世界初アナログ式 GPS ソーラーウオッチ

「セイコーアストロン」^24）25）

セイコーエプソンは 1969 年世界初クオーツ腕時計

「アストロン」を開発し、機械式の 100 倍の精度を得 た。腕時計の高精度化は、世界の限られたエリアでは あるが、電波修正時計の出現により更に進んだ。2012 年に世界初アナログ式 GPS ソーラーウオッチがセイ コーより発売され、限られたエリアではなく、世界で 初めて地球上のあらゆる場所で、いつでもすばやく ユーザーの位置情報を特定して、その位置の正確な現 在時刻を得ることが可能となった。（図 8.30 参照）

図 8.30　GPS ソーラーウオッチ＜セイコーアストロン＞

（出典：セイコーウオッチ）

GPS を使った測位システムとの融合で、世界全 39 のタイムゾーンのどこに居るのかを判断して、その場 所の正確な時刻を表示する方式である。独自開発の GPS モジュールが、4 基以上の GPS 衛星からの電波 によって緯度 ･ 経度 ･ 高度情報を特定し、ユーザーの 現在地を特定する。この方式は約 2 万 km 上空からの 微弱な衛星信号を受信する必要があり、標準電波を受 信する電波修正時計の約 1000 倍の電力を必要とする。

GPS モジュールはいずれのメーカーも時計用の低消 費電力化の要望にはとても対応できなかったため、結 果的には、セイコーエプソンの開発部門において開発 されることになった。

また、一般的な GPS 機器に使用されるパッチアン テナは、ウオッチの金属外装と干渉して十分な感度を 得られないという大きな課題であった。本項では、そ の大きな課題に対する解決技術について述べる。

（1）低消費電力について

低消費電力化については、効率的な受信システムの 構築、デバイスの低消費電力化の 2 点より進めた。

①効率的な受信システム

本ウオッチでは、ユーザーがタイムゾーンの修正を 必要とする場合と、時刻だけの修正でよい場合に分け て受信モードを選択するシステムを採用している。

・ユーザーがタイムゾーンを跨ぐ移動をした場合、

ユーザーのボタン操作で通常の GPS 機器と同様に、

4 基以上の衛星の軌道情報を取得し測位演算する。

ユーザーのいる位置と正確な時刻を算出し、それに 応じたタイムゾーンを内部メモリから読み出し、そ の場所に適したローカルタイムに修正する。（受信 環境の良い場所で、最短 30 秒程度の時間が必要で ある。）

・タイムゾーンを跨ぐ移動がない日常生活では、ユー ザーが特定な操作をしなくても、ウオッチが受信可 能な環境か判断して、受信可能であれば自動で時刻 だけを受信する。（時刻情報だけの取得なので、最 短で 6 秒程度の短時間である。）

このように、ユーザーの生活にあった受信モードを 選択することにより、受信時間を大幅に短縮しエネル ギー収支に貢献している。

②デバイスの低消費電力化

デ バ イ ス の 消 費 電 力 に お い て は、 特 に GPS モ ジュールと電源制御 IC の消費電力が大きい。

・GPS モジュールは、デジタル処理を徹底的に見直 し、時刻取得に特化した専用の制御方式を取り入 れ、大幅な低消費電力化を実現した。当時の低消費 電力の GPS モジュールに対して約 1/5 の消費電力 となっている。

・電源制御 IC は、GPS ソーラーウオッチ用に開発し た小型リチウム二次電池に合わせた充放電制御方 法、電圧制御方法を開発し、ニ次電池の安全性の確 保とともに制御の効率化を図り、従来の電源制御 IC の 1/10 の低消費電力化を実現した。

（2）受信感度向上と高品位外装の実現

GPS ソーラーウオッチのアンテナ部の構造は、図 8.31 に示すように、文字板の上に文字板を囲むような リング形状でアンテナを配置している。アンテナは誘

電率の高いリング状の基材に無電解めっきでアンテナ パターンを形成し、外周のフックでムーブメントに固 定する構造である。

図 8.31　リングアンテナ部^25）

この構造による利点は以下の通りである。

・通常 GPS 機器に用いられるパッチアンテナの場合、

金属外装の干渉を抑えるため外装から離し外装が大 きくなる。また、パッチアンテナを文字板上に配置 できないため、ムーブメント内部に入れ込む必要が あり、ステップモーターや電子部品からの発生ノイ ズによって受信感度が劣化する課題がある。このリ ングアンテナ構造により、課題が解決できムーブメ ントのレイアウトも自由にできるようになる。

・ソーラーパネルも受信に影響を与えるため、アンテ ナを文字板より下に配置する場合は、アンテナの上 に位置するソーラーパネルにアンテナ部の切り欠き が必要になるが、リングアンテナによってソーラー パネルを文字板全体に配置でき、発電量の確保に貢 献する。

GPS ソーラーウオッチ＜セイコーアストロン＞の受 信性能であるが、図 8.32 に示すように空が十分見え る場所（Open Sky）でのフィールド試験結果は、時 刻取得は最短で 6 秒、平均 10 秒程度の受信時間でほ

図 8.32　Open Sky の例^25）

ぼ 100％の取得結果であった。タイムゾーン取得は最 短で 30 秒でほぼ 100％の結果となった。

一 方、 図 8.33 に 示 す よ う な ビ ル 街（Urban  Canyon）における受信でも、時刻取得は平均 9 秒程 度の受信時間でほぼ 100％、タイムゾーン取得は約 80％と高い受信性能を確保している。

図 8.33　Urban Canyon の例^25）

参考・引用文献

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20） 八宗岡正：「シチズン電波時計の歩み」マイクロ メ カ ト ロ ニ ク ス Vol.59 No.212　pp.46-49　2015 年 6 月

21） カシオ計算機株式会社：NEWS RELEASE「世 界初　GPS 機能を内蔵したアウトドアウオッチ」

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22） シチズン時計株式会社：社内報　Hours「サテラ イト」Vol.20　2012 年 1 月 6 日

23）  シ チ ズ ン 時 計 株 式 会 社 HP.（http://citizen.jp/

news/2011/20110615.html）：製品と技術

24） セイコーウオッチ株式会社：広報資料　2012 年 3 月

25） 本田克行，柳澤利昭：「GPS ソーラーウオッチ の開発」マイクロメカトロニクス Vol.58,No.210　 pp.1-6　2014 年 6 月