携帯機器
【課題】各種センサを備えた携帯機器の使用時の姿勢角度の変動を精度良く検出でき、正確にセンサからの出力を補正することが可能な携帯機器を提供する。
【解決手段】携帯機器の３軸方向への加速度を検出する加速度センサ１３１と、３軸方向の加速度成分に基づいて、前記携帯機器の回転軸を検出する回転軸検出部１８２と、検出された回転軸周りの携帯機器の回転角を算出する回転角算出部１８３と、算出された回転角の大きさに応じて、３軸方向の加速度成分の論理値を交換する軸交換手段１３３と、を備えるように構成する。
【解決手段】携帯機器の３軸方向への加速度を検出する加速度センサ１３１と、３軸方向の加速度成分に基づいて、前記携帯機器の回転軸を検出する回転軸検出部１８２と、検出された回転軸周りの携帯機器の回転角を算出する回転角算出部１８３と、算出された回転角の大きさに応じて、３軸方向の加速度成分の論理値を交換する軸交換手段１３３と、を備えるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、持ち歩き可能な携帯機器に関するものであり、特に、携帯することで歩行者ナビゲーションとして使用したり、車両などに設置してカーナビゲーションとして使用したりする携帯機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、据付型のナビゲーション装置よりも機能を簡略化し、本体を小型軽量化することで携帯可能なＰＮＤ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれる簡易型のナビゲーション装置が普及している。
【０００３】
ＰＮＤは、ＧＰＳ信号を受信して自らの現在位置を検出するほか、ＧＰＳ信号が取得できない場合のための補助的手段として、加速度センサやジャイロセンサを内蔵することでＧＰＳよりも正確な現在位置を検出することが可能である。
【０００４】
また、ＰＮＤは、車内のダッシュボードへの取り付け、取り外しが容易に行えるため、その取り付け作業はユーザ自らによって行われている。しかしながら、自立航法式に用いられる加速度センサやジャイロセンサ等は、所定の方向を向くように正しい姿勢で取り付けなければ、それぞれの取り付け角度に起因する誤差によって現在位置が正確に検出することができない。
【０００５】
そこで、この種のセンサを用いて携帯端末機器の姿勢角度を検出する従来技術としては、例えば、下記の特許文献１（特開２００２−１６４９８７号公報）に開示されている。この特許文献１には、１軸もしくは２軸しかない姿勢角度センサ（ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等）を含む姿勢角度検出装置の取り付け角度を、角度検出基準面に対して４５度±２０度で実装することにより、携帯端末機器を使用する際の傾きの制限を緩和することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１６４９８７号公報（段落［００１８］〜段落［００１９］、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＰＮＤは、車両に一度正しく取り付けた場合であってもＰＮＤに対する入力操作や車両の振動などによって使用中に取り付け角度が変動したり、ＰＮＤを持ち歩いて使用する際にその姿勢角度が様々に振動したりするので、現在位置や移動距離を正確に検出するには、ＰＮＤの姿勢角度の変動を正確に検出して姿勢角度の変動によるセンサの出力誤差を補正する必要があった。
【０００８】
そこで、上記特許文献１に示すような姿勢角度検出装置を用いて姿勢角を検出することも考えられるが、携帯電話を使用する際に好適となるように検出装置を携帯電話などの端末機器に所定の角度で取付けなければならないという制限があるため、使用時にどのような姿勢角に変動するかが不明なＰＮＤのような車両に設置可能な機器には適用が難しいという問題点があった。また、上記特許文献１においては、この姿勢角の変動を正確に検出する点については考慮されていなかった。
【０００９】
したがって、本発明は、上記の問題点を解消することを課題とし、各種センサを備えた携帯機器の使用時の姿勢角度の変動を精度良く検出でき、正確にセンサからの出力を補正することが可能な携帯機器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、
携帯機器に加わる加速度に基づき当該携帯機器の姿勢角を補正する携帯機器であって、
前記携帯機器の３軸方向への加速度を検出する加速度検出手段（例えば下記実施例では、加速度センサ１３１）と、
前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分に基づいて、前記携帯機器が回転した回転軸を検出する回転軸検出手段（例えば下記実施例では、回転軸検出部１８２）と、
前記回転軸検出手段により検出された回転軸周りの前記携帯機器の回転角を算出する回転角算出手段（例えば下記実施例では、回転角算出部１８３）と、
前記回転角算出手段により算出された前記回転角の大きさに応じて、前記３軸方向の加速度成分の論理値を交換する軸交換手段（例えば下記実施例では、軸交換手段１３３）と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る携帯機器において、
前記携帯機器の３軸周りの角速度を検出する角速度検出手段（例えば下記実施例では、ジャイロセンサ１３２）を備え、
前記軸交換手段は、前記回転角の大きさに応じて、前記３軸周りの角速度の論理値を交換することを特徴とする。
【００１２】
また、本願の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る携帯機器において、
前記回転角算出手段は、算出する回転角の大きさを、前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうち所定の軸に関する加速度成分から算出することを特徴とする。
【００１３】
また、本願の請求項４に係る発明は、請求項３に係る携帯機器において、
前記回転角算出手段により算出された回転角に基づいて、前記姿勢角を補正する姿勢角補正手段（例えば下記実施例では、姿勢角補正部１８４）を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成により、本発明は下記に示すような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１に係る発明においては、携帯機器は、加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分に基づいて、前記携帯機器が回転した回転軸を検出し、検出された回転軸周りの携帯機器の回転角を算出し、算出された回転角の大きさに応じて、前記３軸方向の加速度成分の論理値を交換するようにしている。
【００１５】
このような構成によれば、携帯機器の回転角度に関係なく、加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分に関する出力値を容易に把握することができる携帯機器を提供できる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明においては、請求項１に係る携帯機器において、携帯機器の３軸周りの角速度を検出する角速度検出手段からの出力についても前記回転角の大きさに応じて、前記３軸周りの角速度の論理値を交換するようにしている。このような構成によれば、携帯機器の回転角度に関係なく、角速度検出手段により検出された３軸周りの角速度成分に関する出力値を容易に把握することができる携帯機器を提供できる。
【００１７】
また、請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る携帯機器において、算出する回転角の大きさを、前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうち所定の軸に関する加速度成分から算出するようにしている。このような構成によれば、携帯機器が回転した回転軸周りの回転角の大きさを、加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうち最も回転角の変化率を正確に検出することが可能な所定の軸に関する加速度成分を用いて回転角を算出することが可能となり、携帯機器の姿勢角などを正確に補正することができる携帯機器を提供できる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明においては、請求項３に係る携帯機器において、算出された回転角に基づいて、前記携帯機器の姿勢角を補正する。このような構成によれば、携帯機器が回転した回転軸周りの回転角の大きさに応じて、加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうちから最も回転角の変化率を正確に検出することが可能な所定の軸に関する加速度成分を用いて回転角を算出することが可能となり、さらに携帯機器の姿勢角などを正確に補正することができる携帯機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例におけるナビゲーション装置がＹ軸周りに回転した場合のセンサの出力を説明するための図であり、ナビゲーション装置が正しい姿勢で設置された状態を示す一例である。
【図３】本発明の実施例におけるナビゲーション装置がＹ軸周りに回転した場合のセンサの出力を説明するための図であり、図２におけるナビゲーション装置がＹ軸周りにθだけ回転した状態を示している。
【図４】本発明の実施例におけるナビゲーション装置がＹ軸周りに回転した場合のセンサの出力を説明するための図であり、図２におけるナビゲーション装置がＹ軸周りにθ＝９０°だけ回転した状態を示している。
【図５】本発明の実施例におけるＹ軸周りの回転を検出する場合の角度θに対する加速度センサのＸ軸成分およびＺ軸成分をそれぞれ表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体例を実施例及び図面を用いて詳細に説明する。但し、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための携帯機器として車体に搭載可能なナビゲーション装置を例示するものであって、本発明をこのナビゲーション装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に示した技術思想に含まれるその他の実施形態の携帯機器にも等しく適用し得るものである。
【実施例】
【００２１】
まず、図１を参照して、本発明の実施例に係るナビゲーション装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施例に係るナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。ナビゲーション装置１０は、制御手段１００、通信手段１１０、ＧＰＳ測位手段１２０、自立航法測位手段１３０、経路探索手段１４０、経路案内手段１５０、表示手段１６０、入力手段１７０、姿勢角補正手段１８０、記憶手段１９０を備えて構成される。
【００２２】
制御手段１００は、ＣＰＵ１００ａ、ＲＡＭ１００ｂ、ＲＯＭ１００ｃからなるプロセッサで構成され、ＲＡＭ１００ｂ又はＲＯＭ１００ｃに記憶されているプログラムをＣＰＵ１００ａにおいて実行することによってナビゲーション装置１０の各部の動作を制御統括する。
【００２３】
通信手段１１０は、制御手段１００の制御により、このナビゲーション装置１０と通信可能な情報提供サーバ（図示せず）との間で地図データといった各種情報の送受信を行う。
【００２４】
ＧＰＳ測位手段１２０は、地球上空を周回している複数のＧＰＳ衛星からの時刻情報を含む電波を受信し、それをもとにナビゲーション装置１０を搭載した車体の現在位置情報を算出するものである。
【００２５】
自立航法測位手段１３０は、加速度センサ１３１とジャイロセンサ１３２を備えて構成される。加速度センサ１３１は、予め定められた３軸方向へのナビゲーション装置１０の加速度を検出し、ジャイロセンサ１３２は、ナビゲーション装置１０のＸ軸回り、Ｙ軸回り及びＺ軸回りの角速度を検出する。加速度センサ１３１とジャイロセンサ１３２は、それぞれ検出した加速度や角速度を制御手段１００に出力する。
【００２６】
加速度センサ１３１が車体に対して正しい姿勢で設置された場合、図２（ａ）で示すように、加速度センサ１３１によって、車体の進行方向（本実施例ではＸ軸方向とする）への加速度Ｘと、車体の進行方向に水平面内で直交する方向（本実施例ではＹ軸方向とする）への加速度Ｙと、車体の進行方向（Ｘ軸方向）及びこの進行方向に水平面内で直交する方向（Ｙ軸方向）に直交する方向（本実施例ではＺ軸方向とする）への加速度Ｚとが検出される。
【００２７】
ジャイロセンサ１３２が車体に対して正しい姿勢で設置されている場合、図２（ｂ）で示すように、ジャイロセンサ１３２ｒによってＸ軸回りに車体が回転する際の角速度Ｘ（Ｒｏｌｌ角θｒ）が検出され、ジャイロセンサ１３２ｐによってＹ軸回りに車体が回転する際の角速度Ｙ（Ｐｉｔｃｈ角θｐ）が検出され、およびジャイロセンサ１３２ｙによってＺ軸回りに車体が回転する際の角速度Ｚ（Ｙａｗ角θｙ）が検出される。
【００２８】
また、自立航法測位手段１３０は、車体に対して正しい姿勢で設置されていたナビゲーション装置１０が所定の軸周りに回転した場合に回転した角度に応じて、加速度センサ１３１の各軸における出力の論理値あるいはジャイロセンサ１３２の各軸周りの出力の論理値を交換するための軸交換手段１３３を備えている。軸交換手段１３３による軸交換方法については後で詳細に説明する。
【００２９】
経路探索手段１４０は、入力手段１７０の操作により出発地点や目的地点が指定されると、記憶手段１９０の地図記憶部１９２に記憶されている道路データを参照し、出発地点から目的地点に至るまでの最適経路を探索し、案内経路データを作成するものである。経路探索手段１４０によって探索された案内経路は、制御手段１００によって、表示手段１６０に現在位置周辺の地図画像と共に表示され、目的地点までの案内に用いられる。
【００３０】
経路案内手段１５０は、経路探索手段１４０によって探索された案内経路データと、ＧＰＳ測位手段１２０によって検出された現在位置とを比較し、現在位置において必要とされるガイダンスを図示しないスピーカなどから音声出力する。
【００３１】
表示手段１６０は、ＬＣＤなどのディスプレイパネルから構成される表示画面を備えた表示ユニットであり、地図画像や案内経路、現在位置などを表示する。
【００３２】
入力手段１７０は、操作ボタンやタッチパネルなどにより構成され、ナビゲーション装置１０の各種機能を操作したり、所要の数値や文字を入力したりするものである。
【００３３】
姿勢角補正手段１８０は、姿勢角算出部１８１、回転軸検出部１８２、回転角算出部１８３、姿勢角補正部１８４を備えて構成される。
【００３４】
姿勢角算出部１８１は、加速度センサ１３１やジャイロセンサ１３２からの出力に基づいて、ナビゲーション装置１０の車体に対する姿勢角度（取り付け角度）、或いはナビゲーション装置１０を携帯して使用する際の姿勢角度を算出し、姿勢角度記憶部１９１に記憶させる。
【００３５】
回転軸検出部１８２は、加速度センサ１３１によって検出される重力加速度成分に基づいて、車体に対して設置されたナビゲーション装置１０が所定位置からナビゲーション装置１０の互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のうちのいずれの軸周りに対して回転して姿勢角度（取り付け角度）を変動させたか検出する。
【００３６】
回転角算出部１８３は、加速度センサ１３１から出力される３軸方向の加速度成分に基づいて、回転軸検出部１８２によって検出された回転軸周りのナビゲーション装置１０の回転角を算出する。このとき、加速度センサ１３１から出力される３軸方向の加速度成分のうちで最も回転角の変化率が大きく、わずかな回転角であっても正確に検出できる軸方向の加速度成分を用いてナビゲーション装置１０の回転角を算出する。
【００３７】
すなわち、図２で示すように、ナビゲーション装置１０の互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（ここで、Ｘ軸は車体の進行方向と同じ軸、Ｙ軸は車体の横軸、Ｚ軸は車体の垂直軸）とし、加速度センサ１３１が、ナビゲーション装置１０の互いに直交する３軸と同軸に配置されているとすると、回転角算出部１８３は、例えば、Ｙ軸周りに回転した回転軸を算出する。
【００３８】
図２〜図４は、ナビゲーション装置がＹ軸周りに回転した場合のセンサの出力を説明するための図である。図２（ａ）〜図４（ａ）は、加速度センサの場合であり、図２（ｂ）〜図４（ｂ）は、ジャイロセンサの場合である。
【００３９】
例えば、静止状態にあるナビゲーション装置１０が、図３（ａ）で示すように、図２（ａ）で示す正しい姿勢からＹ軸周りに回転した場合、回転角度をθとすると、加速度センサ１３１のＸ軸成分（加速度Ｘ）とＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力は、それぞれ
Ｘ＝ｓｉｎθ
Ｚ＝ｃｏｓθ
と表わされる。ただし、ナビゲーション装置１０に加わる重力加速度を１とする。
【００４０】
図５は、Ｙ軸周りの回転を検出する場合の角度θに対する加速度センサのＸ軸成分およびＺ軸成分をそれぞれ表示した図である。
【００４１】
回転角度が、０°≦θ≦４５°と小さい（傾きが小さい）場合には、ｃｏｓθは１に近く、逆にｓｉｎθが大きく変化する。このため、加速度センサ１３１のＸ軸成分であるＸ＝ｓｉｎθの値から、回転角θは、
θ＝ｓｉｎ-1Ｘ
となり、Ｘ軸成分の変動に応じてθを正確に求めることできる。したがって、姿勢角の補正を精度良く行うことができる。
【００４２】
また、ナビゲーション装置１０が、図４（ａ）で示すように、図３（ａ）で示す姿勢からさらにＹ軸周りに回転した場合、回転角度が４５°≦θ≦９０°では、ｓｉｎθは１に近く、逆にｃｏｓθが大きく変化する。したがって、加速度センサ１３１のＺ軸成分であるＺ＝ｃｏｓθの値から、回転角θは、
θ＝ｃｏｓ-1Ｚ
と求めることによって、姿勢角の補正を精度良く行うことができる。
【００４３】
さらに、ナビゲーション装置１０がＹ軸周りに回転すると、回転角度が９０°≦θ≦１３５°では、ｓｉｎθは１に近く、ｃｏｓθは大きく変化するので、同様に、加速度センサ１３１のＺ軸成分であるＺ＝ｃｏｓθの値からθを求めることによって、精度良く姿勢角の補正を行うことができる。
【００４４】
以下同様に、図５で示すように、
回転角度が１３５°≦θ≦２２５°では、θ＝ｓｉｎ-1Ｘ
回転角度が２２５°≦θ≦３１５°では、θ＝ｃｏｓ-1Ｚ
回転角度が３１５°≦θ≦３６０°では、θ＝ｓｉｎ-1Ｘ
としてθを求めることができる。
【００４５】
姿勢角補正部１８４は、回転角算出部１８３によって算出された回転角に基づいて、姿勢角算出部１８１において算出された姿勢角度（取り付け角度）、或いは、すでに算出されて姿勢角度記憶部１９１に記憶されている姿勢角度（取り付け角度）の補正を行う。補正された姿勢角度は、改めて姿勢角度記憶部１９１に記憶される。
【００４６】
記憶手段１９０は、姿勢角度記憶部１９１、地図記憶部１９２を備えて構成される。姿勢角度記憶部１９１は、ＦＲＡＭ（登録商標）などの不揮発性メモリによって構成されており、姿勢角算出部１８１によって算出された車体に対するナビゲーション装置１０の姿勢角度（取り付け角度）を記憶する。また、姿勢角補正部１８４によって補正された姿勢角度（取り付け角度）を記憶する。記憶された姿勢角度は、車体の走行距離や現在位置を算出する際に用いられる。
【００４７】
地図記憶部１９２には、各道路の交差点や分岐点などの結節点をノードとし、それぞれのノード間を結ぶ経路をリンクとした道路ノードデータと道路リンクデータを含む道路データが記憶されている。道路ノードデータには、道路ノードの番号、位置座標、接続リンク本数、交差点名称などが含まれる。また、道路リンクデータには起点および終点となる道路ノードの番号、道路種別、リンク長（リンクコスト）、所要時間、車線数、車道幅などが含まれる。道路リンクデータにはさらに、リンク属性として橋、トンネル、踏切、料金所などのデータが付与される。道路種別は、高速道路や有料道路の別および国道や都道府県道などの別を含む情報である。
【００４８】
また、地図記憶部１９２には、道路データの他、地図画像を見やすく表示するためにベクター形式で記憶された背景画像データを含んでいてもよい。道路データと背景画像データを含む地図画像データは、制御手段１００により、ナビゲーション装置１０を使用する際に、ナビゲーション装置１０の現在位置を含む所定範囲が地図記憶部１９２から抽出され、現在位置を示す現在位置マークや案内経路の画像と重ね合わされて表示手段１６０に表示される。
【００４９】
次に、図２と図４を参照して、本発明の実施例におけるナビゲーション装置１０の軸交換手段１３３について説明する。
【００５０】
図２（ａ）で示すように、ナビゲーション装置１０が車体に対して正しい姿勢で設置されている場合、加速度センサ１３１のＸ軸成分（加速度Ｘ）の出力は、ナビゲーション装置１０が取り付けられた車体の加速度を検出しており、車体が加速しているときにはプラスの値を出力し、車体が減速しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５１】
そして、加速度センサ１３１のＹ軸成分（加速度Ｙ）の出力は、車体の右折時あるいは左折時の加速度を検出しており、車体が左折しているときにはプラスの値を出力し、車体が右折しているときにはマイナスの値を出力している。さらに、加速度センサ１３１のＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力は、重力加速度を検出しており、プラスの値を出力している。
【００５２】
一方、図４（ａ）で示すように、Ｙ軸周りの回転角度θ＝９０°の場合、加速度センサ１３１のＸ軸成分（加速度Ｘ）の出力は、重力加速度を検出しており、マイナスの値を出力し、加速度センサ１３１のＹ軸成分（加速度Ｙ）の出力は、図２（ａ）で示すθ＝０°の場合と同じく、ナビゲーション装置１０が取り付けられた車体の右折時あるいは左折時の加速度を検出しており、車体が左折しているときにはプラスの値を出力し、車体が右切しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５３】
そして、加速度センサ１３１のＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力は、車体の加速度を検出しており、車体が加速しているときにはプラスの値を出力し、車体が減速しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５４】
このように、Ｙ軸周りの回転角度θ＝０°とθ＝９０°において、加速度センサ１３１の３軸（物理軸）のうち、Ｘ軸成分（加速度Ｘ）とＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力値が入れ代わるので、Ｘ軸とＺ軸の論理軸が交換したものと見なすことができる。したがって、軸交換手段１３３は、加速度センサ１３１から出力される出力値に対して回転角算出部１８３によって算出されたＹ軸周りの回転角度θの大きさに応じて適した論理値（重力、加速度等）を割り当てる。
【００５５】
また、図２（ｂ）で示すように、ナビゲーション装置１０が車体に対して正しい姿勢で設置されている場合、ジャイロセンサ１３２ｒのＸ軸成分（ジャイロＸ）の出力は、ナビゲーション装置１０が取り付けられた車体のロールを検出しており、車体が右回転しているときにはプラスの値を出力し、車体が左回転しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５６】
そして、ジャイロセンサ１３２ｐのＹ軸成分（ジャイロＹ）の出力は、車体が走行している路面の傾斜（ピッチ）を検出しており、車体が下り傾斜を走行しているときにはプラスの値を出力し、車体が上り傾斜を走行しているときにはマイナスの値を出力している。さらに、ジャイロセンサ１３２ｙのＺ軸成分（ジャイロＺ）の出力は、車体の右折時あるいは左折時のヨー角を検出しており、車体が右折しているときにはプラスの値を出力し、車体が左折しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５７】
一方、図４（ｂ）で示すように、Ｙ軸周りの回転角度θ＝９０°の場合、ジャイロセンサ１３２ｒのＸ軸成分（ジャイロＸ）の出力は、車体のヨー角を検出しており、車体が右折しているときにはプラスの値を出力し、車体が左折しているときにはマイナスの値を出力し、ジャイロセンサ１３２ｐのＹ軸成分（ジャイロＹ）の出力は、図４（ａ）で示すθ＝０°の場合と同じく、車体が走行している路面の傾斜（ピッチ）を検出している。
【００５８】
そして、ジャイロセンサ１３２ｙのＺ軸成分（ジャイロＺ）の出力は、車体のロールを検出しており、車体が左回転しているときにはプラスの値を出力し、車体が右回転しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５９】
このように、Ｙ軸周りの回転角度θ＝０°とθ＝９０°において、ジャイロセンサ１３２の３軸（物理軸）周りの出力のうち、Ｘ軸成分（ジャイロＸ）とＺ軸成分（ジャイロＺ）の出力値が入れ代わるので、Ｘ軸（ロール軸）とＺ軸（ヨー軸）の論理軸が交換したものと見なすことができる。したがって、軸交換手段１３３は、ジャイロセンサ１３２から出力される出力値に対して回転角算出部１８３によって算出されたＹ軸周りの回転角度θの大きさに応じて適した論理値（左右回転、左右折等）を割り当てる。
【００６０】
同様に、Ｙ軸周りの回転角度θ＝１８０°やθ＝２７０°においても、回転角度に応じて、加速度センサ１３１の３軸（物理軸）のうち、Ｘ軸成分（加速度Ｘ）とＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力値が入れ代り、また、ジャイロセンサ１３２の３軸（物理軸）周りの出力のうち、Ｘ軸成分（ジャイロＸ）とＺ軸成分（ジャイロＺ）の出力値が入れ代わることになる。
【００６１】
さらに、Ｙ軸周りの回転だけではなく、Ｚ軸またはＸ軸周りの回転についても同様であり、Ｚ軸周りの回転においては、Ｘ軸（ロール軸）とＹ軸（ピッチ軸）の論理軸が交換したものと見なすことができ、Ｘ軸周りの回転においては、Ｙ軸（ピッチ軸）とＺ軸（ヨー軸）の論理軸が交換したものと見なすことができる。
【００６２】
したがって、各軸周りの回転角に対する物理軸と論理軸と関係は、下表のように整理することができる。
【００６３】
【表１】
よって、軸交換手段１３３は、加速度センサ１３１やジャイロセンサ１３２から出力される出力値に対して回転角算出部１８３によって算出された各軸周りの回転角度θの大きさに応じて適した論理値（重力、加速度等）を割り当てることが可能となる。
【００６４】
以上説明したように、本発明に係るナビゲーション装置によれば、ナビゲーション装置が所定の取り付け位置から回転した回転軸周りの回転角の大きさに応じて、加速度センサにおける３軸方向の加速度成分の論理値あるいはジャイロセンサにおける３軸周りの角速度成分の論理値を交換するようにしているので、加速度センサおよびジャイロセンサからの出力値を容易に把握することができる。
【００６５】
また、各軸周りのセンサ出力値の論理値を交換するために用いる各軸周りの回転角を算出する際に、加速度センサにより検出された３軸方向の加速度成分のうちから最も回転角の変化率を正確に検出することが可能な所定の軸に関する加速度成分も用いて回転角を算出することが可能となり、また、これによりナビゲーション装置の姿勢角などを正確に補正することができる。
【００６６】
なお、上記実施例においては、携帯機器としてナビゲーション装置１０を用いて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、移動体の加速度から移動体の移動距離を算出する各種電子機器などにも適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０・・・・ナビゲーション装置
１００・・・制御手段
１１０・・・通信手段
１２０・・・ＧＰＳ測位手段
１３０・・・自立航法測位手段
１３１・・・加速度センサ
１３２・・・ジャイロセンサ
１３３・・・軸交換手段
１４０・・・経路探索手段
１５０・・・経路案内手段
１６０・・・表示手段
１７０・・・入力手段
１８０・・・姿勢角補正手段
１８１・・・姿勢角算出部
１８２・・・回転軸検出部
１８３・・・回転角算出部
１８４・・・姿勢角補正部
１９０・・・記憶手段
１９１・・・姿勢角度記憶部
１９２・・・地図記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、持ち歩き可能な携帯機器に関するものであり、特に、携帯することで歩行者ナビゲーションとして使用したり、車両などに設置してカーナビゲーションとして使用したりする携帯機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、据付型のナビゲーション装置よりも機能を簡略化し、本体を小型軽量化することで携帯可能なＰＮＤ（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれる簡易型のナビゲーション装置が普及している。
【０００３】
ＰＮＤは、ＧＰＳ信号を受信して自らの現在位置を検出するほか、ＧＰＳ信号が取得できない場合のための補助的手段として、加速度センサやジャイロセンサを内蔵することでＧＰＳよりも正確な現在位置を検出することが可能である。
【０００４】
また、ＰＮＤは、車内のダッシュボードへの取り付け、取り外しが容易に行えるため、その取り付け作業はユーザ自らによって行われている。しかしながら、自立航法式に用いられる加速度センサやジャイロセンサ等は、所定の方向を向くように正しい姿勢で取り付けなければ、それぞれの取り付け角度に起因する誤差によって現在位置が正確に検出することができない。
【０００５】
そこで、この種のセンサを用いて携帯端末機器の姿勢角度を検出する従来技術としては、例えば、下記の特許文献１（特開２００２−１６４９８７号公報）に開示されている。この特許文献１には、１軸もしくは２軸しかない姿勢角度センサ（ジャイロセンサ、加速度センサ、地磁気センサ等）を含む姿勢角度検出装置の取り付け角度を、角度検出基準面に対して４５度±２０度で実装することにより、携帯端末機器を使用する際の傾きの制限を緩和することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１６４９８７号公報（段落［００１８］〜段落［００１９］、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＰＮＤは、車両に一度正しく取り付けた場合であってもＰＮＤに対する入力操作や車両の振動などによって使用中に取り付け角度が変動したり、ＰＮＤを持ち歩いて使用する際にその姿勢角度が様々に振動したりするので、現在位置や移動距離を正確に検出するには、ＰＮＤの姿勢角度の変動を正確に検出して姿勢角度の変動によるセンサの出力誤差を補正する必要があった。
【０００８】
そこで、上記特許文献１に示すような姿勢角度検出装置を用いて姿勢角を検出することも考えられるが、携帯電話を使用する際に好適となるように検出装置を携帯電話などの端末機器に所定の角度で取付けなければならないという制限があるため、使用時にどのような姿勢角に変動するかが不明なＰＮＤのような車両に設置可能な機器には適用が難しいという問題点があった。また、上記特許文献１においては、この姿勢角の変動を正確に検出する点については考慮されていなかった。
【０００９】
したがって、本発明は、上記の問題点を解消することを課題とし、各種センサを備えた携帯機器の使用時の姿勢角度の変動を精度良く検出でき、正確にセンサからの出力を補正することが可能な携帯機器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、
携帯機器に加わる加速度に基づき当該携帯機器の姿勢角を補正する携帯機器であって、
前記携帯機器の３軸方向への加速度を検出する加速度検出手段（例えば下記実施例では、加速度センサ１３１）と、
前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分に基づいて、前記携帯機器が回転した回転軸を検出する回転軸検出手段（例えば下記実施例では、回転軸検出部１８２）と、
前記回転軸検出手段により検出された回転軸周りの前記携帯機器の回転角を算出する回転角算出手段（例えば下記実施例では、回転角算出部１８３）と、
前記回転角算出手段により算出された前記回転角の大きさに応じて、前記３軸方向の加速度成分の論理値を交換する軸交換手段（例えば下記実施例では、軸交換手段１３３）と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る携帯機器において、
前記携帯機器の３軸周りの角速度を検出する角速度検出手段（例えば下記実施例では、ジャイロセンサ１３２）を備え、
前記軸交換手段は、前記回転角の大きさに応じて、前記３軸周りの角速度の論理値を交換することを特徴とする。
【００１２】
また、本願の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る携帯機器において、
前記回転角算出手段は、算出する回転角の大きさを、前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうち所定の軸に関する加速度成分から算出することを特徴とする。
【００１３】
また、本願の請求項４に係る発明は、請求項３に係る携帯機器において、
前記回転角算出手段により算出された回転角に基づいて、前記姿勢角を補正する姿勢角補正手段（例えば下記実施例では、姿勢角補正部１８４）を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成により、本発明は下記に示すような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１に係る発明においては、携帯機器は、加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分に基づいて、前記携帯機器が回転した回転軸を検出し、検出された回転軸周りの携帯機器の回転角を算出し、算出された回転角の大きさに応じて、前記３軸方向の加速度成分の論理値を交換するようにしている。
【００１５】
このような構成によれば、携帯機器の回転角度に関係なく、加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分に関する出力値を容易に把握することができる携帯機器を提供できる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明においては、請求項１に係る携帯機器において、携帯機器の３軸周りの角速度を検出する角速度検出手段からの出力についても前記回転角の大きさに応じて、前記３軸周りの角速度の論理値を交換するようにしている。このような構成によれば、携帯機器の回転角度に関係なく、角速度検出手段により検出された３軸周りの角速度成分に関する出力値を容易に把握することができる携帯機器を提供できる。
【００１７】
また、請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２に係る携帯機器において、算出する回転角の大きさを、前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうち所定の軸に関する加速度成分から算出するようにしている。このような構成によれば、携帯機器が回転した回転軸周りの回転角の大きさを、加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうち最も回転角の変化率を正確に検出することが可能な所定の軸に関する加速度成分を用いて回転角を算出することが可能となり、携帯機器の姿勢角などを正確に補正することができる携帯機器を提供できる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明においては、請求項３に係る携帯機器において、算出された回転角に基づいて、前記携帯機器の姿勢角を補正する。このような構成によれば、携帯機器が回転した回転軸周りの回転角の大きさに応じて、加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうちから最も回転角の変化率を正確に検出することが可能な所定の軸に関する加速度成分を用いて回転角を算出することが可能となり、さらに携帯機器の姿勢角などを正確に補正することができる携帯機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例におけるナビゲーション装置がＹ軸周りに回転した場合のセンサの出力を説明するための図であり、ナビゲーション装置が正しい姿勢で設置された状態を示す一例である。
【図３】本発明の実施例におけるナビゲーション装置がＹ軸周りに回転した場合のセンサの出力を説明するための図であり、図２におけるナビゲーション装置がＹ軸周りにθだけ回転した状態を示している。
【図４】本発明の実施例におけるナビゲーション装置がＹ軸周りに回転した場合のセンサの出力を説明するための図であり、図２におけるナビゲーション装置がＹ軸周りにθ＝９０°だけ回転した状態を示している。
【図５】本発明の実施例におけるＹ軸周りの回転を検出する場合の角度θに対する加速度センサのＸ軸成分およびＺ軸成分をそれぞれ表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体例を実施例及び図面を用いて詳細に説明する。但し、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための携帯機器として車体に搭載可能なナビゲーション装置を例示するものであって、本発明をこのナビゲーション装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に示した技術思想に含まれるその他の実施形態の携帯機器にも等しく適用し得るものである。
【実施例】
【００２１】
まず、図１を参照して、本発明の実施例に係るナビゲーション装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施例に係るナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。ナビゲーション装置１０は、制御手段１００、通信手段１１０、ＧＰＳ測位手段１２０、自立航法測位手段１３０、経路探索手段１４０、経路案内手段１５０、表示手段１６０、入力手段１７０、姿勢角補正手段１８０、記憶手段１９０を備えて構成される。
【００２２】
制御手段１００は、ＣＰＵ１００ａ、ＲＡＭ１００ｂ、ＲＯＭ１００ｃからなるプロセッサで構成され、ＲＡＭ１００ｂ又はＲＯＭ１００ｃに記憶されているプログラムをＣＰＵ１００ａにおいて実行することによってナビゲーション装置１０の各部の動作を制御統括する。
【００２３】
通信手段１１０は、制御手段１００の制御により、このナビゲーション装置１０と通信可能な情報提供サーバ（図示せず）との間で地図データといった各種情報の送受信を行う。
【００２４】
ＧＰＳ測位手段１２０は、地球上空を周回している複数のＧＰＳ衛星からの時刻情報を含む電波を受信し、それをもとにナビゲーション装置１０を搭載した車体の現在位置情報を算出するものである。
【００２５】
自立航法測位手段１３０は、加速度センサ１３１とジャイロセンサ１３２を備えて構成される。加速度センサ１３１は、予め定められた３軸方向へのナビゲーション装置１０の加速度を検出し、ジャイロセンサ１３２は、ナビゲーション装置１０のＸ軸回り、Ｙ軸回り及びＺ軸回りの角速度を検出する。加速度センサ１３１とジャイロセンサ１３２は、それぞれ検出した加速度や角速度を制御手段１００に出力する。
【００２６】
加速度センサ１３１が車体に対して正しい姿勢で設置された場合、図２（ａ）で示すように、加速度センサ１３１によって、車体の進行方向（本実施例ではＸ軸方向とする）への加速度Ｘと、車体の進行方向に水平面内で直交する方向（本実施例ではＹ軸方向とする）への加速度Ｙと、車体の進行方向（Ｘ軸方向）及びこの進行方向に水平面内で直交する方向（Ｙ軸方向）に直交する方向（本実施例ではＺ軸方向とする）への加速度Ｚとが検出される。
【００２７】
ジャイロセンサ１３２が車体に対して正しい姿勢で設置されている場合、図２（ｂ）で示すように、ジャイロセンサ１３２ｒによってＸ軸回りに車体が回転する際の角速度Ｘ（Ｒｏｌｌ角θｒ）が検出され、ジャイロセンサ１３２ｐによってＹ軸回りに車体が回転する際の角速度Ｙ（Ｐｉｔｃｈ角θｐ）が検出され、およびジャイロセンサ１３２ｙによってＺ軸回りに車体が回転する際の角速度Ｚ（Ｙａｗ角θｙ）が検出される。
【００２８】
また、自立航法測位手段１３０は、車体に対して正しい姿勢で設置されていたナビゲーション装置１０が所定の軸周りに回転した場合に回転した角度に応じて、加速度センサ１３１の各軸における出力の論理値あるいはジャイロセンサ１３２の各軸周りの出力の論理値を交換するための軸交換手段１３３を備えている。軸交換手段１３３による軸交換方法については後で詳細に説明する。
【００２９】
経路探索手段１４０は、入力手段１７０の操作により出発地点や目的地点が指定されると、記憶手段１９０の地図記憶部１９２に記憶されている道路データを参照し、出発地点から目的地点に至るまでの最適経路を探索し、案内経路データを作成するものである。経路探索手段１４０によって探索された案内経路は、制御手段１００によって、表示手段１６０に現在位置周辺の地図画像と共に表示され、目的地点までの案内に用いられる。
【００３０】
経路案内手段１５０は、経路探索手段１４０によって探索された案内経路データと、ＧＰＳ測位手段１２０によって検出された現在位置とを比較し、現在位置において必要とされるガイダンスを図示しないスピーカなどから音声出力する。
【００３１】
表示手段１６０は、ＬＣＤなどのディスプレイパネルから構成される表示画面を備えた表示ユニットであり、地図画像や案内経路、現在位置などを表示する。
【００３２】
入力手段１７０は、操作ボタンやタッチパネルなどにより構成され、ナビゲーション装置１０の各種機能を操作したり、所要の数値や文字を入力したりするものである。
【００３３】
姿勢角補正手段１８０は、姿勢角算出部１８１、回転軸検出部１８２、回転角算出部１８３、姿勢角補正部１８４を備えて構成される。
【００３４】
姿勢角算出部１８１は、加速度センサ１３１やジャイロセンサ１３２からの出力に基づいて、ナビゲーション装置１０の車体に対する姿勢角度（取り付け角度）、或いはナビゲーション装置１０を携帯して使用する際の姿勢角度を算出し、姿勢角度記憶部１９１に記憶させる。
【００３５】
回転軸検出部１８２は、加速度センサ１３１によって検出される重力加速度成分に基づいて、車体に対して設置されたナビゲーション装置１０が所定位置からナビゲーション装置１０の互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のうちのいずれの軸周りに対して回転して姿勢角度（取り付け角度）を変動させたか検出する。
【００３６】
回転角算出部１８３は、加速度センサ１３１から出力される３軸方向の加速度成分に基づいて、回転軸検出部１８２によって検出された回転軸周りのナビゲーション装置１０の回転角を算出する。このとき、加速度センサ１３１から出力される３軸方向の加速度成分のうちで最も回転角の変化率が大きく、わずかな回転角であっても正確に検出できる軸方向の加速度成分を用いてナビゲーション装置１０の回転角を算出する。
【００３７】
すなわち、図２で示すように、ナビゲーション装置１０の互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸（ここで、Ｘ軸は車体の進行方向と同じ軸、Ｙ軸は車体の横軸、Ｚ軸は車体の垂直軸）とし、加速度センサ１３１が、ナビゲーション装置１０の互いに直交する３軸と同軸に配置されているとすると、回転角算出部１８３は、例えば、Ｙ軸周りに回転した回転軸を算出する。
【００３８】
図２〜図４は、ナビゲーション装置がＹ軸周りに回転した場合のセンサの出力を説明するための図である。図２（ａ）〜図４（ａ）は、加速度センサの場合であり、図２（ｂ）〜図４（ｂ）は、ジャイロセンサの場合である。
【００３９】
例えば、静止状態にあるナビゲーション装置１０が、図３（ａ）で示すように、図２（ａ）で示す正しい姿勢からＹ軸周りに回転した場合、回転角度をθとすると、加速度センサ１３１のＸ軸成分（加速度Ｘ）とＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力は、それぞれ
Ｘ＝ｓｉｎθ
Ｚ＝ｃｏｓθ
と表わされる。ただし、ナビゲーション装置１０に加わる重力加速度を１とする。
【００４０】
図５は、Ｙ軸周りの回転を検出する場合の角度θに対する加速度センサのＸ軸成分およびＺ軸成分をそれぞれ表示した図である。
【００４１】
回転角度が、０°≦θ≦４５°と小さい（傾きが小さい）場合には、ｃｏｓθは１に近く、逆にｓｉｎθが大きく変化する。このため、加速度センサ１３１のＸ軸成分であるＸ＝ｓｉｎθの値から、回転角θは、
θ＝ｓｉｎ-1Ｘ
となり、Ｘ軸成分の変動に応じてθを正確に求めることできる。したがって、姿勢角の補正を精度良く行うことができる。
【００４２】
また、ナビゲーション装置１０が、図４（ａ）で示すように、図３（ａ）で示す姿勢からさらにＹ軸周りに回転した場合、回転角度が４５°≦θ≦９０°では、ｓｉｎθは１に近く、逆にｃｏｓθが大きく変化する。したがって、加速度センサ１３１のＺ軸成分であるＺ＝ｃｏｓθの値から、回転角θは、
θ＝ｃｏｓ-1Ｚ
と求めることによって、姿勢角の補正を精度良く行うことができる。
【００４３】
さらに、ナビゲーション装置１０がＹ軸周りに回転すると、回転角度が９０°≦θ≦１３５°では、ｓｉｎθは１に近く、ｃｏｓθは大きく変化するので、同様に、加速度センサ１３１のＺ軸成分であるＺ＝ｃｏｓθの値からθを求めることによって、精度良く姿勢角の補正を行うことができる。
【００４４】
以下同様に、図５で示すように、
回転角度が１３５°≦θ≦２２５°では、θ＝ｓｉｎ-1Ｘ
回転角度が２２５°≦θ≦３１５°では、θ＝ｃｏｓ-1Ｚ
回転角度が３１５°≦θ≦３６０°では、θ＝ｓｉｎ-1Ｘ
としてθを求めることができる。
【００４５】
姿勢角補正部１８４は、回転角算出部１８３によって算出された回転角に基づいて、姿勢角算出部１８１において算出された姿勢角度（取り付け角度）、或いは、すでに算出されて姿勢角度記憶部１９１に記憶されている姿勢角度（取り付け角度）の補正を行う。補正された姿勢角度は、改めて姿勢角度記憶部１９１に記憶される。
【００４６】
記憶手段１９０は、姿勢角度記憶部１９１、地図記憶部１９２を備えて構成される。姿勢角度記憶部１９１は、ＦＲＡＭ（登録商標）などの不揮発性メモリによって構成されており、姿勢角算出部１８１によって算出された車体に対するナビゲーション装置１０の姿勢角度（取り付け角度）を記憶する。また、姿勢角補正部１８４によって補正された姿勢角度（取り付け角度）を記憶する。記憶された姿勢角度は、車体の走行距離や現在位置を算出する際に用いられる。
【００４７】
地図記憶部１９２には、各道路の交差点や分岐点などの結節点をノードとし、それぞれのノード間を結ぶ経路をリンクとした道路ノードデータと道路リンクデータを含む道路データが記憶されている。道路ノードデータには、道路ノードの番号、位置座標、接続リンク本数、交差点名称などが含まれる。また、道路リンクデータには起点および終点となる道路ノードの番号、道路種別、リンク長（リンクコスト）、所要時間、車線数、車道幅などが含まれる。道路リンクデータにはさらに、リンク属性として橋、トンネル、踏切、料金所などのデータが付与される。道路種別は、高速道路や有料道路の別および国道や都道府県道などの別を含む情報である。
【００４８】
また、地図記憶部１９２には、道路データの他、地図画像を見やすく表示するためにベクター形式で記憶された背景画像データを含んでいてもよい。道路データと背景画像データを含む地図画像データは、制御手段１００により、ナビゲーション装置１０を使用する際に、ナビゲーション装置１０の現在位置を含む所定範囲が地図記憶部１９２から抽出され、現在位置を示す現在位置マークや案内経路の画像と重ね合わされて表示手段１６０に表示される。
【００４９】
次に、図２と図４を参照して、本発明の実施例におけるナビゲーション装置１０の軸交換手段１３３について説明する。
【００５０】
図２（ａ）で示すように、ナビゲーション装置１０が車体に対して正しい姿勢で設置されている場合、加速度センサ１３１のＸ軸成分（加速度Ｘ）の出力は、ナビゲーション装置１０が取り付けられた車体の加速度を検出しており、車体が加速しているときにはプラスの値を出力し、車体が減速しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５１】
そして、加速度センサ１３１のＹ軸成分（加速度Ｙ）の出力は、車体の右折時あるいは左折時の加速度を検出しており、車体が左折しているときにはプラスの値を出力し、車体が右折しているときにはマイナスの値を出力している。さらに、加速度センサ１３１のＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力は、重力加速度を検出しており、プラスの値を出力している。
【００５２】
一方、図４（ａ）で示すように、Ｙ軸周りの回転角度θ＝９０°の場合、加速度センサ１３１のＸ軸成分（加速度Ｘ）の出力は、重力加速度を検出しており、マイナスの値を出力し、加速度センサ１３１のＹ軸成分（加速度Ｙ）の出力は、図２（ａ）で示すθ＝０°の場合と同じく、ナビゲーション装置１０が取り付けられた車体の右折時あるいは左折時の加速度を検出しており、車体が左折しているときにはプラスの値を出力し、車体が右切しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５３】
そして、加速度センサ１３１のＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力は、車体の加速度を検出しており、車体が加速しているときにはプラスの値を出力し、車体が減速しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５４】
このように、Ｙ軸周りの回転角度θ＝０°とθ＝９０°において、加速度センサ１３１の３軸（物理軸）のうち、Ｘ軸成分（加速度Ｘ）とＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力値が入れ代わるので、Ｘ軸とＺ軸の論理軸が交換したものと見なすことができる。したがって、軸交換手段１３３は、加速度センサ１３１から出力される出力値に対して回転角算出部１８３によって算出されたＹ軸周りの回転角度θの大きさに応じて適した論理値（重力、加速度等）を割り当てる。
【００５５】
また、図２（ｂ）で示すように、ナビゲーション装置１０が車体に対して正しい姿勢で設置されている場合、ジャイロセンサ１３２ｒのＸ軸成分（ジャイロＸ）の出力は、ナビゲーション装置１０が取り付けられた車体のロールを検出しており、車体が右回転しているときにはプラスの値を出力し、車体が左回転しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５６】
そして、ジャイロセンサ１３２ｐのＹ軸成分（ジャイロＹ）の出力は、車体が走行している路面の傾斜（ピッチ）を検出しており、車体が下り傾斜を走行しているときにはプラスの値を出力し、車体が上り傾斜を走行しているときにはマイナスの値を出力している。さらに、ジャイロセンサ１３２ｙのＺ軸成分（ジャイロＺ）の出力は、車体の右折時あるいは左折時のヨー角を検出しており、車体が右折しているときにはプラスの値を出力し、車体が左折しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５７】
一方、図４（ｂ）で示すように、Ｙ軸周りの回転角度θ＝９０°の場合、ジャイロセンサ１３２ｒのＸ軸成分（ジャイロＸ）の出力は、車体のヨー角を検出しており、車体が右折しているときにはプラスの値を出力し、車体が左折しているときにはマイナスの値を出力し、ジャイロセンサ１３２ｐのＹ軸成分（ジャイロＹ）の出力は、図４（ａ）で示すθ＝０°の場合と同じく、車体が走行している路面の傾斜（ピッチ）を検出している。
【００５８】
そして、ジャイロセンサ１３２ｙのＺ軸成分（ジャイロＺ）の出力は、車体のロールを検出しており、車体が左回転しているときにはプラスの値を出力し、車体が右回転しているときにはマイナスの値を出力している。
【００５９】
このように、Ｙ軸周りの回転角度θ＝０°とθ＝９０°において、ジャイロセンサ１３２の３軸（物理軸）周りの出力のうち、Ｘ軸成分（ジャイロＸ）とＺ軸成分（ジャイロＺ）の出力値が入れ代わるので、Ｘ軸（ロール軸）とＺ軸（ヨー軸）の論理軸が交換したものと見なすことができる。したがって、軸交換手段１３３は、ジャイロセンサ１３２から出力される出力値に対して回転角算出部１８３によって算出されたＹ軸周りの回転角度θの大きさに応じて適した論理値（左右回転、左右折等）を割り当てる。
【００６０】
同様に、Ｙ軸周りの回転角度θ＝１８０°やθ＝２７０°においても、回転角度に応じて、加速度センサ１３１の３軸（物理軸）のうち、Ｘ軸成分（加速度Ｘ）とＺ軸成分（加速度Ｚ）の出力値が入れ代り、また、ジャイロセンサ１３２の３軸（物理軸）周りの出力のうち、Ｘ軸成分（ジャイロＸ）とＺ軸成分（ジャイロＺ）の出力値が入れ代わることになる。
【００６１】
さらに、Ｙ軸周りの回転だけではなく、Ｚ軸またはＸ軸周りの回転についても同様であり、Ｚ軸周りの回転においては、Ｘ軸（ロール軸）とＹ軸（ピッチ軸）の論理軸が交換したものと見なすことができ、Ｘ軸周りの回転においては、Ｙ軸（ピッチ軸）とＺ軸（ヨー軸）の論理軸が交換したものと見なすことができる。
【００６２】
したがって、各軸周りの回転角に対する物理軸と論理軸と関係は、下表のように整理することができる。
【００６３】
【表１】
よって、軸交換手段１３３は、加速度センサ１３１やジャイロセンサ１３２から出力される出力値に対して回転角算出部１８３によって算出された各軸周りの回転角度θの大きさに応じて適した論理値（重力、加速度等）を割り当てることが可能となる。
【００６４】
以上説明したように、本発明に係るナビゲーション装置によれば、ナビゲーション装置が所定の取り付け位置から回転した回転軸周りの回転角の大きさに応じて、加速度センサにおける３軸方向の加速度成分の論理値あるいはジャイロセンサにおける３軸周りの角速度成分の論理値を交換するようにしているので、加速度センサおよびジャイロセンサからの出力値を容易に把握することができる。
【００６５】
また、各軸周りのセンサ出力値の論理値を交換するために用いる各軸周りの回転角を算出する際に、加速度センサにより検出された３軸方向の加速度成分のうちから最も回転角の変化率を正確に検出することが可能な所定の軸に関する加速度成分も用いて回転角を算出することが可能となり、また、これによりナビゲーション装置の姿勢角などを正確に補正することができる。
【００６６】
なお、上記実施例においては、携帯機器としてナビゲーション装置１０を用いて説明したが、本発明はこれに限定されることなく、移動体の加速度から移動体の移動距離を算出する各種電子機器などにも適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０・・・・ナビゲーション装置
１００・・・制御手段
１１０・・・通信手段
１２０・・・ＧＰＳ測位手段
１３０・・・自立航法測位手段
１３１・・・加速度センサ
１３２・・・ジャイロセンサ
１３３・・・軸交換手段
１４０・・・経路探索手段
１５０・・・経路案内手段
１６０・・・表示手段
１７０・・・入力手段
１８０・・・姿勢角補正手段
１８１・・・姿勢角算出部
１８２・・・回転軸検出部
１８３・・・回転角算出部
１８４・・・姿勢角補正部
１９０・・・記憶手段
１９１・・・姿勢角度記憶部
１９２・・・地図記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯機器に加わる加速度に基づき当該携帯機器の姿勢角を補正する携帯機器であって、
前記携帯機器の３軸方向への加速度を検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分に基づいて、前記携帯機器が回転した回転軸を検出する回転軸検出手段と、
前記回転軸検出手段により検出された回転軸周りの前記携帯機器の回転角を算出する回転角算出手段と、
前記回転角算出手段により算出された前記回転角の大きさに応じて、前記３軸方向の加速度成分の論理値を交換する軸交換手段と、
を備えたことを特徴とする携帯機器。
【請求項２】
前記携帯機器の３軸周りの角速度を検出する角速度検出手段を備え、
前記軸交換手段は、前記回転角の大きさに応じて、前記３軸周りの角速度の論理値を交換することを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
【請求項３】
前記回転角算出手段は、算出する回転角の大きさを、前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうち所定の軸に関する加速度成分から算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯機器。
【請求項４】
前記回転角算出手段により算出された回転角に基づいて、前記姿勢角を補正する姿勢角補正手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の携帯機器。
【請求項１】
携帯機器に加わる加速度に基づき当該携帯機器の姿勢角を補正する携帯機器であって、
前記携帯機器の３軸方向への加速度を検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分に基づいて、前記携帯機器が回転した回転軸を検出する回転軸検出手段と、
前記回転軸検出手段により検出された回転軸周りの前記携帯機器の回転角を算出する回転角算出手段と、
前記回転角算出手段により算出された前記回転角の大きさに応じて、前記３軸方向の加速度成分の論理値を交換する軸交換手段と、
を備えたことを特徴とする携帯機器。
【請求項２】
前記携帯機器の３軸周りの角速度を検出する角速度検出手段を備え、
前記軸交換手段は、前記回転角の大きさに応じて、前記３軸周りの角速度の論理値を交換することを特徴とする請求項１に記載の携帯機器。
【請求項３】
前記回転角算出手段は、算出する回転角の大きさを、前記加速度検出手段により検出された３軸方向の加速度成分のうち所定の軸に関する加速度成分から算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯機器。
【請求項４】
前記回転角算出手段により算出された回転角に基づいて、前記姿勢角を補正する姿勢角補正手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の携帯機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−６９６３３（Ｐ２０１１−６９６３３Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１８７５９（Ｐ２００９−２１８７５９）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）三洋電機コンシューマエレクトロニクス株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）三洋電機コンシューマエレクトロニクス株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
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