JP5238144B2 - 時計の誤差補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、発振器の発振周波数に基づいて時を刻む電子時計の誤差補正方法に関し、特に、少ない消費電力で高い精度の時刻補正を可能にするものである。

自動車に搭載された時計は、エンジンの駆動時だけでなく、エンジンが停止してバッテリへの充電が止まっている時にも計時を続けるため、エンジン停止時の消費電力の低減を必要としている。

エンジン停止時の省電力化を図るため、従来の車両用時計は、低精度・低消費電力の発振器と高精度・高消費電力の高周波発振器とを具備し、エンジン駆動時に高精度・高消費電力の高周波発振器を用いて時刻を計時し、エンジン停止時に低精度・低消費電力の発振器に切り替えて時刻を計時している。

また、この場合に、下記特許文献１に記載されているように、低精度・低消費電力の発振器が動作するエンジン停止時に、高精度・高消費電力の高周波発振器を周期的に短時間だけ駆動し、その高周波発振器のクロックを用いて、低精度・低消費電力の発振器による計時時刻を補正することも行なわれている。

この種の補正方法について図５〜図７を参照しながら説明する。図５は時計の構造を示すブロック図、図６は水晶振動子の周波数温度特性を示す図、そして図７は従来の時計誤差補正方法を説明する説明図である。

図５は、高精度・高消費電力の発振器として、４ＭＨｚで発振するＡＴ水晶振動子１１が外付けされた４ＭＨｚ発振クロック部３１を備え、低精度・低消費電力の発振器として、３２ＫＨｚで発振する音叉型水晶振動子１２が外付けされた３２ＫＨｚ発振クロック部３２を備える時計の構成を示している。

この時計は、ＣＰＵのチップ３０内部に、４ＭＨｚ発振クロック部３１と、３２ＫＨｚ発振クロック部３２と、４ＭＨｚ発振クロック部３１または３２ＫＨｚ発振クロック部３２のクロック（クロックパルス）を分周して時刻データを出力する周波数切替部３３と、３２ＫＨｚ発振クロック部３２のクロックパルスをカウントする３２ＫＨｚカウンタ３５と、４ＭＨｚ発振クロック部３１のクロックパルスをカウントする４ＭＨｚカウンタ３６と、時刻データを補正する演算制御部３４と、時刻表示用のＬＣＤ（液晶表示装置）１４に時刻データを出力する出力部３７と、を備えている。

このＣＰＵチップ３０には、５Ｖの起動用直流電圧１５が供給される。演算制御部３４は、ＩＧＮスイッチのオン信号がＩ／Ｏ１３を介して入力すると、４ＭＨｚ発振クロック部３１を起動する。このとき、周波数切替部３３は、４ＭＨｚ発振クロック部３１のクロックを分周して時刻データを生成し、演算制御部３４に出力する。演算制御部３４は、この時刻データを出力部３７を通じてＬＣＤ１４に出力し、ＬＣＤ１４に時刻が表示される。

一方、演算制御部３４は、ＩＧＮスイッチのオフ信号がＩ／Ｏ１３から入力すると、３２ＫＨｚ発振クロック部３２を起動するとともに、４ＭＨｚ発振クロック部３１を間欠的に起動し、また、３２ＫＨｚカウンタ３５に３２ＫＨｚ発振クロック部３２のクロックパルスのカウントを行なわせ、４ＭＨｚカウンタ３６に４ＭＨｚ発振クロック部３１のクロックパルスのカウントを行なわせる。

周波数切替部３３は、３２ＫＨｚ発振クロック部３２のクロックを分周して時刻データを生成し、演算制御部３４に出力する。演算制御部３４は、この時刻データを３２ＫＨｚカウンタ３５および４ＭＨｚカウンタ３６のカウント値を使って補正し、補正後の時刻データを出力部３７を通じてＬＣＤ１４に出力する。

この補正は、主に、ＡＴ水晶振動子１１に比べて、音叉型水晶振動子１２の発振周波数の温度依存性が大きいために必要になる。図６は、ＡＴ水晶振動子１１および音叉型水晶振動子１２の周波数温度特性を示している。この図６から明らかなように、周囲温度が基準温度（２５℃）から離れるに従って、音叉型水晶振動子１２を用いる３２ＫＨｚ発振クロック部３２の発振誤差は大きくなる。

この誤差を補正するため、演算制御部３４は、図７に示すように、３２ＫＨｚ発振クロック部３２が連続的に動作している間、ｔ１時間を１区間として、各区間の最後のｔ２時間だけ４ＭＨｚ発振クロック部３１を起動し、ｔ２間に４ＭＨｚカウンタ３６がカウントした値と３２ＫＨｚカウンタ３５がカウントした値とを用いて各区間ｉの区間補正数値Ｒｉを算出する。

ここで、３２ＫＨｚ発振クロック部３２のクロック周波数をｆ１、４ＭＨｚ発振クロック部３１のクロック周波数をｆ２、区間ｉのｔ２間に３２ＫＨｚカウンタ３５がカウントした値をｃｉ１、ｔ２間に４ＭＨｚカウンタ３６がカウントした値をｃｉ２とすると、区間補正数値Ｒｉは、
Ｒｉ ＝ ｆ２−（ｃｉ２／ｃｉ１）×ｆ１
となる。このＲｉは、３２ＫＨｚ発振クロック部３２のクロックで算出した１秒と、４ＭＨｚ発振クロック部３１のクロックで算出した１秒との誤差を、４ＭＨｚ発振クロック部３１のクロックパルスの数で示している。３２ＫＨｚ発振クロック部３２が基準温度の下でクロックを発振している場合は、Ｒｉが０になる。

図７において、傾斜する太線は、この誤差（発振誤差）の実際の時間変化を表している。演算制御部３４は、各区間の発振誤差を一定と看做して、区間１の補正量をＲ１×ｔ１、区間２の補正量をＲ２×ｔ１、区間３の補正量をＲ３×ｔ１、・・・として算出し、その補正量の累積値Σ（Ｒｉ×ｔ１）を記憶する。図７の斜線部分は、各区間の補正量を表している。

演算制御部３４は、補正量の累積値Σ（Ｒｉ×ｔ１）がｆ２を超えた場合に、周波数切替部３３から出力された時刻データに１秒を加算して出力部３７に出力し、補正量の累積値をΣ（Ｒｉ×ｔ１）からｆ２を減算した値に更新する。

特開２０００−９８０６７号公報

しかし、従来の時計誤差補正方法では、区間補正数値Ｒｉに補正処理周期ｔ１を乗じて各区間の補正量を算出しているが、これは、図７に太線で示すように、時間的に変化する発振誤差を区間内では一定と看做して、斜線領域で示す階段状の補正を行なうものであるから、高い補正精度が得られない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、省電力状態で動作する時計の時刻を、高い精度で補正することができる時計誤差補正方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る時計誤差補正方法は、下記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）を特徴としている。
（Ａ） 第１のクロックを出力する第１発振クロック部と、前記第１のクロックよりもクロック周波数が高い第２のクロックを出力する第２発振クロック部と、を有し、前記第１のクロックのクロック周波数を分周して時刻データを生成し、前記第２のクロックを用いて前記時刻データを補正する時計の誤差補正方法であって、
一定時間ごとに時間幅が一定の計測時間帯を設け、前記計測時間帯に前記第１発振クロック部から出力された第１のクロックのパルス数と前記第２発振クロック部から出力された第２のクロックのパルス数とを計測する第１のステップと、
１つ前の計測時間帯の終了時点から次の計測時間帯の終了時点までを１区間として、各区間に含まれる前記計測時間帯で計測された前記第１のクロックのパルス数と前記第２のクロックのパルス数との比から当該区間ｉの区間補正数値Ｒｉを算出する第２のステップと、
各区間の時間をｔ１とするとき、着目する区間ｉの区間補正数値Ｒｉと、その１つ前の区間（ｉ−１）の区間補正数値Ｒ（ｉ−１）とを用いて、
［｛ｔ１×（Ｒｉ−Ｒ(i-1)）｝／２］＋Ｒ(i-1)×ｔ１ （数１）
により各区間の補正量を求める第３のステップと、
を含むこと。
（Ｂ） 第１のクロックを出力する第１発振クロック部と、前記第１のクロックよりもクロック周波数が高い第２のクロックを出力する第２発振クロック部と、を有し、前記第１のクロックのクロック周波数を分周して時刻データを生成し、前記第２のクロックを用いて前記時刻データを補正する時計の誤差補正方法であって、
一定時間ごとに時間幅が一定の計測時間帯を設け、前記計測時間帯に前記第１発振クロック部から出力された第１のクロックのパルス数と前記第２発振クロック部から出力された第２のクロックのパルス数とを計測する第１のステップと、
１つ前の計測時間帯の終了時点から次の計測時間帯の終了時点までを１区間として、各区間に含まれる前記計測時間帯で計測された前記第１のクロックのパルス数と前記第２のクロックのパルス数との比から当該区間ｉの区間補正数値Ｒｉを算出する第２のステップと、
各区間の時間をｔ１とするとき、着目する区間ｉの区間補正数値Ｒｉと、その１つ前の区間（ｉ−１）の区間補正数値Ｒ（ｉ−１）と、温度に依存する係数αとを用いて、
［｛ｔ１×（Ｒｉ−Ｒ(i-1)）｝／（２＋α）］＋Ｒ(i-1)×ｔ１ （数２）
により各区間の補正量を求める第３のステップと、
を含むこと。
（Ｃ） 上記（Ａ）または上記（Ｂ）の時計誤差補正方法が、更に、
各区間の前記補正量を順次加算して累積補正量を求める第４のステップと、
前記累積補正量が予め定めた閾値を超えたときに時刻表示手段に時刻補正データを出力し、前記累積補正量から前記閾値を減算する第５のステップと、
を含むこと。
（Ｄ） 上記（Ｃ）の時計誤差補正方法において、
前記第５のステップの前記閾値を０．５秒以下の時間に対応する値に設定したこと。
（Ｅ） 上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）のいずれかの時計誤差補正方法において、
前記第２発振クロック部を前記計測時間帯のみ起動すること。

上記（Ａ）の時計誤差補正方法では、式（数１）により各区間の補正量を算出しているため、各区間の補正量を実際の発振誤差と略等しい量に設定することができる。
上記（Ｂ）の時計誤差補正方法では、式（数２）により各区間の補正量を算出しているため、各区間の実際の発振誤差が温度に依存して非線形の変化を示す場合でも、各区間の補正量を実際の発振誤差と略等しい量に設定することができる。
上記（Ｃ）の時計誤差補正方法では、第４のステップおよび第５のステップにより、表示時刻を進ませたり遅らせたりすることが必要になるまで発振誤差が積み重なると、時刻表示手段の表示補正が行なわれる。
また、このとき、上記（Ｄ）の時計誤差補正方法のように、前記第５のステップの前記閾値を０．５秒以下の時間に対応する値に設定することが望ましい。時刻表示手段に対して１秒単位の時刻補正データを出力する場合は、時刻表示手段が１秒ごとに継続して行なっている表示が、不連続になる可能性がある。この表示の飛びは、時刻表示手段に０．５秒、またはそれ以下の時間単位で時刻補正データを出力することにより防止できる。
また、上記（Ｅ）の時計誤差補正方法のように、前記第２発振クロック部を前記計測時間帯のみ起動するのも好ましい。第２発振クロック部は、高精度のクロックを出力し、消費電力も多いため、この第２発振クロック部を間欠的に起動することで、省電力化を図ることができる。

本発明の時計誤差補正方法は、低いクロック周波数の発振クロックを用いて生成される時刻を、高い精度で補正することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の実施形態における時計誤差補正方法を説明する説明図、図２は本発明の実施形態における時計誤差補正方法でのクロック周波数切替手順を示すフロー図、図３は本発明の実施形態における時計誤差補正方法での時刻誤差補正手順を示すフロー図、そして図４（ａ）および図４（ｂ）は発振誤差曲線を示す図である。

本発明の実施形態の時刻誤差補正方法が行なわれる時計は、既に説明した図５に示す構造を有している。

図２は、より具体的には、ＩＧＮスイッチのオン・オフに伴う、この時計の処理フローを示している。演算制御部３４は、ＩＧＮスイッチのオン・オフを識別し（ステップ１）、ＩＧＮスイッチがオンのときは、クロック周波数を４ＭＨｚに切り替えて、４ＭＨｚ発振クロック部３１のクロックから生成された時刻データを、出力部３７を通じてＬＣＤ１４に出力する（ステップ２）。また、ＩＧＮスイッチがオフのときは、クロック周波数を３２ＫＨｚに切り替え、３２ＫＨｚ発振クロック部３２のクロックから生成された時刻データを補正して、出力部３７を通じてＬＣＤ１４に出力する（ステップ３）。

図３のフロー図は、具体的には、演算制御部３４の時刻補正手順を示している。演算制御部３４は、クロック周波数を識別する（ステップ１０）。クロック周波数が４ＭＨｚのときは、補正を行なわない。

クロック周波数が３２ＫＨｚのときは、図１に示すように、ｔ１時間を１区間として各区間の最後のｔ２時間だけ４ＭＨｚ発振クロック部３１を起動し、ｔ２間に４ＭＨｚ発振クロック部３１から出力されたクロックパルス数を４ＭＨｚカウンタ３６で計測し、また、ｔ２間に３２ＫＨｚ発振クロック部３２から出力されたクロックパルス数を３２ＫＨｚカウンタ３５で計測する（ステップ１１）。

演算制御部３４は、３２ＫＨｚカウンタ３５および４ＭＨｚカウンタ３６のカウンタ値を読み込み（ステップ１２）、区間補正数値Ｒｉを演算する（ステップ１３）。Ｒｉの求め方は従来と同じである。

次いで、演算制御部３４は、この区間補正数値Ｒｉを用いて、補正演算を次のように行なう（ステップ１４）。

ここでは、図１に示すように、太線で示す発振誤差が各区間内で直線と看做せるものとする。各区間の補正量は、次のように算出される。
区間1の補正量τ１：（ｔ１×Ｒ1）／２
区間２の補正量τ２：［｛ｔ１×（Ｒ２−Ｒ１）｝／２］＋Ｒ１×ｔ１
区間３の補正量τ３：［｛ｔ１×（Ｒ３−Ｒ２）｝／２］＋Ｒ２×ｔ１
・・・・

即ち、区間ｉの補正量τｉは、次式（数１）により算出される。

τｉ＝［｛ｔ１×（Ｒｉ−Ｒ(i-1)）｝／２］＋Ｒ(i-1)×ｔ１ （数１）

この区間ｉの補正量τｉは、図１に斜線で示すように、その区間ｉの区間補正数値Ｒｉと、その前の区間（ｉ−１）の区間補正数値Ｒ（ｉ−１）とを結ぶ直線の下側の面積に相当する。この面積は、その区間ｉの実際の誤差量を示す太線の下側の面積に略等しい。

演算制御部３４は、各区間の補正量τｉの累積値Στｉを記憶し、累積値Στｉが４ＭＨｚ発振クロック部３１のクロック周波数ｆ２の値を超えた場合に、周波数切替部３３から出力された時刻データに１秒を加算して出力部３７に出力し、補正量の累積値をΣτｉからｆ２を減算した値に更新する。

このように、この時計誤差補正方法では、低精度・低消費電力の発振クロック部のクロックを用いて時刻データを生成する場合に、時刻データの補正量が、実際の誤差量と極めて近似した量に設定されるため、高精度の補正が可能である。

尚、ここでは発振誤差を示す線が各区間内で直線と看做せる場合について説明したが、時計の周囲の温度によっては、図４（ａ）や図４（ｂ）に示すように、発振誤差を示す線が曲線になる場合がある。このとき、各区間の補正量τｉを次式（数２）によって算出することにより、更に精度の高い補正が可能になる。

τｉ＝［｛ｔ１×（Ｒｉ−Ｒ(i-1)）｝／（２＋α）］＋Ｒ(i-1)×ｔ１ （数２）

ここで、αは、−１＜α＜∞であり、その値は温度によって変わる。そのため、予め試験を行ない、温度とαとの対応関係を規定するテーブルを作成して、そのテーブルをＣＰＵチップ３０内に格納する。また、温度測定手段を設け、温度データがＣＰＵチップ３０に出力されるように構成する（尚、温度測定手段を備える電子時計は特開２００２−３１１１７３号公報に記載されている）。

そして、演算制御部３４は、時刻補正に際して、前記テーブルから、入力された温度データに対応するαを読み取り、このαを用いて、式（数２）から各区間の補正量τｉを算出する。

この式（数２）において、α＝０としたものが式（数１）である。発振誤差を示す線が曲線の場合は、これを直線と看做して式（数１）から誤差量を求めるよりも、曲線を考慮した式（数２）により誤差量を求めた方が、精度の高い補正が可能になる。

因みに、式（数２）において、α＝−１を代入すると、τｉ＝ｔ１×Ｒｉとなり、α＝∞を代入すると、τｉ＝ｔ１×Ｒ(i-1)となる。

また、ここでは、時刻データ補正量が１秒に達するごとにＬＣＤ１４に補正データを送る場合について説明したが、ＬＣＤ１４の「時」と「分」との間に表示されたコロンが１秒間隔で点滅している時計では、補正のタイミングが悪いと、１秒の点滅が表示されない（表示の飛びが発生する）可能性がある。こうした事態は、時刻データ補正量が０．５秒、またはそれ以下の値に達するごとにＬＣＤ１４に補正データを送るようにすれば防止できる。

また、ここでは、車両用時計の時刻補正について説明したが、本発明は、車両用時計に限らず、消費電力を減らすために低いクロック周波数の発振クロックを用いて時刻を計時する各種の電気式時計の時刻補正に広く適用することができる。

本発明の実施形態における時計誤差補正方法を説明する説明図である。 本発明の実施形態における時計誤差補正方法でのクロック周波数切替手順を示すフロー図である。 本発明の実施形態における時計誤差補正方法での時刻誤差補正手順を示すフロー図である。 発振誤差曲線を示す図である。 時計の構造を示すブロック図である。 水晶振動子の周波数温度特性を示す図である。 従来の時計誤差補正方法を説明する説明図である。

符号の説明

１１：ＡＴ水晶振動子（高周波水晶振動子）
１２：音叉型水晶振動子
１３：Ｉ／Ｏ（信号入出力装置）
１４：ＬＣＤ（液晶表示装置）
１５：直流電圧
３０：ＣＰＵチップ（中央演算処理装置）
３１：４ＭＨｚ発振クロック部
３２：３２ＫＨｚ発振クロック部
３３：周波数切替部
３４：演算制御部
３５：３２ＫＨｚカウンタ
３６：４ＭＨｚカウンタ
３７：出力部

Claims (3)

1. 第１のクロックを出力する第１発振クロック部と、前記第１のクロックよりもクロック周波数が高い第２のクロックを出力する第２発振クロック部と、を有し、前記第１のクロックのクロック周波数を分周して時刻データを生成し、前記第２のクロックを用いて前記時刻データを補正する時計の誤差補正方法であって、
   一定時間ごとに時間幅が一定の計測時間帯を設け、前記計測時間帯に前記第１発振クロック部から出力された第１のクロックのパルス数と前記第２発振クロック部から出力された第２のクロックのパルス数とを計測する第１のステップと、
   １つ前の計測時間帯の終了時点から次の計測時間帯の終了時点までを１区間として、各区間に含まれる前記計測時間帯で計測された前記第１のクロックのパルス数と前記第２のクロックのパルス数との比から当該区間ｉの区間補正数値Ｒｉを算出する第２のステップと、
   各区間の時間をｔ１とするとき、着目する区間ｉの区間補正数値Ｒｉと、その１つ前の区間（ｉ−１）の区間補正数値Ｒ（ｉ−１）とを用いて、
   ［｛ｔ１×（Ｒｉ−Ｒ(i-1)）｝／２］＋Ｒ(i-1)×ｔ１
   により各区間の補正量を求める第３のステップと、
   を含むことを特徴とする時計誤差補正方法。
2. 第１のクロックを出力する第１発振クロック部と、前記第１のクロックよりもクロック周波数が高い第２のクロックを出力する第２発振クロック部と、を有し、前記第１のクロックのクロック周波数を分周して時刻データを生成し、前記第２のクロックを用いて前記時刻データを補正する時計の誤差補正方法であって、
   一定時間ごとに時間幅が一定の計測時間帯を設け、前記計測時間帯に前記第１発振クロック部から出力された第１のクロックのパルス数と前記第２発振クロック部から出力された第２のクロックのパルス数とを計測する第１のステップと、
   １つ前の計測時間帯の終了時点から次の計測時間帯の終了時点までを１区間として、各区間に含まれる前記計測時間帯で計測された前記第１のクロックのパルス数と前記第２のクロックのパルス数との比から当該区間ｉの区間補正数値Ｒｉを算出する第２のステップと、
   各区間の時間をｔ１とするとき、着目する区間ｉの区間補正数値Ｒｉと、その１つ前の区間（ｉ−１）の区間補正数値Ｒ（ｉ−１）と、温度に依存する係数αとを用いて、
   ［｛ｔ１×（Ｒｉ−Ｒ(i-1)）｝／（２＋α）］＋Ｒ(i-1)×ｔ１
   により各区間の補正量を求める第３のステップと、
   を含むことを特徴とする時計誤差補正方法。
3. 更に、
   各区間の前記補正量を順次加算して累積補正量を求める第４のステップと、
   前記累積補正量が予め定めた閾値を超えたときに時刻表示手段に時刻補正データを出力し、前記累積補正量から前記閾値を減算する第５のステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載した時計誤差補正方法。

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