JP2005061969A - Azimuthal angle measuring instrument and azimuthal angle measuring method - Google Patents

Azimuthal angle measuring instrument and azimuthal angle measuring method Download PDF

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Toru Kitamura
徹 北村
Masaya Yamashita
昌哉 山下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an azimuthal angle measuring instrument, a rotary angle measuring instrument, an azimuthal angle measuring program, a rotary angle measuring program, a rotary angle measuring program, an azimuthal angle measuring method, and a rotary angle measuring method, for accurately measuring an azimuthal angle independent of the place of measurement and suitable for cost reduction. <P>SOLUTION: Inclination angle data are calculated from triaxial earth magnetism data obtained when the azimuthal angle measuring instrument is set at a known inclination angle and from triaxial earth magnetism data obtained when the instrument is set at an inclination angle for an ordinarily used attitude. The angle data are used to correct an azimuthal angle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、方位角計測装置、回転角度計測装置、方位角計測プログラム、回転角度計測プログラム、方位角計測方法及び回転角度計測方法に関する。特に、計測場所によらず方位角を正確に計測することができるとともに、コストを削減するのに好適な方位角計測装置、回転角度計測装置、方位角計測プログラム、回転角度計測プログラム、方位角計測方法及び回転角度計測方法に関する。   The present invention relates to an azimuth angle measuring device, a rotation angle measuring device, an azimuth angle measuring program, a rotation angle measuring program, an azimuth angle measuring method, and a rotation angle measuring method. In particular, the azimuth angle can be accurately measured regardless of the measurement location, and the azimuth angle measurement device, rotation angle measurement device, azimuth angle measurement program, rotation angle measurement program, azimuth angle measurement suitable for reducing costs The present invention relates to a method and a rotation angle measurement method.

図8は、地上座標系(xg,yg,zg)における地磁気成分を示したものである。
地上座標軸xg,yg,zgは、それぞれ南北方向、東西方向および鉛直方向を向いており、地磁気全磁力Mの地上座標軸xg,yg,zg方向の成分Mxg,Myg,Mzgは、それぞれ南北成分および東西成分、並びに鉛直分力と呼ばれる地磁気成分であり、また、xg?yg平面に平行な成分は、水平分力と呼ばれる。さらに、水平分力とxg軸との間になす角Dを偏角、地磁気全磁力Mと水平分力との間になす角Iを伏角と呼ぶ。なお、一般に方位磁石が指す北の方向は水平分力の方向のことであり、磁北と呼ばれる。
FIG. 8 shows the geomagnetic component in the ground coordinate system (xg, yg, zg).
The ground coordinate axes xg, yg, and zg are oriented in the north-south direction, the east-west direction, and the vertical direction, respectively. A component and a geomagnetic component called a vertical component force, and a component parallel to the xg? Yg plane is called a horizontal component force. Further, an angle D formed between the horizontal component force and the xg axis is referred to as a declination, and an angle I formed between the geomagnetic total magnetic force M and the horizontal component force is referred to as a dip angle. In general, the north direction indicated by the compass is the direction of horizontal component force and is called magnetic north.

従来、方位角を計測する技術としては、次に示すような2つの方位角計測装置があった。
第1の方位角計測装置は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する2軸の磁気センサを備え、方位角計測装置を水平面に置き、磁気センサから取得した2軸出力に基づいて方位角を計測するようになっている。
次に、第2の方位角計測装置の構成を、図9乃至図11を参照しながら説明する。
図9は、従来の方位角計測装置における磁気センサの取付構造を示す透視図である。
Conventionally, as a technique for measuring an azimuth angle, there are the following two azimuth angle measurement apparatuses.
The first azimuth measuring device includes a biaxial magnetic sensor that detects geomagnetic components in directions orthogonal to each other, places the azimuth measuring device on a horizontal plane, and calculates the azimuth based on the biaxial output obtained from the magnetic sensor. It comes to measure.
Next, the configuration of the second azimuth measuring device will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 is a perspective view showing a magnetic sensor mounting structure in a conventional azimuth measuring device.

図9において、第2の方位角計測装置には、方位角計測装置の縦方向をx軸としてx軸方向の地磁気成分を検出するx軸磁気センサHEx、方位角計測装置の横方向をy軸としてy軸方向の地磁気成分を検出するy軸磁気センサHEyおよび方位角計測装置の厚さ方向をz軸としてz軸方向の地磁気成分を検出するz軸磁気センサHEzが設けられている。x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzは、ホール素子等からなり、各感磁面が各軸に対して垂直になるように配置され、各軸方向の地磁気成分に応じた大きさのセンサ信号を出力するようになっている。   In FIG. 9, the second azimuth measuring device includes an x-axis magnetic sensor HEx that detects a geomagnetic component in the x-axis direction with the vertical direction of the azimuth measuring device as the x-axis, and the horizontal direction of the azimuth measuring device as the y-axis. The y-axis magnetic sensor HEy for detecting the geomagnetic component in the y-axis direction and the z-axis magnetic sensor HEz for detecting the geomagnetic component in the z-axis direction with the thickness direction of the azimuth measuring device as the z-axis are provided. The x-axis magnetic sensor HEEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz are composed of Hall elements and the like, and are arranged so that each magnetosensitive surface is perpendicular to each axis, and the geomagnetic component in each axis direction is A sensor signal of a corresponding magnitude is output.

図10は、従来の方位角計測装置における傾斜角センサの取付構造を示す透視図である。
図10において、第2の方位角計測装置には、xg?yg平面に対するy軸の傾斜角ηおよびxg?yg平面に対するx軸の傾斜角φを検出する傾斜角センサ17が設けられており、傾斜角センサ17は、傾斜角ηに応じた大きさのセンサ信号および傾斜角φに応じた大きさのセンサ信号をそれぞれ出力するようになっている。
図11は、従来の方位角計測装置の構成を示すブロック図である。
図11において、第2の方位角計測装置には、3軸磁気センサ11、磁気センサ駆動電源部12、マルチプレクサ部13、磁気センサ増幅部14、磁気センサA/D変換部15、感度・オフセット補正部16、傾斜角センサ17、傾斜角センサ増幅部18、傾斜角センサA/D変換部19、測定データ補正部20および方位角計算部21が設けられている。
FIG. 10 is a perspective view showing a mounting structure of an inclination angle sensor in a conventional azimuth measuring device.
In FIG. 10, the second azimuth measuring device is provided with an inclination angle sensor 17 for detecting an inclination angle η of the y axis with respect to the xg? Yg plane and an inclination angle φ of the x axis with respect to the xg? Yg plane, The tilt angle sensor 17 outputs a sensor signal having a magnitude corresponding to the tilt angle η and a sensor signal having a magnitude corresponding to the tilt angle φ.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a conventional azimuth measuring device.
In FIG. 11, the second azimuth measuring device includes a triaxial magnetic sensor 11, a magnetic sensor drive power supply unit 12, a multiplexer unit 13, a magnetic sensor amplification unit 14, a magnetic sensor A / D conversion unit 15, and sensitivity / offset correction. A unit 16, an inclination angle sensor 17, an inclination angle sensor amplification unit 18, an inclination angle sensor A / D conversion unit 19, a measurement data correction unit 20, and an azimuth angle calculation unit 21 are provided.

3軸磁気センサ11には、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzが設けられている。
マルチプレクサ部13は、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzをそれぞれ切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部12から出力された駆動電圧を、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzにそれぞれ印加し、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzから出力されたセンサ信号を時分割的に磁気センサ増幅部14に出力する。
The three-axis magnetic sensor 11 is provided with an x-axis magnetic sensor HEEx, a y-axis magnetic sensor HEy, and a z-axis magnetic sensor HEz.
The multiplexer unit 13 is for switching between the x-axis magnetic sensor HEEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz. The multiplexer unit 13 converts the drive voltage output from the magnetic sensor drive power supply unit 12 into the x-axis magnetic sensor HEEx, The sensor signals applied to the y-axis magnetic sensor HEy and the z-axis magnetic sensor HEz, respectively, and output from the x-axis magnetic sensor HEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz are time-divided to the magnetic sensor amplifier 14. Output.

磁気センサA/D変換部15は、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzからのセンサ信号をA/D変換し、変換したディジタルデータをそれぞれx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データとして感度・オフセット補正部16に出力する。
感度・オフセット補正部16は、磁気センサA/D変換部15からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データに基づいて、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzのオフセットおよび感度補正係数を算出し、算出したオフセットおよび感度補正係数に基づいて、x軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データを補正する。
The magnetic sensor A / D converter 15 A / D converts sensor signals from the x-axis magnetic sensor HEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz, and converts the converted digital data into x-axis geomagnetic measurement data, The y-axis geomagnetism measurement data and the z-axis geomagnetism measurement data are output to the sensitivity / offset correction unit 16.
The sensitivity / offset correction unit 16 is based on the x-axis geomagnetism measurement data, the y-axis geomagnetism measurement data, and the z-axis geomagnetism measurement data from the magnetic sensor A / D conversion unit 15, and the x-axis magnetic sensor HEx and the y-axis magnetic sensor HEy. The offset and sensitivity correction coefficient of the z-axis magnetic sensor HEz are calculated, and the x-axis geomagnetic measurement data, the y-axis geomagnetic measurement data, and the z-axis geomagnetic measurement data are corrected based on the calculated offset and sensitivity correction coefficient.

傾斜角センサA/D変換部19は、傾斜角センサ17からのセンサ信号をA/D変換し、変換したディジタルデータを傾斜角測定データとして測定データ補正部20に出力する。
測定データ補正部20は、傾斜角センサA/D変換部19からの傾斜角測定データに基づいて、感度・オフセット補正部16からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データを補正する。
The tilt angle sensor A / D conversion unit 19 A / D converts the sensor signal from the tilt angle sensor 17 and outputs the converted digital data to the measurement data correction unit 20 as tilt angle measurement data.
The measurement data correction unit 20 is based on the tilt angle measurement data from the tilt angle sensor A / D conversion unit 19, and x-axis geomagnetism measurement data, y-axis geomagnetism measurement data, and z-axis geomagnetism measurement from the sensitivity / offset correction unit 16. Correct the data.

方位角計算部21は、測定データ補正部20からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データに基づいて方位角を算出する。
なお、第2の方位角計測装置に近い技術としては、例えば、特許文献1に開示されている方位出力装置がある。
特許文献1の方位出力装置は、3次元地磁気センサからの地磁気情報X,Y,Zと、傾斜センサで検出された傾斜量α,βを用いて、非水平状態による測定誤差が補正された方位θmgを算出する。また、偏角値出力部からの偏角値Dを用いて、真方位θtrを算出し、算出した真方位θtrを提示する。
The azimuth calculation unit 21 calculates the azimuth based on the x-axis geomagnetic measurement data, the y-axis geomagnetic measurement data, and the z-axis geomagnetic measurement data from the measurement data correction unit 20.
As a technique close to the second azimuth measuring device, for example, there is an azimuth output device disclosed in Patent Document 1.
The azimuth | direction output apparatus of patent document 1 is the azimuth | direction where the measurement error by the non-horizontal state was corrected using geomagnetic information X, Y, Z from a three-dimensional geomagnetic sensor, and inclination amount (alpha), (beta) detected by the inclination sensor. θmg is calculated. Further, the true direction θtr is calculated using the declination value D from the declination value output unit, and the calculated true direction θtr is presented.

これにより、水平状態でなくても傾斜による誤差のない方位測定を行なうことができるとともに、真方位を提示することができる。
また、測定地域の地磁気の大きさや、伏角の情報を用いるものとして、特許文献2の発明、特許文献3の発明及び特許文献4の発明が提案されている。
特開平8−278137号公報 特開昭63−027711号公報 特開2003−156335号公報 特開2003−166825号公報
Thereby, it is possible to perform azimuth measurement without an error due to tilt even in a non-horizontal state and to present a true azimuth.
Moreover, the invention of patent document 2, the invention of patent document 3, and the invention of patent document 4 are proposed as information using the magnitude | size of the geomagnetism of a measurement area | region, and the information of a dip.
JP-A-8-278137 JP 63-027711 A JP 2003-156335 A JP 2003-166825 A

しかしながら、上記従来の第1の方位角計測装置にあっては、方位角計測装置を水平面に置く必要があるため、水平が確保できないような場所では方位角を正確に計測することができないという問題があった。
また、上記従来の第2の方位角計測装置にあっては、方位角計測装置を水平面に置く必要はないが、その代わりに方位角計測装置の傾斜角η,φを計測する必要があるため、傾斜角センサ17、傾斜角センサ増幅部18および傾斜角センサA/D変換部19が設けられている。したがって、コストの上昇を招くという問題があった。
そこで、本発明は、計測場所によらず方位角を正確に計測することができるとともに、コストを削減するのに好適な方位角計測装置、回転角度計測装置、方位角計測プログラム、回転角度計測プログラム、方位角計測方法及び回転角度計測方法を提供することを目的とする。
However, in the conventional first azimuth measuring device, it is necessary to place the azimuth measuring device on a horizontal plane, and therefore, the problem that the azimuth angle cannot be accurately measured in a place where the level cannot be secured. was there.
In the second conventional azimuth measuring device, it is not necessary to place the azimuth measuring device on a horizontal plane, but instead, it is necessary to measure the inclination angles η and φ of the azimuth measuring device. An inclination angle sensor 17, an inclination angle sensor amplification unit 18, and an inclination angle sensor A / D conversion unit 19 are provided. Therefore, there is a problem that the cost increases.
Therefore, the present invention can accurately measure the azimuth angle regardless of the measurement location, and is suitable for reducing costs. An azimuth angle measurement device, a rotation angle measurement device, an azimuth angle measurement program, and a rotation angle measurement program. An object of the present invention is to provide an azimuth angle measurement method and a rotation angle measurement method.

上述した従来の問題点を解決すべく下記の発明を提供する。
本発明に係る請求項1に記載の方位角計測装置は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段と、前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態として、前記第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出手段と、前記第1の傾斜角、及び前記角度差算出手段によって算出された前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、前記第2の傾斜角、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記地磁気検出手段の方位角を算出する方位角算出手段と、を備えていることを特徴とする。
The following invention is provided to solve the above-mentioned conventional problems.
The azimuth angle measuring apparatus according to claim 1 of the present invention is a triaxial geomagnetism detection unit that detects geomagnetic components in directions orthogonal to each other, and the tilt angle of the geomagnetism detection unit is the first tilt angle. The attitude state of the geomagnetism detection means is different from the first inclination angle while the attitude state of the geomagnetism detection means is the first attitude state, and the azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The first triaxial output data detected by the geomagnetic detection means in the first posture state, and the second triaxial output data, wherein the posture state of the geomagnetism detection means at the second inclination angle is set as a second posture state, and the second An angle difference calculating means for calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle based on the second three-axis output data detected by the geomagnetic detection means in the posture state; The first tilt angle; and Based on the angle difference calculated by the angle difference calculating means, the inclination angle calculating means for calculating the second inclination angle, the second inclination angle, and the second triaxial output data. Azimuth angle calculating means for calculating the azimuth angle of the geomagnetism detecting means.

このような構成であれば、例えば、ユーザが方位角計測装置を手に持って方位角を測定するとき、地磁気検出手段によって、互いに直交する方向の地磁気成分が検出される。方位角計測装置の傾斜角が第1の傾斜角となる方位角計測装置の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、第1の姿勢状態における方位角計測装置の方位角を固定したまま、方位角計測装置の傾斜角が第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる方位角計測装置の姿勢状態を第2の姿勢状態としたとき、地磁気検出手段によって、第1の姿勢状態における地磁気成分である第1の3軸出力データ及び第2の姿勢状態における地磁気成分である第2の3軸出力データが検出される。次に、角度差算出手段によって、第1の3軸出力データ及び第2の3軸出力データに基づいて、第1の傾斜角と第2の傾斜角との間の角度差が算出される。次に、傾斜角算出手段によって、第1の傾斜角、及び角度差に基づいて、第2の傾斜角が算出される。最後に、方位角算出手段によって、第2の傾斜角、及び第2の3軸出力データに基づいて、第2の姿勢状態における地磁気検出手段の方位角、即ち、方位角計測装置の方位角が算出される。   With such a configuration, for example, when the user measures the azimuth by holding the azimuth measuring device in his hand, the geomagnetism components in the directions orthogonal to each other are detected by the geomagnetism detection means. The attitude state of the azimuth measuring apparatus in which the inclination angle of the azimuth measuring apparatus is the first inclination angle is set to the first attitude state, and the azimuth angle of the azimuth measuring apparatus in the first attitude state is fixed. When the attitude state of the azimuth measuring apparatus in which the inclination angle of the measuring apparatus is a second inclination angle different from the first inclination angle is set to the second attitude state, the geomagnetism in the first attitude state is detected by the geomagnetism detecting means. First triaxial output data as a component and second triaxial output data as a geomagnetic component in the second posture state are detected. Next, an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle is calculated by the angle difference calculation means based on the first three-axis output data and the second three-axis output data. Next, the second tilt angle is calculated by the tilt angle calculation means based on the first tilt angle and the angle difference. Finally, the azimuth calculation means calculates the azimuth angle of the geomagnetism detection means in the second posture state, that is, the azimuth angle of the azimuth measurement device, based on the second tilt angle and the second triaxial output data. Calculated.

また、本発明に係る請求項2に記載の方位角計測装置は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段と、前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第1の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、前記第2の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第2の傾斜角を固定したまま、前記第1の方位角とは異なる第2の方位角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第3の姿勢状態として、前記第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出手段と、前記第1の傾斜角、及び前記角度差算出手段によって算出された前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、前記第3の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された、又は、前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第3の3軸出力データ、及び前記第2の傾斜角に基づいて、前記地磁気検出手段の前記第2の方位角又は前記第1の方位角を算出する方位角算出手段と、を備えていることを特徴とする。   The azimuth angle measuring apparatus according to claim 2 of the present invention is a triaxial geomagnetism detecting means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other, and the tilt angle of the geomagnetism detecting means is a first tilt angle. The attitude state of the geomagnetism detection means is the first attitude state, and the first azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed, and the tilt angle of the geomagnetism detection means is the first attitude state. The posture state of the geomagnetism detecting means having a second tilt angle different from the tilt angle is set as a second posture state, and the second tilt angle of the geomagnetism detecting means in the second posture state is fixed. The first three axes detected by the geomagnetism detection means in the first attitude state, with the attitude state of the geomagnetism detection means having a second azimuth angle different from the first azimuth as a third attitude state. Output data, and An angle difference calculating means for calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle based on the second three-axis output data detected by the geomagnetism detecting means in the posture state of An inclination angle calculating means for calculating the second inclination angle based on the first inclination angle and the angle difference calculated by the angle difference calculating means; and the geomagnetic detection in the third posture state. Based on the third triaxial output data detected by the means or detected by the geomagnetism detecting means in the second posture state and the second inclination angle, the second of the geomagnetism detecting means. Azimuth angle calculating means for calculating the azimuth angle or the first azimuth angle.

このような構成であれば、例えば、ユーザが方位角計測装置を手に持って方位角を測定するとき、地磁気検出手段によって、互いに直交する方向の地磁気成分が検出される。方位角計測装置の傾斜角が第1の傾斜角となる方位角計測装置の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、第1の姿勢状態における方位角計測装置の方位角を固定したまま、方位角計測装置の傾斜角が第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる方位角計測装置の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、第2の姿勢状態における方位角計測装置の第2の傾斜角を固定したまま、第1の方位角とは異なる第2の方位角となる方位角計測装置の姿勢状態を第3の姿勢状態としたとき、地磁気検出手段によって、第1の姿勢状態における地磁気成分である第1の3軸出力データ及び第2の姿勢状態における地磁気成分である第2の3軸出力データが検出される。次に、角度差算出手段によって、第1の3軸出力データ及び第2の3軸出力データに基づいて、第1の傾斜角と第2の傾斜角との間の角度差が算出される。次に、傾斜角算出手段によって、第1の傾斜角、及び角度差に基づいて、第2の傾斜角が算出される。次に、地磁気検出手段によって、第3の3軸出力データとして、第3の姿勢状態における地磁気成分が検出される、又は第2の姿勢状態における地磁気成分が再度検出される。最後に、方位角算出手段によって、第2の傾斜角及び第3の3軸出力データに基づいて、地磁気検出手段の第2の方位角又は第1の方位角、即ち、方位角計測装置の第2の方位角又は第1の方位角が算出される。   With such a configuration, for example, when the user measures the azimuth by holding the azimuth measuring device in his hand, the geomagnetism components in the directions orthogonal to each other are detected by the geomagnetism detection means. The attitude state of the azimuth measuring apparatus in which the inclination angle of the azimuth measuring apparatus is the first inclination angle is set to the first attitude state, and the azimuth angle of the azimuth measuring apparatus in the first attitude state is fixed. The attitude state of the azimuth measuring apparatus in which the inclination angle of the measuring apparatus is a second inclination angle different from the first inclination angle is defined as the second attitude state, and the second azimuth measuring apparatus in the second attitude state When the posture state of the azimuth measuring device that becomes the second azimuth angle different from the first azimuth angle is set to the third posture state with the tilt angle fixed, the geomagnetism detection means causes First triaxial output data that is a geomagnetic component and second triaxial output data that is a geomagnetic component in the second posture state are detected. Next, an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle is calculated by the angle difference calculation means based on the first three-axis output data and the second three-axis output data. Next, the second tilt angle is calculated by the tilt angle calculation means based on the first tilt angle and the angle difference. Next, the geomagnetic component in the third posture state is detected or the geomagnetic component in the second posture state is detected again as the third three-axis output data by the geomagnetic detection means. Finally, the second azimuth angle or the first azimuth angle of the geomagnetism detecting means, that is, the first azimuth angle measuring device based on the second tilt angle and the third triaxial output data by the azimuth angle calculating means. Two azimuth angles or first azimuth angles are calculated.

また、本発明に係る請求項3に記載の回転角計測装置は、互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段と、1つの直線を回転軸として回転した3個以上の異なる前記磁気検出手段の姿勢状態において、前記磁気検出手段によって検出された互いに異なる3個以上の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出手段と、を備えていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a rotation angle measuring device according to the present invention, comprising a three-axis magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other and three or more different rotations rotated about a single straight axis Rotation angle calculation means for calculating rotation angle data of the rotation and the rotation axis based on three or more different three-axis output data detected by the magnetic detection means in the posture state of the magnetic detection means; It is characterized by having.

このような構成であれば、例えば、ユーザが回転角度計測装置を手に持って環境磁界を測定するとき、磁気検出手段によって、互いに直交する方向の磁気成分が検出される。磁気検出手段によって、異なる3個以上の姿勢状態における、互いに異なる3個以上の3軸出力データが検出される。そして、回転角度算出手段によって互いに異なる3個以上の3軸出力データに基づいて、回転の回転角度データ及び回転軸が算出される。   With such a configuration, for example, when the user measures the environmental magnetic field while holding the rotation angle measurement device, magnetic components in directions orthogonal to each other are detected by the magnetic detection means. The magnetic detection means detects three or more different three-axis output data in three or more different posture states. Then, the rotation angle data and the rotation axis of rotation are calculated based on three or more different three-axis output data by the rotation angle calculation means.

また、本発明に係る請求項4に記載の回転角度計測装置は、互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段と、前記磁気検出手段の第1の姿勢状態を、前記磁気成分を検出するための前記磁気検出手段の座標系と、3軸の座標軸及び座標原点の相対関係が既知である3軸座標系の1つの座標軸を回転軸として回転した前記第1の姿勢状態とは異なる前記磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態の前記磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記磁気検出手段によって検出された前記第1の3軸出力データとは異なる第2の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出手段と、を備えていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotation angle measuring apparatus comprising: a three-axis magnetic detection unit that detects magnetic components in directions perpendicular to each other; and a first posture state of the magnetic detection unit, A coordinate system of the magnetic detection means for detecting a component, and the first posture state rotated around one coordinate axis of a three-axis coordinate system in which the relative relationship between the three coordinate axes and the coordinate origin is known; A different posture state of the magnetic detection means is set to a second posture state, the first three-axis output data detected by the magnetic detection means in the first posture state, and the magnetism in the second posture state. Rotation angle calculation means for calculating the rotation angle data of the rotation and the rotation axis based on second triaxial output data different from the first triaxial output data detected by the detection means. It is characterized by being That.

このような構成であれば、例えば、ユーザが回転角度計測装置を手に持って方位角を測定するとき、磁気検出手段によって、互いに直交する方向の磁気成分が検出される。回転角度計測装置の第1の姿勢状態を、磁気成分を検出するための磁気検出手段の座標系と、3軸の座標軸及び座標原点の相対関係が既知である3軸座標系の1つの座標軸を回転軸として回転した第1の姿勢状態とは異なる回転角度計測装置の姿勢状態を第2の姿勢状態としたとき、磁気検出手段によって、第1の姿勢状態における磁気成分である第1の3軸出力データ及び第2の姿勢状態における磁気成分である第1の3軸出力データとは異なる第2の3軸出力データが検出される。そして、回転角度算出手段によって、第1の3軸出力データ及び第2の3軸出力データに基づいて、回転の回転角度データ及び回転軸が算出される。   With such a configuration, for example, when the user measures the azimuth while holding the rotation angle measurement device in hand, the magnetic components in the directions orthogonal to each other are detected by the magnetic detection means. The first posture state of the rotation angle measuring device is expressed by a coordinate system of a magnetic detection means for detecting a magnetic component, and one coordinate axis of a three-axis coordinate system in which the relative relationship between the three coordinate axes and the coordinate origin is known. When the posture state of the rotation angle measuring device different from the first posture state rotated as the rotation axis is set to the second posture state, the first three axes which are magnetic components in the first posture state are detected by the magnetic detection means. Second triaxial output data different from the first triaxial output data which is the output data and the magnetic component in the second posture state is detected. Then, the rotation angle calculation means calculates rotation angle data and a rotation axis based on the first three-axis output data and the second three-axis output data.

また、本発明に係る請求項5に記載の方位角計測プログラムは、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態として、前記第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出手段と、前記第1の傾斜角、及び前記角度差算出手段によって算出された前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、前記第2の傾斜角、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記地磁気検出手段の方位角を算出する方位角算出手段と、を実現させる処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。   An azimuth angle measurement program according to claim 5 of the present invention is a program for causing a computer that can use a three-axis geomagnetism detecting means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other to be executed. The geomagnetic detection means having the first inclination angle of the geomagnetic detection means is set to a first attitude state, and the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed with the azimuth angle fixed. Detected by the geomagnetism detection means in the first attitude state, with the attitude state of the geomagnetism detection means having a second inclination angle different from the first inclination angle as the second attitude state. The first three-axis output data and the second three-axis output data detected by the geomagnetic detection means in the second posture state are used to determine the first inclination angle and the second Based on the angle difference calculating means for calculating the angle difference between the oblique angle, the first inclination angle, and the angle difference calculated by the angle difference calculating means, the second inclination angle is calculated. The computer performs processing for realizing an inclination angle calculation means, and an azimuth angle calculation means for calculating an azimuth angle of the geomagnetism detection means based on the second inclination angle and the second three-axis output data. It is a program for executing.

このような構成であれば、コンピュータによってプログラムが読み取られ、読み取られたプログラムによって、コンピュータが処理を実行すると、本発明に係る請求項1に記載の方位角計測装置と同等の作用が得られる。
また、本発明に係る請求項6に記載の方位角計測プログラムは、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第1の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、前記第2の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第2の傾斜角を固定したまま、前記第1の方位角とは異なる第2の方位角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第3の姿勢状態として、前記第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出手段と、前記第1の傾斜角、及び前記角度差算出手段によって算出された前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、前記第3の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された、又は、前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第3の3軸出力データ、及び前記第2の傾斜角に基づいて、前記地磁気検出手段の前記第2の方位角又は前記第1の方位角を算出する方位角算出手段と、を実現させる処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
If it is such a structure, if a computer reads a program and a computer will perform a process by the read program, the effect | action equivalent to the azimuth measuring apparatus of Claim 1 which concerns on this invention will be acquired.
An azimuth angle measurement program according to claim 6 of the present invention is a program for causing a computer that can use a three-axis geomagnetism detection unit that detects geomagnetic components in directions orthogonal to each other to be executed. The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means becomes the first inclination angle is set as the first attitude state, and the first azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The geomagnetic detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means becomes a second inclination state where the inclination angle of the geomagnetism detection means becomes a second inclination angle different from the first inclination angle, and the geomagnetism detection in the second attitude state is performed. While the second inclination angle of the means is fixed, the attitude state of the geomagnetism detecting means that becomes a second azimuth angle different from the first azimuth angle is defined as a third attitude state, and the first attitude state Above Based on the first triaxial output data detected by the magnetic detection means and the second triaxial output data detected by the geomagnetic detection means in the second posture state, the first inclination angle and the An angle difference calculating means for calculating an angle difference between the second inclination angle, the first inclination angle, and the second inclination angle based on the angle difference calculated by the angle difference calculating means. Tilt angle calculation means for calculating the third triaxial output data detected by the geomagnetism detection means in the third posture state or detected by the geomagnetism detection means in the second posture state, And the azimuth angle calculating means for calculating the second azimuth angle or the first azimuth angle of the geomagnetism detecting means based on the second tilt angle, for causing the computer to execute a process for realizing the azimuth angle calculating means for calculating the first azimuth angle. program Characterized in that there.

このような構成であれば、コンピュータによってプログラムが読み取られ、読み取られたプログラムによって、コンピュータが処理を実行すると、本発明に係る請求項2に記載の方位角計測装置と同等の作用が得られる。
また、本発明に係る請求項7に記載の回転角度計測プログラムは、互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、1つの直線を回転軸として回転した3個以上の異なる前記磁気検出手段の姿勢状態において、前記磁気検出手段によって検出された互いに異なる3個以上の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出手段を実現させる処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
If it is such a structure, when a program will be read by computer and a computer will perform a process by the read program, the effect | action equivalent to the azimuth measuring apparatus of Claim 2 which concerns on this invention will be acquired.
A rotation angle measurement program according to a seventh aspect of the present invention is a program for causing a computer that can use a three-axis magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other to be executed. Rotation angle data of the rotation based on three or more different three-axis output data detected by the magnetic detection means in the posture state of three or more different magnetic detection means rotated about one straight line as a rotation axis And a program for causing the computer to execute processing for realizing a rotation angle calculation means for calculating the rotation axis.

このような構成であれば、コンピュータによってプログラムが読み取られ、読み取られたプログラムによって、コンピュータが処理を実行すると、本発明に係る請求項3に記載の回転角度計測装置と同等の作用が得られる。
また、本発明に係る請求項8に記載の方位角計測方法は、互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記磁気検出手段の第1の姿勢状態を、前記磁気成分を検出するための前記磁気検出手段の座標系と、3軸の座標軸及び座標原点の相対関係が既知である3軸座標系の1つの座標軸を回転軸として回転した前記第1の姿勢状態とは異なる前記磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態の前記磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記磁気検出手段によって検出された前記第1の3軸出力データとは異なる第2の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出手段を実現させる処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
If it is such a structure, when a program will be read by computer and a computer will perform a process with the read program, the effect | action equivalent to the rotation angle measuring device of Claim 3 which concerns on this invention will be acquired.
An azimuth angle measuring method according to claim 8 of the present invention is a program for causing a computer that can use a three-axis magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other to be executed, and The first posture state of the magnetic detection means is defined as one coordinate axis of a coordinate system of the magnetic detection means for detecting the magnetic component, a three-axis coordinate system in which the relative relationship between the three coordinate axes and the coordinate origin is known. The first attitude state detected by the magnetic detection means in the first attitude state is defined as the attitude state of the magnetic detection means different from the first attitude state rotated about the rotation axis. Based on the output data and the second three-axis output data different from the first three-axis output data detected by the magnetic detection means in the second posture state, the rotation angle data and the rotation of the rotation Characterized in that it is a program for executing a process to realize the rotation angle calculating means for calculating the computer.

このような構成であれば、コンピュータによってプログラムが読み取られ、読み取られたプログラムによって、コンピュータが処理を実行すると、本発明に係る請求項4に記載の回転角度計測装置と同等の作用が得られる。
また、本発明に係る請求項9に記載の方位角計測方法は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段を利用して、前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態として、第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第1の3軸出力データを取得する第1の3軸出力データ取得工程と、第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第2の3軸出力データを取得する第2の3軸出力データ取得工程と、前記第1の3軸出力データ、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出工程と、前記第1の傾斜角、及び前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出工程と、前記第2の傾斜角、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記地磁気検出手段の方位角を算出する方位角算出工程と、を備えていることを特徴とする。
If it is such a structure, when a program will be read by computer and a computer will perform a process by the read program, the effect | action equivalent to the rotation angle measuring device of Claim 4 which concerns on this invention will be acquired.
The azimuth angle measuring method according to claim 9 of the present invention uses a triaxial geomagnetic detection means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other, and the inclination angle of the geomagnetism detection means is the first. The posture state of the geomagnetism detecting means that becomes the tilt angle is set to the first posture state, and the tilt angle of the geomagnetism detecting means is set to the first posture while the azimuth angle of the geomagnetism detecting means in the first posture state is fixed. A first triaxial output data is acquired by the geomagnetism detection means in the first attitude state, with the attitude state of the geomagnetism detection means having a second inclination angle different from the inclination angle as a second attitude state. The three-axis output data acquisition step, the second three-axis output data acquisition step of acquiring the second three-axis output data by the geomagnetic detection means in the second posture state, the first three-axis output data, And the second three-axis output An angle difference calculating step for calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle based on the data, the first inclination angle, and the angle difference based on the first inclination angle. An inclination angle calculating step of calculating an inclination angle of 2, and an azimuth angle calculating step of calculating an azimuth angle of the geomagnetism detecting means based on the second inclination angle and the second three-axis output data. It is characterized by having.

また、本発明に係る請求項10に記載の方位角計測方法は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段を利用して、前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第1の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、前記第2の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第2の傾斜角を固定したまま、前記第1の方位角とは異なる第2の方位角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第3の姿勢状態として、第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第1の3軸出力データを取得する第1の3軸出力データ取得工程と、第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第2の3軸出力データを取得する第2の3軸出力データ取得工程と、前記第1の3軸出力データ、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出工程と、前記第1の傾斜角、及び前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出工程と、第3の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第3の3軸出力データを取得する、又は、前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第3の3軸出力データを再度取得する第3の3軸出力データ取得工程と、前記第2の傾斜角、及び前記第3の3軸出力データに基づいて、前記地磁気検出手段の前記第2の方位角又は前記第1の方位角を算出する方位角算出工程と、を備えていることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an azimuth angle measuring method according to the present invention, wherein a triaxial geomagnetic detection means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other is used, and the inclination angle of the geomagnetism detection means is the first. The geomagnetic detection means having an inclination angle is set to a first attitude state, and the geomagnetic detection means has an inclination angle of the geomagnetism detection means while the first azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The attitude state of the geomagnetism detecting means having a second inclination angle different from the first inclination angle is set as a second attitude state, and the second inclination angle of the geomagnetism detecting means in the second attitude state is fixed. The first triaxial output is output by the geomagnetism detection means in the first attitude state, with the attitude state of the geomagnetism detection means having a second azimuth angle different from the first azimuth angle as the third attitude state. First to get data An axis output data acquisition step, a second 3-axis output data acquisition step of acquiring second 3-axis output data by the geomagnetism detecting means in the second posture state, the first 3-axis output data, and the An angle difference calculating step of calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle based on second triaxial output data, the first inclination angle, and the angle difference Based on the inclination angle calculation step of calculating the second inclination angle, and the third magnetic axis detection means in the third posture state acquires the third three-axis output data, or the second posture state Based on the third triaxial output data acquisition step of acquiring the third triaxial output data again by the geomagnetic detection means, the second inclination angle, and the third triaxial output data, the geomagnetic detection The second azimuth of the means or the first azimuth And azimuth angle calculation step of calculating, characterized in that it comprises a.

また、本発明に係る請求項11に記載の方位角計測方法は、本発明に係る請求項9または10に記載の前記方位角計測装置において、前記第1の傾斜角は、地上座標系に対して0度、90度、180度、270度、略0度、略90度、略180度又は略270度であることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項12に記載の回転角度計測方法は、互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段を利用して、1つの直線を回転軸として回転した3個以上の異なる前記磁気検出手段の姿勢状態において、前記磁気検出手段によって検出された互いに異なる3個以上の3軸出力データを取得する3軸出力データ取得工程と、互いに異なる3個以上の前記3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出工程と、を備えていることを特徴とする。
An azimuth angle measuring method according to claim 11 according to the present invention is the azimuth angle measuring apparatus according to claim 9 or 10 according to the present invention, wherein the first inclination angle is relative to the ground coordinate system. 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees, approximately 0 degrees, approximately 90 degrees, approximately 180 degrees, or approximately 270 degrees.
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a rotational angle measuring method according to the twelfth aspect of the present invention, using three axes of magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other and rotating three straight axes as a rotational axis. A three-axis output data acquisition step of acquiring three or more different three-axis output data detected by the magnetic detection means in the different posture states of the magnetic detection means, and three or more different three axes And a rotation angle calculation step of calculating the rotation angle data of the rotation and the rotation axis based on the output data.

また、本発明に係る請求項13に記載の回転角度計測方法は、互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段を利用して、前記磁気検出手段の第1の姿勢状態を、前記磁気成分を検出するための前記磁気検出手段の座標系と、3軸の座標軸及び座標原点の相対関係が既知である3軸座標系の1つの座標軸を回転軸として回転した前記第1の姿勢状態とは異なる前記磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、第1の姿勢状態の前記磁気検出手段によって第1の3軸出力データを取得する第1の3軸出力データ取得工程と、第2の姿勢状態の前記磁気検出手段によって前記第1の3軸出力データとは異なる第2の3軸出力データを取得する第2の3軸出力データ取得工程と、前記第1の3軸出力データ、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出工程と、を備えていることを特徴とする。   According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a rotational angle measuring method according to the present invention, wherein the first posture state of the magnetic detection means is determined using a triaxial magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other. The first coordinate system is rotated about one coordinate axis of a coordinate system of the magnetic detection means for detecting the magnetic component and a three-axis coordinate system in which the relative relationship between the coordinate axes of the three axes and the coordinate origin is known. A first three-axis output data acquisition step of acquiring a first three-axis output data by the magnetic detection unit in the first posture state, wherein the posture state of the magnetic detection unit different from the posture state is set as a second posture state. A second three-axis output data acquisition step of acquiring second three-axis output data different from the first three-axis output data by the magnetic detection means in the second posture state, and the first three Axis output data and the second three axes Based on the force data, and characterized in that it comprises a rotation angle calculating step of calculating the rotation angle data and the rotation axis of the rotation.

本発明の効果として、本発明の方位角計測装置によれば、2点の傾斜角で地磁気を測定するだけでよいので、計測場所によらず方位角を比較的正確に計測することができるという効果が得られる。また、傾斜角センサ、傾斜角センサ増幅部および傾斜角センサA/D変換部を設けなくてすむので、コストを低減することができるという効果も得られる。   As an effect of the present invention, according to the azimuth measuring device of the present invention, it is only necessary to measure the geomagnetism at two tilt angles, so that the azimuth can be measured relatively accurately regardless of the measurement location. An effect is obtained. In addition, since it is not necessary to provide an inclination angle sensor, an inclination angle sensor amplifying unit, and an inclination angle sensor A / D conversion unit, an effect that costs can be reduced is also obtained.

この発明の一実施態様を、図面を参照しながら説明する。
図1乃至図5、及び図8を参照して、本発明に係る方位角計測装置、方位角計測プログラム及び方位角計測方法の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る方位角計測装置100における磁気センサの取付構造を示す透視図である。
図1に示すように、方位角計測装置100は、方位角計測装置100の縦方向をx軸としてx軸方向の地磁気成分を検出するx軸磁気センサHEx、方位角計測装置100の横方向をy軸としてy軸方向の地磁気成分を検出するy軸磁気センサHEyおよび方位角計測装置100の厚さ方向をz軸としてz軸方向の地磁気成分を検出するz軸磁気センサHEzが設けられている。x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzは、ホール素子等からなり、各感磁面が各軸に対して垂直になるように配置され、各軸方向の地磁気成分に応じた大きさのセンサ信号を出力するようになっている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
An embodiment of an azimuth measuring device, an azimuth measuring program, and an azimuth measuring method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view showing a mounting structure of a magnetic sensor in an azimuth measuring apparatus 100 according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the azimuth measuring device 100 includes an x-axis magnetic sensor HEx that detects a geomagnetic component in the x-axis direction with the vertical direction of the azimuth measuring device 100 as the x-axis, and the lateral direction of the azimuth measuring device 100. A y-axis magnetic sensor HEy that detects the geomagnetic component in the y-axis direction as the y-axis and a z-axis magnetic sensor HEz that detects the geomagnetic component in the z-axis direction with the thickness direction of the azimuth measuring device 100 as the z-axis are provided. . The x-axis magnetic sensor HEEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz are composed of Hall elements and the like, and are arranged so that each magnetosensitive surface is perpendicular to each axis, and the geomagnetic component in each axis direction is A sensor signal of a corresponding magnitude is output.

図2は、本発明に係る方位角計測装置100の姿勢状態を示す図である。
図2に示すように、地上座標系を(xg,yg,zg)とし、方位角計測装置100の3軸座標系(以下、計測装置座標系という)を(x,y,z)としたとき、方位角計測装置100の姿勢状態を傾斜角α、傾斜角η及び方位角θによって表す。
ここで、計測装置座標系と地上座標系とが最初に一致しているとして、方位角計測装置100を、まず計測装置座標系のz軸の周りに、z軸正方向から原点を見て左回りに角度θだけ回転させ、次に計測装置座標系のy軸の周りに、y軸正方向から原点を見て右回りに角度αだけ回転させ、最後に計測装置座標系のx軸の周りに、x軸正方向から原点を見て左回りに角度ηだけ回転させたときに、θを方位角、α及びηを傾斜角という。
FIG. 2 is a diagram showing a posture state of the azimuth measuring apparatus 100 according to the present invention.
As shown in FIG. 2, when the ground coordinate system is (xg, yg, zg) and the three-axis coordinate system of the azimuth measuring device 100 (hereinafter referred to as the measuring device coordinate system) is (x, y, z). The attitude state of the azimuth measuring apparatus 100 is represented by an inclination angle α, an inclination angle η, and an azimuth angle θ.
Here, assuming that the measurement device coordinate system and the ground coordinate system match first, the azimuth angle measurement device 100 is first left around the z axis of the measurement device coordinate system, looking at the origin from the z-axis positive direction. Rotate around the y axis of the measuring device coordinate system, then rotate it around the y axis in the positive direction of the y axis and rotate it clockwise by the angle α, and finally around the x axis of the measuring device coordinate system In addition, when the origin is viewed from the x-axis positive direction and rotated counterclockwise by an angle η, θ is referred to as an azimuth angle, and α and η are referred to as inclination angles.

方位角θは、地上座標系のxg軸と計測装置座標系のx軸を地上座標系のzg−yg平面に射影した軸とのなす角であり、傾斜角αは、計測装置座標系のx軸を地上座標系のzg−yg平面に射影した軸とx軸とのなす角であり、傾斜角ηは、x軸の周りの所定の基準位置からの回転角度である。
ここでは、方位角計測装置100を計測装置座標系のy軸の周りに(−α)回転させて、計測装置座標系のx−y平面と、地上座標系のxg−yg平面とが一致するとき、方位角計測装置100は基準位置であるという。
The azimuth angle θ is an angle formed by an axis formed by projecting the xg axis of the ground coordinate system and the x axis of the measurement apparatus coordinate system onto the zg-yg plane of the ground coordinate system, and the inclination angle α is the x of the measurement apparatus coordinate system. The angle formed between the axis projected on the zg-yg plane of the ground coordinate system and the x axis, and the inclination angle η is a rotation angle from a predetermined reference position around the x axis.
Here, the azimuth measuring device 100 is rotated (−α) around the y-axis of the measuring device coordinate system, and the xy plane of the measuring device coordinate system matches the xg-yg plane of the ground coordinate system. Sometimes, the azimuth measuring device 100 is a reference position.

図3は、本発明に係る方位角計測装置100の構成を示すブロック図である。
図3に示すように、方位角計測装置100には、3軸磁気センサ31、磁気センサ駆動電源部32、マルチプレクサ部33、磁気センサ増幅部34、磁気センサA/D変換部35、感度・オフセット補正部36、傾斜角情報算出部37、傾斜角情報記憶部38、傾斜角補正計算部39および方位角計算部40が設けられている。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the azimuth measuring apparatus 100 according to the present invention.
As shown in FIG. 3, the azimuth measuring apparatus 100 includes a three-axis magnetic sensor 31, a magnetic sensor drive power supply unit 32, a multiplexer unit 33, a magnetic sensor amplification unit 34, a magnetic sensor A / D conversion unit 35, a sensitivity / offset. A correction unit 36, an inclination angle information calculation unit 37, an inclination angle information storage unit 38, an inclination angle correction calculation unit 39, and an azimuth angle calculation unit 40 are provided.

3軸磁気センサ31には、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzが設けられている。
マルチプレクサ部33は、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzをそれぞれ切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部32から出力された駆動電圧を、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzにそれぞれ印加し、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzから出力されたセンサ信号を時分割的に磁気センサ増幅部34に出力する。
The triaxial magnetic sensor 31 is provided with an x axis magnetic sensor HEEx, a y axis magnetic sensor HEy, and a z axis magnetic sensor HEz.
The multiplexer unit 33 is for switching between the x-axis magnetic sensor HEEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz. The multiplexer 33 converts the drive voltage output from the magnetic sensor drive power supply unit 32 into the x-axis magnetic sensor HEEx, The sensor signals that are applied to the y-axis magnetic sensor HEy and the z-axis magnetic sensor HEz, respectively, and output from the x-axis magnetic sensor HEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz are time-divided to the magnetic sensor amplifier 34. Output.

磁気センサ増幅部34は、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzからのセンサ信号を増幅させて、磁気センサA/D変換部35に出力する。
磁気センサA/D変換部35は、磁気センサ増幅部34によって増幅されたx軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzからのセンサ信号をA/D変換し、変換したディジタルデータをそれぞれx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データとして感度・オフセット補正部36に出力する。
The magnetic sensor amplifier 34 amplifies sensor signals from the x-axis magnetic sensor HEEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz and outputs the amplified signal to the magnetic sensor A / D converter 35.
The magnetic sensor A / D conversion unit 35 performs A / D conversion on the sensor signals from the x-axis magnetic sensor HEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz amplified by the magnetic sensor amplification unit 34, and converts the converted digital signal. The data is output to the sensitivity / offset correction unit 36 as x-axis geomagnetic measurement data, y-axis geomagnetic measurement data, and z-axis geomagnetic measurement data, respectively.

感度・オフセット補正部36は、磁気センサA/D変換部35からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データに基づいて、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzのオフセットおよび感度補正係数を算出し、算出したオフセットおよび感度補正係数に基づいて、x軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データを補正する。   The sensitivity / offset correction unit 36 is based on the x-axis geomagnetism measurement data, the y-axis geomagnetism measurement data, and the z-axis geomagnetism measurement data from the magnetic sensor A / D conversion unit 35, and the x-axis magnetic sensor HEx and the y-axis magnetic sensor HEy. The offset and sensitivity correction coefficient of the z-axis magnetic sensor HEz are calculated, and the x-axis geomagnetic measurement data, the y-axis geomagnetic measurement data, and the z-axis geomagnetic measurement data are corrected based on the calculated offset and sensitivity correction coefficient.

傾斜角情報算出部37は、感度・オフセット補正部36からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データに基づいて、基準となる傾斜角からの角度差Δαを算出し、算出した角度差Δαと基準となる傾斜角とに基づいて傾斜角αを算出し、算出した傾斜角αを示す傾斜角情報を傾斜角情報記憶部38に格納する。
傾斜角補正計算部39は、傾斜角情報記憶部38の傾斜角情報に基づいて、感度・オフセット補正部36からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データを補正する。
The tilt angle information calculation unit 37 calculates an angle difference Δα from the reference tilt angle based on the x-axis geomagnetic measurement data, the y-axis geomagnetic measurement data, and the z-axis geomagnetic measurement data from the sensitivity / offset correction unit 36. The inclination angle α is calculated based on the calculated angle difference Δα and the reference inclination angle, and the inclination angle information indicating the calculated inclination angle α is stored in the inclination angle information storage unit 38.
The tilt angle correction calculation unit 39 corrects the x-axis geomagnetic measurement data, the y-axis geomagnetic measurement data, and the z-axis geomagnetic measurement data from the sensitivity / offset correction unit 36 based on the tilt angle information in the tilt angle information storage unit 38. .

方位角計算部40は、傾斜角補正計算部39からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データに基づいて、方位角θを算出する。
次に、図4、図5及び図8を参照して、角度差Δα、傾斜角α及び方位角θの算出方法の詳細を説明する。
図4は、方位角計測装置100の姿勢状態を定める図である。
図4に示すように、方位角計測装置100において、方位角θと傾斜角αで方位角計測装置の姿勢状態を定める。なお、y軸は、xg?yg平面と常に平行であり、また、傾斜角α=90°のときは、x軸とzg軸は平行であるものとする。すると、地上座標系(xg,yg,zg)と計測装置座標系(x,y,z)の間には、原点の相違による平行移動成分を除いて、下式(1)に示すような座標変換式が成立する。
The azimuth angle calculation unit 40 calculates the azimuth angle θ based on the x-axis geomagnetic measurement data, the y-axis geomagnetic measurement data, and the z-axis geomagnetic measurement data from the tilt angle correction calculation unit 39.
Next, details of a method for calculating the angle difference Δα, the inclination angle α, and the azimuth angle θ will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a diagram for determining the posture state of the azimuth measuring apparatus 100.
As shown in FIG. 4, in the azimuth measuring apparatus 100, the attitude state of the azimuth measuring apparatus is determined by the azimuth angle θ and the inclination angle α. Note that the y-axis is always parallel to the xg? Yg plane, and the x-axis and zg-axis are parallel when the tilt angle α is 90 °. Then, between the ground coordinate system (xg, yg, zg) and the measuring device coordinate system (x, y, z), coordinates as shown in the following formula (1) are excluded, except for the translation component due to the difference in the origin. The conversion formula is established.

Figure 2005061969
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また、図8において記述した地磁気全磁力Mの地上座標系の成分Mxg,Myg,Mzgは、下式(2)、(3)及び(4)により表される。   Further, the components Mxg, Myg, Mzg of the ground coordinate system of the geomagnetic total magnetic force M described in FIG. 8 are expressed by the following equations (2), (3), and (4).

Figure 2005061969
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Figure 2005061969
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Figure 2005061969
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従って、地磁気全磁力Mの計測装置座標系の成分M,M,M、即ち、3軸磁気センサ31の3軸出力データM,M,Mは、下式(5)、(6)及び(7)により表される。 Therefore, the components M x , M y , M z of the measuring device coordinate system of the geomagnetic total magnetic force M, that is, the three-axis output data M x , M y , M z of the three-axis magnetic sensor 31 are expressed by the following equation (5): It is represented by (6) and (7).

Figure 2005061969
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ここで、図4に示すように、方位角θを固定したままで、既知の傾斜角α0及び、方位角を測定したい傾斜角α1において地磁気の測定を行なう。既知の傾斜角α0における地磁気の測定によって得られた3軸方向の成分データを、地磁気測定データMx0,My0,Mz0とし、方位角θを測定したい傾斜角α1における地磁気の測定によって得られた3軸方向の成分データを、地磁気測定データMx1,My1,Mz1として表す。 Here, as shown in FIG. 4, with the azimuth angle θ fixed, geomagnetism is measured at a known tilt angle α 0 and tilt angle α 1 at which the azimuth angle is desired to be measured. The component data in the three-axis directions obtained by the geomagnetism measurement at the known tilt angle α 0 is set as geomagnetism measurement data M x0 , M y0 , M z0 , and the azimuth angle θ is measured by the geomagnetism measurement at the tilt angle α 1 to be measured. The obtained triaxial component data is represented as geomagnetic measurement data M x1 , M y1 , M z1 .

上述したように、方位角計測装置100の姿勢状態を、方位角θを固定したまま、傾斜角α0から傾斜角α1へ変化させる操作は、y軸に平行で原点を通る直線を回転軸とする、この回転軸の周りの回転操作である。即ち、この回転操作によって、x方向とz方向の成分は変化するが、y方向の成分は変化しない。
図5は、方位角計測装置100の姿勢状態を変化させる操作の一例を示す図である。
As described above, the operation of changing the attitude state of the azimuth angle measuring apparatus 100 from the inclination angle α 0 to the inclination angle α 1 while fixing the azimuth angle θ is a straight line parallel to the y axis and passing through the origin. The rotation operation around this rotation axis. That is, this rotation operation changes the components in the x direction and the z direction, but does not change the component in the y direction.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an operation for changing the posture state of the azimuth measuring apparatus 100.

図5に示すように、ユーザが一定の方向を向いたまま、肘の角度を変えることにより、方位角計測装置100の姿勢状態を変化させる操作を容易に実施できる。また、より実用的な操作は、方位角計測装置100を水平な姿勢状態から始め、方位角計測装置100の操作画面をユーザの見易い角度まで持ってくる動作によって、方位角計測装置100の姿勢状態を変化させる操作である。
上述した2つの異なる傾斜角α0と傾斜角α1との間の傾斜角の角度差Δαを、Δα=α1−α0とすると、地磁気測定データMx0,My0,Mz0と地磁気測定データMx1,My1,Mz1とは、下式(8)を満たすことになる。
As shown in FIG. 5, an operation for changing the posture state of the azimuth measuring device 100 can be easily performed by changing the elbow angle while the user is facing a certain direction. Further, a more practical operation is to start the azimuth measuring device 100 from a horizontal posture state, and to bring the operation screen of the azimuth measuring device 100 to an angle that is easy for the user to see, the posture state of the azimuth measuring device 100 It is an operation to change.
If the angle difference Δα between the two different inclination angles α 0 and α 1 described above is Δα = α 1 −α 0 , the geomagnetic measurement data M x0 , M y0 , M z0 and the geomagnetic measurement The data M x1 , M y1 , and M z1 satisfy the following expression (8).

Figure 2005061969
Figure 2005061969

即ち、式(8)を変形すると、下式(9)及び(10)が得られる。 That is, when the formula (8) is transformed, the following formulas (9) and (10) are obtained.

Figure 2005061969
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Figure 2005061969
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従って、式(9)及び(10)より角度差Δαを求めることができる。
更に、下式(11)によって、角度差Δα及び既知の傾斜角α0に基づいて、傾斜角α1が求められる。
Therefore, the angle difference Δα can be obtained from the equations (9) and (10).
Further, the inclination angle α 1 is obtained based on the angle difference Δα and the known inclination angle α 0 by the following equation (11).

Figure 2005061969
Figure 2005061969

上述した方法によって算出された傾斜角α(=α1)を固定したまま、方位角計測装置100が計測したい方位を向いた時の地磁気測定データM,M,Mに対して、下式(12)によって、傾斜角補正された地磁気測定データM´,M´,M´を得ることができる。 With respect to the geomagnetism measurement data M x , M y , M z when the azimuth measuring device 100 faces the direction to be measured while the inclination angle α (= α 1 ) calculated by the above-described method is fixed, According to the equation (12), the geomagnetic measurement data M x ′, M y ′, M z ′ corrected for the tilt angle can be obtained.

Figure 2005061969
Figure 2005061969

式(12)に式(5)、(6)及び(7)を代入することにより、下式(13)、(14)及び(15)が得られる。 By substituting the equations (5), (6), and (7) into the equation (12), the following equations (13), (14), and (15) are obtained.

Figure 2005061969
Figure 2005061969

Figure 2005061969
Figure 2005061969

Figure 2005061969
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従って、下式(16)により方位角(θ−D)、即ち、磁北方向を基準とした方位角θを得ることができる。 Therefore, the azimuth angle (θ−D), that is, the azimuth angle θ based on the magnetic north direction can be obtained by the following equation (16).

Figure 2005061969
次に、本実施の形態の動作を説明する。
図5に示すように、方位角計測装置100の方位角θ(またはθ?D)を測定する場合、ユーザは方位角計測装置100を手に持って、傾斜角情報取得の開始の操作を行なう。まず、ユーザは肘を角度α0にすることによって、方位角計測装置100の姿勢状態を、既知(例えば水平)の傾斜角α0に固定し、既知の傾斜角α0を方位角計測装置100に入力し、地磁気の測定を行なう。測定によって得られた地磁気測定データMx0,My0,Mz0は、図1の傾斜角情報算出部37へ送られる。また、入力された傾斜角α0は、傾斜角情報記憶部38に記憶される。
Figure 2005061969
Next, the operation of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 5, when measuring the azimuth angle θ (or θ? D) of the azimuth measuring device 100, the user holds the azimuth measuring device 100 in his hand and performs an operation of starting the acquisition of the tilt angle information. . First, the user fixes the posture state of the azimuth measuring device 100 to a known (eg, horizontal) tilt angle α 0 by setting the elbow to an angle α 0 , and the known tilt angle α 0 is set to the azimuth measuring device 100. To measure geomagnetism. The geomagnetic measurement data M x0 , M y0 , and M z0 obtained by the measurement are sent to the tilt angle information calculation unit 37 in FIG. Further, the input tilt angle α 0 is stored in the tilt angle information storage unit 38.

次に、図5に示すように、ユーザは肘を角度α1に変化させることにより、方位角計測装置100の姿勢状態を、傾斜角α0を測定したときの方位角を固定したまま、方位角を測定したい傾斜角α1(通常、方位角θを計測する姿勢状態)に固定し、地磁気の測定を行なう。測定によって得られた地磁気測定データMx1,My1,Mz1は、図1の傾斜角情報算出部37へ送られる。 Next, as shown in FIG. 5, the user changes the elbow to the angle α 1 , so that the orientation state of the azimuth measuring apparatus 100 is fixed while the azimuth when the tilt angle α 0 is measured is fixed. The angle is fixed to the inclination angle α 1 (usually the posture state in which the azimuth angle θ is measured) and the geomagnetism is measured. The geomagnetic measurement data M x1 , M y1 , and M z1 obtained by the measurement are sent to the tilt angle information calculation unit 37 in FIG.

次に、傾斜角情報算出部37は、上述の式(9)及び(10)を利用して、既知の傾斜角α0において得られた地磁気測定データMx0,My0,Mz0、及び方位角θを測定したい傾斜角α1において得られた地磁気測定データMx1,My1,Mz1に基づいて、傾斜角の角度差Δαを算出し、式(11)を利用して、既知の傾斜角α0、及び傾斜角の角度差Δαに基づいて、傾斜角α1を算出する。算出された傾斜角情報である傾斜角α0は、傾斜角記憶部38に記憶される。ここで、傾斜角情報を得た旨の通知を方位角計測装置100が表示し、測定したい傾斜角α(=α1)での方位角θを測定することが可能となる。 Next, the tilt angle information calculation unit 37 uses the above-described equations (9) and (10) to obtain the geomagnetic measurement data M x0 , M y0 , M z0 obtained at the known tilt angle α 0 , and the direction Based on the geomagnetic measurement data M x1 , M y1 , and M z1 obtained at the inclination angle α 1 at which the angle θ is to be measured, the angle difference Δα between the inclination angles is calculated, and a known inclination is obtained using equation (11). The inclination angle α 1 is calculated based on the angle α 0 and the angle difference Δα between the inclination angles. The tilt angle α 0 that is the calculated tilt angle information is stored in the tilt angle storage unit 38. Here, the azimuth measuring device 100 displays a notification that the tilt angle information has been obtained, and the azimuth angle θ at the tilt angle α (= α 1 ) to be measured can be measured.

次に、方位角θを測定する場合には、ユーザは肘を傾斜角α(=α1)に固定したまま、肘を通る身長方向の軸の周りを回転させて、上述の方位角θを計測したい方向に方位角計測装置100を位置付け、方位角の計測開始の操作を行なう。まず、地磁気の測定を行なうと、得られた地磁気測定データM,M,Mは、図1に示す傾斜角補正計算部39へ送られる。ここで、2度目の傾斜角α1で測定された地磁気測定データMx1,My1,Mz1をそのまま使用することも可能である。このとき、地磁気の測定を行なう必要はない。次に、傾斜角補正計算部39によって、上述の式(12)により傾斜角補正された地磁気測定データM´,M´,M´が算出され、図1の方位角計算部40へ送られる。方位角計算部40によって、上述の式(16)を利用して方位角θが算出される。 Next, when measuring the azimuth angle θ, the user rotates the height direction axis passing through the elbow while the elbow is fixed at the inclination angle α (= α 1 ), and the above azimuth angle θ is set. The azimuth measuring device 100 is positioned in the direction to be measured, and an operation for starting the azimuth measurement is performed. First, when geomagnetism is measured, the obtained geomagnetism measurement data M x , M y , and M z are sent to the tilt angle correction calculation unit 39 shown in FIG. Here, the geomagnetic measurement data M x1 , M y1 and M z1 measured at the second inclination angle α 1 can be used as they are. At this time, it is not necessary to measure geomagnetism. Next, the inclination angle correction calculation unit 39 calculates the geomagnetic measurement data M x ′, M y ′, and M z ′ corrected for the inclination angle by the above equation (12), and the azimuth angle calculation unit 40 of FIG. Sent. The azimuth angle θ is calculated by the azimuth angle calculation unit 40 using the above equation (16).

このようにして、本実施の形態では、ユーザが方位角計測装置100を手に持って、肘の角度を変えて、既知の傾斜角α0と、方位角を測定したい傾斜角α1とにおける地磁気測定データを3軸磁気センサ31から取得し、傾斜角の角度差Δαを算出し、算出した角度差Δαと傾斜角α0とに基づいて、傾斜角α1を算出する。そして、ユーザは肘を傾斜角α(=α1)に固定したまま、肘を通る身長方向の軸の周りを回転させて、改めて、地磁気測定データを3軸磁気センサ31から取得し、傾斜角αに基づいて方位角θを算出するようになっている。ここで、傾斜角α1で測定された地磁気測定データMx1,My1,Mz1をそのまま使用するときは、改めて、地磁気測定データを3軸磁気センサ31から取得せず、傾斜角α(=α1)に基づいて方位角θを算出するようになっている。 Thus, in this embodiment, the user is held in the hand of the azimuth measuring device 100, by changing the angle of the elbow, and the known tilt angle alpha 0, in the inclination angle alpha 1 Tokyo to be measured azimuth Geomagnetic measurement data is acquired from the triaxial magnetic sensor 31, the angle difference Δα of the inclination angle is calculated, and the inclination angle α 1 is calculated based on the calculated angle difference Δα and the inclination angle α 0 . Then, while the elbow is fixed at the inclination angle α (= α 1 ), the user rotates around the height direction axis passing through the elbow, and acquires the geomagnetic measurement data from the triaxial magnetic sensor 31 again. The azimuth angle θ is calculated based on α. Here, when the geomagnetic measurement data M x1 , M y1 , and M z1 measured at the tilt angle α 1 are used as they are, the geomagnetic measurement data is not acquired from the triaxial magnetic sensor 31 again, and the tilt angle α (= The azimuth angle θ is calculated based on α 1 ).

これにより、地上座標系のxg軸と計測装置座標系のx軸を地上座標系のxg−yg平面に射影した軸とのなす角度θを固定したまま、方位角計測装置100の姿勢状態を変化させるだけで傾斜角αを計測することができる。
上述の方位角計測装置、方位角計測プログラム及び方位角計測方法の実施の形態において、3軸磁気センサ31は、請求項1、2、5、6、9、又は10に記載の地磁気検出手段に対応し、傾斜角情報算出部37は、請求項1、2、5又は6に記載の角度差算出手段及び傾斜角算出手段に対応し、方位角計算部40は、請求項1、2、5又は6に記載の方位角算出手段に対応している。
As a result, the attitude state of the azimuth measuring device 100 is changed while the angle θ between the xg axis of the ground coordinate system and the axis projected on the xg-yg plane of the ground coordinate system is fixed. The inclination angle α can be measured simply by making it.
In the embodiment of the azimuth measuring device, the azimuth measuring program, and the azimuth measuring method described above, the three-axis magnetic sensor 31 is a geomagnetism detecting unit according to claim 1, 2, 5, 6, 9, or 10. Correspondingly, the tilt angle information calculating unit 37 corresponds to the angle difference calculating unit and the tilt angle calculating unit according to claim 1, 2, 5 or 6, and the azimuth calculating unit 40 is set to claim 1, 2, 5 or 6. Or it corresponds to the azimuth calculating means described in 6.

次に、図6を参照して、回転角度計測装置、回転角度計測プログラム及び回転角度計測方法の実施の形態を説明する。
図6は、本発明に係る回転角度計測装置200の構成を示すブロック図である。
図6に示すように、回転角度計測装置200は、3軸磁気センサ51、磁気センサ駆動電源部52、マルチプレクサ部53、磁気センサ増幅部54、磁気センサA/D変換部55、感度・オフセット補正部56及び回転角度算出部57が設けられている。
Next, an embodiment of a rotation angle measurement device, a rotation angle measurement program, and a rotation angle measurement method will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the rotation angle measuring apparatus 200 according to the present invention.
As shown in FIG. 6, the rotation angle measuring apparatus 200 includes a three-axis magnetic sensor 51, a magnetic sensor drive power supply unit 52, a multiplexer unit 53, a magnetic sensor amplification unit 54, a magnetic sensor A / D conversion unit 55, sensitivity / offset correction. A unit 56 and a rotation angle calculation unit 57 are provided.

3軸磁気センサ51には、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzが設けられている。
マルチプレクサ部53は、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzをそれぞれ切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部52から出力された駆動電圧を、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzにそれぞれ印加し、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzから出力されたセンサ信号を時分割的に磁気センサ増幅部54に出力する。
The triaxial magnetic sensor 51 is provided with an x axis magnetic sensor HEEx, a y axis magnetic sensor HEy, and a z axis magnetic sensor HEz.
The multiplexer unit 53 is for switching between the x-axis magnetic sensor HEEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz. The multiplexer 53 converts the drive voltage output from the magnetic sensor drive power supply unit 52 into the x-axis magnetic sensor HEEx, The sensor signals that are applied to the y-axis magnetic sensor HEy and the z-axis magnetic sensor HEz, respectively, and output from the x-axis magnetic sensor HEEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz are time-divisionally supplied to the magnetic sensor amplifier 54. Output.

磁気センサ増幅部54は、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzからのセンサ信号を増幅させて、磁気センサA/D変換部55に出力する。
磁気センサA/D変換部55は、磁気センサ増幅部54によって増幅されたx軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzからのセンサ信号をA/D変換し、変換したディジタルデータをそれぞれx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データとして感度・オフセット補正部56に出力する。
The magnetic sensor amplifier 54 amplifies the sensor signals from the x-axis magnetic sensor HEEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz and outputs the amplified signal to the magnetic sensor A / D converter 55.
The magnetic sensor A / D conversion unit 55 performs A / D conversion on the sensor signals from the x-axis magnetic sensor HEx, the y-axis magnetic sensor HEy, and the z-axis magnetic sensor HEz amplified by the magnetic sensor amplification unit 54, and converts the converted digital signal. The data is output to the sensitivity / offset correction unit 56 as x-axis geomagnetic measurement data, y-axis geomagnetic measurement data, and z-axis geomagnetic measurement data, respectively.

感度・オフセット補正部56は、磁気センサA/D変換部55からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データに基づいて、x軸磁気センサHEx、y軸磁気センサHEyおよびz軸磁気センサHEzのオフセットおよび感度補正係数を算出し、算出したオフセットおよび感度補正係数に基づいて、x軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データを補正する。   The sensitivity / offset correction unit 56 is based on the x-axis geomagnetism measurement data, the y-axis geomagnetism measurement data, and the z-axis geomagnetism measurement data from the magnetic sensor A / D conversion unit 55, and the x-axis magnetic sensor HEx and the y-axis magnetic sensor HEy. The offset and sensitivity correction coefficient of the z-axis magnetic sensor HEz are calculated, and the x-axis geomagnetic measurement data, the y-axis geomagnetic measurement data, and the z-axis geomagnetic measurement data are corrected based on the calculated offset and sensitivity correction coefficient.

回転角度算出部57は、感度・オフセット補正部56からのx軸地磁気測定データ、y軸地磁気測定データおよびz軸地磁気測定データに基づいて、回転軸の周りの回転角Δαを算出する。
次に、図7を参照して、回転角度の算出方法の詳細を説明する。 まず、回転角度計測装置200の異なる3個の姿勢状態において、3軸磁気センサ51によって地磁気測定データを測定した場合の回転角度の算出方法の一例について説明する。
The rotation angle calculation unit 57 calculates the rotation angle Δα around the rotation axis based on the x-axis geomagnetism measurement data, the y-axis geomagnetism measurement data, and the z-axis geomagnetism measurement data from the sensitivity / offset correction unit 56.
Next, the details of the calculation method of the rotation angle will be described with reference to FIG. First, an example of a calculation method of the rotation angle when the geomagnetic measurement data is measured by the triaxial magnetic sensor 51 in three different posture states of the rotation angle measuring device 200 will be described.

極座標系によって表される回転軸(1,φ,θ)の周りに回転角度計測装置200をα回転したとき、回転前の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとし、回転後の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをM’とすると、地磁気測定データMと地磁気測定データM’との関係は下式(17)を満たすことになる。ここで、地磁気測定データM及び地磁気測定データM’は、3次元ベクトルによって表される。また、変換行列Tは、下式(18)、(19)及び(20)によって表される。 When the rotation angle measuring device 200 is rotated about the rotation axis (1, φ A , θ A ) represented by the polar coordinate system, the geomagnetic measurement data measured by the three-axis magnetic sensor 51 before the rotation is M, If the geomagnetic measurement data measured by the rotated three-axis magnetic sensor 51 is M ′, the relationship between the geomagnetic measurement data M and the geomagnetic measurement data M ′ satisfies the following expression (17). Here, the geomagnetic measurement data M and the geomagnetic measurement data M ′ are represented by three-dimensional vectors. The transformation matrix T is expressed by the following equations (18), (19), and (20).

Figure 2005061969
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上述の地磁気測定データMと地磁気測定データM’との関係は、3次元空間上の点Mを、回転軸(1,φ,θ)の周りに(−α)回転させた点を点M’としたときの、点Mと点M’との関係と同じである。
従って、回転軸(1,φ,θ)の周りに回転角度計測装置200をα12回転したとき、回転前の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとし、回転後の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとし、更に回転軸(1,φ,θ)の周りに回転角度計測装置200をα23回転したとき、回転後の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとすると、磁気測定データM、磁気測定データM及び磁気測定データMの関係は、3次元空間上の点Mを、回転軸(1,φ,θ)の周りに(−α12)回転させた点を点Mとし、更に回転軸(1,φ,θ)の周りに(−α23)回転させた点を点Mとしたときの点M、点M及び点Mの関係と同じである。
The relationship between the geomagnetic measurement data M and the geomagnetic measurement data M ′ is a point obtained by rotating the point M on the three-dimensional space by (−α) around the rotation axis (1, φ A , θ A ). This is the same as the relationship between the point M and the point M ′ when M ′.
Accordingly, the rotation shaft (1, φ A, θ A ) when the alpha 12 rotates the rotational angle measuring device 200 around the geomagnetic measurement data measured by the three-axis magnetic sensor 51 before rotation and M 1, after the rotation 3 geomagnetic measurement data measured by the axis magnetic sensor 51 and M 2, further rotation axis (1, φ a, θ a ) when the rotational angle measuring device 200 is rotated alpha 23 around the three axes of the rotated When the geomagnetic measurement data measured by the magnetic sensor 51 and M 3, the magnetic measurement data M 1, the relationship of the magnetic measurement data M 2 and the magnetic measurement data M 3 are, the point M 1 on the three-dimensional space, the rotation shaft ( 1, a point rotated by (−α 12 ) around (φ A , θ A ) as a point M 2, and a point further rotated (−α 23 ) around a rotation axis (1, φ A , θ A ) point M 1, points M 2 and the point M when was the point M 3 Is the same as that of the relationship.

図7は、3次元空間上の点Mを、回転軸(1,φ,θ)の周りに(−α12)回転させた点を点Mとし、更に回転軸(1,φ,θ)の周りに(−α23)回転させた点を点Mとしたときの点M、点M及び点Mの関係を示す図である。
図7に示すように、点M、点M及び点Mは、同一平面上にあり、更に1つの円の円周上にある。回転軸(1,φ,θ)は、3次元空間の座標原点を通る、点M、点M及び点Mによって作られる平面の法線であり、この法線は、上述の円の中心点を通る。
点M、点M及び点Mによって作られる平面の法線ベクトルnは、即ち、3軸直交座標系によって表される回転軸nは、下式(21)により表される。
In FIG. 7, a point obtained by rotating the point M 1 in the three-dimensional space (−α 12 ) around the rotation axis (1, φ A , θ A ) is defined as a point M 2 , and the rotation axis (1, φ a, is a diagram showing a M 1, the relationship of the point M 2 and the point M 3 points (-.alpha. 23) when the point is rotated to the point M 3 around theta a).
As shown in FIG. 7, the point M 1 , the point M 2, and the point M 3 are on the same plane and further on the circumference of one circle. The rotation axis (1, φ A , θ A ) is a normal line of a plane formed by the points M 1 , M 2, and M 3 that passes through the coordinate origin of the three-dimensional space. Pass through the center point of the circle.
The normal vector n of the plane formed by the points M 1 , M 2, and M 3 , that is, the rotation axis n expressed by the three-axis orthogonal coordinate system is expressed by the following equation (21).

Figure 2005061969
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従って、平面上の任意の点xは、下式(22)によって表され、円の中心点Cは、下式(23)によって表される。   Therefore, an arbitrary point x on the plane is represented by the following expression (22), and the center point C of the circle is represented by the following expression (23).

Figure 2005061969
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Figure 2005061969
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従って、回転軸(1,φ,θ)の周りに回転角度計測装置200をαij回転したとき、回転前の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとし、回転後の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとすると、回転角度αijは、下式(24)及び(25)によって得られる。 Therefore, when the rotation angle measuring device 200 is rotated α ij around the rotation axis (1, φ A , θ A ), the geomagnetism measurement data measured by the three-axis magnetic sensor 51 before the rotation is M i, and after the rotation If the geomagnetic measurement data measured by the three-axis magnetic sensor 51 is M j , the rotation angle α ij is obtained by the following equations (24) and (25).

Figure 2005061969
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次に、回転角度計測装置200の異なる4個以上の姿勢状態において、3軸磁気センサ51によって地磁気測定データを測定した場合の回転角度の算出方法の一例について説明する。
上述したように、地磁気測定データMと地磁気測定データMとの関係は、点Mを回転軸(1,φ,θ)の周りに回転させた点を点Mとしたときの点Mと点Mとの関係と同じであることから、測定した地磁気測定データMに対応付けられる点Mによって作られる平面の方程式を、x+by+cz+d=0、ax+y+cz+d=0、又は、ax+by+z+d=0として、最小自乗法によって未知数a、b、c及びdを求める。ここで、平面の方程式は一般にax+by+cz+d=0により表されるが、未知数a、b、c及びdの少なくとも1つを1とする。即ち、測定した適当な3個の地磁気測定データMを式(21)に代入し、法線ベクトルnのx成分、y成分、又はz成分の絶対値が0より十分大きい成分の係数を、1とする。
点Mを、求めた平面上に射影した点を点M’としたとき、点M’は、下式(26)によって表される。
Next, an example of a calculation method of the rotation angle when the geomagnetic measurement data is measured by the triaxial magnetic sensor 51 in four or more different posture states of the rotation angle measuring device 200 will be described.
As described above, the relationship between the geomagnetic measured data M i and the geomagnetic measured data M j is the point M i rotary shaft (1, φ A, θ A ) when the point M j points rotated about the Since the relationship between the point M i and the point M j is the same, the equation of the plane created by the point M i associated with the measured geomagnetic measurement data M i is expressed as x + by + cz + d = 0, ax + y + cz + d = 0, or Assuming that ax + by + z + d = 0, unknowns a, b, c, and d are obtained by the method of least squares. Here, the plane equation is generally expressed by ax + by + cz + d = 0, but at least one of the unknowns a, b, c, and d is 1. That is, an appropriate three geomagnetic measured data M i measured into equation (21), x component of the normal vector n, y component, or the absolute value of z component coefficients large enough component than 0, Set to 1.
The point M i, 'when the point M i' point M i of the points projected on a plane determined is represented by the following equation (26).

Figure 2005061969
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また、法線ベクトルはn=(a,b,c)となるので、円の中心点Cは、下式(27)によって表される。   Since the normal vector is n = (a, b, c), the center point C of the circle is expressed by the following equation (27).

Figure 2005061969
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従って、回転軸(1,φ,θ)の周りに回転角度計測装置200をαij回転したとき、回転前の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとし、回転後の3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとすると、回転角度αijは、下式(28)及び(29)によって得られる。 Therefore, when the rotation angle measuring device 200 is rotated α ij around the rotation axis (1, φ A , θ A ), the geomagnetism measurement data measured by the three-axis magnetic sensor 51 before the rotation is M i, and after the rotation If the geomagnetic measurement data measured by the three-axis magnetic sensor 51 is M j , the rotation angle α ij is obtained by the following equations (28) and (29).

Figure 2005061969
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Figure 2005061969
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次に、任意の座標系Xrotと計測装置座標系Xとの座標軸及び座標原点の相対関係が既知である場合の回転角度の算出方法の一例について説明する。ここで、計測装置座標系Xとは、回転角度計測装置200の3軸座標系である。
座標系Xrot及び計測装置座標系Xは、下式(30)及び(31)を満たしているとする。
Next, an example of a calculation method of the rotation angle when the relative relationship between the coordinate axis and the coordinate origin of the arbitrary coordinate system X rot and the measurement apparatus coordinate system X M is known will be described. Here, the measurement device coordinate system X M is a three-axis coordinate system of the rotation angle measurement device 200.
It is assumed that the coordinate system X rot and the measurement device coordinate system X M satisfy the following expressions (30) and (31).

Figure 2005061969
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Figure 2005061969
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即ち、座標系Xrotは、計測装置座標系Xを、まずz軸の周りにθ回転し、次にy軸の周りにφ回転し、最後にx軸の周りにη回転させて出来る座標系である。
回転角度計測装置200の第1の姿勢状態における3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとし、座標系Xrotのいずれかの1つの座標軸を回転軸として、座標系Xrot及び計測装置座標系Xを、α回転させたときの、3軸磁気センサ51によって測定された地磁気測定データをMとし、地磁気測定データMを座標系Xrotに座標変換した値を変換値Mrot1とし、地磁気測定データMを座標系Xrotに座標変換した値を変換値Mrot2としたとき、変換値Mrot1及び変換値Mrot2は、下式(32)及び(33)によって表される。
That is, the coordinate system X rot is a coordinate formed by first rotating the measuring apparatus coordinate system X M around the z axis by θ, then rotating around the y axis, and finally rotating around the x axis by η. It is a system.
The geomagnetic measurement data measured by the three-axis magnetic sensor 51 in the first posture of the rotary angle measuring device 200 and M 1, the rotation axis of any one of the coordinate axes of the coordinate system X rot, the coordinate system X rot and the measuring device coordinate system X M, alpha when rotating, the geomagnetic measurement data measured by the three-axis magnetic sensor 51 and M 2, the conversion value a value obtained by coordinate transformation to the coordinate system X rot geomagnetic measured data M 1 Table when the M rot, was a value obtained by coordinate transformation to the coordinate system X rot geomagnetic measured data M 2 and the converted value M ROT2, converted value M rot and converted value M ROT2 is by the following equation (32) and (33) Is done.

Figure 2005061969
Figure 2005061969

Figure 2005061969
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ここで、変換値Mrot1と変換値Mrot2と関係は、x軸が回転軸の場合は、下式(34)及び(37)によって表され、y軸が回転軸の場合は、下式(35)及び(38)によって表され、z軸が回転軸の場合は、下式(36)及び(39)によって表される。 Here, the relationship between the converted value M rot1 and the converted value M rot2 is expressed by the following equations (34) and (37) when the x-axis is a rotation axis, and when the y-axis is a rotation axis, the following equation ( 35) and (38), and when the z-axis is a rotation axis, they are represented by the following equations (36) and (39).

Figure 2005061969
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式(32)及び(33)を利用して、地磁気測定データをM及び地磁気測定データをMより変換値Mrot1及び変換値Mrot2を求め、変換値Mrot1と変換値Mrot2との間の成分の変化が0又は、十分に小さい値の成分を求める。この求めた成分を表す座標軸が回転軸となる。
得られた回転軸に対応する式(37)、(38)又は(39)のいずれか1つを利用して、回転角度αが得られる。
次に、本実施の形態の動作を説明する。
回転角度計測装置200の回転角度Δαを測定する場合、ユーザは回転角度計測装置200を手に持って、傾斜角情報取得の開始の操作を行なう。まず、ユーザは肘を角度α0にすることによって、回転角度計測装置200の姿勢状態を、既知(例えば水平)の傾斜角α0に固定し、既知の傾斜角α0を回転角度計測装置200に入力し、地磁気の測定を行なう。測定によって得られた地磁気測定データMx0,My0,Mz0は、図6の傾斜角情報算出部57へ送られる。
Using equation (32) and (33), M 1 and geomagnetism measuring data geomagnetic measurement data calculated conversion value M rot and converted value M ROT2 than M 2, the converted value M rot and the conversion value M ROT2 A component whose component change between them is 0 or a sufficiently small value is obtained. The coordinate axis representing the obtained component becomes the rotation axis.
The rotation angle α is obtained using any one of the equations (37), (38), or (39) corresponding to the obtained rotation axis.
Next, the operation of the present embodiment will be described.
When measuring the rotation angle Δα of the rotation angle measurement device 200, the user holds the rotation angle measurement device 200 in his hand and performs an operation for starting the acquisition of the tilt angle information. First, the user fixes the posture state of the rotation angle measurement device 200 to a known (eg, horizontal) inclination angle α 0 by setting the elbow to an angle α 0 , and the known inclination angle α 0 is set to the rotation angle measurement device 200. To measure geomagnetism. The geomagnetic measurement data M x0 , M y0 , and M z0 obtained by the measurement are sent to the tilt angle information calculation unit 57 in FIG.

次に、ユーザは肘を角度α1に変化させることにより、回転角度計測装置200の姿勢状態を、傾斜角α0を測定したときの方位角を固定したまま、傾斜角α1に固定し、地磁気の測定を行なう。測定によって得られた地磁気測定データMx1,My1,Mz1は、図6の傾斜角情報算出部57へ送られる。
次に、傾斜角情報算出部57は、上述の式(9)及び(10)を利用して、既知の傾斜角α0において得られた地磁気測定データMx0,My0,Mz0及び傾斜角α1において得られた地磁気測定データMx1,My1,Mz1に基づいて、傾斜角の角度差Δα、即ち、回転角度Δαを算出される。
Next, by changing the elbow to the angle α 1 , the user fixes the posture state of the rotation angle measuring device 200 to the tilt angle α 1 while fixing the azimuth angle when the tilt angle α 0 is measured, Measure geomagnetism. The geomagnetic measurement data M x1 , M y1 , and M z1 obtained by the measurement are sent to the tilt angle information calculation unit 57 in FIG.
Next, the tilt angle information calculation unit 57 uses the above-described equations (9) and (10) to obtain geomagnetic measurement data M x0 , M y0 , M z0 and tilt angles obtained at a known tilt angle α 0 . Based on the geomagnetic measurement data M x1 , M y1 , and M z1 obtained at α 1 , the angle difference Δα of the tilt angle, that is, the rotation angle Δα is calculated.

上述の回転角度計測装置、回転角度計測プログラム及び回転角度計測方法の実施の形態において、3軸磁気センサ51は、請求項3、4、7、8、11又は12に記載の磁気検出手段に対応し、回転角度算出部57は、請求項3、4、7又は8に記載の回転角度算出手段に対応している。
上述の実施の形態においては、図2に示したように、あおり角(α)を変化させた場合であるが、ひねり角(η)を変化させた場合も類似の理論により、ひねり角を算出することができる。
In the embodiment of the rotation angle measurement device, rotation angle measurement program, and rotation angle measurement method described above, the three-axis magnetic sensor 51 corresponds to the magnetic detection means according to claim 3, 4, 7, 8, 11 or 12. The rotation angle calculation unit 57 corresponds to the rotation angle calculation means described in claim 3, 4, 7 or 8.
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the tilt angle (α) is changed, but the twist angle is calculated by a similar theory when the twist angle (η) is changed. can do.

また、上述の実施の形態においては、図2に示したように、地上座標系(xg,yg,zg)を水平面上の2軸及び鉛直軸としているが、任意の地上座標系であっても類似の理論で、回転角(θ、α、η)を算出することができる。
また、上述の実施の形態においては、3軸磁気センサ31及び3軸磁気センサ51として、ホール素子を用いた場合を例にとって説明したが、軸磁気センサ31及び3軸磁気センサ51が必ずしもホール素子に限定されることなく、例えば、フラックスゲートセンサなどを用いるようにしても良い。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the ground coordinate system (xg, yg, zg) is the two axes on the horizontal plane and the vertical axis, but any ground coordinate system may be used. The rotation angle (θ, α, η) can be calculated by a similar theory.
In the above-described embodiment, the case where Hall elements are used as the triaxial magnetic sensor 31 and the triaxial magnetic sensor 51 has been described as an example, but the axial magnetic sensor 31 and the triaxial magnetic sensor 51 are not necessarily Hall elements. For example, a fluxgate sensor or the like may be used.

また、上述の方位角計測装置、方位角計測プログラム及び方位角計測方法の実施の形態においては、感度・オフセット補正計算部36、傾斜角情報算出部37、傾斜角補正計算部39及び方位角計算部40で行なう処理をハードウェアにより実現しても良いし、方位角計測装置100を、CPU、ROM及びRAMをバス接続したコンピュータとして構成し、CPUがその処理を実行するようにしても良い。この場合、ROMに予め格納されている制御プログラムを実行するように構成しても良いし、これらの手順を示したプログラムを記録した情報記録媒体から、そのプログラムをRAMに読み込んで実行するようにしても良い。   In the embodiments of the azimuth measuring device, the azimuth measuring program, and the azimuth measuring method described above, the sensitivity / offset correction calculation unit 36, the tilt angle information calculation unit 37, the tilt angle correction calculation unit 39, and the azimuth calculation. The processing performed by the unit 40 may be realized by hardware, or the azimuth measuring device 100 may be configured as a computer in which a CPU, a ROM, and a RAM are connected by a bus, and the CPU may execute the processing. In this case, the control program stored in advance in the ROM may be executed, or the program may be read from the information recording medium storing the program showing these procedures and executed. May be.

また、上述の回転角度計測装置、回転角度計測プログラム及び回転角度計測方法の実施の形態においては、感度・オフセット補正計算部56及び回転角度算出部57で行なう処理をハードウェアにより実現しても良いし、回転角度計測装置200を、CPU、ROM及びRAMをバス接続したコンピュータとして構成し、CPUがその処理を実行するようにしても良い。この場合、ROMに予め格納されている制御プログラムを実行するように構成しても良いし、これらの手順を示したプログラムを記録した情報記録媒体から、そのプログラムをRAMに読み込んで実行するようにしても良い。   In the embodiment of the rotation angle measurement device, rotation angle measurement program, and rotation angle measurement method described above, the processing performed by the sensitivity / offset correction calculation unit 56 and the rotation angle calculation unit 57 may be realized by hardware. The rotation angle measuring device 200 may be configured as a computer in which a CPU, a ROM, and a RAM are connected by a bus, and the CPU may execute the processing. In this case, the control program stored in advance in the ROM may be executed, or the program may be read from the information recording medium storing the program showing these procedures and executed. May be.

ここで、情報記録媒体とは、RAM、ROM等の半導体記録媒体、FD、HD等の磁気記憶型記録媒体、CD、CDV、LD、DVD等の光学的読取方式記録媒体、MO等の磁気記憶型/光学的読取方式記録媒体であって、電子的、磁気的、光学等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータによって読み取り可能な情報記録媒体であれば、あらゆる情報記録媒体を含むものである。
なお、上述の実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものによって置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。
Here, the information recording medium is a semiconductor recording medium such as RAM or ROM, a magnetic storage type recording medium such as FD or HD, an optical reading type recording medium such as CD, CDV, LD, or DVD, or a magnetic storage such as MO. Any type / optical reading type recording medium, including any information recording medium that can be read by a computer, regardless of electronic, magnetic, optical, or other reading methods.
In addition, the above-mentioned embodiment is for description and does not limit the scope of the present invention. Accordingly, those skilled in the art can employ embodiments in which each or all of these elements are replaced by equivalents thereof, and these embodiments are also included in the scope of the present invention.

本発明に係る方位角計測装置における磁気センサの取付構造を示す透視図である。It is a perspective view which shows the attachment structure of the magnetic sensor in the azimuth measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る方位角計測装置の姿勢状態を示す図である。It is a figure which shows the attitude | position state of the azimuth measuring device which concerns on this invention. 本発明に係る方位角計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the azimuth measuring device which concerns on this invention. 方位角計測装置の姿勢状態を定める図である。It is a figure which defines the attitude | position state of an azimuth measuring device. 方位角計測装置の姿勢状態を変化させる操作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of operation which changes the attitude | position state of an azimuth measuring device. 本発明に係るか貴店角度計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the store angle measuring apparatus which concerns on this invention. 点M、点M及び点Mの関係を示す図である。Point M 1, is a diagram showing the relationship of the point M 2 and point M 3. 地上座標系(xg,yg,zg)における地磁気成分を示したものである。The geomagnetic component in the ground coordinate system (xg, yg, zg) is shown. 従来の方位角計測装置における磁気センサの取付構造を示す透視図である。It is a perspective view which shows the attachment structure of the magnetic sensor in the conventional azimuth measuring device. 従来の方位角計測装置における傾斜角センサの取付構造を示す透視図である。It is a perspective view which shows the attachment structure of the inclination angle sensor in the conventional azimuth measuring device. 従来の方位角計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional azimuth measuring device.

符号の説明Explanation of symbols

11,31,51 3軸磁気センサ
HEx x軸ホール素子
HEy y軸ホール素子
HEz z軸ホール素子
12,32,52 磁気センサ駆動電源部
13,33,53 マルチプレクサ部
14,34,54 磁気センサ増幅部
15,35,55 磁気センサA/D変換部
16,36,56 感度・オフセット補正部
37 傾斜角算出部
38 傾斜角情報記憶部
20,39 測定データ補正部
21,40 方位角計算部
57 回転角度算出部
11, 31, 51 3-axis magnetic sensor HEx x-axis Hall element HEy y-axis Hall element HEz z-axis Hall element 12, 32, 52 Magnetic sensor drive power supply unit 13, 33, 53 Multiplexer units 14, 34, 54 Magnetic sensor amplification unit 15, 35, 55 Magnetic sensor A / D converters 16, 36, 56 Sensitivity / offset correction unit 37 Inclination angle calculation unit 38 Inclination angle information storage unit 20, 39 Measurement data correction unit 21, 40 Azimuth angle calculation unit 57 Rotation angle Calculation unit

Claims (13)

互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段と、
前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態として、
前記第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出手段と、
前記第1の傾斜角、及び前記角度差算出手段によって算出された前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
前記第2の傾斜角、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記地磁気検出手段の方位角を算出する方位角算出手段と、
を備えていることを特徴とする方位角計測装置。
Triaxial geomagnetism detecting means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other;
The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means becomes the first inclination angle is set as the first attitude state, and the azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is a second inclination angle different from the first inclination angle is defined as a second attitude state.
Based on the first three-axis output data detected by the geomagnetism detection means in the first posture state and the second three-axis output data detected by the geomagnetism detection means in the second posture state, Angle difference calculating means for calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle;
An inclination angle calculating means for calculating the second inclination angle based on the first inclination angle and the angle difference calculated by the angle difference calculating means;
Azimuth angle calculating means for calculating the azimuth angle of the geomagnetism detecting means based on the second tilt angle and the second three-axis output data;
An azimuth measuring device comprising:
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段と、
前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第1の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、前記第2の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第2の傾斜角を固定したまま、前記第1の方位角とは異なる第2の方位角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第3の姿勢状態として、
前記第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出手段と、
前記第1の傾斜角、及び前記角度差算出手段によって算出された前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
前記第3の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された、又は、前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第3の3軸出力データ、及び前記第2の傾斜角に基づいて、前記地磁気検出手段の前記第2の方位角又は前記第1の方位角を算出する方位角算出手段と、
を備えていることを特徴とする方位角計測装置。
Triaxial geomagnetism detecting means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other;
The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is the first inclination angle is defined as a first attitude state, and the first azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is a second inclination angle different from the first inclination angle is set as the second attitude state, and the geomagnetism in the second attitude state is maintained. With the second tilt angle of the detection means fixed, the attitude state of the geomagnetism detection means that becomes a second azimuth angle different from the first azimuth angle is defined as a third attitude state.
Based on the first three-axis output data detected by the geomagnetism detection means in the first posture state and the second three-axis output data detected by the geomagnetism detection means in the second posture state, Angle difference calculating means for calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle;
An inclination angle calculating means for calculating the second inclination angle based on the first inclination angle and the angle difference calculated by the angle difference calculating means;
Based on the third triaxial output data detected by the geomagnetism detection means in the third posture state or detected by the geomagnetism detection means in the second posture state, and the second tilt angle. Azimuth angle calculating means for calculating the second azimuth angle or the first azimuth angle of the geomagnetic detection means,
An azimuth measuring device comprising:
互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段と、
1つの直線を回転軸として回転した3個以上の異なる前記磁気検出手段の姿勢状態において、前記磁気検出手段によって検出された互いに異なる3個以上の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出手段と、
を備えていることを特徴とする回転角度計測装置。
Triaxial magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other;
The rotation angle of the rotation based on three or more different three-axis output data detected by the magnetic detection means in the posture state of three or more different magnetic detection means rotated about one straight line as a rotation axis Rotation angle calculating means for calculating data and the rotation axis;
A rotation angle measuring device comprising:
互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段と、
前記磁気検出手段の第1の姿勢状態を、前記磁気成分を検出するための前記磁気検出手段の座標系と、3軸の座標軸及び座標原点の相対関係が既知である3軸座標系の1つの座標軸を回転軸として回転した前記第1の姿勢状態とは異なる前記磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、
前記第1の姿勢状態の前記磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記磁気検出手段によって検出された前記第1の3軸出力データとは異なる第2の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出手段と、
を備えていることを特徴とする回転角度計測装置。
Triaxial magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other;
The first posture state of the magnetic detection means is defined as one of a coordinate system of the magnetic detection means for detecting the magnetic component and one of a three-axis coordinate system in which the relative relationship between the three coordinate axes and the coordinate origin is known. The posture state of the magnetic detection means different from the first posture state rotated about the coordinate axis as a rotation axis is set as a second posture state,
The first three-axis output data detected by the magnetic detection means in the first posture state is different from the first three-axis output data detected by the magnetic detection means in the second posture state. Rotation angle calculation means for calculating rotation angle data of the rotation and the rotation axis based on second triaxial output data;
A rotation angle measuring device comprising:
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態として、
前記第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出手段と、
前記第1の傾斜角、及び前記角度差算出手段によって算出された前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
前記第2の傾斜角、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記地磁気検出手段の方位角を算出する方位角算出手段と、
を実現させる処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする方位角計測プログラム。
A program for causing a computer that can use three-axis geomagnetic detection means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other to be executed,
The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means becomes the first inclination angle is set as the first attitude state, and the azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is a second inclination angle different from the first inclination angle is defined as a second attitude state.
Based on the first three-axis output data detected by the geomagnetism detection means in the first posture state and the second three-axis output data detected by the geomagnetism detection means in the second posture state, Angle difference calculating means for calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle;
An inclination angle calculating means for calculating the second inclination angle based on the first inclination angle and the angle difference calculated by the angle difference calculating means;
Azimuth angle calculating means for calculating the azimuth angle of the geomagnetism detecting means based on the second tilt angle and the second three-axis output data;
An azimuth angle measuring program for causing the computer to execute a process for realizing
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第1の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、前記第2の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第2の傾斜角を固定したまま、前記第1の方位角とは異なる第2の方位角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第3の姿勢状態として、
前記第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出手段と、
前記第1の傾斜角、及び前記角度差算出手段によって算出された前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
前記第3の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された、又は、前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって検出された第3の3軸出力データ、及び前記第2の傾斜角に基づいて、前記地磁気検出手段の前記第2の方位角又は前記第1の方位角を算出する方位角算出手段と、
を実現させる処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする方位角計測プログラム。
A program for causing a computer that can use three-axis geomagnetic detection means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other to be executed,
The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is the first inclination angle is defined as a first attitude state, and the first azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is a second inclination angle different from the first inclination angle is set as the second attitude state, and the geomagnetism in the second attitude state is maintained. With the second tilt angle of the detection means fixed, the attitude state of the geomagnetism detection means that becomes a second azimuth angle different from the first azimuth angle is defined as a third attitude state.
Based on the first three-axis output data detected by the geomagnetism detection means in the first posture state and the second three-axis output data detected by the geomagnetism detection means in the second posture state, Angle difference calculating means for calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle;
An inclination angle calculating means for calculating the second inclination angle based on the first inclination angle and the angle difference calculated by the angle difference calculating means;
Based on the third triaxial output data detected by the geomagnetism detection means in the third posture state or detected by the geomagnetism detection means in the second posture state, and the second tilt angle. Azimuth angle calculating means for calculating the second azimuth angle or the first azimuth angle of the geomagnetic detection means,
An azimuth angle measuring program for causing the computer to execute a process for realizing
互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
1つの直線を回転軸として回転した3個以上の異なる前記磁気検出手段の姿勢状態において、前記磁気検出手段によって検出された互いに異なる3個以上の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出手段を実現させる処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする回転角度計測プログラム。
A program for causing a computer capable of using three-axis magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other to execute the method,
The rotation angle of the rotation based on three or more different three-axis output data detected by the magnetic detection means in the posture state of three or more different magnetic detection means rotated about one straight line as a rotation axis A rotation angle measurement program, which is a program for causing the computer to execute processing for realizing rotation angle calculation means for calculating data and the rotation axis.
互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記磁気検出手段の第1の姿勢状態を、前記磁気成分を検出するための前記磁気検出手段の座標系と、3軸の座標軸及び座標原点の相対関係が既知である3軸座標系の1つの座標軸を回転軸として回転した前記第1の姿勢状態とは異なる前記磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、
前記第1の姿勢状態の前記磁気検出手段によって検出された第1の3軸出力データ、及び前記第2の姿勢状態の前記磁気検出手段によって検出された前記第1の3軸出力データとは異なる第2の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出手段を実現させる処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする回転角度計測プログラム。
A program for causing a computer capable of using three-axis magnetic detection means for detecting magnetic components in directions orthogonal to each other to execute the method,
The first posture state of the magnetic detection means is defined as one of a coordinate system of the magnetic detection means for detecting the magnetic component and one of a three-axis coordinate system in which the relative relationship between the three coordinate axes and the coordinate origin is known. The posture state of the magnetic detection means different from the first posture state rotated about the coordinate axis as a rotation axis is set as a second posture state,
The first three-axis output data detected by the magnetic detection means in the first posture state is different from the first three-axis output data detected by the magnetic detection means in the second posture state. The rotation angle is a program for causing the computer to execute processing for realizing the rotation angle calculation means for calculating the rotation angle data and the rotation axis based on the second three-axis output data. Measurement program.
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段を利用して、
前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態として、
第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第1の3軸出力データを取得する第1の3軸出力データ取得工程と、
第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第2の3軸出力データを取得する第2の3軸出力データ取得工程と、
前記第1の3軸出力データ、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出工程と、
前記第1の傾斜角、及び前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出工程と、
前記第2の傾斜角、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記地磁気検出手段の方位角を算出する方位角算出工程と、
を備えていることを特徴とする方位角計測方法。
Utilizing a triaxial geomagnetism detecting means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other,
The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means becomes the first inclination angle is set as the first attitude state, and the azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is a second inclination angle different from the first inclination angle is defined as a second attitude state.
A first three-axis output data acquisition step of acquiring first three-axis output data by the geomagnetism detecting means in the first posture state;
A second triaxial output data acquisition step of acquiring second triaxial output data by the geomagnetism detecting means in the second posture state;
An angle difference calculating step of calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle based on the first three-axis output data and the second three-axis output data;
An inclination angle calculating step of calculating the second inclination angle based on the first inclination angle and the angle difference;
An azimuth angle calculating step of calculating an azimuth angle of the geomagnetism detecting means based on the second tilt angle and the second triaxial output data;
An azimuth measuring method characterized by comprising:
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する3軸の地磁気検出手段を利用して、
前記地磁気検出手段の傾斜角が第1の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第1の姿勢状態とし、前記第1の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第1の方位角を固定したまま、前記地磁気検出手段の傾斜角が前記第1の傾斜角とは異なる第2の傾斜角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、前記第2の姿勢状態における前記地磁気検出手段の第2の傾斜角を固定したまま、前記第1の方位角とは異なる第2の方位角となる前記地磁気検出手段の姿勢状態を第3の姿勢状態として、
第1の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第1の3軸出力データを取得する第1の3軸出力データ取得工程と、
第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第2の3軸出力データを取得する第2の3軸出力データ取得工程と、
前記第1の3軸出力データ、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との間の角度差を算出する角度差算出工程と、
前記第1の傾斜角、及び前記角度差に基づいて、前記第2の傾斜角を算出する傾斜角算出工程と、
第3の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第3の3軸出力データを取得する、又は、前記第2の姿勢状態の前記地磁気検出手段によって第3の3軸出力データを再度取得する第3の3軸出力データ取得工程と、
前記第2の傾斜角、及び前記第3の3軸出力データに基づいて、前記地磁気検出手段の前記第2の方位角又は前記第1の方位角を算出する方位角算出工程と、
を備えていることを特徴とする方位角計測方法。
Utilizing a triaxial geomagnetism detecting means for detecting geomagnetic components in directions orthogonal to each other,
The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is the first inclination angle is defined as a first attitude state, and the first azimuth angle of the geomagnetism detection means in the first attitude state is fixed. The attitude state of the geomagnetism detection means in which the inclination angle of the geomagnetism detection means is a second inclination angle different from the first inclination angle is set as the second attitude state, and the geomagnetism in the second attitude state is maintained. With the second tilt angle of the detection means fixed, the attitude state of the geomagnetism detection means that becomes a second azimuth angle different from the first azimuth angle is defined as a third attitude state.
A first three-axis output data acquisition step of acquiring first three-axis output data by the geomagnetism detecting means in the first posture state;
A second triaxial output data acquisition step of acquiring second triaxial output data by the geomagnetism detecting means in the second posture state;
An angle difference calculating step of calculating an angle difference between the first inclination angle and the second inclination angle based on the first three-axis output data and the second three-axis output data;
An inclination angle calculating step of calculating the second inclination angle based on the first inclination angle and the angle difference;
The third triaxial output data is acquired by the geomagnetic detection means in the third posture state, or the third triaxial output data is acquired again by the geomagnetic detection means in the second posture state. 3-axis output data acquisition process;
An azimuth angle calculating step of calculating the second azimuth angle or the first azimuth angle of the geomagnetism detecting means based on the second tilt angle and the third triaxial output data;
An azimuth measuring method characterized by comprising:
前記第1の傾斜角は、地上座標系に対して0度、90度、180度、270度、略0度、略90度、略180度又は略270度であることを特徴とする請求項9又は10に記載の方位角計測方法。   The first inclination angle is 0 degree, 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees, approximately 0 degrees, approximately 90 degrees, approximately 180 degrees, or approximately 270 degrees with respect to the ground coordinate system. The azimuth angle measuring method according to 9 or 10. 互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段を利用して、
1つの直線を回転軸として回転した3個以上の異なる前記磁気検出手段の姿勢状態において、前記磁気検出手段によって検出された互いに異なる3個以上の3軸出力データを取得する3軸出力データ取得工程と、
互いに異なる3個以上の前記3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出工程と、
を備えていることを特徴とする回転角度計測方法。
Utilizing a triaxial magnetic detection means for detecting magnetic components in directions perpendicular to each other,
A three-axis output data acquisition step of acquiring three or more different three-axis output data detected by the magnetic detection means in a posture state of three or more different magnetic detection means rotated about one straight line as a rotation axis When,
A rotation angle calculation step of calculating rotation angle data of the rotation and the rotation axis based on three or more different three-axis output data;
A rotation angle measuring method characterized by comprising:
互いに直交する方向の磁気成分を検出する3軸の磁気検出手段を利用して、
前記磁気検出手段の第1の姿勢状態を、前記磁気成分を検出するための前記磁気検出手段の座標系と、3軸の座標軸及び座標原点の相対関係が既知である3軸座標系の1つの座標軸を回転軸として回転した前記第1の姿勢状態とは異なる前記磁気検出手段の姿勢状態を第2の姿勢状態とし、
第1の姿勢状態の前記磁気検出手段によって第1の3軸出力データを取得する第1の3軸出力データ取得工程と、
第2の姿勢状態の前記磁気検出手段によって前記第1の3軸出力データとは異なる第2の3軸出力データを取得する第2の3軸出力データ取得工程と、
前記第1の3軸出力データ、及び前記第2の3軸出力データに基づいて、前記回転の回転角度データ及び前記回転軸を算出する回転角度算出工程と、
を備えていることを特徴とする回転角度計測方法。
Utilizing a triaxial magnetic detection means for detecting magnetic components in directions perpendicular to each other,
The first posture state of the magnetic detection means is defined as one of a coordinate system of the magnetic detection means for detecting the magnetic component and one of a three-axis coordinate system in which the relative relationship between the three coordinate axes and the coordinate origin is known. The posture state of the magnetic detection means different from the first posture state rotated about the coordinate axis as a rotation axis is set as a second posture state,
A first three-axis output data acquisition step of acquiring first three-axis output data by the magnetic detection means in the first posture state;
A second triaxial output data acquisition step of acquiring second triaxial output data different from the first triaxial output data by the magnetic detection means in the second posture state;
A rotation angle calculation step of calculating rotation angle data of the rotation and the rotation axis based on the first three-axis output data and the second three-axis output data;
A rotation angle measuring method characterized by comprising:
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