嵌入式CMOS成像器速度全息數據檢索

過(guò)去，由于缺乏低成本系統部件，或因全息多路技術(shù)過(guò)于復雜以及找不到合適的記錄材料，使全息數據存儲產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)受到限制?，F在，已經(jīng)進(jìn)入消費類(lèi)屏幕市場(chǎng)的數字微鏡設備以及用于高速機器視覺(jué)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(guān)。舉例來(lái)說(shuō)，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(lái)讀取全息媒體中包含的數字數據。 
     
在傳統光學(xué)存儲設備中，數據僅被記錄在媒體表面。全息技術(shù)則可被用來(lái)記錄數據于媒體各個(gè)層面以增加數據存儲容量。其他技術(shù)以連續方式將數據記錄至數據媒體中，而全息技術(shù)能夠以平行方式完成上百萬(wàn)位數據的讀寫(xiě)操作。這一特點(diǎn)令全息技術(shù)的數據傳輸速率遠超目前的光學(xué)存儲設備。 
     
為了達到上述目的，來(lái)自單束激光束的光線(xiàn)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(diǎn)上形成（見(jiàn)圖）。為了使數據編碼進(jìn)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(xué)棋盤(pán)狀圖案。根據空間光調制器的像素數量的不同，此類(lèi)數據將被排列在一個(gè)陣列中，或排列在由約一百萬(wàn)位組成的頁(yè)中。 

存儲介質(zhì)將在參考光束與信號光束的交點(diǎn)上發(fā)生化學(xué)反應，形成全息圖。通過(guò)改變參考光束的角度、波長(cháng)或介質(zhì)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(zhì)的全息圖后可重新組合存儲信息而讀取數據。這時(shí)全息圖將被投射到以并行方式讀取數據的CMOS成像器上。 

過(guò)去，基于全息技術(shù)的存儲系統開(kāi)發(fā)面臨著(zhù)三種主要挑戰。首先，價(jià)格不菲的空間光調制器的組配、生產(chǎn)與使用主要局限于軍事應用?，F在，隨著(zhù)低成本設備的問(wèn)世——如產(chǎn)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(chǎng)商們獲得了使用DLP作為SLM的有效替代物的機會(huì )。 
     
如何開(kāi)發(fā)出適用的存儲介質(zhì)也許是實(shí)施全息存儲技術(shù)面臨的更為重要的挑戰?，F在，脫離貝爾實(shí)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(lái)在該技術(shù)中取得的開(kāi)發(fā)成果轉為商業(yè)應用。據In-Phase Technologies稱(chēng)，目前3000多頁(yè)數字數據頁(yè)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(pán)可擁有約45G字節的存儲容量）。最新的“雙化學(xué)（two-chemistry）”材料和客戶(hù)定制光學(xué)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(xiě)材料和系統的開(kāi)發(fā)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(shí)，梅赫倫市；www.cypress.com）市場(chǎng)及銷(xiāo)售總監Tim Baeyens表示：“當重組陣列投射到CMOS檢測器上時(shí)，以并行方式從中快速讀取大量數據的能力在技術(shù)開(kāi)發(fā)中占有非常重要的地位（見(jiàn)圖）。為了達到這個(gè)目的，賽普拉斯公司開(kāi)發(fā)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?！?nbsp;

Baeyens先生指出：“這一技術(shù)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?！睂?shí)際上，該傳感器帶來(lái)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?！斑@一點(diǎn)在嵌入式應用中尤為重要，因為此類(lèi)應用非常重視系統成本的削減?！盉aeyens先生如是說(shuō)。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(wù)目標。