JP2013050349A - アンテナ内蔵式電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの小型化を図りつつ、ＧＰＳの受信性能を十分に高く維持することができる小型のアンテナ内蔵式電子時計を提供する。
【解決手段】 少なくとも一部が非導電性部材で形成された筒状の外装ケース８０と、外装ケース８０内に収納され、無線通信を行うＧＰＳ受信部２６が配置された回路基板２５と、外装ケース８０内に収納され、回路基板２５に接続されたアンテナ体４０とを備え、 前記回路基板２５及び前記アンテナ体４０は、回路基板２５に略平行な同一平面内に配置されるとともに、アンテナ体４０の中心位置が、文字板１１の６時から１０時の範囲又は１２時から４時の範囲に配置されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、アンテナを内蔵したアンテナ内蔵式電子時計に関する。

特許文献１には、腕装着型の無線機能付き電子機器に関し、不平衡給電されるチップアンテナが開示されている。この特許文献１では、基板上に配設されたチップアンテナを無線通信用ＩＣの近傍に配置するとともに、チップアンテナの配設位置を回路基板に略平行な平面を投影面として、チップアンテナの正射影と無線通信用ＩＣの正射影とが重なり合わないように配置されている。

また、特許文献２には、電子時計に関し、光発電を行うソーラーセルとＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信するＧＰＳアンテナとが開示されている。この特許文献２では、コネクタを介して回路基板と接続されたアンテナ基板に配設されたＧＰＳアンテナの受信面の少なくとも一部が、ＧＰＳアンテナの上部に配設された文字板の裏面の少なくとも一部と対向するように配置されており、文字板の裏面とＧＰＳアンテナの受信面との間に挟まれる空間には、ソーラーセルが配置されないように構成されている。

特開２００３−１５２５８２号公報 特開２０１０−９６７０７号公報

ところで、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）における衛星信号は屋内では受信できないことから、腕時計を腕に装着して屋外にいる間に受信を行うこととなる。その際、装着者は、腕時計をした腕を下げているか或いは手を身体の前に位置させた姿勢でいることが多い。このような姿勢では、時計表面の法線方向が水平方向に向けられていることとなり、上述した特許文献に開示されたチップアンテナでは、アンテナ利得の大きい方向が天頂方向と一致せず、受信性能が十分に発揮されない惧れがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳ（Global Positioning System）における衛星信号の受信に際し、屋外で装着者が多くとる姿勢などの人間工学に基づいて実用上最適なアンテナ指向性を得ることにより、アンテナの小型化を図りつつ、受信性能を十分に高く維持することができるアンテナ内蔵式電子時計を提供することを解決課題としている。

以上の課題を解決するため、本発明に係るアンテナ内蔵式電子時計は、少なくとも一部が非導電性部材で形成された筒状の外装ケースと、前記外装ケースの内側で時刻を表示する時刻表示部と、外装ケースに収納され、無線通信を行う無線通信回路が配置された回路基板と、外装ケースに収納され、回路基板に接続され、前記無線通信回路から不平衡給電されるアンテナ体とを備え、アンテナ体の中心位置が、時刻表示部の６時から１０時の範囲又は１２時から４時の範囲に配置されていることを特徴としている。

このアンテナ内蔵式電子時計では、アンテナ体と回路基板とが一対となり全体として１つのアンテナとして機能する。このアンテナ体としては、ヘリカルアンテナや、逆Ｆ型アンテナ、逆Ｌ型アンテナをチップ化又はパッチ化したチップアンテナやパッチアンテナを用いることができる。具体的に、チップアンテナとしては、ヘリカルアンテナの巻線構造部分や逆Ｆ型アンテナ、逆Ｌ型アンテナを、波長短縮のためのセラミックの誘電体上にパターン形成したものを用いることができ、パッチアンテナとしては、逆Ｆ型アンテナ、逆Ｌ型アンテナのエレメントの形を、絶縁物の基板上に貼り付けた金属にエッチングをして形成されたものを用いることができる。

そして、このようなアンテナ体と回路基板では、その放射指向性が、アンテナ体と回路基板との接続点から見てアンテナ体の中心位置のある方向が最大放射方向となることから、給電点を６時から１０時の範囲又は１２時から４時の範囲に配置することにより、装着者が腕時計をした腕を下げているか或いは手を身体の前に位置させた姿勢のときに、アンテナ利得の大きい方向が天頂方向と一致することとなり、受信性能が十分に発揮される。

以上より、本発明によれば、例えば、ＧＰＳにおける衛星信号の受信に際し、屋外で装着者が多くとる姿勢などの人間工学に基づいて実用上最適なアンテナ指向性を得ることができ、受信性能を十分に高く維持することができるアンテナ内蔵式電子時計を提供することができる。このとき、アンテナ体の中心位置の配置範囲を６時から１０時の範囲又は１２時から４時の範囲とある程度の幅を持たせているのは、例えば、竜頭や操作ボタンなどの部品が外装ケースの外周面に配置されている場合にも、これらの部品とアンテナ体とが干渉するのを回避するためである。

なお、「非導電性部材」としては、金属以外の素材、例えばセラミックやプラスチックを用いることができ、「筒状」には、円筒や角筒に代表される回転体が含まれる。また、アンテナ体と回路基板とを回路基板に略平行な同一平面内に配置してもよい。これは、アンテナ体と回路基板との接合面、又はアンテナ体の中心位置が、板状の回路基板を含む平面内に配置されていることを意味し、アンテナ体が回路基板上に直接実装される形態の他、回路基板とは別の基板上に実装される形態も含まれる。

上記発明において、アンテナ内蔵式電子時計は、外装ケースの二つの開口のうち、一方の開口をカバーガラスで塞がれ、他方の開口を裏蓋で塞がれ、アンテナ体は回路基板の前記カバーガラス側に配置され、前記無線通信回路は前記裏蓋側に配置されることが好ましい。この場合には、ＧＰＳモジュールなどの無線通信回路とアンテナ体の間に回路基板を介在させることができ、無線通信回路から発生するクロック信号などのインバンド（受信信号の帯域内）ノイズがアンテナ体に悪影響を及ぼすのを低減することができる。これによりアンテナ体の感度が劣化するのを低減することができる。

上記発明において、アンテナ体及び回路基板の電気長は、受信電波の１／４波長であることが好ましい。この場合には、アンテナ体及び回路基板の実質的なエレメント長を、例えばＧＰＳ衛星信号など、受信対象とする電波の１／４波長とすることにより、回路基板をアンテナ体のグランド板として機能させることができるとともに、受信対象とする電波に対し、適正な受信性能を維持することができる。なお、「電気長」とは、受信電波の波長に対する実質上の電気的なアンテナ長であり、アンテナ体の物理的なエレメント長と各エレメントの誘電率とから定まる。チップアンテナやパッチアンテナは誘電体を有するため、これらをアンテナ体として用いることにより、波長短縮によって小型化を図ることができる。また、回路基板も誘電体を含むため、回路基板の誘電率で波長短縮されたサイズの配線パターンを設ければよく、これにより小型化を図ることができる。

上記発明において、アンテナ内蔵式電子時計は、光発電用のソーラーパネルをさらに備え、ソーラーパネルは、前記時刻表示部の表示方向からみた平面視においてアンテナ体と重なる部分が切り欠いてあることが好ましい。この場合には、ソーラーパネルの光発電により電力の供給を得ることができる。このとき、受信電波に対し、ソーラーパネルとアンテナ体とが平面的に重なる部分を切り欠くことにより、ソーラーパネルが有する電極などの金属部分の影響で受信性能が劣化するのを回避することができる。なお、この切り欠き部分に、例えばカレンダー表示部分など、金属以外の材質で構成された部品を配置して有効に活用することができ、受信性能を維持しつつ、ソーラーパネルの面積を最大限確保して、発電量が低下するのを回避することができる。

上記発明において、裏蓋は金属製であることが好ましい。この場合には、金属製の裏蓋による反射により、時計表面における法線方向の放射が大きくなり、極めて高い受信性能が得られる。
また、上記発明においてアンテナ体はチップアンテナ又はパッチアンテナであることが好ましい。

本発明の第１実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計１００（電子時計１００）を含むＧＰＳシステムの全体図である。 電子時計１００の平面図である。 電子時計１００の一部断面図である。 電子時計１００の一部の分解斜視図である。 電子時計１００の回路構成を示すブロック図である。 電子時計１００における給電点の位置を示す平面図である。 電子時計１００の装着状態と給電点の位置との関係を示す説明図である。 電子時計１００のアンテナ体４０の放射パターンに関する座標係を示す斜視図である。 電子時計１００のアンテナ体４０のＸ−Ｙ平面における放射パターンを示す図である。 電子時計１００のアンテナ体４０のＺ−Ｙ平面における放射パターンを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電子時計２００の一部平面図である。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計２００（電子時計２００）の一部断面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態を、添付図面等を参照しながら詳細に説明する。ただし、各図において、各部の寸法及び縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計１００（以下「電子時計１００」という）を含むＧＰＳシステムの全体図である。電子時計１００は、ＧＰＳ衛星２０からの電波（無線信号）を受信して内部時刻を修正する腕時計であり、腕に接触する面（以下、「裏面」という）の反対側の面（以下「表面」という）に時刻を表示する。

ＧＰＳ衛星２０は、地球上空における所定の軌道上を周回する位置情報衛星であり、１．５７５４２ＧＨｚの電波（Ｌ１波）に航法メッセージを重畳させて地上に送信している。以降の説明では、航法メッセージが重畳された１．５７５４２ＧＨｚの電波を「衛星信号」という。衛星信号は、右旋偏波の円偏波である。

現在、約３１個のＧＰＳ衛星２０（図１においては、約３１個のうち４個のみを図示）が存在しており、衛星信号がどのＧＰＳ衛星２０から送信されたかを識別するために、各ＧＰＳ衛星２０はＣ／Ａコード（Coarse/Acquisition Code）と呼ばれる１０２３ｃｈｉｐ（１ｍｓ周期）の固有のパターンを衛星信号に重畳する。Ｃ／Ａコードは、各ｃｈｉｐが＋１又は−１のいずれかでありランダムパターンのように見える。したがって、衛星信号と各Ｃ／Ａコードのパターンの相関をとることにより、衛星信号に重畳されているＣ／Ａコードを検出することができる。

ＧＰＳ衛星２０は原子時計を搭載しており、衛星信号には原子時計で計時された極めて正確な時刻情報（以下、「ＧＰＳ時刻情報」という）が含まれている。また、地上のコントロールセグメントにより各ＧＰＳ衛星２０に搭載されている原子時計のわずかな時刻誤差が測定されており、衛星信号にはその時刻誤差を補正するための時刻補正パラメータも含まれている。電子時計１００は、１つのＧＰＳ衛星２０から送信された衛星信号を受信し、その中に含まれるＧＰＳ時刻情報と時刻補正パラメータを使用して内部時刻を正確な時刻に修正する。

衛星信号にはＧＰＳ衛星２０の軌道上の位置を示す軌道情報も含まれている。電子時計１００は、ＧＰＳ時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行うことができる。測位計算は、電子時計１００の内部時刻にはある程度の誤差が含まれていることを前提として行われる。すなわち、電子時計１００の３次元の位置を特定するためのｘ，ｙ，ｚパラメータに加えて時刻誤差も未知数になる。そのため、電子時計１００は、一般的には４つ以上のＧＰＳ衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信し、その中に含まれるＧＰＳ時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行う。

図２は、電子時計１００の平面図である。図２に示すように、電子時計１００は、セラミックやプラスチック等の非導電性部材で形成された円筒状の外装ケース８０を備え、外観上は、外装ケース８０の表面側周縁に、セラミックやプラスチック等の非導電性部材で形成された環状のベゼル８１が嵌合されている。このベゼル８１の内周側に、プラスチックで形成された環状のダイヤルリング８３を介して、円盤状の文字板１１が時刻表示部として配置され、この文字板１１上には、時刻や日付等を表示する指針１３（１３ａ〜ｃ）及び液晶表示パネル１４が配置されている。そして、外装ケース８０の表面側の開口は、ベゼル８１を介してカバーガラス８４で塞がれており、カバーガラス８４通じて、内部の文字板１１、指針１３（１３ａ〜ｃ）及び液晶表示パネル１４が視認可能となっている。なお、図２中において、液晶表示パネル１４に表示された"ＴＹＯ"の文字は、「東京」の意味であり、ワールドタイム機能の日本の時刻を表示している。

ダイヤルリング８３は、外周側が、ベゼル８１の内周面に接触する水平な環状部分となっているととともに、さらにその内周側が内方へ傾斜したすり鉢状部分となっている。このダイヤルリング８３の下方に地板３８が配置され、地板３８の下面側に、断面矩形状に形成したアンテナ体４０が収納されている。

このアンテナ体４０は、地板３８内に収納される駆動機構３０の周囲に配置され、誘電体表面に電極が形成されたチップアンテナであり、本実施形態では、アンテナ体４０の中心位置が文字板１１上の６時から１０時位置又は１２時から４時位置に配置されている。なお、地板３８の下面には、アンテナ体４０の平面形状に合致した形状の凹部３８ａが形成されており、アンテナ体４０は、この凹部３８ａ内に収納される。

また、電子時計１００は、図１及び図２に示す竜頭１６や操作ボタン１７及び１８を手動操作することにより、少なくとも１つのＧＰＳ衛星２０からの衛星信号を受信して内部時刻情報の修正を行うモード（時刻情報取得モード）と複数のＧＰＳ衛星２０からの衛星信号を受信して測位計算を行い内部時刻情報の時差を修正するモード（位置情報取得モード）に設定できるように構成されている。また、電子時計１００は、時刻情報取得モードや位置情報取得モードを定期的に（自動的に）実行することもできる。

図３は電子時計１００の内部構造を示す一部断面図であり、図４は電子時計１００の一部の分解斜視図である。図３及び４に示すように、電子時計１００は、セラミックで形成された円筒状の外装ケース８０の表面側に、セラミックで形成された環状のベゼル８１が嵌合されているとともに、ベゼル８１の内周に沿って、プラスチックで形成された環状のダイヤルリング８３が取り付けられている。外装ケース８０の二つの開口のうち、表面側の開口は、環状のベゼル８１を介してカバーガラス８４で塞がれており、裏面側の開口は金属で形成された裏蓋８５で塞がれている。金属製の裏蓋８５と金属製の外装ケース８０とは、スクリュー溝で固定されている。

また電子時計１００は、外装ケース８０の内側に、リチウムイオン電池などの二次電池２７を備える。二次電池２７は、後述のソーラーパネル８７が発電した電力で充電される。すなわち、光発電によるソーラー充電が行われる。電子時計１００は、外装ケース８０の内側に、光透過性の文字板１１と、文字板１１を貫通した指針軸１２と、指針軸１２を中心に周回して現在時刻を指し示す複数の指針１３（秒針１３ａ、分針１３ｂ及び時針１３ｃ）と、指針軸１２を回転させて複数の指針１３を駆動する駆動機構３０とを備える。指針軸１２は、外装ケース８０の中心軸に沿って表裏方向に延在している。

文字板１１は、外装ケース８０の内側で時刻を表示する時刻表示部を構成する円形の板材であり、プラスチックなどの光透過性の材料で形成され、カバーガラス８４との間に指針１３（１３ａ〜ｃ）を挟み、ダイヤルリング８３の内側に配置されている。文字板１１の中央部には、指針軸１２が貫通する穴が形成されているとともに、液晶表示パネル１４を視認させるための開口部１１ａが形成されている。

また電子時計１００は、外装ケース８０の内側に、光発電を行うソーラーパネル８７を備える。ソーラーパネル８７は、光エネルギーを電気エネルギー（電力）に変換する複数のソーラーセル（光発電素子）を直列接続した円形の平板であり、文字板１１と駆動機構３０との間に配置され、指針軸１２の横断面に沿って延在している。またソーラーパネル８７は、その延在方向において、ダイヤルリング８３の内側に配置されている。またソーラーパネル８７の中央部には、指針軸１２が貫通する穴が形成されているとともに、液晶表示パネル１４を視認させるための開口部８７ａが形成されている。

駆動機構３０は、地板３８に取り付けられ、ステップモーターと歯車などの輪列とを有し、当該ステップモーターが当該輪列を介して指針１３を回転させることにより、複数の指針１３を駆動する。具体的には、時針１３ｃは１２時間、分針１３ｂは６０分、秒針１３ａは６０秒で一周する。また、駆動機構３０が取り付けられた地板３８は、指針１３との間に文字板１１を挟むように配置されている。

また電子時計１００には、外装ケース８０の内側に回路基板２５を備え、この回路基板２５には、裏蓋８５側に配置されたＧＰＳ受信部（無線通信回路）２６及び制御部７０とを備え、アンテナ体４０からの信号をＧＰＳ受信部２６で受信して無線通信を行う。

そして、電子時計１００には、回路基板２５に接続された、断面矩形状のアンテナ体４０を備える。このアンテナ体４０は、チップアンテナであり、例えば、巻線構造からなるヘリカルアンテナや、波長短縮のためのセラミックの誘電体上にパターン形成された逆Ｆアンテナである。本実施形態において、アンテナ体４０は、回路基板２５上のカバーガラス８４側に実装され、回路基板２５と略平行な同一平面内に配置されており、グランド板として機能する回路基板２５と組み合わせることで、全体としてアンテナとして機能するようになっている。なお、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、アンテナ体４０の中心位置は、立体形状の中心を指し、このアンテナ体４０の中心位置、又はアンテナ体４０と回路基板２５との接合面が、板状の回路基板２５を含む平面内に配置されていればよく、アンテナ体４０が回路基板２５上に直接実装される形態の他、回路基板２５とは別の基板上に実装したり、アンテナ体４０を回路基板２５と他の基板とに跨って実装するようにしてもよい。

ここで、アンテナ体４０の電気長は、衛星信号の１／４波長となっており、回路基板２５についてもグランド板としての機能を果たすために誘電体を含んでおり、その電気長が衛星信号の１／４波長となっている。なお、「電気長」とは、衛星信号の波長に対する実質上の電気的なアンテナ長であり、アンテナ体の物理的なエレメント長と各エレメントの誘電率とから定まる。また、誘電体としては、酸化チタンなどの高周波で使える誘電材料を樹脂に混ぜて成形することができ、これにより誘電体の波長短縮と相俟ってアンテナ体４０及び回路基板２５を小型化できる。
なお、本実施形態において、アンテナ体４０への給電は回路基板２５から接続線を介して行われる。

図５は、電子時計１００の回路構成を示すブロック図である。図５に示すように、電子時計１００は、ＧＰＳ受信部２６及び制御表示部３６を含んで構成されている。ＧＰＳ受信部２６は、衛星信号の受信、ＧＰＳ衛星２０の捕捉、位置情報の生成、時刻修正情報の生成等の無線通信処理を行う。制御表示部３６は、内部時刻情報の保持及び内部時刻情報の修正等の処理を行う。

ソーラーパネル８７は、充電制御回路２９を通じて二次電池２７を充電する。電子時計１００はレギュレータ３４及び３５を備え、二次電池２７は、レギュレータ３４を介して制御表示部３６に、レギュレータ３５を介してＧＰＳ受信部２６に駆動電力を供給する。また電子時計１００は、二次電池２７の電圧を検出する電圧検出回路３７を備える。なお、レギュレータ３５に代えて、例えば、ＲＦ部５０（詳細は後述）に駆動電力を供給するレギュレータ３５−１と、ベースバンド部６０（詳細は後述）に駆動電力を供給するレギュレータ３５−２（ともに図示せず）とに分けて設けてもよい。レギュレータ３５−１は、ＲＦ部５０の内部に設けてもよい。

また電子時計１００は、アンテナ体４０、及びＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ３２を含む。アンテナ体４０は、図１で説明したように、複数のＧＰＳ衛星２０からの衛星信号を受信する。ただし、アンテナ体４０は衛星信号以外の不要な電波も若干受信してしまうため、ＳＡＷフィルタ３２は、アンテナ体４０が受信した信号から衛星信号を抽出する処理を行う。すなわち、ＳＡＷフィルタ３２は、１．５ＧＨｚ帯の信号を通過させるバンドパスフィルタとして構成される。

また、ＧＰＳ受信部２６は、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）部５０とベースバンド部６０を含んで構成されている。以下に説明するように、ＧＰＳ受信部２６は、ＳＡＷフィルタ３２が抽出した１．５ＧＨｚ帯の衛星信号から航法メッセージに含まれる軌道情報やＧＰＳ時刻情報等の衛星情報を取得する処理を行う。

ＲＦ部５０は、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）５１、ミキサ５２、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）５３、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路５４、ＩＦアンプ５５、ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）フィルタ５６、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）５７等を含んで構成されている。

ＳＡＷフィルタ３２が抽出した衛星信号は、ＬＮＡ５１で増幅される。ＬＮＡ５１で増幅された衛星信号は、ミキサ５２でＶＣＯ５３が出力するクロック信号とミキシングされて中間周波数帯の信号にダウンコンバートされる。ＰＬＬ回路５４は、ＶＣＯ５３の出力クロック信号を分周したクロック信号と基準クロック信号を位相比較してＶＣＯ５３の出力クロック信号を基準クロック信号に同期させる。その結果、ＶＣＯ５３は基準クロック信号の周波数精度の安定したクロック信号を出力することができる。なお、中間周波数として、例えば、数ＭＨｚを選択することができる。

ミキサ５２でミキシングされた信号は、ＩＦアンプ５５で増幅される。ここで、ミキサ５２でのミキシングにより、中間周波数帯の信号とともに数ＧＨｚの高周波信号も生成される。そのため、ＩＦアンプ５５は、中間周波数帯の信号とともに数ＧＨｚの高周波信号も増幅する。ＩＦフィルタ５６は、中間周波数帯の信号を通過させるとともに、この数ＧＨｚの高周波信号を除去する（正確には、所定のレベル以下に減衰させる）。ＩＦフィルタ５６を通過した中間周波数帯の信号はＡＤＣ（Ａ／Ｄ変換器）５７でデジタル信号に変換される。

ベースバンド部６０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６２、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）６３、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）６４を含んで構成されている。また、ベースバンド部６０には、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）６５やフラッシュメモリ６６等が接続されている。

温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）６５は、温度に関係なくほぼ一定の周波数の基準クロック信号を生成する。フラッシュメモリ６６には、例えば時差情報が記憶されている。時差情報は、時差データ（座標値（例えば、緯度及び経度）に関連づけられたＵＴＣに対する補正量等）が定義された情報である。

ベースバンド部６０は、時刻情報取得モード又は位置情報取得モードに設定されると、ＲＦ部５０のＡＤＣ５７が変換したデジタル信号（中間周波数帯の信号）からベースバンド信号を復調する処理を行う。

また、ベースバンド部６０は、時刻情報取得モード又は位置情報取得モードに設定されると、後述する衛星検索工程において、各Ｃ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードを発生し、ベースバンド信号に含まれる各Ｃ／Ａコードとローカルコードの相関をとる処理を行う。そして、ベースバンド部６０は、各ローカルコードに対する相関値がピークになるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が閾値以上となる場合にはそのローカルコードのＧＰＳ衛星２０に同期（すなわち、ＧＰＳ衛星２０を捕捉）したものと判断する。ここで、ＧＰＳシステムでは、すべてのＧＰＳ衛星２０が異なるＣ／Ａコードを用いて同一周波数の衛星信号を送信するＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を採用している。したがって、受信した衛星信号に含まれるＣ／Ａコードを判別することで、捕捉可能なＧＰＳ衛星２０を検索することができる。

また、ベースバンド部６０は、時刻情報取得モード又は位置情報取得モードにおいて、捕捉したＧＰＳ衛星２０の衛星情報を取得するために、当該ＧＰＳ衛星２０のＣ／Ａコードと同一のパターンのローカルコードとベースバンド信号をミキシングする処理を行う。ミキシングされた信号には、捕捉したＧＰＳ衛星２０の衛星情報を含む航法メッセージが復調される。そして、ベースバンド部６０は、航法メッセージの各サブフレームのＴＬＭワード（プリアンブルデータ）を検出し、各サブフレームに含まれる軌道情報やＧＰＳ時刻情報等の衛星情報を取得する（例えばＳＲＡＭ６３に記憶する）処理を行う。ここで、ＧＰＳ時刻情報は、週番号データ（ＷＮ）及びＺカウントデータであるが、以前に週番号データが取得されている場合にはＺカウントデータのみであってもよい。
そして、ベースバンド部６０は、衛星情報に基づいて、内部時刻情報を修正するために必要な時刻修正情報を生成する。

時刻情報取得モードの場合、より具体的には、ベースバンド部６０は、ＧＰＳ時刻情報に基づいて測時計算を行い、時刻修正情報を生成する。時刻情報取得モードにおける時刻修正情報は、例えば、ＧＰＳ時刻情報そのものであってもよいし、ＧＰＳ時刻情報と内部時刻情報との時間差の情報であってもよい。

一方、位置情報取得モードの場合、より具体的には、ベースバンド部６０は、ＧＰＳ時刻情報や軌道情報に基づいて測位計算を行い、位置情報（より具体的には、受信時に電子時計１００が位置する場所の緯度及び経度）を取得する。さらに、ベースバンド部６０は、フラッシュメモリ６６に記憶されている時差情報を参照し、位置情報により特定される電子時計１００の座標値（例えば、緯度及び経度）に関連づけられた時差データを取得する。このようにして、ベースバンド部６０は、時刻修正情報として衛星時刻データ（ＧＰＳ時刻情報）及び時差データを生成する。位置情報取得モードにおける時刻修正情報は、上記の通り、ＧＰＳ時刻情報と時差データそのものであってもよいが、例えば、ＧＰＳ時刻情報の代わりに内部時刻情報とＧＰＳ時刻情報の時間差のデータであってもよい。
なお、ベースバンド部６０は、１つのＧＰＳ衛星２０の衛星情報から時刻修正情報を生成してもよいし、複数のＧＰＳ衛星２０の衛星情報から時刻修正情報を生成してもよい。

また、ベースバンド部６０の動作は、温度補償回路付き水晶発振回路（ＴＣＸＯ）６５が出力する基準クロック信号に同期する。ＲＴＣ６４は、衛星信号を処理するためのタイミングを生成するものである。このＲＴＣ６４は、ＴＣＸＯ６５から出力される基準クロック信号でカウントアップされる。また、ベースバンド部６０に設けられたＲＴＣ６４は、ＧＰＳ衛星２０の衛星情報を受信中にのみ動作し、ＧＰＳ時刻情報を保持する。

制御表示部３６は、制御部７０、駆動回路７４及び水晶振動子７３を含んで構成されている。
制御部７０は、記憶部７１、ＲＴＣ（Real Time Clock）７２を備え、各種制御を行う。制御部７０は、例えばＣＰＵで構成することが可能である。
制御部７０は、制御信号をＧＰＳ受信部２６に送り、ＧＰＳ受信部２６の受信動作を制御する。また制御部７０は、電圧検出回路３７の検出結果に基づいて、レギュレータ３４及びレギュレータ３５の動作を制御する。また制御部７０は、駆動回路７４を介してすべての指針の駆動を制御する。

記憶部７１には内部時刻情報が記憶されている。ＲＴＣ７２は、常時動作し、時刻表示のための内部時刻を計時し内部時刻情報を生成する。内部時刻情報は、電子時計１００の内部で計時される時刻の情報であり、水晶振動子７３によって生成される基準クロック信号によって更新される。したがって、ＧＰＳ受信部２６への電力供給が停止されていても、内部時刻情報を更新して指針の運針を継続することができるようになっている。

制御部７０は、時刻情報取得モードに設定されると、ＧＰＳ受信部２６の動作を制御し、ＧＰＳ時刻情報に基づいて内部時刻情報を修正して記憶部７１に記憶する。より具体的には、内部時刻情報は、取得したＧＰＳ時刻情報にＵＴＣオフセットを加算することで求められるＵＴＣ（協定世界時）に修正される。また、制御部７０は、位置情報取得モードに設定されると、ＧＰＳ受信部２６の動作を制御し、衛星時刻データ（ＧＰＳ時刻情報）及び時差データに基づいて、内部時刻情報を修正して記憶部７１に記憶する。

以上説明したように、電子時計１００では、アンテナ体４０及び回路基板２５が一対となり、全体としてアンテナとして機能する。このときアンテナ体４０及び回路基板２５の電気長を、衛星信号の１／４波長とすることにより、受信対象とする衛星信号に対し、適正な受信性能を維持することができる。また、本実施形態においてアンテナ体４０は、誘電体を有するチップアンテナであるため、誘電体の波長短縮によって小型化を図ることができる。また、回路基板２５も誘電体を含むため、その誘電体の誘電率で波長短縮されたサイズの配線パターンを設ければよく、これにより小型化を図ることができる。

特に、本実施形態に係る電子時計１００では、その放射指向性が、回路基板２５の中心から見てアンテナ体４０の中心位置がある方向が最大放射方向となることから、アンテナ体４０の中心を６時から１０時の範囲又は１２時から４時の範囲に配置することにより、装着者が腕時計をした腕を下げているか或いは手を身体の前に位置させた姿勢のときに、アンテナ利得の大きい方向が天頂方向と一致することとなり、受信性能が十分に発揮される。なお、本発明において、アンテナ体４０の中心位置とは、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、立体形状の中心位置を示す。

詳述すると、衛星信号は屋内では受信できないことから、腕時計を腕に装着して屋外にいる間に受信を行うこととなり、その際、着用者は、腕を下げているか或いは手を身体の前に位置させた姿勢でいることが多い。そのため、図６（ｃ）及び図７に示すように、電子時計１００の６時〜１０時位置が天頂方向を向く確率が高くなる。本実施形態に係る電子時計１００では、アンテナ体４０の中心位置が６時〜１０時位置、若しくはそれと同じ性能が得られる１２時〜４時の位置となっていることから、衛星受信の際、アンテナ利得が大きい方向が、天頂方向に向いている確率が高くなる。

図８〜図１０は、アンテナ体４０及び回路基板２５によって構成されるアンテナの放射パターンの説明図である。なお、図８は、アンテナ体４０と回路基板２５とを中心とした座標系を示す説明図であり、回路基板２５の中心点を原点とし、時計表面を含む水平面をＸ−Ｙ平面とし、アンテナ体４０の中心位置をＸ軸上に設置した状態を示している。図９に示す放射パターンは、図８に示したＸ−Ｙ平面における放射パターンであり、原点付近のＸ軸上にアンテナ体４０及び回路基板２５が位置されている。図１０に示す放射パターンは、Ｚ−Ｙ平面における放射パターンであり、原点上にアンテナ体４０の中心位置が配置されている。なお、図１０において、実線は裏蓋がある場合の放射パターンであり、波線は裏蓋がない場合の放射パターンである。

図９に示すように、Ｘ軸上にアンテナ体４０及び回路基板２５を位置させた場合、Ｘ軸方向が最大放射方向となりアンテナ利得が最大となっており、Ｙ軸方向はヌル値となりアンテナ利得は低くなっている。したがって、本発明のように、アンテナ体４０の中心位置を６時〜１０時又は１２時〜４時の範囲に位置させることにより、腕時計を腕に装着して屋外にいる間に受信を行う場合に、人間工学上、着用者が多くとる姿勢で、アンテナ体４０の放射指向性を最大とすることができる。

図１０では、金属裏蓋の有無でアンテナ放射パターンの比較を行っている。Ｙ−Ｚ平面で、金属裏蓋があると反射で文字板方向（Ｚ軸）の放射が大きくなり、時計表面を頂点に向けた場合には、望ましいアンテナ特性を得られることが判る。なお、ケースが金属製である場合に、アンテナに近過ぎると、そのアンテナ特性が劣化するが、本実施形態において外装ケース８０は非導電性部材であることからそのような影響はなく、裏蓋８５は、回路基板２５などにより隔てられており、アンテナ体４０と適度な距離があるため、アンテナ特性を劣化させることなく反射板として有効に機能させることができる。

なお、本実施形態において、誘電体表面に電極を形成した板状のアンテナ体としたが、本発明は、これに限定するものではなく、例えば、直線偏波で動作する長方形状のパッチアンテナを用いてもよい。パッチアンテナとしては、逆Ｆ型アンテナ、逆Ｌ型アンテナのエレメントの形を、絶縁物の基板上に貼り付けた金属にエッチングして形成されたものを用いることができる。パッチアンテナの場合、アンテナ下面にグランド面が必要となるので回路基板２５のパターンはアンテナ下面で拡げられる。

また、前記側面部の二つの開口のうち、前記時刻表示部の表示方向と反対側の開口を塞ぐ金属製の裏蓋を備えるため、金属製の裏蓋による反射により、時計表面における法線方向の放射が大きくなり、極めて高い受信性能が得られる。

以上より、本発明によれば、ＧＰＳにおける衛星信号の受信に際し、屋外における装着者の姿勢などの人間工学に基づいて実用上最適なアンテナ指向性を得ることができ、アンテナの小型化を図りつつ、受信性能を十分に高く維持することができる。

［第２実施形態］
図１１は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計２００（電子時計２００）の一部平面図であり、図１２は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計２００（電子時計２００）の一部断面図である。電子時計２００は、ソーラーパネル８８の、アンテナ体４０の位置に対応した箇所に切欠部８８ａを備える点で電子時計１００と相違する。

具体的には、図１１に示すように、本実施形態では、ソーラーパネル８８には、アンテナ体４０と平面的に重なる部分を切り欠いて切除した、切欠部８８ａが設けられている。この切欠部８８ａの下方には、アンテナ体４１が配置されており、アンテナ体４０とソーラーパネル８８を平面的に重ならないようになっている。なお、この切欠部８８ａには、プラスチックで形成され、カレンダーを表示する日車１５を配置してもよい。日車１５は、リング状の板部材であり、図１１において、紙面に垂直な面内において回転するようになっている。

アンテナ体４１は、セラミックなどの誘電体であるが、誘電体を混ぜたプラチックを用いたインサート成形で形成するようにしてもよい。なお、本実施形態では、断面矩形状の誘電体の表面に、給電点となるアンテナ電極が一体的に形成されており、一方の電極が、地板３８又は外装ケース８０の内側面に接触し、他方の電極が回路基板２５に接触している。

そして、この第２実施形態では、外装ケース８０を金属で形成し、外装ケース８０及び金属製の裏蓋８５をグランド板として機能させる。すなわち、ＧＰＳ受信部２６のグランド電位を金属製の外装ケース８０を通じて裏蓋８５に接続させる。アンテナ体４１に対する給電は、アンテナ体４１表面のアンテナ電極を回路基板２５を通じて不平衡給電を行う。

以上の説明から明らかなように、電子時計２００によれば、電子時計１００と同様の効果が得られる。さらなる効果としては、アンテナ体４０とソーラーパネル８８とが平面的に重ならない構成となっているため、ソーラーパネルの下面に備えられた厚み数μmのアルミ電極の影響による受信性能の劣化を防止することができる。また、ソーラーパネル８８の面積を最大限確保して発電量を増やすことができる。

本実施形態では、アンテナ体４１の方側のアンテナ電極（給電点）を通じて、外装ケース８０や裏蓋８５をグランド板として機能させることから、回路基板２５に接続する給電点を１個とさせることができ、構造が簡単になりコストダウンを図ることができるとともに、給電点を配置する位置の自由度を高めることができる。

１００，２００…アンテナ内蔵式電子時計（電子時計）、４０，４１…アンテナ体、１１…文字板、１２…指針軸、１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）…指針、２５…回路基板、２６…ＧＰＳ受信部、３０…駆動機構、８０…外装ケース、８１…ベゼル、８４…カバーガラス、８５…裏蓋、８７、８８…ソーラーパネル。

Claims (6)

1. 少なくとも一部が非導電性部材で形成された筒状の外装ケースと、
   前記外装ケースの内側で時刻を表示する時刻表示部と、
   前記外装ケースに収納され、無線通信を行う無線通信回路が配置された回路基板と、
   前記外装ケースに収納され、前記回路基板に接続され、前記無線通信回路から不平衡給電されるアンテナ体とを備え、
   前記アンテナ体の中心位置が、前記時刻表示部の６時から１０時の範囲又は１２時から４時の範囲に配置されている
   ことを特徴とするアンテナ内蔵式電子時計。
2. 前記アンテナ内蔵式電子時計は、前記外装ケースの二つの開口のうち、一方の開口をカバーガラスで塞がれ、他方の開口を裏蓋で塞がれ、
   前記アンテナ体は前記回路基板の前記カバーガラス側に配置され、前記無線通信回路は前記裏蓋側に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ内蔵式電子時計。
3. 前記アンテナ体及び前記回路基板の電気長は、受信電波の１／４波長であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ内蔵式電子時計。
4. 前記アンテナ内蔵式電子時計は、光発電用のソーラーパネルをさらに備え、
   前記ソーラーパネルは、前記時刻表示部の表示方向からみた平面視において前記アンテナ体と重なる部分が切り欠いてあることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のアンテナ内蔵式電子時計。
5. 前記裏蓋は金属製であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のアンテナ内蔵式電子時計。
6. 前記アンテナ体はチップアンテナ又はパッチアンテナであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のアンテナ内蔵式電子時計。
   

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