JP2012112859A - Electronic compass - Google Patents

Electronic compass Download PDF

Info

Publication number
JP2012112859A
JP2012112859A JP2010263280A JP2010263280A JP2012112859A JP 2012112859 A JP2012112859 A JP 2012112859A JP 2010263280 A JP2010263280 A JP 2010263280A JP 2010263280 A JP2010263280 A JP 2010263280A JP 2012112859 A JP2012112859 A JP 2012112859A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
magnetic
center point
azimuth
magnetic north
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010263280A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5309373B2 (en
Inventor
Yoshinobu Motokura
義信 本蔵
Katsuhiko Tsuchida
克彦 土田
Hideji Kako
英児 加古
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aichi Micro Intelligent Corp
Original Assignee
Aichi Micro Intelligent Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aichi Micro Intelligent Corp filed Critical Aichi Micro Intelligent Corp
Priority to JP2010263280A priority Critical patent/JP5309373B2/en
Publication of JP2012112859A publication Critical patent/JP2012112859A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5309373B2 publication Critical patent/JP5309373B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic compass capable of accurately calculating a central point of an azimuth sphere by a simple operation.SOLUTION: A plurality of detection values are acquired while performing a first operation in which a portable apparatus 2 is rotated, with a first axis of a triaxial rectangular coordinate system facing the direction orthogonal to the magnetic north direction, using the first axis defined as a central axis. Also, a plurality of detection values are acquired while performing a second operation in which the portable apparatus 2 is rotated, with a second axis facing the direction orthogonal to the magnetic north direction, using the second axis defined as a central axis. A central point O' of the azimuth sphere 7 is calculated using the acquired plurality of detection values. A detection value of a magnetic vector M by a triaxial magnetic sensor 3 is corrected based on a deviation between the central point O' of the azimuth sphere 7 and the original point O of the triaxial rectangular coordinate system. The azimuth of the portable apparatus 2 is calculated using the detection value after the correction.

Description

本発明は、3軸磁気センサを備えた電子コンパスに関する。   The present invention relates to an electronic compass provided with a three-axis magnetic sensor.

従来から、携帯機器に設けた3軸磁気センサを使って方位を求める電子コンパスが知られている。電子コンパスは、3軸磁気センサを使って地磁気ベクトルを検出し、その検出した地磁気ベクトルに基づいて携帯機器の向く方位を算出する。そして、携帯機器の表示部に方位を表示する。   2. Description of the Related Art Conventionally, an electronic compass that obtains an orientation using a three-axis magnetic sensor provided in a portable device is known. The electronic compass detects a geomagnetic vector using a three-axis magnetic sensor, and calculates the orientation of the portable device based on the detected geomagnetic vector. Then, the direction is displayed on the display unit of the portable device.

携帯機器には、3軸磁気センサの他に多くの電子部品が搭載されている。そのため、この電子部品によって携帯機器の内部に磁界(内部磁界)が発生し、3軸磁気センサによる地磁気ベクトルの検出値が不正確になる場合がある。3軸磁気センサの検出値が不正確になると、携帯機器が向く方位を正確に算出できなくなってしまう。この不具合を解決するため、携帯機器の内部磁界によって生じる、3軸磁気センサの検出誤差を補正できる電子コンパスが開発されている(下記特許文献1、2参照)。   In addition to the three-axis magnetic sensor, many electronic components are mounted on the portable device. Therefore, a magnetic field (internal magnetic field) is generated inside the portable device by this electronic component, and the detection value of the geomagnetic vector by the three-axis magnetic sensor may be inaccurate. If the detection value of the three-axis magnetic sensor becomes inaccurate, it becomes impossible to accurately calculate the direction in which the mobile device is facing. In order to solve this problem, an electronic compass capable of correcting a detection error of a three-axis magnetic sensor caused by an internal magnetic field of a portable device has been developed (see Patent Documents 1 and 2 below).

内部磁界の影響を補正するためには、例えば以下の方法が用いられる。
携帯機器の姿勢を変化させると、3軸磁気センサによる地磁気ベクトルの検出値が変化する。図14に示すごとく、この検出値Pは、携帯機器の姿勢変化に伴って、3軸磁気センサの3軸直交座標系(X,Y,Z)上に球(以下、方位球と記す)を描く。内部磁界の影響があると、方位球9の中心点O’は3軸直交座標系の原点Oとは一致せず、オフセットする。方位球9の中心点O’の座標を算出すれば、3軸直交座標系の原点Oと、方位球の中心点O’とのずれ(OO’ベクトル)を使って、下記数式から、3軸磁気センサの検出値(OPベクトル)を補正し、内部磁界の影響を受けない正確な地磁気ベクトル(O’P)を求めることができる。これにより、携帯機器の正確な方位を算出することが可能になる。
In order to correct the influence of the internal magnetic field, for example, the following method is used.
When the attitude of the portable device is changed, the detected value of the geomagnetic vector by the three-axis magnetic sensor changes. As shown in FIG. 14, this detected value P indicates a sphere (hereinafter referred to as an azimuth sphere) on the three-axis orthogonal coordinate system (X, Y, Z) of the three-axis magnetic sensor as the posture of the portable device changes. Draw. When there is an influence of the internal magnetic field, the center point O ′ of the azimuth sphere 9 does not coincide with the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system and is offset. When the coordinates of the center point O ′ of the azimuth sphere 9 are calculated, the deviation (OO ′ vector) between the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system and the center point O ′ of the azimuth sphere is calculated from It is possible to correct the detection value (OP vector) of the magnetic sensor and obtain an accurate geomagnetic vector (O′P) that is not affected by the internal magnetic field. Thereby, it becomes possible to calculate an accurate orientation of the portable device.

Figure 2012112859
Figure 2012112859

方位球9の中心点O’を正確に算出するためには、携帯機器をあらゆる方向へ万遍なく向けることにより、3軸磁気センサの検出値Pを、方位球9上の広い範囲にわたって取得することが好ましい。このようにすると、方位球9を正確に求めることができ、方位球9の中心点O’も正確に算出することができる。反対に、3軸磁気センサの検出値Pが方位球9上の一部の位置に偏って存在していると、方位球9およびその中心点O’を正確に算出しにくくなる。   In order to accurately calculate the center point O ′ of the azimuth sphere 9, the detection value P of the three-axis magnetic sensor is acquired over a wide range on the azimuth sphere 9 by pointing the mobile device uniformly in all directions. It is preferable. In this way, the azimuth sphere 9 can be obtained accurately, and the center point O ′ of the azimuth sphere 9 can also be accurately calculated. On the contrary, if the detected value P of the three-axis magnetic sensor is biased to a part of the position on the azimuth sphere 9, it is difficult to accurately calculate the azimuth sphere 9 and its center point O '.

特開2007−139715号公報JP 2007-139715 A 特開2008−241675号公報JP 2008-241675 A

しかしながら、携帯機器をあらゆる方向へ向ける操作を行わせることは、ユーザに大きな負担となる。また、簡単な操作を行っただけでは、3軸磁気センサの検出値Pを、方位球9上の狭い範囲内でしか取得できないことが多く、方位球9およびその中心点O’を正確に算出しにくくなる。   However, it is a heavy burden on the user to perform the operation of directing the portable device in all directions. In many cases, the detection value P of the three-axis magnetic sensor can be acquired only within a narrow range on the azimuth sphere 9 by simply performing a simple operation, and the azimuth sphere 9 and its center point O ′ are accurately calculated. It becomes difficult to do.

すなわち、地磁気に伏角があるため、赤道付近を除き地磁気ベクトルは水平面に対して傾いており、北半球では下向きに傾いているため、北半球において、例えば図14に示すごとく、鉛直上方を向いているZ軸を中心軸として携帯機器を水平面に平行な面で回転する操作を行うと、3軸磁気センサの検出値Pを、方位球9の下方の狭い範囲内でしか取得できない。従って、この操作で取得可能な検出値群からなる円を含む平面は、方位球9の中心点O’を含まないだけでなく、中心点O’からかなり離れた平面となってしまうため、この操作により得たデータから方位球9の中心点O’の座標を算出することは可能であるものの、算出誤差が小さく精度の高い中心点O’の座標を求めることは困難である。   That is, since the geomagnetism has a dip, the geomagnetic vector is inclined with respect to the horizontal plane except in the vicinity of the equator, and since it is inclined downward in the northern hemisphere, for example, as shown in FIG. When an operation of rotating the portable device in a plane parallel to the horizontal plane with the axis as the central axis is performed, the detection value P of the triaxial magnetic sensor can be acquired only within a narrow range below the azimuth sphere 9. Therefore, the plane including the circle of detection value groups that can be acquired by this operation not only does not include the center point O ′ of the azimuth sphere 9, but also becomes a plane far away from the center point O ′. Although it is possible to calculate the coordinates of the center point O ′ of the orientation sphere 9 from the data obtained by the operation, it is difficult to obtain the coordinates of the center point O ′ with a small calculation error and high accuracy.

このように、簡単な操作では方位球9の中心点O’を正確に算出しにくく、また、携帯機器をあらゆる方向へ万遍なく向ける操作を行えば、方位球9の中心点O’を正確に算出できるものの、ユーザの負担が大きいという問題がある。   As described above, it is difficult to accurately calculate the center point O ′ of the azimuth sphere 9 by a simple operation, and the center point O ′ of the azimuth sphere 9 can be accurately determined by performing an operation of pointing the mobile device in all directions. However, there is a problem that the burden on the user is large.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、簡単な操作で方位球の中心点を正確に算出できる電子コンパスを提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an electronic compass capable of accurately calculating the center point of an azimuth sphere with a simple operation.

本発明は、携帯機器に設けられ、該携帯機器の内部磁界による影響を補正しつつ、該携帯機器が向く方位を検出する電子コンパスであって、
上記携帯機器に固定された3軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する3軸磁気センサと、
該3軸磁気センサによって得られた上記磁気ベクトルの検出値が、上記携帯機器の姿勢変化に伴って上記3軸直交座標系上に描く方位球の中心点を算出する中心点算出手段と、
上記3軸磁気センサによって得られた上記磁気ベクトルの検出値を、上記方位球の中心点と上記3軸直交座標系の原点とのずれに基づいて補正するとともに、その補正後の検出値を使って上記携帯機器が向く方位を算出する方位算出手段とを備え、
上記中心点算出手段は、上記3軸直交座標系の互いに直交する第1軸と、第2軸と、第3軸とのうち、上記第1軸を、磁北方向に直交する方向へ向けた状態で、該第1軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる第1操作が行われている間に、複数個の上記検出値を取得し、上記磁北方向に直交する方向へ上記第2軸を向けた状態で、該第2軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる第2操作が行われている間に、複数個の上記検出値を取得し、得られた複数個の上記検出値を用いて上記方位球の上記中心点を算出し、
上記第1操作および上記第2操作における上記中心軸の向きは、該中心軸以外の直交軸が、回転途中に上記磁北方向と平行な方向を向くことになる向きであることを特徴とする電子コンパスにある(請求項1)。
The present invention is an electronic compass that is provided in a mobile device and detects an orientation that the mobile device faces while correcting the influence of the internal magnetic field of the mobile device,
A three-axis magnetic sensor for detecting geomagnetism as a magnetic vector in a three-axis orthogonal coordinate system fixed to the portable device;
A center point calculating means for calculating a center point of an azimuth sphere drawn on the three-axis orthogonal coordinate system in accordance with a change in posture of the portable device, the detected value of the magnetic vector obtained by the three-axis magnetic sensor;
The detection value of the magnetic vector obtained by the three-axis magnetic sensor is corrected based on the deviation between the center point of the azimuth sphere and the origin of the three-axis orthogonal coordinate system, and the corrected detection value is used. Azimuth calculating means for calculating the azimuth facing the mobile device,
The center point calculation means is a state in which the first axis is oriented in a direction orthogonal to the magnetic north direction among the first axis, the second axis, and the third axis that are orthogonal to each other in the three-axis orthogonal coordinate system. Then, during the first operation of rotating the portable device with the first axis as the central axis, the plurality of detection values are acquired, and the second axis is set in a direction perpendicular to the magnetic north direction. While the second operation of rotating the portable device about the second axis as the central axis is performed, a plurality of the detection values are obtained, and the plurality of detection values obtained are obtained. To calculate the center point of the azimuth sphere,
The direction of the central axis in the first operation and the second operation is an electron whose orthogonal axis other than the central axis is directed in a direction parallel to the magnetic north direction during rotation. It is in the compass (claim 1).

上記電子コンパスにおいては、上記第1操作と上記第2操作とが行われている間に、3軸磁気センサを用いて磁気ベクトルの検出値を複数個取得する。そして、得られた複数個の検出値を用いて方位球の中心点を算出する。
このようにすると、簡単な操作で、方位球の中心点を正確に算出することができる。すなわち、上記電子コンパスにおいては、まずユーザが、磁北がどの方向になるかを予め確認する。この確認は、上記電子コンパス内の3軸磁気センサの検出値を用いて、磁北が自動的に算出され画面に表示されるようにしておき、その画面をユーザが確認するようにしても良いし、ユーザが独自に準備した地図や方位磁針等から確認するようにしてもよい。なお、ここで言う磁北方向とは、伏角も考慮した方向である。但し、地図や方位磁針等で磁北方向を確認した場合は、伏角は正確に分からない場合が多いので、その場合はいずれかの軸を水平面上で磁北と同じ方向に向け、水平面に対し垂直な方向に回転操作すればよい。これにより、実質上同一の回転操作を行うことができる。なお、地図で磁北を確認する場合は、真北とのずれ(偏角)があるので、注意が必要となる。
In the electronic compass, while the first operation and the second operation are performed, a plurality of magnetic vector detection values are acquired using a three-axis magnetic sensor. Then, the center point of the azimuth sphere is calculated using the obtained plurality of detection values.
In this way, the center point of the azimuth sphere can be accurately calculated with a simple operation. That is, in the electronic compass, first, the user confirms in advance in which direction the magnetic north is. This confirmation may be made such that magnetic north is automatically calculated and displayed on the screen using the detection value of the three-axis magnetic sensor in the electronic compass, and the screen may be confirmed by the user. Alternatively, the user may check the map or the azimuth magnetic needle prepared independently. In addition, the magnetic north direction said here is a direction which considered the dip angle. However, when confirming the magnetic north direction with a map or azimuth needle, etc., the dip angle is often not accurately known. In this case, either axis is oriented in the same direction as magnetic north on the horizontal plane and is perpendicular to the horizontal plane. It is only necessary to rotate in the direction. Thereby, substantially the same rotation operation can be performed. When checking magnetic north on a map, care must be taken because there is a deviation (deviation angle) from true north.

上記第1操作を行う際には、磁北方向に直交する方向に第1軸が向いた状態で、該第1軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる。この際、第1軸は磁北方向に直交しており、かつ第1軸の向きは、回転途中に中心軸以外の直交軸である第2軸と第3軸が磁北方向と平行になる方向を向くことになる向き、すなわち言い換えれば磁北と同一の向きを通ることになる向きに決められているので、該第1軸を中心軸として携帯機器を回転させると、第2軸と第3軸とを含む平面内において、3軸磁気センサの検出値を取得することができる。なお、前記した磁北と同一の向きを通るとは、完全に磁北と一致する場合だけでなく、若干ずれた方向を通る場合も当然含まれる。すなわち、可能な限り磁北と同一の向きを通るように回転させるという意味である。また、前記した条件を満足する磁北と直交する方向は必ず2つの方向があるが、伏角があることから一方の方向は水平面と平行にならず、残りの1方向は水平面と平行な向きとなる。従って、上記回転操作は、この水平面と平行となる方を回転軸として操作した方が、ユーザが操作しやすく、精度の良い検出値が得られやすいため、より好ましい。なお、この点は後述の第2操作、第3操作においても同様である。従って、後述の出力手段に表示する際は、水平面と平行となる方向を表示させることが好ましい。   When performing the first operation, the portable device is rotated with the first axis as a central axis in a state where the first axis is oriented in a direction orthogonal to the magnetic north direction. At this time, the first axis is orthogonal to the magnetic north direction, and the direction of the first axis is the direction in which the second axis and the third axis, which are orthogonal axes other than the central axis, are parallel to the magnetic north direction during the rotation. Since it is determined to be oriented in the same direction, that is, in the same direction as magnetic north, when the portable device is rotated around the first axis, the second axis and the third axis The detection value of the three-axis magnetic sensor can be acquired in a plane including Incidentally, passing through the same direction as the magnetic north described above naturally includes not only the case where it completely coincides with the magnetic north but also the case where it passes through a slightly shifted direction. In other words, it means that it is rotated so that it passes through the same direction as magnetic north as much as possible. In addition, there are always two directions perpendicular to magnetic north that satisfy the above-mentioned conditions, but since there is a dip, one direction is not parallel to the horizontal plane, and the other one direction is parallel to the horizontal plane. . Therefore, it is more preferable that the rotation operation is performed using the direction parallel to the horizontal plane as the rotation axis because the user can easily operate and a detection value with high accuracy is easily obtained. This also applies to the second operation and the third operation described later. Therefore, when displaying on the output means described later, it is preferable to display a direction parallel to the horizontal plane.

また、上記第2操作を行う際には、第2軸は磁北方向に直交しており、かつ第2軸は回転途中に第1軸と第3軸が磁北と同一の向きを通るように決められているので、該第2軸を中心軸として携帯機器を回転させると、第1軸と第3軸とを含む平面内において、3軸磁気センサの検出値を取得することができる。
第2軸と第3軸とを含む平面と、第1軸と第3軸とを含む平面とは互いに直交しているため、これら2つの平面内で3軸磁気センサの検出値を取得することにより、得られる検出値群からなる平面は、磁北方向を正確に確認できていれば、方位球の中心点O’を含む平面となり、仮に正確でなく若干真の磁北とずれがあったとしても、得られる検出値群からなる点で形成される円の半径は、方位球の半径にかなり近い値となる。従って、2つの直交する平面であって、かつ方位球の中心点を通る(又は通らないとしても非常に近い位置を通る)平面上の検出値を取得することができ、方位球上において、互いに方位球の直径と等しいか直径に近い距離だけ離れた2点の組み合わせからなる3軸磁気センサの検出値を容易に取得することが可能になる。そのため、方位球およびその中心点を正確に算出することが可能になる。
When performing the second operation, the second axis is orthogonal to the magnetic north direction, and the second axis is determined so that the first axis and the third axis pass in the same direction as the magnetic north during the rotation. Therefore, when the portable device is rotated about the second axis as the central axis, the detection value of the three-axis magnetic sensor can be acquired in a plane including the first axis and the third axis.
Since the plane including the second axis and the third axis and the plane including the first axis and the third axis are orthogonal to each other, the detection value of the three-axis magnetic sensor is acquired within these two planes. Thus, the plane consisting of the obtained detection value group is a plane including the center point O ′ of the azimuth sphere if the magnetic north direction can be confirmed accurately, and even if it is not accurate and slightly deviates from the true magnetic north The radius of the circle formed by the points formed from the obtained detection value group is a value that is very close to the radius of the azimuth sphere. Therefore, it is possible to obtain detection values on two orthogonal planes and passing through the center point of the azimuth sphere (or passing through a very close position if not), It becomes possible to easily obtain the detection value of the three-axis magnetic sensor composed of a combination of two points that are equal to or close to the diameter of the azimuth sphere. Therefore, it is possible to accurately calculate the azimuth sphere and its center point.

また、第1操作と第2操作は、比較的簡単な操作であるため、携帯機器のユーザにこの操作を行わせても、ユーザにとって大きな負担とはならない。   Further, since the first operation and the second operation are relatively simple operations, even if the user of the portable device performs this operation, it does not cause a heavy burden on the user.

以上のごとく、本発明によれば、簡単な操作で方位球の中心点を正確に算出できる電子コンパスを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electronic compass that can accurately calculate the center point of an azimuth sphere with a simple operation.

実施例1における、電子コンパスの概念図。1 is a conceptual diagram of an electronic compass in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、携帯機器の一部透視斜視図。1 is a partially transparent perspective view of a mobile device in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、電子コンパスのブロック図。1 is a block diagram of an electronic compass in Embodiment 1. FIG. 実施例1における、第1操作の説明図。Explanatory drawing of 1st operation in Example 1. FIG. 図4に続く図。The figure following FIG. 図5に続く図。The figure following FIG. 実施例1における、第2操作の説明図。Explanatory drawing of 2nd operation in Example 1. FIG. 図7に続く図。The figure following FIG. 図8に続く図。The figure following FIG. 実施例1における、第1操作と第2操作とを行った場合の、磁気ベクトルの検出値を、方位球上に表した図。The figure which represented the detection value of the magnetic vector at the time of performing 1st operation and 2nd operation in Example 1 on an azimuth | sphere. 実施例1における、電子コンパスのフローチャート。2 is a flowchart of an electronic compass in the first embodiment. 実施例1における、3軸磁気センサの斜視図。1 is a perspective view of a triaxial magnetic sensor in Embodiment 1. FIG. 実施例3における、磁気ベクトルの検出値の取得例を説明するための図。FIG. 10 is a diagram for explaining an example of acquiring a detected magnetic vector value in the third embodiment. 従来例における、携帯機器を回転操作した場合の、磁気ベクトルの測定値を、方位球上に現した図。The figure which displayed the measured value of the magnetic vector on the azimuth | direction sphere at the time of rotating operation of the portable apparatus in a prior art example.

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
また、上記中心点算出手段は、上記第3軸を、上記磁北方向に直交する方向へ向けた状態で、該第3軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる第3操作が行われている間に、複数個の上記検出値を取得し、上記第1操作と、上記第2操作と、上記第3操作とにより取得した上記検出値を用いて、上記方位球の中心点を算出し、上記第3操作における上記中心軸の向きは、該中心軸以外の直交軸が、回転途中に上記磁北方向と平行な方向を向くことになる向きであることが好ましい(請求項2)。
この場合には、互いに直交する2つの軸(第1軸および第2軸)で回転した検出値だけでなく、もう一つの直交軸(第3軸)を回転軸として回転操作したデータを取得することができるので、中心点の算出精度をさらに向上させることができる。
なお、この場合においても回転途中に回転軸となる第3軸以外の直交軸である第1軸、第2軸の向きが、磁北方向と同一の向きを通るように回転させるという点は請求項1と同様である。
A preferred embodiment of the present invention described above will be described.
Further, the center point calculation means performs a third operation of rotating the portable device about the third axis with the third axis directed in a direction orthogonal to the magnetic north direction. In the meantime, a plurality of the detected values are acquired, and the center point of the azimuth sphere is calculated using the detected values acquired by the first operation, the second operation, and the third operation, The direction of the central axis in the third operation is preferably an orientation in which an orthogonal axis other than the central axis is directed in a direction parallel to the magnetic north direction during rotation (Claim 2).
In this case, not only the detection value rotated on the two axes orthogonal to each other (the first axis and the second axis) but also the data obtained by rotating the other orthogonal axis (the third axis) as the rotation axis is acquired. Therefore, the calculation accuracy of the center point can be further improved.
In this case as well, the first and second axes, which are orthogonal axes other than the third axis serving as the rotation axis, are rotated so that the directions of the first and second axes pass through the same direction as the magnetic north direction. Same as 1.

また、上記磁北方向に直交する方向へ向けた上記直交軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる操作である回転操作を行った後、所定範囲内の精度で上記方位球の中心点を算出できるか否か確認し、該範囲内の精度で上記中心点を算出できないと判断した場合には、再操作の案内及び/又は精度低下の可能性があることを表示する回転操作方向確認手段を備えることが好ましい(請求項3)。
ここで上記回転操作とは、2つの直交軸で回転操作する場合は、上記第1操作と上記第2操作の2回の回転操作を意味し、3つの直交軸全てで回転操作する場合は、上記第1操作と上記第2操作と上記第3操作の3回の回転操作を意味する(後述の請求項5〜7も同様)。
本発明は、人が回転操作することになるため、磁北方向を精確に把握できていたとしても、操作の際に正しい方向に回転できない場合が生じる可能性がある。また、確認した磁北方向が真の磁北と若干ずれが生じている場合も考えられる。従って、上記回転操作を行った後、検出した値から正しい操作がされたかどうかを確認し、確認した結果、操作に問題があった場合には、ユーザに再操作を要求するか及び/又は、精度が充分に確保できないおそれがある旨の表示をすることが好ましい。
検出した値から確認する方法としては、例えば、後述の実施例3、実施例4において、6箇所それぞれ2点ずつ取得されたデータの距離が、所定の値以下になっているかをチェックしたり、請求項6で検出する最大検出値と最小検出値間の距離が地磁気の約2倍の値となっているかを確認する等の方法がある。
In addition, the center point of the azimuth sphere can be calculated with a precision within a predetermined range after performing a rotation operation, which is an operation for rotating the portable device about the orthogonal axis directed in a direction orthogonal to the magnetic north direction. Rotation operation direction confirmation means for confirming whether or not the center point cannot be calculated with an accuracy within the range and that there is a possibility of re-operation guidance and / or a decrease in accuracy is provided. (Claim 3).
Here, the rotation operation means two rotation operations of the first operation and the second operation when rotating with two orthogonal axes, and when rotating with all three orthogonal axes, This means three rotation operations of the first operation, the second operation, and the third operation (the same applies to claims 5 to 7 described later).
In the present invention, since a person performs a rotation operation, even if the magnetic north direction can be accurately grasped, there is a possibility that the rotation cannot be performed in the correct direction during the operation. In addition, the confirmed magnetic north direction may be slightly different from the true magnetic north. Accordingly, after performing the rotation operation, it is confirmed whether or not the correct operation has been performed from the detected value. It is preferable to display that the accuracy may not be sufficiently secured.
As a method for confirming from the detected value, for example, in Example 3 and Example 4 to be described later, it is checked whether the distance of the data obtained by two points at each of the six locations is a predetermined value or less, There is a method of confirming whether the distance between the maximum detection value and the minimum detection value detected in claim 6 is about twice the value of geomagnetism.

また、上記3軸磁気センサにより検出された上記磁気ベクトルの検出値から、上記方位球の中心点を仮算出するとともに、その仮算出した中心点と上記3軸直交座標系の原点とのずれに基づいて、上記3軸磁気センサによって得られた上記磁気ベクトルの検出値を補正し、補正後の上記磁気ベクトルの向きを上記磁北方向として出力する磁北方向仮算出手段を備えることが好ましい(請求項4)。
このようにすると、電子コンパスを用いて磁北方向を確認できるため、ユーザは地図や方位磁針等を別途用意する必要がない。
本発明の電子コンパスにおいて方位球の中心点を算出する際には、まず、上記磁北方向仮算出手段を用いて、磁北方向がどちらであるかを事前に確認する。すなわち、磁北方向仮算出手段を用いて、ユーザが磁北方向を確認した後で、必要な回転操作を行う。
この磁北方向の確認は、上述したように、携帯機器内の3軸磁気センサによる地磁気ベクトルの検出値から方位球の中心点を仮算出し、この仮算出された中心点に基づいてオフセット補正することにより算出された磁北の向きを利用することもできる。このように求めた磁北の向きは、上記中心点算出手段によって算出した方位球の中心点と比べれば、精度が劣るものの、少なくとも、ある程度の誤差の範囲内の精度が確保されている。従って、このようにして求めた磁北の向きを利用することにより、ユーザが地図等他の情報源に頼ることなく、ある程度正確な磁北方向を把握することができ、その向きを利用して上記第1操作と第2操作又はさらに第3操作をすることにより、方位球の中心点を便利良く、かつ正確に算出することができる。
In addition, the center point of the azimuth sphere is temporarily calculated from the detected value of the magnetic vector detected by the three-axis magnetic sensor, and the difference between the temporarily calculated center point and the origin of the three-axis orthogonal coordinate system is calculated. Based on this, it is preferable to provide a magnetic north direction provisional calculation means for correcting the detected value of the magnetic vector obtained by the three-axis magnetic sensor and outputting the corrected direction of the magnetic vector as the magnetic north direction. 4).
In this way, since the magnetic north direction can be confirmed using the electronic compass, the user does not need to prepare a map, a magnetic azimuth, or the like separately.
When calculating the center point of the azimuth sphere in the electronic compass of the present invention, first, the magnetic north direction temporary calculation means is used to confirm in advance which is the magnetic north direction. That is, the necessary rotation operation is performed after the user confirms the magnetic north direction using the magnetic north direction temporary calculation means.
The confirmation of the magnetic north direction, as described above, temporarily calculates the center point of the azimuth sphere from the detected value of the geomagnetic vector by the three-axis magnetic sensor in the portable device, and corrects the offset based on the temporarily calculated center point. It is also possible to use the magnetic north direction calculated as described above. The direction of magnetic north thus obtained is inferior in accuracy as compared with the center point of the azimuth sphere calculated by the center point calculation means, but at least accuracy within a certain error range is ensured. Therefore, by using the magnetic north direction obtained in this way, the user can grasp the magnetic north direction to some extent without relying on other information sources such as a map. By performing the first operation and the second operation or the third operation, the center point of the azimuth sphere can be calculated conveniently and accurately.

本発明において、上記回転操作は、上記携帯機器を各々180°以上回転させる操作であることが好ましい(請求項5)。
この場合には、第1操作〜第3操作において、携帯機器を回転させる角度が大きいため、方位球上の広い範囲で、3軸磁気センサの検出値を取得しやすい。そして、特に各々180°以上回転させることによって、方位球の中心点を通る直線と方位球の交点の2点、すなわち、互いに方位球の直径だけ離れた2点の組み合わせとなる点を取得することが可能となる。勿論、実際に、磁北方向仮算出手段により仮算出された磁北方向は若干の誤差を含む場合もあるが、少なくとも方位球の直径にかなり近い距離離れた2点の組み合わせからなる測定点を取得することができる。そのため、方位球およびその中心点をより正確に算出することが可能になる。
なお、回転角度を270°以上とすると、互いに方位球の直径だけ離れた2点の組み合わせを2組取得できるので、より好ましい。また、1回転させれば、後述の請求項6に記載の最大検出値、最小検出値の組み合わせを確実に2組取得することが可能になる。
In this invention, it is preferable that the said rotation operation is operation which rotates the said portable apparatus 180 degrees or more respectively (Claim 5).
In this case, since the angle at which the portable device is rotated is large in the first operation to the third operation, it is easy to obtain the detection value of the three-axis magnetic sensor in a wide range on the azimuth sphere. In particular, by rotating each of them by 180 ° or more, two points of the intersection of the straight line passing through the center point of the azimuth sphere and the azimuth sphere, that is, a point that is a combination of two points separated from each other by the diameter of the azimuth sphere Is possible. Of course, the magnetic north direction temporarily calculated by the magnetic north direction temporary calculation means may include some errors, but at least a measurement point consisting of a combination of two points separated by a distance that is quite close to the diameter of the azimuth sphere is acquired. be able to. Therefore, it becomes possible to calculate the azimuth sphere and its center point more accurately.
Note that it is more preferable that the rotation angle be 270 ° or more because two sets of two points separated from each other by the diameter of the azimuth sphere can be acquired. Further, if one rotation is performed, it is possible to reliably acquire two combinations of the maximum detection value and the minimum detection value described in claim 6 described later.

また、上記中心点算出手段は、上記回転操作のそれぞれにおいて、上記中心軸にした軸以外の2つの軸のうちいずれか一方の軸における、上記磁気ベクトルの成分が最大となる最大検出値および、該成分が最小となる最小検出値を、上記中心点の算出に用いることが好ましい(請求項6)。
このようにすると、上記最大検出値および上記最小検出値は方位球上において互いに方位球の直径と略等しい距離だけ離れているため、方位球の中心点をより正確に算出することが可能になる。
In addition, the center point calculation means includes, in each of the rotation operations, a maximum detected value that maximizes the magnetic vector component on any one of two axes other than the axis that is the center axis, and It is preferable to use the minimum detection value that minimizes the component for the calculation of the center point.
In this way, since the maximum detection value and the minimum detection value are separated from each other by a distance substantially equal to the diameter of the azimuth sphere on the azimuth sphere, the center point of the azimuth sphere can be calculated more accurately. .

また、上記回転操作において、上記磁北方向仮算出手段により求めた上記磁北方向に基づいて、上記中心軸とする、上記磁北方向に直交する方向を、上記携帯機器の表示部に表示させる出力手段を備えることが好ましい(請求項7)。
この場合には、中心軸とすべき方向が表示部に表示されているので、ユーザは、その方向に第1軸〜第3軸を容易に向けることができる。そのため、第1操作〜第3操作を容易に行うことが可能になる。
なお、この表示の際に、2方向ある磁北方向に直交する方向のうち、水平面に平行となる方向を表示した方がより好ましいことは前記した通りである。
In the rotating operation, output means for displaying on the display unit of the portable device a direction perpendicular to the magnetic north direction as the central axis based on the magnetic north direction obtained by the magnetic north direction temporary calculation means. It is preferable to provide (Claim 7).
In this case, since the direction to be the central axis is displayed on the display unit, the user can easily point the first axis to the third axis in that direction. Therefore, the first operation to the third operation can be easily performed.
As described above, in this display, it is more preferable to display a direction parallel to the horizontal plane among the directions perpendicular to the magnetic north direction.

(実施例1)
本発明の実施例にかかる電子コンパスにつき、図1〜図12を用いて説明する。
図2に示すごとく、本例の電子コンパス1は、携帯機器2に設けられている。電子コンパス1は、携帯機器2の内部磁界による影響を補正しつつ、携帯機器2が向く方位を検出する。
図1に示すごとく、電子コンパス1は、3軸磁気センサ3と、中心点算出手段4と、方位算出手段5と、磁北方向仮算出手段8と、回転操作方向確認手段19とを備える。
Example 1
An electronic compass according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the electronic compass 1 of this example is provided in a portable device 2. The electronic compass 1 detects the direction in which the mobile device 2 faces while correcting the influence of the internal magnetic field of the mobile device 2.
As shown in FIG. 1, the electronic compass 1 includes a three-axis magnetic sensor 3, a center point calculation unit 4, an azimuth calculation unit 5, a magnetic north direction temporary calculation unit 8, and a rotation operation direction confirmation unit 19.

図2に示すごとく、3軸磁気センサ3は、携帯機器2に固定された3軸直交座標系における磁気ベクトルMとして地磁気を検出する。
中心点算出手段4は、3軸磁気センサ3によって得られた磁気ベクトルMの検出値が、携帯機器2の姿勢変化に伴って3軸直交座標系上に描く方位球7(図10参照)の中心点O’を算出する。
方位算出手段5は、3軸磁気センサ3によって得られた磁気ベクトルMの検出値(OPベクトル)を、方位球7の中心点O’と3軸直交座標系の原点Oとのずれ(OO’ベクトル)に基づいて補正する。そして、補正後の検出値(O’Pベクトル)を使って携帯機器2が向く方位を算出する。
As shown in FIG. 2, the triaxial magnetic sensor 3 detects geomagnetism as a magnetic vector M in a triaxial orthogonal coordinate system fixed to the portable device 2.
The center point calculation means 4 is configured so that the detected value of the magnetic vector M obtained by the three-axis magnetic sensor 3 represents an azimuth sphere 7 (see FIG. 10) drawn on the three-axis orthogonal coordinate system as the posture of the portable device 2 changes. A center point O ′ is calculated.
The azimuth calculating means 5 uses the detected value (OP vector) of the magnetic vector M obtained by the three-axis magnetic sensor 3 as a deviation (OO ′) between the center point O ′ of the azimuth sphere 7 and the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system. Vector). Then, using the corrected detection value (O′P vector), the direction in which the mobile device 2 faces is calculated.

中心点算出手段4は、図4〜図6に示すごとく、3軸直交座標系の互いに直交する第1軸(X軸)と、第2軸(Y軸)と、第3軸(Z軸)とのうち、第1軸(X軸)を、磁北方向Nに直交する方向へ向けた状態で、該第1軸(X軸)を中心軸として携帯機器2を回転させる第1操作が行われている間に、複数個の検出値を取得する。また、図7〜図9に示すごとく、中心点算出手段4は、磁北方向Nに直交する方向へ第2軸(Y軸)を向けた状態で、該第2軸(Y軸)を中心軸として携帯機器2を回転させる第2操作が行われている間に、複数個の検出値を取得する。そして、中心点算出手段4は、得られた複数個の検出値を用いて方位球7の中心点O’を算出する。
なお、上記第1操作と第2操作における回転軸は、回転軸とした以外の直交軸が回転途中に磁北方向Nと同一の方向を向くように調整されている。
磁北方向仮算出手段8は、中心点算出手段4で行う第1操作、第2操作の回転操作を行う前に、この回転操作時の携帯機器を向ける方向を決めるために、磁北方向Nを3軸磁気センサにより得られる磁気ベクトルMのデータ群より計算する手段であり、3軸磁気センサ3より取得した磁気ベクトルデータ群から方位球7の中心点O’を仮算出し、この仮算出した中心点O’の値と3軸直交座標系の原点Oとのずれに基づいて、磁気ベクトルMの検出値を補正し、その補正後の磁気ベクトルMの向きを磁北方向Nとして出力する。
回転操作方向確認手段19は、第1操作、第2操作による回転操作の方向が磁北方向Nを含む平面と許容範囲内のずれの範囲内で回転操作されているかどうかを、第1操作、第2操作によって取得した磁気ベクトルMより確認し、必要に応じて再操作の表示を行う。
以下、詳説する。
As shown in FIGS. 4 to 6, the center point calculation means 4 includes a first axis (X axis), a second axis (Y axis), and a third axis (Z axis) that are orthogonal to each other in a three-axis orthogonal coordinate system. The first operation of rotating the portable device 2 around the first axis (X axis) in the state where the first axis (X axis) is oriented in the direction orthogonal to the magnetic north direction N is performed. In the meantime, a plurality of detection values are acquired. Further, as shown in FIGS. 7 to 9, the center point calculation means 4 has the second axis (Y axis) as the central axis in a state where the second axis (Y axis) is directed in a direction orthogonal to the magnetic north direction N. As the second operation for rotating the mobile device 2 is performed, a plurality of detection values are acquired. Then, the center point calculating means 4 calculates the center point O ′ of the azimuth sphere 7 using the obtained plurality of detection values.
Note that the rotation axes in the first operation and the second operation are adjusted so that orthogonal axes other than the rotation axis face the same direction as the magnetic north direction N during the rotation.
The magnetic north direction provisional calculation means 8 sets the magnetic north direction N to 3 in order to determine the direction in which the portable device is directed during the rotation operation before performing the first operation and the second operation performed by the center point calculation means 4. This is a means for calculating from the data group of magnetic vectors M obtained by the axial magnetic sensor, and the center point O ′ of the azimuth sphere 7 is provisionally calculated from the magnetic vector data group acquired from the three-axis magnetic sensor 3, and this temporarily calculated center Based on the deviation between the value of the point O ′ and the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system, the detected value of the magnetic vector M is corrected, and the direction of the corrected magnetic vector M is output as the magnetic north direction N.
The rotating operation direction confirmation means 19 determines whether the rotating operation direction by the first operation and the second operation is rotating within the allowable deviation range from the plane including the magnetic north direction N. Confirmation is made from the magnetic vector M acquired by two operations, and re-operation is displayed as necessary.
The details will be described below.

図2に示すごとく、携帯機器2には3軸磁気センサ3、マイコン100が搭載されている。また、これらの他に、複数の電子部品200が搭載されている。電子部品200によって携帯機器2の内部には磁界が発生しており、この磁界の影響を3軸磁気センサ3が受けている。
また、携帯機器2は表示部20を備える。この表示部20に方位が表示される。
As shown in FIG. 2, the mobile device 2 includes a three-axis magnetic sensor 3 and a microcomputer 100. In addition to these, a plurality of electronic components 200 are mounted. A magnetic field is generated inside the portable device 2 by the electronic component 200, and the triaxial magnetic sensor 3 is affected by this magnetic field.
The mobile device 2 includes a display unit 20. The direction is displayed on the display unit 20.

図3に示すごとく、マイコン100は、CPU10と、ROM11と、RAM12と、I/O14と、これらを繋ぐライン13とを備える。ROM11はプログラム11pを記憶している。CPU10がROM11のプログラム11pを読み出して実行することにより、本例の中心点算出手段4、方位算出手段5、出力手段6、磁北方向仮算出手段8、回転操作方向確認手段19が実現される。
また、マイコン100には3軸磁気センサ3と表示部20が接続している。3軸磁気センサ3は、例えば数m秒毎に磁気ベクトルを検出し、その検出値をマイコン100に送信している。
As shown in FIG. 3, the microcomputer 100 includes a CPU 10, a ROM 11, a RAM 12, an I / O 14, and a line 13 that connects them. The ROM 11 stores a program 11p. When the CPU 10 reads and executes the program 11p of the ROM 11, the center point calculation means 4, the azimuth calculation means 5, the output means 6, the magnetic north direction temporary calculation means 8, and the rotation operation direction confirmation means 19 of this example are realized.
Further, the microcomputer 100 is connected to the three-axis magnetic sensor 3 and the display unit 20. The triaxial magnetic sensor 3 detects a magnetic vector, for example, every several milliseconds, and transmits the detected value to the microcomputer 100.

3軸磁気センサ3は、図12に示すごとく、マグネト・インピーダンス・センサ素子30によって構成してある。即ち、3軸磁気センサ3は、3個のマグネト・インピーダンス・センサ素子30を、それぞれの感磁方向が互いに直交する3軸方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)となるように配設することにより、形成してある。   As shown in FIG. 12, the three-axis magnetic sensor 3 includes a magneto-impedance sensor element 30. That is, the three-axis magnetic sensor 3 causes the three magneto-impedance sensor elements 30 to be in three-axis directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) in which the respective magnetic sensing directions are orthogonal to each other. It is formed by arranging.

一方、3軸磁気センサ3は携帯機器2の内部磁界の影響を受けるため、図10に示すごとく、3軸磁気センサ3の方位球7の中心点O’は、3軸磁気センサ3の原点Oからずれている。方位球7は、3軸磁気センサ3の検出値P(Xi,Yi,Zi)が、携帯機器2の姿勢変化に伴って3軸直交座標系上に描いた軌跡である。図10に示すO’Pベクトルは、内部磁界の影響を受けていない正確な地磁気ベクトルを表している。地磁気ベクトルO’Pの大きさ|O’P|は地球上の場所によっては変化するが、大きく移動しない範囲で連続して使用するのであれば一定とみなすことができるので、携帯機器2を回転させると、検出値Pの描く軌跡は球になる。   On the other hand, since the triaxial magnetic sensor 3 is affected by the internal magnetic field of the mobile device 2, the center point O ′ of the azimuth sphere 7 of the triaxial magnetic sensor 3 is the origin O of the triaxial magnetic sensor 3 as shown in FIG. It is off. The azimuth sphere 7 is a locus drawn on the three-axis orthogonal coordinate system by the detection value P (Xi, Yi, Zi) of the three-axis magnetic sensor 3 as the posture of the mobile device 2 changes. The O′P vector shown in FIG. 10 represents an accurate geomagnetic vector that is not affected by the internal magnetic field. Although the magnitude | O'P | of the geomagnetic vector O'P varies depending on the location on the earth, it can be regarded as constant if it is used continuously within a range where it does not move greatly. Then, the locus drawn by the detection value P becomes a sphere.

OO’ベクトルは、3軸直交座標系の原点Oと方位球7の中心点O’とのずれを表している。方位球の中心点O’を正確に算出できれば、内部磁界の影響を受けた3軸磁気センサ3の検出値(OPベクトル)を、下記数式を使って補正することができ、内部磁界の影響を受けない3軸磁気センサ3の検出値(O’Pベクトル)を求めることができる。これにより、正確な方位を算出することが可能になる。   The OO ′ vector represents the deviation between the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system and the center point O ′ of the azimuth sphere 7. If the center point O ′ of the azimuth sphere can be accurately calculated, the detection value (OP vector) of the three-axis magnetic sensor 3 affected by the internal magnetic field can be corrected using the following formula, and the influence of the internal magnetic field can be reduced. The detection value (O′P vector) of the three-axis magnetic sensor 3 that is not received can be obtained. This makes it possible to calculate an accurate azimuth.

Figure 2012112859
Figure 2012112859

方位球7の中心O’を正確に行うためには、上述した第1操作と第2操作とを行うが、第1操作と第2操作を行うためには、事前に磁北方向Nを確認する必要がある。本例では、磁北方向仮算出手段8を用いて磁北方向Nを確認する。
磁北方向仮算出手段8は、所定の時間内に検出された3軸磁気センサ3により取得された磁気ベクトルデータ群を利用し、このデータ群から方位球7の中心点O’を仮算出する。なお、この磁気ベクトルデータ群は特にユーザに回転操作を要求することなく、ユーザが携帯機器2を操作する際の姿勢変化を利用して自動的に取得したものを使用してもよいし、水平面で回転する等の従来既に提案されているオフセット補正用データ取得のための携帯機器2の操作方法を行って、取得するようにしても良い。
In order to accurately perform the center O ′ of the azimuth sphere 7, the first operation and the second operation described above are performed. To perform the first operation and the second operation, the magnetic north direction N is confirmed in advance. There is a need. In this example, the magnetic north direction N is confirmed using the magnetic north direction temporary calculation means 8.
The magnetic north direction temporary calculation means 8 uses the magnetic vector data group acquired by the three-axis magnetic sensor 3 detected within a predetermined time, and temporarily calculates the center point O ′ of the azimuth sphere 7 from this data group. Note that this magnetic vector data group may use data automatically obtained by using a change in posture when the user operates the mobile device 2 without requiring the user to perform a rotation operation. It may be obtained by performing the operation method of the mobile device 2 for acquiring offset correction data that has been proposed in the past, such as rotating at the same time.

そして、得られた磁気ベクトルデータ群から、方位球7の中心点O’を仮算出する。この仮算出の方法としては、従来から既に提案されているように、上記磁気ベクトルデータ群の各点との距離のばらつき(標準偏差)が最も小さくなる点を選択する方法、データ群の中から方位球上にできるだけ離れた点を4点以上選択し、選択した点から中心点を算出する方法等が選択できる。   Then, the center point O ′ of the azimuth sphere 7 is temporarily calculated from the obtained magnetic vector data group. As a method of this provisional calculation, as already proposed, a method of selecting a point where the variation (standard deviation) in distance from each point of the magnetic vector data group is the smallest is selected from the data group. A method of selecting four or more points as far as possible on the azimuth sphere and calculating a center point from the selected points can be selected.

この仮算出した方位球7の中心点O’の値に基づいて上記磁気ベクトルデータ群を補正することにより、磁北方向Nは容易に求めることができる。磁北方向仮算出手段8によって求めた磁北方向Nは、中心点補正手段4を使って算出した磁北方向Nと比較して若干精度が劣るものの、ある程度正確な精度が確保されている。従って、後述する第1操作、第2操作において、ここで求めた磁北方向Nを基準に回転操作することによって、極めて精度の高いオフセット補正が可能となる。   The magnetic north direction N can be easily obtained by correcting the magnetic vector data group based on the temporarily calculated value of the center point O ′ of the azimuth sphere 7. The magnetic north direction N obtained by the magnetic north direction temporary calculation means 8 is slightly inferior in accuracy to the magnetic north direction N calculated using the center point correction means 4, but a certain degree of accuracy is ensured. Therefore, in a first operation and a second operation described later, an extremely accurate offset correction can be performed by rotating the magnetic north direction N obtained here as a reference.

そして、次に、第1操作を行う際には、携帯機器2のユーザは、図4に示すごとく、第1軸(X軸)を前記した磁北方向仮算出手段8により求めた磁北方向Nに直交する方向へ向ける。その後、第1軸(X軸)を中心軸として携帯機器2を回転させる。この第1軸を向けた方向は前記の通り他の直交軸が回転途中に磁北方向を向くように調整されているため、このようにすると、図5に示すごとく、第3軸(Z軸)が磁北方向Nと瞬間的に同一方向を向く。この時の3軸磁気センサ3の検出値が、図10のA点に相当する。
第1軸(X軸)を中心軸としてさらに回転させると、第2軸(Y軸)が磁北方向Nと瞬間的に同一方向を向き(E点)、さらに第1軸(X軸)を中心軸として回転させると、図6に示すごとく、第3軸(Z軸)が磁北方向Nと瞬間的に反対方向を向く。この時の3軸磁気センサ3の検出値が、図10のB点に相当する。そして、さらに回転させると同様に第2軸が磁北方向Nと瞬間的に反対方向を向く(F点)。
このA点とB点及びE点とF点は、前記した磁北方向仮算出手段8により求めた磁北方向Nが正確であれば、方位球7上で互いに方位球7の直径だけ離れた点となり、その中点が方位球7の中心点O’となる。また、仮に前記した磁北方向仮算出手段8により求めた磁北方向Nがオフセット補正時の誤差等によって若干ずれていたとしても、方位球7上において互いに方位球7の直径にかなり近い距離だけ離れた測定点となる。
Next, when performing the first operation, as shown in FIG. 4, the user of the portable device 2 sets the first axis (X axis) in the magnetic north direction N obtained by the magnetic north direction temporary calculation means 8 described above. Direct in the orthogonal direction. Thereafter, the portable device 2 is rotated about the first axis (X axis) as a central axis. Since the direction in which the first axis is directed is adjusted so that the other orthogonal axes are directed to the magnetic north direction during the rotation as described above, the third axis (Z-axis) as shown in FIG. Momentarily faces the same direction as the magnetic north direction N. The detection value of the triaxial magnetic sensor 3 at this time corresponds to the point A in FIG.
When further rotated with the first axis (X axis) as the central axis, the second axis (Y axis) instantaneously points in the same direction as the magnetic north direction N (point E), and is further centered on the first axis (X axis) When rotated as an axis, as shown in FIG. 6, the third axis (Z axis) is instantaneously opposite to the magnetic north direction N. The detection value of the triaxial magnetic sensor 3 at this time corresponds to the point B in FIG. Then, when further rotated, the second axis instantaneously opposes the magnetic north direction N (point F).
If the magnetic north direction N obtained by the magnetic north direction temporary calculation means 8 is accurate, the points A and B, and the points E and F are points separated from each other on the azimuth sphere 7 by the diameter of the azimuth sphere 7. The middle point is the center point O ′ of the azimuth sphere 7. Further, even if the magnetic north direction N obtained by the magnetic north direction temporary calculation means 8 is slightly deviated due to an error or the like during offset correction, the magnetic sphere 7 is separated from the azimuth sphere 7 by a distance substantially close to the diameter of the azimuth sphere 7. It becomes a measurement point.

また、第2操作を行う際には、携帯機器2のユーザは、図7に示すごとく、第2軸(Y軸)を前記した磁北方向仮算出手段8により求めた磁北方向Nに直交する方向へ向ける。その後、第2軸(Y軸)を中心軸として携帯機器2を回転させる。このようにすると、第1操作と同様な理由で、図8に示すごとく、第1軸(X軸)が磁北方向Nと瞬間的に同一方向を向く。この時の3軸磁気センサ3の検出値が、図10のC点に相当する。
第2軸(Y軸)を中心軸としてさらに回転させると、第3軸(Z軸)が磁北方向Nと瞬間的に同一方向を向き(A点)、さらに第2軸(Y軸)を中心軸として回転させると、図9に示すごとく、第1軸(X軸)が磁北方向Nと瞬間的に反対方向を向く。この時の3軸磁気センサ3の検出値が、図10のD点に相当する。そして、さらに回転させると同様に第3軸が磁北方向Nと瞬間的に反対方向を向く(B点)。
このC点とD点も、A点とB点及びE点とF点の関係と同様に、方位球7上で互いに方位球7の直径に等しいかそれに近い距離だけ離れた測定点になるとともに、ABを結ぶ直線とCDを結ぶ直線、EFを結ぶ直線は、図10に示すように互いに直交することになる。
When performing the second operation, the user of the portable device 2, as shown in FIG. 7, the direction orthogonal to the magnetic north direction N obtained by the magnetic north direction temporary calculation means 8 with the second axis (Y axis) as described above. Turn to. Thereafter, the portable device 2 is rotated about the second axis (Y axis) as a central axis. In this way, for the same reason as the first operation, the first axis (X axis) instantaneously points in the same direction as the magnetic north direction N as shown in FIG. The detection value of the triaxial magnetic sensor 3 at this time corresponds to the point C in FIG.
When the second axis (Y-axis) is further rotated as the central axis, the third axis (Z-axis) is instantaneously oriented in the same direction as the magnetic north direction N (point A), and further centered on the second axis (Y-axis) When rotated as an axis, as shown in FIG. 9, the first axis (X axis) is instantaneously opposite to the magnetic north direction N. The detection value of the triaxial magnetic sensor 3 at this time corresponds to the point D in FIG. Then, when further rotated, the third axis instantaneously turns in the opposite direction to the magnetic north direction N (point B).
Similarly to the relationship between the points A and B and the points E and F, the points C and D are also measurement points that are separated from each other by a distance equal to or close to the diameter of the azimuth sphere 7 on the azimuth sphere 7. , The line connecting AB, the line connecting CD, and the line connecting EF are orthogonal to each other as shown in FIG.

このように本例では、第1操作と第2操作において、携帯機器2を互いに方位球の直径と等しいか、直径に近い距離だけ離れ、中心軸以外の軸における成分が最大となる点と最小となる点の組み合わせを2組取得するのに必要な角度(少なくとも270°以上)回転させている。   As described above, in this example, in the first operation and the second operation, the portable device 2 is separated from the azimuth sphere by a distance equal to or close to the diameter of the azimuth sphere, and the components on the axes other than the central axis are maximized and minimized. The angle necessary to acquire two sets of points (at least 270 ° or more) is rotated.

また、本例では、上記A点〜F点を使って方位球7の中心点O’を算出している。すなわち、本例の電子コンパス1は、第1操作において、中心軸にした軸(X軸)以外の2つの軸(Y軸、Z軸)それぞれの、磁気ベクトルMの成分が最大となる最大検出値(A点、E点)および、該成分が最小となる最小検出値(B点、F点)を、中心点O’の算出に用いる。また、第2操作において、中心軸にした軸(Y軸)以外の2つの軸(X軸、Z軸)それぞれの、磁気ベクトルMの成分が最大となる最大検出値(C点、E点)および、該成分が最小となる最小検出値(D点、E点)を、中心点O’の算出に用いる。
このA〜Fの6点は、従来の方法でオフセット補正用のデータを取得した場合のように、測定点の方位球7上の一部の領域に偏在しておらず、かつ、A点とB点、C点とD点、E点とF点は互いに方位球7上で最も離れた点となることから、方位球7の中心点O’を求める最適な測定点となるため、従来のオフセット補正に比べ補正誤差を大幅に小さく抑えることができる。
In this example, the center point O ′ of the azimuth sphere 7 is calculated using the points A to F. That is, in the first operation, the electronic compass 1 of the present example performs maximum detection in which the component of the magnetic vector M is maximized for each of two axes (Y axis, Z axis) other than the axis (X axis) as the central axis. The value (point A, point E) and the minimum detected value (point B, point F) that minimizes the component are used for calculating the center point O ′. In the second operation, the maximum detected value (C point, E point) at which the component of the magnetic vector M is maximum for each of two axes (X axis, Z axis) other than the axis (Y axis) as the central axis. The minimum detected value (D point, E point) that minimizes the component is used for calculating the center point O ′.
The six points A to F are not unevenly distributed in a part of the area on the azimuth sphere 7 of the measurement point as in the case of acquiring offset correction data by the conventional method, and Since B point, C point and D point, and E point and F point are the farthest points on the azimuth sphere 7, they are optimum measurement points for obtaining the center point O ′ of the azimuth sphere 7. Compared to offset correction, the correction error can be greatly reduced.

なお、第1操作、第2操作は、ユーザが手動で操作するので、場合によっては狙いとする方向からずれが生じた状態で回転操作してしまう可能性がある。このような場合においてそのまま何らのチェックを行うことなく方位球の中心点を求めてしまうと、せっかくの発明の効果が充分に得られず、オフセット補正の精度を小さく抑えることができない原因となる。そこで、本発明では、回転操作方向確認手段19によりこれをチェックする。   Since the first operation and the second operation are manually operated by the user, there is a possibility that the first operation and the second operation may be rotated in a state where there is a deviation from a target direction. In such a case, if the center point of the azimuth sphere is obtained without performing any check as it is, the effects of the invention cannot be sufficiently obtained, and the offset correction accuracy cannot be kept small. Therefore, in the present invention, this is checked by the rotation operation direction confirmation means 19.

ここで、第1操作及び第2操作の回転操作方向が問題なければ、第1操作によって取得するA点、B点の位置(第3軸方向の最大検出値と最小検出値)と第2操作によって取得するA点、B点の方位球上の位置は一致するか、少なくとも互いに近い位置となるはずであり、狙いとする回転操作方向からのずれが大きくなると、両操作で取得した2点のA点間の方位球上の距離と2点のB点間の方位球上の距離が大きくなる。そこで、第1操作と第2操作において、第3軸方向の成分が最大となる検出値と最小となる検出値を取得しておき、この両者の点の距離を計算する。そして、この距離が予め決められた閾値を超える場合には、再操作が必要である旨の表示を行うことにより、回転操作方向が問題ないかどうかをチェックする。このチェックにより回転操作方向に問題がないと判断された場合は、中心点O’を精度良く算出可能であると判断する。   Here, if there is no problem in the rotation operation directions of the first operation and the second operation, the positions of the points A and B (maximum detection value and minimum detection value in the third axis direction) acquired by the first operation and the second operation. The positions of the points A and B acquired by the above should match or at least be close to each other, and if the deviation from the target rotational operation direction increases, the two points acquired by both operations The distance on the azimuth sphere between the points A and the distance on the azimuth sphere between the two points B increase. Therefore, in the first operation and the second operation, the detection value that maximizes the component in the third axis direction and the detection value that minimizes the component are acquired, and the distance between these points is calculated. When this distance exceeds a predetermined threshold, it is checked whether or not there is no problem in the direction of the rotation operation by displaying that re-operation is necessary. If it is determined by this check that there is no problem in the direction of the rotation operation, it is determined that the center point O ′ can be calculated with high accuracy.

また、本例の電子コンパス1は、図1、図2に示すごとく、第1操作および第2操作において、磁北方向仮算出手段8により求めた磁北方向Nに直交する方向Rを、携帯機器2の表示部20に表示させる出力手段6を備える。ユーザは、例えば第1操作を行う際には、表示された方向Rに第1軸(X軸)を向け、その後、第1軸(X軸)を中心軸として携帯機器2を回転させる。同様にして、第2操作を行う際には、表示された方向Rに第2軸(Y軸)を向け、その後、第2軸(Y軸)を中心軸として携帯機器2を回転させる。   In addition, as shown in FIGS. 1 and 2, the electronic compass 1 of this example sets a direction R perpendicular to the magnetic north direction N obtained by the magnetic north direction temporary calculation means 8 in the first operation and the second operation to the portable device 2. Output means 6 to be displayed on the display unit 20. For example, when performing the first operation, the user directs the first axis (X axis) in the displayed direction R, and then rotates the portable device 2 around the first axis (X axis) as a central axis. Similarly, when performing the second operation, the second axis (Y axis) is directed to the displayed direction R, and then the portable device 2 is rotated about the second axis (Y axis) as the central axis.

次に、図11のフローチャートを用いて、図3に記したプログラム11pの説明をする。まず最初に、予め3軸磁気センサにより磁気ベクトルMを繰り返し取得し、検出値を保存しておく(ステップS1)。そして、プログラム11pを開始すると、電子コンパス1は、既に取得されている磁気ベクトルデータ群を用いて、方位球7の中心点O’を仮算出し、その仮算出した中心点O’に基づいてオフセット補正し、磁北方向Nを算出する(ステップS2)。この際、用いた磁気ベクトルデータ群が方位球7上の一部の領域に偏在している場合も当然あり得るため、その精度は後述のステップS7により求めた中心点O’と比較すると方位算出の精度が若干劣るが、少なくとも大きくはずれない磁北方向Nを求めることができる。そして、この求められた磁北方向Nに直交する方向Rを表示部20に表示し、第1操作を行うようユーザに報知する(ステップS3)。この際、磁北方向Nに直交する方向は3次元空間上で2方向あるが、そのうち水平面に平行となる方向を表示した方が後の回転操作がしやすいので、より好ましい。そして、その後、ユーザが第1操作を行っている間、3軸磁気センサ3を使って磁気ベクトルMを検出する(ステップS4)。   Next, the program 11p shown in FIG. 3 will be described using the flowchart of FIG. First, the magnetic vector M is repeatedly acquired in advance by a three-axis magnetic sensor, and the detected value is stored (step S1). When the program 11p is started, the electronic compass 1 tentatively calculates the center point O ′ of the azimuth sphere 7 using the already acquired magnetic vector data group, and based on the tentatively calculated center point O ′. The offset is corrected and the magnetic north direction N is calculated (step S2). At this time, since the magnetic vector data group used may be unevenly distributed in a part of the area on the azimuth sphere 7, the accuracy is calculated when compared with the center point O ′ obtained in step S 7 described later. The magnetic north direction N, which is at least slightly inferior, but does not deviate at least, can be obtained. Then, the obtained direction R perpendicular to the magnetic north direction N is displayed on the display unit 20, and the user is notified to perform the first operation (step S3). At this time, although there are two directions perpendicular to the magnetic north direction N in the three-dimensional space, it is more preferable to display the direction parallel to the horizontal plane because the later rotation operation is easier. Thereafter, while the user performs the first operation, the magnetic vector M is detected using the triaxial magnetic sensor 3 (step S4).

ステップS4の後、電子コンパス1は、ステップS3と同様に、磁北方向Nに直交する方向Rを表示部20に表示し、第2操作を行うようユーザに報知する(ステップS5)。その後、ユーザが第2操作を行っている間、3軸磁気センサ3を使って磁気ベクトルMを検出する(ステップS6)。   After step S4, the electronic compass 1 displays the direction R orthogonal to the magnetic north direction N on the display unit 20 and notifies the user to perform the second operation, similarly to step S3 (step S5). Thereafter, while the user performs the second operation, the magnetic vector M is detected using the triaxial magnetic sensor 3 (step S6).

ステップS6の後、第1操作と第2操作による回転操作方向が問題ないかどうかをチェックする(ステップS7)。具体的には、第1操作と第2操作で共通して取得できるはずの第3軸(Z軸)成分の最大検出値となる点と最小検出値となる点の2点間の距離を計算し、この算出した距離と所定の閾値とを比較する。そして、閾値以下である場合には、回転操作方向が問題ないと判断し、ステップS9に進む。閾値を超える場合には、回転操作方向が予定していた方向からずれていたと判断し、ステップS8に進み、再操作の必要があることを報知し、再度ステップS3に戻る。   After step S6, it is checked whether or not there is no problem in the direction of the rotation operation by the first operation and the second operation (step S7). Specifically, the distance between two points, that is, the point that becomes the maximum detection value and the point that becomes the minimum detection value of the third axis (Z-axis) component that should be obtained in common in the first operation and the second operation is calculated. Then, the calculated distance is compared with a predetermined threshold value. If it is less than or equal to the threshold value, it is determined that there is no problem with the direction of rotation, and the process proceeds to step S9. If it exceeds the threshold value, it is determined that the rotational operation direction has deviated from the planned direction, and the process proceeds to step S8 to notify that the re-operation is necessary, and returns to step S3 again.

ステップS7により回転操作方向が問題ないと判断できた場合は、電子コンパス1は、取得した複数の検出値を使って、方位球7の中心点O’を算出する(ステップS9)。その後、方位球7の中心点O’と、3軸直交座標系の原点Oとのずれに基づいて、検出した磁気ベクトルOP(図10参照)を補正し、補正後の磁気ベクトルO’Pを使って、携帯機器2の向く方位を算出する(ステップS10)。   If it is determined in step S7 that there is no problem in the direction of the rotation operation, the electronic compass 1 calculates the center point O 'of the azimuth sphere 7 using the plurality of acquired detection values (step S9). Thereafter, the detected magnetic vector OP (see FIG. 10) is corrected based on the deviation between the center point O ′ of the azimuth sphere 7 and the origin O of the three-axis orthogonal coordinate system, and the corrected magnetic vector O′P is obtained. Using, the azimuth | direction which the portable apparatus 2 faces is calculated (step S10).

なお、上記説明では、第1軸をX軸とし、第2軸をY軸とし、第3軸をZ軸としたが、これらの軸の組み合わせは、任意に定めることができる。   In the above description, the first axis is the X axis, the second axis is the Y axis, and the third axis is the Z axis, but the combination of these axes can be arbitrarily determined.

次に、本例の作用効果について説明する。図4〜図9に示すごとく、本例では、第1操作と第2操作とが行われている間に、3軸磁気センサ3を用いて地磁気ベクトルの検出値を複数個、取得する。そして、得られた複数個の検出値を用いて方位球7の中心点O’を算出する。
このようにすると、簡単な操作で、方位球7の中心点O’を正確に算出することができる。すなわち、第1操作を行う際には、第1軸(X軸)は磁北方向Nに直交し、かつ第1軸以外の直交軸が回転途中に磁北方向を向くように調整されているため、該第1軸(X軸)を中心軸として携帯機器2を回転させると、第2軸(Y軸)と第3軸(Z軸)とを含む平面(YZ平面)内において、3軸磁気センサ3の検出値を取得することができる。
Next, the function and effect of this example will be described. As shown in FIGS. 4 to 9, in this example, a plurality of detected values of the geomagnetic vector are acquired using the triaxial magnetic sensor 3 while the first operation and the second operation are performed. Then, the center point O ′ of the azimuth sphere 7 is calculated using the plurality of detected values obtained.
In this way, the center point O ′ of the azimuth sphere 7 can be accurately calculated with a simple operation. That is, when performing the first operation, the first axis (X axis) is adjusted to be orthogonal to the magnetic north direction N, and the orthogonal axes other than the first axis are adjusted to face the magnetic north direction during rotation. When the portable device 2 is rotated about the first axis (X axis), a three-axis magnetic sensor in a plane (YZ plane) including the second axis (Y axis) and the third axis (Z axis) 3 detection values can be acquired.

また、第2操作を行う際には、第2軸(Y軸)は磁北方向Nに直交し、かつ第2軸以外の直交軸が回転途中に磁北方向を向くように調整されているため、該第2軸(Y軸)を中心軸として携帯機器2を回転させると、第1軸(X軸)と第3軸(Z軸)とを含む平面(XZ平面)内において、3軸磁気センサ3の検出値を取得することができる。
YZ平面とXZ平面とは互いに直交しているため、これら2つの平面内で3軸磁気センサ3の検出値を取得することにより、該検出値が方位球7上において偏在することはなくなり、方位球7上の、方位球7の中心点O’を含む平面上にある3軸磁気センサ3の検出値を取得することが可能になる。そのため、方位球7およびその中心点O’を、従来のオフセット方法に比べ正確に算出することが可能になる。
Further, when performing the second operation, the second axis (Y axis) is adjusted to be orthogonal to the magnetic north direction N, and the orthogonal axes other than the second axis are adjusted so as to face the magnetic north direction during rotation. When the portable device 2 is rotated about the second axis (Y axis), a three-axis magnetic sensor in a plane (XZ plane) including the first axis (X axis) and the third axis (Z axis) 3 detection values can be acquired.
Since the YZ plane and the XZ plane are orthogonal to each other, acquiring the detection values of the triaxial magnetic sensor 3 in these two planes prevents the detection values from being unevenly distributed on the azimuth sphere 7. It becomes possible to acquire the detection value of the three-axis magnetic sensor 3 on the plane including the center point O ′ of the azimuth sphere 7 on the sphere 7. Therefore, the azimuth sphere 7 and its center point O ′ can be calculated more accurately than the conventional offset method.

また、第1操作と第2操作は、比較的簡単な操作であるため、方位球7上のデータを万遍無く取得しようとする場合と異なり、携帯機器2のユーザにこの操作を行わせても、ユーザにとって大きな負担とはならない。
また、本例においては、第1操作、第2操作を行った後、中心点を算出する前に回転操作方向確認手段19によって狙いとする方向で回転操作が行われたかどうかを確認する。これにより中心点O’を精度良く算出可能なデータが取得できているかがチェックされるので、オフセット補正の精度を確実に高めることができる。
In addition, since the first operation and the second operation are relatively simple operations, unlike the case where data on the azimuth sphere 7 is to be acquired all over, the user of the portable device 2 performs this operation. However, this is not a heavy burden on the user.
Further, in this example, after performing the first operation and the second operation, it is confirmed whether or not the rotation operation is performed in the target direction by the rotation operation direction confirmation unit 19 before calculating the center point. As a result, it is checked whether data capable of accurately calculating the center point O ′ can be acquired, so that the accuracy of offset correction can be reliably increased.

また、本例における第1操作と第2操作とは、携帯機器2を各々少なくとも270°以上回転させている。
このようにすると、第1操作と第2操作によって、方位球7の中心点O’を中心とする互いに正反対となる点(互いの距離が方位球7の直径にほぼ等しくなる点)を取得することができる。そのため、方位球7およびその中心点O’をより正確に算出することが可能になる。
In the first operation and the second operation in this example, the portable device 2 is rotated at least 270 ° or more.
In this way, by the first operation and the second operation, points that are diametrically opposite to each other about the center point O ′ of the azimuth sphere 7 (points at which the mutual distance is substantially equal to the diameter of the azimuth sphere 7) are acquired. be able to. Therefore, it becomes possible to calculate the azimuth sphere 7 and its center point O ′ more accurately.

そして、本例では特に270°以上回転させることによって、中心点算出手段4は、第1操作および第2操作のそれぞれにおいて、中心軸にした軸以外の2つの軸のそれぞれの軸における、磁気ベクトルMの成分が最大となる最大検出値(図10のA点、C点、E点)および、該成分が最小となる最小検出値(図10のB点、D点、E点)2組ずつ取得し、中心点O’の算出に用いる。
このようにすると、各軸成分の最大検出値と最小検出値の2点の組み合わせ(A点とB点、C点とD点、E点とF点)は方位球7上において互いに方位球7の直径に略等しい距離だけ離れており、その中点が方位球7の中心点O’の位置となるため、方位球7の中心点O’をより正確に算出することが可能になる。なお、270°以上ではなく、360°回転させることにしておけば、第1操作、第2操作の回転開始位置の向きに関係なく、確実に1回の回転操作で2組の最大検出値と最小検出値を取得することができる。
In this example, the center point calculating means 4 in particular in each of the two axes other than the axis as the central axis in each of the first operation and the second operation is rotated by 270 ° or more. Two sets of maximum detection values (points A, C, and E in FIG. 10) that maximize the component of M and minimum detection values (points B, D, and E in FIG. 10) that minimize the component Acquired and used to calculate the center point O ′.
In this way, the combination of the maximum detection value and the minimum detection value (A point and B point, C point and D point, E point and F point) of each axis component is mutually on the azimuth sphere 7. Since the center point is the position of the center point O ′ of the azimuth sphere 7, the center point O ′ of the azimuth sphere 7 can be calculated more accurately. In addition, if it is decided to rotate 360 ° instead of 270 ° or more, two sets of maximum detected values can be reliably obtained by one rotation operation regardless of the direction of the rotation start position of the first operation and the second operation. The minimum detection value can be acquired.

また、本例では図1、図2に示すごとく、第1操作および第2操作において、磁北方向仮算出手段8により求めた磁北方向Nに直交する方向Rを、携帯機器2の表示部20に表示させる出力手段6を備える。
このようにすると、磁北方向Nに直交する方向Rが表示部20に表示されているので、ユーザは、その方向Rに第1軸(X軸)または第2軸(Y軸)を容易に向けることができる。そのため、第1操作および第2操作を容易に行うことが可能になる。
In this example, as shown in FIGS. 1 and 2, in the first operation and the second operation, the direction R perpendicular to the magnetic north direction N obtained by the magnetic north direction temporary calculation means 8 is displayed on the display unit 20 of the portable device 2. Output means 6 for displaying is provided.
In this way, since the direction R perpendicular to the magnetic north direction N is displayed on the display unit 20, the user easily points the first axis (X axis) or the second axis (Y axis) in the direction R. be able to. Therefore, the first operation and the second operation can be easily performed.

以上のごとく、本例によれば、簡単な操作で方位球の中心点を正確に算出できる電子コンパスを提供することができる。   As described above, according to this example, it is possible to provide an electronic compass that can accurately calculate the center point of the azimuth sphere with a simple operation.

(実施例2)
実施例1では、磁北方向Nに直交する方向Rに第1軸を向けて回転操作する第1操作と、同様に第2軸を向けて回転操作する第2操作を行ったが、さらに第3軸(Z軸)を上記方向Rへ向けて回転操作する第3操作を行ってもよい。また、第3操作において、第3軸を270°以上回転させ、第1軸(X軸)と第2軸(Y軸)の2軸において磁気ベクトルMの成分が最大となる最大検出値2点(C点、E点)と、該成分が最小となる最小検出値2点(D点、F点)を検出することもできる。
このように、3つの回転操作を行うことによって、方位球7の中心点O’の座標の算出精度をさらに向上させることができる。
その他、実施例1と同様の構成及び作用効果を備える。
(Example 2)
In Example 1, the first operation for rotating the first axis in the direction R orthogonal to the magnetic north direction N and the second operation for rotating the second axis in the same manner were performed. A third operation for rotating the axis (Z axis) in the direction R may be performed. Further, in the third operation, the third axis is rotated by 270 ° or more, and the maximum detected value 2 points at which the component of the magnetic vector M becomes the maximum in the two axes of the first axis (X axis) and the second axis (Y axis) It is also possible to detect (C point, E point) and two minimum detection values (D point, F point) that minimize the component.
Thus, by performing three rotation operations, the calculation accuracy of the coordinates of the center point O ′ of the azimuth sphere 7 can be further improved.
In addition, the configuration and operational effects similar to those of the first embodiment are provided.

(実施例3)
次に、検出した磁気ベクトルMのデータの処理方法に関して説明する。
既に説明したとおりに第1操作〜第3操作を実施し、直交する各軸の成分が最大となる最大検出値と、最小となる最小検出値を取得した場合、その点は、図13に示すごとく6点存在するが、1回の回転操作で4点の取得が可能なので、各点毎に2点ずつ、合計12点のデータを取得することができる。以下、このように最大検出値と最小検出値のデータを取得した場合におけるデータの処理方法に関する実施例について説明する。
(Example 3)
Next, a method for processing the data of the detected magnetic vector M will be described.
As described above, the first operation to the third operation are performed, and when the maximum detection value at which the components of the orthogonal axes are maximum and the minimum detection value at which the minimum is minimum are acquired, this point is illustrated in FIG. Although there are 6 points as described above, 4 points can be obtained by one rotation operation, and therefore, a total of 12 points of data can be obtained, 2 points for each point. Hereinafter, an embodiment relating to a data processing method when data of the maximum detection value and the minimum detection value is acquired will be described.

まず、最初に2点の距離が所定値以上に離れていないかをチェックし、回転操作方向に問題がないことを確認しておく。そして、問題がないことが確認されたら、方位球7の中心点O’を求めるには、4点あれば計算可能なので、まず各点毎に取得した2点の平均値を求める。
これにより、6点のデータが取得できるので、このうち4点のデータを選択し、この4点の座標を球の方程式に代入して整理し、連立方程式の解を計算することにより、中心点O’の座標を計算することができる。
なお、球の方程式は、
(X−a)+(Y−b)+(Z−c)=r
である(r=球の半径=地磁気ベクトルの大きさの絶対値)。
First, it is checked whether the distance between the two points is not more than a predetermined value, and it is confirmed that there is no problem in the rotation operation direction. When it is confirmed that there is no problem, the center point O ′ of the azimuth sphere 7 can be obtained by calculating with four points. Therefore, first, the average value of the two points obtained for each point is obtained.
As a result, 6 points of data can be acquired. Of these, 4 points of data are selected, and the coordinates of these 4 points are substituted into a spherical equation and arranged, and the solution of the simultaneous equations is calculated. The coordinates of O ′ can be calculated.
The sphere equation is
(X−a) 2 + (Y−b) 2 + (Z−c) 2 = r 2
(R = radius of the sphere = absolute value of the magnitude of the geomagnetic vector).

ここで、6点から4点のデータを選択する組み合わせは=15通りとなるが、方位球7の中心点O’を求める際に同一平面上に存在する4点を選択すると精度が向上しないので、同一平面上の4点を選択する3通りの場合を除くと12通りの選択方法がある。
従って、12通りの選択全てについて、上記方法で中心座標を求め、その平均値を計算し、これを球の中心座標として用いることにより、精度の高いオフセット補正が可能になる。
Here, there are 6 C 4 = 15 combinations for selecting data from 6 points to 4 points. However, when obtaining the center point O ′ of the azimuth sphere 7, the accuracy can be improved by selecting 4 points existing on the same plane. Since there is no improvement, there are 12 selection methods except for the three cases of selecting four points on the same plane.
Therefore, for all 12 selections, the center coordinates are obtained by the above method, the average value thereof is calculated, and this is used as the center coordinates of the sphere, thereby making it possible to perform highly accurate offset correction.

ここで、第3操作を行わず、第1操作と第2操作のみ行った場合には、12点でなく8点のデータが得られることになり、図13に示す6箇所ある点のうち、2箇所のみで2点が重複して取得された状態となる。従って、この場合には、この重複している2点のみ平均値を求める。後の処理は、上記と全く同様である。   Here, when only the first operation and the second operation are performed without performing the third operation, data of 8 points instead of 12 points is obtained. Of the 6 points shown in FIG. Two points are acquired in duplicate in only two places. Therefore, in this case, an average value is obtained only for the two overlapping points. The subsequent processing is exactly the same as described above.

(実施例4)
次に、実施例3で説明したデータ処理とは別の方法による実施例について説明する。なお、この場合も最初に2点の距離が所定値以上離れていないかをチェックする点については実施例3と同様である。そして、実施例3においては、最初に6箇所の点それぞれ2点ずつデータが取得できていることから、この2点の平均値を求める処理を行ったが、本実施例ではこの処理を行わない。そして、取得できている12点の検出値から4点全てが同一平面上にならないという条件で4点の検出値を選択する。この選択は、実施例3における12通りの組み合わせの4点を選択する際において、各点ごとに2通りの場合が存在すると考えればよいことから、192通り=12通り×2の組み合わせがある。このそれぞれの場合について選択された4点から実施例3と同様に連立方程式の解を計算すると、192通りの中心座標が計算される。
その後、192通りの中心座標の平均値を計算し、方位球7の中心点O’とする。
Example 4
Next, an embodiment using a method different from the data processing described in the third embodiment will be described. In this case as well, it is the same as in the third embodiment in that it is first checked whether the distance between the two points is a predetermined value or more. In the third embodiment, since data can be acquired at two points for each of six points at the beginning, a process for obtaining an average value of these two points was performed. However, this process is not performed in the present embodiment. . Then, four detection values are selected on the condition that all four points are not on the same plane from the acquired detection values of twelve points. This selection is in when selecting the four points of a combination of 12 kinds in Example 3, since the may be considered two cases are present in each point, there is a combination of 192 kinds = 12 ways × 2 4 . When the solution of the simultaneous equations is calculated from the four points selected in each case in the same manner as in the third embodiment, 192 kinds of center coordinates are calculated.
Thereafter, an average value of the 192 kinds of center coordinates is calculated and set as the center point O ′ of the azimuth sphere 7.

本発明は、方位球7の中心座標を求めるために、最適と考えられる検出値を求めることによりオフセット誤差の低減を図っている。しかしながら、3軸磁気センサ3の検出値には必ず測定誤差やばらつきがあり、これが、求めた中心座標の精度に影響を与える。しかしながら、本例のように、複数求めた点の平均化処理を行うことにより、1つ1つの求めた値に誤差やばらつきがあっても平均することによって、その誤差やばらつきが打ち消しあうことになるため、より正確な中心座標を求めることができる。   In the present invention, in order to obtain the center coordinates of the azimuth sphere 7, an offset error is reduced by obtaining a detection value that is considered to be optimal. However, the detection values of the three-axis magnetic sensor 3 always have measurement errors and variations, and this affects the accuracy of the obtained center coordinates. However, as in this example, by averaging a plurality of obtained points, even if there is an error or variation in each obtained value, the error or variation is canceled out by averaging. Therefore, more accurate center coordinates can be obtained.

以上説明した例では各軸成分の最大検出値と最小検出値を使う場合について説明したが、本発明は、この場合に限定されるものではない。最大検出値と最小検出値に関係なく、180°回転する毎に取得した検出値を用いても前記と同様の精度を得ることが可能であるし、その他の角度間隔毎に取得した検出値から、距離のばらつきが最も小さくなるような点を算出することにより求めることも可能である。   In the example described above, the case of using the maximum detection value and the minimum detection value of each axis component has been described, but the present invention is not limited to this case. Regardless of the maximum detection value and the minimum detection value, it is possible to obtain the same accuracy as described above by using the detection value acquired every 180 ° rotation, and from the detection values acquired at other angular intervals. It is also possible to obtain by calculating the point where the variation in distance is the smallest.

(実験例)
次に、本発明の実験例について説明する。既に記載したとおり、従来は、例えば特にユーザに特定の回転操作を強制せず、取得したデータの中から互いにできるだけ離れた4点を選択(例えば前記特許文献2)することによってオフセット補正を行っていた。このような従来の手法による中心座標の誤差は、最大で50mGに達する場合があり、中心座標が最大で50mGばらついた状態で算出されてしまう結果、携帯機器2を水平面内の任意の向きに向けた際に算出される方位誤差として、最大で10°程度の誤差を避けることができなかった。
それに対し、本発明による前記した実施例4の方法で実験を行い中心座標の誤差を確認したところ、最大で10mG以下と従来方法と比べ最大誤差を1/5程度に抑えることができることが確認できた。この結果、水平面内の任意の向きに向けた際の方位誤差も最大で2°程度に抑えることが可能になることを確認できた。
(Experimental example)
Next, experimental examples of the present invention will be described. As described above, conventionally, offset correction is performed by selecting, for example, four points that are as far as possible from the acquired data, for example, without forcing the user to perform a specific rotation operation (for example, Patent Document 2). It was. The error of the center coordinate by such a conventional method may reach 50 mG at the maximum, and as a result of being calculated in a state where the center coordinate varies at the maximum of 50 mG, the portable device 2 is directed to an arbitrary direction in the horizontal plane. As the azimuth error calculated at the time, an error of about 10 ° at the maximum could not be avoided.
On the other hand, when the experiment of the method of Example 4 according to the present invention was performed and the error of the center coordinate was confirmed, it was confirmed that the maximum error could be suppressed to about 1/5 compared with the conventional method, which is 10 mG or less at the maximum. It was. As a result, it was confirmed that the azimuth error when directed in an arbitrary direction in the horizontal plane can be suppressed to about 2 ° at the maximum.

1 電子コンパス
19 回転操作方向確認手段
2 携帯機器
3 3軸磁気センサ
4 中心点算出手段
5 方位算出手段
6 出力手段
7 方位球
8 磁北方向仮算出手段
O 3軸直交座標系の原点
O’ 方位球の中心点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electronic compass 19 Rotation operation direction confirmation means 2 Portable apparatus 3 3-axis magnetic sensor 4 Center point calculation means 5 Direction calculation means 6 Output means 7 Azimuth sphere 8 Magnetic north direction temporary calculation means O Origin of 3-axis orthogonal coordinate system O 'Azimuth sphere Center point

Claims (7)

携帯機器に設けられ、該携帯機器の内部磁界による影響を補正しつつ、該携帯機器が向く方位を検出する電子コンパスであって、
上記携帯機器に固定された3軸直交座標系における磁気ベクトルとして地磁気を検出する3軸磁気センサと、
該3軸磁気センサによって得られた上記磁気ベクトルの検出値が、上記携帯機器の姿勢変化に伴って上記3軸直交座標系上に描く方位球の中心点を算出する中心点算出手段と、
上記3軸磁気センサによって得られた上記磁気ベクトルの検出値を、上記方位球の中心点と上記3軸直交座標系の原点とのずれに基づいて補正するとともに、その補正後の検出値を使って上記携帯機器が向く方位を算出する方位算出手段とを備え、
上記中心点算出手段は、上記3軸直交座標系の互いに直交する第1軸と、第2軸と、第3軸とのうち、上記第1軸を、磁北方向に直交する方向へ向けた状態で、該第1軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる第1操作が行われている間に、複数個の上記検出値を取得し、上記磁北方向に直交する方向へ上記第2軸を向けた状態で、該第2軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる第2操作が行われている間に、複数個の上記検出値を取得し、得られた複数個の上記検出値を用いて上記方位球の上記中心点を算出し、
上記第1操作および上記第2操作における上記中心軸の向きは、該中心軸以外の直交軸が、回転途中に上記磁北方向と平行な方向を向くことになる向きであることを特徴とする電子コンパス。
An electronic compass that is provided in a mobile device and detects the orientation of the mobile device while correcting the influence of the internal magnetic field of the mobile device,
A three-axis magnetic sensor for detecting geomagnetism as a magnetic vector in a three-axis orthogonal coordinate system fixed to the portable device;
A center point calculating means for calculating a center point of an azimuth sphere drawn on the three-axis orthogonal coordinate system in accordance with a change in posture of the portable device, the detected value of the magnetic vector obtained by the three-axis magnetic sensor;
The detection value of the magnetic vector obtained by the three-axis magnetic sensor is corrected based on the deviation between the center point of the azimuth sphere and the origin of the three-axis orthogonal coordinate system, and the corrected detection value is used. Azimuth calculating means for calculating the azimuth facing the mobile device,
The center point calculation means is a state in which the first axis is oriented in a direction orthogonal to the magnetic north direction among the first axis, the second axis, and the third axis that are orthogonal to each other in the three-axis orthogonal coordinate system. Then, during the first operation of rotating the portable device with the first axis as the central axis, the plurality of detection values are acquired, and the second axis is set in a direction perpendicular to the magnetic north direction. While the second operation of rotating the portable device about the second axis as the central axis is performed, a plurality of the detection values are obtained, and the plurality of detection values obtained are obtained. To calculate the center point of the azimuth sphere,
The direction of the central axis in the first operation and the second operation is an electron whose orthogonal axis other than the central axis is directed in a direction parallel to the magnetic north direction during rotation. compass.
請求項1において、上記中心点算出手段は、上記第3軸を、上記磁北方向に直交する方向へ向けた状態で、該第3軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる第3操作が行われている間に、複数個の上記検出値を取得し、上記第1操作と、上記第2操作と、上記第3操作とにより取得した上記検出値を用いて、上記方位球の中心点を算出し、上記第3操作における上記中心軸の向きは、該中心軸以外の直交軸が、回転途中に上記磁北方向と平行な方向を向くことになる向きであることを特徴とする電子コンパス。   2. The center point calculating means according to claim 1, wherein the center point calculating means performs a third operation of rotating the portable device about the third axis as a center axis in a state where the third axis is directed in a direction orthogonal to the magnetic north direction. During the period, a plurality of the detection values are acquired, and the center point of the azimuth sphere is determined using the detection values acquired by the first operation, the second operation, and the third operation. The electronic compass characterized in that the direction of the central axis in the third operation calculated is an orientation in which an orthogonal axis other than the central axis is directed in a direction parallel to the magnetic north direction during rotation. 請求項1又は請求項2において、上記磁北方向に直交する方向へ向けた上記直交軸を中心軸として上記携帯機器を回転させる操作である回転操作を行った後、所定範囲内の精度で上記方位球の中心点を算出できるか否か確認し、該範囲内の精度で上記中心点を算出できないと判断した場合には、再操作の案内及び/又は精度低下の可能性があることを表示する回転操作方向確認手段を備える電子コンパス。   3. The azimuth according to claim 1, wherein after performing a rotation operation, which is an operation of rotating the portable device about the orthogonal axis directed in a direction orthogonal to the magnetic north direction, as a central axis, the orientation is accurate within a predetermined range. Confirm whether or not the center point of the sphere can be calculated, and if it is determined that the center point cannot be calculated with accuracy within the range, a re-operation guidance and / or a possibility that accuracy may be reduced is displayed. An electronic compass provided with rotating operation direction confirmation means. 請求項1〜請求項3のいずれか1項において、上記3軸磁気センサにより検出された上記磁気ベクトルの検出値から、上記方位球の中心点を仮算出するとともに、その仮算出した中心点と上記3軸直交座標系の原点とのずれに基づいて、上記3軸磁気センサによって得られた上記磁気ベクトルの検出値を補正し、補正後の上記磁気ベクトルの向きを上記磁北方向として出力する磁北方向仮算出手段を備えることを特徴とする電子コンパス。   The center point of the azimuth sphere is temporarily calculated from the detected value of the magnetic vector detected by the three-axis magnetic sensor according to any one of claims 1 to 3, and the temporarily calculated center point Magnetic north that corrects the detected value of the magnetic vector obtained by the three-axis magnetic sensor based on the deviation from the origin of the three-axis orthogonal coordinate system and outputs the corrected magnetic vector direction as the magnetic north direction. An electronic compass comprising a temporary direction calculation means. 請求項1〜請求項4のいずれか1項において、上記回転操作は、上記携帯機器を各々180°以上回転させる操作であることを特徴とする電子コンパス。   5. The electronic compass according to claim 1, wherein the rotation operation is an operation of rotating the portable device by 180 degrees or more. 請求項1〜請求項5のいずれか1項において、上記中心点算出手段は、上記回転操作のそれぞれにおいて、上記中心軸にした軸以外の2つの軸のうちいずれか一方の軸における、上記磁気ベクトルの成分が最大となる最大検出値および、該成分が最小となる最小検出値を、上記中心点の算出に用いることを特徴とする電子コンパス。   The center point calculation means according to any one of claims 1 to 5, wherein, in each of the rotation operations, the magnetic force on one of two axes other than the axis that is the center axis. An electronic compass characterized in that a maximum detection value at which a vector component is maximum and a minimum detection value at which the component is minimum are used for calculation of the center point. 請求項4〜請求項6のいずれか1項において、上記回転操作において、上記磁北方向仮算出手段により求めた上記磁北方向に直交する方向を、上記携帯機器の表示部に表示させる出力手段を備えることを特徴とする電子コンパス。   7. The output device according to claim 4, further comprising: an output unit configured to display, on the display unit of the portable device, a direction orthogonal to the magnetic north direction obtained by the magnetic north direction temporary calculation unit in the rotation operation. An electronic compass characterized by that.
JP2010263280A 2010-11-26 2010-11-26 Electronic compass Expired - Fee Related JP5309373B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010263280A JP5309373B2 (en) 2010-11-26 2010-11-26 Electronic compass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010263280A JP5309373B2 (en) 2010-11-26 2010-11-26 Electronic compass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012112859A true JP2012112859A (en) 2012-06-14
JP5309373B2 JP5309373B2 (en) 2013-10-09

Family

ID=46497218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010263280A Expired - Fee Related JP5309373B2 (en) 2010-11-26 2010-11-26 Electronic compass

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5309373B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014002089A (en) * 2012-06-20 2014-01-09 Aichi Micro Intelligent Corp Magnetic data processing device
CN116558552A (en) * 2023-07-07 2023-08-08 北京小米移动软件有限公司 Calibration method and device for electronic compass, electronic equipment and medium

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006009247A1 (en) * 2004-07-23 2006-01-26 Yamaha Corporation Direction processor, direction processing method, direction processing program, direction measuring instrument, inclination offset correcting method, direction measuring method, direction sensor unit and portable electronic device
JP2006047038A (en) * 2004-08-03 2006-02-16 Yamaha Corp Correction method for geomagnetic sensor
JP2006113019A (en) * 2004-10-18 2006-04-27 Alps Electric Co Ltd Triaxial type electronic compass, and azimuth detecting method using same
JP2007139715A (en) * 2005-11-22 2007-06-07 Yamaha Corp Magnetic sensor control device, method, and program
JP2010038743A (en) * 2008-08-06 2010-02-18 Aichi Micro Intelligent Corp Electronic compass

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006009247A1 (en) * 2004-07-23 2006-01-26 Yamaha Corporation Direction processor, direction processing method, direction processing program, direction measuring instrument, inclination offset correcting method, direction measuring method, direction sensor unit and portable electronic device
JP2006047038A (en) * 2004-08-03 2006-02-16 Yamaha Corp Correction method for geomagnetic sensor
JP2006113019A (en) * 2004-10-18 2006-04-27 Alps Electric Co Ltd Triaxial type electronic compass, and azimuth detecting method using same
JP2007139715A (en) * 2005-11-22 2007-06-07 Yamaha Corp Magnetic sensor control device, method, and program
JP2010038743A (en) * 2008-08-06 2010-02-18 Aichi Micro Intelligent Corp Electronic compass

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014002089A (en) * 2012-06-20 2014-01-09 Aichi Micro Intelligent Corp Magnetic data processing device
CN116558552A (en) * 2023-07-07 2023-08-08 北京小米移动软件有限公司 Calibration method and device for electronic compass, electronic equipment and medium
CN116558552B (en) * 2023-07-07 2023-10-20 北京小米移动软件有限公司 Calibration method and device for electronic compass, electronic equipment and medium

Also Published As

Publication number Publication date
JP5309373B2 (en) 2013-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2020205220B2 (en) IMU calibration
JP5017539B1 (en) Applied equipment for measuring and using geomagnetism
CN109813336B (en) Calibration method for inertia measurement unit
JP2007500350A (en) System using 2-axis magnetic sensor for 3-axis compass solution
JP2006300880A (en) Inclination sensor, and azimuth measuring device using this
EP2482033B1 (en) Geomagnetism detection device
EP3411725A1 (en) A method and device for calibration of a three-axis magnetometer
JP2006113019A (en) Triaxial type electronic compass, and azimuth detecting method using same
US20120022823A1 (en) Electronic compass
KR20120107439A (en) Method and system for a self-calibrated multi-magnetometer platform
WO2006088057A1 (en) Bearing measuring instrument
JP2012002695A (en) Error factor determination method and device thereof, error compensation method, triaxial magnetic sensor, sensor module, and program for determining error factor
JP2005061969A (en) Azimuthal angle measuring instrument and azimuthal angle measuring method
KR20110104564A (en) Geomagnetism detection device
JP5309373B2 (en) Electronic compass
WO2020049097A1 (en) Method and system for calibrating sensors
JP5017527B2 (en) Electronic compass system
JP2008107102A (en) Electronic compass and azimuth measuring method
TWI452263B (en) Geomagnetic detection device
JP3797661B2 (en) Attitude angle detector
GB2552826A (en) Handheld tool
JP2006337333A (en) Triaxial electronic compass, and azimuth detecting method using the same
JP2011185868A (en) Azimuth detector
JP2008020296A (en) Azimuth sensor
JP2016211907A (en) Gradient measurement method and apparatus, electronic apparatus and program

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130611

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130612

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5309373

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees