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WO2011128970A1 - 携帯ナビゲーション装置 - Google Patents

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Publication number
WO2011128970A1
WO2011128970A1 PCT/JP2010/056576 JP2010056576W WO2011128970A1 WO 2011128970 A1 WO2011128970 A1 WO 2011128970A1 JP 2010056576 W JP2010056576 W JP 2010056576W WO 2011128970 A1 WO2011128970 A1 WO 2011128970A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
traveling direction
user
portable
portable terminal
navigation device
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/056576
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正木竜二
本蔵義信
Original Assignee
アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社 filed Critical アイチ・マイクロ・インテリジェント株式会社
Priority to PCT/JP2010/056576 priority Critical patent/WO2011128970A1/ja
Publication of WO2011128970A1 publication Critical patent/WO2011128970A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C22/00—Measuring distance traversed on the ground by vehicles, persons, animals or other moving solid bodies, e.g. using odometers, using pedometers
    • G01C22/006—Pedometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/48—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
    • G01S19/49—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system whereby the further system is an inertial position system, e.g. loosely-coupled
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/005—Traffic control systems for road vehicles including pedestrian guidance indicator
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B29/00—Maps; Plans; Charts; Diagrams, e.g. route diagram
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B29/00—Maps; Plans; Charts; Diagrams, e.g. route diagram
    • G09B29/10—Map spot or coordinate position indicators; Map reading aids

Definitions

  • the present invention relates to a portable navigation device that can be used even in places where GPS radio waves do not reach.
  • an in-vehicle car navigation device a mobile phone having a route guidance function, a PDA mobile terminal, and the like are known as route guidance devices that perform route guidance (navigation) to a destination.
  • route guidance device for example, there is a device that measures the current location using GPS (Global Positioning System).
  • GPS Global Positioning System
  • the route guidance device using GPS there is a possibility that the current position cannot be detected in a place where it is difficult to receive GPS satellite GPS signals such as in a subway yard or inside a building.
  • Autonomous navigation technology is known as a technology for detecting a moving direction and a moving distance without using a GPS satellite or the like.
  • an autonomous navigation technology for in-vehicle devices for example, there is one using a geomagnetic sensor and a vehicle speed sensor (see Patent Document 1).
  • the traveling direction of the vehicle is detected using a geomagnetic sensor fixed so as to substantially coincide with the traveling axis of the vehicle, and the moving distance is detected using a vehicle speed sensor.
  • a navigation device for pedestrians unlike a vehicle or the like, since a pedestrian holds it in his hand or puts it in his pocket, the portable terminal faces various directions. Therefore, unlike the case of the vehicle, it is difficult to specify the traveling direction of the pedestrian. Therefore, a navigation device for pedestrians has been developed that uses a three-axis magnetic sensor and a three-axis acceleration sensor to detect the advancing direction and the number of steps of the pedestrian (Patent Document 2 below). If these sensors are used, it is possible to detect the traveling direction of the pedestrian regardless of the posture of the mobile terminal. If the pedestrian's stride is set in advance, the current position of the pedestrian can be calculated even in a place where GPS radio waves do not reach, based on the traveling direction and the number of steps.
  • the present invention has been made in view of such conventional problems, and is intended to provide a portable navigation device that can be used even in a place where GPS radio waves do not reach and can accurately display the current position of a pedestrian.
  • the present invention is a portable navigation device for guiding a pedestrian,
  • a triaxial magnetic sensor that is provided in a portable terminal and measures each strength of geomagnetism in three axial directions orthogonal to each other;
  • a triaxial acceleration sensor that is provided in the portable terminal and measures the strength of gravity acceleration in the triaxial direction;
  • Attitude calculation means for calculating an orientation in which the mobile terminal faces based on the measured values of the geomagnetism and the gravitational acceleration in the three-axis directions;
  • the user accepts a traveling direction setting operation in which the user points the portable terminal in the planned traveling direction and presses the direction setting button, and stores the orientation of the portable terminal at the time of the operation as the planned traveling direction of the user.
  • Traveling direction storage means for A holding direction storage means for storing, as a portable holding direction, an orientation in which the portable terminal faces in the holding state after an operation of holding the portable terminal in a direction different from the traveling direction is performed by the user; Step detection means for detecting the number of steps of the user from the navigation start position based on a time change of acceleration detected by the three-axis acceleration sensor; After the user starts walking, a traveling direction detection that detects the traveling direction of the user from the relationship between the orientation of the mobile terminal calculated by the posture calculating means, the planned traveling direction, and the mobile holding direction.
  • Position display means A portable navigation device characterized by comprising:
  • the user when the user goes to a place where the GPS radio wave does not reach (such as an underground shopping center), the user performs a traveling direction setting operation in which the user sets the mobile terminal in the planned traveling direction and presses the direction setting button at the navigation start position.
  • a traveling direction setting operation in which the user sets the mobile terminal in the planned traveling direction and presses the direction setting button at the navigation start position.
  • a menu for performing the operation is displayed on the display screen, and the traveling direction setting operation is performed when the user operates according to an instruction of the menu.
  • the coordinate system that coincides with the axis of the sensor mounted on the mobile terminal is called the sensor coordinate system.
  • the transverse direction of the mobile terminal screen is the X axis
  • the vertical direction is the Y axis
  • the normal direction of the screen surface is the Z axis.
  • the user performs a traveling direction setting operation of pressing the direction setting button with the Y axis of the sensor coordinate system of the mobile terminal in the planned traveling direction.
  • the traveling direction of the user is stored as an azimuth displayed at a clockwise angle ⁇ 1 with 0 ° being north in the earth coordinate system.
  • the attitude S1 ( ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 1) of the mobile terminal with respect to the earth coordinate system is stored.
  • the portable terminal becomes different from the attitude toward the traveling direction ⁇ 1.
  • S3 ( ⁇ 3, ⁇ 3, ⁇ 3) be the posture of the mobile terminal placed in the pocket after the user starts walking. Further, when the user points the mobile terminal in the traveling direction in this state, the attitude of the mobile terminal is S4 ( ⁇ 4, ⁇ 4, ⁇ 4).
  • the current position of the user can be obtained by performing a process of sequentially adding the user's stride by the number of steps from the navigation start position toward the traveling direction ⁇ 4 on the map data.
  • This current position is displayed together with the map information.
  • the current position can be accurately displayed even in places where GPS radio waves do not reach.
  • the GPS receiver consumes a large amount of power, it is possible to extend the battery of the portable terminal by performing navigation without relying on GPS as described above.
  • a portable navigation device that can be used even in a place where GPS radio waves do not reach and can accurately display the current position of a pedestrian.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a portable navigation device in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a block diagram of a portable navigation device in Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a mobile terminal according to Embodiment 1.
  • FIG. The figure showing the relationship between a portable terminal and a horizontal surface in Example 1.
  • FIG. (A) Side view of a user when performing a traveling direction setting operation in Example 1, (B) Perspective view of a mobile terminal. (A) Side view of a user in a portable holding state in Example 1, (B) Perspective view of carrying. The front view at the time of carrying out (A) advancing direction setting operation of a portable terminal in Example 1.
  • FIG. 3 is a display example of a mobile terminal in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of a triaxial magnetic sensor and a triaxial acceleration sensor in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration of a control circuit in the first embodiment.
  • a guidance route display unit that receives an input operation of a destination by the user and displays a guidance route from the navigation start position to the destination on the map information. In this way, by inputting the destination, the user can display the guidance route to the destination even when used in a place where GPS radio waves do not reach, such as an underground shopping street.
  • the holding direction storage means stores the portable holding direction when the number of steps detected by the step count detection means exceeds a predetermined value after the traveling direction setting operation is performed.
  • the traveling direction setting operation the user stores the portable terminal in a pocket or the like, but when the portable holding direction is measured immediately after the traveling direction setting operation is performed, the portable terminal May not be stable in the pocket. In that case, the portable holding direction cannot be measured accurately, and the traveling direction of the user cannot be calculated accurately. Therefore, after the traveling direction setting operation is performed, when the number of steps detected by the number of steps detecting unit exceeds a predetermined value (for example, about 5 to 7 steps), the portable holding direction is measured and stored. Thereby, since it can measure after a portable terminal is stabilized, a portable holding direction can be measured correctly.
  • a predetermined value for example, about 5 to 7 steps
  • the traveling direction detection means It is preferable to include a traveling direction correction unit that corrects the traveling direction detected by the above. If it does in this way, even if a portable terminal falls in a pocket etc. while walking, it becomes possible to calculate a user's advancing direction correctly. That is, when the portable terminal is stored in the pocket, for example, in the vertical direction, the portable terminal may fall down and be turned sideways. In this case, the traveling direction of the user cannot be measured accurately, but this problem can be avoided by providing the traveling direction correcting means.
  • the three-axis magnetic sensor is orthogonal to both the Z axis orthogonal to the operation surface or the display surface of the mobile terminal, the X axis facing the lateral width direction of the mobile terminal, and both the Z axis and the X axis.
  • Measuring the intensity of the geomagnetism in the triaxial direction with respect to the Y axis, and measuring the intensity of the acceleration in the triaxial direction of the X axis, the Y axis, and the Z axis The posture calculation means calculates an angle formed between a Y projection line obtained by projecting the Y axis on the horizontal plane and a straight line that exists on the horizontal plane and faces magnetic north as the orientation of the mobile terminal.
  • the direction setting button is pressed with the longitudinal direction (Y-axis) directed to the traveling direction. become. Therefore, the direction indicated by the user can be input as it is as the scheduled travel direction.
  • FIG. 1 shows a conceptual diagram of a portable navigation device 1 according to this example
  • FIG. 2 shows a block diagram
  • the portable navigation device 1 of this example is provided in a portable terminal 3 (see FIG. 3), and each intensity of the geomagnetism M in the directions of three axes (X axis, Y axis, Z axis) orthogonal to each other.
  • a three-axis magnetic sensor 62 for measurement is provided.
  • the mobile terminal 3 includes a triaxial acceleration sensor 63 that measures each strength of the gravitational acceleration G in the triaxial direction.
  • posture calculation means 20 is provided that calculates an orientation ⁇ (see FIG.
  • the user 7 (see FIG. 5) accepts a traveling direction setting operation in which the portable terminal 3 is pointed in the planned traveling direction and the direction setting button is pressed, and the orientation of the portable terminal 3 at the time of the operation is determined by the user. 7 is provided as travel direction storage means 32a for storing the travel direction 7 as the planned travel direction ⁇ 1. In addition, after the user 7 performs an operation of holding the mobile terminal 3 in a direction different from the traveling direction (see FIG. 6), the orientation in which the mobile terminal 3 faces in the held state is stored as the mobile holding direction ⁇ 2.
  • Holding direction storage means 32b Furthermore, it is provided with the step number detection means 21 which detects the step number of the user 7 from a navigation start position based on the time change of the acceleration detected by the 3-axis acceleration sensor 63 (refer FIG. 9). In addition, after the user 7 starts walking, the traveling direction ⁇ 4 of the user 7 is detected from the relationship between the orientation ⁇ 3 that the portable terminal 3 faces calculated by the posture calculating unit 20 and the planned traveling direction ⁇ 1 and the portable holding direction ⁇ 2. A traveling direction detecting means 23 is provided (see FIG. 9).
  • the current position of the user 7 is calculated from the step 7 of the user 7 stored in advance, the number of steps, and the traveling direction ⁇ 4 of the user 7 detected by the traveling direction detection means 23, and the current position is displayed together with the map information.
  • the present position display means 22 is provided (refer FIG. 9, FIG. 11).
  • the portable navigation device 1 of this example is incorporated in a portable terminal 3 (mobile phone) as shown in FIG.
  • the portable terminal 3 is foldable, and is a foldable type in which the display unit 14 (liquid crystal display) and the operation unit 15 are housed inside when folded.
  • the mobile terminal 3 includes an antenna for data communication, and includes a transmission / reception unit 111 that performs modulation / demodulation of data, a communication control unit 11 that controls transmission / reception of data, a display unit 14, data communication, and the like. It has CPU2 which performs various calculations required for implementation, ROM31 and RAM32 which memorize
  • the CPU 2 is connected with an operation unit 15 including a numeric keypad 150, a voice call microphone and speaker 16, an incoming call notification speaker 12, and a vibrator 13.
  • the CPU 2 is connected to a GPS positioning means 5 including a GPS antenna 51 and a GPS positioning unit 52, a triaxial magnetic sensor 62, and a triaxial acceleration sensor 63.
  • the ROM 31 stores a program 31a for executing navigation and map data 31b.
  • the CPU 2 reads and executes the program 31a, the above-described posture calculation means 20, step count detection means 21, current position display means 22, travel direction detection means 23, guide route display means 26, and travel direction correction means 27 are realized.
  • the RAM 32 is used as the traveling direction storage means 32a and the holding direction storage means 32b in this example.
  • a 6D sensor 6 in which a triaxial magnetic sensor 62 and a triaxial magnetic sensor 63 are integrated is used.
  • An X axis, a Y axis, and a Z axis are set in the triaxial magnetic sensor 62 and the triaxial acceleration sensor 63.
  • the triaxial magnetic sensor 62 measures the strength (Mx, My, Mz) of the geomagnetism M in the triaxial directions of these X axis, Y axis, and Z axis.
  • the triaxial acceleration sensor 63 measures the intensity (Gx, Gy, Gz) of the gravitational acceleration G in the triaxial direction.
  • an angle ⁇ formed between a projection line Y ′ obtained by projecting the Y axis of the mobile terminal 3 on the horizontal plane H and a straight line 50 that exists on the horizontal plane H and faces magnetic north is defined as an orientation ⁇ that the mobile terminal 3 faces.
  • the attitude S ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the mobile terminal with respect to the earth coordinate system is determined by the geomagnetism M intensity (Mx, My, Mz) measured by the triaxial magnetic sensor 62 and the gravitational acceleration G measured by the triaxial acceleration sensor 63.
  • the intensity (Gx, Gy, Gz) can be used, for example, by using the following mathematical formula.
  • the usage and operation of the portable navigation device 1 of this example will be described with reference to FIGS.
  • the user 7 points the mobile terminal 3 in the planned travel direction and presses the direction setting button 8 to set the traveling direction. Perform the operation.
  • the portable navigation device 1 measures and stores the posture S1 ( ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 1) of the portable terminal 3 at the time of operation.
  • the user 7 stores and holds the portable terminal 3 in a pocket or the like.
  • This operation changes the orientation of the portable terminal 3.
  • the mobile navigation device 1 calculates and stores the orientation S2 ( ⁇ 2, ⁇ 2, ⁇ 2) that the mobile terminal 3 faces in the holding state.
  • step S1 a target point input screen is displayed on the display unit 14 (see FIG. 2) (step S1). Thereafter, the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not the user 7 has input a target point. The input screen is continuously displayed until the target point is input. If the target point is input, it is determined as Yes and the process proceeds to step S3.
  • step S3 a traveling direction input screen is displayed. That is, an instruction is displayed on the screen so that the mobile terminal 3 is directed in the traveling direction of the user and the direction setting button 8 is pressed.
  • step S4 it is determined whether or not this operation has been performed. If the operation has been performed, the determination is Yes and the process proceeds to step S5.
  • step S5 the posture S1 ( ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 1) of the mobile terminal is measured and stored using Equation 1 (see FIGS. 5 and 7A). Thereafter, the process proceeds to step S6, where it is determined whether or not the user 7 has walked a predetermined number of steps.
  • the predetermined number of steps is, for example, about 5 to 7 steps. If YES is determined here, the process proceeds to step S7, and the posture S2 of the portable terminal 3 is measured and stored using the above-described equation 1.
  • the reason why S2 is measured after walking a predetermined number of steps in this way is that the mobile terminal 3 housed in a pocket or the like may be unstable immediately after starting to walk. Note that the number of steps of the user 7 is detected by using a temporal change in acceleration measured by the triaxial acceleration sensor 63 (see FIGS. 1 and 2).
  • step S9 measures the attitude
  • step S11 the number of steps of the user 7 from the navigation start position is obtained (step S11), and the user 7's step length stored in advance, the number of steps, and the traveling direction ⁇ 4 are used. 7 is calculated (step S12). That is, on the map, a process of sequentially adding the step length of the user 7 from the navigation start position in the traveling direction ⁇ 4 by the number of steps is performed. At this time, when the current position of the user 7 is deviated from the road described on the map, it is preferable to perform a so-called map matching process in which the position of the user 7 is corrected so as to exist on the road.
  • step S14 it is determined whether or not the user 7 has reached the destination, and steps S9 to S13 are processed until the answer is Yes.
  • FIG. 10 shows another flowchart. This flowchart is continued from FIG. 8 and is a flowchart for correcting the posture when the posture is changed after the portable terminal 3 is collapsed in the pocket after the portable terminal 3 is stored.
  • step S9 the process proceeds to step S9a to determine whether or not the attitude of the mobile terminal 3 has changed. This determination is made based on the gravitational acceleration measured by the triaxial acceleration sensor 62. That is, when the direction of gravity acceleration changes suddenly, it is determined that the attitude of the mobile terminal 3 has changed, and when it does not change, it is determined that the attitude does not change.
  • FIG. 11 is a display example of the display unit 14.
  • the current position of the user 7 is displayed with the cross cursor 140, and the map information 31b is also displayed.
  • a guide route 80 to the destination is displayed.
  • a 6D sensor 6 in which a triaxial magnetic sensor 62 (magnetic sensors 62X, 62Y, 62Z) and a triaxial acceleration sensor 63 (acceleration sensors 63X, 63Y, 63Z) are integrated into a module.
  • Each magnetic sensor 62 includes a magnetic detection element 64 that detects geomagnetism.
  • Each acceleration sensor 63 includes a magnet body displacement unit 630 configured such that the magnet body 631 is displaced according to acceleration, and a magnetic detection head 635 that detects the displacement of the magnet body 631.
  • the magnetic detection head 635 includes a magnetic detection element 64 having the same specifications as the magnetic sensor 62.
  • the 6D sensor 6 includes three magnetic sensors 62X, 62Y, and 62Z, three acceleration sensors 63X, 63Y, and 63Z, and one control circuit that controls the six magnetic detection elements 64.
  • 612 control IC chip
  • the X axis and the Y axis are defined along two orthogonal sides forming the outer edge of the common substrate 613, and the Z axis is defined along the normal direction of the substrate 613.
  • the magnetic detection element 64 of this example is composed of a magneto-impedance element (MI element).
  • the magnet body displacement unit 630 includes a support post 633 fixed to a common substrate 613, and a cantilever 634 that is supported at one end by the support post 633 and holds the magnet body 631 at the other end. And more.
  • the cantilever 634 has a substantially rectangular plate shape made of the material Ni—P.
  • the cantilever 634 of this example has one end fixed to the support post 633 and can be elastically deformed so as to rotate about the support post 633.
  • a long hole 634H is provided from the base portion on the support post 633 side to a position before the free end so that a large amount of displacement of the magnet body 631 with respect to acceleration can be secured.
  • the magnet body 631 is disposed at the end of the cantilever 634 on the free end side as shown in FIG.
  • the magnet body 631 of this example is formed by magnetizing the magnet body paint applied to the surface of the cantilever 634 after drying and curing.
  • the magnet body 631 is displaced according to the bending of the cantilever 634. Note that the bending of the cantilever 634 and the displacement of the free end are very small. For example, the displacement of the free end of the cantilever 634 is about 1/10 or less of the length of the cantilever 634.
  • the magnetic detection head 635 is disposed so as to face the front end surface of the cantilever 634 on the free end side.
  • the magnetic detection head 635 includes a magnetic detection element 64 having the same specifications as the magnetic sensor 62.
  • a magneto-impedance element is used as the magnetic detection element 64.
  • the control circuit 612 is a circuit configured to control the six magnetic detection elements 64 as shown in FIG.
  • the control circuit 612 includes a signal generator 601 that generates a pulse current input to the magnetic sensitive body 644 and a signal processing unit 602 that outputs a measurement signal corresponding to the induced voltage of the detection coil 645.
  • the signal generator 601 generates a predetermined pulse current and outputs a trigger signal synchronized with the falling edge of the pulse current toward the analog switch 602a of the signal processing unit 602.
  • the signal processing unit 602 is a combination of a synchronous detection circuit that functions as a so-called peak hold circuit and an amplifier 602b.
  • the synchronous detection circuit includes an analog switch 602a for turning on / off the electrical connection between the detection coil 645 and the signal processing unit 601 in synchronization with the trigger signal, and a capacitor connected to the detection coil 645 via the analog switch 602a. This is a circuit configured by using 602c.
  • the control circuit 612 is provided with an electronic switch 608 that switches an electrical path between the signal generator 601 and each magnetic sensitive body 644 and an electrical path between the signal processing unit 602 and each detection coil 645.
  • three magnetic detection elements 64 (magnetic sensor 62) for measuring the magnetic field strength in each of the X, Y, and Z axes (see FIG. 3), and each of the X, Y, and Z axes.
  • the control circuit 612 can be shared in a time-sharing manner by switching at predetermined intervals for a total of six magnetic detection elements 64 of the three magnetic detection elements 64 (magnetic detection heads 635) that measure acceleration on the axis.
  • the magnetic detection method of this example measures an induced voltage generated in the detection coil 645 when the pulse current supplied to the magnetic sensitive body 644 falls. At the moment when the pulse current applied to the magnetic body 644 placed in the magnetic field is cut off, an induced voltage having a magnitude proportional to the longitudinal component of the magnetic body 644 is generated at both ends of the detection coil 645.
  • the induced voltage of the detection coil 645 is accumulated in the capacitor 602c via the analog switch 602a turned on by the trigger signal, and further amplified by the amplifier 602b and output from the output terminal 605.
  • each magnetic detection element 64 of this example outputs an output signal corresponding to the strength of the magnetic field acting in the longitudinal direction of the magnetic sensitive body 644 to the outside via the control circuit 612.
  • the direction ⁇ 4 in which the user 7 proceeds is obtained. Since the postures S1, S2, and S3 can be accurately obtained using the triaxial magnetic sensor 62 and the triaxial acceleration sensor 63, the travel direction ⁇ 4 of the user can be accurately calculated by using these postures. It becomes.
  • guidance route display means 26 that accepts a destination input operation by the user 7 and displays a guidance route 80 from the navigation start position to the destination superimposed on the map information. In this way, when the user 7 inputs the destination, as shown in FIG. 11, even when used in a place where GPS radio waves do not reach, such as an underground shopping street, the guide route 80 to the destination is displayed. Is possible.
  • the holding direction storage unit 32b stores the portable holding direction when the number of steps detected by the number of steps detecting unit 21 exceeds a predetermined value after the traveling direction setting operation is performed. (See steps S6 and S7). As described above, after the traveling direction setting operation is performed, the user 7 stores the portable terminal 3 in a pocket or the like. If the posture S2 is measured immediately after the traveling direction setting operation is performed, The terminal 3 may not be stable in the pocket. In that case, the posture S2 cannot be accurately measured, and the traveling direction ⁇ 4 of the user 7 cannot be accurately calculated.
  • the posture S2 is measured and stored. Therefore, since measurement can be performed after the portable terminal 3 is stabilized, the posture S2 can be accurately measured.
  • the travel direction correction unit 27 corrects the travel direction ⁇ 4 detected by the travel direction detection unit 23. In this way, even when the portable terminal 3 falls down in a pocket or the like during walking, the traveling direction ⁇ 4 of the user 7 can be accurately calculated. That is, when the mobile terminal 3 is stored in the pocket in the vertical direction, for example, the mobile terminal 3 may fall down and be turned sideways. In this case, it becomes impossible to accurately measure the traveling direction ⁇ 4 of the user 7, but by providing the traveling direction correction means 27, this problem can be avoided.
  • the triaxial magnetic sensor 63 includes a Z axis orthogonal to the operation surface or the display surface of the mobile terminal 3, an X axis facing the horizontal width direction of the mobile terminal 3, a Z axis, and an X axis.
  • the strength (Mx, My, Mz) of the geomagnetism M in the three-axis directions with the Y-axis orthogonal to both the axes is measured, and the three-axis acceleration sensor 63 has three axes of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis.
  • the posture calculation means 20 measures the intensity (Gx, Gy, Gz) of the acceleration G in the direction, and the Y projection line obtained by projecting the Y axis onto the horizontal plane H and the straight line 50 that exists on the horizontal plane H and faces the magnetic north.
  • the formed angle ⁇ is calculated as the direction in which the mobile terminal 3 faces. If it does in this way, it will become easy to measure correctly the direction which portable terminal 3 faces. That is, since the Y axis is directed in the longitudinal direction of the mobile terminal 3, when the user 7 performs the traveling direction setting operation, the direction setting button is pressed with the longitudinal direction (Y axis) directed to the scheduled traveling direction. It will be. Therefore, the direction indicated by the user 7 can be input as it is as the scheduled traveling direction ⁇ 1.
  • the portable navigation device 1 that can be used even in a place where GPS radio waves do not reach and can accurately display the current position of the pedestrian.

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Abstract

　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。

Description

携帯ナビゲーション装置
　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。
　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。
　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。
　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。
特開平８－３２７３７７号公報 特開２００８－６４７２９号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
実施例１における、携帯ナビゲーション装置の概念図。 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。 実施例１における、携帯端末の一部切欠斜視図。 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。 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。 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。 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。 実施例１における、プログラムのフローチャート。 図８に続くフローチャート。 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。 実施例１における、携帯端末の表示例。 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。 実施例１における、制御回路の構成を説明するための図。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。

Claims (4)

  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。
  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。
  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。
  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。
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