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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Regelung der Antriebsgeschwindigkeit eines Bandes zur Aufzeichnung
und/oder Wiedergabe von Informationselementen, wie beispielsweise
mit einem Videorecorder in Betriebsmodi, in denen das Band an vorbestimmten Positionen
zum Stillstand kommen soll.
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Derartige
Betriebsmodi sind beispielsweise die Zeitlupen- und Standbildwiedergabe
oder Einzelbildwiedergabe, wobei das Band von einem Videokopf derartig
abgetastet wird, dass einzelne Elemente der auf diesem Band aufgezeichneten
Bild- und/oder Toninformationen jeweils für eine vorgegebene Zeit ausgelesen
werden. Hierzu wird das Band gespult, bis eine einem Videokopf entsprechend
zugeordnete Spur von diesem abgetastet werden kann. Nach einer jeweils
bestimmten Zeit wird das Band derart weitergespult, dass nachfolgende
Spuren gelesen werden können.
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Im
Fall der Zeitlupenwiedergabe ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen
Standbildzeit und normaler Geschwindigkeit die jeweilige Zeitlupengeschwindigkeit,
die gewöhnlich
zwischen einem fünftel,
einem zehntel sowie einem fünfundzwanzigstel der
Normalgeschwindigkeit verändert
werden kann. Da die Zeitlupen-Wiedergabe durch Starten und Bremsen
ausgeführt
wird, sind an den Bandantrieb besondere Anforderungen zu stellen.
So wird der Capstanmotor bei Beginn der Abspiel-Phase durch einen
Startimpuls auf eine für
eine relativ kurze Zeit mittels Regelung konstant zuhaltende Geschwindigkeit
beschleunigt, und bei Beginn der Standbild-Phase wieder gebremst.
Die Steuerung der Start- und Stopp-Phasen gestaltet sich hinsichtlich
der Gerätetechnik
sehr aufwendig, und Geräte- und Bandtoleranzen
haben dabei einen gewissen Einfluss auf das jeweilige Tracking in
diesen Sondermodi mit entsprechender Auswirkung auf die Bildqualität.
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US 4,482,850 beschreibt
einen Steuerschaltkreis für
einen DC – Capstanmotor
einer Videobandeinrichtung zur Zeitlupen- oder Einzelbildwiedergabe.
Um Fehler bei der Stopp-Position des Bandes zu vermeiden, wird ein
Pulsbreite – Moduliertes
Signal (PWM) an einen zu dem Capstanmotor der Videobandeinrichtung
gehörigen
Motorsteuerschaltkreis geliefert. Ein mit dem Motor verbundener
Frequenzsignalgenerator (FG) erzeugt ein Frequenzsignal, das sich
mit der Geschwindigkeit des Capstanmotors verändert, und das benutzt wird,
um einen monostabilen Multivibrator auszulösen, der ein PWM-Signal erzeugt,
dessen Nennverhältnis
sich proportional zu der Geschwindigkeit des Capstanmotors ändert.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Bildwiedergabequalität für Betriebsmodi
der genannten Art zu verbessern.
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Dieses
Ziel wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und mittels eines
Rekorders nach Anspruch 3 erreicht. Vorteilhafte Entwicklungen werden durch
die Unteransprüche
beschrieben.
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Der
Erfindung liegt die Idee zugrunde, bei Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe die Rotorbewegung
des Capstanmotors, und damit die Bandantriebsgeschwindigkeit, schon
während
der durch Beschleunigung gekennzeichneten Start-Phase zu erfassen
und alle auftretenden Abweichungen von einem Soll-Geschwindigkeitsverlauf
durch entsprechende Änderungen
der Beschleunigung des Bandantriebs auszugleichen.
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Erfindungsgemäß wird daher
sogar während der
jeweiligen Start-Phase wenigstens einmal eine Messung der Bandantriebsgeschwindigkeit
durchgeführt,
und der jeweils gemessene Wert wird mit einem entsprechenden Wert
des Soll-Geschwindigkeitsverlaufs
verglichen, so dass, im Falle einer Abweichung, eine Korrektur durch
eine entsprechende Steuerung des Capstanmotors durchgeführt werden
kann. Das hat den Vorteil, dass sich Abweichungen in der Start-Phase
praktisch kaum auswirken können,
oder zumindest soweit kompensiert werden, dass nach der Start-Phase
für optimales
Tracking, d.h. für
eine optimale Spurführung,
nur noch geringe Korrekturen erforderlich sind. Diese Korrekturen
können
dann in der Stopp-Phase vorgenommen werden, falls derartige Maßnahmen
auch für
diesen Bereich vorgesehen werden.
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Der
jeweilige Soll – Geschwindigkeitsverlauf für optimales
Tracking in den Betriebsmodi der genannten Art ist im Rekorder abgespeichert
und wird bereits mit der Entwicklung des jeweiligen Gerätetyps bestimmt
bzw. errechnet.
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Die
Start-Phase und damit die Beschleunigung des Capstanmotors auf eine
bestimmte Geschwindigkeit, die dann durch eine entsprechende Geschwindigkeitsregelung
bis zum Beginn der jeweiligen durch Bremsen gekennzeichneten Stopp-Phase konstant gehalten
wird, wird durch einen ihm zugeführten
impulsartigen Erregerstrom bewirkt. Dieser Erregerstrom, der üblicherweise
einen Höchstwert des zuführbaren
Stroms darstellt und ein Durchschnittswert ist, bestimmt in diesem
Fall den Verlauf der Bandgeschwindigkeit in der Start-Phase.
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Dies
bedeutet, dass ein zu erzielender Geschwindigkeits-Verlauf durch
eine entsprechende Änderung
des Erregerstromes bestimmt werden kann, was erfindungsgemäß für Änderungen
der Beschleunigung des Bandantriebs während seiner Start-Phase ausgenutzt
wird, indem, bei Abweichungen von dem jeweiligen Soll-Geschwindigkeitsverlauf,
entsprechende Änderungen
des Erregerstroms im Falle zu geringer Bandantriebsgeschwindigkeit
zu größeren Werten
hin, und im Falle zu hoher Geschwindigkeit entsprechende Änderungen
zu kleineren Werten hin vorgenommen werden, wobei die Änderungen
in vorteilhafter Weise während
vorbestimmter Zeitfenster durchgeführt werden können. Durch
die Verwendung von Zeitfenstern können relativ große Änderungen
der Beschleunigung vorgenommen werden, ohne dabei den Wert der bereits
erwähnten
zwischen der Start- und der Stopp-Phase durch Reglung konstant zuhaltenden
Geschwindigkeit zu überschreiten
oder den Motor zu überlasten.
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Derartige Änderungen
des impulsartigen Erregerstroms lassen sich z.B. als entsprechende
Amplitudenbegrenzungen oder, bei einer Motoransteuerung mittels
PWM-Signalen, mittels entsprechender Puls-Pausenverhältnisse
realisieren.
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Die
auf diese Weise ermittelten Werte für die jeweiligen Änderungen
des Erregerstroms gelten aber streng genommen für das dabei verwendete Band
oder den in einer Kassette gelagerten bandförmigen Aufzeichnungsträger. Bei
weiterer, d.h. bei einer nicht durch einen Kassettenwechsel unterbrochenen
Verwendung des Aufzeichnungsträgers,
können die
zuerst ermittelten Werte der Erregerstrombegrenzung für erneute
Aktivierungen von Sondermodi der genannten Art abgespeichert werden,
so dass in vorteilhafter Weise Neuberechnungen entfallen können. Neuberechnungen
entsprechender Erregerstromwerte werden dann lediglich bei einem
Kassettenwechsel sowie bei Änderungen
der Betriebsbedingungen, z.B. infolge Alterung oder erheblicher Temperaturwechsel,
vorgenommen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin
zeigen:
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1 ein
Diagramm mit einem für
Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe typischen Geschwindigkeitsverlauf
des Bandantriebs,
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2 ein
vereinfachtes Blockschaltbild der Capstan-Servoschaltung, und
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3 eine
Steuerschaltung zur erfindungsgemäßen Steuerung des Bandantriebs.
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1 zeigt
schematisch anhand von Diagrammen a) und b) beispielhafte, durch
einen Capstanmotor M (2) bewirkte, Geschwindigkeitsverläufe A, B
und C während
des Vorschubs eines bandförmigen,
nicht dargestellten Aufzeichnungsträgers, im folgenden Band genannt,
in den Sonderbetriebsarten Zeitlupen- und Einzelbildwiedergabe,
wobei die Ordinaten der Diagramme ein Maß für die Bandgeschwindigkeit v
sind, während
die Abszissen der Diagramme ein Zeitmaß t bilden. Mit A ist der Soll-,
mit C der erfindungsgemäße und mit
B der Ist-Geschwindigkeitsverlauf
darstellt.
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Dem
Motor M werden während
der jeweiligen Startphase t0–t1 bzw. t0–t'1,
sowie bei der durch Bremsen gekennzeichneten Stopp-Phase t2–t3 bzw. t2–t'3,
ein oder mehrere in ihrer Amplitude und Dauer vorgegebene Spannungs- oder Stromimpulse
zugeführt,
die bewirken, dass der Motor M auf die zu regelnde Geschwindigkeit
Vsoll beschleunigt bzw. bei Erreichen der
Sollposition des Bandes in Bezug auf den abtastenden, nicht dargestellten
Videokopf von dieser auf die Geschwindigkeit V0 bzw.
zum Stillstand gebracht wird. Zur Messung der jeweiligen Bandgeschwindigkeit
wird dabei in bekannter Weise die von einem mit dem Motor M starr
verkoppelten Tachogenerator während
der Motorbewegung abgegebene Folge von Impulsen FG verwendet. Als
Referenz für das
Einleiten eines Stopp-Vorganges wird der jeweilige als Synchronisiersignal
in der Längsspur
des Bandes aufgezeichnete Kontrollimpuls CTL verwendet.
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Die
Geschwindigkeitsverläufe
A und B sind in der Start- und in der Stopp-Phase jeweils durch eine
annähernd
lineare Geschwindigkeitszunahme und -abnahme gekennzeichnet. Wie
mit dem Verlauf B dargestellt, kann sich z.B. aufgrund eines Lastwechsels
infolge eines Bandkassettenwechsels die Startphase um die Zeitdifferenz
(t'1–t1) verlängern. Das
hat zur Folge, dass auch der jeweilige Bandvorschub später beendet
wird, d.h. erst zum Zeitpunkt t'3, wobei für den Verlauf B der vorgenannte
Lastwechsel nicht berücksichtigt
wurde. Aufgrund der mit konstanter Geschwindigkeit rotierenden das
Band abtastenden Köpfe
kommt es zu Trackingfehlern.
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Erfindungsgemäß wird daher
sogar während der
jeweiligen Start-Phase wenigstens einmal eine Bandantriebsgeschwindigkeits-Messung
durchgeführt,
und der jeweilig gemessene Wert wird mit einem entsprechenden Wert
für den
Soll- Geschwindigkeitsverlauf A verglichen, mit dem Ergebnis, dass – wie durch
Verlauf C dargestellt, der sich der Einfachheit halber nur in der
Start-Phase vom Verlauf A unterscheidet – im Falle von Abweichungen
vom Soll-Geschwindigkeitsverlauf
Korrekturen durch entsprechende Änderungen
der Beschleunigung bewirkende Steuerungen des Capstanmotors M durchgeführt werden
können.
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2 zeigt
anhand eines vereinfachten Blockschaltbildes eine Servoschaltung
für den
Bandantrieb, in der neben dem elektronisch kommutierten Capstanmotor
M eine elektronische Motorsteuerschaltung 2, ein mit der
Motorwelle starr verkoppelter Tachogenerator 3, zwei Signalformer 4, 5 und
eine Schaltung 1 zum Regeln und Steuern des Capstanmotors
M dargestellt sind. Die Schaltung 1 kann z.B. Teil eines
in heutigen Videorekordern üblicherweise verwendeten
Mikroprozessors für
die Servo- und Ablaufsteuerungen
sein.
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Von
der Motorsteuerschaltung 2, die ebenfalls als integrierter
Motorschaltkreis ausgebildet werden kann, sind der Einfachheit halber
lediglich die für die
Beschreibung der Erfindung wesentlichen Blöcke 21 und 22 dargestellt,
wobei Block 22 die den Capstanmotor M mit Erregerstrom
versorgenden und elektronisch kommutierenden Endstufen darstellen soll,
während
sich Block 21 auf eine Verstärkerschaltung zum Einstellen
des jeweiligen Erregerstroms beziehen soll. Die Endstufen, die durch
das Ausgangssignal des Verstärkers 21 gesteuert
werden, können z.B.
als Brückenendstufen 221 ausgebildet
sein.
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Die
Verstärkerschaltung 21,
von der in 3 ein detailliertes Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, weist neben einem invertierenden Steuereingang
einen ersten sowie einen zweiten nicht invertierenden Steuereingang
auf.
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Der
erste nicht invertierende Steuereingang ist über den ersten Signalformer 4 mit
einem ersten Signalausgang der Schaltung 1 verbunden. Diese
Signalverbindung dient zu der Zufuhr der in Schaltung 1 erzeugten
Regelspannung UR, die während der Geschwindigkeitsregelung
von Capstanmotor M bei Regelabweichungen entsprechend variiert und
in der Start-Phase bis Einsetzen der Geschwindigkeitsregelung einen
konstanten Wert für
einen maximalen Erregerstrom annimmt.
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Der
zweite nicht invertierende Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 ist über den
zweiten Signalformer 5 mit einem zweiten Signalausgang
der Schaltung 1 verbunden. Diese Signalverbindung dient
zu der Zufuhr einer in Schaltung 1 erzeugten Steuerspannung
UL, die in der Start-Phase oder bis zum Einsetzen der Geschwindigkeitsregelung
durch Begrenzung des maximalen Erregerstroms den Geschwindigkeitsverlauf
bestimmt, indem die Steuerspannung UL auf
einem konstanten Wert gehalten wird und, im Falle von Korrekturen
(siehe Verlauf C in 1), aufgrund von Abweichungen
von dem Soll-Geschwindigkeitsverlaufs A entsprechend variiert wird,
wobei die jeweilige Variation der Steuerspannung UL vorzugsweise
während
vorbestimmter Zeitfenster erfolgt. Während der Geschwindigkeitsregelung
wird die Steuerspannung UL jedoch auf einem konstantem
Wert gehalten.
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Die
Steuerspannung UL sowie die Regelspannung
UR werden von der Schaltung 1 jeweils
als PWM-Signal ausgegeben, das durch den im einfachsten Fall mit
einem RC- Tiefpassfilter
gebildeten Signalformer 4 oder 5 in ein Signal
mit kontinuierlichem Verlauf geformt wird, bevor es an den ersten oder
zweiten nicht invertierenden Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 gelangt.
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Der
invertierende Steuereingang der Verstärkerschaltung 21 dagegen
ist über
eine Referenzspannungsquelle Uref mit Bezugsmassepotential
verbunden. Zur Regelung und Steuerung des Motors M werden der Schaltung 1 die
vom Tachogenerator 3 erzeugten Impulse FG und die von der
Längsspur des
Bandes als Synchronsignal verwendeten CTL-Impulse zugeführt.
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3 zeigt
die Verstärkerschaltung 21 zur erfindungsgemäßen Steuerung
des Bandantriebes. Sie wird im Wesentlichen durch eine Differenzverstärkerstufe
mit einer Konstantstromquelle gebildet. Die Differenzverstärkerstufe
besteht im Wesentlichen aus den beiden npn-Transistoren T1 und T2,
wobei die den nicht invertierenden ersten Steuereingang bildende
Basis von Transistor T1 über
den Signalformer 4 mit der Schaltung 1 verbunden
ist, während
die den invertierenden Steuereingang bildende Basis von Transistor
T2 an die Referenzspannung Uref angeschlossen
ist. In diesem Fall wird die Referenzspannung Uref vorzugsweise
durch eine Vorspannung Ubias in Verbindung
mit dem Spannungsabfall an einem vom Motorstrom IMotor durchflossenen
Widerstand R3 gebildet, so dass die Referenz in jedem Fall dem aktuellen
Motorstrom entspricht. Damit sind der Motorstrom, und somit auch
die den Motor M beschleunigende Kraft, proportional der am jeweiligen Steuereingang
anliegenden Steuerspannung. Der Signalausgang des Differenzverstärkers, der
zu der Steuerung von Motor M mit entsprechenden Steuereingängen der
Endstufen 22 verbunden ist, wird durch den Kollektor des
zweiten Transistors T2 gebildet, der hierzu über einen Arbeitswiderstand
R1 mit der Betriebsspannung +UB verbunden
ist.
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Die
zwischen der Differenzverstärkerstufe und
Bezugsmassepotential angeordnete Konstantstromquelle wird durch
einen npn-Transistor T3 gebildet. Dessen Emitter ist über einen
Widerstand R2 mit Bezugsmassepotential verbunden. Dessen Basis bildet
den zweiten, über
den Signalformer 5 mit der Schaltung 1 verbundenen,
nicht invertierenden Steuereingang der Verstärkerschaltung 21.
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Die
soweit beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt:
Der Start
des Motors M erfolgt durch die Steuerspannung UL,
die – wie
bereits erwähnt – den Erregerstrom
in der Start-Phase bestimmt, wobei bis zum Einsetzen der Geschwindigkeits-Regelung
die dem anderen oder ersten nicht invertierenden Steuereingang der
Verstärkerschaltung 21 zugeführte Spannung
UR auf einen für maximalen Erregerstrom vorgegebenen
konstanten Wert gesteuert wird. Die Beschleunigung des Motors M
wird, wie auch dessen Geschwindigkeit, mit Hilfe von Tachogenerator 3 überwacht.
Nach dem Start wird die Zeit bis zum Auftreten des ersten Tachoimpulses
FG und der folgenden Impulse FG oder zwischen diesen bestimmt. Im dem
Fall einer Abweichung von Sollwerten, die z.B. in der als Steuerschaltung
und Regler arbeitenden Schaltung 1 gespeichert sein können, werden
durch Änderung
der PWM und damit der Steuerspannung UL eine
oder mehrere entsprechende Änderungen der
Beschleunigung vorgenommen. Hierdurch wird die Geschwindigkeit dem
Soll-Geschwindigkeits-Verlauf A angepasst. Die jeweilige Änderung
der Steuerspannung UL wird dabei vorzugsweise
während
vorbestimmter Zeitfenster durchgeführt. Für die jeweilige Zeitmessung
lässt sich
in vorteilhafter Weise ein in den Servoprozessoren heutiger Videorekorder
ohnehin vorhandener mit einer Taktfrequenz getakteter Zähler verwenden.
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Sobald
die Motorgeschwindigkeit in den geregelten Zustand übergeht
oder in den Fangbereich der Regelung gerät, wird unter Beibehaltung
Steuerspannung UL aus der Spannung UR für
maximalen Erregerstrom die Regelspannung UR,
die infolge von Abweichungen von der auf einen konstanten zu regelnden
Wert (z.B. 23,9 mm bei VHS) Motorgeschwindigkeit entsprechend variiert,
und deren Betrag im Vergleich zur Start-Phase wesentlich geringer ist.
Mit dem Auftreten des jeweiligen Kontrollimpulses CTL wird dann
die Stopp-Phase eingeleitet.
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Bei
Zeitlupenwiedergabe bei einem mit drei rotierenden Videoköpfen ausgestatteten
Videorekorder kann der jeweilige Bandvorschub z.B. 60 bis 70 msec
dauern.
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Die
für die
Start-Phase beschriebene Überwachung
und Steuerung kann im Prinzip auch für die Stopp-Phase angewendet
werden.