(57)【要約】【課題】  磁気検知部と加速度検知部を使用して、低速時と高速時の双方で、移動軌跡を検知できる移動軌跡検知装置を提供する。【解決手段】  基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸が予め決められている。各軸方向の磁気を検知する磁気検知部２と各軸方向の加速度を検知する加速度検知部１２が搭載されている。低速走行時は、加速度検知部１２で検知される徒歩の歩数から移動距離が求められ、磁気検知部２で検知される地磁気ベクトルの方位から移動軌跡が求められる。高速走行時は、磁気検知部２から地磁気ベクトルの角速度変化を検知し、その検知出力から移動軌跡が求められる。【選択図】図１
2012083127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気検知部と演算部とを有し、互いに直交する基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸を有する基準三次元座標が設定されており、
前記磁気検知部が、基準Ｘ軸の磁気成分を検知するＸ軸磁気センサと、基準Ｙ軸の磁気成分を検知するＹ軸磁気センサと、基準Ｚ軸の磁気成分を検知するＺ軸磁気センサとを有し、
前記演算部で、前記Ｘ軸磁気センサと前記Ｙ軸磁気センサおよび前記Ｚ軸磁気センサの検知出力に基づいて、地磁気ベクトルの向きが基準三次元座標上の座標点データとして求められ、
前記座標点データから地磁気ベクトルの方位を求めて、方位の変化から移動軌跡を演算する低速軌跡演算モードと、基準三次元座標上を移動する前記座標点データから角速度を求め、角速度の変化から移動軌跡を演算する高速軌跡演算モードとが切り換えられて設定されることを特徴とする移動軌跡検知装置。
【請求項２】
加速度検知部を有し、前記加速度検知部が、基準Ｘ軸の加速度成分を検知するＸ軸加速度センサと、基準Ｙ軸の加速度成分を検知するＹ軸加速度センサと、基準Ｚ軸の加速度成分を検知するＺ軸加速度センサとを有しており、
低速軌跡演算モードでは、前記加速度検知部で検知される重力方向の加速度の変化から徒歩の歩数をカウントして移動距離が求められ、高速軌跡演算モードでは、前記加速度検知部で検知される進行方向の加速度の変化から移動距離が求められる請求項１記載の移動軌跡検知装置。
【請求項３】
前記低速軌跡演算モードでは、前記加速度検知部で検知された重力の加速度の向きと前記座標点データとから地磁気ベクトルの方位が求められる請求項２記載の移動軌跡検知装置。
【請求項４】
前記演算部では、前記加速度検知部で検知される加速度の大きさに基づいて、低速軌跡演算モードと高速軌跡演算モードが切り換えられる請求項２または３記載の移動軌跡検知装置。
【請求項５】
前記演算部では、前記加速度検知部で検知される加速度の大きさが重力の加速度よりも大きくなったときに高速軌跡演算モードに切り換えられる請求項４記載の移動軌跡検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行時の軌跡の変化を検知する移動軌跡検知装置に係り、特に、地磁気を検知する磁気検知部を用いて、低速時と高速時の双方において、移動軌跡の検知を可能とした移動軌跡検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナビゲーションシステムに搭載される移動軌跡検知装置には、移動軌跡の方向の変化を検知する方向検知手段と、移動距離を検知する距離検知手段とが搭載される。
【０００３】
方向検知手段としては、振動型ジャイロスコープが知られているが、振動型ジャイロスコープは、装置が大型であり、消費電力が大きい。そのため、車載用などの大型のナビゲーションシステムに適しているが、小型の携帯機器に装備することが難しく、携帯機器に搭載される電池の寿命を低下させてしまう。
【０００４】
また、方向および位置を検知する手段として、ＧＰＳ装置があるが、ＧＰＳセンサもアンテナが必要となり、携帯機器が大型化するのみならず、地下街や駅構内や空港内さらにはビルの内部ではＧＰＳ電波が届かず、またはきわめて弱くなる。したがって、これらの場所で正確な位置を検知することが難しい。
【０００５】
以下の特許文献１に記載された現在位置表示装置は、移動体の振動方向の変化量に比例した相対方向の信号を出力するレート式のジャイロスコープを用いた第１の方向検出器と、地磁気による絶対方向の信号を出力する地磁気センサを用いた第２の方向検出器を用いている。この現在位置表示装置は、電源投入時は、第２の方向検出器を使用して地磁気の方位から現在位置を検知し、第１の方向検出器が立ち上がって出力が安定してきたときに、第２の方向検出器から第１の方向検出器に検知出力を切り換えるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平１−４８４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている地磁気センサは、電源投入時に方位を検知できる地磁気センサを有しているが、地磁気センサの他にさらにレート式のジャイロスコープを搭載しているため、装置が複雑になり、また回路構成も複雑になる。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、磁気センサで地磁気を検知することで、低速時と高速時の双方で移動軌跡の検知ができ、簡単な構成で且つ低消費電力で移動軌跡を検知できる移動軌跡検知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】
【０００９】
本発明は、磁気検知部と演算部とを有し、互いに直交する基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸を有する基準三次元座標が設定されており、
前記磁気検知部が、基準Ｘ軸の磁気成分を検知するＸ軸磁気センサと、基準Ｙ軸の磁気成分を検知するＹ軸磁気センサと、基準Ｚ軸の磁気成分を検知するＺ軸磁気センサとを有し、
前記演算部で、前記Ｘ軸磁気センサと前記Ｙ軸磁気センサおよび前記Ｚ軸磁気センサの検知出力に基づいて、地磁気ベクトルの向きが基準三次元座標上の座標点データとして求められ、
前記座標点データから地磁気ベクトルの方位を求めて、方位の変化から移動軌跡を演算する低速軌跡演算モードと、基準三次元座標上を移動する前記座標点データから角速度を求め、角速度の変化から移動軌跡を演算する高速軌跡演算モードとが切り換えられて設定されることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の移動軌跡検知装置は、磁気検知部で地磁気ベクトルを検知して、低速時と高速時の双方において、地磁気ベクトルに基づいて移動位置を検知できるようにしている。そのため、簡単な構成で低消費電力で移動位置の検知が可能である。また、ＧＰＳの電波が届かない地下街やビルの中などであっても使用することが可能である。
【００１１】
本発明は、加速度検知部を有し、前記加速度検知部が、基準Ｘ軸の加速度成分を検知するＸ軸加速度センサと、基準Ｙ軸の加速度成分を検知するＹ軸加速度センサと、基準Ｚ軸の加速度成分を検知するＺ軸加速度センサとを有しており、
低速軌跡演算モードでは、前記加速度検知部で検知される重力方向の加速度の変化から徒歩の歩数をカウントして移動距離が求められ、高速軌跡演算モードでは、前記加速度検知部で検知される進行方向の加速度の変化から移動距離が求められるものである。
【００１２】
さらに、本発明は、前記低速軌跡演算モードでは、前記加速度検知部で検知された重力の加速度の向きと前記座標点データとから地磁気ベクトルの方位が求められるものである。
【００１３】
本発明は、歩行時である低速時は、加速度検知部で重力の方向が解るので、磁気検知部で検知された地磁気ベクトルに基づいて方位と方位の変化を知ることができ、移動軌跡を求めることができる。また、加速度検知部で重力方向が解るので歩数を計測して移動距離も検知できる。一方、高速走行時に関しては、直進時は加速度検知部で加速度を検知して、移動距離を知ることができる。また高速走行時で回転するときは、加速度検知部に遠心力が作用して、重力方向が理解できなくなるので、このときは、地磁気ベクトルの座標点データの軌跡から角速度を検知することで、移動位置を検知できる。
【００１４】
このように、磁気検知部と加速度検知部を使用することにより、常に走行位置を検知することが可能である。
【００１５】
本発明は、前記演算部では、前記加速度検知部で検知される加速度の大きさに基づいて、低速軌跡演算モードと高速軌跡演算モードが切り換えられる。
【００１６】
例えば、前記演算部では、前記加速度検知部で検知される加速度の大きさが重力の加速度よりも大きくなったときに高速軌跡演算モードに切り換えられる。
【００１７】
上記のように加速度センサを使用して、低速軌跡演算モードと高速軌跡演算モードを自動的に切り換えることで、常に最適なモードで移動軌跡を検知できるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、磁気検知部で地磁気ベクトルを検知することで、低速時と高速時の移動軌跡を検知することが可能である。よって、低消費電力で移動軌跡を検知でき、地磁気が到達できる領域であれば、地下街やビルの内部でも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態の移動軌跡検知装置の回路ブロック図、
【図２】図１に示す移動軌跡検知装置に設けられた演算部の機能を説明するブロック図、
【図３】加速度検知部による検知動作を示す説明図、
【図４】磁気検知部に設けられたＸ軸磁気センサとＹ軸磁気センサおよびＺ軸磁気センサの説明図、
【図５】地磁気ベクトルの検知動作を示す基準三次元座標の説明図、
【図６】磁気検知部で検知する地磁気ベクトルから角速度を求める演算例を示す説明図、
【図７】磁気検知部で検知する地磁気ベクトルから角速度を求める他の演算例を示す説明図、
【図８】低速走行時の軌跡の検知動作の説明図、
【図９】高速走行時の軌跡の検知動作の説明図、
【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移動軌跡検知装置１は、携帯機器などに搭載されて、歩行時である低速走行時と自動車などに乗った高速走行時に双方において移動軌跡を検知することが可能である。
【００２１】
移動軌跡検知装置１は、地磁気を検知するための磁気検知部２と、加速度を検知する加速度検知部１２とを有している。
【００２２】
図３と図４に示すように、移動軌跡検知装置１には、基準三次元座標が設定されている。基準三次元座標は、基準Ｘ軸（Ｘ０軸）と、基準Ｙ軸（Ｙ０軸）および基準Ｚ軸（Ｚ０軸）が互いに直交しており、その交点が原点Ｏである。移動軌跡検知装置１は、基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸の直交関係を維持したまま、空間内で自由に移動できる。
【００２３】
図１に示すように加速度検知部１２は、Ｘ軸加速度センサ１３とＹ軸加速度センサ１４およびＺ軸加速度センサ１５を有している。
【００２４】
Ｘ軸加速度センサ１３は、主に基準Ｘ軸に沿って移動する質量と、質量の移動距離を検知するセンサとを有している。Ｙ軸加速度センサ１４は、主に基準Ｙ軸に沿って移動する質量と、質量の移動距離を検知するセンサとを有している。Ｚ軸加速度センサ１５は、主に基準Ｚ軸に沿って移動する質量と、質量の移動距離を検知するセンサとを有している。
【００２５】
図１に示すように、Ｘ軸加速度センサ１３、Ｙ軸加速度センサ１４およびＺ軸加速度センサ１５で検知された検知出力は、加速度データ検知部１６に与えられる。それぞれの加速度センサ１３，１４，１５のセンサで検知された質量の移動距離に比例する検知出力が加速度データ検知部１６に与えられると、加速度データ検知部１６において、基準Ｘ軸方向と基準Ｙ軸方向および基準Ｚ方向のそれぞれの方向の加速度成分が求められる。
【００２６】
図２に示すように、演算部２０はＣＰＵを主体として構成されており、ＣＰＵはメモリ７に格納されているソフトウエアを呼び出して制御フローを実行する。図２には、演算部２０のＣＰＵにおいて実行されるソフトウエアの処理領域を各機能部毎に分割して示している。
【００２７】
加速度データ検知部１６で求められた基準Ｘ軸と基準Ｙ軸および基準Ｚ軸のそれぞれの方向の加速度成分の検知出力は、演算部２０においてディジタル値に変換され、演算部２０の一部である加速度データ演算部２１に与えられる。加速度データ演算部２１において、３方向の加速度成分から移動軌跡検知装置１に与えられている加速度が演算される。
【００２８】
図３は、それぞれの加速度センサ１３，１４，１５によって、基準Ｘ軸方向の加速度成分αｘと基準Ｙ軸方向の加速度成分αｙおよび基準Ｚ軸方向の加速度成分αｚが検知されている状態を示している。加速度データ演算部２１では、各加速度成分αｘ，αｙ，αｚが合成されて、加速度ベクトルαｍが求められる。加速度ベクトルαｍは、基準三次元座標上での加速度の向きを示しているとともに、加速度の大きさを示している。
【００２９】
移動軌跡検知装置１を搭載してる携帯機器などが停止しているとき、加速度ベクトルαｍの向きが、重力の作用方向を意味しており、加速度ベクトルαｍの絶対値が、重力の加速度αｇの絶対値（９．８ｍ／ｓｅｃ2）と等しい。
【００３０】
図２に示すように、演算部２０が加速度判別部２２を有している。加速度判別部２２は、加速度データ演算部２１で演算された図３に示す加速度ベクトルαｍの絶対値が、重力の加速度αｇの絶対値（９．８ｍ／ｓｅｃ2）と比較される。
【００３１】
加速度判別部２２において、加速度ベクトルαｍの絶対値が、重力の加速度とほぼ等しいと判断したときに、すなわち、重力の加速度に一定の幅（±γ％（例えば±３％や±５％））を与えておき、加速度ベクトルαｍの絶対値が前記幅内（重力の加速度±γ％の範囲内）であると判断したときは、移動軌跡検知装置１を搭載した携帯機器が静止しているか、または低速で移動していると判断する。このとき、切換え部２３が動作して、低速軌跡演算部３１において低速軌跡演算モードが設定される。加速度ベクトルの絶対値が、重力の加速度プラスγ％を超えたと判断したときは、携帯機器が高速に移動していると判断し、切換え部２３が動作して、高速軌跡演算部３２において高速軌跡演算モードが設定される。
【００３２】
図２に示すように、演算部２０は、歩数計算部２４と走行距離計算部２５を有している。切換え部２３において低速軌跡演算モードが設定されているときで、且つ加速度データ演算部２１で演算された加速度ベクトルαｍが周期的に変化しているとき、すなわち、加速度ベクトルαｍが、重力加速度±γ％の範囲内で且つ加速度ベクトルαｍが規則的に変化しているときは、歩数計算部２４が動作する。歩数計算部２４は、加速度ベクトルαｍの変化の１周期を徒歩時の１歩と判断し、歩数がカウントされる。
【００３３】
走行距離計算部２５は、切換え部２３において高速軌跡演算モードが設定されているときに、図３に示す加速度ベクトルαｍの絶対値の変化から走行距離が計算される。すなわち、加速度ベクトルαｍの絶対値が、重力の加速度プラスγ％を越えたときは、走行距離計算部２５において、加速度ベクトルαｍの絶対値の変化が求められ、この変化から走行加速度が求められる。この走行加速度が時間で２回積分されて移動距離が計算される。
【００３４】
図１に示すように、磁気検知部２はＸ軸磁気センサ３とＹ軸磁気センサ４およびＺ軸磁気センサ５を有している。図４に示すように、Ｘ軸磁気センサ３は基準Ｘ軸（Ｘ０軸）に沿って固定され、Ｙ軸磁気センサ４は基準Ｙ軸（Ｙ０軸）に沿って固定され、Ｚ軸磁気センサ５は基準Ｚ軸（Ｚ０軸）に沿って固定されている。
【００３５】
Ｘ軸磁気センサ３とＹ軸磁気センサ４およびＺ軸磁気センサ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合金などの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。
【００３６】
Ｘ軸磁気センサ３は、地磁気の基準Ｘ軸（Ｘ０軸）に向く成分を検知するものであり、固定磁性層の磁化の向きが基準Ｘ軸に沿う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反応する。自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と平行になるとＸ軸磁気センサ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軸磁気センサ３の抵抗値が極大になる。自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と直交すると、抵抗値が前記極大値と極小値との平均値となる。
【００３７】
図１に示す磁場データ検知部６では、Ｘ軸磁気センサ３と固定抵抗とが直列に接続され、Ｘ軸磁気センサ３と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、Ｘ軸磁気センサ３と固定抵抗との間の電圧がＸ軸の検知出力として取り出される。Ｘ軸磁気センサ３に対して基準Ｘ軸に向く磁界が与えられていないとき、またはＰＸ方向に直交する磁界が与えられているときに、Ｘ軸検知出力が中点電圧となる。
【００３８】
磁気検知部２の姿勢を変えて、Ｘ軸磁気センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸを地磁気ベクトルＶと同じ向きにするとＸ軸磁気センサ３に与えられる磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸検知出力は、前記中点電位に対してプラス側の極大値となる。逆に、Ｘ軸磁気センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｘ軸磁気センサ３に与えられる逆向きの磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸検知出力は、前記中点電圧に対してマイナス側の極大値となる。
【００３９】
Ｙ軸磁気センサ４とＺ軸磁気センサ５も、それぞれ固定抵抗とが直列に接続され、Ｙ軸磁気センサ４またはＺ軸磁気センサ５と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、各センサと固定抵抗との間の中点電圧がＹ軸検知出力またはＺ軸検知出力として取り出される。
【００４０】
Ｙ軸磁気センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと同じ向きにすると、Ｙ軸検知出力は、中点電圧に対してプラス側の極大値になる。Ｙ軸磁気センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｙ軸検知出力は、中点電圧に対してマイナス側の極大値となる。同様に、Ｚ軸磁気センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＺを地磁気ベクトルＶと同じ向きにすると、Ｚ軸検知出力は、中点電圧に対してプラス側の極大値になる。Ｚ軸磁気センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＺを地磁気ベクトルＶと反対に向けると、Ｚ軸検知出力は、中点電圧に対してマイナス側の極大値となる。
【００４１】
地磁気ベクトルＶの大きさが一定であれば、Ｘ軸磁気センサ３とＹ軸磁気センサ４およびＺ軸磁気センサ５からの検知出力は、いずれもプラス側の極大値の絶対値と、マイナス側の極大値の絶対値とが同じである。
【００４２】
Ｘ軸磁気センサ３としては、地磁気ベクトルの向きによってプラス側の検知出力とマイナス側の検知出力が得られ、プラス側の検知出力の極大値とマイナス側の検知出力の極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もできる。例えば、Ｘ軸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軸磁気センサ３として使用してもよい。これは、Ｙ軸磁気センサ４とＺ軸磁気センサ５においても同じである。
【００４３】
図１に示すように、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸検知出力とＹ軸検知出力およびＺ軸検知出力は、演算部２０に与えられる。演算部２０にクロック回路が設けられており、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軸検知出力とＹ軸検知出力およびＺ軸検知出力が、短いサイクルで間欠的にサンプリングされて演算部２０に読み出される。
【００４４】
それぞれの検知出力は、演算部内に設けられたＡ／Ｄ変換部によってディジタル値に変換され、図２に示す座標点データ演算部２６に与えられる。
【００４５】
座標点データ演算部２６では、Ｘ軸検知出力とＹ軸検知出力およびＺ軸検知出力から、磁気検知部２で検知した地磁気ベクトルＶが、図５に示すＸ０−Ｙ０−Ｚ０の基準三次元座標上の座標点データＤａに変換される。磁場データ検知部６から次々に読み出された検知出力が座標点データＤａに変換されて、演算部２０内のデータバッファ（バッファメモリ）２７に格納される。データバッファ２７は、クロック回路と同期して短いサイクルでサンプリングされて演算された前記座標点データＤａが順番に格納され、新たな座標点データが格納されるたびに最も古い座標点データＤａが捨てられる。移動軌跡検知装置１が動作している間は、最新の座標点データＤａが演算されてデータバッファ１１に順番に格納されていく。
【００４６】
図５に示すように、磁気検知部２が地球上のいずれかの場所に置かれると、地磁気ベクトルが各磁気センサで検知される。磁場データ検知部６から、Ｘ軸磁気センサ３からの検知出力に基づいてＸ軸検知出力ｘａが得られ、Ｙ軸磁気センサ４からの検知出力に基づいてＹ軸検知出力ｙａが得られ、Ｚ軸磁気センサ５から検知出力に基づいてＺ軸検知出力ｚａが得られる。座標点データ演算部２６では、前記各軸の検知出力ｘａ，ｙａ，ｚａに基づいて、地磁気ベクトルＶの向きが、基準三次元座標上の座標点データＤａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）として求められる。地磁気ベクトルＶを示す座標点データＤａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）はサンプリング周期毎に次々と得られ、データバッファ２７に順に格納されていく。
【００４７】
移動軌跡検知装置１は、電源が投入された直後または使用を開始するときに、キャリブレーションが行なわれる。キャリブレーションは、移動軌跡検知装置１を搭載した携帯機器のディスプレイに表示される指示などに基づいて行われる。キャリブレーションは、使用者が移動軌跡検知装置１を任意の方向へ数回だけ回転させることで行われる。座標点データ演算部２６では、キャリブレーションにおいて次々に得られる座標点データＤａのいくつかをサンプリングする。少なくとも３個の座標点データＤａを得ることで、その時点での座標点データＤａの回転軌跡に一致する円を特定できる。この円が複数個求められ、それぞれの円の中心を通り且つ円を含む平面に垂直な中心線が求められ、複数の中心線の交点が求められる。座標点データ演算部２６では、前記交点がＸ０−Ｙ０−Ｚ０の三次元座標の原点Ｏとなるように補正される。
【００４８】
上記キャリブレーション処理の結果、図５に示すように、座標点データＤａ（ｘａ，ｘｂ，ｘｃ）が、基準三次元座標の原点Ｏを中心とする基準球面座標Ｇ上の点として表現される。基準球面座標Ｇの半径は、地磁気ベクトルＶの絶対値に比例している。
【００４９】
図２に示すように、演算部２０は方位計算部２８と角速度計算部２９を有している。
図２に示す加速度判別部２２において、加速度ベクトルαｍの絶対値が、重力の加速度の大きさにほぼ一致していると判断され、切換え部２３において低速軌跡演算モードに切り換えられているときは、図３に示す加速度ベクトルαｍの向きが、重力の作用方向を示している。なお、図３に示す加速度成分の検知と図５に示す磁界成分の検知は、同じ基準三次元座標に基づいている。
【００５０】
よって、低速軌跡演算モードでは、方位計算部２８において、図３に示す加速度ベクトルαｍと図５に示す地磁気ベクトルＶとから、移動軌跡検知装置１において絶対的な方位とその変化が求められる。方位計算部２８では、重力方向を示している加速度ベクトルαｍと垂直で且つ原点Ｏを通る水平面を基準三次元座標上に設定し、地磁気ベクトルＶを水平面に投影することで、南北方向を知ることができる。この投影線の移動角度の変化を知ることで、低速軌跡演算モードにおいて、移動軌跡検知装置１が移動しているときの移動軌跡を知ることができる。
【００５１】
移動軌跡検知装置１が高速で移動しているときは、図３に示す加速度ベクトルαｍの絶対値が重力の加速度よりも大きくなり、重力の向きも理解できなくなる。重力の向きが解らなくなると、加速度ベクトルαｍから水平面が求められないため、地磁気ベクトルＶが水平面においてどの角度だけ回動したのか理解できなくなる。また、移動軌跡検知装置１が高速で回転軌跡を移動すると、加速度検知部１２で検知される加速度ベクトルαｍに遠心力が加わるため、重力の向きがさらに不明になり、また移動による加速度がどの向きに作用しているのかもわからなくなる。
【００５２】
そこで、切換え部２３において、高速軌跡演算モードが設定されているときは、角速度計算部２９において、地磁気ベクトルＶの角速度が求められ、この角速度の変化に基づいて、移動軌跡検知装置１の移動軌跡が求められる。
【００５３】
角速度計算部２９では、図６に示すように、データバッファ２７に格納された複数の座標点データを使用して角速度が演算される。図６では、Ｄ１が最新の座標点データであり、それから遡ってサンプリングされた座標点データが、Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，・・・Ｄｎ−１、Ｄｎである。角速度計算部２９では、最新のデータに近い２つの座標点データを結ぶ直線とこの直線に直交する第１の直交線Ｌ１が求められ、それよりも前に得られた他の２つの座標点データを結ぶ直線とこの直線に交叉する第２の直交線Ｌ２とが求められ、２つの直交線Ｌ１，Ｌ２の交点から座標点データが移動している回転軌跡円Ｈ１の中心Ｏｓが求められる。
【００５４】
あるいは、図７に示すように、基準三次元座標上において複数の候補円が予め予測されて設定される。この候補円は、半径を変化させたり、原点Ｏからの角度を変えて、一定の規則の基で複数決められている。あるいはランダムに複数決められている。これらの候補円と、複数の座標点データＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・との誤差を最小二乗法により計算し、誤差が最も小さい候補円を回転軌跡円Ｈ２とし、その中心Ｏｓが求められる。
【００５５】
角速度計算部２９では、いずれかの演算で特定された回転軌跡円Ｈ１の中心Ｏｓからいずれかの２つの座標点データの開き角度を求め、２つの座標点データのサンプル時間で微分することで角速度が求められる。移動軌跡検知装置１が運動していると、新たな座標点データＤａが次々と得られてデータバッファ２７に格納される。最新の座標点データを使用し、または最新のデータに近い座標点データを用いて、角速度の計算を繰り返すことで、次々に変化する座標点データの角速度およびその変化を検知することができる。
【００５６】
図８は、低速軌跡演算部３１で設定される低速軌跡演算モードを示している。低速軌跡演算モードでは、歩数計算部２４で計算された歩数と、予め設定されている使用者の一歩の移動距離のデータとから走行距離が算出される。この走行距離と、方位計算部２８で計算される地磁気ベクトルＶを検知した方位の計算値とから、移動軌跡Ｌａが求められる。したがって、ＧＰＳ電波が届かない地下街やビルの内部であっても、地磁気が到達する領域であれば、移動軌跡検知装置１を携帯した人の歩行時の移動軌跡Ｌａを知ることができ、ナビゲーション装置などに使用することができる。
【００５７】
図９は、高速軌跡演算部３２で設定される高速軌跡演算モードを示している。高速軌跡演算モードは、走行距離計算部２５と角速度計算部２９の計算結果から移動軌跡が求められる。
【００５８】
高速軌跡演算部３２では、角速度計算部２９で計算された角速度が予め決められた基準以下または基準未満と判断したときには、ほぼ直線走行であると判断し、走行距離計算部２５の走行距離の計算値から直線状の移動軌跡Ｌｂが求められる。角速度計算部２９で計算された角速度が前記基準以上または基準を越えたと判断したときは、角速度計算部２９の計算結果から回動軌跡Ｌｃが演算される。
【００５９】
以上から、移動軌跡検知装置１を搭載した携帯機器を所持して歩行しているときも、自動車などに乗って高速で移動しているときも、磁気検知部２と加速度検知部１２を使用して移動軌跡の検知が可能になる。
【符号の説明】
【００６０】
１  移動軌跡検知装置
２  磁気検知部
３  Ｘ軸磁気センサ
４  Ｙ軸磁気センサ
５  Ｚ軸磁気センサ
６  磁場データ検知部
１２  加速度検知部
１３  Ｘ軸加速度センサ
１４  Ｙ軸加速度センサ
１５  Ｚ軸加速度センサ
１６  加速度データ検知部
２０  演算部
２１  加速度データ演算部
２２  加速度判別部
２３  切換え部
２４  歩数計算部
２５  走行距離計算部
２６  座標点データ演算部
２７  データバッファ
２８  方位計算部
２９  角速度計算部
３１  低速軌跡演算部
３２  高速軌跡演算部
Ｘ０  基準Ｘ軸
Ｙ０  基準Ｙ軸
Ｚ０  基準Ｚ軸
Ｖ  地磁気ベクトル
αｍ  加速度ベクトル
【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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