現在位置表示装置
【課題】 ３軸の磁気検知部で地磁気ベクトルの方位角と伏角を求めて、この地磁気情報に基づいて、表示画面に表示されている地図情報の向きを安定して切り換えることができる現在位置表示装置を提供する。
【解決手段】 地磁気ベクトルを検知して得られた方位角の変化に基づいて、表示画面１５ａに表示されている現在位置の地図情報が常に表示画面１５ａの向きに合うように段階的に回転させられる。方位角の変化が規定角度になると地図情報を回転させるが、地磁気ベクトルの伏角が大きくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切り換えられる。その結果、伏角の大きい地磁気ベクトルを検知する際のノイズが表示されている地図情報の回転切り換えに与える影響を少なくできる。
【解決手段】 地磁気ベクトルを検知して得られた方位角の変化に基づいて、表示画面１５ａに表示されている現在位置の地図情報が常に表示画面１５ａの向きに合うように段階的に回転させられる。方位角の変化が規定角度になると地図情報を回転させるが、地磁気ベクトルの伏角が大きくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切り換えられる。その結果、伏角の大きい地磁気ベクトルを検知する際のノイズが表示されている地図情報の回転切り換えに与える影響を少なくできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
現在位置を演算して表示部に現在位置を含む地図情報を表示する現在位置表示装置に係り、特に、向きを変えたときに、前記地図情報の向きを切換える機能を有する現在位置表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１と特許文献２には、互いに直交する３方向の磁界強度を検知する３軸の磁気センサによって地磁気の向きを検知する地磁気検知装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載された地磁気検知装置は、３軸直交座標上に３軸磁気センサを有している。三次元空間内で地磁気検知装置を回転させたときに、３軸の出力データを用いて異なる２時点間の差分ベクトルを求め、その差分ベクトルが予め決められたしきい値よりも小さくなるか否かを判定して、３軸のうちのどの軸を中心として回転しているのかを特定できるようにしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載された地磁気検知装置は、目的物体の姿勢を検出するために、３方向の検出が可能な磁気センサと、３方向の検出が可能なジャイロセンサの双方を使用している。
【０００５】
特許文献１や特許文献２に記載された地磁気検知装置は、携帯用などの移動式の現在位置表示装置に搭載される。現在位置表示装置は、ＧＰＳ装置などの現在位置を検知する手段を有しており、検知された現在位置に対応する地図情報が表示画面に表示される。現在位置表示装置の向きが変えられると、地磁気検知装置で地磁気の向きの変化が検知されて、空間内での現在位置表示装置の方位の変化が認識される。この方位の変化に合わせて、表示画面に表示されている地図情報の向きが切換えられて、常に現在位置表示装置の方位に合う向きで地図情報が表示されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２４６４２号公報
【特許文献２】特開平１１−２４８４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
地磁気検知装置で検知される地磁気ベクトルの伏角、すなわち水平面からの立ち上がり角度は、緯度が高くなるにしたがって大きくなる。地磁気検知装置は、地磁気ベクトルを水平面に投影した成分の方位角を求めるのが一般的であるが、水平面に投影した成分の絶対値は、緯度が高くなるにつれて短くなるため、方位角の変化を検知する精度は、緯度が高くなるにつれて低下する。
【０００８】
緯度が高い位置で現在位置表示装置の向きを変え、これに応じて表示画面の表示されている地図情報の向きを切換えようとすると、地磁気ベクトルの方位の検知精度が低下し検知出力にノイズが重畳しやすいために、地図情報の向きがうまく切り換えられなかったり、または表示画面に表示されている地図情報が細かく往復回転するなどの誤動作が生じやすくなる。
【０００９】
また、高いビルの谷間などでは、地磁気の回折効果により、地磁気の伏角がその周辺よりも大きくなることがある。現在位置表示装置がこのような領域内へ移動すると、地磁気検知装置が伏角の大きい地磁気を検知することになって、方位の検知精度が低下し、高い緯度の場所へ移動したときと同様の問題が生じやすくなる。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、地磁気検知部で検知される地磁気ベクトルの伏角が大きくなっても、表示画面に地図情報を安定した状態で表示させることができる現在位置表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、互いに直交する基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸に向くＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサを有する磁気検知部と、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力に基づいて地磁気の伏角と方位角を演算する伏角・方位角演算部と、現在位置を演算する現在位置演算部と、前記現在位置演算部で演算された現在位置を含む地図情報を表示装置に表示させる表示制御装置とが設けられ、
前記表示制御装置は、前記方位角が所定の規定角度を越えて変化したときに、前記表示装置に表示されている前記地図情報の向きを切換える機能と、前記伏角に応じて、前記規定角度を変化させる機能を有していることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明は、前記伏角は、水平線から地磁気ベクトルまでの立ち上がり角度であり、前記伏角が大きくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切換えられる。
【００１３】
例えば、本発明は、前記Ｘ軸センサは前記基準Ｘ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となり、前記Ｙ軸センサは前記基準Ｙ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となり、前記Ｚ軸センサは前記基準Ｚ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となるものであり、
前記伏角・方位角演算部では、前記Ｘ軸センサと前記Ｙ軸センサおよび前記Ｚ軸センサのそれぞれの検知出力から三次元座標上に球体を設定して、地磁気ベクトルの向きを前記球体表面の点として認識し、前記球体上で前記点を含む緯度線が描く円の直径が小さくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切換えられるものである。
【００１４】
上記のように、地磁気検知部で検知される地磁気の伏角が大きくなるにしたがって、表示画面の角度を切り換える頻度を少なく設定することにより、地磁気の伏角が大きくなって、方位角の検知精度が低下しノイズが重畳したときであっても、表示画面に地図情報を安定して表示させることができる。
【００１５】
例えば、本発明は、出力ノイズによって緯度線上で前記点が振れる振れ幅の最大値をＮとし、前記円の直径をＲとしたときに、画面の分割数（前記規定角度／３６０度）が、（Ｒ／Ｎ）×Ａ（Ａは定数）となるように設定される。
【００１６】
本発明は、前記基準Ｚ軸の重力方向に対する傾き角度を検知する傾き検知部を有しており、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力が前記傾き角度で補正されて、前記伏角と前記方位角が求められる。
【００１７】
この場合に、前記傾き検知部は、前記磁気検知部とは別に設けられているものであってもよいし、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力により、前記基準Ｚ軸が特定されて、前記基準Ｚの重力方向に対する傾き角度が検知されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、地磁気検知部で検知される地磁気の伏角が大きくなって、方位角の検知精度が低下しても、表示画面での地図情報の表示を安定させることができる。また、伏角が小さい場所では、高い分解能で、地図情報を切換えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の現在位置表示装置の回路ブロック図、
【図２】現在位置表示装置に搭載された地磁気検知部の構造を示す説明図、
【図３】基準Ｚ軸が重力方向に向けられた状態での地磁気ベクトルの演算動作を説明する三次元極座標の説明図、
【図４】基準Ｚ軸以外の軸Ｏａが重力方向に向けられた状態での地磁気ベクトルの演算動作を説明する三次元極座標の説明図、
【図５】表示画面の切り換え動作の説明図、
【図６】現在位置表示装置の向きと、画面の地図情報の向きとの関係を示す説明図、
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示す本発明の実施の形態の現在位置表示装置１は、磁気検知部２を有しており、磁気検知部２に、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５が搭載されている。Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５は磁場データ検知部６に接続されており、磁場データ検知部６で地磁気ベクトルが検知され、その検知出力が伏角・方位角演算部８に与えられる。現在位置表示装置１は加速度センサ９を有している。加速度センサ９は、現在位置表示装置１の傾きを検知する傾き検知部として機能しており、加速度センサ９の検知出力が伏角・方位角演算部８に与えられる。伏角・方位角演算部８にはメモリ７が接続されている。
【００２１】
現在位置表示装置１には、現在位置を検知する現在位置検知部であるＧＰＳ装置１１が搭載されている。ＧＰＳ装置１１は、衛星からの電波を受信するものであり、その受信出力が現在位置演算部１２に与えられて、現在位置表示装置１が位置している現在位置が演算されて特定される。現在位置演算部１２で演算された現在位置の情報、および伏角・方位角演算部８で演算された方位角と伏角の情報は表示制御装置１４に与えられる。
【００２２】
表示制御装置１４は、現在位置演算部１２で演算された現在位置の情報に基づいて、メモリ１３に格納されている地図データから地図情報を選択して取得し、表示装置１５の表示画面１５ａ（図６参照）に地図情報を表示させる。この際、伏角・方位角演算部８で演算された方位角の情報にしたがって、表示装置１５の表示画面に表示されている地図情報の向きが切り換えられる。例えば、現在位置表示装置１が携帯用である場合に、この現在位置表示装置１を保持した人が回転して、現在位置表示装置１の向きを変えると、表示画面に表示されている地図情報の向きが段階的に切り換えられる。
【００２３】
図６は、現在位置表示装置１に設けられた表示画面１５ａの向きと、この表示画面１５ａに表示されている地図情報の向きとの関係を示している。人が現在位置表示装置１を北（Ｎ）に向けているときは、表示画面１５ａの前方に地図情報の北（Ｎ）が向けられる。人が反時計方向へ回転して、現在位置表示装置１が北西（ＮＷ）に向けられると、表示画面１５ａに表示されている地図情報が時計方向が回転し、表示画面１５ａの前方に地図情報の北西が向けられる。さらに、現在位置表示装置１が西（Ｗ）に向けられると、表示画面１５ａに表示されている地図情報が時計方向が回転し、表示画面１５ａの前方に地図情報の西が向けられる。
【００２４】
表示制御装置１４は、伏角・方位角演算部８から得られた方位角の情報に基づいて、その方位角が規定角度を越えたら、表示された地図情報を回転させる制御を行う。さらに、伏角・方位角演算部８から得られた伏角の情報に基づいて、前記規制角度の大きさが切り換えられる。すなわち、現在位置表示装置１の方位が３６０度回転する間に地図情報を段階的に回転させる分割数が、伏角が大きくなるほど少なくなるように切り換えられる。
【００２５】
図２に示すように、磁気検知部２およびこの磁気検知部２が搭載されている現在位置表示装置１は、装置内で、互いに直交する基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０および基準Ｚ軸ｚ０が予め固定軸として決められている。
【００２６】
図２に示すように、Ｘ軸センサ３は基準Ｘ軸ｘ０に沿って固定され、Ｙ軸センサ４は基準Ｙ軸ｙ０に沿って固定され、Ｚ軸センサ５は基準Ｚ軸ｚ０に沿って固定されている。
【００２７】
Ｘ軸センサ３、Ｙ軸センサ４およびＺ軸センサ５は、いずれもＧＭＲ素子で構成されている。ＧＭＲ素子は、Ｎｉ−Ｃｏ合金やＮｉ−Ｆｅ合金で形成された軟磁性材料で形成された固定磁性層および自由磁性層と、固定磁性層と自由磁性層との間に挟まれた銅などの非磁性導電層とを有している。固定磁性層の下に反強磁性層が積層され、反強磁性層と固定磁性層との反強結合により、固定磁性層の磁化が固定されている。
【００２８】
図２に示すように、Ｘ軸センサ３は、地磁気の基準Ｘ軸ｘ０に向く成分Ｂｘを検知するものであり、基準Ｘ軸ｘ０でのプラス方向の磁界成分Ｂ＋ｘと、基準Ｘ軸ｘ０のマイナス方向の磁界成分Ｂ−ｘを検知できる。
【００２９】
Ｘ軸センサ３は、固定磁性層の磁化の向きがＸ軸に沿う方向であるＰｘ方向に固定されている。自由磁性層の磁化の向きは地磁気の向きによって決められる。自由磁性層の磁化の向きが固定磁性層の固定磁化の向きであるＰｘ方向と平行になると、Ｘ軸センサ３の抵抗値が極小になり、自由磁性層の磁化の向きがＰｘ方向と逆向きになると、Ｘ軸センサ３の抵抗値が極大になる。また、自由磁性層の磁化の向きがＰｘ方向に直交すると、抵抗値が前記極大値と極小値との平均値となる。
【００３０】
図１に示す磁場データ検知部６では、Ｘ軸センサ３と固定抵抗とが直列に接続されて、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との間の中点電圧がＸ軸の検知出力として取り出される。Ｘ軸センサ３に対して、基準Ｘ方向に向く磁場成分が与えられていないとき、またはＰｘに対して直交する磁場が与えられているときの前記検知出力が、Ｘ軸方向の磁場の検知出力の原点となる。
【００３１】
図２に示す基準Ｘ軸ｘ０を地磁気ベクトルに一致させ、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｘを地磁気ベクトルと平行な向きにすると、Ｘ軸センサ３の自由磁性層の磁化が磁界成分Ｂ＋ｘで飽和させられて、Ｘ軸の検知出力が、前記原点に対してプラス側の最大値となる。逆に、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｘが地磁気ベクトルと反平行に向けられると、Ｘ軸センサ３の自由磁性層が磁界成分Ｂ−ｘによって飽和させられ、Ｘ軸の検知出力が、前記原点に対してマイナス側の最大値となる。
【００３２】
同様に、Ｙ軸センサ４に対してＹ軸方向の磁界成分Ｂｙが与えられていないとき、またはＰｙ方向と直交する磁場が与えられているときに、磁場データ検知部６から出力されるＹ軸の検知出力が原点となる。基準Ｙ軸ｙ０を地磁気ベクトルに一致させ、地磁気ベクトルの向きを固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｙに一致させると、Ｙ軸センサ４の自由磁性層が磁界成分Ｂ＋ｙで飽和させられて、Ｙ軸の検知出力が原点に対してプラス側の最大値となる。地磁気ベクトルの向きを固定方向Ｐｙと逆向きにすると、Ｙ軸センサ４の自由磁性層が磁界成分Ｂ−ｙで飽和させられて、Ｙ軸の検知出力が、原点に対してマイナス側の最大値となる。
【００３３】
また、Ｚ軸センサ５に対してＺ軸方向の磁界成分Ｂｚが与えられていないとき、またはＰｚと直交する磁場が与えられているとき、磁場データ検知部６から出力されるＺ軸の検知出力が原点となる。基準Ｚ軸ｚ０を地磁気ベクトルに一致させ、地磁気ベクトルの向きを固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｚに一致させると、Ｚ軸センサ５の自由磁性層が磁界成分Ｂ＋ｚで飽和させられて、Ｚ軸の検知出力が原点に対してプラス側の最大値となる。地磁気ベクトルの向きを固定方向Ｐｚと逆向きにすると、Ｚ軸センサ５の自由磁性層が磁界成分Ｂ−ｙで飽和させられて、Ｚ軸の検知出力が、原点に対してマイナス側の最大値となる。
【００３４】
Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５のプラス側の検知出力の最大値の絶対値と、マイナス側の検知出力の絶対値は、全てが同じ値である。
【００３５】
なお、Ｘ軸センサ３としては、磁界成分Ｂ＋ｘによってプラス側の検知出力が得られ、磁界成分Ｂ−ｘによってマイナス側の検知出力が得られ、プラス側の検知出力の最大値とマイナス側の検知出力の最大値とで絶対値が同じになれば、ＧＭＲ素子以外の磁気センサで構成することができる。例えば、基準Ｘ軸ｘ０に沿ってプラス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子と、マイナス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子を組み合わせて、Ｘ軸センサ３として使用してもよい。これは、Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５においても同じである。
【００３６】
図１に示す伏角・方位角演算部８は、Ａ／Ｄ変換部とＣＰＵおよびクロック回路などから構成されている。演算部８のクロック回路の計測時間に応じて、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力が、短いサイクルで間欠的に伏角・方位角演算部８に読み出され、それぞれの検知出力は、演算部内に設けられた前記Ａ／Ｄ変換部によってディジタル値に変換される。
【００３７】
伏角・方位角演算部８は、方位角演算部８ａと伏角演算部８ｂとを有している。これら演算部は、いずれもプログラミングされたソフトウエアによって実行される。ただし、方位角演算部８ａと伏角演算部８ｂで、一部のデータが共通に使用される。
【００３８】
図１に示すメモリ７には、方位角演算部８ａと伏角演算部８ｂのそれぞれの処理を行うソフトウエアがプログラミングされて格納されている。また、方位角演算部８ａと伏角演算部８ｂで演算されたデータは必要に応じてメモリ７に記憶される。
【００３９】
伏角・方位角演算部８では、磁場データ検知部６で検出された基準Ｘ軸ｘ０に向く磁場の検知出力と、基準Ｙ軸ｙ０に向く磁場の検知出力、および基準Ｚ軸ｚ０に向く磁場の検知出力に基づいて以下の演算処理が行われる。
【００４０】
図３に示すように、伏角・方位角演算部８では、Ｘ軸センサ３による検知出力ＸｇとＹ軸センサ４による検知出力ＹｇおよびＺ軸センサ５による検知出力Ｚｇから、地磁気ベクトルＢｇの向きが演算される。この演算処理では、三次元座標上の球面座標である球体Ｂａが設定され、検知出力Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇから演算される地磁気ベクトルＢｇの位置が、球体Ｂａ上の点である極座標上の座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）のデータとして認識される。図３に示す球体Ｂａの半径Ｒは、Ｘ軸センサ３の検知出力の最大値の絶対値、Ｙ軸センサ４の検知出力の最大値の絶対値、およびＺ軸センサ５の検知出力の最大値の絶対値によって決められる。
【００４１】
球体Ｂａ上の座標点Ｓを決めるパラメータθは、基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０を含む平面からの地磁気ベクトルＢｇの立ち上がり角度である。パラメータφは、地磁気ベクトルＢｇを基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０を含む平面に投影したときの投影成分と、基準軸である基準Ｘ軸ｘ０との間の角度である。
【００４２】
図３に示すように、基準Ｚ軸ｚ０が重力方向に向けられているときには、パラメータθが、地磁気ベクトルＢｇの地上の水平面からの立ち上がり角度である伏角であり、パラメータφが現在位置表示装置１の方位を示す方位角である。
【００４３】
現在位置表示装置１を、地球の赤道上において基準Ｚ軸ｚ０を重力方向に向けて使用すると、伏角θ＝０度となり、地磁気ベクトルＢｇの座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）は、図３に示す三次元座標に設定した球体Ｂａの赤道線Ｈｇ上に存在する。そして、赤道上で現在位置表示装置１を保持した人が回転するなどして現在位置表示装置１の向きを変えると、前記座標点Ｓが赤道線Ｈｇ上を移動する。また、地球の北半球の所定の緯度の場所において、基準Ｚ軸ｚ０を重力方向に向けて使用すると、地磁気ベクトルＢｇの位置を示す座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）が、基準Ｚ軸ｚ０を中心とする緯度線Ｈａ上に位置する。このとき、現在位置表示装置１を保持した人が回転するなどして現在位置表示装置１の向きを変えると、前記座標点Ｓが緯度線Ｈａ上を移動する。
【００４４】
図４には、現在位置表示装置１の基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０または基準Ｚ軸ｚ０とは別の軸Ｏａが、重力方向に向けて使用されたときの、地磁気ベクトルＢｇの座標の演算方法が示されている。図４では、基準Ｚ軸ｚ０と、重力方向に向いている軸Ｏａとの傾き角度がγｚである。
【００４５】
地球の赤道上において、現在位置表示装置１を図４に示す姿勢として、現在位置表示装置１を軸Ｏａを中心として回転させ、または軸Ｏａを重力方向に向けたままこれを保持した人が地平面上で円を描くように移動すると、地磁気ベクトルＢｇの三次元座標上の座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）は、球面座標である球体Ｂｂにおいて、前記軸Ｏａと直交する軸Ｘａと軸Ｘｂを含む平面上に位置する赤道線Ｈｇｂを移動する。図３に示す赤道線Ｈｇと図４に示す赤道線Ｈｇｂとの傾き角度はγｚである。
【００４６】
また、北半球の所定の緯度の場所において、軸Ｏａを重力方向に向けて、現在位置表示装置１を軸Ｏａを中心として回転させ、または軸Ｏａを重力方向に向けたままこれを保持した人が地平面上で円を描くように移動すると、地磁気ベクトルＢｇの三次元座標上の座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）が緯度線Ｈｂを移動する。図４に示す緯度線Ｈｂと図３に示す緯度線Ｈａは、北半球の同じ場所での測定であるならば、半径が同じであり、緯度線Ｈａと緯度線Ｈｂとの傾き角度はγｚである。
【００４７】
図４に示すように、基準Ｚ軸ｚ０以外の軸が重力方向に向いているときは、図１に示す加速度センサ９から傾き情報を得ることによって、重力に向けられている軸Ｏａを特定することができる。
【００４８】
加速度センサ９は、基準Ｚ軸ｚ０の向きの重力の加速度を検知するＺセンサと、基準Ｙ軸ｙ０の向きの重力の加速度を検知するＹセンサと、基準Ｘ軸ｘ０の向きの重力の加速度を検知するＺセンサを有している。Ｚセンサは、Ｚ方向へ移動する重りと、この重りのＺ方向への移動量を検知する検知部とを有している。これは、ＹセンサやＸセンサにおいても同じである。
【００４９】
伏角・方位角演算部８は、加速度センサ９からの情報に基づいて、基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０および基準Ｚ軸ｚ０の地上の空間内での傾き方向と傾き角度を知ることができる。この傾き情報と磁場データ検知部６で検知される地磁気ベクトルの検知情報とから、重力方向に向く軸Ｏａを特定でき、よって赤道線Ｈｇｂや緯度線Ｈｂを特定することができる。
【００５０】
なお、加速度センサ９を設けていなくても、磁場データ検知部６からのデータに基づいて以下の演算を行うことで、軸Ｏａを特定することが可能である。
【００５１】
図４に示すように、基準Ｚ軸ｚ０以外の軸Ｏａが重力へ向けられて、現在位置表示装置１が軸Ｏａを中心として反時計方向（ＣＣＷ）へ回転すると、球面座標を意味する球体Ｂｂの上に現れる地磁気ベクトルＢｇの極座標上の座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）が、緯度線Ｈｂ上を移動する。磁場データ検知部６においてクロックのタイミングで間欠的に検出された座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）の極座標データＤ１，Ｄ２，・・・Ｄｎを順番に取得しメモリ７に格納していく。
【００５２】
そして、緯度線Ｈｂ上に現れる任意の３箇所のデータ（Ｄ１，Ｄｘ，Ｄｎ）を抽出し、座標点Ｄ１と座標点Ｄｘを結ぶ線に直交する二等分線と、座標点Ｄｘと座標点Ｄｎを結ぶ線に直交する二等分線を求め、両二等分線の交点を求めることで、回転中心となる軸Ｏａ、すなわち重力に向く軸Ｏａを特定することができる。さらに、赤道線Ｈｇｂや緯度線Ｈｂを特定することができる。
【００５３】
したがって、現在位置表示装置１の姿勢がどの向きであろうと、伏角・方位角演算部８では、軸Ｏａを特定でき、その結果、地表面からの立ち上がり角である伏角θと、地表面を基準とした方位角φを演算して表示制御装置１４に与えることができる。
【００５４】
ＧＰＳ装置１１からの検知出力は、現在位置演算部１２に与えられて現在位置を示すデータが生成されて、この現在位置の情報が表示制御装置１４に与えられる。表示制御装置１４は、現在位置の情報に基づいて、メモリ１３から現在位置を含む地図データを抽出して地図情報を作図し、表示装置１５の表示画面１５ａに表示させる。また、表示制御装置１４は、伏角・方位角演算部８から得られる方位角φの情報に基づいて、表示装置１５の表示画面１５ａに表示する地図情報の向きを段階的に回転させる。これにより、図６に示すように、現在位置表示装置１が向けられている方位に応じて、地図情報のうちの現在位置表示装置１が向けられている方位が表示画面１５ａの前方に向くように切り換えられる。
【００５５】
さらに、表示制御装置１４では、伏角・方位角演算部８から得られる伏角θの情報に基づいて、地図情報を回転させる際の規定角度を変更する制御が行なわれる。
【００５６】
地磁気ベクトルＢｇを表す座標点Ｓが、図３に示す赤道線Ｈｇや図４に示す赤道線Ｈｇｂの上を移動しているときは、大きな半径Ｒの円の上を移動する座標点Ｓと、基準となる軸（例えば基準Ｘ軸ｘ０や図４に示す軸ｘａ）との角度からその方位角φが求められる。一方、地磁気ベクトルＢｇを表す座標点Ｓが、図３に示す緯度線Ｈａや図４に示す緯度線Ｈｂ上を移動しているときは、半径Ｒよりも小さい半径の円の上を移動する座標点Ｓと、基準となる軸との角度からその方位角φが求められることになる。
【００５７】
図５（Ａ）は、伏角θが１０度のときの緯度線の円を示し、図５（Ｂ）は、伏角θが４０度のときの緯度線の円を示し、図５（Ｃ）は伏角θが７０度のときの緯度線の円を示しているが、伏角θが大きくなるにしたがって、方位角φを検出する基準となる緯度線の円の半径が短くなる。
【００５８】
図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に図示するように、方位角φの変化量が一定の場合に、緯度線の半径の大小に拘わらず（方位角φ／３６０度）は一定であるが、同じ方位角φに相当する座標点Ｓの円周移動量は、伏角θが大きくなり緯度線の半径が短くなるにしたがって短縮されていく。
【００５９】
一方、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）には、センサや演算部ならび表示制御装置１４などの各種回路でのノイズに起因する座標点Ｓの円周方向への揺れ幅（振れ幅）をＮで示している。このノイズの揺れ幅Ｎは、地磁気ベクトルＢｇの伏角θが変わって座標点Ｓが移動する緯度線の半径が変わっても、大きく変化するものではない。そのため、図５（Ｃ）に示すように、緯度線の円の半径が小さくなるにしたがって、方位角φの変化に対する座標点Ｓの移動量に対して、ノイズの影響による座標点Ｓの振れ幅Ｎが占める割合が大きくなる。
【００６０】
表示制御装置１４では、図６に示すように、方位角θが一定の規定角度だけ変化すると、表示画面１５ａに表示させる地図情報を規定角度分だけ回転させている。図５（Ａ）に示すように、座標点Ｓが移動する緯度線の角度が大きいときには、緯度線の円の円周に対するノイズ幅Ｎの割合が小さいために、表示画面を切り換える前記規定角度が小さく設定されても、ノイズの影響を受けにくい。一方、図５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、座標点Ｓが移動する緯度線の角度が小さくなると、緯度線の円周に対してノイズの揺れ幅Ｎが占める割合が大きくなるため、表示画面を切り換える前記規定角度を図５（Ａ）のときと同じにすると、ノイズにより座標点Ｓが揺れる度に、画面が切り換えられてしまい、表示画面１５ａに表示される地図情報が細かく往復回転して振れるなどの不都合が生じやすい。
【００６１】
そこで、表示制御装置１４では、座標点Ｓが移動する緯度線の半径が小さくなるにしたがって、表示画面を切り換える前記規定角度が大きくなるように切り換えている。すなわち、前記規定角度は、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のそれぞれにおいて、ノイズによる座標点Ｓの振れ幅Ｎよりも十分に大きくなるように設定される。
【００６２】
これにより、図５（Ａ）に示すように、緯度線の半径が大きいときは、現在位置表示装置１の方位が３６０度回転する際の規定角度の分割数が多くなり、現在位置表示装置１の向きの変化に追従して、表示される地図情報がスムースに回転する。一方、図５（Ｃ）に示すように緯度線の半径が小さいときは、現在位置表示装置１の方位が３６０度回転する際の規定角度の分割数が少なくなり、ノイズに反応して地図情報の表示が勝手に回転したり、またはノイズによる座標点Ｓの触れに追従して、表示されている地図表示がパタパタと往復回転するような誤動作を防止できるようになる。
【００６３】
すなわち、表示制御装置１４では、現在位置表示装置１の方位が３６０度回転する際の規定角度の分割数（規定角度／３６０度）＝（Ｒ／Ｎ）×Ａ（Ａは定数）の演算を行い、その結果に基づいて、表示画面１５ａに表示される地図情報の回転切り替えを行う。
【００６４】
これにより、現在位置表示装置１が、緯度の高い地域で使用し、またはビルの谷間に入ったときのように地磁気ベクトルの伏角が大きい領域で使用したときに、表示画面の回転切り替えをノイズに影響を受けることなく確実にできる。また、地磁気ベクトルの伏角が小さい地域で使用すると、現在位置表示装置１の向きの変化にスムースに追従して、表示画面１５ａに表示される地図情報が回転できるようになる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 現在位置表示装置
２ 磁気検知部
３ Ｘ軸センサ
４ Ｙ軸センサ
５ Ｚ軸センサ
６ 磁場データ検知部
７ メモリ
８ 伏角・方位角演算部
９ 加速度センサ（傾き検知部）
１１ ＧＰＳ装置（現在位置検知部）
１２ 現在位置演算部
１４ 表示制御装置
１５ 表示装置
１５ａ 表示画面
【技術分野】
【０００１】
現在位置を演算して表示部に現在位置を含む地図情報を表示する現在位置表示装置に係り、特に、向きを変えたときに、前記地図情報の向きを切換える機能を有する現在位置表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１と特許文献２には、互いに直交する３方向の磁界強度を検知する３軸の磁気センサによって地磁気の向きを検知する地磁気検知装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載された地磁気検知装置は、３軸直交座標上に３軸磁気センサを有している。三次元空間内で地磁気検知装置を回転させたときに、３軸の出力データを用いて異なる２時点間の差分ベクトルを求め、その差分ベクトルが予め決められたしきい値よりも小さくなるか否かを判定して、３軸のうちのどの軸を中心として回転しているのかを特定できるようにしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載された地磁気検知装置は、目的物体の姿勢を検出するために、３方向の検出が可能な磁気センサと、３方向の検出が可能なジャイロセンサの双方を使用している。
【０００５】
特許文献１や特許文献２に記載された地磁気検知装置は、携帯用などの移動式の現在位置表示装置に搭載される。現在位置表示装置は、ＧＰＳ装置などの現在位置を検知する手段を有しており、検知された現在位置に対応する地図情報が表示画面に表示される。現在位置表示装置の向きが変えられると、地磁気検知装置で地磁気の向きの変化が検知されて、空間内での現在位置表示装置の方位の変化が認識される。この方位の変化に合わせて、表示画面に表示されている地図情報の向きが切換えられて、常に現在位置表示装置の方位に合う向きで地図情報が表示されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２４６４２号公報
【特許文献２】特開平１１−２４８４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
地磁気検知装置で検知される地磁気ベクトルの伏角、すなわち水平面からの立ち上がり角度は、緯度が高くなるにしたがって大きくなる。地磁気検知装置は、地磁気ベクトルを水平面に投影した成分の方位角を求めるのが一般的であるが、水平面に投影した成分の絶対値は、緯度が高くなるにつれて短くなるため、方位角の変化を検知する精度は、緯度が高くなるにつれて低下する。
【０００８】
緯度が高い位置で現在位置表示装置の向きを変え、これに応じて表示画面の表示されている地図情報の向きを切換えようとすると、地磁気ベクトルの方位の検知精度が低下し検知出力にノイズが重畳しやすいために、地図情報の向きがうまく切り換えられなかったり、または表示画面に表示されている地図情報が細かく往復回転するなどの誤動作が生じやすくなる。
【０００９】
また、高いビルの谷間などでは、地磁気の回折効果により、地磁気の伏角がその周辺よりも大きくなることがある。現在位置表示装置がこのような領域内へ移動すると、地磁気検知装置が伏角の大きい地磁気を検知することになって、方位の検知精度が低下し、高い緯度の場所へ移動したときと同様の問題が生じやすくなる。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、地磁気検知部で検知される地磁気ベクトルの伏角が大きくなっても、表示画面に地図情報を安定した状態で表示させることができる現在位置表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、互いに直交する基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸に向くＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサを有する磁気検知部と、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力に基づいて地磁気の伏角と方位角を演算する伏角・方位角演算部と、現在位置を演算する現在位置演算部と、前記現在位置演算部で演算された現在位置を含む地図情報を表示装置に表示させる表示制御装置とが設けられ、
前記表示制御装置は、前記方位角が所定の規定角度を越えて変化したときに、前記表示装置に表示されている前記地図情報の向きを切換える機能と、前記伏角に応じて、前記規定角度を変化させる機能を有していることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明は、前記伏角は、水平線から地磁気ベクトルまでの立ち上がり角度であり、前記伏角が大きくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切換えられる。
【００１３】
例えば、本発明は、前記Ｘ軸センサは前記基準Ｘ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となり、前記Ｙ軸センサは前記基準Ｙ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となり、前記Ｚ軸センサは前記基準Ｚ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となるものであり、
前記伏角・方位角演算部では、前記Ｘ軸センサと前記Ｙ軸センサおよび前記Ｚ軸センサのそれぞれの検知出力から三次元座標上に球体を設定して、地磁気ベクトルの向きを前記球体表面の点として認識し、前記球体上で前記点を含む緯度線が描く円の直径が小さくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切換えられるものである。
【００１４】
上記のように、地磁気検知部で検知される地磁気の伏角が大きくなるにしたがって、表示画面の角度を切り換える頻度を少なく設定することにより、地磁気の伏角が大きくなって、方位角の検知精度が低下しノイズが重畳したときであっても、表示画面に地図情報を安定して表示させることができる。
【００１５】
例えば、本発明は、出力ノイズによって緯度線上で前記点が振れる振れ幅の最大値をＮとし、前記円の直径をＲとしたときに、画面の分割数（前記規定角度／３６０度）が、（Ｒ／Ｎ）×Ａ（Ａは定数）となるように設定される。
【００１６】
本発明は、前記基準Ｚ軸の重力方向に対する傾き角度を検知する傾き検知部を有しており、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力が前記傾き角度で補正されて、前記伏角と前記方位角が求められる。
【００１７】
この場合に、前記傾き検知部は、前記磁気検知部とは別に設けられているものであってもよいし、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力により、前記基準Ｚ軸が特定されて、前記基準Ｚの重力方向に対する傾き角度が検知されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、地磁気検知部で検知される地磁気の伏角が大きくなって、方位角の検知精度が低下しても、表示画面での地図情報の表示を安定させることができる。また、伏角が小さい場所では、高い分解能で、地図情報を切換えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の現在位置表示装置の回路ブロック図、
【図２】現在位置表示装置に搭載された地磁気検知部の構造を示す説明図、
【図３】基準Ｚ軸が重力方向に向けられた状態での地磁気ベクトルの演算動作を説明する三次元極座標の説明図、
【図４】基準Ｚ軸以外の軸Ｏａが重力方向に向けられた状態での地磁気ベクトルの演算動作を説明する三次元極座標の説明図、
【図５】表示画面の切り換え動作の説明図、
【図６】現在位置表示装置の向きと、画面の地図情報の向きとの関係を示す説明図、
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示す本発明の実施の形態の現在位置表示装置１は、磁気検知部２を有しており、磁気検知部２に、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５が搭載されている。Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５は磁場データ検知部６に接続されており、磁場データ検知部６で地磁気ベクトルが検知され、その検知出力が伏角・方位角演算部８に与えられる。現在位置表示装置１は加速度センサ９を有している。加速度センサ９は、現在位置表示装置１の傾きを検知する傾き検知部として機能しており、加速度センサ９の検知出力が伏角・方位角演算部８に与えられる。伏角・方位角演算部８にはメモリ７が接続されている。
【００２１】
現在位置表示装置１には、現在位置を検知する現在位置検知部であるＧＰＳ装置１１が搭載されている。ＧＰＳ装置１１は、衛星からの電波を受信するものであり、その受信出力が現在位置演算部１２に与えられて、現在位置表示装置１が位置している現在位置が演算されて特定される。現在位置演算部１２で演算された現在位置の情報、および伏角・方位角演算部８で演算された方位角と伏角の情報は表示制御装置１４に与えられる。
【００２２】
表示制御装置１４は、現在位置演算部１２で演算された現在位置の情報に基づいて、メモリ１３に格納されている地図データから地図情報を選択して取得し、表示装置１５の表示画面１５ａ（図６参照）に地図情報を表示させる。この際、伏角・方位角演算部８で演算された方位角の情報にしたがって、表示装置１５の表示画面に表示されている地図情報の向きが切り換えられる。例えば、現在位置表示装置１が携帯用である場合に、この現在位置表示装置１を保持した人が回転して、現在位置表示装置１の向きを変えると、表示画面に表示されている地図情報の向きが段階的に切り換えられる。
【００２３】
図６は、現在位置表示装置１に設けられた表示画面１５ａの向きと、この表示画面１５ａに表示されている地図情報の向きとの関係を示している。人が現在位置表示装置１を北（Ｎ）に向けているときは、表示画面１５ａの前方に地図情報の北（Ｎ）が向けられる。人が反時計方向へ回転して、現在位置表示装置１が北西（ＮＷ）に向けられると、表示画面１５ａに表示されている地図情報が時計方向が回転し、表示画面１５ａの前方に地図情報の北西が向けられる。さらに、現在位置表示装置１が西（Ｗ）に向けられると、表示画面１５ａに表示されている地図情報が時計方向が回転し、表示画面１５ａの前方に地図情報の西が向けられる。
【００２４】
表示制御装置１４は、伏角・方位角演算部８から得られた方位角の情報に基づいて、その方位角が規定角度を越えたら、表示された地図情報を回転させる制御を行う。さらに、伏角・方位角演算部８から得られた伏角の情報に基づいて、前記規制角度の大きさが切り換えられる。すなわち、現在位置表示装置１の方位が３６０度回転する間に地図情報を段階的に回転させる分割数が、伏角が大きくなるほど少なくなるように切り換えられる。
【００２５】
図２に示すように、磁気検知部２およびこの磁気検知部２が搭載されている現在位置表示装置１は、装置内で、互いに直交する基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０および基準Ｚ軸ｚ０が予め固定軸として決められている。
【００２６】
図２に示すように、Ｘ軸センサ３は基準Ｘ軸ｘ０に沿って固定され、Ｙ軸センサ４は基準Ｙ軸ｙ０に沿って固定され、Ｚ軸センサ５は基準Ｚ軸ｚ０に沿って固定されている。
【００２７】
Ｘ軸センサ３、Ｙ軸センサ４およびＺ軸センサ５は、いずれもＧＭＲ素子で構成されている。ＧＭＲ素子は、Ｎｉ−Ｃｏ合金やＮｉ−Ｆｅ合金で形成された軟磁性材料で形成された固定磁性層および自由磁性層と、固定磁性層と自由磁性層との間に挟まれた銅などの非磁性導電層とを有している。固定磁性層の下に反強磁性層が積層され、反強磁性層と固定磁性層との反強結合により、固定磁性層の磁化が固定されている。
【００２８】
図２に示すように、Ｘ軸センサ３は、地磁気の基準Ｘ軸ｘ０に向く成分Ｂｘを検知するものであり、基準Ｘ軸ｘ０でのプラス方向の磁界成分Ｂ＋ｘと、基準Ｘ軸ｘ０のマイナス方向の磁界成分Ｂ−ｘを検知できる。
【００２９】
Ｘ軸センサ３は、固定磁性層の磁化の向きがＸ軸に沿う方向であるＰｘ方向に固定されている。自由磁性層の磁化の向きは地磁気の向きによって決められる。自由磁性層の磁化の向きが固定磁性層の固定磁化の向きであるＰｘ方向と平行になると、Ｘ軸センサ３の抵抗値が極小になり、自由磁性層の磁化の向きがＰｘ方向と逆向きになると、Ｘ軸センサ３の抵抗値が極大になる。また、自由磁性層の磁化の向きがＰｘ方向に直交すると、抵抗値が前記極大値と極小値との平均値となる。
【００３０】
図１に示す磁場データ検知部６では、Ｘ軸センサ３と固定抵抗とが直列に接続されて、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との間の中点電圧がＸ軸の検知出力として取り出される。Ｘ軸センサ３に対して、基準Ｘ方向に向く磁場成分が与えられていないとき、またはＰｘに対して直交する磁場が与えられているときの前記検知出力が、Ｘ軸方向の磁場の検知出力の原点となる。
【００３１】
図２に示す基準Ｘ軸ｘ０を地磁気ベクトルに一致させ、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｘを地磁気ベクトルと平行な向きにすると、Ｘ軸センサ３の自由磁性層の磁化が磁界成分Ｂ＋ｘで飽和させられて、Ｘ軸の検知出力が、前記原点に対してプラス側の最大値となる。逆に、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｘが地磁気ベクトルと反平行に向けられると、Ｘ軸センサ３の自由磁性層が磁界成分Ｂ−ｘによって飽和させられ、Ｘ軸の検知出力が、前記原点に対してマイナス側の最大値となる。
【００３２】
同様に、Ｙ軸センサ４に対してＹ軸方向の磁界成分Ｂｙが与えられていないとき、またはＰｙ方向と直交する磁場が与えられているときに、磁場データ検知部６から出力されるＹ軸の検知出力が原点となる。基準Ｙ軸ｙ０を地磁気ベクトルに一致させ、地磁気ベクトルの向きを固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｙに一致させると、Ｙ軸センサ４の自由磁性層が磁界成分Ｂ＋ｙで飽和させられて、Ｙ軸の検知出力が原点に対してプラス側の最大値となる。地磁気ベクトルの向きを固定方向Ｐｙと逆向きにすると、Ｙ軸センサ４の自由磁性層が磁界成分Ｂ−ｙで飽和させられて、Ｙ軸の検知出力が、原点に対してマイナス側の最大値となる。
【００３３】
また、Ｚ軸センサ５に対してＺ軸方向の磁界成分Ｂｚが与えられていないとき、またはＰｚと直交する磁場が与えられているとき、磁場データ検知部６から出力されるＺ軸の検知出力が原点となる。基準Ｚ軸ｚ０を地磁気ベクトルに一致させ、地磁気ベクトルの向きを固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｚに一致させると、Ｚ軸センサ５の自由磁性層が磁界成分Ｂ＋ｚで飽和させられて、Ｚ軸の検知出力が原点に対してプラス側の最大値となる。地磁気ベクトルの向きを固定方向Ｐｚと逆向きにすると、Ｚ軸センサ５の自由磁性層が磁界成分Ｂ−ｙで飽和させられて、Ｚ軸の検知出力が、原点に対してマイナス側の最大値となる。
【００３４】
Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５のプラス側の検知出力の最大値の絶対値と、マイナス側の検知出力の絶対値は、全てが同じ値である。
【００３５】
なお、Ｘ軸センサ３としては、磁界成分Ｂ＋ｘによってプラス側の検知出力が得られ、磁界成分Ｂ−ｘによってマイナス側の検知出力が得られ、プラス側の検知出力の最大値とマイナス側の検知出力の最大値とで絶対値が同じになれば、ＧＭＲ素子以外の磁気センサで構成することができる。例えば、基準Ｘ軸ｘ０に沿ってプラス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子と、マイナス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子を組み合わせて、Ｘ軸センサ３として使用してもよい。これは、Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５においても同じである。
【００３６】
図１に示す伏角・方位角演算部８は、Ａ／Ｄ変換部とＣＰＵおよびクロック回路などから構成されている。演算部８のクロック回路の計測時間に応じて、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力が、短いサイクルで間欠的に伏角・方位角演算部８に読み出され、それぞれの検知出力は、演算部内に設けられた前記Ａ／Ｄ変換部によってディジタル値に変換される。
【００３７】
伏角・方位角演算部８は、方位角演算部８ａと伏角演算部８ｂとを有している。これら演算部は、いずれもプログラミングされたソフトウエアによって実行される。ただし、方位角演算部８ａと伏角演算部８ｂで、一部のデータが共通に使用される。
【００３８】
図１に示すメモリ７には、方位角演算部８ａと伏角演算部８ｂのそれぞれの処理を行うソフトウエアがプログラミングされて格納されている。また、方位角演算部８ａと伏角演算部８ｂで演算されたデータは必要に応じてメモリ７に記憶される。
【００３９】
伏角・方位角演算部８では、磁場データ検知部６で検出された基準Ｘ軸ｘ０に向く磁場の検知出力と、基準Ｙ軸ｙ０に向く磁場の検知出力、および基準Ｚ軸ｚ０に向く磁場の検知出力に基づいて以下の演算処理が行われる。
【００４０】
図３に示すように、伏角・方位角演算部８では、Ｘ軸センサ３による検知出力ＸｇとＹ軸センサ４による検知出力ＹｇおよびＺ軸センサ５による検知出力Ｚｇから、地磁気ベクトルＢｇの向きが演算される。この演算処理では、三次元座標上の球面座標である球体Ｂａが設定され、検知出力Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇから演算される地磁気ベクトルＢｇの位置が、球体Ｂａ上の点である極座標上の座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）のデータとして認識される。図３に示す球体Ｂａの半径Ｒは、Ｘ軸センサ３の検知出力の最大値の絶対値、Ｙ軸センサ４の検知出力の最大値の絶対値、およびＺ軸センサ５の検知出力の最大値の絶対値によって決められる。
【００４１】
球体Ｂａ上の座標点Ｓを決めるパラメータθは、基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０を含む平面からの地磁気ベクトルＢｇの立ち上がり角度である。パラメータφは、地磁気ベクトルＢｇを基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０を含む平面に投影したときの投影成分と、基準軸である基準Ｘ軸ｘ０との間の角度である。
【００４２】
図３に示すように、基準Ｚ軸ｚ０が重力方向に向けられているときには、パラメータθが、地磁気ベクトルＢｇの地上の水平面からの立ち上がり角度である伏角であり、パラメータφが現在位置表示装置１の方位を示す方位角である。
【００４３】
現在位置表示装置１を、地球の赤道上において基準Ｚ軸ｚ０を重力方向に向けて使用すると、伏角θ＝０度となり、地磁気ベクトルＢｇの座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）は、図３に示す三次元座標に設定した球体Ｂａの赤道線Ｈｇ上に存在する。そして、赤道上で現在位置表示装置１を保持した人が回転するなどして現在位置表示装置１の向きを変えると、前記座標点Ｓが赤道線Ｈｇ上を移動する。また、地球の北半球の所定の緯度の場所において、基準Ｚ軸ｚ０を重力方向に向けて使用すると、地磁気ベクトルＢｇの位置を示す座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）が、基準Ｚ軸ｚ０を中心とする緯度線Ｈａ上に位置する。このとき、現在位置表示装置１を保持した人が回転するなどして現在位置表示装置１の向きを変えると、前記座標点Ｓが緯度線Ｈａ上を移動する。
【００４４】
図４には、現在位置表示装置１の基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０または基準Ｚ軸ｚ０とは別の軸Ｏａが、重力方向に向けて使用されたときの、地磁気ベクトルＢｇの座標の演算方法が示されている。図４では、基準Ｚ軸ｚ０と、重力方向に向いている軸Ｏａとの傾き角度がγｚである。
【００４５】
地球の赤道上において、現在位置表示装置１を図４に示す姿勢として、現在位置表示装置１を軸Ｏａを中心として回転させ、または軸Ｏａを重力方向に向けたままこれを保持した人が地平面上で円を描くように移動すると、地磁気ベクトルＢｇの三次元座標上の座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）は、球面座標である球体Ｂｂにおいて、前記軸Ｏａと直交する軸Ｘａと軸Ｘｂを含む平面上に位置する赤道線Ｈｇｂを移動する。図３に示す赤道線Ｈｇと図４に示す赤道線Ｈｇｂとの傾き角度はγｚである。
【００４６】
また、北半球の所定の緯度の場所において、軸Ｏａを重力方向に向けて、現在位置表示装置１を軸Ｏａを中心として回転させ、または軸Ｏａを重力方向に向けたままこれを保持した人が地平面上で円を描くように移動すると、地磁気ベクトルＢｇの三次元座標上の座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）が緯度線Ｈｂを移動する。図４に示す緯度線Ｈｂと図３に示す緯度線Ｈａは、北半球の同じ場所での測定であるならば、半径が同じであり、緯度線Ｈａと緯度線Ｈｂとの傾き角度はγｚである。
【００４７】
図４に示すように、基準Ｚ軸ｚ０以外の軸が重力方向に向いているときは、図１に示す加速度センサ９から傾き情報を得ることによって、重力に向けられている軸Ｏａを特定することができる。
【００４８】
加速度センサ９は、基準Ｚ軸ｚ０の向きの重力の加速度を検知するＺセンサと、基準Ｙ軸ｙ０の向きの重力の加速度を検知するＹセンサと、基準Ｘ軸ｘ０の向きの重力の加速度を検知するＺセンサを有している。Ｚセンサは、Ｚ方向へ移動する重りと、この重りのＺ方向への移動量を検知する検知部とを有している。これは、ＹセンサやＸセンサにおいても同じである。
【００４９】
伏角・方位角演算部８は、加速度センサ９からの情報に基づいて、基準Ｘ軸ｘ０と基準Ｙ軸ｙ０および基準Ｚ軸ｚ０の地上の空間内での傾き方向と傾き角度を知ることができる。この傾き情報と磁場データ検知部６で検知される地磁気ベクトルの検知情報とから、重力方向に向く軸Ｏａを特定でき、よって赤道線Ｈｇｂや緯度線Ｈｂを特定することができる。
【００５０】
なお、加速度センサ９を設けていなくても、磁場データ検知部６からのデータに基づいて以下の演算を行うことで、軸Ｏａを特定することが可能である。
【００５１】
図４に示すように、基準Ｚ軸ｚ０以外の軸Ｏａが重力へ向けられて、現在位置表示装置１が軸Ｏａを中心として反時計方向（ＣＣＷ）へ回転すると、球面座標を意味する球体Ｂｂの上に現れる地磁気ベクトルＢｇの極座標上の座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）が、緯度線Ｈｂ上を移動する。磁場データ検知部６においてクロックのタイミングで間欠的に検出された座標点Ｓ（Ｒ，θ，φ）の極座標データＤ１，Ｄ２，・・・Ｄｎを順番に取得しメモリ７に格納していく。
【００５２】
そして、緯度線Ｈｂ上に現れる任意の３箇所のデータ（Ｄ１，Ｄｘ，Ｄｎ）を抽出し、座標点Ｄ１と座標点Ｄｘを結ぶ線に直交する二等分線と、座標点Ｄｘと座標点Ｄｎを結ぶ線に直交する二等分線を求め、両二等分線の交点を求めることで、回転中心となる軸Ｏａ、すなわち重力に向く軸Ｏａを特定することができる。さらに、赤道線Ｈｇｂや緯度線Ｈｂを特定することができる。
【００５３】
したがって、現在位置表示装置１の姿勢がどの向きであろうと、伏角・方位角演算部８では、軸Ｏａを特定でき、その結果、地表面からの立ち上がり角である伏角θと、地表面を基準とした方位角φを演算して表示制御装置１４に与えることができる。
【００５４】
ＧＰＳ装置１１からの検知出力は、現在位置演算部１２に与えられて現在位置を示すデータが生成されて、この現在位置の情報が表示制御装置１４に与えられる。表示制御装置１４は、現在位置の情報に基づいて、メモリ１３から現在位置を含む地図データを抽出して地図情報を作図し、表示装置１５の表示画面１５ａに表示させる。また、表示制御装置１４は、伏角・方位角演算部８から得られる方位角φの情報に基づいて、表示装置１５の表示画面１５ａに表示する地図情報の向きを段階的に回転させる。これにより、図６に示すように、現在位置表示装置１が向けられている方位に応じて、地図情報のうちの現在位置表示装置１が向けられている方位が表示画面１５ａの前方に向くように切り換えられる。
【００５５】
さらに、表示制御装置１４では、伏角・方位角演算部８から得られる伏角θの情報に基づいて、地図情報を回転させる際の規定角度を変更する制御が行なわれる。
【００５６】
地磁気ベクトルＢｇを表す座標点Ｓが、図３に示す赤道線Ｈｇや図４に示す赤道線Ｈｇｂの上を移動しているときは、大きな半径Ｒの円の上を移動する座標点Ｓと、基準となる軸（例えば基準Ｘ軸ｘ０や図４に示す軸ｘａ）との角度からその方位角φが求められる。一方、地磁気ベクトルＢｇを表す座標点Ｓが、図３に示す緯度線Ｈａや図４に示す緯度線Ｈｂ上を移動しているときは、半径Ｒよりも小さい半径の円の上を移動する座標点Ｓと、基準となる軸との角度からその方位角φが求められることになる。
【００５７】
図５（Ａ）は、伏角θが１０度のときの緯度線の円を示し、図５（Ｂ）は、伏角θが４０度のときの緯度線の円を示し、図５（Ｃ）は伏角θが７０度のときの緯度線の円を示しているが、伏角θが大きくなるにしたがって、方位角φを検出する基準となる緯度線の円の半径が短くなる。
【００５８】
図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に図示するように、方位角φの変化量が一定の場合に、緯度線の半径の大小に拘わらず（方位角φ／３６０度）は一定であるが、同じ方位角φに相当する座標点Ｓの円周移動量は、伏角θが大きくなり緯度線の半径が短くなるにしたがって短縮されていく。
【００５９】
一方、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）には、センサや演算部ならび表示制御装置１４などの各種回路でのノイズに起因する座標点Ｓの円周方向への揺れ幅（振れ幅）をＮで示している。このノイズの揺れ幅Ｎは、地磁気ベクトルＢｇの伏角θが変わって座標点Ｓが移動する緯度線の半径が変わっても、大きく変化するものではない。そのため、図５（Ｃ）に示すように、緯度線の円の半径が小さくなるにしたがって、方位角φの変化に対する座標点Ｓの移動量に対して、ノイズの影響による座標点Ｓの振れ幅Ｎが占める割合が大きくなる。
【００６０】
表示制御装置１４では、図６に示すように、方位角θが一定の規定角度だけ変化すると、表示画面１５ａに表示させる地図情報を規定角度分だけ回転させている。図５（Ａ）に示すように、座標点Ｓが移動する緯度線の角度が大きいときには、緯度線の円の円周に対するノイズ幅Ｎの割合が小さいために、表示画面を切り換える前記規定角度が小さく設定されても、ノイズの影響を受けにくい。一方、図５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、座標点Ｓが移動する緯度線の角度が小さくなると、緯度線の円周に対してノイズの揺れ幅Ｎが占める割合が大きくなるため、表示画面を切り換える前記規定角度を図５（Ａ）のときと同じにすると、ノイズにより座標点Ｓが揺れる度に、画面が切り換えられてしまい、表示画面１５ａに表示される地図情報が細かく往復回転して振れるなどの不都合が生じやすい。
【００６１】
そこで、表示制御装置１４では、座標点Ｓが移動する緯度線の半径が小さくなるにしたがって、表示画面を切り換える前記規定角度が大きくなるように切り換えている。すなわち、前記規定角度は、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のそれぞれにおいて、ノイズによる座標点Ｓの振れ幅Ｎよりも十分に大きくなるように設定される。
【００６２】
これにより、図５（Ａ）に示すように、緯度線の半径が大きいときは、現在位置表示装置１の方位が３６０度回転する際の規定角度の分割数が多くなり、現在位置表示装置１の向きの変化に追従して、表示される地図情報がスムースに回転する。一方、図５（Ｃ）に示すように緯度線の半径が小さいときは、現在位置表示装置１の方位が３６０度回転する際の規定角度の分割数が少なくなり、ノイズに反応して地図情報の表示が勝手に回転したり、またはノイズによる座標点Ｓの触れに追従して、表示されている地図表示がパタパタと往復回転するような誤動作を防止できるようになる。
【００６３】
すなわち、表示制御装置１４では、現在位置表示装置１の方位が３６０度回転する際の規定角度の分割数（規定角度／３６０度）＝（Ｒ／Ｎ）×Ａ（Ａは定数）の演算を行い、その結果に基づいて、表示画面１５ａに表示される地図情報の回転切り替えを行う。
【００６４】
これにより、現在位置表示装置１が、緯度の高い地域で使用し、またはビルの谷間に入ったときのように地磁気ベクトルの伏角が大きい領域で使用したときに、表示画面の回転切り替えをノイズに影響を受けることなく確実にできる。また、地磁気ベクトルの伏角が小さい地域で使用すると、現在位置表示装置１の向きの変化にスムースに追従して、表示画面１５ａに表示される地図情報が回転できるようになる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 現在位置表示装置
２ 磁気検知部
３ Ｘ軸センサ
４ Ｙ軸センサ
５ Ｚ軸センサ
６ 磁場データ検知部
７ メモリ
８ 伏角・方位角演算部
９ 加速度センサ（傾き検知部）
１１ ＧＰＳ装置（現在位置検知部）
１２ 現在位置演算部
１４ 表示制御装置
１５ 表示装置
１５ａ 表示画面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸に向くＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサを有する磁気検知部と、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力に基づいて地磁気の伏角と方位角を演算する伏角・方位角演算部と、現在位置を演算する現在位置演算部と、前記現在位置演算部で演算された現在位置を含む地図情報を表示装置に表示させる表示制御装置とが設けられ、
前記表示制御装置は、前記方位角が所定の規定角度を越えて変化したときに、前記表示装置に表示されている前記地図情報の向きを切換える機能と、前記伏角に応じて、前記規定角度を変化させる機能を有していることを特徴とする現在位置表示装置。
【請求項２】
前記伏角は、水平線から地磁気ベクトルまでの立ち上がり角度であり、前記伏角が大きくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切換えられる請求項１記載の現在位置表示装置。
【請求項３】
前記Ｘ軸センサは前記基準Ｘ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となり、前記Ｙ軸センサは前記基準Ｙ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となり、前記Ｚ軸センサは前記基準Ｚ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となるものであり、
前記伏角・方位角演算部では、前記Ｘ軸センサと前記Ｙ軸センサおよび前記Ｚ軸センサのそれぞれの検知出力から三次元座標上に球体を設定して、地磁気ベクトルの向きを前記球体表面の点として認識し、前記球体上で前記点を含む緯度線が描く円の直径が小さくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切換えられる請求項２記載の現在位置表示装置。
【請求項４】
出力ノイズによって緯度線上で前記点が振れる振れ幅の最大値をＮとし、前記円の直径をＲとしたときに、画面の分割数（前記規定角度／３６０度）が、（Ｒ／Ｎ）×Ａ（Ａは定数）となるように設定される請求項３記載の現在位置表示装置。
【請求項５】
前記基準Ｚ軸の重力方向に対する傾き角度を検知する傾き検知部を有しており、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力が前記傾き角度で補正されて、前記伏角と前記方位角が求められる請求項１ないし４のいずれかに記載の現在位置表示装置。
【請求項６】
前記傾き検知部は、前記磁気検知部とは別に設けられている請求項５記載の現在位置表示装置。
【請求項７】
前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力により、前記基準Ｚ軸が特定されて、前記基準Ｚの重力方向に対する傾き角度が検知される請求項５記載の現在位置表示装置。
【請求項１】
互いに直交する基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸に向くＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサを有する磁気検知部と、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力に基づいて地磁気の伏角と方位角を演算する伏角・方位角演算部と、現在位置を演算する現在位置演算部と、前記現在位置演算部で演算された現在位置を含む地図情報を表示装置に表示させる表示制御装置とが設けられ、
前記表示制御装置は、前記方位角が所定の規定角度を越えて変化したときに、前記表示装置に表示されている前記地図情報の向きを切換える機能と、前記伏角に応じて、前記規定角度を変化させる機能を有していることを特徴とする現在位置表示装置。
【請求項２】
前記伏角は、水平線から地磁気ベクトルまでの立ち上がり角度であり、前記伏角が大きくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切換えられる請求項１記載の現在位置表示装置。
【請求項３】
前記Ｘ軸センサは前記基準Ｘ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となり、前記Ｙ軸センサは前記基準Ｙ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となり、前記Ｚ軸センサは前記基準Ｚ軸が地磁気の方向に向けられたときに検知出力の絶対値が最大となるものであり、
前記伏角・方位角演算部では、前記Ｘ軸センサと前記Ｙ軸センサおよび前記Ｚ軸センサのそれぞれの検知出力から三次元座標上に球体を設定して、地磁気ベクトルの向きを前記球体表面の点として認識し、前記球体上で前記点を含む緯度線が描く円の直径が小さくなるにしたがって、前記規定角度が大きくなるように切換えられる請求項２記載の現在位置表示装置。
【請求項４】
出力ノイズによって緯度線上で前記点が振れる振れ幅の最大値をＮとし、前記円の直径をＲとしたときに、画面の分割数（前記規定角度／３６０度）が、（Ｒ／Ｎ）×Ａ（Ａは定数）となるように設定される請求項３記載の現在位置表示装置。
【請求項５】
前記基準Ｚ軸の重力方向に対する傾き角度を検知する傾き検知部を有しており、前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力が前記傾き角度で補正されて、前記伏角と前記方位角が求められる請求項１ないし４のいずれかに記載の現在位置表示装置。
【請求項６】
前記傾き検知部は、前記磁気検知部とは別に設けられている請求項５記載の現在位置表示装置。
【請求項７】
前記Ｘ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサからの検知出力により、前記基準Ｚ軸が特定されて、前記基準Ｚの重力方向に対する傾き角度が検知される請求項５記載の現在位置表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２３７０３０（Ｐ２０１０−２３７０３０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８５２３２（Ｐ２００９−８５２３２）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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