方位センサ
【課題】２軸の磁気センサは傾斜した場合、精度良く傾斜補正することができず、その結果、精度良い方位を算出できないという課題があった。
【解決手段】地磁気を検出する検出する磁気センサ１と、傾斜角を検出する傾斜センサ２と、基準となる傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する基準中心座標算出手段３と、現在の磁気センサの出力と、現在の傾斜センサの出力と、基準中心座標算出手段の出力である中心座標とを用いて傾斜補正を行った上で、方位を算出する傾斜補正手段４とを有する構成とした。
【解決手段】地磁気を検出する検出する磁気センサ１と、傾斜角を検出する傾斜センサ２と、基準となる傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する基準中心座標算出手段３と、現在の磁気センサの出力と、現在の傾斜センサの出力と、基準中心座標算出手段の出力である中心座標とを用いて傾斜補正を行った上で、方位を算出する傾斜補正手段４とを有する構成とした。
【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。そして、このシステムの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関わってくるので、このような方位センサには高い精度が要求される。
【０００３】
ところで、携帯電話など、水平であることが保証されない機器に方位センサが搭載された場合、磁気センサの出力のみから方位を算出すると、傾斜による影響で大きな方位誤差が現れてしまう。このような誤差を補正するため、互いに直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にそれぞれ磁気センサを配した３軸の磁気センサと傾斜センサとを設けて、３軸の磁気センサからの出力値を、傾斜センサからの出力値である機器の傾斜の度合いに応じて傾斜補正することが、一般に行われている。
【０００４】
しかし、上述した３軸の磁気センサと傾斜センサという構成には、それを搭載した機器の小型化に限界がある。つまり、一般に磁気センサは、検出軸方向に長い形状となることが必須であるため、垂直方向のＺ軸の磁気センサが低背化の大きな妨げとなり、特に携帯電話などのように薄型化が強く要求される機器において問題となっていた。この問題を解決するため、Ｚ軸の磁気センサを持たない、つまりＸ軸とＹ軸のみにそれぞれ磁気センサを配した２軸の磁気センサと傾斜センサとにより、２軸の磁気センサからの出力の補正を実現する方位センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この方位センサは、方位センサが搭載された機器が水平状態から傾斜していくに従って、２軸の磁気センサの２次元出力軌跡が円から楕円に変化する原理を利用し、磁気センサからの出力値を補正する様に構成されている。
【０００６】
図５は、２軸の磁気センサと傾斜センサを含む従来の方位センサの構成を示した図面である。
図５に示す従来の方位センサは、磁気センサ７２、傾斜センサ７１、ＣＰＵ７０、メモリ７３により構成されている。そして、磁気センサ７２は、直行するＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ磁気センサを配して構成することで２軸の磁気を検出する機能を、また傾斜センサ７１は機器の傾斜を検出する機能を有している。そして、ＣＰＵ７０は、傾斜センサ７１から出力される現在の機器の傾斜角により決定された、メモリ７３に格納された補正情報により、現在の２軸の磁気センサの出力値を補正して、方位を演算できるようになっている。
【０００７】
ここで、先に示した２軸の磁気センサの２次元出力軌跡が円から楕円に変化する原理について更に詳細に説明をする。図６は、傾き角と磁気センサの特性との関係を示した図である。なお、本図面に示すデータは、磁気センサ７２（図５参照）の傾きを一定にした状態で周回した際（東西南北と向きを一回転した際の）の磁気センサからの出力値（Ｘ，Ｙ）をプロットして結んだものである。
一般に、磁気センサ７２（図５参照）の傾きに対する２次元出力軌跡は、傾きが大きくなるに従って崩れる傾向にある。つまり、同図から分かるように、０度の場合はほぼ真円の２次元出力特性になっているが、傾きが大きくなるにつれて出力値（Ｘ，Ｙ）が真円から崩れて楕円率が１から小さくなっていることが判る。
【０００８】
次に、従来の方位センサにおけるメモリ７３（図５参照）に格納される補正情報について説明する。図７は、傾き角に対する補正テーブルの例を示している。
メモリ７３に格納されている補正テーブルは、Ｘ値のテーブル６０及びＹ値のテーブル６１から構成されており、各傾き角に対して各方位の補正値をＸ値及びＹ値についてそれぞれ予め求めておいてテーブル化して格納されている。
【０００９】
次に、上記構成を備えた方位センサの具体的な２軸の磁気センサの出力値の補正手段について説明する。図８は、従来の方位センサにおける方位の補正手段の処理を示したフローチャートである。
本フローチャートに示す様に、まず、図５で示したＣＰＵ７０は、磁気センサ７２からの出力Ａ（Ｘ）、Ａ（Ｙ）を取り込む（Ｓ４１）とともに、傾斜センサ７１からの出力を取り込んで（Ｓ４２）、傾斜センサ７１からの傾き角度αに基づいて、図７に示した補正テーブル６０、６１から補正値Ｂ（Ｘ）、補正値Ｂ（Ｙ）を求める（Ｓ４３）。
【００１０】
次に、上述した情報を得た後に、ＣＰＵ７０は次の補正計算をして（Ｓ４４）、
Ｃ（Ｘ）＝Ａ（Ｘ）−Ｂ（Ｘ）
Ｃ（Ｙ）＝Ａ（Ｙ）−Ｂ（Ｙ）
下記式に基づいて目的の方位角θ計算をする（Ｓ４５）。
θ＝ｔａｎ−1（Ｃ（Ｙ）／Ｃ（Ｘ））
【００１１】
上記構成および方位演算手段によれば、Ｚ軸の磁気センサを不要とし、２軸の磁気センサと傾斜センサを用いながらにして、機器を低背とすることができるとともに、方位センサを搭載した機器が傾斜したとしても、方位を得ることができる様になる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２２３０９５号公報（第７−８頁、図１、１０−１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に示した従来の方位センサは、予めテーブルに用意された補正データを基に補正しているので、現在の磁気センサからの出力値を正確に補正することができない、つまり正確な方位を得ることができないという欠点があった。
【００１４】
その理由を図を用いて説明する。図９は方位センサを搭載した機器が傾斜した様子を示す図である。水平座標系であるＸＹＺ座標に対し、機器が傾斜した場合、方位センサが検出する観測座標系はＸ’Ｙ’Ｚ ’座標となる。
【００１５】
このように機器が傾斜した状態で地磁気を観測するということは、ＸＹＺ座標の地磁気ベクトルを、Ｘ’Ｙ’Ｚ ’座標に座標変換するこということに相当する。この図９に示すようなＸ軸を中心にα回転する座標変換は、
【００１６】
【数１】
で表すことができる。
また、Ｚ軸を中心にθ回転する座標変換は、
【００１７】
【数２】
で表すことができる。
したがって、一定傾斜αの状態で機器を周回させて磁気センサの２次元出力軌跡は、上記式１と式２を組み合わせることにより、
【００１８】
【数３】
により得ることができる。
【００１９】
ここで、水平座標系すなわちＸＹＺ座標における地磁気ベクトルを（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）とし、これを上記式３に代入し、Ｘ’Ｙ’成分だけを抜き出すと、
Ｘ’= ｍｘcosθ + ｍｙ sinθ
Ｙ’= −ｍｘ cosα sinθ + ｍｙ cosα cosθ +ｍｚsinα
となり、この２つの式を１つにまとめると、
【００２０】
【数４】
となる。
式４は、一般に知られる、長軸／短軸の比がcosα、中心Ｙ座標Ｏｙの楕円の式である。図１０はこの様子を図で表したものであり、傾斜角αを０度、４５度、６０度、８０度と変えたときの２軸磁気センサの２次元出力軌跡を表したものである。同図に先に示した長軸ａ、短軸ｂ、中心Ｙ座標Ｏｙを示した。
【００２１】
ここで重要なことは、楕円の長軸／短軸の比は傾斜角αのみに依存しているのに対し、楕円の中心Ｙ座標Ｏｙは上記式４から分かるように、傾斜角αのみならず地磁気の垂直成分ｍｚにも依存することである。すなわち、一般に地磁気は場所によって変化するものであり、機器が移動すれば式４に示したｍｚも変化し、それに伴って楕円の中心Ｙ座標Ｏｙも変化する。
【００２２】
それにも関わらず、特許文献１に示した従来の方位センサは、補正テーブルに予め用意された、傾斜角のみから一義的に導かれる補正データのみを参照して、磁気センサからの出力値の補正を行っているため、正確な方位を得ることができないことは明白である。
【００２３】
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、小型でありながら、なおかつ、
傾斜した場合であっても精度良く傾斜を補正し真の方位を得ることができる方位センサ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、地磁気を検出する、直行する２軸のそれぞれに配置した磁気センサと、傾斜角を検出する傾斜センサと、基準となる傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する基準中心座標算出手段と、現在の磁気センサの出力と、現在の傾斜センサの出力と、基準中心座標算出手段の出力である中心座標とを用いて傾斜補正を行った上で、方位を算出する傾斜補正手段と、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、前述した基準となる傾斜は、第１の傾斜と、第１の傾斜とは異なる第２の傾斜からなり、また、基準中心座標算出手段が、第１の傾斜における磁気センサの出力を記憶する第１の記憶手段と、第１の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第１の中心座標算出手段と、第２の傾斜における磁気センサの出力を記憶する第２の記憶手段と、第２の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第２の中心座標算出手段と、を有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、前述した基準中心座標算出手段が、傾斜角が第１の傾斜または第２の傾斜以外の傾斜のときには、そのまま処理を終了す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、前述した第１の傾斜が、０度であることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の方位センサは、前述した第１の記憶手段に格納した、第１の傾斜における磁気センサの出力が所定のデータ数に達した場合のみ、２次元出力軌跡の中心座標を算出することを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の方位センサは、前述した第２の記憶手段に格納した、第２の傾斜における複数個の磁気センサの出力（Ｘ，Ｙ）のそれぞれが、同一Ｘ値であり、かつ非同一Ｙ値を持つ２点が有るか否かを判断し、有ると判断した場合にのみ、２次元出力軌跡の中心座標を算出することを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の方位センサは、前述した傾斜補正手段が、現在の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第３の中心座標算出手段と、第３の中心座標算出手段の出力により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。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の方位センサは、基準中心座標算出手段と傾斜補正手段を設けたことにより、精度の高い傾斜補正を行うことができ、その結果、精度の高い方位を算出できる。また、機器の低背化の大きな妨げとなっていたＺ軸の磁気センサを省くことができるため、薄型機器への搭載が実現できる。さらに、Ｚ軸の磁気センサを省くことができるため、方位センサのコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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の構成を示す図面である。図２は、図１に示した基準中心座標算出手段が行う処理を示すフローチャートである。図３は、図１に示した傾斜補正手段が行う処理を示すフローチャートである。図４は、機器の傾斜角αを０度、４５度、６０度、８０度と変えたときの、本発明の方位センサに備える２軸の磁気センサの２次元出力軌跡を表したものである。
【００３４】
[構造説明：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は、本発明の方位センサの構成を示す図面である。
本発明の方位センサの構成は、図１に示す様に、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸の磁気を検出する磁気センサ１と、機器の傾斜を検出する傾斜センサ２を有する。
【００３５】
また、この方位センサは、基準となる傾斜時の磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する基準中心座標算出手段３を有する。この基準中心座標算出手段３は、第１の基準の傾斜（以下、第１の傾斜とする。）における磁気センサの出力を記憶する第１の記憶手段５と、第１の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第１の中心座標算出手段６とを有する。また、第１の傾斜とは異なり、第２の基準の傾斜（以下、第２の傾斜とする。）における磁気センサの出力を記憶する第２の記憶手段７と、第２の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第２の中心座標算出手段８とを有して構成される。
【００３６】
また、本発明の方位センサは、現在の機器の傾斜を補正して方位を算出する傾斜補正手段４を有する。この、傾斜補正手段４は、現在の機器の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第３の中心座標算出手段９と、方位を算出する方位算出手段１０とを有する。
【００３７】
なお、本図面における符号１１は、第１の中心座標算出手段により出力される第１の基準中心座標を示し、符号１２は、第２の中心座標算出手段により出力される第２の基準中心座標を示している。また、符号１３は、第３の中心座標算出手段により出力される現在の傾斜中心座標を示している。また、符号１４は、方位算出手段により出力される方位を示している。
【００３８】
また、磁気センサ１には、一般的に知られているフラックスゲート型の磁気センサや磁気インピーダンス型の磁気センサを用いることができる。傾斜センサ２には、これも一般的に知られているピエゾ抵抗型の加速度センサや静電容量型の加速度センサを用いることができる。
【００３９】
[動作説明：図1]
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、Ｘ軸、Ｙ軸にそれぞれ磁気センサを配して構成されて、２軸の地磁気を検出して、基準中心座標算出手段３と傾斜補正手段４とにそれぞれ出力する。
【００４０】
傾斜センサ２は機器の傾斜を検出して、基準中心座標算出手段３と傾斜補正手段４とにそれぞれ出力する。基準中心座標算出手段３は、第１の記憶手段５、第２の記憶手段７、および第１の中心座標算出手段６、第２の中心座標算出手段８とにより構成されて、磁気センサ１と傾斜センサ２の出力から、基準となる傾斜(第１の傾斜または第２の傾斜)時の磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する機能を有する。
【００４１】
また、傾斜補正手段４は、第３の中心座標算出手段９と方位算出手段１０とから構成されて、磁気センサ１と傾斜センサ２の出力と、基準中心座標算出手段３の出力とから現在の傾斜を補正して方位１４を算出する機能を有する。
【００４２】
[動作説明：図２、図４]
次に、本発明の方位センサにおける基準中心座標算出手段の動作について図２、図４を用いて説明する。図２は、図１に示した基準中心座標算出手段３が行う処理を示すフローチャートである。図４は、機器の傾斜角αを０度、４５度、６０度、８０度と変えたときの、本発明の方位センサに備える２軸の磁気センサ１の２次元出力軌跡を表したものである。
先に示したように、基準中心座標算出手段３は、２つの基準の傾斜である第１、第２の傾斜における、図１に示した磁気センサ１の２次元出力軌跡の中心座標を算出する。ここでは、第１の傾斜を０度、第２の傾斜を４５度として説明するが、これに限定されるものではない。
【００４３】
まず、図２に示すように、傾斜センサ２（図１参照）の出力から傾斜角を判断し（ステップＳ１）、もし、傾斜角が第１の傾斜である０度ならば、磁気センサ１のＸ、Ｙ出力値を第１の記憶手段５に格納する（ステップＳ２）。
【００４４】
そして、第１の記憶手段５の中のデータ数が一定数（N）に達したか判断する（ステップＳ３）。ここで一定数Ｎに達しなかった場合は、基準中心座標算出の処理を終了し、一定数Ｎに達した場合は、第１の記憶手段５内から３点のデータ（３点の磁気センサ１のＸ、Ｙ出力値）を選択する（ステップＳ４）。
【００４５】
そして、選択された３点を円周上に持つ円の中心座標を計算する（ステップＳ５）。なお、３点から円の中心座標の計算は、一般に良く知られた線形２次元連立方程式により計算できる。
【００４６】
このようにして、ステップＳ５で求めた円の中心座標を第１の基準中心座標１１（図１参照）とする。なお、ステップＳ４では、互いにＸ、Ｙ出力値ができるだけ離れた異なる値の３点を選択するのが望ましい。これは、ステップＳ５で中心座標を正確に求めるためである。
【００４７】
また、ステップＳ１で傾斜角が第２の傾斜である４５度であったならば、磁気センサ１のＸ、Ｙ出力値を第２の記憶手段７（図１参照）に格納する（ステップＳ６）。そして、第２の記憶手段７の中に、Ｘ値が同一であり、かつＹ値が異なる２点が存在するかを判断する（ステップＳ７）。上記条件を満たさなかった場合は、基準中心座標算出の処理を終了し、上記条件を満たした場合は、２点のＹ値の中心値を楕円中心Ｙ座標とする。その場合は、図４に示すように、機器の傾斜角αが変化したとしても楕円中心Ｘ座標は変化しないので、ステップＳ５で求めた円中心Ｘ座標を採用する（ステップＳ８）。このようにして、ステップＳ８求めた楕円中心座標を第２の基準中心座標１２（図１参照）を得ることができる。
なお、図２に示すステップＳ１で傾斜角αが第１、第２の傾斜である０度、４５度以外の角度であった場合は、そのまま基準中心座標算出の処理を終了する。
【００４８】
ここで示した中心座標の求め方が傾斜角０度と４５度の場合とで異なるのは、０度の場合は、磁気センサ１のＸ、Ｙ出力値の軌跡が正円を描くのに対し、４５度の場合は楕円となるためである。それは、正円の中心座標を求める線形２次元連立方程式の計算は容易であるからである。したがって、第１の傾斜を０度とすることが望ましい。
【００４９】
それに対して、演算に若干負荷が掛かることとなるが、予め設定する第１、第２の傾斜を共に０度以外とした場合でも、中心座標算出手段におけるステップＳ１で、第１、第２の傾斜の条件分岐を行った後は、それぞれステップＳ６〜Ｓ８の同じ処理を行うことで、第１の基準中心座標１１と第２の基準中心座標１２をそれぞれ求めることもできる。このフロー詳細は、先の説明の繰り返しとなるので、ここでの説明は割愛する。また、中心座標の求め方は、ここで示した方法に限定するものではなく、一般的に知られたニュートン法などの数値計算法を用いても良い。
【００５０】
上述した機能を有する基準中心座標算出手段３によれば、本発明の方位センサは、図１に示すように、磁気センサ１と傾斜センサ２の出力が直接基準中心座標算出手段３に接続されているので、磁気センサ１と傾斜センサ２の出力を得る度に、図２で示した処理を実行することができる。従って、第１の基準中心座標１１と第２の基準中心座標１２は自動的に更新されて、機器を使用するユーザが場所を移動し、地磁気の垂直成分が変化した場合であっても、常に正しい基準中心座標を自動的に更新することができる。
【００５１】
[動作説明：図３、図４]
次に、上記第１の基準中心座標１１、第２の基準中心座標１２を用いて目的の方位を得る、本発明の方位センサにおける傾斜補正手段の動作について図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明の方位センサにおける傾斜補正手段で行う処理を示すフローチャートである。
図３に示す様に、まず、図１に示した第３の中心座標算出手段９で、現在の傾斜センサ２の出力と第１の基準中心座標１１と第２の基準中心座標１２とから、現在の傾斜中心座標１３を算出する（ステップＳ９）。具体的には、図４のＰ０点が第１の基準中心座標１１であり、Ｐ１点が第２の基準中心座標１２であるから、Ｐ１点のＹ座標を、
Ｐ１点のＹ座標＝ｍｚｓｉｎ（π／４） （式５）
と表す。
【００５２】
ここで、現在の傾斜角をβとすると、現在の機器の傾斜の楕円中心Ｙ座標は、
現在の機器の傾斜の楕円中心Ｙ座標＝ｍｚｓｉｎ（β） （式６）
となる。
【００５３】
この式５を式６に代入することより、現在の傾斜の楕円中心Ｙ座標は、
現在の傾斜の楕円中心Ｙ座標＝Ｐ１点のＹ座標／（π／４）ｘｓｉｎ（β）（式７）
により求めることができる。
【００５４】
先にも示したように、楕円中心Ｘ座標は、図４に示す様に全ての傾斜において変化しないので、各傾斜におけるＸ座標の値には、Ｐ１点のＸ座標を採用すればよい。このようにして、第３の中心座標算出手段９で、現在の傾斜中心座標１３を算出することができる。
【００５５】
次に、方位算出手段１０において、磁気センサ１の出力であるＸ値、Ｙ値から現在の傾斜中心座標１３を差し引き、これを新たにＸ値、Ｙ値とする（ステップＳ１０）。そして、楕円を円変換し、磁気センサの出力であるＹ値を傾斜角分だけ修正する（ステップＳ１１）。具体的には、図４から分かるように、楕円の長軸／短軸（ａ／ｂ）の比は傾斜角のみに依存するので、現在の傾斜角をβとすると、Ｙ値を１／ｃｏｓβするだけで、楕円を円変換することができる。
【００５６】
最後に、楕円を円変換することによって修正されたＹ値とＸ値の比から、目的の方位角θを
θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ） （式８）
と計算することで、傾斜補正された正確な方位を求めることができる（ステップＳ１２）。
【００５７】
これまでの説明では、傾斜は一方向、すなわちＸ軸は傾斜しないものとして説明してきたが、もし、Ｘ軸も同時に傾斜した場合には、その２次元出力軌跡は、図４に示した楕円が原点中心に回転したものとなる。したがって、前もってＸ軸の検知をしたら、その傾斜の分だけ２次元の回転座標変換を行うことで、先の説明と同様な処理を行うことができる。
【００５８】
このように、本発明の方位センサでは、基準中心座標算出手段と傾斜補正手段を設けているので、精度の高い傾斜補正を行うことができ、その結果、精度の高い方位を算出できる。また、低背化の大きな妨げとなっていたＺ軸の磁気センサを省くことができるため、薄型機器への搭載が実現できる。さらに、Ｚ軸の磁気センサを省くことができるため、方位センサのコストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
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】
【００６０】
【図１】本発明の方位センサの構成を示す図面である。
【図２】本発明の方位センサの基準中心座標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傾斜補正手段のフローチャートである。
【図４】本発明の方位センサを備えた機器の傾斜によるＸ軸、Ｙ軸の２軸の磁気センサの２次元出力軌跡図である。
【図５】従来の方位センサの構成を示す図面である。
【図６】傾き角と磁気センサの２次元出力軌跡を示した図である。
【図７】従来の方位センサのメモリに格納されている補正テーブルを示した図である。
【図８】従来の方位センサの補正方法の処理を示したフローチャートである。
【図９】機器が傾斜した様子を示す概念図である。
【図１０】機器の傾斜によるＸ軸、Ｙ軸の２軸の磁気センサの２次元出力軌跡図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 磁気センサ
２ 傾斜センサ
３ 基準中心座標算出手段
４ 傾斜補正手段
５ 第１の記憶手段
６ 第１の中心座標算出手段
７ 第２の記憶手段
８ 第２の中心座標算出手段
９ 第３の中心座標算出手段
１０ 方位算出手段
１１ 第１の基準中心座標
１２ 第２の基準中心座標
１３ 現在の傾斜中心座標
１４ 方位
【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。そして、このシステムの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関わってくるので、このような方位センサには高い精度が要求される。
【０００３】
ところで、携帯電話など、水平であることが保証されない機器に方位センサが搭載された場合、磁気センサの出力のみから方位を算出すると、傾斜による影響で大きな方位誤差が現れてしまう。このような誤差を補正するため、互いに直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にそれぞれ磁気センサを配した３軸の磁気センサと傾斜センサとを設けて、３軸の磁気センサからの出力値を、傾斜センサからの出力値である機器の傾斜の度合いに応じて傾斜補正することが、一般に行われている。
【０００４】
しかし、上述した３軸の磁気センサと傾斜センサという構成には、それを搭載した機器の小型化に限界がある。つまり、一般に磁気センサは、検出軸方向に長い形状となることが必須であるため、垂直方向のＺ軸の磁気センサが低背化の大きな妨げとなり、特に携帯電話などのように薄型化が強く要求される機器において問題となっていた。この問題を解決するため、Ｚ軸の磁気センサを持たない、つまりＸ軸とＹ軸のみにそれぞれ磁気センサを配した２軸の磁気センサと傾斜センサとにより、２軸の磁気センサからの出力の補正を実現する方位センサが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この方位センサは、方位センサが搭載された機器が水平状態から傾斜していくに従って、２軸の磁気センサの２次元出力軌跡が円から楕円に変化する原理を利用し、磁気センサからの出力値を補正する様に構成されている。
【０００６】
図５は、２軸の磁気センサと傾斜センサを含む従来の方位センサの構成を示した図面である。
図５に示す従来の方位センサは、磁気センサ７２、傾斜センサ７１、ＣＰＵ７０、メモリ７３により構成されている。そして、磁気センサ７２は、直行するＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ磁気センサを配して構成することで２軸の磁気を検出する機能を、また傾斜センサ７１は機器の傾斜を検出する機能を有している。そして、ＣＰＵ７０は、傾斜センサ７１から出力される現在の機器の傾斜角により決定された、メモリ７３に格納された補正情報により、現在の２軸の磁気センサの出力値を補正して、方位を演算できるようになっている。
【０００７】
ここで、先に示した２軸の磁気センサの２次元出力軌跡が円から楕円に変化する原理について更に詳細に説明をする。図６は、傾き角と磁気センサの特性との関係を示した図である。なお、本図面に示すデータは、磁気センサ７２（図５参照）の傾きを一定にした状態で周回した際（東西南北と向きを一回転した際の）の磁気センサからの出力値（Ｘ，Ｙ）をプロットして結んだものである。
一般に、磁気センサ７２（図５参照）の傾きに対する２次元出力軌跡は、傾きが大きくなるに従って崩れる傾向にある。つまり、同図から分かるように、０度の場合はほぼ真円の２次元出力特性になっているが、傾きが大きくなるにつれて出力値（Ｘ，Ｙ）が真円から崩れて楕円率が１から小さくなっていることが判る。
【０００８】
次に、従来の方位センサにおけるメモリ７３（図５参照）に格納される補正情報について説明する。図７は、傾き角に対する補正テーブルの例を示している。
メモリ７３に格納されている補正テーブルは、Ｘ値のテーブル６０及びＹ値のテーブル６１から構成されており、各傾き角に対して各方位の補正値をＸ値及びＹ値についてそれぞれ予め求めておいてテーブル化して格納されている。
【０００９】
次に、上記構成を備えた方位センサの具体的な２軸の磁気センサの出力値の補正手段について説明する。図８は、従来の方位センサにおける方位の補正手段の処理を示したフローチャートである。
本フローチャートに示す様に、まず、図５で示したＣＰＵ７０は、磁気センサ７２からの出力Ａ（Ｘ）、Ａ（Ｙ）を取り込む（Ｓ４１）とともに、傾斜センサ７１からの出力を取り込んで（Ｓ４２）、傾斜センサ７１からの傾き角度αに基づいて、図７に示した補正テーブル６０、６１から補正値Ｂ（Ｘ）、補正値Ｂ（Ｙ）を求める（Ｓ４３）。
【００１０】
次に、上述した情報を得た後に、ＣＰＵ７０は次の補正計算をして（Ｓ４４）、
Ｃ（Ｘ）＝Ａ（Ｘ）−Ｂ（Ｘ）
Ｃ（Ｙ）＝Ａ（Ｙ）−Ｂ（Ｙ）
下記式に基づいて目的の方位角θ計算をする（Ｓ４５）。
θ＝ｔａｎ−1（Ｃ（Ｙ）／Ｃ（Ｘ））
【００１１】
上記構成および方位演算手段によれば、Ｚ軸の磁気センサを不要とし、２軸の磁気センサと傾斜センサを用いながらにして、機器を低背とすることができるとともに、方位センサを搭載した機器が傾斜したとしても、方位を得ることができる様になる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２２３０９５号公報（第７−８頁、図１、１０−１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に示した従来の方位センサは、予めテーブルに用意された補正データを基に補正しているので、現在の磁気センサからの出力値を正確に補正することができない、つまり正確な方位を得ることができないという欠点があった。
【００１４】
その理由を図を用いて説明する。図９は方位センサを搭載した機器が傾斜した様子を示す図である。水平座標系であるＸＹＺ座標に対し、機器が傾斜した場合、方位センサが検出する観測座標系はＸ’Ｙ’Ｚ ’座標となる。
【００１５】
このように機器が傾斜した状態で地磁気を観測するということは、ＸＹＺ座標の地磁気ベクトルを、Ｘ’Ｙ’Ｚ ’座標に座標変換するこということに相当する。この図９に示すようなＸ軸を中心にα回転する座標変換は、
【００１６】
【数１】
で表すことができる。
また、Ｚ軸を中心にθ回転する座標変換は、
【００１７】
【数２】
で表すことができる。
したがって、一定傾斜αの状態で機器を周回させて磁気センサの２次元出力軌跡は、上記式１と式２を組み合わせることにより、
【００１８】
【数３】
により得ることができる。
【００１９】
ここで、水平座標系すなわちＸＹＺ座標における地磁気ベクトルを（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）とし、これを上記式３に代入し、Ｘ’Ｙ’成分だけを抜き出すと、
Ｘ’= ｍｘcosθ + ｍｙ sinθ
Ｙ’= −ｍｘ cosα sinθ + ｍｙ cosα cosθ +ｍｚsinα
となり、この２つの式を１つにまとめると、
【００２０】
【数４】
となる。
式４は、一般に知られる、長軸／短軸の比がcosα、中心Ｙ座標Ｏｙの楕円の式である。図１０はこの様子を図で表したものであり、傾斜角αを０度、４５度、６０度、８０度と変えたときの２軸磁気センサの２次元出力軌跡を表したものである。同図に先に示した長軸ａ、短軸ｂ、中心Ｙ座標Ｏｙを示した。
【００２１】
ここで重要なことは、楕円の長軸／短軸の比は傾斜角αのみに依存しているのに対し、楕円の中心Ｙ座標Ｏｙは上記式４から分かるように、傾斜角αのみならず地磁気の垂直成分ｍｚにも依存することである。すなわち、一般に地磁気は場所によって変化するものであり、機器が移動すれば式４に示したｍｚも変化し、それに伴って楕円の中心Ｙ座標Ｏｙも変化する。
【００２２】
それにも関わらず、特許文献１に示した従来の方位センサは、補正テーブルに予め用意された、傾斜角のみから一義的に導かれる補正データのみを参照して、磁気センサからの出力値の補正を行っているため、正確な方位を得ることができないことは明白である。
【００２３】
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、小型でありながら、なおかつ、
傾斜した場合であっても精度良く傾斜を補正し真の方位を得ることができる方位センサ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、地磁気を検出する、直行する２軸のそれぞれに配置した磁気センサと、傾斜角を検出する傾斜センサと、基準となる傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する基準中心座標算出手段と、現在の磁気センサの出力と、現在の傾斜センサの出力と、基準中心座標算出手段の出力である中心座標とを用いて傾斜補正を行った上で、方位を算出する傾斜補正手段と、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、前述した基準となる傾斜は、第１の傾斜と、第１の傾斜とは異なる第２の傾斜からなり、また、基準中心座標算出手段が、第１の傾斜における磁気センサの出力を記憶する第１の記憶手段と、第１の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第１の中心座標算出手段と、第２の傾斜における磁気センサの出力を記憶する第２の記憶手段と、第２の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第２の中心座標算出手段と、を有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、前述した基準中心座標算出手段が、傾斜角が第１の傾斜または第２の傾斜以外の傾斜のときには、そのまま処理を終了す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、前述した第１の傾斜が、０度であることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の方位センサは、前述した第１の記憶手段に格納した、第１の傾斜における磁気センサの出力が所定のデータ数に達した場合のみ、２次元出力軌跡の中心座標を算出することを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の方位センサは、前述した第２の記憶手段に格納した、第２の傾斜における複数個の磁気センサの出力（Ｘ，Ｙ）のそれぞれが、同一Ｘ値であり、かつ非同一Ｙ値を持つ２点が有るか否かを判断し、有ると判断した場合にのみ、２次元出力軌跡の中心座標を算出することを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の方位センサは、前述した傾斜補正手段が、現在の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第３の中心座標算出手段と、第３の中心座標算出手段の出力により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。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の方位センサは、基準中心座標算出手段と傾斜補正手段を設けたことにより、精度の高い傾斜補正を行うことができ、その結果、精度の高い方位を算出できる。また、機器の低背化の大きな妨げとなっていたＺ軸の磁気センサを省くことができるため、薄型機器への搭載が実現できる。さらに、Ｚ軸の磁気センサを省くことができるため、方位センサのコストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
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の構成を示す図面である。図２は、図１に示した基準中心座標算出手段が行う処理を示すフローチャートである。図３は、図１に示した傾斜補正手段が行う処理を示すフローチャートである。図４は、機器の傾斜角αを０度、４５度、６０度、８０度と変えたときの、本発明の方位センサに備える２軸の磁気センサの２次元出力軌跡を表したものである。
【００３４】
[構造説明：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は、本発明の方位センサの構成を示す図面である。
本発明の方位センサの構成は、図１に示す様に、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸の磁気を検出する磁気センサ１と、機器の傾斜を検出する傾斜センサ２を有する。
【００３５】
また、この方位センサは、基準となる傾斜時の磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する基準中心座標算出手段３を有する。この基準中心座標算出手段３は、第１の基準の傾斜（以下、第１の傾斜とする。）における磁気センサの出力を記憶する第１の記憶手段５と、第１の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第１の中心座標算出手段６とを有する。また、第１の傾斜とは異なり、第２の基準の傾斜（以下、第２の傾斜とする。）における磁気センサの出力を記憶する第２の記憶手段７と、第２の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第２の中心座標算出手段８とを有して構成される。
【００３６】
また、本発明の方位センサは、現在の機器の傾斜を補正して方位を算出する傾斜補正手段４を有する。この、傾斜補正手段４は、現在の機器の傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第３の中心座標算出手段９と、方位を算出する方位算出手段１０とを有する。
【００３７】
なお、本図面における符号１１は、第１の中心座標算出手段により出力される第１の基準中心座標を示し、符号１２は、第２の中心座標算出手段により出力される第２の基準中心座標を示している。また、符号１３は、第３の中心座標算出手段により出力される現在の傾斜中心座標を示している。また、符号１４は、方位算出手段により出力される方位を示している。
【００３８】
また、磁気センサ１には、一般的に知られているフラックスゲート型の磁気センサや磁気インピーダンス型の磁気センサを用いることができる。傾斜センサ２には、これも一般的に知られているピエゾ抵抗型の加速度センサや静電容量型の加速度センサを用いることができる。
【００３９】
[動作説明：図1]
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、Ｘ軸、Ｙ軸にそれぞれ磁気センサを配して構成されて、２軸の地磁気を検出して、基準中心座標算出手段３と傾斜補正手段４とにそれぞれ出力する。
【００４０】
傾斜センサ２は機器の傾斜を検出して、基準中心座標算出手段３と傾斜補正手段４とにそれぞれ出力する。基準中心座標算出手段３は、第１の記憶手段５、第２の記憶手段７、および第１の中心座標算出手段６、第２の中心座標算出手段８とにより構成されて、磁気センサ１と傾斜センサ２の出力から、基準となる傾斜(第１の傾斜または第２の傾斜)時の磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する機能を有する。
【００４１】
また、傾斜補正手段４は、第３の中心座標算出手段９と方位算出手段１０とから構成されて、磁気センサ１と傾斜センサ２の出力と、基準中心座標算出手段３の出力とから現在の傾斜を補正して方位１４を算出する機能を有する。
【００４２】
[動作説明：図２、図４]
次に、本発明の方位センサにおける基準中心座標算出手段の動作について図２、図４を用いて説明する。図２は、図１に示した基準中心座標算出手段３が行う処理を示すフローチャートである。図４は、機器の傾斜角αを０度、４５度、６０度、８０度と変えたときの、本発明の方位センサに備える２軸の磁気センサ１の２次元出力軌跡を表したものである。
先に示したように、基準中心座標算出手段３は、２つの基準の傾斜である第１、第２の傾斜における、図１に示した磁気センサ１の２次元出力軌跡の中心座標を算出する。ここでは、第１の傾斜を０度、第２の傾斜を４５度として説明するが、これに限定されるものではない。
【００４３】
まず、図２に示すように、傾斜センサ２（図１参照）の出力から傾斜角を判断し（ステップＳ１）、もし、傾斜角が第１の傾斜である０度ならば、磁気センサ１のＸ、Ｙ出力値を第１の記憶手段５に格納する（ステップＳ２）。
【００４４】
そして、第１の記憶手段５の中のデータ数が一定数（N）に達したか判断する（ステップＳ３）。ここで一定数Ｎに達しなかった場合は、基準中心座標算出の処理を終了し、一定数Ｎに達した場合は、第１の記憶手段５内から３点のデータ（３点の磁気センサ１のＸ、Ｙ出力値）を選択する（ステップＳ４）。
【００４５】
そして、選択された３点を円周上に持つ円の中心座標を計算する（ステップＳ５）。なお、３点から円の中心座標の計算は、一般に良く知られた線形２次元連立方程式により計算できる。
【００４６】
このようにして、ステップＳ５で求めた円の中心座標を第１の基準中心座標１１（図１参照）とする。なお、ステップＳ４では、互いにＸ、Ｙ出力値ができるだけ離れた異なる値の３点を選択するのが望ましい。これは、ステップＳ５で中心座標を正確に求めるためである。
【００４７】
また、ステップＳ１で傾斜角が第２の傾斜である４５度であったならば、磁気センサ１のＸ、Ｙ出力値を第２の記憶手段７（図１参照）に格納する（ステップＳ６）。そして、第２の記憶手段７の中に、Ｘ値が同一であり、かつＹ値が異なる２点が存在するかを判断する（ステップＳ７）。上記条件を満たさなかった場合は、基準中心座標算出の処理を終了し、上記条件を満たした場合は、２点のＹ値の中心値を楕円中心Ｙ座標とする。その場合は、図４に示すように、機器の傾斜角αが変化したとしても楕円中心Ｘ座標は変化しないので、ステップＳ５で求めた円中心Ｘ座標を採用する（ステップＳ８）。このようにして、ステップＳ８求めた楕円中心座標を第２の基準中心座標１２（図１参照）を得ることができる。
なお、図２に示すステップＳ１で傾斜角αが第１、第２の傾斜である０度、４５度以外の角度であった場合は、そのまま基準中心座標算出の処理を終了する。
【００４８】
ここで示した中心座標の求め方が傾斜角０度と４５度の場合とで異なるのは、０度の場合は、磁気センサ１のＸ、Ｙ出力値の軌跡が正円を描くのに対し、４５度の場合は楕円となるためである。それは、正円の中心座標を求める線形２次元連立方程式の計算は容易であるからである。したがって、第１の傾斜を０度とすることが望ましい。
【００４９】
それに対して、演算に若干負荷が掛かることとなるが、予め設定する第１、第２の傾斜を共に０度以外とした場合でも、中心座標算出手段におけるステップＳ１で、第１、第２の傾斜の条件分岐を行った後は、それぞれステップＳ６〜Ｓ８の同じ処理を行うことで、第１の基準中心座標１１と第２の基準中心座標１２をそれぞれ求めることもできる。このフロー詳細は、先の説明の繰り返しとなるので、ここでの説明は割愛する。また、中心座標の求め方は、ここで示した方法に限定するものではなく、一般的に知られたニュートン法などの数値計算法を用いても良い。
【００５０】
上述した機能を有する基準中心座標算出手段３によれば、本発明の方位センサは、図１に示すように、磁気センサ１と傾斜センサ２の出力が直接基準中心座標算出手段３に接続されているので、磁気センサ１と傾斜センサ２の出力を得る度に、図２で示した処理を実行することができる。従って、第１の基準中心座標１１と第２の基準中心座標１２は自動的に更新されて、機器を使用するユーザが場所を移動し、地磁気の垂直成分が変化した場合であっても、常に正しい基準中心座標を自動的に更新することができる。
【００５１】
[動作説明：図３、図４]
次に、上記第１の基準中心座標１１、第２の基準中心座標１２を用いて目的の方位を得る、本発明の方位センサにおける傾斜補正手段の動作について図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明の方位センサにおける傾斜補正手段で行う処理を示すフローチャートである。
図３に示す様に、まず、図１に示した第３の中心座標算出手段９で、現在の傾斜センサ２の出力と第１の基準中心座標１１と第２の基準中心座標１２とから、現在の傾斜中心座標１３を算出する（ステップＳ９）。具体的には、図４のＰ０点が第１の基準中心座標１１であり、Ｐ１点が第２の基準中心座標１２であるから、Ｐ１点のＹ座標を、
Ｐ１点のＹ座標＝ｍｚｓｉｎ（π／４） （式５）
と表す。
【００５２】
ここで、現在の傾斜角をβとすると、現在の機器の傾斜の楕円中心Ｙ座標は、
現在の機器の傾斜の楕円中心Ｙ座標＝ｍｚｓｉｎ（β） （式６）
となる。
【００５３】
この式５を式６に代入することより、現在の傾斜の楕円中心Ｙ座標は、
現在の傾斜の楕円中心Ｙ座標＝Ｐ１点のＹ座標／（π／４）ｘｓｉｎ（β）（式７）
により求めることができる。
【００５４】
先にも示したように、楕円中心Ｘ座標は、図４に示す様に全ての傾斜において変化しないので、各傾斜におけるＸ座標の値には、Ｐ１点のＸ座標を採用すればよい。このようにして、第３の中心座標算出手段９で、現在の傾斜中心座標１３を算出することができる。
【００５５】
次に、方位算出手段１０において、磁気センサ１の出力であるＸ値、Ｙ値から現在の傾斜中心座標１３を差し引き、これを新たにＸ値、Ｙ値とする（ステップＳ１０）。そして、楕円を円変換し、磁気センサの出力であるＹ値を傾斜角分だけ修正する（ステップＳ１１）。具体的には、図４から分かるように、楕円の長軸／短軸（ａ／ｂ）の比は傾斜角のみに依存するので、現在の傾斜角をβとすると、Ｙ値を１／ｃｏｓβするだけで、楕円を円変換することができる。
【００５６】
最後に、楕円を円変換することによって修正されたＹ値とＸ値の比から、目的の方位角θを
θ＝ｔａｎ−１（Ｙ／Ｘ） （式８）
と計算することで、傾斜補正された正確な方位を求めることができる（ステップＳ１２）。
【００５７】
これまでの説明では、傾斜は一方向、すなわちＸ軸は傾斜しないものとして説明してきたが、もし、Ｘ軸も同時に傾斜した場合には、その２次元出力軌跡は、図４に示した楕円が原点中心に回転したものとなる。したがって、前もってＸ軸の検知をしたら、その傾斜の分だけ２次元の回転座標変換を行うことで、先の説明と同様な処理を行うことができる。
【００５８】
このように、本発明の方位センサでは、基準中心座標算出手段と傾斜補正手段を設けているので、精度の高い傾斜補正を行うことができ、その結果、精度の高い方位を算出できる。また、低背化の大きな妨げとなっていたＺ軸の磁気センサを省くことができるため、薄型機器への搭載が実現できる。さらに、Ｚ軸の磁気センサを省くことができるため、方位センサのコストを低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
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】
【００６０】
【図１】本発明の方位センサの構成を示す図面である。
【図２】本発明の方位センサの基準中心座標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傾斜補正手段のフローチャートである。
【図４】本発明の方位センサを備えた機器の傾斜によるＸ軸、Ｙ軸の２軸の磁気センサの２次元出力軌跡図である。
【図５】従来の方位センサの構成を示す図面である。
【図６】傾き角と磁気センサの２次元出力軌跡を示した図である。
【図７】従来の方位センサのメモリに格納されている補正テーブルを示した図である。
【図８】従来の方位センサの補正方法の処理を示したフローチャートである。
【図９】機器が傾斜した様子を示す概念図である。
【図１０】機器の傾斜によるＸ軸、Ｙ軸の２軸の磁気センサの２次元出力軌跡図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 磁気センサ
２ 傾斜センサ
３ 基準中心座標算出手段
４ 傾斜補正手段
５ 第１の記憶手段
６ 第１の中心座標算出手段
７ 第２の記憶手段
８ 第２の中心座標算出手段
９ 第３の中心座標算出手段
１０ 方位算出手段
１１ 第１の基準中心座標
１２ 第２の基準中心座標
１３ 現在の傾斜中心座標
１４ 方位
【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、
地磁気を検出する、直行する２軸のそれぞれに配置した磁気センサと、
傾斜角を検出する傾斜センサと、
基準となる傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する基準中心座標算出手段と、
現在の磁気センサの出力と、現在の傾斜センサの出力と、基準中心座標算出手段の出力である前記中心座標とを用いて傾斜補正を行った上で、方位を算出する傾斜補正手段と、
を有することを特徴とする方位センサ。
【請求項２】
前記基準となる傾斜は、
第１の傾斜と、当該第１の傾斜とは異なる第２の傾斜からなり、
前記基準中心座標算出手段は、
前記第１の傾斜における磁気センサの出力を記憶する第１の記憶手段と、
前記第１の傾斜における前記磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第１の中心座標算出手段と、
前記第２の傾斜における前記磁気センサの出力を記憶する第２の記憶手段と、
前記第２の傾斜における前記磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第２の中心座標算出手段と、を有する
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】
前記基準中心座標算出手段は、前記傾斜角が前記第１の傾斜または第２の傾斜以外の傾斜のときには、そのまま処理を終了する
ことを特徴とする請求項２に記載の方位センサ。
【請求項４】
前記第１の傾斜は、０度である
ことを特徴とする請求項２または３に記載の方位センサ。
【請求項５】
前記第１の記憶手段に格納した、前記第１の傾斜における磁気センサの出力が、所定のデータ数に達した場合のみ、前記２次元出力軌跡の中心座標を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の方位センサ。
【請求項６】
前記第２の記憶手段に格納した、前記第２の傾斜における複数個の磁気センサの出力（Ｘ，Ｙ）のそれぞれが、同一Ｘ値であり、かつ非同一Ｙ値を持つ２点が有るか否かを判断し、有ると判断した場合にのみ、前記２次元出力軌跡の中心座標を算出する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の方位センサ。
【請求項７】
前記傾斜補正手段は、
現在の傾斜における前記磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第３の中心座標算出手段と、
前記第３の中心座標算出手段の出力により方位を算出する方位算出手段と、を有する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方位センサ。
【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、
地磁気を検出する、直行する２軸のそれぞれに配置した磁気センサと、
傾斜角を検出する傾斜センサと、
基準となる傾斜における磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する基準中心座標算出手段と、
現在の磁気センサの出力と、現在の傾斜センサの出力と、基準中心座標算出手段の出力である前記中心座標とを用いて傾斜補正を行った上で、方位を算出する傾斜補正手段と、
を有することを特徴とする方位センサ。
【請求項２】
前記基準となる傾斜は、
第１の傾斜と、当該第１の傾斜とは異なる第２の傾斜からなり、
前記基準中心座標算出手段は、
前記第１の傾斜における磁気センサの出力を記憶する第１の記憶手段と、
前記第１の傾斜における前記磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第１の中心座標算出手段と、
前記第２の傾斜における前記磁気センサの出力を記憶する第２の記憶手段と、
前記第２の傾斜における前記磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第２の中心座標算出手段と、を有する
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】
前記基準中心座標算出手段は、前記傾斜角が前記第１の傾斜または第２の傾斜以外の傾斜のときには、そのまま処理を終了する
ことを特徴とする請求項２に記載の方位センサ。
【請求項４】
前記第１の傾斜は、０度である
ことを特徴とする請求項２または３に記載の方位センサ。
【請求項５】
前記第１の記憶手段に格納した、前記第１の傾斜における磁気センサの出力が、所定のデータ数に達した場合のみ、前記２次元出力軌跡の中心座標を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の方位センサ。
【請求項６】
前記第２の記憶手段に格納した、前記第２の傾斜における複数個の磁気センサの出力（Ｘ，Ｙ）のそれぞれが、同一Ｘ値であり、かつ非同一Ｙ値を持つ２点が有るか否かを判断し、有ると判断した場合にのみ、前記２次元出力軌跡の中心座標を算出する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の方位センサ。
【請求項７】
前記傾斜補正手段は、
現在の傾斜における前記磁気センサの２次元出力軌跡の中心座標を算出する第３の中心座標算出手段と、
前記第３の中心座標算出手段の出力により方位を算出する方位算出手段と、を有する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方位センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２０２９６（Ｐ２００８−２０２９６Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９１７８２（Ｐ２００６−１９１７８２）
【出願日】平成１８年７月１２日（２００６．７．１２）
【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１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１２日（２００６．７．１２）
【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）】
[ Back to top ]