(57)【要約】【課題】従来の点刺激型平面ディスプレイは、主に点字情報を提示するために開発された極めて記号的な表示装置であった。そのため、より直感的な情報を表示することが望まれてきた。複雑な形状表現には表示密度の向上が要求されるが、従来の方法では個々の点を表示するために高機能なアクチュエータを使用することから、その大きさによる制限を受ける。このため、大型のディスプレイ装置でも提示可能な情報量は少なかった。【解決手段】本発明では、表示用ピンを細かく配置して表示密度を向上するために、新たなアクチュエーションメカニズムを提案する。表示用ピンをクラッチおよびリリースする手段として低融点金属を状態変化させる方法を利用し、表示用ピンの駆動には空気圧を利用する。アクチュエーションメカニズムを単純な構成とすることで、複雑な形状情報を効率的に表示して高密度な刺激を生成可能な、点刺激型平面ディスプレイシステムを構成する。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低融点金属の状態変化を利用して表示画素に対応する構造物を固定または開放し、正負の空圧によって情報提示用の構造物を動作させる構造を有するディスプレイ装置。
【請求項２】
低融点金属の状態変化を利用して表示画素に対応する構造物を固定または開放し、正負の空圧によって情報提示用の構造物を動作させる構造を、立体または平面上に複数配列して構成するディスプレイ装置。
【請求項３】
請求項1または請求項2のディスプレイ装置において、低融点金属を固体から液体へ状態変化させるための加熱方法としてセラミックヒータが発生する熱を用いるディスプレイ装置。
【請求項４】
請求項1または請求項2のディスプレイ装置において、低融点金属を固体から液体へ状態変化させるための加熱方法としてニクロム線ヒータが発生する熱を用いるディスプレイ装置。
【請求項５】
請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のディスプレイ装置であって、表示用ピンを視触することで情報を読み取る構造の表示部を有し、前記表示用ピンに対応する貫通穴が前記表示部に開けられており、前記貫通穴のそれぞれから突出および陥没する前記表示用ピンを有し、前記表示用ピンは対応する液だめに湛えられた固体状態の低融点金属によって固定されており、前記低融点金属を融解して液体とした状態で空気圧を加えて前記表示用ピンを単一方向の任意の位置へ前後移動させる構造をもつディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精細化を図った点刺激型平面ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の点刺激型平面ディスプレイには、アクチュエータを階層構造に配置して高精細化を狙ったものや、ワイヤなどを利用して動作を狭い範囲に伝達する構造を施したものがある。また、ピエゾ素子など小型の振動するアクチュエータを配列して点刺激するものがある。
【０００３】
以下、図４および図５により従来の点刺激型平面ディスプレイについて説明する。図ではアクチュエータ4a1〜3を9個用意して対応する表示用ピン4dを駆動している。アクチュエータ4a1〜3としてはソレノイド型やピエゾ型が用いられることが多い。アクチュエータ4a1〜3に連結された駆動力伝達のための軸部4bは表示用パネル4cに開けられた穴を貫通して表示用ピン4dに接続されている。アクチュエータ4a1〜3は表示用ピン4dの配列ピッチに対して大きいので、アクチュエータ4a1〜3は複数層に階層化して配列している。図４では3階層に分けて配列している。ディスプレイ装置の縦方向の厚みを薄くするために、アクチュエータ4a1〜3を斜めに傾けて配置したものもある。
【０００４】
その他のディスプレイとして、ステッピングモータ5aを使用するものがある。ステッピングモータ5aの軸部5bにはクランク機構5cが設けられ、クランク機構5cに接続されたワイヤ5dは表示用パネル5fに開けられた穴を貫通する表示用ピン5eに接続されている。モータ5aが回転すると、クランク機構による動力はワイヤ5dによって表示用ピン5eに伝達され、表示用ピン5eが突出または陥没する。モータ5aは表示用ピン5eの配列ピッチに対して大きいので、ワイヤ5dを狭い範囲に束ねることで表示の高密化を図っている。
【特許文献１】特開平07-077944号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上に述べた従来の点刺激型平面ディスプレイでは、アクチュエータの配置方法を工夫して高精細化を図っているが、その構造による制約のために表示用ピンの配列ピッチは2mm程度であり、これをユニット化して大規模に拡張することは困難である。また、個々の画素に対応する表示用ピンを駆動する方法として、高機能なアクチュエータを使用しているため、大規模なディスプレイ装置を構成すると表示可能な画素数に比例してコストが高くなる傾向がある。情報を保存するためには継続して通電しておく必要があることも、安全や省エネルギーの観点から問題である。
【０００６】
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、金属化合物の状態変化を利用したアクチュエーションメカニズムにより、提示情報の高密化と装置の薄型化を図り、平面上に視触覚点を配置したディスプレイ装置において、効果的に大規模で複雑な形状情報の表示を効率的に実現することを目的とする。また、同時にアクチュエーションメカニズムを簡単な構造で構成することによって、低コスト化を実現することを目的としている。
【０００７】
従来のディスプレイ装置は主に点字や点図を表示し、盲人が情報を読み取るために開発された。本発明のディスプレイ装置は、表示密度を飛躍的に向上することが可能であり、これまで同様に触覚によって形状などの直感的情報を得られるとともに、視覚ディスプレイとしても実用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これまでの、個々のドットに対応するピンをそれぞれ高機能のアクチュエータで駆動する方式では、さらなる高密度化や表示できる情報量を飛躍的に拡張することは難しい。効率的に実装密度を向上するためには、表示用の各ピンをなるべく単純な構造とすることと、それらを固定したり駆動する機構を小さくすることが求められる。
【０００９】
本発明では、表示用ピンの駆動方法として、低融点金属の状態変化と空気圧の加減を組み合わせて利用したクラッチおよびリリース機構を提案する。低融点金属は常温では固体であるが、加熱によって容易に融解して液体となる性質を持つ。例えば、融点47度の低融点金属Uアロイ47が株式会社大阪アサヒメタル工場によって製品化されている。他にも同工場からは融点183度のUアロイ183までの様々な融点の低融点金属が製品化されているが、人が視触するディスプレイに使用するため融点100度以下までの低融点金属を使用することが望ましい。表示用ピンを駆動するエネルギーを伝達する機構を各アクチュエータで共用することで、ディスプレイ表示面積に対してアクチュエータ占有面積をなるべく小さくできる。
【００１０】
本ディスプレイ装置で表示されるそれぞれの画素は、表示用ピンの縦方向位置を様々に変更することによって変化する。表示用ピンは表示解像度の向上のために高密度に並べる。そのために表示用ピン先端の表示部は0.1mmないし10mm程度のものが望ましい。通常時の表示用ピンは低融点金属が固体であるために固定されているため直前の情報を保存しているが、外部からの加熱によって低融点金属を液体へ状態変化させると、表示用ピンは自由に動ける状態になる。そこへ、空気圧を加減することで表示用ピンを突出または陥没させたり、あるいは中間位置へ移動することができる。表示用ピンが目的の位置に達したときに低融点金属が融点を下回るとピンが固定されて情報が保存される。情報を保存した状態では外部からのエネルギーを必要としない。
【００１１】
本発明のディスプレイ装置のアクチュエーションメカニズムを図１に示す。ユーザは表示用パネル1c表面を視覚または触覚でスキャンすることで情報を読み取る。このディスプレイ装置で1個の画素情報を変更するためには、それに対応する表示用ピン1dの縦方向位置を変更する。表示用ピンを固定している低融点金属1gを溶かすことで、表示用ピン1dは図１において縦方向に自由に動ける状態となる。この状態でディスプレイ装置内の閉じた空間1fへエアバルブ1eから圧縮空気を送り込むと、低融点金属1gの液面は圧力を受ける。この圧力はパスカルの原理によって、表示用ピン1dの底部にも伝わる。表示用ピンは圧力によって押し上げられて縦方向の位置が変化する。同様にディスプレイ装置内の閉じた空間1fの空気圧力を下げると、表示用ピン1dは逆方向、つまり図１においては下方へ移動する。
【００１２】
空気圧を加減制御する際に、目的外の表示用ピン1dは、対応する低融点金属1gが固体のままであるため可動状態にない。そのため表示用ピン1dは移動せず、情報はそのまま保存される。このように、同一ケース内部に複数のアクチュエータを配置して駆動機構を共用しながらも、選択的に個々の表示用ピン1dを制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
従来のアクチュエータは固定機構や駆動機構を含めた構造のすべてがケースに封入されているため、アクチュエータ本体の直径は5mm程度のものが主流であり、そのまま平面上に配列したのではディスプレイ装置の表示密度が極めて粗くなる。そのため、配置や配列の方法を工夫しているが、それでも2mmないし3mmピッチでの情報提示が限度であった。
【００１４】
本発明のディスプレイ装置は、アクチュエーション機構を構成する要素数を減らして単純化するとともに、装置のケース内部にアクチュエーションメカニズムを複数配置することで効率的な高密化を図っている。ディスプレイ装置内部の空間を満たす空気を、表示用ピンを駆動する力を伝達するための媒体として利用する。
【００１５】
個々の表示用ピンに対応するそれぞれのアクチュエータは個別のケースは持たず、ディスプレイ装置のケース本体に組み込まれて構成されている。このため、加工精度の許す限りの高密化が可能である。これは、低コストで高精細な点刺激型の平面ディスプレイを構成できることを意味する。
【００１６】
ディスプレイ装置のすべての表示用ピンは低融点金属によって物理的に固定されるので、常温を保っておくことで、制御時に最後に表示した情報をそのまま長期にわたって保存できる。目的の表示を継続するために、外部からのエネルギーは必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のディスプレイ装置の概略を図２に示す。装置の構造としては、金属または合成樹脂の枠で密閉された空間2fを作っておき、そこにエアバルブ2eから圧縮空気を送り込んで、その圧力によって表示用ピン2d0ないし2d9を突出させる。定常状態の表示ピン2dは対応するピットに満たされた低融点金属2gが固体であるため固定されているが、ピットを選択的に過熱することで低融点金属2gは状態変化を起こして液体になる。この状態で表示用ピン2dは自由に動けるようになる。このとき、装置内の空気圧を正圧および負圧、または圧力無しの状態へ連続的に切り替える制御をすることでピンを上下へ駆動させ、様々な情報を表示する。
【００１８】
ディスプレイ装置は、MCナイロンの台座2lとアクリルの表示用パネル2cで密閉空間2fを形成する。台座2lと表示用パネル2cの間にはエア漏れを防ぐために厚さ0.5mmのゴムマット2bを挟む。台座2lと熱伝導用ピン2jの隙間2iはシール剤で塞がれて密着している。密閉空間2fの構成はエア漏れを防止する構造であれば他の材質や手段を用いても構わない。台座脇にエアチャックを装着するためのバルブ2eがあり、ここから正負の圧縮空気を供給する。
【００１９】
表示用ピン2d0ないし2d9は直径0.5mmの真鍮金メッキピンを使用する。このピンは10x10の行列状に配置し、その間隔は1.5mmピッチとする。ピンのストロークは指先で平面上を素早くトレースしても表示できる0.7mmを確保する。これを満足するように低融点金属を溜めるピット2gの形状を決定する。制御に用いる低融点金属2gは融点が摂氏47度のものを使用する。これを台座に開けた直径0.7mmの穴に注入し、下から熱伝導用ピン2jで栓をした。このピンは熱源2kで発生する熱を伝導する機能を兼ねる。もちろん、低融点金属を融解するのに差し支えないなら、熱伝導用ピンを省いた構成でもよい。
【００２０】
空気圧は10kg/cm2の空気源をフィルタレギュレータによって減圧して清浄し、0.1kg/cm2を得る。これを装置内に導入すると、表示用ピン1本は断面積約0.2mm2であるため上向きに約0.2gの力が加わる。表示用ピンは重量約0.01gであるため、これは動作に充分である。また、負圧は真空エジェクタによって生成する。空気圧は表示用ピンを動作させるために使用するものであるため、充分な圧力を用意できれば他の構造でもよい。正圧と負圧と圧力無しの状態を3ポートの直動ソレノイドバルブで選択してディスプレイ装置の内部2fへ供給できるようにする。
【実施例１】
【００２１】
ディスプレイ装置の構成は図２のようになる。加熱方法としてはセラミックヒータを利用する。発熱した熱源ユニット2kの先端を台座の裏側に突出している熱伝導用ピン2jに接触させて加熱する。その熱が熱伝導用ピン2jによって伝達されることで低融点金属2gは液体となり、対応する表示用ピン2dは可動状態となる。
【００２２】
平面上を熱源ユニット2kで走査して、目的の表示用ピン2d0〜9に対応する熱伝導用ピン2jを加熱し、さらに圧縮空気による加減圧を組み合わせて、目的の表示用ピンを選択的に駆動し、ディスプレイ装置を構成する。
【００２３】
ヒータの位置制御、真空エジェクタ制御、ソレノイドバルブの制御を行い、ディスプレイ装置を動作させる。
【実施例２】
【００２４】
ディスプレイ装置の構成は図３のようになる。加熱方法としてはニクロム線ヒータを用いる。直径0.05mmのニクロム線120mmを台座の裏側に突出している熱伝導用ピン3lに巻き付けて接着し、抵抗値約60Ωのヒータ3jを構成する。このヒータ3jに通電して発熱させ、熱伝導用ピン3lを加熱する。その熱が熱伝導用ピン3lによって伝達されることで低融点金属3gは液体となり、対応する表示用ピン3dは可動状態となる。
【００２５】
制御回路はLEDマトリクスディスプレイのそれに似ている。すべてのヒータ3jに接続されている配線の端は、それぞれ縦横に張られたガイド線に接続される。目的の表示用ピン3d0〜9に対応する熱伝導用ピン3lを選択的に加熱するためには、対応する縦横のガイド線に通電する。同時に複数のヒータ3jを加熱することが可能である。
【００２６】
マトリクス状に配置されたヒータのOn-Off制御、真空エジェクタ制御、ソレノイドバルブの制御を行い、ディスプレイ装置を動作させる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を示すディスプレイ装置の部分断面図
【図２】同ディスプレイ装置の部分断面図
【図３】同ディスプレイ装置の部分断面図
【図４】従来のディスプレイ装置の構成図
【図５】同ディスプレイ装置の構成図
【符号の説明】
【００２８】
1a    表示用ピンストッパー
1b    ゴムパッキン
1c    表示用パネル
1d    表示用ピン
1e    エアバルブ
1f    駆動用空圧伝達のための閉じた空間
1g    低融点金属
1h    液漏れ防止用シール
1i    熱伝導用ピンストッパー
1j    熱伝導用ピン
1k    台座
2a    表示用ピンストッパー
2b    ゴムパッキン
2c    表示用パネル
2d0〜9  表示用ピン
2e    エアバルブ
2f    駆動用空圧伝達のための閉じた空間
2g    低融点金属
2h    液漏れ防止用シール
2i    熱伝導用ピンストッパー
2j    熱伝導用ピン
2k    熱源ユニット
2l    台座
3a    表示用ピンストッパー
3b    ゴムパッキン
3c    表示用パネル
3d0〜9  表示用ピン
3e    エアバルブ
3f    駆動用空圧伝達のための閉じた空間
3g    低融点金属
3h    液漏れ防止用シール
3i    熱伝導用ピンストッパー
3j    ニクロム線ヒータ
3k    配線(横側)
3l    熱伝導用ピン
3m    配線(縦側)
3n    台座
4a1〜3  従来のアクチュエータ
4b    駆動力伝達のための軸部
4c    表示用パネル
4d    表示用ピン
5a    ステッピングモータ
5b    モータの軸部
5c    クランク機構
5d    ワイヤ
5e    表示用ピン
5f    表示用パネル
【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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