KR20150123932A

KR20150123932A - 촉각 그래픽 디스플레이

Info

Publication number: KR20150123932A
Application number: KR1020157027441A
Authority: KR
Inventors: 벤카데쉬 알. 차리
Original assignee: 벤카데쉬 알. 차리
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-11-04
Also published as: WO2014138337A1; JP2016512353A; US9142143B2; CA2903209A1; BR112015021830A2; CN105103216B; JP6448560B2; EP2965309A1; US20140255880A1; CN105103216A; EP2965309A4

Abstract

촉각 정보에 접근하기 원하는 시각 장애인들 또는 다른 사용자들에게 그래픽 디바이스에 의해 발생된 그래픽 또는 이미지의 디스플레이 표현을 제공하기 위한 촉각 그래픽 디스플레이. 촉각 그래픽 디스플레이는 점 행렬과 통신하는 제어 및 인터페이스 모듈을 포함하고, 이는 점 행렬에서 점들의 역할을 하는 캡들을 포함하는 핀 너트 어셈블리들과 연관된다. 제어 및 인터페이스 모듈은 점 행렬 디스플레이를 형성하기 위해 상부 패널의 상부 표면 위 선택된 점들을 상승시키는 모터 구동 신호들을 제공한다. 상부 패널과 연관되거나 상부 패널에서의 근접 센서들은 상부 패널의 상부 표면에 가까운 손가락 또는 손의 근접 존재 및/또는 하나 이상의 점의 터칭을 감지한다. 근접 센서들은 프로세싱을 위해 제어 및 인터페이스 모듈에 점 행렬 인게이지먼트 신호들을 제공한다.

Description

촉각 그래픽 디스플레이{TACTILE GRAPHIC DISPLAY}

본 발명은 일반적으로 촉각 정보에 접근하기 원하는 시각 장애 사용자들 또는 다른 사용자들을 위한 촉각 정보 디바이스들의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 촉각 방식으로 그래픽 정보를 디스플레이하는 것에 관한 것이다.

역사적으로, 시스템들은 도드라진 점들로 코딩된 문자들 및 숫자들을 제공하는 점자 시스템과 같이, 정보를 획득하기 위해 맹인 또는 시각 장애인에 의해 사용될 수 있는 도드라진 점들에 기초한 읽기 자료를 제공하도록 발전되어왔다. 이와 같이 영어 알파벳을 사용하는 보통의 텍스트와 같이, 시각적인 방식으로 본래 구성된, 텍스트가 점자 시스템으로 변환되어, 본래의 영어 텍스트가 시각 장애인에 의해 이해될 수 있다. 전통적으로, 도드라진 점들은 지면 상에 감각들을 형성하는 기계 레버들 또는 다른 메커니즘들과 같은, 기계적 수단에 의해 지면의 페이지 또는 스트립 상에 생성된다. 점자기와 같은, 기계적 디바이스들은 조작자가 지면 상에 도드라진 점들을 자극하거나, 사실상, 지면 상에 도드라진 점들을 타이핑하는데 사용될 수 있도록 발전되어 왔다. 컴퓨터 시스템들은 조작자가 컴퓨터에 그 후 점자로 변환되는 문자들을 타이핑할 수 있게 발전되어왔고, 컴퓨터 시스템은 점자 텍스트를 기계적으로 생성하거나 점자 책들 또는 문서들을 인쇄하는데 사용될 수 있는 인쇄용 판들 또는 마스터들을 생성한다.

최신 시스템들은 또한 상승된-점 디스플레이 상에 점자 또는 다른 정보를 디스플레이하도록 발전되어왔다. 그러한 시스템은 평평한 표면 위에 점(또는 범프(bump))을 도드라지게 하기 위해 기계적 접근법과 같은 몇몇 기술을 사용한다. 도드라진 범프들은 점자 메시지를 형성하거나 그래픽 정보와 같은 다른 정보를 제공한다. 시각 장애인들을 위한 디스플레이들에 대한 다양한 접근법들이 발전되거나 고려되어왔다. 이들 통상의 접근법들은 형상 기억 합금들(SMA; shape memory alloys), 전기 점성 유체들, 솔레노이드들, 압전 접근법들, 회전 디스크들, 미세유체 밸브들, 전기활성 고분자들, 미세스텝 모터들, 전열 액추에이터들, 전자기 미세공진기들, 공압 미세밸브들, 저융점 금속 액추에이터들, 및 RC(무선 제어) 서보 모터들을 포함한다.

일 측면에서, 본 발명은 디스플레이 표현을 위한 그래픽 출력 신호들을 제공하는 그래픽 디바이스와 통신하는 그래픽 촉각 디스플레이를 위한 장치를 특징으로 한다. 장치는 제어 및 인터페이스 모듈 및 디스플레이 어셈블리를 포함한다. 제어 및 인터페이스 모듈은 그래픽 출력 신호들을 수신하기 위한 외부 인터페이스, 모터 구동 신호들을 생성하기 위한 구동 모듈, 및 모터 구동 신호들을 생성하도록 그래픽 출력 신호들을 프로세싱하기 위한 제어 프로세서를 포함한다. 디스플레이 어셈블리는 점 행렬, 상부 패널, 하부 패널, 구동 모터들, 리드 스크루들, 핀 너트들, 및 점들을 포함한다. 디스플레이 어셈블리는 모터 구동 신호들을 수신한다. 상부 패널은 상부 표면을 포함한다. 하부 패널은 제어 및 인터페이스 모듈과 접촉하는 구동 모터들을 지지한다. 각 구동 모터는 리드 스크루에 연결하는 구동 샤프트를 갖고, 각 리드 스크루는 핀 너트 어셈블리에 연결한다. 각 핀 너트 어셈블리는 핀 너트 및 점을 갖는다. 상부 패널은 핀 구멍들을 제공하고, 이는 점 행렬의 크기 및 형상을 결정한다. 하부 패널 및 상부 패널은 각 핀 너트 어셈블리가 각각의 핀 개구에 제 위치에서 대응하도록 정렬된다. 각 핀 구멍은 그래픽 출력 신호들에 기초한 점 행렬 상의 상승된 점들에 기초하여 디스플레이 표현을 발생시키도록 상부 패널 상부 표면 위 핀 너트 어셈블리의 점을 상승시키기 위해 각각의 핀 너트 어셈블리가 그것의 축 주위를 자유롭게 움직이게 하도록 사이징된다.

일 실시예에서, 디스플레이 어셈블리는 근접 센서들을 더 포함한다. 근접 센서들은 근접 센서들이 점 행렬의 하나 이상의 점에 가까운 근접 존재를 감지할 때 하나 이상의 점 행렬 인게이지먼트 신호를 발생시킨다. 제어 및 인터페이스 모듈은 점 행렬 인게이지먼트 신호들을 발생시키고 촉각 입력 신호들을 발생시킨다.

다른 실시예에서, 그래픽 디바이스는 촉각 입력 신호들을 수신하고 촉각 입력 신호들에 응답한다. 그래픽 디바이스는 촉각 입력 신호들에 응답하여 점 행렬에 의해 제시된 그래픽 이미지에 대한 변화들을 발생시키고 점 행렬에 변화들을 전달한다.

제어 및 인터페이스 모듈은 일 실시예에서, 상부 패널의 상부 표면 위 높이 레벨들을 변화시키기 위해 각 핀 너트 어셈블리를 상승시킬 수 있는 모터 구동 신호들을 생성한다.

다른 실시예에서, 제어 및 인터페이스 모듈은 각 핀 너트 어셈블리의 진동들을 제공할 수 있는 모터 구동 신호들을 생성한다.

다른 측면에서, 본 발명은 디스플레이 표현을 위한 그래픽 출력 신호들을 제공하는 그래픽 디바이스와 통신하는 그래픽 촉각 디스플레이를 위한 장치를 특징으로 한다. 장치는 제어 및 인터페이스 모듈 및 기어 및 캠 어셈블리를 포함한다. 제어 및 인터페이스 모듈은 그래픽 출력 신호들을 수신하기 위한 외부 인터페이스, 모터 구동 신호들을 생성하기 위한 구동 모듈, 및 모터 구동 신호들을 생성하도록 그래픽 출력 신호들을 프로세싱하기 위한 제어 프로세서를 포함한다. 캠 및 기어 어셈블리는 점 행렬, 웜 기어들, 웜 기어 모터들, 캠 로드들, 캠 로드 모터들, 핀 기어들, 클러치 메커니즘들, 리드 스크루들, 및 핀 너트 어셈블리들을 포함한다. 점 행렬은 점들을 포함한다. 각 핀 너트 어셈블리는 핀 너트 및 점을 포함하고 리드 스크루들 중 하나에 연결한다. 각 리드 스크루는 핀 기어들 중 하나에 연결한다. 각 캠 로드는 점 행렬의 컬럼에 대응하는 핀 너트 어셈블리들의 컬럼에 적합한 다수의 캠에 연결한다. 각 캠 로드는 그것의 축 주위 각 캠 로드에 회전 모션을 제공하기 위해 캠 모터들 중 하나에 의해 구동된다. 각 웜 기어는 그것의 축 주위 각 웜 기어에 회전 모션을 제공하기 위해 웜 기어 모터들 중 하나에 의해 구동된다. 웜 기어들은 점 행렬의 로우들에 대응한다. 제어 및 인터페이스 모듈은 캠 로드들 중 대응하는 캠 로드에 그리고 동시에 웜 기어들 중 대응하는 웜 기어에, 점 행렬 상의 특정한 로우-컬럼 위치를 표시하는 그래픽 출력 신호들 중 하나에 기초하여 모터 구동 신호들을 제공한다. 제어 및 인터페이스 모듈은 점 행렬의 표시된 로우-컬럼 위치에 대응시키기 위한 모터 구동 신호들을 결정하여, 표시된 로우-컬럼 위치에 상승된 점을 생성하도록 표시된 로우-컬럼 위치에서 각각의 핀 너트 어셈블리를 상승시키기 위해 대응하는 리드 스크루에 각각의 핀 기어를 통해 회전력을 부여하도록 표시된 로우-컬럼 위치 각각에 클러치 메커니즘들 중 하나를 체결한다. 제어 및 인터페이스 모듈은 그래픽 출력 신호들에 기초한 점 행렬 상의 상승된 점들에 기초하여, 디스플레이 표현을 발생시키기 위해 추가로 표시된 로우-컬럼 위치들에서 추가로 상승된 점들을 상승시키도록 추가로 표시된 로우-컬럼 위치들에 대한 추가 모터 구동 신호들을 더 제공한다.

일 실시예에서, 디스플레이 어셈블리는 근접 센서들을 더 포함한다. 근접 센서들은 점 행렬의 하나 이상의 점에 가까운 근접 존재에 응답하여 하나 이상의 점 행렬 인게이지먼트 신호들을 발생시킨다. 제어 및 인터페이스 모듈은 점 행렬 인게이지먼트 신호들을 수신하고 촉각 입력 신호들을 발생시킨다.

다른 측면에서, 그래픽 촉각 디스플레이를 위한 장치는 디스플레이 표현을 위해 그래픽 출력 신호들을 제공하는 그래픽 디바이스와 통신한다. 그래픽 촉각 디스플레이는 지시 세트를 저장하기 위한 메모리, 및 지시 세트를 실행하기 위한 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서는 메모리 및 디스플레이 어셈블리와 통신한다. 디스플레이 어셈블리는 점 행렬, 하부 패널, 리드 스크루들, 핀 너트 어셈블리들, 상부 패널, 및 각 리드 스크루를 회전시키기 위한 수단을 포함한다. 각 핀 어셈블리는 핀 너트 및 점을 포함하고, 각각의 핀 너트 어셈블리에 연결된다. 지시 세트는 그래픽 디바이스로부터 그래픽 출력 신호들을 수신하도록; 디스플레이 어셈블리의 하나 이상의 구동 모터들을 구동시키기 위해 그래픽 출력 신호들에 기초하여 모터 구동 신호들을 발생시키도록; 하나 이상의 각각의 핀 너트 어셈블리들에 회전 모션을 제공하기 위해 회전시키기 위한 수단에 모터 구동 신호들을 제공하여, 상부 패널의 상부 표면 위 각 각각의 점을 상승시키기 위해 하나 이상의 각각의 핀 너트 어셈블리들의 각 각각의 핀 너트 어셈블리의 수직 모션을 야기하도록; 그래픽 출력 신호들에 기초하여 점 행렬 상의 상승된 점들에 기초하여 디스플레이 표현을 발생시키도록; 하나 이상의 점들에 가까운 근접 존재에 응답하여 상부 패널과 연관된 근접 센서들로부터 점 행렬 인게이지먼트 신호들을 발생시키도록; 그리고 그래픽 디바이스에 촉각 입력 신호들을 제공하기 위해 점 행렬 인게이지먼트 신호들에 기초하여 촉각 입력 신호들을 발생시키도록 마이크로프로세서를 프로그래밍한다.

일 실시예에서, 지시들은 회전시키기 위한 수단에 추가 모터 구동 신호들을 제공하기 위해 그리고 촉각 입력 신호들에 기초하여 그래픽 디바이스로부터 수신되는 추가 그래픽 출력 신호들에 응답하여 점 행렬에 의해 제시된 디스플레이 표현에 대한 변화들을 발생시키도록 마이크로프로세서를 프로그래밍한다.

지시들은 다른 실시예에서, 상부 패널의 상부 표면 위 높이 레벨들을 변화시키기 위해 각 핀 너트 어셈블리를 상승시킬 수 있는 모터 구동 신호들을 생성하도록 마이크로프로세서를 프로그래밍한다.

다른 실시예에서, 지시들은 각 핀 너트 어셈블리의 진동들을 제공하는 모터 구동 신호들을 생성하도록 마이크로프로세서를 프로그래밍한다.

본 발명의 상기 및 추가 이점들은 첨부 도면들과 함께 이하의 설명을 참조함으로써 보다 양호하게 이해될 수 있고, 여기서 유사한 번호들은 다양한 도면들에서 유사한 구조적 요소들 및 피처들을 표시한다. 도면들은 반드시 일정한 축적인 것은 아니고, 본 발명의 원리들을 예시할 때 주안점이 대신 배치된다.
도 1a는 본 발명의 원리들에 따른, 촉각 그래픽 시스템의 개략 표현이다.
도 1b는 본 발명의 원리들에 따른, 제어 및 인터페이스 모듈의 개략 표현이다.
도 2는 본 발명의 원리들에 따른, 디스플레이 표현을 도시하는 점 행렬의 개략 표현이다.
도 3a는 본 발명의 원리들에 따른, 촉각 그래픽 시스템을 위한 촉각 디스플레이 케이스의 측면도의 예시이다.
도 3b는 본 발명의 원리들에 따른, 상부 패널 및 하부 패널를 포함하는, 도 3a의 촉각 디스플레이 케이스의 측면도의 예시이다.
도 4a는 본 발명의 원리들에 따른, 구동 핀 어셈블리의 확대된 측면도의 예시이다.
도 4b는 본 발명의 원리들에 따른, 핀 너트에서의 스레드 공동을 도시하는 도 4a의 구동 핀 어셈블리의 확대된 측면도의 예시이다.
도 5는 본 발명의 원리들에 따른, 도 4a 및 도 4b의 구동 핀 어셈블리의 등축도의 예시이다.
도 6은 본 발명의 원리들에 따른, 변형된 핀 너트를 가지고 사용하기 위한 스프링 메커니즘의 등축도의 예시이다.
도 7은 본 발명의 원리들에 따른, 핀 너트의 스레드 공동에서의 암 스레드들의 측면도의 예시이다.
도 8은 본 발명의 원리들에 따른, 리드 스크루의 수 스레드들의 측면도의 예시이다.
도 9는 본 발명의 원리들에 따른, 상부 패널의 단면도의 예시이다.
도 10은 본 발명의 원리들에 따른, 하부 패널의 단면도의 예시이다.
도 11은 본 발명의 원리들에 따른, 상부 패널의 등축 부분도의 예시이다.
도 12a는 본 발명의 원리들에 따른, 점 행렬을 가지고 사용하기 위한 캠 및 기어 어셈블리의 등축도의 예시이다.
도 12b는 본 발명의 원리들에 따른, 도 12a의 캠 및 기어 어셈블리의 측면도의 예시이다.

본 발명은 예를 들어, 전방 상의 비시각 전달을 위한, 촉각 정보에 접근하기 원하는 시각 장애 또는 다른 사람들을 위해, 점 행렬(또는 점 어레이)에서의 상승된 점들을 디스플레이 표현(또한 "촉각 디스플레이"로 지칭되는)으로서 동작시키기 위한 무단 모터들을 제공하는 이점을 갖는다. 모터들은 최소 전력 요건 및 전력원과의 직접 접촉의 혜택뿐만 아니라, 상승된 점들의 위치에 그것들을 유지하기 위한 전력을 필요로 하지 않고 하강되거나 상승된 위치에서 상승된 점들을 유지하는 혜택을 갖는다. 일 실시예에서, 모터는 몇몇 모바일 통신 디바이스에서 사용되는 유형의 진동 모터이다. 일 실시예에서, 모터들은 모터들에 대한 배선 또는 다른 연결들이 요구되지 않도록 PCB(인쇄 회로 기판)와 직접 접촉한다.

다른 실시예에서, 본 발명은 점 행렬에서의 특정한 로우-컬럼 좌표에서 점을 상승시키기 위한 웜 기어들(로우들을 위한) 및 캠 로드들(컬럼들을 위한)의 조합 동작에 의해 점 행렬 상의 상승된 점들을 생성하는 웜 기어 및 캠 시스템의 이점들을 제공한다. 이러한 접근법은 보다 적은 모터들을 사용하는, 그리고 동시에 수 개의 점(하나의 로우를 따라)을 상승시키는 이점을 갖는다.

일 실시예에서, 각 상승된 점은 수직 방향으로 핀에 의해 이동 동작시키는 스크루 및 스레드 배열체를 사용함으로써 모터에 의해 작동되는 핀이다. 추가 실시예에서, 하나 이상의 핀은 저하되고(통상적으로 사용자에 의해) 핀들이 저하되는지를 표시하는 신호들이 발생된다. 다른 실시예에서, 터치 스크린 또는 터치 패드 상에 발생할 수 있는 것과 같이, 핀들이 저하되지 않아도, 손가락, 손 또는 다른 신체 부분의 근접 존재를 감지하는 것이 가능하다. 이와 같이, 점 행렬 상에서, 이미지(예를 들어, 라인 또는 그래프)가 시각 장애 사용자에 의해 감지하기 위해 생성되고, 사용자는 선택된 핀들을 저하시키기 위해 행렬 위 손가락(또는 스타일러스 또는 다른 디바이스)을 이동시킴으로써 점 행렬(예를 들어, 라인 또는 그래프) 상에 자극을 생성하며, 이들은 행렬에 촉각 입력의 역할을 한다. 이러한 촉각 입력(실제 터칭이 발생하든지 안하든지)은 컴퓨터에서 운영하는 소프트웨어 애플리케이션에 전달될 수 있고, 이는 촉각 입력에 대한 응답 및 기록과 같은, 다양한 기능들을 수행한다.

도 1a는 본 발명의 원리들에 따른, 촉각 그래픽 시스템(20)의 개략 표현을 도시한다. 촉각 그래픽 시스템(20)은 그래픽 디바이스(22) 및 촉각 그래픽 디스플레이(24)를 포함한다. 촉각 그래픽 디스플레이(24)는 제어 및 인터페이스 모듈(26) 및 상승된 점들(82)의 디스플레이 표현(30)을 제공하는, 점 행렬(28)을 포함한다. 그래픽 디바이스(22)는 마이크로프로세서(42) 및 메모리(44)를 포함한다. 제어 및 인터페이스 모듈(26)은 마이크로프로세서(46) 및 메모리(48)를 포함한다. 도 1a는 그래픽 출력 신호들(32), 모터 구동 신호들(34), 점 행렬 인게이지먼트 신호들(36), 및 촉각 입력 신호들(38)을 포함하는, 신호들을 도시한다. 점 행렬 인게이지먼트 신호들(36)은 일 실시예에서, 발생하는 실제 터칭 없이 점 행렬(28)에 가까운 손가락, 손, 또는 다른 신체 부위의 이동들을 포함한다. 도 1b는 본 발명의 원리들에 따른, 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 개략 표현이다. 제어 및 인터페이스 모듈(26)은 외부 인터페이스(60), 버튼 입력 모듈(62), 제어 프로세서(64), 구동 모듈(66), 모터 파워 서플라이(68), 및 터치 입력 모듈(70)을 포함한다. 일 실시예에서, 제어 및 인터페이스 모듈(26)은 디지털 마이크로프로세서(46) 및 메모리(48)를 포함하는 PCB로서 구현된다. 다른 실시예들에서, 제어 및 인터페이스 모듈(26)은 하나 이상의 디지털 마이크로프로세서(46) 및 하나 이상의 메모리(48)를 갖는다.

도 2는 본 발명의 원리들에 따른, 시각 장애인을 위한 디스플레이의 촉각 표현을 제공하는, 디스플레이 표현(30)을 도시한다. 디스플레이 표현(30)은 점 행렬(28) 상의 점들(82)로 구성된다. 일반적으로, 점들(82)은 통상적으로 라운딩된 오목한 표면들을 갖고 점 행렬(28)의 표면 위에서 이동될 수 있다. 점들(82)은 다양한 실시예들에서, 플라스틱 또는 금속을 포함하는, 다양한 물질들로 구성된다. 점들(82)은 라운딩된 팁(115)(도 3a 참조) 및 핀 캡(142)(도 4a 참조)을 포함하는, 보다 구체적인 실시예들을 갖는다. 점들(82)은 터치에 의해 감지될 수 있는 디스플레이 표현(30)을 형성하기 위해 상승된다. 디스플레이 표현(30)은 도 2에 도시된 예에서, X축(84) 및 Y축(86)을 포함한다. 이 예에서, 디스플레이 표현(30)은 사인파(88)를 제공한다. 도 2는 또한 점들(82)의 어레이와 함께 정렬된 그리드(90)를 도시하고, 몇몇 상승된, 다른 점들(82)은 상승되지 않는다(도 2에 미도시). 일 실시예에서, 점(82)은 점 행렬(28)(예를 들어, 40x60)에 대한 점들(82)의 어레이를 형성하기 위해 그리드(90)의 라인들의 각 교차점에 배치된다. 다양한 실시예들에서, 그리드(90) 그 자체는 디스플레이 또는 제시되도록 요구되지 않는다.

다양한 실시예들에서, 그래픽 디바이스(22)는 그래픽 계산기, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 모바일 전화, 패드 또는 태블릿 컴퓨팅 디바이스, 또는 다른 적합한 디지털 컴퓨팅 디바이스이다. 그래픽 디바이스(22)는 디지털 마이크로프로세서(42) 및 메모리(44)를 포함한다. 메모리(44)는 휘발성 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리 또는 RAM), 및/또는 비휘발성 메모리(예를 들어, 디스크 또는 비휘발성 메모리 IC(집적 회로) 칩)을 포함한다. 그래픽 소프트웨어에 대한 지시들은 메모리(44)에 저장된다. 그래픽 소프트웨어는 점 행렬(28) 상에 디스플레이 표현(30)을 위한 그래프, 이미지, 텍스트 소통(예를 들어, 점자) 또는 다른 출력을 생성하는 임의의 유형의 소프트웨어이다. 그래픽 소프트웨어 프로그램의 지시들은 디지털 마이크로프로세서(42)가 본 출원에서 설명된 바와 같은 그래픽 소프트웨어의 기능들을 수행하게 한다. 일 실시예에서, 촉각 그래픽 시스템(20)은 단지 출력만을 제공하고, 점 행렬(28)은 사용자에 의해 판독하거나 감지하기 위한 상승된 점들(82)을 제공한다. 다른 실시예에서, 촉각 그래픽 시스템(20)은 또한 촉각 입력이 제공될 때 점 행렬(28)로부터의 입력을 수신하고 프로세싱한다. 예를 들어, 근접 센서(126)(또한 "터치 센서"로도 지칭되는)는 촉각 압력이 상승된 점들(82) 및/또는 점들(82)에 가까운 손가락들, 손 또는 다른 신체 부위의 근접 존재에 인가되는 것을 감지한다. 일 실시예에서, 그래픽 소프트웨어는 그래픽 소프트웨어의 출력이 제어 및 인터페이스 모듈(26)에 입력하기에 적합한 출력 신호들(32)을 생성하도록 적응하는 출력 변형 소프트웨어를 포함한다.

제어 및 인터페이스 모듈(26)은 그래픽 디바이스(22)로부터 출력 신호들(32)을 수신하고 점 행렬(28)을 동작시키는 구동 모터들(120)에 대한 출력인 모터 구동 신호들(34)을 생성하도록 신호들(32)을 프로세싱한다. 일 실시예에서, 제어 및 인터페이스 모듈(26)은 메모리(48), 및 하나 이상의 디지털 마이크로프로세서(46)를 포함하는 PCB로서 구현된다. 일 실시예에서, 촉각 그래픽 디스플레이(24)는 독립형 접근법으로 운영되고, 여기서 메모리(48)로부터의 저장된 데이터는 점 행렬(28) 상의 디스플레이 표현(30)으로서 디스플레이되고/되거나 근접 입력들이 메모리(48)에 저장된다. 추가 실시예에서, 다수의 디바이스들(촉각 그래픽 디스플레이들(24) 또는 촉각 그래픽 디스플레이들(24)을 포함하는)은 서로 통신하고, 디바이스 상에 생성된 그래픽은 다른 디바이스에 전송되고 다른 디바이스 상에 디스플레이된다.

외부 인터페이스(60)는 입력으로서 그래픽 디바이스(22)로부터의 출력 신호들(32)을 수신하고, 촉각 입력(38)(예를 들어, 하나 이상의 점(82)의 가압 및/또는 점 행렬(28)에 근접한 손가락, 손, 또는 다른 신체 부위의 근접 존재)이 점 행렬(28)에 수신되었을 때 출력으로서 그래픽 디바이스(22)에 송신될 점 행렬 인게이지먼트 신호들(36)을 제공한다. 다른 실시예에서, 그래픽 디바이스(22)에 송신된 데이터는 점 행렬(28) 상의 손가락들(손 또는 다른 신체 부위)의 위치에 관한 정보를 포함하고, 이는 점들(82)을 가압함으로써, 터치에 의해, 또는 점 행렬(28)에의 근접에 의해 감지될 수 있다.

버튼 입력 모듈(62)은 촉각 그래픽 디스플레이(24)와 연관된 버튼들의 세트로부터 입력을 수신한다. 예를 들어, 하나의 버튼은 어떤 점들(82)도 상승되지 않도록 점 행렬(28)을 리셋하여, 사실상 점 행렬(28)에 의한 디스플레이 표현(30)에서 디스플레이되었던 모든 출력을 소거한다. 다른 예에서, 하나 이상의 특정한 버튼들을 가압하는 것은 디스플레이 표현(30)에서의 그래프 또는 이미지가 줌 인 또는 줌 아웃하게(즉, 확대되거나, 축소되게) 한다. 다른 동작들은 패닝(panning) 및 회전을 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 버튼들(또는 입력의 다른 수단)은 촉각 디스플레이 케이스(100)의 상부 상에, 또는 디스플레이 케이스(100)의 일측 상에, 또는 버튼 입력 모듈(62)과 통신하는 별개의 케이스 또는 박스에 제공된다.

터치 입력 모듈(70)은 다양한 실시예들에서, 점 행렬(28)로부터의 터치 감지 신호들 및/또는 점 행렬(28)에 대한 손가락, 손, 또는 다른 신체 부위의 근접 존재를 감지하는(터칭 또는 핀 이동 없이) 근접 감지 신호들인, 점 행렬 인게이지먼트 신호들(36)을 수신한다. 터치 입력 모듈(70)은 이러한 신호들(36)을 프로세싱한다. 터치 입력 모듈(70)은 그래픽 디바이스(22)에 송신되는 촉각 입력 신호들(38)을 생성한다. 일 실시예에서, 입력 신호들(38)에 대응하는 시각적 표현이 그래픽 디바이스(22)와 연관되는 디스플레이 스크린 상에 제시된다.

구동 모듈(66)은 특정한 구동 모터들(120)이 점 행렬(28) 상에 디스플레이 표현(30)으로서 디스플레이되는 출력(예를 들어, 이미지, 그래프, 점자, 또는 다른 출력)을 형성하기 위해 특정한 점들(82)을 상승시키도록 작동하는, 점 행렬(28)과 연관된 구동 모터들(120)에 모터 구동 신호들(34)을 제공한다. 모터 파워 서플라이(68)는 전력을 구동 모터들(120)에 제공한다.

제어 프로세서(64)는 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 프로세스들을 제어한다. 일 실시예에서, 제어 프로세서(64)는 메모리(48)에 대한 접근을 갖는 디지털 마이크로프로세서(46)이다. 메모리(48)는 휘발성 메모리(예를 들어, 랜덤 액세스 메모리 또는 RAM), 및/또는 비휘발성 메모리(예를 들어, 디스크 또는 비휘발성 메모리 IC(집적 회로) 칩)을 포함한다. 제어 프로세서(64)의 제어 소프트웨어에 대한 지시들은 메모리(48)에 저장된다. 제어 소프트웨어 프로그램의 지시들은 디지털 마이크로프로세서(46)가 본 출원에서 설명된 바와 같이 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 기능들을 수행하게 한다. 다양한 실시예들에서, 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 다양한 모듈들의 전부 또는 일부는 개별 디지털 마이크로프로세서들, 마이크로칩들, 로직 칩들, 및/또는 다른 적합한 칩들, 모듈들, 또는 서브모듈들로서 구현된다.

도 3a는 본 발명의 원리들에 따른, 촉각 그래픽 디스플레이(22)를 위한 촉각 디스플레이 케이스(100)의 측면도이다. 디스플레이 케이스(100)는 측부들(102) 및 하부(104)로 형성된다. 도 3a는 또한 라운딩된 팁들(115)을 갖는 중공 핀들(114), 베이스 너트(116), 스크루(118), 구동 모터(120), 전기 접촉부들(122), 및 인쇄 회로 기판(124)을 도시한다. 일 실시예에서, 베이스 너트(116)는 핀 너트(144)로 포함된다. 도 3b는 상부 패널(106) 및 하부 패널(130)을 더 포함하는 도 3b의 촉각 디스플레이 케이스(100)의 측면도이다. 상부 패널(106)은 상부 표면(108) 및 하부 표면(110)을 갖는다. 하부 패널(130)은 상부 표면(132) 및 하부 표면(134)을 갖는다. 디스플레이 어셈블리(136)는 일반적으로 점 행렬(28) 및 점들(82), 상부 패널(106), 하부 패널(130), 및 점들(82)을 지지하고 상승시키는데 요구되는 메커니즘을 포함한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예에 대해, 디스플레이 어셈블리(136)는 하부 패널(130), 구동 모터들(120), 스크루(118), 중공 핀들(114), 베이스 너트(116), 및 상부 패널(106)을 포함한다. 도 3b에 도시된 바와 같은 일 실시예에서, 상부 패널(106)은 측부들(102)의 상부를 커버하도록 연장한다. 다른 실시예들에서, 상부 패널(106)은 측부들, 102의 상부를 커버하지 않고, 이는 상부 패널(106)의 상부 표면(108)과 같은 높이로 연장된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예에서, 네 개의 디스플레이 어셈블리들(136)이 도시되며, 이는 본 발명의 다양한 실시예들에서 다수의 디스플레이 어셈블리(136)를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

일 실시예에서, PCB(124) 및 점 행렬(28)은 동일한 촉각 디스플레이 케이스(100)(예를 들어, 직사각형 박스)에 있다. 디스플레이 케이스(100)는 다양한 실시예들에서, 임의의 적합한 크기 또는 형상이다. 일 실시예에서, 디스플레이 케이스(100)는 직사각형의 형상(일반적으로 책과 같은)이고 디스플레이 케이스(100)의 상부의 전부 또는 부분을 형성하는 점 행렬(28)과 수평으로 위치된다. 이렇게 하여 디스플레이 케이스(100)는 촉각 접촉 및/또는 사용자에 의한 근접 접촉에 이용 가능하게 만들어진 점 행렬(28)을 가지고 책(예를 들어, 점자 책)을 읽는 것과 같이 디스플레이 케이스(100)를 지향시키는, 시각 장애 사용자에 의한 사용을 위해 수평 촉각 그래픽 디스플레이(24)를 제공한다. PCB(124)는 점 행렬(28) 아래에 있다.

다양한 실시예들에서, 촉각 디스플레이 케이스(100)는 이를테면 컴퓨터 모니터와 유사한 배향을 취하는, 임의의 적합한 배향을 갖는다; 즉, 여기서 점 행렬(28)은 수직 배향을 갖는다. 디스플레이 케이스(100)의 다양한 배향들에서, 디스플레이 케이스(100)에 대한 "상부" 및 "하부"라는 용어들은 "전면" 및 "후면"에와 같은, 배향에 대응하기 위해, 그에 따라 변경되어야 한다. "근위" 및 "원위"라는 용어들이 또한 사용된다. 이와 같이, 디스플레이 케이스의 점 행렬(28) 표면 또는 측면은 그것이 촉각 및/또는 손가락, 손, 스타일러스, 또는 다른 디바이스의 근접 존재와 같은, 근접 접촉의 소스에 근부(의 옆 또는 에 가까운)이기 때문에, 근위 표면 또는 측면으로 지칭된다. 디스플레이 케이스(100)의 대향 측면 또는 표면은 그것이 촉각 접촉으로부터 원격 또는 원부이기 때문에, 원위 측면 또는 표면으로 지칭된다. "상부" 및 "하부"라는 용어들의 사용은 본 발명의 배향을 제한하는 것으로 의미되지 않는다. 본 출원에서의 논의를 위해, 일반적으로, "상부" 및 "하부"라는 용어들은 이들 용어들이 디스플레이 케이스(100)의 배향에 따른 "전면" 및 "후면" 또는 "근위" 및 원위"와 같은 다른 용어들과 동등하다는 이해와 더불어, 사용된다.

일 실시예에서, 촉각 디스플레이 케이스(100)는 상부, 하부(104), 및 측부들(102)이 봉입된 공간을 형성하도록 상부(112)(예를 들어, 상부 패널(106)), 하부(104), 및 복수의 측부(102)를 갖는다. 디스플레이 케이스(100)는 일 실시예에서, 디스플레이 케이스(100)의 하부 또는 원위부에 장착되거나 위치되는 제어 및 인터페이스 모듈(26)을 갖고, 점 행렬(28)은 디스플레이 케이스(100)의 상부 또는 근위부에 장착되거나 위치된다. 디스플레이 케이스(100)의 상부(112)는 디스플레이된 출력(예를 들어, 디스플레이 표현(30))이 감지되고 이해되도록 시각 장애인에 의해 근접하게 또는 촉각 방식으로 접근되는 상승된 점들(82)을 제공하는, 점 행렬(28)을 포함한다.

촉각 디스플레이 케이스(100)는 일 실시예에서, 상부 패널(106) 및 하부 패널(130)을 포함한다. 하부 패널(130)은 구동 모터들(120)을 유지한다. 각 구동 모터(120)는 구동 모터(120)의 하부가 전기 접촉부들(122)을 갖도록 배향된다. 하부 패널(130)이 디스플레이 케이스(100)에 장착되거나 위치될 때, 하부 패널(130)은 제어 및 인터페이스 모듈(26) 위에 바로 위치된다. 일 실시예에서, 각 구동 모터(120)의 전기 접촉부들(122)은 PCB(124)의 상부 표면과 직접 접촉(전기 통신)하며, 이는 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 구성요소들을 포함한다. 이와 같이 제어 및 인터페이스 모듈(26)에 의해 생성되는 모터 구동 신호들(34)은 유선, 무선, 또는 다른 통신 또는 접촉을 필요로 하지 않고, PCB(124)를 통해 구동 모터들(120)의 전기 접촉부들(122)에 전달된다.

점 행렬(28)은 다양한 실시예들에서, 임의의 적합한 형상이다. 일 실시예에서, 점 행렬(28)은 40개의 점들 x 60개의 점들의 직사각형 형태를 가져, 2400개의 점들의 어레이를 형성한다. 점들(82) 간 간격은 일 실시예에서, 약 4 밀리미터이다. 점들(82) 간 간격은 다른 실시예에서, 4 밀리미터보다 가깝다. 추가 실시예에서, 점들(82) 간 간격은 약 2 밀리미터이다. 보다 작은 간격을 갖는 보다 큰 어레이를 달성하기 위해, 일 실시예에서 구동 모터들(120)은 스태거된다(즉, 대안적인 구동 모터들(120)은 상부 패널(106)의 상부 표면(108)과 상이한 수직 거리로 하부 패널(130)에 배치된다). 대안적인 실시예에서, 보다 작은 구동 모터들(120)이 점 행렬(28)에서 보다 밀접하게 이격된 점들(82)의 어레이를 가능하게 하도록 요구된다.

일 실시예에서, 구동 모터(120)는 사용자에게 착신 호를 알리기 위한 링 또는 다른 사운드보다 진동을 제공하는 몇몇 모바일 통신 디바이스들에서 사용되는 유형의 진동 모터이다. 이 경우, 진동하는 부가 장치, 통상적으로 구동 모터(120)의 구동 샤프트(176)에 연결되는 한쪽으로 치우진 무게는 포함되지 않는다. 일 실시예에서, 모터 구동 신호들(34)은 모터(120)가 예상된 수의 각도를 회전한다는 예상으로 전력의 특정한 펄스를 제공하여, 주어진 펄스에 대해 점(82)이 상부 패널(106)의 상부 표면(108) 위로 미리결정된 거리만큼 연장하기 위해 수직으로 이동하도록 모터(120)에 의해 구동된다. 다양한 실시예들에서, 메커니즘들(회전 방지 메커니즘들)은 원하는 회전보다 추가의 회전을 방지하는데 사용된다. 다양한 실시예들에서, 구동 모터(120)는 적합한 크기의 브러시리스 또는 브러시 DC 모터이다. 구동 모터들(120)은 점 행렬(28)에서의 점들(82)의 어레이에 대응하는 어레이로 배열되고, 제어 및 인터페이스 모듈(26)에 의해 발생되는 모터 구동 신호들(34)은 특정한 점들(82)을 상승시키기 위해 어레이에서의 특정한 모터들(120)에 지시된다.

상부 패널(106)은 개구들을 제공한다. 개구들은 일 실시예에서, 원통형들의 형상이다. 일 실시예에서, 상부 패널(106) 및 하부 패널(130)은 하부 패널(130)의 원통형들과 축 방향으로 정렬하는 상부 패널(106)의 원통형들의 위치들에 함께 위치되거나 장착되고 정렬된다.

일 실시예에서, 근접 센서들(126)이 포함되며, 이들은 점 행렬(28)의 하나 이상의 점들(82)을 터칭하는 것 및/또는 상부 패널(106)에의 손가락, 손, 또는 신체 부위의 근접 존재를 감지한다. 근접 센서들(126)은 일 실시예에서, 상부 패널(106); 예를 들어, 상부 패널(108)에 제공되는 전기 센서들의 어레이이다. 센서들(126)은 하나 이상의 점들을 누르는 것 또는 손가락, 손, 또는 다른 신체 부위의 근접 존재를 야기하는 손가락(또는 스타일러스 또는 다른 디바이스)의 이동을 결정한다. 이렇게 하여 센서들의 어레이(126)는 점 행렬(28)에 관한 이동의 위치를 결정한다. 센서들(126)은 다른 실시예에서, 또한 임의의 점들(82)을 실제로 저하하지 않고, 점 행렬(28) 바로 위 이동을 감지한다. 이렇게 하여, 예를 들어, 임의의 점들(82)을 터칭하지 않고 손가락들에 의해 점 행렬(28)을 가로지르는 와이핑 모션은 점 행렬(28) 상에 디스플레이된 전류 이미지를 소거한다.

다양한 실시예들에서, 하나 이상의 점들(82)의 또는 저하를 야기할 때 점 행렬(28)의 하나 이상의 점들(82)에 및/또는 점 행렬(28) 위(실제 터칭 없이) 손가락, 다수의 손가락, 스타일러스, 또는 다른 디바이스들의 감지를 가능하게 하는 다른 접근법들이 사용된다. 하나의 그러한 접근법은 본 출원의 다른 곳에서 논의되는, 광학 접근법이다.

도 4a는 본 발명의 원리들에 따른, 구동 핀 어셈블리(140)의 확대된 측면도이다. 도 4b는 본 발명의 원리들에 따른, 핀 너트(144)에서의 스레드 공동(162)을 도시하는 도 4a의 구동 핀 어셈블리의 확대된 측면도이다. 구동 핀 어셈블리(140)는 캡(142), 핀 너트(144), 및 리드 스크루(146)를 포함한다. 일 실시예에서, 리드 스크루(146)는 리드 스크루(118)와 동등하다. 캡(142)은 상부(148), 하부(150), 및 공동(152)을 포함한다. 핀 너트 어셈블리(154)는 캡(142) 및 핀 너트(144)를 포함한다. 다른 실시예들에서, 핀 너트 어셈블리(154)는 점(82) 및 핀 너트(144)를 포함하여, 점들(82)의 다양한 유형들이 핀 너트(14)에 부착될 수 있다는 것을 나타낸다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에서, 핀 너트(144)는 연결 돌출부(156), 중심부(158), 베이스부(160), 및 암 스레드들(164)과 스레드되는 스레드 공동(162)을 포함한다. 리드 스크루(146)는 스레드부(168) 및 베이스부(170)를 포함한다. 스레드부(168)는 수 스레드들(172)과 스레드된다. 일 실시예에서, 리드 스크루(146)의 베이스부(170)는 구동 모터(120)의 구동 샤프트(176)에 연결하기 위한 구동 샤프트 공동(174)을 포함한다. 일 실시예에서, 디스플레이 어셈블리(136)는 하부 패널(104), 구동 샤프트(176)를 갖는 구동 모터(120), 구동 핀 어셈블리(140), 및 상부 패널(106)을 포함한다.

일 실시예에서, 각 구동 샤프트(176)는 각 구동 샤프트(176)의 상단부에서 리드 스크루(146)에 연결된다. 각 리드 스크루(146)는 암 스레드들(172)을 형성하고 핀 너트(144)에 연결된다. 각 구동 핀 어셈블리(140)는 하부에서 상부로 리드 스크루(146), 핀 너트(144), 및 캡(142)을 포함하며, 이들 모두는 축 방향으로 정렬된다. 각 핀 너트(144)는 각 구동 샤프트(176)에 부착되는 리드 스크루(146)의 스레드 피치 및 형상에 대응하는 암 스레드들(164)을 형성하는 핀 너트(144)와 축 방향으로 정렬되는, 원통형 내벽을 갖는다.

각 핀 너트(144) 및 캡(142)은 하나의 핀 너트 어셈블리(154)를 형성하기 위해 함께 고정된다. 일 실시예에서, 캡(142)은 핀 너트(144)와 축 방향으로 정렬되는 공동(152)을 형성한다. 핀 너트(144)는 핀 너트(144)의 상부에 연결 돌출부(156)를 갖고, 이는 핀 너트(144)와 축 방향으로 정렬된다. 핀 너트(144)의 연결 돌출부(156)는 캡(142)의 공동(152)과 매칭하도록 사이징되고, 핀 너트(144)에 캡(142)을 고정하기 위해 공동(152)으로 삽입된다. 다른 실시예들에서, 고정의 다른 형태들이 사용된다.

도 5는 본 발명의 원리들에 따른, 도 4a 및 도 4b의 구동 핀 어셈블리(140)의 등축도이다. 도 5는 핀 너트(144)의 평행한 평면 표면들(186)을 도시한다. 도 5에서 하나의 핀 너트 평면 표면(186)은 등축도로 도시되고, 다른 핀 너트 평면 표면(186)은 제1 핀 너트 평면 표면(186)에 대향하고 평행하게 위치된다.

핀 너트 어셈블리(154)가 수직으로 이동될 때, 핀 너트 어셈블리(154)의 상부는 잠금부, 또는 핀 너트 어셈블리(154)의 회전을 방지하는 회전 방지 메커니즘과 접한다. 모터(120)의 회전은 제어 회로의 폐루프 피드백 메커니즘에 의해 또는 핀 너트(144)의 상부 표면이 상부 패널(106)과 접촉하게 되고 그 이상으로 이동할 수 없을 때 정지된다. 이렇게 하여, 핀 너트 어셈블리(154)의 상부가 상부 패널(106)의 상부 표면(108)의 훨씬 더 위로 연장하는 것이 방지된다. 일 실시예에서, 회전 방지 메커니즘은 핀 너트 어셈블리(154) 및 상부 패널(106) 간 연결을 제공한다. 각 핀 너트(144)의 평행한 평면 표면들(186)은 각 핀 너트(144)가 상부 패널(106)의 대응하는 개구로 수직으로 이동할 때 상부 패널(106)에 제공되는 대응하는 평행한 평면 표면들(244)과 체결한다. 대응하는 상부 패널 평면 표면들(244)을 갖는 핀 너트 평면 표면들(186)의 체결은 회전 방지 효과를 제공한다.

도 6은 본 발명의 원리들에 따른, 변형된 핀 너트(202)를 가지고 사용하기 위한 스프링 메커니즘(200)의 등축도이다. 스프링 메커니즘(200)은 변형된 핀 너트(202)의 상부(204)의 상부 표면(206)에 부착된다.

핀 너트 어셈블리(154)는 스프링 메커니즘(200)을 포함하여, 캡(142)에 인가되는 소정(제한된) 양의 압력이 이를테면 상승되었던 캡(142)을 가볍게 터칭 또는 스침으로써, 핀 너트 어셈블리(154)가 저하되게 하지 않는다. 일 실시예에서, 스프링 메커니즘(200)은 핀 너트(144)의 상부에 부착된다. 핀 너트(144)의 상부의 스프링(200)은 캡(142)에 맞고, 이는 스프링(200)을 수용하기 위해 사이징되고 성형된 공동(152)을 갖는다. 코일형 스프링, 나선형 스프링, 가요성 재료의 각진(또는 톱니) 형상 조각, 또는 다른 적합한 스프링과 유사한 메커니즘과 같은, 스프링 메커니즘(200)이 다양한 실시예들에서 구현된다.

도 7은 본 발명의 원리들에 따른, 핀 너트(144)의 암 스레드들(164)의 측면도이다. 암 스레드들(164)은 암 스레드 각도(212), 프로필(214), 및 피치(216)에 기초한다. 암 스레드들(164)은 돌출 표면(218) 및 오목 표면(220)을 갖는다. 도 8은 본 발명의 원리들에 따른, 리드 스크루(146)의 수 스레드들(172)의 측면도이다. 수 스레드들(172)은 수 스레드 각도(222), 프로필(214), 및 피치(216)에 기초한다. 수 스레드들(172)은 돌출 표면들(228) 및 오목 표면(226)을 갖는다.

일 실시예에서, 수 스레드들(172)에 대한 스레드 각도(222) 및 암 스레드들(164)에 대한 스레드 각도(212)는 약 20도이다. 다양한 실시예들에서, 스레드 각도(222, 212)는 10도 내지 30도에서 달라진다. 추가 실시예들에서, 스레드 각도(222, 212)는 보다 연장된 범위에 있다.

스레드들(164, 172)은 핀 너트 어셈블리(154)를 수직 방향으로 부드럽게 이동시키기 위해 전력 전달에 필요한 중간 수준의 마찰을 제공하도록 설계된다. 수 스레드들(172) 및 암 스레드들(164)을 소정의 지점에 고정하도록 의도되는 스레드 설계보다는, 스레드들(164, 172)의 설계가 움켜 쥐거나 로크 업하지 않아도 핀 너트 어셈블리(154)의 수직 이동을 가능하게 한다. 또한, 스레드들(164, 172)은 후면이 리드 스크루(146)에 의해 구동하는 것을 회피하도록 설계된다; 즉, 사용자에 의한 선형 푸시를 리드 스크루(146)에서의 회전 모션으로 변환한다. 이렇게 하여 구동 모터(120)에 회전력이 제공될 때(모터 구동 신호(34)에 의해) 핀 너트 어셈블리(154)는 상부 패널(106)의 상부 표면(108) 위 핀 너트 어셈블리(154)의 상부에 연장하도록 수직으로 이동하여, 점 행렬(28)에 상승된 점(82)을 제공한다.

수 스레드들(172)의 스레드 형상은 돌출 표면(228)에 대해 사다리꼴 형상을 갖고, 암 스레드들(164)은 대응하는 사다리꼴 형상을 갖는다. 일 실시예에서, 수 스레드들(172) 및 암 스레드들(164) 사이에 간격이 제공되고, 이는 피치(216)의 약 20 퍼센트이며, 이는 다양한 실시예들에서 약간 크거나 작다.

도 9는 본 발명의 원리들에 따른, 상부 패널(106)의 단면도이다. 도 9는 반드시 일정한 축적으로 도시되지 않는다. 상부 패널(106)은 상부 표면(108) 및 하부 표면(110)을 갖는다. 상부 패널(106)은 패널(106)의 상부 표면(108)에 원통형 홀들(240)을 포함한다. 상부 패널(106)은 또한 홀들(240)에 인접한 길이 방향 슬롯들(242)을 포함한다. 슬롯들(242)은 평행한 평면 표면들(244)을 제공한다. 핀 너트 어셈블리(154)의 자유 모션을 가능하게 하도록 사이징된 하부 개구(246)는 슬롯들(242)에 인접하고 그것들 아래이다.

다양한 실시예들에서, 사용자에 의한 입력(예를 들어, 점 행렬 상의 점들(82)의 가압 또는 손가락, 손, 또는 다른 신체 부위의 근접 존재)는 광학 요소들(234, 236)을 사용하는 광학 접근법에 의해 감지된다. 일 실시예에서, 광원들(LED의 또는 다른 소스들)인 소스 광학 요소들(234)의 라인(예를 들어, 컬럼)이 직사각형 점 행렬(28)의 수직 에지와 같은, 점 행렬(28)의 하나의 에지와 정렬된다. 광선들(238)은 캡들(142) 바로 위 점 행렬(28)을 가로질러 발산한다. 광 센서들인 수용 광학 요소들(236)의 라인(예를 들어, 컬럼)은 이를테면 광원들(234)의 대향 수직 에지 상에, 광원들(234)로부터 들어오는 광선들(238)을 수용하기 위해 점 행렬(28)의 대향 측면 상에 위치된다. 사용자가 광선(238)을 가로막을 때(예를 들어, 손가락, 스타일러스, 또는 다른 디바이스의 이동에 의해), 이동의 위치가 결정된다. 유사한 접근법이 점 행렬(28)의 수평 에지들에 대해 사용된다. 이렇게 하여 핀 캡들(142)을 저하하는 이동은 이동의 수직 및 수평 위치를 표시하기 위해 기록되고, 이는 제어 및 인터페이스 모듈(26)에 점 행렬 인게이지먼트 신호들(36)로서 제공된다.

도 10은 본 발명의 원리들에 따른, 하부 패널(130)의 단면도이다. 도 10은 반드시 일정한 축적으로 도시되지 않는다. 하부 패널(130)은 상부 표면(132) 및 하부 표면(134)을 갖는다. 하부 패널(130)은 하부 표면(134)에 보다 큰 원통형 개구들(230), 및 상부 표면(132)에 부다 작은 원통형 개구들(232)을 포함한다.

두 개의 원통형들(230, 232)은 축 방향으로 정렬된다. 보다 큰 원통형(230)은 보다 작은 원통형(232) 아래에 형성된다. 각 구동 샤프트(176)의 자유 회전을 가능하게 하면서, 각각의 보다 큰 원통형(230)은 구동 모터(120)의 본체부를 수용하도록 사이징되고, 각각의 보다 작은 원통형(232)은 구동 모터(120)의 상부로부터 축 방향으로 연장하는 구동 샤프트(176)를 봉입하도록 사이징된다. 구동 모터(120)의 구동 샤프트(176)는 하부 패널(130)의 상부 표면(132) 위로 연장한다.

도 11은 본 발명의 원리들에 따른, 상부 패널(106)의 등축 부분도이다. 도 11은 상부 패널(106)의 아랫면을 도시하여, 슬롯들(242) 및 평행한 평면 표면들(244)을 제시한다. 슬롯들(242)의 평행한 평면 표면들(244)은 핀 너트 어셈블리(154)가 수직으로 상승될 때 핀 너트 어셈블리(154)의 추가 회전을 방지하기 위해 회전 방지 메커니즘의 역할을 하도록 핀 너트(144)의 평행한 평면 표면들(186)에 의해 체결된다.

도 12a는 본 발명의 원리들에 따른, 핀 너트 어셈블리들(252)을 포함하는 캠 및 기어 어셈블리(250)의 등축도이다. 도 12b는 본 발명의 원리들에 따른, 도 12a의 캠 및 기어 어셈블리(250)의 측면도이다. 캠 및 기어 어셈블리(250)는 핀 너트 어셈블리(252), 리드 스크루(256), 웜 기어(264), 핀 기어(266), 캠(268), 캠 로드(270), 및 스프링(274)을 포함한다. 각 웜 기어(264)는 로우 모터(262)에 의해 작동된다. 일 실시예에서, 웜 기어(264)의 스레드들은 로우 모터(262)에 근접할 때까지 웜 기어(264)의 길이로 연장한다. 각 캠 로드(270)는 컬럼 모터(278)에 의해 작동된다. 일 실시예에서, 핀 너트 어셈블리(252)는 플랜지들(254)을 포함한다. 핀(282)은 리드 스크루(256)에 스레드들을 제공하는 상부 스레드 부분(280)을 포함한다. 핀(282)은 회전 방지 리지들(276)을 포함하고 베이스(288)에 의해 지지된다. 웜 기어(264)는 핀 기어(266)를 이용하여 체결되는 체결 부분(284), 및 미체결 부분(286)을 포함한다. 핀 너트 어셈블리들(252)의 캡들(142)은 본 출원의 다른 곳에 설명되는 바와 같이, 점 행렬(28)의 점들(82)로서 기능하기 위해 상부 패널(106)의 홀들(240)을 이용하여 체결한다(도 12a 및 도 12b에 미도시). 일 실시예에서, 핀 너트 어셈블리(252)는 핀 너트 어셈블리(154)와 동등하다. 다양한 실시예들에서, 핀 너트 어셈블리(252)는 플랜지들(254)을 포함하지 않는다.

로우 모터(262)는 웜 기어(264)를 회전시키고, 이는 각 핀(282)에 부착되는 기어들(266)을 돌린다. 각 핀(282)에 부착되는 각 기어(266)는 컬럼 모터(278)에 의해 회전되는 로드(270) 상에 장착되는 각각의 캡(268)에 의해 체결되고 체결 해제되는 단순한 슬라이딩 클러치 메커니즘(272)을 갖는다. 클러치 메커니즘(272)은 캠(268)이 적절한 위치로 이동할 때 저하되도록 기어(266)를 제공하고, 스프링(274)은 캠(268)이 중립 위치로 이동할 때 기어(266)가 중립(미체결 부분)으로 회귀하게 한다. 일 실시예에서, 로우 모터들(262) 및 컬럼 모터들(278)은 단계적 모터들이어서, 웜 기어(264) 및 캠들(268)의 회전의 정확한 제어를 가능하게 한다. 컬럼 모터(278)는 하나의 컬럼의 클러치들(272)을 동시에 체결한다. 모든 로우 모터들(262)은 동시에 선회하여, 현재 체결되는 컬럼의 핀들(282)에 부착되는 기어들(266)을 회전시킨다. 로우 모터들(262)은 핀 너트 어셈블리(252)가 상승되거나 하강되어야 하는지에 따라, 그리고 핀 너트 어셈블리(252)가 상승되어야 하는 높이에 상응하는 양에 의해 앞 또는 뒤 방향으로 선회한다. 제어 및 인터페이스 모듈(26)은 로우 모터들(262) 및 컬럼 모터들(278)에 지시되는 모터 구동 신호들(34)을 제공하도록 디지털 마이크로프로세서(46)을 프로그래밍하는 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 제어 소프트웨어의 지시들을 통해 소프트웨어 제어를 제공한다. 핀 너트 어셈블리들(252)의 하나의 컬럼이 세팅되면, 다음 컬럼이 체결되고 프로세스가 반복된다. 본 출원에 설명된 캠 및 기어 접근법은 모터들(262, 278)이 강력하고 단지 (로우 플러스 컬럼) 모터들(262, 278)이 존재한다는 이점을 갖는다. 다른 이점은 핀들(282)의 피치가 임의로 작게 제작될 수 있다는 것이다. 또한, 점 행렬(28) 상에 제시된 전체 디스플레이 표현(30)을 복원하는데 단지 수 초가 걸린다.

일 실시예에서, 촉각 그래픽 디스플레이(24)는 핀 너트 어셈블리(252)의 높이; 즉, 점 행렬(28) 상에 점들(82)의 높이를 제어 및 변화시키는 능력을 갖는다. 이러한 효과는 소프트웨어 접근법을 통해 모터 구동 샤프트(176)의 회전들을 제어함으로써 그리고 또한 구동 샤프트(176)의 회전을 판단하는 전기 및/또는 광학 피드백 메커니즘을 이용하여 달성된다. 제어 및 인터페이스 모듈(26)은 핀 너트 어셈블리(154)의 높이를 제어하기 위해 구동 모터들(120)에 지시되는 모터 구동 신호들(34)을 제공하도록 디지털 마이크로프로세서(46)를 프로그래밍하는 제어 소프트웨어의 지시들을 통해 소프트웨어 제어를 제공한다. 핀 너트 어셈블리들(154)을 더 높이 이동시키기 위해, 보다 많은 회전들이 이루어진다. 추가 실시예에서, 사용자에게 추가 정보를 전달하기 위해 각 핀 너트 어셈블리(154)를 동적으로 이동시키거나 진동시키는 능력이 존재한다.

캠 및 기어 어셈블리(250)의 실시예에 대해, 핀 너트 어셈블리(252)의 높이를 제어하고 변화시키는 유사한 효과가 각각의 로우 모터(262)에 지시되는 모터 구동 신호들(34)의 사용에 의해 웜 기어(264)의 회전들을 제어함으로써 달성된다. 제어 및 인터페이스 모듈(26)은 각각의 핀 너트 어셈블리들(154)의 높이를 제어하기 위해 로우 모터들(262)에 지시되는 모터 구동 신호들(34)을 제공하도록 디지털 마이크로프로세서(46)를 프로그래밍하는 제어 소프트웨어의 지시들을 통해 소프트웨어 제어를 제공한다.

본 발명은 특정한 바람직한 실시예들을 참조하여 제시되고 설명되었지만, 당해 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 형식적이고 상세한 다양한 변경들이 본 출원에서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

예를 들어, 본 발명의 실시예들은 그래픽 디바이스(22) 및 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 면에서 구현되도록 요구되지 않는다. 예를 들어, 그래픽 디바이스(22) 및 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 기능들은 단일 디바이스에서 구현된다. 대안적으로, 그래픽 디바이스(22) 및 제어 및 인터페이스 모듈(26)의 기능들은 세 개 이상의 다양한 디바이스들을 통해 구현되거나 다른 유형들의 물리적 디바이스들로 패키징된다.

예를 들어, 대안적인 구현예들에서, 본 출원에 설명된 소프트웨어 기능들의 전부 또는 일부가 하드웨어에서, 예를 들어, 프로그램 가능 게이트 어레이(PGA), 프로그램 가능 로직 디바이스(PLD), 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 또는 다른 적합한 IC 칩에서 구현된다. 소프트웨어 기능들의 부분들은 서로 통신하는 복수의 IC 칩에 의해 구현될 수 있다.

Claims

디스플레이 표현을 위한 그래픽 출력 신호들을 제공하는 그래픽 디바이스와 통신하는 그래픽 촉각 디스플레이를 위한 장치로서, 상기 장치는:
상기 그래픽 출력 신호들을 수신하기 위한 외부 인터페이스, 모터 구동 신호들을 생성하기 위한 구동 모듈; 및 상기 모터 구동 신호들을 생성하기 위해 상기 그래픽 출력 신호들을 처리하기 위한 제어 프로세서를 갖는 제어 및 인터페이스 모듈; 및
점 행렬, 상부 패널, 하부 패널, 복수의 구동 모터, 복수의 리드 스크루(lead screw), 복수의 핀 너트(pin nut), 및 복수의 점을 포함하는 디스플레이 어셈블리로서, 상기 디스플레이 어셈블리는 상기 모터 구동 신호들을 수신하고, 상기 상부 패널은 상부 패널 상부 표면을 갖고, 상기 하부 패널은 상기 제어 및 인터페이스 모듈과 접촉하는 상기 구동 모터들을 지지하고, 각 구동 모터는 리드 스크루에 연결되는 구동 샤프트(drive shaft)를 갖고, 각 리드 스크루는 핀 너트 어셈블리에 연결되고, 각 핀 어셈블리는 상기 핀 너트들 중 하나 및 상기 점들 중 하나를 갖고, 상기 상부 패널은 복수의 핀 개구를 제공하고, 상기 핀 개구들은 상기 점 행렬에 대한 크기 및 형상을 결정하고, 상기 하부 패널 및 상기 상부 패널은 각 핀 너트 어셈블리가 각각의 핀 개구에 대해 제 위치에 상응하도록 정렬되며, 각 핀 개구는 상기 그래픽 출력 신호들에 기초한 상기 점 행렬 상의 상승된 상기 점들에 기초하여 상기 디스플레이 표현을 발생시키기 위해 상기 상부 패널 상부 표면 위로 상기 핀 너트 어셈블리의 상기 점을 상승시키기 위한 각 핀 너트 어셈블리의 축 주위를 각 각각의 핀 너트 어셈블리가 자유롭게 움직이게 하도록 사이징되는, 상기 디스플레이 어셈블리를 포함하는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 디스플레이 어셈블리는 근접을 더 포함하고, 상기 근접 센서들은 상기 점 행렬의 하나 이상의 점에 가까운 근접 존재를 감지할 때 하나 이상의 점 행렬 인게이지먼트 신호를 발생시키고, 상기 제어 및 인터페이스 모듈은 상기 점 행렬 인게이지먼트 신호들을 수신하고, 촉각 입력 신호들을 발생시키는, 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 그래픽 디바이스는 상기 촉각 입력 신호들을 수신하고 상기 촉각 입력 신호들에 응답하며, 상기 촉각 입력 신호들에 응답하여 상기 점 행렬에 의해 표현되는 상기 그래픽 이미지에 대한 변화들을 발생시키고 상기 점 행렬에 상기 변화들을 전달하는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어 및 인터페이스 모듈은 상기 상부 패널의 상기 상부 표면 위 높이 레벨들을 변화시키기 위해 각 핀 너트 어셈블리를 상승시킬 수 있는 모터 구동 신호들을 생성하는, 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제어 및 인터페이스 모듈은 각 핀 너트 어셈블리의 진동들을 제공할 수 있는 모터 구동 신호들을 생성하는, 장치.
디스플레이 표현을 위한 그래픽 출력 신호들을 제공하는 그래픽 디바이스와 통신하는 그래픽 촉각 디스플레이를 위한 장치로서, 상기 장치는:
상기 그래픽 출력 신호들을 수신하기 위한 외부 인터페이스, 모터 구동 신호들을 생성하기 위한 구동 모듈; 및 상기 모터 구동 신호들을 생성하기 위해 상기 그래픽 출력 신호들을 처리하기 위한 제어 프로세서를 갖는 제어 및 인터페이스 모듈; 및
점 행렬, 복수의 웜 기어(worm gear), 복수의 웜 기어 모터, 복수의 캠 로드(cam rod), 복수의 캠 로드 모터, 복수의 핀 기어(pin gear), 복수의 클러치 메커니즘, 복수의 리드 스크루, 및 복수의 핀 너트 어셈블리를 포함하는 캠 및 기어 어셈블리로서, 상기 점 행렬은 복수의 점을 포함하고; 각 핀 너트 어셈블리는 핀 너트 및 점을 포함하고, 각 핀 너트 어셈블리는 상기 리드 스크루들 중 하나에 연결되고, 각 리드 스크루는 상기 핀 기어들 중 하나에 연결되고, 각 캠 로드는 상기 점 행렬의 컬럼에 상응하는 핀 너트 어셈블리들의 컬럼에 적합한 다수의 캠에 연결되고, 각 캠 로드는 각 캠 로드에 대한 축 주위 각 캠 로드에 회전식 모션을 제공하기 위해 상기 캠 모터들 중 하나에 의해 구동되고, 각 웜 기어는 각 웜 기어에 대한 축 주위 각 웜 기어에 회전식 모션을 제공하기 위해 상기 웜 기어 모터들 중 하나에 의해 구동되며; 상기 웜 기어들은 상기 점 행렬의 로우들에 상응하는, 상기 캠 및 기어 어셈블리를 포함하고;
상기 제어 및 인터페이스 모듈은 상기 캠 로드들 중 상응하는 캠 로드에 그리고 동시에 상기 웜 기어들 중 상응하는 웜 기어에, 상기 점 행렬 상의 특정한 로우-컬럼 위치를 표시하는 상기 그래픽 출력 신호들 중 하나에 기초하여 모터 구동 신호들을 제공하고, 상기 제어 및 인터페이스 모듈은 표시된 상기 로우-컬럼 위치에 상승된 점을 생성하기 위해 표시된 상기 로우-컬럼 위치에서 각각의 핀 너트 어셈블리를 상승시키기 위해 대응하는 상기 리드 스크루에 각각의 상기 핀 기어를 통해 회전력을 부여하기 위해 표시된 상기 로우-컬럼 위치 각각에 상기 클러치 메커니즘들 중 하나를 체결하며;
상기 제어 및 인터페이스 모듈은 상기 그래픽 출력 신호들에 기초하여 상기 점 행렬 상의 상승된 상기 점들에 기초하여, 상기 디스플레이 표현을 발생시키기 위해 추가로 표시된 상기 로우-컬럼 위치들에 추가로 상승된 점들을 상승시키기 위해 추가로 표시된 상기 로우-컬럼 위치들에 추가 모터 구동 신호들을 제공하는, 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 디스플레이 어셈블리는 근접을 더 포함하고, 상기 근접 센서들은 상기 점 행렬의 하나 이상의 점에 가까운 근접 존재에 응답하여 하나 이상의 점 행렬 인게이지먼트 신호를 발생시키고, 상기 제어 및 인터페이스 모듈은 상기 점 행렬 인게이지먼트 신호들을 수신하고, 촉각 입력 신호들을 발생시키는, 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 그래픽 디바이스는 상기 촉각 입력 신호들을 수신하고 상기 촉각 입력 신호들에 응답하며, 상기 촉각 입력 신호들에 응답하여 상기 점 행렬에 의해 표현되는 상기 그래픽 이미지에 대한 변화들을 발생시키고 상기 점 행렬에 상기 변화들을 전달하는, 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 제어 및 인터페이스 모듈은 상기 상부 패널의 상기 상부 표면 위 높이 레벨들을 변화시키기 위해 각 핀 너트 어셈블리를 상승시킬 수 있는 모터 구동 신호들을 생성하는, 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 제어 및 인터페이스 모듈은 각 핀 너트 어셈블리의 진동들을 제공할 수 있는 모터 구동 신호들을 생성하는, 장치.
디스플레이 표현을 위한 그래픽 출력 신호들을 제공하는 그래픽 디바이스와 통신하는 그래픽 촉각 디스플레이를 위한 장치로서, 상기 그래픽 촉각 디스플레이는:
지시 세트를 저장하기 위한 메모리; 및
상기 지시 세트를 실행하기 위한 마이크로프로세서로서, 상기 마이크로프로세서는 상기 메모리 및 상기 디스플레이 어셈블리와 통신하고, 상기 디스플레이 어셈블리는 점 행렬, 하부 패널, 복수의 리드 스크루, 복수의 핀 너트 어셈블리, 상부 패널, 및 각 리드 스크루를 회전시키기 위한 수단을 포함하고, 각 핀 어셈블리는 핀 너트 및 점을 포함하고, 각 리드 스크루는 각각의 핀 너트 어셈블리에 연결하며, 상기 지시 세트는:
상기 그래픽 디바이스로부터 상기 그래픽 출력 신호들을 수신하고;
상기 디스플레이 어셈블리의 하나 이상의 구동 모터들을 구동하기 위해 상기 그래픽 출력 신호들에 기초하여 모터 구동 신호들을 발생시키고;
상기 그래픽 출력 신호들에 기초한 상기 점 행렬 상의 상승된 상기 점들에 기초하여 상기 디스플레이 표현을 발생시키기 위해, 하나 이상의 각각의 핀 너트 어셈블리들에 회전 모션을 제공하기 위해 회전시키기 위한 상기 수단에 상기 모터 구동 신호들을 제공하여, 상기 상부 패널의 상부 표면 위 각 각각의 점을 회전시키도록 상기 하나 이상의 각각의 핀 너트 어셈블리들의 각 각각의 핀 너트 어셈블리의 수직 모션을 야기하고;
하나 이상의 점에 가까운 근접 존재에 응답하여 상기 상부 패널과 연관된 근접 센서들로부터 점 행렬 인게이지먼트 신호들을 발생시키며;
상기 그래픽 디바이스에 촉각 입력 신호를 제공하기 위해 상기 점 행렬 인게이지먼트 신호들에 기초하여 촉각 입력 신호들을 발생시키도록 상기 마이크로프로세서를 프로그래밍하는, 상기 마이크로프로세서를 포함하는, 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 지시들은 상기 촉각 입력 신호들에 기초하여 상기 그래픽 디바이스로부터 수신되는 추가 그래픽 출력 신호들에 응답하여 상기 점 행렬에 의해 제시된 상기 디스플레이 표현에 대한 변화들을 발생시키기 위해 그리고 상기 회전시키기 위한 수단에 추가 모터 구동 신호들을 제공하도록 상기 마이크로프로세서를 프로그래밍하는, 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 지시들은 상기 상부 패널의 상기 상부 표면 위 높이 레벨들을 변화시키기 위해 각 핀 너트 어셈블리를 상승시킬 수 있는 모터 구동 신호들을 생성하도록 상기 마이크로프로세서를 프로그래밍하는, 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 지시들은 각 핀 너트 어셈블리의 진동들을 제공하는 모터 구동 신호들을 생성하도록 상기 마이크로프로세서를 프로그래밍하는, 장치.