SCAN TRACKING ARRANGEMENT FOR VIDEORECORDERS USING PIEZOELECTRIC ELEMENTS

Abstract: 1. Scan tracking arrangement in video recorders having a rotating head wheel, in which arrangement the magnetic heads are attached to piezoelectric elements and each head has a tape contact phase and a non-contact phase during one full revolution of the head wheel, and in which arrangement a voltage which holds the head on the intended track is applied to the piezoelectric element of a head which is in tape contact at that time, and in which arrangement a decaying alternating voltage for eliminating hysteresis effects of the piezoelectric element is applied ot the piezoelectric element of a head which is not in tape contact at that time, characterized by the following features : the decaying alternating voltage is rectangular and the frequency of the decaying alternating voltage for eliminating hysteresis effets of the piezoelectric element is just below the frequency of mechanical renonance of the piezoelectric element.

Description: ANORDNUNG ZUR SPURNACHFÜHRUNG IN VIDEORECORDERN UNTER VERWENDUNG VON PIEZOELEMENTEN BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Spurnachführung in Videorecordern mit einem rotierenden Kopfrad, wobei die Magnetköpfe an Piezoelementen befestigt sind und jeder Kopf während einer Vollumdrehung des Kopfrades eine Bandeingriffphase und eine Nichteingriffphase hat, und wobei an das Piezoelement eines Kopfes, der gerade imBandeingriff steht, eine Spannung angelegt wird, die den Kopf auf der vorgesehenen Spur hält, und wobei an das Piezoelement eines Kopfes, der gerade nicht im Bandeingriff steht, eine abklingende Wechselspannung zur Beseitigung des Hystereseeffektes des Piezoelementes angelegt wird. Seit einiger Zeit werden in Videorecordern zur exakten Spurhaltung Piezoelemente (in diesem Zusammenhang auch "Aktuatoren" oder Eimorphe" genannt) verwendet, auf denen die Magnetköpfe befestigt sind. Die Piezoelemente weisen die Eigenschaft auf, dass sie beim Anlegen einer Spannung je nach Polarität in die eine oder in- die andere Richtung ausgelenirwerden, so dass die Magnetköpfe senkrecht zur Abtastrichtung bewegt werden können. Steuert man die Piezoelemente mit einer Regelspannung entsprechend dem Spurfehler an, so folgen die Videoköpfe genau den vorgesehenen Spuren. Aus der europäischen Offenlegungsschrift mit der Publikationsnummer 0091 750 ist eine Anordnung zur Spursteuerung bekannt, bei der ein auf einem Piezoelement befestigter Magnetkopf während der Bandeingriffsphase durch das Anlegen einer positiven oder negativen Gleichspannung an eine vorgegebene Stelle gebracht wird. Nach dem Abschalten dieser Gleichspannung am Beginn der Nichteingriffsphase kehrt die Kopf-Piezoelement-Einheit nicht wieder exakt in ihre Ausgangsposition zurück, da aufgrund des Hystereseeffektes im Piezoelement eine Restauslenkung verbleibt, die die Nullpunktlage der Kopf-Piezoelement-Einheit verändert. Demzufolge werden bei der nächsten Bandeingriffsphase dieses Kopfes Spurfehler auftreten. Um diese möglichst schnell auszuregeln, überlagert man der an das Piezoelement angelegten Gleichspannung während der Nichteingriffsphase eine abklingende sinusförmige Wechselspannung. Nach dem Abklingen dieser sinusförmigen Wechselspannung liegt am Piezoelement die Spannung an, die die jeweils geforderte Ablenkung des Magnetkopfes bewirkt. Des weiteren ist aus der europäischen Offenlegungsschrift mit der Publikationsnummer 0091 764 eine Vorrichtung bekannt, die ebenso wie der Erfindungsgegenstand zur Spurregelung den Piezoeffekt ausnutzt. Bei der bekannten Vorrichtung sind zwei um 180 Grad versetzte Magnetköpfe an Piezoelementen befestigt, die ihrerseits fest mit dem Kopfrad verbunden sind. Zur Vermeidung eines Spurfehlers bei im Vergleich zur Aufzeichnung unterschiedlicher Wiedergabegeschwin digkeit wird an die beiden Piezoelemente während des jeweilyFn Bandeingriffs ein dreieckförmiges Spurkorrektursignal angelegt. Während des Nicht eingriffs behält das Piezoelement und damit auch der daran befestigte Magnetkopf eine Restauslenkung, so dass auch bei dieser Anordnung die Nullpunktlage der Kopf Piezoelement-Einheit verändert wird, was am Beginn der nächsten Bandeingriffsphase des Magnetkopfes zu einem Spurfehler führt. Zur Vermeidung dieses Spurfehlers am Beginn der nächsten Bandeingriffsphase wird dem Piezoelement während der Nichteingriffsphase eine abklingende sinusförmige Wechselspannung zugeführt, die die fehlerhafte Nullpunktlage der Kopf Piezoelement-Einheit beseitigt, d. h. die Restauslenkung des Kopfes rückgängig macht, so dass der Kopf am Beginn der nächsten Bandeingriffsphase genau die jewei1ige Soll-Spur übereckt. Die bekannte Vorrich tung enthält weiterhin eine Umpolvorrichtung, die in Abhängigkeit davon, ob das Piezoelement in die eine oder in die andere Richtung ausgelenkt wurde, d. h. die Wiedergabegeschwindigkeit kleiner oder grösser als die Aufzeichnungsgeschwindigkeit war, dem Piezoelement eine geeignet gepolte Spannung zur Beseitigung von Hystereseefekten zuführt. Es zeigt sich also, dass der Versuch, die Hystereseefekte ohne Verwendung, einer Umpolvorrichtung für die abkleme Weckselspannung zu beseitigen, noch keine zufried stellenden Ergebnisse bringt. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung zur Beseitigung von Hysterese- effekten einer Kopf-Piezoelement-Einheit zu schaffen, mit der auch ohne Verwendung einer Umpolvorrichtung die Hystereseefekte der Kopf-Piezoelement- Einheit vollständig beseitigt werden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichneneden Merkmale des Patentanspruchs. Die Vorteile der Erfindung liegen nicht nur darin, dass die Videnkopfe am beginn ihrer nächsten Bandeingriffsphase an ihrer Sollposition stehen, sondern in der mehrere auch darin dass eine Desensibilizierung der Piezoelment verwenden wird, also keine Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber der angeleg ten Spannung auftritt, was bei einem längeren Anlie gen einer Spannung (insbesondere einer hohen Gleich spannung) an einem Piezoelement der Fall sein könnte. im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungs beispiel näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild mit allen für die Erfindung wesentlichen Bauteilen und Fig. 2 ein Diagramm, das die Verläufe der an die Piezoelemente angelegten Spannun gen als Funktion der Zeit zeigt. Im Ausführungsbeispiel von Figur 1 wird dem Eingang A eines Microcomputers 1 eine auf bekannte Art und Weise erzeugte digitale, impulsbreitenvariable Regelspan nung zugeführt, die eine genaue Auskunft über die Ab weichung des jeweiligen Magnetkopfes von der Soll spurlage gibt. Eine detaillierte Beschreibung der Er zeugung einer derartigen Regelspannung kann beispielsweise der Zeit schrift "Grundig Technische Informationen" 3/81, S. 110 - 116, entnommen werden. Der Microcomputer 1 erzeugt an seinem Ausgang B vom jeweiligen Betriebszustand (Aufzeichnung, Wiedergabe, Zeitlupe, Zeitraffer) abhängige digitale Regelsignale für die ?iezemente. Diese Regelsignale werden in einem Digital/Analog-Wandler 2 digital-/analog-gewan delt und zwei Schaltern 3 und 4 zugeführt. Die Öffnungs- und Schliesszeiten dieser Schalter sowie der Schalter 5 und 6 werden von den an den Ausgängen C und D des Microcomputers 1 anliegenden Steuersignalen gesteuert. Der Schalter 3 ist immer dann geschlossen, wenn der am Piezoelement 1 befestigte Kopf im Bandeingriff steht. Der Schalter 5 befindet sich während dieser Zeitspanne in der Stellung b, so dass die am Ausgang des D/A-Wandlers 2 anliegende Regelspannung über die Schalter 3 und 5 an das Piezoelement 1 weitergegeben wird und der am Piezoelement 1 befestigte Magnetkopf der durch die Regelspannung vorgegebenen Spur folgt. Ist die Kopf-Piezoelement-Einheit 1 im Bandeingriff, dann befindet sich die Kopf-Piezoelement-Einheit 2 in ihrer Nichteingriffsphase. Diese Zeitspanne wird ausgenutzt, um dem Piezoelement 2 über den Schalter 6, der sich hierbei in der Stellung b befindet, eine abklingende rechteckförmige Spannung von einem vom Microcomputer 1 gesteuerten Generator 7 zuzuführen. Damit wird eine eventuelle Restauslenkung des zugeharigen Magnetkopf es, die ihre Ursache in der Hysterese im Piezoelement 2 hat, vollständig beseitigt. Besonders wirkungsvoll ist gemäss einem Merkmal der Erfindung die Beseitigung der Hystereseeffekte des Piezoelementes dann, wenn die Frequenz der angelegten Rechteckspannung knapp unterhalb der mechanischen Resonanzfrequenz (ungefähr 1 kHz) des Piezoelementes liegt, also beispielsweise in der Grössenordnung von 700 Hz. Hat der Magnetkopf 1 die Spur zuende gelesen bzw. geschrieben, -so findet eine vom Microcomputer gesteuerte Kopfumschaltung statt. Jetzt wird eine am Ausgang des D/A-Wandlers 2 anliegende analoge Regelspannung durch den geschlossenen Schalter 4 und den Schalter 6, der sich in der Stellung a befindet, an das Piezoelement 2 weitergeleitet, so dass der am Piezoelement 2 befestigte Magnetkopf der ihm durch die Regelspannung aufgeprägten Spur folgt. Der Schalter 3 ist in dieser Phase geöffnet. Gleichzeitig dazu wird dem Piezoelement 1 über den Schalter 5, der sich in dieser Phase in der Stellung a befindet, eine abklingende Rechteckspannung von einem vom Microcomputer 1 gesteuerten Generator 8 zur vollständigen Beseitigung des Hystereseeffektes des Piezoelementes 1 zugeführt, die eine eventuelle Restauslenkung der Kopf-Piezoelement-Einheit 1 beseitigt, so dass der Magnetkopf 1 am Beginn seines nächsten Bandeingriffes an der richtigen Stelle steht. Figur 2 gibt einen Überblick über die an die Piezoelemente 1 und 2 angelegten Spannungen. Dabei entsprechen die Zeitintervalle [ t1, t2 ] , [ t3 > t4 ] > [ t5, t6 ] , den Bandeingriffsphasen der Kopf-Piezoelement-Einheit 1 und den Nichteingriffsphasen der Kopf-Piezoelement Einheit 2 und die Zeitintervalle [ t2, t3 ] [ t4, t5 [ t6, t7 ] , den Bandeingriffsphasen der Kopf-Piezoelement-Einheit 2 und den Nichteingriffsphasen der Kopf-Piezoelement-Einheit 1. Die obengenannten Zeitintervalle, die für die Beseitigung der Hystereseeffekte der Piezoelemente 1 bzw. 2 zur Verfügung stehen, liegen bei Verwendung von zwei um 180 Grad versetzten Magnetköpfen im Normalbetrieb bei 20 msec. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass eine Beseitigung der Hystereseeffekte der Piezoelemente besonders wirkungsvoll ist, wenn die-Frequenz der Spannung zur Beseitigung der Hystereseeffekte knapp unterhalb der mechanischen Resonanzfrequenz der Piezoelemente gewählt wird, die in der Grössenordnung von 900 - 1200 Hz liegt, und eine abklingende Rechteckspannung verwendet wird. Bei der Wahl der Frequenz muss lediglich darauf geachtet werden, dass keine störenden Resonanzerscheinungen auftreten, d. h. dass die Frequenz nicht zu nahe bei der mechanischen Resonanzfrequenz der Piezoelemente liegt. Wählt man beispielswelse 700 Hz, dann beträgt die Dauer einer Schwingung 1,4 msec. In der zur Verfü gung stehenden Zeitspanne von 20 msec. wäre somit eine Beseitigung der Hystereseeffekte mit ca. 14 Schwingungen möglich. Der exakte Verlauf des Abklingvorganges (Verlauf der Einhüllenden der abklingenden Rechteckspannung) richtet sich nach den physikalischen Eigenschaften des jeweils verwendeten Aktuatormaterials. Es ist in jedem Fall darauf zu achten, dass die Amplitude der letzten Rechteckschwingung hinreichend klein gewählt wird. Bei einigen neueren Entwicklungen im Videobereich (z. B. Kamerarecorder) werden immer kleinere Kopfräder verwendet und es liegt eine Überumschlingung des Magnetbandes um das Kopfrad vor. Demzufolge werden die Nichteintauchphasen der Kopf-Piezoelement Einheiten und damit die zum Beseitigen der Hystereseeffekte zur Verfügung stehenden Zeitintervalle kleiner. Auch werden bei einigen neueren Trends die Zeitintervalle, in denen Spannungen (insbesondere Gleichspannungn) an den Piezoelementen anliegen, und/oder die Amplituden der an die Piezoelemente angelegten Spannungen grösser. Dies kann eine Desensibilisierung der Piezoelemente gegenüber der angelegten Spannung zur Folge haben, d. h. die Piezoelemente können dann, wenn über einen längeren Zeitraum eine hohe Gleichspannung--an ihnen anliegt-, gegenübn der angelegten Spannung unempfindlich werden, so dass Spurfehler entstehen. Auch dieser Nachteil wird durch eine Beseitigung der Hystereseeffekte nach der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise vermieden.

Claims: ANORDNUNG ZUR SPURNACHFÜHRUNG IN VIDEORECORDERN UNTER VERWENDUNG VON PIEZOELDIENTEN PATENTANS PRUCH Anordnung zur Spurnachführung in Videorecordern mit einem rotierenden Kopfrad, wobei die Magnetköpfe an Piezoelementen befestigt sind und jeder Kopf während einer Vollumdrehung des Kopfrades eine Bandeingriffphase und eine Nichteingriffphase hat, und wobei an das Piezoelement eines Kopfes, der gerade im Bandeingriff steht, eine Spannung angelegt wird, die den Kopf auf der vorgesehenen Spur hält, und wobei an das Piezoelement eines Kopfes, der gerade nicht im Bandeingriff steht, eine abklingende Wechselspannung zur Beseitigung von Hystereseeffekten des Piezoelementes angelegt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: : - die abklingende Wechselspannung ist rechteckförmig und - die Frequenz der abklingenden Wechselspannung zur Beseitigung von Hystereseeffekten des Piezoelemen tes liegt knapp unterhalb der mechanischen Reso nanzfrequenz des Piezoelementes.

Inventors: KOTTER, KARL-HEINZ
Applicants: GRUNDIG E.M.V. ELEKTRO-MECHANISCHE VERSUCHSANSTALT MAX GRUNDIG HOLLAND. STIFTUNG & CO. KG.
Application year: 1984
Main classification: G11B5
IPC codes: G11B5