JP5317855B2 - 地磁気センサの補正装置及び方位表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、地磁気センサが検出した地磁気データを補正する地磁気センサの補正装置及びこれを用いた方位表示装置に関するものである。

地磁気センサは、電子機器に搭載されると、当該電子機器の回路や磁性体部品から発生する地磁気以外の磁気の影響を受けやすい。例えば、蛍光表示管のディスプレイに地磁気センサを取り付けた方位表示装置では、ディスプレイ画面の輝度を変更するために蛍光表示管に流れる電流を変化させると、この蛍光表示管から発生する磁気ノイズによって地磁気センサの検出値が変動し、正しい方位データが得られない場合がある。

これに対して、地磁気センサの周辺を磁界遮断したり、蛍光表示管に流す電流を少なくする等の対策を実施していた。しかしながら、地磁気センサの周辺を磁界遮断した場合、地磁気の測定自体の妨げとなる可能性があり、また遮蔽用の特殊な材料を使用する必要がある。さらに、蛍光表示管に流す電流を少なくすると、ディスプレイ画面の輝度が下がるために視認性が低下する。

地磁気以外の磁気による地磁気センサへの影響を除くための従来の技術としては、例えば特許文献１に開示される携帯電話機がある。この携帯電話機には、自機の回路の複数の動作状態のそれぞれと、各動作状態において地磁気以外で地磁気センサに影響を与える磁気の方向及び大きさを示すオフセット値とを対応付けたテーブルデータが予め保持されている。地磁気センサを利用する際、この携帯電話機は、自機の回路の動作状態を検出して対応するオフセット値を特定し、このオフセット値と磁気センサで検出された磁気の方向及び大きさとに基づいて地磁気の方向を算定する。

特開２００５−３１５６５０号公報

従来では、上述のように自機の回路の各動作状態に対応付けたオフセット値のテーブルデータを設けている。このテーブルデータは、自機の回路の動作状態等を変えた事前実験によって求めたオフセット値が登録されたものと考えられる。しかしながら、実際には、事前実験時と全く同一の動作状態に設定されることは希である。このため、事前実験時のオフセット値が固定的に登録されたテーブルデータを参照する方法では、テーブルデータのオフセット値と実際の値との間でずれが生じる可能性が高く、この場合は正確な補正ができない。

例えば、テーブルデータにない動作状態に設定されると、テーブルデータのオフセット値と実際の値との間でずれが生じる。また、より詳細な動作状態の変化に対応するオフセット値を登録しようとすると、不可避的にテーブルデータの容量が大きくなって、不要にメモリ資源が消費される。

また、蛍光表示管のディスプレイに地磁気センサを取り付けた方位表示装置において、蛍光表示管の画面の明るさを変化させたとき、蛍光表示管から発生した磁気ノイズによって、地磁気センサで検出された地磁気データがある時定数をもって緩やかに変化する。このような、いわゆる過渡状態においては、特許文献１のように事前実験により予め定めた動作状態に対応するオフセット値のテーブルデータを参照しても補正できない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、磁気ノイズの影響を受けた地磁気センサの地磁気データを精度よく補正することが可能であり、また磁気ノイズによる地磁気データの変化の過渡状態においても正確に補正することができる地磁気センサの補正装置及びこれを用いた方位表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係る地磁気センサの補正装置は、操作に応じて磁気発生体から発せられる磁気に起因した地磁気センサの出力変動の補正値を算出する第１の補正式と、出力変動の過渡状態における補正値を算出する第２の補正式とを格納する記憶手段と、記憶手段の第１の補正式を用いて、操作に応じた地磁気センサの出力の補正値を算出して出力変動を補正するとともに、記憶手段の第２の補正式を用いて、算出した補正値に至るまでの過渡状態の出力変動を補正する補正手段とを備えるものである。

この発明によれば、操作に応じて磁気発生体から発せられる磁気に起因した地磁気センサの出力変動の補正値を算出する第１の補正式を用いて、操作に応じた地磁気センサの出力変動の補正を行うとともに、出力変動の過渡状態における補正値を算出する第２の補正式を用いて、過渡状態の出力変動の補正を行う。このようにすることで、蛍光表示管などの磁気発生体から発せられる磁気ノイズに起因した地磁気センサの地磁気データの変動を精度よく補正することができるという効果がある。

この発明の実施の形態１による地磁気センサの補正装置及び方位表示装置が適用された車載用ディスプレイを示す斜視図である。 図１の車載ディスプレイの構成を示す機能ブロック図である。 地磁気データの表示例を示す図である。 蛍光表示管の画面の明るさに応じた磁気ノイズの強度を示す図である。 磁気ノイズによる影響の一例を示す図である。 実施の形態１による地磁気データの補正処理の流れを示すフローチャートである。 磁気ノイズ強度を示す式とその補正式の関係を示す図である。 図４の磁気ノイズに対する補正値を補正式から明るさ設定に応じて求めた結果を示す図である。 この発明の実施の形態２による地磁気データの補正処理の流れを示すフローチャートである。 蛍光表示管の画面の明るさ設定に応じた地磁気データのｙ軸方向の座標値の時系列な変化を模式的に示す図である。 地磁気の過渡状態を表す補正式の一例を説明するための図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による地磁気センサの補正装置及び方位表示装置が適用された車載用ディスプレイを示す斜視図である。図１において、車載用ディスプレイ１は、地磁気センサ２及びディスプレイ本体部３を備える。地磁気センサ２は、例えばディスプレイ本体部３の天面に取り付けられる。また、図１の例では、蛍光表示管４の表示画面に垂直な方向がｙ軸、平行な方向をｘ軸とした２次元座標が設定されている。

車載用ディスプレイ１の情報表示には、蛍光表示管（磁気発生体）４が用いられる。例えば、ディスプレイ本体部３に内蔵されたマイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼ぶ）が、地磁気センサ２により検出された地磁気データに基づいて方位を算出し、この方位情報を蛍光表示管４の表示画面上に表示する。ここでは、上述の２次元座標が蛍光表示管４の表示画面に当てはめられ、図１中の矢印方向がｙ軸方向に対応する。

なお、車載用ディスプレイ１は、方位の情報だけでなく、自身を搭載する車両の燃費や航続可能距離等の車両情報、ラジオやその他のメディアの音楽情報、外気温情報、高度や気圧情報等を蛍光表示管４の表示画面上に表示することができる。

図２は、図１の車載ディスプレイの構成を示す機能ブロック図である。図２において、車載ディスプレイ１は、地磁気センサ２及びディスプレイ本体部３を備える。ディスプレイ本体部３は、蛍光表示管４及びマイコン５を備える。
蛍光表示管４は、マイコン５から出力される所定の周波数のパルス（矩形波）のデューティ比を変えることにより、画面の明るさが制御される。このとき、蛍光表示管４への通電量に応じて磁界が変動して、磁気ノイズが発生する。マイコン５は、内蔵されるＣＰＵ（図２において不図示）がＲＯＭ（Read Only Memory）８に格納されたプログラムを実行することにより、制御部（補正手段、制御手段）６及び計算処理部（補正手段）７として機能する。

制御部６は、地磁気センサ２で検出された地磁気データを基に方位（方位ベクトル）を示す表示データを算出して蛍光表示管４に表示させ、また上述のようにして蛍光表示管４の画面明るさ設定も行う構成部である。図３は、地磁気データの表示例を示す図である。図３に示すような座標系を考えた場合、地磁気センサ２により検出された地磁気の強度を（ｘ，ｙ）とすれば、真北は（０，１００）、真西は（−１００，０）、南東は（１００，−１００）等で表すことができる。

計算処理部７は、ＲＯＭ８若しくは外付けＲＯＭ８ａに格納される補正式を用い、地磁気センサ２で検出された地磁気データを補正する構成部である。また、計算処理部７は、ＲＯＭ８若しくは外付けＲＯＭ８ａに格納される補正式を用い、制御部６で設定された蛍光表示管４の画面明るさに応じた磁気ノイズによる地磁気データの過渡的な変化が補正される。

ＲＯＭ（記憶手段）８には、地磁気データに対する蛍光表示管４からの磁気ノイズによる影響を補正する補正式が予め格納されており、計算処理部７によって当該補正式を用いて算出された補正データが格納される。外付けＲＯＭ（記憶手段）８ａは、例えばディスプレイ本体部３の内部にマイコン５とは別に用意されたＲＯＭ、又はディスプレイ本体部３の外部にＵＳＢ（Universal Serial Bus）で接続される半導体メモリであり、ＲＯＭ８と同様のデータや補正式が格納される。

なお、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じて蛍光表示管４で発生する磁気ノイズが地磁気データへ与える影響は、予め実験によって特定することができる。このため、上記補正式を予め作成することが可能である。この実施の形態１では、蛍光表示管４の画面の明るさ設定（デューティ比＝０〜１００％）によって、一定強度でかつ一定方向の磁気ノイズが蛍光表示管４から発生するものとして補正式を作成した場合を示している。

図４は、蛍光表示管の画面の明るさに応じた磁気ノイズの強度を示す図である。図４では、蛍光表示管４の画面に垂直な方向、つまり真北（ｙ軸）方向に磁気ノイズが発生する場合を例に挙げている。仮に現在、真西方向を向いているときに磁気ノイズの影響を受けると、蛍光表示管４の画面の明るさがデューティ比＝１００％である場合、図５のようにマイコン５の制御部６が演算した方位にずれ（誤差）が生じる。このような磁気ノイズによる影響は、地磁気が比較的に強い地域では少ないが、地磁気が弱い地域では、磁気ノイズの影響が大きくなり、地磁気の測定結果に誤差が生じる可能性が高くなる。

一方、図４に示す磁気ノイズは、ｙ＝−０．２ｄと数式化することができる。ただし、ｄは蛍光表示管４の画面の明るさを制御する出力波形のデューティ比である。この発明では、上述のような磁気ノイズを特定する数式から求めた補正式を利用することによって、地磁気データを精度よく補正することが可能である。

次に動作について説明する。
図６は、実施の形態１による地磁気データの補正処理の流れを示すフローチャートであり、図１の車載ディスプレイにおける補正処理を示している。
先ず、車載ディスプレイ１が起動されると、制御部６は、方位表示の更新を禁止する（ステップＳＴ１）。このとき、計算処理部７は、ＲＯＭ８もしくは外付けＲＯＭ８ａから前回設定値（デューティ比）を読み出し、現在の蛍光表示管４の画面の明るさの設定値を確認する（ステップＳＴ２）。

次に、計算処理部７は、ＲＯＭ８もしくは外付けＲＯＭ８ａから補正式（ａ）（第１の補正式）を読み込み（ステップＳＴ３）、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に従い、当該補正式（ａ）から補正値（ｂ）を計算する（ステップＳＴ４）。図７に示すように、蛍光表示管４から発生する磁気ノイズの強度がｙ＝−ａｄで表すことができるとき、この磁気ノイズ強度を打ち消す補正式（ａ）として、ＲＯＭ８には補正式ｙ＝ａｄが格納されている。ただし、ｄは蛍光表示管４の画面の明るさ設定を制御する出力波形のデューティ比であり、ａはデューティ比ｄに対する磁気ノイズ強度の比例定数である。

図４では、磁気ノイズの強度をｙ＝−０．２ｄで表すことができるため、補正式（ａ）として、ｙ＝０．２ｄが用いられる。この補正式から明るさ設定に応じた補正値（ｂ）を求めた結果が図８である。

計算処理部７は、補正式（ａ）から現在の明るさ設定に応じた補正値を計算すると、これを地磁気データとして制御部６へ出力する。これにより、制御部６は、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じた補正がなされた方位を算出し、この方位を示す方位表示データを作成する（ステップＳＴ５）。制御部６は、補正を実施した方位表示データを作成すると、方位表示の更新許可に設定し（ステップＳＴ６）、蛍光表示管４の画面における方位表示を更新する（ステップＳＴ７）。

続いて、制御部６は、蛍光表示管４の画面の明るさ設定の変更有無を判定する状態に移行する（ステップＳＴ８）。ここで、明るさ設定の変更がなされなければ（ステップＳＴ８；ＮＯ）、判定状態を維持する。なお、車載ディスプレイ１の電源がオフされた場合には、制御部６は、現在の明るさ設定をＲＯＭ８等に退避する。

図２において不図示の入力装置を用いて、利用者が明るさ設定を変更すると、制御部６は、明るさ設定の変更有りと判定し（ステップＳＴ８；ＹＥＳ）、方位表示の更新を禁止する（ステップＳＴ９）。

次に、計算処理部７は、既に読み込んでいる補正式（ａ）から、変更後の明るさ設定に応じた補正値（ｂ’）を計算する（ステップＳＴ１０）。この後、計算処理部７は、補正値（ｂ’）を地磁気データとして制御部６へ出力する。これにより、制御部６が、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じた補正がなされた方位を算出し、この方位を示す方位表示データを作成する（ステップＳＴ１１）。

制御部６は、変更後の明るさ設定に応じた補正を施した方位表示データを作成すると、方位表示の更新許可に設定し（ステップＳＴ１２）、蛍光表示管４の画面における方位表示を更新する（ステップＳＴ１３）。この後、再び、制御部６は、蛍光表示管４の画面の明るさ設定の変更有無を判定する状態に移行する。

以上のように、この実施の形態１によれば、画面の明るさ設定に応じて蛍光表示管４から発せられる磁気に起因した地磁気センサ２の出力変動の補正値を算出する補正式（ａ）を用いて、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じた地磁気センサ２の出力変動を補正する。このようにすることで、蛍光表示管４からの磁気ノイズの影響を受けた地磁気データを精度よく補正することができる。

また、この実施の形態１によれば、車載ディスプレイ１が、蛍光表示管４と、地磁気センサ２と、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じて当該蛍光表示管４から発せられる磁気に起因した地磁気センサ２の出力変動を補正する補正装置として機能する計算処理部７と、計算処理部７により補正された地磁気センサ２の出力値に基づいて方位を計測し、蛍光表示管４に表示する制御部６とを備える。このように構成することで、蛍光表示管４からの磁気ノイズの影響を補正できるため、方位表示の誤差を防止できる。

また、この実施の形態１によれば、蛍光表示管４の画面の明るさ設定を変化させた場合において、補正式（ａ）による補正値（ｂ’）の計算及び補正値（ｂ’）を用いた方位表示データの補正処理がそれぞれ完了するのに十分な一定時間では、方位表示の更新を禁止している。このようにすることで、方位の誤表示を防止することが可能である。

なお、上記実施の形態１では、図７に示すように、磁気ノイズに対する補正式（ａ）として、１つの１次関数による近似補正式を用いる場合を示したが、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じた磁気ノイズ強度を精度よく再現する数式化が可能であれば、これに応じて補正式を設定してもよい。例えば、２つ以上の１次関数の組み合わせや、ｎ次関数（ｎは任意の自然数）で磁気ノイズ強度が近似される場合は、これを打ち消す近似補正式を用いることで、より精度の高い補正効果が得られる。

実施の形態２．
この実施の形態２では、磁気ノイズによる地磁気データの変化の過渡状態における補正を説明する。なお、説明の簡単のため、上記実施の形態１と基本的に同一のハードウェア構成（図１，２）である場合を例に挙げ、補正処理の詳細を述べる。実施の形態２で上記実施の形態１と異なる事項としては、ＲＯＭ８もしくは外付けＲＯＭ８ａに過渡的に変化する地磁気データを補正するための補正式が格納される。

次に動作について説明する。
図９は、この発明の実施の形態１による地磁気データの補正処理の流れを示すフローチャートである。ここで、ステップＳＴ１からステップＳＴ１０までの処理は、上記実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

計算処理部７は、変更後の明るさ設定に応じた補正値（ｂ’）を計算すると、この補正値（ｂ’）に従い、ＲＯＭ８もしくは外付けＲＯＭ８ａから、過渡状態の補正式（ａ’）（第２の補正式）を読み込む（ステップＳＴ１１ａ）。以降では、上記実施の形態１と同様に、蛍光表示管４の画面に垂直な方向、つまり真北（ｙ軸）方向に磁気ノイズが発生する場合を例に挙げる。

図１０は、蛍光表示管の画面の明るさ設定に応じた地磁気データのｙ軸方向の座標値の時系列な変化を模式的に示す図である。画面の明るさ設定を変えた場合においても、変更後の明るさ設定に応じた磁気ノイズの影響を瞬時に受けて地磁気が変化するのではなく、時定数をもった状態（過渡状態）を経由するのが一般的である。

図１０の例は、ある時間Ｔ１において明るさ設定をデューティ比０％から１００％まで変化させた場合を示している。この場合、デューティ比１００％の明るさ設定に応じた磁気ノイズによって補正値（ｂ’）に相当する変化量に地磁気が変化するが、その変化は、ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）の期間の過渡状態を経由する。

なお、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じた磁気ノイズによる地磁気データの過渡的な変化は予め実験によって特定でき、磁気ノイズによる地磁気データの過渡状態を表す補正式（ａ’）を予め作成することができる。

そこで、実施の形態２では、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じた補正値（ｂ’）（地磁気の最終的な到達点）に対応付けて、過渡状態を表す補正式（ａ’）を、ＲＯＭ８もしくはＲＯＭ８ａに格納しておき、変更後の明るさ設定が、地磁気が過渡的に変化する範囲内であると、補正式（ａ’）を読み出して過渡状態における補正を行う。

また、過渡状態の各遷移段階を近似する複数の補正式（ａ’）がＲＯＭ８もしくはＲＯＭ８ａに格納されており、補正式（ａ）により算出された補正値（ｂ’）を基準として、当該補正値（ｂ’）を最終的な到達点とした遷移段階を近似する補正式（ａ’）が選択されて補正に利用される。

図９の説明に戻ると、計算処理部７は、補正式（ａ’）を読み込むと、変更前後の明るさ設定と補正式（ａ’）を用いて、補正値（ｂ’）に至るまでの過渡状態における地磁気データの補正値（ｂ’’）を計算する（ステップＳＴ１２ａ）。図１１は、地磁気の過渡状態を表す補正式の一例を説明するための図である。図１１の例では、地磁気データの変化を１次関数で近似した補正式（ａ’）を示している。

計算処理部７は、時刻Ｔ２に至るまでの各時間で、補正式（ａ’）による直線上の点として補正値（ｂ’’）を算出して、制御部６へ補正データとして出力する。これにより、制御部６が、蛍光表示管４の画面の明るさ設定に応じた補正がなされた方位を算出し、この方位を示す方位表示データを作成する（ステップＳＴ１３ａ）。

制御部６は、変更後の明るさ設定に応じた補正を施した方位表示データを作成すると、方位表示の更新許可に設定し（ステップＳＴ１４ａ）、蛍光表示管４の画面における方位表示を更新する（ステップＳＴ１５ａ）。このようにして、地磁気データの過渡状態における方位が順次表示される。

制御部６が方位表示を更新すると、計算処理部７は、補正式（ａ’）を用いて算出した補正値（ｂ’’）が、ステップＳＴ１０にて補正式（ａ）を用いて算出した現在の明るさ設定に応じた補正値（ｂ’）と一致したか否かを判定する（ステップＳＴ１６ａ）。このとき、両補正値が一致したと判定されると（ステップＳＴ１６ａ；ＹＥＳ）、制御部６は、ステップＳＴ８における、蛍光表示管４の画面の明るさ設定の変更有無を判定する状態に移行する。

一方、両補正値が一致していないと判定した場合（ステップＳＴ１６ａ；ＮＯ）、制御部６は、地磁気データが未だに過渡状態であると判断し、方位表示の更新を禁止（ステップＳＴ１７ａ）して、ステップＳＴ１２ａからの処理を繰り返す。

以上のように、この実施の形態２によれば、蛍光表示管４の画面の明るさ設定が変更されると、計算処理部７が、補正式（ａ）を用いて地磁気センサ２の出力の補正値を算出するとともに、補正式（ａ’）を用いて、当該算出した補正値に至るまでの過渡状態の出力変動を補正する。このようにすることで、上記実施の形態１と同様に、磁気ノイズに起因した地磁気センサ２の地磁気データの変動を精度よく補正することが可能であり、さらに磁気ノイズによる地磁気センサ２の出力の過渡状態においても正確に出力補正できる。

なお、上記実施の形態２では、図１１に示すように、過渡状態を表す補正式（ａ’）として、１つの１次関数による近似補正式を用いる場合を示したが、明るさ設定の変更に応じた地磁気データの過渡状態を精度よく再現する数式化が可能であれば、これを設定してもよい。例えば、２つ以上の１次関数の組み合わせや、ｎ次関数（ｎは任意の自然数）で過渡状態が近似してもよく、１次関数で単に近似する場合と比較してより精度の高い補正効果が得られる。

１ 車載ディスプレイ、２ 地磁気センサ、３ ディスプレイ本体部、４ 蛍光表示管（磁気発生体）、５ マイコン、６ 制御部（補正手段、制御手段）、７ 計算処理部（補正手段）、８ ＲＯＭ（記憶手段）、８ａ 外付けＲＯＭ（記憶手段）。

Claims (3)

1. 操作に応じて磁気発生体から発せられる磁気に起因した地磁気センサの出力変動の補正値を算出する第１の補正式と、前記出力変動の過渡状態における補正値を算出する第２の補正式とを格納する記憶手段と、
   前記記憶手段の第１の補正式を用いて、前記操作に応じた前記地磁気センサの出力の補正値を算出して出力変動を補正するとともに、前記記憶手段の第２の補正式を用いて、当該算出した補正値に至るまでの過渡状態の出力変動を補正する補正手段
   とを備えた地磁気センサの補正装置。
2. 磁気発生体は、蛍光表示管であり、
   操作は、前記蛍光表示管の画面の明るさ設定である
   ことを特徴とする請求項１記載の地磁気センサの補正装置。
3. 蛍光表示管と、
   地磁気センサと、
   前記蛍光表示管の画面の明るさ設定に応じて当該蛍光表示管から発せられる磁気に起因した前記地磁気センサの出力変動を補正する請求項１記載の地磁気センサの補正装置と、
   前記補正装置によって補正された前記地磁気センサの出力値に基づいて方位を計測し、前記蛍光表示管に表示する制御手段
   とを備えた方位表示装置。

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