DE3727854C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Positionsgeber, der die Position eines ein elektrisches oder magnetisches Feld erzeugenden Elements erfaßt, und eine Vielzahl von Einzel­ sensoren, von denen jeder in Abhängigkeit vom Vorhanden­ sein oder Nichtvorhandensein des zu erfassenden Feldes wenigstens zwei elektrische Zustände annimmt, sowie wei­ tere Elemente aufweist, die mit den Einzelsensoren verbun­ den sind und elektrische Ausgangssignale abgeben, die die Position des ein Feld erfassenden Einzelsensors auf einem digitalen Bus in einem digitalen Code angeben.

Ein Positionsgeber dieser Gattung ist aus der DE 32 44 891 A1 bekannt. Dieser Positionsgeber arbeitet unter Verwen­ dung von Sample- und Hold-Verstärkern rein analog. Erst nach der Analog-Baugruppe werden die Einzelsignale mittels eines Analog/Digital-Wandlers weiterverarbeitet.

Weiterhin ist aus der DE 34 30 045 C2 ein Positionsgeber anderer Gattung bekannt, bei dem die Ausgabe der zu mes­ senden Größe in einem digitalen Code erfolgt. Hierzu ist jedoch eine aufwendige Auswerteelektronik vorgesehen, die die digitale Codierung des Ortes des Sensorelements, das ein Ereignis registriert hat, vornimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positions­ geber mit einer Vielzahl von Einzelsensoren der im An­ spruch 1 angegebenen Gattung derart weiterzubilden, daß die Position des ein elektrisches oder magnetisches Feld erfassenden Elements ohne aufwendige Auswerteelektronik direkt in einem digitalen Code angegeben wird.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß sind die weiteren Elemente gleichartig wie die Einzelsensoren aufgebaut und mit diesen gemeinsam auf einem Substrat regulär angeordnet und wenigstens teilweise miteinander verbunden sind. Zur Erzeugung des gewünschten digitalen Codes ist selektiv ein Teil der Einzelsensoren in seiner Funktion als Sensor und/oder ein Teil der weiteren Elemente in seiner Funktion als elektrisch wirkendes Ele­ ment ausgeschaltet. Ein entsprechender Positionsgeber für Licht- und Teilchenstrahlen ist in der älteren Patentan­ meldung P 36 05 141.1 beschrieben, auf die Bezug genom­ men wird.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung erhält man auf einer Mehrzahl von Ausgabeleitungen ein digitales Signal, das den Ort bzw. die Position des zu erfassenden elektri­ schen oder magnetischen Feldes entsprechend dem gewünsch­ ten digitalen Code, der beispielsweise ein Binärcode, ein Gray-Code oder ein sonstiger beliebig gewählter Code sein kann, angibt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben:
Die Ausbildung der Sensoren, die entsprechend Anspruch 1 angeordnet sind, kann im Prinzip beliebig sein, solange ihr elektrisches Ausgangssignal empfindlich auf das zu erfassende Feld ist.

In den Ansprüchen 2 folgende sind bevorzugte Ausbildungen der Sensoren angegeben. Dabei hat die im Anspruch 2 ge­ kennzeichnete Verwendung von Dioden als Einzelsensoren den besonderen Vorteil, daß diese Dioden gleichzeitig auch eine elektrische Funktion bei der digitalen Codierung wahrnehmen können. Damit ist es möglich, mit einem sehr einfach aufgebauten Sensorarray, das aus einer Vielzahl von gleichartig hergestellten Dioden besteht, sowohl die Position des Feldes zu erfassen als auch die digitale Codierung vorzunehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben, in der zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbei­ spiels der Erfindung,

Fig. 2 und 3 Querschnitte bei I-I bzw. II-II durch eine Realisierung des in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild eines zweiten Ausführungs­ beispiels der Erfindung,

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine Realisierung des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 einen Querschnitt bei I-I in Fig. 5, und

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung, bei der Dioden 11, 12, 13 . . . vorgesehen sind, die empfindlich auf ein von außen, bei­ spielsweise mittels einer Metallspitze 1 (Fig. 2 bzw. Fig. 3) angelegtes elektrisches Feld sind.

Die Dioden 11, 12, 13 sind über entgegengesetzt in Reihe geschaltete Dioden 111, 112, 113, 121, 122 . . . bzw. über Kurzschlüsse 130 mit den Leitungen D 1 . . . D 4 eines digitalen Buses verbunden.

Liegt nun an einer der Dioden, beispielsweise der Diode 11 ein elektrodynamisches Feld mit dem in Teilbild a darge­ stellten Verlauf an, so erhält man an der Diode das in Teilbild b dargestellte Ausgangssignal, das durch den Kurzschluß 130 auf die Leitung D 2 des digitalen Buses übertragen wird (Teilbild c).

Durch das Auftreten eines Signals auf der Leitung D 2 ist es möglich, digital zu erkennen, daß die Diode 11 mit einem elektrodynamischen Feld beaufschlagt worden ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte bei I-I bzw. II-II durch eine Realisierung des in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiels in Dünnfilmtechnik. Auf einem Substrat 31 ist ein TCO-Metallkontakt 32 aufgebracht, auf den eine α-Siliziumschicht 33 aufgebracht ist. In die α-Silizium­ schicht 33 sind zur Erzeugung der Kurzschlüsse 130 in Fig. 1 Löcher 34 geätzt. Ferner sind auf der Silizium­ schicht 33 TCO-Metallstreifen 34 aufgebracht, so daß sich PIN bzw. NIP-Dioden ergeben. An der Stelle des Lochs 33 berühren sich die Metallstreifen 31 und 34, so daß sich dort ein Kurzschluß 130 ergibt, während die anderen Strei­ fen mit der Metallschicht 31 PIN-Dioden bzw. NIP-Dioden bilden.

Diese Dioden sind empfindlich auf ein mittels einer Me­ tallspitze 2 von oben (Fig. 2) bzw. von unten (Fig. 3) angelegtes elektrodynamisches oder elektrostatisches Feld.

Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, das sich insbesondere zum Erfassen von länglichen Feldern eignet, wie es beispielsweise durch den in Teil­ bild a dargestellten Tastkopf, der aus entsprechend beauf­ schlagten Leiterplatten besteht, erzeugt wird.

In gleicher Weise wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind wieder Dioden 41, 42, 43 und Kurzschlüsse 50 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen Bezugspotential 51 und den Leitungen D 1, D 2 . . . Dn eines digitalen Buses herstellen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Aufsicht auf eine Reali­ sierung des in Fig. 4 gezeigten Prinzipschaltbildes in Dünnfilmtechnik bzw. einen Schnitt durch eine derartige Realisierung.

Dabei sind gleiche Teile wie in den Fig. 2 und 3 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Kurzschlüsse zwischen Bezugspotential und der digitalen Busleitung erhält man wiederum durch das Ätzen von Löchern 34 in die aufgebrachte α-Siliziumschicht 33, so daß sich die TCO- Schichten 32 und 35 berühren.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen Posi­ tionsgeber für elektrische Felder. Die Übertragung auf Positionsgeber für magnetische Felder ist ohne weiteres möglich.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen abweichend aufgebauten digitalen magnetischen Positionsgeber. Bei diesem sind Dünnfilm-Sensorelemente 70 zwischen einer mäanderförmigen Signaleitung 71, an die ein Impulssignal (Teilbild a) angelegt ist, und "digitalen" Ausleseleitun­ gen D 1, D 2, . . . entsprechend dem gewünschten digitalen Code angeordnet. Hierdurch entsteht bei Anlage eines "länglichen" Magnetfeldes 72 auf den Leitungen D 1 . . ., die über die Sensorelemente 70 mit der Signallei­ tung 71 verbunden sind, ein entsprechendes Signal (Teil­ bild b), das als digitales Positions-Signal an eine Schal­ tung angelegt werden kann.

Die Ausbildung der Dünnfilm-Sensorelemente für Magnetfel­ der ist im Prinzip bekannt, so daß auf sie nicht näher eingegangen werden muß.

Claims (7)

1. Positionsgeber, der die Position eines ein elektri­ sches oder magnetisches Feld erzeugenden Elements erfaßt und eine Vielzahl von Einzelsensoren (11-13), von denen jeder in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Nichtvorhan­ densein des zu erfassenden Feldes wenigstens zwei elektri­ sche Zustände annimmt, sowie weitere Elemente (111-132) aufweist, die mit den Einzelsensoren verbunden sind und elektrische Ausgangssignale abgeben, die die Position des ein Feld erfassenden Einzelsensors auf einem digitalen Bus in einem digitalen Code angeben, dadurch gekennzeichnet,
daß die weiteren Elemente (111- 132) gleichartig wie die Einzelsensoren (11-13) aufge­ baut und mit diesen gemeinsam auf einem Substrat (31) regulär angeordnet und wenigstens teilweise miteinander verbunden sind, und
daß zur Erzeugung des gewünschten digitalen Codes selektiv ein Teil der Einzelsensoren in seiner Funktion als Sensor und/oder ein Teil der weiteren Elemente in seiner Funktion als elektrisch wirkendes Element ausgeschaltet ist.

2. Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren Dioden sind, die auf ein elektrisches oder magnetisches Feld empfindlich sind.

3. Positionsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden durch Auftragen von amorphem Silizium auf einem Glas- oder Metallsubstrat mit TCO-Streifen bzw. TCO-Kontakten hergestellt sind.

4. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feldempfindlichen Dioden mit den einzelnen Leitungen eines digitalen Buses jeweils über eine entgegengesetzt in Serie geschaltete Diode ver­ bunden sind, die selektiv entsprechend dem gewünschten Code ausgeschaltet sind.

5. Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren MOS-Konden­ satoren sind.

6. Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren Dünnfilm- Magnetsensoren sind.

7. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Position eines Feldes mit länglichem Querschnitt die Sensoren in Arrayzeilen angeordnet und die Sensoren der einzelnen Arrayzeilen parallel geschaltet und entsprechend dem ge­ wünschten Code feldempfindlich bzw. unempfindlich ausge­ bildet sind.