KR101210394B1 - 지자기 검지장치 - Google Patents

Abstract

지자기를 검지하는 3축의 센서를 가지고, 기울어진 자세이어도, 지자기 벡터를 검지하여 정확한 방위를 알 수 있고, 또한 각속도를 계산할 수 있는 지자기 검지장치를 제공한다. 지자기 벡터를 검지하는 X축 센서와 Y축 센서 및 Z축 센서가 설치되고, 각 센서의 검지 출력으로부터 지자기 벡터의 방향이 구면 좌표(Bb) 상에서 구해진다. 장치의 기준축(z0)이 중력 방향에 대하여

z만큼 기울어져 회전하였을 때에, 구면 좌표(Bb) 상의 지자기 벡터의 좌표 위치를 3점(D1, Dx, Dn)에서 검출함으로써, 위도선(Hb)을 포함하는 회전 평면과 축(Oa)을 특정할 수 있다. 또한, 위도선(Hb) 상을 이동하는 데이터의 거리를 시간으로 미분함으로써, 각속도를 알 수 있다.

Description

지자기 검지장치{GEOMAGNETISM DETECTION DEVICE}

직교하는 3방향의 각각으로 향하여진 센서로 지자기를 검지하는 지자기 검지장치에 관한 것으로서, 특히 센서를 탑재한 자기 검지부가 삼차원 공간 내에서 회전운동하였을 때에 그 자세를 판별하여, 방위나 각속도를 정확하게 알 수 있는 지자기 검지장치에 관한 것이다.

서로 직교하는 3방향의 자계 강도를 검지하는 3축의 자기센서를 사용하여 지자기를 검지하는 지자기 검지장치는, 방위 검출장치, 회전 검출장치, 자세 검지장치 등으로서 사용되고 있다.

특허문헌 1에 기재된 자기식 자이로는, 3축 직교 좌표 상에 배치된 지자기를 검지하는 3축 자기 센서를 가지고 있다. 이 자기식 자이로는, 삼차원 공간 내에서 회전시켰을 때에, 3축의 출력 데이터를 이용하여 서로 다른 2시점 간의 차분 벡터를 구하고, 그 차분 벡터가 미리 정해진 문턱값보다 작아지는지의 여부를 판정하여, 3축 중 어느 축을 중심으로 하여 회전하고 있는지를 특정한다는 것이다.

특허문헌 1에 기재된 자기식 자이로는, 자기센서의 방향으로 결정된 3축의 어느 축을 중심으로 하여 회전하였을 때에, 회전 상태를 검지할 수 있으나, 상기 3축 이외의 축을 중심으로 하여 회전시켰을 때에는 회전축을 인식할 수 없게 되어, 어느 회전 평면 내에서 회전하고 있는지를 특정할 수 없게 된다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 1개의 자기식 자이로만으로, 삼차원 공간 내의 임의인 축을 중심으로 하여 회전시켰을 때의 각속도를 검지할 수 없다.

특허문헌 2에는, 비행기 등에 탑재되는 자세 센서가 개시되어 있다. 이 자세 센서는, 지자기 검출장치를 가지고 있음과 함께, 부하 추와 이 부하 추에 작용하는 중력을 검지하는 힘 검출장치가 설치되어 있다. 비행기 등과 함께 자세 센서가 기울었을 때에, 힘 검출장치의 검지 출력에 의해 중력의 방향에 대한 기울기를 검출하고, 지자기 검출장치로 얻어지는 방위 출력을, 힘 검출장치로 얻어진 기울기 자세에 관한 정보를 이용하여 수정한다는 것이다.

특허문헌 2에 기재된 자세 센서는, 지자기 검출장치뿐만 아니라 부하 추와 이 부하 추에 작용하는 중력을 검지하는 힘 검출장치가 설치되어 있기 때문에, 장치가 크고 또한 무거워져서, 예를 들면 휴대용 소형기기 등에 탑재하는 것이 어렵다.

특허문헌 3에 기재된 3축 자세 검출장치는, 목적 물체의 자세를 검출하는 것이나, 3방향의 검출이 가능한 자기센서와, 3방향의 검출이 가능한 자이로 센서의 쌍방이 탑재되어 있다. 그 때문에, 휴대용 소형기기 등에 탑재하기에 적합하지 않고, 또, 자기센서와 자이로 센서의 쌍방을 탑재하고 있기 때문에, 소비 전력이 많아지는 결점을 가지고 있다.

일본 공개특허공보 제2008-224642호 일본 공개특허공보 평2-238336호 일본 공개특허공보 평11-248456호

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로서, 직교하는 3축의 방향으로 향하는 센서로 지자기를 검지하는 것이고, 센서를 가지는 자기 검지부가 기울어진 자세가 되어도, 방위나 각속도를 정밀도 높게 검지할 수 있는 지자기 검지장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 서로 직교하는 기준 X방향과 기준 Y방향 및 기준 Z방향이 정해진 자기 검지부와, 연산부를 가지고,

상기 자기 검지부에, 기준 X방향이 지자기의 방향으로 향하여졌을 때에 검지 출력의 절대값이 최대가 되는 X축 센서와, 기준 Y방향이 지자기의 방향으로 향하여졌을 때에 검지 출력의 절대값이 최대가 되는 Y축 센서, 및 기준 Z방향이 지자기의 방향으로 향하여졌을 때에 검지 출력의 절대값이 최대가 되는 Z축 센서가 탑재되고, 상기 자기 검지부는, X축 센서와 상기 Y축 센서 및 상기 Z축 센서의 직교 관계를 유지하면서 삼차원 방향으로 자유롭게 회전운동하고,

상기 연산부에서는, 상기 X축 센서와 상기 Y축 센서 및 상기 Z축 센서의 그것의 검지 출력에 의거하여, X-Y-Z의 삼차원 좌표 상에서 지자기 벡터의 좌표 위치를 특정하고, 상기 자기 검지부가 회전하였을 때에, 적어도 3지점의 상기 지자기 벡터의 좌표 위치의 데이터를 사용하여, 상기 자기 검지부의 회전축과, 상기 좌표 위치를 포함하는 회전 평면의 적어도 일방이 연산되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은, X축 센서와 Y축 센서 및 Z축 센서의 검지 출력에 의해 특정되는 지자기 벡터의 정보를 항상 복수 개 취득하여, 절대 공간 내에서의 자기 검지부의 회전축을 산출하거나, 또는 회전 평면을 산출하고 있다. 따라서, 자기 검지부의 기준 X방향과 기준 Y방향 및 기준 Z방향이, 공간 내에서 기울어져 있어도, 절대적인 방위의 검출이 가능하다.

또, 본 발명은, 2개의 지자기 벡터의 좌표 위치의 데이터를 추출하여, 2개의 지자기 벡터의 좌표 위치의 상기 회전축으로부터의 벌어진 각도와, 2개의 상기 지자기 벡터를 얻은 시간을 구하고, 상기 벌어진 각도를 상기 시간으로 미분하여, 상기 자기 검지부의 각속도를 구하는 것이다.

상기한 바와 같이, 자기 검지부의 기준 X방향과 기준 Y방향 및 기준 Z방향이, 공간 내에서 기울어져 있어도, 공간 내에서의 지자기 검지장치의 운동의 각속도를 정확하게 알 수 있다.

또한, 본 발명은, 산출된 각속도를 상기 시간으로 미분하여 각가속도를 구하는 것도 가능하다.

또, 본 발명은, 상기 연산부는, 클록 신호에 의거하여, 상기 X축 센서와 Y축 센서 및 Z축 센서의 검지 출력을 간헐적으로 추출하여 지자기 벡터의 좌표 위치를 구함과 함께, 검지 출력의 추출 시간보다 긴 일정한 시간을 두고 적어도 3지점의 지자기 벡터의 좌표 위치를 특정하여, 상기 회전축 또는 회전 평면을 산출하는 것이다.

또, 본 발명에서는, 상기 연산부는, 클록 신호에 의거하여, 상기 X축 센서와 Y축 센서 및 Z축 센서의 검지 출력을 간헐적으로 추출하여 지자기 벡터의 좌표 위치를 구하는 것으로서,

간헐적으로 얻어진 복수의 좌표 위치의 데이터를 순서대로 버퍼 메모리에 저장하고, 상기 버퍼 메모리에 저장된 복수의 좌표 위치의 데이터로부터, 지자기 벡터의 벌어진 각도가 미리 정해진 문턱값보다 커지는 2개의 좌표 위치의 데이터를 2개 선택하고, 선택한 2개의 좌표 위치의 벌어진 각도를, 선택한 2개의 좌표 위치의 데이터의 시간으로 미분하여, 상기 자기 검지부의 각속도를 구하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 좌표 위치의 최신 데이터로부터 과거로 거슬러 올라가, 상기 최신 데이터로부터의 벌어진 각도가 상기 문턱값을 넘는 위치에 있는 과거의 데이터를 선택하고, 최신 데이터와 선택한 과거의 데이터로부터 각속도를 구한다.

상기한 바와 같이 벌어진 각도가 문턱값을 넘는 2개의 좌표 위치의 데이터로부터 각속도를 연산함으로써, 지자기 검지장치가 저속으로 회전하고 있을 때의 각속도를 구하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명은, 상기 연산부에서는, 상기 X축 센서와 상기 Y축 센서 및 상기 Z축 센서의 각각의 검지 출력의 절대값이 최대가 된 값을 지자기 벡터의 절대값(R)으로 하고, 기본 Z방향과 지자기 벡터가 이루는 각도를 복각(θ), X-Y 평면에 투영한 지자기 벡터와 기본 X방향이 이루는 각도를 방위각(φ)으로 하며, 상기 지자기 벡터의 좌표 위치를, 상기 절대값(R)과 복각(θ) 및 방위각(φ)으로 나타나는 삼차원의 극좌표 상의 검지점으로서 특정하고,

2개의 검지점을 연결하는 선의 수직이등분선과, 다른 2개의 검지점을 연결하는 선의 수직이등분선의 교점으로부터 상기 회전축을 구하는 것이다.

또, 본 발명은, 상기 연산부에서는, 상기 X축 센서와 상기 Y축 센서 및 상기 Z축 센서의 각각의 검지 출력의 절대값이 최대가 된 값을 지자기 벡터의 절대값(R)으로 하고, 기본 Z방향과 지자기 벡터가 이루는 각도를 복각(θ), X-Y 평면에 투영한 지자기 벡터와 기본 X방향이 이루는 각도를 방위각(φ)으로 하며, 상기 지자기 벡터의 좌표 위치를, 상기 절대값(R)과 복각(θ) 및 방위각(φ)으로 나타나는 삼차원의 극좌표 상의 검지점으로서 특정하고,

2개의 검지점을 연결하는 선의 수직이등분선과, 다른 2개의 검지점을 연결하는 선의 수직이등분선의 교점 중 2개의 상기 수직이등분선이 최단이 되는 상기 교점을 상기 회전 평면의 중심으로서 특정하는 것이다.

상기한 바와 같이 삼차원의 극좌표를 특정하고, 지자기 벡터를 극좌표 상의 점의 데이터로서 처리함으로써, 지자기 벡터의 방향을 간단한 연산으로 알 수 있게 된다. 또한, 상기 복각 대신, 상기 지자기 벡터와 X-Y 평면이 이루는 앙각을 사용해도 된다.

또, 본 발명은, 연산부는, 장치가 시동하였을 때에, 상기 회전축을 2개 이상 연산하고, 2개 이상의 회전축의 교점을, 삼차원의 기준 X방향과 기준 Y축 방향 및 기준 Z축 방향의 원점으로서 인식하는 것이다.

상기한 바와 같이, 복수의 지자기 벡터로부터 복수의 회전축을 특정함으로써, 기준 X방향과 기준 Y방향 및 기준 Z방향의 원점을 구할 수 있다. 즉, 본 발명의 연산 처리를 행함으로써, 전원이 투입되거나 하여 장치가 시동되었을 때에, 자동적으로 캘리브레이션을 행할 수 있다.

본 발명은, 직교하는 3축 방향으로 향하여진 X축 센서와 Y축 센서 및 Z축 센서를 설치하는 간단한 구성만으로, 공간 내에서 전체가 기울어졌을 때에도, 절대적인 방위나 각속도를 정밀도 높게 검지할 수 있다.

또, 3축 방향으로 향하여진 자기의 센서만으로 구성되기 때문에, 소형화와 박형화가 가능하고, 소비 전력도 적은 지자기 검지장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 지자기 검지장치의 회로 블록도,
도 2는 도 1에 나타내는 지자기 검지장치에 설치된 메모리의 데이터 저장 영역을 설명하는 설명도,
도 3은 도 1에 나타내는 지자기 검지장치에 설치된 각속도 연산부의 기능을 설명하는 블록도,
도 4는 데이터 버퍼의 처리 동작을 나타내는 설명도,
도 5는 지자기 검지부에 설치된 X축 센서와 Y축 센서 및 Z축 센서의 설명도,
도 6은 기준축(z0)이 중력 방향으로 향하여진 상태에서의 지자기 벡터의 연산 동작을 설명하는 삼차원 극좌표의 설명도,
도 7은 기준축(z0) 이외의 축(Oa)이 중력 방향으로 향하여진 상태에서의 지자기 벡터의 연산 동작을 설명하는 삼차원 극좌표의 설명도,
도 8은 회전 평면을 구하는 방법과 각속도의 산출 방법을 설명하는 설명도,
도 9는 각속도의 산출 방법을 더 자세하게 설명하는 설명도이다.

도 1에 나타내는 본 발명의 실시형태의 지자기 검지장치(1)는, 자기 검지부(2)를 가지고 있다. 자기 검지부(2)에는, X축 센서(3)와 Y축 센서(4) 및 Z축 센서(5)가 탑재되어 있다. 자기 검지부(2)는, 서로 직교하는 기준 X방향과 기준 Y방향 및 기준 Z축이 미리 고정축으로서 정해져 있다. 도 5는, 기준 X방향을 기준축 x로 나타내고, 기준 Y방향을 기준축 y로 나타내며, 기준 Z방향을 기준축 z로 나타내고 있다. 기준축 x와 기준축 y 및 기준축 z의 교점이, 기준 원점 O이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, X축 센서(3)는 기준축 x를 따라 고정되고, Y축 센서(4)는 기준축 y에 따라 고정되며, Z축 센서는 기준축 z를 따라 고정되어 있다.

도 5의 실시형태에서는, X축 센서(3), Y축 센서(4) 및 Z축 센서(5)가, 모두 GMR 소자로 구성되어 있다. GMR 소자는, Ni-Co 합금이나 Ni-Fe 합금으로 형성된 연자성 재료로 형성된 고정 자성층 및 자유 자성층과, 고정 자성층과 자유 자성층 사이에 끼워진 구리 등의 비자성 도전층을 가지고 있다. 고정 자성층의 아래에 반강(反强) 자성층이 적층되고, 반강 자성층과 고정 자성층의 반강 결합에 의해, 고정 자성층의 자화(磁化)가 고정되어 있다.

X축 센서(3)는, 지자기의 기준 X방향으로 향하는 성분 Bx를 검지하는 것으로서, 기준 X방향에서의 플러스 방향의 자계 성분 B+x와, 기준 X방향에서의 마이너스 방향의 자계 성분 B-x를 검지할 수 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, X축 센서(3)는, 고정 자성층의 자화의 방향이 X축을 따르는 방향인 Px 방향으로 고정되어 있다. 자유 자성층의 자화의 방향은 지자기의 방향에 따라 결정된다. 자유 자성층의 자화의 방향이 고정 자성층의 고정 자화의 방향인 Px 방향과 평행하게 되면 X축 센서(3)의 저항값이 극소가 되고, 자유 자성층의 자화의 방향이 Ox 방향과 역방향이 되면 X축 센서(3)의 저항값이 극대가 된다. 또, 자유 자성층의 방향이 Px 방향과 직교하면, 저항값이 상기 극대값과 극소값의 평균값이 된다.

도 1에 나타내는 자장 데이터 검지부(6)에서는, X축 센서(3)와 고정 저항이 직렬로 접속되고, X축 센서(3)와 고정 저항의 직렬 회로에 전압이 부여되어 있으며, X축 센서(3)와 고정 저항 사이의 중점 전압이 X축의 검지 출력으로서 취출된다. X축 센서(3)에 대하여, 기준 X방향으로 향하는 자장 성분이 부여되어 있지 않을 때, 또는 Px에 대하여 직교하는 자장이 부여되어 있을 때에, X축의 검지 출력이 원점이 된다.

자기 검지부(2)의 전체를 기울여, 도 5에 나타내는 기준축 x를 지자기 벡터에 일치시키고, X축 센서(3)의 고정 자성층의 자화의 고정 방향 Px를 지자기 벡터와 동일한 방향으로 하면 X축 센서(3)에 부여되는 자계 성분 B+x가 최대가 된다. 이때의 X축의 검지 출력이, 상기 원점에 대하여 플러스 측의 최대값이 된다. 반대로, 도 5에 나타내는 기준축 x를 지자기 벡터에 일치시키고, X축 센서(3)의 고정 자성층의 자화의 고정 방향 Px를 지자기 벡터와 반대로 향하게 하면, X축 센서(3)에 부여되는 자계 성분 B-x가 최대가 된다. 이때의 X축의 검지 출력이, 상기 원점에 대하여 마이너스 측의 최대값이 된다.

마찬가지로, Y축 센서(4)에 대하여 Y축 방향의 자계 성분 By가 부여되어 있지 않을 때, 또는 Py 방향과 직교하는 자장이 부여되어 있을 때에, 자장 데이터 검지부(6)로부터 출력되는 Y축의 검지 출력이 원점이 된다. 기준축 y를 지자기 벡터에 일치시키고, 지자기 벡터의 방향을 고정 자성층의 자화의 고정 방향 Py에 일치시키면, Y축 센서(4)에 부여되는 자계 성분 B+y가 최대가 되고, Y축의 검지 출력이 원점에 대하여 플러스 측의 최대값이 된다. 지자기 벡터의 방향을 고정 방향 Py와 역방향으로 하면, Y축 센서(4)에 부여되는 자계 성분 B-y가 최대가 되고, Y축의 검지 출력이, 원점에 대하여 마이너스 측의 최대값이 된다.

또, Z축 센서(5)에 대하여 Z축 방향의 자계 성분 Bz가 부여되어 있지 않을 때, 또는 Pz와 직교하는 자장이 부여되어 있을 때, 자장 데이터 검지부(6)로부터 출력되는 Z축의 검지 출력이 원점이 된다. 기준축 z를 지자기 벡터에 일치시키고, 지자기 벡터의 방향을 고정 자성층의 자화의 고정 방향 Pz에 일치시키면, Z축 센서(5)에 부여되는 자계 성분 B+z가 최대가 되고, Z축의 검지 출력이 원점에 대하여 플러스 측의 최대값이 된다. 지자기 벡터의 방향을 고정 방향 Pz와 역방향으로 하면, Z축 센서(5)에 부여되는 자계 성분 B-y가 최대가 되고, Z축의 검지 출력이, 원점에 대하여 마이너스 측의 최대값이 된다.

X축 센서(3)와 Y축 센서(4) 및 Z축 센서(5)는, 모두 플러스 측의 검지 출력의 최대값의 절대값과, 마이너스 측의 검지 출력의 절대값이 동일하다.

또한, X축 센서(3)로서는, 자계 성분 B+x에 의해 플러스 측의 검지 출력이 얻어지고, 자계 성분 B-x에 의해 마이너스 측의 검지 출력이 얻어지며, 플러스 측의 검지 출력의 최대값과 마이너스 측의 검지 출력의 최대값에서 절대값이 동일해지면, GMR 소자 이외의 자기센서로 구성할 수 있다. 예를 들면, 기준축 x를 따라 플러스 측의 자계 강도만을 검지할 수 있는 홀 소자 또는 MR 소자와, 마이너스 측의 자계 강도만을 검지할 수 있는 홀 소자 또는 MR 소자를 조합하여, X축 센서(3)로서 사용해도 된다. 이것은, Y축 센서(4)와 Z축 센서(5)에 있어서도 동일하다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 자장 데이터 검지부(6)에서 검지된 X축과 Y축 및 Z축의 검지 출력은, 연산부(10)에 부여된다. 연산부(10)는, A/D 변환부와 CPU 및 클록 회로 등으로 구성되어 있다. 연산부(10)의 클록 회로의 계측 시간에 따라, 자장 데이터 검지부(6)에서 검지된 X축과 Y축 및 Z축의 검지 출력은, 짧은 사이클로 간헐적으로 연산부(10)에 독출되고, 각각의 검지 출력은, 연산부 내에 설치된 상기 A/D 변환부에 의해 디지털 값으로 변환된다.

연산부(10)는, 방위 연산부(10a)와 각속도 연산부(10b)와 각가속도 연산부(10c)로서 기능한다. 이들 연산부는, 모두 프로그래밍된 소프트웨어에 의해 실행된다. 단, 방위 연산부(10a)와 각속도 연산부(10b)와 각가속도 연산부(10c)에서는, 일부의 데이터 처리가 공통적으로 행하여진다.

연산부(10)를 구성하는 CPU에는 메모리(7)가 접속되어 있다. 도 2에 나타내는 메모리(7)에는, 방위 연산부(10a)와 각속도 연산부(10b)와 각가속도 연산부(10c)의 각각의 처리를 행하는 소프트웨어가 프로그래밍되어 저장되어 있다. 메모리(7)에는, 방위 연산용 소프트웨어 및 계산 결과인 데이터가 저장되는 저장 영역(8a)과, 각속도 연산용 소프트웨어 및 계산 결과인 데이터가 저장되는 저장 영역(8b)을 가지고 있고, 또한, 방위 연산용 데이터 및 각속도 연산용 데이터로서 공통적으로 사용되는 공통 데이터의 저장 영역(8c)을 가지고 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 각속도 연산부(10b)에서는, 소프트웨어로 복수 단계의 처리가 행하여진다. 자장 데이터 검지부(6)로부터, X축의 검지 출력과 Y축의 검지 출력 및 Z축의 검지 출력이, 클록 회로와 동기(同期)하여 짧은 사이클로 간헐적으로 독출되면, 이들 검지 출력은 A/D 변환부에서 디지털 데이터로 변환된다. 또한, 연산부(10) 내의 연산 처리에 의해, 간헐적으로 독출된 X축의 검지 출력과 Y축의 검지 출력 및 Z축의 검지 출력이, 도 6에 나타내는 극좌표 상에서 지자기 벡터(Bg)의 좌표 위치를 나타내는 데이터로 변환되어, 데이터 버퍼(버퍼 메모리)(11)에 저장된다. 클록 회로와 동기하여 짧은 사이클로 독출되어 연산된 상기 좌표 위치의 데이터는, 도 4에 나타내는 데이터 버퍼(11)의 저장부(11a)에 부여된다. 데이터가 저장부(11a)에 부여될 때마다, 데이터가 저장부 11a에서 11n까지 순서대로 송출되고, 최종단의 저장부(11n)의 데이터가 버려진다. 지자기 검지장치(1)가 동작되고 있는 사이에는, 자장 데이터 검지부(6)로부터 최신 데이터가 계속 독출되어, 데이터 버퍼(11)에 순서대로 저장되어 간다.

각속도 연산부(10b)의 데이터 선택 처리(15)는, 데이터 버퍼(11)의 저장부(11a 내지 11n)에 저장되어 있는 지자기 벡터(Bg)의 좌표 위치를 나타내는 복수의 데이터 중, 연산에 필요한 것을 독출한다. 독출된 데이터는, 회전 평면 계산 처리(12)와 회전축 계산 처리(13)에 부여된다. 회전 평면 계산 처리(12) 및 회전축 계산 처리(13)에서의 연산 결과는, 각속도 계산 처리(14)로 보내져, 그 순간의 각속도가 계속적으로 연산된다.

도 3에 나타내는 각속도 연산부(10b)의 데이터 버퍼(11), 데이터 선택 처리(15), 회전 평면 계산 처리(12) 및 회전축 계산 처리(13)는, 도 1에 나타내는 방위 연산부(10a)에 있어서 공통의 처리로서 실행된다. 회전 평면 계산 처리(12) 및 회전축 계산 처리(13)에서 연산된 결과는, 필요에 따라 메모리(7)의 공통 데이터의 저장 영역(8c)에 저장되어, 방위 연산용 데이터로서도 사용된다. 또한, 공통 데이터의 저장 영역(8c)에 유지되는 데이터에 의거하여, 캘리브레이션 처리가 행하여져, 이 캘리브레이션 처리에 의해 산출된 도 6과 도 7에 나타내는 삼차원의 극좌표의 원점(Og)의 위치 정보도 공통 데이터의 저장 영역(8c)에 저장된다.

다음에, 연산부(10)의 처리를 각속도 연산부(10b)를 중심으로 하여 설명한다. 도 6과 도 7은, 연산부(10)에서의 연산 처리를 도해(圖解)로 설명하기 위한 것이다.

도 6과 도 7에는, 지자기 검지부(10b)의 연산 처리에 있어서의 데이터 상의 기준축 x0과 기준축 y0 및 기준축 z0이 직교 좌표로 나타나 있다. 기준축 x0과 기준축 y0 및 기준축 z0은, 도 5에 나타내는 자기 검지부(2)에 있어서, X축 센서(3)를 배치하는 기준축 x와 Y축 센서(4)를 배치하는 기준축 y 및 Z축 센서(5)를 배치하는 기준축 z의 각각에 대응하고 있다.

도 6은, 자기 검지부(2)의 기준축 x와 기준축 y가 지구상의 지평면과 수평으로 설치되고, 기준축 z가 중력 방향으로 향하여진 자세일 때에, X축 센서(3)와 Y축 센서(4) 및 Z축 센서(5)로 검지되는 지자기 벡터(Bg)를 나타내고 있다.

도 6에 나타내는 지자기 벡터(Bg)의 크기는, X축 센서(3)에 의한 검지 출력 (Xg)과 Y축 센서(4)에 의한 검지 출력(Yg) 및 Z축 센서(5)에 의한 검지 출력(Zg)으로서 검출된다. 연산부(10)에서는, X축 센서(3)와 Y축 센서(4) 및 Z축 센서(5)의 검지 출력(Xg, Yg, Zg)이, 삼차원의 극좌표 상에서 지자기 벡터(Bg)의 위치를 나타내는 좌표점 S(R, θ, φ)의 데이터로 변환된다. 이 변환 처리는 연산부(10) 내에 저장된 변환 프로그램에 의해 행하여진다.

도 6에 나타내는 삼차원의 극좌표에 있어서의 파라미터 θ는, 자기 검지부(2)의 기준축 z(도 6에서는, 기준축 z가 중력 방향으로 향하여져 있다)에 대응하는 데이터 상의 기준축 z0에 대한 지자기 벡터(Bg)의 복각이고, φ는, 기준축 x에 대응하는 데이터 상의 기준축 x0에 대한 지자기 벡터(Bg)의 방위각이다.

또, 도 5에 나타내는 X축 센서(3)의 고정 자화의 방향 Px가 지자기로 향하여졌을 때의 X축 센서(3)의 플러스 측의 검지 출력이 최대가 되나, 그 절대값을 (R)로 하고, Px를 지자기와 역방향으로 하였을 때의 마이너스 측의 검지 출력의 최대값의 절대값을 (R)로 한다. 마찬가지로 Y축 센서(4) 및 Z축 센서(5)의 플러스 측의 검지 출력의 최대값의 절대값과, 마이너스 측의 검지 출력의 최대값의 절대값을 모두 (R)로 하면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 삼차원의 극좌표 상에서는 지자기 벡터(Bg)의 절대값을 R로 나타낼 수 있다. 그리고, 삼차원의 극좌표 상에서 지자기 벡터(Bg)를 나타내는 좌표점 S(R, θ, φ)는, 반경(R)의 구면 좌표(Bb) 상의 점으로서 구할 수 있다.

도 5에 나타내는 자기 검지부(2)를, 지구의 적도상에 있어서, 기준축 x와 기준축 y를 지평면에 대하여 수평으로 향하고, 기준축 z를 중력 방향을 향한 자세로 하면, 복각 θ=90도가 되고, 지자기 벡터(Bg)의 삼차원 좌표 상의 좌표점 S(R, θ, φ)은, 도 6에 나타내는 데이터 상에서 설정되는 구면 좌표(Bb)의 적도선(Hg) 상에 존재한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 지구의 북반구의 소정 위도의 장소에 있어서, 기준축 x와 기준축 y를 지평면에 수평으로 향하고 기준축 z를 중력 방향을 향하여 자기 검지부(2)를 설치하면, 그 장소에서의 지자기 벡터(Bg)에 의해 복각 θ가 결정되고, 지자기 벡터(Bg)의 삼차원 좌표 상의 좌표점 S(R, θ, φ)는, 데이터 상의 기준축 z0을 중심으로 하는 위도선(Ha) 상에 존재한다.

지구의 적도상에 있어서, 지자기 검지장치(1)를, 기준축 z가 중력 방향으로 향하는 자세인 채로 회전운동시키면, 지자기 벡터(Bg)의 삼차원 좌표 상의 좌표점 S(R, θ, φ)는, 도 6에 나타내는 구면 좌표(Bb)의 적도선(Hg) 상을 이동한다. 또, 지구의 북반구의 소정 위도의 장소에서, 지자기 검지장치(1)를, 기준축 z가 중력 방향으로 향하는 자세인 채로 회전운동시키면, 상기 좌표점 S(R, θ, φ)는, 구면 좌표(Bb)의 상기 위도선(Ha) 상을 이동한다.

여기서, 지자기 검지장치(1)를, 중력 방향을 향하는 기준축 z를 중심으로 하여 회전시키면, 좌표점 S(R, θ, φ)가 적도선(Hg) 상을 이동하거나, 또는 위도선(Ha) 상을 이동한다. 또는, 기준축 z를 중력 방향을 향한 자세로 지자기 검지장치(1)를 손으로 유지하여 지면 상에서 원을 그리는 것처럼 걸어 이동한 경우도, 위도 방향으로 긴 거리 이동하지 않으면, 공간에서의 지자기 벡터(Bg)의 방향과 크기가 거의 바뀌지 않기 때문에, 기준축 z를 중심으로 하여 회전시켰을 때와 마찬가지로, 좌표점 S(R, θ, φ)는 적도선(Hg) 상을 이동하거나, 또는 위도선(Ha) 상을 이동한다.

도 7은, 도 5에 나타내는 자기 검지부(2)를, 기준축 x, y, z와는 다른 축(Oa)을 중력 방향을 향한 자세일 때의 검지 상태를 나타내고 있다. 도 7에서는, 기준축 z와 중력 방향을 나타내고 있는 축(Oa)의 경사 각도가

z이다.

지구의 적도상에서, 축(Oa)을 중력 방향을 향하여, 지자기 검지장치(1)를 축(Oa)을 중심으로 하여 회전시키거나, 또는 축(Oa)을 중력 방향을 향한 채 지평면 상에서 원을 그리는 것처럼 이동하면, 지자기 벡터(Bg)의 삼차원 좌표 상의 좌표점 S(R, θ, φ)가, 구면 좌표(Bb)에 있어서, 상기 축(Oa)과 동일한 만큼 기울어진 적도선(Hgb) 상을 이동한다. 도 6에 나타내는 적도선(Hg)과 도 7에 나타내는 적도선(Hgb)의 경사 각도는

z이다.

다음으로, 도 6의 측정시에 좌표점 S(R, θ, φ)가 위도선(Ha) 상에 존재하고 있었던 것과 동일한 북반구의 장소에서, 지자기 검지장치(1)의 축(Oa)을 중력 방향을 향하여, 축(Oa) 중심으로 하여 회전시키거나, 또는 축(Oa)을 중력 방향을 향한 채 지평면 상에서 원을 그리는 것처럼 이동하면, 지자기 벡터(Bg)의 삼차원 좌표 상의 좌표점 S(R, θ, φ)는, 도 7에 나타내는 위도선(Hb) 상을 이동한다. 도 7에 나타내는 위도선(Hb)과 도 6에 나타내는 위도선(Ha)은, 북반구의 동일한 장소에서의 측정이면, 반경이 동일하고, 구면 좌표(Bb) 내에서의 위도선(Ha)과 위도선(Hb)의 경사 각도는

z이다.

도 1과 도 3에 나타내는 각속도 연산부(10b)의 데이터 선택 처리(15)에서는, 도 4에 나타내는 데이터 버퍼(11)에 저장된 복수의 지자기 벡터(Bg)의 구면 좌표(Bb) 상의 좌표점 S(R, θ, φ)를 나타내는 데이터로부터 계산에 필요한 데이터가 선택되고, 그 데이터가 회전 평면 계산 처리(12) 및 회전축 계산 처리(13)로 보내진다.

회전 평면 계산 처리(12)에서는, 데이터 버퍼(11)로부터 선택된 복수의 좌표점 S(R, θ, φ)의 데이터로부터 도 6에 나타내는 위도선(Ha)을 포함하는 회전 평면, 또는 도 7에 나타내는 위도선(Hb)을 포함하는 회전 평면이 구해진다. 마찬가지로, 지자기 검지장치(1)가 지구의 적도상에서 사용되고 있는 경우에는, 도 6에 나타내는 적도선(Hg)을 포함하는 회전 평면 또는 도 7에 나타내는 적도선(Hgb)을 포함하는 회전 평면이 구해진다. 또, 회전축 계산 처리(13)에서는, 자기 검지부(2)를 회전시켰을 때의 회전축[도 6의 기준축(z0) 또는 도 7의 축(Oa)]이 구해진다.

이하에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 북반구의 소정 위도의 위치에 있어서, 기준축 z로부터 각도

z만큼 기울어져 있는 축(Oa)을 중력을 향하여, 자기 검지부(2)를 반시계 방향(CCW)으로 회전시키거나 또는 원운동 시켰을 때의, 위도선(Hb)을 포함하는 회전 평면을 구하는 연산 처리, 및 회전축인 축(Oa)을 구하는 연산 처리를 설명한다.

축(Oa)을 중력을 향하여, 자기 검지부(2)를 반시계 방향(CCW)으로 회전시키거나 또는 원운동 시켰을 때, 구면 좌표(Bb) 상에 나타나는 지자기 벡터(Bg)의 극좌표 상의 좌표점 S(R, θ, φ)는, 위도선(Hb) 상을 이동한다. 도 8은, 클록 회로에 의거하여 간헐적으로 검출된 X, Y, Z의 검지 출력으로부터 연산된 좌표점 S(R, θ, φ)의 극좌표 데이터를, 순서대로 D1, D2, … Dn으로 나타내고 있다. 이 데이터 D1, D2, … Dn은, 도 4에 나타내는 데이터 버퍼(11)에 순서대로 저장되어 있고, 최신 데이터 Dn이 데이터 버퍼(11)의 최신 저장부(11n)에 저장되어 있다.

회전 평면을 구하기 위해서는, 데이터 선택 처리(15)에 의해, 최신 데이터 Dn을 기준으로 하여, 과거로 거슬러 올라가는 복수의 극좌표 데이터 D1, D2, … Dn-1 중에서, 상기 기준의 좌표점으로부터 미리 정해진 소정의 거리만큼 벌어진 좌표점을 나타내는 데이터 Dx가 선택되고, 또한, 데이터 Dx로부터 더 과거로 거슬러 올라가, 데이터 Dx가 나타내는 좌표점으로부터 미리 정해진 거리만큼 벌어진 좌표점을 나타내는 데이터 D1이 선택된다.

선택된 데이터 Dn, Dx, D1이 부여된 회전 평면 계산 처리(12)에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 데이터 D1의 좌표 위치와 데이터 Dx의 좌표 위치를 연결하는 직선 La를 산출함과 함께, 직선 La를 이분하고 또한 직선 La에 수직인 수직이등분선 Va를 구한다. 마찬가지로, 데이터 Dx의 좌표 위치와 데이터 Dn의 좌표 위치를 연결하는 직선 Lb를 산출함과 함께, 직선 Lb를 이분하고 또한 직선 Lb에 수직인 수직이등분선 Vb를 구한다.

다음으로, 상기 수직이등분선 Va와 수직이등분선 Vb의 교점을 산출한다. 여기서, 수직이등분선 Va와 수직이등분선 Vb의 교점은 무한히 존재하기 때문에, 상기 교점 중 수직이등분선 Va의 길이 Va1이 가장 짧고 또한 수직이등분선 Vb의 길이 Vb1이 가장 짧아지는 상기 교점을 구하면, 이 교점을 위도선(Hb)을 포함하는 회전 평면의 회전 중심(Oa1)으로서 특정할 수 있다.

또는, 데이터 D1에서 데이터 Dx까지의 벡터와, 데이터 Dx에서 데이터 Dn까지의 벡터의 외적(外積)으로부터 위도선(Hb)을 포함하는 평면을 특정할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 데이터 D1에서 데이터 Dx까지의 벡터에 대하여 수직인 벡터와, 데이터 Dx에서 데이터 Dn까지의 벡터에 대하여 수직인 벡터의 외적 등의 벡터 계산을 행함으로써, 데이터 D1, Dx, Dn으로부터 일의적으로 위도선(Hb)을 포함하는 회전 평면의 회전 중심(Oa1)을 특정할 수 있다.

회전축 계산 처리(13)에서는, 회전 평면 계산 처리(12)에서 구한 위도선(Hb)을 포함하는 회전 평면에 수직하고 또한 상기 회전 중심(Oa1)을 통과하는 선을 산출함으로써, 현시점에서의 회전축이 되어 있는 축(Oa)이 특정된다. 또한, 회전축 계산 처리(13)에서는, 회전 평면 계산 처리(12)의 계산 결과를 사용하지 않아도, 회전축이 되어 있는 축(Oa)을 특정할 수 있다. 즉, 도 8에 나타내는 직선 La를 이분하고 또한 직선 La에 수직인 수직이등분선 Va와, 직선 Lb를 이분하고 또한 직선 Lb에 수직인 수직이등분선 Vb의 교점은 무한하게 존재하고 있기 때문에, 이 교점을 어느 2개를 구하고, 이 2개의 교점을 연결함으로써 회전축이 되어 있는 축(Oa)을 특정하는 것이 가능하다.

다음으로, 도 3에 나타내는 각속도 계산 처리(14)에서는, 데이터 버퍼(11)에 저장된 최신 극좌표 데이터 Dn으로 나타내는 좌표점과, 그 전에 얻어진 데이터 Dn-1(또는 Dn-2나 Dn-3 등이어도 된다)로 나타나는 좌표점의, 회전 평면의 중심(Oa1)으로부터의 벌어진 각도(

)가 구해지고, 이 각도(

)를, 2개의 데이터 Dn과 Dn-1이 얻어진 시간(t)으로 미분함으로써, 각속도가 산출된다.

또한, 회전 평면을 구하지 않아도, 회전축 계산 처리(13)에 있어서 회전축이 되는 축(Oa)이 특정되어 있으면, 이 축(Oa) 상의 임의인 점을 중심으로 하여, 데이터 Dn으로 나타나는 좌표점과, 데이터 Dn-1(또는 Dn-2나 Dn-3 등이어도 된다)로 나타나는 좌표점의 벌어진 각도를 산출하고, 이것을 시간(t)으로 미분함으로써 각속도를 얻을 수 있다.

도 9는, 상기 각속도 계산 처리(14)에 있어서의 더 바람직한 각속도의 계산 방법을 나타내고 있다.

도 8에 나타내는 데이터 D1, D2, D3, …을 얻는 샘플링 시간은 예를 들면 50㎳나 30㎳ 이하의 매우 짧은 시간이다. 따라서, 상기한 바와 같이 최신 데이터 Dn이 나타내는 좌표점과, 그 바로 앞의 데이터 Dn-1이 나타내는 좌표점의 벌어진 각도, 또는 최신 데이터 Dn이 나타내는 좌표점과, 그 조금 전에 얻어진 데이터 Dn-2나 Dn-3이 나타내는 좌표점의 벌어진 각도로부터 각속도를 구하려고 하면, 지자기 검지장치(1)의 회전 또는 원운동의 각속도가 작은 경우에, 선택한 데이터의 복수의 좌표점의 위치가 검출 노이즈 내에 묻혀, 각속도를 정확하게 산출하는 것이 어려워진다.

도 9에서는, 최신 데이터 Dn이 얻어졌을 때의, 지자기 벡터(Bg)의 좌표점 S(R, θ, φ)를 I로 나타내고 있고, 그것보다 과거로 거슬러 올라가서 얻어진 데이터 Dn-1, Dn-2, Dn-3, …이 나타내는 좌표점을, H, G, F, E, D, …으로 나타내고 있다.

각속도 계산 처리(14)에서는, 각속도의 계산의 기초로 해야하는 2개의 좌표점의 거리 또는 벌어진 각도를 미리 문턱값(

0)으로서 정해 둔다. 이때의 문턱값(

0)은, 벌어져 있는 2개의 좌표점의 벌어진 각도를 검출 노이즈에 묻히게 하지 않고 식별할 수 있는 길이로 설정된다. 도 9에서는, 노이즈에 의한 검출점의 흔들림을, 모식적으로 D, E, F로 나타내고 있고, 문턱값(

0)은 상기 흔들림의 범위보다 충분히 길게 설정된다.

데이터 선택 처리(15)에서는, 최신 데이터 Dn이 나타내는 좌표점 I를 기준으로 하여, 과거로 거슬러 올라가 문턱값(

0)을 넘는 거리 또는 벌어진 각도가 되는 좌표점 C에 대응하는 데이터가 선택되어 각속도 계산 처리(14)에 부여된다. 각속도 계산 처리(14)에서는, 선택된 2개의 데이터가 나타내는 좌표점 I와 좌표점 C의 벌어진 각도를, 2개의 데이터가 얻어진 시간으로 미분함으로써 각속도를 산출한다.

지자기 검지장치(1)의 운동의 각속도가 큰 경우에는, 최신 데이터 Dn을 기준으로 하여 과거로 거슬러 올라가 선택되는 데이터가 비교적 가까운 것이 된다. 반대로, 운동의 각속도가 작은 경우에는, 최신 데이터 Dn과, 문턱값(

0)을 넘은 것으로서 선택된 과거의 데이터가 먼 것이 된다. 이 경우에 가장 벌어져 있는 데이터는, 도 4에 나타내는 데이터 버퍼(11)에 저장되어 있는 데이터 중 저장부(11n)에 저장되어 있는 데이터와 저장부(11a)에 저장되어 있는 데이터로서, 데이터 버퍼(11)의 버퍼수의 최대값이다.

상기 처리를 행함으로써, 저속으로 운동하고 있을 때의 각속도의 산출이 가능하게 된다.

또한, 각속도 계산 처리(14)에 있어서 연산된 각속도 데이터는, X성분과 Y성분 및 Z성분의 3개의 데이터로서 출력되어, 지자기 검지장치(1)를 탑재한 휴대용 기기 등의 주(主)제어부에 부여된다.

도 7에 있어서, 기준축 z0, x0, y0의 직교 관계를 유지한 채, 기준축 z0을 회전축이 되는 축(Oa)에 일치시키도록 기울였을 때의, 기준축 z0의 경사 각도를

z, 기준축 x0의 경사 각도를

x, 기준축 z0의 경사 각도를

y라고 하고, 기울어진 직교축에 있어서의 각속도의 분력을 (d

x/dt), (d

y/dt), (d

z/dt)라고 하면, 가속도 데이터의 X성분 Gx와 Y성분 Gy 및 Z성분 Gz는 이하와 같다.

Gx=(d

x/dt)?cos(

x)

Gy=(d

y/dt)?cos(

y)

Gz=(d

z/dt)?cos(

z)

예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 기준축 z가 중력 방향으로 향하여진 자세로 지자기 검지장치(1)를 회전시켰을 때의 가속도의 연산 결과는,

x,

y,

z가 모두 0도이고, cos(

x), cos(

y), cos(

z)가 모두 1이다. 이때 Z방향의 각속도 성분(d

z/dt)은 0이기 때문에, 각속도는, X성분의 Gx=(d

x/dt)와, Y성분의 Gy=(d

y/dt)만으로 나타난다.

또한, 도 1에 나타내는 방위 연산부(10a)에서는, 각속도 연산부(10b)에서의 연산 결과를 공통 데이터로서 사용할 수 있다.

먼저, 지자기 검지장치(1)의 전원을 투입하여 동작을 개시하였을 때에, 지자기 검지장치(1)를 일정한 방향으로 조금 회전시키면, 각속도 연산부(10b)의 회전축 계산 처리(13)에서 회전축이 되는 축(Oa)을 산출할 수 있다. 또한, 지자기 검지장치(1)의 경사 각도를 바꾸어 회전시키면, 회전축 계산 처리(13)에서, 다른 회전축이 되는 축(Oa)을 산출할 수 있다. 2개의 축(Oa)을 산출하고, 그 교점을 구하면, 도 6과 도 7에 나타내는 원점(Og)을 구할 수 있고, 이 원점(Og)과 지자기 벡터(Bg)의 절대값(R)으로부터, 도 6과 도 7에 나타내는 구면 좌표(Bb)를 특정하는 이른바 캘리브레이션을 행할 수 있다.

또, 도 3에 나타내는 각속도 연산부(10b)의 회전 평면 계산 처리(12)에서는, 지자기 검지장치(1)에 전원을 투입하여, 어떠한 자세로 조금만 회전시키면, 도 7에 나타내는 위도선(Hb)을 포함하는 회전 평면을 특정할 수 있다. 따라서, 지자기 검지장치(1)를 그대로의 자세로 회전을 정지시키면, 그때의 좌표점 S(R, θ, φ)의 극좌표 데이터로부터, 지자기 벡터의 방향, 즉, 지구상에서의 방위를 알 수 있다.

즉, 종래는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 중력의 방향에 대하여 기준축 z를 기울이면, 따로 설치한 가속도 센서 등을 사용하여, 도 5에 나타내는 자기 검지부(2)의 경사 자세를 검지하고, 이 경사 자세의 검지 출력으로 보정하여, 기준축 z를 중력 방향으로 향하게 한 것과 동일한 검출값으로 환산할 필요가 있었다. 그러나, 상기 회전 평면 계산 처리(12)를 사용하면, 지자기 검지장치(1)를 어떠한 자세로 사용해도, 조금만 회전시키면, 회전 평면을 특정할 수 있기 때문에, 그 후에는 지자기 벡터의 방향, 즉, 방위를 정확하게 알 수 있어, 가속도 센서 등을 따로 설치하여 보정하는 것이 불필요하게 된다.

또, 도 10a에 나타내는 각가속도 연산부(10c)에서는, 각속도 계산 처리(14)에 있어서 계산한 각속도를 시간(t)으로 더 미분함으로써 각가속도가 산출되고, 이 각가속도의 계산 결과를, X성분과 Y성분 및 Z성분으로서 출력할 수 있다.

본 발명의 지자기 검지장치는, 휴대전화기 등의 휴대용 기기에 탑재하여, 지구상의 방위을 아는 방위계로서 사용할 수 있다. 또, 삼차원의 각속도를 산출할 수 있고, 또한 삼차원의 각속도를 검지할 수 있기 때문에, 휴대기기를 사용하여 게임장치, 게임장치의 입력장치에 사용할 수 있고, 또, 로봇의 팔이나 관절 등의 자세의 변화를 검지하는 검지부로서 사용할 수 있다.

1 : 지자기 검지장치 2 : 자기 검지부
3 : X축 센서 4 : Y축 센서
5 : Z축 센서 6 : 자장 데이터 검지부
7 : 메모리 10 : 연산부
10a : 방위 연산부 10b : 각속도 연산부
10c : 각가속도 연산부 11 : 데이터 버퍼
12 : 회전 평면 계산 처리 13 : 회전축 계산 처리
14 : 각속도 계산 처리 15 : 데이터 선택 처리
Bb : 구면 좌표 Bg : 지자기 벡터
Hg, Hgb : 적도선 Ha, Hb : 위도선

Claims (9)

1. 서로 직교하는 기준 X방향과 기준 Y방향 및 기준 Z방향이 정해진 자기 검지부와, 연산부를 가지고,
   상기 자기 검지부에, 기준 X방향이 지자기의 방향으로 향하여졌을 때에 검지 출력의 절대값이 최대가 되는 X축 센서와, 기준 Y방향이 지자기의 방향으로 향하여졌을 때에 검지 출력의 절대값이 최대가 되는 Y축 센서, 및 기준 Z방향이 지자기의 방향으로 향하여졌을 때에 검지 출력의 절대값이 최대가 되는 Z축 센서가 탑재되고, 상기 자기 검지부는, X축 센서와 상기 Y축 센서 및 상기 Z축 센서의 직교 관계를 유지하면서 삼차원 방향으로 자유롭게 회전운동하고,
   상기 연산부는, 클록 신호에 의거하여, 상기 X축 센서와 상기 Y축 센서 및 상기 Z축 센서의 검지 출력을 간헐적으로 추출하고, 각각의 검지 출력에 의거하여, X-Y-Z의 삼차원 좌표 상에서 지자기 벡터의 좌표 위치를 연산하며, 순서대로 연산되는 복수의 상기 좌표 위치의 데이터를 순서대로 버퍼 메모리에 저장하고, 상기 자기 검지부가 회전하였을 때에, 상기 버퍼 메모리에 저장된 적어도 3지점의 상기 지자기 벡터의 좌표 위치의 데이터를 사용하여, 상기 자기 검지부의 회전축을 연산함과 함께,
   상기 버퍼 메모리에 저장된 복수의 좌표 위치의 데이터로부터, 지자기 벡터의 벌어진 각도가 미리 정해진 문턱값보다 커지는 2개의 좌표 위치의 데이터를 2개 선택하고, 선택한 2개의 좌표 위치의 벌어진 각도를, 선택한 2개의 좌표 위치의 데이터의 시간으로 미분하여, 상기 자기 검지부의 각속도를 구하는 것을 특징으로 하는 지자기 검지장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   산출된 각속도를 상기 시간으로 미분하여 각가속도를 구하는 지자기 검지장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 연산부는, 상기 버퍼 메모리에 저장된 복수의 좌표 위치의 데이터로부터, 검지 출력의 추출 시간보다 긴 일정한 시간을 두고 얻어진 적어도 3지점의 좌표 위치의 데이터를 선택하여, 상기 회전축을 산출하는 지자기 검지장치.
5. 삭제
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   좌표 위치의 최신 데이터로부터 과거로 거슬러 올라가, 상기 최신 데이터로부터의 벌어진 각도가 상기 문턱값을 넘는 위치에 있는 과거의 데이터를 선택하고, 최신 데이터와 선택한 과거의 데이터로부터 각속도를 구하는 지자기 검지장치.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 연산부에서는, 상기 X축 센서와 상기 Y축 센서 및 상기 Z축 센서의 각각의 검지 출력의 절대값이 최대가 된 값을 지자기 벡터의 절대값(R)으로 하고, 기본 Z방향과 지자기 벡터가 이루는 각도를 복각(θ), X-Y 평면에 투영한 지자기 벡터와 기본 X방향이 이루는 각도를 방위각(φ)으로 하며, 상기 지자기 벡터의 좌표 위치를, 상기 절대값(R)과 복각(θ) 및 방위각(φ)으로 나타나는 삼차원의 극좌표 상의 검지점으로서 특정하고,
   2개의 검지점을 연결하는 선의 수직이등분선과, 다른 2개의 검지점을 연결하는 선의 수직이등분선의 교점으로부터 상기 회전축을 구하는 지자기 검지장치.
8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 연산부에서는, 상기 X축 센서와 상기 Y축 센서 및 상기 Z축 센서의 각각의 검지 출력의 절대값이 최대가 된 값을 지자기 벡터의 절대값(R)으로 하고, 기본 Z방향과 지자기 벡터가 이루는 각도를 복각(θ), X-Y 평면에 투영한 지자기 벡터와 기본 X방향이 이루는 각도를 방위각(φ)으로 하며, 상기 지자기 벡터의 좌표 위치를, 상기 절대값(R)과 복각(θ) 및 방위각(φ)으로 나타나는 삼차원의 극좌표 상의 검지점으로서 특정하고,
   2개의 검지점을 연결하는 선의 수직이등분선과, 다른 2개의 검지점을 연결하는 선의 수직이등분선의 교점 중 2개의 상기 수직이등분선이 최단이 되는 상기 교점을 상기 회전 평면의 중심인 회전축으로서 특정하는 지자기 검지장치.
9. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   연산부는, 장치가 시동하였을 때에, 상기 회전축을 2개 이상 연산하고, 2개 이상의 회전축의 교점을, 삼차원의 기준 X방향과 기준 Y축 방향 및 기준 Z축 방향의 원점으로서 인식하는 지자기 검지장치.
   

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