Brevet FR2717917A1 — publié le 19950929

MONTRE COMPORTANT UN DISPOSITIF DE COMMANDE MANUELLE La présente invention est relative aux montres comportant un dispositif de commande manuelle et, plus particulièrement, aux montres comportant un capteur capacitif dont une première armature est disposée sur la face intérieure du verre de la montre, une première capacité étant formée entre la première électrode et la masse constituée par le boîtier lorsqu'un porteur de la montre pose un doigt sur la face extérieure de la montre. On connait déjà des montres comportant des dispositifs de commande manuelle destinés à remplacer les moyens de commande externes habituels tels que des boutons-poussoirs, utilisés pour commander les diverses fonctions d'une montre comme la mise à l'heure ou l'enclenchement et le déclenchement d'un chronographe. Certains de ces dispositifs sont constitués par au moins une électrode transparente disposée sur la face intérieure du verre de la montre, cette dernière comprenant un circuit agencé de manière à exploiter les signaux qui sont engendrés lorsque le porteur de la montre pose son doigt sur le verre en regard de cette électrode. Un tel dispositif est décrit dans le brevet CH 607 872. Dans l'agencement décrit dans ce document, une couche conductrice est disposée sur la face intérieure du verre de la montre afin de former un capteur capacitif. Ce capteur forme avec un condensateur indépendant un diviseur capacitif. Une tension alternative de fréquence élevée est appliquée à ce diviseur par un générateur. Un dispositif de détection détecte le potentiel entre le condensateur indépendant et le capteur capacitif. Selon qu'un doigt est posé ou non sur le verre, cette tension détectée varie entre deux valeurs. Un comparateur compare ce potentiel détecté à une tension de référence et par conséquent fournit un signal de commande ayant, soit un état logique haut, soit un état logique bas selon que le doigt est présent ou non. Or, une capacité parasite est toujours présente entre la couche conductrice disposée sur le verre de la montre et la masse constituée par le boîtier. Cette capacité est branchée en parallèle au capteur capacitif. Le potentiel Uout détecté par le comparateur peut donc être exprimée par la relation Uout = Uin (Cref) / (Cp + Cd + Cref) o Uin est la tension appliquée au diviseur capacitif par le générateur, Cp est la capacité parasite, Cd est la capacité du capteur capacitif et Cref est la capacité du condensateur indépendant. De tels dispositifs présentent l'inconvénient que, pour leur donner une résolution acceptable, les capacités Cd et Cref doivent être nettement plus grandes que la capacité parasite, ce qui conduit à une consommation élevée de courant diminuant notablement la durée de vie de la pile de la montre. De plus, le comparateur qui compare le potentiel détecté par le diviseur capacitif à une tension de référence est un composant analogique qui doit pour présenter la précision requise comporter un agencement complexe de transistors. Ces inconvénients se font particulièrement sentir dans le cas d'une montre comportant un grand nombre de dispositifs de commande manuelle. Ceci est le cas, par exemple, des montres dites "à reconnaissance d'écriture" qui peuvent recevoir des commandes lorsque le doigt de l'utilisateur "écrit" un signe, par exemple30 alphanumérique, tel qu'un chiffre sur le verre de la montre. Celle-ci doit alors être équipée de plusieurs dizaines de dispositifs de commande ayant chacun un capteur capacitif disposé sur la surface du verre afin de permettre la reconnaissance de la position instantanée du35 doigt sur la face extérieure du verre. La consommation de chaque dispositif de commande représente alors un facteur important pour déterminer la durée de vie de la pile de la montre. La présente invention a pour but de fournir une montre munie d'un dispositif de commande manuelle qui remédie tout au moins en partie à ces inconvénients. La présente invention a ainsi pour objet une montre comportant un boîtier formant masse, un verre et au moins un dispositif de commande manuelle qui est relié à un circuit d'exploitation destiné à exécuter une fonction prédéterminée de la montre sous l'action dudit dispositif de commande manuelle, ce dernier comprenant - un capteur capacitif comprenant une première armature disposée sur la face intérieure du verre, et dont l'autre armature est formée sélectivement par le positionnement d'un doigt d'un utilisateur de ladite montre sur la face extérieure du verre, ce capteur capacitif étant ainsi destiné à former une première capacité, ladite montre présentant également une seconde capacité parasite entre ladite première armature et le boîtier, caractérisée en ce que ledit dispositif de commande manuelle comprend en outre - un convertisseur tension-fréquence dont l'entrée est connectée à la jonction commune entre ladite première armature et ladite seconde capacité, - un détecteur de fréquence branché entre ledit convertisseur et ledit circuit d'exploitation, de manière que la fréquence d'oscillation dudit convertisseur varie en fonction de la présence ou de l'absence du doigt de l'utilisateur sur ladite face extérieure du verre. Ainsi, pour obtenir une résolution du dispositif de commande manuelle comparable à celle du dispositif du brevet suisse précité, on peut réduire la capacité du capteur capacitif par rapport à celle du capteur utilisé dans cet art antérieur. Ceci a pour conséquence que la charge qui doit être placée sur le capteur capacitif peut être nettement plus faible d'o résulte une consommation d'énergie plus faible, chaque fois que l'utilisateur veut exécuter une commande. On peut ainsi prolonger la durée de vie de la pile de la montre. En outre, en utilisant le capteur capacitif et la capacité parasite de la montre comme éléments déterminant la fréquence du convertisseur tension-fréquence, la présente invention permet de créer un signal de commande dont la détection des états logiques peut être faite par des moyens numériques dont la réalisation est plus simple que celle d'un circuit analogique utilisé dans l'art antérieur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe de l'agencement d'un capteur capacitif dans une montre conforme à la présente invention; la figure 2 représente le schéma d'un mode préféré de réalisation d'un dispositif de commande manuelle destiné à être utilisé dans une montre conforme à la présente invention; et, la figure 3 est un graphique représentant en fonction de la capacité de leurs capteurs capacitifs la résolution atteinte par une montre selon la présente invention et par une montre de l'art antérieur. La figure 1 représente une vue en coupe d'une montre 1 comportant un boîtier 2 et un verre 3. Un circuit électronique 4 est disposé dans le boîtier 2. Une électrode conductrice 5, de préférence transparente, est disposée sur la face intérieure 6 du verre de la montre 1. L'électrode 5 est reliée au circuit électronique 4 par un conducteur 7. Une pile ou autre source d'énergie électrique 8 est également disposée dans le boîtier 2 et est reliée au pôle positif du circuit électronique 4 par un conducteur 9. L'électrode 5 forme l'une des armatures d'un capteur capacitif 20, l'autre armature 21 de ce capteur capacitif 20 étant formée par le doigt 10 du porteur de la montre 1 lorsque, afin de réaliser une commande prédéterminée dans la montre, il touche la face extérieure du verre 3 à l'endroit de l'électrode 5. Le doigt 10 du porteur est relié à la masse 11 du circuit électronique, comme tout le corps du porteur, par l'intermédiaire du boîtier 2 qui est en contact avec le poignet de celui-ci et qui est relié aux pôles négatifs du circuit électronique 4 et de la pile 8. La figure 2 représente le schéma d'un dispositif de commande manuelle 22 utilisé dans la montre 1 de la figure 1 et qui permet d'engendrer un signal de commande en réponse à l'activation du capteur capacitif 20. Ce dispositif 22 est raccordé à un détecteur de fréquence DF et relié à son tour à un circuit d'exploitation CE qui permet d'exécuter, de façon connue en soi, la fonction de la montre que l'utilisateur désire commander. Le dispositif de commande 22 comprend un capteur capacitif 20 tandis qu'une capacité parasite Cp est par construction présente entre l'électrode 5 et le boîtier 2 de la montre 1. Cette capacité parasite est représentée sur la figure 2 par un condensateur 23. Le capteur capacitif 20 et le condensateur 23 sont branchés en parallèle entre la masse 11 et l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 24. Le dispositif de commande manuelle 22 comprend également des résistances 25, 26 et 27 reliées toutes en séries entre la sortie de l'amplificateur 24 et la masse 11. L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 24 est reliée à une jonction entre les résistances 26 et 27. Dans cette configuration, l'amplificateur 24 et les résistances , 26 et 27 forment une bascule de Schmidt qui fournit à sa sortie 28, c'est-à-dire à la jonction entre les résistances 25 et 26, un signal ayant, en fonction des valeurs relatives des tensions présentes aux entrées inverseuse et non-inverseuse de l'amplificateur 24, soit un niveau logique haut soit un niveau logique bas. Deux diodes zener 29 et 30 montées tête-bêche sont reliées entre la sortie 28 et la masse 11, afin de stabiliser les tensions définissant respectivement ces niveaux logiques. Le dispositif de commande manuelle 22 comprend en outre une résistances 31 reliée entre la sortie 28 et l'entrée inverseuse de l'amplificateur 24. Cette résistance 31 fait partie, avec le capteur capacitif 20 et le condensateur 23, d'un filtre passe-bas qui intègre la tension à la sortie de la bascule de Schmidt. Le potentiel des armatures des condensateurs 20 et 23 est appliqué à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 24. Il en résulte que le dispositif de commande manuelle 22 fonctionne comme un convertisseur tension-fréquence, autrement dit un oscillateur commandé en tension. Dans la mode de réalisation illustrée sur la figure 2, le convertisseur tension-fréquence a été conçu sous la forme d'un multivibrateur astable, car il crée un signal périodique ayant deux états quasi-stables tout en oscillant librement. Cependant, il peut également être conçu sous la forme d'un générateur quelconque de signal périodique ou sous une autre forme d'oscillateur commandé en tension. L'agencement illustré sur la figure 2 est particulièrement avantageux en raison de sa simplicité de réalisation et du fait qu'aucun composant électronique à30 précision élevée n'est requise. La période d'oscillation T du dispositif de commande 22 est donnée par la relation T = 2R31Ctotln(l + (2R26)/R27) o R31, R26 et R27 sont respectivement les valeurs des résistances 31, 26 et 27, et Ctot est la capacité totale entre l'entrée inverseuse de l'amplificateur 24 et la masse 11. On voit donc que la fréquence d'oscillation du signal de sortie du dispositif de commande manuelle 22 est proportionnelle à l'inverse de la capacité totale Ctot et qu'ainsi la capacité du capteur capacitif en combinaison avec la capacité parasite déterminent la valeur de la fréquence d'oscillation du dispositif de commande manuelle 22. Ainsi, la fréquence d'oscillation du convertisseur tension-fréquence varie en fonction de la présence ou de l'absence du doigt de l'utilisateur sur la face extérieure du verre. Si le doigt 10 du porteur de la montre 1 n'est pas posé sur la glace 3, l'armature 21 du capteur capacitif 20 est par conséquent absente du circuit montré sur la figure 2. La capacité totale Ctot est en ce cas équivalente à la capacité parasite Cp entre l'électrode 5 et la masse 11. La fréquence d'oscillation du signal de sortie du dispositif de commande 22 est alors proportionnelle à l'inverse de la capacité parasite Cp. Par contre, lorsque le doigt 10 est posé sur le verre 3, l'armature 21 est formée et, par conséquent, le capteur capacitif 21 agit effectivement sur le dispositif de commande 22. Dans ces conditions, la capacité totale Ctot est équivalente à l'inverse de la somme des capacités Cd et Cp. Ainsi, la fréquence d'oscillation du signal de sortie du dispositif de commande 22 est proportionnelle à l'inverse de la somme des capacités Cd et Cp. Puisque l'information désirée dans le signal de sortie est contenue dans sa fréquence, au lieu de l'être dans la valeur absolue de son amplitude, il suffit d'utiliser des moyens numériques conçus d'une façon simple pour la tirer. Ces moyens peuvent être réalisés, par exemple, par un compteur d'impulsions qui est mis en marche pendant une période de fonctionnement fixe. La fréquence, et donc le présence ou l'absence du doigt sur la face extérieur du verre de la montre, est représentée directement par le nombre d'impulsions reçues pendant cette période fixe. Ces moyens ne sont pas décrits d'une manière plus détaillée car ils sont bien connus de l'homme du métier. La figure 3 est un graphique qui montre que la résolution et la consommation d'énergie de la présente invention sont meilleures par rapport à celles obtenues10 dans l'art antérieur. Sur l'axe horizontal de ce graphique est portée la relation Cp/Cd, c'est-à-dire la relation entre la capacité parasite établie entre l'électrode fixe du capteur capacitif et le boîtier 2 et la capacité Cd du capteur capacitif 20. Sur l'axe vertical on a porté la résolution relative du dispositif de commande manuelle, autrement dit la relation entre l'état logique bas et l'état logique haut de son signal de sortie. La courbe 40 représente, dans le cas décrit dans le brevet CH 607 872 cité ci-dessus, l'écart relatif Vpr/Vab entre le deux valeurs de tension détectées par le comparateur, respectivement en présence et en l'absence du doigt de l'utilisateur. Le valeur de la capacité Cref a été prise comme étant équivalente à la valeur de la capacité Cd. La courbe 40 montre qu'il y a un grand écart entre les niveaux des tensions analogiques du dispositif antérieur, et qu'une grande résolution est donc atteinte, si la relation Cp/Cd est comparativement petite. Mais dans ces conditions, la capacité Cd du capteur capacitif doit être nettement plus grande que la capacité parasite Cp, ce qui augmentera la consommation du dispositif de commande manuelle. Inversement, une relation Cp/Cd qui est comparativement grande diminue la résolution du dispositif de commande manuelle, mais on obtient une plus faible35 consommation d'énergie, car alors la capacité Cd est plus petite. La courbe 41 de la figure 3 représente, dans le cas de l'invention, l'écart entre les deux valeurs de fréquence Fpr et Fab engendrées à la sortie 28 du dispositif de commande 22, respectivement lorsque le doigt d'un porteur de la montre 1 est posé sur le verre 3 et est absent de ce verre, toujours en fonction du rapport Cp/Cd. Il est à noter que, pour établir une comparaison valable des courbes 40 et 41, on les a tracées en mettant au numérateur la plus petite valeur du rapport des tensions respectivement des fréquences. Or, il se trouve que la plus grande valeur des tensions (pour autant que l'on considère le cas du brevet suisse précité) est engendrée en l'absence du doigt, de même que dans le cas de l'invention. En faisant une comparaison entre les courbes 40 et 41, on voit qu'on obtient une nette amélioration de la résolution dans le mode de réalisation de la présente invention montré sur la figure 2 que dans le cas de l'art antérieur. Par exemple, dans le cas o la capacité Cd est égale en valeur à la capacité Cp, la résolution est de 25% supérieure à celle de l'art antérieur. Par ailleurs, pour atteindre une résolution de 0,5 par exemple, il faut dans le cas de l'art antérieur que la capacité Cd soit au moins deux fois plus grande que la capacité parasite Cp, ce qui représente une augmentation considérable de la consommation d'énergie de la pile de la montre comparée à ce que l'on obtient pour une même résolution dans le cas de l'invention.. Il est à noter que plusieurs modifications et/ou améliorations peuvent être apportées à la montre selon l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. En particulier, l'invention concerne également des montres à reconnaissance d'écriture comprenant une pluralité de dispositifs de commande manuelle du genre de la figure 2 afin de suivre la position du doigt sur le verre d'un porteur de la montre et, par conséquent, permettre la reconnaissance d'un chiffre ou d'une lettre écrit par le porteur sur le verre. Dans ce cas, les détecteurs de fréquence DF de tous les dispositifs de commande manuelle peuvent être raccordés au circuit d'exploitation CE de la montre, tandis que les électrodes 5 de leur capteurs capacitifs forment un motif approprié sur le verre 3 de celle-ci. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif de commande manuelle peut comporter plusieurs capteurs capacitifs du type défini ci- dessus, les jonctions communes entre la première armature et la seconde capacité de chacun de ces capteurs capacitifs étant toutes raccordées à l'entrée d'un multiplexeur. En ce cas, la sortie du multiplexeur est reliée à l'entrée du détecteur de fréquence du dispositif de commande. De cette façon, on n'a besoin que d'un seul convertisseur tensionfréquence qui échantillonne chaque capteur capacitif à une fréquence déterminée par le fonctionnement du multiplexeur. L'homme du métier comprendra que la capacité Cd du capteur capacitif représenté à la figure 2 peut varier selon le positionnement précis du doigt de l'utilisateur sur le verre de la montre. Ainsi, la fréquence de l'oscillateur du convertisseur tension-fréquence peut changer25 progressivement lorsqu'un doigt placé sur le verre s'approche ou s'éloigne de la première armature du capteur capacitif. Pour permettre la détection de la présence ou l'absence du doigt en face du capteur capacitif, on peut définir un seuil de sensibilité correspondant à un changement de fréquence donné. Lorsque le changement de la fréquence du convertisseur tension-fréquence est plus grand que le seuil de sensibilité, ce changement est détecté par le circuit d'exploitation. Ce seuil de sensibilité peut être différent pour chaque capteur capacitif formant le dispositif de commande manuelle, et il les valeurs de tous ces seuils peuvent être stockées dans une mémoire dans le circuit d'exploitation. En revanche, dans le cas d'un dispositif de commande manuelle comportant plusieurs capteurs capacitifs, le positionnement du doigt d'un utilisateur peut être détecté en analysant le changement de fréquence provoqué par chaque capteur capacitif. Ainsi, le changement de fréquence provoqué par la position du doigt sur le verre de la montre sera plus prononcé pour un capteur capacitif situé près du doigt et sera moins prononcé pour les capteurs capacitifs plus éloignés du doigt. En analysant les changements de fréquences de l'ensemble des capteurs capacitifs, la position du doigt peut être déterminée. REVENDICATIONS 1. Montre (1) comportant un boîtier (2) formant masse, un verre (3) et au moins un dispositif de commande manuelle (22), qui est relié à un circuit d'exploitation (CE) destiné à exécuter une fonction prédéterminée de la montre sous l'action dudit dispositif de commande manuelle (22), ce dernier comprenant - un capteur capacitif (20) comprenant une première armature (5) disposée sur la face intérieure (6) du verre (3), et dont l'autre armature est formée sélectivement par le positionnement d'un doigt (10) d'un utilisateur de ladite montre (1) sur la face extérieure du verre (3), ce capteur capacitif (20) étant ainsi destiné à former une première capacité (Cd), ladite montre (1) présentant également une seconde capacité parasite (Cp) entre ladite première armature et le boîtier (2), caractérisée en ce que ledit dispositif de commande manuelle (22) comprend en outre - un convertisseur tension-fréquence (22) dont l'entrée est connectée à la jonction commune entre ladite première armature (5) et ladite seconde capacité (CO), - un détecteur de fréquence (DF) branché entre ledit convertisseur (22) et ledit circuit d'exploitation (CE), de manière que la fréquence d'oscillation dudit convertisseur varie en fonction de la présence ou de l'absence du doigt de l'utilisateur sur ladite face extérieure du verre. 2. Montre selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit convertisseur tension-fréquence (22) est réalisé sous la forme d'un multivibrateur astable. 3. Montre selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite jonction commune est raccordée à l'entrée d'un amplificateur (24) faisant partie dudit multivibrateur astable. 4. Montre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de dispositifs de commande manuelle dont les capteurs capacitifs forment ensemble un motif sur le verre de la montre pour permettre la reconnaissance d'écriture sur la face extérieure dudit verre, les détecteurs de fréquence (DF) de tous les dispositifs de commande étant raccordés audit circuit d'exploitation (CE). 5. Montre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité desdits capteurs capacitifs formant ensemble un motif sur le verre de la montre pour permettre la reconnaissance d'écriture sur la face extérieure dudit verre, et en ce qu'elle comporte en outre un multiplexeur dont la sortie15 est reliée à l'entrée dudit convertisseur tension- fréquence, les jonctions communes entre ladite première armature et ladite seconde capacité de chacun desdits capteurs capacitifs étant toutes raccordées à l'entrée dudit multiplexeur.