KR100319531B1 - 수동제어장치가달린손목시계 - Google Patents

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Abstract

본 손목시계(1)는 케이스(2), 유리(3)와 적어도 한개의 수동 제어장치(22)를 포함하는데, 수동제어장치는 유리(3)의 내부면(6)에 배열된 제 1 전극(5)이 달린 전기용량센서(20)를 갖추고 있다. 유리(3)의 외부면위에 손목시계(1) 착용자의 손가락(10)을 선택적으로 위치시킴으로써 케이스(2)로 구성된 접지(11)와 제 1 전극(5) 사이에 제 1 전기용량(Cd)이 형성된 기생전기용량(Cp)은 제 1 전극과 케이스 사이에 존재한다.
수동제어장치(22)는 또한 전압 주파수 변환기(22)를 갖추고 있는데 이것의 진동 주파수는 제 1 전기용량(Cd)에 의해서 결정되고, 이때 제 1 전기용량은, 기생전기용량(Cp)과 결합하여, 유리위에 손가락이 존재함으로써 형성된다.
본 발명은 소위 "손으로 쓰는 것을 인식하는" 손목시계에 사용될 수 있다.

Description

수동제어장치가 달린 손목시계
본 발명은 수동제어장치가 달린 손목시계, 특히, 전기용량센서, 손목시계 유리의 내부면에 배열된 제 1 아마츄어 전기자, 손목시계 착용자가 손목시계의 외부면에 손가락을 얹을때 케이스에 의해서 구성되는 접지와 제 1 전극사이에 형성되는 제 1 전기용량을 포함하는 손목시계에 관한 것이다.
푸쉬버튼같은, 보통의 외부제어장치를 대신하기 위한 수동 제어장치가 달린 손목시계들은, 이미 알려져 있으며 시간설정 또는 크로노그래프를 작동시키고 멈추게 하는 것과 같은 손목시계의 다양한 기능을 제어하도록 사용된다. 이런장치들중의 어떤것들은 손목시계 유리의 내부면에 배열된 최소한 한개의 투명전극으로 구성되는데 손목시계에는 손목시계의 착용자가 이 전극과 마주보는 유리에 손가락을 얹을때 발생되는 신호를 처리하도록 배열된 회로가 달려 있다.
이런식의 장치는 특허 CH 607 872 에 나타나 있다. 이 특허에 나타난 배열에서, 전도층은 손목시계의 내면에 배열되어 전기 용량센서를 형성한다. 이 센서는, 하나의 독립 콘덴서와 더불어, 전기용량 분할기를 형성한다. 고주파 교류 전압이 발전기에 의해서 이 분할기에 적용된다. 검파장치는 독립콘덴서와 전기 용량센서 사이의 전압을 탐지한다. 이 탐지된 전압은 손가락이 손목시계 유리위에 있는가 또는 없는가에 따라서, 두개의 값사이에서 변화한다. 비교기는 이 탐지된 전압을 기준전압과 비교하여 손가락이 얹어져 있는가 또는 없는가에 따라 높은 논리상태 또는 낮은 논리상태를 갖는 제어신호를 제공한다.
손목시계 유리에 배열된 전도층 그리고 케이스에 의해서 구성된 접지 사이에 항상 기생 전기용량이 존재한다. 이 용량은 전기용량 센서에 평행하게 연결된다. 그러므로 비교기에 의해서 탐지된 포텐셜 Uout 은 다음관계로 표현될 수 있다:
Uout = Uin (Cref) / (Cp + Cd + Cref)
여기서 Uin 은 발전기에 의해서 전기용량 분할기에 적용된 전압이고, Cp 는 기생전기용량이고, Cd 는 전기용량센서의 전기용량이고 Cref 는 독립콘덴서의 전기용량이다.
이런 장치들은, 만족스러운 해상도를 제공하기 위해서, 전기용량 Cd 와 Cref 가 기생 전기용량보다 매우 커서, 손목시계 전지의 내용연수를 뚜렷하게 감소시키는 높은 전류소비를 초래한다는 단점을 가지고 있다. 더구나, 전기용량 분할기에 의해서 탐지된 전압을 기준전압과 비교하는 비교기는, 필요한 정밀도를 갖도록, 복잡한 배열의 트랜지스터들을 포함하는 아날로그형 요소이다.
이런 단점들은 특히 많은 수동제어장치가 달린 손목시계의 경우에 특히 부각된다. 이것은 사용자의 손가락이 신호, 예로 손목시계유리 위의 손가락과 같은 문자 숫자식 신호를 쓸때 명령을 받을 수 있는 소위 "손으로 쓰는 것을 인식하는" 손목시계의 경우이다. 이런 경우에 이 손목시계는 유리의 외부면위에 손가락의 위치를 즉시 인식할 수 있도록 유리면에 배열된 전기용량센서를 각각 가지고 있는 수십개의 제어장치들을 갖추고 있어야 한다.
이런 경우에 각 제어장치의 소비량은 손목시계 전지의 내용연수를 결정하는데 중요한 요인이 된다.
본 발명의 목적은, 적어도 부분적으로, 그런 단점을 극복하는 수동제어장치를 갖춘 손목시계를 제공하는 것이다.
그러므로 본 발명은 접지를 형성하는 케이스, 유리 그리고 수동 제어장치의 작동에 의해서 B 손목시계의 미리 정해진 기능을 수행하도록 처리회로에 연결된 최소한 한개의 수동제어장치로 구성된 손목시계에 관한 것으로, 손목시계는 다음과 같이 구성된다:
-유리의 내부면에 배열된 제 1 아마츄어 전기자로 구성된 전기 용량센서, 그리고 이 센서의 또다른 아마츄어 전기자는 유리의 외부면위에 사용자 손가락의 위치에 의해서 선택적으로 형성되고, 그러므로 이 전기용량센서는 제 1 전기용량을 형성하게 되고, 손목시계는 또한 제 1 아마츄어 전기자와 케이스 사이에 제 2 기생전기용량을 갖는데, 여기서 수동제어장치가 또한
- 제 1 아마츄어 전기자와 제 2 전기용량 사이의 일반적인 접합부에 입력이 연결된 전압-주파수 변환기,
- 변환기와 처리회로 사이에 연결된 주파수 검파기, 로 구성되어 변환기의 진동 주파수가 유리의 외부표면위에 사용자 손가락이 있고 없음에 따라 변하는 것이 특징이다.
그러므로, 위에서 언급한 스위스특허의 장치의 것에 필적할 수 있는 수동제어장치의 해상도를 얻기 위해서, 전기용량센서의 전기용량은 기존의 기술에 사용된센서의 것과 비교하여 감소될 수 있다. 결과적으로 전기용량센서에 필요한 전하가 매우 감소하여, 사용자가 명령을 수행하려고 할때마다, 에너지 소비량이 더 낮아진다. 그러므로 손목시계 전기의 내용연수가 늘어날 수 있다.
더구나, 전압 주파수 변화기의 주파수를 결정하는 요소로서 손목시계의 기생전기용량과 전기용량센서를 사용함으로써, 본 발명은 제어신호를 발생시킬 수 있고 이 신호의 논리상태의 탐지는 수지장치에 의해서 이루어질 수 있는데, 이 수지장치는 기존의 기술에 사용되는 아날로그 회로의 것보다 목적을 이루는데 더 단순하다.
본 발명의 다른 특징들과 장점들이 다음의 설명에서 드러날 것이데, 이 설명은 예와 동봉된 도면을 언급해 가면서 명확하게 주어질 것이다.
제 1 도는 케이스(2)와 유리(3)로 구성된 손목시계(1)의 횡단면도를 나타낸다. 전도 전극(5)은, 가급적이면 투명한데, 손목시계(1)의 유리의 내부면(6)에 배열된다. 전극(5)은 전도체(7)에 의해서 전자회로(4)에 연결된다. 전지 또는 다른 전기 에너지원(8)은 또한 케이스(2)내에 놓이고 전도체(9)에 의해서 전자회로94)의 양극에 연결된다.
전극(5)은 전기용량센서(20)의 아마츄어 전기자중의 하나를 형성하는데, 전기용량센서(20)의 다른 아마츄어 전기자(21)는, 미리정해진 손목시계 명령을 수행하기 위해서, 착용자가 전극(5)의 위치에 있는 유리(3)의 외부면에 접촉할때 손목시계(1)의 착용자의 손가락(10)에 의해서 형성된다. 착용자의 손가락(10)은 착용자의 몸체의 나머지 부분이 착용자의 손목과 접촉하고 있고 전자회로(4)와 전자(8)의 음극에 연결되어 있는 케이스(2)를 경우함에 따라 전자회로의 접지(11)에 연결된다.
제 2 도는 전기용량센서(20)의 활성화에 반응하여 제어신호를 발생시킬 수 있는 제 1 도의 손목시계(1)에 사용된 수동제어장치(22)의 블럭선도를 나타낸다. 이 장치(22)는 주파수 검과기(DP)에 연결되고 다시 사용자가 작동시키고자 하는 손목시계기능을 기존의 방식대로 수행할 수 있게 해주는 처리회로(CE)에 연결된다.
제어장치(22)는 전기용량센서(20)를 포함하며 기생전기용량(Cp)은, 구성의 결과로서, 손목시계(1)의 전극(5)과 케이스(2)사이에 존재한다. 이 기생전기용량은 제 2 도에 콘덴서(23)로 표시되어 있다. 전기용량센서(20)와 콘덴서(23)는 연산증폭기(24)의 역입력과 접지(11) 사이에 평행하게 연결된다.
수동제어장치(22)는 또한 증폭기(24)의 출력과 접지(11) 사이에 일련으로 연결된 레지스터(25),(26) 그리고 (27)을 갖고 있다. 증폭기(24)의 비역입력은 레지스터(26)과 (27) 사이의 접합점에 연결된다. 이런 배치에서, 증폭기(24)와 레지스터(25,26,27)는 출력(28)에, 즉 레지스터(25)와 (26) 사이에 증폭기(24)의 역입력과 비역입력에 존재하는 상대적인 전입값에 따라서, 높은 논리수준 또는 낮은 논리수준을 가진 신호를 제공하는 슈미트 트리거(schmitt trigger)를 형성한다. 마주보게 배열된 두개의 제너 다이오드(29, 30)는 출력(28)과 접지(11) 사이에 연결되어, 이런 논리적 수준들을 각각 한정짓는 전압을 안정시킨다.
수동제어장치(22)는 또한 증폭기(24)의 출력(28)과 역입력 사이에 연결된 레지스터(31)를 포함한다. 이 레지스터(31)은, 전기 용량센서(20)와 콘덴서(23)와 더불어, 슈미트 트리거의 출력에 전압을 통합시키는 로우-패스 필터(low-passfilter)의 일부분을 형성한다. 콘덴서(20, 23)의 아마츄어 전기자의 포텐셜은 증폭기(24)의 역입력에 적용된다. 결과적으로 수동제어장치(22)는 전압-주파수 변환기, 다시말하면, 전압에 의해 제어되는 오실레이터로서 작용한다.
제 2 도에 도시된 실시예에서, 전압-주파수 변화기는 무정위 멀티바이브레이터(astable multivibrator) 형태로 디자인되어 왔는데, 자유롭게 진동하는 동안 두개의 반-안정상태를 가진 주기적 신호를 만들기 때문이다. 그러므로, 그것은 또한 주기적 신호발생기의 어떤 형태 또는 전압에 의해 제어된 오실레이터의 또다른 형태로 디자인될 수 있다. 제 2 도에 도시된 배열은 구성상의 단순성과 전자요소들이 높은 정밀도를 전혀 필요로 하지 않는다는 사실때문에 특히 유리하다.
제어장치(22)의 진동주기(t)는 다음관계에 의해서 주어진다:
여기서 B31, R26 그리고 R27 은 각각 레지스터 3, 26 그리고 27의 값이고 Ctot 는 증폭기(24)의 역전된 입력과 접지(11) 사이의 전체 전기용량이다. 그러므로 수동제어장지(22)외 입력신호의 진동주파수는 전체전기용량(Ctot)에 역으로 비례하고 그러므로 기생전기용량과 결합한 전기용량센서의 전기용량이 수동제어장치(22)의 진동주파수 값을 결정짓는다.
그러므로 전압-주파수 변환기의 진동주파수는 유리의 외부면 위에 사용자의 손가락이 있느냐 없느냐에 따라 변한다. 손목시계(1)의 착용자의 손가락(10)이 유리(3)위에 있지 않다면, 전기용량센서(20)의 아마츄어 전기자(21)는 결과적으로 제 2 도에 나타난 회로에는 부재하게 된다. 전체전기용량(Ctot)은 이 경우에는전극(5)과 접지(11) 사이의 기생전기용량와 같다. 그러면 제어장지(22)의 출력신호의 진동주파수는 기생전기용량(Cp)예 역비례한다.
한편, 손가락(10)이 유리(3)위에 놓일때, 아마츄어 전기자(21)가 형성되고 전기용량센서(21)는 결과적으로 제어장치(22)에 효과적으로 작용한다. 이런상태에서, 전체 전기용량(Ctot)은 전기 용량 Cd 와 Cp 의 합에 역비례한다.
출력신호에서 원하는 정보는 출력신호의 진폭의 절대값 보다는 주파수에 포함되어 있기때문에, 출력신호를 뽑아내기 위해 단순히 디자인된 수치장치를 사용하는 것으로도 충분한다. 이런 장치들은, 예로, 정해진 작동기간동안 작동되는 펄스카운터(pulse counter)로 이루어질 수 있다. 주파수 그러므로 손목시계유리의 외부변위에 손가락의 존재 또는 부재는, 이 정해진 기간동안 받는 펄스의 갯수로 직접 표현된다. 이런 장치들은 기술자들에게는 잘 알려져 있기때문에 여기서는 더 자세하게 설명하지 않는다.
제 3 도는 본 발명의 해상도와 에너지 소비량의 기존의 것과 비교하여 더 좋아졌다는 것을 보여주는 그래프이다. 이 그래프의 수평축위에 Cp/Cd. 즉 전기용량센서의 고정전극(5)와 케이스(2) 사이에 설정된 기생 전기용량과 전기용량센서(20)의 전기용량(Cd) 사이의 관계가 된다. 수직축위에 수동제어장치의 상대적 해상도, 즉 수동제어장치의 출력신호의 낮은 논리상태와 높은 논리상태 사이의 관계가 표시된다.
곡선(40)은, 위에서 언급된 특히 CH 607 872 에서 드러난 경우에, 사용자의 손가락이 각각 유리위에 존재할때와 부재할때, 콘덴서에 의해서 탐지된 두개의 전압값들 사이의 상대적인 편차 Vpr/Vab 를 나타낸다.
곡선(40)은 기존장치의 아날로그 전압수준들 사이에 큰 편차가 있으며, 그러므로 Cp/Cd 가 상대적으로 작으면, 높은 해상도가 이루어질 수 있다는 것을 보여준다. 그러나 이런상태에서, 전기용량센서의 전기용량(Cd)은 기생전기용량(Cp)보다 눈에 띄게 커야하는데, 기생전기용량은 수동제어장치의 소비량을 증가시킬 것이다. 결과적으로, 비교적 낮은 Cp/Cd 비는 수동제어장치의 해상도를 감소시키지만, 그러나 전기용량(Cd)이 작아짐에 따라 에너지 소비량이 낮아진다.
제 3 도의 곡선(41)은, 본 발명의 경우에 각각 손목시계(1)의 착용자의 손가락이 유리(3)위에 있을때와 없을때 Cp/Cd 의 비에 따라서 제어장치(22)의 출력(28)에 발생된 두개의 주파수 값(Fpr 과 Fab) 사이의 펀치를 나타낸다.
곡선(40)과 (41)를 효과적으로 비교하기 위해서, 이 곡선들은 계산기에 가장 작은 주파수비를 놓음으로써 점으로 찍힌다. 최대 전압값(위에서 언급된 스위스특허의 경우에 고려되는 정도까지)이, 본 발명의 경우에, 유리위에 손가락이 없을때 발생하는 일이 있다.
곡선(40)과 (41) 사이의 비교를 도시함으로써, 기존의 경우와 비교하여 제 2 도에 나타낸 본 발명의 실시예에서 해상도가 눈에 띄게 향상됨을 알 수 있다. 예로, 전기용량(Cd)이 전기용량 (Cp')의 값과 같은 경우에, 해상도는 기존의 것보다 25% 더 크다.
더구나, 예로 0.5% 의 해상도를 얻기 위해서, 기존의 경우에는 전기용량(Cd)이 기생 전기용량(Cp')보다 최소한 두배 더 커야 했는데, 이것은 본 발명의 경우에똑같은 해상도에 대해서 얻어지는 것과 비교하여, 손목시계 전지의 에너지 소비량이 상당히 증가함을 의미한다.
본 발명에 따른 손목시계의 기본구조와 달리하지 않으면서 본 발명에 따른 시계에 몇몇 변형 그리고/또는 향상이 이루어질 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 특히, 본 발명은 또한 제 2 도에 나타난 형식의 여러개의 수동제어장치를 포함하여 손으로 쓰는 것을 인식하는 속목시계에 관한 것으로, 유리위에서의 손목시계 착용자의 손가락의 위치를 뒤쫓아서 착용자에 의해서 유리위에 쓰여진 그림 또는 문자가 인식되도록 한다. 이경우에, 모든 수동 제어장치의 주파수 검과기(DP)는 손목시계의 처리회로(CE)에 연결될 수 있는데, 그동안 전기용량센서의 전극(5)은 손목시계 유리(3)위에 저당한 기조()를 형성한다.
또다른 실시예에서, 수동제어장치는 위에서 정의된 형식의 몇몇개의 전기용량센서를 포함할 수 있는데, 이런 전기용량센서들 각각의 제 1 아마츄어 전기자와 제 2 전기용량 사이의 일반적인 접합점은 다중화 장치의 입력에 연결된다.
이런 방식에서는, 다중화 장치의 작동에 의해서 결정된 주파수에 각각의 전기용량센서를 맞추는 단일 전압-주파수 변환기만이 필요하다. 전문가라면 제 2 도에 나타난 전기용량센서의 전기용량(Cd)이 손목시계 유리위에서의 사용자 손가락의 정확한 위치에 따라 변한다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로 전압-주파수 변환기 진동 주파수는 유리위에 놓인 손가락이 전기용량센서의 제 1 아마츄어 전기자에 가까워지거나 또는 멀어질때 차츰적으로 변할 수 있다. 전기용량센서와 마주보는손가락의 존재 또는 부재가 탐지되도록 하기 위해서, 감도 하한계(sensitivify threshold)가 주파수에 주어진 변화에 따라서 한정될 수 있다. 전압-주파수 변환기 주파수에서의 변화가 감도하한계보다 클때, 이 변화는 처리회로에 의해서 탐지된다. 이 감도하한계는 수동제어장치를 형성하는 각각의 전기용량센서에 대해서 다를 수 있으며, 모든 이런 하한계 값들을 처리회로의 기억장치에 저장될 수 있다.
몇몇개의 전기용량센서들을 포함하는 수동제어장치의 경우에, 사용자 손가락의 위치는 각각의 전기용량센서에 기인한 주파수변화를 분석함으로써 탐지될 수 있다. 그러므로, 손목시계 유리 위에서의 손가락의 위치에 기인한 주파수 변화는 손가락으로부터 가장 멀리 떨어진 전기용량센서들에 대해 더욱 뚜렷할 수 있다. 전기용량센서들의 주파수 변화를 전체적으로 분석함으로써, 손가락의 위치가 결정될 수 있다.
제 1 도는 본 발명에 따른 전기용량센서의 배열의 개략적인 횡단면도를 나타낸다.
제 2 도는 본 발명에 따른 손목시계에 사용되는 수동제어장치의 향상된 실시예의 블럭선도를 나타낸다.
제 3 도는 본 발명에 따른 속목시계와 기존기술에 따른 손목시계에 의해서 이루어지는 해상도를 전기용량센서의 전기용량에 따라 나타낸 그래프이다.
부호설명
1...손목시계 2...케이스
3...유리 4...전자회로
5...전극 6...내부면
7,9...전도체 8...전기에너지원
10...손가락 11...접지
20...전기용량센서 21...아마츄어 전기자
22...수동제어장치 23...콘덴서
24...증폭기 25,26,27...레지스터
28...출력 29,30...제너 다이오드
32...레지스터

Claims (5)

  1. 속목시계가 접지를 구성하는 케이스(2), 유리(3) 그리고 최소한 한개의 수동제어장치(22)를 갖추고 있는데, 수동제어장치(22)는 자신의 작용에 의해서 미리 정해진 손목시계 기능을 수행하도록 계획된 처리회로(CE)에 연결되고 이 수동제어장치는
    - 유리의 내부면(6)에 놓인 제 1 아마츄어 전기자(5)를 포함하는 전기용량센서(20)를 갖추고 있으며, 다른 아마츄어 전기자는 유리(3)의 외부면 위에 손목시계(1) 사용자의 손가락(10)을 위치시킴으로써 선택적으로 형성되고, 전기용량센서(20)는 그러므로 제 1 전기용량(Cd)을 형성하도록 계획되고, 또한 제 1 아마츄어 전기자와 케이스(2) 사이에 제 2 기생 전기용량(Cp)을 갖추고 있는 손목시계에 있어서, 수동제어장치(22)가 또한
    - 제 1 아마츄어 전기자(5)와 제 2 전기용량(Cp) 사이의 일반적인 접합점에 입력이 연결된 전압-주파수 변환기(22),
    - 변환기(22)와 처리회로(CE) 사이에 연결된 주파수 검파기(DF)를 갖추고 있어서, 변환기의 진동주파수가 유리의 외부면위에 사용자의 손가락이 있느냐 없느냐에 따라서 변하는 것이 특징인 손목시계.
  2. 제 1 항에 있어서, 전압-주파수 변화기(22)가 무정위 멀티바이브레이터 형태로 만들어지는 것이 특징인 손목시계.
  3. 제 2 항에 있어서, 일반적인 접합점이 무정위 멀티바이브레이터의 부분을 형성하는 증폭기(24)의 입력에 연결되는 것이 특징인 손목시계.
  4. 앞항중 어떤 한 항에 있어서, 전기용량센서들이 함께 손목시계 유리위에 기조를 형성하여 유리의 외부면 위에 손으로 쓰는 것을 인식할 수 있도록 하는 여러개의 수동제어장치. 처리회로(CE)에 연결된 모든 제어장치들의 주파수 검파기(DF)를 갖추고 있는 것이 특징인 손목시계.
  5. 제 1∼3 항중 어떤항에 있어서, 함께 모여서 손목시계 유리위에 기조를 형성하여 유리의 외부변위에 손으로 쓰는 것을 인식할 수 있도록 해주는 여러개의 전기용량센서를 갖추고 있는 것을 특징으로 하며, 또한 전압-주파수 변환기의 입력에 출력이 연결된 다중화장치, 다중화장치의 입력에 연결되는 각각의 전기용량센서의 제 2 전기용량과 제 1 아마츄어 전기자 사이의 일반적인 접합점을 갖추고 있는 것이 특징인 손목시계.
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