WO2006088057A1

WO2006088057A1 - 方位計測装置

Info

Publication number: WO2006088057A1
Application number: PCT/JP2006/302647
Authority: WO
Inventors: Yukimitsu Yamada
Original assignee: Alps Electric Co., Ltd.
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2006-08-24
Also published as: JP2006226810A

Abstract

【課題】　簡単な操作で内部磁界の影響を抑えるキャリブレーションを行うことができ、且つ方位角を高精度に検出することが可能な方位計測装置を提供する。【解決手段】　方位計測装置をわずかに回転させると、磁気検出手段が円弧状の検出軌跡Ｃ２上の点として少なくとも３点（Ｐ、Ｑ、Ｒ）を検出するが、座標Ｐ，Ｑを通るＰＱ線の垂直二等分線Ｍと、座標Ｑ，Ｒを通るＱＲ線の垂直二等分線Ｎを求めるとともにそれらの交点を検出軌跡Ｃ２の中心点Ｇとして求め、前記中心点Ｇと原点Ｏとの距離をＬとすると、前記距離Ｌのｘ成分をｘ軸方向のオフセット補償値、ｙ成分をｙ軸方向のオフセット補償値とすることができる。磁気検出手段が検出した磁気データから各オフセット補償値を成分ごとに除去することにより、キャリブレーションされた磁気データを得ることができ、この磁気データから精度の高い方位角θを求めることが可能となる。

Description

明細書

方位計測装置

技術分野

[0001] 本発明は、携帯型端末などに搭載される方位計測装置に係わり、特に簡単なキヤリブレーシヨンで高精度に方位角を検出できるようにした方位計測装置に関する。背景技術

[0002] 携帯電話機などに搭載されて、る方位計測装置 (電子コンノス）は、 3軸型の磁気センサを用いて地磁気を検出して測定地点における方位角などの算出を行うものである。

[0003] し力しながら、携帯電話機内にはスピーカを始めとして磁場を発生させる電子部品がー緒に搭載されて、る。前記のような磁場は前記地磁気に対してノイズやオフセットとして作用するため、このような環境下で検知された地磁気力も算出される方位角には大きな誤差が含まれやす、と、う問題がある。

[0004] 上記のような方位計測装置が、地磁気以外の外部磁場に起因するノイズやオフセットの影響を少なくするための先行技術としては、例えば以下の特許文献 1などが存在している。

特許文献 1 :特開 2004— 12416号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 特許文献 1では、方位計測装置を同一平面内で 180度回転させ、回転開始位置での磁気センサの出力値と、 180度回転させた位置での磁気センサの出力値とを減算してオフセットを求めると!、うものである。

[0006] しかし、上記特許文献 1に記載された発明にあってさえもキャリブレーションを確実に行うためには方位計測装置自体を 180度以上回転させる必要があり、使用上煩雑であった。

[0007] 特に、回転中に軸振れなどを伴うと、キャリブレーション不能を示すエラーが表示されてしまい、何度もキャリブレーション操作をやり直しさせる必要が生じてユーザーに過度の負担をかけて、たと、う問題もある。

[0008] 本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、簡単な操作で内部磁界の影響を抑えるキャリブレーションを行うことができるとともに、方位角を高精度に検出することが可能な方位計測装置を提供することを目的として!/、る。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明は、原点で直交する少なくとも 2軸に沿う方向に発生する地磁気の検出が可能な磁気検出手段と、前記磁気検出手段が検出した 3点以上の磁気データによって形成される円弧状または楕円状の検出軌跡からその中心点を算出するとともに、この検出軌跡を前記原点を中心とする基準軌跡に変換するオフセット補正値を算出する補正演算手段と、磁気データから前記オフセット補正値を除去してから補正後の方位角を算出する方位演算手段と、前記各手段の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。

[0010] 本発明では、少なくとも 2本の垂直二等分線の交点を求めるという簡単な方法により、キャリブレーション用のオフセット補償値 xg 及び yg を求めることができる。しかも av. av.

、理論上は方位測定装置を搭載した電子機器をわずかに (90° 以内で)回転させるだけで前記オフセット補償値 xg 及び yg を求めることができる。すなわち、電子機 av. av.

器をわずかに回転させるだけでキャリブレーションを行うことができるため、方位角を測定する上で操作者にかける負担を軽減することができる。

[0011] 例えば、前記磁気検出手段は、所定のサンプリング周期で継続的に前記磁気データを取得しており、前記補正演算手段は継続的に前記オフセット補正値を算出するとともに、前記方位演算手段が継続的に補正後の方位角を算出するものである。

[0012] あるいは前記磁気検出手段は、所定のサンプリング周期で継続的に前記磁気データを取得しており、前記磁気データが変化したときに、前記補正演算手段がオフセット補正値を算出するとともに、方位演算手段が補正後の方位角を算出するものである

[0013] 上記において、前記補正演算手段が、前記 3点以上の磁気データのうち、任意の 2 点間を結ぶ直線に対する第 1の垂直二等分線と、前記任意の 2点とは異なる他の 2 点間を結ぶ直線に対する第 2の垂直二等分線とを求めるとともに、前記第 1の垂直二等分線と第 2の垂直二等分線との交点を前記基準軌跡の中心点に設定することを特徴とするものが好ましい。

[0014] さらには、複数の磁気データから任意の 2点を多数抽出し、それぞれの 2点間を結ぶ直線ごとに垂直二等分線を多数設定するとともに、前記多数の垂直二等分線が交差する複数の交点の座標を平均化したものを前記中心点の平均座標とするものが好ましい。

[0015] また前記補正演算手段は、前記検出軌跡を形成する磁気データに対応する座標を以下の数 3に示す関数 F (x, y)に代入したときに、前記関数 F (x, y) = 0を満たす係数 a, b, xおよび yを求めるとともに、このとき求めた前記 Xを X軸方向のオフセット g g g 補償値とし、且つ前記 yを y軸方向のオフセット補償値とするものが好ましい。

g

[0016] [数 3]

(x - x_g† (y - y, )

a ² b²

[0017] この場合には、前記中心点と原点との間の距離のうち X軸成分のオフセット補償値の平均を xg 、 y

av. 軸成分のオフセット補償値の平均を yg

av.とし、かつ前記磁気検出手段から出力される磁気データを (X, Y)としたときに、前記方位演算手段における方位角 Θの算出が以下の数 4で行うことができる。

[0018] [数 4]

[0019] ただし、 Hx, Hyは Hx = kl ' (X— xg )、 Hy=k2 ' (Y— yg )であり、 kl , k2は任 av. av.

意の定数である。

発明の効果

[0020] 本発明では、方位計測装置を搭載した電子機器を、 90° 以内でわずかに回転させると、う簡単な操作だけで、内部磁界の影響を受けな、キャリブレーションを行うことができる。よって、操作者に過度の負担をかけることなぐ精度の高い方位角を算出することがでさるよう〖こなる。

発明を実施するための最良の形態 [0021] 図 1は方位計測装置 (3軸型電子コンパス)を搭載した電子機器と方位角との関係を 2次元的に示す平面図、図 2は方位計測装置の構成を示すブロック図、図 3は傾斜補正の原理を 3次元的に説明するための方位解析図、図 4は X軸回りにピッチ角ひだけ傾斜させた状態を 2次元的に示す電子機器の側面図、図 5は y軸回りロール角 β だけ回転させた状態を 2次元的に示す電子機器の底面図である。

[0022] 図 1は電子機器 1の代表例として示す携帯電話機である。この電子機器 1には方位計測装置 2が搭載されている。

[0023] 図 2に示すように前記方位計測装置 2は、磁気検出手段 3、補正演算手段 9、方位演算手段 10および制御手段 11を有している。

[0024] 前記磁気検出手段 3は、 3ケの磁気センサ 4a, 4b, 4cと、切換手段 6、増幅手段 7 および AZD変換手段 8を有している。前記磁気センサ 4a, 4b, 4cは互いに直交する方向に配置されており、前記電子機器 1の幅方向を x'軸、前記電子機器 1の長手方向を y'軸、電子機器 1の板厚方向を z'軸とすると、前記磁気センサ 4aは x'軸方向、前記磁気センサ 4bは y'軸方向、前記磁気センサ 4cは z'軸方向にそれぞれ発生した磁界 (地磁気)の強さをアナログ量として検出する。したがって、前記方位計測装置 2では 3ケの磁気センサ 4a, 4b, 4cにより x'y' z'直交座標系が形成されており、常に地球の回りに発生する地磁気ベクトル Hの 3軸方向成分を測定して、る。

[0025] 前記磁気センサ 4a, 4b, 4cの各出力は切換手段 6に接続されている。前記制御手段 11は、前記切換手段 6を順番に駆動することにより、磁気センサ 4a, 4b, 4cの出力（アナログ量)を順番に切り換えて前記増幅手段 7に導く。前記増幅手段 7は所定のゲインで前記磁気センサ 4a, 4b, 4cの各出力をそれぞれ増幅し、その次の後段に設けられた AZD変換手段 8に出力する。前記 AZD変換手段 8では、前記増幅後の磁気センサ 4a, 4b, 4cの出力を所定のサンプリング周波数でデジタル信号に変換することにより、磁気データ X, Y, Zを生成する。

[0026] なお、前記磁気検出手段を構成する磁気センサ 4a, 4b, 4cとしては、例えば MR ( Magneto Resistive)センサ、 GIG (Granular in Gap)センサ、ホーノレ素子、フラックスゲート型磁気センサ (特開平 9—43322号および特開平 11― 118892号公報参照）などを用いることができる。 [0027] 以下の説明においては、電子機器 1の姿勢に応じて変化する前記 x' y' z '直交座標系の x'軸と y'軸とが地面に対して平行となる水平面 (x' y'平面 (地平面) )を形成しており、 y軸'が真北を向き且つ前記 x'軸と y軸'の双方に直交する z '軸が鉛直方向（重力方向）を向いた状態を xyz直交座標系の基準としている。

[0028] また符号 Hx、 Hy、 Hzは、電子機器 1に搭載された前記 3軸型磁気センサが検知した地磁気ベクトル Hの X軸成分， y軸成分および z軸成分の大きさ（磁界の強さ）を意味している。また符号 H 'は前記地磁気ベクトル Hを前記地平面 (xy平面）に投影したときの水平成分を示すとともに、磁北の向きを示している。

[0029] 図 1および図 3に示す方位角 Θは、基準とする y'軸と磁北 (地磁気ベクトルの水平成分 Η ' )とが成す角である。また方位角 Θ 'は、基準とする y'軸と真北とが成す角であり、本発明の方位計測装置が最終的に求めようとする角度である。

[0030] さら〖こ図 4〖こ示す符号ひは、電子機器 1を x '軸 (X軸）回りに回転させたときに前記 y 軸 (または地平面 (xy平面) )と回転後の y'軸 (または x' y '平面)とが成す姿勢角（以下ピッチ角という。）を意味する。また図 5に示す符号 j8は電子機器 l^y'軸 (y軸）回りに回転させたときに前記 X軸 (または地平面 (xy平面) )と回転後の x'軸 (または x' y '平面）とが成す姿勢角（以下ロール角と、う。）を意味して、る。

[0031] ここで、図 3に示す符号 7?は前記地平面 (xy平面）と前記地平面を突っ切る地磁気ベクトル Hとが成す角であり、伏角（下向きをプラスとする）を意味している。ただし、前記伏角 r?は場所によって異なる値であり、緯度が高くなるほど大きな値となる傾向がある。

[0032] 伏角 ηの値は、例えば任意の測定位置に対応する伏角 ηデータを図示しな、メモリ手段に記憶させておき、電子機器 1〖こ設けられた GPS (汎地球測位システム)を構築する人工衛星を介して現在の測定位置を入手するとともに、前記現在の測定位置に対応する前記伏角 7?を内部の前記メモリ手段力読み出すことで入手することが可能である。あるいは前記電子機器 1が携帯電話機の場合には、通話やメールの際に接続される中継局の位置から携帯電話機が使用されて!ヽる地域 (現在の測定位置 )を割り出し、前記中継局を介して前記伏角 r?に関するデータを外部力入手することが可能であり、図 2に示す前記方位計測装置 2は前記前記伏角 7?に関するデータを取得するための伏角及び偏角取得手段 20を有している。なお、本発明においては、以下に示すように伏角 ηのデータを直接用いていないので前記伏角 ηの入手は必ずしも必要なものではな、。

[0033] まず、最も簡単な場合、すなわち xyz直交座標系の中心に電子機器 1が置かれ、且つ前記ピッチ角 aとロール角 /3が共に α = j8 = 0° の場合にける磁北に対する方位角 Θの検出方法について説明する。なお、ピッチ角 αおよびロール角 βは共に 0° であるから、 xyz直交座標系と X ' y' z '直交座標系とは一致した状態にある。

[0034] このとき、前記方位計測装置が検出した地磁気ベクトル Hの x' y ' z '直交座標系の各成分は xyz直交座標系の各成分と同じであるから、この場合の地磁気ベクトル Hの各成分をそれぞれ Hx、 Hy、 Hzとすると、前記各成分 Hx、 Hy、 Hzは方位角 Qと伏角 r?を用いることにより、以下の数 5のように表わすことができる。

[0035] [数 5]

[0036] 前記方位角 Θは、図 1および図 3に示すように y'軸 (この場合は y軸と一致する）と地磁気ベクトルの水平成分 H 'との成す角であるから、以下の数 6として表わすことができる。

[0037] [数 6]

[0038] この式においては伏角 7?は消去されてしまうので、前記伏角 7?を知らなくとも方位角 Θを求めることは可能である。

[0039] 以上のように、ピッチ角 aとロール角 13が共に α = j8 = 0° の場合、すなわち電子機器 1を地平面 (xy平面）に対して平行に置いた状態では、前記磁気センサ 4aから検出された磁気データ Χ (χ '軸方向の磁界の強さ）を地磁気ベクトルに換算した値 H Xと、前記磁気センサ 4bから検出された磁気データ Y (y '軸方向の磁界の強さ）を地磁気ベクトルに換算した値 Hyとから方位角 Θを求めることが可能である。同様に電子機器 1を yz平面に対して平行に置ヽた状態では、磁気データ Yの換算値 Hyおよび磁気データ Zの換算値 Hzとから方位角 Θを求めることが可能であり、電子機器 1を zx平面に対して平行に置ヽた状態では、磁気データ Zの換算値 Hxおよび磁気データ Xの換算値 Hxとから方位角 Θを求めることが可能である。この点を一般ィ匕すると、前記電子機器 1がいずれかの平面上にある場合には、前記 3つの磁気センサ 4a, 4b , 4cのうちから少なくとも 2つの磁気データを取得することができれば、それらの換算値から方位角 Θを求めることが可能である。

[0040] ところで電子機器 1の内部には、磁石やコイルなど磁界を発生させる部品が搭載されており、これらの部品が発生した内部磁界を前記 3つの磁気センサ 4a, 4b, 4cが検出してしまうと、正しい方位角 Θを求めることが困難になる。

[0041] そこで、内部磁界による影響を最小に抑えるためのキャリブレーションが必要となり、以下にはその方法について説明する。

[0042] 図 6は本発明における実施の形態としてのキャリブレーションの方法を説明するための図である。

[0043] 上記ように、前記磁気検出手段 3は、常に所定のサンプリング周期で前記磁気データ X, Y, Zの検出を行っている。

[0044] まず、前記磁気検出手段 3を構成する磁気センサ 4a, 4b, 4cが磁石やコイルなどの内部磁界の影響を全く受けない理想的な場合において説明する。このような理想的な条件下で前記電子機器 1を xy平面上で z軸回りに回転させた場合において、前記磁気センサ 4aを介して出力される磁気データ Xの換算値を横軸にとり、且つ前記磁気センサ 4bを介して出力される磁気データ Yと換算値を縦軸にとってリサージュ波形を求める。すると図 6に一点鎖線で示すような原点 0 (0, 0)を中心とし所定の半径 r (r= (Hx²+Hy²) ^1/2)からなる円弧状の基準軌跡 C1を得ることができる。なお、このときの方位角を示す Θは上記数 6である。

[0045] 次に、内部磁界による影響を受けた状態において、上記同様に電子機器 1を xy平面上で z軸回りに回転させたときのリサージュ波形を求めてみると、図 6に点線で示すような円状又は円弧状の検出軌跡 C2となる。

[0046] 前記基準軌跡 C1と検出軌跡 C2とを比較すると、両軌跡 CI, C2の半径はほぼ一致するものの、検出軌跡 C2の中心は原点 O力も距離 Lだけずれたものであることがわかる。すなわち、前記距離 Lが前記内部磁界に基づいて前記磁気センサ 4a, 4bに重畳している誤差の大きさを示している。したがって、この距離 Lを求めて前記検出軌跡 C2から前記距離 Lを除去することにより、電子機器 1のキャリブレーションを行うことができる。

[0047] そこで、前記検出軌跡 C2の中心座標を求めることが必要となる力以下においては円弧状の検出軌跡 C2上の任意の 3点の座標を P (x , y )、 Q (x , y )、 R(x , y )

1 1 2 2 3 3 とし、この 3点力も前記検出軌跡 C2の中心点 Gの中心座標 (xg, yg)を求める方法について説明する。なお、図 8はオフセット補償値を算出するためのフローチャートである。

[0048] 図 8に示すように、 ST1では電子機器 1を xy面に対し水平面に設置する。このとき、前記制御手段 11の命令により、前記磁気検出手段 3では前記切換手段 6、増幅手段 7および AZD変換手段 8が駆動されており、前記磁気センサ 4a, 4b, 4cに対応する磁気データ (X, Υ, Z)が所定のサンプリング周期で出力されている（ST2)。なお、電子機器 1は xy面に対し水平であるため、 Z = 0として以後の説明においては省略する。

[0049] この状態において、方位計測装置 2を搭載した電子機器 1に対し Z軸回りの回転が与えられると（ST3)、磁気データ Zには変化は生じないか又はその変化量が小さい力磁気データ Xおよび Yには大きな変化が生じる。

[0050] 前記方位計測装置 2では、所定のサンプリング周期で出力されて来る磁気データ（ X, Y)を所定のデータ量ごと (例えば、 10ケごと）に継続的に随時前記メモリ手段 12 に取り込んでいる。あるいは、前記磁気データ (X, Υ, Z)を構成する 2つ以上の要素に大きな変化が生じたことを検知したとおきに、前記制御手段 11の指令を受けて前記磁気データ (X, Y)をメモリ手段 12に取り込むようにしてもよい。

[0051] そして、制御手段 11は前記メモリ手段 12に記憶された磁気データ (X, Y)の数量力^を超えた（3以上）と判断した場合 (ST4)には、以下の ST5に示すような方法でォフセット補償値を算出する。したがって、磁気データを継続的に取得しているケースでは常にオフセット補償値を算出している（ただし、この場合には電子機器 1に回転が加えられていないため、出力されるオフセット補償値は常に 0である。）か、あるいは大きな変化に起因して磁気データ (X, Y)を取得するケースでは、大きな変化があつたときに始めてオフセット補償値が算出されることになる。

[0052] ここで、前記メモリ手段 12に記憶されている 3つの磁気データ (X, Υ, Z)に対応する座標は P (x , y )、 Q (x , y )、R(x , y )である。

1 1 2 2 3 3

[0053] ST5では、補正演算手段 9が、図 6に示すように任意の 2つの座標 P, Qを通る直線

(PQ線）に垂直に交差するとともに前記 2つの座標 P, Q間を二等分する点 pを通る第 1の垂直二等分線 Mを求める。なお、 xy平面座標上において前記第 1の垂直二等分線 Mを表す直線の方程式は以下の数 7となる。

[0054] [数 7] x「 2 X y!+ y₂

y厂 y₂ 2 2

[0055] 同様に任意の 2つの座標 Q, Rを通る直線 (QR線）に垂直に交差するとともに、前記 2つの座標 Q, Rを二等分する点 qを通る第 2の垂直二等分線 Nを以下の数 8に示す直線の方程式として求める。

[0056] [数 8] 2 3 y₂+ y₃

2 2

[0057] よって、前記第 1の垂直二等分線 M (数 7)と前記第 2の垂直二等分線 N (数 8)の解を求めることにより、前記検出軌跡 C2の中心点 Gの座標（xg, yg)を求めることができる。この点は、円周上の 2点を通る 2以上の直線の各垂直二等分線は一点で交差し、前記交差する点（交点）は円の中心点を示すという定義力導き出せる。しかも、中心点（中心座標）を導出するには、検出軌跡 C2の中心角は 90° 以下でもよいため、従来のように方位計測装置 2を搭載した電子機器 1を 180° 以上回転させる必要がな V、ため、キャリブレーションを容易に行うことができる。

[0058] 次に、制御手段 11は補正演算手段 9に前記 ST5の内容を繰り返させることにより、複数の中心点 Gの座標 (中心座標)を求めるとともに、これらを平均化した中心点の平均座標（xg , yg )を求める。このとき、前記中心点の平均座標 Gav.のうち、前記 xg 力 S_X軸方向のオフセット補償値であり、前記 yg が y軸方向のオフセット補償値とな av. av.

る。なお、このオフセット補償値 xg 及び yg は前記メモリ手段 12に記憶される。

av. av.

[0059] そして、円弧状の検出軌跡 C2上の任意の 3点の座標 P (x , y )、 Q (x , y )、 R (x

1 1 2 2 3

, y

3 )からそれぞれ前記 x軸方向のオフセット補償値 xg

av.および前記 y軸方向のオフセット補償値 yg を除去すると、検出軌跡 C2を内部磁界の影響を無くし原点を中心 av.

とする円弧状の基準軌跡 C1に変換すること、すなわちキャリブレーションすることができる。

[0060] 次に、方位計測装置 2では、操作者の操作に応じて方位角の測定が行われる。このとき、前記補正演算手段 9は磁気検出手段 3から出力される磁気データ (X, Y)から、前記メモリ手段 12に記憶されている前記オフセット補償値 (xg , yg )を除去し av. av.

た補償後の磁気データ (X— xg , Y-yg )を求める。さらに補正演算手段 9は、前 av. av.

記補償後の磁気データ (X— xg , Y-yg

av. av. )を地磁気ベクトル Hの成分 Hx, Hyに以下の数 9のようにして換算する。

[0061] [数 9]

H x = k 1 ' ( X— x g _av . )、 H y - k 2 ' ( Y— y g J ただし、 kl, k2は任意の定数 (換算係数)である。

[0062] そして、方位演算手段 10が前記換算値 Hx, Hyを上記数 6に代入することによって補償後の方位角 Θを方位計測装置 2の方位出力として算出する。以上により、前記内部磁界の影響のない、または影響の少ない精度の高い方位角 Θを得ることができる。

[0063] また、その他のキャリブレーション方法としては、非線形最小二乗法と楕円方程式による手法を用いることちできる。

[0064] 図 7は本発明における他の実施の形態としてのキャリブレーションの方法を説明するための図である。

[0065] この方法では、電子機器 1を xy平面上で z軸回りに回転させたときの形成される検出軌跡 (リサージュ波形) E1が、円弧状軌跡の一種である楕円軌跡になると仮定して行う。 [0066] すなわち、以下の数 10に示す楕円方程式の基づく関数 F (x, y)に、磁気データ (X , Y)に対応する座標であるとともに前記検出軌跡 (楕円軌跡) E1を形成する複数の座標 (X , y )、（X , y )、（X , y ) · · ·を代入したときに、関数 F (x, y) =0を満たす係

1 1 2 2 3 3

数 a, Xおよび係数 b、 yを求める。

g g

[0067] [数 10]

o b

[0068] ただし、図 7に示すように係数 a、 bの一方が楕円の長径を他方が短径を示し、係数 X、 yは楕円の中心座標（中心点）を示している。なお、前記係数 a, Xを求めるとき g g g

には前記係数 b, yを既知の値とし、また前記係数 b, yを求めるときには前記係数 a g g

, χを既知の値として行う。

g

[0069] なお、非線形最小二乗法の解法は、ヤコビアン行列から正規直交行列を形成し、ガウス 'ニュートン法で前記係数 a, Xまたは前記係数 b, yを収束させる方法を用い g g

ることが可能である。

[0070] そして、このような方法から求まる中心座標 (X , y )のうち、前記 X力軸方向のォ g g g

フセット補償値を、前記 yが y軸方向のオフセット補償値を示しており、これらオフセッ g

ト補償値 X及び yは前記メモリ手段 12に記憶される。

g g

[0071] また制御手段 11は、補正演算手段 9にこれらの工程を繰り返させることにより、複数の中心座標 (X , y )からこれらを平均化した中心点の平均座標 Gav. (xg , yg )を g g av. av. 求めるようにすることが好ましい。このとき、前記中心点の平均座標 Gav.のうち、前記 xg 力軸方向のオフセット補償値であり、前記 yg が y軸方向のオフセット補償値と av. av.

なる。なお、このオフセット補償値 xg 及び yg は上記同様に前記メモリ手段 12に記 av. av.

憶される。

[0072] よって、前記補正演算手段 9は、上記同様に磁気検出手段 3から出力される磁気データ (X, Y)力前記メモリ手段 12に記憶されている前記オフセット補償値 (xg , yg av. a

)を除去した補償後の磁気データ (X— xg , Y-yg )を求めることにより、前記検 v. av. av.

出軌跡 Elを原点 (0, 0)を中心とする楕円状の基準軌跡 E0に変換すること、すなわちキャリブレーションすることが可能である。 [0073] そして、上記同様に数 9、数 6を用いることにより補償後の方位角 Θを方位計測装置 2の方位出力として算出することが可能となる。

[0074] なお、上記実施の形態では、電子機器 1を z軸回りに回転させた場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなぐ電子機器 1を X軸回りまたは y軸回りに回転させた場合にも上記同様の方法を用いることにより、キャリブレーションすることができ、内部磁界の影響のない、または影響の少ない精度の高い方位角 Θを得ることが可能である。

図面の簡単な説明

[0075] [図 1]方位計測装置を搭載した電子機器と方位角との関係を 2次元的に示す平面図

[図 2]方位計測装置の構成を示すブロック図、

[図 3]傾斜補正の原理を 3次元的に説明するための方位解析図、

[図 4]x軸回りにピッチ角 αだけ傾斜させた状態を 2次元的に示す電子機器の側面図

[図 5]y軸回りロール角 βだけ回転させた状態を 2次元的に示す電子機器の底面図、 [図 6]本発明における実施の形態としてのキャリブレーションの方法を説明するための図、

[図 7]本発明における他の実施の形態としてのキャリブレーションの方法を説明するための図、

[図 8]オフセット補償値を算出するためのフローチャート、

符号の説明

[0076] 1 電子機器

2 方位計測装置 (3軸型電子コンパス）

3 磁気検出手段

4a, 4b, 4c 磁気センサ

6 切換手段

7 増幅手段

8 AZD変換手段 9 補正演算手段

10 方位演算手段

11 制御手段

12 メモリ手段

20 伏角及び偏角取得手段

C1 円弧状の基準軌跡

C2 円弧状の検出軌跡

E1 楕円状の基準軌跡

E2 楕円状の検出軌跡

H 地磁気ベクトル

H，地磁気ベクトルの水平成分

Hx 地磁気ベクトル Hの X軸成分の換算値

Hy 地磁気ベクトル Hの y軸成分の換算値

Hz 地磁気ベクトル Hの z軸成分の換算値

M 第 1の垂直二等分線

N 第 2の垂直二等分線

Χ', y', z' 電子機器に固定された直交座標系（x'y'z'直交座標系）

X, y, z 直交座標系（x'y'平面が地平面、 z'軸が鉛直方向となる時の電子機器に固定された座標系）

xg , yg オフセット補償値の平均

av. av.

X, Y, Z 磁気データ (磁気センサの出力）

a 電子機器の実際のピッチ角（姿勢角）

β ロール角（姿勢角）

η 伏角

Θ 磁北に対する方位角

Claims

請求の範囲

[1] 原点で直交する少なくとも 2軸に沿う方向に発生する地磁気の検出が可能な磁気検出手段と、前記磁気検出手段が検出した 3点以上の磁気データによって形成される円弧状または楕円状の検出軌跡からその中心点を算出するとともに、この検出軌跡を前記原点を中心とする基準軌跡に変換するオフセット補正値を算出する補正演算手段と、磁気データ力前記オフセット補正値を除去して力補正後の方位角を算出する方位演算手段と、前記各手段の動作を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする方位計測装置。

[2] 前記磁気検出手段は、所定のサンプリング周期で継続的に前記磁気データを取得しており、前記補正演算手段は継続的に前記オフセット補正値を算出するとともに、前記方位演算手段が継続的に補正後の方位角を算出することを特徴とする請求項 1 記載の方位計測装置。

[3] 前記磁気検出手段は、所定のサンプリング周期で継続的に前記磁気データを取得しており、前記磁気データが変化したときに、前記補正演算手段がオフセット補正値を算出するとともに、方位演算手段が補正後の方位角を算出することを特徴とする請求項 1記載の方位計測装置。

[4] 前記補正演算手段が、前記 3点以上の磁気データのうち、任意の 2点間を結ぶ直線に対する第 1の垂直二等分線と、前記任意の 2点とは異なる他の 2点間を結ぶ直線に対する第 2の垂直二等分線とを求めるとともに、前記第 1の垂直二等分線と第 2 の垂直二等分線との交点を前記基準軌跡の中心点に設定することを特徴とする請求項 1な、し 3の、ずれか一項に記載の方位計測装置。

[5] 複数の磁気データから任意の 2点を多数抽出し、それぞれの 2点間を結ぶ直線ごとに垂直二等分線を多数設定するとともに、前記多数の垂直二等分線が交差する複数の交点の座標を平均化したものを前記中心点の平均座標とすることを特徴とする請求項 4記載の方位計測装置。

[6] 前記補正演算手段は、前記検出軌跡を形成する磁気データに対応する座標を以下の数 1に示す関数 F (x, y)に代入したときに、前記関数 F (x, y) =0を満たす係数 a, b, xおよび yを求めるとともに、このとき求めた前記 Xを X軸方向のオフセット補償値とし、且つ前記 yを y軸方向のオフセット補償値とすることを特徴とする請求項 1な g

V、し 3の、ずれか一項に記載の方位計測装置。

(^{x 2}

/ , =

前記中心点と原点との間の距離のうち X軸成分のオフセット補償値の平均を xg 、 y av. 軸成分のオフセット補償値の平均を yg

av.とし、かつ前記磁気検出手段から出力される磁気データを (X, Y)としたときに、前記方位演算手段における方位角 Θの算出が以下の数 2で行われることを特徴とする請求項 1な、し 6の、ずれか一項に記載の方位計測装置。

ただし、 Hx, Hyは Hx = kl ' (X— xg )、 Hy=k2' (Y— yg )であり、 kl, k2は任 av. av.

意の定数である。