(57)【要約】利用者に負担をかけることなく、磁気センサのキャリブレーションを行うことが可能な方位角計測装置を提供する。オフセット情報算出部８は、感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれｘ、ｙ、ｚ成分とする点をｘｙｚ座標上に配置した時に、各点の近傍に球面が位置するような球の中心座標を求め、この球の中心座標のｘ成分をｘ軸ホール素子ＨＥｘの現在のオフセットＣｘ、この円の中心座標のｙ成分をｙ軸ホール素子ＨＥｙの現在のオフセットＣｙ、この円の中心座標のｚ成分をｚ軸ホール素子ＨＥｚの現在のオフセットＣｚとして算出する。利用者に負担をかけることなく、磁気センサのキャリブレーションを行うことができる。
2004003476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出手段と、
前記２軸の検出方向が所定の平面上にあるよう保ちながら前記地磁気検出手段の向きが変化した時の２軸の出力データ、または前記地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段と、
前記２軸の出力データを成分とする２次元座標上、または前記３軸の出力データを成分とする３次元座標上に基準点を定め、前記出力データ取得手段によって得られた２軸または３軸の出力データ群から基準点までの距離のばらつきが最小になるように、基準点の座標を統計的手法によって推定する基準点推定手段と、
前記基準点の座標に基づいて、前記地磁気検出手段の出力データに対するオフセット情報を算出するオフセット情報算出手段とを備えることを特徴とする方位角計測装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項において、
前記基準点推定手段は、
前記基準点の座標を未知数とする連立１次方程式の係数および定数項を前記２軸または３軸の出力データ群から計算する係数および定数項計算手段と、
前記係数および定数項を含む前記連立１次方程式の解を計算することによって前記基準点の座標を推定する連立一次方程式解析手段とを備えることを特徴とする方位角計測装置。
【請求項３】
請求の範囲第１項において、
前記地磁気検出手段は３軸の地磁気検出手段であり、
前記基準点推定手段は、前記３軸の出力データ群のうち出力データの変化の度合いが最小の軸の出力データ群について前記変化の度合いが所定値以下であるときは、前記３軸の出力データ群から前記変化の度合いが最小の軸の出力データ群を除いた２軸の出力データ群について、当該２軸の出力データを成分とする２次元座標上に基準点を定め、当該２軸の出力データ群から前記基準点の座標を推定することを特徴とする方位角計測装置。
【請求項４】
請求の範囲第１項において、
前記基準点推定手段は、
前記２軸または３軸の出力データ群から各軸の出力データ群における出力データの最大値と最小値との差分を算出する第１の差分算出手段と、
前記第１の差分算出手段により算出された差分が所定値以上かどうかを判断する第１の差分判断手段とを備え、
前記第１の差分算出手段により算出された差分が所定値以上の場合、前記２軸または３軸の出力データ群を前記基準点推定の対象とすることを特徴とする方位角計測装置。
【請求項５】
請求の範囲第１項において、
前記オフセット情報算出手段は、
前記基準点推定手段により算出された直近の所定数の基準点におけるばらつきを算出するばらつき算出手段を備え、
前記ばらつき算出手段の算出結果に基づいて前記基準点推定手段により算出された基準点を破棄することを特徴とする方位角計測装置。
【請求項６】
請求の範囲第５項において、
前記ばらつき算出手段は、
前記基準点推定手段により算出された直近の２個の基準点の差分を算出することを特徴とする方位角計測装置。
【請求項７】
請求の範囲第１項において、
前記基準点推定手段により算出された直近の所定数の基準点におけるばらつきを算出する第２のばらつき算出手段と、
前記第２のばらつき算出手段での算出結果に基づいて前記オフセット情報の良好性に関する良好性情報を作成する良好性情報作成手段とをさらに備えることを特徴とする方位角計測装置。
【請求項８】
請求の範囲第７項において、
前記良好性情報作成手段は、前記オフセット情報の良好度を複数に区分しておき、前記第２のばらつき算出手段で算出したばらつきの度合いに応じて前記区分のいずれかに分類し、その区分に対応した良好度を表示することを特徴とする方位角計測装置。
【請求項９】
請求の範囲第１項において、
前記オフセット情報算出手段は、
前記出力データ群から前記基準点までの距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された距離が所定範囲外かどうかを判断する距離判断手段とを備え、
前記距離算出手段により算出された距離が所定範囲外の場合、その出力データ群を破棄することを特徴とする方位角計測装置。
【請求項１０】
請求の範囲第１項において、
前記出力データ群から前記基準点までの距離を算出する第２の距離算出手段と、
前記第２の距離算出手段により算出された距離に基づいて方位角計測結果の信頼性に関する信頼性情報を作成する信頼性情報作成手段とをさらに備えることを特徴とする方位角計測装置。
【請求項１１】
請求の範囲第１０項において、
前記信頼性情報作成手段は、前記方位角計測結果の信頼度を複数に区分しておき、前記第２の距離算出手段により算出された距離を複数の閾値と比較して前記区分のいずれかに分類し、その区分に対応した信頼度を表示することを特徴とする方位角計測装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１項において、
前記データ出力取得手段は、
前記地磁気検出手段から出力された出力データと、前記出力データ取得手段によって直近に取得された所定数の出力データまたは前記地磁気検出手段から直前に出力された出力データとの差分を算出する第３の差分算出手段と、
前記第３の差分算出手段により算出された差分が所定値より小さいかどうかを判断する第３の差分判断手段とを備え、
前記第３の差分算出手段によって算出された差分が所定値より小さい場合、前記出力データ取得手段は前記地磁気検出手段から出力された出力データを取得せず破棄することを特徴とする方位角計測装置。
【請求項１３】
地磁気計測における２軸の検出方向を所定の平面上にあるよう保ちながら変化させるか、または３軸の検出方向を３次元空間において変化させるステップと、
前記検出方向が変化した時の地磁気計測の２軸または３軸の出力データを取得するステップと、
前記出力データの取得が所定回数以上か判定するステップと、
前記２軸の出力データを成分とする２次元座標上、または前記３軸の出力データを成分とする３次元座標上に基準点を定め、前記所定回数以上取得された２軸または３軸の出力データから成る出力データ群から基準点までの距離のばらつきが最小になるように、統計的手法によって基準点の座標を推定するステップと、
前記推定された基準点の座標に基づいて、前記２軸または３軸の出力データに対するオフセット値を算出するステップとを含むことを特徴とする方位角計測方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項において、
前記基準点の座標を推定するステップは、
前記基準点の座標を未知数とする連立１次方程式の係数および定数項を、前記２軸または３軸の出力データ群から計算するステップと、
前記係数および定数項を含む前記連立１次方程式の解を計算して前記基準点の座標を推定するステップとを含むことを特徴とする方位角計測方法。
【請求項１５】
請求の範囲第１３項において、
前記検出方向を変化させるステップは、３軸の検出方向を３次元空間において変化させるものであり、
前記基準点の座標を推定するステップは、
前記３軸の出力データ群の各軸の出力データ群について出力データの変化の度合いを計算して前記変化の度合いが最小となる軸と前記変化の度合いの最小値を得るステップと、
前記変化の度合いの最小値が所定値以下かどうかを判定するステップと、
前記変化の度合いの最小値が所定値以下である場合、前記３軸の出力データ群から前記変化の度合いが最小となる軸の出力データ群を除いた２軸の出力データ群について、当該２軸の出力データを成分とする２次元座標上に基準点を定め、当該２軸の出力データ群から前記基準点の座標を推定するステップとを含むことを特徴とする方位角計測方法。
【請求項１６】
請求の範囲第１３項において、
前記基準点の座標を推定するステップは、
前記出力データ群の各軸の出力データ群について出力データの最大値と最小値との差分を算出するステップと、
前記最大値と最小値との差分が所定値以上かどうかを判断するステップと、
前記最大値と最小値との差分が所定値以上の場合、前記基準点の座標を推定するステップとを含むことを特徴とする方位角計測方法。
【請求項１７】
請求の範囲第１３項において、
前記２軸または３軸の出力データに対するオフセット値を算出するステップは、
前記基準点の座標を推定するステップにより算出された直近の所定数の基準点におけるばらつきを算出するステップと、
前記ばらつきの算出結果に基づいて、前記基準点の座標を推定するステップにより算出された基準点を破棄するステップとを含むことを特徴とする方位角計測方法。
【請求項１８】
請求の範囲第１３項において、
前記推定された直近の所定数の基準点の座標におけるばらつきを算出するステップと、
前記ばらつきの算出結果に基づいて、前記オフセット値を算出するステップにおいて算出されたオフセット値の良好性に関する良好性情報を作成するステップとをさらに含むことを特徴とする方位角計測方法。
【請求項１９】
請求の範囲第１３項において、
前記２軸または３軸の出力データに対するオフセット値を算出するステップは、
前記出力データ群から前記基準点までの距離を算出するステップと、
前記出力データ群から前記基準点までの距離が所定範囲外かどうかを判断するステップと、
前記出力データ群から前記基準点までの距離が所定範囲外の場合、その出力データ群を破棄するステップとを含むことを特徴とする方位角計測方法。
【請求項２０】
請求の範囲第１３項において、
前記出力データ群から前記基準点までの距離を算出するステップと、
前記距離の算出結果に基づいて、方位角計測結果の信頼性に関する信頼性情報を作成するステップとをさらに含むことを特徴とする方位角計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、方位角計測装置および方位角計測方法に関し、特に、磁気センサのオフセットの補正に好適である。
【背景技術】  磁気センサを２方向または３方向に配置し、それぞれの方向について、磁気センサで地磁気を測定し、方位を計測する方位角計測装置が知られている。
このような方位角計測装置は、磁気センサの周辺にスピーカなどの着磁された部品が配置された場合、着磁された部品から漏れる磁場によって、磁気センサの出力にオフセットが発生する。
従って、上述の方位角計測装置では、磁気センサのオフセットによって、方位角の計算に誤差が生じることを防ぐために、磁気センサのオフセットを補正することを目的とした方位角計測装置のキャリブレーションを行うことが必要である。
このため、従来の方位角計測装置では、一例として、方位角計測装置を特定の軸回りに一定の角速度で回転させることにより、方位角計測装置のキャリブレーションを行っていた。
図１２は、方位角計測装置をｚ軸回りに一定の角速度で回転させた時の磁気センサの出力波形を示す図である。
図１２において、携帯機器３０１をｚ軸回りに一定の角速度ωで回転させた場合、携帯機器３０１に搭載されたｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力Ｓｒｘは、以下の（１）式で与えられる。
2004003476.tif 000003
ただし、ａＸは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの感度、Ｘ０は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘのオフセットである。
また、
ＭＸＹ＝√（ＭＸ２＋ＭＹ２）
θ０＝ｔａｎ−１（ＭＹ／ＭＸ）
である。ただし、ＭＸは、地磁気Ｍのｘ方向成分、ＭＹは、地磁気Ｍのｙ方向成分である。
従って、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力Ｓｒｘの最大値Ｘｍａｘおよび最小値Ｘｍｉｎは、以下の（２）、（３）式で表すことができる。
2004003476.tif 000004
2004003476.tif 000005
この結果、（２）、（３）式から、ｘ軸ホール素子ＨＥｘのオフセットＸ０は、以下の（４）式で求めることができる。
2004003476.tif 000006
図１３は、従来の方位角計測方法を示すフローチャートである。
図１３において、携帯機器３０１のキャリブレーション開始ボタンを押す（ステップＳ２１）。
そして、ｘ軸ホール素子ＨＥｘが搭載された携帯機器３０１を水平に保ったまま、ゆっくり等速度で携帯機器３０１を１回転させる（ステップＳ２２）。
そして、携帯機器３０１を１回転させたら、携帯機器３０１のキャリブレーション終了ボタンを押す（ステップＳ２３）。
ここで、携帯機器３０１を１回転させる間に、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力Ｓｒｘの最大値Ｘｍａｘおよび最小値Ｘｍｉｎを求め、これらの値を加算して２で割った値をｘ軸のオフセットＸ０とすることで、ｘ軸のキャリブレーションを行うことができる。
しかしながら、従来の方位角計測方法では、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力Ｓｒｘの最大値Ｘｍａｘおよび最小値Ｘｍｉｎを求めるため、携帯機器３０１を特定の平面上で１周以上回転させる必要があった。
この結果、携帯機器３０１の回転速度が速すぎると、最大値Ｘｍａｘおよび小値Ｘｍｉｎを見落とすこととなり、逆に回転速度が遅すぎると、読み取りデータ数が膨大で、メモリがオーバフローするなど、一定の速度範囲から外れた場合に、キャリブレーション精度が劣化するという問題があった。
このため、利用者は、キャリブレーションが成功するまでに試行錯誤を繰り返し、何度も携帯機器３０１を回転させるよう要求された。
そこで、本発明の目的は、利用者に負担をかけることなく、磁気センサのキャリブレーションを行うことが可能な方位角計測装置および方位角計測方法を提供することである。
【発明の開示】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求の範囲第１項記載の方位角計測装置は、地磁気を検出する２軸または３軸の地磁気検出手段と、前記２軸の検出方向が所定の平面上にあるよう保ちながら前記地磁気検出手段の向きが変化した時の２軸の出力データ、または前記地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得する出力データ取得手段と、前記２軸の出力データを成分とする２次元座標上、または前記３軸の出力データを成分とする３次元座標上に基準点を定め、前記出力データ取得手段によって得られた２軸または３軸の出力データ群から基準点までの距離のばらつきが最小になるように、基準点の座標を統計的手法によって推定する基準点推定手段と、前記基準点の座標に基づいて、前記地磁気検出手段の出力データに対するオフセット情報を算出するオフセット情報算出手段とを備える。
これにより、計測装置の向きを所定面内で任意に変化させるか、３次元的に任意に変化させるだけで、検出手段の各軸出力に対するオフセット情報を算出することができる。
ここで、オフセット情報を算出するためには、計測装置の向きが変化しさえすればよく、向きが変化する範囲は限定されていてもよい。例えば、２軸の地磁気検出手段を備える場合は、１８０度未満や９０度未満の範囲であってもよいし、３軸の地磁気検出手段を備える場合は、立体角で２π未満やπ未満の範囲であってもよい。計測装置の向きが変化するときに位置が変化してもよい。
このため、計測装置を指定方向に向けたり、一定速度で回転させたりすることなく、オフセットのキャリブレーションを行わせることが可能となり、利用者に対するオフセットのキャリブレーション作業の負担を軽減することができる。
また、温度変化等により、たとえオフセット値が大きく変化しても、利用者は再度意識してオフセットのキャリブレーションを行う必要がなく、通常どおり方位角計測を行う間に自動的にオフセットのキャリブレーションが行われるため、利用者の負担を軽減することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１項記載の方位角計測装置において、前記基準点推定手段は、前記基準点の座標を未知数とする連立１次方程式の係数および定数項を前記２軸または３軸の出力データ群から計算する係数および定数項計算手段と、前記係数および定数項を含む前記連立１次方程式の解を計算することによって前記基準点の座標を推定する連立一次方程式解析手段とを備える。
これにより、出力データ取得数を多くして、計算時間の増大を抑えつつ統計的手法によって精度よく基準点の推定を行うことができ、オフセットのキャリブレーション精度を高くすることができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第３項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１項記載の方位角計測装置において、前記地磁気検出手段は３軸の地磁気検出手段であり、前記基準点推定手段は、前記３軸の出力データ群のうち出力データの変化の度合いが最小の軸の出力データ群について前記変化の度合いが所定値以下であるときは、前記３軸の出力データ群から前記変化の度合いが最小の軸の出力データ群を除いた２軸の出力データ群について、当該２軸の出力データを成分とする２次元座標上に基準点を定め、当該２軸の出力データ群から前記基準点の座標を推定する。
本発明に係る方位角計測装置は、３軸の出力データを用いて、方位角計測装置を移動・回転等させることにより、地磁気検出手段の向きが３次元空間において変化した時の３軸の出力データを所定回数以上繰り返して取得する場合、地磁気検出手段の３軸のうちいずれかの軸（以下、この段落において特定軸という。）に垂直な面上でのみ方位角計測装置を移動・回転等させると、特定軸の出力データがほとんど変化しない。そのため、特定軸の出力データ群を含む３軸の出力データ群から基準点の座標を推定しても基準点の座標が正確に得られない場合がある。この場合、特定軸の出力データ群を除く２軸の出力データ群から基準点の座標を推定した方が正確な値が得られる。
これにより、地磁気検出手段の３軸のうちいずれかの軸に垂直な面上でのみ方位角計測装置を移動・回転等させた場合であっても、基準点の座標を比較的正確に推定することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第４項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１項記載の方位角計測装置において、前記基準点推定手段は、前記２軸または３軸の出力データ群から各軸の出力データ群における出力データの最大値と最小値との差分を算出する第１の差分算出手段と、前記第１の差分算出手段により算出された差分が所定値以上かどうかを判断する第１の差分判断手段とを備え、前記第１の差分算出手段により算出された差分が所定値以上の場合、前記２軸または３軸の出力データ群を前記基準点推定の対象とする。
これにより、携帯機器の向きが静止していたり、僅かしか変化していなかった場合に、基準点の座標が大きな誤差を含んで算出されることを防止することができ、基準点の座標の算出精度を向上させて、オフセットのキャリブレーション精度を高く保つことができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第５項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１項記載の方位角計測装置において、前記オフセット情報算出手段は、前記基準点推定手段により算出された直近の所定数の基準点におけるばらつきを算出するばらつき算出手段を備え、前記ばらつき算出手段の算出結果に基づいて前記基準点推定手段により算出された基準点を破棄する。
これにより、地磁気の検出出力にノイズ等で大きな誤差が含まれている場合や、特に２軸の地磁気検出手段の向きが所定の平面から外れて変化したような場合に、誤ったオフセット値を算出して不適切なオフセット補正が行われてしまうことを防止することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第６項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第５項記載の方位角計測装置において、前記ばらつき算出手段は、前記基準点推定手段により算出された直近の２個の基準点の差分を算出する。
さらに、本発明に係る請求の範囲第７項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１項記載の方位角計測装置において、前記基準点推定手段により算出された直近の所定数の基準点におけるばらつきを算出する第２のばらつき算出手段と、前記第２のばらつき算出手段での算出結果に基づいて前記オフセット情報の良好性に関する良好性情報を作成する良好性情報作成手段とをさらに備える。
このような構成であれば、第２のばらつき算出手段により、算出された直近の所定数の基準点におけるばらつきが算出され、良好性情報作成手段により、そのばらつきの算出結果に基づいて良好性情報が作成される。
これにより、ユーザは良好性情報を参照すれば、オフセット情報の良好性を把握することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第８項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第７項記載の方位角計測装置において、前記良好性情報作成手段は、前記オフセット情報の良好度を複数に区分しておき、前記第２のばらつき算出手段で算出したばらつきの度合いに応じて前記区分のいずれかに分類し、その区分に対応した良好度を表示する。
このような構成であれば、良好性情報作成手段により、算出されたばらつきの度合いに応じて区分のいずれかに分類され、その区分に対応した良好度を示す良好性情報が作成される。
これにより、区分ごとに対応した良好度（例えば、優、良、可のような良好度）を得ることができるので、オフセット情報の良好性がさらに把握しやすくなる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第９項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１項記載の方位角計測装置において、前記オフセット情報算出手段は、前記出力データ群から前記基準点までの距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段により算出された距離が所定範囲外かどうかを判断する距離判断手段とを備え、前記距離算出手段により算出された距離が所定範囲外の場合、その出力データ群を破棄する。
このような構成であれば、距離算出手段により、出力データ群から基準点までの距離が算出され、距離判断手段により、算出された距離が所定範囲外かどうかが判断される。そして、算出された距離が所定範囲外の場合には、その出力データが破棄される。
これにより、静的な外部環境磁場が存在している場合や、地磁気がシールドされているような場合に、地磁気が正しく検出されていないにもかかわらず方位角計測が行われてしまうことを防止することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１０項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１項記載の方位角計測装置において、前記出力データ群から前記基準点までの距離を算出する第２の距離算出手段と、前記第２の距離算出手段により算出された距離に基づいて方位角計測結果の信頼性に関する信頼性情報を作成する信頼性情報作成手段とをさらに備える。
このような構成であれば、第２の距離算出手段により、出力データ群から基準点までの距離が算出され、信頼性情報作成手段により、算出された距離に応じた信頼度合いを示す信頼性情報が作成される。
これにより、ユーザは信頼性情報を参照すれば、方位角計測結果の信頼性を把握することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１１項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１０項記載の方位角計測装置において、前記信頼性情報作成手段は、前記方位角計測結果の信頼度を複数に区分しておき、前記第２の距離算出手段により算出された距離を複数の閾値と比較して前記区分のいずれかに分類し、その区分に対応した信頼度を表示する。
このような構成であれば、信頼性情報作成手段により、算出された距離が複数の閾値と比較されて区分のいずれかに分類され、その区分に対応した信頼度を示す信頼性情報が作成される。
これにより、区分ごとに対応した信頼度（例えば、優、良、可のような信頼度）を得ることができるので、方位角計測結果の信頼性がさらに把握しやすくなる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１２項記載の方位角計測装置は、請求の範囲第１項記載の方位角計測装置において、前記データ出力取得手段は、前記地磁気検出手段から出力された出力データと、前記出力データ取得手段によって直近に取得された所定数の出力データまたは前記地磁気検出手段から直前に出力された出力データとの差分を算出する第３の差分算出手段と、前記第３の差分算出手段により算出された差分が所定値より小さいかどうかを判断する第３の差分判断手段とを備え、前記第３の差分算出手段によって算出された差分が所定値より小さい場合、前記出力データ取得手段は前記地磁気検出手段から出力された出力データを取得せず破棄する。
これにより、キャリブレーションを行っている間に携帯機器の向きがほとんど変化しない状態が継続しても、誤ったオフセット値を算出して不適当なオフセット補正が行われてしまうことを防止することができる。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求の範囲第１３項記載の方位角計測方法は、地磁気計測における２軸の検出方向を所定の平面上にあるよう保ちながら変化させるか、または３軸の検出方向を３次元空間において変化させるステップと、前記検出方向が変化した時の地磁気計測の２軸または３軸の出力データを取得するステップと、前記出力データの取得が所定回数以上か判定するステップと、前記２軸の出力データを成分とする２次元座標上、または前記３軸の出力データを成分とする３次元座標上に基準点を定め、前記所定回数以上取得された２軸または３軸の出力データから成る出力データ群から基準点までの距離のばらつきが最小になるように、統計的手法によって基準点の座標を推定するステップと、前記推定された基準点の座標に基づいて、前記２軸または３軸の出力データに対するオフセット値を算出するステップとを含む。
これにより、携帯機器の向きを所定面内で任意に変化させるか、３次元的に任意に変化させるだけで、地磁気の計測結果に対するオフセット値を算出することができ、オフセットのキャリブレーションを行わせることが可能となる。
このため、オフセットのキャリブレーションについて利用者が何ら意識することなく、オフセットのキャリブレーションを実現することが可能となり、オフセットのキャリブレーションを行う際の利用者の負担を軽減することができる。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１４項記載の方位角計測方法は、請求の範囲第１３項記載の方位角計測方法において、前記基準点の座標を推定するステップは、前記基準点の座標を未知数とする連立１次方程式の係数および定数項を、前記２軸または３軸の出力データ群から計算するステップと、前記係数および定数項を含む前記連立１次方程式の解を計算して前記基準点の座標を推定するステップとを含む。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１５項記載の方位角計測方法は、請求の範囲第１３項記載の方位角計測方法において、前記検出方向を変化させるステップは、３軸の検出方向を３次元空間において変化させるものであり、前記基準点の座標を推定するステップは、前記３軸の出力データ群の各軸の出力データ群について出力データの変化の度合いを計算して前記変化の度合いが最小となる軸と前記変化の度合いの最小値を得るステップと、前記変化の度合いの最小値が所定値以下かどうかを判定するステップと、前記変化の度合いの最小値が所定値以下である場合、前記３軸の出力データ群から前記変化の度合いが最小となる軸の出力データ群を除いた２軸の出力データ群について、当該２軸の出力データを成分とする２次元座標上に基準点を定め、当該２軸の出力データ群から前記基準点の座標を推定するステップとを含む。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１６項記載の方位角計測方法は、請求の範囲第１３項記載の方位角計測方法において、前記基準点の座標を推定するステップは、前記出力データ群の各軸の出力データ群について出力データの最大値と最小値との差分を算出するステップと、前記最大値と最小値との差分が所定値以上かどうかを判断するステップと、前記最大値と最小値との差分が所定値以上の場合、前記基準点の座標を推定するステップとを含む。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１７項記載の方位角計測方法は、請求の範囲第１３項記載の方位角計測方法において、前記２軸または３軸の出力データに対するオフセット値を算出するステップは、前記基準点の座標を推定するステップにより算出された直近の所定数の基準点におけるばらつきを算出するステップと、前記ばらつきの算出結果に基づいて、前記基準点の座標を推定するステップにより算出された基準点を破棄するステップとを含む。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１８項記載の方位角計測方法は、請求の範囲第１３項記載の方位角計測方法において、前記推定された直近の所定数の基準点の座標におけるばらつきを算出するステップと、前記ばらつきの算出結果に基づいて、前記オフセット値を算出するステップにおいて算出されたオフセット値の良好性に関する良好性情報を作成するステップとをさらに含む。
さらに、本発明に係る請求の範囲第１９項記載の方位角計測方法は、請求の範囲第１３項記載の方位角計測方法において、前記２軸または３軸の出力データに対するオフセット値を算出するステップは、前記出力データ群から前記基準点までの距離を算出するステップと、前記出力データ群から前記基準点までの距離が所定範囲外かどうかを判断するステップと、前記出力データ群から前記基準点までの距離が所定範囲外の場合、その出力データ群を破棄するステップとを含む。
さらに、本発明に係る請求の範囲第２０項記載の方位角計測方法は、請求の範囲第１３項記載の方位角計測方法において、前記出力データ群から前記基準点までの距離を算出するステップと、前記距離の算出結果に基づいて、方位角計測結果の信頼性に関する信頼性情報を作成するステップとをさらに含む。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施形態に係る携帯機器の概観構成を透視して示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る方位角計測装置の概略構成を示すブロック図である。図３は、本発明の実施形態に係るオフセット値の方位角計測方法の概念を説明する図である。図４は、本発明の実施形態に係るオフセット値の方位角計測方法を示すフローチャートである。図５は、２軸の実施形態に係る携帯機器の概観構成を透視して示す斜視図である。図６は、２軸の実施形態に係る方位角計測装置の概略構成を示すブロック図である。
図７は、２軸の実施形態に係るオフセット値の方位角計測方法の概念を説明する図である。図８は、２軸の実施形態に係るオフセット値の方位角計測方法を示すフローチャートである。図９は、携帯機器の向きが適切に変化している間に取得されたＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの時間軸上の変化を示すグラフである。図１０は、携帯機器の向きがほとんど変化しない場合に取得されたＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの時間軸上の変化を示すグラフである。図１１は、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータ取得中に携帯機器の向きが短い時間の間だけ変化した場合におけるＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの時間軸上の変化を示すグラフである。
図１２は、方位角計測装置をｚ軸回りに一定の角速度で回転させた時の磁気センサの出力波形を示す図である。図１３は、従来の方位角計測装置の方位角計測方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施形態に係る方位角計測装置および方位角計測方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る携帯機器の概観構成を透視して示す斜視図である。
図１において、携帯機器２０１には、表示部２０２およびアンテナ２０３が設けられるとともに、地磁気を３軸についてそれぞれ計測して、方位角を求めるための方位角計測装置が内蔵されている。
ここで、方位角計測装置には、地磁気Ｍのｘ方向成分Ｍｘを計測するｘ軸ホール素子ＨＥｘ、地磁気Ｍのｙ方向成分Ｍｙを計測するｙ軸ホール素子ＨＥｙおよび地磁気Ｍのｚ方向成分Ｍｚを計測するｚ軸ホール素子ＨＥｚが設けられ、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚは、各感磁面が各軸に対して垂直になるように配置されている。
図２は、本発明の実施形態に係る方位角計測装置の概略構成を示すブロック図である。
図２において、方位角計測装置には、３軸磁気センサ１１、磁気センサ駆動電源部１２、チョッパ部１３、差動入力アンプ１４、Ａ／Ｄ変換部１５、補正計算部１６、方位角計算部１７、オフセット情報算出部１８、オフセット情報記憶部１９ａおよび感度補正情報記憶部１９ｂが設けられ、３軸磁気センサ１１には、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚが設けられている。
なお、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚは地磁気を検出するためのもので、例えば、ＩｎＳｂやＩｎＡｓ、ＧａＡｓなどの化合物半導体系あるいはＳｉモノリシック系であることが好ましい。
チョッパ部１３はｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚをそれぞれ駆動する端子を切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部１２から出力された駆動電圧を、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚにそれぞれ印加し、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚから出力された信号を時分割的に差動入力アンプ１４に出力する。
ここで、チョッパ部１３は、例えば、９０°チョッパ駆動や３６０°チョッパ駆動などを用いることができる。なお、９０°チョッパ駆動では、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚを駆動する際に、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力に含まれるホール素子自身のオフセット項を大部分キャンセルすることができる。
また、３６０°チョッパ駆動では、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力に含まれるホール素子自身のオフセット項だけでなく、後段の差動入力アンプ１４自身による電気的なオフセット項も容易にキャンセルすることができる。
そして、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚから出力された信号は、差動入力アンプ１４でそれぞれ増幅され、ここで増幅された出力増幅値がＡ／Ｄ変換部１５でデジタル信号に変換された後、補正計算部１６に入力される。
ここで、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｒｘは、以下の（５）式で表すことができ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｙは、以下の（６）式で表すことができ、ｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｒｚは、以下の（７）式で表すことができる。
2004003476.tif 000007
ただし、ａｘは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの感度、Ｃｒｘは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘのオフセット、ａｙは、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度、Ｃｒｙは、ｙ軸ホール素子ＨＥｙのオフセット、ａｚは、ｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度、Ｃｒｚは、ｚ軸ホール素子ＨＥｚのオフセット、Ｍｘは、地磁気Ｍのｘ方向成分、Ｍｙは、地磁気Ｍのｙ方向成分、Ｍｚは、地磁気Ｍのｚ方向成分である。
そして、オフセット情報記憶部１９ａには、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚのオフセットがそれぞれ記憶されるとともに、感度補正情報記憶部１９ｂには、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度のばらつきを補正するための感度補正情報がそれぞれ記憶される。
方位角計測実行中は、補正計算部１６は、これらのオフセット情報および感度補正情報を用いることにより、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙ、Ｓｒｚをそれぞれ補正し、地磁気Ｍのｘ、ｙ、ｚ軸成分Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚだけを取り出し、方位角計算部１７に出力する。
そして、方位角計算部１７は、地磁気Ｍのｘ、ｙ、ｚ軸成分Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚの符号と、θ＝ｔａｎ−１（Ｍｙ／Ｍｘ）の式に基づいて、方位角θを算出する。
オフセットキャリブレーション実行中は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの各出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙ、Ｓｒｚは、オフセット情報算出部１８に出力される。
そして、オフセット情報算出部１８は、携帯機器２０１の向きが３次元空間において任意に変化している時に、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの各出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙ、Ｓｒｚを所定回数以上取得し、感度補正情報記憶部１９ｂに記憶されている感度補正情報に基づいて感度補正を行う。
ここで、感度補正後のｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｚは、以下の（８）、（９）、（１０）式で表すことができる。
2004003476.tif 000008
ただし、ａ０／ａｘは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの感度補正係数、ａ０／ａｙは、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度補正係数、ａ０／ａｚは、ｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度補正係数、ａ０は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度補正後の感度である。
また、Ｃｘは、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの感度補正後のオフセット、Ｃｙは、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの感度補正後のオフセット、Ｃｚは、ｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度補正後のオフセットであり、
Ｃｘ＝ａ０／ａｘ・Ｃｒｘ
Ｃｙ＝ａ０／ａｙ・Ｃｒｙ
Ｃｚ＝ａ０／ａｚ・Ｃｒｚ
である。
そして、オフセット情報算出部１８は、出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれｘ、ｙ、ｚ成分とする点としてｘｙｚ座標上に配置した時に、各点からの距離がなるべく等しくなるような基準点の座標を推定する。
そして、この基準点の座標のｘ成分をｘ軸ホール素子ＨＥｘの現在のオフセットＣｘ、この球の中心座標のｙ成分をｙ軸ホール素子ＨＥｙの現在のオフセットＣｙ、この球の中心座標のｚ成分をｚ軸ホール素子ＨＥｚの現在のオフセットＣｚとして、オフセット情報記憶部１９ａに記憶する。
なお、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度補正情報の記憶は、携帯機器２０１の使用中にｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度はほとんど変化しないので、例えば、携帯機器２０１の製造時における１度だけの実施で済ませるようにしてもよい。
図３は、本発明の実施形態に係るオフセット値の方位角計測方法の概念を説明する図である。
図３において、携帯機器２０１の向きを３次元空間において任意に変化させ、その間にｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｚを繰り返し取得する。そして、図３に示すように、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれｘ、ｙ、ｚ軸方向成分とするｘｙｚ空間において、繰り返し取得されたＳｘ、Ｓｙ、ＳｚデータをそれぞれＰ１（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、Ｓ１ｚ）、Ｐ２（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、Ｓ２ｚ）、Ｐ３（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ、Ｓ３ｚ），…として配置する。
ここで、上式（８），（９），（１０）を変形すると、
2004003476.tif 000009
一方、Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚと地磁気Ｍの関係は、
2004003476.tif 000010
であり、地磁気Ｍは、携帯機器２０１の場所が大きく変わらない限り一定と見なすことができる。
そこで、
2004003476.tif 000011
と置けば、次式が成り立つ。
2004003476.tif 000012
すなわち、ｘｙｚ空間において、Ｐ１（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、Ｓ１ｚ）、Ｐ２（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、Ｓ２ｚ）、Ｐ３（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ、Ｓ３ｚ），…はいずれもＨＥｘ、ＨＥｙ、ＨＥｚのオフセットＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚをｘ、ｙ、ｚ軸座標値とする基準点Ｃ１から一定の距離ｒを置いて位置することになる。
したがって、Ｐ１（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、Ｓ１ｚ）、Ｐ２（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、Ｓ２ｚ）、Ｐ３（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ、Ｓ３ｚ）、…から基準点Ｃ１を推定することにより、Ｃ１のｘ、ｙ、ｚ軸座標値をもってＨＥｘ、ＨＥｙ、ＨＥｚのオフセットＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚを得ることができる。
Ｃ１の推定には種々の計算方法があり、また最低４回のデータ取得で推定が可能である。しかし、実際に取得されるＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚデータは０．０１ｍＴのオーダーの非常に微弱な地磁気の測定データであり相当のノイズが重畳しているので、データ取得数を５以上、できれば１０以上にして統計的手法を用いて計算するのが望ましい。そこで、以下に説明する計算方法を用いることで計算時間の増大を抑えつつ、統計的手法を用いて精度良くＣ１の推定を行うことができる。
Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれｘ、ｙ、ｚ軸方向成分とするｘｙｚ空間において、ｉ番目に取得されたＳｘ、Ｓｙ、ＳｚデータＰｉ（Ｓｉｘ、Ｓｉｙ、Ｓｉｚ）からＣ１までの距離ｄｉは次の通りとなる。
2004003476.tif 000013
上式（１７）と上式（１６）を比較することにより、もし取得されたＳｘ、Ｓｙ、Ｓｚデータにノイズが重畳しておらず、かつＣ１の推定が理想的に行われた場合、ｄｉはｒに一致するはずである。しかし、実際には両者は等しくならないので、次式に示すように、ｄｉの２乗値とｒの２乗値の差をもって、Ｐｉ（Ｓｉｘ、Ｓｉｙ、Ｓｉｚ）におけるＣ１推定誤差εｉを定義する。
2004003476.tif 000014
さらに、εｉの２乗総和値として次式で表されるＳを定義する。
2004003476.tif 000015
この２乗総和Ｓが最小となるようなＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚを求めるのが推定方法として妥当である。
Ｓが最小になる時、ＳのＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚおよびｒによる導関数はいずれも零になると考えられる。そこで、それぞれの導関数を導出すると次の通りとなる。
2004003476.tif 000016
2004003476.tif 000017
これらの導関数がいずれも零になるとおいて、以下の式を得る。
2004003476.tif 000018
ただし、Ｎ：データ取得数
上式（２７）をｒ２について解くと次の通りとなる。
2004003476.tif 000019
上式（２８）を上式（２４）、（２５）、（２６）に代入し、整理することにより以下の式が得られる。
2004003476.tif 000020
ただし、
2004003476.tif 000021
2004003476.tif 000022
上式（２９）、（３０）、（３１）を行列の形で表すと次の通りとなる。
2004003476.tif 000023
上式（３５）は、Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚに関する連立一次方程式であり、ＵＬ分解等のよく知られた連立一次方程式の解法を用いて解を計算することができる。したがって、Ｓが最小になる時のＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚを、計算時間の増大を抑えつつ計算することが可能である。
なお、上式（３５）からは以下の方程式も導出されるので、解の計算に都合の良い式を選べばよい。
2004003476.tif 000024
また、以上説明した計算方法を用いて、データ取得数を多くして基準点Ｃ１の推定計算を行うのであれば、図３において繰り返し取得されたＳｘ、Ｓｙ、ＳｚデータＰ１（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、Ｓ１ｚ）、Ｐ２（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、Ｓ２ｚ）、Ｐ３（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ、Ｓ３ｚ）、…はＣ１から見て必ずしも全方向に分布している必要はなく、例えば、立体角でいえば２πまたはπ程度の範囲に限定されていてもよい。すなわち、Ｃ１から見たＰ１（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、Ｓ１ｚ）、Ｐ２（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、Ｓ２ｚ）、Ｐ３（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ、Ｓ３ｚ）、…への方向は、それぞれデータを取得した時の携帯機器２０１の向きに相当するので、オフセット値のキャリブレーションを行う際に携帯機器２０１の向きをあらゆる方向に満遍なく向ける必要はなく、例えば、立体角でいえば２πないしπ程度の範囲に限定されていてもよい。
図４は、本発明の実施形態に係るオフセット値の方位角計測方法を示すフローチャートである。
図４において、オフセット情報算出部１８は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｒｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｒｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｒｚをそれぞれ１０点分格納するためのデータバッファを用意する（ステップＳ１１）。
そして、オフセット情報算出部１８は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙ、Ｓｒｚをそれぞれ１０点分取得し（ステップＳ１２、Ｓ１３）、感度補正情報記憶部１９ｂに記憶されている感度補正情報に基づいて、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙ、Ｓｒｚに感度補正係数をそれぞれ乗じ、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを得る。
そして、オフセット情報算出部１８は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれ１０点分得ると、データバッファから最も古いデータを削除し、残りのデータをシフトし、さらに今回取得した出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを加える（ステップＳ１４）。
次に、オフセット情報算出部１８は、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの感度補正後の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの過去１０点分を対象として、最大値と最小値との差分が所定値、例えば、ａ０Ｍの１／３程度より大きいかを判断する（ステップＳ１５）。
そして、ステップＳ１５で求めた最大値と最小値との差分が所定値以下の場合、今回取得した出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを破棄し、ステップＳ１２に戻って、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙ、Ｓｒｚを新たに取得する。
一方、ステップＳ１５で求めた最大値と最小値との差分が所定値より大きい場合、１０点分の出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれｘｙｚ成分とする点Ｐ１（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、Ｓ１ｚ）、Ｐ２（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、Ｓ２ｚ）、Ｐ３（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ、Ｓ３ｚ）、…からの距離がなるべく等しくなるような基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）を推定する（ステップＳ１６）。
そして、今回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）と、前回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）との差が所定値、例えば、ａ０Ｍ程度より小さいかどうかを判定し（ステップＳ１７）、所定値以上の場合、今回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）を破棄し、ステップＳ１２に戻って、ｘ軸ホール素子ＨＥｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｒｘ、Ｓｒｙ、Ｓｒｚを新たに取得する。
一方、今回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）と、前回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）との差が所定値より小さい場合、今回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）のｘ、ｙ、ｚ成分をそれぞれｘ軸ホール素子ＨＥｘのオフセットＣｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙのオフセットＣｙ、ｚ軸ホール素子ＨＥｚのオフセットＣｚとしてオフセット情報記憶部１９ａに記憶させる（ステップＳ１８）。
なお、上記実施の形態においては、方位角計測装置が携帯機器に組み込まれていることを前提に説明したが、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）やノートパソコンなどの携帯機器に対して抜き差し（脱着）可能な容器に方位角計測装置を収容し、この方位角計測装置を携帯機器に装着して使用するようにしてもよい。
例えば、ノートパソコンに標準装備されているＰＣカードスロットに挿入されるＰＣＭＣＩＡカードの中に、方位角計測装置とそのデータ処理ＩＣ、インターフェースＩＣなどを設け、そのドライバとして、上述したキャリブレーション機能を組み込むようにしてもよい。
ＰＣカードスロットは、機械的および電気的な特性に対する規格はあるが、スロット内部の漏洩磁束密度等の磁気的な特性に対する規格は無いため、汎用のＰＣＭＣＩＡカードの中に設けた方位角計測装置は、ノートパソコンから発生する漏洩磁束密度をあらかじめ予測することができない。
ここで、ＰＣＭＣＩＡカードの中に方位角計測装置のキャリブレーション機能を組み込むことにより、ＰＣカードスロットの漏洩磁場が携帯機器ごとにばらつく場合においても、方位角計測装置のオフセットを精度よく補正することができ、特定の携帯機器に限られることなく、方位角計測装置を自由に装着して使用することが可能となる。
なお、ＰＣＭＣＩＡカードには、方位角計測装置以外にも、傾斜角センサや、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の信号処理ＩＣ、アンテナなどを一緒に搭載するようにしてもよいし、カード形式も、ＰＣＭＣＩＡカードに限られることなく、ＣＦカードスロットに対応させるようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、磁気センサとしてホール素子を用いた場合を例にとって説明したが、磁気センサが必ずしもホール素子に限定されることなく、例えば、ブラックスゲートセンサなどを用いるようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、オフセット情報算出部１８は、出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれｘ、ｙ、ｚ成分とする点としてｘｙｚ座標上に配置した時に、各点からの距離がなるべく等しくなるような基準点の座標を推定するように構成したが、これに限らず、出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの変化の度合いがいずれも所定値、例えば、ａ０Ｍの１／３程度以上であるときは、出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚをそれぞれｘ、ｙ、ｚ成分とする点としてｘｙｚ座標上に配置した時に各点からの距離がなるべく等しくなるような基準点の座標を推定するように構成し、出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚのうち変化の度合いが最小のものについてその変化の度合いが所定値以下であるときは、出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚのうち変化の度合いが最小のもの以外の出力増幅値をそれぞれｘ、ｙ成分とする点としてｘｙ座標上に配置した時に、各点からの距離がなるべく等しくなるような基準点の座標を推定するように構成することもできる。
なお、出力増幅値Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの変化の度合いの具体的計算方法としては、標準偏差の算出、最大値と最小値の差分の算出等が考えられる。
これにより、３軸磁気センサ１１の３軸のうちいずれかの軸に垂直な面上でのみ方位角計測装置を移動・回転等させた場合であっても、基準点の座標を比較的正確に推定することができる。
また、上記実施の形態においては、ステップＳ７、Ｓ１７で、今回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）と、前回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）との差が所定値より小さいかどうかを判定するように構成したが、これに限らず、今回推定した基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）と、前回および前回よりもさらに前に推定した複数の基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）とを比較するように構成することもできる。具体的には、例えば、直近に推定した所定数の基準点Ｃ１（今回推定した基準点Ｃ１を含む。）を対象としてそれら基準点Ｃ１のばらつきを算出し、算出したばらつきの度合いを判定する。ばらつきの算出としては、それら基準点Ｃ１の最大値と最小値との差分を算出すること、それら基準点Ｃ１の標準偏差を算出すること、直前までに推定した基準点Ｃ１の平均値を算出して今回推定した基準点Ｃ１と平均値との差分を算出するという工夫が考えられる。このように、基準点Ｃ１の座標について過去の複数の推定値を用いることにより精度を向上することができる。
また、上記実施の形態においては、オフセット情報の良好性を表示することについて特に説明しなかったが、これに限らず、オフセット情報の良好性を表示部２０２に表示するように構成することもできる。具体的には、オフセット情報の良好度を、優、良、可のような複数に区分しておく。そして、直近に推定した所定数の基準点Ｃ１（今回推定した基準点Ｃ１を含む。）を対象としてそれら基準点Ｃ１のばらつきを算出し、算出したばらつきの度合いに応じて、今回推定した基準点Ｃ１をいずれかの区分に分類し、その区分に対応した良好度を示す良好性情報を作成し、作成した良好性情報に基づいてオフセット情報の良好度を表示部２０２に表示する。
ここで、基準点Ｃ１の座標について過去の複数の推定値を用いる点については、上記同様の工夫が考えられる。
これにより、ユーザは、表示された良好度を参照すれば、オフセット情報の良好性を把握することができる。
また、上記実施の形態においては、図３において繰り返し取得されたＳｘ、Ｓｙ、ＳｚデータＰ１（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、Ｓ１ｚ）、Ｐ２（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、Ｓ２ｚ）、Ｐ３（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ、Ｓ３ｚ）、…から推定された基準点Ｃ１までの距離を算出し、算出した距離が所定範囲外、例えば、ａ０Ｍの１／２より小さいか、またはａ０Ｍの１．５倍より大きいかどうかを判断し、所定範囲外の場合、その出力データを破棄するように構成することもできる。なお、前記の距離は上式（２８）より次式を用いて計算することができる。
2004003476.tif 000025
これにより、静的な外部環境磁場が存在している場合や、地磁気がシールドされているような場合に、地磁気が正しく検出されていないにもかかわらず方位角計測が行われてしまうことを防止することができる。
また、上記実施の形態においては、方位角計測結果の信頼性を表示部２０２に表示するように構成することもできる。具体的には、方位角計測結果の信頼性を、優、良、可のような複数に区分しておく。そして、点Ｐ１（Ｓ１ｘ、Ｓ１ｙ、Ｓ１ｚ）、Ｐ２（Ｓ２ｘ、Ｓ２ｙ、Ｓ２ｚ）、Ｐ３（Ｓ３ｘ、Ｓ３ｙ、Ｓ３ｚ）、…から、基準点Ｃ１の座標（Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚ）までの距離を算出し、算出した距離を複数の閾値と比較していずれかの区分に分類し、その区分に対応した信頼度を示す信頼性情報を作成し、作成した信頼性情報に基づいて方位角計測結果の信頼度を表示部２０２に表示する。
これにより、ユーザは、表示された信頼度を参照すれば、方位角計測結果の信頼性を把握することができる。
また、上記実施の形態においては、３軸の地磁気検出手段を持つ方位角計測装置の場合について説明したが、これに限らず、図５に示すような２軸の地磁気検出手段を持つ方位角計測装置についても本発明を適用することができる。
この場合、方位角計測装置の概略構成を示すブロック図、オフセット値の方位角計測方法の概念を示す図、オフセットキャリブレーションのフローチャートはそれぞれ図６ないし図８に示す通りとなる。
また、３軸の地磁気検出手段を持つ方位角計測装置の場合、携帯機器２０１の向きを３次元空間において任意に変化させ、その間にｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘ、ｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙおよびｚ軸ホール素子ＨＥｚの出力増幅値Ｓｚを繰り返し取得したが、２軸の地磁気検出手段を持つ方位角計測装置の場合、２軸の地磁気検出方向がいずれも所定の平面上にあるよう保ちながら携帯機器１０１の向きを変化させ、その間にｘ軸ホール素子ＨＥｘの出力増幅値Ｓｘおよびｙ軸ホール素子ＨＥｙの出力増幅値Ｓｙを繰り返し取得する。上式（１４）〜（３７）を下式（３９）〜（５８）に置き換えることにより同様に適用することができる。
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また、上式（５６）、（５７）または（５８）に示す連立一次方程式を解いて基準点Ｃ２の推定を行う場合、データ取得数を多くすれば、オフセット値のキャリブレーションを行う際に携帯機器１０１の向きをあらゆる方向に満遍なく向ける必要はなく、例えば、１８０°ないし９０°程度の範囲に限定されていてもよい。上式（３８）を下式（５９）に置き換えることにより同様に適用することができる。
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また、上記実施の形態においては、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの取得において、データ取得数が所定値に達するまで無条件でデータ取得を繰返していた。しかし、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータ取得毎に直前に取得したＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータとの差分を計算し、差分が所定値より小さい場合は取得したＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータを破棄するようにしてもよい。
これにより、キャリブレーションを行っている間に携帯機器の向きがほとんど変化しない状態が継続しても、誤ったオフセット値を算出して不適切なオフセット補正が行われてしまうことを防止することができる。
図９は、携帯機器の向きが適切に変化している間に取得されたＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの例であり、いずれのデータも時刻とともに変化している。これに対し、図１０は、携帯機器の向きがほとんど変化しない場合に取得されたＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの例であり、いずれのデータもほぼ一定である。
図１０に示すようなＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの場合、図４に示すオフセットキャリブレーションのフローチャート中のステップＳ１５においてＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの最大値と最小値の差分が所定値以下と判断されるので、基準点推定に進むことはない。
しかし、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータ取得中に携帯機器の向きが短い時間の間だけ変化したような場合、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータは、例えば、図１１に示すようになり、値が変化する部分が現れる。この場合、ステップＳ１５においてＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの最大値と最小値の差分が所定値より大きいと判断され、基準点推定に進んでしまうことがある。すると基準点推定における誤差は非常に大きくなるので、誤ったオフセット値が算出されることになる。
そこで、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータ取得毎に、直前に取得したＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータとの差分を計算し、差分が所定値より小さい場合は取得したＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータを破棄するようにすれば、携帯機器の向きがほとんど変化しない間は取得したＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの破棄が行われるので、不適切なＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータによって基準点推定が行われるのを防止することができる。
なお、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータの差分の算出および破棄判断の方法については、具体的には、例えば、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータのそれぞれについて差分を算出し、すべての差分が所定値以上にならなければＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータを破棄する、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータのそれぞれの差分の二乗和を算出し、所定値以下の場合はＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚデータを破棄するといった工夫が考えられる。
【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明に係る請求の範囲第１乃至第１２項記載の方位角計測装置、又は請求の範囲第１３乃至第２０項記載の方位角計測方法によれば、携帯機器の向きを任意に変化させるだけで、磁気検出手段の各軸出力に対するオフセット情報を算出することができ、オフセットのキャリブレーション作業を容易化して、オフセットのキャリブレーションを行う際の利用者の負担を軽減することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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