JP3271992B2 - 電子時計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、光発電素子（太陽電池）を電力源として
備えた電子時計に関するものである。

背景技術 光発電素子によって発電された電力を電力蓄積素子
（以下「蓄電素子」という）に蓄え、その蓄積した電力
によって時刻保持及び時刻表示を行うようにした光発電
式電子時計（特に腕時計）が現在普及しつつある。

これは電池交換の手間が不要である利便性とともに、
電池廃棄による環境汚染の防止という時代の要請が、腕
時計の使用者に支持されている結果と推定される。

従来の光発電式電子時計の最も基本的な構成を第８図
に示す。

この光発電式電子時計は、光発電素子（太陽電池）10
1によって発電した電力を蓄電素子104に蓄積し、その蓄
電した電力により計時手段105を駆動する。その光発電
素子101としては、非晶質シリコン薄膜を基板上に蒸着
したセルを複数（通常４個程度）直列に接続したものが
多く使われている。蓄電素子104としては二次電池が使
用される。

計時手段105は、水晶発振回路と電気的計数回路（分
周回路）等からなる計時回路と、時刻等を表示するデジ
タル表示器あるいは指針とその駆動機構などからなる電
子時計モジュールである。

逆流防止用ダイオード802は、光の照射が弱く光発電
素子101の発電電圧が低い状態において、蓄電素子104か
ら光発電素子101に電流が逆流して蓄積した電力が減少
してしまうのを防止するために設けられている。

しかし、この逆流防止用ダイオード802は、上述のよ
うに低照度における光発電素子101の発電電圧が低い状
態での漏れ電流の防止には役立つが、逆に高照度で光発
電素子101の発電電圧が高い大電流による充電状態にお
いては、この逆流防止用ダイオード802による順方向電
圧降下約0.5Vによる損失が生じ、蓄電素子104の充電効
率を低下させるという問題を抱えている。

この逆流防止用ダイオード802による電圧降下約0.5V
の影響は、直列接続セル数（面内分割電極数）が少ない
光発電素子を用いる電子時計の場合に、より大きな問題
となる。

なぜなら、光発電素子の１セルの発電電圧は約0.5Vで
あり、それに直列接続セル数を乗じた値が発電電圧にな
るから、直列接続セル数が少ない光発電素子は出力する
発電電圧が低いためである。特に、直列接続セル数＝１
の単一セルの場合には、光発電素子101の発電電圧が殆
どすべて逆流防止用ダイオード802の順方向電圧降下に
消費されてしまい、蓄電素子104を充電するための動作
条件が成立しなくなる。

また、このような光発電式電子時計内の蓄電素子は、
光発電素子が非発電状態であっても計時手段を長時間駆
動できるように、蓄電手段として容量の大きいものが使
用される。そのため、その蓄積電力が極端に消耗してし
まった状態では、光発電素子に光を照射させても、蓄電
素子に電力が蓄積されて計時手段が動作を開始するまで
に長時間を要してしまうという問題がある。

この問題を解決するために、大容量の蓄電素子と並列
に小容量の蓄電素子を設け、前述のようにこれらの蓄電
素子の蓄積電力が極端に消耗してしまった状態で、光発
電素子に光が照射されて発電が開始されたときには、そ
の電力でまず小容量の蓄電素子を充電し、この蓄積電力
により短時間で計時手段の駆動を開始できるように構成
したクイックスタートタイプの光発電式電子時計もあ
る。

その構成例を第９図に示す。このクイックスタートタ
イプの光発電式電子時計は、第８図に示した蓄電素子10
4に代えて、小容量の蓄電素子（キャパシタ）905と大容
量の蓄電素子（二次電池）906とを、それぞれ逆流防止
用ダイオード901,902を介して光発電素子101に並列に接
続している。

そして、小容量の蓄電素子905は計時手段105に直接並
列に接続するが、大容量の蓄電素子906については、ダ
イオード902との間に充電対象選択用のスイッチ903を介
挿するとともに、計時手段105との間にも電源選択用の
スイッチ904を介挿している。

さらに、電圧検知手段907を備え、それによって大容
量の蓄電素子906の蓄積電圧Vbの値を検知し、その検知
結果に応じてスイッチ903,904のオン・オフ状態を電気
的に制御する。すなわち、大容量の蓄電素子906の蓄積
電圧Vbが規定値よりも低いときには、スイッチ903を所
定の割合でオン・オフする制御を繰り返すことによっ
て、小容量の蓄電素子905を速やかに充電するとともに
大容量の蓄電素子906を徐々に充電し、またスイッチ904
をオフ状態に保つことにより、計時手段105が小容量の
蓄電素子905に蓄積された電力によって速やかに駆動さ
れる。

大容量の蓄電素子906の蓄積電圧Vbが規定値を越えた
状態では、スイッチ903および904を共にオン状態に保
ち、充電対象および計時手段105の電源をいずれも大容
量の蓄電素子906にする。

この電子時計においても、光照射が弱い状態で光発電
素子101を経由した漏れ電流を防止するために、小容量
の蓄電素子905と大容量の蓄電素子906の各充電経路に逆
流防止用ダイオード901,902が設けられているため、光
発電素子101の発電電力による充電時に、これらの逆流
防止用ダイオード901,902による電圧降下が発生し、各
蓄電素子905,906に対する充電効率が低下してしまうと
いう問題を抱えている。

発明の開示 この発明は、このように問題を解決するためになされ
たものであり、光発電式電子時計において、光発電素子
による蓄電素子の充電時に逆流防止用ダイオードによっ
て充電効率が低下されることがないようにして、充電効
率を高めることを目的とする。

この発明は上述のような光発電素子および蓄電素子を
備え、光発電素子によって発電した電力を蓄電素子に蓄
積し、その蓄積した電力によって計時手段を駆動する電
子時計において、上記の目的を達成するため、上記光発
電素子による蓄電素子の充電回路中に、従来の逆流防止
用ダイオードに代えて、電気的にオン・オフ制御可能な
スイッチを設ける。

さらに、所定の周期で間欠的に上記スイッチをオフ状
態にして、上記光発電素子による発電電圧と上記蓄電素
子の蓄積電圧とを比較し、その比較結果を次の電圧比較
タイミングまで保存し、発電電圧が蓄積電圧より小さか
ったときには上記スイッチをオフ状態のままにし、発電
電圧が蓄積電圧より大きかったときには上記スイッチを
オン状態にする電圧比較手段を設ける。

これにより、蓄電素子から光発電素子への電流の逆流
を防止し、且つ光発電素子から蓄電素子への充電時に電
圧降下が発生せず、充電効率を高めることができる。

なお、上記計時手段から電圧比較手段に所定の周期で
電圧比較指示信号を出力するようにすれば、電圧比較手
段はその電圧比較指示信号に同期して間欠的に上記スイ
ッチをオフ状態にして電圧比較動作を行うことができ
る。

また、この発明は、光発電素子と小容量の第１の蓄電
素子と大容量の第２の蓄電素子とを備え、光発電素子に
よって発電した電力をその第１および第２の蓄電素子に
蓄積し、その蓄積した電力によって計時手段を駆動する
クイックスタートタイプの電子時計においても、上記の
目的を達成するため、上記光発電素子による第1,第２の
蓄電素子の充電回路中にそれぞれ電気的にオン・オフ制
御可能な第1,第２のスイッチを介挿する。また、上記大
容量の蓄電素子による上記計時手段への給電回路中にも
電気的にオン・オフ制御可能な第３のスイッチを介挿す
る。

さらに、下記の電圧検知手段と電圧比較手段と制御信
号生成回路とを設け、上記第1,第2,および第３のスイッ
チのオン・オフ状態を制御する。

その電圧検知手段は、所定の周期で間欠的に上記蓄電
素子の蓄積電圧を検知して該蓄積電圧が規定値を超えて
いるかどうかを判別し、規定値を超えているときには上
記第３のスイッチをオン状態にする信号を、超えていな
いときには上記第３のスイッチをオフ状態にする信号を
出力する。

電圧比較手段は、所定の周期で間欠的に、上記光発電
素子の発電電圧と上記計時手段への供給電圧とを比較し
て、その比較結果を次の電圧比較タイミングまで保存す
る。

そして、上記制御信号生成回路は、上記電圧比較手段
が電圧比較動作中は上記第1,第２のスイッチをいずれも
オフ状態にする信号を出力し、上記電圧検知手段による
判別結果と上記電圧比較手段による比較結果に基づい
て、上記光発電素子の発電電圧が上記供給電圧より小さ
かったときには、上記電圧検知手段による判別結果にか
かわらず上記第1,第２のスイッチをいずれもオフ状態に
保つ信号を出力し、上記光発電素子の発電電圧が上記供
給電圧より大きかったときには、上記蓄積電圧が規定値
を超えていれば上記第1,第２のスイッチをいずれもオン
状態にする信号を出力し、上記蓄積電圧が上記規定値未
満であれば上記第1,第２のスイッチを所定の時間割合で
交互にオン・オフさせる信号を出力する。

これにより、クイックスタトタイプの光発電式電子時
計においても、その充電効率を高めることができる。

なお、上記計時手段から、上記電圧検知手段に所定周
期で電圧検知指示信号を出力するとともに、上記電圧比
較手段に所定周期で電圧比較指示信号を出力するように
すれば、上記電圧検知手段は、その電圧検知指示信号に
同期して間欠的に電圧検知動作を行うことができ、電圧
比較手段は、その電圧比較指示信号に同期して間欠的に
電圧比較動作を行うことができる。

これらの電子時計では、光発電素子から蓄電素子への
充電時に電圧降下が殆ど発生しないので、光発電素子と
して単体セルで構成された発電電圧の低いものも使用で
きる。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明による電子時計の一実施形態の基本
構成を示すブロック回路図である。

第２図は第１図における電圧比較手段103の具体例を
示す回路図である。

第３図は第２図における電圧比較回路の他の例を示す
回路図である。

第４図はこの発明による電子時計の他の実施形態であ
るクイックスタートタイプの電子時計の構成を示すブロ
ック回路図である。

第５図は第４図における制御信号生成回路の具体例を
示す回路図である。

第６図はこの発明による電子時計の実施形態に使用す
る４セル直列接続の光発電素子の形状例を示す平面図で
ある。

第７図は同じく単体セルの光発電素子の形状例を示す
平面図である。

第８図は従来の光発電式電子時計の基本構成を示すブ
ロック回路図である。

第９図は従来のクイックスタートタイプの光発電式電
子時計の構成を示すブロック回路図である。

発明を実施するための最良の形態 〔第１の実施形態：第１図乃至第３図〕 以下、添付の図面を用いてこの発明による電子時計の
最適な実施の形態について説明するが、まず、第１図乃
至第３図によってその第１の実施形態を説明する。

第１図はこの発明による電子時計の第１の実施形態の
基本構成を示すブロック回路図であり、第２図はその電
圧比較手段の具体例を示す回路図である。第１図におい
て、第８図と対応する部分には同一の符号を付してあ
る。

第１図において、光発電素子101は例えばガラス基
板，セラミック基板，または鉄板上に形成されたシリコ
ン薄膜PN接合素子、あるいは硫化カドミウム発電素子で
あり、腕時計用の高効率で薄型のものが用いられる。ま
た、半導体多接合熱電対発電素子の上に薄膜PN接合素子
を形成した光熱発電素子を使用することもできる。

計時手段105は、第８図に示した従来例と同様に、水
晶発振回路と電気的計数回路（分周回路）等からなる計
時回路と、時刻等を表示するデジタル表示器、あるいは
指針とその駆動機構（ステップモータとギア列等）など
からなる電子時計モジュールであり、外部操作部材によ
り保持時刻情報の入力が可能である。

そして、光発電素子101と蓄電素子104と計時手段105
とが並列に接続され、光発電素子101の発電電力を蓄電
素子104に蓄積（充電）し、その蓄積電圧を計時手段105
に供給してそれを駆動することにより、計時手段105が
作動して時刻等の表示を行なう。蓄電素子104は電力蓄
積手段であり、この実施例では二次電池を使用するが、
これに代えて大容量のコンデンサ（キャパシタ）を使用
してもよい。

この電子時計ではさらに、光発電素子101による蓄電
素子104の充電回路中に電気的にオン・オフ制御可能な
スイッチ102を介挿すると共に、蓄電素子104から給電さ
れる電圧比較手段103を設け、その出力であるスイッチ
制御信号Scによってスイッチ102のオン・オフを制御す
る。

電圧比較手段103は、計時手段105から所定の周期で電
圧比較指示信号φｋを受け入れ、その電圧比較指示信号
φｋに同期して間欠的にスイッチ102をオフ状態にし、
そのオフ状態において、光発電素子101の発電電圧Vsと
蓄電素子104の蓄積電圧（端子間電圧）Vbとを比較し、
その比較結果を次の比較タイミングまで記憶回路に保存
する。

なお、スイッチ102がオン状態のときには、発電電圧V
sは蓄積電圧Vbに引っ張られてほぼ同電位（Vs＝Vb）に
なってしまうため、両電圧の比較が不可能になるので、
スイッチ102をオフ状態にして比較する必要がある。

この実施例では光発電素子101の陽極側を接地するた
め、発電電圧Vsおよび蓄積電圧Vbはいずれも負電圧にな
るが、その絶対値の大きさを比較する。

前述の電圧比較およびその比較結果の保存動作が完了
した後、保存された比較結果に基づいてスイッチ102の
開閉制御が行われる。

すなわち、|Vs|≦|Vb|の時にはスイッチ102をオフ状
態にして、蓄電素子104から光発電素子101への漏れ電流
の発生を防ぎ、|Vs|＞|Vb|の時にはスイッチ102をオン
状態にして、蓄電素子104への充電を行う。

スイッチ102の開閉による逆流防止および充電制御
は、ともにさほどの緊急性を要するものではないから、
上述のような間欠的制御でも充分にその目的を達するこ
とができる。そして、このように電圧比較手段103の動
作を間欠的にすることによって、そこで消費される電力
を少なくすることができる利点がある。

現在市場に出ている電子時計の回路部の消費電力は10
0ナノワット（nW）程度のごく小さなものであるから、
この発明のために追加される電圧比較手段103によって
この消費電力が大きく増加してしまうことは許されな
い。

しかし、前述のようにスイッチ102を制御するための
電圧比較手段103による電圧比較の頻度は比較的低く、
しかも１回の電圧比較に要する時間は極めて短時間でよ
いため、電圧比較手段103で消費する電力は非常に少な
く、数nWに抑えることが可能である。

例えば、電圧比較手段103の通常消費電力が１μＷと
し、電圧比較動作頻度を１秒に１回、電圧比較に要する
時間が１ミリ秒であるとすれば、平均消費電力は１ナノ
ワットに抑えられ、実際に時計内に組み込むことが充分
可能な値になる。

スイッチ102としては、電圧降下が発生しないMOS型電
界効果トランジスタ（MOS FET）を用いるのが好適であ
る。

直射日光下では光発電素子101の発電電流が非常に大
きくなることを考慮し、チャネル幅が広くオン抵抗の低
いものを用いるのがよい。その場合は、FETのゲート容
量が大きくなり、電圧比較手段103が出力するスイッチ
制御信号Scで直接スイッチ102を駆動することが難しく
なることがあるが、その場合にはスイッチ駆動用のプレ
ドライバを数段設けるようにすればよい。

第１図においては、電圧比較手段103とスイッチ102が
各々独立したブロックとして示されているが、これらも
計時手段105である電子時計モジュールに取り込んで、
単一のICに形成した小型のシステムを構成することも可
能である。

ここで、電圧比較手段103の具体的な回路図構成例を
第２図に示す。第２図に示された比較回路206は、Ｎチ
ャネルMOS FET Q1,Q2とＰチャネルMOS FET Q3,Q4、お
よび抵抗R1〜R4からなり、FETのカレントミラー動作を
利用したもので、蓄積電圧Vbを電源電圧として駆動され
る。そして、抵抗R1と抵抗R2の抵抗値の比と、抵抗R3と
抵抗R4の抵抗値の率を等しくする（R1:R2＝R3:R4）こと
によって、蓄積電圧Vbと発電電圧Vsの電圧比較が可能に
なる。

パルス状の比較指示信号φｋが有効レベル（第２図の
回路ではハイレベル“H"）のとき、レベルシフタ201,20
2を介してＰチャネルMOS FET Q5,Q6にゲート電圧が印加
され、その各FETQ5,Q6がオン状態になり、蓄積電圧Vbお
よび発電電圧Vsが比較回路206に供給される。したがっ
て、この間に限って比較回路206で電圧比較が行われ、
その比較結果が両電圧の絶対値の大小関係に応じた論理
値信号φｃとして出力され、バッファ回路203を介して
フリップフロップ回路204のデータ端子Ｄに入力する。

フリップフロップ回路204は、そのデータ端子Ｄに入
力される比較結果をクロック端子CKに入力される電圧比
較指示信号φｋの立ち下がりエッジに同期して保存し、
その結果に応じて出力端子Ｑの出力信号Sqをハイレベル
“H"またはローレベル“L"にする記憶回路である。

前述したように比較動作の間はスイッチ102をオフ状
態に保つ必要があるため、NORゲート205によってフリッ
プフロップ回路204で保持された電圧比較結果の出力信
号Sqと、電圧比較指示信号φｋとの論理積をとって、ス
イッチ制御信号Scとして出力する。

リセット信号φＲ（あれいはセット信号）は必ず必要
というわけではないが、制御信号Scをダイレクトにコン
トロールできるので、フリップフロップ回路204のリセ
ット端子Ｒに印加できるようにしておくと便利な場合が
多い。

第２図の回路において、比較指示信号φｋはハイレベ
ル“H"で有効であり、電圧比較結果が|Vs|＞|Vb|でフリ
ップフロップ回路204の出力信号Sqがローレベル“L"と
なり、且つ電圧比較指示信号φｋもローレベル“L"のと
きにスイッチ制御信号Scはハイレベル“H"になる。第１
図におけるスイッチ102は、このスイッチ制御信号Scが
ハイレベル“H"のときにのみオン状態になるものとす
る。|Vs|＝|Vb|のときにはスイッチ102をオン状態にし
てもよいが、この例ではオフ状態にする。

また、電圧比較指示信号φｋは、第１図の計時手段10
5からの低い電圧レベルの信号であるため、比較回路206
への入力時にレベルシフタ201,202により電圧レベルを
上げ、バッファ回路203とフリップフロップ回路204は再
び低電圧で駆動する構成になっている。

これら信号極性（論理値）および電圧レベルは、実現
するシステムに合わせてさまざまに変更することが可能
である。

第２図に示した電圧比較手段の構成は一例であり、そ
の他にも種々の構成が考えられる。例えば第２図におけ
る電圧比較回路206に代えて、第３図に示すようなより
単純な構成の電圧比較回路を用いることも可能である。
また、FETに代えてバイポーラトランジスタで比較回路
を構成することも可能である。

第３図に示す電圧比較回路は、前述の電圧比較指示信
号φｋが入力し、それをインバータ301で反転した信号
Ｉφｋがローレベル“L"になると、ＰチャネルMOS FET
Q11がオンになる。それによって、光発電素子の発電電
圧Vs（負電圧）が分圧抵抗R11とR12で分圧され、その分
圧電圧によってＮチャネルMOS FETQ12が導通方向に制
御される。その分圧電圧がFETQ12の閾値（蓄電手段の蓄
積電圧Vbに対して）以上であればFETQ12は導通し、抵抗
R13によるプルアップ電位をローレベル“L"に引っ張
り、それをコンプリメンタリMOS−ICによるインバータ
回路302,303を介して増幅整形し、比較結果の論理値信
号φｃとしてローレベル“L"の信号を出力する。

したがって、分圧抵抗R11,R12を介してFETQ12の閾値
（蓄積電圧Vbに対する）が比較され、信号Ｉφｋがロー
レベル“L"において、光発電素子の発電電圧Vsの絶対値
が充分大きい（蓄積電圧Vbの絶対値より大きい）ときに
のみ、ローレベル“L"の論理値信号φｃが出力されるよ
うにしている。この論理値信号φｃを第２図に示した電
圧比較手段の場合と同様に、フリップフロップ回路等の
記憶回路に記憶させ、NOR回路によってその記憶出力と
電圧比較指示信号φｋとの論理積をとって、次の電圧比
較指示信号φｋが入力するまでハイレベル“H"のスイッ
チ制御信号Scを出力するようにすればよい。

ところで、従来の光発電式電子時計では蓄電素子への
過充電を防止するために、蓄電素子の蓄積電圧を検知し
てその電圧が規定値以上の場合には、充電電流をバイパ
スさせるように制御して過充電を防止する回路が多く用
いられている。

しかし、第１図に示したこの発明による電子時計の場
合には、スイッチ102を過充電防止用としても兼用する
ことが可能である。すなわち、電圧比較手段103の他に
蓄電素子104の蓄積電圧（端子間電圧）を検知する検知
手段を設け、検知手段により規定値以上の電圧が検知さ
れた場合には電気的スイッチをオフ状態に保つことによ
り蓄電素子104への過充電を防止することができる。

また、第１図に示した実施形態では、電圧比較指示信
号φｋが計時手段105から供給される構成になっている
が、CR発振等を比較手段103内に備え、そこで電圧比較
指示信号φｋに相当する周期的な信号を生成するように
することも可能である。

〔第２の実施形態：第４図および第５図〕 次に、この発明による電子時計の第２の実施形態を第
４図および第５図によって説明する。第４図はこの発明
を実施したクイックスタートタイプの電子時計の構成を
示すブロック回路図であり、第９図と同じ部分には同一
の符号を付してある。

この電子時計は、第９図に示した従来のクイックスタ
ートタイプの電子時計において、小容量の蓄電素子905
と大容量の蓄電素子906の各充電回路中に設けられた２
つの逆流防止用ダイオード901および902を、各々電気的
にオン・オフ制御可能な充電制御用のスイッチ401およ
び402に置き換え、その各オン・オフ状態を制御信号生
成回路404からのスイッチ制御信号Sc1,Sc2によって制御
するように構成している。さらに、電圧検知手段406と
電圧比較手段405とを設け、制御信号生成回路404へ出力
信号を送る。

この実施形態における計時手段407は、第１図におけ
る計時手段105とほぼ同様であるが、所定の周期で電圧
検知指示信号φk1を電圧検知手段406へ出力するととも
に、所定の周期で電圧比較指示信号φk2を電圧比較手段
405および制御信号生成回路404へ出力する。

また、大容量の蓄電素子906から計時手段407への給電
回路中にも、電気的にオン・オフ制御可能な電源選択用
のスイッチ403を介挿している。

電圧検知手段406は、計時手段407からの電圧検知指示
信号φk1に同期して、大容量の蓄電素子（二次電池）90
6の蓄積電圧Vbを間欠的に検知して、それが規定値を超
えているか否かを判別してその結果を次の検知タイミン
グまで保存し、その判別結果の信号φｖを制御信号生成
回路404およびスイッチ403へ出力する。

電圧比較手段405は、計時手段407からの電圧比較指示
信号φk2に同期して、光発電素子101の発電電圧Vsと小
容量の蓄電素子905又は大容量の蓄電素子906による計時
手段407への供給電圧Vssとを間欠的に比較して、その比
較結果を次の電圧比較タイミングまで保存し、その比較
結果の保存信号φｑ（第２図におけるフリップフロップ
回路204の出力信号Sqに相当する）を制御信号生成回路4
04へ出力する。この電圧比較手段405には、例えば第２
図に示した電圧比較手段からNORゲート205を除いた回路
を使用し、蓄電電圧Vbに代えて供給電圧Vssを印加する
ようにすればよい。その場合、比較結果の保存信号φｑ
は、第２図におけるフリップフロップ回路204の出力信
号Sqに相当する。

制御信号生成回路404は、電圧検知手段406からの判別
結果の信号φｖと、電圧比較手段405からの比較結果の
保存信号φｑと、計時手段407からの電圧比較指示信号
φk2とに基づいて、スイッチ制御信号Sc1,Sc2を出力し
て２つのスイッチ401および402の制御を行う。

すなわち、電圧比較手段405による電圧比較の結果|Vs
|≦|Vss|である場合には、電圧検知手段406による蓄積
電圧Vbの判別結果によらずスイッチ401,402をともにオ
フ状態に保ち、また|Vs|＞|Vss|の場合には電圧検知手
段406による蓄積電圧Vbの判別結果によって、蓄積電圧V
bが規定値を超えていればスイッチ401,402をともにオン
状態にし、蓄積電圧Vbが規定値未満であればスイッチ40
1と402を所定の時間割合で交互にオン・オフを繰り返す
ように制御する。

しかし、電圧比較手段405による電圧比較および比較
結果の保存は計時手段407からの電圧比較指示信号φk2
に同期して行われ、その比較動作の間はスイッチ401,40
2をいずれもオフ状態にする。

制御信号生成回路404は、上述のように蓄電電圧Vbに
よる判別結果の信号φｖと、電圧比較手段405による発
電電圧Vsと供給電圧Vssの比較結果の保存信号φｑと、
計時手段407からの電圧比較指示信号φk2とに基づい
て、スイッチ401,402の制御信号Sc1,Sc2を生成する回路
であり、例えば第５図に示すように構成することができ
る。

この第５図に示す制御信号生成回路は、φｖは蓄電電
圧Vbが規定値を超えた場合にハイレベル、φｑは光照射
が不充分な状態で|Vs|≦|Vss|である場合にハイレベル
となり、スイッチ制御信号Sc1,Sc2はともにハイレベル
でスイッチ401,402をオンにする場合の回路図である。

この回路は２つのインバータ501,502、２つの３入力
のNORゲート503504、５つの２入力のNORゲート505〜509
によって構成される。そして、第５図におけるφＤはス
イッチ401,402のオン・オフの割合（デューティ）を規
定する信号である。

第５図では図の煩雑化をさけるため、その信号φＤや
制御信号生成回路404の電源線等の図示を省略してい
る。

計時手段の電源選択用スイッチ403は、第９図に示し
た従来例と同様に、大容量の蓄電素子906の蓄電電圧Vb
の判別結果の信号φｖによって制御され、Vbが規定値を
超えていればオン、そうでなければオフ状態に保たれ
る。電圧検知手段406による電圧検知時にはスイッチ403
をオフ状態にする必要はないが、電圧検知を計時手段40
7からの電圧検知指示信号φk1に同期して間欠的に行う
ことによって、電圧検知に要する電力を小さく押さえる
ことができる。

電圧検知指示信号k1と電圧比較指示信号φk2は、それ
ぞれ独立のタイミングで設定が可能であり、また消費電
力等の条件が許せば同一の信号を用いることも可能であ
る。また、これらの信号φk1,φk2を計時手段407から得
るようにしたが、電圧検知手段406および電圧比較手段4
05内にCR発振回路等を備えて、これらの信号φk1,φk2
に相当する周期的な信号を、電圧検知手段406内および
電圧比較手段405内でそれぞれ発生するようにしてもよ
い。

さらに、電圧検知手段406,電圧比較手段405,制御信号
生成回路404、およびスイッチ401,402,403を、全て計時
手段407の電子時計モジュールに取り込んで、単一のIC
に形成して小型のシステムを構成することも可能であ
る。

〔光発電素子について：第６図および第７図〕 光発電素子における単体セルの発電電圧は、通常0.5
ボルトから0.7ボルト程度であり、これを電子時計に使
用する場合には、充分な発電電圧を確保するために複数
（通常４つ程度）のセルを直列に接続したものが使用さ
れる。４セル直列型光発電素子の形状例を第６図に示
す。この例は、円形のセルを均等に４分割した1/4円形
のセル1a,1b,1c,1dを直列に接続してその両端を電極2,3
に接続したものであある。

これまで説明した第１図および第４図に示した電子時
計における光発電素子101としても、この第６図に示す
ような光発電素子を使用することができる。

しかし、このような複数セル直列型の光発電素子セル
は次のような問題がある。

（１）袖下に隠れる等の原因で複数のセルのうち一つで
も日陰になってしまうと発電電圧が低下してしまい、他
のセルには充分な照射光量がある状態でも充電が不可能
になってしまうという。

（２）各セルの区切りの部分がセル自身とは異なった色
調であるため、表示板上に設けた場合に見栄えが損なわ
れる。

（３）デジタル・アナログ混在表示式の時計や多機能時
計等において、表示板上に穴を開けることが必要な場
合、各セルをほぼ等面積に保たないと発電電力が低下し
てしまうため、穴開け位置が非常に難しくなる。

これらの問題は、第７図に示すように区切り線のない
単体セル１からなる光発電素子を用いることによって全
て解決することができる。しかし、その場合単体セルの
光発電素子の発電電圧で計時手段を駆動できるのかが問
題となる。

近年、シリコンICの新しいプロセス技術の導入および
プロセスの微細化により、スレッシュホルド電圧を0.4
ボルト程度まで低くし、しかもリーク電流が少ないトラ
ンジスタの製造が可能になってきている。

さらに、最近実用化が始まりつつある絶縁物の基板上
に薄膜の半導体シリコンを形成したSOI（Silicon On In
sulator）構造のウェーハを使用すれば、さらにスレッ
シュホルド電圧の低いトランジスタの製造が可能であ
る。

したがって、このようなスレッシュホルド電圧の低い
トランジスタを使用して計時手段の発振回路やカウンタ
回路等を構成することにより、第７図に示したような単
体セルの光発電素子により蓄電素子を充電し、その電力
により計時手段を駆動するようにすることは、デバイス
的には充分可能である。

しかし、従来の光発電式電子時計では、光発電素子の
発電電力によって蓄電素子を充電する際に、前述のよう
に逆流防止用ダイオードによる電圧降下が発生するた
め、発電電圧が0.5〜0.7V程度の単体セルの光発電素子
を使用した場合には、充電電圧がゼロボルト近くまで低
下してまい、計時手段の駆動は全く不可能になってしま
う。

これに対し、前述したこの発明の第1,第２の実施形態
の電子時計においては、逆流防止用ダイオードに代え
て、オン状態での電圧降下が殆どない電子スイッチを用
いたため、単体セルの光発電素子を電力源とした電子時
計の実現が可能になる。

その場合の電子時計の回路構成は、第１図もしくは第
４図に示した実施形態と同じで、光発電素子101を第７
図に示したような単体セルで構成するだけでよく、その
充電制御の仕組みも同様であるため、ここでの説明は省
略する。

この場合、前述した低スレッシュホルド電圧のトラン
ジスタによって計時手段の計時回路を構成することによ
って、その計時回路に関しては従来の回路構成のままで
駆動することが可能である。

しかし、アナログ表示式の電子時計の場合、ステップ
モータ等の電気機械変換装置に関しては、従来品をその
まま使用することはできないが、低電圧に対応して巻き
数等を調節した電気機械変換装置を使用すれば、計時手
段全体を単体セルの発電素子による発電電圧を蓄電素子
に蓄積した低電圧で駆動することが可能になる。

従来の電気機械変換装置をそのまま使用したい場合に
は、蓄電素子の蓄積電圧を昇圧回路によって昇圧して電
圧を上げ、電気機械変換装置はその昇圧した電圧で駆動
するようにすればよい。

また、デジタル表示の電子時計においても液晶駆動等
で高い電圧が必要な部分は、同様に昇圧回路を用いて必
要な電圧を生成し、その電圧で駆動を行えばよい。

産業上の利用可能性 この発明による電子時計は、光発電素子による蓄電素
子の充電回路に逆流防止用ダイオードを設けず、オン状
態での電圧降下が殆どない電子スイッチを用いて、蓄電
素子から光発電素子への電流の逆流を防止するようにし
たので、光発電素子の発電電力で蓄電素子を充電する際
にはそのスイッチがオン状態になり、電圧降下が発生し
ないため、光発電素子の発電電力をロス無く電力蓄積素
子に対して充電することが可能になる。クイックスター
トタイプの電子時計においても同様に、その充電効率を
高めることができる。

さらに、単体セルで構成した光発電素子を使用する電
子時計を実現することもでき、複数セル直列型の光発電
素子を使用する場合の種々の問題を全て解消することが
可能になる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−213306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−146083（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−17082（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−17593（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−76690（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−7388（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G04C 10/02 G04G 19/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光発電素子および蓄電素子を備え、前記光
   発電素子によって発電した電力を前記蓄電素子に蓄積
   し、その蓄積した電力によって計時手段を駆動する電子
   時計であって、 前記光発電素子による前記蓄電素子の充電回路中に電気
   的にオン・オフ制御可能なスイッチを設けると共に、 所定の周期で間欠的に前記スイッチをオフ状態にして、
   前記光発電素子による発電電圧と前記蓄電素子の蓄積電
   圧とを比較し、その比較結果を次の電圧比較タイミング
   まで保存し、前記発電電圧が前記蓄積電圧より小さかっ
   たときには前記スイッチをオフ状態のままにし、前記発
   電電圧が前記蓄積電圧より大きかったときには前記スイ
   ッチをオン状態にする電圧比較手段を設けたことを特徴
   とする電子時計。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項記載の電子時計におい
   て、前記計時手段から前記電圧比較手段に所定周期で電
   圧比較指示信号を出力するようにした電子時計。
3. 【請求項３】請求の範囲第１項記載の電子時計におい
   て、前記光発電素子が単体セルで構成されている電子時
   計。
4. 【請求項４】光発電素子と小容量の第１の蓄電素子と大
   容量の第２の蓄電素子とを備え、前記光発電素子によっ
   て発電した電力を前記第１および第２の蓄電素子に蓄積
   し、その蓄積した電力によって計時手段を駆動する電子
   時計であって、 前記光発電素子による前記第1,第２の蓄電素子の充電回
   路中に介挿したそれぞれ電気的にオン・オフ制御可能な
   第1,第２のスイッチと、 前記大容量の蓄電素子による前記計時手段への給電回路
   中に介挿した電気的にオン・オフ制御可能な第３のスイ
   ッチと、 所定の周期で間欠的に前記蓄電素子の蓄積電圧を検知し
   て該蓄積電圧が規定値を超えているかどうかを判別し、
   規定値を超えているときには前記第３のスイッチをオン
   状態にする信号を、超えていないときには前記第３のス
   イッチをオフ状態にする信号を出力する電圧検知手段
   と、 所定の周期で間欠的に、前記光発電素子の発電電圧と前
   記計時手段への供給電圧とを比較して、その比較結果を
   次の電圧比較タイミングまで保存する電圧比較手段と、 前記電圧比較手段が電圧比較動作中は前記第1,第２のス
   イッチをいずれもオフ状態にする信号を出力し、前記電
   圧検知手段による判別結果と前記電圧比較手段による比
   較結果に基づいて、前記光発電素子の発電電圧が前記供
   給電圧より小さかったときには、前記電圧検知手段によ
   る判別結果にかかわらず前記第1,第２のスイッチをいず
   れもオフ状態に保つ信号を出力し、前記光発電素子の発
   電電相が前記供給電圧より大きかったときには、前記蓄
   積電圧が規定値を超えていれば前記第1,第２のスイッチ
   をいずれもオン状態にする信号を出力し、前記蓄積電圧
   が前記規定値未満であれば前記第1,第２のスイッチを所
   定の時間割合で交互にオン・オフさせる信号を出力する
   制御信号生成回路と を設けたことを特徴とする電子時計。
5. 【請求項５】請求の範囲第４項記載の電子時計におい
   て、前記計時手段から、前記電圧検知手段に所定周期で
   電圧検知指示信号を出力するとともに、前記電圧比較手
   段に所定周期で電圧比較指示信号を出力するようにした
   電子時計。
6. 【請求項６】請求の範囲第４項記載の電子時計におい
   て、前記光発電素子が単体セルで構成されている電子時
   計。