方位センサおよび記録媒体
【課題】磁気センサ出力から磁気センサのオフセットを算出する方位センサでは、オフセットを精度良く求めるためには、膨大な計算を行わなければならないという課題があった。
【解決手段】地磁気を検出する磁気センサ１と、磁気センサ出力の中心座標であるオフセットを算出するオフセット算出手段２と、磁気センサの出力を記憶する記憶手段３と、現在のオフセットからの距離を算出する距離算出手段４と、座標点を選択する座標点選択手段５と、選択された座標点に基づき、磁気センサのオフセットを繰り返し更新するオフセット更新手段６と、オフセット算出手段が算出したオフセットを用いて磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段７とを有する構成を採用した。これにより、オフセット８を精度良く求めることができ、その結果、精度良い真の方位９を算出することができる様になる。
【解決手段】地磁気を検出する磁気センサ１と、磁気センサ出力の中心座標であるオフセットを算出するオフセット算出手段２と、磁気センサの出力を記憶する記憶手段３と、現在のオフセットからの距離を算出する距離算出手段４と、座標点を選択する座標点選択手段５と、選択された座標点に基づき、磁気センサのオフセットを繰り返し更新するオフセット更新手段６と、オフセット算出手段が算出したオフセットを用いて磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段７とを有する構成を採用した。これにより、オフセット８を精度良く求めることができ、その結果、精度良い真の方位９を算出することができる様になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気を検出し方位を算出する方位センサと、この方位センサを制御する記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の走行ナビゲーションシステムや、携帯電話を用いた歩行者用ナビゲーションシステムの実用化が急速化している。このようなシステムでは、地磁気を検出し方位を求める方位センサの搭載が必須である。進行方向を検出する方位センサの誤差が直接ナビゲーションシステムの性能にかかわってくるので、磁気センサを方位センサとして使用したシステムでは磁気センサに高い精度が要求される。
【０００３】
一般にナビゲーションシステム等の機器には金属の部品が搭載されるが、これらの部品は強い磁界の中を通過するなどの影響により、それ自体が磁気を帯びることがある。この様な状態を着磁と呼ぶ。
【０００４】
磁気センサが地磁気を検出するときの出力電圧は、着磁が全く無い場合は、基準電圧を中心とした出力電圧が得られる。ところが、機器内に着磁した部品が存在すると、磁気センサの出力は、基準電圧にオフセットが加わった電圧を中心とした出力となってしまう。このようなオフセットを含んだ出力から方位を算出すると実際の方位とは一致しなくなる。
【０００５】
この方位誤差を補正するため、磁気センサを搭載している機器では機器全体を１回転させ、磁気センサの出力電圧の最大値と最小値の平均を算出して新たな基準電圧（補正値）とする方法を取ることがある。
【０００６】
しかし、着磁の状況が変化するたびに機器を回転させ補正する手段は、ユーザにとって非常に煩わしいという問題があるため、機器を回転させずとも磁気センサの複数回の出力値よりオフセットを演算により求める方法が提案された（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
この特許文献１に記載の方法は、周辺の部品の着磁に応じたオフセットを演算にて取得し、そのオフセットを使って方位を補正する方法である。具体的には、着磁後であっても、その後着磁状態が変化しない間にサンプリングされた複数の測定点から、適切なオフセットを算出し、このオフセットを使用し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、更に詳細に図面を用いて説明を行う。図４は、方位センサを含む機器を水平状態下で一周回させたときのＸ軸、Ｙ軸磁気センサのそれぞれの出力の関係を示したものである。本図に示す横軸VｘがＸ軸の磁気センサ出力であり、縦軸VｙがＹ軸の磁気センサ出力である。なお、これらＸ軸、Ｙ軸磁気センサを備えた機器を一周回させたとき、これら磁気センサ出力は図４において点線で示した軌跡をとる。
【０００９】
この図４から、水平状態下でのＸ軸、Ｙ軸磁気センサの出力値は、円形状となっていることが判る。また、このときの円の半径は地磁気の水平成分に相当する出力値を表しており、円の中心座標Ｏ’は、Ｘ軸の磁気センサ出力とＹ軸の磁気センサ出力の原点に対するオフセットを示すこととなる。図４においては、簡単のため点線で出力円を示したが、地磁気は０．５［Gauss］程度の微小信号であるため、本来はかなりの測定誤差を含む。つまり、測定誤差を含む、このＸ軸の磁気センサ出力とＹ軸の磁気センサ出力の実測値は、図４の点線付近にばらついたデータが観測される。このように、誤差を含むデータから円
の中心座標Ｏ’であるオフセットを精度良く求めるために、特許文献１に示す方位センサはニュートン・ラプソン法を用いる。
【００１０】
まず、図５を用いて、従来の方位センサの構成および動作について説明する。
図５に示すように、従来の方位センサは、まず２軸の地磁気方位センサ９１により地磁気のＸＹ成分を検出し、上記地磁気方位センサ９１から出力される出力値を出力値記憶手段９２に記憶し、この記憶されたデータを使って仮想値算出手段９３により上記出力円の中心座標値（仮想オフセット）および半径の仮想値を算出する。
【００１１】
次に、上記仮想値算出手段９３で算出された中心座標値と上記地磁気方位センサ９１から出力される出力値との距離Ｒｉと、上記仮想値算出手段９３で算出された出力円半径との差の累乗和を累乗和算出手段９４で算出し、上記累乗和算出手段９４で算出された累乗和を最小にする中心座標値および出力円半径算出のため、修正量演算手段９６で、ニュートン・ラプソン法を用いて仮想オフセットおよび出力円半径の修正量を演算する。
【００１２】
次に、上記修正量演算手段９６で演算された仮想オフセットおよび出力円半径の修正量がいずれも基準値以下であるか否かを修正量判別手段９７で判別し、上記修正量判別手段９７で判別された修正量のいずれかが基準値以上の場合、上記出力円半径の修正量と平均的地磁気強度に基づき上記仮想オフセットに対して上記修正量を加算するか減算するか否かを修正量加減算判別手段９８で判別する。
【００１３】
次に、上記修正量加減算判別手段９８で判別された判別結果と上記修正量演算手段９６で演算された修正量に基づき、上記仮想値算出手段９３で算出された仮想オフセットを仮想値補正手段９５で補正し、上記修正量判別手段９７で判別された修正量がいずれも基準値以下の場合、または上記仮想値補正手段９５で補正された新仮想オフセットに基づいて上記修正量演算手段９６で再度仮想オフセットおよび出力円半径の修正量を演算する。そして、これら各修正量がいずれも基準値以下となった場合には、そのときの算出仮想オフセットに基づき出力円の中心座標値を中心座標値補正手段９９で補正する。
【００１４】
次に、修正量演算手段９６がニュートン・ラプソン法を用いて仮想オフセットを演算する方法を説明する。
仮想中心値で示される座標（Ｘ０，Ｙ０）と、地磁気方位センサ９１の出力値で示される座標｛Ｘ（ｉ），Ｙ（ｉ）｝との距離Ｒｉは、次式で得られる。
【数１】
【００１５】
従って、仮想中心値（Ｘ０，Ｙ０）および地磁気方位センサ９１の出力値で示される距離Ｒｉと、仮想地磁気強度Ｒ０で示される距離の差の二乗の和Ｊ（以下、二乗和という）は下記数２の様に表現することができる。
【００１６】
【数２】
ここで最適な中心値、地磁気強度は上記二乗和Ｊを最小にする。つまり、最適な中心値、地磁気強度を求めるということは、上記二乗和Ｊを最小にするＸ０、Ｙ０、Ｒ０を求めることに帰着する。
【００１７】
一般に関数の最小点では、その関数の導関数が０であるので、この場合、次式（３）（
４）（５）で示される二乗和ＪのＸ０、Ｙ０、Ｒ０に関するそれぞれの導関数が０となることが必要条件となる。
【００１８】
【数３】
ここで、ニュートン・ラプソン法を用いて、次式（６）（７）（８）（９）によりＸ０、Ｙ０、Ｒ０の修正量ｈ、ｌ、ｍを求める。
【００１９】
【数４】
ただし、ｆiz＝∂ｆｉ／∂ｚ（二乗和Ｊの２次偏微分）
【００２０】
このようにして得た修正量ｈ、ｌ、ｍをＸ０、Ｙ０、Ｒ０に、それぞれ加えたものを新たにＸ０、Ｙ０、Ｒ０として、再度式（６）〜（９）を計算する。さらにｈ、ｌ、ｍが所定の値以下に収束するまで式（６）〜（９）を繰り返し計算することで、最適な中心値、地磁気強度を求めることができる。このように、仮想オフセットを繰り返し計算することにより、測定誤差を含む、歪んだ出力円の場合においても、目的のオフセットである出力円の中心座標を精度良く算出でき、その結果、このオフセットを用いて方位を正しく補正
することが出来る。
【００２１】
【特許文献１】特開平５−１０７０６５号公報（第３〜６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、特許文献１に示した従来の方位センサは、ニュートン・ラプソン法を用いて中心座標を算出するため、計算量が膨大になるという欠点があった。この様に膨大な計算量により方位を求めることは、３２ｂｉｔＣＰＵ搭載の高機能なシステムにおいてさえ数秒もの計算時間が掛かり、さらに１６／８ｂｉｔＣＰＵ搭載の低機能システムにおいては事実上リアルタイムで方位を求めることが不可能であるという不具合があり、好ましくない。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、計算量を低減し、かつ精度よく磁気センサ出力の中心座標であるオフセットを算出し、真の方位を得ることができる方位センサとこの方位センサを制御する記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の方位センサと記録媒体は、基本的に下記に示す構造を採用するものである。
【００２５】
本発明の方位センサは、地磁気を検出し方位を算出する方位センサであって、２軸以上の地磁気を検出する磁気センサと、磁気センサ出力から現在の仮想オフセットを算出するオフセット算出手段と、磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記憶手段と、現在の仮想オフセットから、記憶手段に記憶されている複数個の座標点までの各距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段で算出した各距離を参照して、現在の仮想オフセットから最も離れている、または最も近い座標点を選択する座標点選択手段と、当該座標点選択手段により選択された座標点を基準として、現在の仮想オフセットを所定量だけ移動させた座標点を現在の仮想オフセットとして更新するオフセット更新手段と、当該オフセット算出手段で更新された現在の仮想オフセットをオフセットとし、当該オフセットを用いて磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段と、を有することを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の方位センサは、前述したオフセット更新手段が、現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する場合、座標点選択手段により選択された座標点が存在する方向に現在の仮想オフセットを移動させて現在の仮想オフセットを更新し、現在の仮想オフセットから最も近い座標点を選択する場合、その反対方向に現在の仮想オフセットを移動させて、現在の仮想オフセットを更新することを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の方位センサは、前述したオフセット更新手段にて更新された現在の仮想オフセットが、距離算出手段と座標点選択手段とオフセット更新手段とを、順に所定回数ｍ回繰り返し行って得られるものであることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の方位センサは、前述した現在の仮想オフセットを移動させる移動量を、前回行った前記オフセット更新手段における前記座標点の移動量に比べて小さくすることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の記録媒体は、磁気センサ出力から現在の仮想オフセットを算出するオフセット算出手段と、磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記憶手段と、現在の仮想オフセットから、記憶手段に記憶されている複数個の座標点までの各距離を算出する距離
算出手段と、距離算出手段で算出した各距離を参照して、現在の仮想オフセットから最も離れている、または最も近い座標点を選択する座標点選択手段と、座標点選択手段により選択された座標点を基準として、現在の仮想オフセットを所定量だけ移動させた座標点を現在の仮想オフセットとして更新するオフセット更新手段と、オフセット算出手段で更新された現在の仮想オフセットをオフセットとし、当該オフセットを用いて磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段と、を有するプログラムを記録したことを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の記録媒体は、前述したオフセット更新手段が、現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する場合に、座標点選択手段により選択された座標点が存在する方向に現在の仮想オフセットを移動させて現在の仮想オフセットを更新し、現在の仮想オフセットから最も近い座標点を選択する場合に、その反対方向に現在の仮想オフセットを移動させて現在の仮想オフセットを更新することを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の記録媒体は、前述したオフセット更新手段にて更新された現在の仮想オフセットが、距離算出手段と座標点選択手段とオフセット更新手段とを、順に所定回数ｍ回繰り返し行って得られるものであることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の記録媒体は、前述した現在の仮想オフセットを移動させる移動量を、前回行ったオフセット更新手段における座標点の移動量に比べて小さくすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の方位センサおよび記録媒体は、磁気センサから出力される座標点の距離という簡単な計算に基づきオフセットを算出するオフセット算出手段を設けたため、方位を演算するにあたって計算量を低減できる。また、本発明の方位センサは、繰り返しオフセットを更新するオフセット更新手段を設けたため、精度よくオフセットを求めることができる。また、この精度の良いオフセットを用いることにより、精度の良い方位を算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。
図１は、本発明の方位センサを示す構成図である。図２は、本発明の方位センサのオフセット算出手段で行うフローチャートである。図３は、本発明の方位センサの実験結果を示す図である。
【００３５】
[構造および動作説明：図１]
まず、本発明の方位センサの構成について図１を用いて説明する。
図１に示す様に、本発明の方位センサは、２軸以上の地磁気を検出する検出する、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）や、フラックスゲート型の磁気センサ１と、オフセットを算出するオフセット算出手段２と、算出されたオフセットを用いて補正した方位を算出する方位算出手段７を有して構成される。なお、符号１０は磁気センサ出力を、符号８はオフセット算出手段２により算出されたオフセットを、符号９は補正された方位を示している。
【００３６】
次に、本発明の方位センサを構成する各構成要件が果たす機能について図１を用いて説明する。
図１に示す様に、磁気センサ１は、地磁気を検出して、オフセット算出手段２と方位算出手段７とに磁気センサ出力１０をそれぞれ出力する。この磁気センサ出力１０は、地磁気による出力に加えて、着磁の影響によるオフセットが含まれたものとなる
【００３７】
また、オフセット算出手段２は、磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記
憶手段３と、現在の仮想オフセットからの、上記複数個の座標点までの各距離を算出する距離算出手段４と、記憶手段３と距離算出手段４を参照して、現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する座標点選択手段５と、ここで選択された座標点に基づき新たに得られる仮想オフセットを更新するオフセット更新手段６とを有して構成される。その具体的手順については、後段で詳細に説明する。
【００３８】
そして、磁気センサ出力１０の情報に基づきオフセット８を算出し、方位算出手段７に出力する。方位算出手段７は、磁気センサ出力１０からオフセット８を差し引き、地磁気のみの出力を抽出してオフセット補正し、真の方位９を算出する。
【００３９】
[動作説明：図２]
次に、本発明の方位センサの特徴となるオフセット算出手段の動作について図２を用いて説明する。図２は、図１におけるオフセット算出手段２に含まれる記憶手段３、距離算出手段４、座標点選択手段５、オフセット更新手段６の動作を説明するためのフロー図である。
【００４０】
図２に示す様に、まず、ステップＳ１で、図１に示した、様々な角度で出力される磁気センサ１からの磁気センサ出力１０を記憶手段３に格納する。この際、算出するオフセットの精度を高めるために座標が分散したデータを選択的に格納するのが望ましい。
【００４１】
次に、ステップＳ２で記憶手段３に格納されているデータ数が、予め設定された一定数ｎに達したか否かを判断する。このデータ数が一定数ｎに達しなかった場合はそのまま処理を終了し、達した場合はステップＳ３に進む。ここで、ｎは計算量を減らすため１６程度が好ましい。
【００４２】
次に、ステップＳ３で仮想オフセットの初期値と初期移動量ｌ０を設定する。ここで設定する仮想オフセットの初期値はどのような値でもかまわないが、繰り返しの計算数を減らすため、記憶手段３に格納されているデータの内のいずれかの座標点を選択して、これを仮想オフセットの初期値とすることが好ましい。また、初期移動量ｌ０もどのような値でもかまわないが、繰り返し計算数を減らすため、出力円の半径以上であり、かつ直径未満の値とするのが好ましい。
【００４３】
次に、ステップＳ４で現在の仮想オフセットと記憶手段３に格納されている各座標点との距離Ｌｅｎ（ｋ）をそれぞれ次式で算出する。
【００４４】
【数５】
ここで、Ｘ０、Ｙ０は現在の仮想オフセットの座標、Ｘ（ｋ）、Ｙ（ｋ）は記憶手段３に格納されている各座標点の座標である。また、ｋは１〜ｎの整数である。
【００４５】
次に、ステップＳ５で、ステップＳ４で得た現在の仮想オフセットと、記憶手段３に格納されている各座標点の内で最も離れた座標点、すなわち上記（１０）式で示した距離Ｌｅｎ（ｋ）の内で最も値が大きい距離を示した座標点を選択する。例えば、ｋ＝ｊの座標点の距離Ｌｅｎ（ｊ）が最大であったとすると、ここで選択される座標点は、Ｘ（ｊ）、Ｙ（ｊ）となる。
【００４６】
次に、ステップＳ６で選択された座標点の方向、すなわち（（Ｘ（ｊ）−Ｘ０），（Ｙ（ｊ）−Ｙ０））で示されるベクトル方向に、ステップＳ３で設定した初期移動量ｌ０だけ仮想オフセットを移動させて、現在の仮想オフセットの更新を行う。
【００４７】
次に、ステップＳ７で初期移動量ｌ０を減らしてｌ１を得る。例えば移動量ｌ０を３／４に減らして移動量ｌ１とする。
【００４８】
次に、ステップＳ８で、ステップＳ４〜Ｓ８までの繰り返しループ数が一定数ｍに達したか否かを判断する。この繰り返しループ数が一定数ｍに達しなかった場合はステップＳ４に戻って再度ステップＳ４〜Ｓ８を繰り返し行う。ここで、ｍは計算量を減らすため１０程度とするのが好ましい。
【００４９】
そして、上述したように、繰り返しループ数が一定数ｍに達しなかった場合は、ステップＳ４で先と同様にして、現在の仮想オフセットと記憶手段３に格納されている各座標点との距離Ｌｅｎ（ｋ）を新たに算出し、ステップＳ５で現在の仮想オフセットと、記憶手段３に格納されている各座標点の内で最も離れた座標点を選択し、ステップＳ６で選択された座標点方向に移動量ｌ１だけ移動した新たな仮想オフセットを得る。
【００５０】
そして、ステップＳ７で移動量ｌ１を減じて移動量ｌ２を得て、ステップＳ８で再度繰り返しループの数にてオフセット算出を終了するか、またステップＳ４〜Ｓ７を繰り返し行うかを判断する。
【００５１】
そして、ステップＳ８でオフセット算出が終了したと判断することで、ステップＳ９で現在の仮想オフセットをオフセットであると判断し、従来公知の手段により、最終的に磁気センサの出力からこのオフセットを減じて、目的の方位を得ることができる。
【００５２】
この様に、上述したステップＳ４〜Ｓ８を繰り返し行う際に、移動量ｌ１の３／４の移動量である移動量ｌ２に減ずるとともに、その都度、現在の仮想オフセットと各座標点の距離を基準として最も離れた座標点を選択することにより、簡便な演算手段により、仮想オフセットを徐々に本来のオフセット近づけることができる。
【００５３】
ここで、上記説明の変形例について説明する。
先に示した図２の例では、ステップＳ５として、現在の仮想オフセットと各座標点の距離を算出した上で最も距離が離れた座標点を選択した例を示したが、最も距離の近い座標点を選択して、ステップＳ４〜Ｓ８を繰り返し行っても良い。なお、本変形例における他のステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ９は、先に示した手段と同じである。
【００５４】
具体的には本変形例の場合には、ステップＳ５における仮想オフセットの移動方向は、先に示したステップＳ６の座標とは逆の方向、すなわち（−（Ｘ（ｊ）−Ｘ０），−（Ｙ（ｊ）−Ｙ０））とする。
【００５５】
さらに、上記説明の別の変形例について説明する。
先に示した図２の例では、ステップＳ５として、現在の仮想オフセットと各座標点の距離を算出した上で最も距離が離れた座標点を選択した例を示したが、最も距離の離れた座標点を選択するか、最も距離の近い座標点を選択するかを、ステップＳ４〜Ｓ８の繰り返し行うループ数毎に切り替えて行っても良い。例えば、このステップＳ５では、繰り返し数が１回目からｍ−１回目までは、最も距離の離れた座標点を選択し、繰り返し数がｍ回目は、最も距離の近い座標点を選択して行っても同様に目的のオフセットをステップＳ９で得ることが出来る。なお、本変形例における他のステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ９は、先に示した手段と同じである。
【００５６】
具体的には本変形例の場合には、ステップＳ５における仮想オフセットの移動方向は、最も距離の離れた座標点を選択する時は、（（Ｘ（ｊ）−Ｘ０），（Ｙ（ｊ）−Ｙ０））
で示されるベクトル方向に移動し、最も距離の近い座標点を選択する時は、（−（Ｘ（ｊ）−Ｘ０），−（Ｙ（ｊ）−Ｙ０））のベクトル方向とする。
【００５７】
この様に、ステップＳ５で選択される座標点を、最も距離の離れた座標点を選択するか、最も距離の近い座標点を選択するかを、切り替えることにより、記憶手段３に格納されているデータが分散していない状況、すなわち円周上の一部分に偏ったデータのみが記憶手段３に格納されている状況が想定される場合であっても適切な中心座標を得ることができる。
【００５８】
次に、本発明の方位センサの実験結果について図３を用いて説明する。
図３におけるＶｘはＸ軸の磁気センサ出力１０（図１参照）であり、ＶｙはＹ軸の磁気センサ出力１０であり、ここに示す各磁気センサ出力から得られる各測定点をドットで表した。
【００５９】
図３に示す様に、各測定点は測定誤差を含んでおり、ばらついたデータが観測される。これら測定点から適当に分散した丸で囲んだ１６点である磁気センサ出力Ｐ０〜Ｐ１５を任意に選択し、図２に示したフローチャートの処理を実行する。
【００６０】
まず、選択された丸で囲んだ１６点の内の１点の磁気センサ出力Ｐ０を任意に選択し、仮想オフセットの初期値Ｏ０とする。次に、磁気センサ出力Ｐ０〜Ｐ１５と仮想オフセットＯ０との間の距離を、上述した（数５）で示した（１０）式により計算すると、仮想オフセットの初期値Ｏ０から最も離れた点が磁気センサ出力Ｐ４であることが分かる。したがって磁気センサ出力Ｐ４の方向に移動量ｌ０だけ仮想オフセットの初期値Ｏ０を移動させる。つまり、ここでは仮想オフセットはＯ０からＯ１に移動することとなる。
【００６１】
次に、磁気センサ出力Ｐ０〜Ｐ１５と仮想オフセットＯ１との間の距離を、上述した（数５）に示した（１０）式により改めて計算すると、仮想オフセットＯ１から最も離れた点が磁気センサ出力Ｐ１４であることが分かる。したがって仮想オフセットＰ１４の方向に移動量ｌ１だけ仮想オフセットＯ１を移動させる。つまり仮想オフセットは、Ｏ１からＯ２に移動することとなる。
【００６２】
このように、仮想オフセットの移動を予め設定したループ数ｍ回繰り返すと、仮想オフセットは図３の「+」マークで示す軌跡を取って、簡単な演算により目的の仮想オフセットにより近づけることが出来る。
【００６３】
したがって、この図３から分かるように、測定誤差を含む磁気センサ出力のデータからであっても、最終的には適切な中心座標（図２で示したステップＳ９で認定するオフセット）を得られていることが分かる。
【００６４】
一般に、これら測定誤差を含んだ複数個の測定点からオフセットを求めるためには、従来例で示したニュートン・ラプソン法などの数学的手法がとられるが、図３は、本発明者らが経験的に導き出したフローによって、少ない計算量で、なおかつ適切な中心座標を得られることを示すものである。
【００６５】
なお、これまでは、説明を簡単にするため、２軸の磁気センサについて説明を行ったが、ＸＹＺの３軸磁気センサを設けることにより、３次元空間における球の中心座標（図２で示したステップＳ９で認定するオフセット）を、同様な方法で得られることは明白である。
【００６６】
このように、本発明の方位センサおよび、図２に示すフローを格納した記録媒体は、磁
気センサから出力される座標点の距離という簡単な計算に基づきオフセットを算出するオフセット算出手段を設けたため、従来の手法と比べてより計算量を低減できる。
【００６７】
また、本発明の方位センサおよび記録媒体は、繰り返しオフセットを更新するオフセット更新手段を設けたため、精度よくオフセットを求めることができ、この精度の良いオフセットを用いることにより、精度の良い方位を算出できる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の方位センサは、高精度な方位を求められる機器に適用することができる。特に、携帯型の機器に本発明の方位センサを搭載するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の方位センサを示す構成図である。
【図２】本発明の方位センサのオフセット算出手段のフローチャートである。
【図３】本発明の方位センサの実験結果を示す図である。
【図４】従来の方位センサを示す出力軌跡図である。
【図５】従来の方位センサを示す構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 磁気センサ
２ オフセット算出手段
３ 記憶手段
４ 距離算出手段
５ 座標点選択手段
６ オフセット更新手段
７ 方位算出手段
８ オフセット
９ 方位
１０ 磁気センサ出力
９１ 地磁気方位センサ
９２ 出力値記憶手段
９３ 仮想値算出手段
９４ 累乗和算出手段
９５ 仮想値補正手段
９６ 修正量演算手段
９７ 修正量判別手段
９８ 修正量加減算判別手段
９９ 中心座標値補正手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気を検出し方位を算出する方位センサと、この方位センサを制御する記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の走行ナビゲーションシステムや、携帯電話を用いた歩行者用ナビゲーションシステムの実用化が急速化している。このようなシステムでは、地磁気を検出し方位を求める方位センサの搭載が必須である。進行方向を検出する方位センサの誤差が直接ナビゲーションシステムの性能にかかわってくるので、磁気センサを方位センサとして使用したシステムでは磁気センサに高い精度が要求される。
【０００３】
一般にナビゲーションシステム等の機器には金属の部品が搭載されるが、これらの部品は強い磁界の中を通過するなどの影響により、それ自体が磁気を帯びることがある。この様な状態を着磁と呼ぶ。
【０００４】
磁気センサが地磁気を検出するときの出力電圧は、着磁が全く無い場合は、基準電圧を中心とした出力電圧が得られる。ところが、機器内に着磁した部品が存在すると、磁気センサの出力は、基準電圧にオフセットが加わった電圧を中心とした出力となってしまう。このようなオフセットを含んだ出力から方位を算出すると実際の方位とは一致しなくなる。
【０００５】
この方位誤差を補正するため、磁気センサを搭載している機器では機器全体を１回転させ、磁気センサの出力電圧の最大値と最小値の平均を算出して新たな基準電圧（補正値）とする方法を取ることがある。
【０００６】
しかし、着磁の状況が変化するたびに機器を回転させ補正する手段は、ユーザにとって非常に煩わしいという問題があるため、機器を回転させずとも磁気センサの複数回の出力値よりオフセットを演算により求める方法が提案された（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
この特許文献１に記載の方法は、周辺の部品の着磁に応じたオフセットを演算にて取得し、そのオフセットを使って方位を補正する方法である。具体的には、着磁後であっても、その後着磁状態が変化しない間にサンプリングされた複数の測定点から、適切なオフセットを算出し、このオフセットを使用し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、更に詳細に図面を用いて説明を行う。図４は、方位センサを含む機器を水平状態下で一周回させたときのＸ軸、Ｙ軸磁気センサのそれぞれの出力の関係を示したものである。本図に示す横軸VｘがＸ軸の磁気センサ出力であり、縦軸VｙがＹ軸の磁気センサ出力である。なお、これらＸ軸、Ｙ軸磁気センサを備えた機器を一周回させたとき、これら磁気センサ出力は図４において点線で示した軌跡をとる。
【０００９】
この図４から、水平状態下でのＸ軸、Ｙ軸磁気センサの出力値は、円形状となっていることが判る。また、このときの円の半径は地磁気の水平成分に相当する出力値を表しており、円の中心座標Ｏ’は、Ｘ軸の磁気センサ出力とＹ軸の磁気センサ出力の原点に対するオフセットを示すこととなる。図４においては、簡単のため点線で出力円を示したが、地磁気は０．５［Gauss］程度の微小信号であるため、本来はかなりの測定誤差を含む。つまり、測定誤差を含む、このＸ軸の磁気センサ出力とＹ軸の磁気センサ出力の実測値は、図４の点線付近にばらついたデータが観測される。このように、誤差を含むデータから円
の中心座標Ｏ’であるオフセットを精度良く求めるために、特許文献１に示す方位センサはニュートン・ラプソン法を用いる。
【００１０】
まず、図５を用いて、従来の方位センサの構成および動作について説明する。
図５に示すように、従来の方位センサは、まず２軸の地磁気方位センサ９１により地磁気のＸＹ成分を検出し、上記地磁気方位センサ９１から出力される出力値を出力値記憶手段９２に記憶し、この記憶されたデータを使って仮想値算出手段９３により上記出力円の中心座標値（仮想オフセット）および半径の仮想値を算出する。
【００１１】
次に、上記仮想値算出手段９３で算出された中心座標値と上記地磁気方位センサ９１から出力される出力値との距離Ｒｉと、上記仮想値算出手段９３で算出された出力円半径との差の累乗和を累乗和算出手段９４で算出し、上記累乗和算出手段９４で算出された累乗和を最小にする中心座標値および出力円半径算出のため、修正量演算手段９６で、ニュートン・ラプソン法を用いて仮想オフセットおよび出力円半径の修正量を演算する。
【００１２】
次に、上記修正量演算手段９６で演算された仮想オフセットおよび出力円半径の修正量がいずれも基準値以下であるか否かを修正量判別手段９７で判別し、上記修正量判別手段９７で判別された修正量のいずれかが基準値以上の場合、上記出力円半径の修正量と平均的地磁気強度に基づき上記仮想オフセットに対して上記修正量を加算するか減算するか否かを修正量加減算判別手段９８で判別する。
【００１３】
次に、上記修正量加減算判別手段９８で判別された判別結果と上記修正量演算手段９６で演算された修正量に基づき、上記仮想値算出手段９３で算出された仮想オフセットを仮想値補正手段９５で補正し、上記修正量判別手段９７で判別された修正量がいずれも基準値以下の場合、または上記仮想値補正手段９５で補正された新仮想オフセットに基づいて上記修正量演算手段９６で再度仮想オフセットおよび出力円半径の修正量を演算する。そして、これら各修正量がいずれも基準値以下となった場合には、そのときの算出仮想オフセットに基づき出力円の中心座標値を中心座標値補正手段９９で補正する。
【００１４】
次に、修正量演算手段９６がニュートン・ラプソン法を用いて仮想オフセットを演算する方法を説明する。
仮想中心値で示される座標（Ｘ０，Ｙ０）と、地磁気方位センサ９１の出力値で示される座標｛Ｘ（ｉ），Ｙ（ｉ）｝との距離Ｒｉは、次式で得られる。
【数１】
【００１５】
従って、仮想中心値（Ｘ０，Ｙ０）および地磁気方位センサ９１の出力値で示される距離Ｒｉと、仮想地磁気強度Ｒ０で示される距離の差の二乗の和Ｊ（以下、二乗和という）は下記数２の様に表現することができる。
【００１６】
【数２】
ここで最適な中心値、地磁気強度は上記二乗和Ｊを最小にする。つまり、最適な中心値、地磁気強度を求めるということは、上記二乗和Ｊを最小にするＸ０、Ｙ０、Ｒ０を求めることに帰着する。
【００１７】
一般に関数の最小点では、その関数の導関数が０であるので、この場合、次式（３）（
４）（５）で示される二乗和ＪのＸ０、Ｙ０、Ｒ０に関するそれぞれの導関数が０となることが必要条件となる。
【００１８】
【数３】
ここで、ニュートン・ラプソン法を用いて、次式（６）（７）（８）（９）によりＸ０、Ｙ０、Ｒ０の修正量ｈ、ｌ、ｍを求める。
【００１９】
【数４】
ただし、ｆiz＝∂ｆｉ／∂ｚ（二乗和Ｊの２次偏微分）
【００２０】
このようにして得た修正量ｈ、ｌ、ｍをＸ０、Ｙ０、Ｒ０に、それぞれ加えたものを新たにＸ０、Ｙ０、Ｒ０として、再度式（６）〜（９）を計算する。さらにｈ、ｌ、ｍが所定の値以下に収束するまで式（６）〜（９）を繰り返し計算することで、最適な中心値、地磁気強度を求めることができる。このように、仮想オフセットを繰り返し計算することにより、測定誤差を含む、歪んだ出力円の場合においても、目的のオフセットである出力円の中心座標を精度良く算出でき、その結果、このオフセットを用いて方位を正しく補正
することが出来る。
【００２１】
【特許文献１】特開平５−１０７０６５号公報（第３〜６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、特許文献１に示した従来の方位センサは、ニュートン・ラプソン法を用いて中心座標を算出するため、計算量が膨大になるという欠点があった。この様に膨大な計算量により方位を求めることは、３２ｂｉｔＣＰＵ搭載の高機能なシステムにおいてさえ数秒もの計算時間が掛かり、さらに１６／８ｂｉｔＣＰＵ搭載の低機能システムにおいては事実上リアルタイムで方位を求めることが不可能であるという不具合があり、好ましくない。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、計算量を低減し、かつ精度よく磁気センサ出力の中心座標であるオフセットを算出し、真の方位を得ることができる方位センサとこの方位センサを制御する記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の方位センサと記録媒体は、基本的に下記に示す構造を採用するものである。
【００２５】
本発明の方位センサは、地磁気を検出し方位を算出する方位センサであって、２軸以上の地磁気を検出する磁気センサと、磁気センサ出力から現在の仮想オフセットを算出するオフセット算出手段と、磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記憶手段と、現在の仮想オフセットから、記憶手段に記憶されている複数個の座標点までの各距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段で算出した各距離を参照して、現在の仮想オフセットから最も離れている、または最も近い座標点を選択する座標点選択手段と、当該座標点選択手段により選択された座標点を基準として、現在の仮想オフセットを所定量だけ移動させた座標点を現在の仮想オフセットとして更新するオフセット更新手段と、当該オフセット算出手段で更新された現在の仮想オフセットをオフセットとし、当該オフセットを用いて磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段と、を有することを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の方位センサは、前述したオフセット更新手段が、現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する場合、座標点選択手段により選択された座標点が存在する方向に現在の仮想オフセットを移動させて現在の仮想オフセットを更新し、現在の仮想オフセットから最も近い座標点を選択する場合、その反対方向に現在の仮想オフセットを移動させて、現在の仮想オフセットを更新することを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の方位センサは、前述したオフセット更新手段にて更新された現在の仮想オフセットが、距離算出手段と座標点選択手段とオフセット更新手段とを、順に所定回数ｍ回繰り返し行って得られるものであることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の方位センサは、前述した現在の仮想オフセットを移動させる移動量を、前回行った前記オフセット更新手段における前記座標点の移動量に比べて小さくすることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の記録媒体は、磁気センサ出力から現在の仮想オフセットを算出するオフセット算出手段と、磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記憶手段と、現在の仮想オフセットから、記憶手段に記憶されている複数個の座標点までの各距離を算出する距離
算出手段と、距離算出手段で算出した各距離を参照して、現在の仮想オフセットから最も離れている、または最も近い座標点を選択する座標点選択手段と、座標点選択手段により選択された座標点を基準として、現在の仮想オフセットを所定量だけ移動させた座標点を現在の仮想オフセットとして更新するオフセット更新手段と、オフセット算出手段で更新された現在の仮想オフセットをオフセットとし、当該オフセットを用いて磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段と、を有するプログラムを記録したことを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の記録媒体は、前述したオフセット更新手段が、現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する場合に、座標点選択手段により選択された座標点が存在する方向に現在の仮想オフセットを移動させて現在の仮想オフセットを更新し、現在の仮想オフセットから最も近い座標点を選択する場合に、その反対方向に現在の仮想オフセットを移動させて現在の仮想オフセットを更新することを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の記録媒体は、前述したオフセット更新手段にて更新された現在の仮想オフセットが、距離算出手段と座標点選択手段とオフセット更新手段とを、順に所定回数ｍ回繰り返し行って得られるものであることを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の記録媒体は、前述した現在の仮想オフセットを移動させる移動量を、前回行ったオフセット更新手段における座標点の移動量に比べて小さくすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の方位センサおよび記録媒体は、磁気センサから出力される座標点の距離という簡単な計算に基づきオフセットを算出するオフセット算出手段を設けたため、方位を演算するにあたって計算量を低減できる。また、本発明の方位センサは、繰り返しオフセットを更新するオフセット更新手段を設けたため、精度よくオフセットを求めることができる。また、この精度の良いオフセットを用いることにより、精度の良い方位を算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。
図１は、本発明の方位センサを示す構成図である。図２は、本発明の方位センサのオフセット算出手段で行うフローチャートである。図３は、本発明の方位センサの実験結果を示す図である。
【００３５】
[構造および動作説明：図１]
まず、本発明の方位センサの構成について図１を用いて説明する。
図１に示す様に、本発明の方位センサは、２軸以上の地磁気を検出する検出する、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）や、フラックスゲート型の磁気センサ１と、オフセットを算出するオフセット算出手段２と、算出されたオフセットを用いて補正した方位を算出する方位算出手段７を有して構成される。なお、符号１０は磁気センサ出力を、符号８はオフセット算出手段２により算出されたオフセットを、符号９は補正された方位を示している。
【００３６】
次に、本発明の方位センサを構成する各構成要件が果たす機能について図１を用いて説明する。
図１に示す様に、磁気センサ１は、地磁気を検出して、オフセット算出手段２と方位算出手段７とに磁気センサ出力１０をそれぞれ出力する。この磁気センサ出力１０は、地磁気による出力に加えて、着磁の影響によるオフセットが含まれたものとなる
【００３７】
また、オフセット算出手段２は、磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記
憶手段３と、現在の仮想オフセットからの、上記複数個の座標点までの各距離を算出する距離算出手段４と、記憶手段３と距離算出手段４を参照して、現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する座標点選択手段５と、ここで選択された座標点に基づき新たに得られる仮想オフセットを更新するオフセット更新手段６とを有して構成される。その具体的手順については、後段で詳細に説明する。
【００３８】
そして、磁気センサ出力１０の情報に基づきオフセット８を算出し、方位算出手段７に出力する。方位算出手段７は、磁気センサ出力１０からオフセット８を差し引き、地磁気のみの出力を抽出してオフセット補正し、真の方位９を算出する。
【００３９】
[動作説明：図２]
次に、本発明の方位センサの特徴となるオフセット算出手段の動作について図２を用いて説明する。図２は、図１におけるオフセット算出手段２に含まれる記憶手段３、距離算出手段４、座標点選択手段５、オフセット更新手段６の動作を説明するためのフロー図である。
【００４０】
図２に示す様に、まず、ステップＳ１で、図１に示した、様々な角度で出力される磁気センサ１からの磁気センサ出力１０を記憶手段３に格納する。この際、算出するオフセットの精度を高めるために座標が分散したデータを選択的に格納するのが望ましい。
【００４１】
次に、ステップＳ２で記憶手段３に格納されているデータ数が、予め設定された一定数ｎに達したか否かを判断する。このデータ数が一定数ｎに達しなかった場合はそのまま処理を終了し、達した場合はステップＳ３に進む。ここで、ｎは計算量を減らすため１６程度が好ましい。
【００４２】
次に、ステップＳ３で仮想オフセットの初期値と初期移動量ｌ０を設定する。ここで設定する仮想オフセットの初期値はどのような値でもかまわないが、繰り返しの計算数を減らすため、記憶手段３に格納されているデータの内のいずれかの座標点を選択して、これを仮想オフセットの初期値とすることが好ましい。また、初期移動量ｌ０もどのような値でもかまわないが、繰り返し計算数を減らすため、出力円の半径以上であり、かつ直径未満の値とするのが好ましい。
【００４３】
次に、ステップＳ４で現在の仮想オフセットと記憶手段３に格納されている各座標点との距離Ｌｅｎ（ｋ）をそれぞれ次式で算出する。
【００４４】
【数５】
ここで、Ｘ０、Ｙ０は現在の仮想オフセットの座標、Ｘ（ｋ）、Ｙ（ｋ）は記憶手段３に格納されている各座標点の座標である。また、ｋは１〜ｎの整数である。
【００４５】
次に、ステップＳ５で、ステップＳ４で得た現在の仮想オフセットと、記憶手段３に格納されている各座標点の内で最も離れた座標点、すなわち上記（１０）式で示した距離Ｌｅｎ（ｋ）の内で最も値が大きい距離を示した座標点を選択する。例えば、ｋ＝ｊの座標点の距離Ｌｅｎ（ｊ）が最大であったとすると、ここで選択される座標点は、Ｘ（ｊ）、Ｙ（ｊ）となる。
【００４６】
次に、ステップＳ６で選択された座標点の方向、すなわち（（Ｘ（ｊ）−Ｘ０），（Ｙ（ｊ）−Ｙ０））で示されるベクトル方向に、ステップＳ３で設定した初期移動量ｌ０だけ仮想オフセットを移動させて、現在の仮想オフセットの更新を行う。
【００４７】
次に、ステップＳ７で初期移動量ｌ０を減らしてｌ１を得る。例えば移動量ｌ０を３／４に減らして移動量ｌ１とする。
【００４８】
次に、ステップＳ８で、ステップＳ４〜Ｓ８までの繰り返しループ数が一定数ｍに達したか否かを判断する。この繰り返しループ数が一定数ｍに達しなかった場合はステップＳ４に戻って再度ステップＳ４〜Ｓ８を繰り返し行う。ここで、ｍは計算量を減らすため１０程度とするのが好ましい。
【００４９】
そして、上述したように、繰り返しループ数が一定数ｍに達しなかった場合は、ステップＳ４で先と同様にして、現在の仮想オフセットと記憶手段３に格納されている各座標点との距離Ｌｅｎ（ｋ）を新たに算出し、ステップＳ５で現在の仮想オフセットと、記憶手段３に格納されている各座標点の内で最も離れた座標点を選択し、ステップＳ６で選択された座標点方向に移動量ｌ１だけ移動した新たな仮想オフセットを得る。
【００５０】
そして、ステップＳ７で移動量ｌ１を減じて移動量ｌ２を得て、ステップＳ８で再度繰り返しループの数にてオフセット算出を終了するか、またステップＳ４〜Ｓ７を繰り返し行うかを判断する。
【００５１】
そして、ステップＳ８でオフセット算出が終了したと判断することで、ステップＳ９で現在の仮想オフセットをオフセットであると判断し、従来公知の手段により、最終的に磁気センサの出力からこのオフセットを減じて、目的の方位を得ることができる。
【００５２】
この様に、上述したステップＳ４〜Ｓ８を繰り返し行う際に、移動量ｌ１の３／４の移動量である移動量ｌ２に減ずるとともに、その都度、現在の仮想オフセットと各座標点の距離を基準として最も離れた座標点を選択することにより、簡便な演算手段により、仮想オフセットを徐々に本来のオフセット近づけることができる。
【００５３】
ここで、上記説明の変形例について説明する。
先に示した図２の例では、ステップＳ５として、現在の仮想オフセットと各座標点の距離を算出した上で最も距離が離れた座標点を選択した例を示したが、最も距離の近い座標点を選択して、ステップＳ４〜Ｓ８を繰り返し行っても良い。なお、本変形例における他のステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ９は、先に示した手段と同じである。
【００５４】
具体的には本変形例の場合には、ステップＳ５における仮想オフセットの移動方向は、先に示したステップＳ６の座標とは逆の方向、すなわち（−（Ｘ（ｊ）−Ｘ０），−（Ｙ（ｊ）−Ｙ０））とする。
【００５５】
さらに、上記説明の別の変形例について説明する。
先に示した図２の例では、ステップＳ５として、現在の仮想オフセットと各座標点の距離を算出した上で最も距離が離れた座標点を選択した例を示したが、最も距離の離れた座標点を選択するか、最も距離の近い座標点を選択するかを、ステップＳ４〜Ｓ８の繰り返し行うループ数毎に切り替えて行っても良い。例えば、このステップＳ５では、繰り返し数が１回目からｍ−１回目までは、最も距離の離れた座標点を選択し、繰り返し数がｍ回目は、最も距離の近い座標点を選択して行っても同様に目的のオフセットをステップＳ９で得ることが出来る。なお、本変形例における他のステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ９は、先に示した手段と同じである。
【００５６】
具体的には本変形例の場合には、ステップＳ５における仮想オフセットの移動方向は、最も距離の離れた座標点を選択する時は、（（Ｘ（ｊ）−Ｘ０），（Ｙ（ｊ）−Ｙ０））
で示されるベクトル方向に移動し、最も距離の近い座標点を選択する時は、（−（Ｘ（ｊ）−Ｘ０），−（Ｙ（ｊ）−Ｙ０））のベクトル方向とする。
【００５７】
この様に、ステップＳ５で選択される座標点を、最も距離の離れた座標点を選択するか、最も距離の近い座標点を選択するかを、切り替えることにより、記憶手段３に格納されているデータが分散していない状況、すなわち円周上の一部分に偏ったデータのみが記憶手段３に格納されている状況が想定される場合であっても適切な中心座標を得ることができる。
【００５８】
次に、本発明の方位センサの実験結果について図３を用いて説明する。
図３におけるＶｘはＸ軸の磁気センサ出力１０（図１参照）であり、ＶｙはＹ軸の磁気センサ出力１０であり、ここに示す各磁気センサ出力から得られる各測定点をドットで表した。
【００５９】
図３に示す様に、各測定点は測定誤差を含んでおり、ばらついたデータが観測される。これら測定点から適当に分散した丸で囲んだ１６点である磁気センサ出力Ｐ０〜Ｐ１５を任意に選択し、図２に示したフローチャートの処理を実行する。
【００６０】
まず、選択された丸で囲んだ１６点の内の１点の磁気センサ出力Ｐ０を任意に選択し、仮想オフセットの初期値Ｏ０とする。次に、磁気センサ出力Ｐ０〜Ｐ１５と仮想オフセットＯ０との間の距離を、上述した（数５）で示した（１０）式により計算すると、仮想オフセットの初期値Ｏ０から最も離れた点が磁気センサ出力Ｐ４であることが分かる。したがって磁気センサ出力Ｐ４の方向に移動量ｌ０だけ仮想オフセットの初期値Ｏ０を移動させる。つまり、ここでは仮想オフセットはＯ０からＯ１に移動することとなる。
【００６１】
次に、磁気センサ出力Ｐ０〜Ｐ１５と仮想オフセットＯ１との間の距離を、上述した（数５）に示した（１０）式により改めて計算すると、仮想オフセットＯ１から最も離れた点が磁気センサ出力Ｐ１４であることが分かる。したがって仮想オフセットＰ１４の方向に移動量ｌ１だけ仮想オフセットＯ１を移動させる。つまり仮想オフセットは、Ｏ１からＯ２に移動することとなる。
【００６２】
このように、仮想オフセットの移動を予め設定したループ数ｍ回繰り返すと、仮想オフセットは図３の「+」マークで示す軌跡を取って、簡単な演算により目的の仮想オフセットにより近づけることが出来る。
【００６３】
したがって、この図３から分かるように、測定誤差を含む磁気センサ出力のデータからであっても、最終的には適切な中心座標（図２で示したステップＳ９で認定するオフセット）を得られていることが分かる。
【００６４】
一般に、これら測定誤差を含んだ複数個の測定点からオフセットを求めるためには、従来例で示したニュートン・ラプソン法などの数学的手法がとられるが、図３は、本発明者らが経験的に導き出したフローによって、少ない計算量で、なおかつ適切な中心座標を得られることを示すものである。
【００６５】
なお、これまでは、説明を簡単にするため、２軸の磁気センサについて説明を行ったが、ＸＹＺの３軸磁気センサを設けることにより、３次元空間における球の中心座標（図２で示したステップＳ９で認定するオフセット）を、同様な方法で得られることは明白である。
【００６６】
このように、本発明の方位センサおよび、図２に示すフローを格納した記録媒体は、磁
気センサから出力される座標点の距離という簡単な計算に基づきオフセットを算出するオフセット算出手段を設けたため、従来の手法と比べてより計算量を低減できる。
【００６７】
また、本発明の方位センサおよび記録媒体は、繰り返しオフセットを更新するオフセット更新手段を設けたため、精度よくオフセットを求めることができ、この精度の良いオフセットを用いることにより、精度の良い方位を算出できる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の方位センサは、高精度な方位を求められる機器に適用することができる。特に、携帯型の機器に本発明の方位センサを搭載するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の方位センサを示す構成図である。
【図２】本発明の方位センサのオフセット算出手段のフローチャートである。
【図３】本発明の方位センサの実験結果を示す図である。
【図４】従来の方位センサを示す出力軌跡図である。
【図５】従来の方位センサを示す構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 磁気センサ
２ オフセット算出手段
３ 記憶手段
４ 距離算出手段
５ 座標点選択手段
６ オフセット更新手段
７ 方位算出手段
８ オフセット
９ 方位
１０ 磁気センサ出力
９１ 地磁気方位センサ
９２ 出力値記憶手段
９３ 仮想値算出手段
９４ 累乗和算出手段
９５ 仮想値補正手段
９６ 修正量演算手段
９７ 修正量判別手段
９８ 修正量加減算判別手段
９９ 中心座標値補正手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気を検出し方位を算出する方位センサであって、
２軸以上の地磁気を検出する磁気センサと、
前記磁気センサ出力から現在の仮想オフセットを算出するオフセット算出手段と、
前記磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記憶手段と、
前記現在の仮想オフセットから、前記記憶手段に記憶されている前記複数個の座標点までの各距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出した前記各距離を参照して、前記現在の仮想オフセットから最も離れている、または最も近い座標点を選択する座標点選択手段と、
前記座標点選択手段により選択された前記座標点を基準として、前記現在の仮想オフセットを所定量だけ移動させた座標点を現在の仮想オフセットとして更新するオフセット更新手段と、
前記オフセット算出手段で更新された前記現在の仮想オフセットをオフセットとし、当該オフセットを用いて前記磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段と、
を有することを特徴とする方位センサ。
【請求項２】
前記オフセット更新手段は、前記現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する場合は、前記座標点選択手段により選択された前記座標点が存在する方向に前記現在の仮想オフセットを移動させて前記現在の仮想オフセットを更新し、前記現在の仮想オフセットから最も近い座標点を選択する場合は、その反対方向に現在の仮想オフセットを移動させて、前記現在の仮想オフセットを更新する
ことを特徴とする請求項１に記載の方位センサ。
【請求項３】
前記オフセット更新手段にて更新された現在の仮想オフセットは、前記距離算出手段と前記座標点選択手段と前記オフセット更新手段とを、順に所定回数ｍ回繰り返し行って得られるものである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方位センサ。
【請求項４】
前記現在の仮想オフセットを移動させる移動量を、前回行った前記オフセット更新手段における前記座標点の移動量に比べて小さくする
ことを特徴とする請求項３に記載の方位センサ。
【請求項５】
磁気センサ出力から現在の仮想オフセットを算出するオフセット算出手段と、
前記磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記憶手段と、
前記現在の仮想オフセットから、前記記憶手段に記憶されている前記複数個の座標点までの各距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出した前記各距離を参照して、前記現在の仮想オフセットから最も離れている、または最も近い座標点を選択する座標点選択手段と、
前記座標点選択手段により選択された前記座標点を基準として、前記現在の仮想オフセットを所定量だけ移動させた座標点を前記現在の仮想オフセットとして更新するオフセット更新手段と、
前記オフセット算出手段で更新された前記現在の仮想オフセットをオフセットとし、当該オフセットを用いて前記磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段と、
を有するプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【請求項６】
前記オフセット更新手段は、前記現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する場合は、前記座標点選択手段により選択された前記座標点が存在する方向に前記現
在の仮想オフセットを移動させて前記現在の仮想オフセットを更新し、前記現在の仮想オフセットから最も近い座標点を選択する場合は、その反対方向に現在の仮想オフセットを移動させて前記現在の仮想オフセットを更新する、
プログラムを記録したことを特徴とする請求項５に記載の記録媒体。
【請求項７】
前記オフセット更新手段にて更新された現在の仮想オフセットは、前記距離算出手段と前記座標点選択手段と前記オフセット更新手段とを、順に所定回数ｍ回繰り返し行って得られるものである、
プログラムを記録したことを特徴とする請求項５または６に記載の記録媒体。
【請求項８】
前記現在の仮想オフセットを移動させる移動量を、前回行った前記オフセット更新手段における前記座標点の移動量に比べて小さくする、
プログラムを記録したことを特徴とする請求項７に記載の記録媒体。
【請求項１】
地磁気を検出し方位を算出する方位センサであって、
２軸以上の地磁気を検出する磁気センサと、
前記磁気センサ出力から現在の仮想オフセットを算出するオフセット算出手段と、
前記磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記憶手段と、
前記現在の仮想オフセットから、前記記憶手段に記憶されている前記複数個の座標点までの各距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出した前記各距離を参照して、前記現在の仮想オフセットから最も離れている、または最も近い座標点を選択する座標点選択手段と、
前記座標点選択手段により選択された前記座標点を基準として、前記現在の仮想オフセットを所定量だけ移動させた座標点を現在の仮想オフセットとして更新するオフセット更新手段と、
前記オフセット算出手段で更新された前記現在の仮想オフセットをオフセットとし、当該オフセットを用いて前記磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段と、
を有することを特徴とする方位センサ。
【請求項２】
前記オフセット更新手段は、前記現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する場合は、前記座標点選択手段により選択された前記座標点が存在する方向に前記現在の仮想オフセットを移動させて前記現在の仮想オフセットを更新し、前記現在の仮想オフセットから最も近い座標点を選択する場合は、その反対方向に現在の仮想オフセットを移動させて、前記現在の仮想オフセットを更新する
ことを特徴とする請求項１に記載の方位センサ。
【請求項３】
前記オフセット更新手段にて更新された現在の仮想オフセットは、前記距離算出手段と前記座標点選択手段と前記オフセット更新手段とを、順に所定回数ｍ回繰り返し行って得られるものである
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方位センサ。
【請求項４】
前記現在の仮想オフセットを移動させる移動量を、前回行った前記オフセット更新手段における前記座標点の移動量に比べて小さくする
ことを特徴とする請求項３に記載の方位センサ。
【請求項５】
磁気センサ出力から現在の仮想オフセットを算出するオフセット算出手段と、
前記磁気センサの出力である複数個の座標点を記憶する記憶手段と、
前記現在の仮想オフセットから、前記記憶手段に記憶されている前記複数個の座標点までの各距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段で算出した前記各距離を参照して、前記現在の仮想オフセットから最も離れている、または最も近い座標点を選択する座標点選択手段と、
前記座標点選択手段により選択された前記座標点を基準として、前記現在の仮想オフセットを所定量だけ移動させた座標点を前記現在の仮想オフセットとして更新するオフセット更新手段と、
前記オフセット算出手段で更新された前記現在の仮想オフセットをオフセットとし、当該オフセットを用いて前記磁気センサ出力を補正した上で方位を算出する方位算出手段と、
を有するプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【請求項６】
前記オフセット更新手段は、前記現在の仮想オフセットから最も離れている座標点を選択する場合は、前記座標点選択手段により選択された前記座標点が存在する方向に前記現
在の仮想オフセットを移動させて前記現在の仮想オフセットを更新し、前記現在の仮想オフセットから最も近い座標点を選択する場合は、その反対方向に現在の仮想オフセットを移動させて前記現在の仮想オフセットを更新する、
プログラムを記録したことを特徴とする請求項５に記載の記録媒体。
【請求項７】
前記オフセット更新手段にて更新された現在の仮想オフセットは、前記距離算出手段と前記座標点選択手段と前記オフセット更新手段とを、順に所定回数ｍ回繰り返し行って得られるものである、
プログラムを記録したことを特徴とする請求項５または６に記載の記録媒体。
【請求項８】
前記現在の仮想オフセットを移動させる移動量を、前回行った前記オフセット更新手段における前記座標点の移動量に比べて小さくする、
プログラムを記録したことを特徴とする請求項７に記載の記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１２８６４９（Ｐ２００８−１２８６４９Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１０１４９（Ｐ２００６−３１０１４９）
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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