(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示表現のためのグラフィック出力信号を提供するグラフィック装置と通信可能な、グラフィック触覚表示のための触覚グラフィックディスプレイであって、
前記グラフィック出力信号を受信する外部インターフェース、モータ駆動信号を生成する駆動モジュール、及び前記モータ駆動信号を生成するために前記グラフィック出力信号を処理する制御プロセッサを備える制御及びインターフェースモジュールと、
前記モータ駆動信号を受信し、ドットマトリクス、天板、底板、複数の駆動モータ、複数のリードスクリュー、複数のピンナット、及び複数のドットを備えるディスプレイアセンブリと、を備え、
前記天板は、天板の頂面を有し、
前記底板は、前記制御及びインターフェースモジュールに接触して前記駆動モータを支持し、
各駆動モータは、リードスクリューに連結される駆動シャフトを有し、
各リードスクリューは、対応するピンナットアセンブリに連結され、
各ピンナットアセンブリは、前記ピンナットのうちの１つ及び前記ドットのうちの１つを有し、
前記ディスプレイアセンブリの各ピンナットは、前記ピンナットアセンブリの回転を阻止するための機構を有し、
前記天板は、前記ピンナットアセンブリの回転を阻止するための機構に対応して係合する複数のピン開口部を提供し、
前記ピン開口部は、前記ドットマトリクスのサイズ及び形状を決定し、
前記底板及び前記天板は、位置合わせされて、各ピンナットアセンブリをそれぞれのピン開口部の位置に対応させ、
各ピン開口部は、前記グラフィック出力信号に基づいて前記ドットマトリクス上の隆起したドットに基づく前記表示表現を生成するように、前記天板の頂面の上に前記ピンナットアセンブリの前記ドットを上昇させるため、それぞれ対応するピンナットアセンブリが各ピンナットアセンブリの軸の周囲で自由運動可能なサイズに形成され、
前記ディスプレイアセンブリは、近接センサを更に備え、
前記近接センサが前記ドットマトリクスのうちの１つ以上のドット付近への近接を感知すると、前記近接センサは１つ以上のドットマトリクス係合信号を生成し、前記制御及びインターフェースモジュールは前記ドットマトリクス係合信号を受信して触覚入力信号を生成し、
前記グラフィック装置は、前記触覚入力信号を受信して前記触覚入力信号に応答し、前記触覚入力信号に応じて前記ドットマトリクスが提示するグラフィック画像に変更を生じさせ、前記変更を前記ドットマトリクスに伝えることを特徴とする触覚グラフィックディスプレイ。
【請求項２】
前記制御及びインターフェースモジュールは、前記天板の頂面の上の様々なレベルの高さに各ピンナットアセンブリを上昇させるモータ駆動信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の触覚グラフィックディスプレイ。
【請求項３】
前記制御及びインターフェースモジュールは、各ピンナットアセンブリの振動を提供するモータ駆動信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の触覚グラフィックディスプレイ。
【請求項４】
前記ディスプレイアセンブリの各ピンナットは、該ピンナットの中央部分の一面及びその反対面に配置されて前記ピンナットアセンブリの回転を阻止するための平行なピンナット平坦面と、上部部分の頂面に取り付けられたばね機構とをそれぞれ有し、
前記天板は、前記ピンナット平坦面に対応して係合する平行な天板平坦面を有する複数のピン開口部を提供することを特徴とする請求項１に記載の触覚グラフィックディスプレイ。
【請求項５】
前記制御及びインターフェースモジュールは、
命令セットを記憶するメモリと、
前記メモリ及び前記ディスプレイアセンブリと通信可能な、前記命令セットを実行するマイクロプロセッサと、を備え、
前記命令セットにより前記マイクロプロセッサをプログラムすることで、
前記グラフィック装置から前記グラフィック出力信号を受信し、
前記ディスプレイアセンブリの１つ以上の駆動モータを駆動するために前記グラフィック出力信号に基づいてモータ駆動信号を生成し、
１つ以上のそれぞれのピンナットアセンブリを回転運動させて該１つ以上のそれぞれのピンナットアセンブリのそれぞれ対応するピンナットアセンブリの垂直運動をもたらし、
前記天板の頂面の上にそれぞれ対応するドットを隆起させるために、前記リードスクリューを回転させる前記モータ駆動信号を提供し、
前記グラフィック出力信号に基づいて前記ドットマトリクス上の隆起したドットに基づく前記表示表現を生成し、
前記１つ以上のドット付近への近接に応じて前記近接センサから生成されたドットマトリクス係合信号を受信し、
前記グラフィック装置に触覚入力信号を提供するために、前記ドットマトリクス係合信号に基づいて触覚入力信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の触覚グラフィックディスプレイ。
【請求項６】
前記命令セットにより前記マイクロプロセッサをプログラムすることで、
前記触覚入力信号に基づいて、前記グラフィック装置から受信した更なるグラフィック出力信号に応じて前記ドットマトリクスで提示される前記表示表現に変更を生じさせ、前記リードスクリューを回転させる更なるモータ駆動信号を提供することを特徴とする請求項５に記載の触覚グラフィックディスプレイ。
【請求項７】
前記命令セットにより前記マイクロプロセッサをプログラムすることで、
前記天板の頂面の上の様々なレベルの高さに各ピンナットアセンブリを上昇させるモータ駆動信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の触覚グラフィックディスプレイ。
【請求項８】
前記命令セットにより前記マイクロプロセッサをプログラムすることで、
各ピンナットアセンブリの振動を提供するモータ駆動信号を生成することを特徴とする請求項５に記載の触覚グラフィックディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚グラフィックディスプレイに係り、より詳しくは、視覚に障害のあるユーザや触覚情報へのアクセスを望む他のユーザのための触覚情報装置であって、グラフィック情報を触感で提示する触覚グラフィックディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、文字および数字を隆起したドットとして符号化して提供する点字システムなど、失明者や視覚障害者が情報取得に利用可能な、隆起したドットに基づく読材料を提供するシステムが開発されてきた。これにより、英語のアルファベットを用いた通常の文章など、元々視覚的に書かれている文章が点字システムに変換され、その結果、元々の英語の文章を視覚障害者が理解できるようになる。従来、隆起したドットを一片または一枚の紙の上に作るには、機械梃子、または紙の上に圧痕を形成するその他の機構などの機械的手段によっている。隆起したドットを紙の上に刻印する、または実質的にタイプするのに操作者が使用できる点字機などの機械的装置が開発されてきた。操作者が、後で点字に変換される文字をコンピュータにタイプすることができるように、そしてコンピュータシステムが、点字文を機械的に生成できるように、あるいは点字本や文書の印刷に使用され得る印刷版または印刷原版を生成できるように、コンピュータシステムが開発されてきた。
【０００３】
最新のシステムはまた、隆起したドットによるディスプレイ上に点字およびその他の情報を表示するように開発されている。こうしたシステムは、平坦面の上にドット（または突起）を隆起させるための機械的手法など、なんらかの技法を用いている。隆起した突起は、点字メッセージを形成したり、グラフィック情報などの他の情報を提供したりする。視覚障害者用のディスプレイのための様々な手法が開発または検討されている。これらの従来型の手法には、形状記憶合金（ＳＭＡ）、電気粘性流体、ソレノイド、圧電手法、回転円盤、マイクロ流体バルブ、電気応答性ポリマー、マイクロステップモータ、電熱アクチュエータ、電磁微小共振器、マイクロ空気弁、低融点金属アクチュエータ、およびＲＣ（無線操縦）サーボモータが含まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施態様では、本発明は、表示表現のためのグラフィック出力信号を提供するグラフィック装置と通信可能な、グラフィック触覚表示のための装置であることを特徴とする。本装置は、制御およびインターフェースモジュールと、ディスプレイアセンブリとを含む。制御およびインターフェースモジュールは、グラフィック出力信号を受信するための外部インターフェースと、モータ駆動信号を生成するための駆動モジュールと、モータ駆動信号を生成するためにグラフィック出力信号を処理するための制御プロセッサとを含む。ディスプレイアセンブリは、ドットマトリクスと、天板（ｔｏｐ  ｐａｎｅｌ）と、底板（ｂｏｔｔｏｍ  ｐａｎｅｌ）と、駆動モータと、リードスクリューと、ピンナットと、ドットとを含む。ディスプレイアセンブリは、モータ駆動信号を受信する。天板は、頂面（ｔｏｐ  ｓｕｒｆａｃｅ）を含む。底板は、制御およびインターフェースモジュールと接触して駆動モータを支持する。各駆動モータは、リードスクリューに連結する駆動シャフトを有し、各リードスクリューは、ピンナットアセンブリに連結する。各ピンナットアセンブリは、ピンナットと、ドットとを有する。天板は、ピン開口部を提供し、ピン開口部が、ドットマトリクスのサイズおよび形状を決める。底板および天板は位置を合わせて、各ピンナットアセンブリがそれぞれのピン開口部の位置に対応するようにする。グラフィック出力信号に基づいてドットマトリクス上の隆起したドットに基づく表示表現を生成するように、天板の頂面の上へピンナットアセンブリのドットを上げるため、各ピン開口部は、それぞれ対応するピンナットアセンブリがその軸の周囲で自由運動できるようなサイズにされる。
【０００５】
一実施形態では、ディスプレイアセンブリは、近接センサをさらに含む。近接センサがドットマトリクスのうちの１つ以上のドット付近に近接する存在を感知すると、近接センサは、１つ以上のドットマトリクス係合信号を生成する。制御およびインターフェースモジュールは、ドットマトリクス係合信号を受信し、触覚入力信号を生成する。
【０００６】
別の実施形態では、グラフィック装置は、触覚入力信号を受信し、触覚入力信号に応答する。グラフィック装置は、触覚入力信号に応じて、ドットマトリクスが提示するグラフィック画像に変更を生じさせ、この変更をドットマトリクスに伝える。
【０００７】
制御およびインターフェースモジュールは、一実施形態では、天板の頂面の上の様々なレベルの高さに各ピンナットアセンブリを上げることができるモータ駆動信号を生成する。
【０００８】
別の実施形態では、制御およびインターフェースモジュールは、各ピンナットアセンブリの振動を提供することができるモータ駆動信号を生成する。
【０００９】
別の実施態様では、本発明は、表示表現のためのグラフィック出力信号を提供するグラフィック装置と通信可能な、グラフィック触覚表示のための装置を特徴とする。本装置は、制御およびインターフェースモジュールと、ギアおよびカムアセンブリとを含む。制御およびインターフェースモジュールは、グラフィック出力信号を受信するための外部インターフェースと、モータ駆動信号を生成するための駆動モジュールと、モータ駆動信号を生成するためにグラフィック出力信号を処理するための制御プロセッサとを含む。カムおよびギアアセンブリは、ドットマトリクスと、ウォームギアと、ウォームギアモータと、カムロッドと、カムロッドモータと、ピンギアと、クラッチ機構と、リードスクリューと、ピンナットアセンブリとを含む。ドットマトリクスは、ドットを含む。各ピンナットアセンブリは、ピンナットと、ドットとを含み、リードスクリューのうちの１つに連結する。各リードスクリューは、ピンギアのうちの１つに連結する。各カムロッドは、ドットマトリクスの列に対応するピンナットアセンブリの列に適する、いくつかのカムに連結する。カムモータのうちの１つで各カムロッドを駆動して、各カムロッドをその軸を中心に回転運動させる。ウォームギアモータのうちの１つで各ウォームギアを駆動して、各ウォームギアをその軸を中心に回転運動させる。ウォームギアは、ドットマトリクスの行に対応する。制御およびインターフェースモジュールは、カムロッドのうちの対応する１つに対して、また同時にウォームギアのうちの対応する１つに対して、ドットマトリクス上の特定の行および列による位置を指示するグラフィック出力信号のうちの１つに基づいてモータ駆動信号を提供する。制御およびインターフェースモジュールは、ドットマトリクスの指示された行および列による位置に対応するようにモータ駆動信号を決定し、指示された行および列による位置に対応するクラッチ機構のうちの１つを、それぞれのピンギアを介して回転力をかけるために、対応するリードスクリューと係合して、指示された行および列による位置にあるそれぞれのピンナットアセンブリを上昇させて、指示された行および列による位置において隆起したドットを生成する。制御およびインターフェースモジュールは、さらなる指示された行および列による位置のために、さらなるモータ駆動信号を提供して、さらなる指示された行および列による位置においてさらなる隆起したドットを上昇させて、グラフィック出力信号に基づいてドットマトリクス上の隆起したドットに基づく表示表現を生成する。
【００１０】
一実施形態では、ディスプレイアセンブリは、近接センサをさらに含む。ドットマトリクスのうちの１つ以上のドット付近に近接する存在に応じて、近接センサは、１つ以上のドットマトリクス係合信号を生成する。制御およびインターフェースモジュールは、ドットマトリクス係合信号を受信し、触覚入力信号を生成する。
【００１１】
別の実施形態では、グラフィック装置は、触覚入力信号を受信し、触覚入力信号に応答する。グラフィック装置は、触覚入力信号に応じて、ドットマトリクスが提示するグラフィック画像に変更を生じさせ、この変更をドットマトリクスに伝える。
【００１２】
制御およびインターフェースモジュールは、一実施形態では、天板の頂面の上の様々なレベルの高さに各ピンナットアセンブリを上げることができるモータ駆動信号を生成する。
【００１３】
別の実施形態では、制御およびインターフェースモジュールは、各ピンナットアセンブリの振動を提供することができるモータ駆動信号を生成する。
【００１４】
別の実施態様では、グラフィック触覚表示のための装置は、表示表現のためのグラフィック出力信号を提供するグラフィック装置と通信可能である。グラフィック触覚ディスプレイは、命令セットを記憶するためのメモリと、命令セットを実行するためのマイクロプロセッサとを含む。マイクロプロセッサは、メモリおよびディスプレイアセンブリと通信可能である。ディスプレイアセンブリは、ドットマトリクスと、底板と、リードスクリューと、ピンナットアセンブリと、天板と、各リードスクリューを回転するための手段とを含む。各ピンナットアセンブリは、ピンナットと、ドットとを含み、それぞれのピンナットアセンブリに連結する。命令セットは、マイクロプロセッサをプログラムして、グラフィック装置からグラフィック出力信号を受信し、ディスプレイアセンブリの１つ以上の駆動モータを駆動するために、グラフィック出力信号に基づいてモータ駆動信号を生成し、１つ以上のそれぞれのピンナットアセンブリを回転運動させ、その結果、１つ以上のそれぞれのピンナットアセンブリのそれぞれ対応するピンナットアセンブリの垂直運動をもたらして、天板の頂面の上にそれぞれ対応するドットを隆起させるために、回転するための手段にモータ駆動信号を提供し、グラフィック出力信号に基づいてドットマトリクス上の隆起したドットに基づく表示表現を生成し、１つ以上のドット付近の近接する存在に応じて天板と関連する近接センサからドットマトリクス係合信号を生成し、グラフィック装置に触覚入力信号を提供するために、ドットマトリクス係合信号に基づいて触覚入力信号を生成する。
【００１５】
一実施形態では、命令は、マイクロプロセッサをプログラムして、触覚入力信号に基づいて、グラフィック装置から受信したさらなるグラフィック出力信号に応じてドットマトリクスで提示される表示表現に変更を生じさせ、回転するための手段にさらなるモータ駆動信号を提供する。
【００１６】
命令は、別の実施形態では、マイクロプロセッサをプログラムして、天板の頂面の上の様々なレベルの高さに各ピンナットアセンブリを上げることができるモータ駆動信号を生成する。
【００１７】
別の実施形態では、命令は、マイクロプロセッサをプログラムして、各ピンナットアセンブリの振動を提供するモータ駆動信号を生成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の上記およびさらなる利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより、より良く理解されよう。添付の図面では、様々な図面において類似の符号は類似の構造要素および特徴を示す。図面は、必ずしも原寸に比例しておらず、むしろ、本発明の原理を示すにあたり、強調されている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の原理による、触覚グラフィックシステムの概略図である。
【図２】本発明の原理による、制御およびインターフェースモジュールの概略図である。
【図３】本発明の原理による、表示表現を示すドットマトリクスの概略図である。
【図４】本発明の原理による、触覚グラフィックシステムのための触覚ディスプレイケースの側面図である。
【図５】本発明の原理による、天板と底板とを含む図４の触覚ディスプレイケースの側面図である。
【図６】本発明の原理による、駆動ピンアセンブリの分解側面図である。
【図７】本発明の原理による、ピンナット内のねじ山のある空洞を示す図６の駆動ピンアセンブリの分解側面図である。
【図８】本発明の原理による、図６および図７の駆動ピンアセンブリの斜視図である。
【図９】本発明の原理による、修正ピンナットで使用するためのばね機構の斜視図である。
【図１０】本発明の原理による、ピンナットのねじ山のある空洞内の雌ねじの側面図である。
【図１１】本発明の原理による、リードスクリューの雄ねじの側面図である。
【図１２】本発明の原理による、天板の断面図である。
【図１３】本発明の原理による、底板の断面図である。
【図１４】本発明の原理による、天板の部分斜視図である。
【図１５】本発明の原理による、ドットマトリクスで使用するためのカムおよびギアアセンブリの斜視図である。
【図１６】本発明の原理による、図１５のカムおよびギアアセンブリの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、視覚障害者のため、または例えば戦場で視覚を用いずに通信するために触覚情報へのアクセスを望む人のための表示表現（「触覚ディスプレイ」とも呼ばれる）としてドットマトリクス（またはドットアレイ）中の隆起したドットを作動させるために、非ステッピングモータを提供するという利点を有する。このモータは、電力要件が最小限であり、電源との直接接続という利点を有し、また、下げた位置または上げた位置に、その位置に保持する電力なしで、隆起したドットを維持するという利点を有する。一実施形態では、モータは、一部の携帯通信装置で使用されるタイプの振動モータである。一実施形態では、モータは、ＰＣＢ（プリント回路基板）と直接接触して、配線またはモータのためのその他の接続が不要になるようにする。
【００２１】
別の実施形態では、本発明は、ドットマトリクス中の特定の行および列による座標にあるドットを隆起させるようなウォームギア（行用）とカムロッド（列用）との組合わせ動作によって、ドットマトリクス上に隆起したドットを生成する、ウォームギアおよびカムシステムの利点を提供する。この手法は、使用するモータがより少なく、かついくつかのドットを（１つの行に沿って）一度に隆起するという利点を有する。
【００２２】
一実施形態では、各隆起したドットはピンであり、ピンは、ピンの垂直方向の動きを作動させるねじおよびねじ山構成を用いることにより、モータで作動する。あるさらなる実施形態では、１つ以上のピンが（一般にユーザによって）押下され、そして、どのピンが押下されたかを示す信号が生成される。別の実施形態では、タッチスクリーンまたはタッチパッド上で起こるのと全く同じように、ピンが押下されなくても、指、手またはその他の身体部分が近接して存在していることを感知することができる。このように、ドットマトリクス上で、視覚に障害のあるユーザが感知するための画像（例えば、線またはグラフ）が生成され、ユーザは、指（またはスタイラスまたはその他の装置）をマトリクス上で動かして、選択したピンを押下することによって、ドットマトリクス上に窪み（例えば、線またはグラフ）を生成し、このことが、マトリクスへの触覚入力として作用する。コンピュータ上で動作するソフトウェアアプリケーションに、この触覚入力（実際に接触が生じているか否かを問わず）を伝達することができ、コンピュータは、触覚入力を記録、または触覚入力に応答するなどの様々な機能を実行する。
【００２３】
図１は、本発明の原理による、触覚グラフィックシステム２０の概略図である。触覚グラフィックシステム２０は、グラフィック装置２２と、触覚グラフィックディスプレイ２４とを含む。触覚グラフィックディスプレイ２４は、制御およびインターフェースモジュール２６と、ドットマトリクス２８とを含み、ドットマトリクスは、隆起したドット８２の表示表現３０を提供する。グラフィック装置２２は、マイクロプロセッサ４２と、メモリ４４とを含む。制御およびインターフェースモジュール２６は、マイクロプロセッサ４６と、メモリ４８とを含む。図１の矢印は、信号を示しており、信号には、グラフィック出力信号３２と、モータ駆動信号３４と、ドットマトリクス係合信号３６と、触覚入力信号３８とが含まれている。ドットマトリクス係合信号３６は、一実施形態では、実際に接触が生じていない、ドットマトリクス２８付近の指、手、またはその他の身体部分の動きを含む。図２は、本発明の原理による、制御およびインターフェースモジュール２６の概略図である。制御およびインターフェースモジュール２６は、外部インターフェース６０と、ボタン入力モジュール６２と、制御プロセッサ６４と、駆動モジュール６６と、モータ電源６８と、タッチ入力モジュール７０とを含む。一実施形態では、制御およびインターフェースモジュール２６は、デジタルマイクロプロセッサ４６と、メモリ４８とを含む、ＰＣＢとして実装される。その他の実施形態では、制御およびインターフェースモジュール２６は、１つ以上のデジタルマイクロプロセッサ４６と、１つ以上のメモリ４８とを有する。
【００２４】
図３は、本発明の原理による、視覚障害者のためのディスプレイの触覚表現を提供する、表示表現３０を示している。表示表現３０は、ドットマトリクス２８上のドット８２で構成される。概して、ドット８２は、典型的には、丸みを帯びた陥凹面を有し、ドットマトリクス２８の表面の上で動かすことができる。ドット８２は、様々な実施形態において、プラスチックまたは金属を含む、様々な材料で作られる。ドット８２には、丸みを帯びた先端１１５（図４参照）およびピンキャップ１４２（図６参照）を含む、より具体的な実施形態がある。ドット８２を隆起して、タッチで感知し得る表示表現３０を形成する。表示表現３０は、図３に示す例では、Ｘ軸８４と、Ｙ軸８６とを含む。この例では、表示表現３０は、サイン波８８を提示している。図３はまた、格子９０を示しており、格子は、ドット８２のアレイと位置合わせされており、ドットは、一部が隆起しているが、その他のドット８２は隆起していない（図３に示さず）。一実施形態では、ドット８２は、格子９０の線の各交点に配置されて、ドットマトリクス２８のためのドット８２のアレイを形成する（例えば、４０×６０）。様々な実施形態において、格子９０自体は、表示または提示する必要はない。
【００２５】
様々な実施形態において、グラフィック装置２２は、グラフ電卓、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯電話、パッドもしくはタブレットデバイス、またはその他の好適なデジタルコンピューティングデバイスである。グラフィック装置２２は、デジタルマイクロプロセッサ４２と、メモリ４４とを含む。メモリ４４は、揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリすなわちＲＡＭ）、および／または不揮発性メモリ（例えば、ディスクまたは不揮発性メモリＩＣ（集積回路）チップ）を含む。グラフィックソフトウェアのための命令は、メモリ４４に記憶される。グラフィックソフトウェアは、グラフ、画像、テキスト通信（例えば、点字）またはドットマトリクス２８上の表示表現３０のためのその他の出力を生成する、あらゆる種類のソフトウェアである。グラフィックソフトウェアの命令は、デジタルマイクロプロセッサ４２をプログラムして、本明細書に記載のグラフィックソフトウェアの機能を実行する。一実施形態では、触覚グラフィックシステム２０は、出力のみを提供し、ドットマトリクス２８は、ユーザが読むため、または感知するために、隆起したドット８２を提供する。別の実施形態では、触覚グラフィックシステム２０はまた、触覚入力が与えられた場合、ドットマトリクス２８からの入力を受信および処理する。例えば、近接センサ１２６（「タッチセンサ」とも呼ばれる）は、隆起したドット８２に触圧が加えられたこと、および／または指、手またはその他の身体部分がドット８２付近に近接して存在していることを感知する。一実施形態では、グラフィックソフトウェアは、グラフィックソフトウェアの出力を変化させて、制御およびインターフェースモジュール２６への入力に好適な出力信号３２を生成する出力修正ソフトウェアを含む。
【００２６】
制御およびインターフェースモジュール２６は、グラフィック装置２２から出力信号３２を受信し、信号３２を処理して、ドットマトリクス２８を作動する駆動モータ１２０に出力するモータ駆動信号３４を生成する。一実施形態では、制御およびインターフェースモジュール２６は、メモリ４８と、１つ以上のデジタルマイクロプロセッサ４６とを含む、ＰＣＢとして実装される。一実施形態では、触覚グラフィックディスプレイ２４は、単独で動作し、メモリ４８からの記憶されたデータが、ドットマトリクス２８上に表示表現３０として表示され、タッチ入力および／または近接入力が、メモリ４８内に記憶される。あるさらなる実施形態では、（触覚グラフィックディスプレイ２４、または触覚グラフィックディスプレイ２４を含む）複数の装置は、互いに通信可能であり、１つのディスプレイに生成されたグラフィックは、残りのディスプレイ上に送信され、表示される。
【００２７】
ドットマトリクス２８で触覚入力信号３８（例えば、１つ以上のドット８２を押すこと、および／またはドットマトリクス２８の近くに指、手、またはその他の身体部分が近接して存在していること）を受信した場合、外部インターフェース６０は、グラフィック装置２２からの出力信号３２を入力として受信し、グラフィック装置２２へ送信するドットマトリクス係合信号３６を出力として提供する。別の実施形態では、グラフィック装置２２に送信されたデータは、ドットマトリクス２８上における指（手またはその他の身体部分）の位置に関する情報を含み、これは、タッチ、ドット８２を押すこと、またはドットマトリクス２８への近接により感知され得る。
【００２８】
ボタン入力モジュール６２は、触覚グラフィックディスプレイ２４と関連する一式のボタンから入力を受信する。例えば、あるボタンは、ドットマトリクス２８をリセットし、その結果、一個のドット８２も隆起されず、ドットマトリクス２８による表示表現３０中に表示されていたあらゆる出力を事実上消去する。別の例では、１つ以上の特定のボタンを押すことにより、表示表現３０中のグラフまたは画像が、ズームインまたはズームアウトされる（つまり、拡大される、または縮小される）。その他の動作には、パンおよび回転が含まれる。代替的な実施形態では、ボタン（またはその他の入力手段）は、触覚ディスプレイケース１００の頂部（ｔｏｐ）、またはディスプレイケース１００の片側、またはボタン入力モジュール６２と通信可能な別個のケースまたはボックスに設けられる。
【００２９】
タッチ入力モジュール７０は、ドットマトリクス係合信号３６を受信し、これは、様々な実施形態において、ドットマトリクス２８からのタッチ感知信号、および／またはドットマトリクス２８に対して指、手、もしくはその他の身体部分が近接して存在していることを（接触やピンの動きなしで）感知する近接感知信号である。タッチ入力モジュール７０は、これらの信号３６を処理する。タッチ入力モジュール７０は、グラフィック装置２２に送信する触覚入力信号３８を生成する。一実施形態では、入力信号３８に対応する視覚的表現が、グラフィック装置２２と関連するディスプレイスクリーン上に提示される。
【００３０】
駆動モジュール６６は、ドットマトリクス２８と関連する駆動モータ１２０にモータ駆動信号３４を提供し、モータ駆動信号は、特定の駆動モータ１２０を作動させて、特定のドット８２を隆起させて、ドットマトリクス２８上の表示表現３０として表示される出力（例えば、画像、グラフ、点字、またはその他の出力）を形成する。モータ電源６８は、駆動モータ１２０のための電力を提供する。
【００３１】
制御プロセッサ６４は、制御およびインターフェースモジュール２６の処理を制御する。一実施形態では、制御プロセッサ６４は、メモリ４８へのアクセスが可能なデジタルマイクロプロセッサ４６である。メモリ４８は、揮発性メモリ（例えば、ランダムアクセスメモリすなわちＲＡＭ）、および／または不揮発性メモリ（例えば、ディスクまたは不揮発性メモリＩＣ（集積回路）チップ）を含む。制御プロセッサ６４の制御ソフトウェアのための命令は、メモリ４８に記憶される。制御ソフトウェアの命令は、デジタルマイクロプロセッサ４６をプログラムして、本明細書に記載の制御およびインターフェースモジュール２６の機能を実行する。様々な実施形態において、制御およびインターフェースモジュール２６の様々なモジュールのすべてまたは一部は、別個のデジタルマイクロプロセッサ、マイクロチップ、論理チップ、および／またはその他の好適なチップ、モジュール、もしくはサブモジュールとして実装される。
【００３２】
図４は、本発明の原理による、触覚グラフィックディスプレイ２４のための触覚ディスプレイケース１００の側面図である。ディスプレイケース１００は、側面部分１０２と、底部部分（ｂｏｔｔｏｍ  ｐｏｒｔｉｏｎ）１０４とから形成される。図４にはまた、丸みを帯びた先端１１５を有する中空のピン１１４と、ベースナット１１６と、ねじ１１８と、駆動モータ１２０と、電気接点１２２と、プリント回路基板１２４とを示す。一実施形態では、ベースナット１１６は、ピンナット１４４に組み込まれている。図５は、天板１０６と、底板１３０とをさらに含む図４の触覚ディスプレイケース１００の側面図である。天板１０６は、頂面１０８と、底面（ｂｏｔｔｏｍ  ｓｕｒｆａｃｅ）１１０とを有する。底板１３０は、頂面１３２と、底面１３４とを有する。ディスプレイアセンブリ１３６は、概して、ドットマトリクス２８およびドット８２と、天板１０６と、底板１３０と、ドット８２を支持し、かつ隆起させるのに必要な機構とを含む。図４および図５に示す例では、ディスプレイアセンブリ１３６は、底板１３０と、駆動モータ１２０と、ねじ１１８と、中空のピン１１４と、ベースナット１１６と、天板１０６とを含む。図５に示す一実施形態では、天板１０６は、側面部分１０２の頂部を覆うように延在する。その他の実施形態では、天板１０６は、側面部分１０２の頂部を覆わず、側面部分は、天板１０６の頂面１０８と同じ高さまで延在する。図４および図５に示す例では、４つのディスプレイアセンブリ１３６を示しているが、これは、本発明の様々な実施形態におけるディスプレイアセンブリ１３６の数を限定することを意図するものではない。
【００３３】
一実施形態では、ＰＣＢ１２４およびドットマトリクス２８は、同じ触覚ディスプレイケース１００（例えば、矩形のボックス）内にある。ディスプレイケース１００は、様々な実施形態において、任意の好適なサイズまたは形状である。一実施形態では、ディスプレイケース１００は、（概して本のように）長方形であり、ドットマトリクス２８がディスプレイケース１００の頂部のすべてまたは一部を形成する状態で、水平に配置される。このようにして、ディスプレイケース１００は、視覚に障害のあるユーザが使用するための水平式の触覚グラフィックディスプレイ２４を提供し、視覚に障害のあるユーザは、読書をするようにディスプレイケース１００（例えば、点字本）を向ける。このとき、ドットマトリクス２８が、ユーザによる触覚接触および／または近接接触を利用できるようになっている。ＰＣＢ１２４は、ドットマトリクス２８の下にある。
【００３４】
様々な実施形態において、触覚ディスプレイケース１００は、コンピュータモニタと同様の向きをとる、すなわち、ドットマトリクス２８が垂直の向きを有するなど、任意の好適な向きを有する。ディスプレイケース１００の様々な向きにおいて、ディスプレイケース１００に関する「天、頂（ｔｏｐ）」および「底（ｂｏｔｔｏｍ）」の語は、「前（ｆｒｏｎｔ）」および「後（ｂａｃｋ）」など、向きに対応するように、適宜変更すべきである。「近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」および「遠位（ｄｉｓｔａｌ）」の語もまた、使用される。これにより、ドットマトリクス２８の表面またはディスプレイケースの側面は、近位表面または側面と呼ばれ、これは、触覚接触および／または指、手、スタイラス、もしくはその他の装置が近接して存在していることなどの近接接触の源に近位（隣または付近）であるためである。ディスプレイケース１００の反対側の側面または表面は、遠位の側面または表面と呼ばれ、これは、触覚接触から離れている、または遠いためである。「天、頂（ｔｏｐ）」および「底（ｂｏｔｔｏｍ）」の語を使用することにより、本発明における向きを限定するものではない。本明細書における議論のため、一般に、「天、頂（ｔｏｐ）」および「底（ｂｏｔｔｏｍ）」の語は、これらの語が、ディスプレイケース１００の向きに応じて、「前（ｆｒｏｎｔ）」および「後（ｂａｃｋ）」または「近位（ｐｒｏｘｉｍａｌ）」および「遠位（ｄｉｓｔａｌ）」などのその他の語と等価であるという理解のもとに使用される。
【００３５】
一実施形態では、触覚ディスプレイケース１００は、頂部部分１１２（例えば、天板１０６）と、底部部分１０４と、複数の側面部分１０２とを有して、頂部部分、底部部分１０４、および側面部分１０２が囲まれた空間を形成するようにする。ディスプレイケース１００は、一実施形態では、ディスプレイケース１００の底部または遠位部分に設置または配置された制御およびインターフェースモジュール２６を有し、ドットマトリクス２８は、ディスプレイケース１００の頂部または近位部分に設置または配置される。ディスプレイケース１００の頂部部分１１２は、ドットマトリクス２８を含み、視覚障害者が触覚的にアクセスまたは近接することによってアクセスする隆起したドット８２を提供して、表示された出力（例えば、表示表現３０）が感知および理解されるようにする。
【００３６】
触覚ディスプレイケース１００は、一実施形態では、天板１０６と、底板１３０とを含む。底板１３０が駆動モータ１２０を保持する。各駆動モータ１２０は、駆動モータ１２０の底部部分が電気接点１２２を有するように向けられる。ディスプレイケース１００に底板１３０を設置または配置した場合、底板１３０は、制御およびインターフェースモジュール２６のすぐ上に配置される。一実施形態では、各駆動モータ１２０の電気接点１２２は、ＰＣＢ１２４の頂面と直接接触（電気通信）し、ＰＣＢは、制御およびインターフェースモジュール２６の構成部品を含む。このようにして、制御およびインターフェースモジュール２６が生成したモータ駆動信号３４は、ＰＣＢ１２４を介して、配線、無線、またはその他の通信もしくは接触を必要とせずに、駆動モータ１２０の電器接点１２２に伝達される。
【００３７】
ドットマトリクス２８は、様々な実施形態において、任意の好適な形状である。一実施形態では、ドットマトリクス２８は、４０ドット×６０ドットの長方形の形状を有し、２４００個のドットからなるアレイを形成する。ドット８２間の間隔は、一実施形態では、約４ミリメートルである。ドット８２間の間隔は、別の実施形態では、４ミリメートルよりも狭い。あるさらなる実施形態では、ドット８２間の間隔は、約２ミリメートルである。より間隔が狭く、より大型のアレイを実現するために、一実施形態では、駆動モータ１２０をずらして配置する（つまり、駆動モータ１２０を、天板１０６の頂面１０８からの垂直距離を１つ置きに変えて、底板１３０に配置する）。代替的な実施形態では、ドットマトリクス２８におけるドット８２のアレイをより密にするために、より小型の駆動モータ１２０が必要とされる。
【００３８】
一実施形態では、駆動モータ１２０は、ユーザに着信を知らせるために、ベル音またはその他の音ではなく、振動を提供する一部の携帯通信装置で使用されるタイプの振動モータである。この場合、典型的には、駆動モータ１２０の駆動シャフト１７６に偏らせて取り付ける分銅である、振動するアタッチメントは含まれていない。一実施形態では、モータ１２０が期待する度数回転し、その結果、所与のパルスに対して、ドット８２がモータ１２０によって駆動されて、天板１０６の頂面１０８の上に既定の距離だけ延びるように垂直に動くことを期待して、モータ駆動信号３４は、特定の電力パルスを提供する。様々な実施形態において、所望以上に回転しないようにする機構が用いられる（回転止め機構）。様々な実施形態において、駆動モータ１２０は、好適なサイズのブラシレスまたはブラシ付きＤＣモータである。駆動モータ１２０は、ドットマトリクス２８におけるドット８２のアレイに対応するアレイ状に配置され、制御およびインターフェースモジュール２６によって生成されたモータ駆動信号３４は、特定のドット８２を隆起させるために、アレイ中の特定のモータ１２０に向けられる。
【００３９】
天板１０６には、開口部が設けられる。開口部は、一実施形態では、円筒状の形状をしている。一実施形態では、天板１０６および底板１３０の位置を合わせ、共に設置または配置し、天板１０６の円筒部の位置を底板１３０の円筒部と軸合わせする。
【００４０】
一実施形態では、近接センサ１２６が含まれ、これは、ドットマトリクス２８の１つ以上のドット８２への接触があること、および／または天板１０６に指、手、または身体部分が近接して存在していることを感知する。近接センサ１２６は、一実施形態では、天板１０６、例えば、頂面１０８に設けられた電気センサのアレイである。センサ１２６は、１つ以上のドットを押す指（またはスタイラスもしくはその他の装置）の動き、あるいは指、手、またはその他の身体部分が近接して存在していることを判定する。このようにして、センサ１２６のアレイは、ドットマトリクス２８に対する動きの場所を判定する。センサ１２６はまた、別の実施形態では、ドット８２を実際に押下しない、ドットマトリクス２８の直上での動きも感知する。よって、例えば、ドット８２に触れずに、ドットマトリクス２８の端から端まで指でワイプ動作をすると、ドットマトリクス２８上にその時表示されている画像が消去される。
【００４１】
様々な実施形態において、ドットマトリクス２８上にある（実際に接触していない）、および／または１つ以上のドット８２を凹ませた場合、ドットマトリクス２８の１つ以上のドット８２における、１本の指、複数の指、スタイラス、もしくはその他の装置の感知を可能にするその他の手法が使用される。そのような手法の１つが、本明細書の他の場所で説明される、光学的手法である。
【００４２】
図６は、発明の原理による、駆動ピンアセンブリ１４０の分解側面図である。図７は、本発明の原理による、ピンナット１４４内のねじ山のある空洞１６２を示す、図６の駆動ピンアセンブリの分解側面図である。駆動ピンアセンブリ１４０は、キャップ１４２と、ピンナット１４４と、リードスクリュー１４６とを含む。一実施形態では、リードスクリュー１４６は、ねじ１１８と同等のものである。キャップ１４２は、頂部部分１４８と、底部部分１５０と、空洞１５２とを含む。ピンナットアセンブリ１５４は、キャップ１４２と、ピンナット１４４とを含む。その他の実施形態では、ピンナットアセンブリ１５４は、ドット８２と、ピンナット１４４とを含み、ピンナット１４４に様々な種類のドット８２を取り付けできることを示している。図６および図７に示す実施形態では、ピンナット１４４は、連結用突出部１５６と、中央部分１５８と、基部部分１６０と、雌ねじ１６４を切ったねじ山のある空洞１６２とを含む。リードスクリュー１４６は、ねじ山のある部分１６８と、基部部分１７０とを含む。ねじ山のある部分１６８には、雄ねじ１７２を切る。一実施形態では、リードスクリュー１４６の基部部分１７０は、駆動モータ１２０の駆動シャフト１７６に連結するための駆動シャフト用空洞１７４を含む。一実施形態では、ディスプレイアセンブリ１３６は、底部部分１０４と、駆動シャフト１７６を有する駆動モータ１２０と、駆動ピンアセンブリ１４０と、天板１０６とを含む。
【００４３】
一実施形態では、各駆動シャフト１７６は、各駆動シャフト１７６の頂部でリードスクリュー１４６に連結する。各リードスクリュー１４６は、雄ねじ１７２を形成し、ピンナット１４４に連結する。各駆動ピンアセンブリ１４０は、下から上へ、リードスクリュー１４６と、ピンナット１４４と、キャップ１４２とを含み、これらすべてが軸合わせされている。各ピンナット１４４は、各駆動シャフト１７６に取り付けられたリードスクリュー１４６の形状およびねじ山のピッチに対応する雌ねじ１６４を形成するピンナット１４４と軸合わせされた、円筒状の内壁を有する。
【００４４】
各ピンナット１４４およびキャップ１４２を共に締結して、１つのピンナットアセンブリ１５４を形成する。一実施形態では、キャップ１４２は、ピンナット１４４と軸合わせされた空洞１５２を形成する。ピンナット１４４は、ピンナット１４４の頂部に連結用突出部１５６を有し、連結用突出部は、ピンナット１４４と軸合わせされている。ピンナット１４４の連結用突出部１５６は、キャップ１４２の空洞１５２にぴったり合うようなサイズにされ、キャップ１４２がピンナット１４４に留まるように空洞１５２内に挿入される。その他の実施形態では、その他の形態の締結方法が用いられる。
【００４５】
図８は、本発明の原理による、図６および図７の駆動ピンアセンブリ１４０の斜視図である。図８は、ピンナット１４４の平行な平坦面１８６を示している。図８では、１つのピンナット平坦面１８６が斜視図で示され、もう１つのピンナット平坦面１８６は、最初のピンナット平坦面１８６の反対側で平行に配置されている。
【００４６】
ピンナットアセンブリ１５４が垂直に動くと、ピンナットアセンブリ１５４の頂部部分が、ピンナットアセンブリ１５４の回転を阻止する、ロック、または回転止め機構に遭遇する。駆動モータ１２０の回転は、制御回路内の閉ループフィードバック機構によって、またはピンナット１４４の頂面が天板１０６に接触し、それ以上動けなくなった時に停止する。このようにして、ピンナットアセンブリ１５４の上部部分を、天板１０６の頂面１０８の上から延びすぎないようにする。一実施形態では、回転止め機構は、ピンナットアセンブリ１５４および天板１０６の間を連結する。天板１０６の対応する開口部内へと各ピンナット１４４が垂直に動く時、各ピンナット１４４の平行平坦面１８６は、天板１０６に設けられた対応する平行平坦面２４４と係合する。ピンナット平坦面１８６が対応する天板平坦面２４４と係合することにより、回転止め効果が得られる。
【００４７】
図９は、本発明の原理による、修正ピンナット２０２で使用するためのばね機構２００の斜視図である。ばね機構２００は、修正ピンナット２０２の上部部分２０４の頂面２０６に取り付けられる。
【００４８】
ピンナットアセンブリ１５４は、ばね機構２００を含み、その結果、キャップ１４２に加わる特定の（有限な）量の圧力で、隆起しているキャップ１４２をふつうにタッチ、または軽く触れただけでは、ピンナットアセンブリ１５４は押下されなくなる。一実施形態では、ばね機構２００は、ピンナット１４４の頂部に取り付けられる。ピンナット１４４の頂部にあるばね２００は、ばね２００を受けるようなサイズおよび形状の空洞１５２を有するキャップ１４２内に嵌まる。ばね機構２００は、コイルばね、渦巻ばね、角のある（または鋸歯）形状の可撓性材料、またはその他の好適なばね様機構など、様々な実施形態において実装される。
【００４９】
図１０は、本発明の原理による、ピンナット１４４の雌ねじ１６４の側面図である。雌ねじ１６４は、雌ねじのねじ山角度２１２、山形２１４、およびピッチ２１６を基本とする。雌ねじ１６４は、凸面２１８と、凹面２２０とを有する。
図１１は、本発明の原理による、リードスクリュー１４６の雄ねじ１７２の側面図である。雄ねじ１７２は、雄ねじのねじ山角度２２２、山形２１４、およびピッチ２１６を基本とする。雄ねじ１７２は、凸面２２８と、凹面２２６とを有する。
【００５０】
一実施形態では、雄ねじ１７２のねじ山角度２２２および雌ねじ１６４のねじ山角度２１２は、約２０度である。様々な実施形態において、ねじ山角度２２２、２１２は、１０度から３０度まで変わる。さらなる実施形態では、ねじ山角度２２２、２１２を、より拡大した図で示した。
【００５１】
雌ねじ１６４と雄ねじ１７２は、垂直方向に滑らかにピンナットアセンブリ１５４を動かすための力の伝達に必要な、低から中程度の摩擦を提供するように設計されている。雄ねじ１７２と雌ねじ１６４とをある点で固着させることを意図したねじ山の設計ではなく、雌ねじ１６４と雄ねじ１７２の設計は、焼き付きすなわち固着することなく、ピンナットアセンブリ１５４が垂直移動できるようにする。加えて、雌ねじ１６４と雄ねじ１７２は、リードスクリュー１４６によるバックドライブを回避するように設計されている。つまり、ユーザによる直線的な押下をリードスクリュー１４６の回転運動に変換する。このようにして、駆動モータ１２０に（モータ駆動信号３４によって）回転するための電力が供給された場合、ピンナットアセンブリ１５４は、垂直に移動して、ピンナットアセンブリ１５４の頂部部分を天板１０６の頂面１０８の上に延ばし、その結果、ドットマトリクス２８に隆起したドット８２を提供する。
【００５２】
雄ねじ１７２のねじ山の形状は、凸面２２８に対して台形であり、雌ねじ１６４は、対応する台形である。一実施形態では、雄ねじ１７２と雌ねじ１６４との間に空間が設けられ、これは、ピッチ２１６の約２０パーセントであり、様々な実施形態におけるものよりもわずかに大きいまたは小さい。
【００５３】
図１２は、本発明の原理による、天板１０６の断面図である。図１２は、必ずしも原寸に比例していない。天板１０６は、頂面１０８と、底面（ｂｏｔｔｏｍ  ｓｕｒｆａｃｅ）１１０とを有する。天板１０６は、板１０６の頂面１０８に円筒形の孔２４０を含む。天板１０６はまた、孔２４０に隣接して長手スロット２４２を含む。スロット２４２は、平行平坦面２４４を提供する。スロット２４２の間およびそれらの下には、ピンナットアセンブリ１５４の自由運動を可能にするサイズにされた下部開口部２４６がある。
【００５４】
様々な実施形態において、ユーザによる入力（例えば、ドットマトリクス上のドット８２を押すこと、または指、手、またはその他の身体部分が近接して存在していること）は、光学素子２３４、２３６を用いて光学的手法によって感知される。一実施形態では、光源（ＬＥＤ光源またはその他の光源）である光源用光学素子２３４の線（例えば、列）は、矩形のドットマトリクス２８の縦縁部など、ドットマトリクス２８の１つの縁部と位置合わせされる。光線２３８が、キャップ１４２の直上でドットマトリクス２８全体を照らす。光センサである受光用光学素子２３６の線（例えば、列）は、光源２３４から来る光線２３８を受光するために、光源２３４の反対側の縦縁部など、ドットマトリクス２８の反対側に配置される。ユーザが（例えば、指、スタイラス、またはその他の装置の動きによって）光線２３８を遮ると、動きの位置が判定される。同様の手法をドットマトリクス２８の横縁部に対して用いる。このようにして、動きの縦および横の位置を示すため、ピンキャップ１４２を押下する動作が記録され、これが、ドットマトリクス係合信号３６として制御およびインターフェースモジュール２６に供給される。
【００５５】
図１３は、本発明の原理による、底板１３０の断面図である。図１３は、必ずしも原寸に比例していない。底板１３０は、頂面１３２と、底面１３４とを有する。底板１３０は、大きい円筒状開口部２３０を底面１３４に、また、小さい円筒状開口部２３２を頂面１３２に含む。
【００５６】
大きい円筒状開口部２３０と小さい円筒状開口部２３２は、軸合わせされる。大きい円筒状開口部２３０は、小さい円筒状開口部２３２の下に形成される。各大きい円筒状開口部２３０の直径は、駆動モータ１２０の本体を保持するようなサイズにされ、また、各小さい円筒状開口部２３２の直径は、駆動モータ１２０の頂部から軸方向に延在する駆動シャフト１７６を取り囲むと同時に、各駆動シャフト１７６の自由回転を可能にするようなサイズにされる。各駆動モータ１２０の駆動シャフト１７６は、底板１３０の頂面１３２の上に延びる。
【００５７】
図１４は、本発明の原理による、天板１０６の部分斜視図である。図１４は、天板１０６の下側部分を示し、スロット２４２および平行平坦面２４４を示している。スロット２４２の平行平坦面２４４は、ピンナット１４４の平行平坦面１８６と係合して、ピンナットアセンブリ１５４が垂直に隆起した場合に、ピンナットアセンブリ１５４のさらなる回転を阻止するための回転止め機構として作用する。
【００５８】
図１５は、本発明の原理による、ピンナットアセンブリ２５２を含む、カムおよびギアアセンブリ２５０の斜視図である。図１６は、本発明の原理による、図１５のカムおよびギアアセンブリ２５０の側面図である。カムおよびギアアセンブリ２５０は、ピンナットアセンブリ２５２と、リードスクリュー２５６と、ウォームギア２６４と、ピンギア２６６と、カム２６８と、カムロッド２７０と、ばね２７４とを含む。各ウォームギア２６４は、行モータ２６２で動く。一実施形態では、ウォームギア２６４のねじ山は、行モータ２６２の近傍までウォームギア２６４の長さを延ばしている。各カムロッド２７０は、列モータ２７８で動く。一実施形態では、ピンナットアセンブリ２５２は、フランジ２５４を含む。ピン２８２は、リードスクリュー２５６のためのねじ山を提供する上部のねじ山のある部分２８０を含む。ピン２８２は、回転止めリッジ２７６を含み、基部２８８で支持される。ウォームギア２６４は、ピンギア２６６と係合する係合部分２８４と、係脱部分２８６とを含む。ピンナットアセンブリ２５２のキャップ１４２は、天板１０６にある孔２４０と係合して、本明細書の他の場所で説明される、ドットマトリクス２８（図１５および図１６に示さず）におけるドット８２として機能する。一実施形態では、ピンナットアセンブリ２５２は、ピンナットアセンブリ１５４と同等のものである。様々な実施形態において、ピンナットアセンブリ２５２は、フランジ２５４を含まない。
【００５９】
行モータ２６２は、ウォームギア２６４を回転させ、ウォームギアは、各ピン２８２に取り付けられたギア２６６を回す。各ピン２８２に取り付けられた各ギア２６６は、列モータ２７８が回転させるロッド２７０上に設置された対応するカム２６８と係合および係脱する、単純な滑りクラッチ機構２７２を有する。クラッチ機構２７２は、カム２６８が適切な位置に移動した場合に押し下げられるギア２６６を提供し、ばね２７４は、カム２６８が中立位置に移動した場合に、ギア２６６を中立位置（係脱合位置）に戻す。一実施形態では、行モータ２６２および列モータ２７８は、ステッピングモータであり、ウォームギア２６４およびカム２６８の回転を正確に制御可能にする。列モータ２７８は、１つの列にあるクラッチ２７２と一度に係合する。すべての行モータ２６２は、同時に回転して、その時係合している列にあるピン２８２に取り付けられたギア２６６を回転させる。行モータ２６２は、どのピンナットアセンブリ２５２を上げる、または下げなければならないかに応じて順方向または逆方向に回転し、かつ、ピンナットアセンブリ２５２を上げるべき高さに見合う量だけ回転する。制御およびインターフェースモジュール２６は、制御およびインターフェースモジュール２６の制御ソフトウェアの命令によるソフトウェア制御を提供し、命令は、デジタルマイクロプロセッサ４６をプログラムして、行モータ２６２および列モータ２７８に向けてモータ駆動信号３４を提供する。ピンナットアセンブリ２５２の１つの列を設定すると、次の列が係合し、この過程が繰り返される。本明細書に説明するカムおよびギアによる手法は、モータ２６２、２７８が強力であり、かつ、あるのは（列および行）モータ２６２、２７８だけであるという利点を有する。その他の利点は、ピン２８２のピッチを任意に小さく作ることができるということである。また、ドットマトリクス２８上に提示されている表示表現３０全体をリフレッシュするのに、数秒しかかからない。
【００６０】
一実施形態では、触覚グラフィックディスプレイ２４は、ピンナットアセンブリ２５２の高さ、すなわち、ドットマトリクス２８上のドット８２の高さを制御および変更する能力を有する。この効果は、ソフトウェア手法により、また駆動シャフト１７６の回転を測定する電気的および／または光学的フィードバック機構により、モータ駆動シャフト１７６の回転を制御することによって達成される。制御およびインターフェースモジュール２６は、制御ソフトウェアの命令によるソフトウェア制御を提供し、命令は、デジタルマイクロプロセッサ４６をプログラムして、駆動モータ１２０に向けてモータ駆動信号３４を提供して、ピンナットアセンブリ１５４の高さを制御する。ピンナットアセンブリ１５４をさらに上へ動かすには、さらに回転させる。あるさらなる実施形態では、各ピンナットアセンブリ１５４を動的に動かす、または振動させて、さらなる情報をユーザに伝える能力がある。
【００６１】
カムおよびギアアセンブリ２５０のある実施形態では、ピンナットアセンブリ２５２の高さを制御および変更するのと同様の効果が、対応する行モータ２６２に向けられるモータ駆動信号３４を用いてウォームギア２６４の回転を制御することによって、達成される。制御およびインターフェースモジュール２６は、制御ソフトウェアの命令によるソフトウェア制御を提供し、命令は、デジタルマイクロプロセッサ４６をプログラムして、行モータ２６２に向けてモータ駆動信号３４を提供して、ピンナットアセンブリ１５４の高さを制御する。
【００６２】
特定の好適な実施形態を参照しながら本発明を図示および説明してきたが、当業者であれば、本発明において、形態および詳細に様々な変更がなされ得ることを理解するべきである。
【００６３】
例えば、本発明の実施形態は、グラフィック装置２２および制御およびインターフェースモジュール２６に関して実施される必要はない。例えば、グラフィック装置２２および制御およびインターフェースモジュール２６の機能を単一の装置に実装される。あるいは、グラフィック装置２２および制御およびインターフェースモジュール２６の機能は、３つ以上の様々な装置で実装される、またはその他のタイプの物理的デバイスとしてパッケージされる。
【００６４】
例えば、代替的な実装では、本明細書に説明されたソフトウェア機能のすべてまたは一部が、ハードウェア、例えば、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス  （ＰＬＤ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはその他の好適なＩＣチップに実装される。ソフトウェア機能の一部は、互いにと通信可能な複数のＩＣチップで実装されてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
２０：触覚グラフィックシステム
２２：グラフィック装置
２４：触覚グラフィックディスプレイ
２６：制御およびインターフェースモジュール
２８：ドットマトリクス
３０：表示表現
３２：出力信号
３４：モータ駆動信号
３６：ドットマトリクス係合信号
３８：触覚入力信号
４２：（グラフィック装置の）（デジタル）マイクロプロセッサ
４４：（グラフィック装置の）メモリ
４６：（制御およびインターフェースモジュールの）（デジタル）マイクロプロセッサ
４８：（制御およびインターフェースモジュールの）メモリ
６０：外部インターフェース
６２：ボタン入力モジュール
６４：制御プロセッサ
６６：駆動モジュール
６８：モータ電源
７０：タッチ入力モジュール
８２：ドット
８４：Ｘ軸
８６：Ｙ軸
８８：サイン波
９０：格子
１００：触覚ディスプレイケース
１０２：側面部分
１０４：底部部分
１０６：天板
１０８：（天板の）頂面，１３２，２０６：頂面
１１０：（天板の）底面
１１２：（天板の）頂部部分
１１４：（中空の）ピン
１１５：（丸みを帯びた）先端
１１６：ベースナット
１１８：ねじ
１２０：駆動モータ
１２２：電気接点
１２４：プリント回路基板（ＰＣＢ）
１２６：（近接）センサ
１３０：（ディスプレイアセンブリの）底板
１３２；（天板の）頂面，  
１３４：（底板の）底面
１３６：ディスプレイアセンブリ
１４０：駆動ピンアセンブリ
１４２：（ピン）キャップ
１４４：ピンナット  
１４６，２５６：リードスクリュー
１４８：（キャップの）頂部部分
１５０：（キャップの）底部部分
１５２：空洞
１５４，２５２：ピンナットアセンブリ
１５６：連結用突出部
１５８：（ピンナットの）中央部分
１６０：（ピンナットの基部部分
１６２：ねじ山のある空洞
１６４：雌ねじ
１６８，２８０：ねじ山のある部分
１７０：（リードスクリューの）基部部分
１７２：雄ねじ
１７４：駆動シャフト用空洞
１７６：（モータ）駆動シャフト
１８６：ピンナット平坦面、ピンナットの平行平坦面
２００，２７４：ばね機構、ばね
２０２：修正ピンナット
２０４：（修正ピンナットの）上部部分
２０６：（修正ピンナットの）頂面
２１２：雌ねじのねじ山角度
２１４：山形
２１６：ピッチ
２１８，２２８：凸面
２２０，２２６：凹面
２２２：雄ねじのねじ山角度
２３０：大きい円筒状開口部
２３２：小さい円筒状開口部
２３４：（光源用）光学素子、光源
２３６：光センサ、受光用光学素子
２３８：光線
２４０：（天板にある）（円筒形の）孔
２４２：（長手）スロット
２４４：平行平坦面
２４６：下部開口部
２５０：カムおよびギアアセンブリ
２５４：フランジ
２６２：行モータ
２６４：ウォームギア
２６６，２８４：（ピン）ギア、係合部分
２６８：カム
２７０：（カム）ロッド
２７２：クラッチ、クラッチ機構
２７６：回転止めリッジ
２７８：列モータ
２８２：ピン
２８６：係脱部分
２８８：基部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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