JP4839975B2

JP4839975B2 - 方位及び傾斜角検出装置、方位及び傾斜角検出方法、プログラム及び携帯端末装置

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Publication number: JP4839975B2
Application number: JP2006169104A
Authority: JP
Inventors: 秀樹佐藤
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-06-19
Also published as: JP2007040982A

Description

この発明は、地磁気成分や重力成分を検出することにより、対象とする装置の中心線の対地座標系での方位及び傾斜角を検出する技術に関し、特に検出精度を向上させる技術に関する。

近年、携帯電話機等の携帯端末では高機能化が進み、方位を測定するために地磁気を検出する磁気センサや装置本体の傾斜を検出する加速度センサを備えたものが開発されている。この種の装置では、装置本体の傾斜による補正を加えることにより方位の検出精度を高めるといった処理が可能となる利点がある。

従来のこの種の技術には、たとえば特許文献１，２に記載される技術がある。これらの技術はいずれも、地磁気センサと加速度センサを両方使用し、両センサの協調動作により検出精度を向上させるものである。
特開平１０−１８５６０８号公報特開２００３−１７２６３３号公報

携帯電話機等の携帯端末にこの種の検出装置を搭載した場合、携帯端末の動きにより生じる加速度成分を加速度センサがピックアップしてしまい、検出する携帯端末の傾斜に誤差を生じ、これに伴って方位の補正量に誤差が生じて検出精度の劣化を招く問題があった。かかる問題は、特許文献１，２に記載される技術をもっても解消されないものであった。

この発明は、このような事情に鑑み、地磁気成分や重力成分を検出することにより、対象とする装置の中心線の対地座標系での方位成分を検出するにあたって、重力成分に含まれる誤差の影響を低減して検出精度を向上した技術を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために請求項１記載の発明は、装置固定の座標系での地磁気成分を検出する方位センサと、同じく装置固定の座標系での重力成分を検出する加速度センサを備えた対地座標系での装置の方位及び傾斜角の検出値を生成する方位及び傾斜角検出装置であって、前記地磁気成分及び前記重力成分を用いて前記傾斜角を演算して参考情報とする第１の演算手段と、水平面と地磁気方向とがなす角である地磁気伏角を取得する地磁気伏角取得手段と、前記装置固定の座標系および対地座標系での地磁気成分の関係から前記地磁気伏角をもって規定される前記方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより前記方位と傾斜角の演算結果を求め、該演算結果を前記検出値とする第２の演算手段と、前記演算結果が複数通りある場合に、前記参考情報である前記傾斜角に近いほうの傾斜角をもつ演算結果を選択して前記検出値とする選択手段と、を備えることを特徴とする方位及び傾斜角検出装置を提供する。

また請求項２記載の発明は、請求項１記載の方位及び傾斜角検出装置において、前記第１の演算手段は、前記装置のねじれ角も演算し、前記ねじれ角が所定範囲以内である場合は、前記参考情報を前記検出値とすることを特徴とする方位及び傾斜角検出装置を提供する。

また請求項３記載の発明は、請求項１記載の方位及び傾斜角検出装置において、前記地磁気伏角取得手段は、前記重力成分を用いて前記地磁気成分の座標変換を行うことにより前記地磁気伏角に相当する値を算出する地磁気伏角演算手段と、該地磁気伏角に相当する値を蓄積して平均値をとって前記地磁気伏角に設定する平均化手段と、を有することを特徴とする方位及び傾斜角検出装置を提供する。

また請求項４記載の発明は、請求項１記載の方位及び傾斜角検出装置において、前記地磁気伏角取得手段は、現在の緯度経度のうち少なくとも緯度を現在の位置情報として取得する位置情報取得手段と、該現在の位置情報から地磁気伏角を生成する地磁気伏角生成手段と、を有することを特徴とする方位及び傾斜角検出装置を提供する。

また請求項５記載の発明は、装置固定の座標系での地磁気成分を検出すると共に、同じく装置固定の座標系での重力成分を検出し、対地座標系での装置の方位及び傾斜角の検出値を生成する装置における方位及び傾斜角検出方法であって、前記装置の第１の演算手段が、前記地磁気成分及び前記重力成分を用いて前記傾斜角を演算して参考情報とし、前記装置の地磁気伏角取得手段が、水平面と地磁気方向とがなす角である地磁気伏角を取得し、前記装置の第２の演算手段が、前記装置固定の座標系および対地座標系での地磁気成分の関係から前記地磁気伏角をもって規定される前記方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより前記方位と傾斜角の演算結果を求め、該演算結果を前記検出値とし、前記装置の選択手段が、前記演算結果が複数通りある場合に、前記参考情報である前記傾斜角に近いほうの傾斜角をもつ演算結果を選択して前記検出値とすることを特徴とする方位及び傾斜角検出方法を提供する。

また請求項６記載の発明は、装置固定の座標系での地磁気成分を検出する方位センサと、同じく装置固定の座標系での重力成分を検出する加速度センサを備えた対地座標系での装置の方位及び傾斜角の検出値を生成する方位及び傾斜角検出装置のコンピュータに、前記地磁気成分及び前記重力成分を用いて前記傾斜角を演算して参考情報とするステップと、水平面と地磁気方向とがなす角である地磁気伏角を取得するステップと、前記装置固定の座標系および対地座標系での地磁気成分の関係から前記地磁気伏角をもって規定される前記方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより前記方位と傾斜角の演算結果を求め、該演算結果を前記検出値とするステップと、前記演算結果が複数通りある場合に、前記参考情報である前記傾斜角に近いほうの傾斜角をもつ演算結果を選択して前記検出値とするステップと、を実行させるプログラムを提供する。

また請求項７記載の発明は、装置固定の座標系での地磁気成分を検出する方位センサと、同じく装置固定の座標系での重力成分を検出する加速度センサを備えた対地座標系での装置の方位及び傾斜角の検出値を生成する手段を有する携帯端末装置であって、前記地磁気成分及び前記重力成分を用いて前記傾斜角を演算して参考情報とする第１の演算手段と、水平面と地磁気方向とがなす角である地磁気伏角を取得する地磁気伏角取得手段と、前記装置固定の座標系および対地座標系での地磁気成分の関係から前記地磁気伏角をもって規定される前記方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより前記方位と傾斜角の演算結果を求め、該演算結果を前記検出値とする第２の演算手段と、前記演算結果が複数通りある場合に、前記参考情報である前記傾斜角に近いほうの傾斜角をもつ演算結果を選択して前記検出値とする選択手段と、を備えることを特徴とする携帯端末装置を提供する。

この発明によれば、地磁気成分により規定される方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより方位及び傾斜角を算出するので、重力成分の誤差の影響を受けない検出値を得ることができ、検出精度が向上する利点がある。しかも地磁気成分および重力成分から方位成分を演算して参考情報としておき、この参考情報を用いて複数の解のうちから１つを選択することにより、上記の連立方程式が複数の解をもつ場合がある問題を解消している。このような利点からこの発明は、可搬型の方位及び傾斜角検出装置、特に携帯電話機等の携帯端末に内蔵される方位及び傾斜角検出装置に適用して極めて効果的である。

また地磁気伏角取得手段は、たとえば重力成分を用いて地磁気成分を座標変換することにより地磁気伏角に相当する値を算出し、この値を蓄積して平均値をとることにより加速度センサの誤差成分を平均除去して地磁気伏角として使用する形態をとれば、現地点における地磁気伏角の実測値を用いた信頼性の高い演算が可能となる利点がある。

また地磁気伏角取得手段は、たとえば現在の緯度経度のうち少なくとも緯度を現在の位置情報として取得し、この現在の位置情報から地磁気伏角を生成する形態をとれば、重力成分の誤差の影響を全く受けない値として地磁気伏角を取得でき、検出精度を向上できる利点がある。

以下、図面を用いてこの発明の実施形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る携帯電話機の概略を示すブロック図である。

同図に示すように携帯電話機１は、端末ユニット１−１，１−２の２つの筐体を備えた、折り畳み式の携帯端末である。アンテナ２０１は図示しない無線基地局との間の電波信号の送受信を行うためのアンテナである。ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）部２０２は、アンテナ２０１が受信する受信信号を中間周波数の受信信号に変換して変復調部２０３へ出力するものである。さらにこのＲＦ部２０２は、変復調部２０３から入力する送信信号を送信周波数の信号に変調し、アンテナ２０１へ出力して送信も行うものである。

変復調部２０３は、ＲＦ部２０２から入力した受信信号の復調処理と、ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ：符号分割多元接続）部２０４から入力した送信信号の変調処理とを行うものである。ＣＤＭＡ部２０４は、送信信号の符号化処理、および受信信号の復号化処理を行うものである。音声処理部２０５は、マイクロホン３０１から入力される音声信号をデジタル信号に変換してＣＤＭＡ部２０４へ出力し、また、ＣＤＭＡ部２０４からデジタルの音声信号を入力してアナログの音声信号に変換し、スピーカ３０２へ出力して発音させるものである。

アンテナ４０１は、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）衛星からの電波信号を受信するためのアンテナである。ＧＰＳ受信部４０２は、ＧＰＳ衛星から受信した電波信号を復調し、電波信号に基づいて携帯端末１の緯度・経度（３次元モードの場合はさらに高度等）で表される位置を算出するものである。

加速度センサ部５１０は、端末ユニット１−１の加速度を検出するものであり、１つのパッケージに組み込まれ１チップ化されている。ここで図２は、携帯電話機１の端末ユニット１−１，１−２を開いた状態にしたときの正面図であり、Ｙ軸は、端末ユニット１−１の、端末ユニット１−１から端末ユニット１−２へ向かう方向の側面に平行な軸である。一方、Ｘ軸は、端末ユニット１−１の表面上の軸であり、かつ上記Ｙ軸と直交する軸である。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面に対して垂直で且つ、同図の裏側から表側に向かう方向に設定する。図１に戻って説明を続けると、この加速度センサ部５１０による検出加速度は、たとえば端末ユニット１−１の動きや傾斜を検出するために用いられる。

磁気センサ部５２０は、磁気センサ５２１−１〜５２１−３、温度センサ５２２および磁気センサ制御部５２３とを備えたものであり、１つのパッケージに組み込まれ１チップ化されている。磁気センサ５２１−１〜５２１−３は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の各々の軸方向の磁気（磁界）を検出し、磁界データとして出力するものである。ここでは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は加速度センサと同一となるように調整されているものとする。温度センサ５２２は、磁気センサ５２１−１〜５２１−３の温度補償を行うために周囲の温度を検出するものである。磁気センサ制御部５２３は、各磁気センサ５２１−１〜５２１−３，温度センサ５２２および加速度センサ部５１０の検出出力に対して所定のデータ処理を行い出力するものである。

主制御部６０１は、携帯端末１の主制御を司るものであり、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を用いて構成されている。ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）６０２およびＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）６０３は、ＣＰＵのメインメモリを構成するメモリである。ＲＯＭ６０２は、ＣＰＵで実行するプログラムや各種データを保持している。ＲＡＭ６０３は、ＣＰＵが動作中にデータ記憶等に使用するためのワーク領域等を提供する。

報知手段３０３は、スピーカ・バイブレータ・発光ダイオード等を備え、着信やメール受信等を音・振動・光等によってユーザに報知するものである。時計部３０４は、主制御部６０１が使用する計時機能部である。主操作部３０５は、ユーザの指示入力を取り込んで主制御部６０１に与えるものである。

電子撮像部３０６は、被写体の像をデジタル信号に変換して主制御部６０１へ出力するものである。表示部３０７は、主制御部から入力する表示用の信号に基づいて画像や文字等を表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。タッチパネル３０８は、表示部３０７の液晶ディスプレイの表面に組み込まれ、ユーザの接触操作による入力内容を表す信号を主制御部６０１へ出力するものである。副操作部３０９は、表示切り替えに用いられるプッシュスイッチである。

以上の構成において、主制御部６０１はＲＯＭ６０２から読み出された上位プログラムをＣＰＵにより起動して、この上位プログラムから各種アプリケーションプログラムを選択して実行していくが、実行するアプリケーションプログラムが方位または傾斜データを必要とする場合、このアプリケーションプログラムの実行に伴って測定トリガが立ち上がる。この測定トリガを受けて主制御部６０１は、方位及び傾斜角の検出処理を立ち上げて対地座標系での方位成分である方位角α，仰角βを取得する。

図３は、この方位及び傾斜角の検出処理において実現される機能の概略を示すブロック図である。同図に示すように、測定トリガ手段７０１は測定指示を発生するものである。測定データ取り込み手段７０２は、加速度センサ部５１０や磁気センサ部５２０から測定データｇ，ｈを取り込むものである。第１の方位および傾斜角の演算手段７０３は、後述する第１の演算を実行し、測定データｇ，ｈから方位角αや仰角β、ねじれ角γ、地磁気伏角θを算出するものである。方位角αや仰角β等については後で詳細に説明する。なお、第１の演算で求めた方位角αや仰角βは参考値α０，β０として扱われ、地磁気伏角θは誤差を含む粗い値θ０として扱われる。平均化手段７０４は、地磁気伏角θ０を蓄積し、蓄積した地磁気伏角θ０の平均値をとって誤差を平均除去して地磁気伏角θとするものである。

第２の方位及び傾斜角の演算手段７０５は、後述する第２の演算を実行し、測定データｈと地磁気伏角θとから方位角αや仰角βを算出するものである。もしも方位角αや仰角βの値として複数の解が存在する場合、それぞれの解を候補値（α１，β１）（α２，β２）として出力する。選択手段７０６は、第１の方位及び傾斜角の演算手段７０３で得られた（α０，β０）を参考値とし、候補値（α１，β１）（α２，β２）の中からいずれかを選択し、検出値（α，β）として出力するものである。

図４は、第１および第２の演算で用いるデータおよびその座標系を示す線図である。同図において、ｘ，ｙ，ｚ軸は携帯電話機上に設定される直交座標軸（図２参照）である。ｘ０，ｙ０，ｚ０軸は、水平面上にｘ０，ｙ０軸が位置し、ｙ０軸が磁北方位Ｎを向く直交座標軸である。ｚ０軸は水平面に対して鉛直上方に伸びる軸である。以下では、ｘ０、ｙ０、ｚ０軸で表される座標系を対地座標系と呼ぶ。ベクトルＶは携帯電話機の中心線の向きを示すベクトルであり、ｙ軸と平行となる。ベクトルＶ０は、ベクトルＶをｚ０軸上方からｘ０ｙ０平面（水平面）に対して投影したものであり、ｘ０ｙ０平面上のベクトルである。方位角αは、ｙ０軸とベクトルＶ０とがなす角に相当する。仰角βは、ベクトルＶ０とベクトルＶとがなす角に相当する。ベクトルＶは、方位角αと仰角βにより方向が決定される。ねじれ角γは、ｘ，ｙ平面のｙ軸回りのねじれの角度であり、ｙｚ０平面とｙｚ平面との交角に相当する。ベクトルＨは地磁気の方向を示すベクトルであり、磁極Ｎ０に向いている。地磁気伏角θは、水平面と地磁気の方向がなす角であり、ｙ０軸（磁北方位Ｎ）とベクトルＨ（磁北Ｎ０）とがなす角に相当する。

図５は、方位及び傾斜角の検出処理の概略を示すフローチャートである。図１，５を用いて説明すると主制御部６０１は、加速度センサ部５１０から検出重力ｇを取り込むと共に、磁気センサ部５２０から検出地磁気ｈを取り込む（Ｓ１０１）。ここで検出重力ｇは、数１に示すように上述した携帯電話機１上の座標（ｘ，ｙ，ｚ軸座標）系での重力成分（ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ）として取得される。ここでｇｘ，ｇｙ，ｇｚは、加速度センサ５１０−１〜３の検出出力に相当する。

主制御部６０１は、取り込んだ検出重力ｇ、検出地磁気ｈを用いてまず第１の演算を実行する（Ｓ１０２）。この第１の演算においては、まず第１の角度演算を実行して検出重力ｇから仰角β、ねじれ角γを演算し、さらに第２の角度演算を実行して検出地磁気ｈ、仰角β、ねじれ角γから方位角αを演算する。

ここで第１の角度演算について説明するにあたって、検出重力ｇと対地座標系での重力Ｇとの関係を説明する。対地座標系での重力Ｇは、（Ｇｘ０，Ｇｙ０，Ｇｚ０）として捉えることができ、Ｇｘ０＝０，Ｇｙ０＝０であるから、数２に示すようになる。なおＧｘ０，Ｇｙ０，Ｇｚ０は、上述したｘ０，ｙ０，ｚ０軸上の重力成分である。

このとき両者の関係は、数３に示すようになる。

ただし、Ｂは仰角βだけ回転変換するための変換式であり、数４に示す行列式となる。

また、Ｃはねじれ角γだけ回転変換するための変換式であり、数５に示す行列式となる。

数４，５より、仰角βおよびねじれ角γだけ回転変換する合成変換式ＢＣは、数６に示す行列式となり、

この数６と数２を、数３に代入して整理すると、数７に示すようになる。

数７を整理すると、数８に示すように、仰角βと重力成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚとの関係式が定まると共に、

数９に示すように、ねじれ角γと重力成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚとの関係式が定まる。

第１の角度演算では、数８，９の関係式を用いて重力成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚから仰角βとねじれ角γを演算する。

次に第２の角度演算について説明する。ここで検出地磁気ｈは、数１０に示すように携帯電話機１上の座標（ｘ，ｙ，ｚ軸座標）系での地磁気成分ｈｘ，ｈｙ，ｈｚとして取得される。なおｈｘ，ｈｙ，ｈｚは、磁気センサ５２１−１〜３の検出出力に相当する。

対地座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０軸座標）系での地磁気Ｈは、（Ｈｘ０，Ｈｙ０，Ｈｚ０）として捉えることができ、Ｈｘ０＝０であるから、数１１に示すようになる。なおＨｘ０，Ｈｙ０，Ｈｚ０はｘ０，ｙ０，ｚ０軸上の地磁気成分である。

このとき両者の関係は、数１２に示すようになる。

ただし、Ａは方位角αだけ回転変換するための変換式であり、数１３に示す行列式となる。

数１２を変形すると数１４が得られる。この式は（ｈｘ１，ｈｙ１，ｈｚ１）の恒等式となっている。ここでｈｘ１，ｈｙ１，ｈｚ１は、ｘ０，ｙ０，ｚ０軸をｚ０軸回りに方位角αだけ回転変換した座標軸ｘ１，ｙ１，ｚ１軸（図示せず）による座標での地磁気成分である。

数１４を整理すると数１５の式が得られ、

数１５から、数１６に示すように、方位角αと地磁気成分ｈｘ１，ｈｙ１との関係式が得られる。

また同様にして、地磁気伏角θと地磁気成分ｈｘ１，ｈｙ１，ｈｚ１との関係式は、数１７に示すようになる。

第２の角度演算では、数１４と数１６の関係式を用いて、地磁気成分ｈｘ，ｈｙ，ｈｚから方位角αを演算する。

このようにして主制御部６０１は、第１，第２の角度演算を実行することにより、方位角αと仰角βが求まる。ただし、ここで求めた方位角αと仰角βは、検出重力ｇに基づいて算出された値であって、携帯電話機１の動きによる誤差の影響を受けた精度の低い値であるから、主制御部６０１は、求めた方位角αと仰角βを参考値（α０，β０）として登録してステップＳ１０２を終了する。なお、ここで、演算されたねじれ角γが−１０度から＋１０度の範囲内であれば、（α０、β０）を最終的な検出値としてステップＳ１０２以降を省略してもよい。

次に主制御部６０１は、第２の演算を実行する（Ｓ１０３）。この第２の演算では、ステップ１０１で取り込んだ検出地磁気ｈと、別途取得した地磁気伏角θとから、方位角αと仰角βとを演算する。

ここで第２の演算について説明するにあたって、地磁気Ｈの水平、及び垂直成分を地磁気強度Ｈｇと地磁気伏角θを用いて表すと、数１８に示すようになる。

ここで、地磁気Ｈと検出地磁気ｈとの関係は数１９に示すようになる。

ただし、ＡＢはｘ，ｙ，ｚ軸座標系とｘ０，ｙ０，ｚ０軸座標系との変換のための合成変換式であり、数４，１３から数２０に示す行列式になる。

数１８，１９から、数２１に示す式が導かれる。

すなわち、地磁気伏角θと地磁気成分ｈｘ，ｈｙ，ｈｚとが与えられるとき、数２０，２１から方位角αと仰角βの連立方程式が得られる。

主制御部６０１は、第２の演算において、地磁気伏角θと地磁気成分ｈｘ，ｈｙ，ｈｚとから方位角αと仰角βとの連立方程式を取得し、この連立方程式を解くことにより方位角αと仰角βとを算出する。ただし、この連立方程式の解は、必ずしも１つではなく、複数の解が得られることもある。

そこで主制御部６０１は、複数の解が得られた場合、その複数の解をそれぞれ候補値（α１，β１）（α２，β２）として登録してステップＳ１０３を終了する。そして第２の演算の結果、求めた解が１つである場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、その解を検出値α，βとして登録して終了する。もしも求めた解が複数である場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、主制御部６０１は比較選択処理を実行する（Ｓ１０５）。

この比較選択処理では、前述の参考値（α０，β０）と候補値（α１，β１）（α２，β２）とを比較し、参考値の仰角β０に近いほうの仰角を持つ候補値を選択して検出値（α，β）として登録する。このようにして得られた検出値α，βは、地磁気伏角θと地磁気成分ｈｘ，ｈｙ，ｈｚとに基づいて得られた値であるから、携帯電話機１の動きによる誤差の影響を含まず、精度の高い値が得られる。

次に、地磁気伏角θの取得処理について説明する。
図６は、地磁気伏角θの取得処理の一例を示すフローチャートである。図１，６を用いて説明すると、主制御部６０１は、任意に設定されたトリガをもって地磁気伏角θの取得処理を立ち上げる。この処理では、主制御部６０１は、前述の方位及び傾斜角の検出処理と同様に、まず加速度センサ部５１０から検出重力ｇを取り込むと共に、磁気センサ部５２０から検出地磁気ｈを取り込む（Ｓ２０１）。そして数８，９の関係式と数１４，１７の関係式とを用いて、重力成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚと地磁気成分ｈｘ，ｈｙ，ｈｚとから地磁気伏角θを求める（Ｓ２０２）。主制御部６０１は、求めた地磁気伏角θを、加速度センサ部５１０の誤差を含む粗い値θ０として登録蓄積する（Ｓ２０３）。

この後、主制御部６０１は、蓄積データが所定量貯まる等のトリガをもって平均値演算処理を選択する（Ｓ２０４）。この平均値演算処理では、蓄積した地磁気伏角θ０の平均値をとって、携帯電話機１の動きに起因する加速度センサ部５１０の誤差を平均除去する（Ｓ２０５）。このとき、たとえば現在の平均値θから一定の偏差範囲にある値θ０のみを弁別し、弁別した値θ０のみを平均値演算の対象データとして用いるといった形態をとることもできる。この形態によれば、加速度センサ部５１０の誤差が顕著なθ０を排除することにより、より精度の高い地磁気伏角θを取得できる利点がある。

ここで、地磁気伏角θの蓄積方法について一例を示す。ステップＳ２０３にてθ０を蓄積する際に、主制御部６０１は時計部３０４から現在日時を示す日時データを取得し、その日時データをθ０と共にテーブルに書き込む。図７が地磁気伏角θ０と日時データとを蓄積した地磁気伏角テーブルの一例を示す図である。主制御部６０１は、地磁気伏角テーブルに所定個数ｎのデータが蓄積されると、再度時計部３０４から現在日時を示す日時データを取得する。

続いて、主制御部６０１は所得した現在日時を示す日時データと、地磁気伏角テーブルにθ０と共に蓄積された日時データとを比較し、現在日時から所定時間以上離れたデータが地磁気伏角テーブルに蓄積されていないかを判定する。現在日時から所定時間以上離れたデータが蓄積されていない場合には、主制御部６０１はステップＳ２０４の処理に進み、θ０の平均値演算処理を行う。

一方、現在日時から所定時間以上離れたデータが蓄積されている場合には、主制御部６０１はそのデータに対応するθ０を地磁気伏角テーブルから削除し、再度ステップＳ２０１に戻ってデータの取り込みを続ける。なお、ステップＳ２０４の処理に進んだ場合においても、主制御部６０１は地磁気伏角テーブルのデータをクリアしない。これにより、過去に取得した地磁気伏角のデータを有効に利用することが可能となり、さらに上述した日時データを用いた判定処理を行うことで現在日時から所定時間以内のデータのみを利用することが可能となり、地磁気伏角の検出精度を向上させることができる。

地磁気伏角θの蓄積方法に関する別の形態として、主制御部６０１がＧＰＳ受信部４０２から現在の位置情報（緯度・経度）を取得し、θ０と共に地磁気伏角テーブルに蓄積してもよい。この場合、日時データを用いた判定処理で述べたのと同様の方法で現在の位置情報と地磁気伏角テーブルに蓄積された位置情報とを比較し、現在の位置から所定距離以上離れているデータを削除もしくは使用しないようにしてもよい。図８に日時データと共に位置情報を蓄積した場合の地磁気伏角テーブルの一例を示す。

次に、地磁気伏角θの取得処理の他の例について、図１を用いて説明する。
主制御部６０１は、たとえば方位及び傾斜角の検出処理におけるステップＳ１０３（図５参照）の開始時に、地磁気伏角θの取得処理を実行する。この取得処理において、主制御部６０１は、まずＧＰＳ受信部４０２から現在の位置情報φ，λを取得する。ただしφは緯度、λは経度である。そして数２２を用いて、位置情報φ，λから地磁気伏角θを演算する。

なお、この式は２０００年度の式であり、ΔφはΔφ＝φ−３７°Ｎ、ΔλはΔλ＝λ−１３８°Ｅである。

この数２２は、地磁気伏角の分布を緯度・経度の２次式で近似した式である。数２２の各項の係数は、磁極の移動に伴って変化するため、１年毎等、定期的に更新する（例えば、サーバから各係数のデータを携帯端末にダウンロードする）などして正確さを維持すれば良い。また、地磁気伏角θの取得に対して要求される精度によっては、数２２の第２項まで、すなわち地磁気伏角θを緯度φで１次近似した式を用いる形態をとることも可能である。

また数２２に基づいて、位置情報φ，λを地磁気伏角θに変換する変換テーブルを予め作成してＲＯＭ６０２に格納しておき、この変換テーブルに位置情報φ，λを入力して地磁気伏角θを取得する形態をとることも可能である。この例によれば、加速度センサ部５１０からの検出重力ｇを用いずに地磁気伏角θを取得できるから、加速度センサ部５１０の誤差を含まない精度の高い演算が可能となる利点がある。また簡素な演算のみで地磁気伏角θを取得できる利点がある。

以上、この発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。たとえば携帯電話機等、通信機能を有する装置にこの発明を適用する場合、通信先の中継局やサーバ等に位置情報φ，λあるいは地磁気伏角θを通知する機能を設置しておき、携帯電話機からの要求に応じ、要求された情報を中継局側から携帯電話機に送信するといった形態をとることもできる。この形態は、特にＰＨＳ（登録商標：ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙｐｈｏｎｅＳｙｓｔｅｍ）等の狭域無線通信システムにおいて高精度の地磁気伏角θを端末が取得できる点で好適である。

また、主制御部６０１は、ＣＰＵを用いた制御部として説明したが、具体的にはＢＢＰ（ＢａｓｅＢａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、あるいはＢＢＰをメインに通話信号の変復調処理等を行うＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）をサブとして組み合わせて構築する形態等をとることができる。

ＢＢＰやＤＳＰに組み込むプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて頒布されることができ、機能の一部を実現する形態で頒布されるものであっても良い。たとえばＯＳ（オペレーション・システム）が提供する基本機能を利用したアプリケーションソフトの形式で頒布されるものであっても良い。さらにコンピュータシステムにすでに記録されている既存システムのプログラムとの組み合わせで所定の機能を実現できるもの、いわゆる差分プログラムで頒布される形態をとることも可能である。

また上記のコンピュータ読み取り可能な記録媒体には、可搬型の磁気ディスクや光磁気ディスク等の記憶媒体等以外にも、ハードディスク等の記憶装置その他不揮発性の記憶装置を含む。さらにインターネットその他のネットワーク等、任意の伝送媒体を介して他のコンピュータシステムから提供される形態でも良い。この場合、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、ネットワーク上のホストやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、伝送媒体において一定時間プログラムを保持しているものも含む。

またＢＢＰやＤＳＰによるコプロセッサ方式により制御部を構築する形態に言及したが、少なくともその一部のプロセッサをＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｌｌｅｙ）等のハードウエア回路により構築する形態も可能である。ＦＰＧＡに組み込む回路プログラム情報の頒布については、上記のプログラムの頒布と同様に各種の形態をとることも可能である。

この発明の一実施形態に係る携帯電話機の概略を示すブロック図である。端末携帯電話機の端末ユニットを開いた状態にしたときの正面図である。この方位及び傾斜角の検出処理において実現される機能の概略を示すブロック図である。第１および第２の演算で用いるデータおよびその座標系を示す線図である。方位及び傾斜角の検出処理の概略を示すフローチャートである。地磁気伏角θの取得処理の一例を示すフローチャートである。地磁気伏角θ０が蓄積される地磁気伏角テーブルの一例を示す図である。地磁気伏角θ０が蓄積される地磁気伏角テーブルの別の一例を示す図である。

符号の説明

１…携帯電話機１−１，１−２…端末ユニット２０１…アンテナ２０２…ＲＦ部２０３…変復調部２０４…ＣＤＭＡ部２０５…音声処理部３０１…マイクロホン３０２…スピーカ３０３…報知手段３０４…時計部３０５…主操作部３０６…電子撮像部３０７…表示部３０８…タッチパネル３０９…副操作部４０１…アンテナ４０２…ＧＰＳ受信部５１０…加速度センサ部５２０…磁気センサ部５２１−１〜５２１−３…磁気センサ５２２…温度センサ５２３…磁気センサ制御部６０１…主制御部６０２…ＲＯＭ６０３…ＲＡＭ７０１…測定トリガ手段７０２…測定データ取り込み手段７０３…第１の演算手段７０４…平均化手段７０５…第２の演算手段７０６…選択手段

Claims

装置固定の座標系での地磁気成分を検出する方位センサと、同じく装置固定の座標系での重力成分を検出する加速度センサを備えた対地座標系での装置の方位及び傾斜角の検出値を生成する方位及び傾斜角検出装置であって、
前記地磁気成分及び前記重力成分を用いて前記傾斜角を演算して参考情報とする第１の演算手段と、
水平面と地磁気方向とがなす角である地磁気伏角を取得する地磁気伏角取得手段と、
前記装置固定の座標系および対地座標系での地磁気成分の関係から前記地磁気伏角をもって規定される前記方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより前記方位と傾斜角の演算結果を求め、該演算結果を前記検出値とする第２の演算手段と、
前記演算結果が複数通りある場合に、前記参考情報である前記傾斜角に近いほうの傾斜角をもつ演算結果を選択して前記検出値とする選択手段と、
を備えることを特徴とする方位及び傾斜角検出装置。
前記第１の演算手段は、前記装置のねじれ角も演算し、前記ねじれ角が所定範囲以内である場合は、前記参考情報を前記検出値とすることを特徴とする請求項１記載の方位及び傾斜角検出装置。
前記地磁気伏角取得手段は、
前記重力成分を用いて前記地磁気成分の座標変換を行うことにより前記地磁気伏角に相当する値を算出する地磁気伏角演算手段と、
該地磁気伏角に相当する値を蓄積して平均値をとって前記地磁気伏角に設定する平均化手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の方位及び傾斜角検出装置。
前記地磁気伏角取得手段は、
現在の緯度経度のうち少なくとも緯度を現在の位置情報として取得する位置情報取得手段と、
該現在の位置情報から地磁気伏角を生成する地磁気伏角生成手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の方位及び傾斜角検出装置。
装置固定の座標系での地磁気成分を検出すると共に、同じく装置固定の座標系での重力成分を検出し、対地座標系での装置の方位及び傾斜角の検出値を生成する装置における方位及び傾斜角検出方法であって、
前記装置の第１の演算手段が、前記地磁気成分及び前記重力成分を用いて前記傾斜角を演算して参考情報とし、
前記装置の地磁気伏角取得手段が、水平面と地磁気方向とがなす角である地磁気伏角を取得し、
前記装置の第２の演算手段が、前記装置固定の座標系および対地座標系での地磁気成分の関係から前記地磁気伏角をもって規定される前記方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより前記方位と傾斜角の演算結果を求め、該演算結果を前記検出値とし、
前記装置の選択手段が、前記演算結果が複数通りある場合に、前記参考情報である前記傾斜角に近いほうの傾斜角をもつ演算結果を選択して前記検出値とする
ことを特徴とする方位及び傾斜角検出方法。
装置固定の座標系での地磁気成分を検出する方位センサと、同じく装置固定の座標系での重力成分を検出する加速度センサを備えた対地座標系での装置の方位及び傾斜角の検出値を生成する方位及び傾斜角検出装置のコンピュータに、
前記地磁気成分及び前記重力成分を用いて前記傾斜角を演算して参考情報とするステップと、
水平面と地磁気方向とがなす角である地磁気伏角を取得するステップと、
前記装置固定の座標系および対地座標系での地磁気成分の関係から前記地磁気伏角をもって規定される前記方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより前記方位と傾斜角の演算結果を求め、該演算結果を前記検出値とするステップと、
前記演算結果が複数通りある場合に、前記参考情報である前記傾斜角に近いほうの傾斜角をもつ演算結果を選択して前記検出値とするステップと、
を実行させるプログラム。
装置固定の座標系での地磁気成分を検出する方位センサと、同じく装置固定の座標系での重力成分を検出する加速度センサを備えた対地座標系での装置の方位及び傾斜角の検出値を生成する手段を有する携帯端末装置であって、
前記地磁気成分及び前記重力成分を用いて前記傾斜角を演算して参考情報とする第１の演算手段と、
水平面と地磁気方向とがなす角である地磁気伏角を取得する地磁気伏角取得手段と、
前記装置固定の座標系および対地座標系での地磁気成分の関係から前記地磁気伏角をもって規定される前記方位及び傾斜角の連立方程式を解くことにより前記方位と傾斜角の演算結果を求め、該演算結果を前記検出値とする第２の演算手段と、
前記演算結果が複数通りある場合に、前記参考情報である前記傾斜角に近いほうの傾斜角をもつ演算結果を選択して前記検出値とする選択手段と、
を備えることを特徴とする携帯端末装置。