JP2014062844A - アンテナ内蔵式電子時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子時計100は、外装ケースと、外装ケースに収納された時刻表示部と、外装ケースに収納され、所定の電位が給電される導電性の給電素子が設けられた環状の誘電体401と、外装ケースに収納され、環状の形状を有すると共にグランド電位が供給される導電性のグランド板90とを備える。誘電体401及びグランド板90は、環の中心軸が同じであり、中心軸方向(Z軸方向)の離間間隔Δdが誘電体401の中心軸方向の幅h以下である。
【選択図】図3
Description
給電素子とグランド板との間で共振を生じさせて電波を受信する場合、給電素子とグランド板との間の電位差を一定に保つことが重要であり、グランド板におけるグランド電位の安定性はアンテナの感度や指向性に大きく影響する。特に、グランド板の形状を環状にした場合は、供給部が一箇所であると、グランド板におけるグランド電位の電位分布が不均一になり易く、アンテナの受信性能の低下や指向性の変動を招く。このような問題に対し、上述した構成によれば、グランド板には供給部が複数設けられているので、グランド板におけるグランド電位を安定させることができる。従って、アンテナの受信性能を高めると共に良好な指向性を確保することが可能になる。
この場合もグランド板におけるグランド電位を安定させ、アンテナの受信性能を高めると共に良好な指向性を確保することができる。特に、グランド板の環の中心と給電部とを結ぶ直線に対して対称となるように複数の供給部を設けることで、給電素子における高周波成分の遅延を給電部の両側で対称となるように低減することができるため、アンテナの良好な指向性を確保することが可能である。
この場合、グランド板だけでなくケース胴を給電素子の共振対象にすることができるので、アンテナの受信性能を高めると共に良好な指向性を確保することが可能になる。また、ケース胴を共振対象に含めることで、グランド板のサイズを小型化することができる。
この場合、外装ケースを構成するケース胴と裏蓋がグランドプレーンとして機能し、アンテナ内蔵式電子時計において裏蓋とは反対側の方向から入射する電波をアンテナ体(誘電体及び給電素子)に向けて反射させるので、アンテナの受信性能を高めることができる。
電子時計100は、GPS衛星20からの電波(無線信号)を受信して時刻を修正する機能を備えた腕時計であり、腕に接触する面(以下、裏面)の反対側の面(以下、表面)に時刻を表示する。各GPS衛星20は、準同期軌道上を周回しており、C/A(Coarse/Acquisition)コードや航法メッセージを1.57542GHzの電波(L1波)に重畳して地上に送信している。以降、本明細書では、C/Aコードや航法メッセージが重畳された1.57542GHzの電波を「衛星信号」と記載する。衛星信号は、例えば右旋偏波の円偏波である。
電子時計100は、金属等の導電性材料で形成された円筒状のケース胴80を備える。ケース胴80の上側(表面側)には、セラミックやプラスチック等の非導電性材料で形成された円筒状のガラス縁81が嵌合されており、ガラス縁81の開口は、透明なカバーガラス84で塞がれている。
図3は電子時計100の要部断面図であり、図4は電子時計100の要部分解斜視図である。図3に示すように、円筒状のケース胴80の上側(表面側)には円筒状のガラス縁81が嵌合されており、ガラス縁81の上側の開口は、円板状のカバーガラス84で塞がれている。また、ケース胴80の下側(裏面側)の開口は、ステンレスやチタン等の導電性材料で形成された裏蓋85で塞がれている。ケース胴80と裏蓋85は、例えばスクリュー溝で固定されている。このように電子時計100の外装ケースは、例えば、ケース胴80と、ガラス縁81と、カバーガラス84と、裏蓋85とで構成されている。
グランド板90には、グランド板90の円環の中心C(指針軸12)から見て9時の方向に、給電ピン44を挿通させるための挿通孔90bが設けられている。また、グランド板90には、中心Cから均等の角度(90度)で4個の導通ピン93が取り付けられており、それぞれの導通ピン93からグランド電位が供給されている。また、グランド板90の外周縁には、グランド板90と一体的に形成された4個の導通ばね90aが中心Cから均等の角度(90度)で設けられている。各導通ばね90aは付勢力によってその一部がケース胴80の内周面に接触しており、これによりケース胴80からも各導通ばね90aを介してグランド電位がグランド板90に供給される。また、グランド板90は、その中央に円形の開口部90cを有する。
図6(A)はアンテナ体40の斜視図であり、図6(B)はアンテナ体40の平面図である。また、図6(C)は、アンテナ体40を図6(B)に示すG−g線で切断した断面図である。
電子時計100は、例えば、GPS受信部26と制御表示部36と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に関する処理を行う。また、制御表示部36は、内部時刻の計時や修正、指針13の運針等に関する処理を行う。
図8は、変形例1に係るグランド板95とケース胴80を示す平面図である。本変形例に係るグランド板95には、グランド板95の円環の中心Cと給電ピン44とを結ぶ直線LNに対して線対称となるように複数の供給部(導通ピン93や導通ばね90a)が設けられている。なお、給電ピン44の設置位置は、アンテナ体40をZ軸方向から平面視したとき、給電素子403における給電部403aの位置に相当する。このように直線LNに対して線対称となるように複数の供給部を設けた場合も、グランド板95におけるグランド電位を安定させ、アンテナ体40の受信性能を高めると共に良好な指向性を確保することができる。特に、直線LNに対して線対称となるように複数の供給部を設けることで、給電素子403における高周波成分の遅延を給電部403aの両側で対称となるように低減することができるため、アンテナ体40の良好な指向性を確保することが可能である。
図9は、変形例2に係るグランド板96とケース胴80を示す平面図である。本変形例に係るグランド板96は、導通ばね90a(4個)を備えていない点で図5に示したグランド板90と相違する。このようにグランド板96は、導通ピン93と導通ばね90aのうち導通ピン93のみを備える構成であってもよい。また、これとは逆に、導通ばね90aのみを備える構成であってもよい。
導通ピン93や導通ばね90aは、4個に限らず1個以上であればよいし、中心Cから均等の角度で設けられていなくてもよい。また、導通ばね90aとグランド板90を別体とし、ネジ等を用いてグランド板90に導通ばね90aを取り付けてもよい。また、図10に示すように、グランド板90とは別部材の導通ばね99をシールド板91と共に回路基板25の下面側に導通ピン93で固定してもよい。また、グランド板90は、非導電性材料で形成された円環状の板材の表面に導電性皮膜を形成したものであってもよい。
図11は、変形例4に係るグランド板97とC型形状の給電素子453を示す平面図である。なお、同図には、グランド板97の内側に給電素子453を記載しているが、実際には、グランド板97の上側にアンテナ体40の基材401が配置されており、基材401の傾斜面TP1上に給電素子453が設けられているので、グランド板97と給電素子453はZ軸方向に重なって設けられている。基材401上に設けられたC型形状の給電素子453と、円環状(O型形状)のグランド板97との間で良好な共振を生じさせるためには、グランド板97のうち給電素子453と重なる部分のグランド電位を安定させることが重要になる。従って、グランド板97に対して供給部(導通ピン93や導通ばね90a)を一箇所しか設けない場合は、グランド板97のうち給電素子453と重なる範囲に供給部を設けることが望ましく、例えば、給電素子453のうち両端部の中点MPに相当する部分に供給部を設けることが考えられる。また、給電素子453における高周波成分の遅延等を考慮すると、給電素子453を給電部453aで2片に分けた場合、長片側に供給部を設けることが望ましい。
電子時計100では、給電素子403とグランド板90との間で共振を生じさせて衛星信号を受信しているが、アンテナ体40の近傍には、グランド電位が供給される導電性の部材として、グランド板90の他にケース胴80が存在する。従って、給電素子403の共振対象にケース胴80を含めてもよい。この場合、図12に示すように、アンテナ体40の基材401(誘電体)のZ軸方向の幅をhとしたとき、ケース胴80の内周面と基材401の外周面との離間間隔Δwをh以下にする必要がある。また、ケース胴80の上端部を基材401の下端部より上側に配置し、ケース胴80と基材401とのZ軸方向の重複距離Δzを、基材401のZ軸方向の幅hの1/5以上にする必要がある。以上の構成とすれば、グランド板90だけでなくケース胴80を給電素子403の共振対象にすることができるので、アンテナ体40の受信性能を高める共に良好な指向性を確保することが可能になる。また、ケース胴80を共振対象に含めることで、グランド板90のサイズを小型化することができる。
図6に示したアンテナ体40において、無給電素子402は、無端のO型形状に限らず、給電素子403と同様に切欠部を有するC型形状に形成されてもよい。この場合、アンテナ体40は全体としてC型形状のループアンテナとして機能する。また、上述した実施形態では、給電素子403の長さを衛星信号に共振するように定める場合を例示したが、無給電素子402の長さを衛星信号に共振するように定めてもよい。この場合、給電素子403の長さや切欠部405の位置等を調整することで、アンテナ体40と、アンテナ体40に電気的に接続される回路(GPS受信部26や制御部70を含む回路ブロック)との間のインピーダンスを容易に整合させることができる。
図13は、変形例7に係るアンテナ体の断面図であり、図6(C)と同様に見た図である。本変形例に係るアンテナ体の基材411は、傾斜面TP2を有しておらず、傾斜面TP1が底面T3に連なっている。また、基材411の上面T1は、図6(C)の場合に比べて小さく形成されており、大きな傾斜面TP1が設けられる。傾斜面TP1には、給電素子403に加えて無給電素子402が形成されており、上面T1には何ら部材が配置されていない。このように給電素子403と無給電素子402の両方を傾斜面TP1に設けてもよい。
図14は、変形例8に係るアンテナ体の断面図であり、図6(C)と同様に見た図である。本変形例に係るアンテナ体の基材421は、傾斜面TP2の代わりに直立した内周面T4を有する。また、無給電素子412及び給電素子413の全体と、結合部424の一部とが基材421の内部に埋設されている。このような構造は、インサート成形で製造することができる。インサート成形によれば、メッキや銀ペースト印刷等によって図6(C)に示すように基材401の表面に無給電素子402、給電素子403及び結合部404を形成する場合に比べ、アンテナ体を安価に製造することができる。
図15は、変形例9に係るアンテナ体の断面図であり、図6(C)と同様に見た図である。同図に示すように、無給電素子402や給電素子403を、フレキシブルテープ500で基材401に貼り付けてもよい。例えば、あらかじめフレキシブルテープ500上に無給電素子402や給電素子403を形成し、このフレキシブルテープ500を基材401の表面(上面T1及び傾斜面TP1)に貼り付けることで、このような構造を製造することができる。この製造方法によれば、無給電素子402や給電素子403をメッキや銀ペースト印刷等によって基材401の表面に直接形成する場合に比べ、アンテナ体を安価に製造することができる。なお、結合部404についてもフレキシブルテープ500を用いて基材401に貼り付けるようにしてもよい。
図16は、変形例10に係るアンテナ体の断面図であり、図6(C)と同様に見た図である。本変形例に係るアンテナ体の基材431は、上面T11、外周面T12、底面T13及び内周面T14によって囲まれた四角形の断面形状を有する。無給電素子402と給電素子403は上面T11に形成されている。また、結合部434は、上面T11、内周面T14及び底面T13に亘って形成されている。このようにアンテナ体の基材431は、傾斜面TP1を有していなくてもよい。なお、無給電素子402と給電素子403の配置を逆転させてもよい。つまり、給電素子403を無給電素子402の外側に設けてもよい。この場合、結合部434は、上面T11、外周面T12及び底面T13に亘って形成される。また、このように結合部434を外周面T12に形成する場合は、ケース胴80をセラミックやプラスチック等の非導電性材料で形成することが望ましい。
給電ピン44の代わりに、板ばね、リード線、同軸ケーブル、フレキシブル基板等を使用してアンテナ体40の結合部404と回路基板25とを電気的に接続し、所定の電位を給電してもよい。
図17は、変形例12に係るアンテナ体の断面図であり、図6(C)と同様に見た図である。本変形例に係るアンテナ体が図6に示したアンテナ体40と異なるのは、(1)基材421が傾斜面TP2の代わりに直立した内周面T4を有している点、(2)結合部404が設けられていない点、(3)基材421の傾斜面TP1から底面T3にかけて挿入孔421aが設けられている点である。また、本変形例に係るアンテナ体を使用する場合は、上述した実施形態で説明した給電ピン44の代わりに棒状の給電ピン46を使用する。この給電ピン46は、金属等の導電性材料で形成されており、一方の端部が挿入孔421aに挿入されてその先端が給電素子403に接続される。また、他方の端部は、回路基板25上の配線パターンに接続されて所定の電位が供給される。同図に示す構成の場合、基材421(誘電体)の表面に結合部404を形成する必要がない。このようにアンテナ体には結合部404が設けられていなくてもよい。
図18は、変形例13に係るアンテナ体41の構造を説明するための図である。本変形例に係るアンテナ体41が図6に示したアンテナ体40と異なるのは、(1)無給電素子402が設けられていない点、(2)給電部463aが給電素子463の端部以外の部分に設けられている点である。このようにアンテナ体には無給電素子402が設けられていなくてもよい。これは図13〜図17に示したアンテナ体についても同様である。なお、給電素子463は、切欠部465を備えない無端のO型形状であってもよい。
秒針13aはなくてもよい。また、時刻表示部は、ダイヤル板11の上で指針13を周回させて時刻を指し示す態様の他、例えば、ダイヤル板11に相当する大きさの表示領域を有する液晶表示パネルを備え、ダイヤル板11や指針13の画像を表示領域に表示して時刻を表示する態様であってもよい。
図19は、変形例15に係る電子時計200の平面図である。
本変形例に係る電子時計200は、直方体状の外装ケースを備え、その内部に、環状のアンテナ体42と、環状のグランド板98と、液晶表示パネル15とを収納している。液晶表示パネル15は時刻をデジタル表示する。アンテナ体42とグランド板98は、いずれも環の形状が略四角形であり、環の中心軸CAは同じである。また、アンテナ体42は、環の形状が異なるものの図6に示したアンテナ体40と同様に、例えば、基材(誘電体)、無給電素子、給電素子及び結合部を備え、給電素子には、給電ピンや結合部を介して所定の電位が給電される。また、グランド板98も、環の形状が異なるものの図5に示したグランド板90と同様に、例えば、導通ピンや導通ばねを複数備え、これらの導通ピンや導通ばねを介してグランド電位が供給される。
アンテナ体40(基材401)とグランド板90は、必ずしも中心軸が一致するように配置されている必要はない。要は、電子時計100を平面視したとき(基材401及びグランド板90を円環の中心軸方向から平面視したとき)、基材401の開口部406とグランド板90の開口部90cの少なくとも一部が重なるように両者が配置されていればよい。また、アンテナ体40(基材401)とグランド板90の離間間隔Δdは、グランド板90と給電素子403との間で共振を生じさせることが可能な距離以下であればよい。これらについては、例えば変形例15についても同様である。
上述した実施形態では、外装ケースの側面をケース胴80とガラス縁81で構成した場合を例示したが、外装ケースの側面は、セラミックやプラスチック等の非導電性材料で形成された1つの部材で構成されてもよい。また、ソーラー充電以外の充電方式を採用してもよい。例えば、充電コイルを備え、外部充電器から電磁誘導で電力を充電できるようにしてもよい。また、二次電池27に代えてリチウム電池等の一次電池を用いてもよい。
GPSの代わりに、ガリレオ(EU)、GLONASS(ロシア)、北斗(中国)、IRNSS(インド)等の全地球航法衛星システム(GNNS)を利用してもよいし、静止衛星型衛星航法補強システム(SBAS)や準天頂衛星システム(QZSS)を利用してもよい。このように本発明に係るアンテナ内蔵式電子時計は、GPS衛星20以外の人工衛星からの電波を受信して内部時刻の修正等を行ってもよい。また、本発明に係るアンテナ内蔵式電子時計は、人工衛星からの電波に限らず、例えば、無線タグ用の900MHz帯の電波を受信する電子時計であってもよい。
本発明に係るアンテナ内蔵式電子時計は、腕時計に限らず、懐中時計や置き時計であってもよい。また、電子時計機能を有する各種の電子機器(例えば携帯電話機やデジタルカメラ等)に本発明を適用してもよい。
Claims (8)
- 外装ケースと、
前記外装ケースに収納され、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、所定の電位が給電される導電性の給電素子が設けられた環状の誘電体と、
前記外装ケースに収納され、環状の形状を有し、グランド電位が供給される導電性のグランド板と、を備え、
前記誘電体及び前記グランド板は、環の中心軸が同じであり、前記中心軸方向の離間間隔が前記誘電体の前記中心軸方向の幅以下である
ことを特徴とするアンテナ内蔵式電子時計。 - 前記グランド板には、前記グランド電位が供給される供給部が複数設けられている
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。 - 前記複数の供給部は、前記グランド板の環の中心から均等の角度で設けられている
ことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ内蔵式電子時計。 - 前記給電素子は、環状又は環状の一部を切り欠いた形状を有し、前記所定の電位が給電される給電部が一箇所設けられ、
前記誘電体及び前記グランド板を環の中心軸方向から平面視したとき、前記複数の供給部は、前記グランド板の環の中心と前記給電部とを結ぶ直線に対して対称となるように設けられている
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のアンテナ内蔵式電子時計。 - 前記給電素子は、環状の一部を切り欠いた形状を有し、前記所定の電位が給電される給電部が一箇所設けられ、
前記グランド板には、前記グランド電位が供給される供給部が一箇所設けられ、
前記誘電体及び前記グランド板を環の中心軸方向から平面視したとき、前記供給部は、前記給電素子のうち両端部の中点から前記給電部までの範囲に相当する部分に設けられている
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。 - 前記外装ケースは、筒状の形状を有すると共に前記グランド電位が供給される導電性のケース胴を有し、
前記ケース胴の内周面と前記誘電体の外周面との離間間隔は、前記幅以下であり、
前記ケース胴と前記誘電体との前記中心軸方向の重なりは、前記幅の1/5以上である
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。 - 前記外装ケースは、
筒状の形状を有する導電性のケース胴と、
前記ケース胴に連なる導電性の裏蓋と、を有し、
前記ケース胴及び前記裏蓋には前記グランド電位が供給されている
ことを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項に記載のアンテナ内蔵式電子時計。 - 前記誘電体には、環状又は環状の一部を切り欠いた形状を有する導電性の無給電素子が前記給電素子と離間して設けられている
ことを特徴とする請求項1乃至7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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