DE2741217C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Magnetkopfs auf eine Spur eines magnetischen Spei­ chermittels mit einem an einem seiner Enden eingespannten und an seinem gegenüberliegenden freien Ende den Magnet­ kopf tragenden piezoelektrischen Biegeelement, dessen freies Ende durch Anlegen von Ablenkspannungen an das Biegeelement quer zur Spur auslenkbar ist.

Bei einer aus der DE-OS 25 52 784 bekannten Anordnung dieser Art wird zur Korrektur von seitlichem Versatz des Magnetkopfes gegenüber der Spur auf dem magnetischen Speichermittel der Magnetkopf durch Anlegen von Ablenk­ spannungen an das Biegeelement entsprechend weit in Querrichtung zur Spur ausgelenkt. Dabei können Lagefehler auftreten, insbesondere Winkelfehler. Zu diesen Winkel­ fehlern zählt der Zenitfehler, der den Winkel zwischen dem Speichermittel und der Abtastfläche des Magnetkopfes angibt und der mit zunehmender Auslenkung des Magnetkopfs an­ wächst. Zenitfehler führen zu einer Abschwächung des Abtastsignals aufgrund der mit zunehmender Trennung zwischen Kopf und Aufzeichnungsträger abnehmenden Signalkopplung. Daneben können auch Azimutfehler auftre­ ten, die die (in der Speichermittelebene liegende) Win­ kelabweichung des Magnetkopfs von seiner Sollage mit quer zur Längsrichtung der Aufzeichnungsspur verlaufendem Magnetkopfspalt angibt. Azimutfehler verringern die Signalqualität insbesondere bei kurzen Wellenlängen. Ein weiterer möglicher Lagefehler besteht darin, daß sich bei einer Krümmung des Biegeelements dessen effektive Länge zwangsläufig verringert, was zu einer Abstandsvergrößerung zwischen dem Magnetkopf und dem magnetischen Speichermit­ tel führt.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, bei einer Vorrich­ tung der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln die Behebung von Lagefehlern des ausgelenkten Magnetkopfs zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Biegeelement mindestens zwei voneinander unabhängig auslenkbare Abschnitte aufweist.

Durch entsprechende Anordnung der voneinander unabhängig auslenkbaren Abschnitte läßt sich bei entsprechender elektrischer Beschaltung ohne weitere, z. B. feinmecha­ nische, Maßnahmen eine Beseitigung der genannten Fehler erreichen. Azimutfehler lassen sich durch in Breitenrich­ tung des Biegeelements nebeneinander angeordnete, vonein­ ander unabhängig auslenkbare Abstände kompensieren. Der Einfachkrümmung des ausgelenkten Biegeelements wird also eine schwache Torsionskrümmung überlagert. Zur Beseitigung von Zenitfehlern werden in Längsrichtung des Biegeelements nebeneinander angeordnete, voneinander unabhängig aus­ lenkbare Abschnitte eingesetzt. Man erhält also die Überlagerung wiederum einer einfachen Abbiegung (mit zur Plattenebene des Biegeelements paralleler Krümmungsachse) mit einer S-förmigen Zusatzkrümmung. Schließlich läßt sich bei Einsatz von drei oder mehr in Längenrichtung neben­ einander angeordneten Abschnitten eine genau rechtwinkelige, seitliche Bewegung des Kopfes bei seiner Auslenkung über die Spur erreichen. Hierbei wird der Einfachkrümmung des Biegeelements eine mehrfach S-förmige Krümmung überlagert. Es wird aber bei einem während des Betriebes in der einen oder anderen Richtung mehr oder weniger stark (einfach) gekrümmten Biegeelement eine Feinjustierung der Lage des am freien Ende des Biegeele­ ments angebrachten Magnetkopfs erreicht, und zwar mit Hilfe der überraschend einfachen Maßnahme einer Untertei­ lung und entsprechenden Beschaltung des Biegeelements in voneinander unabhängig auslenkbare Abschnitte.

Die Zeitschriftenstelle "Journal of Scientific Instruments (Journal of Physics E) 1968, S. 352" befaßt sich damit, wie ein Rahmen in Richtung parallel zur Oberseite eines Trägers und senkrecht zur Blattebene von Rahmen und Träger verbindenden piezoelektrischen Elementen feinstufig verlagert werden kann. Verwendet man herkömmliche piezo­ elektrische Biegeelemente, so ergibt sich keine Verlage­ rung des Rahmens in diese Richtung, da sich die beidendig eingespannten Biegeelemente symmetrisch zu einer horizon­ talen Mittelebene zwischen Träger und Rahmen verformen. Es ergibt sich lediglich eine geringfügige Absenkung des Rahmens. Die Lehre dieser Druckschrift besteht nun darin, daß man die doppelte Krümmung der üblichen metallischen Blattfedern, die durch die piezoelektrischen Biegeelemente ersetzt werden sollen, nachbildet. Hierzu wird durch entsprechende Unterteilung der Biegeelemente mit entspre­ chender Spannungsbeaufschlagung eine angenähert S-förmige Krümmung erreicht. Der Rahmen verschiebt sich dann in der gewünschten Weise gegenüber dem Träger. Die in den Träger bzw. den Halter eingespannten Endabschnitte jedes Biege­ elements verändern ihre Raumorientierung bei der Auslenk­ bewegung des Biegeelements in keiner Weise. Die Problema­ tik der Korrektur von Lagefehlern eines an einem Endab­ schnitt eines Biegeelements angeordneten Magnetkopfs gegenüber dem anderen, eingespannten Endabschnitt, stellt sich hier nicht.

Gemäß Anspruch 2 können die unabhängig voneinander aus­ lenkbaren Abschnitte in zum Abstand zwischen Einspannende und freiem Ende des Biegeelements paralleler Richtung nebeneinander angeordnet sein, so daß man eine S-förmige Krümmung des Biegeelements erhalten kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann gemäß Anspruch 2 auch eine Anord­ nung der Abschnitte in hierzu senkrechter Richtung vorge­ sehen sein, so daß man eine Verwindung des Biegeelements um eine zum genannten Abstand parallele Verbindungsachse erhält. Gemäß Anspruch 8 kann das Biegelement auch mehr als zwei in zum Abstand zwischen Einspannende und freiem Endes des Biegeelements paralleler Richtung nebeneinander angeordnete Abschnitte aufweisen, so daß bei entsprechen­ der Ansteuerung der Abschnitte man eine lineare seitliche Magnetkopfbewegung (ggf. ohne Abstandsänderung zum magnetischen Speichermittel) erhalten kann.

Die übrigen Unteransprüche befassen sich mit bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren am bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Kopftrommel eines Magnetbandgeräts,

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils der Anordnung in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Anordnung von links,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Konstruktion von rechts,

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Anordnung,

Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht von links eines Teils der in Fig. 3 gezeigten Anordnung für eine abgewandelte Ausführungsform mit mehreren Magnetköpfen,

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Teils eines Magnet­ bandes,

Fig. 9 eine verkleinerte Darstellung des Bandes nach Fig. 8 bei seiner Führung um eine Kopftrommel gemäß Fig. 1,

Fig. 10A und 10B Blockdiagramme von Ausführungsbeispielen zur Abtastung und Steuerung der Position eines Magnetkopfes relativ zu einem Aufzeichnungsträger,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Video-Magnetbandgeräts mit spiralförmiger Bandführung in vereinfachter Ansicht, wobei eine drehbare Kopftrommel und ein drehbarer Magnetkopf vorgesehen sind,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines Magnetkopfes,

Fig. 12A einen vergrößerten Querschnitt eines Teils der in Fig. 12 gezeigten Anordnung zur Erläute­ rung ihrer Schichtstruktur,

Fig. 13 ein Blockdiagramm eines Regelsystems zur Steue­ rung von Vibrationen eines piezoelektrischen Biegeelements mit Magnetkopf,

Fig. 14A und 14B graphische Darstellungen des Zusammenhangs zwischen Frequenz und Phase für die in einem Regel­ system nach Fig. 13 verwendete Anordnung,

Fig. 15 ein schematisches Diagramm des in Fig. 13 gezeig­ ten Regelsystems,

Fig. 16 bekannte Verfahren zur Auslenkung eines Biegeelements,

Fig. 17 ein verbessertes Verfahren zur Auslenkung eines Biegeelements,

Fig. 18B und 18C graphische Darstellungen der Spannung, die an ein Biegeelement in der Anordnung nach Fig. 18A anzulegen ist,

Fig. 19 ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Biegeelements, wenn das Auslenkungssignal keine Komponenten sehr niedriger Frequenz bzw. Gleichkomponenten enthält,

Fig. 20 ein Schaltschema zur Ansteuerung eines auslenkbaren Biegeelements entsprechend Fig. 18A,

Fig. 21A eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Ausrichten eines Magnetkopfes nach der Erfindung,

Fig. 21B einen vergrößerten Teilschnitt 21b-21b nach Fig. 21A,

Fig. 21C eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 21A einer anderen Ausführungsform,

Fig. 22 eine schematische Darstellung verschiedener Be­ wegungszustände beim Betrieb einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 23 eine schematische Darstellung verschiedener Be­ wegungszustände beim Betrieb einer anderen Aus­ führungsform einer Vorrichtung nach der Erfin­ dung,

Fig. 24 eine schematische perspektivische Dar­ stellung einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 25 eine schematische perspektivische Dar­ stellung einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 26A eine schematische Darstellung des Betriebes einer Vorrichtung, auf der die Erfindung aufbaut,

Fig. 26B eine schematische Darstellung des Betriebes einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 27 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 28 eine perspektivische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Die Erfindung besteht in einer Verbesserung einer Halte­ rung für einen elektromagnetischen Wandler (Magnetkopf), der durch die Halterung kontinuierlich positioniert werden kann, wobei eine Relativbewegung des Wandlers zu einem Auf­ zeichnungsträger (magnetisches Speichermittel) durchgeführt wird. Die Halterung kann bei vielen unterschiedlichen Aufzeichnungsarten einge­ setzt werden, beispielsweise bei der Magnettrommelauf­ zeichnung, der Magnetplattenaufzeichnung, der Magnet­ bandaufzeichnung in Datenverarbeitungsgeräten, Tonge­ räten und Meßgeräten und der Magnetbandaufzeichnung nach dem Segmentprinzip mit rotierendem Wandlerkopf zur breitbandigen Aufzeichnung von Daten- und/oder Fernseh­ signalen. Die Erfindung erweist sich jedoch als besonders vorteilhaft zur Segmentaufzeichnung von Datensignalen auf Magnetband mit einem oder mehreren Wandlerköpfen, die mit hoher Geschwindigkeit relativ zum Magnetband rotieren. Es wurden bereits viele unterschiedliche Aufzeichnungs­ formate entwickelt. Das Prinzip der Aufzeichnung von Video- oder anderen ähnlichen breitbandigen Signalen auf Magnetband, wobei das Magnetband spiralförmig um eine zylindrische Abtasttrommel herumgeführt wird, zeigt je­ doch viele beachtliche Vorteile hinsichtlich relativ einfachen Bandtransportantriebs und der Steuermechanismen, der erforderlichen elektronischen Einrichtungen, der Zahl der Wandlerköpfe und der Ausnutzung des Magnetbandes so­ wie des Bedarfs an Magnetband zur Aufzeichnung einer vor­ gegebenen Informationsmenge. Durch spiralförmige Führung des Bandes um einen rotierenden Abtastkopf kann ein ein­ ziger Wandlerkopf zur Reproduktion oder zum Lesen der Informationen verwendet werden, die auf dem Magnetband aufgezeichnet sind. Wird ein Einzelkopf bei spiralförmi­ ger Magnetbandführung verwendet, so stehen bekanntlich zwei Alternativen zur Bandführung zur Verfügung, die als "Alpha"-Führung bzw. als "Omega"-Führung bezeichnet wer­ den.

Die Alpha-Führung arbeitet derart, daß das Magnetband von einer Seite her zugeführt und vollständig um die Trommel herumgeführt wird, so daß es zur entgegengesetzten Seite hin abgeführt wird. Dieses Prinzip wird deshalb als Alpha-Führung bezeichnet, da es dem griechischen Buchsta­ ben Alpha (α) entspricht, wenn die Bandführung von oben betrachtet wird. Bei der Omega-Führung wird das Magnet­ band in radialer Richtung zur Trommel geführt und längs einer Führung an der Trommel vorbeigeführt, die es mit der Trommelfläche in Kontakt bringt, es spiralförmig um die Trommel herumführt und einer weiteren Führung zu­ führt, so daß es gleichfalls in radialer Richtung wieder von der Trommel abgeführt wird. Die Bandführung ent­ spricht dabei, von oben betrachtet, dem Verlauf des griechischen Buchstabens Omega (Ω). Beide Konfigurationen enthalten eine spiralförmige Führung, denn das Magnet­ band ist spiralförmig um die Abtasttrommel herumgeführt, und es wird von der Trommeloberfläche an einer gegen­ über dem Zuführungspunkt in axialer Richtung versetzten Stelle wieder abgeführt. Ist die Trommel vertikal ausge­ richtet, so verläßt das Magnetband die Trommeloberfläche an einer gegenüber der Zuführungsstelle entweder höheren oder niedrigeren Stelle. Die Video-Informationssignale sind auf diskreten, zueinander parallelen Spuren aufge­ zeichnet, die unter einem Winkel relativ zur Längsrich­ tung des Magnetbandes angeordnet sind, so daß eine Spur­ länge erreicht werden kann, die die Breite des Magnet­ bandes bei weitem übersteigt. Die winklige Ausrichtung der Aufzeichnungsspuren hängt von der Geschwindigkeit des Magnetbandes bei seinem Transport um die Abtast­ trommel und von der Drehgeschwindigkeit der Abtast­ trommel selbst ab. Der resultierende Winkel ändert sich deshalb abhängig von den relativen Geschwindigkei­ ten der Abtasttrommel und des an ihr transportierten Magnetbandes.

Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der spiralförmigen Omega-Bandführung beschrieben, sie kann jedoch in gleicher Weise auch auf eine spiralförmige Alpha-Bandführung angewendet werden. Ferner wird die Erfindung im folgenden in Verbindung mit einer 360°- Omega-Bandführung beschrieben (wobei das Magnetband die Abtasttrommel im Hinblick auf besondere Anforderungen der Bandzuführung und -abführung nicht über volle 360° be­ rührt), jedoch kann die Erfindung in gleicher Weise auch auf Bandaufzeichnungsgeräte angewendet werden, bei denen das Magnetband über weniger als 360° um die Abtasttrommel geführt ist, beispielsweise über 180°, wobei mehr als ein Abtastkopf vorgesehen ist. Außerdem kann die Erfin­ dung auch bei Anordnungen eingesetzt werden, in denen die Abtasttrommel sich in beiden Drehrichtungen bewegt und das Magnetband entweder über oder unter dem Aus­ trittsweg zugeführt und dann in beiden möglichen Rich­ tungen um die Abtasttrommel herumgeführt werden kann. Kopfdrehung, Bandtransport­ richtung und Bandführungsart, d. h. Einführung des Bandes über oder unter dem Austrittsweg können in bis zu acht unterschiedlichen Konfigurationen verwirklicht werden, von denen lediglich eine im folgenden erläutert wird und durch die Richtung der Pfeile 19 in Fig. 9 darge­ stellt ist.

In Fig. 1 ist ein elektromagnetischer Wandler 11 (Magnetkopf) dargestellt, der zur Aufzeichnung und nachfolgenden Lesung einer Informationsspur dient, die auf einem relativ zu ihm beweglichen Aufzeichnungsträger (magnetischen Speichermittel) vorgesehen ist. Die Halterung für den Kopf 11 er­ möglicht eine genaue, kontinuierliche Positionierung des Kopfes und kann vorteilhaft in vielen unterschied­ lichen Arten von Aufzeichnungsgeräten eingesetzt wer­ den. Die Konstruktion eignet sich jedoch besonders zur fehlerfreien Positionierung der Köpfe von Aufzeich­ nungs- und Wiedergabemaschinen, die mit spiralförmiger Bandführung arbeiten und in denen große Kräfte auf die Köpfe einwirken, welche unerwünschte Verlagerungen der Köpfe relativ zum drehbaren Kopfträger verursachen können. Daher wird im folgenden eine Maschine mit spi­ ralförmiger Bandführung im Wiedergabebetrieb erläutert, und Fig. 1 zeigt ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung, die mit einem einzigen Wand­ ler arbeitet. Die Erfindung ist jedoch auf die spiral­ förmige Bandführung nicht beschränkt, da sie vorteil­ haft auch bei anderen Einrichtungen eingesetzt werden kann. Bevor jedoch die einzelnen Merkmale der Erfin­ dung beschrieben werden, soll zunächst die in Fig. 1, 3, 8 und 9 gezeigte spiralförmige Bandführungseinrich­ tung in Verbindung mit den dabei auftretenden Spur­ problemen erläutert werden.

Der Kopf 11 kann auf einer separaten Halterung befestigt sein, die einen Trommelträger zur koaxialen Drehung zwischen zwei stationären Führungstrommeln, allgemein zylindrischen Trommeln, oder auf einer Halterung ent­ hält, die hier als eine drehbare obere Führungstrommel 13 dargestellt ist, der eine stationäre untere Führungs­ trommel 15 (Fig. 9) zugeordnet ist. Ein Magnetband 17 ist spiralförmig in einer Omega-Konfiguration über einen Winkel von praktisch 360° um die Trommeln 13 und 15 herumgeführt, so daß es mit dem Kopf 11 abgetastet werden kann. Das Magnetband 17 wird mit nicht darge­ stellten, jedoch bekannten Vorrichtungen geführt, gespannt und bewegt (Pfeile 19), so daß der an der Trommel 13 ge­ haltene Kopf 11, der sich entgegengesetzt zur Richtung des Bandtransportes um die Bandführungstrommeln in der Richtung 21 dreht, eine Folge quer zum Band geneigter Spuren 23 abtastet, von denen in Fig. 8 nur eine darge­ stellt ist. Aus Fig. 8 ist zu ersehen, daß ein Punkt 25 des Magnetbandes sich zur Position 27 bewegt, während der Kopf 11 das Band zwischen den Punkten 29 und 25 ab­ tastet. Der resultierende Weg des Bandes (als "Spur" be­ zeichnet) ist die Linie 23 von dem Punkt 29 zum Punkt 25. Die Linie 23 kann auch als "Richtung der Relativbewegung" zwischen dem Kopf 11 und dem Band 17 bezeichnet werden. In der Praxis kann die Linie oder Spur 23 leicht S-förmig sein, die Gründe hierfür haben jedoch keinen Zusammenhang mit der Erfindung. Deshalb ist die Spur 23 geradlinig dar­ gestellt. Wenn der Kopf 11 sich in der mit der Bandführungs­ richtung um die Trommeln 13 und 15 übereinstimmenden Rich­ tung dreht, so bewegt sich der Punkt 27 des Bandes zu der Position 25, während der Kopf 11 das Band zwischen dem Punkt 29 und dem Punkt 27 abtastet. Die Linie 23′ wird dann die resultierende Spur. Diese Änderung der Spur­ position ändert jedoch nicht die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung.

Wie bereits ausgeführt, wird das Band unter Spannung ge­ führt, so daß die Aufzeichnung mit dem empfohlenen Standardwert der Längsspannung erfolgt, wobei eine ge­ wisse Banddehnung auftritt. Wenn das Band zur Wiedergabe mit einer anderen Bandspannung durch Fehler des Spann­ mechanismus oder durch unvermeidliche Änderungen der Mechanismen zwischen unterschiedlichen Maschinen abge­ spielt wird, so sind die Länge, die Geradlinigkeit und die Neigung der Spur 23 geändert, und der Kopf 11 folgt dann nicht genau der Spur, was zu unerwünschten Ände­ rungen der Amplitude des Wiedergabesignals sowie zu ande­ ren Problemen führt. Ein ähnlicher Effekt ergibt sich, wenn die genaue vorgegebene Bandspannung bei der Wieder­ gabe zwar vorhanden ist, das Magnetband jedoch geschrumpft oder verlängert ist, was auf Änderungen atmosphärischer oder lagerungstechnischer Bedingungen, beispielsweise der Temperatur oder der Luftfeuchte, zurückzuführen ist. Fer­ ner können unregelmäßige Bandkanten und Unterschiede in der Kantenführung von Maschine zu Maschine auftreten, was wiederum zu Unregelmäßigkeiten bei der Spurführung oder Abtastung führt.

Der Kopf 11 ist auf einem auslenkbaren Biegeelement extrem ge­ ringer Masse befestigt, so daß er schnell seitlich zu einer vorgegebenen Spur bewegt werden kann, beispiels­ weise zu einer Aufzeichnungsspur eines magnetischen Auf­ zeichnungsträgers, während der Kopf gleichzeitig mit seiner gesamten Halterung oder auch der Aufzeichnungsträ­ ger oder beide Elemente derart bewegt werden, daß eine Relativbewegung zwischen dem Kopf und der Aufzeichnungs­ fläche in Richtung der vorgegebenen Spur erfolgt. In die­ sem Zustand tastet der Kopf die vorgegebene Spur ab. Ge­ mäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die auslenkbare Befestigung aus einer dünnen Blattfeder, die in einer Ebene liegt, welche normal zu einer Ebene ange­ ordnet ist, die die Aufzeichnungsfläche am Berührungs­ punkt des Kopfes tangiert und parallel zur Richtung der Relativbewegung liegt.

Aus Fig. 9 geht hervor, daß der Kopf 11 an dem unteren Teil der Trommel 13 befestigt ist. Die Darstellung nach Fig. 1 ist daher eine Ansicht der Trommel 13 von der Unterseite in Aufwärtsrichtung entsprechend den Pfeilen 1-1 in Fig. 9 und 3. Die Ansichten nach Fig. 2 und 3 sind gleichfalls so gewählt, daß die Trommel 13 unten und die Trommel 15 oben liegen, um das Verständnis der folgenden Beschreibung zu erleichtern.

Der Kopf 11 ist extrem klein und von geringer Masse (in der Größenordnung von 100 mg) und besteht aus zwei Pol­ stücken 31 und 33, die einander an einem nicht magneti­ schen Wandlerspalt 35 gegenüberstehen, in dessen Bereich Signale auf das Magnetband aufgezeichnet und/oder von ihm gelesen werden. Der Spalt 35 ist mit seiner Spaltbreite parallel zur Richtung 21 der Bewegung der Trommel 13 relativ zum Magnetband 17 ausgerichtet. Es ist darauf hinzuweisen, daß auf dem Gebiet der elektromagnetischen Informationsaufzeichnung die "Breite" eines Spalts die Abmessung von Polfläche zu Polfläche in Richtung der relativen Aufzeichnungsbewegung ist. Üblicherweise ist die "Länge" des Spaltes quer zur Relativbewegungsrich­ tung und parallel zur Aufzeichnungsfläche ausgerichtet; die "Tiefe" des Spaltes liegt normal zur Aufzeich­ nungsfläche. Die Signale werden über Wicklungen 37 und Lei­ tungen 28 dem Kopf 11 zugeführt oder von ihm abgeführt. Sie werden zwischen dem Kopf 11 und der Aufzeichnungs­ fläche, die am Spalt 35 vorbeigeführt wird, über einen Kopplungsweg wirksam, der zwischen den beiden Polstücken 31 und 33 über die Aufzeichnungsfläche in Richtung der Relativbewegung und damit über die vorgegebene Spur auf der Aufzeichnungsfläche verläuft.

Um die Spurbewegung des Kopfes 11 quer (Pfeile 39) zur Richtung 21 der Bewegung der Trommel 13 zu verwirklichen, ist der Kopf 11 beispielsweise mit einem Epoxykleber auf einer flachen Seite eines Positionierungselements be­ festigt, das ein dünnes, auslenkbares Federelement 41 umfaßt, welches im dargestellten Ausführungsbeispiel ein piezoelektisches, keramisches Biegeelement ist. In dem im einzelnen noch zu beschreibenden Ausführungs­ beispiel der Erfindung umfaßt das positionierbare Ele­ ment ein einenends befestigtes piezoelektrisches, keramisches Biegeelement, das unter verschiedenen Typen­ bezeichnungen handelsüblich ist. Wie aus Fig. 6 deut­ licher hervorgeht, ist das Federelement 41 aus zwei piezoelektrischen keramischen Teilen 42 und 43 zusammen­ gesetzt, die zwischen Elektrodenelementen (Nickel oder Silber) 49, 49 A, 51 oder 51 A zusammengehalten sind und leitfähig beispielsweise mit Epoxyschichten 44 und 45 mit den beiden Seite einer Messingfahne 47 verbunden sind. Die keramischen Teile 42 und 43 sind bei ent­ sprechendem Zuschnitt mit ihren Polarisationsachsen vertikal ausgerichtet (d. h. parallel zu den Pfeilen 39 nach Fig. 2). Wie in der Biegetechnik bekannt, können die Polarisationsrichtungen der Keramikteile entweder übereinstimmen oder einander entgegengesetzt sein, was von der Ansteuerung der Elektroden 49, 51 und der Messingfahne 47, die gleichfalls als Elektrode verwend­ bar ist, abhängt.

Zu Schutzzwecken ist das Federelement 41 in einem offenen Gehäuse 59 befestigt, das einen Grundteil 61 und eine Abdeckung 63 umfaßt, die zwei Seitenwände 65 aufweist, welche auf Kanten 67 des Grundteils aufsitzen. Das Federelement 41 ist zwischen den beiden elektrisch isolierenden Ab­ standselementen 69 mittels eines Bolzens 71 festgehal­ ten, der durch die Abdeckung 63, das Federelement 41 und die beiden Abstandselemente 69 geführt und in den Grundteil 61 eingeschraubt ist. Der Bolzen 71 ist gegenüber dem Federelement 41 mit einem elektrisch iso­ lierenden Ring 73 isoliert, der zwischen den Abstands­ elementen 69 liegt. Zum Zugang zum Kopf 11 und den Lei­ tungen 38 ist die Abdeckung 63 kürzer als der Grundteil 61 und hat einen oberen Schlitz 75. Die Leitungen 38 haben Anschlüsse 77, die auf der oberen Innenseite der Abdeckung 63 befestigt sind. Da das Federelement 41 eine geringe Masse haben soll, kann eine Dämpfung er­ forderlich oder erwünscht sein. Hierzu sowie für eine geringere Resonanzfrequenz des Federelements 41 und zur Verwirklichung von Anschlägen oder Versteifungen können die Abdeckung 63 und der Grundteil 61 mit so­ genannten Dämpfungsgummis 79 und 81 versehen sein, die Aufschläge ohne sofortiges Rückprellen absorbieren (siehe auch Fig. 4). Diese Dämpfungsgummis verhindern unerwünschte Bewegungen des gehaltenen Kopfes 11, durch die Fehler bei der Aufzeichnung und/oder Wiedergabe von Signalen auftreten könnten.

Leitungen 53, 55 und 57 führen von den Elementen 49, 47 und 51 zu einer Spannungsquelle, die ein elektrisches Feld an den Elementen erzeugt, und können die in Fig. 6 gezeigte Form haben. Hierbei ist eine Ecke einer jeden Schicht 49, 42 und 44 des inneren Endes der Feder weg­ geschnitten, so daß eine Lötstelle 83 zur Befestigung der Leitung 55 an der Messingelektrode 47 vorgesehen sein kann, während die Leitungen 53 und 57 mit den Elektroden 49 und 51 verlötet sind. Diese Anordnung er­ fordert jedoch eine gewisse Längenausdehnung 85 (Fig. 2) der Elektroden und damit der Feder 41 auf der Innenseite der Abstandselemente 69, die dem Kopf 11 abgewandt ist. Um zu verhindern, daß eine solche Verlängerung 85 auf harmonische Schwingungen des Trommelantriebs und anderer externer Schwingungsquellen anspricht und die feine Steuerung der Bewegung des Federelements 41 stört, ist die gesamte Verlängerung 85 zwischen dem Grundteil 61 und der Abdeckung 63 gemäß Fig. 3 und 5 vergossen.

Hierbei ist das nicht leitfähige Vergußmaterial (bei­ spielsweise Epoxyharz) mit 87 bezeichnet. Die Abdeckung 63 und der Grundteil 61 können so ausgebildet sein, daß sie zu diesem Zweck eine vergrößerte Vergußkammer 89 bilden.

Das zusammengesetzte Federelement 41 und das Gehäuse 59 sind auf der Trommel 13 gemäß der Darstellung in Fig. 1 und 3 befestigt. Die Trommel 13 ist mit einem zylindri­ schen Umfangsflansch 91 und einem mittleren radialen Steg 93 versehen. Da die Trommel nur einen Kopf 11 ge­ mäß der 360°-Bandführung trägt, sind der Trommelsteg 93 und ein Teil des Flansches 91 ausgespart und bilden eine Öffnung 95 zum Ausgleich der Masse des Kopfes 11 sowie seiner Befestigung. Ein Träger 97 ist als Brücke über der Öffnung 95 mit Bolzen 99 befestigt. Der Grund­ teil 61 ist auf dem Träger 97 mit einem Bolzen 101 be­ festigt, wobei er auf die Umfänge der Trommeln 13 und 15 ausgerichtet ist, jedoch über diese Umfänge nicht hinausragt. Die Spitze des Kopfes 11 ragt jedoch durch den ausgeschnittenen Teil 103 des Flansches 91.

Zur optimalen Leistung werden die Abmessungen und Proportionen des Federelements 41 sorgfältig dem jewei­ ligen Anwendungszweck angepaßt. Das Federmaterial ist in verschiedenen Standarddicken handelsüblich und kann auf die gewünschte Länge und Breite zugeschnitten wer­ den. Die Auswahl der Abmessungen und Proportionen erfolgt abhängig von den vorgegebenen Federwerten der Auslenkungs­ empfindlichkeit, des Auslenkungsbereiches und des Ansprech­ bereichs, der Resonanzfrequenz, der vorgegebenen Genauig­ keit der Federbewegung sowie der Stabilität, so daß das freie Ende des Federelements 41 längs einem vorgegebenen Weg bewegt werden kann, der die gesteuerte Verlagerung des Magnetkopfes 11 in einer Richtung relativ zum Magnet­ band 17 zur Folge hat, wodurch der Spalt 25 des Kopfes 11 quer zur Zeitachse von Signalen bewegt wird, die auf dem Magnetband 17 aufgezeichnet sind. Andererseits wird das Federelement 41 auch gegenüber Bewegungen stabil ge­ halten, die jegliche größere Bewegung des Spaltes 25 des Kopfes 11 insbesondere mit einer Komponente in Rich­ tung der Zeitachse zur Folge haben könnte, wodurch un­ erwünschte Zeitfehler bei der Aufzeichnung und/oder Wie­ dergabe von Signalen auftreten könnten. Eine Längsverla­ gerung des freien Endes der Feder tritt zwar in Richtung der Federlänge auf, wenn eine Auslenkung quer zur Zeit­ achse erfolgt, diese hat jedoch keine Auswirkung auf die Signalkopplung zwischen dem Magnetband und dem Kopf, was mindestens teilweise darauf zurückzuführen ist, daß bei einer Einrichtung nach der Erfindung die Speisespannung dem Federelement 41 so zugeführt wird, daß die Stirn­ fläche des Kopfes 11 parallel zum Magnetband 17 gehalten wird, während der Kopf 11 quer zur Zeitachse ausgelenkt wird. Dadurch wird eine Neigung des Spaltes 25 relativ zum Band 17 und eine Trennung der Stirnfläche des Kopfes 11 vom Band 17 bei der Querauslenkung des Kopfes 11 ver­ hindert.

In den Ausführungsbeispielen der Grundeinrichtung nach der Erfindung ist ein Federelement mit einer Länge L von 2,4 cm vorgesehen, und das freie Ende dieser Feder bewegt sich bei einer typischen Auslenkung von ±0,024 cm um weniger als 0,0001 cm. Bei Maschinen, die mit spiral­ förmiger Bandführung arbeiten, liegt die Zeitachse von auf dem Magnetband 17 aufgezeichneten Signalen auf dem Weg, der von dem Kopf 11 abgetastet wird und in Fig. 8 durch die Linie 23 dargestellt ist. Das Federelement 41 soll ein derartiges Verhältnis seiner Länge L (gemessen von den Ab­ standselementen 69 zum freien Federende am Kopf 11) zur Breite W haben, daß das Federelement 41 stabil gegen jede Bewegung in Richtung der Breite W oder gegen jede Drehbewegung um die Länge-Breite-Ebene gehalten wird. Eine solche Bewegung könnte eine unerwünschte Verlagerung des Kopfes 11 mit einer Komponente in Rich­ tung der Zeitachse oder Linie 23 zur Folge haben. Be­ sonders zu vermeidende unerwünschte Verlagerungen sind solche, die unannehmbare Azimut- und Zeittaktfehler bei der Aufzeichnung und Wiedergabe von Signalen hervorrufen können. Für Signale im Farbfernseh-Videofrequenzbereich sollte eine Verlagerung in Richtung der Zeitachse oder Linie 23 auf weniger als 0,13 µm beschränkt sein, um solche Fehler zu vermeiden. Andererseits sollte das Länge- Breiten-Verhältnis nicht so klein sein, daß der mögliche Bereich der Kopfverlagerung unerwünscht eingeschränkt wird, wenn eine Speisespannung zur Steuerung der Verlage­ rung des Federelements 41 innerhalb praktischer Bereiche angewendet wird. Bei einem Kopfverlagerungsbereich von beispielsweise ±0,025 cm ist ein Länge-Breitenverhältnis von 2 am besten geeignet. Wenn dieses Verhältnis erhöht wird, wird das Federelement 41 in Richtung seiner Breite geschwächt und kann gegebenenfalls eine Bewegung in einer Richtung durchführen, die eine Komponente längs der Zeitachse oder Linie 23 hat, wodurch unerwünschte Azimut- und Zeittaktfehler erzeugt werden. Wird das Verhältnis verringert, so wird das Federelement 41 in Richtung seiner Breite steifer. Die Speisespannung muß jedoch für eine vorgegebene Kopfverlagerung eventuell auf unpraktische Werte erhöht werden, insbesondere für diejenigen Verlagerungswerte, die zur Beibehaltung einer fehlerfreien Spur erforderlich sind, die durch die Er­ findung für spiralförmige Bandführung erreicht werden soll.

Die Dicke t des Federelements 41 ist in dem hier beschrie­ benen Ausführungsbeispiel so ausgewählt, daß eine gute Empfindlichkeit, also Auslenkung pro Speisespannungs­ einheit, eine ausreichend hohe Resonanzfrequenz oberhalb der Betriebsfrequenz des Federelements 41 , eine saubere Federbe­ wegung und eine gebräuchliche Spannungsgrenze für die vorgegebene maximale Auslenkung erzielt werden. Bei­ spielsweise ist für eine Betriebsfrequenz von bis zu 200 Auslenkungszyklen pro Sekunde in einem Bereich von ±0,025 cm eine Dicke in der Größenordnung von 3% der Breite des Federelements 41 geeignet. Feder­ elemente kleinerer Dicke haben eine größere Empfindlich­ keit, jedoch eine niedrigere Resonanzfrequenz. Wenn die Auslenkungsgeschwindigkeit sich der Resonanzfrequenz an­ nähert, zeigt die Auslenkung merkliche Änderungen gegen­ über der Auslenkung bei Frequenzen beiderseits der Resonanzfrequenz. Solche merklichen Änderungen machen die Steuerung der Position und damit die Spursteuerung des Federelements 41 zunehmend schwierig. Das Gegenteil ist der Fall bei Federelementen größerer Dicke, d. h. es ergeben sich eine verringerte Empfindlichkeit und höhere Resonanzfrequenz. Dickere Federelemente erfordern höhere Speisespannungen für eine vorgegebene Auslenkung bzw. Auslenkungsgeschwindigkeit. Torsionsauslenkungen, die unannehmbare Zeittakt- und Azimutfehler erzeugen, werden weiter gemindert, indem das Federelement 41 so aufge­ baut wird, daß es bei Anliegen eines elektrischen Fel­ des eine reine Biegebewegung durchführt. Eine solche Auslenkung wird dadurch verwirklicht, daß das Federele­ ment 41 über seine Länge eine gleichmäßige Dicke hat. Eine Gleichmäßigkeit von ±10% der Dicke ergibt eine ausgezeichnete Stabilität gegen unannehmbare Torsions­ auslenkungen.

Die Halterung nach der Erfindung zeichnet sich ferner durch eine sehr geringe Masse (in einem typischen Bei­ spiel 1,5 g) aus. Diese Konstruktion ist möglich, da ein einziges dünnes Blattfederelement 41 verwendet wird, an dem ein Magnetkopf 11 relativ vernachlässig­ barer Masse befestigt ist. Die geringe Masse der Halte­ rung ermöglicht die schnelle Auslenkung des Kopfes 11 bei genauer Steuerung, so daß er genau einer vorgegebenen Spur auf dem Magnetband 11 folgen kann. Ferner ist es möglich, die Halterung in Aufzeichnungs- und Wiedergabe- Maschinen einzusetzen, die mit Kopftrommeln arbeiten, beispielsweise in Maschinen mit spiralförmiger Bandfüh­ rung, wie sie üblicherweise kommerziell eingesetzt wer­ den.

In einem Ausführungsbeispiel wurde eine Halterung nach der Erfindung in einer Maschine mit spiralförmiger Band­ führung eingesetzt. Hierbei hatte das Federelement eine Dicke t von 0,05 cm und eine Länge L von 2,4 cm, wodurch sich eine Resonanzfrequenz von ca. 400 Auslenkungszyklen pro Sekunde ergab. Die Breite des Federelements betrug 1,27 cm, wodurch ausreichende Steifheit oder Stabilität in Richtung der Abtastung des Kopfes 11 am Magnetband 17 (oder der Zeitachse des aufgezeichneten Signals) er­ zielt wurde, wobei der Reibungseinfluß des Magnetbandes und die wiederholte extrem große Impulsänderung der auf den Kopf 11 einwirkenden Reibungskräfte zu berücksichti­ gen ist, wenn er in die jeweilige Abtastbewegung am Magnetband 17 eintritt bzw. aus ihr austritt. Insbe­ sondere ist ein Dreheffekt der Feder um ihre Längsachse zu verhindern, durch den eine Verkantung des Kopfes gegenüber dem Magnetband auftreten könnte. Die gewähl­ ten Abmessungen zeigten auch hinsichtlich einer Verkan­ tung zufriedenstellende Ergebnisse.

Für einige Anwendungsfälle kann es günstig sein, mehrere elektromagnetische Wandler (Magnetköpfe) auf der Halterung zu befesti­ gen. In Fig. 7 ist beispielsweise eine Anwendung gezeigt, bei der zwei Magnetköpfe 105 und 107 vorgesehen sind, die nach links bzw. nach rechts versetzt sind, um lau­ fend die Position eines einzelnen Aufzeichnungs- und Wiedergabekopfes 11 a relativ zu einer aufgezeichneten Spur zu überwachen und Informationssignale zu liefern, die zur Steuerung der Position des Kopfes 11 a dienen. Der einzelne Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf 11 a ist in der bereits für den Kopf 11 beschriebenen Weise mon­ tiert, während die Köpfe 105 und 107 auf den beiden Sei­ ten des Kopfes 11 a angeordnet, jedoch quer zur Richtung 21 a der Bewegung entgegengesetzt gestuft sind. Sie tasten somit nach links und nach rechts versetzte Zonen 111 und 113 ab, die die mittlere Zone 115 überlappen, welche dem zu erwartenden Bereich der Auslenkung des Kopfes 11 a entspricht. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, ist der Auf­ zeichnungs- und Wiedergabekopf 11 a direkt auf der Ober­ fläche der Blattfeder 41 a befestigt und tastet einen Auslenkungsbereich ab, der durch die mittlere Zone 115 dargestellt ist. Der nach links versetzte Kopf 105 ist auf einem Abstandselement 109 befestigt, das wiederum auf der Oberfläche der Feder 41 a befestigt ist. Seine Dicke ist geringer als die Breite des Kopfes 11 a, so daß der Kopf 105 über dem Kopf 11 a um einen Betrag ver­ setzt angeordnet ist, der geringer als die Breite des Kopfes 11 a ist. Der nach rechts versetzte Kopf 107 ist auf einer ausgesparten Befestigungsfläche 117 befestigt, die durch Abschneiden der Feder 41 a an der Ecke ähnlich der in Fig. 6 gezeigten Art gebildet ist. Die Befesti­ gungsfläche 117 ist unterhalb der Oberfläche der Feder 41 a um einen Betrag versetzt angeordnet, der der Dicke des Abstandselements 109 entspricht, so daß der Kopf 107 unter dem Kopf 11 a um einen Betrag versetzt ist, der kleiner als die Breite des Kopfes 11 a ist. Durch An­ ordnung der Köpfe 105 und 107 in vorstehend beschrie­ bener Weise relativ zum Aufzeichnungs- und Wiedergabe­ kopf 11 a überlappen die von den Köpfen 105 und 107 ab­ getasteten Spuren immer die Kanten der von dem Kopf 11 a abgetasteten Spur, während dieser über den zu er­ wartenden Bereich 15 ausgelenkt wird. Wenn die von dem Kopf 11 a abgetastete Spur aufgezeichnete Infor­ mationen enthält, so erzeugen die Köpfe 105 und 107 Informationssignale an den überlappenden Kanten der jeweiligen Spuren, wenn sie dem Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf 11 a folgen. Alternativ können die Köpfe 105 und 107 auch schmaler (d. h. quer zur Richtung 21 a der Bewegung) als der Kopf 11 a sein, so daß eine ge­ ringere oder keine Überlappung der beschriebenen Art auftritt. Die Köpfe 105 und 107 ragen jedoch vorzugs­ weise nicht seitlich über die Steuerspuren beiderseits der aufgezeichneten Spur hinaus, wenn der Kopf 11 a die­ ser Spur genau folgt. Somit lesen die Köpfe 105 und 107 normalerweise keine Teile der benachbarten Spuren. Die übrigen Teile der Halterung nach Fig. 7, beispielsweise das Gehäuse, die Kopfwicklungen, die Anschlußleitungen und die Versteifungen können ähnlich wie bei dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 1 bis 6 ausgebildet sein.

In Fig. 10A und 10B sind schematisch in Blockdarstellung Ausführungsbeispiele für Einrichtungen zur Auswertung der Position des Aufzeichnungs- und Wiedergabekopfes re­ lativ zu einer vorgegebenen Spur längs einer Aufzeich­ nungsfläche, beispielsweise einer aufgezeichneten In­ formationsspur, sowie zur Erzeugung eines Signals zur Betätigung des Auslenkungselements, beispielsweise zur Ansteuerung piezoelektrischer Elemente 42 und 43 zur Auslenkung und Steuerung der Position des Kopfes 11 bei seiner Abtastung der aufgezeichneten Spur dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10A wird für die in Fig. 1 bis 6 gezeigte Halterung angewendet. Das in Fig. 10B gezeigte Ausfüh­ rungsbeispiel dient zur Anwendung bei einer Halterung nach Fig. 7.

Bei dem in Fig. 10A gezeigten Ausführungs­ beispiel ist ein Oszillator 151 vorgesehen, der an seinem Ausgang ein Wechselsignal fester Frequenz liefert, welches dem Federelement 41 zugeführt wird und seine Vibration innerhalb eines Aus­ lenkungsbereichs verursacht. Die Frequenz und die Amplitude des Auslenkungsbereiches sind entsprechend den Anforderungen eingestellt, die bei der automatischen Abtaststeuerung auftreten. Vor der An­ kopplung des Wechselsignals an das Federelement 41 wird das Signal einem Eingang einer Additionsschal­ tung 152 zugeführt, in der es algebraisch mit einem Spannungssteuersignal summiert wird, das von einer ein­ stellbaren Spannungsquelle 153 abgegeben und einem zwei­ ten Eingang der Additionsschaltung zugeführt wird. Das summierte Wechsel- und Steuersignal am Ausgang der Additionsschaltung 152 wird über eine Leitung 154 den Leitungen 53 und/oder 57 zugeführt, so daß das Summen­ signal an der gesamten Blattfederkonstruktion anliegt.

Wenn das Summensignal an das Federelement 41 mit Referenz zur Messingfahne 47 anzuschalten ist, so ist die andere Elektrode 55 erforderlich. Eine der Elektroden, beispiels­ weise die Elektrode 51, die mit der Leitung 57 verbunden ist, dient als Bezugselektrode für das anliegende Summen­ signal.

Die Wechselkomponente des anliegenden Summensignals ver­ ursacht eine Vibration des Federelements 41 innerhalb des ausgewählten Bereichs, während der Kopf 11 so betrieben wird, daß er Signale längs der Spur 23 reproduziert. Die­ se Vibration verursacht eine Amplitudenmodulation der Einhüllenden des reproduzierten Signals. Wenn der Kopf 11 in der richtigen Spurposition in der Mitte der Spur 23 angeordnet ist, ist die Amplitudenmodulation des repro­ duzierten Signals ein Minimum und nimmt bis zu einem Maximum zu, wenn der Kopf 11 zur einen oder anderen Seite der Spurmitte hin ausgelenkt wird. Somit treten minimale Spitzenwerte der Signal-Hüllkurve auf, wenn der Kopf 11 durch die Spurmitte läuft, während größere Spitzenwerte der Hüllkurve auftreten, wenn der Kopf 11 zur einen oder anderen Seite der Spurmitte ausgelenkt wird. Befindet sich der Kopf 11 in der richtigen Spurposition, so ist die Frequenz der Hüllkurvenvariation doppelt so groß wie die Frequenz der Wechselsignalkomponente. Befindet sich jedoch der Kopf 11 auf einer der beiden Seiten der richtigen Spurposition, so tritt die Maximum-Minimum- Variation der Hüllkurvenamplitude einmal für jeden Zyklus der Wechselsignalkomponente bzw. mit der Frequenz des Wechselsignals auf, wobei die Reihenfolge des Auftretens von Maximum- und Minimumpunkten von der Seite der Spur­ mitte abhängt, zu der der Kopf 11 ausgelenkt wird. Die Auswertung der Reihenfolge des Auftretens der Maximum- und Minimum-Punkte liefert eine Information, die die Richtung des Kopfes 11 bei seiner Auslenkung gegenüber der Spurmitte angibt, und die Auswertung der Amplituden­ änderung der Hüllkurve liefert eine Information, die den Betrag der Auslenkung angibt.

Um diese Information der Spurversetzung zu erhalten, wer­ den die Leitungen 38 des Kopfes 11 mit dem Eingang eines Hüllkurvendetektors 156 verbunden. Dieser liefert ein Signal, daß die amplitudenmodulierte Hüllkurvenkomponente des reproduzierten Signals mit der Frequenz des Wechsel­ signals angibt. Dieses Signal wird einem Steuereingang eines Synchrondetektors 157 zum Phasen- und Amplituden­ vergleich mit dem Wechselsignal des Oszillators 151 zu­ geführt, das einem Steuereingang des Detektors 157 zu­ geführt ist. Dieser erzeugt abhängig von seinen Eingangs­ signalen ein Ausgangssignal, dessen Amplitude proportional dem Betrag ist, um den der Kopf 11 gegenüber der Spurmitte versetzt ist. Die Polarität gibt die Richtung der Verset­ zung an. Dieses Ausgangssignal wird dem Eingang der ein­ stellbaren Vorspannungsquelle 153 zur Einstellung des Spannungspegels des Steuersignals entsprechend der Amplitude und dem Vorzeichen des Ausgangssignals zuge­ führt. Die Vorspannungsquelle 153 spricht auf das Aus­ gangssignal so an, daß ein Steuersignal erzeugt wird, dessen Spannungspegel den Amplituden- und Vorzeichenände­ rungen des Ausgangssignals folgt, so daß das Federelement 41 so angesteuert wird, daß ausgewertete Spurversetzungen des Kopfes 11 bei Anliegen des summierten Steuer- und Wechselsignals ausgeglichen werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10B, das in Ver­ bindung mit der Halterung nach Fig. 7 verwendet wird, ist eine einstellbare Vorspannungsquelle 161 vorgesehen, die an ihrem Ausgang ein Steuersignal angibt, das über die Leitung 162 den Leitungen 53 a und 57 a zugeführt wird, so daß es wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10A an das gesamte Federelement 41 a angeschaltet wird. Die beiden Eingänge eines Differenzdetektors 163 werden mit den Signalen der Köpfe 105 und 107 gespeist. Der Differenzdetektor 163 vergleicht die mittleren Amplitu­ den der Hüllkurven der reproduzierten Signale und liefert ein Differenzsignal, dessen Amplitude pro­ portional dem Unterschied der mittleren Amplituden ist und dessen Vorzeichen angibt, welche der mittleren Ampli­ tuden die größte ist. Befindet sich der Kopf 11 a in der richtigen Position an der Mitte der Spur 23, so sind die mittleren Amplituden der von den Köpfen 105 und 107 re­ produzierten Signale gleich. Somit ist das Ausgangs­ signal des Differenzdetektors 0 bzw. es entspricht der vorgegebenen Spurposition für den Kopf 11 a. Wird der Kopf 11 a jedoch gegenüber der Spurmitte in Richtung des links versetzten Kopfes 105 (Fig. 7) verlagert, so ist die mittlere Amplitude der Hüllkurve des von dem Kopf 105 reproduzierten Signals proportional geringer, wäh­ rend diejenige des von dem Kopf 107 reproduzierten Signals proportional ansteigt. Das Gegenteil tritt auf, wenn der Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf 11 a gegen­ über der Spurmitte in Richtung des rechts versetzten Kopfes 107 verlagert wird. Die mittlere Amplitude der Hüllkurve des mit dem Kopf 107 erzeugten Signals nimmt dann proportional ab, während diejenige des mit dem Kopf 105 reproduzierten Signals proportional ansteigt. Der Differenzdetektor 163 spricht auf derart pro­ portional sich ändernde Signale an und erzeugt ein Differenzsignal, dessen Amplitude der Amplitudendiffe­ renz der Signalhüllkurven folgt, die mit den Köpfen 105 und 107 erzeugt werden, und dessen Vorzeichen davon ab­ hängt, welche der Hüllkurven die größte mittlere Ampli­ tude hat. Dieses Differenzsignal wird einem Eingang der einstellbaren Vorspannungsquelle 161 zugeführt, die den Spannungspegel des Steuersignals in Übereinstimmung mit der Amplitude und dem Vorzeichen des Differenzsignals einstellt, so daß bei Anlage des Steuersignals an dem Federelement 41 a dieses die ausgewerteten Spurver­ setzungen des Kopfes 11 a kompensiert.

Die Halterung wurde vorstehend insbesondere in bezug auf die Anwendung bei spiralförmiger Abtastung erläutert. Sie kann in gleicher Weise jedoch auch für andere Auf­ zeichnungssysteme angewendet werden, bei denen keine Magnetköpfe als Wandler vorgesehen sind. Ferner können andere Abtastungsarten der Aufzeichnungsträger, bei­ spielsweise Querabtastung, Magnetplatten und Magnet­ trommeln sowie in Längsrichtung mit Informationsspu­ ren versehene Magnetbänder vorgesehen sein. Für Querab­ tastung können der oder die Abtastköpfe in ähnlicher Weise auf der Abtasttrommel befestigt sein. Bei den Magnettrommeln und Magnetplatten ist die Halterung gut dazu geeignet, den Kopf gemäß scheinbaren Spurunregel­ mäßigkeiten zu führen, die durch Wellungen oder Auslaufen des Aufzeichnungsträgers bzw. durch exzentrische oder axial fehlausgerichtete Trommeln/Platten bzw. Fehlaus­ richtungen des Bewegungsmechanismus für den Abtastkopf verursacht sein können. Bei der Längsaufzeichnung er­ möglicht die Kopfhalterung, daß der Kopf scheinbaren Spurunregelmäßigkeiten folgt, die durch Fehlausrichtung der Bandführung oder des Kopfträgers oder einfach durch Wellungen der Bandkanten an fehlerfrei ausgerichteten Führungen verursacht sein können, wenn das Band nach der Aufzeichnung geschrumpft oder gedehnt ist. Für Parallel­ kanalaufzeichnung können mehr als ein Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf an einem einzigen Positionierelement vor­ gesehen sein.

In Fig. 11 ist eine Abtasttrommel 220 eines Videoband­ aufzeichnungsgeräts mit spiralförmiger Führung darge­ stellt, deren drehbarer Teil einen Lesekopf trägt, der aufeinanderfolgende Spuren auf einem Magnet-Videoband abtastet.

Die Abtasttrommel 220 hat zwei Trommelteile 222 und 224, um die ein Videoband 226 herumgeführt ist. Dieses Band 226 wird mit einem nicht dargestellten Transport in Rich­ tung der Teile A bewegt und gemäß einer spiralförmigen Linie um die Trommelteile 222 und 224 herumgeführt. Das Band 226 wird in festem Kontakt und in Ausrichtung auf die Trommelteile mit Führungsrollen 228 und 230 sowie durch die Spannung gehalten, die auf das Band von dem Transport ausgeübt wird.

Bei einem Videobandaufzeichnungsgerät mit spiralförmiger Führung laufen die Informationsspuren diagonal zur Längsrichtung des Bandes, und ein Teil einer solchen Spur 232 ist vergrößert in Fig. 11 dargestellt. Um die auf der Spur 232 aufgezeichneten Informationen auszuwer­ ten, ist ein Lesekopf 234 auf dem Trommelteil 222 be­ festigt, der in der Richtung des Pfeils B gedreht wird. Die Bewegung des Bandes 226 und die Drehung des Wandlers 234 bewirken einen Kontakt zwischen dem Wandler 234 und dem Band längs der Spur 232 und die Erzeugung eines elektrischen Signals, das den zuvor auf der Spur aufge­ zeichneten Informationen entspricht. Dieses elektrische Signal wird einer Signalverarbeitungsschaltung zugeführt, die in bekannter Weise arbeitet.

Der Genauigkeits-Grad, mit dem der Wandler 234 die auf der Spur 232 aufgezeichneten Informationen reproduzieren kann, hängt davon ab, wie genau der Wandler 234 der Spur 232 folgt. Im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Spurfüh­ rungsprobleme ist es günstig, die Augenblicksposition des Wandlers 234 relativ zur Spur 232 auszuwerten.

Wenn eine genaue Spurführung zwischen dem Lesewandler (Magnetkopf) und der Spur nicht vorliegt, wird hierbei ein Korrek­ tursignal einem auslenkbaren Halterungsarm zugeführt, beispielsweise einem bimorphen Element, auf dem der Lesewandler befestigt ist. Das Korrektursignal be­ wirkt eine Auslenkung des Haltearms, durch die der Wandler zur Spurmitte verlagert wird und die Spurfehler ver­ ringert werden.

Die Auslenkung eines Lesewandlers ist auch bei ande­ ren Videobandaufzeichnungsgeräten mit spiralförmiger Führung anzustreben, bei denen beispielsweise Spezial­ bewegungseffekte erzeugt werden. Bei solchen Geräten können langsame Bewegungen und andere Effekte in einer reproduzierten Bildszene erzeugt werden. Beispielsweise erfolgt eine Halbierung der Bewegungsgeschwindigkeit durch Verringerung der Bandtransportgeschwindigkeit auf die Hälfte der Normalgeschwindigkeit und durch zweimaliges Abtasten einer jeden Spur mit dem Lese­ wandler. Um eine Spur zweimal abzutasten, muß ein Lese­ wandler physikalisch auf den Beginn der Spur zurückge­ stellt werden, die wiederholt werden soll. Diese Rück­ stellung des Lesewandlers wird bei einem Ausführungs­ beispiel des zuvor genannten Videogeräts erreicht, in­ dem ein elektrisches Rückstellsignal dem auslenkbaren Haltearm zugeführt wird, auf dem der Lesewandler be­ festigt ist. Dadurch wird der Haltearm mit dem Wandler ausgelenkt, so daß der Wandler auf den Beginn der ge­ wünschten Spur zurückgesetzt wird. Das Rückstellsignal hat die Form eines elektrischen Impulses, der eine Vibration oder Schwingung des Haltearms hervorrufen kann. Solche Schwingungen müssen gedämpft werden, um eine genaue Ausrichtung zwischen Wandler und Band sicherzustellen.

Vibrationen des auslenkbaren Haltearms für den Wandler werden auch erzeugt, wenn der Wandler in Kontakt mit dem Band kommt bzw. vom Band getrennt wird. Beispiels­ weise in der Anordnung nach Fig. 11 fällt der Lese­ wandler 234 gewissermaßen ab, wenn er von dem Band 226 im Spalt zwischen den Führungsrollen 228 und 230 wäh­ rend jeder Trommeldrehung getrennt wird. Der Kontakt zwischen dem Wandler 234 und dem Band 226 wird wieder hergestellt, wenn der Wandler 234 die Rolle 228 bei der Drehung in Richtung des Pfeils B passiert.

Die in einem auslenkbaren Wandlerhaltearm erzeugten Vibrationen sind natürlich unerwünscht, da sie einen Spurfehler verursachen können. Dieser Spurfehler durch Vibrationen kann durch Auswertung der Vibrationen im auslenkbaren Haltearm minimal gehalten bzw. eliminiert werden durch Auswerten der Vibrationen im Haltearm und Anlegen eines Dämpfungssignals an den Haltearm zum Ausgleich der Vibrationen.

Eine auslenkbare Lesewandleranordnung, die auch eine Vorrichtung zur Auswertung von Vibrationen umfaßt, ist in Fig. 12 dargestellt und allgemein mit 236 be­ zeichnet.

An einem Ende dieser Anordnung 236 ist der Lesewandler 234 vorgesehen. Sein Signalausgang ist über Leitungen 238 mit zwei Wandlerausgangsklemmen 240 verbunden, von denen das Ausgangssignal des Wandlers einer Videoschal­ tung üblicher Art (nicht dargestellt) zugeführt wird.

Ein Haltearm 242 zur Haltung und Auslenkung des Wand­ lers 234 ist ein piezoelektrisches bimorphes Element (Biegeelement), welches sich durchbiegt, wenn ein Biegepotential ange­ schaltet wird. Dieses Element ist aus mehreren Schich­ ten aufgebaut, die miteinander verbunden sind, so daß es als ein piezoelektrischer Antrieb 243 arbeitet. Es umfaßt eine obere piezo-keramische Schicht (Platte) 244 und eine untere piezo-keramische Schicht (Platte) 246. Die ver­ schiedenen Schichten der Wandleranordnung 236 sind in Fig. 12A deutlicher dargestellt. Die piezo-kerami­ schen Elemente 244 und 246 sind beide mit einer ge­ meinsamen, elektrisch leitfähigen Unterlage (Trägerplatte) 248 ver­ bunden. Diese begrenzt die Bewegung des bimorphen Elements auf eine Biegebewegung abhängig von einem angeschalteten elektrischen Potential.

Um ein elektrisches Potential an die piezo-keramischen Elemente 244 und 246 anzulegen, sind elektrisch leit­ fähige Schichten (Elektroden) 250 und 252 vorgesehen, die die Außen­ flächen der beiden Elemente 244 und 246 bedecken. An­ schlüsse 254 und 256 (Fig. 12) sind elektrisch mit den Schichten 250 und 252 verbunden und ermöglichen die Anschaltung eines elektrischen Auslenkungspotentials. Die Unterlage 248 hat gleichfalls einen Anschluß 258 und bildet die Bezugselektrode für das anliegende Aus­ lenkungspotential. Das elektrische Potential zur Aus­ lenkung des Haltearms 242 wird an das piezo-keramische Element 244 zwischen den Anschlüssen 254 und 258 und an das piezo-keramische Element 246 zwischen den An­ schlüssen 256 und 258 angeschaltet.

Um den Haltearm 242 zwangsweise an seinem freien Ende 260 auszulenken, wo der Wandler 234 befestigt ist, ist er zwischen isolierenden Abstandselementen 264 montiert, die durch einen nicht dargestellten, durch eine Bohrung 266 geführten Bolzen gehalten werden.

Beim Betrieb werden geeignete Auslenkungspotentiale (Ablenkspannungen) an den beiden piezo-keramischen Elemente 244 und 246 über die Anschlüsse 254, 256 und 258 angeschaltet. Der Haltearm 242 biegt sich dann mit seinem freien Ende 260 durch und bewirkt eine Auslenkung des Wandlers 234, deren Richtung und Betrag von der Größe und der Polari­ tät der an die Anschlüsse 254, 256 und 258 angeschalte­ ten Potentiale abhängen.

In einigen Fällen muß ein piezo-elektrischer Antrieb nur ein piezo-keramisches Element aufweisen, das an einem Substrat befestigt ist. Beispielsweise kann ein solches einzelnes piezo-keramisches Element eine Deckfläche haben, die mit einer leitfähigen Schicht versehen ist, während die Bodenfläche an einer leit­ fähigen Unterlage befestigt ist, wodurch das Element verbogen wird, wenn ein elektrisches Potential an die Unterlage und die leitfähige Schicht angeschaltet wird. Sind jedoch große Auslenkungen erforderlich, wie es bei Videoband-Wandlern der Fall ist, so wird vorzugsweise ein Antrieb eingesetzt, der zwei piezo-keramische Ele­ mente 244 und 246 aufweist und in Fig. 12 dargestellt ist.

Zusätzlich zu einem piezo-elektrischen Antrieb 243 zur Auslenkung des Wandlers 234 enthält die Anord­ nung 236 ferner einen Auslenkungs- oder Vibrations­ sensor in Form eines piezo-elektrischen Generators 268. Dieser Generator 268 umfaßt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Randteil 270 des piezo- keramischen Elements 244, dessen Bodenfläche mit der Unterlage 248 in beschriebener Weise verbunden ist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß der Generator 268 auch durch einen Teil gebildet sein könnte, der in der Mitte des Elements 244 angeordnet ist. Der Generator 268 hat eine separate leitfähige Schicht 272, die die Teile 270 des Elements bedeckt. Die leit­ fähige Schicht 272 ist gegenüber der leitfähigen Schicht 250 über einen dielektrischen Spalt 274 elek­ trisch isoliert, so daß das Ausgangssignal des Gene­ rators 268 gegenüber dem an die leitfähige Schicht 250 angeschalteten Potential entkoppelt ist.

Der Generator 268 ist bei 276 eingespannt und hat ein frei auslenkbares Ende 278. Wenn Vibrationen oder Aus­ lenkungen des Antriebs 243 durch elektrische oder mechanische Impulse auftreten, so tritt auch eine entsprechende Auslenkung oder Vibration des freien Endes 278 des Generators 268 auf, wodurch zwischen der gemeinsamen Unterlage 248 und der leitfähigen Schicht 272 ein elektrisches Signal erzeugt wird, das den augenblicklichen Grad der Auslenkung des Antriebs 243 und damit des Wandlers 234 angibt.

In der vorstehenden Beschreibung des piezoelektrischen Antriebs und Generators wurde erläutert, daß der Gene­ rator 268 einen Teil 270 des piezo-keramischen Ele­ ments 244 umfaßt und daß der Antrieb 243 seinerseits das gesamte piezo-keramische Element 244 einschließt.

Wie aus Fig. 12 und 12A hervorgeht, ist der Teil 270 des piezo-keramischen Elements 244 ein Teil des einheitlichen piezo-keramischen Elements 244. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß der Teil 270 zu einem größeren einheitlichen Stück ge­ hört. Beispielsweise kann der Spalt 274 verlängert sein und die Schicht 244 durchschneiden, so daß ein separates Element 270 ausgebildet ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch Auslenkungssignale großer Amplitude an den Elementen 244 und 246 praktisch nicht auf den Generator 268 gekoppelt werden, wenn der Teil 270 zu dem größeren einheitlichen Element 244 gehört. Das Abtrennen des Elements bis zur Bezugs­ ebene resultiert jedoch in einer erhöhten Isolation zwischen Antrieb und Generator und verschlechtert das Element hinsichtlich seiner oberflächenabhängigen Toleranzen.

Jeder Vibrationssensor, der ein elektrisches Signal entsprechend den Vibrationen im Arm 242 abgibt, soll­ te auf Vibrationen innerhalb eines Frequenzbereichs von ca. 10 Hertz bis zu mindestens 400 Hertz ansprechen. In diesem Bereich hat der dargestellte bimorphe Halte­ arm eine Resonanzfrequenz. Der Generator 268 nach Fig. 12 zeigt bei Verlängerung in Längsrichtung des Haltearms 242 ein gutes Frequenzverhalten innerhalb des vorgegebenen Bereichs. Dieses Verhalten ist insbe­ sondere bei niedrigen Frequenzen viel besser als das Frequenzverhalten eines Generators, der quer zur Längs­ richtung des Haltearms 242 angeordnet ist.

Die vorzugsweisen Abmessungen für den Haltearm 242 sind eine Länge L vom freien Ende 260 bis zum eingespannten Punkt 276 von ca. 2,3 cm und eine Breite W von ca. 1,27 cm.

Jede der Schichten 244, 246 und 248 hat eine Dicke von ca. 0,015 cm, während die leitfähigen Schichten 250, 252 und 272 eine Dicke im Bereich weniger µm haben. Die Breite der leitfähigen Schicht 272, gemessen zwischen dem Spalt 274 und der nächsten Kante des Haltearms 236, beträgt ca. 1,3 mm. Die Unterlage 248 besteht aus Messing, während die leitfähigen Schichten 250, 252 und 272 Nickelablage­ rungen sind. Die piezo-keramischen Schichten 244 und 246 sind mit der Unterlage 248 über einen leitfähigen Epoxyklebstoff o. ä. verbunden.

Die Lesewandleranordnung 236 kann in einem Gehäuse der in Fig. 2 gezeigten Art angeordnet sein, das eine Deck­ fläche und einen Boden hat, zwischen denen die Wandler­ anordnung 236 gehalten ist. Die gesamte, im Gehäuse vorgesehene Anordnung kann mit einer Schraube zusammen­ gehalten werden, die durch geeignete Bohrungen in der Deckfläche des Gehäuses, durch die Bohrung 266 (Fig. 12) und durch eine weitere Bohrung im Boden des Gehäuses hindurchgeführt ist.

Die vorstehend beschriebene piezoelektrische Kombination aus Antrieb und Generator ist billig und zuverlässig und kann in gesteuerter Weise ausgelenkt werden und dabei gleichzeitig ein Ausgangssignal erzeugen, das die gesteuerte Auslenkung oder eine durch Vibrationen erzeugte Auslenkung angibt. Die Vorrichtung ist be­ sonders nützlich als Teil einer Lesewandleranordnung für ein Video-Bandaufzeichnungsgerät und ist schema­ tisch in Verbindung mit den noch zu beschreibenden Video-Bandaufzeichnungssystemen dargestellt.

Die vorstehend beschriebene Kombination aus piezo­ elektrischem Antrieb und Generator, die das gleichzei­ tige Auslenken eines Lesewandlers und Auswerten von darin auftretenden Vibrationen ermöglicht, wird in einem elektronischen Regelsystem zur Dämpfung von Vibrationen in einem Video-Lesewandler benutzt.

Die Dämpfung von Wandlern unter Verwendung sogenann­ ter Dämpfungsgummis zur Absorption von Schwingungen in einem Wandler begrenzt den effektiven Auslenkungs­ bereich des Wandlers. Dämpfungsgummis, die auf dem Lesekopf nahe dem Wandler in einem Antrieb für Dreh­ abtastung befestigt sind, werden hohen Beschleuni­ gungskräften ausgesetzt, wenn die Trommel rotiert. Unter diesen Bedingungen kann es schwierig sein, die Dämpfungsgummis in der richtigen Position auf der Trommel zu halten. Eine verbesserte Dämpfung, bei der die vorstehend beschriebene Kombination aus Antrieb und Generator eingesetzt wird, ist schematisch in Fig. 13 dargestellt. Bevor dieses verbesserte Dämpfungs­ system beschrieben wird, erfolgt eine kurze Erläuterung der zugeordneten Schaltungen zum besseren Verständnis, in welcher Weise das Dämpfungssystem mit den zugeordne­ ten Schaltungen in Wechselwirkung steht.

In Fig. 13 ist ein Lesewandler 234 dargestellt, der in vorstehend beschriebener Weise zuvor auf Videobandspu­ ren aufgezeichnete Informationen auswertet. Der Wand­ ler 234 ist ein Teil der Lesewandleranordnung 236, die in Fig. 12 gezeigt ist, und hat einen auslenkbaren Haltearm 242 zur Auslenkung abhängig von Auslenkungs­ signalen zwecks Korrektur der Ausrichtung des Wandlers (Magnetkopf) 234 in bezug auf eine Spur oder Rückstellung des Wand­ lers 234 auf den Beginn einer Spur, wie es beispiels­ weise bei Langsambewegungseffekten der Fall ist. Der Haltearm 242 ist an einer Stelle 276 eingespannt, und sein anderes Ende trägt den Wandler 234, wozu es frei ausgelenkt werden kann.

Das elektrische Ausgangssignal des Wandlers 234 wird über eine Leitung 282 einer Videoschaltung 284 üblicher Art zugeführt, die beispielsweise ein zusammengesetztes Fernsehsignal zwecks Hochfrequenzübertragung erzeugt.

Das Ausgangssignal des Wandlers 234 wird ferner einer Positionssteuerschaltung 286 zugeführt. Die Funktion dieser Steuerschaltung 286 wurde vorstehend bereits an­ hand der Fig. 1 bis 6 und 10B beschrieben. Die Positionssteuerschaltung 286 erzeugt ein Wechselsignal fester Frequenz, das dem auslenkbaren Haltearm 242 zur Auslenkung des Wandlers 234 in zwei Richtungen über eine Spur mit fester Geschwindigkeit zugeführt wird. Da die­ se Auslenkung eine Querbewegung des Wandlers 234 rela­ tiv zur Spur verursacht, wird das Ausgangssignal des Wandlers 234 amplitudenmoduliert. Die Hüllkurve des amplitudenmodulierten Signals enthält Informationen über die Ausrichtung zwischen dem Wandler 234 und der jeweils gelesenen Spur und wird zur Erzeugung eines Korrektursignals ausgewertet, das den Wandler 234 zur Mitte der Spur bewegt. Dieses Korrektursignal und das Wechselsignal erscheinen auf der Leitung 288 und wer­ den schließlich dem auslenkbaren Haltearm 242 zuge­ führt.

Ein Rückstellsignalgenerator 290 für den Wandler erzeugt ein elektrisches Signal, das dem auslenkbaren Haltearm 242 zugeführt wird und eine wahlweise Rückstellung des Wandlers 234 auf den Beginn einer Spur je nach Erforder­ nis ermöglicht. Die Schaltung zur Erzeugung eines solchen Rückstellsignals ist an anderer Stelle beschrie­ ben.

Das Rückstellsignal des Generators 290 und das Korrek­ tursignal der Schaltung 286 werden einem Frequenz­ kompensator 292 zugeführt, der einen Verstärker ent­ hält, dessen Frequenzverhalten die unerwünschten Restvariationen des Haltearms 242 komplementiert, wenn eine elektronische Dämpfungsregelung auf den Halte­ arm einwirkt, wie sie schematisch in Fig. 13 gezeigt ist. Der Frequenzkompensator 292 verstärkt die Wir­ kung der elektronischen Dämpfungsschaltung, um das gewünschte gleichmäßige Frequenzverhalten für das Gesamtsystem zu erzielen. Der Verstärkungsbereich liegt zwischen 300 und 400 Hertz, wo die elektronische Dämpfungswirkung den Anstieg des Frequenzverhaltens des Haltearms 242 für die mechanische Resonanzfrequenz erster Ordnung nicht vollständig beseitigt.

Die frequenzkompensierten Auslenkungssignale des Kompensators 292 werden über eine Leitung 294 einem Summierverstärker 296 zugeführt, der die Auslenkungs­ signale zusammen mit einem Wandlerdämpfungssignal summiert, das durch die noch zu beschreibende Regel­ schleife erzeugt wird. Das Ausgangssignal des Summier­ verstärkers 296 wird über eine Leitung 298 einem Ver­ stärker 300 zugeführt, der das verstärkte Signal dem Haltearm 242 zur gesteuerten Auslenkung des Wandlers 234 auf die Mitte der Spur zuführt, wodurch der Wandler auf die Spur ausgerichtet gehalten wird.

Die verschiedenen Auslenkungssignale, die dem Halte­ arm 242 zugeführt werden, insbesondere die von dem Rückstellgenerator 290 erzeugten Signale, können im Haltearm 242 unerwünschte Schwingungen erzeugen. Dies ist besonders der Fall, wenn der Haltearm 242 ein bi­ morphes Element ist, da solche Elemente Resonanzeigen­ schaften haben, die sie in Schwingungen bringen.

Zur Dämpfung solcher Schwingungen ist eine negative Regelschleife in dem in Fig. 13 gezeigten System vor­ gesehen, die ein elektrisches Dämpfungssignal erzeugt und dieses dem Haltearm 242 zuführt, um seine Schwin­ gungen zu dämpfen. Das erforderliche Dämpfungssignal wird allgemein einem Signalgenerator entnommen, der ein Auslenkungs-Geschwindigkeitssignal erzeugt, das die Augenblickgeschwindigkeit der Auslenkung des Lese­ wandlers 234 angibt. Bei dem in Fig. 13 gezeigten Aus­ führungsbeispiel umfaßt der Signalgenerator einen Sensor 302, der einstückig mit dem Haltearm 242 aus­ gebildet ist und ein Signal erzeugt, das die Augen­ blicksstellung des Wandlers 234 angibt. Ferner ist ein Differenzierer 304 vorgesehen, der das Positions­ signal in ein Geschwindigkeitssignal umsetzt. Der Sensor 302 ist vorzugsweise ein piezoelektrischer Generator der in Fig. 12 gezeigten Art und ist mit dem bimorphen Haltearm einstückig ausgeführt.

Das Ausgangssignal des Sensors 302 wird einem Ver­ stärker 306 mit hohem Eingangswiderstand zugeführt, der eine sehr geringe Belastung für den Sensor 302 darstellt. Da der Sensor 302 äquivalent einer Span­ nungsquelle mit in Reihe geschalteter Kapazität ist, muß jegliche Belastung gering sein, um eine wirksame Auskopplung von Signalen geringer Frequenz aus dem Sensor 302 zu ermöglichen.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 306 wird über einen Summierer 308 geführt, dessen zweites Eingangssignal noch beschrieben wird. Von dort gelangt es auf den Differenzierer 304, der das Positionssignal des Sensors 302 differenziert und es in ein Signal umsetzt, das die Augenblicksgeschwindigkeit des Wandlers angibt.

Der Differenzierer 304 ist mit einer Frequenzabhängigkeit der Amplitude dargestellt, die ähnlich derjenigen eines Hochpaßfilters ist. Er erzeugt somit eine Phasenvor­ eilung der über ihn geführten Signale. Die Wichtigkeit der Phasenverschiebung eines die Regelschleife durchlau­ fenden Signals wird im folgenden erläutert, um die Funktion der übrigen, nicht beschriebenen Elemente der Regelschleife besser zu verstehen.

Da der Haltearm 242 vorzugsweise ein piezoelektrisches bimorphes Element ist, zeigt er die bekannten Eigen­ schaften einer Resonanz erster Ordnung und einer Anti­ resonanz der piezoelektrischen Kristalle sowie auch Resonanzeigenschaften höherer Ordnung. Fig. 14A zeigt das Frequenzverhalten einer bimorphen Kombination aus Antrieb und Generator der in Fig. 12 gezeigten Art. Dieses Frequenzverhalten wird durch Anlegen eines Sinussignals variabler Frequenz und konstanter Ampli­ tude an den piezoelektrischen Antrieb und Messen des erhaltenen Ausgangssignals des piezoelektrischen Gene­ rators erzeugt. Die Ergebnisse einer solchen Messung sind in Fig. 14A dargestellt, die einen Resonanzpunkt nahe 400 Hertz und einen Antiresonanzpunkt zeigt, der sich zwischen ca. 700 Hertz und ca. 1000 Hertz ändert, was von dem jeweiligen bimorphen Material abhängt. Das maximale Ausgangssignal der Kombination aus Antrieb und Generator tritt bei Resonanz auf, das minimale Ausgangssignal tritt bei sehr niedrigen Frequenzen und bei der Antiresonanz auf. Resonanzeigenschaften hoher Ordnung sind nun in Fig. 14A gezeigt.

Da das Ausgangssignal der Kombination aus Antrieb und Generator bei Resonanz maximal ist, treten Vibrationen oder Schwingungen vorzugsweise bei Resonanzfrequenz auf, wenn das bimorphe Material durch einen elektrischen oder mechanischen Impuls angeregt wird. Um die Möglichkeit solcher Schwin­ gungen zu eliminieren, wird die Regelschleife so bemessen, daß Dämpfungssignale auf das bimorphe Element zurückgeführt werden, die gegenüber den Anregungssignalen um 180° phasenverschoben sind. Dadurch wirken sie der Tendenz des bimorphen Elements, Schwingungen auszuführen, entgegen.

Um sicherzustellen, daß die Dämpfungssignale auch die richtige Phasenlage haben, muß das Phasenver­ halten der Kombination aus Antrieb und Generator be­ rücksichtigt werden. Wie aus Fig. 14B bei der mit "bimorph" bezeichneten Kurve hervorgeht, erfahren Signale nahe der Resonanzfrequenz (ca. 400 Hertz) eine Phasenverschiebung von ca. 90°, wenn sie die Kombination aus Antrieb und Generator durchlaufen. Hochfrequente Signale erfahren eine Phasenverschie­ bung von 180°. Um zu gewährleisten, daß die Signale nahe der Resonanzfrequenz eine Phasenverschiebung von 180° in der Regelschleife erfahren, und da alle Signale in der Schleife durch einen invertierenden Rückkopplungsverstärker um 180° phasenverschoben wer­ den, bevor sie dem Haltearm 242 zugeführt werden, müs­ sen die Signale nahe der Resonanzfrequenz um 90° pha­ senkompensiert werden, so daß ihre resultierende Pha­ senverschiebung am Eingang des invertierenden Rückkopp­ lungsverstärkers Null ist. Dies gewährleistet, daß die Schleife nicht mit Resonanzfrequenz infolge Instabili­ täten im Rückführungssystem schwingt. Da Signale mit einem großen Frequenzabstand zur Resonanzfrequenz eine sehr niedrige Amplitude haben, wird die Schleifenver­ stärkung der Regelschleife für diese Signale immer kleiner als 1 sein, so daß die Phasenverschiebung, die sie erfahren, keine Instabilität in der Schleife er­ zeugt.

Bei der in Fig. 13 gezeigten Regelschleife wird das mit dem Differenzierer 304 erzeugte Geschwindigkeits­ signal einem Tiefpaßfilter 310 zugeführt, dessen obere Grenzfrequenz so gewählt ist, daß Signale gedämpft wer­ den, die auf die Resonanz zweiter und höherer Ordnung des bimorphen Elements zurückzuführen sind. Solche Signale haben allgemein eine Frequenz von über 2000 Hertz und werden um mindestens 20 dB durch das Filter 310 gedämpft. Das Filter 310 erzeugt eine gewisse Phasenverzögerung für Signale, die es durchläßt, zusätz­ lich zur anfänglichen Phasenverzögerung von 90°, die durch das bimorphe Element selbst erzeugt wird (wie in Fig. 14B gezeigt).

Zur Kompensation der gesamten Phasenverzögerung der Signale nahe der Resonanzfrequenz ist dem Filter 310 ein Phasenschiebernetzwerk 312 nachgeschaltet, das die Phase der vom Filter 310 empfangenen Signale so verschiebt, daß die Signale mit einer Frequenz nahe der Resonanzfrequenz eine resultierende Phasenver­ schiebung Null haben, wenn sie das Netzwerk 312 ver­ lassen. Die mit "Phasenschieber" bezeichnete Kurve in Fig. 14B zeigt die Wirkung des Netzwerks 312. In der Praxis erzeugt auch der Differenzierer 304 eine gewisse Phasenvoreilung und unterstützt somit die Wir­ kung des Netzwerks 312 zur richtigen Einstellung der Phase der Signale nahe der Resonanzfrequenz.

Die Signale nahe der Resonanzfrequenz, die aus dem Netzwerk 312 austreten, haben eine Phasenlage von 0° gegenüber den Signalen, die das bimorphe Element an­ regen, und können dem negativen Rückkopplungsverstärker 314 zugeführt werden, der sie invertiert. Sein Ausgangs­ signal ist das Dämpfungssignal, das in der Summier­ schaltung 296 mit den Wandlerablenksignalen auf der Leitung 294 kombiniert wird. Dann erfolgt eine Ver­ stärkung im Verstärker 300, und die verstärkten Signale werden dem Haltearm 242 zur Dämpfung seiner Schwin­ gungen zugeführt. Der Verstärker 314 hat eine variable Gegenkopplung zur Einstellung der Verstärkung der Regelschleife und Anpassung an Unterschiede zwischen verschiedenen bimorphen Elementen.

Die Regelschleife nach Fig. 13 enthält auch eine Vor­ richtung zur Kompensation unterschiedlicher Anti­ resonanzeigenschaften verschiedener bimorpher Elemente. In Fig. 14A ist eine Frequenzgangkurve durchgezogen und eine weitere Kurve gestrichelt dargestellt, die die variablen Eigenschaften der Antiresonanz zwischen unterschiedlichen bimorphen Elementen zeigen. Bei­ spielsweise kann das Frequenzverhalten eines bimorphen Elements bei 700 Hertz beachtlich unterschiedlich zu demjenigen eines anderen Elements sein, wie es der Unterschied zwischen der durchgezogenen und der ge­ strichelten Kurve bei der Frequenz 700 Hertz zeigt. In Fig. 14B ist das Phasenverhalten des Regelsystems mit Phasenschieber derart, daß Signale nahe 700 Hertz eine Phasenverschiebung von 180° erfahren. Wenn Signale mit einer 180°-Phasenverschiebung dem invertierenden Ver­ stärker 314 zugeführt werden, so werden sie schließlich dem Haltearm 242 in Phase mit den Anregungssignalen zu­ geführt und können zu Schwingungen mit dieser Frequenz führen, wenn ihre Amplitude ausreichend groß ist und Frequenzen vorliegen, die den positiven Rückkopplungs­ bedingungen der Regelschleife entsprechen. Bimorphe Elemente mit einem Frequenzverhalten, wie es die durchgezogene Kurve in Fig. 14A zeigt, haben bei 700 Hertz ein sehr schwaches Ausgangssignal, so daß die gesamte Schleifenverstärkung des Systems für diese Signale ausreichend gering ist, um Schwingungen unab­ hängig von dem Phasenverhalten zu vermeiden. Bimorphe Elemente mit höherer Verstärkung bei 700 Hertz, wie sie durch die gestrichelte Kurve dargestellt ist, kön­ nen jedoch eine Instabilität in das System einführen, wenn keine anderweitige Kompensation erfolgt. Das in Fig. 13 gezeigte Regelsystem kompensiert solche Unter­ schiede zwischen bimorphen Elementen dadurch, daß ein Teil der Anregungssignale auf den Ausgang des Sensors 302 geführt wird, so daß die normalerweise eine Phasen­ verschiebung von 180° zwischen der Anschaltung an das bimorphe Element 242 und dem Ausgang des Sensors 302 erfahrenden Signale zu Null geregelt werden. Signale mit einer solchen Phasenverschiebung von 180° sind in Fig. 14B neben der Antiresonanz dargestellt. Signale nahe der Antiresonanz können daher wirksam zu Null ge­ regelt werden, indem an die Wandleranordnung 236 ein Teil der normalerweise zugeführten Signale angekoppelt wird.

In Fig. 13 ist eine Vorrichtung zur Aussonderung eines Teils des Ablenksignals und Zusammenfassung dieses Teilsignals mit dem Positionssignal vorgesehen, das von dem Sensor 302 erzeugt wird. Diese Vorrichtung umfaßt ein Potentiometer 316 und die Summierschaltung 308. Die Ablenksignale am Ausgang der Summierschaltung 296 werden dem Verstärker 300 und dem Potentiometer 316 zugeführt, wonach ein Teil der Ablenksignale über die Leitung 318 der Summierschaltung 308 zugeführt wird.

Die Summierschaltung 308 empfängt ferner vom Verstärker 306 Positionssignale, die vom Sensor 302 erzeugt wer­ den. Die Ablenksignale, die eine Phasenverschiebung von 180° bei der Führung über den Eingang des Haltearms 242 zum Ausgang des Sensors 302 erfahren (d. h. Frequen­ zen nahe der Antiresonanz), werden in der Summierschal­ tung 308 zu Null geregelt, so daß die Schleife für Frequenzen nahe der Antiresonanz stabilisiert ist. Die­ ser Vorgang erzeugt eine künstliche Nullamplitude nahe 700 Hertz, so daß unabhängig von dem jeweils verwende­ ten bimorphen Element in der Wandleranordnung 236 eine solche Nullstellung nahe 700 Hertz vorliegt und die Schleifenverstärkung für Signale nahe 700 Hertz immer geringer als 1 ist, so daß die Regelschleife für Si­ gnale dieser Frequenzen stabilisiert ist.

Die Schaltung zur Verwirklichung der verschiedenen in Fig. 13 gezeigten Funktionen ist in Fig. 15 dargestellt. Die Wandlerablenksignale einschließlich des Wechselsig­ nals und des Rückstellsignals werden an der Klemme 320 dem Frequenzkompensator 292 zugeführt, der zwei übliche Verstärker 322 und 324 enthält. Das Frequenzverhalten des Kompensators 292 ist durch RC-Kopplung am Verstärker 322 und zwischen den Verstärkern 322 und 324 so einge­ stellt, daß eine Gesamtverstärkung vorliegt, die über der Frequenz im Bereich von 300 bis 400 Hertz abnimmt, um restliche frequenzabhängige Änderungen der Ablenk­ empfindlichkeit des Haltearms 242 nach Durchführung der elektronischen Dämpfung zu kompensieren.

Der Ausgang des Verstärkers 324 ist über eine Leitung 294 mit dem Summierverstärker 296 verbunden, der gleich­ falls an seinem nicht invertierenden Eingang ein Ein­ gangssignal aus der Regelschleife erhält. Das Ausgangs­ signal des Summierverstärkers 296 ist dem Verstärker 300 über die Leitung 298 zugeführt.

Die negative Rückkopplung beginnt an dem Anschluß 326, an dem das Ausgangssignal des Sensors 302 auftritt. Das Signal des Sensors 302 wird dem Verstärker 306 zu­ geführt, der in üblicher Weise als frequenzkompensier­ ter gegengekoppelter Verstärker 328 aufgebaut ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 328 wird dem invertieren­ den Eingang des Summierverstärkers 308 zugeführt, der ferner einen Teil der Ablenksignale für den Wandler er­ hält, um eine künstliche Nullung in beschriebener Wei­ se bei Antiresonanz durchzuführen. Dioden 331 schützen den Verstärker 328 gegen schädliche Hochspannungs-Aus­ gleichsvorgänge, die durch zufällige Kurzschlüsse zwi­ schen dem Sensor 302 und dem Eingang des Haltearms 242 auftreten können.

Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 308 wird dann dem Differenzierer 304 zugeführt, der eine Reihenschal­ tung aus einem Kondensator 329 und einem Widerstand 330 enthält.

Das Tiefpaßfilter 310, welches das Ausgangssignal des Differenzierers 304 empfängt, ist ein aktives ellipti­ sches Filter, das Verstärker 332 und 334 enthält und allgemein mit 336 bezeichnet ist.

Das Phasenschiebernetzwerk 312 empfängt das Ausgangs­ signal des Filters 310 und enthält einen Kondensator 336, der mit einem Widerstand 338 in Reihe geschaltet ist. Das Ausgangssignal dieses Netzwerks 312 wird dem invertierenden Eingang eines üblichen Gegenkopplungs­ verstärkers 314 zugeführt, dessen Gegenkopplung und damit Vorwärtsverstärkung durch Einstellung eines variablen Widerstandes 340 geändert werden kann. Der Ausgang des Verstärkers 314 ist mit dem nicht inver­ tierenden Eingang des Summierverstärkers 296 verbun­ den, dessen Ausgangssignal dem Verstärker 300 zuge­ führt wird, welcher wiederum den Haltearm 242 zur Aus­ lenkung des Wandlers 234 in beschriebener Weise an­ steuert.

Das vorstehend beschriebene Dämpfungssystem erzeugt eine verbesserte Dämpfung für auslenkbare Wandler in Videobandgeräten ohne ihren Dynamikbereich zu beein­ trächtigen. Die Regelschleife führt in Kombination mit der Wandleranordnung mit Antrieb und Generator zu einer zuverlässigen und billigen Vibrationsdämpfung für Video-Bandaufzeichnungsgeräte und andere Anwen­ dungen, wo Vibrationen in einer auslenkbaren, bimorphen Wandleranordnung gedämpft werden müssen.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, wie ein Lesewandler gesteuert ausgelenkt und gedämpft werden kann, um die Ausrichtung zu einer Spur längs eines Aufzeichnungsträgers beizubehalten. Ein verbessertes bimorphes Wandlersystem sowie ein Verfahren zur An­ schaltung von Ablenksignalen an ein auslenkbares bi­ morphes Element zur Erzielung maximaler Auslenkungs­ empfindlichkeit wird im folgenden beschrieben. Ein solches verbessertes System ist besonders günstig für Bandaufzeichnungsgeräte mit spiralförmiger Abtastung der bereits beschriebenen Art und wird für diesen An­ wendungsfall im folgenden beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß das im folgenden beschriebene verbesserte Verfahren zur Ansteuerung eines auslenk­ baren bimorphen Elements auch in anderen Anwendungen günstig ist, wo ein großer Betrag der Auslenkung ver­ wirklicht werden soll.

Ein bimorphes Element (Biegeelement), das für eine Auslenkung in zwei Richtungen verwendet wird, besteht allgemein aus zwei Schichten eines piezo-keramischen Materials, die mit den beiden Seiten einer elektrisch leitfähigen Unterlage verbunden sind. Ein Ende dieses bimorphen Elements ist eingespannt, das andere Ende ist frei bewegbar und kann abhängig von einer angeschalteten Spannung ausgelenkt werden.

Die Richtung, in der ein bimorphes Element ausgelenkt wird, hängt von der Polarität der angeschalteten Spannung und von der Polarisationsrichtung der beiden piezo-keramischen Schichten ab. Die Polarisations­ richtung einer piezo-keramischen Schicht wird einge­ stellt, indem es zunächst einem elektrischen Gleich­ feld ausgesetzt wird, welches die Schicht entsprechend der Richtung der Feldlinien polarisiert. Die polarisier­ te piezo-keramische Schicht hat dann eine "Polarisations­ richtung" und zeigt dadurch besondere mechanische Eigen­ schaften, wenn sie mit einer elektrischen Spannung be­ schaltet wird.

Ein bekanntes Verfahren zur Auslenkung oder Biegung eines bimorphen Elements (Biegeelement) ist in Fig. 16 dargestellt. Ein bi­ morphes Element 342 umfaßt piezo-keramische Elemente (Platten) 344 und 346, die mit den beiden Seiten einer elektrisch leit­ fähigen Unterlage 348 verklebt sind. Das bimorphe Ele­ ment 342 ist bei 350 eingespannt, während sein anderes Ende 352 frei ausgelenkt werden kann.

Die piezo-keramischen Elemente (Platten) 344 und 346 sind jeweils mit einem Pfeil versehen, durch den die jeweilige Pola­ risationsrichtung dargestellt ist. Wenn sie gemäß Fig. 16 so ausgerichtet sind, daß ihre Pfeile in übereinstimmen­ de Richtungen weisen, so werden sie als gleichsinnig polarisiert bezeichnet.

Die Polarisationsrichtungen ergeben sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung an ein piezo-keramisches Element derart, daß das positivere Potential am hinte­ ren Ende des Pfeils und das negativere Potential an der Pfeilspitze auftritt. In Fig. 16 ist beispielsweise das bimorphe Element 342 für Auslenkung nach oben mit einer Spannungsquelle 354 beschaltet, die an die Ele­ mente 344, 346 und an die Unterlage 348 angeschaltet ist. Die Polarität der Spannungsquelle 354 ist derart, daß sie eine Spannung an das Element 344 liefert, deren Richtung mit der ursprünglichen Polarisationsspannung übereinstimmt, während sie an das Element 346 eine Spannung mit einer Polarität liefert, die der ursprüng­ lichen Polarisationsspannung entgegengesetzt gerichtet ist. Wenn die Polarität einer Ablenkspannung an einem piezo-keramischen Element mit der Polarität der ur­ sprünglichen Polarisationsspannung übereinstimmt, so wird die anliegende Ablenkspannung im folgenden als in Polarisationsrichtung angeschaltet bezeichnet. Die Spannungsquelle 354 ist somit an das Element 344 in seiner Polarisationsrichtung und an das Element 346 ent­ gegen dessen Polarisationsrichtung angeschaltet.

Wenn Paare piezo-keramischer Elemente in der in Fig. 16 gezeigten Art ausgerichtet und eingespannt sind, so verbiegt sich das bimorphe Element in der Richtung des Elements, das in seiner Polarisationsrichtung ange­ steuert wird. Das bimorphe Element 342 biegt sich auf­ wärts zum Element 344, wenn es von der Spannungsquelle 354 mit der dargestellten Polarität angesteuert wird. Wird keine Spannung an das bimorphe Element angeschal­ tet, so tritt keine Auslenkung auf. Wenn eine Spannungs­ quelle 356 zwischen die Unterlage 348 und die Elemente 344 und 346 gemäß Fig. 16 geschaltet wird, so wird das Element 346 in seiner Polarisationsrichtung angesteuert, und das bimorphe Element 342 wird gemäß Darstellung nach unten durchgebogen.

Für einige Anwendungsfälle ist das Verfahren zur Ansteue­ rung eines bimorphen Elements gemäß Fig. 16, wobei eine Ablenkspannung in Polarisationsrichtung eines piezo- keramischen Elements und entgegengesetzt zur Polarisa­ tionsrichtung eines zweiten piezo-keramischen Elements angeschaltet wird, zufriedenstellend. Ist jedoch eine große Auslenkung gefordert, so sind auch große Ablenk­ spannungen nötig. Es hat sich gezeigt, daß die Anschal­ tung hoher Spannungen in einer Richtung entgegengesetzt der Polarisationsrichtung eines piezo-keramischen Ele­ ments eine Depolarisation des Elements sowie eine Ver­ ringerung der Biege- oder Auslenkungsfähigkeit zur Folge haben kann.

Ein Verfahren zur Ansteuerung eines bimorphen Elements mit Ablenkspannungen großer Amplitude ohne Depolari­ sation eines piezo-keramischen Elements ist in Fig. 17 dargestellt. Bei diesem verbesserten Verfahren umfaßt ein bimorphes Element 358 zwei elektrisch polarisierte piezo-keramische Elemente 360 und 362, die ferner in einer gemeinsamen Polarisationsrichtung angeordnet und mit einer gemeinsamen Unterlage 364 zwischen ihnen ver­ bunden sind. Das bimorphe Element 358 ist an einem Ende 366 eingespannt, und sein freies Ende 368 kann frei durchgebogen werden. Bei diesem verbesserten Verfahren der Ablenkung eines bimorphen Elements werden Ablenk­ spannungen an die piezo-keramischen Elemente derart an­ geschaltet, daß die Polarität der anliegenden Spannung immer mit der Polarisationsrichtung des Elements über­ einstimmt, so daß ein großer Auslenkungsgrad des bi­ morphen Elements ohne Depolarisierung eines der piezo- keramischen Elemente möglich ist.

Wie aus Fig. 17 hervorgeht, wird zur Verbiegung des bi­ morphen Elements 358 nach oben eine Spannungsquelle 370 zwischen das piezo-keramische Element 360 und die Unter­ lage 365 derart geschaltet, daß die Polarität der an­ liegenden Spannung mit der Polarisationsrichtung des E 42586 00070 552 001000280000000200012000285914247500040 0002002741217 00004 42467lements 360 übereinstimmt. Es wird keine dazu entgegen­ gesetzte Spannung an das Element 362 angeschaltet, da der größte Teil der Biegung eines bimorphen Elements durch das Element verursacht wird, welches in seiner Polarisationsrichtung angesteuert wird.

Soll das bimorphe Element 358 nach unten durchgebogen werden, so wird eine Spannungsquelle 372 zwischen das Element 362 und die Unterlage 364 so geschaltet, daß die Polarität der anliegenden Spannung mit der Polarisations­ richtung des Elements 362 übereinstimmt. An das Element 360 wird keine Spannung entgegengesetzter Polarität an­ geschaltet.

Soll das bimorphe Element 358 nicht ausgelenkt werden, so werden Spannungsquellen 370 und 372 übereinstimmen­ der Größe zwischen die Elemente 360 und 362 und die Unterlage 364 so geschaltet, daß beide piezo-keramischen Elemente 360 und 362 in ihrer Polarisationsrichtung an­ gesteuert werden. Das Ergebnis einer gleichartigen An­ steuerung beider Elemente besteht darin, daß keine Aus­ lenkung auftritt.

Die Spannungsquellen 370 und 372 sind zwar als Spannungs­ quellen konstanter Amplitude dargestellt, dies ist je­ doch nicht unbedingt erforderlich. Wenn das bimorphe Element 358 aufwärts und abwärts mit unterschiedlichen Beträgen ausgelenkt werden soll, so können die Spannungs­ quellen 370 und 372 variabel sein, um eine solche Bewe­ gung zu verwirklichen. Die Polarität der Spannungen an den Elementen 360 und 362 sollte jedoch immer in Polarisationsrichtung des Elements liegen, an das die Spannung angeschaltet ist.

Ein Verfahren zur Änderung des Betrages und der Frequenz der Ablenkung eines bimorphen Elements 358 ist schematisch in Fig. 18A dargestellt. Wie aus die­ ser Figur hervorgeht, wird die Gleichspannung einer Quelle 374 an das Element 360 in seiner Polarisations­ richtung angeschaltet. Das Element 362 erhält eine Gleichspannung von der Quelle 376, die mit seiner Polarisationsrichtung übereinstimmt. Vorzugsweise er­ zeugen die Spannungsquellen 374 und 376 positive und negative Gleichspannungen der Größe ¹/₂ V _max , wobei V _max die Amplitude des größten Auslenksignals von Spitze zu Spitze ist, wenn dieses an die Elemente 360 und 362 angeschaltet wird. Die Elemente 360 und 362 sind somit entgegengesetzt auf ¹/₂ V _max "vorge­ spannt", und bei Fehlen einer anderen Ablenkspannung tritt keine Auslenkung des bimorphen Elements 358 auf. Um eine wechselnde Auslenkung des bimorphen Elements 358 zu erreichen, wird eine Wechselspannungsquelle 378 zwischen die Elemente 360, 362 und die Unterlage 364 über zwei Verstärker 380 und 382 und die Gleich­ spannungsquellen 374 und 376 angeschaltet. Die Größe des Wechselsignals von Spitze zu Spitze, welches in Phase an die Elemente 360 und 362 angeschaltet ist, kann nun V _max betragen, ohne daß an beide Elemente eine Vorspannung angeschaltet wird, die ihrer Polari­ sationsrichtung entgegengesetzt ist.

Wenn das Ablenksignal der Quelle 378 sich sinusförmig ändert, so erscheint an dem Element 360 eine Gesamt­ spannung der in Fig. 18B und 18C gezeigten Art. Sind die Elemente 360 und 362 entgegengesetzt mit ¹/₂ V _max vorgespannt und wird das überlagerte Wechselsignal in Phase an die Elemente angeschaltet, so hat die an jedem der Elemente 360 und 362 auftretende Gesamt­ spannung immer eine Polarität, die mit der Polarisations­ richtung der Elemente übereinstimmt. Die mit "Auslenkung" bezeichneten Kurven in Fig. 18B und 18C zeigen, daß das bimorphe Element 358 sich entsprechend der zwei­ fachen Augenblicksamplitude des Wechselsignals der Quelle 378 bewegt.

Wenn die Gesamtspannung am Element 360 mehr (oder weniger) positiv über ¹/₂ V _max wird, so wird die Amplitude der Spannung am Element 362 entsprechend weniger (oder mehr) negativ. Wegen der von der Quelle 376 gelieferten Vor­ spannung bleibt die Gesamtspannung am Element 362 immer in dessen Polarisationsrichtung, solange die Größe der Wechselspannung den Wert V _max nicht überschreitet.

Das in Fig. 18A gezeigte System zur Ansteuerung des bi­ morphen Elements 358 ist vollständig gleichstromgekoppelt, so daß das bimorphe Element 358 mit sehr niedrigen Frequenzen von der Quelle 378 angesteuert werden kann. In Fällen, wo eine niederfrequente Auslenkung des bi­ morphen Elements nicht erforderlich ist, kann ein System der in Fig. 19 gezeigten Art eingesetzt werden. Bei diesem System ist nur ein Verstärker 384 zur Ver­ stärkung der Wechselspannung der Quelle 386 erforder­ lich. Die verstärkte Ablenkspannung wird an die Ele­ mente 360 und 362 über Kopplungskondensatoren 386 und 388 angeschaltet. Separate Gleichspannungsquellen 390 und 392, die jeweils eine Amplitude mit dem Wert ½ V _max haben, spannen die Elemente 360 und 362 so vor, daß die Gesamtspannung an beiden Elementen in deren Polarisations­ richtung liegt.

In Fig. 18A sind die Gleichspannungsquelle 374 und der Verstärker 380 durch ein gestricheltes Dreieck einge­ schlossen, um anzuzeigen, daß sie in der Praxis gemein­ sam in einem kombinierten Verstärker enthalten sein kön­ nen, der das Auslenksignal verstärkt und die geeignete Vorspannung liefert. Ähnlich können die Spannungsquellen 376 und 382 gleichfalls in einem einzigen kombinierten Verstärker zusammengefaßt sein. Ein Beispiel für zwei Kombinationsverstärker zur Ansteuerung eines bimorphen Elements ist in Fig. 20 dargestellt. Das mit der Schal­ tung nach Fig. 20 angesteuerte bimorphe Element ist ein Teil einer Lesewandleranordnung 394 der in Fig. 13 gezeigten Art, die in einem Video-Bandaufzeichnungs­ gerät verwendet wird. Die Wandleranordnung 394 ist schematisch in vereinfachter Darstellung gezeigt, sie ist jedoch vorzugsweise ähnlich der Wandleranordnung 236 nach Fig. 12 aufgebaut (der piezo-keramische Gene­ rator 268 ist nicht als Teil der Wandleranordnung 394 dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen).

Die Wandleranordnung 494 hat eine obere piezo-keramische Schicht 496 und eine untere piezo-keramische Schicht 498, die mit einer gemeinsamen, geerdeten Unterlage 400 verbunden sind. Die Auslenksignale werden der Wandleranordnung 494 an oberen und unteren leitfähigen Schichten 402 und 404 zugeführt. Die piezo-keramischen Elemente 496 und 498 sind in übereinstimmenden Rich­ tungen polarisiert, wie es durch Pfeile dargestellt ist.

Ein Lesewandler (Magnetkopf) 499 ist auf der Anordnung 494 befestigt und soll nach den zuvor beschriebenen Prinzipien aus­ gelenkt werden. Die piezo-keramische Schicht 496 wird durch einen kombinierten Verstärker 406 und die piezo- keramische Schicht 498 durch einen kombinierten Ver­ stärker 408 angesteuert. Die Verstärker 406 und 408 erhalten Wechselsignale geringeren Pegels über den Ein­ gang 410, verstärken diese Signale und liefern sie, überlagert mit einer Gleichvorspannung an die leit­ fähigen Schichten 402 und 404. Allgemein umfaßt der Verstärker 406 eine erste Stufe, die mit Transistoren 412 und 414 als Differenzverstärker arbeitet, und eine zweite Stufe, die mit Transistoren 416 und 418 gleich­ falls als Differenzverstärker arbeitet. Das Ausgangs­ signal des Transistors 418 wird an einen als Konstant­ stromquelle arbeitenden Transistor 420 geführt. Das verstärkte Signal am Kollektor des Transistors 418 wird den Basiselektroden von Emitterfolgen 424 und 426 und über Emitterwiderstände 428 und 430 an einen Ausgangsanschluß 432 geliefert. Das Signal am Anschluß 432 wird zur Basis des Transistors 414 über einen Ge­ genkopplungswiderstand 434 zurückgeführt, so daß der Verstärker 406 in üblicher Weise als ein gegenge­ koppelter Operationsverstärker arbeitet.

Die am Ausgangsanschluß 432 auftretende Gleichspannung beträgt +100 V und wird durch Widerstände 436, 438, den Gegenkopplungswiderstand 434 und die Betriebsspan­ nung von +200 V erzeugt. Ein Wechselsignal von 200 V zwischen seinen Spitzenwerten kann am Ausgangsanschluß 432 auftreten, ohne der Polarisationsrichtung der piezo- keramischen Schicht 496 entgegenzuwirken. Die Transisto­ ren 440 und 442 sind Kurzschluß-Schutzschaltungen für die Emitterfolger 424 und 426, wodurch deren Ausgangs­ strom begrenzt wird, wenn der Anschluß 432 zufällig ge­ erdet wird. Der Verstärker 408 ist ähnlich dem Verstär­ ker 406 aufgebaut und liefert an seinem Ausgangsanschluß 444 ein verstärktes Auslenksignal, das einer Gleichvor­ spannung von -100 V überlagert ist. Die Verstärker 406 und 408 können gemeinsam eingesetzt werden, um die Ver­ stärkung des Verstärkers 300 nach Fig. 13 zu erzeugen.

Die kombinierten Verstärker 406 und 408 liefern Wechsel­ signale hoher Amplitude, die einer Gleichspannung über­ lagert sind und das auslenkbare bimorphe Element ohne Depolarisation ansteuern. Dadurch ist gewährleistet, daß das bimorphe Element seine Auslenkempfindlichkeit nicht verliert. Das in Fig. 20 gezeigte Wandlersystem sowie die in Fig. 18A und 19 gezeigten und hier beschriebenen Verfahren führen zu einer verbesserten Leistung auslenk­ barer bimorpher Elemente.

Vorstehend wurden verschiedene verbesserte bimorphe An­ ordnungen und Verfahren für ein Video-Bandwiedergabe­ gerät beschrieben. Die Kombination aus bimorphem Antrieb und Generator führt beispielsweise zu einer kompakten und zuverlässigen Vorrichtung zur Auswertung der jeweili­ gen Augenblicksposition bei der Auslenkung eines piezo- keramischen Haltearms. Das beschriebene Ausführungsbei­ spiel dieser Vorrichtung ist Teil einer verbesserten Video-Bandwiedergabeeinrichtung und erzeugt ein Aus­ gangssignal, das die Auslenkposition des Lesewandlers angibt. Diese Anordnung vermeidet die bei auslenkbaren Leseanordnungen auftretenden Probleme, wenn diese beim Empfang eines elektrischen oder mechanischen Impulses in Schwingung geraten. Dies erfolgt durch ein Ausgangs­ signal, das in ein Dämpfungssignal zur Dämpfung solcher Schwingungen umgesetzt werden kann.

Die Dämpfung der Wandlerschwingungen wird durch das be­ schriebene Regelsystem möglich, welches ein Signal er­ zeugt, das die Geschwindigkeit eines ausgelenkten oder schwingenden Wandlers angibt. Dabei wird das Geschwin­ digkeitssignal in ein Dämpfungssignal umgesetzt, welches dem Haltearm zur Dämpfung seiner Schwingungen zugeführt wird. Die verbesserte Kombination aus Antrieb und Gene­ rator wird bei diesem Dämpfungssystem einge­ setzt und erzeugt ein Signal, das die Augenblicksposition des Wandlers angibt. Das Geschwindigkeitssignal wird durch Differentiation des Differenzsignals erzeugt. In dem Dämpfungssystem zur Stabilisierung des Regel­ systems bei Frequenzen nahe dem Resonanzpunkt und dem Antiresonanzpunkt des bimorphen Antriebs bzw. Generators sind verschiedene weitere Anordnungen vorgesehen. Die­ ses Steuersystem liefert zusammen mit der bimorphen An­ ordnung aus Antrieb und Generator eine wirksame Dämpfung eines auslenkbaren Lesewandlers, ohne den dynamischen Bereich des Wandlers einzuschränken. Ferner wird dieses elektronische Dämpfungssystem nicht durch hohe Beschleuni­ gungskräfte beeinträchtigt, die normalerweise bei Video- Bandwiedergabegeräten auftreten.

Die Dämpfungssignale und die Auslenkungssignale für den Wandler werden dem bimorphen Haltearm der­ art zugeführt, daß sie immer in Polarisationsrichtung des piezo-keramischen Elements liegen, an das sie an­ geschaltet werden. Dadurch werden Depolarisations­ effekte vermieden. Ein Kombinationsverstärker, der nach diesem verbesserten Verfahren arbeitet, empfängt Auslenksignale großer Amplitude und liefert sie an das bimorphe Element, so daß große Auslenkungen in beiden Richtungen ohne Depolarisation des bimorphen Elements erzielt werden, wodurch die hohe Auslenkungsempfind­ lichkeit des bimorphen Elements beibehalten wird.

Nach den vorstehend beschriebenen Prinzipien läßt sich ein programmierbarer Videokopf verwirklichen, dessen Wandler (Magnetkopf) auf einem bimorphen, eingespannten Element (Biegeelement) be­ festigt ist, welches bei der Einwirkung verschiedener Spannungen bogenförmig bewegt wird und den Kopf über den üblichen Bereich verlagert. Bei dieser Verlagerung erzeugt die Grundanordnung einen "Zenitfehler", der in einer Neigung des Wandlerspalts in der durch die Länge und Tiefe des Spalts definierten Ebene zur Oberfläche des Aufzeichnungsträgers besteht. Diese Neigung führt zu einer zunehmenden Trennung zwischen Spalt und Aufzeichnungsträger in der Ebene der Spaltlänge und Spalttiefe. Diese Trennung kann zu einem Signalverlust führen, da sich mit zunehmender Trennung die Signalkopplung zwischen dem Kopf und dem Aufzeichnungsträger zunehmend verschlechtert. Solche Signalverluste werden bedeutend und können das Aufzeichnungs- und Wiedergabesystem hinsichtlich seiner Leistung bei hohen Signalfrequenzen, wie sie bei Anwendung der bekannten Frequenzmodulation bei der Aufzeichnung von Fernsehsignalen auftreten, stark beeinträchtigen. Wenn der Trennungsabstand die Wellenlänge des aufgezeichneten und reproduzierten Signals erreicht, so verschlechtert sich das Signal schnell gemäß der Funktion 55 d/λ in dB, wobei d der durch die Trennung erzeugte Abstand und λ die Wellenlänge des Signals ist. Bei in den USA gebräuchlichen Fernsehstandards (z. B. CCIR-M-Norm mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde) können die Signalverluste beachtlich werden, sie sind üblicherweise nicht störend und daher vernachlässigbar. Bei in Europa gebräuchlichen Fernsehstandards (z. B. CCIR Norm B, G mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde) ist die Aufzeichnungs- und Wiedergabegeschwindigkeit normalerweise jedoch auf ⁵/₆ der Geschwindigkeit bei USA-Fernsehstandards verringert, und die Träger-Nennfrequenz des FM-Fernsehsignals liegt höher als die für Signale bei USA-Fernsehstandards verwendete. Wegen der verringerten Schreibgeschwindigkeit und der höheren Trägerfrequenz ist die effektive Wellenlänge des auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Signals bei europäischen Fernsehstandards viel kürzer, und die Signalverluste können nicht mehr vernachlässigt werden. Der Effekt des Signal­ abfalls kann bis zu einem gewissen Grade während der Aufzeichnung kompensiert werden, indem der Kopf einen stärkeren Antrieb erhält. Diese Kompensation eliminiert jedoch nicht den Effekt des Signalabfalls, wenn der Kopf während der Wiedergabe verlagert wird. Bei der Wieder­ gabe zeigen sich die Signalverluste in Form eines Ampli­ tudenabfalls der reproduzierten Hochfrequenz-Hüllkurve. Ein solcher Amplitudenabfall wird nicht zu vernachlässi­ gen sein, wenn das Signal-Störverhältnis unter den Pegel verringert wird, der für die vorgegebene Leistung des Systems erforderlich ist. Bei der Verarbeitung von Fern­ sehsignalen zur Aufzeichnung nach US-Fernsehstandards wird ein Signal-Störverhältnis von mindestens 46 dB von Spitze zu Spitze zwischen Videosignalen und RMS-Rauschen ange­ strebt.

Der vorstehend beschriebene Zenitfehler zwischen dem Spalt und dem Aufzeichnungsträger tritt bei Systemen mit starrem Aufzeichnungsträger wie z. B. Magnetplatten und bei Systemen mit flexiblem Aufzeichnungsträger wie z. B. Bandaufzeichnungsträgern auf. Man könnte zwar er­ warten, daß dünne Magnetbänder, wie sie bei der spiral­ förmigen Aufzeichnung verwendet werden, sich der Kon­ tur des Magnetkopfes anpassen, wenn dieser um die vor­ stehend beschriebenen geringen Beträge verlagert wird. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß dies nicht der Fall ist. Wenn der Kopf bei Geräten mit spiralförmiger Auf­ zeichnung quer verlagert wird, bleibt die Hinterkante des Kopfes relativ zur Richtung der Verlagerung in Kon­ takt mit dem Band, jedoch verliert die Vorderkante den Kontakt zum Band, wodurch die vorstehend beschriebene schädliche Trennung auftritt.

Das Problem besteht somit darin, daß infolge der Nei­ gung des Kopfes zum Aufzeichnungsträger dieser zu einem Teil nicht mehr mit dem Kopf in Berührung steht. Eine Trennung tritt dann auf, die zu einem sehr stark ver­ schlechterten Signal führen kann.

Im Idealfall sollte sich die Wechselwirkung zwischen den einander gegenüberstehenden Flächen des Wandlers und des Aufzeichnungsträgers nicht ändern, wenn der Wandler senkrecht zur Richtung der Relativbewegung zwi­ schen Wandler und Aufzeichnungsträger versetzt wird. Wird diese Wechselwirkung erreicht, so wird der vor­ stehend beschriebene Trennungsverlust minimal. Dieser Idealfall kann näherungsweise durch eine Veränderung des bimorphen Elements erreicht werden. Die vorgeschla­ gene Abänderung führt zur Beibehaltung der vorteilhaften Steifigkeitseigenschaften des bimorphen Elements, wobei die Abmessungen im Sinne stabilster Befestigung ausge­ wählt sind. Die Hochfrequenz-Hüllkurve, die ein Maß für die Qualität der Wechselwirkung zwischen Kopf und Aufzeichnungsband ist, wird gleichfalls verbessert.

Bei der oben beschriebenen, mit spiralförmiger Abtastung arbeitenden Einrichtung kann eine gewisse Signalver­ schlechterung auftreten, wenn Spezial-Bewegungseffekte erzeugt werden, insbesondere Verzögerung auf ein Fünftel Geschwindigkeit und Standbild. Bei ¹/₅ Geschwindigkeit ist diese Verschlechterung darauf zurückzuführen, daß der Kopf ein und dieselbe Spur fünfmal abtasten muß. Wie aus Fig. 26A hervorgeht, wird die erste Abtastung der Spur gestartet, wenn das bimorphe Element ca. über eine volle Spursteigung P ausgelenkt ist (diese beträgt bei US-Fernsehstandards 0,022 cm und bei europäischen Fernsehstandards 0,026 cm). Die Neigung α des Kopfes 501 zum Band 502 ist am Beginn dieser Abtastung am größten (z. B. 1,2°), so daß entsprechend der Trennungsverlust am größten ist. Nur ein Teil der aufge­ zeichneten Spur wird von dem Wandler 502 ausgewertet, wie es durch die entsprechende Hüllkurve 503 gezeigt ist. Beim zweiten Abtasten der Spur befindet sich der Kopf 502 näher an der mittleren Nennposition, und es ergibt sich ein verbesserter Kontakt zwischen Kopf und Band sowie eine verbesserte Hüllkurve 504. Bei der dritten Abtastung befindet sich der Kopf 502 in der mittleren Nennposition, und es wird nahezu voll­ ständiger Kontakt erreicht. Bei der vierten Abtastung weicht der Kopf 502 wieder von seiner Nennposition und -neigung ab, und die Hüllkurve 506 ist wieder etwa so verschlechtert wie die Hüllkurve 504 für die zweite Ab­ tastung. Bei der fünften Abtastung ist der Kopf 502 wieder so wie bei der ersten gegenüber dem Band ge­ neigt, jedoch in entgegengesetzter Richtung, wodurch eine maximale Signalverschlechterung gemäß der Hüll­ kurve 507 auftritt.

Berücksichtigt man, daß bei ¹/₅ Geschwindigkeit eine Integration aller vorstehend beschriebenen fünf Ab­ tastungen erfolgt, so kann das erhaltene Langsambewe­ gungsbild abhängig von der Trägerfrequenz und der ge­ wählten Schreibgeschwindigkeit insgesamt annehmbar sein. Dem geübten Beobachter fällt die Verschlechte­ rung gegenüber dem Idealzustand jedoch auf. Bei dem Grundgerät ist der Bewegungstillstand (die laufende Wiedergabe ein und derselben Spur) regellos, so daß eine der fünf Positionen als Spurposition ausgewählt werden kann. Wird die erste oder die fünfte Position gewählt (was willkürlich eintritt), so kann ein beacht­ lich verschlechtertes Bild entstehen, was wiederum von der Trägerfrequenz und der Schreibgeschwindigkeit des Systems abhängt. Bei dem Grundgerät beeinträchtigen diese Ereignisse die Bildqualität bei US-Fernsehstandards jedoch nicht wesentlich. Bei europäischen Fernsehstandards, bei denen eine verringerte Schreibgeschwindigkeit verwendet wird und die Trägerfrequenz erhöht ist, werden die effektiven Wellenlängen des Signals auf dem Aufzeichnungsträger jedoch um 24% verringert. Zusätzlich beträgt der gegen­ seitige Spurabstand 0,026 cm gegenüber 0,022 cm bei US-Fernsehstandards. Dies bedeutet, daß der Kopf noch weiter ausgelenkt werden muß, wodurch noch größere Zenitfehler und damit Trennungsverluste entstehen.

Eine Lösung dieses Problems besteht in einem bimorphen Element (Biegeelement) für überlagerte Bewegungen, wobei sich das Ele­ ment in zwei Richtungen über seiner Länge durchbiegt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Teil der Elektrode auf beiden Seiten des bimorphen Elements ent­ fernt, wie es in Fig. 21A, 21B und 21C gezeigt ist. Da­ durch entstehen effektiv zwei bimorphe Elemente 508 und 509 innerhalb einer einheitlichen Struktur. Die ideale Lösung besteht darin, die Elektrode in der Mitte der eingespannten Länge durchzuschneiden, wie es in Fig. 21A gezeigt ist. Dadurch entstehen Spalte 510 und zwei gleichgroße bimorphe Elemente 508 und 509. Die obere positive Elektrode 511 des inneren Elements 508 wird dann mit der unteren Elektrode 512 des Außenele­ ments 509 über eine Leitung 513 verbunden. Das andere Elektrodenpaar 514, 515 wird ähnlich über eine Leitung 516 verbunden. Um Depolarisationseffekte zu vermeiden, wird das gesamte System in dargestellter Beschaltung polarisiert, wobei das äußere Element 509 gegenüber dem inneren Element 508 entgegengesetzt polarisiert wird, wie es in Fig. 21B und 23 gezeigt ist. Die entgegenge­ setzte Polarisation kann nach der Verdrahtung des bimorphen Elements durch Anlegen einer hohen Gleichspannung erzeugt werden. Alternativ kann sie auch vor der Verdrahtung durch Anlegen der hohen Gleichspannung mit umgekehrter Polarität an das innere und das äußere Element 508 und 509 erzielt werden. Bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel wird diese entgegengesetzte Polarisation durch eine Spannung von 500 V erreicht. Die Anschal­ tung des Steuerpotentials an das innere bimorphe Ele­ ment über Anschlüsse 254, 256 und 258 erzeugt dann eine S-förmige Auslenkung des Gesamtelements, wie sie in Fig. 23 dargestellt ist, und nicht die typische ein­ fache Durchbiegung gemäß Fig. 16. Wenn das bimorphe Ele­ ment umgekehrt polarisiert wird und in beschriebener Weise verdrahtet ist, erzeugen Potentiale in den oben beschriebenen Schaltungen die S-förmige Auslenkung, die die einander gegenüberstehenden Flächen des Wandlers und des bandförmigen Aufzeichnungsträgers innerhalb der Auslenkungsbereiche des bimorphen Elements im wesent­ lichen unverändert halten.

In Fig. 22 und 23 ist die Dicke des bimorphen Elements übertrieben dargestellt, um eine bessere Übersicht ähn­ lich wie bei Fig. 16 und 17 zu erzielen. Die Polarisa­ tionsrichtungen sind durch Querpfeile dargestellt, wäh­ rend die induzierten Spannungen und Dehnungen mit Pfeil­ paaren gezeigt sind, die allgemein auf die Länge des bimorphen Elements ausgerichtet sind. Einander gegen­ überstehende Pfeilspitzen zeigen eine Kompression oder Schrumpfung, und auseinanderstrebende Pfeilspitzen zei­ gen eine Ausdehnung. Eine Analyse der S-Form zeigt, daß die Spitze des äußeren Elements (mit dem Kopf 234) nun parallel zu ihrer Originalebene ohne Abweichung orientiert ist, und zwar unabhängig davon, wie weit die Auslenkung seitlich erfolgt. Durch Umkehrung des Potentials ergibt sich eine umgekehrte S-Durchbiegung, jedoch bleibt die Parallelität und die Orientierung der Spitze des äußeren Elements und des Kopfes 234 unverändert. Überall zwischen diesen beiden Extremfällen bleibt die Parallelität erhalten. Der an der Spitze dieses aus mehreren Elementen gebildeten bimorphen Elements befestigte Wandler (Magnetkopf) 234 ist also stets senkrecht zum Band angeordnet, wodurch größere Neigung und damit Trennungsverluste vermieden werden. Fig. 26B zeigt das mit dieser Konstruktion erhaltene Ergebnis, wobei für alle Positionen des Kopfes die Signalhüllkurve rechteckförmig und von konstanter Amplitude ist.

Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Gesamtpotentialauslenkung des bimorphen Elements in seiner ursprünglichen einheitlichen Form durch Zerschneiden der Elektrode in ihrer Mitte beachtlich verringert wird. Da jedoch die Trennungsverluste einen logarithmischen Zusammenhang mit der Neigung haben, kann ein Kompromiß zwischen dem zuverlässigen Betrag der Neigung und dem Grad der erforderlichen Auslenkung eingegangen werden. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung wird dieser Kompromiß erreicht, wenn der Einschnitt bei ²/₃ des Abstandes der freitragenden Länge gegenüber der Einspannstelle erfolgt, wie es in Fig. 21C dargestellt ist. Es können auch verschiedene Verfahren bei der gegenseitigen Verbindung der Elektrodenplatten angewendet werden. Gemäß Fig. 21A besteht eine Lösung darin, die Verbindungsdrähte über die Seitenkanten des bimorphen Elements zu führen. Gemäß Fig. 21C besteht eine weitere Lösung darin, die Drähte durch die mittlere Bohrung 521 des Elements zu führen. Wichtig ist, daß die zusätzliche Masse minimal gehalten wird, wodurch die Resonanzfrequenzeigenschaften erhalten bleiben, so daß die beim Servobetrieb der Vorrichtung verwendeten Schaltungen nicht gegenüber denen abgeändert werden müssen, die für ein bimorphes Element verwendet werden, das keine S-förmige Aus­ lenkung erfährt.

Es sei bemerkt, daß in Fig. 22 das Steuerpotential an das innere bimorphe Element 508 angeschaltet ist, wie es in Fig. 16 für den Stand der Technik der Fall ist, während Fig. 23 das innere Element 508 mit einer Steue­ rung gemäß den Fig. 17 bis 20 zeigt. Jedoch ist nur das äußere Element 509 der Fig. 23 gegenüber dem inne­ ren Element 508 über Kreuz verdrahtet, während in Fig. 22 die obere Innen- und Außenelektrode 511 und 515 sowie die beiden unteren Elektroden 514 und 512 parallel geschaltet sind. Elektrodenpaare 511, 515 und 514, 512 werden elektrisch so angesteuert, als ob sie eine Einheit bilden und die Einschnitte 510 nicht existieren. Wenn der obere Teil eines jeden bimorphen Elements komprimiert wird, so wird der untere Teil ge­ dehnt, um die gewünschte Krümmung zu erzeugen, wie es durch die in Längsrichtung verlaufenden Pfeilpaare dargestellt ist. Die S-förmige Biegung ergibt sich dann auch noch, da die umgekehrte Polarisation der Innen- und Außenelemente 508 und 509 vorliegt, wie sie durch die Querpfeile gezeigt ist. Die Elemente 508 und 509 aus Fig. 22 könnten wie in Fig. 23 gezeigt über Kreuz verbunden sein. Umgekehrt könnten die Ele­ mente 508 und 509 nach Fig. 23 wie in Fig. 22 gezeigt parallel verbunden sein, und die gewünschte S-Verfor­ mung würde mindestens anfänglich erreicht, wobei der obere Teil eines jeden bimorphen Elements nicht ge­ spannt ist, während der untere Teil entweder kompri­ miert oder gedehnt (oder umgekehrt) wird, wie es durch die in Längsrichtung verlaufenden Pfeilpaare dargestellt ist. Unter bestimmten Bedingungen kann die Parallelverbindung nach Fig. 22 nützlich sein, ob­ wohl die Kreuzverbindung nach Fig. 23 vorgezogen wird, da der Steuerstromfluß in derselben Richtung erfolgt wie der ursprüngliche (stärkere) Polarisationsstrom, wodurch der Polarisationseffekt verstärkt wird. Bei der Parallelanordnung nach Fig. 22 ist der Steuerstrom entgegengesetzt der Richtung des ursprünglichen Pola­ risationsstroms gerichtet, wodurch eine allmähliche Depolarisation des bimorphen Elements während des Be­ triebs eintreten kann. Die nach Fig. 22 und 23 vorge­ schlagenen Abänderungen ermöglichen eine Definition wesentlicher Merkmale der Erfindung:

Zunächst soll die Konstruktion mindestens zwei gegen­ sinnig auslenkbare Teile wie die Teile 508 und 509 aufweisen die vorzugsweise so betrieben werden kön­ nen, daß der Kopf 234 relativ zum Aufzeichnungsträger 17 in praktisch abweichungsloser Orientierung gehal­ ten wird, wobei die Querbewegung in Richtungen seit­ lich zur Spur 23 möglich ist (es ist möglich, drei oder mehr Teile mit individuell umkehrbaren Krümmungs­ richtungen vorzusehen und die Ansteuerungen für diese Teile individuell derart zu programmieren, daß nicht nur eine abweichungslose Normal- oder Senkrecht­ orientierung des Kopfes gegenüber der Aufzeichnungs­ fläche, sondern auch eine genau rechtwinklige seit­ liche Bewegung des Kopfes bei seiner Auslenkung über die Spur erfolgt. Eine solche Genauigkeit muß jedoch nicht immer erreicht werden und wird im folgenden auch nicht weiter diskutiert).

Ferner soll bei zwei piezoelektrischen Elementen der Steuerstrom an die Elektroden bezüglich der Polari­ sierungsrichtung des Elements so angeschaltet wer­ den, daß beide Elemente in zueinander entgegenge­ setzten Krümmungsrichtungen ausgelenkt werden. Es ist nicht in allen Fällen wesentlich, daß ein Spalt 510 die Elektroden voneinander trennt, solange das piezo­ elektrische Element aneinanderliegende gegensinnig polarisierte Teile hat und die Tendenz zur Depolari­ sation zugelassen werden kann. Beispielsweise können aneinanderliegende Teile eines piezoelektrischen Ele­ ments zuerst gegensinnig polarisiert werden, und dann können gemeinsame, kontinuierliche Elektroden auf die beiden Seiten der gegensinnig polarisierten Elemente aufgebracht werden, um ein piezoelektrisches Element herzustellen, das die gegensinnig auslenkbaren Teile hat. Zusätzlich ist es nicht in allen Fällen wichtig, gegensinnig polarisierte Teile des piezoelektrischen Elements zu verwirklichen, wenn der Steuerstrom ent­ gegengesetzt zu benachbarten Teilen des piezoelektri­ schen Elements gerichtet ist und die Depolarisations­ wirkungen des Steuerstroms, der entgegengesetzt zur Polarisationsstromrichtung in den Teilen des piezo­ elektrischen Elements fließt, zugelassen werden kön­ nen. Wenn die Depolarisationstendenz jedoch ausgeschal­ tet werden soll, so sollten mindestens einige Teile der piezo-elektrischen Struktur in entgegengesetzten Rich­ tungen polarisiert sein, um umgekehrte Auslenkungen des Elements zu gewährleisten, wenn der Steuerstrom in Polarisationsrichtung geführt wird. Spalte wie der Spalt 510 sind immer dann vorteilhaft, wenn benachbar­ te Elektroden mit entgegengesetzt fließendem Strom ge­ steuert werden.

Unter Berücksichtigung dieser Kriterien sind viele Variationen der Struktur möglich, einschließlich An­ ordnungen mit piezoelektrischen Elementen wie die Ele­ mente 244 und 246, von denen jedes gleichmäßig über seine Länge, jedoch entgegengesetzt zur Polarisations­ richtung des anderen Elements polarisiert ist. Ferner sind Strukturen mit nur einem piezoelektrischen Ele­ ment wie das Element 244 möglich, das an einem bie­ gungsfähigen, jedoch nicht dehnungsfähigen Element befestigt ist, welches die Position beispielsweise des Elements 248 zum Element 244 einnimmt.

Eine weitere Lösung des Problems besteht darin, zwei individuelle piezoelektrische Elemente 533 und 534 wie in Fig. 24 gezeigt teilweise in Schichten auszuführen und die Spannung an jedes Element unabhängig vom ande­ ren anzuschalten. In diesem Beispiel sind zwei Elemente 533 und 534 jeweils aus zwei piezoelektrischen Elemen­ ten 536 und 537 gebildet, die entgegengesetzt polari­ siert sind, und zwar in diesem Falle aufeinander zu, wie es die Querpfeile zeigen. Sie sind in Reihe an ge­ trennte Spannungsquellen V ₁ und V ₂ angeschaltet. Alter­ nativ kann der Halter auch aus einzelnen piezoelektri­ schen Teilen wie in Fig. 28 gezeigt bestehen. Auf diese Weise ist das Element 534 a schichtartig zwischen einer relativ dünnen Elektrode 538 und einer relativ dicken Elektrode 539 angeordnet, die relativ weniger verlänge­ rungsfähig als die Elektrode 538 ist, und das Element 533 a ist ähnlich schichtartig zwischen einer dünnen Elektrode 538 und einer dicken Elektrode 539 angeord­ net. Die piezoelektrischen Elemente 533 a und 534 a sind gegensinnig zueinander polarisiert und wie in Fig. 24 in Reihe geschaltet.

Eine weitere Möglichkeit ist in Fig. 25 dargestellt, hierbei sind die Elemente 533 und 534 wie in Fig. 24 ausgebildet, jedoch parallel zueinander an die Spannungs­ quellen V ₁ und V ₂ angeschaltet.

Ein weiteres Merkmal des Einzelelements mit zwei Plat­ ten oder des Doppelelements besteht in der separaten Verdrahtung der Elektrodenpaare, wie sie in Fig. 25 gezeigt ist, und in der Anschaltung unterschiedlicher Auslenkspannungen V ₁ < V ₂ an jede Gruppe in Stromkreisen analog den in Fig. 23 gezeigten, wozu Schalter 551, 552 und 553 vorgesehen sind. Dies erzeugt auch eine S-förmige Auslenkung, jedoch wird der Krümmungsradius eines jeden Elements separat gesteuert. So ist es möglich, eine ideale Bewegung zu erzeugen, bei der die Länge eines jeden Elements von der Hälfte der ursprünglichen Länge abweicht.

Die Form des vom Spalt 274 begrenzten und an das Regelsystem angeschlossenen Sensorstreifens 270 (Fig. 12 und 21A, 21C) hängt von der jeweils gewählten Form der Elementpaare innerhalb des Einzelelements ab. Der Sensorstreifen kann auf eine der Länge des inneren Elements äquivalente Länge geschnitten werden, wie es in Fig. 21A gezeigt ist, beispielsweise durch Fortsetzen des Spaltes 510 in Form eines Spalts 510 a. Die Auslenkung bleibt dann eine einfache Durchbiegung und das Ausgangssignal proportional zu dieser Auslenkung. Dadurch jedoch, daß der Wandler 234 selbst nicht an einer Stelle befestigt ist, die der Sensorstreifenlänge entspricht, kann eine fehlerhafte Information vom Sensorstreifen 270 hinsichtlich der genauen Anordnung des Wandlers abgegeben werden. Ist eine genauere Information relativ zur Position des Kopfes erforderlich, so kann die Länge des Sensorstreifens wie in Fig. 21C gezeigt vergrößert werden, beispielsweise durch Anordnung des Spaltes 510 a weiter außerhalb des Spalts 510. Der Sensorstreifen kann die volle Länge des Elements aufweisen, so daß eine Verringerung des Ausgangssignals des Sensorstreifens auftreten kann. Der Sensorstreifen wirkt nämlich wie ein Generator, dessen Ausgangssignal proportional der Aus­ lenkung ist. Erfolgt die Auslenkung jedoch in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen, also S-förmig, so ist das Gesamtausgangssignal die Differenz der Aus­ gangssignale, die sich aus der jeweiligen Biegung in einer Richtung ergeben. Das absolute Ausgangssignal des Sensorstreifens kann also abhängig von der endgültigen Geometrie in weiten Grenzen geändert werden.

Wenn der Querspalt 510 a, der die Sensorstreifenlänge be­ stimmt, nicht eine Verlängerung des Spaltes 510 ist, der die piezoelektrischen Elemente abgrenzt, so ist es günstig, einen Anpassungspunkt 274 a an der Unterseite des Haltearms gegenüber dem Spalt 274 vorzusehen, der die Seitenkante des Sensorstreifens bildet (Fig. 21C).

Die Entfernung von Abschnitten der Elektrode kann ent­ weder durch chemische Ätzung oder mechanisches Schlei­ fen erfolgen. Auf Grund der geringen Dicke des Elektro­ denfilms (ca. 0,00127 cm) führt das Verfahren nicht zu einer größeren mechanischen Beeinträchtigung des Elements selbst. Die Entfernung dieser Elektrode muß jedoch mit einer gewissen Genauigkeit erfolgen, um sie parallel zur Grundbefestigung zu halten. Ist dies nicht gewährleistet, so ergibt sich keine saubere S-Bewegung, und es können gewisse Azimutfehler auftreten.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 27 dargestellt. Hierbei sind die Elektroden der inneren und äußeren Teile der Anordnung weiter in Längs­ richtung mit zwei Schlitzen 561 und 561 a unterteilt, um eine kontrollierte Verdrehung des Halters um seine Längs­ achse und damit eine Korrektur von Azimutfehlern des Kopfes beim Kontakt am Band zu erzielen. Da sich der Kopf beim Aufzeichnen diagonal über das Band bewegt, während sich das Band in Längsrichtung bewegt, ist der Kopf in Richtung seiner Breite oft unter einem leichten Winkel gegenüber der Länge der tatsächlichen Spur auf dem Band verkantet, wodurch in gewissen Fällen ein Azimutfehler auftritt. Ein solcher Fall liegt vor, wenn das Band bei Langsambewegung oder Standbild abgespielt wird oder wenn eine ungenaue Befestigung des Positionie­ rungselementes an seiner Halterung erfolgte. Eine Korrek­ tur kann mit der Anordnung nach Fig. 27 vorgenommen wer­ den, bei der die Elektroden in obere innere Elektroden 511 a und 511 b, vo denen jede mit einer entsprechenden äußeren unteren Elektrode 512 a und 512 b kreuzweise ver­ bunden ist, und in innere untere Elektroden 514 a und 514 b unterteilt sind, von denen jede mit einer ent­ sprechenden äußeren oberen Elektrode 515 a und 515 b kreuz­ weise verbunden ist. Die Elektroden 511 b und 514 b sind dann zusammen mit der zentralen Elektrode 248 an nicht dargestellte Spannungsquellen über Leitungen 254 a und 256 a angeschaltet. Diese sind ähnlich den Spannungs­ quellen, an die die Elektroden 511 a und 514 a angeschal­ tet sind, haben jedoch einen anderen Spannungswert. Es sind also getrennte Spannungsquellen mit unterschied­ lichen Spannungen vorgesehen. Die Differenz der Span­ nungen dieser separaten Spannungsquellen erzeugt eine vorherbestimmte Vorspannung, die eine vorbestimmte Ver­ drehung des Halters zur Korrektur eines Azimutfehlers erzeugt. Diese Spannungen können natürlich durch auto­ matische und laufend kompensierte Azimutkorrektur servo­ gesteuert sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bleiben die Schlitze 274 und 274 a, 510 und 510 a sowie die elektrische Beschaltung des Sensorstreifens 270 unverändert.

Vorstehend wurde ein Halterungssystem beschrieben, mit dem ein Magnetwandler am Ende eines dünnen Blattfeder­ elements zur Auslenkbewegung seitlich zu einer Spur auf einem Aufzeichnungsträger gehalten wird. Erfin­ dungsgemäß sind hierzu Elemente verwendet, die gegen­ sinnig auslenkbar sind, so daß der Wandler in einer abweichungsfreien Normalorientierung zum Aufzeichnungs­ träger gehalten wird. In einem Ausführungsbeispiel ist das eingespannte Blattfederelement aus inneren und äuße­ ren piezoelektrischen ("bimorphen") Biegeelementen zusammengesetzt, die entgegengesetzte Polarisationen haben und über Kreuz verbunden sind, um die gewünschte gegensinnige Auslenkung zu erhalten. Die Elektroden der Elemente können auch in Längsrichtung unterteilt und an Vorspannungsquellen angeschaltet sein, um eine kon­ trollierte Korrektur eines Azimutfehlers zu ermöglichen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Ausrichten eines Magnetkopfs auf eine Spur eines magnetischen Speichermittels mit einem an einem seiner Enden eingespannten und an seinem gegenüberliegen­ den freien Ende den Magnetkopf tragenden piezoelektrischen Biegeelement, dessen freies Ende durch Anlegen von Ab­ lenkspannungen an das Biegeelement quer zur Spur auslenk­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegeelement mindestens zwei voneinander unabhängig auslenkbare Ab­ schnitte (508, 509, 511 a, 511 b, 512 a, 512 b, 514 a, 514 b, 515 a, 515 b; 533, 534; 533 a, 534 a) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (508, 509; 511 a, 511 b, 512 a, 511 b, 512 a, 512 b, 514 a, 514 b, 515 a, 515 b; 533, 534; 533 a, 534 a) in zum Abstand zwischen Einspannende und freiem Ende des Biegeelements paralleler und/oder senkrechter Richtung nebeneinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Biege­ element zwei piezoelektrische keramische Platten, eine zwischen ihnen liegende Trägerplatte und flächige Elektroden auf der Außenseite der piezoelektrischen Platten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen Elektroden zur Bildung der Abschnitte an Unterbrechungslinien (510; 510 a) in gegeneinander elektrisch isolierte Elektrodenteile unterteilt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (248) elektrisch leitend ist und als Mittelelektrode ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Abstand zwischen Einspannende und freiem Ende des Biegeelements senkrechte Unterbrechungs­ linie ( 510) im Mittenbereich der zum Abstand parallelen Länge des Biegeelements angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Abstand zwischen Einspannende und freiem Ende des Biegeelements senkrechte Unterbrechungs­ linie in einer etwa ²/₃ der Länge des Biegeelements entsprechende Entfernung zum Einspannende angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Abstand zwischen Einspannende und freiem Ende des Biegeelements parallele Unterbrechungslinie im Mittenbereich der zum Abstand senkrechten Breite des Biegeelements angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegeelement wenigstens drei in zum Ab­ stand zwischen Einspannende und freiem Ende des Biegeelements paralleler Richtung nebeneinander angeordnete Abschnitte aufweist.