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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Zeitmeßgerät mit einem
GPS-Empfänger zum
Anzeigen der Richtung eines Bestimmungs- oder eines „Ziel"-Orts, ausgehend von einem „Ausgangs"-rt, an dem sich
der GPS-Empfänger
befindet.
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Es sind bereits Zeitmeßgeräte bekannt,
die zum Anzeigen einer bestimmten Richtung geeignet sind. Beispielsweise
könnte
man die europäische
Patentanmeldung EP-A1-0 721 155 erwähnen, in der ein Zeitmeßgerät beschrieben
ist, das zum Anzeigen der Richtung nach Mekka ausgestaltet ist.
Diese Anmeldung beschreibt ein analoges Zeitmeßgerät, das einen Kompass umfasst,
der zum Liefern einer Refernzachse verwendet wird (die geliefert
wird durch die Richtung des magnetischen Nordens).
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Ein Problem, dem man bei einem Zeitmeßgerät mit einem
Kompass begegnet, besteht darin, daß der der Spule zugeordnete
Permanentmagnet durch die magnetische Umgebung der Gesamtheit des
Zeitmeßgeräts gestört wird.
Dieses Problem wird besonders hinderlich, wenn das Uhrwerk magnetische
Massen aufweist. Eine unvollständige
Lösung dieses
Problems besteht darin, den Permanentmagneten aus den beweglichen
Massen zu entfernen, das heißt,
den Raumbedarf des Zeitmeßgeräts zu erhöhen, was
auf das Gegenteil der ständigen
Bemühungen
der Uhrmacher hinausläuft.
Zudem stellen derartige Zeitmeßgeräte keine
einfache Lösung
zum Bestimmen der Richtung eines „Ziel"-Orts dar. Tatsächlich muss diese Bestimmung
physikalisch komplexe Daten berücksichtigen,
wie die Abweichung zwischen dem magnetischen Norden und dem geographischen
Norden.
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Eine Schwierigkeit für die Hersteller
von Zeitmeßgeräten besteht
darin, eine Anordnung eines derartigen Geräts herzustellen, die es ermöglicht,
die gewünschte
Richtung zu liefern, wobei sie sich dennoch um die üblichen
Beschränkungen
der Zeitmessindustrie bemüht,
wie zum Beispiel den Platzbedarf.
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Eine klassische Lösung der vorgenannten Schwierigkeit
besteht darin, in ein analoges Zeitmeßgerät einen GPS genannten Empfänger zu
integrieren. Es wird kurz daran erinnert, daß die Abkürzung GPS eine Vorrichtung
bezeichnet, die mit dem globalen Positioniersystem verbunden ist,
das typischerweise von einem Satelliten Koordinaten- und Zeitdaten
empfängt.
Beispielsweise muss der Empfänger Daten
empfangen, die von vier verschiedenen Satelliten ausgestrahlt werden,
um eine Lokalisierung in einem dreidimensionalen Raum (Breite, Länge und Höhe) zu bestimmen.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen Empfängers sind
grösstenteils
im Stand der Technik beschrieben, insbesondere in „Radionavigation
Systems" von Börje Forssell.
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Beispielhaft kann man die internationale
Patentanmeldung WO 96/21139 nennen. Tatsächlich erwähnt dieses Dokument die Tatsache,
daß ein GPS-Empfänger in
einem analogen Zeitmeßgerät verwendet
werden kann, ohne dass ein Kornpass gleichzeitig in diesem Gerät verwendet
wird. Unter Bezugnahme auf die 2 dieser
internationalen Patentanmeldung zeigen die Zeiger des Zeitmeßgeräts einen
Winkel W, was es dem Benutzer des Geräts ermöglicht, sich in Richtung eines
Zielorts Pn zu bewegen, der durch die vorherige Position des Benutzers
gegeben ist.
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Man kann ebenfalls das Dokument GB
2 252 027 nennen, das einen elektronischen Kompass beschreibt, der
wie ein konventioneller Kompass verwendbar ist, um eine Ausrichtung
relativ zum magnetischen Norden zu bestimmen.
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Das Dokument
US 5,173,709 beschreibt eine Navigationsvorrichtung
mit einer Anzeige, auf der ein Zeiger angezeigt wird, wobei der
Zeiger eine gewünschte
Richtung anzeigt.
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Das Dokument
JP 62 005123 beschreibt ebenfalls
ein Navigationssystem, gemäß welchem eine
Bewegungsrichtung, ausgehend von momentanen und vorhergehenden Positionen
des Benutzers, berechnet wird und eine Zielrichtung, ausgehend von der
momentanen Position des Benutzers und seinem Ziel berechnet wird.
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Trotzdem hat die Anmelderin der vorliegenden
Erfindung festgestellt, daß ein
GPS-Empfänger, der
in einem analogen Zeitmeßgerät angeordnet
ist, nicht von sich aus das Liefern der Richtung des Zielorts ermöglicht,
die der Benutzer des Zeitmeßgeräts kennen
möchte.
Tatsächlich
hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung beobachtet, daß der GPS-Empfänger das
Liefern von Koordinaten der räumlichen
Position des Benutzers ermöglicht,
d.h. der Richtung des Zielorts in dem durch die vier Satelliten
gebildeten Bezugssystem, wobei die Koordinaten des Zielorts zuvor
in dem GPS-Empfänger
gespeichert werden. Anders gesagt, muss der Benutzer auf eine Referenzachse
zurückgreifen,
in Bezug auf welche die Richtung des Orts effektiv definiert werden
kann.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, die vorgenannten Nachteile zu überwinden, indem ein Zeitmeßgerät geschaffen
wird, das zum Anzeigen der Richtung eines „Ziel"-Orts bestimmt ist, ohne auf einen Kompass
zurückgreifen
zu müssen.
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Ein anderes Ziel der Erfindung besteht
darin, ein derartiges Zeitmeßgerät zu schaffen,
das den traditionellen Kriterien betreffend die Ästhetik und den Komfort einer
Zeitmeßgerätanwendung
genügt.
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Diese, wie auch andere Aufgaben werden durch
das Zeitmeßgerät gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein solches Zeitmeßgerät zu liefern, das, hauptsächlich ausgehend
von vom GPS-Empfänger gelieferten
Koordinaten, arbeitet, wenn der Benutzer des Geräts sich auf einer Distanz von
einigen Metern bewegt. In der Tat liefert ein derartiger Abstand über den
GPS-Empfänger
eine Bewegungsrichtung, die als Referenzachse über die 6 h –12h-Achse
des analogen Zeitmeßgeräts dienen
kann, wenn der Benutzer sich bewegt, während er seinen Arm so hält, als würde er kontinuierlich
die Uhrzeit ablesen. Anders gesagt, wird die 6h–12h-Achse als Referenzachse verwendet,
was es ermöglicht,
nicht auf beispielsweise einen Kompass zurückgreifen zu müssen.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein derartiges Zeitmeßgerät zu liefern, bei dem der Aufbau
vereinfacht ist im Vergleich zu den vorgenannten bekannten Uhren.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein derartiges Zeitmeßgerät zu liefern, bei dem die Komponenten
in einen Aufbau mit verringertem Platzbedarf integriert sein können, was das
Zeitmeßgerät im Vergleich
mit den vorgenannten bekannten Armbanduhren ästhetischer macht.
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Die Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung klarer, die lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren angegeben ist, von denen: – die 1 eine bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemässen
Zeitmeßgeräts darstellt; – die 2 ein Funktionsdiagramm
in Form von Blöcken
der internen Struktur eines erfindungsgemässen Zeitmeßgeräts darstellt; – die 3 schematisch eine Perspektivansicht
einer bevorzugten Betriebsart eines erfindungsgemässen Zeitmeßgeräts darstellt;
und – die 4 schematisch eine Draufsicht
auf die 3 darstellt.
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Im allgemeinen wird ein erfindungsgemässes Zeitmeßgerät in einer
schematisch in 1 dargestellten
Armbanduhr verwendet.
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Das erfindungsgemässe Zeitmeßgerät ist in einer multifunktionalen
Armbanduhr 1 enthalten, die typischerweise ein Zifferblatt 2,
eine Krone 3, einen ersten Zeiger 4, der zum Beispiel
die Stunden anzeigt, einen zweiten Zeiger 5, der beispielsweise
die Minuten anzeigt, und Anzeigemittel 6 von dem Typ umfaßt, die
in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 91108796.3 im Namen von Eta SA.
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beschrieben sind. Die verschiedenen
Komponenten sind in einem Gehäuse
oder einer Struktur 7 enthalten, die an einem Armband 9 befestigt
ist.
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Die 2 stellt
ein Funktionsdiagramm in Form von Blöcken des internen Aufbaus eines
erfindungsgemässen
Zeitmeßgeräts dar von
dem eine bevorzugte Ausführungsform
in 1 dargestellt ist.
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Im wesentlichen umfasst die Struktur 7 zusätzlich zu
den unter Bezugnahme auf 1 vorgenannten
Elementen ferner eine Antenne 10, einen GPS-Empfänger 11,
Datenverarbeitungsmittel 12, Auswahlmittel 13,
Mittel zur Dateneingabe 14, einen Motor 15, eine
interne Uhr 16 und eine Versorgungsquelle 17.
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Die Antenne 10 ist derart
ausgestaltet, daß sie
von einem Satelliten ausgestrahlte Signale empfangen kann, weist
einen Ausgang auf, der mit einem ersten Eingang des GPS-Empfängers 11 verbunden ist,
und kann vorteilhafterweise einen Teil oder die Gesamtheit des Zifferblatts 2 bilden.
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Vorzugsweise kann der GPS-Empfänger 11 vorteilhafterweise
elastische Wellenfilter (derzeit SAW-Filter genannt) in dem erfindungsgemässen Zeitmeßgerät verwenden.
Tatsächlich
liefert ein SAW-Filter im Vergleich zu klassischen Filtern (z. B. keramischen
Filtern) vergleichbare elektrische Eigenschaften, wie die Dämpfung,
wobei er dabei eine kleinere Abmessung aufweist, was besonders vorteilhaft
für Zeitmessanwendungen
ist.
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Der Ausgang des GPS-Empfängers 11 ist
mit einem ersten Eingang der Datenverarbeitungsmittel 12,
typischerweise einem Mikroprozessor, verbunden. Die Datenverarbeitungsmittel 12 umfassen
einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang der geeigneten Auswählmittel 13 verbunden
ist, um vom Benutzer des Zeitmeßgeräts bedient
zu werden, wobei ein dritter Eingang mit dem Ausgang der Mittel
zur Dateneingabe 14 verbunden ist und ein Ausgang mit einem
Eingang des Motors 15 verbunden ist, der mit den Zeigern 4 und 5 verbunden
und zum Antreiben der Zeiger 4 und 5 ausgestaltet
ist. Ein vierter Eingang der Datenverarbeitungsmittel 12 ist
mit der internen Uhr 16 verbunden, wie dies später beschrieben
wird.
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Die Auswählmittel 13 können aus
einem Druckknopf gebildet sein, der im Gehäuse 7 am Rand des
Zifferblatts 2 oder vorzugsweise am Mechanismus der Krone 3 montiert
ist, wobei die Auswählmittel 13 so
ausgestaltet sind, dass mehrere verschiedene Funktionen auswählbar sind.
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Die Mittel zur Dateneingabe 14 dienen
dazu, die Koordinaten des „Ziel"-Orts an die Datenverarbeitungsmittel 12 zu
liefern, d.h. die Breite, Länge
und Höhe,
und sind auf klassische Weise realisiert. Beispielsweise kann man
die nachfolgenden Lösungen im
Stand der Technik erwähnen.
In dem Fall, in dem das Zeitmeßgerät eine Armbanduhr
ist, beschreibt die europäische
Patentanmeldung Nr. 95117979.5 im Namen der Anmelderin der vorliegenden
Anmeldung erste Mittel zum Eingeben durch Durchblättern von Städten, Regionen
oder Ländern,
die auf einer Flüssigkristallanzeige
angezeigt werden, während
die Krone der Armbanduhr gedreht wird. Dieselbe Patentanmeldung
beschreibt zweite Eingabemittel mit einem beweglichen Zifferblatt,
das mit mehreren Markierungen versehen ist, die mehreren wichtigen
Städten
entsprechen, die jeweils in der Nähe der entsprechenden Markierung
eingetragen sind. In diesem Fall reicht es, dass der Benutzer der
Armbanduhr eine der Städte
auf dem Zifferblatt auswählt,
indem er den Minutenzeiger mit der entsprechenden Markierung ausrichtet.
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Ferner kann der Fachmann, wie dies
in der Technik bekannt ist, als Motor 15 einen Schrittmotor und
vorzugsweise einen rechts- und linksdrehenden Motor verwenden, um
eine Drehung der Zeiger 4 und 5 in beide Richtungen
zu ermöglichen.
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Die interne Uhr 16 (typischerweise
eine mit einem Quarzkristall verbundene Zeitbasis) weist einen ersten
Ausgang, der mit einem zweiten Eingang des GPS-Empfängers 11 verbunden
ist, und einen zweiten Ausgang auf, der mit dem vierten Eingang der
Datenverarbeitungsmittel 12 verbunden ist, um ein Zeitsignal
zu liefern.
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Die verschiedenen Komponenten der
in 2 dargestellten Struktur 7 werden
durch eine Versorgungsquelle 17, wie z. B. eine Batteriezelle
mit Spannung versorgt.
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Die Struktur vom in 2 dargestellten Typ weist eine Reihe
von Vorteilen auf. So gestattet die Verwendung eines rechts- und
linksdrehenden Motors eine Drehung der Zeiger in beiden Richtungen, was
es ermöglicht,
eine ausgearbeitete Bewegung der Zeiger zu definieren, aber auch
den Energieverbrauch zu verringern.
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Bezug nehmend auf 3 und 4 folgt
der Betrieb des erfindungsgemässen
Zeitmeßgeräts.
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Beispielhaft befindet sich der mit
der vorstehend beschriebenen Armbanduhr 1 ausgerüstete Benutzer
zunächst
an einem Punkt A und möchte
(z. B. laufend) einen Punkt B erreichen, von dem er die Breite,
die Länge
und die Höhe
kennt, die ein geographisches Koordinatentripel das mit (B1,
B2, B3) bezeichnet wird. Der Benutzer schaltet den Betriebsmodus „Richtung" durch die Auswählmittel 13 ein,
was in der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
zur Folge hat, dass die Zeiger 4 und 5 dazu veranlasst
werden, einander zu überlagern,
wie es in dem vorstehenden zitierten Dokument beschrieben ist, um
anzuzeigen, dass ein neuer Betriebszustand aktiviert worden ist.
Der Benutzer gibt dann das Koordinatentriplet (B1, B2, B3)
des Punkts B, dem „Ziel"-Punkt, mittels der
Mittel 14 zur Dateneingabe ein. Der Benutzer muss darauf
warten, durch den GPS-Empfänger 11 von
wenigstens vier Satelliten lokalisiert zu werden. Der GPS-Empfänger 11 speichert
dann die Zugangscodes der Satelliten, um es ihm zu ermöglichen,
schliesslich Informationen zu empfangen, ohne erneut darauf warten
zu müssen, lokalisiert
zu werden. Genauer genommen empfängt der
GPS-Empfänger 11 die
geographischen Koordinaten und die Zeit von wenigstens vier Satelliten
und folgert an Hand eines Berechnungsalgorhytmus, wie er aus dem
bereits zitierten Dokument „Radionavigation
Systems" von Börie Forssell
bekannt ist, die Position des Benutzers, die durch das Koordinatentripel (A1,
A2, A3) dargestellt wird, und liefert diese Information an
die Datenverarbeitungsmittel 12. Dann beginnt er, in irgendeine
Richtung, beispielsweise zu einem Punkt A' zu laufen und dann wird das Koordinatentripel
(A'1, A'2, A'3) durch den
GPS-Empfänger 11 bestimmt.
Der Betrieb des erfingungsgemässen Zeitmeßgeräts ist beispielhaft
mit Bezug auf vier Satelliten beschrieben, da wenigstens vier Satelliten
erforderlich sind, um das Koordinantentripel des Orts, an dem sich
der GPS-Empfänger 11 befindet,
zu berechnen, wie es bereits vorstehend erwähnt worden ist.
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So empfangen die Datenverarbeitungsmittel 12 drei
Koordinatentripel: Das Koordinatentripel (A1, A2, A3) des „Start"-Punkts, das Koordinatentripel (A'1, A'2, A'3) des „Bewegungs"-Punkts und das Koordinantentripel
(B1, B2, B3) des „Ziel"-Punkts. Im beschriebenen Beispiel wird
die aus den Zeigern 4 und 5 gebildete Einheit
dann durch eine kombinierte Wirkung der Datenverarbeitungsmittel 12 und
des Motors 15 bewegt, wie es in der europäischen Patentanmeldung
Nr. 95120717.4 beschrieben ist. Folglich werden, wenn der Benutzer
die 6h – 12h-Achse des Zifferblatts 2 der
Armbanduhr 1 als Referenzachse verwendet und letztere mit
der Richtung fluchten lässt,
in die er marschiert, d.h. die Richtung zwischen den Punkten A und A', die Zeiger 4 und 5 unter
der kombinierten Wirkung der Datenverarbeitungsmittel 12 und
des Motors 15 auf eine Weise bewegt, wie sie in der oben
zitierten europäischen
Patentanmeldung beschrieben ist, um die Richtung anzuzeigen, in
welche der Benutzer marschieren muss, um den „Ziel"-Punkt zu erreichen, d. h. d. h. die
Richtung zwischen dem Punkt A' und
dem Punkt B. So dirigiert sich der Benutzer, wenn er die 6h–12h-Achse
des Zifferblatts 2 der Armbanduhr 1 als Referenzachse
benutzt und letztere mit der Richtung ausrichtet, in die er marschiert,
zum "Ziel"-Punkt, wenn die
aus den Zeigern 4 und 5 gebildete Einheit mit
der 6h–12h-Achse
perfekt ausgerichtet ist, wie es in 4 am
Punkt A" dargestellt
ist.
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Beispielhaft reicht es in dem Fall
der oben beschriebenen Anwendung der vorliegenden Erfindung aus,
daß der
Benutzer sich auf einen Abstand von etwa 30 m begibt, damit er eine
Anzeige der Richtung des "Ziel"-Orts empfängt, wobei
dieser Abstand von der Auflösung
des GPS-Empfängers
abhängig
ist.
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In Varianten können Änderungen oder Verbesserungen
am Zeitmeßgerät vorgenommen
werden, das oben detailliert beschrieben ist.
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In einer Variante kann man das erfindungsgemäße Zeitmeßgerät auch mit
einer Flüssigkristallanzeige
vom in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 91108796.3 im Namen von Eta S. A. beschriebenen
Typ ausrüsten,
derart, daß eine
derartige Einheit mit Speichermitteln versehen ist, die es ermöglichen, vorhergehende
oder vorbestimmte Positionen anzuzeigen.
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In einer Variante kann das erfindungsgemäße Zeitmeßgerät ferner
mit Temperaturkompensationsmitteln in Kombination mit der internen
Uhr 16 versehen sein, beispielsweise durch Verwenden eines
temperaturkompensierten Oszillators, der unter dem Namen TXCO bekannt
ist (eine englische Abkürzung
von Temperature Control Crystal Oscillator). Es ist besonders vorteilhaft,
derartige Kompensationsmittel mit einem GPS-Empfänger zu verwenden. Tatsächlich ist
die Suche von Satelliten, die die Positionsbestimmung des Empfängers erlauben,
in gleichem Maße
schneller, wie die interne Uhr präzise ist, wobei die ideale
Situation diejenige ist, in der ein Versatz zwischen dem vom Satelliten
stammenden Uhrsignal und dem internen Uhrsignal nicht vorhanden ist.
Folglich machen derartige Kompensationsmittel die Verwendung des
Zeitmeßgeräts selbst
in extremen Umgebungen zuverlässig.
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In einer Variante kann man das erfindungsgemäße Zeitmeßgerät mit einer
externen Vorrichtung versehen, beispielsweise zur Anzeige einer
Navigationskarte.
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In einer weiteren Variante kann das
erfindungsgemäße Zeitmeßgerät zwei rechts
und links drehende Motoren umfassen, derart, daß die Bewegung der Zeiger des
Zeitmeßgeräts ausgearbeiteter sein
kann. Der zweite rechts und links drehende Schrittmotor kann zudem
ermöglichen,
das erfindungsgemäße Zeitmeßgerät mit einem
zusätzlichen Zeiger
zu versehen, um beispielsweise die Sekunden anzuzeigen.
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Es ist klar, daß der Fachmann eine große Zahl
von ergänzenden Änderungen
und Verbesserungen der detaillierten Beschreibung des erfindungsgemäßen analogen
Zeitmeßgeräts vornehmen kann,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise
kann es vorgesehen sein, eine andere als die 6h–12h-Achse des Zeitmeßgeräts als Referenzachse
zu verwenden, wobei die andere Achse durch eine auf dem Gerät angezeigte Richtung
und die räumliche
Position des Benutzers selbst gebildet sein kann.