JP4570938B2 - 電波時計 - Google Patents

Description

本発明は、電波で受信した時刻情報に基づいて計時時刻を修正する電波時計に関する。

従来から、正しい現在時刻の情報を含む時刻コード信号を電波で受信し、自己の計時している時刻を、前記時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で修正する電波時計が開発されている。
電波時計は、前記時刻コード信号を含む電波信号を受信するために、アンテナコイル及びコンデンサによって構成され同調周波数が前記電波信号の周波数に等しい同調回路（ＬＣ同調回路）を有している。

ＬＣ同調回路の特性は、同調回路を収納する筐体（外装）の材質や、アンテナコイルと筐体の距離によって大きく変化する。特に金属筐体に封入した場合は、同調回路のＱ値が大幅に減少し受信感度が低下する。そのため、プラスチック筐体用に同調を取った電波時計モジュールを、そのまま金属筐体に封入しても実用的な受信感度を得る事は困難である。このように、アンテナコイルを収納する筐体の種類によって感度が影響を受け、良好な受信特性を得ることができないという問題がある。
尚、複数の同調回路を有する電波時計は、例えば、特許文献１、特許文献２に開示されているが、これはそれぞれ異なる周波数（例えば４０ｋＨｚと６０ｋＨｚ）に同調させるものであり、同一の周波数に同調させるものではない。

特開２００３−１６７０８０号公報の段落［００３１］〜［００５２］、図２、図３ 特開２００３−６０５２０号公報の段落［００１３］〜［００２０］、図３、図４

本発明は、アンテナコイルを収納する筐体の種類による影響を抑制することによって、良好な受信特性を得ることができるようにすることを課題としている。

本発明によれば、現在時刻の情報を含む時刻コード信号を電波信号で受信し、計時手段で計時している時刻を、前記時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で修正する電波時計において、アンテナコイル及びコンデンサによって構成され同調周波数が同一で前記電波信号に同調する複数の同調回路と、所定条件を満たす信号を出力する同調回路を選択して、該選択した同調回路の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、該時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で前記計時手段の現在時刻を修正する制御手段とを備えて成ることを特徴とする電波時計が提供される。

制御手段は、所定条件を満たす信号を出力する同調回路を選択して、該選択した同調回路の出力信号から時刻コード信号を抽出し、該時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で前記計時手段の現在時刻を修正する。
ここで、前記制御手段は、前記同調回路から出力される出力信号中の時刻コード信号のエラーチェックを行うことにより、エラーが生じない方の同調回路を選択して、該選択した同調回路の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、該時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で前記計時手段の現在時刻を修正するように構成してもよい。

また、本発明によれば、現在時刻の情報を含む時刻コード信号を電波信号で受信し、計時手段で計時している時刻を、前記時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で修正する電波時計において、アンテナコイル及びコンデンサによって構成され同調周波数が同一で前記電波信号に同調する複数の同調回路と、前記複数の同調回路からの出力信号を加算して出力する加算手段と、前記加算手段の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、該時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で前記計時手段の現在時刻を修正する制御手段とを備えて成ることを特徴とする電波時計が提供される。
加算手段は、複数の同調回路からの出力信号を加算して出力する。制御手段は、前記加算手段の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、該時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で前記計時手段の現在時刻を修正する。

尚、前記複数の同調回路のアンテナコイルは多層に重ね巻きされて成るように構成してもよい。
また、前記多層に重ね巻きされた複数のアンテナコイルは、下層に巻回された第１のアンテナコイルと前記第１のアンテナコイルの上層に巻回された第２のアンテナコイルによって構成されて成り、前記第１のアンテナコイルのインダクタンス値は、前記第２のアンテナコイルのインダクタンス値よりも小さいように構成してもよい。
また、前記制御手段は、前記第１、第２のアンテナコイルをプラスチック筐体に収納して使用する場合には前記第１のアンテナコイルを含む同調回路で受信した電波信号に基づいて、前記計時手段の現在時刻を修正し、前記第１、第２のアンテナコイルを金属筐体に収納して使用する場合には前記第２のアンテナコイルを含む同調回路で受信した電波信号に基づいて、前記計時手段の現在時刻を修正するように構成してもよい。

本発明によれば、アンテナコイルを収納する筐体の種類による影響を抑制することができ、良好な受信特性を得ることが可能になる。
したがって、筐体の種類に関わらず汎用性の高い電波時計を構築することが可能になる。また、一般に電波時計は金属等の上に置かれると受信特性が変わってしまうが、そのような環境下でも良好な受信状態を実現することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態に係る電波時計について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電波時計のブロック図である。
図１において、電波時計は、同調周波数が同一の複数（本実施の形態では２つ）の同調回路を有すると共に現在時刻の情報を含む時刻コード信号を電波信号（標準時刻電波信号）で受信して出力するアンテナ回路１、アンテナ回路１の出力信号から現在時刻を表す情報である時刻コード信号を抽出して出力する受信回路１０、受信回路１０からの時刻コード信号に基づいて、アンテナ回路１に含まれる同調回路の選択制御やその内部の計時回路（計時手段）で計時している時刻の修正制御等を行う制御手段としての制御回路２０と、前記計時手段の計時時刻等を表示する表示手段３０とを有している。

アンテナ回路１は、詳細な構成は後述するが、一つの高透磁率コア２に、第１のアンテナコイル３と第２のアンテナコイル４が重ねて巻かれている。
同調回路として好適なアンテナコイルのインダクタンス値（Ｌ）は、プラスチック筐体（外装）と金属筐体（外装）とでは異なった値をとる。すなわち、プラスチック筐体で使用するアンテナコイルのインダクタンス値は、金属筐体で使用するアンテナコイルのインダクタンス値よりも小さい方が感度の変化を抑制できて好適である。実験によれば、プラスチック筐体ではＬ＝１０〜２０ｍＨが好適であるのに対し、金属筐体ではＬ＝１００ｍＨ程度が好適となる。

Ｑ値はいずれの場合もアンテナ単体で７０〜１００程度である。これらのアンテナを金属筐体に封入した場合はコイルの等価直列抵抗（Ｒ）の増大によりＱ値が減少するが、Ｌ値が相対的に大きいほど減少の程度は少なく出来る。またＬ値が大きい方が受信回路とのインピーダンス整合が取り易いという傾向があるため感度の低下を防ぐことが出来る。
異なるインダクタンス値のコイルを同一の周波数に同調させるために、ペアとなるコンデンサの容量値（Ｃ）はそれぞれ異なる値となる。また、インダクタンス値そのものもプラスチック筐体に収納した場合と金属筐体に収納した場合で変化するため、その変化量を見込んだ最適のＬＣ値に設定する。

本実施の形態では、第１のアンテナコイル３と第２のアンテナコイル４のインダクタンスは大幅に異なるように構成されている。例えば第１のアンテナコイル３のインダクタンスＬ１を１５ｍＨ、第２のアンテナコイル４のインダクタンスＬ２を９０ｍＨとする。それぞれ対応する第１の同調コンデンサ５と第２の同調コンデンサ６の容量Ｃ１、Ｃ２はいずれも４０ｋＨｚの標準時刻電波信号の周波数に共振するように設定されている。すなわちＣ１＝１０５０ｐＦ、Ｃ２＝１７５ｐＦとする。

このように、アンテナ回路１は、同調回路を収納する複数種類の筐体に対して、各々感度等の同調特性が所定の特性を持つように構成された複数の同調回路を有している。本実施の形態では、アンテナ回路１は、プラスチック筐体用と金属筐体用にそれぞれ同調特性が適するように構成された２つ以上の同調回路を備える。それら２つ以上の同調回路の同調周波数狙い値はすべて同一（例えば４０ｋＨｚ）とする。前記同調回路は、１つの共通するコアに複数の巻き線を巻いたアンテナコイルと、各アンテナコイルに対応する複数の同調用コンデンサから構成される。

第１のアンテナコイル３と第１のコンデンサ５は第１の同調回路を構成し又、第２のアンテナコイル４と第２のコンデンサ６は第２の同調回路を構成している。第１の同調回路は、プラスチック筐体に適した同調回路であり、第２の同調回路は金属（例えば、ステンレス、チタン）製筐体に適した同調回路である。前記の如く、第１、第２の同調回路の同調周波数は同一であり、標準時刻電波信号の周波数に設定されている。

標準時刻電波信号はアンテナ回路１の２つの同調回路で受信される。各同調回路は、受信回路１０のセレクタ１１に出力信号として出力する。セレクタ１１は、制御回路２０からの選択信号に応じた同調回路を選択し、選択した同調回路からの出力信号がＡＧＣ増幅器１２に入力される。ＡＧＣ増幅器１２にはバンドバスフィルタ用の４０ｋＨｚ水晶振動子１４が接続されており、４０ｋＨｚの標準時刻電波信号のみを抽出して出力する。
ＡＧＣ増幅器１２の出力信号は復調器１３によって標準時刻コード信号に変換され、制御回路２０へ入力される。

制御回路２０は、その内部に有する計時手段の計時時刻を、復調機１３で抽出した標準時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報によって正しい現在時刻に修正し、該計時手段の計時時刻を現在時刻として表示手段３０によって表示する。
制御回路２０は、所定条件を満足する同調回路を選択するようにセレクタ１１を制御して、該選択した同調回路の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、前記計時手段の現在時刻を修正する。前記所定条件としては、例えば、受信回路１０から出力される時刻コード信号にエラーが生じないことを条件とすることができる。

この場合、制御回路２０は、受信回路１０から出力される標準時刻コード信号のエラーチェックを行うことによって、標準時刻コード信号が正しく受信されているか否かを判定し、標準時刻コード信号が正しく受信されている方の同調回路、即ち、エラーが生じない方の同調回路を選択するようにセレクタ１１を制御する。選択した同調回路の出力信号はＡＧＣ増幅器１２に出力される。制御回路２０は、前記選択した同調回路側の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、前記計時手段の現在時刻を修正するように構成する。
また、制御回路２０は、エラーチェックした結果、エラーが連続して所定回数よりも多く発生した場合には、他方の同調回路を選択して、該選択した同調回路の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、前記計時手段の現在時刻を修正するように構成することができる。

ところで、一般に、アンテナを金属筐体に入れると感度が低下する。これはアンテナに金属が近接することによりコイルの直列等価抵抗が増大しＱ値が減少してしまうためと、アンテナ回路のインピーダンスが変化して受信回路とのインピーダンスマッチングがずれてしまうためである。また、アンテナ単体ではインダクタンスが小さい方が感度が良いが、金属筐体に封入した場合はインダクタンスが大きい方が感度が良くなる。
この関係を図２に示す。図２は、アンテナ回路１が有する同調回路のインダクタンスＬと感度の関係を示す特性図で、同調回路をプラスチック外装（筐体）に収納した場合と金属外装（筐体）に収納した場合のそれぞれについてグラフにしたものである。横軸はアンテナコイルのインダクタンスＬ（ｍＨ）、縦軸は受信回路１０との組合せによる感度（ｄＢμＶ／ｍ）である。

図２から明らかなように、アンテナコイルのインダクタンスが大きい方（アンテナコイル４）が、金属筐体に入れた場合の感度低下の程度が軽減されるため金属筐体に対して有利な特性となる。一方プラスチックのように金属の影響が少ない筐体に封入することを想定した場合は、インダクタンスが小さい方（アンテナコイル３）が感度的には有利な特性となる。
このように、電波時計モジュールを収容する筐体がプラスチックの場合と金属の場合では最適なインダクタンスが異なることから、本実施の形態のように、プラスチック筐体用と金属筐体用にそれぞれ最適化された複数の同調回路を備えるようにして、所定条件下で同調回路を選択的に切り換えることにより、筐体の種類に関わらず受信感度が良好な汎用性の高い電波時計モジュールを実現することができる。

また、一般に電波時計は金属等の上に置かれると受信特性が変わってしまうが、そのような場合でも本実施の形態によれば、置かれる環境にかかわらず最適な受信状態を実現することができる。即ち、周囲に金属があってその影響が大きい場合には、金属筐体用アンテナに自動的に切り換わるため、最適感度が自動的に得られるという効果を奏する。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る電波時計のブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付している。
前記第１の実施の形態では、受信回路１０内のセレクタ１１を用いて、複数の同調回路のうちの所定条件を満足する同調回路を選択し、該選択した同調回路の出力信号に含まれる時刻コード信号に基づいて時刻修正動作を行うようにしたが、本第２の実施の形態では、セレクタ１１の代わりに加算手段としての加算器１５を用いている。加算機１５で複数の同調回路の出力信号を加算することにより、筐体の種類による影響を受けずに、良好な受信感度を得るように構成している。

以下、本第２の実施の形態について、前記第１の実施の形態と同一部分の動作説明は省略し、相違点の動作を説明する。
図３において、標準時刻電波信号はアンテナ回路１の複数（本実施の形態では２つ）の同調回路で受信される。各同調回路は、受信回路１０の加算器１５に出力信号として出力する。

加算器１５は入力された複数の出力信号を電気的に加算して合成信号を得、該合成信号をＡＧＣ増幅器１２に出力する。ＡＧＣ増幅器１２にはバンドバスフィルタ用の４０ｋＨｚ水晶振動子１４が接続されており、４０ｋＨｚの標準時刻電波信号のみを抽出して出力する。ＡＧＣ増幅器１２の出力は復調器１３によって標準時刻コード信号に変換され、制御回路２０へ出力される。
制御回路２０は、内蔵した計時回路（計時手段）の計時時刻を、入力された標準時刻コード信号に含まれる現在時刻情報で修正し、該時刻を現在時刻として表示手段３０によって表示する。

以上のように、本第２の実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果を奏するのみならず、複数の同調回路の出力信号を加算した信号を得て、該加算して得たた信号に含まれる時刻コード信号に基づいて時刻修正を行うようにしているので、筐体の種類によって受ける影響を抑制して、高感度で良好に時刻コード信号を受信して抽出することが可能になり、より適切な時刻修正動作を行うことが可能になる。また、プラスチック筐体と金属筐体の中間的な特性の筐体でも対応可能になるという効果を奏する。

図４は、前記各実施の形態のアンテナ回路１に使用するアンテナコイル３、４の物理的構成を示す図であり、図１、図３と同一部分には同一符号を付している。
図４において、複数のアンテナコイル（第１のアンテナコイル３及び第２のアンテナコイル４）は、共通のコア２に多層に重ね巻きされている。
下層に巻回された第１のアンテナコイル３のインダクタンス値は、第１のアンテナコイル３の上層に巻回された第２のアンテナコイル４のインダクタンス値よりも小さく構成されている。

また、アンテナコイル３、４は線径の異なる導電線を巻回することによって異なるインダクタンスになるように構成されている。図４の例では、第１のアンテナコイル３は第２のアンテナコイル４よりも太い導電線を巻回することによって、第２のアンテナコイル４のインダクタンスよりも小さなインダクタンスになるように構成されている。
前述した実施の形態では、前記制御手段は、第１、第２のアンテナコイル３、４をプラスチック筐体に収納して使用する場合には第１のアンテナコイル３を含む同調回路で受信した電波信号に基づいて、前記計時手段の現在時刻を修正し、第１、第２のアンテナコイル３、４を金属筐体に収納して使用する場合には第２のアンテナコイル４を含む同調回路で受信した電波信号に基づいて、前記計時手段の現在時刻を修正する。

このように、複数のアンテナコイル３、４を多層に巻回するように構成することにより、アンテナコイルを並設した構成よりも小型化が可能になる。また、上層の第２のアンテナコイル４のインダクタンスを下層の第１のアンテナコイル３のインダクタンスよりも大きく構成することにより、筐体の種類に応じてアンテナコイルを切り換えた場合に、受信感度の変化を小さくすることが可能になる。
尚、前記実施の形態ではアンテナコイルは２層に巻回する例で説明したが、３層以上に巻回した構成とすることも可能である。

筐体が金属やプラスチックの場合に限られず、種々の材料の筐体を用いた電波時計に適用可能である。また、日本国のみならず米国等、周波数の異なる国で使用される電波時計にも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る電波時計のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電波時計を説明するための特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る電波時計のブロック図である。 本発明の実施の形態に使用するアンテナコイルの構成図である。

符号の説明

１・・・アンテナ回路
２・・・コア
３、４・・・アンテナコイル
５、６・・・同調コンデンサ
１０・・・受信手段としての受信回路
１１・・・選択手段としてのセレクタ
１２・・・ＡＧＣ増幅器
１３・・・復調器
１４・・・水晶振動子
１５・・・加算手段としての加算器
２０・・・制御手段としての制御回路
３０・・・表示手段

Claims (5)

1. 現在時刻の情報を含む時刻コード信号を電波信号で受信し、計時手段で計時している時刻を、前記時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で修正する電波時計において、
   アンテナコイル及びコンデンサによって構成され同調周波数が同一で前記電波信号に同調する複数の同調回路と、所定条件を満たす信号を出力する同調回路を選択して、該選択した同調回路の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、該時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で前記計時手段の現在時刻を修正する制御手段とを備えて成り、
   前記複数の同調回路のアンテナコイルは、インダクタンス値がそれぞれ異なることを特徴とする電波時計。
2. 前記制御手段は、前記同調回路から出力される出力信号中の時刻コード信号のエラーチェックを行うことにより、エラーが生じない方の同調回路を選択して、該選択した同調回路の出力信号から前記時刻コード信号を抽出し、該時刻コード信号に含まれる現在時刻の情報で前記計時手段の現在時刻を修正することを特徴とする請求項１記載の電波時計。
3. 前記複数の同調回路のアンテナコイルは多層に重ね巻きされて成ることを特徴とする請求項１または２に記載の電波時計。
4. 前記多層に重ね巻きされた複数のアンテナコイルは、下層に巻回された第１のアンテナコイルと前記第１のアンテナコイルの上層に巻回された第２のアンテナコイルによって構成されて成り、
   前記第１のアンテナコイルのインダクタンス値は、前記第２のアンテナコイルのインダクタンス値よりも小さいことを特徴とする請求項３記載の電波時計。
5. 前記制御手段は、前記第１、第２のアンテナコイルをプラスチック筐体に収納して使用する場合には前記第１のアンテナコイルを含む同調回路で受信した電波信号に基づいて、前記計時手段の現在時刻を修正し、
   前記第１、第２のアンテナコイルを金属筐体に収納して使用する場合には前記第２のアンテナコイルを含む同調回路で受信した電波信号に基づいて、前記計時手段の現在時刻を修正することを特徴とする請求項４記載の電波時計。

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