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扫描仪 : 扫描元件

      扫描仪的核心部分是完成光电转换的部件——扫描元件(也称为感光器件)。目前市场上扫描仪所使用的感光器件有四种:电荷藕合元件CCD(硅氧化物隔离CCD和半导体隔体CCD)、接触式感光器件CIS、光电倍增管PMT和互补金属氧化物导体CMOS。

      四种扫描元件中,光电倍增管的成产成本最高,少则几十万元,而且扫描速度很慢,一张图往往需要几十分钟的时间,所以光电倍增管只用在最专业的鼓式扫描仪上。而CCD和CIS的生产成本相对较低,扫描速度相对较快,扫描效果能满足大部分工作的需要,所以CCD或CIS的扫描仪已成为许多家用、办公和SOHU一族的选择。作为生产成本最低的CMOS器件,由于其扫描成像质量的限制,容易出现杂点,所以目前只使用在名片扫描仪上。

     由于不同的扫描元件会对最终的扫描效果造成不同的影响,所以我们在选购扫描仪的时候,不妨关注一下扫描仪用的是哪款感光器件,这将会对你选购带来事半功倍的效果。

相关术语: 

电荷藕合元件CCD    
      CCD英文全称:Charge Coupled Device。这两种感光器件与我们日常使用的半导体集成电路相似,在一片硅晶片集成了几千到几万个光电三极管,这些光电三极管分为三列,分别用红绿蓝色的滤色镜罩住,从而实现彩色扫描。光电三极管在受到光线照射时可以产生电流,经放大后输出。

     该类感光器件近年性能提高很大,其高端产品的性能已经接近低档的光电倍增管,但由于数千个光电三极管的距离很近(微米级),并且各三极管之间的绝缘是依靠半导体PN结来的绝缘。隔离电阻较小,因此,在各光电三极管之间存在着明显的漏电现像,使各感光单元的信号产生相互干扰,降低了扫描仪的实际清晰度。

     为了改善这一情况,现在可以采用硅氧化物隔离技术,也就是说,在器件加工过程中,将各个光电三极管之间的半导体单晶硅用SiO2(二氧化硅)替代,由于SiO2是非常好的绝缘材料,几乎杜绝了光电三极管之间的漏电现像,因而在两台扫描仪性能指标相同的情况下,使用硅氧化物隔离CCD的扫描仪的实际清晰度将有一个质的飞跃。

      不过,这种技术产品的生产成本要比半导体隔离技术产品的生产成本高出几倍,因此,目前只能用在5000元以上的专业级扫描仪之中。而目前市场上的几乎所有家用和办公用扫描仪,都是采用半导体隔离的CCD,性能不可能不受到影响。

接触式感光器件    
     接触式感光器件CIS(Contact Image Sensor)与CCD技术几乎是同时出现的,它使用的感光材料一般是我们用来制造光敏电阻的硫化镉,它很容易制成一条长的阵列,而且生产成本只有半导体隔离CCD的1/3,当时主要是用在低档黑白手持式扫描仪和传真机上,由于尺寸太大,无法使用镜头成像,只能依靠贴近目标来识别目标,因此光学分辨率最高只能达到200dpi,到1994年前后,随着扫描仪彩色化、高精度化,接触式感光器件本身噪声大,动态范围小,精度低的缺陷暴露无疑,迅速从扫描仪市场上销声匿迹了。在其后的四年中,我们只能在传真机上看到它的身影。

光电倍增管    
      光电倍增管:PhotoMultiplier Tube,简称PMT,是灵敏度极高,响应速度极快的光探测器。这种扫描器件实际上是一种电子管,感光的材料主要是金属铯的氧化物,其中并掺杂了其他一些活性金属(例如镧系金属)的氧化物进行改性,以提高灵敏度和修正光谱曲线,用这材料制成的光电阴极射线管,在光线的照射下能够发射电子,我们可以称之为光电子,它经栅极加速放大后去冲击阳极,最终形成了电流。

      在各种感光器件中,光电倍增管是性能最好的一种,无论在灵敏度、噪声系数还是动态范围上都遥遥领先于其他的感光器件,更难能可贵的是它的输出信号在相当大范围内保持着高度的线性输出,使输出信号几乎不用做任何修正就可以直接获得很准确的色彩还原。 

      同时,光电倍增管在各种感光器件中的生产成本是最高的,而且由于一次只能扫描到一个像素,因此扫描速度很慢,扫描一张图往往需要几十分钟。因此,光电倍增管现在只用在最专业的鼓式(大滚筒)的扫描仪之上,这种扫描仪的价格非常高昂,少则几十万元,多则上百万元,是一种可望而不可及的贵族产品,不适合于一般家庭使用。

互补金属氧化物    
      
      互补性氧化金属半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在扫描仪中可记录光线变化的半导体。目前CMOS感光器件主要应用于少数名片扫描仪和文件扫描仪。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。  
       出现转机是在1998年,当时国际扫描仪市场的竞争非常激烈,各大厂家都使出了降价的法宝,造成了扫描仪生产厂商的行业性亏损。一些厂家开始重新搬出接触式感光器件,经过改进,使其分辨率达到了600 dpi,然后冠以CIS技术名称,以新技术的面目推向市场,居然取得了相当的成功。不过就性能而言,接触式感光器件存在着严重的先天不足,首先由于不能使用镜头,只能贴近稿件扫描,其实清晰度远远达不到标称的批标,同时硫化镉光敏电阻本身漏电很大,各感光单元之间干扰严重,进一步降低了清晰度,而且由于无法实现同时制造三条平行的感光单元同时实现三色扫描,接触式感光器件不能使用常用的冷阴极灯管,而不得不使用发光二极管(LED)阵列作为光源,这种光源无论在光色还是在光线的均匀度上都是比较差的。而且由于LED阵列是由数百个发光二极管组成,一旦有一个损坏就意味着整个阵列的报废,这种产品的寿命比较短,该类感光器件的温度系数很大,,周围环境温度的变化将对扫描仪的扫描结果产生很大影响,因此,你要想获得一个稳定的扫描结果,最好在一个温度恒定的房间内工作。


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