CN105547146B - 时计表冠柄轴的光学位置检测 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及时计表冠柄轴的光学位置检测。提供了一种检测时计拨针柄轴(1)的移动的方法，所述时计拨针柄轴(1)被布置为沿着其纵轴轴向移动和/或围绕其纵轴旋转。所述方法包括：(a)由光源(5)照亮所述拨针柄轴(1)的一部分；(b)由光传感器(12)接收来自所述拨针柄轴(1)的反射或衍射光束(9)；(c)由处理器(13)形成表示在第一时刻的反射光图案的第一像素图案；(d)由所述处理器(13)形成表示在随后的第二时刻的所述反射光图案的第二像素图案；以及(e)如果所述第二像素图案相对于所述第一像素图案不同或移位，则确定所述拨针柄轴(1)已移动。
Description
技术领域
本发明涉及时计表冠柄轴(stem)的移动或位置检测的领域。更具体地说，本发明涉及一种光学地检测时计拨针柄轴(setting stem)的移动的方法。本发明还涉及一种对应的传感器布置。
背景技术
通常，可以使用增量或绝对编码方案来测量诸如音量控制旋钮或电子手表的表冠之类的旋转设备的角位置。在许多应用中，此类旋转控制元件还可轴向移置以便触发或激活设备的各种功能。因此，还可能需要测量同一旋钮或表冠的轴向位置。在手表应用中，使用拨针柄轴(拨针柄轴通常在其远端由表冠终止)的轴向位置来更改手表的模式，例如当前时间显示、日期设置和时间设置。如果将表冠拉出一个不连续的轴向位置以便进入日期设置模式，则表冠的角旋转用于从一天移动到下一天。如果将表冠拉出两个不连续的轴向步长，则表冠的角旋转将用于设置时间。
为了确定或测量旋转设备的轴向和/或角移动和/或位置，通常需要传感器布置以便检测旋转设备上的编码模式。希望此类传感器布置提供高分辨率角和/或平移移动或位置检测，并且希望最小化传感器布置中的磨损。此外，希望获得组装简单并占据很小空间的位置或相对移动检测布置。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种满足以上条件的时计拨针柄轴的位置或相对移动检测布置。
根据本发明的第一方面，提供一种如权利要求1中所述的检测时计拨针柄轴的移动的方法。
所建议的新解决方案具有能够非常精确地检测相对移动的优点。例如，使用本解决方案，可以实现表冠的每个完整旋转的大约9600个位置的相对角位置检测分辨率，这远远多于目前使用其它种类的柄轴可以实现的分辨率。因为光学地检测至少某些移动，所以还最小化系统中的磨损，并且因此改善拨针柄轴的使用期限。此外，所建议的布置占用很小的空间，这在可用空间有限的手表中非常有利。
根据本发明的第二方面，提供一种如权利要求14中所述的传感器布置。
根据本发明的第三方面，提供一种包括所述传感器布置的时计。
在本发明所附的从属权利要求中描述了本发明的其它方面。
附图说明
从以下参考附图的非限制性示例性实施例的描述中，本发明的其它特性和优点将变得显而易见，这些附图是：
图1是示出根据本发明优选实施例的用于确定拨针柄轴的轴向位置并且测量拨针柄轴的旋转移动的布置的框图；以及
图2是示出根据本发明优选实施例的传感器布置和拨针柄轴的实际结构的透视图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的一个实施例。在不同附图中出现的相同或对应的功能和结构元件被分配相同的参考标号。
图1以简化方式示出用于检测旋转设备(例如电子手表的拨针柄轴1)的位置的布置的框图。图2示出可以应用于此类功能性布置的结构的透视图。图1和2中示出拨针柄轴的轴10。当应用于手表时，轴的直径通常在0.5到2mm(毫米)的范围内。该轴10的一端(在该实例中为左端)可以具有例如表冠或旋钮，用户可以使用该表冠或旋钮推、拉或旋转轴10。轴10在其表面上具有反射区域3。该反射区域可以简单地是具有缺陷的不完美的轴表面，这些缺陷例如包括稍有不同颜色的点或表面形状缺陷。反射区域还可以包括图像或图案。在该实例中，反射区域3围绕轴的整个圆周延伸，并且具有给定宽度。该宽度例如可以在1mm(毫米)与1cm(厘米)之间。如果反射区域3包括图像，则该图像不限于任何特定类型的图像。可以使用许多不同种类的图像。但是，优选地，它包含自身不重复的图案，或者不包含重复的图案以便避免混淆错误。
图1和2还示出光源5，其被布置为将光束或光线定向到轴上，并且更具体地说定向到反射区域3上。光源可以例如是发光二极管(LED)。当在操作中时，光源朝向反射区域3发送询问光信号7。当询问光束击中轴表面(其至少具有某种程度的反射性)时，于是向光传感器12反射回反射光束9，光传感器12也被称为光检测器，其被布置为检测反射光束9。根据未示出的一个备选实施例，反射区域3可以由衍射区域取代，该衍射区域也具有缺陷，以便也将光束重定向到光传感器12上。注意，轴上接收询问光信号7的不同点以不同方式将光反射到传感器，尤其是缺陷所在的位置。然后光传感器12或信号处理单元13可以从反射光束9形成像素阵列，条件是缺陷的尺寸足够大以覆盖整个像素以便被实质化，实际上始终是这种情况。根据一个优选实施例，光传感器12将配备有30*30像素直到100*100像素的阵列。形成的像素阵列包含不同强度的像素。某些像素可能非常暗，而某些像素可能非常亮。像素阵列然后由信号处理器13进一步处理，如以下解释的那样。
当照亮时，光源5不断地发出询问信号。它还优选地被布置为断续地(例如每毫秒一次)发光以便节省能量，而不是连续地发光。上述传感器布置被布置为以与包括在100与10000次/秒之间的频率对应的给定时间间隔，从反射信号(即光束9)提取像素图案。信号处理器13被布置为比较形成的两个连续像素图案。为了简化采样过程，信号处理器13使用的采样频率可以与用作光源5的LED的闪烁频率一致，并且信号处理器还控制该LED以实现同步目的。因此，每次接通LED时进行采样。为了节省处理能力，可以有利的是，在每个像素图案中仅集中在像素的子集上，例如集中在某些黑暗像素上。通过比较来自从两个连续反射光束9产生的两个连续像素图案的这些像素，可确定轴10的角移动或相对角位置以及轴10的旋转方向。实际上，光学位置确定遵循的原理与传统光学鼠标采用的原理相同。
可以在信号处理器中实现递增移动计数器14，或者计数器14可以连接到信号处理器13。每次当检测到最新像素图案相对于前一个像素图案沿着第一方向移位例如一个像素时，向该计数器加上值1。另一方面，如果检测到最新像素图案沿着第二方向移位一个像素，而第一方向与第二方向相反，则从计数器减去值1。因此，在任何给定时刻的计数器值间接地表示当产生第一像素图案时，轴10相对于轴10的原始位置的旋转程度。可以在计数器值与轴10的旋转角度之间创建映射。角位置检测分辨率可以被定义为多达轴10的每个完整旋转(360度)的大约9600个角位置，其在数量级上至少是布置在当前电子手表中的常规拨针柄轴的常见最大分辨率的100倍，常规拨针柄轴的分辨率通常设置在100个可能的不连续角位置以下。因此，相对角位置检测布置作为递增位置检测器操作。但是要注意，可以定义仅当移位量是任何其它给定数值时才发生递增和/或递减，而不是每次当第二图案移位一个像素时将计数器值递增和/或递减1。
旨在仅偶发地执行相对移动测量的上述光学检测布置通常能够在大部分时间内处于休眠模式以便节省尽可能多的能量。它可以例如通过激活信号唤醒，以便当检测到表冠的轴向移动时执行测量。可以通过如下所述的轴向移动检测布置来检测轴向移动。备选地，可以具有特定移动检测器以检测表冠11的轴向和/或角移动，以便负责触发移动测量的激活。还可以在给定时刻将光学检测布置置于休眠模式。这可以例如在以下时刻完成：在表冠11移动之后，检测到表冠11在给定时间段内未移动。
在图1和2中，进一步示出轴向位置闩锁弹簧15，其充当轴向移动闭锁装置并且被布置为轴向地锁住轴以使轴就位。为此，在表冠轴上提供凹槽17以便一个凹槽17对应于一个不连续的轴向位置。在其中闩锁弹簧15位于一个凹槽的轴向位置中(如图1和2中所示)，轴10的任何轴向移动都被阻止。闩锁弹簧15还可以具有另一个用途，即，将轴10设置为所需电势。如果通过电流完成旋转设备的轴向位置检测(如在本实例中那样)，则需要闩锁弹簧15的这种属性。如果不使用闩锁弹簧15将旋转设备的导电部分设置为所需电势，则将需要单独的额外触点以形成电接触以便设置电势。
实际上，根据图1示出的本实例，轴向位置检测装置或电流传感器19通过电流检测轴向位置。在该实例中，具有三个电流传感器19。这些传感器19被布置为与拨针柄轴1的轴10电交互，并且它们可以包括导电刷，这些导电刷与表冠轴的表面进行机械和电接触。轴10的表面可以包括具有不同导电率的轴向编码部分21。例如，旋转设备1的表面可以包括轴向导电部分或绝缘部分。实际上，每个部分可以是如图1中所示的编码环，该环定义这些导电率中的任何一个导电率。因此，编码环可以表示二进制模式，该二进制模式包括逻辑1和0的表示。一个逻辑状态(例如逻辑位1)可以由第一导电材料表示，而另一个逻辑状态(例如逻辑状态0)可以由第二绝缘材料表示，其中第一和第二材料不同。导电环可以由金属制成，而非导电环可以由塑料制成。还可以改为使用其它材料，例如不同的涂料或染料。将电流传感器检测的值发送到信号处理器13，以便基于接收的测量值确定轴向位置。因此，电流传感器被布置为检测旋转设备1的表面上的不同导电区域，并且从这些发现结果，能够确定绝对轴向位置。
在图1中示出的实例中，所有编码部分21都是导电部分，并且当从左侧(其是表冠将在该处终止拨针柄轴1的方向)计数时，前两个环与传感器19接触，而最右侧的最后一个环不再与任何传感器19接触。因为每个传感器19可操作以生成表示相应编码环的对应信号，所以轴在该轴向位置中的整体逻辑状态可以被描述为“110”逻辑状态，这优选地对应于拨针柄轴1的静止位置，并且通常被称为T1。向右移动轴10则将对应于推动后位置T0(未示出，其对应于不稳定的逻辑状态“111”)，即，释放致动轴10的终止表冠或旋钮的压力立即将其轴向定位重置回到T1。相反，向左移动轴10将产生两个后续可能的所谓“拉动后”位置(图中也未示出)，这些位置稳定，因为分别从中间或从右侧将闩锁弹簧15置于凹槽17中。
-T2，对应于逻辑状态“100”以及
-T3，对应于逻辑状态“000”。
在图2中，光源5和相对平坦的光传感器12被示出位于平面PCB(印刷电路板)23上，PCB 23沿着矩形支架的单个平面伸展。在另一个配置(未示出)中，PCB 23可以显示“L”形，以便以这样的方式将PCB 23的第一部分布置为与PCB 23的第二部分例如呈90度角：大部分电路元件(包括光源5)被安装在第一部分上，而光传感器12被安装在第二部分上。换言之，光传感器12的正面相对于PCB 23的第一部分垂直安装。这具有以下优点：来自轴的反射光图案将以相对于传感器正面的接近于90度的角到达光传感器。实际上，为了促进产生像素图案，有利的是，使反射光信号9在到达光传感器时的入射角接近于0，优选地相对于该方向小于10度。可以通过将光传感器12安装在PCB 23的第二部分(该第二部分相对于PCB 23的第一和主要部分呈所需角度)来获得所需角度。备选地，可以通过其它手段使光传感器12呈某一角度。
尽管在附图和前面描述中详细示出和描述了本发明，但此类图和描述被视为说明性或示例性的而非限制性的，本发明并不限于所公开的实施例。其它实施例和变型可被理解，并且可以由所属技术领域的技术人员在执行要求保护的发明时，基于对附图、公开内容和所附权利要求的学习而实现。例如，还可使用光学位置检测布置来同样确定轴10的轴向位置。在这种情况下，将不再需要如图1和2中示出的电流检测布置。但是，为此还可以考虑任何其它适当的非接触式系统(电容的、电感的…)。还要注意，在附图中示为单独物理元件的某些元件还可以被布置为单个物理元件。例如，光检测器12、信号处理器13和计数器14的功能可以被配置为一个元件。
在权利要求书中，单词“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中描述不同特性的这一事实并不指示不能有利地使用这些特性的组合。权利要求中的任何参考标号都不应被解释为限制本发明的范围。
Claims (15)
1.一种检测时计拨针柄轴(1)的移动的方法，所述时计拨针柄轴(1)被布置为沿着其纵轴轴向移动和/或围绕其纵轴旋转，所述方法包括：
-由光源(5)照亮所述拨针柄轴(1)的反射或衍射区域；
-由光传感器(12)接收来自所述拨针柄轴(1)的反射或衍射光束(9)；
-由处理器(13)形成表示在第一时刻的所述反射或衍射光束(9)的第一像素图案；
-由所述处理器(13)形成表示在随后的第二时刻的所述反射或衍射光束的第二像素图案；以及
-如果所述第二像素图案相对于所述第一像素图案移位，则确定表冠已移动。
2.如权利要求1所述的方法，其中所检测的移动是所述拨针柄轴(1)的角移动。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：通过确定所述第二像素图案相对于所述第一像素图案移位的程度，确定所述拨针柄轴(1)的移动量。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：如果所述第二像素图案相对于所述第一像素图案沿着第一方向移位一个像素，则将寄存器值递增1，并且如果所述第二像素图案相对于所述第一像素图案沿着与所述第一方向相反的第二方向移位一个像素，则将所述寄存器值递减1。
5.如权利要求4所述的方法，其中由所述寄存器值给出所述拨针柄轴(1)在任何时刻的角移动量。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：通过电流检测所述拨针柄轴(1)的所述轴向移动。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述电流检测包括使用具有不同导电率的编码模式对所述拨针柄轴(1)的一部分编码，其中编码后的模式是二进制模式，所述二进制模式包括编码后的环并将所述编码模式与导电传感器元件(19)接触，以便确定所述拨针柄轴(1)的给定轴向位置处的编码模式。
8.如权利要求1所述的方法，其中能够定义针对所述拨针柄轴(1)的多于100个角位置的检测分辨率。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述反射光在到达所述光传感器(12)时的入射角在+10与-10度之间。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：接收用于激活所述方法的移动检测激活信号。
11.如权利要求10所述的方法，其中当检测到所述拨针柄轴(1)的任何类型的移动时，接收所述移动检测激活信号。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：当检测到所述拨针柄轴(1)在给定时间段内静止时，停用所述方法。
13.如权利要求1所述的方法，其中每秒形成所述第一和第二像素图案至少100次。
14.一种用于检测时计拨针柄轴(1)的移动的传感器布置，所述布置包括：
-时计拨针柄轴(1)，其被布置为沿其纵轴轴向移动和/或围绕其纵轴旋转；
-光源(5)，其用于照亮所述拨针柄轴(1)的反射或衍射区域；
-光传感器(12)，其用于接收来自所述拨针柄轴(1)的反射或衍射光束(9)；
-处理器(13)，其用于处理所述反射或衍射光束(9)，
其中所述处理器(13)被配置为形成表示反射或衍射光图案的像素图案，并且将在第一时刻获得的第一像素图案与在随后的第二时刻获得的第二像素图案相比较，并且如果所述第二像素图案相对于所述第一像素图案移位，则所述处理器(13)被布置为确定所述拨针柄轴(1)已移动。
15.一种时计，其包括如权利要求14所述的传感器布置。
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