带有位于表面玻璃上的电容键的电子表 【技术领域】
本发明涉及一种包括外壳和手动操纵装置的电子表，外壳里面装着带有指针的显示装置，并有安装在指针前面的由电介质材料制成的表面玻璃；手动操纵装置包括电容键，每个电容键带有一个布置在表面玻璃内表面上的透明电极，并构成电容传感器的第一极板，该电容传感器的第二极板是通过将手表佩带者的手指有选择地放在对着至少一个电容键的表面玻璃外表面上而形成，操纵装置还包括用来检测所述传感器中电容变化从而在手表中产生控制信号的检测装置。背景技术
在欧洲专利No.674247中公开了这种类型的手表。带有电容键的控制装置可以代替通常用来控制手表各种功能如设定时间、开始和停止计时器或进入一种特殊工作模式的外部控制部件如按钮。
此外，手表中所带有的电容装置可用于检测手表指针的位置，尤其是用于检查指针的实际位置与贮存在电子表机芯中计数器的理论位置是否一致，如果有必要的话进行校正；或者用于检测指示闹铃时间的指针位置。例如，德国专利申请No.3317463和日本专利申请No.8-201537A提出检测金属指针与位于表盘上的一个或两个系列固定电极之间的电容变化。日本专利申请No.10-10243A还提出固定电极可以是固定在表面玻璃下面的透明电极。发明内容
本发明的一个基本思想是将上述两种装置结合到电子表中。此外，本发明用非常简单地方法实现了这种结合。
根据第一方面，本发明涉及一种在上面导言中所指出类型的电子表，其特征在于，这种手表包括根据指针与电容键的至少一个透明电极之间的电容变化来检测至少一个指针位置的装置。
由于共用布置在表面玻璃下面的透明电极，以及这些电极与通常位于电子表机芯中的检测装置之间的电连接，因此实现了两种电容检测系统的有利结合。
根据第二个方面，本发明涉及一种在上面导言中所指出类型的电子表，其特征在于，这种手表中包括根据指针与至少一个固定电极之间的电容变化来检测至少一个指针位置的装置，所述指针位置的检测是通过与电容键相连的检测装置实现的。
假定想要检测其位置的每个金属指针一般都连接到一固定电位，具体地说是手表电路的接地，这与手表佩带者作用于电容键上的手指的电位是一样的，本发明的特别有利的方面在于可以用同一个电子装置来检测一个或多个指针的位置以及有无手指放在键上。换句话说，不用对电子检测电路作任何实质性的修改，就可以在欧洲专利No.674247所公开的那种带有电容键的手表中增加指针位置检测功能。
显然，本发明的上述两个方面可以十分有利地结合到电子表中，如下文中所要介绍的。附图说明
下面将参考附图来介绍优选实施例及其各种变型，从而使本发明的其它特征和优点更加清楚，其中：
-图1是根据本发明的手表的横断面示意图；
-图2示出了用于图1手表中的检测装置；
-图3示意性地示出了布置在表面玻璃上的透明电极的第一个实施例；
-图4示出了透明电极的另一个实施例；
-图5示出了透明电极的另外一个实施例；和
-图6示出了透明电极的另外一个实施例。具体实施方式
图1所示的手表1通常包括由金属中间部分3、后盖4和表面玻璃5构成的密封外壳2，其中表面玻璃5是用电介质材料如矿物玻璃、有机玻璃或蓝宝石制成的。外壳2中装有电子表机芯6、电池7以及具体包括分针8和时针9的模拟显示装置，分针8和时针9在由表面玻璃5和表盘11之间的突缘10所限定的空间中转动。在机芯6中示意性地示出了带有一个或多个集成电路13的印刷线路板12。外壳2、以及金属指针8和9连接到由电池7的一个电极所确定的固定电位上，并形成电接地14。应当认识到为了使图面明晰，已经将图1中的高度放大。
手表1装有带电容键的控制装置，该控制装置基于欧洲专利No.674247中所介绍的原理，并利用手动操纵部件如按钮15来启动。在本实施例中，面对分针8扫过的区域的电容键由图3所示的固定在表面玻璃5内表面上的十二个透明电极21至32形成。电极21至32最好是由导电氧化物层如ITO(氧化铟锡)组成的，这层还包括连接通路34和接触片35，用来通过各导体36和突缘10中的单片斑马纹多头连接器(未示出)将每个电极连接到印刷线路板12上。在图3中，接触片35分在表面玻璃5的直径方向上相对的两个区域中，但也可以集中在单个区域内或者分到几个区域中。
在本实施例中，电极21至32基本上为梯形，可覆盖分针8的大部分长度，并由宽度不变的径向长条形的间隔37隔开，基本上等于或略大于指针8的宽度。间隔37相互之间偏移30°角，且间隔37最好定位于对着表盘上惯用的从一点到十二点的小时符号。这样可以精确地检测指针8对着这些符号的位置，如在下文中所要介绍的。由电极21至32构成的电容键可以通过如表盘上、表面玻璃上或外壳前圈上的名称、数字或符号加以识别。
每个电极21至32构成电容传感器的一个极板，当手表佩带者将其手指38有选择地对着有关电极放在表面玻璃5上时，形成电容传感器的另一个极板。手指38通过表壳2与接地14电连接。在电容传感器中，将手指38放在由相关透明电极形成的键上会使相关传感器中的电容比起电极和外壳之间所存在的寄生电容增大很多。这种电容上的变化可由图2所示的检测装置40检测到并送到机芯6的一个集成电路13中。十二个透明电极21至32连接到检测装置40中模拟多路转换器42的十二个相应的接线端上。换言之，在多路转接器42和接地14之间并联着十二个电容传感器。图2中作为示例示出了三个用S1、S4和S6表示的这种传感器，分别包括电极21、24和26。在多路转接器42和接地之间还连接着一个作为参照的电容S13，并且最好位于印刷线路板12上。
检测装置40包括由基准电压VR供电的控流电流源43、放大器和电压限幅电路44、与随机存储器(RAM)46相联的频率检测器45、以及专门用来提供控制信号SC和检测信号SD的数据处理电路47。频率检测器45和数据处理电路47可以各自包含一个逻辑电路或微处理器。
电路44的输入端44a连接到电流源43和多路转接器42上，并与每个电容元件S1至S13构成一个振荡器。其构造可以属于欧洲专利No.674247中所介绍的类型，读者可参考该专利以获取更多的细节。该电路是一个电压频率转换器，换句话说，是一个电压控制振荡器。其输出信号SF的振荡频率与元件S1至S13的电容成反比，其中元件S1至S13通过多路转接器42与该电路相连。
在工作中，频率检测器45接收信号SF，根据在计算预定时间窗中的周期数来测量其振荡频率，并将该测量值与对应于有关传感器(即通过多路转接器42相连的)本征电容C0的存储值作比较，以确定该传感器是否要触发。所述本征电容在检测装置的初始化阶段中已贮存到存储器46中。频率检测器45还控制多路转接器42和电流源43。作为参照电容S13，一方面必须使电容传感器的充/放电电流可以被准确地调整，另一方面必须使振荡器频率的漂移可以被测量，这样频率检测器软件就能够补偿这种漂移。在任何情况下，参照电容值必须大于传感器S1至S12的本征电容C0值。通过用多路转接器42进行顺序扫描来确定十二个传感器S1至S12以及参照电容S13的状态，且最好从参照电容开始扫描。
当分针8对着一个透明电极21至32时，会使对应传感器的电容增大。不过，由于指针的表面积相对较小，电容的这种变化很小，举例来说，要比把手指38放在对着同一电极的表面玻璃上所产生的电容变化小五至十倍。检测电路45用来将这些变化与预定门限值进行比较，以区分由指针所引起的电容变化和由手指所引起的电容变化。因此，检测电路45提供给数据处理电路47的输出信号一方面指出传感器S1至S12中的哪一个被触发，另一方面指出该触发是由手指48还是由指针8引起的。于是，如果触发是由手指引起的，数据处理电路47就输出控制信号SC；如果触发是由指针引起的，数据处理电路47就输出检测信号SD。
数据处理电路47最好可以对指针8从21至32中某个电极到下一个电极，或从一个电极到将其与下一个电极隔开的间隔37时发出信号。由于指针通常是一步步驱动的，这使得可以准确地检测到指针通过预定的位置，在本实施例中每隔五分钟检测一次。检测电路45可以将一次扫描过程中的测量值贮存在存储器46中，然后在下一次扫描过程中将新的测量值与最后得到的测量值进行比较。由于一个完整扫描所持续的时间可以相当短，取决于传感器的数目，可在30至200毫秒之间。所以指针8刚开始覆盖一个电极时，该电路就可以准确地检测到，即使指针8还部分覆盖着前一个电极。因此就有可能减小电极之间的间隔37以及使用相对较宽的指针，从而产生相当高的电容变化以便于检测。
本领域的技术人员应当知道通过上述装置实现的指针位置检测可以方便地用于检查该位置与钟表机芯中的电子分钟计数器内容是否一致。当指针位置与计数器值不符时，可以通过驱动指针的马达的适当步数来自动校正。
通常，时针9较分针8更远离透明电极21至32。在本实施例中，时针9贴近电极21至32的表面积过小以致不会干扰分针位置的检测。然而，在其它的实施例中，可以将时针9的尺寸做得足够大并放置得离表面玻璃5足够近，使得在传感器S1至S12中产生足够大的电容变化，因此能够被检测到。于是检测电路45必须用一个附加的预定门槛值来区分电容变化分别是由时针和分针中的哪一个引起。
另一种解决方法，在图1中以虚线示意性地表示，是利用放置在表盘11上的一个或多个固定电极51(因时针9比分针8更接近固定电极)来检测时针9的位置。这样每个固定电极51与指针9构成一个另外的电容传感器，并能够连接到多路转接器42上，并在传感器S1至S12之后由检测装置40进行扫描。换句话说，同一个检测装置40能够指示由手指38引起的电容键触发、分针8的位置以及时针9的位置。当然，这种时针检测系统可以与下文中介绍的其它实施例结合，并且还可以检测手表中别的指针的位置。
为了减少电能消耗，检测装置40通常是不运转的。它最好是在两种特殊的情况下起动。第一种情况是手表佩带者希望通过触摸表面玻璃5来起动一个电容控制键。此时必须先将手表切换到控制方式，比如通过压下按钮15或通过操作手表控制柄。这么做会发送一个初始化信号SI到数据处理电路47中，从而起动检测装置40并由检测电路45产生初始化过程。从此时开始，将检测到任何由手指38引起的电容键触发。如果必要的话也还可以检测指针的位置。另一种情况是手表一个或多个指针位置的定期检查。这种检查可以通过检测上文中介绍的SI或通过向数据处理电路47发送特定的信号来进行初始化，比如每天有一两次。
图4示出了可以用来取代上述各个电极21至32的透明电极61的另一个实施例，即在表面玻璃5的圆周可以设置十二个这样的电极61，它们由基本上等于或大于分针8宽度的间隔62隔开。不过，电极61没有盖住时针9扫过的区域。电极61是梳子状的，带有沿圆周方向连续的底部63和五个沿径向朝中心延伸的梳齿64，梳齿64由与间隔62同样宽的间隔65隔开。各个电极61与电子表电路之间的电连接用与前述实例同样的方式来实现。通过透明电极的这种布置，可以精确地检测到分针8的一百二十个位置，对应于六十个梳齿64以及六十个间隔62和65。这些位置是从一个基准位置，比如由第一个电极61的第一个梳齿64所确定的位置，开始数起的。
图5示出了另一个实施例，包含了在上述手表1的表面玻璃5内表面上的两种不同类型的透明电极70和71。每个电极71包括在分针8扫过区域外的一个扩大部分71a，构成用户的手指38可以触发的电容键，并且用一个对应于该电容键所控制功能的符号72加以识别。每个电极71还包括在相邻电极70之间沿径向延伸的一狭窄部分71b，同样也是长条形的。每一电极70和71分别连接到检测电路上。它们一起形成一个比如包括三十个电极和三十个间隔73的环形序列，可以检测到指针8的六十个位置。
在图6所示的另一个实施例中，图5中示出的透明电极布置被改为只包括三十个径向长条状电极80的一个环形序列，不带图5所示的扩大部分71a。这样每个电容键由一组能够被用户手指同时盖住的几个(比如两三个)相邻电极80构成的电极组81至86所限定。于是检测装置40用来区分单个电极被触发和同一组81至86中至少两个(或全部)相邻电极80被触发的情况，其中前一种情况对应于有指针8对着该电极，后一种情况对应于有用户的手指对着这一组。参照数字88表示由手指覆盖的区域，在该区域中因手指所产生的电容变化在组81的所有电极以及几个相邻的电极中都能检测到，但不会在相邻组82和86的电极中检测到。检测装置40将检测到组81中的几个或全部电极在同一瞬间被触发。于是，它将指出相应的电容键被手指38(而非指针8)触发，并发送对应于该键的控制信号SC。
还应该认识到可以用其它透明电极完成根据图3和6的电极布置，这些电极只充当电容键而不起检测指针位置的作用，比如位于表面玻璃5中心的电极。
在上面所介绍的所有实施例中，检测装置40工作方式包括通过该装置中元件45和47的软件和/或逻辑线路来控制的两种独立或同时处理的模式：一种是通过由手表佩带者利用某一部件如按钮15来有意打开的电容键的控制模式，另一种是可以由钟表装置机芯自动打开和关闭的指针检测模式。可以通过定时装置或通过手动操纵关闭控制模式。当控制模式关闭的时候，可以将指针检测限制在指针移动区域中的有限范围内，比如限制在一个透明电极上，或者限制在包括上次检测指针的电极及其相邻电极的范围内。这一限制是通过多路转接器42来控制的。它不但可以节约电能，而且由于周期计数窗的增大，还可以提高振荡频率的测量精度。
上述说明表明，为了检测手表中一个或多个指针的位置以利用电子表机芯中的相应数据，可以用非常简单的方法来实现欧洲专利No.674,247中所公开的带有电容键的控制装置