(57)【要約】【課題】計測場所によらず方位角を正確に計測することができるとともに、コストを削減するのに好適な方位角計測装置を提供する。【解決手段】方位角計測装置１００は、ユーザが方位角計測装置１００を手に持ってユーザの姿勢を保持しながらその場で身長方向を軸として体の向きを変えている時の３軸地磁気測定データを３軸磁気センサ３１から所定回数以上繰り返して取得する。次いで、計測装置座標系（ｘ，ｙ，ｚ）からなる３次元空間上に、繰り返し取得した３軸地磁気測定データ群が円周上に位置する円を定め、その円の中心座標（Ｃｏｘ，Ｃｏｙ，Ｃｏｚ）を算出し、算出した円の中心座標（Ｃｏｘ，Ｃｏｙ，Ｃｏｚ）に基づいて傾斜角αを算出する。そして、算出した傾斜角αに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）を算出する。【選択図】  図２
2004309228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段と、
前記地磁気検出手段の向きが、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の３軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段と、
前記３軸出力を成分とする３次元座標上に、前記検出出力取得手段で繰り返し取得した３軸出力データ群が円周上又は円周近傍に位置する円を定め、前記円の中心座標を算出する円解析手段と、
前記円解析手段で算出した円の中心座標に基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角及び前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角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】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段と、
前記地磁気検出手段の向きが、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段と、
前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、主軸が前記２次元座標の座標軸に平行で且つ前記検出出力取得手段で繰り返し取得した２軸出力データ群が円周上又は円周近傍に位置する楕円を定め、前記楕円の主軸の長さを算出する楕円解析手段と、
前記楕円解析手段で算出した楕円の主軸の長さに基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角及び前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角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３】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段と、
前記地磁気検出手段の向きが地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段と、
前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、前記検出出力取得手段で繰り返し取得した２軸出力データ群が線上又は線近傍に位置する直線を定め、前記直線の傾きを算出する直線解析手段と、
前記直線解析手段で算出した直線の傾きに基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角及び前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角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４】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記地磁気検出手段の向きが、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の３軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段、
前記３軸出力を成分とする３次元座標上に、前記検出出力取得手段で繰り返し取得した３軸出力データ群が円周上又は円周近傍に位置する円を定め、前記円の中心座標を算出する円解析手段、
前記円解析手段で算出した円の中心座標に基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段、及び
前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角及び前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段として実現される処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする方位角計測プログラム。
【請求項５】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記地磁気検出手段の向きが、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段、
前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、主軸が前記２次元座標の座標軸に平行で且つ前記検出出力取得手段で繰り返し取得した２軸出力データ群が円周上又は円周近傍に位置する楕円を定め、前記楕円の主軸の長さを算出する楕円解析手段、
前記楕円解析手段で算出した楕円の主軸の長さに基づいて、前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段、並びに
前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角及び前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段として実現される処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする方位角計測プログラム。
【請求項６】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記地磁気検出手段の向きが地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段、
前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、前記検出出力取得手段で繰り返し取得した２軸出力データ群が線上又は線近傍に位置する直線を定め、前記直線の傾きを算出する直線解析手段、
前記直線解析手段で算出した直線の傾きに基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段、及び
前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角及び前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段として実現される処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする方位角計測プログラム。
【請求項７】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段の向きを、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させるステップと、
前記地磁気検出手段の向きが変化した時の３軸出力を所定回数以上繰り返して取得するステップと、
前記３軸出力を成分とする３次元座標上に、前記所定回数以上取得した３軸出力データ群が円周上又は円周近傍に位置する円を定め、前記円の中心座標を算出するステップと、
前記算出した円の中心座標に基づいて前記傾斜角を算出するステップと、
前記地磁気検出手段から改めて３軸出力データを取得するステップと、
前記算出した傾斜角及び前記取得した３軸出力データに基づいて方位角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８】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段の向きを、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させるステップと、
前記地磁気検出手段の向きが変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得するステップと、
前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、主軸が前記２次元座標の座標軸に平行で且つ前記所定回数以上取得した２軸出力データ群が円周上又は円周近傍に位置する楕円を定め、前記楕円の主軸の長さを算出するステップと、
前記算出した楕円の主軸の長さに基づいて前記傾斜角を算出するステップと、
前記地磁気検出手段から改めて３軸出力データを取得するステップと、
前記算出した傾斜角及び前記取得した３軸出力データに基づいて方位角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９】
互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段の向きを、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させるステップと、
前記地磁気検出手段の向きが変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得するステップと、
前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、前記所定回数以上取得した２軸出力データ群が線上又は線近傍に位置する直線を定め、前記直線の傾きを算出するステップと、
前記算出した直線の傾きに基づいて前記傾斜角を算出するステップと、
前記地磁気検出手段から改めて３軸出力データを取得するステップと、
前記算出した傾斜角及び前記取得した３軸出力データに基づいて方位角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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方位角を計測する装置およびプログラム、並びに方法に係り、特に、計測場所によらず方位角を正確に計測することができるとともに、コストを削減するのに好適な方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、地上座標系（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）における地磁気成分を示したものである。
地上座標軸ｘｇ，ｙｇ，ｚｇは、それぞれ南北方向、東西方向および鉛直方向を向いており、地磁気全磁力Ｍの地上座標軸ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ方向の成分Ｍｘｇ，Ｍｙｇ，Ｍｚｇは、それぞれ南北成分および東西成分、並びに鉛直分力と呼ばれる地磁気成分であり、また、ｘｇ−ｙｇ平面に平行な成分は、水平分力と呼ばれる。さらに、水平分力とｘｇ軸との間になす角Ｄを偏角、地磁気全磁力Ｍと水平分力との間になす角Ｉを伏角と呼ぶ。なお、一般に方位磁石が指す北の方向は水平分力の方向のことであり、磁北と呼ばれる。
【０００３】
従来、方位角を計測する技術としては、次に示すような２つの方位角計測装置があった。
第１の方位角計測装置は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する２軸の磁気センサを備え、方位角計測装置を水平面に置き、磁気センサから取得した２軸出力に基づいて方位角を計測するようになっている。
【０００４】
次に、第２の方位角計測装置の構成を図１１ないし図１３を参照しながら詳細に説明する。
図１１は、従来の方位角計測装置における磁気センサの取付構造を示す透視図である。
図１１において、第２の方位角計測装置には、方位角計測装置の縦方向をｘ軸としてｘ軸方向の地磁気成分を検出するｘ軸磁気センサＨＥｘ、方位角計測装置の横方向をｙ軸としてｙ軸方向の地磁気成分を検出するｙ軸磁気センサＨＥｙおよび方位角計測装置の厚さ方向をｚ軸としてｚ軸方向の地磁気成分を検出するｚ軸磁気センサＨＥｚが設けられている。ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚは、ホール素子等からなり、各感磁面が各軸に対して垂直になるように配置され、各軸方向の地磁気成分に応じた大きさのセンサ信号を出力するようになっている。
【０００５】
図１２は、従来の方位角計測装置における傾斜角センサの取付構造を示す透視図である。
図１２において、第２の方位角計測装置には、ｘｇ−ｙｇ平面に対するｙ軸の傾斜角ηおよびｘｇ−ｙｇ平面に対するｘ軸の傾斜角φを検出する傾斜角センサ１７が設けられており、傾斜角センサ１７は、傾斜角ηに応じた大きさのセンサ信号および傾斜角φに応じた大きさのセンサ信号をそれぞれ出力するようになっている。
【０００６】
図１３は、従来の方位角計測装置の構成を示すブロック図である。
図１３において、第２の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、マルチプレクサ部１３、磁気センサ増幅部１４、磁気センサＡ／Ｄ変換部１５、感度・オフセット補正部１６、傾斜角センサ１７、傾斜角センサ増幅部１８、傾斜角センサＡ／Ｄ変換部１９、測定データ補正部２０および方位角計算部２１が設けられている。
【０００７】
３軸磁気センサ１１には、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚが設けられている。
マルチプレクサ部１３は、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚをそれぞれ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軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚにそれぞれ印加し、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚから出力されたセンサ信号を時分割的に磁気センサ増幅部１４に出力するようになっている。
【０００８】
磁気センサＡ／Ｄ変換部１５は、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したディジタルデータをそれぞれｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データとして感度・オフセット補正部１６に出力するようになっている。
【０００９】
感度・オフセット補正部１６は、磁気センサＡ／Ｄ変換部１５からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データに基づいて、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚのオフセットおよび感度補正係数を算出し、算出したオフセットおよび感度補正係数に基づいて、ｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを補正するようになっている。
【００１０】
傾斜角センサＡ／Ｄ変換部１９は、傾斜角センサ１７からのセンサ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したディジタルデータを傾斜角測定データとして測定データ補正部２０に出力するようになっている。
測定データ補正部２０は、傾斜角センサＡ／Ｄ変換部１９からの傾斜角測定データに基づいて、感度・オフセット補正部１６からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを補正するようになっている。
【００１１】
方位角計算部２１は、測定データ補正部２０からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データに基づいて方位角を算出するようになっている。
なお、第２の方位角計測装置に近い技術としては、例えば、特許文献１に開示されている方位出力装置がある。
【００１２】
特許文献１の方位出力装置は、３次元地磁気センサからの地磁気情報Ｘ，Ｙ，Ｚと、傾斜センサで検出された傾斜量α，βを用いて、非水平状態による測定誤差が補正された方位θｍｇを算出する。また、偏角値出力部からの偏角値Ｄを用いて、真方位θｔｒを算出し、算出した真方位θｔｒを提示する。
これにより、水平状態でなくても傾斜による誤差のない方位測定を行うことができるとともに、真方位を提示することができる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平８−２７８１３７号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の第１の方位角計測装置にあっては、方位角計測装置を水平面に置く必要があるため、水平が確保できないような場所では方位角を正確に計測することができないという問題があった。
また、上記従来の第２の方位角計測装置にあっては、方位角計測装置を水平面に置く必要はないが、その代わりに方位角計測装置の傾斜角η，φを計測する必要があるため、傾斜角センサ１７、傾斜角センサ増幅部１８および傾斜角センサＡ／Ｄ変換部１９が設けられている。したがって、コストの上昇を招くという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、計測場所によらず方位角を正確に計測することができるとともに、コストを削減するのに好適な方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の方位角計測装置は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段と、前記地磁気検出手段の向きが、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の３軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段と、前記３軸出力を成分とする３次元座標上に、前記検出出力取得手段で繰り返し取得した３軸出力データ群が円周上または円周近傍に位置する円を定め、前記円の中心座標を算出する円解析手段と、前記円解析手段で算出した円の中心座標に基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角および前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段とを備える。
【００１７】
このような構成であれば、地磁気検出手段の向きを、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させると、検出出力取得手段により、地磁気検出手段の向きが変化した時の３軸出力が所定回数以上繰り返して取得される。次いで、円解析手段により、３軸出力を成分とする３次元座標上に、検出出力取得手段で繰り返し取得された３軸出力データ群が円周上または円周近傍に位置する円を定め、その円の中心座標が算出される。そして、傾斜角算出手段により、算出された円の中心座標に基づいて、地磁気検出手段の特定方向に対する傾斜角が算出され、方位角算出手段により、算出された傾斜角および改めて取得された３軸出力データに基づいて方位角が算出される。
【００１８】
これにより、方位角を計測するには、方位角計測装置を水平面に置く必要がなく、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら地磁気検出手段の向きを変化させるだけでよい。具体的な計測方法としては、例えば、ユーザは、方位角計測装置を手に持って姿勢を保持しながらその場で伸長方向を軸として回転する。また、地磁気を検出する３軸の地磁気検出手段を用いて傾斜角を計測することができるので、方位角を計測するための磁気センサを兼用することができ、傾斜角センサ、傾斜角センサ増幅部および傾斜角センサＡ／Ｄ変換部を設けなくてすむ。
【００１９】
さらに、本発明に係る請求項２記載の方位角計測装置は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段と、前記地磁気検出手段の向きが、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段と、前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、主軸が前記２次元座標の座標軸に平行でかつ前記検出出力取得手段で繰り返し取得した２軸出力データ群が円周上または円周近傍に位置する楕円を定め、前記楕円の主軸の長さを算出する楕円解析手段と、前記楕円解析手段で算出した楕円の主軸の長さに基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角および前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段とを備える。
【００２０】
このような構成であれば、地磁気検出手段の向きを、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させると、検出出力取得手段により、地磁気検出手段の向きが変化した時の３軸出力のうち特定２軸出力が所定回数以上繰り返して取得される。次いで、楕円解析手段により、２軸出力を成分とする２次元座標上に、主軸が前記２次元座標の座標軸に平行でかつ検出出力取得手段で繰り返し取得された２軸出力データ群が円周上または円周近傍に位置する楕円を定め、その楕円の主軸の長さが算出される。そして、傾斜角算出手段により、算出された楕円の主軸の長さに基づいて、地磁気検出手段の特定方向に対する傾斜角が算出され、方位角算出手段により、算出された傾斜角および改めて取得された３軸出力データに基づいて方位角が算出される。
【００２１】
これにより、方位角を計測するには、方位角計測装置を水平面に置く必要がなく、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら地磁気検出手段の向きを変化させるだけでよい。具体的な計測方法としては、例えば、ユーザは、方位角計測装置を手に持って姿勢を保持しながらその場で伸長方向を軸として回転する。また、地磁気を検出する３軸の地磁気検出手段を用いて傾斜角を計測することができるので、方位角を計測するための磁気センサを兼用することができ、傾斜角センサ、傾斜角センサ増幅部および傾斜角センサＡ／Ｄ変換部を設けなくてすむ。
【００２２】
さらに、本発明に係る請求項３記載の方位角計測装置は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段と、前記地磁気検出手段の向きが地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段と、前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、前記検出出力取得手段で繰り返し取得した２軸出力データ群が線上または線近傍に位置する直線を定め、前記直線の傾きを算出する直線解析手段と、前記直線解析手段で算出した直線の傾きに基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角および前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段とを備える。
【００２３】
このような構成であれば、地磁気検出手段の向きを地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させると、検出出力取得手段により、地磁気検出手段の向きが変化した時の３軸出力のうち特定２軸出力が所定回数以上繰り返して取得される。次いで、直線解析手段により、２軸出力を成分とする２次元座標上に、検出出力取得手段で繰り返し取得された２軸出力データ群が線上または線近傍に位置する直線を定め、その直線の傾きが算出される。そして、傾斜角算出手段により、算出された直線の傾きに基づいて、地磁気検出手段の特定方向に対する傾斜角が算出され、方位角算出手段により、算出された傾斜角および改めて取得された３軸出力データに基づいて方位角が算出される。
【００２４】
これにより、方位角を計測するには、方位角計測装置を水平面に置く必要がなく、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら地磁気検出手段の向きを変化させるだけでよい。具体的な計測方法としては、例えば、ユーザは、方位角計測装置を手に持って姿勢を保持しながらその場で伸長方向を軸として回転する。また、地磁気を検出する３軸の地磁気検出手段を用いて傾斜角を計測することができるので、方位角を計測するための磁気センサを兼用することができ、傾斜角センサ、傾斜角センサ増幅部および傾斜角センサＡ／Ｄ変換部を設けなくてすむ。
【００２５】
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求項４記載の方位角計測プログラムは、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記地磁気検出手段の向きが、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の３軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段、前記３軸出力を成分とする３次元座標上に、前記検出出力取得手段で繰り返し取得した３軸出力データ群が円周上または円周近傍に位置する円を定め、前記円の中心座標を算出する円解析手段、前記円解析手段で算出した円の中心座標に基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段、および前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角および前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段として実現される処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００２６】
このような構成であれば、コンピュータによってプログラムが読み取られ、読み取られたプログラムに従ってコンピュータが処理を実行すると、請求項１記載の方位角計測装置と同等の作用が得られる。
さらに、本発明に係る請求項５記載の方位角計測プログラムは、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記地磁気検出手段の向きが、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段、前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、主軸が前記２次元座標の座標軸に平行でかつ前記検出出力取得手段で繰り返し取得した２軸出力データ群が円周上または円周近傍に位置する楕円を定め、前記楕円の主軸の長さを算出する楕円解析手段、前記楕円解析手段で算出した楕円の主軸の長さに基づいて、前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段、並びに前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角および前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段として実現される処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００２７】
このような構成であれば、コンピュータによってプログラムが読み取られ、読み取られたプログラムに従ってコンピュータが処理を実行すると、請求項２記載の方位角計測装置と同等の作用が得られる。
さらに、本発明に係る請求項６記載の方位角計測プログラムは、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段を利用可能なコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記地磁気検出手段の向きが地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得する検出出力取得手段、前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、前記検出出力取得手段で繰り返し取得した２軸出力データ群が線上または線近傍に位置する直線を定め、前記直線の傾きを算出する直線解析手段、前記直線解析手段で算出した直線の傾きに基づいて前記傾斜角を算出する傾斜角算出手段、および前記傾斜角算出手段で算出した傾斜角および前記地磁気検出手段から改めて取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出する方位角算出手段として実現される処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００２８】
このような構成であれば、コンピュータによってプログラムが読み取られ、読み取られたプログラムに従ってコンピュータが処理を実行すると、請求項３記載の方位角計測装置と同等の作用が得られる。
一方、上記目的を達成するために、本発明に係る請求項７記載の方位角計測方法は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段の向きを、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させるステップと、前記地磁気検出手段の向きが変化した時の３軸出力を所定回数以上繰り返して取得するステップと、前記３軸出力を成分とする３次元座標上に、前記所定回数以上取得した３軸出力データ群が円周上または円周近傍に位置する円を定め、前記円の中心座標を算出するステップと、前記算出した円の中心座標に基づいて前記傾斜角を算出するステップと、前記地磁気検出手段から改めて３軸出力データを取得するステップと、前記算出した傾斜角および前記取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出するステップとを含む。
【００２９】
さらに、本発明に係る請求項８記載の方位角計測方法は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段の向きを、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させるステップと、前記地磁気検出手段の向きが変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得するステップと、前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、主軸が前記２次元座標の座標軸に平行でかつ前記所定回数以上取得した２軸出力データ群が円周上または円周近傍に位置する楕円を定め、前記楕円の主軸の長さを算出するステップと、前記算出した楕円の主軸の長さに基づいて前記傾斜角を算出するステップと、前記地磁気検出手段から改めて３軸出力データを取得するステップと、前記算出した傾斜角および前記取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出するステップとを含む。
【００３０】
さらに、本発明に係る請求項９記載の方位角計測方法は、互いに直交する方向の地磁気成分を検出する３軸の地磁気検出手段の向きを、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら変化させるステップと、前記地磁気検出手段の向きが変化した時の前記地磁気検出手段の３軸出力のうち特定２軸出力を所定回数以上繰り返して取得するステップと、前記２軸出力を成分とする２次元座標上に、前記所定回数以上取得した２軸出力データ群が線上または線近傍に位置する直線を定め、前記直線の傾きを算出するステップと、前記算出した直線の傾きに基づいて前記傾斜角を算出するステップと、前記地磁気検出手段から改めて３軸出力データを取得するステップと、前記算出した傾斜角および前記取得した３軸出力データに基づいて方位角を算出するステップとを含む。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図６は、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法の第１の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法を、図１に示すように、方位角計測装置１００の方位角を計測する場合について適用したものである。
【００３２】
図１は、本発明に係る方位角計測装置１００における磁気センサの取付構造を示す透視図である。
図１において、方位角計測装置１００には、方位角計測装置１００の縦方向をｘ軸としてｘ軸方向の地磁気成分を検出するｘ軸磁気センサＨＥｘ、方位角計測装置１００の横方向をｙ軸としてｙ軸方向の地磁気成分を検出するｙ軸磁気センサＨＥｙおよび方位角計測装置１００の厚さ方向をｚ軸としてｚ軸方向の地磁気成分を検出するｚ軸磁気センサＨＥｚが設けられている。ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚは、ホール素子等からなり、各感磁面が各軸に対して垂直になるように配置され、各軸方向の地磁気成分に応じた大きさのセンサ信号を出力するようになっている。
【００３３】
なお、本実施の形態では、地上座標系を（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）とし、方位角計測装置１００の座標系（以下、計測装置座標系という。）を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、地上座標軸ｚｇと計測装置座標軸ｘとのなす角度を傾斜角αとし、計測装置座標軸ｘをｘｇ−ｙｇ平面に投影したものと地上座標軸ｘｇとのなす角度を方位角θとする。
【００３４】
図２は、本発明に係る方位角計測装置１００の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１００には、３軸磁気センサ３１、磁気センサ駆動電源部３２、マルチプレクサ部３３、磁気センサ増幅部３４、磁気センサＡ／Ｄ変換部３５、感度・オフセット補正部３６、傾斜角算出部３７、傾斜角情報記憶部３８、測定データ補正部３９および方位角計算部４０が設けられている。
【００３５】
３軸磁気センサ３１には、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚが設けられている。
マルチプレクサ部３３は、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚをそれぞれ切り換えるためのもので、磁気センサ駆動電源部３２から出力された駆動電圧を、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚにそれぞれ印加し、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚから出力されたセンサ信号を時分割的に磁気センサ増幅部３４に出力するようになっている。
【００３６】
磁気センサＡ／Ｄ変換部３５は、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚからのセンサ信号をＡ／Ｄ変換し、変換したディジタルデータをそれぞれｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データとして感度・オフセット補正部３６に出力するようになっている。
【００３７】
感度・オフセット補正部３６は、磁気センサＡ／Ｄ変換部３５からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データに基づいて、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚのオフセットおよび感度補正係数を算出し、算出したオフセットおよび感度補正係数に基づいて、ｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを補正するようになっている。具体的には、例えば、方位角計測装置１００の向きが、地上座標系におけるｘｇ軸からの傾斜角αを一定に保ちながら変化した時の３軸地磁気測定データを所定回数以上繰り返して取得し、３軸地磁気測定データを成分とする座標系からなる仮想３次元空間上に、各主軸が仮想３次元空間の各座標軸に平行な楕円面を定め、繰り返し取得した３軸地磁気測定データ群に基づいて、楕円面の各主軸の長さおよび中心座標を算出する。そして、算出した楕円面の各主軸の長さおよび中心座標に基づいて、ｘ軸磁気センサＨＥｘ、ｙ軸磁気センサＨＥｙおよびｚ軸磁気センサＨＥｚのオフセットおよび感度補正係数をそれぞれ算出する。楕円面の各主軸の長さおよび中心座標は、多次元最適化手法（例えば、共役勾配法）を用いて算出することができる。
【００３８】
傾斜角算出部３７は、感度・オフセット補正部３６からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データに基づいて傾斜角αを算出し、算出した傾斜角αを示す傾斜角情報を傾斜角情報記憶部３８に格納するようになっている。
傾斜角αの算出方法を詳細に説明する。
【００３９】
図３は、方位角計測装置１００の姿勢を定める図である。
方位角計測装置１００において、図３に示すように、方位角θと傾斜角αで方位角計測装置１００の姿勢を定める。なお、ｙ軸は、ｘｇ−ｙｇ平面と常に平行であり、また、傾斜角α＝０のときは、ｘ軸とｚｇ軸は平行であるものとする。
すると、地上座標系（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）と計測装置座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の間には、原点の相違による平行移動成分を除いて、下式（１）に示すような座標変換式が成立する。
【００４０】
【数１】
2004309228.tif 000003
【００４１】
また、図１０においてＭｘｇ，Ｍｙｇ，Ｍｚｇは、下式（２）〜（４）に示す通りとなる。
【００４２】
【数２】
2004309228.tif 000004
【００４３】
【数３】
2004309228.tif 000005
【００４４】
【数４】
2004309228.tif 000006
【００４５】
すると、３軸磁気センサ３１の３軸出力Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚは、下式（５）〜（７）に示す通りとなる。
【００４６】
【数５】
2004309228.tif 000007
【００４７】
【数６】
2004309228.tif 000008
【００４８】
【数７】
2004309228.tif 000009
【００４９】
なお、３軸磁気センサ３１の３軸出力は感度のばらつきおよびオフセットを含んでいるため、感度・オフセット補正部３６にて感度およびオフセット補正を受け、以下の傾斜角αおよび方位角の算出に用いられる。そこで、以下の説明では感度・オフセット補正部３６の出力をｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データとして扱い、それぞれＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚと表すものとする。
【００５０】
図４は、方位角計測装置１００の姿勢を変化させる場合を示す図である。
次に、図４に示すように、傾斜角αが一定に保たれた状態で方位角θが変化するように方位角計測装置１００の姿勢を変化させながら地磁気の測定を繰り返し行い、得られた地磁気測定データを、
ｘ軸地磁気測定データ：Ｍｘ１，Ｍｘ２，…，ＭｘＮ
ｙ軸地磁気測定データ：Ｍｙ１，Ｍｙ２，…，ＭｙＮ
ｚ軸地磁気測定データ：Ｍｚ１，Ｍｚ２，…，ＭｚＮ
と表すものとする。ここで、Ｎは測定回数である。なお、このように方位角計測装置１００の姿勢を変化させる操作は、具体的には、例えば、図５に示すように、ユーザは、方位角計測装置１００を手に持ってユーザの姿勢を保持しながらその場で身長方向を軸として体の向きを変えていくことによって容易に実施することができる。このとき、ユーザは、体の向きを３６０°にわたって変える必要はなく、例えば９０°程度でもよい。
【００５１】
図６は、３軸地磁気測定データを成分とする３軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想３次元空間を示す図である。
次に、仮想３次元空間上に、地磁気測定データ点Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｙ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｙＮ，ＭｚＮ）を配置し、その分布から傾斜角αを算出する。上式（５）〜（７）により、Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｙ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｙＮ，ＭｚＮ）は、傾斜角α＝０のときは、図６（ａ）に示すように、頂点が原点で底面の中心がＭｘ軸上のＭｘ＝−ＭｓｉｎＩかつ底面の半径がＭｃｏｓＩとなる円錐の底面円周上に分布する。そして、傾斜角α≠０のときは、図６（ｂ）に示すように、円錐の軸が−Ｍｚ方向に向かって傾斜角αだけ傾く。よって、Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｙ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｙＮ，ＭｚＮ）の分布に円の当てはめ計算を行い、計算の結果得られた円の中心座標を（Ｃｏｘ，Ｃｏｙ，Ｃｏｚ）とすれば、下式（８）により傾斜角αを算出することができる。
【００５２】
【数８】
2004309228.tif 000010
【００５３】
測定データ補正部３９は、傾斜角情報記憶部３８の傾斜角情報に基づいて、感度・オフセット補正部３６からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを補正するようになっている。具体的には、方位角計測装置１００が測定したい方位を向いたときの地磁気測定データＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚに対して、下式（９）に示す計算を行うことによって傾斜角補正された地磁気測定データＭｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’を得ることができる。
【００５４】
【数９】
2004309228.tif 000011
【００５５】
上式（９）に上式（５）〜（７）を代入すれば、
【００５６】
【数１０】
2004309228.tif 000012
【００５７】
【数１１】
2004309228.tif 000013
【００５８】
【数１２】
2004309228.tif 000014
【００５９】
が得られる。
方位角計算部４０は、測定データ補正部３９からのｘ軸地磁気測定データ、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データに基づいて方位角θを算出するようになっている。具体的には、下式（１３）により、θ−Ｄ、すなわち磁北方向を基準とした方位角を得ることができる。
【００６０】
【数１３】
2004309228.tif 000015
【００６１】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
方位角計測装置１００の方位角θ（またはθ−Ｄ）を測定する場合、ユーザは、傾斜角情報取得の開始を要求し、方位角計測装置１００を手に持ってユーザの姿勢を保持しながらその場で身長方向を軸として体の向きを変えていく。
方位角計測装置１００では、傾斜角情報取得の開始が要求されると、方位角計測装置１００の向きが、地上座標系におけるｘｇ軸からの傾斜角αを一定に保ちながら変化しているとみなして３軸地磁気測定データが３軸磁気センサ３１から所定回数以上繰り返して取得される。取得された３軸地磁気測定データは、順次、感度・オフセット補正部３６により、あらかじめ算出されたオフセットおよび感度補正係数に基づいて補正され、傾斜角算出部３７に入力される。
【００６２】
次に、方位角計測装置１００では、傾斜角算出部３７により、３軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想３次元空間上に、入力された３軸地磁気測定データ群が円周上に位置する円を定め、その円の中心座標（Ｃｏｘ，Ｃｏｙ，Ｃｏｚ）が算出される。そして、上式（８）により、算出された円の中心座標（Ｃｏｘ，Ｃｏｙ，Ｃｏｚ）に基づいて傾斜角αが算出され、算出された傾斜角αを示す傾斜角情報が傾斜角情報記憶部３８に格納される。
【００６３】
その後、ユーザは、自分の姿勢を保ちながら、方位角を計測したい方向に体を向け、計測の開始を要求する。すると、方位角計測装置１００では、３軸地磁気測定データが改めて３軸磁気センサ３１から取得され、感度・オフセット補正部３６により、あらかじめ算出されたオフセットおよび感度補正係数に基づいて補正され、さらに、測定データ補正部３９により、傾斜角情報記憶部３８の傾斜角情報に基づいて補正される。そして、方位角計算部４０により、補正された３軸地磁気測定データに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）が算出される。
【００６４】
このようにして、本実施の形態では、ユーザが方位角計測装置１００を手に持ってユーザの姿勢を保持しながらその場で身長方向を軸として体の向きを変えている時の３軸地磁気測定データを３軸磁気センサ３１から所定回数以上繰り返して取得し、３軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想３次元空間上に、繰り返し取得した３軸地磁気測定データ群が円周上に位置する円を定め、その円の中心座標（Ｃｏｘ，Ｃｏｙ，Ｃｏｚ）を算出し、算出した円の中心座標（Ｃｏｘ，Ｃｏｙ，Ｃｏｚ）に基づいて傾斜角αを算出する。そして、ユーザが方位角を計測したい方向に体を向けた時、改めて３軸地磁気測定データが３軸地磁気センサ３１から取得され、算出した傾斜角αに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）を算出するようになっている。
【００６５】
これにより、計測装置座標軸ｘと地上座標軸ｘｇがなす角度を固定したまま方位角計測装置１００の向きを変化させるだけで傾斜角αを計測することができる。したがって、従来に比して、方位角計測装置１００を水平面に置くことなく方位角θ（またはθ−Ｄ）を比較的正確に計測することができる。
上記第１の実施の形態において、３軸磁気センサ３１は、請求項１、４若しくは７記載の地磁気検出手段に対応し、傾斜角算出部３７は、請求項１若しくは４記載の検出出力取得手段、請求項１若しくは４記載の円解析手段、または請求項１若しくは４記載の傾斜角算出手段に対応している。また、方位角計算部４０は、請求項１または４記載の方位角算出手段に対応し、３軸地磁気測定データは、請求項１、４または７記載の３軸出力データに対応している。
【００６６】
次に、本発明の第２の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図７は、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法の第２の実施の形態を示す図である。なお、以下、上記第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、上記第１の実施の形態と重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態は、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法を、方位角計測装置１００の方位角を計測する場合について適用したものであって、上記第１の実施の形態と異なるのは、楕円の当てはめ計算により傾斜角αを算出する点にある。
上記第１の実施の形態では、３軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想３次元空間において円の当てはめ計算により傾斜角αを算出したが、本実施の形態では、ｘ軸地磁気測定データおよびｙ軸地磁気測定データを成分とする２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ）からなる仮想２次元空間において楕円の当てはめ計算により傾斜角αを算出する。
【００６８】
図７は、２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ）からなる仮想２次元空間を示す図である。
傾斜角算出部３７は、仮想２次元空間上に、地磁気測定データ点Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｙ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｙ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｙＮ）を配置し、その分布から傾斜角αを算出する。上式（５），（６）から下式（１４）を導出することができる。
【００６９】
【数１４】
2004309228.tif 000016
【００７０】
これは、Ｍｘ，Ｍｙに関する楕円の式である。したがって、Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｙ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｙ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｙＮ）は、図７に示すように、中心がＭｘ軸上のＭｘ＝−ＭｓｉｎＩ・ｃｏｓα、Ｍｘ軸方向の主軸の長さがＭｃｏｓＩ・ｓｉｎα、Ｍｙ軸方向の主軸の長さがＭｃｏｓＩとなる楕円上に分布することになる。よって、Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｙ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｙ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｙＮ）の分布に楕円の当てはめ計算を行い、計算の結果得られた楕円のＭｘ軸方向主軸の長さをａ１、Ｍｙ軸方向主軸の長さをｂ１とすれば、下式（１５）により傾斜角αを算出することができる。
【００７１】
【数１５】
2004309228.tif 000017
【００７２】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
方位角計測装置１００では、傾斜角算出部３７により、感度・オフセット補正部３６から３軸地磁気測定データ群中のｘ軸地磁気測定データおよびｙ軸地磁気測定データを入力して２軸地磁気測定データ群とし、２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ）からなる仮想２次元空間上に、入力された２軸地磁気測定データ群が円周上に位置する楕円を定め、その楕円の主軸の長さａ１，ｂ１が算出される。次いで、上式（１５）により、算出された楕円の主軸の長さａ１，ｂ１に基づいて傾斜角αが算出され、算出された傾斜角αを示す傾斜角情報が傾斜角情報記憶部３８に格納される。
【００７３】
その後、ユーザが方位角を計測したい方向に体を向けた時に改めて３軸磁気センサ３１から３軸地磁気測定データが取得され、感度・オフセット情報補正部３６により補正され、さらに、測定データ補正部３９により、傾斜角情報記憶部３８の傾斜角情報に基づいて補正される。そして、方位角計算部４０により、補正された３軸地磁気測定データに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）が算出される。
【００７４】
このようにして、本実施の形態では、ユーザが方位角計測装置１００を手に持ってユーザの姿勢を保持しながらその場で身長方向を軸として体の向きを変えている時のｘ軸地磁気測定データおよびｙ軸地磁気測定データを３軸磁気センサ３１から所定回数以上繰り返して取得し、２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ）からなる仮想２次元空間上に、繰り返し取得した２軸地磁気測定データ群が円周上に位置する楕円を定め、その楕円の主軸の長さａ１，ｂ１を算出し、算出した楕円の主軸の長さａ１，ｂ１に基づいて傾斜角αを算出する。そして、ユーザが方位角を計測したい方向に体を向けた時、改めて３軸地磁気測定データが３軸地磁気センサ３１から取得され、算出した傾斜角αに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）を算出するようになっている。
【００７５】
これにより、計測装置座標軸ｘと地上座標軸ｘｇがなす角度を固定したまま方位角計測装置１００の向きを変化させるだけで傾斜角αを計測することができる。したがって、従来に比して、方位角計測装置１００を水平面に置くことなく方位角θ（またはθ−Ｄ）を比較的正確に計測することができる。
上記第２の実施の形態において、３軸磁気センサ３１は、請求項２、５若しくは８記載の地磁気検出手段に対応し、傾斜角算出部３７は、請求項２若しくは５記載の検出出力取得手段、請求項２若しくは５記載の楕円解析手段、または請求項２若しくは５記載の傾斜角算出手段に対応している。また、方位角計算部４０は、請求項２または５記載の方位角算出手段に対応し、３軸地磁気測定データは、請求項２、５または８記載の３軸出力データに対応している。
【００７６】
次に、本発明の第３の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図８は、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法の第３の実施の形態を示す図である。なお、以下、上記第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、上記第１の実施の形態と重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７７】
本実施の形態は、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法を、方位角計測装置１００の方位角を計測する場合について適用したものであって、上記第１の実施の形態と異なるのは、楕円の当てはめ計算により傾斜角αを算出する点にある。
上記第１の実施の形態では、３軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想３次元空間において円の当てはめ計算により傾斜角αを算出したが、本実施の形態では、ｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを成分とする２軸出力座標系（Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間において楕円の当てはめ計算により傾斜角αを算出する。
【００７８】
図８は、２軸出力座標系（Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間を示す図である。
傾斜角算出部３７は、仮想２次元空間上に、地磁気測定データ点Ｐ１（Ｍｙ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｙ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｙＮ，ＭｚＮ）を配置し、その分布から傾斜角αを算出する。上式（６），（７）から下式（１６）を導出することができる。
【００７９】
【数１６】
2004309228.tif 000018
【００８０】
これは、Ｍｙ，Ｍｚに関する楕円の式である。したがって、Ｐ１（Ｍｙ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｙ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｙＮ，ＭｚＮ）は、図８に示すように、中心がＭｚ軸上のＭｚ＝−ＭｓｉｎＩ・ｓｉｎα、Ｍｚ軸方向の主軸の長さがＭｃｏｓＩ・ｃｏｓα、Ｍｙ軸方向の主軸の長さがＭｃｏｓＩとなる楕円上に分布することになる。よって、Ｐ１（Ｍｙ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｙ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｙＮ，ＭｚＮ）の分布に楕円の当てはめ計算を行い、計算の結果得られた楕円のＭｙ軸方向主軸の長さをａ２、Ｍｚ軸方向主軸の長さをｂ２とすれば、下式（１７）により傾斜角αを算出することができる。
【００８１】
【数１７】
2004309228.tif 000019
【００８２】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
方位角計測装置１００では、傾斜角算出部３７により、感度・オフセット補正部３６から３軸地磁気測定データ群中のｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを入力して２軸地磁気測定データ群とし、２軸出力座標系（Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間上に、入力された２軸地磁気測定データ群が円周上に位置する楕円を定め、その楕円の主軸の長さａ２，ｂ２が算出される。次いで、上式（１７）により、算出された楕円の主軸の長さａ２，ｂ２に基づいて傾斜角αが算出され、算出された傾斜角αを示す傾斜角情報が傾斜角情報記憶部３８に格納される。
【００８３】
その後、ユーザが方位角を計測したい方向に体を向けた時に改めて３軸磁気センサ３１から３軸地磁気測定データが取得され、感度・オフセット情報補正部３６により補正され、さらに、測定データ補正部３９により、傾斜角情報記憶部３８の傾斜角情報に基づいて補正される。そして、方位角計算部４０により、補正された３軸地磁気測定データに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）が算出される。
【００８４】
このようにして、本実施の形態では、ユーザが方位角計測装置１００を手に持ってユーザの姿勢を保持しながらその場で身長方向を軸として体の向きを変えている時のｙ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを３軸磁気センサ３１から所定回数以上繰り返して取得し、２軸出力座標系（Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間上に、繰り返し取得した２軸地磁気測定データ群が円周上に位置する楕円を定め、その楕円の主軸の長さａ２，ｂ２を算出し、算出した楕円の主軸の長さａ２，ｂ２に基づいて傾斜角αを算出する。そして、ユーザが方位角を計測したい方向に体を向けた時、改めて３軸地磁気測定データが３軸地磁気センサ３１から取得され、算出した傾斜角αに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）を算出するようになっている。
【００８５】
これにより、計測装置座標軸ｘと地上座標軸ｘｇがなす角度を固定したまま方位角計測装置１００の向きを変化させるだけで傾斜角αを計測することができる。したがって、従来に比して、方位角計測装置１００を水平面に置くことなく方位角θ（またはθ−Ｄ）を比較的正確に計測することができる。
上記第３の実施の形態において、３軸磁気センサ３１は、請求項２、５若しくは８記載の地磁気検出手段に対応し、傾斜角算出部３７は、請求項２若しくは５記載の検出出力取得手段、請求項２若しくは５記載の楕円解析手段、または請求項２若しくは５記載の傾斜角算出手段に対応している。また、方位角計算部４０は、請求項２または５記載の方位角算出手段に対応し、３軸地磁気測定データは、請求項２、５または８記載の３軸出力データに対応している。
【００８６】
次に、本発明の第４の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図９は、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法の第４の実施の形態を示す図である。なお、以下、上記第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、上記第１の実施の形態と重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
本実施の形態は、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法を、方位角計測装置１００の方位角を計測する場合について適用したものであって、上記第１の実施の形態と異なるのは、直線の当てはめ計算により傾斜角αを算出する点にある。
上記第１の実施の形態では、３軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想３次元空間において円の当てはめ計算により傾斜角αを算出したが、本実施の形態では、ｘ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを成分とする２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間において直線の当てはめ計算により傾斜角αを算出する。
【００８８】
図９は、２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間を示す図である。
傾斜角算出部３７は、仮想２次元空間上に、地磁気測定データ点Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｚＮ）を配置し、その分布から傾斜角αを算出する。上式（５），（７）から下式（１８）を導出することができる。
【００８９】
【数１８】
2004309228.tif 000020
【００９０】
これは、Ｍｘ，Ｍｚに関する直線の式である。したがって、Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｚＮ）は、図９に示すように、傾きが−ｃｏｔαで原点からの距離がＭｓｉｎＩとなる直線上に分布することになる。よって、Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｚＮ）の分布に直線の当てはめ計算を行い、計算の結果得られた直線の傾きから傾斜角αを算出することができる。
【００９１】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
方位角計測装置１００では、傾斜角算出部３７により、感度・オフセット補正部３６から３軸地磁気測定データ群中のｘ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを入力して２軸地磁気測定データ群とし、２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間上に、入力された２軸地磁気測定データ群が線上に位置する直線を定め、その直線の傾きが算出される。次いで、上式（１８）により、算出された直線の傾きに基づいて傾斜角αが算出され、算出された傾斜角αを示す傾斜角情報が傾斜角情報記憶部３８に格納される。
【００９２】
その後、ユーザが方位角を計測したい方向に体を向けた時に改めて３軸磁気センサ３１から３軸地磁気測定データが取得され、感度・オフセット情報補正部３６により補正され、さらに、測定データ補正部３９により、傾斜角情報記憶部３８の傾斜角情報に基づいて補正される。そして、方位角計算部４０により、補正された３軸地磁気測定データに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）が算出される。
【００９３】
このようにして、本実施の形態では、ユーザが方位角計測装置１００を手に持ってユーザの姿勢を保持しながらその場で身長方向を軸として体の向きを変えている時のｘ軸地磁気測定データおよびｚ軸地磁気測定データを３軸磁気センサ３１から所定回数以上繰り返して取得し、２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間上に、繰り返し取得した２軸地磁気測定データ群が線上に位置する直線を定め、その直線の傾きを算出し、算出した直線の傾きに基づいて傾斜角αを算出する。そして、ユーザが方位角を計測したい方向に体を向けた時、改めて３軸地磁気測定データが３軸地磁気センサ３１から取得され、算出した傾斜角αに基づいて方位角θ（またはθ−Ｄ）を算出するようになっている。
【００９４】
これにより、計測装置座標軸ｘと地上座標軸ｘｇがなす角度を固定したまま方位角計測装置１００の向きを変化させるだけで傾斜角αを計測することができる。したがって、従来に比して、方位角計測装置１００を水平面に置くことなく方位角θ（またはθ−Ｄ）を比較的正確に計測することができる。
上記第４の実施の形態において、３軸磁気センサ３１は、請求項３、６若しくは９記載の地磁気検出手段に対応し、傾斜角算出部３７は、請求項３若しくは６記載の検出出力取得手段、請求項３若しくは６記載の直線解析手段、または請求項３若しくは６記載の傾斜角算出手段に対応している。また、方位角計算部４０は、請求項３または６記載の方位角算出手段に対応し、３軸地磁気測定データは、請求項３、６または９記載の３軸出力データに対応している。
【００９５】
なお、上記第１の実施の形態においては、３軸地磁気測定データ群が円周上に位置する円を仮想３次元空間上に定め、その円の中心座標を算出するように構成したが、これに限らず、３軸地磁気測定データに誤差が含まれる場合を考慮し、３軸地磁気測定データ群が円周近傍に位置する円を仮想３次元空間上に定め、その円の中心座標を算出するように構成することもできる。
【００９６】
また、上記第２の実施の形態においては、２軸地磁気測定データ群が円周上に位置する楕円を仮想２次元空間上に定め、その楕円の主軸の長さａ１，ｂ１を算出するように構成したが、これに限らず、２軸地磁気測定データに誤差が含まれる場合を考慮し、２軸地磁気測定データ群が円周近傍に位置する楕円を仮想２次元空間上に定め、その楕円の主軸の長さａ１，ｂ１を算出するように構成することもできる。
【００９７】
また、上記第３の実施の形態においては、２軸地磁気測定データ群が円周上に位置する楕円を仮想２次元空間上に定め、その楕円の主軸の長さａ２，ｂ２を算出するように構成したが、これに限らず、２軸地磁気測定データに誤差が含まれる場合を考慮し、２軸地磁気測定データ群が円周近傍に位置する楕円を仮想２次元空間上に定め、その楕円の主軸の長さａ２，ｂ２を算出するように構成することもできる。
【００９８】
また、上記第４の実施の形態においては、２軸地磁気測定データ群が線上に位置する直線を仮想２次元空間上に定め、その直線の傾きを算出するように構成したが、これに限らず、２軸地磁気測定データに誤差が含まれる場合を考慮し、２軸地磁気測定データ群が線近傍に位置する直線を仮想２次元空間上に定め、その直線の傾きを算出するように構成することもできる。
【００９９】
また、上記第１ないし第４の実施の形態においては、上式（９）により３軸地磁気測定データを補正するように構成したが、これに限らず、Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚから上式（９）の傾斜角補正計算を行うことなく直接θ−Ｄを算出することも可能である。
上記第１の実施の形態において、Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｙ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｙ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｙＮ，ＭｚＮ）の分布に円の当てはめ計算を行ったときの円の半径、上記第２の実施の形態において、Ｐ１（Ｍｘ１，Ｍｙ１）、Ｐ２（Ｍｘ２，Ｍｙ２）、…、ＰＮ（ＭｘＮ，ＭｙＮ）の分布に楕円の当てはめ計算を行ったときの楕円のＭｙ軸方向の主軸の長さ、および上記第３の実施の形態において、Ｐ１（Ｍｙ１，Ｍｚ１）、Ｐ２（Ｍｙ２，Ｍｚ２）、…、ＰＮ（ＭｙＮ，ＭｚＮ）の分布に楕円の当てはめ計算を行ったときの楕円のＭｙ軸方向の主軸の長さはいずれも、ＭｃｏｓＩである。したがって、上式（６）を変形した下式（１９）を用いてθ−Ｄを得ることができる。
【０１００】
【数１９】
2004309228.tif 000021
【０１０１】
また、上記第１ないし第４の実施の形態においては、３軸磁気センサ３１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、３軸磁気センサ３１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。
【０１０２】
また、上記第１ないし第４の実施の形態においては、傾斜角算出部３７で行う処理はハードウェアにより実現してもよいし、方位角計測装置１００を、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭをバス接続したコンピュータとして構成し、ＣＰＵがその処理を実行するようにしてもよい。この場合、ＲＯＭにあらかじめ格納されている制御プログラムを実行するように構成してもよいが、これらの手順を示したプログラムが記憶された記憶媒体から、そのプログラムをＲＡＭに読み込んで実行するようにしてもよい。
【０１０３】
ここで、記憶媒体とは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体記憶媒体、ＦＤ、ＨＤ等の磁気記憶型記憶媒体、ＣＤ、ＣＤＶ、ＬＤ、ＤＶＤ等の光学的読取方式記憶媒体、ＭＯ等の磁気記憶型／光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。
【０１０４】
また、上記第１ないし第４の実施の形態においては、本発明に係る方位角計測装置および方位角計測プログラム、並びに方位角計測方法を、図１に示すように、方位角計測装置１００の方位角を計測する場合について適用したが、これに限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の場合にも適用可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項１記載の方位角計測装置によれば、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら地磁気検出手段の向きを変化させるだけでよいので、従来に比して、計測場所によらず方位角を比較的正確に計測することができるという効果が得られる。また、傾斜角センサ、傾斜角センサ増幅部および傾斜角センサＡ／Ｄ変換部を設けなくてすむので、従来に比して、コストを低減することができるという効果も得られる。
【０１０６】
さらに、本発明に係る請求項２記載の方位角計測装置によれば、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら地磁気検出手段の向きを変化させるだけでよいので、従来に比して、計測場所によらず方位角を比較的正確に計測することができるという効果が得られる。また、傾斜角センサ、傾斜角センサ増幅部および傾斜角センサＡ／Ｄ変換部を設けなくてすむので、従来に比して、コストを低減することができるという効果も得られる。
【０１０７】
さらに、本発明に係る請求項３記載の方位角計測装置によれば、地上座標系における特定方向からの傾斜角を一定に保ちながら地磁気検出手段の向きを変化させるだけでよいので、従来に比して、計測場所によらず方位角を比較的正確に計測することができるという効果が得られる。また、傾斜角センサ、傾斜角センサ増幅部および傾斜角センサＡ／Ｄ変換部を設けなくてすむので、従来に比して、コストを低減することができるという効果も得られる。
【０１０８】
一方、本発明に係る請求項４記載の方位角計測プログラムによれば、請求項１記載の方位角計測装置と同等の効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項５記載の方位角計測プログラムによれば、請求項２記載の方位角計測装置と同等の効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項６記載の方位角計測プログラムによれば、請求項３記載の方位角計測装置と同等の効果が得られる。
【０１０９】
一方、本発明に係る請求項７記載の方位角計測方法によれば、請求項１記載の方位角計測装置と同等の効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項８記載の方位角計測方法によれば、請求項２記載の方位角計測装置と同等の効果が得られる。
さらに、本発明に係る請求項９記載の方位角計測方法によれば、請求項３記載の方位角計測装置と同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方位角計測装置１００における磁気センサの取付構造を示す透視図である。
【図２】本発明に係る方位角計測装置１００の構成を示すブロック図である。
【図３】方位角計測装置１００の姿勢を定める図である。
【図４】方位角計測装置１００の姿勢を変化させる場合を示す図である。
【図５】方位角θの計測方法を示す図である。
【図６】３軸地磁気測定データを成分とする３軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想３次元空間を示す図である。
【図７】２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｙ）からなる仮想２次元空間を示す図である。
【図８】２軸出力座標系（Ｍｙ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間を示す図である。
【図９】２軸出力座標系（Ｍｘ，Ｍｚ）からなる仮想２次元空間を示す図である。
【図１０】地上座標系（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）における地磁気成分を示したものである。
【図１１】従来の方位角計測装置における磁気センサの取付構造を示す透視図である。
【図１２】従来の方位角計測装置における傾斜角センサの取付構造を示す透視図である。
【図１３】従来の方位角計測装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００                方位角計測装置
１１，３１            ３軸磁気センサ
ＨＥｘ                ｘ軸ホール素子
ＨＥｙ                ｙ軸ホール素子
ＨＥｚ                ｚ軸ホール素子
１２，３２            磁気センサ駆動電源部
１３，３３            マルチプレクサ部
１４，３４            磁気センサ増幅部
１５，３５            磁気センサＡ／Ｄ変換部
１６，３６            感度・オフセット補正部
３７                  傾斜角算出部
３８                  傾斜角情報記憶部
２０，３９            測定データ補正部
２１，４０            方位角計算部
１７                  傾斜角センサ
１８                  傾斜角センサ増幅部
１９                  傾斜角センサＡ／Ｄ変換部
【図１】
2004309228.tif 000022
【図２】
2004309228.tif 000023
【図３】
2004309228.tif 000024
【図４】
2004309228.tif 000025
【図５】
2004309228.tif 000026
【図６】
2004309228.tif 000027
【図７】
2004309228.tif 000028
【図８】
2004309228.tif 000029
【図９】
2004309228.tif 000030
【図１０】
2004309228.tif 000031
【図１１】
2004309228.tif 000032
【図１２】
2004309228.tif 000033
【図１３】
2004309228.tif 000034