(57)【要約】【課題】互いに直交する３方向の各軸にそれぞれ配置される磁気センサの感度が異なっている場合でも、各軸の磁気センサの感度差を補正し、正確にオフセットを算出することで、正確な方位を算出することのできる電子方位計を提供すること。【解決手段】本発明の電子方位計は、互いに直行する３軸上にそれぞれ磁気センサが配置された磁気センサ出力取得装置で取得した３次元座標値を用いて、直交する３軸のいずれか１軸に配置された磁気センサの感度を基準として、他の２軸に配置された磁気センサの相対感度を算出し、相対感度を用いて方位を演算する方位演算装置とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2007256161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する３方向の軸上にそれぞれ磁気センサを配置し、それぞれの軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を３次元座標値として取得する磁気センサ出力取得装置と、
直交する３軸の内の１軸に配置された前記磁気センサにおける感度を基準として、他の２軸に配置された前記磁気センサにおける磁気センサの相対感度を取得する相対感度取得装置と、
前記３次元座標値と前記磁気センサの相対感度とを用いて方位を演算する方位演算装置とを備える、
ことを特徴とする電子方位計。
【請求項２】
磁気センサのオフセットを取得するオフセット取得装置をさらに備え、
前記方位演算装置は、前記３次元座標値と前記磁気センサの相対感度とともに、前記磁気センサのオフセットを用いて前記方位を演算する、
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】
前記相対感度取得装置は、前記磁気センサに基準となる励磁電流を印加した際に得られる第１の３次元座標値と、励磁電流に所定の大きさの電流を重畳した重畳励磁電流を印加した際に得られる第２の３次元座標値とから、前記磁気センサの相対感度を算出する、
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】
前記基準となる励磁電流は、交流の三角波電流であり、
前記所定の大きさの電流は、一定の直流電流である、
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】
前記オフセット取得装置は、前記磁気センサ出力取得装置の測定環境の外的な影響が変化する前に、少なくとも相異なる４組の前記３次元座標値と、前記磁気センサの相対感度とを用いて、前記磁気センサのオフセットを取得する装置である、
ことを特徴とする請求項２に記載の電子方位計。
【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に関するものである。特に、複数の磁気センサを用いて方位を測定する際に、正確な方位を得る電子方位計に関するものである。
【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ようになっている。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。磁気センサが３軸に配置されていれば、それぞれの軸にそれぞれのオフセットが発生することを意味している。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ことは容易に理解できよう。
【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状態が変化す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、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、ユーザー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が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００７】
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（着磁状態が変化した）後であっても、その着磁状態のうちにサンプリングされた相異なる４組の３次元座標値が定める点を用いてオフセットを得る。つまり、この電子方位計は、本来磁気センサの周辺機器の着磁による影響がないときの出力を原点とした場合、その原点に対してサンプリングした４点から等しい距離にある点つまり、４点を含む球面の中心点を３次元座標値として得る。これが、オフセットに相当して、このオフセットを用いて正しい方位を得ようとするものである。
【０００８】
この方法について、更に詳細に図を用いて説明を行う。図８は、電子方位計を含む機器の位置構成を表した概念図である。地磁気の大きさが一定であり、更に利用している磁気センサの感度がｘ、ｙ、ｚ軸で同じである条件下においては、３次元座標値で表される磁気センサ出力は、オフセット値４０５を中心とした球面上の点で表される。更に、その条件下で図８の通り、相異なる４組の３次元座標値４０１〜４０４（Ｖｘ１〜Ｖｘ４，Ｖｙ１〜Ｖｙ４，Ｖｚ１〜Ｖｚ４）が磁気センサから取得されると、その４組から球体の中心であるオフセット値４０５を取得することが可能となる。以上の通り、本発明はオフセットと３次元座標値の関係を上記のような球体を想定して取り扱うことに着眼して見い出されたものである。
【０００９】
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も、その都度、着磁に係るオフセットを取得できるため、正確な方位を得る手段となり得る。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２６５４１４号公報（第１１−１７頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した機能を有する電子方位計は、磁気センサの出力値を用いて方位およびオフセットを算出しているが、正確な方位およびオフセットを得るには各軸方向に配置されたそれぞれの磁気センサの感度が同じであるという条件が必要となる。しかしながら、磁気センサの感度は、各軸方向にに配置された磁気センサ毎に通常異なっているため、各磁気センサの出力値にバラツキが生じ、この様な環境下においては磁気センサ各々の感度のバラツキにより正確な出力値を取得することができず、よって正確な方位を算出することができないという問題があった。
【００１２】
上述した各磁気センサの感度のバラツキが発生する要因は様々であるが、主な要因の１つは製造上のバラツキである。例えば、磁気センサの方式のひとつとして知られる、フラックスゲート式の磁気センサは、磁性コア材の周回に巻き回されたコイルに三角波状の高周波電流を印加して、コアが磁化反転した際のパルス出力を利用するものであり、そのパルス出力が磁界に比例してシフトすることを基本原理としている。このフラックスゲート式の磁気センサを薄膜プロセスで作成する場合、磁性コア材の膜厚によって磁気特性が変わること、或いは薄膜コイルの膜厚が変わると巻線の抵抗値が変化することなどの要因によって、磁気センサの感度特性にバラツキを生じる。磁気センサ素子は、非磁性の基板上にいくつかの素子を同時に形成させるが、コア材およびコイル形成時の膜厚はその基板平面上で分布を生じるため、上述のようなバラツキを生じてしまう。
【００１３】
また、センサの出力の直線性の悪さで感度のバラツキを生じる場合がある。通常、磁気センサの出力は磁界に対してリニアに変化し、その直線性が優れているものが好ましい。しかし、完全に直線性を維持することは難しく、通常は検出磁界範囲の上限及び下限に近づくにつれて、感度が低くなり、磁界特性の直線の傾きが小さくなってくる傾向にある。
【００１４】
したがって、仮に各磁気センサが全く同じような磁界特性を示していたとしても、オフ
セットが異なっている場合には、これらの要因により磁気センサの出力グラフが２軸の磁気センサでは円ではなく楕円となり、３軸の磁気センサでは球体ではなく楕円体となってしまうため、正確なオフセットが得られず、正確な方位からずれた方位が算出されてしまう。
【００１５】
そこで本発明の目的は、互いに直交する３方向の各軸にそれぞれ配置される磁気センサの感度が異なっている場合でも、各軸の磁気センサの感度差を補正し、正確にオフセットを算出することで、正確な方位を算出することのできる電子方位計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の電子方位計は下記の形態を採用する。
【００１７】
本発明にかかる電子方位計は、互いに直交する３方向の軸上にそれぞれ磁気センサを配置し、それぞれの軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値を３次元座標値として取得する磁気センサ出力取得装置と、直交する３軸の内の１軸に配置された磁気センサにおける感度を基準として、他の２軸に配置された磁気センサにおける磁気センサの相対感度を取得する相対感度取得装置と、３次元座標値と磁気センサの相対感度とを用いて方位を演算する方位演算装置とを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明にかかる電子方位計は、磁気センサのオフセットを取得するオフセット取得装置をさらに備え、前述した方位演算装置が、３次元座標値と磁気センサの相対感度とともに、磁気センサのオフセットを用いて方位を演算する装置であることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明にかかる電子方位計は、前述した相対感度取得装置が、磁気センサに基準となる励磁電流を印加した際に得られる第１の３次元座標値と、励磁電流に所定の大きさの電流を重畳した重畳励磁電流を印加した際に得られる第２の３次元座標値とから、磁気センサの相対感度を算出することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明にかかる電子方位計は、前述した基準となる励磁電流が、交流の三角波電流であり、前述した所定の大きさの電流が、一定の直流電流であることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明にかかる電子方位計は、前述したオフセット取得装置が、磁気センサ出力取得装置の測定環境の外的な影響が変化する前に、少なくとも相異なる４組の３次元座標値と、磁気センサの相対感度を用いて、磁気センサのオフセットを取得する装置であることを特徴とするものである。
【００２２】
上記の通り、本発明では互いに直行する３軸上にそれぞれ磁気センサが配置された磁気センサ出力取得装置で取得した３次元座標値を用いて、直交する３軸のいずれか１軸に配置された磁気センサの感度を基準として、他の２軸に配置された磁気センサの相対感度を算出する。ここで、３次元座標値とは、磁気センサ出力取得装置で得られる磁気ベクトルに相当する出力を表している。磁気センサの出力（磁気ベクトルに相当）は、地磁気による地磁気出力（地磁気出力ベクトルに相当）と電子方位計の中の磁気センサと一緒に設置された周辺機器の着磁状態など地磁気以外の要因による出力と磁気センサ駆動回路による出力（オフセットベクトルに相当）を合成したものを表している。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、各軸方向に配置されたそれぞれの磁気センサの感度が異なっていたと
しても正確な方位を取得することができる。更には、着磁状態が変化した後でも、そのまま利用することで、利用者が意識することなく、オフセットを自動的に取得することが可能となる。すなわち、電子方位計を任意の傾斜環境で利用しても正しいオフセットを自動で取得して、利用者は常に正しい方位を得ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、磁気センサ出力取得装置と、そのデータを記憶するためのデータ記憶装置と、磁気センサの相対感度を算出するためのデータを記憶する基準励磁出力記憶装置および重畳励磁出力記憶装置、基準励磁出力と重畳励磁出力から磁気センサ間の相対感度を取得する相対感度取得装置、オフセットを演算するためのデータを選択するデータ取得装置、相対感度とデータからオフセットを演算するためのオフセット取得装置、磁気センサ出力取得装置の出力とオフセット出力から方位を演算するための方位算出装置、演算された方位を表示するための方位表示装置によって基本的に構成される。
【００２５】
そして、磁気センサ出力取得装置を含む上述した装置構成を利用して、いずれか１つの磁気センサの感度を基準とする他の磁気センサの相対感度を取得し、その相対感度に基づいてオフセット、さらには方位を取得するが、その方位を取得するまでのステップは、基本的に以下の様に構成される。なお、以下互いに直交する３軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸として記述する。
【００２６】
まず、磁気ベクトル取得手段により、各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。取得した出力は、データ記憶手段によりｘ、ｙ、ｚ軸方向の磁気ベクトルをそれぞれデータ記憶装置に記憶する。この記憶されたｘ、ｙ、ｚそれぞれの磁気センサの出力データは、それぞれの磁気センサの感度の影響、周辺の磁気或いは回路の影響を含んでいる。
【００２７】
さらに、磁気ベクトル取得手段は、基準励磁電流に直流電流を重畳した重畳電流を印加して各軸方向の磁気ベクトルに相当する重畳励磁出力を磁気センサから取得し、重畳励磁出力記憶手段により、そのｘ、ｙ、ｚ軸方向の磁気ベクトルをそれぞれ重畳励磁出力記憶装置に記憶する。次に、同様に基準励磁電流を印加して各軸方向の基準励磁出力を基準励磁出力記憶装置に記憶する。相対感度取得装置は、この記憶されたｘ、ｙ、ｚそれぞれの基準励磁出力および重畳励磁出力を取り出し、ｘ軸方向に配置された磁気センサの感度を基準にｙ軸、ｚ軸方向に配置された磁気センサの相対感度を取得する。
【００２８】
次に、オフセット取得装置は、上述のようにして相対感度取得装置にて算出した相対感度を取り出し、オフセット取得装置に転送する。さらにデータ記憶装置に記憶されたデータの中から４組の相異なるデータを取り出し、オフセット取得装置に転送する。オフセット取得装置では、転送された相対感度と４組のデータを用いてｘ、ｙ、ｚそれぞれに対する周辺の磁気或いは回路の影響によるオフセット値を演算する。そして、方位算出手段で、これらにより得られたｘ、ｙ、ｚのオフセット値と磁気センサから得られた出力データを用いて方位を演算する手段を採用する。
【００２９】
上記の内容について更に詳細に図５を用いて説明を行う。図５は、磁気ベクトル３０１、オフセットベクトル３０２、地磁気出力ベクトル３０３の関係を示した図であり、座標軸はそれぞれの磁気センサの出力を示している。
【００３０】
磁気ベクトル３０１は、ｘ、ｙ、ｚ軸の磁気センサの出力（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１）を表しており、これが本発明の３次元座標値３０４に相当する。オフセットベクトル３０２は、周辺機器の着磁、回路の影響によるｘ、ｙ、ｚそれぞれのオフセット（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）を表しており、本発明のオフセット値３０５に相当す
る。地磁気出力ベクトル３０３は、地磁気の影響によって磁気センサが発生する出力に由来する出力ベクトルを示している。なお、この地磁気出力ベクトル３０３は、地磁気に相当するセンサの出力の大きさを有するベクトルを、各磁気センサのｘ、ｙ、ｚ軸の方向に射影したときの大きさとなり、それを（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）として表現する。
【００３１】
以上の関係から分かる通り、磁気ベクトル３０１はオフセットベクトル３０２と地磁気ベクトル３０３の合成として表現でき、その３次元座標値３０４は、地磁気出力（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）とオフセット値３０５を用いて、下記の関係式（１）で表すことができる。
【数１】
2007256161.tif 000003
【００３２】
また、地磁気出力（ｘＨ，ｙＨ，ｚＨ）は、ｘ、ｙ、ｚ軸方向の地磁気の大きさをＨｘ、Ｈｙ、Ｈｚとした場合、各軸の磁気センサの感度ｘｓ、ｙｓ、ｚｓとすると、下記の関係式（２）で与えられる。
【数２】
2007256161.tif 000004
【００３３】
更に、上記の関係式（２）をｘ軸センサの感度ｘｓを基準とする、ｘ軸センサの相対感度ｘｓｘ（＝１）、ｙ軸センサの相対感度ｙｓｘおよびｚ軸センサの相対感度ｚｓｘに置き換えて示すと下記の式（３）として表すことができる。
【数３】
2007256161.tif 000005
【実施例１】
【００３４】
本発明の第１の実施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２は図１における電子方位計を用いて方位を得るまでのフローチャートを示した図である。
【００３５】
図１に示す様に、本発明の電子方位計２は、磁気センサ出力取得装置４、データ記憶装置８、データ取得装置１０、オフセット取得装置１２、方位算出装置１４、方位表示装置１６、相対感度取得装置１８、基準励磁出力記憶装置２２および重畳励磁出力記憶装置２０から構成される。磁気センサ出力取得装置４は、ｘ、ｙ、ｚ軸に配置された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。データ記憶装置８は、磁気ベクトルに相当する出力である３次元座標値を記憶する機能を有する装置であり、データ取得装置１０は、データ記憶装置８に記憶された４組の３次元座標値を取得する機能を有する装置であり、オフセット取得装置１２は、４組の３次元座標値と相対
感度取得装置１８により取得された磁気センサの相対感度を利用してオフセット値を取得する機能を有する装置である。そして、方位算出装置１４は、オフセット値と基準励磁出力記憶装置２２に記憶された３次元座標値さらに相対感度取得装置１８により取得された相対感度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。
【００３６】
次に、図２を用いてより具体的な本発明の電子方位計についての説明を行う。
【００３７】
まず、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）は、三角波電流である基準励磁電流に直流電流である重畳電流を重畳した電流をそれぞれの軸上に配置した磁気センサに印加して出力値（Ｖｘｂ，Ｖｙｂ，Ｖｚｂ）を得て、出力値を重畳励磁出力記憶手段（Ｓ１６）で重畳励磁出力記憶装置２０に記憶する。次に、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）は、三角波電流である基準励磁電流のみを印加して出力値（Ｖｘａ，Ｖｙａ，Ｖｚａ）を得て、出力値を基準励磁出力記憶手段（Ｓ１４）で基準励磁記憶装置２０に記憶する。
【００３８】
相対感度取得手段（Ｓ６）は、ｘ軸に配置された磁気センサを基準としてｙ軸およびｚ軸に配置された磁気センサの相対感度を演算して取得する手段を示しており、上述の重畳励磁出力記憶手段（Ｓ１６）により重畳励磁出力記憶装置２０に記憶された重畳励磁出力値と基準励磁出力記憶手段（Ｓ１４）により基準励磁記憶装置２０に記憶された基準励磁出力値の２組のデータを取り出し、相対感度取得装置１８に入力する。入力されたデータを用いてある１軸を基準とした他の２軸の相対感度を算出する。以下に具体的に数式を用いて説明を行う。２組のデータ（Ｖｘｂ，Ｖｙｂ，Ｖｚｂ）（Ｖｘａ，Ｖｙａ，Ｖｚａ）を用いて基準の感度をｘ軸センサ（＝１）とするｙ軸センサｙｓｘとｚ軸センサｚｓｘの感度は下記の式（５）および式（６）で表される。
【数４】
2007256161.tif 000006
【００３９】
次に、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）は、各軸方向の磁気ベクトルに相当する出力値である３次元座標値を磁気センサから取得する。この３次元座標値（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１）は、先に示した通り周辺の磁気や回路などに影響されたオフセット値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。なお、磁気センサの出力は、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、データとしてはいくつか取り込んだものを平均化するような処理を加えることにより安定した出力を得ることが好ましい。
【００４０】
そして、データ記憶手段（Ｓ２０）では、上記で得られた３次元座標値をデータ記憶装置８に記憶する。データ記憶装置８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を書き込んでいく。ＲＡＭ容量一杯にデータが入れば、逐次時間の古いものから順に書き換えされてゆき、常に最新のデータがＲＡＭ内に残されている様にする。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があるため、ある程度の容量を有することが望ましい。
【００４１】
次に、データ取得手段（Ｓ１８）では、上記のデータ記憶手段（Ｓ２０）で記憶されたデータから４組のデータ（Ｖｘｉ，Ｖｙｉ，Ｖｚｉ）（ｉ＝１〜４）を取り出す。４組のデータは、相異なる値である様に選択する必要がある。また、更に好ましくは、先に示し
たオフセット値を中心とした球体の球面上において、なるべく離れた所にあるものを選ぶことにより、ここで求めるオフセット値の精度を高くすることができるようになる。
【００４２】
次に、オフセット取得手段（Ｓ８）は、オフセット値を演算して取得する手段を示している。以下に具体的に数式を用いて説明を行う。オフセット値（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）を中心とする各軸上に配置された磁気センサから出力される４組のデータを含む楕円面の方程式は、３次元座標値（＝各軸磁気センサの出力値）を（Ｖｘｉ，Ｖｙｉ，Ｖｚｉ）（添え字ｉは１〜４までのデータ番号数）とすると、相対感度を用いて式（７）として表すことができる。
【数５】
2007256161.tif 000007
【００４３】
この式（７）に、基準の感度をｘ軸センサ（＝１）とする、ｙ軸センサｙｓｘとｚ軸センサｚｓｘの相対感度に置き換えて示すと下記の式（８）として表すことができる。
【数６】
2007256161.tif 000008
【００４４】
さらに、を４組のデータの内、１組目のデータを基準として２組目のデータを減算すると、上式（８）から下記の式（９）が得られる。
【数７】
2007256161.tif 000009
【００４５】
上式（９）を展開し整理すると、下記の式（１０）で表される。
【数８】
2007256161.tif 000010
【００４６】
上記と同様にして、１組目のデータを基準として３組目データ、４組目のデータについても式（１０）を作成し、オフセット値（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）について解くと、下記の行列式（１１）で表すことが可能となる。
【数９】
2007256161.tif 000011
【００４７】
上式（１１）における右辺は、全て磁気センサで得られた出力値によって決定する演算であり、磁気センサで得られた相異なる４組の３次元座標値を上式（１１）および（１２）に代入することによって、ｘ、ｙ、ｚ軸それぞれのオフセット値（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）を取得することが可能となる。
【００４８】
次に方位算出手段（Ｓ１０）について説明を行う。以下の説明では、各軸方向の磁気センサの出力と地磁気の関係について、地磁気によるセンサ出力（オフセットを差し引いたもの）のみを考慮して考える。また、この実施例では、３軸の磁気センサを用いており、傾斜補正としては、観測軸であるｘ軸のみ傾斜した状態を考慮して、水平に変換して計算する手段を採用した。方位算出手段（Ｓ１０）は、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）で取得された３次元座標値（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１）と、オフセット取得手段（Ｓ８）で得られたオフセット値（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）および相対感度取得手段（１８）で得られた相対感度ｙｓｘ、ｚｓｘを用いて方位を演算する手段を示している。
【００４９】
３軸磁気センサの方位演算には、観測軸であるｘ軸の傾斜角に相当するピッチ角βｇを算出する必要がある。図６は絶対座標系のＸ軸５０１、Ｙ軸５０２、Ｚ軸５０３に対して、電子方位計を含む機器本体５００がどのような位置にあるかを表しており、地磁気の方位ベクトル５０４は絶対座標系Ｘ軸５０１と伏角５０５をなす方向にあるものとする。観測座標系ｘ軸５１１、ｙ軸５１２、ｚ軸５１３は絶対座標系座標軸５０１〜５０３を絶対座標系Ｙ軸５０２周り反時計方向にβ回転して、絶対座標系Ｚ軸５０３周りの反時計方向にθ回転させた軸に相当していると考える。
【００５０】
すると、観測座標系ｘ軸５１１が観測軸であり、βが傾斜角であるピッチ角βｇ５０６に相当し、絶対座標系のＸ軸５０１と観測軸のｘ軸を水平面に射影したベクトル５０７とのなす角が方位角５０８を表し、その方位角はθに相当していることが判る。また、そのときの観測座標系座標軸の各成分は、絶対座標系において各単位ベクトルに下記の回転行列式を掛け合わせた式（１３）で表される。
【数１０】
2007256161.tif 000012
【００５１】
地磁気ベクトルは、上記の回転式で変換されたベクトルを表しているので、それぞれの成分に分けて整理すると地磁気のｘ、ｙ、ｚ各成分の大きさと方位角との間の基本的な関係式（１４）が得られる。なお、Ｈは地磁気の大きさを表している。
【数１１】
2007256161.tif 000013
【００５２】
上記の関係式を整理して、下記の方位角の基本関係式（１５）を得ることができる。
【数１２】
2007256161.tif 000014
【００５３】
地磁気のｘ、ｙ、ｚ各成分の大きさＨｘ、Ｈｙ、Ｈｚは、下記の通り、オフセット（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）とｘ、ｙ、ｚ軸の磁気センサの出力（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１）、相対感度ｙｓｘ、ｚｓｘを用いて式（１６）のようにあらわすことができる。
【数１３】
2007256161.tif 000015
【００５４】
更に、この式で得られた（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を上記（１５）式に代入すれば、方位を算出することが可能となる。なお、ピッチ角βｇは、上記の式（１４）を利用して、下記の関係式（１７）が得られる。
【数１４】
2007256161.tif 000016
【００５５】
ここで、伏角ＩはＧＰＳの位置情報などを利用して取得することもできる。具体的には、測定位置の緯度φと経度λを取得し、その場所における伏角値Ｉを算出して出力する。日本国内各地での伏角値Ｉは、下記の２次式（１９）で近似できる。
【数１５】
2007256161.tif 000017
なお、ここで算出される伏角値Ｉは、正の値となるため、式（１７）などに代入する際には負の値とする。以上、これらの手段により、ピッチ角βｇ（＝回転角β）に相当する角度を磁気センサ出力から取得できる。
【００５６】
以上本実施例の構成によれば、磁気センサの感度が、各軸方向に配置された磁気センサ毎に異なっていたとしても１つの磁気センサの感度を基準として他の磁気センサの相対感度を求めることにより正確なオフセット値を取得して正確な方位を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００５７】
本発明の第２の実施例について説明を行う。図３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４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。
【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と同じであり、重畳励磁出力記憶手段（Ｓ１６）により重畳励磁出力記憶装置２０に記憶された重畳励磁出力値と基準励磁出力記憶手段（Ｓ１４）により基準励磁記憶装置２０に記憶された基準励磁出力値の２組のデータを相対感度取得装置１８に入力して、相対感度取得手段（Ｓ６）がｘ軸に配置された磁気センサを基準としてｙ軸およびｚ軸に配置された磁気センサの相対感度を演算して取得しているが、新たに傾斜センサ出力取得装置６が加えられている点のみが、先の実施例とは異なる。また、この実施例におけるデータ記憶装置８は、磁気センサ出力取得装置の出力だけでなく、傾斜センサ出力取得装置の出力も併せて記憶する機能を有する。そして、データ取得装置１０は、その記憶された傾斜センサ出力取得装置の出力と磁気センサ出力取得装置の出力が相異なる４組のデータを、データ記憶装置８から取得する機能を有する装置である。
【００５９】
図４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）は先の実施例１と同様に行う。次の傾斜角取得手段（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、予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ようになる。
【００６０】
次に行うデータ記憶手段（Ｓ２０）は、上記の磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）及び傾斜角取得手段（Ｓ４）で得られた磁気センサ出力と傾斜角を対応させて記憶する手段である。データ記憶装置８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。
【００６１】
また、データ取得手段（Ｓ１８）は、データ記憶手段（Ｓ２０）で記憶されたデータの
中から相異なる４組の磁気センサ出力のデータを取得する手段を示している。しかし、どのような値でも構わずに取得するのではなく、磁気センサ出力と同時に記憶されている傾斜角が、相異なるものを選択した後に、必要なデータのみを取得することが好ましい。
【００６２】
具体的には、基準となる１組目のデータに対して、ロール角αｇとピッチ角βｇそれぞれの差分を演算し、その値がある許容値を越えている場合にデータを選択する様にする。例えば、ロール角αｇとピッチ角βｇの出力がそれぞれλα、λβ（ｄｅｇ）離れているデータを選択設定したい場合には、下記の式（２２）（２３）の様に基準を設け、この条件を満たす傾斜角であるロール角αｇとピッチ角βｇとを有する４組の磁気センサ出力を取得する。
【数１６】
2007256161.tif 000018
【００６３】
この許容値が小さすぎると、正確なオフセット値を得ることができない場合がある。しかし、逆にこの許容値が大きすぎると、データ取得に時間を要することとなる。そのため、電子方位計を使用する用途に応じてこの許容値を適当な値に設定することが望ましい。
【００６４】
ここで取得されたデータは、オフセット取得手段（Ｓ８）で演算され、ｘ、ｙ、ｚそれぞれのオフセットである（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）を取得する。具体的な方法は先の実施例１と同様であり、ここでは割愛する。
【００６５】
方位算出手段（Ｓ１０）は、磁気ベクトル取得手段（Ｓ２）で取得されたＶｘ１、Ｖｙ１、Ｖｚ１、相対感度取得手段（Ｓ６）で得られた磁気センサの相対感度ｙｓｘ、ｚｓｘ、オフセット取得手段（Ｓ８）で得られたオフセット（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）、また傾斜角取得手段（Ｓ４）で得られたロール角αｇ、ピッチ角βｇを用いて方位を演算する手段を示している。この実施例では、３軸の磁気センサと２軸の傾斜センサを用いており、傾斜補正して計算する手段を採用した。
【００６６】
具体的には、先の実施例１と同様、図７を用いながら説明を行う。図７は絶対座標系のＸ軸６０１、Ｙ軸６０２、Ｚ軸６０３に対して、電子方位計を含む機器６００がどのような位置にあるかを表しており、観測座標系のｘ軸６１１、ｙ軸６１２、ｚ軸６１３は、絶対座標系座標軸６０１〜６０３をＸ軸６０１周り反時計方向にα回転して、Ｙ軸６０２周り反時計方向にβ回転して、Ｚ軸６０３周りの反時計方向にθ回転させた軸に相当していると考える。すると、βは傾斜角であるピッチ角βｇ６０６に相当し、ｘ軸６１１が観測軸であることは先の実施例１と同様であるが、ロール角αｇ６０９は回転角αとは異なる値となる。
【００６７】
観測軸のｘ軸６１１を水平面に射影したベクトルと、絶対座標系のＸ軸６０１とのなす角が方位角６０８を表し、その方位角はθに相当していることは先の実施例１と同様である。そのときの観測座標系座標軸６１１〜６１３の各成分は絶対座標系において、先の実施例と同様、各単位ベクトルに下記の回転行列式（２４）を掛け合わせた式で表される。
【数１７】
2007256161.tif 000019
【００６８】
地磁気ベクトルは、上記の回転式で変換されたベクトルを表しているので、それぞれの成分に分けて整理すると磁気センサ出力と方位角との間の基本的な関係式（２５）が得られる。
【数１８】
2007256161.tif 000020
【００６９】
この式を連立させて、更に展開すると、方位角を算出するための関係式（２６）が得られる。
【数１９】
2007256161.tif 000021
【００７０】
上記にも示したが、回転角βはピッチ角βｇに等しいが、回転角αはロール角αｇとは異なるため、下記の変換式（２７）（２８）を用いる。
【数２０】
2007256161.tif 000022
【００７１】
先の実施例１と同様に式（１３）を用いて、地磁気の各成分の大きさＨｘ、Ｈｙ、Ｈｚは、オフセット（Ｖｘｏｆｆｓ，Ｖｙｏｆｆｓ，Ｖｚｏｆｆｓ）とｘ、ｙ、ｚ軸の磁気センサの出力（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１）、相対感度ｙｓｘ、ｚｓｘを用いて算出することができる。
【００７２】
以上、３軸磁気センサと傾斜センサを用いて、任意の傾斜状態における傾斜補正の計算方法について説明した。ここで、より精度良くオフセット値を得るためには、本実施例の３次元座標値が異なる４組のデータを取得する際に、傾斜角が異なる条件を付加するほうが良い。
【００７３】
上記で傾斜角が異なる条件を付加したのは、先の３次元系で考えると、球体と任意の平面の交線で形成される円上に４組のデータが存在している場合に相当する。その状態は、通常の利用形態で考えると、ロール角αｇとピッチ角βｇの傾斜角が同じ状態で取得された場合に相当している。よって、本実施例の様に傾斜角が異なる条件下で相異なる４組のデータを取得することによって、精度の良いオフセット値を取得することが可能となる。
【００７４】
よって、この場合にも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を行い、現状のオフセット値を取得し、このオフセット値を用いて正確な方位を得ることが可能となる。
【００７５】
本発明の実施例１において、データ取得手段（Ｓ１８）で取得する４組のデータは、そのとき測定した方位角θが離れているものを選択する方法にしても良い。この場合には、算出した方位角θの値を、再度データ記憶装置８にフィードバックして、相異なる４組の磁気センサ出力を選択する際に、なるべく方位角θが離れているものを選択する機能を更に備えれば、より正確な方位を得ることができる様になる。
【００７６】
また、本発明の実施例１と２において、常にデータを記憶してその都度オフセット値を取得を行う様に説明を行ったが、それに限定されるものではない。ベクトル量演算装置を配置して、オフセット値が変化したことを検知した場合にオフセット取得手段を実行する様にしても良い。更には、その都度データ記憶をして、オフセット値を自動的に取得する方法ではなく、ユーザーがオフセットを選択して、必要な時に行える様な構成にしても当然良い。
【００７７】
また、本発明の実施例におけるデータ取得装置１０は、データを取得する際にデータ記憶装置８から４組だけ取得する様に説明を行ったが、４組に限定される訳ではなく、４組以上の複数のデータを取得しても良い。オフセット取得手段（Ｓ８）では、４組のデータでオフセットを取得するが、４組のデータを選定するには４組以上のデータを取り込んだ上で、上記に示した様な許容値演算を行う方法を用いても良い。
【００７８】
また、本発明の第１および第２の実施の形態に示した電子方位計は、ＩＣモジュールを用いた例を挙げて説明を行ったが、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もよい。また、各種電子機器への組み込み用などとしての電子方位計に用いる記録媒体では、磁気センサ４、傾斜センサ６、データ取得装置１０、オフセット取得装置１２、相対感度取得装置１８、方位算出装置１４、方位表示装置１６の全てを一つのパッケージにまとめて構成されていることに限定されず、例えばデータ取得、オフセット取得、方位演算の機能は、各種機器側のＣＰＵやマイコンで行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の基本構成となる電子方位計のブロック構成を示した図である。
【図２】本発明の基本構成となる記録媒体のフローチャートを示した図である。
【図３】本発明の電子方位計の他のブロック構成を示した図である。
【図４】本発明の他の記録媒体のフローチャートを示した図である。
【図５】磁気センサ出力を座標軸としたときの、本発明に係る磁気ベクトル、オフセットベクトル、地磁気出力ベクトルの関係を示した図である。
【図６】絶対座標系の座標軸に対する本発明の電子方位計を含む機器（磁気センサ出力取得装置）の位置構成を示した概念図である。
【図７】絶対座標系の座標軸に対する本発明の電子方位計を含む機器（磁気センサ出力取得装置）の位置構成を示した概念図である。
【図８】従来技術のオフセット取得法を説明する図である。
【符号の説明】
【００８０】
２  電子方位計
４  磁気センサ出力取得装置
６  傾斜センサ出力取得装置
８  データ記憶装置
１０  データ取得装置
１２  オフセット取得装置
１４  方位算出装置
１６  方位表示装置
１８  相対感度取得装置
２０  重畳励磁出力記憶装置
２２  基準励磁出力記憶装置
【図１】
2007256161.tif 000023
【図２】
2007256161.tif 000024
【図３】
2007256161.tif 000025
【図４】
2007256161.tif 000026
【図５】
2007256161.tif 000027
【図６】
2007256161.tif 000028
【図７】
2007256161.tif 000029
【図８】
2007256161.tif 000030