(57)【要約】   【課題】  アンテナの配置やサイズに制約が大きい小型の機器であっても、ＧＰＳ電波を適切に受信することができる。  【解決手段】  時計装置１０は、直交する３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）のそれぞれの加速度成分を検出する３次元加速度センサを含む加速度検出回路３４を有する。アンテナ１２は平面状で、かつその指向性がアンテナの面に対して垂直方向にあり、３次元センサは、アンテナの面と平行にＸ軸、Ｙ軸を有し、垂直方向にＺ軸を有する。ＣＰＵ１２は、３次元加速度センサのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の成分に基づき、アンテナにおいて適切な指向性を示す、当該アンテナの最適方向を算出し、表示部３２に表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナであって、特定の方向からの電波をより良好に受信可能な指向性を有するアンテナと、
アンテナにより受信された電波に基づいて、現在位置および現在時刻を算出する位置・時刻算出制御手段と、
直交する３軸方向のそれぞれの加速度成分を検出する３次元加速度センサを有し、前記３軸方向のそれぞれについての成分に基づき、前記アンテナにおいて適切な指向性を示す、当該アンテナの最適方向を算出する方向算出手段と、
前記算出された最適方向を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする位置・時刻算出装置。
【請求項２】
前記アンテナが、平面状であり、かつ、その指向性がアンテナの面に対して垂直方向にあり、
前記方向算出手段が、アンテナの面を、地表面の垂直方向に向けるように、前記アンテナの最適方向を算出することを特徴とする請求項１に記載の位置・時刻検出装置。
【請求項３】
前記３次元加速度センサが、前記アンテナの面と平行におよびＹ軸を有し、かつ、前記アンテナの面の垂直方向にＺ軸を有し、
前記方向算出手段が、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の成分がゼロとなるように、前記アンテナの最適方向を算出することを特徴とする請求項２に記載の位置・時刻検出装置。
【請求項４】
前記アンテナが、平面状であり、かつ、その指向性がアンテナの面に対して垂直方向にあり、
前記ＧＰＳ受信手段が、アンテナにより受信された電波の電界強度を測定可能であり、
前記方向算出手段が、前記アンテナの面の所定の複数方向のそれぞれについて、電界強度を取得し、取得された電界強度のそれぞれを参照して、電界強度が最大である方向を特定し、前記電界強度が最大である方向を、前記アンテナの最適方向として算出することを特徴とする請求項１に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項５】
前記３次元加速度センサが、前記アンテナの面と平行におよびＹ軸を有し、かつ、前記アンテナの面の垂直方向にＺ軸を有し、
前記方向算出手段が、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の成分が、それぞれ、前記電界強度が最大である方向にしたがった値となるように、前記アンテナの最適方向を算出することを特徴とする請求項４に記載の位置・時刻検出装置。
【請求項６】
前記表示手段が、前記Ｘ軸方向の正負何れかの方向、および、Ｙ軸方向の正負何れかの方向への傾斜を指示することを特徴とする請求項３または５に記載の位置・時刻検出装置。
【請求項７】
請求項２ないし６の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置と、
内部クロックにしたがって現在時刻を計時する計時手段と、
前記位置・時刻算出装置により取得された現在時刻にしたがって、前記計時手段の現在時刻を補正する補正手段と、を備え、
前記アンテナの面が、前記時計の文字盤の面と平行であり、
前記表示手段が、前記文字盤上に配置され、前記算出されたアンテナの最適方向を、文字盤の傾斜方向として示すように構成されたことを特徴とする時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳを用いた位置・時刻算出装置およびこの位置・時刻算出装置を備えた時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を適用して、現在位置や正確な時刻を測定することが、多くの分野、たとえば、カーナビゲーションなどに適用されている。ＧＰＳを利用した位置測定のことを、以下、ＧＰＳ測位とも称する。
【０００３】
腕時計でも、ＧＰＳ衛星からの電波（以下、「ＧＰＳ電波」と称する。）を受信し、ＧＰＳ測位が可能なＧＰＳ時計装置が提案されている。従来のＧＰＳ時計装置は、従来の時計装置は、時刻を計時する計時回路と、ＧＰＳ電波を受信するＧＰＳ受信回路と、種々の情報を記憶するメモリと、入力キーなどを含む入力部と、液晶表示装置を含む表示部と、ＣＰＵなどを備える。
【０００４】
メモリには、ＧＰＳ受信回路により受信されたＧＰＳフレームデータを格納するほか、たとえば、各都市の緯度、経度および標準時刻との時差が含まれる。また、メモリにはＧＰＳ時計装置の種々の機能を実現するプログラム、ＣＰＵなどにおける処理により生成されたデータなどが格納される。ＣＰＵは、メモリに格納されたプログラムにしたがって、時計回路により計時された時刻を表示部に表示する。
【０００５】
また、ＣＰＵは、入力部への入力に応答して、或いは、所定の時間間隔でＧＰＳ受信回路を動作させて、ＧＰＳ電波を受信させ、ＧＰＳ電波に含まれるフレームのデータを取得する。また、ＣＰＵは、ＧＰＳ受信回路により取得されたフレームのデータに基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置および現在時刻を算出する。ＣＰＵは、算出された現在時刻に基づいて、計時回路の時刻を修正し、また、表示部に算出された現在時刻を表示する。
【０００６】
上述したように、腕時計などの小型の機器に上記ＧＰＳ回路を含む種々の回路要素を搭載する場合、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナも機器に内蔵する必要があり、その形状およびサイズも制約を受ける。したがって、アンテナの性能は、別体として外部に配置できるアンテナと比較すると劣る場合が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３３０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
たとえば、特許文献１においては、姿勢角センサにより装置が向く方向を検出し、当該方向により、複数方向に配置された複数のアンテナ群を選択し、或いは、選択されたアンテナ群におけるアンテナ素子の位相変化量を制御している。これにより、移動体端末の姿勢にかかわらずアンテナの指向性を適切化している。
【０００９】
特許文献１のように、複数方向にアンテナを配置し、或いは、フェーズドアレイアンテナを用いることで、複数のアンテナ素子を備えることができれば、移動体端末が任意の姿勢（向き）であっても適切な電波受信が可能である。しかしながら、時計など小型かつ薄型の機器では、複数方向にアンテナを配置し、或いは、それぞれが制御可能な複数のアンテナ素子を搭載することは困難である。
【００１０】
本発明は、アンテナの配置やサイズに制約が大きい小型の機器においても、ＧＰＳ電波を適切に受信することが可能な位置・時刻算出装置、および、当該位置・時刻算出装置を備えた時計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナであって、特定の方向からの電波をより良好に受信可能な指向性を有するアンテナと、
アンテナにより受信された電波に基づいて、現在位置および現在時刻を算出する位置・時刻算出制御手段と、
直交する３軸方向のそれぞれの加速度成分を検出する３次元加速度センサを有し、前記３軸方向のそれぞれについての成分に基づき、前記アンテナにおいて適切な指向性を示す、当該アンテナの最適方向を算出する方向算出手段と、
前記算出された最適方向を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする位置・時刻算出装置により達成される。
【００１２】
好ましい実施態様においては、前記アンテナが、平面状であり、かつ、その指向性がアンテナの面に対して垂直方向にあり、
前記方向算出手段が、アンテナの面を、地表面の垂直方向、つまり、天頂方向に向けるように、前記アンテナの最適方向を算出する。
【００１３】
より好ましい実施態様においては、前記３次元加速度センサが、前記アンテナの面と平行におよびＹ軸を有し、かつ、前記アンテナの面の垂直方向にＺ軸を有し、
前記方向算出手段が、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の成分がゼロとなるように、前記アンテナの最適方向を算出する。
【００１４】
別の好ましい実施態様においては、前記アンテナが、平面状であり、かつ、その指向性がアンテナの面に対して垂直方向にあり、
前記ＧＰＳ受信手段が、アンテナにより受信された電波の電界強度を測定可能であり、
前記方向算出手段が、前記アンテナの面の所定の複数方向のそれぞれについて、電界強度を取得し、取得された電界強度のそれぞれを参照して、電界強度が最大である方向を特定し、前記電界強度が最大である方向を、前記アンテナの最適方向として算出する。
【００１５】
より好ましい実施態様においては、前記３次元加速度センサが、前記アンテナの面と平行におよびＹ軸を有し、かつ、前記アンテナの面の垂直方向にＺ軸を有し、
前記方向算出手段が、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の成分が、それぞれ、前記電界強度が最大である方向にしたがった値となるように、前記アンテナの最適方向を算出する。
【００１６】
さらに別の好ましい実施態様においては、前記表示手段が、前記Ｘ軸方向の正負何れかの方向、および、Ｙ軸方向の正負何れかの方向への傾斜を指示する。
【００１７】
また、本発明の目的は、上記位置・時刻算出装置と、
内部クロックにしたがって現在時刻を計時する計時手段と、
前記位置・時刻算出装置により取得された現在時刻にしたがって、前記計時手段の現在時刻を補正する補正手段と、を備え、
前記アンテナの面が、前記時計の文字盤の面と平行であり、
前記表示手段が、前記文字盤上に配置され、前記算出されたアンテナの最適方向を、文字盤の傾斜方向として示すように構成されたことを特徴とする時計により達成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、アンテナの配置やサイズに制約が大きい小型の機器においても、ＧＰＳ電波を適切に受信することが可能な位置・時刻算出装置、および、当該位置・時刻算出装置を備えた時計を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】図２は、本実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置の部分略正面図である。
【図３】図３は、本実施の形態にかかるＧＰＳ信号処理部１８の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図４】図４は、本実施の形態にかかるＧＰＳ測位処理の概略を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本実施の形態にかかる文字盤方向指示処理をより詳細に示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、文字盤のＸ軸方向の傾斜を説明する図、図６（ｂ）は、文字盤のＹ軸方向の傾斜を説明する図である。
【図７】図７は、本実施の形態にかかる測位処理の例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第２の実施の形態にかかるテーブルの例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施の形態にかかるＧＰＳ測位処理の概略を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第２の実施の形態にかかる電界強度測定処理の例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、全ての角度の組Ａｘ、Ａｙについて電界強度測定処理が実行されて、それぞれの角度の組に関連付けられた電界強度が、電界強度テーブル中に格納された状態の例を示す図である。
【図１２】図１２は、第２の実施の形態にかかる文字盤方向指示処理の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置の構成を示すブロックダイヤグラムである。図１に示すように、本実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置１０は、アンテナ１２、前置増幅回路１４、高周波受信回路１６、ＧＰＳ信号処理部１８、ＣＰＵ２０、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２４、計時回路２６、発振回路２８、入力部３０、表示部３２および加速度検出回路３４を有する。図１に示すように、本実施の形態においては、本発明にかかる位置・時刻算出装置（主として、アンテナ１２、前置増幅回路１４、高周波受信回路１６、ＧＰＳ信号処理部１８、ＣＰＵ２０、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２４に相当する）を、時計装置に搭載している。
【００２１】
本実施の形態においては、前置増幅回路１４、高周波受信回路１６によりＧＰＳ受信回路が構成される。また、ＧＰＳ信号処理部１８は、図１では、ＣＰＵ２０と別体として記載しているが、ＣＰＵとは異なる回路として存在しても良いし、ＣＰＵ内に組み込まれていても良い。後述するＧＰＳ制御部３７も同様に、ＣＰＵとは異なる回路として存在しても良いし、ＣＰＵ内に組み込まれていても良い。
【００２２】
ＲＯＭ２２には、ＧＰＳ時計装置１０の種々の機能を実現するためのプログラム、たとえば、後述するＧＰＳ時計装置１０の文字盤の向きを指示する文字盤方向指示の処理プログラム、ＧＰＳ電波から取得したＧＰＳフレームデータに基づいて現在位置を決定するとともに現在時刻を取得する測位プログラム、ＧＰＳフレームデータに基づいて時刻を修正するプログラム、現在位置を示す情報を表示するプログラムなどが格納されている。また、ＲＯＭ２２には、各都市の緯度、経度および標準時刻との時差なども格納されている。ＲＡＭ１４は、ＲＯＭ２２に格納されたプログラムを一時的に記憶し、また、ＣＰＵ２０などがプログラムを実行する過程で生じたデータを記憶することができる。
【００２３】
計時回路２６は、発振回路２８において生成された内部クロック信号にしたがって計時を行い、現在時刻を算出する。また、ＧＰＳ信号処理部１８により取得された正確な時刻情報にしたがって、計時した時刻を修正できるようになっている。入力部３０はスイッチ（たとえば、図２のスイッチ５２、５３）を有し、使用者が所望の指示をＧＰＳ時計装置１０に与えることができる。表示部３２は液晶表示装置５１（図２参照）を有し、現在時刻や現在位置、および、後述する文字盤の傾斜させる方向（傾斜方向）を示す矢印などを表示することが可能である。
【００２４】
加速度検出回路３４は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸で表される３次元空間の加速度を、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸のそれぞれの成分に分離して出力することができる３次元加速度センサ（３軸加速度センサ）を有している。加速度検出回路３４からは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向のそれぞれの加速度成分が、電圧値として出力される。本実施の形態においては、たとえば、それぞれの加速度成分が、±２Ｖの範囲の値として出力される。
【００２５】
また、加速度検出回路３４の３次元加速度センサは、ＸＹ平面が文字盤と平行となり、Ｚ軸が文字盤と垂直となるようにＧＰＳ時計装置１０に配置される。したがって、文字盤が真上を向いているとき、つまり、天頂方向（或いは重力の方向）と文字盤の垂直方向とが一致するときには、Ｘ軸、Ｙ軸についての加速度成分は「０」となり、その一方、Ｚ軸についての加速度成分が最高値「２」となる。
【００２６】
図２は、本実施の形態にかかるＧＰＳ時計装置の部分略正面図である。図２に示すように、本実施の形態にかかる時計装置の文字盤５０の中央部には、液晶表示装置５１が配置されている。液晶表示装置５１においては、現在位置および現在時刻が表示可能である。さらに、液晶表示装置５１は、４方向の矢印（５５−１〜５５−４）を表示することができる。この矢印は、後述する文字盤方向指示処理の結果にしたがって、ＧＰＳ電波時計１０を傾斜させるべき方向（本明細書においては、「時計傾斜方向」とも称する。）を示す。図２における文字盤において矢印５５−１がＹ軸の「＋（プラス）」方向、矢印５５−３がＹ軸の「−（マイナス）」方向、矢印５５−２が、Ｘ軸の「＋（プラス）」方向、矢印５５−４が、Ｘ軸の「−（マイナス）」方向を示す。また、時計の長針および短針の軸がＺ軸方向であり、図２において手前に向かう方向がＺ軸の「−（マイナス）」方向となる。
【００２７】
ＧＰＳ時計装置１０の本体の周囲にはスイッチ５２、５３が配置され、使用者がＧＰＳ時計装置１０に指示を与えることができる。
【００２８】
また、図２に示すように、ＧＰＳ時計装置１０の文字盤５０の裏面にはアンテナ１２が配置される。アンテナ１２は、セラミック誘電体を有し、アンテナ１２の表面（セラミック誘電体の表面）は、文字盤５０の面と平行になっている。また、アンテナ１２は、セラミック誘電体の垂直方向に指向性をもつ。したがって、セラミック誘電体の垂直方向に衛星が位置するように、ＧＰＳ時計装置１０の向きを維持するのが望ましい。第１の実施の形態においては、アンテナ１２の表面（すなわち、文字盤５０の面）が真上、すなわち、アンテナ１２の表面（文字盤５０の面）の垂直方向が、重力の方向と一致するように、文字盤５０の向きを維持するように、使用者に対して指示を与えつつ、測位処理を実行する。
【００２９】
図３は、本実施の形態にかかるＧＰＳ信号処理部１８の構成を示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、多チャンネルデコーダ群３５、メモリ３６およびＧＰＳ制御部３７を有する。多チャンネルデコーダ群３５は、複数個のデコーダ４１〜４ｎを有する。デコーダ４１〜４ｎのそれぞれは、１つのＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号をデコードすることができる。したがって、本実施の形態においては、同時にｎ個のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、それぞれをデコードしてデータ（ＧＰＳフレームデータ）を得ることができる。メモリ３６は、デコーダ４１〜４ｎのそれぞれにおいてデコードされたＧＰＳフレームデータを格納する。なお、図３においてメモリ３６は、ＲＡＭ２４と別のものとして記載されているが、実際には、ＲＡＭ２４の一部をメモリ３６として利用しても良い。
【００３０】
ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に格納されたＧＰＳフレームデータを参照して、現在位置や現在時刻を算出する。後に詳述するが、本実施の形態においては、ＧＰＳ制御部３７は、３次元測位（３ＤＦｉｘ）にて測位を行なっているがこれに限定されるものではなく、アンテナ１２にて得られた電波の電界強度に基づいて、３次元測位、或いは、２次元測位（２ＤＦｉｘ）の何れかにて測位を行なうように構成しても良い。
【００３１】
図４は、本実施の形態にかかるＧＰＳ測位処理の概略を示すフローチャートである。ＧＰＳ測位処理は、使用者による入力部３０に対する測位の指示があった場合、或いは、予め定められた測位時刻が到来したときに実行される。ＣＰＵ２０は、ＲＡＭ２４やＧＰＳ信号処理部１８のメモリ３６をクリアするなどの初期化処理を実行する（ステップ４０１）。次いで、ＣＰＵ２０は、加速度検出回路３４に、加速度センサの加速度を計測させ、計測された加速度を取得する（ステップ４０２）。
【００３２】
上述したように、加速度検出回路３４は３次元加速度センサを有し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向のそれぞれの加速度の成分が、±２Ｖの範囲の値として出力される。使用者が時計を制止させている限り（つまり、揺らしたり振り回したりしていない限り）、上記３次元加速度センサの加速度の成分は、重力加速度のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の成分に対応する。
【００３３】
次いで、ＣＰＵ２０は、得られたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向のそれぞれの、加速度の成分の値に基づいて、文字盤の方向を指示するための文字盤方向指示処理を実行する（ステップ４０３）。図５は、本実施の形態にかかる文字盤方向指示処理をより詳細に示すフローチャートである。ＣＰＵ２０は、Ｚ軸方向の成分が２Ｖであるか否かを判断する（ステップ５０１）。実際には、２Ｖに完全に一致していなくても良く、Ｚ軸方向の加速度成分が２Ｖから所定の範囲（たとえば、１．９Ｖ〜２．０Ｖの範囲）に該当していれば、ステップ５０１でＹｅｓと判断して良い。ステップ５０１でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計装置の向き（すなわち文字盤５０の向き）をそのまま維持するように、液晶表示装置５０に所定のメッセージ等を表示する（ステップ５０２）。
【００３４】
ステップ５０１でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、Ｘ軸方向の加速度成分が、０Ｖ（実際には、０Ｖから所定の範囲、たとえば、−０．０５Ｖ＜Ｘ軸方向の加速度成分＜０．０５Ｖ）であるか否かを判断する（ステップ５０３）。ステップ５０４でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、Ｘ軸方向の加速度成分が正であるかを判断する（ステップ５０４）。ステップ５０４でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を左側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ５０６）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−４を点灯或いは点滅させることで、左側に傾斜すべきことが使用者に通知される。
【００３５】
その一方、ステップ５０４でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を右側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ５０６）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−２を点灯或いは点滅させることで、右側に傾斜すべきことが使用者に通知される。
【００３６】
図６（ａ）は、文字盤５０のＸ軸方向の傾斜を説明する図である。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）においては、垂直方向に位置するＺ軸において下向きが正の値となる。
【００３７】
図６（ａ）に示すように、文字盤が、右側に傾斜している場合（符号６１１参照）には、重力加速度６１２は、Ｚ軸上の正の成分６１４およびＸ軸上の正の成分６１３に分解される。したがって、この場合には、ＣＰＵ２０は、Ｘ軸上の正の成分６１３を「０（ゼロ）」に近づけるべく、時計の文字盤５０を左側に傾斜させるための表示を行なう。その一方、文字盤が左側に傾斜している場合（符号６０１参照）には、重力加速度６０２は、Ｚ軸上の正の成分６０４およびＸ軸上の負の成分６０３に分解される。したがって、この場合には、ＣＰＵ２０は、Ｘ軸上の負の成分６０３を「０（ゼロ）」に近づけるべく、時計の文字盤５０を右側に傾斜させるための表示を行なう。
【００３８】
ステップ５０３でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、Ｙ軸方向の加速度成分が、０Ｖ（実際には、０Ｖから所定の範囲、たとえば、−０．０５Ｖ＜Ｙ軸方向の加速度成分＜０．０５Ｖ）であるか否かを判断する（ステップ５０７）。ステップ５０７でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、Ｙ軸方向の加速度成分が正であるかを判断する（ステップ５０８）。ステップ５０８でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を上側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ５１０）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−１を点灯或いは点滅させることで、上側に傾斜すべきことが使用者に通知される。
【００３９】
その一方、ステップ５０８でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を下側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ５０９）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−３を点灯或いは点滅させることで、下側に傾斜すべきことが使用者に通知される。
【００４０】
図６（ｂ）は、文字盤５０のＹ軸方向の傾斜を説明する図である。図６（ｂ）に示すように、文字盤が、下側に傾斜している場合（符号６３１参照）には、重力加速度６３２は、Ｚ軸上の正の成分６３４およびＹ軸上の正の成分６３３に分解される。したがって、この場合には、ＣＰＵ２０は、Ｙ軸上の正の成分６３３を「０（ゼロ）」に近づけるべく、時計の文字盤５０を上側に傾斜させるための表示を行なう。その一方、文字盤が上側に傾斜している場合（符号６２１参照）には、重力加速度６２２は、Ｚ軸上の正の成分６２４およびＹ軸上の負の成分６２３に分解される。したがって、この場合には、ＣＰＵ２０は、Ｙ軸上の負の成分６２３を「０（ゼロ）」に近づけるべく、時計の文字盤５０を下側に傾斜させるための表示を行なう。
【００４１】
このようにして、ＣＰＵ２０は、文字盤の方向が地表面と水平、つまり、文字盤の垂直方向と重力の方向とが一致するように、使用者に対して指示を与える。ＣＰＵ２０は、文字盤の方向が適切である場合（ステップ４０４でＹｅｓ）、つまり、ステップ５０１でＹｅｓと判断されている場合には、測位処理を実行する（ステップ４０５）。その一方、ステップ４０４でＮｏと判断された場合には、ステップ４０２に戻り、加速度センサからの値の取得（ステップ４０２）および文字盤方向指示処理（ステップ４０３）が再度実行される。
【００４２】
また、測位処理が終了するまで、上記ステップ４０２〜４０５の処理は続けられる（ステップ４０６参照）。したがって、測位処理が行なわれている間、加速度センサからの値の取得（ステップ４０２）および文字盤方向指示処理（ステップ４０３）が実行されて、文字盤の方向を適切な状態に維持するように使用者に指示が与えられる。
【００４３】
図７は、本実施の形態にかかる測位処理の例を示すフローチャートである。図７に示すように、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ制御部３７に対して、多チャンネルデコーダ群３８中の全てのデコーダ４１〜４ｎにＧＰＳフレームデータの取得を指示する（ステップ７０１）。ＧＰＳ制御部３７の指示に応答して、多チャンネルデコーダ群３８中のデコーダ４１〜４ｎはそれぞれ衛星からのＧＰＳフレームデータを取得し、ＧＰＳフレームデータを、それぞれ、メモリ３６の所定の領域に格納する。なお、捕捉される衛星の数が、デコーダの数ｎに満たない場合には、捕捉された衛星の数だけのデコーダが作動すれば足りる。
【００４４】
ＧＰＳ制御部３７は、メモリ３６に格納された、各衛星のＧＰＳフレームデータから、４つ、或いは、それ以上の衛星の組のそれぞれのＰＤＯＰ値を算出する（ステップ７０２）。ＧＰＳ制御部３７は、算出されたＰＤＯＰ値を比較して、最良、つまり、最小値を示すＰＤＯＰ値を特定する（ステップ７０３）。次いで、ＧＰＳ制御部３７は、最良のＰＤＯＰ値と、予め定められたＰＤＯＰマスク値とを比較して、最良のＰＤＯＰ値が、ＰＤＯＰマスクより小さいか否かを判断する（ステップ７０４）。ステップ７０４でＮｏと判断された場合には、処理が終了され、今回の処理において取得したＧＰＳフレームデータによる現在位置の算出は行なわれない。
【００４５】
ステップ７０４でＹｅｓと判断された場合には、ＧＰＳ制御部３７は、最良のＰＤＯＰ値を示した衛星のそれぞれのＧＰＳフレームデータをＣＰＵ２０に与える。ＣＰＵ２０は、与えられたＧＰＳフレームデータに基づいて、ＧＰＳ時計装置の現在位置の３次元座標および現在時刻の誤差を算出する（ステップ７０５）。
【００４６】
測位処理が終了すると（ステップ４０６でＹｅｓ）、ＣＰＵ２０は、算出された現在位置および現在時刻の誤差をＲＡＭ２４の所定の領域に格納するとともに、計時回路２６における誤差を修正する（ステップ４０７）。また、ＣＰＵ２０は、現在位置および修正された現在時刻を表示部３２に表示する（ステップ４０８）。
【００４７】
本実施の形態によれば、ＣＰＵ２０は、直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）のそれぞれの加速度成分を検出する３次元加速度センサからの加速度成分に基づき、アンテナ１２の最適方向を算出し、たとえば、文字盤５０に配置された表示部３２の画面上に、最適方向に基づいた時計の傾斜方向を表示する。これにより、使用者は、時計装置１０の方向を電波受信に最適な方向にすることが可能となり、サイズや感度に制約のあるアンテナを使用する場合であっても、適切にＧＰＳ電波を受信することが可能となる。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、アンテナ１２は平面状で、かつ、その指向性がアンテナの面に対して垂直方向にある。ＣＰＵ２０は、アンテナの面を、地表面の垂直方向、つまり、天頂方向に向けるように、アンテナ１２の最適方向を算出する。アンテナの面を天頂方向に向けることで、一般的にはより多くのＧＰＳ衛星からの電波を、より強い電界強度で受信することができる。したがって、アンテナ１２を天頂方向に向けることで、多くの場合で、ＧＰＳ衛星からの電波を適切に受信することができる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、３次元加速度センサが、アンテナ１２の面と平行にＸ軸およびＹ軸を有し、かつ、アンテナ１２の面の垂直方向にＺ軸を有し、ＣＰＵ１１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の成分がゼロとなるように、アンテナ１２の最適方向を算出する。これにより、複雑な演算を経ることなく、アンテナ１２の最適方向を算出することが可能となる。
【００５０】
さらに、本実施の形態においては、時計装置１０の文字盤５０上に表示部３２を配置し、Ｘ軸方向の正負何れかの方向、および、Ｙ軸方向の正負何れかの方向への傾斜を指示するように構成されている。これにより、使用者は、時計装置１０の文字盤５０をどの方向に向けるかを簡単に知ることが出来る。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態においては、時計装置１０の文字盤５０が真上を向いているとき、つまり、天頂方向（重力の方向）と文字盤の垂直方向とが一致するように、使用者に指示を与え、文字盤５０が真上の状態のときに測位処理を行なっている。第２の実施の形態においては、アンテナ１２が受信するＧＰＳ電波の電界強度を計測し、電界強度がもっとも大きい方向に文字盤５０を向けるように、使用者に指示を与えるようになっている。
【００５２】
第２の実施の形態においては、ＲＡＭ２４中に、文字盤５０の向きごとの電界強度が格納されるような電界強度テーブルが設けられる。図８は、第２の実施の形態にかかるテーブルの例を示す図である。図８は、電界強度が格納される前の電界強度テーブル８００の状態を示している。図８に示すように、Ｘ方向の角度ＡｘおよびＹ方向の角度Ａｙの組ごとに、当該角度の組と電界強度とが関連付けられるようになっている。
【００５３】
図９は、本発明の第２の実施の形態にかかるＧＰＳ測位処理の概略を示すフローチャートである。図９に示すように、第２の実施の形態においては、文字盤方向を決定するための文字盤方向決定処理が初期化処理（ステップ９０１）の後に行なわれる（ステップ９０２参照）。図９において、ステップ９０１、ステップ９０３、９０５〜９０７は、それぞれ、図４のステップ４０１、４０２、４０４〜４０６に対応する。文字盤方向決定処理（ステップ９０２）において、ＣＰＵ２０は、電界強度テーブル中の所定の角度の組Ａｘ、Ａｙを決定する（ステップ９１２）。次いで、電界強度測定処理が実行され、時計の文字盤５０を、上記角度の組Ａｘ、Ａｙにしたがった向きに維持しつつ、電解強度が測定される（ステップ９１２）。ステップ９１２は、全ての角度の組について実行される（ステップ９１３参照）。全ての角度の組について電界強度測定処理が実行されると（ステップ９１３でＹｅｓ）、ＣＰＵ２０は、電界強度が最大となった角度の組を特定する（ステップ９１４）。文字盤方向指示処理（ステップ９０４）では、ステップ９１４で特定された角度の組にしたがって、文字盤の向きを維持するよう、使用者に指示が与えられる。
【００５４】
ステップ９１１においては、たとえば、最初の処理においては、図９の電解強度テーブルの最初の角度の組Ａｘ＝−２０°、Ａｙ＝−２０と決定し、次の処理では、次の角度の組Ａｘ＝−１０、Ａｙ＝−２０と決定していけば良い。
【００５５】
図１０は、第２の実施の形態にかかる電界強度測定処理の例を示すフローチャートである。ＣＰＵ２０は、加速度検出回路３４に、加速度センサの加速度を計測させ、計測された加速度を取得する（ステップ１００１）。ステップ１００１においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の加速度成分が取得されれば良い。ＣＰＵ２０は、Ｘ軸方向の加速度成分Ｘ＝２＊ｓｉｎＡｘであるか否かを判断する（ステップ１００２）。本実施の形態では、加速度の成分が、±２Ｖの範囲の値として出力されるため、ｓｉｎＡｘを２倍している。また、実際には、Ｘが、２＊ｓｉｎＡｘ±所定値（たとえば、０．０５）の範囲に含まれれば、ステップ１００２でＹｅｓと判断される。
【００５６】
ステップ１００２でＹｅｓと判断された場合には、Ｙ軸方向の加速度成分Ｙ＝２＊ｓｉｎＡｙであるか否かを判断する（ステップ１００３）。ここでも、ステップ１００２と同様に、Ｙが、２＊ｓｉｎＡｙ±所定値（たとえば、０．０５）の範囲に含まれれば、ステップ１００３でＹｅｓと判断される。ステップ１００３でＹｅｓと判断された場合には、時計の文字盤５０が、Ｘ軸方向の角度ＡｘおよびＹ軸方向の角度Ａｙで決められる方向に向いている。したがって、ＣＰＵ２０は、ＧＰＳ信号処理部１８に対して、信号の電界強度の測定を指示し、ＧＰＳ信号処理部１８から得られた電界強度を、角度の組Ａｘ、Ａｙと関連付けて、電界強度テーブル中に格納する（ステップ１００４）。
【００５７】
ステップ１００２でＮｏと判断された場合には、Ｘ軸方向の傾きを角度Ａｘとするための処理が行なわれる。ＣＰＵ２０は、Ｘ＞２＊ｓｉｎＡｘであるか否かを判断する（ステップ１００５）。ステップ１００５でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を左側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ１００７）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−４を点灯或いは点滅させることで、左側に傾斜すべきことが使用者に通知される。ステップ１００５でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を右側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ１００６）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−２を点灯或いは点滅させることで、右側に傾斜すべきことが使用者に通知される。
【００５８】
また、ステップ１００３でＮｏと判断された場合には、Ｙ軸方向の傾きを角度Ａｙとするための処理が行なわれる。ＣＰＵ２０は、Ｙ＞２＊ｓｉｎＡｙであるか否かを判断する（ステップ１００８）。ステップ１００８でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を上側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ１０１０）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−１を点灯或いは点滅させることで、上側に傾斜すべきことが使用者に通知される。また、ステップ１００８でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を下側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ１００９）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−３を点灯或いは点滅させることで、下側に傾斜すべきことが使用者に通知される。ステップ１００６、１００７、１００９および１０１０の処理の後、ステップ１００１に戻り、加速度センサからの加速度成分の計測が繰り返される。
【００５９】
たとえば、Ａｘ＝−１０°、Ａｙ＝２０°であれば、ステップ１００２で、Ｘ＝２＊ｓｉｎ（−１０°）＝−０．３４７３であるかが判断され、また、ステップ１００３で、Ｙ＝２＊ｓｉｎ２０°＝０．６８４であるかが判断される。ステップ１００２、１００３でＹｅｓと判断された場合には、電界強度テーブルにおいて、Ａｘ＝−１０、Ａｘ＝２０と関連付けて（図８の符号８０１参照）、測定された電界強度が格納される。
【００６０】
図１１は、全ての角度の組Ａｘ、Ａｙについて電界強度測定処理が実行されて、それぞれの角度の組に関連付けられた電界強度が、電界強度テーブル中に格納された状態の例を示す図である。図１１の例では説明の便宜上、電界強度をｄＢ表示ではなく、最高値を１００％とした比で表している。実際には、ｄＢに相当する値などが格納される。図１１の例では、Ａｘ＝１０°、Ａｙ＝−１０°のときの電界強度がもっとも大きい（符号１１０１参照）。ＣＰＵ２０は、電界強度テーブルを参照して、電界強度が最大となる文字盤方向に対応する角度の組を見出して、その情報（ＡｘｍａｘおよびＡｙｍａｘ）をＲＡＭ２４中に格納する。
【００６１】
次に、第２の実施の形態にかかる文字盤方向指示処理（ステップ９０４）について説明する。図１２は、第２の実施の形態にかかる文字盤方向指示処理の例を示すフローチャートである。図１２の例では、電界強度テーブルが図１１に示すものであり、したがって、Ａｘｍａｘ＝１０°、Ａｘｍａｘ＝−１０°であった場合について記載している。
【００６２】
図１２に示すように、ＣＰＵ２０は、Ｘ軸方向の加速度成分Ｘ＝２＊ｓｉｎＡｘｍａｘ、すなわち、Ｘ＝２＊ｓｉｎ（１０°）（≒０．３４７３）であるか否かを判断する（ステップ１２０１）。実際には、Ｘが、２＊ｓｉｎＡｘｍａｘ±所定値（たとえば、０．０５）の範囲に含まれれば、ステップ１２０１でＹｅｓと判断される。
【００６３】
ステップ１２０１でＹｅｓと判断された場合には、Ｙ軸方向の加速度成分Ｙ＝２＊ｓｉｎＡｙｍａｘ、すなわち、Ｙ＝２＊ｓｉｎ（１０°）（≒０．３４７３）であるか否かを判断する（ステップ１２０２）。ここでも、ステップ１２０１と同様に、Ｙが、２＊ｓｉｎＡｙｍａｘ±所定値（たとえば、０．０５）の範囲に含まれれば、ステップ１２０２でＹｅｓと判断される。ステップ１２０２でＹｅｓと判断された場合には、時計の文字盤５０が、Ｘ軸方向の角度Ａｘｍａｘ（−１０°）およびＹ軸方向の角度Ａｙｍａｘ（１０°）で決められる方向に向いている。したがって、ＣＰＵ２０は、ＣＰＵ２０は、時計装置の向き（すなわち文字盤５０の向き）をそのまま維持するように、液晶表示装置５０に所定のメッセージ等を表示する（ステップ１２０３）。
【００６４】
ステップ１２０１でＮｏと判断された場合には、Ｘ軸方向の傾きを角度Ａｘｍａｘ（この例では１０°とするための処理が行なわれる。ＣＰＵ２０は、Ｘ＞２＊ｓｉｎＡｘｍａｘ（すなわち、Ｘ＞２＊ｓｉｎ１０°≒０．３４７３）であるか否かを判断する（ステップ１２０４）。ステップ１２０４でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を左側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ１２０６）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−４を点灯或いは点滅させることで、左側に傾斜すべきことが使用者に通知される。ステップ１２０４でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を右側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ１２０５）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−２を点灯或いは点滅させることで、右側に傾斜すべきことが使用者に通知される。
【００６５】
また、ステップ１２０２でＮｏと判断された場合には、Ｙ軸方向の傾きを角度Ａｙｍａｚｘ（この例では−１０°）とするための処理が行なわれる。ＣＰＵ２０は、Ｙ＞２＊ｓｉｎＡｙｍａｚ（すなわち、Ｘ＞２＊ｓｉｎ（−１０°）≒−０．３４７３）であるか否かを判断する（ステップ１２０７）。ステップ１２０７でＹｅｓと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を上側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ１２０９）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−１を点灯或いは点滅させることで、上側に傾斜すべきことが使用者に通知される。また、ステップ１２０７でＮｏと判断された場合には、ＣＰＵ２０は、時計の文字盤５０を下側に傾斜させるよう、液晶表示装置５１に所定の表示を行なう（ステップ１２０８）。図２の例では、液晶表示装置５１において矢印５５−３を点灯或いは点滅させることで、下側に傾斜すべきことが使用者に通知される。
【００６６】
第２の実施の形態によれば、ＧＰＳ信号処理部１８により、電波の電界強度が測定される。ＣＰＵ２０は、アンテナの面の所定の複数方向のそれぞれについて、電界強度を取得し、取得された電界強度のそれぞれを参照して、電界強度が最大である方向を特定している。これにより、ＧＰＳ衛星が天頂付近ではなく、他の方向に偏って位置している場合であっても、アンテナの面を適切な方向に向け、ＧＰＳ衛星からの電波を適切に受信することが可能となる。
【００６７】
また、第２の実施の形態によれば、３次元加速度センサが、アンテナの面と平行にＸ軸およびＹ軸を有し、かつ、アンテナの面の垂直方向にＺ軸を有する。ＣＰＵ２０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の成分が、それぞれ、電界強度が最大である方向にしたがった値となるように、アンテナの最適方向を算出する。これにより、比較的簡単な演算により、アンテナの最適方向を算出することが可能となる。
【００６８】
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【００６９】
たとえば、前記実施の形態においては、位置・時刻算出装置を、時計装置に搭載しているが、他の装置、特に携帯機器、たとえば、携帯電話、携帯ゲーム機などに、本実施の形態にかかる位置・時刻算出装置を搭載しても良いことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７０】
１０      ＧＰＳ時計装置
１２      アンテナ
１４      前置増幅回路
１６      高周波受信回路
１８      ＧＰＳ信号処理部
２０      ＣＰＵ
２２      ＲＯＭ
２４      ＲＡＭ
２６      時計回路
２８      発振回路
３０      入力部
３２      表示部
３４      加速度検出回路
３５      多チャンネルデコーダ群
３６      メモリ
３７      ＧＰＳ制御部
４１、４２、・・・  デコーダ
【図１】
2010181371.tif 000003
【図２】
2010181371.tif 000004
【図３】
2010181371.tif 000005
【図４】
2010181371.tif 000006
【図５】
2010181371.tif 000007
【図６】
2010181371.tif 000008
【図７】
2010181371.tif 000009
【図８】
2010181371.tif 000010
【図９】
2010181371.tif 000011
【図１０】
2010181371.tif 000012
【図１１】
2010181371.tif 000013
【図１２】
2010181371.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月17日(2009.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星からの電波を受信するアンテナであって、特定の方向からの電波をより良好に受信可能な指向性を有するアンテナと、
アンテナにより受信された電波に基づいて、現在位置および現在時刻を算出する位置・時刻算出制御手段と、
直交する３軸方向のそれぞれの加速度成分を検出する３次元加速度センサを有し、前記３軸方向のそれぞれについての成分に基づき、前記アンテナにおいて適切な指向性を示す、当該アンテナの最適方向を算出する方向算出手段と、
前記算出された最適方向を表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする位置・時刻算出装置。
【請求項２】
前記アンテナが、平面状であり、かつ、その指向性がアンテナの面に対して垂直方向にあり、
前記方向算出手段が、アンテナの面を、地表面の垂直方向に向けるように、前記アンテナの最適方向を算出することを特徴とする請求項１に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項３】
前記３次元加速度センサが、前記アンテナの面と平行におよびＹ軸を有し、かつ、前記アンテナの面の垂直方向にＺ軸を有し、
前記方向算出手段が、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の成分がゼロとなるように、前記アンテナの最適方向を算出することを特徴とする請求項２に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項４】
前記アンテナが、平面状であり、かつ、その指向性がアンテナの面に対して垂直方向にあり、
前記ＧＰＳ受信手段が、アンテナにより受信された電波の電界強度を測定可能であり、
前記方向算出手段が、前記アンテナの面の所定の複数方向のそれぞれについて、電界強度を取得し、取得された電界強度のそれぞれを参照して、電界強度が最大である方向を特定し、前記電界強度が最大である方向を、前記アンテナの最適方向として算出することを特徴とする請求項１に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項５】
前記３次元加速度センサが、前記アンテナの面と平行におよびＹ軸を有し、かつ、前記アンテナの面の垂直方向にＺ軸を有し、
前記方向算出手段が、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の成分が、それぞれ、前記電界強度が最大である方向にしたがった値となるように、前記アンテナの最適方向を算出することを特徴とする請求項４に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項６】
前記表示手段が、前記Ｘ軸方向の正負何れかの方向、および、Ｙ軸方向の正負何れかの方向への傾斜を指示することを特徴とする請求項３または５に記載の位置・時刻算出装置。
【請求項７】
請求項２ないし６の何れか一項に記載の位置・時刻算出装置と、
内部クロックにしたがって現在時刻を計時する計時手段と、
前記位置・時刻算出装置により取得された現在時刻にしたがって、前記計時手段の現在時刻を補正する補正手段と、を備え、
前記アンテナの面が、前記時計の文字盤の面と平行であり、
前記表示手段が、前記文字盤上に配置され、前記算出されたアンテナの最適方向を、文字盤の傾斜方向として示すように構成されたことを特徴とする時計。