JP5817344B2 - アンテナ内蔵式電子時計 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナを内蔵したアンテナ内蔵式電子時計に関する。

特許文献１には、非接触データ通信機能を備えた装着型電子機器の内蔵アンテナとしてループアンテナが開示されている。このループアンテナは、磁性体に覆われた状態でケース部の内部に備えられたムーブメントの外周に沿って配置されており、この磁性体をケース部よりも高い透磁率を備えた軟磁性体とすることで、非接触データ通信に用いられる電磁波に伴う磁界変動成分をアンテナ側に集中させる。

ところで、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）の衛生信号受信用の１波長のループアンテナ（１波長＝１９ｃｍ）を腕時計の外装ケース内に収容するためには何かしらの波長短縮が必要であり、この特許文献１に開示されたループアンテナではサイズが大きすぎて、衛星信号への対応が困難であった。

また、特許文献２には、腕装着型電子機器に使用されるＧＰＳアンテナとして、非導電性部材で形成された文字板の周囲に沿って配置された誘電体を有するループ状のアンテナが開示されており、このアンテナは誘電体により波長短縮された無線電波の波長に対して略１波長分の周囲長に形成されている。この特許文献２に開示された技術によれば、アンテナのサイズを小さくすることができ、ＧＰＳの衛星信号に対応が可能である。

特開２００３−０５０９８３号公報 特開２０１１−０９７４３１号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたような、単に誘電体を用いて波長短縮を用いる技術では、アンテナの小型化に限界があり、アンテナの設置位置などに一定の制約が生じ、設計の自由度が低下するという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ＧＰＳにおける衛星信号の受信に際し、無給電素子を用いることによって、受信性能を維持しつつ、より有効にアンテナを小型化できるアンテナ内蔵式電子時計を提供することを解決課題としている。

以上の課題を解決するため、本発明に係るアンテナ内蔵式電子時計は、筒状の外装ケースと、外装ケースの二つの開口のうち、一方の開口を塞ぐカバーガラスと、外装ケースの内側で時刻を表示する時刻表示部と、外装ケースの内側で時刻表示部を駆動する駆動体と、外装ケースの内側で駆動体の周囲に配置された環状の一部を切り欠いた形状のアンテナ体と、時刻表示部とカバーガラスとの間に配置された環状の無給電素子とを備えたことを特徴とする。

このアンテナ内蔵式電子時計では、アンテナ体がループアンテナとして機能する。詳述するとアンテナ体は、円環状の一部を切り欠いたいわゆるＣ型形状のループアンテナとなり、ループアンテナの始点及び終点となる給電点がＣ型形状の切欠部分に位置することとなる。そして、ループアンテナの始点から終点までの周囲長を約１波長とすることにより、半波長ダイポールアンテナ２本を、給電点を挟んで平行においた場合と同等の受信性能を維持することができる。

また、無給電素子は直接回路に接続されないが、アンテナ体の近傍に配置することによって電流が誘起され、アンテナ体と電磁界的に結合されて一体的に動作し、共振周波数を低下させることでアンテナ特性を変化させることができ、アンテナの小型化が可能となる。さらに、無給電素子を時刻表示部とカバーガラスとの間に配置することによって、無給電素子と電磁界的に結合されるアンテナ体を駆動体の周囲に配置することができ、外装ケース内のスペースを有効に活用することができ径の小さい小型の時計が実現できる。

以上より、本発明では、例えば、ＧＰＳにおける衛星信号の受信に用いた場合であっても、無給電素子を用いることによって、受信性能を維持しつつ、より有効にアンテナを小型化できるアンテナ内蔵式電子時計を提供することができる。

なお、「時刻表示部」としては時計の文字板が含まれ、この文字板上における時刻表示として、指針による表示や、液晶等のデジタル表示が含まれる。この指針としては、時針や分針、秒針が挙げられる。さらに、「筒状」には、円筒に代表される回転体が含まれる。また、「環状」には、円形や略四角形が含まれ、一部が開いた開環状（例えばＣ型）や、全部が閉じた閉環状（例えばＯ型）が含まれる。

また、無給電素子としては、金属等の導電性の部材を用いることができ、例えば、ＳＵＳ板などのリング状の金属板や、板状でなくても銅線のような形状としてもよく、径の異なる弧状の部材を交互に接続して環状に連続させたいわゆるミアンダ形状にして周囲長を長くすることもできる。

このアンテナ内蔵式電子時計において、前記無給電素子は、時刻表示部の周囲に配置されていることが好ましい。この場合には、時刻表示部に無給電素子が平面的に重ならないため、時刻表示部の面積を有効に利用することができるとともに、無給電素子をよりカバーガラス側に寄らせることができ、電波の受信感度を向上させることができる。

このアンテナ内蔵式電子時計において、外装ケースに収納されて無線通信を行う無線通信回路が配置された回路基板と、前記外装ケースの二つの開口のうち、前記時刻表示部の表示方向と反対側の開口を塞ぐ金属製の裏蓋と、を備え、前記アンテナ体は前記回路基板よりも前記カバーガラス側に配置され、前記無線通信回路は前記裏蓋側に配置されていることが好ましい。この場合には、ＧＰＳモジュールなどの無線通信回路とアンテナ体との間に回路基板を介在させることができ、無線通信回路から発生するクロック信号などのインバンド（受信信号の帯域内）ノイズがアンテナ体に悪影響を及ぼすのを低減することができる。これによりアンテナ体の感度が劣化するのを低減することができる。また、金属製の裏蓋による反射により、時計表面における法線方向の放射が大きくなり、極めて高い受信性能が得られる。

このアンテナ内蔵式電子時計において、前記アンテナ体は、前記アンテナ体は、環状の誘電体とアンテナ素子とを有し、前記アンテナ素子が前記誘電体に接するように設けることができる。この場合には、誘電体の波長短縮効果と相俟ってアンテナ周囲長をさらに短縮することができ、これによりアンテナ全体をより小型化できる。

なお、「アンテナ素子」は電磁波を電流に変換する機能がある。また、「誘電体に接する」には、リング形状の誘電体を基材として、これに金属のアンテナ電極パターンをメッキや銀ペースト印刷などにより形成したり、樹脂製の誘電体内にアンテナ電極パターンを埋め込むインサート成形により一体化したりすることが含まれる。

本発明の第１実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計１００（電子時計１００）を含むＧＰＳシステムの全体図である。 電子時計１００の平面図である。 電子時計１００の一部断面図である。 電子時計１００の一部の分解斜視図である。 電子時計１００の回路構成を示すブロック図である。 電子時計１００におけるアンテナ体４０の無給電素子の有無によるリターンロス特性を示すグラフ図である。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計２００（電子時計２００）の一部断面図である。 本発明の第３実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計３００（電子時計３００）の一部断面図である。 本発明の変更例に係るアンテナ素子４１の斜視図である。 本発明の変更例に係る無給電素子１８２の斜視図である。

以下、この発明の好適な実施の形態を、添付図面等を参照しながら詳細に説明する。ただし、各図において、各部の寸法及び縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計１００（以下「電子時計１００」という）を含むＧＰＳシステムの全体図である。電子時計１００は、ＧＰＳ衛星２０からの電波（無線信号）を受信して内部時刻を修正する腕時計であり、腕に接触する面（以下、「裏面」という）の反対側の面（以下「表面」という）に時刻を表示する。

ＧＰＳ衛星２０は、地球上空における所定の軌道上を周回する位置情報衛星であり、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。以降の説明では、航法メッセージが重畳された１．５７５４２ＧＨｚの電波を「衛星信号」という。衛星信号は、右旋偏波の円偏波である。

現在、約３１個のＧＰＳ衛星２０（図１においては、約３１個のうち４個のみを図示）が存在しており、衛星信号がどのＧＰＳ衛星２０から送信されたかを識別するために、各ＧＰＳ衛星２０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。したがって、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２０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２０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。電子時計１００は、１つのＧＰＳ衛星２０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。

衛星信号にはＧＰＳ衛星２０の軌道上の位置を示す軌道情報も含まれている。電子時計１００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、電子時計１００の内部時刻には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、電子時計１００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、電子時計１００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。

図２は、電子時計１００の平面図である。図２に示すように、電子時計１００は、セラミック（ジルコニア）製の非導電性部材で形成された円筒状の外装ケース８０を備え、外観上は、外装ケース８０の表面側周縁に、セラミックやプラスチック等の非導電性部材で形成された環状のベゼル８１が嵌合されている。このベゼル８１の内周側に、プラスチックで形成された環状のダイヤルリング８３を介して、円盤状の文字板１１が時刻表示部として配置され、この文字板１１上には、時刻や日付等を表示する指針１３（１３ａ〜ｃ）及び液晶表示パネル１４が配置されている。そして、外装ケース８０の表面側の開口は、ベゼル８１を介してカバーガラス８４で塞がれており、カバーガラス８４通じて、内部の文字板１１、指針１３（１３ａ〜ｃ）及び液晶表示パネル１４が視認可能となっている。なお、図２中において、液晶表示パネル１４に表示された"ＴＹＯ"の文字は、「東京」の意味であり、ワールドタイム機能の日本の時刻を表示している。

なお、本実施形態において外装ケース８０は、アンテナ性能のため非導電性部材のセラミック製（ジルコニア）であり、セラミックは高価であるが硬いので傷がつきにくい。なお、この外装ケース８０としては、非導電性の部材であればセラミックには限定されず、例えばプラスチックで形成してもよい。

ダイヤルリング８３は、ベゼル８１の内周面に接触するプラスチック製の環状部材であり、この内部に環状の無給電素子８２が埋め込まれている。この無給電素子８２は、例えば、ステンレス等の金属部材より板状又は線状に形成したものであり、時刻表示部である文字板１１の外縁に沿って環状に配置されている。

また、電子時計１００は、図１及び図２に示す竜頭１６や操作ボタン１７及び１８を手動操作することにより、少なくとも１つのＧＰＳ衛星２０からの衛星信号を受信して内部時刻情報の修正を行うモード（時刻情報取得モード）と複数のＧＰＳ衛星２０からの衛星信号を受信して測位計算を行い内部時刻情報の時差を修正するモード（位置情報取得モード）に設定できるように構成されている。また、電子時計１００は、時刻情報取得モードや位置情報取得モードを定期的に（自動的に）実行することもできる。

図３は電子時計１００の内部構造を示す一部断面図であり、図４は電子時計１００の一部の分解斜視図である。図３及び４に示すように、電子時計１００は、セラミックで形成された円筒状の外装ケース８０の表面側には、セラミックで形成された環状のベゼル８１が嵌合されているとともに、ベゼル８１の内周に沿って、プラスチックで形成された環状のダイヤルリング８３が取り付けられている。

外装ケース８０の二つの開口のうち、時刻表示部の表示方向である表面側の開口は、環状のベゼル８１を介してカバーガラス８４で塞がれており、裏面側の開口はステンレス等の金属で形成された裏蓋８５で塞がれている。なお、外装ケース８０は、セラミック製であることから硬く加工が容易ではなく、ねじ穴を切ることが困難なのでパッキンリングを挟み込んで外装ケース８０と裏蓋８５とが嵌合されている。カバーガラス８４も同様にパッキンリング（図示せず）を挟み込むことで外装ケース８０に嵌め込まれている。

また電子時計１００は、外装ケース８０の内側に、リチウムイオン電池などの二次電池２７を備える。二次電池２７は、後述のソーラーパネル８７が発電した電力で充電される。すなわち、ソーラー充電が行われる。電子時計１００は、外装ケース８０の内側に、光透過性の文字板１１と、文字板１１を貫通した指針軸１２と、指針軸１２を中心に周回して現在時刻を指し示す複数の指針１３（秒針１３ａ、分針１３ｂ及び時針１３ｃ）と、指針軸１２を回転させて複数の指針１３を駆動する駆動体３０とを備える。指針軸１２は、外装ケース８０の中心軸に沿って表裏方向に延在している。

文字板１１は、外装ケース８０の内側で時刻を表示する時刻表示部を構成する円形の板材であり、プラスチックなどの光透過性の材料で形成され、カバーガラス８４との間に指針１３（１３ａ〜ｃ）を挟み、ダイヤルリング８３の内側に配置されている。文字板１１の中央部には、指針軸１２が貫通する穴が形成されているとともに、液晶表示パネル１４を視認させるための開口部が形成されている。

また、本実施形態では、この文字板１１とカバーガラス８４との間に、環状の無給電素子８２が配置されている。無給電素子８２はＳＵＳ板などのリング状の金属板で、プラスチック製のダイヤルリング８３に埋め込まれ一体化されている。この無給電素子８２は、直接回路基板２５に接続されていない状態であっても、アンテナ体４０近傍に配置されることで電流が誘起され、アンテナ体４０と電磁界的に結合されて一体的に動作し、共振周波数を低下させることでアンテナ特性を変化させることができる。

駆動体３０は、地板３８に取り付けられ、ステップモーターと歯車などの輪列とを有し、当該ステップモーターが当該輪列を介して指針１３を回転させることにより、複数の指針１３を駆動する。具体的には、時針１３ｃは１２時間、分針１３ｂは６０分、秒針１３ａは６０秒で一周する。また、駆動体３０が取り付けられた地板３８は、指針１３との間に文字板１１を挟むように配置されている。

また電子時計１００は、外装ケース８０の内側に、光発電を行うソーラーパネル８７を備える。ソーラーパネル８７は、光エネルギーを電気エネルギー（電力）に変換する複数のソーラーセル（光発電素子）を直列接続した円形の平板であり、文字板１１と駆動体３０との間に配置され、指針軸１２の横断面に沿って延在している。またソーラーパネル８７は、その延在方向において、ダイヤルリング８３の内側に配置されている。またソーラーパネル８７の中央部には、指針軸１２が貫通する穴又は切欠が形成されているとともに、液晶表示パネル１４を視認させるための開口部が形成されている。

また電子時計１００は、外装ケース８０の内側に、アンテナ接続ピン４４Ａ及び４４Ｂと、回路基板２５と、回路基板２５に実装されたバラン１０、ＧＰＳ受信部（無線受信部）２６及び制御部７０とを備える。バラン１０は、平衡−不平衡の変換素子であり、平衡給電で作動するアンテナ体４０からの平衡信号を、ＧＰＳ受信部２６で扱うことができる不平衡信号に変換する。回路基板２５は、樹脂や誘電体を含む素材で形成され、シールドケースとしての機能を果たす地板３８の下部に配置されている。また、回路基板２５には、グランドパターンが形成されて、グランド板としても機能するようになっている。この回路基板２５の上面（カバーガラス８４側）に制御部７０が配置され、これと反対の下面（裏蓋８５側）にバラン１０及びＧＰＳ受信部２６が配置されている。

そして、電子時計１００は、環状の一部を切り欠いた形状のアンテナ体４０を備える。このアンテナ体４０は、例えば、ステンレス等の金属部材で板状に形成されたものである。このアンテナ体４０は、本実施形態では、外装ケース８０の内側で駆動体３０の周囲に配置されるとともに、前記無給電素子８２が埋め込まれた環状のベゼル８１の下面に貼り付けられるように固定されている。すなわち、アンテナ体４０は、回路基板２５よりもカバーガラス８４側に配置され、アンテナ体４０の上方において、無給電素子８２が近接して配置されている。なお、アンテナ体４０と、ダイヤルリング８３に埋め込まれた無給電素子８２と、は電磁界的に結合させるため、間隔があまり離れると結合が弱くなることから約５ｍｍ以下が好ましい。

また、アンテナ体４０は、アンテナ体４０の両端、すなわちＣ形状の切欠部分を挟んで位置する一対の給電点４０ａ及び４０ｂを通じて給電され、この給電点４０ａ及び４０ｂでは、アンテナ下面に配置されたアンテナ接続ピン４４Ａ及び４４Ｂと接続されている。アンテナ接続ピン４４Ａ及び４４Ｂはスプリングを内蔵した金属で形成されたピン状のコネクタであり、回路基板２５上に突設されて、地板３８に開口された挿通孔３８ａ及び３８ｂを貫通されて、回路基板２５とアンテナ体４０とを接続する。

本実施形態において、アンテナ体４０への給電は、バラン１０から２箇所の給電点４０ａ及び４０ｂを通じての平衡給電となる。具体的には、アンテナ体４０の両端に、プラス及びマイナスの給電点４０ａ及び４０ｂを有し、これら二つの給電点４０ａ及び４０ｂがアンテナ接続ピン４４Ａ及び４４Ｂと接続されている。これらアンテナ接続ピン４４Ａ及び４４Ｂを介して平衡給電が行われ、ＧＰＳ受信部２６は、アンテナ体４０を用いて無線信号を受信する。なお、アンテナ体４０は、１波長ループアンテナであることから、給電に対して自己平衡作用があり、上記バラン１０を介さず、直接給電することも可能である。

図５は、電子時計１００の回路構成を示すブロック図である。図５に示すように、電子時計１００は、ＧＰＳ受信部２６及び制御表示部３６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の処理を行う。制御表示部３６は、内部時刻情報の保持及び内部時刻情報の修正等の処理を行う。

ソーラーパネル８７は、充電制御回路２９を通じて二次電池２７を充電する。電子時計１００はレギュレータ３４及び３５を備え、二次電池２７は、レギュレータ３４を介して制御表示部３６に、レギュレータ３５を介してＧＰＳ受信部２６に駆動電力を供給する。また電子時計１００は、二次電池２７の電圧を検出する電圧検出回路３７を備える。なお、レギュレータ３５に代えて、例えば、ＲＦ部５０（詳細は後述）に駆動電力を供給するレギュレータ３５−１と、ベースバンド部６０（詳細は後述）に駆動電力を供給するレギュレータ３５−２（ともに図示せず）とに分けて設けてもよい。レギュレータ３５−１は、ＲＦ部５０の内部に設けてもよい。

また電子時計１００は、アンテナ体４０、バラン１０、及びＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）フィルタ３２を含む。アンテナ体４０は、図１で説明したように、複数のＧＰＳ衛星２０からの衛星信号を受信する。ただし、アンテナ体４０は衛星信号以外の不要な電波も若干受信してしまうため、ＳＡＷフィルタ３２は、アンテナ体４０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３２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。

また、ＧＰＳ受信部２６は、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。以下に説明するように、ＧＰＳ受信部２６は、ＳＡＷフィルタ３２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３２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、例えば時差情報が記憶されている。時差情報は、時差データ（座標値（例えば、緯度及び経度）に関連づけられたＵＴＣに対する補正量等）が定義された情報である。

ベースバンド部６０は、時刻情報取得モード又は位置情報取得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、時刻情報取得モード又は位置情報取得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２０に同期（すなわち、ＧＰＳ衛星２０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２０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。したがって、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２０を検索することができる。

また、ベースバンド部６０は、時刻情報取得モード又は位置情報取得モードにおいて、捕捉したＧＰＳ衛星２０の衛星情報を取得するために、当該ＧＰＳ衛星２０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する処理を行う。ミキシングされた信号には、捕捉したＧＰＳ衛星２０の衛星情報を含む航法メッセージが復調される。そして、ベースバンド部６０は、航法メッセージの各サブフレームのＴＬＭワード（プリアンブルデータ）を検出し、各サブフレーム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（例えばＳＲＡＭ６３に記憶する）処理を行う。ここで、ＧＰＳ時刻情報は、週番号データ（ＷＮ）及びＺカウントデータであるが、以前に週番号データが取得されている場合にはＺカウントデータのみであってもよい。
そして、ベースバンド部６０は、衛星情報に基づいて、内部時刻情報を修正するために必要な時刻修正情報を生成する。

時刻情報取得モードの場合、より具体的には、ベースバンド部６０は、ＧＰＳ時刻情報に基づいて測時計算を行い、時刻修正情報を生成する。時刻情報取得モードにおける時刻修正情報は、例えば、ＧＰＳ時刻情報そのものであってもよいし、ＧＰＳ時刻情報と内部時刻情報との時間差の情報であってもよい。

一方、位置情報取得モードの場合、より具体的には、ベースバンド部６０は、ＧＰＳ時刻情報や軌道情報に基づいて測位計算を行い、位置情報（より具体的には、受信時に電子時計１００が位置する場所の緯度及び経度）を取得する。さらに、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、位置情報により特定される電子時計１００の座標値（例えば、緯度及び経度）に関連づけられた時差データを取得する。このようにして、ベースバンド部６０は、時刻修正情報として衛星時刻データ（ＧＰＳ時刻情報）及び時差データを生成する。位置情報取得モードにおける時刻修正情報は、上記の通り、ＧＰＳ時刻情報と時差データそのものであってもよいが、例えば、ＧＰＳ時刻情報の代わりに内部時刻情報とＧＰＳ時刻情報の時間差のデータであってもよい。
なお、ベースバンド部６０は、１つのＧＰＳ衛星２０の衛星情報から時刻修正情報を生成してもよいし、複数のＧＰＳ衛星２０の衛星情報から時刻修正情報を生成してもよい。

また、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、ＴＣＸＯ６５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。また、ベースバンド部６０に設けられたＲＴＣ６４は、ＧＰＳ衛星２０の衛星情報を受信中にのみ動作し、ＧＰＳ時刻情報を保持する。

制御表示部３６は、制御部７０、駆動回路７４及び水晶振動子７３を含んで構成されている。
制御部７０は、記憶部７１、ＲＴＣ（Real Time Clock）７２を備え、各種制御を行う。制御部７０は、例えばＣＰＵで構成することが可能である。制御部７０は、制御信号をＧＰＳ受信部２６に送り、ＧＰＳ受信部２６の受信動作を制御する。また制御部７０は、電圧検出回路３７の検出結果に基づいて、レギュレータ３４及びレギュレータ３５の動作を制御する。また制御部７０は、駆動回路７４を介してすべての指針の駆動を制御する。

記憶部７１には内部時刻情報が記憶されている。ＲＴＣ７２は、常時動作し、時刻表示のための内部時刻を計時し内部時刻情報を生成する。内部時刻情報は、電子時計１００の内部で計時される時刻の情報であり、水晶振動子７３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。したがって、ＧＰＳ受信部２６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７０は、時刻情報取得モードに設定されると、ＧＰＳ受信部２６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７１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オフセット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７０は、位置情報取得モードに設定されると、ＧＰＳ受信部２６の動作を制御し、衛星時刻データ（ＧＰＳ時刻情報）及び時差データに基づいて、内部時刻情報を修正して記憶部７１に記憶する。

以上説明したように、電子時計１００では、アンテナ体４０が、全体としてＣ型形状のループアンテナとなり、ループアンテナの始点及び終点となる給電点４０ａ及び４０ｂがＣ型形状の切欠部分に位置することとなる。ここで、アンテナ体４０を電磁波を電流に変換するアンテナ素子とこれと接する誘電体で形成した場合には、アンテナ素子の両端、すなわちループアンテナの始点から終点までの周囲長を、誘電体により波長短縮された約１波長とすることにより、半波長ダイポールアンテナ２本を、給電点４０ａ及び４０ｂを挟んで平行においた場合と同等の受信性能を維持することができる。

また、電子時計１００では、文字板１１とカバーガラス８４との間に配置された環状の無給電素子８２を備え、この無給電素子８２に隣接するようにアンテナ体４０を配設しているので、アンテナ体４０に電流が流されると無給電素子８２に対しても電流が誘起され、アンテナ体４０のアンテナ特性を変化させることができ、アンテナの小型化が可能となる。さらに、無給電素子８２を時刻表示部とカバーガラス８４との間に配置することによって、無給電素子８２と電磁界的に結合されるアンテナ体４０を駆動体３０の周囲に配置することができ、外装ケース８０内のスペースを有効に活用することができ径の小さい、小型の時計が実現できる。

図６は、アンテナ体４０の無給電素子８２の有無によるリターンロス特性を示すグラフ図である。同図において、縦軸はリターンロス（ｄＢ）を示し、横軸は受信対象とする電波の周波数（ＧＨｚ）を示す。図６に示すように、無給電素子８２がある場合は、無給電素子８２がない場合と比較して、周波数が１．５ＧＨｚ〜１．６ＧＨｚでリターンロスが顕著に低下しており、この周波数帯域の電波の受信感度が高くなっている。無給電素子８２をアンテナ体４０に電磁的に結合させることで共振周波数を下げてインピーダンス特性を改善することができる。このため、小形のアンテナ体４０においても、例えばＧＰＳの衛星信号に共振周波数を合わせることにより、ＧＰＳ信号に対する受信性能を向上させることができる。

さらに、アンテナ体４０は、給電点４０ａ及び４０ｂを通じて平衡給電されていることから、給電点４０ａ及び４０ｂが平衡型のアンテナパターンを構成することができ、受信性能を向上させることができる。また、外装ケース８０の二つの開口のうち、文字板１１の表示方向と反対側の開口を塞ぐ金属製の裏蓋８５を備えるため、裏蓋８５による反射により、時計表面における法線方向の放射が大きくなり、極めて高い受信性能が得られる。また、アンテナ体４０は回路基板２５よりもカバーガラス８４側に配置され、ＧＰＳ受信部２６は裏蓋８５側に配置されているため、ＧＰＳ受信部２６とアンテナ体４０との間に回路基板２５を介在させることができ、ＧＰＳ受信部２６から発生するクロック信号などのインバンド（受信信号の帯域内）ノイズがアンテナ体４０に悪影響を及ぼすのを低減することができる。これによりアンテナ体４０の感度が劣化するのを低減することができる。

以上より、本発明によれば、例えば、ＧＰＳにおける衛星信号の受信に用いた場合であっても、無給電素子８２を用いることによって、受信性能を維持しつつ、より有効にアンテナ体４０を小型化できる。

［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計２００（電子時計２００）の一部断面図である。電子時計２００は、無給電素子を外装ケースと一体化した点で電子時計１００と相違する。

具体的には、図７に示すように、本実施形態では、カバーガラス８４は、ステンレス等の金属製のリング部材１８１に嵌め込まれており、このリング部材１８１が無給電素子の機能を兼ね備えている。また、リング部材１８１と外装ケース８０との間には、さらにガラス製のリング１８１ａが嵌め込まれている。このような電子時計２００によれば、電子時計１００と同様の効果が得られる。さらなる効果としては、ダイヤルリング８３が不要となり、デザインの自由度を高めることができる。

［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態に係るアンテナ内蔵式電子時計３００（電子時計３００）の一部断面図である。電子時計３００は、金属製の外装ケース８０及び金属製の裏蓋８５をグランド板として機能させる点で電子時計１００と相違する。

具体的に、この第３実施形態では、外装ケース８０及び裏蓋８５を金属で形成し、ネジ８６で一体化している。そして、これらとアンテナ体４０と電気的に接続し、外装ケース８０及び金属製の裏蓋８５をグランド板として機能させる。詳述すると、アンテナ体４０の一方の給電点を、導通バネ３９に接続し、導通バネ３９を介して金属製の裏蓋８５及び外装ケース８０に接続させている。他方の給電点に対しては、アンテナ接続ピン４４を通じて給電を行う。このとき、アンテナ体４０は、１波長ループアンテナであることから、給電に対して自己平衡作用があり、上記バラン１０を介さず、直接給電することも可能である。

また、本実施形態では、ソーラーパネル８７は省略しており、電池２７ａはリチウムコイン電池などの一次電池となっている。さらに電池２７とＧＰＳ受信部２６の配置を逆にして、敏感なアンテナ給電点からＧＰＳ受信部２６をさらに離す構成としている。

以上の説明から明らかなように、電子時計３００によれば、電子時計１００と同様の効果が得られる。さらなる効果としては、ループアンテナの方側の給電点を通じて、裏蓋８５及び外装ケース８０をグランド板として機能させることから、アンテナ接続ピン４４を１個とさせることができ、構造が簡単になりコストダウンを図ることができ、また給電点を配置する位置の自由度を高めることができる。さらに、アンテナ体４０の給電に対する自己平衡作用によって、上記バラン１０を省略することによっても、小型化を促すことができる。また、給電ピンが１個で済み、構造が簡単になるのでコストダウンできる。

［変更例］
なお、上述した各実施形態の説明は、本発明の一例である。このため、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんである。図９は、本発明の変更例に係るアンテナ体４１の斜視図であり、図１０は、本発明の変更例に係る無給電素子５１の斜視図である。

例えば、図９に示すように、アンテナ体４１は、金属板でなくポリイミドなどのフレキシブル基板４１ｄとその表面に形成されたアンテナ素子４１ｃとを備える。アンテナ素子４１ｃは銅箔パターンで構成することができる。これにより、ムーブメント表面に段差があっても配置できるメリットがある。なお、このようなアンテナ体４１においても、一対の給電点４１ａ，４１ｂをアンテナ素子４１ｃに設け、上述したアンテナ接続ピン４４Ａ，４４Ｂに接続する。

また、フレキシブル基板４１ｄとして、環状の誘電体を用いることができる。具体的に、このアンテナ体４１は、リング形状の誘電体を基材として、これに金属のアンテナパターンをメッキや銀ペースト印刷などにより形成する。この誘電体としては、酸化チタンなどの高周波で使える誘電材料を樹脂に混ぜて成形することができ、これにより誘電体の波長短縮と相俟ってアンテナ体をより小型化できる。なお、アンテナパターンは電磁波を電流に変換するアンテナ素子として機能する。

さらに、例えば、図１０に示すように、無給電素子を周波数調整の目的でミアンダ形状としてもよい。詳述すると、無給電素子１８２として、ステンレスなどの導電性の部材を用い、径の異なる弧状の部材１８２ａ，１８２ｂを交互に接続して環状に連続させたいわゆるミアンダ形状にして周囲長を長くすることができる。

１００，２００…アンテナ内蔵式電子時計、４０，４１…アンテナ体、４０ａ，４０ｂ、４１ａ，４１ｂ…給電点、４１ｃ…アンテナ素子、４１ｄ…フレキシブル基板、４４Ａ，４４Ｂ…アンテナ接続ピン、１１…文字板、１２…指針軸、１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）…指針、２６…ＧＰＳ受信部、３０…駆動機構、８０…外装ケース、８１…ベゼル、８２，１８２…無給電素子、８３…ダイヤルリング、８４…カバーガラス、８５…裏蓋、８７…ソーラーパネル。

Claims (4)

1. 筒状の外装ケースと、
   前記外装ケースの二つの開口のうち、一方の開口を塞ぐカバーガラスと、
   前記外装ケースの内側で時刻を表示する時刻表示部と、
   前記外装ケースの内側で前記時刻表示部を駆動する駆動体と、
   前記外装ケースの内側で前記駆動体の周囲に配置され、環状の一部を切り欠いた形状のアンテナ体と、
   前記時刻表示部と前記カバーガラスとの間に配置された環状の無給電素子と
   を備えたことを特徴とするアンテナ内蔵式電子時計。
2. 前記無給電素子は、前記時刻表示部の周囲に配置さ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。
3. 前記アンテナ内蔵式電子時計は、
   前記外装ケースに収納されて無線通信を行う無線通信回路が配置された回路基板と、
   前記外装ケースの二つの開口のうち、前記時刻表示部の表示方向と反対側の開口を塞ぐ金属製の裏蓋と、を備え、
   前記アンテナ体は前記回路基板よりも前記カバーガラス側に配置され、前記無線通信回路は前記裏蓋側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ内蔵式電子時計。
4. 前記アンテナ体は、環状の誘電体とアンテナ素子とを有し、前記アンテナ素子が前記誘電体に接するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３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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