JP2008241675A

JP2008241675A - 電子コンパス

Info

Publication number: JP2008241675A
Application number: JP2007110968A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Motokura; 義信本蔵; Katsuhiko Tsuchida; 克彦土田
Original assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Current assignee: Aichi Micro Intelligent Corp
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: JP4590511B2

Abstract

【課題】携帯端末機器を使用する際の基本動作の中でオフセットによる磁場の変化を常に正確に補正できる電子コンパスを提供する。
【解決手段】３軸の磁気センサ１と３軸の磁気センサ１のオフセットを校正する校正手段２０と磁気ベクトルを補正して方位を算出する方位演算部７からなる電子コンパスであって、校正手段が磁気ベクトルの少なくとも４点からなる測定点を３軸の磁気センサのオフセット計算のための採用の可否を判定するオフセット計算用測定点判定部２と、オフセット計算用測定点の判定結果に基づいて順次得られたオフセット計算用測定点を順次格納するオフセット計算用測定点格納部３と、オフセット計算用測定点格納部３に格納された４点の測定点に基づいて３軸の磁気センサのオフセットを校正するオフセット計算部４と、オフセット計算部４により算出されたオフセット校正値を格納するオフセット校正値格納部５から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気センサを用いて方位を測定する電子コンパスに関する。
より詳しくは、方位測定のための校正（オフセット補正）を方位計測用データにより行う技術に関し、特に、使用者が特別の手順を実行すること無しに、３軸の地磁気センサから得られたデータを使って適正な校正方法を行って正しい方位を測定する電子コンパスに関する。

地磁気を検出する磁気センサを備え、この磁気センサによって検出された地磁気に基づいて方位測定を行う携帯電話等の携帯端末が知られている。ここで測定された方位は、例えばナビゲーション用の地図の表示に利用され、現在位置に基づいた地図を、携帯端末の向き（方位）に合わせて表示する機能を可能とする。

ところが、携帯端末には、これに搭載されるスピーカおよびマイクロホンや、着磁した電子部品の金属パッケージ等から漏れる磁気が存在するため、この携帯端末に搭載された磁気センサは、携帯端末内部の電子部品等から発生する磁界と地磁気とが合成された磁界を検出することになる。したがって、携帯端末内部の電子部品等から発生する磁界による誤差（オフセット）分を補正するための校正処理が必要となる。そこで従来２軸の地磁気センサを搭載した携帯端末では、校正処理を行うために、ユーザが携帯端末を例えば３６０度回転させ、この動作の間に携帯端末は磁気センサから測定データを収集し、測定データに基づいてオフセットを推定していた。

具体的には、３軸の磁気センサを一定の地磁気の中で回転させた場合の各軸成分の出力を空間（３軸の磁気センサの各軸成分の出力がプロットされる空間のことを三次元方位空間とも称する。）にプロットした場合、その軌跡が球をなす。この球を方位球と呼び、方位球の中心が方位センサのオフセットに対応する。したがって、オフセットの校正は、さまざまな方位・姿勢で計測された地磁気の計測値から、方位球の中心点を求めてそれを新しいオフセット値として採用することに他ならない。なお、ここで方位球の半径は地磁気の強さに対応する。

このような携帯端末に搭載された磁気センサの校正に関しては、例えば、特許文献１に開示された技術がある。この技術では、携帯端末を所定の角度ずつ回転させ、各角度において磁気センサによって測定されたデータに基づいてオフセットを推定することにより、回転速度に依存せずに校正を行えるようになっている。
しかしながら、これは携帯電話を所定の角度ずつ回転させるという作業を、携帯端末の使用者に強制させることになり、使用者の負担が増す。また、使用者によっては、かならずしも定められた校正手順が正確に行われない可能性があり、結果として校正が精確に行われず方位計測結果に誤差が入るという問題点があった。

また、特許文献２に開示された方法では、校正時に有効な測定データが得られなくても仮オフセット値をつかって校正処理を行うようにしている。これにより、使用者が方位データ取得のために気を使ってあらかじめ定められた手順で携帯電話などを動かす必要がなくなり、負担が軽減されるとしている。
しかしながら、そもそも校正に有効な計測値が得られないのに校正作業を完了するため、状況によっては正確な校正が行えず、その後の方位表示に誤差が生じる可能性が生じる。また、オフセット値の算出のために最小自乗法を用いるために、校正の精確さを期すためには計測値が多数必要であるという欠点があった。

特開２００４−１２４１６号公報特開２００６−７８４７４号公報

従来の技術では、携帯端末内部の電子部品等から発生する磁界による誤差（オフセット）分を補正するための校正処理を実施するのに、使用者があらかじめ定められた複雑な校正手順を実行する必要があり使用者の負担が大きい。また、この負担を低減しようとして校正に有効な計測値が得られなくても校正作業を完了すると、結果として方位表示に誤差が混入することになる。さらに、オフセット値の計算に最小自乗法を用いるために、正確な校正のためには多数の計測値が必要となる、という問題点があった。

従って、本発明の目的は、上記の点にかんがみてなされたものであって、使用者があらかじめ定めた磁気センサ自体の校正手順を実行しなくでも、携帯端末機器を使用する際の基本動作の中でオフセットによる磁場の変化を常に正確に補正できる電子コンパスを提供するものである。

本発明の電子コンパスは、電子コンパスの移動とともに変化する地磁気ベクトルの３軸成分を直交する３軸成分データ（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）・・・（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）として検出する直交配列された３軸の磁気センサと、前記３軸の磁気センサのオフセットを校正する校正手段と、前記校正手段に基づいて得られたオフセット校正値により前記地磁気ベクトルを補正して方位を算出する方位演算部からなる電子コンパスであって、前記校正手段が、前記地磁気ベクトルの少なくとも４点からなる測定点を前記磁気センサのオフセット計算のための採用の可否について判定するオフセット計算用測定点判定部と、前記オフセット計算用測定点の判定結果に基づいて順次得られた前記オフセット計算用測定点の地磁気ベクトルを順次格納するオフセット計算用測定点格納部と、前記オフセット計算用測定点格納部に格納された前記４点の測定点に基づいて磁気センサのオフセットを校正するオフセット計算部と、前記オフセット計算部により算出されたオフセット校正値を格納するオフセット校正値格納部とを備えていることを特徴とする（請求項１）。

これにより、電子コンパスの移動とともに変化する地磁気ベクトルの少なくとも４点の測定点のデータを採取することで、磁気センサのオフセット校正値を算出することが可能となる。
よって、使用者があらかじめ定められた複雑な校正手順を実行する必要もないので使用者の負担がなくなる。また、この負担軽減のために校正に有効な測定点のデータを得ずに校正作業を完了する結果としての方位表示に誤差が混入することもない。さらに、オフセット計算用の測定点のデータは４点で済むことから、最小自乗法を用いるために必要な多数のデータは不要となる。
したがって、校正作業や多数の測定点のデータに依存することなく、磁気センサの校正を精確にできる。

また、本発明の電子コンパスに用いられる３軸の磁気センサは、磁気センサのノイズレベルが５ｍＧ以下であることを特徴とする（請求項２）。

これにより、地磁気ベクトルの少なくとも４点の測定点のデータから算出されるオフセット校正値の誤差が少なくなり、磁気センサの校正を精確にできる。

また、本発明の電子コンパスに用いられる３軸の磁気センサは、磁気センサの直線性が０．８％以下であることを特徴とする（請求項３）。

これにより、磁気センサにより検出する磁気に対応する出力が正確となり、磁気センサの校正を精確にできる。

また、本発明の電子コンパスのオフセット計算用測定点判定部は、前記３軸の磁気センサより検出された任意の地磁気ベクトルを第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）として判定する第１点判定手段と、前記第１点目の判定結果に基づいて、前記第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）からしきい値Ｍ１の距離であり、かつ、第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）の３つの成分データにおいて少なくとも１つは前記第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）の同じ成分との差分からしきい値Ｍ２以上であるか否かを判定する第２点判定手段と、前記第２点目の判定結果に基づいて、前記第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）及び前記第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）からしきい値Ｍ１の距離であり、かつ、第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３つの成分データのうち、前記第２点判定手段において採用した成分データとは異なる２つの成分のうちいずれか１つは前記第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）の同じ成分との差分から前記しきい値Ｍ２以上で、かつ、前記第１点目ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、前記第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び前記第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）が座標空間内で形成する三角形が鈍角三角形であるか否かを判定する第３点判定手段と、前記第３点目の判定結果に基づいて、前記第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、前記第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び前記第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）からしきい値Ｍ１の距離であり、かつ、第４点目（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）の３つの成分データのうち、前記第２点判定手段及び前記第３点判定手段において採用した成分データとは異なる残りの１つの成分は前記第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の同じ成分との差分から前記しきい値Ｍ２以上で、かつ、前記第３点判定手段において定めた三角形を形成する平面との距離がしきい値Ｍ１以上であるか否かを判定する第４点判定手段とを備えていることを特徴とする（請求項４）。

本発明にかかる電子コンパスのオフセット計算用測定点判定部において、方位球の中心点を求めてそれを新しいオフセット値とするため、方位球の球面上に点在する４点間の相互関係が所定の要件を充足するか否かを判定して、オフセット計算用測定点としての採用の可否を判定する。なお、方位球の半径は地磁気の強さとする。

すなわち、３軸の磁気センサにより検出した任意の地磁気ベクトルであって方位球の球面上に点在する第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を採取し、第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）として判定したのち、以後の第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）、及び第４点目（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）からなる計４点が相互に地磁気ベクトルの強さ、例えば４５０ｍＧ程度（地球上の測定値は場所により異なることから、本発明ではしきい値Ｍ１とする。）離れていることを要する。
これにより、計４点は相互に方位球の半径程度離れていることとなり、方位球の中心点を精度よく求めることができる。

また、地磁気ベクトルの磁気データを構成する３つの成分データについて、上述の第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と新しく第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）、及び第４点目（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）との対比をして、同一成分データの間における差分の値が、例えば４００ｍＧ程度（前述のしきい値Ｍ１から測定点間の精度を考慮して本発明では、しきい値Ｍ２とする。）離れていることを要する。
これにより、計４点は相互に方位球において３次元的に離れていることとなり、方位球の中心点を精度よく求めることができる。

また、第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）が座標空間内で形成する三角形が鈍角三角形でないことを要する。
これにより、第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）が有する誤差を原因とする方位球の中心点の推定における誤差を少なくし、方位球の中心点を精度よく求めることができる。

また、第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）が座標空間内で形成する三角形の平面と第４点目（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）との距離が地磁気ベクトルの強さ、例えば４５０ｍＧ程度（本発明ではしきい値Ｍ１とする。）離れていることを要する。
これにより、計４点は同一面上に存在せず、第４点目（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）が三角形の平面から垂直距離にて方位球の半径程度離れていることとなり、方位球の中心点を精度よく求めることができる。

また、本発明の電子コンパスは、携帯電話に搭載されており、保管状態の携帯電話を通話のために取り出してから通話を完了するという基本動作中にオフセット計算用測定点判定のための少なくとも４点からなる測定点のサンプリングを行うことを特徴とする（請求項５）。

すなわち、携帯電話を持つ人は、携帯電話を衣服内のポケットや手に持つかばん内などに保管している。電話を受信する時又は送信する時には、まず、保管状態から手元に保持し、受信・送信に応答するための準備動作を携帯電話の画面を見て行う。次いで、その準備動作の後、会話をするために耳元に移動する移動動作を行い、会話を開始する。会話終了後は、手元に戻して受信・送信の終了作業（移動動作）を、必要に応じて携帯電話の画面を見て行う。そして、保管状態に置くこと（終了動作）となる。
以上の基本動作において、少なくとも４点からなる測定点のサンプリングを行うこととする。

これにより、使用者はあらかじめ定められた複雑な校正手順を実行する必要もないので使用者の負担がなくなる。

なお、基本動作としては、手元に保持して受信・送信に応答するための準備動作から会話を行ない、会話終了後は、手元に戻して受信・送信の終了作業（移動動作）までの動作でもよい。

本発明によれば、電子コンパスを持つ人の、又は電子コンパスを搭載した携帯電話を持つ人の自然な動き、すなわち基本動作から得られる３軸の磁気センサより検出される磁気ベクトルの出力は、地磁気を半径とする方位球の球面上に点在し、その中心座標を推定することでオフセットを可能となる。

よって、使用者があらかじめ定められた複雑な校正手順を実行する必要もないので使用者の負担がなくなる。また、この負担軽減のために校正に有効な測定点のデータを得ずに校正作業を完了する結果としての方位表示に誤差が混入することもない。さらに、オフセット計算用の測定点のデータは４点で済むことから、最小自乗法を用いるために必要な多数のデータは不要となる。
したがって、校正作業や多数の測定点のデータに依存することなく、磁気センサの校正を精確にできる。

以下、本発明の実施形態に係る電子コンパスについて、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の電子コンパスの概略構成を示すブロック図である。

図１において、電子コンパス１０は、３軸の磁気センサ１、校正手段２０、その他校正値（感度など）格納部６、方位演算部７及び方位表示部８からなり、校正手段２０にはオフセット計算用測定点判定部２、オフセット計算用測定点格納部３、オフセット計算部４及びオフセット校正値格納部５が設けられている。なお、オフセット計算用測定点格納部３には、第１点、第２点、第３点及び第４点が格納される。

ここで、３軸の磁気センサ１は、ｘ軸の磁気センサ素子、ｙ軸の磁気センサ素子及びｚ軸磁気センサ素子はセンサモジュールに配置され、ｘ軸の磁気センサ素子、ｙ軸の磁気センサ素子及びｚ軸の磁気センサ素子は直交する３軸の磁気方向の磁気を検出するように配置されている。

なお、磁気センサ１は電子コンパス内に搭載されるためにＭＩセンサ、ホール素子などの小型の磁気センサであることが望ましい。また、本発明の電子コンパスは少なくとも４点の磁気データを検出してオフセットを行うために、磁気センサとしては、磁気センサのノイズレベルが５ｍＧ以下であることが好ましい。また、磁気センサの直線性が０．８％以下であることが好ましい。
さらに、小型で、ノイズレベル５ｍＧ以下かつ直線性が０．８％以下の性能を有するＭＩセンサであることが好ましい。

次に、３軸の磁気センサにより検出されている３成分からなる磁気データは、オフセット計算が開始されると、３軸の磁気センサ１から新しい測定点の３成分の磁気データを取得して、校正手段２０のオフセット計算用測定点判定部２に入力され、第１点目として判定され、オフセット計算用測定点格納部３に格納される。
第１点目が格納されると、また３軸の磁気センサ１から新しい測定点の３成分の磁気データを取得して、オフセット計算用測定点判定部２に入力され、第２点目として採用の可否が判定され、採用となるとオフセット計算用測定点格納部３に格納される。
以下、第３点目及び第４点目についても同様の処理により判定してオフセット計算用測定点格納部３に格納される。

第１点目から第４点目までの計４点がオフセット計算用測定点格納部３に格納されると、計４点の３成分の磁気データがオフセット計算部４に出力され、オフセット計算部４にて新しいオフセット値が計算され、その新しいオフセット値はオフセット校正値格納部５に出力されて、旧オフセット校正値と置換されて格納される。
なお、オフセット校正値格納部５には電子コンパス（電子コンパスが搭載された携帯電話などの携帯用電子機器を含む。）が工場出荷時または使用者に譲渡等の際に最初のオフセット校正値が格納される。

以上の構成により、オフセット校正値格納部５に格納されている新しいオフセット値は、必要に応じてその他校正値（感度など）格納部６に格納されているその他校正値とともに方位演算部７に出力される。

方位演算部７では、３軸の磁気センサにより検出されている３成分からなる磁気データを、新しいオフセット値及び必要なその他校正値に基づいて校正して精確な方位を求めて出力し、次いで方位表示部８で表示する。

次に、図２乃至図７のフロー図を用いて具体的な処理動作について説明する。
図２乃至図７は、本発明の実施形態に係る３軸磁気センサの校正方法を示すフロー図である。図２は、校正方法のメインフローを示す図であり、図３乃至図７は図２におけるサブフローを示す図である。

図２において、図１に示す３軸の磁気データを所定の時間間隔で常時取得している３軸磁気センサ（以下、フロー図ではセンサという。）により新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）を取得したのち、その磁気データを第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）とオフセット計算用測定点判定部２で判定し、オフセット計算用測定点格納部３に格納する（以下、フロー図では格納という。）（ステップＳ１〜Ｓ２）。

次の新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）をセンサにより取得し、その磁気データを第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用するか否かを判定する（ステップＳ３〜Ｓ４）。採用するときは、次のステップＳ５により、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として格納する。採用しないときは、ステップＳ３に戻ってさらに新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）をセンサにより取得し、その磁気データを第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用するか否かを判定する（ステップＳ４）。

図３において、ステップＳ４における新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）を第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用するか否かの判定について説明する。
まず、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との間の距離Ｌ_１−２とあらかじめ定めたしきい値Ｍ１とについて対比する。次いで、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との３軸の磁気データについて各成分の差分についてあらかじめ定めたしきい値Ｍ２と対比して行う。

すなわち、ステップＳ１０１において、｜√（ｘ_１ ^２＋ｙ_１ ^２＋ｚ_１ ^２）−√（ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２）｜の値Ｌ_１−２がしきい値Ｍ１より大きいとき（Ｙ）はステップＳ１０２に移行する。しきい値Ｍ１より大きくないとき（Ｎ）はステップＳ１０５に移行し、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用しないと判定する。

次に、ステップＳ１０２において、｜ｘ−ｘ_１｜＞Ｍ１であるときは、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用すると判定する（ステップＳ１０６）こととし、以下の第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）及び第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）の採用の可否の判定における判断標識としてＦＬＧ１＝０の標識とする。

｜ｘ−ｘ_１｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ１０３に移行する。

次のステップＳ１０３において、｜ｙ−ｙ_１｜＞Ｍ２であるときはＦＬＧ１＝１と標識し、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用と判定する（ステップ１０６）。｜ｙ−ｙ_１｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ１０４に移行する。

次のステップＳ１０４において、｜ｚ−ｚ_１｜＞Ｍ２であるときはＦＬＧ１＝２と標識し、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用すると判定する（ステップＳ１０６）。｜ｚ−ｚ_１｜＞Ｍ２でないときは、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用しないと判定する（ステップＳ１０５）。

以上のステップＳ１０１〜Ｓ１０６により、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用すると判定すると、ステップ５において第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）は格納され、次のステップＳ６に移行する。

次の新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）をセンサにより取得し、その磁気データを第３点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用するか否かを判定する（ステップＳ６〜Ｓ７）。採用するときは、次のステップＳ８により、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として格納する。採用しないときは、ステップＳ６に戻ってさらに新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）をセンサにより取得し、その磁気データを第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用するか否かを判定する（ステップＳ７）。

図４において、ステップＳ６にて新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）をセンサにより取得した磁気データを、ステップＳ７における第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用するか否かの判定について説明する。

まず、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との間の距離Ｌ_１−３と、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との間の距離Ｌ_２−３とについてあらかじめ定めたしきい値Ｍ１とについて対比する。
次いで、ステップＳ４における新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）と第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）との対比により、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）として採用する際に判定の根拠となった第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）の３成分のうちのいずれかの成分を除く他の２つの成分データについて、対応する新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）の磁気データの成分における各成分の差分についてあらかじめ定めたしきい値Ｍ２とを対比して行う。
最後に、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）からなる座標空間内で形成する三角形が鈍角三角形であるか否かを判定する。

すなわち、ステップＳ２０１において、｜√（ｘ_１ ^２＋ｙ_１ ^２＋ｚ_１ ^２）−√（ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２）｜の値Ｌ_１−３及び｜√（ｘ_２ ^２＋ｙ_２ ^２＋ｚ_２ ^２）−√（ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２）｜の値Ｌ_１−３の両者がしきい値Ｍ１より大きいとき（Ｙ）はステップＳ２０２に移行する。いずれか一方若しくは両者ともにしきい値Ｍ１より大きくないとき（Ｎ）はステップＳ１０５に移行し、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用しないと判定する。

ステップＳ２０２において、図３における判断標識であるＦＬＧ１＝０、ＦＬＧ１＝１及びＦＬＧ１＝２について、それぞれ場合分けして行う。

まず、ＦＬＧ１＝０の場合には、ステップＳ２０３に移行する。
ステップＳ２０３において、｜ｙ−ｙ_１｜＞Ｍ２であるときは、ＦＬＧ２＝１と標識しステップＳ２１２に移行する。｜ｙ−ｙ_１｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０４において、｜ｚ−ｚ_１｜＞Ｍ２であるときは、ＦＬＧ２＝２と標識しステップＳ２１２に移行する。｜ｚ−ｚ_１｜＞Ｍ２でないときは、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用しないと判定する（ステップＳ２０５）。

次に、ＦＬＧ１＝１の場合には、ステップＳ２０６に移行する。
ステップＳ２０６において、｜ｘ−ｘ_１｜＞Ｍ２であるときは、ＦＬＧ２＝０と標識しステップ２１２に移行する。｜ｘ−ｘ_１｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ２０７に移行する。
ステップＳ２０７において、｜ｚ−ｚ_１｜＞Ｍ２であるときは、ＦＬＧ２＝２と標識しステップ２１２に移行する。｜ｚ−ｚ_１｜＞Ｍ２でないときは、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用しないと判定する（ステップＳ２０８）。

最後に、ＦＬＧ１＝２の場合には、ステップＳ２０９に移行する。
ステップＳ２０９において、｜ｘ−ｘ_１｜＞Ｍ２であるときは、ＦＬＧ２＝０と標識しステップＳ２１２に移行する。｜ｘ−ｘ_１｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ２１０に移行する。
ステップＳ２１０において、｜ｙ−ｙ_１｜＞Ｍ２であるときは、ＦＬＧ２＝１と標識しステップＳ２１２に移行する。｜ｙ−ｙ_１｜＞Ｍ２でないときは、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用しないと判定する（ステップＳ２１１）。

ステップＳ２０２及びＳ２０３、ステップＳ２０５及びＳ２０６、並びにステップＳ２０８及びＳ２０９によりＳ２１２に移行した新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）と、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）及び第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）とからなる３点でつくる三角形が鈍角三角形であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。

ステップＳ２１２においては、第１点をＡ（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点をＢ（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点として判定されている新しい測定点をＣ（ｘ，ｙ，ｚ）として、余弦定理を用いてＡ、Ｂ及びＣのｃｏｓを求める。

すなわち、（数１）〜（数３）によりａ，ｂ及びｃを算出すると、（数４）〜（数６）によりｃｏｓＡ、ｃｏｓＢ及びｃｏｓＣを導くことができる。

以上の計算より、ｃｏｓＡ、ｃｏｓＢ及びｃｏｓＣのいずれかの値が負の値のときは鈍角三角形であり、全ての値が正の値を示すときは鈍角三角形でない関係が得られる。

したがって、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）でつくる三角形が鈍角三角形であるときは、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用しないと判定する（ステップＳ２１３）。

第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）でつくる三角形が鈍角三角形でないときは、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用すると判定する（ステップＳ２１４）。

以上のステップＳ２０１〜Ｓ２１４により、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用すると判定すると、ステップ８において第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）は格納され、次のステップＳ９に移行する。

さらに、次の新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）をセンサにより取得し、その磁気データを第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用するか否かを判定する（ステップＳ９〜Ｓ１０）。採用するときは、次のステップＳ１１により、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として格納する。採用しないときは、ステップＳ９に戻ってさらに新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）をセンサにより取得し、その磁気データを第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用するか否かを判定する（ステップＳ１０）。

図５〜７において、ステップＳ９にて新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）をセンサにより取得した磁気データを、ステップＳ１０における第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用するか否かの判定について説明する。

まず、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との間の距離Ｌ_１−４と、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との間の距離Ｌ_２−４と、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との間の距離Ｌ_３−４とについてあらかじめ定めたしきい値Ｍ１とについて対比する。

次いで、ステップＳ４及びステップＳ７における新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）と第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）との対比により第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）として採用する際に判定の根拠となった第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）の３成分のうちの２成分を除く残りの１つの成分データについて、ステップＳ９により取得した新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）の磁気データのうち対応する成分との差分についてあらかじめ定めたしきい値Ｍ２とを対比して行う。

最後に、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離Ｌ_{１，２，３−４}と所定のしきい値Ｍ_２とについて対比する。

すなわち、図３における判断標識であるＦＬＧ１＝０、１、２について、並びに図４における判断標識であるＦＬＧ２＝０、１、２について、図５（ステップＳ３０１〜）、図６（Ｓ３０１〜Ｓ３０３、Ｓ３１１〜）及び図７（Ｓ３０１〜Ｓ３０３、Ｓ３１８〜）によりそれぞれ場合分けして行う。

まず、図５により、ステップＳ３０１において、｜√（ｘ_１ ^２＋ｙ_１ ^２＋ｚ_１ ^２）−√（ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２）｜の値Ｌ_１−４、｜√（ｘ_２ ^２＋ｙ_２ ^２＋ｚ_２ ^２）−√（ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２）｜の値Ｌ_２−４、及び｜√（ｘ_３ ^２＋ｙ_３ ^２＋ｚ_３ ^２）−√（ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２）｜の値Ｌ_３−４の全ての値がしきい値Ｍ１より大きいとき（Ｙ）はステップＳ３０２に移行する。いずれか一つの値がしきい値Ｍ１より大きくないとき（Ｎ）はステップＳ３０３に移行し、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用しないと判定する。

ステップＳ３０２において、ＦＬＧ１＝１でＦＬＧ２＝２の場合、またはＦＬＧ１＝２でＦＬＧ２＝１の場合には、ステップＳ３０４に移行する。

ステップＳ３０４において、｜ｘ−ｘ_１｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３０８に移行する。｜ｘ−ｘ_１｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ３０５に移行する。
ステップＳ３０５において、｜ｘ−ｘ_２｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３０８に移行する。｜ｘ−ｘ_２｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ３０６に移行する。
ステップＳ３０６において、｜ｘ−ｘ_３｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３０８に移行する。｜ｘ−ｘ_３｜＞Ｍ２でないときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用しないと判定する（ステップＳ３０７）。

ステップＳ３０４〜ステップＳ３０６により移行したステップＳ３０８では、上記の第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離Ｌ_{１，２，３−４}が所定のしきい値Ｍ１より大きいか否か対比して行う。

ステップＳ３０８においては、第１点であるＡ（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点であるＢ（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点であるＣ（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点によって定められる面と、面の外部の点である新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離Ｌ_{１，２，３−４}を計算する方法は以下のとおりである。
すなわち、面ＡＢＣの方程式が（数７）で表される場合、距離Ｌは（数８）と計算できる。

上記の（数８）により算出された距離ＬＬ_{１，２，３−４}と所定のしきい値Ｍ１との対比を行う。

すなわち、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離Ｌ_{１，２，３−４}が所定のしきい値Ｍ１より大きくないときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用しないと判定する（ステップＳ３０９）。

一方、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離Ｌ_{１，２，３−４}が所定のしきい値Ｍ１より大きいときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用すると判定する（ステップＳ３１０）。

次に、図６により、図５におけるステップＳ３０１の全ての値がしきい値Ｍ１より大きいとき（Ｙ）はステップＳ３０２に移行し、ステップＳ３０２によりＦＬＧ１＝２でＦＬＧ２＝０の場合、またはＦＬＧ１＝０でＦＬＧ２＝２の場合には、ステップＳ３１１に移行する。

ステップＳ３１１において、｜ｙ−ｙ_１｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３１５に移行する。｜ｙ−ｙ_１｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ３１２に移行する。
ステップＳ３１２において、｜ｙ−ｙ_２｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３１５に移行する。｜ｙ−ｙ_２｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ３１３に移行する。
ステップＳ３１３において、｜ｙ−ｙ_３｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３１５に移行する。｜ｙ−ｙ_３｜＞Ｍ２でないときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用しないと判定する（ステップＳ３１４）。

ステップＳ３１１〜ステップＳ３１３により移行したステップＳ３１５では、上記の第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離が所定のしきい値Ｍ１より大きいか否か対比して行う。

ステップＳ３１５においては、上記のステップＳ３０８と同様の処理を行う。
したがって、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離が所定のしきい値Ｍ１より大きくないときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用しないと判定する（ステップＳ３１６）。

第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離が所定のしきい値Ｍ１より大きいときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用すると判定する（ステップＳ３１７）。

次に、図７により、図５におけるステップＳ３０１の全ての値がしきい値Ｍ１より大きいとき（Ｙ）はステップＳ３０２に移行し、ステップＳ３０２によりＦＬＧ１＝１でＦＬＧ２＝０の場合、またはＦＬＧ１＝０でＦＬＧ２＝１の場合には、ステップＳ３１８に移行する。

ステップＳ３１８において、｜ｚ−ｚ_１｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３２２に移行する。｜ｚ−ｚ_１｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ３１９に移行する。
ステップＳ３１９において、｜ｚ−ｚ_２｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３２２に移行する。｜ｚ−ｚ_２｜＞Ｍ２でないときは、ステップＳ３２０に移行する。
ステップＳ３２０において、｜ｚ−ｚ_３｜＞Ｍ２であるときは、ステップＳ３２２に移行する。｜ｚ−ｚ_３｜＞Ｍ２でないときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用しないと判定する（ステップＳ３２１）。

ステップＳ３１８〜ステップＳ３２０により移行したステップＳ３２２では、上記の第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離が所定のしきい値Ｍ１より大きいか否か対比して行う。

ステップＳ３２２においては、上記のステップＳ３０８と同様の処理を行う。

したがって、第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離が所定のしきい値Ｍ１より大きくないときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用しないと判定する（ステップＳ３２３）。

第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３点からなる平面と新しい測定点（ｘ，ｙ，ｚ）との距離が所定のしきい値Ｍ１より大きいときは、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用すると判定する（ステップＳ３２４）。

以上のステップＳ３０１〜Ｓ３２４により、第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）として採用すると判定すると、ステップ１１において第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）は格納され、次のステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２においては、以上のステップによりオフセット計算用測定点として格納されている計４点の座標である第１点（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、第２点（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、第３点（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）及び第４点（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）から、４点を含む球面の中心となる新オフセット値（（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）を算出する。

算出方法は、３元連立方程式により、以下のとおりである。
４点の各座標は、
（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）、（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）、（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）
であるので、変数を減らすために原点を移動すると、
（ｘ_１−ｘ_４，ｙ_１−ｙ_４，ｚ_１−ｚ_４）、（ｘ_２−ｘ_４，ｙ_２−ｙ_４，ｚ_２−ｚ_４）、（ｘ_３−ｘ_４，ｙ_３−ｙ_４，ｚ_３−ｚ_４）、（０，０，０）
となる。
このとき、この座標を新たに、
（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）
を定義し直す。
球の方定式は（数９）に代入して整理し、得られる行列式により連立方程式の解（ａ，ｂ，ｃ）を計算することができる。

座標原点の移動分を元に戻すと解は、
（ａ＋ｘ_４，ｂ＋ｙ_４，ｃ＋ｚ_４）
となり、新しいオフセット値（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）を算出することができる。

上記のステップＳ１２により、算出された新しいオフセット値（ｘ_０，ｙ_０，ｚ_０）はステップ１３において格納され、終了する。

本発明にかかる電子コンパスの概略構成を示すブロック図である。本発明にかかる校正方法のメインフローを示す図である。図３乃至図７は図２におけるサブフローを示す図である。表す図である。本発明にかかる校正方法のメインフロー図における第２点目の処理に関するサブフローを示す図である。本発明にかかる校正方法のメインフロー図における第３点目の処理に関するサブフローを示す図である。本発明にかかる校正方法のメインフロー図における第う点目の処理に関するサブフローを示す図である。本発明にかかる校正方法のメインフロー図における第う点目の処理に関するサブフローを示す図である。本発明にかかる校正方法のメインフロー図における第う点目の処理に関するサブフローを示す図である。

符号の説明

１３軸の磁気センサ
２オフセット計算用測定点判定部
３オフセット計算用測定点格納部
４オフセット計算部
５オフセット校正値格納部
６その他校正値（感度など）格納部
７方位演算部
８方位表示部
１０電子コンパス
２０校正手段２０

Claims

電子コンパスの移動とともに変化する地磁気ベクトルの３軸成分を直交する３軸成分データ（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）・・・（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）として検出する直交配列された３軸の磁気センサと、
前記３軸の磁気センサのオフセットを校正する校正手段と、
前記校正手段に基づいて得られたオフセット校正値により前記地磁気ベクトルを補正して方位を算出する方位演算部からなる電子コンパスであって、
前記校正手段が、
前記地磁気ベクトルの少なくとも４点からなる測定点を前記磁気センサのオフセット計算のための採用の可否について判定するオフセット計算用測定点判定部と
前記オフセット計算用測定点の判定結果に基づいて順次得られた前記オフセット計算用測定点の地磁気ベクトルを順次格納するオフセット計算用測定点格納部と、
前記オフセット計算用測定点格納部に格納された前記４点の測定点に基づいて磁気センサのオフセットを校正するオフセット計算部と、
前記オフセット計算部により算出されたオフセット校正値を格納するオフセット校正値格納部とからなることを特徴とする電子コンパス。
前記３軸の磁気センサは、磁気センサのノイズレベルが５ｍＧ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子コンパス。
前記３軸の磁気センサは、磁気センサの直線性が０．８％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子コンパス。
前記オフセット計算用測定点判定部は、
前記３軸の磁気センサより検出された任意の地磁気ベクトルを第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）として判定する第１点判定手段と、
前記第１点目の判定結果に基づいて、前記第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）からしきい値Ｍ１の距離であり、かつ、第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）の３つの成分データにおいて少なくとも１つは前記第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）の同じ成分との差分からしきい値Ｍ２以上であるか否かを判定する第２点判定手段と、
前記第２点目の判定結果に基づいて、前記第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）及び前記第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）からしきい値Ｍ１の距離であり、かつ、第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の３つの成分データのうち、前記第２点判定手段において採用した成分データとは異なる２つの成分のうちいずれか１つは前記第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）の同じ成分との差分から前記しきい値Ｍ２以上で、かつ、前記第１点目ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、前記第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び前記第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）が座標空間内で形成する三角形が鈍角三角形であるか否かを判定する第３点判定手段と、
前記第３点目の判定結果に基づいて、前記第１点目（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）、前記第２点目（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）及び前記第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）からしきい値Ｍ１の距離であり、かつ、第４点目（ｘ_４，ｙ_４，ｚ_４）の３つの成分データのうち、前記第２点判定手段及び前記第３点判定手段において採用した成分データとは異なる残りの１つの成分は前記第３点目（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）の同じ成分との差分から前記しきい値Ｍ２以上で、かつ、前記第３点判定手段において定めた三角形を形成する平面との距離がしきい値Ｍ１以上であるか否かを判定する第４点判定手段とからなることを特徴とする請求項１乃至３に記載の電子コンパス。
前記電子コンパスは、携帯電話に搭載されており、保管状態の携帯電話を通話のために取り出してから通話を完了するという基本動作中にオフセット計算用測定点判定のための少なくとも４点からなる測定点のサンプリングを行うことを特徴とする請求項乃至４に記載の電子コンパス。