JP2006226810A - 方位計測装置 - Google Patents

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。
【選択図】図６

Description

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、特に簡単なキャリブレーショ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。

携帯電話機などに搭載されている方位計測装置（電子コンパス）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。

しかしながら、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一緒に搭載されている。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から算出される方位角には大きな誤差が含まれやすいという問題がある。

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。
特開２００４−１２４１６号公報

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いうものである。

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。

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いたという問題もある。

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いる。

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。

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_av.及びｙｇ_av.を求めることができる。しかも、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_av.及びｙｇ_av.を求めることができる。すなわち、電子機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。

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。

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。

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。

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。

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_ｇおよびｙ_ｇを求めるとともに、このとき求めた前記ｘ_ｇをｘ軸方向のオフセット補償値とし、且つ前記ｙ_ｇをｙ軸方向のオフセット補償値とするものが好ましい。

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_av.、ｙ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。

ただし、Ｈｘ，ＨｙはＨｘ＝ｋ１・（Ｘ−ｘｇ_av.）、Ｈｙ＝ｋ２・（Ｙ−ｙｇ_av.）であり、ｋ１，ｋ２は任意の定数である。

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いう簡単な操作だけで、内部磁界の影響を受けない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く、精度の高い方位角を算出することができるようになる。

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。

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。

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。

前記磁気検出手段３は、３ヶの磁気センサ４ａ，４ｂ，４ｃと、切換手段６、増幅手段７およびＡ／Ｄ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ヶの磁気センサ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いる。

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Ａ／Ｄ変換手段８に出力する。前記Ａ／Ｄ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。

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、ホール素子、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。

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。

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。

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Ｈ’）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。

さらに図４に示す符号α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βは電子機器１を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（以下ロール角という。）を意味している。

ここで、図３に示す符号η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η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。

伏角ηの値は、例えば任意の測定位置に対応する伏角ηデータを図示しないメモリ手段に記憶させておき、電子機器１に設けられた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ηを内部の前記メモリ手段から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いる地域（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ηに関するデータを外部から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η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い。

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αとロール角βが共にα＝β＝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。

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θと伏角η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。

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。

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

以上のように、ピッチ角αとロール角βが共にα＝β＝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Ｘ（ｘ’軸方向の磁界の強さ）を地磁気ベクトルに換算した値Ｈｘ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いた状態では、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いた状態では、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。この点を一般化すると、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。

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。

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。

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。

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。

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Ｏ（０，０）を中心とし所定の半径ｒ（ｒ＝（Ｈｘ^２＋Ｈｙ^２）^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。

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。

前記基準軌跡Ｃ１と検出軌跡Ｃ２とを比較すると、両軌跡Ｃ１，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から距離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。

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が、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_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）とし、この３点から前記検出軌跡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。

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Ａ／Ｄ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，Ｙ，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。

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が、磁気データＸおよびＹには大きな変化が生じる。

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ヶごと）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，Ｙ，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。

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）の数量が２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オ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、大きな変化があっ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。

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，Ｙ，Ｚ）に対応する座標はＰ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）である。

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。

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。

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から導き出せる。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いため、キャリブレーションを容易に行うことができる。

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_av.，ｙｇ_av.）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_av.がｘ軸方向のオフセット補償値であり、前記ｙｇ_av.がｙ軸方向のオフセット補償値となる。なお、このオフセット補償値ｘｇ_av.及びｙｇ_av.は前記メモリ手段１２に記憶される。

そして、円弧状の検出軌跡Ｃ２上の任意の３点の座標Ｐ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_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_av.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。

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_av.，ｙｇ_av.）を除去した補償後の磁気データ（Ｘ−ｘｇ_av.，Ｙ−ｙｇ_av.）を求める。さらに補正演算手段９は、前記補償後の磁気データ（Ｘ−ｘｇ_av.，Ｙ−ｙｇ_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。

ただし、ｋ１，ｋ２は任意の定数（換算係数）である。

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。

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もできる。

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。

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。

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_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、（ｘ_３，ｙ_３）・・・を代入したときに、関数Ｆ（ｘ，ｙ）＝０を満たす係数ａ，ｘ_ｇおよび係数ｂ、ｙ_ｇを求める。

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_ｇ、ｙ_ｇ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_ｇを求めるときには前記係数ｂ，ｙ_ｇを既知の値とし、また前記係数ｂ，ｙ_ｇを求めるときには前記係数ａ，ｘ_ｇを既知の値として行う。

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_ｇまたは前記係数ｂ，ｙ_ｇを収束させる方法を用いることが可能である。

そして、このような方法から求まる中心座標（ｘ_ｇ，ｙ_ｇ）のうち、前記ｘ_ｇがｘ軸方向のオフセット補償値を、前記ｙ_ｇがｙ軸方向のオフセット補償値を示しており、これらオフセット補償値ｘ_ｇ及びｙ_ｇは前記メモリ手段１２に記憶される。

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_ｇ，ｙ_ｇ）からこれらを平均化した中心点の平均座標Ｇav.（ｘｇ_av.，ｙｇ_av.）を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_av.がｘ軸方向のオフセット補償値であり、前記ｙｇ_av.がｙ軸方向のオフセット補償値となる。なお、このオフセット補償値ｘｇ_av.及びｙｇ_av.は上記同様に前記メモリ手段１２に記憶される。

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）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_av.，ｙｇ_av.）を除去した補償後の磁気データ（Ｘ−ｘｇ_av.，Ｙ−ｙｇ_av.）を求めることにより、前記検出軌跡Ｅ１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。

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。

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く、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。

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、 方位計測装置の構成を示すブロック図、 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、 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、 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、 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、 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、 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

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 Ａ／Ｄ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
ｘ’，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_av.，ｙｇ_av. オフセット補償値の平均
Ｘ，Ｙ，Ｚ 磁気データ（磁気センサの出力）
α 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 (7)

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ないし３のい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_ｇおよびｙ_ｇを求めるとともに、このとき求めた前記ｘ_ｇをｘ軸方向のオフセット補償値とし、且つ前記ｙ_ｇ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ないし３のいずれか一項に記載の方位計測装置。
   

   
7. 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_av.、ｙ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ないし６のいずれか一項に記載の方位計測装置。
   

   

   ただし、Ｈｘ，ＨｙはＨｘ＝ｋ１・（Ｘ−ｘｇ_av.）、Ｈｙ＝ｋ２・（Ｙ−ｙｇ_av.）であり、ｋ１，ｋ２は任意の定数である。

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