WO2007129653A1 - キャリブレーションプログラム及び電子コンパス - Google Patents

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Yukimitsu Yamada
Kisei Hirobe
Katsuyuki Kawarada
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Alps Electric Co., Ltd.
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    • G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
    • G01C17/38—Testing, calibrating, or compensating of compasses
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Definitions

  • the present invention relates to a calibration program for calibrating the output of a magnetic sensor that detects geomagnetism, and an electronic compass including the calibration program.
  • An electronic compass is a device that calculates an azimuth angle from a reference direction using the output of a magnetic sensor. Since this electronic compass is mounted on a mobile device such as a mobile phone, the orientation may not be calculated accurately due to the influence of magnetization of peripheral components in the mobile device. In other words, if the magnetic sensor generates only an output equivalent to geomagnetism, the orientation can be obtained accurately, but if the peripheral parts of the magnetic sensor are magnetized, the magnetic sensor output is offset. As a result, the output corresponding to the amount of geomagnetism cannot be obtained.
  • Patent Document 1 JP 2005-265414 A (Prior Art)
  • An object of the present invention is to provide a calibration program and an electronic compass capable of calibrating the output of a magnetic sensor without making the user aware of the amount of calculation with a small amount of calculation.
  • the calibration program of the present invention is a calibration program that can be executed by a computer and obtains a reference point of the output of the magnetic sensor, and the calibration program includes at least the magnetic sensor in a three-dimensional space.
  • the reference point (the origin of the geomagnetic vector) of the magnetic sensor output with a small amount of calculation, and to perform offset correction.
  • the detection data for obtaining the reference point can be obtained by simply tilting the device equipped with the connos module 11 by ⁇ 30 °, so that the output of the magnetic sensor can be calibrated without the user being aware of it. it can.
  • the at least four outputs are such that the distance between the outputs is not less than a predetermined distance, and the plane angle of the at least two triangles is 90 °. It is preferable that it is required to satisfy that it is within a predetermined range ( ⁇ 0).
  • the reference point collects a plurality of sets of at least four outputs, and averages the center group of the phantom sphere obtained from each of the sets of at least four outputs. It is preferable to obtain by doing so.
  • the distance between the outputs is not less than a predetermined distance, and the distances from the obtained center position of the phantom sphere to each output are predetermined. It is preferable to satisfy the requirement that the plane angle of the at least two triangles is within a predetermined range ( ⁇ 0) centered on 90 °.
  • An electronic compass of the present invention uses a compass module having a magnetic sensor, the calibration program for obtaining a reference point of the output of the magnetic sensor using the output of the magnetic sensor, and the output of the magnetic sensor. And a control means having an azimuth calculation program for obtaining an azimuth.
  • the reference point of the magnetic sensor output (the geomagnetic vector Origin) and offset correction can be performed.
  • the detection data for obtaining the reference point can be obtained by simply tilting the device equipped with the compass module 11 by about ⁇ 30 °, so the output of the magnetic sensor can be calibrated without the user being aware of it. The direction can be obtained.
  • control means has a plurality of buffers capable of storing the at least four outputs, and can store the outputs from the magnetic sensors in the plurality of buffers based on a predetermined condition. It is preferable to determine the force.
  • control means automatically starts the calibration program in accordance with an environmental change of the magnetic sensor.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic compass according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2] (a) to (d) are diagrams for explaining the principle of calibration according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the procedure for collecting four points.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the collection of four points according to the procedure shown in FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of collecting N sets of 4 points in buffer (0) to buffer (N-1).
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for collecting N sets of 4 points in buffer (0) to buffer (N-1).
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the collection of a plurality of sets of four points according to the procedure shown in FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a koffa storage state when collecting a plurality of sets of four points.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the density in averaging of phantom sphere centers.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining a calibration method using the calibration program according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic compass according to an embodiment of the present invention.
  • the An electronic compass 1 shown in FIG. 1 mainly includes a compass module 11 and a control unit 12.
  • the compass module 11 has a magnetic sensor unit 111.
  • the control unit 12 includes an azimuth calculation program 121 for obtaining an azimuth using the output of the magnetic sensor unit 111 and a calibration program 122 for obtaining a reference point of the output of the magnetic sensor using the output of the magnetic sensor unit 111.
  • the control unit 12 includes a plurality of buffers that can store at least four outputs.
  • the magnetic sensor in the magnetic sensor unit 111 of the compass module 11 one corresponding to at least three axes is used for magnetic detection.
  • the sensor element may be a magnetoresistive effect element such as GMR (Giant Magneto Resistance;), AMR (.Anisotropic MagnetoResistance), TMR (Tunnel MagnetoResistance), or a Hall element.
  • GMR Global Magneto Resistance
  • AMR .Anisotropic MagnetoResistance
  • TMR Tunnelnel MagnetoResistance
  • a processing unit for applying a voltage or a magnetic field to the magnetic sensor unit 111, a processing unit for converting an analog signal from the magnetic sensor unit 111 into a digital signal, and the like are included.
  • the control unit 12 has at least an azimuth calculation program 121 and a calibration program 122 as driver software for driving the compass module 11. If the azimuth calculation program 121 can be obtained based on the magnetic detection information from the compass module 11! /, And the azimuth angle with respect to the reference direction can be obtained, there is no particular limitation on the method. ,
  • the calibration program 122 is a program for obtaining a reference point for the output of the magnetic sensor. If there is a magnetized part near the device on which the compass module is mounted, an offset is added to the output from the magnetic sensor unit 111, and accurate magnetic detection information cannot be obtained. In other words, the relationship between the geomagnetic vector and the magnetic sensor output is unclear under such circumstances, and the calibration program 122 determines the reference point (the origin of the geomagnetic vector) of the magnetic sensor (offset correction). .
  • the calibration program 122 can be executed by a computer and is a calibration program for obtaining a reference point of the output of the magnetic sensor, and uses at least four outputs of the magnetic sensor in a three-dimensional space.
  • FIGS. 2A to 2D are diagrams for explaining the principle of calibration according to the embodiment of the present invention.
  • the virtual sphere in FIG. 2 is a sphere centered on the reference point of the output of the desired magnetic sensor, and is between the intersection of the X axis, Y axis, and Z axis described in the virtual sphere and the center of the sphere. The distance corresponds to the offset. Therefore, the reference point (the origin of the geomagnetic vector) of the magnetic sensor output in the state where the offset has been devised is obtained by the following procedure.
  • the magnetic sensor output in a three-dimensional space is obtained.
  • This magnetic sensor output is detection data detected by the magnetic sensor unit 111 when the user powers a device equipped with the compass module 11.
  • This detection data requires at least four points to create the two triangles described below.
  • triangles 21 and 22 are created using the detection data of at least four points obtained in the first procedure.
  • the detection data can be obtained simply by tilting the device equipped with the connos module 11 about ⁇ 30 °.
  • circumscribed circles 23 and 24 of triangles 21 and 22 are obtained as shown in FIG.
  • circumscribed circle 23 is a circumscribed circle of triangle
  • circumscribed circle 24 is a circumscribed circle of triangle 22.
  • the circumscribed circles 23 and 24 are obtained in order to obtain the cut surface of the phantom sphere.
  • Normal vector 25 is the normal vector of circumscribed circle 23
  • normal vector 26 is the normal vector of circumscribed circle 24.
  • the circumscribed circles 23 and 24 are cut surfaces of the phantom sphere, and the normal vectors 25 and 26 that are perpendicular to the cut surfaces pass through the center of the phantom sphere. Therefore, the intersection of the normal vectors 25 and 26 is the center of the phantom sphere. In this way, the reference point (the origin of the geomagnetic vector) of the magnetic sensor output that is the center of the phantom sphere is obtained.
  • the calibration program according to the present embodiment can obtain the reference point (the origin of the geomagnetic vector) of the magnetic sensor output with a small amount of calculation, and can perform offset correction. Further, in the present embodiment, for obtaining the reference point Since the detection data can be obtained by simply tilting the device equipped with the compass module 11 by about ⁇ 30 °, the output of the magnetic sensor can be calibrated without the user being aware of it.
  • the sensor output varies depending on the environment in which the compass module is placed, for example, due to a temperature change or the like.
  • the radius of the phantom sphere (the magnitude of the geomagnetic vector) obtained by the above-described calibration program is monitored, and the calibration program is started by detecting that the geomagnetic vector has changed. For example, whether or not the magnitude of the geomagnetic vector fluctuates by several tens of percent is determined as a threshold, and the calibration program is activated when the threshold is exceeded.
  • the distance between each point is not less than a predetermined distance, and the plane angle of the two triangles is within a predetermined range ( ⁇ 0) centered on 90 °.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the procedure for collecting four points.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining the collection of four points according to the procedure shown in FIG. In Figs. 3 and 4, an arbitrary sensor output value is P, and the collected four sensor output values are P, P, P,
  • the plane angle of the two triangles 21, 22 (the angle formed by the faces of the two triangles) is within the range of 90 ° (ST17). If the plane angle is within the range of 90 ° ⁇ , the sensor output value P is set to P (ST18).
  • the distance between the points is not less than a predetermined distance, and the points P 1, P 2, P 3, The distance to P is
  • FIG. 5 and FIG. 6 are flowcharts showing a procedure for collecting N sets of four points in the buffer (0) to the buffer (N-1). Before executing this procedure, initialize the noffix index (i) to 0.
  • the buffer number i is incremented by 1 (ST31), and it is determined whether the incremented number is N or more (ST32). If the incremented number is N or more, buffer number i is initialized (set to 0) (ST33).
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the collection of a plurality of sets of four points according to the procedure shown in FIG. 5 and FIG. Fig. 8 is a diagram for explaining the state of storing the nofer when collecting multiple sets of four points.
  • the first plot points are stored unconditionally in a plurality of buffers that store four points prepared in advance. That is, the first five plot points (p, p, p, p, p) are stored as the first point in each buffer
  • the search order is from the buffer next to the buffer that stores the previous plot point.
  • the previous plot point (P) is buffered
  • A7 is also discarded under the same conditions.
  • plot points (P to P) and plot points (P to P) are also shown in Fig. 8 (c).
  • the second point to the third point are sequentially applied to the buffer satisfying the distance condition.
  • the plane angle condition of the two triangles is checked in addition to the distance condition, and if the condition is satisfied, it is stored as shown in Fig. 8 (d).
  • the storage of plot points (sensor outputs) for a plurality of such buffers (here, buffers 1 to 5) is performed by a set of plot points (here, four plot points) for each buffer.
  • the plot points are sequentially stored in the order in which they were obtained while satisfying the above conditions. That is, as shown in FIGS. 8 (b) and 8 (c), data is stored in another buffer while the storage area still exists in one buffer.
  • each buffer has a unique condition (distance and plane). Since plot points are stored according to (angle), the plot point satisfaction rate in each buffer may vary. For example, in the case where the user does not perform a special operation for calibration such as rotating the apparatus, the locus shown by a broken line may be traced in FIG. Even in this case, the point PE cannot be stored in the buffer 1, but the storage condition of the noffer 5 can be satisfied. In this way, by judging the conditions for all buffers and storing them sequentially, it is possible to collect data efficiently even if the trajectory by the sensor is wide and does not spread over the range. Become.
  • the center of the virtual sphere is calculated from a plurality of sets of four points obtained in this way, and the center of the virtual sphere is averaged to obtain the original virtual sphere center.
  • the center of the virtual sphere is averaged to obtain the original virtual sphere center.
  • only the part with high density is averaged from the group of phantom sphere centers. For example, as shown in Fig. 9, when five sphere centers (C to C) are calculated, 3 in the highly dense part (C to C)
  • the center of the virtual sphere can be obtained only from the output set of four points with low noise. For this reason, not only a simple average of a plurality of virtual sphere centers, but also a noise calculation compared to a method of calculating a center by directly performing a matrix operation from a large number of outputs. It is possible to reduce the influence and obtain the virtual sphere with high accuracy.
  • the high degree of congestion is determined by the sum of the distances from its own position () to the center of another phantom sphere (L) (for example, each distance in the case of C (C to C, C to C, C to C, C to n 1 1 2 1 3 1 4 1
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the calibration method using the calibration program according to the embodiment of the present invention.
  • At least four points of detection data (magnetic sensor output) for calibration are obtained by the magnetic sensor unit 111 in the compass module 11.
  • the user in order to obtain the detection data, it is necessary for the user to move the device on which the consno module 11 is mounted by a predetermined amount. For example, it is determined whether or not the device has moved a predetermined distance (ST44). . This determination is performed by a method such as threshold determination. If the device has moved a predetermined distance, 4 points of detection data are extracted (ST45), and the reference point of the output of the magnetic sensor is obtained by the calibration program using the detection data.
  • the magnitude of the geomagnetic vector (radius of the phantom sphere) determined by the calibration program 122 changes by a predetermined amount. It is determined whether or not the force is moved (ST49). When the magnitude of the geomagnetic vector fluctuates by a predetermined amount, it is determined that recalibration is necessary, and calibration is automatically performed again (ST43 to ST48).
  • the reference point (the origin of the geomagnetic vector) of the magnetic sensor output can be obtained with a small amount of calculation, and offset correction can be performed.
  • the detection data for obtaining the reference point can be obtained by simply tilting the device equipped with the compass module by approximately ⁇ 30 °, so the orientation of the sensor can be determined by calibrating the output of the magnetic sensor without being conscious of the user. be able to.
  • recalibration is automatically performed according to changes in the environment of the electronic compass, accurate azimuth calculation can always be performed without making the user aware of it.
  • At least two triangles are created using at least four outputs of the magnetic sensor in a three-dimensional space, and each circumscribed circle of the triangle is obtained, and each circumscribed circle is determined.
  • a calibration program and an electronic compass that can calibrate the output of the magnetic sensor without requiring the user to be aware of the amount of calculation force, since the intersection of normal vectors passing through the center is obtained and used as the reference point. be able to.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
  • the compass module and the control unit are included in the electronic compass.
  • -It may be composed of bodies. Modifications can be made as appropriate without departing from the scope of the object of the present invention.

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Abstract

本発明のキャリブレーションプログラムは、三次元空間において磁気センサの少なくとも４つの出力を用いて少なくとも２つの三角形２１，２２を作成する手順と、前記三角形２１，２２のそれぞれの外接円２３，２４を求める手順と、それぞれの外接円２３，２４の中心を通る法線ベクトル２５，２６の交点を求めて基準点とする手順と、を含む。

Description

明 細 書
キャリブレーションプログラム及び電子コンパス
技術分野
[0001] 本発明は、地磁気を検出する磁気センサの出力を校正するためのキヤリブレーショ ンプログラム及びそれを備えた電子コンパスに関する。 背景技術
[0002] 電子コンパスは、磁気センサの出力を用いて基準方向から方位角を算出するデバ イスである。この電子コンパスは、携帯電話などの携帯機器に搭載されるので、携帯 機器内の周辺部品の着磁の影響で、正確に方位を算出されないことがある。すなわ ち、磁気センサが、地磁気に相当する出力のみを発生する場合には方位を正確に 求めることができるが、磁気センサの周辺部品などが着磁していると、磁気センサの 出力にオフセットが加わり、地磁気量に相当する出力を得ることができなくなる。
[0003] この磁気センサの出力のオフセットを補正する方法として、電子コンノスを搭載した 機器を X軸方向、 Y軸方向、 Z軸方向にそれぞれ回転させ、その出力の最大値と最 小値の平均を算出してオフセットを補正する方法がある (特許文献 1)。
特許文献 1：特開 2005— 265414号公報 (従来技術）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、従来のオフセット補正方法においては、 X軸、 Y軸、 Z軸に対してそれ ぞれ回転させたときの多くのプロットからそれぞれの軸の出力の最大値、最小値を求 めるので、演算量が相当多くなり、 CPUの負荷が大きいという問題がある。また、ユー ザが X軸、 Y軸、 Z軸の各方向に機器を回転させる必要があるので、オフセット補正操 作が煩雑であるという問題がある。
[0005] 本発明の目的は、演算量が少なぐし力もユーザに意識させずに磁気センサの出 力を校正することができるキャリブレーションプログラム及び電子コンパスを提供する ことである。
課題を解決するための手段 [0006] 本発明のキャリブレーションプログラムは、コンピュータにより実行可能であり、磁気 センサの出力の基準点を求めるキャリブレーションプログラムであって、前記キヤリブ レーシヨンプログラムは、三次元空間において前記磁気センサの少なくとも 4つの出 力を用いて少なくとも 2つの三角形を作成する手順と、前記三角形のそれぞれの外 接円を求める手順と、それぞれの外接円の中心を通る法線ベクトルの交点を求めて 前記基準点とする手順と、を含むことを特徴とする。
[0007] このプログラムによれば、少ない演算量で磁気センサ出力の基準点（地磁気べタト ルの原点）を求めることができ、オフセット補正を行うことができる。また、前記基準点 を求めるための検出データは、コンノ スモジュール 11を搭載した機器を ± 30° 傾け るだけで得ることができるので、ユーザに意識させずに磁気センサの出力を校正する ことができる。
[0008] 本発明のキャリブレーションプログラムにおいては、前記少なくとも 4つの出力は、各 出力間の距離が予め定められた距離以上であること、及び前記少なくとも 2つの三角 形の平面角度が 90° を中心として予め定められた範囲（Δ 0 )以内であることを満足 するように求められることが好ま 、。
[0009] 本発明のキャリブレーションプログラムにおいては、前記基準点は、前記少なくとも 4つの出力の組を複数収集し、それぞれの少なくとも 4つの出力の組から求められた 前記仮想球の中心群を平均化することにより求めることが好ましい。この場合におい ては、前記少なくとも 4つの出力は、各出力間の距離が予め定められた距離以上で あること、求められた前記仮想球の中心位置からの各出力までの距離が予め定めら れた範囲内であること、及び前記少なくとも 2つの三角形の平面角度が 90° を中心と して予め定められた範囲（Δ 0 )以内であることを満足するように求められることが好 ましい。
[0010] 本発明の電子コンパスは、磁気センサを有するコンパスモジュールと、前記磁気セ ンサの出力を用いて磁気センサの出力の基準点を求める上記キャリブレーションプロ グラム及び前記磁気センサの出力を用いて方位を求める方位算出プログラムを備え た制御手段と、を具備することを特徴とする。
[0011] この構成によれば、少ない演算量で磁気センサ出力の基準点（地磁気ベクトルの 原点）を求めることができ、オフセット補正を行うことができる。また、前記基準点を求 めるための検出データは、コンパスモジュール 11を搭載した機器を ± 30° 程度傾け るだけで得ることができるので、ユーザに意識させずに磁気センサの出力を校正して 方位を求めることができる。
[0012] 本発明の電子コンパスにおいては、前記制御手段は、前記少なくとも 4つの出力を 格納できるバッファを複数有し、前記磁気センサからの出力を所定の条件に基づい て前記複数のバッファに格納できる力判定することが好ましい。
[0013] 本発明の電子コンパスにおいては、前記制御手段は、前記磁気センサの環境変化 に応じて自動的に前記キャリブレーションプログラムを起動することが好ましい。 図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の実施の形態に係る電子コンパスの概略構成を示すブロック図である。
[図 2] (a)〜（d)は、本発明の実施の形態に係るキャリブレーションの原理を説明する ための図である。
[図 3]4点を収集する際の手順を説明するためのフロー図である。
[図 4]図 3に示す手順による 4点の収集を説明するための概念図である。
[図 5]N組の 4点をバッファ（0)〜バッファ（N— 1)に収集する手順を示すフロー図で ある。
[図 6]N組の 4点をバッファ（0)〜バッファ（N— 1)に収集する手順を示すフロー図で ある。
[図 7]図 5及び図 6に示す手順による複数組の 4点の収集を説明するための概念図で ある。
[図 8]複数組の 4点の収集の際のノッファ格納状態を説明するための図である。
[図 9]仮想球中心の平均化における密集度を説明するための図である。
[図 10]本発明の実施の形態に係るキャリブレーションプログラムを用いたキヤリブレー シヨン方法を説明するためのフロー図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図 1は、本発明の実施の形態に係る電子コンパスの概略構成を示すブロック図であ る。図 1に示す電子コンパス 1は、コンパスモジュール 11と、制御部 12とから主に構 成されている。コンパスモジュール 11は、磁気センサ部 111を有している。また、制御 部 12は、磁気センサ部 111の出力を用いて方位を求める方位算出プログラム 121と 、磁気センサ部 111の出力を用いて磁気センサの出力の基準点を求めるキヤリブレ ーシヨンプログラム 122とを有する。また、制御部 12は、少なくとも 4つの出力を格納 できる複数のバッファを有する。
[0016] コンパスモジュール 11の磁気センサ部 111における磁気センサは、磁気検出用に 少なくとも 3軸に対応するものが用いられる。磁気センサを構成するセンサ素子の種 類については特に制限はない。例えば、センサ素子としては、 GMR (Giant Magneto Resistance;、 AMR (.Anisotropic MagnetoResistance)、 TMR (Tunnel MagnetoResist ance)などの磁気抵抗効果素子でも良ぐホール素子でも良い。また、コンパスモジュ ール 11には、磁気センサ部 111に電圧や磁界を印加するための処理部や磁気セン サ部 111からのアナログ信号をディジタル信号に変換する処理部などが含まれる。
[0017] 制御部 12は、コンパスモジュール 11を駆動するドライバソフトウェアとして少なくとも 方位算出プログラム 121と、キャリブレーションプログラム 122とを有する。方位算出プ ログラム 121につ!/、ては、コンパスモジュール 11からの磁気検出情報に基づ!/、て基 準方向に対する方位角を求めることができればその方法にっ 、ては特に制限はな 、
[0018] キャリブレーションプログラム 122は、磁気センサの出力の基準点を求めるプロダラ ムである。コンパスモジュールが搭載された機器の近傍に着磁された部品が存在す ると、磁気センサ部 111からの出力にオフセットが加わって正確な磁気検出情報が得 られない。すなわち、このような状況下であると、地磁気ベクトルの磁気センサ出力に 対する関係が不明になるので、キャリブレーションプログラム 122により磁気センサの 出力の基準点 (地磁気ベクトルの原点）を求める (オフセット補正)。
[0019] キャリブレーションプログラム 122は、コンピュータにより実行可能であり、磁気セン サの出力の基準点を求めるキャリブレーションプログラムであって、三次元空間にお いて前記磁気センサの少なくとも 4つの出力を用いて少なくとも 2つの三角形を作成 する第 1手順と、前記三角形のそれぞれの外接円を求める第 2手順と、それぞれの外 接円の中心を通る法線ベクトルの交点を求めて前記基準点とする第 3手順と、を含む
[0020] 図 2 (a)〜（d)は、本発明の実施の形態に係るキャリブレーションの原理を説明する ための図である。なお、図 2における仮想球は、求める磁気センサの出力の基準点を 中心とする球体であり、仮想球に記載された X軸、 Y軸、 Z軸の交点と、球体の中心と の間の距離がオフセットに相当する。したがって、以下の手順により、オフセットがカロ わった状態の磁気センサ出力の基準点（地磁気ベクトルの原点）を求める。
[0021] 第 1手順においては、図 2 (a)に示すように、三次元空間における磁気センサ出力 を求める。この磁気センサ出力は、ユーザがコンパスモジュール 11を搭載した機器を 動力した際に磁気センサ部 111にお 、て検出される検出データである。この検出デ ータは、後述する 2つの三角形を作成するために少なくとも 4点必要である。そして、 図 2 (b)に示すように、第 1手順で求めた少なくとも 4点の検出データを用いて三角形 21 , 22を作成する。なお、検出データは、コンノ スモジュール 11を搭載した機器を ± 30° 程度傾けるだけで得ることができる。
[0022] 第 2手順においては、図 2 (c)に示すように、三角形 21 , 22のそれぞれの外接円 2 3, 24を求める。図 2 (c)において、外接円 23は三角形 21の外接円であり、外接円 2 4は三角形 22の外接円である。それぞれの外接円 23, 24を求めるのは、前記仮想 球の切断面を得るためである。
[0023] 第 3手順においては、図 2 (d)に示すように、それぞれの外接円 23, 24の中心を通 る法線ベクトル 25, 26の交点を求めて基準点とする。法線ベクトル 25は外接円 23の 法線ベクトルであり、法線ベクトル 26は外接円 24の法線ベクトルである。前述したよう に、それぞれの外接円 23, 24は仮想球の切断面であり、この切断面の垂線である法 線ベクトル 25, 26は仮想球の中心を通る。したがって、それぞれの法線ベクトル 25, 26の交点は仮想球の中心となる。このようにして、仮想球の中心である磁気センサ出 力の基準点（地磁気ベクトルの原点）を求める。
[0024] このように、本実施の形態に係るキャリブレーションプログラムは、少な 、演算量で 磁気センサ出力の基準点（地磁気ベクトルの原点）を求めることができ、オフセット補 正を行うことができる。また、本実施の形態においては、前記基準点を求めるための 検出データは、コンパスモジュール 11を搭載した機器を ± 30° 程度傾けるだけで得 ることができるので、ユーザに意識させずに磁気センサの出力を校正することができ る。
[0025] 本発明のキャリブレーションプログラムを備えた電子コンパスにおいては、コンパス モジュールが置かれる環境により、例えば温度変化などにより、センサ出力が変動す ることが考えられる。この場合、電子コンパスにおいて、環境変化による変動を自動 的に校正することができるように設定することが好ましい。この場合においては、前述 したキャリブレーションプログラムで求められた仮想球の半径 (地磁気ベクトルの大き さ）を監視し、地磁気ベクトルが変動したことを検知して、キャリブレーションプログラム を起動させる。例えば、地磁気ベクトルの大きさが数十％変動するかどうかを閾値判 定し、その閾値を超えたときにキャリブレーションプログラムを起動させる。このような 設定にすることにより、ユーザが意識せずに自動的にキャリブレーションを行うことが でき、電子コンパスにおいて常に正確な方位算出を行うことができる。
[0026] 本発明のキャリブレーションプログラムにおいては、 2つの三角形を作成するために 少なくとも 4点を収集する。この 4点の収集方法においては、各点間の距離が予め定 められた距離以上であること、及び 2つの三角形の平面角度が 90° を中心として予 め定められた範囲（Δ 0 )以内であること、の 2つの条件を考慮する。
[0027] 図 3は、 4点を収集する際の手順を説明するためのフロー図である。また、図 4は、 図 3に示す手順による 4点の収集を説明するための概念図である。図 3及び図 4にお いて、任意のセンサ出力値を P とし、収集する 4点のセンサ出力値を P , P , P ,
NEW A B C
Pとする。図 3に示すように、まず、 1点目の収集行ってそのセンサ出力値 P を Pと
D NEW A
する（ST11)。次いで、 2点目の収集を行ってそのセンサ出力値 P が Pと規定距
NEW A
離以上離れているかどうかを判断し (ST12)、規定距離以上離れていれば、そのセ ンサ出力値 P を Pとする（ST13)。
NEW B
[0028] 次いで、 3点目の収集を行ってそのセンサ出力値 P が Pと規定距離以上離れて
NEW A
V、る力、及び P が Pと規定距離以上離れて 、るかどうかを判断し (ST14)、すべて
NEW B
規定距離以上離れていれば、そのセンサ出力値 P を Pとする（ST15)。次いで、 4
NEW C
点目の収集を行ってそのセンサ出力値 P
NEW力 Aと規定距離以上離れているか、 P
NE 力 と規定距離以上離れているか、及び P 力 と規定距離以上離れているかど
W B NEW C
うかを判断し (ST16)、すべてが規定距離以上離れていれば、さらに、 2つの三角形 21, 22の平面角度（2つの三角形の面のなす角）が 90° 士 Δ 0の範囲内であるか どうかを判断する（ST17)。そして、平面角度が 90° 士 Δ Θの範囲内であれば、そ のセンサ出力値 P を Pとする（ST18)。
NEW D
[0029] このような方法においては、ランダムなセンサ出力から上記条件に合致する 4点を 収集するため、電子コンパスを操作するユーザに対して規定の動作を行わせる必要 がなぐキャリブレーションを実行することができる。
[0030] 実際には、電子回路から発生するノイズや、 AD変換などの精度により、磁気センサ の出力に誤差が生じる。そこで、このような誤差を除外し、仮想球の中心 (基準点)を 正確に求めるために、上記のような 4点の組を複数収集し、それぞれの 4点の組から 求められた仮想球の中心群を平均化することが望ましい。この平均化においては、 誤差が大き!、と想定される密集度の低!、仮想球中心群を除外し、密集度の高!、仮 想球中心群だけを平均化する。
[0031] この複数組の 4点の収集方法においては、各点間の距離が予め定められた距離以 上であること、求められた仮想球の中心位置からの各点 P , P , P , Pまでの距離が
A B C D
予め定められた範囲内であること、及び三角形の平面角度が 90° を中心として予め 定められた範囲（Δ 0 )以内であること、の 3つの条件を考慮する。
[0032] 複数組の 4点を収集する場合には、各組の 4点をすベて独立し、任意のプロット点 が複数組で共有されないようにする。すなわち、プロットする点の個数は「4点の組数 X 4」となる。この場合、複数の 4点収集用バッファを用意し、上述した図 3に示す手 順にしたがってセンサ出力を各バッファに格納する。なお、バッファを均等に巡回す るために、前回格納を成功した次のバッファ力もプロット点を格納する。
[0033] 図 5及び図 6は、 N組の 4点をバッファ（0)〜バッファ（N— 1)に収集する手順を示 すフロー図である。なお、この手順を実行する前に、ノ ッファインデクス (i)を 0初期化 しておく。
[0034] 図 5に示すように、バッファ (i)で 4点収集が完了しているかどうか判断し（ST21)、 4 点収集が完了してればバッファインデクスを更新し (ST23)、 4点収集が完了してい なければ上記図 3に示す手順で 4点収集を行う（ST22)。次いで、 4点収集により得 られたセンサ出力のバッファへの格納が完了しているかどうかを判断し (ST24)、格 納が完了していればバッファインデクスを更新する（ST23)。このような処理を N回繰 り返す。
[0035] バッファインデタスの更新においては、図 6に示すように、バッファ番号 iを 1インクリメ ントし（ST31)、 1インクリメントした数が N以上であるかどうかを判断し (ST32)、 1イン クリメントした数が N以上であればバッファ番号 iを初期化する（0にする）（ST33)。
[0036] 図 7は、図 5及び図 6に示す手順による複数組の 4点の収集を説明するための概念 図である。また、図 8は、複数組の 4点の収集の際のノ ッファ格納状態を説明するた めの図である。
[0037] 例えば、センサ出力が図 7に示すような軌跡を示し、その中での多数のプロット点群 力も複数組の 4点を収集する場合について説明する。ここでは、 5組の 4点を収集す る場合について説明する。まず、予め準備した 4点を格納する複数のバッファにって 、図 8 (a)に示すように、最初のプロット点は無条件に格納する。すなわち、最初の 5 つのプロット点（p , p , p , p , p )は、各々のバッファに第 1点として格納される
Al A2 A3 A4 A5
[0038] 次に収集されたプロット点（P )について各バッファへの格納を試みる際には、その
A6
プロット点（P )
A6を格納するバッファを検索する。その検索順は、直前のプロット点を 格納したバッファの次のバッファから行う。ここでは、直前のプロット点（P )をバッファ
A5
5に格納しているため、バッファ 1から格納を試みる。プロット点（P )は、各バッファの
A6
第 1点（P , P , P , P , P )からの距離が短いため、上記条件を満足しないので
Al A2 A3 A4 A5
破棄される。プロット点 (P )
A7 につ 、ても同様の条件で破棄される。
[0039] 次に収集されたプロット点（P )については、バッファ 1の第 1点（P )と規定距離以
Bl A1
上離れているため、図 8 (b)に示すように、ノ ッファ 1の第 2点として格納される。同様 に、プロット点（P 〜P )及びプロット点（P 〜P )についても、図 8 (c)に示すように
B2 B5 CI C5
、距離条件が満たされるバッファへ第 2点〜第 3点として順次される。また、各バッファ の第 4点については、距離条件に加えて、 2つの三角形の平面角度条件がチェックさ れ、条件が満たされれば、図 8 (d)に示すように格納される。 [0040] このような複数のバッファ（ここではバッファ 1〜5)に対するプロット点（センサ出力） の格納は、個々のバッファに対して一組のプロット点（ここでは 4つのプロット点）がす ベて格納されて力 次のバッファに対して格納する方式ではなぐ上記条件を満足す る中でプロット点を得られた順に逐次バッファに対して格納する方式で行う。すなわち 、図 8 (b) , (c)に示すように、一つのバッファにまだ格納領域が存在する状態で他の ノ ッファに対して格納が行われる。このように、得られたプロット点を全てのバッファに 対して上記条件を判断して順次格納することにより、上記条件を満たす 4点のプロット 点が一組集まって力 次のプロット点の収集を行う場合と比べて、より少ない収集回 数で複数組のプロット点を収集することが可能となり、より短い時間でユーザに意識さ せることなくキャリブレーションを完了することが出来る。このような複数のバッファに対 するプロット点の格納は、制御部 12により制御される。
[0041] なお、本実施の形態においては、各バッファに対して均等に第 1点〜第 4点が順次 格納されている場合について説明しているが、各バッファは固有の条件 (距離や平面 角度）によってプロット点の格納を行うため、各バッファでのプロット点充足率がばらつ いても良い。例えば、ユーザが装置を回転させるなどのキャリブレーションのための特 別な操作を行わな ヽ場合には、図 7にお 、て破線のような軌跡をたどる場合がある。 この場合であっても、点 PEではバッファ 1に格納は出来ないが、ノ ッファ 5の格納条 件を満たすことが出来る。このように、全てのバッファに対して条件を判断して順次格 納することにより、センサによる軌跡が広 、範囲に広がらな 、場合にぉ 、ても効率よ くデータ収集を行うことが可能となる。
[0042] このようにして得られた複数組の 4点から、各々仮想球の中心を算出し、これを平均 化することにより本来の仮想球中心を求める。仮想球中心の平均化においては、複 数の仮想球中心群から、密集度の高い部分だけを平均化する。例えば、図 9に示す ように、 5つの球中心 (C〜C )が算出された場合、密集度の高い部分 (C〜C )の 3
1 5 1 3 つの仮想球中心を平均化し、 C , Cは、ノイズが大きいとみなして除外する。このよう
4 5
に仮想球中心を求めることにより、ノイズが小さい 4点の出力の組からのみ仮想球中 心を求めることが出来る。このため、複数の仮想球中心を単純平均する場合のみなら ず、多数の出力から直接行列演算を行って中心を求める方法と比較してもノイズの 影響を軽減して精度よく仮想球を求めることが可能となる。
[0043] 密集度の高さは、まず、各仮想球中心において、自位置 ( )から他の仮想球中心 への距離の総和（L ) (例えば、 Cの場合の各距離（C〜C , C〜C , C〜C , C〜 n 1 1 2 1 3 1 4 1
C )の総和（L ) )を求め、距離総和の平均（L = (L +L +L +L +L ) /5)を求
5 1 AVE 1 2 3 4 5 め、 L力 距離総和の平均 (L )より小さいか、等しい場合に、密集度の高い部分の n AVE
仮想球中心とみなす。
[0044] 次に、上述した電子コンパスにおけるキャリブレーションの方法について説明する。
図 10は、本発明の実施の形態に係るキャリブレーションプログラムを用いたキヤリブレ ーシヨン方法を説明するためのフロー図である。
[0045] まず、電子コンパス 1を起動させると（ST41)、環境変化があるかどうか、すなわち センサドリフトが起こっているかどうかを判断する（ST42)。ここでは、電子コンパス 1 が最初に起動されたときには、センサドリフトは起こっていない動作を行う。センサドリ フトが起こっていなければ、制御部 12のキャリブレーションプログラム 122が起動する (ST43)。
[0046] 次いで、コンパスモジュール 11における磁気センサ部 111でキャリブレーション用 の少なくとも 4点の検出データ (磁気センサ出力）を得る。この場合、検出データを得 るためには、ユーザがコンノ スモジュール 11を搭載した機器が所定量動くことが必要 であるので、例えば機器が所定距離だけ移動したカゝどうかを判断する（ST44)。この 判断は、例えば閾値判定などの方法により行う。機器が所定距離だけ移動していれ ば、 4点の検出データを抽出し（ST45)、その検出データを用いてキャリブレーション プログラムにより磁気センサの出力の基準点を求める。
[0047] すなわち、 4つの磁気センサ出力を用いて少なくとも 2つの三角形 21, 22を作成す る（ST46)。次いで、これらの三角形 21, 22のそれぞれの外接円 23, 24を求める（S T47)。さらに、それぞれの外接円（23, 24)の中心を通る法線ベクトル（25, 26)の 交点を求めて基準点とする（ST48)。求められた基準点は、地磁気ベクトルの原点と なるので、この基準点を用いて方位算出プログラム 121により方位を求める。
[0048] 電子コンパス 1の環境変化により、センサドリフトが起こると（ST42)、キヤリブレーシ ヨンプログラム 122で求められた地磁気ベクトルの大きさ（仮想球の半径）が所定量変 動した力どうかを判断する（ST49)。そして、地磁気ベクトルの大きさが所定量変動し たときには、再キャリブレーションが必要であると判断して、自動的に再度キヤリブレ ーシヨンを行う（ST43〜ST48)。
[0049] このように、本発明の電子コンパスにおいては、少ない演算量で磁気センサ出力の 基準点（地磁気ベクトルの原点）を求めることができ、オフセット補正を行うことができ る。また、前記基準点を求めるための検出データは、コンパスモジュールを搭載した 機器を ± 30° 程度傾けるだけで得ることができるので、ユーザに意識させずに磁気 センサの出力を校正して方位を求めることができる。さらに、電子コンパスの環境変化 に応じて自動的に再校正を行うので、ユーザに意識させることなぐ常に正確な方位 算出を行うことができる。
[0050] 本発明によれば、三次元空間において前記磁気センサの少なくとも 4つの出力を 用いて少なくとも 2つの三角形を作成し、前記三角形のそれぞれの外接円を求め、そ れぞれの外接円の中心を通る法線ベクトルの交点を求めて前記基準点とするので、 演算量が少なぐし力もユーザに意識させずに磁気センサの出力を校正することがで きるキャリブレーションプログラム及び電子コンパスを提供することができる。
[0051] 本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である 。例えば、上記実施の形態では、電子コンパスにおいてコンノ スモジュールと制御部 とが個別に構成されている場合について説明している力 本発明においては、電子 コンパスにお 、てコンパスモジュールと制御部とがー体で構成されて 、ても良 、。本 発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。

Claims

請求の範囲
[1] コンピュータにより実行可能であり、磁気センサの出力の基準点を求めるキヤリブレ ーシヨンプログラムであって、前記キャリブレーションプログラムは、三次元空間にお いて前記磁気センサの少なくとも 4つの出力を用いて少なくとも 2つの三角形を作成 する手順と、前記三角形のそれぞれの外接円を求める手順と、それぞれの外接円の 中心を通る法線ベクトルの交点を求めて前記基準点とする手順と、を含むことを特徴 とするキャリブレーションプログラム。
[2] 前記少なくとも 4つの出力は、各出力間の距離が予め定められた距離以上であるこ と、及び前記少なくとも 2つの三角形の平面角度が 90° を中心として予め定められた 範囲（Δ 0 )以内であることを満足するように求められることを特徴とする請求項 1記 載のキャリブレーションプログラム。
[3] 前記基準点は、前記少なくとも 4つの出力の組を複数収集し、それぞれの少なくとも 4つの出力の組から求められた前記仮想球の中心群を平均化することにより求めるこ とを特徴とする請求項 1又は請求項 2記載のキャリブレーションプログラム。
[4] 前記少なくとも 4つの出力は、各出力間の距離が予め定められた距離以上であるこ と、求められた前記仮想球の中心位置力ゝらの各出力までの距離が予め定められた範 囲内であること、及び前記少なくとも 2つの三角形の平面角度が 90° を中心として予 め定められた範囲（Δ 0 )以内であることを満足するように求められることを特徴とする 請求項 3記載のキャリブレーションプログラム。
[5] 磁気センサを有するコンパスモジュールと、前記磁気センサの出力を用いて磁気セ ンサの出力の基準点を求める請求項 1から請求項 4のいずれかに記載のキヤリブレ ーシヨンプログラム及び前記磁気センサの出力を用いて方位を求める方位算出プロ グラムを備えた制御手段と、を具備することを特徴とする電子コンパス。
[6] 前記制御手段は、前記少なくとも 4つの出力を格納できるバッファを複数有し、前記 磁気センサ力 の出力を所定の条件に基づいて前記複数のノ ッファに格納できるか 判定することを特徴とする請求項 5記載の電子コンパス。
[7] 前記制御手段は、前記磁気センサの環境変化に応じて自動的に前記キヤリブレー シヨンプログラムを起動することを特徴とする請求項 5又は請求項 6記載の電子コンパ
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