JP4109859B2 - クリスタル上に容量型キーを含む電子時計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、針をもつ表示手段を収容し、かつ、針に面して配置された誘電材料でできたクリスタルを備えたケースと、クリスタルの内面に配置された透明電極からなり、かつ、容量型センサの第１プレートを形成するいくつかの容量型キーを含み、選択的に、少なくとも１つの容量型キーに相対してクリスタルの外面に時計を装着している人の指を置くことによって容量型センサの第２プレートが形成されるようになっており、さらに、センサの容量変動を検出し、その結果、時計内で制御信号を発生する検出装置を含む手動制御手段とを備えた電子時計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の時計は、例えば欧州特許第６７４２４７号において開示されている。容量型キーを含む制御装置は、時間設定、クロノグラフのスタートまたはストップ、あるいは特定動作モードへのエントリなどの、時計の様々な機能を制御するのに使用される、押しボタンなどの通常の外部制御メンバに取って代わることができる。
【０００３】
さらに、特に針の実際位置と電子時計運動のカウンタ内に記憶された理論的な位置の間の一致を検出し、必要に応じて修正するための、あるいはアラーム時間を指示している針の位置を検出するための、容量装置を備える時計が開示されている。例えばドイツ特許出願第３３１７４６３号および日本特許出願公開第８−２０１５３７号は、一方の金属針と、他方のダイヤル上に配置した１つまたは２つの固定電極シリーズの間の容量変動を検出することを提案している。日本特許出願公開第１０−１０２４３はさらに固定電極を時計のクリスタルの下に固定した透明電極とすることを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の基本的概念は、電子時計内で上記２つの装置を組み合わせることにある。さらに、本発明はこのような組合せを非常に簡単な方法で達成する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の態様によれば、本発明は、少なくとも１つの針の位置を、針と容量型キーの少なくとも１つの透明電極との間の容量変動に基づいて、容量を検出するための手段を含むことを特徴とする、針をもつ表示手段を収容し、かつ、針に面して配置された誘電材料でできたクリスタルを備えたケースと、クリスタルの内面に配置された透明電極からなり、かつ、容量型センサの第１プレートを形成するいくつかの容量型キーを含み、選択的に、少なくとも１つの容量型キーに相対してクリスタルの外面に時計を装着している人の指を置くことによって容量型センサの第２プレートが形成されるようになっており、さらに、センサの容量変動を検出し、その結果、時計内で制御信号を発生する検出装置を含む手動制御手段とを備えた電子時計に関する。
【０００６】
クリスタルの下に配置した透明電極を共通使用することと、さらにこれらの電極と通常電子時計のムーブメント内に配置される検出手段との間を電気接続することによって、２つの容量検出システムの有利な組み合わせが達成される。
【０００７】
第２の態様によれば、本発明は、少なくとも１つの針の位置を容量検出する手段を含む。その針位置検出は、針と少なくとも１つの固定電極の間の容量変動に基づいて、容量型キーと連動する検出装置を用いて実施されることを特徴とする、針をもつ表示手段を収容し、かつ、針に面して配置された誘電材料でできたクリスタルを備えたケースと、クリスタルの内面に配置された透明電極からなり、かつ、容量型センサの第１プレートを形成するいくつかの容量型キーを含み、選択的に、少なくとも１つの容量型キーに相対してクリスタルの外面に時計を装着している人の指を置くことによって容量型センサの第２プレートが形成されるようになっており、さらに、センサの容量変動を検出し、その結果、時計内で制御信号を発生する検出装置を含む手動制御手段とを備えた電子時計に関する。
【０００８】
位置を検出しようとする金属製の各針が、時計を装着して容量型キーを操作している人の指のように、一般に固定電位、特に時計の電気回路のアースに接続されるようにすることで、本発明の特に有利な態様は、１つまたは複数の針の位置検出と、キー上の指の存在検出に同じ電子手段を使用することができる。言い換えると、欧州特許第６７４２４７で開示されている形式の容量型キーを含む時計内に針位置検出を追加することが、電子検出回路に実質的な修正を加えることなく可能である。
【０００９】
本発明の上記２つの態様は、以下に説明するように、時計の中に有利に組み合わせることができることはいうまでもない。
【００１０】
本発明の他の特徴と利点は、添付の図面を参照して好ましい実施形態の実施形態と様々な変形形態についての以下の説明で分かるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に示す時計１は従来通りに、金属中間部３を含むシールド・ケース２と、裏面カバー４と、ミネラル・ガラス、有機ガラス、またはサファイアなどの誘電材料でできたクリスタル５とを含む。ケース２は、電子時計ムーブメント６と、電池７と、クリスタル５とダイヤル１１の間でフランジ１０によって形成される空間内で回転する分針８と時針９を含むアナログ表示手段とを収容している。ムーブメント６内には、１つまたは複数の集積回路１３を搭載するプリント回路基板１２が略図で示されている。ケース２と金属針８および９は、バッテリ７の端子の１つで決められ、電気アース１４を形成している固定ポテンシャルに接続されている。図１では、図面を分かりやすくするために高さを誇張していることを注記しておかなければならない。
【００１２】
時計１には、欧州特許第６７４２４７に記載された原理に基づく容量型キーを備える制御装置が装着されており、押しボタン１５などの手操作メンバを使用してスタートさせる。本実施形態では容量型キーは、図３に示す１２個の透明電極２１〜３２によって形成されており、分針８が通る領域に面して、クリスタル５の内面に固定されている。電極２１〜３２は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの導電性酸化物の層で形成するのが好ましく、この層はさらに、フランジ１０内の別の伝導体３６および一体式ゼブラ型コネクタ（図示せず）を介して、各電極をプリント回路ボード１２に接続するための接続路３４および接触パッド３５を含んでいる。図３においてパッド３５は、クリスタル５の対角方向に対して両側の２つのゾーンにグループ化されているが、これは単一のゾーンにでも、またいくつかのゾーンにでもグループ化できる。
【００１３】
本実施形態では、電極２１〜３２は、分針８のほぼ全長を電極の範囲に含めるために、実質上台形をしており、またこれらの電極は、針８の幅と実質的に等しいか、あるいはわずかに大きい一定幅の放射ストリップ形状をしたスペース３７で分離されている。スペース３７は、互いに角度で３０度ずれており、好ましくはダイヤル上にある１から１２時の従来型の時間シンボルに面して配置する。こうすることで、これらのシンボルに面している針８の位置が、以下に述べるように、正確に検出できるようになる。電極２１〜３２で形成される容量型キーは、例えばダイヤル上、クリスタル上、またはケースのベゼル上に配置した、名前、数字またはシンボルによって識別することができる。
【００１４】
各電極２１〜３２が、容量型センサの一方のプレートを形成し、他方のプレートは、時計を装着している人が関係する電極を選択し、それに面してクリスタル５上に指をおいたときに、その人の指３８によって形成される。指３８は、時計ケース２を介して、アース１４に電気的に接続される。この容量型センサでは、関連する透明電極により形成されるキーに指３８を置くと、電極とケースの間にある寄生キャパシタンスと比較して、関係するセンサの容量が非常に大きく増大する。この容量の変動は、図２に示す検出装置４０によって検出され、ムーブメント６の集積回路１３の１つに送られる。１２個の透明電極２１〜３２は、検出装置４０のアナログマルチプレクサ４２の１２の端子それぞれに並列に接続されている。換言すれば、１２個の容量型センサはマルチプレクサ４２とアース１４の間に並列に接続されている。図２には、例としてＳ１、Ｓ４、Ｓ６の記号を付けた、それぞれ電極２１、２４、２６を含むセンサを３つ示してある。やはりマルチプレクサ４２とアースの間に接続されているキャパシタンスＳ１３は基準として働き、好ましくはプリント配線基板１２上に配置される。
【００１５】
検出装置４０は、基準電圧Ｖ_R を電源とする制御された電流源４３と、増幅及び電圧制限回路４４と、ＲＡＭメモリ４６に連結された周波数検出器４５と、特に制御信号ＳＣおよび検出信号ＳＤを供給するための処理回路４７とを含む。周波数検出器４５および供給回路４７はそれぞれ、論理回路かマイクロプロセッサのいずれを含んでもよい。
【００１６】
回路４４は、その入力４４ａが電流源４３とマルチプレクサ４２に接続されており、この回路は容量要素Ｓ１〜Ｓ１３のそれぞれとで発振器を形成する。その構造は、欧州特許第６７４２４７号に記載された形式でもよく、これを参照すればさらに詳しく知ることができる。この回路は、電圧／周波数変換器、言い換えると電圧制御式発振器として働く。各発振器の出力信号ＳＦの振動周波数は、マルチプレクサ４２によってそれに接続されている要素Ｓ１〜Ｓ１３のキャパシタンスに逆比例する。
【００１７】
動作の際には、周波数検出器４５は信号ＳＦを受信し、所定の時間ウインド内での周期を計算してその振動周波数を測定し、この測定値を関係する（すなわちマルチプレクサ４２によって接続されている）センサの固有キャパシタンスＣ₀ に対応する記憶値と比較して、センサが動作したかどうかを決定する。固有キャパシタンスはメモリ４６内の検出装置の初期化シーケンスに記憶されている。周波数検出器４５は、マルチプレクサ４２および電流源４３をも制御する。キャパシタンスＳ１３で形成された基準は、一方で容量型センサの充電／放電電流ｉを正しく調整し、他方では発振器周波数ドリフトを計測して、周波数検出ソフトウエアがそのようなドリフトを補償できるようにしなくてはならない。基準キャパシタンスの値は、いかなる場合にも、センサＳ１からＳ１２の固有キャパシタンスＣ₀ の値よりも大きくなくてはならない。１２個のセンサＳ１〜Ｓ１２および基準キャパシタンスＳ１３の状態は、マルチプレクサ４２を用いて、好ましくは基準キャパシタンスから始めて順番に掃引して決定する。
【００１８】
透明電極２１〜３２の１つに面して分針８が存在すると、それに相当するセンサのキャパシタンス増加が発生する。しかしながら、針の表面は比較的小さいため、このキャパシタンスの変動は、同じ電極に面するクリスタル上に指３８を置くことで生じる値よりもずっと小さく、例えばその５分の１から１０分の１である。検出回路４５は、これらの変動を所定の閾値と比較し、針に起因するキャパシタンス変動と、指に起因するキャパシタンス変動とを区別するように構成されている。結果的に、検出回路が処理回路４７に供給する出力信号は、一方ではセンサＳ１〜Ｓ１２のどれが動作したのか、他方ではこの動作が指４８によるものか、針８によるものかを示す。結果的に処理回路４７は、動作が指による場合には制御信号ＳＣを、または動作が針による場合には検出信号ＳＤを供給することができる。
【００１９】
好ましくは、処理回路４７は、電極２１〜３２の１つから次の電極へ、または電極の１つから、その電極と次の電極を分離しているスペース３７へと針８が通過した信号を出すように構成する。針は一般にステップバイステップで駆動されるので、こうすることで針の所定の場所への移動を、本実施形態では５分毎に正確に検出することができる。検出回路４５は、掃引中に測定した値をメモリ４６に記憶し、次いで次の掃引中に新しい測定値を最近値と比較することができる。１回の掃引の周期は、センサの数に依存して例えば３０〜２００ｍｓの間と非常に短くできるので、この回路は、まだ針が先の電極を部分的に覆っていたとしても、針８が電極の１つを覆い始める瞬間を正確に検出することができる。したがって、電極間のスペース３７を低減し、比較的幅の広い針を使用して、検出が容易な非常に大きい容量の変動を生成させることができる。
【００２０】
以上に説明した装置によって可能になる針位置検出は、時計のムーブメント内にある電子分カウンタの内容とこの測定位置との整合性をチェックするのに使用することができることを、当業者は理解するであろう。針の位置がカウンタの値と一致しない場合には、針を駆動するモータの適当な数のステップで、自動修正が行われる。
【００２１】
一般に、時針９は分針８よりも、透明電極２１〜３２から遠く離れている。この例では、電極２１〜３２の近傍において、時針の表面積は非常に小さいので、分針の位置検出を妨害することはない。しかし、他の実施形態では、センサＳ１〜Ｓ１２に検出できるほど大きい容量を生じさせるほど、時針９が大きく、またクリスタル５に近く配置されることもあり得る。この場合には検出回路４５は、時針および分針それぞれによる変動を区別するために追加の所定閾値を使用する必要がある。
【００２２】
図１に点線で概略を示した別の解決法は、ダイヤル１１上すなわち分針８よりも時針に近く配置した１つまたは複数の固定電極５１を使って、時針９の位置を検出するものである。各固定電極５１は針９と共に、マルチプレクサ４２に接続してセンサＳ１〜Ｓ１２の後に検出装置４０で掃引することのできる、追加の容量型センサを構成する。言い換えると同じ検出装置４０で、指３８による容量型キーの動作と、分針８の位置および時針９の位置を示すことができる。もちろん、この時針検出システムは、以下に示す別の実施形態と組み合わせたり、時計のその他の針位置を検出することもできる。
【００２３】
電力消費を制限するために、検出装置４０は通常不動作である。この検出装置は、２つの特定状況で動作させるのが好ましい。第１の状況は、時計をしている人が制御キーの１つをクリスタル５に触れることで動作させたい場合である。その際、まず、例えば押しボタン１５を押すか、あるいは時計制御ステムの操作などによって時計を制御モードに切り替えなくてはならない。この操作で初期化信号ＳＩが処理回路４７に送られて、これで検出装置４０が動作し、検出回路４５による初期化シーケンスが生成される。この時点から、指３８による容量型キーの操作がすべて検出される。必要ならば針の位置も検出される。もう１つの状況は、時計の針（１つまたは複数）位置の定期点検である。この点検は、上記の検査信号ＳＩによるか、または、例えば１日に１回か２回、処理回路４７に供給される特定の信号によって起動できる。
【００２４】
図４は、上記の電極２１〜３２それぞれの代わりに使用できる透明電極６１の別の実施形態を示しており、このような電極６１、１２個をクリスタル５の周辺上に設けてもよく、これらの電極は分針８の幅よりも等しいか、またはかなり大きい幅をもつスペース６２で分離されている。しかし、電極６１は時針９が通過する領域は、その範囲に含まない。電極６１は櫛型をしており、円周方向に連続するベース６３と、中心の方向に放射状に延び、かつスペース６２と同じ幅のスペース６５で分離されている５つの歯６４とを備えている。各電極６１と電子時計回路の間の電気接続は、先述の例と同じ方法で実現される。この透明電極の配置の結果として、６０個の歯６４と６０個のスペース６２および６５に対応して、１２０の分針８の位置を正確に検出することが可能となる。これらの位置は、例えば第１番目の電極６１内の第１番目の歯６４で決められる基準位置から計算する。
【００２５】
図５は、上記の時計１のクリスタル５の内面に、２つの異なる種類の透明電極７０および７１を含む、別の実施形態を示している。各電極７１は、分針８が掃引する領域外に、ユーザの指３８と協働するための容量型キーを形成すると共に、例えば容量型キーで制御する機能に対応するシンボル７２によって識別される拡大部７１ａを含んでいる。各電極７１はさらに、隣接する電極７０との間に半径方向に延びて、同様にストリップ形をした狭小部７１ｂを含む。電極７０および７１のそれぞれは、個別に検出回路に接続されている。これらの電極は全体で、例えば３０個の電極と３０個のスペース７３で６０個の検出可能な針８の位置を含む円形列を形成する。
【００２６】
図６に示す他の実施形態では、図５に示した透明電極の配置を修正して、放射ストリップ形状の電極８０、３０個からなる円形列１つだけを含み、図５に示した拡大部７１ａをなくした。すなわち各容量型キーは、ユーザの指で一緒に覆うことのできる、いくつかの（例えば２個または３個）の連続する電極８０からなる群８１〜８６とされている。検出装置４０は、針８が電極に面していることに対応する１つの電極８０が動作した場合と、群に相対してユーザの指が存在することに対応する同一群８１〜８６の少なくとも２つ（または全部）の隣接電極８０が動作した場合とを区別するように構成されている。例えば番号８８は、指で覆われた領域を示しており、この領域では指が存在すると群８１のすべての電極と、いくつかの隣接する電極で検出できる容量の変動を生じさせるが、隣接する群８２および８６の電極では変動を生じさせない。検出装置４０は、群８１の少数またはすべての電極が同時に動作するのを検出することになる。結果的に、その検出装置は指３８により（針８によるのではなく）対応する容量型キーが動作させられたことを示し、そのキーに対応する制御信号ＳＣを供給する。
【００２７】
図３および６による電極配列を、例えばクリスタル５の中心に配置された電極のように、針の位置検出の働きをせずに容量型キーとして働く他の透明電極を加えて完成させてもよいことに留意されたい。
【００２８】
上記の全ての実施形態において、検出装置４０の動作方法は、２つの独立、または同時モードを含む。それはこの装置の要素４５および４７の、ソフトウエアおよび／または論理配置の結果として制御される。２つのモードとは、時計を装着している人が、押しボタン１５などのメンバを使って意図的にスイッチを入れる、容量型キーを介しての制御モードと、時計用のムーブメントによって自動的にスイッチのオン・オフが可能な針検出モードである。制御モードは、タイミング手段または手操作手段によってスイッチを切ることができる。制御モードのスイッチが切られている間は、針検出は、針が通過する領域の制約された範囲、例えば透明電極の１つだけ、あるいは最後に検出した電極および隣接する電極に限定されることもある。この限定は、マルチプレクサ４２を使って制御する。またこの限定によって、電力の節約か、周期計算ウインドの拡大による振動周波数の計測精度向上のどちらかがもたらされる。
【００２９】
以上の説明は、時針の１つまたは複数の針の位置を検出して、その情報を電子時計のムーブメントに利用するために、欧州特許第６７４２４７に開示された容量型キーを含む制御装置を、はるかに簡単な手段で完成させることが可能なことを示すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による腕時計の概略断面図である。
【図２】図１の時計で使用される検出手段を示すダイアグラムである。
【図３】時計のクリスタル上に配置した、透明電極の第１実施形態を表す概略図である。
【図４】透明電極の別の実施形態を示す図である。
【図５】透明電極の別の実施形態を示す図である。
【図６】透明電極の別の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２ ケース
３ 金属中間部
４ バックカバー
５ クリスタル
６ 電子時計動作部
７ バッテリ
８ 分針
９ 時針
１１ ダイヤル
１２ プリント回路
１４ 電気アース
１５ 押しボタン
２１〜３２ 透明電極
３８ 指
４０ 検出装置
４２ マルチプレクサ
４３ 電流源
４４ 電流／電圧制限回路
４５ 周波数検出回路
４７ 処理回路、供給回路
５１ 固定電極
６１、６４ 電極
７０、７１ 電極
８０ 電極
８１〜８６ 電極群
Ｓ１〜Ｓ１２ 容量要素
Ｃ ₀ 固有キャパシタンス
Ｖ _R 基準電圧
ＳＣ 制御信号
ＳＤ 検出信号
ＳＩ 初期化信号

Claims (5)

1. 針（８、９）をもつ表示手段を収容し、かつ前記針に面して配置された誘電材料でできたクリスタル（５）を備えたケース（２）と、
   クリスタルの内面に配置された少なくとも１つの透明電極（２１から３２、６１、７１、８０）からなり、かつ容量型センサの第１プレートを形成しているいくつかの容量型キーを含む手動制御手段であって、選択的に、少なくとも１つの容量型キーと向き合ったクリスタルの外面に時計を装着している人の指（３８）を置くことによって、容量型センサの第２プレートが形成され、さらに、前記センサの容量変動を検出し、その結果、時計内で制御信号を発生する検出装置（４０）を含む手動制御手段とを有する電子時計において、
   前記針と、容量型キーの少なくとも１つの透明電極（２１から３２、６１、７１、８０）との間の容量の変動に基づいて、少なくとも１つの針（８、９）の位置を容量検出する手段を含み、
   上記針（８、９）は、固定電位に電気的に接続されていること、および針位置検出は、容量型キーに結合された検出装置（４０）を用いて行われることを特徴とする電子時計。
2. 針（８、９）をもつ表示手段を収容し、かつ前記針に面して配置された誘電材料でできたクリスタル（５）を備えたケース（２）と、
   クリスタルの内面に配置された少なくとも１つの透明電極（２１から３２、６１、７１、８０）からなり、かつ容量型センサの第１プレートを形成しているいくつかの容量型キーを含む手動制御手段であって、選択的に、少なくとも１つの容量型キーと向き合ったクリスタルの外面に時計を装着している人の指（３８）を置くことによって、容量型センサの第２プレートが形成され、さらに、前記センサの容量変動を検出し、その結果、時計内で制御信号を発生する検出装置（４０）を含む手動制御手段とを有する電子時計において、
   前記針と少なくとも１つの固定電極（２１から３２、５１、６１、７０、７１）との間の容量の変動に基づいて、少なくとも１つの針（８、９）の位置を容量検出する手段を含み、針位置検出が、容量型キーに結合された検出装置（４０）を用いて達成されることを特徴とする電子時計。
3. 前記固定電極（５１、７０）が、容量型キーの透明電極（２１から３２、６１、７１）とは別個であることを特徴とする請求項２に記載の時計。
4. 透明電極（２１から３２、６１、７０、７１）が実質上、半径方向に時計の中心に向う歯を備える櫛形であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の時計。
5. 容量型キーが１群（８１から８６）の前記透明電極（８０）を含み、検出装置（４０）が、前記群のいくつかの隣接する電極に向かい合って指（３８）を置くことに起因する容量変動と、前記群の任意の電極の近傍を針（８）が通過することに起因する容量変動とを区別するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の時計。

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