(57)【要約】【課題】  地磁気緯度を計測することができる地磁気緯度センサを提供する。【解決手段】  携帯電話機１のユーザが操作部７０により地磁気緯度の計測の指示を行うと、ＣＰＵ３０はバスライン１１０を介して地磁気センサ２０の出力値及び傾斜センサ１０の出力値を取り込む。ＣＰＵ３０はこれらの値から伏角Ｉ及び地磁気緯度Ｐを計算し、地磁気緯度Ｐが予め設定された範囲内であればスピーカ１０１からアラーム音を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸方向の磁界の強度を測定する地磁気センサと、
本体の所定の面が水平になったときに前記所定の軸方向の磁界の強度から地磁気の伏角を求める伏角算出手段と、
前記算出された伏角から地磁気緯度を算出する地磁気緯度算出手段と、
を具備することを特徴とする地磁気緯度センサ。
【請求項２】
水平面に対する本体の傾き角を測定する傾斜測定手段をさらに具備し、
前記伏角算出手段は、前記傾き角が水平になったときに前記所定の軸方向の磁界の強度から地磁気の伏角を求めることを特徴とする請求項１に記載の地磁気緯度センサ。
【請求項３】
水平面に対する本体の傾き角を測定する傾斜測定手段と、
所定の軸方向の磁界の強度を測定する地磁気センサと、
前記測定された傾き角と前記測定された所定の軸方向の磁界の強度から地磁気の伏角を求める伏角算出手段と、
前記算出された伏角から地磁気緯度を算出する地磁気緯度算出手段と、
を具備することを特徴とする地磁気緯度センサ。
【請求項４】
前記算出された地磁気緯度が所定の範囲内である場合に報知動作を行う報知手段をさらに具備することを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の地磁気緯度センサ。
【請求項５】
前記所定の範囲はオーロラが発生しやすいとされる地磁気緯度の範囲であることを特徴とする請求項４に記載の地磁気緯度センサ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の地磁気緯度センサを具備した携帯情報端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気緯度を計測する地磁気緯度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球の磁場の極は地理的な北極、南極とは一致しない。これらは磁北極、磁南極と呼ばれ、観測によって得られた位置が公表されており、例えば２００４年の磁北極の位置は北緯８２．８度、西経１１６．３度、磁南極の位置は南緯６４．６度、東経１３８．０度である。自然現象の中で、オーロラが発生しやすいとされる地域、あるいは、地表に到達する宇宙線の量は、上記の磁北極、磁南極を基準として定めた緯度である地磁気緯度に応じて把握されるため、地磁気緯度を適切に求めることができる手段が必要とされていた。なお、関連する技術として、特許文献１において、３軸磁気センサと傾斜センサをＩＣとして一体に構成して本体に組み込み、本体の傾斜に対応して地磁気センサの信号を補正して方位を測定する携帯機器が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１９６０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の携帯機器は３軸磁気センサと傾斜センサを備えていても地磁気緯度を求めることができるものではなかった。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、地磁気緯度を計測することができる地磁気緯度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、所定の軸方向の磁界の強度を測定する地磁気センサと、本体の所定の面が水平になったときに前記所定の軸方向の磁界の強度から地磁気の伏角を求める伏角算出手段と、前記算出された伏角から地磁気緯度を算出する地磁気緯度算出手段と、を具備することを特徴とする地磁気緯度センサである。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の地磁気緯度センサにおいて、水平面に対する本体の傾き角を測定する傾斜測定手段をさらに具備し、前記伏角算出手段は、前記傾き角が水平になったときに前記所定の軸方向の磁界の強度から地磁気の伏角を求めることを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、水平面に対する本体の傾き角を測定する傾斜測定手段と、所定の軸方向の磁界の強度を測定する地磁気センサと、前記測定された傾き角と前記測定された所定の軸方向の磁界の強度から地磁気の伏角を求める伏角算出手段と、前記算出された伏角から地磁気緯度を算出する地磁気緯度算出手段と、を具備することを特徴とする地磁気緯度センサである。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかの項に記載の地磁気緯度センサにおいて、前記算出された地磁気緯度が所定の範囲内である場合に報知動作を行う報知手段をさらに具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の地磁気緯度センサにおいて、前記所定の範囲はオーロラが発生しやすいとされる地磁気緯度の範囲であることを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の地磁気緯度センサを具備した携帯情報端末である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、地磁気緯度と関係する様々な自然現象を把握することができ、例えば、オーロラセンサ、宇宙線アラームとして用いることができる。オーロラセンサとは、オーロラが地磁気緯度６０から７５度の地域で発生しやすいと言われていることに基づき、観測点がこの地磁気緯度の範囲内である場合にアラーム音を発して、その地点がオーロラの発生しやすい地域であることを検知することができるというものである。また、宇宙線アラームとは、地磁気緯度が高くなるに連れて地表に到達する宇宙線の量は増えるという観測結果に基づき、地磁気緯度に応じてアラーム音の大きさを変化させる等により磁北極や磁南極に近づいていることを検知することができ、宇宙線の量が増加していることを間接的に検知することができるというものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の第１の実施形態について説明する。図１はこの実施形態における携帯電話機１の構成を示すブロック図である。この携帯電話機１は、傾斜センサ１０が計測する本体の傾き角と地磁気センサ２０が測定する３軸の磁界の強度から地磁気緯度を算出する地磁気緯度センサが組み込まれたものである。
【００１２】
地磁気センサ２０は図２に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における磁界の強度を検出する磁気センサである。このＸ軸及びＹ軸は携帯電話機１に対して図３に示す方向に互いに垂直に設定され、Ｚ軸はこれらに垂直で携帯電話機１から手前に伸びる方向に設定されている。Ｘ軸センサ２１、Ｙ軸センサ２２、Ｚ軸センサ２３はＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）からなるセンサであり、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の磁界の強さに比例した値を出力する。
【００１３】
切換器２４は、Ｘ軸センサ２１、Ｙ軸センサ２２、Ｚ軸センサ２３の出力を一定周期で切り換えて増幅器２５に出力する。増幅器２５は各センサの出力を増幅してＡ／Ｄコンバータ２６に出力する。Ａ／Ｄコンバータ２６は入力信号をデジタル信号に変換し、インタフェース部２７に出力する。インタフェース部２７はＡ／Ｄコンバータ２６の出力をバスライン１１０を介してＣＰＵ３０へ出力する。
【００１４】
このようにして出力されたＸ軸センサ２１、Ｙ軸センサ２２、Ｚ軸センサ２３の値をそれぞれＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚとしたとき、これらが取り得る値を座標空間上にプロットすると図４に示すような球面となる。すなわち、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚがとる値は図４の球面上のいずれかの点に対応するので、原点からその点への矢印の方向から地磁気の方向（磁北極の方向）を座標空間において把握することができる。
【００１５】
図１に戻り、傾斜センサ１０は、携帯電話機１の本体（筐体）の傾きを計測する。ピエゾ抵抗効果型や静電容量検出型の傾斜センサを用いることができる。この傾斜センサ１０によって、例えば、携帯電話機１に設定されたＸ−Ｙ平面（Ｘ軸とＹ軸を含む平面）の水平面に対する傾き角は、Ｘ−Ｙ平面が水平面に対してＹ軸のまわりに傾き角θ、Ｘ軸のまわりに傾き角φであると計測することができる。
【００１６】
ＣＰＵ３０は、ＲＯＭ４０に記憶されたプログラムに基づき各部を制御する。ＲＯＭ４０は、ＣＰＵ３０が実行するプログラム及び定数データを記憶する。ＲＡＭ５０は、ＣＰＵ３０の処理におけるデータを一時的に記憶する。
表示部６０は、ＣＰＵ３０から入力する表示用の信号に基づいて画像や文字等を表示する液晶ディスプレイである。操作部７０は、テンキー及びファンクションキーからなる。
【００１７】
通信部８０は、音声通話を行うとき、または、データ通信を行うときに用いられる。すなわち、通信部８０は、アンテナ８１を介して無線基地局との間で電波信号の送受信、送受信信号の変復調、ＣＰＵ３０との間のデータ入出力を行う。ここで、復調によって得られる文字データ、記号データ等についてはバスライン１１０を介してＣＰＵ３０へ出力し、音声データは音声処理部９０へ出力する。また、ＣＰＵ３０から出力される文字データ等及び音声処理部９０から出力される音声データを変調する。
【００１８】
音声処理部９０はマイク９１から入力される音声信号をデジタルの音声データに変換し圧縮して通信部８０へ出力する。また、通信部８０から出力される圧縮されたデジタルの音声データを伸張し、アナログ信号に変換してイヤスピーカ９２へ出力する。音源１００はＲＯＭ４０に記憶されている楽音データに基づいてアナログ楽音信号を生成し、スピーカ１０１へ出力する。
【００１９】
次に、図５及び図６を参照して、地磁気緯度の計算方法を説明する。地球上で磁北極と観測点が図５に示すような位置にあるとき、図６に示すように観測点における水平面に対して地磁気の方向がなす角を伏角Ｉとする。また、図５において地球の中心に対して観測点の磁北極からの角距離を磁気余緯度Ｐとする。磁気余緯度Ｐは伏角Ｉを用いて下記の計算式で求めることができる。
Ｐ＝ａｒｃｔａｎ{２×ｃｏｔ（Ｉ）}・・・式１
なお、ｃｏｔ（Ｘ）はｔａｎ（Ｘ）の逆数、すなわち、ｃｏｔ（Ｘ）＝１／ｔａｎ（Ｘ）であり、ａｒｃｔａｎ（Ｘ）はｔａｎ（Ｘ）の逆関数、すなわち、ｔａｎ（Ｘ）＝ｙのとき、ａｒｃｔａｎ（ｙ）＝ｘである。
地磁気緯度は上記で求めた磁気余緯度Ｐを用いて下記の計算式で求めることができる。
地磁気緯度＝９０−Ｐ・・・式２
【００２０】
上記より、伏角Ｉから式１及び式２より地磁気緯度を求めることができるので、携帯電話機１において水平面に対する伏角Ｉを求めることが必要となる。携帯電話機１に設定されたＸ−Ｙ平面を水平にした状態で地磁気センサ２０の出力値から伏角Ｉを求める場合には、地磁気センサ２０の各軸の出力値の絶対値を（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）とすると下記の計算式で求めることができる。
Ｉ＝ａｒｃｔａｎ{Ａｚ／√（Ａｘ＾２＋Ａｙ＾２）}・・・式３
なお、「＾２」は２乗を意味する。
【００２１】
上記の場合と異なり、携帯電話機１に設定されたＸ−Ｙ平面が水平面に対して傾斜した状態で地磁気センサ２０の出力値から伏角Ｉを求める場合は、まず、この出力値を水平面上の座標系における値に補正する必要がある。すなわち、図７において地磁気センサ２０の出力値のＺ軸成分を例として示すように、傾き角をもとに水平面における座標成分に投影する必要がある。
例えば、携帯電話機１に設定されたＸ−Ｙ平面の水平面に対する傾き角は、Ｘ−Ｙ平面が水平面に対してＹ軸のまわりに反時計方向に角度θの傾きがあり、Ｘ軸のまわりに反時計方向に角度φの傾きがあるとする。この状態で地磁気センサ２０の出力値（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）によって定まる座標空間上の点の座標を、Ｙ軸のまわりに反時計方向に角度θだけ回転させ、Ｘ軸のまわりに反時計方向に角度φだけ回転させた座標（Ｓｘ’，Ｓｙ’，Ｓｚ’）が水平面上に設けた座標空間における座標となる。ここで、座標（Ｓｘ’，Ｓｙ’，Ｓｚ’）は、座標（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）をＸ軸の周りに反時計方向に角度φだけ回転させるための行列と、座標（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）をＹ軸の周りに反時計方向に角度θだけ回転させるための行列を掛け合わせることによって求まるので、下記の式が成り立つ。
【００２２】
【数１】
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上式を計算することにより、Ｓｘ’，Ｓｙ’，Ｓｚ’は次のように求めることができる。
Ｓｘ’＝Ｓｘ×ｃｏｓθ−Ｓｚ×ｓｉｎθ・・・式４
Ｓｙ’＝−Ｓｘ×ｓｉｎθ×ｓｉｎφ＋Ｓｙ×ｃｏｓφ−Ｓｚ×ｃｏｓθ×ｓｉｎφ・・・式５
Ｓｚ’＝Ｓｘ×ｓｉｎθ×ｃｏｓφ＋Ｓｙ×ｓｉｎφ＋Ｓｚ×ｃｏｓθ×ｃｏｓφ・・・式６
これらの絶対値を（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）として式３により伏角Ｉを求めることができる。
【００２３】
次に、図８を参照して上述した携帯電話機１の動作を説明する。この動作例においては、オーロラが発生しやすい地点に到達したことを検出するため、地磁気緯度が６０から７５度の範囲をステップＳ１８の判定に用いる範囲として予め設定しておく。携帯電話機１のユーザが操作部７０により地磁気緯度の計測の指示を行うと、ＣＰＵ３０はバスライン１１０を介して地磁気センサ２０の出力値を取り込む（ステップＳ１０）。次にＣＰＵ３０はバスライン１１０を介して傾斜センサ１０の出力値を取り込む（ステップＳ１２）。次に、地磁気センサ２０の出力値及び傾斜センサ１０の出力値を用いて、式４から式６により水平面上の座標系における磁界の成分を求めた後、式３により伏角Ｉを計算する（ステップＳ１４）。次に、伏角Ｉから式１及び式２により地磁気緯度Ｐを計算する（ステップＳ１６）。
【００２４】
次に、計算して求めた地磁気緯度Ｐが予め設定された範囲内であるか判定する（ステップＳ１８）。ここでは上記で予め設定した通り、地磁気緯度が６０から７５度の範囲内であるか判定する。この判定結果が「Ｙｅｓ」の場合はステップＳ２０へ進み、判定結果が「Ｎｏ」の場合は処理を終了する。ステップＳ２０において、ＣＰＵ３０がＲＯＭ４０に記憶されているアラーム音の楽音データを読み出しバスライン１１０を介して音源１００に出力すると、音源１００はこの楽音データに基づいてアナログ楽音信号を生成し、スピーカ１０１へ出力する。以上で処理を終了する。なお、ステップＳ２０において、アラーム音の出力に代えて、表示部６０に所定範囲の地磁気緯度に到達したことを表示してもよい。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図９はこの実施形態における地磁気緯度センサ２の外観を示す図である。地磁気緯度センサ２は、携帯電話機１のような通信機能を持たない。すなわち、地磁気緯度センサ２の構成は、図１における表示部６０、通信部８０、アンテナ８１、音声処理部９０、マイク９１、イヤスピーカ９２を有さず、操作部７０に代えてスイッチ７１、７２を有する。ここで、例えば、スイッチ７１は地磁気緯度の計測を指示するスイッチであるとする。
水準器２００は、内部に液体と気泡が封入され、上部に気泡の位置合わせをするための目印が付いた透明な板が取り付けられている。この水準器２００は、気泡を目印に位置合わせすると地磁気緯度センサ２の本体が水平となるように、本体に取り付けられている。
【００２６】
この地磁気緯度センサ２の動作は次の通りである。まず、ユーザは水準器２００を用いて地磁気緯度センサ２の本体を水平にする。次に、スイッチ７１を押すと、図８に示す処理が開始される。ＣＰＵ３０は携帯電話機１が水平であることを前提に地磁気緯度を算出する。すなわち、ステップＳ１２の処理は行わず、ステップＳ１４において式４から式６による水平面上の座標系における磁界の成分の算出は行わずに式３により伏角Ｉを計算する。
【００２７】
なお、第１の実施形態において、傾斜センサ１０が計測する値を地磁気緯度算出に用いずに、傾斜状況、例えば傾斜角を表示部６０に表示し、ユーザがその傾き角を見ながら携帯電話機１を水平にした状態で操作部７０により地磁気緯度の計測を指示し、携帯電話機１が水平であることを前提にＣＰＵ３０が地磁気緯度を算出してもよい。また、携帯電話機１に傾斜センサ１０や水準器２００を備えずに、ユーザが携帯電話機１を水平な場所に置いて操作部７０により地磁気緯度の計測を指示し、携帯電話機１が水平であることを前提にＣＰＵ３０が地磁気緯度を算出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコン等の携帯情報端末に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態による携帯電話機１の構成を示すブロック図である。
【図２】地磁気センサ２０の構成を示すブロック図である。
【図３】携帯電話機１に設定されたＸ軸及びＹ軸の方向を示す図である。
【図４】地磁気センサ２０の出力値を座標空間上にプロットしたグラフである。
【図５】磁北極と観測点の位置関係を示す図である。
【図６】観測点における水平面と伏角の関係を示す図である。
【図７】地磁気センサ２０の出力値のＺ軸成分と水平面の座標系におけるＺ軸成分の関係を示す図である。
【図８】この実施形態における携帯電話機１の処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態による地磁気緯度センサ２の外観を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…携帯電話機、２…地磁気緯度センサ、１０…傾斜センサ、２０…地磁気センサ、２１…Ｘ軸センサ、２２…Ｙ軸センサ、２３…Ｚ軸センサ、２４…切換器、２５…増幅器、２６…Ａ／Ｄコンバータ、２７…インタフェース部、３０…ＣＰＵ、４０…ＲＯＭ、５０…ＲＡＭ、６０…表示部、７０…操作部、７１、７２…スイッチ、８０…通信部、８１…アンテナ、９０…音声処理部、９１…マイク、９２…イヤスピーカ、１００…音源、１０１…スピーカ、１１０…バスライン、２００…水準器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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