DE3414054A1 - Videokopf-lagesteuerung - Google Patents
Videokopf-lagesteuerungInfo
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Landscapes
- Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Steuern der Lage eines oder mehrerer Videoköpfe, die an
einem sich drehenden Zylinder eines Videoband-Aufzeichnungsgerätes angebracht sind, und insbesondere betrifft
die Erfindung eine derartige Vorrichtung mit einer bimorphen
Zelle oder einem bimorphen Element, d.h. einer Zelle oder einem Element mit zwei kristallinen Gebieten.
Unter den üblichen Videoband-Aufzeichnungsgeräten sind
einige so aufgebaut, daß ein Videokopf an einem rotierenden Zylinder befestigt ist zur Aufzeichnung eines Videosignals
und zur Ausführung von normaler Wiedergabe, während ein weiterer Videokopf zusätzlich an einem Spitzenabschnitt
eines bimorphen Elementes angebracht ist, das mit seinem anderen Ende an dem Drehzylinder befestigt ist.
Dieser zusätzliche Kopf wird periodisch in einer senkrecht auf der Drehebene desselben stehenden Richtung
bewegt durch Beaufschlagung des bimorphen Elementes mit einer Spannung, um so eine genaue Spurführung bei spezieller
Wiedergabe zu erhalten, beispielsweise bei Zeitraffer-, Zeitlupen- oder Standbild-Wiedergabe, bei der das Band
mit einer gegenüber der Aufzeichnungsgeschwindigkeit
unterschiedlichen Geschwindigkeit bewegt wird.
Da jedoch eine Hysterese zwischen der Beaufschlagungsspannung und der Verschiebung des bimorphen Elementes
besteht, kann die Verschiebungsgröße nicht einfach durch
die Beaufschlagungsspannung bestimmt werden. Aus diesem Grund kann das Aufzeichnen und die normale Wiedergabe
nicht mittels des an dem bimorphen Element angebrachten Videokopfes bewirkt werden. Damit müssen bei üblichen
Videoband-Aufzeichnungsgeräten insgesamt vier Videoköpfe,
nämlich zwei Videoköpfe zum Aufzeichnen und für die normale Wiedergabe und zwei andere Videoköpfe für spezielle
Wiedergabe vorgesehen werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde nun entwickelt, um die beschriebenen Nachteile der üblichen Vorrichtungen zur
Steuerung der Lage der Videoköpfe zu beseitigen.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine neue und brauchbare Vorrichtung zum Steuern der Lage eines
Videokopfes zu schaffen, die eine genaue Positionierung des Videokopfes entsprechend einer sich ändernden
Steuerspannung ergibt, so daß die unerwünschten Fehler
infolge der Hystereseeigenschaften eines den Videokopf tragenden bimorphen Elementes beseitigt werden.
Nach einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung werden zumindestens zwei flächige Schallwellen-Übertrager an einer
freiliegenden Oberfläche eines piezoelektrischen Elementes ausgebildet, welche ein bimorphes Element bilden,
an dem ein Videokopf an einem Ende angebracht ist und das am anderen Ende an einem sich drehenden Zylinder befestigt
ist, und diese Übertrager sind mit Eingangs- und Ausgangsklemmen eines Verstärkers so verbunden, daß sie einen flächigen
Schallwellen-Oszillator bilden. Da die Oszillationsfrequenz des flächigen Schallwellen-Oszillators sich im wesentlichen
proportional zur Verbiegung des bimorphen Elementes ändert, kann eine die Lage des Videokopfes bezeichnende
Information dadurch abgeleitet werden, daß die Oszillationsfrequenz erfaßt wird. Es wird nun unter Benutzung dieser
Oszillationsfrequenz und einer von einem Videoband-Aufzeichnungsgerät gegebenen Steuerspannung ein Fehlersignal
erzeugt, und dieses Fehlersignal zur Korrektur der Steuerspannung benutzt.
In Abwandlung dieses Erfindungs-Grundgedankens wird ein weiteres Paar von flächigen Schallwellen-Übertragern an
einer freiliegenden Oberfläche des anderen piezoelektrischen Elementes des bimorphen Elementes so vorgesehen,
daß ein zweiter flächiger Schallwellen-Oszillator gebildet wird. Wenn auf diese Weise erste und zweite Flächen-
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Schallwellen-Oszillatoren benutzt werden, wird zunächst die Differenz ihrer Oscillationsfrequenz gebildet, und
dann das Differenzsignal zur Erzeugung eines Fehlersignals benutzt.
Damit wird durch die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern der Lage eines an einem bimorphen Element
mit ersten und zweiten piezoelektrischen Elementen angebrachten Videokopfes geschaffen, wobei das bimorphe
Element an einem Drehzylinder eines Videoband-Recorders befestigt und zur Verbiegung in einer zur Drehebene des
Drehzylinders senkrechten Richtung in Abhängigkeit von einer Spannungsbeaufschlagung ausgelegt ist, die folgende
Teile umfaßt: eine erste Reihe von Eingangs- und Ausgangs-Flächen-Schallwellen-Übertragern,
die an einer freiliegenden Fläche des ersten piezoelektrischen Elementes vorgesehen
sind, einen ersten Verstärker, dessen Eingangs- und Ausgangsklemmen jeweils mit dem Eingangs- bzw. dem Ausgangs-Übertrager
an dem ersten piezoelektrischen Element verbunden sind, so daß ein erster Flächen-Schallwellen-Oszillator
gebildet ist, eine zweite Reihe von Eingangsund Ausgangs-Flächen-Schallwellen-Übertragern, die an einer
freiliegenden Fläche des zweiten piezoelektrischen Elementes vorgesehen sind, einen zweiten Verstärker, dessen
Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen jeweils mit dem Eingangsbzw. Ausgangs-übertrager an dem zweiten piezoelektrischen
Element verbunden sind, um so einen zweiten Flächen-Schallwellen-Oszillator zu bilden, eine erste Einrichtung, die
Oszillationsfrequenzsignale von dem ersten und dem zweiten Flächen-Schallwellen-Oszillator empfängt, um ein Frequenz-Differenzsignal
zu erzeugen, das für die Frequenzdifferenz der Oszillationsfrequenzsignale bezeichnend ist, eine
zweite Einrichtung, die das Frequenz-Differenzsignal und eine durch das Videoband-Aufzeichnungsgerät entsprechend
der angewählten Betriebsart erzeugte Steuerspannung empfängt,
um ein die Differenz zwischen der gewünschten Lage und der
tatsächlichen Lage des Videokopfes bezeichnendes Fehlersignal zu erzeugen, eine dritte Einrichtung, die das Fehlersignal
und die Steuerspannung empfängt, um die Steuerspannung durch das Fehlersignal zu korrigieren, und eine
vierte Einrichtung, die ein Ausgangssignal der dritten Einrichtung empfängt und das bimorphe Element ansteuert.
Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung zum Steuern der Lage eines an einem bimorphen Element mit ersten und
zweiten piezoelektrischen Elementen angebrachten Videokopfes, wobei das bimorphe Element an einem Drehzylinder eines Videoband-Recorders
befestigt und zur Verbiegung in einer zur Rotationsebene des Drehzylinders senkrechten Richtung in Abhängigkeit
von einer Beaufschlagungsspannung ausgelegt ist, die folgende Teile umfaßt: Eingangs- und Ausgangs-Flächenschallwellen-Übertrager,
die an einer freiliegenden Oberfläche des ersten piezoelektrischen Elementes vorgesehen
sind, einen Verstärker, dessen Eingangs- und Ausgangsklemmen jeweils mit dem Eingangs- bzw. dem Ausgangsübertrager
an dem ersten piezoelektrischen Element so verbunden sind, daß ein Flächen-Schallwellen-Oszillator
gebildet ist, eine erste ein Oszillationsfrequenzsignal von dem Flächen-Schallwellen-Oszillator und eine durch das
Videoband-Aufzeichnungsgerät entsprechend der ausgewählten
Betriebsart erzeugte Steuerspannung aufnehmende Einrichtung
zur Erzeugung eines Fehlersignals, das die Differenz zwischen der gewünschten Lage und der tatsächlichen Lage des
Videokopfes bezeichnet, eine zweite, das Fehlersignal und die Steuerspannung aufnehmende Einrichtung zur Korrektur
der Steuerspannung um das Fehlersignal,und eine dritte, das
Ausgangssignal der zweiten Einrichtung empfangende Einrichtung zum Ansteuern des bimorphen Elementes.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des bei der vorliegenden Erfindung benutzten bimorphen Elementes,
Fig. 3 ein Einzelheiten der Ausführung nach Fig. 1 bezeichnendes Blockschaltbild,
Fig. 4 eine Wellenform-Darstellung von zwei Steuerspannungen, die an die erfindungsgemäße Vorrichtung angelegt werden,
und
Fig. 5, 6 und 7 schematische Blockschaltbilder von weiteren Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In den Figuren der Zeichnung sind entsprechenden Elementen und Bauteilen gleiche Bezugszeichen zugeordnet.
Das schematische Blockschaltbild in Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Steuern der Lage eines Videokopfes. In dem Schaltbild ist ein bimorphes Element oder
eine bimorphe Zelle 1 gezeigt, das bzw. die durch Ankleben von zwei plattenförmigen piezoelektrischen Elementen 3 und
an beiden Seiten einer aus Metall bestehenden Plattenelektrode
2 gebildet ist, wobei die beiden piezoelektrischen Elemente
3 und 4 in entgegengesetzter Richtung polarisiert sind. Die aus Metall bestehende Plattenelektrode 2 wird hinfort als
Mittelelektrode bezeichnet. Eine Eingangsklemme 16 zum Anlegen einer Spannung, die zum Biegen des bimorphen Elementes
1 dient, ist mit der Mittelelektrode 2 verbunden. Das eine Ende 1a des bimorphen Elementes 1 ist an einem (nicht
dargestellten) Drehzylinder eines Videoband-Aufzeichnungsgerätes
befestigt, und am anderen Ende 1b des bimorphen
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Elementes 1 ist ein Video-Magnetkopf 5 befestigt. Die beiden piezoelektrischen Elemente 3 und 4 werden nachfolgend
als oberes bzw. unteres piezoelektrisches Element bezeichnet. Das bimorphe Element 1 ist so verbiegbar, daß der
Videokopf 5 entsprechend der Pfeildarstellung in Fig.1 nach oben bzw. unten bewegt wird.
Zwei rechteckförmige Elektroden 6 und 9 sind etwa in der Mitte der freiliegenden Oberflächen des oberen bzw. unteren
piezoelektrischen Elementes 3 bzw. 4 angebracht, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt. Diese Elektroden 6 und 9, die
nachfolgend als Seitenelektroden bezeichnet werden, sind beide mit Masse verbunden, so daß eine Spannung zwischen
der Mittelelektrode 2 und den Seitenelektroden 6 und 9 zum Abfall gebracht werden kann, wie später beschrieben wird.
Der bisher beschriebene Aufbau des bimorphen Elementes 1 entspricht im wesentlichen dem üblicher bimorpher Elemente,
die zur Lagesteuerung eines Videokopfes benutzt werden. Das in der erfindungsgemäßen Ausführung verwendete bimorphe Element
1 enthält jedoch weiterhin zwei Flächen-Schallwellen-Übertrager an jeder freiliegenden Oberfläche des piezoelektrischen
Elementes 3 bzw. 4. Im einzelnen ist ein erstes Übertrager-Paar aus Übertragern 7 und 8 an der oberen
Fläche des oberen piezoelektrischen Elementes 3 angeordnet, während ein zweites solches Übertrager-Paar aus Übertragern
10 und 11 an der unteren Fläche des unteren piezoelektrischen Elementes 4 angeordnet ist. Jeder solche Übertrager
7, 8, 10 und 11 besitzt eine ineinandergreifende Struktur, wie sie bei Flächen-Schallwellen-Geräten dieser
Art bekannt ist. Diese Übertrager können an freiliegenden Flächen der beiden piezoelektrischen Elemente 3 und 4
durch übliche Aufdampf- oder andere Abscheideverfahren angebracht werden, wie es beispielsweise in den US-PS 4 130
oder 3 883 831 beschrieben ist. Die nahe an dem Videokopf 5 liegenden übertrager 8 und 11 werden als Eingangs-Übertrager
benutzt, während die anderen, in der Nähe des anderen Endes 1a des bimorphen Elementes 1, wo dieses an dem
Drehzylinder befestigt ist, liegenden übertrager 7 und 10 als Ausgangs-Übertrager benutzt werden. Es ist jedoch
auch möglich, die Übertrager 8 und 11 als Ausgangsübertrager
und die Übertrager 7 und 10 als Eingangsübertrager zu benutzen, da der Aufbau der einzelnen
Übertrager oder Transduktoren 7,8 und 10,11 identisch ausgeführt ist.
jeder übertrager 7, 8, 10 und 11 besteht aus ersten und
zweiten ü-förmigen Elektroden 7a bzw. 7b und 8a bzw. 8b mit jeweils parallelen Schenkeln, und es ist jeweils
eine Elektrode bei jedem übertrager an Masse gelegt, während die andere Elektrode als Eingangs- bzw. Ausgangsklemme
benutzt wird. So ist die Elektrode 7b des Eingangsübertragers 7 mit einer Ausgangsklemme eines Verstärkers
12A verbunden, während die Elektrode 8b des Ausgangs-Übertragers 8 mit einer Eingangsklemme des Verstärkers
12A verbunden ist, wie in Fig. 2 dargestellt. In gleicher Weise sind die anderen Eingangs- und Ausgangsübertrager
10 und 11, die an dem unteren piezoelektrischen Element 4 angeordnet sind, mit einem weiteren Verstärker
12B verbunden, wie es im einzelnen in Fig. 3 zu sehenist, die Einzelheiten der Ausführung nach Fig.1 zeigt.
Da die Anordnung dieser Übertrager 7 und 8 an dem oberen piezoelektrischen Element 3 im wesentlichen identisch zu
der der übertrager 10 und 11 an dem unteren piezoelektrischen
Element 4 ist, wird nachfolgend nur die Anordnung der Übertrager 7 und 8 an dem oberen piezoelektrischen Element
beschrieben.
Die Schenkel des Eingangs-übertragers 7 sind parallel zu den Schenkeln des Ausgangs-Übertragers 8 angeordnet, so
daß die von dem Eingangs-Übertrager 7 ausgesandten Oberflächen-Schallwellen
wirksam nach Fortpflanzung längs der
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Oberfläche des piezoelektrischen Elementes 3 durch den Ausgangsübertrager 8 empfangen werden. Die Eingangsund
Ausgangs-übertrager 7 und 8 und das als Substrat benutzte piezoelektrische Element 3 bilden ein als
Resonator funktionierendes Flächenwellengerät (surface acoustic wave = SAW). Der SAW-Resonator ist an dem Eingang
und dem Ausgang des Verstärkers 12A so angeschlossen, daß ein Rückkoppelweg gebildet wird. Damit ergibt
die Kombination aus dem SAW-Resonator und dem Verstärker 12 einen ersten SAW-Oszillator 13, wie in Fig. 3
dargestellt. In gleicher Weise ist ein zweiter SAW-Oszillator 15 durch die Eingangs- und Ausgangs-Übertrager
10 bzw.11 , das untere piezoelektrische Element 4 und dem Verstärker 12B gebildet.
Die Resonanzfrequenzen dieser SAW-Resonatoren, die die
Oszillationsfrequenz des ersten bzw. zweiten SAW-Oszillators 13 bzw. 15 bilden, werden auf folgende Weise bestimmt:
Bei der dargestellten Ausführung sind die ineinandergreifenden Übertrager 7,8 und 10,11 jeweils mit Schenkel-Zwischenräumen
P1 und P2 von beispielsweise 15 um bzw. 15,15 um versehen (Fig.3). Der Abstand L zwischen den Eingangs- und
Ausgangs-Übertragern 7 und 8 ist gleich dem zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Übertragern 10 und 11. Wird angenommen,
daß der genannte Abstand L zwischen den Eingangsund Ausgangs-Übertragern 7 und 8 sowie 10 und 11 15 mm beträgt,
und die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Oberflächen-S.challwellen
3x10 m/s beträgt, so sind die Wellenlängen X1
und λ ~ der Oberflächen-Schallwellen an den piezoelektrischen
Elementen 3 und 4 jeweils 30 um bzw. 30,3 um. Damit betragen die Oszillationsfrequenzen f1 bzw.f2 der SAW-Oszillatoren
bzw. 15 bei nichtgebogenem bimorphen Element 1 jeweils 100 MHz bzw. 99 MHz. Diese Oszillationsfrequenzen sind die Mittenoder
Standard-Frequenzen fo, und ändern sich bei der Biegung des bimorphen Elementes 1. Wenn eine positive Spannung
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an die Eingangskleinme 16 angelegt wird, um das biraorphe
Element zu einer Biegung zu veranlassen, wird der Videokopf 5 beispielsweise nach Fig. 1 nach oben bewegt. Infolge
der Versetzung oder Verbiegung des bimorphen Elementes
1 ändern sich die Elastizitätskonstante und die Dichte der piezoelektrischen Elemente 3 und 4 jeweils,
und damit auch die Abstände P1 und P2 und der Abstand L, so daß die Oszillationsfrequenz f1 des ersten SAW-Oszillators
13 sich um Af erhöht, während sich die Oszillationsfrequenz f2 des zweiten SAW-Oszi 11ators 15 um Af erniedrigt.
Falls angenommen wird, daß das Frequenzverhältnis Δ f/fo bei einer anliegenden Spannung von 1 V die Größe 0,5x10 erreicht,
ändern sich die Oszillationsfrequenzen der SAW-Oszillatoren 13 und 15 um +50 Hz pro 1 V, und die Differenz
der Os zi nations frequenzen der SAW-Os zillatoren 13 und 15 beträgt annähernd 1MHZ+1OO Hz. Zusätzlich ist zu bemerken,
daß das bimorphe Element 1 an seinem freien Ende 1b so gebogen wird, daß sich beispielsweise bei einer anliegenden
Spannung von 1 V eine Versetzung um 1 um für den Videokopf 5 ergibt.
Um die Lage des an dem freien Ende 1b, d.h. dem rechten Ende in Fig. 1 und 2 des bimorphen Elementes 1 angebrachten Videokopfes
5 so zu steuern, daß der Videokopf 5 genau vorher ausgebildeten Spuren an einem Videoband folgt und diese abtastet,
unabhängig von der Änderung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Videokopf 5 und dem Videoband, wird eine sich ändernde
Steuerspannung an die Eingangsklemme 16 in der gleichen Weise
angelegt, wie es bei den üblichen Schaltanordnungen der Fall ist. Es wird dabei ein Sägezahn-Generator so betrieben, daß
er ein Sägezahn-Signal mit vorbestimmter Periode und Spitzenspannung erzeugt. Bei den üblichen Vorrichtungen werden zwei
Videoköpfe, die zusätzlich zu den normalen Aufzeichnungs/
Normalwiedergabe-Köpfen vorhanden sind, in ihrer Lage in bekannter Weise gesteuert, und aus diesem Grund werden zwei
Sägezahn-Signale jeweils an zwei bimorphe Elemente angelegt, die jeweils an ihrem freien Ende einen Videokopf tragen. Es
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können dabei die in Fig. 4 aufgezeichneten zwei Sägezahn-Signale
mit versetzter Phase als Steuersignale benutzt werden. Beispielsweise muß bei der Standbildwiedergabe der
Videokopf 5 von seiner Normalstellung um 19 um angehoben werden, während sich der Drehzylinder um 180 dreht, so
daß der Videokopf 5 bei einer Spurbreite von 19 um eine Einzelspur in ihrer Gesamtlänge abtastet. Wenn also das
bimorphe Element 1 eine Spannungs/Versetzungs-Größe von 1 um/1 V besitzt, ist es nötig, eine Steuerspannung mit
dem Spitzenwert 19V anzulegen. Wie bekannt, wird, da
jeder Videokopf ein Videoband während einer Drehung von 180 abtastet, der eine Videokopf abtasten, während der
gegenüberliegend an dem Drehzylinder angebrachte andere Videokopf zu dieser Zeit nicht abtastet. Der andere Videokopf
wird so bewegt, daß er, nachdem der erste Videokopf seine 180 -Abtastung beendet hat, mit seiner Abtastung beginnt.
Falls der Videokopf 5 in der beschriebenen Weise während des Abtastens angehoben wurde, wird er daraufhin
bei abnehmender Steuerspannung abgesenkt. Zu dieser Zeit wird der andere (hier nicht dargestellte) Videokopf mit
dem Abtasten einer benachbarten Spur beginnen und seine Lage wird entsprechend mit der wesentlichen linear ansteigenden
Steuerspannung (Vr~ in Fig. 4) angehoben.
Die Spitzenspannungswerte der Steuerspannungen V_.. und V^2
bestimmen das Ausmaß der Verschiebung der Videoköpfe, und aus diesem Grund wird die Spitzenspannung entsprechend dem
ausgewählten Wiedergabebetrieb, z.B. Standbildwiedergabe, Suchlauf usw., geändert. Das bedeutet, daß die Spitzenspannung
entsprechend dem Bandgeschwindigkeits-Verhältnis bezüglich der Bandgeschwindigkeit beim Aufzeichnen oder
bei normaler Wiedergabe bestimmt wird.
Da der Aufbau des anderen bimorphen Elementes wie auch der zugeordneten Beschaltung bei dem anderen Videokopf im wesent-
lichen der gleiche ist, wie er oben beschrieben wurde, wird
der Betrieb der erfindungsgemäßen Ausführung anhand eines einzelnen Videokopfes weiter beschrieben. Eine der Steuerspannungen
V_1 oder Vr2 wird über eine Steuersignal-Eingangsklemme
18 an die Schaltung nach Fig. 1 angelegt. Diese Steuerspannung
V1 wird dann verzweigt und einmal über ein Subtrahierglied
19 an einen Verstärker 20 angelegt, um dort verstärkt zu werden und von dort über die Eingangsklemme 16 zum
bimorphen Element 1 zu gelangen. Gleichzeitig wird die Eingangsspannung an einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO 21
angelegt. Der VCO 21 ändert seine Ausgangssignalfreguenz entsprechend
der Steuerspannung Vr1 so, daß ein Signal mit einer
Frequenz fc entsteht. Die Frequenz fc ist geringfügig unterschiedlich gegenüber der Frequenz, die durch einen Frequenzwandler
23 erhalten wurde, falls das bimorphe Element 1 keine Hystereseeigenschaften besäße. Bei der vorliegenden Ausführung
ist fc um 10 kHz höher als die gerade erwähnte Frequenz.
Die Oszillationsfrequenzsignale f1 und f2 von den erwähnten SAW-Oszillatoren 13 und 15 werden jeweils dem Frequenzwandler
23 zugeführt. Der Frequenzwandler zieht die Oszillationsfrequenz f2 des zweiten SAW-Oszillators 15 von der Oszillationsfrequenz f1 des ersten SAW-Oszillators 13 ab, um so ein Differenz-Frequenzsignal
f1-f2 zu erhalten, das einem weiteren Frequenzwandler 22 zugeführt wird. Der Frequenzwandler 22
zieht die Frequenz fd = f1-f2 des Ausgangesignals des Frequenzwandlers
23 von der Frequenz fc des Ausgangssignals des VCO 21 ab, so daß ein weiteres Differenz-Frequenzsignal fc-fd
erhalten wird. Das Ausgangssignal des weiteren Frequenzwandlers 22 wird mittels eines Frequenz/Spannungs-Wandlers 24 in
eine Fehlerspannung V_ gewandelt, und diese Fehlerspannung Vn,
wird dem Subtraktor 19 zugeführt. Der Subtraktor 19 zieht die
Fehler spannung Vn, von der Steuerspannung V^1 ab und führt dem
Verstärker 20 ein Spannungs-Differenzsignal V-..-V zu. Der
Subtraktor 19 kann durch einen mit Widerständen beschalteten Operationsverstärker in bekannter Weise ausgebildet werden.
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Falls der Videokopf 5 in Fig. 1 um 10 um nach oben bewegt
werden soll, falls die Steuerspannung V . 1 V beträgt, wird die Steuerspannung Vp1 durch den Verstärker 20 um den Faktor
10 verstärkt und dann dem bimorphen Element 1, d.h. seiner Mittelelektrode 2 angelegt, wobei die Frequenz fc
des Ausgangssignals des VCO 1010 kHz beträgt, wenn die Steuerspannung Vp1 z.B. OV beträgt, und die Frequenz fc
des Ausgangssignals beträgt 1011 kHz entsprechend 1 V. Wenn sich zu dieser Zeit der Videokopf 5 um 9 um nach oben
bewegt hat, beträgt die Frequenz fd des Ausgangssignals des Frequenzwandlers 23 1000,9 kHz, während die Frequenz fc des
Ausgangssignals des Frequenzwandlers 22 10,1 kHz beträgt. Der F-V-Wandler 24 ist beispielsweise so ausgelegt, daß
sich eine Fehlerspannung V„ von 0 V ergibt, falls ein Signal von 10 kHz zugeführt wird, und eine Fehlerspannung
V von -0,1 V bei einem Signal von 10,1 kHz. Damit wird die vom Subtraktor 19 abgegebene Ausgangsspannung 1,1 V,
und diese wird nach Verstärkung durch den Verstärker 20 an das bimorphe Element 1 angelegt. Damit wird der Videokopf 5
zu einer Aufwärtsbewegung um 10 um pro 1 V Steuerspannung Vp- gebracht.
Es ist in dieser Weise möglich, den Videokopf 5 um ein Verschiebungsmaß
zu bewegen, das einfach durch die Steuerspannung Vp1 unabhängig von der Hysterese des bimorphen Elementes
1 bestimmt wird. Demzufolge kann der an dem bimorphen Element 1 angebrachte Videokopf 5 nun die Aufzeichnung eines
Videosignals und die normale Wiedergabe mit übernehmen, so daß direkt an dem Drehzylinder wie nach dem Stand der
Technik befestigte Aufζeichnungs-Videoköpfe nicht mehr notwendig
sind. Da die SAW-Oszillatoren 13 und 15 jeweils an
den piezoelektrischen Elementen 3 bzw. 4 angebracht sind, um die tatsächliche Verschiebung aus der entstehenden Differenz-Frequenz
zu erfassen, wird die Empfindlichkeit im Vergleich zu einer Anordnung mit nur einem SAW-Oszillator
13 bzw. 15 verdoppelt. Auch ergeben Änderungen der Fortpflanzungsgeschwindigkeit
der Oberflächen-Schallwellen in-
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folge von Alterung und Temperaturänderung keinen unerwünschten Einfluß.
Die beschriebenen Frequenzwandler 23 und 22 aus Fig.1 werden
nun im einzelnen anhand der Fig. 3 weiter beschrieben. Der Frequenzwandler 23 enthält einen Diodenmischer 23a und
ein Tiefpaßfilter 23b, während der weitere Frequenzwandler 22 aus einem abgeglichenen Modulator 22a und einem Tiefpaßfilter
22b besteht. Der Diodenmischer 23a, wie er weithin im Fernseh-Anwendungsbereich gebräuchlich ist, erzeugt ein
Summensignal f1+f2 und ein Differenzsignal f1-f2 und nur das
Differenzsignal f1-f2 wird durch das Tiefpaßfilter 23b durchgelassen.
In gleicher Weise erzeugt der abgeglichene Modulator 22a des Frequenzwandlers 22 ein Summensignal und ein Differenzsignal,
und nur das Differenzsignal wird durch das Tiefpaßfilter 22b durchgelassen. Als abgeglichener Modulator
22a kann beispielsweise ein IC verwendet werden, das unter der Bezeichnung AN6O4O durch die Firma Matsushita
in den Handel gebracht wird. In Abänderung dieser beschriebenen Ausführung kann anstatt des Subtraktors 19
ein Summierglied verwendet werden, wenn der F-V-Wandler 24 umgekehrt ausgelegt ist, d.h. eine Fehlerspannung V„
von +0,1 V bei einer Eingangsfrequenz von 10,1 kHz erzeugt.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Fig. 5 wird das vom
Frequenzwandler 23 abgegebene Frequenz-Differenzsignal einem F-V-Wandler 25 zugeleitet, um in eine der Eingangsfrequenz
entsprechenden Verschiebungsspannung Vd so gewandelt zu werden, daß 1 MHz einer Spannung von 0 V und 1000,9 kHz
einer solchen von 0,9 V entsprechen, und diese Spannung Vd wird einem Subtraktor 26 zugeführt. Dieser Subtraktor 26 erhält
die Steuerspannung V1 von der Eingangsklemme 18, und
so zieht der Subtraktor 26 die Steuerspannung V„^ von der
Verschiebungsspannung Vd ab, um so eine Fehlerspannung V zu erzeugen, die dem Subtraktor 19 zugeführt wird. Bei der
in Fig. 5 gezeigten Ausführung ist die Ausgangsspannung des Subtraktors 19 die gleiche wie in der Ausführung nach Fig.1,
34H054
und auch sonst ist der Betrieb der gleiche. Der Subtraktor
19 zieht die Fehlerspannung V\_ von der Steuerspannung V^„
& Li
ab und erzeugt eine Ausgangsspannung 2V,,..-Vd. Damit können
die beiden Subtraktoren 26 und 19 bei der tatsächlichen
Ausführung durch einen einzigen Subtraktor ersetzt werden, der einen mit Widerständen beschalteten Operationsverstärker
enthält.
Bei der beschriebenen Ausführung sind jeweils zwei SAW-Oszillatoren
13 und 15 verwendet, um eine Differenzfrequenz abzuleiten; es kann jedoch auch ein SAW-Oszillator
weggelassen werden, so daß die Oszillationsfrequenz f1 nur des SAW-Oszillators 13 zur Erzeugung einer Fehlerspannung
V„ benutzt wird.
Dies wird anhand der Fig. 6 dargestellt, bei der nur ein einziger SAW-Oszillator 13 enthalten ist. Bei dieser Ausführung
wird ein Frequenzwandler 28 mit dem gleichen Aufbau wie der Frequenzwandler 23 nach Fig. 3 benutzt, um ein
Frequenzdifferenzsignal aus der Oszillationsfrequenz f1 vom
SAW-Oszillator 13 und der Ausgangsfrequenz eines VCO 27 zu erhalten. Dieser VCO 27 ist so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal
mit einer Frequenz fc' von 100,010 MHz erzeugt, wenn
die Steuerspannung V .. 0 V beträgt, und eine solche von 100,0105 MHz bei 1 V. Damit erzeugt der Frequenzwandler 28
nach Fig. 6 ein Differenzfrequenzsignal fc'-f1, das dann
in eine entsprechende Spannung gewandelt wird, die als Fehlerspannung V„ benutzt wird. Das vom Frequenzwandler 28 abgegebene
Differenzfrequenzsignal wird durch einen F-V-Wandler
29 und einen Subtraktor 19 in gleicher Weise wie in Fig.1
verarbeitet. Der F-V-Wandler 29 wandelt in solcher Weise, daß er eine Ausgangsspannung von 0 V bei einer Eingangsfrequenz
von 10 kHz abgibt, und von -0,1 V bei 10,05 kHz. Damit kann die Ausführung nach Fig. 6 die Verschiebung des Videokopfes
5 entsprechend der Steuerspannung Vp-, in gleicher Weise wie
bei den vorher beschriebenen Ausführungen bewirken, ohne Beeinflussung durch die Hystereseeigenschaften des bimorphen
Elementes 1. Die in Fig. 6 dargestellte Vorrich-
34H054
tung kann darüber hinaus auch so aufgebaut werden, daß sie,
wie anhand der Ausführung nach Fig. 5 beschrieben, eine Fehlerspannung V durch Spannungsvergleich statt durch
Frequenzvergleich erzeugt, so daß sie nicht auf die eben beschriebene Ausführung beschränkt ist.
Fig. 7 zeigt eine derartige Abwandlung der Ausführung nach Fig. 6. Hier wird die Oszillationsfrequenz f1 des SAW-Oszillators
13 einem F/V-Wandler 30 zugeführt und dort in eine Spannung Vd gewandelt, und diese Spannung Vd wird in der
gleichen Weise wie in Fig. 5 weiterverarbeitet. Dieser F/V-Wandler
30 besitzt eine doppelt so hohe Empfindlichkeit wie der F/V-Wandler 25 nach Fig. 5, und wandelt die Frequenz so
in Spannung, daß eine Ausgangsspannung von 0 V bei 1 MHz
Eingangsfrequenz und von 0,9 V bei 1000,45 kHz erzeugt wird. Obwohl die Ausführungen nach Fig. 6 und 7 weniger empfindlich
sind als die nach Fig. 1 und 5, bieten sie den Vorteil des einfachen Aufbaus.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist zu verstehen, daß, da die Lage des Videokopfes 5 durch Messen der sich ändernden
Oszillationsfrequenz des SAW-Oszillators 13 oder der SAW-Oszillatoren
13 und 15 erfaßt wird, es möglich ist, die Verschiebung des Videokopfes 5 entsprechend der Steuerspannung
ohne Beeinflussung durch die Hysterese des bimorphen Elementes zu erreichen, und es wird dadurch der Vorteil erzielt,
daß es möglich ist, alle Aufzeichnungs- und normalen
Wiedergabearten sowie die speziellen Wiedergabearten mit diesem einen Videokopf zu erzielen, so daß es möglich
ist, den "normalen'Videokopf , der nach dem Stand der Technik für die Aufzeichnung und die normale Wiedergabe verwendet
wurde, wegzulassen.
Da darüber hinaus die Ausführungen nach Fig. 1 und 5 so aufgebaut sind, daß die Differenz der Frequenzen des ersten
und des zweiten SAW-Oszillators 13 bzw. 15 zur Ableitung der
3AU054
Fehlerspannung oder des Fehlersignals benutzt wird, ist es möglich, die Verschiebung des Videokopfes entsprechend der
Steuerspannung ohne Beeinflussung durch die Hysterese des
bimorphen Elementes zu erreichen, und dadurch wird die Versetzung des Videokopfes entsprechend der Steuerspannung ohne
Beeinflussung durch Feuchtigkeits- oder Alterungsänderungen
des bimorphen Elementes zu erzielen.
Claims (14)
- PatentansprücheVorrichtung zum Steuern der Lage eines an einem ein erstes und ein zweites piezoelektrisches Element aufweisenden bimorphen Element angebrachten Videokopfes, wobei das bimorphe Element an einem Drehzylinder eines Videoband-Aufzeichnungsgerätes befestigt und zur Verbiegung in einer zur Drehebene des Drehzylinders senkrechten Richtung in Abhängigkeit von einer Steuerspannung ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet ,a) daß ein erster Satz aus Eingangs- und Ausgangs-Oberflächen-Schallwellen-Übertragern (7,8) an einer freiliegenden Oberfläche des ersten piezoelektrischen Elementes (3) vorgesehen ist,b) daß ein erster Verstärker (12A) vorgesehen ist, dessen Eingangs- und Ausgangsklemme jeweils mit dem Eingangsbzw, dem Ausgangsübertrager (7,8) an dem ersten piezoelektrischen Element (3) so verbunden ist, daß ein erster Oberflächen-Schallwellen-Oszillator (13) ge-MANlTZ- FlNSTERW/-6U00 MÜNCHEN 22· ROBERT-KOCH-STRASSE I-TEL (0 89) 22 4211 ■ TELEX 529672 PATMF- FAX(OSS) 2975 -■■,NNS-JÖRG ROTERMUND 7000 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATT) · SEELBERGSTR. 23/25- TEL. (0711) 56 7261 -3AYER. VOLKSBANKEN AG ■ MÜNCHEN · BLZ 700 90000 - KONTO 7270 · POSTSCHECK: MÜNCHEN 77062-805RAYFR VF-RF.INSBAN!7 7fl(l *>n? 7n34H054c) daß ein zweiter Satz aus Eingangs- und Ausgangs-Oberflächen-Schallwellen-tibertragern (10,11) an einer freiliegenden Oberfläche des zweiten piezoelektrischen Elementes (4) vorgesehen ist,d) daß ein zweiter Verstärker (12B) vorgesehen ist, dessen Eingangs- und Ausgangsklemme jeweils mit dem Eingangsbzw. Ausgangsübertrager (10,11) an dem zweiten piezoelektrischen Element (4) so verbunden ist, daß ein zweiter Oberflächen-Schallwellen-Oszillator (15) gebildet ist,e) daß eine erste, Oszillationsfrequenzsignale (f1,f2) von dem ersten und dem zweiten Oberflächen-Schallwellen-Oszillator (13,15) erhaltende Einrichtung (23) vorgesehen ist zur Erzeugung eines für die Differenzfrequenz (f1-f2) der beiden Oszillationssignale bezeichnenden Differenz-Frequenzsignals (fd),f) daß eine zweite Einrichtung (21,22,24;25,26) vorgesehen ist, die das Differenz-Frequenzsignal (fd) und eine von dem Videoband-Aufzeichnungsgerät entsprechend einer ausgewählten Betriebsart erzeugte Steuerspannung (V_..) erhält zur Erzeugung eines die Differenz zwischen der gewünschten Lage und der tatsächlichen Lage des Videokopfes (5) bezeichnenden Fehlersignals (V_),Γιg) daß eine das Fehlersignal (V„) und die Steuerspannung (V^1) empfangende Einrichtung (19) vorgesehen ist zur Korrektur der Steuerspannung durch das Fehlersignal, undh) daß eine das Ausgangssignal (V_,.-V_) der dritten Ein-Cl Γιrichtung (19) erhaltende vierte Einrichtung (20) zur Beaufschlagung des bimorphen Elementes (1) vorgesehen ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Einrichtung (23) einen Diodenmischer (23a) und ein Tiefpaßfilter (23b) enthält.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung einen die Steuerspannung (V^1) erhaltenden Spannungs-z^Frequenz-3AH054Wandler (VC021), einen das Differenz-Frequenzsignal (fd) und ein Ausgangssignal (fc) des Spannungs/Frequenz-Wandlers (21) erhaltenden Frequenzwandler (22) zur Erzeugung eines weiteren Frequenz-Differenzsignals (fc-fd) und einen das weitere Differenzfrequenzsignal erhaltenden Frequenz/ Spannungs-Wandler (24) enthält.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzwandler (22) einen das Differenz-Frequenzsignal (fd) und das Ausgangssignal (fc) des Spannungs/Frequenz-Wandlers (21) erhaltenden abgeglichenen Modulator (22a) und ein das Ausgangssignal des Modulators (22a) erhaltenden Tiefpaßfilter (22b) enthält.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung einen das Differenz-Frequenzsiganl (fd) erhaltenden Frequenz/Spannungs-Wandler (25) und einen die Steuerspannung (V1) und die Ausgangsspannung (Vd) des Frequenz/Spannungs-Wandlers (2 5) erhaltenden ersten Subtraktor (26) enthält zur Erzeugung eines ersten Spannungsdifferenzsignals (V„), und einen zweiten Subtraktor (19), der die Steuerspannung (Vc1) und das erste Spannungsdifferenzsignal (VE) zur Erzeugung eines zweiten Spannungsdifferenzsignals erhält.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung einen das Differenz-Frequenzsignal (fd) erhaltenden Frequenz/Spannungs-Wandler (25) enthält und daß die dritte Einrichtung einen Subtraktor enthält, der die Steuerspannung (V ..) und eine Ausgangsspannung (V ) von dem Frequenz/Spannungswandler (25) erhält.
- 7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Übertrager (7,8,10, 11) eine Struktur mit ineinandergreifenden Schenkeln (7a,7b,8a,8b) enthält, wobei der Schenkelabstand (P1) der Eingangs- und Ausgangsübertrager (7,8) des ersten Satzes sich von dem Schenkelabstand (P2) des Eingangs- und des Ausgangs-übertragers (10,11) des zweiten Satzes unterscheidet.
- 8. Vorrichtung zum Steuern der Lage eines an einem erstes und ein zweites piezoelektrisches Element aufweisenden bimorphen Element angebrachten Videokopfes, wobei das bimorphe Element an einem Drehzylinder eines Videoband-Aufzeichnungsgerätes befestigt und zur Verbiegung in einer zur Drehebene des Drehzylinders senkrechten Richtung in Abhängigkeit von einer Steuerspannung ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet ,a) daß an einer freiliegenden Oberfläche des ersten piezoelektrischen Elementes (3) Eingangs- und Ausgangs-Oberflächen-Schallwellen-Übertrager (7,8) vorgesehen sind,b) daß ein Verstärker (12A) vorgesehen ist, dessen Eingangsund Ausgangsklemmen jeweils mit dem Eingangs- bzw. Ausgangs -über trager (7,8) an dem ersten piezoelektrischen Element (3) so verbunden sind, daß ein erster Oberflächen-Schallwellen-Oszillator (13) gebildet ist,c) daß eine erste Einrichtung (27,28,29;30,26) vorgesehen ist, die das Oszillations-Frequenzsignal (ft) von dem Oberflächen-Schallwellen-Oszillator (13) und eine durch das Videoband-Aufzeichnungsgerät entsprechend einer ausgewählten Betriebsart erzeugte Steuerspannung (V1) erhält zur Erzeugung eines die Differenz zwischen einer gewünschten Lage und einer tatsächlichen Lage des Videokopfes (5) bezeichnenden Fehlersignals (V„),34U054d) daß eine zweite, das Fehlersignal (VxJ und die Steuerspannung (Vc1) erhaltende Einrichtung (19) vorgesehen ist zur Korrektur der Steuerspannung durch das Fehlersignal, unde) daß eine dritte, das Ausgangssignal der zweiten Einrichtung (19) empfangende Einrichtung (20) vorgesehen ist zur Ansteuerung des bimorphen Elementes (1).
- 9.Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Einrichtung einen die Steuerspannung (V1) erhaltenden Spannungs/Frequenz-Wandler (27), einen das Oszillationsfrequenzsignal (f1) von dem Oberflächen-Schallwellen-Oszillator (13) und eine Ausgangsspannung (fc1) von dem Spannungs/Frequenz-Wandler (27) erhaltenden Frequenzwandler (28) zur Erzeugung eines Differenz-Frequenzsignals und einen das Frequenz-Differenzsignal erhaltenden Frequenz/Spannungs-Wandler (2 9) enthält.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenzwandler (2S) einen Diodenmischer (23a) und ein Tiefpaßfilter (23b) enthält.
- 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung einen die Steuerspannung (Vp1) und das Fehlersignal (V„) erhaltenden Subtraktor (19) enthält.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Einrichtung in Kombination einen das Oszillationsfrequenzsignal (f1) von dem Oberflächen-Schallwellen-Oszillator (13) erhaltenden Frequenz/Spannungs-Wandler (30), einen die Steuerspannung (V1) und eine Ausgangsspannung (Vd)des Frequenz/Spannungs-Wandlers (30) erhaltenden ersten Subtraktor (26) zur Erzeugung eines ersten Differenz-Spannungssignals (Vp) und einen die Steuerspannung (V-,..) und das erste Spannungsdifferenzsignal (V1-,) zur Erzeugung eines zweiten Differenz-Spannungssignals erhaltenden zweiten Subtraktor (19) enthalten.
- 13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und die zweite Einrichtung in Kombination einen das Oszillationsfrequenzsignal (f1) von dem Oberflächen-Schallwellen-Oszillator (13) erhaltenden Frequenz/Spannungs-Wandler (30) und einen Subtraktor enthält, der die Steuerspannung (Vr1) und eine Ausgangsspannung (Vd) von dem Frequenz/Spannungs-Wandler (25) erhält.
- 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder übertrager (7,8) aus einer Struktur mit ineinandergreifenden, U-förmigen Schenkeln (7a,7b,8a,8b) besteht.
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