关于扫描仪的光电器件

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扫描仪的核心就是其光电器件，目前市场上扫描仪所使用的感光器件主要有四种：光电倍增管，硅氧化物隔离CCD，半导体隔离CCD，接触式感光器件（CIS或LIDE）。

　　这四种光电器件占主流是两种CCD（Charge Couplde Device，电荷藕合器件），其原理简单说是：在一片硅单晶上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，光电三极管在受到光照以后因为其自身的特性自然的产生电流，这就实现了光信号和电信号的相互转换，然后把这些电信号排序处理放大输出，从而实现彩色扫描。

　　两种CCD相比较，硅氧化物隔离CCD又比半导体隔离CCD好，熟悉物理的朋友自然知道理由。简单的说，半导体的CCD在三极管间用PN结的电阻来绝缘，因为隔离电阻较小使得临近三极管间的会出现漏电现象，漏电现象会导致临近的三极管在转换光信号时的精确度，同时也就会影响到扫描精度；而用硅氧化物隔离会大大减小漏电现象（因为硅氧化物——这里主要是二氧化硅——是绝缘体的），这样就能更准确的转换光电信号减少损失，这也就是同样分辨率的CCD有不同效果的重要原因之一——CCD类型不同。随着CCD精度的提高加上硅氧化物隔离CCD的渐成主流，高端CCD的扫描效果开始逼近低端的光电倍增管。在CCD类光电器件中除了漏电问题值得关注以外，还需要特别注意的是温度控制问题。因为不管是半导体还是导体一般都是温敏的，升温导电性一般会提高，这样也会大大影响扫描精度的，所以做好温控也是CCD类扫描仪的重要问题。

　　当然了常温的变化范围不是那么大，一般的工作强度也不是很大扫描仪工作升温也不明显，在这种状态下CCD受温度变化影响其实是很小的。在一些要求比较严格的场合对这个问题是比较在乎的，那么一些温控措施就应运而生，比如一些对CCD的低温冷却部件就是措施之一，不过这样做成本会提高不少，价格嘛，不说大家也知道会怎么样了，结果就是有温控措施的扫描仪价格较昂贵。现在主流市场上的多数是用半导体隔离CCD，硅氧化物隔离CCD的比较少但是也渐渐多起来。如果要了解一款扫描仪的效果，很重要的就是了解扫描仪是用什么品质的光电元件，这里介绍了两种CCD，它们的区别相信大家都熟悉了，但是就算同是半导体隔离质量因为厂家、型号等也是千差万别的，具体选购的时候除了CCD的分辨率以外可能的话应该尽量多的了解相关信息的，可惜一般厂商都不怎么提供相关信息，甚至最基本的CCD是硅氧化物隔离CCD还是半导体隔离CCD都不告诉的。
　　接触式感光器件，CIS（Contact Image Sensor）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，生产成本应该是较CCD低得多，市场上同等精度的CIS扫描仪总是比CCD的扫描仪便宜不少正是这个原因。扫描距离短，扫描清晰度低甚至有的时候达不到标称值，温度变化比较容易影响扫描精度，这些正是这种扫描仪的致命问题；相对而言重量轻、体积小、价格低是它的优势。接触式感光器件的优势劣势都是其自身结构特性决定的，

　　这里我们再来看看CIS的详细一些的缺点，这主要有一下六个方面：第一，CIS扫描仪的景深较差，缺乏实物扫描能力乃至于扫描普通文稿都必须非常的贴近；第二，类同于第一个问题，因为景深问题导致在扫描的时候精度较差；第三，CIS的主要材料硫化镉的电阻间漏电现象比半导体隔还大，类似于CCD里面的情况这要降低扫描精度；第四，CIS不能使用常用的冷阴极灯管而只能使用LED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，这会导致扫描仪在色彩还原能力上的低下；第五，CIS温度系数很大，而且大得不成比例存在着数量级的差别，这就导致了扫描结果不稳定；第六，CIS寿命问题，CIS自身的寿命就相比CCD要差加上LED的易损使得采用CIS技术的扫描仪寿命偏低。当然了，接触式感光器件的低价和便携的优点还是在一定场合可能会受到欢迎的，想成为主流比较困难，不过最近又有了一些接触式感光器件技术新突破的报道，大家保持关注还是一个不错的主意。

　　光电倍增管（Photo Multiplier Tube），感光材料主要是金属铯的氧化物，它的工作原理大概来说就是利用标准的光电效应来做到光信号和电信号的转化。简单的说就是光信号在阴极上（由前面提到的感光材料构成）通过光电效应产生电子，经过加速电场打到阳极上形成电流完成光电信号的转化，具体的内容和相关知识大家可以参考高中物理课本。从这个原理上我们就可以看出光电倍增管的一个缺点——速度慢，上面的光电转换过程一次显然只能转换一个信号也就是说只能扫描一个像素那么扫描速度的缓慢就可想而知了，不过作为高端用途质量是最重要的速度还没那么要紧，这并不是一个大缺点。

　　从结构上看，有一个非常重要的优点就是温度系数低，受环境温度影响很低这对高端使用提高精度很有帮助，看看铯的金属特性和光电反应的方程式就可以知道这个结果。光电倍增管还有一个优势就是良好的线性输出能力，大家或许还记得在《色彩大师之路》里面为了解说色阶我做的图么？那里面我们看到的输入（这里说的输入是诸如MiraScan或者其它图象处理软件从扫描仪输入信息，和前面说的扫描仪输出是一回事，大家看仔细了）色阶从0到255都是均匀的，其实这是理想的情况，事实上是不能这么均匀的，在“曲线”这一类工具里面提供了对输入和输出全面的调节其实也是为了纠正不均匀的输入。现在把话说回光电倍增管，在常见的各种光电器件里面光电倍增管是能够提供最好的线性输出能力的，在硬件层面上获得支持那将是能得到最好的效果，这比在软件中调节要强的多。有了良好的线性输出，那么良好的色彩还原能力就有了保证，这是在专业领域非常重要的一项能力。联系到前面几种光电元件我们还可以看到，从原来上来说光电倍增管就不会出现“漏电”的现象，因为这里是光电效应来进行转换而不是有邻接的三极管类似的元件，所以无电可漏的。关于光电元件常见的一些参数，包括灵敏度、噪声系数等，在这里还不能通过性质和原理简单的分析，下面有一个表是归纳了四种光电元件的性能参数的，数据来源是一些官方的数据，可以自行参考一下：

　                灵敏度   噪声系数   隔离电阻   温度系数  
光电倍增管        10-12    10-12      ∝         10-12/℃  
硅氧化物隔离CCD   10-8~-9  10-9~-11   ≥100MΩ   10-6~7/℃  
半导体隔离CCD     10-8~-9  10-8~-9    ≥1MΩ     10-6~7/℃  
接触式感光器件    10-6~-7  10-5~-6    1－100KΩ  10-2~3/℃  

　　 上面的数据仅仅是一个参考，具体的东西还是需要在评测中才能看得比较清楚的。光电元件是整个扫描仪的灵魂，掌握住它就掌握住了扫描仪的核心。