JP2003156549A

JP2003156549A - 電子装置

Info

Publication number: JP2003156549A
Application number: JP2001357859A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kato; 博万加藤; Hideki Sato; 秀樹佐藤
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2003-05-30
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: JP3551176B2

Abstract

(57)【要約】【課題】携帯電話機の左右軸方向の磁界を検出するＸ
軸磁気センサ、及び携帯電話機の上下軸方向の磁界を検
出するＹ軸磁気センサのみを用い、同携帯電話機の上下
軸の鉛直面内における変化角度と、前記左右軸の前記上
下軸周りの変化角度を取得し得る携帯電話機を提供する
こと。【解決手段】携帯電話機１０は、本体１１の左右軸方
向の外部磁界の成分に応じた値Ｓｘを示すＸ軸磁気セン
サ３１と、同本体の上下軸方向における外部磁界の成分
に応じた値Ｓｙを示すＹ軸磁気センサ３２とを備える。
また、ＲＯＭ２２内に値Ｓｘと、値Ｓｙと、前記上下軸
の方位α、及び傾斜角βとの関係を予め規定した変換テ
ーブルを記憶している。そして、携帯電話機１０は、前
記変換テーブル、実際の値Ｓｘ、及び実際の値Ｓｙに基
づいて方位α、及び傾斜角βを決定するとともに、所定
の計算式を用いて変化角度Δβ、Δγを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本体内に固定され
るとともに同本体の左右軸方向における外部磁界の成分
に応じた値を示すＸ軸磁気センサと、同本体内に固定さ
れるとともに同本体の上下軸方向における外部磁界の成
分に応じた値を示すＹ軸磁気センサとを備え、上下軸、
及び／又は、左右軸の変化角度を算出する電子装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機や携帯用コンピュータ
等の電子装置に磁気センサを搭載し、この磁気センサに
より地磁気の向きを検出することで、同電子装置に方位
検出機能を備えさせることが検討されている。この場
合、磁気センサは小型であることが望ましく、そのため
に、本体の左右軸方向（Ｘ軸方向）の磁界を検出するＸ
軸磁気センサと、本体の上下軸方向（Ｘ軸に直交するＹ
軸方向）の磁界を検出するＹ軸磁気センサとを有する２
方向検出型の磁気センサを採用することが考えられる。

【０００３】一方、かかる電子装置は、一般に表示装置
を備えていて、例えば、磁気センサにより検出した電子
装置本体の上下軸の方位と同表示装置に表示すべき地図
の上方とを一致させながら、同地図を同表示装置に表示
するようになっている。このような場合、電子装置本体
を鉛直上下軸周りに回転させて同本体の上下軸の方位を
変更すると、磁気センサが方位の変化を検出するので、
表示された地図は同本体の回転に伴って回転する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、ユーザの指示に応じ、表示されている地図の上部を
所定の方位に一致させたまま、同地図のスクロールを行
うように構成しようとする場合、電子装置が備える押し
ボタン等のボタン操作を検出するか、或いは、ユーザに
電子装置本体を傾けさせ、これを傾斜角センサ等の磁気
センサ以外の他のセンサにより検出する必要があり、前
者の場合は操作性が悪く、後者の場合には追加されたセ
ンサにより電子装置のコストが上昇するという問題があ
る。

【０００５】

【本発明の概要】本発明は、上記課題に対処するために
なされたものであって、その目的は、Ｘ軸磁気センサと
Ｙ軸磁気センサとを使用して、電子装置本体の上下軸、
及び／又は、左右軸の角度変化を取得し、その角度変化
を地図の表示の変更等の制御に利用し得る電子装置を提
供することにある。

【０００６】上記目的を達成するための本発明による電
子装置は、使用状態での上下軸と同上下軸に直交する左
右軸が定められてなる本体と、前記本体内に固定される
とともに前記左右軸方向における外部磁界の成分に応じ
た値を示すＸ軸磁気センサと、前記本体内に固定される
とともに前記上下軸方向における外部磁界の成分に応じ
た値を示すＹ軸磁気センサと、前記Ｘ軸磁気センサが示
す値と前記Ｙ軸磁気センサが示す値とに基いて前記上下
軸の鉛直面内における変化角度を算出する上下軸変化角
度算出手段とを備えてなる。

【０００７】また、本発明による他の電子装置は、上記
電子装置と同様な本体、Ｘ軸磁気センサ、及びＹ軸磁気
センサを備えるとともに、前記Ｘ軸磁気センサが示す値
と前記Ｙ軸磁気センサが示す値とに基いて前記左右軸の
前記上下軸周りの変化角度を算出する左右軸変化角度算
出手段とを備えてなる。

【０００８】かかる電子装置によれば、電子装置本体の
左右軸方向における外部磁界の成分に応じた値を示すＸ
軸磁気センサと、同本体の上下軸方向における外部磁界
の成分に応じた値を示すＹ軸磁気センサのみを用いて、
前記上下軸の鉛直面内における変化角度、或いは、前記
左右軸の前記上下軸周りの変化角度が算出される。従っ
て、他のセンサを追加することなく、前記上下軸又は前
記左右軸の変化角度を取得することができる。

【０００９】なお、上記何れかの電子装置は、前記算出
された変化角度に応じて同電子装置の作動を制御する制
御手段を備えることが好適である。この場合、電子装置
の作動の制御には、例えば、表示装置に表示された地図
等の画像のスクロール、表示されたカーソルの移動、表
示されたゲームキャラクタの制御、及び着信メロディの
音量又は音色の変更等が含まれる。これによれば、ユー
ザは電子装置の本体を所定の向きに回転させるだけで、
同電子装置の表示等の作動を変更することができる。ま
た、かかる機能を追加するために、磁気センサ以外の新
たなセンサを必要としないので、電子装置のコストの上
昇を回避することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による電子装置の一
実施形態について図面を参照しながら説明する。図１の
概略正面図に示したように、電子装置としての携帯電話
機１０は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿っ
て延びる辺を有する略直方体の本体１１を備えている。
本体１１は、使用状態において、Ｙ軸が上下軸となり、
Ｘ軸が左右軸となる。また、携帯電話機１０は、本体１
１の上部側面に配置されたアンテナ部１２、Ｘ軸とＹ軸
とにより画定される平面（Ｘ−Ｙ平面）に平行な本体１
１の前面の最上部に配置されたスピーカ部１３、スピー
カ部１３の下方で本体１１の前面に配置され文字、記
号、或いは地図等の図形を表示するための液晶表示部１
４、液晶表示部１４の下方で本体１１の前面に配置され
電話番号又はその他の指示信号を入力するための操作部
１５、本体１１の前面最下部に配置されたマイクロフォ
ン部１６、及び本体１１の内部に収容された電気制御装
置２０を備えている。

【００１１】電気制御装置２０は、図２に概略ブロック
図にて示したように、前記アンテナ部１２、前記スピー
カ部１３、前記液晶表示部１４、前記操作部１５、及び
前記マイクロフォン部１６の各機能部分を備えるととも
に、互いにバスを介して接続されたＣＰＵ２１、ＲＯＭ
２２、ＲＡＭ２３、不揮発性のＲＡＭ２４、ＧＰＳ回路
２５、及びＡＤコンバータ２６を備えている。

【００１２】ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に格納された各
種のプログラムをＲＡＭ２３の一時記憶機能を利用しな
がら実行するようになっている。ＲＯＭ２２は、かかる
プログラムの他、後述する変換テーブル（表１参照）等
を記憶している。不揮発性ＲＡＭ２４は、携帯電話機１
０の主電源が投入されているとき（主電源の「オン」
時）にＣＰＵ２１からの指示によりデータが書込まれ、
同主電源の「オフ」時においても前記書込まれたデータ
を記憶・保持し、更に主電源の「オン」時にＣＰＵ２１
の要求にしたがって同ＣＰＵ２１に対し前記記憶・保持
しているデータを供給するようになっている。なお、不
揮発性ＲＡＭ２４は、ＥＥＰＲＯＭで置換することもで
きる。

【００１３】アンテナ部１２は、送受信用のアンテナ１
２ａと、アンテナ１２ａに接続された送受信回路１２ｂ
と、送受信回路１２ｂに接続され送受信回路１２ｂが受
信した受信信号を復調するとともに、発信すべき信号を
変調して送受信回路１２ｂに供給する変調・復調回路１
２ｃとを備え、通信手段を構成している。スピーカ部１
３は、スピーカ１３ａと、スピーカ１３ａに接続され同
スピーカ１３ａから所定の音を発生させるための信号を
生成する発音回路１３ｂを備えている。液晶表示部１４
は、携帯電話機１０の本体１１の前面に配置されるとと
もに、文字等の情報を表示可能な液晶表示パネル１４ａ
と、液晶表示パネル１４ａと接続され同液晶表示パネル
１４ａに所定の表示をさせるための信号を生成する表示
回路１４ｂとを備えている。

【００１４】操作部１５は、前記本体１１の前面に配置
された複数の押しボタン１５ａと、この複数の押しボタ
ン１５ａと接続され同押しボタン１５ａの各々のオン・
オフ状態を検出する検出回路１５ｂとを備えている。な
お、複数の押しボタン１５ａのうちの所定のボタンが操
作されることにより、後述する地図表示モード、スクロ
ールモード等の各種作動モードが開始されるようになっ
ている。マイクロフォン部１６は、マイクロフォン１６
ａと、マイクロフォン１６ａに接続され同マイクロフォ
ン１６ａを介して入力された音声を増幅する増幅回路１
６ｂとを備えている。このうち、変調・復調回路１２
ｃ、発音回路１３ｂ、表示回路１４ｂ、検出回路１５
ｂ、及び増幅回路１６ｂは、バスを介して接続されたＣ
ＰＵ２１により制御されるようになっている。

【００１５】ＧＰＳ回路２５は、図示しないアンテナを
介して取得した図示しないＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号
を処理し、携帯電話機１０の存在する位置（緯度，経
度）を算出するようになっている。ＡＤコンバータ２６
は、磁気センサ３０のＸ軸磁気センサ３１、及びＹ軸磁
気センサ３２と接続されていて、同Ｘ軸磁気センサ３
１、及びＹ軸磁気センサ３２の各出力値をＡＤ変換し
て、ＣＰＵ２１に供給するようになっている。

【００１６】磁気センサ３０は、図１に示したように、
携帯電話機１０の前面（Ｘ−Ｙ平面と平行な平面）と略
平行となるように、同携帯電話機１０の内部に保持され
ていて、図２に示したように、Ｘ軸（本体の左右軸）方
向の外部磁界の成分に応じた値を示すＸ軸磁気センサ３
１と、Ｙ軸（本体の上下軸）方向の外部磁界の成分に応
じた値を示すＹ軸磁気センサ３２とを備えている。

【００１７】ここで、磁気センサ３０について詳述する
と、この磁気センサ３０は、その平面図である図３に示
したように、基板３０ａ、基板３０ａ上に形成された４
つのＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）３１ａ〜３１
ｄ、基板３０ａの上に形成さた４つのＧＭＲ素子３２ａ
〜３２ｄ、及び制御回路３３を備えている。各ＧＭＲ素
子３１ａ〜３１ｄ，３２ａ〜３２ｄは、外部磁界に応じ
て磁化の向きが変化する自由層、導電性のスペーサ層、
及び磁化の向きが固定（ピン）された固着層を備える周
知の膜構造を有し、図４に示したように、固着層の磁化
の向きと自由層の磁化の向きがなす角度θに応じて抵抗
値Ｒが変化するようになっている。各ＧＭＲ素子３１ａ
〜３１ｄ，３２ａ〜３２ｄの固着層の固定された磁化の
向きは、図３において矢印に示す通りになっている。

【００１８】図５は、かかる磁気センサ３０の等価回路
を示している。図５においても、ＧＭＲ素子３１ａ〜３
１ｄ，３２ａ〜３２ｄの各固着層の固定された磁化の向
きが各素子を表すブロック内に矢印にて示されている。
図５に示したように、前記制御回路３３は、出力処理回
路３３ａ，３３ｂ、及び定電圧回路３３ｃ，３３ｄを備
えている。

【００１９】Ｘ軸磁気センサ３１においては、ＧＭＲ素
子３１ａ〜３１ｄがフルブリッヂ接続されていて、ＧＭ
Ｒ素子３１ｄとＧＭＲ素子３１ｂとの結合点Ｐ１、及び
ＧＭＲ素子３１ａとＧＭＲ素子３１ｃとの結合点Ｐ２
が、それぞれ定電圧回路３３ｃの正極、及び負極に接続
され、これらの結合点Ｐ１，Ｐ２の間に一定の電圧Ｖが
付与されるようになっている。また、ＧＭＲ素子３１ａ
とＧＭＲ素子３１ｄとの結合点Ｐ３、及びＧＭＲ素子３
１ｂとＧＭＲ素子３１ｃとの結合点Ｐ４が、出力処理回
路３３ａに接続されている。出力処理回路３３ａは、結
合点Ｐ３，Ｐ４の間の電位差Ｖｘを入力し、電位差Ｖｘ
を規格化し、規格化した値をＡＤコンバータ２６にＸ軸
磁気センサ３１の出力Ｓｘとして出力するようになって
いる。このように構成される結果、Ｘ軸磁気センサ３１
の出力Ｓｘは、図６（Ａ）に示したように、Ｘ軸方向の
外部磁界（磁場）の成分に応じた値（略比例した値）を
示すようになっている。

【００２０】Ｙ軸磁気センサ３２においては、Ｘ軸磁気
センサ３１と同様に、ＧＭＲ素子３２ａ〜３２ｄがフル
ブリッヂ接続されている。ＧＭＲ素子３２ａとＧＭＲ素
子３２ｃとの結合点Ｐ５、及びＧＭＲ素子３２ｂとＧＭ
Ｒ素子３２ｄとの結合点Ｐ６が、それぞれ定電圧回路３
３ｄの正極、及び負極に接続され、これらの結合点Ｐ
５，Ｐ６の間に一定の電圧Ｖが付与されるようになって
いる。また、ＧＭＲ素子３２ａとＧＭＲ素子３２ｄとの
結合点Ｐ７、及びＧＭＲ素子３２ｃとＧＭＲ素子３２ｂ
との結合点Ｐ８が、出力処理回路３３ｂに接続されてい
る。出力処理回路３３ｂは、結合点Ｐ７，Ｐ８の間の電
位差Ｖｙを入力し、電位差Ｖｙを上記と同様に規格化
し、規格化した値をＡＤコンバータ２６にＹ軸磁気セン
サ３１の出力Ｓｙとして出力するようになっている。こ
のように構成される結果、Ｙ軸磁気センサ３２の出力Ｓ
ｙは、図６（Ｂ）に示したように、Ｙ軸方向の外部磁界
（磁場）の成分に応じた値（略比例した値）を示すよう
になっている。

【００２１】なお、上記規格化とは、Ｘ軸正方向に１
（Ｏｅ）の大きさを有する磁界を本体１１に加えたとき
に出力Ｓｘが「１」，出力Ｓｙが「０」となり、Ｘ軸負
方向に１（Ｏｅ）の大きさを有する磁界を本体に加えた
ときに出力Ｓｘが「−１」，出力Ｓｙが「０」となり、
Ｙ軸正方向に１（Ｏｅ）の大きさを有する磁界を本体に
加えたときに出力Ｓｘが「０」，出力Ｓｙが「１」とな
り、Ｙ軸負方向に１（Ｏｅ）の大きさを有する磁界を本
体に加えたときに出力Ｓｘが「０」，出力Ｓｙが「−
１」となるように出力Ｓｘ，Ｓｙを調整することを言
う。

【００２２】このような規格化は、例えば、携帯電話機
１０の前面（Ｘ−Ｙ）が水平面と平行であるときのＸ軸
磁気センサ３１（又はＹ軸磁気センサ３２）の実際の出
力Ｓｘ（又は出力Ｓｙ）を、同携帯電話機１０の前面を
水平面と平行に維持しながら３６０°回転したときに得
られる出力Ｓｘ（又は出力Ｓｙ）の最大値と最小値の差
ＳＡの半分（ＳＡ／２）で除するとともに、その携帯電
話機１０が存在する場所の地磁気の水平面内成分の絶対
値（単位は（Ｏｅ））を乗ずることにより達成される。
携帯電話機１０が存在する場所の地磁気の水平面内成分
の絶対値は、同携帯電話機１０の使用地域が限られてい
る場合には、ＲＯＭ２２、又は不揮発性ＲＡＭ２４に予
め記憶させておくことができる。また、携帯電話機１０
は、ＧＰＳ回路２５により特定した同携帯電話機１０の
位置を表す情報（位置情報）を情報センタ等に送信し、
この位置に応じた地磁気の水平面内成分の絶対値を同情
報センタから受信するように構成することで、同携帯電
話機１０が存在する場所の地磁気の水平面内成分の絶対
値を取得してもよい。

【００２３】なお、上記の例では、電位差Ｖｘ，Ｖｙを
規格化した後にＡＤコンバータ２６によりＡＤ変換して
出力Ｓｘ，Ｓｙを得ていたが、電位差Ｖｘ，ＶｙをＡＤ
コンバータ２６によりＡＤ変換し、そのＡＤ変換後の値
を規格化して出力Ｓｘ，Ｓｙを得るように構成してもよ
い。

【００２４】次に、上記のように構成された携帯電話機
１０の作動について、同携帯電話機１０の上下軸（Ｙ
軸）の方位α（deg）、及び同上下軸の水平面からの傾
斜角β（deg）を求める際の作動について説明する。な
お方位αは、例えば携帯電話機１０の上下軸の向き（Ｙ
軸正方向）が南を向いているとき「０又は３６０（de
g）」とし、西を向いているとき「９０（deg）」、北を
向いているとき「１８０（deg）」、東を向いていると
き「２７０（deg）」となるように定義されている。

【００２５】（方位α、傾斜角βの求め方）携帯電話機
１０が水平面内で回転されると、上記磁気センサ３０の
Ｘ軸磁気センサ３１の出力Ｓｘは正弦波状に変化し、Ｙ
軸磁気センサ３２の出力Ｓｙは出力Ｓｘと位相が９０°
だけ異なる正弦波状に変化する。従って、出力Ｓｘと出
力Ｓｙの軌跡は、図７の実線にて示したように、原点を
中心とした略真円状となる。ところが、地磁気は水平で
はなく、地球上の場所に応じた角度だけ水平面から傾斜
しているため、携帯電話機１０が水平面から傾斜角βだ
け傾けられると、地磁気の向きと携帯電話機１０のＹ軸
正方向のなす角度が変化し、その影響が出力Ｓｙに現わ
れる。

【００２６】即ち、携帯電話機１０が、図８に示したよ
うに、水平面から傾斜角β１だけ傾斜された状態で鉛直
上下方向の軸Ｊの周りに回転されると、出力Ｓｘと出力
Ｓｙの軌跡は図７の破線にて示したように楕円形とな
り、その中心が出力Ｓｙの負方向に移動する。更に、携
帯電話機１０が傾斜角β１より大きい傾斜角β２だけ傾
斜された状態で軸Ｊの周りに回転されると、出力Ｓｘと
出力Ｓｙの軌跡は図８の一点鎖線にて示したように短軸
がより短い楕円形となるとともに、その中心が出力Ｓｙ
の負方向に更に移動する。

【００２７】換言すると、地磁気の水平面に対する角度
が一定であれば、即ち、その携帯電話機１０の存在する
位置（緯度、経度）が一定であれば、出力Ｓｘと出力Ｓ
ｙの値（Ｓｘ，Ｓｙ）は一定の軌跡を描くから、値（Ｓ
ｘ，Ｓｙ）から方位αと傾斜角βを特定することができ
る。そこで、本実施形態においては、携帯電話機１０が
地磁気の傾きが略一定である範囲内に存在すると仮定し
た場合の値（Ｓｘ，Ｓｙ）と、方位α及び傾斜角βの関
係を予め測定し、これらの関係を記憶させた変換テーブ
ルを準備し、ＲＯＭ２２内に格納しておく。そして、実
際の値（Ｓｘ，Ｓｙ）と前記ＲＯＭ２２内に格納した変
換テーブルとから、実際の方位αと実際の傾斜角βを決
定する。なお、以上より、上記変換テーブルは、携帯電
話機１０が地磁気の傾きが略一定である範囲内に存在す
ると仮定し、その仮定下でのＸ軸磁気センサの出力値Ｓ
ｘと、同仮定下でのＹ軸磁気センサの出力値Ｓｙと、方
位α、及び／又は傾斜角βの予め測定された関係を読み
出し可能に記憶したテーブルであるということができ
る。

【００２８】なお、例えば、図７の点Ｋのように、同一
の値（Ｓｘ，Ｓｙ）に対し、二組以上の方位αと傾斜角
βの組（α，β）が存在する場合がある。この場合、そ
の値（Ｓｘ，Ｓｙ）が生じうる方位αと傾斜角βの組
（α、β）を、携帯電話機１０の想定し得る使用状態の
範囲で複数個求め、この複数個の組（α，β）の平均値
を前記変換テーブルの値として採用する。携帯電話機１
０の想定し得る使用状態の範囲とは、例えば、方位αに
ついては０〜３６０（deg）、及び傾斜角βについては
０〜４５（deg）とする。このようにして得られる変換
テーブルの例を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】（変化角度Δβ、Δγの求め方）次に、携
帯電話機１０の本体１１の上下軸（Ｙ軸）の水平面から
の傾斜角度（傾斜角）βの鉛直面内における変化角度Δ
βと、同本体１１の前記左右軸の前記上下軸周りの回転
角度γ（ねじり角度γ）の変化角度Δγの求め方につい
て説明する。いま、図９に示したように、携帯電話機１
０の上下軸の方位がα、同上下軸の傾斜角がβ、及び同
上下軸周りの回転角がγであるとし、携帯電話機１０の
本体１１の左右軸右方向（Ｘ軸正方向）に向う単位ベク
トルをＶｘ、携帯電話機１０の本体１１の上下軸上方向
（Ｙ軸正方向）に向う単位ベクトルをＶｙ、及び、携帯
電話機１０の前面（Ｘ−Ｙ平面）に垂直な軸上で前面か
ら離れる方向に向う単位ベクトルをＶｚとする。このよ
うな単位ベクトルＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを、方位α、傾斜角
β、回転角γにより表すことを検討する。なお、以下に
おいては、説明の都合上、Ｚ軸方向の外部磁界の成分に
応じた値を示すＺ軸磁気センサの出力を出力Ｓｙとして
表す。このＺ軸磁気センサは、携帯電話機１０は備えて
いないが、構造はＸ軸磁気センサ３１と同様である。

【００３１】携帯電話機１０を上記図９の状態とするに
は、同図９に示した右手系直交座標系Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０
において、携帯電話機１０のＹ軸（本体１１の上下軸）
をＹ０軸に一致させてその方位αを０とし、同本体１１
のＸ−Ｙ平面をＸ０−Ｙ０平面に一致させて傾斜角β、
及び回転角γを０とした状態とする。なお、Ｘ０−Ｙ０
平面は水平面と平行であり、Ｙ０軸正方向は「南」であ
り、Ｚ０軸は鉛直上下軸と平行である。そして、この状
態の携帯電話機１０を次の（１）〜（３）の手順で移動
させればよい。（１）Ｙ軸の周りに角度γだけ回転させる。（２）Ｙ軸を鉛直上下方向の面内で角度βだけ回転させ
る。（３）Ｙ軸正方向の向きを、鉛直上下方向の軸（Ｚ０
軸）の周りに角度αだけ回転させる。

【００３２】このとき、上記（１）の回転操作を行列Ｃ
で表すと、下記数１の通りとなる。

【００３３】

【数１】

【００３４】また、上記（２）の回転操作を行列Ｂで表
すと、下記数２の通りとなる。

【００３５】

【数２】

【００３６】更に、上記（３）の回転操作を行列Ａで表
すと、下記数３の通りとなる。

【００３７】

【数３】

【００３８】以上から、上記（１）〜（３）の操作を行
列で表すと、下記数４の通りとなる。

【数４】

【００３９】従って、方位α＝０、傾斜角β＝０、回転
角γ＝０のときのＸ軸方向の単位ベクトルＶ０ｘ＝
（１，０，０）、Ｙ軸方向の単位ベクトルＶ０ｙ＝
（０，１，０）、及びＺ軸方向の単位ベクトルＶ０ｚ＝
（０，０，１）を上記行列式ＡＢＣにより回転すれば、
上記単位ベクトルＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚがそれぞれ得られ
る。このことから、下記数５〜７が得られる。

【００４０】

【数５】

【００４１】

【数６】

【００４２】

【数７】

【００４３】いま、地磁気のベクトルＶＧを（０，Ｇ
ｐ，Ｇｓ）とすると、出力ＳｘはベクトルＶＧの単位ベ
クトルＶｘへの写像、即ち地磁気ベクトルＶＧと単位ベ
クトルＶｘの内積で表される。同様に、出力Ｓｙは地磁
気ベクトルＶＧと単位ベクトルＶｙの内積となる。な
お、仮に携帯電話機１０がＸ軸とＹ軸に直交するＺ軸方
向の外部磁界を出力Ｓｚとして検出するＺ軸磁気センサ
を備えていると仮定すると、その出力Ｓｚは地磁気ベク
トルＶＧと単位ベクトルＶｚの内積で表される。なお、
この場合においても、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各正方向
にそれぞれ１（Ｏｅ）の大きさを有する磁界に対し、出
力Ｓｘ，出力Ｓｙ，及び出力Ｓｚの各値が「１」となる
ように、これらの出力を規格化しておく。この結果、下
記の数８〜数１０が得られる。

【００４４】

【数８】

【００４５】

【数９】

【００４６】

【数１０】

【００４７】更に、表示パネル１４ａに表示された地図
等の画像を携帯電話機１０の本体１１を傾けることでス
クロールする場合（後述するスクロールモードの場合）
では、ユーザは方位αを初期方位α₀に略固定しなが
ら、上記傾斜角βと上記回転角γを変化させるものと考
え、上記数８、及び数９に基づいて傾斜角βの変化角度
Δβと、回転角γの変化角度Δγを求める。このとき、
β＝β₀＋Δβ、γ＝０＋Δγ（初期傾斜角β＝β₀、初
期回転角γ＝０）とし、且つ、各変化角度Δβ，Δγは
十分に小さいとして下記の数１１〜数１４の近似を用い
る。この結果、下記数１５，数１６が得られる。

【００４８】

【数１１】sinΔβ＝Δβ

【００４９】

【数１２】cosΔβ＝１

【００５０】

【数１３】sinΔγ＝sinγ＝Δγ＝γ

【００５１】

【数１４】cosΔγ＝cosγ＝１

【００５２】

【数１５】

【００５３】

【数１６】

【００５４】従って、上記数１５，数１６からΔβ、Δ
γは下記数１７、及び下記数１８のように表される。

【００５５】

【数１７】

【００５６】

【数１８】

【００５７】この場合、地磁気のベクトルＶＧ（０，Ｇ
ｐ，Ｇｓ）は、携帯電話機１０の存在する場所が特定さ
れることにより一意に定まる。また、初期方位α₀、及
び初期傾斜角β₀は、それぞれスクロールモードに移行
したときの方位α、及び傾斜角βを使用すればよいの
で、上記数１７，１８により回転角Δβ，Δγを求める
ことができる。

【００５８】次に、携帯電話機１０の実際の作動につい
て、前記複数の押しボタン１５ａのうちの特定のボタン
が操作され、地図表示モードとなっているが、スクロー
ルモードにはなっていない場合から説明する。

【００５９】携帯電話機１０のＣＰＵ２１は所定時間の
経過毎に図１０に示したルーチン（プログラム）を繰り
返し実行するようになっている。従って、所定のタイミ
ングとなると、ＣＰＵ２１はステップ１０００から本ル
ーチンの処理を開始し、ステップ１００５に進んで、現
モードが地図表示モードであるか否かを判定する。今、
現モードは地図表示モードであるので、ＣＰＵ２１はス
テップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０
１０に進み、ＧＰＳ回路２５がＧＰＳ信号を利用して特
定した携帯電話機１０の存在する位置を読み込み、続く
ステップ１０１５にて読み込んだ位置をセンタに送信し
て同センタから同位置の近傍の地図データをダウンロー
ドする。

【００６０】次いで、ＣＰＵ２１はステップ１０２０に
進み、Ｘ軸磁気センサ３１の出力ＳｘとＹ軸磁気センサ
３２の出力Ｓｙを読み込み、続くステップ１０２５に
て、現在がスクロールモードであるか否かを判定する。
前述の仮定によると、現在はスクロールモードではない
から、ＣＰＵ２１はステップ１０２５にて「Ｎｏ」と判
定してステップ１０３０に進み、同ステップ１０３０に
て前述した表１に示した変換テーブルをＲＯＭ２２から
読み出し、前記読み込んだ出力Ｓｘ，Ｓｙと同読み出し
た変換テーブルとに基づいて実際の方位αと実際の傾斜
角βとを求める。例えば、変換テーブルとして表１に例
示したものを用い、（Ｓｘ，Ｓｙ）が（−０．３５,
０．０８）であるとすると、方位αは２５６（deg）、
及び傾斜角βは１（deg）であるとして求められる。な
お、ステップ１０３０は、方位決定手段、及び傾斜角決
定手段の機能を達成するステップである。

【００６１】次いで、ＣＰＵ２１はステップ１０３５に
進み、同ステップ１０３５にて上記取得した地図デー
タ、方位α、及び傾斜角βを表示パネル１４ａに表示
し、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了す
る。このように、地図表示モードであって、スクロール
モードでない場合には、携帯電話機１０の現在の位置に
応じた地図と、同携帯電話機１０の方位α、及び傾斜角
βが表示される。なお、表示される地図の上方を方位α
に一致させて表示したり、傾斜角βに応じて変形する
等、方位α及び傾斜角βに応じた処理を地図データに施
してから表示してもよい。また、方位αは、通常の方位
計（磁石）のように、東西南北が定められた円の画像
と、同円の中に配置された磁針の画像とにより示すよう
にしてもよく、この場合、傾斜角βが大きくなるほど、
前記円の上下軸が左右軸に対して短くなるように構成す
ることができる。これにより、携帯電話機１０の傾斜角
βを大きくするほど磁針が短くなって、ユーザは方位を
判別し難くなるため、同ユーザにより携帯電話機１０の
前面が水平面に平行な状態で使用され、従って、方位α
の検出精度が向上することが期待される。

【００６２】次に、地図表示モードであるときに、ユー
ザが押しボタンを操作して、地図表示モードであって、
且つスクロールモードへとモードを変更した場合の作動
について説明する。ＣＰＵ２１は、この場合も、所定の
タイミングにてステップ１０００から処理を開始し、ス
テップ１００５〜１０２０の処理を行って携帯電話機１
０の位置に応じた地図データをダウンロードするととも
に、Ｘ軸磁気センサ３１の出力ＳｘとＹ軸磁気センサ３
２の出力Ｓｙを読み込んだ後、ステップ１０２５に進
む。

【００６３】そして、前述したように、現在のモードは
スクロールモードへと変更されているから、ＣＰＵ２１
はステップ１０２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ
１０４０に進み、同ステップ１０４０にてスクロールモ
ードに移行してから本ルーチンを初めて実行する場合で
あるか否かを判定する。

【００６４】現段階は、スクロールモードに移行してか
ら本ルーチンを初めて実行する。従って、ＣＰＵ２１は
ステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１
０４５に進み、同ステップ１０４５にてステップ１０３
０と同様にして実際の方位αと実際の傾斜角βとを求
め、ステップ１０５０に進んで同実際の方位α、及び同
実際の傾斜角βを、それぞれ初期方位α₀、及び初期傾
斜角β₀として格納する。次いで、ＣＰＵ２１はステッ
プ１０３５にて地図、方位α、及び傾斜角βを表示した
後、ステップ１０９５にて本ルーチンを一旦終了する。

【００６５】この状態が継続すると、ＣＰＵ２１は再び
ステップ１０００から本ルーチンの処理を開始し、ステ
ップ１００５〜１０２５の処理を実行し、ステップ１０
４０に進んで同ステップ１０４０の判定を再び行う。そ
して、この段階は、スクロールモードに移行してから本
ルーチンを初めて実行する段階ではないから、ＣＰＵ２
１はステップ１０４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ
１０５５に進み、同ステップ１０５５にて上記数１７、
及び上記数１８にしたがって傾斜角βの変化角度Δβ
と、回転角γの変化角度Δγを求める。なお、数１７、
及び数１８で用いる地磁気の水平成分Ｇｐと、地磁気の
鉛直成分Ｇｓは、予めＲＯＭ内に記憶されている。ま
た、本ステップ１０５５は、変化角度Δβを求める上下
軸変化角度算出手段、及び変化角度Δγを求める左右軸
変化角度算出手段を構成している。

【００６６】更に、上記水平成分Ｇｐと鉛直成分Ｇｓ
は、携帯電話機１０の使用される場所により異なるの
で、ＲＯＭ内に場所（緯度、経度）に関連させて水平成
分Ｇｐと鉛直成分Ｇｓを複数組記憶させておき、ＧＰＳ
回路２５から得た現在の携帯電話機１０の場所に応じて
読み出すように構成してもよい。或いは、ＧＰＳ回路２
５から得た現在の携帯電話機１０の場所についての情報
を情報センタに送信し、同情報センタから同場所に応じ
た水平成分Ｇｐと鉛直成分Ｇｓを取得するように構成し
てもよい。

【００６７】次いで、ＣＰＵ２１はステップ１０６０に
進み、同ステップ１０６０にて表示されている地図を傾
斜角βの変化角度Δβと、回転角γの変化角度Δγとに
応じて、例えば、以下に述べるようにスクロールする。

【００６８】Δγ≧１０（deg）であれば表示された
地図をＸ軸正方向にスクロールする。 Δγ≦−１０（deg）であれば表示された地図をＸ軸
負方向にスクロールする。 Δβ≧１０（deg）であれば表示された地図をＹ軸正
方向にスクロールする。 Δβ≦−１０（deg）であれば表示された地図をＹ軸
負方向にスクロールする。

【００６９】その後、ＣＰＵ２１はステップ１０９５に
進み、本ルーチンを一旦終了する。このように、スクロ
ールモードに移行すると、傾斜角βの変化角度Δβと、
回転角γの変化角度Δγが求められ、これらの値に応じ
て表示される地図がスクロールされる。なお、現在が地
図表示モードでない場合、ＣＰＵ２１はステップ１００
５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に直接進
み、本ルーチンを直ちに終了する。

【００７０】以上、説明したように、本発明に基づく上
記実施形態によれば、携帯電話機１０の本体１１の左右
軸方向における外部磁界の成分に応じた値を示すＸ軸磁
気センサ３１と、同本体１１の上下軸方向における外部
磁界の成分に応じた値を示すＹ軸磁気センサ３２のみを
用いて、前記上下軸の鉛直面内における変化角度Δβ、
或いは、前記左右軸の前記上下軸周りの変化角度Δγが
算出される。従って、他のセンサを追加することなく、
前記上下軸又は左右軸の変化角度Δβ，Δγを取得する
ことができる。また、表示パネル１４ａに表示された地
図が、変化角度Δβ，Δγに応じて、同地図の上部の方
位を変更することなくスクロールされるので、ユーザは
簡単な操作により必要な部分の地図を見ることが可能と
なる。

【００７１】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採
用することができる。例えば、上記実施形態において
は、変換テーブルが予めＲＯＭ２２内に格納されていた
が、通信手段を介して、情報センタ等から同変換テーブ
ル（の値）を取得するように構成することもできる。こ
のようにすれば、ＲＯＭ２２の記憶容量を低減すること
も可能となる。

【００７２】また、この場合、ＧＰＳ回路２５により特
定された携帯電話機１０の存在する位置に関する情報を
情報センタに送信することで、同特定した位置に応じた
変換テーブル（の値）を同通信手段を介して取得するよ
うに構成してもよい。このようにすれば、携帯電話機１
０が広範囲で使用されることにより地磁気（地磁気の向
きの水平面に対する傾き）が変化した場合であっても、
同携帯電話機１０の前記方位α、及び前記傾斜角βを精
度良く求めることができる。

【００７３】更に、上記磁気センサ３０は、ＧＭＲ素子
により構成されていたが、これに限定されることなく、
例えば、磁気トンネル効果素子等の他の磁気抵抗効果素
子を用いて構成することもできる。また、上記実施形態
の電子装置は、変化角度Δβ，Δγに応じ表示パネル１
４ａに表示された地図のスクロールを行うものであった
が、変化角度Δβ，Δγに応じ同表示パネル１４ａに表
示されたカーソルの移動、表示されたゲームキャラクタ
の制御、着信メロディの音量又は音色の変更等を行って
もよい。また、上記実施形態の電子装置は携帯電話機１
０であったが、例えば、ＰＤＡを含むモバイルコンピュ
ータ、携帯ゲーム装置、電子楽器の操作装置（操作子）
等の他の電子装置であってもよい。この場合、電子装置
が携帯ゲーム装置である場合には、ゲームのキャラクタ
を上記回転変化量Δα，Δβにより移動させてもよく、
電子装置が電子楽器の操作装置である場合には、例え
ば、演奏における音量や音色等を上記回転変化量Δα，
Δβに応じて変化させてもよい。

【００７４】また、上記実施形態において、Ｘ軸磁気セ
ンサ３１の出力Ｓｘ、及びＹ軸磁気センサ３２の出力Ｓ
ｙをそれぞれ規格化していたが、同規格化を行う前に、
これらの出力Ｓｘ，Ｓｙが有するオフセット量ＯＦｘ，
ＯＦｙをそれぞれの出力Ｓｘ，Ｓｙから減じ、同オフセ
ット量ＯＦｘ，ＯＦｙを減じた値を規格化することで、
各磁気センサの正規の出力Ｓｘ，Ｓｙを取得するように
構成してもよい。このようなオフセット量ＯＦｘ，ＯＦ
ｙは、Ｘ軸磁気センサ３１、及びＹ軸磁気センサ３２の
近傍に存在する永久磁石部品や、各ＧＭＲ素子３１ａ〜
３１ｂ，３２ａ〜３２ｄの抵抗値のばらつきにより生じ
るものであり、所定の条件が成立したときに携帯電話機
１０を水平面内で１８０度回転させて、その際の出力Ｓ
ｘ，Ｓｙの各平均値からそれぞれ求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による携帯電話機の正面図である。

【図２】図１に示した携帯電話機の電気回路構成を示
すブロック図である。

【図３】図１に示した磁気センサの概略平面図であ
る。

【図４】図３に示した磁気センサを構成する各ＧＭＲ
素子の特性を示す図である。

【図５】図１に示した磁気センサの等価回路図であ
る。

【図６】（Ａ）は図５に示したＸ軸磁気センサの出力
特性図であり、（Ｂ）は図５に示したＹ軸磁気センサの
出力特性図である。

【図７】図１に示した携帯電話機が回転された場合に
おける、同図１に示した磁気センサの出力値の軌跡図で
ある。

【図８】図７の軌跡図を得る際の携帯電話機の動きを
示した図である。

【図９】図１に示した携帯電話機１０の角度変化を求
める原理を説明するための図である。

【図１０】図２に示したＣＰＵが実行するプログラム
（ルーチン）を示したフローチャートである。

【符号の説明】

１０…携帯電話機、１１…本体、１２…アンテナ部、１
３…スピーカ部、１４…液晶表示部、１５…操作部、１
６…マイクロフォン部、２０…電気制御装置、２１…Ｃ
ＰＵ、２２…ＲＯＭ、２６…ＡＤコンバータ、３０…磁
気センサ、３１…Ｘ軸磁気センサ、３２…Ｙ軸磁気セン
サ、３３…制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｓ 5/14 Ｇ０１Ｒ 33/06 ＲＦターム(参考） 2F063 AA37 AA50 CA40 DA01 DA05 DA23 DD03 GA52 LA21 MA05 NA07 2G017 AA03 AD55 BA05 BA15 5J062 AA05 BB05 CC07 HH04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用状態での上下軸と同上下軸に直交する
左右軸が定められてなる本体と、前記本体内に固定されるとともに前記左右軸方向におけ
る外部磁界の成分に応じた値を示すＸ軸磁気センサと、前記本体内に固定されるとともに前記上下軸方向におけ
る外部磁界の成分に応じた値を示すＹ軸磁気センサと、前記Ｘ軸磁気センサが示す値と前記Ｙ軸磁気センサが示
す値とに基いて前記上下軸の鉛直面内における変化角度
を算出する上下軸変化角度算出手段とを備えてなる電子
装置。
【請求項２】使用状態での上下軸と同上下軸に直交する
左右軸が定められてなる本体と、前記本体内に固定されるとともに前記左右軸方向におけ
る外部磁界の成分に応じた値を示すＸ軸磁気センサと、前記本体内に固定されるとともに前記上下軸方向におけ
る外部磁界の成分に応じた値を示すＹ軸磁気センサと、前記Ｘ軸磁気センサが示す値と前記Ｙ軸磁気センサが示
す値とに基いて前記左右軸の前記上下軸周りの変化角度
を算出する左右軸変化角度算出手段とを備えてなる電子
装置。