JP2010164444A - 電子コンパス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】3軸磁気センサ3により検出された第1検出値P1と、第2検出値P2と、第3検出値P3とを含む円70の中心軸線7を算出するとともに、第1検出値P1と、第2検出値P2と、第3検出値P3とのうちいずれか1個の検出値と、円70を含む平面から外れた位置に存在する第4検出値P4とを繋ぐ直線81の中間点80を通り、該直線81に垂直な垂直二等分面8と、中心軸線7との交点を方位球6の中心点02として算出する。
【選択図】図4
Description
(1)ユーザが携帯端末をX軸、Y軸、Z軸方向にそれぞれ一回転する操作を行い、その最大値と最小値の中央値を使って中心点を算出する方法。
(2)ユーザが携帯端末を大きく回転する操作を行い、これにより、方位球の表面上に存在し互いに離れた4個の検出値を取得する。この4個の検出値を用いて方位球の中心点を算出する方法。
上記携帯端末に固定され、互いに直交するX軸と、Y軸と、Z軸との3軸方向における、地磁気の各強度を検出する3軸磁気センサと、
上記3軸磁気センサによる上記地磁気の検出値(Xi,Yi,Zi)が、上記携帯端末の姿勢変化に伴って描く方位球の中心点を算出するとともに、算出前の中心点を算出後の中心点に補正する中心点補正手段と、
補正後の上記中心点の座標を用いて、上記3軸磁気センサによる上記地磁気の検出値を補正するとともに、その補正後の検出値を使って上記携帯端末が向く方位を算出する方位算出手段とを備え、
上記中心点補正手段は、上記3軸磁気センサにより検出された第1検出値と、第2検出値と、第3検出値とを含む方位球上の小円の中心軸線を算出するとともに、上記第1検出値と、上記第2検出値と、上記第3検出値とのうちいずれか1個の検出値と、上記円を含む平面から外れた位置に存在する第4検出値とを繋ぐ直線の中間点を通り、該直線に垂直な垂直二等分面と、上記中心軸線との交点を上記方位球の中心点として算出することを特徴とする電子コンパスにある(請求項1)。
上記構成によると、ユーザが電子コンパスを使用している間に第1検出値と、第2検出値と、第3検出値とを取得できるため、第4検出値を取得するための回転操作を1回だけユーザに課すだけで、方位球の中心点を算出することができる。しかもこの回転操作は、一方向に90°程度回すだけの小さな回転操作ですむため、従来のようにX軸、Y軸、Z軸周りに各々大きく回転させる場合と比較して、その操作が簡単である。
このようにすると、携帯反転操作をするようにユーザに報知するため、第4検出値を確実に取得することができる。これにより、方位球の中心点を確実に算出でき、携帯端末の内部磁界による影響を取り除いた、正確な方位を求めることができる。
上記反転操作は携帯端末を180°近く反転する操作で、傾斜操作は、それよりも小さい角度だけ傾斜させる操作である。このコマンドをユーザが実行すると、携帯端末に特定の命令をすることができるようになっている。例えば反転操作をすると画面をズーム表示したり、切り替えたりできる。
ユーザが電子コンパスを使用すると、携帯端末を水平方向に回転させる水平回転操作が自然に行われるため、この間に上記第1〜第3検出値を取得できる。そして、反転操作または傾斜操作をユーザが実行すると、上記特定の命令を実行し、それと併せて第4検出値を取得する。そして、方位球の中心点を算出して自動的に補正する。
これにより、ユーザが何も意識しなくても中心点の補正を行うことが可能となる。
R=√(Xi2+Yi2+Zi2)
該Rが所定範囲内であるか否かを判断する異常判断手段を備え、該異常判断手段により上記Rが上記所定範囲内でないと判断された場合に、上記中心点補正手段による上記中心点の補正を行うことが好ましい(請求項4)。
このようにすると、携帯端末が例えば磁石等に接近して、3軸磁気センサの検出値が異常だと判断された場合にのみ、方位球の中心点を補正することができる。そのため、検出値が正常な場合に、方位球の中心点を算出したり、補正したりする必要がなくなる。
R1=√((Xi−a1)2+(Yi−b1)2+(Zi−c1)2)
R2=√((Xi−a2)2+(Yi−b2)2+(Zi−c2)2)
を用いて、上記第1検出値〜上記第4検出値以外の複数個の検出値(Xi,Yi,Zi)について、地磁気の絶対値R1、R2を算出し、R1の最大値R1maxと最小値R1minの差ΔR1および、R2の最大値R2maxと最小値R2minの差ΔR2を求め、ΔR2がΔR1よりも小さいか否かを判断する改善判断手段を備え、該改善判断手段により上記ΔR2が上記ΔR1よりも小さいと判断された場合に、上記中心点を上記(a1,b1,c1)から上記(a2,b2,c2)へ補正することが好ましい(請求項5)。
補正前の中心点の方が正確であり、補正することにより却って地磁気の検出が不正確になる場合も想定され得るが、上述の構成を採用することにより、この問題を防止することができる。
該3軸加速度センサの検出値と、上記3軸磁気センサの検出値とから、上記地磁気の伏角を算出し、該伏角が所定範囲内であるか否かを判断する伏角異常判断手段を備え、該伏角異常判断手段により上記伏角が上記所定範囲内でないと判断された場合に、上記中心点を補正することが好ましい(請求項6)。
このようにすると、携帯端末が例えば磁石等に接近して、地磁気の伏角が異常だと判断された場合にのみ、方位球の中心点を補正することができる。そのため、伏角が正常な場合に、方位球の中心点を算出したり、補正したりする必要がなくなる。
本発明の実施例にかかる電子コンパスにつき、図1〜図7を用いて説明する。
本例は、携帯端末2に設けられ、携帯端末2の内部磁界による影響を補正しつつ、携帯端末2が向く方位を検出する電子コンパス1である。図1に示すごとく、本例の電子コンパス1は、携帯端末2に固定され、互いに直交するX軸と、Y軸と、Z軸との3軸方向における、地磁気の各強度を検出する3軸磁気センサ3を備える。
また、図3に示すごとく、3軸磁気センサ3による地磁気の検出値P(Xi,Yi,Zi)が、携帯端末2の姿勢変化に伴って描く方位球6の中心点O2を算出するとともに、算出前の中心点O1を算出後の中心点O2に補正する中心点補正手段40(図2参照)を備える。
さらに、図3に示すごとく、補正後の中心点O2の座標を用いて、3軸磁気センサ3による地磁気の検出値P(Xi,Yi,Zi)を補正するとともに、その補正後の検出値を使って携帯端末2が向く方位を算出する方位算出手段41(図2参照)を備える。
中心点補正手段40は、図4に示すごとく、3軸磁気センサ3により検出された第1検出値P1(X1,Y1,Z1)と、第2検出値P2(X2,Y2,Z2)と、第3検出値P3(X3,Y3,Z3)とを含む円70の中心軸線7を算出するとともに、第1検出値P1と、第2検出値P2と、第3検出値P3とのうちいずれか1個の検出値と、円70を含む平面から外れた位置に存在する第4検出値P4とを繋ぐ直線81の中間点80を通り、該直線に垂直な垂直二等分面8と、中心軸線7との交点を方位球6の中心点O2として算出する。
3軸磁気センサ3の中心点は、X軸、Y軸、Z軸の原点Oと一致しておらず、携帯端末2の内部磁界の影響により、中心点がオフセットしている。内部磁界は、温度等の環境によっても変化するので、これに伴って中心点もO1からO2へ変化する。
すなわち、内部磁界の影響を受けている検出値OPベクトル(Xi,Yi,Zi)を、下記数式を用いることにより、正確な地磁気O2Pベクトルに補正することができる。
このようにすると、ユーザが電子コンパス1を使用している間に第1検出値P1と、第2検出値P2と、第3検出値P3とを取得できるため、第4検出値P4を取得するための回転操作を1回だけユーザに課すだけで、方位球6の中心点O2を算出することができる。しかもこの回転操作は、一方向に90°程度回すだけの小さな回転操作ですむため、従来のようにX軸、Y軸、Z軸周りに各々大きく回転させる場合と比較して、その操作が簡単である。
このようにすると、携帯反転操作をするようにユーザに報知するため、第4検出値P4を確実に取得することができる。これにより、方位球6の中心O2を確実に算出でき、携帯端末2の内部磁界による影響を取り除いた、正確な方位θを求めることができる。
上記反転操作は携帯端末2を180°近く反転する操作で、傾斜操作は、それよりも小さい角度だけ傾斜させる操作である。このコマンドをユーザが実行すると、携帯端末に特定の命令をすることができるようになっている。例えば反転操作をすると画面をズーム表示したり、切り替えたりできる。
ユーザが電子コンパス1を使用すると、携帯端末2を水平方向に回転させる水平回転操作が自然に行われるため、この間に上記第1検出値P1〜第3検出値P3を取得できる。そして、反転操作または傾斜操作をユーザが実行すると、上記特定の命令を実行し、それと併せて第4検出値P4を取得する。そして、方位球6の中心点O2を算出して自動的に補正する。
これにより、ユーザが何も意識しなくても中心点O2の補正を行うことが可能となる。
本例は、地磁気の検出値が異常な場合にのみ、中心点の補正を行うようにした例である。図8に示すごとく、本例では、ステップS1にて第1検出値P1(X1,Y1,Z1)、第2検出値P2(X2,Y2,Z2)、第3検出値P3(X3,Y3,Z3)を取得した後、ステップS1aに移動し、下記数式を用いることにより、上記地磁気の絶対値Rを算出する。
R=√(X12+Y12+Z12)
そして、このRが所定範囲内であるか否かを判断する。ここでYesと判断した場合はステップS1bに進み、補正前の中心点O1を使って携帯端末2の方位θを算出して、ステップS1に戻る。また、ステップS1aにてNoと判断した場合は、ステップS1cに移り、「測定場所を変更して下さい」を表示する。その後、検出値P1,P2,P3を再度取得し(ステップS1d)、絶対値Rを再度算出して、このRが所定範囲内か否かを判断する(ステップS1e)。ここでYesと判断された場合はステップS1bに移動し、補正前の中心点O1を使って携帯端末2の方位θを算出・表示する。また、ステップS1eでNoと判断された場合は、ステップS2以降を処理する。
その他、実施例1と同様の構成を備える。
本例は、プログラム51pを変更した例である。図9に示すごとく、ステップS4にて中心点O2を算出した後、ステップS5aに移動し、旧中心点O1と、新中心点O2のどちらが良いかを判断する。旧中心点O1の座標(a1,b1,c1)と、新中心点O2の座標(a2,b2,c2)とから、下記数式を用いて、地磁気の絶対値R1とR2(図3参照)を、第1検出値P1〜第4検出値P4以外の複数個の検出値P(Xi,Yi,Zi)について算出する。
R1=√((Xi−a1)2+(Yi−b1)2+(Zi−c1)2)
R2=√((Xi−a2)2+(Yi−b2)2+(Zi−c2)2)
そしてR1の最大値R1maxと最小値R1minの差ΔR1を算出する。また、R2の最大値R2maxと最小値R2minの差ΔR2を求め、ΔR2がΔR1よりも小さい場合は、新中心点O2の方が良い(改善された)と判断して、ステップS5cに移動し、方位球の中心点をO2にする。また、R2>R1である場合は、旧中心点O1の方が良い(改善されていない)と判断して、ステップS5bに移動し、方位球の中心点をO1にする。
本例は、プログラム51pのステップS1,S1aを変更した例である。図10に示すごとく、本例では、ステップS1’にて、3軸磁気センサ3による地磁気の検出値P(Mx,My,Mz)と、3軸加速度センサ17による重力加速度の検出値G(Gx,Gy,Gz)を取得する。この後、ステップS1a’に移り、下記数式を用いて伏角αを算出する。
本発明に係る電子コンパス1の実験例を示す。まず、以下の方位計を用意した。
方位計 3軸磁気センサ3(磁気測定分解能3mG,直線性0.3%/フルスケール X軸、Y軸、Z軸を右手系に配置 測定レンジ3G A/D変換 12ビット 測定時間1ミリ秒、測定間隔40ミリ秒)を備えるもの。
この方位計を搭載し上記プログラム51pを内蔵した携帯電話を作成した。
携帯電話は内部磁界±5000mGの分布を有し、方位計を100mGの場所に設置した。
実験結果 初期原点異常(500、500、500mG)あり、方位計が機能しなかった。また、使用者に異常を赤色で指示した。使用者はロール方向に反転して戻した結果、原点は(20、10、20mG)となり、方位計は正常に機能した。
この点を確認した。
実験例1の方位計と携帯電話を使って測定毎に、正常状態を青色で表示し続けた。またロール回転、傾斜操作をした場合には、音または緑色で表示した。再計算の結果(10、10、20mG)と従来の原点とを比較した結果、より良好な値が得られたので、再測定値を新規の原点とした。
実験例1の方位計と携帯電話を使って、磁石を方位計に近づけたところ、地磁気の絶対値470mGに対して磁界測定の絶対値が2050mGと異常を示し、赤色を表示し使用者に「測定場所を変えて下さい」と表示した。磁石から離れた別の場所へ移動したところ、速やかに赤色表示が消えた。
実験例1の方位計と携帯電話において、強力な磁石を方位計に近づけたところ、磁界測定の絶対値が3000mG以上となった。この異常を赤色で使用者に「測定場所を変えて下さい」と表示した。磁石から離れた別の場所へ移動したところ、赤色表示が残った。回転したところ方位計は回転を指示せず機能しなかった。そこで、ロール反転操作をおこなったところ赤色は消え、方位計は正常な動作機能を回復した。
2 携帯端末
3 3軸磁気センサ
4 マイコン
40 中心点補正手段
41 方位算出手段
42 反転操作報知手段
43 自動補正手段
44 異常判断手段
45 改善判断手段
6 方位球
7 中心軸線
8 垂直二等分面
80 中間点
O1 (補正前の)中心点
O2 (補正後の)中心点
Claims (6)
- 携帯端末に設けられ、該携帯端末の内部磁界による影響を補正しつつ、該携帯端末が向く方位を検出する電子コンパスであって、
上記携帯端末に固定され、互いに直交するX軸と、Y軸と、Z軸との3軸方向における、地磁気の各強度を検出する3軸磁気センサと、
上記3軸磁気センサによる上記地磁気の検出値(Xi,Yi,Zi)が、上記携帯端末の姿勢変化に伴って描く方位球の中心点を算出するとともに、算出前の中心点を算出後の中心点に補正する中心点補正手段と、
補正後の上記中心点の座標を用いて、上記3軸磁気センサによる上記地磁気の検出値を補正するとともに、その補正後の検出値を使って上記携帯端末が向く方位を算出する方位算出手段とを備え、
上記中心点補正手段は、上記3軸磁気センサにより検出された第1検出値と、第2検出値と、第3検出値とを含む円の中心軸線を算出するとともに、上記第1検出値と、上記第2検出値と、上記第3検出値とのうちいずれか1個の検出値と、上記円を含む平面から外れた位置に存在する第4検出値とを繋ぐ直線の中間点を通り、該直線に垂直な垂直二等分面と、上記中心軸線との交点を上記方位球の中心点として算出することを特徴とする電子コンパス。 - 請求項1において、上記携帯端末のユーザにより方位を確認する操作が行われている間に上記第1検出値と、上記第2検出値と、上記第3検出値とを取得し、上記ユーザに対し、さらに上記第4検出値を取得するために、上記携帯端末を反転する携帯反転操作を行うように報知する反転操作報知手段を備えることを特徴とする電子コンパス。
- 請求項1において、電子コンパスの方位機能を活用したアプリケーションにおいて、上記第1検出値と、上記第2検出値と、上記第3検出値とを検出可能な水平回転操作と、上記第4検出値を検出可能な反転操作もしくは傾斜操作とが行われるコマンドを実行中に、上記方位球の中心点を自動的に算出して補正する自動補正手段を備えることを特徴とする電子コンパス。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項において、上記検出値(Xi,Yi,Zi)から、下記数式を用いることにより、上記地磁気の絶対値Rを算出し、
R=√(Xi2+Yi2+Zi2)
該Rが所定範囲内であるか否かを判断する異常判断手段を備え、該異常判断手段により上記Rが上記所定範囲内でないと判断された場合に、上記中心点補正手段による上記中心点の補正を行うことを特徴とする電子コンパス。 - 請求項4において、新たに算出した上記中心点を(a2,b2,c2)とし、算出前の上記中心点を(a1,b1,c1)とした場合、下記数式
R1=√((Xi−a1)2+(Yi−b1)2+(Zi−c1)2)
R2=√((Xi−a2)2+(Yi−b2)2+(Zi−c2)2)
を用いて、上記第1検出値〜上記第4検出値以外の複数個の検出値(Xi,Yi,Zi)について、地磁気の絶対値R1、R2を算出し、R1の最大値R1maxと最小値R1minの差ΔR1および、R2の最大値R2maxと最小値R2minの差ΔR2を求め、ΔR2がΔR1よりも小さいか否かを判断する改善判断手段を備え、該改善判断手段により上記ΔR2が上記ΔR1よりも小さいと判断された場合に、上記中心点を上記(a1,b1,c1)から上記(a2,b2,c2)へ補正することを特徴とする電子コンパス。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項において、上記3軸方向における、重力加速度の各強度を検出する3軸加速度センサを備え、
該3軸加速度センサの検出値と、上記3軸磁気センサの検出値とから、上記地磁気の伏角を算出し、該伏角が所定範囲内であるか否かを判断する伏角異常判断手段を備え、該伏角異常判断手段により上記伏角が上記所定範囲内でないと判断された場合に、上記中心点を補正することを特徴とする電子コンパス。
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