为什么要发明扫描仪
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你好,前者通过镜头聚焦到CCD上,将光信号转换成电信号成像,后者紧贴扫描稿件表面进行接触式的扫描。
比较两种扫描方式,可以看到作为接触式扫描器件CIS景深较小,对实物及凹凸不平的原稿扫描效果较差。CCD扫描仪通过镜头聚焦到CCD上直接感光,因此它的景深较CIS扫描仪要大的多,可以十分方便的进行实物扫描。虽然以前很多人认为CIS扫描仪可以做得非常小巧,CCD扫描仪一般显得比较厚重,但是现在一些厂商推出的超薄型 CCD扫描仪改变了这一状况,使得原先CIS扫描仪仅有的优势又减弱了许多。
CCD扫描仪占据了绝对优势的市场地位,而CIS扫描仪技术突破难度较大,除了在移动应用市场上还有少许空间外,已无其他立足之地,并且会面临来自CCD扫描仪更大的压力。
完成光电转换的部件是感光器件,它是扫描仪的核心,其光电转换特性,如光谱响应、光的稳定性、灵敏度、噪声等,对图像信息的传送是很重要的。
目前扫描仪所使用的感光器件主要有电荷耦合器件(CCD)、接触式图像传感器(CIS)、光电倍增管(PMT)。
电荷耦合器件CCD
1969年美国贝尔实验室发明CCD(Charge Coupled Device,电荷藕合器件),与电脑晶片CMOS技术相似,也可作电脑记忆体及逻辑运作晶片。CCD最突出的特点是以电荷作为信号,其基本功能是电荷存储和电荷转移。因此,CCD的工作过程主要是电荷的产生、存储、传输和检测。CCD的体积小、造价低,所以广泛应用于扫描仪。
电荷耦合器件CCD有两种,即半导体隔离CCD和硅氧化物隔离CCD,它们是通过在一片硅单晶上集成了数千到上万个三极管构成的,这些三极管分为三列.分别用红绿蓝三色滤色镜罩住。三极管受到光照后会产生电流,把这些电流排序处理再经放大输出,就实现了光信号和电信号的相互转换。两种类型的CCD比较,硅氧化物隔离CCD比半导体隔离CCD好.因为半导体隔离CCD在三极管间用PN结的电阻来绝缘,临近三极管间会因为隔离电阻较小出现漏电现象,使感光单元所产生的信号相互干扰,导致光电转换时精确度降低。用硅氧化物隔离会大大减小漏电现象,因为硅氧化物(主要是二氧化硅)是绝缘体,能更准确地实现光电转换而减少损失。
扫描仪中感光器件CCD是一种比较成熟的技术,其成本较低,成像质量却越来越高,有些甚至可以与滚筒扫描仪中使用的光电倍增管相媲美,具有极高的性价比。这种扫描技术由于在物体表面成像,具有一定的景深,在扫描凹凸不平的物体时,能够实现一定程度的三维效果。并且采用硅单晶技术的CCD对周围环境温度的要求较低,适应的范围较广。
接触式图像传感器CIS
1998年一种基于CMOS技术的接触式图像传感器CIS (Contact Image Sensor)也诞生了。CIS扫描仪将光源、聚焦镜片及感应器一同固定于一个外罩内,不须调节、预热,所以比CCD扫描仪起动快。CIS扫描仪体积比CCD扫描仪更小,而制造成本也更低。
实际上,接触式图像传感器CIS技术与CCD技术几乎是同时诞生的。早期它的光学分辨率最高只能达到200dpi,曾广泛用在低档手持式黑白扫描仪上。但是与CCD比较,它的噪声大,动态范围小,扫描精度低,因此很快就从扫描仪市场上销声匿迹了,之后只能在传真机上看到它的影子。1998年后,国际扫描仪市场的竞争非常激烈,持续不断的降价使得不少生产厂商严重亏损,于是有些厂家开始另辟捷径,重新搬出了CIS接触式感光器件,并经过改进,使其分辨率达到了600dpi,然后以新技术的名义推向市场,再加上其生产成本只有CCD的三分之一,所以采用CIS 的平台式扫描仪开始涌现出来。
CIS感光器件一般使用制造光敏电阻的硫化镉作感光材料。硫化镉光敏电阻本身漏电大,各感光单元之间干扰大,严重影响清晰度,这是该类产品扫描精度不高的主要原因。它不能使用冷阴极灯管而只能使用LED发光二极管阵列作为光源,这种光源无论在光色还是在光线的均匀度上都比较差,导致扫描仪的色彩还原能力较低。LED阵列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报废,因此这种类型产品的寿命比较短。CIS无法使用镜头成像,只能依靠贴近目标来识别,没有景深,不能扫描实物,只适用于扫描文稿。CIS对周围环境温度的变化比较敏感,因此对工作环境的温度有一定的要求,环境温度的变化对扫描结果有明显的影响。
虽然有以上种种不足,但是早期CIS型扫描仪也有一个CCD型扫描仪无法比拟的优点,那就是重量很轻,体积特别小,可以使产品做得很薄。市场上早期流行的超薄型扫描仪大多都是采用CIS感光器件。但是随着技术的发展,超薄型CCD扫描仪已经开始走向市场,使CIS扫描仪正在逐渐失去仅有的优势。
光电倍增管PMT(Photo Multiplier Tube)
在各种感光器件中
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