(57)【要約】  本発明は、電子コンパスの零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求める方法に関する。この方法は、３軸磁気センサを用いて電子コンパスの第１座標系における第１磁界強度を測定するステップと、地表面に平行な第２座標系（ｘ，ｙ）における伏角補正された第２磁界強度（２００）を第１磁界強度から計算するステップと、伏角補正された第２磁界強度（２００）に当てはめ関数（２１０）を当てはめるステップと、当てはめた当てはめ関数（２１０）から零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求めるステップとを有する。本発明は、電子コンパスを動作させる方法にも関する。この方法は、磁気センサを用いて測定された第１磁界強度から第２座標系（ｘ，ｙ）における伏角補正された磁界強度（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を計算するステップと、伏角補正された第２磁界強度（Ｈｘ０，Ｈｙ０）から上述した方法で求めた零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を減算することによって零点補正される第３磁界強度（Ｂｘ，Ｂｙ）を計算するステップと、南北方向に対して第２座標系（ｘ，ｙ）の軸（ｘ）が偏差する方位角を計算するステップとを有する。
2012506548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子コンパス（１００）の零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求める方法において、
３軸磁気センサ（１１０）を用いて、前記電子コンパス（１００）の第１座標系（ＫＳ’）における複数の第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）を測定するステップと、
前記複数の第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）から、地表面（９００）に平行な第２座標系（ＫＳ）における伏角補正された複数の第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算するステップと、
伏角補正された前記複数の第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）に当てはめ関数（２１０）を当てはめるステップと、
前記当てはめた当てはめ関数（２１０）から前記零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求めるステップと
を有することを特徴とする、電子コンパス（１００）の零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求める方法。
【請求項２】
前記複数の第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）のそれぞれに対して伏角補正された前記複数の第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算するために、
前記第２座標系（ＫＳ）に対する前記第１座標系（ＫＳ’）のロール角（θ）及びピッチ角（φ）を求めるステップと、
前記第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）とロール角（θ）とピッチ角（φ）とから、伏角補正された前記第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算するステップと
を行う、請求項１記載の方法。
【請求項３】
伏角補正された前記第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）の計算を、次の式に従って行う、
Ｈｘ＝Ｍｘ’cos（φ）＋Ｍｙ’sin（φ）sin（θ）−Ｍｚ’sin（φ）cos（θ）；
Ｈｙ＝Ｍｙ’cos（θ）＋Ｍｚ’sin（θ）、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ロール角（θ）及びピッチ角（φ）を求めるために、
３軸加速度センサ（１２０）を用いて、前記第１座標系（ＫＳ’）における加速度値（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）を測定するステップと、
前記第２座標系（ＫＳ）に対する前記第１座標系（ＫＳ’）のロール角（θ）及びピッチ角（φ）を計算するステップと
を行う、請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
前記ロール角（θ）及びピッチ角（φ）を、次の式に従って計算する、
θ＝１／tan（ａｙ’／ｓｑｒｔ（ａｘ’ ａｘ’＋ａｚ’ ａｚ’））；
φ＝１／tan（ａｘ’／ｓｑｒｔ（ａｙ’ ａｙ’＋ａｚ’ ａｚ’））、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記測定された加速度値（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）を、処理前にローパスフィルタを用いてフィルタリングする、
請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
当てはめ関数（２１０）として円関数を用いる、
請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記複数の第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）を採取する時、前記電子コンパス（１００）を、例えば揺動するように動かす、
請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
電子コンパス（１００）を動作させる方法において、
請求項１から８のいずれか１項記載の方法に従って該電子コンパス（１００）の零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求めるステップと、
３軸磁気センサ（１１０）を用いて、該電子コンパス（１００）の第１座標系（ＫＳ’）における第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）を測定するステップと、
該第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）から、地表面（９００）に平行な第２座標系（ＫＳ）における伏角補正された第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算するステップと、
該伏角補正された第２磁界強度（Ｈｘ０，Ｈｙ０）から前記零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を減算することによって、零点補正された第３磁界強度（Ｂｘ，Ｂｙ）を計算するステップと、
南北方向に対する前記第２座標系（ＫＳ）の軸（ｘ）のずれを示す方位角（α）を計算するステップと
を有することを特徴とする、電子コンパス（１００）を動作させる方法。
【請求項１０】
前記方位角（α）を、前記第３磁界強度（Ｂｘ，Ｂｙ）から次の式に従って計算する、
α＝arctan（Ｂｙ／Ｂｘ）、
請求項９記載の方法。
【請求項１１】
３軸磁気センサ（１１０）及び３軸加速度センサ（１２０）を備えており、
請求項１から８のいずれか１項記載の、零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求める方法を行うことを特徴とする、電子コンパス（１００）。
【請求項１２】
請求項９または１０記載の方法が行われる、請求項１１記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１３】
前記３軸磁気センサ（１１０）は少なくとも１つのＧＭＲセンサを含んでいる、請求項１１または１２記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１４】
前記３軸加速度センサ（１２０）は、少なくとも１つのマイクロメカニカル加速度センサを含んでいる、請求項１１から１３のいずれか１項記載の電子コンパス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子コンパスの零点誤差の測定方法、電子コンパスの動作方法並びに電子コンパスに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサは、地磁気の測定に用いることができ、電子コンパスにおいて使用するのに適している。地磁気は地表面に平行なので、互いに垂直な少なくとも２つの軸に沿って地磁気を測定することができる磁気センサが必要とされる。この場合、電子コンパスは地表面に平行に維持されなければならない。３軸磁気センサを用いた場合には、地表面に対する電子コンパスの伏角を計算して求めることができる。
【０００３】
地磁気の強さはわずか数十μＴしかないので、非常に感度の高い磁気センサが必要とされるが、このために磁気センサは干渉場に対して弱い。このような干渉場は、例えば近傍の導電線または強磁性材料によって引き起こされ、地磁気に重畳される付加的な磁界成分を生じさせる。このことによって、測定された信号を評価する際に誤差が生じてしまい、ひいては方位の検出に誤差が生じてしまう。
【０００４】
文献ＵＳ２００７／０２７６６２５Ａ１から公知の、３軸磁気センサを用いた電子コンパスは零点誤差を自動的に補正することができる。このために、電子コンパスはその種々の向きにおいて測定される磁界強度を収集し、これらの磁界強度の空間成分は３次元デカルト座標系においてプロットされる。続いて、３次元座標系における測定値の分布を球によって近似する。座標系の原点からの球の中心点のずれからは、ノイズに起因する電子コンパスの零点誤差が推定される。この３次元の磁気センサデータを直接処理するために必要なアルゴリズムは、複雑且つ誤差に弱い。
【０００５】
発明の開示
本発明の課題は、電子コンパスの零点誤差を求める、改善された方法を提供することである。当該の課題は請求項１に記載の方法によって解決される。
【０００６】
本発明の別の課題は、電子コンパスを動作させる、改善された方法を提供することである。当該の課題は請求項９に記載の方法によって解決される。
【０００７】
本発明の別の課題は、改善された電子コンパスを提供することである。当該の課題は請求項１１に記載の電子コンパスによって解決される。
【０００８】
有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】
電子コンパスの零点誤差を求める、本発明による方法は、３軸磁気センサを用いて電子コンパスの第１座標系における複数の第１磁界強度を測定するステップと、地表面に平行な第２座標系における伏角が補正された複数の第２磁界強度を複数の第１磁界強度から計算するステップと、伏角補正された複数の第２磁界強度に当てはめ関数を当てはめるステップと、当てはめた当てはめ関数から零点誤差を求めるステップとを有する。有利には、この方法によって、零点誤差を求めることが三次元から二次元の問題に還元される。これによって、当てはめ関数を当てはめるのが簡単になる。有利には、第２磁界強度は既に伏角補正されており、零点誤差を求めることが簡単になる。
【００１０】
有利には、複数の第１磁界強度のそれぞれに対して伏角補正された複数の第２磁界強度を計算するために、第２座標系に対する第１座標系のロール角及びピッチ角を求めるステップと、第１磁界強度、ロール角及びピッチ角から伏角補正された第２磁界強度を計算するステップとが行われる。
【００１１】
本発明の方法の別の実施形態によれば、ロール角及びピッチ角を求めるために、３軸加速度センサを用いて第１座標系における加速度値を測定するステップと、第２座標系に対する第１座標系のロール角及びピッチ角を計算するステップとが行われる。有利にはこれによって、地表面に対する電子コンパスの向きが磁気センサから独立している加速度センサを用いて検出され、これにより方法の堅牢性が高まるのである。
【００１２】
１つの実施形態では、測定された加速度値は処理前にローパスフィルタを用いてフィルタリングされる。これによって、測定データを採取した時の運動ノイズ（Storbewegung）を抑圧することができ、これにより方法の確実性が高まるのである。
【００１３】
有利には、当てはめ関数として円関数が用いられる。
【００１４】
本発明の方法の１つの実施形態によれば、複数の第１磁界強度を採取した時、電子コンパスは例えば揺動されるように動かされる。これは、例えば携帯電話のようなポータブルな装置に適している。
【００１５】
本発明による電子コンパスを動作させる方法は、上述した方法に従って電子コンパスの零点誤差を求めるステップと、３軸磁気センサを用いて電子コンパスの第１座標系における第１磁界強度を測定するステップと、地表面に平行な第２座標系における伏角補正された第２磁界強度を第１磁界強度から計算するステップと、伏角補正された第２磁界強度から零点誤差を減算することによって零点補正される第３磁界強度を計算するステップと、南北方向に対する第２座標系の軸のずれを示す方位角を計算するステップとを有する。有利には、本発明の方法に従う電子コンパスにより求められた方位角が零点補正される、すなわちあり得る外部磁界の影響から電子コンパスが解放される。
【００１６】
本発明による電子コンパスは、３軸磁気センサ及び３軸加速度センサを含んでおり、上述した零点誤差を求める方法を行うように構成されている。
【００１７】
有利には、電子コンパスは上述したこの電子コンパスを動作させる方法を行うようにも構成されている。
【００１８】
１つの実施形態によれば、磁気センサは少なくとも１つのＧＭＲセンサを含んでいる。
【００１９】
他の実施形態によれば、加速度センサは少なくとも１つのマイクロメカニカル加速度センサを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電子コンパスを概略的に示した図
【図２】電子コンパスの内部を概略的に示した図
【図３】電子コンパスが３６０°回転した場合の、伏角補正された第２磁界強度の曲線を概略的に示した図
【図４】伏角補正された第２磁界強度の曲線を代替的に示した図
【図５】零点補正されていない第２磁界強度と零点補正された第３磁界強度とを概略的に示した図
【図６】零点誤差を求める方法の概略的なフローチャート
【図７】伏角補正された磁界強度を計算する方法の概略的なフローチャート
【図８】ロール角及びピッチ角を求める方法の概略的なフローチャート
【図９】電子コンパスを動作させる方法の概略的なフローチャート
【００２１】
発明を実施するための形態
図１には電子コンパス１００の概略図が示されている。この電子コンパス１００は、検出した方位を表示するためのディスプレイ１０１を備えていてもよい。この電子コンパス１００は、操作部位１０２、例えば１つまたは複数の操作ボタンを備えていてもよい。この操作部位１０２によって、電子コンパス１００を操作することができる。この電子コンパス１００は、他のポータブルな装置又はポータブルではない装置、例えば携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ナビゲーション装置又は腕時計に組み込むことができる。
【００２２】
第１座標系ＫＳ’は、電子コンパス１００に固定された座標系として考えることができる。この第１座標系ＫＳ’は、相互に直交する３つの軸ｘ’、ｙ’、ｚ’を有している。ｘ’軸は電子コンパス１００から前方へ、ｙ’軸は側方へ、ｚ’軸は下方へ向かって延びている。ｘ’軸を中心とする電子コンパスの回転は、ロール角θの変化に相当する。ｙ’軸を中心とする電子コンパス１００の回転は、ピッチ角φの変化に相当する。ｚ’軸を中心とする電子コンパス１００の回転は、方位角αの変化に相当する。
【００２３】
図２には、電子コンパス１００に含まれている構成要素が概略的に示されている。この電子コンパス１００は、３軸磁気センサ１１０及び３軸加速度センサ１２０を備えている。その上、３軸磁気センサ１１０及び３軸加速度センサ１２０に接続された評価ユニット１３０も含まれている。磁気センサ１１０は、例えばホールプローブ、ＧＭＲセンサ、フラックスゲートセンサ又は他の適切な磁気センサを含んでいる。加速度センサ１２０は、例えばマイクロメカニカル加速度センサを含んでいる。評価ユニット１３０は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又は他の適切な電子素子を含んでいる。当業者であれば、適切な構成素子は従来技術から周知である。
【００２４】
磁気センサ１１０は、電子コンパス１００に固定された第１座標系ＫＳ’の３つの空間方向全てにおいて磁界の強さを測定するように構成されている。従って、磁気センサ１１０は、ｘ’軸方向の成分Ｍｘ’とｙ’軸方向の成分Ｍｙ’とｚ’軸方向の成分Ｍｚ’とを有する第１磁界強度Ｍ’を測定する。加速度センサ１２０は、電子コンパス１００に固定された第１座標系ＫＳ’の３つの空間方向全てにおいて電子コンパス１００に影響を及ぼす加速度の値を測定するように構成されている。従って、加速度センサ１２０は、ｘ’軸方向の成分ａｘ’とｙ’軸方向の成分ａｙ’とｚ’軸方向の成分ａｚ’とを有する加速度値ａ’を測定する。
【００２５】
静止している電子コンパス１００に重力加速度のみが影響を及ぼし、この重力加速度は地表面９００に垂直に掛かっているので、評価ユニット１３０は、電子コンパス１００に固定された第１座標系ＫＳ’の、第２座標系ＫＳに対する向きを、測定された加速度値ａ’の成分ａｘ’、ａｙ’、ａｚ’から軸ｘ、ｙ、ｚを用いて推定することができる。第２座標系ＫＳのｘ−ｙ平面は、地表面９００に平行である。第２座標系のｘ軸は、地表面９００の南北方向に対して第１座標系ＫＳ’のｘ’軸と同じ方位角αだけずれている。例えば、評価ユニット１３０は、第２座標系ＫＳをｘ軸及びｙ軸を中心として回転させて第１座標系ＫＳ’へ移行させるために必要なロール角θ及びピッチ角φを計算することができる。計算は、例えば次の式に従って行うことができる。
θ＝１／tan（ａｙ’／ｓｑｒｔ（ａｘ’ ａｘ’＋ａｚ’ ａｚ’））；
φ＝１／tan（ａｘ’／ｓｑｒｔ（ａｙ’ ａｙ’＋ａｚ’ ａｚ’））．      （１）
また、評価ユニット１３０は、第１座標系ＫＳ’における第１磁界強度Ｍ’から、第２座標系ＫＳのｘ軸成分Ｈｘ及びｙ軸成分Ｈｙを有する第２磁界強度Ｈを計算することができる。計算は、例えば次の式に従って行うことができる。
Ｈｘ＝Ｍｘ’cos（φ）＋Ｍｙ’sin（φ）sin（θ）−Ｍｚ’sin（φ）cos（θ）；
Ｈｙ＝Ｍｙ’cos（θ）＋Ｍｚ’sin（θ）．                              （２）
評価ユニット１３０は、第２座標系ＫＳのｚ軸方向における第２磁界強度Ｈの成分Ｈｚも計算することができる。地磁気は地表面９００に平行である、つまり第２座標系ＫＳのｘ−ｙ平面を走っているので、第２磁界強度Ｈの成分Ｈｚはゼロに等しい。そうでなければ、誤差の存在が推定される。
【００２６】
地磁気は地表面９００の南北方向を走っているので、評価ユニット１３０は第２磁界強度Ｈの成分Ｈｘ，Ｈｙから方位角αの値、つまり第２座標系ＫＳの南北方向からのｘ軸方向のずれを推定することができる。方位角αの計算は、例えば次の式に従って行うことができる。
α＝arctan（Ｈｙ／Ｈｘ）．                                            （３）
図３には、方位角αに依存して第２磁界強度Ｈの成分Ｈｘ，Ｈｙの予想される曲線が示されている。電子コンパス１００が南を向いている場合には、第２座標系ＫＳのｘ方向の成分Ｈｘが最大となるが、ｙ方向の成分Ｈｙはゼロに等しい。電子コンパス１００が西を向いている場合、第２磁界強度Ｈのｘ成分はゼロに等しいが、ｙ成分が最大となる。電子コンパス１００が北を向いている場合には、第２磁界強度Ｈのｘ成分が最大となるが、ｙ成分はゼロに等しい。電子コンパス１００が東を向いている場合には、ｙ成分Ｈｙが最大となるが、ｘ成分Ｈｘはゼロに等しい。
【００２７】
図４には、伏角補正された第２磁界強度Ｈの成分Ｈｘ，Ｈｙの予想される曲線が代替的に示されている。この図４では、予想される第２磁界強度ＨがＨｘ−Ｈｙ平面において方位角αの関数として媒介変数で表示されている。これは、第２磁界強度Ｈの成分Ｈｘ，Ｈｙのあり得る値の組合せによって形成される円で表される。
【００２８】
地磁気が電子コンパス１００の周辺において磁気ノイズ源によって弱められるか又は局所的に妨害される場合には、電子コンパス１００によって求められる第２磁界強度Ｈは、Ｈｘ−Ｈｙ平面において零点を中心とする円上には現れず、中心点が零点に対して零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０だけずれている円上に現れる。これは、図５に概略的に示されている。図５には、第２磁界強度Ｈの複数の測定値２００が一例としてプロットされているＨｘ−Ｈｙ平面の一部が示されている。どの図示された測定値２００も、地表面９００に対して電子コンパス１００をいろいろな向きにした時に測定されたものである。電子コンパス１００の周辺に磁気ノイズ場が存在しているせいで、測定値２００はＨｘ−Ｈｙ平面の原点を中心とする円上にはない。これらの測定された測定値２００が式（３）に従って方位角αを求めるために用いられた場合には、電子コンパス１００の周辺の磁気ノイズのせいで誤った方位角αが求められてしまう。それ故に第一に、測定値２００は零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０の値だけ補正する必要がある。
【００２９】
測定値２００は零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０の周辺に環状に分布しているので、この零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０を求めるために、当てはめ関数２１０を測定値２００に当てはめることができる。このことによって、当てはめた当てはめ関数２１０から零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０を求めることができる。当てはめ関数として、例えば半径が予め固定的に決まっているか又は調整可能である円関数が適している。当てはめ関数として円関数が用いられる場合には、当てはめた円関数の中心として零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０が得られる。続いて、そのように求められた零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０が測定値２００から減算されて、予想される測定値分布２１５に沿ってＨｘ−Ｈｙ平面の原点の周囲に存在する零点補正された第３磁界強度Ｂｘ，Ｂｙを得ることができる。続いて、零点補正された第３磁界強度Ｂｘ，Ｂｙからは、次の式に従って正確な方位角αを計算することができる。
α＝arctan（Ｂｙ／Ｂｘ）                                                （４）
図６では、電子コンパス１００によって行うことができるような、電子コンパス１００の零点誤差を求める方法３００を説明する。第１の方法ステップ３１０では、電子コンパス１００は３軸磁気センサ１１０を用いて、電子コンパス１００に固定された第１座標系ＫＳ’における、成分Ｍｘ’、Ｍｙ’、Ｍｚ’を有する複数の第１磁界強度Ｍ’を測定する。有利には、第１磁界強度Ｍ’は、電子コンパス１００をいろいろな向きにした時に測定される。例えば、複数の第１磁界強度Ｍ’を測定する間、電子コンパス１００を回転又は揺動させてもよい。
【００３０】
第２の方法ステップ３２０では、地表面９００に平行な第２座標系ＫＳにおける、成分Ｈｘ，Ｈｙを有する伏角補正された複数の第２磁界強度Ｈが複数の第１磁界強度Ｍ’から計算される。これは、例えば図７に基づき以下に記載する方法４００によって行うことができる。
【００３１】
第３の方法ステップ３３０では、当てはめ関数２１０は、伏角補正された複数の第２磁界強度Ｈに当てはめられる。当てはめ関数２１０として、例えば円関数を用いることができる。円の半径は固定的に決まっており、予想される地磁気強度の大きさに相当するか、又は伏角補正された第２磁界強度Ｈの値にあわせることができる。
【００３２】
第４の方法ステップ３４０では、当てはめた当てはめ関数２１０から零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０が求められる。当てはめ関数２１０として円関数が用いられる場合には、当てはめた円関数の中心として零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０が得られる。
【００３３】
図７には、第１座標系ＫＳ’における複数の第１磁界強度Ｍ’から、第２座標系ＫＳにおける伏角補正された複数の第２磁界強度Ｈを計算する方法４００のフローチャートが概略的に示されている。この方法４００は第１磁界強度Ｍ’に対して行われ、この第１磁界強度Ｍ’から伏角補正された第２磁界強度Ｈを計算している。そのために、第１の方法ステップ４１０では、第２座標系ＫＳに対する第１座標系ＫＳ’のロール角θ及びピッチ角φが求められる。これは、例えば図８に基づき以下に説明する方法５００によって行うことができる。
【００３４】
第２の方法ステップ４２０では、第１磁界強度Ｍ’、ロール角θ及びピッチ角φから伏角補正された第２磁界強度Ｈが計算される。これは、例えば上述した式（２）によって行うことができる。
【００３５】
図８には、ロール角θ及びピッチ角φを求める方法５００のフローチャートが概略的に示されている。この方法は、第１座標系ＫＳ’における、成分ａｘ’、ａｙ’、ａｚ’を有する加速度値ａ’を３軸加速度センサ１２０を用いて測定する方法ステップ５１０を含んでいる。
【００３６】
次の方法ステップ５２０では、測定された加速度値ａ’から、第２座標系ＫＳに対する第１座標系ＫＳ’のロール角θ及びピッチ角φが計算される。この計算は、例えば上述した式（１）によって行うことができる。
【００３７】
ロール角θ及びピッチ角φは、有利には、伏角補正された第２磁界値Ｈに換算されるべきそれぞれの測定値Ｍ’に対して別に求める必要がある。このことは、地表面９００に対して電子コンパス１００を同じ向きにした時に、前述の磁界値Ｍ’と共に加速度値ａ’も記録されることを意味する。
【００３８】
方法５００の１つの発展形態では、方法ステップ５１０と５２０との間で、測定された加速度値ａ’をローパスフィルタに通して、測定データを採取した時の運動ノイズを抑圧することができる。電子コンパス１００が例えば強く揺り動かされた場合には、遠心力が生じる。この遠心力は、電子コンパス１００に影響を及ぼす重力加速度に重畳し測定結果を狂わせる。ローパスフィルタを利用することによって、このような狂いがフィルタリングされて取り除かれる。
【００３９】
図９には、電子コンパス１００を動作させる方法６００のフローチャートが概略的に示されている。この方法６００は、電子コンパス１００の零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０を求める第１の方法ステップ６１０を含んでいる。このことは、例えば図６に基づき上で説明した方法３００によって行うことができる。
【００４０】
第２の方法ステップ６２０では、電子コンパス１００の第１座標系ＫＳ’における第１磁界強度Ｍ’が３軸磁気センサ１１０を用いて測定される。
【００４１】
第３の方法ステップ６３０では、地表面９００に平行な第２座標系ＫＳにおける伏角補正された第２磁界強度Ｈが第１磁界強度Ｍ’から計算される。このことは、例えば図７に基づき上で説明した方法４００によって行うことができる。
【００４２】
第４の方法ステップ６４０では、伏角補正された第２磁界強度Ｈから零点誤差Ｈｘ０，Ｈｙ０を減算することによって、零点補正された第３磁界強度Ｂが計算される。
【００４３】
第５の方法ステップ６５０では、地表面９００の南北方向に対する第２座標系ＫＳのｘ軸のずれを示す方位角αが成分Ｂｘ，Ｂｙを有する第３磁界強度Ｂから計算される。このことは、例えば式（４）によって行うことができる。そのように求められた方位角αを、例えば電子コンパス１００のディスプレイ１０１に表示することができる。
【００４４】
電子コンパス１００は、これを操作する使用者の指示で、または周期的に、零点誤差を求める上述した方法を行うことができる。電子コンパス１００は、零点誤差を求める上述した方法を持続的に行ってもよい。この実施形態では、電子コンパス１００によって測定されるそれぞれの測定値は零点誤差を持続的に補正するために用いられる。それまでの測定値の特性から大きなずれを示す測定データをフィルタリングして除去し、短期的なノイズを抑圧するようにしてもよい。
【００４５】
電子コンパス１００の零点誤差を求める上述した方法は、電子コンパス１００の内部ノイズ及び外部ノイズを補償するのに適している。内部ノイズは、電子コンパス１００の内部で形成されたノイズ磁界に起因する。外部ノイズは、電子コンパス１００の周辺に存在するノイズ磁界に起因する。
【図１】
2012506548.tif 000003
【図２】
2012506548.tif 000004
【図３】
2012506548.tif 000005
【図４】
2012506548.tif 000006
【図５】
2012506548.tif 000007
【図６】
2012506548.tif 000008
【図７】
2012506548.tif 000009
【図８】
2012506548.tif 000010
【図９】
2012506548.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月30日(2011.6.30)
【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】
電子コンパス（１００）の零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求める方法において、
３軸磁気センサ（１１０）を用いて、前記電子コンパス（１００）の第１座標系（ＫＳ’）における複数の第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）を測定するステップと、
前記複数の第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）から、地表面（９００）に平行な第２座標系（ＫＳ）における伏角補正された複数の第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算するステップと、
伏角補正された前記複数の第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）に当てはめ関数（２１０）を当てはめるステップと、
前記当てはめた当てはめ関数（２１０）から前記零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求めるステップと
を有することを特徴とする、電子コンパス（１００）の零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求める方法。
【請求項２】
前記複数の第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）のそれぞれに対して伏角補正された前記複数の第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算するために、
前記第２座標系（ＫＳ）に対する前記第１座標系（ＫＳ’）のロール角（θ）及びピッチ角（φ）を求めるステップと、
前記第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）とロール角（θ）とピッチ角（φ）とから、伏角補正された前記第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算するステップと
を行う、請求項１記載の方法。
【請求項３】
伏角補正された前記第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）の計算を、次の式に従って行う、
Ｈｘ＝Ｍｘ’cos（φ）＋Ｍｙ’sin（φ）sin（θ）−Ｍｚ’sin（φ）cos（θ）；
Ｈｙ＝Ｍｙ’cos（θ）＋Ｍｚ’sin（θ）、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ロール角（θ）及びピッチ角（φ）を求めるために、
３軸加速度センサ（１２０）を用いて、前記第１座標系（ＫＳ’）における加速度値（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）を測定するステップと、
前記第２座標系（ＫＳ）に対する前記第１座標系（ＫＳ’）のロール角（θ）及びピッチ角（φ）を計算するステップと
を行う、請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
前記ロール角（θ）及びピッチ角（φ）を、次の式に従って計算する、
θ＝arctan（−ａｙ’／ａｚ’）；
φ＝arctan（ａｘ’／ｓｑｒｔ（ａｙ’ ａｙ’＋ａｚ’ ａｚ’））、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記測定された加速度値（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）を、処理前にローパスフィルタを用いてフィルタリングする、
請求項４または５記載の方法。
【請求項７】
当てはめ関数（２１０）として円関数を用いる、
請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
３軸磁気センサ（１１０）を備えた電子コンパス（１００）であって、
該３軸磁気センサ（１１０）を用いて、該電子コンパス（１００）の第１座標系（ＫＳ’）における第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）を測定し、
該第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）から、地表面（９００）に平行な第２座標系（ＫＳ）における伏角補正された第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算し、
該伏角補正された第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）に当てはめ関数（２１０）を当てはめ、
該当てはめた当てはめ関数（２１０）から零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を求める、
ことを特徴とする、電子コンパス（１００）。
【請求項９】
該伏角補正された第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）から前記零点誤差（Ｈｘ０，Ｈｙ０）を減算することによって、零点補正された第３磁界強度（Ｂｘ，Ｂｙ）を計算し、
南北方向に対する前記第２座標系（ＫＳ）の軸（ｘ）のずれを示す方位角（α）を計算する、
請求項８記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１０】
前記方位角（α）を、前記第３磁界強度（Ｂｘ，Ｂｙ）から次の式に従って計算する、
α＝arctan（Ｂｙ／Ｂｘ）、
請求項９記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１１】
当てはめ関数（２１０）として円関数を用いる、
請求項８から１０のいずれか１項記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１２】
前記複数の第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）のそれぞれに対して伏角補正された前記複数の第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算するために、
前記第２座標系（ＫＳ）に対する前記第１座標系（ＫＳ’）のロール角（θ）及びピッチ角（φ）を求め、
前記第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）とロール角（θ）とピッチ角（φ）とから、伏角補正された前記第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）を計算する、請求項８から１１のいずれか１項記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１３】
伏角補正された前記第２磁界強度（Ｈｘ，Ｈｙ）の計算を、次の式に従って行う、
Ｈｘ＝Ｍｘ’cos（φ）＋Ｍｙ’sin（φ）sin（θ）−Ｍｚ’sin（φ）cos（θ）；
Ｈｙ＝Ｍｙ’cos（θ）＋Ｍｚ’sin（θ）、
請求項１２記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１４】
前記電子コンパス（１００）はさらに、３軸加速度センサ（１２０）を備えており、
前記ロール角（θ）及びピッチ角（φ）を求めるために、
該３軸加速度センサ（１２０）を用いて、前記第１座標系（ＫＳ’）における加速度値（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）を測定し、
前記第２座標系（ＫＳ）に対する前記第１座標系（ＫＳ’）のロール角（θ）及びピッチ角（φ）を計算する、請求項８から１３のいずれか１項記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１５】
前記ロール角（θ）及びピッチ角（φ）を、次の式に従って計算する、
θ＝arctan（−ａｙ’／ａｚ’）；
φ＝arctan（ａｘ’／ｓｑｒｔ（ａｙ’ ａｙ’＋ａｚ’ ａｚ’））、
請求項１４記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１６】
前記測定された加速度値（ａｘ’，ａｙ’，ａｚ’）を、処理前にローパスフィルタを用いてフィルタリングする、
請求項１４または１５記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１７】
前記３軸磁気センサ（１１０）は少なくとも１つのＧＭＲセンサを含んでいる、請求項８から１６のいずれか１項記載の電子コンパス（１００）。
【請求項１８】
前記３軸加速度センサ（１２０）は、少なくとも１つのマイクロメカニカル加速度センサを含んでいる、請求項１４から１７のいずれか１項記載の電子コンパス。
【請求項１９】
請求項８から１８のいずれか１項記載の電子コンパスの使用方法であって、
前記第１磁界強度（Ｍｘ’，Ｍｙ’，Ｍｚ’）を採取する時、前記電子コンパス（１００）を、揺動するように動かす、
電子コンパスの使用方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
静止している電子コンパス１００に重力加速度のみが影響を及ぼし、この重力加速度は地表面９００に垂直に掛かっているので、評価ユニット１３０は、電子コンパス１００に固定された第１座標系ＫＳ’の、第２座標系ＫＳに対する向きを、測定された加速度値ａ’の成分ａｘ’、ａｙ’、ａｚ’から軸ｘ、ｙ、ｚを用いて推定することができる。第２座標系ＫＳのｘ−ｙ平面は、地表面９００に平行である。第２座標系のｘ軸は、地表面９００の南北方向に対して第１座標系ＫＳ’のｘ’軸と同じ方位角αだけずれている。例えば、評価ユニット１３０は、第２座標系ＫＳをｘ軸及びｙ軸を中心として回転させて第１座標系ＫＳ’へ移行させるために必要なロール角θ及びピッチ角φを計算することができる。計算は、例えば次の式に従って行うことができる。
θ＝arctan（−ａｙ’／ａｚ’）；
φ＝arctan（ａｘ’／ｓｑｒｔ（ａｙ’ ａｙ’＋ａｚ’ ａｚ’））．      （１）
また、評価ユニット１３０は、第１座標系ＫＳ’における第１磁界強度Ｍ’から、第２座標系ＫＳのｘ軸成分Ｈｘ及びｙ軸成分Ｈｙを有する第２磁界強度Ｈを計算することができる。計算は、例えば次の式に従って行うことができる。
Ｈｘ＝Ｍｘ’cos（φ）＋Ｍｙ’sin（φ）sin（θ）−Ｍｚ’sin（φ）cos（θ）；
Ｈｙ＝Ｍｙ’cos（θ）＋Ｍｚ’sin（θ）．                              （２）
評価ユニット１３０は、第２座標系ＫＳのｚ軸方向における第２磁界強度Ｈの成分Ｈｚも計算することができる。地磁気は地表面９００に平行である、つまり第２座標系ＫＳのｘ−ｙ平面を走っているので、第２磁界強度Ｈの成分Ｈｚはゼロに等しい。そうでなければ、誤差の存在が推定される。
【国際調査報告】
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