KR102638617B1 - 정보의 촉각 전달을 위한 자기적으로 프로그래밍 가능한 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점자 핀 이동 및 래칭 기구를 포함하는 자기 점자 셀 액추에이터 구조에 관한 것이다. 일례에서, 상기 점자 핀은 작은 힘의 스프링에 의해 항상 판독 위치에 유지될 수 있으며, 점자 핀의 래칭은 함께 작동하는 전자석과 영구 자석의 조합에 의해 점자 핀 아래에서 래칭 바의 움직임을 제어함으로써 실현될 수 있다. 제2 예에서, 상기 점자 핀은 프로그래밍 가능한 자석과 영구 자석 사이의 반발 및 인력 상호 작용을 통해 판독 위치와 휴지 위치 사이에서 이동될 수 있는 반면, 점자 핀의 래칭은 수평 및 수직 상호 작용 자기력을 통해 래칭 스테이지에 점자 핀의 점프 및 틸팅 동작을 통해 이루어진다. 고유한 자성 점자 핀의 움직임 및 래칭 기구에 의해 점자 디스플레이의 전력 소비를 극히 낮출 수 있으면서 점자 핀을 표준 간격에 일치시킬 수 있다.

Description

정보의 촉각 전달을 위한 자기적으로 프로그래밍 가능한 액추에이터

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 전체 내용이 본 명세서에 병합된 공동 계류 중인 미국 가출원 번호 62/661,636(발명의 명칭: "Magnetically Programmable Actuators for Tactile Conveyance of Information", 출원일: 2018년 4월 24일)의 우선권 및 이의 이익을 주장한다.

시력이 정상인 사람과 시각에 장애가 있는 사람 간에는 엄청난 디지털 격차가 존재한다. 이 디지털 시대에 수십 년 된 기술을 사용하여 웹 서핑, 이메일, 텍스트 작업을 하고 상호 작용을 한다고 상상해 보라. 이로 인해 사용자는 한 번에 한 줄씩 디지털 장치를 판독하고 상호 작용하거나, 시각 정보를 오디오 정보로 변환하는 텍스트-음성 변환 엔진을 청취해야 하므로, 미리 훑어보거나 독자(reader)의 속도로 이동할 수 있는 능력이 제한된다. 다른 선택 사항은 문맹 및 오디오의 혼합 및 사회 지원에의 의존성으로, 이는 불리한 사회적 상호 작용을 만든다. 점자(Braille)는 다양한 언어로 된 디지털 및 서면 매체에서 발견되는 서면 문자 및 이미지를 점자 문자 형태로 전달하는 데 사용될 수 있는 촉각 매체(tactile medium)이다. 점자 문자는 일반적으로 원하는 전달 매체의 유형에 따라 6개 내지 8개의 도트(dot)로 구성된다.

본 발명의 양태는 점자, 촉각 그래픽 또는 다른 촉각 정보의 하나 이상의 라인을 디스플레이하는 데 사용될 수 있는 점자 또는 촉각 액추에이터, 조립체 및 셀에 관한 것이다. 하나의 양태에서, 무엇보다도 액추에이터는, 반발하는 자석의 자기 간섭(magnetic interference)을 사용하여 점자 핀(Braille pin) 및/또는 래칭 기구(latching mechanism)를 중심 축에서 밀어내어 감지될 수 있는 기계적 간섭을 유발하는 틸팅 기구를 통해 점자 도트(Braille dot)(점자/촉각 핀)와 맞물려 판독 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, '단단한' 자석은 근접한 프로그래밍 가능한 자석에 의해 반발되거나 끌리는 촉각 핀에 통합될 수 있다. 반발 자기장에 의해 자극(magnetic pole)의 배향이 변하면 촉각 핀의 상태가 간섭력을 생성하거나 간섭력을 제거하도록 프로그래밍된다. 다른 양태에서, 액추에이터는 점자 도트(점자/촉각 핀)를 상승된 위치에 유지하기 위해 약한 스프링 또는 스프링과 같은 인터페이스를 사용하여 점자 도트와 맞물려 판독 가능하게 할 수 있다. 래칭 기구는 필요한 상태에 따라 핀을 유지하거나 해제하기 위해 간섭 위치 안팎으로 회전될 수 있다. 예를 들어, 회전 기구는 인가된 전기장에 따라 2개의 고정된 자석 사이에서 회전하도록 프로그래밍될 수 있는 철 매체로 만들어진 촉각 핀일 수 있다.

일 양태에서, 무엇보다도 촉각 액추에이터는, 촉각 액추에이터의 촉각 표면을 통해 연장되는 제1 단부를 포함하는 점자 핀으로서, 상기 점자 핀은 자성 스프링(magnetic spring)에 의해 지지되는, 상기 점자 핀; 및 전기 코일을 통해 연장되는 제2 아암(arm)으로부터 방사상으로 연장되는 제1 아암을 구비하는 L-바(bar)를 포함하는 래칭 조립체(latching assembly)로서, 상기 래칭 조립체는 상기 전기 코일에 제공된 제어 신호에 응답하여 상기 L-바를 회전시킴으로써 상기 점자 핀의 축 방향 이동을 차단하도록 구성된, 상기 래칭 조립체를 포함한다. 하나 이상의 양태에서, 래칭 조립체는 제1 아암의 반대쪽의 제2 아암의 단부에 부착된 래칭 블록을 포함할 수 있다. 래칭 블록은 축 방향 이동을 차단하기 위해 L-바의 회전에 의해 점자 핀의 제2 단부 아래로 회전될 수 있다. 다른 양태에서, 제1 아암은 축 방향 이동을 차단하기 위해 L-바의 회전에 의해 점자 핀의 제2 단부 아래로 회전될 수 있다. 다양한 양태에서, 자성 스프링은 점자 핀과 맞물린 자석, 및 촉각 액추에이터의 촉각 표면을 형성하는 철판을 포함할 수 있으며, 여기서 철판을 향한 자석의 인력은 점자 핀을 지지하는 힘을 제공한다. 자석은 점자 핀의 일부를 둘러싸고 점자 핀의 숄더(shoulder)와 맞물리는 원형 자석일 수 있다. 점자 핀은 제1 단부에 촉각 표면을 포함할 수 있다. 래칭 조립체는 전기 코일과 L-바를 지지하는 코일 베이스를 포함할 수 있다. 래칭 조립체는 반대 극성의 제1 자석과 제2 자석을 포함할 수 있으며, 제1 자석과 제2 자석은 코일 베이스의 반대쪽에 위치된다. L-바는 철 또는 다른 적절한 자기 전도성 재료일 수 있다.

다른 양태에서, 촉각 액추에이터는 공동(cavity)에 배치된 점자 핀으로서, 상기 점자 핀은 촉각 액추에이터의 표면을 통해 연장하도록 구성된 제1 단부, 및 고정된 극성을 갖는 영구 자석을 포함하는 제2 단부를 포함하는, 상기 점자 핀; 및 상기 점자 핀의 제2 단부 아래쪽의 전기 코일에 배치된 프로그래밍 가능한 자석을 포함하는 래칭 조립체로서, 상기 래칭 조립체는 상기 전기 코일에 제공된 제어 신호에 응답하여 프로그래밍 가능한 자석의 극성을 조절하도록 구성된, 상기 래칭 조립체를 포함한다. 프로그래밍 가능한 자석의 제1 극성은 영구 자석의 고정된 극성을 밀어내어 제1 단부가 표면을 통해 연장되는 틸팅된 위치에 점자 핀을 래칭하고, 프로그래밍 가능한 자석의 제2 극성은 영구 자석의 고정된 극성을 끌어당겨 점자 핀을 공동 내로 후퇴시킨다. 하나 이상의 양태에서, 점자 핀은 프로그래밍 가능한 자석에 인접한 공동의 리세스 내로 후퇴될 수 있다. 표면은 촉각 액추에이터의 공동 위에 배치된 핀 캡에 의해 제공되는 촉각 표면일 수 있다. 다양한 양태에서, 촉각 액추에이터는 촉각 액추에이터의 표면 상에 위치된 격리 핀 조립체를 포함할 수 있다. 격리 핀 조립체는, 수평으로 구속되고 점자 핀의 제1 단부에 위치된 격리 핀을 포함할 수 있다. 래칭 조립체는 전기 코일과 프로그래밍 가능한 자석을 지지하는 코일 홀더를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 촉각 액추에이터는 코일 홀더의 측면을 따라 그리고 코일 및 프로그래밍 가능한 자석의 길이에 걸쳐 연장되는 향상된 자속 가이드(enhanced magnetic flux guide)를 포함할 수 있다.

다른 양태에서, 점자 디스플레이는 촉각 액추에이터의 어레이를 포함한다. 촉각 액추에이터의 어레이는 단일 라인의 촉각 액추에이터로 구성되거나 다수의 라인의 촉각 액추에이터를 포함할 수 있다. 다른 어레이 배향도 가능하다. 다양한 양태에서, 촉각 액추에이터의 어레이는 1, 2, 4, 6, 8, 9, 10개 또는 이를 초과하는 개수의 촉각 액추에이터를 포함하지만 이로 제한되지 않는 다수의 액추에이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징 및 장점은 이하 도면 및 상세한 설명을 검토할 때 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가 시스템, 방법, 특징 및 장점은 본 발명에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 첨부된 청구 범위에 의해 보호되는 것으로 의도된다. 또한, 설명된 실시형태의 모든 선택적이고 바람직한 특징 및 변형은 본 명세서에 개시된 본 발명의 모든 양태에서 사용 가능하다. 더욱이, 종속 청구항의 개별적인 특징뿐만 아니라 설명된 실시형태의 모든 선택적이고 바람직한 특징 및 변형은 서로 조합 가능하고 상호 교환 가능하다.

본 발명의 많은 양태는 다음 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 도면의 구성 요소는 반드시 축척에 맞는 것은 아니며, 대신 본 발명의 원리를 명확하게 설명하는 데 중점을 두고 있다. 더욱이, 도면에서, 유사한 참조 부호는 여러 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다. 예시적인 실시형태는 첨부된 도면을 설명함으로써 더욱 명백해질 것이며, 동일한 요소는 단지 예시로서 주어진 동일한 참조 부호로 나타내고, 따라서 본 명세서의 예시적인 실시형태를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 기계식 스프링 프리로드(preload) 촉각 액추에이터인 래칭 자성 핀(Latching Magnetic Pin: LMP)의 일례를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 도 1의 LMP 래칭 기구의 회전의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 도 1의 LMP 래칭 기구의 회전의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 8 도트 점자 셀을 형성하는 LMP 어레이의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 자성 핀 틸트 촉각 액추에이터인 자성 핀 틸트(Magnetic Pin Tilt: MPT)의 일례를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 각각 업 상태 및 다운 상태에 있는 도 5의 자성 핀 틸트 촉각 액추에이터(MPT)의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 각각 업 상태 및 다운 상태에 있는 핀 격리 상태인 도 6a 및 도 6b의 자성 핀 틸트 촉각 액추에이터(MPT)의 일례를 나타내는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 8 도트 점자 셀을 형성하는 MPT 어레이의 일례를 도시한다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따라 각각 업 상태 및 다운 상태에 있는 도 5의 MPT에 기초하는 향상된 자성 핀 틸트 촉각 액추에이터인 향상된 자성 핀 틸트(Enhanced Magnetic Pin Tilt: EMPT)의 일례를 나타내는 측면도이다.

상업적으로 이용 가능한 디스플레이는 하나의 라인에 배열된 다수의 점자 문자를 포함한다. 일부 점자 문자에 전기 신호가 인가되면 전기 기계의 작동으로 인해 일부 점자 문자가 독자의 손가락에 촉각적으로 식별 가능한 힘을 제공하는 반면 다른 문자는 그렇지 않다. 이것이 점자 문자의 기초이다. 필요한 점자 셀 치수에서 촉각적으로 식별 가능한 힘을 제공하는 데 상당한 어려움이 있을 수 있다.

본 기술은 단일 라인 디스플레이뿐만 아니라 디지털 멀티 라인 디스플레이 및 인터페이스에 전력을 공급할 수 있는 견고하고 에너지 효율적인 전자 점자 셀을 생성하여 이 어려움을 극복함으로써 점자 독자가 디지털 시대에 진입할 수 있도록 한다.

본 명세서에는 점자 셀과 관련된 다양한 예가 개시된다. 일례에서, 자기 점자 셀 액추에이터 설계는 기계식 스프링 프리로드, 및 래칭 자성 핀(LMP)이라고 하는 L 바 회전 래칭 기구를 기반으로 할 수 있다. 제2 설계는 자성 핀 틸트(MPT)라고 하는 자기적으로 프로그래밍 가능한 스위칭 및 틸트 래칭 기구를 기반으로 할 수 있다. 또한 제3 액추에이터 설계의 일례는 자기적으로 프로그래밍 가능한 스위칭 및 틸트 래칭 기구를 기반으로 할 수 있지만, 래칭을 지원하는 추가 자극으로 더욱 향상된다. 이러한 설계는 향상된 MPT(EMPT)라고 할 수 있다.

래칭 자성 핀( LMP ) 점자 액추에이터: 도 1을 참조하면, 자성 스프링 프리로드 및 L-바 회전 래칭 점자 셀 작동 시스템, LMP(100)의 일례가 도시된다. LMP(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 구성 요소를 포함한다. LMP(100)의 상부 표면은 촉각(또는 점자) 핀(104)과 맞물릴 수 있는 자석(103)을 끌어당기는 데 사용될 수 있는 철판(102)에 의해 형성될 수 있다. 철판(102)과 자석(103)은 촉각 핀(104)을 공동(105)의 상승된 위치에 유지하는 데 사용될 수 있는 자성 스프링을 형성한다. LMP(100)의 자성 스프링 부분은 모든 점자 핀을 판독 위치에 유지하는 스프링 프리로드라고 할 수 있다. 자석(103)과 철판(102) 사이의 자기 인력은 촉각 핀(104)을 상승된 위치에 유지한다. 자성 스프링(103)의 힘은 예를 들어 약 1 그램 또는 다른 적절한 값으로 제어될 수 있다.

촉각(또는 점자) 핀(104)은 코일(106)에 인가되는 제어 신호에 응답하여 차단 또는 비-차단되도록 구성될 수 있다. L자형으로 구부러진 철 재료로 만들어질 수 있는 L-바(107)는 래칭 블록(108)이 일 단부에 부착된 상태에서 코일(106)을 통해 연장된다. 래칭 블록(108)이 촉각 핀(104) 아래로 회전하면 핀(104)이 차단 위치에 고정된다. L-바(107)와 래칭 블록(108)이 회전하는 것은 코일(106)과 회전 자석(109)을 사용하여 제어될 수 있다. 코일 홀더(110)는 회전 자석 정지부(111)와 함께 코일(106)을 지지하는 코일 베이스(112)를 형성하고 반대쪽에는 회전 자석(109)이 위치된다. 래칭 블록(108)에 연결된 L-바(107)의 단부는 코일 홀더(110)를 통해 연장되는 반면, 다른 단부는 회전 자석 정지부(111)를 통해 연장된다. L-바(107)는 코일(106)에 인가된 제어 신호에 기초하여 자석(109)들 사이에서 회전하는 제1 아암(또는 아암 1)(113), 및 코일(106)을 통해 연장되는 제2 아암(114)을 포함한다. 이러한 모든 구성 요소가 조립될 때 이들 구성 요소는 도 1에 도시된 바와 같이 배열 가능한 LMP(100)를 형성한다.

도 1의 예에서, 코일 베이스(112)는 래칭 블록(108)이 회전 운동하기에 충분한 오프셋을 두고 코일 베이스(112)의 상부 위치에서 조립되지만 반드시 바로 위 위치인 것은 아닌 위치에서 조립되는 구성 요소(102 내지 105)를 유지한다. 오프셋에 의해 래칭 블록(108)은 제어 신호에 기초하여 상태를 변경하기 위해 차단 위치와 비-차단 위치 사이에서 자유롭게 이동할 수 있다. 또한, 이 예에서 코일 베이스(112)는 L-바(107)가 기계적으로 자유롭게 회전할 수 있도록 코일(106)을 수용한다. 회전 자석 정지부(111)는 또한 L-바(107)가 회전 자석(109)과 직접 접촉하지 않도록 자성 스페이서 역할을 한다. LMP(100)의 다른 예에서, 래칭 블록(108)이 제거될 수 있고, 코일 베이스(112)는 (180도) 뒤집혀서 L-바(107)가 촉각 핀(104)에 인접하게 위치된다. L-바(107)는 핀(104)의 차단 또는 비-차단을 제어하기 위한 래칭 기구로 사용될 수 있다. 일부 구현에서, 제1 아암(또는 아암 1)(113)은 촉각 핀(104)의 단부 아래에 위치되는 것을 용이하게 하도록 형성될 수 있다(예를 들어, 평탄하게 또는 넓게 형성될 수 있다). 다른 예에서, 자성 스프링(103) 및 철판(102)은 자성 스프링을 형성하기 위해 반발하는 자석으로 대체될 수 있고, 플라스틱과 같은 캡핑 재료를 사용하여 공동(105)을 폐쇄할 수 있다. 또 다른 예에서, 자성 스프링(103) 및 철판(102)은 기계적 스프링을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다른 스프링 기구로 대체될 수 있고, 캡핑 재료(예를 들어, 플라스틱 또는 다른 적절한 재료)를 사용하여 공동(105)을 폐쇄할 수 있다.

도 2 및 도 3은 LMP(100)의 동작을 도시한다. L-바 자기 회전 시스템(LMP)(100)은 자성 스프링 프리로드에 의해 판독 위치에 유지되는 점자 핀(104) 아래의 위치 안팎으로 래칭 블록(108)을 회전시킬 수 있다. 도시된 예에서는, 제어 신호가 왼쪽 LMP(100)의 코일(106)에 인가되어, L-바(107)가 회전 자석(109)의 북극(N)으로 끌려서, 래칭 블록(108)을 점자 핀(104)의 바닥 아래로 회전시켜, 점자 핀을 차단하여 점자 핀이 아래로 눌리지 않도록 되었다. 이와 달리, 제어 신호가 오른쪽 LMP(100)의 코일(106)에 인가되어, L-바(107)가 회전 자석(109)의 남극(S)으로 끌려서, 래칭 블록(108)을 점자 핀(104)으로부터 멀어지는 방향으로 선회시켜, 점자 핀을 차단 해제하여 점자 핀이 아래로 눌러질 수 있게 되었다. LMP(100)는 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 배열된 8 도트 LMP 점자 셀과 같은 점자 도트의 어레이를 형성하도록 배열될 수 있다. 어레이는 예를 들어 4, 6, 8, 10개 또는 이를 초과하는 개수의 도트와 같은 임의의 수의 도트를 포함할 수 있다.

일 순간에, 특정 래칭 블록(108)이 촉각(또는 점자) 핀(104) 아래로 회전된다. 점자 핀 아래에 래칭 블록(108)이 있는 점자 핀(104)은 도 3의 왼쪽 LMP(100)에 도시된 바와 같이 독자 손가락으로 구별되는 실선 도트가 된다. 동시에, 전자 핀 아래에 래칭 블록(108)이 없는 점자 핀(104)은 아래로 눌러질 수 있고, 손가락 끝은 도 3의 오른쪽 LMP(100)에 도시된 바와 같이 자성 스프링 힘이 약 1g 이하이기 때문에 점자 핀을 느끼지 않고 미끄러질 수 있다. 다른 힘이 사용될 수도 있다는 것에 유의해야 한다. 예를 들어, 공동(105)의 마찰, 핀(104)의 무게 등에 따라 약 0.1g 내지 약 1.5g 범위의 힘을 사용할 수 있다. 이 힘은 사용자 피드백에 기초하여 원하는 (또는 최상의) 성능 및 감촉을 제공하도록 조정되거나 조절될 수 있다. 이전 실험에 따르면 점자 핀(104)의 지지력이 1g 미만일 때 손가락 끝이 이를 느끼지 않는 것으로 나타났다. 따라서 점자 문자의 페이지는 맹인 점자 독자에 의해 형성되고 판독될 수 있다.

점자 문자가 새로운 문자로 리프레시(refreshed)될 때, 특정 래칭 블록(108)은 점자 핀(104) 아래의 래칭 (차단) 위치로 회전되고, 다른 래칭 블록(108)은 래칭 위치에서 비-차단 위치로 회전된다. 맹인 점자 독자라면 래칭된(또는 차단된) 핀(104)을 판독하고 래칭 해제된(또는 비-차단된) 핀 위로 미끄러질 수 있다. 이러한 방식으로 점자 문자는 전기적으로 리프레시될 수 있다. 이러한 설계의 장점 중 하나는 상승된 단단한 점자 도트를 형성해야 하는 요구 조건을 단순히 래칭 블록(108)을 래칭 위치 안팎으로 이동시키는 것으로 전환할 수 있다는 것이다.

자성 L-바 회전 래칭의 기구: 도 2 및 도 3은 래칭된 (차단된) 상태와 래칭 해제된 (비-차단된) 상태 모두의 자성 L-바 회전 래칭 시스템(100)을 도시한다. 이 예에서, 직사각형 회전 자석(109)은 회전 자석(109)들 사이에 L-바(107) 및 코일(106)이 배치된 상태에서 서로 평행하게 (또는 실질적으로 평행하게) 배치된다. 철 조각은 L자형으로 구부러져 L-바(107)를 생성될 수 있고, 여기서 제1 아암(또는 "아암 1")(113)이 코일(106)에 삽입되지 않는다. 이 아암(113)은 1㎜ 내지 2㎜ 길이일 수 있다. 제2 아암(또는 "아암 2")(114)이 코일(106)에 삽입되고, 여기서 제2 아암은 코일(106)의 길이 또는 높이일 수 있다. "아암 1"(113)은 2개의 회전 자석(109) 사이의 회전 자석 정지부(111)를 통해 배치될 수 있으며, "아암 2"(114)는 제어 신호가 코일(106) 내부에 인가될 때 자유롭게 회전하는 능력을 통해 삽입된다.

자성 L-바 회전 래칭의 작동 기구: 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, L-바의 "암 1"(113)은 처음에 회전 자석(109) 중 하나에 끌린다. 논의의 편의를 위해, 회전 자석(109)의 극성을 오른쪽에서 왼쪽으로 가면서 N-S-N-S라고 가정한다. 처음에, L-바(107)의 하나의 아암은 오른쪽의 회전 자석(109)의 S 극으로 끌린다. 그런 다음, 펄스 전류가 코일(106)에 인가되고 전류의 방향이 제어되어 코일(106)의 중심에서 상방에 S극이 있는 자기장을 생성한다. 자속의 방향은 코일(106)에서 나올 때 90도 회전하고 타 단부에서 코일(106)의 중심으로 되돌아가려고 한다. L자형 연철 바는 전류에 의해 생성된 전자기장에 의해 자화된다. 구체적으로, 회전 자석(109)에 끌리는 L-바(107)의 제1 아암(113)은 아암 방향을 따라 S의 극성으로 자화될 것이다. L-바(107) 내부에서 생성된 전자기장이 영구 자석 표면의 자기장의 세기보다 더 클 경우, L-바(107)의 제1 아암(113)은 오른쪽의 회전 자석(109)에 의해 반발되고, 동시에 왼쪽의 회전 자석(109)으로 끌린다. L-바(107)의 제2 아암(114)은 회전이 발생하는 샤프트 역할을 한다. L-바(107)는 코일(106)을 통해 전류 방향을 스위칭함으로써 2개의 회전 자석(109) 사이에서 앞뒤로 회전될 수 있다. 자석, 코일 및 연철 L-바의 이러한 배열의 독창성과 장점은 이 배열이 수직 코일에 의해 생성된 전자기장을 래칭 블록(108) 역할을 하는 바(bar)의 수평 회전으로 변환시킨다는 것이다. 이러한 설계에 의해 맹인 및 신체 장애인(NLS) 표준을 위한 국립 도서관 서비스(National Library Service)와 일치하는 점 간격으로 다수의 라인의 점자 셀을 수평으로 배열할 수 있다. 도 4는 배열된 8 도트 LMP 점자 셀의 일례를 도시한다. 하나의 셀 내에서 두 도트의 중심 간 표준 간격은 2.5㎜이지만 다른 간격 치수가 사용될 수 있다.

자성 핀 틸트 ( MPT ) 점자 액추에이터: 이제 도 5를 참조하면, (A) 차단된 또는 래칭된 (위) 위치 및 (B) 비-차단된 또는 래칭 해제된 (아래) 위치에 있는 자성 핀 틸트 촉각 액추에이터 점자 셀 MPT(500)의 일례가 도시된다. MPT(500)는 도 5에 도시된 바와 같이 다수의 구성 요소를 포함한다. 코일 홀더(503)는 전기 코일(504) 및 이 전기 코일(504) 내부에 형성되고 배치된 자기적으로 프로그래밍 가능한 재료(505)를 포함하는 프로그래밍 가능한 영구 자석(PPM) 조립체를 유지하기 위한 베이스로서 사용된다. 프로그래밍 가능한 자석(505)은 코일의 전기장 또는 더 강한 자석에 의해 유도되는 것과 같은 반대 자기장의 영향을 받을 때 자기 극성을 변경하고 유지할 수 있는 자성 물질을 포함한다. PPM 조립체는 외부 환경으로부터 PPM 조립체의 물리적 격리를 제공하는 코일 캡(506) 내부에 배치된다. 예를 들어, 코일 캡(506)은 물 또는 다른 환경 요소, 예를 들어, 먼지, 오염물 등으로부터 보호(방수)를 제공할 수 있다.

성능을 위해 영구 자석(508)으로부터 자기 분리를 위한 원하는 간격을 생성하는 것을 돕기 위해 공동(507)이 제공될 수 있다. 영구 자석(508)은 점자 액추에이터 핀(509)에 삽입된다. PPM의 극성이 영구 자석(508)을 밀어내는 극성으로 변할 때, 액추에이터 핀(509)은 상승하고, 핀 캡(510)에 의해 수직으로 구속될 때 틸팅된다. 액추에이터 핀(509)이 틸팅하면 공동(507) 내에서 기계적 간섭이 발생하여 독자의 손가락과 같은 외부 자극의 압력에 저항한다. PPM의 극성이 영구 자석(508)을 끌어당기는 극성으로 변할 때, 액추에이터 핀(509)은 스스로 중심을 잡고, PPM(505)과 재정렬될 때 하강된다. 일단 아래 위치(501)에 있게 되면, 독자의 손가락과 같은 외부 자극의 압력이 가해질 때 액추에이터 핀(509)과 촉각 간섭이 거의 없거나 전혀 없다.

다른 예에서, 액추에이터 핀(509)은 하나 이상의 외력으로부터 격리될 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 예에서, 예를 들어, 독자의 손가락과 같은 외부 자극의 수평 힘과 같은 외력은 독자 격리 핀(703)이라고 할 수 있는 추가 구성 요소에 의해 격리될 수 있다. 독자 격리 핀(703)은 수평으로는 구속될 수 있지만, 독자 격리 핀(703)을 안내하기 위해 독자 격리 핀 캡(702) 및 격리 핀 공동(704)을 사용하여 수직으로는 구속되지는 않는다. 액추에이터 핀(509)은 독자 격리 핀을 아래로 틸팅하면서 독자 격리 핀을 누르며 들어올릴 수 있다. 수직력이 액추에이터 핀(509)에 영향을 미칠 수 있는 유일한 힘이므로, 이에 의해 사용자가 터치한 점자 도트, MPT의 액추에이터 부분, 및 외부 자극 간을 기계적으로 분리하는 효과를 제공할 수 있다.

다른 예에서, 독자 격리 핀(702)은, 볼 베어링을 포함하지만 이로 제한되지 않는 롤링 동작을 허용하는 구성 요소로 대체될 수 있다. 이에 의해 추가적인 기계적 분리를 허용할 수 있다. 다른 예에서, 전술한 볼 베어링은 액추에이터 핀(509)의 헤드에 포함될 수 있다. 다른 예에서, 핀 캡(510)은 위 위치 또는 아래 위치에 있을 때 액추에이터 핀(509)의 틸팅을 증폭시키는, 예를 들어, 하나 이상의 함몰부 및/또는 하나 이상의 상승된 특징부를 갖게 제조될 수 있다. 전기 코일(504)은 자기장의 방향을 변경시킬 수 있는 제어 회로부에 연결된다. 다른 예에서, 전기 코일(106)은 또한 극성이 변하는 자기장을 유도하는 하나 이상의 전기 와이어로 대체된다. 다른 예에서, PPM(505)의 자기 극성은 원하는 극성 변화를 유도하기 위해 이동 가능한 자기 코일 및/또는 영구 자석 및/또는 철 재료에 의해 변화된다. 다른 구현에서, 프로그래밍 가능한 자석은 액추에이터 핀(509)에 위치될 수 있고, 영구 자석은 액추에이터 핀(509) 아래에 고정될 수 있다(예를 들어, 공동(507)의 리세스 내에 고정될 수 있다). 코일(504)에 대한 신호는 프로그래밍 가능한 자석을 제어하여 이에 따라 액추에이터 핀 위치를 제어할 수 있다.

작동: 도 6a 및 도 6b의 예에서, 액추에이터 핀(509)은 북남(North South) 축 방향으로 있다. 자기적으로 프로그래밍된 재료, 예를 들어, PPM(505)은 축 방향으로 배향된 남북(South North) 또는 북남 간을 스위칭할 수 있다. PPM(505)이 남북 배향으로 스위칭될 때, 영구 자석(508)과 PPM의 남남(South South) 상호 작용이 서로 밀어내어 도 6a에 도시된 바와 같이 공동(507)의 바닥에 있는 함몰된 구멍에서 액추에이터 핀(509)을 들어올린다. 액추에이터 핀(509)이 구멍 밖에 있고 반발 자기장이 서로를 밀고 있기 때문에, 핀은 PPM(505)과 축 방향으로 정렬되지 않고 약간 기울어지거나 측방으로 움직인다. 도 6b는 PPM(505)이 북남으로 프로그래밍된 때를 도시한다. 이 경우, 액추에이터 핀의 남극은 PPM(505)의 북극으로 끌려서 스스로 정렬되어 두 자석 사이의 함몰된 구멍에 떨어진다.

이것은 함몰된 구멍의 외부와 기계적 간섭을 생성하여 핀이 핀과 자기적으로 프로그래밍 가능한 재료 사이의 함몰된 구멍으로 다시 떨어지는 것을 방지한다. 도트가 전기적으로 리프레시될 수 있는 점자 도트로서 사용되면, 도트는 수직 배향으로 스크린 안팎으로 이동하고, 반발 자기장으로 인해 기울어지거나 측방향 힘 효과로 인해 기계적으로 래칭된다. 이러한 설계는 도트 간격이 NLS 표준과 일치하는 상태에서 다수의 라인의 점자 셀을 수평으로 배열할 수 있게 한다. MPT(500)는 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 배열된 8 도트 MPT 점자 셀과 같은 점자 도트의 어레이를 형성하도록 배열될 수 있다. 어레이는 예를 들어 4, 6, 8, 10개 또는 이를 초과하는 개수의 도트와 같은 임의의 수의 도트를 포함할 수 있다.

실제로, 액추에이터들이 점자 셀로 "집단화"되고 디스플레이의 폼 팩터(form factor)로 배열될 때, 자기 "간섭"은 실제로 액추에이터 핀(509)의 틸팅력을 향상시키는 데 사용될 수 있다. 이것은 가까이 있는 이웃 액추에이터가 실제로 이웃 핀(509)을 약간 더 끌어당기거나 밀어내어 래칭 기구를 보강하기 때문이다. 이것은 이와 반대로 대부분 다른 제안된 자성 동작식 점자 액추에이터에서 그러하며, 여기서 이러한 힘은 본질적으로 기생하여 성능을 저하시킨다. 하나의 셀 내에서 두 도트의 중심 간 표준 간격은 2.5㎜이다. 이러한 설계는 (2.5㎜ 미만의) 비정형 간격뿐만 아니라 다른 표준 간격에서도 작동할 수 있다는 것이 주목된다.

향상된 자성 핀 틸트 ( EMPT ) 점자 액추에이터: 다음으로 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 차단된 또는 래칭된 (위) 위치 및 비-차단된 또는 래칭 해제된 (아래) 위치에 각각 있는 향상된 자성 핀 틸트 촉각 액추에이터 점자 셀 EMPT(900)의 일례가 도시된다. 전체적인 작동 및 틸트 기구는 도 6a 및 도 6b에 도시된 MPT(500)에서와 동일하게 유지되지만, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 추가 자극(또는 향상된 자속 가이드)(903)이 액추에이터 핀(509) 및 영구 자석(508)에 가까이 배치된다. 추가 자극(903)은 PPM(505)의 바닥으로부터 코일(504) 주위를 거쳐 액추에이터 핀(509) 및 영구 자석(508)으로 자속을 안내하여, 도 9a에 도시된 바와 같이 래칭된 경우 인력 극을 제공하고, 도 9b에 도시된 바와 같이 래칭 해제된 경우 반발 극을 제공함으로써 래칭 성능과 래칭 해제 성능을 향상시킨다.

액추에이터: MPT 액추에이터가 핀 다운 위치로부터 핀 업 위치로 변하면, 예를 들어, PPM(500)에서 나와 코일(504)의 외부를 지나서 액추에이터 핀(509)의 근처에서 종료되는 철(Fe) 자속 가이드와 같은 향상된 래칭 기구는 핀(509)을 끌어당기는 추가 자기력을 제공할 것이다. 이 자속 가이드(903)는 액추에이터 핀(509)의 바닥은 자속 가이드(903)의 측면(들)에 함몰된 구멍 외부로 끌리게 하여, 래칭을 보강하여 EMPT의 래칭 성능을 향상시킨다. 핀 업 위치로부터 핀 다운 위치로 순환하면, 자속이 반대 방향으로 이동하여 핀을 밀어내어, 핀을 함몰된 구멍과 정렬되도록 다시 밀어 넣는다. 따라서 EMPT의 래칭 해제 성능이 향상된다. 자속 가이드(903)는 알루미늄, 니켈 및 코발트(AlNiCo), 철, 크롬 및 코발트(FeCrCo) 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다른 유형의 자기 가역성 재료를 포함할 수 있다.

본 명세서에 설명된 액추에이터는 센서와 더 통합되거나 또는 센서로 될 수 있고, 이 경우 촉각 디스플레이는 상호 작용형이 되고; 이 디스플레이는 휴대폰이나 다른 장치와 같은 전자 장치를 동작시키고 제어하는 데 사용될 수 있다는 것이 주목된다. 이것은 유도성, 용량성, 저항성, 광학, 자성 등의 센서 기술과 같은 전자 양식을 통해 액추에이터에, 액추에이터 상에 및/또는 액추에이터 주위에 통합될 수 있다. 센서는 촉각 액추에이터에 사용되는 자석을 통해 그리고 액추에이터 내 전기 코일을 통해 구현될 수 있다.

본 발명의 전술된 실시형태는 본 발명의 원리를 명확히 이해하도록 제시된 구현의 가능한 실시예일 뿐이라는 것이 강조된다. 본 발명의 사상 및 원리를 실질적으로 벗어나지 않고 전술한 실시형태(들)에 많은 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 이러한 모든 수정 및 변경은 본 발명의 범위 내에 포함되고 이하 청구 범위에 의해 보호되도록 의도된다.

"실질적으로"라는 용어는 의도된 목적에 부정적인 영향을 미치지 않는, 설명 용어로부터 벗어나는 것을 허용하는 것을 의미한다. 설명 용어는 용어가 실질적으로 이 단어에 의해 명시적으로 수식되지 않더라도 실질적으로 이 단어에 의해 수식되는 것으로 암시적으로 이해된다.

비율, 농도, 양 및 다른 수치 데이터는 본 명세서에서 범위 형식으로 표현될 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 범위 형식은 편의성과 간결성을 위해 사용된 것이므로 범위의 한계로 명시적으로 언급된 수치 값을 포함할 뿐만 아니라 각 수치 값 및 하위 범위가 명시적으로 언급된 것처럼 이 범위 내에 포함된 모든 개별 수치 값 또는 하위 범위를 포함하는 것으로 유연한 방식으로 해석되어야 하는 것으로 이해된다. 예시를 위해, 약 0.1 내지 약 5의 범위는 약 0.1 내지 약 5의 명시적으로 언급된 범위를 포함할 뿐만 아니라 개별 양(예를 들어, 1, 2, 3 및 4) 및 언급된 범위 내 하위 범위(예를 들어, 0.5, 1.1, 2.2, 3.3 및 4.4)를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 약이라는 용어는 수치 값의 유효 숫자에 따른 전통적인 반올림을 포함할 수 있다. 또한, 약 x 내지 y라는 어구는 약 x 내지 약 y를 포함한다.

Claims (20)

1. 촉각 액추에이터(tactile actuator)로서,
   상기 촉각 액추에이터의 촉각 표면을 통해 연장되는 제1 단부를 포함하고, 자성 스프링에 의해 지지되는 점자 핀(Braille pin); 및
   전기 코일을 통해 연장되는 제2 아암으로부터 방사상으로 연장되는 제1 아암(arm)을 포함하는 L-바(bar)를 포함하는 래칭 조립체(latching assembly)로서, 상기 전기 코일에 제공되는 제어 신호에 응답하여 상기 L-바를 회전시킴으로써 상기 점자 핀의 축 방향 이동을 차단하도록 구성된, 상기 래칭 조립체를 포함하고,
   상기 래칭 조립체는 상기 제1 아암의 반대쪽의 상기 제2 아암의 단부에 부착된 래칭 블록을 포함하고, 상기 래칭 블록은 축 방향 이동을 차단하기 위해 상기 L-바의 회전에 의해 상기 점자 핀의 제2 단부 아래로 회전되는, 촉각 액추에이터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 아암은 축 방향 이동을 차단하기 위해 상기 L-바의 회전에 의해 상기 점자 핀의 제2 단부 아래로 회전되는, 촉각 액추에이터.
4. 제1항에 있어서, 상기 자성 스프링은 상기 점자 핀과 맞물린 자석, 및 상기 촉각 액추에이터의 촉각 표면을 형성하는 철판을 포함하고, 상기 철판을 향한 상기 자석의 인력은 상기 점자 핀을 지지하는 힘을 제공하는, 촉각 액추에이터.
5. 제4항에 있어서, 상기 자석은, 상기 점자 핀의 일부를 둘러싸고 상기 점자 핀의 숄더와 맞물린 원형 자석인, 촉각 액추에이터.
6. 제1항에 있어서, 상기 점자 핀은 상기 제1 단부에 촉각 표면을 포함하는, 촉각 액추에이터.
7. 제1항에 있어서, 상기 래칭 조립체는 상기 전기 코일 및 L-바를 지지하는 코일 베이스를 포함하는, 촉각 액추에이터.
8. 제7항에 있어서, 상기 래칭 조립체는 반대 극성의 제1 자석과 제2 자석을 포함하고, 상기 제1 자석과 상기 제2 자석은 상기 코일 베이스의 반대쪽에 위치된, 촉각 액추에이터.
9. 제1항에 있어서, 상기 L-바는 철인, 촉각 액추에이터.
10. 촉각 액추에이터로서,
    공동 내에 배치된 점자 핀으로서, 상기 촉각 액추에이터의 촉각 표면을 통해 연장되는 제1 단부, 및 고정된 극성을 갖는 영구 자석을 포함하는 제2 단부를 포함하는, 상기 점자 핀; 및
    상기 점자 핀의 상기 제2 단부 아래쪽의 전기 코일에 배치된 프로그래밍 가능한 자석을 포함하는 래칭 조립체를 포함하고, 상기 래칭 조립체는 상기 전기 코일에 제공되는 제어 신호에 응답하여 상기 프로그래밍 가능한 자석의 극성을 조절하도록 구성되고, 상기 프로그래밍 가능한 자석의 제1 극성은 상기 영구 자석의 고정된 극성을 밀어내어, 상기 제1 단부가 상기 촉각 표면을 통해 연장되는 기울어진 위치에서 상기 점자 핀을 래칭하고, 상기 프로그래밍 가능한 자석의 제2 극성은 상기 영구 자석의 고정된 극성을 끌어당겨 상기 점자 핀을 상기 공동 내로 후퇴시키는, 촉각 액추에이터.
11. 제10항에 있어서, 상기 점자 핀은 상기 프로그래밍 가능한 자석에 인접한 상기 공동의 리세스 내로 후퇴되는, 촉각 액추에이터.
12. 제10항에 있어서, 상기 표면은 상기 촉각 액추에이터의 상기 공동 위에 배치된 핀 캡에 의해 제공되는 촉각 표면인, 촉각 액추에이터.
13. 제10항에 있어서, 상기 촉각 액추에이터의 표면 상에 위치된 격리 핀 조립체를 포함하는, 촉각 액추에이터.
14. 제13항에 있어서, 상기 격리 핀 조립체는, 수평으로 구속되고 상기 점자 핀의 상기 제1 단부 상에 위치된 격리 핀을 포함하는, 촉각 액추에이터.
15. 제10항에 있어서, 상기 래칭 조립체는 상기 전기 코일 및 프로그래밍 가능한 자석을 지지하는 코일 홀더를 포함하는, 촉각 액추에이터.
16. 제15항에 있어서, 상기 코일 홀더의 측면을 따라 그리고 상기 코일 및 프로그래밍 가능한 자석의 길이에 걸쳐 연장되는 향상된 자속 가이드(enhanced magnetic flux guide)를 포함하는, 촉각 액추에이터.
17. 촉각 디스플레이로서,
    제1항 또는 제10항의 촉각 액추에이터의 어레이를 포함하는, 촉각 디스플레이.
18. 제17항에 있어서, 상기 촉각 액추에이터의 어레이는 단일 라인의 촉각 액추에이터로 구성된, 촉각 디스플레이.
19. 제17항에 있어서, 상기 촉각 액추에이터의 어레이는 다수의 라인의 촉각 액추에이터를 포함하는, 촉각 디스플레이.
20. 제17항에 있어서, 상기 촉각 액추에이터의 어레이는 10개 이상의 촉각 액추에이터를 포함하는, 촉각 디스플레이.