JP4919142B2 - 磁気コンパス - Google Patents

Description

本発明は、地磁気を検出して方位を求める磁気コンパスに関する。

従来、２次元方向に感度を持つ磁気センサを水平に置き、地磁気の水平成分を検出することから方位を求める技術がある。
しかしながら、磁気センサが傾斜して置かれると誤差が生じるので不便である。
そこで、センサを任意の角度に置いても精確な方位を求めることができるように、直交３軸方向に検出感度を持つ磁気センサで地磁気を検出するとともに、加速度センサなどからなる傾斜角センサを用いてセンサの傾斜角を求め、上記磁気センサの信号と傾斜角とを用いて、精確な方位を求める技術がある。
しかし、傾斜角センサを用いることにより、コスト低減、消費電力の低減が困難となるおそれがある。また、傾斜角センサは、振動や衝撃等によるノイズを拾ってしまうため、どうしても誤差が生じてしまうおそれがある。

そこで近年、低コスト化、高精度化のため、傾斜角の検出を傾斜角センサを使わずに行う技術が要求されている。このような要求に応える技術として、特許文献１に示す方位角計測装置及び方位角計測方法が開示されている。この技術は、３軸磁気センサを用いて、任意の姿勢（傾斜角度）状態においても方位の計測が可能な方法として提案されている。

この方法は、例えば、ユーザが方位角計測装置を手に持って方位角を測定するとき、該方位角計測装置における地磁気検出手段によって、互いに直交する方向の地磁気成分が検出される。方位角計測装置の傾斜角が第１の傾斜角となる方位角計測装置の姿勢状態を第１の姿勢状態とする。この第１の姿勢状態における方位角計測装置の方位角を固定したまま、方位角計測装置の傾斜角が第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角となる方位角計測装置の姿勢状態を第２の姿勢状態とする。このとき、地磁気検出手段によって、第１の姿勢状態における地磁気成分である第１の３軸出力データ及び第２の姿勢状態における地磁気成分である第２の３軸出力データが検出される。

次に、角度差算出手段によって、第１の３軸出力データ及び第２の３軸出力データに基づいて、第１の傾斜角と第２の傾斜角との間の角度差が算出される。次に、傾斜角算出手段によって、第１の傾斜角及び角度差に基づいて、第２の傾斜角が算出される。最後に、方位角算出手段によって、第２の傾斜角及び第２の３軸出力データに基づいて、第２の姿勢状態における地磁気検出手段の方位角、即ち、方位角計測装置の方位角が算出される。

このように、方位を計測するときにユーザが方位角計測装置を手に持って第１の傾斜角となる方位角計測装置の第１の姿勢状態から方位角を固定したまま、第２の傾斜角となる第２の姿勢状態にするという、非常に複雑な操作を行う必要がある。そのため、例えば自動車のような移動体の方位計測装置としては、はなはだ不便であり実用的でない。

特開２００５−６１９６９号公報

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたものであり、設置角度に関わらず、容易かつ精確に方位を計測することができる低コストの磁気コンパスを提供しようとするものである。

本発明は、地磁気信号を直交するｘ、ｙ、ｚの３軸方向の地磁気成分として検出する３軸磁気センサと、
該３軸磁気センサを取り付けた被測定体が水平面内において向きを変えることにより変化する、上記３軸磁気センサが検出する地磁気信号のうち、少なくとも異なる３点以上の地磁気信号を用いることにより、上記ｘ、ｙ、ｚの３軸のセンサ座標系において上記３軸磁気センサの出力データが存在するデータ平面を算出するデータ平面算出手段と、
Ｚ軸が鉛直方向となると共にＸ−Ｙ平面が水平面となる直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸の水平座標系の単位ベクトルを、上記データ平面の法線方向が上記Ｚ軸の方向と一致することに基づいて、上記センサ座標系から見たベクトルとして、算出する単位ベクトル算出手段と、
上記センサ座標系から見た上記水平座標系における３軸方向の上記単位ベクトルを用いて、上記３軸磁気センサが検出した上記センサ座標系における３軸方向の地磁気成分を、上記水平座標系における３軸方向の地磁気成分に変換する水平座標系変換手段と、
変換された上記水平座標系の３軸方向の地磁気成分に基づいて方位を算出する方位算出手段と、
算出された方位を表示する表示手段とを有し、
上記水平座標系は上記被測定体に固定された座標系であって、
上記データ平面は、上記被測定体に対する上記３軸磁気センサの上記Ｘ軸回り及び上記Ｙ軸回りの姿勢変化に応じて変化するものであり、
上記水平座標系変換手段による座標変換は、上記Ｘ軸回り及び上記Ｙ軸回りの双方の姿勢変化を考慮した座標変換であることを特徴とする磁気コンパスにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記磁気コンパスは、上記３軸磁気センサによって検出した地磁気信号を、上記水平座標系変換手段によって水平座標系における３軸方向の地磁気成分に変換し、この地磁気成分に基づいて方位算出手段によって方位を算出する。これにより、３軸磁気センサのセンサ座標系が水平面に対して傾斜している場合にも、精確な方位を検出することができる。即ち、傾斜している３軸磁気センサによって検出した地磁気信号を基に、仮に３軸磁気センサが傾斜していなかったとしたならば計測したはずの地磁気信号を、水平座標系の３軸方向の地磁気成分として求めることができる。
従って、３軸磁気センサが傾斜していても、水平に置かれているときと同様に、精確な方位を検出することができる。即ち、上記磁気コンパスは、設置角度に関わらず、容易かつ精確に方位を計測することができる。

そして、上記データ平面算出手段によって容易に上記データ平面を算出することができるため、３軸磁気センサの姿勢が変化しても、その度に容易に上記データ平面を算出し直すことにより、引き続き、精確な方位計測を行うことができる。

また、上記磁気コンパスは、３軸磁気センサの検出信号を基にして傾斜分の補正を行っており、傾斜角センサなどを用いる必要がない。そのため、低コスト、低消費電力の磁気コンパスを得ることができる。
また、振動や衝撃等のノイズを拾ってしまうおそれのある傾斜角センサを用いることがないため、精確な方位計測が容易となる。

以上のごとく、本発明によれば、設置角度に関わらず、容易かつ精確に方位を計測することができる低コストの磁気コンパスを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記磁気コンパスは、上記水平座標系変換手段により得られた３軸方向の地磁気成分について、ゲイン、オフセットの補正を行うゲイン・オフセット補正手段を有していることが好ましい。この場合には、一層精確な方位検出を行うことができる。例えば、３軸磁気センサの感度や出力特性が、ｘ、ｙ、ｚ方向について不均一となっている場合や、一定のノイズ信号が入っている場合などに、そのゲイン、オフセットを補正することができる。

請求項１において、上記単位ベクトル算出手段は、上記センサ座標系から見た上記水平座標系のＺ軸方向の単位ベクトルを算出するＺ軸方向単位ベクトル算出手段と、算出されたＺ軸方向単位ベクトルに基づいて上記水平座標系のＹ軸方向の単位ベクトルを算出するＹ軸方向単位ベクトル算出手段と、算出されたＹ軸方向単位ベクトル及びＺ軸方向単位ベクトルに基づいて上記水平座標系のＸ軸方向の単位ベクトルを算出するＸ軸方向単位ベクトル算出手段とからなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、容易かつ精確に各単位ベクトルを算出することができる。

また、上記３軸磁気センサは、車両の後方確認用の室内鏡に配設してあることが好ましい（請求項３）。
この場合には、車両の進行方向の方位を精確に検出することができる。即ち、車両の後方確認用の室内鏡は、運転者の目の高さや好みによって角度を自由に変化させることができるよう構成されている。そのため、３軸磁気センサを室内鏡に設置する際に水平に設置しても、その向きは個々の運転者によって変更されてしまい、水平面から傾斜した状態となることがある。かかる場合に、本発明の磁気コンパスによれば、３軸磁気センサが傾斜していても精確な方位を検出することができる。

また、車両において、地磁気を精確に検出するための３軸磁気センサの設置場所としては、室内鏡が適している。つまり、車体は通常磁性体からなるため、あらゆる要因で着磁され、またその着磁方向や強さも変化する。そのため、車体自体から生じる磁気による影響が、３軸磁気センサに及ぶおそれがある。このような影響が少ないのは、非磁性体である窓の付近であり、窓付近において３軸磁気センサを設置できる場所として、室内鏡が挙げられるわけである。

なお、本発明の磁気コンパスの３軸磁気センサは、必ずしも車両の室内鏡に設置するものに限らず、例えば、ダッシュボードに置くマスコット人形、後部ドアの窓や後方窓等、他の部位に設置することも可能である。また、車両以外にも、例えば、船舶、移動ロボット、無人搬送車等に設置して、これらの進行方向を計測するなど、種々の使用方法がある。

また、３軸磁気センサは、マグネト・インピーダンス・センサ素子を用いて構成してあることが好ましい（請求項４）。
この場合には、３軸磁気センサを容易に高精度かつ小型とすることができる。
即ち、マグネト・インピーダンス・センサ素子（ＭＩ素子）は、高感度であるため、微弱な地磁気を高精度にて検出することができる。更には、マグネト・インピーダンス・センサ素子は小型であるため、小型の３軸磁気センサを得ることができる。
なお、上記３軸磁気センサは、３個の上記マグネト・インピーダンス・センサ素子を、それぞれの感磁方向が互いに直交する３軸方向となるように配設することにより、形成することができる。

なお、３軸磁気センサは、マグネト・インピーダンス・センサ素子に限らず、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子、フラックスゲート等、種々の磁気検出用の素子を用いて構成することができる。

本発明の実施例にかかる磁気コンパスにつき、図１〜図１０を用いて説明する。
本例の磁気コンパス１は、図２、図３に示すごとく、車両６に搭載され、車両６の進行方向の方位を計測するためのコンパスである。
磁気コンパス１は、図１に示すごとく、３軸磁気センサ１１と、データ平面算出手段１２と、単位ベクトル算出手段１３と、水平座標系変換手段１４と、方位算出手段１５と、表示手段１６とを有する。

３軸磁気センサ１１は、地磁気信号を、図２、図５に示すような、直交するｘ、ｙ、ｚの３軸方向の地磁気成分として検出する。
データ平面算出手段１２は、３軸磁気センサ１１が水平面内において少なくとも異なる任意の３方向に向きを変えたときそれぞれ検出する地磁気信号を用いることにより、図５に示すごとく、ｘ、ｙ、ｚの３軸のセンサ座標系２において３軸磁気センサ１１の出力データが存在するデータ平面３を算出する。

単位ベクトル算出手段１３は、Ｚ軸が鉛直方向となると共にＸ−Ｙ平面が水平面となる直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸の水平座標系４の単位ベクトル（ｅ_X、ｅ_Y、ｅ_Z）を算出する。
水平座標系変換手段１４は、３軸磁気センサ１１が検出したセンサ座標系２における地磁気信号を、水平座標系４における３軸方向の地磁気成分に変換する。
方位算出手段１５は、変換された水平座標系４の３軸方向の地磁気成分に基づいて方位を算出する。
そして、表示手段１６が、方位算出手段１５において算出された方位を表示する。

また、図１に示すごとく、単位ベクトル算出手段１３は、Ｚ軸方向単位ベクトル算出手段１３１と、Ｙ軸方向単位ベクトル算出手段１３２と、Ｘ軸方向単位ベクトル算出手段１３３とからなる。
Ｚ軸方向単位ベクトル算出手段１３１は、水平座標系４のＺ軸方向の単位ベクトルｅ_Zを算出する。Ｙ軸方向単位ベクトル算出手段１３２は、算出されたＺ軸方向単位ベクトルｅ_Zに基づいて水平座標系４のＹ軸方向の単位ベクトルｅ_Yを算出する。Ｘ軸方向単位ベクトル算出手段１３３は、算出されたＹ軸方向単位ベクトルｅ_Y及びＺ軸方向の単位ベクトルｅ_Zに基づいて水平座標系４のＸ軸方向の単位ベクトルｅ_Xを算出する。

また、図３に示すごとく、３軸磁気センサ１１は、車両６の後方確認用の室内鏡６１に内蔵してある。そして、表示手段１６は、室内鏡６１の上方に配置されている。表示手段１６としては、例えば、バックライト付きの液晶表示装置を採用することができ、図４に示すごとく、車両６の方位を視覚的に表示することができるよう構成してある。

また、３軸磁気センサ１１は、図８〜図１０に示すごとく、マグネト・インピーダンス・センサ素子５を用いて構成してある。即ち、図８に示すごとく、３個の上記マグネト・インピーダンス・センサ素子５を、それぞれの感磁方向が互いに直交する３軸方向となるように基板１１１上に配設することにより、３軸磁気センサ１１が形成される。なお、図８においては、マグネト・インピーダンス・センサ素子５以外の電子部品や配線は省略してある。

図９、図１０に示すごとく、マグネト・インピーダンス・センサ素子５は、感磁体５１と該感磁体５１に巻回した検出コイル５２とを有する。感磁体５１は、エポキシ樹脂等からなる絶縁体５３の中を貫通しており、検出コイル５２は、絶縁体５３の外周面に配設されている。感磁体５１としては、例えば、長さ１．０ｍｍ、線径２０μｍのＣｏ_68.1Ｆｅ_4.4Ｓｉ_12.5Ｂ_15.0合金からなるアモルファスワイヤを利用する。

マグネト・インピーダンス・センサ素子５は、感磁体５１に通電する電流の変化に伴い、素子に作用する磁界の大きさに応じた誘起電圧が検出コイル５２に生じる、いわゆるＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）現象を利用して磁気センシングを行うものである。このＭＩ現象は、供給する電流方向に対して周回方向に電子スピン配列を有する磁性材料からなる感磁体５１について生じるものである。この感磁体５１の通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化し、その磁界変化の作用によって周辺磁界に応じて電子のスピン方向の変化が生じる。そして、その際の感磁体５１の内部磁化及びインピーダンス等の変化が生じる現象が上記のＭＩ現象である。

そして、本例では、感磁体５１にパルス状の電流（パルス電流）を通電したときに検出コイル５２の両端の電極５２１と電極５２２との間に生じる誘起電圧を計測することで磁界の強度を検出する。この磁気検出方法は、感磁体５１に通電したパルス電流の立ち下がり時に、検出コイル５２に発生する誘起電圧を計測する。

また、マグネト・インピーダンス・センサ素子５は、図１０に示すごとく、深さ５〜２００μｍの断面略矩形状を呈する溝状の凹部５４を設けた素子基板５４０上に形成してある。凹部５４の内部には絶縁体５３が充填され、該絶縁体５３の中に感磁体５１が埋設してある。
凹部５４の内周面と、凹部５４の開口部の位置に配される絶縁体５３の側面とには、導電パターンが連続的に螺旋状に形成され、この導電パターンが、感磁体５１の周りを巻回する検出コイル５２を構成している。

なお、検出コイル５２の導電パターンを形成する方法としては、例えば以下のような方法がある。即ち、凹部５４の内周面に、導電性の金属薄膜を蒸着したのち、エッチング処理を施して導電パターンを形成する。その後、凹部５４に絶縁体５３及び感磁体５１を配設する。そして、絶縁体５３の側面に導電性の金属薄膜を蒸着した後、エッチング処理を施して導電パターンを形成する。このとき、凹部５４の内周面に形成した導電パターンと絶縁体５３の側面に形成した導電パターンとが螺旋状に連続するようにする。

本例の検出コイル５２の捲線内径は、凹部５４の断面積と同一断面積を呈する円の直径である円相当内径として６６μｍを有する。そして、検出コイル５２の線幅及び線間幅は共に２５μｍとしてある。なお、図９においては、線幅及び線間幅についての考慮を省略した。

次に、本例の磁気コンパス１による方位計測の方法につき、具体的に説明する。
まず前提として、図２、図５に示すごとく、センサ座標系２における各軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とし、水平座標系４における各軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。そして、水平座標系４においては、Ｘ−Ｙ平面が水平面となり、Ｚ軸方向が鉛直上向きとなるようにする。また、車両６の進行方向をＹ軸方向とする。ただし、このときの車両６の進行方向は、あくまでも水平面上における進行方向である。

３軸磁気センサ１１は、車両６の室内鏡６１の筐体に内蔵されるが、その取り付け姿勢としては、基本的には、ｙ軸方向が車両６の進行方向、ｚ軸方向が鉛直上方、ｘ軸方向が車両６の右方向となるように設置する。即ち、基本的にはセンサ座標系２を水平座標系４に一致させるように設置する。
しかしながら、室内鏡６１は、運転者の目の高さ等により上下前後、即ちピッチ方向に傾けられるため、センサ座標系２がｘ軸回り或いはｙ軸回りにずれてしまうことがある。なお、運転者の目の高さ等によって室内鏡６１がｚ軸回りに大きく動かされることは通常ないため、ｚ軸回りのずれはここでは考慮しない。

かかる前提のもと、まず、車両６に搭載された３軸磁気センサ１１が、車両６の走行に伴い地磁気信号を逐次検出する。この間の車両６の走行は、基本的に水平面である地表面において任意の複数の方角を向く。好ましくは、東西南北のあらゆる方向を向くように走行する。

このとき、車両６は地表面（水平面）において任意の方向に走行するため、３軸磁気センサ１１が逐次検出する地磁気信号は、その向きが異なることとなる。即ち、３軸磁気センサ１１が時系列的に検出するｎ個の地磁気信号ベクトルＨ１、Ｈ２、・・・Ｈｎは、センサ座標系２におけるベクトルとして、Ｈ１＝（Ｈ_x1、Ｈ_y1、Ｈ_z1）、Ｈ２＝（Ｈ_x2、Ｈ_y2、Ｈ_z2）、・・・Ｈｎ＝（Ｈ_xn、Ｈ_yn、Ｈ_zn）と表すことができる。ここで、ｎは３以上の整数である。

この地磁気信号のデータをメモリ１７１に蓄積しておく。
そして、データ平面算出手段１２によって、地磁気信号のデータを用いて、センサ座標系２におけるこれらのデータが存在するデータ平面３（図５）を求める。具体的には、下記の式（１）における（ｘ、ｙ、ｚ）に、それぞれ地磁気信号データ（Ｈ_x1、Ｈ_y1、Ｈ_z1）、（Ｈ_x2、Ｈ_y2、Ｈ_z2）、・・・（Ｈ_xn、Ｈ_yn、Ｈ_zn）を代入する。
Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃｚ−１＝０ ・・・（１）

これにより、式（１）の係数Ａ、Ｂ、Ｃを算出することができ、センサ座標系２から見た平面として、式（１）により表されるデータ平面３を求めることができる。なお、上記ｎの値を４以上として、得られた４個以上の地磁気信号データに基いて、最小２乗法その他の統計手法を用いて上記係数Ａ、Ｂ、Ｃを算出することが好ましい。
このデータ平面３は、車両６の走行した平面（３軸磁気センサ１１の移動した平面）と平行な平面であるため、結局水平面、即ち水平座標系４のＸ−Ｙ平面と平行となる。

従って、算出されたデータ平面３の単位法線ベクトルは、同時にセンサ座標系２から見た水平座標系４のＺ軸方向単位ベクトルｅ_Zに一致する。それ故、このＺ軸方向単位ベクトルｅ_Zは、下記の式（２）によって求めることができる。

式（２）において、Ａ／√（Ａ²＋Ｂ²＋Ｃ²）＝ａ、Ｂ／√（Ａ²＋Ｂ²＋Ｃ²）＝ｂ、Ｃ／√（Ａ²＋Ｂ²＋Ｃ²）＝ｃ、と置くことにより、下記の式（３）のように表すことができる。
ｅ_Z＝（ａ、ｂ、ｃ） ・・・（３）

次に、Ｙ軸方向単位ベクトル算出手段１３２によって、センサ座標系２から見た水平座標系４のＹ軸方向単位ベクトルｅ_Yを算出する。まず、室内鏡６１の前後上下方向の傾き、即ちピッチ角をθとすると、水平座標系４のＹ軸方向単位ベクトルｅ_Yは、ｅ_Y＝（０、cosθ、sinθ）と表せる。また、このＹ軸方向単位ベクトルｅ_YとＺ軸方向単位ベクトルｅ_Zとの内積ｅ_Y・ｅ_Z＝０の関係から、ｂcosθ＋ｃsinθ＝０が得られる。
この式と、sin²θ＋cos²θ＝１の公式を用いて、Ｙ軸方向単位ベクトルｅ_Y＝（０、cosθ、sinθ）は、次の式（４）のように表すことができる。

ここで、｜ｃ｜／√（ｂ²＋ｃ²）＝ｄ、−｜ｃ｜／√（ｂ²＋ｃ²）×（ｂ／ｃ）＝ｆ、と置くことにより、式（４）を次の式（５）のように簡略表現する。
ｅ_Y＝（０、ｄ、ｆ） ・・・（５）

次に、Ｘ軸方向単位ベクトル算出手段１３３によって、センサ座標系２から見た水平座標系４のＸ軸方向単位ベクトルｅ_Xを算出する。Ｘ軸方向単位ベクトルｅ_Xは、Ｙ軸方向単位ベクトルｅ_Y及びＺ軸方向単位ベクトルｅ_Zとの外積に等しいため、次の式（６）によって算出することができる。
ｅ_X＝ｅ_Y×ｅ_Z＝（ｃｄ−ｂｆ、ａｆ、−ａｄ） ・・・（６）

次に、水平座標系変換手段１４に、３軸磁気センサ１１が検出した地磁気信号（Ｈ_x、Ｈ_y、Ｈ_z）を入力する。そして、水平座標系変換手段１４は、上記のようにして得られたｅ_X、ｅ_Y、ｅ_Zを用いて、センサ座標系２における地磁気信号の各成分Ｈ_x、Ｈ_y、Ｈ_zを、水平座標系４における地磁気成分Ｈ_X、Ｈ_Y、Ｈ_Zに変換する。即ち、下記の式（７）によって変換する。

また、得られた水平座標系４における地磁気成分のうち、Ｈ_XとＨ_Yについて、ゲイン・オフセット補正手段１７２によって、ゲインとオフセットを補正する。即ち、仮に３軸磁気センサ１１にゲイン及びオフセットが生じていなかったならば（Ｈ_X、Ｈ_Y）は正円Ｏ'上にプロットされたはずであるが、ゲインやオフセットが生じていると、（Ｈ_X、Ｈ_Y）は、原点からずれた位置に中心を有する楕円Ｏ上に配置されることとなる。そこで、ゲインとオフセットを補正することにより、原点に中心を有する正円Ｏ'上に配置された（Ｈ'_X、Ｈ'_Y）を得ることができる。
このような補正をゲイン・オフセット補正手段１７２によって行うことにより、水平座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の成分として、精確な地磁気成分Ｈ'_X、Ｈ'_Yを得る。

そして、方位算出手段１５は、図７に示すごとく、地磁気ベクトルをＸ−Ｙ平面（水平面）に投影したベクトル（Ｈ'_X、Ｈ'_Y）がＹ軸（車両６の進行方向）となす角度φを、下記の式（８）によって算出する。
φ＝tan⁻¹（Ｈ'_X／Ｈ'_Y）・・・（８）

そして、この算出された角度φに基づいて、表示手段１６によって、車両６の進行方向の方位を表示する。
なお、地磁気の偏角や、水平面（Ｘ−Ｙ平面）上における３軸磁気センサ１１の取付け角度のズレは、予め分かっているため、その分を補正した上で表示手段１６に表示することができる。ここで、地磁気の偏角とは、地磁気方向ベクトルを水平面に投影したベクトルが、真北の方角からずれる角度のことをいう。この偏角は地球上の位置によって異なるが、例えば、日常の車両での移動範囲内においては略一定値として扱うことができる。また、日本国内においても、偏角はおおよそ７°±２°におさまる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記磁気コンパス１は、上記３軸磁気センサ１１によって検出した地磁気信号（Ｈ_x、Ｈ_y、Ｈ_z）を、上記水平座標系変換手段１４によって水平座標系４における３軸方向の地磁気成分（Ｈ_X、Ｈ_Y、Ｈ_Z）に変換し、この地磁気成分に基づいて方位算出手段１５によって方位を算出する。これにより、３軸磁気センサ１１のセンサ座標系２が水平面に対して傾斜している場合にも、精確な方位を検出することができる。即ち、傾斜している３軸磁気センサ１１によって検出した地磁気信号を基に、仮に３軸磁気センサ１１が傾斜していなかったとしたならば計測したはずの地磁気信号を、水平座標系４の３軸方向の地磁気成分として求めることができる。
従って、３軸磁気センサ１１が傾斜していても、水平に置かれているときと同様に、精確な方位を検出することができる。即ち、上記磁気コンパス１は、設置角度に関わらず、容易かつ精確に方位を計測することができる。

そして、上記データ平面算出手段１２によって容易に上記データ平面３を算出することができるため、３軸磁気センサ１１の姿勢が変化しても、その度に容易に上記データ平面３を算出し直すことにより、引き続き、精確な方位計測を行うことができる。例えば、本例のように車両６の室内鏡６１に３軸磁気センサ１１を取付けた場合、運転の途中に室内鏡６１の角度を変えることもあるが、これにより３軸磁気センサ１１の姿勢も変わる。このとき、最初に算出したデータ平面３を用いた方位検出はできなくなるが、車両６を任意の方向に走行させつつ、再度地磁気信号を採取することにより、容易に新たなデータ平面３を算出し直すことができる。この算出し直したデータ平面３を用いることにより、再び精確な方位計測を行うことができる。

また、上記磁気コンパス１は、３軸磁気センサ１１の検出信号を基にして傾斜分の補正を行っており、傾斜角センサなどを用いる必要がない。そのため、低コスト、低消費電力の磁気コンパス１を得ることができる。
また、振動や衝撃等のノイズを拾ってしまうおそれのある傾斜角センサを用いることがないため、精確な方位計測が容易となる。

また、３軸磁気センサ１１は、車両６の後方確認用の室内鏡６１に配設してあるため、車両６の進行方向の方位を精確に検出することができる。即ち、車両６の後方確認用の室内鏡６１は、運転者の目の高さや好みによって角度を自由に変化させることができるよう構成されている。そのため、３軸磁気センサ１１を室内鏡６１に設置する際に水平に設置しても、その向きは個々の運転者によって変更されてしまい、水平面から傾斜した状態となることがある。かかる場合に、本発明の磁気コンパス１によれば、３軸磁気センサ１１が傾斜していても精確な方位を検出することができる。

また、車両６において、地磁気を精確に検出するための３軸磁気センサ１１の設置場所としては、室内鏡６１が適している。これは、車体は通常磁性体からなるため、あらゆる要因で着磁され、またその着磁方向や強さも変化する。そのため、車体自体から生じる磁気による影響が、３軸磁気センサ１１に及ぶおそれがある。このような影響が少ないのは、非磁性体である窓の付近であり、窓付近において３軸磁気センサ１１を設置できる場所として、室内鏡６１が挙げられるわけである。

また、３軸磁気センサ１１は、マグネト・インピーダンス・センサ素子５を用いて構成してあるため、３軸磁気センサ１１を容易に高精度かつ小型とすることができる。
即ち、マグネト・インピーダンス・センサ素子５は、高感度であるため、微弱な地磁気を高精度にて検出することができる。更には、マグネト・インピーダンス・センサ素子５は小型であるため、小型の３軸磁気センサ１１を得ることができる。

以上のごとく、本例によれば、設置角度に関わらず、容易かつ精確に方位を計測することができる低コストの磁気コンパスを提供することができる。

実施例における、磁気コンパスの構成を表すブロック図。 実施例における、磁気コンパスを取付けた車両の斜視図。 実施例における、３軸磁気センサを取付けた車両の室内鏡の説明図。 実施例における、表示手段に表示された方位情報の説明図。 実施例における、センサ座標系と水平座標系との関係を示す説明図。 実施例における、ゲイン、オフセットの補正方法を示す説明図。 実施例における、地磁気ベクトルをＸ−Ｙ平面（水平面）に投影したベクトルの説明図。 実施例における、３軸磁気センサの斜視図。 実施例における、マグネト・インピーダンス・センサ素子の平面図。 図９のＡ−Ａ線矢視断面図。

符号の説明

１ 磁気コンパス
１１ ３軸磁気センサ
１２ データ平面算出手段
１３ データ平面算出手段
１４ 水平座標系変換手段
１５ 方位算出手段
１６ 表示手段
２ センサ座標系
３ データ平面
４ 水平座標系
５ マグネト・インピーダンス・センサ素子
６ 車両
６１ 室内鏡

Claims (4)

1. 地磁気信号を直交するｘ、ｙ、ｚの３軸方向の地磁気成分として検出する３軸磁気センサと、
   該３軸磁気センサを取り付けた被測定体が水平面内において向きを変えることにより変化する、上記３軸磁気センサが検出する地磁気信号のうち、少なくとも異なる３点以上の地磁気信号を用いることにより、上記ｘ、ｙ、ｚの３軸のセンサ座標系において上記３軸磁気センサの出力データが存在するデータ平面を算出するデータ平面算出手段と、
   Ｚ軸が鉛直方向となると共にＸ−Ｙ平面が水平面となる直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸の水平座標系の単位ベクトルを、上記データ平面の法線方向が上記Ｚ軸の方向と一致することに基づいて、上記センサ座標系から見たベクトルとして、算出する単位ベクトル算出手段と、
   上記センサ座標系から見た上記水平座標系における３軸方向の上記単位ベクトルを用いて、上記３軸磁気センサが検出した上記センサ座標系における３軸方向の地磁気成分を、上記水平座標系における３軸方向の地磁気成分に変換する水平座標系変換手段と、
   変換された上記水平座標系の３軸方向の地磁気成分に基づいて方位を算出する方位算出手段と、
   算出された方位を表示する表示手段とを有し、
   上記水平座標系は上記被測定体に固定された座標系であって、
   上記データ平面は、上記被測定体に対する上記３軸磁気センサの上記Ｘ軸回り及び上記Ｙ軸回りの姿勢変化に応じて変化するものであり、
   上記水平座標系変換手段による座標変換は、上記Ｘ軸回り及び上記Ｙ軸回りの双方の姿勢変化を考慮した座標変換であることを特徴とする磁気コンパス。
2. 請求項１において、上記単位ベクトル算出手段は、上記センサ座標系から見た上記水平座標系のＺ軸方向の単位ベクトルを算出するＺ軸方向単位ベクトル算出手段と、算出されたＺ軸方向単位ベクトルに基づいて上記水平座標系のＹ軸方向の単位ベクトルを算出するＹ軸方向単位ベクトル算出手段と、算出されたＹ軸方向単位ベクトル及びＺ軸方向単位ベクトルに基づいて上記水平座標系のＸ軸方向の単位ベクトルを算出するＸ軸方向単位ベクトル算出手段とからなることを特徴とする磁気コンパス。
3. 請求項１又は２において、上記３軸磁気センサは、車両の後方確認用の室内鏡に配設してあることを特徴とする磁気コンパス。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、３軸磁気センサは、マグネト・インピーダンス・センサ素子を用いて構成してあることを特徴とする磁気コンパス。

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