地磁気センサ及びこの地磁気センサを備えた移動体表示装置
【課題】 外乱磁界を高精度で検出することにより、異常な外乱磁界による影響を低減できるようにした地磁気センサ及びこの地磁気センサを備えた移動体表示装置を提供する。
【解決手段】
任意の測定位置において検出した地磁気Ｆの全磁力｜Ｆ｜が、方位球１００上の所定の領域に設けられた略リング状のウインドウ１１０Ａ内にあり、且つ伏角δも前記ウインドウ１１０Ａ内にある場合には、正常な地磁気であると判定し、それ以外の場合を異常な地磁気であると判定することにより、外乱磁界による地磁気の乱れを高い精度で検出することができる。またこのような地磁気センサを備えることにより、正確な情報のみを表示する信頼性の高い移動体表示装置を提供することが可能なる。
【解決手段】
任意の測定位置において検出した地磁気Ｆの全磁力｜Ｆ｜が、方位球１００上の所定の領域に設けられた略リング状のウインドウ１１０Ａ内にあり、且つ伏角δも前記ウインドウ１１０Ａ内にある場合には、正常な地磁気であると判定し、それ以外の場合を異常な地磁気であると判定することにより、外乱磁界による地磁気の乱れを高い精度で検出することができる。またこのような地磁気センサを備えることにより、正確な情報のみを表示する信頼性の高い移動体表示装置を提供することが可能なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定地点で取得された地磁気から移動体の進行方向などを検出する地磁気センサ及びこの地磁気センサを備えた移動体表示装置に係わり、特に外乱磁界による影響を低減できるようにした地磁気センサ及びこの地磁気センサを備えた移動体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明に関する先行技術文献としては、例えば下記の特許文献１が存在している。特許文献１に記載された地磁気検出装置には、方位円１００に沿って一定幅でリング状に形成された第一ウインドウＷ１と、前記方位円１００の原点Ｏを中心点として第二ウインドウＷ２の外枠をなす円１０３とが設定されている。この地磁気検出装置は、地磁気センサ１２の出力が第一ウインドウＷ１を所定時間外れた場合、または地磁気センサ１２の出力が第二ウインドウＷ２を外側に外れた場合に警報を行うことにより、地磁気データに外乱磁界が含まれているか否かを検出する機能を備えている。
【特許文献１】特開平５−７９８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、地磁気は３軸方向の成分からなる３次元ベクトルで表され、地平面に対しは伏角を有している。
【０００４】
したがって、上記特許文献１に記載されているように、地磁気データに外乱磁界が含まれているか否かの判定に当たり、地磁気を地平面に投影した水平成分Ｈのみで判定すると、正常な地磁気を誤って異常な地磁気と判定する可能性は少ないが、Ｚ軸方向成分は元々扱わないようにしているためＺ軸方向に発生した異常な外乱磁界の混入を見落とす可能性がある。
【０００５】
すなわち、国土地理院ホームページ内（http://vldb.gsi.go.jp/sokuchi/geomag/
survey/horizontalforce2000.jpg参照）には日本国内における地磁気の水平分力Ｈ（２０００．０年値）の大きさが示されているが、測定位置によっては基準となるこれらの水平分力Ｈから±１０％程度の誤差が生じることがある。また温度や経時変化により地磁気センサの感度が５〜１０％程度変化することを見込むと、異常な外乱磁界により検出された地磁気に乱れがあったと判定するときの判定条件には、基準となる前記水平分力Ｈに対し概ね±１５〜２０％程度の許容範囲を設けることが一般的である。
【０００６】
したがって、外乱磁界が大きい場合には、元々の水平成分に前記外乱磁界が合成された後の水平成分の大きさが前記許容範囲内に収まる可能性は低いが、前記外乱磁界の大きさが中程度で（例えば、外乱磁界の絶対値が地磁気ベクトルの３０％程度）の場合には、合成後の水平成分の大きさが前記許容範囲内に収まってしまう可能性が高く、この場合には異常な外乱磁界に基づく検出地磁気の乱れを見逃してしまうという問題がある。
【０００７】
しかも、このような地磁気センサを備えた携帯機器では、前記のような異常な外乱磁界を誤差として含んだままの状態に基づく情報が画面上に表示されてしまう。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、外乱磁界に対する検出精度を高めることにより、異常な外乱磁界による影響を低減できるようにした地磁気センサ及びこの地磁気センサを備えた移動体表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の地磁気センサは、任意の測定位置において互いに直交する３軸方向の地磁気を検出する地磁気検出手段と、前記３軸のうち地面に平行する２軸の傾きを検出する傾斜角検出手段と、前記測定位置における地磁気の全磁力および伏角に関する標準データを取得する手段と、前記地磁気検出手段と前記傾斜角検出手段とから前記測定位置における全磁力および伏角の実測値を算出する手段と、前記実測値が前記標準データを基準とする所定の許容範囲から外れたときに異常な地磁気が検出されたものと判定する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、全磁力と伏角を用いて判定するようにしたため、地磁気異常を高精度に判定することができる。しかも、正常な地磁気を誤って異常な地磁気と判定する可能性をなくし、Ｚ軸方向に発生した異常な外乱磁界の混入を見落とす可能性も少なくできる。
【００１１】
上記において、測定位置に対応する前記標準データが記憶されたメモリ手段が設けられているものとすることができる。
【００１２】
上記手段では、測定位置を確定することにより、当該測定位置に対応する標準データを取得することができる。
【００１３】
この場合、例えば前記標準データを取得する手段がＧＰＳ用の人工衛星から受信した電波から前記測定位置を割り出すとともに、前記測定位置に対応する標準データが前記メモリ手段から読み出されるものとすることができる。
【００１４】
あるいは、前記標準データを取得する手段が、携帯電話システムの中継局との間における通信から前記測定位置を割り出すとともに、このときの測定位置に対応する標準データが前記メモリ手段から又は前記中継局を介して取得されるものとすることができる。
【００１５】
また前記所定の許容範囲が、地磁気センサの３つの検出軸の出力によって形成され、前記３つの検出軸が交差する原点を中心として所定の半径寸法からなる方位球の、球面の内球と外球との間に略リング状に形成されるウインドウとして設定されるものが好ましい。
【００１６】
上記手段では、判定上の無駄を防止することができ、地磁気異常の判定を効率良く行うことができる。
【００１７】
例えば、伏角の実測値と標準データとの比較判定を行った後、全磁力の実測値と標準データとの比較判定が行われるものとすることができる。
【００１８】
また本発明は、少なくとも、前記いずれか記載の地磁気センサと、地図を画面上に表示することが可能な表示手段と、外部との通信を行う通信手段とを有する移動体表示装置であって、
前記制御手段が、外乱磁界を含まない正常な異常な地磁気が検出されたと判定したときには前記画面の地図上に現在の方位表示をし、且つ外乱磁界を含む異常な地磁気が検出されたと判断したときには、前記画面上に方位表示が行われないようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
上記発明では、正常な地磁気を検出した場合に限って表示手段上に方位表示を行うようにし、異常な地磁気を検出した場合には表示しないようにしため、正確な情報のみを表示する信頼性の高い移動体表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の地磁気センサは、３軸方向成分のすべてを含む全磁力を用いて判断するため、地磁気が外乱磁界の影響を受けていない正常なものであるか、または外乱磁界の影響を受けた異常なものであるかを高い精度で判定することができる。
【００２１】
また地磁気の正常／異常の判定が、方位球全体ではなく略リング状のウインドウに絞り込んで行うことができるため、判定上の無駄を省くことができる。
【００２２】
また正常な地磁気を検出した場合に限って表示手段上に方位表示を行うようにしたため、正確な情報のみを表示する信頼性の高い移動体表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の地磁気センサを搭載した移動体表示装置と方位角との関係を２次元的に示す平面図、図２は地磁気センサの構成を示すブロック図、図３は地磁気センサに傾きが無い場合の方位検出の原理を３次元的に説明するための方位解析図である。
【００２４】
以下においては、符号Ｆが地磁気（ベクトル）を、符号｜Ｆ｜が地磁気の絶対値としての全磁力を、符号Ｈが地磁気ベクトルを水平面に投影した水平成分を、符号｜Ｈ｜が前記水平成分Ｈの大きさを、符号δが伏角（地平面に対して地磁気ベクトルがなす角度）を示すものとする。
【００２５】
また方位角θは、磁北（水平成分Ｈの方向）と後述する地磁気センサ１０の検出軸Ｘとの間の角度であり、前記検出軸Ｘが磁北に一致するときを０[deg]とし、地磁気センサ１０が時計回りに回転する方向を正（＋）とする。
【００２６】
図１に示す移動体表示装置１は携帯電話機をイメージしたものである。ただし、前記移動体表示装置１は携帯電話機に限られるものではなく、その他ＰＤＡ、携帯型のコンピュータ、電子腕時計、携帯型のナビゲーションシステムなどであってもよい。
【００２７】
図２に示すように、この移動体表示装置１は３軸型の地磁気センサ１０、二次元型の傾斜センサ（傾斜角検出手段）２０、通信手段３０、制御手段４０、表示手段５０およびメモリ手段６０などを備えている。
【００２８】
図２に示すように、地磁気センサ１０は軸方向の磁界を検出する３つの検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚを有している。すなわち各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚには地磁気検出手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃがそれぞれ設けられており、これら地磁気検出手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃが検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚを形成するとともにＸＹＺ直交座標系を形成している。地磁気センサ１０を構成する地磁気検出手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃとしては、例えばＭＲ（Magneto Resistive）素子、ホール素子、フラックスゲート型磁気センサなどを用いることができる。
【００２９】
地磁気センサ１０の検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの出力を地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚとすると、これらは任意の測定位置における地磁気ベクトルＦのＸ軸（南北）成分，Ｙ軸（東西）成分，Ｚ軸（鉛直）成分を示す。なお、地磁気センサ１０は、その検出軸Ｘ，Ｙが地平面に水平な状態にあり、且つ前記検出軸Ｚが地平面に対して垂直（鉛直方向に対し平行）な状態を基本姿勢としている。
【００３０】
前記傾斜センサ（傾斜角検出手段）２０は、例えば狭チャンネル内に封じられた制動電解液が傾くことによる電気抵抗の変化分から角度変化を検知するタイプのものなどを使用することができる。Ｘ軸とＹ軸からなるＸＹ平面が地平面に対し水平となる基本姿勢を０[deg]とし、一方の軸を中心に傾いたときに他方の軸と地平面との間の角度差を傾斜角θx，θyとして出力する。すなわち、傾斜角θxとはＸ軸を中心として傾斜センサ２０を傾けたときにＹ軸と地平面との間の角度差（Ｘ軸回りの傾斜角）を意味し、また傾斜角θyとはＹ軸を中心として傾斜センサ２０を傾けたときにＸ軸と地平面との間の角度差（Ｙ軸回りの傾斜角）を意味する。
【００３１】
通信手段３０は、例えば移動体表示装置１とＧＰＳ（Global Positioning System：汎地球測位システム）を構成する人工衛星との間で電波を受信するための手段、あるいは移動体表示装置１が携帯電話機の場合には電話やメールの際に、携帯電話システムを営む通信事業者の中継局との間で通信を行うための手段などであり、前記ＧＰＳや中継局を解して所定のデータを取得するためのものである。
【００３２】
表示手段５０としては、例えばＴＦＴ液晶、ＤＳＴＮ液晶などの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイなどである。移動体表示装置１が、ナビゲーションシステムを搭載している場合には、表示手段５０には地図が画面表示されるが、このとき例えば地図の北方向が常に上向きなるようなノースアップ表示、あるいは進行方向が常に地図の上になるヘディングアップ表示などが行われるようになっている。
【００３３】
メモリ手段６０には、測定位置ごとの全磁力｜Ｆ｜（地磁気ベクトルＦの絶対値）と伏角δに関する標準値データが記憶されている。例えば国土地理院の技術資料Ｂ・１−Ｎｏ．３５によれば、北半球に位置する日本国では、全磁力｜Ｆ｜は概ね４４０００[ｎＴ]（沖縄県の石垣島付近）〜５１０００[ｎＴ]（北海道の稚内市付近）の範囲にあり、伏角δはおおよそ−３６[deg]（沖縄県の石垣島付近）〜−６０[deg]（北海道の稚内市付近）の範囲にある。因みに、東京近辺では全磁力｜Ｆ｜は４６５００[ｎＴ]、伏角δは−４９[deg]程度であり、全磁力｜Ｆ｜と伏角δとは各地域ごとに標準値を有している。そして、このような全磁力｜Ｆ｜と伏角δに関する標準値データが、地域ごとにテーブル化されて前記メモリ手段６０に記憶されている。
【００３４】
なお、北半球では地磁気ベクトルＦは上空から地中に向かう方向に地平面を突き抜けるため、伏角δの符号は負（マイナス）となるが、南半球では地中から上空に向かう方向に地平面を突っ切るため、伏角δの符号は正（プラス）となる。
【００３５】
前記通信手段３０を用いてＧＰＳや中継局との通信を行うことによって、移動体表示装置１の現在の測定位置を割り出すことにより、その位置に対応する全磁力｜Ｆ｜と伏角δに関する標準値データを前記メモリ手段６０から読み出すことが可能とされている。なお、通信事業者が全磁力｜Ｆ｜と伏角δに関する標準値データを配信するサービスの提供を行っている場合には、前記標準値データをメモリ手段６０に記憶せずに前記通信手段３０を介して中継局から直接入手するものであってもよい。
【００３６】
制御手段４０はＣＰＵを主体に構成されている。なお、制御手段４０の機能等について以下に詳述するが、例えば地磁気センサ１０からの地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚの取得、傾斜センサ２０からの傾斜角θx，θyの取得、前記通信手段３０を介してのＧＰＳや中継局との間での現在位置に関するデータの取得、あるいは表示手段５０への地図表示や現在位置のカーソル表示など多数の制御を行っている。
【００３７】
図４は方位球とウインドウとの関係を３次元的に示す説明図、図５はウインドウの詳細を示す図４の部分拡大断面図である。
【００３８】
ここで図４に示すように、全磁力｜Ｆ｜が理想的な一定の大きさと仮定し、前記移動体表示装置１の中心点（地磁気センサ１０の各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの交点）Ｏを中心として前記移動体表示装置１を地磁気中で様々な方向に回転させると、地磁気センサ１０の各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの出力から合成される全磁力｜Ｆ｜を半径とするいわゆる方位球１００を得ることができ、このとき地磁気センサ１０の各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの出力（地磁気データ）は前記方位球１００の球面上を移動する。したがって、任意の測定地点における方位は、方位球１００上の全磁力｜Ｆ｜からでも求めることが可能である。
【００３９】
しかし、外部磁界による外乱（以下、「外乱磁界」という）が、前記地磁気ベクトルＦに重畳すると、前記全磁力｜Ｆ｜が前記理想的な方位球１００の球面上から大きく外れてしまうため、方位を正確に判定することができなくなる。
【００４０】
そこで、前記全磁力｜Ｆ｜の大きさが一定の誤差を見込んだ範囲内であるか否かを判定基準とすることにより、地磁気ベクトルＦの正常／異常を判定しやすくすることができる。
【００４１】
例えば、図５に示すように前記方位球１００の内側に半径Ｒ１の内球１１１（Ｒ１＜｜Ｆ｜）と、その外側に半径Ｒ２の外球１１２（Ｒ２＞｜Ｆ｜）とを設定し、前記内球１１１と外球１１２とに囲まれた部分に球殻状の許容範囲（誤差の範囲）１１０を設け、前記全磁力｜Ｆ｜がこの球殻状の許容範囲１１０内にある場合（Ｒ１＜｜Ｆ｜＜Ｒ２）には正常な地磁気ベクトルＦ、すなわち外乱磁界の影響の少ない地磁気ベクトルＦとして扱い、前記球殻状の許容範囲１１０内にない場合（Ｒ１＞｜Ｆ｜または｜Ｆ｜＞Ｒ２）には異常な地磁気を含む地磁気ベクトルＦとして扱うことにすれば、地磁気ベクトルＦの正常／異常の判定を容易化することができる。
【００４２】
しかし、地磁気ベクトルＦは測定位置ごとに大きく異なる伏角δを有している。このため、実際の三次元空間内で正常な地磁気の占める範囲は、図４に斜線で示す略リング状のウインドウ１１０Ａであり、これは前記球殻状の許容範囲１１０内の一部に過ぎない。したがって、上記のように前記全磁力｜Ｆ｜の大きさに一定の誤差を見込んだ範囲の全てを判定基準としたものは、前記ウインドウ１１０Ａを含む球殻状の許容範囲１１０全域を範囲とするため、三次元空間上に広く分布し過ぎて無駄が多い。
【００４３】
そこで、このような無駄を省くため、全磁力｜Ｆ｜および伏角δに関する測定位置ごとの格差を考慮し、正常な地磁気ベクトルＦの範囲が略リング状のウインドウ１１０Ａとなるように伏角δからの絞り込みを行った上で判定することが好ましい。
【００４４】
以下には、そのような判定の手法を具体的に説明する。
図６は検出された地磁気の正常／異常を判定する方法を示すフローチャートである。なお、以下においてはフローチャートの各段階をＳＴ１のようにＳＴの符号と番号とを用いて表わすこととする。
【００４５】
まず、ＳＴ１では、前記制御手段４０は地磁気センサ１０を駆動して任意の測定位置における地磁気ベクトルＦを検出し、３つの検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの出力である地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚとして取得する。
【００４６】
ここで、図３に示すように地磁気センサ１０の検出軸Ｘの出力Ｖxと、全磁力｜Ｆ｜、水平成分Ｈの絶対値｜Ｈ｜、伏角δおよび方位角θとは以下の数１に示すような関係がある。
【００４７】
【数１】
【００４８】
同様に、地磁気センサ１０の検出軸Ｙの出力Ｖｙについては以下の数２に示すような関係がある。
【００４９】
【数２】
【００５０】
地磁気センサ１０をＸＹ平面内でＺ軸回りに回転させたときには、検出軸Ｚの出力Ｖｚは変化しないため、地磁気センサ１０の検出軸Ｚの出力Ｖｚは以下の数３となる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
ＳＴ２では、地磁気ベクトルの全磁力｜Ｆ｜（実測値）が前記地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを用いて以下の数４として求められる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
ＳＴ３では、方位角θの算出が行われる。前記数１を変形したｃｏｓδ＝Ｖx／｜Ｆ｜ｃｏｓθを数２に代入すると、数５のように変形できる。
【００５５】
【数５】
よって、方位角θは以下の数６として求めることができる。
【００５６】
【数６】
【００５７】
なお、上記数６で求めた方位角θは、傾斜角θx，θyがともに０[deg]の場合（傾斜角θx＝θy＝０）に相当する。したがって、θx≠０および／またはθy≠０の場合には、これらを考慮した傾斜補正後の地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを用いて前記方位角θが算出される。
【００５８】
次にＳＴ４では、制御手段４０が伏角δを以下の方法により求める。
数１、数２をそれぞれ二乗して加算して変形すると、以下の数７となる。
【００５９】
【数７】
さらに変形すると数８となる。
【００６０】
【数８】
数３を数８で割ると、以下の数９となる。
【００６１】
【数９】
よって、数９を変形することにより、伏角δの実測値が数１０として求まる。
【００６２】
【数１０】
【００６３】
なお、各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚからなる地磁気センサ１０のＸＹＺ直交座標系に傾きが生じている場合には、前記制御手段４０は傾斜センサ２０を駆動して前記傾斜角θx，θyを検出するとともに、この傾斜角θx，θyを用いて地平面に垂直な鉛直軸に対する検出軸Ｚの傾斜角度を算出する。そして、制御手段４０は、傾きを有する地磁気センサ１０が検出した地磁気ベクトルＦの地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを上記数１０に代入して得られる角度（補正前の伏角δ）と前記検出軸Ｚの傾斜角度との差を求めることにより、補正後の伏角δが算出される。
【００６４】
次はＳＴ５に示すように、制御手段４０は前記通信手段３０を駆使して、ＧＰＳにおける人工衛星または中継局にアクセスして、現在の測定位置情報を取得するとともに、この位置情報から当該測定位置に対応する全磁力｜Ｆ｜と伏角δに関する標準値データを前記メモリ手段６０から読み出す。あるいは通信事業者が全磁力｜Ｆ｜と伏角δの標準値データに関する配信サービスを提供している場合には、前記中継局から前記標準値データを直接取得してもよい。なお、このＳＴ５において読み出された全磁力の標準値データが｜Ｆ｜（std）であり、伏角δの標準値データがδ（std）である。
【００６５】
ＳＴ６では、伏角δを用いたウインドウの絞り込みが行われる。すなわち、実際の測定と数１０から算出された伏角（実測値）δと前記ＳＴ７で取得された各測定位置に対応する伏角の標準値データδ（std）との比較を行うが、より具体的には前記伏角（実測値）δが前記伏角の標準値データδ（std）を中心とする所定の許容値±Δδ（δ（std）±Δδ）内にあるか否か、すなわち前記伏角δが所定の許容範囲の条件（δ（std）−Δδ）＜δ（実測値）＜（δ（std）＋Δδ）を満たすか否かで判定する。
【００６６】
例えば、西暦２０００年における東京近郊の伏角δの標準値は約−４９[deg]である。このため、使用地域が日本国内に限定されるような移動体表示装置１の場合において、例えば任意の測定位置が関東地方の場合には−５０±５[deg]程度とすることができる。また使用地域が全世界を対象とするような移動体表示装置１の場合において、例えば任意の測定位置が日本国の場合には−５１±９[deg]程度とすることができる。
【００６７】
したがって、制御手段４０は、任意の測定位置において前記移動体表示装置１を使用して方位を測定した場合において、実際に地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを測定して得た測定値を数１０に代入して算出された伏角（実測値）δが、前記標準値データδ（std）を中心とする所定の許容範囲（δ（std）±Δδ）内にあれば、少なくとも検出された伏角δが、緯度方向では正常な範囲（略リング状のウインドウ１１０Ａ）内にあるものであると判断することができ、結果として三次元空間上に広く分布する前記全磁力｜Ｆ｜について無駄な判定を行う必要のない程度の範囲に絞り込むことができる。
【００６８】
一方、実際の測定値を数１０に代入して算出された伏角δが、前記一定の許容範囲（略リング状のウインドウ１１０Ａ）内になければ、伏角δは異常な値を示しているから、制御手段４０は次に説明する全磁力｜Ｆ｜の判定を行うまでもなく、外乱磁界を含む異常な地磁気Ｆと判定し、表示手段５０の画面上に方位表示を行わず、例えば地磁気に異常がある旨の警報を表示したり（ＳＴ６−１）、あるいはＳＴ１に戻って地磁気センサ１０を用いて地磁気データの再取得を行う。
【００６９】
ＳＴ７では、前記ＳＴ６において検出された伏角δが正常であると判断された場合に、制御手段４０は上記ＳＴ３において数４により算出された全磁力｜Ｆ｜の実測値と前記ＳＴ６で取得された全磁力の標準値データ｜Ｆ｜（std）との比較を行う。
【００７０】
このときの判定は、全磁力｜Ｆ｜が前記半径Ｒ１の内球１１１と半径Ｒ２の外球１１２の間にあるか否か（Ｒ１＜｜Ｆ｜＜Ｒ２）によって行われる。なお、全磁力の標準値データ｜Ｆ｜（std）に対する許容値ΔＦは、温度や経時変化による地磁気センサの感度の変動が±５〜１０％程度であることを見込むと、異常な外乱磁界の混入があったと判定するときの判定条件には、全磁力の標準値データ｜Ｆ｜（std）に対し概ね±１５〜２０％程度の許容範囲を設けることが好ましい（ΔＦ＝｜Ｆ｜（std）×１５〜２０％）。
【００７１】
すなわち、内球１１１の半径Ｒ１はＲ１＝｜Ｆ｜（std）−ΔＦ、外球１１２の半径Ｒ２はＲ２＝｜Ｆ｜（std）＋ΔＦで表され、全磁力｜Ｆ｜が（｜Ｆ｜（std）−ΔＦ）＜｜Ｆ｜（実測値）＜（｜Ｆ｜（std）＋ΔＦ）を満たすか否かにより、地磁気の正常／異常を高い精度で判定することができる。
【００７２】
そして、最終的に全磁力｜Ｆ｜（実測値）が上記条件を満たす場合（正常な大きさの場合）には、前記地磁気センサ１０で検出された地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚに外乱磁界が含まれている可能性の低い正常な地磁気Ｆと判定される。そして、この場合には移動体表示装置１は表示手段５０の地図上に測定者の現在位置が表示される（ＳＴ８）。このとき、例えば地図の北方向が常に上向きなるようなノースアップ表示、あるいは進行方向が常に地図の上になるヘディングアップ表示などが行われる。
【００７３】
一方、ＳＴ７において、全磁力｜Ｆ｜（実測値）が上記条件を満たすことができなかった場合には、制御手段４０は外乱磁界を含む異常な地磁気Ｆと判定し、表示手段５０の画面上に方位表示を行う代わりに、例えば地磁気に異常がある旨の警報を表示したり（ＳＴ７−１）、あるいはＳＴ１に戻って地磁気センサ１０を用いて地磁気データの再取得を行う。
【００７４】
以上のように、本願発明の地磁気センサ１０では、従来のように地磁気ベクトルＦの水平成分Ｈ（Ｘ軸成分とＹ軸成分）だけで判断するのでははなく、Ｚ軸成分をも含めた３軸方向成分のすべてを用いて判断することができるため、正常な地磁気を誤って異常な地磁気と判定する可能性をなくし、Ｚ軸方向に発生した異常な外乱磁界の混入を見落とす可能性も少なくできる。すなわち、地磁気が外乱磁界の影響を受けていない正常なものであるか、または外乱磁界の影響を受けた異常なものであるかを高い精度で判定することが可能である。
【００７５】
しかも、検出した地磁気が正常であるか異常であるかの判定が、方位球１００全体ではなくある一定の範囲（狭い略リング状のウインドウ１１０Ａ）に絞り込んで行うことができるため、判定上の無駄を省くことができる。
【００７６】
また本願発明の地磁気センサ１０を備えた移動体表示装置１では、正常な地磁気を検出した場合に限って表示手段上に方位表示を行うようにし、異常な地磁気を検出した場合には表示しないようにしため、正確な情報のみを表示する信頼性の高い移動体表示装置１を提供することが可能となる。
【００７７】
なお、上記実施の形態では、測定位置情報の入手を前記ＳＴ５において行っているものとして説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、前記ＳＴ６よりも前の段階であればいずれの段階で行ってもよい。
【００７８】
また上記実施の形態では、先にＳＴ６で伏角δを判定してある程度の絞り込みを掛けた後に、ＳＴ７で全磁力｜Ｆ｜の判定を行うものとして説明したが、伏角δの判定と全磁力｜Ｆ｜の判定とを別個独立に行った後に、各判定条件を満たしたものどうしのＡＮＤをとることにより、地磁気の正常／異常を判定するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の地磁気センサを搭載した移動体表示装置と方位角との関係を２次元的に示す平面図、
【図２】地磁気センサの構成を示すブロック図、
【図３】地磁気センサに傾きが無い場合の方位検出の原理を３次元的に説明するための方位解析図、
【図４】方位球とウインドウとの関係を３次元的に示す説明図、
【図５】ウインドウの詳細を示す図４の部分拡大断面図、
【図６】検出された地磁気の正常／異常を判定する方法を示すフローチャート、
【符号の説明】
【００８０】
１ 移動体表示装置
１０ 地磁気センサ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 地磁気検出手段
２０ 傾斜センサ
３０ 通信手段
４０ 制御手段
５０ 表示手段
６０ メモリ手段
１００ 方位球
１１０ 球殻状の許容範囲（誤差の範囲）
１１０Ａ ウインドウ
１１１ 内球
１１２ 外球
Ｆ 地磁気ベクトル
｜Ｆ｜ 全磁力（実測値）
｜Ｆ｜（std） 全磁力の標準値データ
±ΔＦ 全磁力の許容値
Ｈ 地磁気ベクトルの水平成分
Ｘ，Ｙ，Ｚ 検出軸
Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ 地磁気データ
Ｒ１ 内球の半径
Ｒ２ 外球の半径
θ 方位角
θx，θy 傾斜角
δ 伏角（実測値）
δ（std） 伏角の標準値データ
±Δδ 伏角の許容値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定地点で取得された地磁気から移動体の進行方向などを検出する地磁気センサ及びこの地磁気センサを備えた移動体表示装置に係わり、特に外乱磁界による影響を低減できるようにした地磁気センサ及びこの地磁気センサを備えた移動体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明に関する先行技術文献としては、例えば下記の特許文献１が存在している。特許文献１に記載された地磁気検出装置には、方位円１００に沿って一定幅でリング状に形成された第一ウインドウＷ１と、前記方位円１００の原点Ｏを中心点として第二ウインドウＷ２の外枠をなす円１０３とが設定されている。この地磁気検出装置は、地磁気センサ１２の出力が第一ウインドウＷ１を所定時間外れた場合、または地磁気センサ１２の出力が第二ウインドウＷ２を外側に外れた場合に警報を行うことにより、地磁気データに外乱磁界が含まれているか否かを検出する機能を備えている。
【特許文献１】特開平５−７９８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、地磁気は３軸方向の成分からなる３次元ベクトルで表され、地平面に対しは伏角を有している。
【０００４】
したがって、上記特許文献１に記載されているように、地磁気データに外乱磁界が含まれているか否かの判定に当たり、地磁気を地平面に投影した水平成分Ｈのみで判定すると、正常な地磁気を誤って異常な地磁気と判定する可能性は少ないが、Ｚ軸方向成分は元々扱わないようにしているためＺ軸方向に発生した異常な外乱磁界の混入を見落とす可能性がある。
【０００５】
すなわち、国土地理院ホームページ内（http://vldb.gsi.go.jp/sokuchi/geomag/
survey/horizontalforce2000.jpg参照）には日本国内における地磁気の水平分力Ｈ（２０００．０年値）の大きさが示されているが、測定位置によっては基準となるこれらの水平分力Ｈから±１０％程度の誤差が生じることがある。また温度や経時変化により地磁気センサの感度が５〜１０％程度変化することを見込むと、異常な外乱磁界により検出された地磁気に乱れがあったと判定するときの判定条件には、基準となる前記水平分力Ｈに対し概ね±１５〜２０％程度の許容範囲を設けることが一般的である。
【０００６】
したがって、外乱磁界が大きい場合には、元々の水平成分に前記外乱磁界が合成された後の水平成分の大きさが前記許容範囲内に収まる可能性は低いが、前記外乱磁界の大きさが中程度で（例えば、外乱磁界の絶対値が地磁気ベクトルの３０％程度）の場合には、合成後の水平成分の大きさが前記許容範囲内に収まってしまう可能性が高く、この場合には異常な外乱磁界に基づく検出地磁気の乱れを見逃してしまうという問題がある。
【０００７】
しかも、このような地磁気センサを備えた携帯機器では、前記のような異常な外乱磁界を誤差として含んだままの状態に基づく情報が画面上に表示されてしまう。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、外乱磁界に対する検出精度を高めることにより、異常な外乱磁界による影響を低減できるようにした地磁気センサ及びこの地磁気センサを備えた移動体表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の地磁気センサは、任意の測定位置において互いに直交する３軸方向の地磁気を検出する地磁気検出手段と、前記３軸のうち地面に平行する２軸の傾きを検出する傾斜角検出手段と、前記測定位置における地磁気の全磁力および伏角に関する標準データを取得する手段と、前記地磁気検出手段と前記傾斜角検出手段とから前記測定位置における全磁力および伏角の実測値を算出する手段と、前記実測値が前記標準データを基準とする所定の許容範囲から外れたときに異常な地磁気が検出されたものと判定する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明では、全磁力と伏角を用いて判定するようにしたため、地磁気異常を高精度に判定することができる。しかも、正常な地磁気を誤って異常な地磁気と判定する可能性をなくし、Ｚ軸方向に発生した異常な外乱磁界の混入を見落とす可能性も少なくできる。
【００１１】
上記において、測定位置に対応する前記標準データが記憶されたメモリ手段が設けられているものとすることができる。
【００１２】
上記手段では、測定位置を確定することにより、当該測定位置に対応する標準データを取得することができる。
【００１３】
この場合、例えば前記標準データを取得する手段がＧＰＳ用の人工衛星から受信した電波から前記測定位置を割り出すとともに、前記測定位置に対応する標準データが前記メモリ手段から読み出されるものとすることができる。
【００１４】
あるいは、前記標準データを取得する手段が、携帯電話システムの中継局との間における通信から前記測定位置を割り出すとともに、このときの測定位置に対応する標準データが前記メモリ手段から又は前記中継局を介して取得されるものとすることができる。
【００１５】
また前記所定の許容範囲が、地磁気センサの３つの検出軸の出力によって形成され、前記３つの検出軸が交差する原点を中心として所定の半径寸法からなる方位球の、球面の内球と外球との間に略リング状に形成されるウインドウとして設定されるものが好ましい。
【００１６】
上記手段では、判定上の無駄を防止することができ、地磁気異常の判定を効率良く行うことができる。
【００１７】
例えば、伏角の実測値と標準データとの比較判定を行った後、全磁力の実測値と標準データとの比較判定が行われるものとすることができる。
【００１８】
また本発明は、少なくとも、前記いずれか記載の地磁気センサと、地図を画面上に表示することが可能な表示手段と、外部との通信を行う通信手段とを有する移動体表示装置であって、
前記制御手段が、外乱磁界を含まない正常な異常な地磁気が検出されたと判定したときには前記画面の地図上に現在の方位表示をし、且つ外乱磁界を含む異常な地磁気が検出されたと判断したときには、前記画面上に方位表示が行われないようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
上記発明では、正常な地磁気を検出した場合に限って表示手段上に方位表示を行うようにし、異常な地磁気を検出した場合には表示しないようにしため、正確な情報のみを表示する信頼性の高い移動体表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の地磁気センサは、３軸方向成分のすべてを含む全磁力を用いて判断するため、地磁気が外乱磁界の影響を受けていない正常なものであるか、または外乱磁界の影響を受けた異常なものであるかを高い精度で判定することができる。
【００２１】
また地磁気の正常／異常の判定が、方位球全体ではなく略リング状のウインドウに絞り込んで行うことができるため、判定上の無駄を省くことができる。
【００２２】
また正常な地磁気を検出した場合に限って表示手段上に方位表示を行うようにしたため、正確な情報のみを表示する信頼性の高い移動体表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の地磁気センサを搭載した移動体表示装置と方位角との関係を２次元的に示す平面図、図２は地磁気センサの構成を示すブロック図、図３は地磁気センサに傾きが無い場合の方位検出の原理を３次元的に説明するための方位解析図である。
【００２４】
以下においては、符号Ｆが地磁気（ベクトル）を、符号｜Ｆ｜が地磁気の絶対値としての全磁力を、符号Ｈが地磁気ベクトルを水平面に投影した水平成分を、符号｜Ｈ｜が前記水平成分Ｈの大きさを、符号δが伏角（地平面に対して地磁気ベクトルがなす角度）を示すものとする。
【００２５】
また方位角θは、磁北（水平成分Ｈの方向）と後述する地磁気センサ１０の検出軸Ｘとの間の角度であり、前記検出軸Ｘが磁北に一致するときを０[deg]とし、地磁気センサ１０が時計回りに回転する方向を正（＋）とする。
【００２６】
図１に示す移動体表示装置１は携帯電話機をイメージしたものである。ただし、前記移動体表示装置１は携帯電話機に限られるものではなく、その他ＰＤＡ、携帯型のコンピュータ、電子腕時計、携帯型のナビゲーションシステムなどであってもよい。
【００２７】
図２に示すように、この移動体表示装置１は３軸型の地磁気センサ１０、二次元型の傾斜センサ（傾斜角検出手段）２０、通信手段３０、制御手段４０、表示手段５０およびメモリ手段６０などを備えている。
【００２８】
図２に示すように、地磁気センサ１０は軸方向の磁界を検出する３つの検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚを有している。すなわち各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚには地磁気検出手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃがそれぞれ設けられており、これら地磁気検出手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃが検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚを形成するとともにＸＹＺ直交座標系を形成している。地磁気センサ１０を構成する地磁気検出手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃとしては、例えばＭＲ（Magneto Resistive）素子、ホール素子、フラックスゲート型磁気センサなどを用いることができる。
【００２９】
地磁気センサ１０の検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの出力を地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚとすると、これらは任意の測定位置における地磁気ベクトルＦのＸ軸（南北）成分，Ｙ軸（東西）成分，Ｚ軸（鉛直）成分を示す。なお、地磁気センサ１０は、その検出軸Ｘ，Ｙが地平面に水平な状態にあり、且つ前記検出軸Ｚが地平面に対して垂直（鉛直方向に対し平行）な状態を基本姿勢としている。
【００３０】
前記傾斜センサ（傾斜角検出手段）２０は、例えば狭チャンネル内に封じられた制動電解液が傾くことによる電気抵抗の変化分から角度変化を検知するタイプのものなどを使用することができる。Ｘ軸とＹ軸からなるＸＹ平面が地平面に対し水平となる基本姿勢を０[deg]とし、一方の軸を中心に傾いたときに他方の軸と地平面との間の角度差を傾斜角θx，θyとして出力する。すなわち、傾斜角θxとはＸ軸を中心として傾斜センサ２０を傾けたときにＹ軸と地平面との間の角度差（Ｘ軸回りの傾斜角）を意味し、また傾斜角θyとはＹ軸を中心として傾斜センサ２０を傾けたときにＸ軸と地平面との間の角度差（Ｙ軸回りの傾斜角）を意味する。
【００３１】
通信手段３０は、例えば移動体表示装置１とＧＰＳ（Global Positioning System：汎地球測位システム）を構成する人工衛星との間で電波を受信するための手段、あるいは移動体表示装置１が携帯電話機の場合には電話やメールの際に、携帯電話システムを営む通信事業者の中継局との間で通信を行うための手段などであり、前記ＧＰＳや中継局を解して所定のデータを取得するためのものである。
【００３２】
表示手段５０としては、例えばＴＦＴ液晶、ＤＳＴＮ液晶などの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイなどである。移動体表示装置１が、ナビゲーションシステムを搭載している場合には、表示手段５０には地図が画面表示されるが、このとき例えば地図の北方向が常に上向きなるようなノースアップ表示、あるいは進行方向が常に地図の上になるヘディングアップ表示などが行われるようになっている。
【００３３】
メモリ手段６０には、測定位置ごとの全磁力｜Ｆ｜（地磁気ベクトルＦの絶対値）と伏角δに関する標準値データが記憶されている。例えば国土地理院の技術資料Ｂ・１−Ｎｏ．３５によれば、北半球に位置する日本国では、全磁力｜Ｆ｜は概ね４４０００[ｎＴ]（沖縄県の石垣島付近）〜５１０００[ｎＴ]（北海道の稚内市付近）の範囲にあり、伏角δはおおよそ−３６[deg]（沖縄県の石垣島付近）〜−６０[deg]（北海道の稚内市付近）の範囲にある。因みに、東京近辺では全磁力｜Ｆ｜は４６５００[ｎＴ]、伏角δは−４９[deg]程度であり、全磁力｜Ｆ｜と伏角δとは各地域ごとに標準値を有している。そして、このような全磁力｜Ｆ｜と伏角δに関する標準値データが、地域ごとにテーブル化されて前記メモリ手段６０に記憶されている。
【００３４】
なお、北半球では地磁気ベクトルＦは上空から地中に向かう方向に地平面を突き抜けるため、伏角δの符号は負（マイナス）となるが、南半球では地中から上空に向かう方向に地平面を突っ切るため、伏角δの符号は正（プラス）となる。
【００３５】
前記通信手段３０を用いてＧＰＳや中継局との通信を行うことによって、移動体表示装置１の現在の測定位置を割り出すことにより、その位置に対応する全磁力｜Ｆ｜と伏角δに関する標準値データを前記メモリ手段６０から読み出すことが可能とされている。なお、通信事業者が全磁力｜Ｆ｜と伏角δに関する標準値データを配信するサービスの提供を行っている場合には、前記標準値データをメモリ手段６０に記憶せずに前記通信手段３０を介して中継局から直接入手するものであってもよい。
【００３６】
制御手段４０はＣＰＵを主体に構成されている。なお、制御手段４０の機能等について以下に詳述するが、例えば地磁気センサ１０からの地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚの取得、傾斜センサ２０からの傾斜角θx，θyの取得、前記通信手段３０を介してのＧＰＳや中継局との間での現在位置に関するデータの取得、あるいは表示手段５０への地図表示や現在位置のカーソル表示など多数の制御を行っている。
【００３７】
図４は方位球とウインドウとの関係を３次元的に示す説明図、図５はウインドウの詳細を示す図４の部分拡大断面図である。
【００３８】
ここで図４に示すように、全磁力｜Ｆ｜が理想的な一定の大きさと仮定し、前記移動体表示装置１の中心点（地磁気センサ１０の各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの交点）Ｏを中心として前記移動体表示装置１を地磁気中で様々な方向に回転させると、地磁気センサ１０の各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの出力から合成される全磁力｜Ｆ｜を半径とするいわゆる方位球１００を得ることができ、このとき地磁気センサ１０の各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの出力（地磁気データ）は前記方位球１００の球面上を移動する。したがって、任意の測定地点における方位は、方位球１００上の全磁力｜Ｆ｜からでも求めることが可能である。
【００３９】
しかし、外部磁界による外乱（以下、「外乱磁界」という）が、前記地磁気ベクトルＦに重畳すると、前記全磁力｜Ｆ｜が前記理想的な方位球１００の球面上から大きく外れてしまうため、方位を正確に判定することができなくなる。
【００４０】
そこで、前記全磁力｜Ｆ｜の大きさが一定の誤差を見込んだ範囲内であるか否かを判定基準とすることにより、地磁気ベクトルＦの正常／異常を判定しやすくすることができる。
【００４１】
例えば、図５に示すように前記方位球１００の内側に半径Ｒ１の内球１１１（Ｒ１＜｜Ｆ｜）と、その外側に半径Ｒ２の外球１１２（Ｒ２＞｜Ｆ｜）とを設定し、前記内球１１１と外球１１２とに囲まれた部分に球殻状の許容範囲（誤差の範囲）１１０を設け、前記全磁力｜Ｆ｜がこの球殻状の許容範囲１１０内にある場合（Ｒ１＜｜Ｆ｜＜Ｒ２）には正常な地磁気ベクトルＦ、すなわち外乱磁界の影響の少ない地磁気ベクトルＦとして扱い、前記球殻状の許容範囲１１０内にない場合（Ｒ１＞｜Ｆ｜または｜Ｆ｜＞Ｒ２）には異常な地磁気を含む地磁気ベクトルＦとして扱うことにすれば、地磁気ベクトルＦの正常／異常の判定を容易化することができる。
【００４２】
しかし、地磁気ベクトルＦは測定位置ごとに大きく異なる伏角δを有している。このため、実際の三次元空間内で正常な地磁気の占める範囲は、図４に斜線で示す略リング状のウインドウ１１０Ａであり、これは前記球殻状の許容範囲１１０内の一部に過ぎない。したがって、上記のように前記全磁力｜Ｆ｜の大きさに一定の誤差を見込んだ範囲の全てを判定基準としたものは、前記ウインドウ１１０Ａを含む球殻状の許容範囲１１０全域を範囲とするため、三次元空間上に広く分布し過ぎて無駄が多い。
【００４３】
そこで、このような無駄を省くため、全磁力｜Ｆ｜および伏角δに関する測定位置ごとの格差を考慮し、正常な地磁気ベクトルＦの範囲が略リング状のウインドウ１１０Ａとなるように伏角δからの絞り込みを行った上で判定することが好ましい。
【００４４】
以下には、そのような判定の手法を具体的に説明する。
図６は検出された地磁気の正常／異常を判定する方法を示すフローチャートである。なお、以下においてはフローチャートの各段階をＳＴ１のようにＳＴの符号と番号とを用いて表わすこととする。
【００４５】
まず、ＳＴ１では、前記制御手段４０は地磁気センサ１０を駆動して任意の測定位置における地磁気ベクトルＦを検出し、３つの検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの出力である地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚとして取得する。
【００４６】
ここで、図３に示すように地磁気センサ１０の検出軸Ｘの出力Ｖxと、全磁力｜Ｆ｜、水平成分Ｈの絶対値｜Ｈ｜、伏角δおよび方位角θとは以下の数１に示すような関係がある。
【００４７】
【数１】
【００４８】
同様に、地磁気センサ１０の検出軸Ｙの出力Ｖｙについては以下の数２に示すような関係がある。
【００４９】
【数２】
【００５０】
地磁気センサ１０をＸＹ平面内でＺ軸回りに回転させたときには、検出軸Ｚの出力Ｖｚは変化しないため、地磁気センサ１０の検出軸Ｚの出力Ｖｚは以下の数３となる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
ＳＴ２では、地磁気ベクトルの全磁力｜Ｆ｜（実測値）が前記地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを用いて以下の数４として求められる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
ＳＴ３では、方位角θの算出が行われる。前記数１を変形したｃｏｓδ＝Ｖx／｜Ｆ｜ｃｏｓθを数２に代入すると、数５のように変形できる。
【００５５】
【数５】
よって、方位角θは以下の数６として求めることができる。
【００５６】
【数６】
【００５７】
なお、上記数６で求めた方位角θは、傾斜角θx，θyがともに０[deg]の場合（傾斜角θx＝θy＝０）に相当する。したがって、θx≠０および／またはθy≠０の場合には、これらを考慮した傾斜補正後の地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを用いて前記方位角θが算出される。
【００５８】
次にＳＴ４では、制御手段４０が伏角δを以下の方法により求める。
数１、数２をそれぞれ二乗して加算して変形すると、以下の数７となる。
【００５９】
【数７】
さらに変形すると数８となる。
【００６０】
【数８】
数３を数８で割ると、以下の数９となる。
【００６１】
【数９】
よって、数９を変形することにより、伏角δの実測値が数１０として求まる。
【００６２】
【数１０】
【００６３】
なお、各検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚからなる地磁気センサ１０のＸＹＺ直交座標系に傾きが生じている場合には、前記制御手段４０は傾斜センサ２０を駆動して前記傾斜角θx，θyを検出するとともに、この傾斜角θx，θyを用いて地平面に垂直な鉛直軸に対する検出軸Ｚの傾斜角度を算出する。そして、制御手段４０は、傾きを有する地磁気センサ１０が検出した地磁気ベクトルＦの地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを上記数１０に代入して得られる角度（補正前の伏角δ）と前記検出軸Ｚの傾斜角度との差を求めることにより、補正後の伏角δが算出される。
【００６４】
次はＳＴ５に示すように、制御手段４０は前記通信手段３０を駆使して、ＧＰＳにおける人工衛星または中継局にアクセスして、現在の測定位置情報を取得するとともに、この位置情報から当該測定位置に対応する全磁力｜Ｆ｜と伏角δに関する標準値データを前記メモリ手段６０から読み出す。あるいは通信事業者が全磁力｜Ｆ｜と伏角δの標準値データに関する配信サービスを提供している場合には、前記中継局から前記標準値データを直接取得してもよい。なお、このＳＴ５において読み出された全磁力の標準値データが｜Ｆ｜（std）であり、伏角δの標準値データがδ（std）である。
【００６５】
ＳＴ６では、伏角δを用いたウインドウの絞り込みが行われる。すなわち、実際の測定と数１０から算出された伏角（実測値）δと前記ＳＴ７で取得された各測定位置に対応する伏角の標準値データδ（std）との比較を行うが、より具体的には前記伏角（実測値）δが前記伏角の標準値データδ（std）を中心とする所定の許容値±Δδ（δ（std）±Δδ）内にあるか否か、すなわち前記伏角δが所定の許容範囲の条件（δ（std）−Δδ）＜δ（実測値）＜（δ（std）＋Δδ）を満たすか否かで判定する。
【００６６】
例えば、西暦２０００年における東京近郊の伏角δの標準値は約−４９[deg]である。このため、使用地域が日本国内に限定されるような移動体表示装置１の場合において、例えば任意の測定位置が関東地方の場合には−５０±５[deg]程度とすることができる。また使用地域が全世界を対象とするような移動体表示装置１の場合において、例えば任意の測定位置が日本国の場合には−５１±９[deg]程度とすることができる。
【００６７】
したがって、制御手段４０は、任意の測定位置において前記移動体表示装置１を使用して方位を測定した場合において、実際に地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚを測定して得た測定値を数１０に代入して算出された伏角（実測値）δが、前記標準値データδ（std）を中心とする所定の許容範囲（δ（std）±Δδ）内にあれば、少なくとも検出された伏角δが、緯度方向では正常な範囲（略リング状のウインドウ１１０Ａ）内にあるものであると判断することができ、結果として三次元空間上に広く分布する前記全磁力｜Ｆ｜について無駄な判定を行う必要のない程度の範囲に絞り込むことができる。
【００６８】
一方、実際の測定値を数１０に代入して算出された伏角δが、前記一定の許容範囲（略リング状のウインドウ１１０Ａ）内になければ、伏角δは異常な値を示しているから、制御手段４０は次に説明する全磁力｜Ｆ｜の判定を行うまでもなく、外乱磁界を含む異常な地磁気Ｆと判定し、表示手段５０の画面上に方位表示を行わず、例えば地磁気に異常がある旨の警報を表示したり（ＳＴ６−１）、あるいはＳＴ１に戻って地磁気センサ１０を用いて地磁気データの再取得を行う。
【００６９】
ＳＴ７では、前記ＳＴ６において検出された伏角δが正常であると判断された場合に、制御手段４０は上記ＳＴ３において数４により算出された全磁力｜Ｆ｜の実測値と前記ＳＴ６で取得された全磁力の標準値データ｜Ｆ｜（std）との比較を行う。
【００７０】
このときの判定は、全磁力｜Ｆ｜が前記半径Ｒ１の内球１１１と半径Ｒ２の外球１１２の間にあるか否か（Ｒ１＜｜Ｆ｜＜Ｒ２）によって行われる。なお、全磁力の標準値データ｜Ｆ｜（std）に対する許容値ΔＦは、温度や経時変化による地磁気センサの感度の変動が±５〜１０％程度であることを見込むと、異常な外乱磁界の混入があったと判定するときの判定条件には、全磁力の標準値データ｜Ｆ｜（std）に対し概ね±１５〜２０％程度の許容範囲を設けることが好ましい（ΔＦ＝｜Ｆ｜（std）×１５〜２０％）。
【００７１】
すなわち、内球１１１の半径Ｒ１はＲ１＝｜Ｆ｜（std）−ΔＦ、外球１１２の半径Ｒ２はＲ２＝｜Ｆ｜（std）＋ΔＦで表され、全磁力｜Ｆ｜が（｜Ｆ｜（std）−ΔＦ）＜｜Ｆ｜（実測値）＜（｜Ｆ｜（std）＋ΔＦ）を満たすか否かにより、地磁気の正常／異常を高い精度で判定することができる。
【００７２】
そして、最終的に全磁力｜Ｆ｜（実測値）が上記条件を満たす場合（正常な大きさの場合）には、前記地磁気センサ１０で検出された地磁気データＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚに外乱磁界が含まれている可能性の低い正常な地磁気Ｆと判定される。そして、この場合には移動体表示装置１は表示手段５０の地図上に測定者の現在位置が表示される（ＳＴ８）。このとき、例えば地図の北方向が常に上向きなるようなノースアップ表示、あるいは進行方向が常に地図の上になるヘディングアップ表示などが行われる。
【００７３】
一方、ＳＴ７において、全磁力｜Ｆ｜（実測値）が上記条件を満たすことができなかった場合には、制御手段４０は外乱磁界を含む異常な地磁気Ｆと判定し、表示手段５０の画面上に方位表示を行う代わりに、例えば地磁気に異常がある旨の警報を表示したり（ＳＴ７−１）、あるいはＳＴ１に戻って地磁気センサ１０を用いて地磁気データの再取得を行う。
【００７４】
以上のように、本願発明の地磁気センサ１０では、従来のように地磁気ベクトルＦの水平成分Ｈ（Ｘ軸成分とＹ軸成分）だけで判断するのでははなく、Ｚ軸成分をも含めた３軸方向成分のすべてを用いて判断することができるため、正常な地磁気を誤って異常な地磁気と判定する可能性をなくし、Ｚ軸方向に発生した異常な外乱磁界の混入を見落とす可能性も少なくできる。すなわち、地磁気が外乱磁界の影響を受けていない正常なものであるか、または外乱磁界の影響を受けた異常なものであるかを高い精度で判定することが可能である。
【００７５】
しかも、検出した地磁気が正常であるか異常であるかの判定が、方位球１００全体ではなくある一定の範囲（狭い略リング状のウインドウ１１０Ａ）に絞り込んで行うことができるため、判定上の無駄を省くことができる。
【００７６】
また本願発明の地磁気センサ１０を備えた移動体表示装置１では、正常な地磁気を検出した場合に限って表示手段上に方位表示を行うようにし、異常な地磁気を検出した場合には表示しないようにしため、正確な情報のみを表示する信頼性の高い移動体表示装置１を提供することが可能となる。
【００７７】
なお、上記実施の形態では、測定位置情報の入手を前記ＳＴ５において行っているものとして説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、前記ＳＴ６よりも前の段階であればいずれの段階で行ってもよい。
【００７８】
また上記実施の形態では、先にＳＴ６で伏角δを判定してある程度の絞り込みを掛けた後に、ＳＴ７で全磁力｜Ｆ｜の判定を行うものとして説明したが、伏角δの判定と全磁力｜Ｆ｜の判定とを別個独立に行った後に、各判定条件を満たしたものどうしのＡＮＤをとることにより、地磁気の正常／異常を判定するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の地磁気センサを搭載した移動体表示装置と方位角との関係を２次元的に示す平面図、
【図２】地磁気センサの構成を示すブロック図、
【図３】地磁気センサに傾きが無い場合の方位検出の原理を３次元的に説明するための方位解析図、
【図４】方位球とウインドウとの関係を３次元的に示す説明図、
【図５】ウインドウの詳細を示す図４の部分拡大断面図、
【図６】検出された地磁気の正常／異常を判定する方法を示すフローチャート、
【符号の説明】
【００８０】
１ 移動体表示装置
１０ 地磁気センサ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 地磁気検出手段
２０ 傾斜センサ
３０ 通信手段
４０ 制御手段
５０ 表示手段
６０ メモリ手段
１００ 方位球
１１０ 球殻状の許容範囲（誤差の範囲）
１１０Ａ ウインドウ
１１１ 内球
１１２ 外球
Ｆ 地磁気ベクトル
｜Ｆ｜ 全磁力（実測値）
｜Ｆ｜（std） 全磁力の標準値データ
±ΔＦ 全磁力の許容値
Ｈ 地磁気ベクトルの水平成分
Ｘ，Ｙ，Ｚ 検出軸
Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ 地磁気データ
Ｒ１ 内球の半径
Ｒ２ 外球の半径
θ 方位角
θx，θy 傾斜角
δ 伏角（実測値）
δ（std） 伏角の標準値データ
±Δδ 伏角の許容値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の測定位置において互いに直交する３軸方向の地磁気を検出する地磁気検出手段と、前記３軸のうち地面に平行する２軸の傾きを検出する傾斜角検出手段と、前記測定位置における地磁気の全磁力および伏角に関する標準データを取得する手段と、前記地磁気検出手段と前記傾斜角検出手段とから前記測定位置における全磁力および伏角の実測値を算出する手段と、前記実測値が前記標準データを基準とする所定の許容範囲から外れたときに異常な地磁気が検出されたものと判定する制御手段と、を有することを特徴とする地磁気センサ。
【請求項２】
測定位置に対応する前記標準データが記憶されたメモリ手段が設けられている請求項１記載の地磁気センサ。
【請求項３】
前記標準データを取得する手段がＧＰＳ用の人工衛星から受信した電波から前記測定位置を割り出すとともに、前記測定位置に対応する標準データが前記メモリ手段から読み出される請求項２記載の地磁気センサ。
【請求項４】
前記標準データを取得する手段が、携帯電話システムの中継局との間における通信から前記測定位置を割り出すとともに、このときの測定位置に対応する標準データが前記メモリ手段から又は前記中継局を介して取得される請求項１または２記載の地磁気センサ。
【請求項５】
前記所定の許容範囲が、地磁気センサの３つの検出軸の出力によって形成され、前記３つの検出軸が交差する原点を中心として所定の半径寸法からなる方位球の、球面の内球と外球との間に略リング状に形成されるウインドウとして設定される請求項１記載の地磁気センサ。
【請求項６】
伏角の実測値と標準データとの比較判定を行った後、全磁力の実測値と標準データとの比較判定が行われる請求項１または５記載の地磁気センサ。
【請求項７】
少なくとも、前記請求項１ないし６のいずれか記載の地磁気センサと、地図を画面上に表示することが可能な表示手段と、外部との通信を行う通信手段とを有する移動体表示装置であって、
前記制御手段が、外乱磁界を含まない正常な異常な地磁気が検出されたと判定したときには前記画面の地図上に現在の方位表示をし、且つ外乱磁界を含む異常な地磁気が検出されたと判断したときには、前記画面上に方位表示が行われないようにしたことを特徴とする移動体表示装置。
【請求項１】
任意の測定位置において互いに直交する３軸方向の地磁気を検出する地磁気検出手段と、前記３軸のうち地面に平行する２軸の傾きを検出する傾斜角検出手段と、前記測定位置における地磁気の全磁力および伏角に関する標準データを取得する手段と、前記地磁気検出手段と前記傾斜角検出手段とから前記測定位置における全磁力および伏角の実測値を算出する手段と、前記実測値が前記標準データを基準とする所定の許容範囲から外れたときに異常な地磁気が検出されたものと判定する制御手段と、を有することを特徴とする地磁気センサ。
【請求項２】
測定位置に対応する前記標準データが記憶されたメモリ手段が設けられている請求項１記載の地磁気センサ。
【請求項３】
前記標準データを取得する手段がＧＰＳ用の人工衛星から受信した電波から前記測定位置を割り出すとともに、前記測定位置に対応する標準データが前記メモリ手段から読み出される請求項２記載の地磁気センサ。
【請求項４】
前記標準データを取得する手段が、携帯電話システムの中継局との間における通信から前記測定位置を割り出すとともに、このときの測定位置に対応する標準データが前記メモリ手段から又は前記中継局を介して取得される請求項１または２記載の地磁気センサ。
【請求項５】
前記所定の許容範囲が、地磁気センサの３つの検出軸の出力によって形成され、前記３つの検出軸が交差する原点を中心として所定の半径寸法からなる方位球の、球面の内球と外球との間に略リング状に形成されるウインドウとして設定される請求項１記載の地磁気センサ。
【請求項６】
伏角の実測値と標準データとの比較判定を行った後、全磁力の実測値と標準データとの比較判定が行われる請求項１または５記載の地磁気センサ。
【請求項７】
少なくとも、前記請求項１ないし６のいずれか記載の地磁気センサと、地図を画面上に表示することが可能な表示手段と、外部との通信を行う通信手段とを有する移動体表示装置であって、
前記制御手段が、外乱磁界を含まない正常な異常な地磁気が検出されたと判定したときには前記画面の地図上に現在の方位表示をし、且つ外乱磁界を含む異常な地磁気が検出されたと判断したときには、前記画面上に方位表示が行われないようにしたことを特徴とする移動体表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１３３１５４（Ｐ２００６−１３３１５４Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２４７７２（Ｐ２００４−３２４７７２）
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月９日（２００４．１１．９）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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