Brevet FR2884939A1 — publié le 20061027

HORLOGE ELECTRONIQUE A REGLAGE D'HEURE MANUEL L'invention concerne les horloges électroniques affichant l'heure sur un écran de visualisation électronique sous forme d'une image de grande aiguille (pour les minutes) et une image de petite aiguille (pour les heures), tournant toutes deux autour d'un axe virtuel sur une image de cadran gradué ou non gradué. Ces horloges (et par "horloge" on entendra ci-après les horloges, pendules, pendulettes, réveils, etc., indépendamment de leur dimension et de leur usage pratique) ont pour but de rendre l'heure plus intuitivement lisible que celle qui est affichée sous forme de chiffres décimaux de minutes et d'heures. Elles utilisent un écran d'affichage capable de reproduire une image d'aiguilles à différentes positions, et des circuits électroniques de commande de cet écran pour établir successivement, au fur et à mesure de l'écoulement du temps, l'image de chaque aiguille à des positions successives qui correspondent à cet écoulement du temps. Les circuits électroniques sont contrôlés par un microcontrôleur programmé, pourvu d'une base de temps issue d'un oscillateur à fréquence stable. Lorsque l'horloge n'est plus à l'heure par exemple du fait d'une interruption involontaire d'alimentation ou pour toute autre raison, on la remet à l'heure classiquement par divers boutons de réglage accessibles à l'utilisateur, ces boutons agissant sur le microcontrôleur pour incrémenter à volonté l'heure et les minutes. Ces boutons de réglage sont souvent peu ergonomiques, le mode d'emploi n'en est pas toujours connu par l'utilisateur; il y a plusieurs boutons à manipuler; le plus souvent ces boutons n'agissent que par incrémentation mais pas par décrémentation, ce qui est peu commode lorsqu'on veut reculer le temps affiché de quelques minutes seulement. Un but de l'invention est de proposer une horloge qui puisse être 30 extrêmement facilement mise à l'heure par un utilisateur de la manière la plus ergonomique et la plus intuitive possible. Pour cela, l'invention propose de réaliser une horloge qui comporte une structure d'écran d'affichage tactile divisée en zones juxtaposées sélectivement affichables et représentant chacune une position possible d'un élément d'aiguille (de préférence au moins 60 zones juxtaposées distribuées radialement autour d'un centre virtuel), avec des moyens de détection sélective de toucher aptes à détecter la position d'un doigt sur une zone affichée, des moyens de détection d'un déplacement de doigt de cette zone vers une zone voisine non affichée, et des moyens de recalage de l'horloge à l'heure correspondant à la zone voisine touchée et io d'affichage de l'heure recalée. Dans un écran tactile, les zones sélectivement affichables, qui servent aussi à la détection sélective, sont des électrodes transparentes individuelles ayant la forme des zones désirées. Selon un mode de réalisation possible, l'invention propose que la structure d'écran de visualisation tactile soit divisée en au moins 60 paires de zones sélectivement affichables et sélectivement sensibles au toucher, distribuées radialement autour d'un centre de rotation virtuel, chaque paire comportant deux zones sensiblement dans le prolongement axial l'une de l'autre, l'une des zones, plus près du centre, constituant un élément d'affichage de petite aiguille et l'autre zone, plus loin du centre, constituant un élément d'affichage complémentaire tel que la paire de zones affichées simultanément représente une grande aiguille. De préférence, l'horloge comporte: - des moyens de fourniture d'un signal électronique représentant 25 l'heure courante, en heure et minute, - des moyens d'incrémentation automatique régulière de l'heure courante et des moyens d'incrémentation/décrémentation occasionnels pour la remise à l'heure de l'horloge, - des moyens d'affichage des zones correspondant à l'heure 30 courante fournie, ces moyens étant pilotés par le signal électronique d'heure courante, - des moyens de commande de remise à l'heure par contact d'un doigt de l'utilisateur sur une zone affichée et rotation du doigt dans un sens, ce circuit de commande comportant des moyens de détection du toucher du doigt sur les différentes zones affichées ou non affichées, ces moyens agissant sur les moyens d'incrémentation occasionnels pour incrémenter ou décrémenter l'heure en fonction du sens de rotation lorsqu'un toucher de doigt sur une zone affichée est suivi d'un toucher du doigt sur une zone non affichée voisine. Ainsi, on touche l'image d'une aiguille avec le doigt; ce toucher est détecté par la zone tactile correspondante; le doigt est déplacé en rotation et vient donc toucher une zone tactile adjacente; ce toucher est détecté ; le sens de rotation est analysé par comparaison entre la zone nouvellement touchée et la zone précédemment touchée; si les zones sont des zones de grande aiguille, le signal électronique d'heure courante est incrémenté d'une minute ou décrémenté d'une minute; en même temps, c'est la nouvelle zone touchée qui s'affiche sous forme d'une grande aiguille déplacée d'une minute; si la zone touchée est une zone de petite aiguille, c'est la même chose mais le signal électronique d'heure courante est incrémenté ou décrémenté d'une heure et c'est une zone de petite aiguille voisine qui s'affiche. L'utilisateur voit donc l'heure se modifier directement par l'effet du glissement de son doigt sur l'écran tactile comme s'il prenait l'aiguille et l'amenait en rotation à l'endroit désiré, et cela dans un sens ou dans l'autre. Si le doigt touche une zone non affichée (donc en dehors de l'image des aiguilles présentement affichée) aucune action de remise à l'heure n'est déclenchée. L'écran d'affichage est de préférence complètement transparent dans les zones non affichées. Le signal électronique d'heure peut-être classiquement fourni par un circuit intégré de comptage comportant les sorties binaires représentant les heures et les minutes et comportant des entrées d'incrémentation/décrémentation agissant sur le signal de sortie. Les moyens d'affichage sont de préférence de type LCD et comportent un circuit de commande d'écran d'affichage ("driver" d'écran à cristaux liquide) relié aux électrodes individuelles qui définissent les différentes zones sélectivement affichables. Les moyens de détection de doigt sont de type capacitif, et comportent des moyens d'application d'un signal haute fréquence sur les électrodes constituant les différentes zones. Les différents circuits peuvent être regroupés et on peut en particulier prévoir que certaines fonctions, et notamment la fourniture du signal électronique représentant l'heure courante, l'incrémentation et la décrémentation, l'identification de la zone touchée et la commande d'affichage d'une zone en fonction du signal d'heure courante, soient exécutées par un microcontrôleur doté du programme qui lui permet d'accomplir ces fonctions. Dans ce cas, l'horloge comprend un microcontrôleur, un circuit de commande de l'écran de visualisation tactile, et un programme de fonctionnement du microcontrôleur apte à : - faire évoluer régulièrement une heure courante à partir d'une 10 base de temps; - modifier l'heure courante sur instructions de remise à l'heure occasionnelles; - commander l'affichage des zones correspondant à l'heure courante; - détecter le toucher des zones tactiles de l'écran; - détecter si une zone touchée est affichée et déclencher dans ce cas un programme de remise à l'heure; - établir au cours du programme de remise à l'heure des instructions de remise à l'heure si une zone voisine de la zone touchée 20 affichée est touchée, la remise à l'heure comprenant une modification d'heure correspondant à la position de ladite zone voisine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux 25 dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique de l'horloge selon l'invention; - la figure 2 représente le principe d'un écran d'affichage découpé en zones permettant d'afficher des positions successives de petite aiguille et 30 de grande aiguille; - la figure 3 représente schématiquement le principe de commande électronique d'un écran tactile; - la figure 4 représente un organigramme général de la fonction de mise à l'heure selon l'invention; - la figure 5 représente un organigramme de fonctionnement de la modification d'heure. Les écrans d'affichage tactile sont connus depuis de nombreuses années et on en rappellera sommairement le principe. Des détails de fonctionnement et de réalisation sont donnés dans différents brevets antérieurs et notamment EP 0340 096, FR 2 820 869, WO 2004/049269 auxquels on pourra se référer. Ces écrans, en général des écrans à cristaux liquides (d'autres modes d'affichage sont possibles mais on décrira l'invention à propos d'écrans à cristaux liquides ou écrans LCD) reposent sur l'affichage sélectif de zones juxtaposées définies chacune par une électrode transparente isolée des électrodes correspondant à d'autres zones. En général le cristal liquide est situé entre deux plaques, l'une des plaques comportant les différentes électrodes et l'autre plaque comportant une contre-électrode générale. L'affichage se produit lorsqu'une tension d'une certaine valeur est appliquée entre une électrode et la contre-électrode. Les électrodes sont en principe transparentes et le passage de la lumière est autorisé ou interdit selon la tension appliquée. La zone affichée a la forme de l'électrode qui la définit. On utilisera l'appellation "afficher une zone" pour exprimer que la zone devient visible au milieu d'autres zones non affichées, que ce soit du fait de la présence de lumière à travers l'électrode de cette zone, les autres empêchant le passage de la lumière, ou au contraire du fait de l'absence de lumière à travers l'électrode, les autres laissant passer la lumière. Et on utilisera la même appellation dès lors que la zone devient visible, que ce soit du fait de l'application d'une tension (les autres électrodes ne recevant pas de tension) ou du fait de l'absence d'application d'une tension (les autres en recevant une). Tous ces modes de fonctionnement sont en effet semblables. Dans un écran d'affichage tactile, ces mêmes électrodes qui définissent la forme des zones visibles affichées servent par ailleurs à détecter un contact avec un doigt, d'où l'appellation d'écran tactile. Des circuits électroniques appliquent une tension à haute fréquence aux électrodes et d'autres circuits détectent les modifications introduites par effet capacitif sur les tensions présentes sur les électrodes selon la présence ou l'absence d'un doigt à proximité immédiate de l'électrode. On sait donc aujourd'hui bien: - afficher des zones sélectionnées parmi un ensemble de zones possibles; - détecter la présence d'un doigt sur une zone affichée; - détecter la présence d'un doigt sur une zone non affichée puisque la détection capacitive ne dépend pas du fait que la zone est affichée ou non. Selon l'invention, on va utiliser un écran d'affichage tactile pour afficher l'heure sous forme d'aiguilles, en principe une grande aiguille et une petite aiguille; les zones affichables sont donc des formes d'aiguille juxtaposées telles que si la zone est affichée on verra une aiguille à une position déterminée correspondant à cette zone. Puis on détectera la présence d'un doigt sur cette zone en vue de modifier la zone affichée et d'afficher une aiguille à une autre position déterminée par le déplacement du doigt. On va décrire une réalisation préférée de l'invention. La figure 1 représente un exemple de réalisation pour un réveil de table pliant. Les circuits électroniques sont logés dans l'embase 10; l'écran de visualisation tactile 20 constitue la partie dépliable du réveil, raccordée à l'embase par une nappe de conducteurs souples non visible. L'écran est à électrodes normalement transparentes. Les zones affichées, petite aiguille (22), grande aiguille (24), cadran gradué (26), affichage numérique de l'heure (30), et autres symboles (32, 34, 36), interrompent la lumière en transmission et apparaissent donc comme des zones sombres sur fond transparent, mais on pourrait évidemment envisager la solution inverse. Les zones affichables correspondent à des électrodes individuelles ayant la forme de la zone à afficher. Pour les aiguilles, il y a autant d'électrodes que de positions d'aiguille possibles, typiquement 60 positions radialement distribuées, mais la grande aiguille est divisée en deux éléments d'aiguille, l'un d'eux pouvant servir à l'affichage d'une petite aiguille. Il y a donc, pour 60 positions d'aiguille possibles 120 électrodes individuellement commandables. Au moins certaines des zones affichables de l'écran sont tactiles, c'està-dire qu'on peut détecter sélectivement le toucher d'un doigt sur chacune de ces zones. C'est le cas notamment des zones de symboles 32, 34, 36 car ces zones sont destinées à la commande de l'horloge (allumage ou inhibition de l'alarme par exemple). En outre, et c'est une particularité spécifique de l'invention, les 120 zones affichables correspondant aux positions possibles de la petite aiguille et de la grande aiguille sont toutes tactiles et sélectivement détectables. La figure 2 représente schématiquement la constitution des zones d'aiguilles: l'écran comporte 60 paires de zones distribuées radialement autour d'un centre O si on veut un affichage avec une résolution d'une minute, mais pour simplifier la représentation on a considéré qu'il n'y en avait io que 12 (résolution de 5 minutes) ; si on souhaite une résolution supérieure, telle qu'une résolution par demi-minute, il faut plus de 60 paires mais cela suppose que l'écran soit suffisamment grand, faute de quoi la détection de toucher est difficile et peu précise. Une paire de zones alignées selon un même rayon définit la forme d'une grande aiguille; dans cette paire on trouve une première zone Za plus près du centre, définissant la forme d'une petite aiguille et une deuxième zone Zb, plus loin du centre et dans le prolongement de la première zone, constituant un complément tel que lorsque les deux zones sont simultanément affichées on voie une grande aiguille. Les 60 paires de zones sont affichables indépendamment les unes des autres et la détection au toucher est sélective pour chacune d'elles. La figure 3 représente schématiquement les circuits électroniques de commande de l'écran. Ils comprennent un circuit 40 d'application de tensions de commande aux différentes électrodes définissant les zones affichables, les tensions de commande déterminant quelles zones sont affichées; et un microcontrôleur 50 qui définit les affichages à effectuer et qui est apte à détecter, d'une manière connue, par effet capacitif, le toucher d'un doigt sur une zone affichable déterminée. Le circuit d'application de tensions aux électrodes, ou "driver d'écran" 40 comporte de manière connue un multiplexage pour - appliquer les tensions de commande continue appropriées aux différentes électrodes pour afficher les zones spécifiées par le microcontrôleur; - appliquer une tension à haute fréquence, en provenance d'un circuit HF 60 (quelques dizaines ou centaines de mégahertz) 35 successivement et à haute cadence sur toutes les électrodes correspondant à des zones tactiles, donc en particulier à toutes les zones de type Za et Zb définissant les aiguilles; la cadence d'application est telle qu'il ne s'écoule pas plus de quelques dizaines de millisecondes entre deux applications de tension alternative HF à une même électrode; - laisser passer vers le microcontrôleur, en retour, une information indiquant que telle ou telle zone a été touchée; l'information est liée à la modification d'impédance en haute fréquence, vue par une entrée du microcontrôleur, à un instant où la tension haute fréquence est appliquée à une zone touchée. 1 o Les fonctions annexes de l'horloge ne sont pas représentées (fonction d'alarme, de radio, etc.) ; elles ne sont pas liées à l'invention. La figure 4 représente l'organigramme général de fonctionnement du microcontrôleur pour la fonction de mise à l'heure selon l'invention. Cet organigramme est présenté pour le cas le plus simple où la consigne pour l'utilisateur est la suivante: toucher l'extrémité de la grande aiguille affichée pour modifier les minutes puis déplacer le doigt, toucher le corps de la petite aiguille affichée puis déplacer le doigt pour modifier les heures. L'organigramme comporte les étapes suivantes: Etape El: affichage de l'heure en continu, sous la commande du microcontrôleur commandé par sa base de temps interne. Etape E2: détection par le microcontrôleur du toucher d'une zone tactile de type Za ou Zb à l'intérieur du cadran de l'horloge; Etape E3: vérification par le microcontrôleur: la zone détectée, qu'elle soit de type Za ou Zb est-elle présentement affichée ? Si non, retour au mode affichage en continu des heures, l'utilisateur n'ayant pas manifesté une intention de modifier l'heure; si oui, passage en mode de remise à l'heure: étapes 4 et suivantes. Etape E4: la zone touchée est-elle une zone Zax (type Za, petite aiguille) ou une zone Zbx (type Zb: complément de grande aiguille) ? Si c'est une zone Zbx, on passe en mode de modification des minutes: Etape E5. Si c'est une zone Zax, on passe à l'étape E4-1: sous-procédure de détermination du fait que l'aiguille touchée est une grande aiguille ou une petite aiguille. Etape E4-1: existe t'il une autre zone affichée Zay (de type Za) 35 ? Si non, c'est que la zone affichée Zax représente bien la petite aiguille mais elle est confondue avec la grande, car lorsque les aiguilles ne sont pas confondues il y a nécessairement deux zones de type Za affichées simultanément; passage en mode de modification des heures: Etape E6. Si oui, c'est que l'une des deux zones Zax et Zay est la petite aiguille, mais il faut savoir laquelle; étape E4-2 pour le déterminer. Etape E4-2: est-ce la zone Zbx dans le prolongement de Zax ou la zone Zby dans le prolongement de la zone Zay qui est affichée comme complément de grande aiguille ? - si c'est Zbx, c'est que Zax et Zbx constituent l'aiguille des minutes et Zay constitue l'aiguille des heures; dans l'exemple décrit ici, on considère que si l'utilisateur a touché la partie centrale Zax de l'aiguille des minutes, alors qu'il existe une aiguille des heures séparées Zay, c'est qu'il ne souhaite pas vraiment la modifier (sinon il aurait touché Zbx), et on revient à l'étape El d'affichage des heures en continu. Cependant on pourrait envisager un autre mode de réalisation dans lequel on considère qu'il souhaite modifier les minutes même en touchant la partie centrale de type Za de l'aiguille des minutes affichée; - si c'est Zby qui est affichée, c'est que la zone Zax et non 20 Zay qui représente l'aiguille des heures. Passage en mode de modification des heures: Etape E6. Dans toutes les étapes qui précèdent et qui suivent, on prévoit des opérations de temporisations suffisantes, non indiquées, pour éviter des détections intempestives par effleurement inadvertant. La figure 5 représente les étapes de modification des heures, qui peut commencer par une vérification systématique (Etape E6-0) que la zone Zax est touchée; cette vérification sera en effet nécessaire cycliquement par la suite. De préférence les opérations comprennent un déclenchement 30 de clignotement de l'aiguille qui a été touchée et qui donne effectivement à une entrée en mode de modification d'heure; si la petite aiguille a été touchée en vue d'une modification d'heure, c'est la petite aiguille qui clignote: Etape E6-1. Le microcontrôleur détecte alors si une zone immédiatement 35 adjacente à Zax est touchée (suite à un déplacement du doigt). Etape E6-2. Si oui, on déclenche le processus de modification effective de l'heure. Si non, le clignotement continue, tant que la zone Zax reste touchée. Si aucune zone adjacente n'a été touchée et si la zone Zax n'est plus touchée, on revient à l'affichage en continu de l'heure, le processus de modification d'heure est interrompu. Si une zone adjacente est touchée, Zax' en arrière de Zax ou Zax" en avant de Zax, on définit Zax' ou Zax" selon le cas comme nouvelle valeur de Zax dans le compteur de temps du microcontrôleur qui définit l'heure courante à afficher (Etape E6-3). C'est l'étape de recalage sur la nouvelle position touchée. Le microcontrôleur affiche alors la valeur Zax' ou Zax" comme nouvelle heure courante, en accord avec le nouveau contenu de son compteur de temps, et le processus est répété : clignotement, détection du toucher d'une zone adjacente et nouvelle incrémentation d'heure; cessation du processus si aucune zone adjacente n'est touchée et si la zone en cours d'affichage cesse d'être touchée. Le processus de modification des minutes est globalement le même, avec les différences suivantes: supposons qu'une zone Zby, affichée en tant que grande aiguille, a été touchée. C'est la zone Zby qui sert de point de départ et les zones adjacentes Zby' et Zby" adjacentes qui sont observées. Si une détection de déplacement de doigt de la zone Zby vers la zone Zby' ou Zby" est observée, alors le microcontrôleur qui a détecté ce déplacement modifie son contenu d'heure courante pour se caler sur la nouvelle minute courante définie par la nouvelle zone. Et il commande, en correspondance avec cette minute, l'affichage d'une nouvelle zone Zby, mais évidemment aussi l'affichage d'une zone Zay correspondante pour afficher la totalité de la grande aiguille à la nouvelle minute courante. De même, dans l'étape préliminaire de clignotement de l'aiguille touchée, on fait de préférence clignoter les deux éléments Zay et Zby et non pas le seul élément Zby qui a été touché. REVENDICATIONS 1. Horloge comportant une structure d'écran d'affichage tactile (20) divisée en zones juxtaposées sélectivement affichables et représentant chacune une position possible d'un élément d'aiguille (Za, Zb), avec des moyens de détection sélective de toucher aptes à détecter la position d'un doigt sur une zone affichée, des moyens de détection d'un déplacement de doigt de cette zone vers une zone voisine non affichée, et des moyens de recalage de l'horloge à l'heure correspondant à la zone voisine touchée et d'affichage de l'heure recalée. 2. Horloge selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'écran de visualisation tactile est divisé en au moins 60 paires (Za, Zb) de zones sélectivement affichables et sélectivement sensibles au toucher, distribuées radialement autour d'un centre de rotation virtuel, chaque paire comportant deux zones sensiblement dans le prolongement axial l'une de l'autre, l'une des zones (Za), plus près du centre, constituant un élément d'affichage de petite aiguille et l'autre zone (Zb), plus loin du centre, constituant un élément d'affichage complémentaire tel que la paire de zones affichées simultanément représente une grande aiguille. 3. Horloge selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'horloge comporte: - des moyens de fourniture d'un signal électronique représentant l'heure courante, en heure et minute, - des moyens d'incrémentation automatique régulière de l'heure 25 courante et des moyens d'incrémentation/décrémentation occasionnels pour la remise à l'heure de l'horloge, - des moyens d'affichage des zones correspondant à l'heure courante fournie, ces moyens étant pilotés par le signal électronique d'heure courante, - des moyens de commande de remise à l'heure par contact d'un doigt de l'utilisateur sur une zone affichée et rotation du doigt dans un sens, ce circuit de commande comportant des moyens de détection du toucher du doigt sur les différentes zones affichées ou non affichées, ces moyens agissant sur les moyens d'incrémentation occasionnels pour incrémenter ou décrémenter l'heure en fonction du sens de rotation lorsqu'un toucher de doigt sur une zone affichée est suivi d'un toucher du doigt sur une zone non affichée voisine. 4. Horloge selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'elle comporte un microcontrôleur (50), un circuit (40) de commande de l'écran de visualisation tactile, et un programme de fonctionnement du microcontrôleur pour - faire évoluer une heure courante à partir d'une base de temps - modifier l'heure courante sur instructions de remise à l'heure occasionnelles; - commander l'affichage des zones correspondant à l'heure 15 courante; - détecter le toucher des zones tactiles de l'écran; - détecter si une zone touchée est affichée et déclencher dans ce cas un programme de remise à l'heure; - établir au cours du programme de remise à l'heure des instructions de remise à l'heure si une zone voisine de la zone touchée affichée est touchée, la remise à l'heure comprenant une modification d'heure correspondant à la position de ladite zone voisine.