DE3727854A1 - Positionsgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Positionsgeber, der die Position eines ein elektrisches oder magnetisches Feld erzeugenden Elements erfaßt, und der ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das die Position des Elements an­ gibt.

Es ist bislang kein Positionsgeber bekannt, dessen Aus­ gangssignal die Position des zu erfassenden elektrischen oder magnetischen Feldes in einem digitalen Code angibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positions­ geber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß das Ausgangssignal die Position des zu erfassenden Feldes digital, d.h. in einem digitalen Code angibt.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß weist der Positionsgeber eine Vielzahl von Einzelsensoren auf, von denen jeder auf das Vorhandensein bzw. Nichvorhandensein des zu erfassenden Feldes dadurch anspricht, daß er seinen elektrischen Zustand zwischen wenigstens zwei möglichen Zuständen, beispielsweise lei­ tend/nichtleitend oder Kapazität hoch/niedrig ändert.

Die einzelnen Einzelsensoren oder eine Gruppe von Einzel­ sensoren sind entsprechend dem gewünschten digitalen Code, der beispielsweise ein Binärcode, ein Gray-Code oder ein sonstiger beliebig gewählter Code sein kann, mit jeweils wenigstens einer Ausgabeleitung verbunden.

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 angibt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben:

Erfindungsgemäß ist es gemäß Anspruch 2 besonders bevor­ zugt, wenn die Einzelsensoren aus gleichartig aufgebauten und auf einem Substrat angeordneten Sensoren besteht, die wenigstens teilweise miteinander sowie mit einem digitalen Bus verbunden sind. Ein Teil der Sensoren dient als Sensor für das zu erfassende Feld, während ein anderer Teil der Sensoren entsprechend den gewünschten digitalen Code in seiner Funktion als Sensor und/oder als elektrisch wir­ kendes Element ausgeschaltet ist. Ein entsprechender Po­ sitionsgeber für Licht- und Teilchenstrahlen ist in der älteren Patentanmeldung P 36 05 141.1 beschrieben, auf die bezüglich von Einzelheiten der Ausbildung gemäß Anspruch 2 bezug genommen wird.

Die Ausbildung der Sensoren, die entsprechend den Ansprü­ chen 1 oder 2 angeordnet sind, kann im Prinzip beliebig sein, solange ihr elektrisches Ausgangssignal empfindlich auf das zu erfassende Feld ist.

In den Ansprüchen 3, 4 und 5 sind bevorzugte Ausbildungen der Sensoren angegeben. Dabei hat die im Anspruch 5 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.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen insbesondere von mit Dioden versehenen Positionsgebern sind in den Ansprüchen 6 ff. angegeben.

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

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 werden. 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.

Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge­ dankens beschrieben worden, innerhalb dessen selbstver­ ständlich die verschiedensten Modifikationen möglich sind.

Claims (10)

1. Positionsgeber, der die Position eines ein elektri­ sches oder magnetisches Feld erzeugenden Elements erfaßt und der ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das die Position des Elements angibt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• - der Positionsgeber weist eine Vielzahl von Einzelsen­ soren auf, von denen jeder in Abhängigkeit vom Vorhanden­ sein oder Nichtvorhandensein des zu erfassenden Feldes wenigstens zwei elektrische Zustände annimmt,
• - jeder Einzelsensor oder eine Gruppe von Sensoren ist entsprechend einem seinen Ort angebenden digitalen Code mit wenigstens einer Ausgabeleitung verbunden.

2. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren aus gleich­ artig aufgebauten und auf einem Substrat angeordneten Sensoren besteht, die wenigstens teilweise miteinander sowie mit einem digitalen Bus verbunden sind, und von denen ein Teil als Sensor für das zu erfassende Feld dient, und ein anderer entsprechend dem gewünschten digi­ talen Code angeordneter Teil in seiner Funktion als Sensor und/oder als elektrisch wirkendes Element ausgeschaltet ist.

3. Positionsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren MOS-Konden­ satoren sind.

4. Positionsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren Dünnfilm- Magnetsensoren sind.

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

6. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsensoren regulär und insbesondere in Matrixform angeordnet sind.

7. Positionsgeber nach Anspruch 6 in Verbindung mit An­ spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Teil der Dioden mit einer Triggerleitung verbunden ist.

8. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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.

9. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden durch Auftragen von amorphem Silizium auf einem Glas- oder Metallsubstrat mit TCO-Streifen bzw. TCO-Kontakten hergestellt sind.

10. Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1, 2, 5 bis 9, 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.