(57)【要約】【課題】  傾斜センサが不用で、簡単なアルゴリズムで方位角を取得することができ、小型化・軽量化に適した３軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法を提供すること。【解決手段】  互いに直交する３つの軸からなる直交座標系を備えている３軸型電子コンパスにあって、磁気センサから取得される３軸方向の磁気データＸ、Ｙ、Ｚと、伏角η及び偏角Ｄを取得する手段により得られた伏角ηを用いて磁北に対する方位角θを求める。方位角θに２つの候補があった場合には、電子コンパスの３つの軸から取得された磁気データＸ、Ｙ、Ｚの単位時間当たりの変化量比の符号によって適正な方位角θを判定する処理を行う。その後、方位角θと偏角Ｄを用いて真北に対する方位角θ'を求める演算を行う。【選択図】  図９
2006337333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３軸からなる直交座標系を備え、前記３軸中のいずれかの１軸が地平面に対してほぼ平行とされ、前記１軸以外の２軸からなる面と真北との間に形成される方位角の算出を行う３軸型電子コンパスであって、
任意の測定位置における地磁気ベクトルを前記３軸方向の成分からなる磁気データとして検出する磁気検出手段と、
前記測定位置における固有の値である地磁気ベクトルの伏角及び偏角を取得する手段と、
前記磁気データと前記伏角とを用いて、所定の計算式から磁北の方位角の候補値であるθ１とθ２を算出する第１の演算部と、
前記磁気データの、各軸方向成分それぞれの単位時間あたりの変化量を算出する第２の演算部と、
前記各変化量のうち所定の２軸方向成分の変化量の比の符号から、前記θ１とθ２のうち一方を磁北の方位角として選択する第３の演算部と、
前記第３の演算部で選定した前記磁北の方位角から前記偏角を除去することにより真北に対する方位角を算出する第４の演算部を有すること特徴とする３軸型電子コンパス。
【請求項２】
前記伏角及び偏角を取得する手段が、ＧＰＳを介して前記測定位置の位置情報を入手し、当該使用地域の中継局を介して各位置ごとの伏角及び偏角のデータから取得されるものである、
請求項１記載の３軸型電子コンパス。
【請求項３】
互いに直交する３軸からなる直交座標系を備え、前記３軸中のいずれかの１軸が地平面に対してほぼ平行とされ、前記１軸以外の2軸からなる面と真北との間に形成される方位角の算出を行う方位算出方法であって、
任意の測定位置における地磁気ベクトルを前記３軸方向の成分からなる磁気データとして検出する工程と、
前記測定位置における固有の値である地磁気ベクトルの伏角及び偏角を取得する工程と、
前記磁気データと前記伏角とを用いて、所定の計算式から磁北の方位角の候補値であるθ１とθ２を算出する工程と、
前記磁気データの、各軸方向成分それぞれの単位時間あたりの変化量を算出する工程と、
前記各変化量のうち所定の２軸方向成分の変化量の比の符号から、前記θ１とθ２のうち一方を磁北の方位角として選択する工程と、
前記第３の演算部で選定した前記磁北の方位角から前記偏角を除去することにより真北に対する方位角を算出する工程を有すること特徴とする３軸型電子コンパスを用いた方位算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気から方位角を検出する３軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法に係わり、特に傾斜センサを用いずに方位角を検出できるようにした３軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地平面に対してコンパス自体が傾斜姿勢に設定されたときの姿勢角度（地平面に対する姿勢角度）に起因して発生する誤差を考慮して、方位角の検出を行う方法が記載された先行技術としては、例えば以下に示すような特許文献１が存在している。
【０００３】
特許文献１に記載されたものは、基板と平行な平面に規定される磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサ１００と、磁気ベクトルの基板とは垂直な方向の成分を検出するホール素子２４と、基板の姿勢角度を検出する傾斜センサ２２とが一体に構成されており、前記傾斜センサ２２が検出した基板の姿勢角度（ロール角やピッチ角）に基づき、前記磁気センサ１００から検出される磁気ベクトルの２軸成分、およびホール素子２４から検出される垂直成分を補正することにより、適正な方位角の検出を行うというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９６０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載されたものは、地球磁極方位を算出するための３軸磁気センサに加えて傾斜補正を行うための傾斜センサを必要とする構成である。このため、コンパス自体が大きく、重たくなり、結果として前記コンパスを搭載する携帯機器等の小型化・軽量化の妨げになるという問題がある。また、傾斜センサを用いない方法も知られてはいるが、その場合複雑なアルゴリズムが必要であった。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、傾斜センサが不用で、且つ、簡単なアルゴリズムで方位角を取得できる小型化・軽量化に適した３軸型電子コンパス及びこれを用いた方位検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、互いに直交する３軸からなる直交座標系を備え、前記３軸中のいずれかの１軸が地平面に対してほぼ平行とされ、前記１軸以外の２軸からなる面と真北との間に形成される方位角の算出を行う３軸型電子コンパスであって、
任意の測定位置における地磁気ベクトルを前記３軸方向の成分からなる磁気データとして検出する磁気検出手段と、
前記測定位置における固有の値である地磁気ベクトルの伏角及び偏角を取得する手段と、
前記磁気データと前記伏角とを用いて、所定の計算式から磁北の方位角の候補値であるθ１とθ２を算出する第１の演算部と、
前記磁気データの、各軸方向成分それぞれの単位時間あたりの変化量を算出する第２の演算部と、
前記各変化量のうち所定の２軸方向成分の変化量の比の符号から、前記θ１とθ２のうち一方を磁北の方位角として選択する第３の演算部と、
前記第３の演算部で選定した前記磁北の方位角から前記偏角を除去することにより真北に対する方位角を算出する第４の演算部を有すること特徴とするものである。
【０００８】
本発明では傾斜センサを用いる必要が無く、また、簡単なアルゴリズムで方位角を求めることができるため演算部が簡素化されることから、小型化・軽量化に適した３軸型電子コンパスを提供できる。
本発明は、前記伏角及び偏角を取得する手段が、ＧＰＳを介して前記測定位置の位置情報を入手し、当該使用地域の中継局を介して各位置ごとの伏角及び偏角のデータから取得されるものとすることができる。これにより、方位計算の正確さがより増すという効果がある。
【０００９】
本発明は、互いに直交する３軸からなる直交座標系を備え、前記３軸中のいずれかの１軸が地平面に対してほぼ平行とされ、前記１軸以外の２軸からなる面と真北との間に形成される方位角の算出を行う方位算出方法であって、
任意の測定位置における地磁気ベクトルを前記３軸方向の成分からなる磁気データとして検出する工程と、
前記測定位置における固有の値である地磁気ベクトルの伏角及び偏角を取得する工程と、
前記磁気データと前記伏角とを用いて、所定の計算式から磁北の方位角の候補値であるθ１とθ２を算出する工程と、
前記磁気データの、各軸方向成分それぞれの単位時間あたりの変化量を算出する工程と、
前記各変化量のうち所定の２軸方向成分の変化量の比の符号から、前記θ１とθ２のうち一方を磁北の方位角として選択する工程と、
前記第３の演算部で選定した前記磁北の方位角から前記偏角を除去することにより真北に対する方位角を算出する工程を有すること特徴とするものである。
本発明の方位算出方法では、傾斜センサを用いずに、従来よりも非常に簡単なアルゴリズムで方位角を求めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、磁気センサで得られる磁気データの、単位時間あたりの変化量の比を用いて３軸型電子コンパスに生じている傾斜角度を補正した方位角を求めることができるため、従来のように傾斜角度を求めるための傾斜センサを不要とすることができる。よって、小型化・軽量化に適した３軸型電子コンパスとすることができる。また、傾斜センサ無しでも簡単なアルゴリズムで方位角を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の３軸型電子コンパスを搭載した携帯端末１と３つの軸との関係を２次元的に示す平面図、図２は３軸型電子コンパス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次元的に示す携帯端末の側面図である。
【００１２】
図１は携帯端末１の代表例として示す携帯電話機である。この携帯端末１には電子コンパスが搭載されている。
【００１３】
図２に示すように、本発明の３軸電子コンパス２は軸方向の磁界の強さを検出する磁気検出手段として３個の磁気センサ３，４，５が搭載されている。磁気センサ３，４，５は互いに直交する方向に配置されており、携帯端末１の幅方向をｘ軸、前記携帯端末１の長手方向をｙ軸、携帯端末１の板厚方向をｚ軸とすると、磁気センサ３はｘ軸方向、磁気センサ４はｙ軸方向、磁気センサ５はｚ軸方向にそれぞれ発生した磁界の強さを検出することが可能とされている。したがって、３軸型電子コンパス２は３ヶの磁気センサ３，４，５によりｘｙｚ直交座標系が形成されており、地球の回りに発生する地磁気ベクトルＨを３軸方向の各成分ごとに検出することが可能とされている。
【００１４】
なお、前記磁気検出手段を構成する磁気センサとしては、例えばＭＲ（Magneto Resistive）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。
【００１５】
図２に示すように、３軸型電子コンパス２は演算手段１０と伏角及び偏角取得手段２０が設けられている。演算手段１０は、第１の演算部１１、第２の演算部１２、第３の演算部１３、第４の演算部１４を有している。なお、第１ないし第４の演算部１１，１２，１３，１４および伏角及び偏角取得手段２０の機能については後述する。
【００１６】
以下の説明においては、携帯端末１の姿勢に応じて変化する前記ｘｙｚ直交座標系のｘ軸とｙ軸で形成される平面と地平面が一致しており、且つｘ軸とｙ軸の双方に直交するｚ軸が鉛直方向（重力方向）を向いた場合をｘ'ｙ'ｚ'直交座標系としている。
【００１７】
また符号Ｈｘ、Ｈｙ、Ｈｚは、携帯端末１に搭載されたの前記３軸の磁気センサ３、４、５が検知する地磁気ベクトルＨのｘ'ｙ'ｚ'直交座標系における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（ｘ'ｙ'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。
【００１８】
図１および図３に示す方位角θは、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、ｙ'軸と真北とが成す角であり、本発明の３軸型電子コンパス２が最終的に求めようとする角度である。
【００１９】
さらに図４に示す符号αは、携帯端末１をｘ軸回りに回転させたときに前記地平面（ｘ'ｙ'平面）と回転後のｙ軸（またはｘｙ平面）とが成す姿勢角（以下ピッチ角という。）を意味する。また符号βは携帯端末１をｙ軸回りに回転させたときに前記ｘ軸（または地平面（ｘ'ｙ'平面））と回転後のｘ軸（またはｘｙ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。
【００２０】
ここで、図３に示す符号ηは前記地平面（ｘ'ｙ'平面）と前記地磁気ベクトルＨとが成す角である（上向きをプラスとする）。ただし、前記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り、北半球ではηは地平面より下向きになり（この場合伏角と呼ばれる）、南半球では上向きになる（この場合仰角と呼ばれる）。
【００２１】
伏角ηの値は、例えば任意の測定位置に対応する伏角ηのデータを図示しないメモリ手段に記憶させておき、携帯端末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、その測定位置に対応する伏角ηを内部の前記メモリ手段から入手することが可能である。あるいは携帯端末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伏角ηに関するデータを３軸型電子コンパス２の外部から入手することが可能であり、図２に示すように３軸型電子コンパス２は、伏角及び偏角取得手段２０を有している。
【００２２】
まず、最も簡単な場合、すなわちｘ'ｙ'ｚ'直交座標系の中心に携帯端末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度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度であるから、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。
【００２３】
このとき、前記電子コンパスが検出した地磁気ベクトルＨのｘｙｚ直交座標系の各成分はｘ'ｙ'ｚ'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１のように表わすことができる。
【００２４】
【数１】
2006337333.tif 000003
【００２５】
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２として表わすことができる。
【００２６】
【数２】
2006337333.tif 000004
【００２７】
次に、図４に示すように、携帯端末１にピッチ角αが発生した場合（なお、ロール角β＝０度とする）の方位角θの算出方法について説明する。このとき、電子コンパスを構成する３ヶの磁気センサが検知した磁気データ、すなわちｘｙｚ直交座標系として算出される磁気データをそれぞれＸ，Ｙ，Ｚとすると、上記数１は以下の数３のように磁気データＸ，Ｙ，Ｚとピッチ角αで表わすことができる。
【００２８】
【数３】
2006337333.tif 000005
【００２９】
因みに、ピッチ角α＝０度（ロール角βもβ＝０度とする）の場合には、数３にα＝０度を代入することによって以下の数４が成立する。これはｘｙｚ直交座標系とｘ'ｙ'ｚ'直交座標系とが完全に一致していることを意味している。
【００３０】
【数４】
2006337333.tif 000006
【００３１】
前記数1と数３の１段目からcosθは以下の数５として表わすことができる。
【００３２】
【数５】
2006337333.tif 000007
【００３３】
前記数５を用いるとＨｙは以下の数６のように表わすことができる。
【００３４】
【数６】
2006337333.tif 000008
【００３５】
また、磁気ベクトルＨは磁気データＸ、Ｙ、Ｚから数７として表わすことができる。
【００３６】
【数７】
2006337333.tif 000009
【００３７】
前記数７を数６に代入すると、Ｈｙを次の数８ように表わすことができる。
【００３８】
【数８】
2006337333.tif 000010
【００３９】
前記数３よりＨｘはＸであるから、これと数８で方位角θを表わすと、以下の数９のように表わすことができる。
【００４０】
【数９】
2006337333.tif 000011
【００４１】
ここで、前記２つの解をそれぞれ方位角θ１およびθ２とおいて、以下の数１０と数１１のように定義する。
【００４２】
【数１０】
2006337333.tif 000012
【００４３】
【数１１】
2006337333.tif 000013
【００４４】
図５は、ピッチ角α＝＋３０度、ロール角β＝０度、伏角η＝５１度の場合におけるz'軸回りの回転角度θzと磁気データとの関係を示すグラフで、携帯端末１を前記絶対座標系のz軸回りに３６０度回転させたときの磁気データＸ，Ｙ，Ｚとの関係を示している。図６は図５の磁気データＸ，Ｙ，Ｚに基づいて算出したピッチ角θ１，θ２との関係を示すグラフ、図７は図５の磁気データＸ，Ｙ，Ｚの角度の微分値Ｘ'，Ｙ'，Ｚ'〔ｍＶ／deg〕とｚ'軸回りの回転角度θzとの関係を示すグラフ、図８は図７の磁気データの微分値の比Ｙ'/Ｘ'を示すグラフである。
【００４５】
なお、図５から図８に示すものではｙ軸（携帯端末１の長手方向の軸）が磁北（Ｎ）に一致する角度を０度（３６０度）とし、その状態から携帯端末１を磁北（Ｎ）→東（Ｅ）→南（Ｓ）→西（Ｗ）→磁北（Ｎ）の順に時計回りに１回転させた場合であり、z'軸回り回転角度をθzとすると、θz＝０度（３６０度）の地点が磁北（Ｎ）を、θz＝９０度の地点が東（Ｅ）を、θz＝１８０度の地点が南（Ｓ）を、θz＝２７０度の地点が西（Ｗ）を意味している。
また図６では磁気データＸ，Ｙ，Ｚを数１０に代入することにより求めた方位角θ１を実線で示し、同じく磁気データＸ，Ｙ，Ｚを数１１に代入することにより求めた方位角θ２を一点鎖線で示している。
【００４６】
図６に示すように、θ１が適正な方位角を示すのは、ｚ'軸回りの回転角度θzが０度から
９０度の範囲と、２７０度から３６０度の範囲に限られ、その他の範囲（９０度から２７０度の範囲）では適正な方位角ではない直線を示す。またθ２が適正な方位角を示すのは、ｚ'軸回りの回転角度θzが９０度から２７０度の範囲であり、その他の範囲（０度〜９０度と２７０度〜３６０度の範囲）では適正な方位角ではない直線を示す。
【００４７】
すなわち、回転角度θzがθ＝０度〜９０度の範囲では方位角θの２つの解のうちθ１が適正であり、同じくθz＝９０度〜２７０度の範囲では方位角θ２が適正であり、同じくθz＝
２７０度〜３６０度の範囲では方位角θ１が適正であることがわかる。また方位角θの２つの解θ１、θ２は、θz＝９０度（東）とθz＝２７０度（西）を境に正しい解が転換することがわかる。すなわちθz＝９０度（東）は適正な解が方位角θ１から方位角θ２へ転換する変極点Ｐ１であり、同じくθz＝２７０度（西）は適正な解が方位角θ２から方位角θ１へ逆転する変極点Ｐ２となっている。
【００４８】
したがって、携帯端末１の回転角度θの範囲ごとに区切って適正なピッチ角のみを選択することができれば、常に適正な方位角θを計算により求めることが可能となる。ちなみに、適正な方位角θは、θz＝０度〜９０度の範囲ではθ１であり、θz＝９０度〜２７０度の範囲ではθ１であり、θz＝２７０度〜３６０度の範囲ではθ１である。
【００４９】
ただし、上記は携帯端末１をｚ'軸回りに連続的に３６０度回転させた場合であり、実際に携帯端末１が使用される場合に、常にユーザーに携帯端末１を３６０度回転させることを期待することは不可能である。すなわち、実際の使用環境下では、電子コンパスはθz＝０度から３６０度のうち一部の狭い範囲内の磁気データＸ，Ｙ，Ｚしか得ることができない場合が多いため、このような磁気データＸ，Ｙ，Ｚを上記数１０，数１１に代入して２つの解の方位角θ１、θ２を得た場合に、いずれの方位角θ１、θ２が適正な値であるかを判断することが必要となる。
【００５０】
以下には、２つの解の候補である方位角θ１、θ２のうちいずれが適正な値であるかを判断する手法を説明する。図９は適正な方位角θを求める手法を示すフローチャートである。フローチャートの各段階をＳＴ１のようにＳＴの符号と番号とを用いて表わすこととする。
【００５１】
（第１の工程）
ＳＴ１では、３軸型電子コンパス２のｘ軸用の磁気センサ３、ｙ軸用の磁気センサ４およびｚ軸用の磁気センサ５の各出力を磁気データＸ，Ｙ，Ｚとして所定のサンプリング周期に基づいて随時取得する。ＳＴ２では、第１の演算部１１が、前記ＧＰＳ又は中継局を利用して現在の測定位置における伏角η及び偏角Ｄを取得する。
【００５２】
（第２の工程）
ＳＴ３では、ＳＴ１で取得された各磁気データＸ，Ｙ，Ｚと、前記ＳＴ２で取得された伏角ηを上記数１０，数１１に代入することにより、それぞれ方位角θ１、θ２の計算値を前記サンプリング周期に応じて求める。
【００５３】
（第３の工程の第１の処理）
ＳＴ４では、前記ＳＴ３の工程で算出した方位角θ１とθ２の値が一致しているか比較する。一致していた場合は、方位角θとしてθ１（θ２でも良い）を選択する。方位角θ１とθ２の値が一致しなかった場合はＳＴ５以下の処理が行われる。
【００５４】
（第３の工程の第２の処理）
ＳＴ５以下の処理では電子コンパスの磁気データＸ、Ｙの単位時間あたりの変化量Ｘ'、Ｙ'が用いられる。実用上の理由でＸ'、Ｙ'を利用することが好ましいが、その理由については後述する。
【００５５】
ここで、変化量Ｘ'、Ｙ'とは、磁気データＸ、Ｙを例えば２０個分サンプリングし、現在と直前のデータとの差を磁気データの変化量（傾き）として扱ったものであり、全部で１９個分の変化量の平均値を磁気データの変化量Ｘ'、Ｙ'としたものである。例えば、磁気データＸを構成する個々のデータをＸ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・，Ｘ２０とし、Ｘ２−Ｘ１＝Ｘ'１、Ｘ３−Ｘ２＝Ｘ'２、Ｘ４−Ｘ３＝Ｘ'３、・・・・、Ｘ２０−Ｘ１９＝Ｘ'１９とおいた場合、変化量Ｘ'は以下の数１２で示される。
【００５６】
【数１２】
2006337333.tif 000014
なお、Ｙ'についても同様である。
【００５７】
ＳＴ５では、磁気データの変化量Ｘ'およびＹ'と、これらの比Ｙ'／Ｘ'を求める。ＳＴ６では、磁気データの変化量の比Ｙ'／Ｘ'が０であった場合は、ＳＴ７の処理を行う。ＳＴ７では、メモリに残してある前回の方位角の計算方法と同じ式（θ１またはθ２）で求めた方位角θを選択する。磁気データの変化量の比Ｙ'／Ｘ'が０ではなかった場合、ＳＴ８以下の処理が行われる。
【００５８】
（第３の工程の第３の処理）
ＳＴ８以下の処理では、磁気データの変化量Ｘ'とＹ'を用いた比Ｙ'／Ｘ'を用いる。ここで、磁気データの変化量の比Ｙ'／Ｘ'は、図８に示すようにピッチ角α＝３０度、ロール角β＝０度、伏角η＝５１度におけるｚ'軸回りの回転角度θｚに対して、０度＜θｚ＜９０度で示す第１の範囲Ｌ１ではＹ'／Ｘ'は負を示し、９０度＜θｚ＜１８０度で示す第２の範囲Ｌ２ではＹ'／Ｘ'は正を示し、１８０度＜θz＜２７０度で示す第３の範囲Ｌ３ではＹ'／Ｘ'は負を示し、２７０度＜ｚ＜３６０度で示す第４の範囲Ｌ４ではＹ'／Ｘ'は正を示す。
【００５９】
上記の傾向はピッチ角αが、−９０度＜α＜＋９０度の範囲のときに成立する。一方、ピッチ角αが−９０度＞αまたはα＞＋９０度の範囲（９０度＜α＜２７０度）における磁気データの変化量の比Ｙ'／Ｘ'の符号は、前記第１の範囲Ｌ１では正となり、前記第２の範囲Ｌ２では負となり、前記第３の範囲Ｌ３では正となり、前記第４の範囲Ｌ４では負となる。電子コンパスが携帯電話に搭載されていたと考えると、最も使用頻度の高いピッチ角αが±９０度の範囲内の傾斜補正を行うことができる方を利用するべきである。したがって、ここではピッチ角αが±９０度の範囲内であることを想定して磁気データの変化量の比Ｙ'／Ｘ'の、正負の符号の領域が図８のようになると仮定する。
【００６０】
また、磁気データの変化量の比がＸ'/Ｙ'またはＸ'とＹ'の積でも同様な考え方で処理は行えるが、適正な方位角の解が変化する変極点Ｐ１、Ｐ２での変化が微小になり、判定が困難になる。Ｙ'/Ｘ'では変極点Ｐ１、Ｐ２と同様θｚ＝９０度または２７０度で大きく符号が変化するため、適正な方位角の判定が容易になる。図８のＰ３、Ｐ４は磁気データの比の符号が大きく変化する点を示している。
【００６１】
すると、ｚ'軸回りの回転角度θｚを９０度ごとに前記第１ないし第４の範囲Ｌ１ないしＬ４で示す４つの領域に分け、磁気データの変化量比の符号の正負を調べることにより、Ｌ１からＬ４の領域の検出を行うことができる。
【００６２】
ここで、ｚ軸の磁気データの単位時間あたりの変化量Ｚ'を用いなかった理由を述べる。例えば、磁気データの変化量の比Ｙ'/Ｚ'の符号を用いて方位角の判定を行ったとする。この場合Ｙ'/Ｚ'の符号はθｚによらず変化が無く、適正な方位角の判定ができない。
【００６３】
Ｚ'/Ｘ'を用いた場合は、Ｘ'/Ｙ'のように方位角の判定は行える。磁気データの変化量の比Ｚ'/Ｘ'は、図１０に示すようにピッチ角α＝３０度、ロール角β＝０度、伏角η＝５１度におけるｚ'軸回りの回転角度θｚに対して、第１の範囲Ｌ１ではＺ'/Ｘ'は正を示し、第２の範囲Ｌ２ではＺ'/Ｘ'は負を示し、第３の範囲Ｌ３ではＺ'/Ｘ'は正を示し、第４の範囲Ｌ４では
Ｚ'/Ｘ'は負を示す。
【００６４】
しかし、上記の傾向はピッチ角αが、０度＜α＜＋９０度の範囲のときにしか成立しない。一方、ピッチ角αが−１８０度＜α＜０度の範囲における磁気データの変化量の比Ｚ'/Ｘ'の符号は、前記第１の範囲Ｌ１では負となり、前記第２の範囲Ｌ２では正となり、前記第３の範囲Ｌ３では負となり、前記第４の範囲Ｌ４では正となる。電子コンパスが携帯電話に搭載されていたと考えると、最も使用頻度の高いピッチ角αが±９０度の範囲内での傾斜補正が、変化量Ｚ'を用いた場合には本発明のアルゴリズムでは行えない。そのため、適正な方位角を判定する判断基準としてＸ'/Ｙ'を選んでいる。
【００６５】
ＳＴ８では、磁気データの変化量の比Ｙ'／Ｘ'の符号が正であるかを調べる。磁気データの変化量の比Ｙ'／Ｘ'が正である場合はＳＴ９−１の処理を行う。磁気データの変化量の比Ｙ'／Ｘ'が負であった場合はＳＴ９−２の処理を行う。
【００６６】
ＳＴ９−１では、方位角θ１、θ２のうち、９０度から１８０度または２７０度から３６０度の範囲である解を選択する。ＳＴ９−２では、方位角θ１、θ２のうち、０度から９０度または１８０度から２７０度の範囲である解を選択する。
【００６７】
（第４の工程）
第４の工程では、上記第３の工程の第３の演算部９で算出した方位角θと、前記手法で入手した偏角Ｄとを用いて、以下の数１３を計算することにより、真の方位角θ'が求められる。
【００６８】
【数１３】
2006337333.tif 000015
【００６９】
上記実施の形態では、ロール角βを０度としてピッチ角αのみが生じている場合について説明したが、ピッチ角αが０度でありロール角βのみが生じている場合には、ｘｙｚ直交座標系のｘ軸とｙ軸を入れ替え、さらにｘ'ｙ'ｚ'直交座標系のｘ'軸とｙ'軸を入れ替えるだけで同じような処理方法により方位角θを求めることが可能である。
【００７０】
以上のように、本願発明では傾斜センサを用いなくとも簡単なアルゴリズムで方角θを求めることができるため、小型化・軽量化に優れた３軸型電子コンパスを提供することができる。しかも、方位角を求めるに際し、３軸型電子コンパスが搭載された携帯端末を３６０度回す必要がないため、前記携帯端末の操作性を向上させることができる。
【００７１】
なお、上記実施の形態に示す３軸型電子コンパスでは、演算手段６が第１ないし第３の演算部７ないし９を有するものとして説明したが、第１ないし第３の演算部７ないし９が一つの演算手段６として形成されて演算が行われるものが好ましい。この手段では、演算部を少なくすることができるため、さらに小型化・軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】３軸型電子コンパスを搭載した携帯端末と方位角との関係を２次元的に示す平面図
【図２】３軸型電子コンパスの構成を示すブロック図
【図３】方位角と地磁気の関係を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次元的に示す携帯端末の側面図
【図５】ピッチ角α＝＋３０度（一定）の場合におけるz'軸回りの回転角度と磁気データとの関係を示すグラフ
【図６】図５の場合におけるz'軸回りの回転角度と方位角との関係を示すグラフ
【図７】図５の場合におけるz'軸回りの回転角度と磁気データの変化量との関係を示すグラフ
【図８】図５の場合におけるz'軸回りの回転角度と磁気データの変化量比比Ｙ'／Ｘ'との関係を示すグラフ
【図９】適正な方位角θを求める手法を示すフローチャート
【図１０】図５の場合におけるz'軸回りの回転角度と磁気データの変化量比比Ｚ'／Ｘ'との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００７３】
１  携帯端末（携帯電話機）
２  ３軸型電子コンパス
３，４，５  磁気センサ（磁気検出手段）
６  演算手段
７  第１の演算部
８  第２の演算部
９  第３の演算部
１０  伏角及び偏角取得手段
ｘ，ｙ，ｚ  携帯端末に固定された直交座標系（ｘｙｚ直交座標系）
ｘ'，ｙ'，ｚ'  直交座標系（ｘｙ平面が地平面、ｚ軸が鉛直方向となる時の携帯端末に固定された座標系）
Ｘ，Ｙ，Ｚ  磁気データ（磁気センサの出力）
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
Ｈｙ  地磁気ベクトルＨのｙ'軸成分
Ｈｚ  地磁気ベクトルＨのｚ'軸成分
η  伏角
Ｄ  偏角
α  携帯端末の実際のピッチ角（姿勢角）
β  ロール角（姿勢角）
θ  磁北に対する方位角
θ'  真北に対する方位角
Ｐ１，Ｐ２  適正な方位角の変極点
Ｐ３，Ｐ４  符号の変化点
【図１】
2006337333.tif 000016
【図２】
2006337333.tif 000017
【図３】
2006337333.tif 000018
【図４】
2006337333.tif 000019
【図５】
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【図６】
2006337333.tif 000021
【図７】
2006337333.tif 000022
【図８】
2006337333.tif 000023
【図９】
2006337333.tif 000024
【図１０】
2006337333.tif 000025