(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気を検出する磁気センサを直交２軸以上有するセンサ部と、該センサ部のアナログ出力信号をデジタル信号へ変換するＡＤ変換部と、前記デジタル信号を処理する補正演算部とで構成される地磁気検出装置において、Ｘ軸検出部の最大出力電圧値をＡ１とし、Ｙ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＸ軸検出部の出力電圧値をＡ２とし、さらに磁気センサの検出範囲を９０度毎に４ブロックに分割し、かつ、前記出力電圧値Ａ２が、＋側である場合、−側である場合、また微少である場合に分類し、各場合に対応して、第１の補正式、第２の補正式、あるいは、補正なしを選択し、補正パラメータＺ＝Ａ１／[Ａ１−ＡＢＳ（Ａ２）]として、前記第１の補正式は、Ｘ軸検出部の実測出力電圧がＡ３の場合にて、［ＡＢＳ（Ａ３）−ＡＢＳ（Ａ２）］×Ｚとして、Ｘ軸検出部の補正後の出力電圧とし、第２の補正式は、［ＡＢＳ（Ａ３）＋ＡＢＳ（Ａ２）］×（１／Ｚ）として、Ｘ軸検出部の補正後の出力電圧とし磁気センサの直交度補正を行うことを特徴とする地磁気検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の地磁気検出装置において、Ｙ軸検出部の最大出力値をＢ１とし、Ｘ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＹ軸検出部の出力値をＢ２とし、さらに、磁気センサの検出範囲を９０度毎に４ブロックに分割し、Ｘ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＹ軸検出部の出力値が、＋側である場合、−側である場合、また、微少である場合に分類し、各場合に応じて、第３の補正式、第４の補正式、あるいは、補正なしを選択し、補正パラメータＺ’＝Ｂ１／［Ｂ１−ＡＢＳ（Ｂ２）］として、前記第３の補正式は、Ｙ軸検出部の実測出力電圧がＢ３の場合、［ＡＢＳ（Ｂ３）−ＡＢＳ（Ｂ２）］×Ｚ’としてＹ軸検出部の補正後の出力電圧とし、第４の補正式は、［ＡＢＳ（Ｂ３）−ＡＢＳ（Ｂ２）］×（１／Ｚ’）として演算処理してＹ軸検出部の補正後の出力電圧として磁気センサの直交度補正を行うことを特徴とする地磁気検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の地磁気検出装置において、アナログデータあるいはデジタルデータを送るためのインターフェースを含んだことを特徴とする伝送経路を持つ地磁気検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の地磁気検出装置の演算処理手段において、磁気センサの検出感度差を補正するために感度補正演算を用い、磁気センサの感度差を補正する処理を加えたことを特徴とする地磁気検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の地磁気検出装置の演算処理手段において、磁気センサの検出オフセットを補正するためにオフセット補正演算を用い、磁気センサのオフセットを補正する処理を加えたことを特徴とする地磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地磁気を検出して、方位を決定する地磁気検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の補正方法として、直交した磁気センサの検出部分を機械的にトリミングし、直交度を補正する手段が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、直交した磁気センサの検出部分を機械的にトリミングする、あるいは、回路のボリウムをトリミングして直交度を調整していた。そのため、補正に要する時間がかかり、又、補正状態の再現性が完全でなく、精度が高い方位を検出できない課題があった。
【０００４】
上記のような問題を解決するために、本発明では、機械的な補正に頼ることなく、演算処理のみで、精度の高い方位の検出および補正を、短時間、再現性良く実現することを目的とする。
【０００５】
従って、本発明の課題は、機械的なトリミング等の調整に頼ることなく、演算処理のみで精度の高い方位の検出および補正を、短時間、再現性良く実現する地磁気検出装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回路の演算処理のみで直交度補正が行う地磁気検出装置を提供するものであり、磁気センサにトリミング等の機械的な調整機構を設けることを不要とする。
【０００７】
即ち、本発明は、地磁気を検出する磁気センサを直交２軸以上有するセンサ部と、該センサ部のアナログ出力信号をデジタル信号へ変換するＡＤ変換部と、前記デジタル信号を処理する補正演算部とで構成される地磁気検出装置において、Ｘ軸検出部の最大出力電圧値をＡ１とし、Ｙ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＸ軸検出部の出力電圧値をＡ２とし、さらに磁気センサの検出範囲を９０度毎に４ブロックに分割し、かつ、前記出力電圧値Ａ２が、＋側である場合、−側である場合、また微少である場合に分類し、各場合に対応して、第１の補正式、第２の補正式、あるいは、補正なしを選択し、補正パラメータＺ＝Ａ１／[Ａ１−ＡＢＳ（Ａ２）]として、前記第１の補正式は、Ｘ軸検出部の実測出力電圧がＡ３の場合にて、［ＡＢＳ（Ａ３）−ＡＢＳ（Ａ２）］×Ｚとして、Ｘ軸検出部の補正後の出力電圧とし、第２の補正式は、［ＡＢＳ（Ａ３）＋ＡＢＳ（Ａ２）］×（１／Ｚ）として、Ｘ軸検出部の補正後の出力電圧とし磁気センサの直交度補正を行う地磁気検出装置である。
【０００８】
また、本発明は、前記地磁気検出装置において、Ｙ軸検出部の最大出力値をＢ１とし、Ｘ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＹ軸検出部の出力値をＢ２とし、さらに、磁気センサの検出範囲を９０度毎に４ブロックに分割し、Ｘ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＹ軸検出部の出力値が、＋側である場合、−側である場合、また、微少である場合に分類し、各場合に応じて、第３の補正式、第４の補正式、あるいは、補正なしを選択し、補正パラメータＺ’＝Ｂ１／［Ｂ１−ＡＢＳ（Ｂ２）］として、前記第３の補正式は、Ｙ軸検出部の実測出力電圧がＢ３の場合、［ＡＢＳ（Ｂ３）−ＡＢＳ（Ｂ２）］×Ｚ’としてＹ軸検出部の補正後の出力電圧とし、第４の補正式は、［ＡＢＳ（Ｂ３）−ＡＢＳ（Ｂ２）］×（１／Ｚ’）として演算処理してＹ軸検出部の補正後の出力電圧として磁気センサの直交度補正を行う地磁気検出装置である。
【０００９】
また、本発明は、前記地磁気検出装置において、アナログデータあるいはデジタルデータを送るためのインターフェースを含んだ伝送経路を持つ地磁気検出装置である。
【００１０】
また、本発明は、前記地磁気検出装置の演算処理手段において、磁気センサの検出感度差を補正するために感度補正演算を用い、磁気センサの感度差をなくす処理を加えた地磁気検出装置である。
【００１１】
また、本発明は、前記地磁気検出装置の演算処理手段において、磁気センサの検出オフセットを補正するためにオフセット補正演算を用い、磁気センサのオフセットをなくす処理を加えた地磁気検出装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態による補正方法の全体を示す図である。１０は磁気センサ、１１はＸ軸検出部、１２はＸ軸アナログ信号処理部、１３はＹ軸検出部、１４はＹ軸アナログ信号処理部、１５はアナログ信号からディジタル信号に変換するＡＤ変換部、１６はオフセット演算部、１７は感度演算部、１８は直交度補正演算部、１９は方位角度演算部、２０は補正演算部であり、２１は演算出力部を示す。
【００１４】
図２は、Ｙ軸検出部を基準としている図である。図２（ａ）は、Ｘ軸検出部の巻線２４、Ｙ軸軸検出部の巻線２３が直交度９０度より小さい場合を示す。２２はセンサ巻枠、２５は直交度のずれが９０度より小さいずれ角度を示す。
【００１５】
図２（ｂ）は、Ｘ軸検出部の巻線２４、Ｙ軸軸検出部の巻線２３が直交度９０度より大きい場合を示し、２６は直交度のずれが９０度より大きいずれ角度を示す。
【００１６】
図３は、オフセットの説明図である。３１はオフセットがないときのＹ軸検出部の出力電圧、３２はオフセットがあるときのＹ軸検出部の出力電圧、３３はオフセットがないときのＸ軸検出部の出力電圧、３４はオフセットがあるときのＸ軸検出部の出力電圧、３５はオフセットがないときの円、３６はオフセットがあるときの円、３７はｙ方向のオフセット出力電圧成分Δｙ、３８はｘ方向のオフセット出力電圧成分Δｘ、３９はｙ成分の出力電圧最大値ｙ１、４０はｙ成分の出力電圧最小値ｙ２、４１はｘ成分の出力電圧最大値ｘ１、４２はｘ成分の出力電圧最小値ｘ２、４３はオフセットがないときの円の中心を示す。
【００１７】
図１で、磁気センサ１０はＸ軸検出部１１とＹ軸検出部１３にて構成されており、それぞれ地磁気を二軸直交成分に分けて検出する。この信号は、Ｘ軸アナログ信号処理部１２、およびＹ軸アナログ信号処理部１４によって、アナログ信号に処理される。前記Ｘ軸アナログ信号処理部１２、Ｙ軸アナログ信号処理部１４で適切に処理されたアナログ信号は、ＡＤ変換部１５でデジタルデータに変換される。ＡＤ変換部１５でデジタルデータに変換された二軸直交成分は、オフセット演算部１６で磁気センサ１０の周辺の磁気的なオフセットを演算補正する。
【００１８】
図３で、オフセット、オフセット演算部及び感度演算部について説明する。３５は磁気センサの周辺の磁気的なオフセットが無い状態、３６は磁気センサの周辺に磁気的なオフセットが存在する状態を示している。実際に計測出来る磁気センサの各成分は、オフセットがある時の円３６の状態から３９、４０、４１、４２の各成分の出力電圧値である。
【００１９】
下記の式を用いてオフセット演算のためのパラメータを求める。
Ｘ（オフセット）＝−［（ Ｘ1＋Ｘ2）／２］
Ｙ（オフセット）＝−［（ Ｙ1＋Ｙ2）／２］
【００２０】
下記の式を用いて感度演算のためのパラメータを求める。Ｘ軸検出部の感度にＹ軸検出部の感度を合わせる場合について示す。
Ｘ（感度）＝１
Ｙ（感度）＝［Ｘ1＋Ｘ（オフセット）］／［Ｙ1＋Ｙ（オフセット）］
【００２１】
下記の式を用いてオフセット演算と感度演算とをおこなう。
Ｘ（補正）＝Ｘｎ×Ｘ（感度）＋Ｘ（オフセット）
Ｙ（補正）＝Ｙｎ×Ｙ（感度）＋Ｙ（オフセット）
Ｘｎ及びＹｎは、Ｘ軸検出部１１及びＹ軸検出部１３で検出した信号をＸ軸アナログ信号処理部１２及びＹ軸アナログ信号処理部１４を経てＡＤ変換部１５で変換した値である。
【００２２】
図２で、直交度演算部について説明する。図２（ａ）は、Ｙ軸検出部の巻線２３とＸ軸検出部の巻線２４の角度が９０度より小さい場合を示し、図２（ｂ）は、前記Ｙ軸検出部の巻線２３とＸ軸検出部の巻線２４の角度が、９０度より大きい場合を示している。Ｘ軸検出部１１及びＹ軸検出部１３で検出した地磁気を基に方位角を求める場合、Ｙ軸検出部の巻線２３とＸ軸検出部の巻線２４の角度が９０度で直交している場合は、表１のパターン１のような検出状態となるが、Ｙ軸検出部の巻線２３とＸ軸検出部の巻線２４の角度が９０度より小さい場合は、パターン２のような検出状態となる。また、Ｙ軸検出部の巻線２３とＸ軸検出部の巻線２４の角度が９０度より大きい場合は、パターン３のような検出状態となる。
【００２３】
【表１】
0004004166.tif 000002
【００２４】
表１の中でパターン２について、座標を９０度ごとのブロック（０ブロック、９０ブロック、１８０ブロック、及び２７０ブロック）に分割し、Ｙ軸検出部を基準にしてＸ軸検出部に固定したバラメータを用いて演算する。これを表２に示す。
【００２５】
（表２）
0004004166.tif 000003
【００２６】
Ａ１としてＸ軸検出部の最大出力値、Ａ２としてＹ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＸ軸検出部の出力値とすると、補正パラメータＺは、Ｚ＝Ａ１／［Ａ１−ＡＢＳ（Ａ２）］となる。ここで、ＡＢＳは絶対値を示す。
【００２７】
補正可否の判定は、Ａ２が微少である場合は、補正不要とする。Ａ２が＋側である場合は、補正式１を使用する。Ａ２が−側である場合は、補正式２を使用する。表２に対応した補正式の選択一覧表を表３に示す。ここで、Ａ５は、補正式１を用いた場合のＸ軸検出部の補正後の出力電圧であり、Ａ６は、補正式２を用いた場合のＸ軸検出部の補正後の出力電圧である。
【００２８】
【表３】
0004004166.tif 000004
【００２９】
前記表３を用いて補正演算を行った結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
0004004166.tif 000005
【００３１】
表４での結果確認は、９０度及び２７０度の場合とした。９０度の場合は、補正式２を使用し、２７０度の場合は、補正式１を使用した。
【００３２】
表４に示すように、オフセット及び感度補正ついては、Ｘ軸検出部の出力電圧の補正前をＡ３、補正後をＡ５に示す。結果として、オフセットが減少し、感度が補正されている。
【００３３】
表４にて、直交度補正については、発生角度を基準にして、補正前が検出角度、補正後が補正後角度に示す。結果として、直交度が補正され、補正後の角度は誤差が減少している。
【００３４】
本実施の形態では、Ｙ軸検出部を基準としてＸ軸検出部実測出力電圧を補正する例であるが、同様に、Ｘ軸検出部を基準としてＹ軸検出部実測出力電圧を補正することができる。又、磁気センサの検出部がＸ軸検出部とＹ軸検出部及びＺ軸検出部の３軸の場合にも同様の補正方法を適用できる。
【００３５】
なお、今まで説明した補正式の根拠は、以下のごとくである。
【００３６】
Ｙ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＸ軸検出部の出力電圧値Ａ２が零以上で、角度θが０度より大きく９０度より小さい場合で、補正前Ａ３＝Ａ１ｃｏｓ（θ−Δθ）とし、 Δθは誤差角度とした場合、補正後、Ａ５の値が、Ａ５＝Ａ１ｃｏｓθ、および、Ａ２＝Ａ１ｓｉｎθとなることが補正の目的である。
【００３７】
ここで、（Δθ／θ）＜＜ １であれば、
Ａ５＝Ａ１ｃｏｓθ＝Ａ１ｃｏｓ[（θ−Δθ）＋Δθ]
＝Ａ１ｃｏｓ（θ‐Δθ）ｃｏｓΔθ−Ａ１ｓｉｎ（θ‐Δθ）ｓｉｎθ
（Δθ2）以上を無視すると、数１となり、θが約９０度であれば、数２となるから、数１は数３となる。
【００３８】
【数１】
0004004166.tif 000006
【００３９】
【数２】
0004004166.tif 000007
【００４０】
【数３】
0004004166.tif 000008
【００４１】
また、θ＝０度で、Ａ５＝Ａ１とならなければならないため、
Ａ５＝Ａ１×[（Ａ３−Ａ２）／（Ａ１−Ａ２）]
と規格化する。
【００４２】
ここで、補正パラメータをＺとおき、
Ｚ＝Ａ１／［Ａ１−ＡＢＳ（Ａ２）］
とすると、
Ａ５＝（Ａ３−Ａ２）× Ｚ
となる。
【００４３】
以下、他の象限について示す
【００４４】
Ｙ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＸ軸検出部の出力電圧値Ａ２が零より小さく、角度θが０度より大きく９０度より小さい場合で、
（Ａ２／Ａ１）＜＜１であれば、数４であるため、数５となる。
【００４５】
【数４】
0004004166.tif 000009
【００４６】
【数５】
0004004166.tif 000010
【００４７】
ここで、補正パラメータＺを使用すると、
Ａ５＝（Ａ３＋Ａ２）×１／Ｚ
となる。
【００４８】
Ｙ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＸ軸検出部の出力値Ａ２が零以上で、角度θが９０度より大きく１８０度より小さい場合で、θが約９０度で数３の式より、
Ａ５＝Ａ３−Ａ２
となる。
【００４９】
θ＝１８０度で、Ａ５＝−Ａ１とならなければならないため、数４より、
Ａ５＝−Ａ１×[（Ａ３−Ａ２）／（Ａ１＋Ａ２）]
となる。
【００５０】
ここで、先の補正パラメータＺを使用すると、
Ａ５＝−（Ａ３−Ａ２）×Ｚ
となる。
【００５１】
Ｙ軸検出部の出力値が零の位置から９０度回転した点のＸ軸検出部の出力値Ａ２が零より小さく、角度θが９０度より大きく１８０度より小さい場合で、
Ａ５＝−Ａ１×[（Ａ３−Ａ２）／（Ａ１＋Ａ２）]
となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、機械的な補正に頼ることなく、演算処理のみで精度の高い方位の検出および補正を、短時間で、再現性良く実現する地磁気検出装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による補正方法の全体図。
【図２】直交２軸の磁気センサの検出部（巻線）の直交度の説明図、図２（ａ）は、直交２軸の磁気センサの検出部（巻線）が直交度９０度より小さい場合を示す図、図２（ｂ）は、直交２軸の磁気センサの検出部（巻線）が直交度９０度より大きい場合を示す図。
【図３】
オフセットの説明図。
【符号の説明】
１０    磁気センサ
１１    Ｘ軸検出部
１２    Ｘ軸アナログ信号処理部
１３    Ｙ軸検出部
１４    Ｙ軸アナログ信号処理部
１５    ＡＤ変換部
１６    オフセット演算部
１７    感度演算部
１８    直交度補正演算部
１９    方位角度演算部
２０    補正演算部
２１    演算出力部
２２    センサ巻枠
２３    Ｙ軸検出部の巻線
２４    Ｘ軸検出部の巻線
２５    （直交度のずれが９０度より小さいずれ角度）
２６    （直交度のずれが９０度より大きいずれ角度）
３１    （オフセットがないときのＹ軸検出部の出力電圧）
３２    （オフセットがあるときのＹ軸検出部の出力電圧）
３３    （オフセットがないときのＸ軸検出部の出力電圧）
３４    （オフセットがあるときのＸ軸検出部の出力電圧）
３５    オフセットがないときの円
３６    オフセットがあるときの円
３７    ｙ方向のオフセット出力電圧成分Δｙ
３８    ｘ方向のオフセット出力電圧成分Δｘ
３９    ｙ成分の出力電圧最大値ｙ１
４０    ｙ成分の出力電圧最小値ｙ２
４１    ｘ成分の出力電圧最大値ｘ１
４２    ｘ成分の出力電圧最小値ｘ２
４３    オフセットがないときの円の中心
【図１】
0004004166.tif 000011
【図２】
0004004166.tif 000012
【図３】
0004004166.tif 000013