(57)【要約】【課題】  着磁状態の変化、すなわちオフセットの変化を検出し、そのときにのみオフセットを再取得して補正するようにして、真の方位を得ることができる電子方位計及び記録媒体を提供すること。【解決手段】  磁気センサと、オフセットを演算するためのｘｙｚオフセット取得装置、磁気センサ出力とオフセット出力から方位を演算するための方位算出装置、そしてｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値及び地磁気に相当する出力を記憶する記憶装置と、地磁気に相当する出力の変化の有無を検出して出力する地磁気量判定装置とによって構成される。【選択図】  図１
2006275524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子方位計において、
ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値であるｘｙｚ３次元座標値を取得する磁気センサと、
地磁気以外の出力に起因するｘｙｚオフセット値を取得するｘｙｚオフセット取得装置と、
前記ｘｙｚ３次元座標値と、前記ｘｙｚオフセット値とを用いて方位を演算する方位演算装置と、
前記ｘｙｚ３次元座標値と、前記ｘｙｚオフセット値と、地磁気に相当する出力とをそれぞれ記憶する記憶装置と、
地磁気に相当する現在の出力値と、過去に取得した地磁気に相当する出力値とを比較し、前記地磁気に相当する出力の変化の有無を検出して出力する地磁気量判定装置と、
を備えたことを特徴とする電子方位計。
【請求項２】
前記ｘｙｚオフセット取得装置は、前記地磁気量判定装置から出力された結果として所定の変化量より大きい出力変化が認められたときに、前記ｘｙｚオフセット値を再取得する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の電子方位計。
【請求項３】
ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇと、ｙ軸と水平面のなすロール角αｇに相当する傾斜角の出力とを取得する機能を有する傾斜センサを更に備え、
前記方位演算装置は、前記ｘｙｚ３次元座標値と、前記ｘｙｚオフセット値と、前記傾斜角とに基づいて方位を演算する機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子方位計。
【請求項４】
ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値であるｘｙｚ３次元座標値を磁気センサから取得する磁気ベクトル取得手段と、
地磁気以外の出力に起因するｘｙｚオフセット値を取得するｘｙｚオフセット取得手段と、
前記ｘｙｚ３次元座標値と、前記ｘｙｚオフセット値とを用いて方位を演算する方位演算手段と、
前記ｘｙｚ３次元座標値と、前記ｘｙｚオフセット値と、前記地磁気に相当する出力とを記憶する記憶手段と、
地磁気に相当する現在の出力値と、過去に取得した地磁気に相当する出力値とを比較し、前記地磁気に相当する出力の変化の有無を検出して出力する地磁気量判定手段と、
を有することを特徴とする電子方位計の記録媒体。
【請求項５】
前記ｘｙｚオフセット取得手段は、前記地磁気量判定手段で比較した結果を受けて、所定の変化量よりも大きい出力変化が認められたときに、前記ｘｙｚオフセット値を再演算して前記ｘｙｚオフセット値を更新する機能を有することを特徴とする請求項４に記載の記録媒体。
【請求項６】
前記ｘｙｚオフセット取得手段は、前記記憶手段で取得された複数個の前記ｘｙｚ３次元座標値から相異なる４点以上のｘｙｚ３次元座標値を取得する機能を更に有することを特徴とする請求項４または５に記載の記録媒体。
【請求項７】
基準値となるｘｙｚ３次元座標値（ｘｓｉ，ｙｓｉ，ｚｓｉ）と、この基準値と比較するｘｙｚ３次元座標値（ｘｓｊ，ｙｓｊ，ｚｓｊ）との関係が、予め設定された許容値δｘ、δｙ、δｚに対して、
【数１】
2006275524.tif 000016
を満たすことを特徴とする請求項６に記載の記録媒体。
【請求項８】
ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇと、ｙ軸と水平面のなすロール角αｇに相当する傾斜角の出力とを取得する傾斜角取得手段を更に備え、
前記方位演算手段は、前記ｘｙｚ３次元座標値と、前記ｘｙｚオフセット値と、前記傾斜角とに基づいて方位を演算する機能を有することを特徴とする請求項４または５に記載の記録媒体。
【請求項９】
前記ｘｙｚオフセット取得手段は、前記記憶手段で取得された複数個の前記ｘｙｚ３次元座標値から相異なる４点以上のｘｙｚ３次元座標値を取得する機能を更に有し、
前記記憶手段は、前記ｘｙｚ３次元座標値と、前記ｘｙｚオフセット値と、前記地磁気に相当する出力値とともに、前記ｘｙｚ３次元座標値に相関させて前記傾斜角を記憶する機能を有することを特徴とする請求項８に記載の記録媒体。
【請求項１０】
前記ｘｙｚオフセット取得手段は、傾斜角（αｇｉ，βｇｉ）と傾斜角（αｇｊ，βｇｊ）との関係が、予め設定された許容値λα、λβに対して、
【数２】
2006275524.tif 000017
を満たすように前記相異なる４点以上のｘｙｚ３次元座標値を取得することを特徴とする請求項９に記載の記録媒体。
【請求項１１】
基準値となるｘｙｚ３次元座標値（ｘｓｉ，ｙｓｉ，ｚｓｉ）と、この基準値と比較をするｘｙｚ３次元座標値（ｘｓｊ，ｙｓｊ，ｚｓｊ）との関係が、予め設定された許容値δｘ、δｙ、δｚに対して、
【数３】
2006275524.tif 000018
を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを用いて方位を測定する電子方位計及び記録媒体に関するものである。特に、任意の傾斜環境下において周辺機器の着磁の影響によって地磁気以外のオフセット（ｘｙｚオフセット値）が発生する場合のオフセット補正を可能とした電子方位計及びその電子方位計に用いる記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子方位計は、センサなどを用いて電気的に方位を表示できるという特徴を有する。一般的には、複数の磁気センサを配置して電子方位計を構成する。磁気センサは、センサと平行（あるいは垂直）な磁界に対して線形な出力を示す。よって、直交配置された複数の磁気センサの出力から得られたデータを演算することで、基準に決めた方向からの方位角を算出することができる。この方位角から得られた方位は、アナログ、デジタルの電気信号として処理できるため、携帯電話、ＰＤＡといった携帯情報端末や腕時計、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向け、ゲーム機といった様々な電子機器への応用が期待されている。
【０００３】
特に近年、ＧＰＳ等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながらにして判るようになっている。この端末に電子方位計を組み合わせることで、利用者が今どの方位を向いているのか、或いは歩行中であるならばどこに向かおうとしているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。そのようなサービスが進展していく中で、電子方位計に要求される課題としては、より質、精度の高いものが求められていくことは必然である。
【０００４】
上記の電子方位計に要求される質と精度の向上とは、より正確に方位を測定するということを示しているが、磁気センサの周辺機器の着磁の影響で、正確に方位を算出されないことがある。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、方位は計算上正確に求めることができる。しかし、磁気センサの周辺の部品や機械などが着磁した場合、磁気センサの出力電圧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。
【０００５】
上記の内容について図５を用いて説明を行う。図５は、全磁気ベクトル３０１、オフセットベクトル３０２、地磁気ベクトル３０３の関係を示した図である。なお、本図面における座標軸は、ｘｙｚ軸それぞれの磁気センサの出力を示しており、磁気センサの配置に対して全磁気ベクトル３０１、オフセットベクトル３０２、地磁気ベクトル３０３がどの方向に向いているか、またその大きさがどの程度かを表現している。
【０００６】
本図面に示す全磁気ベクトル３０１は、ｘ、ｙ、ｚ軸の磁気センサの出力に由来するベクトルを表しており、ｘｙｚ３次元座標値３０４（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）がそれに相当する。オフセットベクトル３０２は、周辺機器の着磁、回路の影響によるｘ、ｙ、ｚ軸のそれぞれのオフセット出力に由来するベクトルを表しており、ｘｙｚオフセット値３０５（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）に相当する。地磁気ベクトル３０３は、地磁気の影響によってそれぞれの磁気センサが発生する出力に由来するベクトルを表しており、それは地磁気に相当する出力値３０６（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）に相当する。
【０００７】
本図面に示した構成要件を用いて方位角を得るためには、地磁気の出力のみに由来する
出力値３０６（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）を用いて演算することが必要となる。この（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）は、ｘｙｚ３次元座標値３０４（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）からｘｙｚオフセット値３０５（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）を除算することで得ることができるが、何らかの方法により、この周辺機器の着磁等による影響であるｘｙｚオフセット値３０５を知らなければならない。
【０００８】
そこで、従来の着磁補正の方法として、オフセット誤差が発生している場合でもそれらの影響を除去することができる磁界ベクトル検出方式が開示された（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この方法は、３次元に配置された磁気センサを少なくとも４方向以上に任意に変えたときの出力値からオフセットを演算するという方法である。
【００１０】
図６に、この発明の基本的な考え方を示す。
オフセットベクトル３０２が一定、すなわち周辺機器の着磁などの影響が一定の環境下であれば、方位と傾斜角が変わったときの全磁気ベクトル３０１は、オフセットベクトル３０２を中心、地磁気ベクトル３０３の大きさを半径とした球体上を示す。球体の中心点は、球体上の４点から演算され、よって任意に方向を変えた４点の出力から中心点のｘｙｚオフセット値３０５を得ることができる。更に、この方法によれば、周辺機器の着磁量が経時的に変化した場合であっても、その都度、着磁に係るｘｙｚオフセット値３０５を取得でき、図５に示したｘｙｚ３次元座標値３０４とｘｙｚオフセット値３０５に基づいて目的の出力値３０６を得て、電子方位計に方位を表示することができるようになる。
【００１１】
【特許文献１】特公平３−３１９０号公報（第３頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の手段に基づく電子方位計では、着磁の変化自体は検出していない。よって、電子方位計の利用者は、現在表示している方位が真の方位を示しているのか、或いは補正を行っている途中なのかといった情報が分からないという問題があった。
【００１３】
また、この従来の電子方位計では、常にこのｘｙｚオフセット値３０５を更新しているため、方位を計算するまでの計算量が多くなり、結果的に方位を出力、或いはここで得られた方位を表示するのに時間を要するという問題があった。
【００１４】
更に、４方向のデータの取り方によっては、ｘｙｚオフセット値３０５を正確に得ることができないことがあり、よって方位を正確に算出することができないという問題もあった。
【００１５】
そこで本発明は、上述した問題点を解決し、着磁状態の変化、すなわちｘｙｚオフセット値の変化を検出し、更にはそのｘｙｚオフセット値に変化があったときにのみｘｙｚオフセット値を再取得して方位を補正するようにして、真の方位を得ることができる電子方位計及びその電子方位計に用いる記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の電子方位計及びその電子方位計に用いる記録媒体は、基本的には下記記載の形態を採用する。
【００１７】
本発明にかかる電子方位計は、ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値であるｘ
ｙｚ３次元座標値を取得する磁気センサと、地磁気以外の出力に起因するｘｙｚオフセット値を取得するｘｙｚオフセット取得装置と、ｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値とを用いて方位を演算する方位演算装置と、ｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値と地磁気に相当する出力とを記憶する記憶装置と、地磁気に相当する現在の出力値と、過去に取得した地磁気に相当する出力値とを比較し、地磁気に相当する出力の変化の有無を検出して出力する地磁気量判定装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明にかかる電子方位計は、前述したｘｙｚオフセット取得装置が、地磁気量判定装置から出力された結果として所定の変化量よりも大きい出力変化が認められたときに、ｘｙｚオフセット値を再取得する機能を更に有することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明にかかる電子方位計は、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇと、ｙ軸と水平面のなすロール角αｇに相当する傾斜角の出力とを取得する機能を有する傾斜センサを更に備え、方位演算装置が、ｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値と傾斜角に基づいて方位を演算する機能を更に有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明にかかる記録媒体は、ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値であるｘｙｚ３次元座標値を磁気センサから取得する磁気ベクトル取得手段と、地磁気以外の出力に起因するｘｙｚオフセット値を取得するｘｙｚオフセット取得手段と、ｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値とを用いて方位を演算する方位演算手段と、ｘｙｚ３次元座標値と、ｘｙｚオフセット値と地磁気に相当する出力とを記憶する記憶手段と、地磁気に相当する現在の出力値と、過去に取得した地磁気に相当する出力値とを比較し、地磁気に相当する出力の変化の有無を検出して出力する地磁気量判定手段とを有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明にかかる記録媒体は、前述したｘｙｚオフセット取得手段が、地磁気量判定手段で比較した結果を受けて、所定の変化量よりも大きい出力変化が認められたときに、ｘｙｚオフセット値を再演算してｘｙｚオフセット値を更新する機能を有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明にかかる記録媒体は、前述したｘｙｚオフセット取得手段が、記憶手段で取得された複数個のｘｙｚ３次元座標値から相異なる４点以上のｘｙｚ３次元座標値を取得する機能を更に有することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明にかかる記録媒体は、基準値となるｘｙｚ３次元座標値（ｘｓｉ，ｙｓｉ，ｚｓｉ）と、この基準値と比較をするｘｙｚ３次元座標値（ｘｓｊ，ｙｓｊ，ｚｓｊ）との関係が、予め設定された許容値δｘ、δｙ、δｚに対して、
【数４】
2006275524.tif 000003
を満たすことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明にかかる記録媒体は、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇと、ｙ軸と水平面のなすロール角αｇに相当する傾斜角の出力とを取得する傾斜角取得手段を更に備え、方位演算手段が、ｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値と傾斜角とに基づいて方位を演算する機能を有することを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明にかかる記録媒体は、前述したｘｙｚオフセット取得手段が、記憶手段で取得された複数個のｘｙｚ３次元座標値から相異なる４点以上のｘｙｚ３次元座標値を取得する機能を更に有し、その記憶手段が、ｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値と地磁気に相当する出力値とともに、ｘｙｚ３次元座標値に相関させて傾斜角を記憶する機能を有することを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明にかかる記録媒体は、前述したｘｙｚオフセット取得手段で、傾斜角（αｇｉ，βｇｉ）と傾斜角（αｇｊ，βｇｊ）との関係が、予め設定された許容値λα、λβに対して、
【数５】
2006275524.tif 000004
を満たすように相異なる４点以上のｘｙｚ３次元座標値を取得することを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明にかかる記録媒体は、基準値となるｘｙｚ３次元座標値（ｘｓｉ，ｙｓｉ，ｚｓｉ）と、この基準値と比較をするｘｙｚ３次元座標値（ｘｓｊ，ｙｓｊ，ｚｓｊ）との関係が、予め設定された許容値δｘ、δｙ、δｚに対して、
【数６】
2006275524.tif 000005
を満たすことを特徴とするものである。
【００２８】
上記の通り、本発明の電子方位計、およびその電子方位計を用いた記録媒体では、磁気センサで取得した４点以上のｘｙｚ３次元座標値を用いてオフセットを取得する。そしてそのオフセット取得は、現在と過去の地磁気量を比較することによって、着磁状態の変化、すなわちオフセットの変化を検出し、そのときにのみオフセットを再取得するようにしている。よって、方位を計算するまでの計算量が多くなることがなく、結果的に方位を出力或いは表示するのに時間を要さない利点がある。
【００２９】
更に、上記４点以上のｘｙｚ３次元座標値の取得には、記憶された複数個のｘｙｚ３次元座標値の中から、できるだけ離れた座標値を選択する様にしている。すなわち球体面のなるべく離れた点の座標値を選択することで、オフセット値の精度を向上させ、結果として真の方位を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、電子方位計の利用者は、任意の傾斜環境下で現在表示している方位が真の方位を示しているのか、或いは補正を行っている途中なのかといった情報が分かるようになる。
【００３１】
また、その着磁状態の変化、すなわちオフセットの変化を検出し、そのときにのみｘｙｚオフセット値を再取得して方位を補正することが可能となるため、電子方位計の利用者は、常に正確な方位を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の電子方位計およびその電子方位計に用いる記録媒体は、磁気センサと、ｘｙｚオフセット値を取得するためのｘｙｚオフセット取得装置と、磁気センサ出力とオフセット出力から方位を演算するための方位演算装置と、そしてｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値及び地磁気に相当する出力とをそれぞれ記憶する記憶装置と、地磁気に相当する出力の変化の有無を検出して出力する地磁気量判定装置とによって基本的に構成される。
【００３３】
まず、本発明のポイントとなる上記地磁気量判定装置について以下に説明を行う。
この地磁気量判定装置は、現在の地磁気に相当する出力値を取得した後に、過去に取得した地磁気に相当する出力値とを比較して、地磁気に相当する出力の変化の有無を検出して出力する機能を有する。この方法によれば、地磁気以外のオフセットの変化を知ることができ、また必要に応じてｘｙｚオフセット値を取得するため、方位を計算するまでの計算量が多くならず、結果的に方位を出力或いは表示するのに時間を要さない。
【００３４】
具体的には、まず磁気センサからｘｙｚ３次元座標値（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を取得する。このｘｙｚ３次元座標値は、地磁気ベクトルとオフセットベクトルの合成ベクトルに相当するため、このｘｙｚ３次元座標値と、既に記憶されているｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）を用いて、地磁気量に相当する地磁気ベクトルの大きさ（出力値Ｓｈ）を求めることができる。具体的には、下記の式（１）によって演算を行う。
【数７】
2006275524.tif 000006
【００３５】
そして、上式（１）で演算された過去の出力値Ｓｈ’の数値と、演算された最新の出力値Ｓｈとを比較して、予め設定された許容値より大きいか、あるいは小さいかを比較判断する。この許容値を比較する具体的な方法としては、例えば下記の様な式（２）を満たすかどうかで判断することができる。
【数８】
2006275524.tif 000007
上記式（２）により、演算された値が許容値の範囲内、すなわち式（２）を満たさなければ、周辺機器の着磁状態などの変化がないと判断し、先に取得したｘｙｚオフセット値をそのまま用いて方位演算とその演算結果を出力或いは表示する。逆に、上記式（２）により、演算された値が許容値の範囲外、すなわち式（２）を満たせば、周辺機器の着磁状態などの変化が認められたと判断し、その情報を出力或いは表示する。更に、その地磁気量判定装置の出力に基づき、ｘｙｚオフセット値を再取得し、正しいｘｙｚオフセット値を用いて方位演算を行う様にすれば、常に真の方位角を得ることが可能となる。またｘｙｚオフセット値の取得を行っている間は、ｘｙｚオフセット値の取得が進行中である旨の情報を出力或いは表示するようにしても良い。
【００３６】
そして、そのｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）と、地磁気量に相当する出力値Ｓｈの取得結果は、方位演算だけでなく、次の比較を行うときの数値として利用するため、記憶装置に記憶される。なお、このｘｙｚオフセット値は再取得した値そのものであり、地磁気量に相当する出力値Ｓｈは、そのｘｙｚオフセット値とオフセット取得に利用した４点のデータの中のひとつを利用して、地磁気量に相当する出力を
演算したものにする。
【００３７】
また、上記のｘｙｚオフセット値の取得に必要なデータが揃う間は、以前のｘｙｚオフセット値を用いて方位を算出するようにしても良い。以前のｘｙｚオフセット値を用いて方位を算出すると、真の方位とは誤差を生じることとなるが、４点のデータを取得するまでの時間は、さほど多くの時間を必要としないため、実用上大きな問題とはならない。
【００３８】
以上の構成により、本発明の電子方位計の利用者は、任意の傾斜環境下で現在表示している方位が真の方位を示しているのか、或いは補正を行っている途中なのかといった情報が分かる様になり、安心して電子方位計を利用することが可能となる。更にまた、本発明の電子方位計を用いれば、その着磁状態の変化、すなわちオフセットの変化を検出し、そのときにのみｘｙｚオフセット値を再取得して補正することが可能となるため、方位を計算するまでの計算量が多くなることがなく、結果的に方位を出力、或いは表示するのに時間を要さない形態とすることが出来る。
【実施例１】
【００３９】
ここで、本発明の電子方位計における第１の実施形態について説明を行う。
図１は本発明の実施例１における電子方位計のブロック構成を示した図であり、図２は本発明の電子方位計に用いる記録媒体における方位演算のフローチャートを示した図である。
【００４０】
図１に示す様に、電子方位計２ａは、磁気センサ４と、地磁気量判定装置８と、記憶装置１０と、ｘｙｚオフセット取得装置１２と、方位演算装置１４とから構成される。磁気センサ４は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸磁気センサで構成され、各軸方向の出力を取り出して全磁気ベクトルを得ることができるようになっている。記憶装置１０は、磁気ベクトルに相当する出力である複数個のｘｙｚ３次元座標値（ｘＳｉ，ｙＳｉ，ｚＳｉ）（ｉ＝１〜４）と、ｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）と、地磁気に相当する出力値（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）から得られる磁気ベクトルの大きさを示す出力値Ｓｈとをそれぞれ記憶する機能を有する。ｘｙｚオフセット取得装置１２は、記憶装置１０に記憶されたｘｙｚ３次元座標値から４点の相異なるｘｙｚ３次元座標値を利用して、ｘｙｚオフセット値を演算する機能を有する。そして、方位演算装置１４は、ｘｙｚオフセット値とｘｙｚ３次元座標値とを用いて方位を算出するものである。
【００４１】
次に、図２を用いてより具体的な本発明の電子方位計２ａに用いる記録媒体についての説明を行う。
【００４２】
まず、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）で、ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値であるｘｙｚ３次元座標値（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を磁気センサ４から取得する。このｘｙｚ３次元座標値は、先に示した通り周辺装置の磁気や回路などに影響されたｘｙｚオフセット値に相当する出力と、地磁気に相当する出力とが合成されたものとなる。なお、磁気センサ４の出力は、ノイズなどが含まれて誤差を含んでいることがあるため、データとしてはいくつか取り込んだものを平均化するような処理を加えることにより、安定した出力を得ることが好ましい。
【００４３】
そして、第１記憶手段（Ｓ４）で、上記で得られたｘｙｚ３次元座標値を記憶装置１０（図１照）に記憶する。記憶装置１０には、書き換え可能なＲＡＭを用いると良く、時間の経過とともに逐次データを書き込んでゆく。ＲＡＭ容量一杯にデータが入れば、逐次時間の古いものから順に書き換えされてゆき、常に最新のデータがＲＡＭ内に残されている様にする。なお、データ容量が少なすぎると、最新のデータの数が少なくなり、オフセット演算に有効なデータが得られないことがあるため、ある程度の容量を有することが望ま
しい。
【００４４】
次に、地磁気量判定手段（Ｓ６）で、上記にも示した通り、磁気センサ４からｘｙｚ３次元座標値（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を取得し、地磁気量に相当する地磁気ベクトルの大きさ（出力値Ｓｈ）を求める。そして過去に取得した地磁気ベクトルの大きさ（出力値Ｓｈ’）との比較を行う。その比較した結果、所定の変化量よりも少ない場合には、以前のｘｙｚオフセット値を用いて方位演算手段（Ｓ８）を行う。そして、所定の変化量よりも大きい出力変化が認められた場合には、ｘｙｚオフセット値を再演算してｘｙｚオフセット値を更新する。
【００４５】
ここで、具体的にｘｙｚオフセット値を更新する手法について以下に示す。
まず、ｘｙｚオフセット取得手段（Ｓ１０）におけるデータ取得手段では、上記の記憶装置１０に記憶されたデータから４点の３次元座標値（ｘＳｉ，ｙＳｉ，ｚＳｉ）（ｉ＝１〜４）のデータを取り出す。この４点のデータは、相異なる値である様に選択する必要がある。つまり、先に示した基準値となるｘｙｚオフセット値を中心とした球体の球面上において、なるべく離れた所にあるものを選ぶことにより、ここで求めるｘｙｚオフセット値の精度をより高くすることができるようになる。
【００４６】
より具体的には、基準値となる１点目の３次元座標値（ｘｓｉ，ｙｓｉ，ｚｓｉ）に対して、次の２点目からのこの基準値と比較するデータとなる３次元座標値（ｘｓｊ，ｙｓｊ，ｚｓｊ）の差分を演算し、その値が予め設定された許容値を越えているデータを選択する様にする。例えば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸磁気センサの出力がそれぞれ許容値δｘ、δｙ、δｚ〔ｍＶ〕だけ離れているデータを選択設定したい場合には、下記の式（３）（４）（５）の様に基準を設け、この条件を満たす４点の磁気センサ出力を取得する。
【数９】
2006275524.tif 000008
【００４７】
なお、この許容値δｘ、δｙ、δｚが小さすぎると、ｘｙｚオフセット値が正確に得られないことがある。逆にこの許容値δｘ、δｙ、δｚが大きすぎると、データ取得に時間を要することとなる。したがって、本発明の電子方位計２ａを使用する用途に応じて、許容値δｘ、δｙ、δｚを予め所定の値に設定することが望ましい。なお、本発明の電子方位計２ａの演算処理において、式（３）（４）（５）全てを満たしている必要は必ずしもなく、その内のひとつでも満たしていれば良い。
【００４８】
この様にして、磁気センサ４の測定環境の外的な影響が変化する前に、ｘｙｚ軸に配置された各磁気センサ４の方位と、傾斜を変えた際の相異なる４点の３次元座標値を得ることができるようになる。
【００４９】
また、ｘｙｚオフセット取得手段（Ｓ１０）の中のオフセット演算装置では、ｘｙｚオフセット値を演算して取得する。以下に具体的に数式を用いて説明を行う。
まず、４点のデータは、地磁気に相当する出力値Ｓｈとｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）とが同じ条件で取得されたものであるとすると、データ番号数をｉとして添え字に付けると、それぞれ下記の関係式（６）、（７）で表すことができる。
【数１０】
2006275524.tif 000009
【００５０】
上式（６）における右辺は、全て磁気センサ４で得られた出力値によって決定する演算であり、磁気センサ４で得られた相異なる４点のｘｙｚ３次元座標値を上式（６）に代入することによって、ｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）を取得することが可能となる。
【００５１】
そして、先に得られたｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）と、地磁気量に相当する出力値Ｓｈの取得結果は、方位演算だけでなく、次の比較を行うときの数値として利用するため、第２記憶手段（Ｓ１２）によって、記憶装置１０のデータを更新する。ここで記憶されたｘｙｚオフセット値は、再取得した値そのものであり、地磁気量に相当する出力値Ｓｈは、そのオフセット値とオフセット取得に利用した４点のデータの中のひとつを利用して、地磁気量に相当する出力値Ｓｈを演算したものにする。
【００５２】
次に方位演算手段（Ｓ８）について説明を行う。
方位演算手段（Ｓ８）では、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）で取得された３次元座標値（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）と、オフセット取得手段（Ｓ１０）で得られたｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）とを用いて方位を演算する。この実施例では、３軸の磁気センサ４を用いており、傾斜補正としては、観測軸であるｘ軸のみピッチ角βｇ傾斜した状態を考慮して、水平に変換して計算する手段を採用した。上記の系において、磁気センサ４の地磁気に由来する出力値（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）は、全地磁気量に相当する出力値Ｓｈ、ピッチ角βｇ、方位角θ、および地磁気の伏角Ｉを用いて下記の関係式（８）で表される。
【数１１】
2006275524.tif 000010
【００５３】
上記関係式（８）を展開することにより、方位角θに関する下記の関係式（９）が得られ、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）、記憶手段（Ｓ４）で記憶されたｘｙｚ３次元座標値とｘｙｚオフセット値を用いて方位角θを得ることができる。
【数１２】
2006275524.tif 000011
【００５４】
ここで、伏角ＩはＧＰＳの位置情報などを利用して取得することもできる。具体的には、測定位置の緯度φと経度λを取得し、その場所における伏角値Ｉを算出して出力する。日本国内各地での伏角値Ｉは、下記の２次式（１５）で近似できる。
【数１３】
2006275524.tif 000012
【００５５】
なお、ここで算出される伏角値Ｉは正の値となるため、式（１３）などに代入する際には負の値とする。以上、これらの手段により、ピッチ角βｇ（＝回転角β）に相当する角度を磁気センサ出力から取得することができる。
【００５６】
上記の通り、磁気センサ４の地磁気に由来する出力値（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）は、ｘｙｚ３次元座標値（ｘＳ，ｙＳ，ｚＳ）のセンサ出力から、ｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）を差分して得ることができることが判る。したがって、正確な出力値（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）を算出するためには、正確なｘｙｚオフセット値の取得が必要となり、本実施例のオフセット取得の方法が有効となる。また、できるだけ間違った方位を示すことがなくなる電子方位計２ａとすることが出来るようになる。
【００５７】
以上本実施例の構成によれば、３軸磁気センサによる電子方位計２ａの利用者は、地磁気量判定手段によって、オフセットの補正を行っているかどうかの判断を行うことができ、この方位計を安心して利用することが可能となる。更に、本発明の電子方位計２ａは、着磁状態の変化、すなわちオフセットの変化を検出し、そのときにのみｘｙｚオフセット値を再取得して補正することが可能となり、常にオフセットの更新を行う必要がないため、方位を計算するまでの計算量が多くなることがなく、結果的に方位を出力或いは表示するのに時間を要さない。
【００５８】
更には、４方向のデータの取り方によってはｘｙｚオフセット値を正確に得ることができないことがあったが、本発明のｘｙｚオフセット取得手段により、４点のデータの取得
の仕方に工夫を施すことによって、正確なｘｙｚオフセット値を取得できるようになる。よって、電子方位計２ａの利用者は自動的に正確な方位を知ることができる。
【実施例２】
【００５９】
次に、本発明の電子方位計の第２の実施形態について説明を行う。
図３は本発明の実施例２における電子方位計のブロック構成を示した図であり、図４は図３に示したブロック構成を用いて方位を得るまでの各ステップを説明するためのフローチャートである。
【００６０】
本実施例における電子方位計２ｂのブロック構成は、基本的に図１と同じであるが、新たにｘ軸傾斜センサとｙ軸傾斜センサを有する傾斜センサ６が加えられている点のみが、先の実施例とは異なる。また、この実施例における記憶装置１０は、磁気センサ４の出力だけでなく、基準値となる傾斜センサ６の出力（αｇｉ，βｇｉ）も併せて記憶する機能を有する。そして、ｘｙｚオフセット取得装置１２は、その記憶された傾斜センサ６の出力による磁気センサ４の出力が相異なる４点のデータを、記憶装置１０から取得する機能を更に有する。なお、本実施例における電子方位計２ｂの他の構成要件は、上述した様に実施例１と同じであるで、ここでの説明は割愛する。
【００６１】
次に、図４のフローチャートを用いて本実施例における本発明の電子方位計２ｂに用いる記録媒体の説明を行う。
本フローチャートに示す磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）では、先の実施例１と同様に行う。そして、傾斜角取得手段（Ｓ１４）で、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇ及びｙ軸と水平面の成すロール角αｇを、傾斜センサ６から取得する。この傾斜センサ６に加速度センサを用いた場合、各軸方向の重力加速度の大きさに比例した出力を得ることができる。これらセンサの出力は、ノイズなどが含まれて誤差を含んでいることがあるため、予め複数個のデータを記憶しておき、これらデータを平均化するような処理を加えるとより、安定した出力を得ることができるようになる。
【００６２】
次に、第１記憶手段（Ｓ４）で、上記の磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）及び傾斜角取得手段（Ｓ１２）で得られた磁気センサ出力と傾斜角とを対応させて記憶する。記憶装置１０には、実施例１と同様に書き換え可能なＲＡＭを用いると良く、時間の経過とともに逐次データが書き込まれるようにする。
【００６３】
また、ｘｙｚオフセット取得手段（Ｓ１０）で、記憶装置１０に記憶されたデータの中から相異なる４点の磁気センサ出力のデータを取得する。なお、本手段においては、どのような値でも構わずに取得するのではなく、磁気センサ出力と同時に記憶されている傾斜角が、相異なるものを選択した後に、必要なデータのみを取得することが好ましい。
【００６４】
具体的には、基準値となる１点目のデータに対して、この基準値と比較するロール角αｇｉとピッチ角βｇｉそれぞれの差分を演算し、その値が予め設定された許容値を越えている場合にデータを選択する様にする。例えば、ロール角αｇｊとピッチ角βｇｊの出力がそれぞれ許容値λα、λβ〔ｄｅｇ〕離れているデータを選択設定したい場合には、下記の式（１８）（１９）の様に基準を設け、この条件を満たす傾斜角αｇとβｇとを有する４点の磁気センサ出力を取得するようにする。
【数１４】
2006275524.tif 000013
【００６５】
この許容値λα、λβが小さすぎると、正確なｘｙｚオフセット値を得ることができない場合がある。また、逆にこの許容値λα、λβが大きすぎると、データ取得に時間を要することとなる。そのため、電子方位計２ｂを使用する用途に応じて、この許容値λα、λβを所定の値に設定することが望ましい。なお、上記で傾斜角が異なる条件を付加したのは、先のｘｙｚ３次元系で考えると、球体と任意の平面の交線で形成される円上に４点のデータが存在している場合に相当するからである。それは、ロールαｇ角とピッチ角βｇの傾斜角が同じ状態で４点のデータが取得された場合に相当しており、よって、本実施例の様に傾斜角が異なる条件下で相異なる４点のデータを取得することによって、精度の良いｘｙｚオフセット値を取得することが可能となる。
【００６６】
ここで取得されたデータは、ｘｙｚオフセット取得手段（Ｓ１０）で演算され、ｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）を取得することができる。具体的な方法は先の実施例１と同様であり、ここでの説明は割愛する。そして、第２記憶手段（Ｓ１２）も実施例１と同様に、ｘｙｚオフセット値（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）と、地磁気量に相当する出力値Ｓｈの取得結果とを更新して記憶装置１０に記憶する。
【００６７】
そして、方位算出手段（Ｓ８）で、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）で取得された３次元座標値（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）と、ｘｙｚオフセット取得手段（Ｓ１０）で得られたオフセット（ｘｏｆｆｓ，ｙｏｆｆｓ，ｚｏｆｆｓ）と、また傾斜角取得手段（Ｓ４）で得られたロール角αｇ、ピッチ角βｇとを用いて方位を演算する。この様に、この実施例に示す電子方位計２ｂでは、３軸の磁気センサと２軸の傾斜センサを用いており、傾斜補正して計算する手段を採用したので、上記の系において、磁気センサ４の地磁気に由来する出力値（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）は、全地磁気量に相当する出力値Ｓｈ、伏角Ｉ、α、β、方位角θを用いて下記の関係式（２０）で表される。
【数１５】
2006275524.tif 000014
【００６８】
そして、上記関係式（２０）を展開することにより、目的の方位角θに関する下記の関係式（２１）が得られる。
【数１６】
2006275524.tif 000015
さらに、上記の式（２１）に、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）で得られたｘｙｚ３次元座標値、傾斜角取得手段（Ｓ１２）で得られたロール角αｇ、ピッチ角βｇ、記憶手段（Ｓ４）で記憶されたとｘｙｚオフセット値をそれぞれ代入して、目的の方位角θを得ることができる。
【００６９】
以上、実施例１の構成に加え、更に傾斜センサ６が付与された電子方位計２ｂとその記録媒体１０について説明したが、実施例１に示した条件に加え、本実施例のｘｙｚ３次元座標値が異なる４点のデータを取得する際に、傾斜角が異なる条件を付加することで、よ
り精度良くｘｙｚオフセット値を取得できるようになる。
【００７０】
また、実施例１と同様に、地磁気量判定手段（Ｓ６）によって、オフセット取得中であるかどうかの判断を行うことができ、電子方位計２ｂの利用者は安心して利用することが可能となるなど、実施例１と同様の効果が得られる。
【００７１】
なお、本発明の実施例１において、ｘｙｚオフセット取得手段（Ｓ１０）で取得する４点のデータは、許容値λα、λβを設けてそれを越える様な値を選択するように説明を行ったが、更に、そのとき測定した方位角θが離れているものを選択する方法にしても良い。この場合には、算出した方位角θの値を、再度記憶装置１０にフィードバックして、相異なる４点の磁気センサ出力を選択する際に、なるべく方位角θが離れているものを選択する機能を更に備えれば、より正確な方位を得ることができる様になる。
【００７２】
また、本発明の電子方位計２ａ，２ｂに用いる記録媒体は、この方法に限定されるわけではなく、地磁気に相当する出力値ＳｈのｘＨを、ｙＨで除算した値の逆正接を演算することによっても目的の方位角θを得ることができる。この手段によると、電子方位計で傾斜に応じた補正はできなくなるが、方位の計算の負荷が明らかに軽くなり、より早く目的の方位を得ることができるという利点を有する形態となる。
【００７３】
また、本発明の各実施例におけるｘｙｚオフセット取得装置１２は、データを取得する際に記憶装置１０から４点のｘｙｚ３次元座標値を取得する様に説明を行ったが、このｘｙｚ３次元座標値の取得点数は４点に限定される訳ではなく、４点以上の複数のデータを取得しても良い。また、ｘｙｚオフセット取得手段（Ｓ１０）では、４点のデータでオフセットを取得した例を示したが、４点のデータを選定するには４点以上のデータを取り込んだ上で、上記に示した様な許容値演算を行う方法を用いても良い。
【００７４】
また、本発明の実施例１と実施例２に示した電子方位計２ａ，２ｂは、表示装置、電源を備えて単体で動作する電子方位計でもよい。また、各種電子機器への組み込み用などとしての電子方位計２ａ，２ｂに用いる記録媒体では、磁気センサ４、傾斜センサ６、地磁気量判定装置８、記憶装置１０、ｘｙｚオフセット取得装置１２、方位算出装置１４、方位表示装置の全てを一つのパッケージにまとめて構成されていることに限定されず、例えば各種データの記憶、オフセット取得、方位演算の機能は、各種機器側のＣＰＵやマイコンで行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の基本構成となる電子方位計の構成例を示すブロック構成図である。（実施例１）
【図２】本発明の基本構成となる記録媒体の例を示すフローチャート図である。（実施例１）
【図３】本発明の電子方位計の他の構成例を示すブロック構成図である。（実施例２）
【図４】本発明の記録媒体の他の例を示すフローチャート図である。（実施例２）
【図５】従来の電子方位計において、磁気センサ出力を座標軸としたときの、磁気ベクトル、オフセットベクトル、地磁気出力ベクトルの関係を示した図である。
【図６】従来の電子方位計におけるオフセット取得法を説明する図である。
【符号の説明】
【００７６】
２ａ，２ｂ  電子方位計
４  磁気センサ
６  傾斜センサ
８  地磁気量判定装置
１０  記憶装置
１２  ｘｙｚオフセット取得装置
１４  方位算出装置
【図１】
2006275524.tif 000019
【図２】
2006275524.tif 000020
【図３】
2006275524.tif 000021
【図４】
2006275524.tif 000022
【図５】
2006275524.tif 000023
【図６】
2006275524.tif 000024