ディスプレイパネル160、及び基板170を含む。
筐体110は、例えば、樹脂製であり、図3に示すように凹部110Aに基板170、ディスプレイパネル160、及びタッチパネル150が配設されるとともに、両面テープ130によってトップパネル120が接着されている。
トップパネル120は、平面視で長方形の薄い平板状の部材であり、透明なガラス、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の表面(Z軸正方向側の面)は、電子機器100の利用者が操作入力を行う操作面の一例である。
トップパネル120は、Z軸負方向側の面に振動素子140が接着され、平面視における四辺が両面テープ130によって筐体110に接着されている。なお、両面テープ130は、トップパネル120の四辺を筐体110に接着できればよく、図3に示すように矩形環状である必要はない。
トップパネル120のZ軸負方向側にはタッチパネル150が配設される。トップパネル120は、タッチパネル150の表面を保護するために設けられている。なお、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が設けられていてもよい。
トップパネル120は、Z軸負方向側の面に振動素子140が接着された状態で、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1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。ただし、トップパネル120には振動素子140が接着されているため、実際には、振動素子140の重さ等を考慮した上で、固有振動周波数を決めることが好ましい。
振動素子140は、トップパネル120のZ軸負方向側の面において、Y軸正方向側において、X軸方向に伸延する短辺に沿って接着されている。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。
なお、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1の電子機器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。
タッチパネル150は、ディスプレイパネル160の上(Z軸正方向側)で、トップパネル120の下(Z軸負方向側)に配設されている。タッチパネル150は、電子機器100の利用者がトップパネル120に触れる位置(以下、操作入力の位置と称す)を検出する座標検出部の一例である。
タッチパネル150の下にあるディスプレイパネル160には、GUIによる様々なボタン等(以下、GUI操作部と称す)が表示される。このため、電子機器100の利用者は、通常、GUI操作部を操作するために、指先でトップパネル120に触れる。
タッチパネル150は、利用者のトップパネル120への操作入力の位置を検出できる座標検出部であればよく、例えば、静電容量型又は抵抗膜型の座標検出部であればよい。ここでは、タッチパネル150が静電容量型の座標検出部である形態について説明する。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。
また、ここでは、タッチパネル150の入力面側にトップパネル120が配設される形態について説明するが、トップパネル120はタッチパネル150と一体的であってもよい。この場合、タッチパネル150の表面が図2及び図3に示すトップパネル120の表面になり、操作面を構築する。また、図2及び図3に示すトップパネル120を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル150の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
また、タッチパネル150が静電容量型の場合は、トップパネル120の上にタッチパネル150が配設されていてもよい。この場合も、タッチパネル150の表面が操作面を構築する。また、タッチパネル150が静電容量型の場合は、図2及び図3に示すトップパネル120を省いた構成であってもよい。この場合も、タッチパネル150の表面が操作面を構築する。また、この場合には、操作面を有する部材を、当該部材の固有振動で振動させればよい。
ディスプレイパネル160は、例えば、液晶ディスプレイパネル又は有機EL(Electroluminescence)パネル等の画像を表示できる表示部であればよい。ディスプレイパネル160は、筐体110の凹部110Aの内部で、図示を省略するホルダ等によって基板170の上(Z軸正方向側)に設置される。
ディスプレイパネル160は、後述するドライバIC(Integrated Circuit)によって駆動制御が行われ、電子機器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。
基板170は、筐体110の凹部110Aの内部に配設される。基板170の上には、ディスプレイパネル160及びタッチパネル150が配設される。ディスプレイパネル160及びタッチパネル150は、図示を省略するホルダ等によって基板170及び筐体110に固定されている。
基板170には、後述する駆動制御装置の他に、電子機器100の駆動に必要な種々の回路等が実装される。
以上のような構成の電子機器100は、トップパネル120に利用者の指が接触し、指先の移動を検出すると、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。
電子機器100は、超音波帯の定在波を発生させることにより、トップパネル120を通じて利用者に触感を提供する。
次に、図4を用いて、トップパネル120に発生させる定在波について説明する。
図4は、超音波帯の固有振動によってトップパネル120に生じる定在波のうち、トップパネル120の短辺に平行に形成される波頭を示す図であり、図4の(A)は側面図、(B)は斜視図である。図4の(A)、(B)では、図2及び図3と同様のXYZ座標を定義する。なお、図4の(A)、(B)では、理解しやすさのために、定在波の振幅を誇張して示す。また、図4の(A)、(B)では振動素子140を省略する。
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と、長辺方向に存在する定在波の周期数kとを用いると、トップパネル120の固有振動数(共振周波数)fは次式(1)、(2)で表される。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。
図4の(A)、(B)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。
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の(A)、(B)に示すように撓むことにより、表面に定在波が生じる。
なお、ここでは、1つの振動素子140がトップパネル120のZ軸負方向側の面において、Y軸正方向側において、X軸方向に伸延する短辺に沿って接着される形態について説明するが、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Z軸負方向側の面において、Y軸負方向側において、X軸方向に伸延する短辺に沿って接着すればよい。この場合に、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。
また、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が小数(整数部と小数部を含む数)の場合は逆位相で駆動すればよい。
次に、図5を用いて、電子機器100のトップパネル120に生じさせる超音波帯の固有振動について説明する。
図5は、電子機器100のトップパネル120に生じさせる超音波帯の固有振動により、操作入力を行う指先に掛かる動摩擦力が変化する様子を説明する図である。図5の(A)、(B)では、利用者が指先でトップパネル120に触れながら、指をトップパネル120の奥側から手前側に矢印に沿って移動する操作入力を行っている。なお、振動のオン/オフは、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。
また、図5の(A)、(B)では、トップパネル120の奥行き方向において、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く示す。
超音波帯の固有振動は、図4に示すようにトップパネル120の全体に生じるが、図5の(A)、(B)には、利用者の指がトップパネル120の奥側から手前側に移動する間に振動のオン/オフを切り替える動作パターンを示す。
このため、図5の(A)、(B)では、トップパネル120の奥行き方向において、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く示す。
図5の(A)に示す動作パターンでは、利用者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。
一方、図5の(B)に示す動作パターンでは、利用者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。
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の表面と指と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の(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。
このため、図5の(A)に示すようにトップパネル120に操作入力を行う利用者は、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、利用者はトップパネル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。
一方、図5の(B)では、トップパネル120の奥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、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。
このため、図5の(B)に示すようにトップパネル120に操作入力を行う利用者は、振動がオフになると、指先に掛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ことになる。そして、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。
以上より、図5の(A)と(B)の場合は、利用者は指先で凹凸を感じ取ることができる。このように人間が凹凸の知覚することは、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。
なお、ここでは、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、これは、振動素子140の振幅(強度)を変化させた場合も同様である。
次に、図6を用いて、実施の形態1の電子機器100の構成について説明する。
図6は、実施の形態1の電子機器100の構成を示す図である。
電子機器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、ディスプレイパネル160、ドライバIC161、制御部200、正弦波発生器310、及び振幅変調器320を含む。
制御部200は、アプリケーションプロセッサ220、通信プロセッサ230、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。
また、駆動制御部240、メモリ250、アプリケーションプロセッサ220、正弦波発生器310、及び振幅変調器320は、駆動制御装置300を構築する。なお、駆動制御装置300には、アプリケーションプロセッサ220のうちのスクロール度合演算部が含まれていればよい。スクロール度合演算部は、アプリケーションプロセッサ220のうち、スクロール操作の操作量及び操作方向を演算する部分である。
なお、ここでは、アプリケーションプロセッサ220、通信プロセッサ230、駆動制御部240、及びメモリ250が1つの制御部200によって実現される形態について説明するが、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。
図6では、筐体110、トップパネル120、両面テープ130、及び基板170(図2参照)は省略する。また、ここでは、アンプ141、ドライバIC151、ドライバIC161、駆動制御部240、メモリ250、正弦波発生器310、及び振幅変調器320について説明する。
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。
ドライバIC151は、タッチパネル150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し、位置データを制御部200に出力する。この結果、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。なお、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。
ドライバIC161は、ディスプレイパネル160に接続されており、駆動制御装置300から出力される描画データをディスプレイパネル160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160に表示させる。これにより、ディスプレイパネル160には、描画データに基づくGUI操作部又は画像等が表示される。
アプリケーションプロセッサ220は、電子機器100の種々のアプリケーションを実行する処理を行う。また、アプリケーションプロセッサ220は、タッチパネル150で検出される位置データの変化に基づき、スクロール操作の操作量及び操作方向を演算する。
アプリケーションプロセッサ220は、検出したスクロール操作の操作量及び操作方向を表すデータに基づいて、トップパネル120にスクロール操作が行われると、ディスプレイパネル160に表示する画像をスクロールする。アプリケーションプロセッサ220がディスプレイパネル160に表示する画像をスクロールする際には、トップパネル120にスクロール操作のイナーシャによるスクロールがあってもよい。
また、アプリケーションプロセッサ220は、検出したスクロール操作の操作量及び操作方向を表すデータを駆動制御部240に入力する。アプリケーションプロセッサ220は、スクロール度合演算部の一例である。なお、駆動制御部240がタッチパネル150で検出される位置データの変化に基づいてスクロール操作の操作量及び操作方向を演算してもよい。
通信プロセッサ230は、電子機器100が3G(Generation)、4G(Generation)、LTE(Long Term Evolution)、WiFi等の通信を行うために必要な処理を実行する。
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。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度合に応じて設定される。ここで、位置データの時間的変化度合としては、利用者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。利用者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度合に基づいて、駆動制御部240が算出する。
実施の形態1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利用者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。
このような振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表す第1データは、メモリ250に格納されている。
なお、ここでは、第1データを用いて移動速度に応じた振幅値を設定する形態について説明するが、次式(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、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。
また、実施の形態1の駆動制御装置300は、利用者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、1つ目の所定の条件である。
従って、駆動制御部240が出力する振幅データが表す振幅値は、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、移動速度に応じて所定の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を大きく設定される。
また、実施の形態1の駆動制御装置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ことは、2つ目の所定条件である。
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に基づいて判定される。
ここで、ディスプレイパネル160に表示するGUI操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域等のディスプレイパネル160上における位置は、当該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160に表示されるすべてのGUI操作部、画像を表示する領域、又は、ページ全体を表す領域について存在する。
このため、2つ目の所定条件として、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100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160の表示が異なるからである。
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からである。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は、例えば、GUI操作部を操作する際には、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。
また、ページを捲る場合には、例えば、スワイプ操作を行う。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、ページを捲る場合の他に、例えば、写真を捲る場合に行われる。また、GUI操作部によるスライダー(図1のスライダー102B参照)をスライドさせる場合には、スライダーをドラッグするドラッグ操作が行われる。
ここで一例として挙げるフリック操作、スワイプ操作、及び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100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。
駆動制御部240は、領域データを用いて、ドライバIC151から入力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の内部にあるか否かを判定する。
アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるGUI操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けた第2データは、メモリ250に格納されている。
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、次の処理を行う。
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も同様である。このため、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。
ここで、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。
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)を推定する。
実施の形態1の電子機器100では、上述のようにして所要時間Δt経過後の座標を推定することにより、所要時間Δtの間における指先の位置の変化分を補間する。
このような所要時間Δt経過後の座標を推定する演算は、駆動制御部240が行う。駆動制御部240は、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。従って、2つ目の所定の条件は、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ことである。
以上より、駆動制御部240が振幅データを振幅変調器320に出力するために必要な2つの所定の条件は、指先の移動速度が所定の閾値速度以上であることと、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ことである。
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。
メモリ250は、振幅値を表す振幅データと移動速度との関係を表す第1データ、及び、アプリケーションの種類を表すデータと、操作入力が行われるGUI操作部等を表す領域データと、振動パターンを表すパターンデータとを関連付けた第2データを格納する。
また、メモリ250は、アプリケーションプロセッサ220がアプリケーションの実行に必要とするデータ及びプログラム、及び、通信プロセッサ230が通信処理に必要とするデータ及びプログラム等を格納する。
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。
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。
このため、振幅変調器320が出力する駆動信号は、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た超音波帯の正弦波信号である。なお、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。
次に、図7乃至図11を用いて、メモリ250に格納されるデータと、スクロール可能な画像データとについて説明する。
図7は、実施の形態1の電子機器100の表示の一例を示す図である。なお、図7では、図2乃至図4と共通のXYZ座標系を定義する。
図7では、ディスプレイパネル160には、連絡先の編集画面において、富士通太郎(ふじつうたろう)の電話番号等が表示されている。
図8は、スクロール可能な画像の全体を示す図である。図9及び図10は、メモリ250に格納されるデータを示す図である。
図8には、スクロール可能な画像500を示す。スクロール可能な画像500とは、ディスプレイパネル160(図7参照)に一部501のみが表示され、スクロール操作が行われることによって、利用者がディスプレイパネル160に表示する領域を選択できる画像を表す画像データである。
図8に示す画像500のうちの一部501は、図7に示すディスプレイパネル160に表示されている。画像500の一部501は、画像500の全体のうち、ディスプレイパネル160に表示される表示領域として捉えることができる。表示領域(一部501)の座標は、UV座標系の座標値で表される。
画像500は、全体が矩形状の領域を有する画像データであり、連絡先の編集画面を表す。図8に示す画像500は、名前(漢字)、名前(ふりがな)、電話番号、メールアドレス、着信音、バイブレーション、及びその他の個人情報を入力する画面である。図8に示す画像500は、富士通太郎(ふじつうたろう)についての電話番号、メールアドレス等を表示している。図8に示すXXX,YYY,ZZZ,○○○、△△△、□□□、×××は、その他の個人情報を示す。
画像500は、4つの頂点AP1、AP2、AP3、AP4を有する。4つの頂点AP1、AP2、AP3、AP4の座標は、スクロール可能な画像の全体の領域を表す。また、4つの頂点AP1、AP2、AP3、AP4を結ぶ4つの直線を表す式は、スクロール可能な画像の4つの端辺であり、端部の座標を表す。
画像500の二次元座標は、UV座標系で定義される。UV座標系は、図8に示す画像500の座標を表示内容の位置を表す座標を規定しており、U軸はX軸と同一方向であり、V軸はY軸と同一方向である。U軸とV軸は、それぞれ、X軸及びY軸と関連付けられている。
ディスプレイパネル160に表示可能な領域は、画像500の一部501であり、トップパネル120にY軸方向のスクロール操作が行われて、画像500がV軸方向にスクロールされると、一部501の位置はV軸方向に移動する。一部501の位置はV軸方向に移動することは、画像500のうちディスプレイパネル160に表示される表示領域がV軸方向に移動することを意味する。
ここで、一部501のU軸方向の幅は、画像500のU軸方向の幅と等しい。このため、ここで一例として示す画像500は、U軸方向にはスクロールできず、V軸方向にのみスクロール可能である。
すなわち、トップパネル120にX軸方向のスクロール操作を行っても画像500はスクロールされず、トップパネル120にY軸方向のスクロール操作を行った場合に画像500はV軸方向にスクロールされる。
なお、トップパネル120へのスクロール操作がY軸方向であるかどうかは、Y軸の伸延方向から所定の角度を有する範囲内にあるかどうかで判断すればよい。所定の角度は、例えば、±10度程度に設定すればよい。
図8では、一例として、近傍領域502A、502Bを設定する。近傍領域502Aは、頂点AP1とAP2を結ぶ端部AP1−AP2を含むY軸正方向側の領域であり、X軸方向の幅は、端部AP1−AP2の長さと等しく、端部AP1−AP2からY軸負方向側に所定の長さL1を有する領域である。
近傍領域502Bは、頂点AP3とAP4を結ぶ端部AP3−AP4を含むY軸負方向側の領域であり、X軸方向の幅は、端部AP3−AP4の長さと等しく、端部AP3−AP4からY軸正方向側に所定の長さL1を有する領域である。近傍領域502A及び502Bは、それぞれ、画像500の全領域のうちの端部AP1−AP2側及び端部AP3−AP4側の領域である。
図9に示すデータは、アプリケーションID(Identification)、画像データ、近傍領域の座標データ、及び、端部の座標データを関連付けたデータである。
アプリケーションIDは、アプリケーションの種類を表すデータであり、図9にはID1、ID2、ID3を示す。アプリケーションIDで表されるアプリケーションは、スマートフォン端末機、又は、タブレット型コンピュータ、タッチパネル機器、車載機器等で利用可能なあらゆるアプリケーションを含み、電子メールの編集モードも含む。
画像データは、スクロール可能な画像の画像データであり、image_1, image_2, image_3を示す。画像データは、様々なアプリケーションを起動することによってディスプレイパネル160に表示される様々な画像を表すデータである。
近傍領域の座標データは、スクロール可能な画像の画像データの4つの端辺に近い近傍領域の座標を表すデータであり、式f1~f3を示す。式f1~f3は、近傍領域が存在する座標の範囲を関数形式で表すデータであり、画像500の二次元座標を表すUV座標系で定義される。
U軸とV軸は、それぞれ、X軸及びY軸と関連付けられている。
端部の座標データは、スクロール可能な画像の画像データの4つの端辺の座標を関数形式で表すデータであり、式fe1~fe3を示す。式fe1~fe3は、近傍領域の座標データを表す式f1~f3と同様に、UV座標系で定義される。
図10に示すデータは、領域毎の振動パターンを表すデータである。図10には、中央領域、近傍領域、及び端部の3つの部分がディスプレイパネル160に表示されている場合における振動パターンP1〜P3を示す。
中央領域とは、スクロール可能な画像の全体の領域から、近傍領域を除いた領域である。
近傍領域は、スクロール可能な画像の全体の領域のうち、4つの端辺に近い所定の範囲内にある領域である。近傍領域と中央領域とを合わせると、スクロール可能な画像の全体の領域になる。近傍領域は、端部(4つの端辺)を含む。
端部は、スクロール可能な画像の4つの端辺であり、端部の座標は、スクロール可能な画像の4つの端辺を表す。端部は、近傍領域に含まれる。
ディスプレイパネル160に中央領域が表示されているときにトップパネル120にY軸方向のスクロール操作が行われると、振動パターンP1で振動素子140を駆動する。振動パターンP1は、振幅一定の超音波帯の固有振動を発生する振動パターンである。
ディスプレイパネル160に中央領域が表示されているときにトップパネル120にY軸方向以外の方向のスクロール操作が行われると、振動パターンP3で振動素子140を駆動する。振動パターンP3は、超音波帯の固有振動の振幅をゼロに設定して振動素子140を駆動しない振動パターンである。
ディスプレイパネル160に近傍領域が表示されているときに、Y軸方向において端部が表示領域から離れる(外れる)方向にスクロール操作が行われると、振動パターンP1で振動素子140を駆動する。振動パターンP1は、振幅一定の超音波帯の固有振動を発生する振動パターンである。
Y軸方向において端部が表示領域から離れる(外れる)方向にスクロール操作が行われるとは、例えば、端部が表示領域に表示されている状態から、中央領域が表示領域に表示されるように、Y軸方向においてスクロール操作が行われることをいう。
ディスプレイパネル160に近傍領域が表示されているときに、Y軸方向において端部が表示領域に近づく方向、又は、端部が表示領域の中央に近づく方向にスクロール操作が行われると、振動パターンP2で振動素子140を駆動する。振動パターンP2は、断続的に超音波帯の固有振動が発生させる振動パターンである。利用者は、スクロール可能な画像500の端に近づいていることを指先の触感によって知らせるためである。
ディスプレイパネル160に近傍領域が表示されているときに、Y軸方向以外の方向にスクロール操作が行われると、振動パターンP3で振動素子140を駆動する。振動パターンP3は、超音波帯の固有振動の振幅をゼロに設定して振動素子140を駆動しない振動パターンである。
トップパネル120にY軸方向のスクロール操作が行われるため、Y軸方向以外の方向とは、スクロールできない方向を意味する。
ディスプレイパネル160に端部が表示されているときに、Y軸方向において端部が表示領域から離れる方向にスクロール操作が行われると、振動パターンP1で振動素子140を駆動する。振動パターンP1は、振幅一定の超音波帯の固有振動を発生する振動パターンである。
ディスプレイパネル160に端部が表示されているときに、上述の方向以外の方向にスクロール操作が行われると、振動パターンP3で振動素子140を駆動する。上述の方向以外の方向とは、Y軸方向において端部が表示領域から離れる方向以外の方向である。
次に、図11を用いて、電子機器100の動作の一例について説明する。
図11は、実施の形態1の電子機器100の操作の一例を示す図である。図11には、ディスプレイパネル160には、図7と同様の連絡先の編集画面において、富士通太郎(ふじつうたろう)の電話番号等が表示されている。
ここで、利用者が画像500の一部501よりも下側をディスプレイパネル160に表示させるために、白い矢印で示すように、Y軸正方向側にスクロール操作を行うと、この操作方向は、画像500をスクロールできる方向であるため、電子機器100は、振動素子140を駆動し、トップパネル120に超音波帯の固有振動を発生させる。この結果、利用者の指先には、ツルっとした動摩擦力の低い触感が提供される。この触感は、スクイーズ効果によるものである。
また、利用者がY軸負方向、X軸正方向、及びX軸負方向にスクロール操作を行うと、画像500はこれらの方向にはスクロールできないため、電子機器100は、振動素子140を駆動せず、トップパネル120に超音波帯の固有振動は発生しない。この結果、利用者の指先には、グググっと動摩擦力の高い触感が提供される。
電子機器100は、このように、スクロール可能な方向とスクロール不可能な方向とで、異なる触感を利用者に提供し、利用者が指先から得る触感によって、スクロール操作を行える方向であるかどうかを判断できるようにする。
図12乃至図15は、実施の形態1の電子機器100の動作例を示す図である。ここでは、利用者に触感のみでスクロール操作の状態を知らせるために、電子機器100は、次のような振動パターンで振動素子140を駆動することとする。
トップパネル120への操作入力によって画像500(図8参照)をスクロール可能な方向にスクロールが行われると、電子機器100は、トップパネル120に振幅A1の超音波帯の固有振動を発生し続ける。このような振動パターンは、上述した振動パターンP1の一例である。
トップパネル120へのスクロール操作によって画像500(図8参照)がスクロールされて、近傍領域502A(図8参照)がディスプレイパネル160に表示されると、電子機器100は、振動素子140のオンとオフを短い周期で繰り返す。このような振動パターンは、上述した振動パターンP2の一例である。
トップパネル120への操作入力によって画像500(図8参照)がスクロールされて、端部AP1−AP2(図8参照)がディスプレイパネル160に表示されると、電子機器100は、振動素子140をオフにする。このような振動パターンは、上述した振動パターンP3の一例である。
例えば、図12に示すように、電子機器100のトップパネル120をY軸正方向又はY軸負方向にスクロール操作する場合について説明する。ここでは、初期状態として、画像500の近傍領域502A及び502B(図8参照)はディスプレイパネル160に表示されていないこととする。
このような初期状態から、図13に示すように時刻t1で利用者の指先がトップパネル120に触れてスクロール操作を開始すると、駆動制御部240によって振動素子140がオフからオンにされる。この結果、トップパネル120に振幅A1の超音波帯の固有振動が発生する。
利用者の指先が、時刻t1から時刻t2までスクロール操作を行うと、トップパネル120に振幅A1の超音波帯の固有振動が発生し続け、利用者はツルっとした動摩擦力の低い触感を指先で得る。この結果、利用者は、スクロール操作できる方向であることを指先の触感によって判断することができる。
時刻t2において利用者の指先がスクロール操作を終了すると、駆動制御部240は振動素子140をオフにする。これにより、時刻t2の直後にトップパネル120の振幅がゼロになる。また、利用者は、指先でトップパネル120の表面に凸部が存在する触感を得ることができ、画像500のスクロールが停止したことを認識することができる。なお、利用者は時刻t3でトップパネル120から指を離す。
また、一例として、上述と同様の初期状態から、図14に示すように利用者がトップパネル120をY軸負方向のスクロール操作を行う場合について説明する。
図15に示すように時刻t11で利用者の指先がトップパネル120に触れてスクロール操作を開始すると、駆動制御部240によって振動素子140がオフからオンにされる。この結果、トップパネル120に振幅A1の超音波帯の固有振動が発生する。
利用者がトップパネル120をY軸負方向にさらにスクロール操作することにより、時刻t12で近傍領域502Aがディスプレイパネル160に表示されると、電子機器100は、振動素子140のオンとオフを短い周期で繰り返す。この結果、トップパネル120に短い周期の断続的な振幅A1の超音波帯の固有振動が発生し、利用者はクリック感を指先で感じる。この結果、利用者は、スクロール可能な画像500の端に近づいていることを指先の触感によって判断することができる。
そして、利用者がトップパネル120をさらにY軸負方向側にスクロール操作することにより、時刻t13で端部AP1−AP2(図8参照)がディスプレイパネル160に表示されると、電子機器100は、振動素子140をオフにする。
この結果、トップパネル120に振動は発生せず、指先にかかる動摩擦力が大きくなり、利用者は、スクロール可能な画像500の端部AP1−AP2(図8参照)に到達したことを指先の触感によって判断することができる。
時刻t14において利用者の指先がスクロール操作を終了すると、駆動制御部240は振動素子140をオフにする。なお、利用者は時刻t15でトップパネル120から指を離す。
図16は、実施の形態1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。
電子機器100のOS(Operating System)は、所定の制御周期毎に電子機器100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い、図10に示すフローを所定の制御周期毎に繰り返し実行する。
駆動制御装置300は、電子機器100の電源が投入されると処理を開始する(スタート)。
駆動制御装置300は、スクロール操作が行われているかどうかを判定する(ステップS1)。スクロール操作が行われているかどうかは、操作入力の座標が連続的に変化しているかどうかで判断すればよい。駆動制御装置300は、スクロール操作が行われていると判定するまでステップS1の処理を繰り返し実行する。
駆動制御装置300は、スクロール操作が行われている(S1:YES)と判定すると、近傍領域がディスプレイパネル160に表示されているかどうかを判定する(ステップS2)。
近傍領域がディスプレイパネル160に表示されているかどうかは、図9に示すデータでアプリケーションIDに関連付けられた近傍領域の座標データと、表示領域と重複する部分があるかどうかで判定すればよい。
駆動制御装置300は、近傍領域が表示領域に表示されている(S2:YES)と判定すると、スクロール可能な画像の端部がディスプレイパネル160に表示されているかどうかを判定する(ステップS3)。
端部がディスプレイパネル160に表示されているかどうかは、図9に示すデータでアプリケーションIDに関連付けられた端部の座標データが、表示領域に含まれているかどうかで判定すればよい。
駆動制御装置300は、スクロール可能な画像の端部がディスプレイパネル160に表示されていない(S3:NO)と判定すると、スクロール操作の方向が、Y軸方向において端部が表示領域に近づく方向であるかどうかを判定する(ステップS4)。
Y軸方向において端部が表示領域に近づく方向であるかどうかは、まず、Y軸方向のスクロール操作であるかどうかを判定し、Y軸方向のスクロール操作であれば、端部の座標と、表示領域の座標との位置関係が近づいているかどうかで判定すればよい。
駆動制御装置300は、所定の制御周期毎に演算を行うため、今回の演算までで求めた端部の位置の変化をベクトル化して求め、ベクトルが表示領域に近づくものであるかどうかで判定すればよい。
駆動制御装置300は、Y軸方向において端部が表示領域に近づく方向である(S4:YES)と判定すると、振動素子140のオンとオフを短い周期で繰り返す(ステップS5)。この振動パターンは、図15に示す時刻t12から時刻t13までの振動パターンであり、振動パターンP2に相当する。
この結果、トップパネル120に短い周期の断続的な振幅A1の超音波帯の固有振動が発生し、利用者はクリック感を指先で感じる。この結果、利用者は、スクロール可能な画像500の端に近づいていることを指先の触感によって判断することができる。
駆動制御装置300は、Y軸方向において端部が表示領域に近づく方向ではない(S4:NO)と判定すると、スクロール操作の方向が、Y軸方向において端部が表示領域に離れる方向であるかどうかを判定する(ステップS6)。
Y軸方向において端部が表示領域に離れる方向であるかどうかは、まず、Y軸方向のスクロール操作であるかどうかを判定し、Y軸方向のスクロール操作であれば、端部の座標と、表示領域の座標との位置関係が離れているかどうかで判定すればよい。
駆動制御装置300は、所定の制御周期毎に演算を行うため、今回の演算までで求めた端部の位置の変化をベクトル化して求め、ベクトルが表示領域から離れるものであるかどうかで判定すればよい。
駆動制御装置300は、スクロール操作の方向が、Y軸方向において端部が表示領域に離れる方向である(S6:YES)と判定すると、振動素子140を連続的にオンにする(ステップS7)。
これは、ディスプレイパネル160に近傍領域が表示されている状態で、端部が表示領域から離れる方向にスクロール操作の方向が行われる場合である。
ディスプレイパネル160に近傍領域が表示されていても、端部が表示領域から離れるように(中央領域が表示領域に表示される方向に)スクロール操作が行われる場合には、画像500をスクロールできる方向の操作が行われている状況である。このような場合には、スクイーズ効果で指先の動摩擦力を低減し、スクロール可能な方向であることを利用者に触感で伝えるために、振動素子140を連続的にオンにする。
駆動制御装置300は、スクロール操作の方向が、Y軸方向において端部が表示領域に離れる方向ではない(S6:NO)と判定すると、振動素子140をオフにする(ステップS8)。
この結果、トップパネル120に振動は発生せず、指先にかかる動摩擦力が大きくなり、利用者は、スクロール可能な画像500の端部(例えば、端部AP1−AP2(図8参照))に到達したことを指先の触感によって判断することができる。
駆動制御装置300は、スクロール可能な画像の端部がディスプレイパネル160に表示されている(S3:YES)と判定すると、Y軸方向において端部が表示領域から離れる方向にスクロール操作が行われているかどうかを判定する(ステップS9)。
Y軸方向において端部が表示領域から離れる方向にスクロール操作が行われているかどうかは、まず、Y軸方向のスクロール操作であるかどうかを判定し、Y軸方向のスクロール操作であれば、端部の座標と、表示領域の座標との位置関係が離れているかどうかで判定すればよい。端部の位置の変化をベクトル化し、ベクトルが表示領域から離れるものであるかどうかで判定すればよい。
駆動制御装置300は、Y軸方向において端部が表示領域から離れる方向にスクロール操作が行われている(S9:YES)と判定すると、振動素子140を連続的にオンにする(ステップS7)。
これは、ディスプレイパネル160に端部が表示されている状態で、端部が表示領域から離れる方向にスクロール操作の方向が行われる場合である。
ディスプレイパネル160に端部が表示されていても、端部が表示領域から離れるように(中央領域が表示領域に表示される方向に)スクロール操作が行われる場合には、スクイーズ効果で指先の動摩擦力を低減し、スクロール可能な方向であることを利用者に触感で伝えるためである。
駆動制御装置300は、Y軸方向において端部が表示領域から離れる方向にスクロール操作が行われていない(S9:NO)と判定すると、振動素子140をオフにする(ステップS8)。
この結果、トップパネル120に振動は発生せず、指先にかかる動摩擦力が大きくなる。例えば、利用者がY軸方向において端部が表示領域の中央に引き寄せる方向にスクロール操作を行っている場合には、スクロール可能な画像500の端部(例えば、端部AP1−AP2(図8参照))に到達したことを指先の触感によって判断することができる。
また、利用者がY軸方向以外の方向にスクロール操作を行っている場合には、スクロールできない方向であることを指先の触感によって判断することができる。
また、駆動制御装置300は、ステップS2において、近傍領域がディスプレイパネル160に表示されていない(S2:NO)と判定すると、スクロール操作の方向がY軸方向であるかどうかを判定する(ステップS10)。
スクロール操作の方向がY軸方向であるかどうかは、タッチパネル150から入力される操作入力の座標が、Y軸方向に変化しているかどうかで判定すればよい。このときに、操作入力の座標の変化は、操作入力の座標の変化をベクトル化して求め、ベクトルがY軸方向を向いているかどうかで判定すればよい。
駆動制御装置300は、スクロール操作の方向がY軸方向である(S10:YES)と判定すると、振動素子140を連続的にオンにする(ステップS7)。
これは、ディスプレイパネル160に中央領域が表示されている状態で、Y軸方向にスクロール操作の方向が行われる場合である。このような場合には、スクイーズ効果で指先の動摩擦力を低減し、スクロール可能な方向であることを利用者に触感で伝える。
駆動制御装置300は、スクロール操作の方向がY軸方向ではない(S10:NO)と判定すると、振動素子140をオフにする(ステップS8)。
この結果、トップパネル120に振動は発生せず、指先にかかる動摩擦力が大きくなる。ディスプレイパネル160に中央領域が表示されている状態で、利用者がY軸方向以外の方向にスクロール操作を行っている場合には、画像500をスクロールできない方向であることを指先の触感で伝えるために、振動素子140をオフにする。
駆動制御装置300は、ステップS5、S7、S8の処理が終了すると、操作入力が行われているかどうかを判定する(ステップS11)。操作入力の有無は、利用者が指先でトップパネル120に触れているかどうかで判定できるため、駆動制御装置300は、ドライバIC151(図6参照)から位置データが入力されたか否かに基づいて操作入力の有無を判定する。
駆動制御装置300は、操作入力が行われている(S11:YES)と判定すると、フローをステップS1にリターンする。次の制御周期で、スクロール操作の位置及び方向を求めて、一連の処理を続行するためである。
駆動制御装置300は、操作入力が行われていない(S11:NO)と判定すると、振動素子140をオフにする(ステップS12)。操作入力が行われていない場合は、振動素子140を駆動する必要がないからである。
駆動制御装置300は、ステップS12で振動素子140をオフにすると、一連の処理を終了する(エンド)。
以上、実施の形態1によれば、トップパネル120にスクロール操作が行われたときに、端部又は近傍領域が近づくと、トップパネル120に発生させる振動のパターンを変化させるので、利用者は、指先の触感だけで端部と近傍領域の存在を知ることができる。
また、端部と近傍領域とでトップパネル120に発生させる振動のパターンが異なるので、利用者は、指先の触感だけで端部と近傍領域を区別することができる。
また、画像500をスクロールできる方向にスクロール操作が行われると、振動素子140をオンにし、画像500をスクロールできない方向にスクロール操作が行われると、振動素子140をオフにするので、利用者は、指先の触感だけでスクロール操作できる方向を知ることができる。
以上より、実施の形態1によれば、使い勝手が良好な駆動制御装置300、電子機器100、駆動制御プログラム、及び駆動制御方法を提供することができる。
ディスプレイパネル160のスクロール可能な方向が1方向のみの場合は、その方向が縦方向なのか横方向なのかが、利用者に直感的に分からない場合が多い。スクロール操作できない方向に利用者が指をスライドさせても画像はスクロールしないが、利用者はスクロール操作が可能かどうかを把握しにくい場合が多い。
また、そのような状況が電子機器100の仕様によるものなのか、タッチパネル150への入力がうまく認識されていないからであるのかを判断できないため、スクロール操作を繰り返してしまう場合がある。このような場合には、利用者はストレスを感じることになる。
これに対して、実施の形態1の電子機器100では、利用者がトップパネル120にスクロール操作を行う際に、スクロール可能な位置又は方向であるか、近傍領域であるのか、又は、端部に到達しているのか等の様々な状況を利用者は触感で理解することができる。
すなわち、利用者は、従来のようにディスプレイパネルを凝視することなく、指先の触感で、近傍領域及び端部の存在と、スクロール操作できる方向であるかどうかを直感的に知覚することができる。
なお、以上では、U軸方向にはスクロールできず、V軸方向にのみスクロール可能な画像500を用いて説明したが、画像500は、U軸方向及びV軸方向の両方向にスクロール可能であってもよい。また、画像500は、U軸方向にのみスクロール可能であってもよい。
また、以上では、中央領域が表示領域内にあるときに振動素子140を一定の強度でオンにし、近傍領域が表示領域内にあるときに振動素子140のオンとオフを短い周期で繰り返す形態について説明した。しかしながら、近傍領域が表示領域内にあるときに、中央領域が表示領域内にあるときよりも減少させた一定の強度で振動素子140をオンにしてもよい。スクイーズ効果が減少することにより、利用者は指先の触感で中央領域と近傍領域との違いを理解することができる。
また、実施の形態の電子機器100は、正弦波発生器310で発生される超音波帯の正弦波の振幅のみを振幅変調器320で変調することによって駆動信号を生成している。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は、トップパネル120の固有振動数に等しく、また、この固有振動数は振動素子140を加味して設定している。
すなわち、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、振幅のみを振幅変調器320で変調することによって駆動信号を生成している。
従って、トップパネル120の超音波帯の固有振動をトップパネル120に発生させることができ、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利用者に提供することができる。
また、以上では、トップパネル120に凹凸が存在するような触感を利用者に提供するために、振動素子140のオン/オフを切り替える形態について説明した。振動素子140をオフにするとは、振動素子140を駆動する駆動信号が表す振幅値をゼロにすることである。
しかしながら、このような触感を提供するために、必ずしも振動素子140をオンからオフにする必要はない。例えば、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を駆動する状態を用いてもよい。例えば、振幅を1/5程度に小さくすることにより、振動素子140をオンからオフにする場合と同様に、トップパネル120に凹凸が存在するような触感を利用者に提供してもよい。
この場合は、振動素子140の振動の強弱を切り替えるような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、利用者の指先に凹凸が存在するような触感を提供することができる。
振動素子140の振動の強弱を切り替えるために、振動を弱くする際に振動素子140をオフにすると、振動素子140のオン/オフを切り替えることになる。振動素子140のオン/オフを切り替えることは、振動素子140を断続的に駆動することである。
なお、1000人程度に対して電子機器100を操作する知覚実験を行ったところ、凹凸感を感じなかった被験者は皆無であった。また、凹凸のような2種類の触感を人間が知覚分離できる分解能は10ms〜100ms程度と言われているが、100ms以下の間隔で超音波帯の固有振動の振幅のオン/オフを切り替えた場合でも被験者は十分知覚が可能であった。このことから、人間の2点知覚分解能と同程度の高い分解能を表現できることが明らかとなった。
<実施の形態2>
実施の形態2は、実施の形態1の電子機器100に、実施の形態1とは異なる動作を行わせるものである。このため、実施の形態2では、実施の形態1の電子機器100を用いて動作の説明を行う。
実施の形態2は、実施の形態1の電子機器100に、実施の形態1とは異なる動作を行わせるものである。このため、実施の形態2では、実施の形態1の電子機器100を用いて動作の説明を行う。
図17乃至図20は、実施の形態2における電子機器100の動作例を示す図である。ここでは、利用者に触感のみでスクロール操作の状態を知らせるために、電子機器100は、次のような振動パターンで振動素子140を駆動することとする。
トップパネル120への操作入力によって画像500(図8参照)をスクロール可能な方向にスクロールが行われると、電子機器100は、トップパネル120に振幅A1の超音波帯の固有振動を発生し続ける。このような振動パターンは、実施の形態1で説明した振動パターンP1の一例である。
トップパネル120へのスクロール操作によって画像500(図8参照)スクロール不可能な方向にスクロールが行われると、電子機器100は、振動素子140のオンとオフを短い周期で繰り返す。このような振動パターンは、実施の形態1で説明した振動パターンP2の一例である。
実施の形態2では、スクロール可能な方向とスクロール不可能とで振動パターンを切り替える。
例えば、図17に示すように、電子機器100のトップパネル120をY軸正方向又はY軸負方向にスクロールする場合について説明する。
図18に示すように時刻t21で利用者の指先がトップパネル120に触れて、スクロール可能な方向にスクロール操作を開始すると、駆動制御装置300によって振動素子140がオフからオンにされる。この結果、トップパネル120に振幅A1の超音波帯の固有振動が発生する。
利用者の指先が、時刻t21から時刻t22までスクロール可能な方向にスクロール操作を行うと、トップパネル120に振幅A1の超音波帯の固有振動が発生し続け、利用者はツルっとした動摩擦力の低い触感を指先で得る。この結果、利用者は、スクロール可能な方向であることを指先の触感によって判断することができる。
時刻t22において利用者の指先がスクロール操作を終了すると、駆動制御装置300は振動素子140をオフにする。これにより、時刻t22の直後にトップパネル120の振幅がゼロになる。また、利用者は、指先でトップパネル120の表面に凸部が存在する触感を得ることができ、画像500のスクロールが停止したことを認識することができる。なお、利用者は時刻t23でトップパネル120から指を離す。
また、図19に示すように利用者がトップパネル120をスクロール不可能な方向のスクロール操作を行う場合について説明する。
図20に示すように時刻t31で利用者の指先がトップパネル120に触れてスクロール不可能な方向にスクロール操作を開始すると、電子機器100は、振動素子140のオンとオフを短い周期で繰り返す。この結果、トップパネル120に短い周期の断続的な振幅A1の超音波帯の固有振動が発生し、利用者はクリック感を指先で感じる。この結果、利用者は、スクロール不可能な方向にスクロール操作を行っていることを指先の触感によって判断することができる。
そして、利用者がトップパネル120をさらにスクロール不可能な方向にスクロール操作を行うことにより、時刻t32でスクロール操作を終了すると、駆動制御装置300は振動素子140をオフにする。なお、利用者は時刻t33でトップパネル120から指を離す。
図21は、実施の形態2の電子機器100の駆動制御装置300が実行する処理を示すフローチャートである。
駆動制御装置300は、電子機器100の電源が投入されると処理を開始する(スタート)。
駆動制御装置300は、スクロール操作が行われているかどうかを判定する(ステップS21)。スクロール操作が行われているかどうかは、操作入力の座標が連続的に変化しているかどうかで判断すればよい。駆動制御装置300は、スクロール操作が行われていると判定するまでステップS1の処理を繰り返し実行する。
駆動制御装置300は、スクロール操作が行われている(S21:YES)と判定すると、スクロール可能な方向であるかどうかを判定する(ステップS22)。
駆動制御装置300は、スクロール可能な方向である(S22:YES)と判定すると、振動素子140を連続的にオンにする(ステップS23)。
画像500のスクロール可能な方向にスクロール操作が行われる場合には、スクイーズ効果で指先の動摩擦力を低減し、スクロール可能な方向であることを利用者に触感で伝えるために、振動素子140を連続的にオンにする。
駆動制御装置300は、スクロール不可能な方向である(S22:NO)と判定すると、振動素子140のオンとオフを短い周期で繰り返す(ステップS24)。
トップパネル120に短い周期の断続的な振幅A1の超音波帯の固有振動が発生し、利用者はクリック感を指先で感じる。この結果、利用者は、スクロール不可能な方向であることを指先の触感によって判断することができる。
駆動制御装置300は、ステップS23、S24の処理が終了すると、操作入力が行われているかどうかを判定する(ステップS25)。操作入力の有無は、利用者が指先でトップパネル120に触れているかどうかで判定できるため、駆動制御装置300は、ドライバIC151(図6参照)から位置データが入力されたか否かに基づいて操作入力の有無を判定する。
駆動制御装置300は、操作入力が行われている(S25:YES)と判定すると、フローをステップS21にリターンする。次の制御周期で、スクロール操作の位置及び方向を求めて、一連の処理を続行するためである。
駆動制御装置300は、操作入力が行われていない(S25:NO)と判定すると、振動素子140をオフにする(ステップS26)。操作入力が行われていない場合は、振動素子140を駆動する必要がないからである。
駆動制御装置300は、ステップS26で振動素子140をオフにすると、一連の処理を終了する(エンド)。
以上、実施の形態2によれば、トップパネル120にスクロール操作が行われたときに、スクロールできる方向にスクロール操作が行われると、振動素子140を連続的にオンにし、スクロールできない方向にスクロール操作が行われると、振動素子140のオンとオフを短い周期で繰り返すので、利用者は、指先の触感だけでスクロールできる方向であるかどうかを理解することができる。
以上より、実施の形態2によれば、使い勝手が良好な駆動制御装置300、電子機器100、駆動制御プログラム、及び駆動制御方法を提供することができる。
ここで、図22乃至図25を用いて、実施の形態1及び2の電子機器100の変形例について説明する。
図22は、変形例の電子機器100Aの断面を示す図である。図22に示す断面は、図3に示すA−A矢視断面に対応する断面である。図22では図3と同様に直交座標系であるXYZ座標系を定義する。
電子機器100Aは、筐体110B、トップパネル120、トップパネル121、両面テープ130、振動素子140、タッチパネル150、ディスプレイパネル160A、及び基板170を含む。
電子機器100Aは、図3に示す電子機器100のタッチパネル150を裏面側(Z軸負方向側)に設けた構成を有する。このため、図3に示す電子機器100と比べると、両面テープ130、振動素子140、タッチパネル150、及び基板170が裏面側に配設されている。
筐体110Bには、Z軸正方向側の凹部110Aと、Z軸負方向側の凹部110Cとが形成されている。凹部110Aの内部には、ディスプレイパネル160Aが配設され、トップパネル120で覆われている。また、凹部110Cの内部には、基板170とタッチパネル150が重ねて設けられ、トップパネル121は両面テープ130で筐体110Bに固定され、トップパネル121のZ軸正方向側の面には、振動素子140が設けられている。
図22に示す電子機器100Aにおいて、トップパネル121への操作入力に応じて、振動素子140のオン/オフを切り替えることによってトップパネル121に超音波帯の固有振動を発生させれば、図3に示す電子機器100と同様に、利用者が指先の感覚でディスプレイパネル160に表示される画像に対応した触感を知覚できる電子機器100Aを提供することができる。
なお、図22には、裏面側にタッチパネル150を設けた電子機器100Aを示すが、図3に示す構造と図22に示す構造とを合わせて、表面側と裏面側とにそれぞれタッチパネル150を設けてもよい。
図23は、変形例の電子機器100Bを示す図である。電子機器100Bは、ノートブック型のPC(Personal Computer:パーソナルコンピュータ)である。
PC100Bは、ディスプレイパネル160B1とタッチパッド160B2を含む。
図24は、変形例の電子機器100Bのタッチパッド160B2の断面を示す図である。図24に示す断面は、図3に示すA−A矢視断面に対応する断面である。図24では図3と同様に直交座標系であるXYZ座標系を定義する。
タッチパッド160B2は、図3に示す電子機器100から、ディスプレイパネル160を取り除いた構成を有する。
図23に示すようなPCとしての電子機器100Bにおいて、タッチパッド160B2への操作入力に応じて、振動素子140のオン/オフを切り替えることによってトップパネル120に超音波帯の固有振動を発生させれば、図3に示す電子機器100と同様に、タッチパッド160B2への操作入力の移動量に応じて、利用者の指先に触感を通じて操作感を提供することができる。
また、ディスプレイパネル160B1の裏面に振動素子140を設けておけば、図3に示す電子機器100と同様に、ディスプレイパネル160B1への操作入力の移動量に応じて、利用者の指先に触感を通じて操作感を提供することができる。この場合は、ディスプレイパネル160B1の代わりに、図3に示す電子機器100を設ければよい。
図25は、変形例の電子機器100Cの動作状態を示す平面図である。
電子機器100Cは、筐体110、トップパネル120C、両面テープ130、振動素子140、タッチパネル150、ディスプレイパネル160、及び基板170を含む。
図25に示す電子機器100Cは、トップパネル120Cが曲面ガラスであること以外は、図3に示す実施の形態1の教育用触感提供装置100の構成と同様である。
トップパネル120Cは、平面視における中央部がZ軸正方向側に突出するように湾曲している。図25には、トップパネル120CのYZ平面における断面形状を示すが、XZ平面における断面形状も同様である。
このように、曲面ガラスのトップパネル120Cを用いることにより、良好な触感を提供できる。特に、画像として表示する物体の実物の形状が湾曲している場合に有効的である。
以上、本発明の例示的な実施の形態の駆動制御装置、電子機器、駆動制御プログラム、及び駆動制御方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態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。
100、100A、100B、100C 電子機器
110 筐体
120 トップパネル
130 両面テープ
140 振動素子
150 タッチパネル
160 ディスプレイパネル
170 基板
200 制御部
220 アプリケーションプロセッサ
230 通信プロセッサ
240 駆動制御部
240 データ生成部
250 メモリ
300 駆動制御装置
310 正弦波発生器
320 振幅変調器
110 筐体
120 トップパネル
130 両面テープ
140 振動素子
150 タッチパネル
160 ディスプレイパネル
170 基板
200 制御部
220 アプリケーションプロセッサ
230 通信プロセッサ
240 駆動制御部
240 データ生成部
250 メモリ
300 駆動制御装置
310 正弦波発生器
320 振幅変調器
Claims (13)
- 表示部と、前記表示部の表示面側に配設され、操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部と、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御装置であって、
前記表示部に表示されるスクロール可能な画像の画像データと、前記画像の端部の位置を表す端部位置データ、又は、前記画像のスクロール可能な方向を表す方向データとを関連付けて格納する格納部と、
前記座標検出部によって検出される座標に基づき、前記操作面に行われるスクロール操作の操作量及び操作方向を求める演算部と、
前記トップパネルにスクロール操作が行われると、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動する駆動制御部であって、前記演算部によって求められる前記スクロール操作の操作量及び操作方向と、前記端部位置データとに基づいて、前記表示部に前記端部が表示されていないときは第1パターンで前記振動素子を駆動するとともに、前記表示部に前記端部が表示されているときは第2パターンで前記振動素子を駆動する、又は、前記スクロール操作の操作量及び操作方向と、前記方向データとに基づいて、前記スクロール操作の方向が前記スクロール可能な方向であるときは第3パターンで前記振動素子を駆動するとともに、前記スクロール操作の方向が前記スクロール可能な方向ではないときは第4パターンで前記振動素子を駆動する、駆動制御部と
を含む、駆動制御装置。 - 前記駆動制御部は、前記第2パターンによる前記固有振動の強度よりも、前記第1パターンによる前記固有振動の強度の方が強くなるように、前記振動素子を駆動する、請求項1記載の駆動制御装置。
- 前記第1パターンは、前記スクロール可能な画像の中央部が前記表示部に表示されているときに前記固有振動の強度を増大し、前記スクロール可能な画像の端部側が前記表示部に表示されているときに、前記中央部が表示されているときよりも前記固有振動の強度を減少させる駆動パターンである、請求項2記載の駆動制御装置。
- 前記第1パターンは、前記画像の端部側が前記表示部に表示されているときに前記固有振動の強度を断続的に弱める駆動パターンである、請求項3記載の駆動制御装置。
- 前記駆動制御部は、前記画像のうち前記表示部に表示される領域が前記画像の前記端部から前記中央部に近づくと、前記第1パターンによる前記固有振動の強度を強める、請求項3又は4記載の駆動制御装置。
- 前記第2パターンによる前記固有振動の強度はゼロ、又は、前記第1パターンによる前記固有振動の強度よりも低い所定値以下である、請求項1乃至5のいずれか一項記載の駆動制御装置。
- 前記駆動制御部は、前記第4パターンによる前記固有振動の強度よりも、前記第3パターンによる前記固有振動の強度の方が強くなるように、前記振動素子を駆動する、請求項1記載の駆動制御装置。
- 前記第3パターンは、前記固有振動の強度を前記トップパネルでスクイーズ効果が得られる程度の所定の強度に保持する駆動パターンである、請求項7記載の駆動制御装置。
- 前記第4パターンは、前記固有振動の強度を所定の第1強度と前記第1強度よりも弱い第2強度とを繰り返す駆動パターンである、請求項7又は8記載の駆動制御装置。
- 前記第4パターンによる前記固有振動の強度はゼロ、又は、前記第3パターンによる前記固有振動の強度よりも低い所定値以下である、請求項1、7、及び8のいずれか一項記載の駆動制御装置。
- 前記表示部と、
前記表示部の表示面側に配設され、操作面を有する前記トップパネルと、
前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する前記座標検出部と、
前記操作面に振動を発生させる前記振動素子と、
請求項1乃至10のいずれか一項記載の駆動制御装置と
を含む電子機器。 - 表示部と、前記表示部の表示面側に配設され、操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部と、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御プログラムであって、
前記表示部に表示されるスクロール可能な画像の画像データと、前記画像の端部の位置を表す端部位置データ、又は、前記画像のスクロール可能な方向を表す方向データとを関連付けて格納するデータ格納部を有するコンピュータに、
前記座標検出部によって検出される座標に基づき、前記操作面に行われるスクロール操作の操作量及び操作方向を求めることと、
前記トップパネルにスクロール操作が行われると、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動することであって、前記スクロール操作の操作量及び操作方向と、前記端部位置データとに基づいて、前記表示部に前記端部が表示されていないときは第1パターンで前記振動素子を駆動するとともに、前記表示部に前記端部が表示されているときは第2パターンで前記振動素子を駆動する、又は、前記スクロール操作の操作量及び操作方向と、前記方向データとに基づいて、前記スクロール操作の方向が前記スクロール可能な方向であるときは第3パターンで前記振動素子を駆動するとともに、前記スクロール操作の方向が前記スクロール可能な方向ではないときは第4パターンで前記振動素子を駆動することと
を実行させる、駆動制御プログラム。 - 表示部と、前記表示部の表示面側に配設され、操作面を有するトップパネルと、前記操作面に行われる操作入力の座標を検出する座標検出部と、前記操作面に振動を発生させる振動素子とを含む電子機器の前記振動素子を駆動する駆動制御方法であって、
前記表示部に表示される画像の画像データと、前記画像の端部の位置を表す端部位置データ、又は、前記画像のスクロール可能な方向を表す方向データとを関連付けて格納するデータ格納部を有するコンピュータが、
前記座標検出部によって検出される座標に基づき、前記操作面に行われるスクロール操作の操作量及び操作方向を求め、
前記トップパネルにスクロール操作が行われると、前記操作面に超音波帯の固有振動を発生させる駆動信号で前記振動素子を駆動することであって、前記スクロール操作の操作量及び操作方向と、前記端部位置データとに基づいて、前記表示部に前記端部が表示されていないときは第1パターンで前記振動素子を駆動するとともに、前記表示部に前記端部が表示されているときは第2パターンで前記振動素子を駆動する、又は、前記スクロール操作の操作量及び操作方向と、前記方向データとに基づいて、前記スクロール操作の方向が前記スクロール可能な方向であるときは第3パターンで前記振動素子を駆動するとともに、前記スクロール操作の方向が前記スクロール可能な方向ではないときは第4パターンで前記振動素子を駆動する、駆動制御方法。
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