JP2004286613A

JP2004286613A - 方位計測システム

Info

Publication number: JP2004286613A
Application number: JP2003079557A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Motokura; 義信本蔵; Hitoshi Aoyama; 均青山; Masaki Mori; 正樹森; Hideji Kako; 英児加古
Original assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Current assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】異常な磁場環境における測定を防止し、計測場所の変更およびオフセット補正の必要性を指示するとともに、超小型、低消費電力を実現すること。
【解決手段】ＸおよびＹ軸方向の磁場を検出する二つの磁気センサ１１および１２からなる磁気検出器１と、Ｘ、Ｙ軸方向の磁気情報Ｈｘ、Ｈｙからオフセット分を差し引き補正するオフセット補正装置３と、補正された磁気情報をＨｘ、Ｈｙから方位を求める方位算出装置４と、算出された方位その他を表示する表示装置５および前記磁場ベクトルの絶対値Ｈａを演算してあらかじめ設定された基準レベルと比較して異常磁場の判定をする異常磁場判定装置６とから成る方位計測システム。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地球磁場をＸ，Ｙの２方向成分として検出する２つの磁気センサと方位角を算出する方位演算装置と算出された方位を表示する表示装置から成り、時計、携帯電話、自動車などの携帯機器、移動機器用の磁気コンパスその他に適用することが出来る方位計測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種の方位計あるいは電子方位計は、地磁気の水平方向成分を互いに直交するＸ軸およびＹ軸の二つの磁気センサでそれぞれの軸成分を検出しベクトル演算により方位を求めている。
【０００３】
このような方位計測手段では方位計測を行う場所の地磁気が他の磁場によって乱され、不適切な磁場環境で計測する結果、計測した方位に誤差が混入することが多い。
このような地磁気の乱れは鉄を主体とする磁性体あるいは電磁機器の近傍で生じる。すなわち磁性体あるいは電磁機器は大小さまざまな磁場を発するので、その場所周辺の磁場方向が変わってしまうことになり、誤った方位計測結果をもたらす原因となる。
また通常、方位計測を行う人はこのような磁場の乱れがあるか否かを知ることができないので、誤差の混入に気づかず計測結果を信頼して誤ったナビゲーションをしてしまうおそれがある。
【０００４】
これに対して従来の磁気方位計測システムは、ユーザーが、スイッチ部の異常磁気検出スイッチを操作すると、その後にユーザーが電子方位計を一回転させることによって得られた磁気検出器のデータである正弦波の最大値および最小値と、あらかじめ記憶しておいた正常な磁場におけるデータである最大値および最小値とを比較して、許容範囲外であれば磁気の状態が正常でないと判定して、スピーカより音で警報を発するものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３１２５７５号公報（第４頁、第１図ないし第８図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のごとく地磁気を乱す要因は磁性体あるいは電磁機器が発する磁場であり、その例は数多くある。例えば建造物の鉄骨、鉄柱、エレベータ、モータ、コンピュータさらに戸外の電柱、信号機、電車、船、自動車、自転車などがある。通常これらの近傍は地磁気が乱されており、その度合いはそれらの磁場の強さによって様々であり一概には定まらないが、それらから距離を隔てれば距離に反比例して影響が少なくなる。
【０００７】
近年、電話をはじめとする携帯機器に方位測定システムを内蔵し地図との併用によって、目的地へナビゲートするニーズが多くなってきた。特に市街地では建物、電柱、信号機、交通手段などにより随所に磁場の乱れがあると考えられ、方位計測場所が変わる度に、つねに磁場環境の変化を考慮する必要がある。
【０００８】
地磁気をもとにする方位計測装置には地磁気の乱れ度合いと共に方位計測結果に混入する誤差が連続的に増加する性質がある。したがって上記従来の磁気方位計測システムにおいては、正常な磁場と判定される場合でも磁気検出器のデータが正常と異常との境に近いときには前記許容範囲が大きいと方位計測結果には、かなりの誤差が混入してくると思われる。これを方位計測者が知らずに全面的に信頼すると誤ったナビゲーションをしてしまうおそれがある。一方、前記許容範囲を小さくすると異常な磁場であるとの警報が頻繁に出て実用性が小となるという問題がある。
【０００９】
またユーザーである方位計測者は、常に磁場環境の適否を確認しなければならないという意識を持っている必要があり、方位計測者がその操作を忘れると磁場環境が異常であってもこれを報知する機能は発揮されない。
【００１０】
また計測場所における磁場環境が異常かどうか判定するためには、ユーザーがスイッチ部の異常磁気検出スイッチを押すことが必要であり、さらにその後電子方位計を一回転させる必要があるため、操作が煩わしいとともに、また即応性に欠けるという問題があった。
【００１１】
このような携帯機器の方位計測システムは、非常に正確な方位計測を必要とする使い方からおおざっぱに方角が分かればよいという使い方までが考えられるので、本発明は、上記従来技術の磁気方位計測システムにおける問題点を解決すると共に、誤った利用を回避するため、磁気ベクトルのレベルにもとづいて方位計測を行う場所の磁場環境が適切であるか否かを常に判定し、誤差の含まれる度合いを表示することで方位計測者に誤差を承知させつつある程度の磁場の乱れがあるところでも実用的な使い方をさせるものである。
【００１２】
そこで本発明者は、地球磁場をＸ、Ｙの２方向の成分として検出する２つの磁気センサと方位角を算出する方位演算装置と算出された方位を表示する表示装置からなる磁気コンパスとしての方位計測システムにおいて、前記２つの磁気センサが検出した磁気ベクトルのレベルに基づいて、少なくとも方位計測を開始する時に方位計測する場所における磁場環境が異常か否かを判別して表示するという本発明の技術的思想に着眼し、さらに研究開発を重ねた結果、スイッチを押すというスイッチ操作および方位計測システムを一回転させる回転操作を不要にして即応性が高く、磁場環境の異常を表示して、計測場所の変更を促すことで不適切な磁場環境における測定を防止するとともに計測者に信頼感を与え、かつ超小型、低消費電力を実現するという目的を達成する本発明に到達した。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の方位計測システムは、
地球磁場をＸ、Ｙの２方向の成分として検出する２つの磁気センサと方位角を算出する方位演算装置と算出された方位を表示する表示装置からなる磁気コンパスとしての方位計測システムにおいて、
前記２つの磁気センサが検出した磁気ベクトルのレベルに基づいて、少なくとも方位計測を開始する時に方位計測する場所における磁場環境が異常か否かを判別する異常磁場判定装置と、
該異常磁場判定装置の判別結果に基づく情報を表示する表示手段を
備えたものである。
【００１４】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の方位計測システムは、
前記第１発明において、
前記異常磁場判定装置が、磁気ベクトルの絶対値に基づいて方位計測をする場所における磁場環境が異常か否かを間欠的に判別する
ものである。
【００１５】
すなわち本第２発明は、地球磁場をｘ、ｙの２方向の水平成分として検出する磁気センサと方位角を演算する方位演算装置と該方位を表示する表示装置からなる方位計測手段において、Ｘ、Ｙ各軸の磁気センサの出力Ｈｘ、Ｈｙから水平磁気ベクトルの絶対値に相当する大きさＨａをＨａ＝√（（Ｈｘ）２＋（Ｈｙ）２）から算出し、このＨａをあらかじめ定めた基準レベルと比較して所定の範囲内の大きさであるか否かを判定する異常磁場判定装置と該異常磁場判定装置により判定された領域にしたがって方位計測に関する情報を表示するものである。
【００１６】
本発明（請求項３に記載の第３発明）の方位計測システムは、
前記第２発明において、
前記２つの磁気センサが、２つの感磁素子と切り替えで信号処理する１つの電子回路からなるマグネト・インピーダンス磁気検出器であり、
前記異常磁場判定装置が、前記磁気ベクトルの絶対値と複数の基準レベルとを比較することにより方位計測を行う場所の磁場環境が正常に方位計測ができる状態であるか、実用上誤差が問題にならない状態であるか、少し誤差が目立つ状態であるか、あるいは方位計測をする場所を変更する必要がある状態であるかを判定し、かつその結果を表示する表示手段に出力するものである。
【００１７】
すなわち本第３発明は、上記第２発明において、方位計測システムをモバイル機器に組み込むことができるよう超小型に構成するために磁気センサとしてマグネト・インピーダンス磁気検出器を小型化して用い、より信頼度の高い方位測定を可能にするために前記異常磁場判定装置が前記Ｈａと比較するための基準レベルを複数設けて方位測定する場所の磁場環境を計測して、方位計測を行う場所の磁場環境が正常に方位計測ができる状態であるか、実用上誤差が問題にならない状態であるか、少し誤差が目立つ状態であるか、あるいは方位計測をする場所を変更する必要があるかを判定し、かつその結果を表示するなど細かな指示の提供を可能にするものである。
【００１８】
本発明（請求項４に記載の第４発明）の方位計測システムは、
前記第３発明において、
前記２つの磁気センサが、Ｘ軸およびＹ軸の感磁素子であるアモルファスワイヤの周囲に検出コイルを巻回したＸ軸センサおよびＹ軸センサを互いに直交的に配置した２軸マグネト・インピーダンス磁気検出器によって構成されている
ものである。
【００１９】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第１発明の方位計測システムは、地球磁場をＸ、Ｙの２方向の成分として検出する２つの磁気センサと方位角を算出する方位演算装置と算出された方位を表示する表示装置からなる磁気コンパスとしての方位計測システムにおいて、異常磁場判定のためにスイッチを押すというスイッチ操作を不要にして即応性が高く、前記異常磁場判定装置が、少なくとも方位計測を開始する時に前記２つの磁気センサが検出した磁気ベクトルのレベルに基づいて、方位計測する場所における磁場環境が異常か否かを判別して、方位計測する場所における磁場環境の異常を表示して、計測場所の変更を促すことにより、信頼度の高い方位計測を実現するという効果を奏する。
【００２０】
上記構成より成る第２発明の方位計測システムは、前記第１発明において、前記異常磁場判定装置が、磁気ベクトルの絶対値に基づいて方位計測をする場所の磁場環境が異常か否かを間欠的に判別するので、方位計測システムを一回転させる回転操作を不要にして即応性が高く、常に異常な磁場環境にあるかどうかを判別することが出来るとともに、信頼度の高い方位計測を実現するという効果を奏する。
【００２１】
上記構成より成る第３発明の方位計測システムは、前記第２発明において、前記２つの磁気センサを構成する前記マグネト・インピーダンス磁気検出器における２つの感磁素子を切り替えて１つの電子回路によって信号処理し、前記異常磁場判定装置が、前記磁気ベクトルの絶対値と複数の基準レベルとを比較することにより、方位計測を行う場所の磁場環境が正常に方位計測ができる状態であるか、少し誤差が含まれる状態であるか、誤差が少し多い状態であるか、あるいは方位計測をする場所を変える必要がある状態であるかを判定して出力し、かつその結果を表示手段が表示するので、特にスイッチを押すというスイッチ操作および方位計測システムを一回転させる回転操作を不要にして即応性が高く信頼度の高い方位計測を可能にし、方位計測を行う場所の磁場環境が正常に方位計測ができる状態であるか、実用上誤差が問題にならない状態であるか、少し誤差が目立つ状態であるか、あるいは方位計測をする場所を変更する必要がある状態であるかを表示するとともに、超小型、低消費電力を可能にするという効果を奏する。
【００２２】
上記構成より成る第４発明の方位計測システムは、前記第３発明において、前記２つの磁気センサを構成する２軸マグネト・インピーダンス磁気検出器におけるＸ軸およびＹ軸の感磁素子であるアモルファスワイヤの周囲に検出コイルを巻回した互いに直交的に配置されたＸ軸センサおよびＹ軸センサによって検出するので、システムの超小型、低消費電力を実現するという効果を奏する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
本第１実施形態の方位計測システムは、図２に示されるようにＸおよびＹ軸方向の磁場を検出する二つの磁気センサ１１および１２からなる磁気検出器１と、前記磁気検出器１からの出力をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２と、電源が投入されている時の磁場判定を行うタイミングに同期してタイミング出力を出力するタイミング装置３と、Ｘ、Ｙ軸方向の磁気情報Ｈｘ、Ｈｙから方位を求める方位算出装置４と、算出された方位その他を表示する表示装置５および前記タイミング出力に同期して前記磁場ベクトルの絶対値Ｈａを演算してあらかじめ設定された基準レベルと比較して異常磁場の判定をする異常磁場判定装置６とから成るものである。
【００２５】
本発明者の研究によると、方位計測を行う地点の磁場強さに基づいて、方位計測するときの誤差の大きさを概略推定することができることを突き止めた。次に方位計測システムが実用的に使用される磁場環境について、第１図を用いて説明する。
【００２６】
図１は、横方向に磁場の強さを表した棒グラフであり、左端が０ガウスであり、右方向へ行くほど磁場が強くなることを表している。たとえば日本国内での地磁気の水平ベクトル成分は図１においてＱ１すなわち２百数十ｍＧ（ミリガウス）からＱ２すなわち３百数十ｍＧの範囲内である。
【００２７】
２つの磁気センサの出力から求めた磁気ベクトルの絶対値ＨａがＱ１よりも小となるときは、たとえばエレベータの中のように磁性体に囲まれるようなときであり、Ｑ１よりも数値が小さくなるにしたがって方位計測誤差が大きくなる。また、前記Ｈａの値がＱ２よりも大なるときは周辺に磁石のように大きな磁場を発するものが存在するときであり、Ｑ２より大きな数値になるにしたがって方位計測における誤差が大きくなる。
【００２８】
本発明者の系統的実験によると、図１に示されるように磁場の強さをＱ１より小の領域をＱ５＜Ｑ３＜Ｑ１のごとく段階的に表し、またＱ２よりも大の領域を同様にＱ２＜Ｑ４＜Ｑ６で表すと方位計測誤差と磁場強さの関係を実用上以下のように分類することができた。
（１）方位計測誤差がほとんど無い領域はＱ１≦Ｈａ≦Ｑ２である。
（２）誤差が大きな問題とはならない領域はＱ３≦Ｈａ＜Ｑ１、Ｑ２＜Ｈａ≦Ｑ４である。
（３）誤差が目立つ領域はＱ５≦Ｈａ＜Ｑ３、Ｑ４＜Ｈａ≦Ｑ６である。
（４）誤差が大きく計測場所を変更する必要がある領域はＨａ＜Ｑ５、Ｑ６＜Ｈａである。
【００２９】
この研究結果より本発明者は、上記のごとく２つの磁気センサの出力から求めた磁気ベクトルの絶対値Ｈａが、上記のどの領域（レベル領域）にあるかを判定し、その結果を方位計測者に表示することで不適切な磁場環境で計測を行ったり、誤った方位結果を信頼して間違った方向へ進むようなトラブルを防止できると共に方位誤差の混入度合いを承知させることで、実用的に利用できる範囲を広げることができるとの結論に至った。また前記磁気ベクトルの絶対値Ｈａの判定は、方位計測と並行して行うことができるので、特に従来のようにスイッチを操作したり方位計測システムを１回転させたりする必要がなく即応性も高い。
【００３０】
本第１実施形態においては、上述の本発明者の実験および研究結果に基づくもので、前記磁気検出器１からの出力をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２を備えている。
【００３１】
電源が投入されている間の磁場判定を行うタイミングに同期してタイミング出力を出力するタイミング装置３について、以下に述べる。
電源スイッチＳが投入されるとコンデンサＣおよび抵抗Ｒからなる微分回路３１とＯＲ（オア）回路３２により所定幅を持ったタイミングパルスが、直ちに前記異常磁場判定装置６の制御端子Ｐ１に印加される。このタイミングパルスにより前記異常磁場判定装置６が起動して方位計測場所の磁場の状態を判定する。
【００３２】
方位計測が行われている時の間欠的異常磁場判定は、パルスジェネレータ（ＰＧ）３３が、所定のパルス幅と周期をもつパルス発振器であり、電源スイッチＳが投入されている間は所定の周期でパルスがＯＲ回路３２を介して前記異常磁場判定装置６の制御端子Ｐ１に印加される。このパルスが印加されるごとに異常磁場判定装置６が起動され方位計測を行う場所の磁場の状態を判定する。
【００３３】
前記方位演算装置４は、前記Ａ／Ｄ変換された磁気情報Ｈｘ、Ｈｙから方位を算出する。前記異常磁場判定装置６は、前記Ａ／Ｄ変換された磁気情報Ｈｘ、Ｈｙにもとづいて後述するように前記磁場ベクトルの絶対値Ｈａを演算し、この結果とあらかじめ設定された図１に示されるレベルＱ５およびＱ６とを比較するものである。
【００３４】
前記表示装置５は、前記方位算出装置４によって算出された方位を表示するとともに、前記異常磁場判定装置６の判定結果を表示するものである。
【００３５】
本第１実施形態における方位計測は、デジタル変換された磁気情報Ｈｘ、Ｈｙが、一般に工場出荷時にＸ、Ｙ軸それぞれに対応するオフセットを持たないように調整されているので、以下の数１にしたがい前記方位算出装置４によって方位φが求められる。ここでφは磁北とＹ軸とのなす角度である。
【数１】

【００３６】
ここで求められた方位情報φは、前記表示装置５により方位計測者が視認しやすいように、たとえば図３のａのごとくの矢印の図柄で方位が表示される。図３のハッチングした矢印方向が方位を表す例である。
【００３７】
前記異常磁場判定装置６は、ソフトウエアにより構成され、前記タイミング装置３から出力されるタイミング出力に同期して、図４に示されるフローチャートに示される制御手順で実行される。
すなわちステップ４１において、磁場ベクトルの絶対値Ｈａを数２で算出する。
【数２】

【００３８】
次にこのＨａは、図４に示されるステップ４２およびステップ４３の判別機能により、大きな磁場の乱れであるレベルのＱ５およびＱ６と比較される。
Ｑ５≦ＨａかつＨａ≦Ｑ６の場合はステップ４４において、方位の表示を行う。一方Ｈａ＜Ｑ５あるいはＨａ＞Ｑ６の場合は異常磁場の状態でありステップ４５において、” 場所を変えてください” という文字を表示する。図３における符号ｂにその表示の一例を示す。
【００３９】
上記構成より成る本第１実施形態の方位計測システムは、上述の従来における異常磁場判定のためにスイッチを押すというスイッチ操作の後、正弦波の最大値および最小値と、あらかじめ記憶しておいた正常な磁場におけるデータである最大値および最小値とを比較して、許容範囲外かどうかを判断するために電子方位計を一回転させる回転操作を不要にして、即応性が高という効果を奏する。
【００４０】
また本第１実施形態の方位計測システムは、前記異常磁場判定装置が、少なくとも方位計測を開始する時に前記２つの磁気センサが検出した磁気ベクトルのレベルに基づいて、方位計測する場所における磁場環境が異常か否かを判別して、方位計測する場所における磁場環境の異常を表示して、計測場所の変更を促すことにより、信頼度の高い方位計測を実現するという効果を奏する。
【００４１】
さらに本第１実施形態の方位計測システムは、前記異常磁場判定装置が、磁気ベクトルの絶対値に基づいて方位計測をする場所の磁場環境が異常か否かを間欠的に判別するので、常にすなわち定期的に異常な磁場環境にあるかどうかを判別することが出来るとともに、信頼度の高い方位計測を実現するという効果を奏する。
【００４２】
また本第１実施形態の方位計測システムは、異常磁場判定装置６の作用により不適切な磁場環境のときに方位計測をする場所を変えるように計測者に表示をするので間違った方位計測を防止することが出来るという効果を奏する。
【００４３】
さらに本第１実施形態は、上述のごとく大きな磁場の乱れのある場所での方位計測を防止する表示を行うので、間違った方位計測を防止するという効果を奏するものである。
【００４４】
（第２実施形態）
本第２実施形態の方位計測システムは、モバイル機器に内蔵することを目的とした高精度の方位計測システムに関するものであり、モバイル機器では限られたスペースに収納できるように超小型の方位計測システムに作り上げ、さらに電池の消耗を抑制するために、低消費電力のシステムとする工夫をしたもので、図５および図６に示されるように上述の第１実施形態における前記磁気検出器１と前記異常磁場判定装置６および表示装置５に変更を加えたので、相違点を中心に以下説明する。
【００４５】
本第２実施実施形態においては、磁気検出器１を超小型の磁気検出器として実現するために、小型化しても地磁気を安定かつ精度よく検出できる高感度のマグネト・インピーダンス磁気検出器をＸ軸、Ｙ軸それぞれに２次元的に配置するとともに電子回路をともにＩＣ化し、さらに低消費電力化をはかるため前記二つのマグネト・インピーダンス磁気検出器を常時通電とはせずＸ、Ｙ交互に間欠的に駆動する構成とした。
【００４６】
本第２実施形態において異常磁場判定装置および方位演算装置の判定および演算機能は、コンピュータのソフトウエアで行う。したがって異常磁場の判定は、コンピュータのタイマー機能を利用して、あらかじめ設定したソフトウエア処理により所定の周期で間欠的に行われる。
【００４７】
前記磁気検出器１としては図５に示される２軸のマグネト・インピーダンス磁気検出器１２０を用いる。該２軸マグネト・インピーダンス磁気検出器１２０はＸ軸の感磁素子として周囲に検出コイル１０２を巻回したアモルファスワイヤ１０１からなるＸ軸センサ１１１およびＹ軸の感磁素子として周囲に検出コイル１０４を巻回したアモルファスワイヤ１０３からなるＹ軸センサ１１２を互いに直交的に配置し、ＩＣ化された電子回路１０５と組み合わせ、さらに電極１０６を持った３ｍｍ×４ｍｍのパッケージ１０７に収蔵している。
【００４８】
次にこの２軸のマグネト・インピーダンス磁気検出器１２０の作用について、図６に示される電子ブロック回路を用いて説明する。
【００４９】
マグネト・インピーダンス磁気検出器は、アモルファスワイヤにパルス電流が印加されたときに周囲に巻回したコイルの両端に前記アモルファスワイヤの周辺磁場に対応した電圧が出力される。図６においてパルスジェネレータＰＧは所定の位相に設定された二つのパルスを一組として発振する２相発振器であり、切り換え信号端子Ｐ５がロジックレベルの” １” のときは出力端子Ｐ１、Ｐ２から、そしてＰ５端子がロジックレベルの” ０” のときは出力端子Ｐ３、Ｐ４から前記二つのパルスを出力する。
【００５０】
Ｐ５の信号は外部のコンピュータから印加されるものであるが、本第２実施形態においては、” １” の期間が３０ｍｓ（ミリ秒）で、繰返し周期が１００ｍｓ程度としている。このＰ５の電圧波形を、図７のＰ５に表す。
【００５１】
また、Ｐ５が” １” のときにはＰ１からパルス電流が、Ｘ軸センサであるアモルファスワイヤ１０１に印加される。またＰ２からは所定の位相だけ遅れたパルスが、アナログスイッチＳｘの制御端子に印加される。本第２実施形態において、このＰ１、Ｐ２のパルス周波数は、０．５ＭＨｚ、パルス幅は数十ｎｓ（ナノ秒）である。この電圧波形を図７のＰ１，Ｐ２に表す。
【００５２】
アナログスイッチＳｘとコンデンサＣおよびこれに接続されている増幅器Ａは、サンプルホールド回路を形成しており、前記Ｐ２のパルスがロジックレベルの１の瞬間だけアナログスイッチＳｘは閉となり、前記アモルファスワイヤ１０１に巻回された検出コイル１０２の誘起電圧すなわちＸ軸方向の磁場に対応する信号が前記コンデンサに印加されるとともに、出力端子Ｐ６から出力される。
【００５３】
この検出した磁場に対応する出力信号は、アナログスイッチが再び閉となるまで、すなわちＰ１，Ｐ２の周波数である０．５ＭＨｚの逆数の２μｓ（マイクロ秒）ごとに更新され、この状態が３０ｍｓ間続く。このＸ軸方向の磁場信号波形をＰ６のＸに表す。また、前記Ｐ５端子が、３０ｍｓ後にロジックレベルの” ０” となると、前記二つのパルスは前記出力端子Ｐ３，Ｐ４から３０ｍｓ間出力される。このＸ軸方向の磁場信号波形を図７のＰ３，Ｐ４に表す。
【００５４】
Ｐ３端子は前記アモルファスワイヤ１０３に接続されており、Ｐ４はアナログスイッチＳｙの制御端子に接続されている。アナログスイッチＳｙとコンデンサＣおよびこれに接続されている増幅器Ａは、もうひとつのサンプルホールド回路を形成しており、Ｐ４がロジックレベルの” １” の瞬間だけアモルファスワイヤ１０３のＹ軸方向の磁場に対応する検出コイル１０４の誘起電圧が前記コンデンサＣに印加されるとともに出力端子Ｐ６から出力される。このＹ軸方向の磁場信号波形を図７のＰ６にＹで表す。
【００５５】
すなわち端子Ｐ５の外部信号が” １” 、” ０” に交互に繰り返すとこれに対応して前記出力端子Ｐ６からはＸ軸、Ｙ軸交互に各軸方向の磁場に対応する信号が出力される。なお図７において磁場に対応するＸ，Ｙ各軸の信号がともに３０ｍｓ間続いた後のほぼ４０ｍｓは休止期間である。
【００５６】
次に前記異常磁場判定装置と表示装置について、上述の第１実施形態と異なる点を中心にして説明する。異常磁場判定装置６０を図８、表示装置５０を図１０に示す。
異常磁場判定装置６０は、前記Ａ／Ｄ変換器２によりＡ／Ｄ変換された磁気情報Ｈｘ、Ｈｙを入力し磁場ベクトルの絶対値Ｈａを演算しその結果と複数の基準レベルとを比較することで方位計測を行う場所の磁場状況を４つの状態として判定し、表示装置へ出力する。前記磁場ベクトルの絶対値Ｈａと比較する基準レベルは図１におけるＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６に対応し、ＨａがＱ１からＱ２の値のときは正常な磁場であり正常に方位計測ができる状態、ＨａがＱ３からＱ１およびＱ２からＱ４の値のときは少し誤差が含まれる状態、ＨａがＱ５からＱ３およびＱ４からＱ６の値のときは誤差が少し多い状態、ＨａがＱ５以下あるいはＱ６以上の値のときは異常磁場のため計測場所を変える必要がある状態と判定する。この４つの状態に対応して前記表示装置５０は異常磁場判定装置６０の判定結果にもとづいて、正常に方位計測ができる状態のときは方位の表示のみを行う。また少々の誤差が含まれる状態のときは” 誤差が少しあります” 、誤差が少し多い状態のときは” 誤差が多くなりました” 、計測場所を変える必要がある状態のときは” 場所を変えてください” という表示をそれぞれの状態に対応して行う。
【００５７】
この比較器６０の動作は、ソフトウエアによって決定されるので、そのフローチャートを示す図９を用いて説明する。
【００５８】
図９におけるステップ６１において、磁場ベクトルの絶対値ＨａはＨａ＝√（（Ｈｘ）２＋（Ｈｙ）２）より算出されるがステップ６２および６３において、Ｑ１≦ＨａかつＨａ≦Ｑ２のとき、すなわちＱ１≦Ｈａ ≦Ｑ２の場合はステップ６４において、方位の表示を行う。
【００５９】
一方ステップ６２において、Ｑ１≦Ｈａが否定されＨａ＜Ｑ１のときにステップ６５において、Ｑ３≦ＨａのときはＱ３≦Ｈａ＜Ｑ１でありステップ６７において、” 少し誤差があります” の表示を行う。またステップ６５において、Ｑ３≦Ｈａが否定されたときにステップ７０でＱ５≦ＨａのときはＱ５≦Ｈａ＜Ｑ３でありステップ６８において、” 誤差が多くなりました” という表示を行う。またステップ７０において、Ｑ５≦Ｈａが否定されたときはＨａ＜Ｑ５であるのでステップ７１で” 場所を変えてください” の表示を行う。
【００６０】
またステップ６３において、Ｈａ≦Ｑ２が否定されステップ６６でＨａ≦Ｑ４のときはＱ２＜Ｈａ≦Ｑ４でありステップ６７で” 少し誤差があります” の表示を行う。さらにステップ６６でＨａ≦Ｑ４が否定されたときにＨａ≦Ｑ６のときはＱ４＜Ｈａ≦Ｑ６であるからステップ６８において、” 誤差が多くなりました” という表示を行う。さらにステップ６９でＨａ≦Ｑ６が否定されたときはＱ６＜Ｈａであるのでステップ７１において、” 場所を変えてください” の表示を行う。
【００６１】
図１０は、新たな表示装置５０の例であるが、図１０では理解の便のため前記すべての状態に対応する表示を示している。
【００６２】
なお前記異常磁場判定装置６０において用いた比較のための基準レベルのＱ１は２００ｍＧ（ミリガウス）、Ｑ２は３７０ｍＧ、Ｑ３は１００ｍＧ、Ｑ４は５００ｍＧ、Ｑ５は５０ｍＧ、Ｑ６は２０００ｍＧである。
【００６３】
本第２実施形態の方位計測システムは、磁気センサの出力から求めた水平成分の磁気ベクトルの絶対値にもとづいて方位計測をする場所の磁場が正常か否かを判定し、その結果を方位計測者に表示することで、信頼して方位計測ができるようになるとともに、不適切な磁場環境であることに気づかず方位計測をし誤った方向へ進んでしまうようなトラブルを未然に防止することが可能になるという効果を奏する。
【００６４】
また本第２実施形態は、携帯電話、腕時計などモバイル機器に内蔵することを目的とした高精度の方位計測システムであり、モバイル機器では磁化されにくい合成樹脂製のケース内の限られた狭いスペースに収納できるようにするとともに、さらに電池の消耗を抑制するため方位計測システムを超小型に作り上げ、低消費電力のシステムとするため上述の工夫をした結果、それらを実現するという効果を奏する。
【００６５】
さらに本第２実施形態は、高精度化をはかるため常に磁場環境にもとづいて方位計測者に使用上の適切な指示を与えることができるシステムとするため上述の工夫をした結果、それらを実現するという効果を奏する。
【００６６】
また本第２実施形態は、Ｘ軸、Ｙ軸の二つのマグネト・インピーダンス磁気検出器に対して一体的に形成した１つの電子回路との接続を切り換えて使用するようにしたため、回路を小型化するとともに消費電力を低減するという効果を実現するものである。
【００６７】
さらに本第２実施形態は、正常に方位計測が出来ていることを表示する態様や、これとは逆に誤差の混入の程度も併せて表示する態様や、あるいは計測場所の変更を促す表示態様を実現することにより、不適切な磁場環境における測定を防止するとともに、計測者に信頼感を与えることができるという効果を奏する。
【００６８】
また誤差の混入の程度も併せて表示するため、誤差の混入度合いを承知しながら利用することができるので、実用範囲を広くすることができ、また特にスイッチを操作したり、方位計測システムを一回転させたりする必要がなく即応性が高く、かつ超小型、低消費電力を実現するという効果を奏する。
【００６９】
以上説明したごとく本第２実施形態では、特に従来のようにスイッチを操作することなく、また方位計測システムを一回転させることを必要とせずに磁気センサの出力から求めた水平成分の磁気ベクトルの絶対値にもとづいて方位計測をする場所の磁場環境が正常か否かを判別し、方位計測者に表示するので、信頼して方位計測ができるようになるとともに、誤差の混入度合いを承知しながら利用することができるので、実用範囲を広くすることができ、また不適切な磁場環境であることに気づかず方位計測をし、誤った方向へ進んでしまうようなトラブルを未然に防止することが可能になるという効果を奏する。
【００７０】
また本第２実施形態における表示装置については、ここで示したものだけに限らず、計測者に注意を喚起するため前記表示画面に色分けで表示することができる。例えば磁場が正常の状態では、図１０の前記表示装置５０の方位表示の円形画面の背景を青色とし、” 誤差が少しあります” という表示のときは背景を黄色とする、” 誤差が多くなりました” というときは背景を橙色、” 場所を変えてください” というときは背景を赤色とするとともに、「方位表示を止める」ということもできる。図１０のＣはその１例であり、前記背景色を橙色にした例であり、なお図１０においては、色で表示する替わりにハッチングによって示している。
【００７１】
（第３実施形態）
本第３実施形態の方位計測システムは、上述の第２実施形態における磁気検出器１をさらに小型化して高感度化した点が相違点であり、以下相違点を中心に図１１（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明する。
【００７２】
前記磁気検出器１を構成する基板１００の大きさは、幅０．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍとし、長手方向の長さを３ｍｍとし、感磁体１０１、１０３は、ＣｏＦｅＳｉＢ系合金を使った直径３０μｍのアモルファスワイヤでその長さは３ｍｍ以下である。電磁コイル１０２、１０４は、前記基板１の長手方向に形成した溝１００Ｇの溝面１００Ｓに形成されたコイルの片側１０２Ａ、１０４Ａと、溝１００Ｇに対向する溝上面１００ＵＳ（樹脂ＳＲの上面ＳＲＵ）に形成された残り片側のコイル１０２Ｂ、１０４Ｂの２層構造により形成したものである。
【００７３】
前記溝面１００Ｇおよび溝上面１００ＵＳに形成されるコイルの片側１０２Ａ、１０４Ａおよび残り片側のコイル１０２Ｂ、１０４Ｂは、図１１に示されるように電極配線基板１の長手方向に形成された溝１００Ｇの溝面１００Ｓの全面および前記溝１００Ｇの対向部および近接部（溝上面１００ＵＳ）にコイルを構成する導電性の金属薄膜を蒸着により形成し、形成された金属薄膜が螺旋状に残るように間隙部を構成する導電性金属薄膜部を選択エッチング手法により除去することにより、コイルの全体の長手方向の長さを１．５ｍｍまたは２ｍｍの長さに亘り形成される。なお図１１（Ｂ）において、図１１（Ａ）のＡ−Ａ′断面にかかわらず、理解の便のために前記溝１００Ｇの全面の４面にロの字状にコイルが形成されている状態を示した。
【００７４】
電磁コイル１０２、１０４の円相当内径（高さと幅で形成される溝断面積と同一面積となる円の直径）は、２００μｍまたは１００μｍ以下であるのが望ましいので、６６μｍに一例として設定した。電磁コイル１０２、１０４の１ターン当たりの（単位長さ当たり）の捲線間隔は１００μｍ以下が望ましいので、５０μｍ／巻に設定されている。
【００７５】
素子基板１００の長さが、３ｍｍを採用した前記磁気検出器１のアモルファスワイヤおよび電磁コイルの両端に配設した電極を介して接続された前記電子回路からのセンサ出力を図１２に示す。
【００７６】
図１２の横軸は外部磁場の大きさ、縦軸はセンサ出力電圧であり、センサの出力は±１０Ｇの間で優れた直線性を持ち、感度は前記図６のサンプルホールド回路の増幅器Ａの増幅度が１のとき２０ｍＶ／Ｇであった。このため地磁気の大きさがたとえば３００ｍＧのときに出力は６ｍＶと高出力が得られ、ホール素子、その他の磁気センサと異なり信号処理のための大きな増幅を必要としない。したがって工場出荷時に調整しておけばその後の経時あるいは温度変化に伴うオフセットの変動がなく、前記第１の要因に対する問題は生じない。
【００７７】
本第３実施形態の方位計測システムは、上述の第２実施形態における磁気検出器１をさらに小型化して高感度化し、携帯電話、携帯端末、腕時計などモバイル機器への内蔵に適するという効果を奏するものである。
【００７８】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００７９】
上述の第１実施形態および第２実施形態においては、一例としてモバイル機器における消費電力を抑制する観点よりシステムの電源投入（動作開始）以後間欠的に方位計測を行う場所における磁場環境が異常かどうか判断する例について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、例えば車両その他の移動機器用の磁気コンパスに適用する場合等には、車両は高速で高速道路を走行する場合もあることから、可能な限り短い時間間隔で間欠的に方位計測を行う実施形態や、常時方位計測を行う実施形態を採用することが出来るものである。
【００８０】
上述の実施形態においては、一例として前記２つの磁気センサが検出した磁気ベクトルのレベルに基づいて、少なくとも方位計測を開始する時に方位計測する場所における磁場環境が正常か否かを判別する例について説明したが、方位計測を開始する時とは、方位計測の開始直後に磁場環境が正常か否かを判別しても良いし、方位計測の開始直後から一定時間経過した時点において、磁場環境が正常か否かを判別しても良いものである。ま前記方位計測の開始直後から一定時間経過した時点とは、システムの電源投入（動作開始）以後間欠的に方位計測を行う最初の方位計測の時点とする事も出来る。
【００８１】
以上本発明の実施形態３例を説明したが本発明の実施形態はこれに限ることなく、たとえばオフセット誤差を生じる性質の方位計測システムの場合には磁気センサの出力の絶対値にもとづいて方位センサを含めて正常か否かを判定することができる。さらに前記異常磁場判定装置の判定結果に対応してオフセット補正操作をすることを促したり、自動的にオフセット補正をする機能を起動させ自動的にオフセット補正を行うシステムとすることも可能である。
【００８２】
上述の実施形態においては、一例として方位計測を行う場所における磁場環境が異常な場合は表示手段によって表示する例について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、例えば磁場環境の異常を知らせる警報音を発生する実施形態を採用することが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】方位計測システムが利用される磁場環境の範囲を説明するための横方向に磁場の強さを表した棒グラフである。
【図２】本発明の第１実施形態の方位計測システムを示すブロック図である。
【図３】本第１実施形態の方位計測システムにおける表示装置を示す正面図である。
【図４】本第１実施形態の方位計測システムにおける異常磁場判定手順を説明するためのチャート図である。
【図５】本発明の第２実施形態の方位計測システムにおける磁気検出器を示す平面図である。
【図６】本第２実施形態の方位計測システムを示すブロック図である。
【図７】本第２実施形態の方位計測システムの各部における信号波形を示す線図である。
【図８】本第２実施形態の方位計測システムの異常磁場判定装置の構成要素を示すブロック図である。
【図９】本第２実施形態の方位計測システムにおける異常磁場判定手順を説明するためのチャート図である。
【図１０】本第２実施形態の方位計測システムにおける表示装置を示す正面図である。
【図１１】本第３実施形態における磁気検出器を示す縦断面図および横断面図である。
【図１２】本第３実施形態における磁気検出器の一つの長さの感磁体のレンジを検討するための外部磁場と出力電圧の関係を示す線図である。
【符号の説明】
１磁気検出器
１１および１２磁気センサ
３オフセット補正装置
４方位算出装置
５表示装置
６異常磁場判定装置

Claims

地球磁場をＸ、Ｙの２方向の成分として検出する２つの磁気センサと方位角を算出する方位演算装置と算出された方位を表示する表示装置からなる磁気コンパスとしての方位計測システムにおいて、
前記２つの磁気センサが検出した磁気ベクトルのレベルに基づいて、少なくとも方位計測を開始する時に方位計測する場所における磁場環境が異常か否かを判別する異常磁場判定装置と、
該異常磁場判定装置の判別結果に基づく情報を表示する表示手段を
備えたことを特徴とする方位計測システム。
請求項１において、
前記異常磁場判定装置が、磁気ベクトルの絶対値に基づいて方位計測をする場所における磁場環境が異常か否かを間欠的に判別する
ことを特徴とする方位計測システム。
請求項２において
前記２つの磁気センサが、２つの感磁素子と切り替えで信号処理する１つの電子回路からなるマグネト・インピーダンス磁気検出器であり、
前記異常磁場判定装置が、前記磁気ベクトルの絶対値と複数の基準レベルとを比較することにより正常に方位計測ができる状態であるか、少々の誤差が含まれる状態であるか、誤差が少し多い状態であるか、計測場所を変える必要がある状態であるかを判定し、かつその結果を表示する表示手段に出力する
ことを特徴とする方位計測システム。
請求項３において
前記２つの磁気センサが、Ｘ軸およびＹ軸の感磁素子であるアモルファスワイヤの周囲に検出コイルを巻回したＸ軸センサおよびＹ軸センサを互いに直交的に配置した２軸マグネト・インピーダンス磁気検出器によって構成されている
ことを特徴とする方位計測システム。