(57)【要約】【課題】２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法及びその装置を提供する。【解決手段】２軸地磁気センサーの一軸を垂直に立てた状態で測定された地磁界の値が、Ｚ軸成分の地磁界の値と一致するという原理に基づき、２軸地磁気センサーの２軸を用いてＺ軸の地磁界の値を求める。これにより、方位角を容易に計算できるため、傾きにより変化された方位角を補償することができ、傾きが生じても常に一定の方位角を出力できる効果が得られる。また、２軸地磁気センサーと加速度センサーのモジュールがモバイル機器に使用された場合、使用者がモバイル機器を垂直に立てたり上下に回転させたりする簡単な動作により、２軸地磁気センサーから３軸の地磁界値を自動で測定し、傾きにより変形された方位角を補償することができるため、常に一定した方位角を出力できるという効果が得られる。【選択図】        図６
2006300921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の角度で傾いたＸ軸とＹ軸の実際地磁界の値を２軸地磁界センサーで測定する段階と、
前記傾いた状態で、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の重力加速度値を３軸加速度センサーで測定する段階と、
前記Ｚ軸と前記Ｘ軸またはＹ軸が、実質的にいずれも零（ゼロ）の重力加速度値を有するときに、前記２軸地磁気センサーのＹ軸またはＸ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＹ軸またはＸ軸で測定された地磁界値を、Ｚ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、
前記３軸の地磁界値を用いて方位角を計算して傾きにより変化された方位角を補償する段階と、
を備えることを特徴とする傾き補償方法。
【請求項２】
所定の角度で傾いたＸ軸とＹ軸の地磁界値を２軸地磁界センサーで測定する段階と、
前記傾いた状態で、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の重力加速度値を３軸加速度センサーで測定する段階と、
前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸の重力加速度値がいずれも実質的に零（ゼロ）であるときに、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＹ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、
前記Ｚ軸と前記Ｙ軸の重力加速度値が実質的にいずれも零であるときに、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＸ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、
前記３軸の地磁界値を用いて方位角を計算して傾きにより変化された方位角を補償する段階と、
を備えることを特徴とする傾き補償方法。
【請求項３】
前記Ｘ軸の重力加速度値が正の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が正の方向に垂直である状態と判断する段階と、
前記Ｘ軸の重力加速度値が負の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が負の方向に垂直である状態と判断する段階と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の傾き補償方法。
【請求項４】
前記Ｙ軸の重力加速度値が正の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が正の方向に垂直である状態と判断する段階と、
前記Ｙ軸の重力加速度値が負の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が負の方向に垂直である状態と判断する段階と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の傾き補償方法。
【請求項５】
所定の角度で傾いたＸ軸とＹ軸の地磁界値を２軸地磁界センサーで測定する段階と、
前記傾いた状態で、Ｘ軸とＹ軸の重力加速度値を２軸加速度センサーで測定する段階と、
前記Ｘ軸またはＹ軸の重力加速度値が実質的に１Ｇであるときに、前記２軸地磁気センサーのＸ軸またはＹ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＸ軸またはＹ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、
前記３軸の地磁界値を用いて方位角を計算して傾きにより変化された方位角を補償する段階と、
を備えることを特徴とする傾き補償方法。
【請求項６】
所定の角度で傾いたＸ軸及びＹ軸の地磁界値を２軸地磁界センサーで測定する段階と、
前記傾いた状態で、Ｘ軸とＹ軸の重力加速度値を２軸加速度センサーで測定する段階と、
前記Ｘ軸の重力加速度値が実質的に１Ｇであるときに、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＸ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、
前記Ｙ軸の重力加速度値が実質的に１Ｇであるときに、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＹ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、
前記３軸の地磁界値を用いて方位角を計算して傾きにより変化された方位角を補償する段階と、
を備えることを特徴とする傾き補償方法。
【請求項７】
前記Ｘ軸の重力加速度値が正の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が正の方向に垂直である状態と判断する段階と、
前記Ｘ軸の重力加速度値が負の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が負の方向に垂直である状態と判断する段階と、
を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の傾き補償方法。
【請求項８】
前記Ｙ軸の重力加速度値が正の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が正の方向に垂直である状態と判断する段階と、
前記Ｙ軸の重力加速度値が負の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が負の方向に垂直である状態と判断する段階と、
を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の傾き補償方法。
【請求項９】
地磁気センサーが傾き状態における２軸の地磁界値を測定する２軸地磁気センサーと、
前記傾き状態における重力加速度値を測定する加速度センサーと、
前記２軸地磁気センサーから入力された２軸の地磁界値と、前記加速度センサーから入力された重力加速度値との比較により、前記２軸地磁気センサーの一軸が地面の水平面と垂直をなす時に測定された地磁界の垂直成分を、Ｚ軸の地磁界値として貯蔵し、これを用いて方位角を算出するマイコンと、
を備えることを特徴とする傾き補償装置。
【請求項１０】
前記加速度センサーが、少なくとも２軸の加速度センサーであり、少なくとも２軸の地磁界センサーと２軸が実質的に平行に配列されていることを特徴とする請求項９に記載の傾き補償装置。
【請求項１１】
前記マイコンが、請求項１乃至８のいずれか１項に記載された方法により動作することを特徴とする請求項９に記載の傾き補償装置。
【請求項１２】
前記Ｚ軸と前記Ｘ軸またはＹ軸の重力加速度値は、−１m/s2乃至１m/s2の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の傾き補償方法。
【請求項１３】
前記Ｚ軸及びＸ軸の重力加速度値と前記Ｚ軸及びＹ軸の重力加速度値は、−１m/s2乃至１m/s2の範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載の傾き補償方法。
【請求項１４】
前記Ｘ軸またはＹ軸の重力加速度値は、８．８m/s2乃至１０．８m/s2の範囲内にあることを特徴とする請求項５に記載の傾き補償方法。
【請求項１５】
前記Ｘ軸の重力加速度値と前記Ｙ軸の重力加速度値は、８．８m/s2乃至１０．８m/s2の範囲内にあることを特徴とする請求項６に記載の傾き補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き（tilt）補償方法及びその装置に係り、特に、傾きにより変形された方位角を、２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いて補償することによって、常に一定の方位角を出力可能な傾き補償を行う、２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、地磁気センサーは、地球磁気（または、地磁界）の強さを測定して方位角を検出するものであり、一般の磁針を用いる羅針盤に比べて出力をデジタル方式に改善した電子羅針盤への応用が可能である。
【０００３】
このように地球磁気を測定して方位角を出力するには、地球磁気を測定するための２軸の地磁気センサーだけがあれば可能である。しかしながら、これは、地磁気センサーが地球表面と水平な場合にのみ可能で、地磁気センサーが地球表面の水平方向から傾くと方位角測定において誤差が生じてしまう。この誤差は、地磁気センサーの傾いた角度に比例して大きくなる。
【０００４】
このように地磁気センサーの傾きにより方位角誤差が生じる理由は、地球磁気が地面と水平に存在せずに一定の角度をもって形成されているためである。測定結果によれば、地球磁気は、地球の緯度によって地面となす角が変わることがわかる。すなわち、地球磁気は、通常、地球の赤道付近では地面と水平であるが、地球の極点である北極や南極へ行くほど地面となす角が増加し、極点付近では地面に対して略垂直に近くなる。
【０００５】
このような地磁気センサーの傾き（tilt)による方位角誤差を補償するためには、３軸の地磁気センサーと２軸の加速度センサーが必要とされる。この場合、３軸地磁気センサーは、３次元空間に存在する地球磁気の大きさと方向を正確に測定する役割を担い、加速度センサーは、地磁気センサーの各軸がどれくらい傾いているかを測定し、傾きを補償する傾き角を測定する機能を担う。すなわち、加速度センサーは、地球重力を測定し、地球重力の各軸における変化を測定することによって、地磁気センサーの傾き度合を測定する。
【０００６】
上に述べたように、地磁気センサーの傾きを補償するには３軸の地磁気センサーが必要であるが、３軸の地磁気センサーは、センサーの物理的特性のために製造し難く、製造後にもセンサーの各軸に対する補償が複雑なので商用化し難いという制限がある。そこで、近来は、２軸地磁気センサーを用いる傾き補償方法の研究が台頭してきた。
【０００７】
図１は、一般の水平地磁界及び傾いている地磁界を示す図である。
【０００８】
同図において、Ｘh、Ｙh、Ｚhは、地磁気センサーが地面の水平面と水平状態にある場合にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で測定された水平地磁界の値であり、Ｘt、Ｙt、Ｚtは、地磁気センサーが地面の水平面と所定の角度で傾いている状態で測定された地磁界の値である。また、θ及びφは、加速度センサーの出力から求められる傾き角度で、θは、水平地磁界におけるＸ軸の傾き角を意味し、φは、水平地磁界におけるＹ軸の傾き角を意味する。
【０００９】
以下、従来の２軸地磁気センサーを用いて傾き（tilt)を補償する方法について説明する。
【００１０】
２軸地磁気センサーを用いて方位角Ψを測定するために、まず、２軸地磁気センサーを地面と水平に置き、Ｘ軸及びＹ軸における地磁界の値Ｘh、Ｙhを測定する。このときに、地球磁気をＨとすれば、水平地磁界における地球磁気Ｈは、下記の式１で示される。
【００１１】
【数１】
2006300921.tif 000003
【００１２】
これらＸ軸及びＹ軸で測定された２信号Ｘh、Ｙhをtan-1する（Ｘh、Ｙhのアークタンジェントを求める）と、所望の方位角Ψが得られる。したがって、方位角Ψは、上記の式１から下記のようにして得ることができる。
【００１３】
【数２】
2006300921.tif 000004
【００１４】
このとき、２軸地磁気センサーが傾くと、傾き補償のための複雑な数式が必要となる。この補償のための数式は、下記の式３のとおりである。
【００１５】
【数３】
2006300921.tif 000005
【００１６】
式中、Ｘt、Ｙt、Ｚtは、２軸地磁気センサーが地面から傾いた状態で測定された地磁界の値を表し、
【００１７】
【数４】
2006300921.tif 000006
【００１８】
は、傾いた２軸地磁気センサーの出力を地面と水平な状態の出力に変換するベクトル値を表し、Ｘh、Ｙh、Ｚhは、２軸地磁気センサーが地面の水平面と水平な状態にある場合に３軸で測定された地磁界の値を表す。
【００１９】
ここで、ベクトル値
【００２０】
【数５】
2006300921.tif 000007
【００２１】
は、下記の式４で示される。
【００２２】
【数６】
2006300921.tif 000008
【００２３】
この式４を上記式３に代入しＸh、Ｙh、Ｚhについて整理すると、下記のとおりになる。
【００２４】
【数７】
2006300921.tif 000009
【００２５】
ここで、θ及びφは、加速度センサーの出力から求められる傾き角度で、θは、水平地磁界におけるＸ軸の傾き角を意味し、φは、水平地磁界におけるＹ軸の傾き角を意味する。
【００２６】
２軸地磁気センサーが地面の水平面から傾いた状態における方位角Ψは、上記式５及び式６を上記式１に代入して求められ、下記の式８で示される。
【００２７】
【数８】
2006300921.tif 000010
【００２８】
一方、３軸地磁気センサーを用いる傾き補償では、Ｘt、Ｙt、Ｚtを全て測定するので上述した数式以外の特別な数式が要らないが、２軸地磁気センサーを用いる場合には、Ｚ軸の地磁界の値Ｚtが測定できず、Ｚtを別に計算しなければならない。
【００２９】
したがって、上記の式７をＺtについて整理すると、下記のとおりになる。
【００３０】
【数９】
2006300921.tif 000011
【００３１】
ここで、Ｚtを計算するためにはＺh値（＝sinλ）が必要で、Ｚhを計算するためには、地球磁気が地面の水平面となす角（＝伏角λ）を求めなければならない。伏角（λ）は、地球磁気の垂直成分がその地面の水平面となす角を意味するものであり、通常、緯度が高まるほど大きくなり、かつ、北半球と南半球において反対となる。
【００３２】
図２は、一般の水平地磁界と地磁界の伏角を示す図である。
【００３３】
同図において、Ｘh、Ｙh、Ｚhは、２軸地磁気センサーが地面と水平状態にある場合にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で測定された水平地磁界の値を意味し、Ｘd、Ｙd、Ｚdは、地磁界の値を意味し、Ｎmは、磁北を表す。ここで、地磁界Ｘd、Ｙd、Ｚdと水平地磁界Ｘh、Ｙh、Ｚhとがなす角が伏角λとなる。
【００３４】
２軸地磁気センサーが地面から傾いた状態でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で測定された信号大きさの値Ｘd、Ｙd、Ｚdは、次のとおりである。
【００３５】
【数１０】
2006300921.tif 000012
【００３６】
仮に、２軸地磁気センサーで測定されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の地磁界の値Ｘd、Ｙd、Ｚdを、下記の式１１のように（１，０，０）とし、地球磁気の大きさを１とすれば、下記の式１２においてＺhを求めることができる。
【００３７】
【数１１】
2006300921.tif 000013
【００３８】
ここで、Ｚhは、２軸地磁気センサーが地面の水平面と水平状態にある場合にＺ軸で測定された水平座標系の値である。
【００３９】
要するに、２軸地磁気センサーの傾きを補償するに当たり、伏角λが分ると、Ｚh値を測定せずとも上記式１２からＺh値を求めることができ、さらに、Ｚh値を上記式９に代入するとＺt値が求められる。したがって、２軸地磁気センサーを用いて３軸のＸt、Ｙt、Ｚt値を全て求めることができるため、各方位角における伏角誤差率を補償することが可能になる。
【００４０】
次に、従来の２軸地磁気センサーを用いて伏角を測定する方法について説明する。
【００４１】
図３は、従来の２軸地磁気センサーを用いて伏角を測定方法を示すフローチャートである。
【００４２】
まず、２軸地磁気センサーを地面の水平面と水平状態に維持した後に（段階Ｓ１１）、この２軸地磁気センサーから出力される任意の方位角を基準方位角Ψaと設定する（段階Ｓ１２）。
【００４３】
その後、この基準方位角Ψaから所定の角度をもって２軸地磁気センサーを傾け、その傾いた状態を維持する（段階Ｓ１３）。
【００４４】
続いて、２軸地磁気センサーが傾いた後に変化された方位角（Ψb）を、次の方法で測定する（段階Ｓ３０）。
【００４５】
まず、上記式１０において、伏角λを−９０゜から９０゜まで１゜ずつ変化させながらそれぞれの伏角λに対する方位角Ψbをそれぞれ計算して貯蔵（記憶）する（段階Ｓ１４乃至段階Ｓ１８）。
【００４６】
ここで、伏角λを用いて方位角Ψbを計算する方法は、次の通りである。まず、−９０゜から９０゜まで１゜ずつ変化させた伏角λを式１２に代入し、２軸地磁気センサーが地面の水平面と水平状態にある場合にＺ軸で測定された地磁界の値Ｚhを計算する。続いて、得られたＺh値を上記式９に代入してＺt（２軸地磁気センサーが地面の水平面から傾いた状態で測定されたＺ軸の地磁界の値）を計算した後に、このＺt値を上記式８に代入し、変化された方位角Ψを計算する。
【００４７】
一方、−９０゜から９０゜まで１゜ずつ変化する伏角λに対する方位角Ψbの範囲は、１゜から１８０゜までの範囲を有する。また、伏角λの範囲は、上記のように±９０゜の範囲にしても良く、あらかじめ設定された伏角λの範囲において所定の単位（例えば、１゜）ずつ変化させながら計算しても良い。
【００４８】
次いで、基準方位角Ψaと計算された方位角Ψbとを比較し、基準方位角Ψaと最も小さい偏差を有する方位角を探し出す（段階Ｓ１９）。
【００４９】
この探し出した方位角に適用された伏角λを、該当の方位角における伏角λとして貯蔵する（段階Ｓ２０乃至Ｓ２１）。
【００５０】
このように、従来の２軸地磁気センサーを用いる傾き補償方法では、地球磁気と地面がなす伏角λを測定して２軸地磁気センサーの傾きを補償しているが、上述したように、伏角λを測定する過程が複雑でかつ難しいため、結果として傾き補償が困難となる問題点があった。
【００５１】
なお、従来の補償方法では、２軸地磁気センサーを地面と水平状態にして基準方位角Ψaを設定しなければならないが、この基準方位角Ψaを一部の方位角（例えば、０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜）付近の値に設定すると方位角誤差が大きくなるため、基準方位角Ψaを特定の範囲に制限しなければならないという問題点があった。
【００５２】
また、従来は２軸地磁気センサーを用いて傾きを補正する場合には、上下方向（PITCH）にのみ２軸地磁気センサーが変化するようにすべきであるが、事実上、上下方向（PITCH）の他に左右方向（YAW）にも回転が発生するため、方位角誤差による傾き補償が正確にできないという問題点があった。
【００５３】
しかも、従来は２軸地磁気センサーを地面の水平面と水平方向に維持して基準方位角Ψaを設定する段階から、２軸地磁気センサーを基準方位角Ψaから所定の角度に傾けた後に、変化された方位角（Ψb）に対する伏角（λ）を入力するまで、一定時間の間にそのまま止めておく一連の過程を、使用者が直接行わねばならず、面倒でかつ不便であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５４】
本発明は上記の問題点を解決するためのものであり、その目的は、２軸地磁気センサーの２軸と加速度センサーを用いてＺ軸の地磁界の値を求めることによって、傾きにより変形された方位角を簡単に補償することができる、２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法及びその装置を提供することにある。
【００５５】
本発明の他の目的は、２軸地磁気センサーと加速度センサーのモジュールがモバイル機器に使用された場合、使用者がモバイル機器を垂直に立てたり、あるいは、上下に回転させたりする動作により、２軸地磁気センサーで地磁界の垂直成分を測定し、傾きにより変形された方位角を自動で補償することができる、２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５６】
上記目的を達成するために、本発明の一側面による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法は、所定の角度で傾いたＸ軸とＹ軸の実際地磁界の値を２軸地磁界センサーで測定する段階と、前記傾いた状態で、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の重力加速度値を３軸加速度センサーで測定する段階と、前記Ｚ軸と前記Ｘ軸またはＹ軸が、実質的にいずれも零（ゼロ）の重力加速度値を有するときに、前記２軸地磁気センサーのＹ軸またはＸ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＹ軸またはＸ軸で測定された地磁界値を、Ｚ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、前記３軸の地磁界値を用いて方位角を計算して傾きにより変化された方位角を補償する段階と、を備えることを特徴とする。
【００５７】
ここで、前記Ｚ軸と前記Ｘ軸またはＹ軸の重力加速度値は、−１m/s2乃至１m/s2の範囲内にあることを特徴とする。
【００５８】
上記目的を達成するために、本発明の他の側面による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法は、所定の角度で傾いたＸ軸とＹ軸の地磁界値を２軸地磁界センサーで測定する段階と、前記傾いた状態で、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の重力加速度値を３軸加速度センサーで測定する段階と、前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸の重力加速度値がいずれも実質的に零（ゼロ）であるときに、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＹ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、前記Ｚ軸と前記Ｙ軸の重力加速度値が実質的にいずれも零（ゼロ）であるときに、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＸ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、前記３軸の地磁界値を用いて方位角を計算して傾きにより変化された方位角を補償する段階と、を備えることを特徴とする。
【００５９】
ここで、前記Ｚ軸及びＸ軸の重力加速度値とＺ軸及びＹ軸の重力加速度値は、−１m/s2乃至１m/s2の範囲内にあることを特徴とする。
【００６０】
ここで、前記Ｘ軸の重力加速度値が正（positive）の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が正の方向に垂直である状態と判断する段階と、前記Ｘ軸の重力加速度値が負（negative）の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が負の方向に垂直である状態と判断する段階と、を備えることを特徴とする。
【００６１】
また、前記Ｙ軸の重力加速度値が正の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が正の方向に垂直である状態と判断する段階と、前記Ｙ軸の重力加速度値が負の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が負の方向に垂直である状態と判断する段階と、
を備えることを特徴とする。
【００６２】
上記目的を達成するために、本発明のさらに他の側面による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法は、所定の角度で傾いたＸ軸とＹ軸の地磁界値を２軸地磁界センサーで測定する段階と、前記傾いた状態で、Ｘ軸とＹ軸の重力加速度値を２軸加速度センサーで測定する段階と、前記Ｘ軸またはＹ軸の重力加速度値が実質的に１Ｇであるときに、前記２軸地磁気センサーのＸ軸またはＹ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＸ軸またはＹ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、前記３軸の地磁界値を用いて方位角を計算して傾きにより変化された方位角を補償する段階と、を備えることを特徴とする。
【００６３】
ここで、前記Ｘ軸またはＹ軸の重力加速度値は、８．８m/s2乃至１０．８m/s2の範囲内にあることを特徴とする。
【００６４】
上記目的を達成するために、本発明のさらに他の側面による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法は、所定の角度で傾いたＸ軸及びＹ軸の地磁界値を２軸地磁界センサーで測定する段階と、前記傾いた状態で、Ｘ軸とＹ軸の重力加速度値を２軸加速度センサーで測定する段階と、前記Ｘ軸の重力加速度値が実質的に１Ｇであるときに、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＸ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、前記Ｙ軸の重力加速度値が実質的に１Ｇであるときに、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が垂直状態にあると判断し、前記２軸地磁気センサーのＹ軸で測定された地磁界値をＺ軸の地磁界値として貯蔵する段階と、前記３軸の地磁界値を用いて方位角を計算して傾きにより変化された方位角を補償する段階と、を備えることを特徴とする。
【００６５】
ここで、前記Ｘ軸の重力加速度値と前記Ｙ軸の重力加速度値は、８．８m/s2乃至１０．８m/s2の範囲内にあることを特徴とする。
【００６６】
ここで、前記Ｘ軸の重力加速度値が正の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が正の方向に垂直である状態と判断する段階と、前記Ｘ軸の重力加速度値が負の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＸ軸が負の方向に垂直である状態と判断する段階と、を備えることを特徴とする。
【００６７】
また、前記Ｙ軸の重力加速度値が正の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が正の方向に垂直である状態と判断する段階と、前記Ｙ軸の重力加速度値が負の値を有すると、前記２軸地磁気センサーのＹ軸が負の方向に垂直である状態と判断する段階と、を備えることを特徴とする。
【００６８】
上記目的を達成するために、本発明に係る２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償装置は、地磁気センサーが傾き状態における２軸の地磁界値を測定する２軸地磁気センサーと、前記傾き状態における重力加速度値を測定する加速度センサーと、前記２軸地磁気センサーから入力された２軸の地磁界値と、前記加速度センサーから入力された重力加速度値との比較により、前記２軸地磁気センサーの一軸が地面の水平面と垂直をなす時に測定された地磁界の垂直成分を、Ｚ軸の地磁界値として貯蔵し、これを用いて方位角を算出するマイコンと、を備えることを特徴とする。
【００６９】
ここで、前記加速度センサーは、少なくとも２軸の加速度センサーであり、少なくとも２軸の地磁界センサーと２軸が実質的に平行に配列されていることを特徴とする。
【００７０】
また、前記マイコンは、上述のいずれか１つの方法により動作することを特徴とする。
【発明の効果】
【００７１】
本発明による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法及びその装置によれば、２軸地磁気センサーの一軸を垂直に立てた状態で測定された地磁界の値が、Ｚ軸成分の地磁界の値と一致するという原理に基づき、２軸地磁気センサーの２軸を用いてＺ軸の地磁界の値を求め、方位角を容易に計算することができるため、傾きにより変化した方位角を補償でき、結果として傾きが発生しても常に一定の方位角を出力することが可能になる。
【００７２】
なお、２軸地磁気センサーと加速度センサーのモジュールがモバイル機器に適用された場合、使用者がモバイル機器を垂直に立てたり上下に回転させたりする簡単な動作により２軸地磁気センサーで３軸の地磁界値を自動で測定できるため、傾きにより変化した方位角を補償し、常に一定の方位角を出力するという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７３】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００７４】
図４−ａ乃至図４−ｃは、本発明による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法の原理を説明するための図である。
【００７５】
図４−ａは、水平地磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を示すものであり、周知の如く、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は相互に直角をなしている。図４−ｂは、２軸地磁気センサーのＸ軸とＹ軸が水平地磁界のＸ軸とＹ軸に並んで整列した状態を示している。そして、図４−ｃは、図４−ｂ状態の２軸地磁気センサーのＸ軸を水平地磁界のＺ軸と水平になるように垂直に立てて整列した状態を示している。
【００７６】
図４−ｃに示すように、２軸地磁気センサーのＸ軸を水平地磁界のＺ軸と水平になるように垂直に立てた状態で、そのＸ軸の地磁界値Ｘtを測定すると、Ｚ軸成分の地磁界の値Ｚtと一致する。
【００７７】
このような原理に基づき、本発明は、既存の２軸地磁気センサーを用いてＺi値を求めることによって、傾きにより変化された方位角を補償する。
【００７８】
これについて、添付の図面に基づいて以下に詳しく説明する。
【００７９】
まず、図５−ａは、本発明による２軸地磁気センサーと３軸加速度センサーを用いた傾き補償装置を簡略に示すブロック図である。
【００８０】
同図において、傾き補償装置は、２軸地磁気センサーが地面の水平面から所定の角度で傾いた状態における２軸（Ｘ軸及びＹ軸）の地磁界値Ｘt、Ｙtを測定する２軸地磁気センサー１００と、このような傾き状態で３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の重力加速度値Ａx、Ａy、Ａzをそれぞれ測定する３軸加速度センサー２００と、２軸地磁気センサー１００の出力Ｘt、Ｙtと３軸加速度センサー２００の出力Ａx、Ａy、Ａzとを比較しながら、２軸地磁気センサー１００の１軸（Ｘ軸またはＹ軸）が地面の水平面と垂直に立てられる場合に地磁界の垂直成分を測定しこれをＺ軸の地磁界値（Ｚi）として貯蔵し、測定された３軸の地磁界値Ｘt、Ｙt、Ｚiを用いて方位角Ψを算出するマイコン（Microcomputer）３００と、を備える。
【００８１】
２軸地磁気センサー１００は、地磁気センサーが所定の角度で傾くと、傾き状態でのＸ軸とＹ軸で測定された地磁界の値Ｘt、Ｙtを前記マイコン３００に伝送する。同様に、３軸加速度センサー２００からも３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）で測定した重力加速度値Ａx、Ａy、Ａzをマイコン３００に伝送する。
【００８２】
一般に、地球重力加速度Ｇは、地球中心に向けており、その大きさは、実質的に１Ｇ（９．８m/s2±１m/s2）に該当する。したがって、３軸加速度センサー２００のＸ軸で測定された重力加速度ＡxまたはＹ軸で測定された重力加速度Ａyが実質的に１Ｇの場合には、２軸地磁気センサー１００のＸ軸またはＹ軸が地面の水平面と正（positive）の方向に垂直状態（Ｚ軸）にあると判断することができる。逆に、３軸加速度センサー２００のＸ軸で測定された重力加速度ＡxまたはＹ軸で測定された重力加速度Ａyが実質的に−１Ｇの場合には、２軸地磁気センサー１００のＸ軸またはＹ軸が、地面の水平面に対して上記とは逆方向に垂直状態（−Ｚ軸）となる。
【００８３】
したがって、本発明は、上記の原理を基づき、既存の２軸地磁気センサー１００と３軸加速度センサー２００を用いて地球磁気の垂直成分を測定して方位角Ψを算出することによって、地磁気センサーの傾きに対する方位角を補償することができる。
【００８４】
図５−ｂは、本発明による２軸地磁気センサーと２軸加速度センサーを用いた傾き補償装置を簡略に示すブロック図である。
【００８５】
この傾き補償装置は、図５−ｂに示すように、２軸地磁気センサーが地面の水平面と所定の角度で傾いた状態の２軸（Ｘ軸及びＹ軸）の地磁界値Ｘt、Ｙtを測定する２軸地磁気センサー１００と、傾き状態で２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の重力加速度値Ａx、Ａyをそれぞれ測定する２軸加速度センサー２１０と、２軸地磁気センサー１００の出力Ｘt、Ｙtと２軸加速度センサー２１０の出力Ａx、Ａyとを比較しながら２軸地磁気センサー１００の一軸（Ｘ軸またはＹ軸）が地面の水平面と垂直に立てられる場合に地磁界の垂直成分を測定し、これをＺ軸の地磁界値Ｚiとして貯蔵し、測定された２軸の地磁界値Ｘt、Ｙtを用いて方位角Ψを算出するマイコン３１０と、を備える。
【００８６】
ここで、２軸地磁気センサー１００は、地磁気センサーが所定の角度で傾くと、傾き状態におけるＸ軸とＹ軸で測定された地磁界の値Ｘt、Ｙtをマイコン３１０に伝送する。２軸加速度センサー２１０もまた、２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）で測定した重力加速度値Ａx、Ａyをマイコン３１０に伝送する。
【００８７】
上にも述べたように、地球重力加速度Ｇは、地球中心に向けており、その大きさは実質的に１Ｇ（９．８m/s2±１m/s2）に該当するので、２軸加速度センサー２１０のＸ軸で測定された重力加速度ＡxまたはＹ軸で測定された重力加速度Ａyが実質的に１Ｇの場合には、２軸地磁気センサー１００のＸ軸またはＹ軸が地面の水平面と垂直状態（Ｚ軸）にあると判断することができる。逆に、２軸加速度センサー２１０のＸ軸で測定された重力加速度ＡxまたはＹ軸で測定された重力加速度Ａyが実質的に−１Ｇの場合には、２軸地磁気センサー１００のＸ軸またはＹ軸が地面の水平面に対して上記とは逆の方向に垂直状態（−Ｚ軸）となる。
【００８８】
したがって、本発明は、上記のような原理に基づき、既存の２軸地磁気センサー１００と２軸加速度センサー２１０を用いて地球磁気の垂直成分を測定し方位角（Ψ）を算出することによって、地磁気センサーの傾きに対する方位角を補償することができる。
【００８９】
次に、２軸地磁気センサー１００を用いて傾きを補償する方法に適用される数式について説明する。
【００９０】
まず、地球磁気をベクトルＨとすれば、水平地磁界で地球磁気のベクトルＨは、上記の式１、つまり、
【００９１】
【数１２】
2006300921.tif 000014
【００９２】
により求められる。
【００９３】
式１において、Ｘh、Ｙh、Ｚhは、２軸地磁気センサーが地面と水平状態にある場合にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で測定された水平地磁界の値である。
【００９４】
一方、２軸地磁気センサーを地面の水平面と水平状態に置いた状態でＸ軸とＹ軸で測定した信号をＸi、Ｙiとし、２軸地磁気センサーのＸ軸を垂直に立てて測定した信号をＺiとし、地球磁気をベクトルＨiとすれば、地球磁気のベクトルＨiは、下記の式１３で示される。
【００９５】
【数１３】
2006300921.tif 000015
【００９６】
ここで、上記の式１と式１３から、│Ｈ│＝│Ｈi│という関係が成り立つ。したがって、地球磁気の垂直成分どうしは互いに一致する。
【００９７】
すなわち、Ｚh＝Ｚiが成り立つ。
【００９８】
したがって、上記の式９、つまり、
【００９９】
【数１４】
2006300921.tif 000016
【０１００】
にＺh＝Ｚiを適用すると、下記の式１４の通りになる。
【０１０１】
【数１５】
2006300921.tif 000017
【０１０２】
式中、Ｚtは、２軸地磁気センサーが地面の水平面から所定の角度で傾いた状態で測定された地磁界の値を表す。
【０１０３】
したがって、上記の式１４に、Ｚi（２軸地磁気センサーのＸ軸を垂直に立てて測定した地磁界の値）とＸt及びＹt（２軸地磁気センサーが地面の水平面から傾いた状態でＸ軸とＹ軸で測定した地磁界の値）を代入すると、Ｚt（２軸地磁気センサーが地面の水平面から傾いた状態でＺ軸で測定された信号の大きさ）を求めることができる。
【０１０４】
したがって、上記の式１４から得られたＺtを、上記の式５と式６に代入してＸhとＹhを求めることができ、これらＸh及びＹhを上記の式８、つまり、
【０１０５】
【数１６】
2006300921.tif 000018
【０１０６】
に代入すると、方位角（Ψ）が計算される。
【０１０７】
以上では２軸地磁気センサーのＸ軸を垂直に立ててＺ軸成分Ｚtを測定する方法について説明したが、これと同じ方法により、Ｙ軸を垂直に立ててＺ軸成分Ｚtを求めることも可能である。したがって、本発明は、２軸地磁気センサーを用いてＺ軸成分を求めるにあたり、従来のように複雑な数式により計算せず、２軸地磁気センサーのＸ軸とＹ軸を用いてＺ軸成分を直接求めることができる。
【０１０８】
以下、２軸地磁気センサーの１軸（Ｘ軸またはＹ軸）を垂直に立ててＺ軸成分Ｚiを測定する方法について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【０１０９】
図６は、本発明による２軸地磁気センサーと３軸加速度センサーを用いてＺ軸成分Ｚiを測定する方法を示すフローチャートである。
【０１１０】
まず、２軸地磁気センサー１００でＸt、Ｙt（傾き状態におけるＸ軸とＹ軸で測定された地磁界の値）を測定し、３軸加速度センサー２００で３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の加速度Ａx、Ａy、Ａz成分を測定する（段階Ｓ１１０）。ここで、測定される加速度Ａx、Ａy、Ａzは、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）における地球重力加速度Ｇであり、続く段階では、２軸（Ｚ軸、Ｘ軸）の重力加速度値Ａz、Ａxが実質的に零（ゼロ：‘０’）か否かをまず判断し、続いて、Ｙ軸の重力加速度Ａy値が実質的に‘０’よりも大きいか、あるいは、実質的に１Ｇに該当するかを判断する。このときに、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の重力加速度Ａx、Ａy、Ａz値が、０m/s2を基準として±１m/s2の範囲内に含まれる値であれば、‘０’と判断し、９．８m/s2を基準として±１m/s2の範囲内に含まれる値であれば、１Ｇと判断して続く段階を行う。
【０１１１】
すなわち、Ｚ軸の重力加速度値Ａzが‘０’か否かを判断し、‘０’であれば（すなわち、‘はい’）、次の段階Ｓ１３０に進み、‘０’でなければ（すなわち、‘いいえ’）、段階Ｓ１１０に戻る（段階Ｓ１２０）。
【０１１２】
続いて、段階Ｓ１２０と同様に、段階Ｓ１３０でも、Ｘ軸の加速度Ａx成分が‘０’か否かを判断し、‘０'であれば（すなわち、‘はい’）、段階Ｓ１４０に進み、‘０’でなければ（すなわち、‘いいえ’）、段階Ｓ１７０に進む。
【０１１３】
このときに、段階Ｓ１２０及び段階Ｓ１３０で、Ｚ軸の加速度Ａz成分とＸ軸の加速度Ａx成分の両方とも‘０’を示すと、２軸地磁気センサーのＹ軸が垂直に立てられた状態を意味する。
【０１１４】
このようにＺ軸の加速度Ａz成分とＸ軸の加速度Ａx成分がいずれも‘０’であれば、段階Ｓ１０４に進み、Ｙ軸の加速度Ａy成分が‘０’を超過する値（Ａy＞０）を有するか、あるいは、１Ｇ（Ａy＝１Ｇ）の値を有するかを判断し、Ｙ軸の加速度Ａy成分が‘０’を超過する値（Ａy＞０）を有するか、あるいは、１Ｇ（Ａy＝１Ｇ）の値を有するものと判断されると（すなわち、‘はい’）、段階Ｓ１５０に進み、そうでなければ（すなわち、‘いいえ’）、段階Ｓ１６０に進む。
【０１１５】
このように、段階Ｓ１４０の判断結果、Ｙ軸の加速度Ａy成分が‘０’を超過する値（Ａy＞０）を有するか、あるいは、１Ｇ（Ａy＝１Ｇ）の値を有すると、これは、Ｙ軸が正（positive）の方向に垂直状態にあることを意味するので、段階Ｓ１５０において、Ｙ軸で測定された地磁界値Ｙtを、Ｚ軸の地磁界の値Ｚiとして貯蔵する。
【０１１６】
また、段階Ｓ１４０の判断結果、Ｙ軸の加速度Ａy成分が‘０’未満（Ａy＜０）の値を有するか、あるいは、−１Ｇ（Ａy=−１Ｇ）の値を有すると、Ｙ軸が負（negative）の方向に垂直状態にあることを意味するので、段階Ｓ１６０において、Ｙ軸で測定された地磁界値Ｙtの負の値−ＹtをＺ軸の地磁界の値Ｚiとして貯蔵する。
【０１１７】
一方、段階Ｓ１２０及び段階Ｓ１３０の判断結果、Ｚ軸の加速度Ａz成分が‘０’で、かつＸ軸の加速度Ａx成分が‘０’でなければ、段階Ｓ１７０において、Ｙ軸の加速度Ａy成分が‘０’か判断し、‘０’であれば（すなわち、‘はい'）、段階Ｓ１８０に進み、‘０’でなければ（‘いいえ'）、段階Ｓ１１０に戻る。
【０１１８】
ここで、段階Ｓ１２０、段階Ｓ１３０及び段階Ｓ１７０でＺ軸の加速度Ａz成分、Ｙ軸の加速度Ａy成分がいずれも‘０’を表すと、２軸地磁気センサーのＸ軸が垂直に立てられた状態を意味する。したがって、Ｘ軸の加速度Ａx成分を測定してみると、２軸地磁気センサーのＸ軸が正しく垂直に立てられた状態なのか、それとも、逆さまに立てられた状態なのかがわかる。
【０１１９】
このようにＺ軸の加速度Ａz成分とＹ軸の加速度Ａy成分がいずれも‘０’であれば、段階Ｓ１８０において、Ｘ軸の加速度Ａx成分が‘０’を超える値（Ａx＞０）を有するか、あるいは、１Ｇ（Ａx＝１Ｇ）の値を有するか判断し、Ｘ軸の加速度Ａx成分が‘０’を超える値（Ａx＞０）を有するか、あるいは、１Ｇ（Ａx＝１Ｇ）の値を有すると（すなわち、‘はい’）、段階Ｓ１９０に進み、そうでなければ（‘いいえ’）、段階Ｓ２００に進む。
【０１２０】
段階Ｓ１８０の判断結果、Ｘ軸の加速度Ａx成分が‘０’を超える値（Ａx＞０）を有するか、あるいは、１Ｇ（Ａx＝１Ｇ）の値を有すると、段階Ｓ１９０において、Ｘ軸が正（positive）の方向に垂直に立てられた状態であるため、Ｘ軸で測定された地磁界値ＸtをＺ軸の地磁界の値Ｚiとして貯蔵する。
【０１２１】
一方、段階Ｓ１８０の判断結果、Ｘ軸の加速度Ａx成分が‘０'未満（Ａx＜０）の値を有するか、あるいは、−１Ｇ（Ａx＝-１Ｇ）の値を有すると、段階Ｓ２００において、Ｘ軸が負（negative）の方向に垂直に立てられた状態であるため、Ｘ軸で測定された地磁界値Ｘtの負の値−ＸtをＺ軸の地磁界の値Ｚiとして貯蔵する。
【０１２２】
図６では、加速度Ａx、Ａy、Ａz成分を、‘０’または１Ｇと比較したが、Ａ≧Ａx≧Ｂのように範囲（例えば、１．５Ｇ≧Ａx≧０．５Ｇ）を指定し判断条件としても良い。
【０１２３】
図７は、本発明による２軸地磁気センサーと２軸加速度センサーを用いてＺ軸成分Ｚiを測定する方法を示すフローチャートである。
【０１２４】
まず、２軸地磁気センサーでＸt、Ｙt（傾き状態におけるＸ軸とＹ軸で測定された地磁界の値）を測定し、かつ、２軸加速度センサーで２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の加速度Ａx、Ａy成分を測定する（段階Ｓ３１０）。ここで、測定される加速度Ａx、Ａyは、Ｘ軸及びＹ軸における地球重力加速度Ｇであり、図６におけると同様に、２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の重力加速度Ａx、Ａy値が９．８m/s2を基準として±１m/s2の範囲内に含まれる値であれば１Ｇと判断して続く段階を行う。
【０１２５】
続いて、段階３２０において、Ｘ軸の加速度Ａx成分が１Ｇであるか否かを判断し、１Ｇであれば（すなわち、‘はい'）、段階Ｓ３３０に進み、１Ｇでないと（すなわち、‘いいえ'）、段階Ｓ３４０に進む。
【０１２６】
段階Ｓ３２０の判断結果、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａxが１Ｇであれば、段階Ｓ３３０に進み、２軸地磁気センサーのＸ軸が地面の水平面と垂直状態（Ｚ軸）にあるため、２軸地磁気センサーが地面の水平面と傾いた状態で測定された信号の大きさＸtを、Ｚ軸の水平地磁界の値Ｚiとして貯蔵する。
【０１２７】
また、段階Ｓ３２０の判断結果、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａxが１Ｇでなければ、段階Ｓ３４０において、Ｘ軸の加速度Ａx成分が−１Ｇであるか否かを判断し、−１Ｇであれば（‘はい'）、段階Ｓ３５０に進み、−１Ｇでなければ（‘いいえ'）、段階Ｓ３６０に進む。
【０１２８】
この段階Ｓ３４０の判断結果、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａxが−１Ｇであれば、２軸地磁気センサーのＸ軸が負（negative）の方向に垂直に立てられた状態（−Ｚ軸）にあるため、段階Ｓ３５０において、２軸地磁気センサーのＸ軸で測定された地磁界の値Ｘtの負の値−Ｘtを、Ｚ軸の地磁界の値Ｚiとして貯蔵する。
【０１２９】
一方、段階Ｓ３２０及び段階Ｓ３４０の判断結果、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａxが１Ｇでも−１Ｇでもない場合には、段階Ｓ３６０において、Ｙ軸の加速度Ａy成分が１Ｇか判断し、１Ｇである（すなわち、‘はい'）ならば、段階Ｓ３７０に進み、１Ｇでなければ（すなわち、‘いいえ'）、段階Ｓ３８０に進む。
【０１３０】
段階Ｓ３６０の判断結果、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａyが１Ｇであれば、２軸地磁気センサーのＹ軸が地面の水平面と垂直に立てられた状態（Ｚ軸）にあるので、段階Ｓ３７０において、２軸地磁気センサーが地面の水平面から傾いた状態で測定された地磁界の値Ｙtを、Ｚ軸の水平地磁界の値Ｚiとして貯蔵する。
【０１３１】
一方、段階Ｓ３６０の判断結果、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａyが１Ｇでなければ、段階Ｓ３８０において、Ｙ軸の加速度Ａy成分が−１Ｇであるか否かを判断し、−１Ｇなら（すなわち、‘はい'）段階Ｓ３９０に進み、−１Ｇでなければ（すなわち、‘いいえ'）段階Ｓ３１０に戻る。
【０１３２】
段階Ｓ３８０の判断結果、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａyが−１Ｇであれば、２軸地磁気センサーの−Ｙ軸が、地面の水平面と負の方向に垂直に立てられた状態（−Ｚ軸）にあるため、段階Ｓ３９０において、２軸地磁気センサーが地面の水平面と負の方向に傾いた状態で測定された信号大きさＹtの負の値−Ｙtを、Ｚ軸の水平地磁界の値Ｚiとして貯蔵する。
【０１３３】
このように、地球重力加速度Ｇは、地球中心に向けており、その大きさは実質的に１Ｇ（９．８m/s2±１m/s2）に該当するので、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａxまたは加速度Ａyが実質的に１Ｇの場合には、２軸地磁気センサーのＸ軸またはＹ軸が地面の水平面と垂直状態（Ｚ軸）にある。逆に、２軸加速度センサーで測定された加速度Ａxまたは加速度Ａyが実質的に−１Ｇの場合には、２軸地磁気センサーのＸ軸またはＹ軸が地面の水平面と負の方向に垂直の状態（−Ｚ軸）になる。こうした原理に基づき、２軸地磁気センサーを用いて地球磁気の垂直成分を測定することができる。
【０１３４】
図８−ａ及び図８−ｂは、従来の傾き補償装置と本発明の傾き補償装置を比較説明するための図であり、図８−ａは、従来の３軸地磁気センサー及び３軸加速度センサーを用いた傾き補償装置を示す概略図で、図８−ｂは、本発明による２軸地磁気センサー及び３軸加速度センサーを用いた傾き補償装置を示す概略図である。
【０１３５】
この場合、２軸地磁気センサー及び２軸加速度センサーの軸を水平に配列してモジュールを構成すると、２軸地磁気センサーの軸と２軸加速度センサーの軸が一致するので、２軸加速度センサーの状態と２軸地磁気センサーの状態が一致する。ここで、２軸地磁気センサー１００の状態を判断するために、２軸加速度センサーまたは３軸加速度センサーを使用することができる。
【０１３６】
従来の３軸地磁気センサーと３軸加速度センサーを用いた傾き補償装置は、図８−ａに示すように、傾き状態におけるＸ軸とＹ軸の地球磁気の値Ｘt、Ｙtを測定する２軸地磁気センサー１００と、傾き状態におけるＺ軸の地球磁気の値Ｚtを測定する１軸地磁気センサー１０と、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の重力加速度Ａx、Ａy、Ａz成分を測定する３軸加速度センサー２００と、を備えてなる。
【０１３７】
３軸地磁気センサー１０，１００を用いて地球磁気を測定する場合、各軸の感度を一定に調整するための補償作業が必ず必要となるが、図８−ａのような３軸ではＺ軸の補償が非常に困難である。また、Ｘ軸とＹ軸に対してＺ軸を垂直に正確に立てねばならないが、これは、モバイル機器のように人が手動で傾きに対する方位角補償を行う場合には極めて難しくなる。仮に、Ｚ軸がＸ軸とＹ軸に対して傾く場合、方位角誤差の直接的な原因となる。
【０１３８】
これに対し、図８−ｂに示すような２軸地磁気センサーでは、３軸地磁気センサーで必須となるＺ軸補償過程が省かれるので補償が単純化し、Ｚ軸を垂直に立てるための工程も不要なので方位角正確度を高めることができる。のみならず、モジュールの全体高さが減少するのでモバイル機器への搭載が容易となる。
【０１３９】
なお、既存の２軸地磁気センサーを用いた傾き補償方法は、地球磁気の伏角を測定し、地球磁気の大きさを１であると一般化して使用するものであり、伏角を探索する補償方法が複雑なので方位角誤差が発生する可能性が高かった。
【０１４０】
しかしながら、本発明は、使用者の動作を認識し自動で補償する方式を採択しているため、使用者が直接補償を行わなくても正確な補償が可能となり、かつ、２軸地磁気センサーの一軸を垂直に立てて地球磁気のＺ軸成分を測定する補償方法を捕っているため、いずれの方位においても補償が可能である。
【０１４１】
図９−ａ及び図９−ｂは、本発明による２軸地磁気センサー及び加速度センサーを採用した傾き補償装置を用いて傾きを補償する方法を説明するための図であり、図９−ａは、傾き補償装置をＸ軸の垂直状態とする場合の様子を示す図で、図９−ｂは、傾き補償装置をＹ軸の垂直状態とする場合の様子を示す図である。
【０１４２】
図９−ａのモジュールがモバイル機器に適用される際、使用者がモバイル機器を垂直に立てたり上下に回転させたりすることが想像できる。使用者が手首を回して図９−ａまたは図９−ｂのような状態になると、センサーで地球磁気の垂直成分を測定し傾き補償を行うようになる。したがって、使用者が使用前に軽く手首を振る程度の動作だけで補償が可能となり、別のセンサー補償プロセスが不要である。位置移動時に伏角が地域によって変わることから頻繁に補償を行わねばならない面倒さがあるが、補償が単純化したために使用者の負担が軽減した。
【０１４３】
以上では具体例に挙げて説明してきたが、本発明は、上記の具体例に限定されず、当業者により様々な変形及び変更が可能であることは、当該の技術分野で通常の知識をもつ者にとっては明らかである。したがって、変形及び変更された内容も、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨と範囲に属するものと見なすべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
本発明の２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法及びその装置は地磁気センサー、特に電子羅針盤への応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】一般の水平地磁界及び傾いている地磁界を示す図である。
【図２】一般の水平地磁界及び地磁界の伏角を示す図である。
【図３】従来の２軸地磁気センサーを用いて伏角を測定する方法を示すフローチャートである。
【図４−ａ】本発明による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法の原理を説明するための図であり、地球水平地磁界のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向を示す。
【図４−ｂ】本発明による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法の原理を説明するための図であり、地磁気センサーのＸ軸とＹ軸が水平地磁界のＸ軸とＹ軸に水平に整列している状態を示す。
【図４−ｃ】本発明による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償方法の原理を説明するための図であり、地磁気センサーのＸ軸と水平地磁界のＺ軸が水平に整列している状態を示す。
【図５−ａ】本発明による２軸地磁気センサーと３軸加速度センサーを用いた傾き補償装置を簡略に示すブロック図である。
【図５−ｂ】本発明による２軸地磁気センサーと２軸加速度センサーを用いた傾き補償装置を簡略に示すブロック図である。
【図６】本発明による２軸地磁気センサーと３軸加速度センサーを用いてＺ軸成分Ｚiを測定する方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明による２軸地磁気センサーと２軸加速度センサーを用いてＺ軸成分Ｚiを測定する方法を示すフローチャートである。
【図８−ａ】従来の傾き補償装置と本発明の傾き補償装置とを比較して説明するための概略図であり、従来の３軸地磁気センサーと３軸加速度センサーを用いた傾き補償装置を示す。
【図８−ｂ】従来の傾き補償装置と本発明の傾き補償装置とを比較して説明するための概略図であり、本発明による２軸地磁気センサーと３軸加速度センサーを用いた傾き補償装置を示す。
【図９−ａ】本発明による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償装置を用いて傾きを補償する方法を説明するための図であり、傾き補償装置をＸ軸と垂直状態に動かした様子を示す。
【図９−ｂ】本発明による２軸地磁気センサーと加速度センサーを用いた傾き補償装置を用いて傾きを補償する方法を説明するための図であり、傾き補償装置をＹ軸と垂直状態に動かした様子を示す図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１００  ２軸地磁気センサー
２００  ３軸加速度センサー
２１０  ２軸加速度センサー
３００，３１０  マイコン
【図１】
2006300921.tif 000019
【図２】
2006300921.tif 000020
【図３】
2006300921.tif 000021
【図４−ａ】
2006300921.tif 000022
【図４−ｂ】
2006300921.tif 000023
【図４−ｃ】
2006300921.tif 000024
【図５−ａ】
2006300921.tif 000025
【図５−ｂ】
2006300921.tif 000026
【図６】
2006300921.tif 000027
【図７】
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【図８−ａ】
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【図８−ｂ】
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【図９−ａ】
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【図９−ｂ】
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