嵌入式CMOS成像器速度全息數(shù)據(jù)檢索

過(guò)去，由于缺乏低成本系統(tǒng)部件，或因全息多路技術(shù)過(guò)于復(fù)雜以及找不到合適的記錄材料，使全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)受到限制。現(xiàn)在，已經(jīng)進(jìn)入消費(fèi)類屏幕市場(chǎng)的數(shù)字微鏡設(shè)備以及用于高速機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用、基于CMOS的有源像素探測(cè)器陣列將使這種狀況得以改觀。舉例來(lái)說(shuō)，由于微鏡設(shè)備可被有效地用作空間光調(diào)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(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 
     
在傳統(tǒng)光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備中，數(shù)據(jù)僅被記錄在媒體表面。全息技術(shù)則可被用來(lái)記錄數(shù)據(jù)于媒體各個(gè)層面以增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量。其他技術(shù)以連續(xù)方式將數(shù)據(jù)記錄至數(shù)據(jù)媒體中，而全息技術(shù)能夠以平行方式完成上百萬(wàn)位數(shù)據(jù)的讀寫操作。這一特點(diǎn)令全息技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)超目前的光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備。 
     
為了達(dá)到上述目的，來(lái)自單束激光束的光線被分割為承載數(shù)據(jù)的信號(hào)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(shù)據(jù)編碼進(jìn)入信號(hào)光束，空間光調(diào)制器（SLM）將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成由光和暗像素組成的光學(xué)棋盤狀圖案。根據(jù)空間光調(diào)制器的像素?cái)?shù)量的不同，此類數(shù)據(jù)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(chǔ)介質(zhì)將在參考光束與信號(hào)光束的交點(diǎn)上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成全息圖。通過(guò)改變參考光束的角度、波長(zhǎng)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(chǔ)介質(zhì)的全息圖后可重新組合存儲(chǔ)信息而讀取數(shù)據(jù)。這時(shí)全息圖將被投射到以并行方式讀取數(shù)據(jù)的CMOS成像器上。 

過(guò)去，基于全息技術(shù)的存儲(chǔ)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)面臨著三種主要挑戰(zhàn)。首先，價(jià)格不菲的空間光調(diào)制器的組配、生產(chǎn)與使用主要局限于軍事應(yīng)用。現(xiàn)在，隨著低成本設(shè)備的問(wèn)世——如產(chǎn)自德州儀器公司（德克薩斯州達(dá)拉斯；www.dlp.com）的數(shù)字光處理器（DLP），讓記憶存儲(chǔ)廠商們獲得了使用DLP作為SLM的有效替代物的機(jī)會(huì)。 
     
如何開(kāi)發(fā)出適用的存儲(chǔ)介質(zhì)也許是實(shí)施全息存儲(chǔ)技術(shù)面臨的更為重要的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，脫離貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Labs）而成立的In-Phase Technologies，(美國(guó)科羅拉多州朗蒙特市，www.inphase-technlogies.com）正準(zhǔn)備將貝爾試驗(yàn)室七年多來(lái)在該技術(shù)中取得的開(kāi)發(fā)成果轉(zhuǎn)為商業(yè)應(yīng)用。據(jù)In-Phase Technologies稱，目前3000多頁(yè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)頁(yè)的記錄與檢索操作已取得了31.5Gbits/平方英寸的存儲(chǔ)密度（在這一密度下，一張5 1/4″磁盤可擁有約45G字節(jié)的存儲(chǔ)容量）。最新的“雙化學(xué)（two-chemistry）”材料和客戶定制光學(xué)器件則能夠以100 Gbits/平方英寸的密度存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 
     
In-Phase Technologies目前也正在從事可擦寫材料和系統(tǒng)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(guó)道康寧公司收購(gòu)（Dow Corning，密歇根州米德蘭市；www.dowcorning.com）。 

賽普拉斯半導(dǎo)體公司（比利時(shí)，梅赫倫市；www.cypress.com）市場(chǎng)及銷售總監(jiān)Tim Baeyens表示：“當(dāng)重組陣列投射到CMOS檢測(cè)器上時(shí)，以并行方式從中快速讀取大量數(shù)據(jù)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(dá)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(cè)器陣列，其低壓差分信號(hào)（LVDS）輸出及幀速率可達(dá)到每秒數(shù)百幀。” 

Baeyens先生指出：“這一技術(shù)使成像器能夠以數(shù)G像素/秒的速度將數(shù)據(jù)從設(shè)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(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）可以將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接輸出?！斑@一點(diǎn)在嵌入式應(yīng)用中尤為重要，因?yàn)榇祟悜?yīng)用非常重視系統(tǒng)成本的削減。”Baeyens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(yīng)用于磁帶存儲(chǔ)取代系統(tǒng)，但最終將以消費(fèi)者存儲(chǔ)應(yīng)用為服務(wù)目標(biāo)。