KR20120025584A - 휴대용 장치의 전자 나침반 보정 기술 - Google Patents

Abstract

출력 데이터가 수집되는 동안 최종 사용자가 의도적으로 장치를 회전시키거나 위치시킬 필요 없이 최종 사용자가 장치를 가지고 다니는 동안 휴대용 장치 내의 자기 센서로부터 측정 데이터가 수집된다. 예를 들어, 장치가 걷거나 서 있는 동안 사용자의 손에 파지될 수 있거나, 장치가 자동차 또는 보트의 대시보드에 고정되어 있을 수 있다. 측정 데이터가 또한 하나 이상의 위치, 배향 또는 움직임 센서로부터 수집될 수 있다. 자기 센서 및 위치, 배향 또는 움직임 센서 중 하나 또는 둘다로부터 수집된 측정 데이터가 처리된다. 그에 응답하여, 2D 나침반 보정 프로세스 또는 3D 프로세스가 수행되도록 신호된다. 다른 실시예도 기술되고 특허 청구되어 있다.

Description

휴대용 장치의 전자 나침반 보정 기술{CALIBRATION TECHNIQUES FOR AN ELECTRONIC COMPASS IN A PORTABLE DEVICE}

본 발명의 실시예는 지구의 지자기장의 정확한 수치를 획득하기 위해 3축 자기 센서의 출력으로부터 간섭하는 지역 오프셋 자기장(local offset magnetic field)의 기여분을 계산하여 제거하는 기술에 관한 것이다. 다른 실시예도 기술되어 있다.

휴대폰, 또는 스마트폰과 같은 휴대용 장치는 현재 전자 나침반을 갖추고 있을 수 있다. 나침반은 방향 - "방위"(통상적으로 지구의 자기장에 대해 주어짐) 및/또는 진북을 가리키는 화살표일 수 있음- 을 계산하여 그의 사용자에게 제공한다. 예를 들어, 사용자가 익숙치 않은 환경에서 걷고 있거나 운전하고 있는 동안 어느 쪽이 북쪽인지를 사용자에게 알려주기 위해 사용자 자신의 내비게이션 지식에 대한 방향 정보가 제공될 수 있다. 방향 정보는 또한 장치에서 실행 중일 수 있는 내비게이션 또는 지도 응용 프로그램에서의 사용에 유익하다.

전자 나침반은, 3축 자기 센서를 사용하여, 그 바로 주변에 존재하는 자기장의 측정치를 3-성분(예컨대, x, y 및 z 방향) 벡터로서 획득한다. 감지된 자기장은 지구의 자기장에 의한 기여분 및 소위 지역 간섭 자기장(local interference field)에 의한 기여분을 포함한다. 후자는 휴대용 장치의 지역 환경에 있는 성분에 의해 생성되는 자기장이다. 이것은 센서 근방에 있는 임의의 자기 성분(장치에 내장된 스피커 등)에 의한 기여분을 포함할 수 있다. 간섭 자기장은 또한 장치에 가까운 외부 환경(사용자가 자동차를 운전하고 있거나, 기차 또는 버스를 타고 있거나, 자전거 또는 오토바이를 타고 있을 때 등)에서 발견되는 자기 요소로 인한 기여분을 가질 수 있다.

대부분의 경우에, 간섭 자기장은 지자기장에 대해 무시할 정도가 아니다. 따라서, 나침반이 그 순간에 정확한 방향을 계산할 수 있게 해주기 위해 센서의 측정으로부터 간섭 자기장 기여분을 제거하는 보정 절차가 필요하다. 몇가지 유형의 3축 보정 절차가 있다. 한가지 이러한 기술에서, 나침반 및 배향 센서에 의한 측정이 수집되고 간섭 자기장을 분리하거나 그에 대한 해를 구하기 위해 분석되는 동안, 사용자는 일련의 기하학적으로 상이한 배향 및 방위각에 따라 장치(나침반을 포함함)를 회전시키라고 지시를 받는다. 이어서, 해가 구해진 간섭 자기장을 자기 센서에 의해 얻어진 측정치로부터 감산하여 지자기장을 산출한다(이 지자기장이 이어서 진북 방향 쪽으로 추가로 보정될 수 있음).

다른 3축 보정 기술에서는, 사용자에게 장치를 소정의 방식으로 의도적으로 회전시키라고 지시하기 보다는, 사용자가 보통 때와 같이 장치를 사용하거나 가지고 다니는 동안, 일정 기간에 걸쳐 연속적으로 나침반으로부터 많은 측정치가 수집된다. 이것으로 인해 통상적으로 장치가 랜덤하지만 충분히 회전하게 되어, 나침반 측정치가 원하는, 일반적으로 구형인 측정 공간을 정의하게 된다. 이 구는 지자기장 벡터에 대한 좌표계의 원점으로부터 미지의 오프셋 벡터 - 간섭 자기장의 (전부는 아니지만) 상당 부분을 나타냄 - 만큼 오프셋되어 있다. 이어서, 구의 중심을 조정하기 위해, 즉 오프셋 벡터에 대한 해를 구하기 위해 측정치의 수학적 처리가 수행된다. 따라서, 사용자가 장치를 지정된 일련의 배향에 걸쳐 의도적으로 회전시켜야만 하는 절차를 거칠 필요가 없기 때문에, 이 기술이 바람직하게는 사용자에게 투명하다.

양호한 정확도를 제공하기 위해, 3축 보정 기술은 (필요한 구형의 측정 공간을 정의하기 위해) 자기 센서로부터 충분한 수의 잘 분포된 측정점을 수집할 필요가 있다. 그렇지만, 그 측정점을 발생하기 위해 사용자에 의해 쉽게 회전될 수 있는 휴대용 장치에 대해서 조차도 이러한 데이터가 항상 이용가능한 것은 아니다. 예를 들어, 사용자가 자동차를 운전하고 있고 그의 휴대용 장치를 자동차의 대시보드에 도킹시키거나 고정시킨 경우를 생각해보자. 그 경우에, 이 장치(나침반을 포함함)는 수평인 채로 있다(즉, 거의 그다지 경사져 있지 않거나 수평면 둘레를 회전한다). 이것은 자기 센서가 통상적인 3축 센서 보정 절차에 필요한 측정점을 생성하지 않는다는 것을 의미하며, 따라서 전술한 "투명한" 보정 절차가 더 이상 정확한 방향 수치를 제공하지 않을 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 3축 자기 센서를 사용하는 나침반 기능을 갖는 휴대용 장치는 적어도 2개의 나침반 보정기를 가진다. 각각의 보정기는, 오프셋 자기장의 해석에 기초하여, 센서에 의해 얻어진 측정치를 사용하여 지자기장을 계산한다. 제1 보정기[3차원(3D) 보정기라고도 함]는 일반적으로 구형인 표면을 정의하는 센서에 의해 얻어진 일련의 자기장 측정치에 기초하여 그의 오프셋 자기장을 계산한다. 장치가 수평면에 대해 충분히 회전하고 있을 때 이러한 센서 측정치가 이용가능하다.

제2 보정기[2차원(2D) 보정기라고 함]는 일반적으로 원형인 경로를 정의하는 (센서에 의해 얻어진) 일련의 자기장 측정치에 기초하여 그의 오프셋 자기장을 계산한다. 예를 들어, 장치가 수평면에서 이동하고 있지만 그렇게 하는 동안 기본적으로 수평인 채로 있을 때 이러한 측정치가 이용가능하다.

나침반 방향 출력 모듈은 그의 방향 출력을 제공하기 위해 2개의 보정기 중 어느 것을 사용할지를 선택한다. 이 선택은 사용자가 휴대용 장치를 어떻게 가지고 다니는지에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 장치가 자동차의 대시보드에 부착되거나 고정되어 있는 것으로 자동으로 추론하도록 장치가 설계될 수 있으며, 따라서 3D 보정기가 무시되고 2D 보정기가 우선되어야 한다. 그 후에, 장치가 "3D 사용 모드"로 복귀한 것으로 판정할 때, 출력 방향을 제공할 책임은 3D 보정기로 넘어간다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 나침반 방향 출력의 정확도의 추정치가 계산되고, 정확도가 향상된 경우, 이러한 표시가 사용자에게 제공된다. 예를 들어, 2D 보정기에 기초한 업데이트된 방향 출력이 3D 보정기에 기초한 것보다 더 정확한 결과를 산출하는 것으로 추정되는 경우, 휴대용 장치의 사용자 인터페이스 모듈은 사용자에게 나침반 정확도가 향상되었음을 알려주도록 신호받는다. 정확도 표시는 업데이트 방향 출력의 추정된 오차 범위(예컨대, 단위: 도)를 포함할 수 있다.

상기 요약은 본 발명의 모든 측면의 전수적인 목록을 포함하고 있지 않다. 본 발명이 이상에 요약된 다양한 측면의 모든 적당한 조합은 물론, 이하의 상세한 설명에 개시되고 본 출원에 첨부된 특허 청구 범위에 특히 언급된 것으로부터 실시될 수 있는 모든 시스템 및 방법을 포함하는 것이 생각된다. 이러한 조합은 상기 요약에 구체적으로 언급되지 않은 특정의 이점을 가진다.

유사한 참조 번호가 유사한 구성요소를 나타내고 있는 첨부 도면의 도면들에, 본 발명의 실시예가 제한이 아닌 예로서 도시되어 있다. 주목할 점은, 본 개시 내용에서 본 발명의 "실시예" 또는 "일 실시예"라고 하는 것이 꼭 동일한 실시예를 말하는 것이 아니고 적어도 하나의 실시예를 의미한다는 것이다.
도 1은 휴대용 장치 내의 전자 나침반에 대한 예시적인 3D 보정 프로세스에서 나오는 자기 측정 공간을 나타낸 도면.
도 2는 예시적인 2D 보정 프로세스에서 나오는 자기 측정 공간을 나타낸 도면.
도 3은 휴대용 장치가 주행 중인 자동차의 대시보드에 고정되어 있는 예시적인 2D 사용 모드를 나타낸 도면.
도 4는 휴대용 장치가 사용자의 손에 파지되어 있는 예시적인 3D 사용 모드를 나타낸 도면.
도 5는 사용자가 휴대용 장치를 고정시켜 둔 자건거를 타고 있는 다른 가능한 2D 사용 모드를 나타낸 도면.
도 6은 나침반 기능에 관련된 휴대용 장치의 특정 기능 구성요소를 나타낸 휴대용 장치의 블록도.

이제부터, 본 발명의 몇몇 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 많은 상세가 기술되어 있지만, 본 발명의 일부 실시예가 이들 상세 없이 실시될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 다른 경우에, 본 설명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해 공지의 회로, 구조 및 기법에 대해서는 상세히 설명하지 않고 있다.

나침반은 방향(방위 또는 진북을 가리키는 화살표)을 나타낸다. 전자 나침반은 지자기장과 지역 간섭 자기장을 구별하지 못하는 자기 센서(자력계라고도 함)를 가진다. 따라서, 지자기장을 구하기 위해 간섭 자기장을 찾아내 제거하는 보정 절차가 사용된다. 이하에 기술되는 본 발명의 실시예에 따르면, 3축 나침반은, 각종의 상이한 사용 모드 또는 사용자 상황에서 나침반 정확도 확률을 향상시키기 위해, 몇개의 상이한 유형의 보정 절차를 갖추고 있다.

도 1부터 시작하여, 동 도면은 휴대용 장치(100) 내의 3축 자기 센서(102)에 의해 생성될 자기 측정 공간을 나타낸 것이다. 주목할 점은, 도면에 도시된 장치(100)가 스피커(104)를 포함하는 스마트폰이라는 것이며, 스피커는 간섭 자기장에 상당히 기여하는 예시적인 구성요소이다. 그렇지만, 본 명세서에 기술된 나침반 보정 기술은 또한 내장된 나침반을 가지는 다른 유형의 휴대용 장치(전용 내비게이션 장치 등)에도 적용가능하다.

도 1에서, 측정 공간은 [센서(102)가 보정을 위한 데이터점을 수집하는 동안] 장치(100)가 수평면 또는 x-y 평면에서 충분히 기울어지거나 그 둘레를 회전하고 있는 3D 나침반 보정 프로세스 동안 생성될 수 있는 것이다. 도 4는 휴대용 장치가 사용자의 손에 파지되어 있는 예시적인 3D 사용 모드를 나타낸 것이다. 도 1의 도면에 도시된 바와 같이, 각각의 데이터점은 자기장 벡터 - 그의 3D 좌표 공간에서의 대응하는 종점이 미지의 오프셋 자기장과 지자기장(역시 미지수임)의 합임 - 일 수 있다. 몇가지 사용자 상황에서, 오프셋 자기장에 가장 많이 기여하는 구성요소는 휴대용 장치에 고정되어 있는 것으로 볼 수 있으며, 따라서 자기 센서(102)와 함께 하나로서 움직인다. 환언하면, 휴대용 장치(100)가 축을 중심으로 회전될 때, 오프셋 자기장이 동일한 방식으로 회전하고 움직인다. 이것은 장치(100)가 회전되거나 수평면에서 움직이는 동안 정지한 채로 있는 지자기장과 반대이다. 센서(102)의 관점에서 달리 살펴보면, 센서의 좌표계가 회전할 때, 그 좌표계에서의 지자기장의 방향은 변하지만, 오프셋 자기장은 그대로 있다. 지자기장과 오프셋 자기장 사이의 이러한 관계의 결과, 자기 센서(102)는, 도시된 바와 같이, 구를 정의하거나 일반적으로 구 상에 있는 측정치 또는 데이터점의 궤적을 생성한다.

주목할 점은, 여기서 "일반적으로 구"라는 것이 편의상 완벽한 구 뿐만 아니라 타원체와 같은 찌그러진 구도 포함하는 것으로 이해되어야 한다는 것이다. 그러한 이유는 간섭 효과가 2개의 성분 - 기본적으로 일정할 수 있는 가법 오프셋 벡터(additive offset vector) 및 방향에 따라 변하는 지자기장 벡터에 적용되는 스케일링 인자(scaling factor) - 을 갖는 것으로 모델링될 수 있기 때문이다(그 결과 완벽하게 구형인 측정 표면보다는 약간 찌그러진 측정 표면이 얻어짐). 지역 자기 간섭 효과(local magnetic interference effect)를 모델링하는 다른 방식이 가능하다.

여전히 도 1을 참조하면, 휴대용 장치(100), 따라서 그의 통합된 자기 센서(102)가 x, y 및 z 축을 중심으로 회전될 때, 센서의 샘플링된 출력이 변하고, 그로써 일반적으로 구형인 표면을 정의하는 점의 궤적을 생성한다는 것을 알 수 있다. 또한 주목할 점은, 오프셋 자기장에 따르면, 구가 좌표계의 원점으로부터 오프셋되어 있다는 것이다. 이상에서 설명한 바와 같이, 많은 경우에, 이 오프셋 자기장은 (휴대용 장치가 축을 중심으로 회전하기 때문에) 일정한 것으로 가정될 수 있다.

따라서, 나침반을 보정하기 위해, 미지의 오프셋 자기장이 구해지거나 그에 대한 해를 구할 필요가 있다는 것이 명백하게 된다. 그것이 행해진 경우, 센서(102)에 의해 출력되는 측정 벡터로부터 해가 구해진 오프셋 벡터를 차감함으로써 지자기장 벡터가 얻어질 수 있다. 구의 중심을 구하기 위해 최소자승법과 같은 기지의 컴퓨터-구현 수학적 추정 기법이 일련의 센서-측정 벡터[보정 버퍼(calibration buffer)라고 함]에 적용될 수 있다. 이것은 충분히 많은 수의 상이한 측정된 벡터 인스턴스에 대해 충분한 수의 계산된 지자기장 인스턴스 사이의 변동 - 측정된 벡터와 가정된 오프셋 벡터 사이의 차이로 추정됨 - 을 최소화하는 3D 공간에서의 벡터 또는 점일 수 있다. 이러한 방식으로 측정 구의 중심에 대한 해가 구해졌으면, 3D 보정 프로세스는 이어서 계산된 오프셋 자기장 벡터를 자기 센서(102)에 의해 발생된 그 다음 측정 벡터로부터 차감하는 것에 기초하여 새로운 지자기 벡터를 계산한다.

3D 보정 프로세스는 지자기 구 상에 잘 분포된 일련의 측정점(즉, 수학적 추정 알고리즘이 구의 중심에 대한 해를 빠르고 정확하게 구하는 것을 가능하게 해주기에 충분한 일련의 측정점)을 필요로 한다. 이상에서 암시된 바와 같이, 쉽게 회전될 수 있는 휴대용 장치에 대해서도 이러한 데이터가 항상 이용가능한 것은 아니다. 상세하게는, 도 2는 사용자가 자동차를 운전하고 있고 그의 휴대용 장치(100)를, 예를 들어, 자동차의 대시보드에 도킹시키거나 고정시킨 경우를 나타낸 것이다. 장치가 자동차와 함께 이동하는 동안, 나침반은 보통의 운전 상태에서 수평면에서 거의 그다지 기울어지지 않거나 회전하지 않는다는 점에서 수평인 채로 있다. 이것은 자기 센서(102)가 통상적인 3D 보정 프로세스에 필요한 데이터점을 생성하지 않는다는 것을 의미하며, 따라서 투명한 또는 자동적인 3D 보정 절차가 더 이상 정확한 방향을 제공하지 않을 것이다. 그러한 상황에서, 이하에서 기술하는 바와 같이, 3D 프로세스 대신에, 2D 보정 프로세스가 호출될 수 있다.

도 2의 도면에 도시된 바와 같이, 2D 보정 프로세스에 의해 구해진 자기 측정 공간(지자기 측정 구의 표면 상의 데이터점으로서 나타내어져 있음)은 일반적으로 원형인 경로일 수 있다. 환언하면, 장치(100)가 회전을 하지만 자동차가 보통의 상황에서 운전되는 것으로 인해 z축을 중심으로 서서히 회전하기 때문에, 자기 센서(102)도 역시 z축을 중심으로 서서히 회전하며, 그로써 (완전한 구보다는) x-y 평면 또는 수평면에 원형인 경로를 생성한다. 모든 데이터점은 원형인 경로 상에 있는데, 그 이유는 센서(102)가 기본적으로 수평인 채로 있고 수평면에서 충분히 기울어지거나 회전하지 않기 때문이다. 도 3 및 도 5는 휴대용 장치가 (즉, 주행 중인 자동차의 대시보드에 고정되어 있음으로써 또는 사용자가 타고 있는 자전거의 핸들에 고정되어 있음으로써) 기본적으로 수평인 채로 있으면서 수평면에서 움직이고 있는 2D 사용 모드의 추가적인 일례를 나타낸 것이다. 2D 모드 사용에 대한 다른 시나리오는, 예를 들어, 사용자가 장치를 범선의 대시보드에 고정했을 때를 포함한다.

주목할 점은, 휴대용 장치(100)가 세로 배향으로 보유되어 있고 나침반에 의해 계산된 방위 벡터가 자기 센서의 x-z 평면에 있을 것인(도 1 참조) 상황을 도 3 및 도 5가 나타내고 있다는 것이다. 그렇지만, 본 명세서에 기술된 기술은 또한 상향 평탄면(flat-face-up)(방위 벡터가 x-y 평면에 있을 것임)과 같은 다른 배향에도 적용가능하다.

도 2로 돌아가면, 2D 보정 프로세스에서, 센서(102)에 의해 얻어진 자기장 측정치가 일반적으로 원형인 경로를 정의하거나 그에 의해 최상으로 근사하게 되는 것으로 추정된다. 주목할 점은, 여기서 "일반적으로 원형인 경로"라는 것이 편의상 완벽한 원 뿐만 아니라 타원과 같은 찌그러진 원도 포함하는 것으로 이해되어야 한다는 것이다. 이상에서 설명한 바와 같이, 이것은 특정 유형의 자기 재료로부터의 기여분을 갖는 간섭 효과 - 이 효과는 방향에 따라 변하는 스케일링 인자에 의해 모델링될 수 있음 - 로 인한 것일 수 있다(그로써 완벽하게 원형인 경로보다는 찌그러진 경로가 얻어짐). 2D 보정을 위해 지역 자기 간섭 효과를 모델링하는 다른 방식이 가능하다.

2D 보정 프로세스는 3D 프로세스보다 덜 제한적인 것으로 볼 수 있는데, 그 이유는 구의 중심축을 따라 있는 오프셋 자기장 벡터에 대한 기본적으로 모든 해를 인정하도록 설계될 수 있기 때문이다. 환언하면, 해가 구해진 오프셋 벡터가 구의 중심을 가리키는 것일 필요가 있기 보다는, 2D 프로세스는 중심축을 따라 기본적으로 어느 곳이라도 가리키는 해를 허용한다. 이들 해 중 어느 것이라도 정확한 방향 출력을 제공할 수 있을 것이다. 2D 보정은 여전히 정확한 방향 출력을 제공하면서 3D보다 간단하고 덜 계산 집중적인 프로세스일 수 있다. 또한, 센서(102)가 기본적으로 동일한 단일 평면에 있는 한(예컨대, 수평면에서 움직이고 z축을 중심으로만 회전하는 동안), 2D 해가 여전히 정확한 것으로 추정될 수 있다. 2D 보정 프로세스는 3D 프로세스의 수정된 버전일 수 있고, 이 경우 최소자승법이 이제 허용된 해(오프셋 벡터)에 대해 보다 적은 수의 제한을 가진다.

통상적인 3D 보정 프로세스에 행해질 수 있는 부가적인 수정은, 원형 경로를 따라 있는 데이터점 사이의 구별을 향상시키기 위해, 자기 센서 출력이 샘플링되는 레이트를 낮추는 것이다. 이상에서 암시된 바와 같이, 보통의 운전 상태에서 자동차를 운전하는 동안과 같은 통상적인 2D 모드 사용에서, 휴대용 장치는 z축을 중심으로 비교적 느리게 회전한다. 샘플링 레이트를 낮추는 것은 따라서 휴대용 장치가 z축을 중심으로 회전할 시간을 더 많이 주기 위해 샘플 사이에서 더 오랫동안 기다림으로써 원형 경로를 따라 있는 데이터점의 구별을 향상시킨다. 이러한 방식으로 샘플링 레이트를 낮추는 것은 또한 너무 많은 데이터점으로 보정 버퍼를 오버플로우시킬 가능성을 감소시키는 데 도움을 주며, 운전 동안 통상적인 회전이 비교적 느리고 덜 빈번히 수행되는 상황에서 특히 그렇다.

2D 보정을 달성하기 위해 통상적인 3D 프로세스에 행해질 수 있는 부가의 수정은 특정의 측면 또는 유형의 유효성 확인 절차를 제거하는 것이다. 통상적인 3D 보정 프로세스는 주어진 해(오프셋 벡터)가 나침반의 출력 방향을 제공하기에 충분히 정확할 가능성을 검사하는 적어도 하나의 유형의 유효성 확인 절차를 포함한다. 이들 절차가 2D 프로세스에 대해 간략화될 수 있다.

휴대용 장치(100)에 2개의 상이한 나침반 보정기를 갖는 전술한 개념은 도 6의 블록도에 나타낸 바와 같이 구현될 수 있다. 도 6은 나침반 기능에 관련된 휴대용 장치의 특정 기능 구성요소를 나타낸 휴대용 장치(100)의 블록도이다. 장치(100)는 2D 보정기(606) 및 3D 보정기(608)를 가지며, 이들 둘다는 3축 자기 센서(102)에 의해 생성된 자기장 측정치에 기초하여 그 각자의 오프셋 자기장을 계산한다. 이상에서 설명한 바와 같이, 2D 보정기(606)는 그의 입력 자기장 측정치가 일반적으로 원형인 경로를 정의한다는 가정에 기초하여 동작하는 반면, 3D 보정기(608)는 그의 입력 측정치가 일반적으로 구형인 표면을 정의할 것으로 예상한다. 2개의 보정기 중에서 선택하기 위해, 나침반의 방향 출력에 관한 최종적인 결정을 하는 나침반 방향 출력 모듈(610)이 제공된다. 방향 출력은 이어서, 예컨대, 휴대용 장치(100)의 디스플레이 화면(614) 상에 나침반 좌표 디스플레이의 형태로 또는 음성 합성 기능을 사용하여 스피커(104)를 통해 말해지는 방위로서, 사용자에게 방향 출력을 제시하는 사용자 인터페이스 모듈(612)에 제공된다.

방향 출력 모듈(610)은 사용자가 휴대용 장치(100)를 어떻게 가지고 다니는지에 따라 선택을 할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 나침반에 대해 어느 유형의 보정이 수행되어야 하는지를 수동으로 선택할 수 있게 해주기 위해 사용자 인터페이스 기능이 모듈(610)에 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 나침반 방향 출력 모듈(610)은 사용자 상황 검출기(611)에 응답한다. 후자는, 자동 검출을 사용하여(즉, 사용자로부터의 특정의 입력을 필요로 하지 않고), 사용자가 휴대용 장치(100)를 어떻게 가지고 다니는지를 추론할 수 있는 메커니즘이다.

사용자 상황 검출기는 장치(100)의 위치, 배향 또는 움직임의 변화를 감지할 수 있는, 장치(100)에 통합되어 있는 위치, 배향 및 움직임(POM) 센서(613) 중 하나 이상에 응답할 수 있다. 이러한 센서는 가속도계, 관성 센서, 자이로 센서, 기울기 센서, 요 센서, 및/또는 피치 센서를 포함할 수 있다. POM 센서(613)는 또한 GPS(global positioning system)와 같은 무선 주파수 삼각측량-기반 위치 확인 장치를 포함할 수 있다. POM 센서(613)는 휴대용 장치(100)에 통합되어 있을 수 있고, 상세하게는, POM 센서(613)와 자기 센서(102) 사이에 어떤 상대적 움직임도 없도록 기계적으로 고정될 수 있다. 일례로서, POM 센서는 (자력계 회로를 포함하는) 전자 나침반 칩과 동일한 회로 기판 상에 설치된 가속도계 칩의 물리적 형태로 되어 있을 수 있고, 이 경우 회로 기판은 장치(100) 내부에 하우징되어 있다.

POM 센서(613)에 의해 생성된 원시 데이터는, 예를 들어, 방향 출력을 제공하기 위해 [2D 보정기(606) 대신에] 3D 보정기(608)가 선택되어야만 하도록 장치(100)가 수평면에서 충분히 회전하거가 기울어지는지를 검출하기 위해, 나침반 방향 출력 모듈(610) 및/또는 사용자 상황 검출기(611)에 의해 처리될 수 있다. 그에 부가하여, 앞으로 2D 보정기(606)가 방향 출력을 제공하기 위해 선택되어야 하도록 장치(100)가 (예컨대, 자동차 또는 보트에 부착되어 있는 것으로 인해) 움직이면서 충분한 기간 동안 수평인 채로 있었는지를 판정하기 위해 이 정보가 사용될 수 있다.

다른 실시예에서, 사용자 상황 검출기(611)는, 이전에 학습하고 저장된 POM 센서 데이터 패턴과 관련하여 현재의 통계적 POM 센서 출력 데이터를 분석한 것에 기초하여, 자동차 사용 모드가 현재 존재한다고 추론할 수 있다(이 경우, 예를 들어, 장치는 운전되고 있는 자동차에 고정되어 있음). 제어 시스템 알고리즘을 수반할 수 있는 통계적 기술이 이러한 분석에서 사용될 수 있다. 자동차 모드의 경우, 나침반 방향 출력 모듈(610)은 [3D 보정기(608)에 의해 생성된 지자기장이 아니라] 2D 보정기(606)에 의해 생성된 지자기장을 방향 출력으로 선택할 것이다. 다른 시나리오에서, 사용자 상황 검출기(611)가 보행자 모드(사용자가 서 있거나 걷고 있는 동안 장치가 사용자의 손에 파지되어 있을 수 있음)를 추론하는 경우, 나침반 방향 출력 모듈(610)은, 그 경우에, 2D 보정기(606)에 의해 생성된 해가 아니라 3D 보정기(608)에 의해 생성된 지자기장을 선택하기로 결정할 수 있다.

(2D 또는 3D 보정을 선택하기 위해) 사용자 상황을 결정하는 다른 기술은, 측정치가 원형 경로(예컨대, 고리)로 제한되는지 여부 또는 그의 분포로부터 일반적으로 구형인 표면이 얻어지는지를 판정하기 위해, 통계적으로 자기 센서(102)에 의해 발생된 측정치를 모니터링하는 것이다. 이러한 분석에 기초하여, 방향 출력 모듈(610)은 이어서, 예를 들어, (자기장 측정치가 원형 경로로 제한되는 경우) 2D 보정 모드가 호출되어야 하는 것으로 추론할 수 있다. 이러한 결정은 이어서, 장치의 물리적 배향이 기본적으로 수평인 채로 있는지(2D 보정 모드가 유지되어야 함을 암시함)를 판정하기 위해, POM 센서(613) 중 하나 이상의 센서의 출력을 또한 모니터링함으로써 유효성 확인될 수 있다. 3D 보정 모드가 호출되어야만 하도록 휴대용 장치가 그의 평면 또는 수평 배향 상태를 유지했다가 수평면에서 충분히 기울어지거나 회전하기 시작했을 때를 검출하기 위해 POM 센서(613)가 계속하여 모니터링될 수 있다.

주목할 점은, 비록 도 6이 이들 보정기(606, 608) 둘다가 장치(100)에 존재하는 것을 나타내고 있지만, 실제로는 계산 및 저장 자원은 물론 배터리 에너지를 절감하기 위해 선택되지 않은 보정기를 비활성화시키는 것이 보다 바람직할 수 있다는 것이다.

나침반 기능을 제공하기 위해 휴대용 장치(100)을 동작시키는 머신-구현 방법이 다음과 같이 기술될 수 있다(이 때 하기의 동작이 기술된 순서로 구현될 필요는 없다):

출력 데이터가 수집되는 동안 최종 사용자가 의도적으로 장치를 회전시키거나 위치시킬 필요 없이 최종 사용자(예컨대, 자동차를 타고 있거나 걷고 있음)가 휴대용 장치를 가지고 다니는 동안 자기 센서로부터 측정 데이터가 수집되고 - 이것은 투명하거나 자동 보정 절차임 -,

(출력 데이터가 수집되는 동안 최종 사용자가 의도적으로 장치를 회전시키거나 위치시킬 필요 없이 최종 사용자가 장치를 가지고 다니는 동안) 휴대용 장치 내의 하나 이상의 POM 센서로부터 측정 데이터가 역시 수집되며,

자기 센서 및 POM 센서 중 하나 또는 둘다로부터 수집된 측정 데이터가 처리되고, 그에 응답하여, 자기 센서에 대해 2D 나침반 보정 프로세스 또는 3D 나침반 보정 프로세스가 수행되어야 하는 것으로 신호된다.

구가 아니라 일반적으로 원형인 경로를 정의하는 자기 센서로부터 수집된 측정 데이터에 기초하여, 미지의 오프셋 자기장 벡터에 대한 해를 구함으로써 2D 나침반 보정 프로세스가 수행될 수 있다. 그에 부가하여, 2D 보정 프로세스는 일반적으로 원형인 경로의 중심에 있을 필요가 없는 이 경로의 수직 중심축을 따라 있는 위치를 가리킬 수 있는 미지의 오프셋 벡터의 해를 구하는 것을 가능하게 해준다.

이와 달리, 유사한 알고리즘을 사용하여 미지의 오프셋 자기장 벡터에 대한 해를 구함으로써 3D 나침반 보정 프로세스가 또한 수행될 수 있지만, 수집된 측정 데이터가 그 경우에 일반적으로 구형인 표면을 정의하는 것으로 가정된다. 3D 보정 프로세스는 일반적으로 구형인 표면의 중심을 가리키는 미지의 오프셋 벡터의 해를 구하는 것을 필요로 할 수 있다.

한편, 장치가 수평면에서 충분히 회전하거나 기울어지는지를 판정하기 위해 POM 센서로부터 수집된 측정 데이터의 통계적 분석이 또한 수행될 수 있다 - 그러한 경우에, 그에 응답하여 2D 프로세스가 아니라 3D 보정 프로세스가 신호됨 -.

나침반 기능과 관련한 휴대용 장치(100)의 전술한 기능 구성요소는 각종의 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 현재 및 장래의 휴대용 장치에서 통상적인 바와 같이, 휴대용 장치에서의 기능은 하드와이어드 회로를 비롯한 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 사용하여 구현된다. 상세하게는, 장치(100)는, 전술한 기능들 중 다수를 수행하기 위해, 제조업체에 의해 미리 구성되어 있거나 장치(100)에 저장되어 있는 사용자 다운로드가능 프로그램을 수행하는 프로그램가능 회로를 가질 수 있다. 프로그램 저장 장치는 다양한 유형의 데이터 저장 매체(예컨대, 랜덤 액세스 메모리와 같은 고정식 휘발성 또는 비휘발성 고상 메모리, 플래시 메모리 카드와 같은 이동식 비휘발성 저장 장치, 및 광 또는 자기 재기록가능 디스크 드라이브와 같은 고정식 대용량 저장 장치) 중 하나 이상을 사용하여 구현될 수 있다. 저장 장치는, 예를 들어, 보정기(606, 608)의 기능은 물론, 나침반 방향 출력 모듈(610), 사용자 인터페이스 모듈(612) 및 사용자 상황 검출기(611)의 기능도 제어하는 것을 비롯한 몇개의 프로그램 모듈을 포함할 수 있다. 프로그램된 프로세서는 통상적인 다기능 스마트폰에 통합되어 있는 응용 프로그램 프로세서와 같은 휴대용 장치에 통상적으로 이용가능한 프로그램가능 논리 처리 회로, 전용 휴대용 디지털 카메라 또는 랩톱 개인용 컴퓨터에서 발견될 수 있는 중앙 처리 장치(CPU), 및 전용 마이크로컨트롤러 또는 디지털 신호 처리기(DSP) 칩의 임의의 적당한 조합을 포함할 수 있다. 도면에 명확히 도시되어 있지는 않지만, 상이한 기능 단위 블록 사이의 결합이 상이한 유형의 시그널링 및 집적 회로 토폴로지 사이에서 인터페이스하기 위한 모든 필요한 아날로그 및/또는 디지털 회로를 포함한다는 것을 잘 알 것이다. 마지막으로, 대부분의 경우에, 도 6에 나타낸 모든 기능이 휴대용 장치(100)의 하우징 내에 통합되어 있는 고상 및 집적 회로 패키지를 사용하여 구현될 수 있다. 충전가능한 주전원과 같은 배터리, 전화 네트워크 및 데이터 네트워크와 같은 네트워크와 통신하기 위한 통신 인터페이스, 및 키패드 및 터치 스크린과 같은 실제 또는 가상 사용자 인터페이스 등 휴대용 장치(100)의 부가적인 기능이 간략함을 위해 기술되어 있지 않다.

특정의 실시예가 기술되고 첨부 도면에 도시되어 있지만, 다양한 다른 수정이 당업자에게 안출될 수 있기 때문에, 이러한 실시예가 광의의 발명을 제한하는 것이 아니라 단지 예시하는 것이고 본 발명이 도시되고 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 도 6이 2개의 보정기가 동일한 기능의 3축 자기 센서(102)에 결합되어 있는 것으로 도시하고 있지만, 실제로는 3축 자기 센서(102)가 동일한 칩 상의 2개의 개별적인 자기 센서 칩 또는 2개의 개별적인 자기 센서 회로 - 각각이 보정기(606, 608)의 각자의 보정기로서 역할하도록 전용되어 있음 - 로서 구현될 수 있다. 따라서, 이 설명이 제한하는 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (14)

1. 휴대용 장치로서,
   3축 자기 센서,
   일반적으로 구형인 표면을 정의하는 상기 센서에 의한 일련의 자기장 측정치에 기초하여 제1 오프셋 자기장을 계산하고 상기 제1 오프셋 자기장을 사용하여 제1 지자기 방향을 계산하는 제1 나침반 보정기,
   일반적으로 원형인 경로를 정의하는 상기 센서에 의한 일련의 자기장 측정치에 기초하여 제2 오프셋 자기장을 계산하고 상기 제2 오프셋 자기장을 사용하여 제2 지자기 방향을 계산하는 제2 나침반 보정기, 및
   사용자가 상기 휴대용 장치를 어떻게 가지고 다니는지에 따라, 상기 제1 및 제2 지자기장 중 하나의 지자기장이 자신의 방향 출력이 되도록 선택하는 나침반 방향 출력 모듈
   을 포함하는 휴대용 장치.
2. 제1항에 있어서, 사용자가 상기 휴대용 장치를 어떻게 가지고 다니는지를 검출하는 사용자 상황 검출기를 더 포함하고, 상기 나침반 방향 출력 모듈은 상기 사용자 상황 검출기에 응답하여 상기 제1 및 제2 지자기장 중에서 선택을 하는 휴대용 장치.
3. 제2항에 있어서, POM(position, orientation or motion) 센서를 더 포함하고,
   상기 사용자 상황 검출기는, 상기 POM 센서에 응답하여, 상기 장치가 일정 기간 동안 수평인 채로 있었음을 표시하는 휴대용 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 검출기는, 상기 장치가 주행 중인 자동차에 고정되어 있을 때, 자동차 모드를 표시하고,
   상기 나침반 방향 출력 모듈은, 자동차 모드에 있을 때, 자신의 방향 출력으로서 상기 제1 지자기장이 아니라 상기 제2 지자기장을 선택하는 휴대용 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 검출기는, 상기 장치가 사용자의 손에 파지되어 있고 사용자가 걷고 있을 때, 보행자 모드를 표시하고,
   상기 나침반 방향 출력 모듈은, 보행자 모드에 있을 때, 상기 제2 지자기장이 아니라 상기 제1 지자기장을 선택하는 휴대용 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 검출기는, 상기 장치가 사용자의 손에 파지되어 있고 사용자가 걷고 있을 때, 보행자 모드를 표시하고,
   상기 나침반 방향 출력 모듈은, 보행자 모드에 있을 때, 상기 제2 지자기장이 아니라 상기 제1 지자기장을 선택하는 휴대용 장치.
7. 제조 물품으로서,
   3축 자기 센서를 갖는 전자 나침반에서 보정 루틴을 수행하여 상기 나침반에 대한 오프셋 자기장을 계산하도록 프로세서를 프로그램하는 데이터를 저장하고 있는 데이터 저장 장치를 포함하고,
   상기 보정 루틴은 상기 자기 센서가 수평면을 따라 움직이면서 적어도 소정의 시간 구간 동안 상기 수평면 둘레를 회전하지 않았다는 점에서 기본적으로 수평인 채로 있었다고 판정하고, 그에 응답하여, 간섭 자기장을 계산하기 위해 상기 센서에 대해 수행될 2D 보정 프로세스를 선택하며,
   상기 보정 루틴은 상기 센서가 상기 수평면에서 충분히 기울어지거나 그 둘레를 회전하고 있는 것으로 판정하고, 그에 응답하여, 상기 간섭 자기장을 계산하기 위해 상기 센서에 대해 수행될 3D 보정 프로세스를 선택하는 제조 물품.
8. 제7항에 있어서, 상기 2D 보정 프로세스는 상기 간섭 자기장에 대한 2개 이상의 해를 얻고, 상기 센서가 기본적으로 상기 수평면에 머물러 있으면서 움직이는 한, 타당한 해는 지자기 측정 구(geomagnetic measurement sphere) 상에 있고 이 구의 중심축을 따라 간격을 두고 떨어져 있는 제조 물품.
9. 제8항에 있어서, 상기 3D 보정 프로세스는 상기 지자기 측정 구의 중심에 있는 상기 간섭 자기장에 대한 해를 구하는 제조 물품.
10. 나침반 기능을 제공하도록 자기 센서를 갖는 휴대용 장치를 동작시키는 머신-구현 방법으로서,
    출력 데이터가 수집되는 동안 최종 사용자가 의도적으로 상기 장치를 회전시키거나 위치시킬 필요없이 최종 사용자가 상기 장치를 가지고 다니는 동안 상기 휴대용 장치 내의 상기 자기 센서로부터 측정 데이터를 수집하는 단계,
    상기 출력 데이터가 수집되는 동안 최종 사용자가 의도적으로 상기 장치를 회전시키거나 위치시킬 것을 요구하지 않고 최종 사용자가 상기 장치를 가지고 다니는 동안 상기 휴대용 장치 내의 하나 이상의 POM 센서로부터 측정 데이터를 수집하는 단계, 및
    상기 자기 센서 및 상기 POM 센서 중 하나 또는 둘다로부터 수집된 측정 데이터를 처리하고, 그에 응답하여, 상기 자기 센서에 대해 2D 나침반 보정 프로세스 및 3D 나침반 보정 프로세스 중 하나가 수행되어야 한다는 것을 신호하는 단계
    를 포함하는 머신-구현 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 자기 센서로부터 수집된 측정 데이터에 기초하여 미지의 오프셋 자기장 벡터에 대하여 해를 구함으로써 상기 2D 나침반 보정 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 자기 센서로부터 수집된 측정 데이터는 구가 아니라 일반적으로 원형인 경로를 정의하고,
    상기 2D 보정 프로세스는 상기 일반적으로 원형인 경로의 중심에 있을 필요가 없는 상기 경로의 수직 중심축을 따라 있는 위치를 가리킬 수 있는 상기 미지의 오프셋 벡터의 해를 허용하게 하는 머신-구현 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 자기 센서로부터 수집된 측정 데이터에 기초하여 상기 미지의 오프셋 자기장 벡터에 대하여 해를 구함으로써 상기 3D 나침반 보정 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하고,
    상기 자기 센서로부터 수집된 측정 데이터는 일반적으로 구형인 표면을 정의하고,
    상기 3D 보정 프로세스는 상기 일반적으로 구형인 표면의 중심을 가리키는 상기 미지의 오프셋 벡터의 해를 필요로 하는 머신-구현 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 수집된 측정 데이터를 처리하는 단계는,
    상기 장치가 기본적으로 수평인 채로 있었는지의 여부를 판정하기 위해 상기 POM 센서로부터 수집된 측정 데이터의 통계적 분석을 수행하는 단계를 포함하고, 수평인 채로 있었다고 판정된 것에 응답하여 상기 3D 프로세스가 아니라 상기 2D 보정 프로세스가 신호되는 머신-구현 방법.
14. 제10항에 있어서, 상기 수집된 측정 데이터를 처리하는 단계는,
    상기 장치가 수평면에 대하여 충분히 회전하거나 기울어져 있는지의 여부를 판정하기 위해 상기 POM 센서로부터 수집된 측정 데이터의 통계적 분석을 수행하는 단계를 포함하고, 회전하거나 기울어져 있다고 판정된 것에 응답하여 상기 2D 프로세스가 아니라 상기 3D 보정 프로세스가 신호되는 머신-구현 방법.

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