(57)【要約】制御装置２００は、演算により磁気センサ１００をキャリブレーションする。演算部２１０は、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力から磁界強度を算出する。これを異なる４点以上について行う。そのうち、少なくとも１点以上は、同一平面上にない点で行う。演算部２１０は、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力を３次元空間座標に変換し、上記４点以上について、各座標を通る球を生成する。生成した球の中心点の座標がオフセット磁界量になる。求めたＸ、Ｙ、Ｚ軸の着磁磁界を、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力からそれぞれ減算することにより、キャリブレーションを行う。
2006035505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御方法であって、
基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持しておくステップと、
前記磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力を取得するステップと、
取得した３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、前記基準座標と同一の座標空間における座標を取得するステップと、
取得した４点以上の座標を通る球を生成し、その中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求めるステップと、
前記オフセット磁界量を参照して、前記磁気センサをキャリブレーションするステップと、
を備えることを特徴とする磁気センサの制御方法。
【請求項２】
地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサの制御方法であって、
基準となる地磁気ベクトルの２軸成分を座標変換して取得した、所定の座標平面における基準座標を保持しておくステップと、
前記磁気センサの３以上の姿勢における２軸成分の出力を取得するステップと、
取得した２軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、前記基準座標と同一の座標平面における座標を取得するステップと、
取得した３点以上の座標を通る円を生成し、その中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求めるステップと、
前記オフセット磁界量を参照して、前記磁気センサをキャリブレーションするステップと、
を備えることを特徴とする磁気センサの制御方法。
【請求項３】
地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御装置であって、
基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持している記憶部と、
前記磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換して、前記基準座標と同一の座標空間における座標を取得し、取得した４点以上の座標を通る球を生成する演算部と、を備え、
前記演算部は、生成した球の中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求め、それを参照して前記磁気センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする磁気センサの制御装置。
【請求項４】
地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサの制御装置であって、
基準となる地磁気ベクトルの２軸成分を座標変換して取得した、所定の座標平面における基準座標を保持している記憶部と、
前記磁気センサの３以上の姿勢における２軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換して、前記基準座標と同一の座標平面における座標を取得し、取得した３点以上の座標を通る円を生成する演算部と、を備え、
前記演算部は、生成した円の中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求め、それを参照して前記磁気センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする磁気センサの制御装置。
【請求項５】
地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサと、
請求項３に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする携帯端末装置。
【請求項６】
地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサと、
請求項４に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、地磁気を検出する磁気センサのキャリブレーションなどを行う磁気センサの制御方法、制御装置、および携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、磁気センサが搭載された携帯電話機などの携帯端末装置が実用化されてきている。このような携帯端末装置は、方位を測定するばかりでなく、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）からの位置情報をもとに、測定した方位に応じて現在位置などを画面の地図上に表示する機能を持つものもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  磁気センサは、地磁気だけでなく、携帯端末装置に内蔵された電子部品が持つ磁界に影響を受ける。また、強磁界の発生する場所に移動した場合も同様である。例えば、ビルの中でも、コンクリート、鉄などが磁気を帯びているため、磁気センサに地磁気成分以外の磁気成分を着磁させる。このため、このような磁気成分は、正確な方位測定、回転磁界の検出に誤差を生じさせる原因となっていた。したがって、地磁気成分のみを抽出するためには、検出した磁気成分からそれ以外の磁気成分を打ち消すためのキャリブレーションが必要である。【０００４】  本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気センサのキャリブレーションを容易に行うことが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明のある態様は、磁気センサの制御方法である。この方法は、地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御方法であって、基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持しておくステップと、磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力を取得するステップと、取得した３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、基準座標と同一の座標空間における座標を取得するステップと、取得した４点以上の座標を通る球を生成し、その中心点と基準座標とのずれからオフセット磁界量を求めるステップと、オフセット磁界量を参照して、磁気センサをキャリブレーションするステップと、を備える。「基準座標」は、磁気センサの複数の姿勢における地磁気全磁力を半径とした球の中心点座標であってもよい。この態様によれば、４点以上の座標を通る球の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる。【０００６】  本発明の別の態様は、磁気センサの制御方法である。この方法は、地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサの制御方法であって、基準となる地磁気ベクトルの２軸成分を座標変換して取得した、所定の座標平面における基準座標を保持しておくステップと、磁気センサの３以上の姿勢における２軸成分の出力を取得するステップと、取得した２軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、基準座標と同一の座標平面における座標を取得するステップと、取得した３点以上の座標を通る円を生成し、その中心点と基準座標とのずれからオフセット磁界量を求めるステップと、オフセット磁界量を参照して、前記磁気センサをキャリブレーションするステップと、を備える。この態様によれば、３点以上の座標を通る円の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる。【０００７】  本発明のさらに別の態様は、磁気センサの制御装置である。この装置は、地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御装置であって、基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持している記憶部と、磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換して、基準座標と同一の座標空間における座標を取得し、取得した４点以上の座標を通る球を生成する演算部と、を備え、演算部は、生成した球の中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求め、それを参照して磁気センサのキャリブレーションを行う。この態様によれば、演算部が４点以上の座標を通る球の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる。【０００８】  本発明のさらに別の態様は、磁気センサの制御装置である。この装置は、地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサの制御装置であって、基準となる地磁気ベクトルの２軸成分を座標変換して取得した、所定の座標平面における基準座標を保持している記憶部と、磁気センサの３以上の姿勢における２軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換して、基準座標と同一の座標平面における座標を取得し、取得した３点以上の座標���通る円を生成する演算部と、を備え、演算部は、生成した円の中心点と基準座標とのずれからオフセット磁界量を求め、それを参照して磁気センサのキャリブレーションを行う。この態様によれば、演算部が３点以上の座標を通る円の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる磁気センサを搭載した携帯電話機などの携帯端末装置を実現することができる。【０００９】  本発明のさらに別の態様は、携帯端末装置である。この装置は、地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサと、３軸成分を検出する磁気センサの上述した態様の制御装置を備える。この態様によれば、４点以上の座標を通る球の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる。【００１０】  本発明のさらに別の態様は、携帯端末装置である。この装置は、地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサと、２軸成分を検出する磁気センサの上述した態様の制御装置を備える。この態様によれば、３点以上の座標を通る円の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる磁気センサを搭載した携帯電話機などの携帯端末装置を実現することができる。【００１１】  なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】  本発明によれば、磁気センサのキャリブレーションを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】［図１］磁気センサの一例を示す図である。
［図２］本発明の実施形態における制御装置および磁気センサを示す図である。
［図３］実施形態における制御装置により磁気センサのキャリブレーションをするためのフローチャートである。
［図４］演算部が生成する球の一例を示す図である。
［図５］実施形態における携帯端末装置の構成を示す図である。
［図６］磁気センサおよび傾斜角センサの検出結果をもとに方位を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００１４】１００・・・磁気センサ、１０２・・・第１磁気検出素子、１０４・・・第２磁気検出素子、１０６・・・第３磁気検出素子、１１０・・・基板、１２０・・・傾斜角センサ、２００・・・制御装置、２１０・・・演算部、２２０・・・記憶部、２３０・・・監視部、３００・・・携帯端末装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  まず、本実施形態における地磁気成分以外の磁気成分を打ち消すためのキャリブレーション方法の詳細を説明する前に、その対象となる３軸磁気センサの構成を説明する。図１は、磁気センサ１００の一例を示す図である。この磁気センサ１００は、磁気ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚの３軸成分のそれぞれを検出する少なくとも３つの磁気検出素子１０２、１０４、１０６を有する。第１磁気検出素子１０２はＸ軸方向の磁気成分を検出し、第２磁気検出素子１０４はＹ軸方向の磁気成分を検出し、第３磁気検出素子１０６はＺ軸方向の磁気成分を検出する。【００１６】  磁気センサ１００において、少なくとも第１磁気検出素子１０２および第２磁気検出素子１０４はＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子、ホール素子またはＭＩ（Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）素子であることが好ましく、さらに第３磁気検出素子１０６も同様にＭＲ素子、ホール素子またはＭＩ素子であることが好ましい。全ての磁気検出素子をＭＲ素子またはホール素子として形成することにより、この磁気センサ１００を一連の半導体製造プロセスを用いて形成することが可能となる。【００１７】  第１磁気検出素子１０２および第２磁気検出素子１０４は、基板１１０の表面に対して所定の角度をつけて構成され、基板表面に平行な方向、すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向の２軸の磁気成分をそれぞれ検出する。ここで、第１磁気検出素子１０２および第２磁気検出素子１０４は、基板１１０の表面においてほぼ直立するように形成されることが好ましい。また基板１１０の表面において、第１磁気検出素子１０２および第２磁気検出素子１０４は、それぞれの表面に平行な方向が９０°となるように配置されることが好ましい。第３磁気検出素子１０６は、基板１１０の表面に形成され、基板表面に垂直な方向、すなわちＺ軸方向の磁気成分を検出する。【００１８】  各磁気検出素子は、一般式（Ｃｏｌ−ａＦｅａ）１００ｘ−ｙ−ｚＬｘＭｙＯｚで表現される薄膜構造の磁気抵抗膜を有する。磁性体膜は、透磁率を１，０００，０００ｌｅ以上とし、１μＴ以上の磁界を検知可能な希土類とナノオーダーの磁性体金属粉末を用いて構成してもよい。【００１９】  図１に示した磁気センサ１００においては、２つの磁気検出素子１０２および１０４が直立されて構成されているが、別の例においては、２つの磁気検出素子が基板１１０の平面上に形成され、１つの磁気検出素子が基板１１０において直立されて構成されてもよい。このとき、基板１１０の平面上に形成される２つの磁気検出素子は、磁気ベクトルの垂直磁界および水平磁界を検出し、直立して構成される磁気検出素子は、これらの磁界に垂直な成分を検出すればよい。【００２０】  なお、磁気センサとしては、フラックスゲート型磁気センサでもよい。フラックスゲート型磁気センサは、コイルのコアを必要とするため、構成としては若干大きなものとなる。そのため、フラックスゲート型磁気センサを十分な配置空間がとれる車輌などに搭載する場合には問題ないが、携帯電話などの小型の端末装置に内蔵させる場合には、他の内蔵素子との関係から筐体内の配置設計を工夫する必要がある。この点、ＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子や、ホール���子などの磁気感応素子はフラックスゲート型磁気センサよりも小型に形成可能であり、携帯端末装置への搭載にも適している。【００２１】  図２は、本発明の実施形態における制御装置２００および磁気センサ１００を示すブロック図である。制御装置２００は、任意のコンピュータのＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＲＯＭにロードされた着磁磁界キャンセルプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。【００２２】  制御装置２００は、演算部２１０、記憶部２２０、および監視部２３０を備える。演算部２１０は、後述する演算処理を行い、磁気センサ１００をキャリブレーションする。記憶部２２０は、磁気センサ１００の実際の出力に対してリファレンスとなる基本データなどを登録している。地磁気成分以外の着磁成分がない状態において、磁気センサ１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からの出力は、地磁気全磁力の分力がそれぞれ検出されることになる。磁気センサ１００の姿勢を変動させ、４以上の姿勢において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からそれぞれ出力を取得する。そして、取得した３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、その４点以上の座標を通る球を生成し、その中心点座標を基準座標とする。この基準座標を上記基本データに設定することができる。この基準座標は、シミュレーションや実験で求めることができ、求めた値を記憶部２２０に設定する。なお、その中心点座標から、半径を地磁気全磁力とした球を描き、その球を通る点の座標も基本データとして登録してもよい。【００２３】  監視部２３０は、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力を監視する。磁気センサ１００の第１磁気検出素子１０２からＸ軸の出力が、第２磁気検出素子１０４からＹ軸の出力が、および第３磁気検出素子１０６からＺ軸の出力が制御装置２００に入力される。【００２４】  各Ｘ、Ｙ、Ｚの出力は、下記の式で表すことができる。
Ｘ＝Ｗ｛ｃｏｓ（ｆ）・ｃｏｓ（ｐ）・ｃｏｓ（ｄ）−ｓｉｎ（ｆ）・ｓｉｎ（ｐ）｝＋Ａ
Ｙ＝Ｗ｛−ｃｏｓ（ｆ）・ｃｏｓ（ｒ）・ｓｉｎ（ｄ）−ｃｏｓ（ｆ）・ｓｉｎ（ｐ）・ｓｉｎ（ｒ）・ｃｏｓ（ｄ）−ｓｉｎ（ｆ）・ｃｏｓ（ｐ）・ｓｉｎ（ｒ）｝＋Ｂ
Ｚ＝Ｗ｛−ｃｏｓ（ｆ）・ｓｉｎ（ｒ）・ｓｉｎ（ｄ）＋ｃｏｓ（ｆ）・ｓｉｎ（ｐ）・ｃｏｓ（ｒ）・ｃｏｓ（ｄ）＋ｓｉｎ（ｆ）・ｃｏｓ（ｐ）・ｃｏｓ（ｒ）｝＋Ｃ
Ｗ＝磁界強度、ｆ＝伏角、ｄ＝回転角、ｐ＝ピッチ角、ｒ＝ロール角、Ａ＝Ｘ軸の着磁磁界、Ｂ＝Ｙ軸の着磁磁界、Ｃ＝Ｚ軸の着磁磁界。したがって、ここでの各軸の磁界強度Ｗは、地磁気全磁力の分力と各軸の着磁磁界を表すことになる。【００２５】  地磁気以外の着磁磁界を想定しない場合、３軸の特性が揃った磁気センサ１００では、地磁気の中であらゆる方向に回転されたとき、それぞれの磁気検出素子の出力Ｘ、Ｙ、Ｚで示される３次元座標空間の点の集まりは、原点すなわち０磁界を中心に、半径が地磁気全磁力とした球を描くことができる。【００２６】  これに対し、磁気センサ１００に着磁磁界すなわちオフセット磁界が存在するとき、上記と同様に回転させたときの点の集まりは球の中心点のみずれ、半径は変わらない球を描くことができる。【００２７】  以下、これを前提に制御装置２００のキャリブレーション動作について説明する。図３は、本実施形態における制御装置２００による磁気センサ１００のキャリブレーション動作を示すフローチャートである。まず、磁気センサ１００を搭載する端末などが立ち上がると、監視部２３０は、磁気センサ１００の出力を監視する（Ｓ１０）。そして、その出力を空間座標に変換し、その座標と記憶部２２０に予め設定されている基本データである座標群と比較する（Ｓ１２）。【００２８】  比較の結果、その差分が所定の閾値を超える場合（Ｓ１２のＹ）、後述するキャリブレーション処理を行う。ここで、当該差分とは、入力座標とそれに最も近似する登録座標との差分であってもよい。所定の閾値を超えない場合（Ｓ１２のＮ）、監視を続ける（Ｓ１０）。ここで、所定の閾値は、地磁気成分以外の磁気成分が着磁していることを検出するためのものであり、実験的に求めたものでもよい。また、どの程度の誤差まで許容範囲にするかという設計にもよる。【００２９】  演算部２１０は、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力から磁界強度を算出する（Ｓ１４）。これを異なる４点以上について行う。そのうち、少なくとも１点以上は、同一平面上にない点である。以下に異なる４点の磁界強度を算出するための式を示す。【００３０】  Ｗ１２＝Ｘ１２＋Ｙ１２＋Ｚ１２
Ｗ２２＝Ｘ２２＋Ｙ２２＋Ｚ２２
Ｗ３２＝Ｘ３２＋Ｙ３２＋Ｚ３２
Ｗ４２＝Ｘ４２＋Ｙ４２＋Ｚ４２【００３１】  次に、演算部２１０は、この４点以上の点から球を生成する（Ｓ１６）。すなわち、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力を３次元空間の座標とし、上記４点以上について、各座標を通る球を生成する。すなわち、各座標の半径が等しくなる位置を中心点にした球を生成する。この半径は地磁気全磁力を示す。図４は、演算部２１０が生成する球の一例を示す図である。点１、点２、点３、点４からの長さはすべて等しくなる位置を球の中心０とする。もちろん、点は４つ以上でもよい。【００３２】  演算部２１０は、生成した球の中心点の座標を求める。その座標がオフセット磁界量になる（Ｓ１８）。以下、球の中心座標を算出するための計算式を示す。この計算式は、上述した各Ｘ、Ｙ、Ｚの出力を求める式から導くことができる。
2006035505.tif 000003
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【００３３】  演算部２１０は、求めたＸ、Ｙ、Ｚ軸の着磁磁界Ａ、Ｂ、Ｃを磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力から減算することにより、キャリブレーションを行う（Ｓ２０）。【００３４】  以上説明したように本実施形態によれば、４つ以上の姿勢における磁気センサの出力を基に球を生成し、その中心点からオフセット磁界量を検出することにより、地磁気成分以外の磁気成分を容易に自動でキャンセルすることができる。ユーザに水平で１回転してもらい、その間に出力されたデータの最大値と最小値の中間を求めるなどの処理をしなくてもよい。したがって、ユーザは面倒な回転をしなくて済み、着磁成分を考慮する必要すらない。さらに、磁気センサを製造する場合にも、着磁磁界を考慮せずに、部品配置を決定することができ、開発が容易になる。【００３５】  図５は、本発明の実施形態にかかる携帯端末装置３００の構成を示す。この携帯端末装置３００は、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）およびＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｄａｔａ  ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯用の小型電子機器である。図５は方位測定、および後述するアプリケーションを実現するための構成を示すが、携帯端末装置３００が用途に応じた他の構成を備えてもよいことは当業者に理解されるところである。【００３６】  携帯端末装置３００は、制御装置２００、検出部２０、撮像部３０、通信部３２、ＧＰＳ情報取得部３４および表示部３６を備える。検出部２０は、磁気センサ１００、傾斜角センサ１２０、気圧センサ１４０および温度センサ１６０を有し、位置や方位、姿勢、高度などを検出する機能を有する。撮像部３０は、ＣＣＤなどの光電変換素子を備え、画像を取得して制御装置２００に渡す。通信部３２は、外部のサーバと無線回線により通信する機能を有する。この通信は有線回線で行われてもよい。ＧＰＳ情報取得部３４は、ＧＰＳ衛星から位置情報を受け取る。制御装置２００は、この位置情報に基づき、現在位置すなわち現在の緯度および経度を計算する。なお、位置情報を磁気センサ１００からの方位情報によって補正可能とすることにより、正確な現在位置および方位を求めることができる。制御装置２００は、位置情報および方位情報を互いに補完し合うように利用してもよい。また制御装置２００は、ＧＰＳ衛星からの位置情報を利用せず、検出部２０からの検出結果のみに基づいて現在位置および方位を求めることもできる。表示部３６はディスプレイを有し、制御装置２００において処理された情報をアプリケーションに応じて出力する。なお、図示しないスピーカを備え、ユーザに対して各種情報を音声出力してもよい。【００３７】  磁気センサ１００は、上述したものを利用することができる。Ｘ軸、Ｙ軸の地磁気ベクトルを基に磁北からの回転角である方位角、即ちヨー角を検出する。但し、地磁気ベクトルは、赤道近くではほぼ水平であるが、それ以外の場所では傾いている。また、携帯端末装置３００の姿勢が、常に水平であるとは限らない。したがって、重力の方向に対する相対角度、即ちピッチ角およびロール角を用いて、当該地磁気ベクトルを補正しなければならない。このピッチ角およびロール角は、傾斜角センサ１２０により検出される。制御装置２００は、Ｚ軸の検出結果が常にＺ軸の水平時の検出結果に維持された状態と同等になるよう、上記ピッチ角およびロール角を用いて、Ｘ軸およびＹ軸の検出結果を補正する。このように、磁気センサ１００を３軸にし、Ｚ軸の検出結果を補正に利用することにより、姿勢が大きく変化した場合でも、方位角の精度を保つことができる。【００３８】  傾斜角センサ１２０は、３軸方向の加速度成分を検出する加速度センサであり、抵抗値変化方式、容量変化方式、圧電変化方式などがある。傾斜角センサ１２０も、水平面で直行するようにＸ軸、Ｙ軸が配置され、重力の方向にＺ軸が配置される。携帯端末装置３００の姿勢が傾くことで重力加速度が変化し、この重力加速度を検出することにより、ピッチ角およびロール角を検出する。携帯端末装置３００が静止している状態では、２軸でも携帯端末装置３００の姿勢を正確に検出することができる。携帯端末装置３００を保有しているユーザが歩行していたり、自動車や自転車などの乗物に乗っていたりする場合、傾斜角センサ１２０に運動加速度成分が加わるため、正確に姿勢を検出することができない。３軸にすることにより、重力加速度と運動加速度を分離することができ、正確な姿勢を検出することができる。各軸の出力値を積分して想定角度を求め、それと加速度成分を比較して所定の演算をすれば、正確なピッチ角およびロール角を算出することができる。【００３９】  気圧センサ１４０は外気の圧力を検出し、温度センサ１６０は温度を検出する。検出した温度は、温度ドリフトによる磁気センサ１００、傾斜角センサ１２０および気圧センサ１４０の出力のズレを補正するために用いられる。【００４０】  図６は、磁気センサ１００および傾斜角センサ１２０の検出結果をもとに方位を算出するフローを示す。まず傾斜角センサ１２０で検出された３軸方向の加速度成分をもとに、磁気センサ１００の傾斜角を算出する（Ｓ３０）。ここではピッチ角およびロール角を算出する。磁気センサ１００は地磁気ベクトルの３軸成分を検出する（Ｓ３２）。制御装置２００は、上述したキャリブレーションを行い、着磁磁界をキャンセルする（Ｓ３４）。その後、地磁気ベクトルの成分をピッチ角およびロール角によって座標変換し（Ｓ３６）、正確な方位を求める（Ｓ３８）。このとき温度センサ１６０の検出結果を利用して、温度補正を行ってもよい。このように傾斜角センサ１２０の検出結果は方位の算出に用いられるが、この検出結果をさらに有効に利用して、様々なアプリケーションを実現することができる。【００４１】  以上説明したように本実施形態によれば、着磁磁界および傾斜角のキャリブレーションを容易に実現でき、非常に精度の高い磁気センサの出力を得ることが可能となる。【００４２】  以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【００４３】  実施形態では、３軸の磁気センサの着磁磁界をキャリブレーションする手法を説明した。この点、２軸の磁気センサも同様の手法によりキャリブレーションすることが可能である。２軸の場合、演算部２１０は、磁気センサ１００のＸ、Ｙ軸の各出力を２次元平面の座標とし、異なる３点以上について、各座標を通る円を生成する。すなわち、各座標の半径が等しくなる位置を中心点にした円を生成する。この中心点の座標から、磁気センサ１００のＸ、Ｙ軸のオフセット磁界量を求め、それをキャリブレーションする。【００４４】  また、実施形態において、磁気センサ１００から４点の出力ではなく、５点以上の出力から誤差が最小になるような点、すなわちお互いがそれぞれできるだけ離れている４点を選出して中心点を求めてもよい。さらに、この選出を何度か繰り返して中心点を求めてもよい。これによれば、磁気センサ１００の出力精度や出力分解能、地磁気全磁力の微妙な変化による誤差を低減することができ、より精度の高いキャリブレーションを行うことができる。【００４５】  また、地磁気を検出する際、地球上の場所によって偏角が生じる。したがって、場所ごとに予め測定された偏角を記憶部２２０に登録しておき、磁気センサ１００現在位置に応じて、その偏角をキャリブレーションしてもよい。現在位置は、ＧＰＳ衛星からの時刻情報を基にした緯度経度情報や、ユーザ入力により特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】  本発明は、磁気センサをキャリブレーションする分野に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006035505.tif 000008
【図４】
2006035505.tif 000009
【図５】
2006035505.tif 000010
【図６】
2006035505.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月9日(2005.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】（補正後）  地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御方法であって、
基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持しておくステップと、
前記磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力を取得するステップと、
取得した３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、前記基準座標と同一の座標空間における座標を取得するステップと、
取得した４点以上の座標から４点を選出し、その４点の座標を通る球を生成し、その中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求めるステップと、
前記オフセット磁界量を参照して、前記磁気センサをキャリブレーションするステップと、
を備えることを特徴とする磁気センサの制御方法。
【請求項２】（補正後）  オフセット磁界量を求めるステップは、取得した５点以上の座標から、お互の距離が可及的に離れた位置関係になる４点を選出することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサの制御方法。
【請求項３】（補正後）  地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御装置であって、
基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持している記憶部と、
前記磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換して、前記基準座標と同一の座標空間における座標を取得し、取得した４点以上の座標から４点を選出し、その４点の座標を通る球を生成する演算部と、を備え、
前記演算部は、生成した球の中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求め、それを参照して前記磁気センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする磁気センサの制御装置。
【請求項４】（補正後）  演算部は、取得した５点以上の座標から、お互の距離が可及的に離れた位置関係になる４点を選出することを特徴とする請求項３に記載の磁気センサの制御装置。
【請求項５】（補正後）  地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサと、
請求項３に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする携帯端末装置。
【請求項６】（補正後）  地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサと、
請求項４に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする携帯端末装置。
１５
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月18日(2005.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御方法であって、
基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持しておくステップと、
前記磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力を取得するステップと、
取得した３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、前記基準座標と同一の座標空間における座標を取得するステップと、
取得した４点以上の座標から４点を選出し、その４点の座標を通る球を生成し、その中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求めるステップと、
前記オフセット磁界量を参照して、前記磁気センサをキャリブレーションするステップと、
を備えることを特徴とする磁気センサの制御方法。
【請求項２】
オフセット磁界量を求めるステップは、取得した５点以上の座標から、お互の距離が可及的に離れた位置関係になる４点を選出することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサの制御方法。
【請求項３】
地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御装置であって、
基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持している記憶部と、
前記磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換して、前記基準座標と同一の座標空間における座標を取得し、取得した４点以上の座標から４点を選出し、その４点の座標を通る球を生成する演算部と、を備え、
前記演算部は、生成した球の中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求め、それを参照して前記磁気センサのキャリブレーションを行うことを特徴とする磁気センサの制御装置。
【請求項４】
演算部は、取得した５点以上の座標から、お互の距離が可及的に離れた位置関係になる４点を選出することを特徴とする請求項３に記載の磁気センサの制御装置。
【請求項５】
地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサと、
請求項３に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする携帯端末装置。
【請求項６】
地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサと、
請求項４に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする携帯端末装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気を検出する磁気センサのキャリブレーションなどを行う磁気センサの制御方法、制御装置、および携帯端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気センサが搭載された携帯電話機などの携帯端末装置が実用化されてきている。このような携帯端末装置は、方位を測定するばかりでなく、ＧＰＳ（Global Positioning System）からの位置情報をもとに、測定した方位に応じて現在位置などを画面の地図上に表示する機能を持つものもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
磁気センサは、地磁気だけでなく、携帯端末装置に内蔵された電子部品が持つ磁界に影響を受ける。また、強磁界の発生する場所に移動した場合も同様である。例えば、ビルの中でも、コンクリート、鉄などが磁気を帯びているため、磁気センサに地磁気成分以外の磁気成分を着磁させる。このため、このような磁気成分は、正確な方位測定、回転磁界の検出に誤差を生じさせる原因となっていた。したがって、地磁気成分のみを抽出するためには、検出した磁気成分からそれ以外の磁気成分を打ち消すためのキャリブレーションが必要である。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気センサのキャリブレーションを容易に行うことが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様は、磁気センサの制御方法である。この方法は、地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御方法であって、基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持しておくステップと、磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力を取得するステップと、取得した３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、基準座標と同一の座標空間における座標を取得するステップと、取得した４点以上の座標を通る球を生成し、その中心点と基準座標とのずれからオフセット磁界量を求めるステップと、オフセット磁界量を参照して、磁気センサをキャリブレーションするステップと、を備える。「基準座標」は、磁気センサの複数の姿勢における地磁気全磁力を半径とした球の中心点座標であってもよい。この態様によれば、４点以上の座標を通る球の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる。
【０００６】
本発明の別の態様は、磁気センサの制御方法である。この方法は、地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサの制御方法であって、基準となる地磁気ベクトルの２軸成分を座標変換して取得した、所定の座標平面における基準座標を保持しておくステップと、磁気センサの３以上の姿勢における２軸成分の出力を取得するステップと、取得した２軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、基準座標と同一の座標平面における座標を取得するステップと、取得した３点以上の座標を通る円を生成し、その中心点と基準座標とのずれからオフセット磁界量を求めるステップと、オフセット磁界量を参照して、前記磁気センサをキャリブレーションするステップと、を備える。この態様によれば、３点以上の座標を通る円の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる。
【０００７】
本発明のさらに別の態様は、磁気センサの制御装置である。この装置は、地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサの制御装置であって、基準となる地磁気ベクトルの３軸成分を座標変換して取得した、所定の座標空間における基準座標を保持している記憶部と、磁気センサの４以上の姿勢における３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換して、基準座標と同一の座標空間における座標を取得し、取得した４点以上の座標を通る球を生成する演算部と、を備え、演算部は、生成した球の中心点と前記基準座標とのずれからオフセット磁界量を求め、それを参照して磁気センサのキャリブレーションを行う。この態様によれば、演算部が４点以上の座標を通る球の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる。
【０００８】
本発明のさらに別の態様は、磁気センサの制御装置である。この装置は、地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサの制御装置であって、基準となる地磁気ベクトルの２軸成分を座標変換して取得した、所定の座標平面における基準座標を保持している記憶部と、磁気センサの３以上の姿勢における２軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換して、基準座標と同一の座標平面における座標を取得し、取得した３点以上の座標を通る円を生成する演算部と、を備え、演算部は、生成した円の中心点と基準座標とのずれからオフセット磁界量を求め、それを参照して磁気センサのキャリブレーションを行う。この態様によれば、演算部が３点以上の座標を通る円の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる磁気センサを搭載した携帯電話機などの携帯端末装置を実現することができる。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、携帯端末装置である。この装置は、地磁気ベクトルの３軸成分を検出する磁気センサと、３軸成分を検出する磁気センサの上述した態様の制御装置を備える。この態様によれば、４点以上の座標を通る球の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様は、携帯端末装置である。この装置は、地磁気ベクトルの２軸成分を検出する磁気センサと、２軸成分を検出する磁気センサの上述した態様の制御装置を備える。この態様によれば、３点以上の座標を通る円の中心点からオフセット磁界量を求めることにより、容易にキャリブレーションすることができる磁気センサを搭載した携帯電話機などの携帯端末装置を実現することができる。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁気センサのキャリブレーションを容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本実施形態における地磁気成分以外の磁気成分を打ち消すためのキャリブレーション方法の詳細を説明する前に、その対象となる３軸磁気センサの構成を説明する。図１は、磁気センサ１００の一例を示す図である。この磁気センサ１００は、磁気ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚの３軸成分のそれぞれを検出する少なくとも３つの磁気検出素子１０２、１０４、１０６を有する。第１磁気検出素子１０２はＸ軸方向の磁気成分を検出し、第２磁気検出素子１０４はＹ軸方向の磁気成分を検出し、第３磁気検出素子１０６はＺ軸方向の磁気成分を検出する。
【００１４】
磁気センサ１００において、少なくとも第１磁気検出素子１０２および第２磁気検出素子１０４はＭＲ（Magneto Resistance）素子、ホール素子またはＭＩ(Magneto Impedance)素子であることが好ましく、さらに第３磁気検出素子１０６も同様にＭＲ素子、ホール素子またはＭＩ素子であることが好ましい。全ての磁気検出素子をＭＲ素子またはホール素子として形成することにより、この磁気センサ１００を一連の半導体製造プロセスを用いて形成することが可能となる。
【００１５】
第１磁気検出素子１０２および第２磁気検出素子１０４は、基板１１０の表面に対して所定の角度をつけて構成され、基板表面に平行な方向、すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向の２軸の磁気成分をそれぞれ検出する。ここで、第１磁気検出素子１０２および第２磁気検出素子１０４は、基板１１０の表面においてほぼ直立するように形成されることが好ましい。また基板１１０の表面において、第１磁気検出素子１０２および第２磁気検出素子１０４は、それぞれの表面に平行な方向が９０°となるように配置されることが好ましい。第３磁気検出素子１０６は、基板１１０の表面に形成され、基板表面に垂直な方向、すなわちＺ軸方向の磁気成分を検出する。
【００１６】
各磁気検出素子は、一般式（Co1-aFea）100x-y-zLxMyOzで表現される薄膜構造の磁気抵抗膜を有する。磁性体膜は、透磁率を1,000,000le以上とし、１μT以上の磁界を検知可能な希土類とナノオーダーの磁性体金属粉末を用いて構成してもよい。
【００１７】
図１に示した磁気センサ１００においては、２つの磁気検出素子１０２および１０４が直立されて構成されているが、別の例においては、２つの磁気検出素子が基板１１０の平面上に形成され、１つの磁気検出素子が基板１１０において直立されて構成されてもよい。このとき、基板１１０の平面上に形成される２つの磁気検出素子は、磁気ベクトルの垂直磁界および水平磁界を検出し、直立して構成される磁気検出素子は、これらの磁界に垂直な成分を検出すればよい。
【００１８】
なお、磁気センサとしては、フラックスゲート型磁気センサでもよい。フラックスゲート型磁気センサは、コイルのコアを必要とするため、構成としては若干大きなものとなる。そのため、フラックスゲート型磁気センサを十分な配置空間がとれる車輌などに搭載する場合には問題ないが、携帯電話などの小型の端末装置に内蔵させる場合には、他の内蔵素子との関係から筐体内の配置設計を工夫する必要がある。この点、ＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子や、ホール素子などの磁気感応素子はフラックスゲート型磁気センサよりも小型に形成可能であり、携帯端末装置への搭載にも適している。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態における制御装置２００および磁気センサ１００を示すブロック図である。制御装置２００は、任意のコンピュータのＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＲＯＭにロードされた着磁磁界キャンセルプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２０】
制御装置２００は、演算部２１０、記憶部２２０、および監視部２３０を備える。演算部２１０は、後述する演算処理を行い、磁気センサ１００をキャリブレーションする。記憶部２２０は、磁気センサ１００の実際の出力に対してリファレンスとなる基本データなどを登録している。地磁気成分以外の着磁成分がない状態において、磁気センサ１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からの出力は、地磁気全磁力の分力がそれぞれ検出されることになる。磁気センサ１００の姿勢を変動させ、４以上の姿勢において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からそれぞれ出力を取得する。そして、取得した３軸成分の出力をそれぞれの姿勢ごとに座標変換し、その４点以上の座標を通る球を生成し、その中心点座標を基準座標とする。この基準座標を上記基本データに設定することができる。この基準座標は、シミュレーションや実験で求めることができ、求めた値を記憶部２２０に設定する。なお、その中心点座標から、半径を地磁気全磁力とした球を描き、その球を通る点の座標も基本データとして登録してもよい。
【００２１】
監視部２３０は、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力を監視する。磁気センサ１００の第１磁気検出素子１０２からＸ軸の出力が、第２磁気検出素子１０４からＹ軸の出力が、および第３磁気検出素子１０６からＺ軸の出力が制御装置２００に入力される。
【００２２】
各Ｘ、Ｙ、Ｚの出力は、下記の式で表すことができる。
Ｘ＝Ｗ｛ｃｏｓ（ｆ）・ｃｏｓ（ｐ）・ｃｏｓ（ｄ）−ｓｉｎ（ｆ）・ｓｉｎ（ｐ）｝＋Ａ
Ｙ＝Ｗ｛−ｃｏｓ（ｆ）・ｃｏｓ（ｒ）・ｓｉｎ（ｄ）−ｃｏｓ（ｆ）・ｓｉｎ（ｐ）・ｓｉｎ（ｒ）・ｃｏｓ（ｄ）−ｓｉｎ（ｆ）・ｃｏｓ（ｐ）・ｓｉｎ（ｒ）｝＋Ｂ
Ｚ＝Ｗ｛−ｃｏｓ（ｆ）・ｓｉｎ（ｒ）・ｓｉｎ（ｄ）＋ｃｏｓ（ｆ）・ｓｉｎ（ｐ）・ｃｏｓ（ｒ）・ｃｏｓ（ｄ）＋ｓｉｎ（ｆ）・ｃｏｓ（ｐ）・ｃｏｓ（ｒ）｝＋Ｃ
Ｗ＝磁界強度、ｆ＝伏角、ｄ＝回転角、ｐ＝ピッチ角、ｒ＝ロール角、Ａ＝Ｘ軸の着磁磁界、Ｂ＝Ｙ軸の着磁磁界、Ｃ＝Ｚ軸の着磁磁界。したがって、ここでの各軸の磁界強度Ｗは、地磁気全磁力の分力と各軸の着磁磁界を表すことになる。
【００２３】
地磁気以外の着磁磁界を想定しない場合、３軸の特性が揃った磁気センサ１００では、地磁気の中であらゆる方向に回転されたとき、それぞれの磁気検出素子の出力Ｘ、Ｙ、Ｚで示される３次元座標空間の点の集まりは、原点すなわち０磁界を中心に、半径が地磁気全磁力とした球を描くことができる。
【００２４】
これに対し、磁気センサ１００に着磁磁界すなわちオフセット磁界が存在するとき、上記と同様に回転させたときの点の集まりは球の中心点のみずれ、半径は変わらない球を描くことができる。
【００２５】
以下、これを前提に制御装置２００のキャリブレーション動作について説明する。図３は、本実施形態における制御装置２００による磁気センサ１００のキャリブレーション動作を示すフローチャートである。まず、磁気センサ１００を搭載する端末などが立ち上がると、監視部２３０は、磁気センサ１００の出力を監視する（Ｓ１０）。そして、その出力を空間座標に変換し、その座標と記憶部２２０に予め設定されている基本データである座標群と比較する（Ｓ１２）。
【００２６】
比較の結果、その差分が所定の閾値を超える場合（Ｓ１２のＹ）、後述するキャリブレーション処理を行う。ここで、当該差分とは、入力座標とそれに最も近似する登録座標との差分であってもよい。所定の閾値を超えない場合（Ｓ１２のＮ）、監視を続ける（Ｓ１０）。ここで、所定の閾値は、地磁気成分以外の磁気成分が着磁していることを検出するためのものであり、実験的に求めたものでもよい。また、どの程度の誤差まで許容範囲にするかという設計にもよる。
【００２７】
演算部２１０は、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力から磁界強度を算出する（Ｓ１４）。これを異なる４点以上について行う。そのうち、少なくとも１点以上は、同一平面上にない点である。以下に異なる４点の磁界強度を算出するための式を示す。
【００２８】
Ｗ１２＝Ｘ１２＋Ｙ１２＋Ｚ１２
Ｗ２２＝Ｘ２２＋Ｙ２２＋Ｚ２２
Ｗ３２＝Ｘ３２＋Ｙ３２＋Ｚ３２
Ｗ４２＝Ｘ４２＋Ｙ４２＋Ｚ４２
【００２９】
次に、演算部２１０は、この４点以上の点から球を生成する（Ｓ１６）。すなわち、磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力を３次元空間の座標とし、上記４点以上について、各座標を通る球を生成する。すなわち、各座標の半径が等しくなる位置を中心点にした球を生成する。この半径は地磁気全磁力を示す。図４は、演算部２１０が生成する球の一例を示す図である。点１、点２、点３、点４からの長さはすべて等しくなる位置を球の中心０とする。もちろん、点は４つ以上でもよい。
【００３０】
演算部２１０は、生成した球の中心点の座標を求める。その座標がオフセット磁界量になる（Ｓ１８）。以下、球の中心座標を算出するための計算式を示す。この計算式は、上述した各Ｘ、Ｙ、Ｚの出力を求める式から導くことができる。
【数１】
2006035505.tif 000012
【数２】
2006035505.tif 000013
【数３】
2006035505.tif 000014
【００３１】
演算部２１０は、求めたＸ、Ｙ、Ｚ軸の着磁磁界Ａ、Ｂ、Ｃを磁気センサ１００のＸ、Ｙ、Ｚ軸の各出力から減算することにより、キャリブレーションを行う（Ｓ２０）。
【００３２】
以上説明したように本実施形態によれば、４つ以上の姿勢における磁気センサの出力を基に球を生成し、その中心点からオフセット磁界量を検出することにより、地磁気成分以外の磁気成分を容易に自動でキャンセルすることができる。ユーザに水平で１回転してもらい、その間に出力されたデータの最大値と最小値の中間を求めるなどの処理をしなくてもよい。したがって、ユーザは面倒な回転をしなくて済み、着磁成分を考慮する必要すらない。さらに、磁気センサを製造する場合にも、着磁磁界を考慮せずに、部品配置を決定することができ、開発が容易になる。
【００３３】
図５は、本発明の実施形態にかかる携帯端末装置３００の構成を示す。この携帯端末装置３００は、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）およびＰＤＡ（personal data assistant）などの携帯用の小型電子機器である。図５は方位測定、および後述するアプリケーションを実現するための構成を示すが、携帯端末装置３００が用途に応じた他の構成を備えてもよいことは当業者に理解されるところである。
【００３４】
携帯端末装置３００は、制御装置２００、検出部２０、撮像部３０、通信部３２、ＧＰＳ情報取得部３４および表示部３６を備える。検出部２０は、磁気センサ１００、傾斜角センサ１２０、気圧センサ１４０および温度センサ１６０を有し、位置や方位、姿勢、高度などを検出する機能を有する。撮像部３０は、ＣＣＤなどの光電変換素子を備え、画像を取得して制御装置２００に渡す。通信部３２は、外部のサーバと無線回線により通信する機能を有する。この通信は有線回線で行われてもよい。ＧＰＳ情報取得部３４は、ＧＰＳ衛星から位置情報を受け取る。制御装置２００は、この位置情報に基づき、現在位置すなわち現在の緯度および経度を計算する。なお、位置情報を磁気センサ１００からの方位情報によって補正可能とすることにより、正確な現在位置および方位を求めることができる。制御装置２００は、位置情報および方位情報を互いに補完し合うように利用してもよい。また制御装置２００は、ＧＰＳ衛星からの位置情報を利用せず、検出部２０からの検出結果のみに基づいて現在位置および方位を求めることもできる。表示部３６はディスプレイを有し、制御装置２００において処理された情報をアプリケーションに応じて出力する。なお、図示しないスピーカを備え、ユーザに対して各種情報を音声出力してもよい。
【００３５】
磁気センサ１００は、上述したものを利用することができる。Ｘ軸、Ｙ軸の地磁気ベクトルを基に磁北からの回転角である方位角、即ちヨー角を検出する。但し、地磁気ベクトルは、赤道近くではほぼ水平であるが、それ以外の場所では傾いている。また、携帯端末装置３００の姿勢が、常に水平であるとは限らない。したがって、重力の方向に対する相対角度、即ちピッチ角およびロール角を用いて、当該地磁気ベクトルを補正しなければならない。このピッチ角およびロール角は、傾斜角センサ１２０により検出される。制御装置２００は、Ｚ軸の検出結果が常にＺ軸の水平時の検出結果に維持された状態と同等になるよう、上記ピッチ角およびロール角を用いて、Ｘ軸およびＹ軸の検出結果を補正する。このように、磁気センサ１００を３軸にし、Ｚ軸の検出結果を補正に利用することにより、姿勢が大きく変化した場合でも、方位角の精度を保つことができる。
【００３６】
傾斜角センサ１２０は、３軸方向の加速度成分を検出する加速度センサであり、抵抗値変化方式、容量変化方式、圧電変化方式などがある。傾斜角センサ１２０も、水平面で直行するようにＸ軸、Ｙ軸が配置され、重力の方向にＺ軸が配置される。携帯端末装置３００の姿勢が傾くことで重力加速度が変化し、この重力加速度を検出することにより、ピッチ角およびロール角を検出する。携帯端末装置３００が静止している状態では、２軸でも携帯端末装置３００の姿勢を正確に検出することができる。携帯端末装置３００を保有しているユーザが歩行していたり、自動車や自転車などの乗物に乗っていたりする場合、傾斜角センサ１２０に運動加速度成分が加わるため、正確に姿勢を検出することができない。３軸にすることにより、重力加速度と運動加速度を分離することができ、正確な姿勢を検出することができる。各軸の出力値を積分して想定角度を求め、それと加速度成分を比較して所定の演算をすれば、正確なピッチ角およびロール角を算出することができる。
【００３７】
気圧センサ１４０は外気の圧力を検出し、温度センサ１６０は温度を検出する。検出した温度は、温度ドリフトによる磁気センサ１００、傾斜角センサ１２０および気圧センサ１４０の出力のズレを補正するために用いられる。
【００３８】
図６は、磁気センサ１００および傾斜角センサ１２０の検出結果をもとに方位を算出するフローを示す。まず傾斜角センサ１２０で検出された３軸方向の加速度成分をもとに、磁気センサ１００の傾斜角を算出する（Ｓ３０）。ここではピッチ角およびロール角を算出する。磁気センサ１００は地磁気ベクトルの３軸成分を検出する（Ｓ３２）。制御装置２００は、上述したキャリブレーションを行い、着磁磁界をキャンセルする（Ｓ３４）。その後、地磁気ベクトルの成分をピッチ角およびロール角によって座標変換し（Ｓ３６）、正確な方位を求める（Ｓ３８）。このとき温度センサ１６０の検出結果を利用して、温度補正を行ってもよい。このように傾斜角センサ１２０の検出結果は方位の算出に用いられるが、この検出結果をさらに有効に利用して、様々なアプリケーションを実現することができる。
【００３９】
以上説明したように本実施形態によれば、着磁磁界および傾斜角のキャリブレーションを容易に実現でき、非常に精度の高い磁気センサの出力を得ることが可能となる。  
【００４０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４１】
実施形態では、３軸の磁気センサの着磁磁界をキャリブレーションする手法を説明した。この点、２軸の磁気センサも同様の手法によりキャリブレーションすることが可能である。２軸の場合、演算部２１０は、磁気センサ１００のＸ、Ｙ軸の各出力を２次元平面の座標とし、異なる３点以上について、各座標を通る円を生成する。すなわち、各座標の半径が等しくなる位置を中心点にした円を生成する。この中心点の座標から、磁気センサ１００のＸ、Ｙ軸のオフセット磁界量を求め、それをキャリブレーションする。
【００４２】
また、実施形態において、磁気センサ１００から４点の出力ではなく、５点以上の出力から誤差が最小になるような点、すなわちお互いがそれぞれできるだけ離れている４点を選出して中心点を求めてもよい。さらに、この選出を何度か繰り返して中心点を求めてもよい。これによれば、磁気センサ１００の出力精度や出力分解能、地磁気全磁力の微妙な変化による誤差を低減することができ、より精度の高いキャリブレーションを行うことができる。
【００４３】
また、地磁気を検出する際、地球上の場所によって偏角が生じる。したがって、場所ごとに予め測定された偏角を記憶部２２０に登録しておき、磁気センサ１００現在位置に応じて、その偏角をキャリブレーションしてもよい。現在位置は、ＧＰＳ衛星からの時刻情報を基にした緯度経度情報や、ユーザ入力により特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、磁気センサをキャリブレーションする分野に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】磁気センサの一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における制御装置および磁気センサを示す図である。
【図３】実施形態における制御装置により磁気センサのキャリブレーションをするためのフローチャートである。
【図４】演算部が生成する球の一例を示す図である。
【図５】実施形態における携帯端末装置の構成を示す図である。
【図６】磁気センサおよび傾斜角センサの検出結果をもとに方位を算出するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１００・・・磁気センサ、１０２・・・第１磁気検出素子、１０４・・・第２磁気検出素子、１０６・・・第３磁気検出素子、１１０・・・基板、１２０・・・傾斜角センサ、２００・・・制御装置、２１０・・・演算部、２２０・・・記憶部、２３０・・・監視部、３００・・・携帯端末装置。
【国際調査報告】
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