专利名称：用于检测和校准时钟机构的转轮位置的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测和校准(synchronising)电子模拟手表的时钟机构的转轮位置的装置。更具体地，本发明涉及包含光源和光检测系统的检测和校准装置。
背景技术：
已知电子模拟手表在其中用于当前时间显示的时针和分针由同一电动机驱动或者由分离的电动机驱动，这使得时钟机构的转轮逐步进地前进。在两种情形中，由于施加到手表的震动、电磁场或者其他外部干扰的存在，可产生电机的步进丢失。其后果是，虽然手表的内部时钟提供当前时间的正确指示，但是由于施加到手表的外部干扰的影响下电机跳过几个步进，因此时针和分针提供该当前时间的失真指示。因此，有必要通过应用软件启动或者由用户启动来重新校准时针和分针的位置。为了确保该校准的发生，手表配备有用于检测时轮(hour wheel)和分轮的位置的装置。在预定的时间或者当由用户启动时，控制电路命令时轮和分轮前进。该控制必须顺序发生，即一个转轮跟随另一转轮。在该前进移动期间，时轮和分轮每个经过预定位置，在其中激活用于检测位置的装置，并这允许精确获知时轮和分轮的位置。然后，控制电路计算转轮的位置，将其 与手表的内部时钟所提供的值相比较，并从这些操作中扣除必须向时轮和分轮施加以将用于显示当前时间的指针带到手表表盘的正确位置的电机步进的数量。用于检测电子模拟手表的时钟机构的转轮位置的公知的解决方案包括，在转轮圆盘的任一侧布置发射光束的光源和光检测系统。光源和光检测系统相互面对布置，并且在光源和光检测系统的路径上的转轮圆盘提供孔。当孔达到光源的级别时，光束穿过孔并落在光检测系统上，这允许提供转轮位置的精确指示。该用于检测和校准电子模拟手表的时钟机构的转轮位置的该装置具有多个缺点。这些缺点中的第一个在于光源和光检测系统以基本上垂直的方向以分层布置的事实，这使得检测和校准装置体积庞大并且需要提供到顶部和到底部的空间。第二个问题严重地出现在需要检测同轴安装的两个转轮的位置的情况中，如具有时轮和分轮的情况。事实上，在该情形中这是必要的，例如在两个转轮之间布置两个光检测装置并在两个同轴转轮组件之上和之下分别放置光源。该布置不仅体积庞大并且额外需要两个检测装置元件，例如放置在转轮之间的两个光检测装置，这使得该时钟机芯的生产自动化实际上是不可能的。
发明内容
本发明的目的是通过为体积特别更小的电子模拟手表提供用于检测和校准时钟机构的转轮位置的装置来克服前述缺点以及其它缺点。基于这点，本发明涉及一种用于检测和校准电子模拟手表的时钟机构的至少一个第一转轮的位置的装置，其中该第一转轮在一个平面上延伸，检测和校准装置包含至少一个发射光束的光源和至少一个光检测装置，并且该检测和校准装置的特征在于第一光反射元件从时钟机构的第一转轮的上或下表面中的一个伸出，其中光源和光检测系统布置为使得在时钟机构的第一转轮的预定位置处，由光源发出的光束以光检测系统的方向由第一反射元件反射。由于这些特征的缘故，本发明提供一种检测和校准装置，在其中由光源发出的光束以光检测系统的方向由反射兀件反射，该反射兀件位于时钟机构的转轮表面上。替代布置在转轮的任一侧，光源和检测系统可以布置在转轮的外围(periphery)上，这允许获得大
量的空间。根据本发明的互补特征，光源在与时钟机构的转轮在其中延伸的平面相平行的方向上发出光束。替代垂直射至转轮的表面上，由光源发出的光束平行于转轮在其中延伸的平面传播。因此，光源和光检测系统被布置在同一平面中或在与时钟机构的转轮在其中延伸的平面相平行的平面中。由此，根据本发明的检测装置水平延伸而非垂直延伸，这允许时钟机构厚度的大幅减少并使已围绕转轮存在的空间能够用于容纳所需的部件。由此，时钟结构能够配备根据本发明的检测和校准装置而不需改变尺寸。根据本发明的变形，时钟机构包含不是一个、而是两个轴向安装的转轮，其中第二转轮在平行于第一转轮在其中延伸的平面的平面中延伸。与第一转轮相类似，第二转轮包括从其上或下表面中的一个伸出的光反射元件，其中该反射元件在第二转轮的确定的位置处以光检测系统的方向反射由光源发出的光束。当光源和光检测系统位于两个轴向安装转轮的组件的外围时，不必将检测和校准装置的元件放置在这些转轮之间，这可以允许时钟机构的生产过程自动化。而且，可以交替使用相同的光源和相同的光检测系统以依次检测第一和第二转轮的位置，这使根据本发明的检测和校准系统的结构能够显著简化，并由此提高可靠性。
从下面根据本发明的检测装置的实施例的具体描述中，本发明的其他特征和优点将会更清楚，其中该例子完全用于非限制性而仅仅是出于与附图相关联的说明目的给出，其中:图1是包括根据本发明用于检测和校准转轮位置的装置的时钟机构的平面图；图2是沿着图1的时钟机构的线A-A获得的截面图；以及图3是根据本发明的检测和校准装置的变形的与图2中相类似的视图。优选实施例的具体描述本发明出于基本的发明构思，其包括为要检测其位置的时钟机构的转轮配备反射元件，该反射元件位于转轮圆盘的表面并且能够朝向同样布置在转轮外围的光检测系统反射由布置在转轮外围上的光源发出的光束。因此，代替在转轮圆盘的任一侧以分层方式布置光源和光检测系统，其体积庞大并增大时钟机构的厚度，已围绕转轮存在的空间用于容纳这两个部件。由此，电子模拟手表能够配备根据本发明的具有恒定尺寸的检测和校准装置。而且，在期望检测两个同轴安装的转轮位置的情况中，不必将检测和校准装置的部分部件容纳在这两个转轮之间，并且这意味着不必须增加时钟机构的厚度以及使时钟机芯的自动化组装成为可能。而且，单个光源和单个光检测系统足以顺序检测两个转轮的位置。由此根据本发明的检测和校准系统的结构显著简化并且其操作也更为可靠。
图1是根据本发明的配备有用于检测和校准转轮位置的装置的时钟机构的平面图。图2是图1中时钟机构沿线A-A获得的截面图。所给出的整体附图标记1，拟安装入电子模拟手表的时钟结构包括第一电动机2，其以本身已公知的方式通过由转轮8和小齿轮10组成的齿轮6来驱动分轮4。根据本身也已公知的布置并且因此在此不再描述，分轮4刚性连接至分针12。类似地，时钟机构I包括第二电动机14，其通过由转轮20和小齿轮22组成的齿轮18驱动时轮16。时轮16刚性连接至时针24。再次以本身公知的方式，时轮16和分轮4同轴安装从而彼此垂直地隔开。时轮16安装在时针走针机构26上，而分轮安装在与时针走针机构26同心的分齿轴(cannonpinion) 26 上。时钟机构I还包括装置30，用于分别检测和校准时轮16和分轮4的位置。根据本发明，用于检测和校准转轮位置的该装置30包括光源32，其发出附图中以粗线表示的光束34。如下面将具体描述的，由光源32发出的光束34经反射后以光检测系统36的方向返回。有利地，光源32和光检测系统36均被安装在同一印刷电路板38上，其还用于安装时钟机构I的其他部件，包括其中的电动机2和14。根据本发明，时轮16和分轮4每个分别安装有光反射元件40和42，其从其所连接的转轮的上或下表面伸出。根据本发明的非限制性优选实施例，反射元件40和42每个以相对于转轮圆盘基本上呈90°延伸的翼片(tab)的形式设置。更精确地，翼片或反射元件40从时轮16的内表面伸出，而翼片或反射元件42从分轮4的上表面伸出。同样根据本发明，光源32和光检测系统36布置为使得在时轮16的明确限定的位置处，光束34由时轮16的翼片 40以光检测系统36的方向反射。当该情形发生时，时轮16的位置被精确获知并且获知电动机14必须前进多少步进才能通过时轮16使时针处于手表表盘上的正确位置。以同样的方式，光源32和光检测系统36布置为使得在分轮14的明确限定的位置处，光束34由分轮4的翼片42以光检测系统36的方向反射。然后，精确获知电动机2必须前进多少步进才能通过分轮4使分针处于手表表盘上的期望位置。应当理解为了使光源32产生的光束34能够被选择性地反射至时轮16的翼片40和分轮4的翼片42上，这两个翼片必须不能被布置在彼此的延伸处，否则在测量时一个翼片会被另一翼片所遮挡。因此，单个光源和单个光检测系统足以顺序检测两个转轮和它们各自的指针的位置。两个指针的校准必须顺序进行，即一个指针接着另一个。对于校准指针的过程的更多细节，可参考瑞士计时协会出版的、2007国际计时大会会议记录的第107-109页。根据本发明的光检测装置可以以该文献中描述的LC振荡器相类似的方式标定，其频率随着接近金属目标而变化。因此，当手表在操作中设定或在电池更换期间，控制电路将为配备有根据本发明的光检测系统的每个指针的启动全面旋转，以用来通过翼片的光反射的最大点来确定在相应转轮上的翼片的位置。例如，围绕表盘的指针的完全旋转需要180个电机步进。在每个电机步进之后，光检测系统执行光强度测量。在面对光检测系统的转轮翼片通道上，由翼片所反射的光强度急剧增大。所测试到的该光强度的急剧增大表示转轮翼片的位置的检测。然后，将与检测到的光的急剧增大相对应的位置存储在存储器中。在每次测试之后，光强度值被数字化并传输至控制电路。当手表的管理程序或用户启动校准时，控制电路从与反射光的强度急剧增大相对应的位置开始，以逆时针方向执行N个电机步进，而不需在转轮翼片面向光检测系统的位置之前进行任何用于定位的测量。然后，控制系统在每次测量时执行2N个电机步进。因此在存储器中存储所得到的2N个值。然后，控制电路计算指针的位置，将其与由其内部时钟所提供的值相比较，如果需要则通过启动复位电机脉冲来进行校正。另一方面，需要注意，翼片或反射元件40从时轮16的下表面伸出，而翼片或反射元件42从分轮4的上表面伸出，从而两个翼片40和42在两个时轮16和分轮4之间、在与时轮16和分轮4分别在其中延伸的与平面￡1和四相平行的中间平面￡中基本上垂直地延伸。因此，基于本发明，能够通过包括单个光源32和单个光检测系统36的单个检测和校准装置30来检测两个转轮16和4的位置。由此，根据本发明的检测和校准装置30更为可靠。此外，光源32和光检测系统36放置在转轮16和4的外围上，其使围绕两个转轮16和4的已有空间能够用于容纳这两个部件。因此，配备有根据本发明的检测和校准装置30的时钟机构I的尺寸保持不变。而且，与现有技术相比，在本发明的框架下，不需要在两个转轮16和4之间容纳检测和校准装置30的部件。由此，所得到的时钟结构不会太厚并且其制造可以是自动化的。根据图2图示的本发明的第一变形，光源32是公知的激光二极管，其被称为垂直腔表面发射激光器或VCSEL。根据其设计，激光二极管32a以垂直于中间平面￡的方向发出光束34a，时轮16和分轮4在该平面的任一侧延伸。因此，必须使光束34a返回至与反射元件40和42在其中延伸的中间平面￡相平行的方向上。为此，提供光学装置44a，其包括三个偏转板46、48和50，其关于光束34a的传播方向成45°角布置并连续使光束34a偏转90°以将该光束34a导入中间平面P，使其能在反射元件40或42中的一个或另一个反射。另外，布置光学装置44a以使光束34a以反射元件40和42的方向偏转并将被这些反射元件40和42反射的光引导 至光检测系统36上。根据图3图示的本发明的第二变形，光源32是发光二级管或LED。该发光二级管32b的优点是其可被定向以在中间平面P中或以与该平面平行的方向直接发出光束34a。与激光二极管相比，发光二级管32b发出更为发散的光束34b。因此，提供光学装置44b，其布置为使光束34b会聚在反射元件40和42的方向上，并将由这些反射元件40和42所反射的光聚焦至光检测系统36上。应当理解本发明不限于刚描述的实施例，并且在不脱离由所附的权利要求限定的本发明的框架下，本领域技术人员能够想到各种简单修改和变形。特别地，光源和光检测系统不必布置在同一平面中。事实上，取决于时钟机构转轮的反射元件反射光的方向，光源和光检测系统同样能够布置在不同平面中的转轮外围。在时轮16和分轮4由金属制成的情况中，翼片或反射元件40和42可由这些转轮16和4的圆盘切割而成。在时轮16和分轮4由塑料材料制成的情况中，翼片或反射元件40和42可以具有这些转轮4和16的单个零件提供。还可以提供将翼片40和42锻层以提闻其对入射光束的反射率。根据本发明的有趣的变形，光检测系统36是传感器阵列，能够采用其电子地识别当前正检测的是两个转轮16和4中的哪一个。事实上，由于分别被时轮16的翼片40和分针4的翼片42所反射的光束所覆盖的距离的差异，光落入传感器阵列的不同区域。光检测系统36还可以是光电检测器，例如光电`二极管。
权利要求
1.一种装置，用于检测和校准电子模拟手表的时钟机构(I)的至少一个第一转轮(16)的位置，其中该第一转轮(16)在一个平面(Pl)中延伸，所述检测和校准装置(30)包括至少一个发出光束(34)的光源(32)和至少一个光检测系统(36)，并且该检测和校准装置的特征在于第一光反射元件(40)从所述时钟机构(I)的所述第一转轮(16)的上或下表面中的一个伸出，其中所述光源(32)和所述光检测系统(36)布置为使得在所述时钟机构(I)的所述第一转轮(16)的确定位置处，由所述光源(32)发出的所述光束(34)由所述第一反射元件(40)以所述光检测系统(36)的方向反射。
2.根据权利要求1所述的检测和校准装置，其特征在于所述光源(32)在与所述时钟机构(I)的所述第一转轮(16)在其中延伸的平面(Pl)相平行的方向上发出光束(34)。
3.根据权利要求1所述的检测和校准装置，其特征在于所述第一反射元件(40)以翼片的形式提供。
4.根据权利要求2所述的检测和校准装置，其特征在于所述第一反射元件(40)以翼片的形式提供。
5.根据权利要求3所述的检测和校准装置，其特征在于所述翼片相对于所述时钟机构(I)的所述第一转轮(16)在其中延伸的平面(Pl)以90°弯曲。
6.根据权利要求3所述的检测和校准装置，其特征在于所述第一转轮(16)由金属制成，并且所述翼片由所述第一转轮(16)的圆盘切割而成。
7.根据权利要求 5所述的检测和校准装置，其特征在于所述第一转轮(16)由金属制成，并且所述翼片由所述第一转轮(16)的圆盘切割而成。
8.根据权利要求3所述的检测和校准装置，其特征在于所述第一转轮(16)由塑料材料制成，并且所述翼片在具有所述第一转轮(16)的单个零件中。
9.根据权利要求5所述的检测和校准装置，其特征在于所述第一转轮(16)由塑料材料制成，并且所述翼片在具有所述第一转轮(16)的单个零件中。
10.根据权利要求8所述的检测和校准装置，其特征在于将所述翼片镀层以提高其对入射光束(34)的反射率。
11.根据权利要求9所述的检测和校准装置，其特征在于将所述翼片镀层以提高其对入射光束(34)的反射率。
12.根据权利要求1所述的检测和校准装置，其特征在于所述光源(32)是发光二级管(32b)。
13.根据权利要求12所述的检测和校准装置，其特征在于所述检测和校准装置(30)包括光学装置(44b)，其布置为使由所述发光二级管(32b)发出的光束(34b)以所述第一反射元件(40)的方向会聚并且将由所述第一反射元件(40)反射的光聚焦到所述光检测系统(36)上。
14.根据权利要求1所述的检测和校准装置，其特征在于所述光源(32)是垂直腔表面发光激光器或VCSEL类型激光二极管(32a)。
15.根据权利要求14所述的检测和校准装置，其特征在于所述激光二极管(32a)以与所述第一转轮(16)在其中延伸的平面(Pl)相垂直的方向发出光束(34a)，并且所述检测和校准装置(30)包括光学装置(44a)，其布置为使所述光束(34a)以与所述时钟机构(I)的所述第一转轮(16)在其中延伸的平面(Pl)相平行的方向偏转，并以所述第一反射元件(40)的方向引导光束(34a)。
16.根据权利要求1所述的检测和校准装置，在其中所述时钟机构(I)的第二转轮(4)在所述第一转轮(16)上同轴安装，其中该第二转轮(4)以与所述第一转轮(16)在其中延伸的平面相平行的平面中延伸，其特征在于所述第二转轮(4)包括第二光反射元件(42)，其从所述第二转轮(4)的上或下表面中的一个伸出，并且在所述第二转轮(4)的确定位置处，所述第二反射元件(40)将由所述光源(32)发出的光束(34)在所述光检测系统(36)的方向上反射。
17.根据权利要求16所述的检测和校准装置，其特征在于所述时钟机构(I)的所述第一转轮(16)具有时针，所述第二转轮(4)具有分针，并且所述时针和所述分针由同一电动机或由两个分离的电动机(14，2)驱动。
18.根据权 利要求1所述的检测和校准装置，其特征在于所述光检测系统(36)是传感器阵列或光电二极管。
全文摘要
用于检测和校准电子模拟手表的时钟机构(1)的至少一个第一转轮(16)的位置的装置，其中该第一转轮(16)在一个平面(P1)中延伸，检测和校准装置(30)包括至少一个发出光束(34)的光源(32)和至少一个光检测系统(36)，并且该检测和校准装置的特征在于第一光反射元件(40)从时钟机构(1)的第一转轮(16)的上或下表面中的一个伸出，其中光源(32)和光检测系统(36)布置为使得在时钟机构(1)的第一转轮(16)的确定位置处，由光源(32)发出的光束(34)由第一反射元件(40)在光检测系统(36)的方向上反射。
文档编号G04C9/08GK103246198SQ20131004933
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月7日 优先权日2012年2月8日
发明者J-J·博恩, P·托尔托拉, C·尼古拉斯, P·拉戈热特 申请人:斯沃奇集团研究和开发有限公司