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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Langzeitspeicherung und -rückspeicherung
von Informationen in einem von einem Menschen und einer Maschine
lesbaren Format auf optischen Medien.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Ein traditionelles Verfahren zum
Archivieren von vom Menschen lesbaren Informationen besteht darin,
Dokumente auf Mikrofilm aufzuzeichnen. Diese Dokumente können ursprünglich in
der Form von Papier, Fotofilm und dergleichen sowie als vom Computer
erzeugte elektronische Daten vorliegen. Der Mikrofilm-Aufzeichnungsprozess
beinhaltet das Belichten von fotoempfindlichem Film auf verkleinerte Bilder
der Dokumente. Nach dem Belichten des Films wird dieser einer chemischen
Nassbearbeitung unterzogen, um die Bilder zu entwickeln. Die aufgezeichneten
Dokumente werden gewöhnlich
durch Projizieren ihrer vergrößerten Bilder
auf einen Bildschirm oder durch Vergrößern der Bilder mit einer Fernsehkamera
oder einem Videomonitor gelesen. Bei typischen Verkleinerungsfaktoren
von bis zu 25× liegt
die Speicherdichte von Mikrofilm in der Größenordnung von 50 Mbit/Zoll2. Bei geeigneter Lagerung wird davon ausgegangen,
dass der Mikrofilm eine Lebensdauer von bis zu 500 Jahren hat.
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Eine Begrenzung von Mikrofilm besteht
darin, dass der Film vor dem Abrufen der gespeicherten Informationen
chemisch verarbeitet werden muss. Somit werden Dokumente gewöhnlich in
Gruppen auf Mikrofilm aufgezeichnet. Wenn ein Stück Mikrofilm entwickelt ist,
können
auf diesem Film keine weiteren Dokumente mehr aufgezeichnet werden.
Beim chemischen Entwicklungsprozess selbst bleiben Reste von Silber
und anderen Chemikalien zurück, die
entsorgt werden müssen.
Eine weitere Begrenzung besteht darin, dass Mikrofilm eine geringe Graustufenkapazität und keine
Farbkapazität
hat, so dass seine Verwendung auf kontrastreiche Schwarz-weiß-Textdokumente
und -Zeichnungen begrenzt ist. Schließlich stehen nur wenige Systeme
zur Verfügung,
um den Mikrofilm mechanisch mit automatisierten Bibliotheken oder
die aufgezeichneten Informationen mit Computersystemen zu verbinden.
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Mit dem Fortschreiten der Computerspeichertechnologie
werden Informationen in zunehmendem Maße in digitaler Form gespeichert.
Noch nicht in digitaler Form vorliegende Dokumente werden mit einem
Dokumentenscanner in ein Tagged Image File Format (TIFF) oder in ähnliche
elektronische Dateiformate umgewandelt und auf Magnetband, Bildplatten
oder dergleichen gespeichert. Zum Abrufen oder Betrachten werden
die Dokumente anhand der elektronischen Dateien rekonstruiert und
auf Monitoren angezeigt oder auf Papier ausgedruckt. Speicherdichten
für die
Magnetbänder
und die Bildplatten liegen gewöhnlich
bei über
100 Mbit/Zoll2. Die Magnetbänder können mit
konventionellen Bandbibliothekssystemen kompatibel sein, wenn sie
in standardisierte Kassetten gesteckt werden, die eine automatisierte
Handhabung zulassen. Ebenso kann die Bildplattenhandhabung automatisiert
werden. Daten auf den Magnetbändern
haben eine Lagerfähigkeit
von 10 bis 20 Jahren. Die Lebensdauer von Bildplattendaten beträgt schätzungsweise
etwa 30 bis 60 Jahre. Sowohl Magnetband als auch Bildplatten sind
jedoch dahingehend empfindlich, dass aufgrund des raschen Fortschritts
in der Computerspeichertechnologie ihre Leser veralten. Damit die
Informationen auch in 100 Jahren noch lesbar sind, müssen die
auf existierenden Magnetbändern
und Bildplatten befindlichen Informationen periodisch auf neue Medien übertragen
werden, damit sie ständig
mit den sich ändernden
Lese-/Schreibgeräten
kompatibel sind.
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Der Kodak Archive Writer hat die
Speicherkapazität
gegenüber
Mikrofilm verbessert, indem 16-Millimeter-Filmrollen verwendet und
der Verkleinerungsfaktor auf 40 × erhöht wurde(n). Jedes Dokument
wird als elektronische TIFF-Datei eingegeben, die zum Modulieren
der Intensität
eines auf einer Kathodenstrahlröhre
(CRT) gebildeten Punkts verwendet wird. Der CRT-Punkt wird optisch
auf dem Film abgebildet, der durch geeignetes Scannen des CRT-Punkts
mit einem sichtbaren Bild des Dokumentes belichtet wird. Wie bei
dem Mikrofilm, wird die gesamte Rolle vor dem Abrufen des Dokumentes
einer chemischen Nassbearbeitung unterzogen, um die Bilder zu entwickeln.
Das Abrufen der Informationen erfolgt mit einer Fernsehkamera und
einem Computer, der die TIFF-Dateien
anhand der sichtbaren Bilder rekreiert.
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Ein weiterer Ansatz für die Langzeitspeicherung
ist das Rosetta-System, das von Norsam Technologies vorgeschlagen
wurde. Im Rosetta-System werden sichtbare Informationen mit elektronischer Strahlenbelichtung
oder Ionenimplantation auf einen Siliziumwafer geschrieben. Dies
erfordert die Verwendung eines energetischen Rasterelektronenstrahls
oder Ionenstrahls in einer Vakuumkammer. Das Silizium wird dann
mit einer Etch-Stop-Technik zur Bildung einer Master-Platte tiefengeätzt. Diese chemische
Nassbearbeitung hat ähnliche
Losbegrenzungen zur Folge wie Mikrofilm: Dokumente werden mit einem
Verkleinerungsfaktor von 850× bei
einer Dichte von mehr als 2 Gbit/Zoll2 gespeichert.
Das Lesen der sichtbaren Bilder erfolgt mit einem Hochleistungsmikroskop,
das mit Phasenkontrast- oder Interferenzoptik ausgestattet ist.
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Demzufolge ist Bedarf an einem Dokumentenspeicheransatz
entstanden, mit dem die Dokumente auch noch nach Jahrzehnten abgerufen
werden können,
ohne dass Leser notwendig wären,
die schon lange veraltet sind. Mit diesem Ansatz muss es möglich sein,
Dokumente verschiedener Größen, Auflösungen,
solche mit Graustufen und Farbe aufzunehmen, und es muss möglich sein,
dem Speichermedium jederzeit neue Dokumente hinzuzufügen oder
davon herunterzuladen. Für
eine einfache Integration mit existierenden Computersystemen muss
dieser Dokumentenspeicheransatz mit den aktuellen automatisierten
Bibliothekssystemen mit entfernbaren Medien kompatibel sein und
muss die Speicherung in digitalen Formaten zulassen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein System zum Speichern von Dokumenten mit einer
Breite und einer Länge
bereitgestellt, die als Informationen in elektronischen Dateien mit
einer gewählten
Auflösung
vorliegen, wobei das System Folgendes umfasst:
ein optisches
Aufzeichnungsmedium mit einer laserbeschreibbaren Schicht; und
einen
Scanner, der wenigstens einen Laserstrahl mit variabler Intensität ausstrahlt,
der in die genannte beschreibbare Schicht eingreift, wobei der genannte Scanner
die genannten Informationen in elektronischen Dateien erhält und die
genannte Intensität
des genannten wenigstens einen Laserstrahls und die relative Position
des genannten wenigstens einen Laserstrahls auf der genannten beschreibbaren
Schicht als Reaktion auf die genannten elektronischen Dateien regelt,
um direkt eine sichtbare Aufzeichnung in die genannte beschreibbare
Schicht mit einem Verkleinerungsfaktor für jedes der genannten Dokumente
zu schreiben, wobei der genannte wenigstens eine Laserstrahl das
Reflexionsvermögen
der genannten beschreibbaren Schicht ändert, wenn die genannte sichtbare
Aufzeichnung geschrieben wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Speichern eines Dokumentes
mit einer Breite und einer Länge bereitgestellt,
das als Informationen in elektronischen Dateien mit einer gewählten Auflösung vorliegt,
wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Platzieren eines optischen
Aufzeichnungsmediums in Kommunikation mit einem Scanner, wobei das
genannte optische Aufzeichnungsmedium eine laserbeschreibbare Schicht
hat, wobei der genannte Scanner wenigstens einen Laserstrahl mit
variabler Intensität
aufweist, der in die genannte beschreibbare Schicht eingreift;
Lesen
der genannten Informationen in der elektronischen Datei in den Scanner;
und
Schreiben einer sichtbaren Aufzeichnung in die genannte
beschreibbare Schicht mit einem Verkleinerungsfaktor durch Regeln
der genannten Intensität des
genannten wenigstens einen Laserstrahls und der relativen Position
des genannten wenigstens einen Laserstrahls auf der genannten beschreibbaren Schicht
als Reaktion auf die genannte elektronische Datei, wobei der genannte
wenigstens eine Laserstrahl das Reflexionsvermögen der genannten beschreibbaren
Schicht direkt ändert,
wenn die genannte sichtbare Aufzeichnung geschrieben wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
System und ein Verfahren zum Speichern von Dokumenten für lange
Zeitperioden bereitzustellen. Die Erfindung beginnt insbesondere
mit den Dokumenten in einem elektronischen Dateiformat und endet
damit, dass die Dokumente in einem verkleinerten, vom Menschen lesbaren
Format auf einem optischen Aufzeichnungsmedium gespeichert werden, so
dass die Dokumente mit einem Mikroskop betrachtet werden können. Ein
Inhaltsverzeichnis und ein Dateikopfetikett mit Indexen und anderen
Metadaten über
jedes Dokument können
einbezogen werden, um Identifizierung, Suche und Verwaltung der Dokumente
beim Auslesen zu unterstützen.
Das optische Aufzeichnungsmedium ist direkt mit einem Laser beschreibbar,
so dass jederzeit zusätzliche
Dokumente hinzugefügt
und abgerufen werden können:
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, dass
die in den elektronischen Dateien enthaltenen Informationen vor
dem Schreiben verarbeitet werden können, um Graustufen, Farbe
und verschiedene Auflösungen
der Dokumente aufzunehmen.
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Noch eine weitere Aufgabe besteht
darin, dass die Dokumente sowohl in digital codierter als auch vom
Menschen lesbarer Form auf demselben physikalischen Medium gespeichert
werden können.
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Bei der Ausführung dieser Aufgaben werden die
obigen Aufgaben sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung nach einer Betrachtung der folgenden ausführlichen
Beschreibung der besten Art der Ausführung der Erfindung in Verbindung
mit den Begleitzeichnungen besser verständlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Illustration von Daten, die auf ein optisches Aufzeichnungsband
mit den sichtbaren Aufzeichnungen und den digitalen Aufzeichnungen
in derselben Spur geschrieben wurden;
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2 ist
eine Illustration von Daten, die mit Querabtastung zum Schreiben
der sichtbaren Aufzeichnungen und mit longitudinaler Schlangenlinienabtastung
zum Schreiben der digitalen Aufzeichnungen auf ein optisches Speicherband
geschrieben wurden;
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3 ist
eine Illustration von auf eine Bildspeicherplatte geschriebenen
Daten;
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4 ist
ein schematisches Diagramm eines Laserpositions- und Intensitätsregelteils
eines Abtastlaser-Writers auf Galvanometerbasis; und
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Verarbeitung von Informationen mit dem
Laser-Scanner von der elektronischen Datei auf das optische Aufzeichnungsmedium
zeigt.
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BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung speichert
Dokumente auf laserbeschreibbaren optischen Medien, die keine Verarbeitung
nach dem Schreiben erfordern. Aufgrund der Verwendung . laserbeschreibbarer
Medien können
Dokumente zu verschiedenen Zeitpunkten den Medien hinzugefügt werden,
so dass die Notwendigkeit für
eine gleichzeitige Losverarbeitung aller Dokumente entfällt. Die
Informationen werden in einem vom Menschen lesbaren Format (sichtbare
Aufzeichnung) gespeichert, so dass die Rückgewinnung der Dokumente lediglich
von der Verfügbarkeit
eines optischen Mikroskops, eines Rasterelektronenmikroskops, eines
akustischen Mikroskops oder eines beliebigen anderen Verfahrens zum
Abbilden und Vergrößern der
auf den Medien gespeicherten Dokumente abhängig ist. Die Informationen
können
auch in digital codierter Form (digitale Aufzeichnung) gespeichert
werden, um eine direkte digitale Auslesung zu ermöglichen,
wenn ein entsprechender Leser zur Verfügung steht. Wo die digitale
Form des Dokumentes nicht aufgezeichnet wurde oder auf andere Weise
nicht lesbar ist, kann die sichtbare Form des Dokumentes mit einem
optischen oder nichtoptischen Verfahren gelesen und zum Rekreieren
der elektronischen Datei digitalisiert werden.
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Die vorliegende Erfindung beginnt
mit dem Lesen der Dokumente, wenn diese als elektronische Dateien
vorliegen. Festkopie-Dokumente können
mit herkömmlichen
Dokumentenscannern in elektronische Dateien umgewandelt werden,
oder die Dokumente können
mit einem beliebigen Programm, das einen Ausgang erzeugt, der von
einem Menschen mit Verständnis
betrachtet werden kann, als elektronische Dateien erzeugt werden,
einschließlich
existierender Textverarbeitungs-, Graphik- oder Zeichnungs-Softwareprogramme.
Ein typisches Dokument ist ein Brief auf Papier mit einer Standardgröße von 8,5 × 11 Zoll.
Eine typische elektronische Datei ist eine Dokumentversion in einem
Tagged Image File Format (TIFF) mit einer Auflösung von 300 Punkten pro Zoll
(dpi). Die Erfindung lässt
es zu; dass die Dokumente Text, Graphik, Images, Bilder, Videofestbilder,
Graustufen, Farbe und Doppel-Images einer Szene für eine 3-dimensionale
stereoskopische Betrachtung enthalten. Die elektronischen Dateien
können
die Informationen in anderen Formaten als TIFF und mit anderen Auflösungen als
300 dpi speichern.
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Die Dokumente werden auf einem optischen Aufzeichnungsmedium
aufgezeichnet, das sowohl sichtbare Bilder als auch digitale Informationen
aufnehmen kann. Das optische Aufzeichnungsmedium beinhaltet eine
beschreibbare Schicht auf einem Substrat. Für Medien in der Form eines
optischen Bandes kann das Substrat aus Polyester, Kapton, Aramid
oder Metallen bestehen. Für
Medien in der Form einer Bildplatte kann das Substrat ein starrer Kunststoff
wie z. B. Polycarbonat oder ein flexibler Kunststoff wie z. B. Polyester
sein. Die beschreibbare Schicht erlaubt ein direktes Schreiben mit
einem Laser. Natürlich
wären auch
andere Formen und Geometrien, die die Ziele von Hochvolumeneffizienz, Schnellzugriffsfähigkeit
und Kompatibilität
mit Medienautomatisierungsschemata ermöglichen, wie z. B. Sphären, Zylinder,
Würfel,
dünne,
planare rechteckige Formen oder Kollektionen davon in einem Gehäuse, für die Ausführung der
vorliegenden Erfindung geeignet. Durch ein direktes Schreiben entfällt die
Notwendigkeit für
eine Entwicklung nach dem Schreiben, so dass zusätzliche Dokumente jederzeit geschrieben
und abgerufen werden können.
Die beschreibbare Schicht ändert
vorzugsweise ihr Reflexionsvermögen,
wenn sie beschrieben wird, um das Betrachten der sichtbaren Aufzeichnungen
zu vereinfachen. Die beschreibbare Schicht erzeugt während des
Schreibvorgangs vorzugsweise keine Schmutzteilchen. Schließlich muss
die beschreibbare Schicht eine lange Datenretentionsdauer haben.
Es stehen mehrere laserbeschreibbare Materialien zur Verfügung, wie
z. B. Metallfolien, Farbpolymerfolien, magneto-optische Folien sowie
amorphe bis kristalline Phasenübergangsfolien.
In der bevorzugten Ausgestaltung ist das optische Aufzeichnungsmedium
eine amorphe bis kristalline Phasenübergangsfolie auf einem Polyestersubstrat.
Amorphe bis kristalline Phasenübergangsfolien
erzeugen lesekontrastreiche Hochauflösungsdaten mit mäßigen Schreibleistungsdichten,
erzeugen keine Schmutzteilchen während des
Schreibvorgangs und haben eine erwartete Datenlebensdauer von mehr
als 100 Jahren unter geregelten Speicherbedingungen.
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Damit das optische Aufzeichnungsmedium mit
existierenden automatisierten Bibliothekssystemen mit entfernbaren
Medien kompatibel ist, liegt es in der Form einer Platte oder eines
Bandes vor, das in einer Kassette mit Standardformfaktor untergebracht ist.
In der bevorzugten Ausgestaltung ist das Medium ein optisches Band
mit einer Breite von 12,65 Millimetern (1/2 Zoll) und einer Länge von
200 Metern (655 Fuß),
das in einer mit IBM 3480 kompatiblen Formfaktorkassette
untergebracht ist. Eine) solches) Kassette und Band kann etwa 220.000
Dokumente von 8,5 × 11
Zoll nur in sichtbarer Form und mit einem Faktor von etwa 85 × verkleinert
und etwa 80.000 solcher Dokumente in sichtbarer und digitaler Form
zusammen mit Kopfetiketten und Inhaltsverzeichnissen speichern.
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1 zeigt
ein Beispiel für
Daten, die auf einem optischen Aufzeichnungsband 2 gespeichert sind.
Der Oberflächenbereich
des optischen Aufzeichnungsbandes 2 ist in eine erste Spur 4,
eine zweite Spur 6 und eine dritte Spur 8 unterteilt,
die parallel zur Länge
des Bandes verlaufen. Eine sichtbare Aufzeichnung 10 eines
Standarddokumentes von 8,5 × 11
Zoll wird in der ersten Spur 4 gespeichert, wobei die Breite
der sichtbaren Aufzeichnung 10 etwas geringer ist als die
Breite der ersten Spur 4. Unter der sichtbaren Aufzeichnung 10 befindet
sich ein sichtbares Kopfetikett 12. Auf das sichtbare Kopfetikett 12 folgen
die digitale Aufzeichnung 14 und das digitale Kopfetikett 16 für das Dokument.
Inder zweiten Spur 6 ist die visuelle Aufzeichnung 18 eines
Dokumentes von 8,5 × 14
Zoll gespeichert. Weiter unten in der zweiten Spur 6 befindet
sich die sichtbare Aufzeichnung 20 eines großen Graphs.
Diese sichtbare Aufzeichnung 20 überschreitet die Breite der
zweiten Spur 6 und reicht somit bis hinüber auf die dritte Spur B.
In der dritten Spur 8 werden drei sichtbare Aufzeichnungen 22 zum
Aufzeichnen eines Farbdokumentes verwendet. Jede der drei sichtbaren
Aufzeichnungen 22 enthält
eine Farbtrennkomponente des Dokumentes. Es können auch andere Anzahlen von
Farbtrennungen verwendet werden. Die digitale Aufzeichnung 24 des
Farbdokumentes ist während des
Schreibens durch eine Anordnung von vier Laserstrahlen 26 dargestellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die beschreibbare Schicht
in einen Inhaltsverzeichnisbereich und fünf parallele Spuren unterteilt.
Jede Spur hat eine Breite von 2,5 Millimetern, um 8,5 Zoll breite
Dokumente mit 300 dpi bei einer Punktgröße von etwas unter 1 Mikrometer
zu akzeptieren. Die resultierenden sichtbaren Aufzeichnungen sind
Miniaturreproduktionen der ursprünglichen
Dokumente, um einen Faktor von etwa 85 × verkleinert. Die in 1 gezeigten Merkmale sind übertrieben dargestellt.
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Die auf dem optischen Aufzeichnungsmedium
gespeicherten Daten sind von binärer
Natur. Wenn die Laserstrahlen auf die beschreibbare Schicht auftreffen, ändert sich
das Aussehen des Materials, sei dies eine kristalline Phasenänderung, Grübchenbildung,
Ablation, Einbrennen eines Lochs oder dergleichen. Wo die Laserstrahlen
nicht auf die beschreibbare Schicht treffen, behält das Material sein ursprüngliches
Reflexionsvermögen.
Durch diese binäre
Natur können
schwarze und weiße
sichtbare Bilder und digitale Daten aufgezeichnet werden. Um Dokumente
mit Graustufen aufzunehmen, konvertiert die vorliegende Erfindung
die verschiedenen Grauniveaus vor der Aufzeichnung in Halbtonmuster. Zum
Aufnehmen von Dokumenten mit Farbe trennt die vorliegende Erfindung
das Dokument zunächst
in mehrere Farbkomponenten (z. B. rot, grün und blau), konvertiert dann
jede Farbkomponente in Halbtonbilder und zeichnet schließlich die
mehreren Halbtonbilder wie in 22 gezeigt auf.
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Die vorliegende Erfindung nimmt Dokumente verschiedener
Auflösungen
und Größen auf.
Das Produkt aus Auflösung
der elektronischen Datei und physikalischen Abmessungen des Dokumentes
ist die Höchstzahl
der Pixel (Bildelemente) von Informationen, die potentiell in diesem
Dokument enthalten sein können.
In der Praxis können
leere Bereiche des Dokument, d. h. ohne Informationsinhalt, komprimiert werden,
um Vorgänge
bei Informationsverarbeitung und Schreiben zu beschleunigen. Wenn
die elektronische Datei über
die Breite eines Dokumentes mehr oder weniger Pixel definiert als
Laserpunkte vorhanden sind, die über
die Breite einer Spur aufgezeichnet werden können, dann kann die elektronische
Datei so verarbeitet werden, dass die Zahl der Pixel erhöht oder
verringert wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Abmessungen
des Dokumentes skaliert werden, während die Auflösung (Pixel
pro Zoll) konstant gehalten wird, die Auflösung des Dokuments skaliert
wird, während
die Abmessungen konstant gehalten werden, oder sowohl Abmessungen als
auch Auflösung
skaliert werden.
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Alternativ können die Abmessungen der sichtbaren
Aufzeichnung nach oben oder unten skaliert werden, so dass eine Übereinstimmung
von 1 : N zwischen den Pixeln in der elektronischen Datei und den
Laserpunkten in der sichtbaren Aufzeichnung entsteht, wobei N eine
ganze Zahl ist. Breite sichtbare Aufzeichnungen werden über zwei
oder mehrere benachbarte Spuren wie bei 20 aufgezeichnet. Wenn die
Zahl der Pixel in Längenrichtung
der Informationen des Dokumentes in der elektronischen Datei eine vorbestimmte
Grenze oder durch das Recorderformat aufgestellte, vordefinierte
algorithmische Regeln überschreitet,
dann kann das Dokument entweder in mehrere Dokumente unterteilt
oder über
eine größere Länge der
Spur wie bei 18 aufgezeichnet werden. Alle obigen Aufzeichnungsoptionen
können
durch vorbestimmte Regeln, durch den Benutzer oder durch Software-Anwendungen
gesteuert werden.
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Für
jedes Dokument kann ein sichtbares Kopfetikett in dem optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet
werden. Diese Kopfetiketten enthalten alphanumerische Kennungen
und Metadaten in Bezug auf Ursprung, Inhalt und aufgezeichnete Bildcharakteristiken
der Dokumente. Sie befinden sich in der Nähe der sichtbaren Aufzeichnungen.
In der bevorzugten Ausgestaltung befindet sich jedes Kopfetikett neben
seiner assoziierten sichtbaren Aufzeichnung.
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Die digitalen Aufzeichnungen erlauben
eine direkte Rekreation der Dokumente in einem elektronischen Format
ohne Qualitätsverlust;
wenn ein kompatibler Leser zur Verfügung steht. Die digitalen Informationen
werden optisch mit Standardtechniken wie Pulsbreitenmodulation,
Pulspositionsmodulation oder dergleichen codiert. Jede digitale
Datenreihe wird von der benachbarten Reihe getrennt, um Übersprechen
zu verhindern: Fehlerkorrekturcodierung kann einbezogen werden,
um das Abrufen der Daten von. dem optischen Aufzeichnungsmedium
zu unterstützen.
Auch Servomarkierungen können
einbezogen werden, um die Verfolgung der digitalen Reihen beim Auslesen
zu unterstützen.
In der bevorzugten Ausgestaltung werden die digitalen Informationen
mit derselben Anordnung von Laserstrahlen geschrieben wie
die sichtbare Aufzeichnung, mit einer geeigneten Modifikation der
Bandgeschwindigkeit und von Laserarbeitsgängen; so dass sich eine Reihentrennung von
etwa einer Laserpunktbreite ergibt.
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Wie bei den sichtbaren Informationen,
so beinhalten auch die digitalen Informationen eine digitale Aufzeichnung
und ein optionales digitales Kopfetikett für jedes der Dokumente. Jede
digitale Aufzeichnung enthält
eine Kopie der digitalen Informationen von der elektronischen Datei
des Dokumentes. In der bevorzugten Ausgestaltung werden die digitalen
Aufzeichnungen auf Querreihen über
die Breite einer Spur geschrieben, wobei jede Reihe geringfügig schmäler ist als
die Breite der Spur. Die physikalische Länge der digitalen Aufzeichnung
variiert mit der Menge der aufzuzeichnenden Informationen. In der
Praxis liegt die physikalische Länge
der digitalen Aufzeichnung auf dem optischen Medium im Bereich vom
Anderthalb- bis Zweifachen von der der sichtbaren Aufzeichnungen.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die digitalen Aufzeichnungen
auf Längsreihen
geschrieben, die über
die Länge
der Spur verlaufen. 2 zeigt
die über
Längsreihen
geschriebenen digitalen Informationen. Ein optisches Aufzeichnungsmedium 28 ist
in eine erste Spur 30 und eine zweite Spur 32 unterteilt.
Die sichtbare Aufzeichnung 34 und das sichtbare Kopfetikett 36 eines
Dokumentes werden in der ersten Spur 30 aufgezeichnet.
Die digitale Aufzeichnung 38 und das digitale Kopfetikett 40 desselben
Dokumentes werden mit einer Schlangenlinienspur in der zweiten Spur 32 aufgezeichnet.
In dieser Ausgestaltung verwendet der Laserscanner eine Anordnung
von Lasern, um die digitale Aufzeichnung 38 und das digitale
Kopfetikett 40 schnell zu schreiben. 3 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung,
in der das Medium eine Bildplatte 88 ist. Die sichtbaren Aufzeichnungen 90 und
die sichtbaren Kopfetiketten 92 sind in konzentrischen
Spuren 94, 96, 98, 100 und 102 aufgezeichnet.
Die digitalen Aufzeichnungen 104 und die digitalen Kopfetiketten 106 sind
in einer Spiralspur 108 innerhalb der Spur 102 aufgezeichnet.
Mit gekrümmten
Spuren können
die Dokumente mit geraden Rändern
wie in der Figur gezeigt geschrieben werden, oder sie können, wenn
eine geringfügige
Verzerrung akzeptabel ist, den Spuren folgend gekrümmt sein.
Die Größe der Merkrmale
in 2 und 3 ist übertrieben dargestellt.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, können für jede digitale
Aufzeichnung digitale Kopfetiketten einbezogen werden. Wie ihre
sichtbaren Gegenstücke, so
enthalten die digitalen Kopfetiketten alphanumerische Kennungen
und Metadaten über
Ursprung und Inhalt der Dokumente. Sie befinden sich gewöhnlich in
der Nähe
der digitalen Aufzeichnungen. In der bevorzugten Ausgestaltung befindet
sich jedes digitale Kopfetikett neben seiner assoziierten digitalen
Aufzeichnung.
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Um das Abrufen von Informationen
von dem optischen Aufzeichnungsmedium zu unterstützen, beinhaltet die Erfindung
die Definition eines Inhaltsverzeichnisbereiches auf der beschreibbaren Schicht.
In dem Inhaltsverzeichnis sind mehrere Eintragspositionen für eine vorbestimmte
Zahl von Dokumenten reserviert. Die Einträge sind in sichtbarer Form
und bei Bedarf in digitaler Form geschrieben. Jeder Eintrag identifiziert
Spur und Ort in der Spur jeder Aufzeichnung sowie Metadaten in Bezug
auf Aufzeichnungsgröße, Erzeugungsdatum,
Zeit, Verfasser, Änderungshistorie
und dergleichen. Den Spuren können
Registrierungsmarkierungen hinzugefügt werden, auf die im Inhaltsverzeichnis
verwiesen wird, um beim Suchen und Ausrichten der Aufzeichnungen zu
helfen. In der bevorzugten Ausgestaltung befindet sieh das Inhaltsverzeichnis
am logischen Anfang des optischen Bandes und enthält sowohl
sichtbare Einträge
als auch digitale Einträge.
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Medium und Gehäuse können weitere Merkmale beinhalten,
um beim Schreiben und Abrufen von Dokumenten sowie bei Überwachung
und Steuerung des Mediums selbst zu assistieren. Merkmale wie Verfolgung,
Positionierung, Ausrichtung und Kalibrierungsmarkierungen assistieren
bei der physikalischen Manipulation des Mediums beim Einlegen in die
Leser und Schreiber und wenn es von diesen benutzt wird. Die Identifikation
von Medienhersteller, Datencodes, Medientyp und dergleichen sind
in Bereichen wie Identifikation, Qualitätskontrolle und Inventar nützlich.
Diese Merkmalstypen können
entweder vom Hersteller mit einem lasergestützten System, einem Gravierprozess,
einem Formprozess oder ähnlichen
Prozessen integriert oder vom Benutzer in die. beschreibbare Schicht
geschrieben werden. Alternativ kann dieser Informationstyp in einem in
dem Gehäuse
befindlichen, extern lesbaren, nichtflüchtigen Halbleiterspeicher
gespeichert sein.
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Ein Laserscanner wird zum Schreiben
der elektronischen Dateiinformationen und ihrer assoziierten Metadaten
sowie globalen Metadaten wie Inhaltsverzeichnis auf das optische
Aufzeichnungsmedium verwendet. Der Ausgang des Laserscanners ist ein
einzelner Laserstrahl oder eine Anordnung von Laserstrahlen. Inder
bevorzugten Ausgestaltung haben die Laserstrahlen eine Punktgröße von etwas
unter einem Mikrometer am optischen Aufzeichnungsmedium, passend
zu einer elektronischen Datei von 300 dpi, die um einen Faktor 85 × verkleinert
wurde. Die geringe Punktgröße wird
mit einer Linse mit einer numerischen Blende von etwa 0,24 erzielt.
Zum Schreiben von Informationen regelt der Laserscanner die Intensität der Laserstrahlen
sowie die relative Position zwischen den Laserstrahlen und dem optischen
Aufzeichnungsmedium. Bei Plattenmedien wird das Medium normalerweise
um seine Mitte gedreht, während
ein Schlitten die Laserstrahlen und die Optik in radialer Richtung
führt.
Bei Bandmedien wird das Medium normalerweise in der Richtung seiner
Länge bewegt,
die Laseroptik lenkt die Laserstrahlen über die Breite einer
Spur ab und ein Schlitten bewegt die Laserstrahlen und die Optik
von Spur zu Spur. Es sind viele andere Anordnungen möglich.
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4 zeigt
einen auf einem Galvanometer basierenden Laserpositions- und -intensitätsregelteil eines
Laserscanners, der die bevorzugte Ausgestaltung des Scanners ist.
Eine Anordnung von vier Lasern 42 erzeugt die Laserstrahlen 44,
die durch eine Kollimationslinse 46 passieren, von einem
Abtastgalvanometerspiegel 48 über
die Breite einer Spur bewegt und von einer zweiten Linse 52 auf
dem optischen Aufzeichnungsmedium 50 fokussiert werden. Der
Spiegel 48 lenkt die Laserstrahlen auf sägezahnartige
Weise mit einem Arbeitszyklus von 75/25% ab. Die Laserstrahlen 44 schreiben
Daten während
der Hauptablenkung auf das Medium 50, und bei der. Rückkehrablenkung
werden die Laserstrahlen 44 gelöscht. Für diesen Abtasttyp kann das
Medium kontinuierlich oder bei der Rückkehrbewegung schrittweise
fortbewegt werden. Die kontinuierliche Fortbewegung führt zu einer
geringfügigen
Streckung des. sichtbaren Bildes aufgrund eines Spalts zwischen den
Abtastzeilen, proportional zu Abtastrückkehr oder Rücklaufzeit.
Wenn im Fall einer Array eine Trennung zwischen den fokussierten
Punkten auf dem Medium vorliegt, dann werden die Räume durch Verschachtelung
gefüllt.
Wenn der Scanner digitale Informationen schreibt, wird das Medium 50 so
fortbewegt, dass eine Trennung von einer Reihe bewahrt bleibt, um Übersprechen
minimal zu halten. Unter Verwendung von Spiegelfrequenzen zwischen
825 Hz und 3300 Hz schreibt der Scanner eine sichtbare Aufzeichnung
eines Dokumentes von 8,5 × 11
Zoll in 1 bis 4 Sekunden mit 1 bis 16 Lasern in der Array. Der Scanner
beinhaltet einen linearen Schrittschaltschlitten 54, um
Laser, Spiegel und Linsen von Spur zu Spur zu bewegen.
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In einer Variation der bevorzugten
Ausgestaltung arbeitet der Scanner mit einer Zweiweg-Oberwellenabtastung,
wobei die Laserstrahlen während der
Hauptablenkung und während
der Rückkehrablenkung
schreiben. Bei diesem Ansatz wird der vom Spiegel benötigte Frequenzgang
verringert, er verlangt jedoch, dass das Medium schrittweise fortbewegt
wird, während
der Spiegel die Richtung ändert. In
diesem Fall schreibt der Scanner mit Spiegelfrequenzen zwischen
206 Hz und 825 Hz ein Dokument in 1 bis 4 Sekunden mit 1 bis 16
Lasern in der Array. In einer anderen Ausgestaltung arbeitet der
Scanner mit einem vielseitigen polygonalen Rotationsspiegel. In
dieser Ausgestaltung wird das Medium kontinuierlich bewegt, wodurch
seine Steuerung vereinfacht wird.
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5 zeigt
die Verarbeitung von Informationen, die von dem Laserscanner durchgeführt wird. Zunächst wird
die elektronische Datei 58 zum Laserscanner gesendet. Dann
werden Metadaten, die in die elektronische Datei eingebettet oder
an diese angehängt
sind, extrahiert und dem Dokument zugeschrieben und an die Daten
angehängt
62. Für
die sichtbaren Datensätze,
sichtbaren Kopfetiketten und sichtbaren Inhaltsverzeichniseinträge werden
die Informationen auf Farbgehalt geprüft 66. Wenn Farbe vorhanden
ist, wird die Farbe in mehrere sichtbare Datensätze mit einem sichtbaren Datensatz
für jede Farbkomponente
getrennt 68. Die Informationen werden dann auf Graustufeninhalt
geprüft 70.
Falls vorhanden, werden die Graustufeninformationen in Halbtöne umgewandelt 72.
Es erfolgt eine Entscheidung 74, ob Breite, Länge und
Auflösung
des Dokumentes skaliert werden sollen oder nicht 76. Dann werden
Metadaten, die von der vorherigen Verarbeitung abgeleitet wurden
und die ebenfalls die Aufzeichnungsplatzierung auf den Medien und
andere Charakteristiken beschreiben, an die Daten angehängt 64.
Schließlich
werden die Informationen durch Regeln der Laserstrahlintensität und der
relativen Position 78 in das optische Aufzeichnungsmedium 50 geschrieben.
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Für
digitale Aufzeichnungen, digitale Kopfetiketten und digitale Inhaltsverzeichniseinträge erfolgt nach
dem Anhängen
der zugeschriebenen Metadaten 62 eine Fehlerkorrekturcodierung 80 an
den Informationen. Bei einem Formatierungsvorgang 82 werden
dann die Informationen in Quer- oder Längsabtastreihen fester Länge angeordnet
und es wird entschieden, welcher Laser der Array die Daten schreibt.
Ein optischer Codiervorgang 84 konvertiert dann die digitalen
Einsen und Nullen mit Hilfe von Pulsbreitenmodulation, Pulspositionsmodulation oder
mit einem anderen geeigneten Modulationsschema in geeignete Laserintensitäten. Dann
werden Metadaten, die von der obigen Verarbeitung abgeleitet wurden
und ebenfalls die Aufzeichnungsplatzierung auf dem Medium und andere
Charakteristiken beschreiben, an die Daten angehängt 64. Schließlich schreibt
der Laserintensitäts-
und Positionssteuerprozess 78 die Informationen in das
optische Aufzeichnungsmedium 50.
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Es können mehrere Lesertypen verwendet werden,
um die Informationen aus den optischen Aufzeichnungsmedien zu extrahieren,
wie z. B. optisches Weißlichtmikroskop,
Rasterelektronenmikroskop oder ein akustisches Mikroskop. Wenn es
sich um einen Lochbrenn- oder kristallografischen Phasenänderungstyp
handelt, dann ist die bevorzugte Ausgestaltung zum Lesen der sichtbaren
Aufzeichnungen, sichtbaren Kopfetiketten und sichtbaren Inhaltsverzeichniseinträge ein Monitor,
der mit einer Fernsehkamera mit einer Objektivlinse mit einer numerischen
Blende im Bereich von 0,4 bis 0,6 verbunden ist. Die digitale Bilddatei
kann dann durch Neudigitalisieren der sichtbaren Informationen,
z. B. mit Hilfe einer Bildfangschaltung, rekreiert werden. Für magneto-optische
Medien werden Polarisierungsplatten in den optischen Pfad eingefügt, um die
Informationen sichtbar zu machen. Für Grübchenbildungsmedien werden
Phasenkontrastplatten verwendet. Wo Farbdokumente in mehrere sichtbare
Bilder getrennt wurden, da wird ein Mehrstrahlmikroskop verwendet. Jeder
Strahl dieses Mikroskops hat einen Farbfilter, der den einzelnen
Farbkomponentenbildern die richtige Farbe gibt. Zusätzliche
Optik setzt alle Strahlen wieder zu einem Vollfarbbild zusammen.
Wo 3-dimensionale Szenen als mehrere Bilder in einem Dokument gespeichert
wurden, wird die 3-dimensionale Szene mit einem stereoskopischen
Mikroskop betrachtet. Die beiden Bilder können auf dem optischen Medium
digital als separate Dateien aufgezeichnet werden, die von einem
Computer gelesen und verarbeitet werden können, um ein 3-dimensionales
Display auf einem geeigneten Monitor zu erzeugen.
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Die bevorzugte Ausgestaltung eines
optisches Lesers zum Zurückspeichern
der digitalen Aufzeichnungen, digitalen Kopfetiketten und digitalen
Inhaltsverzeichniseinträge ist
eine eindimensionale Fotodetektor-Array, die die volle Breite der
Aufzeichnung erfasst, während
sich das Medium vorbei bewegt. In einer alternativen Ausgestaltung
werden die digitalen Informationen mit einem Galvanometer oder einem
Drehspiegel-Laserscanner gelesen.
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Es wurden zwar mehrere Ausgestaltungen der
Erfindung gezeigt und beschrieben, aber die Fachperson wird verstehen,
dass zahlreiche Modifikationen möglich
sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die spezifischen Ausgestaltungen
beschränkt,
sondern in den nachfolgenden Ansprüchen definiert.