嵌入式CMOS成像器速度全息數據檢索

過去，由于缺乏低成本系統部件，或因全息多路技術過于復雜以及找不到合適的記錄材料，使全息數據存儲產品的開發受到限制。現在，已經進入消費類屏幕市場的數字微鏡設備以及用于高速機器視覺應用、基于CMOS的有源像素探測器陣列將使這種狀況得以改觀。舉例來說，由于微鏡設備可被有效地用作空間光調制器（spatial light modulator），因此高速CMOS成像器可用來讀取全息媒體中包含的數字數據。 
     
在傳統光學存儲設備中，數據僅被記錄在媒體表面。全息技術則可被用來記錄數據于媒體各個層面以增加數據存儲容量。其他技術以連續方式將數據記錄至數據媒體中，而全息技術能夠以平行方式完成上百萬位數據的讀寫操作。這一特點令全息技術的數據傳輸速率遠超目前的光學存儲設備。 
     
為了達到上述目的，來自單束激光束的光線被分割為承載數據的信號光束和參考光束。作為記錄媒體的全息圖即在這兩種光束相交的交點上形成（見圖）。為了使數據編碼進入信號光束，空間光調制器（SLM）將數字數據轉換成由光和暗像素組成的光學棋盤狀圖案。根據空間光調制器的像素數量的不同，此類數據將被排列在一個陣列中，或排列在由約一百萬位組成的頁中。 

存儲介質將在參考光束與信號光束的交點上發生化學反應，形成全息圖。通過改變參考光束的角度、波長或介質位置，我們可以在相同體積的材料上完成大量不同全息圖的記錄。參考光束偏離存儲介質的全息圖后可重新組合存儲信息而讀取數據。這時全息圖將被投射到以并行方式讀取數據的CMOS成像器上。 

過去，基于全息技術的存儲系統開發面臨著三種主要挑戰。首先，價格不菲的空間光調制器的組配、生產與使用主要局限于軍事應用。現在，隨著低成本設備的問世——如產自德州儀器公司（德克薩斯州達拉斯；www.dlp.com）的數字光處理器（DLP），讓記憶存儲廠商們獲得了使用DLP作為SLM的有效替代物的機會。 
     
如何開發出適用的存儲介質也許是實施全息存儲技術面臨的更為重要的挑戰。現在，脫離貝爾實驗室（Bell Labs）而成立的In-Phase Technologies，(美國科羅拉多州朗蒙特市，www.inphase-technlogies.com）正準備將貝爾試驗室七年多來在該技術中取得的開發成果轉為商業應用。據In-Phase Technologies稱，目前3000多頁數字數據頁的記錄與檢索操作已取得了31.5Gbits/平方英寸的存儲密度（在這一密度下，一張5 1/4″磁盤可擁有約45G字節的存儲容量）。最新的“雙化學（two-chemistry）”材料和客戶定制光學器件則能夠以100 Gbits/平方英寸的密度存儲數據。 
     
In-Phase Technologies目前也正在從事可擦寫材料和系統的開發工作。從事這一工作的還有DCE Aprilis公司（馬薩諸塞州梅納德市；www.aprilisinc.com），這家公司于最近被美國道康寧公司收購（Dow Corning，密歇根州米德蘭市；www.dowcorning.com）。 

賽普拉斯半導體公司（比利時，梅赫倫市；www.cypress.com）市場及銷售總監Tim Baeyens表示：“當重組陣列投射到CMOS檢測器上時，以并行方式從中快速讀取大量數據的能力在技術開發中占有非常重要的地位（見圖）。為了達到這個目的，賽普拉斯公司開發出了使用8 x 8微米像素的1696 x 1710 CMOS探測器陣列，其低壓差分信號（LVDS）輸出及幀速率可達到每秒數百幀。” 

Baeyens先生指出：“這一技術使成像器能夠以數G像素/秒的速度將數據從設備中傳輸出去。”實際上，該傳感器帶來的好處還不止這些：其板載8位模數轉換器（ADC）可以將數字數據直接輸出。“這一點在嵌入式應用中尤為重要，因為此類應用非常重視系統成本的削減。”Baeyens先生如是說。這種成像器的成本在1000美元以下，目前主要應用于磁帶存儲取代系統，但最終將以消費者存儲應用為服務目標。