JP6018201B2 - 衛星電波腕時計 - Google Patents

Description

本発明は、衛星電波腕時計に関する。

ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星等の測位システムに用いられる人工衛星からの電波（以降、衛星電波と称する。）を受信し時刻を修正する電波腕時計（以降、衛星電波腕時計と称する。）が提案されている。ＧＰＳ信号に代表される測位信号には、正確な時刻情報が含まれるためである。このような衛星電波は極超短波を使用しており、従来地表において時刻修正に用いられてきた標準電波に用いられる長波に比して時間当たりに送信される情報量が多く、時刻情報の受信に要する時間は標準電波を受信する場合に比べ短縮されると考えられる。

特許文献１には、衛星電波腕時計であるＧＰＳ付き腕時計が開示されている。

特開２０１１−４３４４９号公報

衛星電波において、時刻情報は常時送信されているわけではなく、測位システムの仕様により定められた一定間隔ごとに送信される。例えば、ＧＰＳの場合であれば、時刻情報はＴＯＷ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｗｅｅｋ）と呼ばれ、６秒毎に送信されるＨＯＷ（Ｈａｎｄ Ｏｖｅｒ Ｗｏｒｄ）と呼ばれるデータ列中に含まれる。すなわち、時刻情報を受信可能なタイミングは６秒毎に一度到来する。これに対し、ユーザが例えばボタンを操作する等して受信を指示するタイミングは、かかるタイミングとは無関係になされる。そのため、ユーザによる受信指示から時刻情報を受信可能なタイミングまでの時間は、受信指示のタイミングに依存して変化することになる。

ところで、極超短波である衛星電波を受信するためには、高周波回路を作動させる必要があるが、かかる回路はその作動周波数が極めて高く、消費電力が大きい。そのため、衛星電波腕時計の動作持続時間を長いものとするため、高周波回路の作動時間は可能な限り短くする必要がある。ここで、ユーザによる受信指示から時刻情報を受信可能なタイミングまでの時間が長い場合には、必要以上に高周波回路を作動させることとなり電力消費が増大する。逆に、かかる時間が短すぎる（例えばユーザによる受信指示の直後に時刻情報を受信可能なタイミングが到来する場合等）場合には、衛星電波の捕捉が十分にできず、受信に失敗して再受信となるため、やはり電力消費が増大する。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、衛星電波腕時計において、ユーザによる受信指示により受信をする際の電力消費を低減することを課題とする。

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。

（１）衛星電波を受信するアンテナと、高周波回路と、デコーダ回路を有する衛星電波受信部と、内部時刻を保持するとともに計時する時計回路と、ユーザの操作を受け付ける操作部材と、少なくとも、前記衛星電波受信部に電源を供給し起動させる起動動作、前記衛星電波受信部により特定の衛星電波を捕捉し追尾する捕捉追尾動作、及び、前記衛星電波受信部により受信された衛星電波より時刻情報を取得する時刻情報取得動作のタイミングを制御するとともに、前記操作部材を操作することによるユーザの受信指示を検知するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記受信指示のあった時点から前記内部時刻に基き予測される最近の時刻情報受信可能時点までの猶予時間が第１の閾値より長く第２の閾値より短い場合には、直ちに前記起動動作を開始させ、前記猶予時間が前記第２の閾値より長い場合には、前記最近の時刻情報受信可能時点から逆算される起動時点の到来を待って前記起動動作を開始させ、前記猶予時間が前記第１の閾値より短い場合には、最近の次の時刻情報受信可能時点から逆算される起動時点の到来を待って前記起動動作を開始させる衛星電波腕時計。

（２）（１）において、前記コントローラは、前記起動動作の終了後直ちに前記捕捉追尾動作を開始し、前記最近の時刻情報受信可能時点の到来を待って前記時刻情報取得動作を開始させる衛星電波腕時計。

（３）（１）又は（２）において、さらに、少なくとも第１の受信動作中であること及び第２の受信動作中であることを表示する表示部材を有し、前記コントローラは、前記猶予時間が前記第１の閾値より長く前記第２の閾値より短い場合には、前記表示部材に第１の受信動作中であることを表示させ、前記猶予時間が前記第２の閾値より長い場合又は前記第１の閾値より短い場合には、前記表示部材に第２の受信動作中であることを表示させる衛星電波腕時計。

（４）（１）乃至（３）のいずれかにおいて、前記コントローラは、前回の時刻情報の取得に失敗している場合には、前記受信指示があった後直ちに前記起動動作を開始させる衛星電波腕時計。

（５）（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記コントローラは、前回の時刻情報の取得時点からの経過時間が第３の閾値より長い場合には、前記受信指示があった後直ちに前記起動動作を開始させる衛星電波腕時計。

（６）（１）乃至（５）のいずれかにおいて、前記操作部材はプッシュボタンであり、前記コントローラは、前記操作部材が押下げられている時間が第１の継続時間に達した場合に前記受信指示があったものとし、前記操作部材が押下げられている時間が第２の継続時間に達することなく前記操作部材の押下げが中断した場合には前記受信指示を取り下げ、前記衛星電波受信部の動作を直ちに終了させる衛星電波腕時計。

上記（１）又は（２）の側面によれば、衛星電波腕時計において、ユーザによる受信指示により受信をする際の電力消費を低減することができる。

また、上記（３）の側面によれば、衛星電波腕時計が短時間で受信することを優先した動作をしているのか、受信の成功確率を優先した動作をしているのかをユーザが知ることができる。

また、上記（４）又は（５）の側面によれば、衛星電波の受信に成功する可能性を高めることができる。

又、上記（６）の側面によれば、衛星電波の受信に要する全体の時間を短縮することができる。

本発明の実施形態に係る衛星電波腕時計を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る衛星電波腕時計の機能ブロック図である。 ＧＰＳ衛星から送信される信号のサブフレームの構成を示す概略図である。 サブフレーム１の構成を示す図である。 第１の受信動作を示すタイムチャートである。 第２の受信動作を示すタイムチャートである。 第３の受信動作を示すタイムチャートである。 第４の受信動作を示すタイムチャートである。 第１の再受信動作を示すタイムチャートである。 第２の再受信動作を示すタイムチャートである。 第３の再受信動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態に係る衛星電波腕時計の受信に関する動作を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係る衛星電波腕時計１を示す平面図である。ここで衛星電波腕時計とは、前述したように、外部電波を受信して内部に保持している時刻を正しい時刻に修正する機能を持つ腕時計である電波腕時計のうち、衛星電波を受信し時刻を修正するものを指す。なお、本実施形態に係る衛星電波腕時計１は、衛星電波として、ＧＰＳ衛星からの電波（Ｌ１波）を受信するものである。

図中符号２は外装ケースであり、その１２時方向と６時方向に向かい合うようにバンド取付部３が設けられている。また、衛星電波腕時計１の３時側側面には、操作部材である竜頭４ａ及びプッシュボタン４ｂが設けられている。なお、同図中において、衛星電波腕時計１の１２時方向は図中上方向であり、６時方向は図中下方向となっている。

衛星電波腕時計１は図示のとおり指針式であり、時針、分針、秒針が衛星電波腕時計１の中央位置を回転中心として、同軸に設けられている。なお、本実施形態では秒針が時分針と同軸となっているが、クロノグラフ型の時計のように、秒針をいわゆるクロノ針に置き換え、秒針を副針として任意の位置に配置してもよい。そして、外装ケース２の文字板６の外側の適宜の位置には、「ＯＫ」、「ＮＧ」、「ＱＲＸ」及び「ＲＸ」の位置表示５が刻印又は印刷されている。これらの文字は、衛星電波腕時計１が衛星電波を受信する際及びその前後に秒針が回転移動して、これら位置表示５のいずれかを指し示すことにより、衛星電波腕時計１の各種の受信状態を知らせるためのものである。従って、秒針はユーザに対し、衛星電波腕時計１の各種の受信状態を表示する受信表示部材７でもある。なお、ここではそれぞれの位置表示５の意味は、それぞれ、「ＱＲＸ」及び「ＲＸ」が受信中であることを、また、「ＯＫ」が受信成功、「ＮＧ」が受信失敗をそれぞれ意味している。なお、本実施形態において受信中の表示に「ＱＲＸ」と「ＲＸ」の２種類があるのは、衛星電波腕時計１の受信動作にいくつか種類が存在するためであり、「ＱＲＸ」はその中でも特に、短時間で受信動作を終了する受信動作中であることを示し、「ＱＸ」はそれ以外の受信動作中であることを示すものである。ユーザは、受信表示部材７が「ＱＲＸ」を表示している場合には、衛星電波腕時計１が短時間で受信することを優先した動作をしていることを知ることができる。また、受信表示部材７が「ＲＸ」を表示している場合には、衛星電波腕時計１が受信の成功確率を優先した動作をしていることを知ることができる。衛星電波腕時計１が実行する種々の受信動作については後述する。

また、文字板６の６時位置には、日窓８が設けられ、日窓８から覗く日板の位置により日付が視認されるようになっている。なお、かかる日窓８は一例であり、適宜の機構による日付表示が適宜の位置に設けられてよい。例えば、日板や他の回転円板を用いた日表示に加えて曜日表示や、副針を用いた各種の表示を用いてもよいし、液晶表示装置等の電気的表示装置による表示を用いてもよい。いずれにせよ、衛星電波腕時計１は少なくとも内部においては、現在の時刻だけでなく、現在の日付についての情報を保持している。

また、本実施形態の衛星電波腕時計１は、文字板６の裏側であって、９時側の位置に高周波受信用のアンテナとしてパッチアンテナを有している。なお、アンテナの形式は、受信しようとする電波に応じて決定すればよく、他の形式のアンテナ、例えば、逆Ｆ型アンテナ等を用いてもよい。

図２は、本実施形態に係る衛星電波腕時計１の機能ブロック図である。衛星電波はアンテナ１０により受信され、高周波回路１１によりベースバンド信号に変換された後、デコード回路１２により衛星電波に含まれる各種の情報が抽出され、コントローラ１３へと受け渡される。ここで、アンテナ１０、高周波回路１１及びデコード回路１２は衛星電波を受信し情報を抽出する衛星電波受信部１４を構成する。衛星電波受信部１４は、極超短波である衛星電波を受信し情報を抽出するため、高周波数で動作する。

コントローラ１３は、衛星電波腕時計１全体の動作を制御するマイクロコンピュータであると同時に、その内部に時計回路１５を有しており、かかる時計回路１５が保持する時刻である、内部時刻を計時する機能を有している。時計回路１５の精度は、用いる水晶振動子の精度や温度等の使用環境にも依存するが、月差±１５秒程度である。もちろん、この精度は、必要に応じて任意に設定して良い。また、コントローラ１３は、必要に応じて時計回路１５により保持される内部時刻を適宜修正し、内部時刻を正確に保つ。コントローラ１３は、計時及びユーザの操作に対する応答に必要な応答速度を有していればよいため、前述の衛星電波受信部１４よりも低周波数で動作し、そのため消費電力も小さい。

コントローラ１３には、操作部材（竜頭４ａ、プッシュボタン４ｂ等）からの信号が入力され、使用者による操作が検知できるようになっている。また、コントローラ１３からは、内部時刻に基づいてモータ１６を駆動する信号が出力され、指針を駆動し、時刻を表示する。また、受信表示部材７により、ユーザに対し必要な表示を行う。なお、本実施形態では受信表示部材７は秒針であるが、これに限定するものではなく、別の指針や円板等の他の部材であってもよい。例えば、受信表示部材に各種機能表示専用の指針を用いてもよいし、各指針を独立駆動とすることにより、複数の指針、例えば、時針と分針を重ね合わせて駆動することにより受信表示部材として用いてもよく、さらには指針の運針速度や運針形態（間欠駆動や、秒針の２秒運針等）を通常の運針と異なるものとすることにより、当該指針を受信表示部材として用いてもよい。また、液晶表示装置等の電気的な表示部材を受信表示部材として用いてもよい。

さらに、衛星電波腕時計１は、その電源として、リチウムイオン電池等の二次電池である電池１７を備えており、文字板６（図１参照）の上又は下に配置された太陽電池１８による発電により得られた電力を蓄積するようになっている。そして、電池１７からは、高周波回路１１、デコード回路１２及びコントローラ１３等に電力が供給される。

電源回路１９は、電池１７の出力電圧を監視しており、電池１７の出力電圧が予め定められたしきい値より低下した場合にはスイッチ２０をオフとし、コントローラ１３への電源供給を停止する。これにより、時計回路１５への電源供給も停止されるため、スイッチ２０がオフとなった場合には時計回路１５に保持されている内部時刻は失われる。また、電源回路１９は、太陽電池１８による発電等により、電池１７の出力電圧が回復した場合にはスイッチ２０をオンとし、コントローラ１３への電源を供給して、衛星電波腕時計１の機能を回復させる。また、スイッチ２１は、高周波回路１１及びデコード回路１２への電力供給のオン／オフを切り替えるスイッチであり、コントローラ１３により制御される。高周波数で動作する高周波回路１１とデコード回路１２はその消費電力が大きいため、コントローラ１３は、衛星からの電波を受信する時のみスイッチ２１をオンとして高周波回路１１及びデコード回路１２を動作させ、それ以外の時はスイッチ２１をオフとして、電力消費を低減する。

衛星電波の受信は、竜頭４ａやプッシュボタン４ｂ等の操作部材を操作することによるユーザからの要求がなされたとき（これを強制受信と称する）や、あらかじめ定められた時刻となったとき（これを定時受信と称する）に行ってよく、そのほかにも、前回の時刻修正があった時刻からの経過時間、あるいは太陽電池１８の発電量やその他の衛星電波腕時計１の周囲の環境を示す情報等に基づいて行うようにして良い（これを環境受信と称する）。なお、強制受信に対する用語として、定時受信及び環境受信を併せて、自動受信と称する。

続いて、本実施形態に係る衛星電波腕時計１が受信するＧＰＳ衛星からの信号について説明する。ＧＰＳ衛星から送信される信号は、Ｌ_１帯と呼ばれる１５７５．４２ＭＨｚをキャリア周波数としており、１．０２３ＭＨｚの周期でＢＰＳＫ（二位相偏移変調）により変調された各ＧＰＳ衛星固有のＣ／Ａコードにより符号化され、いわゆるＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ；符号分割多元接続）の手法により多重化されている。Ｃ／Ａコード自体は１０２３ビット長であり、信号に乗せられるメッセージ・データは２０個のＣ／Ａコード毎に変化する。すなわち、１ビットの情報は、２０ｍｓの信号として送信される。

ＧＰＳ衛星から送信される信号は、１５００ビット、すなわち３０秒を単位とするフレームに区切られ、さらに、フレームは５つのサブフレームに分けられる。図３は、ＧＰＳ衛星から送信される信号のサブフレームの構成を示す概略図である。各サブフレームは、３００ビットの情報を含む６秒間の信号であり、順番に１から５のサブフレーム番号が付けられている。ＧＰＳ衛星は、サブフレーム１から順次送信を行い、サブフレーム５の送信を終えると、再度サブフレーム１の送信に戻り、以降同様に繰り返す。

各サブフレームの先頭では、ＴＬＭとして示すテレメトリワードが送信される。ＴＬＭは、各サブフレームの先頭を示すコードであるプリアンブルと、地上管制局の情報を含んでいる。続いて、ＨＯＷとして示すハンドオーバワードが送信される。ＨＯＷには、Ｚカウントとも呼ばれる現在の時刻に関する情報であるＴＯＷが含まれている。これは、ＧＰＳ時刻の日曜日の午前０時からカウントした６秒単位の時間であり、次のサブフレームが開始される時刻を示している。

ＨＯＷに続く情報は、サブフレームごとに異なっており、サブフレーム１には、衛星時計の補正データが含まれている。図４は、サブフレーム１の構成を示す図である。サブフレーム１には、ＨＯＷに続いてＷＮとして示す週番号が含まれている。ＷＮは、１９８０年１月６日を０週としてカウントした現在の週を示す数値である。したがって、ＷＮ及びＴＯＷを受信することにより、ＧＰＳ時刻における正確な日時が得られる。なお、ＷＮは一度受信に成功すれば、衛星電波腕時計１が内部時刻を何らかの理由、例えば、電池切れ等により失わない限り、内部時刻の計時により正しい値を知ることができるため、再度の受信は必ずしも必要ではない。なお、前述したように、ＷＮは１０ビットの情報であるため、１０２４週を経過すると再び０に戻る。また、ＧＰＳ衛星からの信号には、この他にも種々の情報が含まれるが、本発明に直接関係の無い情報については、図に示すにとどめ、その説明は省略する。

再び図３に戻ると、サブフレーム２及びサブフレーム３にはＨＯＷに続いてエフェメリスと呼ばれる各衛星の軌道情報が含まれているが、その説明は本明細書では割愛する。

さらに、サブフレーム４及び５には、ＨＯＷに続いてアルマナックと呼ばれる全ＧＰＳ衛星の概略軌道情報が含まれる。サブフレーム４及び５に収容される情報は、その情報量が多いため、ページと呼ばれる単位に分割されて送信される。そして、サブフレーム４及び５により送信されるデータはそれぞれページ１〜２５に分割されており、フレームごとに異なるページの内容が順番に送信される。したがって、全てのページの内容を送信するには２５フレーム、すなわち、１２．５分を要することになる。

なお、以上の説明より明らかなように、ＴＯＷは全てのサブフレームに含まれているために６秒毎に、ＷＮはサブフレーム１に含まれているために３０秒毎に取得可能なタイミングが到来する。

つづいて、衛星電波腕時計１が衛星電波を受信する際に実行する個別の動作を図１、２を参照しつつ以下に説明する。衛星電波腕時計１が衛星電波を受信する一連の動作である受信動作は、コントローラ１３がこれら個別の動作をタイミングを制御しつつ実行することによりなされる。
（１）継続操作検知動作

これは、前記操作部材が所定の操作受付時間の間継続的に操作されていることを検知する動作である。本実施形態の場合、ユーザがプッシュボタン４ｂをある一定時間（例えば、２秒間。これを操作受付時間と称する。）のあいだ押し続ける長押しの動作をすることにより強制受信が行われる。ここで継続的な操作をユーザに要求しているのは、誤操作による意図せぬ動作を防止するためである。

この継続操作検知動作は、コントローラ１３がプッシュボタン４ｂが押下されたことを検知した後、予め定められた時間の間継続して押下されているかを検知することによりなされる。また、この継続操作検知動作は、ユーザによる衛星電波の受信指示を受け付けるものであるが、本実施形態では、コントローラ１３はこの継続操作検知動作の完了を持って、かかる受信指示があったことを検知する。すなわち、プッシュボタン４ｂが押下げられた状態が、前述の操作受付時間の間継続したタイミングで受信指示を検知する。
（２）起動動作

スイッチ２１をオンとし、衛星電波受信部１４に電源を供給し起動させる動作である。この動作は高周波回路１１及びデコード回路１２の初期化等を含み、若干の時間を要する。起動動作の終了時点は、コントローラ１３がスイッチ２１をオンとしてから所定の時間（例えば０．６秒）が経過した時点としてもよいし、高周波回路１１及びデコード回路１２からの起動完了を示す信号をコントローラ１３が受け取った時点としてもよい。起動動作に要する時間を、以下起動時間と称する。
（３）捕捉追尾動作

衛星電波受信部１４により特定の衛星電波を捕捉し追尾する動作である。ここで、「捕捉」とは、ＣＤＭＡにより多重化されている信号の一つを取り出すことであり、具体的には、一つの信号に対応するＣ／Ａコードを受信信号に乗ずることにより、相関のある信号を取り出す動作である。選択されたＣ／Ａコードにより相関のある信号が得られなければ、異なるＣ／Ａコードを再度選択し繰り返す。このとき、相関の得られた信号が複数ある場合には、最も相関の高い信号を選択すればよい。また、衛星の位置情報を使用して受信し得る衛星電波を予測することにより、選択するＣ／Ａコードの数を制限し、捕捉動作の時間短縮を図ってもよい。また「追尾」とは、受信信号のキャリア波の位相及び、かかる受信信号に含まれるＣ／Ａコードの位相と、選択したＣ／Ａコードのキャリア波の位相及びコードの位相とを合致させてデコードすることにより継続的にデータを取り出す動作である。なお、「追尾」の語義からは、衛星電波からデータを取り出している間は「追尾」がなされているといえるが、ここでいう「捕捉追尾動作」は、衛星電波の捕捉開始からＴＬＭの先頭までの動作を指すものとする。この捕捉追尾動作には概ね２秒程度の時間が最低限必要であり、上限はあるものの、より長時間を費やすことでより受信成功率が向上する。一方で、捕捉追尾動作に長時間を費やすと受信動作全体の時間が長くなり、また電力消費も大きくなる。捕捉追尾動作に要する時間を、以下捕捉追尾時間と称する。
（４）時刻情報取得動作

衛星電波受信部１４により受信された衛星電波より時刻情報を取得する動作である。本実施形態では、ＴＬＭおよびＨＯＷを受信し、ＨＯＷ内に含まれるＴＯＷを取得する動作が時刻情報取得動作に該当する。この動作は、ＴＬＭ及びＨＯＷが送信されるのに要する時間、すなわち、６０ビット×２０ｍｓ＝１．２秒が必要である。なお、ＨＯＷ末尾のパリティの受信を省略する場合には、最短で４７ビット×２０ｍｓ＝０．９４秒が必要となる。
（５）日情報取得動作

衛星電波受信部１４により受信された衛星電波より日に関する情報である日情報を取得する動作である。ここで日情報とは、時刻情報（すなわち、時、分、秒）以外の情報であってカレンダー上の日付を特定する情報であり、ＧＰＳの場合、ＷＮが該当する。本実施形態では、ＴＬＭ、ＨＯＷに続き送信されるＷＮを受信し、ＷＮを取得する動作が日情報取得動作である。なお、このときＨＯＷに含まれるＴＯＷも同時に取得可能であるため、本実施形態では、日情報取得動作は時刻情報取得動作をも兼ねることになる。
（６）時刻情報転送動作

取得された時刻情報を衛星電波受信部１４から時計回路１５へと転送する動作である。前述したとおり、衛星電波受信部１４の動作周波数とコントローラ１３の動作周波数とは異なるため、衛星電波受信部１４から直接デコードされた情報を時計回路１５へと転送することはできない。そのため、コントローラ１３はデコードされた情報を一旦蓄積し、必要な時刻情報のみ又は時刻情報及び日情報のみを抜き出して適宜のタイミングで時計回路１５へと転送する。
（７）受信表示動作

受信表示部材７により、受信動作中であることを表示する動作である。本実施形態の場合、受信表示動作は、後述する第１の受信動作中であることを示す表示（「ＱＲＸ」）と、それ以外の受信動作中であることを示す表示（「ＲＸ」）の２種類が存在する。
（８）受信結果表示動作

受信表示部材７により、受信結果を表示する動作である。ここでいう受信結果とは、受信に成功し、内部時刻の修正が行われる場合（「ＯＫ」表示となる）と、受信に失敗し、内部時刻の修正がなされない場合（「ＮＧ」表示となる）のいずれかである。
（９）前回受信結果表示動作

受信表示部材７により、前回の受信結果を表示する動作である。ここでいう前回の受信結果とは、前回受信に成功し、内部時刻の修正が行われている場合（「ＯＫ」表示となる）と、前回受信に失敗し、内部時刻の修正がなされなかった場合（「ＮＧ」表示となる）のいずれかである。

コントローラ１３は、以上の各動作を、受信指示が検知されたときの条件に応じて、各動作のタイミングを制御しながら実行する。

ところで、前述したように、ＴＯＷが受信可能となるタイミングである時刻情報受信可能時点（本実施形態の場合には、サブフレームの送信開始時点のタイミングであり、時刻情報取得動作においてはＴＬＭ及びＨＯＷを受信することとなる）は６秒毎に到来する。時刻情報取得動作を実行して時刻情報を取得するためには、この時刻情報受信可能時点の前に起動動作及び捕捉追尾動作が実行されていなければならないが、起動動作に要する起動時間はハードウェア特性により定まり、これを制御する余地は通常ない。これに対し、補足追尾動作に要する時間である捕捉追尾時間は、最低限必要な時間はあるものの、可変である。さらに、捕捉追尾時間を長時間とすると、先に述べたとおり受信に成功する確率が向上するが、これにも限度があり、いたずらに長時間を費やしても電力消費が増加するのみで受信成功率の向上への寄与は少ないものとなる。

そこで、コントローラ１３は、受信指示を検知した時点から、内部時刻に基き予測される最近の時刻情報受信可能時点までの時間（これを、以下「猶予時間」と呼ぶ）に応じて、起動動作を開始させるタイミングである起動時点及び捕捉追尾時間を制御することにより、衛星電波受信部４の作動時間の短縮と、受信に失敗する可能性の低減とを両立させ、全体として電力消費を低減する。具体的には、コントローラ１３は、猶予時間とあらかじめ定めた第１の閾値及び第２の閾値とを比較し、その結果に応じて以下に説明する異なる受信動作を選択し、実行する。
＜第１の受信動作＞

図５Ａは、第１の受信動作を示すタイムチャートである。同チャートで、水平方向軸は時間の経過を示している。第１の受信動作は、猶予時間が第１の閾値より長く第２の閾値より短い場合に実行される受信動作である。

まず、第１の受信動作に先立って、コントローラ１３は、プッシュボタン４ｂが押下された時点Ａで、プッシュボタン４ｂが操作受付時間の間継続的に操作されるか否かを検知するため、継続操作検知動作を開始すると同時に、前回受信結果表示動作を開始し、受信表示部材７に前回の受信結果を表示させる。そして、受信指示は、プッシュボタン４ｂが操作受付時間の間継続的に押下げられ、継続操作検知動作が完了した時点Ｂにおいて受け付けられる。この受信指示が受け付けられた時点Ｂと内部時刻より予測される時刻情報受信可能時点Ｃとの関係により、コントローラ１３は、どの受信動作を実行するかを決定する。なお、時点Ｂから時刻情報受信可能時点Ｃまでの時間が猶予時間Ｄである。

図５Ａに示す第１の受信動作は、猶予時間Ｄと、図中示した第１の閾値及び第２の閾値とをそれぞれ比較し、猶予時間Ｄが第１の閾値より長く、かつ、第２の閾値より短い場合に実行される受信動作である。このことは、受信指示が受け付けられた時点Ｂが、時刻情報受信可能時点Ｃから第２の閾値を差し引いた時点Ｆより後で且つ、時刻情報受信可能時点Ｃから第１の閾値を差し引いた時点Ｇより前である場合に第１の受信動作が実行されるということもできる。

第１の受信動作を実行する場合、コントローラ１３は、時点Ｂで直ちに起動動作を開始し、衛星電波受信部１４に電源を供給するとともに、受信表示動作を開始し、受信表示部材７に受信中であることを表示させる。この際、第１の捕捉追尾時間を用いた第１の受信動作が行われているため、受信表示部材７である秒針は第１の受信動作中であることを示す表示である「ＱＲＸ」を指す。さらに、起動動作が終了した時点で直ちに捕捉追尾動作を開始する。

コントローラ１３は、そのまま時刻情報受信可能時点Ｃまで捕捉追尾動作を続行させ、時刻情報受信可能時点Ｃで時刻情報取得動作を開始する。その結果、捕捉追尾時間は、時点Ｂのタイミングに応じて変化するが、捕捉追尾時間と起動時間の合計時間は第１の閾値を下回ることはなく、また、第２の閾値を超えることもない。

その後、コントローラ１３は、ＨＯＷに含まれるＴＯＷを取得し、時点Ｉで時刻情報転送動作を開始する。さらに、時刻情報取得動作が終了した時点Ｊにおいて受信結果表示動作を開始し、受信に成功していれば、受信表示部材７（本実施形態では秒針）に「ＯＫ」の位置表示５を指し示させる。なお、受信結果表示動作は、時刻情報の転送を待つことなく、時点Ｉで開始するようにしてもよい。

この第１の受信動作は、短時間で受信動作を終了することを優先した受信動作である。すなわち、最低限の捕捉追尾時間が確保できれば、捕捉追尾時間を可変として最近の（すなわち、現時点からみて最も早くに到来する）時刻情報受信可能時点Ｃで時刻情報の受信を試みるのである。

なお、第１の受信動作は、例えば時計回路１５に保持される内部時間が不正確である等のために、猶予時間Ｄを正確に求めることができない場合にも実行されてよい。このような場合には、次に説明する第２の受信動作及び第３の受信動作のように、起動動作の開始タイミングを制御する意義に乏しいからである。
＜第２の受信動作＞

図５Ｂは、第２の受信動作を示すタイムチャートである。同チャートにおいても、水平方向軸は時間の経過を示している。

コントローラ１３は、第１の受信動作の場合と同様に、第２の受信動作に先立ってプッシュボタン４ｂが押下された時点Ａで、継続操作検知動作と同時に前回受信結果表示動作を開始する。そして、受信指示が受け付けられた時点Ｂと時刻情報受信可能時点Ｃとの関係を比較する。図５Ｂに示すように、猶予時間Ｄが第２の閾値より長い場合、すなわち、受信指示が受け付けられた時点Ｂが、時刻情報受信可能時点Ｃから第２の閾値を差し引いた時点Ｆより前である場合には、コントローラ１３は第２の受信動作を実行する。

なお、同図は、強制受信の場合の受信動作を示しているため、継続操作検知動作及び前回受信結果表示動作が示されているが、自動受信の場合には、この２つの動作は実行されない。自動受信の場合には、コントローラが自動受信を行うと判断したタイミングが時点Ｂとなる。

第２の受信動作では、コントローラ１３は、受信指示が受け付けられた時点Ｂの後直ちには起動動作を実行せず、受信表示動作のみを開始させる。このとき、受信表示部材７は第１の受信動作以外の受信動作中であることを示す表示である「ＲＸ」を指す。さらに、コントローラ１３は時刻情報受信可能時点Ｃから逆算される起動時点の到来を待って起動動作を開始する。本実施形態では、起動時点は時刻情報受信可能時点Ｃから第２の閾値を差し引くことにより得られ、時点Ｆに一致する。その結果、捕捉追尾時間は一定となり、本実施形態では、第２の閾値から起動時間を差し引いた長さとなる。

時刻情報受信可能時点Ｃ以降の動作については、先の第１の受信動作と同様である。

この第２の受信動作は、受信の成功確率を優先しつつ、無駄な電力消費を排除する受信動作である。すなわち、捕捉追尾時間として受信の成功確率を高いものとできる十分な時間を確保する一方、不必要に長時間とすることはない。
＜第３の受信動作＞

図６Ａは、第３の受信動作を示すタイムチャートである。同チャートにおいても、水平方向軸は時間の経過を示している。

コントローラ１３は、第１の受信動作、第２の受信動作の場合と同様に、第３の受信動作に先立ってプッシュボタン４ｂが押下された時点Ａで、継続操作検知動作と同時に前回受信結果表示動作を開始する。そして、受信指示が受け付けられた時点Ｂと時刻情報受信可能時点Ｃとの関係を比較する。図６Ａに示すように、猶予時間Ｄが第１の閾値より短い場合、すなわち、受信指示が受け付けられた時点Ｂが、時刻情報受信可能時点Ｃから第１の閾値を差し引いた時点Ｇより後である場合には、コントローラ１３は第３の受信動作を実行する。

第３の受信動作では、受信指示が受け付けられた時点Ｂにおいて直ちに衛星電波受信部１４を起動したとしても、衛星電波の捕捉及び追尾が最近の時刻情報受信可能時点Ｃに間に合わない。そこで、コントローラ１３は、第２の受信動作同様に、受信指示が受け付けられた時点Ｂの後直ちには起動動作を実行せず、受信表示動作のみを開始させる。このとき、受信表示部材７は第１の受信動作以外の受信動作中であることを示す表示である「ＲＸ」を指す。

さらに、コントローラ１３は、最近の次の時刻情報受信可能時点Ｃ’から逆算される起動時点Ｆ’の到来を待って起動動作を開始する。本実施形態のように、時刻情報としてＧＰＳの航法メッセージに含まれるＴＯＷを受信する場合には、最近の次の時刻情報受信可能時点Ｃ’は最近の時刻情報受信可能時点Ｃの６秒後である。

時刻情報受信可能時点Ｃ以降の動作については、先の第１の受信動作、第２の受信動作と同様である。

この第３の受信動作もまた、受信の成功確率を優先しつつ、無駄な電力消費を排除する受信動作である。すなわち、捕捉追尾時間として受信の成功確率を高いものとできる十分な時間を確保する一方、不必要に長時間とすることはない。
＜第４の受信動作＞

第４の受信動作は、ＷＮを取得する必要がある場合に実行される。ＷＮの取得は、衛星電波腕時計１の電源電圧の低下により時計回路１５が停止した場合や、前回ＷＮの受信から所定の期間（例えば、１月など）経過した場合に実行されてよい。

図６Ｂは、第４の受信動作を示すタイムチャートである。同チャートにおいても、水平方向軸は時間の経過を示している。この第４の受信動作での動作は先の第２の受信動作の動作と類似しており、自動受信の場合に同図に示した継続操作検知動作及び前回受信結果表示動作が実行されず、時点Ｂより開始される点も同様である。

第４の受信動作においても、コントローラ１３は、受信指示が受け付けられた時点Ｂにおいて受信表示動作のみを開始させる。このとき、受信表示部材７は第１の受信動作以外の受信動作中であることを示す表示である「ＲＸ」を指す。そして、コントローラ１３は時刻情報受信可能時点Ｃから逆算される起動時点の到来を待って起動動作を開始する。本実施形態では、起動時点は時刻情報受信可能時点Ｃから第２の閾値を差し引くことにより得られる時点Ｆである。その結果、捕捉追尾時間は一定となり、本実施形態では、第２の閾値から起動時間を差し引いた長さとなるので、第４の受信動作は、第２の受信動作のバリエーションであるということができる。それ以外の点は、時刻情報受信可能時点Ｃが到来するまで第２の受信動作と全く同様である。

コントローラ１３は、時刻情報受信可能時点Ｃより、日情報取得動作を開始し、ＨＯＷに含まれるＴＯＷ及びＷＮを取得する。なお、このときの時刻情報受信可能時点Ｃは、ＷＮが受信可能なもの、すなわち、サブフレーム１の送信開始時点が選択される。その後、ＷＮ取得が終了した時点Ｉ’で時刻情報転送動作を開始し、時刻情報の転送が終了した時点Ｊ’で受信結果表示移動動作を行う。なお、第１の受信動作乃至第３の受信動作と同様に、受信結果表示動作を時点Ｉ’で開始してもよい。

ところで、図５Ａ、５Ｂ及び図６Ａ、６Ｂで示した第１の受信動作乃至第４の受信動作のタイムチャートは、時刻情報取得動作又は日情報取得動作において、時刻情報又は日情報の取得に成功した場合を示したものである。この点に関し、本実施形態の衛星電波腕時計１のコントローラ１３は、時刻情報取得動作又は日情報取得動作による時刻情報又は日情報の取得に失敗した場合には、再度取得を試みる制御を行う。

コントローラ１３が時刻情報の取得に失敗した場合に実行する受信動作（これを以後、再受信動作という）はいくつかのものが考えられ、それらのうちのどれを採用するようにしてもよい。図７Ａ乃至図７Ｃは、第１の受信動作において、時刻情報取得動作による時刻情報の取得に失敗した場合に実行される受信動作を示すタイムチャートである。なお、第２の受信動作乃至第４の受信動作においても同様の制御がなされるので、これらの受信動作の場合において時刻情報又は日情報の取得に失敗した場合に実行される受信動作を示すタイムチャートについては、その図示及び重複する説明は省略する。

図７Ａは第１の再受信動作を示すタイムチャートである。第１の再受信動作では、第１回目の時刻情報取得動作の終了時点Ｉにて時刻情報の取得に失敗したため、コントローラ１３は衛星電波受信部１４に継続して電力を供給し、次の時刻情報受信可能時点Ｃ’まで捕捉追尾動作を継続する。そして、時刻情報受信可能時点Ｃ’より第２回目の時刻情報取得動作を開始する。時刻情報が正しく得られていたならば、第２回目の時刻情報取得動作の終了時点Ｉ’より開始される時刻情報転送動作により転送され、その後時点Ｊ’で受信結果表示動作により、受信表示部材７により受信結果（この場合は「ＯＫ」表示）が表示される。第２回目の時刻情報取得動作によっても時刻情報の取得に失敗した場合には、時点Ｉ’より受信結果表示動作が開始され、受信表示部材７により受信結果（この場合は「ＮＧ」表示）が表示されたのち、一連の受信動作は終了する。この第１の再受信動作は、第１回目の捕捉追尾動作により得られた結果を失うことなく継続するので、受信に成功する可能性は高い。一方で、衛星電波受信部１４を長時間動作させるため消費電力は大きい。

図７Ｂは第２の再受信動作を示すタイムチャートである。第２の再受信動作では、第１回目の時刻情報取得動作の終了時点Ｉにて時刻情報の取得に失敗した後、コントローラ１３は衛星電波受信部１４への電力の供給を停止し、衛星電波受信部１４の動作を一旦終了する。そして、次回の時刻情報受信可能時点Ｃ’から逆算される起動時点Ｆ’、ここでは、次回の時刻情報受信可能時点Ｃ’から第２の閾値を差し引いた時点より再度の起動動作、及び、引き続いて捕捉追尾動作を行う。第２回目の時刻情報取得動作は、時刻情報受信可能時点Ｃ’より開始される。その後の動作については、第１の再受信動作と同様である。この第２の再受信動作は、衛星電波受信部１４を必要以上に長時間動作させることがないため電力消費は第１の再受信動作の場合に比べ少なくなるが、第１回目の捕捉追尾動作により得られた結果は失われる。

図７Ｃは第３の再受信動作を示すタイムチャートである。第３の再受信動作では、第１回目の時刻情報取得動作の終了時点Ｉにて時刻情報の取得に失敗した後、コントローラ１３は衛星電波受信部１４への電力の供給を継続するが、デコード回路１２の動作を停止し、衛星電波受信部１４の動作を一旦終了する。そして、次回の時刻情報受信可能時点Ｃ’から逆算される任意の時点Ｈ’からデコード回路１２の動作を再開し、捕捉追尾動作を行う。第２回目の時刻情報取得動作は、時刻情報受信可能時点Ｃ’より開始される。その後の動作については、第１の再受信動作と同様である。この第３の再受信動作は、第１の再受信動作と第２の再受信動作の中間的な再受信動作であり、第１の再受信動作よりは消費電力を抑えられる一方、第１回目の捕捉追尾動作により得られた結果は失われずに済む。第２回目の捕捉追尾時間は、例えば、第２の閾値から起動時間を差し引いた長さとしてよいが、第１回目の捕捉追尾動作により得られた結果を用いることができるため、より短い長さとしてもよい。なお、この第３の再受信動作を採用する場合には、電池１７から高周波回路１１及びデコード回路１２への電力供給は図２に示した通りでなく、それぞれ独立にコントローラ１３により供給の有無を制御できるようになっているものとする。

図８は、本実施形態の衛星電波腕時計１の受信に関する動作を示すフローチャートである。このフローチャートの有する意味は、大まかに言って、衛星電波腕時計１がおかれた環境から判断して、受信の成功可能性が高く、再受信動作が必要となり消費電力が増大する可能性が低い場合であって、かつ、受信指示が受け付けられたタイミングが適正である場合に第１の受信動作を選択して受信時間の短縮を図り、そうでない場合には第２の受信動作乃至第４の受信動作を選択して受信の確実性を優先する、というものである。

コントローラ１３は、まず、ＷＮの受信を要するか否か判定する（ステップＳＴ１）。ＷＮの受信が必要である場合には、前述の第４の受信動作が選択される。

そうでない場合には、コントローラ１３は、続くステップＳＴ２において、自動受信又は強制受信の別に基づく判断を行う。ここでは、強制受信でない場合（＝自動受信の場合）には、ステップＳＴ８へと進む。なお、ステップＳＴ８からは、第２の受信動作又は第３の受信動作のいずれかが選ばれる。

ステップＳＴ３では、指針の位置に基づく判断を行う。ここでは、指針（例えば、時分針等）がアンテナ１０と平面視において重畳する位置にあるなど、その受信性能に影響を及ぼす位置にある場合にはステップＳＴ８へと進む。

ステップＳＴ４では、電源電圧に基づく判断を行う。ここでは、電池１７の残量が所定値以上でない場合に、ステップＳＴ８へと進む。

ステップＳＴ５では、前回の受信に失敗したか否かによる判断を行う。ここでは、前回の受信動作による受信が失敗している場合に、第１の受信動作を選択する。これは、前回の受信に失敗していると、時計回路１５が保持する内部時刻が不正確であり、猶予時間Ｄを精度良く見積もることができないと考えられるからである。なお、ここでいう前回の受信には、受信動作全てを含めてもよいし、強制受信による受信のみを意味するものとしてもよい。

さらに、ステップＳＴ６では、前回の時刻情報の取得時点からの経過時間が第３の閾値より長いか否かを判断する。そして、この結果が肯定的であれば、第１の受信動作を選択する。この第３の閾値は、例えば、４８時間とする。これは、時計回路１５の精度が例えば月差±１５秒であるとすると、時刻修正をすることなく４８時間を経過した時点で最大限に見積もった誤差が１秒以上となる条件と等しい。このように、時計回路１５が保持する内部時刻が誤差のために正確さを欠く場合には、やはり猶予時間Ｄを精度良く見積もることができないと考えられるからである。もちろん、第３の閾値の値は時計回路１５の精度や猶予時間Ｄをどの制度正確に見積もるかに応じて任意に設定してよい。

そして、ここまでステップＳＴ８に進むことがなく、また第１の受信動作が選択されていなければ、ステップＳＴ７へと進み、猶予時間Ｄが第１の閾値より長く第２の閾値より短いか否かを判断する。なお、図中では条件式に等号付き不等号を用いて示しているが、これらのいずれか又は両方を単に不等号としても差し支えない。この条件が満たされる場合には、第１の受信動作が選択される。

そうでなければステップＳＴ８へと進み、猶予時間Ｄが前記第１の閾値より短いか否かを判断する。なお、ここでも図中では条件式に不等号を用いて示しているが、これを等号付き不等号としてもよい。この条件が満たされれば第３の受信動作が選択され、満たされなければ第２の受信動作が選択される。

なお、以上のステップＳＴ２乃至ステップＳＴ４に挙げた各条件は、受信の成功可能性が高いか否かを大まかに判断するために適宜設定された条件であり、これに限定するものではない。また、ステップＳＴ５及びＳＴ６に挙げた条件は、内部時刻の精度を大まかに判断するために適宜設定された条件であり、やはりこれに限定するものではない。すなわち、衛星電波腕時計１の想定される仕様や使用環境、ユーザ層等に応じて適宜の条件を用いてよく、また、ユーザが自ら条件を選択できるようにしてもよい。

ところで、以上説明した実施形態では、受信指示が受け付けられるタイミングは、プッシュボタン４ｂが操作受付時間の間、継続して押下げられた時点であったが、必ずしもこれに限定されなくともよい。すなわち、受信指示の受付自体は、継続操作検知動作の完了を待たずに先行で受け付けるものとしてもよい。すなわち、プッシュボタン４ｂが押下げられている時間の閾値として操作受付時間に等しい第２の継続時間（例えば、２秒）と、第２の継続時間より短い第１の継続時間（例えば、１秒）とを定めておき、プッシュボタン４ｂが押下げられている時間が第１の継続時間に達した時点で受信指示があったものとして図８に示す制御を実行してよい。この場合に、例えば図５Ａに示す第１の受信動作が選択されたなら、起動動作は受信指示があった時点Ｂで開始されるため、起動動作は継続操作検知動作の完了を待たずに先行で開始されることとなる。これにより、起動動作をより早いタイミングで開始させることができるため、受信動作全体に係る時間が短縮される。

しかしながら、プッシュボタン４ｂの押し下げ開始から第１の継続時間が経過した時点では、継続操作検知動作が完了しておらず、ユーザによる受信指示がなされるか否かはいまだ不明である。そこで、継続操作検知動作が完了することなく終了した場合、すなわち、プッシュボタン４ｂの押し下げ開始から第２の継続期間が経過する前にプッシュボタン４ｂが離された場合には、コントローラ１３は、衛星電波受信部１４への電力の供給を中止してその動作を終了させ、受け付けられた受信指示を取り下げるようにする。この動作は、ある程度の時間継続してプッシュボタン４が押下げられている場合には、そのまま受信指示がなされる場合が多いとの予測に基づき、かかる場合には先行で起動動作を開始することにより受信動作全体に係る時間の短縮を図るものである。

なお、以上説明した各実施形態は発明を実施する上での一例であり、各実施形態において示された具体的な形状や配置、構成に本発明を限定するものではない。特に、種々の部材の配置や数、デザインは必要に応じ当業者が適宜設計すべき事項である。

Claims (6)

1. 衛星電波を受信するアンテナと、高周波回路と、デコーダ回路を有する衛星電波受信部と、
   内部時刻を保持するとともに計時する時計回路と、
   ユーザの操作を受け付ける操作部材と、
   少なくとも、前記衛星電波受信部に電源を供給し起動させる起動動作、前記衛星電波受信部により特定の衛星電波を捕捉し追尾する捕捉追尾動作、及び、前記衛星電波受信部により受信された衛星電波より時刻情報を取得する時刻情報取得動作のタイミングを制御するとともに、前記操作部材を操作することによるユーザの受信指示を検知するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、前記受信指示のあった時点から前記内部時刻に基き予測される最近の時刻情報受信可能時点までの猶予時間が第１の閾値より長く第２の閾値より短い場合には、直ちに前記起動動作を開始させ、
   前記猶予時間が前記第２の閾値より長い場合には、前記最近の時刻情報受信可能時点から逆算される起動時点の到来を待って前記起動動作を開始させ、
   前記猶予時間が前記第１の閾値より短い場合には、最近の次の時刻情報受信可能時点から逆算される起動時点の到来を待って前記起動動作を開始させる衛星電波腕時計。
2. 前記コントローラは、前記起動動作の終了後直ちに前記捕捉追尾動作を開始し、前記最近の時刻情報受信可能時点の到来を待って前記時刻情報取得動作を開始させる請求項１に記載の衛星電波腕時計。
3. さらに、少なくとも第１の受信動作中であること及び第２の受信動作中であることを表示する表示部材を有し、
   前記コントローラは、前記猶予時間が前記第１の閾値より長く前記第２の閾値より短い場合には、前記表示部材に第１の受信動作中であることを表示させ、
   前記猶予時間が前記第２の閾値より長い場合又は前記第１の閾値より短い場合には、前記表示部材に第２の受信動作中であることを表示させる請求項１又は２に記載の衛星電波腕時計。
4. 前記コントローラは、前回の時刻情報の取得に失敗している場合には、前記受信指示があった後直ちに前記起動動作を開始させる請求項１乃至３のいずれかに記載の衛星電波腕時計。
5. 前記コントローラは、前回の時刻情報の取得時点からの経過時間が第３の閾値より長い場合には、前記受信指示があった後直ちに前記起動動作を開始させる請求項１乃至４のいずれかに記載の衛星電波腕時計。
6. 前記操作部材はプッシュボタンであり、
   前記コントローラは、前記操作部材が押下げられている時間が第１の継続時間に達した場合に前記受信指示があったものとし、前記操作部材が押下げられている時間が第２の継続時間に達することなく前記操作部材の押下げが中断した場合には前記受信指示を取り下げ、前記衛星電波受信部の動作を直ちに終了させる請求項１乃至５のいずれかに記載の衛星電波腕時計。

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