位置情報検出装置

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【発明の名称】	位置情報検出装置
【発明者】	【氏名】熱田暁生
【要約】	【課題】ＧＰＳ及びジャイロを用いた位置情報検出装置全体を小型化する。【解決手段】携帯型コンピュータ４５には表示装置４６が設けられており入力ペン４９により直接画面上にデータを入力する。上記入力ペン４９には光ジャイロ４８が少なくとも１つ搭載されており入力ペンの動きを検出しコンピュータ本体へ入力情報を転送する。ＧＰＳアンテナ５０、光ジャイロ４７がそのために本体に搭載されている。ＧＰＳアンテナ５０はＧＰＳ衛星５１から位置情報を得る。また、光ジャイロ４７で携帯型パソコンを持っている人がどのように移動しているかを検出する。従来携帯型コンピュータではジャイロが大きく搭載することが困難であったが光ジャイロ４７，４８が用いられることにより上記携帯型コンピュータの大きさで使用することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】物体の座標を検出する座標検出手段と、前記物体の運動を検出する運動検出手段と、前記位置検出手段及び前記運動検出手段からの出力に基づいて前記物体の現在位置を演算する演算処理装置とを備えた位置情報検出装置であって、前記運動検出手段は、一軸以上の方向の角速度を検出する光ジャイロと、その制御回路とを備えることを特徴とする位置情報検出装置。
【請求項２】前記物体の方位を検出する方位検出手段を備え、前記演算処理装置は、前記位置検出手段、前記運動検出手段、及び前記方位検出手段からの出力に基づいて前記物体の現在位置を演算することを特徴とする請求項１記載の位置情報検出装置。
【請求項３】前記光ジャイロは、互いに発振波長が異なり、光導波路内を互いに反対方向に周回する２つのレーザー光を発生するリングレーザーと、前記リングレーザーの電流、電圧又はインピーダンスの変化を検出する手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の位置情報検出装置。
【請求項４】前記光ジャイロは、光導波路の１又は２以上の個所にテーパー部を設けたリングレーザーと、前記リングレーザーの電流、電圧又はインピーダンスの変化を検出するための電気端子とを備えた光ジャイロであって、前記テーパー部は、レーザー光の伝搬方向に沿って徐々に光導波路の幅が広くなる第１の部分と、レーザー光の伝搬方向に沿って徐々に光導波路の幅が狭くなる第２の部分とからなり、前記第１及び第２の部分の形状は、レーザー光の伝搬方向に垂直な面に対して非対称であることを特徴とする請求項１記載の位置情報検出装置。
【請求項５】前記光ジャイロは、前記電気端子に接続された変換回路を備え、前記変換回路の出力に基づいて、前記リングレーザーの角速度を検出することを特徴とする請求項１記載の位置情報検出装置。
【請求項６】前記光ジャイロの光導波路は、全反射面を持つことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一つに記載された位置情報検出装置。
【請求項７】記憶媒体に記憶された地図情報に基づいて前記物体の現在位置及び移動方向を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１記載の位置情報検出装置。
【請求項８】位置情報を発生する位置情報発生源を追尾する受信装置を備えることを特徴とする請求項１記載の位置情報検出装置。
【請求項９】前記物体の現在位置に基づいて、前記物体の位置及び運動を制御することを特徴とする請求項１記載の位置情報検出装置。
【請求項１０】前記物体は、車両、船舶、航空機、宇宙船であることを特徴とする請求項１記載の情報検出装置。
【請求項１１】前記物体は、携帯型コンピュータであることを特徴とする請求項１記載の位置情報検出装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、ジャイロ等の角速度検出手段及び全地球測位システム（ＧＰＳ）等の位置検出手段を有し、物体の位置を検出する位置情報検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、位置情報を得る装置としてジャイロセンサとＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）を利用したナビゲーション装置が注目されている。特に、自動車等でカーナビゲーション装置として広く搭載されるようになっている。この装置は、ジャイロセンサで車両の状態情報を得ること、及びＧＰＳ衛星からの電波を受信し、その受信信号から位置情報を得ることによって自動車等の位置を正確に検出する。
【０００３】図1０は、従来のナビゲーション装置に用いられる位置情報検出装置１及びアンテナ４の外観図である。ナビゲーション装置１に内蔵される基板上の位置情報受信部２は、ＧＰＳアンテナ４が接続されＧＰＳアンテナ４により受信されたＧＰＳ衛星電波の受信信号から位置情報を抽出する。角速度検出センサであるジャイロ３も内蔵基板上に設けられている。ＣＤ－ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ－ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）ドライブユニット５は、位置情報検出装置１の前部に配置されている。ＣＤ－ＲＯＭドライブユニット５には地図情報が格納されたＣＤ－ＲＯＭ６が収納されている。位置情報検出装置１は、位置情報受信部２から提供される位置情報とＣＤ－ＲＯＭ６から得られる地図情報を読み出し、図示しない表示装置に地図情報と現在位置を表示させる。
【０００４】図11は、従来のナビゲーション装置のブロック図である。従来のナビゲーション装置３００は、車両の状態を検出するジャイロ３０３と、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するためのＧＰＳアンテナ３０１と、ＧＰＳアンテナ３０１で受信した電波を処理し位置情報を作成するＧＰＳユニット３０２と、地図情報が記録されたＣＤ－ＲＯＭ４００からのデータを読み出すためのＣＤ－ＲＯＭドライブ３０４と、ＧＰＳユニット３０２で作成された位置情報及びジャイロ３０３で得られた車両の状態とに応じてＣＤ－ＲＯＭ４００から地図情報を読み出し表示データとして展開するメインボード３０５と、メインボード３０５で展開し合成された地図を表示する表示装置３０６とを含んでいる。更に、アプリケーションによっては、位置情報受信部２による位置情報により認識された現在位置から所望の目的地までの経路を作成する。又、目的地までの交通情報に応じて渋滞する経路を避けて、最短時間で所望の目的地に到達できる経路を作成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した位置情報検出装置においては、ジャイロセンサ３０３が大きいため、位置情報検出装置全体を小型化することが困難である。特にハンディタイプ等は、どのような対象物体にどのように取り付けられるか決まっていないため専用の形状に設計することもできず、場合によっては、出っ張った状態で取り付けられなければならない。
【０００６】そこで、本発明は、位置情報検出装置全体を小型化することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するための本発明は、物体の座標を検出する座標検出手段と、前記物体の運動を検出する運動検出手段と、前記位置検出手段及び前記運動検出手段からの出力に基づいて前記物体の現在位置を演算する演算処理装置とを備えた位置情報検出装置であって、前記運動検出手段は、一軸以上の方向の角速度を検出する光ジャイロと、その制御回路とを備えている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】（第１の実施形態）図１(a)は、本発明の位置情報検出装置に用いる光ジャイロの一例の平面図であり、図1(b)は、そのAA'断面図である。２０１はリング共振器型半導体レーザー、、２０２は光導波路の非対称テーパー部、２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄは全反射ミラー部、２３０はアノード、２４０は電気端子、２５０はキャップ層、２６０はクラッド層、２７０は光ガイド層、２８０は活性層、２９０は光ガイド層、３４０は半導体基板、３５０はカソード、２００は反時計回りのレーザー光、２１０は時計回りのレーザー光である。リング共振型半導体レーザー２０１内においてレーザー発振を生じさせてあり、時計回転方向に伝搬するレーザー光２１０と、反時計回転方向に伝搬するレーザー光２００が示されている。
【００１０】非対称テーパー部２０２は、反時計回りレーザー光２００と、時計回りレーザー光２１０に対するミラー損を異ならせて、それぞれのレーザー発振閾値を異ならせるために設ける。
【００１１】又、全反射ミラー部２０３ａ、２０３ｂ、２０３ｃ、２０３ｄによって、全反射を受けるモードは、他のモードに比べて発振閾値が小さくなり、低注入レベルで発振が開始する。しかも、他のモードの発振は抑制される。
【００１２】この状態で、リングレーザーを時計回りに回転させると、時計回りレーザー光２１０の発振周波数ｆ１はΔｆ減少する。一方、反時計回りレーザー光２００の発振周波数ｆ２はΔｆ増加する。従って、レーザー光の発振周波数の差のビート周波数が発生するので、このビート周波数を検出することによって物体の角速度が検出される。ビート周波数の増減量の絶対値は、回転速度に比例しているので、回転速度の検出ができるだけでなく、回転方向とビート周波数の増減が１対１に対応しているので、回転方向の検知も可能である。
【００１３】リング共振型半導体レーザー２０１を定電流駆動して、端子電圧の変化を測定すればビート周波数を検出することができる。又、もし定電圧駆動であれば、端子に流れる電流の変化を検出してもよい。又、インピーダンスメーターを用いて、リングレーザー２０１のインピーダンスの変化を検出してもよい。
【００１４】図２（a）は、周波数－電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５００を電気端子２４０に接続する場合のビート信号入力と角速度出力との関係を説明するための配線図である。光ジャイロのリングレーザー駆動電流は、抵抗を介して、電流源３から注入される。光ジャイロが静止した状態でも、光ジャイロの中の２つのレーザー光の発振周波数の差に相当するビート信号が端子電圧の変化として得られる。さらに、光ジャイロを回転させると、回転の角速度に応じたビート信号が現れる。このビート信号を周波数－電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５００を通すことによって、ビート周波数を電圧値に直すことができる。たとえば、オフセットを調整して、光ジャイロが静止している時の周波数－電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５００の電圧出力をゼロとすると、周波数－電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５００の出力の正負によって、回転方向を検出することができる。
【００１５】図2(b)は、周波数－電圧変換回路（ＦＶ変換回路）５００の一例の回路図である。この回路は、トランジスター、ダイオード、コンデンサー、抵抗で構成されている。更に、Ｃ₂＞＞Ｃ₁，Ｒ₀Ｃ₂ｆ＜１とすれば、出力電圧Ｖ_C2はＥｉＣ_１Ｒ₀ｆとなり、ビート周波数ｆに比例した電圧出力を得る。ここでは、Ｆ－Ｖ変換器を用いてアナログ信号として検出しているが、ビート周波数をカウンタ等を用いて直接デジタル信号として取り出し、演算回路で演算し、角速度を検出する方法もある。
【００１６】図３は、上述した光ジャイロを制御回路とともに実装した光ジャイロユニットの斜視図である。デバイス部６１がユニット６０のパッケージの一部に配置されている。また、デバイス部６１と並べるような形で制御回路６２も配置されている。このパッケージは特に密閉される必要はないが、密封しておいた方が振動の影響などを受けないので密封できる形となっている。内部の信号を取り出す電極は複数本あるが、そのうち２つの電極６３，６４のみを例として図示してある。
【００１７】図４は、本発明の位置情報検出装置の外観図である。従来の位置情報検出装置と同じ部分には同じ符号がつけられている。従来、ジャイロセンサの大きさ特に厚みが大きいため、アセンブリ状態での厚みを抑えるためには、ＣＤ－ＲＯＭドライブユニット５の後ろに位置情報検出装置を設置しなければならない。しかし、本発明においては、ジャイロセンサに光ジャイロ３′を用いたことにより従来のジャイロに比べ厚みが無くなりＣＤ－ＲＯＭドライブユニット５の下側に設置することもできる。そのため、位置情報検出装置１の奥行きが従来に比べ短くなる。
【００１８】以上説明した第１の本実施形態においては、ＧＰＳとジャイロ及び情報記憶媒体としてＣＤ－ＲＯＭの組み合わせを用いているが、ＶＩＣＳ（ＶｅｈｉｃｌｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：信号機等に設置した光ビーコン、高速道路上の電波ビーコン、ＦＭ多重放送等から交通情報を取得する道路交通情報通信システム）を用いてもよい。又、情報記憶媒体としてＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＤｉｓｃ）を用いてもよい。
【００１９】（第２の実施形態）図５は、指向性アンテナ追尾装置を備えた本発明の位置情報検出装置の概念図である。指向性アンテナ追尾装置は、移動局１１と固定局１２の間で効率よく送受信ができるように移動局１１に配置された指向性アンテナ１３を固定局１２の方向に向ける装置である。
【００２０】たとえば、土木工事現場などにおいて、重機など工事用車両に指向性アンテナ１３を取付けて作業事務所などと交信を行いながら作業を進める場合に使用する。
【００２１】従来は追尾する機構がなかったため電波の受け渡しがうまく行かなかったのに対し指向性アンテナ１３を用いて固定局の方向に追従することができるので、電波を効率よく使用できる。
【００２２】図６は、指向性アンテナ追尾装置のブロック図である。指向性アンテナ追尾装置の移動局１１には、現在の位置を求めることができるＧＰＳ２２と、移動局１１が基準方向に対して回転した角度を求めることができるジャイロ２０とを備えている。また、磁気センサ２１は地磁気の方向を検出する物でこれにより地磁気の北極方向など基本となる方向を求めることが可能となる。ＧＰＳ２２のアンテナも上記固定局に追従するアンテナと同じように人工衛星に追従させることで効率よく信号を取り出す。
【００２３】従来、ジャイロ２０は、たとえば、ファイバジャイロなどが使用されていたが、ファイバジャイロは大きく場所をとるため車両などの移動局に簡単に取り付けることができない。又、取り外しも困難であり携帯用として使うことは困難である。これに対して、本発明においては、ジャイロ２０に上記光ジャイロを用いている。このように小型のジャイロを用いたことにより移動局の装備を小さくし、取り外し自由となり、持ち歩くことも容易である。
【００２４】（第３の実施形態）図７は、本発明の位置情報検出装置を船舶における位置・速度検出装置に応用する場合の概念図である。３０は船舶に設けられた位置・速度検出装置である。３１は、衛星などからの位置情報を入手するためのアンテナ装置、３２は自ら電波を発して戻ってきた電波情報より障害物などの有無を検出するソナーである。
【００２５】その他、船舶の速度を測る船速センサ、位置情報を得るためのジャイロセンサ、地磁気センサ等が設けられているが、これらは図示していない。
【００２６】図８は、船舶における位置・速度検出装置のブロック図である。３７は位置検出センサ部、４２はソナー部、４１は船速センサ部である。位置検出センサ部３７には、船の向いている方向を検出するジャイロ３９、絶対位置を知るための地磁気センサ４０、及びＧＰＳ用アンテナ３８が設けられている。
【００２７】ＧＰＳ用アンテナ３８からの信号はロケーション処理ユニット３５のＧＰＳ受信機３４に入力され位置情報に変換した後ロケーション処理部３３へ入力される。その他、ジャイロ３９、地磁気センサ４０、ソナー４２、船速センサ４１からの信号もロケーション処理部３３へと入力されそれぞれの情報を位置、速度情報に変換する。
【００２８】演算処理部３６はロケーション処理ユニット３５からの情報から船がどの位置にどの様な状態で進んでいるかを演算して求める。
【００２９】このように船舶の位置、速度情報を得るためには多くのセンサと処理回路が必要であり小型化が困難であった。このような装置においてジャイロを該光ジャイロにすることによりジャイロセンサ部が小型化される。また、光ジャイロは他のジャイロに比べ信号出力が大きくデジタル信号として取り出すこともできるために、信号処理部も小型化される。このように光ジャイロを用いて位置、速度検出装置を小型にすることで大型の船にしか用いることができなかった上記装置を小型の船にも搭載することができる。
【００３０】また、船舶の場合船のバランスを保つための姿勢制御のセンサとしてもジャイロを用いており、これを光ジャイロにすることによる小型化も可能となる。
【００３１】また、本実施形態は船舶の位置・速度検出装置について述べたが同様な考え方で航空機などに応用できることは言うまでもない。
【００３２】（第４の実施形態）図９は、携帯型コンピュータに本発明の位置情報検出装置を組み込む場合の概念図である。現在の携帯型コンピュータは携帯端末に繋いでメールなどの情報をやりとりするものであるが、本実施形態のような携帯型コンピュータは携帯端末の機能を含んだものとなっており、上記メールなどのやりとりは本体のみで行う。携帯型コンピュータ４５には表示装置４６が設けられており入力ペン４９により直接画面上にデータを入力する。上記入力ペン４９には光ジャイロ４８が少なくとも１つ搭載されており入力ペンの動きを検出しコンピュータ本体へ入力情報を転送する。転送する手段としてはケーブルを繋ぐことも考えられるが、本実施形態においては不図示の電波の送受信回路が各々に設けられておりその伝搬信号により情報を転送する。
【００３３】本実施形態の携帯型コンピュータ４５は上記機能以外に持っている人の位置情報も入手することが可能になっている。すなわち、ＧＰＳアンテナ５０、光ジャイロ４７がそのために本体に搭載されている。ＧＰＳアンテナ５０はＧＰＳ衛星５１から位置情報を得る。また、光ジャイロ４７で携帯型パソコンを持っている人がどのように移動しているかを検出する。
【００３４】従来携帯型コンピュータではジャイロが大きく搭載することが困難であったが光ジャイロ４７，４８が用いられることにより上記携帯型コンピュータの大きさで使用することが可能となる。
【００３５】本実施形態では入力ペン用と位置検出用でそれぞれ１つのジャイロを用いているが３軸検出するために３ヶずつ使用することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明した本発明によれば、位置検出装置を構成する角速度センサとして光ジャイロを用いることにより装置の大きさを小型にすることが可能となる。又、それに付随してスペースが無くて１軸しか検出できなかった物を３軸にすることや配線を容易な形にすることも可能とした。

【出願人】	【識別番号】０００００１００７【氏名又は名称】キヤノン株式会社
【出願日】	平成１１年９月１７日（１９９９．９．１７）
【代理人】	【識別番号】１０００６５３８５【弁理士】【氏名又は名称】山下穣平
【公開番号】	特開２００１－９１２６６（Ｐ２００１－９１２６６Ａ）
【公開日】	平成１３年４月６日（２００１．４．６）
【出願番号】	特願平１１－２６３７９９