掃描元件是什麼

掃描元件是什麼

　　掃描儀的核心部分是完成光電轉換的部件——掃描元件(也稱為感光器件)。目前市場上掃描儀所使用的感光器件有四種：電荷藕合元件CCD(矽氧化物隔離CCD和半導體隔體CCD)、接觸式感光器件CIS、光電倍增管PMT和互補金屬氧化物導體CMOS。

　　四種掃描元件中，光電倍增管的成產成本最高，少則幾十萬元，而且掃描速度很慢，一張圖往往需要幾十分鐘的時間，所以光電倍增管只用在最專業的鼓式掃描儀上。而CCD和CIS的生產成本相對較低，掃描速度相對較快，掃描效果能滿足大部分工作的需要，所以CCD或CIS的掃描儀已成為許多家用、辦公和SOHU一族的選擇。作為生產成本最低的CMOS器件，由於其掃描成像質量的限制，容易出現雜點，所以目前只使用在名片掃描儀上。

　　由於不同的掃描元件會對最終的掃描效果造成不同的影響，所以我們在選購掃描儀的時候，不妨關注一下掃描儀用的是哪款感光器件，這將會對你選購帶來事半功倍的效果。

電荷藕合元件CCD

　　感光器工作原理圖 CCD英文全稱：Charge Coupled Device。這兩種感光器件與我們日常使用的半導體集成電路相似，在一片矽晶片集成了幾千到幾萬個光電三極體，這些光電三極體分為三列，分別用紅綠藍色的濾色鏡罩住，從而實現彩色掃描。光電三極體在受到光線照射時可以產生電流，經放大後輸出。

　　該類感光器件近年性能提高很大，其高端產品的性能已經接近低檔的光電倍增管，但由於數千個光電三極體的距離很近(微米級)，並且各三極體之間的絕緣是依靠半導體PN結來的絕緣。隔離電阻較小，因此，在各光電三極體之間存在著明顯的漏電現像，使各感光單元的信號產生相互幹擾，降低了掃描儀的實際清晰度。

　　為了改善這一情況，現在可以採用矽氧化物隔離技術，也就是說，在器件加工過程中，將各個光電三極體之間的半導體單晶矽用SiO2(二氧化矽)替代，由於SiO2是非常好的絕緣材料，幾乎杜絕了光電三極體之間的漏電現像，因而在兩臺掃描儀性能指標相同的情況下，使用矽氧化物隔離CCD的掃描儀的實際清晰度將有一個質的飛躍。

　　不過，這種技術產品的生產成本要比半導體隔離技術產品的生產成本高出幾倍，因此，目前只能用在5000元以上的專業級掃描儀之中。而目前市場上的幾乎所有家用和辦公用掃描儀，都是採用半導體隔離的CCD，性能不可能不受到影響。

接觸式感光器件

　　接觸式感光器件CIS(Contact Image Sensor)與CCD技術幾乎是同時出現的，它使用的感光材料一般是我們用來製造光敏電阻的硫化鎘，它很容易製成一條長的陣列，而且生產成本只有半導體隔離CCD的1/3，當時主要是用在低檔黑白手持式掃描儀和傳真機上，由於尺寸太大，無法使用鏡頭成像，只能依靠貼近目標來識別目標，因此光學解析度最高只能達到200dpi，到1994年前後，隨著掃描儀彩色化、高精度化，接觸式感光器件本身噪聲大，動態範圍小，精度低的缺陷暴露無疑，迅速從掃描儀市場上銷聲匿跡了。在其後的四年中，我們只能在傳真機上看到它的身影。

光電倍增管

　　光電倍增管：PhotoMultiplier Tube，簡稱PMT，是靈敏度極高，響應速度極快的光探測器。這種掃描器件實際上是一種電子管，感光的材料主要是金屬銫的氧化物，其中並摻雜了其他一些活性金屬(例如鑭系金屬)的氧化物進行改性，以提高靈敏度和修正光譜曲線，用這材料製成的光電陰極射線管，在光線的照射下能夠發射電子，我們可以稱之為光電子，它經柵極加速放大後去衝擊陽極，最終形成了電流。在各種感光器件中，光電倍增管是性能最好的一種，無論在靈敏度、噪聲係數還是動態範圍上都遙遙領先於其他的感光器件，更難能可貴的是它的輸出信號在相當大範圍內保持著高度的線性輸出，使輸出信號幾乎不用做任何修正就可以直接獲得很準確的色彩還原。

　　同時，光電倍增管在各種感光器件中的生產成本是最高的，而且由於一次只能掃描到一個像素，因此掃描速度很慢，掃描一張圖往往需要幾十分鐘。因此，光電倍增管現在只用在最專業的鼓式(大滾筒)的掃描儀之上，這種掃描儀的價格非常高昂，少則幾十萬元，多則上百萬元，是一種可望而不可及的貴族產品，不適合於一般家庭使用。

互補金屬氧化物

　　互補性氧化金屬半導體CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一樣同為在掃描儀中可記錄光線變化的半導體。目前CMOS感光器件主要應用於少數名片掃描儀和文件掃描儀。CMOS的製造技術和一般計算機晶片沒什麼差別，主要是利用矽和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N(帶–電) 和 P(帶+電)級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點就是太容易出現雜點, 這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變化的影像時，由於電流變化過於頻繁而會產生過熱的現象。

　　出現轉機是在1998年，當時國際掃描儀市場的競爭非常激烈，各大廠家都使出了降價的法寶，造成了掃描儀生產廠商的行業性虧損。一些廠家開始重新搬出接觸式感光器件，經過改進，使其解析度達到了600 dpi，然后冠以CIS技術名稱，以新技術的面目推向市場，居然取得了相當的成功。

　　不過就性能而言，接觸式感光器件存在著嚴重的先天不足，首先由於不能使用鏡頭，只能貼近稿件掃描，其實清晰度遠遠達不到標稱的批標，同時硫化鎘光敏電阻本身漏電很大，各感光單元之間幹擾嚴重，進一步降低了清晰度，而且由於無法實現同時製造三條平行的感光單元同時實現三色掃描，接觸式感光器件不能使用常用的冷陰極燈管，而不得不使用發光二極體(LED)陣列作為光源，這種光源無論在光色還是在光線的均勻度上都是比較差的。

　　而且由於LED陣列是由數百個發光二極體組成，一旦有一個損壞就意味著整個陣列的報廢，這種產品的壽命比較短，該類感光器件的溫度係數很大，，周圍環境溫度的變化將對掃描儀的掃描結果產生很大影響，因此，你要想獲得一個穩定的掃描結果，最好在一個溫度恆定的房間內工作。