(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場測定システムであって、
磁力計と、
ジャイロスコープと、
一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント及び一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果コンポーネントを含む回路基板と、
一体化センサ装置であって、
前記ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得するジャイロスコープモニタと、
前記磁力計に関連する第２センサデータを取得する磁力計モニタと、
第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正する校正器とを有する、一体化センサ装置と
を有し、
前記拡張カルマンフィルタは、観測モデル
【数１３】
0006495444.tif 000022
に基づき、Ｂｐ，ｋ＋１は時間ｋ＋１における未校正の磁力計測定値であり、
【数１０】
0006495444.tif 000023
と記述でき、Ｗは非対称誤差行列と利得誤差行列と効果行列を含む一定の３×３対称行列であり、ｂはセンサからのバイアスとプリント回路板からのｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果とを含む一定の３×３ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ行列であり、ωｘ，ｋ、ωｙ，ｋ、ωｚ，ｋは時間ｋにおける校正されたジャイロスコープ値であり、εωは校正されたジャイロスコープの測定ノイズである、
システム。
【請求項２】
前記一体化センサ装置は、第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加させ、前記磁力計を校正した後に前記磁力計のサンプリングレートを減少させる磁力計コントローラをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記一体化センサ装置は、第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動し、前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止するジャイロスコープコントローラをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ジャイロスコープは校正されたジャイロスコープである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ジャイロスコープは未校正のジャイロスコープであり、前記校正器は前記ジャイロスコープのオフセットを校正する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記校正器は、拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定する、請求項１乃至５いずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得するジャイロスコープモニタと、
磁力計に関連する第２センサデータを取得する磁力計モニタと、
第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正する校正器と
を有し、
前記拡張カルマンフィルタは、観測モデル
【数１３】
0006495444.tif 000024
に基づき、Ｂｐ，ｋ＋１は時間ｋ＋１における未校正の磁力計測定値であり、
【数１０】
0006495444.tif 000025
と記述でき、Ｗは非対称誤差行列と利得誤差行列と効果行列を含む一定の３×３対称行列であり、ｂはセンサからのバイアスとプリント回路板からのｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果とを含む一定の３×３ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ行列であり、ωｘ，ｋ、ωｙ，ｋ、ωｚ，ｋは時間ｋにおける校正されたジャイロスコープ値であり、εωは校正されたジャイロスコープの測定ノイズである、
校正装置。
【請求項８】
第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加させ、前記磁力計を校正した後に前記磁力計のサンプリングレートを減少させる磁力計コントローラをさらに含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動し、前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止するジャイロスコープコントローラをさらに含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
第１センサデータは校正されたジャイロスコープから取得される、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
第１センサデータは未校正のジャイロスコープから取得され、前記校正器は前記ジャイロスコープのオフセットを校正する、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記校正器は、拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定する、請求項７ないし１１いずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
校正装置の作動方法であって、
ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得するステップと、
磁力計に関連する第２センサデータを取得するステップと、
第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正するステップと
を含み、
前記拡張カルマンフィルタは、観測モデル
【数１３】
0006495444.tif 000026
に基づき、Ｂｐ，ｋ＋１は時間ｋ＋１における未校正の磁力計測定値であり、
【数１０】
0006495444.tif 000027
と記述でき、Ｗは非対称誤差行列と利得誤差行列と効果行列を含む一定の３×３対称行列であり、ｂはセンサからのバイアスとプリント回路板からのｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果とを含む一定の３×３ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ行列であり、ωｘ，ｋ、ωｙ，ｋ、ωｚ，ｋは時間ｋにおける校正されたジャイロスコープ値であり、εωは校正されたジャイロスコープの測定ノイズである、
方法。
【請求項１４】
第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加するステップと、
前記磁力計の校正をした後に前記磁力計のサンプリングレートを減少するステップとをさらに含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動するステップと、
前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止するステップとをさらに含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
第１センサデータは校正されたジャイロスコープから取得される、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
第１センサデータは未校正のジャイロスコープから取得され、前記方法は前記ジャイロスコープのオフセットを校正するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定するステップをさらに含む、
請求項１３ないし１７いずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
計算装置により実行されると、前記計算装置に、
ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得するステップと、
磁力計に関連する第２センサデータを取得するステップと、
第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正するステップと
を実行させ、
前記拡張カルマンフィルタは、観測モデル
【数１３】
0006495444.tif 000028
に基づき、Ｂｐ，ｋ＋１は時間ｋ＋１における未校正の磁力計測定値であり、
【数１０】
0006495444.tif 000029
と記述でき、Ｗは非対称誤差行列と利得誤差行列と効果行列を含む一定の３×３対称行列であり、ｂはセンサからのバイアスとプリント回路板からのｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果とを含む一定の３×３ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ行列であり、ωｘ，ｋ、ωｙ，ｋ、ωｚ，ｋは時間ｋにおける校正されたジャイロスコープ値であり、εωは校正されたジャイロスコープの測定ノイズである、
コンピュータプログラム。
【請求項２０】
実行されると、前記計算装置に、
第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加するステップと、
前記磁力計の校正をした後に前記磁力計のサンプリングレートを減少するステップと
をさらに実行させる、請求項１９に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２１】
実行されると、前記計算装置に、
第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動するステップと、
前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止するステップと
をさらに実行させる、請求項１９に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２２】
第１センサデータは校正されたジャイロスコープから取得される、
請求項１９に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２３】
第１センサデータは未校正のジャイロスコープから取得され、前記コンピュータプログラムは、実行されると、前記計算装置に前記ジャイロスコープのオフセットを校正するステップを実行させる、
請求項１９に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２４】
実行されると、拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定するステップを実行させる、
請求項１９ないし２３いずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２５】
請求項１３ないし１７いずれか一項に記載の方法を実行する手段を有する計算装置。
【請求項２６】
請求項１９ないし２４いずれか一項に記載のコンピュータプログラムを記憶した、コンピュータ読み取り可能記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は概して磁力計校正に関する。より具体的には、実施形態は、拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）ベースの自律的磁力計校正に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁力計は一般的に磁場の強さと方向の測定に用いられる。特に、小型磁力計は、スマートフォンやタブレットコンピュータなどのハンドヘルドデバイスでコンパスとして用いられても良い。しかし、小型磁力計の他の磁性物体に対する感度は、精度に対して悪い影響を及ぼす場合がある。例えば、近くにあるＰＣＢ（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄｓ）に取り付けられた磁化された強磁性部品により、ハンドヘルドデバイス中の磁力計に「ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果」を生じることがある。さらに、「ｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果」が地球磁場により生じ、近くにあるＰＣＢの磁化されていない強磁性部品に干渉磁場を誘起することがある。ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果およびｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果の両方により、磁力計の測定値が、３次元（３Ｄ）空間において、球ではなくて楕円体を形成することがある。
【０００３】
従来の「楕円体フィッティング」ソリューションでは、生の測定点を楕円体の表面から球の表面に再配置するために、磁力計の最適化された校正パラメータを決定しようと試みることができるが、改善の余地はかなり残っている。例えば、磁力計からの測定データセットが小さくても偏在していても、「ｏｖｅｒｆｉｔｔｉｎｇ」が発生し、校正結果を悪化させる可能性がある。さらに、従来の楕円体フィッティングソリューションは、ハンドヘルド装置で「８の字」の動きのような、扱いにくい、不便な、および／または複雑なジェスチャを行うように、デバイスのユーザに促すことがある。さらに、従来の楕円体フィッティングソリューションは、手動トリガに依存することがあり、これはさらに、ユーザ体験に悪影響を及ぼし得る。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
添付した図面を参照して、以下の明細書と特許請求の範囲とを読めば、当業者には、実施形態のいろいろな有利性が明らかとなるであろう。
【図１】一実施形態による磁力計校正環境の一例を示す図である。
【図２】実施形態による校正装置の作動方法の例を示すフローチャートである。
【図３】実施形態による校正装置の作動方法の例を示すフローチャートである。
【図４】一実施形態によるシステムの一例を示すブロック図である。
【図５】一実施形態による校正結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
次に図１を参照する。図１は、（例えば、微小電気機械システム／ＭＥＭＳチップに実装された）磁力計１０が自律的に校正される環境が示されている。図示された例では、磁力計１０は、ＰＣＢ（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）１２に取り付けられている。ＰＣＢ１２は、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント１４（例えば、スピーカ用磁石）および一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント１６（例えば、電磁的干渉／ＥＭＩシールド、ネジ、バッテリ接点）も含む。ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント１４は、磁力計１０の測定精度に影響を及ぼす磁化された強磁性コンポーネントであってもよい。ｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント１６は、地球磁場１８によってｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント１６に誘起される干渉磁場に起因して、磁力計１０の測定精度にも影響を及ぼす、通常は磁化していない強磁性コンポーネントであってもよい。図示された磁力計１０は、磁力計１０からのセンサデータ、ジャイロスコープ２２からのセンサデータ、および拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）を用いて磁力計１０を校正する校正装置２０に結合される。
【０００６】
より詳細に説明するように、校正装置２０は、２つの観測（ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ）でユニークな技術的応用を提供することができる。１）同じ場所では、環境磁場の大きさはデバイスの向きにかかわらず一定であり、２）校正された磁力計の測定値の変化は、ジャイロスコープを介して測定することができるデバイスの向きの変化と一致（ａｌｉｇｎ）する。より具体的には、ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果およびｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果の両方を、２つの観測に基づいてリアルタイムで決定および／または定量化することができる。結果として、例示されたアプローチは、ユーザに不便または複雑なジェスチャを要求することなく、小さく不均一に分布した測定データセットに対して効果的な校正を可能にする。実際、例示されたソリューションにより、バックグラウンドで実行される（例えば、ユーザに対して透過的である）校正動作の自動トリガが可能になり得る。
【０００７】
図２は、校正装置を作動方法２４を示す。方法２４は、一般に、既に説明した校正装置２０（図１）のような校正装置に実装することができる。より具体的に、方法２４は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、ファームウェア、フラッシュメモリなど機械又はコンピュータ読み取り可能記憶媒体に記憶された一組の論理命令の一以上のモジュールとして、例えば、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス（ＣＰＬＤ）などの構成可能ロジックで、例えば、特定目的集積回路（ＡＳＩＣ）、相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、又はトランジスタ・トランジスタ・ロジック（ＴＴＬ）技術などの回路技術を用いた固定機能ハードウェアロジックで、又はこれらの任意の組み合わせで実装可能である。図示された処理ブロック２６は、ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得し、ブロック２８において磁力計に関連する第２センサデータを取得することができる。ブロック３０は、第１センサデータ、第２センサデータ、およびＥＫＦを使用して、磁力計を校正することができる。
【０００８】
より詳細に説明するように、ブロック３０は、ＥＫＦの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータを決定することを含んでも良い。より具体的に、ブロック３０は、
【０００９】
【数１】
0006495444.tif 000002
と記述できる磁力計測定モデルを用いても良い。
【００１０】
ここで、Ｂｐは磁力計センサ測定値であり；
Ａは地球座標からボディ座標へのデバイスの回転行列であり；
Ｂは地球座標における磁場である。定義により、Ｂは［０，ｂｙ，ｂｚ］であってもよく、ここでｂｙとｂｚは地球磁場モデルによるテスト地点から計算され得る；
ｂｓｅｎｓｏｒは磁力計の測定バイアスである（一定値であってもよい）；
εは磁力計の測定誤差である（ホワイトノイズでモデル化されてもよい）。
《Ｓｏｆｔ−Ｉｒｏｎ効果およびＨａｒｄ−Ｉｒｏｎ効果》
すでに説明したように、磁力計はｈａｒｄ−ｉｒｏｎおよびｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果により影響を受けることがある。これらの干渉を考慮して、測定モデルは
【００１１】
【数２】
0006495444.tif 000003
と書き換えることができる。
ここで、
【００１２】
【数３】
0006495444.tif 000004
及び
【００１３】
【数４】
0006495444.tif 000005
である。
【００１４】
ここで、Ｗは非対称誤差行列ＷｎｏｎＯｒｔｈと利得誤差行列Ｗｇａｉｎとｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果行列Ｗｓｏｆｔを含む３×３対称行列であり；
ｂは、センサからのバイアスｂｓｅｎｓｏｒ、プリント回路板からのｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果ｂＰＣＢを含む３×３ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ行列である。
【００１５】
式（２）において、Ｗとｂが既知であれば、校正された測定は
【００１６】
【数５】
0006495444.tif 000006
と容易に定義できる。
《観測＃１  一定強度》
既述の通り、同じ場所では、デバイスの向きにかかわらず、環境磁場の強さは一定であるとの観測をしてもよい。それゆえ、次式
【００１７】
【数６】
0006495444.tif 000007
を立てることができる。
【００１８】
上式は、中心がｂにある楕円体の表面にあるベクトルＢｐの位置を確定する一般的表現であり得る。それゆえ、楕円体フィッティングアルゴリズムを適用して、校正パラメータＷとｂを求めることができる。
《観測＃２  ジャイロスコープアライメント》
従来の楕円体フィッティング法は、現実的に制約があり、校正された磁力計測定の変化が、ジャイロスコープにより測定されるデバイスの向きの変化と整合するとの他の観測がされてもよい。それゆえ、次式
【００１９】
【数７】
0006495444.tif 000008
【００２０】
【数８】
0006495444.tif 000009
を立てることができる。
【００２１】
ここで、
ＡｋとＡｋ＋１は時間ｋとｋ＋１における回転行列であり；
Ｂｃａｌ，ｋとＢｃａｌ，ｋ＋１は時間ｋとｋ＋１における校正された磁力計測定値であり；
ωｘ、ωｙ、ωｚは三軸校正ジャイロスコープ測定値であり；
ｄｔは時間ｋとｋ＋１の間の時間間隔である。
《拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）校正》
観測＃１と観測＃２により、カルマンフィルタ状態は
【００２２】
【数９】
0006495444.tif 000010
として定義できる。
【００２３】
ここで、Ｗ１１−Ｗ２３はｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ行列Ｗの要素である。それゆえ状態遷移モデルは
【００２４】
【数１０】
0006495444.tif 000011
【００２５】
【数１１】
0006495444.tif 000012
【００２６】
【数１２】
0006495444.tif 000013
と記述できる。
【００２７】
ここで、
ωｘ，ｋ、ωｙ，ｋ、ωｚ，ｋは時間ｋにおける校正されたジャイロスコープ値であり；
εωは校正されたジャイロスコープの測定ノイズである。
【００２８】
それゆえ観測モデルは
【００２９】
【数１３】
0006495444.tif 000014
と記述できる。
【００３０】
ここで、Ｂｐ，ｋ＋１は時間ｋ＋１における未校正の磁力計測定値である。
【００３１】
線形状態遷移方程式（１０）−（１２）と非線形観測関数（１３）により、ＥＫＦ方程式を適用して、校正された磁力計測定値、ｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ行列、及びｈａｒｄ−ｉｒｏｎベクトルを決定してもよい。
《測定のクオリティ評価》
理想的な校正後、すべての校正された磁力計測定値は球面上に配置できる。したがって、磁力計測定値の強さの標準偏差を用いて校正のクオリティ分析を行える。
【００３２】
【数１４】
0006495444.tif 000015
概ね、クオリティインデックス（ｑｕａｌｉｔｙ  ｉｎｄｅｘ）は、
【００３３】
【数１５】
0006495444.tif 000016
により、角測定誤差に伝達される。
【００３４】
図５は、日々の使用シナリオにおける校正結果２７を示す。図示した例では、校正データセット２９は、（例えば、５秒などの比較的短い時間フレームにわたる）デバイスに対する典型的な取り上げ動作や置く動作の間に収集され、磁力計の校正パラメータの決定に使われる。図の残りの点は、図８の動きの間に（例えば、３０秒などのより長い時間フレームにわたり）取得されたテストデータセットを表す。校正データセット２９の動きが、最小限の回転運動を含み、校正空間の小さいエリアのみをカバーしても、テストデータセットは校正球面３１とよく整合する（ａｌｉｇｎ  ｗｅｌｌ）ことを特筆すべきである。
【００３５】
ここで図３を参照して、磁力計を校正するより詳細な方法３２を示す。方法３２は、一般に、既に説明した校正装置２０（図１）のような校正装置に実装することができる。より具体的には、方法３２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ファームウェア、フラッシュメモリなどの機械可読記憶媒体またはコンピュータ可読記憶媒体に、ＰＬＡ、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤなどの構成可能なロジックに、またはＡＳＩＣ、ＣＭＯＳまたはＴＴＬ技術またはそれらの任意の組み合わせなどの回路技術を用いる固定機能ハードウェアロジックに格納された一組の論理命令の一以上のモジュールとして、実装することができる。
【００３６】
図示された処理ブロック３４は、校正が（例えば、ユーザ要求に応じて）手動で開始されたかどうかを決定する。そうでなければ、校正された磁力計センサデータストリームがブロック３６で読み取られ、校正された磁力計センサのクオリティインデックス（ｑｕａｌｉｔｙ  ｉｎｄｅｘ）がブロック３８で計算される。ブロック３８は、既に説明した数式（１４）のような式の使用を伴い得る。ブロック４０において、磁力計の測定のクオリティが悪い（例えば、特定の閾値を下回っている）かどうかの判定を行うことができる。悪くなければ、磁力計センサデータストリームの読み取りがブロック３６で繰り返される。磁力計の測定のクオリティが悪い、又は校正が手動で開始された場合、図示されているブロック４２は、ジャイロスコープを作動させ、磁力計のサンプリングレートを増加させる。これに関して、磁力計が校正されていないときにジャイロスコープを電源オフ状態に維持することにより、電力を節約し、および／またはバッテリ寿命を延ばすことができる。さらに、磁力計は、通常の動作中に、または校正を自動的にトリガするかどうかを決定する際に、比較的低いサンプリングレート（たとえば、１Ｈｚ）で動作し、校正中により高いサンプリングレート（たとえば、１００Ｈｚ）を動作させることができる。このような手法は、最適な精度を確保しながら、電力をさらに節約し、および／またはバッテリ寿命を延ばすことができる。
【００３７】
拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）をブロック４４で初期化することができ、図示したブロック４６において、校正された磁力計センサデータストリームを読み取る。ブロック４８において、装置（例えば、磁力計およびジャイロスコープを含むハンドヘルドデバイスおよび／またはシステム）が回転運動を開始したかどうかの判定を行うことができる。開始していなければ、ブロック４８を繰り返すことができる。一旦回転が検出されると、ブロック５０は、時間ｋにおいて、校正されていない磁力計センサデータストリーム（例えば、校正パラメータが磁力計に適用されていないセンサデータ）を読み取ることができる。さらに、図示されたブロック５２は、時間ｋにおけるジャイロスコープセンサデータストリームの読み出しを提供する。より詳細に説明するように、ジャイロセンサセンサデータストリームは、校正されていてもよいし、校正されていなくてもよい。ＥＫＦ予測はブロック５４で実行されてもよく、ＥＫＦはブロック５６で更新／修正されてもよい。ジャイロスコープが校正されていない場合、ブロック５６はまた、ジャイロスコープのオフセットを校正することを含んでもよい。
《ジャイロスコープバイアスを考慮したＥＫＦ校正》
校正されていないジャイロスコープは、磁力計で自動的に校正されるようにできる線形状態遷移モデルを有し得る。かかるアプローチによりより良い性能が得られることがある。より具体的に、状態ベクトルは
【００３８】
【数１６】
0006495444.tif 000017
と選択できる。
【００３９】
ここで、ｂωはジャイロスコープ測定値のオフセットベクトルである。
【００４０】
したがって、状態遷移モデルは
【００４１】
【数１７】
0006495444.tif 000018
【００４２】
【数１８】
0006495444.tif 000019
【００４３】
【数１９】
0006495444.tif 000020
【００４４】
【数２０】
0006495444.tif 000021
と記述することができる。
【００４５】
ここで、
ｂｘｗ，ｋ、ｂｙｗ，ｋ、ｂｚｗ，ｋは時間ｋにおけるｂωの要素であり；
εｂはｂωのオフセット不安定性ノイズである。
【００４６】
観測モデルは数式（１３）と同じである。上記のモデルを用いて、ＥＫＦをジャイロスコープ校正プロセスに適用できる。
【００４７】
ブロック５８は、ブロック５４および５６から得られた校正データ／パラメータを用いてクオリティインデックス（ｑｕａｌｉｔｙ  ｉｎｄｅｘ）を計算することができる。ブロック５８は、例えば、既に説明した数式（１４）のような式の使用を伴い得る。
【００４８】
図示されたブロック６０は、新しい校正パラメータのクオリティが十分良好か、またはタイムアウトが発生したかどうかを判定する。そうでなければ、ブロック５０を繰り返すことができる。新しい校正パラメータのクオリティが十分良好であるか、またはタイムアウトが発生した場合、校正が停止すべきかどうかの決定がブロック６２で行われてもよい。そうでない場合、ブロック６４は、（例えば、比較的低い測定ノイズを有する）ＥＫＦから校正された磁力計測定値を出力し、ブロック５０に戻ることができる。校正が停止されるべきである場合、図示されたブロック６６は、（例えば、古い校正パラメータを用いて）校正された磁力計センサデータストリームを読み取り、図示されたブロック６８は、校正された磁力計のクオリティインデックスを計算する。さらに、ブロック７０において、校正されていない磁力計センサデータストリームを読み取ることができ、図示されたブロック７２は、新しい校正パラメータを適用し、クオリティインデックスを計算する。
【００４９】
ブロック７４において、新しい校正パラメータからより良い品クオリティが得られると判定された場合、ブロック７６は、新たに計算された校正パラメータを更新して記憶することができる。さらに、図示されたブロック７８は、ジャイロスコープを停止させ、磁力計のサンプリングレートを低下させる。ブロック７４において、新しい校正パラメータからより良い品クオリティが得られないと判定された場合、ブロック７４は、ブロック４４でＥＫＦの初期化を繰り返すことができる。
【００５０】
図４は、地球磁場測定システム８０を示す。図示のシステム８０は、例えば、ノートブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、コンバーチブルタブレット、スマートフォン、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、モバイルインターネットデバイス（ＭＩＤ）、ウェアラブルコンピュータ、メディアプレーヤなど、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。システム８０は、磁力計８２、ジャイロスコープ８４、ホストプロセッサ８６（例えば、中央処理装置／ＣＰＵ）、および一体化センサ装置８８を含んでもよい。システム８０はまた、例えば、ｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント１４（図１）などの一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント、および／またはｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント１６（図１）などの一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果コンポーネントを有する一以上の回路基板を含むことができる。
【００５１】
図示された一体化されたセンサ装置８８は、一般的に比較的低い電力で連続的に動作することができ、ジャイロスコープ８４に関連する第１センサデータを取得するジャイロスコープモニタ９０と、磁力計８２に関連する第２センサデータを取得する磁力計モニタ９２とを含む。ジャイロスコープ８４は、校正精度を確保するために、均一なサンプリングレートを維持するか、高精度のタイムスタンプを使用することができる。図示された磁力計８２は、第２センサデータをデータバッファ９３に記憶する。また、校正器９４（９４ａ−９４ｃ）は、第１センサデータ、第２センサデータ、およびＥＫＦを使用して、磁力計８２を校正することができる。より具体的には、図示された校正器９４は、コア校正計算を実行するＥＫＦ校正コンポーネント９４ａ、校正された磁力計測定値が十分に良好／正確であるかを決定する測定値クオリティ評価器９４ｂ、およびＥＫＦコントローラ９４ｃを使用する。図示された校正コンポーネント９４ａは、コア校正の結果をデータバッファ９３ならびに磁力計記憶装置９６に格納する。ＥＫＦコントローラ９４ｃは、磁力計の測定値のクオリティが悪い場合、ＥＫＦ校正コンポーネント９４ａをイネーブル／アクティブにし、校正結果が許容可能であるか校正タイムアウトが生じた場合、ＥＫＦ校正コンポーネント９４ａをディスエーブル／非アクティブ化し、校正結果が以前の校正パラメータより悪い場合、ＥＫＦ校正コンポーネント９４ａをリスタートする。
【００５２】
磁力計記憶装置９６は、例えば、既に説明したｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ行列Ｗおよびｈａｒｄ−ｉｒｏｎベクトルｂのような磁力計校正パラメータを記憶することができる。ジャイロスコープ記憶装置９８は、例えば、ジャイロスコープ測定オフセットのようなジャイロスコープ校正パラメータを任意的に記憶することができる。これに関して、校正器９４は、ジャイロスコープ８４が未校正であるとき、ジャイロスコープ８４のオフセットを（破線で示すように）校正することができる。図示された装置８８はまた、第２センサデータを取得する前に磁力計８２のサンプリングレートを増加させ、磁力計８２の校正の後に磁力計８２のサンプリングレートを減少させる磁力計コントローラ１００を含む。一例では、装置８８は、第１センサデータを取得する前にジャイロスコープ８４を起動し、磁力計８２の校正の後にジャイロスコープ８４を停止させるジャイロスコープコントローラ１０２をさらに含む。さらに、動き検出器１０４は、磁力計８２に関連する回転イベントを検出することができ、第２センサデータは、回転イベントに応じて取得される。
《付記及び実施例》
例１は、磁場測定システムであって、磁力計と、ジャイロスコープと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ効果コンポーネント及び一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ効果コンポーネントを含む回路基板と、一体化されたセンサ装置であって、前記ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得するジャイロスコープモニタと、前記磁力計に関連する第２センサデータを取得する磁力計モニタと、第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正する校正器とを有する、一体化されたセンサ装置とを含み得る。
【００５３】
例２は例１のシステムを含み、前記一体化センサ装置は、第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加させ、前記磁力計を校正した後に前記磁力計のサンプリングレートを減少させる磁力計コントローラをさらに含んでもよい。
【００５４】
例３は例１のシステムを含み、前記一体化センサ装置は、第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動し、前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止するジャイロスコープコントローラをさらに含んでもよい。
【００５５】
例４は例１のシステムを含み、前記ジャイロスコープは校正されたジャイロスコープであってもよい。
【００５６】
例５は例１のシステムを含み、前記ジャイロスコープは未校正のジャイロスコープであり、前記校正器は前記ジャイロスコープのオフセットを校正してもよい。
【００５７】
例６は例１ないし例５のうちいずれかのシステムを含み、前記校正器は、拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定することができる。
【００５８】
例７は、校正装置であって、ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得するジャイロスコープモニタと、磁力計に関連する第２センサデータを取得する磁力計モニタと、第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正する校正器とを有してもよい。
【００５９】
例８は例７の装置を含み、第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加させ、前記磁力計を校正した後に前記磁力計のサンプリングレートを減少させる磁力計コントローラをさらに含んでもよい。
【００６０】
例９は例７の装置を含み、第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動し、前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止するジャイロスコープコントローラをさらに含み得る。
【００６１】
例１０は例７の装置を含み、第１センサデータは校正されたジャイロスコープから取得されてもよい。
【００６２】
例１１は例７の装置を含み、第１センサデータは未校正のジャイロスコープから取得され、前記校正器は前記ジャイロスコープのオフセットを校正することができる。
【００６３】
実施例１２は、実施例７ないし実施例１１のうちいずれかの装置を含み、前記校正器は、拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定してもよい。
【００６４】
例１３は、校正装置の作動方法であって、ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得するステップと、磁力計に関連する第２センサデータを取得するステップと、第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正するステップとを含んでもよい。
【００６５】
例１４は例１３の方法を含み、第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加するステップと、前記磁力計の校正をした後に前記磁力計のサンプリングレートを減少するステップとを含んでもよい。
【００６６】
例１５は例１３の方法を含み、第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動するステップと、前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止するステップとをさらに含み得る。
【００６７】
例１６は例１３の方法を含み、第１センサデータは校正されたジャイロスコープから取得されてもよい。
【００６８】
例１７は例１３の方法を含み、第１センサデータは未校正のジャイロスコープから取得され、前記方法は前記ジャイロスコープのオフセットを校正するステップをさらに含み得る。
【００６９】
例１８は例１３ないし例１７のうちいずれかの方法を含み、拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定するステップをさらに含んでもよい。
【００７０】
例１９は、計算装置により実行されると、前記計算装置に、ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得するステップと、磁力計に関連する第２センサデータを取得するステップと、第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正するステップとを実行させる命令のセットを有する少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含んでも良い。
【００７１】
例２０は、例１９に記載の少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含み、前記命令は、実行されると、前記計算装置に、第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加するステップと、前記磁力計の校正をした後に前記磁力計のサンプリングレートを減少するステップとを実行させ得る。
【００７２】
例２１は、例１９に記載の少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含み、前記命令は、実行されると、前記計算装置に、第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動するステップと、前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止するステップとをさらに実行させられる。
【００７３】
例２２は、例１９に記載の少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含み、第１センサデータは校正されたジャイロスコープから取得され得る。
【００７４】
例２３は、例１９に記載の少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含み、第１センサデータは未校正のジャイロスコープから取得され、前記命令は、実行されると、前記計算装置に前記ジャイロスコープのオフセットを校正するステップを実行させることができる。
【００７５】
例２４は、例１９ないし例２３のうちいずれかに記載の少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能記憶媒体を含み、前記命令は、実行されると、拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定するステップを実行させ得る。
【００７６】
例２５は、校正装置であって、ジャイロスコープに関連する第１センサデータを取得する手段と、磁力計に関連する第２センサデータを取得する手段と、第１センサデータ、第２センサデータ、及び拡張カルマンフィルタを用いて、前記磁力計を校正する手段とを含んでもよい。
【００７７】
例２６は例２５に記載の装置を含み、第２センサデータを取得する前に前記磁力計のサンプリングレートを増加する手段と、前記磁力計の校正をした後に前記磁力計のサンプリングレートを減少する手段とをさらに含み得る。
【００７８】
例２７は例２５に記載の装置を含み、第１センサデータを取得する前に前記ジャイロスコープを起動する手段と、前記磁力計を校正した後に前記ジャイロスコープを停止する手段とをさらに含み得る。
【００７９】
例２８は例２５に記載の装置を含み、第１センサデータは校正されたジャイロスコープから取得され得る。
【００８０】
例２９は例２５に記載の装置を含み、第１センサデータは未校正のジャイロスコープから取得され、前記装置は前記ジャイロスコープのオフセットを校正する手段をさらに含み得る。
【００８１】
例３０は、例２５ないし例２９のうちいずれかの装置を含み、拡張カルマンフィルタの、一以上のｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ校正パラメータと、一以上のｈａｒｄ−ｉｒｏｎ校正パラメータとを決定する手段をさらに含み得る。
【００８２】
このように、本開示は、不十分でばらつきのあるデータでうまく動作する磁力計校正を提供することができる。さらに、校正は、例えば、磁力計を含む装置を持って歩く、拾い上げる、および／または降ろすなどの小さな動きに基づいて行うことができる。本開示は、（例えば、ユーザに、不自然な、不便な、または複雑なジェスチャを実行するよう促すことなく）パラメータが自律的に更新され、バックグラウンドで磁力計校正を提供することもできる。さらに、校正結果およびパラメータ（例えば、ｈａｒｄ−ｉｒｏｎベクトル、ｓｏｆｔ−ｉｒｏｎ行列）を迅速に（例えば、最小限の回転で）出力することができる。磁力計の校正は、校正されたジャイロスコープおよび未校正のジャイロスコープの両方を用いて良好に行うことができる。さらに、校正中、ＥＫＦ計算が各反復で同じであるため、計算は各サンプルに均等に分散される。
【００８３】
実施形態は、すべてのタイプの半導体集積回路（ＩＣ）チップで利用できる。これらのＩＣチップの例としては、プロセッサ、コントローラ、チップセットコンポーネント、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、メモリチップ、ネットワークチップ、システムオンチップ（ＳｏＣ）、ＳＳＤ／ＮＡＮＤコントローラＡＳＩＣなどがあるが、これらに限定されない。また、いくつかの図面では、線で信号線を表した。いくつかの線は異なり、より多くの構成信号経路を示し、複数のラベルを有し、複数の構成信号経路を示し、及び／又は１つ以上の端に矢印を有し、主な情報フロー方向を示す。しかし、これは、限定と解釈してはならない。むしろ、かかる付加的詳細は、１つ以上の実施形態と共に、回路の理解を促進するために用いられている。表示したどの信号線も、追加的情報を有していようがいまいが、複数の方向に進む１つ以上の信号を有していてもよく、例えば、差動ペアと実装されたデジタル又はアナログライン、光ファイバライン、及び／又は単一終端ラインなどの所望のタイプの信号方式で実装してもよい。
【００８４】
例示したサイズ／モデル／値／範囲は所与のものであってもよいが、実施形態はこれに限定されない。（フォトリソグラフィなどの）生産技術が時間とともに成熟してくるので、小さいサイズのデバイスを生産できると期待される。また、ＩＣチップその他のコンポーネントへの周知のパワー／グラウンド接続は、図示と説明とを簡単にするため、及び実施形態の態様を分かりにくくしないように、図示したものもあれば図示していないものもある。さらに、構成をブロック図の形式で示したが、それは実施形態を分かりにくくしないようにするため、またかかるブロック図構成の実装に関する具体的事項は実施形態を実装するプラットフォームに大きく依存すること、すなわちかかる具体的事項は当業者の管轄事項であることを考慮したものである。実施形態を説明するために、（例えば、回路などの）具体的な詳細事項を記載した場合、当業者には言うまでもなく、こうした具体的な詳細事項が無くても、又はそれを変更しても、実施形態を実施できる。よって、上記の説明は、限定ではなく例示と考えるべきである。
【００８５】
「結合した」との用語は、ここでは問題となるコンポーネント間の、直接的又は間接的な任意のタイプの関係を言い、電気的結合、機械的結合、流体的結合、光学的結合、光磁気的結合、電気機械的結合その他の結合に当てはまる。また、「第１の」、「第２の」等の用語は、ここでは、説明を容易にするためにだけに使われており、特に断らなければ時間的な意味は無い。
【００８６】
本出願および特許請求の範囲において使用されるように、用語「一以上の」によって結合された項目のリストは、列挙された用語の任意の組み合わせを意味し得る。例えば、「Ａ、ＢまたはＣのうち一以上」という語句は、Ａ、Ｂ、Ｃ；ＡおよびＢ；ＡおよびＣ；ＢおよびＣ；またはＡ、ＢおよびＣを意味し得る。
【００８７】
当業者には言うまでもなく、実施形態の幅広い手法は、いろいろな形式で実施できる。それゆえ、実施形態をその具体的な例に関連して説明したが、当業者には図面、明細書、及び特許請求の範囲を研究すればその他の修正が明らかであるから、実施形態の範囲は具体例に限定されない。
【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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