DE3728691A1

DE3728691A1 - Lichtempfindlicher positionssensor

Info

Publication number: DE3728691A1
Application number: DE19873728691
Authority: DE
Inventors: Hideo Muro
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1986-08-28
Filing date: 1987-08-27
Publication date: 1988-03-10
Also published as: DE3728691C2; US4877951A; US4841138A

Description

Die Erfindung betrifft einen lichtempfindlichen Positionssensor, welcher ein lichtempfindliches, eine photosensitive Oberfläche aufweisendes Halbleiterbauelement, das von einem in Sperrichtung betriebenen pn-Übergang zwischen einem Elektrodenpaar gebildet ist, und eine Signalverarbeitungsschaltung aufweist.

Wenn ein schmaler Lichtstrahl auf die lichtempfindliche Oberfläche zwischen den Elektroden gerichtet wird, erzeugt das Halbleiterbauelement Photoströme, welche von den Elektroden abgegriffen werden können, und welche in Abhängigkeit von der Position der Bestrahlung zwischen den Elektroden sich in der Weise ändern, daß der gesamte Photostrom in die beiden Photoströme der Elektroden unterteilt ist in einem Verhältnis, welches durch die Position der Bestrahlung bestimmt ist. Die Signalverarbietungsschaltung verarbeitet die von den Elektroden kommenden Photoströme zur Bestimmung der Lage der Strahlung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen lichtempfindlichen Positionssensor zu schaffen, welcher kompakt, betriebssicher, billig und genau ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung wird ein lichtempfindlicher Positionssensor geschaffen mit einem lichtempfindlichen Halbleiterbauelement, einer Signalverarbeitungsschaltung, welche eine Stromumformereinrichtung, eine logarithmische Umformereinrichtung, erste und zweite Differenzpaarschaltungen besitzt, und einer Betriebseinrichtung.

Das lichtempfindliche Bauelement besitzt eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, welcher einen lichtempfindlichen pn-Übergang mit einer zweiten Halbleiterschicht, beispielsweise einer epitaxialen Schicht, eines zweiten Leitfähigkeitstyps bildet, erste und zweite Elektroden, die an erste und zweite voneinander getrennte Stellen der ersten Halbleiterschicht angeschlossen sind, zum Abgreifen erster und zweiter Photoströme, welche in Abhängigkeit der Lage eines Flecks, der zwischen der ersten und zweiten Elektrode durch einen Lichtstrahl beleuchtet ist, sich ändern.

Die Stromumformereinrichtung ist mit dem lichtempfindlichen Bauelement zum Empfang des ersten und zweiten Photostroms und zur Erzeugung eines ersten Detektorstroms, in Abhängigkeit vom ersten Photostrom, und eines zweiten Detektorstroms, in Abhängigkeit vom zweiten Photostrom, verbunden, wobei ein erster Summenstrom, welcher eine Summe aus dem erster Detektorstrom und dem doppelten Betrag des zweiten Detektorstroms ist, sowie ein zweiter Summenstrom, welcher aus einer Summe des zweiten Detektorstroms und dem doppelten Betrag des ersten Detektorstroms besteht, gebildet werden.

Die logarithmische Umformereinrichtung ist mit der Stromumformereinrichtung verbunden zur Erzeugung einer ersten logarithmischen Spannung, welche in einer logarithmischen Beziehung zum ersten Detektorstrom steht, einer zweiten logarithmischen Spannung, welche in einer logarithmischen Beziehung zum ersten Summenstrom steht, einer dritten logarithmischen Spannung, welche in einer logarithmischen Beziehung zum zweiten Summenstrom steht, und einer vierten logarithmischen Spannung, welche in einem logarithmischen Verhältnis zum zweiten Detektorstrom steht.

Die erste Differenzpaarschaltung ist mit der logarithmischen Umformereinrichtung verbunden zur Verstärkung einer Differenz zwischen den ersten und zweiten logarithmischen Spannungen und zur Erzeugung erster und zweiter Differenzausgangströme, und die zweite Differenzpaarschaltung ist mit der logarithmischen Umformereinrichtung verbunden zur Verstärkung einer Differenz zwischen den dritten und vierten logarithmischen Spannungen und zur Erzeugung dritter und vierter Differenzausgangsströme.

Die Betriebseinrichtung ist mit den ersten und zweiten Differenzpaarschaltungen zur Erzeugung eines Positionssignals verbunden, das die Position des beleuchteten Flecks aus den ersten, zweiten, dritten und vierten Differenzausgangsströmen wiedergibt.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild für ein erstes Ausführungsbeispiel eines lichtempfindlichen Positionssensors nach der Erfindung;

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt zur Darstellung eines Teils eines IC-Bausteins, der Komponenten des Positionssensors der Fig. 1 enthält;

Fig. 3 ein Schaltbild für einen Hauptbestandteil eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Positionssensors nach der Erfindung;

Fig. 4 ein Schaltbild eines herkömmlichen Positionssensors;

Fig. 5 einen vertikalen Schnitt zur Darstellung eines lichtempfindlichen Halbleiterbauelements eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und

Fig. 6 eine Draufsicht auf die in der Fig. 5 dargestellte Anordnung.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird zunächst Bezug genommen auf den in der Fig. 4 dargestellten Positionssensor ("Semiconductor position sensor and its application", Denshi Zairyo, Februar 1980, Seiten 119 ff.)

Der herkömmliche Positionssensor, welcher in der Fig. 4 dargestellt ist, besitzt einen lichtempfindlichen Halbleiterbaustein 1 mit einem n-leitenden Si-Substrat 2 mit hohem spezifischen Widerstand und eine p-leitende Schicht 3, welche auf der Oberfläche des Substrats 2 gebildet ist. Eine lichtempfindliche Oberfläche wird gebildet durch den pn-Übergang zwischen dem n-leitenden Substrat 2 und der p-leitenden Schicht 3. In der Draufsicht ist die lichtempfindliche Oberfläche rechtwinklig ausgebildet.

Der Halbleiterbaustein 1 besitzt ferner erste und zweite Elektroden 4 und 5, welche an der p-leitenden Schicht 3 gebildet sind. Die erste und zweite Elektrode 4 und 5 haben einen Abstand von l voneinander und erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander. Erste und zweite Photoströme I₁ und I₂ werden von der ersten und zweiten Elektrode 4 und 5 abgegriffen.

Der Halbleiterbaustein 1 besitzt ferner eine dritte Elektrode, nämlich eine Bodenelektrode 6. Eine n⁺-leitende Kontaktschicht (nicht dargestellt) ist an der gesamten Bodenfläche des Si-Substrats 2 gebildet. Die Bodenlelektrode 6 ist an einem Teil oder an der gesamten n⁺-leitenden Kontaktschicht gebildet. Eine positive Spannung +Vcc ist an die Bodenelektrode 6 angelegt. Der pn-Übergang der lichtempfindlichen Oberfläche ist durch die positive Spannung +Vcc in Sperrichtung betrieben.

Der Positionssensor der Fig. 4 besitzt ferner eine Signalverarbeitungsschaltung, welche zwei Strom/Spannungsumformerschaltungen 71 und 72, eine Addierschaltung 73, eine Subtrahierschaltung 74, eine Inverterschaltung 75 und einen Mehrzweckdividierer 76 aufweist. Jede der Schaltungen 71 bis 75 enthält einen Operationsverstärker als Hauptkomponente. Ferner ist ein Gleichspannungswandler 77 zur Lieferung der Spannung +Vcc für den Betrieb der Dividierschaltung 76 usw. und zur Erzeugung einer Spannung -Vee vorgesehen.

Wenn ein beleuchteter Fleck durch einen Lichtstrahl an einer Position x (0 x l) zwischen der ersten und zweiten Elektrode 4 und 5 des lichtempfindlichen Halbleiterbausteins 1 gebildet wird, werden an der ersten und zweiten Elektrode 4 und 5 erste und zweite Photoströme I₁ und I₂ vorgesehen. Diese Photoströme lassen sich durch die folgenden Formeln wiedergeben.

I₁=I₀×(l-x)/l (1)
I₂=I₀×x/l (2)

In diesen Gleichungen bedeutet I₀ einen Gesamtphotostrom, welcher bei der Bestrahlung erzeugt wird, und welcher gleich (I₁+I₂) ist. Der erste und der zweite Photostrom I₁ und I₂ ändern sich in Abhängigkeit von der Position x des projektierten Punktes, wobei der gesamte Photostrom konstant bleibt.

Der erste und der zweite Photostrom I₁ und I₂ werden in Spannungen Rf×I₁ und Rf×I₂ durch Strom/Spannungswandlerschaltungen 71 und 72 umgewandelt. Die Addierschaltung 73 addiert die beiden Spannungen Rf×I₁ und Rf×I₂, und die Inverterschaltung 75 liefert eine Summenspannung RF×(I₁+I₂) durch Umkehrung des Ausgangs der Addierschaltung 73. Andererseits führt die Subtrahierschaltung 74 eine Subtraktion zwischen Rf×I₁ und Rf×I₂ durch und bildet eine Differenzspannung RF×(I₂-I₁).

Die Dividierschaltung 76 dividiert die Differenzspannung RF×(I₁-I₂) durch die Summenspannung RF×(I₁+I₂) und erzeugt folgenden Ausgang.

(Vref /2)×(I₂-I₁)/(I₁+I₂)
=[(x/l)-1/2]×Vref (3)

In dieser Gleichung bedeutet Vref eine konstante Referenzspannung.

Auf diese Weise liefert der Positionssensor das Ausgangssignal der Dividierschaltung 76 als ein Positionssignal, welches die Position x einer Projektion anzeigt und unabhängig von der Lichtmenge ist.

Der herkömmliche Positionssender der Fig. 4 ist jedoch noch dahingehend mit Nachteilen behaftet, daß er ungeeignet ist für eine Verringerung der Abmessung, daß er teuer ist und eine niedrige Betriebssicherheit aufweist aufgrund der erforderlichen hohen Anzahl an Einzelbausteinen wie Operationsverstärker 71 bis 75, Dividierer 76 und Gleichspannungswandler 77.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Der Positionssensor der Fig. 1 besitzt ein lichtempfindliches Halbleiterbauelement 1 zur Erzeugung erster und zweiter Photoströme I₁ und I₂ sowie eine Signalverarbeitungsschaltung.

Das Halbleiterbauelement 1 besitzt eine n-leitende Si-Schicht 2 mit hohem spezifischen Widerstand, eine p-leitende Schicht 3, welche auf der n-leitenden Schicht 2 gebildet ist, so daß ein pn-Übergang entsteht, welcher als lichtempfindliche Oberfläche dient. Eine erste und eine zweite Elektrode 4 und 5 sind durch einen Abstand l getrennt voneinander angeordnet. Ferner ist eine dritte Elektrode 6 vorgesehen.

Die Signalverarbeitungsschaltung der Fig. 1 besitzt eine erste Stromumformerschaltung (Stromspiegelschaltung), welche von vier npn-Transistoren 7, 8, 9 und 11 gebildet ist.

Basis und Kollektor des Transistors 7 sind miteinander verbunden. Der Kollektor des Transistors 7 ist mit der Elektrode 4 des Halbleiterbauelements 1 verbunden. Der Transistor 7 dient als Eingangstransistor, und die Transistoren 8, 9 und 11 dienen als Ausgangstransistoren. Der Transistor 11 ist ein Mehremittertransistor mit zwei Emittern.

Am Kollektor eines jeden der Ausgangstransistoren 8 und 9 wird ein erster Detektorstrom I₁′, welcher etwa gleich dem ersten, von der ersten Elektrode 4 des Halbleiterelements 1 gelieferten Photostroms I₁ ist, erzeugt.

Am Kollektor des Ausgangstransistors 11 wird ein erster Doppelstrom 2 I₁′ erzeugt, dessen Größe doppelt so groß ist wie die Stromgröße des ersten Detektorstroms I₁′.

Der erste Detektorstrom I₁′ besitzt gegenüber dem ersten Photostrom I₁ folgende Beziehung:

I₁′ = I₁×Hfe/(Hfe+5) (4)

Hierbei bedeutet Hfe einen Stromverstärkungsfaktor der geerdeten Basis der npn-Transistoren 7, 8, 9 und 11.

Die zweite Elektrode 5 des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements 1 ist an eine zweite Stromumformerschaltung (Stromspiegelschaltung) angeschlossen, welche von vier npn-Transistoren 12, 13, 14 und 15 im wesentlichen in der gleichen Weise gebildet wird wie die erste Stromumformerschaltung.

In der zweiten Stromumformerschaltung dient der Transistor 12 als Eingangstransistor und die Transistoren 13, 14 und 15 dienen als Ausgangstransistoren. Der Ausgangstransistor 13 ist als Mehrfachemittertransistor ausgebildet.

An dem Kollektor eines jeden der Ausgangstransistoren 14 und 15 wird ein zweiter Detektorstrom I₂′ erzeugt, welcher etwa gleich dem zweiten Photostrom I₂ ist. Am Kollektor des Ausgangstransistors 13 wird ein zweiter Doppelstrom 2I₂′ erzeugt, dessen Stromstärke doppelt so groß ist wie die Stromstärke des zweiten Detektorstroms I₂′.

Der zweite Detektorstrom I₂′ steht mit dem zweiten Photostrom I₂ durch folgende Formel in Beziehung

I₂′ und I₂×Hfe/(Hfe+5) (5)

In der Gleichung (5) bedeutet Hfe einen Stromverstärkungsfaktor der npn-Transistoren 12, 13, 14 und 15 bei geerdeter Basiskonfiguration.

Der Kollektor des Transistors 9 der ersten Stromumformerschaltung und der Kollektor des Transistors 13 der zweiten Stromumformerschaltung sind miteinander verbunden und ein erster Summenstrom (I₁′+2I₂′), welcher gleich der Summe aus dem ersten Detektorstrom I₁′ und dem zweiten Doppelstrom 2I₂′ ist, fließt durch eine Leitung, welche den Kollektoren der beiden Transistoren 9 und 13 gemeinsam ist.

Der Kollektor des Transistors 11 der ersten Stromumformerschaltung und der Kollektor des Transistors 14 der zweiten Stromumformerschaltung sind miteinander verbunden, und ein zweiter Summenstrom (I₂′+2I₁′), welcher gleich ist der Summe aus dem zweiten Detektorstrom I₂′ und dem ersten Doppelstrom 2I₁′ fließt durch eine Leitung, die den Kollektoren der beiden Transistoren 11 und 14 gemeinsam ist.

Die erste und die zweite Stromumformerschaltung dienen als Stromumformermittel.

Vier npn-Transistoren 16, 17, 18 und 19 bilden eine logarithmische Umformereinrichtung. Die Transistoren 16 bis 19 sindmit den entsprechenden Kollektoren der Ausgangstransistoren der ersten und zweiten Stromumformerschaltung verbunden. Der Transistor 16 ist mit dem Kollektor des Transistors 8 verbunden. Der Transistor 17 ist mit den Kollektoren der Transistoren 9 und 13 verbunden. Der Transistor 18 ist mit den Kollektoren der Transistoren 11 und 14 verbunden. Der Transistor 19 ist mit dem Kollektor des Transistors 15 verbunden.

Bei jedem der Transistoren 16 bis 19 sind die Basis und der Kollektor miteinander an einem Knotenpunkt verbunden, an welchem eine positive Spannung Vt angelegt ist. Jeder der Transistoren 16 bis 19 bildet eine logarithmische Umformung unter Verwendung einer Diodencharakteristik des Übergangs zwischen Basis und Emitter. Die Transistoren 16 und 19 bilden die logarithmischen Umformungen des ersten und zweiten Detektorstroms I₁′ und I₂′. Die Transistoren 17 und 18 bilden die logarithmischen Umformungen des ersten Summenstroms (I₁′+2I₂′) und des zweiten Summenstroms (I₂′+2I₁′). Jeder der Transistoren 16 bis 19 bildet an seinem Emitter eine Spannung Va, Vb, Vc bzw. Vd, welche in logarithmischer Beziehung mit dem Eingangsstrom steht.

Die Emitter der Transistoren 16 und 17 sind jeweils an Eingangsklemmen einer ersten Differenzpaarschaltung, bestehend aus zwei npn-Transistoren 29 und 31 über eine erste, aus einem p-Kanal-JFET 21 und einer Konstantstromquelle 22 bestehenden Sourcefolgerschaltung und eine zweite, aus einem p-Kanal-JFET 23 und einer Konstantstromquelle 24 bestehenden Sourcefolgerschaltung angeschlossen.

Die erste Sourcefolgerschaltung 21, 22 und die zweite Sourcefolgerschaltung 23, 24 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß die Basisströme der Transistoren 29 und 31 der ersten Differenzpaarschaltung beim Fließen durch die Transistoren 16 und 17 Fehler hervorrufen. Deshalb sind die Ströme der Konstantstromquellen 22 und 24 hoch genug bemessen im Vergleich mit den Basisströmen der Transistoren 29 und 31, so daß Spannungsverschiebungen zwischen Ein- und Ausgang ausgeglichen sind. Das gleiche gilt für die dritte und vierte Sourcefolgerschaltung, wie noch erläutert wird.

Die erste Differenzpaarschaltung 29, 31 verstärkt die Differenz zwischen der Spannung Va, welche vom ersten Detektorstrom I₁′ erhalten wird, sowie die Spannung Vb, welche vom ersten Summenstrom (I₁′+2I₂′) erhalten wird, und bildet einen ersten Differenzausgangsstrom Ia und einen zweiten Differenzausgangsstrom Ib.

Die Emitter der Transistoren 18 und 19 sind jeweils an Eingangsklemmen einer zweiten, aus zwei npn-Transistoren 32 und 33 bestehenden Differenzpaarschaltung über eine dritte, aus einem p-Kanal-JFET 25 und einer Konstantstromquelle 26 bestehenden dritte Sourcefolgerschaltung und eine vierte, aus einem p-Kanal-JFET 27 und einer Konstantstromquelle 28 bestehenden Sourcefolgerschaltung angeschlossen.

Die zweite Differenzpaarschaltung 32, 33 verstärkt die Differenz zwischen der Spannung Vc, welche aus dem zweiten Summenstrom (I₂′+2I₁′) gewonnen wird und der Spannung Vd, welche aus dem zweiten Detektorstrom I₂′ gewonnen wird, und erzeugt einen dritten Differenzausgangsstrom Ic und einen vierten Differenzausgangsstrom Id.

Drei npn-Transistoren 34, 35 und 36 bilden eine dritte Stromumformerschaltung (Stromspiegelschaltung). Die Basis und der Kollektor des Transistors 36 sind miteinander verbunden, und der Transistor 36 dient als Eingangstransistor. Die Transistoren 34 und 35 dienen als Ausgangstransistoren. Eine positive Spannung (Vst+Vbe) ist über einen Widerstand Rb an den Kollektor des Eingangstransistors 36 gelegt.

Der Kollektor des Ausgangstransistors 34 mit dem Knotenpunkt verbunden, der den Transistoren 29 und 31 der ersten Differenzpaarschaltung gemeinsam ist. Der Kollektor des Ausgangstransistors 35 ist mit dem gemeinsamen Emitterpunkt verbunden, der den Transistoren 32 und 33 der zweiten Differenzpaarschaltung gemeinsam ist.

Ein Strom, der durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann, fließt durch den Kollektor eines jeden der Ausgangstransistoren 34 und 35.

Iref=Vst/Rb (6)

Der Strom Iref wird als konstanter Strom jeweils für die erste Differenzpaarschaltung 29, 31 und die zweite Differenzpaarschaltung 32, 33 verwendet.

Vier pnp-Transistoren 37, 38, 39 und 41 und zwei Widerstände 42 und 43 bilden eine vierte Stromumformerschaltung 40 (Stromspiegelschaltung) mit hoher Präzision. Eine Eingangsklemme 44 der vierten Stromumformerschaltung 40 ist sowohl mit dem Kollektor des Transistors 29 der ersten Differenzpaarschaltung als auch mit dem Kollektor des Transistors 32 der zweiten Differenzpaarschaltung verbunden. Eine Ausgangsklemme 45 der vierten Stromumformerschaltung 40 ist sowohl mit dem Kollektor des Transistors 31 der ersten Differenzpaarschaltung als auch mit dem Kollektor des Transistors 33 der zweiten Differenzpaarschaltung verbunden. Die Ausgangsklemme 45 der vierten Stromumformerschaltung 40 ist mit einer invertierenden Eingangsklemme (-) einer Strom- Spannungsumformerschaltung 46, die aus einem Operationsverstärker besteht, verbunden.

Ein Strom (Ia+Ic), welcher der Summe aus dem ersten Differenzausgangsstrom Ia und dem dritten Differenzausgangsstrom Ic gleich ist, fließt in die Eingangsseite der vierten Stromumformerschaltung 40, und ein Strom mit der gleichen Stromstärke fließt auch an der Ausgangsseite.

Demgemäß liefert die vierte Stromumformerschaltung 40 von der Ausgangsklemme 45 zur Strom-Spannungsumformerschaltung 46 einen Strom, welcher gleich ist einer Differenz, die sich aus der Subtraktion des Stroms (Ib+Id), welcher gleich der Summe aus dem zweiten und vierten Differenzausgangsstrom Ib und Id ist, vom Strom (Ia+Ic), welcher gleich der Summe aus dem ersten und dritten Differenzausgangsstrom Ia und Ic ist, ergibt. Die Position des beleuchteten Flecks ist durch dieses Ausgangssignal bestimmt.

Demgemäß dient die vierte Stromumformerschaltung 40 als Betriebseinrichtung zur Erzeugung des Stromausgangs, welcher die Position des beleuchteten Flecks aus den vier Differenzausgangsströmen Ia, Ib, Ic und Id angibt.

Eine positive Spannung Vst/2 ist an einen nichtinvertierenden Eingang (+) der Strom-Spannungsumformerschaltung 46 gelegt. Die Strom-Spannungsumformerschaltung 46 wandelt den Strom, welcher die Position des beleuchteten Flecks angibt, in ein Positionsspannungssignal Vout um.

Es ist möglich, das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 1, die Stromumformerschaltungen, die logarithmische Umformereinrichtung und die Differenzpaarschaltungen in einem einzelnen Halbleiterbaustein unter Verwendung der bipolaren IC-Technik unterzubringen. Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen monolytischen bipolaren IC ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Fig. 2 zeigt lediglich einen Teil, welcher das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 1, den npn-Transistor 7 und den p-Kanal-JFET 21 enthält.

Die Halbleitereinrichtung der Fig. 2 besitzt ein p-leitenden Si-Substrat 51 und eine n^--leitende epitaxiale Schicht 52, welche auf das Substrat 51 aufgewachsen ist.

Die epitaxiale Schicht 52 ist in Inseln 52 a, 52 b und 52 c aufgeteilt, welche elektrisch voneinander durch p⁺-leitende Diffusionstrennwände 53 isoliert sind, die selektiv in die epitaxiale Schicht 52 geformt sind. Zwischen der epitaxialen Schicht 52 und dem Substrat 51 sind n⁺-leitende eingebettete Schichten 54 selektiv gebildet zur Reduzierung des Kollektorwiderstands des Transistors oder für ander Zwecke.

Das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 1 wird in der ersten epitaxialen Insel 52 a gebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient die epitaxiale Schicht 52 als die n-leitende Substratregion 2, welche in der Fig. 1 dargestellt ist.

Zwei p-leitende Bereiche 55 und 56 werden in der epitaxialen Insel durch Diffundieren gebildet. Die p-leitenden Bereiche 55 und 56 haben einen bestimmten Abstand voneinander. Eine p-leitende Schicht 3, welche der p-leitenden Schicht 3 der Fig. 1 entspricht, ist in der epitaxialen Schicht 52 zwischen den p-leitenden Bereichen 55 und 56 durch Ionenimplantation von Bor (B) gebildet. Die lichtempfindliche Oberfläche wird durch den pn-Übergang zwischen der n^--epitaxialen Schicht 52 und der p-leitenden Schicht 3 gebildet. Ferner werden in der ersten epitaxialen Insel 52 a n⁺-leitende Kontaktbereiche 57 gebildet.

In der zweiten epitaxialen Insel 52 b wird der npn-Transistor 7 gebildet, welcher einen p-leitenden Basis-Diffusionsbereich 58 und einen n⁺-leitenden Emitterdiffusionsbereich 59 aufweist.

Der p-Kanal-JFET 21 wird in der dritten epitaxialen Insel 52 c gebildet. Ein p-leitendes Paar aus Source- und Drainzonen 61 und 62 wird in einem bestimmten Abstand voneinander in der Insel 52 c gebildet. Eine p-leitende Kanalzone 63 wird in der epitaxialen Schicht 52 zwischen der Source- und Drainzone 61 und 62 durch Ionenimplantation von Bor (B) gebildet. Ferner wird eine n⁺-leitende Gatezone 64 an der Kanalzone 63 gebildet.

Die p-leitenden Bereiche 55, 56, 58, 61 und 62 werden gleichzeitig durch einen einheitlichen Diffundiervorgang mit p-leitender Verunreinigung durchgeführt. Die n⁺-leitenden Bereiche 57 und 59 werden gleichzeitig durch einheitlichen Diffundiervorgang mit n-leitender Verunreinigung durchgeführt.

Die anderen bipolaren Transistoren und die anderen JFETs werden in der gleichen Weise wie der in der Fig. 2 dargestellte npn-Transistor 7 und der p-Kanal-JFET 21 in der epitaxialen Schicht 52 gebildet und elektrisch isoliert.

Der Positionssensor des ersten Ausführungsbeispiels arbeitet wie folgt.

Wenn ein Lichtstrahl auf die lichtempfindliche Oberfläche des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements 1 an einer Position x zwischen der ersten und zweiten Elektrode 4 und 5 auftrifft, liefert das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 1 den ersten und zweiten Photostrom I₁ und I₂ an den Elektroden 4 und 5. Die Größen des ersten Photostroms und des zweiten Photostroms ändern sich in Abhängigkeit von der Position x der projektierten Strahlung, wie es in den Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt ist.

Der erste Photostrom I₁ fließt in den Eingangstransistor 7 der ersten Stromumformerschaltung, welche den ersten, durch die Gleichung (4) wiedergegebene Detektorstrom I₁′ am Kollektor eines jeden Ausgangstransistoren 8 und 9 und den ersten Doppelstrom 2I₁′ am Kollektor des Ausgangstransistors 11 erzeugt.

Der zweite Photostrom I₂ fließt in den Eingangstransistor 12 der zweiten Stromumformerschaltung, welche den zweiten, durch die Gleichung (5) wiedergegebenen Detektorstrom I₂′ am Kollektor eines jeden Ausgangstransistoren 14 und 15 und den zweiten Doppelstrom 2I₂′ am Kollektor des Ausgangstransistors 13 erzeugt.

Der erste Summenstrom (I₁′+2I₂′) wird aus dem ersten, vom Ausgangstransistor 9 erzeugten Detektorstrom I₁′ und dem zweiten, vom Transistor 13 erzeugten Doppelstrom 2I₂′ gebildet. Der zweite Summenstrom (I₂′+2I₁′) wird aus dem zweiten, vom Ausgangstransistor 14 erzeugten Detektorstrom I₂′ und dem ersten, vom Ausgangstransistor 11 erzeugten Doppelstrom 2I₁′ gebildet.

Der erste Detektorstrom I₁′, der erste Summenstrom (I₁′+2I₂′) der zweite Summenstrom (I₂′+2I₁′) und der zweite Detektorstrom I₂′ fließen durch die entsprechenden Transistoren 16, 17. 18 und 19 der logarithmischen Umformereinrichtung, und die Spannungen Va, Vb, Vc und Vd werden an den Emittern der entsprechenden Transistoren 16 bis 19 erhalten.

Die Spannungen Va, Vb, Vc und Vd sind durch die folgenden Gleichungen (7) bestimmt.

Va= Vt - (kT/q)×ln(A₁I₁′/Is) Vb= Vt - (kT/q)×ln[A₁(I₁′+2I₂′)/Is]Vc= Vt - (kT/q)×ln[A₁(2I₁′+I₂′)/Is]Vd= Vt - (kT/q)×ln(A₁I₂′/Is) (7)

In den Gleichungen (7) bedeuten k=Boltzmannkonstante, T=absolute Temperatur, q=Elektronenladung, Is=Sperrsättigungsstrom des Basis-Emitterübergangs, und A₁= Hfe/(Hfe+1).

Die Spannung Va, welche durch logarithmische Umformung des ersten Detektorstroms I₁′ und die Spannung Vb, welche durch logarithmische Umformung des ersten Summenstroms (I₁+2I₂) erhalten werden, werden über die Sourcefolgerschaltungen in die erste Differenzpaarschaltung 29, 31 eingegeben. Die erste Differenzpaarschaltung 29, 31 verstärkt die Differenz zwischen den Spannungen Va und Vb, welche an ihre beiden Eingangsklemmen gelegt ist und erzeugt den ersten und zweiten Differenzausgangsstrom Ia und Ib.

Die Spannung Vc, welche durch die logarithmische Umformung des zweiten Summenstroms (I₂′+2I₁′) erhalten wird, und die Spannung Vd, welche durch die logarithmische Umformung des zweiten Detektorstroms I₂′ erhalten wird, werden über die Sourcefolgerschaltungen der zweiten Differenzpaarschaltung 32, 33 zugeleitet. Die zweite Differenzpaarschaltung 32, 33 verstärkt die Differenz zwischen den Spannungen Vc und Vd, die an ihre Eingangsklemmen angelegt ist, und erzeugt den dritten und vierten Differenzausgangsstrom Ic

Die Differenzausgangsströme Ia, Ib, Ic und Id werden durch die folgenden Gleichungen (8) ausgedrückt

Ia = Iref/[l+exp [q/kT)×(Vb-Va)]] Ib = Iref/[l+exp [q/kT)×(Va-Vb)]] Ic = Iref/[l+exp [q/kT)×(Vd-Vc)]] Id = Iref/[l+exp [q/kT)×(Vc-Vd)]]

Durch Substitution der Gleichungen (7) für die Spannungen Va bis Vd in den Gleichungen (8) und durch Substitution der Gleichungen (4) und (5) für den ersten und zweiten Detektorstrom I₁′ und I₂′ in den Gleichungen (7) erhält man die folgenden Gleichungen (9).

Ia= Iref×(I₁+2I₂)/2(I₁+I₂)Ib= Iref×I₁/2(I₁+I₂)Ic= Iref×I₂/2(I₁+I₂)Id= Iref×(2I₁+I₂)/2(I₁+I₂) (9)

Aus den Strömen Ia, Ib, Ic und Id, welche durch die Gleichungen (9) angegeben sind, erzeugt die Betriebseinrichtung, welche durch die als Stromspiegelschaltung ausgebildete Stromumformerschaltung 40 dargestellt wird, das Positionsstromsignal If, welches durch die folgende Gleichung (10) wiedergegeben ist.

If=Ia+Ic-(Ib+Id)
=Iref×(I₂-I₁)/(I₁+I₂) (10)

Die Strom-Spannungsumformerschaltung 46 empfängt das Stromsignal If über ihre invertierende Eingangsklemme und liefert die Ausgangsspannung Vout, welche durch die folgende Gleichung (11) wiedergegeben ist.

Vout=Vst/2+Rf×Iref×(I₂-I₁)/(I₁+I₂) (11)

Die Substitution der Gleichungen (1) und (2) für den ersten und zweiten Photostrom I₁ und I₂ in der Gleichung (11) und die Substitution der Gleichung (6) für den konstanten Strom Iref führt zu folgender Beziehung.

Vout=[1/2+(x/l-1/2)2×Rf/Rb]×Vst (12)

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Widerstände Rb und Rf so bestimmt, daß Rb=2Rf. Hieraus ergibt sich

Vout=Vst×x/l (13)

Auf diese Weise bildet der Positionssensor des dargestellten Ausführungsbeispiels die Ausgangsspannung Vout, d. h. das Positionssignal, welches die Position des beleuchteten Flecks angibt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel können das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 1 und die Signalverarbeitungsschaltung in einem Signalbaustein gebildet werden. Bei der Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann daher der Störabstand verbessert werden. Ferner wird die Genauigkeit der Erfassung durch Kompensation von Kriechströmen des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements 1 im gleichen Baustein erhöht und die Betriebssicherheit des Sensors gesteuert.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 3 dargestellt. Beim zweiten Ausführungsbeispiel sind die erste und zweite Elektrode 4 und 5 des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements 1 über einen Konstantspannungspuffer an den Eingangstransistor 7 bzw. 12 der ersten bzw. zweiten Stromumformerschaltung angeschlossen.

Zusätzlich zu den in der Fig. 1 gezeigten Komponenten besitzt die Vorrichtung der Fig. 3 p-Kanal-JFETs 65 und 66, Operationsverstärker 67 und 68, sowie Konstantspannungsquellen 69 und 70 mit einer positiven Spannung Vp.

Die Elektrode 4 des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements 1 ist in an den JFET 65 angeschlossen, dessen Drainzone mit dem Eingangstransistor 7 der ersten Stromumwandlerschaltung verbunden ist. Die invertierende Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 67 ist mit der Sourcezone des JFET 65 verbunden. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 67 ist mit dem Gate des JFET 65 verbunden. Das Gate des JFET 65 wird durch den Operationsverstärker 67 betrieben, und das Sourcepotential des JFET 65 wird auf der konstanten Spannung Vp gehalten.

Die Elektrode des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements 1 ist mit dem JFET 66 verbunden, und der Operationsverstärker 68 ist in der gleichen Weise, wie in der Fig. 3 dargestellt ist, verschaltet.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ändert sich die Emitter-Basisspannung eines jeden der Eingangstransistoren 7, 12 mit einer Änderung des ersten und zweiten Photostroms I₁ bzw. I₂, so daß die Vorspannung des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements 1 geändert wird.

Wenn daher der beleuchtete Fleck sich einem jeweiligen Ende der lichtempfindlichen Oberfläche nähert und die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Photostrom I₁ und I₂ sich erhöht, tendiert die Einrichtung nach der Fig. 1 dazu, daß in der Positionserfassung Fehler eingeführt werden können.

Beim Positionssensor der Fig. 3 ist das lichtempfindliche Halbleiterbauelement 1 immer mehr durch die konstante Spannung (Vst-Vp) vorgespannt - unabhängig von Änderungen der Photoströme I₁ und I₂, so daß die Meßgenauigkeit noch verbessert wird.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt.

Der Aufbau des in der Figur dargestellten lichtempfindlichen Halbleiterbauelements 1 ist bekannt. Bei diesem Aufbau fließt der Photostrom, welcher sich aus bei der Beleuchtung der photoempfindlichen Oberfläche erzeugten Defektelektronen ergibt, von der Elektrode 6 durch die n^--epitaxiale Schicht 52, welche zwischen dem n⁺-Kontaktbereich und der n⁺-leitenden eingebetteten Schicht 54 liegt, und fließt dann in die eingebettete Schicht 54. Der Widerstand des Photostrompfades ist daher unregelmäßig in der lichtempfindlichen Oberfläche verteilt. Der Spannungsabfall aufgrund des ungleichmäßig verteilten Widerstands beeinflußt die Vorspannung, welche an den lichtempfindlichen pn-Übergang gelegt ist, und bewirkt eine ungleichmäßige Verteilung der Vorspannung über die lichtempfindliche Oberfläche. Insbesondere dann, wenn der beleuchtete Fleck sich einem Ende der lichtempfindlichen Oberfläche nähert, werden nichtlineare Fehler in die Photoströme I₁ und I₂ eingebracht, und die Genauigkeit der Positionserfassung ist beeinträchtigt.

Der Aufbau des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements nach dem dritten Ausführungsbeispiel, welches in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, ist so beschaffen, daß nichtlineare Fehler in den Photoströmen verringert sind, wodurch die Genauigkeit der Positionserfassung verbessert wird.

Ein epitaxiales Si-Substrat 101, welches in der Fig. 5 dargestellt ist, umfaßt ein p-leitendes Substrat 102 und eine n^--leitende epitaxiale Schicht 103 mit hohem spezifischen Widerstand, welche auf dem Substrat 102 gebildet ist. Eine n^--leitende epitaxiale Insel 103 a ist durch p⁺-leitende Diffusionstrennwände 104, welche in der epitaxialen Schicht 103 gebildet sind, isoliert. Zwischen der epitaxialen Insel 103 a und dem p-leitenden Substrat 102 ist eine n⁺-leitende eingebettete Schicht 105 gebildet, welche mit n-leitender Verunreinigung, beispielsweise Antimon (Sb) oder Arsen (As) hochdotiert ist. Die n⁺-leitende eingebettete Schicht 105 dient zur Reduzierung der Widerstände der Strompfade der Photoströme.

Ein p-leitendes Bereichspaar 106 und 107 sind durch Diffundierung in der epitaxialen Insel 103 a gebildet. Die p-leitenden Bereiche 106 und 107 sind in einem bestimmten Abstand voneinander getrennt und erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander. Eine p-leitende Schicht 108 mit hohem spezifischen Widerstand ist in der epitaxialen Schicht 103 a zwischen den p-leitenden Bereichen 106 und 107 durch Ionenimplantation mit Bor (B) gebildet. Wie aus der Fig. 6 hervorgeht, ist die p-leitende Schicht 108 im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und erstreckt sich von dem p-leitenden Bereich 106 zu dem p-leitenden Bereich 107. Eine lichtempfindliche Oberfläche wird durch den pn-Übergang zwischen der p-leitenden Schicht 108 und der n^--leitenden epitaxialen Schicht 103 gebildet.

Die Einrichtung gemäß den Fig. 5 und 6 enthält ferner einen n⁺-leitenden Kontaktdiffusionsbereich 109 für die Insel 103 a sowie eine Siliziumdioxidschicht 111. Im Bereich der Schicht 108 ist die Dicke der Siliziumdioxidschicht 111 auf etwa 1000 Å (100 nm) verringert.

Die p-leitenden Bereiche 106 und 107 sind jeweils mit Al-Anoden 112 und 113 über in die Siliziumdioxidschicht 111 eingeformte Kontaktlöcher verbunden. Der n⁺-leitende Kontaktbereich 109 ist über in die Siliziumdioxidschicht 111 eingeformte Kontaktlöcher mit einer Kathode 114 verbunden.

Die Einrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel enthält ferner einen hochdotierten n⁺-leitenden Bereich 115, der in die epitaxiale Insel 103 a eingeformt ist. Der n⁺-leitende Bereich 115 erstreckt sich um die rechtwinklige lichtempfindliche Oberfläche und ist als Rechteck ausgebildet, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist. Der n⁺-leitende Bereich 115 ist tief ausgebildet und reicht bis zur n⁺-leitenden eingebetteten Schicht 105, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Der n⁺-leitende Bereich 115 ist mit der Kathode 114 verbunden.

Auf diese Weise ist der durch die epitaxiale Schicht 103 bedingte Widerstand aus den Strompfaden der Photoströme beseitigt.

In den Fig. 5 und 6 ist lediglich das lichtempfindliche Halbleiterbauelement dargestellt. Die übrigen Komponenten der Schaltung zur Verarbeitung der Photoströme sind in das gleiche Substrat in der gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel integriert.

Die Einrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt.

Der lichtempfindliche pn-Übergang ist durch eine an die Kathode 114 angelegte positive Spannung in Sperrichtung betrieben. Wenn ein Lichtstrahl auf die lichtempfindliche Oberfläche projektiert wird, werden am beleuchteten Fleck Defektelektronenpaare erzeugt. Aufgrund dieser Defektelektronenpaare fließt ein Photostrom von der Kathode 114 durch den n⁺-leitenden Bereich 115 und erreicht die n⁺-leitende eingebettete Schicht 105 von der seitlichen Flächer her. Der erste und der zweite Photostrom I₁ und I₂ werden entsprechend von den Anoden 112 und 113 entnommen. Im Teil der n⁺-leitenden eingebetteten Schicht 105 folgt der Photostrom dem kürzesten Weg von der Seitenfläche. Daher wird in dem Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels der aus dem hohen spezifischen Widerstand der n^--leitenden epitaxialen Schicht 103 resultierende Widerstand aus dem Photostrompfad innerhalb des Halbleitersubstrats 101 beseitigt. Dabei wird eine unregelmäßige Widerstandsverteilung über die lichtempfindliche Oberfläche dadurch vermieden, daß der Photostrom durch die n⁺-leitende eingebettete Schicht 105 von der Seitenfläche entlang dem kürzesten Strompfad fließt. Folglich kann aufgrund des Aufbaus des dritten Ausführungsbeispiels die Vorspannung, welche an den lichtempfindlichen Übergang gelegt ist, gleichförmig über die gesamte lichtempfindliche Oberfläche angelegt werden. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit aufgrund der Verringerung der nichtlinearen Fehler in den Ausgangsphotoströmen erhöht.

Claims

1. Lichtempfindlicher Positionssensor, gekennzeichnet durch

- ein photosensitives Halbleiterbauelement (1) mit einer ersten Halbleiterschicht (3) eines ersten Leitfähigkeitstyps, welche einen lichtempfindlichen pn-Übergang mit einer zweiten Halbleiterschicht (2) eines zweiten Leitfähigkeitstyps bildet, und ersten und zweiten Elektroden (4, 5), die mit ersten und zweiten getrennten Positionen der ersten Halbleiterschicht (3) entsprechend verbunden sind zur Lieferung erster und zweiter Photoströme, welche in Abhängigkeit einer Position eines Flecks, der durch einen Lichtstrahl zwischen der ersten und zweiten Position beleuchtet wird, sich ändern;
- eine Stromumformereinrichtung (7 bis 9, 11, 12 bis 15) für den Empfang der ersten und zweiten Photoströme vom lichtempfindlichen Halbleiterbauelement (1) und zur Erzeugung eines ersten Detektorstroms in Abhängigkeit vom ersten Photostrom, eines zweiten Detektorstroms in Abhängigkeit vom zweiten Photostrom eines ersten Summenstroms, welcher eine Summe aus dem ersten Detektorstrom und dem doppelten zweiten Detektorstrom ist, und eines zweiten Summenstroms, welcher eine Summe aus dem zweiten Detektorstrom und dem doppelten ersten Detektorstrom ist;
- eine logarithmische Umformeinrichtung (16 bis 19) zur Erzeugung einer ersten logarithmischen Spannung, welche in einer logarithmischen Beziehung steht mit dem ersten Detektorstrom, einer zweiten logarithmischen Spannung, welche in einer logarithmischen Beziehung mit dem ersten Summenstrom steht, einer dritten logarithmischen Spannung, welche in einer logarithmischen Beziehung mit dem zweiten Summenstrom steht, und einer vierten logarithmischen Spannung, welche in einer logarithmischen Beziehung mit dem zweiten Detektorstrom steht;
- einer ersten Differenzpaarschaltung (19, 31) zur Verstärkung einer Differenz zwischen der ersten und zweiten logarithmischen Spannung und zur Erzeugung eines ersten und zweiten Differenzausgangsstroms;
- eine zweite Differenzpaarschaltung (32, 33) zur Verstärkung einer Differenz zwischen der dritten und vierten logarithmischen Spannung und zur Erzeugung eines dritten und vierten Differenzausgangsstroms, und
- eine Betriebseinrichtung (40, 46) zur Erzeugung eines Positionssignals, das die Position des beleuchteten Flecks wiedergibt, aus den ersten, zweiten, dritten und vierten Differenzausgangsströmen.

2. Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logarithmische Umformereinrichtung erste, zweite, dritte und vierte Halbleitereinrichtungen (16, 17, 18, 19) aufweist, von denen jede einen pn-Übergang zur Durchführung einer logarithmischen Umformung aufweist.

3. Positionssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite, dritte und vierte logarithmische Halbleitereinrichtung (16, 17, 18, 19) so angeordnet sind, daß die erste logarithmische Spannung (Va) im wesentlichen eine lineare Funktion eines natürlichen Logarithmus des ersten Detektorstroms ist, die zweite logarithmische Spannung (Vb) im wesentlichen eine lineare Funktion eines natürlichen Logarithmus des ersten Summenstroms ist, die dritte logarithmische Spannung (Vc) im wesentlichen eine lineare Funktion eines natürlichen Logarithmus des zweiten Summenstroms ist und die vierte logarithmische Spannung (Vd) im wesentlichen eine lineare Funktion eines natürlichen Logarithmus des zweiten Detektorstroms ist.

4. Positionssensor nach einer der Ansprüche1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebseinrichtung (40, 46) zur Erzeugung eines Positionssignals eine Einrichtung (40) aufweist zur Erzeugung eines Positionsstromsignals (If), welches proportional der Differenz ist, die aus einer Subtraktion einer Summe des zweiten und vierten Differenzausgangsstroms von einer Summe des ersten und dritten Differenzausgangsstroms sich ergibt.

5. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromumformereinrichtung (7 bis 9, 11, 12 bis 15) folgende Bestandteile aufweist:

- eine erste Stromumformerschaltung (7 bis 9, 11), enthaltend einen Eingangs-npn-Transistor (7) mit einem Kollektor und einer Basis, welche beide mit der ersten Elektrode (4) des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements (1) verbunden sind, und mit einem Emitter, der geerdet ist, erste und zweite Ausgangs-npn-Transistoren (8, 9), von denen jeder eine mit der Basis des Eingangstransistors (7) verbundene Basis sowie einen geerdeten Emitter und einen Kollektor aufweist zur Erzeugung des ersten Detektorstroms, der im wesentlichen proportional dem ersten Photostrom ist, einen dritten Ausgangs-npn-Transistor (11) mit einer mit der Basis des Eingangstransistors (7) verbundenen Basis, zwei geerdeten Emittern und einem Kollektor, zur Erzeugung eines Stroms, der gleich dem doppelten ersten Detektorstrom ist, und
- eine zweite Stromumformerschaltung (12 bis 15), enthaltend einen Eingangs-npn-Transistor (12) mit einem Kollektor und einer Basis, die beide mit der zweiten Elektrode (5) des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements (1) verbunden sind, um einem geerdeten Emitter, einen ersten Ausgangs- npn-Transistor (13) mit einem mit der Basis des Eingangstransistors (12) der zweiten Stromumformerschaltung (12 bis 15) verbundenen Basis, zweit geerdeten Emittern und einem Kollektor, zur Erzeugung eines Stroms, der gleich dem doppelten Detektorstrom ist, und einen zweiten und dritten Ausgangs-npn-Transistoren (14, 15), von denen jeder eine mit der Basis des Eingangstransistors (12) der zweiten Stromumformerschaltung (12 bis 15) verbundene Basis sowie einen geerdeten Emitter und einen Kollektor zur Erzeugung des zweiten Detektorstroms, der im wesentlichen proportional dem zweiten Photostrom ist, aufweist.

6. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten logarithmischen Halbleitereinrichtungen (16, 17, 18, 19) der logarithmischen Umformereinrichtung entsprechend als erster, zweiter, dritter und vierter npn-Transistor ausgebildet sind, von denen jeder eine Basis und einen Kollektor aufweist, die miteinander verbunden sind, und an die eine vorbestimmte erste positive Spannung angelegt ist, daß die erste logarithmische Halbleitereinrichtung (16) einen Emitter aufweist, der mit dem Kollektor des ersten Ausgangstransistors (8) der ersten Stromumformerschaltung (7 bis 9, 11) verbunden ist und die erste logarithmische Spannung vorsieht, daß die zweite logarithmische Halbleitereinrichtung (7) einen Emitter aufweist, der mit einem Knotenpunkt verbunden ist, welcher den Kollektor des zweiten Ausgangstransistors (9) der ersten Stromumformerschaltung (7 bis 9, 11) und den Kollektor des ersten Ausgangstransistors (13) der zweiten Stromumformerschaltung (12 bis 15) verbindet, zur Erzeugung der zweiten logarithmischen Spannung, daß die dritte logarithmische Halbleitereinrichtung (8) einen Emitter aufweist, der mit einem Knotenpunkt verbunden ist, welcher den Kollektor des dritten Ausgangstransistors (11) der ersten Stromumformerschaltung (7 bis 9, 11) und den Kollektor des zweiten Ausgangstransistors (14) der zweiten Stromumformerschaltung (12 bis 15) verbindet, zur Erzeugung der dritten logarithmischen Spannung, und daß die vierte logarithmische Halbleitereinrichtung (9) einen Emitter aufweist, der mit dem Kollektor des dritten Ausgangstransistors (15) der zweiten Stromumformerschaltung (12 bis 15) verbunden ist, zur Erzeugung der vierten logarithmischen Spannung.

7. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Differenzpaarschaltung (19, 31 und 32, 33) erste und zweite npn-Transistoren (29, 32 und 31, 33), deren Emitter miteinander verbunden sind, aufweisen.

8. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebseinrichtung (40, 46) folgende Bestandteile aufweist:

- einen ersten pnp-Transistor (37) mit einem Kollektor und einer Basis, welche beide mit einem Eingangsknotenpunkt verbunden sind, an welchem die Kollektoren der ersten Transistoren (29, 32) der ersten und zweiten Differenzpaarschaltungen (29, 31 und 32, 33) angeschlossen sind;
- einen zweiten pnp-Transistor (38), dessen Basis mit der Basis des ersten pnp-Transistors (37) verbunden ist, und dessen Kollektor mit einem Ausgangsknotenpunkt verbunden ist, an welchem die Kollektoren der zweiten Transistoren (31, 33) der ersten und zweiten Differenzpaarschaltungen (29, 31 und 32, 33) angeschlossen sind;
- einen dritten pnp-Transistor (39), dessen Kollektor mit einem Emitter des ersten pnp-Transistors (37) verbunden ist, und
- einem vierten pnp-Transistor (41), dessen Basis und Kollektor miteinander verbunden sind und an eine Basis des dritten pnp-Transistors (39) und an einen Emitter des zweiten pnp-Transistors (38) angeschlossen sind,
- wobei der jeweilige Emitter des dritten und vierten pnp- Transistors (39, 41) über einen jeweiligen Widerstand (42, 43) mit einem Knotenpunkt verbunden ist, an welchem eine bestimmte zweite positive Spannung (Vst) angelegt ist.

9. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der ersten und zweiten logarithmischen Halbleitereinrichtungen (16, 17) über erste und zweite, jeweils einen p-Kanal-JFET (21, 23) enthaltende Sourcefolgeverstärkerschaltungen an die erste Differenzpaarschaltung (29,31) angeschlossen sind, und daß die Emitter der dritten und vierten logarithmischen Halbleitereinrichtungen (18, 19) über dritte und vierte, jeweils p-Kanal-JFET (25, 27) aufweisende Sourcefolgeverstärkerschaltungen (25, 26 und 27, 28) an die zweite Differenzpaarschaltung (32, 33) angeschlossen sind.

10. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebseinrichtung (40, 46) ferner einen Operationsverstärker (46) aufweist, dessen invertierender Eingang das positive Stromsignal empfängt und dessen Ausgang ein Positionierungsspannungssignal vorsieht, das die Position des beleuchteten Flecks wiedergibt, und daß ein Rückkopplungswiderstand (RF) zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers (46) geschaltet ist.

11. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (4) des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements (1) über eine erste Pufferschaltung (65, 67, 69) an die erste Stromumformerschaltung (7 bis 9, 11) und daß die zweite Elektrode (5) des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements (1) über eine zweite Pufferschaltung (66, 68, 70) an die zweite Stromumformerschaltung (12 bis 15) angeschlossen ist.

12. Positionssensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Pufferschaltung (65, 67, 69 und 66, 68, 70) jeweils einen p-Kanal-JFET (65, 66), dessen Sourcezone mit der ersten bzw. zweiten Elektrode (4 bzw. 5) des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements (1) verbunden ist und dessen Drainzone mit dem Eingangstransistor (7 bzw. 12) der ersten bzw. zweiten Stromumformerschaltung (7 bis 9, 11 bzw. 12 bis 15) verbunden ist, und einen Operationsverstärker (67, 68), dessen Ausgang mit einer Gatezone des p-Kanal- JFET (65 bzw. 66) verbunden ist, an dessen nichtinvertierenden Eingang eine positive konstante Spannung angelegt ist und dessen invertierender Eingang mit der Sourcezone des p-Kanal-JFET (65 bzw. 66) verbunden ist, aufweist.

13. Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (108) des lichtempfindlichen Halbleiterbauelements (1) auf einer Oberfläche einer auf einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitungstyp geformten zweiten Schicht (103) gebildet ist, daß das lichtempfindliche Halbleiterbauelement (1) ferner eine hochdotierte eingebettete Halbleiterschicht (105) vom zweiten Leitungstyp aufweist, die zwischen dem Halbleitersubstrat 102 und der zweiten Schicht (103) gebildet ist, daß das lichtempfindliche Halbleiterbauelement (1) ferner einen hochdotierten Halbleiterbereich (115) vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der in der zweiten Schicht (103) gebildet ist, und daß das Halbleiterbauelement (1) eine dritte Elektrode (114) aufweist, welche mit dem hochdotierten Halbleiterbereich (115) vom zweiten Leitfähigkeitstyp verbunden ist.

14. Positionssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdotierte Halbleiterbereich (115) vom zweiten Leitfähigkeitstyp die erste Halbleiterschicht (108) umgibt.

15. Positionssensor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der hochdotierte Halbleiterbereich (115) vom zweiten Leitfähigkeitstyp tief ausgebildet ist und die eingebettete Halbleiterschicht (105) erreicht.

16. Positionssensor nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (108) p-leitend ist und daß die zweite Schicht (103) eine n-leitende epitaxiale Schicht ist, die auf das Halbleitersubstrat (102), welches p-leitend ist, aufgewachsen ist.

17. Positionssensor nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtempfindliche Halbleiterbauelement (1) ferner ein Paar von p-leitenden Halbleiterbereichen (106, 107) aufweist, welche sich parallel zueinander erstrecken und mit der ersten und zweiten Elektrode (112, 113) verbunden sind, und daß die erste Halbleiterschicht (108) zwischen den beiden p-leitenden Halbleiterbereichen (106, 107) angeordnet ist.

18. Lichtempfindlicher Positionssensor mit einer Halbleitereinrichtung, gekennzeichnet durch

- ein Substrat (102) von einem ersten Leitfähigkeitstyp;
- eine darüberliegende Schicht (103) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, welche auf dem Substrat (102) gebildet ist;
- eine hochdotierte eingebettete Schicht (105) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die selektiv zwischen dem Substrat (102) und der darüber befindlichen Schicht (103) gebildet ist,
- eine Deckschicht (108) vom ersten Leitfähigkeitstyp, welcher auf der Oberfläche der Schicht (103) gebildet ist und mit dieser Schicht einen lichtempfindlichen pn-Übergang bildet;
- erste und zweite Elektroden (112, 113), welche an ersten und zweiten voneinander getrennten Positionen der Deckschicht (108) angeordnet sind, zur Entnahme von Photoströmen;
- ein hochdotierter Halbleiterbereich (115) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, welche die Deckschicht (108) umgibt, und
- eine dritte Elektrode (114), welche mit dem hochdotierten Halbleiterbereich (115) vom zweiten Leitfähigkeitstyp verbunden ist.