JP2006153473A

JP2006153473A - 携帯端末機

Info

Publication number: JP2006153473A
Application number: JP2004340160A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kawai; 雅彦川合
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-15
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: JP4548102B2

Abstract

【課題】月日及び時刻と天体の方位及び仰角に基づいて現在の位置を求める携帯端末機を提供する。
【解決手段】携帯端末機１を太陽の方向に向け、入力部３０の計測スタートボタンを押すと、演算処理部５０は、地磁気センサモジュール１０から出力値を取り込むとともに、時計２０から月日と時刻を取り込み、メモリ６０に記憶する。演算処理部５０は、所定の経度における太陽の南中時刻と地球の自転速度の関係から現在地の経度を求め、メモリ６０に記憶されている現在の時刻、太陽の高度、現在地の緯度の関係を示すテーブルを用いて緯度を求め、これらから地図上の現在位置を求めて表示処理部４０に表示する。
【選択図】図１

Description

この発明は、月日及び時刻と天体の方位及び仰角に基づいて現在の位置を求める携帯端末機に関する。

従来、現在位置の緯度及び経度を求める技術としてＧＰＳが知られている。すなわち、複数のＧＰＳ衛星から送信される電波をＧＰＳ受信機で受信し、各ＧＰＳ衛星からの距離を求めることにより、自己の現在位置の緯度及び経度を求めるものである。
なお、従来技術として特許文献１が知られている。
特開２００３−６０８１号公報

上記の技術によれば、ＧＰＳ衛星に不具合があったときには電波を受信できず、自己の現在位置を求めることはできない。また、携帯端末機でこれを行うには、携帯端末機にＧＰＳ受信機を具備する必要がある。
この発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ＧＰＳ衛星からの電波を用いずに、月日及び時刻と天体の方位及び仰角に基づいて現在の位置を求める携帯端末機を提供することである。

この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、筐体が向く方位と傾きとを含む方位情報を検出する方位センサと、現在の月日及び時刻を含む時間情報を出力する時計手段と、筐体を所定の天体に向けることにより検出された前記天体の方位及び仰角からなる方位情報を前記方位センサから取得し、前記時間情報に基づいて筐体の現在の位置を求める演算手段と、を具備する携帯端末機である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の携帯端末機において、前記時間情報と前記天体の仰角に対応する緯度の情報を記憶する記憶手段をさらに具備し、前記演算手段は、前記時間情報と前記天体の方位に基づいて筐体の現在の位置の経度を求め、前記時間情報と前記天体の仰角に基づいて前記記憶手段から筐体の現在の位置の緯度を求めることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の携帯端末機において、前記天体は太陽であることを特徴とする。

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携帯端末機において、前記演算手段により求められた現在の位置を表示する表示手段をさらに具備することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の携帯端末機において、前記表示手段は、前記演算手段により求められた現在の位置と前記方位センサからの方位情報に基づいて筐体の現在の位置を含む地図を筐体が向く方位に対して正しい方向に表示することを特徴とする。

この発明によれば、ＧＰＳ衛星の電波を用いることなく自己の現在位置を求めることができる。したがって、携帯端末機にＧＰＳ受信機を具備する必要がなく、また、ＧＰＳ衛星の不具合による影響を受けることはない。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの実施の形態における携帯端末機１の構成を示すブロック図である。
携帯端末機１の地磁気センサモジュール１０は磁界の強度を検出し、時計２０は月日及び時刻を出力し、演算処理部５０はこれらに基づいて緯度及び経度を求め、表示処理部４０は現在位置に関する情報を表示する。また、ここで説明する携帯端末機１は、位置情報を求めるために必須ではないが携帯電話機の機能も備える。

地磁気センサモジュール１０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、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに垂直で、Ｘ軸及びＹ軸は携帯端末機１に対して図３に示すような方向に設定され、Ｚ軸はこれらに垂直で携帯端末機１から手前に伸びる方向に設定されている。Ｘ軸センサ１１、Ｙ軸センサ１２、Ｚ軸センサ１３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。
切換器１４は、Ｘ軸センサ１１、Ｙ軸センサ１２、Ｚ軸センサ１３の出力を一定周期で切り換えて増幅器１５に出力する。増幅器１５は各センサの出力を増幅してＡ／Ｄコンバータ１６に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１６は入力信号をデジタル信号に変換し、インタフェース部１７に出力する。インタフェース部１７はこの出力値をバスライン１００に出力する。

携帯端末機１を所定の天体、ここでは太陽に向けて方位及び仰角（地平面に対する角度）を求める。このとき携帯端末機１を正確に太陽の方向に向けた上で地磁気センサモジュール１０の出力値を取り込む必要がある。図３は、携帯端末機１を正確に太陽の方向に向けるための携帯端末機１の外部の構成例である。携帯端末機１は、図３に示すように外部に太陽光入射部２、投影板３を有する。太陽光入射部２は太陽の光が通る小穴を空けるか、または、レンズを取り付ける。投影板３には太陽光入射部２を通過した太陽の光を当てる位置に目印を付けておく。これらを用いて太陽光入射部２の小穴またはレンズを通って直進する光がこの目印の位置に届くようにすると、携帯端末機１のアンテナの方向を正確に太陽の方向に向けることができる。ここで、携帯端末機１はＸ軸が地平面に水平になるようにしてアンテナの方向を太陽の方向に向ける。

上記のようにして携帯端末機１を太陽の方向に向けたときに、地磁気センサモジュール１０の出力値による携帯端末機１の方位及び仰角の求め方を説明する。
携帯端末機１の方位は、地平面に対して水平方向の磁界の成分から求める。ここで、Ｘ軸センサ１１、Ｙ軸センサ１２、Ｚ軸センサ１３の出力値をそれぞれＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚとする。図４に示す円は、Ｚ軸方向に磁界の成分が発生しないよう携帯端末機１を地平面に対して水平にした状態で方位を変えたときに、Ｓｘ、Ｓｙが取り得る値をＸＹ平面上にプロットしてできたグラフである。このグラフにおいて、携帯端末機１が北向きのときはＳｘが０、Ｓｙが最大値をとるのでグラフ上の点はＰ１、東向きのときＳｘは最小値、Ｓｙは０であるからグラフ上の点はＰ２、南向きのときはＳｘは０、Ｓｙは最小値であるからグラフ上の点はＰ３、西向きのときはＳｘは最大値、Ｓｙは０であるからグラフ上の点はＰ４となる。Ｓｘ、Ｓｙがこれらの中間の値であるときは、Ｓｘ及びＳｙの値により定まる点と原点Ｏとを結ぶ線分が、Ｘ軸またはＹ軸となす角度を求めることにより、東西南北いずれの方位から、角度がいくらずれているか求めることができる。

携帯端末機１を太陽の方向に向けるときには、前述したように携帯端末機１に設定されたＸ軸は地平面に水平になるようにして携帯端末機１を太陽の方向に向けるが、Ｙ軸は地平面に対して水平ではなくなるため、Ｚ軸方向の磁界の成分Ｓｚが発生し、Ｙ軸方向の磁界の成分Ｓｙは小さくなる。そこで、Ｙ軸方向とＺ軸方向の磁界の成分を合成して地平面に水平な成分であるＳｙ’を求める。このＳｙ’は√（Ｓｙ＾２＋Ｓｚ＾２）を計算して求める。なお、「＾２」は２乗を意味する。Ｘ軸センサ１３の出力値ＳｘとこのＳｙ’について、上記のように図４のグラフを用いて携帯端末機１の方位を求める。

一方、携帯端末機１の仰角は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標空間上において、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚにより定まる点を原点Ｏと結ぶ線分がＸＹ平面となす角度を求めることにより求めることができる。なお、仰角については、磁気センサに代えて重力を検出するセンサを用いて求めてもよい。

図１へ戻り、時計２０は月日及び時刻の情報を出力する。入力部３０は位置情報算出のための計測を開始する計測スタートボタン、音声通話を行うための相手先の電話番号入力ボタン、オフフック、オンフックの操作ボタン等を備える。表示処理部４０は算出された位置情報の表示を行う。ここでは現在位置の周辺地図と地図上に現在位置を表示する。表示は緯度及び経度の形式、あるいは、緯度及び経度から求めた住所の形式で表示してもよい。

演算処理部５０は、メモリ６０に格納されたプログラムに基づき各部を制御する。メモリ６０は、演算処理部５０が実行するプログラム、地磁気センサモジュール１０が出力するデータ、時刻、太陽の高度、緯度の関係を示す図６に示すテーブル、緯度及び経度と地図の対応を示すデータ、地図データ、音声通話に用いられる着信音の音源データ等を記憶する。ここで地図データは、表示処理部４０に表示する地図の向きを携帯端末機１の向いている方位に一致させるため、方位と対応づけて記憶する。なお、緯度及び経度から住所を求めて表示または音声出力する場合には、緯度・経度と住所の対応を示すデータを記憶する。位置情報を音声で通知する場合には、音声データを記憶する。

通信処理部７０は、現在位置の周辺地図が携帯端末機１のメモリ６０に存在しない場合に、無線通信路を介してデータベースに接続してデータを取得するとき、または、プログラムや各種データを更新するとき、または、音声通話を行うときに用いられる。すなわち、通信処理部７０は、アンテナ７１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、演算処理部５０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た音声データは音声処理部８０へ出力し、文字データ、記号データ等についてはバスライン１００を介して演算処理部５０へ出力する。また、演算処理部５０から供給される文字データ等及び音声処理部８０から出力される音声データを変調する。

音声処理部８０はマイク８２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処理部７０へ出力する。また、通信処理部７０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８１へ出力する。音源９０はメモリに記憶されている楽音データまたは音声データに基づいてアナログ楽音（音声）信号を生成し、スピーカ９１へ出力する。

次に、太陽の方位、太陽の高度である仰角、現在の月日及び時刻から現在位置の緯度及び経度を求める手順を説明する。
まず、図５を参照して現在位置の経度の求め方を説明する。図５は北極側から地球を見た図である。東経１３５°の位置と現在地の経度の差であるδが求まれば、現在地の経度を求めることができる。日本標準時で午前１２時に東経１３５°の位置において太陽は真南に位置するとする。そして例えば、その２時間前の午前１０時に現在地においては真南から東へ２５°の方位に太陽があるとする。ここで、地球は１日にほぼ３６０°自転するので太陽の方位は１時間に１５°移動するとすれば、上記と同じ午前１０時に東経１３５°の位置においては、真南から東へ３０°の方位に太陽がある。図５においてθは３０°、φは２５°である。この図においてφ＋δ＝θの関係にあるので、
δ＝θ―φ＝３０°−２５°＝５°
より現在地の経度は
１３５°＋δ＝１３５°＋５°＝１４０°
より現在地の経度は東経１４０°である。このようにして、太陽の方位と現在の時刻からその地点の経度を求めることができる。

なお、太陽の南中時刻（真南にくる時刻）は日によって異なるが、いくつかの緯度・経度についての日の出時刻、南中時刻、日の入り時刻が、例えば国立天文台が編纂する理科年表等に掲載されている。例えば東経１３５°の地点における年月日ごとの南中時刻を携帯端末機１のメモリ６０に記憶し、その日の南中時刻が午前１１時４３分であった場合は、上記の例におけるθの値は１時間４３分前における真南からの太陽の方位である
θ＝１５°×（１＋４３／６０）
を求める。

次に、図６を参照して現在位置の緯度の求め方を説明する。図６は時刻、太陽の高度、緯度の関係を示すテーブルであり、時刻と太陽の高度が与えられたときに、その地点の緯度を示すものである。すなわち、表の左に６：００から１８：００までの１分間隔の時刻が並び、表の上に太陽の高度を表す１°から９０°までの０．５°間隔の高度が並び、表中の「○○°」等、省略された部分には緯度が入る。これは１年のうちのある１日についての表であり、１月１日から１２月３１日までの１年分の表を携帯端末機１のメモリ６０に記憶する。これによって、月日、時刻、太陽の高度が与えられたときに、その月日に対応する表のうち、その時刻と太陽の高度から、その地点の緯度を求めることができる。

ここで、図６に示すような表の作成の仕方の一例を説明する。図７のように、現在地の緯度をφ、南中高度をθ、視赤緯をδと表すと
φ＝９０°−θ＋δ
の関係となっている。ここで視赤緯とは、太陽が北寄りに位置しているのか南寄りに位置しているのかを示す値であって、歳差運動（地球の地軸の移動による首振り運動）や章動（主に月の引力の影響で起こる地軸の振れ）の影響で日ごとに値が異なるが、例えば国立天文台が編纂する理科年表等に日ごとの値が掲載されている。

この南中高度と、いくつかの緯度・経度について公表されている、年月日ごとの日の出、南中時刻、日の入りの時刻を用いて、例えば、図６に示す表の１月１日のものは、次のように作成する。
緯度α、経度βを決めて、この日の日の出時刻、南中時刻、日の入り時刻、及び、この日の視赤緯を調べる。上記の式より太陽の南中高度θを計算し、表において南中時刻に対応する時刻、南中高度に対応する太陽の高度の欄に緯度αを記入する。次に、日の出時刻から南中時刻まで、太陽が高度０°から南中高度θまで等速に高度が増加すると考えて、日の出時刻から南中時刻までの１分間隔での太陽の高度を求める。なお、太陽の軌道から１分ごとの太陽の高度を求めてもよい。表において得られた時刻と太陽の高度によって定まる欄に緯度αを記入する。同様に、南中時刻から日の入り時刻までの１分間隔での太陽の高度を求め、同様に表の該当する欄に緯度αを記入する。表において、まだ緯度が記入されていない欄については、緯度がλだけ増加すると太陽の高度はλだけ減少するので、表において既に記入された欄の１つ左の欄は、既に記入された欄の値から０．５°増加させた値を記入し、既に記入された欄の１つ右の欄は、既に記入された欄の値に０．５°減少させた値を記入する。これを繰り返して図６の表を埋めることができ、このような形式の表を１月１日から１２月３１日について作成し、携帯端末機１のメモリ６０に記憶する。

次に図８を参照して上述した携帯端末機１の動作を説明する。まず、携帯端末機１のユーザは、前述のように携帯端末機１の太陽光入射部２及び投影板３を用いて携帯端末機１を正確に太陽の方向に向ける。そして、入力部３０の計測スタートボタンを押す（ステップＳ１）。するとステップＳ１の判定結果が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ２へ進む。計測スタートボタンが押されていなときは、ステップＳ１の判定結果が「Ｎｏ」となり、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ２において、演算処理部５０は、地磁気センサモジュール１０から出力値を取り込み、前述のようにして太陽の方位及び高度を求める。次に、演算処理部５０は、時計２０から時間情報として月日及び時刻の情報を取り込む（ステップＳ３）。次に、演算処理部５０は、位置情報である経度及び緯度を算出する（ステップＳ４）。経度については、前述の通り、ステップＳ３で取得した時刻とステップＳ２で取得した太陽の方位から経度を求める。緯度については、前述の通り、ステップＳ３で取得した月日に対応する図６に示す形式の表をメモリ６０から取得し、ステップＳ３で取得した時刻及びステップＳ２で取得した太陽の高度に対応する緯度を求める。

次に、ステップＳ４で算出された緯度及び経度をもとに現在位置を表示する（ステップＳ５）。演算処理部５０は、メモリ６０に記憶された緯度及び経度と地図の対応を示すデータ及び地図データを読み出して地図データにおける現在の位置を特定し、表示処理部４０に地図と現在位置を示すマークを表示する。ここで地図の表示は、地図の上方が携帯端末機１の向いている方位に一致するように表示する。すなわち、前述の通り地図データは方位と対応づけてメモリ６０に記憶されているので、演算処理部５０は表示される地図の向きがステップＳ２で求めた方位と一致するように地図の向きを回転させて表示処理部４０に表示する。
なお、ステップＳ４で算出された緯度及び経度は、緯度及び経度のまま表示処理部４０に表示してもよいし、音源９０から音声で出力してもよい。あるいは、緯度及び経度から求めた住所を表示処理部４０に表示してもよいし、音源９０から音声で出力してもよい。ここで、緯度及び経度から住所を求めるには、メモリ６０に記憶された緯度・経度と住所の対応を示すデータを用いる。
なお、現在位置取得のために使用する天体は太陽に限らず、月、星等であってもよい。その場合、その天体に合った演算方法やデータテーブルを用意しておく。また、複数の天体に対応させておき、入力部３０によって天体を選択するようにしてもよい。また、図３における投影板３を無くし、ユーザが入射部２越しに天体をのぞくようにして携帯端末機を天体の方向に向けるようにしてもよい。

この発明は、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコン等の携帯端末機に用いられる。

この発明の実施形態による携帯端末機１の構成を示すブロック図である。地磁気センサモジュール１０の構成を示すブロック図である。携帯端末機１と地磁気センサモジュール１０のＸ軸、Ｙ軸の関係、及び、携帯端末機１の外部の構成を示す図である。Ｘ軸センサ１１及びＹ軸センサ１２の出力値と方位の対応を示す図である。太陽の方向の違いと緯度の関係を示す図である。時刻と太陽の高度が与えられたときに、その地点の緯度を求める表である。現在地の緯度、南中高度、視赤緯の関係を示す図である。携帯端末機１の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１…携帯端末機、２…太陽光入射部、３…投影板、１０…地磁気センサモジュール、１１…Ｘ軸センサ、１２…Ｙ軸センサ、１３…Ｚ軸センサ、１４…切換器、１５…増幅器、１６…Ａ／Ｄコンバータ、１７…インタフェース部、２０…時計、３０…入力部、４０…表示処理部、５０…演算処理部、６０…メモリ、７０…通信処理部、７１…アンテナ、８０…音声処理部、８１…イヤスピーカ、８２…マイク、９０…音源、９１…スピーカ、１００…バスライン、Ｏ…原点、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…グラフ上の点

Claims

筐体が向く方位と傾きとを含む方位情報を検出する方位センサと、
現在の月日及び時刻を含む時間情報を出力する時計手段と、
筐体を所定の天体に向けることにより検出された前記天体の方位及び仰角からなる方位情報を前記方位センサから取得し、前記時間情報に基づいて筐体の現在の位置を求める演算手段と、
を具備する携帯端末機。
前記時間情報と前記天体の仰角に対応する緯度の情報を記憶する記憶手段をさらに具備し、
前記演算手段は、前記時間情報と前記天体の方位に基づいて筐体の現在の位置の経度を求め、前記時間情報と前記天体の仰角に基づいて前記記憶手段から筐体の現在の位置の緯度を求めることを特徴とする請求項１に記載の携帯端末機。
前記天体は太陽であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯端末機。
前記演算手段により求められた現在の位置を表示する表示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携帯端末機。
前記表示手段は、前記演算手段により求められた現在の位置と前記方位センサからの方位情報に基づいて筐体の現在の位置を含む地図を筐体が向く方位に対して正しい方向に表示することを特徴とする請求項４に記載の携帯端末機。