JP4340188B2 - 方位角計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、方位角計測装置に関し、より詳細には、磁気センサにより地磁気を計測し、その方位角を演算する方位角計測装置に関する。特に、携帯電話をはじめとする携帯情報端末における方位角計測装置に適するものである。

互いに直交した２次元座標軸もしくは３次元座標軸上に複数の磁気センサを配置し、地磁気ベクトルを検知して、そのベクトルの方向から地磁気方位を算出する地磁気方位検出装置が、いわゆる電子コンパスとして知られている。

船舶、航空機、さらには自動車の進行方向を同定し、ナビゲーションを行う目的に広く使われているが、近年は、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）を含む携帯情報端末に電子コンパスを搭載し、歩行者の進行方向の情報を得て、携帯情報端末に表示された地図の表示を進行方向が上側になるように制御する（ヘッディングアップ）応用技術が注目されている。

このような携帯情報端末には、非常にコンパクトな筐体にさまざまな部品を実装してあるが、その中には磁性体部品も多く含まれており、時としてこれらの磁性体部品により、周囲の磁界分布が乱されてしまい、電子コンパスの検知する磁気情報から計算する方位角情報が実際の南北から大きく外れてしまうことがある。

図１は、一様磁界中に磁性体が置かれた場合の磁力線の様子を示す図で、図中符号１は磁性体で、黒抜き矢印は磁力線を、白抜き矢印は電子コンパスの示す方向を示している。

図１に示すような磁界分布においては、２軸方向の地磁気を検知する電子コンパスを磁性体１の端部に置くと、磁力線が歪んでいることから、その方位角情報が誤差を持つことがわかる。３軸方向の磁界を検知する電子コンパスでも同様であるが、３次元の磁界の場合は、さらに垂直方向の磁界歪みの影響も生ずる。

図２は、電子コンパスの裏側に磁性体が装着された場合の磁力線の様子を示す図で、図中符号２は電子コンパスを示し、その他の符号及び矢印は図１と同様のものを示している。電子コンパス２の裏側に磁性体１が装着された場合、電子コンパス２に入射する磁力線は図２のようになる。この図２は、携帯情報端末を立てて北側を向いた状態に相当し、磁性体１により地磁気ベクトルが歪み、正しい方向を示していないことがわかる。

上述したような磁気成分の歪み効果を加味すると、携帯情報端末をさまざまな方向に向けて磁気センサが地磁気ベクトルの磁気成分を取得し、その磁気成分をＸＹＺの座標系にプロットしたとすると、例えば、図３のように磁気成分の歪みがない場合の球面の分布から楕円体球面のような分布になる。

このように、携帯情報端末をさまざまに動かした際に磁気センサが検知する地磁気の軌跡が楕円体や楕円体球を示すことから、磁気センサの出力信号からそれらの信号が形成する楕円体の中心を求めるという技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上述したような磁性体による磁界分布の乱れは磁性体の端部で顕著なので、磁気センサを磁性体の中心部に近い部分に配置することで、磁界分布の乱れの影響を緩和する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらには、携帯情報端末内部の磁性体が起因の磁界により算出される方位角情報の誤差を補正テーブルで補正するという技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開昭５９−１５５７１４号公報 特開２００１−２２８２７０号公報 特開平１０−１７０６６３号公報

しかしながら、携帯情報端末などでメモリーカードのインターフェースを備え、メモリーカードに対してデータの入出力を行う機能が付加されるようになってきた昨今において、メモリーカードのなかには磁性体を多く含むものがあり、その取り付けや取り外しに伴う磁界分布の変化が大きく、その着脱で方位角情報の算出に誤差が生じてしまうという問題があった。

また、メモリーカードは、供給するメーカーやメモリー容量によって磁気特性が大きく異なり、異なるメモリーカードでは電子コンパスに与える影響が異なるので、上述した特許文献３に示されているように、事前に補正する値を決めて携帯情報端末に保存するという技術では正しく補正をすることができないという問題があった。

また、上述した特許文献１に示されているような地磁気ベクトルの軌跡を楕円体球に当てはめて、その中心を含む楕円体球のパラメータを求めるという方法は、演算能力や精度が限られる携帯情報端末においては演算負荷が大きく、また、補正演算のためには多くのデータを取得する必要があるため、メモリーカードの着脱など、磁界の環境が変わるたびに補正のための情報を取得して演算をすることは、携帯情報端末の使い勝手を必ずしも良いものとしていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、磁性体部品の着脱によってその磁性体部品固有の磁気特性のために内部磁界の環境が変わっても、演算負荷の大きい方位角情報補正の操作により新たに磁気補正情報を取得することなく、磁界の乱れを補正して正しい方位角情報を得るようにした方位角計測装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、少なくとも２個の磁気センサを備え、該磁気センサにより互いに直交する２軸又は３軸の磁気成分を検出し、該磁気成分の情報に基づいて方位角情報を演算する方位角計測装置において、磁性体部品が装置本体に装着されたときに、該磁性体部品から該磁性体部品を特定するための固有情報を取得する固有情報取得手段と、該固有情報取得手段により取得された前記固有情報に対応した磁気補正情報を同定する磁気補正情報同定手段と、該磁気補正情報同定手段により同定された前記磁気補正情報を取得する磁気補正情報取得手段と、該磁気補正情報取得手段により取得された前記磁気補正情報に基づいて前記方位角情報を補正する補正手段を有する演算手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気補正情報は、前記装置本体内に設けられた記憶手段に予め記憶されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気補正情報は、通信手段により前記装置本体外に設けられた記憶手段から取得されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気補正情報は、前記装置本体内に設けられた記憶手段又は通信手段を経由して前記装置本体外に設けられた記憶手段に保存されることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記演算手段が、前記磁気センサの出力に基づいて前記磁気補正情報を算出する磁気補正情報算出手段を備えていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記磁性体部品に該磁性体部品を特定するための固有情報がない場合においても、前記磁気補正情報を演算し、演算された該磁気補正情報を前記装置本体内外に設けられた前記記憶手段に保存するとともに、前記磁気補正情報に対応する固有情報を作成し、前記磁性体部品に保存することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記固有情報があるにも関わらず、該固有情報に対応する磁気補正情報が前記装置本体内外の前記記憶手段より取得できない場合においても、前記磁気補正情報を演算し、演算された該磁気補正情報を該固有情報に対応した該磁気補正情報として前記装置本体内外に設けられた前記記憶手段に保存することを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、携帯情報端末に搭載されていることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記磁性体部品は、記憶モジュールであることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記磁性体部品は、半導体メモリーを含むことを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁気補正情報が、楕円体方程式の係数の情報であるか、又は方位が同定できる補正表の情報であることを特徴とする。

本発明によれば、磁性体部品が装置本体に装着されたときに、磁性体部品からこの磁性体部品を特定するための固有情報を取得する固有情報取得手段と、この固有情報取得手段により取得された固有情報に対応した磁気補正情報を同定する磁気補正情報同定手段と、この磁気補正情報同定手段により同定された磁気補正情報を取得する磁気補正情報取得手段と、この磁気補正情報取得手段により取得された磁気補正情報に基づいて方位角情報を補正する補正手段を有する演算手段とを備えたので、携帯電話等の携帯情報端末において、磁性体部品などの着脱によってその磁性体固有の磁気特性のために内部磁界の環境が変わっても、演算負荷の大きい方位角情報補正の操作により新たに磁気補正情報を取得することなく、磁界の乱れを補正して正しい方位角情報を得ることが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図４は、本発明の方位角計測装置の一実施形態を説明するための構成図で、図中符号１１は磁気センサ、１２は脱着可能な磁性体部品、１３は固有情報読み出し・書き込み部、１４は演算部、１４ａは固有情報作成部、１４ｂは方位角情報算出部、１４ｃは方位角情報補正部、１４ｄは磁気補正情報算出部、１５は磁気補正情報同定・読み出し・書き込み部、１６は記憶部、１６ａは携帯情報端末内の記憶部、１６ｂは携帯情報端末外の記憶部を示している。脱着可能な磁性体部品として代表的なものはメモリーカードがあり、以下磁性体部品をメモリーカードとして説明する。

本発明の方位角計測装置は、磁気センサ１１と、メモリーカード１２と、固有情報読み込み・書き込み部１３と、演算部１４と、磁気補正情報同定・読み出し・書き込み部１５と、記憶部１６とから構成され、メモリーカード１２などの着脱によって、そのメモリーカード１２の固有の磁気特性のために内部磁界の環境が変わっても、演算負荷の大きい方位角情報補正の操作により新たに磁気補正情報を取得することなく、磁界の乱れを補正して正しい方位角情報を得るようにしたものである。

つまり、本発明の方位角計測装置は、少なくとも２個の磁気センサ１１を備え、この磁気センサ１１により互いに直交する２軸又は３軸の磁気成分を検出し、この磁気成分の情報に基づいて方位角情報を演算する方位角計測装置である。そして、メモリーカード１２が携帯情報端末の装着部に装着されたときに、このメモリーカード１２から、このメモリーカード１２を特定するための固有情報を取得する固有情報読み出し・書き込み部１３と、この固有情報読み出し・書き込み部１３により取得された固有情報に対応した磁気補正情報を同定するとともに、同定された磁気補正情報を取得する磁気補正情報同定・読み出し・書き込み部１５と、この磁気補正情報同定・読み出し・書き込み部１５により取得された磁気補正情報に基づいて方位角情報を補正する方位角情報補正部１４ｃとを有する演算部１４を備えている。

固有情報読み込み・書き込み部１３は、メモリーカード１２から固有情報を読み込む機能と、メモリーカード１２から固有情報が得られない場合に、任意の形式の固有情報を演算部１４からメモリーカード１２に書き込む機能とを有している。

また、演算部１４を構成する固有情報作成部１４ａは、固有情報が取得できない場合に任意の形式の固有情報を作成する機能を有している。

また、演算部１４を構成する方位角情報算出部１４ｂは、磁気センサ１１の出力から方位角情報を算出する機能を有している。

また、演算部１４を構成する方位角情報補正部１４ｃは、取得した磁気補正情報をもとに、算出された方位角情報を正しく補正する機能を有している。

また、演算部１４を構成する磁気補正情報算出部１４ｄは、磁気センサ１１の出力に基づいて磁気補正情報を算出する機能を有している。

磁気補正情報同定・読み込み・書き込み部１５は、取得した固有情報から、記憶部１６に保存されている固有情報と対応した磁気補正情報を同定して取得する機能を有するとともに、磁気補正情報算出部１４ｄにより算出された磁気補正情報を対応する固有情報とともに演算部１４から記憶部１６に書き込む機能を有している。

記憶部１６は、携帯情報端末内の記憶部１６ａと携帯情報端末外の記憶部１６ｂとを有し、携帯情報端末内及び携帯情報端末外に固有情報及び磁気補正情報を保存する機能を有する。例えば、携帯情報端末内の記憶部１６ａはメモリーであり、また、携帯情報端末外の記憶部１６ｂはメモリーカード本体であり、ネットワークを介したサーバーである。そして、この記憶部１６は、事前に得られたか又は任意の形式の固有情報と、それに対応する事前に得られたか又は方位角情報の補正操作によって算出された磁気補正情報を保存することができる。

メモリーカード１２は、製造者によって使用するメモリー部品の種類やその実装方向などが異なり、また同一製造者の製品でも、メモリー容量が異なれば使用するメモリー部品やその配置が異なっており、各々の磁気特性が異なっている。従って、各々のメモリーカード１２に応じた方位角情報の補正が必要となる。逆に言えばメモリーカード１２の販売会社名や製造者名、メモリー容量、ロット番号、ＩＤなどの固有情報を知ることができれば、メモリーカード１２による磁気成分の歪み特性を推定し、補正をすることで正しい方位角情報を得ることができる。

一方、メモリーカード１２には、販売会社名や製造者名、メモリー容量、ロット番号、ＩＤなどの固有情報が半永久的に記憶されているものがある。この場合は、メモリーカード１２が携帯情報端末に装着された際に、メモリーカード１２の固有情報を読み出し、その固有情報に対応する磁気補正情報を用いて携帯情報端末の方位角情報の補正をすることができる。

磁気補正情報とは、メモリーカード１２によって歪む方位角情報を正しく補正するためのものであり、例えば、メモリーカード１２を装着したときの方位角情報を正しい方位角情報に補正する補正表（後述する図６参照）か、携帯情報端末を任意の方向に動かしたときに、磁気センサ１１が感知する地磁気ベクトルの軌跡が成す楕円体球面を球面に補正するために必要な、楕円体球を表す方程式の係数を情報とする。それらの磁気補正情報の算出と利用の形式には、次のようなものがある。

携帯情報端末に個々のメモリーカード１２が装着された際に、方位角情報の補正操作を行うことで算出したものを利用する。もしくは、携帯情報端末のメーカー等や、所有者でない第３者が、携帯情報端末で１枚あるいは複数枚の同一種類のメモリーカード１２をもとに方位角情報の補正操作を行うなどして算出し、その平均値や代表値を利用する。

携帯情報端末にメモリーカード１２が装着された際に、メモリーカード１２の固有情報は取得できるが、固有情報に対応する磁気補正情報を同定して取得することができない場合、方位角情報の補正操作を行い、磁気補正情報を算出する。算出した磁気補正情報は、対応する固有情報とともに、携帯情報端末本体や、メモリーカード１２本体、ネットワークを経由してサーバーなどの記憶部１６に保存する。再びそのメモリーカード１２を装着した際は、固有情報をともに記憶部１６に記憶された磁気補正情報をもう一度呼び出して再利用することができる。

固有情報を得られないメモリーカード１２の場合、メモリーカード１２が装着された際に方位角情報の補正操作を行い、磁気補正情報を算出する。そして任意の形式の固有情報を作成し、メモリーカード１２に記憶させる。また、作成した固有情報と算出した磁気補正情報は、携帯情報端末本体や、メモリーカード１２本体、ネットワークを経由してサーバーなどの記憶部１６に保存する。再びそのメモリーカード１２を装着した際には、メモリーカード１２に記憶させた固有情報により、記憶部１６に記憶された磁気補正情報をもう一度呼び出して再利用することができる。この場合の固有情報は、メーカー情報や容量ではなく、例えば、一意に定まるシリアルナンバーなどで十分である。

メモリーカード１２の固有情報と磁気補正情報は、予め携帯情報端末内外の記憶部１６に保存しておくか、あるいはメモリーカード１２が装着されるたびに、もしくは定期的にネットワークを経由してそれらの情報を取得し、記憶部１６を更新して保存することも可能である。

本発明においてメモリーカード１２とは、携帯情報端末に着脱することができる外部記憶メディア全般を指し、具体的には、ＳＤメモリーカード、メモリースティック、スマートメディア（登録商標）、コンパクトフラッシュ（登録商標）など様々があるが、これらに限らず、今後開発される外部記憶メディアすべてを含むことは言うまでもない。

また、携帯情報端末は、携帯電話、ＰＤＡ、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、時計、音楽再生装置など電子コンパス機能を搭載し得る携帯型の情報処理装置すべてを意味する。

図５は、本発明の方位角計測装置の実施手順を説明するためのフローチャートを示す図である。まず、携帯情報端末の装着部にメモリーカード１２を装着する（ステップ１）、それと同時に、このメモリーカード１２から固有情報を取得する（ステップ２）。固有情報はメモリーカード１２に記憶されている販売会社名や製造者名、メモリー容量、ロット番号、ＩＤなどを用いる。固有情報が取得できた場合は、取得した固有情報をもとに、あらかじめ携帯情報端末に保存されている磁気補正情報を同定して取得するか、又は携帯情報端末からネットワークを経由してサーバーに保存されている磁気補正情報を同定して取得する（ステップ３）。

記憶部１６は、例えば、携帯情報端末内のメモリー、メモリーカード本体、又はネットワークを経由したサーバーを用いる。

磁気補正情報とは、メモリーカード１２を装着したときの方位角情報を正しい方位表示に読み替える補正表か、又は携帯情報端末を任意の方向に動かしたときに、磁気センサが感知する地磁気ベクトルの軌跡が成す楕円体球面を球面に補正するために必要な、楕円体球を表す方程式の係数とする。

方位角の補正表は、図６に示すとおりである。携帯電話等の場合には、方位角情報を角度で表示する必要はなく、東西南北１６方位が同定できる程度の情報に読み替えれば十分である。
磁気補正情報を同定して取得できない場合は、取得した磁気補正情報をもとに方位角情報の補正を行う（ステップ４）。

メモリーカード１２から固有情報は取得できたが、記憶部１６において磁気補正情報を同定して取得できなかった場合、方位角情報の補正のための操作を行い、磁気補正情報を取得し（ステップ５）、取得した固有情報と磁気補正情報を記憶部１６に保存する（ステップ６）。

メモリーカード１２から固有情報が得られない場合には、方位角情報の補正のための操作を行い、磁気補正情報を算出し（ステップ７）、固有情報を作成してメモリーカード１２に記憶させるとともに、磁気補正情報を記憶部１６に保存する（ステップ８）。再びそのメモリーカード１２が装着された際には、記憶させた固有情報をもとに磁気補正情報を記憶部１６より取得することで多大な演算負荷がなく方位角情報を補正することができる。

このように、携帯情報端末にメモリーカード等の磁性体部品を装着する際に、磁性体部品の固有情報を得て、その固有情報をもとに事前に得られた磁気補正情報を適用して方位角情報を補正することにより、複雑な演算や補正のための情報取得操作をわざわざ行わなくても正確な方位角情報を取得することができるうえに、磁気特性の異なる磁性体部品が装着されても方位角情報の誤差を小さくすることができる。

以上の説明は、メモリーカードの場合について説明したが、固有情報を何らかの方法で得ることができれば、メモリーカード以外の磁性体部品にも本発明は有用である。

一様磁界中に磁性体が置かれた場合の磁力線の様子を示す図である。 電子コンパスの裏側に磁性体が装着された場合の磁力線の様子を示す図である。 磁気成分が歪んだ場合に電子コンパスによって取得される楕円球を示す図である。 本発明の方位角計測装置の一実施形態を説明するための構成図である。 本発明の方位角計測装置の実施手順を説明するためのフローチャートを示す図である。 方位角補正表の例を示す図である。

符号の説明

１ 磁性体
２ 電子コンパス
１１ 磁気センサ
１２ 磁性体部品（メモリーカード）
１３ 固有情報読み出し・書き込み部
１４ 演算部
１４ａ 固有情報作成部
１４ｂ 方位角情報算出部
１４ｃ 方位角情報補正部
１４ｄ 磁気補正情報算出部
１５ 磁気補正情報同定・読み出し・書き込み部
１６ 記憶部
１６ａ 携帯情報端末内の記憶部
１６ｂ 携帯情報端末外の記憶部

Claims (11)

1. 少なくとも２個の磁気センサを備え、該磁気センサにより互いに直交する２軸又は３軸の磁気成分を検出し、該磁気成分の情報に基づいて方位角情報を演算する方位角計測装置において、
   磁性体部品が装置本体に装着されたときに、該磁性体部品から該磁性体部品を特定するための固有情報を取得する固有情報取得手段と、
   該固有情報取得手段により取得された前記固有情報に対応した磁気補正情報を同定する磁気補正情報同定手段と、
   該磁気補正情報同定手段により同定された前記磁気補正情報を取得する磁気補正情報取得手段と、
   該磁気補正情報取得手段により取得された前記磁気補正情報に基づいて前記方位角情報を補正する補正手段を有する演算手段と
   を備えたことを特徴とする方位角計測装置。
2. 前記磁気補正情報は、前記装置本体内に設けられた記憶手段に予め記憶されていることを特徴とする請求項１に記載の方位角計測装置。
3. 前記磁気補正情報は、通信手段により前記装置本体外に設けられた記憶手段から取得されることを特徴とする請求項１に記載の方位角計測装置。
4. 前記磁気補正情報は、前記装置本体内に設けられた記憶手段又は通信手段を経由して前記装置本体外に設けられた記憶手段に保存されることを特徴とする請求項１に記載の方位角計測装置。
5. 前記演算手段が、前記磁気センサの出力に基づいて前記磁気補正情報を算出する磁気補正情報算出手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方位角計測装置。
6. 前記磁性体部品に該磁性体部品を特定するための固有情報がない場合においても、前記磁気補正情報を演算し、演算された該磁気補正情報を前記装置本体内外に設けられた前記記憶手段に保存するとともに、前記磁気補正情報に対応する固有情報を作成し、前記磁性体部品に保存することを特徴とする請求項５に記載の方位角計測装置。
7. 前記固有情報があるにも関わらず、該固有情報に対応する磁気補正情報が前記装置本体内外の前記記憶手段より取得できない場合においても、前記磁気補正情報を演算し、演算された該磁気補正情報を該固有情報に対応した該磁気補正情報として前記装置本体内外に設けられた前記記憶手段に保存することを特徴とする請求項５に記載の方位角計測装置。
8. 携帯情報端末に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方位角計測装置。
9. 前記磁性体部品は、記憶モジュールであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方位角計測装置。
10. 前記磁性体部品は、半導体メモリーを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方位角計測装置。
11. 前記磁気補正情報が、楕円体方程式の係数の情報であるか、又は方位が同定できる補正表の情報であることを特徴とする請求項１に記載の方位角計測装置。

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