携帯ナビゲーション装置
【課題】ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用でき、歩行者の現在位置を正確に表示できる携帯ナビゲーション装置１を提供する。
【解決手段】
ナビゲーション開始位置において、ユーザが進行予定方向に携帯端末３を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を受け付けて、その操作時における携帯端末３の方位をユーザの進行予定方向として記憶する進行方向記憶手段３２ａを備える。また、保持状態における、携帯端末３が向く方位を携帯保持方向として記憶する保持方向記憶手段３２ｂを備える。さらに、ユーザの歩数を検出する歩数検出手段２１を備える。また、進行予定方向と携帯保持方向との関係から、ユーザの進行方向を検出する進行方向検出手段２３を備える。そして、予め記憶されたユーザの歩幅と、歩数と、ユーザの進行方向とから、ユーザの現在位置を算出し、地図情報とともに表示する。
【解決手段】
ナビゲーション開始位置において、ユーザが進行予定方向に携帯端末３を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を受け付けて、その操作時における携帯端末３の方位をユーザの進行予定方向として記憶する進行方向記憶手段３２ａを備える。また、保持状態における、携帯端末３が向く方位を携帯保持方向として記憶する保持方向記憶手段３２ｂを備える。さらに、ユーザの歩数を検出する歩数検出手段２１を備える。また、進行予定方向と携帯保持方向との関係から、ユーザの進行方向を検出する進行方向検出手段２３を備える。そして、予め記憶されたユーザの歩幅と、歩数と、ユーザの進行方向とから、ユーザの現在位置を算出し、地図情報とともに表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用できる携帯ナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、目的地への経路案内（ナビゲーション）を行う経路案内装置として、車載用のカーナビゲーション装置や、経路案内機能を備えた携帯電話機やＰＤＡの携帯端末等が知られている。このような経路案内装置としては、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球無線側位システム）を利用して現在地点を測位するものがある。しかし、ＧＰＳを利用した経路案内装置では、地下鉄構内や建築物内部等、ＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を受信しにくい場所では、現在地点を検知できないおそれがある。
【０００３】
ＧＰＳ衛星等を利用せずに移動方向や移動距離を検出するための技術としては、自律航法技術が知られている。車載装置向けの自律航法技術としては、例えば、地磁気センサと車速センサとを利用したものがある（特許文献１参照。）。この自律航法技術では、車両の進行軸に略一致するように固定した地磁気センサを利用して車両の進行方向を検出し、車速センサを利用して移動距離を検出している。
【０００４】
一方、携帯用のナビゲーション装置では、車両等とは異なり、歩行者が手で持ったり、ポケットに入れたりするため、携帯端末がさまざまな方向を向く。そのため、車両の場合と違って、歩行者の進行方向を特定することが困難である。
そこで、歩行者向けのナビゲーション装置として、３軸磁気センサと３軸加速度センサとを用いて、歩行者の進行方向および歩数を検出するものが開発されている（下記特許文献２）。これらのセンサを用いれば、携帯端末の姿勢に関係なく、歩行者の進行方向を検出することができる。また、歩行者の歩幅が予め設定されていれば、上記進行方向と歩数とにより、ＧＰＳ電波が届かない場所でも歩行者の現在位置を算出できる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２７３７７号公報
【特許文献２】特開２００８−６４７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献２の装置では、歩行者の進行方向を正確に測定することが困難である。そのため、歩行者の現在位置を正確に表示することができなかった。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用でき、歩行者の現在位置を正確に表示できる携帯ナビゲーション装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、歩行者を案内する携帯ナビゲーション装置であって、
携帯端末に設けられ、互いに直交する３軸方向における地磁気の各強度を測定する３軸磁気センサと、
上記携帯端末に設けられ、上記３軸方向における重力加速度の各強度を測定する３軸加速度センサと、
上記３軸方向における、上記地磁気と上記重力加速度との測定値に基づいて、上記携帯端末が向く方位を算出する姿勢算出手段と、
ナビゲーション開始位置において、ユーザが進行予定方向に上記携帯端末を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を受け付けて、その操作時における上記携帯端末の方位を上記ユーザの上記進行予定方向として記憶する進行方向記憶手段と、
上記ユーザにより、上記進行方向とは異なる方向に上記携帯端末を向けて保持する動作が行われた後に、その保持状態における上記携帯端末が向く方位を携帯保持方向として記憶する保持方向記憶手段と、
上記３軸加速度センサによって検知された加速度の時間変化に基づいて、上記ナビゲーション開始位置からの上記ユーザの歩数を検出する歩数検出手段と、
上記ユーザが歩行を開始した後に、上記姿勢算出手段によって算出された上記携帯端末の向く方位と、上記進行予定方向および上記携帯保持方向との関係から、上記ユーザの進行方向を検出する進行方向検出手段と、
予め記憶された上記ユーザの歩幅と、上記歩数と、上記進行方向検出手段により検出された上記ユーザの進行方向とから、該ユーザの現在位置を算出し、該現在位置を地図情報とともに表示する現在位置表示手段と、
を備えることを特徴とする携帯ナビゲーション装置にある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明では、ユーザがＧＰＳ電波の届かない場所（地下街等）に行く場合、ナビゲーション開始位置にて、ユーザが、進行予定方向に携帯端末を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を行う。例えば、ナビゲーションを開始すると当該操作を行うためのメニューが表示画面に表示され、ユーザがこのメニューの指示に従って操作することにより、上記進行方向設定操作が行われる。
【００１０】
携帯端末に搭載されたセンサの軸に一致した座標系をセンサ座標系と呼ぶ。例えば、携帯端末スクリーンの横断方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、スクリーン面の法線方向をＺ軸とする。また、携帯端末を操作する人が立つ場所を基準とし、水平方向に互いに直交する軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とする座標系を地球座標系とする。
【００１１】
ユーザが、携帯端末のセンサ座標系のＹ軸を進行予定方向に向けて、方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を行う。
この操作を行うことにより、ユーザの進行方向は、地球座標系における、北を０°とし右回りの角度θ１で表示される方位として記憶される。また、携帯端末の、地球座標系に対する姿勢Ｓ１（θ１、φ１、η１）が記憶される。
【００１２】
この後、ユーザが携帯端末をポケット等に入れて保持すると、携帯端末は上記進行方向θ１に向けた姿勢と異なる姿勢になる。この際の姿勢をＳ２（θ２、φ２、η２）とする。両者はＳ２＝Ａ・Ｓ１となる回転行列Ａを介して結ばれている。この状態であっても、ユーザの進行予定方向θ１は記憶されている。
【００１３】
ユーザが歩行を開始した後の、ポケットに入れられた携帯端末の姿勢をＳ３（θ３、φ３、η３）とする。また、その状態で仮にユーザが携帯端末を進行方向に向けたとした場合の、その携帯端末の姿勢をＳ４（θ４、φ４、η４）とする。センサを用いてＳ３を測定することにより、Ａ−１・Ｓ３＝Ｓ４から、上記姿勢Ｓ４（θ４、φ４、η４）を算出することができる。このθ４が、歩行中におけるユーザの進行方向である。
【００１４】
そして地図データ上にて、ナビゲーション開始位置からユーザの歩幅を進行方向θ４に向けて歩数分だけ順次加算する処理を行うことにより、ユーザの現在位置を求めることができる。この現在位置を地図情報とともに表示する。これにより、ＧＰＳ電波が届かない場所でも正確に現在位置を表示できるようになる。
また、ＧＰＳ受信装置は消費電力が大きいため、上述のようにＧＰＳに頼らずにナビゲーションを行うことにより、携帯端末のバッテリーを長持ちさせることができる。
【００１５】
以上のごとく、本発明によれば、ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用でき、歩行者の現在位置を正確に表示できる携帯ナビゲーション装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明（請求項１）において、上記ユーザによる、目的地の入力操作を受け付けて、上記ナビゲーション開始位置から上記目的地までの案内経路を、上記地図情報に重ねて表示する案内経路表示手段を備えることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、ユーザが目的地を入力することにより、地下街等の、ＧＰＳ電波が届かない場所で使用した場合でも、その目的地までの案内経路を表示することが可能になる。
【００１７】
また、保持方向記憶手段は、上記進行方向設定操作がされた後、上記歩数検出手段により検出された上記歩数が予め定められた値を超えた際に、上記携帯保持方向を記憶することが好ましい（請求項３）。
上述したように、進行方向設定操作が行われた後、ユーザがポケット等に携帯端末を収納するのであるが、進行方向設定操作が行われた後、すぐに携帯保持方向を測定すると、携帯端末がポケット内で安定していない場合がある。その場合、携帯保持方向を正確に測定できなくなり、ユーザの進行方向を正確に算出できなくなる。
そのため、進行方向設定操作がされた後、歩数検出手段により検出された歩数が予め定められた値（例えば５〜７歩程度）を超えた際に、携帯保持方向を測定して記憶する。これにより、携帯端末が安定してから測定できるため、携帯保持方向を正確に測定できる。
【００１８】
また、上記重力加速度の測定値の変化に基づいて、上記保持状態における上記携帯端末の姿勢が変化したか否かを判断するとともに、該姿勢が変化したと判断した場合に、上記進行方向検出手段により検出される上記進行方向を補正する進行方向補正手段を備えることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、歩行中に携帯端末がポケット等の中で倒れた場合でも、ユーザの進行方向を正確に算出することが可能になる。すなわち、ポケットに携帯端末を例えば縦方向に収納していた場合、携帯端末が倒れて横向きになることがある。この場合、ユーザの進行方向を正確に測定できなくなってしまうが、上記進行方向補正手段を具備することにより、この不具合を回避できる。
具体的には、３軸加速度センサを用いて重力加速度の方向を監視し、重力加速度が急に変化した場合に、携帯端末が倒れたと判断する。そして、倒れた後の携帯端末の姿勢をＳ’（θ’、φ’、η’）を測定する。Ｓ’とＳ２は、Ｓ’＝Ｂ・Ｓ２となる回転行列Ｂを介して結ばれる。
【００１９】
なお、上記３軸磁気センサは、上記携帯端末の操作面または表示面に直交するＺ軸と、上記携帯端末の横幅方向を向くＸ軸と、上記Ｚ軸と上記Ｘ軸との双方に直交するＹ軸との３軸方向における、上記地磁気の強度を測定し、上記３軸加速度センサは、上記Ｘ軸と上記Ｙ軸と上記Ｚ軸との３軸方向における上記加速度の強度を測定し、上記姿勢算出手段は、上記Ｙ軸を水平面に投影したＹ投影線と、該水平面上に存在し磁北を向く直線とのなす角度を、上記携帯端末の向く方位として算出している。
このようにすると、携帯端末の向く方位を正確に測定しやすくなる。すなわち、上記Ｙ軸は携帯端末の長手方向を向いているため、ユーザが進行方向設定操作を行った場合には、この長手方向（Ｙ軸）を進行予定方向に向けて方向設定ボタンを押すことになる。そのため、ユーザが指し示す方向をそのまま進行予定方向として入力することができる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる携帯ナビゲーション装置につき、図１〜図１３を用いて説明する。
図１に、本例にかかる携帯ナビゲーション装置１の概念図を示し、図２にブロック図を示す。図１に示すごとく、本例の携帯ナビゲーション装置１は、携帯端末３（図３参照）に設けられ、互いに直交する３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）方向における地磁気Ｍの各強度を測定する３軸磁気センサ６２を備える。
また、携帯端末３に設けられ、上記３軸方向における重力加速度Ｇの各強度を測定する３軸加速度センサ６３を備える。
さらに、３軸方向における、地磁気Ｍと重力加速度Ｇとの測定値に基づいて、携帯端末３が向く方位θ（図４参照）を算出する姿勢算出手段２０を備える。
そして、ナビゲーション開始位置において、ユーザ７（図５参照）が進行予定方向に携帯端末３を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を受け付けて、その操作時における携帯端末３の方位をユーザ７の進行予定方向θ１として記憶する進行方向記憶手段３２ａを備える。
また、ユーザ７により、進行方向とは異なる方向に携帯端末３を向けて保持する動作（図６参照）が行われた後に、その保持状態における携帯端末３が向く方位を携帯保持方向θ２として記憶する保持方向記憶手段３２ｂを備える。
さらに、３軸加速度センサ６３によって検知された加速度の時間変化に基づいて、ナビゲーション開始位置からのユーザ７の歩数を検出する歩数検出手段２１を備える（図９参照）。
また、ユーザ７が歩行を開始した後に、姿勢算出手段２０によって算出された携帯端末３の向く方位θ３と、進行予定方向θ１および携帯保持方向θ２との関係から、ユーザ７の進行方向θ４を検出する進行方向検出手段２３を備える（図９参照）
そして、予め記憶されたユーザ７の歩幅と、歩数と、進行方向検出手段２３により検出されたユーザ７の進行方向θ４とから、ユーザ７の現在位置を算出し、現在位置を地図情報とともに表示する現在位置表示手段２２を備える（図９、図１１参照）。
【００２１】
本例の携帯ナビゲーション装置１は、図３に示すごとく、携帯端末３（携帯電話）に組み込まれている。この携帯端末３は折り畳み可能であって、折り畳んだときに表示部１４（液晶ディスプレイ）及び操作部１５が内側に収容される折り畳み式のものである。図２に示すごとく、携帯端末３は、データ通信用のアンテナを含み、データの変復調を行う送受信部１１１と、データの送受信を制御する通信制御部１１と、表示部１４と、データ通信等を実施するのに必要な各種演算を行うＣＰＵ２と、各種データを記憶するＲＯＭ３１、ＲＡＭ３２とを有する。ＣＰＵ２には、テンキーボタン１５０を含む操作部１５と、音声通話用のマイク及びスピーカ１６と、着信報知用のスピーカ１２及びバイブレータ１３とが接続されている。また、ＣＰＵ２には、ＧＰＳアンテナ５１とＧＰＳ測位部５２とからなるＧＰＳ測位手段５と、３軸磁気センサ６２と、３軸加速度センサ６３とが接続されている。
【００２２】
図２に示すごとく、ＲＯＭ３１には、ナビゲーションを実行するためのプログラム３１ａと、地図データ３１ｂとが記憶されている。ＣＰＵ２がプログラム３１ａを読み出して実行することにより、上述した姿勢算出手段２０、歩数検出手段２１、現在位置表示手段２２、進行方向検出手段２３、案内経路表示手段２６、進行方向補正手段２７が実現される。また、ＲＡＭ３２は、本例の進行方向記憶手段３２ａと、保持方向記憶手段３２ｂとして使用されている。
【００２３】
本例では図３に示すごとく、３軸磁気センサ６２と３軸磁気センサ６３を一体化した６Ｄセンサ６を使用している。３軸磁気センサ６２と３軸加速度センサ６３にはＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が設定されている。３軸磁気センサ６２は、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向における地磁気Ｍの強度（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を測定する。また、３軸加速度センサ６３は、上記３軸方向における重力加速度Ｇの強度（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を測定する。
【００２４】
図４に示すごとく、携帯端末３のＹ軸を水平面Ｈに投影した投影線Ｙ’と、水平面Ｈ上に存在し磁北を向く直線５０とのなす角度θを、携帯端末３の向く方位θとしている。地球座標系に対する携帯端末の姿勢Ｓ（θ、φ、η）は、３軸磁気センサ６２により測定した地磁気Ｍの強度（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）と、３軸加速度センサ６３により測定した重力加速度Ｇの強度（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）とを用いて、例えば以下の数式を使って算出することができる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
次に、図５〜図７を用いて、本例の携帯ナビゲーション装置１の使用方法および動作について説明する。
図５、図７（Ａ）に示すごとく、地下街等の、ＧＰＳ電波が届かない場所に行く場合に、ユーザ７は進行予定方向に携帯端末３を向けて方向設定ボタン８を押圧する進行方向設定操作を行う。この操作を受けると携帯ナビゲーション装置１は、操作時における携帯端末３の姿勢Ｓ１（θ１、φ１、η１）を測定して記憶する。
【００２７】
次に、図６、図７（Ｂ）に示すごとく、ユーザ７は携帯端末３をポケット等に収納し保持する。この動作により携帯端末３の向きが変わる。この動作が行われた後、携帯ナビゲーション装置１は、保持状態における携帯端末３の向く姿勢Ｓ２（θ２、φ２、η２）を算出して記憶する。
【００２８】
この結果、図７（Ｃ）に示すごとく、進行予定方向θ１と携帯保持方向θ２との関係が定まる。すなわち、保持されている携帯端末３の姿勢と、ユーザ７の進行方向との関係が定まる。
具体的には、Ｓ２＝Ａ・Ｓ１となる回転行列を算出する。また、ユーザが歩行を開始した後の、ポケットに入れられた携帯端末の姿勢をＳ３（θ３、φ３、η３）とする。そして、その状態で仮にユーザが携帯端末を進行方向に向けたとした場合の、その携帯端末の姿勢をＳ４（θ４、φ４、η４）とする。センサを用いてＳ３を測定することにより、Ａ−１・Ｓ３＝Ｓ４から、上記姿勢Ｓ４（θ４、φ４、η４）を算出することができる。このθ４が、歩行中におけるユーザの進行方向θ４となる。
【００２９】
次に、ＲＯＭ３１（図２参照）に記憶されているプログラム３１ａのフローチャートの説明をする。
図８に示すごとく、プログラム３１ａを開始すると、表示部１４（図２参照）に目標地点入力画面を表示する（ステップＳ１）。その後ステップＳ２に移り、ユーザ７が目標地点を入力したか否かを判断する。目標地点が入力されるまで上記入力画面を表示し続け、目標地点が入力された場合はＹｅｓと判断してステップＳ３に移る。
【００３０】
ステップＳ３では、進行方向入力画面を表示する。すなわち、ユーザの進行方向に携帯端末３を向けて、方向設定ボタン８を押圧するよう、画面に指示が表示される。ステップＳ４では、この操作が行われたか否かを判断し、操作された場合はＹｅｓと判断してステップＳ５に移る。
【００３１】
ステップＳ５では、上記数式１を用いて携帯端末の姿勢Ｓ１（θ１、φ１、η１）を測定し記憶する（図５、図７（Ａ）参照）。
その後、ステップＳ６に移り、ユーザ７が所定歩数歩いたか否かを判定する。所定歩数とは、例えば５〜７歩程度である。ここでＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ７に移り、携帯端末３の姿勢Ｓ２を、上記数式１を用いて測定し記憶する。このように、所定歩数歩いた後にＳ２を測定するのは、歩き始めた直後はポケット等に収納されている携帯端末３が不安定な場合があるからである。なお、ユーザ７の歩数は、３軸加速度センサ６３（図１、図２参照）が測定した加速度の時間的変化を用いることにより検出する。
【００３２】
次にステップＳ８に移り、Ｓ２・Ｓ１−１＝Ａを算出する。これにより、Ｓ２＝Ａ・Ｓ１を満たす回転行列Ａが求まる。
その後、ステップＳ９に移り、ユーザが歩行を開始した後の、携帯端末３の姿勢Ｓ３を測定する。そして、Ａ−１・Ｓ３＝Ｓ４から、姿勢Ｓ４（θ４、φ４、η４）を算出する。このθ４が、ユーザの進む方向である。
【００３３】
次に、３軸加速度センサ６３を使って、ナビゲーション開始位置からの、ユーザ７の歩数を求め（ステップＳ１１）、予め記憶されたユーザ７の歩幅と、上記歩数と、進行方向θ４とから、ユーザ７の現在位置を算出する（ステップＳ１２）。すなわち、地図上にて、ナビゲーション開始位置からユーザ７の歩幅を進行方向θ４に向けて歩数分だけ順次加算する処理を行う。
なお、この際、地図に記されている道路から、ユーザ７の現在位置が外れてしまった場合、ユーザ７が道路上に存在するように位置修正する、いわゆるマップマッチング処理を行うことが好ましい。
【００３４】
そして、表示部１４（図３参照）にユーザ７の現在位置を地図情報とともに表示する（ステップＳ１３）。また、ステップＳ１４では、ユーザ７が目的地に到達したか否かを判断し、ＹｅｓになるまでステップＳ９〜ステップＳ１３を処理する。
【００３５】
図１０に、別のフローチャートを示す。このフローチャートは図８に続くもので、携帯端末３を収納した後、携帯端末３がポケット内で倒れる等して姿勢が変化した場合に、姿勢を補正するフローチャートである。
図示するごとく、ステップＳ９を処理した後ステップＳ９ａに移り、携帯端末３の姿勢が変化したか否かを判断する。この判断は、３軸加速度センサ６２により測定された、重力加速度に基づいて行う。すなわち、重力加速度の向きが急に変動した場合には、携帯端末３の姿勢が変化したと判断され、変動しない場合は、姿勢が変化しないと判断される。
【００３６】
ステップＳ９ａでＹｅｓと判断された場合、ステップＳ９ｂに移り、携帯端末３の姿勢Ｓ’を測定する。その後、Ｓ’・Ｓ２−１＝Ｂを算出する（ステップＳ９ｃ）。これにより、Ｓ’＝Ｂ・Ｓ２を満たす回転行列Ｂが求まる。そして、Ａ＝Ａ・Ｂと書き換える処理を行う（ステップＳ９ｄ）。書き換え後のＡを使ってＳ４を算出する（ステップＳ１０）。これにより、携帯端末２の姿勢の変化を補正できるため、ユーザの進行方向θ４を正確に測定できる。
【００３７】
図１１は、表示部１４の表示例である。このように、ユーザ７の現在位置を十字カーソル１４０で表示し、地図情報３１ｂを併せて表示している。また、目的地までの案内経路８０を表示している。
【００３８】
次に、３軸磁気センサ６２及び３軸加速度センサ６３について説明する。本例では図１２に示すごとく、３軸磁気センサ６２（磁気センサ６２Ｘ，６２Ｙ，６２Ｚ）と、３軸加速度センサ６３（加速度センサ６３Ｘ，６３Ｙ，６３Ｚ）とを一体的にモジュール化した６Ｄセンサ６を使用している。
各磁気センサ６２は、地磁気を検出する磁気検出素子６４を備えている。
各加速度センサ６３は、加速度に応じて磁石体６３１が変位するように構成した磁石体変位ユニット６３０と、磁石体６３１の変位を検知する磁気検出ヘッド６３５とからなる。この磁気検出ヘッド６３５は、磁気センサ６２と同じ仕様の磁気検出素子６４を備えている。
【００３９】
６Ｄセンサ６は、図１２に示すごとく、３基の磁気センサ６２Ｘ，６２Ｙ，６２Ｚと、３基の加速度センサ６３Ｘ，６３Ｙ，６３Ｚと、６個の磁気検出素子６４を制御する１個の制御回路６１２（制御ＩＣチップ）と、を共通基板６１３に実装したものである。なお、本例では、共通基板６１３の外縁をなす直交２辺に沿ってＸ軸及びＹ軸を規定し、基板６１３の法線方向に沿ってＺ軸を規定してある。また、本例の磁気検出素子６４は、マグネト・インピーダンス素子（ＭＩ素子）からなる。
【００４０】
磁石体変位ユニット６３０は、図１２に示すごとく、共通基板６１３に固定した支持ポスト６３３と、該支持ポスト６３３に一方の端部を支持されていると共に他端に磁石体６３１を保持するカンチレバー６３４とよりなる。カンチレバー６３４は、材質Ｎｉ−Ｐよりなる略矩形板状のものである。本例のカンチレバー６３４は、その一端を支持ポスト６３３に固定してなり、支持ポスト６３３を中心として回動するよう弾性的に変形し得る。本例のカンチレバー６３４では、加速度に対する磁石体６３１の変位量を大きく確保できるよう、支持ポスト６３３側の付け根部分から自由端の手前に至る位置にかけて長孔６３４Ｈを設けてある。
【００４１】
磁石体６３１は、図１２に示すごとく、カンチレバー６３４の自由端側の端部に配設してある。本例の磁石体６３１は、カンチレバー６３４の表面に塗布した磁石体塗料の乾燥、硬化後の着磁により形成したものである。磁石体６３１は、カンチレバー６３４の撓みに応じて変位する。なお、このカンチレバー６３４の撓みや自由端の変位は微少であり、例えば、カンチレバー６３４の自由端の変位は、カンチレバー６３４の長さの１０分の１程度以下である。
【００４２】
磁気検出ヘッド６３５は、図１２に示すごとく、カンチレバー６３４の自由端側の先端面に対向するように配設してある。磁気検出ヘッド６３５は、上記磁気センサ６２と同一仕様の磁気検出素子６４よりなる。本例では、上記のごとく、磁気検出素子６４として、マグネト・インピーダンス素子を採用している。
【００４３】
上記制御回路６１２は、図１３に示すごとく、６基の磁気検出素子６４を制御するように構成した回路である。制御回路６１２は、感磁体６４４に入力するパルス電流を生成する信号発生器６０１と、検出コイル６４５の誘起電圧に応じた計測信号を出力する信号処理部６０２とを含んでいる。信号発生器６０１は、所定のパルス電流を生成すると共に、パルス電流の立ち下がりに同期したトリガー信号を、信号処理部６０２のアナログスイッチ６０２ａに向けて出力する。
【００４４】
信号処理部６０２は、図１３に示すごとく、いわゆるピークホールド回路として機能する同期検波回路と、増幅器６０２ｂとを組み合わせたものである。同期検波回路は、検出コイル６４５と信号処理部６０１との間の電気的な接続を上記トリガー信号に同期してオンオフするアナログスイッチ６０２ａ、及びこのアナログスイッチ６０２ａを介して検出コイル６４５と接続したコンデンサ６０２ｃを用いて構成した回路である。
【００４５】
制御回路６１２は、信号発生器６０１と各感磁体６４４との間の電気経路及び、信号処理部６０２と各検出コイル６４５との間の電気経路を切り替える電子スイッチ６０８を設けてある。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（図３参照）の各軸における磁界の強度を計測する３基の磁気検出素子６４（磁気センサ６２）、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸における加速度を計測する３基の磁気検出素子６４（磁気検出ヘッド６３５）の合計６基の磁気検出素子６４について、所定の時間毎の切り替えによる制御回路６１２の時分割共用を可能としている。
【００４６】
ここで、本例の磁気検出素子６４による磁気検出方法について、簡単に説明しておく。本例の磁気検出方法は、感磁体６４４に通電したパルス電流の立ち下がり時に、検出コイル６４５に発生する誘起電圧を計測するというものである。磁界中に置かれた感磁体６４４に通電したパルス電流が遮断された瞬間、磁界のうち感磁体６４４の長手方向成分に比例した大きさの誘起電圧が検出コイル６４５の両端に発生する。本例の制御回路６１２では、検出コイル６４５の誘起電圧が、上記トリガー信号によりＯＮとされたアナログスイッチ６０２ａを介してコンデンサ６０２ｃに蓄積され、さらに、増幅器６０２ｂで増幅されて出力端子６０５から出力される。
本例の各磁気検出素子６４は、以上のように、感磁体６４４の長手方向に作用する磁界の強度に応じた出力信号を、制御回路６１２を介して外部に出力する。
【００４７】
次に、本例の作用効果について説明する。本例の携帯ナビゲーション装置１は、上述した姿勢Ｓ１と、Ｓ２とを測定し、これからＳ２＝Ａ・Ｓ１を満たす回転行列Ａを算出する。ユーザ７が歩行を開始した後に、ポケットに入れられた携帯端末３の姿勢Ｓ３を測定し、Ａ−１・Ｓ３＝Ｓ４を算出する。これにより、ユーザ７が進む方位θ４が求まる。
姿勢Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、３軸磁気センサ６２と３軸加速度センサ６３とを用いて正確に求めることができるため、これらを使うことにより、ユーザの進行方向θ４を正確に算出することが可能となる。
【００４８】
また、図１に示すごとく、ユーザ７による、目的地の入力操作を受け付けて、ナビゲーション開始位置から目的地までの案内経路８０を、地図情報に重ねて表示する案内経路表示手段２６を備える。
このようにすると、ユーザ７が目的地を入力することにより、図１１に示すごとく、地下街等の、ＧＰＳ電波が届かない場所で使用した場合でも、その目的地までの案内経路８０を表示することが可能になる。
【００４９】
また、図８に示すごとく、保持方向記憶手段３２ｂは、進行方向設定操作がされた後、歩数検出手段２１により検出された歩数が予め定められた値を超えた際に、携帯保持方向を記憶する（ステップＳ６，Ｓ７参照）。
上述したように、進行方向設定操作が行われた後、ユーザ７がポケット等に携帯端末３を収納するのであるが、進行方向設定操作が行われた後、すぐに姿勢Ｓ２を測定すると、携帯端末３がポケット内で安定していない場合がある。その場合、姿勢Ｓ２を正確に測定できなくなり、ユーザ７の進行方向θ４を正確に算出できなくなる。
そのため、進行方向設定操作がされた後、歩数検出手段２１により検出された歩数が予め定められた値（例えば５〜７歩程度）を超えた際に、姿勢Ｓ２を測定して記憶する。これにより、携帯端末３が安定してから測定できるため、姿勢Ｓ２を正確に測定できる。
【００５０】
また本例では、図１、図１０に示すごとく、重力加速度Ｇの測定値の変化に基づいて、保持状態における携帯端末３の姿勢が変化したか否かを判断するとともに、該姿勢が変化したと判断した場合に、進行方向検出手段２３により検出される進行方向θ４を補正する進行方向補正手段２７を備える。
このようにすると、歩行中に携帯端末３がポケット等の中で倒れた場合でも、ユーザ７の進行方向θ４を正確に算出することが可能になる。すなわち、ポケットに携帯端末３を例えば縦方向に収納していた場合、携帯端末３が倒れて横向きになることがある。この場合、ユーザ７の進行方向θ４を正確に測定できなくなってしまうが、上記進行方向補正手段２７を具備することにより、この不具合を回避できる。
【００５１】
また、図３、図４に示すごとく、３軸磁気センサ６３は、携帯端末３の操作面または表示面に直交するＺ軸と、携帯端末３の横幅方向を向くＸ軸と、Ｚ軸とＸ軸との双方に直交するＹ軸との３軸方向における、地磁気Ｍの強度（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を測定し、３軸加速度センサ６３は、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸との３軸方向における加速度Ｇの強度（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を測定し、姿勢算出手段２０は、Ｙ軸を水平面Ｈに投影したＹ投影線と、該水平面Ｈ上に存在し磁北を向く直線５０とのなす角度θを、携帯端末３の向く方位として算出している。
このようにすると、携帯端末３の向く方位を正確に測定しやすくなる。すなわち、Ｙ軸は携帯端末３の長手方向を向いているため、ユーザ７が進行方向設定操作を行った場合には、この長手方向（Ｙ軸）を進行予定方向に向けて方向設定ボタンを押すことになる。そのため、ユーザ７が指し示す方向をそのまま進行予定方向θ１として入力することができる。
【００５２】
以上のごとく、本例によれば、ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用でき、歩行者の現在位置を正確に表示できる携帯ナビゲーション装置１を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１における、携帯ナビゲーション装置の概念図。
【図２】実施例１における、携帯ナビゲーション装置のブロック図。
【図３】実施例１における、携帯端末の一部切欠斜視図。
【図４】実施例１における、携帯端末と水平面との関係を表した図。
【図５】実施例１における、進行方向設定操作をする際の（Ａ）ユーザの側面図（Ｂ）携帯端末の斜視図。
【図６】実施例１における、携帯保持状態における（Ａ）ユーザの側面図（Ｂ）携帯の斜視図。
【図７】実施例１における、携帯端末の（Ａ）進行方向設定操作をする際の正面図（Ｂ）保持状態での正面図（Ｃ）進行方向設定操作時と保持状態時との差を表した図。
【図８】実施例１における、プログラムのフローチャート。
【図９】図８に続くフローチャート。
【図１０】図８に続くフローチャートであって、携帯端末の姿勢が変わった場合に補正する例。
【図１１】実施例１における、携帯端末の表示例。
【図１２】実施例１における、３軸磁気センサおよび３軸加速度センサの斜視図。
【図１３】実施例１における、制御回路の構成を説明するための図。
【符号の説明】
【００５４】
１ 携帯ナビゲーション装置
２ ＣＰＵ
３ 携帯端末
２０ 姿勢算出手段
２１ 歩数検出手段
２２ 現在位置表示手段
２３ 進行方向検出手段
３２ａ 進行方向記憶手段
３２ｂ 保持方向記憶手段
６２ ３軸磁気センサ
６３ ３軸加速度センサ
Ｍ 地磁気
Ｇ 重力加速度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用できる携帯ナビゲーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、目的地への経路案内（ナビゲーション）を行う経路案内装置として、車載用のカーナビゲーション装置や、経路案内機能を備えた携帯電話機やＰＤＡの携帯端末等が知られている。このような経路案内装置としては、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球無線側位システム）を利用して現在地点を測位するものがある。しかし、ＧＰＳを利用した経路案内装置では、地下鉄構内や建築物内部等、ＧＰＳ衛星のＧＰＳ信号を受信しにくい場所では、現在地点を検知できないおそれがある。
【０００３】
ＧＰＳ衛星等を利用せずに移動方向や移動距離を検出するための技術としては、自律航法技術が知られている。車載装置向けの自律航法技術としては、例えば、地磁気センサと車速センサとを利用したものがある（特許文献１参照。）。この自律航法技術では、車両の進行軸に略一致するように固定した地磁気センサを利用して車両の進行方向を検出し、車速センサを利用して移動距離を検出している。
【０００４】
一方、携帯用のナビゲーション装置では、車両等とは異なり、歩行者が手で持ったり、ポケットに入れたりするため、携帯端末がさまざまな方向を向く。そのため、車両の場合と違って、歩行者の進行方向を特定することが困難である。
そこで、歩行者向けのナビゲーション装置として、３軸磁気センサと３軸加速度センサとを用いて、歩行者の進行方向および歩数を検出するものが開発されている（下記特許文献２）。これらのセンサを用いれば、携帯端末の姿勢に関係なく、歩行者の進行方向を検出することができる。また、歩行者の歩幅が予め設定されていれば、上記進行方向と歩数とにより、ＧＰＳ電波が届かない場所でも歩行者の現在位置を算出できる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２７３７７号公報
【特許文献２】特開２００８−６４７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献２の装置では、歩行者の進行方向を正確に測定することが困難である。そのため、歩行者の現在位置を正確に表示することができなかった。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用でき、歩行者の現在位置を正確に表示できる携帯ナビゲーション装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、歩行者を案内する携帯ナビゲーション装置であって、
携帯端末に設けられ、互いに直交する３軸方向における地磁気の各強度を測定する３軸磁気センサと、
上記携帯端末に設けられ、上記３軸方向における重力加速度の各強度を測定する３軸加速度センサと、
上記３軸方向における、上記地磁気と上記重力加速度との測定値に基づいて、上記携帯端末が向く方位を算出する姿勢算出手段と、
ナビゲーション開始位置において、ユーザが進行予定方向に上記携帯端末を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を受け付けて、その操作時における上記携帯端末の方位を上記ユーザの上記進行予定方向として記憶する進行方向記憶手段と、
上記ユーザにより、上記進行方向とは異なる方向に上記携帯端末を向けて保持する動作が行われた後に、その保持状態における上記携帯端末が向く方位を携帯保持方向として記憶する保持方向記憶手段と、
上記３軸加速度センサによって検知された加速度の時間変化に基づいて、上記ナビゲーション開始位置からの上記ユーザの歩数を検出する歩数検出手段と、
上記ユーザが歩行を開始した後に、上記姿勢算出手段によって算出された上記携帯端末の向く方位と、上記進行予定方向および上記携帯保持方向との関係から、上記ユーザの進行方向を検出する進行方向検出手段と、
予め記憶された上記ユーザの歩幅と、上記歩数と、上記進行方向検出手段により検出された上記ユーザの進行方向とから、該ユーザの現在位置を算出し、該現在位置を地図情報とともに表示する現在位置表示手段と、
を備えることを特徴とする携帯ナビゲーション装置にある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明では、ユーザがＧＰＳ電波の届かない場所（地下街等）に行く場合、ナビゲーション開始位置にて、ユーザが、進行予定方向に携帯端末を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を行う。例えば、ナビゲーションを開始すると当該操作を行うためのメニューが表示画面に表示され、ユーザがこのメニューの指示に従って操作することにより、上記進行方向設定操作が行われる。
【００１０】
携帯端末に搭載されたセンサの軸に一致した座標系をセンサ座標系と呼ぶ。例えば、携帯端末スクリーンの横断方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、スクリーン面の法線方向をＺ軸とする。また、携帯端末を操作する人が立つ場所を基準とし、水平方向に互いに直交する軸をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とする座標系を地球座標系とする。
【００１１】
ユーザが、携帯端末のセンサ座標系のＹ軸を進行予定方向に向けて、方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を行う。
この操作を行うことにより、ユーザの進行方向は、地球座標系における、北を０°とし右回りの角度θ１で表示される方位として記憶される。また、携帯端末の、地球座標系に対する姿勢Ｓ１（θ１、φ１、η１）が記憶される。
【００１２】
この後、ユーザが携帯端末をポケット等に入れて保持すると、携帯端末は上記進行方向θ１に向けた姿勢と異なる姿勢になる。この際の姿勢をＳ２（θ２、φ２、η２）とする。両者はＳ２＝Ａ・Ｓ１となる回転行列Ａを介して結ばれている。この状態であっても、ユーザの進行予定方向θ１は記憶されている。
【００１３】
ユーザが歩行を開始した後の、ポケットに入れられた携帯端末の姿勢をＳ３（θ３、φ３、η３）とする。また、その状態で仮にユーザが携帯端末を進行方向に向けたとした場合の、その携帯端末の姿勢をＳ４（θ４、φ４、η４）とする。センサを用いてＳ３を測定することにより、Ａ−１・Ｓ３＝Ｓ４から、上記姿勢Ｓ４（θ４、φ４、η４）を算出することができる。このθ４が、歩行中におけるユーザの進行方向である。
【００１４】
そして地図データ上にて、ナビゲーション開始位置からユーザの歩幅を進行方向θ４に向けて歩数分だけ順次加算する処理を行うことにより、ユーザの現在位置を求めることができる。この現在位置を地図情報とともに表示する。これにより、ＧＰＳ電波が届かない場所でも正確に現在位置を表示できるようになる。
また、ＧＰＳ受信装置は消費電力が大きいため、上述のようにＧＰＳに頼らずにナビゲーションを行うことにより、携帯端末のバッテリーを長持ちさせることができる。
【００１５】
以上のごとく、本発明によれば、ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用でき、歩行者の現在位置を正確に表示できる携帯ナビゲーション装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明（請求項１）において、上記ユーザによる、目的地の入力操作を受け付けて、上記ナビゲーション開始位置から上記目的地までの案内経路を、上記地図情報に重ねて表示する案内経路表示手段を備えることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、ユーザが目的地を入力することにより、地下街等の、ＧＰＳ電波が届かない場所で使用した場合でも、その目的地までの案内経路を表示することが可能になる。
【００１７】
また、保持方向記憶手段は、上記進行方向設定操作がされた後、上記歩数検出手段により検出された上記歩数が予め定められた値を超えた際に、上記携帯保持方向を記憶することが好ましい（請求項３）。
上述したように、進行方向設定操作が行われた後、ユーザがポケット等に携帯端末を収納するのであるが、進行方向設定操作が行われた後、すぐに携帯保持方向を測定すると、携帯端末がポケット内で安定していない場合がある。その場合、携帯保持方向を正確に測定できなくなり、ユーザの進行方向を正確に算出できなくなる。
そのため、進行方向設定操作がされた後、歩数検出手段により検出された歩数が予め定められた値（例えば５〜７歩程度）を超えた際に、携帯保持方向を測定して記憶する。これにより、携帯端末が安定してから測定できるため、携帯保持方向を正確に測定できる。
【００１８】
また、上記重力加速度の測定値の変化に基づいて、上記保持状態における上記携帯端末の姿勢が変化したか否かを判断するとともに、該姿勢が変化したと判断した場合に、上記進行方向検出手段により検出される上記進行方向を補正する進行方向補正手段を備えることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、歩行中に携帯端末がポケット等の中で倒れた場合でも、ユーザの進行方向を正確に算出することが可能になる。すなわち、ポケットに携帯端末を例えば縦方向に収納していた場合、携帯端末が倒れて横向きになることがある。この場合、ユーザの進行方向を正確に測定できなくなってしまうが、上記進行方向補正手段を具備することにより、この不具合を回避できる。
具体的には、３軸加速度センサを用いて重力加速度の方向を監視し、重力加速度が急に変化した場合に、携帯端末が倒れたと判断する。そして、倒れた後の携帯端末の姿勢をＳ’（θ’、φ’、η’）を測定する。Ｓ’とＳ２は、Ｓ’＝Ｂ・Ｓ２となる回転行列Ｂを介して結ばれる。
【００１９】
なお、上記３軸磁気センサは、上記携帯端末の操作面または表示面に直交するＺ軸と、上記携帯端末の横幅方向を向くＸ軸と、上記Ｚ軸と上記Ｘ軸との双方に直交するＹ軸との３軸方向における、上記地磁気の強度を測定し、上記３軸加速度センサは、上記Ｘ軸と上記Ｙ軸と上記Ｚ軸との３軸方向における上記加速度の強度を測定し、上記姿勢算出手段は、上記Ｙ軸を水平面に投影したＹ投影線と、該水平面上に存在し磁北を向く直線とのなす角度を、上記携帯端末の向く方位として算出している。
このようにすると、携帯端末の向く方位を正確に測定しやすくなる。すなわち、上記Ｙ軸は携帯端末の長手方向を向いているため、ユーザが進行方向設定操作を行った場合には、この長手方向（Ｙ軸）を進行予定方向に向けて方向設定ボタンを押すことになる。そのため、ユーザが指し示す方向をそのまま進行予定方向として入力することができる。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる携帯ナビゲーション装置につき、図１〜図１３を用いて説明する。
図１に、本例にかかる携帯ナビゲーション装置１の概念図を示し、図２にブロック図を示す。図１に示すごとく、本例の携帯ナビゲーション装置１は、携帯端末３（図３参照）に設けられ、互いに直交する３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）方向における地磁気Ｍの各強度を測定する３軸磁気センサ６２を備える。
また、携帯端末３に設けられ、上記３軸方向における重力加速度Ｇの各強度を測定する３軸加速度センサ６３を備える。
さらに、３軸方向における、地磁気Ｍと重力加速度Ｇとの測定値に基づいて、携帯端末３が向く方位θ（図４参照）を算出する姿勢算出手段２０を備える。
そして、ナビゲーション開始位置において、ユーザ７（図５参照）が進行予定方向に携帯端末３を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を受け付けて、その操作時における携帯端末３の方位をユーザ７の進行予定方向θ１として記憶する進行方向記憶手段３２ａを備える。
また、ユーザ７により、進行方向とは異なる方向に携帯端末３を向けて保持する動作（図６参照）が行われた後に、その保持状態における携帯端末３が向く方位を携帯保持方向θ２として記憶する保持方向記憶手段３２ｂを備える。
さらに、３軸加速度センサ６３によって検知された加速度の時間変化に基づいて、ナビゲーション開始位置からのユーザ７の歩数を検出する歩数検出手段２１を備える（図９参照）。
また、ユーザ７が歩行を開始した後に、姿勢算出手段２０によって算出された携帯端末３の向く方位θ３と、進行予定方向θ１および携帯保持方向θ２との関係から、ユーザ７の進行方向θ４を検出する進行方向検出手段２３を備える（図９参照）
そして、予め記憶されたユーザ７の歩幅と、歩数と、進行方向検出手段２３により検出されたユーザ７の進行方向θ４とから、ユーザ７の現在位置を算出し、現在位置を地図情報とともに表示する現在位置表示手段２２を備える（図９、図１１参照）。
【００２１】
本例の携帯ナビゲーション装置１は、図３に示すごとく、携帯端末３（携帯電話）に組み込まれている。この携帯端末３は折り畳み可能であって、折り畳んだときに表示部１４（液晶ディスプレイ）及び操作部１５が内側に収容される折り畳み式のものである。図２に示すごとく、携帯端末３は、データ通信用のアンテナを含み、データの変復調を行う送受信部１１１と、データの送受信を制御する通信制御部１１と、表示部１４と、データ通信等を実施するのに必要な各種演算を行うＣＰＵ２と、各種データを記憶するＲＯＭ３１、ＲＡＭ３２とを有する。ＣＰＵ２には、テンキーボタン１５０を含む操作部１５と、音声通話用のマイク及びスピーカ１６と、着信報知用のスピーカ１２及びバイブレータ１３とが接続されている。また、ＣＰＵ２には、ＧＰＳアンテナ５１とＧＰＳ測位部５２とからなるＧＰＳ測位手段５と、３軸磁気センサ６２と、３軸加速度センサ６３とが接続されている。
【００２２】
図２に示すごとく、ＲＯＭ３１には、ナビゲーションを実行するためのプログラム３１ａと、地図データ３１ｂとが記憶されている。ＣＰＵ２がプログラム３１ａを読み出して実行することにより、上述した姿勢算出手段２０、歩数検出手段２１、現在位置表示手段２２、進行方向検出手段２３、案内経路表示手段２６、進行方向補正手段２７が実現される。また、ＲＡＭ３２は、本例の進行方向記憶手段３２ａと、保持方向記憶手段３２ｂとして使用されている。
【００２３】
本例では図３に示すごとく、３軸磁気センサ６２と３軸磁気センサ６３を一体化した６Ｄセンサ６を使用している。３軸磁気センサ６２と３軸加速度センサ６３にはＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が設定されている。３軸磁気センサ６２は、これらＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向における地磁気Ｍの強度（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を測定する。また、３軸加速度センサ６３は、上記３軸方向における重力加速度Ｇの強度（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を測定する。
【００２４】
図４に示すごとく、携帯端末３のＹ軸を水平面Ｈに投影した投影線Ｙ’と、水平面Ｈ上に存在し磁北を向く直線５０とのなす角度θを、携帯端末３の向く方位θとしている。地球座標系に対する携帯端末の姿勢Ｓ（θ、φ、η）は、３軸磁気センサ６２により測定した地磁気Ｍの強度（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）と、３軸加速度センサ６３により測定した重力加速度Ｇの強度（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）とを用いて、例えば以下の数式を使って算出することができる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
次に、図５〜図７を用いて、本例の携帯ナビゲーション装置１の使用方法および動作について説明する。
図５、図７（Ａ）に示すごとく、地下街等の、ＧＰＳ電波が届かない場所に行く場合に、ユーザ７は進行予定方向に携帯端末３を向けて方向設定ボタン８を押圧する進行方向設定操作を行う。この操作を受けると携帯ナビゲーション装置１は、操作時における携帯端末３の姿勢Ｓ１（θ１、φ１、η１）を測定して記憶する。
【００２７】
次に、図６、図７（Ｂ）に示すごとく、ユーザ７は携帯端末３をポケット等に収納し保持する。この動作により携帯端末３の向きが変わる。この動作が行われた後、携帯ナビゲーション装置１は、保持状態における携帯端末３の向く姿勢Ｓ２（θ２、φ２、η２）を算出して記憶する。
【００２８】
この結果、図７（Ｃ）に示すごとく、進行予定方向θ１と携帯保持方向θ２との関係が定まる。すなわち、保持されている携帯端末３の姿勢と、ユーザ７の進行方向との関係が定まる。
具体的には、Ｓ２＝Ａ・Ｓ１となる回転行列を算出する。また、ユーザが歩行を開始した後の、ポケットに入れられた携帯端末の姿勢をＳ３（θ３、φ３、η３）とする。そして、その状態で仮にユーザが携帯端末を進行方向に向けたとした場合の、その携帯端末の姿勢をＳ４（θ４、φ４、η４）とする。センサを用いてＳ３を測定することにより、Ａ−１・Ｓ３＝Ｓ４から、上記姿勢Ｓ４（θ４、φ４、η４）を算出することができる。このθ４が、歩行中におけるユーザの進行方向θ４となる。
【００２９】
次に、ＲＯＭ３１（図２参照）に記憶されているプログラム３１ａのフローチャートの説明をする。
図８に示すごとく、プログラム３１ａを開始すると、表示部１４（図２参照）に目標地点入力画面を表示する（ステップＳ１）。その後ステップＳ２に移り、ユーザ７が目標地点を入力したか否かを判断する。目標地点が入力されるまで上記入力画面を表示し続け、目標地点が入力された場合はＹｅｓと判断してステップＳ３に移る。
【００３０】
ステップＳ３では、進行方向入力画面を表示する。すなわち、ユーザの進行方向に携帯端末３を向けて、方向設定ボタン８を押圧するよう、画面に指示が表示される。ステップＳ４では、この操作が行われたか否かを判断し、操作された場合はＹｅｓと判断してステップＳ５に移る。
【００３１】
ステップＳ５では、上記数式１を用いて携帯端末の姿勢Ｓ１（θ１、φ１、η１）を測定し記憶する（図５、図７（Ａ）参照）。
その後、ステップＳ６に移り、ユーザ７が所定歩数歩いたか否かを判定する。所定歩数とは、例えば５〜７歩程度である。ここでＹｅｓと判断された場合は、ステップＳ７に移り、携帯端末３の姿勢Ｓ２を、上記数式１を用いて測定し記憶する。このように、所定歩数歩いた後にＳ２を測定するのは、歩き始めた直後はポケット等に収納されている携帯端末３が不安定な場合があるからである。なお、ユーザ７の歩数は、３軸加速度センサ６３（図１、図２参照）が測定した加速度の時間的変化を用いることにより検出する。
【００３２】
次にステップＳ８に移り、Ｓ２・Ｓ１−１＝Ａを算出する。これにより、Ｓ２＝Ａ・Ｓ１を満たす回転行列Ａが求まる。
その後、ステップＳ９に移り、ユーザが歩行を開始した後の、携帯端末３の姿勢Ｓ３を測定する。そして、Ａ−１・Ｓ３＝Ｓ４から、姿勢Ｓ４（θ４、φ４、η４）を算出する。このθ４が、ユーザの進む方向である。
【００３３】
次に、３軸加速度センサ６３を使って、ナビゲーション開始位置からの、ユーザ７の歩数を求め（ステップＳ１１）、予め記憶されたユーザ７の歩幅と、上記歩数と、進行方向θ４とから、ユーザ７の現在位置を算出する（ステップＳ１２）。すなわち、地図上にて、ナビゲーション開始位置からユーザ７の歩幅を進行方向θ４に向けて歩数分だけ順次加算する処理を行う。
なお、この際、地図に記されている道路から、ユーザ７の現在位置が外れてしまった場合、ユーザ７が道路上に存在するように位置修正する、いわゆるマップマッチング処理を行うことが好ましい。
【００３４】
そして、表示部１４（図３参照）にユーザ７の現在位置を地図情報とともに表示する（ステップＳ１３）。また、ステップＳ１４では、ユーザ７が目的地に到達したか否かを判断し、ＹｅｓになるまでステップＳ９〜ステップＳ１３を処理する。
【００３５】
図１０に、別のフローチャートを示す。このフローチャートは図８に続くもので、携帯端末３を収納した後、携帯端末３がポケット内で倒れる等して姿勢が変化した場合に、姿勢を補正するフローチャートである。
図示するごとく、ステップＳ９を処理した後ステップＳ９ａに移り、携帯端末３の姿勢が変化したか否かを判断する。この判断は、３軸加速度センサ６２により測定された、重力加速度に基づいて行う。すなわち、重力加速度の向きが急に変動した場合には、携帯端末３の姿勢が変化したと判断され、変動しない場合は、姿勢が変化しないと判断される。
【００３６】
ステップＳ９ａでＹｅｓと判断された場合、ステップＳ９ｂに移り、携帯端末３の姿勢Ｓ’を測定する。その後、Ｓ’・Ｓ２−１＝Ｂを算出する（ステップＳ９ｃ）。これにより、Ｓ’＝Ｂ・Ｓ２を満たす回転行列Ｂが求まる。そして、Ａ＝Ａ・Ｂと書き換える処理を行う（ステップＳ９ｄ）。書き換え後のＡを使ってＳ４を算出する（ステップＳ１０）。これにより、携帯端末２の姿勢の変化を補正できるため、ユーザの進行方向θ４を正確に測定できる。
【００３７】
図１１は、表示部１４の表示例である。このように、ユーザ７の現在位置を十字カーソル１４０で表示し、地図情報３１ｂを併せて表示している。また、目的地までの案内経路８０を表示している。
【００３８】
次に、３軸磁気センサ６２及び３軸加速度センサ６３について説明する。本例では図１２に示すごとく、３軸磁気センサ６２（磁気センサ６２Ｘ，６２Ｙ，６２Ｚ）と、３軸加速度センサ６３（加速度センサ６３Ｘ，６３Ｙ，６３Ｚ）とを一体的にモジュール化した６Ｄセンサ６を使用している。
各磁気センサ６２は、地磁気を検出する磁気検出素子６４を備えている。
各加速度センサ６３は、加速度に応じて磁石体６３１が変位するように構成した磁石体変位ユニット６３０と、磁石体６３１の変位を検知する磁気検出ヘッド６３５とからなる。この磁気検出ヘッド６３５は、磁気センサ６２と同じ仕様の磁気検出素子６４を備えている。
【００３９】
６Ｄセンサ６は、図１２に示すごとく、３基の磁気センサ６２Ｘ，６２Ｙ，６２Ｚと、３基の加速度センサ６３Ｘ，６３Ｙ，６３Ｚと、６個の磁気検出素子６４を制御する１個の制御回路６１２（制御ＩＣチップ）と、を共通基板６１３に実装したものである。なお、本例では、共通基板６１３の外縁をなす直交２辺に沿ってＸ軸及びＹ軸を規定し、基板６１３の法線方向に沿ってＺ軸を規定してある。また、本例の磁気検出素子６４は、マグネト・インピーダンス素子（ＭＩ素子）からなる。
【００４０】
磁石体変位ユニット６３０は、図１２に示すごとく、共通基板６１３に固定した支持ポスト６３３と、該支持ポスト６３３に一方の端部を支持されていると共に他端に磁石体６３１を保持するカンチレバー６３４とよりなる。カンチレバー６３４は、材質Ｎｉ−Ｐよりなる略矩形板状のものである。本例のカンチレバー６３４は、その一端を支持ポスト６３３に固定してなり、支持ポスト６３３を中心として回動するよう弾性的に変形し得る。本例のカンチレバー６３４では、加速度に対する磁石体６３１の変位量を大きく確保できるよう、支持ポスト６３３側の付け根部分から自由端の手前に至る位置にかけて長孔６３４Ｈを設けてある。
【００４１】
磁石体６３１は、図１２に示すごとく、カンチレバー６３４の自由端側の端部に配設してある。本例の磁石体６３１は、カンチレバー６３４の表面に塗布した磁石体塗料の乾燥、硬化後の着磁により形成したものである。磁石体６３１は、カンチレバー６３４の撓みに応じて変位する。なお、このカンチレバー６３４の撓みや自由端の変位は微少であり、例えば、カンチレバー６３４の自由端の変位は、カンチレバー６３４の長さの１０分の１程度以下である。
【００４２】
磁気検出ヘッド６３５は、図１２に示すごとく、カンチレバー６３４の自由端側の先端面に対向するように配設してある。磁気検出ヘッド６３５は、上記磁気センサ６２と同一仕様の磁気検出素子６４よりなる。本例では、上記のごとく、磁気検出素子６４として、マグネト・インピーダンス素子を採用している。
【００４３】
上記制御回路６１２は、図１３に示すごとく、６基の磁気検出素子６４を制御するように構成した回路である。制御回路６１２は、感磁体６４４に入力するパルス電流を生成する信号発生器６０１と、検出コイル６４５の誘起電圧に応じた計測信号を出力する信号処理部６０２とを含んでいる。信号発生器６０１は、所定のパルス電流を生成すると共に、パルス電流の立ち下がりに同期したトリガー信号を、信号処理部６０２のアナログスイッチ６０２ａに向けて出力する。
【００４４】
信号処理部６０２は、図１３に示すごとく、いわゆるピークホールド回路として機能する同期検波回路と、増幅器６０２ｂとを組み合わせたものである。同期検波回路は、検出コイル６４５と信号処理部６０１との間の電気的な接続を上記トリガー信号に同期してオンオフするアナログスイッチ６０２ａ、及びこのアナログスイッチ６０２ａを介して検出コイル６４５と接続したコンデンサ６０２ｃを用いて構成した回路である。
【００４５】
制御回路６１２は、信号発生器６０１と各感磁体６４４との間の電気経路及び、信号処理部６０２と各検出コイル６４５との間の電気経路を切り替える電子スイッチ６０８を設けてある。これにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（図３参照）の各軸における磁界の強度を計測する３基の磁気検出素子６４（磁気センサ６２）、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸における加速度を計測する３基の磁気検出素子６４（磁気検出ヘッド６３５）の合計６基の磁気検出素子６４について、所定の時間毎の切り替えによる制御回路６１２の時分割共用を可能としている。
【００４６】
ここで、本例の磁気検出素子６４による磁気検出方法について、簡単に説明しておく。本例の磁気検出方法は、感磁体６４４に通電したパルス電流の立ち下がり時に、検出コイル６４５に発生する誘起電圧を計測するというものである。磁界中に置かれた感磁体６４４に通電したパルス電流が遮断された瞬間、磁界のうち感磁体６４４の長手方向成分に比例した大きさの誘起電圧が検出コイル６４５の両端に発生する。本例の制御回路６１２では、検出コイル６４５の誘起電圧が、上記トリガー信号によりＯＮとされたアナログスイッチ６０２ａを介してコンデンサ６０２ｃに蓄積され、さらに、増幅器６０２ｂで増幅されて出力端子６０５から出力される。
本例の各磁気検出素子６４は、以上のように、感磁体６４４の長手方向に作用する磁界の強度に応じた出力信号を、制御回路６１２を介して外部に出力する。
【００４７】
次に、本例の作用効果について説明する。本例の携帯ナビゲーション装置１は、上述した姿勢Ｓ１と、Ｓ２とを測定し、これからＳ２＝Ａ・Ｓ１を満たす回転行列Ａを算出する。ユーザ７が歩行を開始した後に、ポケットに入れられた携帯端末３の姿勢Ｓ３を測定し、Ａ−１・Ｓ３＝Ｓ４を算出する。これにより、ユーザ７が進む方位θ４が求まる。
姿勢Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、３軸磁気センサ６２と３軸加速度センサ６３とを用いて正確に求めることができるため、これらを使うことにより、ユーザの進行方向θ４を正確に算出することが可能となる。
【００４８】
また、図１に示すごとく、ユーザ７による、目的地の入力操作を受け付けて、ナビゲーション開始位置から目的地までの案内経路８０を、地図情報に重ねて表示する案内経路表示手段２６を備える。
このようにすると、ユーザ７が目的地を入力することにより、図１１に示すごとく、地下街等の、ＧＰＳ電波が届かない場所で使用した場合でも、その目的地までの案内経路８０を表示することが可能になる。
【００４９】
また、図８に示すごとく、保持方向記憶手段３２ｂは、進行方向設定操作がされた後、歩数検出手段２１により検出された歩数が予め定められた値を超えた際に、携帯保持方向を記憶する（ステップＳ６，Ｓ７参照）。
上述したように、進行方向設定操作が行われた後、ユーザ７がポケット等に携帯端末３を収納するのであるが、進行方向設定操作が行われた後、すぐに姿勢Ｓ２を測定すると、携帯端末３がポケット内で安定していない場合がある。その場合、姿勢Ｓ２を正確に測定できなくなり、ユーザ７の進行方向θ４を正確に算出できなくなる。
そのため、進行方向設定操作がされた後、歩数検出手段２１により検出された歩数が予め定められた値（例えば５〜７歩程度）を超えた際に、姿勢Ｓ２を測定して記憶する。これにより、携帯端末３が安定してから測定できるため、姿勢Ｓ２を正確に測定できる。
【００５０】
また本例では、図１、図１０に示すごとく、重力加速度Ｇの測定値の変化に基づいて、保持状態における携帯端末３の姿勢が変化したか否かを判断するとともに、該姿勢が変化したと判断した場合に、進行方向検出手段２３により検出される進行方向θ４を補正する進行方向補正手段２７を備える。
このようにすると、歩行中に携帯端末３がポケット等の中で倒れた場合でも、ユーザ７の進行方向θ４を正確に算出することが可能になる。すなわち、ポケットに携帯端末３を例えば縦方向に収納していた場合、携帯端末３が倒れて横向きになることがある。この場合、ユーザ７の進行方向θ４を正確に測定できなくなってしまうが、上記進行方向補正手段２７を具備することにより、この不具合を回避できる。
【００５１】
また、図３、図４に示すごとく、３軸磁気センサ６３は、携帯端末３の操作面または表示面に直交するＺ軸と、携帯端末３の横幅方向を向くＸ軸と、Ｚ軸とＸ軸との双方に直交するＹ軸との３軸方向における、地磁気Ｍの強度（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を測定し、３軸加速度センサ６３は、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸との３軸方向における加速度Ｇの強度（Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ）を測定し、姿勢算出手段２０は、Ｙ軸を水平面Ｈに投影したＹ投影線と、該水平面Ｈ上に存在し磁北を向く直線５０とのなす角度θを、携帯端末３の向く方位として算出している。
このようにすると、携帯端末３の向く方位を正確に測定しやすくなる。すなわち、Ｙ軸は携帯端末３の長手方向を向いているため、ユーザ７が進行方向設定操作を行った場合には、この長手方向（Ｙ軸）を進行予定方向に向けて方向設定ボタンを押すことになる。そのため、ユーザ７が指し示す方向をそのまま進行予定方向θ１として入力することができる。
【００５２】
以上のごとく、本例によれば、ＧＰＳ電波が届かない場所でも使用でき、歩行者の現在位置を正確に表示できる携帯ナビゲーション装置１を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１における、携帯ナビゲーション装置の概念図。
【図２】実施例１における、携帯ナビゲーション装置のブロック図。
【図３】実施例１における、携帯端末の一部切欠斜視図。
【図４】実施例１における、携帯端末と水平面との関係を表した図。
【図５】実施例１における、進行方向設定操作をする際の（Ａ）ユーザの側面図（Ｂ）携帯端末の斜視図。
【図６】実施例１における、携帯保持状態における（Ａ）ユーザの側面図（Ｂ）携帯の斜視図。
【図７】実施例１における、携帯端末の（Ａ）進行方向設定操作をする際の正面図（Ｂ）保持状態での正面図（Ｃ）進行方向設定操作時と保持状態時との差を表した図。
【図８】実施例１における、プログラムのフローチャート。
【図９】図８に続くフローチャート。
【図１０】図８に続くフローチャートであって、携帯端末の姿勢が変わった場合に補正する例。
【図１１】実施例１における、携帯端末の表示例。
【図１２】実施例１における、３軸磁気センサおよび３軸加速度センサの斜視図。
【図１３】実施例１における、制御回路の構成を説明するための図。
【符号の説明】
【００５４】
１ 携帯ナビゲーション装置
２ ＣＰＵ
３ 携帯端末
２０ 姿勢算出手段
２１ 歩数検出手段
２２ 現在位置表示手段
２３ 進行方向検出手段
３２ａ 進行方向記憶手段
３２ｂ 保持方向記憶手段
６２ ３軸磁気センサ
６３ ３軸加速度センサ
Ｍ 地磁気
Ｇ 重力加速度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行者を案内する携帯ナビゲーション装置であって、
携帯端末に設けられ、互いに直交する３軸方向における地磁気の各強度を測定する３軸磁気センサと、
上記携帯端末に設けられ、上記３軸方向における重力加速度の各強度を測定する３軸加速度センサと、
上記３軸方向における、上記地磁気と上記重力加速度との測定値に基づいて、上記携帯端末が向く方位を算出する姿勢算出手段と、
ナビゲーション開始位置において、ユーザが進行予定方向に上記携帯端末を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を受け付けて、その操作時における上記携帯端末の方位を上記ユーザの上記進行予定方向として記憶する進行方向記憶手段と、
上記ユーザにより、上記進行方向とは異なる方向に上記携帯端末を向けて保持する動作が行われた後に、その保持状態における上記携帯端末が向く方位を携帯保持方向として記憶する保持方向記憶手段と、
上記３軸加速度センサによって検知された加速度の時間変化に基づいて、上記ナビゲーション開始位置からの上記ユーザの歩数を検出する歩数検出手段と、
上記ユーザが歩行を開始した後に、上記姿勢算出手段によって算出された上記携帯端末の向く方位と、上記進行予定方向および上記携帯保持方向との関係から、上記ユーザの進行方向を検出する進行方向検出手段と、
予め記憶された上記ユーザの歩幅と、上記歩数と、上記進行方向検出手段により検出された上記ユーザの進行方向とから、該ユーザの現在位置を算出し、該現在位置を地図情報とともに表示する現在位置表示手段と、
を備えることを特徴とする携帯ナビゲーション装置。
【請求項２】
請求項１において、上記ユーザによる、目的地の入力操作を受け付けて、上記ナビゲーション開始位置から上記目的地までの案内経路を、上記地図情報に重ねて表示する案内経路表示手段を備えることを特徴とする携帯ナビゲーション装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、保持方向記憶手段は、上記進行方向設定操作がされた後、上記歩数検出手段により検出された上記歩数が予め定められた値を超えた際に、上記携帯保持方向を記憶することを特徴とする携帯ナビゲーション装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記重力加速度の測定値の変化に基づいて、上記保持状態における上記携帯端末の姿勢が変化したか否かを判断するとともに、該姿勢が変化したと判断した場合に、上記進行方向検出手段により検出される上記進行方向を補正する進行方向補正手段を備えることを特徴とする携帯ナビゲーション装置。
【請求項１】
歩行者を案内する携帯ナビゲーション装置であって、
携帯端末に設けられ、互いに直交する３軸方向における地磁気の各強度を測定する３軸磁気センサと、
上記携帯端末に設けられ、上記３軸方向における重力加速度の各強度を測定する３軸加速度センサと、
上記３軸方向における、上記地磁気と上記重力加速度との測定値に基づいて、上記携帯端末が向く方位を算出する姿勢算出手段と、
ナビゲーション開始位置において、ユーザが進行予定方向に上記携帯端末を向けて方向設定ボタンを押圧する進行方向設定操作を受け付けて、その操作時における上記携帯端末の方位を上記ユーザの上記進行予定方向として記憶する進行方向記憶手段と、
上記ユーザにより、上記進行方向とは異なる方向に上記携帯端末を向けて保持する動作が行われた後に、その保持状態における上記携帯端末が向く方位を携帯保持方向として記憶する保持方向記憶手段と、
上記３軸加速度センサによって検知された加速度の時間変化に基づいて、上記ナビゲーション開始位置からの上記ユーザの歩数を検出する歩数検出手段と、
上記ユーザが歩行を開始した後に、上記姿勢算出手段によって算出された上記携帯端末の向く方位と、上記進行予定方向および上記携帯保持方向との関係から、上記ユーザの進行方向を検出する進行方向検出手段と、
予め記憶された上記ユーザの歩幅と、上記歩数と、上記進行方向検出手段により検出された上記ユーザの進行方向とから、該ユーザの現在位置を算出し、該現在位置を地図情報とともに表示する現在位置表示手段と、
を備えることを特徴とする携帯ナビゲーション装置。
【請求項２】
請求項１において、上記ユーザによる、目的地の入力操作を受け付けて、上記ナビゲーション開始位置から上記目的地までの案内経路を、上記地図情報に重ねて表示する案内経路表示手段を備えることを特徴とする携帯ナビゲーション装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、保持方向記憶手段は、上記進行方向設定操作がされた後、上記歩数検出手段により検出された上記歩数が予め定められた値を超えた際に、上記携帯保持方向を記憶することを特徴とする携帯ナビゲーション装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記重力加速度の測定値の変化に基づいて、上記保持状態における上記携帯端末の姿勢が変化したか否かを判断するとともに、該姿勢が変化したと判断した場合に、上記進行方向検出手段により検出される上記進行方向を補正する進行方向補正手段を備えることを特徴とする携帯ナビゲーション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１４５１８０（Ｐ２０１０−１４５１８０Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２１４１１（Ｐ２００８−３２１４１１）
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（５０１０３４１０６）アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社 (42)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（５０１０３４１０６）アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社 (42)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]