JP5017527B2 - 電子コンパスシステム - Google Patents
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例えば、引用文献1には、3軸の磁気センサと2軸のチルトセンサからなるコンパスにおいて、チルトセンサにより傾斜角を算出して地球水平面に射影したのち、3軸の磁気センサにより方位を算出する技術が開示されている。
また、傾斜角データを用いる方法では、操作が煩雑となる問題がある。
該磁気センサを内蔵する携帯機器と、
該携帯機器が存在する場所における、上記地磁気ベクトルM 0 の伏角βのデータを予め取得する伏角データ取得手段とを備え、
上記磁気センサの直交3軸のうち1軸を水平方向に固定し、他の1軸を所望の方位に向けた状態において、上記磁気センサを使って、該磁気センサのセンサ座標系における上記地磁気ベクトルM 0 の上記3軸成分(Hx,Hy,Hz)を検出すると共に、該3軸成分(Hx,Hy,Hz)と、上記伏角データ取得手段により取得した上記伏角βのデータとを下記数式(4)(5)(6)に代入することにより、上記他の1軸と水平面とのなす角度である傾斜角φと、上記他の1軸を上記水平面に投影した線と磁北とのなす角度である方位角θとを算出することを特徴とする(請求項1)。
また、上記電子コンパスシステムにおいて、上記携帯機器は、上記伏角βのデータを記憶したデータベースを有し、上記伏角データ取得手段は、上記データベースから上記伏角βのデータを読み出すことが好ましい(請求項2)。
図1は、本発明にかかる電子コンパスを携帯電話に搭載したときの姿勢状態を示す図である。
本発明の電子コンパスを構成する3軸の磁気センサは、x軸方向の地磁気成分Hxを検出するx軸磁気センサと、y軸方向の地磁気成分Hyを検出するy軸磁気センサと、z軸方向の地磁気成分Hzを検出するz軸磁気センサとからなる。これらの磁気センサとしてマグネトインピーダンス磁気センサ(以下、MIセンサという。)、ホール素子等からなり、3軸が互いに直交して配置されており、各軸方向の地磁気成分に応じた大きさのセンサ信号を出力するようになっている。
地磁気ベクトルM0は、地上座標系のX−Y平面とZ軸のなす原点を通る地磁気ベクトルであり、伏角βは地上座標系のX−Y平面と地磁気ベクトルM0とのなす角である。
ここで、地磁気ベクトルM0 の大きさ|M 0 |は、任意の方位において磁気センサにより測定した3軸の磁気成分(Hx,Hy,Hz)から、次式(1)により求められる。
地磁気ベクトルM0と電子コンパス座標系のz軸とを一致させ、電子コンパス座標系のx軸を地磁気の北方向に固定し、かつ、電子コンパス座標系のy軸を水平方向に固定して電子コンパスの座標系を固定する。この座標系における測定値Mxは、地磁気ベクトルM0の回転変換行列IIと次式(3)のような関係がある。
式(5)からφを求めると、平方根の正符号からφ+、負符号からφ−の値が求められる。φ+又はφ−のどちらかの決定は、傾斜角を保持した状態で左右に振って、その時にφの値が一定となる符号を採用する。
まず、Hx=0、Hy=0、Hz=|M 0 |を示す携帯電話の姿勢を求める。その際、Hxのプラス方向が地磁気の北方向を示し、Hyは水平方向とする。
次に、伏角βを測定する。伏角βは式(2)により求められる。ここで、仮に伏角βの測定値が45°とする。
次に、携帯電話を45°傾けた状態で真西方向を測定すると測定値Mxが得られる。そのときの測定値は、
まず、表1には、a=45°(伏角βは45°のとき)にて、携帯電話を60°傾けた状態(傾斜角φ=60°)で携帯電話を真北方向から30°、150°、210°、330°回転した4方向(方位角θ=30°、150°、210°、330°)におけるそれぞれの測定値Mx(Hx,Hy,Hz)を示している。
これらの測定値Mxを式(5)及び式(6)に挿入して算出すると出力値として傾斜角φは60°、方位角θは30°、150°、210°、330°が求められる。表1から分かるように上記の4方向の傾斜角φ及び方位角θと一致する。
これらの測定値Mxを同様に式(5)及び式(6)に挿入して算出すると出力値として傾斜角φは45°、方位角θは30°、150°、210°、330°が求められる。表2から分かるように上記の4方向の傾斜角φ及び方位角θと一致する。
Claims (2)
- 地磁気ベクトルM0の互いに直交する3軸成分を検出する3軸の磁気センサと、
該磁気センサを内蔵する携帯機器と、
該携帯機器が存在する場所における、上記地磁気ベクトルM 0 の伏角βのデータを予め取得する伏角データ取得手段とを備え、
上記磁気センサの直交3軸のうち1軸を水平方向に固定し、他の1軸を所望の方位に向けた状態において、上記磁気センサを使って、該磁気センサのセンサ座標系における上記地磁気ベクトルM 0 の上記3軸成分(Hx,Hy,Hz)を検出すると共に、該3軸成分(Hx,Hy,Hz)と、上記伏角データ取得手段により取得した上記伏角βのデータとを下記数式(4)(5)(6)に代入することにより、上記他の1軸と水平面とのなす角度である傾斜角φと、上記他の1軸を上記水平面に投影した線と磁北とのなす角度である方位角θとを算出することを特徴とする電子コンパスシステム。
- 請求項1に記載の電子コンパスシステムにおいて、上記携帯機器は、上記伏角βのデータを記憶したデータベースを有し、上記伏角データ取得手段は、上記データベースから上記伏角βのデータを読み出すことを特徴とする電子コンパスシステム。
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JP2007110969A JP5017527B2 (ja) | 2007-03-23 | 2007-03-23 | 電子コンパスシステム |
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