(57)【要約】【課題】電気時計の位置検出システムの信頼性を高める。【解決手段】電気時計の位置検出システムが、発振分周回路の複数の出力信号から正弦波の複数の送信信号を出力する送信回路と、前記複数の送信信号を送信する複数の送信電極と回転体と受信電極とからなり前記複数の送信信号を変調する信号変調手段と、該信号変調手段の前記受信電極に受信された変調信号を入力として受信信号を出力する受信回路と、前記送信回路の複数の送信信号を整形して基準信号を出力する基準信号整形回路と、前記受信回路の受信信号と前記基準信号整形回路の基準信号との比較によって前記信号変調手段の回転体の機械的位置情報を検出する検波回路とを備える。【選択図】　　　図１
2004037280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の出力信号を発生する発振分周回路を有する電気時計の該発振分周回路からの前記複数の出力信号を入力として整形して複数の送信信号を出力する送信回路と、前記複数の送信信号を送信する複数の送信電極と回転体と受信電極とからなり前記複数の送信信号を変調する信号変調手段と、該信号変調手段の前記受信電極に受信された変調信号を入力として受信信号を出力する受信回路と、前記送信回路の複数の送信信号を整形して基準信号を出力する基準信号整形回路と、前記受信回路の受信信号と前記基準信号整形回路の基準信号との比較によって前記信号変調手段の回転体の機械的位置情報を検出する検波回路とを備えたことを特徴とする電気時計の位置検出システム。
【請求項２】
少なくとも前記送信回路と前記基準信号整形回路を同一の回路チップ内に構成すると共に、前記基準信号は前記送信回路の出力と前記基準信号整形回路の入力とを回路チップ内部に生成したコンデンサにより容量結合して整形したことを特徴とする請求項１記載の電気時計の位置検出システム。
【請求項３】
前記受信回路で受信した受信信号と前記基準信号整形回路で整形した基準信号との関係を示す前記検波回路の出力から、少なくとも前記受信信号または前記基準信号のいずれかに変調を与える信号微調整回路を有することを特徴とする請求項１記載の電気時計の位置検出システム。
【請求項４】
前記信号微調整回路は複数のコンデンサを有し、該複数のコンデンサは容量調整が可能であることを特徴とする請求項３記載の電気時計の位置検出システム。
【請求項５】
前記信号微調整回路は振幅調整回路を有し、該振幅調整回路は少なくとも前記送信回路の前記複数の送信信号と前記信号変調手段との一経路間、または前記送信回路の前記複数の送信信号と前記基準信号整形回路との一経路間の振幅を調整することを特徴とする請求項３記載の電気時計の位置検出システム。
【請求項６】
前記信号微調整回路は、前記受信信号と前記基準信号との間に２レベルの状態を作成し、前記検波回路による各状態における複数回の検波結果から、安定した状態を選択することを特徴とする請求項３記載の電気時計の位置検出システム。
【請求項７】
前記信号微調整回路は、前記受信信号と前記基準信号との間に３レベルの状態を作成し、前記検波回路による各状態における検波結果から、適正な状態を選択することを特徴とする請求項３記載の電気時計の位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶発振回路を基準信号源として時刻やカレンダ情報を機械的に表示する電気時計において、輪列等の回転角度や位置を電場検出により検出して機械的な誤動作を防止して正確な時刻保持をすると共に、信頼性を高めるための位置検出システムの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水晶時計の低電力動作が確立され、エネルギー源としては、小コンデンサの１次電池が使用されている。しかしながら、１次電池の使い捨ては将来的に地球環境を汚染してしまうことにもなり、環境汚染防止や電池交換の煩わしさから従来の１次電池に替わるものとして、太陽電池によるソーラーセル発電、大気中と腕との温度差を利用した熱電発電、回転錘による機械的発電等地球環境に影響しないエネルギー源からの発電エネルギーを２次電池等に充電して使用する発電式電気時計の実用化が進められている。
【０００３】
しかるに、上記発電式電気時計は、地球にやさしいという利点はあるものの、採取できるエネルギーに余裕がなく、充電エネルギーの欠乏は時刻保持に対する信頼性を損なうという潜在的な問題があった。特に、機械式の腕時計においては、エネルギー消費をできるだけ少なくするため、最小限の駆動トルクで輪列機構を駆動している。このため指針の形状が大きいと衝撃や外乱等を受けて指針の時刻表示にズレが発生する恐れがあり、これを防止するために指針の形状や大きさに一定の制限があった。
【０００４】
また、機械的指針で時刻を表示する水晶時計のカレンダ表示機構においては、日付表示部の月末処理に問題があった。すなわちほぼ２ヶ月毎に日付を手動で修正して用いることは非実用的であった。月末修正を複雑な機械的機構を用いれば解決することはできるが、組立コストが高くなり、機構が複雑なため、長期間の安定動作に対する信頼性が低下する。また、消費電力が増加し、充電エネルギーで無停止動作させることが困難となる。これを防止するために、日付部のみ電気光学的な液晶表示にすると、時刻表示面にデザイン上の違和感が生じてしまう。
【０００５】
上記の欠点を解決するためには、指針式表示やカレンダ表示の機械的角度や位置を検出する機能が必要である。従来提案されてきた技術としては（１）回転する輪列の一部に機械的接触スイッチを設けた特開昭５４−９１２７８（第二精工舎）公報の位置検出機構や、（２）発光素子と受光素子とを穴を有する回転輪列を挟んで配置して回転時の穴の有無を受発光スイッチによって検出する特開２０００−３５４８９（リズム時計工業）公報の位置検出機構や、（３）指針や輪列等と位置検出部材との間の容量値の回転運動による変化を読み取る容量検出による特開昭５４−９２３６０（第二精工舎）公報の位置検出機構等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今までに提案されている位置検出機構にはそれぞれ多くの課題を有していた。上記（１）の機械的接触スイッチ機構を利用した位置検出は輪列等の回転駆動部材に接触して位置を検出する構造のため、駆動エネルギーを多く必要とするという課題がある。特に充電エネルギーに余裕の少ない充電式時計には大きな問題であり、位置検出を行うためにかえって位置ズレ発生の原因にもなりかねず、また、接触式のスイッチ機構は接触部材の磨耗劣化の恐れがあり、信頼性が低いという課題があった。
【０００７】
さらに、上記（２）の光学式センサを利用した構造においては、発光素子と受光素子を回転運動する部材の上下面に配置する必要があるので、時計の厚みが増加してしまうという課題があった。このため、薄型の腕時計への適応は不可能であった。また発光ダイオードや受光ダイオード等の光学素子を動作させるためにはかなりの消費電力が必要になり、そのため一日に１回程度の検出頻度しか応用できない。また発光のためには駆動電圧として、一定以上の高いしきい値電圧が必要なため高電圧制約があり、電源電圧の変動の大きい充電式時計には適応しづらいという課題があった。
【０００８】
また上記（３）の指針や輪列等と位置検出部材との間の静電コンデンサ値や磁力の絶対量の変化を検出する構成については、腕時計サイズのごく小さな位置検出部品から検出されるコンデンサ等の変化は微少であり、検出精度が低く、構成部品の携帯姿勢による位置変化や、温度変化等の外部環境からの影響を受けやすく、位置検出の信頼性が極めて低いという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決して、大きなエネルギーを必要とせず、接点式検出機構の径時変化による信頼性の低下を防止し、また、光学的センサに比較して薄型構造ですみ、発光素子が必要とする高電圧制約を必要とせず、さらに、静電コンデンサ値や磁力の絶対量の変化を検出に比較して温度等外部環境からの影響を受けない、高い信頼性の位置検出システムにより、機械的保持時刻と電気的保持時刻との時刻差異を確実に検出できる実現性のある高信頼性の電気時計の位置検出システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電気時計の位置検出システムは、下記記載の構成を採用する。
【００１１】
本発明の電気時計の位置検出システムは、複数の出力信号を発生する発振分周回路を有する電気時計の該発振分周回路からの前記複数の出力信号を入力として整形して複数の送信信号を出力する送信回路と、前記複数の送信信号を送信する複数の送信電極と回転体と受信電極とからなり前記複数の送信信号を変調する信号変調手段と、該信号変調手段の前記受信電極に受信された変調信号を入力として受信信号を出力する受信回路と、前記送信回路の複数の送信信号を整形して基準信号を出力する基準信号整形回路と、前記受信回路の受信信号と前記基準信号整形回路の基準信号との比較によって前記信号変調手段の回転体の機械的位置情報を検出する検波回路とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の電気時計の位置検出システムは、少なくとも前記送信回路と前記基準信号整形回路を同一の回路チップ内に構成すると共に、前記基準信号は前記送信回路の出力と前記基準信号整形回路の入力とを回路チップ内部に生成したコンデンサにより容量結合して整形したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の電気時計の位置検出システムは、前記受信回路で受信した受信信号と前記基準信号整形回路で整形した基準信号との関係を示す前記検波回路の出力から、少なくとも前記受信信号または前記基準信号のいずれかに変調を与える信号微調整回路を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の電気時計の位置検出システムは、前記信号微調整回路が複数のコンデンサを有し、該複数のコンデンサは容量調整が可能であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電気時計に位置検出システムは、前記信号微調整回路が振幅調整回路を有し、該振幅調整回路は少なくとも前記送信回路の前記複数の送信信号と前記信号変調手段との一経路間、または前記送信回路の前記複数の送信信号と前記基準信号整形回路との一経路間の振幅を調整することを特徴とする。
【００１６】
本発明の電気時計の位置検出システムは、前記信号微調整回路が、前記受信信号と前記基準信号との間に２レベルの状態を作成し、前記検波回路による各状態における複数回の検波結果から、安定した状態を選択することを特徴とする。
【００１７】
本発明の電気時計の位置検出システムは、前記信号微調整回路が、前記受信信号と前記基準信号との間に３レベルの状態を作成し、前記検波回路による各状態における検波結果から、適正な状態を選択することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を実施するための最良の形態における電気時計の位置検出システムの構成を説明する。図１は本発明の第１の実施例の電気時計の位置検出システムの構成を示すブロック図、図２は本発明の信号変調手段の送信電極と受信電極と回転体の穴部との位置関係を示す断面図、図３は図２に対応した信号変調手段の各部の波形図、図４は本発明の検波回路の一実施例、図５は検波回路の出力波形図、図６は図１の第１の実施例の位置検出システムの各部の波形図、図７は本発明の信号変調手段を有する輪列機構の斜視図、図８は本発明の位置検出システムを用いた電気時計のブロック図である。図９は本発明の第２の実施例および第４の実施例の電気時計の位置検出システムの構成を示すブロック図、図１０は本発明の第３の実施例の位置検出システムの構成を示すブロック図、図１１は第２実施例及び第３実施例の位置検出システムの基準信号の微調整の必要な理由の説明図、図１２、図１３、図１４は基準信号の３レベル方式の基準信号の設定の説明図、図１５は基準信号の３レベル方式の基準信号の設定のためのプログラムソフトのフローテャート、図１６は本発明の第５の実施例の電気時計の位置検出システムの構成を示すブロック図、図１７は第５の実施例の送信回路の送信正弦波信号の振幅による基準正弦波信号の位相変化を示す波形図である。
【００１９】
はじめに、本発明の第１の実施例の電気時計の位置検出システムの説明を図１から図９までを用いて説明する。図１において、位置検出システムは、２つのバンドパスフィルタ型増幅回路（以後ＢＰＦ増幅回路と略記する）２１と２２とからなる送信回路２０と、送信電極３１と送信電極３２と穴部３４を有する回転体３３と受信電極３５とからなる信号変調手段３０と、増幅回路４１からなる受信回路４０と、コンデンサ５２とコンデンサ５３と増幅回路５１からなる基準信号整形回路５０と、検波回路６０とから構成される。
【００２０】
図１の位置検出システム内部の接続関係を説明する。電気時計の発振分周回路１０の出力パルスＰａ（＋４５°）の出力端子と送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２１の入力端子、分周発振回路１０の出力パルスＰｂ（−４５°）の出力端子と送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２２の入力端子とを各々接続する。さらに、送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２１の出力端子と信号変調手段３０の送信電極３１と基準信号整形回路５０のコンデンサ５３とを接続し、送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２２の出力端子と信号変調手段の送信電極３２と基準信号整形回路５０のコンデンサ５２とを接続する。信号変調手段３０の受信電極３５と受信回路４０の増幅回路４１の入力端子とを接続し、受信回路４０の増幅回路４１の出力端子と検波回路６０の信号入力端子とを接続し、基準信号整形回路５０の増幅回路５１の出力端子と検波回路６０の検波入力端子とを接続する。
【００２１】
発振分周回路１０は図６に示すような基準発振周波数φ１５で発振する水晶発振回路を含み、この基準発振周波数φ１５をパルス信号Ｐ１５に変換して基準信号源としている。このパルス信号Ｐ１５を公知の分周回路により分周してπ／２位相のずれた２つの出力パルスＰａ（＋４５°）とＰｂ（−４５°）とを出力する。（以後Ｐａ（＋４５°）はＰａ、Ｐｂ（−４５°）はＰｂと略記する。）Ｐａが送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２１の入力に、Ｐｂが送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２２の入力に印加され、位相がπ／２づつ異なる送信正弦波信号φａ、φｂが生成される。
【００２２】
送信正弦波信号φａは信号変調手段３０の送信電極３１、送信正弦波信号φｂは信号変調手段３０の送信電極３２から送信される。受信電極３５で受信される受信正弦波信号φｃは回転体３３の回転による穴部３４と送信電極３１と送信電極３２との位置関係の変化に対応して変調された信号となる。
【００２３】
図２の信号変調手段３０の送信電極３１、３２と受信電極３５と回転体３３の穴部３４との位置関係を示す信号変調手段３０の断面図および図２に対応した図３の信号変調手段３０の各部の波形図を用いて受信正弦波信号φｃの位相が回転体３３の回転による穴部３４の位置によって変化する状態を説明する。回転体３３が回転して図２（ａ）のように回転体３３の穴部３４が送信電極３１の丁度真下にあるときは、図３（ａ）に示すように受信正弦波信号φｃは送信正弦波信号φａと同じ位相となる。この状態の受信正弦波信号φｃの波形を図６ではφｃ（１）で示している。回転体３３が回転して、図２（ｂ）のように回転体３３の穴部３４が送信電極３１と送信電極３２の真中にきたときは、図３（ｂ）に示すように受信正弦波信号φｃは送信正弦波信号φａと送信正弦波信号φｂの丁度中間の位相となる。さらに回転体３３が回転して図２（ｃ）のように穴部３４が送信電極３２の丁度真下にきたときは、図３（ｃ）に示すように受信正弦波信号φｃは送信正弦波信号φｂと同じ位相となる。この状態の受信正弦波信号φｃの波形を図６ではφｃ（２）で示している。回転体３３の穴部３４が送受信電極付近にないときは、送信正弦波信号φａ、φｂは回転体３３に遮蔽されて受信電極３５には伝達されず、受信正弦波信号φｃは振幅のないノイズ成分のみとなる。
【００２４】
受信正弦波信号φｃは受信回路４０の増幅回路４１によって飽和増幅され、位相情報を有する受信信号Ｐｃとなる。図２（ａ）の状態での受信正弦波信号φｃすなわち、図６の受信信号φｃ（１）は受信信号Ｐｃ（１）、図２（ｃ）の状態での受信正弦波信号φｃすなわち、受信信号φｃ（２）は受信信号Ｐｃ（２）となる。受信信号Ｐｃ（１）は発振分周回路１０の出力パルスＰａと、受信信号Ｐｃ（２）は出力パルスＰｂと各々ほぼ同相になる。この受信信号Ｐｃが検波回路６０で検波される。
【００２５】
検波のための基準信号Ｐａｂを生成する基準信号整形回路において、送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２１からの送信正弦波信号φａが基準信号整形回路５０のコンデンサ５３に、ＢＰＦ増幅回路２２からの送信正弦波信号φｂがコンデンサ５２に入力され、コンデンサ５２とコンデンサ５３の容量を等しくすることによって増幅回路５１の入力端子には図６の基準正弦波信号φａｂに示すように送信正弦波信号φａと送信正弦波信号φｂの丁度中間の位相の正弦波が入力され、増幅回路５１によって飽和増幅されて、図６の基準信号Ｐａｂが得られる。
【００２６】
ここで基準信号Ｐａｂを発振分周回路１０内部でパルス信号Ｐ１５をロジック的に分周して得たパルス信号を使用すると、基準信号Ｐａｂ自体は温度条件等による位相の変化はないが、送信回路のＢＰＦ増幅回路２１、２２の温度特性により送信正弦波信号φａや送信正弦波信号φｂの位相が変化し、受信正弦波信号φｃの位相も変化し、受信信号Ｐｃの位相も変化するため、受信信号Ｐｃと基準信号Ｐａｂの位相差が温度条件で変化してしまう。これを防止するために、本発明では、送信回路２０の送信正弦波出力φａとφｂとを入力とする基準信号整形回路５０を用いて波形を整形した基準正弦波信号φａｂから基準信号Ｐａｂを得ている。受信正弦波信号φｃと基準正弦波信号φａｂとを同じ送信正弦波信号φａ、φｂから生成し、さらに、受信信号Ｐｃを出力する受信回路４０の増幅回路４１と基準信号Ｐａｂを出力する基準信号整形回路５０の増幅回路５１とを同じ回路構成にすることにより、温度の影響を受けても位相が相対的に一様に変化するため、各信号間の位相関係が変化することはない。
【００２７】
次に、受信信号Ｐｃの検波について図４と図５とを用いて説明する。図４は検波回路６０の具体的な一実施例であるデータ入力フリップフロップ６１を示している。位相検波の基準となる基準信号Ｐａｂに対して、回転体３３によって変調された受信信号Ｐｃが進んでいるか、遅れているかによって位相検波の出力の電圧を変化させる方式である。
【００２８】
図４において、データ入力フリップフロップ６１のクロック（ＣＬＫ）に基準信号として基準信号整形回路５０で整形された図６の出力パルスＰａとＰｂの
丁度中間位相である基準信号Ｐａｂを入力する。受信正弦波信号φｃを受信回路４０の増幅回路４１で飽和増幅した受信信号Ｐｃをデータ入力フリップフロップのデータ入力（Ｄ）にデータ信号として入力する。データ入力フリップフロップ６１はクロックに入力される基準信号Ｐａｂの立ち上がりをトリガとして、検波結果Ｓｅｎｓ−ｏｕｔを出力する。
【００２９】
受信信号Ｐｃが図６に示すＰｃ（１）のように、位相が基準信号Ｐａｂより進んでいる時は、検波回路６０は検波信号としてＳｅｎｓ−ｏｕｔ＝「１」を出力し、回転体３３の回転が進んで受信信号Ｐｃが変調され、受信信号Ｐｃ（２）のように位相が基準信号Ｐａｂより遅れた時は、検波信号はＳｅｎｓ−ｏｕｔ＝「０」のＬレベルへ切換わる。この検波信号Ｓｅｎｓ−ｏｕｔがＨレベルからＬレベルへ切換わるタイミングを回転体３３の基準位置として検出することができる。
【００３０】
本発明の位置検出システムを機械的腕時計の秒針の針位置検出に用いた実施例を図７によって説明する。図７は信号変調手段３０を有する輪列機構の斜視図である。３７は図８のパルスモータ１４のロータの回転を減速伝達する五番車であり、五番車３７は四番車３８と信号変調手段３０を構成する回転体３３である検出車３６に同減速比の回転を伝える。四番車３８には秒針３９が固定され、秒情報を表示する。四番車３８と検出車３６は６０ステップで１回転、つまり、１ステップ６度毎の同期したステップ運針を行う。
【００３１】
検出車３６は導電性を有する金属部材からなり、図示していないが軸受部分で接地している。検出車３６の歯車部には穴部３４を有する。検出車３６は回転方向に対して、穴部３４によって電気伝導度あるいは誘電率が他の部分とは異なる構造となっている。また、検出車３６の穴部３４は穴形状でなくても、回転によって歯車上下面の電極との距離が変化する構造であれば、どのような形状でもよく、切り欠け形状でもよいし、歯車の断面方向の凹凸でもよい。検出車３６の歯車の上側には送信電極３１、３２、下側には受信電極３５が対向して非接触に近接配置されている。
【００３２】
図２の信号変調手段３０の断面図の回転体３３が検出車３６に相当する。検出車３６の回転にともなう受信正弦波信号φｃの変化については段落［００２４］で説明した回転体３３とまったく同じであるので詳細は省略する。検出車３６の回転により、受信電極３５で受信される受信正弦波信号φｃの位相は＋４５度から−４５度まで変化するので、位相０度の基準正弦波信号φａｂを飽和増幅した基準信号Ｐａｂに対して受信正弦波信号φｃを飽和増幅した受信信号Ｐｃの位相が一致する時を検出車３６の基準位置として検出することができる。これによって検出車３６と同期関係にある四番車３８に固定された秒針３９の基準位置を検出することができる。また秒針の秒表示だけでなく、カレンダ表示や日月うるう年の切換え表示のための位置検出に応用できることは勿論である。
【００３３】
図８は本発明の位置検出システムを用いた電気時計全体のブロック図である。図８には電気時計が備えている光発電のためのソーラーセルと光発電エネルギーを充電する２次電池等による電源は省略してある。図８において、時計の基準信号源としての水晶発振回路を含む発振分周回路１０を備え、複数の計時時間信号を出力する。計時時間信号は電気時計全体を制御するマイコン等を有する制御手段１１の制御により、モータ駆動回路１３に入力し、さらに、計時時間信号を計数して電気的時刻を保持する計数回路１２にも入力する。モータ駆動回路１３が動作して、パルスモータ１４がステップ回転し、パルスモータ１４に連結した輪列機構１５によって機械的時刻情報が保持され、表示手段１６の指針により時刻表示する。
【００３４】
発振分周回路１０からのπ／２位相の異なる出力パルスＰａ、Ｐｂが直接、あるいは制御手段１１を介して送信回路２０に入力される。制御手段１１を介して入力された出力パルスＰａ、Ｐｂは送信回路２０で送信正弦波信号φａ、φｂに変換され、輪列機構１５内部の図７に示した送信電極３１、３２と穴部３４を有する検出車３６と受信電極３５とからなる信号変調手段３０の送信電極３１、３２から送信される。送信正弦波信号φａ、φｂは信号変調手段３０により特定の変調を与えられた後、合成されて受信正弦波信号φｃとして受信電極３５で受信され、受信回路４０で受信信号Ｐｃとなる。受信信号Ｐｃは、検波回路６０において、送信回路２０からの送信正弦波信号φａ、φｂを入力とする基準信号整形回路５０で生成された基準信号Ｐａｂと位相比較が行われ、その結果から輪列機構１５の保持する機械的時刻情報を検出する。制御手段１１は、検波回路６０から得た機械的時刻情報と計数回路１２に保持された電気的時刻情報により、時刻同期あるいは時刻設定の制御を行う。なお図示していないが、制御手段１１には外部から時刻情報を入力する外部操作手段からの制御情報を入力し、輪列機構１５を直接機械的に操作して時刻設定を行うこともできる。
【００３５】
信号変調手段３０の回転体３３を挟んで送信電極３１、３２と受信電極３５とを非接触に配置して容量結合させて変調された受信正弦波信号φｃを受信回路４０の増幅回路４１に入力するのと同様に、送信回路２０の送信正弦波信号φａ、φｂからコンデンサ５２、５３による容量結合により合成された基準正弦波信号φａｂを基準信号整形回路５０の増幅回路５１に入力する。この基準正弦波信号φａｂを得る容量結合に用いるコンデンサ５２、５３はチップコンでも可能であるが、コストを安く、スペースを小さくするために同一の回路チップ内に作成するのが好ましい。歯車を挟んで伝達される受信正弦波信号φｃは歯車のサイズや歯車と電極間距離（５０〜１００μｍ）から微小であるので、ＩＣ内に作成するコンデンサも微小なものでよい。ここでは、送信回路２０と基準信号整形回路５０をコンデンサ５２、５３を含めて同一の回路チップ内に構成している。
【００３６】
本発明の電気時計の第１の実施例の位置検出システムは、前述したように、送信回路２０のＢＰＦ増幅回路の送信正弦波出力φａ、φｂを信号変調手段３０の送信電極３１、３２から送信し、受信電極３５の受信正弦波信号φｃを受信回路４０の増幅回路４１で飽和増幅してパルス状の受信信号Ｐｃを得ると共に、送信正弦波出力φａ、φｂとを入力とする基準信号整形回路５０のコンデンサ端で基準正弦波信号φａｂを生成し、基準信号整形回路５０の増幅回路５１で飽和増幅してパルス状の基準信号Ｐａｂを得ている。送信回路２０の２つのＢＰＦ増幅回路２１、２２は同じ回路構成であり、受信回路４０の増幅回路４１と基準信号整形回路５０の増幅回路５１は同じ回路構成であり、信号の振幅や回路の増幅率も同一になるように設定してある。
【００３７】
このため、受信回路４０の出力の受信信号Ｐｃと基準信号整形回路５０の出力である基準信号Ｐａｂとは、温度の影響を受けても一緒に変化して相対的には位相関係はまったく変化しないので、検波回路６０の検波出力のＳｅｎｓ−ｏｕｔは温度の影響のない安定した出力を得ることができる。
【００３８】
また、送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２１、２２と基準信号整形回路５０のコンデンサ５２、５３と増幅回路５１とを同一回路チップ内に作成したことによって、コストが安くなり、スペース的にも小型化が可能になった。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施例の電気時計の位置検出システムを図９と図１１を用いて説明する。第２の実施例の位置検出システムは図１の送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２１の送信正弦波信号φａの位相を微調整して基準信号整形回路５０に入力して、基準信号整形回路５０の基準信号Ｐａｂの位相を微調整するための信号微調整回路５４をコンデンサ５３の替わりに用いたものである。信号微調整回路５４は第１のスイッチＴ１、第２のスイッチＴ２、第３のスイッチＴ３と容量の異なるコンデンサ５５、５６、５７とを有し、ＢＰＦ増幅回路２１の出力端子と第１のスイッチＴ１、第２のスイッチＴ２、第３のスイッチＴ３の各々の一方の端子とを接続し、第１のスイッチＴ１の他方の端子とコンデンサ５５の一方の端子と、第２のスイッチＴ２の他方の端子とコンデンサ５６の一方の端子と、第３のスイッチＴ３の他方の端子とコンデンサ５７の一方の端子とを接続し、コンデンサ５５、５６、５７の各々の他方の端子と増幅回路５１の入力端子とを接続する。ここで、各スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３はトランスミッションゲート（以下ＴＧと略記する）で構成され、コンデンサと共にＩＣ回路チップ内に生成される。
【００４０】
送信正弦波信号φａの位相を微調整するのではなく、図１のコンデンサ５２の替わりに信号微調整回路５４を用いて送信正弦波信号φｂを微調整して基準信号整形回路５０の基準信号Ｐａｂを微調整することも勿論可能である。
【００４１】
ここで、微調整の必要性を図１１を用いて説明する。パルスモータ使用した電気時計の針位置の検出には、位相検波は運針が止まっている状態で行うが、例えば、秒針の位置検出の場合、パルスモータの１ステップ１８０°のロータとロータカナ、五番車と五番カナ、四番車と四番軸の歯型位置関係は各部品を組み立てるときはばらばらであるので、時計毎にバラツキが発生し、基準信号の位相と検出信号の位相が近接してしまうことがある。また、各歯車のバックラッシュのガタは必ず存在するので、同じ時計でも受信信号Ｐｃの位相と基準信号Ｐａｂの位相が近接していると誤検出することがある。
【００４２】
図１１は基準信号の位相と検出信号の位相の微調整が必要な理由の説明図であり、縦軸は検出信号および基準信号の位相角度、横軸は検出車３６の回転位置を示し、各プロットは検出車３６の停止位置を示している。受信信号は検出車３６の回転が進むにつれ、−４５°から＋４５°まで変化する。例えば、図１１において、パターン１のときは、白丸印に対応した各停止角度は基準信号の位相角度とずれているので、受信信号の位相と基準信号の位相とは離れており、誤検出することはない。同様に、パターン２のときも、黒三角印に対応した各停止角度は基準信号の位相角度とずれているので、誤検出することはない。パターン３のときは、黒四角印に対応した停止角度に、基準信号の位相角度に近接したものがあるので、受信信号の位相と基準パルス信号の位相とが近くなり、誤検出することがある。
【００４３】
従って、パターン３の場合は、図９の基準信号整形回路５０の入力の一方の送信正弦波信号φａ、φｂのどちらかの信号を制御手段１１の制御により、ＴＧであるスイッチを切換えて信号微調整回路５４のコンデンサ５５、５６、５７を切換えて容量調整した容量値で変調して、基準信号整形回路５０の初期設定の第１の基準信号Ｐａｂを遅れ方向、あるいは進み方向に位相をシフトした第２の基準信号Ｐａｂに切換えて、パターン１あるいは、パターン２のように、受信信号と基準信号との位相を離すことにより、誤検出を防止するように構成したものである。
【００４４】
本発明の第３の実施例の電気時計の位置検出システムを図１０に示す。第３の実施例は、第１の実施例の図１の受信回路４０の入力に信号微調整回路４２を設け、図１１のパターン３の場合に、基準信号整形回路５０の基準信号Ｐａｂの位相をシフトする換わりに、受信回路４０の受信信号Ｐｃの位相をシフトするように構成したものである。
【００４５】
図１０の信号微調整回路４２は図９の信号微調整回路５４と同じ回路構成であり、第４のスイッチＴ４、第５のスイッチＴ５、第６のスイッチＴ６と容量の異なるコンデンサ４３、４４、４５とを有し、ＢＰＦ増幅回路２２の出力端子と第４のスイッチＴ４、第５のスイッチＴ５、第６のスイッチＴ６の各々の一方の端子とを接続し、第４のスイッチＴ４の他方の端子とコンデンサ４３の一方の端子と、第５のスイッチＴ５の他方の端子とコンデンサ４４の一方の端子と、第６のスイッチＴ６の他方の端子とコンデンサ４５の一方の端子とを接続し、コンデンサ４３、４４、４５の各々の他方の端子と受信回路４０の増幅回路４１の入力端子とを接続する。上記した以外の接続は図１と同様である。制御手段１１の制御により、ＴＧであるスイッチを切換えて送信信号φｂを容量調整した容量値で変調して、検出信号φｃと検出信号φｃとは位相の異なる送信信号φｂを合成して受信回路４０の増幅回路４１に入力することで、初期設定の第１の受信信号Ｐｃを遅れ方向あるいは進み方向に位相をシフトした第２の受信信号Ｐｃに切換えて、受信信号と基準信号との位相を離すことにより、誤検出を防止するように構成したものである。検出信号φｃと送信信号φｂとを合成して変調する換わりに、検出信号φｃと送信信号φａとを合成して変調することもできる。
【００４６】
本発明の第２の実施例あるいは第３の実施例の電気時計の位置検出システムは、初期設定の第１の基準信号Ｐａｂと信号微調整回路により位相調整された第２の基準信号Ｐａｂ、あるいは初期設定の第１の検出信号Ｐｃと信号微調整回路により位相調整された第２の検出信号Ｐｃを切換ることにより、時計毎のバラツキがあっても位置検出が可能となった。
【００４７】
本発明の第４の実施例の位置検出システムについて説明する。上記第２の実施例あるいは第３の実施例の位置検出システムは、２つの基準信号あるいは２つの受信信号とを切換える最も簡単な方式であるが、基準信号を３つにして、さらに検出制度を高くした方式である。
【００４８】
第４の実施例の位置検出システムは第２の実施例の位置検出システムの回路構成とほぼ同一であるので、図８、図９、図１２、図１３、図１４、図１５を用いて説明する。図８の電気時計の検波回路５０の検波出力（Ｓｅｎｓ−ｏｕｔ）に応じて、制御手段１１から図１５の基準信号設定プログラムソフトのフローチャートに従って、制御信号が発生し、図９の信号微調整回路５４の各スイッチＴ１、Ｔ２、Ｔ３を構成する複数のＴＧが制御されて「オン」あるいは「オフ」となり、基準信号位相整形回路５０が位相の異なる３つの基準パルス信号を発生する。この位相の異なる３つのパルス状の基準信号を基準信号Ａ、基準信号Ｂ、基準信号Ｃとする。
【００４９】
まず、図１２に示すように、針位置検出の運針ステップが位相角０°よりやや遅れた位置に来るときの基準信号の設定について説明する。図１２において、運針ステップは白丸印の位置で停止し、矢印に示す範囲に入る。図１５において、ステップ１（以後Ｓ１と略記する）で初期設定として、基準信号Ａを仮設定し、Ｓ２で１ステップ運針し、Ｓ３で検波判定を行い、検波判定が図５のＬレベル（以下「−」と略記する）判定のときはＳ２に戻り、再び１ステップ運針して、Ｓ３で検波判定し、図５のＨレベル（以下「＋」と略記する）判定となったら、Ｓ４で基準信号Ｂに仮決定して、Ｓ５で検波判定すると、「−」判定となるので、Ｓ６に進んで基準信号Ｃに決定する。これによって、位相角の大きい基準信号Ｃを用いることにより、停止位置に近接した基準信号Ａあるいは基準信号Ｂを避けて、歯車の停止位置から次の停止位置までのほぼ中間に基準信号を設定することができる。
【００５０】
次に、図１３に示すように、運針ステップが位相角０°よりやや進んだ位置にくるときについて説明する。図１３において、運針ステップは黒四角印の位置で停止し、矢印に示す範囲に入る。図１５において、Ｓ１で初期設定として、基準信号Ａを仮設定し、Ｓ２で１ステップ運針し、Ｓ３で検波判定を行い、検波判定が「−」判定のときはＳ２に戻り、再び１ステップ運針して、Ｓ３で検波判定し、「＋」判定となったら、Ｓ４で基準信号Ｂに仮決定して、Ｓ５で検波判定すると、「＋」判定となるので、Ｓ７に進んで基準信号Ｃを仮設定し、Ｓ８で検波判定を行うと、「−」判定となるので、Ｓ９に進んで基準信号Ａに決定する。これによって、位相角の小さい基準信号Ａを用いることにより、停止位置に近接した基準信号Ｂあるいは基準信号Ｃを避けて、歯車の停止位置から次の停止位置までのほぼ中間に基準信号を設定することができる。
【００５１】
さらに、図１４に示すように、運針ステップが位相角０°から離れた位置にくるときについて説明する。図１４において、運針ステップは黒三角印の位置で停止し、矢印に示す範囲に入る。図１５において、Ｓ１で初期設定として、基準信号Ａを仮設定し、Ｓ２で１ステップ運針し、Ｓ３で検波判定を行い、検波判定が「−」判定のときはＳ２に戻り、再び１ステップ運針して、Ｓ３で検波判定し、「＋」判定となったら、Ｓ４で基準信号Ｂに仮決定して、Ｓ５で検波判定すると、「＋」判定となるので、Ｓ７に進んで基準信号Ｃを仮設定し、Ｓ８で検波判定を行うと、「＋」判定となるので、Ｓ１０に進んで基準信号Ｂに決定する。これによって、位相角０°に近い基準信号Ｂを用いることにより、停止位置に近接した基準信号Ａあるいは基準信号Ｃを避けて、歯車の停止位置から次の停止位置までのほぼ中間に基準信号を設定することができる。
【００５２】
位相の異なる３つの基準信号を切換えることにより、歯車の停止位置のほぼ中間の位相に基準信号を設定できるため、パルスモータの１ステップ１８０°のロータとロータカナ、五番車と五番カナ、四番車と四番軸の組立時の歯型位置関係の時計毎のバラツキや各歯車のバックラッシュがあっても、位置検出が精度よくできる。上記した２つ、あるいは、３つの基準信号を切換えるだけでなく、３つ以上の基準信号を用いれば、さらに細かい精密な測定が可能であり、位相がプラスからマイナスに変化する時に、歯車が停止した状態から次に停止する状態の丁度真中に基準信号の位相を設定することもできる。歯車の１ピッチでの位相の変化量が極小の時には特に有効である。
【００５３】
本発明の第５の実施例の位置検出システムについて図１６と図１７を用いて説明する。第５の実施例の位置検出システムは、図１の第１の実施例の位置検出システムの送信回路２０の出力端子と信号変調手段３０の送信電極３１、３２のどちらか一方の信号経路に振幅調整回路５９を有する信号微調整回路５８を設けるか、あるいは、送信回路２０の出力端子と基準信号整形回路５０のコンデンサ５２、５３のどちらか一方の信号経路に振幅調整回路５９を有する信号微調整回路５８を設けたものである。図１６では送信回路２０の出力端子と基準信号整形回路５０のコンデンサ５３との間に信号微調整回路５８設けた例を示している。第１の実施例の位置検出システムの図２の信号変調手段３０の断面図の（ｂ）の状態での図３の（ｂ）の波形図でも示したように、この位置関係では、図１７の（ａ）の送信正弦波信号φａと送信正弦波信号φｂとがほぼ同じ大きさの振幅の信号の時の受信電極３５での受信正弦波信号φｃの位相は、送信正弦波信号φａと送信正弦波信号φｂの中間の位相になる。
【００５４】
例えば、送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２２と基準信号整形回路５０のコンデンサ５３との間に振幅調整回路５９を有する信号微調整回路５８を設けた場合に、図１７の（ｂ）のように、振幅調整回路５９により、送信正弦波信号φｂの振幅を大きくすると、受信正弦波信号φｃの位相はφｂの位相に近くなる。このようにして、信号変調手段３０の一方の入力である送信正弦波信号φｂの振幅の大きさを微調整することによっても、受信回路４０の受信信号Ｐｃの位相を微調整することができる。同様に、振幅調整回路５９を送信回路２０と送信電極３１との間に設けて、送信正弦波信号φａの振幅の大きさを微調整することによって、受信信号Ｐｃの位相を微調整することも可能である。
【００５５】
さらに、送信回路２０の出力端子と基準信号整形回路５０のコンデンサ５２あるいは５３との間に振幅調整回路５９を設け、送信正弦波信号φａ、あるいは送信正弦波信号φｂの振幅の大きさを微調整することによって、基準信号整形回路５０の基準信号Ｐａｂの位相を微調整することも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の電気時計の位置検出システムにおいては、送信回路２０のＢＰＦ増幅回路の送信正弦波出力φａ、φｂを受信した信号変調手段３０の受信電極３５の受信正弦波信号φｃを受信回路４０の増幅回路４１で飽和増幅して受信信号Ｐｃを得ると共に、送信正弦波出力φａ、φｂを入力とする基準信号整形回路５０の増幅回路５１で飽和増幅して基準信号Ｐａｂを得ている。また、送信回路２０の２つのＢＰＦ増幅回路２１、２２は同じ回路構成であり、受信回路４０の増幅回路４１と基準信号整形回路５０の増幅回路５１は同じ回路構成であり、信号の振幅や回路の増幅率も同一になるように設定してある。このため、受信回路４０出力の受信信号Ｐｃと基準信号整形回路５０出力の基準信号Ｐａｂとは、温度の影響を受けても一緒に変化して相対的には位相関係はまったく変化しないので、検波回路６０の検波出力のＳｅｎｓ−ｏｕｔは温度の影響のない安定した出力を得ることができるようになった。
【００５７】
また、送信回路２０のＢＰＦ増幅回路２１、２２と基準信号整形回路５０のコンデンサ５２、５３と増幅回路を同一回路チップ内に作成したことによって、コストが安くなり、スペース的にも小型化が可能になった。
【００５８】
さらに、２つあるいは３つの位相の異なる基準信号を運針ステップの停止位置に対応して切換えることにより、最適な位相の基準信号で位置検出が可能となり、パルスモータのロータとロータカナ、五番車と五番カナ、四番車と四番軸の歯型位置関係の各部品の組立てによる時計毎のバラツキや各歯車のバックラッシュがあっても確実に検出が可能となった。
【００５９】
また、秒位置検出だけでなく、腕時計の日板、曜板等の機械位置検出も勿論可能であり、非接触、低電力、省スペース、低コスト、高信頼性の電気時計の位置検出システムが実現できた。
【００６０】
これによって、保持時刻の信頼性の高い腕時計、時刻の早修正機能付き電波修正腕時計、月末自動修正機能付き腕時計や、デザイン性の高い大型指針付き腕時計等が実用化できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の電気時計の位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の信号変調手段の送信電極と受信電極と回転体の穴部との位置関係を示す断面図である。
【図３】図２の信号変調手段の断面図に対応した信号変調手段の各部の波形図である。
【図４】本発明の検波回路の一実施例の回路図である。
【図５】本発明の検波回路の出力波形図である。
【図６】図１の本発明の第１の実施例の位置検出システムの各部の波形図である。
【図７】本発明の信号変調手段を有する輪列機構の斜視図である。
【図８】本発明の位置検出システムを用いた電気時計を構成するブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施例および第４の実施例の電気時計の位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施例の電気時計の位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施例および第３の実施例の電気時計の位置検出システムの基準信号の微調整の必要な理由の説明図である。
【図１２】基準信号の３レベル方式の基準信号Ｃの設定までの説明図である。
【図１３】基準信号の３レベル方式の基準信号Ａの設定までの説明図である。
【図１４】基準信号の３レベル方式の基準信号Ｂの設定までの説明図である。
【図１５】基準信号の３レベル方式の基準信号設定のためのプログラムソフトのフローチャートである。
【図１６】本発明の第５の実施例の電気時計の位置検出システムの構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第５の実施例の電気時計の位置検出システムの位相の微調整を示す波形図である。
【符号の説明】
１０　発振分周回路
１１　制御手段
１２　計数回路
１３　モータ駆動回路
１４　パルスモータ
１５　輪列機構
１６　表示手段
２０　送信回路
２１、２２　ＢＰＦ増幅回路
３０　信号変調手段
３１、３２　送信電極
３３　回転体
３４　穴部
３５　受信電極
３６　検出車
３７　五番車
３８　四番車
３９　秒針
４０　受信回路
４１、５１　増幅回路
５０　基準信号整形回路
４２、５４、５８　信号微調整回路
４３、４４，４５、５２、５３、５５，５６，５７　コンデンサ
６０　検波回路
６１　データ入力フリップフロップ
５９　振幅微調整回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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