DE3209043A1

DE3209043A1 - Photoelektrische kodiereinrichtung

Info

Publication number: DE3209043A1
Application number: DE19823209043
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Kawasaki Kabaya
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1982-11-18
Also published as: DE3209043C2; GB2094974A; GB2094974B

Description

it-

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische Kodiereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Photoelektrische Kodiereinrichtungen sind Geräte, welche eine physikalische Größe in Veränderungen der Lichtintensität umwandeln, welche wiederum photoelektronisch umgesetzt werden, so daß der auf diese Weise gebildete elektrische Strom der Veränderung der physikalischen Größe entspricht. Da mit derartigen photoelektrischen Kodiereinrichtungen ein elektrischer Strom kontaktlos und mit geringen Rauschsignalen behaftet erzeugt wird, sind derartige Kodiereinrichtungen in den verschiedensten Bereichen der Meßtechnik verwendbar.

Bei derartigen photoelektrischen Kodiereinrichtungen sind einige derart ausgestaltet, daß sie die Veränderungen der physikalischen Größe durch eine relative Bewegung zwischen einem Paar von optischen Gittern feststellen. Derartige Einrichtungen werden beispielsweise in Verbindung mit Längenmeßgeräten, photoelektrischen Schublehren, Zifferblattlehren und Mikrometern verwendet, wobei ihre Verwendung ebenfalls bei Koordinatenmeßgeräten vorgesehen ist.

Bei photoelektrischen Kodiereinrichtungen gibt es solche der rotierenden Art, bei welchen die optischen Gitter gegeneinander verdreht werden. Es gibt fernerhin photoelektrische Kodiereinrichtungen der linearen Art, bei welchen die Bewegung dieser Gitter in Längsrichtung erfolgt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich dabei auf eine photoelektrische Kodiereinrichtung der linearen Art.

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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die photoelektrische Kodiereinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß sie bei geringem Stromverbrauch,verbesserter Lichtumwandlung und größerer Genauigkeit sehr kompakt gebaut werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer photoelektrischen Kodiereinrichtung bekannter Bauweise,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer photoelektrischen Kodiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Draufsicht des zweiten optischen Gitters gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 von Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Ansicht des Ausgangssignals der photoelektrischen Kodiereinrichtung von Fig. 2,

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des zweiten optischen Gitters,

Fig. 7 · ein äquivalentes Schaltdiagramm des zweiten optischen Gitters gemäß Fig. 6,

Fig. 8A-D schematische Schnittansichten zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des zweiten optischen Gitters,

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer photoelektrischen Kodiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 11 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform einer photoelektrischen Kodiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 12 eine schematische Draufsicht der Kodiereinrichtung von Fig. 11,

Fig. 13 eine Schnittansicht entlang der Linie 13-13 von Fig. 12

Fig. 14A-E schematische Ansichten zur Erläuterung der Herstellung des zweiten optischen Gitters bei der Ausführungsform von Fig. 11,

Fig. 15 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen photoelektrischen Kodiereinrichtung,

Pig. 16 eine schematische Ansicht einer sechsten

Ausführungsform einer photoelektrischen Kodiereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 17 eine schematische Draufsicht auf das

zweite optische Gitter der Ausführungsform von Fig. 16,

Fig. 18 eine Schnittansicht entlang der Linie

18-18 von Fig. 17,

Fig. 19A-F schematische Ansichten zur Erläuterung

des Herstellungsverfahrens des zweiten optischen Gitters der Ausführungsform von Fig. 16 und

Fig. 20 eine schematische Darstellung zur Erläuterung

des Herstellungsverfahrens eines zweiten optischen Gitters, welches mit einer amorphen Halbleiterschicht versehen ist.

Fig. 1 zeigt eine photoelektrische Kodiereinrichtung der linearen Artjinit welcher die Länge eines Objektes gemessen werden kann. Die beiden optischen Gitter 10 und 12 sind dabei derart hergestellt, daß aus Glas bestehende Basisplatten 14 und 16 durch Dampfbeschichtung mit Metall belegt werden, so daß lichtdurchlässige Bereiche 14A und 16A entstehen. Die beiden Basisplatten 14 und 16 werden dabei gegenüberliegend angeordnet. Während auf der einen Seite eine Lichtquelle 18 angeordnet ist, wird auf der gegenüberliegenden Seite ein Lichtempfänger 20 vorgesehen.Um einerseits ein paralleles Lichtstrahlbündel zu erzeugen und

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andererseits ein Konvergieren der einzelnen Lichtstrahlen zu erreichen, sind zusätzlich Collimatorlinsen 22 und 24 vorgesehen, was den Hauptteil des Meßgerätes darstellt. Die lichtabschirmenden Bereiche der beiden Basisplatten 14 und 16 sind mit 14B und 16B bezeichnet.

Bei einer derartigen photoelektrischen Kodiereinrichtung bekannter Bauweise gelangt eine bestimmte Lichtmenge der Lichtquelle 18 über die Linse 22, die erste Basisplatte 14, die zweite Basisplatte 16 und die Linse 24 in den Lichtempfänger 20. Die Größe eines derartigen Längenmeßgerätes wird demzufolge durch die Länge des Lichtpfades zwischen der Lichtquelle und dem Lichtempfänger 20, d. h. durch die sechs Elemente der Lichtquelle 18, der Linse 22, der ersten Basisplatte 14, der zweiten Basisplatte 16, der Linse 24 und dem Lichtempfänger 20 gebildet. Um somit eine derartige Kodiereinrichtung klein bauen zu können, müssen entweder einzelne Elemente weggelassen werden, der Abstand zwischen den einzelnen Elementen verringert werden oder die Elemente selbst müssen sehr klein gemacht werden, was in jedem Fall Schwierigkeiten bereitet.

Eine andere Schwierigkeit ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß das Licht der Lichtquelle 18 durch zwei optische Gitter hindurchgeleitet werden muß. Die den Lichtempfänger 20 erreichende Lichtmenge enthält somit komplex gebeugtes Licht, welches entlang des Lichtpfades in irgendeiner Weise eingeschleust wird. Fernerhin nimmt das dem Lichtempfänger zugeführte Licht per Reflexion und Beugung an der Glasoberfläche und durch Absorption innerhalb des Glases ab. Das auf diese Weise gebildete elektrische Meßsignal enthält somit Rauschkomponenten, während auf der anderen Seite, im Vergleich zur abgegebenen Lichtmenge, die empfangene Lichtmenge relativ gering ist. Obwohl die im Anschluß an den Licht-

empfänger 20 vorgesehenen, nicht dargestellten Stromkreise weitgehend C-MOS-Technik verwenden und demzufolge auf diese Weise der elektrische Stromverbrauch erheblich reduzierbar ist, so entspricht der elektrische Stromverbrauch des
Gerätes weitgehendst dem des Lichtquellenteils, was zur Folge hat, daß der gesamte Stromverbrauch nicht sehr
stark reduzierbar ist, was wiederum eine relativ starke Stromversorgung erforderlich macht. Bei konventionellen Geräten erfordert dabei die Lichtquelle etwa 70 bis 80% der zugeführten elektrischen Leistung. Wegen des geringen Wirkungsgrades innerhalb des Lichtempfangsteils muß somit bei derartigen bekannten Kodiereinrichtungen die ausgesendete Lichtmenge erhöht werden, was zu einem erhöhten Stromverbrauch führt. Aus diesem Grunde ist wiederum eine relativ große Stromversorgung erforderlich, was wiederum die Größe des Längenmeßgerätes nachteilig beeinflußt.

Fig. 2 zeigt eine erste Äusführungsform der erfindungsgemäßen photoelektrischen Kodiereinrichtung. Im Vergleich zu Kodiereinrichtungen bekannter Bauweise entfällt in diesem Fall die
Collimatorlinse 24 und der Lichtempfänger 20, indem das optische Gitter die Funktion der photoelektrischen Umwandlung übernimmt. Fig. 3 zeigt dabei die obere Fläche des optischen Gitters 12 von Fig. 2, während Fig. 4 eine
Schnittansicht entlang der Linie 4-4 von Fig. 3 darstellt.

Das zweite optische Gitter 12 ist dabei gegenüberliegend zu dem ersten optischen Gitter 10 angeordnet, welches
an der Basisplatte des betreffenden Meßinstruments befestigt ist. Das zweite optische Gitter 12 kann hingegen zusammen mit einer Sonde bewegt werden, die in Übereinstimmung mit der zu messenden Größe verschiebbar ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Veränderung

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der Lichtintensität entsprechend der relativen Bewegung der beiden optischen Gitter mit Hilfe einer Photodiodengruppe in elektrischen Strom umgewandelt, wobei diese Photodiodengruppe auf dem zweiten optischen Gitter 12 angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein Strom ohne Reduzierung der Lichtmenge und mit sehr hohem Wirkungsgrad festgestellt werden. Die Photodiodengruppe bei dieser Ausführungsform kann dabei mit Hilfe des folgenden Verfahrens hergestellt werden.

Auf der oberen Fläche eines N-Halbleiterbettes 28 wird eine Oxidschicht 30 (SiO₂) hergestellt. Dabei werden schmale Schlitzbereiche 32 gebildet, die in Längsrichtung des zweiten optischen Gitters 12 angeordnet sind, wobei die Längserstreckung der Schlitzbereiche 32 in Breitenrichtung des zweiten optischen Gitters 12 erfolgt. Unterhalb der Schlitzbereiche 32 sind innerhalb des Halbleiterbettes 28 P-Typ Halbleiterschichten 34 vorgesehen, welche durch Diffusion hergestellt werden. Entlang der P-N-Trennschichten der P-Typ Halbleiterschichten 34 und innerhalb des N-Typ Halbleiterbettes 28 ergibt sich somit eine Photodiodenanordnung,deren schmale Lichtempfangsflächen in regelmäßiger Anordnung entlang der Längsseite des optischen Gitters 12 angeordnet sind, wobei diese Anordnung in Fig. 3 gezeigt ist. Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit ist fernerhin das Halbleiterbett durch Klebstoff an der Basisplatte 26 befestigt, welche beispielsweise aus Glas, rostfreiem Stahl usw. bestehen kann.

Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt die photoelektrische Umwandlung mit Hilfe der Photodiodenanordnung, welche in genau vorgegebener Anordnung auf dem Halbleiter-

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bett 28 angeordnet ist. Die Collimatorlinse 24 und der Lichtempfänger 20 sind somit in diesem Falle nicht notwendig. Das Halbleiterbett 28 mit den schmalen Schlitzbereichen 32 der Oxidschicht 30 entsprechen dabei den lichtabschirmenden Bereichen 16B und den lichtdurchlässigen Bereichen 16A der bekannten Anordnung von Fig. 1. Bezüglich der P-N-Trennschichten des zweiten Gitters 12 sei zusätzlich erwähnt, daß dieselben sich über die gesamte Breite des zweiten optischen Gitters 12 erstrecken, um auf diese Weise die lichtempfangende Fläche möglichst groß zu halten. Auf diese Weise ist es möglich, daß das von dem ersten optischen Gitter 10 durchgelassene Licht mit hohem Wirkungsgrad in einen elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Um fernerhin die Genauigkeit des gemessenen Wertes zu erhöhen, besitzen die einzelnen P-N-Trennschichten eine Breite von jeweils nur einigen /a. Der mit Hilfe dieser P-N-Trennschichten des zweiten optischen Gitters 12 gebildete elektrische Strom wird dabei in folgender Weise abgeleitet.

Gemäß Fig. 3 und 4 ist zusätzlich eine Stromsamme1schicht 36 vorgesehen, welche auf der Oxidschicht 30 und der Halb- ■ leiterschicht 34 zum Aufliegen gelangt, wobei die gesamte obere Fläche des optischen Gitters 12 bedeckt wird. Die elektrischen Ladungsträger treten dabei zwischen der Stromsammelschicht 36 und.dem Halbleiterbett 28 auf. Die Stromsammelschicht 36 besteht aus einem gegenüber infraroten Strahlen durchlässigen leitfähigen Material, wie oxidiertes Iridium, oxidierter Zinn oder dergleichen. Das Ableiten des elektrischen Stromes von der Stromsammeischicht 36 an die anschließenden Stromkreise erfolgt mit Hilfe einer Elektrode, welche im Endbereich der Stromsammeischicht 36 vorgesehen ist. Auf der anderen Seite ist das Halbleiterbett 28 mit einer weiteren Elektrode verbunden, die mit den anschließenden Stromkreisen verbunden ist.

- r-

Die die Stromsammelschicht 36 und die Oxidschicht 30 erreichenden Infrarotstrahlen werden daran gehindert, an den beiden Übergangsstellen reflektiert zu werden, weil sowohl die Stromsammelschicht 36 wie auch die Oxidschicht 30 hohe Refraktions -indices besitzen. Dadurch ergibt sich über die beiden Übergangsstellen hinweg ein gutes Eindringen der Infrarotstrahlen, so daß ein sehr hoher Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung zustandekommt. Die die Stromsammelschicht 26 erreichenden Infrarotstrahlen gelangen dabei mit hohem Wirkungsgrad durch die Halbleiterschichten 34 in den Bereich der P-N-Trennschichten. Die Stromsammelschicht 36 wirkt dabei zusätzlich als Schutzschicht, so daß sowohl die P-N-Trennschichten als auch die P-Halbleiterschichten 34 gegenüber dem Einfluß der Außenatmosphäre geschützt werden.

Die Funktionsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt: Die von der Lichtquelle 18 erzeugten Infrarotstrahlen werden mit Hilfe der Collimatorlinse 22 parallel ausgerichtet und auf das optische Gitter 12 geworfen.Da in diesem Fall die Infrarotstrahlen nicht durch die Collimatorlinse 24 und das zweite optische Gitter 12 entsprechend der bekannten Anordnung von Fig. 1 hindurchgeleitet werden, erfolgt die Zufuhr dieser Strahlen zu dem optischen Gitter 12 mit geringer Intensitätsabnahme. Die das optische Gitter 12 erreichenden Infrarotstrahlen werden praktisch ohne Reflexion durch die Stromsammelschicht 36 geleitet, so daß sie die P-N-Trennschichten erreichen. Innerhalb der P-N-Trennschichten werden dann Elektronenlöcherpaare erzeugt, was zur Ausbildung einer photoelektromotorischen Kraft zwischen dem Halbleiterbett 28 und der Halbleiterschicht 34 führt. Diese photoelektromotorische Kraft.ergibt eine Spannung, welche der an den P-N-Trennschichten empfangenen Lichtmenge entspricht. Auf diese Weise ergibt sich ein photoelektronischer Strom, welcher von der Elektrode der

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.Al.

P-Typ Halbleiterschicht 34 zu der Elektrode des N-Typ Halbleiterbettes 28 in Übereinstimmung mit der Intensität der Infrarotstrahlen fließt.

Sobald die Meßsonde einer Bewegung ausgesetzt wird und das zweite optische Gitter 12 sich gegenüber dem ersten optischen Gitter 10 verschiebt, verändert sich die durch den lichtdurchlässigen Teil 14A des ersten optischen Gitters 10 und die P-N-Trennschichten des zweiten optischen Gitters 12 erreichende Lichtmenge, was eine entsprechende Veränderung des elektrischen Stromes an der Elektrode der Stromsammeischicht 36 zur Folge hat, wobei der an die anschließenden Kreise abgegebene Strom der die P-N-Trennschichten erreichenden Lichtmenge entspricht. Der auf diese Weise abgeleitete elektrische Strom ist in Fig. 5 gezeigt, wobei es einleuchtend ist, daß in Übereinstimmung mit der gegenseitigen Bewegung der Schlitze ein sinusförmiges Ausgangssignal gebildet wird.

Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Licht nur durch ein einziges optisches Gitter hindurchgeleitet wird, ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad der Lichtumwandlung, was eine Verringerung des Stromverbrauchs im Bereich der Lichtquelle zur Folge hat. Weiterhin ergibt sich eine Verringerung der Lichtrefraktion während auf der anderen Seite die gebildeten Meßsignale einen geringen Rauschfaktor besitzen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ergibt sich somit eine photoelektrische Kodiereinrichtung mit geringem Stromverbrauch und sehr klein gehaltenem Meßfehler. Die Kodiereinrichtung kann fernerhin sehr klein gebaut werden, weil die zweite Collimatorlinse 24 und der Lichtempfänger 20 gemäß dem Stande der Technik nicht notwendig sind.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ergibt sich ferner-

- y-

hin eine geringe Phasendifferenz zwischen dem an den Elektroden des Halbleiterbettes und der Stromsammelschicht auftretenden Signal und der photoelektromotorischen Kräfte, welche entlang der einzelnen Photodioden auftreten. Der Grund dafür ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß die Stromsammelschicht so ausgebildet ist, daß sie sich praktisch über alle Halbleiterschichten des zweiten optischen Gitters 12 erstreckt.

Wenn beispielsweise das zweite optische Gitter 12 eine Elektrodenanordnung entsprechend Fig. 6 besitzt, dann ergeben sich zwischen den photoelektromotorischen Kräften der entsprechenden Photodioden auf der Ausgangsseite des zweiten optischen Gitters relativ große Phasendifferenzen. Bei diesem zweiten optischen Gitter 12 von Fig. 6 ist auf dem Halbleiterbett 28 eine kammförmige Halbleiterschicht 34 aufgebracht, auf welcher wiederum entlang der Längsseite des zweiten optischen Gitters 12 beispielsweise durch Dampfbeschichtung eine Stromsammelschiene 38 aufgelegt wird. Das Ausgangssignal des zweiten optischen Gitters 12 ergibt sich dann zwischen einer an der Stromsammelschiene 38 angeschlossenen Elektrode und einer auf der Seite des Halbleiterbettes 28 angeordneten weiteren Elektrode, von wo aus der Ausgangsstrom an Ausgangsklemmen 40 und 42 geführt wird.

In Fig. 6 ist die Breite der aus den Halbleiterschichten 34a, 34b, 34c .... gebildeten Kammzähne mit W bezeichnet, während deren Länge den Wert L besitzt. Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, muß die Breite W äußerst klein, d. h. in der Größenordnung von einigen ii gewählt werden, während zur Verbesserung der Meßempfindlichkeit die Länge L im Vergleich zur Breite W sehr groß gewählt werden muß. Wenn

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nun bei sehr großen L/W-Verhältnissen ein Stromfluß in Längsrichtung der einzelnen Bereiche zustandekommt, dann werden die Widerstandswerte der Halbleiterschichten 34a, 34b, 34c .... relativ groß, wobei sie bei einem tatsächlichen Gerät den Wert von einigen Kiloohm annehmen können.

Fig. 7 zeigt den äquivalenten Stromkreis des zweiten optischen Gitters 12 von Fig. 6. Dieser äquivalente Stromkreis besteht dabei aus einer CR-Leiter, welche aus den Widerständen R₁ ... Rk ... Rn und den Kapazitäten C₁ ... Ck ... Cn aufgebaut ist. Die Widerstände R ... Rk ... Rn entsprechen dabei den Widerstandwerten der Halbleiterschichten 34a, 34b, 34c ..., während die Kapazitäten C ... Ck ... Cn den zwischen den Halbleiterschichten 34a, 34b, 34c ... und dem Halbleiterbett 28 bestehenden Kapazitätswerten entsprechen.

Falls die Frequenz des an den Klemmen 40 und 42 abgegebenen Ausgangssignals hoch ist, kann es bei der Elektrodenanordnung von Fig. 6 unter Umständen unmöglich sein, wegen dem RC-Filtereffekt der entsprechenden P-N-Trennschichten eine entsprechende Messung durchzuführen. Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, daß die Widerstände R₁ ... Rk ... Rn " von Fig. 7 einen hohen Widerstandswert besitzen, während auf der anderen Seite zwischen den beiden optischen Gittern 10 und 12 eine hohe Relativgeschwindigkeit vorhanden ist.

Im Gegensatz zu dem optischen Gitter von Fig. 6 kann bei dem zweiten optischen Gitter gemäß der vorliegenden Erfindung der Widerstandswert der Widerstände R ... Rk ... Rn von Fig. 7 vernachlässigt werden, weil praktisch über die gesamten Halbleiterschichten hinweg eine Stromsammeischicht vorgesehen ist. Die photoelektrische Kodiereinrichtung gemäß der Erfindung besitzt somit den Vorteil, daß die

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Relativgeschwindigkeit der zwei Gitter sehr hoch gemacht werden kann, was eine sehr rasche Durchführung der Messung erlaubt.

Aufgrund des entwickelten Herstellungsverfahrens kann das zweite optische Gitter gemäß der Erfindung sehr einfach hergestellt werden, was ebenfalls der Genauigkeit der Kodiereinrichtung zugutekommt. Das in Fig. 8 beschriebene Verfahren dient dabei zur Herstellung des optischen Gitters 12 von Fig. 2 bis 4. Entsprechend Fig. 8A wird auf dem N-Typ-Halbleiterbett 28 eine dünne Oxidschicht 30, beispielsweise aus SiO-/aufgebracht. Entsprechend Fig. 8B werden dann durch Photoätzverfahren die Schlitzbereiche 32 hergestellt. Entsprechend Fig. 8C wird dann eine Diffusion der P-Typ-Störstellen bei höheren Temperaturen durchgeführt, was dazu führt, daß die Diffusion in dem Bereich des N-Typ-Halbleiterbettes unterhalb der Schlitze 32 zustandekommt, wodurch die Halbleiterschichten 34 gebildet werden. Die Dicke der Halbleiterschichten 34 beträgt dabei einige u. Entsprechend Fig. 8D wird dann über die gesamte obere Fläche ein lichtdurchlässiges, leitfähiges Material aufgebracht, wodurch die Stromsammeischicht 36 gebildet wird. Auf der Seite des N-Typ-Halbleiterbettes 28 wird schließlich noch eine Elektrode befestigt, während an einem Endbereich der Stromsammeischicht 36 die Befestigung einer weiteren Elektrode erfolgt. Auf diese Weise kann das zweite optische Gitter 12 sehr einfach hergestellt werden. Da die Halbleiterschichten 34 in gewünschter Weise bezüglich Anordnung, Formgebung und Größe hergestellt werden können, besitzen die erzielten Meßwerte eine hohe Genauigkeit.

In dem Folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig.. 9 eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be-

schrieben werden, wobei gleiche Bezugszeichen Verwendung finden. Diese Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß zusätzliche N-Typ-Halbleiterschichten 44 innerhalb der P-Typ-Halbleiterschichten 34 erzeugt werden, so daß im Gegensatz zur Ausführungsform von Fig.2 mit ihren Photodioden nunmehr Phototransistoren gebildet werden. Diese N-Typ-Halbleiterschichten 44 können dabei sehr einfach durch das in Verbindung mit Fig. 8 beschriebene selektive Diffusionsverfahren erzeugt werden. Das zweite optische Gitter 12 besteht somit aus Transistoren, welche einen Verstärkungseffekt besitzen, so daß auf der Empfangsseite eine hohe Lichtempfindlichkeit erzielbar ist.

Fig. 10 zeigt eine dritte vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, wobei im Vergleich zu den bisher beschriebenen Figuren entsprechende Bezugszeichen verwendet werden, Bei dieser Ausführungsform wird das von der Lichtquelle der Halbleiterschicht 34 zugeführte Licht nach Reflexion an dem ersten optischen Gitter 10 dem zweiten optischen Gitter 12 zugeführt. Die'Lichtquelle 18 und die Collimatorlinse 22 sind somit im Vergleich zu dem ersten optischen Gitter 10 unter einem vorgegebenen Winkel angeordnet. Die Basisplatte 14 des ersten optischen Gitters 10 muß fernerhin aus einem lichtreflektierenden Material, beispiels· weise rostfreiem Stahl hergestellt sein. Auf derselben müssen dann schmale lichtabsorbierende Bereiche 46 vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform werden somit die Licht reflektierenden und Licht nicht reflektierenden Teile durch die Basisplatte 14 und die Licht absorbierenden Bereiche 46 gebildet. Von der Lichtquelle 18 abgegebenes Licht kann somit an das zweite optische Gitter 12 gelangen, falls dasselbe durch die Collimatorlinse 22 hindurchgelassen und von den reflektierenden Bereichen des ersten op-

tischen Gitters 10 reflektiert wird. Bei dieser Ausführungsform ergeben sich dieselben Eigenschaften wie bei dem zuerst beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 11 bis 13 zeigen eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist auf der Basisplatte 26 das N-Typ-Halbleiterbett 28 aufgesetzt, auf welche wiederum eine P-Typ-Halbleiterschicht 50 aufgebracht ist. Aufgrund der beiden Schichten 50 und 28 ergeben sich somit praktisch über die gesamte Fläche der Basisplatte hinweg P-N-Trennflachen, welche die Photodioden bilden, aufgrund welcher das durch das erste optische Gitter 10 hindurchgelassene Licht in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Das Ausgangssignal der Photodiodenanordnung wird mit Hilfe an den Endbereichen des Halbleiterbettes und der Halbleiterschicht 50 vorgesehener Elektroden nach außen geleitet. Auf der Halbleiterschicht 50 ist fernerhin eine lichtdurchlässige Isolierschicht 52 aus Siliciumoxid aufgebracht, wodurch die gesamte Oberfläche der Halbleiterschicht 50 bedeckt wird. Dadurch wird verhindert, daß die P-N-Trennstellen durch Alterungserscheinungen sich verschlechtern. Auf dieser Isolierschicht 52 sind fernerhin in vorgegebener Anordnung lichtundurchlässige Streifen 54 angeordnet, wobei die Breite dieser Streifen 54 in Längsrichtung des optischen Gitters 12 verläuft, während die Längsrichtung der Streifen in Richtung der Breite des optischen Gitters 12 angeordnet ist. Diese schmalen lichtundurchlässigen Streifen 54 entsprechen den lichtabschirmenden Bereichen 16b der bekannten Kodiereinrichtung von Fig. 1. Diese Streifen müssen somit aus einem Material bestehen, welches gegenüber dem von dem ersten optischen Gitter 10 hergeleiteten Licht nicht durchlässig ist, wobei Materialien einzeln oder in Kombination der Stoffe Cr, Al, Ti, Mo, W, Ni, Ta, Au usw. verwendbar sind. Auf der Außenseite des

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zweiten optischen Gitters 12 bzw. auf den Streifen 54 und der Isolierschicht 52 ist schließlich zur Erzielung einer flachen Oberfläche eine lichtdurchlässige Schicht 56 aus Silicium aufgebracht, in welche das von dem ersten Gitter 10 abgegebene Licht aufgrund eines hohen Refraktionsindexes gut eindringbar ist. In diesem Fall wird als Lichtquelle 18 eine Infrarotdiode vorgesehen. Eine derartige Diode besitzt im nahen Infrarotbereich den höchsten Wirkungsgrad für Lichtabgabe, was eine Reduzierung des Stromverbrauchs zur Folge hat. Die von der Lichtquelle 18 abgegebenen Infrarotstrahlen erreichen dabei über die lichtdurchlässige Schicht 56^ die Isolierschicht 52 und die Halbleiterschicht 50 mit hohem Wirkungsgrad ohne Reflexion die P-N-Trennstellen.

Aufgrund der besonderen Auslegung des zweiten optischen Gitters 12 dieser Ausfühirungsform können Messungen mit hohem Wirkungsgrad und hoher Genauigkeit durchgeführt werden, weil die P-N-Trennstellen sich praktisch über die gesamte Basisplatte 26 erstrecken und somit das von dem ersten optischen Gitter 10 abgegebene Licht sehr wirksam in ein elektrisches Signal umwandeln. Die schmalen_,nicht durchlässigen Streifen 54 sind dabei in einer derartigen Anordnung innerhalb der P-N-Trennstellen angeordnet, daß die relative Bewegung der beiden optischen Gitter 10 und 12 die größten Lichtveränderungen zur Folge hat. Um fernerhin das von dem ersten optischen Gitter 10 abgegebene Licht auch an die P-N-Trennstellen bringen zu können, erscheint es zweckmäßig die Halbleiterschicht 50 äußerst dünn zu machen, wobei in praktischen Fällen eine Dicke von einigen π gewählt wird. Die Breite W der nicht lichtdurchlässigen Streifen 54 muß möglichst klein gemacht werden, um die Meßgenauigkeit des Gerätes zu erhöhen. Die Länge L wird im Vergleich zur Breite W so festgelegt, um eine ausreichende Empfindlichkeit

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durch Erhöhung der aufgefangenen Lichtmenge an den P-N-Trennstellen zu erreichen. In praktischen Fällen wurde die Breite W auf einige u festgelegt, während die Länge L einige nun betrug.

Die Funktionsweise der beschriebenen Anordnung ist wie folgt? Die von der Lichtquelle 18 abgegebenen Infrarotstrahlen werden mit Hilfe der Collimatorlinse 22 parallel gemacht und auf das optische Gitter 12 geworfen. Da in diesem Fall die Infrarotstrahlen nicht durch die Collimatorlinse 24 und dem zweiten optischen Gitter 12 entsprechend der bekannten Ausführungsform von Fig. 1 hindurchgeleitet werden, gelangen die Infrarotstrahlen in größerer Menge und weniger diffraktiertem Zustand auf das optische Gitter 12. Da die lichtdurchlässige Schicht 56 nach außen hin eine flache Oberfläche besitzt, und einen großen Refraktionsindex . aufweist, können die Infrarotstrahlen in das zweite optische Gitter 12 ohne Reflexion und mit hohem Wirkungsgrad eindringen. Die in das zweite optische Gitter 12 eingedrungenen Infrarotstrahlen werden zum Teil durch die nicht durchlässigen Streifen 54 abgehalten, während ein Teil die P-N-Trennstellen unter Ausbildung einer photoelektromotorischen Kraft erreicht. Aufgrund dieser photoelektromotorischen Kraft ergibt sich in Übereinstimmung mit der auf die P-N-Trennstellen fallenden Lichtmenge eine Spannung, was wiederum zur Menge der Infrarotstrahlung proportionalen elektrischen Strom führt, der von der Elektrode des P-Typ-Halbleiters bis zur Elektrode des N-Typ-Halbleiterbettes 28 fließt. Wenn dann die Meßsonde in Übereinstimmung mit dem zu messenden Wert bewegt wird, ergibt sich eine Relativverschiebung zwischen den beiden Gittern 10 und 12, was aufgrund der lichtabsorbierenden Bereiche 14b des ersten optischen Gitters 10 und der nicht durchlässigen Streifen 54 des zweiten optischen Gitters 12 eine Veränderung der

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P-N-Trennsteilen des zweiten optischen Gitters 12 zugeführten Lichtmenge zur Folge hat, so daß die Lichtintensität in Übereinstimmung mit der relativen Bewegungsgröße der optischen Gitter 10 und 12 verändert wird. Die Lichtintensitätsveränderung wird dann in einen elektrischen Strom umgewandelt, der dem an den P-N-Trennstellen des zweiten Gitters auftretenden Licht- bzw. Stromwert entspricht und der über die Elektroden nach außen geleitet wird.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Stromableitung von den P-N-Trennstellen nach außen hin ohne Schwierigkeiten und mit hohem Wirkungsgrad, da die P-N-Trennstellen sich praktisch über die gesamte Basisplatte 26 erstrecken. Bei dieser Ausführungsform können somit innerhalb des zweiten optischen Gitters 12 die Widerstandswerte R₁ ... Rk ... Rn gemäß Fig. 7 vernachlässigt werden, da die P-N-Trennstellen sich praktisch über die gesamte Basisplatte 26 erstrecken. Diese photoelektrische Kodiereinrichtung hat somit den Vorteil, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Gittern sehr hoch gemacht werden kann, so daß der Meßvorgang sehr rasch durchführbar ist. Aufgrund bestehender Herstellungsverfahren kann fernerhin das zweite optische Gitter im Rahmen der vorliegenden Erfindung sehr einfach hergestellt werden, wobei gleichzeitig eine hohe Herstellungsgenauigkeit möglich ist.

Das Herstellungsverfahren für ein optisches Gitter 12 gemäß Fig. 11 bis 13 sei nunmehr anhand von Fig. 14 beschrieben: Gemäß Fig. 14A wird dabei auf dem N-Typ-Halbleiterbett 28 eine P-Typ-Halbleiterschicht 50 aufgebracht, welche eine Dicke von einigen u besitzt. Gemäß Fig. 14B erfolgt dabei das Aufbringen dieser Halbleiterschicht 50 durch Diffusion von P-Typ-Störstellen bei höheren Temperaturen.

Auf diese Weise ergeben sich praktisch über die gesamte Fläche der Basisplatte 26 hinweg zwischen dem Halbleiter™ bett 28 und der Halbleiterschicht 50 P-N-Trennsteilen. Gemäß Fig. 14C wird dann eine Oxidschicht zum Schutz der auf der Halbleiterschicht 50 gebildeten P-N-Trennsteilen aufgebracht, wodurch die Isolierschicht 52 gebildet wird. Entsprechend Fig. 14D wird dann eine undurchlässige Schicht 58 aufgebracht, welche beispielsweise aus Al, Ti, Mo, W, Ni, Ta usw. besteht. Schließlich werden dann noch entsprechend Fig. 14E aus der nicht durchlässigen Schicht 58 durch Photoätzen bestimmte Bereiche entfernt, wodurch die nicht durchlässigen Streifen 54 gebildet werden. Die Herstellung dieser Streifen 54 kann jedoch ebenfalls mit Hilfe von Dampfbeschichtung vorgenommen werden.Die den lichtabschirmen~ den Bereichen 16B der bekannten Anordnung entsprechenden opaken Streifen 54 werden dabei in einer vorgegebenen regelmäßigen Anordnung auf den P-N-Trennstellen aufgebracht. Schließlich erfolgt dann noch durch Dampfbeschichtung oder ein ähnliches Verfahren das Aufbringen der lichtdurchlässigen Schicht 56.Auf das Halbleiterbett 28 und die Halbleiterschicht 50 werden dann noch die Elektroden aufgesetzt, wodurch das zweite optische Gitter 12 durch Aufbringen auf einer Glasbasisplatte 26 entsprechend Fig. 12 und 13 vollendet wird. Diese Herstellung des optischen Gitters 12 ist dabei sehr einfach. Da fernerhin die nicht durchlässigen Streifen 54 in vorgegebener Anordnung, Form und Größe herstellbar sind, können die durchzuführenden Messungen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.

Fig. 15 zeigt eine fünfte vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, wobei für das optische Gitter 12 und ähnliche Elemente gleiche Bezugszeichen Verwendung finden. Bei dieser Ausführungsform ist auf der P-Typ-Halbleiterschicht

50 zusätzlich eine N-Typ-Halbleiterschicht 60 aufgebracht, so daß im Gegensatz zu der vierten Ausführungsform mit Photodioden nunmehr Phototransistoren auftreten. Diese N-Typ-Halbleiterschicht 60 kann in sehr einfacher Weise mit Hilfe eines selektiven Diffusionsverfahrens hergestellt werden, so wie dasselbe in Verbindung mit Fig. 14 bereits beschrieben worden ist. In diesem Fall entfällt das Vorsehen der Isolierschicht. Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich ein zweites optisches Gitter, welches eine hohe Lichtempfindlichkeit besitzt, weil die vorgesehenen Transistoren eine Verstärkungswirkung besitzen.

Fig. 16 bis 18 zeigen eine sechste vorteilhafte Ausführungsform, bei welcher innerhalb des zweiten Gitters eine Mehrzahl von Photo-FET-Elementen vorgesehen ist, mit welchen das von dem ersten optischen Gitter durchgelassene Licht in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das mit hoher Empfindlichkeit in Form eines elektrischen Stromes nach außen geleitet wird.

Gemäß Fig. 17 und 18 ist in diesem Fall eine aus Glas bestehende Basisplatte 26 vorgesehen, welche der mechanischen Festigkeit des zweiten optischen Gitters 12 dient. Auf diese Basisplatte 26 ist ein N-Typ-Halbleiterbett 28 aufgeklebt, wodurch die Gruppe von bereits erwähnten Photo-FET-Elementen gebildet wird. Auf dem Halbleiterbett 28 wird eine Oxidschicht 64 aus SiO~ aufgebracht, innerhalb welcher schmale Schlitzbereiche 62 vorgesehen sind, deren Längsseiten in Querrichtung des optischen Gitters 12 verlaufen, während die Anordnung dieser Schlitze 62 in einem vorgegebenen regelmäßigen Abstand in Längsrichtung dieses Gitters 12 vorgesehen ist. Unterhalb der Schlitze 62 der Oxidschicht 64 und zwar innerhalb des N-Typ-Halbleiterbcttes 28, befinden sich durch Diffusion gebildete P-Typ-Halbleiterschichten 66. Innerhalb des

N-Typ-Halbleiterbettes 28 sind fernerhin in der Nähe der Verbindungsflächen zwischen benachbarten P-Typ-Halbleiterschichten 66 und der Oxidschicht 64 Kanalbereiche 68 in Verbindung mit den entsprechenden Photo-FET-Elementen dieser Ausführungsform hergestellt, wobei die oberen Flächen des zweiten optischen Gitters 12 oberhalb der Kanalbereiche 68 die lichtempfindlichen Gate- Bereiche 70 bilden. Bei dieser Ausführungsform sind somit Anreicherungs-Photo-FET-Elemente des P-Kanaltyps in gleichmäßigem vorgegebenen Abstand in Längsrichtung des zweiten optischen Gitters 12. vorgesehen. Auf den entsprechenden P-Typ-Halbleiterschichten 66 sind fernerhin in abwechselnder Reihenfolge Dräin-Elektrodenschichten 72 und Source-Elektrodenschichten 74 vorgesehen,, wobei diese Schichten 72, 74 aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen, so daß bei ungestörter Abgabe des Abflußstroms an die folgenden Stromkreise das Licht ungestört eindringen kann. Die Elektrodenschichten 72, 74 sind fernerhin an einen Drain-Leiterstreifen 76 bzw. einem Sourceleiterstreifen 78 angeschlossen, wobei diese Streifen 76, 78 aus Metall bestehen, welche auf beiden Oberflächen der Oxidschicht in Längsrichtung angeordnet sind. Diese Leiterstreifen 76, 78 sind über entsprechende Anschlüsse mit den folgenden Außenstromkreisen verbunden. Die Ausgangsströme der entsprechenden Photo-FET-Elemente werden durch Parallelverbindung zusammengefaßt und gemeinsam an die Außenkreise abgegeben. Die Oberfläche dieses optischen Gitters 12 wird durch eine zweite Oxidschicht 80 aus SiO₂ gebildet, welche einen hohen Refraktionsindex besitzt. Diese Oxidschicht 80 verhindert fernerhin, daß die Photo-FET-Elemente dem Einfluß der Außenatmosphäre ausgesetzt werden. Auf diese Weise werden einerseits die Photo-FET-Elemente gegenüber der Außenluft isoliert, während andererseits das Auftreten von Reflexionen an der Oberfläche des zweiten optischen Gitters 12 verhindert werden. Die Lichtquelle 18

besteht in diesem Fall aus einer Infrarotleuchtdiode, wodurch der elektrische Stromverbrauch verringert wird, da derartige Dioden bei sehr geringer elektrischer Stromaufnahme einen hohen Lichtumwandlungskoeffizienten besitzen.

Die Funktionsweise der beschriebenen Kodiereinrichtung ist wie folgt: Die von der Lichtquelle 18 abgegebenen Infrarotstrahlen werden mit Hilfe der Collimatorlinse 22 in ein Parallelformat gebracht und über das erste optische Gitter 10 dem zweiten optischen Gitter 12 zugeführt. Da in diesem Fall die Lichtstrahlen nicht entsprechend dem bekannten Stand der Technik gemäß Fig. 1 durch die Collimatorlinse und das zweite optische Gitter 12 hindurchgeleitet werden, erreicht eine größere Lichtmenge das optische Gitter 12, wobei zusätzlich die vorhandene Diffraktion geringer ist. Das das zweite Gitter 12 erreichende Licht wird mit Hilfe der Gruppe von Photo-FET-Elementen mit hoher Ansprechsempfindlichkeit in einen elektrischen Strom umgesetzt. Solange kein Licht auftritt, sind die Kanalbereiche 68 des zweiten optischen Gitters 12 äußerst dünn, wobei im wesentlichen kein Drain-Strom fließt. Wenn jedoch auf die Gatebereiche 70 Licht auffällt, beginnt ein Drain -Strom zu fließen. Da die Dicke der Kanalschicht in Übereinstimmung mit der auftreffenden Lichtmenge zunimmt, wird beim Auftreffen von Licht auf die Gate-Biereiche 70 die Träger leitfähigkeit zwischen dem Gate und der Source erhöht, so daß in Übereinstimmung mit der auf die Gate- Bereiche 70 einfallende Lichtmenge innerhalb der Kanalbereiche 68 ein Drain-S.trom zu fließen beginnt. Die für die photoelektrische Umwandlung vorgesehenen Photo-FET-Elemente besitzen dabei eine Verstärkungsfunktion, so daß ein elektrischer Strom mit hoher Ansprechsempfindlichkeit ableitbar ist. Der von den Photo-FET-Elementen abgegebene elektrische Strom wird

über die Brainnßlektrodenschichten 72 und die Sourceelektrodenschichten 74 an die Außenkreise abgegeben. Das von dem ersten optischen Gitter 10 durchgelassene Licht wird über das N-Typ-Halbleiterbett 28, die Halbleiterschicht 66, die Oxidschichten 64 und 80 und die Elektrodenschichten 72 und 74 zugeführt, wobei sehr geringe Verluste auftreten. Die photoelektrische Umwandlung kann somit mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden. Wenn nun die beiden optischen Gitter 10 und 12 relativ zueinander bewegt werden und die den Gate-Bereich 70 erreichte Lichtmenge verändert wird, ergibt sich gleichzeitig mit dieser Veränderung eine Veränderung des Drain-Stromes, so daß der an die Außenkreise gelieferte elektrische Ström in Übereinstimmung mit der relativen Bewegungsgröße dieser beiden Gitter 10, 12 und demzufolge der zu messenden Lange beeinflußt wird. Da in diesem Fall die photoelektrische Umwandlung mit Hilfe der Gruppe von Photo-FET-Elementen mit ihrer Verstärkungswirkung erfolgt, erzeugt das zweite optische Gitter 12 einen elektrischen Strom mit hoher Ansprechsempfindlichkeit.

Anhand von Fig. 19 soll nunmehr das Herstellungsverfahren des zweiten optischen Gitters 12 der sechsten Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden: Auf dem N-Typ-Halbleiterbett 28 gemäß Fig. 19A wird gemäß Fig. 19B durch Dampfbeschichtung eine Oxidschicht 64 aufgebracht. Entsprechend Fig. 19C werden dann in der Folge schmale Schlitzbereiche 62 derart in die Oxidschicht 64 eingebracht, daß dieselben mit ihrer Längsrichtung in Querrichtung des zweiten optischen Gitters 12 verlaufen. Gemäß Fig. 19D wird dann ein selektiver DiffusionsVorgang vorgenommen, wodurch P-Typ-Halbleiterschichten 66 hergestellt werden. Gemäß Fig. 19E wird dann auf den Halbleiterschichten 66

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lichtdurchlässiges leitfähiges Material aufgebracht, wodurch die Drain-Elektrodenschichten 72 und die Source-Elektrodenschichten 74 gebildet werden. Schließlich wird dann noch gemäß Fig. 19F das Halbleiterbett 28 auf eine aus Glas bestehende Basisplatte 26 geklebt, während auf den oberen Flächen des zweiten optischen Gitters 12 die beiden Drain - und Source-Leiterstreifen 76 und 78 hergestellt werden, welche in diesem Fall nicht dargestellt sind. Schließlich wird dann noch auf der Oberfläche des zweiten optischen Gitters 12 die Oxidschicht 80 aufgebracht.

Im Rahmen der obigen Beschreibung ist davon ausgegangen worden, daß innerhalb des zweiten optischen Gitters 12 eine Gruppe von Photo-FET-Elementen des Anreicherungstyps vorgesehen sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch ebenfalls möglich, daß die vorgesehenen Photo-FET-Element schmale photoelektrische Bereiche besitzen, welche innerhalb des zweiten optischen Gitters 12 zu liegen gelangen. Durch Veränderung des Halbleiterbettes 28 entsprechend dem Kanalbereich 68 von Fig. 18 in ein Halbleitermaterial des P-Typs können beispielsweise Photo-FET-Elemente erzeugt werden, welche vom Abmagerungstyp sind.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen sind die innerhalb des zweiten optischen Gitters vorgesehenen Halbleiterschichten mit Hilfe kristalloider Halbleitermaterialien hergestellt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß das innerhalb des optischen Gitters vorgesehene Halbleiterbett für die Herstellung von einer Gruppe von Photodioden aus amorphem Halbleitermaterial hergestellt wird, in welchem ' Fall das zweite optische Gitter im Bedarfsfall für große Längenmessungen relativ einfach und mit guter Genauigkeit herstellbar ist. Derartige Größen und Abmessungen des zweiten optischen Gitters lassen sich hingegen bei Verwen-

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dung konventioneller kristalloider Halbleitermaterialien unmöglich herstellen. Bei der ersten Ausfuhrungsform von Fig. 2 beispielsweise kann auf der oberen Oberfläche der die mechanische Festigkeit des zweiten optischen Gitters 12 bildenden Basisplatte 26 kontinuierlich über die gesamte Oberfläche eine amorphe N-Typ-Halbleiterschicht 28 hergestellt werden, ohne daß dabei ein Halbleiterbett für die erwähnte Photodiodengruppe notwendig wäre. Bei einem amorphen Halbleiter handelt es sich um einen Halbleiter,, bei welchem zwei oder drei Arten von Elementen durch geeignete Mischverhältnisse in einen amorphen Zustand gebracht werden, welcher sich von dem kristalloiden Halbleiterzustand erheblich unterscheidet.

Fig. 20 zeigt ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die Herstellung einer Halbleiterschicht 128 bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die amorphe Halbleiterschicht 128 wird dabei auf der Oberfläche der Basisplatte 126 durch Plasmabeaufschlagung aufgebracht. Die entweder aus Glas, rostfreiem Stahl oder dergleichen bestehende Basisplatte 126 wird dabei in einen Hochfrequenz-Induktionsofen eingebracht und die N-Typ-amorphe Halbleiterschicht 128 aus Silicium mit einer Dicke von etwa 1 u kontinuierlich aufgebracht. Auf der Basisplatte 126 ergibt sich dabei durch SiH₄ + H_ eine Verfestigung, wobei eine sehr geringe Menge von innerhalb des Plasmazustands gehaltenem Bor unter hohen Temperaturen ebenfalls zugeführt wird. Ein aus Borionen B und dergleichen bestehender Akzeptor wird in die Halbleiterschicht 128 bei relativ niedrigen Temperaturen eingeführt, so daß nach Durchführung einer Laserbehandlung Halbleiterschichten des N- oder P-Typs herstellbar sind.

Die die photoelektrische Umwandlung durchführenden P-N-Trennstellen können in vorgegebenen Positionen, Größen und Form-

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gebungen durch bekannte Halbleiterherstellungsverfahren erzeugt werden. Dabei ist es im Rahmen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, amorphe Halbleiter als Halbleiterbett für die P-N-Trennsteilen zu verwenden. Da das Halbleiterbett kontinuierlich herstellbar ist und ohne unmittelbare Verbindung auf der Basisplatte zum Verfestigen gelangt, kann eine derartige Kodiereinrichtung mit sehr hoher Genauigkeit und mit geringen Herstellungsschwierigkeiten hergestellt werden, selbst für den Fall, wenn die betreffende Kodiereinrichtung einen relativ langen Licht empfangenden Teil besitzen muß. Auf diese Weise lassen sich ebenfalls die Herstellungskosten verringern. Wenn hingegen für die Herstellung einer photoelektrischen Kodiereinrichtung ein kristalloides Halbleitermaterial für die Herstellung eines relativ langen Licht empfangenden Teils des zweiten optischen Gitters verwendet werden muß, dann wird das Halbleiterplättchen zuerst aus dem Halbleiterkristall ausgeschnitten. Nachdem das Halbleiterplättchen auf die gewünschten Abmessungen geschnitten worden ist, erfolgt dann die Herstellung des Halbleiterbettes. Die schmalen Bereiche von P-N-Trennstellen für die photoelektrische Umwandlung werden dann in vorgegebener Anordnung innerhalb des Halbleiterbettes erzeugt, worauf eine Festklebung auf einer Basisplatte vorgenommen wird, wodurch das zweite optische Gitter entsteht. Da das kristalloide Halbleitermaterial nicht nur sehr teuer ist, sondern zusätzlich den Herstellungsprozess kompliziert macht, und da zusätzlich der Abstand der P-N-Trennstellen in dem verbundenen Bereich des entsprechenden Halbleiterbettes schlecht mit Genauigkeit festlegbar ist, ergeben sich in diesem Fall derartige Nachteile, daß eine derartige Kodiereinrichtung mit hoher Genauigkeit schlecht herstellbar ist. Wenn hingegen jedoch das Halbleiterbett aus einem

amorphen Halbleitermaterial besteht, welches kontinuierlich durch Verfestigung auf einer Basisplatte herstellbar ist, dann kann das zweite optische Gitter nicht nur sehr einfach hergestellt werden, sondern es ist auch die Meßgenauigkeit verbessert, wenn gleichzeitig die Herstellungskosten verringert werden.

Claims

Patentansprüche

/ 1/sPhotoelektrische Kodiereinrichtung mit zwei gegeneinander bewegbaren optischen Gittern, mit welchen die Größe der relativen Bewegung der beiden Gitter zueinander durch Bestimmung von LichtintensitätsVeränderungen bestimmbar ist, wobei das betreffende Licht entweder durch das eine optische Gitter hindurchgeleitet oder an demselben reflektiert ist, bevor es auf das zweite optische Gitter gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische Gitter (12) eine Halbleiterschicht (28) aufweist, in welcher die photoelektrische Umwandlungsfunktion durchgeführt ist, wobei der photoelektrische Umwandlungsteil und der lichtabschirmende Teil in vorgegebenen Abständen angeordnet sind und wobei diese Elemente dem ersten Gitter (10) gegenüberliegend angeordnet sind.
2. Photoelektrische Kodiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Halbleiterbettes (28) jeweils Halbleiterbereiche entgegengesetzter Leitungsart in einer genau vorgegebenen regelmäßigen Anordnung vorgesehen sind.
3. Photoelektrische Kodiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beinahe über die gesamte Halbleiterschicht (28) des zweiten optischen Gitters (12) eine aus einem lichtdurchlässigen leitfähigen Material bestehende Stromsammelschicht (3) vorgesehen ist.
4. Photoelektrische Kodiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kenn ζ e ichnet, daß das zweite optische Gitter (12) praktisch über die gesamte Oberfläche der Basisplatte (26) P-N-Trennstellen aufweist, welche die Umwandlung des Lichts in einen elektrischen Strom durchführen, und daß auf diesen P-N-Trennstellen schmale, lichtundur-chlässige Streifen (5*0 angeordnet sind, wobei das zweite optische Gitter (12) gegenüberliegend zu dem ersten optischen Gitter (10) angeordnet ist.
5. Photoelektrische Kodiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbett eine Mehrzahl von schmalen Halbleiterschichtbereichen (66) mit einer Leitungsart entgegengesetzt der des Halbleiterbettes (28) aufweist, ferner daß in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterbettes (28) zwischen den entsprechenden Halbleiterschichten Kanalbereiche (68) vorgesehen sind, welche als Gate der Lichtaufnahme dienen ,und daß die Umwandlung der Lichtintensitätsänderungen des ersten optischen Gitters (10)

in einen elektrischen Strom mit Hilfe einer Mehrzahl von Photo-FET-Elementen erfolgt, wobei das zweite optische Gitter (12) gegenüberliegend zu dem ersten optischenGitter (10) angeordnet ist.

Photoelektrische Kodiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Basisplatte (126) des zweiten optischen Gitters (12) eine amorphe Halbleiterschicht (128) aufgebracht ist und daß auf dieser amorphen Halbleiterschicht (128) in vorgegebenen regelmäßigen Abständen schmale P-N-Trennschichtbereiche vorhanden sind, welche das durch das erste optische Gitter (10) hindurchgelangende Licht in einen elektrischen Strom umwandeln, wobei das zweite optische Gitter (12) gegenüberliegend zu dem ersten optischen Gitter (10) angeordnet ist.