嵌入式CMOS成像器用于全息数据检索

　　过去，由于缺乏低成本系统部件，或因全息多路技术过于复杂以及找不到合适的记录材料，使全息数据存储产品的开发受到限制。

　　现在，已经进入消费类屏幕市场的数字微镜设备以及用于高速机器视觉应用、基于CMOSCMOS的有源像素探测器阵列将使这种状况得以改观。举例来说，由于微镜设备可被有效地用作空间光调制器（spatial light modulator），因此高速CMOS成像器可用来读取全息媒体中包含的数字数据。

　　在传统光学存储设备中，数据仅被记录在媒体表面。全息技术则可被用来记录数据于媒体各个层面以增加数据存储容量。其他技术以连续方式将数据记录至数据媒体中，而全息技术能够以平行方式完成上百万位数据的读写操作。这一特点令全息技术的数据传输速率远超目前的光学存储设备。

　　为了达到上述目的，来自单束激光束的光线被分割为承载数据的信号光束和参考光束。作为记录媒体的全息图即在这两种光束相交的交点上形成。为了使数据编码进入信号光束，空间光调制器（SLM）将数字数据转换成由光和暗像素组成的光学棋盘状图案。根据空间光调制器的像素数量的不同，此类数据将被排列在一个阵列中，或排列在由约一百万位组成的页中。

　　存储介质将在参考光束与信号光束的交点上发生化学反应，形成全息图。通过改变参考光束的角度、波长或介质位置，我们可以在相同体积的材料上完成大量不同全息图的记录。参考光束偏离存储介质的全息图后可重新组合存储信息而读取数据。这时全息图将被投射到以并行方式读取数据的CMOS成像器上。

　　过去，基于全息技术的存储系统开发面临着三种主要挑战。首先，价格不菲的空间光调制器的组配、生产与使用主要局限于军事应用。现在，随着低成本设备的问世——如产自德州仪器公司（德克萨斯州达拉斯；www.dlp.com）的数字光处理器（DLP），让记忆存储厂商们获得了使用DLP作为SLM的有效替代物的机会。

　　如何开发出适用的存储介质也许是实施全息存储技术面临的更为重要的挑战。现在，脱离贝尔实验室（Bell Labs）而成立的In-Phase Technologies，(美国科罗拉多州朗蒙特市，www.inphase-technlogies.com）正准备将贝尔试验室七年多来在该技术中取得的开发成果转为商业应用。据In-Phase Technologies称，目前3000多页数字数据页的记录与检索操作已取得了31.5Gbits/平方英寸的存储密度（在这一密度下，一张5 1/4″磁盘可拥有约45G字节的存储容量）。最新的“双化学（two-chemistry）”材料和客户定制光学器件则能够以100 Gbits/平方英寸的密度存储数据。

　　In-Phase Technologies目前也正在从事可擦写材料和系统的开发工作。从事这一工作的还有DCE Aprilis公司（马萨诸塞州梅纳德市；www.aprilisinc.com），这家公司于最近被美国道康宁公司收购（Dow Corning，密歇根州米德兰市；www.dowcorning.com）。

　　赛普拉斯半导体公司（比利时，梅赫伦市；www.cypress.com）市场及销售总监Tim Baeyens表示：“当重组阵列投射到CMOS检测器上时，以并行方式从中快速读取大量数据的能力在技术开发中占有非常重要的地位（见图）。为了达到这个目的，赛普拉斯公司开发出了使用8 x 8微米像素的1696 x 1710 CMOS探测器阵列，其低压差分信号（LVDS）输出及帧速率可达到每秒数百帧。”

　　Baeyens先生指出：“这一技术使成像器能够以数G像素/秒的速度将数据从设备中传输出去。”实际上，该传感器带来的好处还不止这些：其板载8位模数转换器（ADC）可以将数字数据直接输出。“这一点在嵌入式应用中尤为重要，因为此类应用非常重视系统成本的削减。”Baeyens先生如是说。这种成像器的成本在1000美元以下，目前主要应用于磁带存储取代系统，但最终将以消费者存储应用为服务目标。