JP2008232791A - 測位装置、この測位装置を備えた携帯端末装置および測位装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置の測位精度を向上させつつ、小形化および低コスト化を実現する。
【解決手段】測位装置２０は、ＧＰＳ衛星の電波をアンテナ部３０で受信して、ＧＰＳ位置検出部５１で位置を測位する。また、ＧＰＳ衛星の電波を受信困難な場合、センサ部４０からのセンサ出力により、センサ位置検出部５２で位置を自律測位する。センサ部４０は、絶縁性樹脂でモールドされており、その周囲をさらに導電性樹脂でモールドされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、測位装置、この測位装置を備えた携帯端末装置および測位装置の製造方法に関する。

一般的な測位装置として、人工衛星からの電波を受信して、位置を測位するＧＰＳ（Global Position System）がある。このような測位装置においては、地下や林の中などでは、人工衛星からの電波が到達しないため、位置を測位することが困難となる。そこで、この測位装置に加速度センサを備えて、この加速度センサによって得られた移動量および移動方向を積分することによって、人工衛星からの電波が受信困難な状況であっても、継続して位置を測位することができる測位装置が提案されている。

しかしながら、この加速度センサは機械的に振動を検出するセンサであることから、外部からの妨害波などの不要な電波により帯電し、センサ出力に誤差を生じることがあった。

そこで、特許文献１に記載された加速度センサは、金属筐体で覆われており、この金属筐体で不要な電波を遮蔽することにより、加速度センサの帯電を低減させている。

特開２００６−１５３７２４（図５）

近年、このような測位装置は、携帯端末装置に設けられることが多くなっている。これは、携帯端末装置の所有者の位置を特定することに対する需要が高まっているからである。このような携帯端末装置は、薄形化の要求が高まっており、特許文献１のように、加速度センサを金属筐体で覆うことは、大形化および高コスト化となってしまう。

本発明の主たる目的は、位置の測位精度を向上させつつ、小形化および低コスト化を実現することができる測位装置、およびこの測位装置を備えた携帯端末装置、並びに測位装置の製造方法を提供することである。

本発明の測位装置は、移動体に設置される測位装置であって、人工衛星からの電波を受信して、前記移動体の位置を測位する第１測位手段と、前記移動体の移動量および移動方向を検出する移動検出手段と、前記移動検出手段が検出した移動量および移動方向を積算して、前記移動体の位置を測位する第２測位手段とを備えている。前記移動検出手段は、電波遮蔽材料または電波吸収材料でモールドされている。

本発明において、前記電波遮蔽材料は、前記移動検出手段をモールドする絶縁性樹脂と、前記絶縁性樹脂をモールドする導電性樹脂との２層構造を有していることが好ましい。

また、本発明においては、前記移動検出手段は、振動状態により前記移動量および前記移動方向を検出する機械振動部を含む加速度センサを有していてもよい。

さらに、本発明においては、前記移動検出手段は、振動状態により前記移動量および前記移動方向を検出する機械振動部を含む角速度センサを有していてもよい。

加えて、本発明においては、前記移動検出手段は、気圧変化に応じた変位量から高度を検出する気圧計を有していてもよい。

また、本発明においては、前記移動検出手段の近傍の振動量を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段が検出した振動量に演算処理を行う演算手段と、前記演算手段が演算した演算結果に基づく振動量の振動を発生させる振動発生手段とをさらに備え、該振動発生手段が前記近傍の振動量を打ち消すことが好ましい。

また、本発明の携帯端末装置は、上述した測位装置を備えており、前記振動検出手段は、音声信号を電気信号に変換するマイクロホンであることが好ましい。

また、本発明の携帯端末装置は、上述した何れかの測位装置を備えており、前記測位装置は、同一半導体上に集積回路として構成されたモジュールであることが好ましい。

また、本発明の測位装置の製造方法は、移動体に設置される測位装置の製造方法であって、前記移動体の移動量および移動方向を検出する移動検出手段を基板上に電気的に接続する移動検出手段接続工程と、前記移動検出手段接続工程により前記基板上に電気的に接続された前記移動検出手段を、電波遮蔽材料または電波吸収材料でモールドするモールド工程とを備えている。

本発明によると、移動検出手段を電波遮蔽材料または電波吸収材料でモールドし、この電波遮蔽材料または電波吸収材料により妨害波などの不要な電波を遮蔽または吸収するによって、移動検出手段の帯電を低減することができる。これにより、移動検出手段の帯電による検出誤差を低減させ、位置の測位精度を向上させることができる。
また、移動検出手段を電波遮蔽材料または電波吸収材料でモールドすることにより、移動検出手段を金属筐体などで覆う場合に比べて、小形化および低コスト化することができる。

また、移動検出手段を絶縁性樹脂でモールドした後、この絶縁性樹脂をさらに導電性樹脂でモールドすることにより、移動検出手段を金属筐体などで覆う場合に比べて、簡単な構成で小形化および低コスト化することができる。

このとき、例えば、測位装置が音声の送受信を行う携帯端末装置に設けられており、通話による音声振動などが移動検出手段に加わった場合に、この音声振動の振動量を振動検出手段により検出する。そして、この検出した振動量を演算手段によって逆位相になるように演算し、この演算結果に基づく逆位相の振動量の振動を振動発生手段により発生する。
これにより、音声振動が、振動発生手段により発生した逆位相の振動によって除去される。つまり、音声振動による移動検出手段の検出誤差を低減させ、位置の測位精度をさらに向上させることができる。

また、振動検出手段は、送話に用いられるマイクロホンであることから、新たな振動検出手段を設けずに、安価な構成で振動検出手段を構成することができる。

さらに、この測位装置は、同一半導体基板上に集積回路として構成されるので、小形化および高集積化することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明は、携帯電話に本発明を適用した一例である。

図１は本発明の実施形態に係る携帯電話の構成を概略的に示すブロック図である。図１に示すように、携帯電話１（携帯端末装置）は、携帯電話網を介して無線通信によって離れた相手と通話などを行うものであり、操作部１１と、マイクロホン１２（振動検出手段）と、スピーカ１３と、表示部１４と、制御部１５と、携帯電話アンテナ１６と、送受信部１７とを主に有する。

操作部１１は、ボタンなどから構成されており、操作者が操作することによって、通話時における電話番号などの各種情報が入力される。マイクロホン１２は、音声信号を電気信号に変換して制御部１５に出力する。スピーカ１３は、電気信号を音声信号に変換して出力する。表示部１４は、液晶ディスプレイなどから構成されており、電話番号入力画面などを表示する。
制御部１５は、通話における各種動作を制御するプログラムやデータなどが格納されたハードディスク、各種動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵでの演算処理などのデータを一時保管するＲＡＭなどが含まれており、通話などにおける各種動作を制御する。また、制御部１５は、振動量演算部１５ａ（演算手段）を有する。振動量演算部１５ａは、マイクロホン１２から出力された電気信号が入力され、この電気信号と逆位相の電気信号を演算結果として出力する。
携帯電話アンテナ１６は、携帯電話網を介して通信される各種データを送受信する。送受信部１７は、制御部１５から受信したデータに変調処理を施し、携帯電話アンテナ１６に送信する。また、携帯電話アンテナ１６から受信した信号に復調処理を施し、制御部１５に送信する。

また、携帯電話１は、位置を測位する測位装置２０を有する。測位装置２０は、ＧＰＳアンテナ部３０と、センサ部４０（移動検出手段）と、位置検出ＩＣ５０と、圧電振動子６０（振動発生手段）とを有する。この測位装置２０は、１枚の半導体基板上に集積回路として構成されたモジュールである。

ＧＰＳアンテナ部３０は、ＧＰＳアンテナ３１と、ＬＮＡ３２（Low Noise Amplifier）と、受信部３３とを有する。ＧＰＳアンテナ３１は、ＧＰＳ衛星から送られてくる電波を受信して、ＬＮＡ３２に出力する。ＬＮＡ３２は、入力された信号を増幅して、受信部３３に出力する。受信部３３は、入力された信号に復調処理を施して、後述するＧＰＳ位置検出部５１に出力する。

センサ部４０は、加速度センサ４１と、角速度センサ４２と、気圧計４３とを有する。加速度センサ４１は、バネなどの機械的振動部（図示せず）を有しており、このバネを共振周波数で振動させ、加速度が加わったときの振動量変化に伴う共振周波数の変化から加速度を検出するものである。この加速度センサ４１は、少なくとも２軸（高さ方向を除く水平方向におけるＸ軸およびＹ軸）方向に対する加速度を検出し、各軸方向の検出結果を加速度信号として後述するセンサ位置検出部５２に出力する。角速度センサ４２は、例えば、ジャイロセンサなどであり、圧電素子を振動素子に用いており、この圧電素子をＸ軸振動させた状態で、Ｚ軸回りに回転する力が加わったときのコリオリ力により生じるＹ軸方向の振動から角速度を検出するものである。この角速度センサ４２は、少なくとも１軸（高さ方向、つまりＺ軸）回りの角速度を検出しており、検出結果を角速度信号として後述するセンサ位置検出部５２に出力する。気圧計４３は、携帯電話１近傍の気圧を検出しており、検出結果を気圧信号として後述するセンサ位置検出部５２に出力する。

位置検出ＩＣ５０は、ＧＰＳ位置検出部５１（第１測位手段）と、センサ位置検出部５２（第２測位手段）とを有する。ＧＰＳ位置検出部５１は、受信部３３から入力された信号を受信して、位置を測位する。センサ位置検出部５２は、センサ部４０からの加速度信号、角速度信号および気圧信号が入力されることにより、自律測位する。すなわち、センサ位置検出部５２は、加速度センサ４１から出力された加速度信号から携帯電話１の移動距離および移動方向を積算する。そして、角速度センサ４２から出力された角速度信号から携帯電話１の移動方向を積算し、加速度センサ４１から得られた移動方向の精度向上を図る。加えて、気圧計４３から出力された気圧信号から携帯電話１の高度を積算する。これにより、センサ位置検出部５２は、位置を自律測位する。
つまり、携帯電話１がＧＰＳ衛星からの電波を受信することができる場合においては、ＧＰＳ位置検出部５１によって位置を測位し、地下や林の中などＧＰＳ衛星からの電波が到達せず、電波を受信することができない場合においては、センサ位置検出部５２によって、電波を受信することができなくなった時点から、移動距離および方向を積算して、自律測位する。

圧電振動子６０は、例えば、水晶振動子などから構成されており、圧電効果を利用して振動を発生する。

ここで、圧電振動子６０の用途について、図２〜図４を参照しつつ説明する。図２は、圧電振動子の振動周波数を決定するための振動量演算部の電気回路図である。図３は、携帯電話で発生する各部における振動を示す波形図であり、（ａ）はセンサ部近傍で発生する振動の波形図、（ｂ）は圧電振動子で発生させた振動の波形図、（ｃ）はセンサ部近傍で発生した振動および圧電振動子で発生させた振動を合成した波形図である。図４は、加速度センサの出力波形であり、（ａ）は圧力振動子で振動を発生させていない場合、（ｂ）は圧力振動子で振動を発生させている場合である。

加速度センサ４１および角速度センサ４２は、内部にバネや振動子などの機械的振動部を有しており、外部からの振動が加わったときの振動の変化量から加速度および角速度を検出している。つまり、携帯電話１の移動に伴う振動以外の振動が加わってしまうと、加速度センサ４１および角速度センサ４２は出力誤差を生じてしまう。

ここで、携帯電話１の移動に伴う振動以外の振動としては、通話による音声振動が挙げられる。この音声振動が加速度センサ４１および角速度センサ４２の出力に影響を与えないように音声振動を除去する必要がある。そこで、マイクロホン１２によって出力された電気信号は、音声信号を電気信号に変換したものであるから、この電気信号を振動量演算部１５ａによって逆位相になるように演算する。
演算方法として、図２に示すように、マイクロホン１２から出力される電気信号をＶｉｎとして、この電気信号Ｖｉｎを増幅率１倍の反転回路９０に入力することにより、逆位相の電気信号Ｖｏｕｔを出力する。この電気信号Ｖｏｕｔに基づいた振動量の振動を圧力振動子６０で発生させる。マイクロホン１２は、測位装置２０が１つの半導体基板上に構成されていることから、加速度センサ４１および角速度センサ４２の比較的近傍に位置している。すなわち、マイクロホン１２近傍の音声振動による振動量と、加速度センサ４１および角速度センサ４２近傍の音声信号による振動量は同様とみなすことができる。

これにより、図３に示すように、センサ部５０近傍で発生している振動（図３（ａ））に対して、圧力振動子６０によって逆位相の振動（図３（ｂ））を発生させることにより、音声振動を除去することができる（図３（ｃ））。つまり、音声振動によるセンサ部５０の検出誤差を低減させ、位置の測位精度を向上させることができる。
これは、図４（ａ）に示すように、圧力振動子６０によって音声振動の逆位相の振動を発生させていない場合に、加速度センサ４１の向きを水平方向から時間ｔ１において鉛直方向に動かし、時間ｔ２において再度水平方向に動かしたときの加速度センサ４１の出力と、図４（ｂ）に示すように、圧力振動子６０によって音声振動の逆位相の振動を発生させている場合に、加速度センサ４１の向きを同様に動かしたときの加速度センサ４１の出力とを比較したときに、加速度センサ４１の出力誤差が低減されていることからも分かる。

また、加速度センサ４１および角速度センサ４２は、内部にバネや振動子などの機械的振動部を有していることから、外部からの妨害波などの不要な電波が帯電することにより、出力誤差を生じることがある。

そこで、加速度センサ４１および角速度センサ４２が、不要な電波により帯電しないようにする必要がある。この不要な電波からの加速度センサ４１および角速度センサ４２の帯電を防止する方法について、図５および図６を参照しつつ説明する。図５は、基板上に加速度センサを実装した縦断面図である。図６は、加速度センサの出力波形であり、（ａ）は加速度センサを樹脂でモールドしていない場合であり、（ｂ）は加速度センサを樹脂でモールドしている場合である。

本実施形態においては、角速度センサ４２についても同様の方法であるので、一例として加速度センサ４１について説明する。図５に示すように、加速度センサ４１は、多層の半導体基板２１上に塗布されたエポキシ樹脂などのダイボンド材２２上に接着固定される。加速度センサ４１の電極２５は、ボンディングワイヤ２３により、半導体基板２１の電極２４と電気的に接続されている。そして、加速度センサ４１は、外部に露出しないようにその周囲を絶縁性樹脂７０によりモールドされている。さらに、絶縁性樹脂７０によりモールドされたその周囲を導電性樹脂７１によりモールドされている。これにより、導電性樹脂７１が妨害波などの不要な電波を遮蔽することにより、加速度センサ４１の帯電を低減させ、位置の測位精度を向上させることができる。
これは、図６（ａ）に示すように、加速度センサ４１を絶縁性樹脂７０および導電性樹脂７１でモールドしていない場合に、加速度センサ４１の向きを水平方向から時間ｔ１において鉛直方向に動かし、時間ｔ２において再度水平方向に動かしたときの加速度センサ４１の出力と、図４（ｂ）に示すように、加速度センサ４１を絶縁性樹脂７０でモールドし、さらに導電性樹脂７１でモールドしている場合に、加速度センサ４１の向きを同様に動かしたときの加速度センサ４１の出力とを比較したときに、加速度センサ４１の出力誤差が低減されていることからも分かる。

次に、測位装置２０の製造工程について、図７および図８を参照しつつ説明する。図７は、測位装置の製造工程を示すフローチャートである。図８は、基板上に加速度センサを実装し、樹脂でモールドされる製造工程を示す図である。なお、角速度センサ４２および気圧計４３は、加速度センサ４１と置き換えて説明できるので図示していない。また、図８においては、センサ部４０の加速度センサ４１が、半導体基板２１上に実装され、絶縁性樹脂７０によりモールドされ、導電性樹脂７１によりモールドされる製造工程のみを示しているが、角速度センサ４２および気圧計４３の場合においても同様の製造工程となっている。
なお、気圧計４３は、モールドする樹脂と気圧計４３の間にある隙間より気圧の変化を測定できる。

図７に示すように、測位装置２０は、まず、半導体基板２１上にアンテナ部３０を実装する（Ｓ１）。次に、センサ部４０を実装する（Ｓ２：図８（ａ）参照）。そして、センサ部４０を絶縁性樹脂７０によりモールドし（Ｓ３：図８（ｂ）参照）、さらに、その周囲を導電性樹脂７１によりモールドする（Ｓ４：図８（ｃ））。続いて、位置検出ＩＣ５０を実装して（Ｓ５）、圧電振動子６０（Ｓ６）を実装する。
絶縁性樹脂７０は周知の半導体封止材を使用し、導電性樹脂７１はポリエステル樹脂に銀フィラーを含有したものを使用、被膜厚さは４００μｍとした。

以上、説明したように、本実施形態によると、加速度センサ４１および角速度センサ４２を含むセンサ部４０を絶縁性樹脂７０でモールドし、さらに導電性樹脂７１でモールドすることにより、導電性樹脂７１が妨害波などの不要な電波を遮蔽することにより、加速度センサ４１および角速度センサ４２の帯電を低減することができる。これにより、加速度センサ４１および角速度センサ４２の帯電による検出誤差を低減させ、位置の測位精度を向上させることができる。
また、加速度センサ４１および角速度センサ４２を絶縁性樹脂７０でモールドし、さらに導電性樹脂７１でモールドすることにより、加速度センサ４１および角速度センサ４２を金属筐体などで覆う場合に比べて、簡単な構成で小形化および低コスト化することができる。

また、センサ部４０近傍の振動量をマイクロホン１２で検出していることにより、新たに振動検出センサを設けることなく、安価な構成で振動量を検出することができる。
また、センサ部４０の近傍の振動量を検出する手段として、マイクロホン１２の替わりに、スピーカ１３の駆動電気信号を用いることもできる。すなわち、スピーカ１３の駆動電気信号を、排除すべき音声信号とみなすことにより、前記スピーカ１３による振動を低減させることが可能である。

さらに、測位装置２０は、同一半導体基板２１上に集積回路として構成されるので、小形化および高集積化を図ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその趣旨を越えない範囲において変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、加速度センサ４１および角速度４２を絶縁性樹脂７０でモールドした後、さらに導電性樹脂７１でモールドしていたが、絶縁性樹脂７０および導電性樹脂７１で２層にモールドするのではなく、エポキシ樹脂などにフェライト粉末を分散したモールド材、またはウレタン系樹脂に軟磁性金属にカーボンを含有したモールド材とした電波吸収材料で１層のみモールドしても同様の効果を得ることができる。
また、本発明では、モールド対象は加速度センサ４１、角速度センサ４２、気圧計４３としたが、本発明の趣旨により、電磁波の影響を受ける部品に適用できることは言うまでもない。

また、上述した実施形態においては、角速度センサ４２を備えていたが、角速度センサ４２は加速度センサ４１によって検出された移動方向の精度を向上させるためのものであるため備えていなくてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、気圧計４３を備えていたが、２次元平面における現在位置を測位するのであれば、高度を検出する気圧計４３は備えていなくてもよい。

加えて、上述した実施形態においては、圧電振動子６０および振動量演算部１５ａを備えていたが、音声振動が加速度センサ４１および角速度センサ４２の出力に影響を与えない程小さな振動であれば、圧電振動子６０および振動量演算部１５ａは備えていなくてもよい。

本発明の実施形態に係る携帯電話の構成を概略的に示すブロック図である。 圧電振動子の振動周波数を決定するための振動量演算部の電気回路図である。 携帯電話で発生する各部における振動を示す波形図であり、（ａ）はセンサ部近傍で発生する振動の波形図であり、（ｂ）は圧電振動子で発生させた振動の波形図であり、（ｃ）はセンサ部近傍で発生した振動および圧電振動子で発生させた振動を合成した波形図である。 加速度センサの出力波形であり、（ａ）は圧力振動子で振動を発生させていない場合であり、（ｂ）は圧力振動子で振動を発生させている場合である。 基板上に加速度センサを実装した縦断面図である。 加速度センサの出力波形であり、（ａ）は加速度センサを樹脂でモールドしていない場合であり、（ｂ）は加速度センサを樹脂でモールドしている場合である。 測位装置の製造工程を示すフローチャートである。 基板上に加速度センサを実装し、樹脂でモールドされる製造工程を示す図である。

符号の説明

１ 携帯電話
１２ マイクロホン
１５ａ 振動量演算部（演算手段）
２０ 測位装置
４１ 加速度センサ
４２ 角速度センサ
４３ 気圧計
５１ ＧＰＳ位置検出部
５２ センサ位置検出部
６０ 圧電振動子
７０ 絶縁性樹脂
７１ 導電性樹脂

Claims (9)

1. 移動体に設置される測位装置であって、
   人工衛星からの電波を受信して、前記移動体の位置を測位する第１測位手段と、
   前記移動体の移動量および移動方向を検出する移動検出手段と、
   前記移動検出手段が検出した移動量および移動方向を積算して、前記移動体の位置を測位する第２測位手段とを備えており、
   前記移動検出手段は、電波遮蔽材料または電波吸収材料でモールドされていることを特徴とする測位装置。
2. 前記電波遮蔽材料は、
   前記移動検出手段をモールドする絶縁性樹脂と、
   前記絶縁性樹脂をモールドする導電性樹脂との２層構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の測位装置。
3. 前記移動検出手段は、振動状態により前記移動量および前記移動方向を検出する機械振動部を含む加速度センサを有することを特徴とする請求項１または２に記載の測位装置。
4. 前記移動検出手段は、振動状態により前記移動量および前記移動方向を検出する機械振動部を含む角速度センサを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の測位装置。
5. 前記移動検出手段は、気圧変化に応じた変位量から高度を検出する気圧計を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の測位装置。
6. 前記移動検出手段の近傍の振動量を検出する振動検出手段と、
   前記振動検出手段が検出した振動量に演算処理を行う演算手段と、
   前記演算手段が演算した演算結果に基づく振動量の振動を発生させる振動発生手段とをさらに備えており、
   該振動発生手段が前記近傍の振動量を打ち消すことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の測位装置。
7. 請求項６に記載の測位装置を備えており、
   前記振動検出手段は、音声信号を電気信号に変換するマイクロホンであることを特徴とする携帯端末装置。
8. 請求項１〜６の何れか１項に記載の測位装置を備えており、
   前記測位装置は、同一半導体上に集積回路として構成されたモジュールであることを特徴とする携帯端末装置。
9. 移動体に設置される測位装置の製造方法であって、
   前記移動体の移動量および移動方向を検出する移動検出手段を基板上に電気的に接続する移動検出手段接続工程と、
   前記移動検出手段接続工程により前記基板上に電気的に接続された前記移動検出手段を、電波遮蔽材料または電波吸収材料でモールドするモールド工程とを備えていることを特徴とする測位装置の製造方法。
   

Images