(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の角度回転位置の検出機構を有する電気時計において、電場をキャリアとする複数の送信信号を整形する送信回路機構と、該送信回路機構により成形された前記送信信号を出力する送信電極と、該送信電極と非接触に近接配置され、回転または往復運動により前記複数の送信信号に変調を与える信号変調部材と、該信号変調部材と非接触に近接配置され、該信号変調部材によって変調された前記複数の送信信号を受信する受信電極と、該受信電極に受信した受信信号を入力する受信回路機構と、該受信回路機構に受信した前記受信信号の電場伝搬特性により、前記信号変調部材の機械的位置情報を検出する検波回路機構とを備え、
前記検波回路機構は、位相基準信号に対して前記信号変調部材によって変調された受信信号との位相差をパルス幅とするパルス信号を出力するパルス発生手段と、位相基準信号に対して前記受信信号の位相の遅れ進みを検出して出力する遅れ進み検出手段と、該遅れ進み検出手段の出力により、前記パルス信号のパルス幅に比例した電荷量のコンデンサへの充電あるいは放電を切り替える、充放電切り替え手段と、前記コンデンサの端子電圧を予め設定された電圧と比較し出力する電圧検出手段と、を有する
事を特徴とする電気時計。
【請求項２】
前記検波回路機構は位相検波回路機構であり、前記変調部材によって変調された受信信号の位相情報から前記信号変調部材の機械的位置情報を検出することを特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項３】
前記検波回路機構は振幅検波回路機構であり、前記変調部材によって変調された受信信号の相対的強度情報から前記信号変調部材の機械的位置情報を検出することを特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項４】
前記検波回路機構は位相検波回路機構と振幅検波回路機構とを共に備え、前記信号変調部材によって変調された受信信号の相対強度情報から前記変調部材の機械的位置情報の検出範囲を概略定め、前記信号変調部材によって変調された受信信号の位相情報から前記信号変調部材の位置情報を検出することを特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項５】
前記複数の送信信号は、位相の異なる同一周波数信号である事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項６】
前記複数の送信信号は、周波数の異なる同期関係にある信号である事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項７】
前記複数の送信信号は、正弦波または正弦波と近似形状の波形である事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項８】
前記位相検波回路機構は位相検波の基準となる位相基準信号に対して、前記変調部材によって変調された受信信号の位相が進んでいるか、あるいは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事を特徴とする請求項２又は４記載の電気時計。
【請求項９】
前記信号変調部材は、形状もしくは構成部材の一部を電気伝導度あるいは誘電率が他の部分と異なる構造とした事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項１０】
前記信号変調部材は、導電性の金属材料から成り、その一部に穴または切欠または凹凸形状を有する構造とした事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項１１】
前記信号変調部材は、プラスチック等の非導電性部材と、導電性の金属材料から成り、該金属材料の一部に穴または切欠または凹凸形状を有する構造とした事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項１２】
前記信号変調部材は、プラスチック等の非導電性部材から成り、該非導電性部材の一部に、金属メッキを施した事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項１３】
前記信号変調部材は、電気機械変換機によって駆動される回転運動を指針表示まで伝達する輪列の一部で構成され、前記信号変調部材の機械的位置情報によって、前記輪列の基準位置を検出する機構を有する事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【請求項１４】
前記信号変調部材は、電気機械変換機によって駆動される回転運動を日付表示まで伝達する輪列の一部または日付表示板で構成され、前記信号変調部材の機械的位置情報によって、日表示板の基準位置を検出し、時計回路に保持された電気的カレンダ情報によって、小の月の月末非存日を自動的に排除する月末自動修正機能を有する事を特徴とする請求項１記載の電気時計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は時刻やカレンダ情報を機械的に表示する水晶発振式の電気時計において、輪列等の角度回転位置を電場検出により検出し、電子回路で構成された電気計時機構による電気的保持時刻で制御する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低電力動作の水晶時計の機構が確立され、小容量の１次電池式時計の他、ソーラーセルと２次電池の組合せによる光発電式水晶腕時計、あるいは機械回転錘発電機構と２次電池による機械式発電腕時計等、時計の周囲環境からエネルギを採取した僅かなエネルギで作動する、環境発電式水晶腕時計が実用化されている。１年〜３年間にわたり正確に時刻を刻む水晶腕時計は、携帯の簡便さと安価な価格のために広く世界に普及したが、１次電池の使い捨ては多大な資源消耗になるという欠点があった。
【０００３】
また、周囲環境エネルギの採取と蓄積による発電式電気時計は、資源消耗を防ぐ利点があるが、採取エネルギに余裕がなく、蓄電エネルギ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問題があった。特に、指針式の腕時計においては、エネルギ消費を出来るだけ少なくするため、最小限の駆動トルクで輪列車を駆動している。そのため、衝撃や磁力などの外乱を受けて変換機の駆動ミスが発生し、指針表示時刻にズレが発生してしまう恐れがあり、また指針表示時刻のズレを防止するため、指針の大きさに制限があるという欠点があった。
【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が問題であった。ほぼ２ヶ月毎に日付を手動で修正して用いる事は実用的でなく、かといって日付部のみ電気光学的表示にすると、時刻表示面のデザイン上の違和感が生じるという欠点があった。これを複雑な機械機構で解決する事は出来るが、組立コストが高く、また機械機構が複雑なため、長期間安定動作における動作信頼性が低下する。また、消費電力は増加し、環境採集エネルギ無停止動作させる事が困難になるという欠点があった。
【０００５】
上記欠点を解決する為には、指針式表示時刻やカレンダ表示の機械的基準位置を検出する機能が必要である。従来行なわれてきた構造としては、回転輪列の一部に機械的接触スイッチ機構をもったものや、発光素子と受光素子を、穴を有した回転輪列を挟んで配置して、回転時の穴の有無を光学的センサによって検出する手段を採用した腕時計等が実現化されている。また、指針や輪列等と位置検出部材との間の静電容量値や磁力の絶対量が、回転駆動によって変化する値を読み取る構成等も、いくつか考案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今まで製品化されたり考案されたりした位置検出機構にはそれぞれ多大な問題点を有していた。
前記機械的接触スイッチを利用した位置検出機構は、輪列等の回転駆動部材に接触して位置を検出するため、駆動エネルギに対して負荷がかかる構造であり、モータの駆動力をぎりぎりまで削減している電子腕時計には向かない。特にエネルギ収支に余裕の少ない充電式時計には問題があり、位置検出を行な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欠点があった。
【０００７】
また、光学式スイッチを利用した構造においては、発光素子と受光素子を回転駆動する部材の上下面に配置する必要があるので、時計の厚みが増してしまうという欠点があった。この為、機能時計マニア向けの厚みのある電波修正腕時計や置き時計や掛け時計等への適用実績があるが、通常の薄型腕時計への適用は不可能で合った。また発光ダイオードなどの光学素子を作用させる為にはかなりの消費電力が必要となり、そのため一日に一回程度の検出頻度しか応用できない。さらに発光の為にはある一定以上の駆動電圧が必要なため、電源電圧の変動の大きい充電式時計には適合しづらいという欠点があった。
【０００８】
また、指針や輪列等と位置検出部材との間の静電容量値や磁力の絶対量の変化を検出する構成については、腕時計サイズの位置検出部品から検出される容量等の変化量は微小であり、構成部品の携帯姿勢による位置変化や、外部環境からの影響を受けやすく、位置検出の信頼性は極めて低いという欠点があり、現実的には実用化されていない。
【０００９】
本発明の目的は、機械的計時機構の動作の高信頼性化のための、薄型構造で輪列歯車あるいは指針位置の検出を実現する無接点式の機械的位置検出機構の実現で、接点式検出機構持つの経時変化による接点不良問題を回避し、従来の機械式計時機構の水晶時計の限界を越える高信頼性を確保することにある。また発光素子と受光素子による無接点検出機構に比較して薄型の機構とし、更にコスト的に安価にし、また検出機構の発光素子が必要とする閾値電圧による回路構成部品に要求する高電圧制約条件を解除して蓄電素子の電圧で直接時計システムを駆動出来るようにすることを目的とする。また、機械的保持時刻と電気的保持時刻との時刻差異の検出を確実にし、秒針制御の精密な位置検出から日板検出の誤差を許容する検出まで多数点の位置検出を包含する、高信頼性の安価な位置検出機構を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨は、回転体の角度回転位置の検出機構を有する電気時計において、電場をキャリアとする複数の送信信号を整形する送信回路機構と、該送信回路機構により成形された前記送信信号を出力する送信電極と、該送信電極と非接触に近接配置され、回転または往復運動により前記複数の送信信号に変調を与える信号変調部材と、該信号変調部材と非接触に近接配置され、該信号変調部材によって変調された前記複数の送信信号を受信する受信電極と、該受信電極に受信した受信信号を入力する受信回路機構と、該受信回路機構に受信した前記受信信号の電場伝搬特性により、前記信号変調部材の機械的位置情報を検出する検波回路機構とを備え、前記検波回路機構は、位相基準信号に対して前記信号変調部材によって変調された受信信号との位相差をパルス幅とするパルス信号を出力するパルス発生手段と、位相基準信号に対して前記受信信号の位相の遅れ進みを検出して出力する遅れ進み検出手段と、該遅れ進み検出手段の出力により、前記パルス信号のパルス幅に比例した電荷量のコンデンサへの充電あるいは放電を切り替える、充放電切り替え手段と、前記コンデンサの端子電圧を予め設定された電圧と比較し出力する電圧検出手段と、を有する事を特徴とする。
【００１１】
前記検波回路機構は位相検波回路機構であり、前記変調部材によって変調された受信信号の位相情報から前記信号変調部材の機械的位置情報を検出することを特徴とする。
【００１２】
前記検波回路機構は振幅検波回路機構であり、前記変調部材によって変調された受信信号の相対的強度情報から前記信号変調部材の機械的位置情報を検出することを特徴とする。
【００１３】
前記検波回路機構は位相検波回路機構と振幅検波回路機構とを共に備え、前記信号変調部材によって変調された受信信号の相対強度情報から前記変調部材の機械的位置情報の検出範囲を概略定め、前記信号変調部材によって変調された受信信号の位相情報から前記信号変調部材の位置情報を検出することを特徴とする。
【００１４】
前記複数の送信信号は、位相の異なる同一周波数信号である事を特徴とする。
【００１５】
前記複数の送信信号は、周波数の異なる同期関係にある信号である事を特徴とする。
【００１６】
前記複数の送信信号は、正弦波または正弦波と近似形状の波形である事を特徴とする。
【００１７】
前記位相検波回路機構は位相検波の基準となる位相基準信号に対して、前記変調部材によって変調された受信信号の位相が進んでいるか、あるいは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事を特徴とする。
【００１９】
前記信号変調部材は、形状もしくは構成部材の一部を電気伝導度あるいは誘電率が他の部分と異なる構造とした事を特徴とする。
【００２０】
前記信号変調部材は、導電性の金属材料から成り、その一部に穴または切欠または凹凸形状を有する構造とした事を特徴とする。
【００２１】
前記信号変調部材は、プラスチック等の非導電性部材と、導電性の金属材料から成り、該金属材料の一部に穴または切欠または凹凸形状を有する構造とした事を特徴とする。
【００２２】
前記信号変調部材は、プラスチック等の非導電性部材から成り、該非導電性部材の一部に、金属メッキを施した事を特徴とする。
【００２３】
前記信号変調部材は、電気機械変換機によって駆動される回転運動を指針表示まで伝達する輪列の一部で構成され、前記信号変調部材の機械的位置情報によって、前記輪列の基準位置を検出する機構を有する事を特徴とする。
【００２４】
前記信号変調部材は、電気機械変換機によって駆動される回転運動を日付表示まで伝達する輪列の一部または日付表示板で構成され、前記信号変調部材の機械的位置情報によって、日表示板の基準位置を検出し、時計回路に保持された電気的カレンダ情報によって、小の月の月末非存日を自動的に排除する月末自動修正機能を有する事を特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
まず、図１から図５によって、本発明の基本動作について説明する。
図１は本発明の信号変調構造の概略を示す略平面図であり、図２は図１の略断面図である。図１および図２において、送信電極１と２は信号変調部材である回転体３を挟んで受信電極４と対向配置しており、送信電極１、２と回転体３、及び回転体３と受信電極４はそれぞれ非接触に近接配置されている。そして送信電極１，２の送信信号は穴５を通じて電気力線が送信電極１と２の両方から受信電極４まで届くように構成されている。回転体３は例えば腕時計輪列の歯車のような物であり、金属あるいはプラスチックに金属被膜をつけた材質から成り、導電性を有する。回転体３は、図示されていない軸またはその他の部分で電気的接地をとっている。
【００２６】
６は電場をキャリアとする複数の送信信号を整形する送信回路機構を示す送信回路で、該送信回路６によって２種類の、例えば位相の異なる同一周波数の正弦波の送信信号φＡ、φＢを成形し、送信電極１からは送信信号φＡを、送信電極２からは送信信号φＢを出力する。前記送信信号φＡ、φＢは、送信信号φＡ、φＢに変調を与える回転体３を介することにより受信電極４で受信信号φＣとして受信される。
【００２７】
受信信号φＣは、振幅において送信信号φＡ、φＢより大幅に低下するものの、送信信号φＡとφＢの合成電場から誘導される電位であるために、送信信号φＡとφＢが等しい周波数ならば受信信号φＣの周波数も等しく、送信信号φＡとφＢの間に位相差があると受信信号φＣはその間の位相をとる。回転体３の回転移動と共に穴５が移動し、送信電極１と送信電極２と受信電極４の空間的な相対位置関係が変化し、受信電極４近傍の電場の重ね合わせにより、誘起される受信電極４の交流信号の振幅と位相が変化する。つまり回転体３の穴５の位置が回転体５の回転角度θに応じて、送信電極１及び２と受信電極４との空間的関係が変化する事により、受信信号φＣの位相及び振幅は空間位置θの関数として変化する。
【００２８】
受信信号φＣを受信回路機構７で増幅すると、正弦波信号の振幅の大きな所が飽和して台形波状になり、さらに増幅すると矩形波状の検出信号Ｐｃになる。この場合でも位相情報は保存されるので、同期検波により位相情報を容易に抽出出来る。この手法は高音質のＦＭ放送の仕組みと同等である。異なる所は、放送局が送信時に既に周波数変調あるいは位相変調と変調済で送信するのに対し、本発明の構成は受信信号の位相変調が、送信電極と受信電極の間の伝送路の電磁的構造である回転体の機械的変化により行われる所である。時計機構内部の雑音や回路雑音による擾乱が位相検波手段により効率的に除去される所はＦＭ放送と同様である。
【００２９】
検出信号Ｐｃは検波回路機構８に入力し、受信した受信信号φＣの電場伝搬特性により回転体３の機械的位置情報を得る。該検波回路機構８は、位相情報を検波する位相検波回路機構でも良いし、振幅情報を検波する振幅検波回路機構でも良い。また、受信信号の相対強度情報を振幅検波回路機構によって検出して機械的位置情報を概略定め、受信信号の位相情報を位相検波回路機構によって検出して機械的位置情報を決定する方式でも良い。
【００３０】
図３は図１および図２に示す実施の形態による、受信信号φＣの変調経過を示す波形図である。穴５の位置が送信電極１および２から離れている時は、送信電極１に印加される送信信号φＡの対接地電圧と、送信電極２に印加される送信信号φＢの対接地電圧とが発生する電気力線が、導電性の回転体３で遮蔽される。この状態では、受信電極４に誘起される対接地電圧は、図３（ａ）に示すように極めて小さい振幅の信号となる。この状態では残留位相情報も無意味な雑音成分が大部分を占めている。
【００３１】
その後回転体３が回転して、穴５が図２に示す如く送信電極１と受信電極４の間に位置した時は、受信電極４には送信電極１の対接地電圧は伝達するが、送信電極２の対接地電圧は回転体３に遮蔽されて伝達しない。つまり受信信号φＣは図３（ｂ）に示す如く振幅は小さいが送信信号φＡとほぼ同位相の信号となる。
【００３２】
さらに回転体３の回転が進み穴５が図２の矢印の方向に移動して、図１の様に送信電極１と送信電極２の中間に位置した場合は、受信電極４には送信信号φＡと送信信号φＢが合成された信号が伝達するため、図３（ｃ）に示すように、受信信号φＣは、送信信号φＡと送信信号φＢの中間位相の信号となる。
【００３３】
さらに続けて回転体３が回転して穴５が送信電極２と受信電極４の間に位置した時は、送信信号φＢだけが受信電極４に伝達するので、受信信号φＣは図３（ｄ）に示すように送信信号φＢとほぼ同位相の信号となる。
【００３４】
つまり回転体３の穴５が送信電極１、２の近傍から離れている時は受信信号φＣは殆ど振幅の無い状態であり、回転体３が回転を続け送信電極１、２を通過する時は、受信信号φＣは振幅をもった信号を伝達し、受信信号φＣの位相は送信信号φＡの位相から送信信号φＢの位相へ除除に変化していく。この受信信号φＣの位相変化、または振幅変化、さらにその両方を検波する事によって、回転体５の基準位置を検出する事ができる。
【００３５】
図１および図２の構造では、穴５の近接を受信信号φＣの振幅で検出し、一定以上の振幅の場合受信信号φＣの位相検波情報を正当なものとする判断して回転体３の位置検出を行なう事が容易に出来る。受信信号φＣが一定以下の振幅では公知のスケルチ回路を働かせて穴位置検出回路動作を停止する。導電性の回転体３を用いる場合、受信信号φＣに対する送信信号φＡおよびφＢの遮蔽効果は大きいので、上記スケルチ動作を利用し易い。なお、スケルチ回路の具体的構成は後で詳述する。
【００３６】
前述のように受信信号φＣの位相は、送信信号φＡとφＢの間の値をとり、同振幅も回転体３の機械的位置の関数として変化する。これは電場を表現する三角関数の合成公式から簡単に導出される。以降、交流信号φＡとφＢを特に時刻ｔを変数とする角速度ωの時間の周期関数として表現する場合にはφＡ（ωｔ）あるいはφＢ（ωｔ）の如くし、略記する場合にはφＡとφＢの如くして用いる事とする。また、位相の異なる二つの送信信号による基準位置検出について説明したが、周波数の異なる信号による位置検出も可能である。
【００３７】
次に受信信号φＣの、振幅と位相の関係について図４によりさらに説明を続ける。図４（ａ）および図４（ｂ）に、送信信号φＡ、φＢが同一周波数で異なる位相の場合の、受信信号φＣの位相と振幅の関係を示す。図４（ａ）は、受信信号φＣを、Ｃｏｓ（ωｔ）をｘ軸に、Ｓｉｎ（ωｔ）をｙ軸にベクトル表示した図である。
【００３８】
図４（ａ）において、穴５が送信信号φＡを送信する送信電極１の真下に位置した時の受信信号φＣをＰｓ（ａ）、送信信号φＢを送信する送信電極２の真下に位置した時の受信信号φＣをＰｓ（ｂ）、送信電極１と送信電極２の中間位置にある時の受信信号φＣをＰｓ（ｍ）として表している（ｓ＝１、２、３）。
【００３９】
Ｐ１（ａ）→Ｐ１（ｍ）→Ｐ１（ｂ）の径路３１は、送信信号φＡとφＢの位相差がπ／２の場合のベクトル軌跡を示し、同様にＰ２（ａ）→Ｐ２（ｍ）→Ｐ２（ｂ）の径路３２は、送信信号φＡとφＢの位相差が３π／４の場合のベクトル軌跡を示し、Ｐ３（ａ）→Ｐ３（ｍ）→Ｐ３（ｂ）の径路３３は、送信信号φＡとφＢの位相差がπに近接した場合のベクトル軌跡を示し、各径路途中の点をＰｓ（ｘ）であらわす。
【００４０】
各経路上の点Ｐｓ（ｘ）での検出電圧の振幅は、点Ｏ→点Ｐｓ（ｘ）のベクトルの長さが示している。但し受信信号φＣの振幅に関しては、相対値で表現している。また、各経路上の点Ｐｓ（ｘ）での検出電圧の位相は、ｘ軸への投影長さの成分で示している。例えば送信信号φＡとφＢの位相差がπである径路３３では、π／２位相が進み、振幅は円の半径ｒと等しいＰ３（ａ）の状態からスタートし、Ｐ３（ｍ）で位相０、振幅小の状態を通過して、Ｐ３（ｂ）のπ／２位相が遅れ、振幅は円の半径ｒに等しい位置まで移動する。
【００４１】
図４（ｂ）は上述の位相と振幅の関係を、回転体３の回転角度の関数として、それぞれ個別に表した図である。図４（ｂ）において、横軸は回転体３の穴５の移動距離、縦軸は振幅および位相を表している。送信信号φＡとφＢの位相差が、π／２、３π／４、約πの時、振幅の径路はそれぞれ３４、３５，３６、位相の径路はそれぞれ３７、３８、３９の線で示す。
【００４２】
図４（ｂ）に示すように、送信信号φＡとφＢの位相差がπ／２を越えてπまで増加するにつれて振幅変動が大になり変調位相差も大になる。
送信信号φＡとφＢの位相差がπに近づくと、受信信号φＣの振幅は双峰特性を示し、峰と峰の中間の振幅が低下して位相情報検出に支障が生じるので、位相差がπよりある程度小に設定するほうが良い。実際上、受信振幅が大きくなる回転角度位置での受信信号位相情報のみを抽出して用いる工夫が必要である。但し、振幅変動は、振幅が極端に小にならない限り飽和増幅により問題なく補って一定にする事が可能である。
【００４３】
また、位相検出ではなく振幅の変化を位置検出に用いる場合には、送信信号φＡとφＢの位相差をπに近づける事で穴中心位置付近での受信信号φＣの振幅関数の急峻性を利用する事ができる。つまり回転体３の回転が進むにつれ、振幅の大きい位置を検出した後、急激に振幅が減少し、また急激に振幅が増大する変化を検出すれば、基準位置の検出を行うことができる。
【００４４】
複数送信信号の満たすべき要件の一つは、直交関係にある複数の交流ベクトル信号成分を含み、受信電極のベクトル和の振幅が常に０にならない事である。一つの電極にＳｉｎ（ωｔ）を印加する場合、他の電極にはこの信号に直交するＣｏｓ（ωｔ）成分あるいはその高調波成分が含まれている必要がある。従って２つの送信電極を用い、
φＡ＝Ｓｉｎ（ωｔ−α／２）
φＢ＝Ｃｏｓ（ωｔ＋α／２）     ；（ωとαは定数、ｔは時間）
として位相差αを設定する場合には、α＞πとする必要がある。
【００４５】
両信号は必ずしも直交関係になくとも良いが、直交ベクトル成分を含む必要がある。直交成分が周波数を異なるもの、例えば
φＡ＝Ｓｉｎ（ωｔ＋β）
φＢ＝Ｓｉｎ（ｎ×ωｔ＋γ）；（ｎ＝２、３、４・・・；βとγは定数）
とした場合に、送信信号φＡとφＢの検出に両信号を作成する基になった共通の信号を位相基準に用いた同期検波回路を行い、差動増幅回路を用いて両同期検波出力信号の差から位置検出信号を抽出する。
【００４６】
次に、複数の送受信信号の各種の伝達経路構造について、図５を用いて説明する。図５は、位置情報検出信号の伝達径路についての説明図であり、図５（ａ）〜図５（ｄ）まで５種類の実施の形態を示す。
【００４７】
図５（ａ）は、複数の送信電極５１、５２と、単一の受信電極５５からなる構造の説明図である。送信電極５１、５２から位相または周波数の異なる送信信号５３、５４を回転体５００の穴を通過して受信電極５５へ合成して伝達する。つまり同一周波数で異なる位相の信号、あるいは異なる周波数の信号を複数の送信電極５１、５２からそれぞれ送信し、受信電極側では単独の受信電極５５により受信し、該複数伝送経路間の伝送特性の差異を比較し、機械的な回転体５００の位置の関数として差異を抽出する。特に、位相復調の送受システムにより外乱電場雑音の影響を抑圧して正確な輪列位置測定が出来る。これは音質が良好で雑音電波に強いＦＭ（周波数変調＝等価的に位相変調）放送システムに対応している。
【００４８】
図５（ａ）の構造は本発明の位置検出機構の、適合性の高い第一候補である。位相差のある複数交流電場を同時送信して受信電極近傍電場の位相差の変化を検出する構成は、以下に述べるように検出感度と信頼性が高い。送信電極５１、５２からは数ｋＨｚの周波数で数十度〜百数十度の位相オフセットの複数の正弦波信号を電場として送信し、受信電極５５では位相と振幅が回転体で変調された信号を受信し、検波し分析する。
【００４９】
送受信をタイミングをずらせて行い、受信情報を記憶回路に記憶し、後から受信した複数データを比較する手法も可能であるが、回路雑音と演算誤差から、異伝送路の信号差分演算は伝送路空間内で同時に済ませ、同差分を検出する方法の方が優れている。同時送信の場合は伝送路の重なりと受信電極共通化のために干渉電場を発生でき、受信電極５５上では送信信号５３、５４の重ね合わせ干渉の結果、位相と振幅が変調された信号が得られる。この電磁波の干渉による差分は電磁気の重ね合わせの原理で行われるので雑音発生がなく、Ｓ／Ｎ（＝信号対雑音比）劣化問題が生じない優れた方法である。このように、回転体５００を電磁波の鋭敏な位相変調機構として用いる所は本発明の特徴である。
【００５０】
複数送信を互いに異なるタイミングで送信する方式も考えられる。この場合の受信電極５５には単独の正弦波信号が受信されるだけであるが、同一時計システム内部であるので送信元の信号を基準に用いて伝達された受信信号の精密な位相測定を行う事が可能であり、時間軸上の異なるタイミングで受信された異なる送信電極からの信号の位相の精密測定が出来る。しかし、微小信号の位相及び振幅の差分を取る回路的処理を受信回路経由後に行う事になるので、Ｓ／Ｎ（＝信号対雑音比）の点では、伝送路上で重ね合わせの原理を利用して直接差分処理が出来る、同時送信同時受信の構成に対比して劣るものになる。
【００５１】
図５（ｂ）は、複数の送信電極５６、５７と、複数の受信電極６０、６１からなる構造の説明図である。送信電極５６、５７から位相または周波数の異なる信号５８、５９をそれぞれ送信し、回転体５００の穴を通過して受信電極６０、６１へ別々に伝達する。
【００５２】
つまりこれは複数の受信電極５６、５７から、複数伝送経路間の伝送特性の差異を比較し、測定分析する方式である。単一送信電極と単一受信電極の伝送路の測定では、輪列の機械的ながたつきによる誤差がそのまま検出されるために検出誤差が大きく、測定結果の信頼性がかなり低下する。検出は振幅変調でも位相変調でも可能であるが、受信信号の差分作成と比較を、受信電極６０、６１の後の回路処理で行うために、回路の内部雑音の影響を受けやすく、図５（ａ）で前述した、空間からいきなり差分信号を抽出する複数電極同時送信で単一受信電極同時検出する機構に比較すると、位置検出の感度が低下する傾向がある。
【００５３】
図５（ｃ）は、単一の送信電極６２と、複数の受信電極６５、６６からなる構造の説明図である。送信電極６２から複数の信号６３、６４を送信し、回転体５００の穴を通過して受信電極６５、６６へ伝達する。
【００５４】
つまり、単１送信電極６２に対して複数の受信電極６５、６６を備え、該複数受信電極６５、６６に誘起される複数信号の相互比較を行う構成である。受信のタイミング及び比較のタイミングは複数受信電極６５、６６について同時である必要はない。周波数が等しく位相はほぼ等しい信号であるから、雑音除去のために送信信号基準で同期検波してフィルタリングするホモダイン検波手法がとられる。電極数が減らないわりに検出精度が低くなるので利点は少ない。
【００５５】
しかし複数の送信信号６３、６４を作る回路的複雑さは減る。また複数の受信電極６５、６６による複数の輪列部材の位置検出を行う場合には、時分割して、順次送信電極６２と受信電極６５、６６を群に分類して時分割切替を行う構成が実現でき、このような場合には、単１送信電極６２で複数受信電極６５、６６とする構成も日板位置検出など誤差許容範囲の大きい検出部分には充分成り立つ。
【００５６】
図５（ｄ）は、単一の送信電極６９と、単一の受信電極７０からなる構造の説明図である。単一の送信電極６９から周波数の異なる同期関係にある信号６８、６７を送信し、回転体５００の穴を通過して受信電極７０へ伝達する。
【００５７】
つまり、一対の送信及び受信電極を回転体５００近傍に配置し、異なる周波数のキャリア電波を該送信電極６９から送信して受信電極７０で同時あるいは時間的に近接した別時刻に受信し、各周波数に対応する伝送特性データを同一回転体の位置で相互比較して伝送特性の差異の変化を輪列回転位置の関数として採取し、回転体５００の位置を推定する方式が可能である。電極の数が２で済む利点がある。
【００５８】
図５（ｅ）は、送信電極と受信電極を同一電極とした構造の説明図である。送受信電極７１から周波数の異なる信号７２、７３を送信し、その信号は回転体５００の近傍を経由して再び送受信電極７１で受信する。
【００５９】
つまり、送信電極と受信電極を兼用して一つだけ用意し、高出力インピーダンス素子を介して定電圧駆動回路により該電極を複数の異なる周波数の交流電源で駆動し、回転体に近接した送受信兼用電極７１の電極電圧と位相を基の定電圧駆動回路の電圧及び位相と比較する。駆動集積回路の出入力端子と該集積回路内部の定電圧駆動回路とで変化を検出する。あるいは異なる周波数で同時にあるいは時間的に近接して間欠的に複数回測定し、送受信電極の電磁的負荷特性の周波数依存性から回転体５００の機械的位置情報を採集する。
【００６０】
検出感度は低いが、検出のための電極数が一つで良いために小型化の利点がある。高インピーダンス素子は、時計用集積回路内に形成した高抵抗を用い、集積回路外部の湿度や電磁場の影響を押さえる。検出感度低下及び輪列のがたつきの影響は免れないが、掛け時計や置き時計など、体積的に余裕がある場合には十分利用可能である。
【００６１】
上記説明したいくつかの輪列位置検出構造を総括して整理すると、輪列近傍に配置した電極により、複数伝送経路経由で検出される異なる電磁波成分の差異の変化を機械的輪列の回転移動位置の関数として検出して輪列の位置情報を得る。要点は輪列位置を空間的あるいは時間的に異なる伝送路で、複数種の交流電場をキャリヤ信号として送信し、少なくとも一部共通の検出部材で該電場を変調させ、伝送特性の差異を伝送空間中で発現させて空間から直接差異を検出する。実際の時計の機構では、機構の簡素化と体積縮小と厚み圧縮と組立調整コスト低下と部材費用圧縮と駆動検出集積回路コスト圧縮の要請があり、これらの制約下で最適化を図る。このために複雑な構造は許されず、また測定精度及び信頼性の低下も許されない。
【００６２】
続いて、本発明を腕時計の秒針の針位置検出機構に用いた場合の実施の形態について説明する。図６は、秒針の位置検出機構を有する輪列部分の斜視図である。図６において、４６は電気機械変換機構のロータの回転を減速伝達する五番車である。五番車４６は、四番車４７および信号変調部材である検出車４３に同減速比の回転を伝える。四番車４７には秒針４８が固定され、秒情報の表示を行なう。四番車４７と検出車４３は、１回転を６０ステップ、つまり１ステップ６度毎の、同期したステップ運針をおこなう。
【００６３】
検出車４３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。また、検出車４３の歯車部には穴４５を有している。検出車４３は回転方向に対して、穴４５によって電気伝導度あるいは誘電率が他の部分と異なる構造となっている。また、検出車４３の穴４５は、穴形状で無くても、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、切欠け形状でも良いし、歯車の断面方向の凹凸でも良い。検出車４３の歯車の上側には送信電極４１、４２、下側には受信電極４４が対向して非接触に近接配置している。
【００６４】
検出車４３が１ステップづつ回転する度に送信電極４１、４２から位相の異なる正弦波信号を送信する。信号波形は完全な正弦波形状でなくても、近似形状の波形でも良い。例えばある基準信号に対して送信電極４１は４５度位相の進んだ正弦波信号φＡを、送信電極４２は４５度位相の遅れた正弦波信号φＢを送信する。
【００６５】
送受信電極付近に穴４５が無い状態では、電気的に接地された検出車４３によって遮蔽されどちらの信号も伝達しないが、検出車４３が回転して穴４５が送信電極４１の位置にくると、送信電極４１と受信電極４４の間で正弦波信号φＡの電圧変化が静電容量の変化として受信電極４４に伝達される。検出車４３の回転が進み穴４５が送信電極４１と送信電極４２の間にくると、両方の送信信号が合成された信号が受信電極４４に伝達される。さらに回転が進み穴４５が送信電極４２の位置にくると送信電極４２の送信信号φＢだけが伝達される。
【００６６】
このように検出車４３の回転により、受信電極４４で受信される信号φＣは＋４５度から−４５度まで位相が変化するので、位相０度の基準信号に対して受信信号φＣの位相が０度をよぎる時を検出車４３の基準位置として検出する事ができる。よって検出車４３と同期関係にある秒針４８の基準位置を検出する事ができる。
【００６７】
次に本実施の形態を用いた時計の動作制御について説明する。本実施の形態では、時分秒を三針表示する時計とし、秒針を一つのモータで駆動し、以下説明を省略するが分針と時針は別のモータで駆動する構造とする。また付加機能を有した時計に応用した場合は、秒針は秒表示を行なうだけでなく、日月うるう年等のカレンダ情報を切替表示したり、ストップウオッチやタイマ針等に切替使用する事も出来る。
【００６８】
まず、組立時の秒針の取付方法を説明する。最初に図示されていないリューズの首引き操作を行ないリセット状態にする。この時、電気機械変換機から変換機駆動信号が出力され、秒輪列は１秒毎の早送り運針を行なう。秒輪列を駆動させた後、送信電極４１、４２から送信信号φＡ、φＢを運針がおこなわれる度に出力し、受信電極４４で受信信号φＣを受信する。受信した受信信号φＣの位相を検波して、基準信号に対して位相が遅れた状態から進んだ状態に変化した瞬間を検出車４３の基準位置として検出して早送り運針を停止する。検出車４３と四番車４７は同期回転しているので、検出車４３の基準位置を四番車４７の基準位置とする事が出来るので、この状態で四番車４７に秒針４８を正秒の位置に合せて取りつける。
【００６９】
秒針４８を取りつけた後リューズを０段位置に戻すと、変換機駆動信号を毎秒１パルスづつ出力して、秒針４８は１秒毎に運針を開始し現在時刻の秒表示を行なう。時計システム全体を制御するＩＣは変換機駆動信号を出力するとともに電気的計数機構で計数を行ない、電気的時刻を保持する。電気的保持時刻は秒針４８の基準位置を検出した状態から計数を開始して、６０回の計数でリセットを行なう。検出車４３が回転駆動する度に送信電極４１及び送信電極４２から検出信号を送信し、受信電極４４で受信を行なう。もし検出車４３がＩＣの駆動信号によって正確に回転駆動していれば、６０秒すなわち１分毎にもとの位置に戻り、基準位置が検出される。つまり、６０秒毎に秒針４８の基準位置と電気的保持時刻の０位置が一致する。
【００７０】
しかし検出車４３が、衝撃や外部磁場などの影響によって正常に回転駆動しなかったり、外力によって強制的に回転してしまった時は、秒針４８の基準位置と電気的保持時刻にズレが生じる。ズレが検出された場合は、変換機駆動信号および針位置検出信号の出力を続けて行ない、基準位置を検出するまで検出車４３を正転で早送り駆動させて、電気的保持時刻の０位置とのズレを補正する。本実施の形態では秒針４８を駆動する変換機と、図示されていない時分針を駆動する変換機を分けた構造としたので、秒針４８と同時に駆動する検出車４３を正転早送り駆動させても、時分の時刻情報がずれる事は無い。
【００７１】
以上のように、完成時計に衝撃や磁場などの外的要因がかかって一時的に秒針４８の基準位置がずれても、１分毎に針位置の補正がおこなわれ、表示精度の高い時計を実現する事ができる。また、指針位置がずれても１分毎に補正されるのであれば、衝撃によるずれが懸念される大型の表示針を用いる事も可能となる。
【００７２】
前述した実施の形態では、金属部材からなる検出車４３に穴４５を設ける構造としたが、図７に示すようなプラスチチック製の歯車と金属板からなる構造を用いる事も可能である。図７において検出車４９はプラスチック材により射出成形されており、導電性を有しない。検出車４９の歯車上面に金属性の検出板５０が配置され、検出車４９の軸に圧入固定されている。検出車４９が回転して検出板５０が送受信電極の近傍にきた時、送受信電極との間の静電容量に変化が生じるため、位置情報の検出を行なう事ができる。この構造は検出車４９をプラスチック化する事により、製造コストの低減を図る事ができる。
【００７３】
また、より簡素化した構造としてプラスチック製の検出車の歯車面の一部に金属メッキを施すか、逆に歯車面の一部以外の全面に金属メッキを施して、検出車の回転によって送受信信号に変調を起こす構造も可能である。プラスチック材によるコスト低減に加え、薄型化の効果が期待できる。
【００７４】
次に本実施の形態の、時計システム全体のブロック構造を図８を用いて説明する。
図８において、光発電素子２２と２次電池２３を含む光充電電源を備えている。時計の時間の最小単位時間を作成するために、水晶振動子を含む水晶発振器からなる時間基準信号発生機構１１を備え、この時間基準信号を分周して時計の時刻保持の最小刻み時間である計時時間単位信号を分周回路１２で作成する。２１は時計システム全体の動作を制御するシステム制御機構である。分周回路１２で作成した計時単位時間信号は、システム制御機構２１の制御により、電気機械変換機構１５の備えるパルスモータを駆動するためのモータ駆動回路１４に入力し、これと並行して、計時時間信号を計数して電気的時刻を保持する電気的計数回路１３にも入力する。該電気機械変換機構１５のパルスモータに連結した輪列機構１６によって機械的時刻情報は保持される。輪列機構１６に保持された機械的時刻情報は、機械的表示機構１７の指針により表示する。
【００７５】
システム制御機構２１の制御によって送信回路機構２０３で位相の異なる正弦波信号を作成し、輪列機構１６の近傍に配置した送信電極１８、１９から出力する。送信信号１８、１９は輪列機構１６により特定の変調を与えられた後、合成されて受信電極２０に伝達され受信回路機構２００で受信信号を検出する。検出された受信信号は、検波回路機構２０２において、送信回路機構２０３で作成された基準信号と位相比較を行ない、その結果から輪列機構１６の保持する機械的時刻情報を検出する。システム制御機構２１は、検波回路機構２０２から得た機械的時刻情報と、電気的計数回路１３に保持された電気的時刻情報により、時刻同期あるいは誤動作補正あるいは時刻設定の制御を行なう。尚、図示していないが、システム制御機構２１には外部から時刻情報を入力する外部操作機構からの制御情報も入力され、輪列機構１６を直接機械的に操作して機械的な時刻設定も行う事が出来る。
【００７６】
続いて送信回路機構２０３、受信回路機構２００、検波回路機構２０２の具体的構成を順番に説明していく。
図９は、送信信号を作成する送信回路機構２０３のシステム構成の例を示す。７１は水晶振動子であり、７２は時計の保持時刻の刻みを作成するための正確な周波数の水晶発振回路である。発振周波数は２の１５乗の周波数である。７９は電気時計構成のための集積回路である。７３は集積回路７９内に含まれる１／４分周回路であり、本実施の形態では２の１３乗の周波数のパルス信号ＰａとＰｂを出力する。両信号はπ／２だけ位相が異なる。７４と７６は２の１３乗の周波数の信号のみを増幅する帯域通過型増幅回路である。回路構成は抵抗とコンデンサからなる通過帯域阻止フィルタ回路を反転増幅回路７５、７７と組合せ、さらに抵抗式分圧回路で分圧減衰させてあり、このために、特定周波数以外の信号は減衰し、特性周波数のみが増幅される。この特定周波数増幅回路と組み合わせる事により、デジタル回路で作成されたパルス信号ＰａとＰｂから安定した振幅と位相差の定まった正弦波信号φＡとφＢが作成される。
【００７７】
次に図１０は本発明の機構で用いられる、輪列による変調機構の等価回路と検出用の前置増幅回路からなる受信回路機構の例である。送信電極４１と４２から異なる送信信号φＡ、φＢが送信される。送信信号φＡ、φＢは検出車４３を通過する伝送路８６により位相及び振幅が変調され、受信電極４４に受信信号φＣが受信される。受信電極４４の誘起信号φＣの電圧は、伝送路８６のコンデンサからなる容量ブリッジによる電位配分から対接地電位と位相が与えられる。受信信号φＣはその後増幅回路８７により増幅される。位相検波する場合、増幅器は位相情報だけがあれば良いので飽和増幅されてパルス信号Ｐｃとなる。
【００７８】
図１１は各回路機構における信号波形を示す。各波形の相対的位相関係も維持されて表示されている。φ１５は図９における水晶発振回路７２の水晶振動子７１の端子の対接地電圧波形である。Ｐ１５は水晶振動子の正弦波信号を整形して得られる２の１５乗Hzすなわち３２７６８Ｈｚのパルス信号であり、本発明の電気時計の論理回路を動かす位相の刻みを定めるクロック信号としても用いられている。Ｐ１５を基に図９に示されるパルス信号ＰａとＰｂが作成され、帯域通過増幅回路を介して位相がπ／２づつ異なる２の１３乗Ｈｚすなわち８１９２Ｈｚの正弦波信号φＡ、φＢが作成される。なお周波数自体は任意選択出来る。通常の時計では量産効果を上げるために業界の共通仕様として２のべき乗の周波数の水晶振動子が用いられている。
【００７９】
正弦波信号φＡ、φＢは、検出車４３の回転位置によって変調され、受信電極４４には送信信号φＡとφＢの間の位相をとる受信信号φＣ（ｘ）（ｘ＝１、２、・・・）が伝達する。受信信号φＣは、検出車４３が図６の矢印の方向に回転して、穴４５が送信電極４１付近にある時は、送信信号φＡに位相が近い受信信号φＣ（１）、穴４５が送信電極４３付近にきた時は、送信信号φＢに位相が近い受信信号φＣ（２）のような波形となり、位相が変化する。また、検出車４３の穴４５が送受信電極付近にない時は送信信号φＡ、φＢは検出車４３に遮蔽されて受信電極４４には伝達されず、受信信号φＣ（３）は、ノイズ成分だけしか含まない振幅のほとんど無い波形となる。
【００８０】
この時の受信信号φＣ（３）は位置検出に必要な位相成分が無いノイズ信号のため、後で詳述するスケルチ回路でカットする。位相情報を含む受信信号φＣ（ｘ）は電極間の静電容量の変化によって伝達されるため、微小振幅の信号であるが、位相情報は保持されている。受信信号φＣ（ｘ）は図１０に示す増幅回路８７で飽和増幅され、矩形の検出信号Ｐｃ（ｘ）（ｘ＝１、２、・・・）となる。
【００８１】
次に、受信信号の検波方式について説明を進める。
図１２は受信信号の位相検波を行なう検波回路機構を示す回路図であり、図１３は検波結果の出力である検波結果信号の波形図である。図１２に示す検波回路機構は、位相検波の基準となる位相基準信号に対して、検出車４３によって変調された受信信号の位相が進んでいるか、あるいは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構造である。
【００８２】
図１２において、データ入力フリップフロップ２１６のクロックに、基準信号として図１１に示す信号Ｐａと信号Ｐｂの丁度中間位相であるパルス信号Ｐａｂを入力する。基準信号Ｐａｂは、送信信号作成の基とする信号から論理回路とクロック信号により容易に正確な位相オフセットで作成される。一方、受信信号φｃ（ｘ）を飽和増幅して整形した検出信号Ｐｃ（ｘ）をフリップフロップ２１６のデータ信号として入力する。フリップフロップ２１６はクロック信号Ｐａｂの立ち上りをトリガとして、検波結果信号Ｓｅｎｓ−Ｏｕｔを出力する。
【００８３】
検出信号Ｐｃ（ｘ）が図１１に示す信号Ｐｃ（１）の如く、位相が基準信号Ｐａｂより進んでいる時は、検波結果信号Ｓｅｎｓ−Ｏｕｔ＝”１”のＨレベルを出力し、検出車４３の回転が進んで受信信号Ｐｃ（ｘ）が変調され、受信信号Ｐｃ（２）の如く位相が基準信号Ｐａｂより遅れた時は、検波結果信号Ｓｅｎｓ−Ｏｕｔ＝”０”のＬレベルへ切り替わる。そして検波結果信号Ｓｅｎｓ−ＯｕｔがＨレベルからＬレベルへ切り替わるタイミングを検出車４３の基準位置として検出する事ができる。
【００８４】
続いて上述した構造とは別の位相検波方式について説明する。
検出信号Ｐｃ（１）、Ｐｃ（２）と基準信号Ｐａｂから、図１１に示すような充電指示信号Ｐｃｒｇと放電指示信号Ｐｄｃｒｇを、パルス発生手段である論理回路で作成する。受信信号Ｐｃ（１）の位相はＰａｂよりも進んでおり、受信信号Ｐｃ（２）の位相はＰａｂよりも遅れているので、
0004215438.tif 000002
となる。
【００８５】
送信信号周波数は２の１３乗Ｈｚすなわち約８ｋＨｚであり、Ｐｃｒｇ＝”１”のＨレベルでは小容量の蓄積コンデンサを抵抗を介して＋側に充電し、Ｐｄｃｒｇ＝”１”のＨレベルではコンデンサを−側に抵抗を介して放電する。該コンデンサの充放電時定数を８ｋＨｚの周期よりも１桁以上大にし、送信信号に対する受信信号の位相情報を上記コンデンサの電圧として得る。
【００８６】
Ｐｃの位相がＰａｂよりも進んでいれば、信号Ｐｃｒｇ＝”１”が得られ、そのパルス幅は位相差に比例して大になり、コンデンサの電圧は＋側に飽和する。逆に遅れている場合は遅れ位相に比例したパルス幅の信号Ｐｄｃｒｇ＝”１”が得られ、上記コンデンサの電荷は−側に放電して上記コンデンサの電圧は０になる。このようにして、検出信号の位相変化をコンデンサの電圧変化に変換して読み取り、基準位置の検出をおこなう。
【００８７】
図１５に前述の蓄電コンデンサを用いた位相検波機構の、具体的な回路例を示す。
図１５においてゲート９１は電荷蓄積用のコンデンサ９２を抵抗９３を通じて＋側に充電する。充電条件を行うスイッチ素子９４をＯＮにする条件は、
｛検出出力：Ｐｃ＝Ｈ｝      ＆
｛位相基準信号：Ｐａｂ＝Ｌ｝＆
｛非スケルチ：／Ｓｃｌ−ｏｕｔ＝Ｈ｝
＝Ｈ
で、ゲート９１の論理レベルがＬになり、ＰチャネルＦＥＴ９４（電界効果トランジスタ）がＯＮとなり、抵抗９３を介してコンデンサ９２が充電される。上記論理積の内容を説明すると、非スケルチ：／Ｓｃｌ−ｏｕｔ＝Ｈにより穴位置が検出電極近傍に存在している事を示し、位相基準信号：Ｐａｂ（ωｔ）＝Ｌ、かつ検出出力：Ｐｃ＝Ｈにより、位相基準信号よりも検出出力の位相が進んだ状態である事を示す。つまり図６において送信電極４１に穴４５が近い事を意味する。
【００８８】
同様に、コンデンサ９２の放電条件は、放電スイッチ素子がＮチャネルトランジスタ９６であり、放電すべき条件で該Ｎチャネルトランジスタ９６のゲート電位をＨレベルにする。ゲート９５出力がＨレベルになる条件は、
｛検出出力：Ｐｃ＝Ｌ｝      ＆
｛位相基準信号：Ｐａｂ＝Ｈ｝＆
｛非スケルチ：／Ｓｃｌ−ｏｕｔ＝Ｈ｝
＝Ｈ
である。ＦＥＴスイッチ９６がＯＮになると、抵抗９７を通じて放電が行われる。この時の条件は、穴位置が検出電極近傍に存在し、かつ位相基準信号よりも検出出力の位相が遅れた状態である事を示す。つまり図６において検出車４３の回転が続き、送信電極４２に穴４５が近い事を意味する。
【００８９】
ゲート９１、９６は検出信号Ｐｃの振幅がある一定レベルである事を検出すると共に、位相基準信号Ｐａｂに対して受信信号Ｐｃの位相の遅れ進みを検出して出力する、遅れ進み検出手段である。またＦＥＴスイッチ９４、９６は、遅れ進み検出手段であるゲート９１、９６の出力によって充放電を切り替える、充放電切り替え手段である。
【００９０】
また実際の構成では、抵抗９３とスイッチ素子９４を兼用させ、スイッチ素子９４であるＦＥＴのＯＮ抵抗を適正値に設計して用い、わざわざ抵抗９３を付加する事はない。同様に抵抗９７の機能はスイッチ素子９６である放電用ＦＥＴのＯＮ抵抗に含ませた設計を行う。電荷蓄積コンデンサ９２の対接地電位Ｖｃｒｇと、電源電圧を抵抗９８と９９で分圧した基準電圧Vｒｅｆとを電圧検出手段である比較器１０１で比較し、Ｖｃｒｇ≧Ｖｒｅｆの条件の時、シュミット回路１００を介して論理出力として、検波結果信号Ｓｅｎｃ＿ｏｕｔのＨレベルを出力する。
【００９１】
図１４には電荷蓄積コンデンサ９２の対接地電圧Ｖｃｒｇの回転角度に対する関数形を示す。検出車４３の回転が進み穴４５が送信電極４２に近接した時、電荷蓄積コンデンサは充電され、対接地電圧Ｖｃｒｇはは比較基準電圧１１１に対し”Ｌ”の状態から”Ｈ”の状態に変化し、その後送信電極４１と送信電極４２の中間を通過すると電荷蓄積コンデンサ９２は放電され、再び”Ｌ”の状態まで変化する。
【００９２】
時計の輪列は機械寸法の全てに誤差が含まれているので、歯車の軸の上下方向にも回転方向にも動作のクリアランスが存在するので、パルスモータ駆動のバックラッシュの影響や時計の向きに応じて、検出電圧Ｖｃｒｇの電圧は大幅に変化し、位相も少し変化する。例として１１２は時計上向き時の対接地電圧を示し、１１３は時計下向き時の対接地電圧を示す。
【００９３】
位相検出情報は、検出電圧Ｖｃｒｇが小の状態では雑音の影響を受けて誤り信号が発生する。つまり、コンデンサ９２が充電され、比較基準電圧１１１に対しＬからＨに移るタイミングはズレを生じる危険性が大きい。しかし、検出電圧Vｃｒｇが大の状態では確度が高い。従って、検出電圧Ｖｃｒｇが大の状態である穴中心近傍で検出電圧ＶｃｒｇがＨからＬに至る範囲では雑音の影響を受け難く正確な位置情報が得られる。よってＶｃｒｇが”Ｈ”の状態から”Ｌ”に変化する点１１４は時計の姿勢差等によっての変化を受けにくいので、このタイミングを基準位置として読み取る事が有効である。
【００９４】
ＦＭ放送では、遠方の放送局の微弱電波になって位相雑音が目立ってくると、受信機の検波回路が過大な雑音を発生し、障害となる。これを防ぐために、フル装備のＦＭ受信機では受信信号の受信信号レベルに閾値を設け、閾値以下の受信信号に対しては検波出力を抑圧するスケルチ回路を用意している。本発明は時計内部の近距離の電極間の信号の送受であるが、同様なスケルチ回路導入により、検出電極が検出用パタン穴の周辺及び同穴以外の場所に対して雑音抑圧する効果が得られる。
【００９５】
スケルチ回路を受信信号の振幅の大きさで識別して作成する他に、確実に補足された穴位置検出信号のタイミングを基準として次に穴位置が検出される時刻を予測し、それまでの期間の入力信号をマスクするタイムゲートによるスケルチも有効である。
【００９６】
本発明の構成において、位相測定結果の情報は被測定輪列歯車の穴位置を示し、通常、輪列を駆動するパルスモータが駆動した後に毎回一度だけ輪列の回転位置を確実に測定できれば良い。常時連続的に測定している必要性はない。本発明の手法で検出する最も簡素化した方式での検出情報は１ビットの情報であり、輪列歯車の穴位置の回転角度が特定時刻に特定角度を越えているか否かである。従って、輪列歯車の角度を確定するには、計数リセットした上で電気的計数回路と輪列駆動のパルスモータを、歯車１周分の数だけ並列駆動し、該電気計数回路計数値をアドレスとして位置検出データを記憶する。その後、番地に対するデータのパタンから結果としての穴位置を決定出来る。
【００９７】
上記測定内容を整理すると、検出用のパタン穴が検出電極近傍に存在しない状態から間欠的に位置測定を行う。輪列回転の角度測定の手順を示すと、検出用のパタン穴が検出電極に到達するまでの待機状態情報の検出、検出用のパタン穴の到達から検出用のパタン穴の中心までの間の検出データのＬレベルの検出、さらに検出用のパタン穴の中心で検出データがＬレベルからＨレベルとなる変化の検出、その後の歯車の移動に対するＨレベルの維持の確認、検出用のパタン穴が過ぎてから元の回転位置までの待機状態情報の確認検出という順序で測定を行う。
【００９８】
穴中心位置の測定を行うためには、穴位置近傍に検出電極がある事の測定と、穴近傍位置における角度位置の精密な測定が必要であり、測定データの全体像から判断するには検出信号の振幅成分から測定データが雑音少なく、位相検波情報が意味を持つ”非待機状態”である事を判定するか、位相検波回路が出力論理値を変えたあとの一定待機時間帯を電気時計による待機時間帯として記憶しておく回路が必要である。この振幅検出信号あるいは電気計時系の時間帯信号から非スケルチ信号｛／Ｓｃｌ−ｏｕｔ｝ゲート信号を作成する。
【００９９】
図１６（ａ）は前記非スケルチ信号｛／Ｓｃｌ−ｏｕｔ｝を作成する為の雑音抑圧用の振幅検出回路の一実施例を示す。微小の受信信号φＣを受けて、定増幅率の増幅回路１３２で増幅する。この増幅回路１３２には負帰還を掛けて増幅率を周囲温度や電源電圧に無関係にＫ倍となるように抵抗分圧による１／Ｋの分圧負帰還を掛けている。
【０１００】
振幅比較の基準とする閾値は、ＦＥＴ１３３の閾値とキャリア移動度で定まるほぼＦＥＴ１３３の閾値より少し高い値であり、閾値の温度特性と移動度の温度特性が補償し合うように設定する。抵抗１３４でＦＥＴ１３３の充電動作の電流レベルを定め、抵抗１３５で放電電流レベルを定める。交流入力の受信信号φＣの波高値のＫ倍がＦＥＴ１３３の閾値を越えるとコンデンサ１３６の充電が始まり、放電抵抗１３５を充分大にしておくと、コンデンサ１３６にはＦＥＴ１３３の閾値を越える波高値に応じて電荷がサンプリング的に充電され、放電時定数程度の時間保持される。
【０１０１】
このコンデンサ１３６に蓄積された電荷によるコンデンサ１３６の電圧Ｖｃｒｇと、電源電圧を抵抗１３７と１３８で分圧した電圧Ｖｓｃｌとが比較回路１３９で比較され、その結果の論理値がラッチ回路１４０に送信信号の周期で記憶される。このようにして交流の検出信号の波高値成分の分別と非スケルチ信号（／Ｓｃｌ−ｏｕｔ）の作成が実現出来る。ＦＥＴ１３３のソース側電源電位を、＋直流電源電圧の代わりに基準信号Ｐａｂのパルス自体あるいはＰａｂの高調波を除去した正弦波電圧を分圧した電圧を印加する事で、周期変動閾値とする事も出来る。高調波除去は、入力分圧回路と選択増幅回路を組み合わせた図９の帯域通過型増幅回路７４と同様の回路で実現出来る。
【０１０２】
図１６（ａ）の構成を機能ブロックで表すと図１６（ｂ）の如くなる。図１６（ｂ）において、受信信号φＣは定増幅率の増幅回路１４２により一定の倍率で増幅され、検波回路１４３により振幅成分が抽出され、比較回路１４４により基準電圧発生機構１４７で作成された比較基準電圧と比較して設定振幅以上である事を検出してラッチ記憶し、位相検波出力が意味を持つ事を非スケルチ出力の論理信号出力として同期ラッチ回路１４５でラッチし、非スケルチ信号（／Ｓｃｌ−ｏｕｔ）を出力する。
【０１０３】
図１７（ａ）は前記非スケルチ信号｛／Ｓｃｌ−ｏｕｔ｝を作成する為の振幅検出回路の別の実施例である。微小の受信信号φＣを受けて、定増幅率の増幅回路１６９で増幅する。振幅閾値比較値として基準信号Ｐａｂを抵抗１５１と１５２で分圧した電位を変動閾値として与えている。やや複雑な回路になるが、Ｐａｂから高調波成分を除去した信号に置き換える方式も合理的な閾値になる。変動閾値と入力信号の定数倍の信号電圧を比較増幅回路１５３で増幅し、ダイオード１５４で整流し、コンデンサ１５５と抵抗１６８で定まる放電時定数を持つ回路で一時的に結果を保持し、ラッチ回路１５６で論理値として記憶し、信号Ｐｂをクロックとして非スケルチ出力（／Ｓｃｌ−ｏｕｔ）を出力する。
【０１０４】
図１７（ａ）の構成を機能ブロックで表すと図１７（ｂ）の如くなる。図１７（ｂ）において、受信信号φＣをＫ倍の定倍率増幅率の増幅回路１６１で増幅したＫ・φＣと基準電圧発生機構１６４で作成された比較基準電圧Ｖｒｅｆとは、比較増幅回路１６２に入力されて飽和増幅され、検波回路１６３で検波し、同期ラッチ回路１６５で一時記憶し、非スケルチ出力（／Ｓｃｌ−ｏｕｔ）として出力する。
【０１０５】
以上説明した実施例の位置検出方式は、まず受信信号φＣの振幅を検出して穴が送受信電極に近い事を検出し、続いて受信信号φＣの位相情報によって正確な位置検出を行なう構成としたが、位相の検出または振幅の検出のいづれか一方だけでも位置検出を行なうことは可能である。その場合、雑音等による位置検出の信頼性では劣るが、回路構成を簡略化する事ができる。
【０１０６】
本発明の構成の要点の一つは、複数の伝送路を用いて差動演算により機械機構のクリアランスの影響を抑圧している点である。
図１８（ａ）は上記視点で、送信信号φＡ、φＢを個々の単独伝送路で伝達した時の受信信号φＣの成分を取り出した送信信号φＡ、φＢに対応するφＣ成分の振幅電圧の組を、｛Ｐ１，Ｑ１｝と｛Ｐ２，Ｑ２｝の如く回転角を横軸とし振幅０の軸に対して上下にあらわしている。歯車の軸方向のクリアランスに起因するがたつきは、例えば腕時計の姿勢差に依存して受信信号の振幅の組は｛Ｐ１，Ｑ１｝と｛Ｐ２，Ｑ２｝の如く差異が出る。従ってこのような単独伝送路で検出電圧を一定のスライスレベルで切り分ける場合、Ｐ１とＰ２の検出角度（＝スライスレベルと検出レベルの一致する回転角）は、腕時計の姿勢差で相違した値を示す事になる。
【０１０７】
図１８（ａ）のグラフの差分を計算したグラフが図１８（ｂ）である。図中のＤ１＝Ｐ１−Ｑ１であり、Ｄ２＝Ｐ２−Ｑ２である。Ｄ１もＤ２も、差分出力信号が符号を切り換える０クロス点の回転角の角度は等しくなり、差分検出法により輪列のがたつきの影響が軽減される事が判かる。
【０１０８】
雑音を抑制して位置検出の信頼性を向上させる別の構成を、以下に説明する。受信信号φＣを、雑音を抑制せずに飽和増幅した信号は、内部雑音まで飽和レベルまで増幅してしまうのでスパイク状の雑音信号を発生する。  しかし、例えば測定を続けて３回行ない、これら３信号の多数決論理の出力をとれば、スパイク状雑音が除去されたものになる。輪列歯車の測定は時計のモ−タの間欠駆動の後で行えば良いから、実際の位置検出は上記信号を間欠サンプリング検出する事になる。
【０１０９】
さらに雑音除去の別の構成を説明する。受信信号φＣを、雑音を含んだまま増幅した検出信号はスパイク状のノイズを含んだパルス信号となる。このパルス状の検出信号を公知の近似積分回路で構成される低域周波数フィルタを通してスパイク雑音成分を除去してＰ０(θ)とし、更にラッチ回路を用いて論理的に一定の短時間△ｔだけ遅延したＰ△(θ)を作る。
【０１１０】
Ｐ０(θ)とＰ△(θ)の反転信号の論理積をＰｄｅｔとすると、
Ｐｄｅｔ＝Ｐ０(θ)・｛／Ｐ△(θ)｝
は、細幅のスパイク雑音を除去した本信号のがＬレベルからＨベルに変化する立ち上がりに一致したパルス幅△ｔのパルスとなり、これは穴中心位置の角度を与えるものになる。低域フィルタ回路でスパイク雑音が充分除去出来る場合は、穴位置検出の回路が大幅に簡素化出来る。窓関数作成とスケルチ信号による雑音抑圧を省略出来る。
【０１１１】
図１９は、輪列歯車位置測定のタイミングを説明する図である。時計のパルスモータ駆動の瞬間においては、低消費電力の時計システムの中では平均消費電力の１００万倍もの飛び抜けた大きな瞬時電力消費をするため、モータ駆動の間及び駆動直後では、電源の化学電池の電圧の変動が生じる。また、駆動の瞬間には大きな電磁雑音を発生する。従って、本発明の如き微弱電界検出による位置検出の動作は、モータ駆動位相から充分に離し、時間的ゆとりを持たせて実施する必要がある。
【０１１２】
また、微弱電界測定のために増幅回路の内部雑音による妨害を考慮すると、位置測定そのものも、複数回実施して、結果を多数決論理回路で処理し、最も確からしい値を推定して用いる必要が生じる。図１９に示す測定は、モータ駆動の後、一定時間後に奇数回の位置測定を行う場合のタイミングチャートの例を示している。雑音発生範囲を避けたタイミングで奇数回測定した検出結果の多数決によって、検出位置を決定する
【０１１３】
前述までの実施の形態においては、駆動輪列によって時刻情報の位置検出を行なう構造について説明したが、それ以外の実施の形態として、カレンダの表示位置情報の検出にも応用できる。図２０は日表示を行なう日板３０１の位置検出構造を説明する略平面図である。図２０において日板３０１の表面には１〜３１までの日表示印刷がされ、文字板の窓穴３０２から１つの日表示を行なう。
【０１１４】
図２０においては１日を表示している。日板３０１は図示していないが電気機械変換機のモータの回転駆動が伝達されて、１日に１表示分回転駆動する。日板３０１の３と４の印刷位置の上面側に送信電極３０３、３０４を、下面側に受信電極３０５を対向配置している。また、日板３０１はプラスチック材で成形され、その下面側には金属膜が塗布され時計ムーブに接地しているが、４の印刷位置の下面部分には円形３０６の非印刷部を有している。
【０１１５】
図２０の状態では送信電極３０４からの信号だけが受信電極３０５に伝達し、送信電極３０３の信号は日板３０１に遮蔽されて伝達しない。日板３０１が一日分回転して、窓穴３０２に２が表示される時は、円形３０６は送信電極３０３の位置に移動して、送信電極３０３からの信号だけが受信電極３０５に伝達する。受信電極３０５に伝達された信号の変化を読み取り、日板３０１の基準位置を検出する事ができる。図示のように日板３０１の位置検出を窓穴３０２と異なる日付位置で行なえば、日表示に影響を与える事なく検出を行なう事ができる。
【０１１６】
腕時計の日板や月板や年板の位置確認が出来ると、月末日付修正を要しない万年暦組込の腕時計が簡単な機構で実現する。検出タイミングは夜中近傍に限定して良い。検出の角度許容誤差も大である。従って、送受信電極が２個ないし１個の振幅検出やインピーダンス検出が利用できる。電波修正腕時計の初期設定では、受信情報に基づいて電気時刻系を瞬時に書き換え、次に機械的時刻を電気時刻に同期させる事が必要になる。
【０１１７】
年月日時分の修正を秒の早送りで行うと多大の時間が掛かるが、秒と時分と年月日の３ブロックに分けて並列的に修正を行うとすれば画期的に速く初期記憶設定が実現出来る。このような大幅な時刻シフトは電源電池接続直後の様に発生頻度が数年に１回程度と低いため、時分秒を高速駆動しながら輪列送受信電極検出を連続動作させ、歯車に刻み込んだコード穴を光学的に時系列コードとして読み取る簡便手法でも良い。
【０１１８】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて説明した如く、腕時計の機械位置情報を、非接触、低電流、低電圧、省スペース、低コストで実現でき、更には経時劣化の心配のない高信頼性を有して実現できた。その結果、高信頼保持時刻の腕時計・短時間時刻修正機能付電波修正腕時計・月末自動修正機能付腕時計の実現や、大型指針の使用のために、今まで必要とされながらも実現出来なかった電場検出式薄型輪列位置検出機構が、本発明による輪列通過複数伝送路を用いた差分検出法により、実現可能となった。
【０１１９】
従来考えられたような単一電場の直接検出の手法では、電場の空間的強度変化を検出する原理を利用となるので、電場の空間依存の強度変化は滑らかであり、輪列の特定点の鋭敏な検出は不可能である。また輪列のクリアランスに起因する電場強度の時計姿勢差依存性が大のために位置検出には使用出来なかった。これらの隘路を、本発明の複数伝送路差分検出方式では解決している。特に位相の差分を利用する事により、位相検波回路と組み合わせて特定点通過で検出信号の振幅あるいは極性が０を横切るように出来、空間位置の鋭敏検出の設計が可能となった。また、差分検出により時計の姿勢差の影響を軽減出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の信号変調構造の概略を示す略平面図である。
【図２】本発明の信号変調構造の概略を示す図１の略断面図である。
【図３】本発明の信号の変調経過を示す波形図である。
【図４】本発明の検出信号の振幅と位相特性を示す説明図である。
【図５】本発明の各種の信号伝達経路を示す説明図である。
【図６】本発明を時計に応用した実施形態の斜視図である。
【図７】本発明を時計に応用した時の、検出車の別の実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明を時計に応用した実施形態の時計システム全体のブロック図である。
【図９】本発明を時計に応用した実施形態の、送信回路の回路図である。
【図１０】本発明を時計に応用した実施形態の、変調機構の等価回路と受信回路の回路図である。
【図１１】本発明を時計に応用した実施形態の、各部の信号波形を示す波形図である。
【図１２】本発明を時計に応用した実施形態の、受信信号の位相検波を行なう回路図である。
【図１３】本発明を時計に応用した実施形態の、検波結果の出力である検出信号の波形図である。
【図１４】本発明を時計に応用した実施形態の、別の検波機構に用いる電荷蓄積コンデンサの対接地電圧の出力図である。
【図１５】本発明を時計に応用した実施形態の、別の検波機構の回路図である。
【図１６】本発明を時計に応用した実施形態の、雑音制御回路の回路図およびブロック図である。
【図１７】本発明を時計に応用した実施形態の、別の雑音制御回路の回路図およびブロック図である。
【図１８】本発明の複数伝送路の各単独伝送路検出出力と差分出力特性を示す図である。
【図１９】本発明の時計のモータ駆動と輪列位置検出のタイミング関係を示す図である
【図２０】本発明をカレンダ表示時計に応用した実施の形態の、日板部分を示す平面図である。
【符号の説明】
１  送信電極
２  送信電極
３  回転体
４  受信電極
５  穴
４１  送信電極
４２  送信電極
４３  検出車
４４  受信電極
４５  穴
４７  四番車
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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