(57)【要約】【課題】傾斜した環境下においては、従来の手法では正確なオフセットを取得することができず、よって方位を正確に算出することができなかった。【解決手段】ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力を取得する機能を有するｘｙｚ軸に配置された磁気センサと、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇとｙ軸と水平面のなすロール角αｇに相当する各傾斜角の出力を取得する機能を有する傾斜センサと、各傾斜角を用いて磁気ベクトルを水平のｘｙｚ３次元座標値に変換する水平変換処理機能を有する水平磁気ベクトル演算装置と、各傾斜角に応じたオフセットである傾斜オフセットを取得する機能を有する傾斜オフセット演算装置と、ｘｙｚ３次元座標値と傾斜オフセットを用いて方位を演算する方位演算装置とを備え、周辺機器の着磁などの影響によって発生する方位センサのオフセットを取得して、真の方位を得ることができるようにした。【選択図】  図１
2005195410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力を取得する機能を有するｘｙｚ軸に配置された磁気センサと、
ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇとｙ軸と水平面のなすロール角αｇに相当する各傾斜角の出力を取得する機能を有する傾斜センサと、
前記各傾斜角を用いて磁気ベクトルを水平のｘｙｚ３次元座標値に変換する水平変換処理機能を有する水平磁気ベクトル演算装置と、
前記各傾斜角に応じたオフセットである傾斜オフセットを取得する機能を有する傾斜オフセット演算装置と、
前記ｘｙｚ３次元座標値と前記傾斜オフセットを用いて方位を演算する方位演算装置とを備え、
周辺機器の着磁などの影響によって発生する方位センサのオフセットを取得して、真の方位を得ることができるようにしたことを特徴とする電子方位計。
【請求項２】
前記各傾斜角に対応させて前記傾斜オフセットを記憶する機能を有する傾斜オフセット記憶装置を更に有することを特徴とする請求項１に記載の電子方位計。
【請求項３】
前記各傾斜角に対応させて前記ｘｙｚ３次元座標値を記憶する機能を有するデータ記憶装置と、
同じ傾斜角であり、かつ前記ｘｙｚ３次元座標値が相異なる３組のデータを前記データ記憶装置から取得する機能を有するデータ取得装置とを更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電子方位計。
【請求項４】
前記ｘｙｚ３次元座標値と前記傾斜オフセット記憶装置に記憶された前記傾斜オフセットを用いて、水平磁気ベクトル量を演算する機能を有するベクトル量演算装置を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の電子方位計。
【請求項５】
前記方位演算装置で得られた方位を表示する機能を有する方位表示装置を更に備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電子方位計。
【請求項６】
ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を磁気センサから取得する磁気ベクトル取得手段と、
ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇとｙ軸と水平面のなすロール角αｇを傾斜センサから取得する傾斜角取得手段と、
前記傾斜角を用いて磁気ベクトルを水平のｘｙｚ３次元座標値に変換する水平変換手段と、
前記傾斜角に応じた少なくとも２組の前記ｘｙｚ３次元座標値を用いて前記傾斜オフセットを演算取得する傾斜オフセット取得手段と、
前記ｘｙｚ３次元座標値と前記傾斜オフセットを用いて方位角を算出する方位算出手段とを備え、
周辺機器の着磁などの影響によって発生する方位センサのオフセットを取得して、真の方位を得られるように機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【請求項７】
前記傾斜オフセット取得手段により、演算取得した前記傾斜オフセットを前記傾斜角に対応させて前記傾斜オフセット記憶装置に記憶する機能を更に有することを特徴とする請求項６に記載の記録媒体。
【請求項８】
前記傾斜オフセット取得手段が、前記傾斜角が一定の間に、機器を方位角周りに１周回
させたときの前記ｘｙｚ３次元座標値の最大値と最小値の２点の平均により演算されるデータを取得する手段であることを特徴とする請求項６または７に記載の記録媒体。
【請求項９】
前記傾斜角及び前記ｘｙｚ３次元座標値を逐次記憶するデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段で得られた前記ｘｙｚ３次元座標値の中から相異なる３組のｘｙｚ３次元座標値を取得するデータ取得手段とを有し、
前記傾斜オフセット取得手段が、前記相異なる３組のｘｙｚ３次元座標値を用いて傾斜オフセットを演算する手段であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の記録媒体。
【請求項１０】
前記データ取得手段で取得する前記３組のｘｙｚ３次元座標値が、前記傾斜角取得手段で得られた現在の傾斜角と同じ値であるが相異なる座標値であり、
前記傾斜オフセット取得手段が、前記現在の傾斜角に応じた前記傾斜オフセットを取得できる手段であることを特徴とする請求項９に記載の記録媒体。
【請求項１１】
前記ｘｙｚ３次元座標値と前記傾斜オフセットを用いて、水平磁気ベクトルに相当する磁気ベクトル量を演算し、ここで得られた前記磁気ベクトル量と、過去に演算した磁気ベクトル量とを比較する磁気ベクトル量演算比較手段と、
前記傾斜オフセットを再演算して二次傾斜オフセットを取得する傾斜オフセット再取得手段と、
前記二次傾斜オフセットを記憶する傾斜オフセット記憶手段とを有することを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の記録媒体。
【請求項１２】
前記方位演算手段で得られた方位を表示する機能を有する方位表示手段を更に有することを特徴とする請求項６から１１のいずれか一項に記載の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを用いて方位を測定する電子方位計及びその記録媒体に関する。詳しくは、本発明は、任意の傾斜環境下において周辺機器の着磁の影響によって地磁気以外のオフセットが発生する場合のオフセット補正を可能とした電子方位計及びその電子方位計に用いる記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子方位計は、センサなどを用いて電気的に方位を表示できるという特徴を有する。一般的には、複数の磁気センサを配置して電子方位計を構成する。磁気センサは、センサと平行（あるいは垂直）な磁界に対して線形な出力を示す。よって、直交配置された複数の磁気センサの出力から得られたデータを演算することで、基準に決めた方向から方位角を算出することができる。この方位角から得られた方位は、アナログ、デジタルの電気信号として処理できるため、携帯電話、ＰＤＡといった携帯情報端末や腕時計、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向け、ゲーム機といった様々な電子機器への応用が期待されている。
【０００３】
特に近年、ＧＰＳ等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながらにして判る。この端末に電子方位計を組み合わせることで、利用者が今どの方位を向いているのか、或いは歩行中であるならばどこに向かおうとしているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。そのようなサービスが進展していく中で、電子方位計に要求される課題としては、より質、精度の高いものが求められていくことは必然である。
【０００４】
上記の質と精度の向上とは、より正確に方位を測定するということを示しているが、磁気センサの周辺機器の着磁の影響で、正確に方位を算出されないことがある。磁気センサが、地磁気に相当する出力のみを発生する場合には方位は計算上正確に求まる。しかし、磁気センサの周辺の部品や機械などが着磁していると、磁気センサの出力電圧にオフセットが加わり、地磁気量に相当する出力を得ることができなくなる。よって、その着磁量に相当する補正を行わないと、地磁気に相当する出力を得ることができなくなり、正しい方位を取得することが出来なくなる。
【０００５】
この様な問題を解決するための従来の着磁補正の方法としては、磁気センサを含む機器を１周回させ、その出力の最大値と最小値の平均を算出することでオフセットを得る方法が知られている。しかし、この方法では、機器を一回転させなければならないという煩雑さがあり、特に車両などに搭載した電子方位計で正確な方位を得たい場合では、一回転するのに必要な場所を見つけるのにも時間と労力がかかるという問題があった。更に着磁の状態は、周辺機器含めて測定をする環境によって変化し易く、この着磁量は経時的にも変化するため、一度行ったとしても着磁の状態が変わる度に車両を一周回させて新たに補正を行わなければならないという問題があった。
【０００６】
上記の問題点に対して、車両を一周回させるという煩わしい事をせずとも、地磁気センサの方位誤差の補正を行うことができる方法と装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
これは、周辺機器の着磁量に応じたオフセットを得て補正する方法であり、具体的には着磁後（着磁状態が変化した後）であっても、その後着磁状態が変化しない間にサンプリ
ングされた相異なる３組の２次元座標値が定める３点を用いて、その３点から所定の距離にあるオフセットとなる２次元座標値（３円の交点）を得て、このオフセットを使用して正しい方位を得ようとするものである。
【０００７】
この方法について、更に詳細に図を用いて説明を行う。図７は、電子方位計を含む機器を水平状態下で一周回させたときのｘ、ｙ軸磁気センサの出力の関係を示したものである。本図面における水平状態下とは、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇが０度、ｙ軸と水平面のなすロール角αｇが０度の状態を示し、一周回とは方位角０度から３６０度まで回転させることを示している。
【０００８】
この図７から、水平状態下でのｘｙ出力グラフは円形状となっていることが判る。また、このときの円の半径は地磁気の水平成分に相当する出力を表しており、円の中心座標はｘ磁気センサ出力とｙ磁気センサ出力の原点に対するオフセットを示すこととなる。ここで、この出力円上の３点のｘｙ２次元座標、例えば方位角θが４０度、９０度、３１０度でのｘｙ出力が判ると、図中のθ＝４０ｄｅｇの円と、θ＝９０ｄｅｇの円と、θ＝３１０ｄｅｇの円のそれぞれの３円の交点を利用することにより中心座標（オフセット）を求めることができる。この方法によれば、周辺機器の着磁量が経時的に変化した場合であっても、その都度、着磁に係るオフセットを取得できるため、特に水平状態下で利用されることの多い車両に設置した場合においては、正確な方位を得る手段となり得る。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１０５７４５公報  （第６頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した機能を有する電子方位計を傾けた状態（傾斜環境下）で利用者が方位を得ようとした場合、つまり、携帯機器用の電子方位計の利用者は、様々な使用方法や、持ち方をすることが想定され、その際の電子方位計に内蔵された磁気センサが、水平面に対して傾斜した状態で使用する場合がある。
しかしながら、この様な環境下においては上記の手法では正確なオフセットを取得することができず、よって方位を正確に算出することができないという問題があった。
【００１１】
上述した傾斜環境下では、正確なオフセットを取得することができない理由について更に詳細に図を用いて説明を行う。図８は、ｙ軸と水平面のなすロール角αｇを０度で一定とし、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇを０度（図中では「水平での出力円」と示している。）、２０度、４０度、６０度として、磁気センサを含む電子方位計を一周回させたときのｘ、ｙ軸磁気センサの出力の関係を示したものである。
【００１２】
この図から、ピッチ角βｇが大きくなるに従って、出力グラフが円形状から楕円形状になってゆき、またその中心座標が順にシフトしていくことが判る。すなわち、本図から水平状態下でのオフセット（真のオフセット）はｘ軸で−３０ｍＶ、ｙ軸で−１１０ｍＶであったが、傾斜角が大きくなるに従って、真のオフセットからズレを発生してしまうことのである。したがって、傾いた状態でこの楕円上の３点のｘｙ出力座標を用いて中心座標を求めようとしても、出力グラフが楕円になってしまうことと、真のオフセットから中心座標が傾斜角に応じてシフトしてしまうという２つの現象があるため、正確なオフセットを取得することができないのである。この様に、正確なオフセットが得られなければ、傾斜環境下では周辺機器の着磁量に応じた正確なオフセットを取得できず、正確な方位を得ることは不可能であることは容易に理解できよう。
【００１３】
実際の携帯機器の利用形態においては、携帯機器をある程度傾けた状態で利用するケースが多いので、この様な携帯用電子機器では、その都度オフセットを取得することは、現
実的に不可能となる。よって、正確な方位を得るためには、水平状態下でオフセット取得のための煩わしいキャリブレーション操作を、傾斜環境下から水平に戻して再度行うことが必要となってしまう。
【００１４】
そこで本発明の目的は、あらゆる傾斜環境下においてもオフセットを取得でき、着磁状態の変化によりオフセットが変化した場合においても、その都度一周回させたキャリブレーションを行うことなく、ユーザが意識せずとも自動でオフセットを取得して真の方位を得ることができる電子方位計及び記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の電子方位計及びその電子方位計に用いる記録媒体は基本的には下記記載の形態を採用する。
【００１６】
本発明の電子方位計は、ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力を取得する機能を有するｘｙｚ軸に配置された磁気センサと、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇとｙ軸と水平面のなすロール角αｇに相当する各傾斜角の出力を取得する機能を有する傾斜センサと、各傾斜角を用いて磁気ベクトルを水平のｘｙｚ３次元座標値に変換する水平変換処理機能を有する水平磁気ベクトル演算装置と、各傾斜角に応じたオフセットである傾斜オフセットを取得する機能を有する傾斜オフセット演算装置と、ｘｙｚ３次元座標値と傾斜オフセットを用いて方位を演算する方位演算装置とを備え、周辺機器の着磁などの影響によって発生する方位センサのオフセットを取得して、真の方位を得ることができるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の電子方位計は、各傾斜角に対応させて傾斜オフセットを記憶する機能を有する傾斜オフセット記憶装置を更に有することを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の電子方位計は、各傾斜角に対応させてｘｙｚ３次元座標値を記憶する機能を有するデータ記憶装置と、同じ傾斜角であり、かつｘｙｚ３次元座標値が相異なる３組のデータをデータ記憶装置から取得する機能を有するデータ取得装置とを更に備えたことを特徴とする。
【００１９】
またさらに、本発明の電子方位計は、ｘｙｚ３次元座標値と傾斜オフセット記憶装置に記憶された傾斜オフセットを用いて、水平磁気ベクトル量を演算する機能を有するベクトル量演算装置を更に備えたことを特徴とする。
【００２０】
またさらに、本発明の電子方位計は、方位演算装置で得られた方位を表示する機能を有する方位表示装置を更に備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を磁気センサから取得する磁気ベクトル取得手段と、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇとｙ軸と水平面のなすロール角αｇを傾斜センサから取得する傾斜角取得手段と、傾斜角を用いて磁気ベクトルを水平のｘｙｚ３次元座標値に変換する水平変換手段と、傾斜角に応じた少なくとも２組のｘｙｚ３次元座標値を用いて傾斜オフセットを演算取得する傾斜オフセット取得手段と、ｘｙｚ３次元座標値と傾斜オフセットを用いて方位角を算出する方位算出手段とを備え、周辺機器の着磁などの影響によって発生する方位センサのオフセットを取得して、真の方位を得られるように機能させるためのプログラムを記録したことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、傾斜オフセット取得手段により、演算取得した傾斜オフセットを、傾斜角に対応させて傾斜オフセット記憶装置に記憶する機能
を更に有することを特徴とする。
【００２３】
またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、傾斜オフセット取得手段が、傾斜角が一定の間に、機器を方位角周りに１周回させたときのｘｙｚ３次元座標値の最大値と最小値の２点の平均により演算されるデータを取得する手段であることを特徴とする。
【００２４】
またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、傾斜角及びｘｙｚ３次元座標値を逐次記憶するデータ記憶手段と、データ記憶手段で得られたｘｙｚ３次元座標値の中から相異なる３組のｘｙｚ３次元座標値を取得するデータ取得手段とを有し、傾斜オフセット取得手段が、相異なる３組のｘｙｚ３次元座標値を用いて傾斜オフセットを演算する手段であることを特徴とする。
【００２５】
またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、データ取得手段で取得する３組のｘｙｚ３次元座標値が、傾斜角取得手段で得られた現在の傾斜角と同じ値であるが相異なる座標値であり、傾斜オフセット取得手段が、現在の傾斜角に応じた傾斜オフセットを取得する手段であることを特徴とする。
【００２６】
またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、ｘｙｚ３次元座標値と傾斜オフセットを用いて、水平磁気ベクトルに相当する磁気ベクトル量を演算し、ここで得られた磁気ベクトル量と、過去に演算した磁気ベクトル量とを比較する磁気ベクトル量演算比較手段と、傾斜オフセットを再演算して二次傾斜オフセットを取得する傾斜オフセット再取得手段と、二次傾斜オフセットを記憶する傾斜オフセット記憶手段とを有することを特徴とする。
【００２７】
またさらに、本発明の電子方位計に用いる記録媒体は、方位演算手段で得られた方位を表示する機能を有する方位表示手段を更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、任意の傾斜環境下でその傾斜角に応じた傾斜オフセットを取得できる。更には、その傾斜環境下で着磁状態が変化した後でも、そのまま利用することで、ユーザが意識することなく、傾斜オフセットを自動的に取得することが可能となる。
【００２９】
具体的には、測定する傾斜角に応じたオフセットとなる傾斜オフセットを演算する。そして、磁気センサから得られる磁気ベクトルを傾斜角に応じて水平変換させると、その水平変換したｘｙ出力座標は、傾斜角に応じた傾斜オフセットを中心にした円形状となることを利用している。
【００３０】
したがって、その円上の少なくとも２点の座標値が分かれば、中心座標を算出して中心座標である傾斜オフセットを取得することが出来る。更に、周辺機器の着磁状態が変化した場合でも、その後着磁状態と傾斜角が変化しない間に取得された３組のｘｙｚ３次元座標値を用いて、その３組のｘｙｚ３次元座標値から所定の距離にある座標値を求めることによっても、傾斜オフセットを取得することができ、その場合にはユーザーがその都度キャリブレーションのための操作を行うことなく、自動でキャリブレーションの取得を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の基本構成は、磁気センサと傾斜センサ、及び３種類の機能の異なる演算装置である水平磁気ベクトル演算装置と、傾斜オフセット演算装置と、方位演算装置とによって構成される。
【００３２】
そして、この構成により方位を取得するまでのステップは、まず、磁気ベクトル取得手段により、ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力を磁気センサから取得する。次に傾斜角取得手段により、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇとｙ軸と水平面のなすロール角αｇに相当する各傾斜角の出力を傾斜センサから取得する。これらのセンサの出力を用いて、水平磁気ベクトル演算装置により、各傾斜角に応じた磁気ベクトルを水平変換する水平変換手段を行い、水平のｘｙｚ３次元座標値に変換する。そして、傾斜オフセット演算装置により、その傾斜角に応じたオフセットを演算して傾斜オフセットを取得する。最後に、方位演算装置により、得られた傾斜オフセットとｘｙｚ３次元座標値の値を用いて方位を演算する手段を採用する。
【００３３】
上記の傾斜オフセットについて更に詳細に図９を用いて説明を行う。図９は、傾斜オフセットの概念を示した図であり、水平でのｘｙ出力グラフ（図中「水平での出力円」と示す。）、及びｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇが４０度のときの出力、更に水平変換処理を行った後のｘｙｚ３次元座標値に相当する出力（図中「水平変換後」と示す。）を示したものである。
【００３４】
この図から、先にも説明した通り、傾斜している状態でのｘｙ出力値（図中のβ＝４０ｄｅｇの出力グラフ上に存在する出力値）は、楕円上にあり円上には存在しない。また、その中心座標も水平でのｘｙ出力円の中心座標とはズレを生じていることが判る。一方、水平変換後のｘｙ出力グラフにおいても、その中心座標は水平でのｘｙ出力グラフの中心座標と異なっているが、水平変換処理後のｘｙ出力グラフは円形状を示しており、その中心座標は傾斜オフセットを示していることが判る。
【００３５】
この傾斜オフセットは、傾斜角と真のオフセットの値によって決定されるものである。この楕円形状となっているｘｙ出力を水平変換処理することにより、ｘｙｚ３次元座標のｘｙ出力グラフをほぼ円形状とすることができ、その中心座標である傾斜オフセットを利用することで、方位を算出することが可能となる。そして、その中心座標は、円周上の幾つかの点（例えば二点以上）が判ると算出されることから、水平変換処理後のｘｙｚ３次元座標値を取得することによって、傾斜オフセットを得ることが可能となる。
【００３６】
上記の通り、傾斜オフセットは背景技術で説明した真のオフセットとは異なり、その傾斜状態に応じたオフセットを示している。すなわち、従来手法においては着磁状態が変動した場合、任意の傾斜環境下で真のオフセットを取得することができない。よって、傾斜環境下で利用しているときに、そのオフセットが変化した場合には、その都度水平でキャリブレーションを行うことが必要となる。
【００３７】
一方、本発明においては、傾斜オフセットとｘｙｚ３次元座標値を用いて行う。すなわち、周辺機器の着磁状態が変化した後でも、その着磁状態においてサンプリングされた幾つかのｘｙｚ３次元座標値を得て傾斜オフセットを算出することができるため、水平でのキャリブレーション等の煩わしい手順を踏まなくとも、任意の傾斜環境下で正しい方位を測定することが可能となる。
【実施例１】
【００３８】
本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の電子方位計のブロック構成を示した図であり、図４は図１に示したブロック構成を用いて方位を得るまでの各ステップを説明するためのフローチャートである。
【００３９】
図１に示す様に、電子方位計２は、磁気センサ部４、傾斜センサ部６、水平磁気ベクトル演算装置８、傾斜オフセット演算装置１０、傾斜オフセット記憶装置１２、方位算出装置１４、方位表示装置１６から構成される。磁気センサ部４は、ｘ、ｙ、ｚ軸の磁気セン
サで構成され、各軸方向の出力を取り出して磁気ベクトルを得ることができるようにしてある。また、傾斜センサ６は、ｘ、ｙ軸に配置され、それぞれの出力からピッチ角、ロール角に相当する出力を得ることができるようにしてある。
【００４０】
水平磁気ベクトル演算装置８は、磁気センサから得られた磁気ベクトルを水平のｘｙｚ３次元座標値に変換するための演算装置であり、上述の通り、傾斜環境下での楕円上に存在するｘｙ出力を円上に存在するように変換するための装置である。傾斜オフセット演算装置１０は、少なくとも２組のｘｙｚ三次元座標値から各傾斜角に応じた傾斜オフセットを演算する装置であり、その傾斜オフセットは、各傾斜角度と共に傾斜オフセット記憶装置１２に記憶される。方位算出装置１４は、傾斜オフセットとｘｙｚ３次元座標値を用いて方位を算出する装置であり、方位表示装置１６は、その方位を表示するための装置である。
【００４１】
次に、図４を用いてより具体的な本発明の電子方位計に用いる記録媒体についての説明を行う。
まず、最初に行う磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）は、ｘｙｚ軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を磁気センサから取得する手段である。ここで得られる磁気ベクトルは、オフセットに相当する出力と地磁気に相当する出力が合成されたものになる。次に行う傾斜角取得手段（Ｓ４）は、ｘ軸と水平面のなすピッチ角βｇ及びｙ軸と水平面の成すロール角αｇを、傾斜センサから取得する手段である。この傾斜センサに加速度センサを用いた場合、各軸方向の重力加速度の大きさに比例した出力を得ることができる。これらセンサの出力は、ノイズなどが含まれて誤差を含んでいることがあるため、複数個のデータを記憶しておき、これらデータを平均化するような処理を加えるとより、安定した出力を得ることができる。
【００４２】
水平変換手段（Ｓ６）は、傾斜角取得手段（Ｓ４）で得られたピッチ角βｇ、ロール角αｇに応じて磁気ベクトルを水平のｘｙｚ３次元座標値に変換する手段である。この手段を具体的に数式を用いて説明を行う。磁気センサで得られる磁気ベクトルを（ｘＨ、ｙＨ、ｚＨ）とし、水平変換後に得られるｘｙｚ３次元座標値を（ｘ’ｈ、ｙ’ｈ、ｚ’ｈ）とする。
この磁気ベクトルをｘ軸とｙ軸の傾斜角分だけ回転させたベクトルの座標値がｘｙｚ３次元座標値であるとすると、その関係式は下記の数１で表すことができる。なお、数１におけるＸｒはＸ軸周りの回転行列を示しており、ＹｒはＹ軸周りの回転行列を示している
【００４３】
【数１】
2005195410.tif 000003
【００４４】
この数１に、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）と、傾斜角取得手段（Ｓ４）で得られた値を代入して、ｘｙｚ３次元座標値（ｘ’ｈ、ｙ’ｈ、ｚ’ｈ）を得ることができる。
【００４５】
傾斜オフセット取得手段（Ｓ８）では、水平変換手段（Ｓ６）で算出したｘｙｚ３次元座標値の少なくとも２組のデータを用いて傾斜オフセットを演算し、傾斜オフセット記憶装置１２に記憶する。ここでは、電子方位計を含む機器を傾斜角が同じ状態で方位角周りに一周回させたときについて説明する。この場合には２組のデータで傾斜オフセットを取得でき、傾斜角が同じ状態で方位角周りに一周回させたときの最大値ｘ’ｈ＿ｍａｘと最小値ｘ’ｈ＿ｍｉｎを取得し、その平均値である（ｘ’ｈ＿ｍａｘ＋ｘ’ｈ＿ｍｉｎ）／２をその傾斜角における傾斜オフセットｘ’ｈ＿ｏｆｆｓとする。同様にｙ’ｈ＿ｏｆｆｓを取得する。更に、演算されたｘ’ｈ＿ｏｆｆｓとｙ’ｈ＿ｏｆｆｓを傾斜オフセット記憶装置に記憶する。
【００４６】
先にも示した通り、傾斜角によって、ｘ’ｈ＿ｏｆｆｓとｙ’ｈ＿ｏｆｆｓは異なるため、傾斜角毎にテーブル形式でデータを保管するようにしておくと良い。また、一旦求めた傾斜角毎のｘ’ｈ＿ｏｆｆｓとｙ’ｈ＿ｏｆｆｓは、周辺機器の着磁状態によって変わるため、それに応じて書き換えができるようＲＡＭなどを用いると良い。このように傾斜オフセット取得手段（Ｓ８）により、傾斜角取得手段（Ｓ４）で得られた傾斜角に基づき、傾斜オフセットを取得することができる。
【００４７】
方位算出手段（Ｓ１０）は、水平変換手段（Ｓ６）で演算されたｘ’ｈ、ｙ’ｈ、傾斜オフセット取得手段（Ｓ８）で得られたオフセットｘ’ｈ＿ｏｆｆｓとｙ’ｈ＿ｏｆｆｓを用いて方位を演算する手段を示している。具体的には下記の数２によって、方位角θを算出する。
【００４８】
【数２】
2005195410.tif 000004
【００４９】
上記で求めることができるθは、−９０度から９０度の範囲までの値なので、実際に使用する場合にはｘｈ、ｙｈの符号を基に条件分岐を行い、方位角θを演算することが好ましい。そして、最後に方位表示手段（Ｓ１２）により、得られた結果を表示する。
【００５０】
上記の方法においては、傾斜オフセット取得手段（Ｓ８）によって傾斜オフセットを取得して方位を算出するが、それを具体的に実測した結果について表１を用いて説明する。表１は、電子方位計を含む機器を一周回させたときのｘ’ｈの最大値（ｘ’ｈ＿ｍａｘ）、最小値（ｘ’ｈ＿ｍｉｎ）及びｙ’ｈの最大値（ｙ’ｈ＿ｍａｘ）、最小値（ｙ’ｈ＿ｍｉｎ）ならびにそれから計算されたｘ’ｈ＿ｏｆｆｓとｙ’ｈ＿ｏｆｆｓを示している。
【００５１】
【表１】
2005195410.tif 000005
【００５２】
磁気センサの真のオフセット、すなわち水平でのオフセットｘｈ＿ｏｆｆｓとｙｈ＿ｏｆｆｓとｚｈ＿ｏｆｆｓは、それぞれ−１６８ｍＶ、２９１ｍＶ、−１２０ｍＶであった。この条件下において、ｘ軸と水平面の成すピッチ角βｇが、０から４０度に大きくなると、ａ項〜ｄ項に示すように、傾斜オフセットｘ’ｈ＿ｏｆｆｓが減少した。一方、ｙ軸と水平面の成すロール角αｇが大きくなると、ｆ項〜ｈ項に示すように、傾斜オフセットｙ’ｈ＿ｏｆｆｓが減少した。また、αｇとβｇが同時に変わるとｘ’ｈ＿ｏｆｆｓ、ｙ’ｈ＿ｏｆｆｓ共に変化し、ｉ項で示すαｇ＝−２０、βｇ＝２０のときの傾斜オフセットｘ’ｈ＿ｏｆｆｓは、ｃ項で示すαｇ＝０、βｇ＝２０のときのｘ’ｈ＿ｏｆｆｓの値にほぼ等しく、ｙ’ｈ＿ｏｆｆｓは、αｇ＝−２０、βｇ＝０（ｈ）のときのｙ’ｈ＿ｏｆｆｓの値とほぼ同じであった。
【００５３】
上記の様に、ある傾斜環境下において、機器を一周回させたときのｘ’ｈの最大値（ｘ’ｈ＿ｍａｘ）、最小値（ｘ’ｈ＿ｍｉｎ）である２組のｘｙｚ三次元座標値を用いることによって、ｘの傾斜オフセットであるｘ’ｈ＿ｏｆｆｓを得ることができる。また、同様にｙ’ｈ＿ｏｆｆｓについても同じ事が言える。  
【００５４】
更に、αｇとβｇが共に傾斜している場合には、上記で説明した通り、αｇとβｇのどちらかが０度のデータを重ね併せたデータを取得する様にすれば良い。具体的には、例えばαｇ＝ｍ、βｇ＝ｎのときは、ｘ’ｈ＿ｏｆｆｓの値としてαｇ＝０、βｇ＝ｎのｘ’ｈ＿ｏｆｆｓを用い、ｙ’ｈ＿ｏｆｆｓの値として、αｇ＝ｍ、βｇ＝０のときのｙ’ｈ＿ｏｆｆｓを用いれば良い。
【００５５】
より正確な傾斜オフセットを得るためには、より多くのデータが記録されたデータテーブルがあることが望ましいが、あまり多すぎると所望のオフセットデータの取得に時間を要するため、現実的には数度程度の間隔のデータテーブルがあると良い。
【００５６】
以上の説明により、本発明の電子方位計および記録媒体によれば、任意の傾斜環境下でのオフセットに相当する傾斜オフセットを取得することが可能となる。傾斜オフセットは
、傾斜角に応じて変化するが、本実施例の様にデータテーブルを用いることによって、任意の傾斜環境下に対応することが可能となる。傾斜オフセットは、水平変換した後のｘｙｚ３次元座標値から演算することが可能であり、従来と同様の方法で一周回することによっても、傾斜オフセットを得ることができる。これにより、任意の傾斜環境下で、より正確に方位を演算することが可能となる。
【実施例２】
【００５７】
本発明の他の実施例について説明を行う。図２は本発明の実施例２における電子方位計のブロック構成を示した図であり、図５は図２に示したブロック構成を用いて方位を得るまでの各ステップを説明するためのフローチャートである。
【００５８】
本実施例における電子方位計のブロック構成は、基本的に図１と同じであるが、データ記憶装置１８とデータ取得装置２０とが、水平磁気ベクトル演算装置８と傾斜オフセット演算装置１０の間に加えられている点のみが、先の実施例とは異なる。このデータ記憶装置１８は、水平磁気ベクトル演算装置で算出されたｘｙｚ３次元座標値を各傾斜角に対応させて記憶する機能を有する装置であり、データ取得装置２０は、各傾斜角が同じであり、かつｘｙｚ３次元座標値が相異なる３組のデータを、データ記憶装置１８から取得する機能を有する装置である。
【００５９】
図５のフローチャートを用いて本発明の実施例２の説明を行う。本フローチャートに示す磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）、傾斜角取得手段（Ｓ４）、水平変換手段（Ｓ６）、傾斜オフセット取得手段（Ｓ８）、方位算出手段（Ｓ１０）、方位表示手段（Ｓ１２）は、先の実施例と同じであるので、ここでの説明は割愛する。
データ記憶手段（Ｓ１４）は、上記の水平変換手段（Ｓ６）で得られたｘｙｚ三次元座標値を記憶する手段である。データ記憶装置１８には、書き換え可能なＲＡＭを用いると良く、時間の経過とともに逐次データが書き込まれるようにする。
【００６０】
このデータ記憶装置１８であるＲＡＭは、容量一杯にデータが入れば、時間の古いものから順に書き換えられていき、常に最新のデータがＲＡＭ内に残されている様にする。ＲＡＭのデータ容量が少なすぎると、最新のデータの数が少なくなり、オフセット演算に有効なデータが得られないことから、ある程度の容量を有することが望ましい。
【００６１】
また、データ取得手段（Ｓ１６）は、データ記憶手段（Ｓ１４）で記憶されたデータの中から相異なる３組のｘｙｚ３次元座標値を取り出す手段を示している。取得されたデータは、傾斜オフセット取得手段（Ｓ８）で演算を行う。具体的には、下記の式（数３）によって、オフセットとなるｘ’ｈ＿ｏｆｆｓ、ｙ’ｈ＿ｏｆｆｓを得る。
【００６２】
【数３】
2005195410.tif 000006
【００６３】
方位算出手段（Ｓ１０）はさきの実施例と同様であり、最後に方位表示手段（Ｓ１２）により、得られた結果を表示する。
【００６４】
この方法により得られた方位角について、実験データを用いて説明を行う。図１０は、従来技術と本発明について、周辺機器の着磁などの影響によって、ｘｙｚ各センサの真のオフセットが変化した場合、方位角にどのような影響を及ぼすか測定した結果である。グラフの横軸は設定した方位角を示しており、縦軸はその設定した方位角と演算した方位角との差である誤差角度を示したものである。
【００６５】
このグラフから、従来技術では着磁状態の変化によって、方位誤差が大きくなっているのが判るが、本発明では誤差が殆どなく正確に方位を測定できていることが判る。周辺機器の着磁状態の変化は、真のオフセットがｘｙｚ各軸について（−１５０，３００，―１５０）であったのが、（―１２５，２５０、−１６５）と変化していることが、その後の測定により分かった。従来技術においても、着磁状態の変化の後の真のオフセットを用いて計算すると誤差は殆ど無くなるが、その都度キャリブレーションを行うことが必要となる。この結果は一例を示したものであるが、それぞれの軸のオフセットの変化が大きくなれば、より方位誤差も大きくなることは容易に理解できよう。
【００６６】
上記の手順により、周辺機器の着磁状態が変化した場合でも、その後の着磁状態と傾斜角が変化しない間に取得された３組のｘｙｚ３次元座標値を用いることにより、正確な傾斜オフセットを取得することができる。したがって、本実施例の構成および手段を採用すれば、ユーザーがその都度キャリブレーションのための操作を行うことなく、自動でキャリブレーションの取得を行うことが可能となる。
【００６７】
また、上記のデータ取得手段（Ｓ１６）で取得する３組のデータは、その時に測定した方位角θが離れているものを選択した方が好ましい。つまり、算出した方位角θの値を、再度データ記憶装置１８にフィードバックすることで、より精度の良い傾斜オフセットを取得することが可能となる。具体的には、データ記憶装置１８内のｘｙｚ３次元座標値と、αｇ，βｇの各傾斜角と共に、そのデータから得られた方位角θを記憶させておく。そしてデータ取得手段（Ｓ１６）により、ｘｙｚ３次元座標値の組を選択する際に、各傾斜角が同じであり、かつなるべく方位角θが離れているものを選択して傾斜オフセットを取得して正確な方位角θを得る手段を採用すれば良い。
【実施例３】
【００６８】
本発明の更に他の実施例について説明を行う。図３は本発明の実施例３における電子方位計のブロック構成を示した図であり、図６は図３に示したブロック構成を用いて方位を得るまでの各ステップを説明するためのフローチャートである。
【００６９】
本実施例における電子方位計のブロック構成は、基本的に図２と同じであるが、ベクトル量演算装置２２が、水平磁気ベクトル演算装置８とデータ記憶装置１８との間に加えられている点のみが異なる。このベクトル量演算装置２２は、水平変換後の磁気ベクトルに相当する磁気ベクトル量を演算して、過去に記憶された磁気ベクトル量のデータと比較するための装置である。
先に説明をした実施例２では、常にデータの更新を行う必要があるが、この方法によれば常に必要なデータのみを記憶させ、そのデータを基に演算して傾斜オフセットを取得することが可能となる。
【００７０】
図６のフローチャートを用いて本発明の実施例３の説明を更に詳細に行う。まず、先の実施例と同様に、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）、傾斜角取得手段（Ｓ４）、水平変換手段（Ｓ６）で、傾斜角及びｘｙｚ３次元座標値を取得する。そして、傾斜オフセット取得手段（Ｓ８）により、その傾斜角に応じた傾斜オフセット値を傾斜オフセット記憶装置１２に格納されたデータテーブルから読み込む。
【００７１】
次に、磁気ベクトル量演算手段（Ｓ１８）で、得られたｘｙｚ３次元座標値のｘ’ｈ＿とｙ’ｈ、ならびに傾斜オフセットｘ’ｈ＿ｏｆｆｓとｙ’ｈ＿ｏｆｆｓを用いて演算を行う。具体的には下記の数４によって演算を行う。
【００７２】
【数４】
2005195410.tif 000007
【００７３】
そして、上記で演算されたＳ’ｈと過去に記憶されているＳ’ｈの比較を行い、演算されたＳ’ｈが予め設定した許容値の範囲に入っているかを比較判断する。演算されたＳ’ｈが許容値の範囲内であれば、先に取得した傾斜オフセットを用いて方位算出手段（Ｓ１０）と方位表示手段（Ｓ１２）を行う。
【００７４】
逆に、過去に記憶されているＳ’ｈと演算されたＳ’ｈを比較して、演算されたＳ’ｈが許容値の範囲から外れている場合には、そのデータである傾斜角とｘｙｚ３次元座標値の記憶をデータ記憶手段（Ｓ１４）で開始する。この傾斜オフセット算出に必要なデータが揃った時点で、データ取得手段（Ｓ１６）よりデータを取り出し、傾斜オフセット再取得手段（Ｓ２０）で傾斜オフセットの再演算を行い、二次傾斜オフセットを得る。再演算を行った場合には、その傾斜オフセット値を二次傾斜オフセット値に書き換える必要がある。この手順を行っているのが傾斜オフセット記憶手段（Ｓ２２）であり、ブロック図を示す図３によれば、傾斜オフセット記憶装置１２でデータが書き換えられる。
【００７５】
上記の傾斜オフセット算出に必要なデータが揃う間は、過去に記憶をした傾斜オフセット値を用いて方位算出手段（Ｓ１０）と、方位表示手段（Ｓ１２）を行う。場合によっては、方位表示手段（Ｓ１２）において、キャリブレーションが進行中である旨の情報を表示するようにしても構わない。また、その間に傾斜角が現在の傾斜角と変わってしまうこともあり得るが、その場合には、傾斜オフセットの再取得は取り止め、再度その傾斜角でのプロセスを行うことが望ましい。
【００７６】
以上の構成により、常にデータの更新を行う必要がなく、必要なデータのみを記憶させ、そのデータを基に演算して傾斜オフセットを取得するということが可能となる。そして、周辺機器の着磁状態が変化した場合、その後に着磁状態と傾斜角が変化しない間に取得された３組のｘｙｚ３次元座標値を用いて、傾斜オフセットを取得することができる。
【００７７】
以上に説明をした全ての実施例における本発明の電子方位計は、全ての機能を単個のＩＣモジュールで補う構成を前提として説明を行ったが、特にそれに限定されるものではなく、表示装置、電源を備えて単体で動作する電子方位計であっても構わない。また、各種電子機器への組み込み用でも、磁気センサ４、傾斜センサ６、演算処理装置８、情報入力処理装置１０の全てがひとつに集約されていることに限定されず、例えば演算処理装置８や、情報入力処理装置１０の機能は、各種機器側のＣＰＵやマイコンで行うようにしても構わない。
【００７８】
また本発明の電子方位計では、各種機能毎に別々に演算装置、記憶装置を設けた例を示したが、必ずしも機能毎に複数の演算装置および記憶装置を設ける必要は無く、同じ演算装置、記憶装置であれば、ひとつの装置で複数の機能をこなす様に構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の基本構成である実施例のブロック構成を示した図である。（実施例１）
【図２】本発明の基本構成にデータ記憶装置とデータ取得装置を加えた実施例のブロック構成を示した図である。（実施例２）
【図３】本発明の基本構成にデータ記憶装置とデータ取得装置とベクトル量演算装置を加えた実施例のブロック構成を示した図である。（実施例３）
【図４】本発明の基本構成である実施例のフローチャートを示した図である。（実施例１）
【図５】本発明の実施例のフローチャートを示した図である。（実施例２）
【図６】本発明の実施例のフローチャートを示した図である。（実施例３）
【図７】水平状態下で方位角０度から３６０度まで変化したときのｘ、ｙ軸磁気センサの出力の関係を示した図である。
【図８】ロール角αが０度一定、ピッチ角βｇを０度から６０度まで２０度づつ変化させたときのｘ、ｙ軸磁気センサの出力の関係を示した図である。
【図９】水平でのｘｙ出力、ピッチ角βｇが４０度のｘｙ出力、水平変換処理を行った後のｘｙｚ３次元座標値に相当する出力を示した図である。
【図１０】傾斜角α＝０、β＝４０のときの本発明の実施によって得られた方位角と従来の実施による方位角を算出した比較結果を示した図である。
【符号の説明】
【００８０】
２  電子方位計
４  磁気センサ部
６  傾斜センサ部
８  水平磁気ベクトル演算装置
１０  傾斜オフセット演算装置
１２  傾斜オフセット記憶装置
１４  方位算出装置
１６  方位表示装置
１８  データ記憶装置
２０  データ取得装置
２２  ベクトル量演算装置
【図１】
2005195410.tif 000008
【図２】
2005195410.tif 000009
【図３】
2005195410.tif 000010
【図４】
2005195410.tif 000011
【図５】
2005195410.tif 000012
【図６】
2005195410.tif 000013
【図７】
2005195410.tif 000014
【図８】
2005195410.tif 000015
【図９】
2005195410.tif 000016
【図１０】
2005195410.tif 000017