專(zhuān)利名稱(chēng)：包含手控裝置的手表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與含有一手控裝置的手表有關(guān)，尤其與這樣的手表有關(guān)它包含一個(gè)電容傳感器，一個(gè)放在表蓋內(nèi)表面的第一電容極板，一個(gè)第一電極和地之間形成的第一電容，當(dāng)手表的佩戴人將手指放在手表的外表面時(shí)，電容就形成了。
含有用來(lái)代替一般外部控制裝置(諸如按鈕)的手控裝置的手表已廣為人知并被用來(lái)控制手表的各種功能，比如定時(shí)或啟動(dòng)及終止記時(shí)。某些裝置由放在表蓋內(nèi)表面的至少一個(gè)透明的電極構(gòu)成，手表含有一個(gè)電路，用于處理信號(hào)，當(dāng)手表的佩戴者將他的手指放在與該電極相對(duì)的表蓋上時(shí)產(chǎn)生這些信號(hào)。
在專(zhuān)利CH 607 872中揭示了一個(gè)這種類(lèi)型的裝置，在該專(zhuān)利所揭示的布置中，一個(gè)傳導(dǎo)層被布置在表蓋的內(nèi)表面以形成一個(gè)電容傳感器，該傳感器與一個(gè)獨(dú)立的電容器一起構(gòu)成一個(gè)電容分壓器。振蕩器(generator)產(chǎn)生的一高頻交流電壓被加在該電容分壓器上。一個(gè)探測(cè)裝置探測(cè)獨(dú)立電容器和電容傳感器之間的電壓。根據(jù)手指是否放在表蓋上，探測(cè)到的電壓在兩個(gè)值間變化，一個(gè)比較器將探測(cè)到的電壓與一個(gè)參考電壓相比較，然后提供一個(gè)控制信號(hào)，根據(jù)手指是否放在表蓋上該控制信號(hào)具有一個(gè)高邏輯狀態(tài)或低邏輯狀態(tài)。
布置在表蓋上的傳導(dǎo)層和由表殼形成的地之間總是存在一個(gè)寄生電容。該電容與電容傳感器并聯(lián)。因此，由比較器探測(cè)到的電勢(shì)Uout可由以下關(guān)系式表示(Uout＝Uin(Cref)/(Cp+Cd+Cref其中Uin是振蕩器加到電容分壓器上的電壓，Cp是寄生電容，Cd是電容傳感器的電容，Cref是獨(dú)立電容器的電容。
這種裝置有如下的缺點(diǎn)為了給它們提供一個(gè)可接受的分辨率，電容Cd和Cref必須比寄生電容大得多，從而導(dǎo)致高的電流消耗，顯著減少手表電池壽命。另外，將由電容分壓器探測(cè)到的電壓與一個(gè)參考電壓相比較的比較器是一個(gè)模擬元件，為了具有要求的精度，該模擬元件必須包含一個(gè)復(fù)雜的晶體管排列。
當(dāng)一只手表含有大量手控裝置時(shí)，尤其能感到這些缺點(diǎn)。例如，所謂“手寫(xiě)識(shí)別”手表就是這種情況，當(dāng)使用者的手指在表蓋上“寫(xiě)”一個(gè)符號(hào)時(shí)，例如一個(gè)字母數(shù)字符號(hào)(比如一個(gè)數(shù)字)，“手寫(xiě)識(shí)別”手表能夠接受命令。在這種情況下，手表必須裝備數(shù)十個(gè)控制裝置，每個(gè)控制裝置有一個(gè)放在表蓋表面的電容傳感器使得在表蓋外表面上手指的位置能夠被立即識(shí)別出來(lái)。在這種情況下，每個(gè)控制裝置的消耗構(gòu)成決定手表電池的壽命的重要因素。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供裝備有至少部分克服這些缺點(diǎn)的手控裝置的手表。
因此，本發(fā)明涉及的手表含有構(gòu)成地的表殼，表蓋以及與處理電路相連的至少一個(gè)手控裝置，通過(guò)所述手控裝置的作用，該處理電路執(zhí)行手表的預(yù)定功能，手控裝置包含-一個(gè)電容傳感器，它含有位于表蓋內(nèi)表面的第一電容極板，它的另一個(gè)電容極板由所述手表的使用者的手指放在表蓋的外表面形成，該電容傳感器因而用于形成第一電容，所述手表還具有所述第一電容極板和表殼間的第二寄生電容，所述手控裝置其特征在于還包含-一個(gè)電壓-頻率轉(zhuǎn)換器，其輸入被連到所述第一電容極板和所述第二電容的公用接頭上，-連在所述轉(zhuǎn)換器和所述處理電路間的一個(gè)頻率探測(cè)器，使所述轉(zhuǎn)換器的振蕩頻率的變化是使用者的手指是否放在表蓋的所述外表面上的函數(shù)。
因此，為了獲取與前述瑞士專(zhuān)利裝置的分辨率相似的手控裝置的分辨率，與先有技術(shù)中所使用的傳感器的電容相比，可以減少電容傳感器的電容。這樣，電容傳感器上所需放置的電荷顯著弱得多，結(jié)果是每次使用者執(zhí)行一個(gè)命令時(shí)的能量消耗更低。因而延長(zhǎng)手表電池的壽命。
另外，通過(guò)用電容傳感器和手表的寄生電容作為確定電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的頻率的要素，本發(fā)明可以產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，該控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)的探測(cè)通過(guò)數(shù)字裝置來(lái)完成，數(shù)字裝置完成起來(lái)比先有技術(shù)中使用的模擬電路更簡(jiǎn)單。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在以下敘述中出現(xiàn)，以下敘述純粹以例子的方式并參看附圖給出，其中-

圖1是根據(jù)本發(fā)明的電容傳感器的布置的圖解截面視圖;
-圖2是根據(jù)本發(fā)明的與手表一起使用的手控裝置的較佳實(shí)施例的框圖;
-圖3是一幅顯示根據(jù)本發(fā)明的手表和根據(jù)先有技術(shù)的手表所達(dá)到的分辨率的示意圖，其中分辨率是電容傳感器的電容的函數(shù)。
圖1顯示了含表殼2和表蓋3的手表1的截面視圖。電子線(xiàn)路4被布置在表殼2中。傳導(dǎo)電極5(最好透明)被布置在手表1的表蓋的內(nèi)表面6上。電極5由導(dǎo)線(xiàn)7連到電子線(xiàn)路4。電池或其它電源8也放在表殼2中并由導(dǎo)線(xiàn)9連到電子線(xiàn)路4的正極。
電極5構(gòu)成電容傳感器20的一個(gè)極板，當(dāng)手表1的佩戴者為了實(shí)現(xiàn)手表的預(yù)定命令時(shí)，他觸摸表蓋3的外表面上電極5的位置，這時(shí)他的手指10形成電容傳感器20的另一極板21。通過(guò)與佩戴者手腕相接觸的且連到電路4和電池8的負(fù)極的表殼2，佩戴者的手指10連到電路的地11，即佩戴者身體的其余部分。
圖2是圖1中的手表1所使用的手控裝置的框圖，該手控裝置能產(chǎn)生控制信號(hào)以響應(yīng)電容傳感器20的觸發(fā)。該裝置22依次連到頻率探測(cè)器DF和處理電路CE，CE以眾所周知的方式實(shí)現(xiàn)使用者希望執(zhí)行的功能。
控制裝置22含有電容傳感器20，同時(shí)作為設(shè)計(jì)結(jié)果，寄生電容Cp存在于電極5和手表1的表殼2之間。圖2中，寄生電容由電容23表示。電容傳感器20和電容23并聯(lián)于地11和運(yùn)算放大器24的倒相輸入之間。
手控裝置22還含有串聯(lián)于放大器24的輸出和地11之間的電阻25，26和27。放大器24的同相輸入連到電阻26和27間的接頭上。在這樣的構(gòu)造中，放大器24和電阻25，26及27構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器(Schmitt trigger)，在其輸出端28(即電阻25和26間的接點(diǎn))提供一個(gè)具有高邏輯電平或低邏輯電平的信號(hào)，該信號(hào)是加在放大器24的倒相輸入和同相輸入上的相關(guān)電壓值的函數(shù)。頭尾相對(duì)連接的兩個(gè)齊納二極管(Zener diode)29和30連于輸出28和地11之間，以便穩(wěn)定分別定義這些邏輯電平的電壓。
手控裝置22還包含連于輸出28和放大器24的倒相輸入之間的電阻31。這個(gè)電阻31和電容傳感器20及電容23一起構(gòu)成在施密特觸發(fā)器的輸出端整化電壓的低通濾波器的一部分。電容20和23的電容極板的電勢(shì)加在放大器24的倒相輸入。結(jié)果，手控裝置22起到電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的作用，換言之，起到電壓控制振蕩器的作用。
在圖2所示的實(shí)施例中，電壓-頻率轉(zhuǎn)換器初設(shè)計(jì)成非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的形式，因?yàn)樗谧杂烧袷帟r(shí)產(chǎn)生一個(gè)具有兩個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)的周期信號(hào)。然而，它也可以被設(shè)計(jì)成任何形式的周期信號(hào)發(fā)生器或其它形式的電壓控制振蕩器圖2中所示的布置特別優(yōu)越，因?yàn)樗臉?gòu)造簡(jiǎn)單且不需要任何高精度的電子元件。
控制裝置22的振蕩周期T由下面的關(guān)系式給出T＝2R31CtotLn(1+(2R26)/R27這里，R31，R26和R27分別是電阻31，26和27的數(shù)值，Ctot是放大器24的倒相輸入和地11之間的所有的總電容和。因此可見(jiàn)，手控裝置22的輸出信號(hào)的振蕩頻率與總電容Ctot成反比，電容傳感器的電容和寄生電容一起決定了手控裝置22的振蕩頻率值。
因此，電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的振蕩頻率的變化是使用者的手指是否放于表蓋的外表面上的函數(shù)。如果手表1的佩戴者的手指10沒(méi)有放在表蓋3上，那么電容傳感器20的極板21就不存在于圖2所示的電路中。在這種情況下，總電容Ctot等于電極5和地之間的寄生電容Cp?？刂蒲b置22的輸出信號(hào)的振蕩頻率就反比于寄生電容Cp。
另一方面，當(dāng)手指10放在表蓋3上時(shí)，構(gòu)成極板21，電容傳感器21就有效地作用于控制裝置22。在這種情況下，總電容Ctot等于電容Cd和Cp的和的倒數(shù)。因此控制裝置22的輸出信號(hào)的振蕩頻率與電容Cd和Cp的和成反比。
因?yàn)檩敵鲂盘?hào)中所需要的信號(hào)包含于它的頻率當(dāng)中而不是包含于它的振幅的絕對(duì)值中，所以為了抽取該信息，使用簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的數(shù)字裝置就夠了。例如，這種裝置可以通過(guò)一個(gè)工作在一個(gè)固定工作周期的脈沖計(jì)數(shù)器來(lái)完成。因此，頻率以及手指是否放在表蓋的外表面上可以直接由在這個(gè)固定周期內(nèi)所收到的脈沖數(shù)來(lái)表示。這里不再更詳細(xì)地描述這種裝置，這種裝置對(duì)本技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)是眾所周知的。
圖3表明同先有技術(shù)中所獲得的分辨率及能量消耗相比本發(fā)明更為優(yōu)越。圖的橫坐標(biāo)上標(biāo)有比率Cp/Cd，即電容傳感器的固定電極5和表殼2之間所建立的寄生電容和電容傳感器20的電容Cd之間的關(guān)系。在縱坐標(biāo)上標(biāo)有手控裝置的相對(duì)分辨率，換言之，是其輸出信號(hào)的低邏輯狀態(tài)和高邏輯狀態(tài)之間的關(guān)系。
曲線(xiàn)40表示在上述專(zhuān)利CH 607 872中在手指放上和拿開(kāi)時(shí)電比較器所探測(cè)到的兩個(gè)電壓之間的相對(duì)偏差Vpr/Vab。電容Cref的值被取為等于電容Cd的值。
曲線(xiàn)40顯示在先有裝置的模擬電壓電平間存在一個(gè)大的偏差，如果比例Cp/Cd相對(duì)較小，能得到高的分辨率。但在這種情況下，電容傳感器的電容Cd必須比寄生電容Cp大得多，它將增加手控裝置的能量消耗。反過(guò)來(lái)，一個(gè)相對(duì)低的Cp/Cd比率降低手控裝置的分辨率，但達(dá)到較低的能量消耗。因?yàn)殡娙軨d更小。
圖3中的曲線(xiàn)41仍以比率Cp/Cd的函數(shù)的形式表示當(dāng)手表1的佩戴者的手指分別放在表蓋3上及不在所述表蓋上時(shí)在控制裝置22的輸出端28產(chǎn)生的兩個(gè)頻率值Fpr和Fab之間的差異。
應(yīng)注意到，為了建立曲線(xiàn)40和41間的有效的比較，通過(guò)在計(jì)數(shù)器設(shè)置最小的電壓頻率比來(lái)繪制它們。與本發(fā)明中的情況一樣，是在手指拿開(kāi)時(shí)產(chǎn)生最大電壓值(到上述瑞士專(zhuān)利所考慮的范圍)。
通過(guò)繪制曲線(xiàn)40和41間的對(duì)比，與先有技術(shù)的情況相比，圖2中所示的本發(fā)明的實(shí)施例在分辨率上取得了顯著的提高。例如，在電容Cd與電容Cp的值相等的情況下，分辨率比先有技術(shù)的精度提高25%。
另外，例如為了獲得0.5%的分辨率，在先有技術(shù)中電容Cd必須至少比寄生電容Cp大兩倍，與本發(fā)明中獲得同樣的分辨率所消耗的手表電池能量相比，這意味著在手表電池能量消耗上有相當(dāng)大的增加。應(yīng)注意到，可以根據(jù)本發(fā)明而不背離本發(fā)明的框架對(duì)手表進(jìn)行幾個(gè)修改和/或改進(jìn)。特別地，本發(fā)明也考慮識(shí)別手寫(xiě)的手表，這樣的手表有多個(gè)圖2類(lèi)型的手控裝置，以便跟蹤手表佩戴者的手指在表蓋上的位置，從而使佩戴者在表蓋上所寫(xiě)的數(shù)字或字母能被識(shí)別出來(lái)。在這種情況下，所有手控裝置的頻率探測(cè)器DF可以連到手表的處理電路CE，而它們的電容傳感器的電極5在表蓋3上形成恰當(dāng)?shù)膱D案(motif)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，手控裝置含有幾個(gè)上述所定義類(lèi)型的電容傳感器，第一極板和每個(gè)電容傳感器的第二電容間的公共接頭均連到一個(gè)多路轉(zhuǎn)換器的輸入端。在這種情況下，多路轉(zhuǎn)換器的輸出連到控制裝置頻率探測(cè)器的輸入。
這樣，只要一個(gè)電壓-頻率轉(zhuǎn)換器以多路轉(zhuǎn)換器的操作所確定的頻率來(lái)判斷每個(gè)電容傳感器本技術(shù)的專(zhuān)業(yè)人員可以理解圖2所示的電容傳感器的電容Cd隨使用者的手指在表蓋上的具體位置而變化。因此，當(dāng)放在表蓋上的手指接近或遠(yuǎn)離電容傳感器的第一極板時(shí)，電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的振蕩器頻率逐漸改變。為了能夠探測(cè)到正對(duì)電容傳感器的手指是放上還是離開(kāi)表蓋，對(duì)應(yīng)于一個(gè)所給的頻率變化定義一個(gè)敏感閥值。當(dāng)電壓-頻率轉(zhuǎn)換器頻率變化大于敏感閥值時(shí)，該變化被處理電路探測(cè)到。對(duì)于構(gòu)成手控裝置的每個(gè)電容傳感器，其敏感閥值可以不同，所有的閥值可以被存儲(chǔ)在處理電路的內(nèi)存中。
在一個(gè)手控裝置含有幾個(gè)電容傳感器的情況下，使用者手指的位置可以通過(guò)分析由每個(gè)電容傳感器所引起的頻率變化來(lái)探測(cè)。因此，對(duì)于離手指最遠(yuǎn)的電容傳感器，由表蓋上的手指的位置所引起的頻率變化將更顯著。因此，通過(guò)將電容傳感器的頻率變化作為一個(gè)整體來(lái)分析，可以確定手指的位置。
權(quán)利要求
1.手表(1)含有構(gòu)成地的表殼(2)，表蓋(3)以及至少一個(gè)手控裝置(22)，該手控裝置連到處理電路(CE)，通過(guò)所述手控裝置(22)的作用，處理電路(CE)用于執(zhí)行預(yù)定的手表功能，該手控裝置包含-包含放在表蓋(3)的內(nèi)表面(6)上的第一極板(5)的電容傳感器(20)，電容傳感器的另一個(gè)極板選擇性地由放在表蓋(3)的外表面上的所述手表(1)的使用者的手指(10)所構(gòu)成，因此所述電容傳感器(20)用于構(gòu)成第一電容(Cd)，所述手表(1)還具有所述第一極板和表殼(2)間的第二寄生電容。所述手控裝置(22)其特征在于還包含-電壓-頻率轉(zhuǎn)換器(22)，它的輸入連到所述第一極板(5)和所述第二電容(Cp)之間的公共接頭。-頻率探測(cè)器(DF)，它被連在所述轉(zhuǎn)換器(22)和所述處理電路(CE)之間，從而所述轉(zhuǎn)換器的振蕩頻率變化是使用者的手指放上或離開(kāi)表蓋的外表面的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的手表，其特征在于所述電壓-頻率轉(zhuǎn)換器(22)以非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的形式產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的手表，其特征在于公共接頭連到構(gòu)成所述非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的一部分的放大器(24)的輸入端。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的手表，其特征在于它包含多個(gè)手控裝置，這些手控裝置的電容傳感器共同在表蓋上形成一個(gè)圖案(motif)使得在所述表蓋的外表面上的手寫(xiě)可以被識(shí)別出來(lái)，所有控制裝置的頻率探測(cè)器(DF)連到所述處理電路(CE)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到3的任一權(quán)利要求的手表，其特征在于，它包含多個(gè)所述電容傳感器，這些電容傳感器一起在表蓋上構(gòu)成一個(gè)圖案(motif)以便識(shí)別在所述表蓋的外表面上的手寫(xiě)，其特征還在于它還包含一個(gè)輸出連到所述電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的輸入的多路轉(zhuǎn)換器，所述第一極板和每個(gè)所述電容傳感器的所述第二電容之間的公共接頭均連到所述多路轉(zhuǎn)換器的輸入。
全文摘要
手表(1)包括表殼(2)，表蓋(3)和至少一個(gè)手控裝置(22)，手控裝置(22)包括一個(gè)具有布置在表蓋(3)的內(nèi)表面(6)上的第一電極(5)的電容傳感器(20)。佩戴者的手指(10)放在表蓋(3)的外表面上在第一電極(5)和由表殼(2)所構(gòu)成的地(11)之間形成第一電容(C
文檔編號(hào)G04G21/08GK1113577SQ95103088
公開(kāi)日1995年12月20日 申請(qǐng)日期1995年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月24日
發(fā)明者Y·特里斯, J·格魯普 申請(qǐng)人:阿蘇拉布股份有限公司