EP0692107A1 - Process and device for recognizing the position of indicator elements - Google Patents

Process and device for recognizing the position of indicator elements

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EP0692107A1
EP0692107A1 EP94910368A EP94910368A EP0692107A1 EP 0692107 A1 EP0692107 A1 EP 0692107A1 EP 94910368 A EP94910368 A EP 94910368A EP 94910368 A EP94910368 A EP 94910368A EP 0692107 A1 EP0692107 A1 EP 0692107A1
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optical
display elements
display
optical signal
reflection
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Frank Beerwerth
Heinz Schiebelhuth
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Braun GmbH
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Braun GmbH
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    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor
    • G—PHYSICS
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    • G04R—RADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R60/00—Constructional details
    • G04R60/14—Constructional details specific to electromechanical timepieces, e.g. moving parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04R—RADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R20/00—Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for position detection of analog display elements of a clock using opto-electronic components.
  • Areas of application of the invention are, for example, the analog time display, in particular by means of a radio clock.
  • EP 0180880 B1 describes a detection device for setting the hands of an analog clock, in which the position of the hands is queried via a light barrier, also inside the existing gear train, without, however, requiring additional gear parts.
  • the circuit board for the light barrier takes on both a mechanical and an electronic function in that it serves on the one hand as an axial movement limitation of the wheels and on the other hand accommodates the light barrier circuit and the radio clock circuit.
  • the disadvantage of this solution is that it can only be used with a clockwork specially developed for the purpose of pointer position detection. The production of this type of clockwork is much more complex and expensive than the assembly of conventional quartz clockworks.
  • the current position of the gearwheels is important in order to achieve a clear association between the pointer position and the gearwheel position. This also requires a significantly increased production and testing effort when assembling the watch.
  • Detection devices with reflection light barriers are also known, in which the shadowing of the optoelectronic system by the display elements leads to signal triggering.
  • a disadvantage of these solutions is that an accurate and reproducible signal triggering is very difficult to achieve and different dimensions of the display elements lead to different signal triggering times.
  • the invention is based on the object of specifying a method for detecting the position of the hands of a watch and of creating a device which, when using conventional watch movements, allows the position to be precisely and inexpensively recognized using simple means.
  • An important advantage of the invention is that the position detection of the analog display elements is carried out directly by the display elements by the display elements themselves or their functional areas in cooperation with an optical transmitter element and an optical receiver element cause the active signal triggering.
  • the active signal triggering results from the fact that the impact of the optical signal on the optical receiving element causes the signal triggering.
  • a reflection and / or refraction of the optical signals emitted by the optical transmission element takes place on the display elements in such a way that the multiply reflected or broken optical signals are received by the optical reception element only when all display elements are in a defined position.
  • the display elements have functional areas which serve for reflection and / or refraction of the signal.
  • the functional areas can be designed as reflection surfaces or vertical reflection surfaces inclined to the beam path or also as a transparent, prismatic component of the display element.
  • the functional areas can be flat or inclined light entry or light exit surfaces of light guides.
  • the optical transmission elements and the optical reception elements can be arranged on or in the housing which surrounds the display elements.
  • optical transmission and reception elements are arranged on a housing, it is possible to arrange them on the edge of the scale, side by side as well as one behind the other, as seen in the viewing direction of the scale. If the optical transmitting and receiving elements are arranged within the housing, they can be arranged behind the scale, the scale having transparent areas or openings for the passage of the optical signals.
  • the optical transmission and reception elements preferably operate in the radiation spectrum beyond visible light, it being possible for the optical transmission elements to be designed as infrared luminescence diodes and the optical reception elements as infrared photodiodes or infrared phototransistors.
  • a further advantage of the invention is that the course of the beam path between the transmitting and receiving elements largely eliminates the effects of stray light, which can lead to falsification of the position detection.
  • An additional measure for this is according to the invention to provide the optical receiving element with a narrow-band optical filter which transmits only the wavelength of the optical transmitting element.
  • a material can be used to cover the scale, which is transparent in the visible wavelength range, but is opaque in the wavelength range of the optical receiving element.
  • the cover can have a suitable geometry and / or be processed appropriately.
  • the geometric arrangement for example of the optical transmission and reception elements in relation to the display elements, the spacing of the display elements from one another and from other components, the width of the display elements, etc. is also important for optimizing the position detection and avoiding the influence of scatter.
  • FIG. 1 shows a front view of a radio clock with a detailed representation of the transmission and reception elements arranged next to one another
  • 2 shows a schematic side view of FIG. 1 with a detailed representation of the reflection surfaces
  • FIG. 3 shows a front view of a detailed representation of a variant of a radio clock with transmission and reception elements arranged one behind the other
  • FIG. 4 shows a detailed side view of FIG. 3 with representation of the reflection surfaces
  • FIG. 5 shows a detailed side view of a radio clock with the arrangement of the transmitting and receiving elements behind the dial and
  • FIG. 6 shows a side view of a radio clock according to FIG. 3 with position detection using light guides as pointers.
  • this position is the 12 o'clock position of the hour and minute hands on a radio clock.
  • an optical transmitting element 1 is arranged next to an optical receiving element 2 on a housing 3 of a radio clock above the dial 5. Openings 6, 7 in the housing 3 form passages for an optical signal 9.
  • the opening 6 to the receiving element 2 is toothed to shield stray light.
  • the transmitting element 1 is an infrared luminescent diode
  • the receiving element 2 is an infrared phototransistor. In the illustrated exactly 12:00 o'clock position of the hands 4a and 4b, the optical signal 9 emitted by the transmitting element 1, as can be seen in FIGS.
  • the optical signal 9 in the 12 o'clock position of the hands 4a and 4b forms an angle with their direction as a result of the spatial attachment of the transmission element 1, the optical signal 9 strikes the reflection surface after its reflection 41 with an angle different from 90 ° onto the second reflection surface 42 of the pointer 4b and is also thrown back again at the same angle from the reflection surface 42 onto the inclined reflection surface 41.
  • the displacement of the optical signal 9, designated by reference symbol v in FIG. 1 occurs along the inclined reflection surface 41.
  • the extent of the displacement depends on the angle between the pointer direction and the optical signal 9, the arrangement of Transmitting element 1 and receiving element 2 is symmetrical with respect to the direction of the hands in the 12 o'clock position.
  • the optical signal 9 does not reach the receiving element 2.
  • the geometry of the beam path is determined by the spatial arrangement of the transmitting element 1, the receiving element 2, the pointers 4a and 4b and the Knife of the openings 6, 7 optimized for the light entry of the transmitting element 1 and the light exit of the receiving element 2.
  • the position of the reflection surface 41 on the back of the pointer 4b also advantageously contributes to this, since it is shielded against direct incidence of light.
  • a narrow-band optical filter can be arranged in front of the optical receiving element 2 and transmits only the wavelength of the optical transmitting element 1.
  • the dial 5 is covered by a transparent cover plate 8, which is transparent in the visible wave range of the light, but is opaque in the wave range of the optical receiving element 2.
  • the cover plate 8 is suitably machined, at least partially, to avoid interference signals from unwanted reflections.
  • FIGS. 3 and 4 show an exemplary embodiment of the invention, in which the optical transmission element 1 is arranged behind the optical reception element 2 in the direction of view of the dial 5.
  • the beam path of the optical signal 9 runs from the transmitting element 1 to the inclined reflection surface 41 of the pointer 4a and becomes diametrical from there at an angle of 90 ° inclined reflection surface 43 of the pointer 4b is reflected and there in turn reflected at an angle of 90 ° onto the receiving element 2.
  • the reflection surface 43 of the hand 4b is followed by an area 4c with a reduced cross section.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment in which the optical transmission element 1 and the optical reception element 2 are arranged next to one another behind the dial 5, the optical reception element 2 lying closely behind the optical transmission element 1 according to FIG.
  • An opening 10 is provided in the dial for the beam passage of the optical signal 9.
  • the beam path runs in the exact 12:00 o'clock position from the transmission element 1 to the functional area 44 of the pointer 4a.
  • This functional area 44 is designed as a transparent prism and is inclined on the side facing away from the transmitting element 1 and the receiving element 2.
  • the optical signal 9 emanating from the optical transmission element 1 is refracted in the functional area 44 and directed onto an inclined reflection surface 45 of the pointer 4b, from where the optical signal 9 reflects back to the functional area 44, and directed to the optical receiving element 2 by refraction again becomes.
  • the optical signal 9 is reflected not offset in itself, but offset with respect to the plane of the drawing, so that it is reflected behind the transmission element 1 lying receiving element 2 strikes.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment in which the pointers 4a, 4b are designed as light guides, the optical receiving element 2 being arranged behind the optical transmitting element 1 in the direction of viewing the dial 5.
  • the optical signal 9 emanating from the optical transmission element 1 arrives at a light entry surface 46 perpendicular to the beam path and from there is guided in the pointer 4b to an inclined reflection surface 47 which the signal is reflected at an angle of 90 ° to a light exit surface 48 of the pointer 4b.
  • the optical passes from the light exit surface 48 Signal to a light entry surface 49 of the pointer 4a and is directed from there after reflection at an angle of 90 ° to a reflection surface 50 in the longitudinal direction of the pointer 4a designed as a light guide.
  • the optical signal 9 emerges at a flat light exit surface 51 perpendicular to the beam path and reaches the optical receiving element 2. This light path is only open if both pointers 4a and 4b are in the correct pointer position. Instead of designing the pointers 4a and 4b as light guides, it is also possible to provide conventional pointers with light guides.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments described here; rather, further variants of the beam path are possible, even if more than two pointers are used in a clock.

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Abstract

A process and device are disclosed for directly recognizing the position of analogical indicator elements of a clock, in particular the pointers (4a, 4b) of a radio clock. The optical signal (9) emitted by an optical transmission element (1) is reflected and/or refracted by functional areas (41, 42) of the pointers (4a, 4b) in such a way that the signals are received by an optical reception element (2) only when the pointers (4a, 4b) are in a defined position.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Positionserkennuno von Anzeige¬ elementenMethod and device for position detection of display elements
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionserkennung von analogen Anzeigeelementen einer Uhr unter Verwendung opto-elektronischer Bauelemente.The invention relates to a method and a device for position detection of analog display elements of a clock using opto-electronic components.
Anwendungsgebiete der Erfindung sind beispielsweise die analoge Zeitanzeige, insbesondere mittels einer Funkuhr.Areas of application of the invention are, for example, the analog time display, in particular by means of a radio clock.
Es ist bekannt, die Positionserkennung von analogen Anzeigeele¬ menten auf indirektem Wege vorzunehmen. Hierbei wird die Stellung der Zahnräder im Antriebsmechanismus der Anzeigeelemente mittels einer Lichtschranke überwacht, über zusätzlich angeordnete Detek- tionsräder wird bei definierten Stellungen dieser Räder über Durchgangs- oder Reflexionslichtschranken ein Signal ausgelöst. Eine derartige Einrichtung ist in der EP 0082821 AI be¬ schrieben. Nachteilig an dieser Lösung ist der zusätzliche ge¬ triebetechnische Aufwand, der zusätzliche Montage- , Justier- und Prüfaufwand sowie der relativ hohe Bedarf an Einbauraum für die zusätzlichen Detektionsräder.It is known to carry out the position detection of analog display elements indirectly. Here, the position of the gear wheels in the drive mechanism of the display elements is monitored by means of a light barrier, and a signal is triggered via additionally arranged detection wheels at defined positions of these wheels via passage or reflection light barriers. Such a device is described in EP 0082821 AI. A disadvantage of this solution is the additional expenditure on gear technology, the additional assembly, adjustment and testing expenditure and the relatively high space requirement for the additional detection wheels.
Die EP 0180880 Bl beschreibt eine Detektionseinrichtung für die Zeigerstellung einer Analog-Uhr, bei welcher die Zeigerstellungs¬ abfrage über eine Lichtschranke ebenfalls im Inneren des vor¬ handenen Räderwerkes erfolgt, ohne jedoch zusätzliche Getriebe¬ teile zu benötigen. Die Schaltungsplatine für die Lichtschranke übernimmt hierbei sowohl eine mechanische als auch eine elektro¬ nische Funktion, indem sie zum einen als axiale Bewegungsbegren¬ zung der Räder dient und zum anderen die Lichtschrankenschaltung und die Funkuhrenschaltung aufnimmt. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß sie nur bei einem speziell für den Zweck der Zeiger¬ stellungsdetektion entwickelten Uhrwerk Anwendung finden kann. Die Herstellung dieser Art von Uhrwerken ist wesentlich auf¬ wendiger und kostenintensiver als die Montage von herkömmlichen Quarzuhrwerken. Weiterhin ist beim Zusammenbau der Uhr, speziell beim Aufsetzen der Zeiger, die aktuelle Stellung der Zahnräder von Bedeutung, um eine eindeutige Zuordnung zwischen Zeiger¬ stellung und Zahnradstellung zu erreichen. Dies erfordert auch bei der Montage der Uhr einen deutlich erhöhten Fertigungs- und Prüfaufwand.EP 0180880 B1 describes a detection device for setting the hands of an analog clock, in which the position of the hands is queried via a light barrier, also inside the existing gear train, without, however, requiring additional gear parts. The circuit board for the light barrier takes on both a mechanical and an electronic function in that it serves on the one hand as an axial movement limitation of the wheels and on the other hand accommodates the light barrier circuit and the radio clock circuit. The disadvantage of this solution is that it can only be used with a clockwork specially developed for the purpose of pointer position detection. The production of this type of clockwork is much more complex and expensive than the assembly of conventional quartz clockworks. Furthermore, when assembling the watch, especially when putting on the hands, the current position of the gearwheels is important in order to achieve a clear association between the pointer position and the gearwheel position. This also requires a significantly increased production and testing effort when assembling the watch.
Es sind ferner Detektionseinrichtungen mit Reflexionslicht¬ schranken bekannt, bei welchen die Abschattung des opto-elektro- nischen Systems durch die Anzeigeelemente zur Signalauslösung führt. Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß eine genaue und repoduzierbare Signalauslδsung nur sehr schwer zu erreichen ist und unterschiedliche Abmessungen der Anzeigeelemente zu unter¬ schiedlichen Signalauslösezeitpunkten führen.Detection devices with reflection light barriers are also known, in which the shadowing of the optoelectronic system by the display elements leads to signal triggering. A disadvantage of these solutions is that an accurate and reproducible signal triggering is very difficult to achieve and different dimensions of the display elements lead to different signal triggering times.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Positionserkennung von Zeigern einer Uhr ein Verfahren anzugeben und eine Vorrich¬ tung zu schaffen, welche es bei Verwendung herkömmlicher Uhrwerke gestatten, deren Position kostengünstig und mit einfachen Mitteln exakt zu erkennen.The invention is based on the object of specifying a method for detecting the position of the hands of a watch and of creating a device which, when using conventional watch movements, allows the position to be precisely and inexpensively recognized using simple means.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 ange¬ gebenen Verfahren gelöst.Eine Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 3 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen ge¬ kennzeichnet.This object is achieved according to the invention by the method specified in claim 1. A device for solving the problem is specified in claim 3. Advantageous embodiments of the method and the device are characterized in the subclaims.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Positionserkennung der analogen Anzeigeelemente durch die An¬ zeigeelemente direkt erfolgt, indem die Anzeigeelemente selbst beziehungsweise deren Funktionsbereiche im Zusammenwirken mit einem optischen Sendeelement und einem optischen Empfangselement die aktive Signalauslösung bewirken. Die aktive Signalauslösung resultiert daraus, daß das Auftreffen des optischen Signals auf das optische Empfangselement die Signalauslösung bewirkt.An important advantage of the invention is that the position detection of the analog display elements is carried out directly by the display elements by the display elements themselves or their functional areas in cooperation with an optical transmitter element and an optical receiver element cause the active signal triggering. The active signal triggering results from the fact that the impact of the optical signal on the optical receiving element causes the signal triggering.
An den Anzeigeelementen erfolgt eine Reflexion und/oder Brechung der von dem optischen Sendeelement ausgesendeten optischen Signale derart, daß nur bei einer definierten Stellung aller An¬ zeigeelemente die mehrfach reflektierten beziehungsweise ge¬ brochenen optischen Signale von dem optischen Empfangselement empfangen werden. Die Anzeigeelemente weisen hierzu Funktional¬ bereiche auf, die der Reflexion und/oder Brechung des Signals dienen. Die Funktionalbereiche können als zum Strahlengang ge¬ neigte Reflexionsflachen oder senkrechte Reflexionsflächen oder auch als transparenter, prismatischer Bestandteil des Anzeige¬ elementes ausgebildet sein. Weiterhin können die Funktionalbe¬ reiche ebene oder geneigte Lichteintritts- bzw. Lichtaustritts- flächen von Lichtleitern sein. Die optischen Sendeelemente und die optischen Empfangselemente können an oder in dem Gehäuse, welches die Anzeigeelemente umgibt, angeordnet sein. Dabei ist es bei einer Anordnung der optischen Sende- und Empfangselemente an einem Gehäuse möglich, diese, in Blickrichtung auf die Skala ge¬ sehen, am Rand der Skala sowohl nebeneinander als auch hinter¬ einander anzuordnen. Bei einer Anordnung der optischen Sende- und Empfangselemente innerhalb des Gehäuses können diese hinter der Skala angeordnet sein, wobei die Skala transparente Bereiche oder Öffnungen für den Durchtritt der optischen Signale aufweist.A reflection and / or refraction of the optical signals emitted by the optical transmission element takes place on the display elements in such a way that the multiply reflected or broken optical signals are received by the optical reception element only when all display elements are in a defined position. For this purpose, the display elements have functional areas which serve for reflection and / or refraction of the signal. The functional areas can be designed as reflection surfaces or vertical reflection surfaces inclined to the beam path or also as a transparent, prismatic component of the display element. Furthermore, the functional areas can be flat or inclined light entry or light exit surfaces of light guides. The optical transmission elements and the optical reception elements can be arranged on or in the housing which surrounds the display elements. If the optical transmission and reception elements are arranged on a housing, it is possible to arrange them on the edge of the scale, side by side as well as one behind the other, as seen in the viewing direction of the scale. If the optical transmitting and receiving elements are arranged within the housing, they can be arranged behind the scale, the scale having transparent areas or openings for the passage of the optical signals.
Die optischen Sende- und Empfangselemente arbeiten vorzugsweise im Strahlenspektrum jenseits des sichtbaren Lichts, wobei die optischen Sendeelemente als Infrarot-Lumineszenzdioden und die optischen Empfangselemente als Infrarot-Fotodioden oder Infra¬ rot-Fototransistoren ausgebildet sein können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den Verlauf des Strahlengangs zwischen den Sende- und Empfangsele¬ menten Streulichteinflüsse, die zur Verfälschung der Positions¬ erkennung führen können, weitgehend eliminiert werden. Eine zu¬ sätzliche Maßnahme hierzu ist erfindungsgemäß, das optische Empfangselement mit einem schmalbandigen optischen Filter zu ver¬ sehen, welcher nur die Wellenlänge des optischen Sendeelementes transmittiert. Zusätzlich kann ferner zur Abdeckung der Skala ein Material verwendet werden, welches im sichtbaren Wellenbereich transparent, im Wellenlängenbereich des optischen Empfangsele¬ mentes jedoch undurchsichtig ist.The optical transmission and reception elements preferably operate in the radiation spectrum beyond visible light, it being possible for the optical transmission elements to be designed as infrared luminescence diodes and the optical reception elements as infrared photodiodes or infrared phototransistors. A further advantage of the invention is that the course of the beam path between the transmitting and receiving elements largely eliminates the effects of stray light, which can lead to falsification of the position detection. An additional measure for this is according to the invention to provide the optical receiving element with a narrow-band optical filter which transmits only the wavelength of the optical transmitting element. In addition, a material can be used to cover the scale, which is transparent in the visible wavelength range, but is opaque in the wavelength range of the optical receiving element.
Um Reflexionen an der Abdeckung der Skala entgegenzuwirken, kann die Abdeckung eine geeignete Geometrie aufweisen und/oder zweck¬ entsprechend bearbeitet sein. Auch die geometrische Anordnung beispielsweise der optischen Sende- und Empfangselemente im Ver¬ hältnis zu den Anzeigeelementen, die Abstände der Anzeigeelemente zueinander sowie zu weiteren Bauteilen, die Breite der Anzeige¬ elemente etc. ist für eine Optimierung der Positionserkennung und Vermeidung von Streueinflüssen von Bedeutung.In order to counteract reflections on the cover of the scale, the cover can have a suitable geometry and / or be processed appropriately. The geometric arrangement, for example of the optical transmission and reception elements in relation to the display elements, the spacing of the display elements from one another and from other components, the width of the display elements, etc. is also important for optimizing the position detection and avoiding the influence of scatter.
Mit der Anwendung der Erfindung bei einer Funkuhr ist es möglich, zumindest den mechanischen Teil eines herkömmlichen Quarzuhr- werkes in unveränderter Form zu verwenden. Die Stellung der Zahn¬ räder beim Montieren der Zeiger ist ohne Bedeutung für die korrekte Funktion der Positionserkennung.With the application of the invention to a radio clock, it is possible to use at least the mechanical part of a conventional quartz clockwork in unchanged form. The position of the toothed wheels when mounting the pointers is of no importance for the correct function of the position detection.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die in der Zeichung dargestellt sind. Es zeigen:The invention is described in more detail below with reference to exemplary embodiments which are shown in the drawing. Show it:
Fig.l eine Vorderansicht einer Funkuhr mit Detaildarstellung der nebeneinander angeordneten Sende- und Empfangsele¬ mente, Fig.2 eine schematische Seitenansicht zu Fig.l mit Detaildar¬ stellung der Reflexionsflächen,1 shows a front view of a radio clock with a detailed representation of the transmission and reception elements arranged next to one another, 2 shows a schematic side view of FIG. 1 with a detailed representation of the reflection surfaces,
Fig.3 eine Vorderansicht einer Detaildarstellung einer Variante einer Funkuhr mit hintereinander angeordneten Sende- und Empfangselementen,3 shows a front view of a detailed representation of a variant of a radio clock with transmission and reception elements arranged one behind the other,
Fig.4 eine DetailSeitenansicht zu Fig.3 mit Darstellung der Reflexionsflächen,4 shows a detailed side view of FIG. 3 with representation of the reflection surfaces,
Fig.5 eine DetailSeitenansicht einer Funkuhr mit Anordnung der Sende- und Empfangselemente hinter dem Zifferblatt und5 shows a detailed side view of a radio clock with the arrangement of the transmitting and receiving elements behind the dial and
Fig.6 eine Seitenansicht einer Funkuhr gemäß Figur 3 mit einer Positionserkennung unter Verwendung von Lichtleitern als Zeiger.6 shows a side view of a radio clock according to FIG. 3 with position detection using light guides as pointers.
Um eine automatische Einstellung der Uhrzeit bei einer analog an¬ zeigenden Uhr vornehmen zu können, ist es notwendig, daß die Elektronik der Uhr die Stellung der Zeiger in einer bestimmten Stellung erkennt. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ist diese Stellung die 12.00-Uhr-Stellung des Stunden- und Minuten¬ zeigers an einer Funkuhr.In order to be able to set the time automatically in an analog clock, it is necessary for the electronics of the clock to recognize the position of the hands in a specific position. In the following exemplary embodiments, this position is the 12 o'clock position of the hour and minute hands on a radio clock.
Gemäß Figur 1 ist an einem Gehäuse 3 einer Funkuhr oberhalb des Zifferblattes 5 ein optisches Sendeelement 1 neben einem optischen Empfangselement 2 angeordnet. Öffnungen 6, 7 im Gehäuse 3 bilden Durchgänge für ein optisches Signal 9. Die Öffnung 6 zum Empfangselement 2 ist zur Abschirmung von Streulicht gezahnt aus¬ gebildet. Das Sendeelement 1 ist eine Infrarot-Lumineszenzdiode, das Empfangselement 2 ein Infrarot-Fototransistor. In der dargestellten exakt 12:00-Uhr-Stellung der Zeiger 4a und 4b trifft das von dem Sendeelement 1 ausgesendete optische Signal 9, wie in den Figuren 1 und 2 ersichtlich, unter einem Winkel von etwa 45° auf die geneigte Reflexionsflache 41 des Zeigers 4a, wird von dort in einem Winkel von etwa 90° reflektiert und trifft senkrecht auf die Reflexionsflache 42 des Zeigers 4b. Von hier wird das optische Signal 9 auf die geneigte Reflexionsfläche 41 des Zeigers 4a zurückreflektiert und trifft nach erneuter Refle¬ xion an der Reflexionsflache 41 auf das Empfangselement 2 und löst dort ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal aus.According to FIG. 1, an optical transmitting element 1 is arranged next to an optical receiving element 2 on a housing 3 of a radio clock above the dial 5. Openings 6, 7 in the housing 3 form passages for an optical signal 9. The opening 6 to the receiving element 2 is toothed to shield stray light. The transmitting element 1 is an infrared luminescent diode, the receiving element 2 is an infrared phototransistor. In the illustrated exactly 12:00 o'clock position of the hands 4a and 4b, the optical signal 9 emitted by the transmitting element 1, as can be seen in FIGS. 1 and 2, strikes the inclined reflection surface 41 of the pointer at an angle of approximately 45 ° 4a, is reflected from there at an angle of approximately 90 ° and strikes the reflection surface 42 of the pointer 4b perpendicularly. From here, the optical signal 9 is reflected back onto the inclined reflection surface 41 of the pointer 4a and, after renewed reflection at the reflection surface 41, strikes the receiving element 2 and triggers a further processable electrical signal there.
Aufgrund der Tatsache, daß das optische Signal 9 in der 12:00-Uhr-Stellung der Zeiger 4a und 4b mit deren Richtung in¬ folge der räumlichen Anbringung des Sendeelements 1 einen Winkel bildet, trifft das optische Signal 9 nach seiner Reflexion an der Reflexionsfläche 41 mit einem von 90° verschiedenen Winkel auf die zweite Reflexionsfläche 42 des Zeigers 4b auf und wird auch wieder unter demselben Winkel von der Reflexionsfläche 42 auf die geneigte Reflexionsfläche 41 zurückgeworfen. Auf diese Weise ent¬ steht die in der Fig. 1 mit Bezugszeichen v bezeichnete Verschie¬ bung des optischen Signals 9 längs der geneigten Reflexionsfläche 41. Das Ausmaß der Verschiebung hängt vom Winkel zwischen der Zeigerrichtung und dem optischen Signal 9 ab, wobei die Anordnung von Sendeelement 1 und Empfangselement 2 in Bezug auf die Rich¬ tung der Zeiger in 12:00-Uhr-Stellung symmetrisch ist.Due to the fact that the optical signal 9 in the 12 o'clock position of the hands 4a and 4b forms an angle with their direction as a result of the spatial attachment of the transmission element 1, the optical signal 9 strikes the reflection surface after its reflection 41 with an angle different from 90 ° onto the second reflection surface 42 of the pointer 4b and is also thrown back again at the same angle from the reflection surface 42 onto the inclined reflection surface 41. In this way, the displacement of the optical signal 9, designated by reference symbol v in FIG. 1, occurs along the inclined reflection surface 41. The extent of the displacement depends on the angle between the pointer direction and the optical signal 9, the arrangement of Transmitting element 1 and receiving element 2 is symmetrical with respect to the direction of the hands in the 12 o'clock position.
Steht einer der beiden Zeiger 4a oder 4b nicht genau in der zu detektierenden Zeigerstellung, so erreicht das optische Signal 9 das Empfangselement 2 nicht.If one of the two pointers 4a or 4b is not exactly in the pointer position to be detected, the optical signal 9 does not reach the receiving element 2.
Zur Unterdrückung von Streulichteinflüssen ist die Geometrie des Strahlenganges durch die räumliche Anordnung des Sendeelements 1, des Empfangselements 2, der Zeiger 4a und 4b sowie der Durch- messer der Öffnungen 6, 7 für den Lichteintritt des Sendeele¬ mentes 1 und den Lichtaustritt des Empfangselementes 2 optimiert. Hierzu trägt auch die Lage der Reflexionsfläche 41 auf der Rück¬ seite des Zeigers 4b vorteilhaft bei, da sie gegen direkten Lichteinfall abgeschirmt ist. Vor dem optischen Empfangselement 2 kann zusätzlich ein nicht dargestellter schmalbandiger optischer Filter angeordnet sein, der nur die Wellenlänge des optischen Sendeelementes 1 transmittiert. Das Zifferblatt 5 wird durch eine transparente Abdeckscheibe 8 abgedeckt, welche im sichtbaren Wellenbereich des Lichtes transparent, im Wellenbereich des optischen Empfangselementes 2 jedoch undurchsichtig ist. Zusätz¬ lich ist die Abdeckscheibe 8 zumindest partiell zur Vermeidung von Störsignalen durch ungewollte Reflexionen geeignet bearbeitet.In order to suppress the effects of scattered light, the geometry of the beam path is determined by the spatial arrangement of the transmitting element 1, the receiving element 2, the pointers 4a and 4b and the Knife of the openings 6, 7 optimized for the light entry of the transmitting element 1 and the light exit of the receiving element 2. The position of the reflection surface 41 on the back of the pointer 4b also advantageously contributes to this, since it is shielded against direct incidence of light. In addition, a narrow-band optical filter, not shown, can be arranged in front of the optical receiving element 2 and transmits only the wavelength of the optical transmitting element 1. The dial 5 is covered by a transparent cover plate 8, which is transparent in the visible wave range of the light, but is opaque in the wave range of the optical receiving element 2. In addition, the cover plate 8 is suitably machined, at least partially, to avoid interference signals from unwanted reflections.
Figuren 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das optische Sendeelement 1 in Blickrichtung auf das Zifferblatt 5 hinter dem optischen Empfangselement 2 angeordnet Ist. In der exakten 12:00-Uhr-Stellung der Zeiger 4a und 4b ver¬ läuft der Strahlengang des optischen Signals 9 von dem Sendeele¬ ment 1 zu der geneigten Reflexionsfläche 41 des Zeigers 4a, wird von dort im Winkel von 90° auf die diametral geneigte Reflexions- fläche 43 des Zeigers 4b reflektiert und dort wiederum im Winkel von 90° auf das Empfangselement 2 reflektiert. Da der Zeiger 4b als Minutenzeiger länger ausgebildet sein muß als der Zeiger 4a als Stundenzeiger, schließt sich an die Reflexionsfläche 43 des Zeigers 4b noch ein im Querschnitt reduzierter Bereich 4c an.FIGS. 3 and 4 show an exemplary embodiment of the invention, in which the optical transmission element 1 is arranged behind the optical reception element 2 in the direction of view of the dial 5. In the exact 12:00 o'clock position of the pointers 4a and 4b, the beam path of the optical signal 9 runs from the transmitting element 1 to the inclined reflection surface 41 of the pointer 4a and becomes diametrical from there at an angle of 90 ° inclined reflection surface 43 of the pointer 4b is reflected and there in turn reflected at an angle of 90 ° onto the receiving element 2. Since the hand 4b as a minute hand must be longer than the hand 4a as an hour hand, the reflection surface 43 of the hand 4b is followed by an area 4c with a reduced cross section.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel tritt hier keine Ver¬ schiebung des optischen Signals 9 längs der geneigten Reflexions- fläche 41 auf, da das optische Signal 9 in der 12:00-Uhr-Stellung der Zeiger 4a und 4b mit deren Richtung übereinstimmt. In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem das optische Sendeelement 1 und das optische Empfangselement 2 nebeneinander hinter dem Zifferblatt 5 angeordnet sind, wobei nach Fig. 5 das optische Empfangselement 2 dicht hinter dem optischen Sendeelement 1 liegt. Für den Strahlendurchgang des optischen Signals 9 ist eine Öffnung 10 im Zifferblatt vorhanden. Der Strahlengang verläuft in der exakten 12:00 Uhr-Stellung vom Sendeelement 1 zu dem Funktionalbereich 44 des Zeigers 4a. Dieser Funktionalbereich 44 ist als transparentes Prisma ausgebildet und an der dem Sendeelement 1 und dem Empfangselement 2 abgewandten Seite geneigt. Hierdurch wird das von dem optischen Sendeelement 1 ausgehende optische Signal 9 im Funktionalbereich 44 gebrochen und auf eine geneigte Reflexionsfläche 45 des Zeigers 4b gelenkt, von wo das optische Signal 9 zu dem Funktionalbereich 44 rück¬ reflektiert, und durch nochmalige Brechung zum optischen Empfangselement 2 gelenkt wird.In contrast to the first exemplary embodiment, there is no displacement of the optical signal 9 along the inclined reflection surface 41, since the optical signal 9 in the 12 o'clock position of the hands 4a and 4b corresponds to their direction. FIG. 5 shows an exemplary embodiment in which the optical transmission element 1 and the optical reception element 2 are arranged next to one another behind the dial 5, the optical reception element 2 lying closely behind the optical transmission element 1 according to FIG. An opening 10 is provided in the dial for the beam passage of the optical signal 9. The beam path runs in the exact 12:00 o'clock position from the transmission element 1 to the functional area 44 of the pointer 4a. This functional area 44 is designed as a transparent prism and is inclined on the side facing away from the transmitting element 1 and the receiving element 2. As a result, the optical signal 9 emanating from the optical transmission element 1 is refracted in the functional area 44 and directed onto an inclined reflection surface 45 of the pointer 4b, from where the optical signal 9 reflects back to the functional area 44, and directed to the optical receiving element 2 by refraction again becomes.
Durch eine entsprechende Neigung der Reflexionsfläche 45 auch in Bezug auf die Zeichenebene läßt sich erreichen, daß das optische Signal 9 nicht in sich selbst, sondern in Bezug auf die Zeichen¬ ebene nach hinten versetzt reflektiert wird, so daß es auf das hinter dem Sendeelement 1 liegende Empfangselement 2 auftrifft.By means of a corresponding inclination of the reflection surface 45 also with respect to the plane of the drawing, it can be achieved that the optical signal 9 is reflected not offset in itself, but offset with respect to the plane of the drawing, so that it is reflected behind the transmission element 1 lying receiving element 2 strikes.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die Zeiger 4a, 4b als Lichtleiter ausgebildet sind, wobei in Blickrichtung auf das Zifferblatt 5 das optische Empfangselement 2 hinter dem optischen Sendeelement 1 angeordnet ist. In der exakt 12:00-Uhr-Stellung der Zeiger 4a und 4b gelangt das von dem optischen Sendeelement 1 ausgehende optische Signal 9 zu einer zum Strahlengang senk¬ rechten Lichteintrittsfläche 46 und wird von dort im Zeiger 4b zu einer geneigten Reflexionsfläche 47 geleitet, die das Signal im Winkel von 90° zu einer Lichtaustrittsfläche 48 des Zeigers 4b reflektiert. Von der Lichtaustrittsfläche 48 gelangt das optische Signal zu einer Lichteintrittsfläche 49 des Zeigers 4a und wird von dort nach Reflexion im Winkel von 90° an einer Reflexions¬ fläche 50 in Längsrichtung des als Lichtleiter ausgebildeten Zeigers 4a gelenkt. An einer ebenen, zum Strahlengang senkrechten Lichtaustrittsflache 51 tritt das optische Signal 9 aus und ge¬ langt zu dem optischen Empfangselement 2. Dieser Lichtweg ist nur dann offen, wenn sich beide Zeiger 4a und 4b in der korrekten Zeigerstellung befinden. Anstelle der Ausbildung der Zeiger 4a und 4b als Lichtleiter ist es auch möglich, herkömmliche Zeiger mit Lichtleitern zu versehen.FIG. 6 shows an exemplary embodiment in which the pointers 4a, 4b are designed as light guides, the optical receiving element 2 being arranged behind the optical transmitting element 1 in the direction of viewing the dial 5. In the exactly 12 o'clock position of the pointers 4a and 4b, the optical signal 9 emanating from the optical transmission element 1 arrives at a light entry surface 46 perpendicular to the beam path and from there is guided in the pointer 4b to an inclined reflection surface 47 which the signal is reflected at an angle of 90 ° to a light exit surface 48 of the pointer 4b. The optical passes from the light exit surface 48 Signal to a light entry surface 49 of the pointer 4a and is directed from there after reflection at an angle of 90 ° to a reflection surface 50 in the longitudinal direction of the pointer 4a designed as a light guide. The optical signal 9 emerges at a flat light exit surface 51 perpendicular to the beam path and reaches the optical receiving element 2. This light path is only open if both pointers 4a and 4b are in the correct pointer position. Instead of designing the pointers 4a and 4b as light guides, it is also possible to provide conventional pointers with light guides.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungs¬ beispiele beschränkt, vielmehr sind sowohl weitere Varianten des Strahlenganges, auch unter Verwendung von mehr als zwei Zeigern bei einer Uhr, möglich. The invention is not limited to the exemplary embodiments described here; rather, further variants of the beam path are possible, even if more than two pointers are used in a clock.

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Verfahren zur Positionserkennung von analogen Anzeigeele¬ menten einer Uhr unter Verwendung opto-elektronischer Bau¬ elemente, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das von mindestens einem optischen Sendeelement (1) aus¬ gesendete optische Signal (9) durch die Anzeigeelemente (4a, 4b) derart reflektiert und/oder gebrochen werden, daß nur bei einer definierten Stellung aller Anzeigeelemente (4a, 4b) das optische Signal (9) von mindestens einem optischen Empfangselement (2) empfangen wird und dadurch ein weiter- verarbeitbares, elektronisches Signal ausgelöst wird.1. A method for position detection of analogue display elements of a clock using optoelectronic components, characterized in that the optical signal (9) emitted by at least one optical transmission element (1) is emitted by the display elements (4a, 4b) in such a way reflected and / or refracted that the optical signal (9) is received by at least one optical receiving element (2) only when all the display elements (4a, 4b) are defined, thereby triggering a further processable electronic signal.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß von einem optischen Sendeelement (1) ein optisches Signal (9) ausgesendet wird, dieses optische Signal (9) bei Erreichen einer definierten Position eines ersten Anzeige¬ elementes (4a)auf dessen Funktionalbereich (41, 44, 47) auf¬ trifft und dort reflektiert und/oder gebrochen wird, dieses erstmalig reflektierte und/oder gebrochene optische Signal (9) bei Erreichen einer definierten Position eines zweiten Anzeigeelementes (4b) auf dessen Funktionalbereich (42, 43, 45, 50) auftrifft und erneut reflektiert und/oder gebrochen wird, und dieses erneut reflektierte und/oder gebrochene optische Signal (9) entweder direkt oder über eine Rück¬ reflexion und/oder Rückbrechung am Funktionalbereich (41, 44) des ersten Anzeigeelementes (4a) oder einer erneuten Reflexion und/oder Brechung an den Funktionalbereichen weiterer Anzeigeelemente nur während der Verweilzeit aller Anzeigeelemente in ihrer jeweils definierten Position auf ein optisches Empfangselement (2) trifft und aktiv eine Signalauslösung bewirkt. 2. The method according to claim 1, characterized in that an optical signal element (1) is emitted from an optical transmission element (1), this optical signal (9) when a defined position of a first display element (4a) on its functional area (41 , 44, 47) and is reflected and / or refracted there, this optical signal (9) reflected and / or refracted for the first time when a defined position of a second display element (4b) is reached on its functional area (42, 43, 45, 50) strikes and is reflected and / or refracted again, and this re-reflected and / or refracted optical signal (9) either directly or via a reflection and / or refraction at the functional area (41, 44) of the first display element (4a) or a renewed reflection and / or refraction at the functional areas of further display elements only during the dwell time of all display elements in their respectively defined position on an o optical reception element (2) and actively triggers a signal.
3. Vorrichtung zur Positionserkennung von analogen Anzeigeele¬ menten einer Uhr unter Verwendung opto-elektronischer Bau¬ elemente, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein optisches Sendeelement (1) und mindestens ein optisches Empfangselement (2) räumlich derart angeordnet sind, daß nur bei einer definierten Stellung der Anzeige¬ elemente (4a,4b) der Strahlengang eines optischen Signals (9) vom Sendeelement (1) über Funktionalbereiche (41 bis 45, 47, 50) der Anzeigeelemente (4a, 4b) zum Empfangselement (2) verläuft.3. Device for position detection of analog display elements of a clock using optoelectronic components, characterized in that at least one optical transmission element (1) and at least one optical reception element (2) are spatially arranged such that only in a defined position the display elements (4a, 4b) the beam path of an optical signal (9) runs from the transmission element (1) via functional areas (41 to 45, 47, 50) of the display elements (4a, 4b) to the reception element (2).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das optischen Sendeelement (1) und das optische Empfangselement (2) am Rand einer den Anzeigeelementen (4a, 4b) benachbarten Skala (5) in Blickrichtung nebeneinander oder hintereinander angeordnet sind.4. Apparatus according to claim 3, so that the optical transmitter element (1) and the optical receiver element (2) on the edge of a scale (5) adjacent to the display elements (4a, 4b) are arranged side by side or one behind the other in the viewing direction.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das optische Sendeelement (1) und das optische Empfangs¬ element (2) auf der den Anzeigeelementen (4a, 4b) abge¬ kehrten Seite der Skala (5) angeordnet sind und die Skala (5) im Bereich des Sendeelements (1) und des Empfangs¬ elements (2) für das optische Signal transparent Ist.5. The device according to claim 3, characterized in that the optical transmitting element (1) and the optical receiving element (2) on the display elements (4a, 4b) facing away from the scale (5) are arranged and the scale (5th ) is transparent to the optical signal in the area of the transmitting element (1) and the receiving element (2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Funktionalbereich des Anzeigeelementes (4a) eine zum Strahlengang geneigte Reflexionsfläche (41) und der Funktio¬ nalbereich des Anzeigeelementes (4b) eine zum Strahlengang senkrechte Reflexionsfläche (42) ist. 6. The device according to claim 3, characterized in that the functional area of the display element (4a) is an inclined to the beam path reflection surface (41) and the functio nal area of the display element (4b) is a perpendicular to the beam path reflection surface (42).
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Funktionalbereiche der Anzeigeelemente (4a,4b) diametral geneigte Reflexionsflächen (41,43) sind.7. The device according to claim 3, so that the functional areas of the display elements (4a, 4b) are diametrically inclined reflection surfaces (41, 43).
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein dem Sende nd Empfangselement benachbartes Anzeige¬ element (4a) im Funktionalbereich (44) als transparentes Prisma ausgebildet ist und daß der Funktionalbereich des anderen Anzeigeelementes (4b) auf der dem optischen Sende¬ element (1) und dem optischen Empfangselement (2) zuge¬ wandten Seite eine geneigte, zum Strahlengang senkrechte Reflexionsfläche (45) aufweist.8. The device according to claim 3, characterized in that one of the transmitting and receiving element adjacent display element (4a) in the functional area (44) is designed as a transparent prism and that the functional area of the other display element (4b) on the optical transmitting element ( 1) and the side facing the optical receiving element (2) has an inclined reflection surface (45) perpendicular to the beam path.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anzeigeelemente (4a,4b) als Lichtleiter ausgebildet oder mit Lichtleitern versehen sind.9. The device according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the display elements (4a, 4b) are designed as light guides or are provided with light guides.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Enden der Anzeigenelemente (4a, 4b), die in der definierten Stellung dem Sendeelement (1) bzw. dem Empfangs¬ element (2) gegenüber liegen, zum Strahlengang senkrechte Lichteintrittsflächen (46, 49) aufweisen und daß die entge¬ gengesetzten Enden der Anzeigeelemente (4a, 4b) einander zu¬ gekehrte Lichtaustrittsflächen (48, 51) haben.10. The device according to claim 9, characterized in that the ends of the display elements (4a, 4b), which are in the defined position of the transmitting element (1) and the receiving element (2) opposite to the beam path perpendicular light entry surfaces (46, 49th ) and that the opposite ends of the display elements (4a, 4b) have mutually facing light exit surfaces (48, 51).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die den Lichteintrittsflächen (46, 49) entgegengesetzten Enden der Anzeigeelemente (4a, 4b) zur Längsachse der An¬ zeigeelemente (4a, 4b) geneigte Reflexionsflächen (47, 50) aufweisen.11. The device according to claim 10, characterized in that the light entry surfaces (46, 49) opposite Ends of the display elements (4a, 4b) have reflection surfaces (47, 50) inclined to the longitudinal axis of the display elements (4a, 4b).
12. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem optischen Empfangselement (2) ein schmalbandiger optischer Filter zugeordnet ist, welches nur die Wellenlänge des optischen Sendeelementes (1) transmittiert.12. The apparatus of claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the optical receiving element (2) is assigned a narrow-band optical filter which transmits only the wavelength of the optical transmission element (1).
13. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Skala (5) und die Anzeigeelemente (4a, 4b) durch eine im sichtbaren Wellenlängenbereich transparente Abdeck¬ scheibe (8) abgedeckt sind, die im Wellenlängenbereich des optischen Sendeelementes (1) undurchsichtig ist und derart gestaltet ist, daß Reflexion und somit die Entstehung von Störsignalen verhindert wird.13. The apparatus according to claim 4, characterized in that the scale (5) and the display elements (4a, 4b) are covered by a transparent cover in the visible wavelength range (8) which is opaque in the wavelength range of the optical transmission element (1) and is designed in such a way that reflection and thus the generation of interference signals is prevented.
14. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die optischen Sendeelemente (1) Infrarot-Lumineszenz¬ dioden und die optischen Empfangselemente (2) Infrarot-Foto¬ dioden oder Infrarot-Fototransistoren sind.14. The apparatus of claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the optical transmission elements (1) infrared luminescence and the optical receiving elements (2) are infrared photo diodes or infrared photo transistors.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anzeigeelemente (4a, 4b) Zeiger einer Funkuhr sind. 15. Device according to one of claims 3 to 14, that the display elements (4a, 4b) are pointers of a radio clock.
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