JP4893021B2 - 磁気センサ制御装置、磁気測定装置、並びにオフセット設定方法及びプログラム。 - Google Patents
磁気センサ制御装置、磁気測定装置、並びにオフセット設定方法及びプログラム。 Download PDFInfo
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Description
円周上の2点の垂直二等分線は円の中心を通る。2次元磁気センサから出力される磁気データを成分とする多数の点が特定の円周から近距離の範囲に分布している場合、それらの多数の点を2つ1組にすると、各組の垂直二等分線はその円周の中心近くを通る。ここで、円の中心近くの複数の点から放射状に伸びる多数の直線について考える。それらの直線と円の中心との距離が十分近ければ、ある点からそれらの直線に垂直に下ろす線分上の点を求め、求めたその点から別の直線に垂直に下ろす線分上の点を求め、新たに求めたその点から別の直線に垂直に下ろす線分上の点を求めるという処理を繰り返すことにより、求まる点は円の中心近くに収束する。同様に、球の中心近くの複数の点を通る互いに平行でない多数の平面について考えると、それらの平面と円の中心との距離が十分近ければ、ある点からそれらの平面に下ろす線分上の点を求め、求めたその点から別の平面に垂直に下ろす線分上の点を求め、新たに求めたその点から別の平面に垂直に下ろす線分上の点を求めるという処理を繰り返すことにより、求まる点は球の中心近くに収束する。本発明は、これらの現象を用いることにより統計処理を用いることなく磁気センサのオフセットを求めている。
また、磁気センサが検出している地磁気の強さのみが変化する前後では、磁気センサの真のオフセットに対応する点から磁気データを成分とする点までの距離は変化する。しかし、地磁気の強さが変化する前に磁気センサから出力される2つの磁気データを成分とする2点の垂直二等分面又は垂直二等分線と、地磁気の強さが変化した後に磁気センサから出力される2つの磁気データを成分とする2点の垂直二等分面又は垂直二等分線とは、変化前後の各2点に対応する地磁気の検出方向が一致している場合には、一致する。このことから、磁気データを成分とする2点の垂直二等分面又は垂直二等分線を用いてオフセットを求める場合には、求まるオフセットの精度は地磁気の強さの変化の影響を受けにくいということがいえる。本発明は、この現象を用いることによりオフセットを求める精度を上げている。
基点を更新する処理を各前記垂直二等分面又は各前記垂直二等分線について複数回ずつ繰り返すことにより、オフセットを求めるために用いられる磁気データが少ない段階であっても、基点の更新処理によって基点を真のオフセットに対応する点の近くに収束させることができる。
磁気データ自体の誤差に着目すれば、オフセットに対応する基点を更新するために用いられる垂直二等分面又は垂直二等分線を規定する2点と真のオフセットに対応する点とを結ぶ2直線のなす角が小さいほど、それら2点の垂直二等分面又は垂直二等分線と真のオフセットに対応する点との距離が大きくなる傾向がある。したがって、ある程度離れた2点が1組となるように磁気データを選抜し、各組について垂直二等分面又は垂直二等分線を求めることにより、オフセットを求める精度を上げることができる。また地磁気の強さの変化に着目すれば、1組の要素となる2点に対応する磁気データが出力される時期のずれが小さいほど、それら2点の垂直二等分面又は垂直二等分線と真のオフセットに対応する点との距離が小さくなる。したがって、予め決められた所定距離以上離れた2点の成分になる2つ1組の磁気データを選抜し、選抜された磁気データの組毎に垂直二等分面又は垂直二等分線を算出することにより、オフセットを求める精度を上げることができる。
オフセットに対応する基点を更新するために連続して用いられる2つの垂直二等分面又は垂直二等分線が平行に近いほど、それらが交わる線又は点と真のオフセットに対応する点との距離は大きくなる。本発明では、基点を垂直二等分面又は垂直二等分線が交わる線又は点の近くに収束させるアルゴリズムを採用しているため、オフセットに対応する基点を更新するために連続して用いられる2つの垂直二等分面又は垂直二等分線のなす角はある程度大きいことが望ましい。したがって、既に選抜された垂直二等分面又は垂直二等分線とのなす全ての角が予め決められた所定角度以上になる垂直二等分面又は垂直二等分線を選抜し、選抜された垂直二等分面又は垂直二等分線について基点を更新する処理を繰り返すことが望ましい。
基点から垂直二等分面又は垂直二等分線に下ろす垂線の足に基点を更新することにより、ある範囲に基点が収束するまでに基点を更新する回数を低減することができる。
一時的な外乱によって真のオフセットに対応する点から遠い垂直二等分面又は垂直二等分線が求められた場合には、それらを用いて基点の更新処理が行われると、外乱によるオフセットの算出誤差が発生する。基点から垂直二等分面又は垂直二等分線に垂直に下ろす線分上の内分点に基点を更新することにより、そのような誤差を低減することができる。
更新される基点の分布範囲の広さは更新処理を無限に繰り返しても0に収束することはない。したがって、地磁気が一定の状況では、基点の更新処理をある程度の回数繰り返すと、それ以上の更新処理は無駄になる。したがって、基点から垂直二等分面又は垂直二等分線に垂直に下ろす線分の長さが所定値以下になるまで繰り返し、最後の基点の成分を磁気データのオフセットとして設定することは合理的である。
本実施例では、3次元磁気センサの出力に含まれる、それが搭載されている移動体の着磁成分と磁気センサ自体の測定誤差を打ち消すためのオフセットを求める。オフセットを求めるためには、3次元磁気センサの出力である磁気データを成分とするベクトル空間内の無数の点の集合を球面として近似する。この球面を方位球の球面というものとする。また測定誤差のない理想的な3次元磁気センサの出力である磁気データを成分とするベクトル空間内の無数の点の集合を真の方位球の球面というものとする。本実施例では、方位球の中心点の成分がオフセットとして算出される。
図2は本発明が適用される移動体の一例である携帯型電話機1の外観を示す模式図、図3は携帯型電話機1のブロック図である。携帯型電話機1には3次元磁気センサ4が搭載されている。3次元磁気センサは互いに直交するx、y、zの3方向の磁界のベクトル成分を検出することによって磁界の方向および強さを検出する。ディスプレイ5には、文字や画像の各種情報が表示される。例えばディスプレイ5には、地図と方位を示す矢印や文字が表示される。
音声処理部18は、マイクロホン16から入力されるアナログ音声信号のAD変換と、スピーカ50にアナログ音声信号を出力するためのDA変換を行う回路である。
GPS受信部20は、アンテナ21で受信されたGPS衛星からのGPS電波を処理し、現在位置の緯度経度を出力する回路である。
キー入力部48は、文字入力キーを兼ねたダイヤルキー、カーソルキー等を備える。
電子撮像部52は、図示しない光学系、撮像素子、AD変換器等で構成されている。
表示部54は、LCD等のディスプレイ5、図示しない表示制御回路等で構成され、携帯型電話機1の動作モードに応じた各種画面をディスプレイ5に表示する。
報知部58は、図示しない音源回路、着信音スピーカ、バイブレータ、LED等を備え、着信をユーザに報知する。
図1は、本発明を適用した第一のオフセット設定方法における処理の流れを示すフローチャートである。図1に示す処理は、ナビゲーションプログラムの起動時、着信時、一定時間毎等に起動されるオフセット設定プログラムが制御部45によって実行されることによって進行する。
ステップS104では、磁気データが制御部45に入力され、入力された磁気データがp2に設定される。p1に設定される磁気データが入力されてから、p2に設定される磁気データが入力されるまでの時間間隔は任意に設定することができる。磁気データは、xyzの3成分を有する座標としてデータ構造体p2に記憶され、ベクトル空間における特定の点の位置を示す。
p1とp2の距離が近すぎる場合、3次元磁気センサ4自体の測定誤差や3次元磁気センサ4の出力をディジタル値で取り出す際の計算誤差等の影響によって真の方位球の球面からp1とp2がわずかに離れるだけでp1とp2の垂直二等分面と真のオフセットに対応する点との距離が大きく離れるため(図5の一点鎖線参照)、その垂直二等分面を用いてオフセットを算出すると、算出されたオフセットと真のオフセットとの誤差が大きくなる。ステップS106の処理では、あまりに近い2点の垂直二等分面がオフセットの設定に用いられることがないように、入力された磁気データが選抜される。またステップS106の処理では、垂直二等分面を算出するための磁気データが入力順に組み合わせられるため、1つの垂直二等分面が求まる1組の磁気データに対応する磁界強度の差を低減することができる。したがって、そのようにして求めた垂直二等分面を用いてオフセットを算出することにより、測定中に地磁気の強さの変動の影響を受けにくくなるため、精度良くオフセットを設定することができる。これに対し、入力順があまりに遠い2点の垂直二等分面を算出する場合、測定期間中に2点に対応する各磁気データの地磁気の強さが異なる可能性があるので、算出される垂直二等分面と真のオフセットに対応する点との距離が大きくなる垂直二等分面が算出されるおそれがある。
基点の更新回数がある程度多くなれば、基点は真のオフセットに対応する点に近い狭い範囲に収束していると考えられる。そこで、基点の更新回数が所定回数に達した場合には、基点の成分がオフセットとして設定される(ステップS118)。
図7及び図8は、本発明を適用した第二のオフセット設定方法における処理の流れを示すフローチャートである。第二のオフセット設定方法が第一のオフセット設定方法と異なる主な点は、所定数(例えば5個)の垂直二等分面からなる1つの垂直二等分面群を繰り返し用いて基点を更新する点である。図7及び図8に示す処理は、オフセット設定プログラムが制御部45によって実行されることによって進行する。
ステップS202からステップS212まで、第一のオフセット設定方法で説明されたステップS102からステップS112までの処理と同様の処理が実行される。
ステップS218でiがインクリメントされながら垂直二等分面の算出が繰り返され、n番目の垂直二等分面fnが記憶されると(ステップS216で肯定判定される場合)、n個の垂直二等分面について以下のように基点の更新処理が開始される。nは1つの垂直二等分面群の構成要素数を規定する定数である。
ステップS224では、変数lmaxが0に、カウンタiが1に設定される。lmaxは基点更新の終了判定に用いる距離が格納される変数である。iは要素数がn個である1つの垂直二等分面群について1番目の垂直二等分面からn番目の垂直二等分面まで、順次垂線の足を求める対象となる垂直二等分面を特定するためのカウンタである。
ステップS228では、更新された基点と更新前の基点gとの距離lが算出され、距離lがlmaxより大きいか否かが判定される。
今回算出された距離lがlmaxより大きければ、lmaxはlに更新される(ステップS30)。
ステップS234でiがインクリメントされながらn個の垂直二等分面からなる1つの垂直二等分面群を用いて基点を更新する処理が一巡すると、その垂直二等分面群を用いて基点を更新する処理の終了判定が次のように実行される。
lmaxが予め決められた所定値以下でなければ、カウンタjがインクリメントされながら(ステップS240)、n個の垂直二等分面からなる1つの垂直二等分面群を用いて基点を更新する処理が繰り返される(図10参照)。
図11は本発明を適用した第三のオフセット設定方法を示す模式図である。第三のオフセット設定方法が第一のオフセット設定方法及び第二のオフセット設定方法と異なる点は、基点を垂直二等分面に下ろす垂線の足で更新するのではなく、基点から垂直二等分面に垂直に下ろす線分の内分点で基点を更新する点である。第三のオフセット設定方法は、第一のオフセット設定方法にも第二のオフセット設定方法にも適用可能である。
以上、本発明を3次元磁気センサに適用した例について説明したが、本発明は2次元磁気センサに適用することもできる。また、オフセットの精度を上げるためには磁気データ及び垂直二等分面の選抜を行った方がよいが、必ずしもこれらの選抜を行わなくてもよいし、本実施形態で説明された例とは別の数学的処理によって選別することもできる。また、第二のオフセット設定方法においてキャリブレーションの終了判定を例示していたが、説明された終了判定は第一のオフセット設定方法にも適用できる。
Claims (9)
- 磁気センサから順次出力される、3成分又は2成分を有する複数の磁気データを順次入力する手段と、
2つの前記磁気データに対応する2点の垂直二等分面又は垂直二等分線を、入力順に組み合わせられた2つ1組の前記磁気データ毎に算出する手段と、
既に選抜された前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線とのなす全ての角が予め決められた所定角度以上になる前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線を選抜する手段と、
基点から前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線に下ろす垂線の足に前記基点を更新する処理を、選抜された複数の前記垂直二等分面又は複数の前記垂直二等分線について繰り返し、更新された前記基点の成分に基づいて前記磁気データのオフセットを設定する手段と、
を備える磁気センサ制御装置。 - 前記オフセットを設定する手段は、前記基点を更新する処理を複数の前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線について前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線の算出順に1回ずつ繰り返す、
請求項1に記載の磁気センサ制御装置。 - 前記オフセットを設定する手段は、前記基点を更新する処理を各前記垂直二等分面又は各前記垂直二等分線について複数回ずつ繰り返す、
請求項1に記載の磁気センサ制御装置。 - 予め決められた所定距離以上離れた2点に対応する2つ1組の前記磁気データを入力順に選抜する手段をさらに備え、
前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線を算出する手段は、選抜された前記磁気データの組毎に前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線を算出する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の磁気センサ制御装置。 - 前記オフセットを設定する手段は、前記基点を更新する処理を、前記基点から前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線に垂直に下ろす線分の長さが所定値以下になるまで繰り返し、最後の前記基点の成分に基づいて前記オフセットを設定する、請求項3に記載の磁気センサ制御装置。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の磁気センサ制御装置と、
前記磁気センサと、
を備える磁気測定装置。 - 磁気センサから順次出力される、3成分又は2成分を有する複数の磁気データを順次入力し、
2つの前記磁気データに対応する2点の垂直二等分面又は垂直二等分線を、入力順に組み合わせられた2つ1組の前記磁気データ毎に算出し、
既に選抜された前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線とのなす全ての角が予め決められた所定角度以上になる前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線を選抜し、
基点から前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線に下ろす垂線の足に前記基点を更新する処理を、選抜された複数の前記垂直二等分面又は複数の前記垂直二等分線について繰り返し、
更新された前記基点の成分に基づいて前記磁気データのオフセットを設定する、
ことを含むオフセット設定方法。 - 磁気センサから順次出力される、3成分又は2成分を有する複数の磁気データを順次入力する手段と、
2つの前記磁気データに対応する2点の垂直二等分面又は垂直二等分線を、入力順に組み合わせられた2つ1組の前記磁気データ毎に算出する手段と、
既に選抜された前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線とのなす全ての角が予め決められた所定角度以上になる前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線を選抜する手段と、
基点から前記垂直二等分面又は前記垂直二等分線に下ろす垂線の足に前記基点を更新する処理を、選抜された複数の前記垂直二等分面又は複数の前記垂直二等分線について繰り返し、更新された前記基点の成分に基づいて前記磁気データのオフセットを設定する手段と、
してコンピュータを機能させるオフセット設定プログラム。 - 請求項8に記載のオフセット設定プログラムが格納されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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