JPH05312573A

JPH05312573A - 電子方位計

Info

Publication number: JPH05312573A
Application number: JP14814192A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwamiya; 宏岩見谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ステップモータを利用した電子アナログ時計
に搭載しても、ステップモータの発生する磁界の影響に
よる精度の低下を最小限に抑える。【構成】増幅部３１および交流電力検出部３２により
ステップモータ５の動作状態を検出し、該ステップモー
タ５が停止状態、すなわち磁気的に安定した状態にあれ
ば、磁気検出部１５により地磁気を検出する。そして、
磁気検出部１５により得られた検出磁気と、ステップモ
ータ５が停止状態にあるときに受ける磁気的影響を考慮
したオフセット値とに基づいて方位を算出し、この結果
を表示部６に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば時計機能を持た
せるものとして、ステップモータを備えた電子方位計に
係わり、特に磁気センサを利用して地磁気の方位を算出
する電子方位計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気センサを利用して電気的に方
位を検出する電子方位計と、時計機能を持った電子アナ
ログ時計とがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した電
子方位計を電子アナログ時計に搭載しようとすると、電
子アナログ時計のステップモータの発生する磁気の影響
を受けるため、正確な方位検出できないという問題点が
生ずる。なお、この問題点に対し、予めステップモータ
の影響によるオフセット値を考慮して方位を算出するこ
とも考えられるが、ステップモータの動作状態によりオ
フセット値が変ることから、オフセット値を決定でき
ず、解決策にはならない。

【０００４】そこで本発明は、ステップモータを利用し
た電子アナログ時計に搭載しても、ステップモータの発
生する磁気の影響による精度の低下を最小限に抑えるこ
とができる電子方位計を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明による電子方位計は、ステップモータと、該ステップ
モータの動作状態を検出する動作状態検出手段と、方位
を検出する方位検出手段と、前記動作状態検出手段によ
り前記ステップモータの停止が検出されたときに前記方
位検出手段の動作を開始させる制御を行う方位検出制御
手段と、前記方位検出手段により検出された方位を報知
する報知手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明では、ステップモータの動作が停止して
いるとき、すなわち磁気的に安定した状態にあるときに
方位の検出が行われ、その検出値が表示される。したが
って、磁気的に安定した状態におけるオフセット値のみ
考慮して方位を算出すれば良いことから、常に安定した
方位が得られる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明に係る電子方位計の一実施例を適用した電子
アナログ時計１を示す正面図であり、図２はその概略構
成を示すブロック図である。

【０００８】図１において、２は短針、３は長針、４は
秒針であり、それぞれステップモータ５により駆動され
る。６は液晶表示器を円盤状に形成した表示部である。
この表示部６の表面には外周側から内周側に亘って２本
の環状の黒色ラインＬ１，Ｌ２が刻印されており、これ
らラインＬ１，Ｌ２によって囲まれた領域Ａには所定の
表示が行われるようになっている。すなわち、方位計と
して使用する場合は北の方向を指示する「▲」が表示さ
れ、時計として使用する場合は時刻を読むための数値
（１，２，…，１２）が表示される。なお、表示部６と
しては液晶表示器が好適であるが、その他ＬＥＤ等を使
用したセグメント表示器の使用も可能である。

【０００９】一方、電子アナログ時計１の側面には方位
検出スイッチ７と時刻合せ用のリューズ８が設けられて
いる。この場合、方位検出スイッチ７には押釦型スイッ
チが用いられている。この方位検出スイッチ７を押すこ
とにより割込みが入り、方位の測定が開始され、その結
果が表示器６にて表示される。この場合、上述したよう
に表示部６の表示が時刻を読むための数値表示から図形
表示（「▲」）に変更される。

【００１０】次に、図２に示すブロック図において、１
０はＣＰＵ（中央処理装置）であり、電子アナログ時計
１の各部の制御を行う。このＣＰＵ１０にはＲＯＭ（リ
ードオンリメモリ）１１、ＲＡＭ（ランダムアクセスメ
モリ）１２、インタフェース回路１３が設けられてい
る。ＲＯＭ１１にはＣＰＵ１０を制御するためのプログ
ラムおよびオフセット値等が書込まれている。この場
合、オフセット値は、磁気検出の際に、ステップモータ
５が停止しているとき、すなわち磁気的安定点にあると
きの磁気の影響を補償するためのものである。ＲＡＭ１
２には複数の領域が確保されており、これら領域に各種
計測結果が書込まれるようになっている。インタフェー
ス回路１３は電子アナログ時計１の各部とＣＰＵ１０と
の間のデータの授受を行う。ここで、表１にＲＡＭ１２
の内容の一部を示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】この表１において、アドレス番地の初めの
方から順位に「Ｄ」、「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｘ１」、「Ｘ
２」、「Ｙ１」、「Ｙ２」等の領域が設定されている。
Ｄ領域には方位が書込まれ、Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２領
域には検出磁気（以下、検出データ）が書込まれる。ま
た、Ｘ領域にはＸ方向の検出データの差（Ｘ１−Ｘ２）
が書込まれ、Ｙ領域にはＹ方向の検出データの差（Ｙ１
−Ｙ２）が書込まれる。この場合、検出データは後述す
る磁気検出部１５により出力される。その詳細は後述す
る。

【００１３】図２に戻り、１６は方位検出スイッチ７を
有するスイッチ部であり、この出力はＣＰＵ１０に入力
される。上記磁気検出部１５は磁気を検出して各Ｘ，
Ｙ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の検出データを出力する。
この場合、ＣＰＵ１０より方位測定信号Ｓｃが出力され
たときに磁気検出を行う。磁気検出部１５より出力され
た検出データＸ，Ｙ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２はＣＰＵ
１０に入力される。上記方位測定信号Ｓｃは方位検出モ
ードの際にＣＰＵ１０より出力される。

【００１４】ここで、図３は磁気検出部１５の構成を示
すブロック図、図４は磁気検出部１５を構成する磁気セ
ンサ２０の構造を示す平面図、図５は磁気センサ２０の
等価回路図である。まず、図４において、磁気センサ２
０は、ガラスまたはアルミナで形成された基板２１上に
４個の磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４および４個のパッド
Ｐ１〜Ｐ４を形成してなるものである。この場合、磁気
抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４の各々は、相隣接する磁気抵抗
素子と磁気検出方向が９０度異なるように結合されると
ともに、検出方向が測定方向Ｎに対して４５度の傾きを
もつように形成されている。

【００１５】また、磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４は図５
に示すようにブリッジ状に接続されており、その接続点
Ｋ１，Ｋ３間に電圧Ｖが印加されるようになっている。
この場合、周知の如く磁気抵抗素子は磁界が作用するこ
とにより抵抗値が変化するもので、いまブリッジ接続さ
れた磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４の接続点Ｋ１，Ｋ３間
に電圧Ｖが印加されると、磁界の作用により抵抗値が変
化し、接続点Ｋ２，Ｋ４間に電位差が生ずる。この場
合、接続点Ｋ２の電位をＶ１、接続点Ｋ４の電位をＶ２
とすると、接続点Ｋ２，Ｋ４の間にはＶ１−Ｖ４の電位
差ＶＳが生ずる。

【００１６】磁気センサ２０には図３に示す２つのバイ
アスコイルＣ１，Ｃ２が相互に直交するように磁気抵抗
素子ＭＲ１〜ＭＲ４に巻回されており、このうちバイア
スコイルＣ１は、供給される電流の向きにより、図４に
示す矢印Ｂ１方向およびこの逆である矢印Ｂ３方向のバ
イアス磁界（以下、バイアス磁界Ｂ１，Ｂ３という）を
磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４に印加する。他方、バイア
スコイルＣ２は、供給される電流の向きにより、図４に
示す矢印Ｂ２方向およびこの逆である矢印Ｂ４方向のバ
イアス磁界（以下、バイアス磁界Ｂ２，Ｂ４という）を
磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４に印加する。

【００１７】図３に戻り、２２は磁気センサ２０の接続
点Ｋ１，Ｋ３間に電圧Ｖを印加する素子駆動部であり、
ＣＰＵ１０より方位測定信号Ｓｃが供給されている間、
動作する。２３は差動増幅回路であり、磁気センサ２０
の接続点Ｋ２，Ｋ４における検出電圧Ｖ１，Ｖ２を入力
し、その差電圧ＶＳ（Ｖ１−Ｖ２）を増幅し出力する。
２４はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路であり、
差動増幅回路２３から出力される差電圧ＶＳをデジタル
変換し、レジスタ２５に出力する。また、Ａ／Ｄ変換回
路２４はＡ／Ｄ変換中に変換中信号Ｓｂを出力する。

【００１８】２６はバイアスコイルＣ１，Ｃ２にバイア
ス電流Ｉ１，Ｉ２を供給するコイル駆動回路である。こ
の場合、バイアス電流Ｉ１，Ｉ２の各々電流の向きを反
転させて、上述したようにバイアス磁界Ｂ１，Ｂ３およ
びバイアス磁界Ｂ２，Ｂ４を磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ
４に印加する。バイアス電流Ｉ１，Ｉ２は交互に流され
るとともに、その向きが変るので、バイアス磁界Ｂ１〜
Ｂ４が、Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３→Ｂ４の順に発生する。

【００１９】２７は波形合成回路であり、コイル駆動回
路２６を上述したように動作させる信号Ｓ１〜Ｓ４を出
力するとともに、バイアス磁界Ｂ１〜Ｂ４に対応するＲ
ＡＭ１２の検出データＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２格納領域
を示す領域信号Ａ１，Ａ０をレジスタ２８に出力する。
また、信号Ｓ１〜Ｓ４に基づいてＡ／Ｄ変換のタイミン
グを指示する変換タイミング信号ＳａをＡ／Ｄ変換回路
２４に出力する。さらに、Ａ／Ｄ変換器２４がＡ／Ｄ変
換中には、これより出力される変換中信号Ｓｂを入力す
る。

【００２０】上記レジスタ２５はＡ／Ｄ変換回路２４よ
り出力される電位差ＶＳの検出データＸ１，Ｘ２，Ｙ
１，Ｙ２を一時的に記憶し、ＣＰＵ１０の要求に応じて
出力する。また、上記レジスタ２８は波形合成回路２７
より出力される領域信号Ａ１，Ａ０を一時的に記憶し、
ＣＰＵ１０の要求に応じて出力する。

【００２１】上述したＲＡＭ１２の検出データＸ１，Ｘ
２，Ｙ１，Ｙ２格納領域のうち、Ｘ１，Ｘ２領域には、
バイアスコイルＣ１により磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４
にバイアス磁界Ｂ１，Ｂ３を印加したときに得られる電
位差ＶＳの検出データＸ１，Ｘ２が格納される。また、
Ｙ１，Ｙ２領域には、バイアスコイルＣ２により磁気抵
抗素子ＭＲ１〜ＭＲ４にバイアス磁界Ｂ２，Ｂ４を印加
したときに得られる電位差ＶＳの検出データＹ１，Ｙ２
が格納される。また、ＲＡＭ１２のＸ領域には検出デー
タＸ１，Ｘ２の差が格納され、Ｙ領域には検出データＹ
１，Ｙ２の差が格納される。

【００２２】磁気検出部１５は磁気センサ２０の構造上
水平を保つ必要があるので、測定時に際しては電子アナ
ログ時計１を水平に固定して行う。なお、この磁気検出
部１５の詳細な内容は本出願人により既に出願済みの明
細書（特願平４−８２８４６号）に記載されている。

【００２３】ＣＰＵ１０は後述する検出信号Ｓｅを入力
した場合に電位差ＶＳの検出データＸ１，Ｘ２，Ｙ１，
Ｙ２をＲＡＭ１３の領域Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２に格納
し、次いで、検出データＸ１，Ｘ２の差Ｘおよび検出デ
ータＹ１，Ｙ２の差Ｙを求める演算を行い、ＲＡＭ１２
の各領域Ｘ，Ｙに格納した後、方位の算出処理を行う。
この方位の算出は数１により得られる。

【００２４】

【数１】

【００２５】但し、ｔａｎ^-1（Ｙ／Ｘ）の値は、０度か
ら３６０度のどの値であるがが判別できないので、表２
に示すように差Ｘおよび差Ｙの値の大きさに基づいて方
位を判別する。

【００２６】

【表２】

【００２７】すなわち、差Ｘおよび差Ｙの値が共に正の
ときは数１により方位を求め、差Ｘが負のときは数１に
１８０加算した式により方位を求める。また、差Ｘが正
で、差Ｙが負のときは数１に３６０加算した式により方
位を求める。

【００２８】再び、図２に戻り、３０はＣＰＵ１０より
出力される各種信号に基づいてステップモータ５を駆動
する駆動部である。ここで、図６（ａ），（ｂ）はＣＰ
Ｕ１０より出力される信号を示すタイムチャートであ
り、また、図６（ｃ）は駆動部３０より出力される駆動
信号Ｓｄを示すタイムチャートである。図６（ａ）の信
号は１秒周期のパルス信号Ｓｐであり、図６（ｂ）の信
号は駆動信号Ｓｄの符号を制御するための符号信号Ｓｍ
である。駆動信号Ｓｄは、パルス信号Ｓｐが出力される
間符号信号Ｓｍで制御された符号の電圧として駆動部３
０より出力される。つまり、符号信号ＳｍがＨｉｇｈの
ときには＋ＶDの電圧が出力され、符号信号ＳｍがＬｏ
ｗのときには−ＶDの電圧が出力される。この駆動信号
Ｓｄによりステップモータ５のロータ（図示略）が回動
する。

【００２９】図２において、３１は増幅部であり、ステ
ップモータ５の動作状態における信号を検出して増幅
し、出力する。すなわち、ステップモータ５の揺動によ
り発生する起電力を検出して増幅した後、出力するもの
である。３２は増幅部３１で増幅された信号が所定値以
下になったことを検出して検出信号Ｓｅを出力する交流
電力検出部である。出力された検出信号ＳｅはＣＰＵ１
０に入力される。ここで、所定値は、ステップモータ５
のロータが略停止した状態、すなわち磁気的安定点近傍
に達したときの起電力に基づいて決定される。したがっ
て、増幅部３１で増幅された信号がこの所定値以下にな
ることで、ステップモータ５のロータが略停止した状
態、すなわち磁気的安定点近傍に達したことがわかる。

【００３０】上記表示部６、ＣＰＵ１０、ＲＯＭ１１、
ＲＡＭ１２、インタフェース回路１３、磁気検出部１
５、スイッチ部１６、増幅部３１および交流電力検出部
３２は電子アナログ時計１の構成の一部を成すとともに
電子方位計を構成する。また、ＣＰＵ１０とＲＯＭ１１
は方位検出制御手段としての機能を有し、また、ＣＰＵ
１０と表示部６は報知手段としての機能を有する。増幅
器３１と交流電力検出部３２は動作状態検出手段を構成
する。磁気検出部１５は方位検出手段に対応する。

【００３１】動作説明次に、上記構成による電子アナログ時計１の方位検出モ
ードにおける動作を図７に示すフローチャートを参考し
ながら説明する。まず、方位検出スイッチ７が押される
と、割込みが入り、方位検出処理が開始される。

【００３２】まず、ステップＳ１において、符号信号Ｓ
ｍがＨｉｇｈか否かの判定を行い、Ｙｅｓであればステ
ップＳ２に進み、ステップモータ５のロータが停止した
か否かの判定を行う。すなわち、ロータの揺動による起
電力が所定値以下になったかを検出する。この検出は交
流電力検出部３２より出力される検出信号Ｓｅにて判定
する。この検出信号Ｓｅが出力されると、ロータが停止
したものと判断してステップＳ３に進み、磁気検出を行
う。すなわち、磁気検出部１５を動作させて、検出デー
タＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２の収集行い、そして差Ｘ（Ｘ
１−Ｘ２），差Ｙ（Ｙ１−Ｙ２）の算出を行う。この処
理後、ステップＳ４に進み、表２に示す式およびＲＯＭ
１１に書込まれたオフセット値に基づいて現在方位の算
出を行う。現在方位の検出を行った後、ステップＳ５に
て算出した方位を表示部６にて表示する（図１参照）。
このようにこの実施例では、ステップモータ５が停止状
態にある場合、すなわち磁気的に安定した点にある場合
に磁気検出を行う。

【００３３】なお、上記実施例においては、符号信号Ｓ
ｍがＨｉｇｈの場合に、ロータの揺動による起電力が所
定値以下になったかを検出するようにしたが、符号信号
ＳｍがＬｏｗの場合でも同様の検出を行うようにしても
良い。しかし、Ｈｉｇｈの場合とＬｏｗの場合とでは、
磁気検出部１５との設置状態によってはオフセット値が
それぞれ異なるので、処理が複雑になってしまう。した
がって、いずれか一方を決定すれば良い。

【００３４】また、上記実施例においては、方位の表示
を゜（度）で表したが、東西南北で表すようにしても良
い。また、表示に限らず音声等で報知しても良い。

【００３５】また、磁気検出部１５の磁気センサ２０の
構造上水平を保つ必要があるため電子アナログ時計１を
水平に固定して使用したが、磁気検出部１５または磁気
センサ２０自体を水平に維持できれば電子アナログ時計
１を水平に固定する必要はない。

【００３６】また、上記実施例においては、電子アナロ
グ時計１に適用した場合であったが、その他、ステップ
モータ５のように磁気の影響を直接受けるようなものを
有しているものであれば、これに限定されない。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、ステップモータの動作
が停止しているとき、すなわち磁気的に安定した状態に
あるときに方位の検出を行うようにしたので、磁気的に
安定した状態におけるオフセット値のみ考慮して方位を
算出すれば良く、常に安定した方位を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子方位計の一実施例を適用した
電子アナログ時計を示す正面図である。

【図２】同実施例を適用した電子アナログ時計の概略構
成を示すブロック図である。

【図３】同実施例の磁気検出部の構成を示すブロック図
である。

【図４】同実施例の磁気検出部の磁気センサの構成を示
す平面図である。

【図５】同実施例の磁気検出部の磁気センサの等価回路
図である。

【図６】同実施例を適用した電子アナログ時計のステッ
プモータ駆動のための各信号波形を示すタイムチャート
である。

【図７】同実施例に係る電子方位計の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【符号の説明】

５ステップモータ６表示部１０ＣＰＵ１１ＲＯＭ１２ＲＡＭ１５磁気検出部（方位検出手段）３１増幅部３２交流電力検出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステップモータと、該ステップモータの動作状態を検出する動作状態検出手
段と、方位を検出する方位検出手段と、前記動作状態検出手段により前記ステップモータの停止
が検出されたときに前記方位検出手段の動作を開始させ
る制御を行う方位検出制御手段と、前記方位検出手段により検出された方位を報知する報知
手段と、を備えたことを特徴とする電子方位計。