WO2006011602A1

WO2006011602A1 - 方位データ演算方法、方位センサユニットおよび携帯電子機器

Info

Publication number: WO2006011602A1
Application number: PCT/JP2005/013953
Authority: WO
Inventors: Hideki Sato; Yukio Wakui; Masayoshi Omura
Original assignee: Yamaha Corporation
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2006-02-02
Also published as: US20060021238A1; TWI265301B; US7606676B2; WO2006011238A1; TW200610973A; EP1772704A4; JPWO2006011602A1; JP4539653B2; CN101023324A; CN101023324B; US7324906B2; US7474977B2; EP1772704A1; US20080091372A1; US20090006020A1

Abstract

　地磁気センサからのデータを入力して磁界データを測定するステップと、測定データを格納すべきか否かを直前に格納された測定データとの距離に基づいて判断するステップと、格納したデータに基づいてオフセット値を算出するステップと、該オフセット値の算出に用いられた複数の測定データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するステップと、すでに格納されているオフセット値を前記ステップにおいて有効であると判断されたオフセット値に更新するステップと、前記測定データを該更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステップとを備える。

Description

明細書

方位データ演算方法、方位センサユニットおよび携帯電子機器

技術分野

[0001] 本発明は、地磁気センサを利用して方位測定のためのキャリブレーション（オフセット補正)を方位計測用データにより行う技術に関し、特に、 3軸の地磁気センサ力得られたデータが特定の平面内に限定された場合でも、適正なキャリブレーションを行つて正ヽ方位を測定する方位データ演算方法、方位センサユニットおよび携帯電子機器に関する。

背景技術

[0002] 従来より、地磁気を検出する磁気センサを備え、この磁気センサによって検出された地磁気に基づ、て方位測定を行う携帯電話等の携帯端末が知られて、る。ここで測定された方位は、例えば地図の表示に利用され、最近では、位置検出を行う GPS (Global Positioning System)受信部を備え、現在位置に基づいた地図を、携帯端末の向き (方位）に合わせて表示する機能を有する携帯端末が登場している。

[0003] ところが、携帯端末には、これに搭載されるスピーカおよびマイクロホンや、着磁した電子部品の金属パッケージ等力漏れる磁気が存在するため、この携帯端末に搭載された磁気センサは、携帯端末内部の電子部品等力発生する磁界と地磁気とが合成された磁界を検出することになる。したがって、携帯端末内部の電子部品等から発生する磁界による誤差 (オフセット)分を補正するためのキャリブレーションが必要となる。そこで従来 2軸の地磁気センサを搭載した携帯端末では、キャリブレーションを行うために、ユーザが携帯端末を例えば 180度回転させ、この動作の間に携帯端末は磁気センサ力も測定データを収集し、測定データに基づいてオフセットを算出していた。

[0004] このような携帯端末に搭載された磁気センサのキャリブレーションに関しては、例えば、特許文献 1に開示された技術がある。この技術では、携帯端末を所定の角度ずつ回転させ、各角度において磁気センサによって測定されたデータに基づいてオフセットを算出することにより、回転速度に依存せずにキャリブレーションを行えるようになっている。一方、このような面倒な操作を回避し、地磁気を検出する 2軸または 3軸の磁気検出手段を変化させて、出力データを繰り返し取得し、座標上に基準点を定めて出力データに対するオフセット情報を算出する方法が知られている（例えば、特許文献 2参照。 )₀この方法によれば、出力データ群が基準点までの距離のばらつきを最小とするように基準点の座標を統計的手法によって推定した上で、オフセットを算出するため、ユーザが計測装置の向きを任意に変化させるだけでキヤリブレーションを実行している。

特許文献 1 :特開 2004— 12416号公報

特許文献 2： WO2004Z003476

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかし、特許文献 1に記載の方法でも、ユーザが意識的に磁気センサを搭載した携帯機器を回転させ、そのキャリブレーションを行わなければならず、従来よりは煩雑ではないものの、ユーザにキャリブレーションのための操作を強いるため、相変わらずュ一ザにとって面倒な操作であることに変わりはない。また、特に、 3軸の地磁気センサの場合には、キャリブレーションを行うために、 3軸のデータを要することから、さらに、ユーザに面倒な動作を強いることになる。また、特許文献 2に記載の方法では、少なくとも直前の出力データを含む複数の出力データを記憶し、この複数の出力データをもとに推定した基準点を求めた (オフセットの推定をした)後、この複数の基準点を対比した上で良好な値をオフセットとして算出したり、基準点と各出力データを対比して良好なオフセットが得られな、場合の不要な測定データをすベて AZD変換し、記憶しておくため負荷が大きくなるという問題がある。

[0006] そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、ユーザに煩雑な操作を強いることなぐし力もオフセットの算出に関する過大な負荷を軽減しつつ、キヤリブレーシヨンを実行する方位データ演算方法、方位センサユニットおよび携帯電子機器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

[0007] 本発明は、地磁気センサ力のデータを入力して磁界データを測定するステップと、該測定データを格納すべきか否力を直前に格納された測定データとの距離に基づ V、て判断するステップと、格納したデータに基づ!/、てオフセット値を算出するステップと、該オフセット値の算出に用いられた複数の測定データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するステップと、すでに格納されて、るオフセット値を前記ステツプにお、て有効であると判断されたオフセット値に更新するステップと、前記測定デ一タを該更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステップと、を有することを特徴とする方位データ演算方法を提案してヽる。

[0008] また、本発明は、地磁気センサからのデータを入力して磁界データを測定するステップと、該測定された磁界データがオーバーフローあるいはアンダーフローしているか否かを判断し、該測定された磁界データがオーバーフローあるいはアンダーフロ一していると判断したときに、該測定された磁界データが所定の範囲に収まるように補正するステップと、該測定された磁界データを格納すべきか否かを直前に格納された測定された磁界データとの距離に基づヽて判断するステップと、格納したデータに基づいてオフセット値を算出するステップと、該オフセット値の算出に用いられた複数の測定された磁界データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するステツプと、すでに格納されて、るオフセット値を前記ステップにお、て有効であると判断されたオフセット値に更新するステップと、前記測定された磁界データを該更新したォフセット値で補正して、方位データを演算するステップと、を有することを特徴とする方位データ演算方法を提案して!/、る。

[0009] また、本発明は、地磁気センサからのデータを入力して磁界データを測定するステップと、該測定された磁界データを格納すべき力否力を直前に格納された測定された磁界データとの距離に基づ!/、て判断するステップと、格納したデータに基づ、てォフセット値を算出するステップと、該オフセット値の算出に用いられた複数の測定された磁界データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するステップと、該有効とされたオフセット値が所定値よりも大きいときに、前記測定された磁界データから該オフセット値を除去した測定された磁界データに基づ、て、処理を前記測定された磁界データの格納判定ステップに戻すステップと、該有効とされたオフセット値が所定値よりも小さ、ときに、すでに格納されて、るオフセット値を前記ステップにお、て有効であると判断されたオフセット値に更新するステップと、前記測定された磁界デ一タを該更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステップと、を有することを特徴とする方位データ演算方法を提案してヽる。

[0010] また、本発明は、地磁気センサからのデータを入力して磁界データを測定する磁界データ測定手段と、該磁界データを格納する測定データ格納手段と、前記磁界データを該測定データ格納手段に格納すべき力否かを直前に格納された磁界データとの距離に基づ!/、て判断する測定データ格納判別手段と、前記測定データ格納手段に格納された磁界データに基づいてオフセット値を算出するオフセット計算手段と、該オフセット値の算出に用いられた複数の測定データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値とが所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するオフセット有効性判別手段と、すでに格納されてヽるオフセット値を該ォフセット有効性判別手段において有効とされたオフセット値に更新して格納するオフセット格納部と、該オフセット格納部に格納されたオフセット値とすでに格納されて、るオフセット値とを加算するオフセット設定手段と、該オフセット設定手段において設定されたオフセット値を前記磁界データから除去する演算器と、前記オフセット格納部に格納されたオフセット値で前記磁界データを補正して、方位データを演算する方位計測手段とを有することを特徴とする方位センサユニットを提案している。

[0011] また、本発明は、さらに、前記演算器力出力される磁界データを積分する積分器を備えたことを特徴とする方位センサユニットを提案している。

[0012] また、本発明は、さらに、前記磁界データをモニタし、オーバーフローあるいはアンダーフローを検出する検出部を備え、該検出部が、データのオーバーフローあるいはアンダーフローを検出したときに、前記演算器にデータのオーバーフローあるいはアンダーフローを解消するような補正値を入力することを特徴とする方位センサュ- ットを提案している。

[0013] また、本発明は、さらに、前記オフセット有効性判別手段において有効とされたオフセット値と予め定めた所定値とを比較し、該オフセット値が所定値よりも大きいときに、該オフセット値を前記演算器に出力し、該オフセット値が所定値よりも小さいときに、該オフセット値を前記方位計測手段に出力するオフセット大小判別手段を備えたことを特徴とする方位センサユニットを提案して、る。

[0014] また、本発明は、さらに、温度を検出する温度センサおよび該検出された温度から補正値を算出し、該算出された補正値を前記方位計測手段に出力する温度補正値算出手段と、傾きを検出する傾きセンサおよび該検出された傾き力補正値を算出し、該算出された補正値を前記方位計測手段に出力する傾き補正値算出手段との少なくとも一方を備えたことを特徴とする方位センサユニットを提案している。

[0015] また、本発明は、さらに、温度を検出する温度センサと、該検出された温度から補正値を算出する温度補正値算出手段と、傾きを検出する傾きセンサと、該検出された傾きから補正値を算出する傾き補正値算出手段と、前記温度補正値算出手段および傾き補正値算出手段において算出された補正値と直前の補正値とを比較して該補正値を前記方位計測手段に出力するか否かを判定する補正データ判定手段と、を備えたことを特徴とする方位センサユニットを提案している。

[0016] また、本発明は、さらに、前記請求項 4力請求項 9に記載された方位センサュ-ットを備えた携帯電子機器を提案して、る。

[0017] また、本発明は、地磁気センサが検出した磁界を測定データとして順次測定するステツプと、前記測定データと記憶手段に予め記憶された全ての測定データとの座標上における各距離に基づ、て、前記測定データを前記記憶手段に記憶すべきか否かを判断するステップと、前記ステップにおいて、記憶すべきであると判断された場合に、前記測定データを前記記憶手段に順次記憶するステップと、前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づいてオフセット値を算出するステップと、予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新するステップと、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステップと、を有する方位データ演算方法を提案して!/ヽる。

[0018] また、本発明は、さらに、前記オフセット値の算出に用いられた複数の測定データを軸成分毎に比較し、軸成分毎の最大値と最小値との差分が所定値以上であるときに、前記算出したオフセット値は有効であると判断するステップを有し、前記ステップにぉ、て前記算出したオフセット値が有効であると判断した場合に、前記オフセット値を更新するステップは、予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新することを特徴とする方位データ演算方法を提案している。

[0019] また、本発明は、さらに、前記測定データを記憶すべきか否かを判断するステップは、前記座標上における各距離が所定値以上である場合に前記測定データを前記記憶手段に記憶することを特徴とする方位データ演算方法を提案している。

[0020] また、本発明は、地磁気センサが検出した磁界を方位データを使用するアプリケーシヨンプログラム力の要請に応じて、測定データとして順次測定するステップと、前記測定データを前記記憶手段に記憶するステップと、前記記憶手段に記憶された測定データの数が所定数に達したとき、該所定数の測定データのうち最も古いデータを前記記憶手段から削除しつつ、記憶すべき新、測定データを前記記憶手段に記憶するステップと、前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づ!、てオフセット値を算出するステップと、予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新するステップと、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステップと、を有する方位データ演算方法を提案している。

[0021] また、本発明は、地磁気センサが検出した磁界を測定データとして順次測定するステツプと、前記測定データを前記記憶手段に記憶するステップと、前記記憶手段に記憶された測定データの数が所定数に達したとき、記憶すべき新、測定データを前記記憶手段に記憶された該新、測定データから最も近!、方位に位置する測定データと差し替えて記憶するステップと、前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づいてオフセット値を算出するステップと、予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新するステップと、前記測定データを前記更新したォフセット値で補正して方位データを演算するステップと、を有する方位データ演算方法を提案している。

[0022] また、本発明は、地磁気センサからのデータを入力して磁界データを測定する磁界データ測定手段と、該測定された磁界データを格納すべき力否力を直前に格納された測定された磁界データとの距離に基づ、て判断するデータ格納判断手段と、格納したデータに基づいてオフセット値を算出するオフセット値算出手段と、該オフセット値の算出に用いられた複数の測定された磁界データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するオフセット値有効性判断手段と、該有効とされたオフセット値が所定値よりも大きいときに、前記測定された磁界データカも該オフセット値を除去した測定された磁界データに基づ!/、て、前記測定された磁界データの格納判定を再度実行するデータ格納判定再実行手段と、該有効とされたオフセット値が所定値よりも小さ、ときに、すでに格納されて、るオフセット値を前記ステップにお、て有効であると判断されたオフセット値に更新する更新手段と、前記測定された磁界データを該更新したオフセット値で補正して、方位データを演算する演算手段と、を有することを特徴とする方位センサユニットを提案して、る。

[0023] また、本発明は、地磁気センサが検出した磁界を測定データとして順次測定する磁界データ測定手段と、前記測定データと記憶手段に予め記憶された全ての測定データとの座標上における各距離に基づ、て、前記測定データを前記記憶手段に記憶すべきか否かを判断する判断手段と、前記ステップにおいて、記憶すべきであると判断された場合に、前記測定データを前記記憶手段に順次記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づいてオフセット値を算出するォフセット値算出手段と、予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新する更新手段と、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して、方位データを演算する演算手段と、を有する方位センサユニットを提案して、る。

[0024] また、本発明は、地磁気センサが検出した磁界を方位データを使用するアプリケーシヨンプログラム力の要請に応じて、測定データとして順次測定する測定手段と、前記測定データを前記記憶手段に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された測定データの数が所定数に達したとき、該所定数の測定データのうち最も古いデータを前記記憶手段から削除しつつ、記憶すべき新、測定データを前記記憶手段に記憶する制御手段と、前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づ!、てォフセット値を算出する算出手段と、予め設定されたオフセット値を算出された前記ォフセット値に更新する更新手段と、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して、方位データを演算する演算手段と、を有する方位センサユニットを提案している。

[0025] また、本発明は、地磁気センサが検出した磁界を測定データとして順次測定する測定手段と、前記測定データを前記記憶手段に記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された測定データの数が所定数に達したとき、記憶すべき新 U、測定データを前記記憶手段に記憶された該新ヽ測定データから最も近ヽ方位に位置する測定データと差し替えて記憶する制御手段と、前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づいてオフセット値を算出する算出手段と、予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新する更新手段と、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して方位データを演算する演算手段と、を有する方位センサユニットを提案している。

発明の効果

[0026] 本発明によれば、ユーザに煩雑な操作を強、ることなぐ地磁気センサのキヤリブレーシヨンを適宜、正確に実行できるという効果がある。また、オフセットの算出に関する過大な負荷を軽減しつつ、地磁気センサのキャリブレーションを適宜、正確に実行できるという効果がある。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]本発明に係る携帯電子機器 (携帯端末)の構成図である。

[図 2]第 1実施形態に係る方位センサユニットの構成図である。

[図 3]第 1実施形態における方位出力に関する処理フローである。

[図 4]第 1実施形態に係る方位センサユニットの変形例に関する構成図である。

[図 5]第 2実施形態に係る方位センサユニットの構成図である。

[図 6]第 2実施形態における方位出力に関する処理フローである。

[図 7]第 2実施形態に係る方位センサユニットの変形例に関する構成図である。

[図 8]第 3実施形態に係る方位センサユニットの構成図である。

[図 9]第 3実施形態における方位出力に関する処理フローである。

[図 10]第 4実施形態に係る方位センサチップの構成図である。

[図 11]第 4実施形態に係る方位センサユニットの構成図である。 [図 12]第 4実施形態に係る方位センサユニットの変形例に関する構成図である。

[図 13A]携帯端末の座標系（定義)を示す図である。

[図 13B]地面座標系を示す図である。

符号の説明

1 携帯端末

101、 106 アンテナ

102 RF部

103 変復調部

104 CDMA部

105 音声処理部

107 GPS受信部

108 主制御部

109 ROM

110 RAM

111 報知手段

112 時計部

113 主操作部

114 SW

116 電子撮像部

117 表示部

118 タツチパネル

115 副操作部

200 方位センサユニット

201 測定データ格納判別手段

202 測定データ格納手段

203 オフセット計算手段

204 オフセット有効性判別手段

205 オフセット格納部 206 オフセット設定手段

207 方位計測手段

208 オフセット大小判別手段

300 方位センサチップ

301 磁気センサ部

302 切換手段

303 増幅器

304 加算器

305 D/A変

306 オフセット記憶部

307 A/D変

308 オーバーフローアンダーフロー検出部

310 温度センサ

311 傾きセンサ

312 切替手段

発明を実施するための最良の形態

[0029] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図 1は、本発明の携帯電子機器の一実施形態についての構成図であり、 CDMA( Code Division Multiple Access :符号分割多元接続)通信方式による携帯通信端末 (以下、携帯端末と称す)の電気的構成をブロック図として示している。

なお、以下において、参照する各図に共通する部分には、同一の符号を附している。

[0030] 図 1に示すように、本実施の形態の携帯端末 1は、アンテナ 101、 106と、 RF部 10 2と、変復調部 103と、 CDMA部 104と、音声処理部 105と、 GPS受信部 107と、主制御部 108と、 ROM109と、 RAMI 10と、報知手段 111と、時計部 112と、主操作部 113と、 SW114と、電子撮像部 116と、表示部 117と、タツチパネ、ノレ 118と、畐 ij操作部 115と、方位センサユニット 200とから構成されて、る。

[0031] 図 1に示すように、アンテナ 101は図示せぬ無線基地局と電波の送受信を行う。 RF 部 102は信号の送受信に係る処理を行う。この RF部 102は局部発振器等を備え、受信時にアンテナ 101から出力された受信信号に対して所定周波数の局部発信信号を混合することにより、受信信号を中間周波数 (IF)の受信 IF信号に変換し、変復調部 103へ出力する。また、 RF部 102は送信時に中間周波数の送信 IF信号に対して所定周波数の局部発信信号を混合することにより、送信 IF信号を送信周波数の送信信号に変換し、アンテナ 101へ出力する。

[0032] 変復調部 103は、受信された信号の復調処理、および送信される信号の変調処理を行う。この変復調部 103は局部発振器等を備え、 RF部 102から出力された受信 IF 信号を所定周波数のベースバンド信号に変換すると共に、このベースバンド信号をデジタル信号に変換し、 CDMA部 104へ出力する。また、この変復調部 103は、 CD MA部 104から出力された送信用のデジタルのベースバンド信号をアナログ信号に変換すると共に、所定周波数の送信 IF信号に変換して RF部 102へ出力する。

[0033] CDMA部 104は、送信される信号の符号化処理、および受信された信号の複号化処理を行う。この CDMA部 104は、変復調部 103から出力されたベースバンド信号を復号化する。また、 CDMA部 104は、送信用の信号を符号化し、符号化したべースバンド信号を変復調部 103へ出力する。

[0034] 音声処理部 105は、通話時の音声に係る処理を行う。この音声処理部 105は、通話時にマイクロホン (MIC)から出力されたアナログの音声信号をデジタル信号に変換し、送信用の信号として CDMA部 104へ出力する。また、この音声処理部 105は、通話時に CDMA部 104によって復号ィ匕された音声データを示す信号に基づいて、スピーカ（SP)を駆動するためのアナログの駆動信号を生成し、スピーカ（SP)へ出力する。マイクロホン (MIC)は、ユーザによって入力された音声に基づいた音声信号を生成し、音声処理部 105へ出力する。スピーカ（SP)は、音声処理部 105から出力された信号に基づいて、通話相手の音声を放音する。

[0035] GPSアンテナ 106は、図示せぬ GPS衛星から送信された電波を受信し、この電波に基づいた受信信号を GPS受信部 107へ出力する。 GPS受信部 107はこの受信信号を復調し、受信信号に基づいて、 GPS衛星の正確な時刻情報や電波の伝播時間等の情報を取得する。 GPS受信部 107は取得した情報に基づいて、 3以上の GPS 衛星までの距離を算出し、三角測量の原理により、 3次元空間上の位置 (緯度'経度 •高度等)を算出する。

[0036] 主制御部 108は、 CPU (中央処理装置)等から構成され、携帯端末 1内部の各部を制御する。この主制御部 108は、 RF部 102、変復調部 103、 CDMA部 104、音声処理部 105、 GPS受信部 107、下記の方位センサユニット 200、 ROM109、および RAMI 10とバスを介して制御信号あるいはデータの入出力を行う。 ROM109は、主制御部 108が実行する各種のプログラムや、出荷検査時に測定された温度センサおよび傾きセンサの初期特性値等を記憶する。 RAMI 10は、主制御部 108によって処理されるデータ等を一時的に記憶する。

[0037] 報知手段 111は、例えばスピーカ、バイブレータ、または発光ダイオード等を備え、着信やメール受信等を、音、振動、または光等によってユーザに報知する。時計部 1 12は計時機能を有し、年、月、日、曜日、時刻等の計時情報を生成する。主操作部 113は、ユーザによって操作される文字入力用の入力キー、漢字'数字等の変換用の変換キー、カーソル操作用のカーソルキー、電源のオン Zオフキー、通話キー、およびリダイアルキー等を備え、ユーザによる操作結果を示す信号を主制御部 108へ出力する。また、開閉スィッチ (SW) 114は、折畳み式携帯端末の場合に、開け始めと閉め終わりを検出するためのスィッチである。

[0038] 方位センサユニット 200は、互いに直交する X軸 ·Υ軸 ·Ζ軸の各々の軸方向の磁気

(磁界)を検出する磁気センサ（1)〜（3)、温度を検出する温度センサ、携帯端末 1の傾きを検出する物理量センサおよび各センサによる検出結果を処理するブロックを備えている。なお、詳細については、図 2を用いて後述する。

[0039] 電子撮像部 116は、光学レンズおよび CCD (Charge Coupled Device)等の撮像素子を備え、光学レンズにより撮像素子の撮像面上に結像した被写体の像を撮像素子によりアナログ信号に変換し、このアナログ信号をデジタル信号に変換して主制御部 108へ出力する。表示部 117は液晶ディスプレイ等を備え、主制御部 108から出力された表示用の信号に基づヽて画像や文字等を表示する。タツチパネル 118は、表示部 117が備える液晶ディスプレイの表面に組み込まれ、ユーザによる操作内容に応じた信号を主制御部 108へ出力する。副操作部 115は、表示切替に用いられるプッシュスィッチ等を備えて、る。

[0040] 次に、図 2から図 4を用いて第 1の実施形態について説明する。

本実施形態に係る方位センサユニットは、図 2に示すように、測定データ格納判別手段 201と、測定データ格納手段 202と、オフセット計算手段 203と、オフセット有効性判別手段 204と、オフセット格納部 205と、オフセット設定手段 206と、方位計測手段 207と、方位センサチップ 300と力構成されており、方位センサチップ 300はさらに、磁気センサ部 301と、切換手段 302と、増幅器 303と、加算器 304と、 D/A変換器 305と、オフセット記憶部 306と、 A/D変翻 307と力も構成されている。

[0041] 測定データ格納判別手段 201は、キャリブレーション時に、磁気センサの出力に対応したデジタル信号によって示される測定データを測定データ格納手段 202に格納すべきかどうかの判定等の、データ格納に関する処理を行う。ここで、キヤリブレーシヨンとは、外部磁気を測定し、得られた測定データを基にオフセット値を算出し、算出されたオフセット値を地磁気センサのオフセットとして更新 (設定)することを!、う。測定データ格納手段 202は、測定データ格納判別手段 201からデータを入力し、所定の格納方法（内容については後述する。）にしたがって、データを格納する。

[0042] オフセット計算手段 203は、キャリブレーション時に取得した測定データに基づいてオフセット値を算定する (詳細は後述)。また、オフセット有効性判別手段 204は、ォフセット計算手段 203によって算定されたオフセット値の有効性を判定する (詳細は後述)。

[0043] オフセット格納部 205は、予めオフセット値が格納されている場合はそのオフセット値をオフセット有効性判別手段 204において有効と判別されたオフセット値に更新して格納する。オフセット設定手段 206は、オフセット記憶部 306に記憶されているオフセット値とオフセット格納部 205から出力されたオフセット値とを合算して、この値をォフセット記憶部 306に出力する。方位計測手段 207は、後述する AZD変換器 307 力入力した磁界データ力方位を計測する。

[0044] なお、磁気センサのオフセットとしては、一般に、磁気センサ固有のオフセット、周辺回路の影響によるオフセットおよび他の部品からの影響により磁界が乱れることにより生ずるオフセットが考えられる。このうち、磁気センサ固有のオフセットと周辺回路の影響によるオフセットは、オフセット値としては変動の少ない値であることから、これらのオフセット値を予め測定し、オフセット設定手段 206に格納しておいてもよい。

[0045] 磁気センサ部 301は、磁気センサ（1)〜（3)と、電源投入後、各磁気センサを初期化するための図示しな、センサ初期化手段（1)〜（3)とを備えて!/、る。センサ初期化手段（1)〜（3)は、強磁界が印加された場合、磁気センサ（1)〜（3)の磁性体の磁化の向きが狂ってしまうことから、磁気センサ（1)〜（3)を初期状態にリセットするために設けられるものである。

[0046] 切換手段 302は、磁気センサ部 301の各磁気センサ（1)〜（3)からの磁界データを切り替えて順次、増幅器 303に入力する。加算器 304は、増幅器 303からの出力から、各磁気センサ（1)〜（3)に対応したオフセット値を DZA変換器 305によりアナログに変換した信号を減算する。 AZD変 307は、加算器 304の出力をデジタル信号に変換して、方位計測手段 207に出力する。なお、加算器 304は、増幅器 30 3の前段に配置し、切替手段 302から増幅前の磁界データに対して減算処理を行うようにしてもよい。この場合、減算する信号は増幅前の磁界データに対応するオフセット値である必要がある。

[0047] 次に、図 3を用いて具体的な処理動作について説明する。

図 3に示すように、例えば、方位計測を必要とするアプリケーションプログラム (ナビゲーシヨンソフトウェア等の方位データを使用するアプリケーションプログラム）等が立ち上がると方位センサユニット 200に対して、測定トリガがかかる（ステップ 101)。具体的なトリガとしては、一定時間ごとにトリガをかける方法が考えられる。なお、これ以外にも、アプリケーションプログラム側力もの方位測定要請があったタイミングでトリガをかける方法や、例えば、携帯端末の別のデバイスの出力をモニタし、方位が変わつたと推測される場合 (例えば、電子撮像部 116に入力された画像データが変化 (画像力 Sスライド)したタイミング等）にトリガをかける方法等が考えられる。

[0048] ここで、一定時間ごとにトリガをかける方法では、定期的にデータ測定を行っているため、アプリケーションプログラム力も方位測定の要請があった場合には、測定済みの直近のデータを出力すればよいことから、短時間での応答が可能であるという利点がある。また、アプリケーションプログラムからの要請によりトリガが力かる方法は、測定回数が必要最小限となるため、無駄な電力を削減できるという利点があり、別のデバイスの状況力トリガをかける方法では、例えば、携帯端末の別のデバイスが動作していることが条件になる力上記 2つの方法の利点を併せ持つ特徴がある。

[0049] 測定トリガがかかると、磁気センサ部 301から入力したデータにより磁界データを測定し、データをデジタルデータに変換して測定データ格納判別手段 201および方位計測手段 207に出力する (ステップ 102)。測定データ格納判別手段 201では、このデータを測定データ格納手段 202に格納すべき力どうかの判定に関する処理を行う (ステップ 103)。

[0050] 判定方法は、測定データ格納手段 202に格納されているデータを参照して、後述する判別方法に基づ、て、入力したデータを測定データ格納手段 202に格納すベき力否かを判別し、格納すべきと判断したときは、そのデータを測定データ格納手段 202に格納する。

[0051] 判別方法および格納方法としては、（1)すべてのデータを格納する方法、（2)測定データ格納手段 202に格納されているデータの有無で判別し、データがないときのみ格納する方法がある。これらの方法では、データが方位球の一部に集中することを避けることができるという利点がある。また、既にデータが存在する場合にデータを格納すべきか否かの判別方法および格納方法としては、 (3)直前に格納したデータと一定値以上距離が離れてヽるかで判別し、離れてヽる場合のみ格納する方法があるなお、ここで、測定値（Hxl、 Hyl、 Hzl)と測定値（Hx2、 Hy2、 Hz2)との距離とは、数 1のようである。また、距離とは方位空間座標上における各座標点間の距離である。

[0052] [数 1]

V(H l - Hxl)² + (Hy\ - Hylf + (Hzl一 Hzl) また、（4)格納済みのすべてのデータから座標上において一定値以上距離が離れて、る場合のみ格納する方法がある。 (3)および (4)の方法では、データが方位球の一部に集中することを避けることができる。データが蓄積されるまでに時間を要するが、データの均一性が優れている。

なお、一定値としては、 3. 98[AZM]程度が好適である。

[0054] 測定データ格納手段 202は、測定データ格納判別手段 201からのデータを入力し、後述する格納方法にしたがって、データを格納し (ステップ 104)、「オフセット計算手段 203にデータを出力すべき力否か」を図示しないオフセット計算トリガ手段に打診する。オフセット計算トリガ手段は、後述するオフセット計算のトリガ方法に基づいて、データをオフセット計算手段 203に出力すべき力否力を回答する。測定データ格納手段 202は、データをオフセット計算手段 203に出力する指示があったときには、格納しているデータをオフセット計算手段 203に出力する。

[0055] ここで、データの格納方法としては、（1)データを取り込み順に蓄積し、オフセット計算トリガ手段のトリガが力かってオフセット計算処理が終了したときに、全てのデータを消去して、もう一度、最初力もデータを蓄積する方法がある。また、（2)データを取り込み順に蓄積し、一定量のデータが溜まったら、新たなデータを取り込む際に、最も古いデータを削除しつつ当該新たなデータを格納し、常に、一定量の新しいデータを保持する方法、さらに、（3)データを取り込み順に蓄積し、オフセット計算トリガ手段のトリガが力かってオフセット計算処理が終了したときに、古いデータの方から一部のデータを消去して、データの蓄積を始める方法、（4)データを値の順番に蓄積し、一定量のデータが溜まったら記憶すべき新しいデータに最も近い方位のデータの差し替えを行って、新しいデータを格納させる方法がある。（1)の方法では、処理の負荷が軽いという利点がある。また、（2)の方法では、キャリブレーションの頻度を上げやすく最も短期間にオフセットを修正できるという利点があり、（3)の方法では、短期間にオフセットの修正が可能である反面、キャリブレーションの計算負荷が大きくなるという問題もある。しかし、前者の方法に比べて、オフセットの計算頻度が低くなり、計算処理の負荷を軽減できるという利点もある。（4)の方法では、オフセット変動が方位球より大きい場合に、いつまでも不要なデータが残ることがある力データの密度を均一に保持できる。

[0056] さらに、データを値の順番に蓄積し、一定量のデータが溜まったら、記憶すべき新 LV、データに最も近、方位のデータと差し替えを行って新 U、データを格納させる方法でもよい。この場合、オフセット変動の規模が小さいときには、上記前者の方法に比べて、データ密度を均一に保持できるという利点がある反面、オフセット変動が方位球の半径よりも大きい場合には、いつまでも不要なデータが残る危険性がある。なお、方位球とは、磁気センサのオフセットに対応する方位空間上の 1点を中心とした半径が地磁気の強さに対応する球である。

[0057] また、オフセット計算のトリガについては、（1)データが一定量になったら、トリガをかける方法、（2)データが一定量になり、前回のオフセット算出から一定時間経過していたらトリガをかける方法、（3)データ力点以上あるときには、一定時間ごとにトリガをかける方法がある。（1)の方法では、データ数が一定であるため、データ数に基づく精度が安定する利点がある。（2)の方法では、短時間でキャリブレーションを行い、短時間でオフセット値を補正できる。（3)の方法では、いつまでもキャリブレーション動作に入らな、と、う状況が回避できる。

[0058] 次に、測定データ格納手段 202から測定データがオフセット計算手段 203に供給されると、これらの測定データをもとにオフセットの計算が行われる (ステップ 105)。

[0059] ここで、オフセット計算アルゴリズムについて説明する。

測定データを（X, y.， z) (i=l, ···, N)、求めるべきオフセット値を (XO, Y0, Z0) 、方位球半径を Rとすると、以下の関係式が成り立つ。

(X— X0)²+ (y-Y0)²+ (z— Z0)²=R²

[0060] このとき、最小二乗誤差 εを数 2のように定義する。

[0061] [数 2]

^ =∑^- 。)² + iy>― Y0)² + 一 zo -R²}²

= V fx.² + yf + ²)— 2x_;Z0一 2y,Y0― 2z.Z0 + (χθ² +YQ² +Z ²)~R² [0062] ここで、

2 2 2

a = x 十 y.十 z.

b=-2x

c=-2y d=-2z

D= (X0²+Y0²+Z0²) -R²

とすると、 εは以下の数 3となる。

[0063] [数 3] ε = Υ { _t + b,XQ + c O + d_tZ0 + D)²

[0064] ここで、計算を簡略化するために、 Dを独立変数とみなす。最小二乗誤差 εを最小とする条件は、 εを XO、 YO、 ZO、 Dで微分することにより、以下の数 4となる。

[0065] [数 4]

—— = 2^ [a, + b_tX0 + c,T0 + d_tZ0 + Ό = 0 —— = 2^(α,. +み, JT0 + c,70 + ₍Z0 + D)c_i = 0 - = 2^ (a, + b,X0 + _C)Y0 + d,Z0 + D)d, = 0 ― = 2∑ +b_:XQ + c,T0 + d_tZ0 + D) = 0

[0066] したがって、以下の数 5が成り立つ。

[0067] [数 5]

[0068] ただし、 [m]は、数 6である。

[0069] [数 6]

N

{m\ = ^m_t [0070] この連立方程式を解くことにより、最小二乗誤差 εを最小とする ΧΟ, ΥΟ, ΖΟ, Dが求まる。また、（1)式により、 Rも求めることができる。

[0071] オフセット値が計算されると、オフセット有効性判別手段 204により、その有効性が判別される (ステップ 106)。具体的には、算出されたオフセット値および方位円（球) 半径と、測定データ格納手段 202に格納された測定データ力以下の数 7の値を算出する。

[0072] [数 7]

i∑ - ^o)² + iy, - YGf + (z, - zo)² }- ( {(x, - XQf + (y, - YOf + (ζ,. - zo)²

N'

Max(x_! )一 Min(x_t )

R

Max(y_t ) - Min{y_l )

R

Max(z, ) - Min{z_l )

R

[0073] ただし、 Max (x )は、測定データ x , · · · , χの中の最大値を表し、 Min (x )は、測

i 1 N i 定データ χ , · · · , Xの中の最小値を表す。また、 σは標準偏差である。上記の値に

1 Ν

対して、以下、数 8の判定基準が満たされるかどうか判定し、判定基準が満たされた場合に、推定したオフセット値が有効であると判定する。ここで、 Fは 0. 1程度が好ましぐ Gは 1程度が好ましい。

[0074] [数 8] σ < F

W _χ >

w _y > G

w , > G

[0075] そして、オフセット値が有効であると判断されたときには、図示しない方位計測手段 207内の記憶手段に格納されているオフセット値が更新される (ステップ 107)。方位計測手段 207は、新たに更新された前記記憶手段内のオフセットに基づいて、入力した測定データ力もオフセットを除去したのち、次の、ずれかの方法で方位を計算する（ステップ 108)。

[0076] 1)例えば、携帯端末が水平であると仮定する場合には、次式に基づいて方位を算出する。

Abs (Hx) < Abs (Hy) AND Hy>0 Then direction (deg)

= -arctan(Hx/Hy) * 180/ π

Abs (Hx) < Abs (Hy) AND Hyく 0 Then direction (deg)

= 180-arctan(Hx/Hy) * 180/ π

Abs (Hx) > Abs (Hy) AND Hx>0 Then direction (deg)

= 90 + arctan(Hx/Hy) * 180/ π

Abs (Hx) > Abs (Hy) AND Hx< 0 Then direction (deg)

= 270 + arctan(Hx/Hy) * 180/ π

2)例えば、携帯端末が a (rad)傾いていると仮定する場合には、次式に基づいて方位を算出する。

Hy =H cos ) Hz sin(a)として、

Abs (Hx) < Abs (Hy' ) AND Hy>0 Then direction (deg)

= -arctan(Hx/Hy') * 180/ π

Abs (Hx) < Abs (Hy' ) AND Hyく 0 Then direction (deg)

= 180-arctan(Hx/Hy') * 180/ π

Abs (Hx) >Abs (Hy') AND Hx>0 Then direction (deg)

= 90 + arctan(Hx/Hy') * 180/ π

Abs (Hx) >Abs (Hy') AND Hx< 0 Then direction (deg)

= 270 + arctan(Hx/Hy') * 180/ π

ここで、 Hx、 Hy、 Hzは、磁気センサの出力であり、方位は、 Y軸の方位を指し、磁北を 0度とする。

[0077] なお、 1)の方法は、ユーザにとって携帯端末を水平にすることは比較的容易であり、方位の精度を得やすいという利点がある。また、 2)の方法では、ユーザが通常携帯端末を持つ角度であるため、おおよそ正しい方位を出すことができるが、その反面、決まった角度に携帯端末を合わせるのは困難である場合もあることから、精度はあまり期待できな、と、う問題もある。

そして、こうして得られた方位データは、例えば、携帯端末の表示部 117等に出力され、表示される（ステップ 109)。

[0078] 図 4は、本実施形態の変形例であり、加算器 304の出力に積分器 309が設けられている。この積分器 309を設けることによりアナログ値の計算における測定データの微小な乱れを平均化することができるため、測定精度を向上させることができる。なお、この構成は、後述するすべての実施形態においても適用可能である。

[0079] 次に、図 5から図 7を用いて、第 2の実施形態について説明する。

第 2の実施形態に係る方位センサユニットは、図 5に示すように、第 1の実施形態の構成に加えて、増幅器 303の出力をモニタするオーバーフローアンダーフロー検出部 308を備えている。

[0080] オーバーフローアンダーフロー検出部 308は、増幅器 303の出力が次段の AZD 変換器 307の入力レンジ内に収まっているか否かを検出し、オーバーフローあるいはアンダーフローしている場合には、増幅器 303の出力が次段の A/D変換器 307 の入力レンジ内に収まるように、オーバーフローアンダーフロー検出部 308の検出結果に基づく値をオフセット設定手段 206に入力する。ここで、オフセット設定手段 206 は、オフセット格納部 205に値が予め格納されている場合には、オフセット格納部 20 5内のその値と、オーバーフローアンダーフロー検出部 308から入力された値とを合算してオフセット記憶部 306に格納するオフセット値を設定する。

[0081] 次に、図 6を用いて、具体的な処理動作について説明する。

図 6に示すように、第 1の実施形態と同様に、例えば、方位計測を必要とするアプリケーシヨン等が立ち上がると方位センサユニット 200に対して、測定トリガがかかる (ステップ 201)。測定トリガがかかると、まず、磁気センサ部 301から入力したデータにより磁気データを測定する。そして、測定された磁気データは、増幅器 303に送られる（ステップ 202)。 [0082] 続いて、オーバーフローアンダーフロー検出部 308は、増幅器 303の出力が次段の AZD変換器 307の入力レンジ内に収まっているか否かを検出し、オーバーフロ一あるいはアンダーフローしている場合には、該増幅器 303の出力と加算することで、次段の AZD変換器 307の入力レンジ内に収まるようする値 (以下、「オーバーフロ一アンダーフロー検出部 308の検出結果に基づく値」という）をオフセット設定手段 2 06に入力した上で (ステップ 204)、次ステップに移行する（ステップ 203)。オーバーフローある、はアンダーフローしてな、場合には、ステップ 203を経な!/、でステップ 2 04に移行する。そして、再び、磁気センサ力も入力したデータにより磁界データを測定し、データをデジタルデータに変換して測定データ格納判別手段 201および方位計測手段 207に出力する (ステップ 205)。

[0083] 測定データ格納判別手段 201では、このデータを測定データ格納手段 202に格納すべきかどうかの判定に関する処理を行う（ステップ 206)。ここで、格納すべきと判断したときには、測定データを測定データ格納手段 202に格納し (ステップ 207)、格納すべきでな!、と判断したときには、ステップ 201に戻る。

[0084] 測定データ格納手段 202は、測定データ格納判別手段 201からのデータを入力し、後述する格納方法にしたがって、データを格納し (ステップ 207)、オフセット計算手段 203にデータを出力すべき力否力を図示しないオフセット計算トリガ手段に打診する。オフセット計算トリガ手段は、前述のオフセット計算のトリガ方法に基づいて、データをオフセット計算手段 203に出力すべき力否力を回答する。測定データ格納手段 2 02は、データをオフセット計算手段 203に出力する指示があったときには、格納しているデータをオフセット計算手段 203に出力する。

[0085] オフセット計算手段 203は、測定データ格納手段 202から測定データが入力されると、前述のオフセット計算アルゴリズムにしたがって、オフセットの計算を行う（ステップ 208)。オフセット値が計算されると、オフセット有効性判別手段 204により、その有効性が判別される (ステップ 209)。その結果、オフセットが有効であると判断されたときには、図示しない方位計測手段 207内の記憶手段に格納されているオフセット値が更新される (ステップ 210)。

[0086] 一方、方位計測手段 207は、新たに更新された前記記憶手段内のオフセット値に基づいて、入力した測定データ力もオフセットを除去したのち、方位を計算し (ステツプ 211)、こうして得られた方位データは、例えば、携帯端末の表示部 117等に出力され、表示される（ステップ 212)。

[0087] 図 7は、第 2の実施形態の変形例である。第 2の実施形態の構成との相違は、オフセット格納部 205をもたない点である。すなわち、オフセット設定手段 206において、オーバーフローアンダーフロー検出部 308の検出結果に基づく値をそのままオフセット記憶部に格納する。こうして、測定データは、 AZD変換器 307の入力レンジに収まり、この測定データのオフセットは、オフセット計算手段 203で求めたオフセット値で補正する構成となっている。こうした構成とすることにより、主にハードウェアの処理でオーバーフローあるいはアンダーフローに対する補正を行い、ソフトウェアの処理によって、オーバーフローあるいはアンダーフロー除去後の補正を行うため、回路負荷やソフトウェアの処理負荷を軽減することができる。

[0088] したがって、本実施形態によれば、オーバーフローアンダーフロー検出部により、ォ一バーフローアンダーフローを検出して、オーバーフローあるいはアンダーフローが検出された場合には、検出結果に基づく値に基づいて、加算器 304において、測定データの補正を行うため、 AZD変 307における AZD変換に要する時間を短縮して、短時間に正確な方位を演算することができる。また、レンジ内に収める補正とオフセットの補正を切り分ける回路構成とすると、回路負荷やソフトウェアの処理負荷を軽減することちできる。

[0089] 次に、図 8および図 9を用いて、第 3の実施形態について説明する。

第 3の実施形態に係る方位センサユニットは、図 8に示すように、第 1の実施形態から、オフセット設定手段 206、オフセット格納手段 205を除き、加えてオフセット大小判別手段 208を備えている。

オフセット大小判別手段 208は、オフセットの有効性が判別された後のオフセット値が予め定めた所定値よりも大きいか否かを判別して、オフセット値が予め定めた所定値よりも大きい場合には、その値をオフセット記憶部 306に出力し、オフセット値が予め定めた所定値よりも小さい場合には、その値を方位計測手段 207に出力する。

[0090] 次に、図 9を用いて、具体的な処理動作について説明する。図 9に示すように、第 1の実施形態と同様に、例えば、方位計測を必要とするアプリケーシヨン等が立ち上がると方位センサユニット 200に対して、測定トリガがかかる (ステップ 301)測定トリガ力かかると、磁気センサ部 301から入力したデータにより磁界データを測定し、データをデジタルデータに変換して測定データ格納判別手段 201および方位計測手段 207に出力する (ステップ 302)。

[0091] 測定データ格納判別手段 201では、このデータを測定データ格納手段 202に格納すべきかどうかの判定に関する処理を行う（ステップ 303)。ここで、格納すべきと判断したときには、測定データを測定データ格納手段 202に格納し (ステップ 304)、格納すべきでな!、と判断したときには、ステップ 301に戻る。

[0092] 測定データ格納手段 202は、測定データ格納判別手段 201からのデータを入力し、前述する格納方法にしたがって、データを格納し (ステップ 304)、オフセット計算手段 203にデータを出力すべき力否力を図示しないオフセット計算トリガ手段に打診する。オフセット計算トリガ手段は、前述のトリガ方法に基づいて、データをオフセット計算手段 203に出力すべき力否力を回答する。測定データ格納手段 202は、データをオフセット計算手段 203に出力する指示があったときには、格納しているデータをォフセット計算手段 203に出力する。

[0093] オフセット計算手段 203は、測定データ格納手段 202から測定データが入力されると、前述のオフセット計算アルゴリズムにしたがって、オフセットの計算を行う（ステップ 305)。オフセット値が計算されると、オフセット有効性判別手段 204により、その有効性が判別される (ステップ 306)。

[0094] 次に、有効性ありと判別されたオフセット値が予め定めた所定値よりも大きいか否かを判別して (ステップ 307)、オフセット値が予め定めた所定値よりも大きい場合には、その値をオフセット記憶部 306に出力し (ステップ 308)、オフセット値が予め定めた所定値よりも小さい場合には、その値を方位計測手段 207に出力する。そして、図示しな、方位計測手段 207内の記憶手段に格納されて、るオフセット値が更新される (ステツプ 309)。

[0095] 一方、方位計測手段 207は、ステップ 302の後、入力した測定データ力オフセットを除去し、これに基づいて方位を計算する (ステップ 310)。こうして得られた方位データは、例えば、携帯端末の表示部 117等に出力され、表示される (ステップ 311)。

[0096] したがって、本実施形態によれば、オフセット大小判別手段が、オフセット有効性判別手段による有効性判別後のオフセットの大きさを検出して、オフセットが所定値よりも大きい場合に、オフセット記憶部 306にオフセット値を出力し、当該出力されたオフセット値と予めオフセット記憶部 306に記憶されていたオフセット値とを合算して、 D ZA変 305において合算されたオフセット値をアナログ信号に変換して、加算器 304において、測定データ力も変換されたアナログ信号を減算するため、 AZD変換器 307における AZD変換に要する時間を短縮して、短時間に正確な方位を演算することができる。すなわち、有効性が判別された後のオフセット値の大きさを検出し、その値が大きい場合は方位計測を使用せずに方位センサチップ側でオフセット補正を行うため、大きな値のオフセット値でソフトウェアの処理が実行されることがなぐソフトウエア処理の処理負荷が軽減される。

[0097] 次に、図 10から図 12を用いて、第 4の実施形態について説明する。

第 4の実施形態に係る方位センサチップ 300は、図 10に示すように、第 1の実施形態の構成に加え、増幅器 303の出力とともに切替手段 312により接続される温度センサ 310、傾きセンサ 311とを備えている。また、図 11に示すように、方位センサュ-ット 200は、方位センサチップ 300の AZD変換器 307を介して磁気センサ部から出力されるデータを入力する温度補正値算出手段 209、傾き補正値算出手段 210を備えている。

[0098] 温度センサ 310は、方位センサチップ 300の温度をモニタし、そのデータを方位センサチップ 300の AZD変換器 307を介して方位センサユニット 200の温度補正値算出手段 209に出力する。温度補正値算出手段 209には、予め温度と補正値との関数が格納されており、入力した温度データに対応した補正値を方位計測手段 207 に出力する。具体的には、キャリブレーション時の温度を TO、推定されているオフセットを OF、温度係数 A (これは出荷検査時に測定して ROM109に記録されている）、測定時の温度を T、磁気センサの測定値を SOとすると、温度補正したオフセット除去後の磁気データ S1は、

Sl = S0- {OF+A(T-TO) } となる。ここで、 A (T— TO) 1S 上述した入力した温度データに対応する補正値に相当する。

[0099] 傾きセンサ 311は、方位センサチップ 300の傾きをモニタし、そのデータを方位センサチップ 300の AZD変換器 307を介して方位センサユニット 200の傾き補正値算出手段 210に出力する。傾き補正値算出手段 210は、以下に示すような方法で、仰角 β、ひねり角 γを算出して、これを方位計測手段 207に出力する。

[0100] ここで、携帯端末 1を例にとり、傾き補正についてその詳細を説明する。

まず、図 13Aに示すように携帯端末 1の座標系を定義する。すなわち、携帯端末 1 のアンテナ 101の方位角を α、仰角を j8、ひねり角（アンテナ軸のまわりの回転角）を 7とする。符号は、同図に示す矢印方向を正とする。また、アンテナ方向の単位べクトルを Vy、端末ユニット 2 (アンテナ 101および方位センサチップ 300が配置された側）がなす面 (例えば、図 13では符号 99部分の面）に垂直な方向の単位ベクトルを Vzとし、 Vy, Vzのいずれにも直交する単位ベクトルを Vxとする。なお、同図に示す矢印方向を正の向きとする。地面座標系は、図 13Bに示すように、 X、 Y、 Ζで表し、北方向を Υ軸にとる。

[0101] ここで、地面座標系での重力を G= (0, 0, Gz)とする。また、携帯座標系での重力を g= (gx、 gy、 gz)とする。この携帯座標系での重力は傾きセンサにより検出できるものとする。もちろん、地面座標系での重力は既知である。

すると、携帯座標系の重力 gと地面座標系での重力 Gは、下式で表される。

(Gx, Gy, Gz) BC=、gx, gy, gz;

ただし、 BCは、数 9、数 10で表せる。

[0102] [数 9]

「1 0 0

B = 0 cos β sin β

0 一 sin cos β

[0103] [数 10]

[0104] これから、 BCは、数 11で表される。

[0105] [数 11] cos γ 0 -sin/

BC = sin β sin / cosy? sin cos

cos smy - sin β cos β cos γ

[0106] したがって、携帯座標系での重力 gは数 12で表される。

[0107] [数 12]

cos γ 0 -sin/

^gx, gy, gz) = (θ,Ο, Gz)| sin β sin ^ cos/? sin ficos/ cos ? sin γ -sin/? cos cos

= Gz(cos β sin ^,- sin /9， cos ， cosy)

[0108] この式から、仰角 13、ひねり角 γが数 13のように求まる。

[0109] [数 13]

≥0

[0110] 方位計測手段 207は、仰角 13、ひねり角 γを入力すると、以下のアルゴリズムにより、方位角 OC、地磁気の仰角 Θを求める。

まず、携帯座標系での地磁気を h= (hx, hy, hz)、地面座標系での地磁気を H = (0, Hy, Hz)とすると、

(0, Hy, Hz) ABC = (hx, hy, hz)

が成り立つ。ただし、 A、 B、 Cは、数 14のようになる。

[0111] [数 14]

1 0 0

B = 0 cos β sin β

0 -sin β cos β

cos/ 0 -sin/

C = 0 1 0

sin^ 0 cos/

[0112] これから、数 15が導かれる。

[0113] [数 15]

{0,Hy,Hz)A = (hx, y,hz)C- B-¹≡ {hx hy' )

[0114] よって、

(hx' , hy' , hz ノ = (Hysin a , Hycos a , Hz)

となる。したがって、入力した仰角 β、ひねり角 γと、携帯座標系での地磁気 hは測定すると、 (hx', hy', hz')が定まる。ここで地面座標系での地磁気 Hが既知であるとすると、方位角 aが求まる。また、地磁気の仰角 Θも数 16により求まる。 [0115] [数 16]

[0116] したがって、本実施形態においては、周辺部品等による磁界の変化から生ずる磁気センサのオフセットのみならず、温度変化や傾きの変化によるオフセットについても、その影響を効果的に除去することができる。

[0117] 図 12は、本実施形態の変形例であり、温度補正値算出手段 209、傾き補正値算出手段 210の出力に対して、補正データ判定手段 211を有する構成となっている。補正データ判定手段 211は、図示しない記憶手段を有しており、温度補正値算出手段 209および傾き補正値算出手段 210からの出力データと直前に格納したデータとを比較して、一定以上の変化がある場合等にそのデータを方位計測手段 207に出力する。

[0118] したがって、上記の実施形態によれば、補正データ判定手段 211は、温度補正値算出手段 209および傾き補正値算出手段 210からのデータを判定して、方位計測手段 207への出力の可否を判断することから、方位計測手段 207の処理負荷を軽減させることができる。

[0119] 以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなぐこの発明の要旨を逸脱しない範囲の構成等も含まれることは言うまでもない。例えば、本発明の実施形態においては、磁気センサ力の出力を演算するブロックを方位センサユニット内に設けた構成について説明したが、これに限らず、演算部を端末ユニット内の主制御部に設けた構成であってもよい。

産業上の利用可能性

[0120] 本発明によれば、ユーザに過度な負担を強いることなぐキャリブレーションを実行し、正確な方位を出力できるという効果がある。

また、 DZAコンバータやメモリに負荷を低減しつつ、正確な方位を出力する方位センサユニットを提供できるという効果がある。

Claims

請求の範囲

[1] 地磁気センサ力ものデータを入力して磁界データを測定するステップと、

該測定データを格納すべきか否力を直前に格納された測定データとの距離に基づいて判断するステップと、

格納したデータに基づいてオフセット値を算出するステップと、

該オフセット値の算出に用いられた複数の測定データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するステップと、

すでに格納されて、るオフセット値を前記ステップにお、て有効であると判断されたオフセット値に更新するステップと、

前記測定データを該更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステップと、

を有することを特徴とする方位データ演算方法。

[2] 地磁気センサ力のデータを入力して磁界データを測定するステップと、

該測定された磁界データがオーバーフローある、はアンダーフローして!/、るか否かを判断し、該測定された磁界データがオーバーフローあるいはアンダーフローしていると判断したときに、該測定された磁界データが所定の範囲に収まるように補正するステップと、

該測定された磁界データを格納すべき力否力を直前に格納された測定された磁界データとの距離に基づヽて判断するステップと、

該オフセット値の算出に用いられた複数の測定された磁界データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するステップと、

前記測定された磁界データを該更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステップと、を有することを特徴とする方位データ演算方法。

[3] 地磁気センサ力のデータを入力して磁界データを測定するステップと、

該有効とされたオフセット値が所定値よりも大きいときに、前記測定された磁界データカ該オフセット値を除去した測定された磁界データに基づいて、処理を前記測定された磁界データの格納判定ステップに戻すステップと、

該有効とされたオフセット値が所定値よりも小さいときに、すでに格納されているォフセット値を前記ステップにおいて有効であると判断されたオフセット値に更新するステツプと、

前記測定された磁界データを該更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステップと、

を有することを特徴とする方位データ演算方法。

[4] 地磁気センサからのデータを入力して磁界データを測定する磁界データ測定手段と、

該磁界データを格納する測定データ格納手段と、

前記磁界データを該測定データ格納手段に格納すべき力否かを直前に格納された磁界データとの距離に基づいて判断する測定データ格納判別手段と、

前記測定データ格納手段に格納された磁界データに基づいてオフセット値を算出するオフセット計算手段と、

該オフセット値の算出に用いられた複数の測定データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値とが所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するオフセット有効性判別手段と、

すでに格納されて、るオフセット値を該オフセット有効性判別手段にぉ、て有効とされたオフセット値に更新して格納するオフセット格納部と、

該オフセット格納部に格納されたオフセット値とすでに格納されているオフセット値とを加算するオフセット設定手段と、

該オフセット設定手段において設定されたオフセット値を前記磁界データから除去する演算器と、

前記オフセット格納部に格納されたオフセット値で前記磁界データを補正して、方位データを演算する方位計測手段とを有することを特徴とする方位センサユニット。

[5] 前記演算器から出力される磁界データを積分する積分器を備えたことを特徴とする請求項 4に記載された方位センサユニット。

[6] 前記磁界データをモニタし、オーバーフローあるいはアンダーフローを検出する検出部を備え、該検出部が、データのオーバーフローあるいはアンダーフローを検出したときに、前記演算器にデータのオーバーフローあるいはアンダーフローを解消するような補正値を入力することを特徴とする請求項 4に記載された方位センサユニット。

[7] 前記オフセット有効性判別手段において有効とされたオフセット値と予め定めた所定値とを比較し、該オフセット値が所定値よりも大きいときに、該オフセット値を前記演算器に出力し、該オフセット値が所定値よりも小さいときに、該オフセット値を前記方位計測手段に出力するオフセット大小判別手段を備えたことを特徴とする請求項 4に記載された方位センサユニット。

[8] 温度を検出する温度センサおよび該検出された温度力補正値を算出し、該算出された補正値を前記方位計測手段に出力する温度補正値算出手段と、

傾きを検出する傾きセンサおよび該検出された傾きから補正値を算出し、該算出された補正値を前記方位計測手段に出力する傾き補正値算出手段との少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項 4に記載された方位センサユニット。

[9] 温度を検出する温度センサと、

該検出された温度から補正値を算出する温度補正値算出手段と、

傾きを検出する傾きセンサと、

該検出された傾きから補正値を算出する傾き補正値算出手段と、

前記温度補正値算出手段および傾き補正値算出手段において算出された補正値と直前の補正値とを比較して該補正値を前記方位計測手段に出力するか否かを判定する補正データ判定手段と、

を備えたことを特徴とする請求項 4に記載された方位センサユニット。

[10] 前記請求項 4力請求項 9に記載された方位センサユニットを備えた携帯電子機器

[11] 地磁気センサが検出した磁界を測定データとして順次測定するステップと、

前記測定データと記憶手段に予め記憶された全ての測定データとの座標上における各距離に基づ!/、て、前記測定データを前記記憶手段に記憶すべきか否かを判断するステップと、

前記ステップにおいて、記憶すべきであると判断された場合に、前記測定データを前記記憶手段に順次記憶するステップと、

前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づいてオフセット値を算出するステップと、

予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新するステップと、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して、方位データを演算するステツプと、

を有する方位データ演算方法。

[12] 前記オフセット値の算出に用いられた複数の測定データを軸成分毎に比較し、軸成分毎の最大値と最小値との差分が所定値以上であるときに、前記算出したオフセット値は有効であると判断するステップを有し、

前記ステップにおいて前記算出したオフセット値が有効であると判断した場合に、前記オフセット値を更新するステップは、予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新することを特徴とする請求項 11に記載された方位データ演算方法。

[13] 前記測定データを記憶すべきか否かを判断するステップは、前記座標上における各距離が所定値以上である場合に前記測定データを前記記憶手段に記憶することを特徴とする請求項 11に記載された方位データ演算方法。

[14] 地磁気センサが検出した磁界を方位データを使用するアプリケーションプログラム力の要請に応じて、測定データとして順次測定するステップと、

前記測定データを前記記憶手段に記憶するステップと、

前記記憶手段に記憶された測定データの数が所定数に達したとき、該所定数の測定データのうち最も古いデータを前記記憶手段から削除しつつ、記憶すべき新しい測定データを前記記憶手段に記憶するステップと、

を有する方位データ演算方法。

[15] 地磁気センサが検出した磁界を測定データとして順次測定するステップと、

前記測定データを前記記憶手段に記憶するステップと、

前記記憶手段に記憶された測定データの数が所定数に達したとき、記憶すべき新しヽ測定データを前記記憶手段に記憶された該新ヽ測定データから最も近ヽ方位に位置する測定データと差し替えて記憶するステップと、

予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新するステップと、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して方位データを演算するステップと、

を有する方位データ演算方法。

[16] 地磁気センサからのデータを入力して磁界データを測定する磁界データ測定手段と、

該測定された磁界データを格納すべき力否力を直前に格納された測定された磁界データとの距離に基づいて判断するデータ格納判断手段と、

格納したデータに基づいてオフセット値を算出するオフセット値算出手段と、該オフセット値の算出に用いられた複数の測定された磁界データを成分ごとに比較して、成分ごとの最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、該算出したオフセット値が有効であると判断するオフセット値有効性判断手段と、

該有効とされたオフセット値が所定値よりも大きいときに、前記測定された磁界データカ該オフセット値を除去した測定された磁界データに基づいて、前記測定された磁界データの格納判定を再度実行するデータ格納判定再実行手段と、

該有効とされたオフセット値が所定値よりも小さいときに、すでに格納されているォフセット値を前記ステップにおいて有効であると判断されたオフセット値に更新する更新手段と、

前記測定された磁界データを該更新したオフセット値で補正して、方位データを演算する演算手段と、

を有することを特徴とする方位センサユニット。

[17] 地磁気センサが検出した磁界を測定データとして順次測定する磁界データ測定手段と、

前記測定データと記憶手段に予め記憶された全ての測定データとの座標上における各距離に基づ!/、て、前記測定データを前記記憶手段に記憶すべきか否かを判断する判断手段と、

前記ステップにおいて、記憶すべきであると判断された場合に、前記測定データを前記記憶手段に順次記憶する記憶手段と、

前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づいてオフセット値を算出するオフセット値算出手段と、

予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新する更新手段と、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して、方位データを演算する演算手段と、

を有する方位センサユニット。

[18] 地磁気センサが検出した磁界を方位データを使用するアプリケーションプログラムからの要請に応じて、測定データとして順次測定する測定手段と、

前記測定データを前記記憶手段に記憶する記憶手段と、

前記記憶手段に記憶された測定データの数が所定数に達したとき、該所定数の測定データのうち最も古いデータを前記記憶手段から削除しつつ、記憶すべき新しい測定データを前記記憶手段に記憶する制御手段と、

前記記憶手段に記憶された複数の測定データに基づいてオフセット値を算出する算出手段と、

を有する方位センサユニット。

地磁気センサが検出した磁界を測定データとして順次測定する測定手段と、前記測定データを前記記憶手段に記憶する記憶手段と、

前記記憶手段に記憶された測定データの数が所定数に達したとき、記憶すべき新

L ヽ測定データを前記記憶手段に記憶された該新ヽ測定データから最も近！ヽ方位に位置する測定データと差し替えて記憶する制御手段と、

予め設定されたオフセット値を算出された前記オフセット値に更新する更新手段と、前記測定データを前記更新したオフセット値で補正して方位データを演算する演算手段と、

を有する方位センサユニット。