以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.GPSシステム
1−1.概要
図1は、GPSシステムの概要について説明するための図である。
GPS衛星10は、地球の上空の所定の軌道上を周回しており、1.57542GHzの電波(L1波)に航法メッセージを重畳させて地上に送信している。ここで、GPS衛星10は本発明における位置情報衛星の一例であり、航法メッセージが重畳された1.57542GHzの電波(以下、「衛星信号」という)は本発明における衛星信号の一例である。
現在、約30個のGPS衛星10が存在しており、衛星信号がどのGPS衛星10から送信されたかを識別するために、各GPS衛星10はC/Aコード(Coarse/Acquisition Code)と呼ばれる1023chip(1ms周期)の固有のパターンを衛星信号に重畳する。C/Aコードは、各chipが+1又は−1のいずれかでありランダムパターンのように見える。従って、衛星信号と各C/Aコードのパターンの相関をとることにより、衛星信号に重畳されているC/Aコードを検出することができる。
GPS衛星10は原子時計を搭載しており、衛星信号には原子時計で計時された極めて正確な時刻情報(以下、「GPS時刻情報」という)が含まれている。また、地上のコントロールセグメントにより各GPS衛星10に搭載されている原子時計のわずかな時刻誤差が測定されており、衛星信号にはその時刻誤差を補正するための時刻補正パラメータも含まれている。そのため、GPS受信機1は、1つのGPS衛星10から送信された衛星信号を受信し、その中に含まれるGPS時刻情報と時刻補正パラメータを使用して内部時刻を正確な時刻に修正することができる。
衛星信号にはGPS衛星10の軌道上の位置を示す軌道情報も含まれている。GPS受信機1は、GPS時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行うことができる。測位計算は、GPS受信機1の内部時刻にある程度の誤差が含まれていることを前提として行われる。すなわち、GPS受信機1の3次元の位置を特定するためのx,y,zパラメータに加えて時刻誤差も未知数になる。そのため、GPS受信機1は、一般的には4つ以上のGPS衛星からそれぞれ送信された衛星信号を受信し、その中に含まれるGPS時刻情報と軌道情報を使用して測位計算を行う。
1−2.航法メッセージ
図2(A)〜図2(C)は、航法メッセージの構成について説明するための図である。
図2(A)に示すように、航法メッセージは、全ビット数1500ビットのメインフレームを1単位とするデータとして構成される。メインフレームは、それぞれ300ビットの5つのサブフレーム1〜5に分割されている。1つのサブフレームのデータは、各GPS衛星10から6秒で送信される。従って、1つのメインフレームのデータは、各GPS衛星10から30秒で送信される。
サブフレーム1には、週番号データ等の衛星補正データが含まれている。週番号データは、現在のGPS時刻情報が含まれる週を表す情報である。GPS時刻情報の起点は、UTC(協定世界時)における1980年1月6日00:00:00であり、この日に始まる週は週番号0となっている。週番号データは、1週間単位で更新される。
サブフレーム2、3には、エフェメリスパラメータ(各GPS衛星10の詳細な軌道情報)が含まれる。また、サブフレーム4、5には、アルマナックパラメータ(全GPS衛星10の概略軌道情報)が含まれている。
さらに、サブフレーム1〜5には、先頭から、30ビットのTLM(Telemetry word)データが格納されたTLM(Telemetry)ワードと30ビットのHOW(hand over word)データが格納されたHOWワードが含まれている。
従って、TLMワードやHOWワードは、GPS衛星10から6秒間隔で送信されるのに対し、週番号データ等の衛星補正データ、エフェメリスパラメータ、アルマナックパラメータは30秒間隔で送信される。
図2(B)に示すように、TLMワードには、プリアンブルデータ、TLMメッセージ、Reservedビット、パリティデータが含まれている。
図2(C)に示すように、HOWワードには、TOW(Time of Week、「Zカウント」ともいう)というGPS時刻情報が含まれている。Zカウントデータは毎週日曜日の0時からの経過時間が秒で表示され、翌週の日曜日の0時に0に戻るようになっている。つまり、Zカウントデータは、週の初めから一週間毎に示される秒単位の情報である。このZカウントデータは、次のサブフレームデータの先頭ビットが送信されるGPS時刻情報を示す。例えば、サブフレーム1のZカウントデータは、サブフレーム2の先頭ビットが送信されるGPS時刻情報を示す。また、HOWワードには、サブフレームのIDを示す3ビットのデータ(IDコード)も含まれている。すなわち、図2(A)に示すサブフレーム1〜5のHOWワードには、それぞれ「001」、「010」、「011」、「100」、「101」のIDコードが含まれている。
GPS受信機1は、サブフレーム1に含まれる週番号データとサブフレーム1〜5に含まれるHOWワード(Zカウントデータ)を取得することで、GPS時刻情報を取得することができる。ただし、GPS受信機1は、以前に週番号データを取得し、週番号データを取得した時期からの経過時間を内部でカウントしている場合は、週番号データを取得しなくてもGPS衛星の現在の週番号データを得ることができる。従って、GPS受信機1は、Zカウントデータを取得すれば、日付以外の現在時刻が分かるようになっている。このため、GPS受信機1は、通常、現在時刻としてZカウントデータのみを取得する。
なお、TLMワード、HOWワード(Zカウントデータ)、衛星補正データ、エフェメリスパラメータ、アルマナックパラメータ等は、本発明における衛星情報の一例である。
GPS受信機1として、例えば、GPS装置付き腕時計(以下、「GPS付き腕時計」という)を考えることができる。GPS付き腕時計は本発明に係るリスト機器の一例であり、以下では本実施形態のGPS付き腕時計について説明する。
2.GPS付き腕時計
2−1.第1実施形態
[GPS付き腕時計の構造]
図3(A)及び図3(B)は、第1実施形態のGPS付き腕時計3の構造について説明するための図である。図3(A)はGPS付き腕時計3の概略平面図であり、図3(B)は図3(A)のGPS付き腕時計3の概略断面図である。
図3(A)に示すように、GPS付き腕時計3は、文字板11及び指針12を備えている。文字板11の一部に形成された開口部にディスプレイ13が組み込まれている。ディスプレイ13は、LCD(Liquid Crystal Display)表示パネル等で構成され、現在の経度及び緯度、現在地の都市名等の情報や各種のメッセージ情報を表示する。指針12は、秒針、分針、時針等により構成されており、歯車を介してステップモータで駆動される。
GPS付き腕時計3は、リューズ14やボタン15(Aボタン)、ボタン16(Bボタン)を手動操作することにより、少なくとも1つのGPS衛星10からの衛星信号を受信してGPS時刻情報に基づいて内部時刻情報の修正を行うモード(測時モード)と複数のGPS衛星10からの衛星信号を受信して測位計算を行い現在地を求めて、現在地から特定される時差及びGPS時刻情報に基づいて内部時刻情報の修正を行うモード(測位モード)に設定できるように構成されている。
例えば、ボタン15(Aボタン)が数秒(例えば3秒)以上押されると、GPS付き腕時計3は測時モードによる時刻修正処理を行う。また、ボタン16(Bボタン)が数秒(例えば3秒)以上押されると、GPS付き腕時計3は測位モードによる時刻修正処理(時差修正処理)を行う。
一方、ボタン15(Aボタン)が短い時間押されると、GPS付き腕時計3は文字板11及び指針12により直前の測時モードにおける受信結果を表示する。また、ボタン16(Bボタン)が短い時間押されると、GPS付き腕時計3は文字板11及び指針12により直前の測位モードにおける受信結果を表示する。例えば、受信成功の場合には、秒針が「Y」の位置(10秒位置)に移動し、受信失敗の場合には秒針が「N」の位置(20秒位置)に移動する。
なお、GPS付き腕時計3は、測時モードや測位モードを定期的に(自動的に)実行することもできる。
図3(B)に示すように、GPS付き腕時計3は、ステンレス鋼(SUS)、チタン等の金属で構成された外装ケース17を備えている。
外装ケース17は、略円筒状に形成され、表面側の開口にはベゼル18を介して表面ガラス19が取り付けられている。また、外装ケース17の裏面側の開口には裏蓋26が取り付けられている。
外装ケース17の内部には、指針12を駆動するステップモータ、ソーラーセル22、GPSアンテナ27、二次電池24等が配置されている。
ステップモータは、モータコイル20、ステータ、ロータ等で構成されており、歯車を介して指針12を駆動する。
ソーラーセル22は、文字板11の時刻表示面の反対側の面(裏面側)に配置され、表面ガラス19及び文字板11を通過して表面に入射した光によって光発電する。
二次電池24はリチウムイオン電池等の充電可能な二次電池であり、ソーラーセル22が光発電した電力を蓄えられるようになっている。すなわち、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に接続することにより、ソーラーセル22が光発電を行い、二次電池24が充電される。
GPSアンテナ27は、複数のGPS衛星10からの衛星信号を受信するアンテナであり、パッチアンテナ、ヘリカルアンテナ、チップアンテナ、逆Fアンテナ等により実現される。
本実施形態では、GPS付き腕時計3の装飾性を向上させるために、GPSアンテナ27はソーラーセル22の裏面側に配置される。その結果、GPSアンテナ27は、表面ガラス19、文字板11及びソーラーセル22を通過した衛星信号を受信することになる。そのため、文字板11及び表面ガラス19は、1.5GHz帯の電波を通す材料、例えば導電率及び透磁率の低い材料であるプラスチックやガラス等で構成されている。
しかし、ソーラーセル22が発電中は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間が電気的に接続されているため、ソーラーセル22の電極は電波をシールドする効果を有する。従って、ソーラーセル22が発電中は、GPSアンテナ27は衛星信号を受信しづらい状況になっている。一方、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に切断し、ソーラーセル22の電極がどこにも接続されていない状態(オープン状態)にすると電極のインピーダンスが高くなり、シールド効果が低減する。そこで、後述するように、本実施形態ではソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に切断できるように構成されている。
なお、ベゼル18は、衛星信号の受信性能を向上させるためにセラミック等の非金属材料で構成される。
GPSアンテナ27の裏蓋側には回路基板25が配置され、回路基板25の裏蓋側には二次電池24が配置されている。
回路基板25には、GPSアンテナ27で受信した衛星信号を処理する受信回路を含む受信モジュール30、ステップモータの駆動制御等を行う制御部(CPU)40等が取り付けられている。受信モジュール30や制御部(CPU)40は、二次電池24から供給される電力で駆動される。
なお、本実施形態では、二次電池24としてリチウムイオン電池等の二次電池を用いているが、二次電池24は蓄電体であればよく、例えば、コンデンサ等であってもよい。
図4(A)及び図4(B)は、ソーラーセル22の構造について説明するための図である。なお、図4(A)は、光が入射する方向(図3(B)において上方向)からソーラーセル22を見た図である。また、図4(B)は、図4(A)に示すソーラーセル22のII−II線断面図である。
図4(A)に示すように、ソーラーセル22は、指針12を通すための開口部22−1と、ディスプレイ13が組み込まれる開口部22−2を有する。なお、指針12が存在しない場合には、開口部22−1は無くてもよい。また、ディスプレイ13が存在しない場合には、開口部22−2は無くてもよい。
図4(B)に示すように、ソーラーセル22は、プラスチックフィルム基板226に形成されたアモルファスシリコン228が保護フィルム220及び227によりカバーされた構造を有する。アモルファスシリコン228は、p型半導体222及びn型半導体224がi型半導体223を挟むように形成されており、アモルファスシリコン228の表面(図3(B)において文字板11に対向する面)及び裏面(図3(B)においてGPSアンテナ27等に対向する面)には、それぞれ透明電極221及び金属電極225が形成されている。
保護フィルム220及び透明電極221を通過した光がアモルファスシリコン228の表面に入射すると、光のエネルギーによりi型半導体223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222とn型半導体224の方向に移動する。その結果、透明電極221及び金属電極225に接続された外部回路に電流が流れる。このようにして、ソーラーセル22は光発電を行う。
ソーラーセル22の発電効率を高めるためには、アモルファスシリコン228の表面に入射する光量をできるだけ多くする必要がある。そのため、アモルファスシリコン228の表面積をなるべく大きくすることが望ましい。一方、ソーラーセル22の表面の色や質感が外部から視認できると、GPS付き腕時計3の装飾性は十分ではない。そのため、図3(B)に示すように、ソーラーセル22は、文字板11の裏面側に配置され、外部から視認されにくいようになっている。文字板11は外部から視認できるため、透過率の低い材料を用いて、出来るだけ光を透過させつつ見栄えをよくすることが望ましい。
[GPS付き腕時計の回路構成]
図5は、第1実施形態のGPS付き腕時計3の回路構成について説明するための図である。
GPS付き腕時計3は、受信モジュール30、GPSアンテナ27、時刻表示装置80及び電源供給装置90を含んで構成されている。
[受信モジュールの構成]
受信モジュール30は、GPSアンテナ27が接続される。GPSアンテナ27は、図3(B)で説明したように、複数のGPS衛星10からの衛星信号を受信するアンテナである。
また、受信モジュール30は、SAW(Surface Acoustic Wave:表面弾性波)フィルタ31とRF(Radio Frequency:無線周波数)部50とベースバンド部60を含んで構成されている。SAWフィルタ31は、GPSアンテナ27が受信した信号から衛星信号を抽出する処理を行う。すなわち、SAWフィルタ31は、1.5GHz帯の信号を通過させるバンドパスフィルタとして構成される。
以下に説明するように、RF部50とベースバンド部60は、SAWフィルタ31が抽出した1.5GHz帯の衛星信号から航法メッセージに含まれる軌道情報やGPS時刻情報等の衛星情報を取得する処理を行う。
RF部50は、LNA(Low Noise Amplifier)51、ミキサ52、VCO(Voltage Controlled Oscillator)53、PLL(Phase Locked Loop)回路54、IFアンプ55、IF(Intermediate Frequency:中間周波数)フィルタ56、ADC(A/D変換器)57等を含んで構成されている。
SAWフィルタ31が抽出した衛星信号は、LNA51で増幅される。LNA51で増幅された衛星信号は、ミキサ52でVCO53が出力するクロック信号とミキシングされて中間周波数帯の信号にダウンコンバートされる。PLL回路54は、VCO53の出力クロック信号を分周したクロック信号と基準クロック信号を位相比較してVCO53の出力クロック信号を基準クロック信号に同期させる。その結果、VCO53は基準クロック信号の周波数精度の安定したクロック信号を出力することができる。なお、中間周波数として、例えば、数MHzを選択することができる。
ミキサ52でミキシングされた信号は、IFアンプ55で増幅される。ここで、ミキサ52でのミキシングにより、中間周波数帯の信号とともに数GHzの高周波信号も生成される。そのため、IFアンプ55は、中間周波数帯の信号とともに数GHzの高周波信号も増幅する。IFフィルタ56は、中間周波数帯の信号を通過させるとともに、この数GHzの高周波信号を除去する(正確には、所定のレベル以下に減衰させる)。IFフィルタ56を通過した中間周波数帯の信号はADC(A/D変換器)57でデジタル信号に変換される。
ベースバンド部60は、DSP(Digital Signal Processor)61、CPU(Central Processing Unit)62、SRAM(Static Random Access Memory)63、RTC(リアルタイムクロック)64を含んで構成されている。また、ベースバンド部60には、温度補償回路付き水晶発振回路(TCXO:Temperature Compensated Crystal Oscillator)65やフラッシュメモリ66等が接続されている。
温度補償回路付き水晶発振回路(TCXO)65は、温度に関係なくほぼ一定の周波数の基準クロック信号を生成する。
フラッシュメモリ66には時差情報が記憶されている。時差情報は、地理情報が分割された複数の領域の各々の時差が定義された情報である。
ベースバンド部60は、測時モード又は測位モードに設定されると、RF部50のADC57が変換したデジタル信号(中間周波数帯の信号)からベースバンド信号を復調する処理を行う。
また、ベースバンド部60は、測時モード又は測位モードに設定されると、後述する衛星検索工程において、各C/Aコードと同一のパターンのローカルコードを発生し、ベースバンド信号に含まれる各C/Aコードとローカルコードの相関をとる処理を行う。そして、ベースバンド部60は、各ローカルコードに対する相関値がピークになるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が閾値以上となる場合にはそのローカルコードのGPS衛星10に同期(すなわち、GPS衛星10を捕捉)したものと判断する。ここで、GPSシステムでは、すべてのGPS衛星10が異なるC/Aコードを用いて同一周波数の衛星信号を送信するCDMA(Code Division Multiple Access)方式を採用している。従って、受信した衛星信号に含まれるC/Aコードを判別することで、捕捉可能なGPS衛星10を検索することができる。そして、ベースバンド部60は、捕捉したGPS衛星10の航法メッセージを復調し、航法メッセージに含まれる軌道情報やGPS時刻情報等の衛星情報を取得してSRAM63に記憶する。
なお、ベースバンド部60の動作は、温度補償回路付き水晶発振回路(TCXO)65が出力する基準クロック信号に同期する。RTC64は、衛星信号を処理するためのタイミングを生成するものである。このRTC64は、温度補償回路付き水晶発振回路(TCXO)65から出力される基準クロック信号でカウントアップされる。
[時刻表示装置の構成]
時刻表示装置80は、制御部(CPU)40及び水晶振動子43を含んで構成されている。
制御部(CPU)40は、記憶部41、発振回路42、駆動回路44、LCD駆動回路45を備え、各種制御を行う。
制御部(CPU)40は、受信モジュール30を制御する。すなわち、制御部(CPU)40は、制御信号を受信モジュール30に送り、受信モジュール30の受信動作を制御する。
また、制御部(CPU)40内の駆動回路44を介して指針12の駆動を制御する。さらに、制御部(CPU)40内のLCD駆動回路45を介してディスプレイ13の駆動を制御する。例えば、制御部(CPU)40は、測位モードにおいてディスプレイ13に現在位置の表示が行われるように制御してもよい。
記憶部41には内部時刻情報が記憶されている。内部時刻情報は、GPS付き腕時計3の内部で計時される時刻の情報である。内部時刻情報は、水晶振動子43および発振回路42によって生成される基準クロック信号によって更新される。従って、受信モジュール30への電力供給が停止されていても、内部時刻情報を更新して指針12の運針を継続することができるようになっている。
制御部(CPU)40は、測時モードに設定されると、受信モジュール30の動作を制御し、GPS時刻情報に基づいて内部時刻情報を修正して記憶部41に記憶する。より具体的には、内部時刻情報は、取得したGPS時刻情報にUTCパラメータ(GPS時刻とUTCとの差である累積うるう秒で現在は−14秒)を加算することで求められるUTC(協定世界時)に修正される。また、制御部(CPU)40は、測位モードに設定されると、受信モジュール30の動作を制御し、GPS時刻情報とUTCパラメータ及び現在地から求められる時差データに基づいて、内部時刻情報を修正して記憶部41に記憶する。
[電源供給装置の構成]
電源供給装置90は、充電制御回路28、二次電池24、レギュレータ29及び時刻表示装置80に組み込まれているソーラーセル22を含んで構成されている。
二次電池24は、レギュレータ29を介して、受信モジュール30及び時刻表示装置80等に駆動電力を供給する。ソーラーセル22の光発電により発生した電流が、充電制御回路28を通じて二次電池24に供給され、二次電池24が充電される。
充電制御回路28は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間に接続され、制御信号40Aに基づいて、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に接続又は切断する。制御部(CPU)40は、GPSアンテナ27による衛星信号の受信時に、所定の条件に基づいて制御信号40Aを生成する。
図6は、充電制御回路28の構成について説明するための図である。
充電制御回路28は、Pチャネル型MOSトランジスタ28−1、Nチャネル型MOSトランジスタ28−2、インバータ28−3を含んで構成されている。Pチャネル型MOSトランジスタ28−1は、ソース端子及びドレイン端子がソーラーセル22の透明電極221及び二次電池24の+電極に接続されており、ゲート端子がインバータ28−3の出力端子に接続されている。Nチャネル型MOSトランジスタ28−2は、ソース端子及びドレイン端子がソーラーセル22の金属電極225及び二次電池24の−電極に接続されており、ゲート端子がインバータ28−3の入力端子に接続されている。そして、インバータ28−3の入力端子には、制御部(CPU)40から制御信号40Aが供給される。
制御信号40Aがハイレベルの時は、Pチャネル型MOSトランジスタ28−1及びNチャネル型MOSトランジスタ28−2はともにオンする。その結果、ソーラーセル22の透明電極221と二次電池24の+電極が電気的に接続され、ソーラーセル22の金属電極225と二次電池24の−電極が電気的に接続される。そのため、ソーラーセル22の光発電により発生した電流が二次電池24に供給され、二次電池24が充電される。この時、ソーラーセル22の透明電極221及び金属電極225はともに一定電圧になるため、ソーラーセル22は電波をシールドする効果を有する。
一方、制御信号40Aがローレベルの時は、Pチャネル型MOSトランジスタ28−1及びNチャネル型MOSトランジスタ28−2はともにオフする。その結果、ソーラーセル22の透明電極221と二次電池24の+電極が電気的に切断され、ソーラーセル22の金属電極225と二次電池24の−電極が電気的に切断される。そのため、ソーラーセル22による光発電が行われない。この時、ソーラーセル22の透明電極221及び金属電極225はともに電圧が供給されないオープン状態になり、電極のインピーダンスが高くなるため、ソーラーセル22による電波のシールド効果が低減する。
なお、制御部(CPU)40及び充電制御回路28は、本発明における接続制御部として機能する。
以下、第1実施形態の時刻修正処理(測時モード)及び時差修正処理(測位モード)の手順について説明する。制御部(CPU)40は、専用回路により実現してこれらの処理の各種制御を行うようにすることもできるが、記憶部41に記憶された制御プログラムを実行することによりこれらの処理の各種制御を行うようにすることもできる。すなわち、図7に示すように、制御プログラムにより、制御部(CPU)40は受信制御手段40−1、充電制御手段40−2、時刻情報修正手段40−3及び駆動制御手段40−4として機能し、時刻修正処理(測時モード)及び時差修正処理(測位モード)が実行される。
[時刻修正処理(測時モード)]
図8は、第1実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順の一例を示すフローチャートである。
GPS付き腕時計3は、測時モードに設定された場合、図8に示す時刻修正処理(測時モード)を実行する。
時刻修正処理(測時モード)が開始されると、GPS付き腕時計3は、まず、受信制御手段40−1によって受信モジュール30を制御し、受信処理を行う。すなわち、受信制御手段40−1が受信モジュール30を起動し、受信モジュール30はGPS衛星10から送信される衛星信号の受信を開始する(ステップS10)。
そして、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に切断する(ステップS12)。具体的には、充電制御手段40−2は、ローレベルの制御信号40Aを充電制御回路28に供給し、ソーラーセル22の透明電極221と二次電池24の+電極が電気的に切断され、ソーラーセル22の金属電極225と二次電池24の−電極が電気的に切断される。その結果、ソーラーセル22による電波のシールド効果が低減し、GPSアンテナ27が衛星信号を受信しやすい状況にすることができる。
次に、受信制御手段40−1は、衛星検索工程(衛星サーチ工程)を開始する(ステップS14)。衛星検索工程において、受信モジュール30は、捕捉可能なGPS衛星10を検索する処理を行う。
具体的には、ベースバンド部60において、例えば30個のGPS衛星10が存在する場合、まず、衛星番号SVを1から30まで順次変更しながら衛星番号SVのC/Aコードと同一のパターンのローカルコードを発生させる。次に、ベースバンド部60は、ベースバンド信号に含まれるC/Aコードとローカルコードの相関値を計算する。ベースバンド信号に含まれるC/Aコードとローカルコードが同じコードであれば相関値は所定のタイミングでピークを持つが、異なるコードであれば相関値はピークをもたず常にほぼゼロとなる。
ベースバンド部60は、ベースバンド信号に含まれるC/Aコードとローカルコードの相関値が最大になるようにローカルコードの発生タイミングを調整し、相関値が所定の閾値以上の場合には衛星番号SVのGPS衛星10を捕捉したものと判断する。そして、ベースバンド部60は、捕捉した各GPS衛星10の情報(例えば衛星番号)をSRAM63に記憶する。
なお、ローカルコードのコード長は1msであり、ローカルコードの発生タイミングを調整しながら約30個のGPS衛星10のサーチ処理を行った場合でも、約2秒ですべてのGPS衛星10のサーチを完了することができる。
次に、受信制御手段40−1は、衛星検索工程を開始してからの経過時間が予め設定した所定時間(例えば6秒)を越えたか否かでタイムアウトであるか否かを判断する(ステップS18)。
受信制御手段40−1は、衛星検索工程がタイムアウトした場合(ステップS16でYesの場合)、受信モジュール30の受信動作を強制的に終了させる(ステップS36)。GPS付き腕時計3が、受信できない環境である場合、例えば、屋内であるような場合には、すべてのGPS衛星10の衛星検索工程を行っても、捕捉できるGPS衛星10が存在しない。GPS付き腕時計3は、所定時間が経過しても捕捉可能なGPS衛星10を検出できない場合、GPS衛星10の衛星検索工程を強制的に終了することにより無駄に電力が消費されることを低減することができる。
一方、タイムアウトする前に衛星検索工程を終了した場合(ステップS18でYesの場合)、受信制御手段40−1は、GPS衛星10を捕捉することができたか否かを判定する(ステップS20)。
GPS衛星10を捕捉することができなかった場合(ステップS20でNoの場合)、受信制御手段40−1は衛星検索工程を再び開始する(ステップS14)。
一方、GPS衛星10を捕捉することができた場合(ステップS20でYesの場合)、受信制御手段40−1は捕捉したGPS衛星10の衛星情報(特にGPS時刻情報)の取得を開始する(ステップS22)。具体的には、ベースバンド部60は、捕捉した各GPS衛星からの航法メッセージをそれぞれ復調して3サブフレーム分のZカウントデータを取得する処理を行う。そして、ベースバンド部60は、取得したGPS時刻情報をSRAM63に記憶する。受信制御手段40−1は、取得した3サブフレーム分のZカウントデータがすべて正しい場合は、衛星情報の取得を終了する。
受信制御手段40−1は、1つ以上のGPS衛星10の衛星情報の取得を終了する前にタイムアウトした場合(ステップS24でYesの場合)、衛星検索工程を再び開始する(ステップS14)。例えば、GPS衛星10からの衛星信号の受信レベルが低いために、1つ以上のGPS衛星10の衛星情報を正しく復調することができないままタイムアウトすることが考えられる。
一方、タイムアウトする前に1つ以上のGPS衛星10の衛星情報の取得を終了することができた場合(ステップS26でYesの場合)、受信制御手段40−1は、少なくとも1つのGPS衛星10の衛星情報(GPS時刻情報)をSRAM63から読み出して受信モジュール30の受信動作を終了させる(ステップS28)。
次に、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に接続する(ステップS30)。具体的には、充電制御手段40−2は、ハイレベルの制御信号40Aを充電制御回路28に供給し、ソーラーセル22の透明電極221と二次電池24の+電極が電気的に接続され、ソーラーセル22の金属電極225と二次電池24の−電極が電気的に接続される。その結果、ソーラーセル22による光発電が再開される。
そして、時刻情報修正手段40−3は、受信モジュール30から取得したGPS時刻情報に基づいて記憶部41に記憶されている内部時刻情報を修正する(ステップS32)。
最後に、駆動制御手段40−4は、修正した内部時刻情報に基づいて駆動回路44又はLCD駆動回路45を制御し、時刻表示が修正される(ステップS34)。
なお、受信モジュール30の受信動作が強制的に終了された場合(ステップS36)も、ステップS30と同様に、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に接続し、ソーラーセル22による光発電を再開する。(ステップS38)。
[時差修正処理(測位モード)]
図9は、第1実施形態のGPS付き腕時計3の時差修正処理(測位モード)手順の一例を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、時刻修正処理(測時モード)手順と同じ処理については、その説明を省略又は簡略する。
GPS付き腕時計3は、測位モードに設定された場合、図9に示す時差修正処理(測位モード)を実行する。
時差修正処理(測位モード)が開始されると、GPS付き腕時計3は、まず、受信制御手段40−1によって受信モジュール30を制御し、受信処理を行う。すなわち、受信制御手段40−1が受信モジュール30を起動し、受信モジュール30はGPS衛星10から送信される衛星信号の受信を開始する(ステップS100)。
そして、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に切断する(ステップS102)。その結果、ソーラーセル22による電波のシールド効果が低減し、GPSアンテナ27が衛星信号を受信しやすい状況にすることができる。
次に、受信制御手段40−1は、衛星検索工程(衛星サーチ工程)を開始する(ステップS104)。
次に、受信制御手段40−1は、衛星検索工程を開始してからの経過時間が予め設定した所定時間を越えたか否かでタイムアウトであるか否かを判断する(ステップS106)。
受信制御手段40−1は、衛星検索工程がタイムアウトした場合(ステップS106でYesの場合)、受信モジュール30の受信動作を強制的に終了させる(ステップS132)。
一方、タイムアウトする前に衛星検索工程を終了した場合(ステップS108でYesの場合)、受信制御手段40−1は、所定数(N個)以上のGPS衛星10を捕捉することができたか否かを判定する(ステップS110)。ここで、GPS付き腕時計3の3次元の位置(x,y,z)を特定するためにはx,y,zが3つの未知数となる。そのため、GPS付き腕時計3の3次元の位置(x,y,z)を計算するためには、3個以上のGPS衛星10のGPS時刻情報及び軌道情報が必要である。さらに、測位精度を高めるためにGPS付き腕時計3の内部時刻情報とGPS時刻情報の時刻誤差も未知数と考えると、4個以上のGPS衛星10のGPS時刻情報及び軌道情報が必要である。
N個(例えば4個)以上のGPS衛星10を捕捉することができなかった場合(ステップS110でNoの場合)、受信制御手段40−1は衛星検索工程を再び開始する(ステップS104)。
一方、N個(例えば4個)以上のGPS衛星10を捕捉することができた場合(ステップS110でYesの場合)、受信制御手段40−1は捕捉したGPS衛星10の衛星情報(特にGPS時刻情報及び軌道情報)の取得を開始する(ステップS112)。具体的には、ベースバンド部60は、捕捉した各GPS衛星からの航法メッセージをそれぞれ復調してZカウントデータとエフェメリスパラメータを取得する処理を行う。そして、ベースバンド部60は、取得したGPS時刻情報及び軌道情報をSRAM63に記憶する。
受信制御手段40−1は、N個(例えば4個)以上のGPS衛星10の衛星情報を取得する前にタイムアウトした場合(ステップS114でYesの場合)、衛星検索工程を再び開始する(ステップS104)。例えば、GPS衛星10からの衛星信号の受信レベルが低いために、N個(例えば4個)以上のGPS衛星10の衛星情報を正しく復調することができないままタイムアウトすることが考えられる。
一方、タイムアウトする前にN個(例えば4個)以上のGPS衛星10の衛星情報の取得を終了することができた場合(ステップS116でYesの場合)、ベースバンド部60は、捕捉したGPS衛星10からN個(例えば4個)のGPS衛星10の組を選択して測位計算を開始する(ステップS118)。
具体的には、ベースバンド部60は、選択したN個(例えば4個)のGPS衛星10の衛星情報(GPS時刻情報及び軌道情報)をSRAM63から読み出して測位計算を行い、位置情報(GPS付き腕時計3が位置する場所の緯度及び経度)を生成する。
そして、ベースバンド部60は、フラッシュメモリ66に記憶されている時差情報を参照し、位置情報及び測位誤差に基づいてGPS付き腕時計3が位置する場所の時差データを取得する。そして、ベースバンド部60は、時差データを取得することができれば測位計算を終了する。
受信制御手段40−1は、測位計算を終了する前にタイムアウトした場合(ステップS120でYesの場合)衛星検索工程を再び開始する(ステップS104)。
一方、タイムアウトする前に測位計算を終了することができた場合(ステップS122でYesの場合)、受信制御手段40−1は、時差データとともに少なくとも1つのGPS衛星10のGPS時刻情報をSRAM63から読み出し、受信モジュール30の受信動作を終了させる(ステップS124)。
次に、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に接続する(ステップS126)。その結果、ソーラーセル22による光発電が再開される。
そして、時刻情報修正手段40−3は、受信モジュール30から取得したGPS時刻情報と時差データに基づいて記憶部41に記憶されている内部時刻情報を修正する(ステップS128)。
最後に、駆動制御手段40−4は、修正した内部時刻情報に基づいて駆動回路44又はLCD駆動回路45を制御し、時刻表示(時差)が修正される(ステップS130)。
なお、受信モジュール30の受信動作が強制的に終了された場合(ステップS132)も、ステップS126と同様に、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に接続し、ソーラーセル22による光発電を再開する。(ステップS134)。
[第1実施形態の効果]
ある材質に入射した電磁界が1/eに減衰する距離を表皮深さ(skin depth)といい、表皮深さが小さい材質ほど電波を通しにくい。周波数fの電波に対する、透磁率μ、導電率σの導体の表皮深さdは、以下の式で与えられる。
式(1)によれば、電波の周波数fが大きいほど表皮深さdが小さくなる。すなわち、周波数fが大きいほど電波を通しにくい。周波数の高いマイクロ波に対しては、特に表皮深さへの影響が大きい。つまり、ソーラーセル22の透明電極221、金属電極225のシールド効果は、マイクロ波に対して大きく作用する事になる。
第1実施形態のGPS付き腕時計3では、図8及び図9に示したように、衛星信号の受信中は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に切断してソーラーセル22のシールド効果を低減させることで、電波がソーラーセル22により遮られずに、出来る限りソーラーセル22を通過させる事で確実な受信を確保することができる。そのため、ソーラーセル22の裏面側の腕時計内部にGPSアンテナ27を配置しても、確実な受信を維持することができる。従って、第1実施形態のGPS付き腕時計3によれば、アンテナ配置の制約を緩和することができるので、装飾性や装着性を向上させることができる。
また、第1実施形態によれば、ソーラーセル22の裏面側の腕時計内部にGPSアンテナ27を配置しても確実な受信を維持することができるので、装飾性が良くかつユーザーが使用し易いGPS付き腕時計を提供することができる。
2−2.第2実施形態
第1実施形態のGPS付き腕時計3では、受信動作中はソーラーセル22のソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を切断して光発電動作を停止させているが、受信状況が極めて良い場合には、ソーラーセル22によるシールド効果が発揮されても衛星信号を受信できる場合もある。そこで、第2実施形態のGPS付き腕時計3では、衛星信号の受信レベルに基づいてソーラーセル22の光発電動作を制御する。
そのため、第2実施形態のGPS付き腕時計3では、ベースバンド部60が、捕捉した各GPS衛星10から送信された衛星信号の受信レベルを検出する。すなわち、ベースバンド部60は本発明における受信レベル検出部として機能する。そして、充電制御手段40−2が、検出した衛星信号の受信レベルに基づいて、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に接続又は切断するように制御する。
第2実施形態のGPS付き腕時計3の構造及び回路構成は、図3(A)、図3(B)、図4(A)、図4(B)、図5、図6に示した第1実施形態のGPS付き腕時計3の構造及び回路構成と同様であってもよいため、その説明を省略する。
以下、第2実施形態の時刻修正処理(測時モード)及び時差修正処理(測位モード)の手順について説明する。図10に示すように、制御プログラムにより、制御部(CPU)40は受信制御手段40−1、充電制御手段40−2、時刻情報修正手段40−3、駆動制御手段40−4及び受信状態判別手段40-5として機能し、以下の時刻修正処理(測時モード)及び時差修正処理(測位モード)が実行される。なお、図10に示す各手段は、受信状態判別手段40-5を除いて、図7に示した各手段と同じである。
図11は、第2実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順の一例を示すフローチャートである。
図11に示す時刻修正処理(測時モード)手順は、図8のステップS12の処理が削除されるとともにステップS40、S42及びS44の処理が追加されている点を除いて、図8に示した第1実施形態の時刻修正処理(測時モード)手順と同じである。そのため、ステップS40、S42及びS44以外の処理については、その説明を省略する。
第2実施形態のGPS付き腕時計3は、測時モードに設定された場合、図11に示す時刻修正処理(測時モード)を実行する。
GPS衛星10を捕捉することができた場合(ステップS20でYesの場合)、受信制御手段40−1は、捕捉した各GPS衛星10から送信された衛星信号の受信レベルをSRAM63から読み出す(ステップS40)。具体的には、ベースバンド部60は、捕捉した各GPS衛星10のC/Aコードと同一のパターンのローカルコードとベースバンド信号をミキシングした信号のパワーを計算し、受信レベルを検出した後にSRAM63に記憶する。そして、SRAM63に記憶された衛星信号の受信レベルを受信制御手段40−1が読み出す。
次に、受信状態判別手段40-5は、ベースバンド部60が検出した衛星信号の受信レベルが所定の閾値以上か否かを判断する(ステップS42)。具体的には、SRAM63に記憶されている衛星信号の受信レベルを読み出して閾値以上か否かを判断する。ここで、閾値は、受信モジュール30が衛星信号を受信して衛星情報を取得することができる信号レベルに設定される。なお、後述する測位モードではN個(例えば4個)のGPS衛星10からの衛星信号を受信して衛星情報を取得する必要があるのに対して、測時モードでは1つのGPS衛星10からの衛星信号を受信して衛星情報を取得すればよいので、測時モードでは測位モードと同じ受信状況でも必要な衛星情報を取得できる確率がより高い。従って、測時モードにおける衛星信号の受信レベルの閾値を測位モードにおける衛星信号の受信レベルの閾値よりも低く設定するようにしてもよい。
当該受信レベルが閾値より高い場合(ステップS42でNoの場合)は、受信制御手段40−1は捕捉したGPS衛星10の衛星情報(特にGPS時刻情報)の取得を開始する(ステップS22)。
一方、当該受信レベルが閾値以下の場合(ステップS42でYesの場合)は、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に切断する(ステップS44)。その結果、ソーラーセル22による電波のシールド効果が低減し、GPSアンテナ27が衛星信号を受信しやすい状況にすることができる。
そして、ステップS22以降の処理が行われて、時刻修正処理(測時モード)が終了する。
図12は、第2実施形態のGPS付き腕時計3の時差修正処理(測位モード)手順の一例を示すフローチャートである。
図12に示す時差修正処理(測位モード)手順は、図9のステップS102の処理が削除されるとともにステップS140、S142及びS144の処理が追加されている点を除いて、図9に示した第1実施形態の時差修正処理(測位モード)手順と同じである。そのため、ステップS140、S142及びS144以外の処理については、その説明を省略する。
第2実施形態のGPS付き腕時計3は、測位モードに設定された場合、図12に示す時差修正処理(測位モード)を実行する。
N個(例えば4個)以上のGPS衛星10を捕捉することができた場合(ステップS110でYesの場合)、ベースバンド部60は、捕捉した各GPS衛星10から送信された衛星信号の受信レベルを検出した後にSRAM63に記憶する。そして、SRAM63に記憶された衛星信号の受信レベルを受信制御手段40−1が読み出す(ステップS140)。
次に、受信状態判別手段40-5は、ベースバンド部60が検出した衛星信号の受信レベルが所定の閾値以上か否かを判断する(ステップS142)。
当該受信レベルが閾値より高い場合(ステップS142でNoの場合)は、受信制御手段40−1は捕捉したGPS衛星10の衛星情報(特にGPS時刻情報及び軌道情報)の取得を開始する(ステップS112)。なお、測時モードでは1つのGPS衛星10からの衛星信号を受信して衛星情報を取得すればよいのに対して、測位モードではN個(例えば4個)のGPS衛星10からの衛星信号を受信して衛星情報を取得する必要があるので、測位モードでは測時モードと同じ受信状況でも必要な衛星情報を取得できない確率がより高い。従って、測位モードにおける衛星信号の受信レベルの閾値を測時モードにおける衛星信号の受信レベルの閾値よりも高く設定するようにしてもよい。
一方、当該受信レベルが閾値以下の場合(ステップS42でYesの場合)は、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に切断する(ステップS144)。その結果、ソーラーセル22による電波のシールド効果が低減し、GPSアンテナ27が衛星信号を受信しやすい状況にすることができる。
そして、ステップS112以降の処理が行われて、時差修正処理(測位モード)が終了する。
[第2実施形態の効果]
第2実施形態のGPS付き腕時計3によれば、第1実施形態のGPS付き腕時計3と同様の効果に加えて、以下のような効果が得られる。
第2実施形態のGPS付き腕時計3では、受信レベルが閾値よりも高い場合には、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に接続した状態のまま衛星信号を受信する。従って、第2実施形態のGPS付き腕時計3によれば、受信状況が極めて良い場合には、受信動作中もソーラーセル22の光発電により二次電池24の充電を行うことができる。
また、第2実施形態のGPS付き腕時計3では、図11及び図12に示したように、受信動作中に衛星信号の受信レベルが閾値より低くなった場合には、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に切断した状態で衛星信号を受信する。従って、第2実施形態のGPS付き腕時計3によれば、受信中に受信状況が劣化した場合でも、確実な受信を維持することができる。
すなわち、第2実施形態のGPS付き腕時計3では、衛星信号の受信中も、衛星信号の受信レベルに応じてソーラーセル22の光発電動作を適切に制御するので、確実な受信を維持しながらソーラーセル22の発電効率を最適化することができる。
2−3.第3実施形態
式(1)によれば、導体の導電率σが大きいほど表皮深さdが小さくなる。すなわち、導電率σが大きい導体ほど電波を通しにくい。
一方、ソーラーセル22に含まれるアモルファスシリコン228は、光発電を行っている時の導電率(光導電率)と光発電を行っていない時の導電率(暗導電率)が異なる。光導電率は暗導電率の1000〜100000倍程度である。従って、ソーラーセル22が光発電を行っている時は電波を通しにくいため、GPSアンテナ27はGPS衛星10から送られてくる電波を受信しにくくなる。逆に、ソーラーセル22が光発電を行っていない時は電波を通しやすいため、GPSアンテナ27はGPS衛星10から送られてくる電波を受信しやすくなる。
つまり、ソーラーセル22が光発電を行っていない導電率が小さくなる状態では、GPS衛星10から送られてくる電波を受信しやすくなる。
そして、ソーラーセル22に入射する光の照度が高いほどソーラーセル22の出力電流も高くなる。すなわち、ソーラーセル22に入射する光の照度に応じて、受信動作中にソーラーセル22の電極と二次電池の電極の間を電気的に接続又は切断制御することにより、確実な受信を維持しながらもソーラーセルの発電効率を最適化することができる。
そこで、第3実施形態のGPS付き腕時計3では、ソーラーセル22は、ソーラーセル22に入射する光の照度と出力電流が比例的に変化する光センサとして作用する。ソーラーセル22を照度検出部として利用することで、照度を検出することができる。第3実施形態のGPS付き腕時計3では、受信時のソーラーセル22の出力電流から電圧に変換して電圧値を検出することにより、ソーラーセル22に入射する光の照度を検出する。そして、検出したソーラーセル22の電圧値に基づいて、ソーラーセル22の光発電動作を制御する。
第3実施形態のGPS付き腕時計3の構造は、図3(A)、図3(B)、図4(A)、図4(B)に示した第1実施形態のGPS付き腕時計3の構造と同様であるため、その説明を省略する。また、第3実施形態のGPS付き腕時計3の回路構成は、充電制御回路28の構成を除いて、図5に示した第1実施形態のGPS付き腕時計3の回路構成と同様であるため、その説明を省略する。
図13は、第3実施形態の充電制御回路28の構成について説明するための図である。
充電制御回路28は、Pチャネル型MOSトランジスタ28−1、Nチャネル型MOSトランジスタ28−2、インバータ28−3及び電流検出回路32を含んで構成されている。Pチャネル型MOSトランジスタ28−1、Nチャネル型MOSトランジスタ28−2、インバータ28−3の接続及び機能は図6と同様であるため、その説明を省略する。
電流検出回路32は、抵抗器32−1、差動増幅器32−2及びスイッチ回路32−3を含んで構成されている。スイッチ回路32−3は、制御信号40Bにより、ソーラーセル22の透明電極221を、Pチャネル型MOSトランジスタ28−1のソース端子又は抵抗器32−1の一端と接続する。抵抗器32−1の他端はPチャネル型MOSトランジスタ28−1のソース端子と接続されている。差動増幅器32−2は、抵抗器32−1の両端に接続されている。
制御部(CPU)40は、測時モード又は測位モードにおいて、所定のタイミングで、ソーラーセル22の透明電極221を抵抗器32−1の一端と接続するように制御する制御信号40Bを生成する。そして、差動増幅器32−2は、抵抗器32−1に流れる電流により生じる抵抗器32−1の両端の電圧降下を検出し、検出電圧信号32Aを生成する。充電制御手段60−2は、検出電圧信号32Aを取得し、ソーラーセル22の透明電極221をPチャネル型MOSトランジスタ28−1のソース端子と接続するように制御する制御信号40Bを生成する。そして、充電制御手段60−2は、取得した検出電圧信号32Aに基づいて制御信号40Aを生成し、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に接続又は切断するように制御する。
以下、第3実施形態の時刻修正処理(測時モード)及び時差修正処理(測位モード)の手順について説明する。第3実施形態における制御部(CPU)40は、第1実施形態における制御部(CPU)40と同様に、制御プログラムにより、図7に示した受信制御手段40−1、充電制御手段40−2、時刻情報修正手段40−3及び駆動制御手段40−4として機能し、以下の時刻修正処理(測時モード)及び時差修正処理(測位モード)が実行される。
図14は、第3実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順の一例を示すフローチャートである。
図14に示す時刻修正処理(測時モード)手順は、図8のステップS12の処理が削除されるとともにステップS50、S52及びS54の処理が追加されている点を除いて、図8に示した第1実施形態の時刻修正処理(測時モード)手順と同じである。そのため、ステップS50、S52及びS54以外の処理については、その説明を省略する。
第3実施形態のGPS付き腕時計3は、測時モードに設定された場合、図14に示す時刻修正処理(測時モード)を実行する。
受信が開始されると、充電制御出手段40−2の制御により、充電制御回路28の電流検出回路32はソーラーセル22に入射する光の照度を検出する(ステップS50)。具体的には、充電制御出手段40−2は、ソーラーセル22の透明電極221を抵抗器32−1の一端と接続するように制御する制御信号40Bを生成する。電流検出回路32の差動増幅器32−2は、抵抗器32−1に流れる電流により生じる抵抗器32−1の両端の電圧降下を検出し、検出電圧信号32Aを生成する。
次に、充電制御出手段40−2は、ソーラーセル22に入射する光の照度が閾値以上か否かを判断する(ステップS52)。具体的には、充電制御出手段40−2は、検出電圧信号32Aの電圧値からソーラーセル22に入射する光の照度を判断する。ここで、閾値は、GPSアンテナ27が衛星信号を受信して受信モジュール30が衛星情報を確実に取得できるようにソーラーセル22に入射する光の照度に設定される。なお、前述したように、測時モードでは測位モードと同じ受信状況でも必要な衛星情報を取得できる確率がより高い。従って、測時モードにおけるソーラーセル22に入射する光の照度の閾値を測位モードにおけるソーラーセル22に入射する光の照度の閾値よりも高く設定するようにしてもよい。
ソーラーセル22に入射する光の照度が閾値より低い場合(ステップS52でNoの場合)は、受信制御手段40−1は衛星検索工程を開始する(ステップS14)。
一方、ソーラーセル22に入射する光の照度が閾値以上の場合(ステップS52でYesの場合)は、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に切断する(ステップS54)。その結果、ソーラーセル22による電波のシールド効果が低減し、GPSアンテナ27が衛星信号を受信しやすい状況にすることができる。
そして、ステップS14以降の処理が行われて、時刻修正処理(測時モード)が終了する。
なお、ベースバンド部60がGPS衛星10を捕捉できなかった場合(ステップS20でNoの場合)や1つ以上のGPS衛星10の衛星情報の取得を終了する前にタイムアウトした場合(ステップS24でYesの場合)、ステップS50において、電圧検出回路32によりソーラーセル22に入射する光の照度が再び検出されて以降の処理が行われる。
図15は、第3実施形態のGPS付き腕時計3の時差修正処理(測位モード)手順の一例を示すフローチャートである。
図15に示す時差修正処理(測位モード)手順は、図9のステップS102の処理が削除されるとともにステップS150、S152及びS154の処理が追加されている点を除いて、図9に示した第1実施形態の時差修正処理(測位モード)手順と同じである。そのため、ステップS150、S152及びS154以外の処理については、その説明を省略する。
第3実施形態のGPS付き腕時計3は、測位モードに設定された場合、図15に示す時刻修正処理(測時モード)を実行する。
受信が開始されると、充電制御出手段40−2の制御により、充電制御回路28の電流検出回路32はソーラーセル22に入射する光の照度を検出する(ステップS150)。
次に、充電制御出手段40−2は、ソーラーセル22に入射する光の照度が閾値以上か否かを判断する(ステップS152)。なお、前述したように、測位モードでは測時モードと同じ受信状況でも必要な衛星情報を取得できない確率がより高い。従って、測位モードにおけるソーラーセル22に入射する光の照度の閾値を測時モードにおけるソーラーセル22に入射する光の照度の閾値よりも低く設定するようにしてもよい。
ソーラーセル22に入射する光の照度が閾値より低い場合(ステップS152でNoの場合)は、受信制御手段40−1は衛星検索工程を開始する(ステップS104)。
一方、ソーラーセル22に入射する光の照度が閾値以上の場合(ステップS152でYesの場合)は、充電制御手段40−2は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に切断する(ステップS154)。その結果、ソーラーセル22による電波のシールド効果が低減し、GPSアンテナ27が衛星信号を受信しやすい状況にすることができる。
そして、ステップS104以降の処理が行われて、時差修正処理(測位モード)が終了する。
なお、ベースバンド部60がN個(例えば4個)以上のGPS衛星10を捕捉できなかった場合(ステップS110でNoの場合)やN個(例えば4個)以上のGPS衛星10の衛星情報の取得を終了する前にタイムアウトした場合(ステップS114でYesの場合)、ステップS150において、電圧検出回路32によりソーラーセル22に入射する光の照度が再び検出されて以降の処理が行われる。
なお、電圧検出回路32は、ソーラーセル22の出力電流を検出することにより、ソーラーセル22に入射する光の照度を間接的に検出している。すなわち、電圧検出回路32は、本発明における照度検出部として機能する。また、電圧検出回路32は、ソーラーセルに入射する光の照度を直接的に又は間接的に検出する任意の回路に置き換えることができる。
[第3実施形態の効果]
第3実施形態のGPS付き腕時計3によれば、第1実施形態のGPS付き腕時計3と同様の効果に加えて、以下のような効果が得られる。
第3実施形態のGPS付き腕時計3では、図14及び図15に示したように、受信開始時にソーラーセル22に入射する光の照度を検出し、検出結果に応じてソーラーセル22の光発電動作を制御する。具体的には、受信開始時にソーラーセル22に入射する光の照度が閾値以上の場合は、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に切断する。また、第3実施形態のGPS付き腕時計3では、受信中もソーラーセル22に入射する光の照度を検出し、検出結果に応じてソーラーセル22の光発電動作を制御する。具体的には、受信中にソーラーセル22に入射する光の照度が閾値以上になれば、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に切断する。
すなわち、第3実施形態のGPS付き腕時計3によれば、ソーラーセル22が光発電を行うことにより高いシールド効果を発揮する場合には、ソーラーセル22に光発電を行わせないようにすることにより、確実な受信を維持することができる。
2−4.第4実施形態
第4実施形態のGPS付き腕時計3の構造は、図3(A)、図3(B)、図4(A)、図4(B)に示した第1実施形態のGPS付き腕時計3の構造と同様であってもよいため、その説明を省略する。また、第4実施形態のGPS付き腕時計3の回路構成は、図5に示した第1実施形態のGPS付き腕時計3の回路構成と同様であってもよいため、その説明を省略する。
第4実施形態のGPS付き腕時計3において、第2実施形態のGPS付き腕時計3と同様に、充電制御手段60−2は、捕捉したGPS衛星10から送信された衛星信号の受信レベルに基づいて、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に接続又は切断するように制御する。
また、第4実施形態のGPS付き腕時計3において、第3実施形態のGPS付き腕時計3と同様に、充電制御手段60−2は、ソーラーセル22に入射する光の照度に基づいて、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に接続又は切断するように制御する。
図16は、第4実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順の一例を示すフローチャートである。
図16に示す時刻修正処理(測時モード)手順は、図8のステップS12の処理が削除されるとともにステップS40、S42及びS44の処理とステップS50、S52及びS54の処理が追加されている点を除いて、図8に示した第1実施形態の時刻修正処理(測時モード)手順と同じである。また、図16のステップS40、S42及びS44の処理は、図11に示した第2実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順のステップS40、S42及びS44の処理と同じである。さらに、図16のステップS50、S52及びS54の処理は、図14に示した第3実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順のステップS50、S52及びS54の処理と同じである。そのため、図16の時刻修正処理(測時モード)手順については、その説明を省略する。
図17は、第4実施形態のGPS付き腕時計3の時差修正処理(測位モード)手順の一例を示すフローチャートである。
図17に示す時差修正処理(測位モード)手順は、図9のステップS102の処理が削除されるとともにステップS140、S142及びS144の処理とステップS150、S152及びS154の処理が追加されている点を除いて、図9に示した第1実施形態の時刻修正処理(測時モード)手順と同じである。また、図17のステップS140、S142及びS144の処理は、図12に示した第2実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順のステップS140、S142及びS144の処理と同じである。さらに、図17のステップS150、S152及びS154の処理は、図15に示した第3実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順のステップS150、S152及びS154の処理と同じである。そのため、図17の時差修正処理(測位モード)手順については、その説明を省略する。
なお、第4実施形態における制御部(CPU)40は、第2実施形態における制御部(CPU)40と同様に、制御プログラムにより、図10に示した受信制御手段40−1、充電制御手段40−2、時刻情報修正手段40−3、駆動制御手段40−4及び受信状態判別手段40−5として機能し、時刻修正処理(測時モード)及び時差修正処理(測位モード)が実行される。
[第4実施形態の効果]
第4実施形態のGPS付き腕時計3によれば、第1実施形態〜第3実施形態のGPS付き腕時計3と同様の効果に加えて、以下のような効果が得られる。
第4実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順では、充電制御手段60−2は、衛星信号の受信レベルが閾値以下の場合(ステップS42でYesの場合)にも、ソーラーセル22に入射する光の照度が閾値以上の場合(ステップS52でYesの場合)にも、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に切断するように制御する。従って、第4実施形態のGPS付き腕時計3によれば、第2実施形態や第3実施形態のGPS付き腕時計3における受信状況の改善効果よりもさらに優れた改善効果が期待できる。
2−5.第5実施形態
第5実施形態のGPS付き腕時計3は、ソーラーセル22の構造において、第1実施形態〜第4実施形態のGPS付き腕時計3と相違する。第5実施形態のGPS付き腕時計3のソーラーセル22以外の構造は、図3(A)、図3(B)、図4(A)、図4(B)に示した第1実施形態のGPS付き腕時計3の構造と同様であってもよいため、その説明を省略する。また、第5実施形態のGPS付き腕時計3の回路構成は、図5に示した第1実施形態のGPS付き腕時計3の回路構成と同様であってもよいため、その説明を省略する。
図18(A)及び図18(B)は、第5実施形態のGPS付き腕時計3におけるソーラーセル22の構造について説明するための図である。なお、図18(A)は、光が入射する方向(図3(B)において上方向)からソーラーセル22を見た図である。また、図18(B)は、図18(A)に示すソーラーセル22のII−II線断面図である。
図18(A)に示すように、ソーラーセル22は、指針12を通すための開口部22−1と、ディスプレイ13が組み込まれる開口部22−2を有する。なお、指針12が存在しない場合には、開口部22−1は無くてもよい。また、ディスプレイ13が存在しない場合には、開口部22−2は無くてもよい。
図18(A)及び図18(B)に示すように、ソーラーセル22は、GPSアンテナ27の上面の透明電極221及び金属電極225がともにメッシュ状に形成されている。GPSアンテナ27の上面は透明電極221及び金属電極225の表面積が小さいため電波のシールド効果が低くなる。なお、図18(B)に示すソーラーセル22の透明電極221及び金属電極225以外の構造は、図4(B)と同じであるため、その説明を省略する。
第5実施形態のGPS付き腕時計3において、充電制御手段60−2は、所与の条件(衛星信号の受信レベルやソーラーセル22に入射する光の照度等)に基づいて、ソーラーセル22の透明電極221と二次電池24の+電極、及び、ソーラーセル22の金属電極225と二次電池24の−電極を同時に電気的に接続又は切断するように制御する。
なお、第5実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順は、図8、図11、図14、図16に示した第1実施形態〜第4実施形態のGPS付き腕時計3の時刻修正処理(測時モード)手順のいずれかと同じであってもよく、その説明を省略する。
また、第5実施形態のGPS付き腕時計3の時差修正処理(測位モード)手順は、図9、図12、図15、図17に示した第1実施形態〜第4実施形態のGPS付き腕時計3の時差修正処理(測位モード)手順のいずれかと同じであってもよく、その説明を省略する。
[第5実施形態の効果]
第5実施形態のGPS付き腕時計3によれば、第1実施形態〜第4実施形態のGPS付き腕時計3と同様の効果に加えて、以下のような効果が得られる。
第5実施形態のGPS付き腕時計3では、第1実施形態〜第4実施形態のGPS付き腕時計3と比較して、GPSアンテナ27上面のソーラーセル22の透明電極221及び金属電極225の表面積が小さいため、ソーラーセル22による電波のシールド効果がより低い。そのため、第5実施形態のGPS付き腕時計3によれば、第1実施形態〜第4実施形態のGPS付き腕時計3と比較して、受信モジュール30の受信動作時にソーラーセル22の電極と二次電池24の電極の間を電気的に切断しなくても衛星信号を受信できるケースが多くなることが期待できるため、二次電池24の充電効率を高めることができる。
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、第1から第5実施形態において、受信開始前及び受信終了後の状態(すなわち、受信中以外の状態)では、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に接続して二次電池24を常に充電するようにしてもよいが、二次電池24が満充電の場合には、ソーラーセル22の電極と二次電池24の電極を電気的に切断して二次電池24の充電を中止する機能を設けてもよい。
また、例えば、第5実施形態において、GPSアンテナ27上面のソーラーセル22の透明電極221及び金属電極225がメッシュ状に形成されている場合を例にとり説明したが、ソーラーセル22の透明電極221及び金属電極225の全体がともにメッシュ状に形成されていてもよい。
なお、式(1)によれば、電波の周波数が高いほどシールド効果を受けやすい。前述の各実施形態のGPS付き腕時計3では、1.5GHz帯の衛星信号を受信するためシールド効果の影響が大きいが、受信動作時のソーラーセル22の光発電動作を適切に制御することにより、確実な受信を維持することを可能にしている。
また、例えば、前述の各実施形態はGPS付き腕時計を例に挙げて説明したが、本発明のリスト機器はGPS付き腕時計に限らず、他の種類のリスト機器であってもよい。他の種類のリスト機器としては、例えば、ブルートゥース(Bluetooth)やCDMA方式等のリスト型通信機器が考えられる。また、本発明は、長波を受信するソーラー電波時計にも応用することができる。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
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