EP0082821B1 - Montre électronique munie de moyens de détection du passage d'une aiguille par une position de référence - Google Patents

Montre électronique munie de moyens de détection du passage d'une aiguille par une position de référence Download PDF

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EP0082821B1
EP0082821B1 EP82810548A EP82810548A EP0082821B1 EP 0082821 B1 EP0082821 B1 EP 0082821B1 EP 82810548 A EP82810548 A EP 82810548A EP 82810548 A EP82810548 A EP 82810548A EP 0082821 B1 EP0082821 B1 EP 0082821B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
hand
detection
watch
signal
reference position
Prior art date
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Expired
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EP82810548A
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German (de)
English (en)
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EP0082821A1 (fr
Inventor
René Besson
Alphonse Bron
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ETA Manufacture Horlogere Suisse SA
Original Assignee
ETA Manufacture Horlogere Suisse SA
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Filing date
Publication date
Application filed by ETA Manufacture Horlogere Suisse SA filed Critical ETA Manufacture Horlogere Suisse SA
Publication of EP0082821A1 publication Critical patent/EP0082821A1/fr
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Publication of EP0082821B1 publication Critical patent/EP0082821B1/fr
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G7/00—Synchronisation

Definitions

  • the present invention relates to an electronic watch provided with means for detecting the passage of a needle through a reference position.
  • the invention relates to an electronic watch with hands which comprises electro-optical means for locating in time the passage of a hand or of several hands through a reference position.
  • a time base delivers hourly pulses which are used to control a motor, which drives the hands via a gear train.
  • the constant duration of the driving pulses is adjusted to a value such that, taking into account the voltage delivered by the battery, the electric energy supplied to the motor at each pulse is sufficient to advance the hands by one step even in the phases drive a date disc, if the watch has one. At least this is true as long as the battery voltage remains above a given threshold. Therefore, if the battery is in good working order, with each time pulse delivered by the time base, the time display members progress by a corresponding amount.
  • At least one of the hands used to display the time can be used to display other information such as the date, the day of the week, etc.
  • the motor is supplied on demand by motor pulses. particular which allow to bring one or more hands in front of graduations of the dial in order to display one of the non-hourly information.
  • motor pulses which no longer have anything to do with time pulses are counted in motor pulse counters.
  • the hourly pulses are stored in counters associated with the time base.
  • comparators compare the hourly information and the information contained in the drive pulse counters.
  • the normal duration of the driving pulses is determined in such a way that the energy contained in each pulse is sufficient to advance the hands by a corresponding number of steps, but insufficient when the torque which the motor must supply increases, for example when training the date disc.
  • the duration of the motor pulses must be increased when this torque increases.
  • Another detection mode consists in periodically checking whether a hand, for example the second hand, is passing through a reference position, at the instant of the appearance of the driving pulse associated with the time information corresponding to this position. In the latter case, it is therefore necessary to be able to locate the position of a hand at these precise times provided by the time base of the watch.
  • a first type of detector used consists of a cam which rotates in synchronism with one or more needles thanks to a mechanical connection between these members.
  • the cam for a precise angular position, closes an electrical contact which controls at its turn the emission of an electrical impulse.
  • the advantage of such a detector is that it is simple, but it is imprecise and unreliable. Furthermore, it can only be used with a unidirectional motor and it increases the energy which the motor must supply.
  • the watch includes a light emitting diode which emits a light beam passing through a window on the dial.
  • the needle carries on its inner face a mirror. When the needle is in the reference position, the mirror reflects the light beam towards a photo-transistor which thus detects the passage of the needle through the reference position.
  • the resolution of such a system is poor and its implementation unattractive.
  • the patent US-A-4 253 173 describes a watch in which a detection mobile is driven by the hour wheel. This mobile is pierced with an opening which lets a light beam pass from a transmitter to a sensor when the hour hand is in a reference position.
  • the movement of the detection mobile is very slow, which makes it imprecise to detect the passage of the needle through the reference position.
  • a first object of the invention is to provide an electronic watch with hands comprising an electro-optical detector of the passage of a needle through a reference position which makes it possible to obtain an improved resolution and a high reliability.
  • a second object of the invention is to provide such a watch which moreover comprises means for comparing the instant of the passage of the needle by the reference position with the instant when this passage must take place in view of a information internal to the watch, preferably the internal time of the watch, and to compensate for the advance or possible delay of the hands relative to the internal time of the watch, or the internal information.
  • the part of the watch concerned by the invention essentially comprises an optico-mechanical detection assembly which makes it possible to detect the passage of a hand through a reference position and a circuit associated with the normal circuit of the watch which makes it possible to operate the information supplied by the detector to possibly correct the position of the hand in the event of desynchronization between the position of the hand and the internal time of the watch given by the time base or other internal information.
  • the invention can be applied to watches whose hands are driven by a single motor, or to watches whose hands are driven by two motors, each motor driving for example a hand.
  • each motor driving for example a hand.
  • only the detection of the position of the minute hand of a watch having no second hand will be considered. It is however clear that the invention could equally well apply to the case of the hour or second hand.
  • the detector comprises a movable part constituted by the mobiles 6 and 8.
  • the mobile 6 is integral in rotation with an axis 10 pivotally mounted in the frame and which further carries a toothed pinion 12 meshing with the rest of the gear train driving the needles.
  • the driving mobile 6 has a first part 6a in the form of a disc which is provided on its periphery with a driving finger 14.
  • the driving mobile has a second part 6b also in the form of a disc whose diameter is smaller to that of portion 6a.
  • the portion 6b is provided on its periphery with a notch 16 admitting as an axis of symmetry a radius which is at the same time the axis of symmetry of the finger 14.
  • the detection mobile 8 also comprises a first portion 8a provided over its entire periphery of teeth 18 which can cooperate with the finger 14.
  • the mobile 8 comprises still a second portion 8b also having the shape of a disc whose diameter is greater than that of the portion 8a.
  • the entire periphery of the portion 8b is provided with n portions of concave cylindrical surfaces 20 separated from one another by edges 22. Each concave portion has the same plane of symmetry as the tooth 18 which is associated with it.
  • the mobile 8 comprises a single orifice 24 in which a mirror 26 is driven out, the reflecting face 26a of which is a spherical cap or preferably a slightly oval spherical cap. As shown in FIG. 2, the center of the mirror is arranged on a radius constituting an axis of symmetry for one of the teeth 18. The assembly of the mobile 8 is secured to an axis 28 pivotally mounted in the frame 2.
  • the portions 6a and 8a are arranged at the same level.
  • the same goes for portions 8b and 6b.
  • the radius of the portion 6b of the mobile 6 is substantially equal to that of the cylinder defining the portions of cylindrical surfaces 20 of the mobile 8. It is easily understood that, during the meshing phases, the finger 14 acts on one of the teeth 18 and drives the rotation of the mobile 8 of a sngle which is worth This rotation is possible thanks to the fact that, during the drive phase, an edge 22 can temporarily penetrate into the notch 16.
  • the cooperation of the lateral surface of the portion 6b of the mobile 6 with a cylindrical portion 20 of mobile 8 rotatably locks mobile 8 while allowing free rotation of mobile 6.
  • the detection assembly further comprises a light source 30 preferably constituted by a light emitting diode in the infrared and a light sensor 32 constituted for example by a photo-transistor. These components are fixed on a support 34 and electrically connected by electrical connections symbolized by 36 to a printed circuit 38 fixed on the support 34.
  • the printed circuit 38 is connected to the integrated circuit of the watch by any suitable means.
  • the link 36 represents the supply conductors of the light-emitting diode 30, the polarization conductors of the photo-transistor 32 (or of the photodiode) and the conductors for collecting the signal delivered by the light detector (photo-transistor) in response to the light beam applied to it.
  • the detection assembly 30, 32 is for example placed in a housing 40 closed by the transparent plate 42.
  • a window 44 is provided in the frame 2 to allow the passage of incident and reflected light beams. It clearly appears that the light detector 32 receives a light signal only if the light-emitting diode 30 is energized and the mirror is placed opposite the light emitter 30 in such a way that it returns a significant part to the detector 32 of the incident light beam.
  • the mobile 8 has an outside diameter of 4 mm, which does not occupy an important place in the watch.
  • the reflecting surface 26a of the mirror 26 which is a spherical cap has a diameter of 1 mm.
  • the motor driving the minute and hour hands makes 120 steps per hour, that is to say per dial turn of the minute hand.
  • the mobile 8 making 15 steps per revolution, that is to say per hour, the mobile 6 must make one revolution every four minutes, that is to say one revolution for eight steps of the engine.
  • the mobile 6 must be mounted in the gear train so that it effectively has this speed of rotation.
  • the mirror 26 is therefore moved every four minutes, ie every eight steps of the engine.
  • the duration of the meshing phase between the mobiles 6 and 8 corresponds to two steps of the engine in the example considered.
  • the engagement time could be equal to one step of the motor.
  • the fact that the mobile 8 takes only 15 steps instead of 120 per revolution of the needle represents a very important advantage for the resolution of the system, while making it possible to limit the diameter of the mobile 8.
  • a diameter of the reflecting surface 26a of the mirror it is possible to reduce the diameter D of the circle on which the mirror is centered, since by reducing the number of steps made by the mobile 8 per revolution, the angle at the center is increased, separating two positions successive from the center of the mirror.
  • the assembly constituted by the mobiles 6 and 8 therefore behaves like a mechanical amplifier of rotation with respect to the devices of the prior art. This improves the resolution of the needle position detection without increasing the size of the mechanical part of the detection device.
  • n must be strictly greater than or equal to two for there to be detection. In fact it must be significantly greater than two so that the locking between the mobiles 6 and 8 is technologically possible.
  • n must be less than p for there to be an amplification effect. In fact, for there to be an improvement in the resolution, the number n must be significantly less than p.
  • the passage of the mirror 26 in front of the optical detector corresponds to g different positions of the needle.
  • Such a detector therefore does not allow the position of the needle to be initialized.
  • Figures 3a and 3b illustrate two variants of the optical system of Figure 1.
  • the mirror 26 is replaced by a diaphragm 26 'formed in the mobile 8.
  • the transmitter and receiver 30 and 32 are arranged on either side of the mobile 8 and are coaxial.
  • the detector 32 and the transmitter 30 are arranged side by side and on the same side with respect to the mobile 8.
  • the mobile 8 is pierced with a diaphragm 26 'and an identical concave mirror 26 " to the mirror 26 of FIGS. 1 and 2 is arranged facing the emitter and the detector, the mirror 26 "and the detector-emitter assembly being arranged on either side of the mobile 8.
  • the transmitter and the receiver are fixed and an optical device constituted by a mirror or a diaphragm is secured to the mobile 8, this device allowing the light beam to reach the detector only if it occupies a corresponding angular position. when the needle passes through the or through a reference position.
  • the operation of the actual detector is obvious from the preceding description. While the light-emitting diode 30 is supplied, it emits a light beam towards the mobile 8. As long as the mirror 26 is not opposite the emitter 30, the photo-transistor receives no light or at least no significant light level . It therefore does not deliver any detection signal. On the contrary if the mirror is in front of the transmitter 30, the receiver 32 receives a reflected light beam of significant level and it delivers a detection signal.
  • FIGS. 8a and 8b illustrate alternative embodiments of the detector in the case where the detection is carried out when two watch hands occupy a determined position, for example when the hour hand and the minute hand both occupy the 12 o'clock position on the dial.
  • the detector comprises a second mobile 8 'having the same axis of rotation as the mobile 8 and which is kinematically linked to the movement of the hour hand.
  • the mobile 8 makes one revolution per revolution of the minute hand while the mobile 8 'makes one revolution or half a revolution per revolution of the hour hand.
  • the detection will be done each time the two hands are in the 12 o'clock position or for a passage on two of the hands through the 12 o'clock position.
  • a distinction is made between noon and midnight.
  • the mobile 8 ′ makes a turn when the needle associated with it makes m turns (m ⁇ 3).
  • the mobile 8 has a mirror 27, the active face 27a of which is concave and faces the mobile 8 '.
  • the mobile 8 ' is provided with a hole 29, the center of which is located at the same distance from the axis of rotation as that of the mirror 27.
  • the light source 30 and the light detector 32 are found, which are fixed relative to the watch case.
  • the mobile 8 ' is mounted between the mobile 8 and the transmitter-receiver assembly 30-32. It is easily understood that, as long as the mobile 8 ′ is not in the reference position, the mobile 8 receives no light. When the orifice 29 is at least partially vis-à-vis the transmitter, the mobile 8 receives light, but this is not reflected.
  • the mirror 27 and the hole 29 are superimposed and arranged with respect to the light emitter.
  • the portion of the face 8'a which passes in front of the transmitter 30 is provided with ridges 31 which return the light emitted by the emitter 30 out of the sensitive face of the receiver.
  • Figure 8b shows another embodiment of the optical system.
  • the mobile 8 has on its periphery a support 33 for a concave mirror 35 corresponding to a reduced sector of the mobile 8.
  • the mobile 8 ′ carries on a reduced sector of its periphery a second concave mirror 37.
  • the two mirrors 35 and 37 face each other. Their optical parameters are such that, in this configuration, and in this configuration alone, the beam emitted by the light source 30 is returned to the receiver 32.
  • detection occurs when there is a given optical relationship between the positions of the optical devices mounted on the two detection mobiles.
  • the detection could also be done from the position of the minute hand and that of the seconds.
  • the operation of the detector It concerns the electrical consumption of the detector. It is obvious that in a watch it is necessary to reduce as much as possible the electric consumption to increase the lifespan of the battery supplying the watch. However, a photodiode represents a high consumption on the scale of the watch. It is therefore advantageous to limit the supply time of the diode 30.
  • the engagement time between the mobiles 6 and 8 corresponds to two steps of the motor. Between these two steps, the position of the mobile 8 is uncertain. More generally, the engagement time T is x. t, being an integer and t the time taken by the needle to cross a step. In the particular case described is worth 2. On the other hand the motor makes 120 steps per hour for the minute hand. Motor impulses are alternately positive and negative.
  • an even driving pulse brings the minute hand to a scale of the minutes and that a negative driving pulse brings the minute hand to an intermediate position between two scales of minutes.
  • the end of an engagement phase of the mobiles 6 and 8 coincides with a positive driving impulse.
  • the reference position is chosen to coincide with a scale of the minutes, for example the zero scale. Consequently, it suffices to supply the transmitter 30 with a time t o after each positive driving pulse.
  • Figures 7a and 7b illustrate the control of the transmitter 30, 1 0 and 1, representing two respectively positive and negative driving pulses. In normal operation they are offset by 30 seconds. Their duration is for example of the order of 5 ms. J o represents the diode supply pulse. This pulse lasts for example 1 ms, and the offset t o is worth 12 ms. Thus the number of times that the diode is supplied is reduced, and the duration of each supply period is short. In the following description, the signal delivered by the detector 32 will be given the value 1 when the mirror 26 is opposite the transmitter 30 and the value zero otherwise.
  • Detection is carried out at each normal revolution of the minute hand.
  • the emitting diode 30 is supplied at the instants 59 minutes and 60 minutes defined by the time base of the watch, the reference position being the zero graduation. This gives a number of two binary digits, the one on the right giving the value of the detection signal at the 60th minute and the one on the left the value of the signal at the 59th minute.
  • the hand is late or advances at least 5 minutes. Indeed, the mirror only rotates every eight motor steps, that is to say every four minutes.
  • the needle is one, two or three minutes early. The fact that there are three possible values is due to the fact that the mobile 8 only moves every four minutes.
  • FIG. 4 shows the general organization of the part of the circuit of the watch which makes it possible to readjust the position of the minute hand to the internal time given by the time base of the watch.
  • the oscillator 40 of the watch which conventionally delivers a periodic signal, for example, at 32,768 Hz.
  • This signal is introduced into a frequency generator 42 which can deliver at least one periodic signal.
  • this signal has a frequency of 1/30 Hz or 64 Hz.
  • the periodic signal is applied to the input of the forming circuit 44, or "driver”, which applies to the stepper motor 46 alternating driving pulses at said frequency.
  • the motor 46 drives one or two hands 48, 48 ′ which serve, for example, to display the minute and the hour, by means of a gear train symbolized by 50.
  • the gear train 50 also drives the transmission mobile 6. This advances the detection mobile 8 which carries the mirror by one step every four minutes.
  • the transmitter 30 is controlled by a supply circuit 52 which determines the moment of excitation of the transmitter 30 and the duration and shape of the excitation pulse (for example 1 ms).
  • the current or voltage delivered by the detector 32 is shaped in the circuit 54 to deliver a logic signal S.
  • the signal has the value 1 if the mirror is opposite the transmitter-receiver assembly and the value 0 otherwise.
  • a logic circuit bearing the general reference 56 controls the implementation of the method for synchronizing the position of the minute hand with the internal time of the watch given by the frequency generator 42.
  • the logic circuit 56 receives on its inputs 56a and 56b the logic signal S and the periodic signal delivered by the frequency generator 42. It delivers on its output 56 ′ a signal for controlling the frequency delivered by the generator 42 and on its output 56'b a control signal from the supply circuit 52.
  • FIG. 5 shows in more detail the organization of logic circuit 56 and the various associated circuits.
  • the frequency generator 42 is constituted by several division stages 60. They deliver on their output 60a a signal of frequency 1/30 Hz used for the normal control of the motor and on their output 60b a signal of frequency 64 Hz allowing to drive the engine at high speed.
  • the outputs 60a and 60b are connected to the forming circuit 44 by a controllable switch 62. It goes without saying that the switch 62 is in fact produced by semiconductor elements, for example complementary MOS transistors.
  • the logic circuit 56 comprises a counter by 120 referenced 64 which receives on its clock input 64a the frequency signal 1/30 Hz.
  • the counter 64 delivers on its output 64a a pulse each time it has counted 120 applied pulses at its clock input.
  • the counter 64 is associated with a comparator 66 which constantly compares the state of the counter 64 with the value 118.
  • the comparator delivers a signal on its output 66'a when the content of the counter 64 changes to 118. It is easily understood that the comparator 66 delivers a signal for each 59th minute, and that the counter 64 delivers a pulse for each 60th minute.
  • the outputs 64'a and 66'a are connected to two inputs of an OR gate 68.
  • the output of the gate 68 drives a circuit 70 for controlling the supply circuit 52 of the transmitter 30.
  • the circuit 56 also includes a shift register 72.
  • the register 72 is supplied by the output of the shaping circuit 54 of the signal delivered by the receiver 32 through the delay circuit 73 whose time constant is of the order 1 ms. It also includes a reset input 72a.
  • the comparator 71 is activated only when the signal delivered by the comparator 66 appears. Its purpose is therefore only to compare the value of the signal S resulting from detection at the 59th minute. It delivers a signal on its output 71 a if its input is zero.
  • the register 72 is associated with a digital comparison circuit 74 which compares the state of the register 72 with the number 01 at the times when the transmitter is supplied.
  • circuit 74 delivers a signal on its output 74a, and if not, it delivers a signal on its output 74b. It is clear that the purpose of register 72 is to store the last two values of the detection signal 5.
  • the output 74b of the comparator 74 is connected to an input of an OR gate 76 via the blocking circuit 78. The purpose of this circuit is to allow only one pulse applied to its input 78a to pass unblocking pulse is not applied to its control input 78b. This control input 78b is connected to the output 66'a of the comparator 66.
  • the OR gate 76 receives on its second input the signal delivered by the comparator 71, and the output of the gate 76 is connected to the reset input at zero 72a of register 72.
  • the switch 62 is controlled by a circuit 80.
  • the circuit 80 delivers a level 0 signal which brings the switch 62 to position 0 if a signal is applied to its N input. It delivers a level 1 signal which brings the switch 62 in position 1 if a signal is applied to its input R.
  • the formatter circuit 44 receives pulses of high frequency 64 Hz.
  • the logic circuit 56 also comprises a parity detector 82 which is connected to the output 60b of the divider 60. It lets the pulse applied to its input pass only if it is of even rank, that is to say if it controls the application to the motor d 'a positive driving impulse.
  • the output of the detector 82 is connected on the one hand to an input of the OR gate referenced 68 and on the other hand to the clock input 84a of a counter by 60 referenced 84.
  • the counter 84 has an input reset 84b.
  • the input 84b is connected to the output of the control circuit 80 so that the counter 84 is kept at zero as long as the circuit 80 maintains the switch 62 in the position 0. In other words the counter 84 does not count the even pulses of the signal at 64 Hz only when these are applied to the forming circuit.
  • the output 84c of the counter 84 which delivers a pulse each time 60 even pulses have been counted, is connected to an input of an OR gate referenced 86 whose output is connected to the input N of the control circuit 80.
  • This output is also connected to the power supply control circuit 70 of the transmitter to then prohibit the supply of power to the transmitter.
  • the other input of gate 86 is connected to the output 74a of the comparator 74 via the calculation circuit 88.
  • the output 74b of the comparison circuit 74 is connected to the input R of the control circuit 80 of the switch 62.
  • the normal pulses at 1 / 30th of Hz counted by the counter 64 are compared with the value 118 by the test referenced 100 (comparator 66). If the rank of the pulse is different from 118, it is compared to 120 by test 102 (counter 64). If the rank is also different from 120, we return to the entry for test 100. This means that the 59th minute has not yet been reached. If the rank of the pulse is equal to 118, at 104 the register 72 is set to zero (the content of which is called SR in the flowchart) and the transmitter 30 is supplied. The value of the signal S delivered by the detector 32 is loaded into the register 72 at 106.
  • step 102 the sensor is supplied with 112 and the value of the signal S delivered by the detector 32 is entered in register 72 during step 114.
  • step 116 we compare the content SR of register 72 to 01, which is done by comparator 74. If SR is 01 we return to operation 100. Indeed, this means that the minute hand is in phase with the internal time of the watch. If on the contrary SR is different from the value 01, we go to operation 110 which consists in resetting the register 72 to zero. This operation is performed by the gate 76 and by the circuit 78 which is not blocked since it is the first time that a comparison is made.
  • SR As SR is different from 01, a signal is applied to the input R of the control circuit of the switch 62. These are therefore pulses at 64 Hz which are applied to the formatter circuit 44. These operations are symbolized by the references 118 and 120 of FIG. 6.
  • the parity of the fast pulse is tested (circuit 82). If the pulse is odd we return to operation 120. If the pulse is even, its rank is compared to 60 during operation 124. Concretely this comparison is made by the counter 84. If the rank is equal to 60 we return to the start operation 100. This means that the needle position error has not been corrected, but that the correction is nevertheless stopped so as not to drain the battery. This instruction results in the fact that the circuit 80 receives a signal on its input N. The pulses at 1/30 Hz are therefore again applied to the motor. If the rank of the even pulse is less than 60, the transmitter 30 is supplied (operation 126) and the value of the corresponding signal S is loaded into the register 72 at 128.
  • This new content is compared to the value 01 (operation 130). This is achieved by the comparator 74. If the content is different from 01 we return to operation 120, that is to say that a new fast pulse is processed. As this is not the first comparison, the circuit 78 is blocked and the register 72 is therefore not reset. On the other hand, it is always the fast pulses which are applied to the forming circuit 44 since it is on its input R that the control circuit 80 receives a pulse. If on the contrary the content of 72 is equal to 01, the circuit 80 receives a pulse on its input N. It is therefore again pulses of normal frequency which are applied to the forming circuit. The circuit 88 calculates the number N of pulses to be applied to the motor to put the hand exactly in phase with the internal time of the watch (operation 132).
  • the correction In the case where the high frequency is equal to 64 Hz, the correction lasts a maximum of 2 seconds. During the duration of the correction, the generator 60 did not emit any time pulse. The minute hand must therefore remain on the graduation 60. The calculation circuit 88 is therefore not useful, and N is zero. In the case where the second hand has to be reset, the time signal can have a frequency of 2 Hz. If the high frequency signal has a frequency of 64 Hz, the correction may require 120 motor steps, this correction can take approximately 2 seconds. During this time, the generator 60 has delivered several time pulses, so the hand must no longer occupy position 0 but another position. The circuit 88 calculates the number N of hourly pulses delivered and sends N additional rapid pulses to the trainer circuit 44.
  • the optical detection is carried out every two periods of the signal delivered by the frequency generator 42, whether it act of the signal at 1 / 30th Hz or of the signal at 64 Hz. More generally if the engagement time of the two mobiles 6 and 8 corresponds to x pitch of the motor, detection will be carried out every x periods of the periodic signal actually applied to the motor (1 / 30th of Hz or 64 Hz).
  • the control is done when the needle is driven at its normal speed, that is to say by pulses at 1 / 30th of Hz.
  • a needle or the hands it is known to use a needle or the hands to display information other than the present time. You can display a wake-up time, date, month, etc.
  • the watch includes memories which contain information representative of the position which the hand must occupy in order to display the selected information.
  • one solution is to apply rapid pulses to the motor, for example at 64 Hz.
  • the number of pulses to be applied is determined from the content of the memory storing the position of the information to display and the content of the present time counters.
  • the needle can pass through the reference position. It is interesting to compare the actual position of the needle with its theoretical position during this fast-running phase. It is easy to see that the problem is not not significantly changed.
  • the difference lies first in the fact that the correction signal to be applied if necessary and the motor control signal have the same frequency. It doesn't matter. Then the difference lies in the way in which the moments when the control must be carried out are elaborated.
  • circuit of FIG. 5 is only an example of embodiment using discrete logic circuits.
  • the flow diagram of FIG. 6 shows that the circuit 56 could just as easily be produced using a microprocessor.
  • the actual detector effectively solves the problem of locating the position of the hand in a watch. It has good resolution, that is to say that there is no risk of detection error between two successive angular positions. However, the whole detector has reduced dimensions which make it easily accommodatable in the movement of the watch.

Description

  • La présente invention a pour objet une montre électronique munie de moyens de détection du passage d'une aiguille par une position de référence.
  • De façon plus précise l'invention concerne une montre électronique à aiguilles qui comporte des moyens électro-optiques pour repérer dans le temps le passage d'une aiguille ou de plusieurs aiguilles par une position de référence.
  • Dans les montres électroniques classiques à affichage par aiguilles, une base de temps délivre des impulsions horaires qui servent à commander un moteur, celui-ci entraînant les aiguilles par l'intermédiaire d'un train d'engrenages. La durée constante des impulsions motrices est réglée à une valeur telle que, compte-tenu de la tension délivrée par la batterie, l'énergie électrique fournie au moteur à chaque impulsion soit suffisante pour faire progresser les aiguilles d'un pas même dans les phases d'entraînement d'un disque de quantième, si la montre en est munie. Du moins cela est vrai tant que la tension de la batterie reste au-dessus d'un seuil donné. Donc, si la batterie est en bon état de fonctionnement, à chaque impulsion horaire délivrée par la base de temps, les organes d'affichage du temps progressent d'une quantité correspondante.
  • Cependant, quelles que soient les précautions prises pour calculer et réaliser le moteur, il n'existe bien sûr aucun lien mécanique entre le stator du moteur dont la bobine reçoit les impulsions motrices et le rotor qui est mécaniquement relié au train d'engrenages et donc aux organes d'affichage du temps. Donc, si un choc important est appliqué à l'ensemble de la montre, le rotor peut tourner d'un ou plusieurs pas dans un sens ou dans l'autre sans qu'une impulsion motrice soit appliquée à la bobine. Ou bien, si un choc se produit lors de l'application d'une impulsion motrice, ce choc peut empêcher la rotation du moteur ou provoquer une rotation dans un sens non désiré. En résumé, dans tous ces cas la position des aiguilles ne correspond plus à l'heure interne de la montre, c'est-à-dire aux impulsions motrices délivrées par la base de temps. Pour remédier à ce défaut de fonctionnement il est donc nécessaire de pouvoir comparer périodiquement la position réelle d'une ou de plusieurs aiguilles avec la position qu'elles devraient avoir au vu de l'heure interne de la montre.
  • Dans d'autres montres électroniques au moins une des aiguilles servant à afficher le temps peut servir à afficher une autre information telle que le quantième, le jour de la semaine etc.. Dans ce cas le moteur est alimenté à la demande par des impulsions motrices particulières qui permettent d'amener une ou plusieurs aiguilles en face de graduations du cadran afin d'afficher une des informations non horaires. Ces impulsions motrices qui n'ont plus rien à voir avec les impulsions horaires sont comptées dans des compteurs d'impulsions motrices. Afin de conserver l'information horaire pendant ces phases d'affichage d'informations non horaires, les impulsions horaires sont mémorisées dans des compteurs associés à la base de temps. Pour remettre les aiguilles dans leur position correspondant à l'affichage du temps actuel, après une des phases d'affichage mentionnées précédemment, des comparateurs comparent l'information horaire et l'information contenue dans les compteurs d'impulsions motrices. On envoie au moteur des impulsions motrices jusqu'à ce qu'il y ait identité entre le contenu des compteurs d'impulsions horaires et d'impulsions motrices. Les aiguilles affichent alors à nouveau l'information horaire. Ce même problème se pose si la montre analogique présente une fonction réveil (affichage de l'heure de réveil) ou une fonction chronomètre. Dans tous ces cas il est nécessaire de disposer d'une information absolue de référence de la position des aiguilles. Il s'agit par exemple d'un signal qui est délivré par un détecteur à chaque fois qu'une ou plusieurs aiguilles passent par une position déterminée.
  • Dans certaines montres analogiques la durée normale des impulsions motrices est déterminée de telle manière que l'énergie contenue dans chaque impulsion soit suffisante pour faire avancer les aiguilles d'un nombre de pas correspondant, mais insuffisante lorsque le couple que doit fournir le moteur augmente, par exemple lors de l'entraînement du disque de quantième. Bien-entendu, il faut augmenter la durée des impulsions motrices lorsque ce couple augmente. Cette solution est intéressante car elle permet d'adapter l'énergie électrique fournie au moteur à l'énergie mécanique que celui-ci doit fournir. Pour détecter que l'énergie électrique fournie n'a pas été suffisante pour faire tourner le moteur une première solution consiste à détecter durant ou immédiatement après chaque impulsion motrice si le rotor a effectivement tourné. Cette détection se fait directement ou indirectement par une mesure de la tension induite du moteur. Un autre mode de détection consiste à vérifier périodiquement si une aiguille, par exemple l'aiguille des secondes, passe bien par une position de référence, à l'instant d'apparition de l'impulsion motrice associée à l'information horaire correspondant à cette position. Dans ce dernier cas il est donc nécessaire de pouvoir repérer la position d'une aiguille à ces instants précis fournis par la base de temps de la montre.
  • On voit donc qu'il existe de nombreuses configurations de montres dans lesquelles il est nécessaire de pouvoir repérer la position d'une ou de plusieurs aiguilles. C'est pourquoi on utilise déjà dans des montres des détecteurs de la position des aiguilles.
  • Un premier type de détecteur utilisé est constitué par une came qui tourne en synchronisme avec une ou plusieurs aiguilles grâce à une liaison mécanique entre ces organes.
  • La came, pour une position angulaire précise, ferme un contact électrique qui commande à son tour l'émission d'une impulsion électrique. Un tel détecteur présente l'avantage d'être simple, mais il est peu précis et peu fiable. En outre il n'est utilisable qu'avec un moteur unidirectionnel et il augmente l'énergie que doit fournir le moteur.
  • Un autre détecteur connu est du type électro-optique. Un tel détecteur est décrit dans la demande de brevet japonais 47 834/80 publiée le 2 décembre 1980. La montre comprend une diode électroluminescente qui émet un faisceau lumineux traversant par un guichet le cadran. L'aiguille porte sur sa face intérieure un miroir. Lorsque l'aiguille est dans la position de référence, le miroir réfléchit le faisceau lumineux vers un photo-transistor qui détecte ainsi le passage de l'aiguille par la position de référence. Cependant la résolution d'un tel système est médiocre et son implantation peu esthétique.
  • Le brevet US-A-4 253 173 décrit une montre dans laquelle un mobile de détection est entraîné par la roue des heures. Ce mobile est percé d'une ouverture qui laisse passer un faisceau lumineux d'un émetteur vers un capteur lorsque l'aiguille des heures est dans une position de référence.
  • Le déplacement du mobile de détection est très lent, ce qui rend imprécise la détection du passage de l'aiguille par la position de référence.
  • Pour remédier à ces inconvénients un premier objet de l'invention est de fournir une montre électronique à aiguilles comportant un détecteur électro-optique du passage d'une aiguille par une position de référence qui permette d'obtenir une résolution améliorée et une grande fiabilité.
  • Un deuxième objet de l'invention est de fournir une telle montre qui comporte de plus des moyens pour comparer l'instant du passage de l'aiguille par la position de référence avec l'instant où ce passage doit avoir lieu au vu d'une information interne à la montre, de préférence l'heure interne de la montre, et pour compenser l'avance ou le retard éventuel des aiguilles par rapport à l'heure interne de la montre, ou l'information interne.
  • Ces buts sont atteints par l'invention grâce aux moyens revendiqués.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles:
    • - la figure 1 est une coupe en élévation d'une partie d'une montre selon l'invention montrant le dispositif de détection du passage de l'aiguille par la position de référence, cette figure illustrant plus particulièrement la partie mécanique et la partie optique du détecteur;
    • - la figure 2 est une vue de dessus des éléments mobiles du détecteur représenté sur la figure 1 ;
    • - les figures 3a et 3b sont des schémas simplifiés illustrant deux variantes possibles de réalisation de la partie optique du détecteur représenté sur la figure 1;
    • - la figure 4 est un schéma simplifié de la partie du circuit de la montre permettant de corriger éventuellement la position de l'aiguille en fonction des indications données par le détecteur de position;
    • - la figure 5 est un schéma plus détaillé de l'ensemble logique de commande du circuit représenté sur la figure 4;
    • - la figure 6 montre un organigramme expliquant le fonctionnement du circuit selon l'invention pour corriger la position des aiguilles et éventuellement pour initialiser la position des aiguilles;
    • - les figures 7a et 7b sont des diagrammes de temps expliquant la façon dont on définit les instants de détection; et
    • - les figures 8a et 8b montrent deux variantes de réalisation du dispositif de détection pour détecter le passage de deux aiguilles par une position de référence.
  • La partie de la montre concernée par l'invention comprend essentiellement un ensemble de détection optico-mécanique qui permet de détecter le passage d'une aiguille par une position de référence et un circuit associé au circuit normal de la montre qui permet d'exploiter l'information délivrée par le détecteur pour corriger éventuellement la position de l'aiguille en cas de désynchronisation entre la position de l'aiguille et l'heure interne de la montre donnée par la base de temps ou une autre information interne.
  • Par ailleurs, l'invention peut s'appliquer à des montres dont les aiguilles sont entraînées par un seul moteur, ou à des montres dont les aiguilles sont entraînées par deux moteurs, chaque moteur entraînant par exemple une aiguille. Dans l'exemple particulier considéré on ne considérera que la détection de la position de l'aiguille des minutes d'une montre n'ayant pas d'aiguille de secondes. Il est cependant clair que l'invention pourrait aussi bien s'appliquer au cas de l'aiguille des heures ou des secondes.
  • En se référant aux figures 1 et 2 on va tout d'abord décrire le détecteur de position proprement dit.
  • On a représenté sur la figure 1 une partie du bâti 2 du mouvement de la montre, la ligne 4 symbolisant le cadran. Le détecteur comprend une partie mobile constituée par les mobiles 6 et 8. Le mobile 6 est solidaire en rotation d'un axe 10 monté pivotant dans le bâti et qui porte en outre un pignon denté 12 engrenant avec le reste du train d'engrenages entraînant les aiguilles. Le mobile 6 d'entraînement comporte une première partie 6a en forme de disque qui est munie sur sa périphérie d'un doigt d'entraînement 14. Le mobile d'entraînement comporte une deuxième partie 6b également en forme de disque dont le diamètre est inférieur à celui de la portion 6a. La portion 6b est munie sur sa périphérie d'une encoche 16 admettant comme axe de symétrie un rayon qui est en même temps l'axe de symétrie du doigt 14. Le mobile de détection 8 comprend également une première portion 8a munie sur toute sa périphérie de dents 18 pouvant coopérer avec le doigt 14. Le mobile 8 comprend encore une deuxième portion 8b ayant également la forme d'un disque dont le diamètre est supérieur à celui de la portion 8a. La totalité de la périphérie de la portion 8b est munie de n portions de surfaces cylindriques concaves 20 séparées les unes des autres par des arêtes 22. Chaque portion concave admet le même plan de symétrie que la dent 18 qui lui est associée. Enfin le mobile 8 comprend un orifice unique 24 dans lequel est chassé un miroir 26 dont la face réfléchissante 26a est une calotte sphérique ou de préférence une calotte sphérique légèrement ovalisée. Comme le montre la figure 2 le centre du miroir est disposé sur un rayon constituant un axe de symétrie pour une des dents 18. L'ensemble du mobile 8 est solidaire d'un axe 28 monté pivotant dans le bâti 2.
  • Dans un plan vertical les portions 6a et 8a sont disposées à un même niveau. Il en va de même pour les portions 8b et 6b. Le rayon de la portion 6b du mobile 6 est sensiblement égal à celui du cylindre définissant les portions de surfaces cylindriques 20 du mobile 8. On comprend aisément que, lors des phases d'engrènement, le doigt 14 agit sur une des dents 18 et entraîne la rotation du mobile 8 d'un sngle qui vaut
    Figure imgb0001
    Cette rotation est possible grace au fait que, pendant la phase d'entraînement, une arête 22 peut temporairement pénétrer dans l'encoche 16. Au contraire, en dehors des phases d'entraînement, la coopération de la surface latérale de la portion 6b du mobile 6 avec une portion cylindrique 20 du mobile 8 verrouille en rotation le mobile 8 tout en permettant une libre rotation du mobile 6.
  • L'ensemble de détection comprend en outre une source lumineuse 30 constituée de préférence par une diode émettrice de lumière dans l'infra-rouge et un capteur de lumière 32 constitué par exemple par un photo-transistor. Ces composants sont fixés sur un support 34 et reliés électriquement par des connexions électriques symbolisées par 36 à un circuit imprimé 38 fixé sur le support 34. Le circuit imprimé 38 est relié au circuit intégré de la montre par tout moyen convenable. La liaison 36 représente les conducteurs d'alimentation de la diode électroluminescente 30, les conducteurs de polarisation du photo-transistor 32 (ou de la photodiode) et les conducteurs pour receuillir le signal délivré par le détecteur lumineux (photo-transistor) en réponse au faisceau lumineux qui lui est appliqué. L'ensemble de détection 30, 32 est par exemple placé dans un logement 40 fermé par la plaque transparente 42. Une fenêtre 44 est ménagée dans le bâti 2 pour permettre le passage des faisceaux lumineux incident et réfléchi. Il apparaît clairement que le détecteur lumineux 32 ne reçoit un signal lumineux que si la diode électroluminescente 30 est excitée et le miroir est disposé visà-vis de l'émetteur de lumière 30 de telle façon qu'il renvoit vers le détecteur 32 une partie significative du faisceau lumineux incident.
  • A titre d'exemple le mobile 8 a un diamètre extérieur de 4 mm, ce qui n'occupe pas une place importante dans la montre. La surface réfléchissante 26a du miroir 26 qui est une calotte sphérique a un diamètre de 1 mm. Le mobile 8 comporte 15 dents 18 (n = 15). Le mobile fait dont 15 pas par tour.
  • Malgré ces dimensions réduites, il n'y a qu'un léger recouvrement entre les différentes positions occupées successivement par le miroir. Ce résultat, combiné à la concavité du miroir, fait que le signal lumineux recueilli par le détecteur de lumière 32 n'est significatif que pour une seule position du miroir.
  • Dans l'exemple considéré le moteur entraînant les aiguilles des minutes et des heures fait 120 pas par heure, c'est-à-dire par tour de cadran de l'aiguille des minutes. Le mobile 8 effectuant 15 pas par tour, c'est-à-dire par heure, le mobile 6 doit faire un tour toutes les quatre minutes, c'est-à-dire un tour pour huit pas du moteur. Le mobile 6 doit être monté dans le train d'engrenages de telle façon qu'il ait effectivement cette vitesse de rotation. Le miroir 26 est donc déplacé toutes les quatre minutes soit tous les huit pas du moteur. La durée de la phase d'engrènement entre les mobiles 6 et 8 correspond à deux pas du moteur dans l'exemple considéré. Bien entendu dans d'autres modes de réalisation le temps d'engrènement pourrait être égal à un pas du moteur.
  • Le fait que le mobile 8 ne fasse que 15 pas au lieu de 120 par tour de l'aiguille représente un avantage très important pour la résolution du système, tout en permettant de limiter le diamètre du mobile 8. En effet, pour un diamètre de la surface réfléchissante 26a du miroir il est possible de réduire le diamètre D du cercle sur lequel est centré le miroir, puisqu'en diminuant le nombre de pas que fait le mobile 8 par tour, on augmente l'angle au centre, séparant deux positions successives du centre du miroir. L'ensemble constitué par les mobiles 6 et 8 se comporte donc comme un amplificateur mécanique de rotation vis-à-vis des dispositifs de l'art antérieur. Cela permet d'améliorer la résolution de la détection de position de l'aiguille sans augmenter l'encombrement de la partie mécanique du dispositif de détection.
  • Cette valeur n = 15 correspond à un bon compromis entre la résolution pour des dimensions données des mobiles et le couple dont il est nécessaire de disposer pour entraîner en rotation le mobile 8. Par ailleurs, il est possible d'entraîner le mobile 6 de manière qu'il fasse un tour pour 8 pas du moteur. Cependant il serait possible d'envisager d'autres rapports. D'un point de vue général on a la relation: p = k x n; dans laquelle p est le nombre de pas de l'aiguille pour effectuer un tour du cadran, et k est le nombre de pas du moteur nécessaire pour que le mobile 6 fasse un tour. Bien entendu, n doit être strictement supérieur ou égal à deux pour qu'il y ait détection. En fait il doit être nettement supérieur à deux pour que le verrouillage entre les mobiles 6 et 8 soit technologiquement possible. De même il faut que n soit inférieur à p pour qu'il y ait effet d'amplification. En fait, pour qu'il y ait amélioration de la résolution, il faut que le nombre n soit sensiblement inférieur à p.
  • Une autre possibilité pour que la résolution soit améliorée sans augmenter les dimensions du mobile 8 consiste à prévoir que le mobile 8 fasse plusieurs tours par tour de cadran de l'aiguille. Si g est le nombre de tours du mobile 8 par tour de cadran, n' le nombre de pas du mobile 8, on a:
    • p=kx(gxn')
  • Bien entendu, dans ce cas, le passage du miroir 26 devant le détecteur optique correspond à g positions différentes de l'aiguille. Un tel détecteur ne permet donc pas d'initialiser la position de l'aiguille.
  • Il est également possible de prévoir d'autres systèmes optiques pour effectuer la détection. Les figures 3a et 3b illustrent deux variantes du système optique de la figure 1. Dans le cas de la figure 3a le miroir 26 est remplacé par un diaphragme 26' ménagé dans le mobile 8. L'émetteur et le récepteur 30 et 32 sont disposés de part et d'autre du mobile 8 et sont coaxiaux. Dans le cas de la figure 3b le détecteur 32 et l'émetteur 30 sont disposés côte à côte et d'un même côté par rapport au mobile 8. Le mobile 8 est percé d'un diaphragme 26' et un miroir concave 26" identique au miroir 26 des figures 1 et 2 est disposé en regard de l'émetteur et du détecteur, le miroir 26" et l'ensemble détecteur - émetteur étant disposés de part et d'autre du mobile 8. Ces deux solutions présentent l'inconvénient d'augmenter l'épaisseur globale du dispositif.
  • Dans tous les cas l'émetteur et le récepteur sont fixes et un dispositif optique constitué par un miroir ou un diaphragme est solidaire du mobile 8, ce dispositif ne permettant au faisceau lumineux d'atteindre le détecteur que s'il occupe une position angulaire correspondant au passage de l'aiguille par la ou par une position de référence.
  • Le fonctionnement du détecteur proprement dit découle de façon évidente de la description précédente. Pendant que la diode électroluminescente 30 est alimentée elle émet un faisceau lumineux vers le mobile 8. Tant que le miroir 26 n'est pas en face de l'émetteur 30, le photo-transistor ne reçoit aucune lumière ou du moins aucun niveau lumineux significatif. Il ne délivre donc aucun signal de détection. Au contraire si le miroir est en face de l'émetteur 30, le récepteur 32 reçoit un faisceau lumineux réfléchi de niveau significatif et il délivre un signal de détection.
  • Les figures 8a et 8b illustrent des variantes de réalisation du détecteur dans le cas où la détection se fait lorsque deux aiguilles de la montre occupent une position déterminée, par exemple lorsque l'aiguille des heures et l'aiguille des minutes occupent toutes les deux la position 12 heures sur le cadran.
  • Selon les variantes des figures 8a et 8b on retrouve le mobile 8 qui est entraîné en rotation par le mobile 6 qui tourne en même temps que l'aiguille des minutes par exemple. Le détecteur comprend un deuxième mobile 8' ayant le même axe de rotation que le mobile 8 et qui est lié cinématiquement au mouvement de l'aiguille des' heures. En d'autres termes le mobile 8 fait un tour par tour de l'aiguille des minutes alors que le mobile 8' fait un tour ou un demi-tour par tour de l'aiguille des heures. Selon le cas la détection se fera à chaque fois que les deux aiguilles seront sur la position 12 heures ou pour un passage sur deux des aiguilles par la position 12 heures. Dans le deuxième cas on fait bien sûr la distinction entre midi et minuit.
  • Plus généralement le mobile 8' fait un tour lorsque l'aiguille qui lui est associée fait m tours (m < 3).
  • Selon le mode de réalisation de la figure 8a le mobile 8 comporte un miroir 27 dont la face active 27a est concave et tournée vers le mobile 8'. Le mobile 8' est muni d'un trou 29 dont le centre est situé à la même distance de l'axe de rotation que celui du miroir 27. On retrouve la source lumineuse 30 et le détecteur de lumière 32 qui sont fixes par rapport au bâti de la montre. Le mobile 8' est monté entre le mobile 8 et l'ensemble émetteur récepteur 30-32. On comprend aisément que, tant que le mobile 8' n'est pas dans la position de référence, le mobile 8 ne reçoit aucune lumière. Lorsque l'orifice 29 est au moins partiellement vis-à-vis de l'émetteur le mobile 8 reçoit de la lumière mais celle-ci n'est pas réfléchie. C'est seulement lorsque les deux aiguilles sont sur la position de référence que le miroir 27 et le trou 29 sont superposés et disposés vis-à-vis de l'émetteur de lumière. Afin d'éviter que la réflexion de la lumière par la face inférieure 8'a du mobile 8' ne puisse déclencher intempestivement le récepteur 32, la portion de la face 8'a qui défile devant l'émetteur 30 est munie de stries 31 qui renvoient la lumière émise par l'émetteur 30 hors de la face sensible du récepteur.
  • La figure 8b montre un autre mode de réalisation du système optique. Le mobile 8 comporte sur sa périphérie un support 33 pour un miroir concave 35 correspondant à un secteur réduit du mobile 8.
  • Le mobile 8' porte sur un secteur réduit de sa périphérie un deuxième miroir concave 37. Lorsque les deux aiguilles sont sur la position de référence les deux miroirs 35 et 37 se font face. Leurs paramètres optiques sont tels que, dans cette configuration, et dans cette configuration seule, le faisceau émis par la source lumineuse 30 est renvoyée vers le récepteur 32.
  • En d'autres termes il y a détection lorsqu'il existe une relation optique donnée entre les positions des dispositifs optiques montés sur les deux mobiles de détection.
  • Bien entendu la détection pourrait aussi se faire à partir de la position de l'aiguille des minutes et de celle des secondes.
  • Il faut faire une observation à propos du fonctionnement du détecteur. Elle concerne la consommation électrique du détecteur. Il est évident que dans une montre il faut réduire au maximum la consommation électrique pour augmenter la durée de vie de la pile alimentant la montre. Or une photodiode représente une consommation élevée à l'échelle de la montre. Il est donc intéressant de limiter le temps d'alimentation de la diode 30. Dans le cas particulier décrit le temps d'engrènement entre les mobiles 6 et 8 correspond à deux pas du moteur. Entre ces deux pas la position du mobile 8 est incertaine. Plus généralement le temps d'engrènement T vaut x. t, étant un nombre entier et t le temps mis par l'aiguille pour franchir un pas. Dans le cas particulier décrit vaut 2. D'autre part le moteur fait 120 pas par heure pour l'aiguille des minutes. Les impulsions motrices sont alternativement positives et négatives. Il est très possible de prévoir qu'une impulsion motrice paire (impulsion positive) amène l'aiguille des minutes sur une graduation des minutes et qu'une impulsion motrice négative amène l'aiguille des minutes dans une position intermédiaire entre deux graduations de minutes. De même il est très possible de prévoir que la fin d'une phase d'engrènement des mobiles 6 et 8 coïncide avec une impulsion motrice positive. Bien entendu la position de référence est choisie pour coïncider avec une graduation des minutes, par exemple la graduation zéro. En conséquence, il suffit d'alimenter l'émetteur 30 un temps to après chaque impulsion motrice positive.
  • Les figures 7a et 7b illustrent la commande de l'émetteur 30, 10 et 1, représentant deux impulsions motrices respectivement positive et négative. En fonctionnement normal elles sont décalées de 30 secondes. Leur durée est par exemple de l'ordre de 5 ms. Jo représente l'impulsion d'alimentation de la diode. Cette impulsion dure par exemple 1 ms, et le décalage to vaut 12 ms. Ainsi le nombre de fois que la diode est alimentée est réduit, et la durée de chaque période d'alimentation est brève. Dans la suite de la description on donnera la valeur 1 au signal délivré par le détecteur 32 lorsque le miroir 26 est en face de l'émetteur 30 et la valeur zéro dans le cas contraire.
  • Avant de décrire en détail les circuits qui permettent de vérifier que la position de l'aiguille des minutes correspond bien à l'heure interne de la montre on va en décrire succintement le principe. La détection s'effectue à chaque tour normal de l'aiguille des minutes. On alimente la diode émettrice 30 aux instants 59 minutes et 60 minutes définis par la base de temps de la montre, la position de référence étant la graduation zéro. On obtient ainsi un nombre de deux chiffres binaires, celui de droite donnant la valeur du signal de détection à la 60ème minute et celui de gauche la valeur du signal à la 59ème minute. La détection a lieu aux 59ème et 60ème minutes car le temps d'engrènement correspond à deux pas moteur (x = 2) soit une minute. Si le mécanisme était prévu pour que l'engrènement ne dure qu'un seul pas moteur la détection aurait lieu à la 60ème minute et à 59 minutes 30 secondes. Si le nombre vaut 01 cela signifie que l'aiguille est passée par la position de référence effectivement à la 60ème minute. L'aiguille est donc bien en synchronisme avec la base de temps.
  • Si le nombre vaut 00, l'aiguille est en retard ou elle avance d'au moins 5 minutes. En effet, le miroir ne tourne que tous les huit pas moteurs, c'est-à-dire toutes les quatre minutes.
  • Si le nombre vaut 11, c'est que l'aiguille est en avance de une, deux ou trois minutes. Le fait qu'il y ait trois valeurs possibles est dû à ce que le mobile 8 ne bouge que toutes les quatre minutes.
  • Si le nombre vaut 10, c'est que l'aiguille est également en avance. Cette avance est alors de quatre minutes exactement.
  • Dans tous les cas où le nombre est différent de 01 on applique au moteur des impulsions motrices alternées de fréquence élevée, par exemple à 64 Hz. On effectue la détection après chaque impulsion motrice positive. Lorsqu'on' obtient le nombre 01 cela signifie que l'aiguille des minutes passe par la position de référence. La synchronisation de l'aiguille des minutes et de la base de temps est réalisée. On envoie les impulsions motrices manquantes si nécessaire. Si pour une raison accidentelle, après 60 impulsions motrices positives on n'obtient pas le nombre 01 on arrête l'application des impulsions rapides afin d'éviter de décharger la batterie de la montre. La figure 4 montre l'organisation générale de la partie du circuit de la montre qui permet de recaler la position de l'aiguille des minutes sur l'heure interne donnée par la base de temps de la montre.
  • On trouve l'oscillateur 40 de la montre qui délivre de façon classique un signal périodique, par exemple, à 32768 Hz. Ce signal est introduit dans un générateur de fréquence 42 qui peut délivrer au moins un signal périodique. Dans l'exemple considéré ce signal a une fréquence de 1/30 Hz ou 64 Hz. Le signal périodique est appliqué à l'entrée du circuit formateur 44, ou "driver", qui applique au moteur pas à pas 46 des impulsions motrices alternées à ladite fréquence. Le moteur 46 entraîne une ou deux aiguilles 48, 48' qui servent, par exemple, à afficher la minute et l'heure, par l'intermédiaire d'un train d'engrenages symbolisé par 50. Comme cela a déjà été expliqué, le train d'engrenages 50 entraîne également le mobile de transmission 6. Celui-ci fait progresser d'un pas toutes les quatre minutes le mobile de détection 8 qui porte le miroir 26. Associés au mobile 8, on trouve l'émetteur lumineux 30 et le récepteur lumineux 32. Comme cela a déjà été expliqué l'émetteur 30 est commandé par un circuit d'alimentation 52 qui détermine l'instant d'excitation de l'émetteur 30 et la durée et la forme de l'impulsion d'excitation (par exemple 1 ms). Le courant ou la tension délivré par le détecteur 32 est mis en forme dans le circuit 54 pour délivrer un signal logique S. Comme cela a déjà été expliqué le signal a la valeur 1 si le miroir est en face de l'ensemble émetteur-récepteur et la valeur 0 dans le cas contraire. Un circuit logique portant la référence générale 56 commande la mise en oeuvre du procédé de synchronisation de la position de l'aiguille des minutes avec l'heure interne de la montre donnée par le générateur de fréquence 42.
  • Pour cela le circuit logique 56 reçoit sur ses entrées 56a et 56b le signal logique S et le signal périodique délivré par le générateur de fréquence 42. Il délivre sur sa sortie 56'a un signal de commande de la fréquence délivrée par le générateur 42 et sur sa sortie 56'b un signal de commande du circuit d'alimentation 52.
  • La figure 5 montre plus en détail l'organisation du circuit logique 56 et des divers circuits associés.
  • Le générateur de fréquence 42 est constitué par plusieurs étages de division 60. Ils délivrent sur leur sortie 60a un signal de fréquence 1/30 Hz servant à la commande normale du moteur et sur leur sortie 60b un signal de fréquence 64 Hz permettant d'entraîner le moteur à grande vitesse. Les sorties 60a et 60b sont reliées au circuit formateur 44 par un commutateur commandable 62. Il va de soi que le commutateur 62 est en fait réalisé par des éléments semiconducteurs, par exemple des transistors MOS complémentaires.
  • Le circuit logique 56 comprend un compteur par 120 référencé 64 qui reçoit sur son entrée d'horloge 64a le signal de fréquence 1/30 Hz. Le compteur 64 délivre sur sa sortie 64a une impulsion à chaque fois qu'il a compté 120 impulsions appliquées à son entrée d'horloge. Le compteur 64 est associé à un comparateur 66 qui compare en permanence l'état du compteur 64 à la valeur 118. Le comparateur délivre un signal sur sa sortie 66'a lorsque le contenu du compteur 64 passe à 118. On comprend aisément que le comparateur 66 délivre un signal pour chaque 59ème minute, et que le compteur 64 délivre une impulsion pour chaque 60ème minute. Les sorties 64'a et 66'a sont reliées à deux entrées d'une porte OU 68. La sortie de la porte 68 attaque un circuit 70 de commande du circuit d'alimentation 52 de l'émetteur 30.
  • Le circuit 56 comprend également un registre à décalage 72. Le registre 72 est alimenté par la sortie du circuit de mise en forme 54 du signal délivré par le récepteur 32 à travers le circuit à retard 73 dont la constante de temps est de l'ordre de 1 ms. Il comprend également une entrée de remise à zéro 72a. On trouve également un comparateur à zéro 71 qui reçoit le signal délivré par le circuit 73. Le comparateur 71 est activé seulement lors de l'apparition du signal délivré par le comparateur 66. Il a donc seulement pour but de comparer à zéro la valeur du signal S résultant de la détection à la 59ème minute. Il délivre un signal sur sa sortie 71 a si son entrée vaut zéro. Le registre 72 est associé à un circuit numérique de comparaison 74 qui compare l'état du registre 72 au nombre 01 aux instants où l'émetteur est alimenté. Si le contenu du registre 72 est égal à 01 le circuit 74 délivre un signal sur sa sortie 74a, et dans le cas contraire il délivre un signal sur sa sortie 74b. Il apparaît clairement que le registre 72 a pour but de mémoriser les deux dernières valeurs du signal 5 de détection. La sortie 74b du comparateur 74 est reliée à une entrée d'une porte OU 76 par l'intermédiaire du circuit de blocage 78. Ce circuit a pour but de ne laisser passer qu'une seule impulsion appliquée à son entrée 78a tant qu'une impulsion de déblocage n'est pas appliquée à son entrée de commande 78b. Cette entrée de commande 78b est reliée à la sortie 66'a du comparateur 66. La porte OU 76 reçoit sur sa deuxième entrée le signal délivré par le comparateur 71, et la sortie de la porte 76 est reliée à l'entrée de remise à zéro 72a du registre 72.
  • Le commutateur 62 est commandé par un circuit 80. Le circuit 80 délivre un signal de niveau 0 qui amène le commutateur 62 dans la position 0 si un signal est appliqué à son entrée N. Il délivre un signal de niveau 1 qui amène le commutateur 62 dans la position 1 si un signal est appliqué sur son entrée R. En d'autres termes, si l'entrée N du circuit 80 est alimentée, le circuit formateur 44 reçoit des impulsions de fréquence élevée 64 Hz. Le circuit logique 56 comprend encore un détecteur de parité 82 qui est relié à la sortie 60b du diviseur 60. Il ne laisse passer l'impulsion appliquée à son entrée que si elle est de rang pair c'est-à-dire si elle commande l'application au moteur d'une impulsion motrice positive. La sortie du détecteur 82 est reliée d'une part à une entrée de la porte OU référencée 68 et d'autre part à l'entrée d'horloge 84a d'un compteur par 60 référencé 84. En outre le compteur 84 comporte une entrée de remise à zéro 84b. L'entrée 84b est reliée à la sortie du circuit de commande 80 de telle manière que le compteur 84 soit maintenu à zéro tant que le circuit 80 maintient le commutateur 62 dans la position 0. En d'autres termes le compteur 84 ne compte les impulsions paires du signal à 64 Hz que lorsque celles-ci sont appliquées au circuit formateur. La sortie 84c du compteur 84, qui délivre une impulsion à chaque fois que 60 impulsions paires ont été comptées, est reliée à une entrée d'une porte OU référencée 86 dont la sortie est reliée à l'entrée N du circuit de commande 80. Cette sortie est également reliée au circuit 70 de commande d'alimentation de l'émetteur pour interdire alors l'alimentation de l'émetteur. L'autre entrée de la porte 86 est reliée à la sortie 74a du comparateur 74 par l'intermédiaire du circuit de calcul 88. Enfin la sortie 74b du circuit de comparaison 74 est reliée à l'entrée R du circuit de commande 80 du commutateur 62.
  • On va expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 5 à l'aide de l'organigramme de la figure 6. Les impulsions normales à 1/30ème de Hz comptées par le compteur 64 sont comparées à la valeur 118 par le test référencé 100 (comparateur 66). Si le rang de l'impulsion est différent de 118, il est comparé à 120 par le test 102 (compteur 64). Si le rang est également différent de 120 on revient à l'entrée du test 100. Cela signifie que la 59ème minute n'est pas encore atteinte. Si le rang de l'impulsion est égal à 118, en 104 on met le registre 72 à zéro (dont le contenu est appelé SR dans l'organigramme) et l'émetteur 30 est alimenté. La valeur du signal S délivré par le détecteur 32 est chargé dans le registre 72 en 106. En 108 on teste la valeur du signal S. Si S = 0 on retourne à l'entrée du test 100. Si S est différent de 0, on va à l'étape 110. En effet dans ce cas on est sûr que la valeur binaire ne sera pas 01. En 110 le registre 72 est remis à zéro (0 - SR).
  • Si, lors de l'étape 102, le rang de l'impulsion à 1/30ème de Hz est égal à 120 (60ème minute), on alimente en 112 le capteur et la valeur du signal S délivré par le détecteur 32 est introduite dans le registre 72 durant l'étape 114. Dans l'étape 116 on compare le contenu SR du registre 72 à 01, ce qui est réalisé par le comparateur 74. Si SR vaut 01 on retourne à l'opération 100. En effet, cela signifie que l'aiguille des minutes est bien en phase avec le temps interne de la montre. Si au contraire SR est différent de la valeur 01 on va à l'opération 110 qui consiste à remettre le registre 72 à zéro. Cette opération est effectuée par la porte 76 et par le circuit 78 qui n'est pas bloqué puisque c'est la première fois qu'une comparaison est effectuée. Comme SR est différent de 01, un signal est appliqué sur l'entrée R du circuit de commande du commutateur 62. Ce sont donc des impulsions à 64 Hz qui sont appliquées au circuit formateur 44. Ces opérations sont symbolisées par les références 118 et 120 de la figure 6. En 122 la parité de l'impulsion rapide est testée (circuit 82). Si l'impulsion est impaire on retourne à l'opération 120. Si l'impulsion est paire, son rang est comparé à 60 durant l'opération 124. Concrètement cette comparaison est effectuée par le compteur 84. Si le rang est égal à 60 on revient à l'opération de départ 100. Cela signifie que l'erreur de position de l'aiguille n'a pas été corrigée, mais qu'on arrête néanmoins la correction pour ne pas user la batterie. Cette instruction se traduit par le fait que le circuit 80 reçoit un signal sur son entrée N. Les impulsions à 1/30 Hz sont donc à nouveau appliquée au moteur. Si le rang de l'impulsion paire est inférieure à 60, on alimente l'émetteur 30 (opération 126) et la valeur du signal S correspondante est chargée dans le registre 72 en 128.
  • Ce nouveau contenu est comparé à la valeur 01 (opération 130). Cela est réalisé par le comparateur 74. Si le contenu est différent de 01 on revient à l'opération 120, c'est-à-dire qu'une nouvelle impulsion rapide est traitée. Comme il ne s'agit pas de la première comparaison, le circuit 78 est bloqué et le registre 72 n'est donc pas remis à zéro. En revanche ce sont toujours les impulsions rapides qui sont appliquées au circuit formateur 44 puisque c'est sur son entrée R que le circuit de commande 80 reçoit une impulsion. Si au contraire le contenu de 72 est égal à 01, le circuit 80 reçoit une impulsion sur son entrée N. Ce sont donc à nouveau des impulsions de fréquence normale qui sont appliquées au circuit formateur. Le circuit 88 calcule le nombre N d'impulsions à appliquer au moteur pour mettre ' exactement l'aiguille en phase avec le temps interne de la montre (opération 132). Dans le cas où la fréquence élevée vaut 64 Hz la correction dure au maximum 2 secondes. Pendant la durée de la correction le générateur 60 n'a émis aucune impulsion horaire. L'aiguille des minutes devait donc bien rester sur la graduation 60. Le circuit de calcul 88 n'est donc pas utile, et N vaut zéro. Dans le cas où c'est l'aiguille des secondes qui doit être recalée, le signal horaire peut avoir une fréquence de 2 Hz. Si le signal à fréquence élevée a une fréquence de 64 Hz, la correction pouvant nécessiter 120 pas moteur, cette correction peut durer environ 2 secondes. Pendant ce temps le générateur 60 a délivré plusieurs impulsions horaires, donc l'aiguille ne doit plus occuper la position 0 mais une autre position. Le circuit 88 calcule le nombre N d'impulsions horaires délivrées et envoie N impulsions rapides supplémentaires au circuit formateur 44. Il faut ajouter que la détection optique est effectuée toutes les deux périodes du signal délivré par le générateur de fréquence 42, qu'il s'agisse du signal à 1/30ème Hz ou du signal à 64 Hz. Plus généralement si le temps d'engrènement des deux mobiles 6 et 8 correspond à x pas du moteur la détection sera effectuée toutes les x périodes du signal périodique effectivement appliqué au moteur (1/30ème de Hz ou 64 Hz).
  • Dans le mode de correction décrit précédemment, le contrôle se fait lorsque l'aiguille est entraînée à sa vitesse normale, c'est-à-dire par des impulsions à 1/30ème de Hz. Cependant il est connu d'utiliser une aiguille ou les aiguilles pour afficher une autre information que le temps présent. On peut ainsi afficher une heure de réveil, le quantième, le mois, etc. Pour cela la montre comporte des mémoires qui contiennent une information représentative de la position que doit occuper l'aiguille pour afficher l'information sélectionnée.
  • Pour entraîner l'aiguille jusqu'à cette position, une solution consiste à appliquer au moteur des impulsions rapides, par exemple à 64 Hz. Le nombre d'impulsions à appliquer est déterminé à partir du contenu de la mémoire stockant la position de l'information à afficher et du contenu des compteurs de temps présent. Lors du déplacement rapide l'aiguille peut passer par la position de référence. Il est intéressant de comparer la position réelle de l'aiguille avec sa position théorique lors de cette phase à marche rapide. On voit aisément que le problème n'est pas sensiblement changé. La différence réside d'abord dans le fait que le signal de correction à appliquer éventuellement et le signal de commande du moteur ont la même fréquence. Cela est sans importance. Ensuite la différence réside dans la façon dont les instants où le contrôle doit être effectué sont élaborés. En effet, dans ce cas, ces instants ne peuvent plus être déterminés à partir du compteur 64 incrémenté par les impulsions de base de temps et du comparateur 66. Il suffit de prévoir que le compteur 64 est incrémenté par les impulsions de base de temps pendant le fonctionnement normal et par les impulsions à 64 Hz pendant la marche rapide. Ainsi les circuits 66 et 64 fourniront effectivement des impulsions de détection pour la 118ème impulsion de commande du moteur et pour la 120ème. Ces instants sont alors définis sur la base d'une information interne. Lors du retour des aiguilles à la position d'affichage du temps présent les impulsions rapides continuent à être appliquées à l'entrée du compteur 64 jusqu'à ce que les aiguilles occupent la position voulue. Alors les impulsions de base de temps de 1/30ème de Hertz sont à nouveau appliquées au compteur 64.
  • Il va de soi que le circuit de la figure 5 ne constitue qu'un exemple de réalisation à l'aide de circuits logiques discrets. L'organigramme de la figure 6 montre que le circuit 56 pourrait tout aussi bien être réalisé à l'aide d'un microprocesseur.
  • Il découle de la description précédente que le détecteur proprement dit, selon l'invention, résoud effectivement le problème du repérage de la position de l'aiguille dans une montre. Il présente une bonne résolution, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de risque d'erreur de détection entre deux positions angulaires successives. Cependant l'ensemble du détecteur à des dimensions réduites qui le rendent facilement logeable dans le mouvement de la montre.

Claims (7)

1. Montre électronique comportant un générateur de fréquence (42) pour délivrer au moins un signal périodique, des moyens moteurs (46) avançant pas à pas en réponse audit signal périodique, au moins une aiguille d'affichage du temps (48) reliée auxdits moyens moteurs par un train d'engrenages (50) et faisant p pas par tour, et des moyens pour détecter le passage de ladite aiguille par une position de référence comprenant un mobile de détection (8) entraîné en rotation par ledit train d'engrenages (50) et comportant un premier dispositif optique, et un second dispositif optique comportant des moyens photo-électriques fi::es coopérant avec ledit premier dispositif optique pour produire un signal de détection prenant une première ou une deuxième valeur selon que ladite aiguille occupe ladite position de référence ou une autre position, caractérisée par le fait que lesdits moyens de détection comportent en outre un mobile d'entraînement (6) intercalé entre ledit train d'engrenages (50) et ledit mobile de détection (8), ledit mobile d'entraînement (6) comportant des moyens (14) pour entraîner ledit mobile de détection (8) de manière discontinue de l'une à l'autre de n positions angulaires déterminées, n étant un nombre entier répondant à la relation p > ne 2.
2. Montre selon la revendication 1, caractérisée* en ce que lesdits moyens photoélectriques du deuxième dispositif optique consistent en un émetteur de lumière (30) émettant un faisceau lumineux et un détecteur de lumière (32) qui sont disposés d'un même côté dudit mobile de détection (8), et en ce que ledit premier dispositif optique consiste en un miroir (26) monté sur la face du mobile de détection (8) tournée vers ledit émetteur (30) et ledit détecteur (32), ledit miroir (26) ne renvoyant ledit faisceau lumineux vers ledit détecteur (32) que lorsque ladite aiguille occupe ladite position de référence.
3. Montre selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit mobile d'entraînement (6) comprend sur sa périphérie un unique doigt d'entraînement (14), en ce que ledit mobile de détection (8) comprend sur sa périphérie n dents (18) coopérant avec ledit doigt (14) pour que ledit premier dispositif optique (26) progresse d'une position angulaire à chaque tour dudit mobile d'entraînement (6), et en ce que lesdits mobiles (6, 8) comportent en outre sur leurs périphéries des moyens (6b, 20, 22) pour permettre une libre rotation dudit mobile d'entraînement (6) et pour immobiliser en rotation ledit mobile de détection (8) en dehors des phases d'entraînement par ledit doigt (14).
4. Montre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit générateur de fréquence (42) délivre un premier signal périodique pour faire effectuer à ladite aiguille (48) lesdits p pas par tour et un deuxième signal périodique, en ce que l'entraînement dudit mobile de détection (8) par ledit mobile d'entraînement (6) pour passer d'une position angulaire à la suivante nécessite x pas desdits moyens moteurs (46), et en ce qu'elle comprend en outre des moyens (64, 66) pour détecter, en réponse au premier signal périodique, un premier instant où ladite aiguille doit normalement passer par ladite position de référence et un deuxième instant précédant ledit premier instant de x périodes dudit premier signal, des moyens (70, 52) pour alimenter ledit émetteur (30) auxdits deux instants, des moyens (72) pour mémoriser les valeurs dudit signal de détection auxdits deux instants, des moyens (74) pour comparer les deux valeurs mémorisées à un couple de valeurs prédéterminées correspondant au passage effectif de ladite aiguille par la position de référence, des moyens (62, 80) pour appliquer auxdits moyens moteurs (46) ledit deuxième signal périodique à la place dudit premier signal périodique si lesdites deux valeurs mémorisées sont différentes dudit couple de valeurs prédéterminées, des moyens (70, 52) pour alimenter ledit émetteur (30) toutes les x périodes dudit deuxième signal périodique si ledit deuxième signal périodique est appliqué auxdits moyens moteurs (46), et des moyens (62, 80) pour réalimenter lesdits moyens moteurs (46) avec ledit premier signal périodique lorsque les deux dernières valeurs mémorisées correspondant aux instants d'alimentation dudit émetteur (30) sont idientiques audit couple de valeurs prédéterminées.
5. Montre selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux signaux périodiques ont des fréquences différentes, la fréquence dudit deuxième signal étant supérieure à celle du premier signal.
6. Montres selon la revendication 1, comportant une deuxième aiguille effectuant un tour pendant que ladite première aiguille effectue une pluralité de tours, caractérisée en ce que lesdits moyens de détection comprennent en outre un deuxième mobile de détection (8') monté pivotant autour du même axe que le premier mobile de détection (8) et coopérant avec ledit train d'engrenages (50) pour effectuer un tour pendant que ladite deuxième aiguille effectue m tours (m < 3), ledit deuxième mobile de détection (8') étant disposé de manière à couper ledit faisceau lumineux et comportant un troisième dispositif optique (29; 37) pour que ledit détecteur (32) ne reçoive ledit faisceau lumineux que lorsque lesdits premier (8) et deuxième mobiles de détection (8') sont simultanément dans des positions correspondant respectivement à un passage de la première aiguille et à un passage de la deuxième aiguille par ladite position de référence.
7. Montre selon la revendication 6, caractérisée en ce que la première aiguille est l'aiguille des minutes et la deuxième aiguille celle des heures.
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