(57)【要約】【課題】キャリブレーション操作を行わなくても、３軸磁気センサのオフセットを算出することができる磁場発生装置を提供する。【解決手段】３軸ヘルムホルツコイル３と、携帯機器２を載置する載置台４と、電流供給部５と、制御部６とを備える。電流供給部５は、３軸ヘルムホルツコイル３を構成する個々の１軸ヘルムホルツコイル３０に電流Ｉを流す。制御部６は、電流Ｉによって３軸ヘルムホルツコイル３内に生じる磁場と、外部から３軸ヘルムホルツコイル３内に作用する外部磁場との合成磁場が、載置台４に載置された携帯機器２内の３軸磁気センサ２０に、予め定められた複数の方向から作用するように、個々の１軸ヘルムホルツコイル３０に流れる電流を変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯機器に作用させる磁場を発生する磁場発生装置であって、
上記携帯機器は、該携帯機器に固定された３軸直交座標系内における磁気ベクトルとして地磁気を検出する３軸磁気センサと、上記携帯機器の姿勢変化に伴って上記地磁気の検出値が上記３軸直交座標系内に描く方位球の中心点を算出するオフセット算出部とを有し、
互いに独立に電流が流れる３つの１軸ヘルムホルツコイルを、各々の中心軸線が互いに直交するように配設してなる３軸ヘルムホルツコイルと、
該３軸ヘルムホルツコイル内に設けられ、上記携帯機器が載置される載置台と、
個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに電流を流す電流供給部と、
上記電流を制御する制御部とを備え、
該制御部は、上記電流によって上記３軸ヘルムホルツコイル内に生じる磁場と、外部から上記３軸ヘルムホルツコイル内に作用する外部磁場との合成磁場が、上記載置台に載置された上記携帯機器内の上記３軸磁気センサに、予め定められた複数の方向から作用するように、個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに流れる電流を変化させるよう構成されていることを特徴とする磁場発生装置。
【請求項２】
上記制御部は、上記合成磁場が上記３軸磁気センサに、互いに角度が９０°又は１８０°異なる６つの方向から少なくとも作用するように、上記電流を変化させることを特徴とする請求項１記載の磁場発生装置。
【請求項３】
上記制御部は、上記合成磁場の向きが連続的に変化するように、上記電流を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁場発生装置。
【請求項４】
上記制御部は、上記合成磁場が上記３軸磁気センサに、予め定められた複数の方向から同一強度で作用するように、個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに流れる上記電流を変化させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の磁場発生装置。
【請求項５】
携帯機器に設けられた３軸磁気センサのオフセットを算出する方法であって、
上記携帯機器は、該携帯機器に固定された３軸直交座標系内における磁気ベクトルとして地磁気を検出する上記３軸磁気センサと、上記携帯機器の姿勢変化に伴って上記地磁気の検出値が上記３軸直交座標系内に描く方位球の中心点を上記オフセットとして算出するオフセット算出部とを有し、
互いに独立に電流が流れる３つの１軸ヘルムホルツコイルを、各々の中心軸が互いに直交するように配設してなる３軸ヘルムホルツコイル内に設けられた端子台に、上記携帯機器を載置する載置行程と、
上記電流によって上記３軸ヘルムホルツコイル内に生じる磁場と、外部から上記３軸ヘルムホルツコイル内に作用する外部磁場との合成磁場が、上記載置台に載置された上記携帯機器内の上記３軸磁気センサに、予め定められた複数の方向から作用するように、個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに流れる上記電流を変化させる電流変化行程と、
該電流変化行程中に向きが変化する上記合成磁場を上記３軸磁気センサによって検出し、上記オフセットの算出に必要な上記合成磁場の検出値を取得する検出値取得行程と、
得られた上記合成磁場の検出値を用いて、上記オフセット算出部に上記オフセットを算出させる算出行程とを行うことを特徴とするオフセット算出方法。
【請求項６】
上記電流変化行程において、上記合成磁場を上記３軸磁気センサに、互いに角度が９０°又は１８０°異なる６つの方向から少なくとも作用させることを特徴とする請求項５に記載のオフセット算出方法。
【請求項７】
上記電流変化行程において、上記合成磁場の向きが連続的に変化するように、上記電流を変化させることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のオフセット算出方法。
【請求項８】
上記電流変化行程において、上記合成磁場が上記３軸磁気センサに、予め定められた複数の方向から同一強度で作用するように、個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに流れる上記電流を変化させることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載のオフセット算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器に作用する磁場を発生する磁場発生装置と、上記携帯機器に内蔵された３軸磁気センサのオフセットを算出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やタブレット型ＰＣ等の携帯機器として、３軸磁気センサを内蔵したものが知られている。この携帯機器は、上記３軸磁気センサを使って地磁気ベクトルを検出し、その検出値を用いて、携帯機器の向く方位を算出する。そして、携帯機器の表示部に方位を表示したり、携帯機器の向きに合わせて地図情報を表示したりするよう構成されている。
【０００３】
携帯機器には、３軸磁気センサの他に多くの電子部品が搭載されている。そのため、この電子部品によって携帯機器の内部に磁界（内部磁界）が発生し、３軸磁気センサによる地磁気ベクトルの検出値が不正確になる場合がある。３軸磁気センサの検出値が不正確になると、携帯機器が向く方位を正確に算出できなくなってしまう。この不具合を解決するため、携帯機器の内部磁界によって生じる、３軸磁気センサの検出誤差を補正する方法が開発されている。
【０００４】
内部磁界の影響を補正するためには、例えば以下の方法が用いられる。
携帯機器の姿勢を変化させると、３軸磁気センサによる地磁気ベクトルの検出値が変化する。図１３に示すごとく、この検出値Ｐは、携帯機器の姿勢変化に伴って、３軸磁気センサの３軸直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）内に球（以下、方位球と記す）を描くことになる。内部磁界の影響があると、方位球９の中心点Ｏ’は３軸直交座標系の原点Ｏとは一致せず、オフセットする。方位球９の中心点Ｏ’の座標を算出すれば、３軸直交座標系の原点Ｏと、方位球の中心点Ｏ’とのずれ（ＯＯ’ベクトル）を使って、下記数式から、３軸磁気センサの検出値（ＯＰベクトル）を補正することができる。これにより、内部磁界の影響を受けない正確な地磁気ベクトル（Ｏ’Ｐ）を求めることができ、携帯機器の正確な方位を算出することが可能になる。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
方位球９の中心点Ｏ’、すなわちオフセットを精度良く算出するためには、地磁気に対する携帯機器の向きを変化させる操作（以下、キャリブレーション操作とも記す）を行って、方位球上の広い範囲で検出値を取得する必要がある。しかしながら、このような操作はユーザにとって負担になることから、例えばユーザが携帯機器を使用する際に自然に生じる向きの変化（ポケットから取り出す、向きを変えて歩く等）を利用し、得られた検出値の中から方位球上で互いになるべく離れた検出値を選択し、方位球の中心点を求めるという試みが行われている（特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４１６７５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のようなオフセット算出方法では、オフセットの算出は、ユーザが携帯機器を入手した後になるため、各ユーザは携帯機器を入手した後、オフセットを算出できるまでは、方位の算出をすることができないという問題がある。
したがって、その点を改善するために、携帯機器の製造工場において、個々の携帯機器にキャリブレーション操作を行って、オフセットを算出した状態で出荷したいという要求がある。しかしながら、この場合、何度もキャリブレーション操作を行う必要が生じ、作業員の負担が大きく、全ての携帯機器に対し、このような操作を行うことは困難である。そのため上記携帯機器は、キャリブレーション操作を行わずに出荷せざるを得ず、ユーザが新品の携帯機器を購入しても、購入直後には、正確な方位を知ることができないという問題が生じている。
【０００９】
また、オフセット算出用プログラムの開発現場でも、キャリブレーション操作は大きな負担となっている。すなわち、オフセット算出用プログラムを新たに開発した場合、多くの人にキャリブレーション操作を行ってもらい、誰がキャリブレーション操作を行っても、ある程度正確にオフセットを算出できることを確認する必要がある。キャリブレーション操作の仕方は、人によって異なるからである。しかしながら、新規プログラムを開発する毎に、そのプログラム評価のために多くの人にキャリブレーション操作を負担させることになるとすると、これらの人に大きな負担をかけることになる。
【００１０】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、キャリブレーション操作を行わなくても、３軸磁気センサのオフセットを算出することができるオフセット算出方法と、これを可能にする磁場発生装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様は、携帯機器に作用させる磁場を発生する磁場発生装置であって、
上記携帯機器は、該携帯機器に固定された３軸直交座標系内における磁気ベクトルとして地磁気を検出する３軸磁気センサと、上記携帯機器の姿勢変化に伴って上記地磁気の検出値が上記３軸直交座標系内に描く方位球の中心点を算出するオフセット算出部とを有し、
互いに独立に電流が流れる３つの１軸ヘルムホルツコイルを、各々の中心軸線が互いに直交するように配設してなる３軸ヘルムホルツコイルと、
該３軸ヘルムホルツコイル内に設けられ、上記携帯機器が載置される載置台と、
個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに電流を流す電流供給部と、
上記電流を制御する制御部とを備え、
該制御部は、上記電流によって上記３軸ヘルムホルツコイル内に生じる磁場と、外部から上記３軸ヘルムホルツコイル内に作用する外部磁場との合成磁場が、上記載置台に載置された上記携帯機器内の上記３軸磁気センサに、予め定められた複数の方向から作用するように、個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに流れる電流を変化させるよう構成されていることを特徴とする磁場発生装置にある。
【００１２】
また、本発明の第２の態様は、携帯機器に設けられた３軸磁気センサのオフセットを算出する方法であって、
上記携帯機器は、該携帯機器に固定された３軸直交座標系内における磁気ベクトルとして地磁気を検出する上記３軸磁気センサと、上記携帯機器の姿勢変化に伴って上記地磁気の検出値が上記３軸直交座標系内に描く方位球の中心点を上記オフセットとして算出するオフセット算出部とを有し、
互いに独立に電流が流れる３つの１軸ヘルムホルツコイルを、各々の中心軸が互いに直交するように配設してなる３軸ヘルムホルツコイル内に設けられた端子台に、上記携帯機器を載置する載置行程と、
上記電流によって上記３軸ヘルムホルツコイル内に生じる磁場と、外部から上記３軸ヘルムホルツコイル内に作用する外部磁場との合成磁場が、上記載置台に載置された上記携帯機器内の上記３軸磁気センサに、予め定められた複数の方向から作用するように、個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに流れる上記電流を変化させる電流変化行程と、
該電流変化行程中に向きが変化する上記合成磁場を上記３軸磁気センサによって検出し、上記オフセットの算出に必要な上記合成磁場の検出値を取得する検出値取得行程と、
得られた上記合成磁場の検出値を用いて、上記オフセット算出部に上記オフセットを算出させる算出行程とを行うことを特徴とするオフセット算出方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
上記磁場発生装置および上記オフセット算出方法では、キャリブレーション操作、すなわち携帯機器を基準とした地磁気の相対的な向きを変化させる操作の代わりに、３軸ヘルムホルツコイルから発生した合成磁場の向きの変化を利用している。そのため、キャリブレーション操作を行わなくても、磁場発生装置により様々な方向に変化する合成磁場を発生させ、磁場発生装置内に載置された携帯機器内の３軸磁気センサによって、オフセットの算出に必要な、合成磁場の検出値を取得することが可能になる。
つまり、上記オフセット算出方法では、磁場発生装置により人工的に発生させた合成磁場を３軸磁気センサが検出することにより、オフセットの算出に必要な検出値を取得できるようにしてある。そして、そのために必要な磁場を発生できるようにするために、上記電流を変化させている。そのため、電流の変化の仕方を調整することにより、目的に合わせた磁場変化を容易に再現することができ、３軸磁気センサに合成磁場の検出値を取得させることができる。したがって、携帯機器を動かすことなく、オフセットを算出することが可能になる。
【００１４】
そのため、何度もオフセットの算出作業を行う場合に、キャリブレーション操作を繰り返し行う必要がなくなり、労力を大幅に低減することができる。例えば携帯機器の製造工場で、個々の携帯機器にキャリブレーション操作を行わなくてもオフセットを算出することができ、作業員の負担を大幅に減らすことができる。これにより、全ての携帯機器を、オフセットを算出した状態で出荷することが可能になり、ユーザは、新品の携帯機器を購入した直後から正確な方位を知ることが可能になる。なお、この目的で本発明の磁場発生装置を用いる場合には、電流の変化の仕方を調整して、３軸座標系において、地磁気の強さと等しい半径を有する円周上の点を検出できるように、合成磁場を発生させれば、精度良くオフセットの算出ができるようになる。
【００１５】
また、オフセット算出プログラムの開発現場においても、新規プログラムを開発した後に、多くの人にキャリブレーション操作を行ってもらわなくても、オフセットを算出することが可能になる。そのため、プログラムの評価に必要な労力を大幅に低減することができる。なお、この目的で本発明の磁場発生装置を用いる場合には、キャリブレーション操作の意味を充分に理解していないユーザが、精度の良いオフセット算出をするのに適切とは言えないキャリブレーション操作をした場合の磁気変化や、周囲の環境磁場が一時的に変化したような場合でも、容易に再現することができる。そのため、上記磁場発生装置を、オフセット算出プログラムの開発に活用することができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明によれば、キャリブレーション操作を行わなくても、３軸磁気センサのオフセットを算出することができるオフセット算出方法と、これを可能にする磁場発生装置を提供することができる。
【００１７】
なお、上記「外部磁場」とは、例えば地磁気や、３軸ヘルムホルツコイルの周囲に存在する磁気部品から発生する磁場、又はこれらを合わせた磁場を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１における、３軸ヘルムホルツコイルを含む磁場発生装置の斜視図。
【図２】実施例１における、３軸ヘルムホルツコイルと、電流供給部と制御部との概念図。
【図３】実施例１における、携帯機器の一部切り欠き斜視図。
【図４】実施例１における、オフセット算出部の概念図。
【図５】実施例１における、ユーザがキャリブレーション操作をしたときに、３軸磁気センサによって得られる地磁気の検出値を、方位球上に表した図。
【図６】実施例１における、合成磁場の検出値の、３軸直交座標系における位置を表した図。
【図７】実施例１における、載置台に携帯機器を載置する直前の状態図。
【図８】実施例１における、載置台に携帯機器を載置した後の状態図。
【図９】実施例１における、オフセット算出方法のフローチャート。
【図１０】実施例１における、３軸磁気センサの斜視図。
【図１１】実施例２における、合成磁場の検出値の、３軸直交座標系における位置を表した図。
【図１２】実施例３における、オフセット算出プログラムの評価をするときのフローチャート。
【図１３】従来例における、携帯機器を回転操作した場合の地磁気の検出値を、方位球上に表した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上記磁場発生装置およびオフセット算出方法において、上記合成磁場が上記３軸磁気センサに、互いに角度が９０°又は１８０°異なる６つの方向から少なくとも作用するように、上記電流を変化させることが好ましい（請求項２、請求項６）。
この場合には、前記６つの方向から作用した際の、３軸磁気センサによる合成磁場の６つの検出値は、方位球上において互いに最も離れた位置に存在することになる。そのため、これらの検出値を使って算出した方位球の中心点は、極めて精度が高いものとなる。
【００２０】
また、上記合成磁場の向きが連続的に変化するように、上記電流を変化させることが好ましい（請求項３、請求項７）。
この場合には、キャリブレーション操作を行ったときと同様の磁場の変化を、３軸ヘルムホルツコイル内に再現することができる。そのため、ユーザがキャリブレーション操作をしたときにオフセットを算出するよう設計された上記オフセット算出部を用いて、効果的に、オフセットを算出することができる。また、ユーザがキャリブレーション操作をしたときにオフセットを算出するプログラムを新たに開発した場合に、このプログラムの評価を効率良く行うことができる。
【００２１】
また、上記合成磁場が上記３軸磁気センサに、予め定められた複数の方向から同一強度で作用するように、個々の上記１軸ヘルムホルツコイルに流れる上記電流を変化させることが好ましい（請求項４、請求項８）。
地磁気は、地球上の位置によってその大きさは変化するものの、大きく位置を変えなければ、基本的には同一強度と考えてよい。従って、上記合成磁場の大きさは、基本的には同一強度となるように電流を変化させることが好ましい。但し、何らかの環境変化で磁場強度が変化するような環境での使用を前提としたオフセット算出プログラム開発を行うような場合には、その目的に応じ、強度を変化させた磁場を発生させる可能性もある。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
上記磁場発生装置およびオフセット算出方法に係る実施例について、図１〜図１０を用いて説明する。本例の磁場発生装置１は、携帯機器２（図１、図３参照）に作用させる磁場を発生する。図３に示すごとく、携帯機器２は、３軸磁気センサ２０と、オフセット算出部２１とを有する。３軸磁気センサ２０は、ユーザが携帯機器２を使用するときに、該携帯機器２に固定された３軸直交座標系（ＸＹＺ：図５参照）内における磁気ベクトルＯＭｅとして、地磁気を検出する。オフセット算出部２１は、ユーザが使用したときの携帯機器２の姿勢変化に伴って、地磁気の検出値Ｍｅが３軸直交座標系内に描く方位球７の中心点Ｏ’を算出する。
【００２３】
図１に示すごとく、本例の磁場発生装置１は、３軸ヘルムホルツコイル３と、載置台４と、電流供給部５と、制御部６とを備える。
３軸ヘルムホルツコイル３は、互いに独立に電流が流れる３つの１軸ヘルムホルツコイル３０を、各々の中心軸線が互いに直交するように配設したものである。
載置台４は、３軸ヘルムホルツコイル３内に設けられている。この載置台４に、携帯機器２が載置される。
【００２４】
電流供給部５は、個々の上記１軸ヘルムホルツコイル３０に電流Ｉを流す。また、制御部６は、個々の１軸ヘルムホルツコイル３０に流れる電流Ｉ（Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ）を制御する。
制御部６は、電流Ｉによって３軸ヘルムホルツコイル３内に生じる磁場と、外部から３軸ヘルムホルツコイル３内に作用する外部磁場との合成磁場が、載置台４に載置された携帯機器２内の３軸磁気センサ２０に、予め定められた複数の方向から作用するように、個々の１軸ヘルムホルツコイル３０に流れる電流Ｉを変化させるよう構成されている。なお、合成磁場の強さは、作用させる方向に関係なく、同一強度で、かつ測定場所における地磁気と略等しくなるように調整されている。
【００２５】
図１に示すごとく、３軸ヘルムホルツコイル３は、大型１軸ヘルムホルツコイル３０ａと、中型１軸ヘルムホルツコイル３０ｂと、小型１軸ヘルムホルツコイル３０ｃとの、３つの１軸ヘルムホルツコイル３０を有する。大型１軸ヘルムホルツコイル３０ａは、図示しない導線を内部に巻回した一対のコイルフレーム３９（３９ａ，３９ｂ）と、これら一対のコイルフレーム３９ａ，３９ｂを連結する連結フレーム３８とを備える。一対のコイルフレーム３９ａ，３９ｂを、所定間隔だけ離して配置することにより、３軸ヘルムホルツコイル３内の所定位置に一様な磁界が発生するようにしてある。
【００２６】
中型１軸ヘルムホルツコイル３０ｂと小型１軸ヘルムホルツコイル３０ｃも、大型１軸ヘルムホルツコイル３０ａと同様の構造になっている。３つの１軸ヘルムホルツコイル３０は、個々のコイルフレーム３９の中心軸線（巻回中心軸）が、互いに直交している。各々の１軸ヘルムホルツコイル３０に流す電流Ｉを制御することにより、３軸ヘルムホルツコイル３内に発生する磁場の強度と３次元的な向きを、自由に決めることができるよう構成されている。
【００２７】
本例では、３つの１軸ヘルムホルツコイル３０の中心軸線が交わる位置に、携帯機器２が配される。そして、３軸ヘルムホルツコイル３０から発生した一様な磁場が、載置台４に載置された携帯機器２内の３軸磁気センサ２０に作用するよう構成してある。
【００２８】
また、３軸ヘルムホルツコイル３の隣には、制御ボックス１１が配されている。この制御ボックス１１内に、電流供給部５と、制御部６とが設けられている。図２に示すごとく、制御部６によって制御される上記電流Ｉには、主電流ｉ１とキャンセル電流ｉ２とが含まれる。キャンセル電流ｉ２は、地磁気である上記外部磁場をキャンセルするキャンセル磁場を発生するための電流である。また、主電流ｉ１は、３軸磁気センサ２０に作用する正味の磁場（合成磁場）を発生するための電流である。制御部６は、これら主電流ｉ１とキャンセル電流ｉ２とを合わせた電流Ｉを、各１軸ヘルムホルツコイル３０に流す。そして、各１軸ヘルムホルツコイルに流す主電流ｉ１を変化させることにより、３軸磁気センサ２０に作用する磁場を時間と共に変化させることができるように構成されている。
【００２９】
図２に示すごとく、制御部６は、載置台用磁気センサ４０に接続している。載置台用磁気センサ４０は、図７に示すごとく、載置台４に昇降自在に設けられている。本例では、載置台４に携帯機器２を載置する前に、各１軸ヘルムホルツコイル３０に電流を流さない状態で、載置面４００から載置台用磁気センサ４０を突出させ、外部磁場を測定する。その後、図８に示すごとく、載置台４の内部に載置台用磁気センサ４０を収容して、携帯機器２を載置する。そして、測定した外部磁場を正確にキャンセルできるキャンセル電流ｉ２の量を制御部６が算出し、その算出したキャンセル電流ｉ２と上記主電流ｉ１とを合わせた電流Ｉを、各１軸ヘルムホルツコイル３０に流す。キャンセル電流ｉ２によって生じたキャンセル磁場によって、外部磁場がキャンセルされ、主電流ｉ１によって生じた磁場（合成磁場）が、３軸磁気センサ２０に作用する。なお、主電流ｉ１の値と載置台４上に生じる合成磁場の大きさとの関係は予め確認しておき、発生させる磁場の大きさに合わせた主電流ｉ１を流すようにする。
【００３０】
次に、携帯機器２の構造について説明する。図３に示すごとく、携帯機器２は、本体ケース２００と、表示装置２０１とを備える。本体ケース２００内には、３軸磁気センサ２０、オフセット算出部２１の他に、マイク２２、記憶装置２３等の電子部品を収容してある。これらの電子部品から発生する磁界の影響を３軸磁気センサ２０が受けるため、方位球７（図５参照）の中心点Ｏ’が原点Ｏからずれてしまう。例えば、携帯機器２の周囲に全く磁場が存在しない場合でも、Ｏ’分の磁場が存在していると検出してしまう。
【００３１】
図４に示すごとく、オフセット算出部２１は、ＣＰＵ１３、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１５等を備える。ＲＯＭ１４にはオフセット算出用のプログラム１４ｐを記憶してある。このプログラム１４ｐをＣＰＵ１３が読み出して実行することにより、３軸磁気センサ２０のオフセットを算出している。
【００３２】
また、本例の３軸磁気センサ２０は、図１０に示すごとく、マグネト・インピーダンス・センサ素子２００によって構成されている。即ち、本例では、３個のマグネト・インピーダンス・センサ素子２００を、それぞれの感磁方向が互いに直交する３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）を向くように配設して、３軸磁気センサ２０を形成してある。
【００３３】
次に、図５を用いて、キャリブレーション操作について説明する。ユーザがキャリブレーション操作を行うときには、携帯機器２を、例えば表裏を反転させつつ８の字を描くように回転操作させる。これにより、携帯機器２を基準とした地磁気の相対的な向きを変化させる。このとき３軸磁気センサ２０によって得られる地磁気の検出値Ｍｅは、例えば図５に示すように、方位球７上を移動する。上記ＲＯＭ１４に記憶されたプログラム１４ｐは、キャリブレーション操作が行われている間に取得した検出値の中から、方位球７上で互いにできるだけ離れた４個の検出値Ｍｅ（Ｍｅ１，Ｍｅ２，Ｍｅ３，Ｍｅ４）を選択する。この選択された４個の検出値Ｍｅを使って、方位球７の方程式を算出し、中心点Ｏ’の座標を算出するよう構成されている。
なお、本例では、選択された４個の検出値を使ってオフセットを算出しているが、オフセットの算出に用いる検出値の数は、適用するプログラム１４ｐによって異なる。例えば特許文献２に示すように、方位球が楕円になる場合を考慮する場合は、最低６個の検出値が必要になる。また、さらに多くの検出値を取得して、最小二乗法を用いてオフセットを算出する等、先行文献において提案されている様々な手法を適用することが可能である。
【００３４】
本例では、携帯機器２を載置台４（図１参照）に載置し、この携帯機器２に、予め用意した磁場変化パターンに基づいて３軸ヘルムホルツコイル３から発生した合成磁場を作用させる。そして、複数の検出値Ｍａを取得し、その取得した検出値Ｍａの中から、図６に示すごとく、方位球７上で互いにできるだけ離れた、同一平面上に存在しない少なくとも４個の合成磁場の検出値Ｍａを、プログラム１４ｐによって選択している。また、本例では、合成磁場を３軸磁気センサ２０に同一強度で作用させている。そのため、選択した４個の検出値Ｍａは、方位球７の中心点Ｏ’からの距離が全て等しい。したがって、得られた複数の検出値Ｍａを用いて、球の連立方程式を解くことにより、中心点Ｏ’の座標を算出することができる。なお、予め用意する磁場変化パターンは、ユーザが携帯機器をポケットから取り出したり、ポケットに入れたまま向きを変えたりするときに、取得される磁場変化データを予め取得しておく等により、作成することができる。
【００３５】
次に、図９に示すフローチャートを用いて、本例のオフセット算出方法について説明する。本例では、まず、３軸ヘルムホルツコイル３に電流Ｉを流さない状態で、載置台４の載置面４００（図７参照）から載置台用磁気センサ４０を突出させ、載置面４００における外部磁場を測定する（ステップＳ１）。その後、載置台用磁気センサ４０を載置台４の内部に収容する（ステップＳ２、図８参照）。
【００３６】
次いで、載置台４に携帯機器２を載置する（載置行程；ステップＳ３）。そして、個々の１軸ヘルムホルツコイル３０に電流Ｉを流すと共に、その電流Ｉを、予め用意した磁場変化パターンに基づき変化させて、合成磁場を、３軸磁気センサ２０に作用させる。そして、オフセット算出に必要な検出値Ｍａを取得させる（電流変化行程および検出値取得行程；ステップＳ４）。すなわち、上記ステップＳ１において測定した外部磁場を正確にキャンセルするキャンセル磁界が発生するように上記キャンセル電流ｉ２を流すと共に、３軸磁気センサ２０に作用する正味の磁場（合成磁場）を発生させる上記主電流ｉ１を、各１軸ヘルムホルツコイル３０に流す。
【００３７】
そして、携帯機器２内のオフセット算出部２１に複数の検出値Ｍａを取得させ、オフセット算出部２１が備えるＲＯＭ１４に記憶されたプログラム１４ｐを用いて、オフセットを算出させる（算出行程；ステップＳ５）。次いで、その算出したオフセットを、携帯機器２のＲＡＭ１５（図４参照）に記憶させる（ステップＳ６；記憶行程）。
【００３８】
記憶されたオフセットの情報は、ユーザが携帯機器２を使用するときに利用される。すなわち、ユーザが使用するときには、携帯機器２は、３軸磁気センサ２０によって測定した地磁気の実測ベクトルＯＭｅ（図５参照）と、オフセットベクトルＯＯ’とを下記式に代入して、携帯機器２の内部磁界の影響を受けない地磁気ベクトルＯ’Ｍｅを算出する。そして、算出した地磁気ベクトルＯ’Ｍｅを用いて、携帯機器２が向く方位を算出し、その方位を表示装置２０１（図３参照）に表示したり、携帯機器２の向く方位に合わせて地図情報を表示したりする。
【００３９】
【数２】
2015102512.tif 000004
【００４０】
本例の作用効果について説明する。本例では、キャリブレーション操作、すなわち携帯機器２を基準とした地磁気の相対的な向きを変化させる操作の代わりに、３軸ヘルムホルツコイル３から発生した合成磁場の向きの変化を利用している。そのため、キャリブレーション操作を行わなくても、オフセットを算出することが可能になる。
つまり、本例では、各１軸ヘルムホルツコイル３０に流れる電流を変化させることにより、３軸ヘルムホルツコイル３内に、時間と共に変化する合成磁場を発生させている。これにより、３軸磁気センサ２０に、オフセットの算出に必要な合成磁場の検出値Ｍａを取得させている。また、合成磁場の強度が変化しないように、電流Ｉを変化させている。そのため３軸磁気センサ２０に、方位球７の中心点Ｏ’から全て等距離にあり、かつ方位球７上で互いに離れた複数の、合成磁場の検出値Ｍａを取得させることができる。これらの複数の検出値Ｍａを用いて、ＲＯＭ１４に記憶されたプログラム１４ｐに基づいて、オフセットを算出することができる。したがって、携帯機器２を動かすことなく、オフセットを算出することが可能になる。
【００４１】
そのため、何度もオフセットの算出作業を行う場合に、キャリブレーション操作を繰り返し行う必要がなくなり、労力を大幅に低減することができる。例えば携帯機器２の製造工場で、個々の携帯機器２にキャリブレーション操作を行わなくてもオフセットを算出することができ、作業員の負担を大幅に減らすことができる。これにより、従来、多大な負担から実施困難と考えられていた、オフセットを算出し記憶させた状態で携帯機器２を出荷することが可能になり、ユーザは、新品の携帯機器２を購入した直後から正確な方位を知ることが可能になる。
【００４２】
また、本例では、合成磁場の向きが連続的に変化するように、個々の１軸ヘルムホルツコイル３０に流れる電流Ｉを変化させている。
そのため、キャリブレーション操作を行ったときと同様の磁場の変化を、３軸ヘルムホルツコイル２０により再現することができる。そのため、ユーザがキャリブレーション操作をしたときにオフセットを算出するよう設計されたオフセット算出部２１を用いて、効果的に、オフセットを算出することができる。
【００４３】
以上のごとく、本例によれば、キャリブレーション操作を行わなくても、３軸磁気センサのオフセットを算出することができるオフセット算出方法と、これを可能にする磁場発生装置を提供することができる。
【００４４】
なお、本例では、合成磁場の強度を、地磁気と同じ強度にしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、３軸磁気センサによって検出できる範囲であれば、合成磁場の強度を、地磁気よりも強くしても良く、弱くしても良い。また、特殊な磁場環境に対応するプログラム１４ｐを開発するような場合もあり、磁場を同一強度ではなく、時間とともに強度を意図的に変化させることも勿論可能である。
【００４５】
また、本例では、キャンセル電流ｉ２（図２参照）を使って外部磁場をキャンセルしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、図示しない遮蔽部材を使って、外部磁場を遮蔽してもよい。この場合、キャンセル電流ｉ２は流す必要がなくなる。
【００４６】
（実施例２）
本例は、合成磁場の検出値Ｍａの取得数を変更した例である。図１１に示すごとく、本例では、合成磁場の向きを、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をそれぞれ中心として３６０°回転するように変化させている。そして、４５°回転する毎に１個ずつ検出値Ｍａを取得して、合計で１軸について８個、３軸で２４個の検出値Ｍａを取得している。このように取得した検出値Ｍａは、方位球７上において互いに離れており、方位球７上に万遍なく存在している。そのため、この検出値Ｍａを用いると、方位球７の中心点Ｏ’の座標を精度良く算出することができる。
【００４７】
また、上述のようにすると、合成磁場を３軸磁気センサ２０に、互いに角度が９０°または１８０°異なる６つの方向（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）を含むように作用させることができる。そのため、上記６つの方向について３軸磁気センサ２０の検出値Ｍａを取得することができる。これにより、方位球７上において互いに距離が最も離れた６つの検出値Ｍａ（Ｍａ１，Ｍａ２，Ｍａ３，Ｍａ４，Ｍａ５，Ｍａ６）を取得でき、オフセットの算出精度を極めて高くすることが可能となる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。
【００４８】
（実施例３）
本例は、磁場発生装置１の使用方法を変更した例である。本例では、オフセット算出用のプログラム１４ｐ（図４参照）を新たに開発した後、これを評価する際に、磁場発生装置１を用いる。
【００４９】
実施例１において説明したように、キャリブレーション操作を行うときには、ユーザは携帯機器２を、例えば表裏を反転させつつ８の字を描くように回転操作させる。これにより、地磁気に対する携帯機器２の向きを変化させている。このとき３軸磁気センサ２０によって得られる地磁気の検出値Ｍｅは、例えば図５のように変化し、携帯機器２の姿勢変化に伴って方位球７上を移動する。オフセット算出部２１は、キャリブレーション操作時に、地磁気の検出値Ｍｅを複数点取得し、これを使って、方位球７の中心点Ｏ’を算出する。
【００５０】
また、本発明の磁場発生装置１は、オフセット算出自体を目的とするのではなく、オフセットの算出をするためのプログラム１４ｐの開発にも有効に利用することができる。すなわち、オフセット算出用のプログラム１４ｐをＲＯＭ１４に記憶しておき、磁場発生装置１を使って、例えばキャリブレーション操作時に３軸磁気センサ２０に作用すると考えられる磁場変化を再現させることによって、ＲＯＭ１４に記憶したプログラム１４ｐの評価を行うこともできる。すなわち、キャリブレーション操作が何故必要か理解しているか否か等によって、人によって、キャリブレーション操作の仕方が異なる。そのため、方位球７上における検出値Ｍａの軌跡は人によって異なる。したがって、キャリブレーション操作の仕方が変化しても、オフセットを正確に算出できるプログラム１４ｐの開発をする必要がある。例えば、人によっては、キャリブレーション操作時に、携帯機器２を持った手首の返し方が少なく、正確にオフセットを算出しにくい場合がある。従って、このような場合にも、算出精度の低下をどの程度に抑制できるか等を確認する必要がある。
【００５１】
従来は、検証すべきプログラム１４ｐが複数ある場合、そのプログラム１４ｐ毎に、人がキャリブレーション操作を行わなければならず、これが大きな負担となっていた。ところが、本発明の磁場発生装置１では、一度キャリブレーション操作時の磁場変化パターンを記憶しておけば、キャリブレーション操作を行うことなく、複数のプログラム１４ｐの評価をすることができる。
【００５２】
図１２のフローチャートに示すごとく、本例では、まず、Ｎ人にキャリブレーション操作を行ってもらい、各人がキャリブレーション操作をしたときに、３軸磁気センサ２０が検出する地磁気の連続的変化情報（磁場変化パターン）を取得する。この磁場変化パターンをＮ人分、制御部６（図２参照）に記憶させる（ステップＳ２１）。そして、新しく開発したオフセット算出用のプログラム１４ｐを、ＲＯＭ１４（図４参照）に記憶させる（ステップＳ２２）。
【００５３】
次いで、載置台４に携帯機器２を載置する（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ２４に移動し、ｎ＝０にセットする。その後、ステップＳ２５を実行する。これにより、ｎ人目の人がキャリブレーション操作を行ったときにおける、３軸磁気センサ２０が検出する地磁気の連続的変化を、合成磁場によって再現するように、各１軸ヘルムホルツコイル３０に電流Ｉを流す。その後ステップＳ２６に移り、評価するプログラム１４ｐの検出値取得方法に基づいて、必要な数の検出値Ｍａを３軸磁気センサ２０によって取得する。そして、これらの検出値Ｍａを用いて、プログラム１４ｐにオフセットを算出させる。
【００５４】
そして、ステップＳ２５〜ステップＳ２７を繰り返すことにより、Ｎ人分について、キャリブレーション操作を行ったときに得られるオフセットの算出結果を取得する。その後、ステップＳ２８に移動する。ここでは、得られた、Ｎ人分についてのオフセットのデータを検証し、プログラム１４ｐにより求めたオフセット値が、キャリブレーション操作を行う人によって精度にどの程度の差異を生じるかを確認する。
【００５５】
その後、ステップＳ２９に移動し、他に評価が必要なプログラム１４ｐが存在するか否かを判断する。ここで、同じ磁場変化パターンを使って評価するプログラム１４ｐが存在すると判断された場合は、ステップＳ２２に戻る。そして、ステップＳ２２〜Ｓ２８を繰り返し行うことにより、複数のプログラム１４ｐを連続的に評価する。
【００５６】
本例の作用効果について説明する。上述のようにすると、ステップＳ２１において、Ｎ人に１回だけキャリブレーション操作を行ってもらえば、その後は、再びキャリブレーション操作を行わなくても、キャリブレーション操作を行ったときと同様の地磁気の変化を、合成磁場によって再現することができる（ステップＳ２５）。そのため、複数のプログラム１４ｐを同時に続けて評価しようとする場合であって、評価するプログラム１４ｐが変化しても、同じキャリブレーション操作で評価が可能な場合においては、複数の人にキャリブレーション操作を何度も依頼する必要がなくなる。そのため、プログラム１４ｐの評価に要する労力を大幅に低減することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  磁場発生装置
２  携帯機器
２０  ３軸磁気センサ
２１  オフセット算出部
３  ３軸ヘルムホルツコイル
３０  １軸ヘルムホルツコイル
４  載置台
５  電流供給部
６  制御部
７  方位球
Ｍａ  合成磁場の検出値
Ｍｅ  地磁気の検出値
【図１】
2015102512.tif 000005
【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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