JP2011033609A - 室内位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳを使用することなく、端末装置の位置精度の高い室内位置検出装置を提供する。
【解決手段】周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも３つの磁場発生源２を有し、携帯端末内に配置される交流磁場のみを検出する３軸の高感度磁気センサ３と、姿勢検知用６軸センサ４と、磁気センサ３からの磁気ベクトル情報７０から異なる周波数の磁場発生源２の周波数別の磁気ベクトル７１を抽出する手段９０と、前記磁気ベクトル情報７１から最大磁気ベクトル情報７２を演算する手段９１と、前記最大磁気ベクトル情報７２を鉛直座標系に変換演算する座標変換演算手段９２と、座標変換後の最大磁気ベクトル情報７３から位置ベクトル情報７４を演算する手段９３と、前記位置ベクトル情報７４から距離情報７５を演算する手段９４と、前記距離情報７５と磁場発生源２の位置情報から３角法に基づいて位置情報７７を演算する手段９５からなる室内位置検出装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、室内の人間等の室内移動体の位置を正確に求めるための室内位置検出装置に関する。

従来から、屋外での位置を検出するシステムは全地球測位システムＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）として知られている。
しかしながら、室内においては衛星からの信号が微弱になるため、使用することができない問題があった。
それを解決するためにＧＰＳ以外の測位システムとして、特許文献１のごとく携帯電話等の通信システムの基地局の位置を利用して測位を行うものがある。このようなシステムでは、端末装置が複数の基地局から発信される信号を受信できれば、室内においても比較的短時間で測位を行うことができる。しかし、室内等の受信環境の悪い場所での測位にＧＰＳを用いた場合は、特許文献１のような構成としても、受信信号の強度が弱ければ、測位に長時間を要し、電力も大量に消費してしまうという問題があった。また、基地局の位置を利用した測位では、得られる端末装置位置の精度は、良くても数百ｍのオーダであり、条件が良い場合のＧＰＳ測位にはとうてい及ばないという問題があった。

特開２００４−２１９０７６号公報

そこで、本発明はＧＰＳを使用することなく、端末装置の位置精度の高い室内位置検出装置を提供する。

請求項１に記載の発明は、室内に設置させるお互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも３つの磁場発生源を有し、室内移動体に携帯される携帯端末に載置され、携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する３軸方向における交流の磁気ベクトル情報のみを検出する高感度磁気センサと、携帯端末に載置され、前記３軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記３軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる６軸センサと、前記高感度磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報を、鉛直方向を１軸に有する座標系（以下、鉛直座標系と記す）に、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて変換演算することにより、鉛直座標系における周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する座標変換演算手段と、前記最大磁気ベクトル情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の位置ベクトル情報を演算する位置ベクトル情報演算手段と、前記位置ベクトル情報を、水平面上へ正射影することにより、水平面上の磁場発生源と高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、前記距離情報から、３角法に基づいて、磁場発生源の位置情報と前記距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置演算手段と、からなる室内位置検出装置である。

これにより、ＧＰＳの信号を必要とせず、高い位置決め精度の室内位置検出装置が得られる。

請求項２に記載の発明は、 室内において鉛直方向に所定の同じ高さに設置され、お互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも３つの磁場発生源を有し、室内移動体に携帯される携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する３軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記３軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる６軸センサと、携帯端末に載置され、使用時に前記磁場発生源とほぼ同じ高さで使用される携帯端末における任意の１軸の測定軸における交流の磁気ベクトル情報のみを検出する高感度磁気センサと、前記高感度磁気センサの任意の１軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、高感度磁気センサの前記測定軸と鉛直軸とのなす角を、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて演算し、前記なす角と前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報より、前記所定の高さにおける周波数別の最大磁場強さ情報を演算するの最大磁場強さ情報演算手段と、前記最大磁場強さ情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、前記距離情報から、３角法に基づいて、３つの磁場発生源の位置情報と前記３つ距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置情報演算手段と、からなる室内位置検出装置である。
本発明は、請求項１に記載の発明に比べ、簡潔な構成で、ＧＰＳの信号を必要とせず、高い位置決め精度の室内位置検出装置が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１−２における前記磁場発生源２が、モータを用いて希土類焼結磁石を回転させることを特徴とする室内位置検出装置である。
これにより、磁場発生源の設置間隔を広げることができ、より省エネルギー、低コストな装置とすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１−２における高感度磁気センサが、アモルファスワイヤにパルス電流を印加し、前記アモルファスワイヤに捲回した検出コイルに周辺の磁場強さに対応する電圧を発生する磁気インピーダンス素子からなる磁気センサであって、前記磁気インピーダンス素子（以下、適宜、ＭＩ素子と記す。）の前記検出コイルが発生する電圧を電子スイッチを介してホールドコンデンサに蓄積するとともに、前記ホールドコンデンサと増幅器とを高周波フィルタで接続することで変動する磁場信号のみを増幅する高感度磁気センサからなることを特徴とする室内位置検出装置である。
このように、交流磁場のみを検出できる位置検出センサを、上記のようにＭＩ素子を使用しつつ、所定の電気回路を構成することで、地磁気等の静的磁場成分を検出することなく、本発明の磁場発生源からの変動する交流磁場信号のみを高感度で抽出することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１−２における磁場発生源の発生する交流磁場の周波数が１〜４０Ｈｚ、若しくは、７０〜５００Ｈｚからなることを特徴とする室内位置検出装置である。
１〜４０Ｈｚの周波数で交流磁場信号を発生させた場合は、室内に通常存在する、交流電源に使用されれる５０〜６０Ｈｚの周波数を避けているため、所定の周波数の交流信号のみを抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段で、そのノイズをカットすることができ、所定の交流の磁気ベクトル情報のみを抽出できる。また、低周波のため、最終的に強い出力を得ることができ、それにより高精度な位置検出をすることができる。
また、７０Ｈｚ以上の周波数で交流磁場信号を発生させた場合は、１〜４０Ｈｚの場合と同様に、交流磁場信号のみを抽出できる。また、周波数は大きくなるほど、出力が低下する。通常のモータの回転数は上限は３００００回転程度なので、希土類焼結磁石を通常のモータで回転させる場合の磁界の周波数は５００Ｈｚとなるが、この周波数においても室内位置検出装置が働くのに必要な出力が得られたので、交流磁気信号の周波数の上限は５００Ｈｚとした。

請求項６に記載の発明は、請求項１−２における周波数別磁気ベクトル情報抽出手段が、フーリエ変換手段であることを特徴とする室内位置検出装置である。フーリエ変換手段を用いることにより、少なくとも３つの磁場発生源からのそれぞれの周波数の交流の磁気ベクトル情報が重なり合った磁気ベクトル情報から、各周波数の交流の磁気ベクトル情報を良好に抽出することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１−２における周波数別磁気ベクトル抽出手段が、デジタルバンドフィルターであることを特徴とする室内位置検出装置である。デジタルバンドフィルターを用いることにより、少なくとも３つの磁場発生源からのそれぞれの周波数の交流の磁気ベクトル情報が重なり合った磁気ベクトル情報から、各周波数の交流の磁気ベクトル情報を良好に抽出することができる。

本発明の構成を用いることにより、ＧＰＳを使用することなく、端末装置の位置検出精度の高い室内位置検出装置を提供することができる。

本発明の室内位置検出装置の実施例の概念図である。 本発明の磁場発生源の周囲に形成する磁場と高感度磁気センサの磁場の検出の概念図である。 本発明の室内位置検出装置に使用する高感度磁気センサの電気回路図である。 本発明の実施例１の室内位置検出装置のブロック図である。 本発明の実施例２の室内位置検出装置のブロック図である。 本発明における磁場発生源から高感度磁気センサへの距離と磁界強度の特性図である。

以下に、本発明の室内位置検出装置の実施の形態を実施例を用いて説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。

図１に示すように室内位置検出装置１は、磁場発生源２と、携帯端末３とからなる。
磁気発生源２は、磁石２１とモータ２２とからなる。磁石２１は細長い棒状の磁石２１を用いた。磁石２１は中央を境に一方をＮ極、もう一方はＳ極に着磁されている。磁石２１の長手方向の中央部をモータ軸の端に垂直に取り付ける。ここで磁石２１は、（ＢＨ）ｍａｘが３８ＭＧＯｅであるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いた。磁石２１の寸法は、直径が１ｃｍで長さが６ｃｍのものを使用した。
モータを図１及び図２に示すように壁面の任意の位置に取り付ける。図２は、縦軸が図１における地球座標系ｅ−ｃにおける鉛直軸Ｚ’であり、横軸が図１における地球座標系ｅ−ｃにおける北向軸Ｙ’である。モータが所定の回転数で回転すると、図２中の楕円状の線で示されるような磁場が周囲に形成される。なお、楕円状の線は、等磁場強さを示す線である。磁石近傍ほど線が太くなっているのは、磁石近傍ほど磁場強さが強いことを示している。図２において示される高感度磁気センサ４（回路を模式的に表示した）の感磁部を磁場に沿って鉛直軸Ｚ’に沿った方向で、かつ、磁場発生源２の回転中心を含む水平面上で、磁石中心から北向軸に方向の位置に設置した。モータを６００ｒｐｍで回転させたときの磁場発生源２により形成された磁場を、前記の位置で測定する。その結果、図２中に示すようにＺ’軸方向の磁界強さが時間により振動し、１０Ｈｚの正弦波が得られる。

ここで、発生する交流磁場の周波数は、１〜４０Ｈｚ、若しくは、７０〜５００Ｈｚからなることが好ましい。これらの周波数で磁気信号を発生させれば、交流電源に使用されれる５０〜６０Ｈｚの周波数ノイズを、後に述べる周波数別磁気ベクトル抽出手段等でカットすることができ、所定の交流磁場信号のみを抽出できる。更に、１〜４０Ｈｚの場合は、低周波のため最終的に強い出力を得ることができ、それにより高精度な位置検出をすることができる。本実施例では、３つの磁場発生源２の交流磁場の周波数をそれぞれ、８Ｈｚ、１０Ｈｚ、１２Ｈｚで行った。
磁場発生源２は図１に示すように、室内の３箇所に設置されている。また、図１の場合は、磁場発生源２を部屋の四隅に配置してもよい。

携帯端末３は、室内移動体に携帯されたり、取り付けられるが、通常は、図１に示すように、人間の手にとられて表示画面３１に正対して使用される。携帯端末３が携帯されたり、取り付けられるのは、人間に限らず、動物、ロボット等の室内移動体であればよい。携帯端末３は、図１に示すように、内部に、高感度磁気センサ４、６軸センサ５と、マイコン６を有する。

実施例１の高感度磁気センサ４は、図１に示すように、携帯端末における所定の磁気を測定する座標系（以下、携帯座標系と記す）３−ｃのお互いに直交する磁気ベクトルの３軸方向の各成分を検出し、かつ、交流の磁気ベクトル情報７０のみを検出できる必要がある。図１では、一例として携帯端末の長手方向をＹ軸、携帯端末の表示画面の右側方向をＸ軸、携帯端末に垂直方向をＺ軸とした。３軸成分を検出するためには３つの磁気センサが必要である。本発明では、高感度磁気センサ４に使用される磁気インピーダンス素子を用いたセンサを用いた。なお、ＭＩ素子とは、アモルファスワイヤにパルス電流を印加し、前記アモルファスワイヤに捲回した検出コイルに周辺の磁場強さに対応する電圧を発生する素子である。それぞれのＭＩ素子の感磁体であるアモルファスワイヤは図１の携帯座標系３−ｃのＸ，Ｙ，Ｚ軸に沿って設置されている。

実施例１で使用した高感度磁気センサ４は、ＭＩ素子の前記検出コイルが発生する電圧を電子スイッチを介してホールドコンデンサに蓄積するとともに、前記ホールドコンデンサと増幅器とを高周波フィルタで接続することで変動する磁場信号のみを増幅するものである。
実施例１の位置検出センサ４は、直流信号でありノイズである地磁気を全く検出せず、磁気発生源２が発生した交流の磁気ベクトルに対してのみ高感度な出力を発生することができる。本実施例１のセンサの電子回路は、特願２００６−３１６２７３号に詳細に示されているので、電気回路図のみを引用して図３に示す。高感度磁気センサ４は、携帯端末３の筐体内部の基板上に固定される。
本発明において、高感度磁気センサ４は磁場発生源２から携帯端末３の距離を測定するために使用される。

本実施例１において６軸センサ５は、携帯座標系３−ｃで測定した交流の磁気ベクトル情報７０を、後に述べる地球座標系ｅ−ｃに基づいて測定若しくは計算された磁気ベクトル分布データを参照して高感度磁気センサの位置を求めるのに利用される。具体的には、６軸センサ５から測定される３軸方向における地磁気ベクトル情報８０ａ、３軸方向における重加速度ベクトル情報８０ｂは携帯座標系３−ｃを地球座標系ｅ−ｃへ変換するための、姿勢行列Ｅを求めるために使用される。この姿勢検知用６軸センサ５は、公知の６軸センサでよい。６軸センサは、例えば、公開公報特開２００７−９３４４８号に記載されている。

この公報では加速度センサーはカンチレバー方式であるが、３軸加速度センサは公知の他の加速度センサでよい。ここでは、静電容量型を用いた。３軸加速度センサは、重力加速度を検知するために用いられる。
３軸磁気センサは、本発明ではＭＩ素子を用いたＭＩセンサを３軸用に３つ用いた。３軸磁気センサは地磁気の３軸成分を検出するために用いられる。ＭＩ素子の代わりにホール素子、ＭＲ素子、ＦＧセンサを使用してもよい。更に、３軸成分の地磁気が測れるならば、素子数は２つでも良い。
通常、６軸センサ５により、３次元的に方位及び姿勢を検出することができる。ここで姿勢とは、６軸センサ５が固定される携帯端末３のピッチ、ヨー、ロールの絶対角、相対角をいう。本発明において、６軸センサ５は、携帯端末３中の筐体内部の高感度磁気センサ４が固定されている同一基板上に固定される。更に、それぞれの３軸のセンサのＸ，Ｙ，Ｚ軸の向きをあわせるのが好ましい。このように配置とすると、後に述べる、姿勢行列Ｅが求めやすい。

次に、マイコン６の構造について説明する。図１に示すごとく、携帯端末３にはマイコン６が組み込まれている。このマイコン６は、図４に示すごとく、ＣＰＵ６１と、ＲＯＭ６２と、ＲＡＭ６３と、Ｉ／Ｏ６５と、これらを接続する接続ライン６４とを備える。ＲＯＭ６２にはプログラム６２ｐが記憶されており、ＣＰＵ６１がプログラム６２ｐを読み出して実行することにより、本実施例の周波数別磁気ベクトル情報抽出手段９０、最大磁気ベクトル情報演算手段９１、座標変換演算手段９２、位置ベクトル情報演算手段９３、距離情報演算手段９４、位置演算手段９５とデジタルローパスフィルター等が実現される。
また、Ｉ／Ｏ６５には、高感度磁気センサ４と、６軸センサ５と、表示装置８（出力手段）が接続されている。高感度磁気センサ４から、携帯端末３における携帯座標系３−ｃのお互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向における交流の磁気ベクトル情報７０が入力される。また、６軸センサ５のうち、３軸磁気センサ５１からは地磁気ベクトル情報８０ａ、３軸加速度センサ５２からは重力加速度ベクトル情報８０ｂが入力される。なお、後に述べる実施例２のブロック図も同様に図４のようにあらわせる。

＜＜周波数別磁気ベクトル情報抽出手段９０＞＞
以下に示すのが、ＲＯＭ６２に記憶されたプログラム２６ｐを用いた本実施例の構成である。
磁場発生源２が形成する交流磁場は、３つの磁場発生源２からの３つの周波数の交流磁場が重なり合った状態で、高感度磁気センサ４によって３軸成分の磁気ベクトル情報７０として検出されるので、それぞれの周波数の交流磁場を抽出するための周波数別磁気ベクトル抽出手段９０が必要となる。
この周波数別磁気ベクトル抽出手段９０には、以下の２種類の方法があり、マイコン６に設けられている。

一つ目は、デジタルバンドパスフィルター９０ａを用いる方法である。これは、入ってくる交流信号のうち所定の周波数成分のみを通過させるものである。
具体的には、はじめにノイズを含む各周波数の交流磁場が重なり合ってできる交流の３軸成分からなる磁気ベクトル情報７０を、それぞれ８Ｈｚ、１０Ｈｚ、１２Ｈｚの周波数を通過させる３つのデジタルバンドパスフィルター８１に通すことで、３つの周波数を持つ３軸成分からなる３つ磁気ベクトル情報７１へ分離する。

もう一つの手段は、フーリエ変換手段９０ｂを用いる方法である。これを用いることで、上記と同じ効果を得ることができる。
フーリエ変換手段９０ｂ（以下、ＦＥＴ９０ｂと記す）の作用を説明する。各周波数の交流磁場が重なり合っている磁気ベクトル情報７０は、時間軸と磁場強さで表現される。この時間軸と磁場強さの関係からなる交流信号は、ＦＥＴ８２でフーリエ変換すると、周波数と磁場強さ振幅（最大値）の関係からなる信号となる。
本実施例においては、必要な周波数の８、１０、１２Ｈｚでピークが得られる。また、それ以外の周波数にいても振幅値が出力される。本実施例においては、それ以外の周波数おける振幅値を０とし、その周波数と磁場強度振幅の関係を逆フーリエ変換することで、３つの周波数を持つ３軸成分からなる３つ磁気ベクトル情報７１へ分離できる。
この両手段はそれぞれ特徴があり、必要に応じて使い分けられる。
これらの手段により、一組の３つの高感度磁気センサ４で、３つの異なる周波数の３軸成分からなる磁場発生源２からの３つの磁気ベクトル情報７１の抽出を可能とする。

＜＜周波数別の最大磁気ベクトル情報演算手段９１＞＞
時間変化する周波数別の３軸成分からなる磁気ベクトル情報７１から、周波数別の最大磁気ベクトル情報７２を求める必要がある。最大磁気ベクトル情報７２は、一義的に特定できるからであり、のちに記載する既知の磁気ベクトル分布に使用されるのも各位置での最大磁気ベクトル情報である。
最大磁気ベクトル情報演算手段９１の一例を以下に説明する。まず、携帯座標系３−ｃで測定され、所定の周波数別磁気ベクトル情報抽出手段９０を通過した、所定の時間ｔでの交流の磁気ベクトル情報７１の絶対値を算出する。
そして、例えば、所定の時間Δｔの経過ごとに、その時刻の磁気ベクトル信号７１の絶対値を演算し、所定の時間内での過去の絶対値と比較し、最大値を求める。最大値となったときの、磁気ベクトル情報７２を読み取る。それにより、携帯座標系３−ｃで検出された所定の周波数別の最大磁気ベクトル情報７２を演算することができる。

＜＜最大磁気ベクトル情報７２の座標変換演算手段９２＞＞
最大磁気ベクトル情報７２の座標変換演算手段９２は、前述の周波数別の最大磁気ベクトル情報７２の測定座標系を携帯座標系から、鉛直座標系へ座標変換演算することで、鉛直座標系での最大磁気ベクトル情報７３を得るものである。
なぜ、そのような座標変換が必要かというと、本実施例の方式の磁場分布は図２に示すような鉛直座標系の鉛直軸Ｚ’を含む断面において、等磁場強度分布線が、磁石に対して同心円状に分布せず、最大磁気ベクトルの大きさが分かっただけでは、磁場発生源２から高感度磁気センサ間の位置も特定できず、両者間の位置ベクトル（距離）も特定できないという事情があるためである。
そして、それらを特定するためには、以下のステップが必要となる。まず、予め、室内における、それぞれの周波数の磁場発生源２が形成する三次元の最大磁気ベクトル分布を所定の測定座標系を固定して、計算もしくは測定して求め、ＲＯＭ６２に格納しておく。
そして、携帯端末３内の３軸成分を求める高感度磁気センサ４で測定された交流の磁気ベクトル情報７０と一致する磁気ベクトルの位置を、既に測定された三次元最大磁気ベクトル分布データをＲＯＭ６２から呼び出し比較参照することにより、携帯端末３の位置情報を決定する。そして、その位置から予め位置情報のある磁場発生源２との間の位置ベクトル（距離）が求まることとなる。

ここで問題となるのは、予め計算・測定されている参照のため磁場発生源２からの三次元の最大磁気ベクトル分布データの測定座標系は一義的に固定されているのに対し、携帯端末３の測定座標系である携帯座標系は、基本的に先の測定座標系とは異なるため、携帯座標系３−ｃで測定された最大磁気ベクトルを用いても、正確な位置が求まらないことである。
そこで、本実施例では、前述の周波数別の最大磁気ベクトル情報７２の測定座標系である携帯座標系３−ｃを、予め最大磁気ベクトル分布データを測定した測定座標系へ回転により座標変換演算する（以下、座標変換演算手段９２と記す）。これにより、座標変換されたことにより測定座標系が一致するため最大磁気ベクトル７３と一致する予め測定された最大磁気ベクトルデータを参照することが可能となり、携帯端末３（高感度磁気センサ４）の位置が特定することができる。

ここで通常、室内は水平面で形成されるため、測定座標系は少なくとも鉛直軸を１軸に有するのが自然である。（以下、この座標系を鉛直座標系と記す）。
その場合、他の２軸は、水平面上に任意に取ることができる。鉛直座標系は、好ましくは、図１の地球座標系ｅ−ｃのように、水平面上の１軸を北向軸とすることが好ましい。座標変換演算手段９２による座標変換が簡単に行えるからである。
また、鉛直座標系は図１の室内座標系ｒ−ｃのように、水平面上の１軸を部屋の壁に沿った軸とするとよい。この場合は、人間が表示画面により位置を認識しやすい。
本実施例１においては、図１に示す、地球座標系ｅ−ｃで、予め、周波数別の磁場発生源２による三次元最大磁気ベクトル分布データを計算若しくは測定して求めている。また、６軸センサを電子コンパスとして使用し、いわゆるヘディングアップ機能をもたせることも可能である。

ここで、座標変換演算手段９２の一例を述べる。６軸センサ５のうち、３軸磁気センサ５１からは地磁気ベクトル情報８０ａ、３軸加速度センサ５２からは重力加速度ベクトル情報８０ｂが入力される。
ここで理想的な状態の場合は、このままでよいが、地磁気ベクトル情報８０ａには、各磁場発生源２からの磁気信号がノイズとして載るので、使用する最小周波数より小さい周波数のみを通過させる、デジタルローパスフィルタ９２０を通過させると良い。
また、更に、室内のその他の磁場発生源に接近することによるノイズについても、所定の周波数のみをデジタルローパスフィルタ９２０で通過させることにより対応できる。
また、重力加速度ベクトル情報８０ｂには、人間等の各種の動きによる運動加速度がノイズとして載るので、このノイズについて、所定の周波数以下の周波数をデジタルローパスフィルタ９２０で通過させることにより対応することができる。
このような、各種ノイズを取り除いた地磁気ベクトル情報は地磁気ベクトル情報８１ａ、各種ノイズを取り除いた重力加速度ベクトル情報は重力加速度ベクトル情報８１ｂとする。

＜地磁気ベクトル情報８１ａ、重力加速度ベクトル情報８１ｂからの姿勢行列演算手段＞
地磁気ベクトル情報８１ａと重力加速度ベクトル情報８１ｂから、公知の関係式より、地球座標系を構成する地理上の東方向を向く単位ベクトルと、北方向を向く単位ベクトル、鉛直方向上を向く単位ベクトルがもとまる。それらの単位ベクトルを使って、姿勢行列Ｅが求まる。これらの演算は公知の手段である。

＜姿勢行列Ｅによる最大磁気ベクトル情報７２の座標変換演算手段９２＞
先に求めた、携帯座標系３−ｃで測定され、所定の周波数別磁気ベクトル抽出手段を通過した、最大磁気ベクトル情報７２を、姿勢行列Ｅを用いて座標変換演算することにより、地球座標系ｅ−ｃでの最大磁気ベクトル情報７３を得ることができる。

＜＜座標変換後の最大磁気ベクトル情報７３からの位置ベクトル情報演算手段９３＞＞
その後、ＲＯＭ６２に格納されている、予め分かっている磁場発生源２により室内に形成される交流の磁場において測定座標系として選択した地球座標系ｅ−ｃでの磁気ベクトル分布データ中に、先ほど求めた測定座標系を地球座標系に変換後の最大磁気ベクトル情報７３と同一の磁気ベクトルを持つ３次元座標を参照する。これにより、三次元座標が求まる。この三次元座標は、既知の磁気ベクトル分布と測定時の実際の磁気ベクトル分布との差による誤差を含む等のため、その誤差を低減するため、以下の手段を用いる。
それぞれの磁場発生源２から携帯端末３（高感度磁気センサ４）の三次元座標への位置ベクトル情報７４をそれぞれ求める（以下、位置ベクトル情報演算手段９３と記す）。

＜＜距離情報演算手段９４＞＞
更に、３つの位置ベクトル情報７４の水平面への正射影ベクトルを求める。それぞれの磁場発生源２からの携帯端末への距離情報７５は、それぞれの正射影ベクトルの長さから演算する（以下、距離情報演算手段９４と記す）。

＜＜三角法に基づく位置演算手段９５＞＞
３つの磁場発生源２の位置情報７６と、３つの磁場発生源２からの携帯端末３への３つの距離情報７５より、三角法に基づいて、室内における水平面上の携帯端末３（高感度磁気センサ４）の位置情報７７が２次元的に演算され（以下、位置演算手段９５と記す）特定される。

また、図３に示すごとく、マイコン６には表示装置１０が接続されており、携帯端末３の室内の水平面上の位置情報を、表示装置１０を用いて、図１の携帯端末３の表示画面３１に表示する。ここに示した、各手段は、一例であり、これに限られるものではない。

実施例２は、磁場発生源２よりの交流の磁場ベクトルの測定の仕方を、実施例１が高感度磁気センサ４で３軸成分を測定するのに対し、鉛直軸の磁気ベクトルのみとなる特定水平面上で磁気ベクトルを１軸の高感度磁気センサ４で測定することで、携帯端末３の室内の位置を検出しようとするものである。この装置は、所定の高さでの実施例１と同じ磁場発生源２を用いた。磁石体２１から発生する交流磁場は、同じ所定の高さでの水平面上においては、磁場ベクトルは図１のＺ’軸である鉛直方向成分Ｈｚ’のみとなる。本実施例は、その水平面上において、最大磁気ベクトルの絶対値からなる等磁界強さの分布は磁石から同心円上に形成されるという磁場分布の性質を活用した技術である。実施例２の特徴は、携帯端末３を磁場発生源２の設置位置と同じ高さの水平面上で使用し、水平面における鉛直方向のみからなる交流の磁場ベクトルを正確に測定できれば、磁場強さと距離の関数から磁場発生源２と携帯端末の水平面上の距離情報を簡便に求めるれる点にある。ここでは、実施例１からの変更部のみ記載し、重複する部分は省略する。

まず、実施例１からのハードウェアの変更点について述べる。
本実施例においては、磁場発生源２は床から高さ１ｍの高さの壁面に取り付けられる。取付位置を床から１ｍ程度としたのは、人間が携帯端末が使用する場合、携帯端末の位置が床から１ｍ程度のためである。
本実施例の高感度磁気センサ４は、携帯端末３が、高さ１ｍ近傍の領域で使用されるため、測定対象磁場ベクトルは、鉛直軸Ｚ’方向のみとする。そのため高感度磁気センサ４は、任意の１軸方向を測定できればよいため、１つでよい。

次に、実施例１からのソフトフェアの変更点について述べる。実施例１のソフトウェア手段は、周波数別磁気ベクトル情報抽出手段９０、最大磁気ベクトル情報演算手段９１、座標変換演算手段９２、位置ベクトル情報演算手段９３、距離情報演算手段９４、位置情報演算手段９５のうち、最大磁気ベクトル情報算出手段９１、座標変換演算手段９３、距離算出手段９４が異なるのでそれを中心に、具体的手段の１例を示す。

周波数別磁気ベクトル成分情報抽出手段９００は、実施例１と同様に、高感度磁気センサ４から携帯座標系３−ｃの任意の１つの測定軸で検出された任意の１軸成分の磁気ベクトル情報７００から、前記周波数の異なる磁場発生源２のそれぞれ周波数別の１軸成分の磁気ベクトル情報７０１を抽出する。センサの測定軸は任意の方向でよいが、後の演算を簡便にするため、ここでは、携帯座標系３−ｃのＹ軸（図１の携帯端末３の長手方向）で測定した。

＜＜最大磁気ベクトル情報算出手段９０１＞＞
ここで、前記周波数別磁気ベクトル情報７０１から、周波数別の最大磁気ベクトル情報７０２を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段９０１について説明する。携帯座標系３−ｃのＹ軸成分からなる磁気ベクトル情報７０１は各周波数で時間変化するため、実施例１と同様に、最大磁気ベクトル情報７０２を求める必要がある。
最大磁気ベクトル情報演算手段９０１の一例を以下に説明する。まず、携帯座標系３−ｃのＹ軸で測定され、周波数別の所定の時間ｔでの交流の１軸成分の磁気ベクトル情報７０１の絶対値を算出する。
そして、所定の時間Δｔの経過ごとに、その時刻の磁気ベクトル情報７０１の絶対値を算出し、一定時間内でのその絶対値の最大値を求める。最大値となった時刻での磁気ベクトル情報７０２を読み取る。それにより、Ｙ軸で測定され、所定の周波数別の１軸成分の最大磁気ベクトル情報７０２を算出することができる。

＜＜最大磁場強さ情報演算手段９０２＞＞
最大磁場強さ情報演算手段９０２は、高感度磁気センサ４の測定軸と鉛直軸とのなす角を演算し、前記なす角と各周波数別の最大磁気ベクトル情報７０２より、所定の高さにおける周波数別の最大磁場強さ情報７０３を演算するものである。
実施例２においては、交流磁場について３軸で測定していないため、実施例１のような姿勢行列Ｅによる座標変換は実施しにくい。そこで、６軸センサ５からの地磁気ベクトル情報８０ａ、重力加速度ベクトル情報８０ｂから、各種ノイズを取り除いた地磁気ベクトル情報８１ａ、重力加速度ベクトル情報８１ｂを用いて、高感度磁気センサ４の１軸の測定軸であるＹ軸と、高さ１ｍでの携帯端末３の位置での所定の周波数の磁場発生源２が形成する鉛直下向きである磁気ベクトルとのなす角を、公知の関係式により演算する。
携帯座標系での１軸の最大磁気ベクトル情報７０２と、先に求めたなす角を用いて、公知の関係式から最大磁気ベクトル情報７３を演算する（以下、最大磁場強さ情報演算手段７０２）。

＜＜距離情報演算手段９０３＞＞
距離情報演算手段９０３は、前記最大磁場強さ情報７０３を用い、磁場発生源２から高感度磁気センサ４間の距離情報７０４を演算するものである。
前述のように、１ｍ高さの磁場発生源２が形成する交流磁場により、同じ高さの水平面上での鉛直方向を向く磁場ベクトルの絶対値は磁石中心からの距離ｒの関数で表される。
よって、上記の関数に、先に求めた最大磁気ベクトル７３の絶対値を代入することにより、それぞれの磁場発生源２からの高感度磁気センサ４（携帯端末３）への水平面上の二次元の距離情報７０４が求まる。そのため、本実施例の装置は、高感度磁気センサ４を２つ省略した上に、実施例１の位置ベクトル情報演算手段９３に相当するものは不要となる。

＜位置演情報演算手段９０４＞
位置情報演算手段９０４は、実施例１と同様に、３角法に基づいて、３つの磁場発生源の位置情報７０５と前記３つ距離情報７０４を用いて高感度磁気センサ４の室内の水平面上の位置情報７０６を演算するものである。床から１ｍ位置での水平面上の３つの磁場発生源２からの携帯端末３への３つの距離より、三角法により、前記水平面上の携帯端末の位置が２次元的に特定される。

また、図３に示すごとく、マイコン６には表示装置８が接続されており、携帯端末３の室内の水平面上の位置情報を、表示装置８を使用して図１の携帯端末３の表示画面に表示する。

本実施例２の場合、磁場発生源２を、床から高さ１ｍの高さの壁面に取り付けている。床から高さ１ｍの水平面上に磁石中心を設定し、磁石中心から磁石の回転面に垂直な直線を想定する。その直線上の磁石中心からの任意の距離と、その直線上での任意の距離での鉛直方向に設置した高感度磁気センサ４によって測定されたもともと鉛直方向のみである交流の磁気ベクトルの磁場強さの関係を図５に示す。なお、磁場発生源２は実施例１と同じものであり、細長い棒状の磁石を壁面に沿って回転させている。
実施例１と同じ高感度磁気センサ４によって、磁気発生源２から６ｍの地点で１０ｎＴ磁場強さが検出された。磁気発生源２から５ｍの付近では、距離１ｍの変化に対し１０ｎＴの磁場強度の差を与えることがわかる。高感度磁気センサ４が少なくとも０．５ｎＴの磁気分解能を持つので、位置検出センサの位置分解能は５０ｍｍという高い性能を持つ。本緒元の高感度磁気センサを使用する場合は、室内のノイズ磁場が３から４ｎＴなので、磁場発生源２同士の設置間隔は５ｍ程度が望ましい。これらの設置間隔は、センサ感度の上昇等で１０ｍ、それ以上に広げることができる。

Claims (7)

1. 室内に設置させるお互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも３つの磁場発生源を有し、
   室内移動体に携帯される携帯端末に載置され、携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する３軸方向における交流の磁気ベクトル情報のみを検出する高感度磁気センサと、
   携帯端末に載置され、前記３軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記３軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる６軸センサと、
   前記高感度磁気センサの前記携帯座標系で検出された磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、
   前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、
   前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報を、鉛直方向を１軸に有する座標系（以下、鉛直座標系と記す）に、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて変換演算することにより、鉛直座標系における周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する座標変換演算手段と、
   前記最大磁気ベクトル情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の位置ベクトル情報を演算する位置ベクトル情報演算手段と、
   前記位置ベクトル情報を、水平面上へ正射影することにより、水平面上の磁場発生源と高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
   前記距離情報から、３角法に基づいて、磁場発生源の位置情報と前記距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置演算手段と、からなる室内位置検出装置
2. 室内において鉛直方向に所定の同じ高さに設置され、お互いに周波数の異なる交流磁場を発生する少なくとも３つの磁場発生源を有し、
   室内移動体に携帯される携帯端末における所定の携帯座標系におけるお互いに直交する３軸方向における地磁気ベクトル情報を検出する地磁気センサと、前記３軸方向における重力加速度ベクトル情報を検出する加速度センサとからなる６軸センサと、
   携帯端末に載置され、使用時に前記磁場発生源とほぼ同じ高さで使用される携帯端末における任意の１軸の測定軸における交流の磁気ベクトル情報のみを検出する高感度磁気センサと、
   前記高感度磁気センサの任意の１軸の測定軸で検出された交流の磁気ベクトル情報から、前記周波数の異なる磁場発生源のそれぞれ周波数別の磁気ベクトル情報を抽出する周波数別磁気ベクトル情報抽出手段と、
   前記周波数別磁気ベクトル情報から、周波数別の最大磁気ベクトル情報を演算する最大磁気ベクトル情報演算手段と、
   高感度磁気センサの前記測定軸と鉛直軸とのなす角を、前記地磁気ベクトル情報と前記重力加速度ベクトル情報を用いて演算し、前記なす角と前記携帯座標系で検出された各周波数別の最大磁気ベクトル情報より、前記所定の高さにおける周波数別の最大磁場強さ情報を演算するの最大磁場強さ情報演算手段と、
   前記最大磁場強さ情報から、磁場発生源から高感度磁気センサ間の距離情報を演算する距離情報演算手段と、
   前記距離情報から、３角法に基づいて、３つの磁場発生源の位置情報と前記３つ距離情報を用いて高感度磁気センサの室内の水平面上の位置情報を演算する位置情報演算手段と、からなる室内位置検出装置
3. 前記磁場発生源が、モータを用いて希土類焼結磁石を回転させることを特徴とする請求項１−２に記載の室内位置検出装置
4. 高感度磁気センサは、アモルファスワイヤにパルス電流を印加し、前記アモルファスワイヤに捲回した検出コイルに周辺の磁場強さに対応する電圧を発生する磁気インピーダンス素子からなると伴に、前記磁気インピーダンス素子の前記検出コイルが発生する電圧を電子スイッチを介してホールドコンデンサに蓄積するとともに、前記ホールドコンデンサと増幅器とを高周波フィルタで接続することで変動する磁場信号のみを増幅する高感度磁気センサからなることを特徴とする請求項１−２に記載の室内位置検出装置
5. 磁場発生源の発生する交流磁場の周波数が１〜４０Ｈｚ、若しくは、７０〜５００Ｈｚからなることを特徴とする請求項１−２に記載の室内位置検出装置
6. 周波数別磁気ベクトル情報抽出手段が、フーリエ変換手段であることを特徴とする請求項１−２に記載の室内位置検出装置
7. 周波数別磁気ベクトル抽出手段が、デジタルバンドフィルターであることを特徴とする請求項１−２に記載の室内位置検出装置

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