Reibungsloser Joystick

Klein und fein: Der neue 3-D-Magnetfeldsensor findet auf einem Mikrochip Platz und kann berührungslos alle drei Raumkoordinaten erfassen. Auf der Sensor 2003 vom 13. bis 15. Mai in Nürnberg ist er in Halle 7, Stand 321 zu sehen.

Magnetfeldmessungen sind nicht nur wichtig, wenn man sich verlaufen hat und wissen will, wo Norden ist. Auch in der Technik spielen sie eine wichtige Rolle. Dr. Hans-Peter Hohe vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS hat mit seinem Team einen magnetischen Joystick entwickelt, dessen Position durch einen 3-D-Magnetfeldsensor exakt bestimmt wird. »Unsere Technik arbeitet berührungslos und wartungsfrei. Es werden keine Schleifkontakte benötigt und daher gibt es keine Abnutzung«, erklärt der Forscher. Mit Magnet-Joystick und 3-D-Sensor lassen sich kontaktlos Steuerbefehle erfassen und weiterleiten – egal wohin. Beispielsweise an einen PC oder an eine Baumaschine.

Das eigentlich Innovative an dem neuen magnetischen Steuersystem ist der winzige 3-D-Magnetfeldsensor, der alle drei Raumkoordinaten gleichzeitig erfasst. Bisher konnten Halbleiter-Magnetfeldsensoren nur ein senkrecht verlaufendes Feld messen. Der Grund: Die Hall-Elemente, die bei Anlegen eines Magnetfelds eine Spannung erzeugen, mussten flach in der Oberfläche des Chips liegen. Den Fraunhofer-Forschern gelang es jetzt, die Hall-Elemente quasi aufrecht in den Chip einzusetzen. Damit lassen sich erstmals auch horizontale Felder erfassen. Zwei solche, im 90-Grad-Winkel angeordnete Sensoren können das Magnetfeld in der Ebene bestimmen. Ein weiterer Sensor, der flach auf der Oberfläche liegt, misst die dritte Dimension. Der fertige 3-D-Sensor-Chip registriert räumliche Feldänderungen – beispielsweise wenn ein magnetischer Joystick bewegt wird. Gleichzeitig digitalisiert er die Messwerte und leitet sie an den Rechner oder Mikrocontroller weiter.

»Prinzipiell kann ich den Magnetfeldsensor überall einsetzen, wo ich berührungslos eine Positionsveränderung messen will«, resümiert Hohe. Das Spektrum der möglichen Anwendungen reicht vom Computer-Joystick über Drehschalter und Drehwinkelsensoren, wie sie in LKWs verwendet werden, bis hin zu Eingabefeldern für Handys und Kleincomputer, die mit einem magnetischen Stift beschrieben werden können.

Den Magnetfeldsensor gibt es mittlerweile in unterschiedlichen Ausführungen. Hans-Peter Hohe: »Das ist wichtig, denn unsere Kunden, für die wir Steuer- und Messsysteme entwickeln, stellen unterschiedliche Anforderungen, beispielsweise einen besonders geringen Stromverbrauch oder eine hohe Auflösung.« Um Kundenwünsche schnell und zuverlässig zu befriedigen, wurde am IIS eine »Sensorbibliothek« eingerichtet, in der das Know-how für Bauteile und -pläne gespeichert ist. Diese Bibliothek erlaubt es, integrierte Schaltkreise (ASICs) maßgeschneidert für die Wünsche eines Kunden zu realisieren. Mit dem neuen 3-D-Magnetfeldsenor können Hohe und seine Kollegen in Zukunft auch ein berührungsloses Positionsmesssystem anbieten, das direkt in einen Chip integriert werden kann.