WO2019053156A1 - Messanordnung - Google Patents

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WO2019053156A1
WO2019053156A1 PCT/EP2018/074800 EP2018074800W WO2019053156A1 WO 2019053156 A1 WO2019053156 A1 WO 2019053156A1 EP 2018074800 W EP2018074800 W EP 2018074800W WO 2019053156 A1 WO2019053156 A1 WO 2019053156A1
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WO
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magnetic scale
measuring arrangement
sensor elements
magnetic
magnetoresistive sensor
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PCT/EP2018/074800
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English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Becker
Original Assignee
Bogen Electronic Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
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    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455—Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder
    • G01D5/2457—Incremental encoders having reference marks

Definitions

  • the invention relates to a measuring arrangement for measuring the
  • a magnetic scale is read out by applying a sensor by means of which a magnetic field is detectable to a circuit board and arranging this circuit board perpendicular to the surface of the magnetic scale.
  • a sensor by means of which a magnetic field is detectable to a circuit board and arranging this circuit board perpendicular to the surface of the magnetic scale.
  • the sensor on the circuit board is conventionally arranged close to the end of the circuit board facing the magnetic scale. This disadvantageously only a small space between the magnetic scale and the sensor and on the part of the circuit board is present, which is arranged between the magnetic scale and the sensor.
  • the object of the invention is therefore to provide a measuring arrangement for detecting a magnetic scale, in which a large space between the magnetic scale and a sensor of the measuring arrangement can be provided.
  • the measuring assembly comprises an article having a magnetic scale and a chip spaced from the magnetic scale and a processed afer and at least one row of
  • Magnetoresistive sensor elements are mounted on at least one planar wafer side of the processed wafer, and
  • Measuring arrangement can be provided.
  • Position of the object is increased and / or the distance between the magnetic scale and the magnetoresistive
  • the magnetoresistive sensors can only face away from the scale on the planar wafer side facing the scale
  • the measurement accuracy is particularly high when the magnetoresistive sensor elements both on the surface facing the scale wafer side and on the side facing away from the scale flat wafer side
  • flat wafer side is to be understood as meaning that side of the wafer which has the greatest surface area, normally the wafer has two of the flat wafer sides, which are the same size and parallel to one another Has wafer sides, one of the two flat wafer sides facing the magnetic scale and the other of the two flat wafer sides facing away from the magnetic scale.
  • scale is a device to
  • the length has a regular division.
  • the regular division may be, for example, a linear division, a square division or a
  • Act logarithmic division Other divisions are conceivable, such as a binary pattern. It is also conceivable to use two of the scales with a different pitch, such as a vernier system.
  • the magnetoresistive sensor elements may be any magnetoresistive sensor elements.
  • Tunnel resistance effects to detect It is preferred that the magnetoresistive sensor elements in a regular
  • the magnetic scale can be, for example, a band, in particular the band is flexible and / or windable.
  • the processed wafer is understood to be a wafer onto which layers have been applied and structured by way of example by means of thin-film technology or thick-film technology.
  • the processed wafer may have sections of electrically modified properties ⁇ doping) to electronic
  • the processed wafer can be used as a substrate by way of example
  • the Sensorelernente be exemplary on the wafer by means of a thin-film experience and / or
  • Thick layer experienced applied. It is also conceivable that additional electronic components are arranged on the chip. It is preferred that the at least one line in
  • the number of magnetoresistive sensor elements in each of the rows is equal to the number of increments of the magnetic scale in the particular range. This makes it possible to determine with a particularly high degree of accuracy when the object moves by exactly one increment or a fraction of the increment in the longitudinal direction. It is also
  • the number of magnetoresistive sensor elements in each of the rows is greater than the number of increments of the magnetic scale in the
  • the position of the object can be determined with a higher accuracy. It is also conceivable that, in a certain range in the longitudinal direction, the number of magnetoresistive sensor elements in each of the rows is different from the number of increments of the magnetic scale in the specific range. Here it is possible to position the item with a higher one
  • the measuring arrangement is set up to use one line to determine when the object is moving by exactly one increment, and the other line to determine the position with the higher accuracy than the increment.
  • the magnetic scale preferably has a flat scale side, which is arranged facing the planar wafer side, on which the magnetoresistive sensor elements are arranged.
  • the distance between the magnetic scale and the magnetoresistive sensor elements can be further extended.
  • the flat scale side is arranged parallel to the planar wafer sides, on which the magnetoresistive sensor elements are arranged.
  • flat scale side is to be understood as that side of the magnetic scale which is the largest exposed surface of the magnetic scale. It is preferable that the magnetic scale has a plurality of magnetic scale bars juxtaposed in the longitudinal direction of the magnetic scale. Furthermore, it is preferred that the scale lines are arranged at a distance from each other. In addition, the scale marks are preferably applied to a non-magnetic and non-magnetizable part of the article. As a result, and by the distance of the scale lines to each other, the magnetic scale in the longitudinal direction alternately magnetic and non-magnetic
  • the magnetic scale can also be a multipole magnet scale by way of example.
  • the tick marks can be a multipole magnet scale by way of example.
  • Pressure medium has to magnetic particles.
  • Pressure medium may be, for example, an ink. It is also preferable that the magnetic scale in
  • each of two of the regions adjacent to each other has an opposite magnetic
  • the magnetic scale of the measuring arrangement is preferred
  • the measuring arrangement has a
  • Special position determination device which is arranged on the chip and is adapted to detect the special position.
  • the special position determination device which is arranged on the chip and is adapted to detect the special position.
  • the special positions may be marked, for example, by the magnetic scale by a different shape of the magnetic field emanating from the magnetic scale compared to the rest of the magnetic scale.
  • this variant form may be longer or shorter
  • the special positions can be arranged along the entire magnetic scale.
  • the chip may have at least one additional sensor element.
  • the at least one additional sensor element is preferably set up to detect only the at least one special position. In the case that the special positions are marked by the different shape of the magnetic field emanating from the magnetic scale, it may be in the additional
  • the chip has at least one light source which is set up to illuminate the magnetic scale with visible light and / or infrared light.
  • planar chip sides facing the magnetic scale and / or arranged away from can be the
  • the measuring arrangement has a stop and a limit switch, wherein either the limit switch is attached to the chip and the stop on the magnetic scale or the limit switch is attached to the magnetic scale and the stop on the chip.
  • the stop is set to close the limit switch
  • the magnetic scale is arranged.
  • a power supply can be provided which supplies both the magnetoresistive sensor elements and the limit switch with power.
  • limit switch is meant both a switch and a button.
  • the chip is arranged stationary and the object is arranged to be movable.
  • the object is arranged stationary and the chip is arranged to be movable.
  • the object is a wave and the magnetic scale in
  • Circumferential direction of the shaft is arranged on the shaft, so that the longitudinal direction of the magnetic scale with the
  • the measuring arrangement has the magnetoresistive sensor elements which are attached to the planar chip sides, which are arranged facing the magnetic scale and / or arranged away, can advantageously be achieved simply that all magnetoresistive sensor elements of the line that of the
  • the magnetic scale is mounted in the circumferential direction of the shaft and not at one longitudinal end of the shaft, a determination of the position, in particular a rotational angle of the shaft, take place at any position of the shaft. It is conceivable, for example, that the magnetic scale is arranged in the region of a clutch and / or in the region of a transmission. It is here
  • the magnetic scale is the flexible and / or windable band.
  • the flexible and / or wound tape is particularly easy to apply to the shaft. It is preferred that the magnetic scale is applied to a radially outer surface of the shaft and the chip is arranged radially outside the shaft and / or wherein the shaft is a hollow shaft, the magnetic scale applied to a radially inner surface of the hollow shaft and the chip radially is disposed within the hollow shaft.
  • the magnetic scale and the chip are arranged inside the hollow shaft, they are advantageously protected against contamination, for example by a lubricating oil.
  • the magnetic scale can also be arranged on a flange. It is also conceivable that the flat wafer side in
  • the shaft is oriented.
  • the planar wafer side lies in a plane which is parallel to the axial direction of the shaft and the
  • the chip has at least two of the rows of magnetoresistive sensor elements which are in one
  • the magnetic scale has a plurality of tracks that are in the
  • the measuring arrangement can be set up to determine the position of the object relatively by detecting the magnetic fields of a first of the tracks by means of a first of the lines and to determine the position of the object absolutely by detecting the magnetic fields of a second of the tracks by means of a second of the lines.
  • the magnetic areas and / or the scale lines of the second track may have a different shape than the magnetic areas and / or the scale lines of the first track.
  • the second track may have different lengths and / or different widths magnetic regions and / or different lengths and / or different widths
  • the second track may have a single one of the tick marks or a single one of the magnetic portions.
  • the measuring arrangement preferably has a Wheatstone ⁇ see
  • Bridge circuit and at least two of the magnetoresistive sensor elements are connected as resistors in the Wheatstone bridge circuit see. Thereby, a ratio of the resistances in the bridge circuit can be determined with high accuracy.
  • the two are preferred as
  • Bridge circuit are interconnected, the four of the
  • Magnetoresistive sensor elements in the corners of a rectangle, in particular a square are arranged.
  • One of the sides of the rectangle may be provided parallel to the longitudinal direction of the magnetic scale.
  • the Wheatstone bridge can be determined with high accuracy if the longitudinal direction of the magnetic scale deviates from the one of the sides of the rectangle.
  • the processed wafer may, for example, be bonded or enclosed in an SMD component.
  • FIG. 1 shows a section through a first embodiment of the measuring arrangement according to the invention.
  • FIG. 2 shows a plan view of the first embodiment of the measuring arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows a plan view of a second embodiment of the measuring arrangement according to the invention.
  • FIG. 4 shows a first circuit diagram
  • FIG. 5 shows a second circuit diagram.
  • FIG. 6 shows a third circuit diagram.
  • FIGS. 1 to 3 show a measuring arrangement 1 for determining a position of an object 14.
  • the measuring arrangement 1 has the object 14, which has a magnetic scale 2, which is attached to the object 14, and the positions of the object 14 are set through of the
  • the magnetic scale 2 outgoing magnetic field to mark.
  • the scale 2 can be a band
  • the measuring arrangement 1 further has a chip 22, which is arranged at a distance from the magnetic scale 2 and has a processed afer 5 and at least one line 7 or 8 of magnetoresistive sensor elements 6.
  • the magnetoresistive sensor elements 6 may, for example, be sensor elements which are set up to emit the magnetic field emanating from the scale, taking into account the anisotropic magnetoresistive effect, the giant magnetoresistance effect, the colossal magnetoresistive effect and / or the
  • Processed wafer 5 has a planar wafer side 12, on which the magnetoresistive sensor elements 6 are mounted and which faces the magnetic scale 2. In addition, it is conceivable that the magnetoresistive sensor elements are also arranged on the side facing away from the magnetic scale 2 wafer side.
  • the flat wafer side 12 is to be understood as that side of the wafer 5 which has the largest surface area, wherein FIGS. 1 to 3 show that the wafer 5 has two of the flat wafer sides 12, which are the same size and parallel to one another.
  • the processed wafer 5 has a narrow wafer side 13, which has a smaller area than the planar one Wafer side 12 has, adjacent to the planar chip side 12 and is arranged at a right angle to the flat wafer side 12.
  • the magnetoresistive sensor elements 6 are set up to detect the magnetic field originating from the magnetic scale 2, so that the measuring arrangement 1 is set up to measure the position of the object 14.
  • the chip 22 is arranged stationary and the object 14 is arranged to be movable.
  • the object 14 is arranged stationary and the chip 22 is arranged to be movable.
  • the magnetic scale 2 has a flat scale side 15, which is the largest exposed surface of the magnetic scale 2.
  • Scale side 15 is the planar wafer side 12, on which the magnetoresistive Sensorelernente 6 are arranged, arranged facing and parallel to the planar wafer side 12, on which the magnetoresistive sensor elements 6 are arranged arranged.
  • the space between the planar wafer side 12 and the flat scale side 15 is free, so that the magnetic field emanating from the magnetic scale 12 as undisturbed by the magnetoresistive sensor elements 6 can be detected.
  • Figures 1 to 3 show that the magnetic scale 2 a
  • FIG. 11 Has longitudinal direction 11 and is arranged to identify the positions of the article 14 at least in the longitudinal direction 11 by means of the magnetic field.
  • the at least one row 7 or 8 of the magnetoresistive sensor elements 6 is oriented in the longitudinal direction 11 of the magnetic scale 2, i. the direction of the line 7 ode 8 is parallel to the longitudinal direction 11.
  • Figures 1 and 2 show a first embodiment of the measuring arrangement 1, in which the magnetic scale 2 in the longitudinal direction 11 of the magnetic scale 2 immediately adjacent magnetic regions 3, 4 has , Each two of the regions 3, 4, which are arranged adjacent to each other, ei e have opposite magnetic polarization, wherein the
  • FIGS. 1 and 2 show that in a certain area in the longitudinal direction 11 the number of magnetoresistive magnets is
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the measuring arrangement 1, in which the magnetic scale 2 has a plurality of magnetic scale lines 17 which are shown in FIG
  • the scale lines 17 are arranged at a distance from one another and can be applied to a non-magnetic and non-magnetizable part of the article 14.
  • the scale marks 17 can be exemplified by a
  • the pressure medium may be, for example, an ink.
  • An increment of the magnetic scale 2 is the distance of two adjacent to each other
  • Fig. 3 shows that, in a certain range in the longitudinal direction 11, the number of magneto-resistive sensor elements 6 in each of the rows 7, 8 is equal to the number of increments of the magnetic scale 2 in the particular area. It is also conceivable that in a certain range in the longitudinal direction 11, the number of magnetoresistive sensor elements 6 in each of the rows 7, 8 lower or higher than the number of increments of
  • the chip 22 has at least two of the rows of the magnetoresistive sensor elements 6, namely a first row 7 and a second row 8.
  • the rows 7, 8 are in a direction perpendicular to the longitudinal direction 11 of FIG.
  • Sensor elements 6 are arranged, and the flat scale side 15 are arranged parallel to each other, all of magnetoresistive sensor elements 6 the same distance from the magnetic scale 2.
  • the magnetoresistive sensor elements 6 according to Figures 1 to 3 are in a regular matrix
  • the chip 22 at least two of the
  • the chip 22 also has a plurality of columns of the magnetoresistive sensor elements 6, wherein in Figures 2 and 3, the reference numeral 9 is a first column and the
  • Reference numeral 10 denotes a second column. It is also conceivable that the magnetoresistive sensor elements 6 are arranged in an irregular matrix. For example, different lines may be offset from one another.
  • the measuring arrangement 1 can be set up, which
  • Position of the article 14 to be determined with a higher resolution than the increment of the magnetic scale 2 by the measuring device 1 is set up the resistances of
  • Magnetoresistive sensor elements 6 of the different lines to compare.
  • the magnetic scale 2 has a first track 17 and a second track 18 extending in the direction perpendicular to FIG.
  • the measuring arrangement 1 is set up to detect the magnetic field emanating from the first track 18 from the first line 7 and that emanating from the second track 19
  • the measuring arrangement 1 has a special position determination device, which is arranged on the chip 22, is formed by the second line 8 and is set up to detect the at least one special position 20.
  • the second line 8 is set up to detect only the at least one special position.
  • the measuring arrangement 1 can be set up to relatively determine the position of the object 14 by detecting the magnetic field emanating from the first track. This can be done in particular by counting the scale marks 17 starting from the
  • the first track 18 has a plurality of scale graduations 17, and the second track 19 has only a single one of the scale graduations 17. This can
  • Scale lines 17 extends from the first track 18 to the second track 19, while all others of the
  • Scale lines 17 extend only within the first track 18.
  • the first track 18 has more than two of the scale lines 17 and the second track 19 has only exactly two of the scale lines 17, which are adapted to mark the two longitudinal ends 21 of the magnetic scale 2.
  • FIG. 4 shows a first circuit diagram in which the measuring arrangement 1 has a Wheatstone ⁇ bridge circuit 16 and two of the magnetoresistive sensor elements 6 are connected as resistors in the Wheatstone bridge circuit 16.
  • the two magnetoresistive sensor elements 6 connected as resistors in the Wheatstone bridge circuit 16 are juxtaposed in a direction perpendicular to the longitudinal direction 11 of the magnetic scale 2.
  • Wheatstone see bridge circuit 16 a voltage source Uo, which is adapted to generate an electrical voltage of the value Uo and apply to the Wheatstone 'bridge circuit 16, a voltage meter U, which is set up a voltage applied to the bridge of the Wheatstone bridge circuit electrical voltage U to measure, a first resistor Ri, which has an ohmic resistance Ri, and a second
  • Resistor R2 on which has an ohmic resistance R2.
  • the two magnetoresistive sensor elements 6 are connected in such a way in the Wheatstone bridge circuit 16 that measured by means of the voltage measuring device U
  • Resistors of the two in the Wheatstone 'bridge circuit 16 interconnected magnetoresistive sensor elements 6 can be determined. If the two ohmic resistors Ri and R2 are chosen to be the same size, the ratio can be determined very precisely.
  • Magnetoresistive sensor elements 6 asymmetries of the magnetic scale 2 emanating from the magnetic field can be determined with a particularly high accuracy. This is
  • the magnetic scale 2 has only a single one of the tracks and the two interconnected in the Wheatstone bridge circuit 16 magnetoresistive sensor elements 6 are arranged symmetrically to the magnetic scale 2.
  • the two interconnected in the Wheatstone bridge circuit 16 magnetoresistive sensor elements 6 are arranged symmetrically to the magnetic scale 2.
  • Measuring arrangement 1 an offset of the magnetic scale 2 in the direction perpendicular to the longitudinal direction 11 and parallel to the flat scale side 15 with a high
  • Figure 5 shows a first circuit diagram and Figure 6 shows a second circuit diagram in which four of the magnetoresistive
  • Bridge circuit 16 are interconnected, wherein the four of the magnetoresistive sensor elements 6 in the corners of a
  • Rectangles in particular a square, are arranged. Two of the sides of the rectangle are oriented in the longitudinal direction 11 of the magnetic scale 2 and the other two of the sides of the rectangle are in a direction perpendicular to the
  • the four magnetoresistive sensor elements 6 are conductive with each other along the sides of the rectangle
  • magnetoresistive sensor elements 6 in a second column 10 arranged. Two of the magnetoresistive sensor elements 6 are in a first row 7 and two of the magnetoresistive
  • Sensor elements 6 are arranged in the second line 8.
  • the Wheatstone bridge circuit 16 includes a voltage source Uo configured to generate an electric voltage of the value Uo and to be applied to the Wheatstone bridge circuit 16, and a voltmeter U arranged at the bridge of FIG
  • Wheatstone 'see bridge circuit 16 to measure applied voltage U In the circuit diagram according to FIG. 5, the voltage source Uo and the voltage measuring device U are connected in such a way that the voltage measuring device measures a voltage of zero when the ratio of the resistances in the first column
  • Voltage source Uo and the voltmeter U connected so that the voltmeter measures a voltage of zero when the ratio of the resistors in the first row 7 is equal to the ratio of the resistors in the second row 8.
  • a deviation of the voltage measured by the voltage measuring device U from zero can be used to determine a misalignment of the chip to the magnetic scale.
  • the maladjustment can be, for example, that the planar wafer side 12 and the flat scale side 15 are not aligned in parallel, or that the sides of the rectangle are not exactly in
  • the magnetic scale 2 has only a single one of the tracks and see the two in the Wheatstone '
  • Bridge circuit 16 interconnected magnetoresistive
  • the measuring arrangement 1 can be a
  • Special position determination device which is at least partially disposed on the chip 22 and is configured by way of example to detect a special position 20, such as one or both of the longitudinal ends 21 of the magnetic scale 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit einem Gegenstand (14), der eine magnetische Skala (2) aufweist, und einem Chip (22), der in einem Abstand zu der magnetischen Skala (2) angeordnet ist und ein Teilstück (5) eines prozessierten Wafers und mindestens eine Zeile (7, 8) von magnetoresistiven Sensorelementen (6) aufweist, welche an mindestens einer flächigen Waferseite (12) des Teilstücks (5) angebracht sind. Die magnetoresistiven Sensorelemente (6) sind eingerichtet, ein von der magnetischen Skala (2) ausgehendes Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung (1) eingerichtet ist, die Position des Gegenstands (14) zu messen, wobei die flächige Waferseite (12), an der die magnetoresistiven Sensorelemente (6) angebracht sind, der magnetischen Skala (2) zugewandt und/oder abgewandt angeordnet ist.

Description

Messanordnung
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Messen der
Position eines Gegenstands
Herkömmlich wird eine magnetische Skala ausgelesen, indem ein Sensor, mittels dem ein Magnetfeld detektierbar ist, auf eine Leiterplatte aufgebracht wird und diese Leiterplatte senkrecht zu der Oberfläche der magnetischen Skala angeordnet wird. Um ein hohes Messsignal mit dem Sensor detektieren zu können, ist es erforderlich die Leiterplatte möglichst nah an der
magnetischen Skala anzuordnen. Dadurch kann erreicht werden, dass der Abstand des Sensors zu der magnetischen Skala
möglichst kurz ist. Um den Abstand des Sensors zu der
magnetischen Skala noch weiter zu verkürzen, wird herkömmlich der Sensor auf der Leiterplatte nah an dem der magnetischen Skala zugewandten Ende der Leiterplatte angeordnet. Dadurch ist nachteilig nur ein geringer Platz zwischen der magnetischen Skala und dem Sensor sowie auf dem Teil der Leiterplatte vorhanden, der zwischen der magnetischen Skala und dem Sensor angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Messanordnung zum Detektieren einer magnetischen Skala zu schaffen, bei der ein großer Platz zwischen der magnetischen Skala und einem Sensor der Messanordnung vorgesehen werden kann.
Die erfindungsgemäße Messanordnung weist einen Gegenstand, der eine magnetische Skala aufweist, und einen Chip auf, der in einem Abstand zu der magnetischen Skala angeordnet ist und einen prozessierten afer und mindestens eine Zeile von
magnetoresistiven Sensorelementen aufweist, wobei die
magnetoresistiven Sensorelemente an mindestens einer flächigen Waferseite des prozessierten Wafers angebracht sind und
eingerichtet sind, ein von der magnetischen Skala ausgehendes Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung
eingerichtet ist, die Position des Gegenstands zu messen, wobei die flächige Waferseite, an der die magnetoresistiven Sensorelemente angebracht sind, der magnetischen Skala
zugewandt und/oder abgewandt angeordnet ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch die Verwendung der Zeile der magnetoresistiven Sensorelemente und dein um 90° im Vergleich zu einer herkömmlichen Messanordnung gedrehten Chip ein Äbstand zwischen der magnetischen Skala und den magnetoresistiven Sensorelementen viel größer als für die herkömmliche Messanordnung vorgesehen werden kann. Dadurch kann ein großer Platz zwischen der magnetischen Skala und der
Messanordnung vorgesehen werden. Zudem ist es vorteilhaft möglich, eine größere Anzahl der magnetoresistiven
Sensorelemente als bei der herkömmlichen Messanordnung
vorzusehen, wodurch eine Messgenauigkeit zum Messen der
Position des Gegenstands erhöhbar ist und/oder der Abstand zwischen der magnetischen Skala und den magnetoresistiven
Sensorelementen noch weiter verlängerbar ist. Dabei können die magnetoresistiven Sensoren nur an der der Skala zugewandten flächigen Waferseite, nur an der der Skala abgewandten
flächigen Waferseite oder sowohl an der der Skala zugewandten flächigen Waferseite als auch an der der Skala abgewandten flächigen Waferseite angeordnet sein. Die Messgenauigkeit ist dabei besonders hoch, wenn die magnetoresistiven Sensorelemente sowohl an der der Skala zugewandten flächigen Waferseite als auch an der der Skala abgewandten flächigen Waferseite
angeordnet sind.
Unter dem Begriff „flächige Waferseite" ist dabei diejenige Seite des Wafers zu verstehen, die die größte Oberfläche hat. Normalerweise hat der Wafer zwei der flächigen Waferseiten, die gleich groß sind und parallel zueinander sind. In dem Fall, dass der Wafer zwei der flächigen Waferseiten hat, ist eine der zwei flächigen Waferseiten der magnetischen Skala zugewandt und die andere der zwei flächigen Waferseiten der magnetischen Skala abgewandt.
Unter dem Begriff „Skala" ist dabei eine Vorrichtung zu
verstehen, mit der eine Messung einer Länge durchführbar ist. Die Länge weist dabei eine regelmäßige Teilung auf. Bei der regelmäßigen Teilung kann es sich beispielsweise um eine lineare Teilung, eine quadratische Teilung oder eine
logarithmische Teilung handeln. Auch andere Teilungen sind denkbar, wie beispielsweise ein Binärmuster. Es ist auch denkbar, zwei der Skalen mit einer unterschiedlichen Teilung zu verwenden, wie beispielsweise ein NoniusSystem.
Bei den magnetoresistiven Sensorelementen kann es sich
beispielsweise um Sensorelemente handeln, die eingerichtet sind, das von der Skala ausgehende Magnetfeld unter Heranziehen des anisotropen magnetoresistiven Effekts, des
Riesenmagnetowiderstand Effekts, des kolossalen
magnetoresistiven Effekts, und des magnetischen
Tunnelwiderstand Effekts zu detektieren. Es ist bevorzugt, dass die magnetoresistiven Sensorelemente in einer regelmäßigen
Matrix oder einer unregelmäßigen Matrix angeordnet sind. Bei der magnetischen Skala kann es sich beispielsweise um ein Band handein, insbesondere ist das Band flexibel und/oder wickelbar. Unter dem prozessierten Wafer wird ein Wafer verstanden, auf den Schichten beispielhaft mittels Dünnschichttechnik oder Dickschichttechnik aufgebracht und strukturiert wurden. Der prozessierte Wafer kann abschnittsweise elektrisch modifizierte Eigenschaften aufweisen { Dotierung) , um elektronische
Bauelemente einer SignalVerarbeitung zu bilden . Im Gegensatz dazu wird unter einem unprozessierten Wafer ein Wafer im
Ursprungs zustand zu Beginn eines HerStellungsprozesses
verstande . Der prozessierte Wafer kann beispielhaft als Substrat
fungieren . Die Sensorelernente werden auf den Wafer beispielhaft mittels eines Dünnschicht erfahrens und/oder
Dickschicht erfahrens aufgebracht . Denkbar ist auch, dass zusät zliche elekt onische Bauteile an dem Chip angeordnet sind . Es ist bevorzugt , dass die mindestens eine Zeile in
Längsrichtung der magnetischen Skala orientiert ist . Hierbei ist denkbar, dass in einem bestimmten Bereich in der
Längsrichtung die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente in jeder der Zeilen gleich der Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala in dem bestimmten Bereich ist. Dadurch kann mit einer besonders hohen Genauigkeit bestimmt werden, wenn sich der Gegenstand um genau ein Inkrement oder ein Bruchteil des Inkrements in der Längsrichtung bewegt. Es ist auch
denkbar, dass in einem bestimmten Bereich die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente in jeder der Zeilen größer als die Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala in dem
bestimmten Bereich ist. Vorteilhaft kann dadurch die Position des Gegenstands mit einer höheren Genauigkeit bestimmt werden. Es ist auch denkbar, dass in einem bestimmten Bereich in der Längsrichtung die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente in jeder der Zeilen ungleich der Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala in dem bestimmten Bereich ist . Hier ist es möglich, die Position des Gegenstands mit einer höheren
Genauigkeit als dem Inkrement der magnetischen Skala zu
bestimmen. Besonders bevorzugt ist es, eine der Zeilen mit der gleichen Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente und der Inkremente in dem bestimmten Bereich vorzusehen und eine andere der Zeilen mit der ungleichen Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente und der Inkremente in dem bestimmten Bereich vorzusehen, so dass die Messanordnung eingerichtet ist, mit der einen Zeile zu bestimmen, wenn sich der Gegenstand um genau ein Inkrement bewegt, und mit der anderen Zeile die Position mit der höheren Genauigkeit als dem Inkrement zu bestimmen.
Die magnetische Skala weist bevorzugt eine flächige Skalenseite auf, die der flächigen Waferseite , an der die magnetoresistiven Sensorelemente angeordnet sind, zugewandt angeordnet ist.
Hierdurch kann der Abstand zwischen der magnetischen Skala und den magnetoresistiven Sensorelementen noch weiter verlängert werden. Besonders bevorzugt ist die flächige Skalenseite parallel zu den flächigen Waferseiten angeordnet, an denen die magnetoresistiven Sensorelemente angeordnet sind.
Unter dem Begriff „flächige Skalenseite" ist dabei diejenige Seite der magnetischen Skala zu verstehen, die die größte freiliegende Oberfläche der magnetischen Skala ist . Es ist bevorzugt, dass die magnetische Skala eine Mehrzahl an magnetischen Skalenstrichen aufweist, die in Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Skalenstriche in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Zudem sind die Skalenstriche bevorzugt auf einen nicht magnetischen und nicht magnetisierbaren Teil des Gegenstands aufgebracht. Dadurch und durch den Abstand der Skalenstriche zueinander weist die magnetische Skala in der Längsrichtung abwechselnd magnetische und nicht magnetische
Bereiche auf. Die magnetische Skala kann beispielhaft auch ein Multipolmagnetmaßstab sein. Die Skalenstriche können
beispielhaft von einem Druckmittel gebildet sein. Das
Druckmittel weist dazu magnetische Partikel auf. Bei dem
Druckmittel kann es sich beispielsweise um eine Tinte handeln . Es ist auch bevorzugt , dass die magnetische Skala in
Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnete magnetische Bereiche aufweist , insbesondere sind die
magnetischen Bereiche unmittelbar nebeneinander angeordnet , wobei j eweils zwei der Bereiche , die benachbart zueinander angeordnet sind, eine entgegengesetzte magnetische
Polarisierung haben .
Bevorzugt ist die magnetische Skala der Messanordnung
eingerichtet mindestens eine Sonderposition anzuzeigen, wie beispielsweise ein Längsende der magnetischen Skala und/oder eine Referenzposition, und die Messanordnung weist eine
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung auf, die an dem Chip angeordnet ist und eingerichtet ist die Sonderposition zu detektieren . Beispielhaft kann die
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung eingerichtet sein, ein oder beide der Längsenden der magnetischen Skala zu
detektieren . Die Sonderpositionen können beispielsweise von der magnetischen Skala durch eine abweichende Form des von der magnetischen Skala ausgehenden Magnetfelds im Vergleich zu dem Rest der magnetischen Skala markiert werden . Beispielsweise kann diese abweichende Form durch längere oder kürzere
magnetische Bereiche in einer Richt ng senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala erreicht werden. Auch ist es möglich, die Sonderpositionen optisch zu markieren. Die Sonderpositionen können entlang der gesamten magnetischen Skala angeordnet sein. Zur Detektion von den Sonderpositionen kann der Chip mindestens ein zusätzliches Sensorelement aufweisen. Das mindestens eine zusätzliche Sensorelement ist bevorzugt eingerichtet, lediglich die mindestens eine Sonderposition zu detektieren. In dem Fall, dass die Sonderpositionen durch die abweichende Form des von der magnetischen Skala ausgehenden Magnetfeldes markiert sind, kann es sich bei den zusätzlichen
Sensorelementen um weitere der magnetoresistiven Sensorelemente handeln. In dem Fall, dass die Sonderpositionen optisch
markiert sind, kann es sich bei den zusätzlichen
Sensorelementen um optische Sensoren handeln. Hier ist es zudem denkbar, dass der Chip mindestens eine Lichtquelle aufweist, die eingerichtet ist, die magnetische Skala mit sichtbarem Licht und/oder Infrarotlicht zu beleuchten.
Dadurch, dass die flächige Chipseiten der magnetischen Skala zugewandt und/oder abgewandt angeordnet ist, lässt sich die
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung besonders einfach an dem Chip unterbringen. Bei der herkömmlichen Messanordnung ist dies nur eingeschränkt möglich oder sogar überhaupt nicht möglich, so dass bei der herkömmlichen Messanordnung die
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung auf einem weiteren Chip angeordnet werden muss. Denkbar ist beispielhaft auch, dass die Messanordnung einen Anschlag und einen Endschalter aufweist, wobei entweder der Endschalter an dem Chip und der Anschlag an der magnetischen Skala befestigt ist oder der Endschalter an der magnetischen Skala und der Anschlag an dem Chip befestigt ist. Der Anschlag ist eingerichtet, den Endschalter zu
betätigen, sobald der Chip an einer vorherbestimmten Position, wie beispielsweise im Bereich eines der Längsenden der
magnetischen Skala, angeordnet ist. Die
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung ist somit von dem
Anschlag und dem Endschalter gebildet und teilweise an dem Chip und teilweise an der magnetischen Skala angeordnet. Besonders bevorzugt ist, dass der Endschalter an dem Chip angeordnet ist. Hier kann beispielweise eine Stromversorgung vorgesehen werden, die sowohl die magnetoresistiven Sensorelemente als auch den Endschalter mit Strom versorgt. Mit dem Begriff Endschalter ist sowohl ein Schalter als auch ein Taster gemeint.
Es ist bevorzugt, dass der Chip ortsfest angeordnet ist und der Gegenstand beweglich angeordnet ist. Zudem ist es bevorzugt, dass der Gegenstand ortsfest angeordnet ist und der Chip beweglich angeordnet ist. Weiterhin ist bevorzugt, dass der Gegenstand eine Welle ist und die magnetische Skala in
Umfangsrichtung der Welle an der Welle angeordnet ist , so dass die Längsrichtung der magnetischen Skala mit der
Umfangsrichtung der Welle zusammenfällt . Dadurch , dass die Messanordnung die magnetoresistiven Sensorelemente aufweist , die an den flächigen Chipseiten angebracht sind, die der magnetischen Skala zugewandt und/oder abgewandt angeordnet sind, kann vorteilhaft einfach erreicht werden, dass alle magnetoresistiven Sensorelemente der Zeile das von der
magnetischen Skala ausgehende Magnetfeld mit einer hohen
Genauigkeit detektieren . Dadurch, dass die magnetische Skala in Umfangsrichtung an der Welle angebracht ist und nicht etwa an einem Längsende der Welle , kann eine Bestimmung der Position, insbesondere eines Drehwinkels der Welle , an einer beliebigen Position der Welle stattfinden . Denkbar ist beispielsweise, dass die magnetische Skala im Bereich einer Kupplung und/oder im Bereich eines Getriebes angeordnet ist . Es ist hier
besonders vorteilhaft , wenn es sich bei der magnetischen Skala um das flexible und/oder wickelbare Band handelt . Das flexible und/oder wickelbare Band ist besonders einfach auf die Welle aufbringbar . Es ist bevorzugt , dass die magnetische Skala auf eine radial außenliegende Oberfläche der Welle aufgebracht und der Chip radial außerhalb der Welle angeordnet ist und/oder wobei die Welle eine Hohlwelle ist, die magnetische Skala auf eine radial innenliegende Oberfläche der Hohlwelle aufgebracht und der Chip radial innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist .
Wenn die magnetische Skala und der Chip innerhalb der Hohlwelle angeordnet sind, sind sie vorteilhaft vor einer Verschmutzung, beispielsweise durch ein Schmieröl, geschützt . Beispielhaft kann die magnetische Skala auch auf einem Flansch angeordnet sein. Denkbar ist zudem, dass die flächige Waferseite in
Tangentialrichtung der Welle orientiert ist. Zudem ist denkbar, dass die flächige Waferseite in einer Ebene liegt, die von parallel zu der Axialrichtung der Welle und der
Tangentialrichtung der Welle ist.
Es ist bevorzugt, dass der Chip mindestens zwei der Zeilen der magnetoresistiven Sensorelemente aufweist, die in einer
Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnet sind. Weiterhin ist bevorzugt, dass die magnetische Skala mehrere Spuren aufweist, die in der
Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnet sind, und dass die Messanordnung eingerichtet ist, die von jeder der Spuren ausgehenden
Magnetfelder von einer oder mehreren anderen der Zeilen zu detektieren. Dabei kann die Messanordnung eingerichtet sein, durch Detektieren der Magnetfelder einer ersten der Spuren mittels einer ersten der Zeilen die Position des Gegenstands relativ zu bestimmen und durch Detektieren der Magnetfelder einer zweiten der Spuren mittels einer zweiten der Zeilen die Position des Gegenstands absolut zu bestimmen. Dazu können die magnetischen Bereiche und/oder die Skalenstriche der zweiten Spur eine unterschiedliche Form wie die magnetischen Bereiche und/oder die Skalenstriche der ersten Spur haben.
Beispielsweise kann die zweite Spur unterschiedlich lange und/oder unterschiedlich breite magnetische Bereiche und/oder unterschiedlich lange und/oder unterschiedlich breite
Skalenstriche aufweisen. Es ist auch möglich, dass die
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung von der zweiten Spur und der zweiten Zeile gebildet ist, wobei die zweite Spur
eingerichtet ist, die Sonderposition anzuzeigen, und die zweite Zeile eingerichtet ist, das von der zweiten Spur ausgehende Magnetfeld zu detektieren. Zum Anzeigen der So derposition kann die zweite Spur einen einzelnen der Skalenstriche oder einen einzelnen der magnetischen Bereiche aufweisen. Die Messanordnung weist bevorzugt eine Wheatstone Λ sehe
Brückenschaltung auf und mindestens zwei der magnetoresistiven Sensorelemente sind als Widerstände in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung verschaltet. Dadurch lässt sich ein Verhältnis von den Widerständen in der Brückenschaltung mit einer hohen Genauigkeit bestimmen . Zudem sind bevorzugt die zwei als
Widerstände in der Wheatstone ' sehen Brückenschaltung
verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente in einer
Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala nebeneinander angeordnet sind. Dadurch lässt sich vorteilhaft bestimmen, wenn die beiden magnetoresistiven Sensorelemente nicht ein gleich starkes Magnetfeld delektieren und somit nicht symmetrisch zu der magnetischen Skala angeordnet sind. Es ist bevorzugt, dass vier der magnetoresistiven
Sensorelemente als Widerstände in der Wheatstone' sehen
Brückenschaltung verschaltet sind, wobei die vier der
magnetoresistiven Sensorelemente in den Ecken eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats, angeordnet sind. Eine der Seiten des Rechtecks kann dabei parallel zu der Längsrichtung der magnetischen Skala vorgesehen sein. In diesem Fall kann mit der Wheatstone' sehen Brücke mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden, wenn die Längsrichtung der magnetischen Skala von der einen der Seiten des Rechtecks abweicht.
Der prozessierte Wafer kann beispielsweise gebondet oder in einem SMD Bauelement eingehaust sein.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen
Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung. Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung . Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung.
Figur 4 zeigt ein erstes Schaltbild.
Figur 5 zeigt ein zweites Schaltbild. Figur 6 zeigt ein drittes Schaltbild.
Figuren 1 bis 3 zeigen eine Messanordnung 1 zum Bestimmen einer Position eines Gegenstands 14. Dazu weist die Messanordnung 1 den Gegenstand 14 auf, der eine magnetische Skala 2 aufweist, die an dem Gegenstand 14 angebracht ist und eingerichtet ist die Positionen des Gegenstands 14 durch ein von der
magnetischen Skala 2 ausgehendem Magnetfeld zu kennzeichnen. Bei der Skala 2 kann es sich beispielsweise um ein Band
handeln, welches flexibel und/oder wickelbar ist, so dass es auch auf krumme Oberflächen des Gegenstands aufbringbar ist. Die Messanordnung 1 weist weiterhin einen Chip 22 auf, der in einem Abstand zu der magnetischen Skala 2 angeordnet ist und einen prozessierten afer 5 und mindestens eine Zeile 7 oder 8 von magnetoresistiven Sensorelementen 6 aufweist. Bei den magnetoresistiven Sensorelementen 6 kann es sich beispielsweise um Sensorelemente handeln, die eingerichtet sind, das von der Skala ausgehende Magnetfeld unter Heranziehen des anisotropen magnetoresistiven Effekts, des Riesenmagnetowiderstand Effekts, des kolossalen magnetoresistiven Effekts und/oder des
magnetischen Tunnelwiderstand Effekts zu messen. Der
prozessierte Wafer 5 weist eine flächige Waferseite 12 auf, an der die magnetoresistiven Sensorelemente 6 angebracht sind und die der magnetischen Skala 2 zugewandt angeordnet ist. Zudem ist denkbar, dass die magnetoresistiven Sensorelemente auch auf der der magnetischen Skala 2 abgewandten Waferseite angeordnet sind. Die flächige Waferseite 12 ist dabei als diejenige Seite des Wafers 5 zu verstehen, die die größte Oberfläche hat, wobei die Figuren 1 bis 3 zeigen, dass der Wafer 5 zwei der flächigen Waferseiten 12 hat, die gleich groß und parallel zueinander sind. Weiterhin weist der prozessierte Wafer 5 eine schmale Waferseite 13 auf, die eine kleinere Fläche als die flächige Waferseite 12 hat, an die flächige Chipseite 12 angrenzt und in einem rechten Winkel zu der flächigen Waferseite 12 angeordnet ist. Die magnetoresistiven Sensorelemente 6 sind eingerichtet, das von der magnetischen Skala 2 ausgehende Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung 1 eingerichtet ist, die Position des Gegenstands 14 zu messen .
Dazu ist es denkbar, dass der Chip 22 ortsfest angeordnet ist und der Gegenstand 14 beweglich angeordnet ist. Außerdem ist denkbar, dass der Gegenstand 14 ortsfest angeordnet ist und der Chip 22 beweglich angeordnet ist .
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist die magnetische Skala 2 eine flächige Skalenseite 15 auf, die die größte freiliegende Oberfläche der magnetischen Skala 2 ist. Die flächige
Skalenseite 15 ist der flächigen Waferseite 12, an der die magnetoresistiven Sensorelernente 6 angeordnet sind, zugewandt angeordnet und parallel zu der der flächigen Waferseite 12 , an der die magnetoresistiven Sensorelemente 6 angeordnet sind, angeordnet . Der Raum zwischen der flächigen Waferseite 12 und der flächigen Skalenseite 15 ist frei , so dass das von der magnetischen Skala 12 ausgehende Magnetfeld möglichst ungestört von den magnetoresistiven Sensorelementen 6 detektierbar ist . Figuren 1 bis 3 zeigen, dass die magnetische Skala 2 eine
Längsrichtung 11 hat und eingerichtet ist, die Positionen des Gegenstands 14 zumindest in der Längsrichtung 11 mittels des Magnetfelds zu kennzeichnen . Die mindestens eine Zeile 7 oder 8 der magnetoresistiven Sensorelemente 6 ist in der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 orientiert , d.h. die Richtung der Zeile 7 ode 8 ist parallel zu der Längsrichtung 11. Figuren 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform für die Messanordnung 1 , bei der die magnetische Skala 2 in der Längsrichtung 11 de magnetischen Skala 2 unmittelbar nebeneinander angeordnete magnetische Bereiche 3 , 4 aufweist . Jeweils zwei der Bereiche 3 , 4 , die benachbart zueinander angeordnet sind, haben ei e entgegengesetzte magnetische Polarisierung, wobei die
magnetische Polarisierung senkrecht zu der Längsrichtung 11 und parallel zu der flächigen Skalenseite 15 ist. Ein Inkrement der magnetischen Skala 2 ist dabei der Abstand der Schwerpunkte von zwei benachbart zueinander angeordneten magnetischen Bereichen 3, 4. Figuren 1 und 2 zeigen, dass in einem bestimmten Bereich in der Längsrichtung 11 die Anzahl der magnetoresistiven
Sensorelemente 6 in jeder der Zeilen 7, 8 höher als die Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala 2 in dem bestimmten
Bereich ist. Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform für die Messanordnung 1, bei der die magnetische Skala 2 eine Mehrzahl an magnetischen Skalenstrichen 17 aufweist, die in der
Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 nebeneinander
angeordnet sind. Die Skalenstriche 17 sind in einem Abstand zueinander angeordnet und können auf einen nicht magnetischen und nicht magnetisierbaren Teil des Gegenstands 14 aufgebracht sein. Die Skalenstriche 17 können beispielhaft von einem
Druckmittel gebildet sein, das magnetische Partikel aufweist. Bei dem Druckmittel kann es sich beispielsweise um eine Tinte handeln. Ein Inkrement der magnetischen Skala 2 ist dabei der Abstand von zwei benachbart zueinander angeordneten
Skalenstrichen 17 zuzüglich der Erstreckung eines der
Skalenstriche 17 in der Längsrichtung. Figur 3 zeigt, dass in einem bestimmten Bereich in der Längsrichtung 11 die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente 6 in jeder der Zeilen 7, 8 gleich der Anzahl der Inkremente der magnetischen Skala 2 in dem bestimmten Bereich ist. Denkbar ist auch, dass in einem bestimmten Bereich in der Längsrichtung 11 die Anzahl der magnetoresistiven Sensorelemente 6 in jeder der Zeilen 7, 8 niedriger oder höher als die Anzahl der Inkremente der
magnetischen Skala 2 in dem bestimmten Bereich ist.
Gemäß Figuren 1 bis 3 weist der Chip 22 mindestens zwei der Zeilen der magnetoresistiven Sensorelemente 6 auf, nämlich eine erste Zeile 7 und eine zweite Zeile 8. Die Zeilen 7, 8 sind in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 11 der
magnetischen Skala 2 nebeneinander angeordnet. Dadurch, dass die flächige aferseite 12, an der die magnetoresistiven
Sensorelemente 6 angeordnet sind, und die flächige Skalenseite 15 parallel zueinander angeordnet sind, haben alle der magnetoresistiven Sensorelernente 6 den gleichen Abstand zu der magnetischen Skala 2. Die magnetoresistiven Sensorelemente 6 gemäß Figuren 1 bis 3 sind in einer regelmäßigen Matrix
angeordnet. Dadurch, dass der Chip 22 mindestens zwei der
Zeilen 7, 8 aufweist, weist der Chip 22 auch mehrere Spalten der magnetoresistiven Sensorelemente 6 auf, wobei in Figuren 2 und 3 das Bezugszeichen 9 eine erste Spalte und das
Bezugszeichen 10 eine zweite Spalte bezeichnet. Es ist ebenso denkbar, dass die magnetoresistiven Sensoreelemente 6 in einer unregelmäßigen Matrix angeordnet sind. Beispielsweise können verschiedene Zeilen versetzt zueinander angeordnet sein.
Dadurch kann die Messanordnung 1 eingerichtet sein, die
Position des Gegenstands 14 mit einer höheren Auflösung als dem Inkrement der magnetischen Skala 2 zu bestimmen, indem die Messanordnung 1 eingerichtet ist die Widerstände der
magnetoresistiven Sensorelemente 6 der verschiedenen Zeilen miteinander zu vergleichen.
Wie es aus Figur 3 ersichtlich ist, weist die magnetische Skala 2 gemäß der zweiten Ausführungsform eine erste Spur 17 und eine zweite Spur 18 auf, die in der Richtung senkrecht zu der
Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 nebeneinander
angeordnet sind. Die Messanordnung 1 ist eingerichtet , das von der ersten Spur 18 ausgehende Magnetfeld von der ersten Zeile 7 zu detektieren und das von der zweiten Spur 19 ausgehende
Magnetfeld von der zweiten Zeile 8 zu detektieren. Die zweite Spur 19 der magnetischen Skala 2 ist eingerichtet mindestens eine Sonderposition 20 anzuzeigen. Die Messanordnung 1 weist eine Sonderpositionsbestimmungseinrichtung auf, die an dem Chip 22 angeordnet ist, von der zweiten Zeile 8 gebildet ist und eingerichtet ist die mindestens eine Sonderposition 20 zu detektieren. Insbesondere ist die zweite Zeile 8 eingerichtet, lediglich die mindestens eine Sonderposition zu detektieren. Die Messanordnung 1 kann eingerichtet sein, durch Detektieren des von der ersten Spur ausgehenden Magnetfelds die Position des Gegenstands 14 relativ zu bestimmen. Dies kann insbesondere durch ein Zählen der Skalenstriche 17 ausgehend von der
Sonderposition 20 erfolgen. Gemäß der zweiten Ausführungsform aus Figur 3 weist die erste Spur 18 eine Mehrzahl der Skalenstriche 17 auf und die zweite Spur 19 weist lediglich einen einzelnen der Skalenstriche 17 auf. Dies kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, dass einer der
Skalenstriche 17 sich ausgehend von ersten Spur 18 bis zu der zweiten Spur 19 erstreckt, während alle anderen der
Skalenstriche 17 sich lediglich innerhalb der ersten Spur 18 erstrecken. Alternativ ist auch denkbar, dass die erste Spur 18 mehr als zwei der Skalenstriche 17 aufweist und die zweite Spur 19 lediglich genau zwei der Skalenstriche 17 aufweist, die dazu eingerichtet sind, die beiden Längsenden 21 der magnetischen Skala 2 zu markieren.
Figur 4 zeigt ein erstes Schaltbild, bei dem die Messanordnung 1 eine Wheatstone λ sehe Brückenschaltung 16 aufweist und zwei der magnetoresistiven Sensorelemente 6 als Widerstände in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung 16 verschaltet sind. Die zwei als Widerstände in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente 6 sind in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 nebeneinander angeordnet. Somit sind die als
Widerstände in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente 6 in der
gleichen Spalte angeordnet. Weiterhin weist die
Wheatstone' sehen Brückenschaltung 16 eine Spannungsquelle Uo, die eingerichtet ist eine elektrische Spannung des Werts Uo zu erzeugen und an die Wheatstone' sehe Brückenschaltung 16 anzulegen, ein Spannungsmessgerät U, das eingerichtet ist eine an der Brücke der Wheatstone' sehen Brückenschaltung anliegende elektrische Spannung U zu messen, einen ersten Widerstand Ri , der einen ohmschen Widerstand Ri hat, und einen zweiten
Widerstand R2 auf, der einen ohmschen Widerstand R2 hat. Die zwei magnetoresistiven Sensorelemente 6 sind dabei derart in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung 16 verschaltet, dass anhand der mittels des Spannungsmessgeräts U gemessenen
Spannung U sowie unter Kenntnis der Spannung Uo und unter
Kenntnis der Widerstände Ri und R2 das Verhältnis der
Widerstände der zwei in der Wheatstone ' sehen Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente 6 bestimmbar ist. Wenn die zwei ohmschen Widerstände Ri und R2 gleich groß gewählt werden, lässt sich das Verhältnis dadurch besonders genau bestimmen.
Durch Bestimmen des Verhältnisses der Widerstände der zwei in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung 16 verschalteten
magnetoresistiven Sensorelemente 6 können Asymmetrien des von der magnetischen Skala 2 ausgehenden Magnetfelds mit einer besonders hohen Genauigkeit bestimmt werden. Dies ist
beispielsweise relevant, wenn wie im ersten Ausführungsbeispiel die magnetische Skala 2 nur eine einzelne der Spuren aufweist und die zwei in der Wheatstone' sehen BrückenSchaltung 16 verschalteten magnetoresistiven Sensorelementen 6 symmetrisch zu der magnetischen Skala 2 angeordnet sind . Hier ist die
Messanordnung 1 eingerichtet, einen Versatz der magnetischen Skala 2 in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 11 und parallel zu der flächigen Skalenseite 15 mit einer hohen
Genauigkeit zu bestimmen . Auch ist die Messanordnung 1
eingerichtet , ein Abweichen der Parallelität der flächigen
Skalenseite 15 und der flächigen Waferseite 12 mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen .
Figur 5 zeigt ein erstes Schaltbild und Figur 6 zeigt ein zweites Schaltbild, bei denen vier der magnetoresistiven
Sensorelemente 6 als Widerstände in der Wheatstone* sehen
BrückenSchaltung 16 verschaltet sind, wobei die vier der magnetoresistiven Sensorelemente 6 in den Ecken eines
Rechtecks , insbesondere eines Quadrats , angeordnet sind . Zwei der Seiten des Rechtecks sind dabei in der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 orientiert und die anderen zwei der Seiten des Rechtecks sind in einer Richtung senkrecht zu der
Längsrichtung 11 und parallel zu der flächigen Skalenseite 15 orientiert . Die vier magnetoresistiven Sensorelemente 6 sind entlang der Seiten des Rechtecks leitfähig miteinander
verbunden . Somit zwei der magnetoresistiven Sensorelemente 6 in einer ersten Spalte 9 und die zwei anderen der
magnetoresistiven Sensorelemente 6 in einer zweiten Spalte 10 angeordnet. Zwei der magnetoresistiven Sensorelemente 6 sind in einer ersten Zeile 7 und zwei der magnetoresistiven
Sensorelemente 6 sind in der zweiten Zeile 8 angeordnet.
Weiterhin weist die Wheatstone' sehen Brückenschaltung 16 eine Spannungsquelle Uo, die eingerichtet ist, eine elektrische Spannung des Werts Uo zu erzeugen und an die Wheatstone' sehe Brückenschaltung 16 anzuliegen, sowie ein Spannungsmessgerät U auf, das eingerichtet ist eine an der Brücke der
Wheatstone' sehen Brückenschaltung 16 anliegende elektrische Spannung U zu messen. Bei dem Schaltbild gemäß Figur 5 sind dabei die Spannungsquelle Uo und das Spannungsmessgerät U so verschaltet, dass das Spannungsmessgerät eine Spannung von Null misst , wenn das Verhältnis der Widerstände in der ersten Spalte
9 gleich dem Verhältnis der Widerstände in der zweiten Spalte
10 ist. Bei dem Schaltbild gemäß Figur 6 sind dabei die
Spannungsquelle Uo und das Spannungsmessgerät U so verschaltet, dass das Spannungsmessgerät eine Spannung von Null misst, wenn das Verhältnis der Widerstände in der ersten Zeile 7 gleich dem Verhältnis der Widerstände in der zweiten Zeile 8 ist.
Dadurch können Asymmetrien des von der magnetischen Skala 2 ausgehenden Magnetfelds mit einer besonders hohen Genauigkeit bestimmt werden. Für die Schaltbilder gemäß Figuren 5 und 6 kann durch ein Abweichen der von dem Spannungsmessgerät U gemessenen Spannung von Null eine Dejustierung des Chips zu der magnetischen Skala bestimmt werden. Die Dejustierung kann beispielsweise darin bestehen, dass die flächige Waferseite 12 und die flächige Skalenseite 15 nicht parallel ausgerichtet sind, oder dass die Seiten des Rechtsecks nicht genau in
Richtung der Längsrichtung 11 der magnetischen Skala 2 bzw. genau senkrecht zu der Längsrichtung 11 ausgerichtet sind. Dies ist beispielsweise relevant, wenn wie im ersten
Äusführungsbeispiel die magnetische Skala 2 nur eine einzelne der Spuren aufweist und die zwei in der Wheatstone' sehen
Brückenschaltung 16 verschalteten magnetoresistiven
Sensorelementen 6 symmetrisch zu der magnetischen Skala 2 angeordnet sind. Die Messanordnung 1 kann eine
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung aufweisen, die zumindest teilweise an dem Chip 22 angeordnet ist und beispielhaft eingerichtet ist, eine Sonderposition 20, wie beispielsweise ein oder beide der Längsenden 21 der magnetischen Skala 2, zu detektiere .
Bezugs zeichenliste
1 Messanordnung
2 magnetische Skala
3 magnetischer Bereich mit erster Polarisierung
4 magnetischer Bereich mit zweiter Polarisierung
5 prozessierter Wafer
6 magnetoresistives Sensorelement
7 erste Zeile
8 zweite Zeile
9 erste Spalte
10 zweite Spalte
11 Längsrichtung
12 flächige Waferseite
13 schmale Waferseite
14 Gegenstand
15 flächige Skalenseite
16 Wheatstone' sehe Brückenschaltung
17 Skalenstrich
18 erste Spur
19 zweite Spur
20 Sonderposition
21 Längsende der magnetischen Skala
22 Chip
Uo Spannungsquelle
U Spannungsmessgerät
Ri erster Widerstand
R2 zweiter Widerstand

Claims

Patentansprüche
1. Messanordnung mit einem Gegenstand (14), der eine
magnetische Skala (2) aufweist, und einem Chip (22), der in einem Abstand zu der magnetischen Skala (2) angeordnet ist und einen prozessierten Wafer (5) und mindestens eine Zeile (7, 8 ) von magnetoresistiven Sensorelementen (6) aufweist, wobei die magnetoresisti en Sensorelemente (6) an mindestens einer flächigen Waferseite ( 12 ) des prozessierten Wafers (5)
angebracht sind und eingerichtet sind, ein von der magnetischen Skala (2) ausgehendes Magnetfeld zu detektieren, so dass die Messanordnung (1) eingerichtet ist, die Position des
Gegenstands (14) zu messen, wobei die flächige Waferseite (12), an der die magnetoresistiven Sensorelemente (6) angebracht sind, der magnetischen Skala (2 ) zugewandt und/oder abgewandt angeordnet ist.
2. Messanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die mindestens eine
Zeile (7, 8) in Längsrichtung (11) der magnetischen Skala (2) orientiert ist.
3. Messanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2 , wobei die magnetische Skala (2) eine flächige Skalenseite (15) aufweist, die parallel zu den flächigen aferseiten ( 12 ) , an denen die
magnetoresistiven Sensorelemente (6) angeordnet sind,
angeordnet ist .
4. Messanordnung gemäß einem Ansprüche 1 bis 3, wobei die der magnetischen Skala (2) nebeneinander angeordnete magnetische Bereiche (3, 4) aufweist , wobei jeweils zwei der Bereiche (3, 4), die benachbart zueinander angeordnet sind, eine
entgegengesetzte magnetische Polarisierung haben .
5. Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die magnetische Skala (2) eingerichtet ist mindestens eine
Sonderposition (20) bereitzustellen und die Messanordriung (1) eine Sonderpositionsbestimmungseinrichtung aufweist, die an dem Chip (22) angeordnet ist und eingerichtet ist die
Sonderposition (20) zu detektieren.
6. Messanordnung gemäß Anspruch 5, wobei die
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung teilweise an dem Chip (5) und teilweise an der magnetischen Skala (2) angeordnet ist.
7. Messanordnung gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die
Sonderpositionsbestimmungseinrichtung mindestens ein
zusätzliches Sensorelement aufweist, das eingerichtet ist, lediglich die mindestens eine Sonderposition zu detektieren, insbesondere wobei der mindestens eine Sensor einer der
magnetoresistiven Sensorelemente (6) ist.
8. Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Chip (22) ortsfest angeordnet ist und der Gegenstand (14) beweglich angeordnet ist oder wobei der Gegenstand (14)
ortsfest angeordnet ist und der Chip (22) beweglich angeordnet ist.
9. Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Gegenstand eine Welle ist und die magnetische Skala (2) in Umfangsriehtung der Welle an der Welle angeordnet ist, so dass die Längsrichtung (11) der magnetischen Skala (2) mit der
Umfangsrichtung der Welle zusammenfällt.
10. Messanordnung gemäß Anspruch 9, wobei die magnetische Skala (2) auf eine radial außenliegende Oberfläche der Welle
aufgebracht ist und/oder wobei die Welle eine Hohlwelle ist und die magnetische Skala (2) auf eine radial innenliegende
Oberfläche der Hohlwelle aufgebracht ist.
11. Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die magnetoresistiven Sensorelemente (6) in einer regelmäßigen Matrix oder einer unregelmäßigen Matrix angeordnet sind.
12. Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Chip ( 22 ) mindestens zwei der Zeilen (7, 8) der magnetoresistiven Sensorelemente (6) aufweist, die in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung (11) der magnetischen Skala (2) nebeneinander angeordnet sind.
13. Messanordnung gemäß Anspruch 12, wobei die magnetische
Skala (2) mehrere Spuren (18, 19) aufweist, die in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung (11) der magnetischen Skala (2) nebeneinander angeordnet sind und die Messanordnung (1) eingerichtet ist, die von jeder der Spuren (18, 19) ausgehenden Magnetfelder von einer oder mehreren anderen der Zeilen (7, 8) zu delektieren.
14. Messanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Messanordnung (1) eine Wheatstone , sehe Brückenschaltung (16) aufweist und mindestens zwei der magnetoresistiven
Sensorelemente (6) als Widerstände in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung (16) verschaltet sind.
15. Messanordnung gemäß Anspruch 14, wobei die zwei als
Widerstände in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung (16) verschalteten magnetoresistiven Sensorelemente (6) in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der magnetischen Skala (2) nebeneinander angeordnet sind.
16. Messanordnung gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei vier der magnetoresistiven Sensorelemente (6) als Widerstände in der Wheatstone' sehen Brückenschaltung (16) verschaltet sind, wobei die vier der magnetoresistiven Sensorelemente (6) in den Ecken eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats, angeordnet sind.
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