WO2001031621A1 - Kinetic display-arrangement and use thereof - Google Patents

Kinetic display-arrangement and use thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2001031621A1
WO2001031621A1 PCT/IB2000/001548 IB0001548W WO0131621A1 WO 2001031621 A1 WO2001031621 A1 WO 2001031621A1 IB 0001548 W IB0001548 W IB 0001548W WO 0131621 A1 WO0131621 A1 WO 0131621A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
display
image
movement
text
arrangement according
Prior art date
Application number
PCT/IB2000/001548
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dieter SCHÄFER
Valentin B. Spiess
Original Assignee
Schaefer Dieter
Spiess Valentin B
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaefer Dieter, Spiess Valentin B filed Critical Schaefer Dieter
Publication of WO2001031621A1 publication Critical patent/WO2001031621A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04GELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09FDISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements
    • G09F9/30Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements
    • G09F9/33Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements being semiconductor devices, e.g. diodes
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09GARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/005Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes forming an image using a quickly moving array of imaging elements, causing the human eye to perceive an image which has a larger resolution than the array, e.g. an image on a cylinder formed by a rotating line of LEDs parallel to the axis of rotation

Definitions

  • the present invention relates to a moving display, in particular a luminous display for displaying text and image data, in particular text sequences and graphics.
  • a display according to the invention is to be referred to below as a kinetic display or kinetic display.
  • Such a display arrangement is particularly suitable for use in a portable watch, that is to say a pocket or wrist watch, in order to display the time, date or any other data.
  • the display according to the invention can also be used as, possibly an additional, display of a mobile telephone or a PDA and other portable data storage or transmission devices, with which only the most important applications are mentioned.
  • the kinetic display arrangement according to the invention will be used wherever an integrated display is required or useful, which can display any text sequences or graphics in the smallest possible space.
  • Known illuminated displays for displaying text, graphics or images generally consist of a discrete number of pixels, so-called pixels, which are usually arranged in the form of a matrix.
  • the number of pixels results from the product of the number of rows and the number of columns; this number determines the size and resolution of the displayable text or image data.
  • Displays are also known in which continuous text and / or images are represented as a treadmill, so to speak. But even here the size of the text or image shown is determined by the number and arrangement of the pixels.
  • pixels are usually implemented as a logical AND link between row and column.
  • a pixel is then activated, ie it changes its brightness exactly when both its row and its column are activated. This means that the image can no longer be displayed as a whole at the same time, but the individual lines are shown sequentially.
  • this sequential representation is irrelevant. Displays of this type are manufactured industrially in various designs and belong to the state of the art.
  • the display using the known displays becomes problematic as soon as only limited space is available, since then given the information to be displayed, it can either be shown only sequentially in sufficient size or only so small that optical enlargements for the
  • the object that is to be achieved with the present invention is the realization of a display, the physical extent of which only makes up a fraction of the dimensions of the displayed image. It can e.g. be integrated into a watch or other portable device or object that is smaller than the image to be displayed.
  • the invention can be a moving column of one or more lines of text or controlled in a certain way Image are understood, the column must at least consist of a number of pixels. Details of the invention can be found in the following description of the principle and some applications and exemplary embodiments, features of the invention can be found in the patent claims.
  • a particularly illustrative application of the invention is a wristwatch.
  • the functionality of such a watch is further expanded by a wireless interface, which can be implemented in an implementation described below. It enables the owner to load short texts or graphics he has written into the watch and to display them as required via the integrated light indicator.
  • FIG. 2 shows the view of a second implementation of the invention
  • FIG. 3 shows the basic diagram of a control according to the invention
  • Fig. 4 is a detailed representation of a control
  • Fig. 5 shows the state diagram of the movement evaluation.
  • a first implementation of the invention is the wristwatch shown in simplified form in FIG. 1 with an integrated kinetic light display according to the invention. 2 shows the principle of the corresponding circuit.
  • the watch has a pair of hands that can be read in the usual way.
  • a row of light-emitting diodes 1 is arranged on the dial, ren function is described in more detail below.
  • An acceleration sensor 2 and a microcontroller 3, together with the necessary and associated connections, respectively, are located within the housing, that is usually not visible. Components and a power supply arranged.
  • the display process can be started when a critical speed is reached, the speed being obtained by integrating the acceleration.
  • the microcontroller calculates a relative instantaneous position of the display by integrating the acceleration twice. This position is mapped to the index quantity of the columns using a suitable function (linear transformation and rounding).
  • the microcontroller now reads the column belonging to the index from its memory and outputs it to the outputs belonging to the display elements. This process works in both directions. In order for a viewer to be able to grasp the image content or, in particular, the displayed text, it is usually necessary to repeatedly sweep the image area with the illuminated display. In order to increase the accuracy of the position determination and thus the display quality, the acceleration can be measured and evaluated in more than one, in particular in all three axes.
  • the watch is preferably to be provided with a device which, when the illuminated display is used, allows the hands to be set in such a way that they do not impair the display ,
  • the pointers can move to a fixed position, e.g. To put quarter after six, so that the LEDs are not covered by the pointer and the visibility of the light indicator is ensured.
  • the watch can also include an interface, which - preferably wirelessly - enables the owner to load short texts or graphics he has written into the watch and output them at will via the integrated light indicator.
  • the microcontroller 3 serves as a control unit; its working cycle is generated by a quartz oscillator 4, which is also the time standard for the clock.
  • the acceleration sensor 2, which is designed as an integrated system, is used to record the movement of the clock. This generates a change in the pulse width of a clock signal which is proportional to the acceleration and is supplied by an oscillator integrated in the sensor.
  • the pulse duration is measured by a timer integrated in the microcontroller and is available as a digital value for further evaluation. As shown in FIG. 1, the measuring axis AA lies in the direction of the intended movement of the watch, that is to say approximately transversely to the alignment of the row of light-emitting diodes 1.
  • the display is, as shown in Fig. 1, embedded in the dial of the watch. It preferably consists of 8 to 24 point, i.e. small-area, lined up display elements, here in particular light emitting diodes.
  • the dimensions of the complete display are preferably between 12 and 24 mm in length and 1 to 4 mm in width.
  • the individual light-emitting diodes are connected to the outputs (I / O ports) of the microcontroller 3 via commercially available drivers 5.
  • the energy required for operation is preferably supplied by a likewise commercially available battery 6.
  • the information to be displayed is available as a dot matrix with a fixed number of lines and a variable number of columns, hereinafter referred to as an image. This is stored in the memory of the microcontroller 3.
  • the number of lines is identical to the number of display elements if only one row of elements is used.
  • the number of columns required depends on the size of the image, but a ratio of 1 to 6 columns per line is advantageous. A ratio of 6 columns per line is equivalent to a height / width ratio of the image of 1: 6. If this ratio is exceeded, the microcontroller divides the information to be displayed into individual parts which are displayed sequentially. The individual parts can then preferably be displayed during 2 or 3 movement periods. Since it is often difficult for people to take up large amounts of information in their entirety, for example, can hardly remember the given time, the viewer is sequentially first shown the time and after three periods, for example, the date.
  • the clock can be operated with the input buttons 7, e.g. set the time or activate certain functions. This can also include activation of the display. Functional details of the invention are explained below in connection with the other figures.
  • Such a watch can also be modified so that it is based on the usual displays, i.e. Pointer in analog or liquid crystal displays in digital clocks, completely dispensed with and exclusively with a kinetic display, preferably as a light indicator.
  • a kinetic display preferably as a light indicator.
  • the then only extremely narrow display line enabled a completely new design of a portable watch, which could be designed, for example, as a small stick, the display extending across the entire width of the watch band, but also being arranged diagonally to it could. Due to the small space requirement, there are hardly any limits to the implementation in jewelry objects.
  • FIG. 3 shows a display module that, together with a clock functionality implemented using software or firmware, results in a clock with an integrated kinetic display. No further display is provided in this embodiment.
  • a series of display elements 11, e.g. red LEDs, an accelerometer or sensor 12, whose measuring axis B-B is perpendicular to the alignment of the LED and a control unit, e.g. through a microcontroller 13, are the main components of the display module.
  • control buttons 14 can also be provided.
  • FIG. 4 shows the diagram of the internal circuitry of the display module of FIG. 3 in full.
  • the control unit IC1 is a commercially available 8-bit microcontroller with a 32.768 kHz subclock oscillator such as the uPD78F9046 from NEC. 4 also shows the usual connection drawings of this microcontroller, which are familiar to the person skilled in the art.
  • the 32.768 kHz quartz Q1 is the time standard from which the current time and date are derived.
  • An acceleration sensor IC2 designed as an integrated system is used to record the movement of the clock. Such acceleration sensors are available on the market as series products;
  • the ADXL210 sensor used here comes from Analog Devices and generates pulses whose width changes in proportion to the acceleration.
  • the frequency of the pulse sequence defined by the resistor R3 is approximately 200 Hz.
  • the width of the individual pulses is measured by a 16-bit counter integrated in the microcontroller and is available as a digital variable for further evaluation.
  • the measuring axis lies in the direction of the intended movement of the watch, that is to say transversely to the orientation of the display elements, as shown in FIG. 3.
  • These elements are here 24 light-emitting diodes D2 to D25, which, strung together, represent a column of the image to be reproduced.
  • the distances and the number of lighting elements used determine the max. Width of the reproduced image fixed, in the present example 40 mm with a point spacing of 1.7 mm.
  • the entire module is preferably powered via two small LR44 alkaline-manganese button cells.
  • the resulting supply voltage of 3 V allows the light-emitting diodes, as can be seen from the diagram, to go straight through to control the outputs of the microcontroller. Since the acceleration sensor requires a stabilized supply of at least 3 V, a step-up regulator was provided. Shown in FIG. 4 as IC 3, an S-8430 AF from Seiko-Instruments was used.
  • the module's power consumption must be kept low, especially when the display is not in use. This is achieved on the one hand by switching off the switching regulator and the acceleration sensor, on the other hand by switching off all current consumers that are not necessary for the clock to function. As a shutdown
  • the criterion can be the lapse of a fixed period of time, e.g. one minute since the last activation of the display.
  • the module In order to be able to display information again after a temporary shutdown, the module must therefore first be activated. In the present implementation, this is done by briefly pressing the K1 key, which causes the microcontroller to reactivate the previously deactivated components.
  • An interface can be implemented as a wireless IR interface, formed by an IR diode D1 together with R5 for the reception path.
  • One of the LEDs D2 to D25 is used for the return journey.
  • a serial EEPROM (IC4) is used to store the information. This is a two-wire I 2 C interface connected to the microcontroller.
  • the module shown in FIG. 4 works as follows:
  • the information to be displayed such as the time, date or any message, is present as a dot matrix with a fixed number of lines and a variable number of columns, hereinafter referred to as an image.
  • a monochrome grid (BitMap) stored in the RAM of the microcontroller is used, but in principle multicolored representations are also possible.
  • the maximum image size is 16x96 or 24x64 pixels, which takes 192 bytes out of a total of 512 bytes of RAM.
  • the functional principle is simplified to reproduce the following: The display process is started when a critical speed is reached, this speed being obtained by integrating the acceleration.
  • the microcontroller calculates a current relative position of the display by integrating the acceleration twice. This position is mapped to the index quantity of the columns using a suitable function (linear transformation and rounding). The microcontroller now reads the column belonging to the index from the memory and outputs it to the outputs belonging to the display elements. This process works in both directions. In order for a viewer to be able to grasp the image content or the displayed text, it is usually necessary to repeatedly sweep over the viewing area with the illuminated display.
  • the principle of operation of the acceleration sensor is based on a spring suspended test mass, the deflection of which is proportional to the force acting on this mass.
  • the heavy mass is equivalent to the inertial mass
  • the influence of earth's gravity depending on the direction of the gravitational field and the position of the measuring axis of the module, causes a considerable error if the measured acceleration values are only integrated. Therefore, measures to correct the influence of gravity are necessary in order to obtain a useful display.
  • Vsn for the speed change, an for the acceleration, aO for the offset of the acceleration, ac for the dynamic correction of the speed error, vs for the target speed, vsa for the amplitude of the target speed, vn for the relative speed, iv for the relative index speed and ix for the relative position
  • the core function of the display is the motion-dependent output of the individual image columns stored in the memory. Essentially, this involves the integration of the size iv (index speed), which is proportional to the relative speed vn.
  • the size vn is ideally exactly proportional to the real relative speed of the display in the measuring axis, which is preferably transverse to the orientation of the display.
  • the integer part of ix is the current column index, which indicates the current column.
  • This function is implemented as follows: The following steps are carried out with a fixed frequency of around 10 kHz: iv is added to the size ix. If the integer part of ix changes, if this is in the permissible index range, the corresponding column is output to 16 or 24 LEDs depending on the image size. The LEDs are activated for a fixed time of 1 ms, which ensures uniform brightness of the individual pixels.
  • a separate process is responsible for the preparation of iv and the initialization and correction of ix. This process has six states, which can be seen from the state diagram in FIG. 5.
  • the signal flow looks like this.
  • the acceleration sensor delivers 200 pulses per second, the width of which is measured using the internal 16-bit counter. An average value is formed from four successive measured values, which is then further processed. This is subsequently referred to as records.
  • the two auxiliary variables asn and vsn are calculated.
  • the auxiliary variable asn is obtained by filtering on through a non-recursive bandpass filter. Its job is to remove the offset caused by gravity and the principle of operation of the sensor. The sum of the last ten values of asn results in vsn.
  • the velocity vn is obtained by numerically integrating (an-aO + ac), where aO is an offset and ac is a dynamic correction.
  • This correction ac is the manipulated variable of a simple P controller, the setpoint of which is vs and the actual variable is vn.
  • the controller has only a small guide transmission because a small value of 0.25 was selected for the gain KP.
  • the column velocity iv is directly proportional to vn, e.g. the 256th part of vn.
  • vn In the idle state, vn remains at 0. If the amounts of the two auxiliary variables asn and vsn exceed a predetermined threshold in the idle state, then the offset of an (as is measured from vsn and the last sixteen acceleration values referred to aO) and an initial value for vn is estimated.
  • the amplitude vsa of the target speed vs is a positive constant, which depends on the expected movement dynamics and the image size.
  • the target speed vs With positive values of asn and vsn, the target speed vs is set to vsa, the column index ix is set to the first column of the image information and the state changes from the idle state to item 2. With negative values, this means that vs is set to -vsa and ix to the last column and changed to state Neg 2.
  • state Pos1 As soon as the column index ix is outside the index range, the set speed is set to 0. Once this has been done and also has a local maximum, if the maximum reaches an adaptively set threshold, ix is set to an index just below the first index in the image area, vs is set back to vsa and the status changes to item 2. Otherwise the state changes back to the idle state.
  • the state Neg 1 works analogously, as can be seen from FIG. 5, for negative values.
  • the states Pos 2 and Neg 2 each have two functions: First, a minimal dead time between successive extreme detections is ensured in the states Pos 1 and Neg 1. Secondly, the display process is terminated after a predetermined time (eg 10 s) after activation of the display.
  • a predetermined time eg 10 s
  • This start state is shown in the state diagram of FIG. 5 as initialization.

Abstract

The invention relates to a display arrangement for portable objects, such as a wristwatch, which provides an image to a viewer in the form of a dot matrix. The surface of the display required to produce the indicated matter only makes up a fraction of the image surface. The display consists of a row or narrow matrix of display elements, preferably light sources (1) in the form of dots. The individual columns of the image or text in dot matrix form are output sequentially to the display elements, synchronised with the movement of the display so that the human eye registers the sequence of individual columns as an image. The momentary position of the display required for correctly representing the image is calculated by a control unit (3) based on the movement measured by a sensor (2), especially based on the acceleration. An important aspect of the inventive configuration is that the visual display functions in two directions, i.e. the image and/or the text is/are reproduced in both directions of movement.

Description

Kinetische Display-Anordnung und ihre Verwendung Kinetic display arrangement and its use
Beschreibungdescription
Einleitung und Stand der TechnikIntroduction and state of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine bewegte Anzeige, insbesondere Leuchtanzei- ge zur Darstellung von Text- und Bilddaten, insbesondere von Textsequenzen und Grafiken. Eine solche Anzeige gemäss der Erfindung soll nachfolgend als kinetisches Display oder kinetische Anzeige bezeichnet werden. Eine solche Display- Anordnung ist insbesondere geeignet zur Verwendung in einer tragbare Uhr, also einer Taschen- oder Armbanduhr, um Uhrzeit, Datum oder beliebige andere Daten an- zuzeigen. Auch als, ggf. zusätzliches, Display eines Mobiltelefons oder eines PDA und anderer tragbarer Datenspeicher- oder Übermittlungsgeräte kann die erfin- dungsgemässe Anzeige verwendet werden, womit nur die wichtigsten Anwendungen erwähnt sind. Überall, wo eine integrierte Anzeige erforderlich oder nützlich ist, die auf möglichst kleinem Raum beliebige Textsequenzen oder Grafiken anzeigen kann, wird die erfindungsgemässe kinetische Display-Anordnung Anwendung finden.The present invention relates to a moving display, in particular a luminous display for displaying text and image data, in particular text sequences and graphics. Such a display according to the invention is to be referred to below as a kinetic display or kinetic display. Such a display arrangement is particularly suitable for use in a portable watch, that is to say a pocket or wrist watch, in order to display the time, date or any other data. The display according to the invention can also be used as, possibly an additional, display of a mobile telephone or a PDA and other portable data storage or transmission devices, with which only the most important applications are mentioned. The kinetic display arrangement according to the invention will be used wherever an integrated display is required or useful, which can display any text sequences or graphics in the smallest possible space.
Bekannte Leuchtanzeigen zur Anzeige von Texten, Grafiken oder Bildern bestehen im allgemeinen aus einer diskreten Anzahl von Bildpunkten, sog. Pixels, die üblicherweise in Form einer Matrix angeordnet sind. Aus dem Produkt von Anzahl Zei- len und Anzahl Spalten ergibt sich die Anzahl der Bildpunkte; diese Anzahl bestimmt Grosse und Auflösung der darstellbaren Text- oder Bilddaten. Es sind auch Displays bekannt, bei denen fortlaufende Texte und/oder Bilder sozusagen als Laufband dargestellt werden. Aber auch dabei ist die Grosse des insgesamt dargestellten Textes oder Bildes durch die Zahl und Anordnung der Bildpunkte vorgegeben.Known illuminated displays for displaying text, graphics or images generally consist of a discrete number of pixels, so-called pixels, which are usually arranged in the form of a matrix. The number of pixels results from the product of the number of rows and the number of columns; this number determines the size and resolution of the displayable text or image data. Displays are also known in which continuous text and / or images are represented as a treadmill, so to speak. But even here the size of the text or image shown is determined by the number and arrangement of the pixels.
Nachfolgend soll zwischen Zeilen und Spalten nicht mehr unterschieden werden, da diese durch die Orientierung der Bildpunkt-Matrix definiert und technisch äquivalent sind. Um den Aufwand für die Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte in Grenzen zu halten, werden die Bildpunkte meist als logische Und-Verknüpfung von Zeile und Spalte ausgeführt. Ein Bildpunkt ist dann aktiviert, d.h. er ändert seine Helligkeit genau dann, wenn sowohl seine Zeile als auch seine Spalte aktiviert sind. Damit kann das Bild nicht mehr gleichzeitig als Ganzes dargestellt werden, sondern es werden sequentiell die einzelnen Zeilen dargestellt. Infolge der Trägheit des menschlichen Auges, das den Vorgang nicht als Folge von einzeln wiedergegebenen Zeilen wahrnimmt, sondern ein stehendes Gesamtbild wahrnimmt, spielt diese sequentielle Darstellung jedoch keine Rolle. Anzeigen dieser Art werden industriell in verschie- denen Ausführungen gefertigt und gehören zum Stand der Technik.In the following, a distinction should no longer be made between rows and columns, since these are defined by the orientation of the pixel matrix and are technically equivalent. In order to keep the effort for the control of the individual pixels within limits, the pixels are usually implemented as a logical AND link between row and column. A pixel is then activated, ie it changes its brightness exactly when both its row and its column are activated. This means that the image can no longer be displayed as a whole at the same time, but the individual lines are shown sequentially. However, due to the sluggishness of the human eye, which does not perceive the process as a sequence of individually reproduced lines, but perceives a standing overall picture, this sequential representation is irrelevant. Displays of this type are manufactured industrially in various designs and belong to the state of the art.
Problematisch wird die Darstellung mittels der bekannten Displays jedoch, sobald nur begrenzter Platz zur Verfügung steht, da dann bei einer gegebenen darzustellenden Information diese entweder nur sequentiell in ausreichender Grosse darge- stellt werden kann oder nur so klein, dass optische Vergrösserungen für dasHowever, the display using the known displays becomes problematic as soon as only limited space is available, since then given the information to be displayed, it can either be shown only sequentially in sufficient size or only so small that optical enlargements for the
Betrachten notwendig sind. Dennoch ist eine gewisse Mindestgrösse einer solchen Anzeige erforderlich, um überhaupt lesbare Information darstellen zu können. So braucht es für die Darstellung einer Ziffer oder eines Buchstabens eben eine von der gewünschten Auflösung abhängige Mindestanzahl von Pixels - eine einzige Bild- punkt-Zeile reicht nicht aus.Considerations are necessary. Nevertheless, a certain minimum size of such an advertisement is required in order to be able to display legible information at all. For the representation of a number or a letter, a minimum number of pixels depending on the desired resolution is required - a single pixel line is not sufficient.
Die ErfindungThe invention
Die Aufgabe, die mit der vorliegender Erfindung gelöst werden soll, ist die Realisierung einer Anzeige, deren physikalische Ausdehnung nur einen Bruchteil der Ab- messung des dargestellten Bildes ausmacht. Damit kann sie z.B. in eine Uhr oder ein anderes tragbares Gerät oder Objekt integriert werden, das kleiner ist als das darzustellende Bild.The object that is to be achieved with the present invention is the realization of a display, the physical extent of which only makes up a fraction of the dimensions of the displayed image. It can e.g. be integrated into a watch or other portable device or object that is smaller than the image to be displayed.
Die Lösung dieser Aufgabe wird im Prinzip durch eine neuartige Ausnutzung der Bewegung des Objektes, z.B. einer Armbanduhr, und der Trägheit des Auges erreicht. Kurz - und etwas unscharf - gesagt, kann die Erfindung als bewegte, in bestimmter Weise angesteuerte Spalte einer oder mehrerer Zeilen eines Textes oder Bildes verstanden werden, wobei die Spalte zumindest aus eine Reihe von Bildpunkten bestehen muss. Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung des Prinzips und einiger Anwendungen und Ausführungsbeispiele, Merkmale der Erfindung den Patentansprüchen zu entnehmen.In principle, this task is solved by a novel use of the movement of the object, for example a wristwatch, and the sluggishness of the eye. In short - and somewhat unsharp - said, the invention can be a moving column of one or more lines of text or controlled in a certain way Image are understood, the column must at least consist of a number of pixels. Details of the invention can be found in the following description of the principle and some applications and exemplary embodiments, features of the invention can be found in the patent claims.
Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und einiger Anwendungen Eine besonders anschauliche Anwendung der Erfindung ist eine Armbanduhr. Durch eine drahtlose Schnittstelle, die in einer unten beschriebenen Realisierungen implementiert werden kann, wird die Funktionalität einer solchen Uhr noch erweitert. Sie ermöglicht dem Besitzer, von ihm verfasste Kurztexte oder gestaltete Grafiken in die Uhr zu laden und nach Belieben über die integrierte Leuchtanzeige darzustellen.Detailed Description of an Embodiment and Some Applications A particularly illustrative application of the invention is a wristwatch. The functionality of such a watch is further expanded by a wireless interface, which can be implemented in an implementation described below. It enables the owner to load short texts or graphics he has written into the watch and to display them as required via the integrated light indicator.
Nachfolgend soll anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele genauer beschrieben werden und einige Anwendungen der Erfindung so skizziert werden, dass sie von einer mit der vorliegenden Technologie vertrauten Fachperson leicht implementiert werden können. In den Zeichnungen zeigenExemplary embodiments will be described in more detail below with reference to the drawings and some applications of the invention will be outlined so that they can be easily implemented by a person skilled in the art with the present technology. Show in the drawings
Fig. 1 die Ansicht einer ersten Realisierung der Erfindung,1 is a view of a first implementation of the invention,
Fig. 2 die Ansicht einer zweiten Realisierung der Erfindung, • Fig. 3 das prinzipielle Schema einer Ansteuerung gemäss der Erfindung,2 shows the view of a second implementation of the invention, FIG. 3 shows the basic diagram of a control according to the invention,
Fig. 4 eine detaillierte Darstellung einer Ansteuerung, undFig. 4 is a detailed representation of a control, and
Fig. 5 das Zustandsdiagramm der Bewegungsauswertung.Fig. 5 shows the state diagram of the movement evaluation.
In der nachfolgenden Beschreibung können sinngemäss der Begriff Spalte durch Zeile oder Breite durch Länge ersetzt werden.In the following description, the term column by line or width by length can be replaced.
Eine erste Realisierung der Erfindung ist die in Fig. 1 vereinfacht wiedergegebene Armbanduhr mit einer integrierten kinetischen Leuchtanzeige gemäss der Erfindung. In Fig. 2 ist das Prinzip der entsprechenden Schaltung dargestellt.A first implementation of the invention is the wristwatch shown in simplified form in FIG. 1 with an integrated kinetic light display according to the invention. 2 shows the principle of the corresponding circuit.
Die Uhr besitzt einerseits ein Zeigerpaar, das in üblicher Weise abgelesen werden kann. Andererseits ist auf dem Zifferblatt eine Leuchtdioden-Reihe 1 angeordnet, de- ren Funktion weiter unten näher beschrieben wird. Innerhalb des Gehäuses, also üblicherweise nicht sichtbar, sind ein Beschleunigungssensor 2 und ein Mikrokon- troller 3 nebst den notwendigen und zugehörigen Verbindungen resp. Bauteilen und einer Stromversorgung angeordnet.On the one hand, the watch has a pair of hands that can be read in the usual way. On the other hand, a row of light-emitting diodes 1 is arranged on the dial, ren function is described in more detail below. An acceleration sensor 2 and a microcontroller 3, together with the necessary and associated connections, respectively, are located within the housing, that is usually not visible. Components and a power supply arranged.
Der Anzeigevorgang kann beim Erreichen einer kritischen Geschwindigkeit gestartet werden, wobei die Geschwindigkeit durch Integration der Beschleunigung gewonnen wird. Der Mikrokontroller berechnet durch zweifache Integration der Beschleunigung eine relative momentane Position der Anzeige. Diese Position wird mit einer geeig- neten Funktion (lineare Transformation und Rundung) auf die Indexmenge der Spalten abgebildet. Der Mikrokontroller liest nun die zum Index gehörende Spalte aus seinem Speicher und gibt sie auf die den Anzeige-Elemente zugehörigen Ausgänge aus. Dieser Prozess funktioniert in beide Bewegungsrichtungen. Damit ein Betrachter den Bildinhalt oder insbesondere den angezeigten Text erfassen kann, ist zumeist ein mehrmaliges Überstreichen der Bildfläche mit der Leuchtanzeige erforderlich. Um die Genauigkeit der Positionsbestimmung und damit die Darstellungsqualität zu erhöhen, kann die Beschleunigung in mehr als einer, insbesondere in allen drei Achsen gemessen und ausgewertet werden.The display process can be started when a critical speed is reached, the speed being obtained by integrating the acceleration. The microcontroller calculates a relative instantaneous position of the display by integrating the acceleration twice. This position is mapped to the index quantity of the columns using a suitable function (linear transformation and rounding). The microcontroller now reads the column belonging to the index from its memory and outputs it to the outputs belonging to the display elements. This process works in both directions. In order for a viewer to be able to grasp the image content or, in particular, the displayed text, it is usually necessary to repeatedly sweep the image area with the illuminated display. In order to increase the accuracy of the position determination and thus the display quality, the acceleration can be measured and evaluated in more than one, in particular in all three axes.
Falls die Leuchtanzeige, wie in Fig. 1 gezeigt, in das Zifferblatt einer Analog-Uhr eingelassen ist, ist die Uhr vorzugsweise mit einer Einrichtung zu versehen, welche es erlaubt, bei Gebrauch der Leuchtanzeige die Zeiger so einzustellen, dass diese die Anzeige nicht beeinträchtigen. Beispielsweise können die Zeiger bei Gebrauch der Leuchtanzeige auf eine feste Position, z.B. Viertel nach Sechs zu stellen, womit die LEDs nicht durch die Zeiger verdeckt werden und die Sichtbarkeit der Leuchtanzeige sichergestellt wird.If the illuminated display, as shown in FIG. 1, is embedded in the dial of an analog watch, the watch is preferably to be provided with a device which, when the illuminated display is used, allows the hands to be set in such a way that they do not impair the display , For example, the pointers can move to a fixed position, e.g. To put quarter after six, so that the LEDs are not covered by the pointer and the visibility of the light indicator is ensured.
Die Uhr kann zusätzlich eine Schnittstelle beinhalten, welche - vorzugsweise drahtlos - es dem Besitzer ermöglicht, von ihm verfasste Kurztexte oder gestaltete Grafi- ken in die Uhr zu laden und nach Belieben über die integrierte Leuchtanzeige auszugeben. Der Mikrokontroller 3 dient als Steuereinheit; sein Arbeitstakt wird von einem Quarzoszillator 4 generiert, der auch das Zeitnormal für die Uhr ist. Zur Erfassung der Bewegung der Uhr dient der als integriertes System ausgeführte Beschleunigungssensor 2. Dieser erzeugt eine zur Beschleunigung proportionale Änderung der Pulsbreite eines Taktsignales, das vom einem im Sensor integrierten Oszillator geliefert wird. Die Pulsdauer wird von einem im Mikrokontroller integrierten Timer gemessen und steht als digitaler Wert zur weiteren Auswertung bereit. Wie in Figur 1 gezeigt, liegt die Messachse A-A dabei in der Richtung der vorgesehen Bewegung der Uhr, also etwa quer zur Ausrichtung der Leuchtdioden-Reihe 1.The watch can also include an interface, which - preferably wirelessly - enables the owner to load short texts or graphics he has written into the watch and output them at will via the integrated light indicator. The microcontroller 3 serves as a control unit; its working cycle is generated by a quartz oscillator 4, which is also the time standard for the clock. The acceleration sensor 2, which is designed as an integrated system, is used to record the movement of the clock. This generates a change in the pulse width of a clock signal which is proportional to the acceleration and is supplied by an oscillator integrated in the sensor. The pulse duration is measured by a timer integrated in the microcontroller and is available as a digital value for further evaluation. As shown in FIG. 1, the measuring axis AA lies in the direction of the intended movement of the watch, that is to say approximately transversely to the alignment of the row of light-emitting diodes 1.
Das Display ist, wie in Fig. 1 gezeigt, in das Zifferblatt der Uhr eingelassen. Es besteht vorzugsweise aus 8 bis 24 punktförmigen, d.h. kleinflächigen, aneinandergereihten Display-Elementen, hier insbesondere Leuchtdioden. Die Abmessungen der kompletten Anzeige betragen dabei vorzugsweise zwischen 12 und 24 mm in der Länge und 1 bis 4 mm in der Breite. Wie in Fig. 2 dargestellt, werden die einzelnen Leuchtdioden über handelsübliche Treiber 5 an die Ausgänge (I/O-Ports) des Mikro- kontrollers 3 angeschlossen. Die zum Betrieb notwendige Energie wird vorzugsweise von einer ebenfalls handelsüblichen Batterie 6 geliefert.The display is, as shown in Fig. 1, embedded in the dial of the watch. It preferably consists of 8 to 24 point, i.e. small-area, lined up display elements, here in particular light emitting diodes. The dimensions of the complete display are preferably between 12 and 24 mm in length and 1 to 4 mm in width. As shown in FIG. 2, the individual light-emitting diodes are connected to the outputs (I / O ports) of the microcontroller 3 via commercially available drivers 5. The energy required for operation is preferably supplied by a likewise commercially available battery 6.
Die anzuzeigende Information wie Uhrzeit, Datum oder eine beliebige Mitteilung liegt dabei als ein Punktraster mit einer festen Anzahl Zeilen und einer variablen Anzahl Spalten vor, nachstehend als Bild bezeichnet. Dieses ist im Speicher des Mikrokon- trollers 3 abgelegt. Die Anzahl Zeilen ist dabei identisch mit der Anzahl Display- Elemente, falls nur eine Reihe von Elementen verwendet wird. Die notwendige An- zahl Spalten ist von der Grosse des Bildes abhängig, jedoch ist ein Verhältnis von 1 zu 6 Spalten pro Zeile vorteilhaft. Ein Verhältnis 6 Spalten pro Zeile ist gleichbedeutend zu einem Höhe/Breite-Verhältnis des Bildes von 1 :6. Falls dieses Verhältnis überschritten wird, unterteilt der Mikrokontroller die anzuzeigende Information in einzelne Teile, die sequentiell angezeigt werden. Die einzelnen Teile können dann vor- zugsweise während 2 oder 3 Bewegungsperioden angezeigt werden. Da es dem Menschen oft Schwierigkeiten bereitet, grössere Informationsmengen in ihrer Gesamtheit aufzunehmen, er sich beispielsweise die zusammen mit dem Datum wie- dergegebene Uhrzeit nur schlecht merken kann, wird dem Betrachter sequentiell zuerst die Uhrzeit und nach z.B. drei Perioden das Datum angezeigt.The information to be displayed, such as the time, date or any message, is available as a dot matrix with a fixed number of lines and a variable number of columns, hereinafter referred to as an image. This is stored in the memory of the microcontroller 3. The number of lines is identical to the number of display elements if only one row of elements is used. The number of columns required depends on the size of the image, but a ratio of 1 to 6 columns per line is advantageous. A ratio of 6 columns per line is equivalent to a height / width ratio of the image of 1: 6. If this ratio is exceeded, the microcontroller divides the information to be displayed into individual parts which are displayed sequentially. The individual parts can then preferably be displayed during 2 or 3 movement periods. Since it is often difficult for people to take up large amounts of information in their entirety, for example, can hardly remember the given time, the viewer is sequentially first shown the time and after three periods, for example, the date.
Mit den Eingabetasten 7 kann die Uhr bedient werden, z.B. die Zeit eingestellt oder bestimmte Funktionen aktiviert werden. Dazu kann auch die Aktivierung des Displays gehören. Funktions-Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit den weiteren Figuren erläutert.The clock can be operated with the input buttons 7, e.g. set the time or activate certain functions. This can also include activation of the display. Functional details of the invention are explained below in connection with the other figures.
Eine solche Uhr kann auch so modifiziert werden, dass sie auf die sonst üblichen Anzeigen, d.h. Zeiger bei analogen oder Flüssigkristallanzeigen bei digitalen Uhren, völlig verzichtet und ausschliesslich über ein kinetisches Display, vorzugsweise als Leuchtanzeige, verfügt. Die dann nur noch vorhandene, extrem schmale Anzeige- Zeile ermöglichte eine völlig neuartige Gestaltung einer tragbaren Uhr, die beispielsweise als schmales Stäbchen ausgebildet sein könnte, wobei die Anzeige sich quer über die ganze Breite des Uhrarmbands erstrecken, aber ebenso gut auch schräg dazu angeordnet sein könnte. Auch der Implementierung in Schmuckgegenstände sind durch den geringen Platzbedarf kaum Grenzen gesetzt.Such a watch can also be modified so that it is based on the usual displays, i.e. Pointer in analog or liquid crystal displays in digital clocks, completely dispensed with and exclusively with a kinetic display, preferably as a light indicator. The then only extremely narrow display line enabled a completely new design of a portable watch, which could be designed, for example, as a small stick, the display extending across the entire width of the watch band, but also being arranged diagonally to it could. Due to the small space requirement, there are hardly any limits to the implementation in jewelry objects.
Eine in dieser Richtung gehende Realisierung der Erfindung ist in Fig. 3 wiedergege- ben. Diese zeigt ein Anzeigemodul, das zusammen mit einer mittels Software oder Firmware implementierten Uhren-Funktionalität eine Uhr mit integriertem kinetischem Display ergibt. In dieser Ausführungsform ist keine weitere Anzeige vorgesehen.A realization of the invention in this direction is shown in FIG. 3. This shows a display module that, together with a clock functionality implemented using software or firmware, results in a clock with an integrated kinetic display. No further display is provided in this embodiment.
Eine Reihe Display-Elemente 11 , z.B. rote LEDs, ein Beschleunigungsaufnehmer oder -sensor 12, dessen Messachse B-B senkrecht zur Ausrichtung der LED liegt und eine Steuereinheit, realisiert z.B. durch einen Mikrokontroller 13, sind die Hauptbestandteile des Anzeigemoduls. Um die Uhr zu bedienen, d.h. die Anzeige zu aktivieren oder Einstellungen der Uhr zu ändern, können noch Bedienungsknöpfe 14 vorgesehen sein.A series of display elements 11, e.g. red LEDs, an accelerometer or sensor 12, whose measuring axis B-B is perpendicular to the alignment of the LED and a control unit, e.g. through a microcontroller 13, are the main components of the display module. To operate the clock, i.e. To activate the display or to change the clock settings, control buttons 14 can also be provided.
Weitere Anwendungen ergeben sich bei Verwendung oder Integration eines Displays gemäss der Erfindung in kleine, tragbare Geräte wie PDAs oder Mobiltelefone. Da- bei könnte die Anzeige vorzugsweise auf der Rückseite des Gerätes angeordnet sein, wobei die Anzeigezeile sich in Längsrichtung des Geräts erstreckt. Damit kann beispielsweise empfangene oder gespeicherte Information wesentlich grösser dargestellt werden, wie derzeit mit eingebauten Displays möglich. Ein Benutzer eines so ausgestatteten Mobiltelefons oder PDAs könnte die vom Gerät empfangenen oder selbst eingegebenen Texte oder Bilder sogar einem Publikum sichtbar machen. Anhand der vorliegenden Beschreibung wird es der Fachperson keine Schwierigkeiten bereiten, die dazu ggf. erforderlichen Modifikationen der gezeigten Anordnungen oder der angegebenen Schaltungen vorzunehmen.Further applications arise when using or integrating a display according to the invention into small, portable devices such as PDAs or cell phones. There- in the display could preferably be arranged on the back of the device, the display line extending in the longitudinal direction of the device. In this way, received or stored information, for example, can be displayed much larger than is currently possible with built-in displays. A user of a cell phone or PDA equipped in this way could even make the texts or images received or entered by the device visible to an audience. On the basis of the present description, the person skilled in the art will have no difficulty in making the necessary modifications to the arrangements shown or to the circuits indicated.
In Fig. 4 ist das Schema der internen Schaltung des Anzeigemoduls der Fig. 3 vollständig wiedergegeben. Die Steuereinheit IC1 ist ein handelsüblicher 8Bit-Mikro- kontroller mit einem 32,768 kHz-Subclock-Oszillator wie z.B. der uPD78F9046 von NEC. In der Fig. 4 sind auch die üblichen, der Fachperson vertrauten Anschlussbe- Zeichnungen dieses Mikrokontrollers wiedergeben. Der 32,768 kHz Quarz Q1 ist das Zeitnormal, aus dem die momentane Uhrzeit und das Datum abgeleitet wird. Zur Erfassung der Bewegung der Uhr wird ein als integriertes System ausgeführter Beschleunigungssensor IC2 verwendet. Solche Beschleunigungssensoren sind als Serienprodukte auf dem Markt erhältlich; der hier verwendete Sensor ADXL210 stammt von Analog Devices und generiert Pulse, deren Breite sich proportional zur Beschleunigung ändert. Die durch den Widerstand R3 festgelegte Frequenz der Pulsfolge beträgt ungefähr 200 Hz. Die Breite der einzelnen Pulse wird von einem im Mikrokontroller integrierten 16-Bit-Zähler gemessen und steht als digitale Grosse zur weiteren Auswertung bereit. Die Messachse liegt dabei in der Richtung der vorgese- hen Bewegung der Uhr, also quer zur Ausrichtung der Display-Elemente, wie in Fig. 3 gezeigt. Diese Elemente sind hier 24 Leuchtdioden D2 bis D25, die aneinandergereiht eine Spalte des wiederzugebenden Bildes repräsentieren. Die Abstände und die Anzahl der verwendeten Leuchtelementen legen die max. Breite des wiedergegebenen Bildes fest, im vorliegenden Beispiel 40 mm bei einem Punktabstand von 1 ,7 mm. Die Speisung des gesamten Moduls erfolgt vorzugsweise über zwei kleine Alkali-Mangan Knopfzellen vom Typ LR44. Die resultierende Versorgungspannung von 3 V erlaubt es, die Leuchtdioden, wie aus dem Schema ersichtlich, direkt durch die Ausgänge des Mikrokontrollers anzusteuern. Da der Beschleunigungssensor eine stabilisierte Speisung von mindestens 3 V erfordert, wurde ein Aufwärtsregler vorgesehen. In Fig. 4 als IC 3 gezeigt, fand ein S-8430 AF von Seiko-Instruments Verwendung.FIG. 4 shows the diagram of the internal circuitry of the display module of FIG. 3 in full. The control unit IC1 is a commercially available 8-bit microcontroller with a 32.768 kHz subclock oscillator such as the uPD78F9046 from NEC. 4 also shows the usual connection drawings of this microcontroller, which are familiar to the person skilled in the art. The 32.768 kHz quartz Q1 is the time standard from which the current time and date are derived. An acceleration sensor IC2 designed as an integrated system is used to record the movement of the clock. Such acceleration sensors are available on the market as series products; The ADXL210 sensor used here comes from Analog Devices and generates pulses whose width changes in proportion to the acceleration. The frequency of the pulse sequence defined by the resistor R3 is approximately 200 Hz. The width of the individual pulses is measured by a 16-bit counter integrated in the microcontroller and is available as a digital variable for further evaluation. The measuring axis lies in the direction of the intended movement of the watch, that is to say transversely to the orientation of the display elements, as shown in FIG. 3. These elements are here 24 light-emitting diodes D2 to D25, which, strung together, represent a column of the image to be reproduced. The distances and the number of lighting elements used determine the max. Width of the reproduced image fixed, in the present example 40 mm with a point spacing of 1.7 mm. The entire module is preferably powered via two small LR44 alkaline-manganese button cells. The resulting supply voltage of 3 V allows the light-emitting diodes, as can be seen from the diagram, to go straight through to control the outputs of the microcontroller. Since the acceleration sensor requires a stabilized supply of at least 3 V, a step-up regulator was provided. Shown in FIG. 4 as IC 3, an S-8430 AF from Seiko-Instruments was used.
Um einen möglichst langen Gang der Uhr zu erreichen, muss, insbesondere bei Nichtgebrauch der Anzeige, der Stromverbrauch des Moduls gering gehalten werden. Dies wird einerseits durch die Abschaltung des Schaltreglers und des Beschleunigungssensors erreicht, andererseits durch das Abschalten aller Strom- Verbraucher, die für die Funktion der Uhr nicht notwendig sind. Als Abschalt-In order to keep the clock running as long as possible, the module's power consumption must be kept low, especially when the display is not in use. This is achieved on the one hand by switching off the switching regulator and the acceleration sensor, on the other hand by switching off all current consumers that are not necessary for the clock to function. As a shutdown
Kriterium kann das Verstreichen einer festen Zeitspanne, z.B. einer Minute, seit der letzten Aktivierung der Anzeige benutzt werden.The criterion can be the lapse of a fixed period of time, e.g. one minute since the last activation of the display.
Um nach zeitweiliger Abschaltung wieder eine Information darzustellen zu können, muss das Modul folglich zuerst aktiviert werden. Dies erfolgt in der vorliegenden Realisierung durch kurzes Drücken der Taste K1 , was den Mikrokontroller veran- lasst, die zuvor deaktivierten Bauteile wieder zu aktivieren.In order to be able to display information again after a temporary shutdown, the module must therefore first be activated. In the present implementation, this is done by briefly pressing the K1 key, which causes the microcontroller to reactivate the previously deactivated components.
Eine Schnittstelle kann als drahtlose IR-Schnittstelle implementiert werden, gebildet durch eine IR-Diode D1 zusammen mir R5 für den Empfangspfad. Für den Rückweg wird eine der Leuchtdioden D2 bis D25 verwendet. Um die Information abzuspeichern, findet ein serielles EEPROM (IC4) Verwendung. Dieses wird über eine Zweidraht l2C-Schnittstelle an den Mikrokontroller angeschlossen.An interface can be implemented as a wireless IR interface, formed by an IR diode D1 together with R5 for the reception path. One of the LEDs D2 to D25 is used for the return journey. A serial EEPROM (IC4) is used to store the information. This is a two-wire I 2 C interface connected to the microcontroller.
Prinzipiell arbeitet das in Fig. 4 gezeigte Moduls wie folgt: Die anzuzeigende Information wie Uhrzeit, Datum oder eine beliebige Mitteilung liegt dabei als ein Punktraster mit einer festen Anzahl Zeilen und einer variablen Anzahl Spalten vor, nachstehend als Bild bezeichnet. Bei der gezeigten Realisierung findet ein im RAM des Mikrokontrollers abgelegtes, einfarbiges Raster (BitMap) Verwendung, jedoch sind prinzipiell auch mehrfarbige Darstellungen möglich. In der vorliegenden Realisierung beträgt die maximale Bildgrösse 16x96 oder 24x64 Bildpunkte, was 192 Bytes von den insgesamt 512 Bytes RAM belegt. Das Funktionsprinzip ist stark vereinfacht wiedergeben das folgende: Der Anzeigevorgang wird beim Erreichen einer kritischen Geschwindigkeit gestartet, wobei diese Geschwindigkeit durch Integration der Beschleunigung gewonnen wird. Der Mikro- kontroller berechnet durch zweifache Integration der Beschleunigung eine momentane Relativ-Position der Anzeige. Diese Position wird mit einer geeigneten Funktion (lineare Transformation und Rundung) auf die Indexmenge der Spalten abgebildet. Der Mikrokontroller liest nun die zum Index gehörende Spalte aus dem Speicher und gibt sie auf die den Anzeige-Elemente zugehörigen Ausgänge aus. Dieser Prozess funktioniert in beiden Bewegungsrichtungen. Damit ein Betrachter den Bildinhalt oder den angezeigten Text erfassen kann, ist zumeist ein mehrmaliges Überstreichen der Blickfläche mit der Leuchtanzeige erforderlich.In principle, the module shown in FIG. 4 works as follows: The information to be displayed, such as the time, date or any message, is present as a dot matrix with a fixed number of lines and a variable number of columns, hereinafter referred to as an image. In the implementation shown, a monochrome grid (BitMap) stored in the RAM of the microcontroller is used, but in principle multicolored representations are also possible. In the present implementation, the maximum image size is 16x96 or 24x64 pixels, which takes 192 bytes out of a total of 512 bytes of RAM. The functional principle is simplified to reproduce the following: The display process is started when a critical speed is reached, this speed being obtained by integrating the acceleration. The microcontroller calculates a current relative position of the display by integrating the acceleration twice. This position is mapped to the index quantity of the columns using a suitable function (linear transformation and rounding). The microcontroller now reads the column belonging to the index from the memory and outputs it to the outputs belonging to the display elements. This process works in both directions. In order for a viewer to be able to grasp the image content or the displayed text, it is usually necessary to repeatedly sweep over the viewing area with the illuminated display.
Detaillierte Beschreibung der Funktion der Software Das Funktionsprinzip des Beschleunigungssensors beruht auf einer federnd aufgehängten Probemasse, deren Auslenkung proportional zu der auf diese Masse einwirkendenden Kraft ist. Da jedoch die schwere Masse gleichwertig zur trägen Masse ist, bewirkt der Einfluss der Erdgravitation in Abhängigkeit von der Richtung des Gravitationsfeldes zur Lage der Messachse des Moduls einen erheblichen Fehler, sofern die gemessenenen Beschleunigungswerte bloss integriert werden. Deshalb sind Massnahmen zur Korrektur des Gravitationseinflusses erforderlich, um eine brauchbare Anzeige zu erhalten.Detailed description of the function of the software The principle of operation of the acceleration sensor is based on a spring suspended test mass, the deflection of which is proportional to the force acting on this mass. However, since the heavy mass is equivalent to the inertial mass, the influence of earth's gravity, depending on the direction of the gravitational field and the position of the measuring axis of the module, causes a considerable error if the measured acceleration values are only integrated. Therefore, measures to correct the influence of gravity are necessary in order to obtain a useful display.
In der vorliegenden Realisierung wurden folgende Massnahmen ergriffen: • Schätzung des Startwertes,The following measures were taken in the present implementation: • Estimation of the initial value,
• Regelung der Indexgeschwindigkeit und• Regulation of the index speed and
• periodische Korrektur/Nachführung des Spaltenindex.• Periodic correction / update of the column index.
In der folgenden Beschreibung des gesamten Prozesses werden folgende Grossen oder Variablen verwendet:The following variables or variables are used in the following description of the entire process:
• asn für die gefilterte Beschleunigung,Asn for the filtered acceleration,
• vsn für die Geschwindigkeitsänderung, an für die Beschleunigung, aO für den Offset der Beschleunigung, ac für die dynamische Korrektur des Geschwindigkeitsfehlers, vs für die Sollgeschwindigkeit, vsa für die Amplitude der Sollgeschwindigkeit, vn für die relative Geschwindigkeit, iv für die relative Indexgeschwindigkeit und ix für die relative PositionVsn for the speed change, an for the acceleration, aO for the offset of the acceleration, ac for the dynamic correction of the speed error, vs for the target speed, vsa for the amplitude of the target speed, vn for the relative speed, iv for the relative index speed and ix for the relative position
Die Kernfunktion der Anzeige ist die bewegungsabhängige Ausgabe der einzelnen im Speicher abgelegten Bildspalten. Im wesentlichen handelt es sich dabei um die Integration der Grosse iv (Indexgeschwindigkeit), welche proportional zur relativen Geschwindigkeit vn ist. Die Grosse vn ist im Idealfall exakt proportional zur realen relativen Geschwindigkeit der Anzeige in der Messachse, welche vorzugsweise quer zur Ausrichtung der Anzeige steht. Der ganzzahlige Anteil von ix ist der aktuelle Spaltenindex, welcher die momentan aktuelle Spalte angibt.The core function of the display is the motion-dependent output of the individual image columns stored in the memory. Essentially, this involves the integration of the size iv (index speed), which is proportional to the relative speed vn. The size vn is ideally exactly proportional to the real relative speed of the display in the measuring axis, which is preferably transverse to the orientation of the display. The integer part of ix is the current column index, which indicates the current column.
Diese Funktion ist wie folgt umgesetzt: Mit einer festen Frequenz von rund 10 kHz werden folgende Schritte abgearbeitet: zur Grosse ix wird iv addiert. Ändert sich der ganzzahlige Anteil von ix, wird sofern dieser im zulässigen Indexbereich ist die entsprechende Spalte auf die je nach Bildgrösse 16 oder 24 LEDs ausgeben. Die Aktivierung der LEDs erfolgt für eine feste Zeit von 1 ms, wodurch eine gleichmässige Helligkeit der einzelnen Bildpunkte gewährleistet ist.This function is implemented as follows: The following steps are carried out with a fixed frequency of around 10 kHz: iv is added to the size ix. If the integer part of ix changes, if this is in the permissible index range, the corresponding column is output to 16 or 24 LEDs depending on the image size. The LEDs are activated for a fixed time of 1 ms, which ensures uniform brightness of the individual pixels.
Für die Aufbereitung von iv, und die Initialisierung und Korrektur von ix ist ein separater Prozess zuständig. Dieser Prozess besitzt sechs Zustände, welche aus dem Zustandsdiagramm Fig. 5 ersichtlich sind.A separate process is responsible for the preparation of iv and the initialization and correction of ix. This process has six states, which can be seen from the state diagram in FIG. 5.
Der Singnalfluss sieht dabei aus wie folgt. Der Beschleunigungssensor liefert 200 Pulse pro Sekunde, deren Breite mit Hilfe des internen 16Bit-Zählers gemessen werden. Aus jeweils vier aufeinanderfolgenden Messwerten wird jeweils ein Mittelwert gebildet, welcher weiterverarbeitet wird. Dieser wird nachfolgend als an be- zeichnet. Als nächstes werden die beiden Hilfsgrössen asn und vsn berechnet. Die Hilfsgrösse asn gewinnt man durch Filterung von an durch einen nicht rekursiven Bandpassfilter. Dessen Aufgabe ist es, den Offset, der durch die Gravitation und das Funktionsprinzip des Sensor bedingt ist, zu entfernen. Die Summe der letzen zehn Werte von asn ergibt vsn.The signal flow looks like this. The acceleration sensor delivers 200 pulses per second, the width of which is measured using the internal 16-bit counter. An average value is formed from four successive measured values, which is then further processed. This is subsequently referred to as records. Next, the two auxiliary variables asn and vsn are calculated. The auxiliary variable asn is obtained by filtering on through a non-recursive bandpass filter. Its job is to remove the offset caused by gravity and the principle of operation of the sensor. The sum of the last ten values of asn results in vsn.
Die Geschwindigkeit vn wird durch numerische Integration von (an-aO+ac) gewonnen, wobei aO ein Offset und ac eine dynamische Korrektur ist. Diese Korrektur ac ist die Stellgrösse eines einfachen P-Reglers, dessen Sollgrösse vs ist und die Ist- grösse vn ist. Der Regler besitzt nur eine kleine Führungsübertragung, da für die Verstärkung KP ein kleiner Wert von 0,25 gewählt wurde. Die Spaltengeschwindigkeit iv ist direkt proportional zu vn, z.B. der 256. Teil von vn.The velocity vn is obtained by numerically integrating (an-aO + ac), where aO is an offset and ac is a dynamic correction. This correction ac is the manipulated variable of a simple P controller, the setpoint of which is vs and the actual variable is vn. The controller has only a small guide transmission because a small value of 0.25 was selected for the gain KP. The column velocity iv is directly proportional to vn, e.g. the 256th part of vn.
Diese Auswertungen erfolgen in allen sechs Zuständen der Fig. 5. Im Ruhezustand verbleibt vn auf 0. Überschreiten die Beträge der beiden Hilfsgrössen asn und vsn im Ruhezustand eine vorgegebene Schwelle, so wird aus vsn und den letzten sechzehn gemessen Beschleunigungswerten der Offset von an (als aO bezeichnet) und ein Startwert für vn geschätzt. Die Amplitude vsa der Sollgeschwindigkeit vs ist eine positive Konstante, welche von der zu erwartender Bewegungsdynamik und der Bildgrösse abhängt. Bei positiven Werten von asn und vsn wird die Sollgeschwindigkeit vs auf vsa gesetzt, der Spaltenindex ix auf die erste Spalte der Bildinformation gesetzt und der Zustand wechselt vom Ruhezustand zu Pos 2. Bei negativen Werten sinngemäss, d.h. vs wird auf -vsa und ix auf die letzte Spalte gesetzt und zum Zustand Neg 2 gewechselt.These evaluations take place in all six states of FIG. 5. In the idle state, vn remains at 0. If the amounts of the two auxiliary variables asn and vsn exceed a predetermined threshold in the idle state, then the offset of an (as is measured from vsn and the last sixteen acceleration values referred to aO) and an initial value for vn is estimated. The amplitude vsa of the target speed vs is a positive constant, which depends on the expected movement dynamics and the image size. With positive values of asn and vsn, the target speed vs is set to vsa, the column index ix is set to the first column of the image information and the state changes from the idle state to item 2. With negative values, this means that vs is set to -vsa and ix to the last column and changed to state Neg 2.
Im Zustand Pos1 wird, sobald der Spaltenindex ix ausserhalb des Indexbereiches ist, die Sollgeschwindigkeit auf 0 gesetzt. Ist dies erfolgt und besitzt an zusätzlich ein lokales Maximum, wird, sofern das Maximum eine adaptiv eingestellte Schwelle erreicht, ix auf einen Index knapp unterhalb des ersten Index im Bildbereich gesetzt, vs wird wieder auf vsa gesetzt und der Zustand wechselt auf Pos 2. Andernfalls wechselt der Zustand wieder in den Ruhezustand zurück. Der Zustand Neg 1 funktioniert sinngemäss wie aus Fig. 5 ersichtlich für negative Werte. Die Zustände Pos 2 und Neg 2 besitzen je zwei Funktionen: Erstens wird eine minimale Totzeit zwischen aufeinanderfolgenden Extrema-Detektionen in den Zusänden Pos 1 und Neg 1 sichergestellt. Zweitens erfolgt ein Abbruch des Anzeigvorganges nach einer fest vorgegebenen Zeit (z.B. 10 s) nach Aktivierung der Anzeige.In state Pos1, as soon as the column index ix is outside the index range, the set speed is set to 0. Once this has been done and also has a local maximum, if the maximum reaches an adaptively set threshold, ix is set to an index just below the first index in the image area, vs is set back to vsa and the status changes to item 2. Otherwise the state changes back to the idle state. The state Neg 1 works analogously, as can be seen from FIG. 5, for negative values. The states Pos 2 and Neg 2 each have two functions: First, a minimal dead time between successive extreme detections is ensured in the states Pos 1 and Neg 1. Secondly, the display process is terminated after a predetermined time (eg 10 s) after activation of the display.
Da beim Einschalten der Anzeige noch keine gültigen Messwerte vorliegen, ist die Auswertung und Anzeige für eine feste Totzeit zu unterdrücken. Dieser Startzustand ist im Zustandsdiagramm der Fig. 5 als Initialisierung eingezeichnet.Since no valid measured values are available when the display is switched on, the evaluation and display must be suppressed for a fixed dead time. This start state is shown in the state diagram of FIG. 5 as initialization.
Der Fachperson wird es ohne Schwierigkeiten möglich sein, weitere Anwendungen und Ausgestaltungen der in den nachfolgenden Patentansprüchen beanspruchten Erfindung zu finden und die dazu ggf. erforderlichen Modifikationen vorzunehmen. The person skilled in the art will be able without difficulty to find further applications and refinements of the invention claimed in the subsequent patent claims and to make the modifications which may be necessary for this.

Claims

Patentansprüche claims
1. Display-Anordnung zur Darstellung eines als Punktraster vorliegenden Textes oder Bildes durch eine Anzahl ansteuerbarer, im wesentlichen punktförmiger An- zeige-Elemente, dadurch gekennzeichnet, dass1. Display arrangement for displaying a text or image present as a grid of points by a number of controllable, essentially point-shaped display elements, characterized in that
• die Anzeige-Elemente des Displays im wesentlichen eindimensional angeordnet sind,The display elements of the display are arranged essentially one-dimensionally,
• ein Bewegungs-Sensor vorgesehen ist, der die Bewegung des Displays ge- genüber dem Ruhezustand ermittelt, und• a movement sensor is provided which determines the movement of the display compared to the idle state, and
• beim Bewegen des Displays näherungsweise senkrecht zur Erstreckung der Anzeige-Elemente ein Bild und/oder Text durch koordiniert gesteuertes Schalten der Anzeige-Elemente für das Auge sichtbar erzeugt wird.• When moving the display approximately perpendicular to the extension of the display elements, an image and / or text is generated by coordinated, controlled switching of the display elements so that it is visible to the eye.
2. Display-Anordnung gemäss Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der Messwerte des Bewegungs-Sensor bidirektional erfolgt, wodurch eine koordiniert gesteuerte Bilderzeugung beim Bewegen des Displays in jeder Bewegungsrichtung ermöglicht und ein Text und/oder Bild in beiden Bewegungsrichtungen wiedergegeben wird.2. Display arrangement according to claim 1, further characterized in that the evaluation of the measured values of the motion sensor takes place bidirectionally, whereby a coordinated controlled image generation when moving the display enables in every direction of motion and a text and / or image is reproduced in both directions of motion ,
3. Display-Anordnung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige-Elemente in eine einzigen Zeile nebeneinander zumindest näherungsweise quer zur Hauptbewegungsrichtung des Displays angeordnet sind.3. Display arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the display elements are arranged in a single row next to one another at least approximately transversely to the main direction of movement of the display.
4. Display-Anordnung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige-Elemente in einer relativ schmalen Matrix, die sich zumindest näherungsweise quer zur Hauptbewegungsrichtung des Displays erstreckt, angeordnet sind. 4. Display arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the display elements are arranged in a relatively narrow matrix which extends at least approximately transversely to the main direction of movement of the display.
5. Display-Anordnung gemäss mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige-Elemente als näherungsweise punktförmige Lichtquellen, vorzugsweise als Leuchtdioden, ausgebildet sind.5. Display arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that the display elements are designed as approximately punctiform light sources, preferably as light-emitting diodes.
6. Display-Anordnung gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungs-Sensor als Beschleunigungs-Sensor ausgebildet ist, dessen Ausgang mit einer Steuereinheit verbunden ist, die die Anzeige-Elemente in Ab- hängigkeit von der Bewegung, insbesondere der Beschleunigung des Displays steuert.6. Display arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the movement sensor is designed as an acceleration sensor, the output of which is connected to a control unit which, in particular, depends on the movement of the display elements controls the acceleration of the display.
7. Display-Anordnung gemäss einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Aufbau von Bild und/oder Text startet, wenn eine vorgebbare Mindestgeschwindigkeit erreicht ist, um dem Auge des Betrachters die Folge der angesteuerten Spalten bzw. Zeilen als zusammenhängendes Bild bzw. zusammenhängenden Text darzustellen.7. Display arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the control unit starts the construction of image and / or text when a predeterminable minimum speed is reached, to the viewer's eye as the sequence of the controlled columns or lines to display a coherent image or text.
8. Tragbare Zeitmesseinrichtung, insbesondere Armbanduhr, dadurch gekennzeichnet, dass sie als alleinige oder zusätzliche Anzeige eine Display-Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.8. Portable time measuring device, in particular a wristwatch, characterized in that it has a display arrangement according to one or more of claims 1 to 7 as the sole or additional display.
9. Tragbare Kommunikations- oder Speichereinrichtung, insbesondere Mobiltelefon oder PDA, dadurch gekennzeichnet, dass sie als alleinige oder zusätzliche Anzeige eine Display-Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 aufweist. 9. Portable communication or storage device, in particular mobile phone or PDA, characterized in that it has a display arrangement according to one or more of claims 1 to 7 as the sole or additional display.
0. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass sie über eine Schnittstelle, vorzugsweise eine drahtlose Schnittstelle, verfügt, über welche Texte und/oder Grafiken in der Einrichtung zu speichern und diese später abzurufen, insbesondere einem Publikum über das integrierte Display zu übermitteln. 0. Device according to claim 8 or 9, further characterized in that it has an interface, preferably a wireless interface, via which texts and / or graphics can be stored in the device and retrieved later, in particular to an audience via the integrated display to transmit.
PCT/IB2000/001548 1999-10-29 2000-10-26 Kinetic display-arrangement and use thereof WO2001031621A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH198199 1999-10-29
CH1981/99 1999-10-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001031621A1 true WO2001031621A1 (en) 2001-05-03

Family

ID=4223129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2000/001548 WO2001031621A1 (en) 1999-10-29 2000-10-26 Kinetic display-arrangement and use thereof

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2001031621A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0546844A2 (en) * 1991-12-12 1993-06-16 AVIX Inc. Baton using light emitting cell array to form a display
US5748157A (en) * 1994-12-27 1998-05-05 Eason; Richard O. Display apparatus utilizing persistence of vision
US5791966A (en) * 1996-02-09 1998-08-11 Noise Toys, Inc. Rotating toy with electronic display
DE19727391A1 (en) * 1997-06-27 1999-02-04 Herbert Fichtner Single row array LED display to replace two dimensional array

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0546844A2 (en) * 1991-12-12 1993-06-16 AVIX Inc. Baton using light emitting cell array to form a display
US5748157A (en) * 1994-12-27 1998-05-05 Eason; Richard O. Display apparatus utilizing persistence of vision
US5791966A (en) * 1996-02-09 1998-08-11 Noise Toys, Inc. Rotating toy with electronic display
DE19727391A1 (en) * 1997-06-27 1999-02-04 Herbert Fichtner Single row array LED display to replace two dimensional array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0703111B1 (en) Method for the display of information on a screen
EP0812273B1 (en) Method of displaying several items of information
DE2637669C3 (en) Device for displaying a person's pulse
DE2831064A1 (en) ELECTRONIC CALORIES COUNTER
EP0447580B1 (en) Measuring apparatus
EP1124484A1 (en) Measuring system for determining the surface line of a body
DE2746557C3 (en) Electronic timing device
EP1185906A2 (en) Watch
DE3145088C2 (en) Method and device for determining the position of a light pen
DE2452687C3 (en) Switching device for an electronic clock with an electro-optical display
WO2001031621A1 (en) Kinetic display-arrangement and use thereof
DE3145566A1 (en) AUDIOMETER
DE3151627C2 (en)
DE3740472A1 (en) CLOCK
DE19534146B4 (en) Display device with a pointer driven by a stepper motor
DE2704878B1 (en) Transmitter for radio remote control of moving objects
DE2811391A1 (en) BATTERY POWERED CLOCK
DE4233966A1 (en) TIME CLOCK
DE2942374A1 (en) DEVICE FOR MONITORING A MEDIUM OPERATING AREA, IN PARTICULAR FOR THE FUEL CONSUMPTION OF A VEHICLE
DE3119080C2 (en) Automatic answering machine
DE4435896C2 (en) Radio telemetry system for remote controlled models
DE2709726C3 (en) Pulse duration display circuit
DE69718781T2 (en) Method for selecting data with a ballistic effect for use in electronic devices, in particular electronic clockworks
DE3831947A1 (en) FLASHING DEVICE FOR CHECKING THE WATCH OF A PERSON
DE19738810C2 (en) Device for displaying low-contrast vision tests on a monitor using a computer

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP