JP5937137B2 - 地磁気検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサを用いて地磁気を検出する地磁気検出装置に係り、特に、磁気センサにおいて検出された地磁気ベクトルに含まれるオフセットを補正する地磁気検出装置に関するものである。

地理的な方位を求めるために磁気センサを用いて地磁気を検出する装置は、従来より種々のナビゲーションシステムに広く利用されており、近年では携帯電話機に代表される携帯電子機器にも一般的に搭載されるようになってきている。通常、磁気センサが搭載される電子機器の内部では、スピーカに含まれる磁石や外来磁場によって着磁した磁性部材などから比較的強い磁場が生じている。そのため、磁気センサの検出値には、微弱な地磁気成分とともに、電子機器内部の大きな磁場成分が重畳されている。磁気センサの検出値から地磁気の成分を得るためには、この電子機器内部の磁場成分をキャリブレーションによって取り除く必要がある。

携帯電話機における地磁気のキャリブレーション方法の一つとして、携帯電話機を水平な台の上で８の字に回転させる方法が知られている。携帯電話機をこのように８の字回転させながら２軸（若しくは３軸）の磁気センサの検出値を取得し、その検出値の２次元座標（若しくは３次元座標）における円（若しくは球面）の軌跡から、８の字回転によって変化しない固定の磁気ベクトル（オフセット）を計算する。磁気センサの検出値からこの固定の磁気ベクトル（オフセット）を差し引くことによって、地磁気のベクトルが得られる。

ところで、近年では、身体に直接着けて日常的に使用できることを特徴とした小型の電子機器（「ウェアラブル」とも呼ばれる）が注目を集めている。このような電子機器に地磁気の検出装置を搭載する場合、上述のような８の字回転によるキャリブレーション方法は、電子機器を身体から取り外さない限り困難である。しかしながら、キャリブレーションのために取り外しが必要となると不便であり、「ウェアラブル」としての特徴が損なわれてしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な操作で磁気検出値に含まれる固定の磁気ベクトル（オフセット）を補正できる地磁気検出装置を提供することにある。

本発明に係る地磁気検出装置は、互いに直交する複数の磁気検出軸に沿った複数の方向における磁界強度の組み合わせを磁気座標として検出する磁気センサ部と、２つの前記磁気検出軸が張る平面と直交する一の回転検出軸のまわりにおける角速度を検出する角速度センサ部と、前記角速度センサ部において検出された前記一の回転検出軸のまわりにおける角速度に基づいて、前記一の回転検出軸のまわりにおける回転角を算出する回転角算出部と、前記回転角算出部において算出された前記一の回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて、当該２つの磁気座標を円周上に持つ円であって、当該２つの磁気座標を両端とする円弧に対応する中心角が当該２つの回転角の差に等しい円の中心座標を算出し、当該算出した中心座標に基づいて、前記磁気座標が表す地磁気ベクトルのオフセットを補正する補正演算部とを有する。
上記の構成によれば、前記回転角算出部において算出された一の前記回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの磁気座標とに基づいて、当該２つの磁気座標を円周上に持つ円であって、当該２つの磁気座標を両端とする円弧に対応する中心角が当該２つの回転角の差に等しい円の中心座標が算出される。そして、当該算出された中心座標に基づいて、前記磁気座標が表す地磁気ベクトルのオフセットが補正される。これにより、単一の回転検出軸のまわりにおける簡単な回転動作によって、前記地磁気ベクトルのオフセットの補正が可能となる。

好適に、前記角速度センサ部は、前記２つの前記磁気検出軸と平行な２つの回転検出軸のまわりにおける他の２つの角速度を検出してよい。前記補正演算部は、前記角速度センサ部において検出される前記他の２つの角速度が共に所定のしきい値より小さい状態が継続する場合に、前記回転角算出部において算出された前記一の回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて前記中心座標を算出してよい。
上記の構成によれば、ほぼ前記一の回転検出軸のまわりにおいてのみ回転が生じている場合に算出される回転角に基づいて、前記中心座標が算出されるため、前記中心座標の精度が向上する。

好適に、前記磁気センサ部は、互いに直交した第１磁気検出軸、第２磁気検出軸及び第３磁気検出軸にそれぞれ沿う方向における前記磁界強度の組み合わせを前記磁気座標として検出してよい。前記角速度センサ部は、前記第１磁気検出軸と同一若しくは平行な第１回転検出軸のまわりにおける角速度、前記第２磁気検出軸と同一若しくは平行な第２回転検出軸のまわりにおける角速度、及び、前記第３磁気検出軸と同一若しくは平行な第３回転検出軸のまわりにおける角速度をそれぞれ検出してよい。前記回転角算出部は、少なくとも前記第１回転検出軸の周りにおける回転角及び前記第２回転検出軸のまわりにおける回転角をそれぞれ算出してよい。前記補正演算部は、前記第２回転検出軸のまわりにおける角速度及び前記第３回転検出軸のまわりにおける角速度がいずれも前記しきい値より小さい状態が継続する場合に、前記第１回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて前記中心座標を算出してよい。また、前記補正演算部は、前記第１回転検出軸のまわりにおける角速度及び前記第３回転検出軸のまわりにおける角速度がいずれも前記しきい値より小さい状態が継続する場合に、前記第２回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて前記中心座標を算出してよい。

好適に、前記補正演算部は、前記回転角算出部において算出された一連の回転角の中から、所定の角度より大きい差を有する２つの回転角を選択し、当該選択した２つの回転角の差と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて前記中心座標を算出してよい。
上記の構成によれば、前記中心座標の算出に用いられる前記２つの回転角が所定の角度より大きい差を有するため、前記中心座標の精度が向上する。

本発明によれば、加速度センサの検出結果に応じて、簡単な操作で磁気検出値に含まれる固定の磁気ベクトル（オフセット）を補正できる。

本実施形態に係る地磁気検出装置が搭載された眼鏡型電子機器の外観を例示す図である。図１Ａは眼鏡型電子機器の外観例を示し、図１Ｂは地磁気検出装置における地磁気及び角速度の検出軸を示す。 本実施形態に係る地磁気検出装置の構成の一例を示す図である。 ３軸の座標系における磁気座標の軌跡を説明するための図である。 図３に示す磁気座標の軌跡をＸ−Ｙ平面上に投影した図である。 円の中心座標を算出する方法を説明するための図である。 本実施形態に係る地磁気検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。 キャリブレーション処理を説明するための第１のフローチャートである。 キャリブレーション処理を説明するための第２のフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る電子機器について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る地磁気検出装置が搭載された眼鏡型電子機器の外観を例示する図である。図１に示す眼鏡型電子機器は、頭部の前面（顔）に位置するフロント部１と、頭部の側面（こめかみ）に位置する２本のテンプル部２と、このフロント部１及びテンプル部２を折り畳み自在に連結する２つのヒンジ３とを有する。

フロント部１は、左右の眼鏡レンズ７と、眼鏡レンズ７を保持する２つのリム４と、当該２つのリム４を繋げるブリッジ５を有する。ブリッジ５は、例えば樹脂等で形成されており、ブリッジ５の内部には、後述する地磁気検出装置のセンサ（１０，２０，３０）や制御部４０等の電子回路の部品が実装された回路基板６が収容される。眼鏡レンズ７の一部の領域には、ユーザの視界に映像を映し出す表示部８が配置される。表示部８は、例えばハーフミラー等を用いた透過型のディスプレイである。左右のテンプル部２における耳に近い末端部には、音声出力部９Ａ，９Ｂが搭載される。音声出力部９Ａ，９Ｂは、例えば骨伝導により鼓膜へ音を伝達する方式のスピーカを含む。

図２は、図１に示す眼鏡型電子機器における地磁気検出装置の一例を示す図である。
本実施形態に係る地磁気検出装置は、例えば図２において示すように、磁気センサ部１０と、角速度センサ部２０と、加速度センサ部３０と、制御部４０を有する。

磁気センサ１０は、磁場を検出センサであり、例えばＧＭＲ素子などの磁気抵抗効果素子やホール素子、磁気インピーダンス素子などを用いて構成される。磁気センサ部１０は、互いに直交する複数の検出軸（２軸，３軸）に沿った方向における磁界強度をそれぞれ検出する。ここでは一例として、図１Ａに示す３つの軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）に沿った方向における磁界強度をそれぞれ検出するものとする。
なお、以下の説明では、３つの軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）に沿った方向における磁界強度の組み合わせを、３軸の座標系における「磁気座標Ｍ」と記す場合がある。

角速度センサ２０は、眼鏡型電子機器が運動する際の角速度を検出するセンサであり、例えばＭＥＭＳ技術によって半導体チップ上に形成された微小な機構部材（運動体）を運動させ、回転運動によって機構部材に生じるコリオリ力に応じた角速度の検出信号を出力する。加速度センサ１０は、互いに直交する複数の検出軸（２軸，３軸）のまわりにおける角速度をそれぞれ検出する。ここでは一例として、図１Ａに示す３つの軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）のまわりにおける角速度Ｖをそれぞれ検出するものとする。

加速度センサ３０は、眼鏡型電子機器に作用する加速度を検出するセンサであり、例えばＭＥＭＳ技術によって半導体チップ上に形成された微小な機構部材がバネ力に抗して変位する距離を電気信号へ変換することにより、加速度に応じた信号を出力する。加速度センサ１０は、互いに直交する複数の検出軸（２軸，３軸）に沿った方向おける加速度をそれぞれ検出する。ここでは一例として、図１Ａに示す３つの軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）に沿った方向における角速度Ｇをそれぞれ検出するものとする。

制御部４０は、磁気センサ部１０，角速度センサ部２０及び加速度センサ部３０からのそれぞれ出力されるセンサ信号（Ｍ，Ｖ，Ｇ）を処理し、地磁気と方位を算出する。制御部４０は、例えば、ＣＰＵとメモリを有するコンピュータや専用のロジック回路などを含んで構成される。

制御部４０は、機能的な処理ブロックとして、データバッファ４１と、回転角算出部４２と、補正演算部４３と、方位算出部４４と、表示制御部４５と、音声制御部４６を有する。

データバッファ４１は、磁気センサ部１０において検出される磁気座標Ｍのデータと、角速度センサ部２０において検出される角速度Ｖのデータをそれぞれ検出順に保存する。データバッファ４１は、例えばＦＩＦ０型のバッファと同様に、最新のデータを含む一連の所定数のデータ群を順番に保存しており、新しいデータを保存する度に最も古いデータを廃棄する。データバッファ４１は、同じタイミングで検出された磁気座標Ｍのデータと角速度Ｍのデータを１まとまりのデータ群として保存する。

回転角算出部４２は、角速度センサ部２０において検出された各軸のまわりにおける角速度Ｖに基づいて、各軸のまわりにおける回転角θをそれぞれ算出する。例えば回転角算出部４２は、各軸のまわりにおける角速度Ｖをそれぞれ時間積分することにより、各軸のまわりにおける回転角θを算出する。回転角算出部４２が角速度Ｖの時間積分を開始するタイミングは任意である。従って、回転角算出部４２の算出結果として得られる回転角θは、この任意のタイミングにおける任意の姿勢での回転角を基準（ゼロ）とした相対的な回転角を表す。ある時刻において算出された回転角θと別の時刻において算出された回転角θとの差を算出することにより、当該時刻の間に回転した角度が求められる。

補正演算部４３は、回転角算出部４２において算出された一つの軸のまわりにおける２つの回転角θと、当該２つの回転角θを有するときに磁気センサ部１０において検出された２つの磁気座標（Ａ，Ｂ）とに基づいて、当該２つの磁気座標（Ａ，Ｂ）を円周上に持つ円（Ｓ２）であって、当該２つの磁気座標（Ａ，Ｂ）を両端とする円弧に対応する中心角が当該２つの回転角θの差（α）に等しい円（Ｓ２）の中心座標（Ｐ）を算出する（符号は図５を参照）。また、補正演算部４３は、この算出した中心座標（Ｐ）に基づいて、磁気センサ１０により検出された磁気座標が表す磁気ベクトルのオフセットを補正する。

図３は、３軸の座標系における磁気座標の軌跡を説明するための図である。
図３に示す３軸の座標系は、眼鏡型電子機器上に固定されたＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれにおける磁気強度を表す。図３の「Ｏ」は座標系の原点を示し、「Ｍ」は座標系における１つの磁気座標を示す。眼鏡型電子機器の全体を任意の方向に回転させると、図３における球面Ｓ１の上を磁気座標Ｍが移動する。

原点Ｏから磁気座標Ｍへ向かう磁気ベクトル「ＯＭ」は、図３に示す３軸の座標系において磁気座標Ｍが表す磁気ベクトルである。図３において示すように、この磁気ベクトル「ＯＭ」は、原点Ｏから球面Ｓ１の中心座標Ｐへ向かう磁気ベクトル「ＯＰ」と、中心座標Ｐから磁気座標Ｍへ向かう磁気ベクトル「ＰＭ」とを合成したものである。磁気ベクトル「ＯＰ」は、眼鏡型電子機器の内部で発生する磁場に基づいており、眼鏡型電子機器をどのよう回転しても変化しない固定のベクトル、すなわちオフセットである。他方、磁気ベクトル「ＰＭ」は、眼鏡型電子機器の外部の磁場、すなわち地磁気に基づいており、外部磁場に対して眼鏡型電子機器を回転させると、磁気ベクトル「ＰＭ」の向きもこれに応じて回転する。このように、地磁気の向きを表すベクトルは磁気ベクトル「ＰＭ」であるから、中心座標Ｐを算出することが必要となる。そこで補正演算部４３は、次に述べるように、磁気座標Ｍの軌跡から中心座標Ｐを算出する。

図４は、図３に示す磁気座標Ｍの円Ｓ２の軌跡をＸ−Ｙ平面上に投影した図である。
Ｙ軸，Ｚ軸における回転を止めた状態で、Ｚ軸のまわりのみで眼鏡型電子機器を回転させると、磁気座標Ｍの軌跡は図４に示すように円Ｓ２となる。例えば図１に示すように眼鏡型電子機器の座標系が設定されている場合、Ｚ軸のまわりのみの回転は、首を横方向へ振るだけの単純な動作に相当する。図４に示すような円Ｓ２の中心座標Ｐは、次の図５において示すように、円Ｓ２の周上における２点Ａ，Ｂの座標と、この２点Ａ，Ｂを両端とした円弧に対応する中心角αから算出することができる。

図５は、円Ｓ２の中心座標Ｐを算出する方法を説明するための図である。
円Ｓ２の周上における２つの磁気座標を「Ａ」，「Ｂ」とし、磁気座標ＡのＸ座標成分及びＹ座標成分を「Ｘａ」及び「Ｙａ」とし、磁気座標ＢのＸ座標成分及びＹ座標成分を「Ｘｂ」及び「Ｙｂ」とする。この場合、２つの磁気座標「Ａ」，「Ｂ」を通る直線Ｌ１の傾きＥは次の式で表わされる。

また、２つの磁気座標「Ａ」，「Ｂ」の中間に位置する磁気座標を「Ｃ」とし、磁気座標ＣのＸ座標成分及びＹ座標成分を「Ｘｃ」及び「Ｙｃ」とすると、この「Ｘｃ」及び「Ｙｃ」はそれぞれ次の式で表わされる。

円Ｓ２の中心座標Ｐは、この中間の磁気座標Ｃを通り、かつ、直線Ｌ１に対して垂直に交わる直線Ｌ２の上に位置する。中心座標ＰのＸ座標成分及びＹ座標成分を「Ｘｐ」及び「Ｙｐ」とすると、この「Ｘｐ」及び「Ｙｐ」は直線Ｌ２の一次方程式の関係を満たすため、次の式が成立する。

他方、中心座標Ｐから磁気座標Ａへ向かう磁気ベクトル「ＰＡ」と、中心座標Ｐから磁気座標Ｂへ向かう磁気ベクトル「ＰＢ」は、それぞれ座標表示を用いて次のように表される。

磁気座標Ａ，Ｂを両端とする円弧に対応した中心角αを用いると、余弦定理により、次の関係が成立する。

式（７）における分母と分子は、それぞれ次の式で表わされる。

式（４）と式（７）〜（９）の関係から、中心座標Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ）を磁気座標Ａ，Ｂ及び中心角αに基づいて算出することができる。

補正演算部４３は、このような方法によって、中心座標ＰのＸ座標成分及びＹ座標成分（Ｘｐ，Ｙｐ）を算出する。なお、補正演算部４３は、中心座標ＰのＺ座標成分（Ｚｐ）については、例えば、上述したＺ軸のまわりのみの回転による方法と同様に、Ｘ軸のまわりのみの回転による方法を用いて、中心座標ＰのＹ座標成分及びＺ座標成分（Ｙｐ，Ｚｐ）を算出する。図１に示すように座標系が設定されている場合、Ｘ軸のまわりのみの回転は、首を縦方向へ振るだけの単純な動作に相当する。このように２通りの方法で中心座標Ｐを算出すると、Ｙ座標成分（Ｙｐ）として２通りの算出結果が得られるので、例えば補正演算部４３は、２通りの算出結果の平均値を最終的なＹ座標成分（Ｙｐ）として決定してもよい。

なお、補正演算部４３は、Ｚ軸のまわりのみやＸ軸のまわりのみに回転が生じていることを、角速度センサ部２０の検出結果に基づいて判定する。例えば補正演算部４３は、Ｚ軸のまわりのみの回転を判定する場合、他の２つの軸のまわりにおける角速度（Ｘ軸のまわりの角速度、Ｙ軸のまわりの角速度）をそれぞれ所定のしきい値と比較し、いずれの角速度も所定のしきい値より低い場合に、Ｚ軸のまわりにのみ回転していると判定する。また、補正演算部４３は、Ｘ軸のまわりのみの回転を判定する場合、Ｙ軸のまわりの角速度及びＺ軸のまわりの角速度をそれぞれ所定のしきい値と比較し、いずれの角速度も所定のしきい値より低い場合に、Ｘ軸のまわりにのみ回転していると判定する。

また、補正演算部４３は、上述のように２つの磁気座標Ａ，Ｂと２つの回転角θの差αを用いて中心座標Ｐを算出する場合に、２つの回転角θの差αが所定の角度より大きい条件を満たしているデータを中心座標Ｐの算出に使用する。すなわち、補正演算部４３は、回転角算出部４２において算出された一連の回転角θの中から、所定の角度より大きい角度差αを有する２つの回転角θを選択し、当該選択した２つの回転角θの差αと、当該２つの回転角θを有するときに磁気センサ部１０において検出された２つの磁気座標（Ａ，Ｂ）とに基づいて、中心座標Ｐを算出する。このように、２つの回転角θの差αがある程度より大きい条件のデータを使用することで、２つの磁気座標（Ａ，Ｂ）の距離が離れるため、図５からも分かるように、中心座標Ｐの演算上の誤差が抑えられる。

このようにして中心座標Ｐを算出すると、補正演算部４３は、この中心座標Ｐに基づいて、磁気センサ部１０により刻々検出される磁気座標Ｍが表す地磁気ベクトルのオフセットを補正する。具体的には、補正演算部４３は、磁気座標Ｍの各座標成分から、中心座標Ｐの各座標成分を減算することにより、オフセットが補正された磁気座標Ｍ’を算出する。これは、図３における原点Ｏを中心座標Ｐへ移動する座標変換に相当する。
以上が、補正演算部４３の説明である。

図２に戻る、
方位算出部４４は、補正演算部４３によって補正された磁気座標Ｍ’と、加速度センサ部３０において得られる重力加速度の方向とに基づいて、方位を算出する。補正演算部４３によって補正された磁気座標Ｍ’は、眼鏡型電子機器の上に設定された座標系から見た地磁気の方向を示しており、地面と水平な面の上に設定された座標系から見た地磁気の方向ではない。そのため、方位算出部４４は、磁気座標Ｍ’が示す地磁気ベクトルを加速度センサ部３０において得られる重力加速度の方向に基づいて回転変換することにより、地磁気ベクトルを地面と水平な面の上に設定された座標系におけるベクトルに変換した上で、そのベクトルが示す方位角を算出する。

表示制御部４５は、表示部８における映像の表示を制御するブロックであり、例えば表示部８に供給する映像信号を生成する。表示制御部４５は、補正演算部４３において上述した中心座標Ｐの算出を行う場合に、Ｚ軸のまわりのみの回転動作（首の横振り動作）或いはＸ軸のまわりのみの回転動作（首の縦振り動作）を行うようユーザに指示を与える映像を表示部８において表示する。

音声制御部４６は、音声出力部９Ａ，９Ｂにおける音声の出力を制御するブロックであり、例えば音声出力部９Ａ，９Ｂに供給するオーディオ信号を生成する。音声制御部４６は、補正演算部４３において上述した中心座標Ｐの算出を行う場合に、Ｚ軸のまわりのみの回転動作（首の横振り動作）或いはＸ軸のまわりのみの回転動作（首の縦振り動作）を行うようユーザに指示を与える音声を音声出力部９Ａ，９Ｂにおいて出力する。

ここで、上述した構成を有する地磁気検出装置の動作について、図６〜図８を参照して説明する。

図６は、本実施形態に係る地磁気検出装置において、地磁気の検出結果に基づいて方位を算出する動作を説明するためのフローチャートである。図６に示す動作は、例えばナビゲーション時などにおいて方位を連続的に算出する場合、一定の時間間隔で繰り返し実行される。

制御部４０は、磁気センサ部１０において検出される磁界強度のデータに基づいて、周囲の磁場の強さを検出し（ＳＴ１０）、その検出結果に基づいて磁場の検出結果に異常があるか否かを判定する（ＳＴ１５）。例えば、制御部４０は、補正演算部４３において補正された磁気座標Ｍ’が示す地磁気ベクトルの大きさを算出し、この地磁気ベクトルの大きさが所定の正常範囲にあるか否かに基づいて、磁場の検出結果における異常の有無を判定する。磁場の検出結果に異常がないと判定した場合、制御部４０は、方位算出部４４において方位を算出する（ＳＴ２０）。

ステップＳＴ１５において磁場に異常があると判定した場合、制御部４０は、補正演算部４３においてオフセット補正用の中心座標Ｐを再計算するキャリブレーション処理を行う（ＳＴ２５）。キャリブレーション処理の後、制御部４０は、再計算された中心座標Ｐの信頼性を判定する（ＳＴ３０）。例えば制御部４０は、再計算された中心座標Ｐに基づいて、データバッファ４１に格納される複数の磁気座標を補正し、その補正後の磁気座標が示す磁気ベクトルの大きさをそれぞれ算出し、算出した複数の磁気ベクトルの大きさにおけるばらつき（標準偏差など）を算出する。補正後の磁気ベクトルは、理想的には同一の球面上にあるため長さが等しくなる。磁気ベクトルの長さのばらつきが大きいことは、中心座標Ｐの信頼性が低いことを示す。例えば、制御部４０は、算出した磁気ベクトルの長さのばらつきと磁気ベクトルの平均値との比を更に算出し、この比が所定の正常範囲に含まれない場合、中心座標Ｐの信頼性が基準より低いと判定する。制御部４０は、中心座標Ｐの信頼性が基準より低いと判定した場合、ステップＳＴ２５のキャリブレーション処理を再び実施し、中心座標Ｐの信頼性が基準以上であると判定した場合は、ステップＳＴ２０に移行して方位算出部４４による方位の算出を行う。

図７，図８は、キャリブレーション処理（ＳＴ２５）を説明するためのフローチャートである。
キャリブレーション処理に移行すると、制御部４０は、磁気センサ部１０において検出される磁気座標Ｍのデータ、及び、角速度センサ部２０において検出される角速度Ｖのデータを、同じ時刻ごとにひとまとまりのデータ群としてデータバッファ４１に順次保存する処理を開始する。また、回転角算出部４２は、各軸のまわりにおける回転角θの算出を開始し、同じ時刻に検出された磁気座標Ｍのデータ及び角速度Ｖのデータとともに、ひとまとまりのデータ群としてデータバッファ４１に保存する（ＳＴ１００）。なお、データバッファ４１への検出データの保存や回転角θの算出が既に実行中の場合、ステップＳＴ１００は省略してよい。

また、キャリブレーション処理へ移行すると、表示制御部４５は、Ｚ軸のまわりのみの回転動作（首の横振り動作）を行うようにユーザへ指示を与える映像を表示部８において表示する。音声制御部４６も、同様な指示を与える音声を音声出力部９Ａ，９Ｂにおいて出力する（ＳＴ１０５）。

映像や音声のガイダンスに従って回転動作が始まると、補正演算部４３は、最小回転角θｍｉｎ及び最大回転角θｍａｘを初期化し（ＳＴ１１０）、Ｚ軸のまわりのみの回転動作が行われているか否か判定する（ＳＴ１１５）。例えば補正演算部４３は、Ｘ軸及びＹ軸のまわりにおける角速度と所定のしきい値とをそれぞれ比較し、当該比較結果に基づいて判定を行う。補正演算部４３は、Ｚ軸のまわりのみの回転動作が行われていない場合はステップＳＴ１１０に戻り、Ｚ軸のまわりのみの回転動作が行われている場合には最小回転角θｍｉｎ及び最大回転角θｍａｘを更新する（ＳＴ１２０）。補正演算部４３は、回転角算出部４２において算出した最新の回転角θを最小回転角θｍｉｎ及び最大回転角θｍａｘとそれぞれ比較し、最新の回転角θが最小回転角θｍｉｎより小さい場合には当該最新の回転角θを新たな最小回転角θｍｉｎとして記憶し、最新の回転角θが最大回転角θｍａｘより大きい場合には当該最新の回転角θを新たな最大回転角θｍａｘとして記憶する。

補正演算部４３は、最小回転角θｍｉｎと最大回転角θｍａｘとの差（｜θｍａｘ−θｍｉｎ｜）を算出し、当該差が所定のしきい値ＴＨ１より大きいか否か判定する（ＳＴ１２５）。当該差がしきい値ＴＨ１を超えていない場合、補正演算部４３はステップＳＴ１１５に戻って、Ｚ軸のまわりのみの回転動作が持続しているか否かを判定する。他方、当該差がしきい値ＴＨ１より大きい場合、補正演算部４３は、角度差αがしきい値ＴＨ１より大きい２つの回転角θのペアと、これに対応する（同じデータ群に属する）磁気座標Ｍのペアをデータバッファ４１から取得する（ＳＴ１３０）。角度差αの回転角θのペアと磁気座標Ｍのペアをバッファ４１から取得すると、補正演算部４３は、これらに基づいて中心座標Ｐを算出する（ＳＴ１３５）。そして補正演算部４３は、それまでに算出した中心座標Ｐの個数が所定数に達しているか判定し（ＳＴ１４０）、まだ所定数に達していない場合は、ステップＳＴ１１５に戻って上述した処理を繰り返す。算出した中心座標Ｐの個数が所定数に達した場合、補正演算部４３は、所定数の中心座標Ｐの平均値（各座標成分を平均化したもの）を算出する（ＳＴ１４５）。

次に補正演算部４３は、Ｘ軸のまわりのみの回転動作によって所定数の中心座標Ｐを算出し、その平均値を求める（ＳＴ１５０〜ＳＴ１９０）。このステップＳＴ１５０〜ＳＴ１９０は、既に説明したＳＴ１０５〜ＳＴ１４５と同様の処理であるため、説明を割愛する。

このようにして、Ｚ軸のまわりのみの回転動作（首の横振り動作）による中心座標Ｐの平均値と、Ｘ軸のまわりのみの回転動作（首の縦振り動作）による中心座標Ｐの平均値が得られると、補正演算部４３は、これらの平均値に基づいて、３軸の座標系における中心座標Ｐの座標を決定する（ＳＴ１９５）。Ｙ座標成分Ｙｐが上記２通り中心座標Ｐの平均値においてそれぞれ得られるため、例えば補正演算部４３は、この２つＹ座標成分Ｙｐを平均したものを最終的なＹ座標成分Ｙｐとして決定する。

以上説明したように、本実施形態に係る地磁気検出装置によれば、回転角算出部４２において算出された単一の回転検出軸のまわりにおける２つの回転角θと、当該２つの回転角θを有するときに磁気センサ部１０において検出された２つの磁気座標Ａ，Ｂとに基づいて、当該２つの磁気座標Ａ，Ｂを円周上に持つ円であって、当該２つの磁気座標Ａ，Ｂを両端とする円弧に対応する中心角が当該２つの回転角θの差αに等しい円の中心座標Ｐが算出される。そして、当該算出された中心座標Ｐに基づいて、磁気センサ部１０により刻々検出される磁気座標Ｍが表す地磁気ベクトルのオフセットが補正される。これにより、従来の携帯電話機のような複雑な８の字回転ではなく、単一の軸のまわりにおける一定の角度範囲の回転動作によって、磁気センサの検出値に含まれる地磁気ベクトルのオフセットを補正することができる。例えば、首の横振りや縦振りなどの非常に簡単な動作でオフセットの補正が可能になるため、この地磁気検出装置をウェアラブル機器に搭載した場合には、オフセット補正のためにわざわざ身体から取り外す必要がなくなり、ウェアラブル機器の特徴と損なうことなく高い利便性を提供できる。

また、本実施形態に係る地磁気検出装置によれば、一の回転検出軸のまわりでのみ回転動作が行われていることを、他の２つの回転検出軸のまわりにおける角速度が所定のしきい値より小さくなっていることにより判定し、当該判定結果を得た上で、一の回転検出軸のまわりの回転角を用いた中心座標Ｐの算出が行われる。これにより、一の回転検出軸のまわりでのみ回転動作が確実に行われている状態で中心座標Ｐの算出に用いられるデータが取得されるため、中心座標Ｐをより正確に算出することができる。

また、本実施形態に係る地磁気検出装置によれば、角度差αが所定のしきい値ＴＨ１より大きい２つの回転角θを用いて中心座標Ｐの算出が行われるため、更に正確に中心座標Ｐを算出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、種々のバリエーションを含んでいる。

上述した実施形態では、磁気センサ部１０の検出軸が３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）の場合を例として挙げているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態において、磁気センサ部の検出軸は２軸でもよい。

上述した実施形態では、磁気センサ部１０の検出軸と角速度センサ部２０の検出軸が一致している場合を例として挙げているが、本発明はこれに限定されない。少なくとも、角速度センサ部の１つの検出軸は、磁気センサ部の２つの検出軸が張る平面と直交する軸であればよい。例えば角速度センサ部の検出軸（Ｘ’軸，Ｙ’軸，Ｚ’軸）は、磁気センサ部の検出軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）に対して平行にずれていてもよい。

上述した実施形態では、Ｚ軸のまわりのみで回転動作が行われる条件と、Ｘ軸のまわりのみで回転動作が行われる条件の２通りにおいてそれぞれ中心座標を算出しているが、本発明はこれに限定されない。例えばＺ軸方向の地磁気成分を無視できる場合には、Ｘ軸のまわりのみで回転動作（首の縦振り動作）が行われる条件での中心座標の算出を省略してもよい。

上述した実施形態では、地磁気検出装置を眼鏡型電子機器に搭載した例に挙げているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明の地磁気検出装置は、種々の電子機器（携帯電話機、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、携帯ゲーム機、ゲーム機用コントローラ、ウェアラブル・デバイス）に搭載可能である。

１…フロント部、２…テンプル部、３…ヒンジ、４…リム、５…ブリッジ、６…回路基板、７…眼鏡レンズ、８…表示部、９…音声出力部、１０…磁気センサ部、２０…角速度センサ部、３０…加速度センサ部、４０…制御部、４１…データバッファ、４２…回転角算出部、４３…補正演算部、４４…方位算出部、４５…表示制御部、４６…音声制御部、Ｍ，Ａ，Ｂ…磁気座標、Ｐ…中心座標、θ…回転角、θｍｉｎ…最小回転角、θｍａｘ…最大回転角、Ｖ…角速度、Ｇ…加速度。

Claims (3)

1. 互いに直交する複数の磁気検出軸に沿った複数の方向における磁界強度の組み合わせを磁気座標として検出する磁気センサ部と、
   ２つの前記磁気検出軸が張る平面と直交する一の回転検出軸のまわりにおける角速度を検出する角速度センサ部と、
   前記角速度センサ部において検出された前記一の回転検出軸のまわりにおける角速度に基づいて、前記一の回転検出軸のまわりにおける回転角を算出する回転角算出部と、
   前記回転角算出部において算出された前記一の回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて、当該２つの磁気座標を円周上に持つ円であって、当該２つの磁気座標を両端とする円弧に対応する中心角が当該２つの回転角の差に等しい円の中心座標を算出し、当該算出した中心座標に基づいて、前記磁気座標が表す地磁気ベクトルのオフセットを補正する補正演算部とを有し、
   前記角速度センサ部は、前記２つの前記磁気検出軸と平行な２つの回転検出軸のまわりにおける他の２つの角速度を検出し、
   前記補正演算部は、前記角速度センサ部において検出される前記他の２つの角速度が共に所定のしきい値より小さい状態が継続する場合に、前記回転角算出部において算出された前記一の回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて前記中心座標を算出する
   ことを特徴とする地磁気検出装置。
2. 前記磁気センサ部は、互いに直交した第１磁気検出軸、第２磁気検出軸及び第３磁気検出軸にそれぞれ沿う方向における前記磁界強度の組み合わせを前記磁気座標として検出し、
   前記角速度センサ部は、前記第１磁気検出軸と同一若しくは平行な第１回転検出軸のまわりにおける角速度、前記第２磁気検出軸と同一若しくは平行な第２回転検出軸のまわりにおける角速度、及び、前記第３磁気検出軸と同一若しくは平行な第３回転検出軸のまわりにおける角速度をそれぞれ検出し、
   前記回転角算出部は、少なくとも前記第１回転検出軸の周りにおける回転角及び前記第２回転検出軸のまわりにおける回転角をそれぞれ算出し、
   前記補正演算部は、
   前記第２回転検出軸のまわりにおける角速度及び前記第３回転検出軸のまわりにおける角速度がいずれも前記しきい値より小さい状態が継続する場合に、前記第１回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて前記中心座標を算出し、
   前記第１回転検出軸のまわりにおける角速度及び前記第３回転検出軸のまわりにおける角速度がいずれも前記しきい値より小さい状態が継続する場合に、前記第２回転検出軸のまわりにおける２つの回転角と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて前記中心座標を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の地磁気検出装置。
3. 前記補正演算部は、前記回転角算出部において算出された一連の回転角の中から、所定の角度より大きい差を有する２つの回転角を選択し、当該選択した２つの回転角の差と、当該２つの回転角を有するときに前記磁気センサ部において検出された２つの前記磁気座標とに基づいて前記中心座標を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の地磁気検出装置。