KR20050009730A - 방위각 계측 장치 및 방위각 계측 방법 - Google Patents

방위각 계측 장치 및 방위각 계측 방법 Download PDF

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KR20050009730A
KR20050009730A KR10-2004-7019652A KR20047019652A KR20050009730A KR 20050009730 A KR20050009730 A KR 20050009730A KR 20047019652 A KR20047019652 A KR 20047019652A KR 20050009730 A KR20050009730 A KR 20050009730A
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KR10-2004-7019652A
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히끼다고이찌
야마시따마사야
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아사히 가세이 일렉트로닉스 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 이용자에게 부담을 주는 일 없이 자기 센서의 캘리브레이션을 행하는 것이 가능한 방위각 계측 장치를 제공하는 것이다. 오프셋 정보 산출부(8)는 감도 보정 후의 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 각각 x, y, z성분으로 하는 점을 xyz 좌표 상에 배치하였을 때에 각 점의 근방에 구면이 위치하는 구의 중심 좌표를 구하고, 이 구의 중심 좌표의 x성분을 x축 홀 소자(HEx)의 현재의 오프셋(Cx), 이 원의 중심 좌표의 y성분을 y축 홀 소자(HEy)의 현재의 오프셋(Cy), 이 원의 중심 좌표의 z성분을 z축 홀 소자(HEz)의 현재의 오프셋(Cz)으로서 산출한다. 이용자에게 부담을 주는 일 없이 자기 센서의 캘리브레이션을 행할 수 있다.

Description

방위각 계측 장치 및 방위각 계측 방법 {AZIMUTH MEASURING DEVICE AND AZIMUTH MEASURING METHOD}
자기 센서를 2방향 또는 3방향에 배치하여 각각의 방향에 대해 자기 센서로 지자기를 측정하여 방위를 계측하는 방위각 계측 장치가 알려져 있다.
이와 같은 방위각 계측 장치는 자기 센서의 주변에 스피커 등의 착자(着磁)된 부품이 배치된 경우, 착자된 부품으로부터 누설되는 자장에 의해 자기 센서의 출력에 오프셋이 발생한다.
따라서, 상술한 방위각 계측 장치에서는 자기 센서의 오프셋에 의해 방위각의 계산에 오차가 생기는 것을 방지하기 위해, 자기 센서의 오프셋을 보정하는 것을 목적으로 한 방위각 계측 장치의 캘리브레이션을 행하는 것이 필요하다.
이로 인해, 종래의 방위각 계측 장치에서는, 일예로서 방위각 계측 장치를 특정한 축 주위에 일정한 각속도로 회전시킴으로써 방위각 계측 장치의 캘리브레이션을 행하고 있었다.
도12는 방위각 계측 장치를 z축 주위에 일정한 각속도로 회전시켰을 때의 자기 센서의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
도12에 있어서, 휴대 기기(301)를 z축 주위에 일정한 각속도(ω)로 회전시킨 경우, 휴대 기기(301)에 탑재된 x축 홀 소자(HEx)의 출력(Srx)은 이하의 식 (1)에서 부여된다.
Srx ＝ aXMXYcos(ωt ＋ θ0) ＋ X0(1)
단, aX는 x축 홀 소자(HEx)의 감도, X0은 x축 홀 소자(HEx)의 오프셋이다.
또한,
MXY＝(MX 2＋ MY 2)
θ0＝ tan-1(MY/MX)
이다. 단, MX는 지자기(M)의 x방향 성분, MY는 지자기(M)의 y방향 성분이다.
따라서, X축 홀 소자(HEx)의 출력(Srx)의 최대치(Xmax) 및 최소치(Xmin)는 이하의 식 (2), (3)으로 나타낼 수 있다.
Xmax＝ aXMXY＋ X0(2)
Xmin＝ -aXMXY＋ X0(3)
이 결과, 식 (2), (3)으로부터 x축 홀 소자(HEx)의 오프셋(X0)은 이하의 식 (4)에서 구할 수 있다.
X0＝ (Xmax＋ Xmin)/2 (4)
도13은 종래의 방위각 계측 방법을 나타내는 흐름도이다.
도13에 있어서 휴대 기기(301)의 캘리브레이션 개시 버튼을 누른다(스텝 S21).
그리고, x축 홀 소자(HEx)가 탑재된 휴대 기기(301)를 수평으로 유지한 상태에서 천천히 등속도로 휴대 기기(301)를 1회전시킨다(스텝 S22).
그리고, 휴대 기기(301)를 1회전시키면, 휴대 기기(301)의 캘리브레이션 종료 버튼을 누른다(스텝 S23).
여기서, 휴대 기기(301)를 1회전시키는 동안에 x축 홀 소자(HEx)의 출력(Srx)의 최대치(Xmax) 및 최소치(Xmin)를 구하고, 이들 값을 가산하여 2로 나눈 값을 x축의 오프셋(X0)으로 함으로써 x축의 캘리브레이션을 행할 수 있다.
그러나, 종래의 방위각 계측 방법에서는 x축 홀 소자(HEx)의 출력(Srx)의 최대치(Xmax) 및 최소치(Xmin)를 구하기 위해, 휴대 기기(301)를 특정한 평면 상에서 1주 이상 회전시킬 필요가 있었다.
이 결과, 휴대 기기(301)의 회전 속도가 지나치게 빠르면 최대치(Xmax) 및 최소치(Xmin)를 못보고 지나치게 되고, 반대로 회전 속도가 지나치게 느리면 판독 데이터수가 방대해지고, 메모리가 오버플로우하는 등, 일정한 속도 범위로부터 떨어진 경우에 캘리브레이션 정밀도가 열화되게 되는 문제가 있었다.
이로 인해, 이용자는 캘리브레이션이 성공할 때까지 시행 착오를 반복하여 몇 번이나 휴대 기기(301)를 회전시키도록 요구되었다.
그래서, 본 발명의 목적은 이용자에게 부담을 주는 일 없이 자기 센서의 캘리브레이션을 행하는 것이 가능한 방위각 계측 장치 및 방위각 계측 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 방위각 계측 장치 및 방위각 계측 방법에 관한 것으로, 특히 자기 센서의 오프셋의 보정에 적합하다.
도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 휴대 기기의 개관 구성을 투시하여 도시하는 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시 형태에 관한 방위각 계측 장치의 개략 구성을 도시하는 블럭도이다.
도3은 본 발명의 실시 형태에 관한 오프셋치의 방위각 계측 방법의 개념을 설명하는 도면이다.
도4는 본 발명의 실시 형태에 관한 오프셋치의 방위각 계측 방법을 나타내는 흐름도이다.
도5는 2축의 실시 형태에 관한 휴대 기기의 개관 구성을 투시하여 도시하는 사시도이다.
도6은 2축의 실시 형태에 관한 방위각 계측 장치의 개략 구성을 도시하는 블럭도이다.
도7은 2축의 실시 형태에 관한 오프셋치의 방위각 계측 방법의 개념을 설명하는 도면이다.
도8은 2축의 실시 형태에 관한 오프셋치의 방위각 계측 방법을 나타내는 흐름도이다.
도9는 휴대 기기의 방향이 적절하게 변화되고 있는 동안에 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터의 시간축 상의 변화를 나타내는 그래프이다.
도10은 휴대 기기의 방향이 거의 변화되지 않은 경우에 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터의 시간축 상의 변화를 나타내는 그래프이다.
도11은 Sx, Sy, Sz 데이터 취득 중에 휴대 기기의 방향이 짧은 시간의 동안만큼 변화된 경우에 있어서의 Sx, Sy, Sz 데이터의 시간축 상의 변화를 나타내는 그래프이다.
도12는 방위각 계측 장치를 z축 주위에 일정한 각속도로 회전시켰을 때의 자기 센서의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
도13은 종래의 방위각 계측 장치의 방위각 계측 방법을 나타내는 흐름도이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치는 지자기를 검출하는 2축 또는 3축의 지자기 검출 수단과, 상기 2축의 검출 방향이 소정의 평면 상에 있도록 유지하면서 상기 지자기 검출 수단의 방향이 변화되었을 때의 2축의 출력 데이터, 또는 상기 지자기 검출 수단의 방향이 3차원 공간에 있어서 변화되었을 때의 3축의 출력 데이터를 소정 횟수 이상 반복해서 취득하는 출력 데이터 취득 수단과, 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표 상, 또는 상기 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에 기준점을 정하고, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 얻게 된 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소가 되도록 기준점의 좌표를 통계적 방법에 의해 추정하는 기준점 추정 수단과, 상기 기준점의 좌표를 기초로 하여 상기 지자기 검출 수단의 출력 데이터에 대한 오프셋 정보를 산출하는 오프셋 정보 산출 수단을 구비한다.
이에 의해, 계측 장치의 방향을 소정면 내에서 임의로 변화시키거나, 3차원적으로 임의로 변화시키는 것만으로 검출 수단의 각 축 출력에 대한 오프셋 정보를산출할 수 있다.
여기서, 오프셋 정보를 산출하기 위해서는 계측 장치의 방향이 변화되기만 하면 되고, 방향이 변화되는 범위는 한정되어 있어도 좋다. 예를 들어, 2축의 지자기 검출 수단을 구비하는 경우에는 180도 미만이나 90도 미만의 범위라도 좋고, 3축의 지자기 검출 수단을 구비하는 경우에는 입체각이 2π 미만이나 π미만의 범위라도 좋다. 계측 장치의 방향이 변화될 때에 위치가 변화되어도 좋다.
이로 인해, 계측 장치를 지정 방향을 향하게 하거나, 일정 속도로 회전시키거나 하는 일 없이, 오프셋의 캘리브레이션을 행하게 하는 것이 가능해져 이용자에 대한 오프셋의 캘리브레이션 작업의 부담을 경감시킬 수 있다.
또한, 온도 변화 등에 의해, 가령 오프셋치가 크게 변화되어도 이용자는 다시 의식하여 오프셋의 캘리브레이션을 행할 필요가 없고, 통상과 같이 방위각 계측을 행하는 동안에 자동적으로 오프셋의 캘리브레이션이 행해지므로, 이용자의 부담을 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제2항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 기준점 추정 수단은 상기 기준점의 좌표를 미지수로 하는 연립 1차 방정식의 계수 및 상수항을 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 계산하는 계수 및 상수항 계산 수단과, 상기 계수 및 상수항을 포함하는 상기 연립 1차 방정식의 해를 계산함으로써 상기 기준점의 좌표를 추정하는 연립 1차 방정식 해석 수단을 구비한다.
이에 의해, 출력 데이터 취득수를 많게 하여 계산 시간의 증대를 억제하면서통계적 방법에 의해 정밀도 좋게 기준점의 추정을 행할 수 있고, 오프셋의 캘리브레이션 정밀도를 높게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제3항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 지자기 검출 수단은 3축의 지자기 검출 수단이고, 상기 기준점 추정 수단은 상기 3축의 출력 데이터군 중 출력 데이터의 변화의 정도가 최소인 축의 출력 데이터군에 대해 상기 변화의 정도가 소정치 이하일 때에는 상기 3축의 출력 데이터군으로부터 상기 변화의 정도가 최소인 축의 출력 데이터군을 제외한 2축의 출력 데이터군에 대해 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표 상에 기준점을 정하고, 상기 2축의 출력 데이터군으로부터 상기 기준점의 좌표를 추정한다.
본 발명에 관한 방위각 계측 장치는 3축의 출력 데이터를 이용하여 방위각 계측 장치를 이동 및 회전 등을 시킴으로써 지자기 검출 수단의 방향이 3차원 공간에 있어서 변화되었을 때의 3축의 출력 데이터를 소정 횟수 이상 반복해서 취득하는 경우, 지자기 검출 수단의 3축 중 어느 하나의 축(이하, 이 단락에 있어서 특정축이라 함)에 수직인 면 상에서만 방위각 계측 장치를 이동 및 회전 등을 시키면, 특정축의 출력 데이터가 거의 변화되지 않는다. 그로 인해, 특정축의 출력 데이터군을 포함하는 3축의 출력 데이터군으로부터 기준점의 좌표를 추정해도 기준점의 좌표를 정확하게 얻을 수 없는 경우가 있다. 이 경우, 특정축의 출력 데이터군을 제외하는 2축의 출력 데이터군으로부터 기준점의 좌표를 추정한 쪽이 정확한 값을 얻을 수 있다.
이에 의해, 지자기 검출 수단의 3축 중 어느 하나의 축에 수직인 면 상에서만 방위각 계측 장치를 이동 및 회전 등을 시킨 경우라도 기준점의 좌표를 비교적 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제4항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 기준점 추정 수단은 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 각 축의 출력 데이터군에 있어서의 출력 데이터의 최대치와 최소치의 차분을 산출하는 제1 차분 산출 수단과, 상기 제1 차분 산출 수단에 의해 산출된 차분이 소정치 이상인지 여부를 판단하는 제1 차분 판단 수단을 구비하고, 상기 제1 차분 산출 수단에 의해 산출된 차분이 소정치 이상인 경우, 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터군을 상기 기준점 추정의 대상으로 한다.
이에 의해, 휴대 기기의 방향이 정지하고 있거나, 약간 변화된 경우에 기준점의 좌표가 큰 오차를 포함하여 산출되는 것을 방지할 수 있어 기준점의 좌표의 산출 정밀도를 향상시키고, 오프셋의 캘리브레이션 정밀도를 높게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제5항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 오프셋 정보 산출 수단은 상기 기준점 추정 수단에 의해 산출된 바로 부근의 소정 수의 기준점에 있어서의 변동을 산출하는 변동 산출 수단을 포함하고, 상기 변동 산출 수단의 산출 결과를 기초로 하여 상기 기준점 추정 수단에 의해 산출된 기준점을 파기한다.
이에 의해, 지자기의 검출 출력에 소음 등으로 큰 오차가 포함되어 있는 경우나, 특히 2축의 지자기 검출 수단의 방향이 소정의 평면으로부터 떨어져 변화된경우에 잘못된 오프셋치를 산출하여 부적절한 오프셋 보정이 행해져 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제6항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제5항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 변동 산출 수단은 상기 기준점 추정 수단에 의해 산출된 바로 부근의 2개의 기준점의 차분을 산출한다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제7항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 기준점 추정 수단에 의해 산출된 바로 부근의 소정 수의 기준점에 있어서의 변동을 산출하는 제2 변동 산출 수단과, 상기 제2 변동 산출 수단에서의 산출 결과를 기초로 하여 상기 오프셋 정보의 양호성에 관한 양호성 정보를 작성하는 양호성 정보 작성 수단을 더욱 구비한다.
이와 같은 구성이면 제2 변동 산출 수단에 의해 산출된 바로 부근의 소정 수의 기준점에 있어서의 변동이 산출되고, 양호성 정보 작성 수단에 의해 그 변동의 산출 결과를 기초로 하여 양호성 정보가 작성된다.
이에 의해, 사용자는 양호성 정보를 참조하면 오프셋 정보의 양호성을 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제8항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제7항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 양호성 정보 작성 수단은 상기 오프셋 정보의 양호도를 복수로 구분해 두고, 상기 제2 변동 산출 수단으로 산출한 변동의 정도에 따라서 상기 구분 중 어느 하나로 분류하고, 그 구분에 대응한양호도를 표시한다.
이와 같은 구성이면, 양호성 정보 작성 수단에 의해 산출된 변동의 정도에 따라서 구분 중 어느 하나로 분류되고, 그 구분에 대응한 양호도를 나타내는 양호성 정보가 작성된다.
이에 의해, 구분마다 대응한 양호도(예를 들어 우, 양, 가와 같은 양호도)를 얻을 수 있으므로, 오프셋 정보의 양호성이 더욱 파악하기 쉬워진다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제9항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 오프셋 정보 산출 수단은 상기 출력 데이터군으로부터 상기 기준점까지의 거리를 산출하는 거리 산출 수단과, 상기 거리 산출 수단에 의해 산출된 거리가 소정 범위 외인지 여부를 판단하는 거리 판단 수단을 구비하고, 상기 거리 산출 수단에 의해 산출된 거리가 소정 범위 외인 경우, 그 출력 데이터군을 파기한다.
이와 같은 구성이면, 거리 산출 수단에 의해 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리가 산출되고, 거리 판단 수단에 의해 산출된 거리가 소정 범위 외인지 여부가 판단된다. 그리고, 산출된 거리가 소정 범위 외인 경우에는 그 출력 데이터가 파기된다.
이에 의해, 정적인 외부 환경 자장이 존재하고 있는 경우나, 지자기가 실드되어 있는 경우에, 지자기가 정확하게 검출되어 있어 있지 않음에도 불구하고 방위각 계측이 행해져 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제10항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 출력 데이터군으로부터 상기 기준점까지의 거리를 산출하는 제2 거리 산출 수단과, 상기 제2 거리 산출 수단에 의해 산출된 거리를 기초로 하여 방위각 계측 결과의 신뢰성에 관한 신뢰성 정보를 작성하는 신뢰성 정보 작성 수단을 더욱 구비한다.
이와 같은 구성이면, 제2 거리 산출 수단에 의해 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리가 산출되고, 신뢰성 정보 작성 수단에 의해 산출된 거리에 따른 신뢰도 정도를 나타내는 신뢰성 정보가 작성된다.
이에 의해, 사용자는 신뢰성 정보를 참조하면 방위각 계측 결과의 신뢰성을 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제11항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제10항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 신뢰성 정보 작성 수단은 상기 방위각 계측 결과의 신뢰도를 복수로 구분해 두고, 상기 제2 거리 산출 수단에 의해 산출된 거리를 복수의 임계치와 비교하여 상기 구분 중 어느 하나로 분류하고, 그 구분에 대응한 신뢰도를 표시한다.
이와 같은 구성이면 신뢰성 정보 작성 수단에 의해 산출된 거리가 복수의 임계치와 비교되어 구분 중 어느 하나로 분류되고, 그 구분에 대응한 신뢰도를 표시하는 신뢰성 정보가 작성된다.
이에 의해, 구분마다 대응한 신뢰도(예를 들어, 우, 양, 가와 같은 신뢰도)를 얻을 수 있으므로, 방위각 계측 결과의 신뢰성이 더욱 파악하기 쉬워진다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제12항에 기재된 방위각 계측 장치는 청구범위 제1항에 기재된 방위각 계측 장치에 있어서, 상기 데이터 출력 취득 수단은 상기 지자기 검출 수단으로부터 출력된 출력 데이터와, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 바로 부근에 취득된 소정 수의 출력 데이터 또는 상기 지자기 검출 수단으로부터 직전에 출력된 출력 데이터와의 차분을 산출하는 제3 차분 산출 수단과, 상기 제3 차분 산출 수단에 의해 산출된 차분이 소정치보다 작은지 여부를 판단하는 제3 차분 판단 수단을 구비하고, 상기 제3 차분 산출 수단에 의해 산출된 차분이 소정치보다 작은 경우, 상기 출력 데이터 취득 수단은 상기 지자기 검출 수단으로부터 출력된 출력 데이터를 취득하지 않고 파기한다.
이에 의해, 캘리브레이션을 행하고 있는 동안에 휴대 기기의 방향이 거의 변화되지 않는 상태가 계속되어도 잘못된 오프셋치를 산출하여 부적당한 오프셋 보정이 행해져 버리는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 청구범위 제13항에 기재된 방위각 계측 방법은 지자기 계측에 있어서의 2축의 검출 방향을 소정의 평면 상에 있도록 유지하면서 변화시키거나, 또는 3축의 검출 방향을 3차원 공간에 있어서 변화시키는 스텝과, 상기 검출 방향이 변화되었을 때의 지자기 계측의 2축 또는 3축의 출력 데이터를 취득하는 스텝과, 상기 출력 데이터의 취득이 소정 횟수 이상인지 판정하는 스텝과, 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표 상, 또는 상기 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에 기준점을 정하고, 상기 소정 횟수 이상 취득된 2축 또는 3축의 출력 데이터로 이루어지는 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소가 되도록 통계적 방법에 의해 기준점의 좌표를 추정하는 스텝과, 상기 추정된 기준점의 좌표를 기초로 하여 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터에 대한 오프셋치를 산출하는 스텝을 포함한다.
이에 의해, 휴대 기기의 방향을 소정면 내에서 임의로 변화시키거나, 3차원적으로 임의로 변화시키는 것만으로 지자기의 계측 결과에 대한 오프셋치를 산출할 수 있어 오프셋의 캘리브레이션을 행하게 하는 것이 가능해진다.
이로 인해, 오프셋의 캘리브레이션에 대해 이용자가 전혀 의식하는 일 없이, 오프셋의 캘리브레이션을 실현하는 것이 가능해져 오프셋의 캘리브레이션을 행할 때의 이용자의 부담을 경감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제14항에 기재된 방위각 계측 방법은 청구범위 제13항에 기재된 방위각 계측 방법에 있어서, 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝은 상기 기준점의 좌표를 미지수로 하는 연립 1차 방정식의 계수 및 상수항을 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 계산하는 스텝과, 상기 계수 및 상수항을 포함하는 상기 연립 1차 방정식의 해를 계산하여 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝을 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제15항에 기재된 방위각 계측 방법은 청구범위 제13항에 기재된 방위각 계측 방법에 있어서, 상기 검출 방향을 변화시키는 스텝은 3축의 검출 방향을 3차원 공간에 있어서 변화시키는 것이고, 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝은 상기 3축의 출력 데이터군의 각 축의 출력 데이터군에 대해 출력 데이터의 변화의 정도를 계산하여 상기 변화의 정도가 최소가 되는 축과 상기 변화의 정도의 최소치를 얻는 스텝과, 상기 변화의 정도의 최소치가 소정치이하인지 여부를 판정하는 스텝과, 상기 변화의 정도의 최소치가 소정치 이하인 경우, 상기 3축의 출력 데이터군으로부터 상기 변화의 정도가 최소가 되는 축의 출력 데이터군을 제외한 2축의 출력 데이터군에 대해 상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표 상에 기준점을 정하고, 상기 2축의 출력 데이터군으로부터 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝을 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제16항에 기재된 방위각 계측 방법은 청구범위 제13항에 기재된 방위각 계측 방법에 있어서, 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝은 상기 출력 데이터군의 각 축의 출력 데이터군에 대해 출력 데이터의 최대치와 최소치의 차분을 산출하는 스텝과, 상기 최대치와 최소치의 차분이 소정치 이상인지 여부를 판단하는 스텝과, 상기 최대치와 최소치의 차분이 소정치 이상인 경우, 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝을 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제17항에 기재된 방위각 계측 방법은 청구범위 제13항에 기재된 방위각 계측 방법에 있어서, 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터에 대한 오프셋치를 산출하는 스텝은 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝에 의해 산출된 바로 부근의 소정 수의 기준점에 있어서의 변동을 산출하는 스텝과, 상기 변동의 산출 결과를 기초로 하여 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝에 의해 산출된 기준점을 파기하는 스텝을 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제18항에 기재된 방위각 계측 방법은 청구범위 제13항에 기재된 방위각 계측 방법에 있어서, 상기 추정된 바로 부근의 소정 수의 기준점의 좌표에 있어서의 변동을 산출하는 스텝과, 상기 변동의 산출 결과를기초로 하여 상기 오프셋치를 산출하는 스텝에 있어서 산출된 오프셋치의 양호성에 관한 양호성 정보를 작성하는 스텝을 더욱 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제19항에 기재된 방위각 계측 방법은 청구범위 제13항에 기재된 방위각 계측 방법에 있어서, 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터에 대한 오프셋치를 산출하는 스텝은 상기 출력 데이터군으로부터 상기 기준점까지의 거리를 산출하는 스텝과, 상기 출력 데이터군으로부터 상기 기준점까지의 거리가 소정 범위 외인지 여부를 판단하는 스텝과, 상기 출력 데이터군으로부터 상기 기준점까지의 거리가 소정 범위 외인 경우, 그 출력 데이터군을 파기하는 스텝을 포함한다.
또한, 본 발명에 관한 청구범위 제20항에 기재된 방위각 계측 방법은 청구범위 제13항에 기재된 방위각 계측 방법에 있어서, 상기 출력 데이터군으로부터 상기 기준점까지의 거리를 산출하는 스텝과, 상기 거리의 산출 결과를 기초로 하여 방위각 계측 결과의 신뢰성에 관한 신뢰성 정보를 작성하는 스텝을 더욱 포함한다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 방위각 계측 장치 및 방위각 계측 방법에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도1은 본 발명의 실시 형태에 관한 휴대 기기의 개관 구성을 투시하여 도시하는 사시도이다.
도1에 있어서, 휴대 기기(201)에는 표시부(202) 및 안테나(203)가 설치되는 동시에 지자기를 3축에 대해 각각 계측하여 방위각을 구하기 위한 방위각 계측 장치가 내장되어 있다.
여기서, 방위각 계측 장치에는 지자기(M)의 x방향 성분(Mx)을 계측하는 x축 홀 소자(HEx), 지자기(M)의 y방향 성분(My)을 계측하는 y축 홀 소자(HEy) 및 지자기(M)의 z방향 성분(Mz)을 계측하는 z축 홀 소자(HEz)가 설치되고, x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)는 각 감자면(感磁面)이 각 축에 대해 수직이 되도록 배치되어 있다.
도2는 본 발명의 실시 형태에 관한 방위각 계측 장치의 개략 구성을 도시하는 블럭도이다.
도2에 있어서, 방위각 계측 장치에는 3축 자기 센서(11), 자기 센서 구동 전원부(12), 쵸퍼부(13), 차동 입력 앰프(14), A/D 변환부(15), 보정 계산부(16), 방위각 계산부(17), 오프셋 정보 산출부(18), 오프셋 정보 기억부(19a) 및 감도 보정 정보 기억부(19b)가 설치되고, 3축 자기 센서(11)에는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)가 설치되어 있다.
또한, x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)는 지자기를 검출하기 위한 것으로, 예를 들어 InSb나 InAs, GaAs 등의 화합물 반도체계 혹은 Si 모노리식계인 것이 바람직하다.
쵸퍼부(13)는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)를 각각 구동하는 단자를 절환하기 위한 것으로, 자기 센서 구동 전원부(12)로부터 출력된 구동 전압을 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)에 각각 인가하고, x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)로부터 출력된 신호를 시분할적으로 차동 입력 앰프(14)에 출력한다.
여기서, 쵸퍼부(13)는, 예를 들어 90°쵸퍼 구동이나 360°쵸퍼 구동 등을 이용할 수 있다. 또한, 90°쵸퍼 구동에서는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)를 구동할 때에 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력에 포함되는 홀 소자 자신의 오프셋항을 대부분 캔슬할 수 있다.
또한, 360°쵸퍼 구동에서는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력에 포함되는 홀 소자 자신의 오프셋항뿐만 아니라, 후단의 차동 입력 앰프(14) 자신에 의한 전기적인 오프셋항도 용이하게 캔슬할 수 있다.
그리고, x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)로부터 출력된 신호는 차동 입력 앰프(14)에서 각각 증폭되고, 여기서 증폭된 출력 증폭치가 A/D 변환부(15)에서 디지털 신호로 변환된 후, 보정 계산부(16)에 입력된다.
여기서, x축 홀 소자(HEx)의 출력 증폭치(Srx)는 이하의 식 (5)로 나타낼 수 있고, y축 홀 소자(HEy)의 출력 증폭치(Sty)는 이하의 식 (6)으로 나타낼 수 있고, z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Srz)는 이하의 식 (7)로 나타낼 수 있다.
Srx ＝ axㆍMx ＋ Crx (5)
Sry ＝ ayㆍMy ＋ Cry (6)
Srz ＝ azㆍMz ＋ Crz (7)
단, ax는 x축 홀 소자(HEx)의 감도, Crx는 x축 홀 소자(HEx)의 오프셋, ay는 y축 홀 소자(HEy)의 감도, Cry는 y축 홀 소자(HEy)의 오프셋, az는 z축 홀 소자(HEz)의 감도, Crz는 z축 홀 소자(HEz)의 오프셋, Mx는 지자기(M)의 x방향 성분, My는 지자기(M)의 y방향 성분, Mz는 지자기(M)의 z방향 성분이다.
그리고, 오프셋 정보 기억부(19a)에는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 오프셋이 각각 기억되는 동시에, 감도 보정 정보 기억부(19b)에는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 감도의 변동을 보정하기 위한 감도 보정 정보가 각각 기억된다.
방위각 계측 실행 중에는, 보정 계산부(16)는 이들 오프셋 정보 및 감도 보정 정보를 이용함으로써 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Srx, Sry, Srz)를 각각 보정하고, 지자기(M)의 x, y, z축 성분(Mx, My, Mz)만을 취출하여 방위각 계산부(17)에 출력한다.
그리고, 방위각 계산부(17)는 지자기(M)의 x, y, z축 성분(Mx, My, Mz)의 부호와, θ ＝ tan-1(My/Mx)의 식을 기초로 하여 방위각(θ)을 산출한다.
오프셋 캘리브레이션 실행 중에는, x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 각 출력 증폭치(Srx, Sry, Srz)는 오프셋 정보 산출부(18)에 출력된다.
그리고, 오프셋 정보 산출부(18)는 휴대 기기(201)의 방향이 3차원 공간에 있어서 임의로 변화되어 있을 때에 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 각 출력 증폭치(Srx, Sry, Srz)를 소정 횟수 이상 취득하고, 감도 보정 정보 기억부(19b)에 기억되어 있는 감도 보정 정보를 기초로 하여 감도 보정을 행한다.
여기서, 감도 보정 후의 x축 홀 소자(HEx)의 출력 증폭치(Sx), y축 홀 소자(HEy)의 출력 증폭치(Sy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Sz)는 이하의 식 (8), (9), (10)으로 나타낼 수 있다.
Sx ＝ a0/axㆍSrx ＝ a0ㆍMx ＋ Cx (8)
Sy ＝ a0/ayㆍSry ＝ a0ㆍMy ＋ Cy (9)
Sz ＝ a0/azㆍSrz ＝ a0ㆍMz ＋ Cz (10)
단, a0/ax는 x축 홀 소자(HEx)의 감도 보정계수, a0/ay는 y축 홀 소자(HEy)의 감도 보정계수, a0/az는 z축 홀 소자(HEz)의 감도 보정계수, a0은 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 감도 보정 후의 감도이다.
또한, Cx는 x축 홀 소자(HEx)의 감도 보정 후의 오프셋, Cy는 y축 홀 소자(HEy)의 감도 보정 후의 오프셋, Cz는 z축 홀 소자(HEz)의 감도 보정 후의 오프셋이고,
CX ＝ a0/axㆍCrx
Cy ＝ a0/ayㆍCry
Cz ＝ a0/azㆍCrz
이다.
그리고, 오프셋 정보 산출부(18)는 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 각각 x, y, z성분으로 하는 점으로서 xyz 좌표 상에 배치하였을 때에 각 점으로부터의 거리가 가능한 한 동등해지는 기준점의 좌표를 추정한다.
그리고, 이 기준점의 좌표의 x성분을 x축 홀 소자(HEx)의 현재의 오프셋(Cx), 이 구의 중심 좌표의 y성분을 y축 홀 소자(HEy)의 현재의 오프셋(Cy), 이 구의 중심 좌표의 z성분을 z축 홀 소자(HEz)의 현재의 오프셋(Cz)으로 하여 오프셋 정보 기억부(19a)에 기억시킨다.
또한, x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 감도 보정 정보의 기억은 휴대 기기(201)의 사용 중에 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 감도는 거의 변화되지 않으므로, 예를 들어 휴대 기기(201)의 제조시에 있어서의 1도만의 실시로 종료되도록 해도 좋다.
도3은 본 발명의 실시 형태에 관한 오프셋치의 방위각 계측 방법의 개념을 설명하는 도면이다.
도3에 있어서, 휴대 기기(201)의 방향을 3차원 공간에 있어서 임의로 변화시키고, 그 동안에 x축 홀 소자(HEx)의 출력 증폭치(Sx), y축 홀 소자(HEy)의 출력 증폭치(Sy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Sz)를 반복해서 취득한다. 그리고, 도3에 도시한 바와 같이 Sx, Sy, Sz를 각각 x, y, z축 방향 성분으로 하는 xyz 공간에 있어서, 반복해서 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터를 각각 P1(S1x, S1y, S1z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z), …로 하여 배치한다.
여기서, 상기 식 (8), (9), (10)을 변형하면,
한편, Mx, My, Mz와 지자기(M)의 관계는,
이고, 지자기(M)는 휴대 기기(201)의 장소가 크게 변하지 않는 한 일정하다고 간주할 수 있다.
그래서,
즉, xyz 공간에 있어서, P1(S1x, S1y, S1z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x,S3y, S3z), …모두 HEx, HEy, HEz의 오프셋(Cx, Cy, Cz)을 x, y, z축 좌표치로 하는 기준점(C1)으로부터 일정한 거리(r)를 두고 위치하게 된다.
따라서, P1(S1x, S1y, S1z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z), …로부터 기준점(C1)을 추정함으로써 C1의 x, y, z축 좌표치를 갖고 HEx, HEy, HEz의 오프셋(Cx, Cy, Cz)을 얻을 수 있다.
C1의 추정에는 다양한 계산 방법이 있고, 또한 최저 4회의 데이터 취득으로 추정이 가능하다. 그러나, 실제로 취득되는 Sx, Sy, Sz 데이터는 0.01 mT의 오더의 매우 미약한 지자기의 측정 데이터이고 상당한 소음이 중첩되어 있으므로, 데이터 취득수를 5 이상, 가능하면 10 이상으로 하고 통계적 방법을 이용하여 계산하는 것이 바람직하다. 그래서, 이하에 설명하는 계산 방법을 이용함으로써 계산 시간의 증대를 억제하면서 통계적 방법을 이용하여 정밀도 좋게 C1의 추정을 행할 수 있다.
Sx, Sy, Sz를 각각 x, y, z축 방향 성분으로 하는 xyz 공간에 있어서, i번째에 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터 Pi(Six, Siy, Siz)로부터 C1까지의 거리(di)는 다음과 같이 된다.
상기 식 (17)과 상기 식 (16)을 비교함으로써, 만약 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터에 소음이 중첩되어 있지 않고, 또한 C1의 추정이 이상적으로 행해진 경우, di는 T에 일치할 것이다. 그러나, 실제로는 양자는 동등해지지 않으므로, 다음 식에 나타낸 바와 같이, di의 제곱값과 r의 제곱값의 차를 갖고, Pi(Six, Siy, Siz)에 있어서의 C1 추정 오차(εi)를 정의한다.
또한, εi의 제곱 총합치로서 다음 식으로 표시되는 S를 정의한다.
이 제곱 총합(S)이 최소가 되는 Cx, Cy, Cz를 구하는 것이 추정 방법으로서 타당하다.
S가 최소가 될 때, S의 Cx, Cy, Cz 및 r에 의한 도함수는 모두 0이 된다고 생각된다. 그래서, 각각의 도함수를 도출하면 다음과 같이 된다.
이들 도함수가 모두 0이 되는 데 있어서, 이하의 식을 얻는다.
단, N : 데이터 취득수
상기 식 (27)을 r2에 대해 풀면 다음과 같이 된다.
상기 식 (28)을 상기 식 (24), (25), (26)에 대입하여 정리함으로써 이하의 식을 얻을 수 있다.
상기 식 (29), (30), (31)을 행렬의 형으로 나타내면 다음과 같아진다.
상기 식 (35)는 Cx, Cy, Cz에 관한 연립 1차 방정식이고, UL 분해 등의 잘 알려진 연립 1차 방정식의 해법을 이용하여 해를 계산할 수 있다. 따라서, S가 최소가 될 때의 Cx, Cy, Cz를, 계산 시간의 증대를 억제하면서 계산하는 것이 가능하다.
또한, 상기 식 (35)로부터는 이하의 방정식도 도출되므로, 해의 계산에 상태가 좋은 식을 선택하면 된다.
또한, 이상 설명한 계산 방법을 이용하여 데이터 취득수를 많게 하여 기준점(C1)의 추정 계산을 행하는 것이면, 도3에 있어서 반복해서 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터 P1(S1x, S1y, S1z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z), …는 C1로부터 보아 반드시 전방향에 분포되어 있을 필요는 없고, 예를 들어 입체각이면 2π 또는 π 정도의 범위로 한정되어 있어도 좋다. 즉, C1로부터 본 P1(S1x, S1y, S1z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z), …에의 방향은 각각 데이터를 취득하였을 때의 휴대 기기(201)의 방향에 상당하므로, 오프셋치의 캘리브레이션을 행할 때에 휴대 기기(201)의 방향을 모든 방향에 구석구석까지 향하게 할 필요는 없고, 예를 들어 입체각이면 2π 내지 π 정도의 범위로 한정되어 있어도 좋다.
도4는 본 발명의 실시 형태에 관한 오프셋치의 방위각 계측 방법을 나타내는 흐름도이다.
도4에 있어서, 오프셋 정보 산출부(18)는 x축 홀 소자(HEx)의 출력 증폭치(Srx), y축 홀 소자(HEy)의 출력 증폭치(Sry) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Srz)를 각각 10점만큼 격납하기 위한 데이터 버퍼를 준비한다(스텝 S11).
그리고, 오프셋 정보 산출부(18)는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Srx, Sry, Srz)를 각각 10점만큼 취득하고(스텝 S12, S13), 감도 보정 정보 기억부(19b)에 기억되어 있는 감도 보정 정보를 기초로 하여 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Srx, Sry, Srz)에 감도 보정계수를 각각 곱하여 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 감도 보정 후의 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 얻는다.
그리고, 오프셋 정보 산출부(18)는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 감도 보정 후의 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 각각 10점만큼 얻으면, 데이터 버퍼로부터 가장 오래된 데이터를 삭제하고, 잔여 데이터를 시프트하고, 또한 금회 취득한 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 더한다(스텝 S14).
다음에, 오프셋 정보 산출부(18)는 x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 감도 보정 후의 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)의 과거 10점만큼을 대상으로 하여 최대치와 최소치의 차분이 소정치, 예를 들어, a0M의 1/3 정도보다 큰지를 판단한다(스텝 S15).
그리고, 스텝 S15에서 구한 최대치와 최소치의 차분이 소정치 이하인 경우, 금회 취득한 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 파기하여 스텝 S12로 복귀되고, x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Srx, Sry, Srz)를새롭게 취득한다.
한편, 스텝 S15에서 구한 최대치와 최소치의 차분이 소정치보다 큰 경우, 10점만큼의 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 각각 xyz성분으로 하는 점 P1(S1x, S1y, S1z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z), …로부터의 거리가 가능한 한 동등해지는 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)를 추정한다(스텝 S16).
그리고, 금회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)와, 전회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)와의 차가 소정치, 예를 들어 a0M 정도보다 작은지 여부를 판정하여(스텝 S17), 소정치 이상인 경우, 금회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)를 파기하여 스텝 S12로 복귀되고, x축 홀 소자(HEx), y축 홀 소자(HEy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Srx, Sry, Srz)를 새롭게 취득한다.
한편, 금회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)와, 전회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)와의 차가 소정치보다 작은 경우, 금회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)의 x, y, z성분을 각각 x축 홀 소자(HEx)의 오프셋(Cx), y축 홀 소자(HEy)의 오프셋(Cy), z축 홀 소자(HEz)의 오프셋(Cz)으로 하여 오프셋 정보 기억부(19a)에 기억시킨다(스텝 S18).
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 방위각 계측 장치가 휴대 기기에 조립되어 있는 것을 전제로 설명하였지만, PDA(Personal Digital Assistant)나 노트북 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대 기기에 대해 빼고 꽂기(탈착) 가능한 용기에 방위각 계측 장치를 수용하고, 이 방위각 계측 장치를 휴대 기기에 장착하여 사용하도록 해도 좋다.
예를 들어, 노트북 퍼스널 컴퓨터에 표준 장비되어 있는 PC 카드 슬롯에 삽입되는 PCMC IA 카드 속에 방위각 계측 장치와 그 데이터 처리 IC, 인터페이스 IC 등을 설치하고, 그 드라이버로서 상술한 캘리브레이션 기능을 조립하도록 해도 좋다.
PC 카드 슬롯은 기계적 및 전기적인 특성에 대한 규격은 있지만, 슬롯 내부의 누설 자속 밀도 등의 자기적인 특성에 대한 규격은 없으므로, 범용의 PCMC IA 카드 속에 설치한 방위각 계측 장치는 노트북 퍼스널 컴퓨터로부터 발생하는 누설 자속 밀도를 미리 예측할 수 없다.
여기서, PCMC IA 카드 속에 방위각 계측 장치의 캘리브레이션 기능을 조립함으로써 PC 카드 슬롯의 누설 자장이 휴대 기기마다 변동되는 경우에 있어서도 방위각 계측 장치의 오프셋을 정밀도 좋게 보정할 수 있고, 특정한 휴대 기기로 한정되는 일 없이 방위각 계측 장치를 자유자재로 장착하여 사용하는 것이 가능해진다.
또한, PCMC IA 카드에는 방위각 계측 장치 이외에도 경사각 센서나, GPS(Global Positioning System)의 신호 처리 IC, 안테나 등을 함께 탑재하도록 해도 좋고, 카드 형식도 PCMC IA 카드로 한정되는 일 없이 CF 카드 슬롯에 대응시키도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 자기 센서로서 홀 소자를 이용하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 자기 센서가 반드시 홀 소자로 한정되는 일 없이, 예를 들어, 블럭스게이트 센서 등을 이용하도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 오프셋 정보 산출부(18)는 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 각각 x, y, z성분으로 하는 점으로 하여 xyz 좌표 상에 배치하였을 때에 각 점으로부터의 거리가 가능한 한 동등해지는 기준점의 좌표를 추정하도록 구성하였지만, 이에 한정되지 않고, 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)의 변화의 정도가 모두 소정치, 예를 들어, a0M의 1/3 정도 이상일 때에는 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)를 각각 x, y, z성분으로 하는 점으로 하여 xyz 좌표 상에 배치하였을 때에 각 점으로부터의 거리가 가능한 한 동등해지는 기준점의 좌표를 추정하도록 구성하고, 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz) 중 변화의 정도가 최소인 것에 대해 그 변화의 정도가 소정치 이하일 때에는 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz) 중 변화의 정도가 최소인 것 이외의 출력 증폭치를 각각 x, y성분으로 하는 점으로 하여 xy 좌표 상에 배치하였을 때에 각 점으로부터의 거리가 가능한 한 동등해지는 기준점의 좌표를 추정하도록 구성할 수도 있다.
또한, 출력 증폭치(Sx, Sy, Sz)의 변화의 정도의 구체적 계산 방법으로서는 표준편차의 산출, 최대치와 최소치의 차분의 산출 등이 고려된다.
이에 의해, 3축 자기 센서(11)의 3축 중 어느 하나의 축에 수직인 면 상에서만 방위각 계측 장치를 이동 및 회전 등을 시킨 경우라도 기준점의 좌표를 비교적 정확하게 추정할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 스텝 S7, S17에서 금회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)와, 전회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)와의 차가 소정치보다 작은지 여부를 판정하도록 구성하였지만, 이에 한정되지 않고, 금회 추정한 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)와, 전회 및 전회보다도 더욱 전에 추정한 복수의 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)를 비교하도록 구성할 수도 있다. 구체적으로는, 예를 들어 바로 부근에 추정한 소정 수의 기준점(C1)[금회 추정한 기준점(C1)을 포함함]을 대상으로 하여 그들 기준점(C1)의 변동을 산출하고, 산출한 변동의 정도를 판정한다. 변동의 산출로서는 그들 기준점(C1)의 최대치와 최소치의 차분을 산출하는 것, 그들 기준점(C1)의 표준편차를 산출하는 것, 직전까지 추정한 기준점(C1)의 평균치를 산출하여 금회 추정한 기준점(C1)과 평균치의 차분을 산출한다는 고안가 고려된다. 이와 같이, 기준점(C1)의 좌표에 대해 과거의 복수의 추정치를 이용함으로써 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 오프셋 정보의 양호성을 표시하는 것에 대해 특별히 설명하지 않았지만, 이에 한정되지 않고, 오프셋 정보의 양호성을 표시부(202)에 표시하도록 구성할 수도 있다. 구체적으로는 오프셋 정보의 양호도를 우, 양, 가와 같은 복수로 구분해 둔다. 그리고, 바로 부근에 추정한 소정 수의 기준점(C1)[금회 추정한 기준점(C1)을 포함함]을 대상으로 하여 그들 기준점(C1)의 변동을 산출하고, 산출 변동의 정도에 따라서 금회 추정한 기준점(C1)을 어느 하나의 구분으로 분류하고, 그 구분에 대응한 양호도를 나타내는 양호성 정보를 작성하고, 작성한 양호성 정보를 기초로 하여 오프셋 정보의 양호도를 표시부(202)에 표시한다.
여기서, 기준점(C1)의 좌표에 대해 과거의 복수의 추정치를 이용하는 점에 대해서는 상기와 같은 고안이 고려된다.
이에 의해, 사용자는 표시된 양호도를 참조하면, 오프셋 정보의 양호성을 파악할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 도3에 있어서 반복해서 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터 P1(S1x, S1y, S1z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z), …로부터 추정된 기준점(C1)까지의 거리를 산출하고, 산출한 거리가 소정 범위 외, 예를 들어 a0M의 1/2보다 작거나, 또는 a0M의 0.5배보다 큰지 여부를 판단하여 소정 범위 외인 경우, 그 출력 데이터를 파기하도록 구성할 수도 있다. 또한, 상기한 거리는 상기 식 (28)로부터 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.
이에 의해, 정적인 외부 환경 자장이 존재하고 있는 경우나, 지자기가 실드되어 있는 경우에 지자기가 정확하게 검출되어 있지 않음에도 불구하고 방위각 계측이 행해져 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 방위각 계측 결과의 신뢰성을 표시부(202)에 표시하도록 구성할 수도 있다. 구체적으로는 방위각 계측 결과의 신뢰성을 우, 양, 가와 같은 복수로 구분해 둔다. 그리고, 점 P1(S1x, S1y, S1z), P2(S2x, S2y, S2z), P3(S3x, S3y, S3z), …로부터 기준점(C1)의 좌표(Cx, Cy, Cz)까지의 거리를 산출하고, 산출한 거리를 복수의 임계치와 비교하여 어느 하나의 구분으로 분류하고, 그 구분에 대응한 신뢰도를 나타내는 신뢰성 정보를 작성하고, 작성한 신뢰성정보로 기초로 하여 방위각 계측 결과의 신뢰도를 표시부(202)에 표시한다.
이에 의해, 사용자는 표시된 신뢰도를 참조하면 방위각 계측 결과의 신뢰성을 파악할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 3축의 지자기 검출 수단을 갖는 방위각 계측 장치의 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 도5에 도시한 바와 같은 2축의 지자기 검출 수단을 갖는 방위각 계측 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
이 경우, 방위각 계측 장치의 개략 구성을 도시하는 블럭도, 오프셋치의 방위각 계측 방법의 개념을 나타내는 도면, 오프셋 캘리브레이션의 흐름도는 각각 도6 내지 도8에 도시한 바와 같이 된다.
또한, 3축의 지자기 검출 수단을 갖는 방위각 계측 장치의 경우, 휴대 기기(201)의 방향을 3차원 공간에 있어서 임의로 변화시키고, 그 동안에 x축 홀 소자(HEx)의 출력 증폭치(Sx), y축 홀 소자(HEy)의 출력 증폭치(Sy) 및 z축 홀 소자(HEz)의 출력 증폭치(Sz)를 반복해서 취득하였지만, 2축의 지자기 검출 수단을 갖는 방위각 계측 장치의 경우, 2축의 지자기 검출 방향이 모두 소정의 평면 상에 있도록 유지하면서 휴대 기기(101)의 방향을 변화시키고, 그 동안에 x축 홀 소자(HEx)의 출력 증폭치(Sx) 및 y축 홀 소자(HEy)의 출력 증폭치(Sy)를 반복해서 취득한다. 상기 식 (14) 내지 (37)을 하기 식(39) 내지 (58)로 치환함으로써 마찬가지로 적용할 수 있다.
또한, 상기 식 (56), (57) 또는 (58)에 나타내는 연립 1차 방정식을 풀어 기준점(C2)의 추정을 행하는 경우, 데이터 취득수를 많게 하면, 오프셋치의 캘리브레이션을 행할 때에 휴대 기기(101)의 방향을 모든 방향에 구석구석까지 향하게 할 필요는 없고, 예를 들어 180°내지 90°정도의 범위로 한정되어 있어도 좋다. 상기 식 (38)을 하기 식 (59)로 치환함으로써 마찬가지로 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는 Sx, Sy, Sz 데이터의 취득에 있어서 데이터 취득수가 소정치에 도달할 때까지 무조건으로 데이터 취득을 반복하고 있었다. 그러나, Sx, Sy, Sz 데이터 취득마다 직전에 취득한 Sx, Sy, Sz 데이터와의 차분을 계산하여 차분이 소정치보다 작은 경우에는 취득한 Sx, Sy, Sz 데이터를 파기하도록 해도 좋다.
이에 의해, 캘리브레이션을 행하고 있는 동안에 휴대 기기의 방향이 거의 변화되지 않는 상태가 계속되어도 잘못된 오프셋치를 산출하여 부적절한 오프셋 보정이 행해져 버리는 것을 방지할 수 있다.
도9는 휴대 기기의 방향이 적절하게 변화되고 있는 동안에 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터의 예로, 어떠한 데이터도 시각과 함께 변화되고 있다. 이에 대해, 도10은 휴대 기기의 방향이 거의 변화되지 않는 경우에 취득된 Sx, Sy, Sz 데이터의 예로, 어떠한 데이터도 대략 일정하다.
도10에 도시한 바와 같은 Sx, Sy, Sz 데이터의 경우, 도4에 도시하는 오프셋 캘리브레이션의 흐름도 중의 스텝 S15에 있어서, Sx, Sy, Sz 데이터의 최대치와 최소치의 차분이 소정치 이하라 판단되므로, 기준점 추정으로 진행되는 일은 없다.
그러나, Sx, Sy, Sz 데이터 취득 중에 휴대 기기의 방향이 짧은 시간 동안만큼 변화되었던 경우, Sx, Sy, Sz 데이터는, 예를 들어 도11에 도시한 바와 같이 값이 변화되는 부분이 나타난다. 이 경우, 스텝 S15에 있어서 Sx, Sy, Sz 데이터의 최대치와 최소치의 차분이 소정치보다 크다고 판단되어 기준점 추정으로 진행되어 버리는 일이 있다. 그러면 기준점 추정에 있어서의 오차는 대단히 커지므로, 잘못된 오프셋치가 산출되게 된다.
그래서, Sx, Sy, Sz 데이터 취득마다 직전에 취득한 Sx, Sy, Sz 데이터와의 차분을 계산하여 차분이 소정치보다 작은 경우에는, 취득한 Sx, Sy, Sz 데이터를 파기하도록 하면 휴대 기기의 방향이 거의 변화되지 않는 동안은 취득한 Sx, Sy, Sz 데이터의 파기가 행해지므로, 부적절한 Sx, Sy, Sz 데이터에 의해 기준점 추정이 행해지는 것을 방지할 수 있다.
또한, Sx, Sy, Sz 데이터의 차분의 산출 및 파기 판단의 방법에 대해서는, 구체적으로는, 예를 들어 Sx, Sy, Sz 데이터의 각각에 대해 차분을 산출하여 모든 차분이 소정치 이상이 되지 않으면 Sx, Sy, Sz 데이터를 파기하는 Sx, Sy, Sz 데이터의 각각의 차분의 제곱의 합을 산출하고, 소정치 이하인 경우에는 Sx, Sy, Sz 데이터를 파기하는 등의 고안이 고려된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 청구범위 제1 내지 제12항에 기재된 방위각 계측 장치, 또는 청구범위 제13항 내지 제20항에 기재된 방위각 계측 방법에 따르면, 휴대 기기의 방향을 임의로 변화시키는 것만으로 자기 검출 수단의 각 축 출력에 대한 오프셋 정보를 산출할 수 있고, 오프셋의 캘리브레이션 작업을 용이화하여 오프셋의 캘리브레이션을 행할 때의 이용자의 부담을 경감시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 지자기를 검출하는 2축 또는 3축의 지자기 검출 수단과,
    상기 2축의 검출 방향이 소정의 평면 상에 있도록 유지하면서 지자기 검출 수단의 방향이 변화되었을 때의 2축의 출력 데이터, 또는 상기 지자기 검출 수단의 방향이 3차원 공간에 있어서 변화되었을 때의 3축의 출력 데이터를 소정 횟수 이상 반복해서 취득하는 출력 데이터 취득 수단과,
    상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표 상, 또는 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에 기준점을 정하고, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 얻게 된 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소가 되도록 기준점의 좌표를 통계적 방법에 의해 추정하는 기준점 추정 수단과,
    상기 기준점의 좌표에 기초로 하여 지자기 검출 수단의 출력 데이터에 대한 오프셋 정보를 산출하는 오프셋 정보 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준점 추정 수단은,
    상기 기준점의 좌표를 미지수로 하는 연립 1차 방정식의 계수 및 상수항을 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 계산하는 계수 및 상수항 계산 수단과,
    상기 계수 및 상수항을 포함하는 연립 1차 방정식의 해를 계산함으로써 기준점의 좌표를 추정하는 연립 1차 방정식 해석 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지자기 검출 수단은 3축의 지자기 검출 수단이고,
    상기 기준점 추정 수단은 3축의 출력 데이터군 중 출력 데이터의 변화의 정도가 최소축의 출력 데이터군에 대해 변화의 정도가 소정치 이하일 때에는 3축의 출력 데이터군으로부터 변화의 정도가 최소인 축의 출력 데이터군을 제외한 2축의 출력 데이터군에 대해 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표 상에 기준점을 정하고, 상기 2축의 출력 데이터군으로부터 기준점의 좌표를 추정하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기준점 추정 수단은,
    상기 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 각 축의 출력 데이터군에 있어서의 출력 데이터의 최대치와 최소치의 차분을 산출하는 제1 차분 산출 수단과,
    상기 제1 차분 산출 수단에 의해 산출된 차분이 소정치 이상인지 여부를 판단하는 제1 차분 판단 수단을 구비하고,
    상기 제1 차분 산출 수단에 의해 산출된 차분이 소정치 이상인 경우, 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터군을 기준점 추정의 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 오프셋 정보 산출 수단은,
    상기 기준점 추정 수단에 의해 산출된 바로 부근의 소정 수의 기준점에 있어서의 변동을 산출하는 변동 산출 수단을 구비하고,
    상기 변동 산출 수단의 산출 결과를 기초로 하여 기준점 추정 수단에 의해 산출된 기준점을 파기하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 변동 산출 수단은,
    상기 기준점 추정 수단에 의해 산출된 바로 부근의 2개의 기준점의 차분을 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기준점 추정 수단에 의해 산출된 바로 부근의 소정 수의 기준점에 있어서의 변동을 산출하는 제2 변동 산출 수단과,
    상기 제2 변동 산출 수단에서의 산출 결과를 기초로 하여 오프셋 정보의 양호성에 관한 양호성 정보를 작성하는 양호성 정보 작성 수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 양호성 정보 작성 수단은 오프셋 정보의 양호도를 복수로 구분해 두고, 상기 제2 변동 산출 수단으로 산출한 변동의 정도에 따라 상기 구분 중 어느 하나로 분류하고, 그 구분에 대응한 양호도를 표시하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 오프셋 정보 산출 수단은,
    상기 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리를 산출하는 거리 산출 수단과,
    상기 거리 산출 수단에 의해 산출된 거리가 소정 범위 외인지 여부를 판단하는 거리 판단 수단을 구비하고,
    상기 거리 산출 수단에 의해 산출된 거리가 소정 범위 외인 경우, 그 출력 데이터군을 파기하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리를 산출하는 제2 거리 산출 수단과,
    상기 제2 거리 산출 수단에 의해 산출된 거리를 기초로 하여 방위각 계측 결과의 신뢰성에 관한 신뢰성 정보를 작성하는 신뢰성 정보 작성 수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 신뢰성 정보 작성 수단은 방위각 계측 결과의 신뢰도를 복수로 구분해 두고, 상기 제2 거리 산출 수단에 의해 산출된 거리를 복수의 임계치와 비교하여 상기 구분 중 어느 하나로 분류하고, 그 구분에 대응한 신뢰도를 표시하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 데이터 출력 취득 수단은,
    상기 지자기 검출 수단으로부터 출력된 출력 데이터와, 상기 출력 데이터 취득 수단에 의해 바로 부근에 취득된 소정 수의 출력 데이터 또는 지자기 검출 수단으로부터 직전에 출력된 출력 데이터와의 차분을 산출하는 제3 차분 산출 수단과,
    상기 제3 차분 산출 수단에 의해 산출된 차분이 소정치보다 작은지 여부를 판단하는 제3 차분 판단 수단을 구비하고,
    상기 제3 차분 산출 수단에 의해 산출된 차분이 소정치보다 작은 경우, 상기 출력 데이터 취득 수단은 지자기 검출 수단으로부터 출력된 출력 데이터를 취득하지 않고 파기하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 장치.
  13. 지자기 계측에 있어서의 2축의 검출 방향을 소정의 평면 상에 있도록 유지하면서 변화시키거나, 또는 3축의 검출 방향을 3차원 공간에 있어서 변화시키는 스텝과,
    상기 검출 방향이 변화되었을 때의 지자기 계측의 2축 또는 3축의 출력 데이터를 취득하는 스텝과,
    상기 출력 데이터의 취득이 소정 횟수 이상인지 판정하는 스텝과,
    상기 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표 상, 또는 상기 3축의 출력 데이터를 성분으로 하는 3차원 좌표 상에 기준점을 정하고, 상기 소정 횟수 이상 취득된 2축 또는 3축의 출력 데이터로 이루어지는 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리의 변동이 최소가 되도록 통계적 방법에 의해 기준점의 좌표를 추정하는 스텝과,
    상기 추정된 기준점의 좌표를 기초로 하여 2축 또는 3축의 출력 데이터에 대한 오프셋치를 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝은,
    상기 기준점의 좌표를 미지수로 하는 연립 1차 방정식의 계수 및 상수항을 2축 또는 3축의 출력 데이터군으로부터 계산하는 스텝과,
    상기 계수 및 상수항을 포함하는 연립 1차 방정식의 해를 계산하여 기준점의 좌표를 추정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 검출 방향을 변화시키는 스텝은 3축의 검출 방향을 3차원 공간에 있어서 변화시키는 것이고,
    상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝은,
    상기 3축의 출력 데이터군의 각 축의 출력 데이터군에 대해 출력 데이터의 변화의 정도를 계산하여 변화의 정도가 최소가 되는 축과 변화의 정도의 최소치를 얻는 스텝과,
    상기 변화의 정도의 최소치가 소정치 이하인지 여부를 판정하는 스텝과,
    상기 변화의 정도의 최소치가 소정치 이하인 경우, 상기 3축의 출력 데이터군으로부터 변화의 정도가 최소가 되는 축의 출력 데이터군을 제외한 2축의 출력 데이터군에 대해 2축의 출력 데이터를 성분으로 하는 2차원 좌표 상에 기준점을 정하고, 상기 2축의 출력 데이터군으로부터 기준점의 좌표를 추정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝은,
    상기 출력 데이터군의 각 축의 출력 데이터군에 대해 출력 데이터의 최대치와 최소치의 차분을 산출하는 스텝과,
    상기 최대치와 최소치의 차분이 소정치 이상인지 여부를 판단하는 스텝과,
    상기 최대치와 최소치의 차분이 소정치 이상인 경우, 상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터에 대한 오프셋치를 산출하는 스텝은,
    상기 기준점의 좌표를 추정하는 스텝에 의해 산출된 바로 부근의 소정 수의 기준점에 있어서의 변동을 산출하는 스텝과,
    상기 변동의 산출 결과를 기초로 하여 기준점의 좌표를 추정하는 스텝에 의해 산출된 기준점을 파기하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 추정된 바로 부근의 소정 수의 기준점의 좌표에 있어서의 변동을 산출하는 스텝과,
    상기 변동의 산출 결과를 기초로 하여 오프셋치를 산출하는 스텝에 있어서 산출된 오프셋치의 양호성에 관한 양호성 정보를 작성하는 스텝을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 2축 또는 3축의 출력 데이터에 대한 오프셋치를 산출하는 스텝은,
    상기 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리를 산출하는 스텝과,
    상기 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리가 소정 범위 외인지 여부를 판단하는 스텝과,
    상기 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리가 소정 범위 외인 경우, 그 출력 데이터군을 파기하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 출력 데이터군으로부터 기준점까지의 거리를 산출하는 스텝과,
    상기 거리의 산출 결과를 기초로 하여 방위각 계측 결과의 신뢰성에 관한 신뢰성 정보를 작성하는 스텝을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 계측 방법.
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