JP2012013627A - 電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】電波を受信して情報を表示する電子時計において、金属製のケースを採用しつつ、機能表示を犠牲にすることなく、アンテナの感度劣化を十分に小さく抑制する。
【解決手段】電子時計１００は、表面２ａに時刻が表示される文字板２と、平面アンテナ１１と、金属製のケース３とを備える。平面アンテナ１１は、文字板２に直交する方向において文字板２に重なるように文字板２の裏面２ｂ側に配置され、文字板２の延在方向に延在し、文字板２を透過した電波を受信する。ケース３は、文字板２の延在方向において文字板２と平面アンテナ１１とを囲む壁３１を有する。平面アンテナ１１及びケース３は、文字板２の延在方向において、側辺距離ｂがアンテナ深さａの１倍以上２倍以下となるように相対配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばＧＰＳ衛星等の位置情報衛星から送信される電波を受信して情報を表示する電子時計に関する。

自己位置を測位するためのＧＰＳ（Global Positioning System）では、地球を周回する軌道を有するＧＰＳ衛星（位置情報衛星）が用いられる。ＧＰＳ衛星は、原子時計を備え、この原子時計で計時される時刻（ＧＰＳ時刻）を示す時刻情報（ＧＰＳ時刻情報）を含む衛星信号を送信する。ＧＰＳ時刻は、すべてのＧＰＳ衛星で同一であり、ＧＰＳ時刻とＵＴＣ（協定世界時）との差であるＵＴＣオフセット（現在は＋１５秒）で補正することでＵＴＣとなる。したがって、ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信してＧＰＳ時刻を取得し、取得したＧＰＳ時刻をＵＴＣオフセットで補正すれば、ＵＴＣを得ることができる。

衛星信号等のマイクロ波（極超短波帯の電波）は、波長が短いため、金属の影響を受け易い。そのため、ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信して現在の時刻を求める電子時計（以降、「ＧＰＳ時計」と称する）では、プラスティック製のケースを用いるのが一般的である。しかし、プラスティックケースでは、高級感を出し難い。傷が付き易いという問題もある。そこで、電子時計のケースとして金属製のケースを採用しつつ、マイクロ波への影響を低減する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、アンテナを金属製のケース外に配置したＧＰＳ時計が開示されており、特許文献２には、アンテナを金属製のケース内かつ表示部の背後に配置し、表示部をスライド可能としたＧＰＳ時計が開示されている。

特開２００１−２７６８０号公報 特開２０００−１４７１６９号公報

しかし、特許文献１に記載のＧＰＳ時計では、アンテナがケースの上面に配置されるから、機能表示（例えば、日付の表示）に使用可能な面積が狭くなり、表示のバランスが欠けてしまう。一方、特許文献２に記載のＧＰＳ時計では、アンテナが金属製のケース内に配置されるから、ケースとアンテナとの配置によっては、アンテナの感度が著しく劣化する虞がある。また、特許文献２には、アンテナの感度劣化を十分に小さく抑制するための配置は開示されていない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、電波を受信して情報を表示する電子時計において、金属製のケースを採用しつつ、機能表示を犠牲にすることなく、アンテナの感度劣化を十分に小さく抑制することを解決課題とする。

以上の課題を解決するため、本発明に係る電子時計は、電波を受信して情報を表示する電子時計において、表面に時刻が表示される文字板と、前記文字板に直交する垂直方向において前記文字板に重なるように前記文字板の裏面側に配置され、前記文字板の延在方向に延在し、前記文字板を透過した前記電波を受信する平面アンテナと、前記延在方向において領域を囲む壁を有し、前記領域内に前記文字板と前記平面アンテナとを収容する金属製のケースとを備え、前記壁は、前記表面側の上面と前記裏面側の底面とを有し、前記平面アンテナ及び前記ケースは、前記延在方向において、前記平面アンテナの側辺と前記壁との間の側辺距離が、前記垂直方向における前記上面と前記平面アンテナとの距離の１倍以上２倍以下となるように相対配置されていることを特徴とする。

この電子時計では、平面アンテナが文字板の裏面側に配置されるから、機能表示を犠牲にせずに済む。また、平面アンテナとケースとが上述のように相対配置されるから、ケースが金属製であるにも関わらず、アンテナの感度劣化を十分に小さく抑制することができる。すなわち、本発明によれば、電波を受信して情報を表示する電子時計において、金属製のケースを採用しつつ、機能表示を犠牲にすることなく、アンテナの感度劣化を十分に小さく抑制することができる。

なお、極超短波帯の周波数の電波（マイクロ波）などの周波数が３００ＭＨｚ以上の電波は金属の影響を受け易いから、アンテナの感度劣化の抑制効果は、周波数が３００ＭＨｚ以上の電波を受信する場合に特に顕著となる。また、「金属製」は、金属材料を含むことを意味する。したがって、「金属製のケース」には、金属材料のみで形成されたケースのみならず、金属材料および非金属材料で形成されたケースも含まれる。また、「側辺距離」は、文字板の延在方向における平面アンテナの側辺と壁との距離のうち最短の距離である。「側辺と壁との距離」は、文字板の延在方向における距離であり、側辺に直交する方向での側辺と壁との最短距離である。

また、平面アンテナとしては、様々な偏波を受信可能なマイクロストリップアンテナが好ましい。例えば、マイクロストリップアンテナは、ＧＰＳ衛星からの円偏波を受信することができる。さらに、前記平面アンテナが、前記延在方向における形状が正方形の電極を備えるようにしてもよい。この場合、前記側辺距離の平面アンテナ側の基点となる側辺を、前記電極の側辺とすることができる。あるいは、前記平面アンテナが、前記延在方向における形状が正方形の誘電体を備えるようにしてもよい。この場合、側辺距離の平面アンテナ側の基点となる側辺を、前記電極の側辺とすることができる。

また、上述した各種の態様において、前記垂直方向において前記文字板と前記平面アンテナとの間に配置され、前記延在方向に延在する光発電素子を備え、前記延在方向において、前記平面アンテナは正方形であり、前記平面アンテナと前記光発電素子との最短距離は、前記平面アンテナの側辺の長さの０．２倍以上であるようにしてもよい。この態様によれば、光発電式の電子時計において、上述した各種の効果を得ることができる。正方形の平面アンテナの採用は、歩留まりの観点からも好ましい。

ところで、腕時計は手首に装着される。したがって、電子時計が腕時計の場合には、６時方向からの電波は１２時方向からの電波に比較して、人体で遮られる可能性が高くなる。例えば、利用者が、腕時計を装着した腕の肘を曲げて文字板の表面を眺める場合、この表面の６時方向には利用者の体幹が位置し、この体幹などの人体によって６時方向からの電波が遮られ易い。したがって、平面アンテナの実効的な感度を高く維持する観点では、６時方向よりも１２時方向からの電波を受信し易い構成とするのが好ましい。この構成の具体例としては、前記平面アンテナを、前記領域の周縁部のうち前記表面の６時の位置に対応する部分に配置して１２時側にスペースを設けた構成が挙げられる。

また、一般に、腕時計は左手首に装着される。したがって、電子時計が腕時計の場合には、９時方向からの電波は３時方向からの電波に比較して、人体で遮られる可能性が高くなる。例えば、利用者が、腕時計を装着した左腕の肘を曲げて文字板の表面を眺める場合、この表面の９時方向には利用者の左肩が位置し、この左肩などの人体によって９時方向からの電波が遮られ易い。したがって、平面アンテナの実効的な感度を向上させる観点では、９時方向よりも３時方向からの電波を受信し易い構成とするのが好ましい。この構成の具体例としては、前記平面アンテナを、前記領域の周縁部のうち前記表面の９時の位置に対応する部分に配置して３時側にスペースを設けた構成が挙げられる。

なお、上述した各種の態様において、前記電波は位置情報衛星から送信された衛星信号であり、前記衛星信号に基づいて前記時刻を取得する時刻取得部を備えるようにしてもよい。位置情報衛星としてはＧＰＳ衛星を例示可能である。ＧＰＳ衛星からの衛星信号には正確な時刻情報（ＧＰＳ時刻情報）が含まれるから、この衛星信号に基づいて正確な時刻を取得することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る電子時計１００の外観を示す図である。 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の一部の構造を示す図である。 電子時計１００の平面アンテナ１１の感度劣化と側辺距離ｂとの関係を示す図である。 平面アンテナ１１の構造例を示す斜視図である。 側辺距離ｂを詳細に説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る電子時計２００の一部の構造を示す図である。 ソーラーセル５１と平面アンテナ１１との相対配置を示す図である。 ソーラーセル５１のＡ−Ａ線断面図である。 電子時計２００の平面アンテナ１１の感度劣化と平面距離ｄとの関係を示す図である。

以下、この発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、各図において、各部の寸法および縮尺は、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。また、本発明の範囲には、以下に述べる実施の形態はもちろん、実施の形態を変形して得られる各種の形態や、これらの形態を適宜に組み合わせて得られる各種の形態も含まれうる。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る電子時計１００の構成について説明する。
図１は、電子時計１００の外観を示す図である。この図から明らかなように、電子時計１００は、時刻を計時して表示する腕時計であり、文字板２と、文字板２の表面２ａ側に設けられた指針１と、文字板２を収容する金属製のケース３とを備える。文字板２は、マイクロ波を透過させる非金属材料（例えばプラスティック）で形成されている。指針１は、文字板２を貫通した回転軸５を中心に回転する時針１ａ及び分針１ｂを備え、これらの針の回転位置によって文字板２の表面２ａに時刻を表示する。なお、指針１が秒針をも備えるようにしてもよい。

文字板２の表面２ａには、回転位置を示す数字が描かれている。これらの数字のうち、「３」は３時の位置、「６」６時の位置、「９」９時の位置、「１２」は１２時の位置を示す。以降の説明では、文字板２の延在方向において、回転軸５から３時の位置への方向を「３時方向」と称し、回転軸５から６時の位置への方向を「６時方向」と称し、回転軸５から９時の位置への方向を「９時方向」と称し、回転軸５から１２時の位置への方向を「１２時方向」と称する。

また、以降の説明では、電子時計１００の内部で計時される時刻を「内部時刻」と称し、文字板２の表面２ａに表示される時刻を「表示時刻」と称する。内部時刻はＵＴＣであり、表示時刻は地方時であるが、これに限るものではない。例えば、内部時刻をＵＴＣ以外の時刻としてもよいし、表示時刻を地方時以外の時刻としてもよいし、内部時刻と表示時刻とを同一としてもよい。

電子時計１００は左手首への装着を想定して設計されており、ケース３の右側（３時方向）には、利用者に操作される操作部４が設けられている。操作部４は、ボタン４ａ，４ｂ及びリューズ４ｃを備える。ボタン４ａ，４ｂ及びリューズ４ｃは、それぞれの操作に応じた操作信号を出力する。

電子時計１００は、地球の上空を所定の軌道で周回している複数のＧＰＳ衛星６からの衛星信号（航法メッセージが重畳された１．５７５４２ＧＨｚのマイクロ波（Ｌ１波））を受信可能である。ＧＰＳ衛星６は時刻を計時する原子時計を搭載しており、衛星信号には、ＧＰＳ衛星６の軌道上の位置を示す軌道情報や、原子時計で計時された極めて正確な時刻（ＧＰＳ時刻）を示す時刻情報（ＧＰＳ時刻情報）などが含まれている。

電子時計１００は、少なくとも一つのＧＰＳ衛星６からの衛星信号に基づいて内部時刻の修正（誤差修正）を行ったり、少なくとも四つのＧＰＳ衛星６からの衛星信号に基づいて現在地を測位し、この現在地から特定される時差と少なくとも一つのＧＰＳ衛星６からの衛星信号とに基づいて表示時刻の修正（時差修正）を行ったりする。

図２は、電子時計１００の回路構成を示すブロック図である。図２に示すように、電子時計１００は、操作部４の他に、受信回路１０と平面アンテナ１１と制御部２０と図示しない電池（後述の電池４４）とを備える。制御部２０は、ＣＰＵ（中央処理装置）２１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２と、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）２３と、駆動回路２４とを備える。受信回路１０、操作部４、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＥＥＰＲＯＭ２３及び駆動回路２４は、データバス３５に接続されている。

平面アンテナ１１は、マイクロストリップアンテナ（バッチアンテナ）であり、極超短波帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）の電波（円偏波）を受信して衛星信号を出力する。受信回路１０は、一般的なＧＰＳ受信モジュールであり、平面アンテナ１１を介して衛星信号を受信する。すなわち、平面アンテナ１１から出力された衛星信号を処理して軌道情報やＧＰＳ時刻情報などを取得し、取得した情報に基づいてＧＰＳ時刻を示す時刻情報を生成して出力する。また、受信回路１０は、一定の時間内に少なくとも四つのＧＰＳ衛星６から衛星信号を受信すると、取得した情報に基づいて現在地を示す位置情報を生成して出力する。

駆動回路２４は、ＣＰＵ２１に制御され、指針１を駆動する駆動機構３２に駆動信号を供給する。駆動機構３２は、駆動回路２４から供給された駆動信号で駆動されるステップモータや輪列などを備え、回転軸５を介して指針１を駆動する。ＥＥＰＲＯＭ２３には、ＣＰＵ２１に実行されるプログラムや、ＵＴＣオフセットなどが記憶されている。また、ＥＥＰＲＯＭ２３には、ＵＴＣに対する時差を示す時差データが地域（タイムゾーン）に対応付けて記憶されている。ＲＡＭ２２は、内部時刻を示す内部時刻情報や、現在の時差データである現在時差データなどを記憶する。

ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２２をワークメモリとして、ＥＥＰＲＯＭ２３に記憶されているプログラムを実行することにより、内部時刻の計時や、表示時刻の表示、誤差修正、時差修正などを行う。内部時刻の計時では、ＣＰＵ２１は、図示しないＸＯ（水晶発振回路）からのクロック信号に基づいて内部時刻情報を更新する。表示時刻の表示では、ＣＰＵ２１は、内部時刻情報と現在時差データとの一方又は両方が更新されると、内部時刻情報と現在時差データとに基づいて表示時刻（地方時）を取得し、この表示時刻が表示されるように駆動回路２４を制御する。

誤差修正では、ＣＰＵ２１は、受信回路１０から時刻情報が出力されると、この時刻情報とＵＴＣオフセットとに基づいてＵＴＣを取得し、取得したＵＴＣを示すように内部時刻情報を更新する。誤差修正は、例えば、予め定められた時間間隔（例えば１日）で間欠的に実行される一方、操作部４の特定の操作（第１の操作）を契機として実行される。なお、受信した衛星信号からＵＴＣオフセットを取得する構成としてもよい。

時差修正では、ＣＰＵ２１は、誤差修正を行う一方、受信回路１０から位置情報が出力されると、この位置情報で示される位置が属する地域に対応する時差データを現在時差データとする。時差修正は、例えば、操作部４の特定の操作（第２の操作）を契機として実行される。なお、第１の操作と第２の操作とは互いに異なる。
以上の説明から明らかなように、受信回路１０及びＣＰＵ２１は、ＧＰＳ衛星６からの衛星信号に基づいて時刻を取得する時刻取得部として機能する。

図３は、電子時計１００の一部の構造を示す図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は一部断面図である。図３に示すように、ケース３はステンレス鋼（ＳＵＳ）で筒状に形成されており、その軸方向は文字板２に直交する。文字板２は、表面２ａと裏面２ｂとを有する。ケース３の二つの開口のうち、表面２ａ側の開口には表面ガラス４１が取り付けられ、裏面２ｂ側の開口には裏蓋４２が取り付けられる。すなわち、ケース３は、ケース３、表面ガラス４１及び裏蓋４２で画定された収容領域を、文字板５２の延在方向において囲む壁３１を有する。壁３１は、裏蓋４２の周端部から表面ガラス４１の周端部へ立ち上がっており、表面ガラス４１側の上面３１ａと、裏蓋４２側の底面３１ｂとを有する。また、収容領域には、文字板２や平面アンテナ１１等の部品が収容される。なお、ケース３は、他の金属材料（例えばチタン）で形成されてもよいし、金属材料と非金属材料とで形成されてもよい。

収容領域において、文字板２の裏面２ｂ側には基板４３が配置されている。基板４３は、文字板２の延在方向に延在しており、文字板２側の表面４３ａと裏蓋４２側の裏面４３ｂとを有する。表面４３ａには、平面アンテナ１１と駆動機構３２とが設けられており、裏面４３ｂには、受信回路１０と制御部２０と電池４４とが設けられている。なお、文字板２、駆動機構３２及び基板４３の取り付け方は任意であるが、本実施形態では、駆動機構３２に基板４３及び文字板２を取り付けて構成されたモジュールがケース３に取り付けられている。

以上の説明から明らかなように、電子時計１００は、表面ガラス４１及び文字板２を透過したマイクロ波が平面アンテナ１１に受信されるように構成されている。なお、ケース３内の空間には、各部品を固定するスペーサーを設けてもよい。スペーサーの形成材料としては、受信性能に影響を及ぼさない非金属材料が好ましい。

平面アンテナ１１は、文字板２の延在方向に延在しており、当該方向における平面アンテナ１１の形状は正方形である。受信回路１０及び制御部２０はシールド板４５に覆われており、駆動機構３２、受信回路１０及び制御部２０は、電池４４から供給される電力で駆動される。文字板２と直交する方向（以降、「垂直方向」と称する）において、駆動機構３２は指針１と重なっており、シールド板４５の全域は駆動機構３２に重なっており、平面アンテナ１１は駆動機構３２に重なっていない。

文字板２の表面２ａ側に平面アンテナ１１を配置すると、表面２ａの一部に情報を表示することが不可能となるが、電子時計１００では、平面アンテナ１１が文字板２の裏面２ｂ側に配置されているから、そのような不都合が生じない。しかし、平面アンテナ１１を文字板２の裏面２ｂ側に配置することにより、平面アンテナ１１の放射パターンの一部が、金属製の壁３１に遮られることになる。

放射パターンが大きいほど、平面アンテナ１１の感度が高くなり、受信回路１０における衛星信号の受信精度が高くなるから、遮られる部分は小さいほどよい。したがって、平面アンテナ１１と壁３１との距離は長い方がよい。これは、平面アンテナ１１の電極と金属製の壁３１との電気的結合によるロスの抑制にも寄与する。ただし、電子時計１００は腕時計であり、そのサイズに制限があるから、平面アンテナ１１と壁３１との距離を無制限に長くすることはできない。そこで、本実施形態では、次のように平面アンテナ１１と壁３１とを相対配置している。

図３（Ａ）に示すように、平面アンテナ１１は４本の側辺で構成される正方形であり、その中心１１ａを一端として側辺に直交する半直線は４本となる。これら４本の半直線のうち、側辺と壁３１との間の長さが最短の半直線１１ｂに注目し、この半直線１１ｂ上の側辺と壁３１との距離を側辺距離ｂとする。すなわち、文字板２の延在方向において、平面アンテナ１１の側辺と壁３１との距離のうち最短の距離を側辺距離ｂとする。一方、図３（Ｂ）に示すように、垂直方向において、壁３１の上面３１ａと平面アンテナ１１との距離をアンテナ深さａとする。そして、壁３１及び平面アンテナ１１を、ｂ＝２ａとなるように相対配置する。具体的には、ａ＝２．５ｍｍであり、ｂ＝５ｍｍである。また、平面アンテナ１１の側辺の長さを平面寸法ｃとしたとき、ｂ＝０．５ｃである。具体的には、ｃ＝１０ｍｍである。

図４は、平面アンテナ１１の感度劣化と側辺距離ｂとの関係を示す図であり、ケース３がステンレス鋼で形成されている場合のものである。この図において、横軸はアンテナ深さａに対する側辺距離ｂであり、縦軸は側辺距離ｂが無限大のときの感度に対する相対感度（ｄＢ）である。この図から明らかなように、アンテナ深さａに対して側辺距離ｂが長いほど、感度劣化は小さくなる。

受信回路１０は平面アンテナ１１を単独で用いた場合に極めて高い精度で衛星信号を受信可能に構成されており、平面アンテナ１１の感度劣化が許容範囲を超えると、十分に高い精度で衛星信号を受信することができなくなる。したがって、平面アンテナ１１の感度劣化を許容範囲内に抑える必要がある。そのためには、図４から明らかなように、ａ≦ｂとする必要がある。一方、前述したように、電子時計１００のサイズには制限があるから、ｂを無制限に長くすることはできない。具体的には、アンテナ深さａが一般的な長さの場合、ｂ≦２ａとする必要がある。

つまり、平面アンテナ１１の感度が十分に高く、かつ、電子時計１００が十分に小型となるようにするには、ａ≦ｂ≦２ａとする必要がある。そして、本実施形態では、電子時計の小型化よりも平面アンテナ１１の感度劣化の抑制を優先してｂ＝２ａとしているのである。もちろん、平面アンテナ１１の感度劣化の抑制よりも電子時計の小型化を優先してｂ＝ａとすることも可能である。なお、ａ≦ｂ≦２ａは０．５ｃ≦ｂ≦ｃと等価である。

一方、平面アンテナ１１と駆動機構３２とは、平面アンテナ１１の放射パターンの３時方向への広がりが９時方向への広がりよりも大きくなるように相対配置されている。したがって、３時方向、６時方向、９時方向及び１２時方向のうち、平面アンテナ１１の放射パターンの広がりが最小なのは９時方向となる。しかし、図３（Ｂ）に示すように、９時方向であっても、放射パターンの広がりは十分に大きくなる。つまり、３時方向、６時方向、９時方向及び１２時方向への放射パターンの広がりは、いずれも十分に大きくなる。

よって、本実施形態によれば、壁３１による平面アンテナ１１の感度劣化を十分に小さく抑制することができる。つまり、電子時計１００は、金属製のケースを採用しつつも、機能表示を犠牲にすることなく、アンテナの感度劣化が十分に小さく抑制されるから、ＧＰＳ衛星６からの衛星信号を受信して現在の時刻を求めることができる。

ここで、側辺距離ｂについて詳述する。
図５は、平面アンテナ１１の構造例を示す斜視図である。この図に示すように、平面アンテナ１１は、誘電体１１１と、誘電体１１１を間に挟む放射電極１１２及び接地電極１１３とを備える。誘電体１１１、放射電極１１２及び接地電極１１３は、いずれも正方形であるが、そのサイズは必ずしも一致しない。図５の例では、誘電体１１１のサイズは接地電極１１３のサイズと同一であるが、放射電極１１２のサイズと異なる。
図６は、側辺距離ｂを詳細に説明するための図である。この図に示すように、側辺距離ｂとしては、誘電体１１１の側辺を基点とした距離ｂ１と、放射電極１１２の側辺を基点とした距離ｂ２と、接地電極１１３の側辺を基点とした距離ｂ３とが挙げられる。この図の例では、ｂ１＝ｂ３≠ｂ２であるが、これに限るものではない。本実施形態では、側辺距離ｂとして、距離ｂ１（ｂ３）を採用しているが、距離ｂ２を採用してもよい。

また、本実施形態では、文字板２の延在方向における平面アンテナ１１の形状が正方形であるから、電子時計の量産時の歩留まりが向上する。なお、歩留まりを考慮する必要がなければ、本実施形態を変形し、文字板２の延在方向における平面アンテナ１１の形状を、正方形以外の四角形としてもよいし、四角形以外の多角形としてもよい。

ところで、電子時計１００は左手首に装着される腕時計である。したがって、９時方向からの電波は３時方向からの電波に比較して、人体で遮られる可能性が高くなる。例えば、利用者が、電子時計１００を装着した左腕の肘を曲げて文字板２の表面２ａを眺める場合、表面２ａの９時方向には利用者の左肩が位置し、この左肩などの人体によって９時方向からの電波が遮られ易い。したがって、平面アンテナの実効的な感度を高く維持する観点では、９時方向よりも３時方向からの電波を受信し易い構成とするのが好ましい。これに対して、電子時計１００では、平面アンテナ１１が、壁３１で囲まれた収容領域の周縁部のうち表面２ａの９時の位置に対応する部分に配置されている。つまり、本実施形態では、９時方向よりも３時方向からの電波を受信し易い構成が採られており、平面アンテナ１１の実効的な感度が高く維持される。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る電子時計２００について説明する。ただし、電子時計１００と共通する部分については説明を省略する。電子時計２００もまた左手首に装着される腕時計である。
図７は、電子時計２００の一部の構造を示す図であり、図７（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は一部断面図である。図７に示すように、電子時計２００は、表面２ａ及び裏面２ｂを有する文字板２に代えて、表面５２ａ及び裏面５２ｂを有する文字板５２を備える。文字板５２は、光及びマイクロ波を透過させる非金属材料（例えばプラスティック）で形成されている。

垂直方向において、文字板５２と基板４３との間にはソーラーセル５１が配置されている。ソーラーセル５１は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光発電素子であり、文字板５２の延在方向に延在しており、回転軸５を通すための貫通孔５１ａ（図８参照）と、マイクロ波を通過させるための貫通孔５１ｂとを有する。なお、文字板５２、ソーラーセル５１、駆動機構３２及び基板４３の取り付け方は任意であるが、本実施形態では、駆動機構３２に基板４３、ソーラーセル５１及び文字板２を取り付けて構成されたモジュールがケース３に取り付けられている。

文字板５２の延在方向において、貫通孔５１ｂは４本の側辺で構成される正方形であり、平面アンテナ１１よりも大きい。これらの側辺は、平面アンテナ１１の側辺と１対１で対応している。また、垂直方向において、平面アンテナ１１及び駆動機構３２は、ソーラーセル５１と基板４３との間に配置されており、文字板５２の延在方向において、平面アンテナ１１は貫通孔５１ｂ内に収まる。

つまり、電子時計２００は、表面ガラス４１及び文字板２を透過して貫通孔５１ｂを通過したマイクロ波が平面アンテナ１１に受信されるように構成されている。また、基板４３の裏面４３ｂには、電池４４に代えて二次電池５４が設けられている。二次電池５４には、ソーラーセル５１で発生した電気エネルギーが蓄積される。なお、ケース３内の空間には、各部品を固定するスペーサーを設けてもよい。スペーサーの形成材料としては、受信性能に影響を及ぼさない非金属材料が好ましい。

図８は、文字板５２の延在方向におけるソーラーセル５１と平面アンテナ１１との相対配置を示す図であり、図９はソーラーセル５１のＡ−Ａ線断面図である。図９において、上方の層が文字板５２側の層であり、下方の層が基板４３側の層である。図９に示すように、ソーラーセル５１は、保護フィルム６１と、その上層のフィルム基板６２と、その上層の電極６３と、その上層のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）６４と、その上層の透明電極６５と、その上層の保護フィルム６６とを備える。アモルファスシリコン６４は、ｎ型半導体６４１と、その上層のｉ型半導体６４２と、その上層のｐ型半導体６４３とを備える。

文字板５２、保護フィルム６６及び透明電極６５を透過した光がｐ型半導体６４３に入射すると、ｉ型半導体６４２に電子と正孔が発生する。発生した電子と正孔は、それぞれｐ型半導体６４３とｎ型半導体６４１へ移動する。その結果、透明電極６５及び電極６３に接続された外部回路に電流が流れ、これにより、二次電池５４が充電される。

このように、ソーラーセル５１は、金属材料を含む透明電極６５及び電極６３を備えるから、マイクロ波を遮る効果が高い。しかし、電子時計２００では、文字板５２の延在方向において、平面アンテナ１１が貫通孔５１ｂ内に配置されているから、平面アンテナ１１の放射パターンは、図７（Ｂ）に示すように、垂直方向では遮られない。ただし、放射パターンの一部はソーラーセル５１に遮られる。

前述したように、遮られる部分は小さいほどよい。そのため、文字板５２の延在方向において、平面アンテナ１１とソーラーセル５１との間には平面距離ｄが確保されている。これは、平面アンテナ１１の電極とソーラーセル５１の電極との電気的結合によるロスの抑制にも寄与する。平面距離ｄは、文字板５２の延在方向における平面アンテナ１１とソーラーセル５１との最短距離であり、本実施形態では対応する側辺間の距離でもある。

図１０は、平面アンテナ１１の感度劣化と平面距離ｄとの関係を示す図であり、垂直方向において、平面アンテナ１１とソーラーセル５１との間隔ｅが平面アンテナ１１の厚みｆの０．１倍以内の場合のものである。この図において、縦軸は、平面距離ｄが無限大のときの感度に対する相対感度（ｄＢ）である。この図から明らかなように、感度劣化は、平面寸法ｃに対して平面距離ｄが長いほど小さくなり、０．５ｃ≦ｄの場合には略ゼロとなる。

前述したように、受信回路１０は、平面アンテナ１１の感度劣化が許容範囲を超えると、十分に高い精度で衛星信号を受信することができなくなるから、平面アンテナ１１の感度劣化を許容範囲内に抑える必要がある。そのためには、図１０から明らかなように、０．２ｃ≦ｄとする必要があり、好ましくは０．５ｃ≦ｄである。

ただし、平面寸法ｃに対して平面距離ｄを長くし過ぎると、ソーラーセル５１の受光面積が小さくなり、発電能力が不十分となる虞がある。そこで、本実施形態では、ｄ＝０．２ｃとしている。具体的には、ｃ＝１０ｍｍであり、ｄ＝２ｍｍである。もちろん、十分な発電能力を確保可能であれば、０．５ｃ≦ｄとするのが好ましい。

以上、説明したように、本実施形態によれば、壁３１及びソーラーセル５１による平面アンテナ１１の感度劣化を十分に小さく抑制することができる。つまり、電子時計２００は、光発電によって駆動可能であり、金属製のケースを採用しつつも、機能表示を犠牲にすることなく、アンテナの感度劣化が十分に小さく抑制されるから、ＧＰＳ衛星６からの衛星信号を受信して現在の時刻を求めることができる。また、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、電子時計の量産時の歩留まりを向上させたり、平面アンテナ１１の実効的な感度を高く維持したりすることができる。

また、本実施形態では、文字板５２の延在方向における平面アンテナ１１の形状と、文字板５２の延在方向における貫通孔５１ｂの形状とが互いに相似であるから、ソーラーセル５１の受光面積が最大となり、発電能力が最大となる。もちろん、ソーラーセル５１の受光面積を考慮する必要がなければ、本実施形態を変形して非相似としてもよい。
例えば、文字板５２の延在方向において、貫通孔５１ｂの側辺のうち、壁３１との距離が最短の側辺を、他の総ての側辺のいずれよりも長くなるようにしてもよいし、壁３１に沿った曲線としてもよい。
また例えば、平面アンテナ１１の１２時方向の側辺と当該側辺に対応する貫通孔５１ｂの側辺との距離を長くし、平面アンテナ１１の６時方向の側辺と当該側辺に対応する貫通孔５１ｂの側辺との距離を短くしてもよいし、平面アンテナ１１の３時方向の側辺と当該側辺に対応する貫通孔５１ｂの側辺との距離を長くし、平面アンテナ１１の９時方向の側辺と当該側辺に対応する貫通孔５１ｂの側辺との距離を短くしてもよい。この場合には、６時方向や９時方向からの電波よりも１２時方向や３時方向からの電波を受信し易くなる。

＜他の変形例＞
ところで、上述した各実施形態に係る電子時計は手首に装着される腕時計であるから、６時方向からの電波は１２時方向からの電波に比較して、人体で遮られる可能性が高くなる。例えば、利用者が、電子時計を装着した腕の肘を曲げて文字板の表面を眺める場合、表面の６時方向には利用者の体幹が位置し、この体幹などの人体によって６時方向からの電波が遮られ易い。したがって、平面アンテナの実効的な感度を高く維持する観点では、６時方向よりも１２時方向からの電波を受信し易い構成とするのが好ましい。
そこで、上述した各実施形態を変形し、平面アンテナ１１を、壁３１で囲まれた収容領域の周縁部のうち文字板の表面の６時の位置に対応する部分に配置してもよい。つまり、６時方向よりも１２時方向からの電波を受信し易い構成を採ることによって平面アンテナ１１の実効的な感度を高く維持するようにしてもよい。

また、上述した各実施形態では、平面アンテナ１１としてマイクロストリップアンテナを採用したが、マイクロストリップアンテナ以外の平面アンテナを採用してもよい。

また、上述した実施形態では、受信した電波に基づいて時刻を求め、求めた時刻を表示しているが、受信した電波を、時刻以外の情報の取得および表示に用いるようにしてもよい。例えば、受信した電波に基づいて現在地を示す情報を取得して表示するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、平面アンテナ１１及び受信回路１０がＧＰＳ衛星６からの電波を受信する構成としたが、ＧＰＳ衛星６以外の位置情報衛星からの電波を受信するようにしてもよいし、位置情報衛星以外の衛星からの電波を受信するようにしてもよいし、地上に設置された局からの電波を受信するようにしてもよい。

また、上述した各実施形態では、平面アンテナ１１として、極超短波帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）の電波を受信するアンテナを採用したが、極超短波帯よりも高い周波数の電波を受信するアンテナを採用してもよい。

１…指針、２，５２…文字板、２ａ，５２ａ…表面、２ｂ，５２ｂ…裏面、３…ケース、６…ＧＰＳ衛星、１０…受信回路、１１…平面アンテナ、２１…ＣＰＵ、３１…壁、３１ａ…上面、３１ｂ…底面、５１…ソーラーセル、５１ｂ…貫通孔、１００，２００…電子機器、ａ…アンテナ深さ、ｂ…側辺距離、ｃ…平面寸法、ｄ…平面距離、ｅ…間隔、ｆ…厚み。

Claims (7)

1. 電波を受信して情報を表示する電子時計において、
   表面に時刻が表示される文字板と、
   前記文字板に直交する垂直方向において前記文字板に重なるように前記文字板の裏面側に配置され、前記文字板の延在方向に延在し、前記文字板を透過した前記電波を受信する平面アンテナと、
   前記延在方向において領域を囲む壁を有し、前記領域内に前記文字板と前記平面アンテナとを収容する金属製のケースとを備え、
   前記壁は、前記表面側の上面と前記裏面側の底面とを有し、
   前記平面アンテナ及び前記ケースは、前記延在方向において、前記平面アンテナの側辺と前記壁との間の側辺距離が、前記垂直方向における前記上面と前記平面アンテナとの距離の１倍以上２倍以下となるように相対配置されている、
   ことを特徴とする電子時計。
2. 前記平面アンテナはマイクロストリップアンテナである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子時計。
3. 前記平面アンテナは、前記延在方向における形状が正方形の電極を備え、
   前記側辺距離の前記平面アンテナ側の基点となる側辺は、前記電極の側辺である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子時計。
4. 前記平面アンテナは、前記延在方向における形状が正方形の誘電体を備え、
   前記側辺距離の前記平面アンテナ側の基点となる側辺は、前記誘電体の側辺である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電子時計。
5. 前記垂直方向において前記文字板と前記平面アンテナとの間に配置され、前記延在方向に延在する光発電素子を備え、
   前記延在方向において、前記平面アンテナは正方形であり、前記平面アンテナと前記光発電素子との最短距離は、前記平面アンテナの側辺の長さの０．２倍以上である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の電子時計。
6. 前記平面アンテナは、前記領域の周縁部のうち前記表面の９時又は６時の位置に対応する部分に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の電子時計。
7. 前記電波は位置情報衛星から送信された衛星信号であり、
   前記衛星信号に基づいて前記時刻を取得する時刻取得部を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の電子時計。
   

Images